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JP7206624B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車載用電力変換装置であるインバータ制御装置の構造に関する。
近年における環境対応車両として、電動モータを駆動源とする電気自動車、ハイブリッド自動車等が普及し始めている。電気自動車等には、バッテリからの直流電力を駆動モータへ供給する交流電力に変換し、モータ回転数、駆動トルク等を制御して車両の加減速を行うインバータ装置（電力変換装置）が搭載されている。
例えば特許文献１には、車両に搭載される電力変換装置として、ケース内部で、そのケースの底部から上方の開口部に向けて突出したボス部の先端面にパワー系主回路部、制御回路部、入力フィルタ回路部等をネジ止めして配置し、収容した電力変換装置が開示されている。
特許６１０４３４７号公報
上記特許文献１に記載の電力変換装置では、金属製のバスバーで構成された制御電線、入力電線、出力電線が、外部インターフェースと接続する複数のコネクタと一体成形で構成されている。これらのコネクタは、ケースの側壁に制御回路部、入力フィルタ回路部、出力フィルタ回路部の高さに応じた高さ位置に締結具により固定されている。
このように、特許文献１の電力変換装置は、ケースにおいてコネクタの取付け位置が固定されているので、インバータ制御装置を搭載する車両に対応して、外部電源の入力端子の位置を変更する等の対応ができない。また、特許文献１では、高圧電源を扱う電路で発生した熱を放熱する方策が採られていないため、装置の他の部位が高圧部での発熱の影響を受けるという問題がある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧大電流を通電する高圧部において電源用端子の配置、用途等を変更可能なインバータ制御装置を提供することである。
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、電源電流を入力する高圧部とモータに駆動電流を供給するパワー部とからなるモータ駆動用のインバータ制御装置であって、前記高圧部の筐体正面部に配置された第１入力端子と、前記パワー部内のパワーモジュールに配置された第２入力端子と、前記パワー部の筐体正面部に配置された第１出力端子と、前記高圧部の筐体内に配置され、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを電気的に接続する第１のバスバーとを備え、前記第１のバスバーのうち所定部より前記第１入力端子側に位置する第１の部位の厚さを、前記所定部より前記第２入力端子側に位置する第２の部位よりも厚くして、前記第１の部位の熱容量を前記第２の部位の熱容量よりも大きくしたことを特徴とする。
本発明によれば、付加端子を設けることで、外部電源から入力した高圧電流の経路をインバータ制御装置の高圧部内で選択的に変えることができる。
図１は本発明の実施形態に係るインバータ制御装置が搭載された車両の概略構成である。 図２は駆動モータとギアを組み合わせて一体化したインバータ制御装置の外観図である。 図３はインバータ制御装置における電気的な接続部（コネクタ端子）の配置を示す斜視図である。 図４は、図３に対応する各コネクタ端子と電源供給路を模式的に示す図である。 図５ａは高圧部の付加端子を電源出力端子として使用する例を示す図である。 図５ｂは付加端子を外部電源の入力端子として使用する例を示す図である。 図６はインバータ制御装置の高圧部内に設けられたバスバーの構成を示す図である。 図７はインバータ制御装置におけるコンデンサからの電荷放出構成を示す図である。 図８は筐体の外部底面部の所定位置に設けた複数の凹部を示す図である。
以下、本発明に係る実施の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、本発明の実施形態に係るインバータ制御装置が搭載された車両の概略構成である。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って、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に連結されており、電動モータ１５の駆動力（トルク）は、これら減速機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。
インバータ制御装置１０のインバータ部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、平滑用のコンデンサ１４とを備える。インバータ部２０は、車両全体の制御を司る制御装置３からの制御信号により制御される。
パワーモジュールユニット１３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の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。
