TW202234984A - 逆變器裝置、馬達模組及車輛 - Google Patents

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天沼翼
遠藤雅也
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日商日本電產股份有限公司
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Abstract

一種逆變器裝置，其特徵在於，具備：功率模組，其為了將直流轉換為交流而具有至少一個開關元件；驅動電路基板，其以與功率模組重疊的方式配置，且驅動開關元件；控制電路基板，其以與驅動電路基板重疊的方式配置，與驅動電路基板電連接，且控制開關元件的接通/斷開；以及遮罩板，其以覆蓋驅動電路基板的方式配置在驅動電路基板與控制電路基板之間，且遮罩從驅動電路基板產生的電磁波雜訊，功率模組具有朝向驅動電路基板及遮罩板垂直地突出的至少兩根第一定位銷，驅動電路基板及遮罩板分別具有與各第一定位銷分別卡合的至少兩個貫穿孔。

Description

逆變器裝置、馬達模組及車輛
本發明關於逆變器裝置、具備逆變器裝置的馬達模組以及具備馬達模組的車輛。
在混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHV）、電動汽車（EV）等以馬達為動力源的車輛中使用逆變器裝置。
逆變器裝置具備將多個開關元件（例如IGBT）模組化的功率模組，通過根據來自控制電路基板的控制信號使開關元件接通/斷開，將來自裝設於車輛的電池的直流電力轉換為驅動馬達的交流電力並輸出。
在這樣的逆變器裝置中，由於功率模組的開關元件的開關動作而產生電磁波雜訊。因此，為了解決該問題，提出了在控制電路基板與功率模組之間設置導電性的遮罩板來遮罩由功率模組產生的電磁波雜訊的結構（例如，專利文獻1）。
現有技術文獻 專利文獻1：日本特開2001-250910號公報。
專利文獻1的逆變器裝置構成為：在功率模組的開關元件與控制電路基板之間設置遮罩板，並將開關元件與控制電路基板配置在不同的空間中，從而使在功率模組中產生的電磁波雜訊不會傳到控制電路基板。
但是，在專利文獻1的結構中，由於開關元件和控制電路基板配置在不同的空間中，因此在各空間中需要組裝作業用的空間，存在裝置大型化的問題。
另外，由於需要將開關元件與控制電路基板電連接，因此結構也變得複雜，還存在組裝作業性差的問題。
本發明是鑒於上述問題而完成的，其目的在於提供一種遮罩功率模組、結構簡單且組裝作業性良好的逆變器裝置。另外，本發明的目的還在於提供具備這樣的逆變器裝置的馬達模組以及具備這樣的馬達模組的車輛。
本發明的逆變器裝置的一個方式的特徵在於，具備：功率模組，其為了將直流轉換為交流而具有至少一個開關元件；驅動電路基板，其以與功率模組重疊的方式配置，且驅動開關元件；控制電路基板，其以與驅動電路基板重疊的方式配置，與驅動電路基板電連接，且控制開關元件的接通/斷開；以及遮罩板，其以覆蓋驅動電路基板的方式配置在驅動電路基板與控制電路基板之間，且遮罩從驅動電路基板產生的電磁波雜訊，功率模組具有朝向驅動電路基板及遮罩板垂直地突出的至少兩根第一定位銷，驅動電路基板及遮罩板分別具有與各第一定位銷分別卡合的至少兩個貫穿孔。
另外，本發明的馬達模組的一個方式的特徵在於，具備上述逆變器裝置。
另外，本發明的車輛的一個方式的特徵在於，具備上述馬達模組。
發明效果 根據本發明，能夠實現遮罩功率模組、結構簡單且組裝作業性良好的逆變器裝置。另外，能夠實現具備這樣的逆變器裝置的馬達模組以及具備這樣的馬達模組的車輛。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。另外，對圖中相同或相當的部分賦予相同的符號而不重複其說明。
圖1是示出裝設本發明實施方式的逆變器裝置的馬達模組的立體圖。另外，圖2～圖4是示出本發明實施方式的逆變器裝置的結構的圖。
另外，在以下的說明中，以馬達模組裝設在位於水平路面上的車輛上時的位置關係為基礎，規定重力方向進行說明。另外，在圖1至圖4中，適當地作為三維直角座標系示出XYZ座標系。在XYZ座標系中，Z軸方向示出鉛垂方向（即上下方向），+Z方向為上側（重力方向的相反側），-Z方向為下側（重力方向）。另外，X軸方向是與Z軸方向正交的方向，示出裝設馬達模組的車輛的前後方向。Y軸方向是與X軸方向和Z軸方向兩者正交的方向，示出車輛的寬度方向（左右方向）。
