JP2013099213A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御基板の固定方法を最適化してインバータ装置の更なる小型化を実現することが望まれる。
【解決手段】複数のスイッチング素子１４と電気的に接続されるバスバーモジュール２０を備え、制御基板４１が、バスバーモジュール２０を挟んで複数のスイッチング素子１４とは反対側に配置され、バスバーモジュール２０が、当該バスバーモジュール２０に設けられたモジュール固定部２７を介してインバータケース５に固定され、制御基板４１が、バスバーモジュール２０に設けられた基板固定部２６に固定されているインバータ装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、インバータケースと、前記インバータケース内において所定の素子配置面に沿って配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板と、を備えたインバータ装置に関する。

上記のようなインバータ装置としては、例えば、ハイブリッド車両用のインバータ装置などがあり、当該インバータ装置において小型化は重要な課題である。インバータ装置の小型化に関する技術として、例えば下記の特許文献１の図４及び図６には、スイッチング素子（パワー半導体素子）が配置された素子配置面に直交する方向に沿って、コンデンサモジュール、冷却水流路、パワーモジュール、バスバーモジュール（積層導体板）、制御基板（制御回路基板）の順に配置する技術が開示されている。

しかし、特許文献１の技術では、制御基板とパワーモジュールとをそれぞれケースに対して固定する必要があるために、これらの素子配置面に沿った方向にインバータ装置が大きくなる上、制御基板とバスバーモジュールやパワーモジュールとの相対位置精度を上げることが難しいという問題があった。また、特許文献１の技術では、インバータ装置は回転電機のケースに固定できるほどには小型化されていなかった。

特開２０１０−１８３７４８号公報

そこで、制御基板の固定方法を最適化してインバータ装置の更なる小型化を実現することが望まれる。

本発明に係るインバータケースと、前記インバータケース内において所定の素子配置面に沿って配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うための複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板と、を備えたインバータ装置の特徴構成は、前記複数のスイッチング素子と電気的に接続されるバスバーモジュールを備え、前記制御基板が、前記バスバーモジュールを挟んで前記複数のスイッチング素子とは反対側に配置され、前記バスバーモジュールが、当該バスバーモジュールに設けられたモジュール固定部を介して前記インバータケースに固定され、前記制御基板が、前記バスバーモジュールに設けられた基板固定部に固定されている点にある。なお、「バスバーモジュールが、当該バスバーモジュールに設けられたモジュール固定部を介してインバータケースに固定される」とは、モジュール固定部がインバータケースに接する状態で固定される構成の他にも、モジュール固定部が別の部材を介してインバータケースに固定される構成も含む。例えば、スイッチング素子が配置されたベースプレートなどの他の部材がインバータケースに固定されており、当該他の部材にモジュール固定部が固定されることにより、バスバーモジュールが間接的にインバータケースに固定される構成も含む。

この特徴構成によれば、制御基板はバスバーモジュール上に固定されるため、インバータケースに、制御基板を固定するための固定部を設ける必要がない。よって、ケースに設ける固定部を小さくすることができるため、インバータ装置の更なる小型化が容易となる。また、バスバーモジュールと制御基板とが一体的に固定されるため、バスバーモジュールと制御基板との相対位置の精度を高くすることが容易となる。

ここで、前記バスバーモジュールは、複数のバスバーと、当該複数のバスバーを一体保持する保持部材と、を備え、前記モジュール固定部及び前記基板固定部が、前記素子配置面に直交する方向に見て前記保持部材における前記バスバーが配置されたバスバー配置領域とは異なる領域に設けられていると好適である。

この構成によれば、モジュール固定部及び基板固定部を前記素子配置面に沿って見てバスバーと重複する位置に設けることができる。従って、モジュール固定部及び基板固定部が前記素子配置面に直交する方向に大きく突出することを抑制でき、バスバーモジュールの小型化を図ることが容易となる。

また、前記保持部材は、前記複数のバスバーを内部に保持する絶縁材料の成形体であり、前記モジュール固定部及び前記基板固定部が一体的に成形されていると好適である。

この構成によれば、モジュール固定部と基板固定部とを、保持部材を構成する絶縁材料の成形体によって一体的に形成することができ、製造コストを抑えることができる。また、モジュール固定部と基板固定部とが保持部材に一体的に成形されることから、モジュール固定部と基板固定部との相対位置の精度を高くすることが容易となる。よって、バスバーモジュールと制御基板との相対位置の精度を高くすることが容易となる。

また、前記制御基板に前記バスバーを流れる電流を検出するコアレス電流センサが配置されていると好適である。

上記のとおり、本発明の構成によれば、バスバーモジュールと制御基板との相対位置の精度を高くすることができるため、制御基板に配置されたコアレス電流センサと検出対象となるバスバーとの相対位置の精度も高くでき、高精度に電流を計測することが可能となる。

また、前記バスバーモジュール内の正極及び負極のバスバーに電気的に接続されたＰＮ端子が、前記バスバーモジュールから前記制御基板側へ向けて延びるように設けられ、前記制御基板に電圧センサが配置され、前記制御基板が前記基板固定部に固定された状態で、前記電圧センサと前記ＰＮ端子とが電気的に接続されると好適である。

上記のとおり、本発明の構成によれば、バスバーモジュールと制御基板との相対位置の精度を高くすることができるため、正極及び負極のバスバーに電気的に接続されたＰＮ端子を、バスバーモジュールから制御基板側へ向けて延びるように設け、制御基板に電圧センサを配置するとともにＰＮ端子との接続部を設けておくだけで、正極及び負極のバスバーと電圧センサとを容易に電気的に接続できる。よって、ＰＮ端子と電圧センサとを接続するための接続配線等を別途設ける必要がなく、配線の手間等を抑制して製造コストを抑えることが可能となる。

