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公開番号2021072718
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210506
出願番号2019198588
出願日20191031
発明の名称インバータ装置
出願人アイシン・エィ・ダブリュ株式会社,アイシン精機株式会社
代理人特許業務法人R&C
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210409BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】熱による平滑コンデンサのコンデンサ素子の劣化を軽減できるインバータ装置を提供する。
【解決手段】正極接続部材3Pの第1正極端子31P及び負極接続部材3Nの第1負極端子31Nは、高さ方向Zに沿う高さ方向視で、平滑コンデンサ2における収容部22の第1側面S1から突出するように配置され、第2正極端子32P及び第2負極端子32Nは、収容部22の第1面Stから突出すると共に、高さ方向視で、収容部22における第1側面S1と第2側面S2とが交差する第1隅部C1から突出するように配置され、複数の出力用接続部材4のそれぞれは、第3側面S3に沿って配置されて、スイッチング素子ユニットにおける対応する出力端子に電気的に接続される第1接続端子41と、収容部22における第3側面S3と第4側面S4とが交差する第2隅部C2において、第2面Sbに沿って配置された第2接続端子42と、を備えている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、
前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
直流電源の正極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサとの正極同士を電気的に接続する正極接続部材と、
前記直流電源の負極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサとの負極同士を電気的に接続する負極接続部材と、
前記スイッチング素子ユニットの複数の出力端子に、それぞれ電気的に接続される複数の出力用接続部材と、を備えたインバータ装置であって、
前記正極接続部材は、前記スイッチング素子ユニットの正極に電気的に接続される第1正極端子と、前記直流電源の正極に電気的に接続される第2正極端子と、を備え、
前記負極接続部材は、前記スイッチング素子ユニットの負極に電気的に接続される第1負極端子と、前記直流電源の負極に電気的に接続される第2負極端子と、を備え、
前記平滑コンデンサは、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収容する収容部と、を備え、
前記収容部は、直方体状に形成され、
前記収容部の外面は、前記コンデンサ素子を挟むように配置された第1面及び第2面と、前記第1面と前記第2面との間において前記コンデンサ素子の周囲を囲むように記載順に並んで配置された第1側面、第2側面、第3側面、及び第4側面と、を含み、
前記第1面と前記第2面とが並ぶ方向を高さ方向として、
前記第1正極端子及び前記第1負極端子は、前記高さ方向に沿う高さ方向視で、前記第1側面から突出するように配置され、
前記第2正極端子及び前記第2負極端子は、前記第1面から突出すると共に、前記高さ方向視で、前記収容部における前記第1側面と前記第2側面とが交差する第1隅部から突出するように配置され、
複数の前記出力用接続部材のそれぞれは、前記第3側面に沿って配置されて、前記スイッチング素子ユニットにおける対応する前記出力端子に電気的に接続される第1接続端子と、前記収容部における前記第3側面と前記第4側面とが交差する第2隅部において、前記第2面に沿って配置された第2接続端子と、を備えている、インバータ装置。
続きを表示(約 360 文字)【請求項2】
複数の前記出力用接続部材は、複数の前記第1接続端子から複数の前記第2接続端子に向かうに従って、互いの間隔が狭くなるように配置されている、請求項1に記載のインバータ装置。
【請求項3】
前記スイッチング素子ユニットが、前記第1面に対向するように配置され、
前記直流電源からの電力が前記スイッチング素子ユニットを介して供給される交流機器が、前記第2面に対向するように配置される、請求項1又は2に記載のインバータ装置。
