JP6671211B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリとモータの間に配置されバッテリで貯えた電力を制御してモータへ供給する電力変換装置に関する。

モータを駆動させる電力変換装置は、各種のものが知られている（例えば、特許文献１（図７、図１１、段落番号００４６）参照）。

特許文献１の図１１に示されるように、ヒートシンク（４８）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に、位置決め凹部（１０６、１０６）と雌ねじ部（１０８、１０８）が設けられている。
電流センサ（２６）には、中央に水平に貫通するバスバー挿入部（特許文献１、図８符号９０ａ）が設けられ、上に延びる３本の信号ピン（９８）を備え、下に延びる凸部（１１２、１１２）を備えている。凸部（１１２、１１２）を位置決め凹部（１０６、１０６）に嵌め、ねじ（１１６、１１６）を雌ねじ部（１０８、１０８）にねじ込むことで、電流センサ（２６）を正確にヒートシンク（４８）に取り付けることができる。

特許文献１の図７に示されように、三相に対応するように、３個の電流センサ（２６）がヒートシンク（４８）に取り付けられる。パワーモジュール（４２）もヒートシンク（４８）に固定される。電流センサ（２６）のバスバー挿入部に、パワーモジュール（４２）から水平に延びる舌片状のバスバー（４４）が挿入される。

次に、回路基板（４０）が取り付けられる。この際に、回路基板（４０）に開けられているスルーホール（６４）に信号ピン（９８）が差し込まれるが、スルーホール（６４）が小径孔であり、信号ピン（９８）が細い金属線であるため、信号ピン（９８）が曲がって、スルーホール（６４）に入り難くなることがある。すなわち、作業性が低下する虞がある。

また、特許文献１の段落番号［００４６］に、「まず、パワーモジュール４２は、位置決めされた後、ネジによってヒートシンク４８に締結されて固定される。次いで、パワーモジュール４２から延びるバスバー４４が、電流センサ２５に挿通させれると共に、電流センサ２６は、上記の如く位置決めされた後、ネジによってヒートシンク４８に締結されて固定される。」との説明がある。

電流センサ（２６）がヒートシンク（４８）に取り付けられ、パワーモジュール（４２）もヒートシンク（４８）に取り付けられるが、電流センサ（２６）とヒートシンク（４８）との間に組み付け誤差が不可避的に発生する。同様に、パワーモジュール（４２）とヒートシンク（４８）との間に組み付け誤差が不可避的に発生する。組み付け誤差が重なり合うことで、電流センサ（２６）とバスバー（４４）の相対位置を所望の位置にすることが難しくなる。電流センサ（２６）とバスバー（４４）の相対位置を、容易に所望の位置にすることができることが望まれる。

さらには、３個の電流センサ（２６）をヒートシンク（４８）に位置決めしつつ取り付けるため、組み付け工数が嵩むと共に部品点数が多くなり、コスト増加を招く。
よって、特許文献１に開示される電力変換装置（パワードライブユニット）には、改良の余地がある。

特開２００６−８１３０８号公報

本発明は、電流センサから延びる信号ピンの曲げ剛性を高めることができると共に電流センサとバスバーとの相対位置を容易に適正化することができる電力変換装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
前記電流センサは、センサ筐体と、該センサ筐体の内部から外部に至り前記検出した検出信号を伝達する信号ピンとを備え、
前記信号ピンは、前記センサ筐体の内部に位置する内側部分と、該内側部分を除く外側部分とに区分され、さらに該外側部分は前記内側部分に繋がる第１範囲と、該第１範囲を除く第２範囲とに区分され、
前記センサ筐体は、前記信号ピンの前記第１範囲をモールドするモールド部を一体的に備え、
前記パワーモジュールケースは、前記モールド部を挿入する貫通孔を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、電流センサは、複数相分が一体化された状態で構成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、信号ピンの第１範囲がモールド部で補強されており、信号ピンの第２範囲が十分に短くなり、曲がりにくくなる。よって、信号ピンを回路基板側のスルーホールに容易に挿通することができ、作業性が高まる。
加えて、電流センサのモールド部を、パワーモジュールケース側の貫通孔に挿入することで、容易に電流センサの位置決めがなせる。
よって、本発明によれば、電流センサから延びる信号ピンの曲げ剛性を高めることができると共に電流センサとバスバー（正確にはバスバー端の端子部）との相対位置を容易に適正化することができる電力変換装置が提供される。

請求項２に係る発明では、電流センサを複数相分で一体化したので、電流センサの個数を大幅に減らすことができ、個数が少ないことで組み付け工数を大幅に減らすことができる。

本発明に係る電力変換装置の分解斜視図である。 電流センサの斜視図及び断面図である。 電力変換装置の要部断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本発明に係る電力変換装置１０は、バッテリとモータとの間に配置される。バッテリ及びモータは周知であるため、図示は省略する。モータが発電機として使用される場合は、発電された電力をバッテリに貯える。よって、本発明の電力変換装置１０は、バッテリとモータとの間又は発電機とバッテリの間に配置することができる。

図１（ａ）に示すように電力変換装置１０は、例えば、ロアケース１１と、ミドルケース１２と、アッパカバー１３とで構成される筐体と、この筐体に内蔵されるコンデンサ１４と、モータへ向かうモータ側バスバー１５と、パワーモジュールを内蔵するパワーモジュールケース１７とを備える。

図１（ｂ）に示すようにパワーモジュールケース１７は、上面にパワーモジュールを制御する回路基板１８を備え、下面にパワーモジュールを冷却する冷却器１９を備えている。
パワーモジュールケース１７には、ケース側バスバー（図３（ｂ）、符号２１）が設けられている。

