逆变器装置、马达单元以及车辆

文档序号:1864371 发布日期:2021-11-19 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 逆变器装置、马达单元以及车辆 (Inverter device, motor unit, and vehicle ) 是由 金井聪直 釜野辽 内尾勇贵 吉田大祐 胜田椋也 于 2021-05-11 设计创作,主要内容包括:提供逆变器装置、马达单元以及车辆,与将两个电路板彼此电连接的线束不通过包含磁性材料的铁芯部的结构相比,能够进行更有效的EMC应对。逆变器控制装置(10)的逆变器部(20)是马达驱动用的逆变器装置。逆变器部(20)具有逆变器控制电路板(11)、功率模块控制电路板(12)、电容器单元(14)、第一线束(100)以及包含磁性材料的第一铁芯部(1)。电容器单元(14)配置于逆变器控制电路板(11)与功率模块控制电路板(12)之间。第一铁芯部(1)具备主体部(101),该主体部(101)呈筒状并且具有沿轴向延伸的第一贯通孔(109)。第一线束(100)将两个电路板(11、12)彼此电连接并且通过第一铁芯部(1)的第一贯通孔(109)。(Provided are an inverter device, a motor unit, and a vehicle, which can perform more effective EMC treatment than a structure in which a wire harness for electrically connecting two circuit boards to each other does not pass through an iron core part including a magnetic material. An inverter unit (20) of an inverter control device (10) is an inverter device for driving a motor. The inverter unit (20) has an inverter control circuit board (11), a power module control circuit board (12), a capacitor unit (14), a first harness (100), and a first core portion (1) that contains a magnetic material. The capacitor unit (14) is disposed between the inverter control circuit board (11) and the power module control circuit board (12). The first core part (1) is provided with a main body part (101), and the main body part (101) is cylindrical and has a first through hole (109) extending in the axial direction. The first harness (100) electrically connects the two circuit boards (11, 12) to each other and passes through the first through hole (109) of the first core portion (1).)

逆变器装置、马达单元以及车辆

技术领域

本发明涉及逆变器装置、马达单元以及车辆。

背景技术

伴随着近年来的汽车的电动汽车化(EV化),期望逆变器箱体的小型化、EV驱动用马达周边的必要部件数量的削减。进而,在EV中向驱动用马达输入大电流,因此逆变器中的电磁场噪音也增大。因此,需要应用噪音应对部件。

作为EMC(Electro Magnetic Compatibility:电磁兼容性)的对策,通常将与逆变器连接的线束捆束起来,并贯穿插入铁氧体磁芯(例如,参照专利文献1)。而且,也公开了将导电路、磁性体铁芯以及屏蔽部作为一体固定而得到的台座部安装于搭载有电子部件的基板的结构(例如,参照专利文献2)。然而,在专利文献1和2中,都不是将两个电路板彼此电连接的导电路(线束)通过铁氧体磁芯的结构。

专利文献1:日本特开2013-37526号公报

专利文献2:日本特开2019-140264号公报

发明内容

本发明的课题在于,在使用将两个电路板彼此电连接的线束的结构中,降低在一个电路板周边产生的电磁场噪音对另一个电路板的影响,本发明的目的在于提供与将两个电路板彼此电连接的线束不通过包含磁性材料的铁芯部的结构相比,能够进行更有效的EMC应对的逆变器装置、马达单元以及车辆。

本申请的例示的发明是一种逆变器装置,其特征在于,所述逆变器装置具有电子部件单元、第一线束、包含磁性材料的第一铁芯部以及至少两个电路板,所述电子部件单元配置于所述两个电路板之间,所述第一铁芯部具备呈筒状并且具有沿轴向延伸的第一贯通孔的主体部,所述第一线束将所述两个电路板彼此电连接并且通过所述第一铁芯部的所述第一贯通孔。

根据本申请的例示的发明,通过在将两个电路板彼此电连接的第一线束的中途配置第一铁芯部,能够降低在一个电路板周边产生的电磁场噪音对另一个电路板的影响。由此,能够进行逆变器装置整体的更有效的EMC应对。

