JP2002528028A - 多相のインバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冷却装置を備えた支持体（１）に半導体出力構成素子（１０，１１）とコンデンサ（７）とを有する、本発明による多相のインバータ装置の構成エレメントが、最適なかつコンパクトな構造形式で配置されている。このためには、冷却装置を有する支持体（１）が中空体として形成されており、この中空体の内部に、可能な限り密にかつ正確に嵌合して単数または複数のコンデンサ（１）を挿入することができ、中空体の外面（４）に、半導体出力構成素子（１０，１１）が配置されている。中空体の高さは、必要となるコンデンサ（７）の高さにほぼ相当している。三相のインバータでは、中空体が外面（４）で六角柱の形を有しているので、全体的に円筒体に近い形を獲得している。円筒状のカバー（２１）によって全体が保護され、コンパクトな構成エレメントが提供される。二相のインバータでは、直方体状の容積が最適に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、半導体出力構成素子とコ
ンデンサとを備えた多相のインバータから出発する。

【０００２】 半導体出力構成素子と、コンデンサ、いわゆる中間回路コンデンサ、特に、大
電力用の電解コンデンサとを装備した多相のインバータもしくは変換器では、少
なくともこれらの構成エレメントを、冷却装置を有する支持体に被着することが
一般的に知られていてかつ慣用である。支持体として、一方では、液状の冷却剤
が流れる冷却通路を有する扁平な方形の冷却ボードが慣用である。他方では、一
方の側に構成エレメントが固定されていて、他方の側に空気冷却のための冷却薄
片または冷却リブが設けられている扁平な方形の支持体が慣用である。比較的高
い出力のインバータでは、いわゆる中間回路コンデンサ（一般的には電解コンデ
ンサが使用される）としての相当大きなコンデンサが設けられていなければなら
ないので、支持体に対して垂直方向の構造高さは、この支持体の、比較的大きな
高さによって規定されており、かつ支持体の、面に関する拡がりは、コンデンサ
の底面だけでなく、出力半導体の、冷却したい比較的大きな所要取付け面によっ
ても加算的に規定されている。これによって、このようなインバータには、面に
関してだけでなく、高さにおいても著しい空間が要求される。この空間要求は、
あらゆる使用事例においては存在していない。

【０００３】 本発明の課題は、既知の構造形式および配置形式に比べて著しく少ない空間が
要求されるように構成エレメントを配置することにある。

【０００４】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の特徴を備えた、本発明によるインバータの構成エレ
メントの配置形式は既知の構造形式および配置形式に比べて、同じ出力で著しく
少ない空間を要求していて、しかも、コンデンサの、著しく集中的な冷却をも保
証しているという利点を有している。本発明は、本質的に改善された空間使用で
構成エレメントをコンパクトにまとめている。特にほぼ円筒形状で提供された空
間容積と、冷却とが最適に使用される。

【０００５】 このためには、本発明による多相のインバータ装置において、支持体が、中空
体として形成されており、この中空体の内部に、可能な限り密にかつ正確に嵌合
してコンデンサまたは並列に切り換えられるコンデンサ装置が挿入可能に設けら
れており、さらに、中空体の外面に半導体出力構成素子が配置されている。した
がって、半導体出力構成素子は、中心体としてのコンデンサを取り囲むように、
支持体として機能する冷却体によって仕切られて配置されている。

【０００６】 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した配置形式の有利な構
成および改良形が可能となる。

【０００７】 本発明の特に有利な構成によれば、中空体が、ほぼ円筒状または直方体状の構
造を外面に有していて、かつ円筒状の構造もしくはコンデンサ装置の外形に適合
された構造を内面に有しているように形成されている。この構成のさらなる改良
形では、中空体の外面に、適切な面が設けられており、この面に半導体出力構成
素子が、冷却可能な中空体と良熱伝導接触して取付け可能である。