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とで、バッテリＢＴからの直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換し、それにより電動モータ１５を駆動する。
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１４が配置されている。コンデンサ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））間に接続されており、バッテリＢＴからの入力電圧を平滑化する大容量の平滑コンデンサ（フィルムコンデンサ）である。
図２は、インバータ制御装置１０の外観図であり、インバータ制御装置１０と駆動モータ１５とギア７を組み合わせて一体化された状態を示している。インバータ制御装置１０の筐体３１は、例えばアルミダイキャストを成形してなる。インバータ制御装置１０は、外部バッテリ（図１のバッテリ（ＢＴ））からの高圧電流の入力部である高圧部１０ａと、駆動モータに駆動電流を供給するパワー部１０ｂとで構成される。
高圧部１０ａとパワー部１０ｂは、筐体３１の内部において隔壁１８を介して分離されている。高圧部１０ａとパワー部１０ｂそれぞれの上面部は、例えばアルミニウム等の金属からなる平板状の部材からなるカバー３９ａ，３９ｂで覆われている。
なお、図８に示すようにインバータ制御装置１０の高圧部１０ａの筐体の外部底面部、およびパワー部１０ｂの筐体の外部底面部それぞれの所定位置には、複数の凹部（凹部６１ａ～６１ｃ）が設けられている。これらの凹部により、製造設備、製造ラインにおけるインバータ制御装置の位置決めが容易になり、作業効率が向上する。
図３は、インバータ制御装置１０における電気的な接続部であるコネクタ端子の配置を示す斜視図である。インバータ制御装置１０の高圧部１０ａは、その高圧部１０ａの筐体正面部３７に配置され外部電源（バッテリ）を接続して高圧電流を入力する外部電源入力端子２３と、筐体側面部３８に配置された付加端子２９とを有する。
インバータ制御装置１０のパワー部１０ｂは、高圧部１０ａの外部電源入力端子２３より入力された高圧電流を高圧部１０ａ内に設けられた一対のバスバー４２，４３を介して受電するパワー部入力端子２５と、パワー部１０ｂの筐体正面部３６に配置され、駆動モータへ電源電流を供給する出力端子２７とを有する。
図４、図５ａおよび図５ｂは、インバータ制御装置１０における上記各コネクタ端子および電源供給路について説明するための図である。図４は、図３に対応する各コネクタ端子と電源供給路を模式的に示している。すなわち、外部電源入力端子２３とパワー部入力端子２５は、バスバー４２，４３を介して相互に電気的に接続されている。
バスバー４２，４３は、高圧部１０ａとパワー部１０ｂとの隔壁１８を通過して、インバータ部２０に配置されたパワー部入力端子２５に終端されている。また、図４は、高圧部１０ａの付加端子２９に電気的な接続がなされていない状態を示している。付加端子２９の形成に際しては、外部電源入力端子２３と同じ金型を使用できる。
図５ａは、高圧部１０ａの付加端子２９を電源出力端子として使用する例を示している。ここでは、一対のバスバー４４，４５に分岐を設け、バスバー４４，４５が外部電源入力端子２３とパワー部入力端子２５間のみならず、付加端子２９とも接続されている。このような構成とすることで、外部電源入力端子２３に接続された外部電源からの高圧電流を、パワー部入力端子２５と付加端子２９の双方に送電できる。
よって、図５ａに示す構成によれば、付加端子２９が高圧部１０ａにおける第２のコネクタとして機能し、付加端子２９を他の機器への電源供給用端子として使用できる。したがって、別途、電源端子を用意することなく、インバータ制御装置１０に接続された外部電源の供給先、用途等を拡大できる。
図５ｂは、付加端子２９を外部電源の入力端子として使用する例を示している。すなわち、付加端子２９とパワー部入力端子２５間に一対のバスバー４６，４７を配置することで、付加端子２９を外部電源入力端子２３の代替端子として使用できる。また、インバータ制御装置１０を搭載する車両の仕様変更に対応して、外部電源の入力端子の位置を、外部電源入力端子２３から付加端子２９に変更できる。
図６は、インバータ制御装置１０の高圧部１０ａ内に設けられたバスバー４２，４３の構成を示している。図６に示すようにバスバー４２は、外部電源入力端子２３側に位置するバスバー４２ａと、パワー部入力端子２５側に位置するバスバー４２ｂとからなり、これらバスバー４２ａ，４２ｂの一方端部同士が中継用ネジ４０により相互に接続されている。
同様にバスバー４３も、外部電源入力端子２３側に位置するバスバー４３ａと、パワー部入力端子２５側に位置するバスバー４３ｂとからなり、それらの一方端部同士が中継用ネジ４１により相互に接続されている。
バスバー４２ａの厚さｔ１は、バスバー４２ｂの厚さｔ２よりも厚く形成されている（ｔ１＞ｔ２）。バスバー４３ａとバスバー４３ｂの厚さについても同様である。これにより、高圧部１０ａにおいて高圧大電流によってバスバーで発生した熱を、隔壁１８から離れた、より熱容量の大きい外部電源入力端子２３側のバスバー４２ａ，４３ａに効率的に放熱できる。その結果、パワー部１０ｂ内のインバータ部２０に対する、高圧部１０ａ内で発生した熱の影響を回避できる。