附图说明

图1是搭载了本发明的逆变器装置的车辆的概略结构图。

图2是本发明的第一实施方式的逆变器装置的分解立体图。

图3是示出第一线束通过第一铁芯部的状态的俯视图((a)是正常状态,(b)是异常状态)。

图4是示意性地示出设置于第一铁芯部的判定构造的其他结构例的图(俯视图和主视图)。

图5是示意性地示出第一铁芯部的结构的图(俯视图和主视图)。

图6是示出本发明的第一实施方式的第一铁芯部和第二铁芯部安装于电容器单元的状态的侧视图。

图7是示出本发明的第一实施方式的第一铁芯部的其他配置状态的分解立体图。

图8是示意性地示出第一铁芯部的立体图。

图9是示出第一铁芯部的其他配置状态的俯视图。

图10是本发明的第二实施方式的逆变器装置的分解立体图。

图11是本发明的第二实施方式的逆变器箱体的截面和铁芯固定夹具的放大示意图。

标号说明

1:第一铁芯部;101:主体部;1011:板片部;1012:切口部;1013:窗部;102:固定部;1021:贯通孔;109:第一贯通孔;2:第二铁芯部;201:主体部;202:固定部;203:第二铁芯固定夹具;204:臂部;205:贯穿插入部;206:突起部;209:第二贯通孔;3:第三铁芯部;303:第三铁芯固定夹具;304:臂部;305:贯穿插入部;306:突起部;309:第三贯通孔;C:控制部;5a、5b:车轮;6:减速器;7:差动齿轮;8:驱动轴;10:逆变器控制装置;11:逆变器控制电路板;110:布线板;111:电子部件;12:功率模块控制电路板;13:功率模块单元;14:电容器单元;141:下表面;142:上表面;15:电动马达;16:逆变器箱体;160:箱体贯通孔;162:孔(螺纹孔);163:孔(螺纹孔);20:逆变器部;100:第一线束;200:第二线束;300:第三线束;BT:电池;T:螺钉;O1、O2:中心线;W1、W2:宽度。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下,参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。

图1是搭载了本发明的逆变器装置的车辆的概略结构图,图2是图1所示的逆变器装置的分解立体图,图3是示出第一线束通过第一铁芯部的状态的俯视图((a)是正常状态,(b)是异常状态)。

在图2(图7也相同)中,规定了X轴、与X轴垂直的Y轴、与X轴和Y轴垂直的Z轴来进行说明。而且,将图2中的上侧称为“上”或“上方”,将下侧称为“下”或“下方”。

在图1中,电动马达15例如是三相交流马达,是车辆的驱动力源。电动马达15的旋转轴与减速器6和差动齿轮7连结。由此,电动马达15的驱动力(扭矩)经由这些减速器6、差动齿轮7、驱动轴(drive shaft)8传递到一对车轮5a、5b。

逆变器控制装置10的逆变器部(本发明的逆变器装置)20具备:功率模块单元13,其向电动马达15供给驱动电力;功率模块控制电路板(一个电路板)12,其向功率模块单元13输出驱动信号;逆变器控制电路板(另一个电路板)11,其向功率模块制电路板12输出控制信号;以及电容器单元(电子部件单元)14,其使来自电池BT的电压平滑。

逆变器部20被来自负责车辆整体的控制的控制部C的控制信号控制,从而驱动电动马达15。

功率模块单元13具有将功率开关元件按U相、V相、W相的每一个连接2个(上臂的功率开关元件和下臂的功率开关元件)、共计六个功率开关元件而成的桥电路(电力转换电路)。

另外,作为功率开关元件,例如,例举出IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor:金属氧化膜型场效晶体管)等。

功率模块单元13根据来自功率模块控制电路板12的驱动信号(PWM控制信号),切换功率开关元件的接通/断开。由此,功率模块单元13将从电池(电源)BT经由电容器单元14供给的直流电力转换为交流电力(三相交流电力),并向电动马达15供给,从而驱动电动马达15。

