特許第6445253号(P6445253)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6445253
(24)【登録日】2018年12月7日
(45)【発行日】2018年12月26日
(54)【発明の名称】サージ抑制モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01F 37/00 20060101AFI20181217BHJP
   H01F 17/06 20060101ALI20181217BHJP
【FI】
   H01F37/00 G
   H01F37/00 F
   H01F37/00 N
   H01F17/06 K
【請求項の数】5
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-104141(P2014-104141)
(22)【出願日】2014年5月20日
(65)【公開番号】特開2015-220391(P2015-220391A)
(43)【公開日】2015年12月7日
【審査請求日】2017年4月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098017
【弁理士】
【氏名又は名称】吉岡 宏嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100120053
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 哲明
(72)【発明者】
【氏名】安藤 修平
【審査官】 井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2001−093747(JP,A)
【文献】 実開昭63−137911(JP,U)
【文献】 特開2002−231535(JP,A)
【文献】 特開昭54−050866(JP,A)
【文献】 特開昭58−116710(JP,A)
【文献】 特開2007−234494(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2005/0068147(US,A1)
【文献】 特開2007−005751(JP,A)
【文献】 特開2009−247092(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01F 37/00
H01F 17/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性体と、該磁性体に巻付けられた電線とを絶縁性のケースに収容し、前記電線の両端に接続された一対の平板状の端子を前記ケースの外部に引き出して設けられ、
前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、
前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、
前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、
前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、
前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることを特徴とするサージ抑制モジュール。
【請求項2】
前記電線は、断面が矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のサージ抑制モジュール。
【請求項3】
前記電線は、編組線により形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のサージ抑制モジュール。
【請求項4】
前記磁性体は、環状のフェライトコアであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のサージ抑制モジュール。
【請求項5】
前記磁性体と、前記電線と、前記一対の端子と、前記端子引出部とをそれぞれ3相分備え、各相の前記磁性体を並べて、かつ相互に絶縁して前記ケース内に収容してなることを特徴とする請求項1に記載のサージ抑制モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サージ抑制モジュールに係り、特にインバータで発生するサージ電流によってモータの負荷が損傷されるのを防止するサージ抑制モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、電気自動車やハイブリッドカー等では、インバータで電池等の電源の直流を交流に変換し、車輪を回転させるモータやモータ発電機(以下、モータと総称する。)を駆動する。この種のインバータは、直流を高速でスイッチングして交流に変換しているため、スイッチングで発生する高い周波数のサージ電流が負荷であるモータに流れ、モータに例えば基本波の2倍以上のサージ電圧が印加されることがある。このようなサージ電圧によるモータの絶縁破壊などを防ぐため、インバータのサージ抑制方法が種々提案されている。
【0003】
