特許 7641471 インバータ装置、モータモジュール及び車両

(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】2025-02-27

(45)【発行日】2025-03-07

(54)【発明の名称】インバータ装置、モータモジュール及び車両

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250228BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021029301

(22)【出願日】2021-02-25

(65)【公開番号】P2022130231

(43)【公開日】2022-09-06

【審査請求日】2024-01-30

(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】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(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】天沼 翼

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 雅也

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１７１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３９９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２０５００（ＪＰ，Ａ）

(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】

直流を交流に変換するために少なくとも１つのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに重なるように配置され、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路基板と、
前記駆動回路基板に重なるように配置され、前記駆動回路基板と電気的に接続され、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路基板と、
前記駆動回路基板を覆うように、前記駆動回路基板と前記制御回路基板の間に配置され、前記駆動回路基板から発生する電磁波ノイズをシールドする遮蔽板と、
を備え、
前記パワーモジュールは、前記駆動回路基板及び前記遮蔽板に向かって垂直に突出する少なくとも２本の第１位置決めピンを有し、
前記駆動回路基板及び前記遮蔽板は、それぞれ、前記各第１位置決めピンとそれぞれ係合する少なくとも２つの貫通孔を有し、
前記駆動回路基板は、前記遮蔽板と対向する面上に、高背部品を有し、
前記遮蔽板は、前記高背部品を覆うように前記制御回路基板側に突出する絞り部を有することを特徴とするインバータ装置。
インバータ装置。

【請求項2】

前記高背部品が、トランスであることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。

【請求項3】

前記遮蔽板は、前記制御回路基板に向かって垂直に突出する少なくとも２本の第２位置決めピンを有し、
前記制御回路基板は、前記各第２位置決めピンとそれぞれ係合する少なくとも２つの貫通孔を有することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項4】

前記パワーモジュール、前記駆動回路基板、前記制御回路基板及び前記遮蔽板を収容する金属製のケースをさらに備え、
前記遮蔽板が、前記ケースに固定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項5】

前記遮蔽板と前記制御回路基板との間に配置され、前記遮蔽板と前記制御回路基板の間隔を規制するボス部材をさらに備え、
前記制御回路基板が、前記ボス部材を介して前記遮蔽板に固定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項6】

前記駆動回路基板は、前記制御回路基板に向かって突出する第１コネクタを有し、
前記制御回路基板は、前記駆動回路基板に向かって突出し、前記第１コネクタと嵌合する第２コネクタを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインバータ装置を備えることを特徴とするモータモジュール。

【請求項8】

請求項７のモータモジュールを備えることを特徴とする車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ装置、インバータ装置を備えるモータモジュール、及びモータモジュールを備える車両に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両において、インバータ装置が使用されている。
インバータ装置は、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）がモジュール化されたパワーモジュールを備え、制御回路基板からの制御信号によってスイッチング素子をオン／オフすることで、車両に搭載されたバッテリからの直流電力を、モータを駆動する交流電力に変換して出力する。
このようなインバータ装置においては、パワーモジュールのスイッチング素子のスイッチング動作によって電磁波ノイズが発生する。そこで、かかる問題を解決するため、制御回路基板とパワーモジュールとの間に導電性のシールド板を設けて、パワーモジュールで発生する電磁波ノイズを遮蔽する構成が提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－２５０９１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のインバータ装置は、パワーモジュールのスイッチング素子と制御回路基板との間にシールド板を設け、スイッチング素子と制御回路基板を別々の空間に配置することによって、パワーモジュールで発生する電磁波ノイズが制御回路基板に飛ばないように構成している。
しかしながら、特許文献１の構成では、スイッチング素子と制御回路基板が別々の空間に配置されるため、各空間に組立作業用のスペースが必要となり、装置が大型化する、といった問題がある。
また、スイッチング素子と制御回路基板とを電気的に接続する必要上、構造も複雑となり、組立作業性も悪い、といった問題もある。