电池BT是作为车辆的动力源的电能的供给源,例如由多个二次电池构成。

在逆变器部20与电池BT的连接部配置有电容器单元14。电容器单元14连接在高电位线(正极电位B+)与低电位线(负极电位B-(GND))之间。该电容器单元14具有使来自电池BT的输入电压平滑的功能,具备大容量的平滑电容器(薄膜电容器)。

如图2所示,功率模块单元13、功率模块控制电路板12、电容器单元14以及逆变器控制电路板11沿Z轴方向从下侧起依次配置。换句话说,电容器单元14配置于逆变器控制电路板11与功率模块控制电路板12之间,功率模块单元13配置于功率模块控制电路板12的与电容器单元14相反的一侧。

另外,逆变器部20具备:第一线束100,其将逆变器控制电路板11与功率模块控制电路板12电连接;以及第二线束200,其将逆变器控制电路板11与低压电源(外部电源)电连接。

来自低压电源的电流(电信号)依次供给到第二线束200、逆变器控制电路板11、第一线束100、功率模块控制电路板12以及功率模块单元13。

进而,逆变器部20具备均包含磁性材料的第一铁芯部1和第二铁芯部2。

该第一铁芯部1和第二铁芯部2分别可以是其自身由磁性材料构成,也可以将由磁性材料构成的铁芯收纳于壳体而构成。

在这里,作为磁性材料,例如例举出铁氧体、磁铁矿、赤铁矿等。而且,作为壳体的结构材料,例如例举出聚烯烃、聚酯这样的树脂材料、陶瓷材料等。

在本实施方式中,第一铁芯部1具备主体部101,该主体部101呈筒状并且具有沿轴向延伸的第一贯通孔109,第二铁芯部2具备主体部201,该主体部201呈筒状并且具有沿轴向延伸的第二贯通孔209。在这里,筒状包含圆筒状、椭圆筒状、方筒状(例如,正方形的四棱筒状、长方形的四棱筒状、三棱筒状、五棱筒状、六棱筒状等)、异形筒状。

而且,第一铁芯部1(主体部101)配置为第一线束100通过其第一贯通孔109,第二铁芯部2(主体部201)配置为第二线束200通过其第二贯通孔209。

根据该结构,能够降低在功率模块单元13和功率模块控制电路板12产生的电磁场噪音对外部电源的影响。具体而言,在将功率模块控制电路板12与逆变器控制电路板11电连接的第一线束100配置第一铁芯部1,因此能够降低在功率模块单元13和功率模块控制电路板12产生的电磁场噪音对逆变器控制电路板11的影响。

另外,在将逆变器控制电路板11与外部电源电连接的第二线束200配置第二铁芯部2,因此能够使从功率模块单元13和功率模块控制基板12流入逆变器控制电路11的电磁场噪音对外部电源的影响衰减。由此,能够进行更有效的EMC应对。

如上所述,通过合用第一铁芯部1与第二铁芯部2,能够进行有效的EMC应对,但也可以仅采用第一铁芯部1和第二铁芯部2中的任意一个,尤其是优先采用第一铁芯部1。

在图2所示的结构中,第一铁芯部1和第二铁芯部2都配置为其主体部101、201的轴向与从功率模块控制电路板12朝向逆变器控制电路板11的方向(Z轴方向)垂直。换句话说,第一铁芯部1和第二铁芯部2都配置为其主体部101、201的轴向与X轴方向平行。

根据该配置,如图所示,即使在主体部101、201的轴向(X轴方向)的长度(高度)比沿与轴向垂直的方向(Y或Z轴方向)的长度(宽度)高度更大的情况下,也能够使第一铁芯部1和第二铁芯部2容易并且可靠地收纳于逆变器箱体内的空间。而且,沿轴向的长度较大的第一铁芯部1和第二铁芯部2的降低电磁场噪音的能力也较高,因此其结果,能够进行更有效的EMC应对。

如图3所示,第一铁芯部1具备从主体部101的一端部沿轴向突出的板片部1011。通过设置该板片部1011,在俯视(从上表面观察)逆变器部20时,能够判定第一线束100是否通过(贯通)第一铁芯部1的第一贯通孔109。

