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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】
(24)【登録日】2024-01-22
(45)【発行日】2024-01-30
(54)【発明の名称】インバータ装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240123BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2020042681
(22)【出願日】2020-03-12
(65)【公開番号】P2021145469
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2022-12-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000232302
【氏名又は名称】ニデック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179969
【弁理士】
【氏名又は名称】駒井 慎二
(74)【代理人】
【識別番号】100173532
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 彰文
(72)【発明者】
【氏名】黒柳 均志
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 恒之
(72)【発明者】
【氏名】奈良 朋信
(72)【発明者】
【氏名】岩上 直記
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１７６２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５３７７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７２９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７４０５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３３３４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３１９５５１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータ駆動用のインバータ装置であって、電源からの電圧を平滑するコンデンサユニットと、
モータに駆動電流を供給するパワーモジュールユニットと、
前記パワーモジュールユニットに制御信号を出力するインバータ制御部と、
前記パワーモジュールユニットからの電磁界ノイズを、前記インバータ制御部に対して遮蔽する遮蔽体とを有し、
前記パワーモジュールユニット、前記コンデンサユニット、前記遮蔽体および前記インバータ制御部がこの順に配置され、
前記インバータ制御部は、前記コンデンサユニットに固定され、
前記遮蔽体と前記パワーモジュールユニットとの離間距離は、前記遮蔽体と前記インバータ制御部との離間距離よりも大きいことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車（ＥＶ）等、大電流を駆動用モータに入力するインバータ装置では電磁界ノイズ（ＥＭＣ）も増大する。
既に、制御回路基板の下方に、放熱と接地とを目的として、電磁シールド板（遮蔽体）を配置したインバータ装置（電力変換装置）が開示されている。例えば、特許文献１にインバータ装置（電力変換装置）が開示されている。
しかし、インバータ装置内に使用されるコンデンサと電磁シールド板との位置関係は開示されていない。また、放熱を目的とする場合には、電磁シールド板を樹脂ケース（筐体）へ強固に固定する必要があり、簡易な方法で取り付けることができない。
既に、制御回路基板の下方に、放熱と接地とを目的として、電磁シールド板（遮蔽体）を配置したインバータ装置（電力変換装置）が開示されている。例えば、特許文献１にインバータ装置（電力変換装置）が開示されている。
しかし、インバータ装置内に使用されるコンデンサと電磁シールド板との位置関係は開示されていない。また、放熱を目的とする場合には、電磁シールド板を樹脂ケース（筐体）へ強固に固定する必要があり、簡易な方法で取り付けることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－２１００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、全体としての小型化を図りつつ、効果的にＥＭＣ対策が可能なインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本願の例示的な発明は、モータ駆動用のインバータ装置であって、電源からの電圧を平滑するコンデンサユニットと、モータに駆動電流を供給するパワーモジュールユニット、前記パワーモジュールユニットに制御信号を出力するインバータ制御部と、前記パワーモジュールユニットからの電磁界ノイズを、前記インバータ制御部に対して遮蔽する遮蔽体とを有し、前記パワーモジュールユニット、前記コンデンサユニット、前記遮蔽体および前記インバータ制御部がこの順に配置され、前記遮蔽体と前記パワーモジュールユニットとの離間距離は、前記遮蔽体と前記インバータ制御部との離間距離よりも大きいことを特徴とするインバータ装置である。