このサージ抑制方法の一つとして、インバータとモータとを接続する電線又はケーブル(以下、電線と総称する。)をフェライトコア等の磁性体に巻付けてサージ抑制部を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。これによれば、フェライトコアに巻付ける電線の巻付け回数等に応じて、サージ電流に対するインバータ出力回路のインダクタンスが高くなるから、モータに印加されるサージを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−5751号公報(第7図)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、インバータにより駆動される電気自動車のモータは、省エネルギ対策、小型化、高性能化といった市場要求に伴い、大容量化、高電圧化等の過酷な使用条件への対応が要請されている。しかし、モータの大容量化に伴って電線径が太くなると、電線が曲げにくくなるため、フェライトコアに電線を巻付ける際の作業負荷が大きくなる。しかも、フェライトコアに巻付けた電線が緩まないように束ねる作業が必要になる。
【0006】
一方、電気自動車においては、車両内の限られた空間にモータとインバータがそれぞれ配設され、これらの間を例えばワイヤーハーネス等の配線部材で接続することにより、組付け及び組立て作業を効率化する工夫がなされている。このため、サージ抑制部を設けるとしても、インバータとモータ周辺の省スペース化、組付け及び組立て作業の効率性向上等の要請を満たす必要がある。
【0007】
本発明は、磁性体に電線を巻付けて形成されるサージ抑制部を1つの部品として形成することができ、かつ、組付け及び組立て作業を容易化できるサージ抑制モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するため、本発明のサージ抑制モジュールは、磁性体と、該磁性体に巻付けられた電線とを絶縁性のケースに収容し、前記電線の両端に接続された一対の端子を前記ケースの外部に引き出して設けられ、前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることを特徴とする。
【0009】
本発明のサージ抑制モジュールは、ケース外に引き出した端子にインバータとモータ等の負荷を接続可能に部品化したことから、車両内のモータやインバータの配置に対応して自由に配置することができる。また、一対の端子とインバータ及び負荷との接続は、電線(又はケーブル)に接続された端子や絶縁被覆された導体バーを介して、ねじ止め締結やコネクタ等で着脱自在に行うことができる。このように、本発明によれば、サージ抑制部をモジュール化することで、インバータ及び負荷から容易に取り外すことができるから、サージ抑制モジュールを単体でメンテナンスすることが容易になり、経年劣化等でサージ抑制機能が低下しても、モジュールごと交換することができる。また、前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることから、端子の位置決めを容易にすることができる。
【0010】
また、このようにモジュール化することにより、磁性体に電線を巻付ける作業時の電線長を短くすることができるから、巻付け作業が容易になる。磁性体としては、例えば、フェライトコアを用いることができる。フェライトコアは、環状に形成されていてもよいし、棒状に形成されていてもよい。
【0011】
この場合において、電線は、断面が矩形状に形成されているものとすることができる。これにより、電線を磁性体に密着あるいは近づけて巻き付けることができるから、サージ抑制効果を高めることができ、サージ抑制モジュールを小型化することができる。
【0012】
また、電線は、編組線により形成されているものとすることができる。これによれば、電線に可撓性を持たせることができるから、磁性体への巻き付けが一層容易になり、組付け作業を簡単に行うことができる。また、磁性体に密着あるいは近づけて巻き付けることもできる。なお、編組線は、可撓性を有する絶縁材料で被覆することが好ましい。
【0013】
また、サージ抑制モジュールは、1相分に限らず、例えば、3相インバータ及び3相モータにも適用することができる。この場合、1相分のサージ抑制モジュールを各相に挿入接続することができる。あるいは、3相分のサージ抑制モジュールの絶縁性のケースを共通化して形成することもできる。この場合、各相の磁性体を並べて、かつ相互に絶縁してケース内に収容する。また、各相の一対の端子をそれぞれケース外に引き出して形成する。
【0014】
各相の磁性体を並べる場合、例えば、フェライトコアが環状であれば、3相のフェライトコアの環状面を平行に並べてケース内に収容する。これによれば、サージ抑制モジュールを小型化できる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、磁性体に電線を巻付けて形成されるサージ抑制部を1つの部品として形成でき、かつ組付け及び組立て作業を容易化できるサージ抑制モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明のサージ抑制モジュールの実施例1の内部を示す平面図である。
図2】実施例1のサージ抑制モジュールに収容されたサージ抑制部を示す図であり、(a)は平面図、(b)は正面図である。
図3】実施例1のサージ抑制モジュールの外観図であり、(a)は平面図、(b)は正面図である。
図4】実施例1のサージ抑制モジュールを、環状面を平行にして3個並べて3相回路に用いる場合の一例である。
図5】実施例1のサージ抑制部を1つの絶縁ケース内に収容し、3相分のフェライトコアの環状面を平行に並べて3相回路に用いる場合の他の例である。