具体而言,如图3的(a)所示,在第一线束100通过(贯通)第一铁芯部1的第一贯通孔109的情况下,在板片部1011的近前侧观察到第一线束100,从而判定为正常状态。另一方面,如图3的(b)所示,在第一线束100未通过(贯通)第一铁芯部1的第一贯通孔109的情况下,在板片部1011的近前侧未观察到第一线束100,从而判定为异常状态。

如果采用板片部1011,能够通过目视容易地判定正常状态和异常状态,因此能够实现逆变器部20的组装作业的效率的提高。

另外,该判定不仅能够通过人的目视实现,也可以利用照相机等摄像装置实现。

该板片部1011可以说是能够判定第一线束100是否通过所述第一贯通孔109的判定构造。该判定构造也可以采用图4所示的形状。图4是示意性地示出设置于第一铁芯部的判定构造的其他结构例的俯视图(a1~c1)和主视图(a2~c2)。

在图4的(a1)和(a2)所示的板片部1011中,如图4的(a2)所示,其宽度W1设定为比第一贯通孔109的宽度W2大。根据该结构,如图4的(a1)所示,在第一线束100刚通过第一铁芯部1(主体部101)的第一贯通孔109之后,即使在弯曲90°的情况下,也能够准确地判定正常状态和异常状态。

另外,通过设置该宽度较大的板片部1011,也能够作为使第一线束100通过第一贯通孔109时的引导件发挥功能。在该情况下,能够提高将第一铁芯部1安装于第一线束100的安装作业的容易性。

图4的(b1)和(b2)所示的判定构造7由从主体部101的一端部朝向另一端部(沿第一贯通孔109的轴向)被切开的切口部1012构成。而且,图4的(c1)和(c2)所示的判定构造由沿与轴向垂直的方向贯通主体部101的窗部1013构成。

在该结构中,在第一线束100通过(贯通)第一铁芯部1的第一贯通孔109的情况下,在俯视观察第一铁芯部1(主体部101)时,在切口部1012或窗部1013的里侧观察到第一线束100,从而判定为正常状态。另一方面,在第一线束100未通过(贯通)第一铁芯部1的第一贯通孔109的情况下,在俯视观察第一铁芯部1(主体部101)时,在切口部1012或窗部1013的里侧未观察到第一线束100,从而判定为异常状态。

另外,切口部1012的俯视形状不限于矩形,也可以是半圆形状、三角形状、梯形状等,窗部1013的俯视形状也不限于矩形,也可以是圆形状、椭圆形状、三角形状、五边形状,六边形状等。

另外,图3或图4的(a1)所示的板片部1011设置于在俯视(从上表面观察)第一铁芯部1时的下表面侧,图4的(b1)和(b2)所示的切口部1012和图4的(c1)和(c2)所示的窗部1013设置于在俯视(从上表面观察)第一铁芯部1时的上表面侧,但并不限定于这些位置。

板片部1011、切口1012以及窗部1013等判定构造只要能够从第一铁芯部1的一个方向通过目视(或利用摄像装置的摄影)观察第一线束100是否通过第一贯通孔109,就能够设置于第一铁芯部1的任意位置。

第一铁芯部1和第二铁芯部2分别仅由主体部101、201构成,例如,可以经由粘接剂层固定于电容器单元14,但优选它们中的至少一方经由固定部固定于电容器单元14。

图5是示意性地示出第一铁芯部的结构的俯视图(a1)和主视图(a2),图6是示出第一铁芯部和第二铁芯部安装于电容器单元的状态的侧视图。

在图5和图6所示的结构中,第一铁芯部1具备主体部101和从主体部101沿与轴向垂直的方向突出的固定部102,第二铁芯部2也具备主体部202和从主体部101沿与轴向垂直的方向突出的固定部202。

另外,固定部102(固定部202也同样)形成有沿其厚度方向贯通,并能够供螺钉T贯穿插入的贯通孔1021。

如图6所示,电容器单元14具备与功率模块制电路板12对置的下表面(第一面)141和与逆变器控制电路板11对置的上表面(第二面)142,第一铁芯部1和第二铁芯部2都经由固定部102、202通过螺钉T固定于上表面142。