【０００８】 特に簡単なかつ整然とした構造を提供する、本発明のこの構成の特に有利な改
良形では、中空体に平坦な面が設けられており、特に、二相のインバータでは４
つの平坦な外面が設けられており、三相のインバータでは６つの平坦な外面が設
けられている。したがって、ブリッジ半部もしくは１／３ブリッジに所属する構
成部分は、冷却する支持体の周りに直方体の形でまたはほぼ円筒状で極めて整然
としてかつ敏感に応答するように配置することができるのに対して、中心にはコ
ンデンサもしくはコンデンサ装置が装着されていて、同じく冷却され得る。さら
に、このコンパクトなインバータ装置は、中空体が、軸方向でほぼコンデンサも
しくはコンデンサ装置の長さに相当する長さで形成されていることによって改善
される。

【０００９】 本発明の特に有利なかつ有効な改良形では、直方体状または円筒状のカバーが
設けられており、このカバーが、支持体として働く中空体を、この中空体内にか
つこの中空体に接触するように取付け可能な構成エレメントと共に、必要となる
接続コンタクトを除いて閉鎖するように取り囲んでいる。これによって、構成部
分が、外部から作用する影響に対して保護されており、ひいては、自体閉鎖され
た、接続可能なかつ組付けに適した極めてコンパクトな構成部分が提供されてい
る。

【００１０】 本発明の極めて有利なかつ有効なさらなる構成では、中空体が、電気的なボー
ドのための支持体としても使用されている。すなわち、１つの実施態様によれば
、半導体出力構成素子のための電気的な制御ボードが、半導体出力構成素子およ
びこの半導体出力構成素子の電気的な接続線路の外側に設けられている。この構
成の有利な改良形では、少なくとも１つの電気的な制御ボードが、中空体状の支
持体の一方の端面もしくは両方の端面に提供可能かつ取付け可能である。

【００１１】 本発明によるインバータ装置の有利な改良形では、中空体に、適切なかつ適切
に配置された冷却通路が設けられており、この冷却通路を通って、特に液状の冷
却剤が移動可能である。この改良形の有利な構成では、中空体が一方の端面に、
冷却通路を有する支持体部分を備えており、この支持体部分によって、支持体の
壁内に設けられた冷却通路が互いに接続可能であり、これによって、中空体状の
支持体が、ポットに類似の形を獲得している。したがって、内部に設けられたコ
ンデンサの外面全体は、冷却する中空体状の支持体によって極めて有利な形式で
ほとんど取り囲まれている。

【００１２】 本発明によるインバータ装置は、種々異なる使用事例において極めて有利な形
式で使用される。特に、本発明によるインバータ装置は、自動車または電気車両
またはハイブリッド車両またはスタータ・ジェネレータ駆動装置で使用するため
に設けられていてかつ適している。

【００１３】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００１４】 本発明によるインバータもしくは変換器の構成エレメントの配置形式が、図１
には平面図で概略的に示してあり、図２には側面図でかつ部分的に断面して概略
的に示してある。図示の実施例は、三相のインバータから出発する。このインバ
ータの、必要となる半導体出力構成素子を備えた、所属の三相のブリッジ回路の
電気的な回路図が図３に示してある。

【００１５】 中空体として形成された支持体１は冷却通路２を備えていて、支持体１の内面
３で円筒状に形成されており、支持体１の外面４で六角柱として形成されている
。これによって、中空体状の支持体１の外面４には、ほぼ円筒状の構造が得られ
る。図２に示したように、中空体状の支持体１は一方の端面に、冷却通路５を有
する支持体部分６を備えていてよい。この支持体部分６によって、中空体はポッ
トに類似の形を獲得しており、支持体部分６と、この支持体部分６の冷却通路５
とによって、支持体１の壁内に設けられた冷却通路２を互いに接続することが可
能となる。中空体状の支持体１に設けられた冷却通路２は適切に成形されていて
、適切な箇所に設けられている。六角柱状の構造を備えた図示の実施例では、冷
却通路２が、有利には、壁厚さがやや大きくなっている縁部領域内に収納されて
いる。