図6】本発明のサージ抑制モジュールの実施例2の内部を示す平面図である。
図7】本発明のサージ抑制モジュールの実施例3の内部を示す平面図である。
図8】本発明のサージ抑制モジュールをインバータとモータとの接続回路に適用した一例の接続構成図である。
図9】本発明のサージ抑制モジュールをインバータとモータとの接続回路に適用した他の例の接続構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0017】
以下、本発明のサージ抑制モジュールの実施例1について図1乃至図3を参照して説明する。本実施例では、負荷となる3相モータを駆動する3相インバータのサージを抑制するサージ抑制モジュールについて説明する。本発明のサージ抑制モジュールは、3相インバータや3相モータに限られるものではなく、単相インバータや多相インバータ、及び、単相モータや多相モータに適用することができる。なお、負荷は、モータに限られるものではない。
【0018】
図2に示すように、本実施例のサージ抑制モジュール1を構成するサージ抑制部2は、高透磁率を有するフェライトを用いて円環状に形成された磁性体であるフェライトコア3に、電線4を巻き付けて構成される。電線4は、絶縁材で被覆された可撓性を有する平型の編組線により形成される。電線4の両端は先細り状に形成され、それぞれの先端5に板状の一対の端子6a,6bが、圧着又はろう付け等で接続される。また、端子6a,6bは、後述するハウジングに固定するための突起7が形成される。
【0019】
このように形成されるサージ抑制部2は、図1に示すように、絶縁性を有するケースである樹脂製のハウジング8内に収容される。ハウジング8は、サージ抑制部2の外周を包囲する円筒状の筒壁9を有して容器状に形成され、筒壁9の下端は底板10で塞がれている。ハウジング8の筒壁9には、端子6a,6bを引き出す端子引出部11が筒壁9から突き出して形成される。
【0020】
ハウジング8内には、底板10の中心部から起立する位置決め柱12が設けられる。位置決め柱12は、サージ抑制部2の空心部に挿入され、サージ抑制部2を位置決めする。端子引出部11には、端子6a,6bの突起7に対応する位置に窪みが設けられ、該窪みに突起7を嵌め込むことで、端子6a,6bを位置決めするようになっている。
【0021】
ハウジング8の上面開口は、図3に示すように、絶縁性のカバー13によって覆われている。カバー13は、円筒状の筒壁9の上面部13aと、端子引出部11の上面部13bと、端子引出部11の側面部13cとが一体形成される。
【0022】
このように、本実施例では、サージ抑制部2をハウジング8に収容し、ハウジング8から一対の端子6a,6bの端部を引き出して1つの部品としてモジュール化しているから、車両内の限られた空間に配設されるインバータやモータの配置に対応して、サージ抑制モジュール1を適切な位置に自由に配置することができ、これらを配線部材等で自由に接続することができる。
【0023】
また、サージ抑制モジュール1の一対の端子6a,6bは、それぞれ電線(又はケーブル)に接続された端子や絶縁被覆された導体バー等を介して、ねじ止め締結あるいはコネクタにより、インバータ及びモータと着脱自在に接続することができる。これにより、サージ抑制モジュール1をインバータやモータから容易に取り外すことができるから、経年劣化等でサージ抑制機能が低下しても、モジュールごと交換することができ、メンテナンスが容易になる。
【0024】
また、サージ抑制部2をモジュール化することで、主回路の電線を取り回す必要がなくなる。すなわち、フェライトコア3に電線4を巻付ける際の電線の全長を短くすることができるから、巻付け作業が容易になり、組付作業をより効率よく行うことができる。
【0025】
また、電線4は、断面が矩形状の編組線を用いて形成されるが、これに限らず、断面が矩形状の平型電線を用いることもできる。このように、電線4の断面を矩形状にすることで、フェライトコア3に電線4を巻き付ける作業を容易に行うことができる。ただし、電線4は、平型電線よりも、本実施例にように、平型の編組線を用いて形成することが好ましい。編組線は、可撓性を有しているため、巻き付け作業が簡単になるだけでなく、フェライトコア3に一層密着あるいは近づけて巻き付けることができる。これにより、サージ抑制効果を高めることができ、しかも、サージ抑制モジュール1を小型化することができる。また、電線4は、編組線を絶縁材で被覆しているから、巻き付け回数の異なる隣り合う電線4を近接させて配置してもショートパスしないので、巻付け回数を増やすことができる。なお、電線4の断面形状は、矩形状に限られず、例えば、楕円状に形成されていてもよい。
【0026】
上記のサージ抑制モジュール1を3相インバータ及び3相モータの回路に適用する場合、例えば、図3に示すサージ抑制モジュール1を、例えば、図4に示すように、環状面を平行にして3個並べて設けることができる。あるいは、図5に示すように、例えば3相分のサージ抑制部2を1つの絶縁ケース20内に収容し、図に表れていないが、各相のフェライトコア3の環状面を平行に並べ、隣り合うサージ抑制部2の間を絶縁壁で仕切ることにより、1個のサージ抑制モジュールとして形成することもできる。この場合、各相のサージ抑制部2は、フェライトコア3の空心軸を互いに一致させて配置する。これにより、サージ抑制モジュールを小型化することができる。なお、これに限らず、フェライトコア3の空心軸をずらして、環状面を平行に並べて収容することもできる。このように1つの絶縁ケース20に複数のサージ抑制部2を収容する場合も、図3と同様、各サージ抑制部2の端子6a,6bは、絶縁ケースの外表面から引き出して設けられる。
