JP2012161122A

JP2012161122A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2012161122A
Application number: JP2011017463A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayano; 勝彦早野; Tatsuyuki Uechi; 辰之上地; Manabu Miyazawa; 学宮澤
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp; Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp; Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】ＭＧコネクタの配置箇所や固定手段を改良する。
【解決手段】ＭＧコネクタ３０が備えるバスバー３２の一方端に二重ボルト２０の外側ボルトが挿入される。二重ボルト２０は、内側ボルトと外側ボルトで構成されている。内側ボルトは、ＩＰＭ１０の冷却水路構成部材１４に設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられる。外側ボルトは、内側ボルトに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられる。その際に、外側ボルトと内側ボルトの間にＭＧコネクタ３０のバスバー３２を挟んで、外側ボルトが内側ボルトに締め付けられる。こうして、二重ボルト２０を用いて、ＩＰＭ１０にＭＧコネクタ３０が物理的に固定され、また、二重ボルト２０とバスバー３２が電気的に接続され、さらに二重ボルト２０とバスバー１６が電気的に接続されているため、二重ボルト２０を介して、ＩＰＭ１０とＭＧコネクタ３０が電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、回転電機に電気的に接続されるコネクタを備えた電力変換装置に関する。

例えばエンジンとモータジェネレータを動力源とするハイブリッド自動車は、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）を備えており、このＰＣＵが、バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータを駆動し、また、モータジェネレータにおいて発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電する。

特許文献１には、ＰＣＵとモータジェネレータ（ＭＧ）との間をＭＧコネクタで電気的に接続する技術が記載されている。この特許文献１に記載された技術では、ＰＣＵのケースに設けられた端子台にＭＧコネクタが固定される。また、特許文献２には、電力変換装置が有する電流センサについて、端子台を兼ねる電流センサが示されている。

ちなみに、特許文献３には、二重ボルトに関する技術が記載されているものの、電力変換装置においてどの部分にどのような機能で利用するのかについて何らの記載もなければ示唆もない。

特開２００９−１４２０３８号公報特開２００６−１９４６５０号公報特開平８−２７７８２５号公報

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、例えば車両に搭載される電力変換装置を構成する部品の配置箇所や固定手段などについて研究開発を重ねてきた。特に、回転電機に電気的に接続されるコネクタ（ＭＧコネクタ）に注目した。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、ＭＧコネクタの配置箇所や固定手段を改良することにある。

上記目的にかなう好適な電力変換装置は、直流電力と交流電力を互いに変換する電力変換モジュールと、回転電機に電気的に接続されるコネクタと、を有し、前記コネクタは、内側ボルトと外側ボルトで構成された二重ボルトを用いて、前記電力変換モジュールに物理的に固定され且つ電気的に接続される、ことを特徴とする。

上記構成によれば、回転電機に電気的に接続されるコネクタが二重ボルトを介して電力変換モジュールに固定されるため、例えば当該コネクタを固定するための端子台を省略することなどが可能になる。これにより、端子台を設ける構成に比べて、例えば、電力変換装置を小型化することができ、部品点数やコストの削減も期待される。また、二重ボルトが物理的な固定機能と電気的な接続機能を兼ね備えているため、これらの機能を別々の部品で実現する場合に比べて、部品点数やコストなどの面において有利である。

望ましい具体例において、前記電力変換モジュールと前記コネクタの間に設けらる電流センサをさらに有し、前記電流センサは、前記二重ボルトを貫通させる貫通孔を備え、前記貫通孔内に設けられた突起と、前記貫通孔に挿入された二重ボルトの内側ボルトに形成された溝が、互いに嵌め合わされる、ことを特徴とする。

上記構成によれば、貫通孔の突起と内側ボルトの溝とが嵌め合わされるため、内側ボルトの回転が抑制される。そのため、例えば外側ボルトのみを取り外す場合において、外側ボルトの回転に追従して内側ボルトも回転してしまう共回りが抑制される。

望ましい具体例において、前記内側ボルトは、前記電力変換モジュールに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられ、これにより前記電力変換モジュールに前記内側ボルトが固定され、前記外側ボルトは、前記内側ボルトに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられ、これにより前記内側ボルトと前記外側ボルトの間に前記コネクタが固定される、ことを特徴とする。

本発明により、ＭＧコネクタの配置箇所や固定手段が改良される。例えば、本発明の好適な態様によれば、回転電機に電気的に接続されるコネクタ（ＭＧコネクタ）が二重ボルトを介して電力変換モジュールに固定されるため、当該コネクタを固定するための端子台を省略することなどが可能になる。また、本発明の別の好適な態様によれば、貫通孔の突起と内側ボルトの溝とが嵌め合わされるため、外側ボルトの回転に追従して内側ボルトも回転してしまう共回りが抑制される。

本発明の実施において好適な電力変換装置を示す図である。内側ボルト２２と電流センサ４０の取り付け方法を示す図である。ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０を示す図である。ＭＧコネクタ３０が取り付けられたＩＰＭ１０を示す図である。２つのＭＧコネクタ３０ａ，３０ｂを示す図である。電流センサ４０を示す図である。二重ボルトを構成する内側ボルト２２と外側ボルト２４を示す図である。