【００１６】 中空体状の支持体１の内部には、有利には大電力用（ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｓｔ
ａｒｋ．）の電解コンデンサの形のコンデンサ７が可能な限り正確に嵌合して挿
入されている。図２に示したように、外部に向かって開く端面では、正極および
負極のための両接続部８，９もしくは接続線路が突出している。さらに、コンデ
ンサ７は、この端面を除いて、支持体として役立つポット状の中空体１によって
全面にわたって密に取り囲まれていて、これによって、中空体１の冷却に完全に
さらされている。中空体１の外面４では、半導体出力構成素子１０，１１が各面
に被着されている。この場合、符号１０，１１で示した半導体出力構成素子は、
たとえば図３に相応して、それぞれ１つのトランジスタＴ１およびこのトランジ
スタＴ１に対して並列に切り換えられるダイオードＤ１；Ｔ４，Ｄ４であってよ
い。このトランジスタＴ１とダイオードＤ１；Ｔ４，Ｄ４とは１つの位相に割り
当てられていて、互いに隣接する２つの面に配置されている。この場合、両構成
素子Ｔ１，Ｄ１；Ｔ４，Ｄ４は、図示した三相インバータに設けられた接続線路
１２；１３；１４を介して外方に案内されている。すなわち、たとえば図３に相
応して、互いに隣接する面に設けられたトランジスタＴ１と、ダイオードＤ１と
、トランジスタＴ４と、このトランジスタＴ４に対して並列に切り換えられるダ
イオードＤ４とは線路１２に所属している。特に線路１２、線路１３または線路
１４のように１つの線路に所属するこれらの半導体出力構成素子は、バスバーと
呼ばれる集合レール１５によってそれぞれ接続されている。線路１３において導
出されている第２の位相には、トランジスタＴ２と、ダイオードＤ２と、トラン
ジスタＴ５と、このトランジスタＴ５に対応されたダイオードＤ５とを備えたブ
リッジ部分が所属している。三相インバータの第３のブリッジ部分には、トラン
ジスタＴ３と、ダイオードＤ３と、トランジスタＴ６と、ダイオードＤ６とが線
路１４において割り当てられている。したがって、各１／３ブリッジ部分に割り
当てられた半導体出力構成素子は、線路１２；１３；１４のそれぞれ一方の側で
、中空体１の、これらの線路接続部に対して対称的に位置する外面に配置されて
いて、良熱伝導接触して、支持体１の、相応する平坦な面に固定されている。こ
のことは、特に図１の平面図で詳しく知ることができる。線路８，９における直
流接続部は、図２で明確に知ることができるように、同じくバスバーと呼ばれる
集合レール１６を介して半導体出力構成素子に導出されている。

【００１７】 図１の平面図から明確に知ることができるように、集合レール１５の外側では
、制御ボード１７が６つの面にそれぞれ設けられている。これらの制御ボード１
７は、その裏側に位置する半導体出力構成素子を直接的に制御している。これら
６つの制御ボード１７は、図２で左側もしくは右側に示したように、プラグ１９
またはフレキシブルなプリント配線板コネクタ２０を介して別のボード、つまり
制御ボード１８に接続されている。図２には、さらに、別のボード１８が図示し
てある。このボード１８は、ここでは重要でない目的のためにインバータ内に一
緒に組み込まれていてよい。これら全ての装置はカバー２１によって取り囲まれ
ている。このカバー２１は、図示の事例では円筒状に形成されていて、線路導出
部８，９，１２，１３，１４を除く全ての構成エレメントを完全に取り囲んでい
る。これによって、組付けに適した、自体閉鎖されかつ線路８，９，１２，１３
，１４に接続可能な構成部分によって、極めてコンパクトにまとめられたインバ
ータが得られる。