【実施例2】
【0027】
図6に、本発明のサージ抑制モジュールの実施例2の内部を示す平面図を示す。本実施例のサージ抑制モジュール15が実施例1のサージ抑制モジュール1と異なる点は、フェライトコア3にギャップ3aを設けたことにある。その他の部分は、実施例1と同様であることから、同一の符号を付して説明を省略する。
【0028】
本実施例によれば、ギャップ3aの空気はフェライトよりも透磁率が格段に小さいため、インダクタンスが大きなって、ギャップ3aを設けない実施例1のフェライトコア3よりも磁気飽和を防ぐことができる。これにより、磁気飽和が抑制される分、電線4に流す電流を大きくすることができるから、サージ抑制の電流容量に余裕を持たせることができ、また、サージ抑制モジュール1よりも小型化することができる。
【実施例3】
【0029】
図7に、本発明のサージ抑制モジュールの実施例3の内部を示す平面図を示す。本実施例が実施例1,2と異なる点は、円環状のフェライトコア3に代えて、棒状のフェライトコア33を用いたことにある。
【0030】
図7に示すように、本実施例のサージ抑制モジュール31は、棒状のフェライトコア33に平型の電線34を複数回巻付け、その両端35に端子36a,36bをそれぞれ接続してサージ抑制部32を形成し、これを絶縁性のケースであるハウジング39に収容して形成される。電線34は、実施例1,2と同様に、編組線が用いられる。なお、図に表れていないが、サージ抑制部32のフェライトコア33は適宜の方法でハウジング39に固定され、端子36a,36bもハウジング39に固定される。本実施例の編組線34は、重ね巻きされていないから、巻き線相互間を絶縁する必要がなく、絶縁材で被覆する必要がない。
【0031】
図8に、電気自動車の3相モータのインバータ電源回路にサージ抑制モジュールを適用したときのシステム構成の一例を示す。サージ抑制モジュール21は、2台の3相モータの入力電源回路に合わせて、例えば、図2に示した6個のサージ抑制部2を1つのハウジング内に、フェライトコア3の空心軸を合わせ、かつ環状面を平行に収容して形成される。
【0032】
3相モータは、図示していないモータケース内に収容され、一点鎖線22で示すモータケースの壁面に設けられたモータ端子台23の端子の一端に、コネクタ24a,24b及び電線又はケーブル25a,25bを介して着脱可能に接続される。モータ端子台23の端子の他端には、サージ抑制モジュール21の端子6aがねじ止め等により接続される。一方、図示していないインバータは、電線又はケーブル26とコネクタ27を介して、サージ抑制モジュール21の端子6bに着脱可能に接続される。
【0033】
図8では、サージ抑制モジュール21をモータケース外に配置したが、図9に示すように、サージ抑制モジュール21をモータケース内に収容することもできる。すなわち、モータ端子台23のモータケース内側の端子にサージ抑制モジュール21の端子6aがねじ止め等により接続される。また、サージ抑制モジュール21の他の端子6bは、コネクタ24a,24b及び電線又はケーブル25a,25bを介して着脱可能に3相モータ発電機に接続される。一方、モータ端子台23のモータケース外側の端子には、インバータの電線又はケーブル26に接続されたコネクタ27が着脱可能に接続される。
【0034】
また、図2に示すように、サージ抑制部2は、一対の端子6a,6bが互いに同じ方向に向けて配設されるが、端子6a,6bの向きは、車両内の限られた空間に配設されるモータとインバータの配置等に対応して適切な向きに設定することができる。例えば、一対の端子6a,6bを互いに反対方向に向けて配置してもよい。
【0035】
図8、9の場合、例えば、3相分の一対の端子6a,6bをそれぞれハウジング8の互いに反対側(インバータ側とモータ側)に設けられた端子引出部で支持する。これにより、サージ抑制モジュール21をインバータとモータとの間の限られたスペースで無駄なく配置でき、しかも、電線又はケーブル25,26の配索自由度を高めることができる。なお、端子6a,6bは、電線、ケーブル又は導体バー等の接続対象に応じて、ねじ止めやコネクタ等の接続構造を採用することができ、端子形状は、L字状とすることもできる。
【0036】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更することが可能である。
【0037】
例えば、端子6a,6bは、ハウジング8の筒壁9から突出して設けられている必要はなく、一端部がインバータ及びモータと接続可能にハウジング8から露出されていればよい。具体的には、カバー13の表面に矩形状の窪みを形成し、該窪みの底面に端子6a,6bの一方の面を当接させて保持し、他方の面を外部に露出させて設けることもできる。
【0038】
また、上記実施例では、フェライトを用いて磁性体であるフェライトコアを形成する例を説明したが、フェライト以外の磁性材料で磁性体を形成することもできる。更に、磁性体の形状は、実施例1〜3に限られるものではなく、例えば、矩形環状に形成することもできる。
【符号の説明】
【0039】
1 サージ抑制モジュール
2 サージ抑制部
3 フェライトコア(磁性体)
4 電線
6a,6b 端子
8 ハウジング(ケース)
12 位置決め柱
13 カバー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9