JP2004215340A - インバータ装置のパワーモジュール設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源から各パワーモジュールまでのＤＣバスバーのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、パワーモジュール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できるインバータ装置のパワーモジュール設置構造を提供すること。
【解決手段】直流電源であるバッテリ１７と交流電流により駆動される複軸多層モータＭとの間に配置され、第１ＤＣバスバー７２ａ，７２ｂ及び第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂと、ＩＰＭ７０と、電解コンデンサ７４とをインバータアッパーケース３０内に有するインバータ装置Ｉにおいて、６個のＩＰＭ７０を３個組により２組に分けて互いに対向状態で配置し、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面形状とした。
【選択図】 図１７

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パワーモジュール設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におけるパワーモジュールに直流電流を供給するＤＣバスバーは、各パワーモジュールと直流電源とを直列につなぐ形状となり、電解コンデンサに接続する部分が正負の積層された形状を採用している。また、パワーモジュールは、単一平面である冷却面に平面的に配置してある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２９８６４１号公報（図３，図５）。
【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のパワーモジュール設置構造にあっては、パワーモジュールの数が増えた場合、冷却面となる平面の面積が大きくなり、電気自動車等のエンジンルーム内に設置するのが困難になるという問題点があった。また、電解コンデンサと各パワーモジュールの距離はほぼ等しくなっているが、直流電源供給元から各パワーモジュールの距離に偏りがあり、スイッチングにより発生する直流電源電圧の変動に対する電解コンデンサの効果にばらつきが出るため、例えば、複合電流により回転電機を駆動する場合、複数のパワーモジュールが同相となったときの各パワーモジュールの出力電流が均等にならない。
【０００５】
また、電解コンデンサ付近は面形状をしているが、パワーモジュールの端子付近は細いバー形状となっているため、電源から距離が離れるに従ってＤＣ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パワーモジュールの増設には不向きであるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、直流電源から各パワーモジュールまでのＤＣバスバーのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、パワーモジュール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できるインバータ装置のパワーモジュール設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、本発明のパワーモジュール設置構造では、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、電解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、
前記複数のパワーモジュールを、２組に分けて互いに対向状態で縦置きに配置し、該パワーモジュールへ直流電流を給電する正負一対の積層されたＤＣバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める面形状とした。
【０００８】
【発明の効果】
よって、本発明のインバータ装置のパワーモジュール設置構造にあっては、積層されたＤＣバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める広い面形状とすることで、直流電源から各パワーモジュールまでのＤＣバスバーのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、パワーモジュール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、効率は悪化するので、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（パワーモジュール設置構造）］
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、２組（３個のＩＰＭ７０と３個のＩＰＭ７０）に分けて互いに対向状態で縦置き配置され、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、各ＩＰＭ７０において、インダクタンスを小さく、かつ、均等に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)６個のＩＰＭ７０を３個組により２組に分けて互いに対向状態で配置し、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面形状としたため、直流電源から各ＩＰＭ７０までの第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、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できる。
【００９６】
(2)６個のＩＰＭ７０を冷却面７０ｃを外側に向けて略垂直に縦置き配置し、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、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という高い電気的特性を保持したまま、ＩＰＭ７０の立体的な縦置き配置により、コンパクト性を損なうことなくＩＰＭ７０の増設に対応することができる。
【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】
（第２実施例）
第１実施例のＩＰＭ縦置き構造は、電解コンデンサ７４を第１ＤＣバスバー７２ａ，７２ｂに設けた例であるのに対し、この第２実施例のＩＰＭ縦置き構造は、電解コンデンサ７４を第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂに設けた例である。
【０１３５】
すなわち、図２７及び図２８に示すように、前記対向する一対のＩＰＭ７０，７０の中央部位置に電解コンデンサ７４を縦置き配置し、三対のＩＰＭ７０，７０に対応する３個の電解コンデンサ７４，７４，７４の端子７４ａ，７４ｂを、正負の積層された逆Ｕ状の断面形状を有する第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂの面状部分に接続している。なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１３６】
作用を説明すると、各ＩＰＭ７０から電解コンデンサ７４までの距離がほぼ等しく、かつ、距離が短いので、複合電流制御で複数のＩＰＭ７０が同相となった場合、該同相のＩＰＭ７０間の電圧差を無くし、より安定した動作とすることができる。
【０１３７】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第２実施例のＩＰＭ縦置き構造にあっては、上記第１実施例のＩＰＭ縦置き構造による(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【０１３８】
(4)対向する一対のＩＰＭ７０，７０の中央部位置に電解コンデンサ７４を縦置き配置し、三対のＩＰＭ７０，７０に対応する３個の電解コンデンサ７４，７４，７４を、正負の積層された第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂの面状部分に設けたため、直流電源電圧の変動に対するコンデンサ効果（平滑化効果）のばらつき低減により、ＩＰＭ７０のより安定した動作を確保することができる。
【０１３９】
（第３実施例）
第１実施例のＩＰＭ縦置き構造は、ＩＰＭ７０の上下位置を、冷却面３０ｅ，３０ｆにボルト留めすることで、インバータアッパーケース３０にＩＰＭ７０を縦置き固定した例であるのに対し、この第３実施例のＩＰＭ縦置き構造は、ＩＰＭ７０の下側位置を、バネ状部品８６にて固定した例である。
【０１４０】
すなわち、図２９に示すように、ＩＰＭ７０のケース底面側を、インバータアッパーケース３０のケース底面にボルト８７により固定されたバネ状部品８６で冷却面３０ｅ，３０ｆに押し付け、前記ＩＰＭ７０の上部側を、冷却面３０ｅ，３０ｆにボルト留めすることで、インバータアッパーケース３０内にＩＰＭ７０を縦置き固定している。なお、第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂの曲げ部のバネ性は、前記バネ状部品８６のバネ性以下となるように、例えば、第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂの厚さ等により調整される。また、他の構成は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１４１】
作用を説明すると、組み付け作業時、第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂやＩＰＭ７０や電解コンデンサ７４等の部品を予めアッシーした状態で、インバータアッパーケース３０内に組み込むと、ＩＰＭ７０のケース底面側がバネ状部品８６により自動的に冷却面３０ｅ，３０ｆに押し付けられ、ケース底面側でボルト締め作業を省略できる。
【０１４２】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第３実施例のＩＰＭ縦置き構造にあっては、上記第１実施例のＩＰＭ縦置き構造による(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【０１４３】
(5)ＩＰＭ７０のケース底面側を、インバータアッパーケース３０のケース底面にバネ状部品８６で冷却面３０ｅ，３０ｆに押し付け、ＩＰＭ７０の上部側を、冷却面３０ｅ，３０ｆにボルト留めすることで、インバータアッパーケース３０内にＩＰＭ７０を縦置き固定したため、ケース底面側でボルト締め作業を省略できると共に、第２ＤＣバスバー７３ａ，７３ｂやＩＰＭ７０や電解コンデンサ７４等の部品を予めアッシーした状態でケース組み込みを行うことが可能なことにより、容易な組み付け作業性を得ることができる。
【０１４４】
以上、本発明のパワーモジュール設置構造を第１実施例〜第３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、これらの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。
【０１４５】
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。
【図２７】第２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２８】第２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２９】第３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。
【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）
３０ａ ケース外壁部
３０ｂ 縦壁部
３０ｃ 上部ボルト穴
３０ｄ 下部ボルト穴
３０ｅ，３０ｆ 冷却面
７０ ＩＰＭ（パワーモジュール）
７０ａ，７０ｂ 直流給電端子部
７０ｃ 冷却面
７２ａ，７２ｂ 第１ＤＣバスバー
７３ａ，７３ｂ 第２ＤＣバスバー
７４ 電解コンデンサ
７４ａ，７４ｂ 端子
８６ バネ状部品
８７ ボルト