【００１８】 したがって、本実施例と、ここで図示した出力構成素子の配置形式とによって
互いに、予め円筒状に設定された構造容積が最適に使用されている。内面３で円
筒状に形成されている六角成形体の中心には、円筒状のコンデンサ７が配置され
ている。中空体状の支持体１の六角成形体の各外面４には、三相パルスインバー
タの１つのパワースイッチが位置しているかもしくは複数のパワースイッチが並
列に切り換えられていて、そこに取り付けられている。本実施例で図示したよう
に、理想的には、半ブリッジの両スイッチもしくは互いに所属するブリッジ部分
の両スイッチが、互いに隣接する六角面に位置している。可能な限り低誘導（ｎ
ｉｅｄｅｒｉｎｄｕｋｔｉｖ．）の構造を達成するために、バスバーと呼ばれる
接続レール１５；１６を介した半ブリッジの接続が行われる。５つの線路接続部
８，９，１２，１３，１４は、半径方向でも軸方向でもよいそれぞれ適切な位置
で導出され得る。図示の例では、線路接続部８，９，１２，１３，１４が軸方向
で１つの端面から一緒に導出されている。中空体またはポット状の支持体１はそ
の軸方向の延在長さにおいて、必要となるコンデンサ７の構造高さによって予め
設定された長さで形成されている。

【００１９】 ここでは、別の実施例（図示せず）において、たとえば二相のインバータで、
４つの外面が設けられており、かつ互いに隣接するそれぞれ２つの外面に、半ブ
リッジに所属する半導体出力構成素子が隣接して配置されているように、中空体
状の支持体の外面を形成できることが分かった。この場合、接続と、各エレメン
トによる制御とは、図示の実施例に類似してる。ここでは、この場合、カバーと
して、直方体状のカバーが使用される。しかし、公知先行技術に比べて、ここで
は、直方体によって提供された全構造容積が構成エレメントによって一部分だけ
ではなく最適に使用されているということを保証することができる。

【００２０】 さらに、中空体状の支持体１の中心に配置されたコンデンサ７の代わりに、並
列に切り換えられる一連のコンデンサから成るコンデンサ装置を使用することが
でき、中空体の内部の中心に配置することができる。この場合、中空体状の支持
体の内面を適宜に、その都度提供された形に最適に適合させることができ、かつ
冷却通路２を適宜に最適な箇所に設けることができる。

【００２１】 したがって、本発明の基本理念は、中空体内の中心に単数もしくは複数のコン
デンサを配置することおよび中空体の外面に、必要となる半導体構成素子を配置
することにある。中空体はその壁内の適切な箇所に、特に冷却液体によって通流
される冷却通路２を有していて、良熱伝導性の移行部において外面に取り付けら
れた半導体構成素子だけでなく、内部に設けられた単数または複数の出力コンデ
ンサをも冷却している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるインバータ装置の概略的な平面図であり、この場合、図示した三
相のインバータの例では、支持する中空体が、内部で円筒状に形成されていて、
外部で６つの面を備えて規則的な六角形で形成されている。

【図２】 図１に示した三相のインバータ装置が概略的な側面図でかつ部分的に断面され
て示してある。

【図３】 図１および図２に示したインバータの構成部分の配置形式に基づく、所属する
半導体出力構成素子を備えた三相のブリッジ回路の電気的な回路図が概略的に示
してある。

【符号の説明】

１ 支持体、 ２ 冷却通路、 ３ 内面、 ４ 外面、 ５ 冷却通路、
６ 支持体部分、 ７ コンデンサ、 ８，９ 接続線路、 １０，１１ 半導
体出力構成素子、 １２，１３，１４ 接続線路、 １５，１６ 集合レール、
１７ 制御ボード、 １８ 制御ボード、 １９ プラグ、 ２０ プリント
配線板コネクタ、 ２１ カバー、 Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、 Ｔ１〜Ｔ６
トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA00 BB00 BB06 CA01 CB02 CB05 HA03 HA06 5H115 PC06 PG04 PU08 PU21 PU29 PV09 PV23 UI30 UI34