【請求項4】
前記交流機器を接続するための端子台を更に備え、
複数の前記第2接続端子は、前記端子台に電気的に接続され、
前記端子台は、前記第2面における前記第4側面の側に配置されている、請求項3に記載のインバータ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、を備えたインバータ装置に関する。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
このようなインバータ装置の一例が、下記の特許文献1に開示されている。以下、この背景技術の説明では、特許文献1における符号を括弧内に引用する。
【0003】
特許文献1のインバータ装置(6)は、スイッチング素子ユニット(PM)の正極に電気的に接続される正極端子(11p)が形成された正極接続部材と、スイッチング素子ユニット(PM)の負極に電気的に接続される負極端子(11n)が形成された負極接続部材と、スイッチング素子ユニット(PM)における対応する出力端子に電気的に接続される接続端子(17)がそれぞれに形成された3つの出力用接続部材(27)と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2015−223946号公報(図6)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のような正極接続部材、負極接続部材、及び各出力用接続部材(27)は、通電により発熱する。特に、各接続部材の端部に形成された、正極端子(11p)、負極端子(11n)、及び接続端子(17)は、各接続部材における他の部分と比べて温度が高くなり易い。
【0006】
特許文献1のインバータ装置(6)では、高さ方向(H)に沿う高さ方向視で、正極端子(11p)及び負極端子(11n)と、3つの接続端子(17)とが、隣接して配置されている。そのため、それらの端子(11p,11n,17)近傍の温度が上昇し易くなっている。その結果、正極端子(11p)と負極端子(11n)と3つの接続端子(17)との熱により、これらの端子(11p,11n,17)近傍に配置された平滑コンデンサ(CN)のコンデンサ素子の劣化が促進される、という課題があった。
【0007】
そこで、熱による平滑コンデンサのコンデンサ素子の劣化を軽減できるインバータ装置の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記に鑑みた、インバータ装置の特徴構成は、
インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、
前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
直流電源の正極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサとの正極同士を電気的に接続する正極接続部材と、
前記直流電源の負極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサとの負極同士を電気的に接続する負極接続部材と、
前記スイッチング素子ユニットの複数の出力端子に、それぞれ電気的に接続される複数の出力用接続部材と、を備えたインバータ装置であって、
前記正極接続部材は、前記スイッチング素子ユニットの正極に電気的に接続される第1正極端子と、前記直流電源の正極に電気的に接続される第2正極端子と、を備え、
前記負極接続部材は、前記スイッチング素子ユニットの負極に電気的に接続される第1負極端子と、前記直流電源の負極に電気的に接続される第2負極端子と、を備え、
前記平滑コンデンサは、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収容する収容部と、を備え、
前記収容部は、直方体状に形成され、
前記収容部の外面は、前記コンデンサ素子を挟むように配置された第1面及び第2面と、前記第1面と前記第2面との間において前記コンデンサ素子の周囲を囲むように記載順に並んで配置された第1側面、第2側面、第3側面、及び第4側面と、を含み、
前記第1面と前記第2面とが並ぶ方向を高さ方向として、
前記第1正極端子及び前記第1負極端子は、前記高さ方向に沿う高さ方向視で、前記第1側面から突出するように配置され、
前記第2正極端子及び前記第2負極端子は、前記第1面から突出すると共に、前記高さ方向視で、前記収容部における前記第1側面と前記第2側面とが交差する第1隅部から突出するように配置され、
