JP6808989B2 - インバータモジュール - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、インバータモジュールに関する。

特許文献１に、インバータモジュールが開示されている。このインバータモジュールは、インバータ回路と、インバータ回路の上部に設けられた制御基板を有している。制御基板には、インバータ回路を制御する制御回路が設けられている。インバータ回路は、電流を出力するための複数の出力端子を有している。各出力端子に対して、電流検出器が設けられている。電流検出器は、磁気コアと磁気センサを有している。磁気コアは、Ｃ字形状を有しており、出力端子の周囲に沿って伸びている。磁気コアの両端は、互いに対向している。磁気センサは、磁気コアの両端の間の位置に配置されている。磁気センサは、磁気コアに生じる磁界を検出する。磁気コアを通る磁界は、出力端子を流れる電流によって変化する。したがって、磁気センサの検出値は、出力端子を流れる電流の大きさを表す。磁気センサは、ワイヤーハーネス等の信号線を介して制御回路に接続されている。磁気センサの検出値は、信号線によって制御回路に送信される。制御回路は、磁気センサの検出値（すなわち、出力端子を流れる電流の大きさ）に応じてインバータ回路を制御する。

特開２０１４−０１７９００号公報

特許文献１のインバータモジュールでは、磁気センサが制御回路から離れた位置に配置されており、ワイヤーハーネス等の信号線によって磁気センサが制御回路に接続されている。信号線が長いため、信号線において磁気センサの検出信号にノイズが重畳し易い。このため、制御回路で受信される磁気センサの検出値（すなわち、出力端子を流れる電流の大きさ）の誤差が大きいという問題があった。

本明細書が開示するインバータモジュールは、インバータ回路と、制御基板と、制御回路と、磁気コアと、磁気センサを有している。前記インバータ回路は、出力端子を有している。前記制御基板は、前記インバータ回路の上部に配置されている。前記制御回路は、前記制御基板に設けられており、前記インバータ回路を制御する。前記磁気コアは、前記出力端子の周囲に沿って伸びている。前記磁気コアの両端の間に、前記制御基板が配置されている。前記磁気センサは、前記磁気コアの前記両端の間の位置で前記制御基板に設けられており、前記制御回路に電気的に接続されている。

このインバータモジュールでは、磁気コアの両端の間に制御基板が配置されており、磁気コアの両端の間の部分の制御基板に磁気センサが設けられている。この構成によれば、磁気センサは、制御基板に設けられた状態で、磁気コアに生じる磁界を検出することができる。また、この構成では、磁気センサと制御回路が同一の制御基板に設けられている。このため、磁気センサと制御回路の間を繋ぐ信号線が短い。このため、磁気センサから制御回路に送られる磁気センサの検出信号にノイズが重畳し難い。したがって、制御回路で受信される磁気センサの検出値の誤差が小さい。このため、制御回路は、出力端子を流れる電流に応じて、正確にインバータ回路を制御することができる。

インバータモジュール１０の回路図。 インバータモジュール１０の斜視図。 インバータモジュール１０の分解斜視図。 インバータモジュール１０の上面図。 図４のＶ−Ｖ線におけるインバータモジュール１０の断面図。

図１は、実施形態のインバータモジュール１０の回路構成を示す回路図である。インバータモジュール１０は、車両に搭載されている。車両は、さらに、バッテリＢ１、平滑化コンデンサＣ１及び走行用モータＭ１を搭載している。なお、走行用モータＭ１は、発電機として動作することも可能であるので、モータジェネレータと呼ばれることがある。インバータモジュール１０は、バッテリＢ１から供給される直流電流を三相交流電流に変換し、三相交流電流を走行用モータＭ１に供給する。平滑化コンデンサＣ１は、バッテリＢ１の正極と負極の間の電圧を平滑化する。

インバータモジュール１０は、インバータ回路２０、制御回路３０及び電流センサ４０、５０を備えている。

インバータ回路２０は、２個のスイッチング素子２１（ＩＧＢＴなど）の直列回路が３セット並列に接続された回路構成を有している。直列に接続された２個のスイッチング素子２１の各中間点から、出力配線Ｕ、Ｖ、Ｗが引き出されている。出力配線Ｕ、Ｖ、Ｗは、走行用モータＭ１に接続されている。各スイッチング素子２１がスイッチングすることで、バッテリＢ１が出力する直流電流が三相交流電流に変換され、三相交流電流が出力配線Ｕ、Ｖ、Ｗに出力される。これによって、走行用モータＭ１に三相交流電流が供給される。