また、前記バスバーモジュールを挟んで配置される前記スイッチング素子と前記制御基板とを電気的に接続するフレキシブルプリント基板を備え、
前記バスバーモジュールは、前記フレキシブルプリント基板の延在方向の一部において、前記フレキシブルプリント基板の周囲を囲む貫通孔を備えていると好適である
ここで、「フレキシブルプリント基板」とは、可撓性を有するプリント基板であり、本願においては、単に配線として機能するフレキシブルケーブルをも含む概念として用いている。

この特徴構成によれば、前記貫通孔の壁面によってバスバーモジュールと交差する方向へのフレキシブルプリント基板の移動を規制することができる。よって、フレキブルプリント基板が、振動などによりインバータケースの壁面やその他の部材と擦れて損傷することを抑制できる。

車両に搭載される車両用駆動装置及びインバータ装置の斜視図である。 インバータ回路の構成を示す模式図である。 インバータ装置の分解斜視図である。 インバータモジュールの分解斜視図である。 インバータ装置を冷却面に直交する方向から見た平面図である。 インバータ装置の断面図である。 インバータ装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。 インバータ装置を冷却面に直交する方向から見た平面図である。

本発明に係るインバータ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、ハイブリッド車両Ｖの車輪の駆動力源として機能する回転電機３を制御するシステムにおけるインバータ装置１を例として説明する。ハイブリッド車両Ｖ（以下では、「車両Ｖ」と呼ぶ。）は、図７に示すように、内燃機関６１と、回転電機３を有する車両用駆動装置６２と、インバータ装置１と、バッテリ２と、を備えている。

インバータ装置１はインバータ回路７（図２参照）を備え、当該インバータ装置１から見て外部機器となる回転電機３を制御する。なお、本例では、回転電機３は、三相交流で駆動される交流電動機とされている。この回転電機３は、電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能との双方を果たすことが可能とされている。本実施形態では、図７に示すように、車両用駆動装置６２は、内燃機関６１を収容する内燃機関ケース６３と、回転電機３を収容する回転電機ケース６４とを備えている。

図１に示すように、インバータ装置１は、回転電機ケース６４に一体的に固定されている。本例では、インバータ装置１は、インバータモジュール６を含むインバータの構成部品を収容するインバータケース５（以下、「ケース５」と呼ぶ。）を備えている。本例では、当該ケース５は回転電機ケース６４とは別体として形成されるとともに、回転電機ケース６４に対して一体的に固定可能に構成されている。

図７に示すように、インバータ装置１は、車両Ｖの駆動力源としての回転電機３及びそのエネルギ源となる直流電源としてのバッテリ２に接続されている。本例では、さらに、インバータ装置１は、車両Ｖに備えられた電装部品１０１及びラジエータ１０２に接続されている。

１．インバータ回路の構成
まず、インバータ回路７の構成について説明する。本実施形態に係るインバータ回路７は、複数（本例では６つ）のスイッチング素子１４を用いて構成されている。スイッチング素子１４は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うための電子素子であり、インバータ回路７及びインバータ装置１の中核をなしている。図２に示すように、インバータ回路７は、ブリッジ回路により構成されており、バッテリ２の正極Ｐ側とバッテリ２の負極Ｎ側（例えばクランド側）との間に２つのスイッチング素子１４が直列に接続され、この直列回路が３回線並列に接続されている。すなわち、インバータ回路７は、正極Ｐ側に接続される上段アームを構成するスイッチング素子１４と負極Ｎ側に接続される下段アームを構成するスイッチング素子１４とを有するレッグを３つ有する３レッグ構成とされている。各レッグは、回転電機３のコイル３ｂ（ステータコイル）の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれに対応している。

図２において、符号１４ａはＵ相用上段側スイッチング素子であり、符号１４ｂはＶ相用上段側スイッチング素子であり、符号１４ｃはＷ相用上段側スイッチング素子である。また、符号１４ｄはＵ相用下段側スイッチング素子であり、符号１４ｅはＶ相用下段側スイッチング素子であり、符号１４ｆはＷ相用下段側スイッチング素子である。ここで、「上段側」は正極Ｐ側のアームであることを表し、「下段側」は負極Ｎ側のアームであることを表す。

各相の上段側スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃのコレクタは第四バスバー２３ｄを介して正極Ｐ側に接続され、エミッタはバスバー２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して各相の下段側スイッチング素子１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのコレクタに接続されている。また、各相の下段側スイッチング素子１４ｄ，１４ｅ，１４ｆのエミッタは第五バスバー２３ｅを介して負極Ｎ側に接続されている。各スイッチング素子１４のエミッタ−コレクタ間には、ダイオード素子１５が並列接続されている。ダイオード素子１５は、アノードがスイッチング素子１４のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子１４のコレクタに接続されている。ダイオード素子１５はＦＷＤ（Free Wheel Diode）として用いられている。

対となるスイッチング素子（１４ａ，１４ｄ）、（１４ｂ，１４ｅ）、（１４ｃ，１４ｆ）と、それぞれ対応するバスバー２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを含んで構成される各アームは、回転電機接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して回転電機３の各相のコイル３ｂに接続されている。そして、各スイッチング素子１４のゲートは、フレキシブルプリント基板１９を介して、制御基板４１に設けられた駆動回路（図示省略）に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。

このようなインバータ回路７を含むインバータ装置１は、回転電機３に要求される要求回転速度や要求トルクに基づいて各スイッチング素子１４を制御（例えば、パルス幅変調制御等）することで、バッテリ２からの直流電力を三相交流電力に変換して回転電機３に供給する。これにより、回転電機３を要求回転速度及び要求トルクに応じて力行させる。一方、回転電機３が発電機として機能し、回転電機３側から電力の供給を受ける場合には、インバータ装置１は、各スイッチング素子１４を制御することで、発電された三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ２に充電させる。