【発明の効果】
【0006】
本願の例示的な発明によれば、電磁界ノイズ発生源となるパワーモジュールユニットと遮蔽体との距離を確保することができるため、遮蔽体に到達するまでに電磁界ノイズをある程度減衰させることができる。よって、遮蔽体が遮蔽すべき電磁界ノイズが少なくなるため、その分、遮蔽体のサイズ（厚さ）を小さくすることができる。したがって、インバータ装置全体としての小型化を図りつつ、効果的にＥＭＣ対策が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明に係る実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のインバータ装置を搭載した車両の概略構成図、図２は、図１に示すインバータ装置の分解斜視図、図３は、コンデンサユニットから遮蔽体を取り外した状態を示す斜視図である。
図２および図３では、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸とを規定して説明する。また、図２および図３中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。
図１は、本発明のインバータ装置を搭載した車両の概略構成図、図２は、図１に示すインバータ装置の分解斜視図、図３は、コンデンサユニットから遮蔽体を取り外した状態を示す斜視図である。
図２および図３では、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸とを規定して説明する。また、図２および図３中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。
【0009】
図１において電動モータ１５は、例えば、三相交流モータであり、車両の駆動力源である。電動モータ１５の回転軸は、減速機６とディファレンシャルギア７とに連結されている。これにより、電動モータ１５の駆動力（トルク）は、これらの減速機６、ディファレンシャルギア７、ドライブシャフト（駆動軸）８を介して一対の車輪５ａ、５ｂに伝達される。
【0010】
インバータ制御装置１０のインバータ部（本発明のインバータ装置）２０は、電動モータ１５に駆動電力を供給するパワーモジュールユニット１３と、パワーモジュールユニット１３に駆動信号を出力するパワーモジュール制御部１２と、パワーモジュール制御部１２に制御信号を出力するインバータ制御部１１と、バッテリＢＴからの電圧を平滑するコンデンサユニット１４と、パワーモジュールユニット１３からの電磁界ノイズをインバータ制御部１１に対して遮蔽する遮蔽体１６とを備えている。
インバータ部２０は、車両全体の制御を司る制御部３からの制御信号により制御され、電動モータ１５を駆動する。
インバータ部２０は、車両全体の制御を司る制御部３からの制御信号により制御され、電動モータ１５を駆動する。
【0011】
パワーモジュールユニット１３は、パワースイッチング素子をＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎に２個（上アームのパワースイッチング素子と下アームのパワースイッチング素子）、計６個のパワースイッチング素子を接続してなるブリッジ回路（電力変換回路）を有している。
なお、パワースイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が挙げられる。
なお、パワースイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が挙げられる。
【0012】
パワーモジュールユニット１３は、パワーモジュール制御部１２からの駆動信号（ＰＷＭ制御信号）により、パワースイッチング素子のオン／オフを切り替える。これにより、バッテリ（電源）ＢＴからの直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換して、電動モータ１５を駆動する。
【0013】
バッテリＢＴは、車両の動力源である電気エネルギーの供給元であり、例えば、複数の二次電池で構成されている。
インバータ部２０には、バッテリＢＴとの接続部にコンデンサユニット１４が配置されている。コンデンサユニット１４は、高電位ライン（正極電位Ｂ＋）と低電位ライン（負極電位Ｂ－（ＧＮＤ））との間に接続されている。このコンデンサユニット１４は、バッテリＢＴからの入力電圧を平滑する機能を有し、大容量の平滑コンデンサ（フィルムコンデンサ）を備えている。