電流センサ４０は、出力配線Ｕに設置されている。電流センサ４０は、出力配線Ｕに流れる電流に応じた信号を生成する。電流センサ５０は、出力配線Ｗに設置されている。電流センサ５０は、出力配線Ｗに流れる電流に応じた信号を生成する。出力配線Ｖには、電流センサが設置されていない。出力配線Ｖに流れる電流は、電流センサ４０の検出値と電流センサ５０の検出値から算出することができる。

制御回路３０は、インバータ回路２０を制御する制御装置であり、ＭＧ−ＥＣＵ（Motor Generator-Electronic Control Unit）と呼ばれる場合がある。図示していないが、制御回路３０は、各スイッチング素子２１のゲートに接続されている。制御回路３０は、各スイッチング素子２１のゲート電圧を制御することで、各スイッチング素子２１をスイッチングさせる。これによって、インバータ回路２０の出力電流（すなわち、出力配線Ｕ、Ｖ、Ｗのそれぞれを流れる電流）が制御され、その結果、走行用モータＭ１の動作が制御される。制御回路３０は、電流センサ４０、５０に接続されている。制御回路３０には、電流センサ４０、５０から出力配線Ｕ、Ｗに流れる電流を示す信号が入力される。制御回路３０は、出力配線Ｕ、Ｗの電流値に応じて、インバータ回路２０の出力電流を制御する。

図２〜５は、インバータモジュール１０の構造を示している。図２、３に示すように、インバータ回路２０は、本体２８と３つの出力端子２２、２４、２６を備えている。なお、図２、３では、本体２８を簡略化して直方体により示しているが、実際には本体２８は複雑な形状を有している。本体２８は、スイッチング素子２１と冷却器とを積層したモジュールであり、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼ばれる場合がある。出力端子２２、２４、２６は、本体２８の上部に設けられたＬ字形状の端子である。出力端子２２、２４、２６の先端部は、水平方向に沿って伸びている。出力端子２２は出力配線Ｕの一部であり、出力端子２４は出力配線Ｖの一部であり、出力端子２６は出力配線Ｗの一部である。

図２に示すように、インバータ回路２０の本体２８の上部に、制御基板６０が設置されている。制御基板６０は、プリント配線基板である。制御基板６０は、水平方向に伸びる平板形状を有しており、本体２８に対して間隔を開けた位置に固定されている。制御基板６０には、複数のＩＣ３２とその他の図示しない電子部品が実装されている。ＩＣ３２等を含む制御基板６０に形成されている回路によって、上述した制御回路３０が構成されている。図３に示すように、制御基板６０には、３つの切り欠き部６２、６４、６６が設けられている。図２に示すように、切り欠き部６２内に出力端子２２が配置され、切り欠き部６４内に出力端子２４が配置され、切り欠き部６６内に出力端子２６が配置されている。図２に示すように、制御基板６０は、出力端子２２、２４、２６の先端部（水平に伸びる部分）と略同じ高さに配置されている。すなわち、制御基板６０と出力端子２２、２４、２６の先端部が、同一平面に配置されている。

図３に示すように、制御基板６０の切り欠き部６２と切り欠き部６４によって挟まれた部分上に、磁気センサ４２が実装されている。磁気センサ４２は、図１の電流センサ４０の一部を構成している。制御基板６０の切り欠き部６４と切り欠き部６６によって挟まれた部分上に、磁気センサ５２が実装されている。磁気センサ５２は、図１の電流センサ５０の一部を構成している。磁気センサ４２、５２のそれぞれは、いわゆるホール素子であり、自身を通過する磁界の強度を検出する。磁気センサ４２、５２は、制御基板６０が有する信号配線によって制御回路３０に接続されている。

