特許 6481877 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6481877

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20190304BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-58302(P2018-58302)

(22)【出願日】2018年3月26日

【審査請求日】2018年10月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】飯田 寛明

(72)【発明者】

【氏名】重政 盛史

(72)【発明者】

【氏名】中村 一樹

(72)【発明者】

【氏名】宮永 陽介

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 健一

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１８４３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０２１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３９２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３１９７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を収容するケースと、
前記駆動回路に接続され、所定方向に配列する複数の接続端子と、
一端が前記負荷にそれぞれ接続され、他端が前記接続端子にそれぞれ接続される複数の電力線と、
前記接続端子に対峙して設けられ、前記接続端子の配列ピッチとは異なる送出ピッチで前記他端を送り出す送出部とを備え、
前記ケースは、前記他端を各々案内する複数の案内壁を備え、
前記接続端子は、矩形状と平行四辺形状を組み合わせた配列からなり、
全ての前記案内壁は、前記接続端子の形状に対し前記他端の進入方向に沿うように角度設定されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記案内壁は、所定距離を隔てて対向する第１突出壁と第２突出壁とを備え、前記第１突出壁及び前記第２突出壁の延在方向が前記他端の進入方向に沿うように角度設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記第１突出壁及び前記第２突出壁は、前記他端に対する入口部位の間隔が大きくなるように形状設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記複数の接続端子の間に配置され、前記接続端子を流れる電流を各々検出する複数の電流センサをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記複数の電力線の長さが同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記他端は、締結部材によって前記接続端子に締結される長孔を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車等においては、搭載されたモータを駆動させるため、バッテリからの電力を制御する電力変換装置が設けられる。例えば、下記特許文献１には、モータ（負荷）を駆動するパワーモジュール（駆動回路）と、パワーモジュールを収容するパワーモジュールケースと、モータとパワーモジュールとを接続するための複数のバスバーとを備える電力変換装置が開示される。バスバーは、モータに接続されるモータ側バスバーと、一端がパワーモジュールに接続され、他端がモータ側バスバーに接続される接続端子とされるパワーモジュール側バスバーとにより構成されている。接続端子はパワーモジュールケースの側面に配列されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１８４３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１においては、モータ側バスバーの根元部の配列ピッチと、接続端子の配列ピッチとが異なる。このような配列ピッチの違いを補填してモータ側バスバーを接続端子に接続させるために、モータ側バスバーとして、モータ側バスバーの根元部を接続端子の配列ピッチに合わせて湾曲させた成形ハーネスが用いられている。しかしながら、このような成形ハーネスには編組線が使用されるため、コストが高くなってしまう。また、電力変換装置の組み立ての観点から、モータとパワーモジュールとの接続作業が容易であることが好ましい。

【0005】

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、コストの増加を抑えることが可能であると共に負荷と駆動回路との接続作業が容易である電力変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、電力変換装置に係る第１の解決手段として、負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路を収容するケースと、前記駆動回路に接続され、所定方向に配列する複数の接続端子と、一端が前記負荷にそれぞれ接続され、他端が前記接続端子にそれぞれ接続される複数の電力線と、前記接続端子に対峙して設けられ、前記接続端子の配列ピッチとは異なる送出ピッチで前記他端を送り出す送出部とを備え、前記ケースは、前記他端を各々案内する案内壁を備え、前記案内壁は、前記接続端子に対する前記他端の進入方向に沿うように角度設定されている、という手段を採用する。

【0007】

また、本発明では、電力変換装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記案内壁は、所定距離を隔てて対向する第１突出壁と第２突出壁とを備え、前記第１突出壁及び前記第２突出壁の延在方向が前記他端の進入方向に沿うように角度設定されている、という手段を採用する。

【0008】

また、本発明では、電力変換装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記第１突出壁及び前記第２突出壁は、前記他端に対する入口部位の間隔が大きくなるように形状設定されている、という手段を採用する。