【0005】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、パワーモジュールをシールドしつつも、構造が簡単で組立作業性のよいインバータ装置を提供することを目的とする。また、このようなインバータ装置を備えるモータモジュール、及びこのようなモータモジュールを備える車両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】

本発明のインバータ装置の一つの態様は、直流を交流に変換するために少なくとも１つのスイッチング素子を有するパワーモジュールと、パワーモジュールに重なるように配置されスイッチング素子を駆動する駆動回路基板と、駆動回路基板に重なるように配置され駆動回路基板と電気的に接続され、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路基板と、駆動回路基板を覆うように駆動回路基板と制御回路基板の間に配置され、駆動回路基板から発生する電磁波ノイズをシールドする遮蔽板と、を備え、パワーモジュールは、駆動回路基板及び遮蔽板に向かって垂直に突出する少なくとも２本の第１位置決めピンを有し、駆動回路基板及び遮蔽板は、それぞれ、各第１位置決めピンとそれぞれ係合する少なくとも２つの貫通孔を有することを特徴とする。

【0007】

また、本発明のモータモジュールの一つの態様は、上記インバータ装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の車両の一つの態様は、上記モータモジュールを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、パワーモジュールをシールドしつつも、構造が簡単で組立作業性のよいインバータ装置が実現される。また、このようなインバータ装置を備えるモータモジュール、及びこのようなモータモジュールを備える車両が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るインバータ装置が搭載されるモータモジュールを示す斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るインバータ装置の構成を示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のインバータ装置の分解斜視図である。

【図4】図４は、図２のインバータ装置２０のＡ－Ａ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係るインバータ装置が搭載されるモータモジュールを示す斜視図である。また、図２～図４は、本発明の実施形態に係るインバータ装置の構成を示す図である。
なお、以下の説明では、モータモジュールが水平な路面上に位置する車両に搭載された場合の位置関係を基に、重力方向を規定して説明する。また、図１から図４においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、－Ｚ方向が下側（重力方向）である。また、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であってモータモジュールが搭載される車両の前後方向を示す。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向であって、車両の幅方向（左右方向）を示す。
また、本明細書において、所定の方向（または平面）に「沿って延びる（設けられる）」とは、厳密に所定の方向に延びる場合に加えて、厳密な方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。

【0012】

図１に示すように、モータモジュール１は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両に搭載され、その動力源として使用される。すなわち、モータモジュール１は駆動装置である。
図１に示すように、モータモジュール１は、モータ１０と、インバータ装置２０と、ハウジング３０と、インバータカバー４０とを備える。また、モータモジュール１は、その他に、減速装置、差動装置、オイルポンプ（いずれも図示せず）等を備える。

【0013】

図１に示すように、モータ１０は、ハウジング３０内に形成されたモータ収納部（不図示）に収納される。モータ１０は、水平方向に延びるモータ軸（軸）Ｊ２を中心として回転するロータ（不図示）と、ロータの径方向外側に位置するステータ（不図示）とを備える。
ロータは、図示略のバッテリからインバータ装置２０を介してステータに交流電流が供給されることで、水平方向かつ車両の幅方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転する。なお、本実施形態では、モータ軸Ｊ２は、Ｙ方向に平行である。

【0014】

インバータ装置２０は、車両に搭載されたバッテリ（不図示）からの直流電力を、モータ１０を駆動する交流電力に変換する装置である。インバータ装置２０は、バッテリとモータ１０に電気的に接続され、モータ１０と同様、ハウジング３０内に形成されたインバータ収納部（不図示）に収納される。インバータ収納部に収納されたインバータ装置２０は、ハウジング３０に取付けられたインバータカバー４０によって覆われる。

【0015】

図２は、本発明の実施形態に係るインバータ装置２０の構成を示す斜視図である。図３は、図２のインバータ装置２０の分解斜視図である。図４は、図２のインバータ装置２０のＡ－Ａ線断面図である。