インバータ部２０には、バッテリＢＴとの接続部にコンデンサユニット１４が配置されている。コンデンサユニット１４は、高電位ライン（正極電位Ｂ＋）と低電位ライン（負極電位Ｂ－（ＧＮＤ））との間に接続されている。このコンデンサユニット１４は、バッテリＢＴからの入力電圧を平滑する機能を有し、大容量の平滑コンデンサ（フィルムコンデンサ）を備えている。
【0014】
図２に示すように、パワーモジュールユニット１３、パワーモジュール制御部１２、コンデンサユニット１４、遮蔽体１６およびインバータ制御部１１が、Ｚ軸方向に沿って、下側から順に配置されている。
そして、遮蔽体１６とパワーモジュールユニット１３との離間距離は、遮蔽体１６とインバータ制御部１１との離間距離よりも大きくなっている。
かかる構成によれば、電磁界ノイズ発生源となるパワーモジュールユニット１３と遮蔽体１６との距離を十分に確保することができるため、遮蔽体１６に到達するまでに電磁界ノイズをある程度減衰させることができる。よって、遮蔽体１６が遮蔽すべき電磁界ノイズが少なくなるため、その分、遮蔽体１６のサイズ（厚さ）を小さくすることができる。したがって、インバータ部２０全体としての小型化を図りつつ、効果的にＥＭＣ対策が可能である。また、遮蔽体１６を迂回した電磁界ノイズがインバータ制御部１１に影響を及ぼす範囲も少ない。
そして、遮蔽体１６とパワーモジュールユニット１３との離間距離は、遮蔽体１６とインバータ制御部１１との離間距離よりも大きくなっている。
かかる構成によれば、電磁界ノイズ発生源となるパワーモジュールユニット１３と遮蔽体１６との距離を十分に確保することができるため、遮蔽体１６に到達するまでに電磁界ノイズをある程度減衰させることができる。よって、遮蔽体１６が遮蔽すべき電磁界ノイズが少なくなるため、その分、遮蔽体１６のサイズ（厚さ）を小さくすることができる。したがって、インバータ部２０全体としての小型化を図りつつ、効果的にＥＭＣ対策が可能である。また、遮蔽体１６を迂回した電磁界ノイズがインバータ制御部１１に影響を及ぼす範囲も少ない。
【0015】
遮蔽体１６は、本体部１６０と、本体部１６０を厚さ方向（パワーモジュールユニット１３側とインバータ制御部１１側とをＺ軸方向）に連通する複数の連通孔１６１とを有している。なお、本体部１６０は、平面視で矩形状をなす平板で構成されている。
インバータ制御部１１は、平面視で矩形状をなす配線基板１１０と、配線基板１１０に実装され、集積回路を備える電子部品１１１とを有している。本実施形態では、電子部品１１１とコンデンサユニット１４（パワーモジュールユニット１３）との間に、遮蔽体１６の本体部１６０が存在している。換言すれば、電子部品１１１の直下に遮蔽体１６の連通孔１６１が存在せず、インバータ制御部１１側から見たとき、電子部品１１１は、連通孔１６１からズレた位置において配線基板１１０に実装されている。
インバータ制御部１１は、平面視で矩形状をなす配線基板１１０と、配線基板１１０に実装され、集積回路を備える電子部品１１１とを有している。本実施形態では、電子部品１１１とコンデンサユニット１４（パワーモジュールユニット１３）との間に、遮蔽体１６の本体部１６０が存在している。換言すれば、電子部品１１１の直下に遮蔽体１６の連通孔１６１が存在せず、インバータ制御部１１側から見たとき、電子部品１１１は、連通孔１６１からズレた位置において配線基板１１０に実装されている。
【0016】
集積回路を備える電子部品１１１は、特に、電磁界ノイズの影響を受け易い。電磁界ノイズの発信源であるパワーモジュールユニット１３と電子部品１１１とを結ぶ直線上に本体部１６０が介在することにより、より効果的なＥＭＣ対策が可能である。パワーモジュールユニット１３の中でも、特に電磁界ノイズを発信し易いＩＧＢＴ素子と電子部品１１１とを結ぶ直線上に本体部１６０が介在することが好ましい。かかる電子部品１１１としては、マイクロコンピュータ、メモリ、センサ、ハーネス等が挙げられる。
また、複数の電子部品１１１が配線基板１１０に実装されていてもよく、集積回路を備えていない電子部品が配線基板１１０に実装されていてもよい。
また、複数の電子部品１１１が配線基板１１０に実装されていてもよく、集積回路を備えていない電子部品が配線基板１１０に実装されていてもよい。
【0017】
遮蔽体１６の構成材料としては、特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、電磁界シート等が挙げられる。中でも、遮蔽体１６は、アルミニウム合金で構成するのが好ましい。アルミニウム合金は、安価に入手および加工が可能であり、電磁界ノイズの遮蔽効果も高いことから好ましい。
遮蔽体１６は、コンデンサユニット１４に装着されるようになっている。インバータ部２０の組立作業の際には、同時に、コンデンサユニット１４に遮蔽体１６を装着することができるので、その組立作業が容易である。
