JP2009159704A

JP2009159704A - Power drive unit

Info

Publication number: JP2009159704A
Application number: JP2007333583A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Koike; 竜夫小池; Motoaki Somaki; 基晃杣木; Masashi Hayasaka; 雅志早坂; Shigeharu Matsuzaka; 茂治松坂; Kazuya Nagasawa; 一哉長澤
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP5328147B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power drive unit that eliminates an effect due to heat generated at a plurality of power modules. <P>SOLUTION: In the power drive unit (PDU) 22 comprising at least a heat sink 40 and the plurality of power modules 26 fixed to the heat sink 40, the plurality of power modules 26 are arranged at the heat sink 40 in a zigzag shape, that is, the plurality of power modules 26 are arranged separately from one another, and spaces 50 are formed between and among the power modules 26. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明はパワードライブユニットに関し、より具体的には、ヒートシンクに固定される複数個のパワーモジュールを備えたパワードライブユニットに関する。 The present invention relates to a power drive unit, and more specifically to a power drive unit including a plurality of power modules fixed to a heat sink.

近時、内燃機関、電動機およびバッテリなどを搭載したハイブリッド車両が提案されている。かかるハイブリッド車両においては、車両の走行状態（高速時、低速時など）に応じて内燃機関と電動機を制御し、走行するようにしている。このようなハイブリッド車両における電動機は例えばブラシレスＤＣモータからなり、バッテリから出力される直流電流をパワードライブユニット（ＰＤＵ（Power Drive Unit））、より正確にはパワードライブユニット内のパワーモジュールを介してステータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルに送ることで駆動している。 Recently, hybrid vehicles equipped with an internal combustion engine, an electric motor, a battery, and the like have been proposed. In such a hybrid vehicle, the internal combustion engine and the electric motor are controlled in accordance with the traveling state (high speed, low speed, etc.) of the vehicle to travel. The electric motor in such a hybrid vehicle is composed of, for example, a brushless DC motor, and direct current output from a battery is supplied to a power drive unit (PDU (Power Drive Unit)), more precisely, a stator U via a power module in the power drive unit. It is driven by sending it to a three-phase coil consisting of phase, V phase and W phase.

前記したパワードライブユニットのパワーモジュールは一般に複数個からなり、それらパワーモジュールは、例えば特許文献１に記載される技術の如く、ヒートシンク上に近接して配置される。尚、パワーモジュールには平滑回路を構成するコンデンサが接続され、そのコンデンサはパワーモジュールの上方に配置される（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−２７４３２２号公報（段落００２３、図６など）特開２０００−１５２６６２号公報（段落００２１，００２５、図２など） The power module of the power drive unit generally includes a plurality of power modules, and these power modules are arranged close to each other on a heat sink as in the technique described in Patent Document 1, for example. A capacitor constituting a smoothing circuit is connected to the power module, and the capacitor is disposed above the power module (see, for example, Patent Document 2).
JP 2001-274322 A (paragraph 0023, FIG. 6 etc.) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-152626 (paragraphs 0021, 0025, FIG. 2, etc.)

しかしながら、特許文献１記載の技術のように、複数個のパワーモジュールを近接して配置すると、パワーモジュールから生じる熱が互いに影響し、パワードライブユニットの電力変換効率（バッテリから供給される電力と電動機に出力される電力の比）が低下するおそれがある。 However, when a plurality of power modules are arranged close to each other as in the technique described in Patent Document 1, the heat generated from the power modules affects each other, and the power conversion efficiency of the power drive unit (the power supplied from the battery and the electric motor) There is a risk that the ratio of the output power will be reduced.

従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、複数個のパワーモジュールで生じる熱による影響を抑制するようにしたパワードライブユニットを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the above-described problems, and to provide a power drive unit that suppresses the influence of heat generated in a plurality of power modules.

上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに固定される複数個のパワーモジュールとを少なくとも備えるパワードライブユニットにおいて、前記複数個のパワーモジュールを前記ヒートシンクに千鳥状に配置するように構成した。 In order to achieve the above object, according to claim 1, in a power drive unit comprising at least a heat sink and a plurality of power modules fixed to the heat sink, the plurality of power modules are staggered to the heat sink. It arranged so that it might arrange in the shape.

請求項２にあっては、前記複数個のパワーモジュールに接続されるコンデンサを備えると共に、前記複数個のパワーモジュールの間に形成される空間に前記コンデンサを配置するように構成した。 According to a second aspect of the present invention, a capacitor connected to the plurality of power modules is provided, and the capacitor is arranged in a space formed between the plurality of power modules.

請求項１に係るパワードライブユニットにあっては、ヒートシンクと、ヒートシンクに固定される複数個のパワーモジュールとを備えると共に、複数個のパワーモジュールをヒートシンクに千鳥状に配置するように構成、即ち、複数個のパワーモジュールを離間させて配置し、パワーモジュールの間に空間が形成されるように構成したので、パワーモジュールから生じる熱が互いに影響して電力変換効率を低下させることがない、換言すれば、複数個のパワーモジュールで生じる熱による影響を抑制することができる。また、複数個のパワーモジュールをヒートシンクに千鳥状に配置するように構成したので、例えばヒートシンクの冷却フィンに冷却風を流通させてパワーモジュールを冷却する場合、ヒートシンクにおいて複数個のパワーモジュールが固定される部位近傍の冷却フィン（放熱部）の全てに比較的低温の冷却風を直接当てることが可能となり、よってパワーモジュールを効率良く冷却することができる。 The power drive unit according to claim 1 includes a heat sink and a plurality of power modules fixed to the heat sink, and is configured to arrange the plurality of power modules in a staggered manner on the heat sink. Since the power modules are arranged apart from each other and a space is formed between the power modules, the heat generated from the power modules does not affect each other to reduce the power conversion efficiency, in other words The influence of heat generated by a plurality of power modules can be suppressed. In addition, since a plurality of power modules are arranged in a staggered manner on the heat sink, for example, when cooling the power module by circulating cooling air through the cooling fins of the heat sink, the plurality of power modules are fixed on the heat sink. It is possible to directly apply a relatively low-temperature cooling air to all the cooling fins (heat dissipating parts) in the vicinity of the portion to be cooled, thereby efficiently cooling the power module.