２．インバータ装置の全体構成
次に、インバータ装置１の全体構成について、図３を参照して説明する。インバータ装置１は、インバータモジュール６と直流電力の平滑用のコンデンサ３１とスイッチング素子１４などの動作を制御するための制御基板４１とを備えている。これらは直方体状に形成されたケース５内に収容されている。インバータモジュール６は、インバータ回路７が実装されたモジュールであり、図２に示すように、バッテリ２と回転電機３との間の電気回路に介挿されている。バッテリ２とインバータモジュール６との間には、コンデンサ３１がさらに介挿されている。

図４に示すように、インバータ装置１の構成部品であるインバータモジュール６は、複数のスイッチング素子１４と、これら複数のスイッチング素子１４が載置される素子載置面１１ａを有するベースプレート１１と、複数のバスバー２３を有するバスバーモジュール２０とを主要な構成部品として備えている。ここで、スイッチング素子１４は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うための部材であり、バスバー２３は、複数のスイッチング素子１４を電気的に接続してインバータ回路７を形成するための部材である。なお、本実施形態における素子載置面１１ａが、本発明における「素子配置面」に相当する。

２−１．インバータモジュール
２−１−１．ベースプレート
図３に示すように、ベースプレート１１は、スイッチング素子１４を載置するためのベースとなる板状の部材である。ベースプレート１１は、銅やアルミニウム等の金属材料で構成されている。図４等に示すように、ベースプレート１１の素子載置面１１ａには、絶縁部材１２及び素子基板１３が互いに平行な状態で積層されている。この積層方向は素子載置面１１ａに直交する方向Ｚ（以下、単に「直交方向Ｚ」と呼ぶ。また、この直交方向Ｚにおいて、素子載置面１１ａから制御基板４１に向かう方向を直交第一方向Ｚ１と呼び、その反対方向を直交第二方向Ｚ２と呼ぶ。）に一致している。

絶縁部材１２は、電気的絶縁性及び熱伝導性の双方を備えるシート状部材で構成され、本例では樹脂製のシート部材とされている。素子基板１３は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成され、絶縁部材１２を介して熱圧着によりベースプレート１１に接着固定されている。本例では、素子基板１３は、ベースプレート１１と別部材として異なる材料で構成されている。この素子基板１３は、ヒートスプレッダとしても機能する。

図４に示すように、本実施形態ではベースプレート１１上に１つの絶縁部材１２が配置され、絶縁部材１２上に複数（本例では６つ）の素子基板１３が配置されている。本例では、これら複数の素子基板１３は、一方向（後述する長辺方向Ｙ）に沿って一列に６つ並ぶように配置されている。この際、複数の素子基板１３は、各素子基板１３の短辺方向が、複数の素子基板１３の配列方向（長辺方向Ｙ）と平行になる向きで、すなわち、複数の素子基板１３の長辺が互いに平行になる向きで配列されている。

また本実施形態では、各素子基板１３の上面には、スイッチング素子１４及びダイオード素子１５がそれぞれ１つずつ載置されている。これにより、本例では、ベースプレート１１の素子載置面１１ａに、絶縁部材１２及び素子基板１３を介して６つのスイッチング素子１４と６つのダイオード素子１５とが設けられる。そして、これらのスイッチング素子１４及びダイオード素子１５を含んでインバータ回路７が構成される。スイッチング素子１４として、本実施形態ではＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）を用いている。なお、スイッチング素子１４として、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等を用いることも可能である。また、本例では、図４等に示すように、同一の素子基板１３に載置されたスイッチング素子１４とダイオード素子１５とは、一方向（後述する短辺方向Ｘ）に沿って並ぶように互いに隣接して配置されている。

図５に示すように、スイッチング素子１４は、ケース５内において、素子載置面１１ａに沿って当該素子載置面１１ａの所定の長方形状領域Ｒ内に配置されている。長方形状領域Ｒは、回転電機接続端子２５とコンデンサ接続端子３３との間に設けられている。図５中では、長方形状領域Ｒの長辺方向をＹ、短辺方向をＸで表している。以下では、長方形状領域Ｒの各辺の方向を「短辺方向Ｘ」、「長辺方向Ｙ」と呼ぶ。また、短辺方向Ｘにおいて図５における右側を「短辺第一方向Ｘ１」と呼び、左側を「短辺第二方向Ｘ２」と呼ぶ。また、長辺方向Ｙにおいて図５における上側を「長辺第一方向Ｙ１」と呼び、下側を「長辺第二方向Ｙ２」と呼ぶ。本例では、６つのスイッチング素子１４が、長辺方向Ｙに沿って６つ並ぶように配置されている。

図４に示すように、スイッチング素子１４の上面（エミッタ電極）とダイオード素子１５の上面（アノード電極）とを電気的に接続する状態で、第一電極部材１７が配置されている。第一電極部材１７は、本例では一定幅の帯状部材（板状部材）を用いて屈曲成形されている。また、素子基板１３の上面に第二電極部材１８が載置されている。第二電極部材１８は、素子基板１３を介してスイッチング素子１４の下面（コレクタ電極）とダイオード素子１５の下面（カソード電極）とを電気的に接続する。第二電極部材１８は、本例ではブロック状部材とされている。第一電極部材１７及び第二電極部材１８の双方は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成される。