遮蔽体１６は、コンデンサユニット１４に装着されるようになっている。インバータ部２０の組立作業の際には、同時に、コンデンサユニット１４に遮蔽体１６を装着することができるので、その組立作業が容易である。
【0018】
図２および図３に示すように、コンデンサユニット１４は、その筐体１４０の上面からＺ軸方向正側に突出する複数の凸部１４１を有する。各凸部１４１は、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、遮蔽体１６の連通孔１６１をパワーモジュールユニット１３側からインバータ制御部１１側に貫通している。これにより、コンデンサユニット１４と遮蔽体１６との位置決めが正確になされる。
各凸部１４１の外形は円形状をなし、各連通孔１６１の形状も各凸部１４１の外形に対応して円形状をなしているが、これに限定されない。
また、各凸部１４１の上端部には、インバータ制御部１１の配線基板１１０が、例えばネジ止め等により固定される。
コンデンサユニット１４の筐体１４０は、例えば、樹脂材料の射出成形により作製することができる。
各凸部１４１の外形は円形状をなし、各連通孔１６１の形状も各凸部１４１の外形に対応して円形状をなしているが、これに限定されない。
また、各凸部１４１の上端部には、インバータ制御部１１の配線基板１１０が、例えばネジ止め等により固定される。
コンデンサユニット１４の筐体１４０は、例えば、樹脂材料の射出成形により作製することができる。
【0019】
遮蔽体１６は、その本体部１６０の外周縁に、Ｚ軸方向負側に突出する複数の突片１６２を備えている。各突片１６２は、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、コンデンサユニット１４の側方に位置する。これにより、コンデンサユニット１４と遮蔽体１６との位置決めがより正確になされる。なお、位置決め精度を向上させる観点からは、突片１６２は、本体部１６０の対向する２つの辺に少なくとも１組で設けられることが好ましく、これに加えて、上記２つの辺と異なる他の対向する２つの辺にも少なくとも１組で設けられることがより好ましい。
インバータ部２０は、さらに、コンデンサユニット１４と突片１６２とが引っ掛る引掛部１７を有している。引掛部１７を設けることにより、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した際に、これらを仮固定することができる。
インバータ部２０は、さらに、コンデンサユニット１４と突片１６２とが引っ掛る引掛部１７を有している。引掛部１７を設けることにより、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した際に、これらを仮固定することができる。
【0020】
図示の構成では、引掛部１７は、突片１６２の厚さ方向に貫通して設けられた孔部１７１と、コンデンサユニット１４の側面に側方に突出して設けられた爪部１７２とで構成されている。インバータ部２０を組み立てる際に、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着すると、爪部１７２が孔部１７１に挿入され、引っ掛る。かかる簡単な構成で、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に容易に仮固定することができる。
また、孔部１７１は、突片１６２の下端部（本体部１６０との境界部から離れた箇所）に形成されている。このため、１枚の板材を加工して遮蔽体１６を作製する際に、本体部１６０に対して突片１６２を折り曲げても、孔部１７１周辺の変形が防止または抑制されるため、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着したとき、爪部１７２との位置ズレが生じ難い。コンデンサユニット１４の筐体１４０を樹脂材料の射出成形により作製する場合には、射出成形用の金型の合せ面に凸部を設ける構造とすることで爪部１７２を容易に形成することができる。
また、孔部１７１は、突片１６２の下端部（本体部１６０との境界部から離れた箇所）に形成されている。このため、１枚の板材を加工して遮蔽体１６を作製する際に、本体部１６０に対して突片１６２を折り曲げても、孔部１７１周辺の変形が防止または抑制されるため、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着したとき、爪部１７２との位置ズレが生じ難い。コンデンサユニット１４の筐体１４０を樹脂材料の射出成形により作製する場合には、射出成形用の金型の合せ面に凸部を設ける構造とすることで爪部１７２を容易に形成することができる。
【0021】
本実施形態の場合、各凸部１４１のＺ軸方向の長さ（高さ）Ｈは、突片１６２の先端（Ｚ軸方向の下端）から孔部１７１の中心軸までの長さＬより大きく設定されている。かかる構成によれば、各凸部１４１により遮蔽体１６が各連通孔１６１において案内されることで、コンデンサユニット１４と遮蔽体１６とを位置決めしつつ、爪部１７２を孔部１７１に引っ掛ける操作を行うことができる。このため、インバータ部２０の組立作業をより容易かつ確実に行うことができる。