【0016】

図２～図４に示すように、本実施形態のインバータ装置２０は、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００（駆動回路基板）、遮蔽板３００、制御基板４００（制御回路基板）、ケース５００を備える。インバータ装置２０は、ケース５００上に、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００が、Ｚ方向に順に重ね合わされて構成される。なお、図２～図４においては、図面を見易くするために、一部の構成部品（例えば、ケース５００、ボルト等）を適宜省略している。

【0017】

パワーモジュール１００は、モータ１０に供給される電力を制御するスイッチング素子であり、内部に少なくとも１つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（不図示））を有する。本実施形態のパワーモジュール１００は、矩形板状の本体部１０１と、本体部１０１の縁部に沿って形成された複数（例えば、８個）の貫通孔１０２と、本体部１０１から＋Ｚ方向に円筒状に突出する複数（例えば、８個）のボス１０４と、本体部１０１から＋Ｚ方向に円筒状に突出する位置決めピン１１０、１２０（第１位置決めピン）と、を有する。

【0018】

ドライブ基板２００は、パワーモジュール１００に重なるように配置され、パワーモジュール１００及び制御基板４００と電気的に接続され、制御基板４００からの信号に基づいてパワーモジュール１００のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）を駆動する電子回路である。ドライブ基板２００は、矩形板状の回路基板２０１と、＋Ｚ方向に突出する（つまり、背の高い）３つの高背部品２１０、２２０、２３０と、コネクタ２５０（第１コネクタ）と、を有する。なお、本実施形態において、高背部品２１０、２２０、２３０は、電磁波ノイズの発生源であり、例えば、トランスである。また、回路基板２０１は、パワーモジュール１００の位置決めピン１１０、１２０が係合する貫通孔２０６、２０８を有する。

【0019】

遮蔽板３００は、ドライブ基板２００を覆うように、ドライブ基板２００と制御基板４００の間に配置され、ドライブ基板２００で発生する電磁波をシールドする、矩形板状の金属（例えば、ＳＥＣＣ（電気亜鉛メッキ鋼板））製の部材である。遮蔽板３００は、遮蔽板３００をケース５００に固定するために四隅に形成された貫通孔３０２と、遮蔽板３００から＋Ｚ方向に円筒状に突出する複数（例えば、６個）のボス３０４（ボス部材）と、遮蔽板３００から＋Ｚ方向に円筒状に突出する位置決めピン３１０、３２０（第２位置決めピン）と、高背部品２１０、２２０、２３０と対向する位置に形成され、＋Ｚ方向に突出する（凹む）絞り部３３０、３４０と、パワーモジュール１００の位置決めピン１１０、１２０と係合する貫通孔３０６、３０８と、ドライブ基板２００のコネクタ２５０が露出するように設けられた、Ｕ字状の切欠部３５０と、を有する。

【0020】

制御基板４００は、ドライブ基板２００及び車両制御装置（不図示）と電気的に接続され、車両制御装置からの信号に従ってドライブ基板２００に制御信号（スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のオン／オフを制御する信号）を送信する電子回路である。制御基板４００は、矩形板状の回路基板４０１と、ボス３０４に対応する位置に形成された６個の貫通孔４０２と、遮蔽板３００の位置決めピン３１０、３２０と係合する貫通孔４０６、４０８と、複数の搭載部品（不図示）と、を有する。また、制御基板４００の裏面（遮蔽板３００と対向する面）には、ドライブ基板２００のコネクタ２５０と嵌合するコネクタ４５０（第２コネクタ）が配置されている（図４）。コネクタ２５０とコネクタ４５０は、いわゆるＢｔｏＢ（Board to Board）コネクタである。

【0021】

ケース５００は、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００を収容する、例えば、升形の金属（例えば、アルミダイキャスト）製の部材である。後述するように、パワーモジュール１００がケース５００の底面に取付けられ、その上に、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００が順に取付けられる。また、ケース５００内には、遮蔽板３００を固定するための突出部５１０が形成されている（図４）。なお、ケース５００は、モータモジュール１のハウジング３０内に形成されたインバータ収納部内で固定される。

