JP2004215335A - Smoothing capacitor disposing structure of inverter unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a smoothing capacitor disposing structure of an inverter unit which can secure a long lifetime without introducing a temperature rise even by using a small-sized electrolytic capacitor according to a small current ripple capacity while a vibration input at a vehicle carrying time is surely prevented from being dropped. <P>SOLUTION: The inverter unit I is disposed between the battery 17 of a DC power supply and a multiple shaft multilayer motor M driven by an AC current, and has first DC bus bars 72a, 72b and second DC bus bars 73a, 73b, an IPM 70, and the electrolytic capacitor 74 in an inverter upper case 30. The electrolytic capacitor 74 forms a capacitor inserting groove 35 having a shape similar to the side face of the capacitor and the bottom of the capacitor in the inverter upper case 30. The terminals 74a, 74b of the electrolytic capacitor 74 are disposed on upper surfaces and introduced into the capacitor inserting groove 35, and a capacitor cooling water passage 32 is formed along the side face shape of the capacitor on the outer periphery of the capacitor inserting groove 35. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源であるバッテリと交流電流により駆動される回転電機との間に配置され、直流電流と交流電流との相互変換を行うインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来のインバータ装置は、入力直流電源の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサとして、大容量である複数の電解コンデンサのみを搭載している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−152662号公報(図2)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインバータ装置にあっては、入力直流電源の電圧変動を電解コンデンサのみにより平滑化しているため、パワーモジュールのスイッチングがあまりに高周波数になると、電解コンデンサはただの抵抗要素となってしまい、入力直流電源の電圧平滑化が不可能になる。
【0005】
言い換えると、使用する電解コンデンサの周波数特性によって、パワーモジュールにて許容するスイッチング周波数帯の上限周波数が限られてしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、パワーモジュールにて許容するスイッチング周波数帯の上限周波数を高め、パワーモジュールが高速スイッチング状態であっても、入力直流電源電圧を安定させることができるインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の平滑コンデンサ配置構造では、直流電源であるバッテリと交流電流により駆動される回転電機との間に配置され、DCバスバーと、パワーモジュールと、入力直流電源の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサと、をケース内に有するインバータ装置において、
前記平滑コンデンサとして、大容量である複数の電解コンデンサと、容量は小さいが周波数特性に優れた複数のフィルムコンデンサと、を併用した。
【0008】
【発明の効果】
よって、本発明のインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造にあっては、平滑コンデンサとして電解コンデンサとフィルムコンデンサとを併用したため、パワーモジュールにて許容するスイッチング周波数帯の上限周波数を高め、パワーモジュールが高速スイッチング状態であっても、入力直流電源電圧を安定させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインバータ装置を実現する実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0010】
(第1実施例)
[ハイブリッドシステム]
図1は第1実施例のインバータ装置が適用されたパラレル型のハイブリッドシステムの全体図であり、図1において、Eはエンジン、Mは複軸多層モータ(回転電機)、Gはラビニョウ型複合遊星歯車列、Dは駆動出力機構、Iはインバータ装置である。
【0011】
前記エンジンEは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、そのエンジン出力軸5は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2に対し、フライホイールダンパー6及び多板クラッチ7を介して連結されている。
【0012】
前記複軸多層モータMは、外観的には1つのモータであるが2つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータMは、モータカバー1とモータケース2により画成されたモータ室内に配置され、前記モータケース2に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータSと、前記ステータSの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータSの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRからの出力軸である第1モータ中空軸8は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORからの出力軸である第2モータ軸9は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2に連結されている。
【0013】
この複軸多層モータMは、1つのステータSにより2つのロータIR,ORを駆動するため、それぞれのロータIR,OR間にトルク干渉が発生してはならない。数学的に電圧と電流の周波数が異なる時には、それらの内積はゼロになり、電力が発生しないことが知られているが、これは電流と磁束においても言えることである。よって、各ロータIR,ORの永久磁石の数を変えることにより、各ロータIR,OR間のトルクを非干渉に設計できる。また、コイル電流を複合電流にすることで、各ロータIR,ORを独立に制御できる。以上のことにより、第1実施例の複軸多層モータMでは、コイル電流として複合電流による6相交流を用い、ステータSに18個のコイルを有し、アウターロータORに6極対の永久磁石を有し、インナーロータIRに3極対の永久磁石を有する構成を採用している。
【0014】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、動力源の回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、ギヤハウジング3とフロントカバー4により画成されたギヤ室内に配置され、互いに噛み合う第1ピニオンP1と第2ピニオンP2を支持する共通キャリヤCと、第1ピニオンP1に噛み合う第1サンギヤS1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2サンギヤS2と、第1ピニオンP1に噛み合う第1リングギヤR1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2リングギヤR2との5つの回転要素を有して構成されている。前記第1リングギヤR1とギヤハウジング3との間には多板ブレーキ10が介装されている。前記共通キャリヤCには、出力ギヤ11が連結されている。
【0015】
前記駆動出力機構Dは、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの共通キャリヤCに連結された出力ギヤ11から駆動輪に至る機構である。この駆動出力機構Dは、出力ギヤ11と、第1カウンターギヤ12と、第2カウンターギヤ13と、ドライブギヤ14と、ディファレンシャル15と、ドライブシャフト16L,16Rと、を有して構成されている。そして、出力ギヤ11からの出力回転及び出力トルクは、第1カウンターギヤ12→第2カウンターギヤ13→ドライブギヤ14→ディファレンシャル15を経過し、ドライブシャフト16L,16Rから図外の駆動輪へ伝達される。
【0016】
前記インバータ装置Iは、バッテリ17の直流電流を複合電流による6相交流に変換して複軸多層モータMの2つのロータを駆動するモータドライバ機能と、複軸多層モータMのロータ回転により発電した複合電流による6相交流を直流電流に変換してバッテリ17へ充電する機能と、複軸多層モータMの2つのロータのうち一方のロータをモータとして用い他方のロータをジェネレータとして用いるモータ・ジェネレータ機能と、を有する装置である。
ここで、「複合電流による6相交流」とは、図2に示すように、アウターロータORの磁極数に同期した周波数による電流(Current1)と、インナーロータIRの磁極数に同期した周波数による電流(Current2)と、を複合させた複合電流とし、この複合電流をアウターロータORは120度づつ、インナーロータIRは60度づつ位相をずらして6相(U相,U'相,V相,V'相,W相,W'相)としたものをいう。
【0017】
このインバータ装置Iは、ハイブリッドコントローラ18からの指令に基づきモータコントローラ19にてPWM信号を生成し、このPWM信号を入力して作動し、後述するように、直流電流と複合電流との相互変換を行うスイッチング回路による6個のインテリジェント・パワー・モジュール(略称:IPM)等を有して構成される。なお、2つのロータの一方をモータとし、他方をジェネレータとして運転する場合、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電力と無効電力をIPMに流すだけでよいので、効率が大幅に向上できるというメリットがある(無効電力を増やすと、効率が悪化するので、向上できる)。
ここで、「インテリジェント・パワー・モジュール」とは、スイッチング素子の小型化や低損失化と、複数の素子を1パッケージに収めるモジュール化と、ベース(ゲート)ドライブ回路や保護機能を含めたインテリジェント化と、を図ったスイッチング回路をいう。
【0018】
[インバータ装置からモータへのコイル給電構造]
図3は複軸多層モータMを示す縦断側面図であり、図4はインバータ装置IからのステータSへのコイル給電構造をギヤ室側から視た図である。
【0019】
前記インバータ装置Iからの複合電流による6相交流を、ステータSのU相コイル、V相コイル、W相コイル、U'相コイル、V'相コイル、W'相コイルに供給するコイル給電構造は、図3に示すように、給電接続端子20とバスバー径方向積層体21と給電コネクタ22とバスバー軸方向積層体23により構成される。なお、モータ制御において必要情報であるロータの回転数・回転方向・回転位置を検出するセンサとして、インナーロータIRの回転を検知するレゾルバ24と、アウターロータORの回転を検知するレゾルバ25とが設けられている。
【0020】
前記給電接続端子20は、図4に示すように、U相V相W相の給電接続端子組と、U'相V'相W'相の給電接続端子組により構成され、この2つの端子組がギヤ室を画成するモータケース2の周方向に異なる位置に配置固定されている。
【0021】
前記バスバー径方向積層体21は、ギヤ室内に配置され、銅等の導電材による3枚のプレートを互いに所定の隙間を介して径方向に重ね合わせ、隙間を含む全体を絶縁樹脂で覆い、方形断面形状に成形することで構成されている。そして、このバスバー径方向積層体21は、図4に示すように、出力ギヤ11の径方向外周位置であって、出力ギヤ11の外径形状に沿うように2組配置され、出力ギヤ11により外径方向に飛散する油により冷却性を確保している。
【0022】
前記給電コネクタ22は、ギヤ室とモータ室との隔壁部2aを貫通して設けられ、各相の給電コネクタ22のギヤ室に露出した一端部にバスバー径方向積層体21の各相プレートを接続している。
【0023】
前記バスバー軸方向積層体23は、ステータSの正面側エンドプレートに固定され、リング状の各相プレートと中性点用プレートとの間にそれぞれ絶縁材を介装して軸方向に積層した後、全体を絶縁樹脂にて封止して構成される。そして、リング状プレートから内側に突出した各相給電部に各相の給電コネクタ22が接続され、リング状プレートから外側に突出したコイル接続部にステータSの各相のコイルが接続される。
【0024】
[インバータ装置の概要]
図5はインバータ装置Iの全体平面図、図6は図5のA−A線によるインバータ装置Iの全体断面図、図7は図5のB−B線によるインバータ装置Iの全体断面図、図8はインバータ装置Iのインバータロワケースを示す底面図である。
【0025】
インバータ装置Iは、図5に示すように、インバータアッパーケース30内の左下領域に、直流電流と複合電流との間の相互変換を行うスイッチング回路を有するインテリジェント・パワー・モジュール70(以下、IPM70という。)が設けてある。このIPM70は、6相の複合電流のそれぞれに対応して6個設けられていて、これを3個+3個の2組に分け、この2組を縦置きに対向配置している。
【0026】
そして、前記IPM70の直流側には、バッテリ17からの直流電源を引き込むDC電源引き込み端子部71と、該DC電源引き込み端子部71とIPM70のDC端子間を接続する2枚(正極と負極に対応)の第1DCバスバー72a,72b及び第2DCバスバー73a,73bと、IPM70の影響による入力直流電源の電圧変動を平滑化する3個の電解コンデンサ74と、が設けられている。
【0027】
前記IPM70の交流側には、IPM70のAC端子とAC電源出力端子部75のAC端子間を接続する6枚(6相に対応)のACバスバー76と、複合電流による6相交流を複軸多層モータMに出力するAC電源出力端子部75と、が設けられている。なお、インバータアッパーケース30内の余裕スペースである右下領域には、低圧駆動の車載のポンプモータ用インバータ90やインバータ駆動のCUPボードが設置されている。なお、インバータアッパーケース30の上面には、アッパーカバー31が全体を覆って固定されている。また、インバータアッパーケース30の底面には、インバータロワケース50とロワカバー51が固定されている。