另外，在本說明書中，所謂“沿規定方向（或平面）延伸（設置）”，除了嚴格地沿規定方向延伸的情況之外，還包括沿相對於嚴格的方向以小於45°的範圍傾斜的方向延伸的情況。
如圖1所示，馬達模組1裝設在混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHV）、電動汽車（EV）等以馬達為動力源的車輛上，作為其動力源使用。即，馬達模組1是驅動裝置。
如圖1所示，馬達模組1具備馬達10、逆變器裝置20、外殼30和逆變器罩40。另外，馬達模組1除此之外還具備減速裝置、差動裝置、油泵（均未圖示）等。
如圖1所示，馬達10被收納在形成於外殼30內的馬達收納部（未圖示）中。馬達10具備：以沿水平方向延伸的馬達軸線（軸線）J2為中心旋轉的轉子（未圖示）；以及位於轉子的徑向外側的定子（未圖示）。
通過從圖示省略的電池經由逆變器裝置20向定子提供交流電流，轉子以沿水平方向且車輛的寬度方向延伸的馬達軸線J2為中心旋轉。另外，在本實施方式中，馬達軸線J2與Y方向平行。
逆變器裝置20是將來自裝設於車輛的電池（未圖示）的直流電力轉換為驅動馬達10的交流電力的裝置。逆變器裝置20與電池及馬達10電連接，與馬達10同樣，收納在形成於外殼30內的逆變器收納部（未圖示）中。收納在逆變器收納部中的逆變器裝置20被安裝在外殼30上的逆變器罩40覆蓋。
圖2是示出本發明實施方式的逆變器裝置20的結構的立體圖。圖3是圖2的逆變器裝置20的分解立體圖。圖4是圖2的逆變器裝置20的A-A線剖視圖。
如圖2～圖4所示，本實施方式的逆變器裝置20具備功率模組100、驅動基板200（驅動電路基板）、遮罩板300、控制基板400（控制電路基板）和殼體500。逆變器裝置20通過在殼體500上沿Z方向依次重疊功率模組100、驅動基板200、遮罩板300、控制基板400而構成。另外，在圖2～圖4中，為了容易觀察附圖，適當省略了一部分構成部件（例如殼體500、螺栓等）。
功率模組100是控制向馬達10提供的電力的開關元件，在內部具有至少一個IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極型電晶體（未圖示））。本實施方式的功率模組100具有：矩形板狀的主體部101；沿著主體部101的邊緣部形成的多個（例如八個）貫穿孔102；從主體部101向+Z方向圓筒狀地突出的多個（例如八個）凸起104；以及從主體部101向+Z方向圓筒狀地突出的定位銷110、120（第一定位銷）。
驅動基板200以與功率模組100重疊的方式配置，與功率模組100及控制基板400電連接，是基於來自控制基板400的信號驅動功率模組100的開關元件（IGBT）的電子電路。驅動基板200具有：矩形板狀的電路基板201；向+Z方向突出（即高度高）的三個高度高的部件210、220、230；以及連接器250（第一連接器）。另外，在本實施方式中，高度高的部件210、220、230是電磁波雜訊的產生源，例如是變壓器。另外，電路基板201具有供功率模組100的定位銷110、120卡合的貫穿孔206、208。
遮罩板300以覆蓋驅動基板200的方式配置在驅動基板200與控制基板400之間，是遮罩由驅動基板200產生的電磁波的矩形板狀的金屬（例如SECC（電鍍鋅鋼板））制的部件。遮罩板300具有：為了將遮罩板300固定於殼體500而形成於四角的貫穿孔302；從遮罩板300向+Z方向圓筒狀地突出的多個（例如六個）凸起304（凸起部件）；從遮罩板300向+Z方向圓筒狀地突出的定位銷310、320（第二定位銷）；形成於與高度高的部件210、220、230相對的位置且向+Z方向突出（凹陷）的拉深部330、340；與功率模組100的定位銷110、120卡合的貫穿孔306、308；以及以使驅動基板200的連接器250露出的方式設置的U字狀的缺口部350。
控制基板400與驅動基板200及車輛控制裝置（未圖示）電連接，是按照來自車輛控制裝置的信號向驅動基板200發送控制信號（控制開關元件（IGBT）的接通/斷開的信號）的電子電路。控制基板400具有：矩形板狀的電路基板401；在與凸起304對應的位置形成的六個貫穿孔402；與遮罩板300的定位銷310、320卡合的貫穿孔406、408；以及多個裝設部件（未圖示）。另外，在控制基板400的背面（與遮罩板300相對的面）配置有與驅動基板200的連接器250嵌合的連接器450（第二連接器）（圖4）。連接器250和連接器450是所謂的板對板（Board to Board）連接器。