複数の前記出力用接続部材のそれぞれは、前記第3側面に沿って配置されて、前記スイッチング素子ユニットにおける対応する前記出力端子に電気的に接続される第1接続端子と、前記収容部における前記第3側面と前記第4側面とが交差する第2隅部において、前記第2面に沿って配置された第2接続端子と、を備えている点にある。
【0009】
この特徴構成によれば、第1正極端子及び第1負極端子が、高さ方向視で収容部の第1側面から突出するように配置されている。そして、第2正極端子及び第2負極端子が、第1面から突出すると共に、高さ方向視で収容部における第1側面と第2側面とが交差する第1隅部から突出するように配置されている。これにより、第1正極端子及び第1負極端子を、第1側面に沿って第2正極端子及び第2負極端子から離して配置することが容易となっている。
また、本構成によれば、複数の第1接続端子が、第3側面に沿って配置されている。これにより、第1正極端子及び第1負極端子と、複数の第1接続端子とを、互いに収容部に対して反対側に配置することができる。つまり、第1正極端子及び第1負極端子と、複数の第1接続端子とを、互いに離して配置することができる。
更に、本構成によれば、複数の第2接続端子が、収容部における第3側面と第4側面とが交差する第2隅部において、第2面に沿って配置されている。これにより、第2正極端子及び第2負極端子と、複数の第2接続端子とを、高さ方向視で収容部における対角線上に配置することができると共に、高さ方向において互いに収容部に対して反対側に配置することができる。つまり、第2正極端子及び第2負極端子と、複数の第2接続端子とを、互いに離して配置することができる。
以上のように、本構成によれば、温度が高くなり易い、第1正極端子及び第1負極端子と、第2正極端子及び第2負極端子と、複数の第1接続端子及び複数の第2接続端子とを、互いに離して配置することが容易となる。したがって、熱による平滑コンデンサのコンデンサ素子の劣化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態に係るインバータ装置の回路を示す図
平滑コンデンサ、正極接続部材、負極接続部材、及び出力用接続部材を示す斜視図
コンデンサ素子、正極接続部材、及び負極接続部材を示す斜視図
平滑コンデンサ、出力用接続部材、及び端子台を示す斜視図
平滑コンデンサとスイッチング素子ユニットと交流機器との位置関係を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下では、実施形態に係るインバータ装置100について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態では、インバータ装置100は、バッテリBTに接続されると共に回転電機MGに接続されて、バッテリBTの直流と回転電機MGの複数相(ここでは、U相、V相及びW相の3相)の交流との間で電力を変換する。回転電機MGは、電力の供給を受けて動力を発生するモータ(電動機)としての機能、及び動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ(発電機)としての機能を有している。なお、本実施形態では、バッテリBTが「直流電源」に相当する。
【0012】
インバータ装置100は、スイッチング素子ユニット1と、平滑コンデンサ2と、正極接続部材3P及び負極接続部材3Nと、複数の出力用接続部材4と、を備えている。スイッチング素子ユニット1は、インバータ回路11Cを構成する複数のスイッチング素子11を有している。平滑コンデンサ2は、インバータ回路11Cの直流側の電圧(直流リンク電圧)を平滑化するコンデンサである。正極接続部材3Pは、バッテリBTの正極に電気的に接続されると共に、スイッチング素子ユニット1と平滑コンデンサ2との正極同士を電気的に接続する部材である。負極接続部材3Nは、バッテリBTの負極に電気的に接続されると共に、スイッチング素子ユニット1と平滑コンデンサ2との負極同士を電気的に接続する部材である。複数の出力用接続部材4は、スイッチング素子ユニット1の複数の出力端子に、それぞれ電気的に接続される部材である。
【0013】