【0028】
よって、上記複軸多層モータMのU相コイル、V相コイル、W相コイル、U'相コイル、V'相コイル、W'相コイルに複合電流を印加する場合、DC電源引き込み端子部71において、バッテリ17からの直流電源を、第1DCバスバー72a,72b及び第2DCバスバー73a,73bを介してIPM70に入力し、IPM70において、入力した直流電流を複合電流による6相交流に変換し、IPM70からの複合電流による6相交流をACバスバー76及びAC電源出力端子部75を介して出力することによりなされる。
【0029】
前記3個の電解コンデンサ74と、6個のIPM70と、ポンプモータ用インバータ90との冷却は、図6及び図7に示すように、インバータアッパーケース30に形成されたコンデンサ冷却水路32とIPM冷却水路33とインバータ冷却水路34に冷却水を導く強制水冷により行われる。各冷却水路32,33,34は、図8に示すように、インバータアッパーケース30に対し水密性を保ちながら固定されたインバータロワケース50に形成されたロワケース給水路52とロワケース排水路53とに連通し、前記ロワケース給水路52に給水管54が接続され、前記ロワケース排水路53に排水管55が接続される。
【0030】
冷却作用は、給水管54からロワケース給水路52を介して各冷却水路32,33,34に冷却水が供給されることで、3個の電解コンデンサ74で発生した熱を奪って冷却し、6個のIPM70で発生した熱を奪って冷却し、ポンプモータ用インバータ90で発生した熱を奪って冷却する。そして、加熱された冷却水は、ロワケース排水路53に集められ、排水管55から排出される。
【0031】
以下、第1実施例のインバータ装置Iが備えた特徴点のそれぞれについて、構成と作用と効果を詳細に説明する。
【0032】
[IPM電源側構造]
まず、構成を説明する。
【0033】
前記IPM70の電源側には、図5及び図6に示すように、前記DC電源引き込み端子部71とIPM70のDC端子の間に3個の電解コンデンサ74を設置し、前記DC電源引き込み端子部71と前記3個の電解コンデンサ74と前記IPM70のDC端子とを、第1DCバスバー72a,72b及び第2DCバスバー73a,73bにて結合させている。
【0034】
そして、IPM70及び電解コンデンサ74は、縦平面上にIPM70を設置し、横平面上に電解コンデンサ74を設置するというように、互いに直交する別の平面上に設置されている。
【0035】
さらに、前記DC電源引き込み端子部71からIPM70のDC端子の間に設置された電解コンデンサ74は、DC電源引き込み端子部71側の第1DCバスバー72a,72bに結合されている。そして、DCバスバーを構成する第1DCバスバー72a,72bと第2DCバスバー73a,73bとは、図5に示すように、直交するように連結され、両バスバー72a,73aの連結部にはボルト・ナット77aが設けられ、両バスバー72b,73bの連結部にはボルト・ナット77bが設けられ、ボルト・ナット77a,77bにより切り離しができるように構成されている。
【0036】
次に、作用を説明する。
【0037】
複軸多層モータMのような複合電流で駆動される回転電機をインバータ装置により駆動する際、IPMには複合電流が通電される。この複合電流は平均値の低減によってインバータ効率には有利であるが、ピーク電流が大きくなり、図9に示すように、IPMのターンオフ時に生ずるサージ電圧も大きくなる。
【0038】
大きなサージ電圧が発生することにより、車載されたラジオなどの受信機器をはじめその他の電子部品にノイズとして表れ、誤動作を招く。このために、IPMから発生したノイズはインバータ外部へ漏らさないようにするべきである。
【0039】
これに対し、図5及び図6に示す第1実施例では、DC電源引き込み端子部71とIPM70のDC端子の間に3個の電解コンデンサ74を設置してあり、これによりIPM70で発生したノイズを減衰してインバータ装置Iから出すことができる。
【0040】
すなわち、図10(a)には第1実施例のIPM電源側構造の等価回路を示し、図10(b)には図10(a)と比較して電解コンデンサをIPMに近い位置に設置した場合のIPM電源側構造の等価回路を示す。
この図10(b)の等価回路では、ノイズ源に対してRCフィルタを形成しており、高周波域での減衰率は-20[db/dec]である。一方、図10(a) の等価回路では、ノイズ源に対してLCフィルタを構成しており、高周波域で-40[db/dec]の減衰率を持ち、図10(a)の方がより大きくノイズを減衰できる。
【0041】
第1実施例のIPM電源側構造では、IPM70及び電解コンデンサ74は、インバータアッパーケース30の底面に対して3次元的に交わることなく別の空間に設置されており、電解コンデンサ74の冷却スペースを設けることが可能である。これは耐リップル量の小さな電解コンデンサを用いた場合でも冷却を積極的に行うことで温度上昇を抑えることができ、長寿命化に大きく寄与する。
【0042】
第1実施例のIPM電源側構造では、電解コンデンサ74が接続される第1DCバスバー72a,72bと、IPM70が接続される第2DCバスバー73a,73bが、ボルト・ナット77a,77bによって切り離せる構造になっている。これにより、第2DCバスバー73a,73b及び第2DCバスバー73a,73bのモジュールの絶縁耐圧評価が可能となり、不具合発生時により短期間で原因究明を行うことに寄与できる。
【0043】
第1実施例のIPM電源側構造では、第1DCバスバー72a,72bと第2DCバスバー73a,73bが直交しているため、お互いにバスバーを流れる電流による電磁ノイズを低減できる。
すなわち、図11(a)には第1実施例のIPM電源側構造のように直交して2つのDCバスバーを設定した場合のバスバー電流による磁束を示し、図11(b)には平行に2つのDCバスバーを設定した場合のバスバー電流による磁束を示す。図11(b)では、お互いのDCバスバーを通電している電流による磁束が鎖交してしまい、容易に相手のDCバスバーに電圧を発生させてしまう。一方、図11(a)では電流の向きに対して電圧を発生することがないため、お互いの電磁ノイズを軽減できる。
【0044】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例のIPM電源側構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0045】
(1)バッテリ17からのDC電源引き込み端子部71と、電解コンデンサ74と、IPM70のDC端子と、を第1DCバスバー72a,72b及び第2DCバスバー73a,73bによりシリーズに接続するようにしたため、両DCバスバー72,73のインダクタンス及び電解コンデンサ74のフィルタ作用でIPM70のターンオフ時に生じるサージ電圧の原因となる電流変化を抑制することができる。また、通常使用されるラジオノイズ低減のためのフィルタ容量を削減できコスト低減にも寄与する。
【0046】
(2)インバータアッパーケース30上において、IPM70を設定したパワーモジュール領域と、電解コンデンサ74を設定したコンデンサ領域とを異なる平面上に設定したため、電解コンデンサ74の強制冷却を行うことができる。従って、低リップルの容積の小さな電解コンデンサ74でも冷却により性能を満足できる。これによりコスト低減に寄与する。
【0047】
(3)電解コンデンサ74を結合する第1DCバスバー72a,72bと、IPM70を結合する第2DCバスバー73a,73bを切り離しができるようにしたため、インバータ性能である絶縁、耐圧を評価する際にそれぞれモジュール単位で行うことが可能である。この結果、故障や整備上のチェックに要する時間を削減できる。
【0048】
(4)複数の電解コンデンサ74を接続している第1DCバスバー72a,72b及び複数のIPM70を接続している第2DCバスバー73a,73bをお互いに直交して設置したため、第1DCバスバー72a,72bに流れる電流による電磁ノイズと、第2DCバスバー73a,73bに流れる電磁ノイズをお互いに軽減することができる。
【0049】
[電解コンデンサ冷却構造]
まず、構成を説明する。
【0050】
前記電解コンデンサ74は、図5及び図6に示すように、コンデンサ側面及びコンデンサ底面に相似な形を有する3個のコンデンサ挿入溝35をインバータアッパーケース30に形成し、該コンデンサ挿入溝35に電解コンデンサ74の端子74a,74bを上面にして入れることで設定される。なお、電解コンデンサ74の外周面及びコンデンサ挿入溝35の溝面との間に形成される空間には、シリコングリスなどの空気層を埋めるものを入れて伝熱性能を上げている。
【0051】
そして、前記コンデンサ挿入溝35の外周部に、図6及び図8に示すように、連なる3個のコンデンサ側面形状に沿ってコンデンサ冷却水路32を形成し、該コンデンサ冷却水路32に冷却水(冷媒)を流すことで側面から電解コンデンサ74を冷却するようにしている。
【0052】
前記電解コンデンサ74は、図5に示すように、+端子74aと−端子74bの配列方向を、第1DCバスバー72a,72bを通電する電流の方向に対し垂直方向に設定している。そして、一方の第1DCバスバー72aに+端子74aのみを接続し、他方の第1DCバスバー72bに−端子74bのみを接続することで、+端子74aと−端子74bを、第1DCバスバー72a,72bの電流方向に平行な直線上に並べて配置している。
【0053】
次に、作用を説明する。
【0054】
電解コンデンサ74の冷却は、図8に示すように、ロワケース給水路52に連通するコンデンサ給水口56から冷却水を導入し、3個のコンデンサ側面形状に沿うコンデンサ冷却水路32を冷却水が流れ、ロワケース排水路53に連通するコンデンサ排水口57から冷却水を排出することで側面冷却がなされる。また、連なる3個の電解コンデンサ74の底面位置には、図6に示すように、ロワケース排水路53が配置されることで、ロワケース排水路53(底面冷却水路)の冷却水により電解コンデンサ74の底面冷却も同時に行われる。
【0055】
一般にインバータ装置に使用される電解コンデンサ74は、図12に示すように、+端子74aと、−端子74bと、防爆穴74cと、ゴムパッキン74dと、ベークライト74e、ペースト状電解液74fと、絶縁紙74gと、酸化皮膜74hと、を有する構造である。
【0056】
電解コンデンサ74については、温度が10[度]上昇すると、寿命が半減すると言われており、インバータ装置Iの寿命を決定づける大きな要因である。
【0057】
これに対し、第1実施例の平滑コンデンサ配置構造では、電解コンデンサ74を、両端子74a,74bを上部にしてインバータアッパーケース30に設けられたコンデンサ挿入溝35に挿入すると、上記のように、電解コンデンサ74の側面及び底面の両方から冷却水により冷却されることで、高い冷却効果が見込まれる。
【0058】
また、電解コンデンサ74の固定に関しては、インバータアッパーケース30に設けられたコンデンサ挿入溝35に挿入することに加え、図13に示す部位にバンド74iを設けてインバータアッパーケース30に固定している。これにより大きな加速度入力に対しても十分な固定力が得られる。また、図13に巻かれたバンド74iは、図12に示した電解コンデンサ74の構造から、ゴムパッキン74d及びベークライト74eの存在する部位であるために、この部分まで冷却する必要は無く、従って、両端子74a,74bを上面にしたことで、インバータアッパーケース30に形成されたコンデンサ挿入溝35の高さを低くでき、材料コスト及び重量の面で有利である。
【0059】
第1実施例の電解コンデンサ冷却構造では、+端子74aと−端子74bの配列方向を、第1DCバスバー72a,72bを通電する電流の方向に対し垂直方向に設定している。これにより、第1DCバスバー72a,72bの至る所でプラス側電流とマイナス側電流による磁束をキャンセルできることになり、これにより第1DCバスバー72a,72b自体の相互インダクタンスが軽減され、電磁ノイズの影響を軽減できる。
【0060】
第1実施例の電解コンデンサ冷却構造では、片方には必ず同極の端子を配列したことで、電流経路を最短にすることでき、自己インダクタンスを低減できる。加えて、作業性の向上が見込まれる。
【0061】
さらに、第1実施例の電解コンデンサ冷却構造では、両端子74a,74bを上部に設けたこと、及び、電解コンデンサ74の両端子74a,74bを上記のようにバスバー電流に対して直交し、かつ、同列には同極の端子を設けた構造により、サージ電圧を低減できると共に、発生した熱を効果的に除去できる。従って、低リップル容量で、ESR(等価直列抵抗)の大きな、即ち、安価な電解コンデンサ74でも適用できる。
【0062】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例の電解コンデンサ冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0063】
(1)電解コンデンサ74の側面を強制水冷により冷却するようにしたため、小さな電流リップル容量でも温度上昇を招くことなく、即ち長い寿命で使用できる。また、コンデンサ端子部を上部に出しており、この部分にはゴムパッキン74d、ベークライト74e、両端子74a,74bがあるため冷却の必要は無いことで冷却筒となるコンデンサ挿入溝35の高さを短くできる。
【0064】
(2)電解コンデンサ74の側面冷却と同時に、電解コンデンサ74の底面も冷却するようにしたため、電解コンデンサ74の高い冷却効果を達成することができる。
【0065】
(3)バスバー電流に対して電解コンデンサ74の両端子74a,74bの方向を垂直方向に配置したため、電流の方向を均一にでき、+,−でキャンセルでき、インダクタンスを小さく維持できる。
【0066】
(4)片側のみに同極端子を配置しているため、電流密度分布を一様にすることが可能で、上記(2)と同様に、インダクタンスの低減を図れる。また、通常の電解コンデンサ74を使用するために同一極を同じ位置にすることで誤接続を回避できる。
【0067】
[平滑コンデンサ配置構造]
まず、構成を説明する。
【0068】
第1実施例のインバータ装置Iでは、上記のように、第1DCバスバー72a,72bに3個の電解コンデンサ74を設けたことに加え、第2DCバスバー73a,73bのIPM70側連結部に、フィルムコンデンサ78を設けた。
【0069】
このフィルムコンデンサ78は、図14に示すように、薄板状バスバー79,80に予め半田付けされたものを、正負の積層された第2DCバスバー73a,73bと共に、前記IPM70の端子部に、ボルト81により共締めにて固定されている。
【0070】
すなわち、垂直配置したIPM70が、端子を内側,放熱面を外側となるように配置され、IPM70の正負の直流給電端子部70a,70bには、積層されたU字型の第2DCバスバー73a,73bが設けられている。この第2DCバスバー73a,73bのIPM70の正負の直流給電端子部70a,70bに、フィルムコンデンサ78が薄板状バスバー79,80に予め半田付けされたフィルムコンデンサアッセンブリ(図15)が、積層されたU字型の第2DCバスバー73a,73bと共に固定されている。
【0071】