【0022】

（インバータ装置２０の組立工程）
次に、図３及び図４を参照しながらインバータ装置２０の組立工程を説明する。インバータ装置２０を組立てるにあたっては、まずケース５００の底面の所定位置にパワーモジュール１００を配置し、各貫通孔１０２にボルト（不図示）を挿通してケース５００の底面に形成されたネジ穴（不図示）に螺合することによってパワーモジュール１００をケース５００（図４）内に固定する。

【0023】

次いで、パワーモジュール１００の上にドライブ基板２００を取付ける。パワーモジュール１００のボス１０４は、ドライブ基板２００をＺ方向に支持する部材である。ドライブ基板２００がパワーモジュール１００の上に取付けられると、ボス１０４の先端面がドライブ基板２００の裏面（パワーモジュール１００と対向する面）と接触するようになっている。つまり、ボス１０４によって、ドライブ基板２００のＺ方向の移動が規制されて位置決めされる。
また、ドライブ基板２００がパワーモジュール１００の上に取付けられると、位置決めピン１１０がドライブ基板２００の貫通孔２０６に挿通され、位置決めピン１２０がドライブ基板２００の貫通孔２０８に挿通されるようになっている。従って、ドライブ基板２００がパワーモジュール１００の上に取付けられると、ドライブ基板２００は、位置決めピン１１０、１２０によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されて、パワーモジュール１００に対して相対的に位置決めされる。

【0024】

次いで、ドライブ基板２００の上に遮蔽板３００を取付ける。パワーモジュール１００から延びる位置決めピン１１０、１２０は、ドライブ基板２００の貫通孔２０６、２０８を通って上方（＋Ｚ方向）に延びており、遮蔽板３００がドライブ基板２００の上に取付けられると、位置決めピン１１０が遮蔽板３００の貫通孔３０６に挿通され、位置決めピン１２０が遮蔽板３００の貫通孔３０８に挿通されるようになっている。従って、遮蔽板３００がドライブ基板２００の上に取付けられると、遮蔽板３００は、位置決めピン１１０、１２０によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されて、パワーモジュール１００及びドライブ基板２００に対して相対的に位置決めされる。
また、遮蔽板３００をドライブ基板２００の上に取付けると、遮蔽板３００の貫通孔３０２がケース５００の突出部５１０上に位置するようになっており、各貫通孔３０２にボルト（不図示）を挿通して突出部５１０に形成されたネジ穴（不図示）に螺合することによって遮蔽板３００を突出部５１０に固定する。遮蔽板３００が突出部５１０に固定されることによって、遮蔽板３００のＺ方向の移動も規制されて位置決めされる。

【0025】

図４に示すように、遮蔽板３００がドライブ基板２００の上に取付けられると、ドライブ基板２００の高背部品２１０の上端部が遮蔽板３００の絞り部３３０内に収まり、高背部品２２０、２３０の上端部が遮蔽板３００の絞り部３４０内に収まるようになっている。このように、本実施形態においては、電磁波ノイズの発生源である高背部品２１０、２２０、２３０が遮蔽板３００の絞り部３３０、３４０に収まり、ドライブ基板２００と遮蔽板３００とが近接して配置される。従って、ドライブ基板２００で発生する電磁波ノイズが遮蔽板３００によって好適に反射される（つまり、遮蔽される）。
なお、遮蔽板３００は、ケース５００を介してモータモジュール１のハウジング３０に固定されるため、遮蔽板３００は車両のボディアースに電気的に接続されることとなる。