【0009】

また、本発明では、電力変換装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記複数の接続端子の間に配置され、前記接続端子を流れる電流を各々検出する複数の電流センサをさらに備える、という手段を採用する。

【0010】

また、本発明では、電力変換装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、前記複数の電力線の長さが同一である、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、コストの増加を抑えることが可能であると共に負荷と駆動回路との接続作業が容易である電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の分解斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールケースの（ａ）正面図、及び（ｂ）斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の（ａ）正面図、及び（ｂ）断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置１は、ハイブリッド車や電気自動車等、モータを動力源として走行する車両に搭載される。

【0014】

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１を組み付け方向に分解した分解斜視図である。電力変換装置１は、モータ（負荷）を駆動するパワーモジュール（駆動回路）を備える。また、電力変換装置１は、本体ケース２と、パワーモジュールケース（ケース）３と、複数のバスバー５と、複数の電力線７と、送出部９と、回路基板１０と、複数の電流センサ１１（図１においては不図示）と、を備える。パワーモジュールとモータとは、バスバー５及び電力線７を介して接続されている。

【0015】

図１に示されるように、本体ケース２は、上側ケース２ａ、中央ケース２ｂ、及び下側ケース２ｃにより構成される。上側ケース２ａ、中央ケース２ｂ、及び下側ケース２ｃは、不図示のガスケット等を介して互いに組み付けられる。

【0016】

パワーモジュールケース３は、パワーモジュールを収容する樹脂製のケースである。図２（ａ）に示されるように、パワーモジュールケース３の側面３ａには、複数の案内壁４が設けられている。案内壁４の詳細については後述する。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、パワーモジュールケース３には、電流センサ１１の後述するホール素子１１ｂが挿入される複数の挿入孔３ｂと、挿入孔３ｂと側面３ａとを連通する複数のスリット３ｃとが形成されている。側面視において、複数のスリット３ｃは、複数の案内壁４の間に配置されている。

【0017】

バスバー５は、パワーモジュールと電力線７とを接続する金属板（例えば銅板）である。本実施形態においては、３つのバスバー５が１組として設けられている。バスバー５の一端は、パワーモジュールケース３内においてパワーモジュールと接続される。図２（ａ）に示されるように、バスバー５の他端は、パワーモジュールケース３の側面３ａに設けられる接続端子６とされる。本実施形態においては、３つの接続端子６が１組として、側面３ａに所定の間隔を開けて配列される。

【0018】

なお、電力変換装置１の設置姿勢は特に限定されない。ただし、以下の説明においては、説明の便宜上、接続端子６の配列方向（すなわち、図２（ａ）の左右方向）を電力変換装置１の左右方向と、側面３ａに平行かつ接続端子６の配列方向に直交する方向（すなわち、図２（ａ）の上下方向）を電力変換装置１の上下方向と定義する。

【0019】

図２（ａ）に示されるように、３つの接続端子６のうち、左右方向の中央に配置される接続端子６Ｂは矩形状である。左右方向の両側に配置される接続端子６Ａ、６Ｃはそれぞれ、左右方向における両側辺が上下方向に対して傾斜する平行四辺形状である。また、接続端子６には、ボルト締結用の孔６ａが形成されている。

【0020】

電力線７は、モータとバスバー５とを接続する。本実施形態においては、３本の電力線７が１組として設けられている。複数の電力線７は同一形状（同一の長さ）を有する。電力線７の一端はモータと接続される。図1及び図３（ａ）に示されるように、電力線７の他端７ａは、送出部９から送り出されて、接続端子６に接続される。他端７ａには、接続端子６との接続用のワイヤ端子８がカシメ付けされている。ワイヤ端子８にはボルト締結用の長孔８ａが形成されている。

【0021】

図１及び図３（ａ）に示されるように、送出部９は、下側ケース２ｃに、接続端子６に上下方向に対峙して設けられる。送出部９は、複数の電力線７が各々挿通され、複数の電力線７の他端７ａを各々送り出す複数の開口９ａを有する。開口９ａの配列ピッチ（すなわち、他端７ａの送出ピッチ）は、接続端子６の配列ピッチよりも狭くなっている。