なお、引掛部１７は、突片１６２に設けられ、コンデンサユニット１４側に向かって突出する爪部と、コンデンサユニット１４の側面に設けられ、爪部が引っ掛かる凹部とで構成されてもよい。
なお、引掛部１７は、突片１６２に設けられ、コンデンサユニット１４側に向かって突出する爪部と、コンデンサユニット１４の側面に設けられ、爪部が引っ掛かる凹部とで構成されてもよい。
【0022】
コンデンサユニット１４は、その側面に側方に突出する複数のコンデンサ側舌片１４２を備えている。各コンデンサ側舌片１４２には、その厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔１４２ａが形成されている。
また、遮蔽体１６は、その本体部１６０の外周縁に側方に突出する部分を有する遮蔽体側舌片１６３を備えている。遮蔽体側舌片１６３の側方に突出する部分には、その厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔１６３ａが形成されている。
そして、本実施形態では、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、複数のコンデンサ側舌片１４２の全ての貫通孔１４２ａと、対応する遮蔽体側舌片１６３の貫通孔１６３ａとが重なるように構成されている。
また、遮蔽体１６は、その本体部１６０の外周縁に側方に突出する部分を有する遮蔽体側舌片１６３を備えている。遮蔽体側舌片１６３の側方に突出する部分には、その厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔１６３ａが形成されている。
そして、本実施形態では、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、複数のコンデンサ側舌片１４２の全ての貫通孔１４２ａと、対応する遮蔽体側舌片１６３の貫通孔１６３ａとが重なるように構成されている。
【0023】
以上の構成により、コンデンサユニット１４と遮蔽体１６とをネジで共締めすることができるので、インバータ部２０の組立工数を削減するとともに、遮蔽体１６とコンデンサユニット１４とを強固に固定することができる。
また、引掛部１７による固定は、一時的な固定（仮固定）であればよいので、孔部１７１および爪部１７２のサイズを小さくしてもよい。
なお、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、複数のコンデンサ側舌片１４２の一部の貫通孔１４２ａと、対応する遮蔽体側舌片１６３の貫通孔１６３ａとが重なるように構成してもよい。
また、引掛部１７による固定は、一時的な固定（仮固定）であればよいので、孔部１７１および爪部１７２のサイズを小さくしてもよい。
なお、遮蔽体１６をコンデンサユニット１４に装着した状態で、複数のコンデンサ側舌片１４２の一部の貫通孔１４２ａと、対応する遮蔽体側舌片１６３の貫通孔１６３ａとが重なるように構成してもよい。
【0024】
以上、本発明のインバータ装置について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明のインバータ装置は、上記実施形態の構成において、他の任意の構成を追加してもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。
例えば、本発明のインバータ装置は、上記実施形態の構成において、他の任意の構成を追加してもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。
【符号の説明】
【0025】
３ 制御部
５ａ、５ｂ 車輪
６ 減速機
７ ディファレンシャルギア
８ ドライブシャフト
１０ インバータ制御装置
１１ インバータ制御部
１１０ 配線基板
１１１ 電子部品
１２ パワーモジュール制御部
１３ パワーモジュールユニット
１４ コンデンサユニット
１４０ 筐体
１４１ 凸部
１４２ コンデンサ側舌片
１４２ａ 貫通孔
１５ 電動モータ
１６ 遮蔽体
１６０ 本体部
１６１ 連通孔
１６２ 突片
１６３ 遮蔽体側舌片
１６３ａ 貫通孔
１７ 引掛部
１７１ 孔部
１７２ 爪部
２０ インバータ部
ＢＴ バッテリ
Ｈ 長さ（高さ）
Ｌ 長さ
５ａ、５ｂ 車輪
６ 減速機
７ ディファレンシャルギア
８ ドライブシャフト
１０ インバータ制御装置
１１ インバータ制御部
１１０ 配線基板
１１１ 電子部品
１２ パワーモジュール制御部
１３ パワーモジュールユニット
１４ コンデンサユニット
１４０ 筐体
１４１ 凸部
１４２ コンデンサ側舌片
１４２ａ 貫通孔
１５ 電動モータ
１６ 遮蔽体
１６０ 本体部
１６１ 連通孔
１６２ 突片
１６３ 遮蔽体側舌片
１６３ａ 貫通孔
１７ 引掛部
１７１ 孔部
１７２ 爪部
２０ インバータ部
ＢＴ バッテリ
Ｈ 長さ（高さ）
Ｌ 長さ
【図1】
【図2】
【図3】