【0026】

次いで、遮蔽板３００の上に制御基板４００を取付ける。制御基板４００が遮蔽板３００の上に取付けられると、遮蔽板３００の位置決めピン３１０が制御基板４００の貫通孔４０６に挿通され、位置決めピン３２０が制御基板４００の貫通孔４０８に挿通されるようになっている。従って、制御基板４００が遮蔽板３００の上に取付けられると、制御基板４００は、位置決めピン３１０、３２０によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されて、遮蔽板３００に対して相対的に位置決めされる。
また、遮蔽板３００のボス３０４は、制御基板４００をＺ方向に支持すると共に、遮蔽板３００と制御基板４００の間隔を規制する部材である。制御基板４００が遮蔽板３００の上に取付けられると、ボス３０４の先端面が制御基板４００の裏面（遮蔽板３００と対向する面）と接触し、各貫通孔４０２が各ボス３０４に形成されたネジ穴に位置するようになっている。各貫通孔４０２にボルト（不図示）を挿通して各ボス３０４のネジ穴に螺合することによって制御基板４００が遮蔽板３００上に固定される。つまり、ボス３０４によって、制御基板４００のＺ方向の移動も規制されて位置決めされる。
また、図４に示すように、制御基板４００が遮蔽板３００の上に取付けられると、制御基板４００の裏面（遮蔽板３００と対向する面）に配置されたコネクタ４５０が、遮蔽板３００の切欠部３５０を通って、ドライブ基板２００のコネクタ２５０と嵌合し、制御基板４００とドライブ基板２００が電気的に接続される。

【0027】

このように、本実施形態のインバータ装置２０は、ケース５００上に、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００を、Ｚ方向に順に積み重ねることによって組立てられる。かかる組立工程において、ドライブ基板２００及び遮蔽板３００は、パワーモジュール１００に形成された位置決めピン１１０、１２０によって位置決めされ、制御基板４００は、遮蔽板３００に形成された位置決めピン３１０、３２０によって位置決めされるため、組立作業は極めて容易なものとなる。
また、本実施形態の構成によれば、ドライブ基板２００と制御基板４００の位置関係が正確に定まるため、コネクタ２５０とコネクタ４５０の嵌合も容易に行うことができ、またコネクタ２５０とコネクタ４５０に外的なストレスが加わることもない。
また、本実施形態の構成によれば、ドライブ基板２００と遮蔽板３００の位置関係が正確に定まるため、ドライブ基板２００に対して遮蔽板３００を近接して配置することが可能となり、ドライブ基板２００で発生する電磁波ノイズの放射（伝搬）を抑制することができる。

【0028】

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

【0029】

例えば、本実施形態のインバータ装置２０は、ケース５００上に、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００が取付けられるものとして説明したが、このような構成に限定されるものではない。例えば、ケース５００に代えて、パワーモジュール１００、ドライブ基板２００、遮蔽板３００、制御基板４００をモータモジュール１のハウジング３０内のインバータ収納部に直接取付けることもできる。

【0030】

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0031】

１ ：モータモジュール
１０ ：モータ
２０ ：インバータ装置
３０ ：ハウジング
４０ ：インバータカバー
１００ ：パワーモジュール
１０１ ：本体部
１０２ ：貫通孔
１０４ ：ボス
１１０ ：位置決めピン
１２０ ：位置決めピン
２００ ：ドライブ基板
２０１ ：回路基板
２０６ ：貫通孔
２０８ ：貫通孔
２１０ ：高背部品
２２０ ：高背部品
２３０ ：高背部品
２５０ ：コネクタ
３００ ：遮蔽板
３０２ ：貫通孔
３０４ ：ボス
３０６ ：貫通孔
３０８ ：貫通孔
３１０ ：位置決めピン
３２０ ：位置決めピン
３３０ ：絞り部
３４０ ：絞り部
３５０ ：切欠部
４００ ：制御基板
４０１ ：回路基板
４０２ ：貫通孔
４０６ ：貫通孔
４０８ ：貫通孔
４５０ ：コネクタ
５００ ：ケース
５１０ ：突出部
Ｊ２ ：モータ軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】