以下に本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施において好適な電力変換装置を示す図であり、図１には、電力変換装置の好適な一例であるＰＣＵ（パワーコントロールユニット）１００内の構成が図示されている。ＰＣＵ１００は、例えばハイブリッド自動車に搭載され、そのハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充電可能なバッテリとの間で電力を遣り取りするモータジェネレータ（ＭＧ）を動力源とする。

図１（Ａ）には、ＰＣＵ１００が備えるＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０とその周辺部が示されている。ＩＰＭ１０は、バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータへ出力する。これにより、モータジェネレータが駆動される。また、ＩＰＭ１０は、モータジェネレータにおいて発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリへ出力する。これによりバッテリが充電される。

図１には、ＩＰＭ１０を構成するパワーモジュール１２と冷却水路構成部材１４が図示されている。パワー素子をモールドしたパワーモジュール１２内には、電力変換等の機能に必要な公知の回路構成、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）のＩＣなどが設けられている。また、パワーモジュール１２内の交流電力の端子とバスバー１６が電気的に接続されており、パワーモジュール１２から伸長された導電性のバスバー１６を介して、パワーモジュール１２の外部との間で交流電力が遣り取りされる。このパワーモジュール１２は、例えば樹脂などで形成された冷却水路構成部材１４によって支えられている。さらに、その冷却水路構成部材１４が、部分的に図示されたセンターケース５０に固定される。

ＭＧコネクタ３０は、モータジェネレータに電気的に接続されコネクタであり、その内部に導電性のバスバー３２を備えている。そのバスバー３２の一方端に二重ボルト２０の外側ボルトが挿入される。また、バスバー３２の他方端の接続端子３４に、例えばハーネスが接続され、そのハーネスを介してＭＧコネクタ３０とモータジェネレータが電気的に接続される。

二重ボルト２０は、共に導電性を備えた内側ボルトと外側ボルトで構成されている。内側ボルトは、ＩＰＭ１０の冷却水路構成部材１４に設けられた螺子孔、つまりナット１８が挿入された螺子孔に挿入されて締め付けられる。これによりＩＰＭ１０に内側ボルトが固定される。なお、冷却水路構成部材１４に設けられた螺子孔の開口部分までバスバー１６が伸長されており、内側ボルトの締め付けにより、導電性を備えた内側ボルトとバスバー１６が電気的に接続される。

一方、外側ボルトは、内側ボルトに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられる。その際に、外側ボルトと内側ボルトの間にＭＧコネクタ３０のバスバー３２を挟んで、外側ボルトが内側ボルトに締め付けられる。こうして、二重ボルト２０を用いて、ＩＰＭ１０にＭＧコネクタ３０が物理的に固定される。また、二重ボルト２０とバスバー３２が電気的に接続され、さらに二重ボルト２０とバスバー１６が電気的に接続されているため、二重ボルト２０を介して、ＩＰＭ１０とＭＧコネクタ３０が電気的に接続される。

電流センサ４０は、ＩＰＭ１０とＭＧコネクタ３０の間に配置され、二重ボルト２０を貫通させる貫通孔を備えている。その貫通孔内には突起が設けられている。また、その貫通孔に挿入される二重ボルト２０の内側ボルトには溝が設けられている。

図１（Ａ）内において円Ｂで示される領域内の拡大図が図１（Ｂ）に示されている。図１（Ｂ）には、電流センサ４０の貫通孔に設けられた突起４２と、内側ボルト２２に設けられた溝２３が図示されている。貫通孔に設けられた突起４２と、その貫通孔に挿入された内側ボルト２２の溝２３が、互いに嵌め合わされる。

溝２３に嵌め合わされる突起４２が内側ボルト２２を押さえつけることにより、内側ボルト２２の回転が抑制され、例えばＩＰＭ１０に固定された内側ボルト２２の緩みなどが防止される。また、例えば装置のメンテナンス時などに、外側ボルト２４のみを取り外す場合において、外側ボルト２４の回転に追従して内側ボルト２２が回転してしまう共回りを防止することなども可能になる。

図２は、内側ボルト２２と電流センサ４０の取り付け方法を示す図である。まず（Ｉ）に示すように、ＩＰＭ１０の冷却水路構成部材１４に設けられた螺子孔、つまりナット１８が挿入された螺子孔に、内側ボルト２２が挿入されて締め付けられる。

次に（ＩＩ）に示すように、電流センサ４０を矢印の方向に沿って移動させて、電流センサ４０の貫通孔に内側ボルト２２を挿入する。そして、電流センサ４０の貫通孔に内側ボルト２２を挿入した状態で、（ＩＩＩ）に示すように、電流センサ４０を矢印の方向に落とすことにより、電流センサ４０の突起４２と内側ボルト２２の溝２３が互いに嵌め合わされる（図１参照）。