前記フィルムコンデンサアッセンブリは、図15に示すように、正の第2DCバスバー73aと共締めされる導電性の薄板状バスバー79と、負の第2DCバスバー73bと共締めされる導電性の薄板状バスバー80と、複数のフィルムコンデンサ78からなり、正負の導電性の薄板状バスバー79,80には、フィルムコンデンサ78の半田付け性を良くするために、端子状の形状による端子状部79a,80aを成形してあり、該端子状部79a,80aにフィルムコンデンサ78の端子を半田付けする構成となっている。なお、半田付けを圧着にすることも可能であることはいうまでもない。
【0072】
次に、作用を説明する。
【0073】
入力直流電源の電圧変動を平滑化するために、電解コンデンサ74のみを搭載した場合、IPM70でのスイッチングがあまりに高周波になると、電解コンデンサ74はただの抵抗要素となってしまい、入力直流電源電圧の平滑化が不可能となる。つまり、電解コンデンサ74の周波数特性によってスイッチング周波数帯の上限が限られてしまう。
【0074】
これに対し、第1実施例の平滑コンデンサ配置構造では、電解コンデンサ74よりも周波数特性の良いフィルムコンデンサ78を電解コンデンサ74と併用することにより、電解コンデンサ74の対応しきれない高周波域での入力直流電源電圧の平滑化を可能とし、上記の問題を解決できる。
【0075】
しかし、一般にフィルムコンデンサ78は容量が小さく、端子を半田付けにて接続する小型のものが多く、大電流に対応するために断面積を大きく取った正負の第2DCバスバー73a,73bに半田付けにて取り付けるには、第2DCバスバー73a,73bに半田付け用の突起を設ける等しなければならない。
【0076】
そこで、周波数特性の良いフィルムコンデンサ78を、半田付け性のよい正負の薄板状バスバー79,80にあらかじめ多数取り付けてフィルムコンデンサアッセンブリとし、該フィルムコンデサアッセンブリを給電用の正負の積層された第2DCバスバー73a,73bと共に、IPM70にボルト81により共締め固定することにより、IPM70の正負の直流給電端子部70a,70bの直近にフィルムコンデンサ78を多数配置できる構造としている。
【0077】
このように、電解コンデンサ74と共にフィルムコンデンサ78により入力直流電圧の平滑を行うことにより、図16に示すように、電解コンデンサ74が対応しきれない高周波域でのスイッチング時の入力直流電圧の平滑には、フィルムコンデンサ78が対応できるため、従来よりも高周波スイッチング時でも入力直流電圧の安定化を図ることができる。
【0078】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例の平滑コンデンサ配置構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0079】
(1)あまり高周波には対応できないが大容量である電解コンデンサ74と、容量は小さいが周波数特性の優れたフィルムコンデンサ78を併用するため、従来よりも高周波域での高速スイッチング状態であっても、入力直流電源電圧を安定させることができる。
【0080】
(2)半田付け性の良い薄板状バスバー79,80に予めフィルムコンデンサ78を半田付けしてアッセンブリ化し、該アッセンブリを第2DCバスバー73a,73bと共にIPM70の正負の直流給電端子部70a,70bにボルト81により共締めする構造としたため、給電用のDCバスバーに半田付け用の突起等を造作することなく、容易に多数のフィルムコンデンサ78をIPM70の直流給電端子部70a,70bの付近に設置することができる。
【0081】
[IPM縦置き構造]
まず、構成を説明する。
【0082】
前記6個のIPM70は、図17に示すように、3個のIPM70と3個のIPM70とが対向配置され、該IPM70へ直流電流を給電する正負一対の積層された第2DCバスバー73a,73bは、各IPM70の直流給電端子部70a,70bで囲まれた領域を埋めるような広い面形状をしている。
【0083】
前記6個のIPM70は、冷却面70cを外に向けるように略垂直に配置され、該IPM70へ直流電流を給電する正負一対の積層された第2DCバスバー73a,73bは、広い面形状の両端周縁部を略垂直に起立してIPM70に接続することで、第2DCバスバー73a,73bの断面形状は、図18に示すように、U字形状としている。
【0084】
前記IPM70を垂直に対向配置した場合に、該IPM70を固定する面は片方がインバータアッパーケース30のケース外壁部30aに、もう片方はケース内部の縦壁部30bに設けられ、そこに前記IPM70を固定する上部ボルト穴30cと下部ボルト穴30dは、図19に示すように、ケース外壁部30aから内側の縦壁部30bまで貫通加工にて設けられる。
【0085】
次に、作用を説明する。
【0086】
例えば、直流電流供給バスバーとして、電解コンデンサ付近は面形状をしているが、IPM端子付近は細いバー状とした場合、電源から距離が離れるに従って直流電流供給バスバーにおけるインダクタンスが大きくなり、直流電源系における電気的特性においてもスイッチングモジュールの増設には不向きである。
【0087】
そこで、IPMの冷却面を立体的に配置して部品集積率をあげ、インバータ装置の平面投影面積を抑えつつ、IPMの増設を可能とする構造とすると、IPMを冷却する面も立体的にしなければならず、各IPMの電気的接続方法や、インバータケースへの固定法およびケース冷却面の加工が難しくなり、生産コストが高くなる。
【0088】
これに対し、第1実施例のIPM縦置き構造では、電気的特性に優れ、製造時の作業性も良く、かつ、IPM70の立体的な配置を可能とできるインバータ装置Iの構成を提供することができる。
【0089】
まず、IPM70へ直流電流を給電する正負一対の積層された第2DCバスバー73a,73bの形状を、広い面によるU字状断面による形状としたため、直流電源からIPM70までの電流の経路が面で構成され、距離も短いため、低インダクタンスを実現できる。
【0090】
すなわち、各IPM70に直流電流を供給する正負の積層されたDCバスバーは、直流電源接続部の第1DCバスバー72a,72bはバー形状で、IPM70への接続部の第2DCバスバー73a,73bは広い面状となっており、広い面状部分が積層されていることにより、直流バスバーである第2DCバスバー73a,73b自体にコンダクタンスが得られる。また、直流電源から各IPM70までの電流経路の距離は可能な限り差が無いようになり、また、各IPM70の各端子間の距離もほぼ等しくできることで、直流電源からIPM70までの第2DCバスバー73a,73bのインダクタンスを低減できる。
【0091】
このように、インダクタンスを小さくすることができるため、IPM70のスイッチング時に発生する直流電流の電圧変動を低く抑えることが可能になる。さらに、正負の積層された第2DCバスバー73a,73b自体が立体的な構造となることで、IPM70を接続する部分を立体的にできるため、低インダクタンスの実現という電気的特性を保持したまま、IPM70の立体的な配置が可能となる。
【0092】
また、インバータアッパーケース30に略垂直のIPM冷却面が設置された場合に、ケース内側に設ける縦壁部30bの冷却面にIPM70のボルト穴30c,30dを施工しなければならないが、部品集積率を向上させるため、ケース外壁部30cの冷却面30eと縦壁部30bの冷却面30fの間隔は狭く、また、縦壁部30bの冷却面30fの背面側もインバータアッパーケース30の可能な限り省スペース化を図る目的で、穴あけ工具が使用できるほどのスペースを設けていないため縦壁部30bの冷却面30fへの穴あけ加工が困難である。
【0093】
これに対し、インバータアッパーケース30の外側から穴あけ工具を用いて、ケース外壁部30aと内側の縦壁部30bとを貫通する穴あけ加工を設けることにより、IPM70を固定する上部ボルト穴30cと下部ボルト穴30dが一括して設定され、この問題を解決することができる。
【0094】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例のIPM縦置き構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0095】
(1)3個のIPM70,70,70と3個のIPM70,70,70とを対向配置し、該IPM70へ直流電流を給電する正負一対の積層された第2DCバスバー73a,73bを、各IPM70の直流給電端子部70a,70bで囲まれた領域を埋めるような広い面形状としたため、電気的特性に優れ、製造時の作業性も良く、かつ、IPM70の立体的な配置を可能とすることができる。
【0096】
(2)IPM70へ直流電流を給電する正負一対の積層された第2DCバスバー73a,73bの断面形状を、広い面形状の両端周縁部を略垂直に起立したU字形状としたため、高い電気的特性を保持したままIPM70を立体的に配置することができる。
【0097】
(3)垂直に対向配置されるIPM70を固定する上部ボルト穴30cと下部ボルト穴30dを、ケース外壁部30aから内側の縦壁部30bまで貫通加工にて設けたため、インバータアッパーケース30の可能な限り省スペース化を図りながら、容易にIPM固定用の上部ボルト穴30cと下部ボルト穴30dを加工することができる。
【0098】
[IPM冷却構造]
まず、構成を説明する。
【0099】
IPM冷却構造は、図7に示すように、インバータ装置Iのインバータアッパーケース30及びインバータロワケース50の内部に機械的接合部を設けないで、垂直方向に通水するIPM冷却水路33が構成されており、IPM70を垂直に配置している。
【0100】
前記IPM冷却水路33は、図20及び図21に示すように、インバータアッパーケース30に設けられたケース外壁部30aと内側の縦壁部30bに扁平四角錐による鋳物形状に成形され、該IPM冷却水路33の内部にインバータアッパーケース30とは別体の仕切り板36が設置されている。そして、図8に示すように、ケース底部の各IPM給水路37から冷却水の給水を行い、ケース底部の各排水路38から冷却水の排水を行う構造となっている。
【0101】
前記IPM冷却水路33は、図8に示すように、前記インバータアッパーケース30内に6個設置され、インバータアッパーケース30の下側に設置されるインバータロワケース59のロワケース給水路52から冷却水を並列に分配して通水される構成となっている。なお、このロワケース給水路52と各IPM冷却水路33の給水路37と連通する給水口39は、それぞれ内径を規定したオリフィス口とされ、冷却水量を計量し並列に分配して通水する。なお、図8において、40はロワケース排水路53と各IPM冷却水路33の排水路38と連通する排水口である。
【0102】
前記IPM冷却水路33を擁するケース外壁部30a及び縦壁部30bと、インバータアッパーケース30の外壁とが交わる部分の隅には、図22に示すように、IPM冷却面30e,30fの面加工時の工具半径による隅肉残りが無くなるように鋳物形状で肉抜き部30g,30h(逃げ)を設けている。
【0103】
前記IPM冷却水路33は、図21に示すように、インバータアッパーケース30の底面から垂直に立ち上がる形状で、前記IPM70が取り付けられるIPM冷却面30e,30f側に底面側から途中の高さまで水路に平行となる2条の凸リブ33a,33bを設け、該2条の凸リブ33a,33bに挟まれたリブ溝33cに仕切り板36を固定している。
【0104】
前記仕切り板36は、図23に示すように、仕切り板36の先端部を一方に曲げた先端曲げ部36aを設け、インバータアッパーケース30の凸リブ33a,33bに接する側の辺に設けた曲げによる錨状突起部36b及び前記錨状突起部36bの反対側の辺にT字状の張り出し部36cを設け、仕切り板36をリブ溝33cに差し込むだけで、IPM冷却水路33に容易に固定できるようにしている。
【0105】
次に、作用を説明する。
【0106】
例えば、冷却面を複数の垂直面として発熱部品を立体的に配置することで発熱部品の設置容積を縮小する場合、単純に垂直方向の冷却水路に底面から給排水させる構造では、水路上部まで冷却水の対流を得ることが難しく、十分な冷却効果を期待できない。
【0107】
これに対し、第1実施例では、仕切り板36により上部まで冷却水の対流をさせることができる垂直型のIPM冷却構造とすることで、冷却面を複数の垂直面として発熱部品であるIPM70を立体的に配置しながら、十分なIPM冷却効果を達成することができる。
【0108】
すなわち、外部の冷却水路からインバータロワケース30の給水管54を介してロワケース給水路52に供給された冷却水は、ロワケース給水路52から各給水口39に分配され、各給水口39からインバータアッパーケース30の各給水路37を経過し、仕切り板36により逆U字状に形成されたIPM冷却水路33の一方の通路を上昇し、上部の隙間を通って他方の通路を下降することで、確実に水路上部まで対流し、発熱部品であるIPM70を冷却する。そして、インバータアッパーケース30の各排水路38を経過し、各排水口40からインバータロワケース50のロワケース排水路53に集合し、ロワケース排水路53から配水管55を経過し、再び外部の冷却水路に還流される。
【0109】
これにより、発熱部品であるIPM70の垂直配置が可能となり、インバータアッパーケース30及びインバータロワケース50の底部面積を広げることなく、発熱部品であるIPM70の搭載数量を増やすことができる。
【0110】
また、インバータアッパーケース30のIPM冷却面30e,30fとケース外壁の交点部には、鋳物形状で肉抜き部30g、30h(逃げ)を設定したことにより、部品集積率を上げることができる。
【0111】
また、インバータアッパーケース30には、IPM冷却水路33を構成する部品同士の接合面(合せ面)が無いため、強電部に冷却水が接触することによって起こる短絡事故を防止でき、加えて、冷却水路全体の部品点数が少なく、組立ても容易であるため、生産コストを抑えることができる。
【0112】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例のIPM冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0113】
(1)IPM冷却構造は、インバータ装置Iのインバータアッパーケース30及びインバータロワケース50の内部に機械的接合部を設けないで、垂直方向に通水し、垂直型のIPM冷却水路33の上部まで冷却水を対流させることができるように構成しているため、IPM冷却面30e,30fを複数設置でき、且つ、IPM冷却面30e,30fが垂直であるため発熱体となるIPM70を垂直配置でき、部品集積率が上げられインバータアッパーケース30の底部の面積を広げることなく冷却面積を広げられる。この結果、車両への搭載性を損なわずにIPM70の搭載数を増やすことができる。また、水気を嫌う強電部品を収納する空間と、冷却水を循環させるIPM冷却水路33が、鋳物により完全に分離されている構造なので、強電部品への冷却水の接触を防ぐことができる。
【0114】
(2)鋳物形状によるIPM冷却水路33の内部に仕切り板36を設置したため、IPM冷却水路33と仕切り板36との組み合わせという簡単な構成でありながら、垂直型のIPM冷却水路33の上部まで冷却水を対流させることができる。
【0115】
(3)発熱部品であるIPM70に対して個別に分割してIPM冷却水路33を設置し、各々のIPM冷却水路33に必要な冷却性能に応じて冷却水量を分配する並列回路構成としたため、6個のIPM70をばらつき無く均等に冷却することができる。
【0116】
(4)インバータロワケース50の給水口39を、各々のIPM冷却水路33に必要な冷却性能に応じて冷却水量を計量するオリフィス口に設定したため、分配する6個のIPM70に対して効率よく適正な冷却性能を確保できる。