根据该结构,经由固定部102、202将第一铁芯部1和第二铁芯部2固定于电容器单元14,因此能够提高针对振动的耐性。尤其是,通过经由固定部102、202固定于电容器单元14的上表面142,与不经由固定部102、202的情况相比,容易有效地利用逆变器箱体内的空间。

接着,对第一铁芯部1的其他配置状态和其他结构例进行说明。另外,对第一铁芯部1进行代表性的说明,但关于第二铁芯部2,也可以同样地构成。

图7是示出第一铁芯部的其他配置状态的分解立体图,图8是示意性地示出第一铁芯部的立体图,图9是示出第一铁芯部的其他配置状态的俯视图。

在图7所示的例子中,第一铁芯部1配置为其主体部101的轴向与从功率模块控制电路板12朝向逆变器控制电路板11的方向(Z轴方向)平行。

根据该结构,能够使第一线束100无需较大地弯曲就能够通过第一贯通孔109,因此能够提高将第一铁芯部1安装于第一线束100的安装作业的容易性,并且也能够防止第一线束100的断线。而且,也容易判定第一线束100是否通过第一贯通孔109。

在图8所示的例子中,第一铁芯部1具备连接主体部101与固定部102的肋103、104。由此,能够进一步提高第一铁芯部1的机械强度。

另外,第一铁芯部1作为整体,角部带有圆角,即进行了R加工。根据该结构,在将第一铁芯部1安装于第一线束100时,能够防止对第一线束100造成损伤。而且,在将第一铁芯部1安装于电容器单元14时或收纳于逆变器箱体内时,也能够防止对电容器单元14和逆变器箱体造成损伤。

另外,第一铁芯部1也可以构成为仅其轴向端部的至少一部分(板片部1011的角部)带有圆角。由此,在将第一铁芯部1安装于第一线束100时,也能够充分防止对第一线束100造成损伤。

如图9所示的例子所述,在第一铁芯部1中,主体部101的第一贯通孔109的中心线O1与通过形成于固定部102的两个贯通孔1021的中心的中心线O2也可以交叉。即,中心线O1与中心线O2也可以不平行。根据该结构,能够与逆变器箱体16的形状对应地最大限度地有效利用其内部的空间,并且准确地收纳于逆变器箱体16内。

<第二实施方式>

以下,参照附图对本发明的第二实施方式进行详细说明。

图10是第二实施方式的分解立体图,对逆变器箱体16进行了透视而记载。

如图10所示,逆变器部20除了第一实施方式的第一铁芯部1和第二铁芯部2,还具备第三铁芯部3和第三线束300。而且,第二铁芯部和第三铁芯部通过固定部件分别固定于逆变器箱体16的内壁。作为固定部件,例如能够使用铁芯壳体或粘结剂、夹具等。具体而言,第二铁芯部2通过第二铁芯固定夹具203固定于逆变器箱体16的内壁,第三铁芯部3通过第三铁芯固定夹具303固定于逆变器箱体16的内壁。第一铁芯部采取上述第一实施方式那样的结构,因此省略说明。另外,不需要将第二铁芯部和第三铁芯部双方固定于逆变器箱体16的内壁,也可以固定任意一方。

<第二铁芯部>

第二铁芯部2配置为使第二线束200通过其第二贯通孔209。在第一实施方式中,第二铁芯部2经由固定部202固定于电容器单元14,但在第二实施方式中,也可以没有固定部202。第二铁芯部2经由第二铁芯固定夹具203固定于逆变器箱体16的内壁。

逆变器箱体16具有沿其厚度方向贯通的箱体贯通孔160(未图示),第二铁芯部2的外径比箱体贯通孔160的直径小。根据该结构,在将第二线束200贯穿插入第二铁芯部2的状态下,能够经由箱体贯通孔160将第二铁芯部2从逆变器箱体外部收纳于逆变器箱体内部。即,组装时的作业性提高。

<第三铁芯部>

第三铁芯部3配置为呈筒状,并具备沿轴向延伸的第三贯通孔309,使第三线束300通过其第三贯通孔309。第三线束300是将逆变器控制电路板(另一个电路板)与外部装置电连接的线束。外部装置例示有电动油泵或旋转变压器等。