殼體500是收納功率模組100、驅動基板200、遮罩板300、控制基板400的例如升形的金屬製（例如鋁壓鑄）的部件。如後所述，功率模組100安裝在殼體500的底面，在其上依次安裝驅動基板200、遮罩板300、控制基板400。另外，在殼體500內形成有用於固定遮罩板300的突出部510（圖4）。另外，殼體500固定在形成於馬達模組1的外殼30內的逆變器收納部內。
（逆變器裝置20的組裝工序） 接著，參照圖3及圖4說明逆變器裝置20的組裝工序。在組裝逆變器裝置20時，首先在殼體500的底面的規定位置配置功率模組100，在各貫穿孔102中插通螺栓（未圖示）並與在殼體500的底面形成的螺紋孔（未圖示）螺合，由此將功率模組100固定在殼體500（圖4）內。
接著，在功率模組100之上安裝驅動基板200。功率模組100的凸起104是在Z方向上支撐驅動基板200的部件。當驅動基板200安裝在功率模組100上時，凸起104的前端面與驅動基板200的背面（與功率模組100相對的面）接觸。即，通過凸起104限制驅動基板200的Z方向的移動而進行定位。
另外，當驅動基板200安裝在功率模組100上時，定位銷110插通驅動基板200的貫穿孔206，定位銷120插通驅動基板200的貫穿孔208。因此，當驅動基板200安裝在功率模組100上時，驅動基板200通過定位銷110、120限制X方向及Y方向的移動，相對於功率模組100相對地定位。
接著，在驅動基板200上安裝遮罩板300。從功率模組100延伸的定位銷110、120通過驅動基板200的貫穿孔206、208而向上方（+Z方向）延伸，當遮罩板300安裝在驅動基板200上時，定位銷110插通遮罩板300的貫穿孔306，定位銷120插通遮罩板300的貫穿孔308。因此，當遮罩板300安裝在驅動基板200上時，遮罩板300通過定位銷110、120限制X方向及Y方向的移動，相對於功率模組100及驅動基板200相對地定位。
另外，當將遮罩板300安裝在驅動基板200上時，遮罩板300的貫穿孔302位於殼體500的突出部510上，通過在各貫穿孔302中插通螺栓（未圖示）並與形成於突出部510的螺紋孔（未圖示）螺合，將遮罩板300固定於突出部510。通過將遮罩板300固定於突出部510，遮罩板300的Z方向的移動也受到限制而被定位。
如圖4所示，當遮罩板300安裝在驅動基板200上時，驅動基板200的高度高的部件210的上端部收納在遮罩板300的拉深部330內，高度高的部件220、230的上端部收納在遮罩板300的拉深部340內。這樣，在本實施方式中，作為電磁波雜訊的產生源的高度高的部件210、220、230收納於遮罩板300的拉深部330、340，驅動基板200和遮罩板300接近配置。因此，由驅動基板200產生的電磁波雜訊被遮罩板300適當地反射（即被遮罩）。
另外，由於遮罩板300通過殼體500固定在馬達模組1的外殼30上，因此遮罩板300與車輛的車身地線電連接。
接著，將控制基板400安裝在遮罩板300上。當控制基板400安裝在遮罩板300上時，遮罩板300的定位銷310插通控制基板400的貫穿孔406，定位銷320插通控制基板400的貫穿孔408。因此，當控制基板400安裝在遮罩板300上時，控制基板400通過定位銷310、320限制X方向及Y方向的移動，相對於遮罩板300相對地定位。
另外，遮罩板300的凸起304是在Z方向上支撐控制基板400並且限制遮罩板300與控制基板400的間隔的部件。當控制基板400安裝在遮罩板300上時，凸起304的前端面與控制基板400的背面（與遮罩板300相對的面）接觸，各貫穿孔402位於形成在各凸起304上的螺紋孔中。通過將螺栓（未圖示）插通各貫穿孔402並與各凸起304的螺紋孔螺合，從而將控制基板400固定在遮罩板300上。即，通過凸起304，控制基板400的Z方向的移動也被限制而被定位。
另外，如圖4所示，當控制基板400安裝在遮罩板300上時，配置在控制基板400的背面（與遮罩板300相對的面）的連接器450通過遮罩板300的缺口部350與驅動基板200的連接器250嵌合，控制基板400與驅動基板200電連接。
這樣，本實施方式的逆變器裝置20通過在殼體500上沿Z方向依次層疊功率模組100、驅動基板200、遮罩板300、控制基板400而組裝。在該組裝工序中，驅動基板200及遮罩板300被形成於功率模組100的定位銷110、120定位，控制基板400被形成於遮罩板300的定位銷310、320定位，因此，組裝作業極其容易。
另外，根據本實施方式的結構，由於驅動基板200和控制基板400的位置關係被正確地確定，因此連接器250和連接器450的嵌合也能夠容易地進行，另外，也不會對連接器250和連接器450施加外部的應力。