Claims (5)

1. 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、電解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、
   前記複数のパワーモジュールを、２組に分けて互いに対向状態で配置し、該パワーモジュールへ直流電流を給電する正負一対の積層されたＤＣバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める面形状としたことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール設置構造。
2. 請求項１に記載されたインバータ装置のパワーモジュール設置構造において、
   前記複数のパワーモジュールを、冷却面を外側に向けて略垂直の縦置きに配置し、
   前記ＤＣバスバーを、面形状の両端周縁部を略垂直に起立したＵ字の断面形状とし、
   前記ＤＣバスバーの垂直起立部を、パワーモジュールの直流給電端子部に接続したことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール設置構造。
3. 請求項２に記載されたインバータ装置のパワーモジュール設置構造において、
   前記２組のパワーモジュールを固定する面を、片方がケース外壁部に、もう片方はケース内部の縦壁部に設け、
   前記ケース外壁部と前記縦壁部にパワーモジュールを固定するボルト用穴を、ケース外壁部から縦壁部までの貫通加工により設けたことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール設置構造。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載されたインバータ装置のパワーモジュール設置構造において、
   前記対向する一対のパワーモジュールの中央部位置に電解コンデンサを縦置き配置し、該電解コンデンサを、正負の積層されたＤＣバスバーの面状部分に設けたことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール設置構造。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載されたインバータ装置のパワーモジュール設置構造において、
   前記パワーモジュールのケース底面側を、ケース底面に設けたバネ状部品で冷却面に押し付け、前記パワーモジュールの上部側を、冷却面にボルト留めすることで、ケースにパワーモジュールを縦置き固定したことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール設置構造。

Images