さらに、図１に示すように、外側ボルトと内側ボルトの間にＭＧコネクタ３０のバスバー３２を挟んで、外側ボルトが内側ボルトに締め付けられる。

次に、図１に示した各部分の形状について説明する。図３から図７には、図１に示した各部分の具体的な形状例が図示されている。

図３は、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０を示す図である。図３には二重ボルトの内側ボルトが挿入される螺子孔側から見たＩＰＭ１０の斜視図が示されている。図３において、ＩＰＭ１０には６個の螺子孔が設けられており、各螺子孔の開口部分までバスバー１６が伸長されている。つまり、６個の螺子孔に対応した６個のバスバー１６が設けられている。

各バスバー１６は、３相交流電力の各相に対応している。つまり、３つのバスバー１６がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応している。図３に示すＩＰＭ１０は、２つのモータジェネレータを制御する機能を備えており、ＵＶＷ相に対応した３つのバスバー１６を２組だけ備えている。なお、バスバー１６を備えた各螺子孔に対して１本の内側ボルトが挿入される。

図４は、ＭＧコネクタ３０が取り付けられたＩＰＭ１０を示す図である。つまり、図３に示すＩＰＭ１０に、２つのＭＧコネクタ３０ａ，３０ｂを取り付けた状態の斜視図が、図４に示されている。ＩＰＭ１０が２つのモータジェネレータを制御する機能を備えているため、２つのモータジェネレータに対応した２つのＭＧコネクタ３０ａ，３０ｂが取り付けらている。なお、２つのＭＧコネクタ３０ａ，３０ｂとＩＰＭ１０の間には電流センサ４０が取り付けられている。

図５は、２つのＭＧコネクタ３０ａ，３０ｂを示す図である。ＭＧコネクタ３０ａは、１つのモータジェネレータに対応しており、ＵＶＷ相に対応した３つのバスバー３２を備えている。そして、各バスバー３２に設けられた孔を貫通するように１本の外側ボルトが挿入される。また、３つのバスバー３２に対応した３つの接続端子３４を備えている。なお、ＭＧコネクタ３０ｂもＭＧコネクタ３０ａと同じ構造である。

図６は、電流センサ４０を示す図であり、図６（Ａ）は電流センサ４０の斜視図であり図６（Ｂ）は電流センサ４０の正面図である。電流センサ４０には、６つの貫通孔４１が設けられている。１つの貫通孔４１がＩＰＭ１０の１つの螺子孔（図３参照）に対応しており、１つの貫通孔４１に１本の内側ボルトが挿入される。図６（Ｂ）には、貫通孔４１内に設けられる突起４２が図示されている。この突起４２が内側ボルトに形成された溝に嵌め合わされる。なお、複数のピン４４を介して、電流センサ４０における電流の測定結果つまり二重ボルト内を流れる電流の測定結果を示す信号が、例えばＩＰＭ１０などへ出力される。

図７は、二重ボルトを構成する内側ボルト２２と外側ボルト２４を示す図である。図７には、３本の内側ボルト２２と３本の外側ボルト２４が図示されている。各内側ボルト２２には溝２３が設けられており、この溝２３に、電流センサ４０の突起４２（図６参照）が嵌め合わされる。また、各内側ボルト２２に設けられた螺子孔Ｈに、１本の外側ボルト２４が挿入されて締め付けられる。

なお、内側ボルト２２の軸の先端側には雄螺子が形成されており、内側ボルト２２を回転させつつ、その軸の先端側をナット１８（図１）に挿入することにより、内側ボルト２２が締め付けられる。また、外側ボルト２４の軸の先端側にも雄螺子が形成されており、内側ボルト２２の螺子孔Ｈ内には雌螺子が形成されている。そして、外側ボルト２４を回転させつつ、その軸の先端側を内側ボルト２２の螺子孔Ｈに挿入することにより、外側ボルト２４が締め付けられる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。例えば、本発明に係る電力変換装置は、燃料電池とバッテリを電力源とする燃料電池ハイブリッド自動車や、バッテリを電力源とする電気自動車等に搭載されてもよい。

１０ＩＰＭ、２０二重ボルト、２２内側ボルト、２３溝、２４外側ボルト、３０ＭＧコネクタ、４０電流センサ４２突起、１００ＰＣＵ。

Claims

直流電力と交流電力を互いに変換する電力変換モジュールと、
回転電機に電気的に接続されるコネクタと、
を有し、
前記コネクタは、内側ボルトと外側ボルトで構成された二重ボルトを用いて、前記電力変換モジュールに物理的に固定され且つ電気的に接続される、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電力変換モジュールと前記コネクタの間に設けらる電流センサをさらに有し、
前記電流センサは、前記二重ボルトを貫通させる貫通孔を備え、
前記貫通孔内に設けられた突起と、前記貫通孔に挿入された二重ボルトの内側ボルトに形成された溝が、互いに嵌め合わされる、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記内側ボルトは、前記電力変換モジュールに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられ、これにより前記電力変換モジュールに前記内側ボルトが固定され、
前記外側ボルトは、前記内側ボルトに設けられた螺子孔に挿入されて締め付けられ、これにより前記内側ボルトと前記外側ボルトの間に前記コネクタが固定される、
ことを特徴とする電力変換装置。