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相のインバータ装置であって、半導体出力構成素子（１０
   ，１１）とコンデンサ（７）、いわゆる中間回路コンデンサ、特に、大電力用の
   電解コンデンサとが設けられており、少なくともこれらの構成エレメント（７，
   １０，１１）が、冷却装置を有する支持体（１）に被着されている形式のものに
   おいて、 支持体（１）が、中空体として形成されており、該中空体の内部に、可能な限
   り密にかつ正確に嵌合してコンデンサ（７）または並列に切り換えられるコンデ
   ンサ装置が挿入可能に設けられており、さらに、中空体の外面（４）に半導体出
   力構成素子（１０，１１）が配置されていることを特徴とする、多相のインバー
   タ装置。
2. 【請求項２】 中空体（１）が、ほぼ円筒状または直方体状の構造を外面（
   ４）に有していて、かつ円筒状の構造もしくはコンデンサ装置の外形に適合され
   た構造を内面（３）に有しているように形成されている、請求項１記載のインバ
   ータ装置。
3. 【請求項３】 中空体（１）の外面に、適切な面（４）が設けられており、
   該面（４）に半導体出力構成素子（１０，１１）が、冷却可能な中空体（１）と
   良熱伝導接触して取付け可能である、請求項１または２記載のインバータ装置。
4. 【請求項４】 中空体（１）に平坦な面（４）が設けられており、特に、二
   相のインバータでは４つの平坦な外面が設けられており、三相のインバータでは
   ６つの平坦な外面が設けられている、請求項３記載のインバータ装置。
5. 【請求項５】 中空体（１）が、軸方向でほぼコンデンサ（７）もしくはコ
   ンデンサ装置の長さに相当する長さで形成されている、請求項１から４までのい
   ずれか１項記載のインバータ装置。
6. 【請求項６】 直方体状または円筒状のカバー（２１）が設けられており、
   該カバー（２１）が、支持体（１）として働く中空体を、該中空体内にかつ該中
   空体に接触するように取付け可能な構成エレメント（７，１０，１１，１５，１
   ６，１７，１８）と共に、必要となる接続コンタクト（８，９，１２，１３，１
   ４）を除いて閉鎖するように取り囲んでいる、請求項１から５までのいずれか１
   項記載のインバータ装置
7. 【請求項７】 中空体（１）が、電気的なボード（１７，１８）のための支
   持体としても使用されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のインバ
   ータ装置。
8. 【請求項８】 半導体出力構成素子（１０，１１）のための電気的な制御ボ
   ード（１７）が、半導体出力構成素子（１０，１１）および該半導体出力構成素
   子（１０，１１）の電気的な接続線路（１５，１６）の外側に設けられている、
   請求項７記載のインバータ装置。
9. 【請求項９】 少なくとも１つの電気的な制御ボード（１８）が、中空体状
   の支持体（１）の一方の端面もしくは両方の端面に提供可能かつ取付け可能であ
   る、請求項７または８記載のインバータ装置。
10. 【請求項１０】 中空体（１）に、適切なかつ適切に配置された冷却通路（
    ２）が設けられており、該冷却通路（２）を通って、特に液状の冷却剤が移動可
    能である、請求項１から９までのいずれか１項記載のインバータ装置。
11. 【請求項１１】 中空体が一方の端面に、冷却通路（５）を有する支持体部
    分（６）を備えており、該支持体部分（６）によって、支持体（１）の壁内に設
    けられた冷却通路（２）が互いに接続可能であり、これによって、中空体状の支
    持体（１）が、ポットに類似の形を獲得している、請求項１０記載のインバータ
    装置。
12. 【請求項１２】 当該インバータ装置が、自動車または電気車両またはハイ
    ブリッド車両またはスタータ・ジェネレータ駆動装置で使用するために設けられ
    ている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のインバータ装置。