スイッチング素子11には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SiC−MOSFET(Silicon Carbide - MOSFET)、SiC−SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN−MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)等の高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。ここでは、スイッチング素子11としてIGBTを適用している。複数のスイッチング素子11のそれぞれには、負極から正極へ向かう方向(下段側から上段側へ向かう方向)を順方向として、並列にフリーホイールダイオード12が設けられている。
【0014】
図2及び図3に示すように、平滑コンデンサ2は、コンデンサ素子21と、当該コンデンサ素子21を収容する収容部22と、を備えている。
【0015】
図2に示すように、収容部22は、直方体状に形成されている。ここで、「直方体状」とは、多少の異形部分を有していたとしてもその全体としての概略形状が直方体であることを意味する。以下、形状等に関して「状」を付して用いる他の表現に関しても同様とする。
【0016】
収容部22の外面は、コンデンサ素子21を挟むように配置された頂面St及び底面Sbと、これらの面の間においてコンデンサ素子21の周囲を囲むように記載順に並んで配置された第1側面S1、第2側面S2、第3側面S3、及び第4側面S4と、を含んでいる。頂面Stは「第1面」に相当し、底面Sbは「第2面」に相当する。
【0017】
頂面St及び底面Sbのそれぞれは、長方形状に形成されている。そこで、以下の説明では、頂面St及び底面Sbのそれぞれの長辺に沿う方向を「長手方向X」とし、短辺に沿う方向を「短手方向Y」とする。そして、長手方向Xの一方側を「長手方向第1側X1」とし、長手方向Xの他方側を「長手方向第2側X2」とする。更に、短手方向Yの一方側を「短手方向第1側Y1」とし、短手方向Yの他方側を「短手方向第2側Y2」とする。また、頂面Stと底面Sbとが並ぶ方向を「高さ方向Z」とする。そして、高さ方向Zにおいて、頂面Stの側を「上側Z1」とし、底面Sbの側を「下側Z2」とする。なお、上側Z1及び下側Z2は、説明のための便宜上の向きであり、インバータ装置100の実際の使用状態での向きとは無関係である。
【0018】
本実施形態では、頂面St及び底面Sbのそれぞれにおける短手方向第1側Y1の長辺に、第1側面S1が連続し、短手方向第2側Y2の長辺に、第3側面S3が連続している。更に、本実施形態では、頂面St及び底面Sbのそれぞれにおける長手方向第1側X1の短辺に、第2側面S2が連続し、長手方向第2側X2の短辺に、第4側面S4が連続している。
【0019】
図3に示すように、本実施形態では、コンデンサ素子21は、直方体状に形成されている。そして、コンデンサ素子21には、上側Z1を向く正極面21Pと、下側Z2を向く負極面21Nとが形成されている。また、本実施形態では、複数のコンデンサ素子21がマトリクス状に配置されている。図示の例では、複数のコンデンサ素子21は、長手方向Xに6つ、短手方向Yに1つ又は2つ、高さ方向Zに1つのコンデンサ素子21が並ぶように配列されている。
【0020】
正極接続部材3Pは、スイッチング素子ユニット1の正極に電気的に接続される第1正極端子31Pと、バッテリBTの正極に電気的に接続される第2正極端子32Pと、を備えている。負極接続部材3Nは、スイッチング素子ユニット1の負極に電気的に接続される第1負極端子31Nと、バッテリBTの負極に電気的に接続される第2負極端子32Nと、を備えている。
【0021】
図2に示すように、第1正極端子31P及び第1負極端子31Nは、高さ方向Zに沿う高さ方向視で、第1側面S1から突出するように配置されている。つまり、第1正極端子31P及び第1負極端子31Nは、第1側面S1に対して短手方向第1側Y1に突出するように形成されている。本実施形態では、第1正極端子31P及び第1負極端子31Nは、頂面Stから上側Z1に突出した後に、短手方向第1側Y1に延出し、更に上側Z1に延出し、最後に先端部が短手方向第2側Y2を向くように形成されている。
【0022】
本実施形態では、第1正極端子31Pと第1負極端子31Nとが互いに間隔を空けて交互に並ぶように、3組の第1正極端子31P及び第1負極端子31Nが長手方向Xに沿って一列に並んで配置されている。そして、本実施形態では、3組の第1正極端子31P及び第1負極端子31Nが第4側面S4に寄せて配置されている。図示の例では、最も長手方向第2側X2の第1正極端子31Pが、第4側面S4に隣接するように配置されている。