図５に示すように、本実施形態では、対となるスイッチング素子（１４ａ，１４ｄ）、（１４ｂ，１４ｅ）、（１４ｃ，１４ｆ）と、それぞれ対応するダイオード素子１５、第一電極部材１７、第二電極部材１８、及びバスバー２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（以下、単に「ダイオード素子１５等」と略称する場合がある）とにより、インバータ回路７の各レッグが構成される。このうち、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、それぞれ対応するダイオード素子１５等とにより、インバータ回路７の各上段アームが構成される。また、スイッチング素子１４ｄ，１４ｅ，１４ｆと、それぞれ対応するダイオード素子１５等とにより、インバータ回路７の各下段アームが構成される。

図６に示すように、ベースプレート１１の素子載置面１１ａとは反対側には、放熱フィン１１ｂが設けられている。本例では、放熱フィン１１ｂはベースプレート１１と一体的に形成されている。この放熱フィン１１ｂは、素子基板１３及び絶縁部材１２を介してベースプレート１１に伝達されるスイッチング素子１４の熱（スイッチング動作に伴って発生する熱）をその表面から放熱させる。図示は省略するが、本例では、放熱フィン１１ｂは、ベースプレート１１の素子載置面１１ａとは反対側の面から当該面に直交する方向Ｚ（以下、単に「直交方向Ｚ」と呼ぶ）に向って立設するフィンからなる。具体的には、放熱フィン１１ｂは、直交方向Ｚに向かって、複数の棒状部材が立設して構成されるピンフィンである。ただし、放熱フィン１１ｂは、直交方向Ｚに突出するとともに、一方向（後述する長辺方向Ｙ）に沿って延びる平板状に形成してもよい。

本実施形態では、ベースプレート１１は、ケース５内に設けられた冷却路構成部材１１０に接するように配置される。冷却路構成部材１１０は、ベースプレート１１の素子載置面１１ａに平行な面に沿って延在する部材であり、ケース５と一体的に形成されている。ただし、冷却水通流部１１０を、ケース５と別体として形成し、ケース５の内壁に固定する構造としても構わない。そして、冷却路構成部材１１０は、ベースプレート１１が接する側の面に凹部１１１を備えている。凹部１１１は、冷却路構成部材１１０にベースプレート１１が取り付けられた状態で、冷却水の流通経路となる。そのため、凹部１１１は、ベースプレート１１の放熱フィン１１ｂが収容可能な空間を有するように形成されている。凹部１１１には、ケース５外からの冷却水流通管路１１２ａ、１１２ｂが接続されている。そして、これらの冷却水流通管路１１２ａ、１１２ｂの一方から凹部１１１内に冷却水が導入されるとともに、他方からケース５外に冷却水が排出される。このような構成により、ベースプレート１１を冷却水により冷却できる。

２−１−２．バスバーモジュール
図４に示すように、インバータ装置１の構成部品であるバスバーモジュール２０は、複数のバスバー２３と、当該複数のバスバー２３を一体保持する接続支持体２１と、を主要な構成部品として備え、さらにスイッチング素子１４と回転電機３とを電気的に接続する回転電機接続端子２５、及び少なくともコンデンサ３１とスイッチング素子１４とを電気的に接続するコンデンサ接続端子３３を備えている。回転電機接続端子２５及びコンデンサ接続端子３３は、バスバー２３と一体的に形成されており、バスバーモジュール２０の一部を構成している。
本実施形態における接続支持体２１は、本発明における「保持部材」に相当する。

図６に示すように、バスバーモジュール２０は、複数のスイッチング素子１４に対してベースプレート１１とは反対側に配置されている。すなわち、これらの構成部品は、直交方向Ｚに沿って回転電機３側から、バスバーモジュール２０、スイッチング素子１４、ベースプレート１１の順に配置される。

図４〜図６に示す接続支持体２１は、複数のバスバー２３を一体的に支持する構造体である。本実施形態では、接続支持体２１は、複数のバスバー２３を内部に保持する絶縁材料の成形体で構成されている。そして、接続支持体２１は、ケース５に直接固定されている。ただし、この接続支持体２１は、ボルト等の締結部材によりベースプレート１１の素子載置面１１ａ側に固定され、当該ベースプレート１１がケース５に固定されることで、ケース５に対して間接的に固定されてもよい。

本例では、接続支持体２１には、モジュール固定部２７が備えられており、モジュール固定部２７が、ボルト等の締結部材によりケース５に直接固定される。また、接続支持体２１には、基板固定部２６が備えられており、制御基板４１がボルト等の締結部材により、基板固定部２６に固定される。すなわち、制御基板４１は、接続支持体２１を介して、ベースプレート１１及びケース５に固定される。

本実施形態では、バスバーモジュール２０は、第一バスバー２３ａ、第二バスバー２３ｂ、第三バスバー２３ｃ、第四バスバー２３ｄ、及び第五バスバー２３ｅの５つのバスバー２３を備えている。各バスバー２３は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成され、本例では平板状部材を用いて所定形状に屈曲形成されている。

図２及び図５に示すように、第一バスバー２３ａ、第二バスバー２３ｂ、及び第三バスバー２３ｃは、それぞれ第一電極部材１７（図４参照）を介して上段アームのスイッチング素子１４及びダイオード素子１５と回転電機接続端子２５との間を電気的に接続するとともに、第二電極部材１８（図４参照）を介して下段アームのスイッチング素子１４及びダイオード素子１５と回転電機接続端子２５との間を電気的に接続する電気的接続部材である。バスバー２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、全体として短辺方向Ｘに沿って延在している。第四バスバー２３ｄは、第二電極部材１８（図４参照）を介して上段アームのスイッチング素子１４及びダイオード素子１５と正極Ｐ側の直流端子３４である正極側直流端子３４ａとの間を電気的に接続する電気的接続部材である。第五バスバー２３ｅは、第一電極部材１７（図４参照）を介して下段アームのスイッチング素子１４及びダイオード素子１５と負極Ｎ側の直流端子３４である負極側直流端子３４ｂとの間を電気的に接続する電気的接続部材である。バスバー２３ｄ，２３ｅは、全体として長辺方向Ｙに沿って延在している。