図７は、インバータ制御装置におけるコンデンサからの電荷放出構成を示している。高圧部１０ａの筐体内には、図７に示すように、ワイヤーハネス５３を介してコンデンサ１４と電気的に接続された電荷放出用抵抗器５１が配置されている。
コンデンサ１４内の電荷が電荷放出用抵抗器５１に放出された場合、電荷放出用抵抗器５１は発熱するが、電荷放出用抵抗器５１は高圧部１０ａの筐体にネジ５４で固定され、熱伝導可能に構成されている。そのため、電荷放出用抵抗器５１で発生した熱は高圧部１０ａの筐体に放熱される。これにより、インバータ制御装置１０の保守・点検時等において、コンデンサ１４からの電荷放出が容易になり、保守・点検作業の安全性を確保できる。
以上説明したように本実施の形態に係るインバータ制御装置において、電源電流を入力する高圧部の筐体正面部に第１入力端子を配置し、モータに駆動電流を供給するパワー部内のパワーモジュールに第２入力端子を配置し、パワー部の筐体正面部に第１出力端子を配置し、さらに高圧部の筐体側面部に付加端子が配置した構成を有する。
このような構成により、外部電源入力端子としての第１入力端子に接続された外部電源からの高圧電流を、パワー部入力端子としての第２入力端子と付加端子の双方に送電する態様と、付加端子を高圧部における第２のコネクタとして機能させる、すなわち、付加端子を第１入力端子の代替端子として使用し、その付加端子を他の機器への電源供給用端子として使用する態様を実現できる。
また、第１入力端子と第２入力端子間を電気的に接続するバスバーのうち、第１入力端子側のバスバーの厚さを第２入力端子側のバスバーよりも厚く形成することで、高圧大電流を扱う高圧部のバスバーで発生した熱を、第２入力端子側よりも熱容量の大きい第１入力端子（外部電源入力端子）側のバスバーに効率的に放熱できる。
３ 制御装置
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（駆動軸）
１０ インバータ制御装置
１０ａ 高圧部
１０ｂ パワー部
１１ インバータ制御部
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 平滑用コンデンサ
１５ 電動モータ
１８ 隔壁
２３ 外部電源入力端子
２５ パワー部入力端子
２７ 出力端子
２９ 付加端子
３６ 筐体正面部
３７ 筐体正面部
３８ 筐体側面部
４０ 中継用ネジ
４２～４５，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ バスバー
５１ 電荷放出用抵抗器
５３ ワイヤーハネス
ＢＴ バッテリ

Claims (4)

  1. 電源電流を入力する高圧部とモータに駆動電流を供給するパワー部とからなるモータ駆動用のインバータ制御装置であって、
    前記高圧部の筐体正面部に配置された第１入力端子と、
    前記パワー部内のパワーモジュールに配置された第２入力端子と、
    前記パワー部の筐体正面部に配置された第１出力端子と、
    前記高圧部の筐体内に配置され、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを電気的に接続する第１のバスバーと、
    を備え、
    前記第１のバスバーのうち所定部より前記第１入力端子側に位置する第１の部位の厚さを、前記所定部より前記第２入力端子側に位置する第２の部位よりも厚くして、前記第１の部位の熱容量を前記第２の部位の熱容量よりも大きくし、
    前記高圧部の筐体側面部にさらに前記第１入力端子と選択的に使用される第３入力端子としての付加端子を配置し、前記高圧部の筐体内に前記第１のバスバーと選択的に配置した第３のバスバーにより該付加端子と前記第２入力端子とを電気的に接続して、該付加端子より入力した電源電流を前記第２入力端子へ送電する、
    ことを特徴とするインバータ制御装置。
  2. 前記付加端子は、選択的に第２出力端子として使用され、前記第１のバスバーを所定部より分岐してなる第２のバスバーにより該付加端子と前記第２入力端子とを電気的に接続して、前記第１入力端子より入力した電源電流を前記第２入力端子と前記第２出力端子としての該付加端子とに分配することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
  3. さらに、前記パワー部の筐体内に実装したコンデンサの電荷放出用抵抗器を前記高圧部の筐体内に配置し、該抵抗器で発生した熱を該高圧部の筐体に放熱することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
  4. 前記高圧部の筐体の外部底面部および前記パワー部の筐体の外部底面部の所定位置に複数の凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
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