図２に示すように、出力端子２２の先端部（水平に伸びる部分）の周囲に、磁性体によって構成された磁気コア４４が設置されている。図３に示すように、磁気コア４４は、Ｃ字形状を有している。図２に示すように、磁気コア４４は、出力端子２２の周囲を略一巡している。図４、５に示すように、磁気コア４４の両端面（Ｃ字の対向する両端面）の間の空隙内に、制御基板６０と磁気センサ４２が配置されている。図５に示すように、磁気コア４４と出力端子２２の間、及び、磁気コア４４の周囲に、絶縁樹脂層７０が設けられている。なお、図２−図４では、絶縁樹脂層７０の図示は省略してある。絶縁樹脂層７０によって、磁気コア４４が、出力端子２２、磁気センサ４２及び制御基板６０に対して絶縁された状態で固定されている。出力端子２２（すなわち、出力配線Ｕ）に電流が流れると、磁気コア４４の内部に磁界が生じる。磁気コア４４の内部を通る磁界は、磁気センサ４２を通過する。したがって、磁気センサ４２によって磁気コア４４の内部の磁界を検出することができる。磁気コア４４の内部の磁界が出力配線Ｕの電流に応じて変化するので、磁気センサ４２の検出値は出力配線Ｕの電流に応じて変化する。したがって、磁気センサ４２の検出値は、出力配線Ｕに流れる電流を表す。すなわち、磁気コア４４と磁気センサ４２によって、図１に示す電流センサ４０が構成されている。磁気センサ４２の検出値を示す検出信号は、制御基板６０が備える信号線（プリント配線）を介して磁気センサ４２から制御回路３０に送られる。

図２に示すように、出力端子２６の先端部（水平に伸びる部分）の周囲に、磁性体によって構成された磁気コア５４が設置されている。図３に示すように、磁気コア５４は、出力端子２６の周囲を略一巡するＣ字形状を有している。図４、５に示すように、磁気コア５４の両端面（Ｃ字の対抗する両端面）の間の空隙内に、制御基板６０と磁気センサ５２が配置されている。図５に示すように、磁気コア５４と出力端子２６の間、及び、磁気コア５４の周囲に、絶縁樹脂層７０が設けられている。磁気センサ５２は、磁気センサ４２と略同様の原理によって、出力端子２６（すなわち、出力配線Ｗ）に流れる電流を検出する。磁気コア５４と磁気センサ５２によって、図１の電流センサ５０が構成されている。磁気センサ５２の検出値を示す検出信号は、制御基板６０が備える信号線（プリント配線）を介して磁気センサ５２から制御回路３０に送られる。

以上に説明したように、本実施形態のインバータモジュール１０では、制御回路３０が設けられている制御基板６０に、電流センサ４０、５０の一部を構成する磁気センサ４２、５２が実装されている。このため、磁気センサ４２、５２から制御回路３０に検出信号を送信する信号線の距離を短くすることができる。信号線の距離が短いので、磁気センサ４２、５２の検出信号にノイズが重畳し難い。このため、制御回路３０で受信される磁気センサ４２、５２の検出値に誤差が生じ難い。このため、制御回路３０は、出力配線Ｕと出力配線Ｗを流れる電流に応じて、出力配線Ｕ、Ｖ、Ｗを流れる電流を正確に制御することができる。

なお、上述した実施例では、出力端子２４（すなわち、出力配線Ｖ）に電流センサが設けられていなかったが、出力配線Ｖに電流センサが設けられてもよい。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：インバータモジュール
２０：インバータ回路
２１：スイッチング素子
２２：出力端子
２４：出力端子
２６：出力端子
３０：制御回路
４０：電流センサ
４２：磁気センサ
４４：磁気コア
５０：電流センサ
５２：磁気センサ
５４：磁気コア
６０：制御基板
Ｂ１：バッテリ
Ｃ１：平滑化コンデンサ
Ｍ１：走行用モータ

Claims (3)

1. インバータ回路と、
   Ｌ字形状を有し、前記インバータ回路に接続されている出力端子と、
   前記インバータ回路の上部に配置されており、前記出力端子の先端部と同一平面に配置されている制御基板と、
   前記制御基板に設けられており、前記インバータ回路を制御する制御回路と、
   前記出力端子の前記先端部の周囲に沿って伸びており、両端の間に前記制御基板が配置されている磁気コアと、
   前記磁気コアの前記両端の間の位置で前記制御基板に設けられており、前記制御回路に電気的に接続されている磁気センサ、
   を有するインバータモジュール。
2. 前記インバータ回路が、前記出力端子を複数個有しており、
   前記インバータモジュールが、前記磁気コアを複数個有しており、
   前記インバータモジュールが、前記磁気センサを複数個有しており、
   複数の前記出力端子の前記先端部のそれぞれと前記制御基板が同一平面に配置されており、
   複数の前記磁気コアのそれぞれが、対応する前記先端部の周囲に沿って伸びており、
   複数の前記磁気センサのそれぞれが、対応する前記磁気コアの前記両端の間の位置で前記制御基板に設けられている、
   請求項１のインバータモジュール。
3. 前記先端部が、水平に伸びている請求項１または２のインバータモジュール。

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