本例では、各バスバー２３と第一電極部材１７及び第二電極部材１８との間の電気的な接続は、各バスバー２３と一体的に形成され、接続支持体２１に支持された複数の接合部２４が、第一電極部材１７の上面及び第二電極部材１８の上面に対して押圧された状態で接合されることによって実現される。本例では、各バスバー２３と第一電極部材１７及び第二電極部材１８とは、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザ等を利用したレーザ溶接により接合される。

回転電機接続端子２５は、車両Ｖの駆動力源としての回転電機３との間で交流電力の入出力を行うための端子である。本実施形態では、このような回転電機接続端子２５として、三相用の回転電機接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備えている。本例では、Ｕ相用回転電機接続端子２５ａは、第一バスバー２３ａの短辺第一方向Ｘ１側の端部において当該第一バスバー２３ａと一体的に形成されている。同様に、Ｖ相用回転電機接続端子２５ｂは第二バスバー２３ｂの短辺第一方向Ｘ１方向側の端部と一体的に形成され、Ｗ相用回転電機接続端子２５ｃは第三バスバー２３ｃの短辺第一方向Ｘ１方向側の端部と一体的に形成されている。これら３つの回転電機接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、インバータ回路７を構成する３つのレッグの配列に応じて長辺方向Ｙに平行な方向に沿って順に配列されている。なお、本実施形態では、後述するように長辺方向Ｙは回転電機３の回転軸３ａに対して直交する方向に一致しており、従って３つの回転電機接続端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、当該回転軸３ａに対して直交する方向に沿って順に配列されていることになる。

２−２．コンデンサ
コンデンサ３１は、バッテリ２とインバータモジュール６との間に並列に設けられ、これらの間の直流電力を平滑する。図３に示すように、コンデンサ３１は、ケース部３１ａとコンデンサ素子３１ｂとにより構成されている。ケース部３１ａは、短辺方向Ｘの両側、長辺方向Ｙの両側、及び直交方向Ｚの一方側を覆うように形成されている。具体的には、直交方向Ｚから見て、長方形状となるバスタブ状に形成されている。ケース部３１ａには、バッテリ２との間で直流電力の入出力を行う電源端子と、スイッチング素子１４との間で直流電力の入出力を行う直流端子３５とがケース部３１ａに対して所定位置に配置されている。これらの部材は、ケース部３１ａの所定位置に配置された状態で、ケース部３１ａ内に樹脂が充填されることで、ケース部３１ａに固定されている。これらの電源端子と直流端子３５との間は、図２に示すように電気的に接続される。

図６に示すように、コンデンサ３１は、ベースプレート１１を挟んで複数のスイッチング素子１４とは反対側に配置されている。すなわち、これらの構成部品は、直交方向Ｚに沿って回転電機３側から、スイッチング素子１４、ベースプレート１１、コンデンサ３１の順に配置される。

２−３．制御基板
制御基板４１は、主にスイッチング素子１４の動作を制御するための機能を有する。そのため、制御基板４１には、少なくともスイッチング素子１４を個別にスイッチング制御するための駆動回路（図示省略）が設けられている。また本実施形態では、制御基板４１には、バスバー２３ｄとバスバー２３ｅとの間の両極間の電圧を検出するための電圧検出回路も設けられている。その他、制御基板４１には、バスバー２３ａ，２３ｂ，２３ｃを流れる交流電流を検出するための電流検出回路や、スイッチング素子１４の温度を検出するための温度検出回路等も設けられている。

図６に示すように、制御基板４１は、バスバーモジュール２０を挟んで複数のスイッチング素子１４とは反対側に配置されている。すなわち、これらの構成部品は、素子載置面１１ａに直交する直交方向Ｚに沿って回転電機３側から、制御基板４１、バスバーモジュール２０、スイッチング素子１４の順に配置される。

また、図４に示すように、制御基板４１には、当該制御基板４１をバスバーモジュール２０上に固定するための被支持部８２が複数設けられている。被支持部８２は、直交方向Ｚに見て、バスバーモジュール２０の基板固定部２６に対応する位置に設けられている。本実施形態においては、被支持部８２として直交方向Ｚの貫通孔が複数（本例では９つ）設けられており、制御基板４１は、当該貫通孔を介して、固定部材（例えば、ボルト）によりバスバーモジュール２０に固定される。

これら被支持部８２の一部は、制御基板４１の短辺第一方向Ｘ１側において、長辺方向Ｙに沿って設けられている。具体的には、制御基板４１の短辺第一方向Ｘ１側に、４つの被支持部８２ａ〜８２ｄが均等な間隔で設けられており、これら４つの被支持部８２の間に、後述するセンサやコネクタが配置されている。

３．バスバーモジュールと制御基板の配置関係
３−１．バスバーモジュールと制御基板との固定
図３〜５に示すように、バスバーモジュール２０は、当該バスバーモジュール２０に設けられたモジュール固定部２７を介してケース５に固定されている。本例では、モジュール固定部２７は、直交方向Ｚの貫通孔を備えた円筒状部である。当該貫通孔を介して支持部材（例えば、ボルト）によりケース５に固定される。本例では、モジュール固定部２７の直交第一方向Ｚ１側の面は、基板固定部２６の直交第一方向Ｚ１側の面に対して所定距離以上（ここではボルト頭部の直交方向Ｚの厚さ以上）直交第二方向Ｚ２側に位置するよう形成されている。このような構成により、本例では、固定部材としてボルトを用いた場合でも、ボルトの頭部が基板固定部２６の直交第一方向Ｚ１側の面より直交第一方向Ｚ１側に飛び出ないようになっている。