【0117】
(5)インバータアッパーケース30のIPM冷却面30e,30fとケース外壁の交点部には、鋳物形状で肉抜き部30g,30h(逃げ)を設定したため、IPM冷却面30e,30fの面加工をするだけでケース外壁の直近まで寄せてIPM70を配置でき、鋳物形状の隅Rにより生じるデッドスペースを無くし、部品集積率を上げることができる。
【0118】
(6)IPM冷却水路33は、鋳物形状でリブ溝33cを設ける構造なので、特に加工を要することなく、内部に設置する仕切り板36の固定が可能であり、また、リブ溝33cを発熱体となるIPM冷却面30e,30f側に成形するので、冷却水との接触面積が広がり、冷却効率を上げることができる。
【0119】
(7)鋳物形状に合わせて設けた仕切り板36の錨状突起部36b及び先端曲げ部36aが、仕切り板36の材質が有するばね性により、差し込むだけで嵌合し、また、IPM冷却水路33が鋳物形状で成形されることにより発生する抜き勾配と、クサビ型による仕切り板36の形状によって差し込み過ぎて、水路上部の隙間がなくなることを防げる構造となっているため、ネジやかしめや溶接や接着等の締結措置をすることなく、IPM冷却水路33の上部に隙間を残すように仕切り板36を固定することができる。
【0120】
[スイッチングルーム構造]
まず、構成を説明する。
【0121】
第1実施例のスイッチングルーム構造は、図24及び図25に示すように、高電圧回路であるIPM70と、低電圧回路であるIPM駆動回路基板82とを分離し、遮磁シールドを挟んで至近距離に配置した。そして、前記遮磁シールドとなる鉄板は、図26(a)に示す枠形状をしたベース部材83と、図26(b)に示す制御線84を通す隙間を残して前記ベース部材83の開口部を塞ぐ蓋状のカバー部材85と、により構成され、該カバー部材85にIPM駆動基板82が設置されている。
【0122】
ベース部材83は、図26(a)に示すように、開口部83aは制御線84と接触しても制御線84を傷つけぬようにヘミング加工したヘミング加工部83bを形成している。また、ベース部材83の剛性を保つため、インバータアッパーケース30のIPM冷却面30e,30fを渡る方向の両端を略垂直に曲げた曲げ部83cを形成している。
【0123】
カバー部材85は、図26(b)に示すように、ベース部材83と合わされた時に制御線84を通す穴を形成する辺部分をヘミング加工したヘミング加工部85aを形成していて、制御線84と接触しても制御線84を傷つけぬようにしてある。
【0124】
次に、作用を説明する。
【0125】
上記スイッチングルーム構造は、インバータアッパーケース30に、IPM70及び第1DCバスバー72a,72b、第2DCバスバー73a,73b、ACバスバー76、電解コンデンサ74等が組み込まれ、IPM70にIPM駆動回路基板82へ接続する制御線84が取り付けられた後に、ベース部材83がインバータアッパーケース30のケース外壁部30aと縦壁部30bの上面位置に固定され、IPM駆動回路基板82を一体に有するカバー部材85は、カバー部材85の切欠き状の部分に制御線84が配置されるようにしてベース部材83に固定され、最後に制御線84をIPM駆動回路基板82に接続する順番で組み立てられる。
【0126】
例えば、高電圧回路であるIPM70と、低電圧回路であるIPM駆動回路基板82とを至近距離に配置した場合、IPM70のピーク電流が大きくなると電圧変化に伴うサージ電圧が発生しやすく、該サージ電圧が外部回路へ流出した場合に、インバータ装置I内の低電圧回路であるIPM駆動回路基板82や車載された電子機器にノイズがのり、誤作動してしまう。
【0127】
これに対し、第1実施例のスイッチングルーム構造は、ノイズの発生源であるIPM70を、ノイズにより誤作動をする可能性のあるIPM駆動回路基板82やその他の電子機器から電磁的に隔離しているため、IPM駆動回路基板82や車載の電子機器に安定動作と、IPM70におけるピーク電流の増大やスイッチングの高速化を両立できる。
【0128】
また、高電圧回路であるIPM70と、低電圧回路であるIPM駆動回路基板82とを分離し、遮磁シールドを挟んで至近距離に配置したため、ノイズ発生源であるIPM70とノイズの影響で誤作動しやすいIPM駆動回路基板82との部品集積率が上がり、インバータ装置Iを小型化できる。
【0129】
また、IPM70とIPM駆動回路基板82との間の制御線84を短くできるので、制御線84が受けるノイズの影響も低減することができる。加えて、ヘミング加工により制御線84の周りは、シールドとなる板材が積層された形となるため、ノイズの遮蔽性が向上する。さらに加えて、ベース部材83とカバー部材85が重なった状態において、制御線84を通す穴部分は全周がヘミング加工となっているので、エンジンの回転や車両の走行による振動で制御線84がシールド部品(ベース部材83及びカバー部材85)に接触しても制御線84を傷つけることがない。
【0130】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第1実施例のスイッチングルーム構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0131】
(1)高電圧回路であるIPM70と、低電圧回路であるIPM駆動回路基板82とを分離し、遮磁シールドを挟んで至近距離に配置したため、IPM駆動回路基板82や車載の電子機器に安定動作と、IPM70におけるピーク電流の増大やスイッチングの高速化を両立できる。加えて、部品集積率が上がり、インバータ装置Iを小型化できる。さらに、IPM70とIPM駆動回路基板82との間の制御線84の高電圧回路にさらされる距離を短くできるので、制御線84が受けるノイズの影響も低減することができる。
【0132】
(2)ヘミング加工により制御線84の周りは、シールドとなる板材が積層された形となり、ベース部材83とカバー部材85が重なった状態において、制御線84を通す穴部分は全周がヘミング加工となっているため、ノイズの遮蔽性が向上すると共に、エンジンの回転や車両の走行による振動で制御線84を傷つけることがない。
【0133】
(3)シールド部品であるカバー部材85がIPM駆動回路基板82を固定するブラケットを兼ているため、IPM70とIPM駆動回路基板82とをノイズを遮断しつつ至近距離に配置するという構造を、少ない部品点数で実現でき、コスト低減に寄与できる。
【0134】
以上、本発明を第1実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第1実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【0135】
例えば、第1実施例では、モータとして2ロータ・1ステータによる三層の複軸多層モータに適用したインバータ装置の例を示したが、1ロータ・1ステータによる2つの独立した同期モータやその他のモータのインバータ装置としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のインバータ装置Iが適用されたパラレル型のハイブリッドシステムの全体図である。
【図2】第1実施例のインバータ装置Iにて変換される複合電流による6相交流の一例を示す図である。
【図3】第1実施例のインバータ装置Iが適用されたハイブリッドシステムの複軸多層モータMを示す縦断側面図である。
【図4】第1実施例のインバータ装置Iから複軸多層モータMのステータSへのコイル給電構造をギヤ室側から視た図である。
【図5】第1実施例のインバータ装置Iの全体平面図である。
【図6】第1実施例の図5のA−A線によるインバータ装置Iの全体断面図である。
【図7】第1実施例の図5のB−B線によるインバータ装置Iの全体断面図である。
【図8】第1実施例のインバータ装置Iのインバータロワケースを示す底面図である。
【図9】第1実施例のインバータ装置Iにおいてターンオフ時のサージ電圧特性を示す図である。
【図10】図10(a)は第1実施例のIPM電源側構造の等価回路を示す図であり、図10(b)は第1実施例のIPM電源側構造と比較して電解コンデンサをパワーモジュールに近い位置に設置した場合のIPM電源側構造の等価回路を示す図である。
【図11】図11(a)は2つのDCバスバーを直交して配置した第1実施例のIPM電源側構造でのバスバー電流による磁束を示す図であり、図11(b)は2つのDCバスバーを平行に配置した場合のバスバー電流による磁束を示す図である。
【図12】第1実施例の電解コンデンサ冷却構造が適用された電解コンデンサを示す断面図である。
【図13】第1実施例の電解コンデンサ冷却構造が適用された電解コンデンサの取付状態を示す図である。
【図14】第1実施例の平滑コンデンサ配置構造を示す要部断面図である。
【図15】第1実施例の平滑コンデンサ配置構造でのフィルムコンデンサアッセンブリを示す図である。
【図16】電解コンデンサとフィルムコンデンサとを併用した第1実施例の平滑コンデンサ配置構造におけるスイッチング周波数に対するインピーダンス特性図である。
【図17】第1実施例のパワーモジュール縦置き構造を示す平面図である。
【図18】第1実施例のパワーモジュール縦置き構造を示す縦断面図である。
【図19】第1実施例のインバータ装置Iにおけるインバータアッパーケースのケース外壁部と縦壁部とのボルト穴を示す断面図である。
【図20】第1実施例のパワーモジュール冷却構造を示す断面図である。
【図21】第1実施例のパワーモジュール冷却構造におけるIPM冷却水路を示す一部切欠斜視図である。
【図22】第1実施例のパワーモジュール冷却構造におけるケース外壁と交わる部分の肉抜き部を示す平面図である。
【図23】第1実施例のパワーモジュール冷却構造における仕切り板を示す図である。
【図24】第1実施例のスイッチングルーム構造を示す要部断面図である。
【図25】第1実施例のスイッチングルーム構造を示す平面図である。
【図26】第1実施例のスイッチングルーム構造で採用されたベース部材及びカバー部材を示す平面図である。
【符号の説明】
M 複軸多層モータ(回転電機)
17 バッテリ
30 インバータアッパーケース(ケース)
70 IPM(パワーモジュール)
70a,70b 直流給電端子部
71 DC電源引き込み端子部
72a,72b 第1DCバスバー
73a,73b 第2DCバスバー
74 電解コンデンサ(平滑コンデンサ)
74a コンデンサ+端子
74b コンデンサ−端子
78 フィルムコンデンサ(平滑コンデンサ)
79,80 薄板状バスバー
79a,80a 端子状部
81 ボルト
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a smoothing capacitor arrangement structure of an inverter device that is arranged between a battery as a DC power supply and a rotating electric machine driven by an AC current and performs mutual conversion between a DC current and an AC current.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A conventional inverter device includes only a plurality of large-capacity electrolytic capacitors as smoothing capacitors for smoothing voltage fluctuations of an input DC power supply (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-152662 (FIG. 2).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional inverter device, since the voltage fluctuation of the input DC power supply is smoothed only by the electrolytic capacitor, if the switching of the power module becomes too high in frequency, the electrolytic capacitor becomes a mere resistance element. This makes it impossible to smooth the voltage of the input DC power supply.
[0005]
In other words, there is a problem that the upper limit frequency of the switching frequency band allowed in the power module is limited depending on the frequency characteristics of the electrolytic capacitor used.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problem, and it is possible to increase an upper limit frequency of a switching frequency band allowed in a power module and to stabilize an input DC power supply voltage even when the power module is in a high-speed switching state. An object of the present invention is to provide a smoothing capacitor arrangement structure of an inverter device which can be provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the smoothing capacitor arrangement structure of the present invention is arranged between a battery as a DC power supply and a rotating electric machine driven by an AC current, and includes a DC bus bar, a power module, and a voltage of an input DC power supply. A smoothing capacitor for smoothing the fluctuation, and an inverter device having in the case,
As the smoothing capacitor, a plurality of large-capacity electrolytic capacitors and a plurality of small-capacity film capacitors having excellent frequency characteristics were used in combination.