【0023】
本実施形態では、第1正極端子31P及び第1負極端子31Nは、保持部23によって保持されている。保持部23は、電気的絶縁性を有する素材から構成されている。保持部23は、長手方向Xに隣接する第1正極端子31Pと第1負極端子31Nとの互いの接触を回避するように、それらの間に介装されている。
【0024】
第2正極端子32P及び第2負極端子32Nは、頂面Stから突出するように配置されている。更に、第2正極端子32P及び第2負極端子32Nは、高さ方向Zに沿う高さ方向視で、収容部22における第1側面S1と第2側面S2とが交差する第1隅部C1から突出するように配置されている。つまり、第2正極端子32P及び第2負極端子32Nは、第1隅部C1に対して、長手方向第1側X1及び短手方向第1側Y1の少なくとも一方に突出するように形成されている。本実施形態では、第2正極端子32Pは、第1隅部C1に対して、長手方向第1側X1に突出するように形成されている。また、本実施形態では、第2負極端子32Nは、第1隅部C1に対して、長手方向第1側X1かつ短手方向第1側Y1に突出するように形成されている。
【0025】
本実施形態では、第2正極端子32Pは、第2側面S2に沿う形状で頂面Stから上側Z1に突出した後に、長手方向第1側X1に向かうに従って短手方向第1側Y1に向かう方向に延出するように形成されている。また、本実施形態では、第2負極端子32Nは、第1側面S1に沿う形状で頂面Stから上側Z1に突出した後に、短手方向第1側Y1に向かうに従って長手方向第1側X1に向かう方向に延出するように形成されている。
【0026】
本実施形態では、第2正極端子32Pの先端部と、第2負極端子32Nの先端部とが、互いに短手方向Yに隣接して配置されている。図示の例では、第2正極端子32Pが第2負極端子32Nに対して短手方向第2側Y2に隣接して配置されている。
【0027】
図3に示すように、本実施形態では、正極接続部材3Pは、電動式の油圧ポンプ等の補機の正極に電気的に接続される第3正極端子33Pと、第1正極端子31Pと第2正極端子32Pと第3正極端子33Pとを互いに連結するように形成された正極端子連結部34Pと、を更に備えている。また、本実施形態では、負極接続部材3Nは、上記の補機の負極に電気的に接続される第3負極端子33Nと、第1負極端子31Nと第2負極端子32Nと第3負極端子33Nとを互いに連結するように形成された負極端子連結部34Nと、を更に備えている。
【0028】
図2に示すように、第3正極端子33P及び第3負極端子33Nは、高さ方向Zに沿う高さ方向視で、第2側面S2から突出するように配置されている。つまり、第3正極端子33P及び第3負極端子33Nは、第2側面S2に対して長手方向第1側X1に突出するように形成されている。本実施形態では、第3正極端子33P及び第3負極端子33Nは、頂面Stから上側Z1に突出した後に、長手方向第1側X1に延出し、更に下側Z2に延出するように形成されている。また、本実施形態では、第3正極端子33Pと第3負極端子33Nとは、互いに短手方向Yに隣接して配置されている。
【0029】
本実施形態では、第3正極端子33P及び第3負極端子33Nは、保護部24によって保護されている。本実施形態では、3つの保護部24が設けられている。第1の保護部24は、第3正極端子33Pと第3負極端子33Nとの間に配置されている。第2の保護部24は、第3正極端子33Pに対して短手方向第1側Y1に隣接するように配置されている。第3の保護部24は、第3負極端子33Nに対して短手方向第2側Y2に隣接するように配置されている。図示の例では、3つの保護部24のそれぞれは、収容部22の第2側面S2から長手方向第1側X1に突出すると共に、高さ方向Zに沿って延在する板状に形成されている。
【0030】
図3に示すように、負極端子連結部34Nは、コンデンサ素子21の負極面21Nに沿うように形成されている。つまり、負極端子連結部34Nは、長手方向X及び短手方向Yに沿って延在する板状に形成されている。本実施形態では、負極端子連結部34Nは、複数のコンデンサ素子21のそれぞれの負極面21Nに接合された負極接合部341Nを有している。図示の例では、負極接合部341Nは、コンデンサ素子21の負極面21Nの面積よりも小さい面積を有する板状に形成されている。
(【0031】以降は省略されています)

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