図５に示すように、本例では、モジュール固定部２７は、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側及び短辺第二方向Ｘ２側において長辺方向Ｙに沿って複数（本例では合計７つ）設けられている。

モジュール固定部２７は、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側において、長辺方向Ｙに沿って回転電機接続端子２５を挟むように複数設けられている。具体的には、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側に、４つのモジュール固定部２７が長辺方向Ｙに沿って均等な間隔で複数設けられており、これら４つのモジュール固定部２７の間に回転電機接続端子２５ａ〜２５ｃが１つずつ配置されている。

また、モジュール固定部２７は、バスバーモジュール２０の短辺第二方向Ｘ２側において、長辺方向Ｙに沿って、コンデンサ接続端子３３を挟むように複数設けられている。具体的には、バスバーモジュール２０の短辺第二方向Ｘ２側に、３つのモジュール固定部２７が設けられており、これら３つのモジュール固定部２７の間に、コンデンサ接続端子３３が２つずつ配置されている。

また、図４に示すように、バスバーモジュール２０には、制御基板４１を当該バスバーモジュール２０上に固定するための基板固定部２６が設けられている。制御基板４１は、この基板固定部２６に固定されている。本例では、基板固定部２６として、バスバーモジュール２０に対して直交第一方向Ｚ１に突出する円筒状部が設けられている。当該円筒状部は制御基板４１が固定された状態で、制御基板４１とバスバーモジュール２０との間に隙間が生じるように形成されている。このため、制御基板４１の直交第二方向Ｚ２側の面に、電流センサなどの各種素子を実装することが可能となっている。本例では、基板固定部２６には、直交方向Ｚのネジ穴が設けられており、固定部材（例えば、ボルト）により制御基板４１が固定される。

本例では、基板固定部２６は、バスバーモジュール２０において、直交方向Ｚに見てモジュール固定部２７とは異なる位置に複数（本例では９つ）設けられている。

図５に示すように、基板固定部２６は、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側において、長辺方向Ｙに沿って複数設けられている。また、基板固定部２６は、短辺第一方向Ｘ１側において長辺方向Ｙに沿って均等な間隔で複数配置されている。本例では、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側において、複数の基板固定部２６のそれぞれがモジュール固定部２７の短辺第二方向Ｘ２側に隣接していると共に、長辺方向Ｙに沿って一列に並んで配置されている。具体的には、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側に、モジュール固定部２７と同数である４つの基板固定部２６が設けられており、これら４つの基板固定部２６の間に回転電機接続端子２５ａ〜２５ｃが１つずつ配置されている。

また、基板固定部２６は、バスバーモジュール２０の短辺第二方向Ｘ２側に５つ設けられている。

これらの基板固定部２６及びモジュール固定部２７は、直交方向Ｚに見て、接続支持体２１においてバスバー２３（２３ａ〜２３ｅ）が配置されたバスバー配置領域とは異なる領域に設けられている。図示の例では、基板固定部２６及びモジュール固定部２７は、バスバー２３と干渉しないようにバスバー配置領域を囲む外側に分散して配置されている。

また、図４に示すように、本実施形態においては、接続支持体２１は、複数のバスバー２３ａ〜２５ｅを内部に保持する絶縁材料の成形体である。そして、基板固定部２６及びモジュール固定部２７は、接続支持体２１と一体的に成形されている。具体的には、接続支持体２１は、複数のバスバー２３ａ〜２５ｅが内部に配置されるようにこれらのバスバー２３ａ〜２５ｅの周囲に合成樹脂を射出成形することにより形成される。この際、本例では、基板固定部２６及びモジュール固定部２７のそれぞれに対応する位置に、円筒状部材やナット部材等を埋め込んだ状態で射出成形を行い、基板固定部２６及びモジュール固定部２７を接続支持体２１に一体成形する。

以上のような構成により、バスバーモジュール２０に制御基板４１を高精度に固定することができる。

３−２．バスバーモジュール及び制御基板上の構成部品
本実施形態に係るインバータ装置１では、以上のように、バスバーモジュール２０と制御基板４１との相対位置の精度を高くすることができることを利用し、さらに、バスバーモジュール２０と制御基板４１上に実装される構成部品に関して、以下に述べる特徴構成を備えている。

＜電流センサ＞
図４及び図８に示すように、制御基板４１には、バスバー２３を流れる電流を検出するコアレス電流センサ９１が配置されている。コアレス電流センサ９１は、制御基板４１の直交第二方向Ｚ２側の面において、バスバーモジュール２０に設けられた回転電機接続端子２５に繋がるバスバー２３の位置に対応して配置されている。本例では、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の回転電機接続端子２５ａ〜２５ｃに繋がるバスバー２３ａ〜２３ｃに対して１つずつ電流センサ９１ａ〜９１ｃが備えられている。各電流センサ９１は、各バスバー２３と所定間隔を空けて直交方向Ｚ視で重複するように配置されている。

本実施形態においては、コアレス電流センサ９１は、長辺方向Ｙに沿って被支持部８２ａ〜８２ｄの間に１つずつ配置されている。上記のとおり、被支持部８２及び被支持部８２に対応する基板固定部２６は、長辺方向Ｙ方向に沿って均等な間隔で複数配置されている。よって、コアレス電流センサ９１ａ〜９１ｃが配置された制御基板４１は、被支持部８２ａ〜８２ｄの間に１つずつ配置されたコアレス電流センサ９１ａ〜９１ｃそれぞれの長辺方向Ｙの両側においてバスバーモジュール２０に支持されている。