【0022】

図３（ａ）に示されるように、送出部９は、３つの電力線７のうち、左右方向の中央に配置される電力線７Ｂを送り出す開口９ａの位置が、接続端子６Ｂの位置と左右方向において一致するよう配置される。したがって、電力線７Ｂのワイヤ端子８（他端７ａ）と接続端子６Ｂとが接続されると、電力線７Ｂは上下方向に沿って延びる。

【0023】

また、３つの電力線７のうち、左右方向の両側に配置される電力線７Ａ、７Ｃの開口９ａは、左右方向において接続端子６Ａ、６Ｃよりも内側に配置される。したがって、電力線７Ａ、７Ｃのワイヤ端子８（他端７ａ）と接続端子６Ａ、６Ｃとが接続されると、電力線７Ａ、７Ｃは、下端から上端に向かうに従い上下方向に対して外開きに傾斜するよう延びる。また、電力線７Ａ〜７Ｃは同一の長さを有しているため、電力線７Ａ、７Ｃのワイヤ端子８の上端は、電力線７Ｂのワイヤ端子８の上端よりも下方に配置される。

【0024】

次に、図２及び図３（ａ）を参照して、案内壁４の構成について説明する。複数の案内壁４は、複数の接続端子６と対応して設けられる。すなわち、本実施形態においては、３つの案内壁４が１組として設けられている。案内壁４は、電力線７の他端７ａを案内する。案内壁４は、接続端子６に対する他端７ａの進入方向に沿うように角度設定されている。

【0025】

具体的には、図２（ａ）に示されるように、案内壁４は、所定距離を隔てて対向する第１突出壁４１と第２突出壁４２とを備える。第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、側面３ａから突出している。第１突出壁４１及び第２突出壁４２は互いに平行に延びる。側面視において、第１突出壁４１及び第２突出壁４２は接続端子６を挟むように配置される。第１突出壁４１及び第２突出壁４２の延在方向は他端７ａの進入方向に沿うように角度設定されている。

【0026】

３つの案内壁４のうち、左右方向の中央に配置される案内壁４Ｂの第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、上下方向に沿って延びる。３つの案内壁４のうち、左右方向の両側に配置される案内壁４Ａ、４Ｃの第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、下端から上端に向かうに従い上下方向に対して外開きに傾斜するように延びる。すなわち、案内壁４Ａ、４Ｃの第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、下端から上端に向かうに従い案内壁４Ｂから離れる方向に傾斜している。

【0027】

図２（ｂ）に示されるように、ワイヤ端子８（他端７ａ）の進入を容易にするために、第１突出壁４１及び第２突出壁４２の互いに対向する面の下端部４１ａ、４２ａは、下端側に向かうに従って第１突出壁４１と第２突出壁４２との間の距離が広がるように傾斜している。すなわち、第１突出壁４１及び第２突出壁４２の下端部４１ａ、４２ａは、ワイヤ端子８（他端７ａ）に対する入口部位の間隔が大きくなるように形状設定されている。

【0028】

図１及び図３（ａ）に示されるように、回路基板１０は、パワーモジュールケース３の上面に固定配置されている。回路基板１０には、不図示の制御回路が実装される。回路基板１０（制御回路）は、所定の通信ケーブルなどを介してモータＥＣＵ等の上位制御装置と接続されており、上位制御装置から入力される制御指令に基づいて車両に搭載される昇降圧コンバータ、インバータ等を制御する。

【0029】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、複数の電流センサ１１は、複数の接続端子６の間に配置される。複数の電流センサ１１は、バスバー５（接続端子６）を流れる電流を各々検出し、回路基板１０に実装された制御回路に検出信号を出力する。