[0008]
【The invention's effect】
Therefore, in the smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device of the present invention, since the electrolytic capacitor and the film capacitor are used in combination as the smoothing capacitor, the upper limit frequency of the switching frequency band allowed in the power module is increased, and the power module performs high-speed switching. Even in the state, the input DC power supply voltage can be stabilized.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments for realizing the inverter device of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
[0010]
(First embodiment)
[Hybrid system]
FIG. 1 is an overall view of a parallel-type hybrid system to which the inverter device of the first embodiment is applied. In FIG. 1, E denotes an engine, M denotes a multi-axis multilayer motor (rotary electric machine), and G denotes a Ravigneaux-type compound planet. A gear train, D is a drive output mechanism, and I is an inverter device.
[0011]
The engine E is a main power source of the hybrid drive unit. The engine output shaft 5 is connected to the second ring gear R2 of the Ravigneaux-type compound planetary gear train G via a flywheel damper 6 and a multi-plate clutch 7. Have been.
[0012]
The multi-shaft multi-layer motor M is a single motor in appearance, but is a sub power source having two motor generator functions. The multi-axis multi-layer motor M is disposed in a motor chamber defined by a motor cover 1 and a motor case 2 and is fixed to the motor case 2 and has a stator S as a fixed armature wound with a coil, and a stator S And an outer rotor OR having permanent magnets embedded therein and an inner rotor IR having permanent magnets embedded therein, and an outer rotor OR having permanent magnets embedded therein are arranged in three layers coaxially. The first motor hollow shaft 8, which is the output shaft from the inner rotor IR, is connected to the first sun gear S1 of the Ravigneaux type compound planetary gear train G, and the second motor shaft 9, which is the output shaft from the outer rotor OR, , Ravigneaux type compound planetary gear train G is connected to the second sun gear S2.
[0013]
In this multi-shaft multi-layer motor M, since one stator S drives two rotors IR, OR, torque interference must not occur between the respective rotors IR, OR. It is mathematically known that when the frequency of the voltage and the current are different, their inner product becomes zero and no electric power is generated. This is also true of the current and the magnetic flux. Therefore, by changing the number of permanent magnets of each rotor IR, OR, the torque between each rotor IR, OR can be designed to be non-interfering. Also, by making the coil current a composite current, each rotor IR, OR can be controlled independently. As described above, in the multi-axis multilayer motor M of the first embodiment, a six-phase alternating current using a composite current is used as the coil current, the stator S has 18 coils, and the outer rotor OR has 6 pole pairs of permanent magnets. And a configuration in which the inner rotor IR has a three-pole pair of permanent magnets.
[0014]
The Ravigneaux-type compound planetary gear train G is a planetary gear mechanism having a continuously variable transmission function of continuously changing the transmission ratio by controlling the rotation speed of a power source. The Ravigneaux-type compound planetary gear train G is disposed in a gear chamber defined by the gear housing 3 and the front cover 4 and supports a first pinion P1 and a second pinion P2 meshing with each other, and a common carrier C, and a first pinion. Five rotation elements of a first sun gear S1 meshing with P1, a second sun gear S2 meshing with the second pinion P2, a first ring gear R1 meshing with the first pinion P1, and a second ring gear R2 meshing with the second pinion P2 are used. It is configured to have. A multi-plate brake 10 is interposed between the first ring gear R1 and the gear housing 3. An output gear 11 is connected to the common carrier C.
[0015]
The drive output mechanism D is a mechanism from the output gear 11 connected to the common carrier C of the Ravigneaux-type compound planetary gear train G to drive wheels. The drive output mechanism D includes an output gear 11, a first counter gear 12, a second counter gear 13, a drive gear 14, a differential 15, and drive shafts 16L and 16R. . The output rotation and output torque from the output gear 11 pass through the first counter gear 12, the second counter gear 13, the drive gear 14, and the differential 15, and are transmitted from the drive shafts 16L, 16R to drive wheels (not shown). You.
[0016]
The inverter device I converts a direct current of the battery 17 into a six-phase alternating current by a composite current to drive two rotors of the multi-axis multilayer motor M, and generates electric power by rotating the multi-axis multilayer motor M rotor. A function of converting the six-phase alternating current into a direct current by the composite current and charging the battery 17, and a motor-generator function of using one of the two rotors of the multi-axis multilayer motor M as a motor and using the other rotor as a generator And a device having:
Here, “six-phase alternating current by composite current” means, as shown in FIG. 2, a current based on a frequency synchronized with the number of magnetic poles of the outer rotor OR (Current1) and a current based on a frequency synchronized with the number of magnetic poles of the inner rotor IR. (Current2) and the composite current, and the outer rotor OR shifts the phase by 120 degrees and the inner rotor IR shifts the phase by 60 degrees each in six phases (U phase, U 'phase, V phase, V phase). 'Phase, W phase, W' phase).
[0017]
The inverter device I generates a PWM signal in the motor controller 19 based on a command from the hybrid controller 18, operates by inputting the PWM signal, and performs mutual conversion between a DC current and a composite current as described later. It is configured to include six intelligent power modules (abbreviation: IPM) by a switching circuit to be performed. When one of the two rotors is used as a motor and the other is used as a generator, only the power corresponding to the difference between the motor drive power and the generated power and the reactive power need to flow through the IPM, so that the efficiency can be greatly improved. There is a merit (increase in reactive power increases efficiency, which can be improved).
Here, the "intelligent power module" refers to the miniaturization and low loss of switching elements, modularization of multiple elements in one package, and intelligentization including base (gate) drive circuits and protection functions. And a switching circuit that achieves this.
[0018]
[Coil power supply structure from inverter device to motor]
FIG. 3 is a vertical sectional side view showing the multi-shaft multilayer motor M, and FIG. 4 is a diagram showing a coil power supply structure from the inverter device I to the stator S viewed from the gear chamber side.
[0019]
The coil power supply structure for supplying the six-phase alternating current by the composite current from the inverter device I to the U-phase coil, the V-phase coil, the W-phase coil, the U'-phase coil, the V'-phase coil, and the W'-phase coil of the stator S is as follows. As shown in FIG. 3, a power supply connection terminal 20, a bus bar radial direction laminate 21, a power supply connector 22, and a bus bar axial direction laminate 23 are provided. A resolver 24 that detects the rotation of the inner rotor IR and a resolver 25 that detects the rotation of the outer rotor OR are provided as sensors for detecting the number of rotations, rotation direction, and rotation position of the rotor, which are necessary information in motor control. Have been.
[0020]
As shown in FIG. 4, the power supply connection terminals 20 include a U-phase V-phase W-phase power supply connection terminal set and a U′-phase V′-phase W′-phase power supply connection terminal set. Are arranged and fixed at different positions in the circumferential direction of the motor case 2 defining the gear chamber.
[0021]
The bus bar radial laminated body 21 is disposed in a gear chamber, and three plates made of a conductive material such as copper are radially overlapped with each other via a predetermined gap, and the entirety including the gap is covered with an insulating resin. It is configured by molding into a cross-sectional shape. As shown in FIG. 4, two sets of the busbar radial laminated bodies 21 are arranged at radially outer peripheral positions of the output gear 11 and along the outer diameter shape of the output gear 11. Cooling is ensured by oil scattered in the outer diameter direction.
[0022]
The power supply connector 22 is provided so as to penetrate the partition 2a between the gear chamber and the motor chamber, and connects each phase plate of the bus bar radial direction laminated body 21 to one end of the power supply connector 22 of each phase exposed to the gear chamber. are doing.
[0023]
The bus bar axial direction laminated body 23 is fixed to the front end plate of the stator S, and is axially laminated by interposing an insulating material between each of the ring-shaped phase plates and the neutral point plate. And the whole is sealed with an insulating resin. The power supply connector 22 of each phase is connected to each phase power supply portion protruding inward from the ring-shaped plate, and the coil of each phase of the stator S is connected to the coil connection portion protruded outward from the ring-shaped plate.
[0024]
[Overview of inverter device]
5 is an overall plan view of the inverter device I, FIG. 6 is an overall sectional view of the inverter device I taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 7 is an overall sectional view of the inverter device I taken along line BB in FIG. 8 is a bottom view showing the inverter lower case of the inverter device I.
[0025]
As shown in FIG. 5, the inverter device I has an intelligent power module 70 (hereinafter, referred to as IPM 70) having a switching circuit for performing mutual conversion between a DC current and a composite current in a lower left area in the inverter upper case 30. )) Is provided. Six IPMs 70 are provided corresponding to each of the six-phase composite currents, which are divided into two sets of three + 3, and these two sets are vertically opposed to each other.
[0026]
On the DC side of the IPM 70, a DC power supply terminal 71 for receiving DC power from the battery 17 and two sheets (corresponding to a positive electrode and a negative electrode) connecting between the DC power supply terminal 71 and the DC terminal of the IPM 70. ) Are provided with the first DC bus bars 72a, 72b and the second DC bus bars 73a, 73b, and three electrolytic capacitors 74 for smoothing the voltage fluctuation of the input DC power supply under the influence of the IPM 70.
[0027]
On the AC side of the IPM 70, six (corresponding to six phases) AC bus bars 76 for connecting between the AC terminal of the IPM 70 and the AC terminal of the AC power output terminal part 75, And an AC power output terminal section 75 for outputting to the motor M. In the lower right area, which is a marginal space in the inverter upper case 30, a low-pressure driven in-vehicle pump motor inverter 90 and an inverter-driven CUP board are installed. An upper cover 31 is fixed to the upper surface of the inverter upper case 30 so as to cover the whole. An inverter lower case 50 and a lower cover 51 are fixed to the bottom surface of the inverter upper case 30.
[0028]
Therefore, when applying a composite current to the U-phase coil, the V-phase coil, the W-phase coil, the U′-phase coil, the V′-phase coil, and the W′-phase coil of the multi-axis multilayer motor M, the DC power supply terminal 71 , A DC power supply from the battery 17 is input to the IPM 70 via the first DC bus bars 72a, 72b and the second DC bus bars 73a, 73b, and the input DC current is converted into a six-phase AC by a composite current in the IPM 70. Is output through the AC bus bar 76 and the AC power supply output terminal unit 75.
[0029]
As shown in FIGS. 6 and 7, the three electrolytic capacitors 74, the six IPMs 70, and the inverter 90 for the pump motor are cooled by the condenser cooling water passage 32 formed in the inverter upper case 30 and the IPM cooling system. This is performed by forced water cooling that guides cooling water to the water channel 33 and the inverter cooling water channel 34. As shown in FIG. 8, each of the cooling water passages 32, 33, and 34 has a lower case water supply passage 52 and a lower case drainage passage 53 formed in an inverter lower case 50 fixed to the inverter upper case 30 while maintaining water tightness. A water supply pipe 54 is connected to the lower case water supply path 52 and a drain pipe 55 is connected to the lower case drain path 53.
[0030]
The cooling operation is performed by supplying cooling water from the water supply pipe 54 to the cooling water paths 32, 33, and 34 via the lower case water supply path 52, thereby taking away the heat generated by the three electrolytic capacitors 74 and cooling them. The heat generated by the individual IPMs 70 is taken and cooled, and the heat generated by the pump motor inverter 90 is taken and cooled. Then, the heated cooling water is collected in the lower case drain 53 and discharged from the drain pipe 55.
[0031]
Hereinafter, the configuration, operation, and effect of each of the feature points of the inverter device I of the first embodiment will be described in detail.
[0032]
[IPM power supply side structure]
First, the configuration will be described.
[0033]
As shown in FIGS. 5 and 6, on the power supply side of the IPM 70, three electrolytic capacitors 74 are installed between the DC power supply lead terminal 71 and the DC terminal of the IPM 70, and the DC power supply terminal 71 And the three electrolytic capacitors 74 and the DC terminals of the IPM 70 are connected by first DC bus bars 72a and 72b and second DC bus bars 73a and 73b.
[0034]
The IPM 70 and the electrolytic capacitor 74 are installed on different planes orthogonal to each other, such as installing the IPM 70 on a vertical plane and installing the electrolytic capacitor 74 on a horizontal plane.
[0035]
Further, an electrolytic capacitor 74 provided between the DC power lead-in terminal 71 and the DC terminal of the IPM 70 is coupled to the first DC bus bars 72a and 72b on the DC power lead-in terminal 71 side. As shown in FIG. 5, the first DC bus bars 72a, 72b and the second DC bus bars 73a, 73b constituting the DC bus bar are connected so as to be orthogonal to each other. 77a is provided, and a bolt / nut 77b is provided at a connecting portion between the bus bars 72b, 73b so that the bus bars 72b, 73b can be separated by the bolt / nut 77a, 77b.
[0036]
Next, the operation will be described.