ところで、電流センサ９１ａ〜９１ｃとバスバー２３ａ〜２３ｃとの間隔が変動すると、バスバー２３ａ〜２３ｃを流れる電流に対する電流センサ９１ａ〜９１ｃの出力信号の感度が変化し、電流の検出誤差が生じる。ここでは、上記のように、各電流センサ９１ａ〜９１ｃは、長辺方向Ｙの両側においてバスバーモジュール２０に支持されている。そのため、各電流センサ９１ａ〜９１ｃが取り付けられた制御基板４１の部分の直交方向Ｚのたわみを低減することができる。よって、電流センサ９１ａ〜９１ｃとバスバー２３ａ〜２３ｃとの間隔が変動することを抑制でき、電流の検出誤差が生じることを抑制できる。また、図５から明らかなように、本実施形態の構成では、複数の被支持部８２ａ〜８２ｄが均等な間隔で配置されていると共に、複数の電流センサ９１ａ〜９１ｃのそれぞれが隣接する２つの被支持部８２の中間に配置されている。これにより、車両の振動等によって制御基板４１にたわみが発生した場合にも、複数の電流センサ９１ａ〜９１ｃの全てについて同程度の大きさのたわみが発生するような構成となっている。これにより、複数の電流センサ９１ａ〜９１ｃの間での検出値のばらつきを低減することが可能となっている。

なお、本実施形態においては、コアレス電流センサ９１は、シャント抵抗などを用いることなく、バスバー２３ａ、２３ｂ、２３ｃなどの交流電力線に対して非接触で交流電流を検出する非接触電流センサである。また、コアレス電流センサ９１は、バスバー２３を周回する集磁コアを用いずに交流電流を検出するセンサである。

＜電圧センサ＞
図４及び図５に示すように、本実施形態においては、バスバーモジュール２０内の正極のバスバー２３ｄに電気的に接続された正極電圧検出端子３６、及び負極のバスバー２３ｅに電気的に接続された負極電圧検出端子３７とが、直交第一方向Ｚ１に延びるように設けられている。本実施形態における正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７は、本発明における「ＰＮ端子」に相当する。

図４に示すように、正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７は、バスバー２３ｄ、２３ｅから直交第一方向Ｚ１側に延出する棒状の導電部材である。一方、制御基板４１には、正極接続部８７及び負極接続部８８が設けられている。本実施形態では、正極接続部８７及び負極接続部８８は、制御基板４１を直交方向Ｚに貫通する貫通孔（スルーホール）とされている。正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７は、正極接続部８７及び負極接続部８８と直交方向Ｚ視で重なる位置に設けられていると共に、これらの先端は、接続支持体２１よりも直交第一方向Ｚ１側に突出している。これにより、正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７の先端部は、制御基板４１がバスバーモジュール２０の基板固定部２６に固定された状態で、制御基板４１に設けられた正極接続部８７及び負極接続部８８に挿入されるように形成されている。そして、正極接続部８７に正極電圧検出端子３６がはんだづけされ、負極接続部８８に負極電圧検出端子３７がはんだづけされる。

制御基板４１には、図示しない電圧センサが配置されており、正極接続部８７及び負極接続部８８は、当該電圧センサと電気的に接続されている。このため、制御基板４１が基板固定部２６に固定された状態で、正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７の先端が正極接続部８７及び負極接続部８８に電気的に接続されると、正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７と電圧センサとが電気的に接続される。このような構成により、バスバー２３の電圧を、バスバー２３ｄ、２３ｅから制御基板４１上の電圧センサに最短距離で入力することができる。この電圧センサの出力信号に基づいて、インバータ回路７に印加される直流電圧を検出することができる。

＜フレキシブルプリント基板＞
図４に示すように、インバータ装置１は、バスバーモジュール２０を挟んで配置されるスイッチング素子１４と制御基板４１に配置された接続端子９５とを電気的に接続するためのフレキシブルプリント基板１９を備えている。フレキシブルプリント基板１９は、その一方側端がスイッチング素子１４と電気的に接続されるとともに、他方側端が制御基板４１に配置された接続端子９５に接続されている。本実施形態では、インバータ装置１は、６つのスイッチング素子１４ａ〜１４ｆそれぞれに対応し、６本のフレキシブルプリント基板１９ａ〜１９ｆと６つの接続端子９５ａ〜９５ｆとを備えている。

各スイッチング素子１４の制御端子（ゲート端子）は、フレキシブルプリント基板１９を介して、制御基板４１に接続されており、当該制御基板４１に設けられたドライブ回路からの信号に応じて、それぞれ個別にスイッチング制御される。また、本実施形態のスイッチング素子１４は、素子温度や過電流などの素子異常を検出するための異常検出センサが設けられた複合素子であり、制御基板４１には、異常検出センサに対応する異常検出回路が設けられている。すなわち、制御基板４１に配置された接続端子９５は、当該異常検出回路とスイッチング素子１４とを電気的に接続する役割も果たしている。

図４、図５及び図８に示すように、本実施形態においては、バスバーモジュール２０は、フレキシブルプリント基板１９の延在方向の一部において、フレキシブルプリント基板１９の周囲を囲む貫通孔２８を備えている。すなわち、本実施形態においては、フレキシブルプリント基板１９は、貫通孔２８を通って、スイッチング素子１４と接続端子９５とを接続する。

貫通孔２８は、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側において、長辺方向Ｙに沿って複数設けられている。貫通孔２８は、直交方向Ｚに見て、基板固定部２６及びバスバー２３が配置された領域とは異なる領域に設けられている。また、貫通孔２８ａ〜２８ｆはそれぞれ、短辺方向Ｘに見て、対応するスイッチング素子１４ａ〜１４ｆと重複する位置に設けられている。