図２（ａ）に示すように、パワーモジュールケース１７は、側面にケース側バスバー（図３（ｂ）、符号２１）のモータ側端に相当する端子部２２、２２、２２を備える。端子部２２は逆Ｕ字状の突条部２３で囲われている。この突条部２３の上部は、パワーモジュールケース１７の上面部よりＨだけ上方へ突出している。すなわち、パワーモジュールケース１７は、パワーモジュールケース１７の上面部よりＨだけ上方へ突出したケース延長部２５を一体的に備えている。
さらに、パワーモジュールケース１７は、ケース延長部２５の裏側位置及び端子部２２の間に上下に貫通する矩形断面の貫通孔２６を備えている。

パワーモジュールケース１７に下から電流センサ３０がボルト３１、３１で固定される。
図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図２（ｂ）に示すように、電流センサ３０は、センサ筐体３２と、このセンサ筐体３２に内蔵されるコア３３、ホール素子３４及びセンサ基板３５とを要部とする。センサ筐体３２の形状や構造は任意であるが、この例では、中央に上下に延びる縦通路３６を有する筐体本体３７と、この筐体本体３７に下から被せる筐体底蓋３８とからなる。この筐体底蓋３８も縦通路４１を有するが、この縦通路４１の下部は下に開くテーパー面４２、４２を有する。

図２（ａ）に示すように、筐体底蓋３８は、筐体本体３７側の爪４３、４３、４３で止まっているため、筐体本体３７に着脱自在である。
筐体本体３７は、横長部材であり、直列に３個の縦通路３６、３６、３６を備えている。すなわち、１個の筐体本体３７に、３個のコア３３と３個のホール素子３４が内蔵されている。これにより部品（センサ）点数の低減と、取り付け工数の低減とが図れる。

加えて、筐体本体３７は、上に延びる複数本（この例では５本）の信号ピン５０を備えるとともに、これらの信号ピン５０を局部的に補強するモールド部４５を備えている。モールド部４５は、モールド成形時に信号ピン５０を囲いつつ筐体本体３７と同時に形成される。

三相に対応する３本のモータ側バスバー１５、１５、１５が電流センサ３０側の縦通路３６、３６、３６を通過した後に、端子部２２、２２、２２に当てられ、ボルト４６、４６、４６で締結される。この際に、図２（ｂ）に示すテーパー面４２、４２のガイド作用により、モータ側バスバー１５は縦通路３６、４１を円滑に通過する。

図３（ａ）は図１（ｂ）の３（ａ）−３（ａ）で示すモータ側バスバー１５の断面図であり、パワーモジュールケース１７には、端子部２２の裏に当たるようにしてナット４７が埋設されている。このナット４７にボルト４６をねじ込むことで、端子部２２にモータ側バスバー１５を電気的に接続することができる。

パワーモジュールケース１７の上面に回路基板１８がビス４８で止められている。回路基板１８が端子部２２に接近しているため、絶縁距離が不足する虞がある。対策として、回路基板１８と端子部２２との間をケース延長部２５で仕切っている。これにより、絶縁距離を十分に確保することができる。

図３（ｂ）は図１（ｂ）の３（ｂ）−３（ｂ）で示す信号ピン５０の断面図であり、信号ピン５０は、センサ基板３５から延びて電流検出信号を回路基板１８へ伝達する役割を果たす。
信号ピン５０は、センサ筐体３２の内部に位置する内側部分５１と、この内側部分５１を除く外側部分５２とに便宜的に区分される。
この外側部分５２は内側部分５１に繋がる第１範囲５３と、この第１範囲５３を除く第２範囲５４とに便宜的に区分される。そして、第１範囲５３がモールド部４５で補強される。モールド部４５は、下部に三角形断面のリブ部４９、４９をさらに備えている。リブ部４９、４９があるため、モールド部４５の先端（上端）に曲げ（水平力）が加わっても、モールド部４５が曲がる虞はない。なお、リブ部４９、４９は省いてもよい。

信号ピン５０は細い金属棒である。外側部分５２の全てが露出している場合に比較して、本例のように第２範囲５４だけが露出するようにすることで、信号ピン５０は十分に曲がり難くなる。よって、回路基板１８に差し込む作業がより円滑になる。信号ピン５０の外径を小さくすることも可能である。

加えて、パワーモジュールケース１７に設けた貫通孔２６に、モールド部４５を挿入することで、電流センサ３０がパワーモジュールケース１７に位置決めできるため、電流センサ３０のパワーモジュールケース１７への取り付け作業が容易になる。

尚、電力変換装置１０は、電動車両や、いわゆるハイブリッド車両に搭載される他、舶用や一般産業用に供することもできる。

本発明は、車両に搭載される電力変換装置に好適である。

１０…電力変換装置、１５…バスバー（モータ側バスバー）、１７…パワーモジュールケース、１８…回路基板、２１…バスバー（ケース側バスバー）、２２…端子部、２５…ケース延長部、２６…貫通孔、３０…電流センサ、３２…センサ筐体、４５…モールド部、５０…信号ピン、５１…内側部分、５２…外側部分、５３…第１範囲、５４…第２範囲。

Claims (2)

1. モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
   前記電流センサは、センサ筐体と、該センサ筐体の内部から外部に至り前記検出した検出信号を伝達する信号ピンとを備え、
   前記信号ピンは、前記センサ筐体の内部に位置する内側部分と、該内側部分を除く外側部分とに区分され、さらに該外側部分は前記内側部分に繋がる第１範囲と、該第１範囲を除く第２範囲とに区分され、
   前記センサ筐体は、前記信号ピンの前記第１範囲をモールドするモールド部を一体的に備え、
   前記パワーモジュールケースは、前記モールド部を挿入する貫通孔を備えていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記電流センサは、複数相分が一体化された状態で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

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