[0037]
When a rotating electric machine driven by a composite current, such as a multi-axis multilayer motor M, is driven by the inverter device, the IPM is supplied with the composite current. Although this composite current is advantageous for inverter efficiency by reducing the average value, the peak current increases, and as shown in FIG. 9, the surge voltage generated when the IPM is turned off also increases.
[0038]
When a large surge voltage is generated, noise appears in other electronic components such as a receiving device such as a radio mounted on a vehicle, which causes a malfunction. For this reason, it is necessary to prevent noise generated from the IPM from leaking outside the inverter.
[0039]
On the other hand, in the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6, three electrolytic capacitors 74 are provided between the DC power supply lead-in terminal 71 and the DC terminal of the IPM 70, and the noise generated in the IPM 70 is thereby reduced. Can be attenuated and output from the inverter device I.
[0040]
That is, FIG. 10A shows an equivalent circuit of the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. 10B shows that an electrolytic capacitor is installed at a position closer to the IPM as compared with FIG. 10A. The equivalent circuit of the IPM power supply side structure in the case is shown.
In the equivalent circuit of FIG. 10B, an RC filter is formed for a noise source, and the attenuation factor in a high frequency range is -20 [db / dec]. On the other hand, in the equivalent circuit of FIG. 10 (a), an LC filter is configured for a noise source, has an attenuation rate of -40 [db / dec] in a high frequency range, and FIG. Noise can be greatly reduced.
[0041]
In the IPM power supply side structure of the first embodiment, the IPM 70 and the electrolytic capacitor 74 are installed in another space without three-dimensionally intersecting the bottom surface of the inverter upper case 30, so that the cooling space of the electrolytic capacitor 74 is reduced. It is possible to provide. Even if an electrolytic capacitor having a small amount of ripple resistance is used, the cooling can be actively performed to suppress a rise in temperature, which greatly contributes to a longer life.
[0042]
In the IPM power supply side structure of the first embodiment, the first DC bus bars 72a and 72b to which the electrolytic capacitor 74 is connected and the second DC bus bars 73a and 73b to which the IPM 70 is connected can be separated by bolts and nuts 77a and 77b. Has become. This makes it possible to evaluate the withstand voltage of the modules of the second DC bus bars 73a, 73b and the second DC bus bars 73a, 73b, which contributes to the investigation of the cause in a short time when a failure occurs.
[0043]
In the IPM power supply side structure of the first embodiment, since the first DC bus bars 72a, 72b and the second DC bus bars 73a, 73b are orthogonal to each other, it is possible to reduce electromagnetic noise due to current flowing through the bus bars.
That is, FIG. 11A shows the magnetic flux due to the bus bar current when two DC bus bars are set orthogonally as in the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. 7 shows magnetic flux due to bus bar current when two DC bus bars are set. In FIG. 11 (b), the magnetic flux due to the current flowing through the DC bus bars crosses each other, and a voltage is easily generated in the other DC bus bar. On the other hand, in FIG. 11A, since no voltage is generated in the direction of the current, the mutual electromagnetic noise can be reduced.
[0044]
Next, effects will be described.
As described above, the following effects can be obtained in the IPM power supply-side structure of the first embodiment.
[0045]
(1) The DC power supply terminal 71 from the battery 17, the electrolytic capacitor 74, and the DC terminal of the IPM 70 are connected in series by the first DC bus bars 72a and 72b and the second DC bus bars 73a and 73b. Due to the inductance of the DC bus bars 72 and 73 and the filtering action of the electrolytic capacitor 74, it is possible to suppress a current change that causes a surge voltage generated when the IPM 70 is turned off. Further, the filter capacity for reducing radio noise, which is usually used, can be reduced, which contributes to cost reduction.
[0046]
(2) On the inverter upper case 30, the power module area in which the IPM 70 is set and the capacitor area in which the electrolytic capacitor 74 is set are set on different planes, so that the electrolytic capacitor 74 can be forcibly cooled. Therefore, even the electrolytic capacitor 74 having a low ripple and a small volume can satisfy the performance by cooling. This contributes to cost reduction.
[0047]
(3) Since the first DC bus bars 72a and 72b connecting the electrolytic capacitor 74 and the second DC bus bars 73a and 73b connecting the IPM 70 can be separated, each module unit is used when evaluating insulation and withstand voltage, which are inverter performances. It is possible to do with. As a result, the time required for a failure or maintenance check can be reduced.
[0048]
(4) Since the first DC bus bars 72a and 72b connecting the plurality of electrolytic capacitors 74 and the second DC bus bars 73a and 73b connecting the plurality of IPMs 70 are installed orthogonal to each other, the first DC bus bars 72a and 72b are connected to the first DC bus bars 72a and 72b. The electromagnetic noise caused by the flowing current and the electromagnetic noise flowing through the second DC bus bars 73a and 73b can be reduced.
[0049]
[Electrolytic capacitor cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0050]
As shown in FIGS. 5 and 6, the electrolytic capacitor 74 has three capacitor insertion grooves 35 having similar shapes on the side and bottom surfaces of the capacitor formed in the inverter upper case 30, and the electrolytic insertion grooves 35 are formed in the capacitor insertion grooves 35. It is set by inserting the terminals 74a and 74b of the capacitor 74 on the upper surface. The space formed between the outer peripheral surface of the electrolytic capacitor 74 and the groove surface of the capacitor insertion groove 35 is filled with an air layer such as silicon grease to improve the heat transfer performance.
[0051]
As shown in FIGS. 6 and 8, a condenser cooling water passage 32 is formed in the outer peripheral portion of the condenser insertion groove 35 along the shape of three continuous capacitor side surfaces, and cooling water (coolant) is formed in the condenser cooling water passage 32. ) Is supplied to cool the electrolytic capacitor 74 from the side.
[0052]
In the electrolytic capacitor 74, as shown in FIG. 5, the arrangement direction of the positive terminal 74a and the negative terminal 74b is set to be perpendicular to the direction of the current flowing through the first DC bus bars 72a and 72b. By connecting only the + terminal 74a to one first DC bus bar 72a and connecting only the-terminal 74b to the other first DC bus bar 72b, the + terminal 74a and the-terminal 74b are connected to the first DC bus bar 72a, 72b. They are arranged side by side on a straight line parallel to the current direction.
[0053]
Next, the operation will be described.
[0054]
As shown in FIG. 8, the cooling of the electrolytic capacitor 74 is performed by introducing cooling water from the condenser water supply port 56 communicating with the lower case water supply path 52, and flowing through the condenser cooling water paths 32 along the three capacitor side shapes. By discharging the cooling water from the condenser drain port 57 communicating with the lower case drain channel 53, side cooling is performed. Also, as shown in FIG. 6, a lower case drainage channel 53 is disposed at the bottom position of the three continuous electrolytic capacitors 74, so that the cooling water of the lower case drainage channel 53 (bottom surface cooling channel) is used to cool the electrolytic capacitor 74. Bottom cooling is performed at the same time.
[0055]
As shown in FIG. 12, an electrolytic capacitor 74 generally used in an inverter device includes a positive terminal 74a, a negative terminal 74b, an explosion-proof hole 74c, a rubber packing 74d, a bakelite 74e, a paste electrolyte 74f, The structure has a paper 74g and an oxide film 74h.
[0056]
It is said that the life of the electrolytic capacitor 74 is reduced by half when the temperature rises by 10 [degrees], which is a major factor that determines the life of the inverter device I.
[0057]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, when the electrolytic capacitor 74 is inserted into the capacitor insertion groove 35 provided in the inverter upper case 30 with both terminals 74a and 74b as upper portions, as described above, By cooling with cooling water from both the side surface and the bottom surface of the electrolytic capacitor 74, a high cooling effect is expected.
[0058]
Further, regarding fixing of the electrolytic capacitor 74, in addition to being inserted into the capacitor insertion groove 35 provided in the inverter upper case 30, a band 74i is provided at a portion shown in FIG. As a result, a sufficient fixing force can be obtained even for a large acceleration input. Further, since the band 74i wound in FIG. 13 is a portion where the rubber packing 74d and the bakelite 74e exist from the structure of the electrolytic capacitor 74 shown in FIG. 12, there is no need to cool down to this portion. By providing both terminals 74a and 74b on the upper surface, the height of the capacitor insertion groove 35 formed in the inverter upper case 30 can be reduced, which is advantageous in terms of material cost and weight.
[0059]
In the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, the arrangement direction of the positive terminal 74a and the negative terminal 74b is set in a direction perpendicular to the direction of the current flowing through the first DC bus bars 72a, 72b. This makes it possible to cancel the magnetic flux due to the plus side current and the minus side current everywhere in the first DC bus bars 72a, 72b, thereby reducing the mutual inductance of the first DC bus bars 72a, 72b themselves and reducing the influence of electromagnetic noise. it can.
[0060]
In the cooling structure of the electrolytic capacitor of the first embodiment, the terminals of the same polarity are always arranged on one side, so that the current path can be minimized and the self-inductance can be reduced. In addition, improvement in workability is expected.
[0061]
Furthermore, in the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, both terminals 74a and 74b are provided on the upper part, and both terminals 74a and 74b of the electrolytic capacitor 74 are orthogonal to the bus bar current as described above, and The structure in which the same-polarity terminals are provided in the same row can reduce the surge voltage and effectively remove the generated heat. Therefore, the present invention can be applied to an electrolytic capacitor 74 having a low ripple capacitance and a large ESR (equivalent series resistance), that is, an inexpensive electrolytic capacitor 74.
[0062]
Next, effects will be described.
As described above, in the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0063]
(1) Since the side surface of the electrolytic capacitor 74 is cooled by forced water cooling, even a small current ripple capacity can be used without increasing the temperature, that is, with a long life. In addition, the capacitor terminal portion is exposed at the upper part, and since there is a rubber packing 74d, a bakelite 74e, and both terminals 74a and 74b, there is no need for cooling, so that the height of the capacitor insertion groove 35 serving as a cooling cylinder is reduced. Can be shortened.
[0064]
(2) Since the bottom surface of the electrolytic capacitor 74 is also cooled simultaneously with the cooling of the side surface of the electrolytic capacitor 74, a high cooling effect of the electrolytic capacitor 74 can be achieved.
[0065]
(3) Since the terminals 74a and 74b of the electrolytic capacitor 74 are arranged in the vertical direction with respect to the bus bar current, the direction of the current can be made uniform, can be canceled by + and-, and the inductance can be kept small.
[0066]
(4) Since the same-polarity terminals are arranged only on one side, the current density distribution can be made uniform, and the inductance can be reduced as in (2) above. Further, erroneous connection can be avoided by using the same electrode at the same position in order to use a normal electrolytic capacitor 74.
[0067]
[Smoothing capacitor arrangement structure]
First, the configuration will be described.
[0068]
In the inverter device I of the first embodiment, as described above, in addition to the provision of the three electrolytic capacitors 74 on the first DC bus bars 72a and 72b, the film capacitor is connected to the connecting portion of the second DC bus bars 73a and 73b on the IPM 70 side. 78 were provided.
[0069]
As shown in FIG. 14, the film capacitor 78 is formed by soldering the thin plate-shaped bus bars 79 and 80 in advance together with the positive and negative stacked second DC bus bars 73a and 73b to the terminal of the IPM 70 with bolts 81. Are fixed together.
[0070]
That is, the vertically arranged IPM 70 is arranged so that the terminal is on the inside and the heat radiation surface is on the outside, and the U-shaped second DC bus bars 73 a and 73 b are stacked on the positive and negative DC power supply terminals 70 a and 70 b of the IPM 70. Is provided. A film capacitor assembly (FIG. 15) in which a film capacitor 78 is soldered in advance to the thin bus bars 79, 80 is laminated on the positive and negative DC power supply terminals 70a, 70b of the IPM 70 of the second DC bus bars 73a, 73b. It is fixed together with the second DC busbars 73a and 73b in the shape of a letter.
[0071]
As shown in FIG. 15, the film capacitor assembly includes a conductive thin bus bar 79 fastened together with the positive second DC bus bar 73a and a conductive thin bus bar fastened with the second negative DC bus bar 73b. 80 and a plurality of film capacitors 78, and terminal-like portions 79 a, 80 a having terminal shapes are provided on the positive and negative conductive thin plate-like bus bars 79, 80 in order to improve the solderability of the film capacitor 78. It is formed so that the terminals of the film capacitor 78 are soldered to the terminal portions 79a and 80a. It goes without saying that soldering can be performed by pressure bonding.
[0072]
Next, the operation will be described.
[0073]
In the case where only the electrolytic capacitor 74 is mounted to smooth the voltage fluctuation of the input DC power supply, if the switching in the IPM 70 becomes too high frequency, the electrolytic capacitor 74 becomes just a resistance element, and the input DC power supply voltage Smoothing becomes impossible. That is, the upper limit of the switching frequency band is limited by the frequency characteristics of the electrolytic capacitor 74.