【0030】

図３（ｂ）に示されるように、電流センサ１１は、磁気コア１１ａとホール素子１１ｂとを備える。磁気コア１１ａは、パワーモジュールケース３の側部に一体成形された磁性部品であり、磁気ギャップ１１ｃを有する略Ｃ字状に形成される。磁気コア１１ａには、バスバー５が挿通される。磁気コア１１ａは透磁率が高い強磁性体材料から構成されているので、磁気コア１１ａにはバスバー５を流れる電流に起因してバスバー５の周囲に発生する磁力線が集中的に流れる。

【0031】

ホール素子１１ｂは、回路基板１０の下面に実装されており、磁気ギャップ１１ｃに挿入される。すなわち、ホール素子１１ｂは、磁気ギャップ１１ｃを通過する上記磁力線を主に検出する磁気センサである。図３（ｂ）に示されるように、ホール素子１１ｂは挿入孔３ｂに挿入される。スリット３ｃにより挿入孔３ｂと側面３ａとが連通されているため、ホール素子１１ｂは、スリット３ｃを通してパワーモジュールケース３の外部から視認可能となっている。３つの案内壁４のうち、左右方向の両側に配置される案内壁４Ａ、４Ｃの第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、下端から上端に向かうに従い上下方向に対して外開きに傾斜するように延びているため、案内壁４Ａと４Ｂの間、及び案内壁４Ｂと４Ｃの間にスリット３ｃを設ける空間を十分に確保することができる。

【0032】

そして、このような構成を有する本実施形態の電力変換装置１を組み立てる場合には、電力線７のワイヤ端子８（他端７ａ）を、接続端子６に対して下方から進入させる。すなわち、ワイヤ端子８（他端７ａ）を、案内壁４の第１突出壁４１と第２突出壁４２との間に、図２（ｂ）に示される矢印の方向に沿って進入させる。具体的には、電力線７Ｂのワイヤ端子８（他端７ａ）は、案内壁４Ｂに案内されつつ、上下方向に沿って下方から進入される。電力線７Ａ、７Ｃのワイヤ端子８（他端７ａ）は、案内壁４Ａ、４Ｃにそれぞれに案内されつつ、上下方向に対して外側に傾斜する方向に下方から進入される。

【0033】

ワイヤ端子８（他端７ａ）が案内壁４の第１突出壁４１と第２突出壁４２との間に配置されると、ワイヤ端子８（他端７ａ）と接続端子６とが各々接触して、バスバー５と電力線７とが各々接続される。このとき、側面視において、ワイヤ端子８の長孔８ａと接続端子６の孔６ａとの位置が一致する。孔６ａ及び長孔８ａにボルトを挿通して締結することにより、ワイヤ端子８が接続端子６に対して固定される。なお、ワイヤ端子８には長孔８ａが形成されているため、孔６ａに対する長孔８ａの位置が多少ずれていたとしても、孔６ａ及び長孔８ａにボルトを挿通して締結することができる。

【0034】

その後、ホール素子１１ｂ及び制御回路が実装された回路基板１０を、パワーモジュールケース３に対して平行対峙させる。この状態で、回路基板１０を降下させて、回路基板１０の下面に実装されるホール素子１１ｂを挿入孔３ｂに挿入する。この際に、スリット３ｃにより、挿入孔３ｂに対するホール素子１１ｂの位置をパワーモジュールケース３の外部から確認することができる。その後、回路基板１０を、パワーモジュールケース３の上部に所定の固定具（ネジなど）を用いて固定する。

【0035】

以上説明したように、本実施形態によれば、パワーモジュールケース３が電力線７の他端７ａを各々案内する案内壁４を備え、案内壁４は、接続端子６に対する他端７ａの進入方向に沿うように角度設定されている。接続端子６の配列ピッチと、送出部９から電力線７の他端７ａを送り出す送出ピッチとが異なるが、案内壁４により、ピッチの違いに合わせて他端７ａの進入角度を調整した状態で、他端７ａを接続端子６に対して進入させて、接続端子６と接続することができる。したがって、電力線７の装着性が向上し、接続端子６及び電力線７を介したモータとパワーモジュールとの接続作業が容易である。また、モータとパワーモジュールとの接続に成形ハーネスを用いる必要がないため、ハーネスの持つ接続端子６の配列ピッチと送出部９から電力線７の他端７ａを送り出す送出ピッチとの違いに起因した接続端子６と他端７ａとの間の相互位置バラツキを吸収できるという特性を生かしつつ、コストの増加を抑えることができる。