また、接続端子９５は、バスバーモジュール２０の短辺第一方向Ｘ１側において、長辺方向Ｙに沿って複数設けられている。接続端子９５は、直交方向Ｚに見て、被支持部８２及びコアレス電流センサ９１が配置された領域とは異なる領域に設けられている。さらに、接続端子９５ａ〜９５ｆと貫通孔２８ａ〜２８ｆとはそれぞれ、直交方向Ｚに見て、重複するように配置されている。

このように、本実施形態に係るインバータ装置１は、バスバーモジュール２０に設けられた貫通孔２８の壁面により、短辺方向Ｘ及び長辺方向Ｙへのフレキシブルプリント基板１９の移動を規制しながら、スイッチング素子１４と接続端子９５ａ〜９５ｆとを短い距離で接続することが可能な構成となっている。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態においては、インバータケース５が、回転電機ケース６４とは別体として形成される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、インバータケース５の少なくとも一部が、回転電機ケース６４と一体的に構成されても構わない。

（２）上記の実施形態においては、基板固定部２６及びモジュール固定部２７が、直交方向Ｚに見て接続支持体２１におけるバスバー２３が配置されたバスバー配置領域とは異なる領域に設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、基板固定部２６及びモジュール固定部２７の少なくとも一方が、直交方向Ｚに見て接続支持体２１におけるバスバー２３が配置されたバスバー配置領域と重複する領域に設けられていても構わない。

（３）上記の実施形態においては、接続支持体２１と基板固定部２６とモジュール固定部２７とが一体的に成形されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、基板固定部２６及びモジュール固定部２７の少なくとも一方が、接続支持体２１と別部材で形成されていても構わない。

（４）上記の実施形態においては、制御基板４１にコアレス電流センサ９１が配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、コアレス電流センサ９１に代えて、バスバー２３を周回する集磁コアを備えたコアあり電流センサを用いる構成としても良い。この場合において、電流センサが制御基板４１に配置されていてもよいが、制御基板４１と別れて配置されていてもよい。

（５）上記の実施形態においては、正極接続部８７及び負極接続部８８として、制御基板４１に貫通孔を備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、正極接続部８７及び負極接続部８８として、制御基板４１の直交第二方向Ｚ２側の面に正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７に対応する接続端子を備える構成としても構わない。また、このような正極電圧検出端子３６及び負極電圧検出端子３７を備えず、他の方法によって直流電圧を検出する構成としてもよい。

（６）上記の実施形態においては、バスバーモジュール２０が貫通孔２８を備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、バスバーモジュール２０が貫通孔２８を備えず、フレキシブルプリント基板１９がバスバーモジュール２０とケース５の壁面との間を通るように構成しても構わない。また、スイッチング素子１４と制御基板４１との接続を、フレキシブルプリント基板１９以外の配線等によって接続する構成としても構わない。

インバータケースと、前記インバータケース内において所定の素子配置面に沿って配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うための複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板と、を備えたインバータ装置として利用可能である。

１ ：インバータ装置
５ ：インバータケース
１１ａ ：素子載置面（素子配置面）
１４ ：スイッチング素子
１９ ：フレキシブルプリント基板
２０ ：バスバーモジュール
２１ ：接続支持体（保持部材）
２３ ：バスバー
２６ ：基板固定部
２７ ：モジュール固定部
２８ ：貫通孔
３６ ：正極電圧検出端子（ＰＮ端子）
３７ ：負極電圧検出端子（ＰＮ端子）
４１ ：制御基板
９１ ：コアレス電流センサ
Ｚ ：直交方向（素子配置面に直交する方向）

Claims (6)

1. インバータケースと、
   前記インバータケース内において所定の素子配置面に沿って配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うための複数のスイッチング素子と、
   前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板と、
   を備えたインバータ装置であって、
   前記複数のスイッチング素子と電気的に接続されるバスバーモジュールを備え、
   前記制御基板が、前記バスバーモジュールを挟んで前記複数のスイッチング素子とは反対側に配置され、
   前記バスバーモジュールが、当該バスバーモジュールに設けられたモジュール固定部を介して前記インバータケースに固定され、
   前記制御基板が、前記バスバーモジュールに設けられた基板固定部に固定されているインバータ装置。
2. 前記バスバーモジュールは、複数のバスバーと、当該複数のバスバーを一体保持する保持部材と、を備え、
   前記モジュール固定部及び前記基板固定部が、前記素子配置面に直交する方向に見て前記保持部材における前記バスバーが配置されたバスバー配置領域とは異なる領域に設けられている請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記保持部材は、前記複数のバスバーを内部に保持する絶縁材料の成形体であり、
   前記モジュール固定部及び前記基板固定部が一体的に成形されている請求項１又は２に記載のインバータ装置。
4. 前記制御基板に前記バスバーを流れる電流を検出するコアレス電流センサが配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ装置。
5. 前記バスバーモジュール内の正極及び負極のバスバーに電気的に接続されたＰＮ端子が、前記バスバーモジュールから前記制御基板側へ向けて延びるように設けられ、
   前記制御基板に電圧センサが配置され、
   前記制御基板が前記基板固定部に固定された状態で、前記電圧センサと前記ＰＮ端子とが電気的に接続される請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。
6. 前記バスバーモジュールを挟んで配置される前記スイッチング素子と前記制御基板とを電気的に接続するフレキシブルプリント基板を備え、
   前記バスバーモジュールは、前記フレキシブルプリント基板の延在方向の一部において、前記フレキシブルプリント基板の周囲を囲む貫通孔を備えている請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置。

Images