[0074]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, by using a film capacitor 78 having better frequency characteristics than the electrolytic capacitor 74 in combination with the electrolytic capacitor 74, the input in a high-frequency range beyond the range of the electrolytic capacitor 74. The DC power supply voltage can be smoothed, and the above problem can be solved.
[0075]
However, in general, the film capacitor 78 has a small capacity and many small-sized ones in which terminals are connected by soldering, and is used for soldering to the positive and negative second DC bus bars 73a and 73b having a large cross-sectional area to cope with a large current. In order to mount the second DC bus bars 73a and 73b, it is necessary to provide protrusions for soldering on the second DC bus bars 73a and 73b.
[0076]
Therefore, a large number of film capacitors 78 having good frequency characteristics are attached to the positive and negative thin plate-shaped bus bars 79 and 80 having good solderability in advance to form a film capacitor assembly, and the film capacitor assembly is connected to a positive and negative stacked second DC bus bar for power supply. Together with 73a and 73b, the film capacitor 78 is fixed to the IPM 70 with bolts 81, so that a large number of film capacitors 78 can be arranged in the immediate vicinity of the positive and negative DC power supply terminals 70a and 70b of the IPM 70.
[0077]
In this way, by performing the input DC voltage smoothing by the film capacitor 78 together with the electrolytic capacitor 74, as shown in FIG. 16, the input DC voltage at the time of switching in a high-frequency range where the electrolytic capacitor 74 cannot cope is smoothed. Since the film capacitor 78 can be used, the input DC voltage can be stabilized even at the time of high-frequency switching as compared with the related art.
[0078]
Next, effects will be described.
As described above, the following effects can be obtained in the arrangement structure of the smoothing capacitor of the first embodiment.
[0079]
(1) Since the electrolytic capacitor 74, which cannot cope with a high frequency but has a large capacity, and the film capacitor 78 having a small capacitance but excellent in frequency characteristics are used in combination, even in a high-speed switching state in a higher frequency range than before, Thus, the input DC power supply voltage can be stabilized.
[0080]
(2) A film capacitor 78 is soldered in advance to the thin bus bars 79 and 80 having good solderability to form an assembly, and the assembly is bolted to the positive and negative DC power supply terminals 70a and 70b of the IPM 70 together with the second DC bus bars 73a and 73b. 81, the film capacitor 78 can be easily installed in the vicinity of the DC power supply terminals 70a and 70b of the IPM 70 without forming soldering protrusions or the like on the DC bus bar for power supply. Can be.
[0081]
[IPM vertical installation structure]
First, the configuration will be described.
[0082]
As shown in FIG. 17, the six IPMs 70 include three IPMs 70 and three IPMs 70 arranged opposite to each other, and a pair of positive and negative stacked second DC bus bars 73a, 73b for supplying a DC current to the IPMs 70. Each of the IPMs 70 has a wide surface shape so as to fill an area surrounded by the DC power supply terminals 70a and 70b.
[0083]
The six IPMs 70 are arranged substantially vertically so that the cooling surface 70c faces outward, and a pair of positive and negative stacked second DC bus bars 73a and 73b for supplying a DC current to the IPM 70 are formed at both ends of a wide planar shape. By connecting the portion to the IPM 70 by standing up substantially vertically, the cross-sectional shape of the second DC bus bars 73a, 73b is U-shaped as shown in FIG.
[0084]
When the IPM 70 is vertically opposed, one surface for fixing the IPM 70 is provided on the case outer wall 30a of the inverter upper case 30, and the other is provided on the vertical wall 30b inside the case. As shown in FIG. 19, the upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d to be fixed are provided by penetrating from the case outer wall portion 30a to the inner vertical wall portion 30b.
[0085]
Next, the operation will be described.
[0086]
For example, when a DC current supply bus bar has a planar shape near the electrolytic capacitor, but a thin bar shape near the IPM terminal, the inductance in the DC current supply bus bar increases as the distance from the power supply increases, and the DC power supply system However, the electrical characteristics in the above are not suitable for adding a switching module.
[0087]
Accordingly, if the cooling surface of the IPM is three-dimensionally arranged to increase the component integration rate and the structure that enables the addition of the IPM while suppressing the planar projection area of the inverter device, the surface for cooling the IPM must be three-dimensional. In addition, it is difficult to electrically connect each IPM, to fix the IPM to the inverter case, and to process the case cooling surface, thereby increasing the production cost.
[0088]
On the other hand, in the IPM vertical structure according to the first embodiment, there is provided a configuration of the inverter device I having excellent electric characteristics, good workability at the time of manufacturing, and enabling the three-dimensional arrangement of the IPM 70. Can be.
[0089]
First, a pair of positive and negative stacked second DC bus bars 73a and 73b for supplying a DC current to the IPM 70 has a U-shaped cross section with a wide surface, so that a current path from the DC power supply to the IPM 70 is constituted by a surface. Since the distance is short, low inductance can be realized.
[0090]
That is, the positive and negative stacked DC bus bars that supply a DC current to each IPM 70 are such that the first DC bus bars 72a and 72b of the DC power supply connection portion have a bar shape, and the second DC bus bars 73a and 73b of the connection portion to the IPM 70 have a wide surface. The second DC busbars 73a and 73b, which are DC busbars, have conductance by laminating the wide planar portions. In addition, the distance of the current path from the DC power supply to each IPM 70 is as small as possible, and the distance between the terminals of each IPM 70 can be made substantially equal, so that the second DC bus bar 73a from the DC power supply to the IPM 70 , 73b can be reduced.
[0091]
As described above, since the inductance can be reduced, the voltage fluctuation of the direct current generated at the time of switching of the IPM 70 can be suppressed to be low. Further, since the positive and negative stacked second DC bus bars 73a and 73b themselves have a three-dimensional structure, a portion for connecting the IPM 70 can be made three-dimensional. Therefore, the IPM 70 is realized while maintaining the electrical characteristics of realizing low inductance. Three-dimensional arrangement becomes possible.
[0092]
Also, when a substantially vertical IPM cooling surface is installed in the inverter upper case 30, bolt holes 30c and 30d of the IPM 70 must be formed on the cooling surface of the vertical wall portion 30b provided inside the case. In order to improve the cooling performance, the space between the cooling surface 30e of the case outer wall 30c and the cooling surface 30f of the vertical wall 30b is narrow, and the rear side of the cooling surface 30f of the vertical wall 30b is also reduced as much as possible in the inverter upper case 30. For the purpose of increasing the space, there is not provided enough space to use a drilling tool, so it is difficult to drill a hole in the cooling surface 30f of the vertical wall 30b.
[0093]
On the other hand, by using a drilling tool from the outside of the inverter upper case 30, drilling is performed to penetrate the case outer wall portion 30a and the inner vertical wall portion 30b, so that an upper bolt hole 30c for fixing the IPM 70 and a lower bolt hole are formed. The holes 30d are set collectively, and this problem can be solved.
[0094]
Next, effects will be described.
As described above, the following effects can be obtained in the IPM vertical structure according to the first embodiment.
[0095]
(1) Three IPMs 70, 70, 70 and three IPMs 70, 70, 70 are opposed to each other, and a pair of positive and negative stacked second DC bus bars 73 a, 73 b for supplying a DC current to the IPM 70 is connected to each IPM 70. A wide surface shape that fills the area surrounded by the DC power supply terminals 70a and 70b is excellent in electrical characteristics, workability at the time of manufacturing is good, and the IPM 70 can be three-dimensionally arranged. Can be.
[0096]
(2) Since the cross-sectional shape of the pair of positive and negative stacked second DC bus bars 73a and 73b for supplying a DC current to the IPM 70 is a U-shape in which the peripheral edges at both ends of the wide surface are substantially vertically erected, high electrical characteristics are obtained. Can be three-dimensionally arranged while maintaining the above.
[0097]
(3) Since the upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d for fixing the vertically opposed IPM 70 are formed by penetrating from the case outer wall 30a to the inner vertical wall 30b, the inverter upper case 30 can be used. The upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d for fixing the IPM can be easily formed while saving space as much as possible.
[0098]
[IPM cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0099]
In the IPM cooling structure, as shown in FIG. 7, an IPM cooling water channel 33 that allows water to flow in the vertical direction without a mechanical joint is provided inside the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50 of the inverter device I. And the IPM 70 is arranged vertically.
[0100]
As shown in FIGS. 20 and 21, the IPM cooling water channel 33 is formed in a cast shape of a flat quadrangular pyramid on a case outer wall portion 30a and an inner vertical wall portion 30b provided in the inverter upper case 30. A partition plate 36 separate from the inverter upper case 30 is provided inside the water channel 33. Then, as shown in FIG. 8, the cooling water is supplied from each IPM water supply channel 37 at the bottom of the case, and the cooling water is drained from each drainage channel 38 at the bottom of the case.
[0101]
As shown in FIG. 8, six IPM cooling water channels 33 are provided in the inverter upper case 30, and supply cooling water from a lower case water supply channel 52 of an inverter lower case 59 installed below the inverter upper case 30. The water is distributed in parallel. In addition, the water supply ports 39 communicating with the lower case water supply path 52 and the water supply paths 37 of the respective IPM cooling water paths 33 are orifice ports each defining an inner diameter, and measure the amount of cooling water to distribute and flow water in parallel. In FIG. 8, reference numeral 40 denotes a drain port communicating with the lower case drain channel 53 and the drain channel 38 of each IPM cooling channel 33.
[0102]
As shown in FIG. 22, at the corner of the intersection between the case outer wall portion 30a and the vertical wall portion 30b having the IPM cooling water passage 33 and the outer wall of the inverter upper case 30, the IPM cooling surfaces 30e and 30f are processed. The lightening portions 30g and 30h (escape) are provided in a cast shape so that no fillet remains due to the tool radius.
[0103]
As shown in FIG. 21, the IPM cooling water passage 33 has a shape which rises vertically from the bottom surface of the inverter upper case 30 and is parallel to the water passage from the bottom surface side to a halfway height on the side of the IPM cooling surfaces 30e and 30f where the IPM 70 is mounted. Are provided, and a partition plate 36 is fixed to a rib groove 33c sandwiched between the two convex ribs 33a, 33b.
[0104]
As shown in FIG. 23, the partition plate 36 is provided with a tip bent portion 36a in which the tip of the partition plate 36 is bent to one side, and the bending provided on the side of the inverter upper case 30 on the side in contact with the convex ribs 33a, 33b. An anchor-shaped protrusion 36b and a T-shaped overhang 36c on the side opposite to the anchor-shaped protrusion 36b are provided, and the partition plate 36 can be easily fixed to the IPM cooling water channel 33 simply by inserting the partition plate 36 into the rib groove 33c. Like that.
[0105]
Next, the operation will be described.
[0106]
For example, in order to reduce the installation volume of heat-generating components by arranging the heat-generating components three-dimensionally with a plurality of vertical cooling surfaces, in a structure in which water is simply supplied from the bottom to the vertical cooling water channel, the cooling water reaches the top of the water channel. Convection is difficult to obtain, and a sufficient cooling effect cannot be expected.
[0107]
On the other hand, in the first embodiment, the IPM 70, which is a heat-generating component, has a cooling surface having a plurality of vertical surfaces by employing a vertical IPM cooling structure in which cooling water can be convected to the upper portion by the partition plate 36. A sufficient IPM cooling effect can be achieved while arranging three-dimensionally.
[0108]
That is, the cooling water supplied from the external cooling water passage to the lower case water supply passage 52 via the water supply pipe 54 of the inverter lower case 30 is distributed from the lower case water supply passage 52 to each of the water supply ports 39, and from each of the water supply ports 39 to the inverter upper water supply port 39. By passing through each water supply passage 37 of the case 30, ascending one passage of the IPM cooling water passage 33 formed in an inverted U shape by the partition plate 36, and descending the other passage through an upper gap, The convection surely flows to the upper part of the water channel to cool the IPM 70 which is a heat-generating component. Then, the water passes through each drainage channel 38 of the inverter upper case 30, gathers from each drainage port 40 into the lower case drainage channel 53 of the inverter lower case 50, passes through the water distribution pipe 55 from the lower case drainage channel 53, and returns to the external cooling water channel again. Refluxed.
[0109]
Accordingly, the IPM 70 as the heat-generating component can be vertically arranged, and the mounting amount of the IPM 70 as the heat-generating component can be increased without increasing the bottom area of the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50.
[0110]
In addition, by setting the lightening portions 30g and 30h (runaway) in a cast shape at the intersections of the IPM cooling surfaces 30e and 30f of the inverter upper case 30 and the case outer wall, the component integration rate can be increased.
[0111]
In addition, since the inverter upper case 30 has no joining surface (joining surface) between the components constituting the IPM cooling water passage 33, a short circuit accident caused by contact of the cooling water with the high-voltage part can be prevented, and in addition, cooling can be performed. Since the number of parts in the entire waterway is small and it is easy to assemble, the production cost can be reduced.