第三铁芯部3经由第三铁芯固定夹具303固定于逆变器箱体16的内壁。

通过将第一铁芯部1、第二铁芯部2、第三铁芯部3设置于各线束,能够提高噪音应对效果。尤其是,第三线束300是与外部装置进行逆变器控制基板间的信号的发送接收的线束,因此能够通过设置第三铁芯部3来降低噪音对外部装置的影响。

<逆变器箱体>

图11是表示逆变器箱体16的截面与第二铁芯固定夹具203的位置关系的放大示意图。

逆变器箱体16在内壁具有沿其厚度方向开口的两个孔162、163。即,孔162、163也可以说是能够从逆变器箱体16的内壁侧贯穿插入其他部件并进行收纳的空间。进而,孔162、163是螺纹孔形状。孔162与孔163、第二铁芯固定夹具203与第三铁芯固定夹具303是不同的部件,但与逆变器箱体16的位置关系相同,因此在图11中共同记载。

孔162、163的形状是一例,只要是能够从逆变器箱体16的内壁侧贯穿插入其他部件的结构,可以是任何结构,可以沿逆变器箱体16的厚度方向贯通,也可以不贯通,形状不限于螺纹孔,也可以是通孔。

<铁芯固定夹具>

第二铁芯固定夹具203和第三铁芯固定夹具303是树脂制的,分别具有臂部204、304、贯穿插入部205、305。

臂部204、304分别把持第二铁芯部2、第三铁芯部3。臂部204、304例如以沿径向包围的方式把持筒状的铁芯部的周围。只要能够把持铁芯部,臂部的形状可以是任何结构。例如,臂部也可以是爪状,即将爪钩挂于铁芯部并沿径向施加压力从而固定的形状。

贯穿插入部205、305分别贯穿插入逆变器箱体16的内壁的孔(螺纹孔)162、163。贯穿插入部205、305具有沿与相对于内壁的贯穿插入方向垂直的方向突出的突起部206、306,该突起部与螺纹孔162、163内的槽嵌合。螺纹孔162、163内的没有槽的部位的直径比贯穿插入部205、305的具有突起部的部位的外径小。由此,贯穿插入部205、305使突起部的树脂变形并压入螺纹孔162、163。

在这里,使用固定部件将铁芯部固定于逆变器箱体的内壁,由此即使在车辆行驶时而逆变器振动的情况下,也能够防止铁芯部的移动。即,能够防止铁芯部与线束或铁芯固定夹具以外的部件接触而导致的损伤。进而,铁芯部不与线束或铁芯固定夹具以外的部件接触,由此难以受到来自其他部件的电磁波噪音的影响,因此防止铁芯部的噪音降低效果的降低。

将铁芯固定夹具的贯穿插入部压入逆变器箱体的内壁的螺纹孔并固定,由此能够将铁芯固定夹具固定于逆变器箱体,而无需使用螺钉等其他部件。由此,组装时的作业性提高。

利用将线束通过了贯通孔的铁芯部固定于逆变器箱体的结构,能够同时进行线束的固定和铁芯部的固定。由此,不需要线束用固定部件,从而能够削减部件数量。

第一线束连接两个基板间,因此固定于基板附近的电容器的线束的卷绕顺畅。

第二线束和第三线束与外部电源或外部装置连接,因此与收纳于逆变器箱体的部件相比,固定于逆变器箱体的话,线束的卷绕顺畅。

另外,第一铁芯部(第一线束)固定于电容器单元,第二铁芯部(第二线束)和第三铁芯部(第三线束)固定于箱体,由此能够将线束固定于适当的场所,而没有多余的卷绕等。即,能够以最短路径配置各线束,从而噪音降低效果相应地提高。

以上,根据优选的实施方式对本发明的逆变器装置进行了说明,但本发明并不限定于此。

例如,关于本发明的逆变器装置,在上述实施方式的结构中,可以追加其他任意的结构,也可以替换为发挥相同功能的任意的结构。

另外,本发明的逆变器装置也可以具有逆变器控制电路板11和功率模块控制电路板12以外的其他电路板。

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