另外，根據本實施方式的結構，由於驅動基板200與遮罩板300的位置關係被正確地確定，因此能夠將遮罩板300接近驅動基板200地配置，能夠抑制在驅動基板200中產生的電磁波雜訊的放射（傳播）。
以上是本發明的實施方式的說明，但本發明不限於上述實施方式的結構，在其技術思想的範圍內能夠進行各種變形。
例如，對本實施方式的逆變器裝置20在殼體500上安裝有功率模組100、驅動基板200、遮罩板300、控制基板400的情況進行了說明，但並不限定於這樣的結構。例如，代替殼體500，也可以將功率模組100、驅動基板200、遮罩板300、控制基板400直接安裝於馬達模組1的外殼30內的逆變器收納部。
另外，本次公開的實施方式在所有方面都是示例，不應認為是限制性的。本發明的範圍不是由上述說明示出，而是由申請專利範圍示出，意圖包含與申請專利範圍等同的意思及範圍內的所有變更。
1:馬達模組 10:馬達 20:逆變器裝置 30:外殼 40:逆變器罩 100:功率模組 101:主體部 102:貫穿孔 104:凸起 110:定位銷 120:定位銷 200:驅動基板 201:電路基板 206:貫穿孔 208:貫穿孔 210:高度高的部件 220:高度高的部件 230:高度高的部件 250:連接器 300:遮罩板 302:貫穿孔 304:凸起 306:貫穿孔 308:貫穿孔 310:定位銷 320:定位銷 330:拉深部 340:拉深部 350:缺口部 400:控制基板 401:電路基板 402:貫穿孔 406:貫穿孔 408:貫穿孔 450:連接器 500:殼體 510:突出部 J2:馬達軸線
圖1是示出裝設本發明實施方式的逆變器裝置的馬達模組的立體圖。 圖2是示出本發明實施方式的逆變器裝置的結構的立體圖。 圖3是圖2的逆變器裝置的分解立體圖。 圖4是圖2的逆變器裝置20的A-A線剖視圖。
20:逆變器裝置
100:功率模組
101:主體部
104:凸起
200:驅動基板
201:電路基板
210:高度高的部件
220:高度高的部件
230:高度高的部件
250:連接器
300:遮罩板
304:凸起
320:定位銷
330:拉深部
340:拉深部
350:缺口部
400:控制基板
401:電路基板
450:連接器
500:殼體
510:突出部

Claims (9)

  1. 一種逆變器裝置，具備： 功率模組，該功率模組為了將直流轉換為交流而具有至少一個開關元件； 驅動電路基板，該驅動電路基板以與所述功率模組重疊的方式配置，且驅動所述開關元件； 控制電路基板，該控制電路基板以與所述驅動電路基板重疊的方式配置，與所述驅動電路基板電連接，且控制所述開關元件的接通/斷開；以及 遮罩板，該遮罩板以覆蓋所述驅動電路基板的方式配置在所述驅動電路基板與所述控制電路基板之間，且遮罩從所述驅動電路基板產生的電磁波雜訊， 所述功率模組具有朝向所述驅動電路基板及所述遮罩板垂直突出的至少兩根第一定位銷， 所述驅動電路基板及所述遮罩板分別具有與各所述第一定位銷分別卡合的至少兩個貫穿孔。
  2. 根據請求項1所述的逆變器裝置，其中， 所述驅動電路基板在與所述遮罩板相對的面上具有高度高的部件， 所述遮罩板具有以覆蓋所述高度高的部件的方式向所述控制電路基板側突出的拉深部。
  3. 根據請求項2所述的逆變器裝置，其中， 所述高度高的部件是變壓器。
  4. 根據請求項1至3中任一項所述的逆變器裝置，其中， 所述遮罩板具有朝向所述控制電路基板垂直地突出的至少兩根第二定位銷， 所述控制電路基板具有與各所述第二定位銷分別卡合的至少兩個貫穿孔。
  5. 根據請求項1至3中任一項所述的逆變器裝置，其中， 還具備金屬製的殼體，該殼體收納所述功率模組、所述驅動電路基板、所述控制電路基板及所述遮罩板， 所述遮罩板固定於所述殼體。
  6. 根據請求項1至3中任一項所述的逆變器裝置，其中， 還具備凸起部件，該凸起部件配置在所述遮罩板與所述控制電路基板之間，且限制所述遮罩板與所述控制電路基板的間隔， 所述控制電路基板經由所述凸起部件固定於所述遮罩板。
  7. 根據請求項1至3中任一項所述的逆變器裝置，其中， 所述驅動電路基板具有第一連接器，該第一連接器朝向所述控制電路基板突出， 所述控制電路基板具有第二連接器，該第二連接器朝向所述驅動電路基板突出，且與所述第一連接器嵌合。
  8. 一種馬達模組，具備請求項1至3中任一項所述的逆變器裝置。
  9. 一種車輛，具備請求項8所述的馬達模組。
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