[0112]
Next, effects will be described.
As described above, the following effects can be obtained in the IPM cooling structure of the first embodiment.
[0113]
(1) The IPM cooling structure allows the water to flow vertically without providing a mechanical joint inside the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50 of the inverter device I, and reaches the upper part of the vertical IPM cooling water passage 33. Since the configuration is such that cooling water can be convected, a plurality of IPM cooling surfaces 30e and 30f can be installed, and since the IPM cooling surfaces 30e and 30f are vertical, the IPM 70 serving as a heating element can be vertically arranged. As a result, the cooling area can be increased without increasing the area of the bottom of the inverter upper case 30. As a result, the number of mounted IPMs 70 can be increased without impairing the mountability on the vehicle. In addition, since the space for storing the high-power components that dislike moisture and the IPM cooling water passage 33 for circulating the cooling water are completely separated by casting, the contact of the cooling water with the high-power components can be prevented.
[0114]
(2) Since the partition plate 36 is provided inside the IPM cooling water channel 33 formed by casting, cooling to the upper portion of the vertical IPM cooling water channel 33 is achieved with a simple configuration in which the IPM cooling water channel 33 and the partition plate 36 are combined. Water can be convected.
[0115]
(3) Since the IPM 70, which is a heat-generating component, is separately divided and the IPM cooling water passages 33 are installed, and the amount of cooling water is distributed to each IPM cooling water passage 33 in accordance with the required cooling performance, a parallel circuit configuration is adopted. The individual IPMs 70 can be uniformly cooled without variation.
[0116]
(4) Since the water supply port 39 of the inverter lower case 50 is set as an orifice port for measuring the amount of cooling water according to the cooling performance required for each IPM cooling water passage 33, it is efficiently and appropriately adapted to the six IPMs 70 to be distributed. Cooling performance can be secured.
[0117]
(5) At the intersection of the IPM cooling surfaces 30e and 30f of the inverter upper case 30 and the outer wall of the case, lightening portions 30g and 30h (escape) are set in a cast shape, so that the IPM cooling surfaces 30e and 30f are machined. The IPM 70 can be arranged close to the outer wall of the case only by itself, the dead space generated by the corner R of the casting shape can be eliminated, and the component integration rate can be increased.
[0118]
(6) Since the IPM cooling water channel 33 has a structure in which the rib groove 33c is formed in a cast shape, the partition plate 36 to be installed inside can be fixed without any particular processing, and the rib groove 33c is connected to the heating element. Since it is formed on the side of the IPM cooling surfaces 30e and 30f, the contact area with the cooling water is increased, and the cooling efficiency can be increased.
[0119]
(7) The anchor-shaped projection 36b and the bent end portion 36a of the partition plate 36 provided according to the shape of the casting are fitted only by being inserted by the spring property of the material of the partition plate 36. Is formed by casting in the shape of a casting, and the wedge-shaped partition plate 36 prevents the gap from being inserted too much due to the shape of the partition plate 36. The partition plate 36 can be fixed so as to leave a gap above the IPM cooling water channel 33 without taking any fastening measures such as bonding.
[0120]
[Switching room structure]
First, the configuration will be described.
[0121]
The switching room structure of the first embodiment, as shown in FIGS. 24 and 25, separates the IPM 70, which is a high-voltage circuit, from the IPM drive circuit board 82, which is a low-voltage circuit, and is located very close to a magnetic shield. Placed at a distance. The iron plate serving as the magnetic shielding shield has a frame-shaped base member 83 shown in FIG. 26A and an opening of the base member 83 except for a gap for passing a control line 84 shown in FIG. 26B. , And an IPM drive board 82 is installed on the cover member 85.
[0122]
As shown in FIG. 26A, the base member 83 has a hemmed portion 83b formed by hemming so that the opening 83a does not damage the control line 84 even when the opening 83a contacts the control line 84. Also, in order to maintain the rigidity of the base member 83, a bent portion 83c is formed by bending both ends of the inverter upper case 30 in a direction crossing the IPM cooling surfaces 30e and 30f substantially vertically.
[0123]
As shown in FIG. 26 (b), the cover member 85 forms a hemmed portion 85a by hemming a side portion forming a hole through which the control line 84 passes when it is fitted with the base member 83. The control line 84 is not damaged even if it comes into contact with.
[0124]
Next, the operation will be described.
[0125]
In the switching room structure, the IPM 70 and the first DC bus bars 72a and 72b, the second DC bus bars 73a and 73b, the AC bus bar 76, the electrolytic capacitor 74, and the like are incorporated in the inverter upper case 30, and the IPM 70 is connected to the IPM drive circuit board 82. After the control line 84 is attached, the base member 83 is fixed to the upper surface positions of the case outer wall portion 30a and the vertical wall portion 30b of the inverter upper case 30, and the cover member 85 integrally having the IPM drive circuit board 82 is a cover member. The control line 84 is fixed to the base member 83 such that the control line 84 is arranged in the notch-shaped portion 85, and is finally assembled in the order in which the control line 84 is connected to the IPM drive circuit board 82.
[0126]
For example, when the IPM 70, which is a high-voltage circuit, and the IPM drive circuit board 82, which is a low-voltage circuit, are arranged at a close distance, if the peak current of the IPM 70 becomes large, a surge voltage accompanying a voltage change is likely to occur. When the electric power flows out to an external circuit, the IPM drive circuit board 82, which is a low-voltage circuit in the inverter device I, and the electronic equipment mounted on the vehicle receive noise and malfunction.
[0127]
On the other hand, in the switching room structure of the first embodiment, the IPM 70, which is the source of noise, is electromagnetically isolated from the IPM drive circuit board 82 and other electronic devices that may malfunction due to noise. Therefore, the stable operation of the IPM drive circuit board 82 and the on-vehicle electronic device, the increase of the peak current in the IPM 70, and the high-speed switching can be achieved.
[0128]
In addition, since the IPM 70 as a high-voltage circuit and the IPM drive circuit board 82 as a low-voltage circuit are separated and arranged at a short distance with a magnetic shield interposed therebetween, the IPM 70 as a noise source and the IPM 70 as a noise source may malfunction. The component integration rate with the IPM drive circuit board 82, which is easy to perform, increases, and the inverter device I can be downsized.
[0129]
Further, since the control line 84 between the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 can be shortened, the influence of noise on the control line 84 can be reduced. In addition, since the surroundings of the control line 84 are formed by laminating plate materials serving as shields by the hemming process, noise shielding performance is improved. In addition, in a state where the base member 83 and the cover member 85 are overlapped, the entire periphery of the hole through which the control line 84 passes is hemmed, so that the control line 84 is vibrated by the rotation of the engine or the running of the vehicle. The control line 84 is not damaged even if it comes into contact with the shield components (the base member 83 and the cover member 85).
[0130]
Next, effects will be described.
As described above, the following effects can be obtained in the switching room structure of the first embodiment.
[0131]
(1) The IPM 70, which is a high-voltage circuit, and the IPM drive circuit board 82, which is a low-voltage circuit, are separated from each other and placed at a short distance with a magnetic shield interposed therebetween, so that the IPM drive circuit board 82 and on-vehicle electronic devices are stable. The operation and the increase of the peak current and the high-speed switching in the IPM 70 can be compatible. In addition, the component integration rate increases, and the inverter device I can be downsized. Further, since the distance of the control line 84 between the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 exposed to the high-voltage circuit can be reduced, the influence of noise on the control line 84 can be reduced.
[0132]
(2) By the hemming process, a plate material serving as a shield is laminated around the control line 84, and in a state where the base member 83 and the cover member 85 are overlapped, the entire periphery of the hole through which the control line 84 passes is hemmed. Therefore, the noise shielding property is improved, and the control line 84 is not damaged by the vibration of the rotation of the engine or the running of the vehicle.
[0133]
(3) Since the cover member 85, which is a shield component, also serves as a bracket for fixing the IPM drive circuit board 82, the structure in which the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 are arranged at a close distance while blocking noise is reduced. It can be realized with the number of parts, which can contribute to cost reduction.
[0134]
Although the present invention has been described based on the first embodiment, the specific configuration is not limited to the first embodiment, and departs from the gist of the invention according to each claim in the claims. Unless otherwise noted, changes and additions to the design are permitted.
[0135]
For example, in the first embodiment, an example of an inverter device applied to a three-layer multi-axis multilayer motor having two rotors and one stator as a motor has been described. However, two independent synchronous motors having one rotor and one stator and other independent motors have been described. It can also be applied as a motor inverter device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a parallel type hybrid system to which an inverter device I of a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a six-phase alternating current by a composite current converted by the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 3 is a vertical sectional side view showing a multi-axis multilayer motor M of a hybrid system to which the inverter device I of the first embodiment is applied.
FIG. 4 is a diagram showing a structure for feeding a coil from the inverter device I of the first embodiment to the stator S of the multi-shaft multilayer motor M as viewed from the gear chamber side.
FIG. 5 is an overall plan view of the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 6 is an overall sectional view of the inverter device I according to the first embodiment taken along line AA of FIG. 5;
7 is an overall cross-sectional view of the inverter device I of the first embodiment taken along line BB of FIG. 5;
FIG. 8 is a bottom view showing the inverter lower case of the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing surge voltage characteristics at the time of turn-off in the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 10 (a) is a diagram showing an equivalent circuit of the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. 10 (b) is a diagram showing an electrolytic capacitor compared to the IPM power supply side structure of the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of an IPM power supply-side structure when installed at a position close to a power module.
FIG. 11A is a diagram showing magnetic flux due to bus bar current in the IPM power supply side structure of the first embodiment in which two DC bus bars are arranged orthogonally, and FIG. 11B is a diagram showing two DC bus bars. It is a figure which shows the magnetic flux by the bus-bar electric current when a bus-bar is arrange | positioned in parallel.
FIG. 12 is a sectional view showing an electrolytic capacitor to which the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment is applied.
FIG. 13 is a view showing an attached state of an electrolytic capacitor to which the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment is applied.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part showing the arrangement structure of the smoothing capacitor according to the first embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a film capacitor assembly in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment.
FIG. 16 is an impedance characteristic diagram with respect to switching frequency in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment using both an electrolytic capacitor and a film capacitor.
FIG. 17 is a plan view showing the power module vertical installation structure of the first embodiment.
FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing the power module vertical installation structure of the first embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing bolt holes in a case outer wall portion and a vertical wall portion of the inverter upper case in the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 21 is a partially cutaway perspective view showing an IPM cooling water channel in the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 22 is a plan view showing a lightened portion of a portion intersecting with the case outer wall in the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 23 is a view showing a partition plate in the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 24 is a sectional view of a principal part showing the switching room structure of the first embodiment.
FIG. 25 is a plan view showing the switching room structure of the first embodiment.
FIG. 26 is a plan view showing a base member and a cover member employed in the switching room structure of the first embodiment.
[Explanation of symbols]
M Multi-axis multilayer motor (rotary electric machine)
17 Battery
30 Inverter upper case (case)
70 IPM (Power Module)
70a, 70b DC power supply terminal
71 DC power lead-in terminal
72a, 72b 1st DC bus bar
73a, 73b 2nd DC bus bar
74 Electrolytic capacitor (smoothing capacitor)
74a capacitor + terminal
74b capacitor terminal
78 Film capacitor (smoothing capacitor)
79,80 Thin bus bar
79a, 80a Terminal part
81 volts

Claims (2)

直流電源であるバッテリと交流電流により駆動される回転電機との間に配置され、DCバスバーと、パワーモジュールと、入力直流電源の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサと、をケース内に有するインバータ装置において、
前記平滑コンデンサとして、大容量である複数の電解コンデンサと、容量は小さいが周波数特性に優れた複数のフィルムコンデンサと、を併用したことを特徴とするインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造。
Inverter device disposed between a battery as a DC power supply and a rotating electric machine driven by an AC current, and having a DC bus bar, a power module, and a smoothing capacitor for smoothing voltage fluctuations of the input DC power supply in a case. At
A smoothing capacitor arrangement structure for an inverter device, wherein a plurality of electrolytic capacitors having a large capacity and a plurality of film capacitors having a small capacity but excellent in frequency characteristics are used in combination as the smoothing capacitor.
請求項1に記載されたインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造において、
前記複数のフィルムコンデンサは、半田付け性の良い薄板状バスバーに予めフィルムコンデンサを半田付けしてアッセンブリ化し、該アッセンブリをDCバスバーと共にパワーモジュールの直流給電端子部にボルトにより共締めすることを特徴とするインバータ装置の平滑コンデンサ配置構造。
The smoothing capacitor arrangement structure of the inverter device according to claim 1,
The plurality of film capacitors are assembled by soldering a film capacitor in advance to a thin bus bar having good solderability, and the assembly is bolted together with a DC bus bar to a DC power supply terminal of a power module together with a bolt. Of the smoothing capacitor in the inverter device.
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