【0036】

また、本実施形態においては、案内壁４は、所定距離を隔てて対向する第１突出壁４１と第２突出壁４２とを備え、第１突出壁４１及び第２突出壁４２の延在方向が他端７ａの進入方向に沿うように角度設定されている。したがって、他端７ａを第１突出壁４１と第２突出壁４２との間に進入させることにより、他端７ａを接続端子６との接続位置に容易に配置することができる。また、第１突出壁４１及び第２突出壁４２の間に接続端子６及び他端７ａが各々配置されるので、隣り合う接続端子６及び他端７ａとの絶縁性能を確保することができる。また、第１突出壁４１及び第２突出壁４２により、本体ケース２やその他導電部位との絶縁性能を確保することができる。

【0037】

また、本実施形態においては、第１突出壁４１及び第２突出壁４２は、他端７ａに対する入口部位の間隔が大きくなるように形状設定されている（図２（ｂ）の下端部４１ａ、４２ａ参照）。したがって、他端７ａを第１突出壁４１と第２突出壁４２との間に円滑に挿入することができる。すなわち、入口部位では他端７ａの挿入性を確保しつつ、接続端子６に近付くに従い徐々に他端７ａを位置決めしていくことができる。

【0038】

また、本実施形態においては、複数の接続端子６の間に配置され、接続端子６を流れる電流を各々検出する複数の電流センサ１１をさらに備える。したがって、電流センサ１１を検出対象となる接続端子６の近傍に配置し、電流センサ１１により接続端子６を流れる電流を検出することができる。

【0039】

また、本実施形態においては、複数の電力線７の長さが同一である。したがって、複数の電力線７のインピーダンスを等しくすることができる。

【0040】

なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

【0041】

例えば、上述の実施形態において、案内壁４は、所定距離を隔てて対向する第１突出壁４１と第２突出壁４２とを備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、案内壁４は１つの突出壁のみを備える構成としてもよい。

【0042】

また、上述の実施形態において、送出部９は、左右方向の中央に配置される電力線７Ｂを送り出す開口９ａの位置が、接続端子６Ｂの位置と左右方向において一致するよう配置される構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、送出部９は、電力線７Ａを送り出す開口９ａの位置が、接続端子６Ａの位置と左右方向において一致するよう配置されていてもよい。この場合には、電力線７Ａは上下方向に沿って延びるが、電力線７Ｂ、７Ｃは上下方向に対して傾斜するよう延びる。また、電力線７Ｃの上下方向に対する傾斜角度が、電力線７Ｂの上下方向に対する傾斜角度よりも大きくなる。

【0043】

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0044】

１…電力変換装置、３…パワーモジュールケース（ケース）、４…案内壁、５…バスバー、６…接続端子、７…電力線、７ａ…他端、９…送出部、１１…電流センサ、４１…第１突出壁、４２…第２突出壁

【要約】

【課題】コストの増加を抑えることが可能であると共にモータとパワーモジュールとの接続作業が容易である電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、モータを駆動するパワーモジュールと、パワーモジュールを収容するパワーモジュールケース３と、パワーモジュールに接続され、所定方向に配列する複数の接続端子６と、一端がモータにそれぞれ接続され、他端７ａが接続端子６にそれぞれ接続される複数の電力線７と、接続端子６に対峙して設けられ、接続端子６の配列ピッチとは異なる送出ピッチで他端７ａを送り出す送出部９とを備え、パワーモジュールケース３は、他端７ａを各々案内する案内壁４を備え、案内壁４は、接続端子６に対する他端７ａの進入方向に沿うように角度設定されている。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】