請求項２に係るパワードライブユニットにあっては、複数個のパワーモジュールに接続されるコンデンサを備えると共に、複数個のパワーモジュールの間に形成される空間に前記コンデンサを配置するように構成したので、上記した効果に加え、パワードライブユニット全体を小型化することができる。 In the power drive unit according to claim 2, the capacitor is connected to the plurality of power modules, and the capacitor is arranged in a space formed between the plurality of power modules. In addition to the effects described above, the entire power drive unit can be reduced in size.

具体的には、例えば特許文献２記載の技術の如く、パワーモジュールの上方にコンデンサを配置すると、パワードライブユニットの高さ方向におけるサイズがコンデンサの分だけ増加し、ユニット全体が大型化するという不都合が生じるが、上記の如く構成することで、パワードライブユニットの高さ方向におけるサイズを減少でき、ユニット全体を小型化できる。さらに、コンデンサをパワーモジュールの近傍に配置することが可能となるため、コンデンサとパワーモジュールを接続する配線を短くでき、よって配線の長さに比例する配線インピーダンスも減少させることができる。これにより、許容サージ電圧内においては、パワーモジュールのスイッチングスピードを向上させることができる。 Specifically, for example, as in the technique described in Patent Document 2, if a capacitor is arranged above the power module, the size of the power drive unit in the height direction increases by the amount of the capacitor, and the entire unit becomes large. However, by configuring as described above, the size of the power drive unit in the height direction can be reduced, and the entire unit can be downsized. Furthermore, since the capacitor can be disposed in the vicinity of the power module, the wiring connecting the capacitor and the power module can be shortened, and thus the wiring impedance proportional to the length of the wiring can also be reduced. As a result, the switching speed of the power module can be improved within the allowable surge voltage.

以下、添付図面に即してこの発明に係るパワードライブユニットを実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out a power drive unit according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、この発明の実施例に係るパワードライブユニットを含む、ハイブリッド車両の制御装置を全体的に示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram generally showing a control apparatus for a hybrid vehicle including a power drive unit according to an embodiment of the present invention.

図１において、符号１０は内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０は、ガソリンを燃料とする噴射型火花点火式４気筒エンジンである。エンジン１０の出力は駆動軸１２を介して変速機構１４に入力される。変速機構１４は自動変速機からなり、エンジン１０が搭載されるハイブリッド車両（図示せず）の駆動輪１６に接続されてエンジン出力を変速し、駆動輪１６に伝達してハイブリッド車両を走行させる。 In FIG. 1, reference numeral 10 indicates an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”). The engine 10 is an injection type spark ignition type four-cylinder engine using gasoline as fuel. The output of the engine 10 is input to the speed change mechanism 14 via the drive shaft 12. The speed change mechanism 14 includes an automatic transmission, and is connected to drive wheels 16 of a hybrid vehicle (not shown) on which the engine 10 is mounted to change the engine output and transmit the power to the drive wheels 16 to drive the hybrid vehicle.

駆動軸１２には、エンジン１０と変速機構１４の間においてモータ（電動機）２０が連結される。モータ２０はエンジン１０が回転するとき常に回転し、始動時には通電されてエンジン１０をクランキングして始動させると共に、加速時などにも通電されてエンジン１０の回転をアシスト（増速）する。モータ２０は通電されないときはエンジン１０の回転に伴って空転すると共に、エンジン１０への燃料供給が停止（フューエルカット）される減速時には駆動軸１２の回転によって生じた運動エネルギを電気エネルギに変換して出力する回生機能を有する、即ち、モータ２０は発電機（ジェネレータ）として機能する。 A motor (electric motor) 20 is connected to the drive shaft 12 between the engine 10 and the speed change mechanism 14. The motor 20 always rotates when the engine 10 rotates, and is energized at the time of starting to crank and start the engine 10, and also energized at the time of acceleration or the like to assist (increase) the rotation of the engine 10. When the motor 20 is not energized, the motor 20 idles with the rotation of the engine 10, and at the time of deceleration when the fuel supply to the engine 10 is stopped (fuel cut), the kinetic energy generated by the rotation of the drive shaft 12 is converted into electric energy. In other words, the motor 20 functions as a generator.

モータ２０は、パワードライブユニット（以下「ＰＤＵ」という）２２を介してバッテリ２４に接続される。モータ２０はブラシレスＤＣモータ、より具体的には交流同期電動機からなる。ＰＤＵ２２は、パワーモジュール（３相インバータ回路。図１において「ＰＭ」と示す。後述）２６、およびモータ２０の動作を制御するモータ制御ユニット（「ＭＯＴＥＣＵ」という）２８などを備え、バッテリ２４から供給（放電）される直流（電力）をモータ２０のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる３相コイルに供給すると共に、モータ２０の回生動作によって発電された電力をバッテリ２４に供給する（バッテリ２４を充電する）。このように、図示のハイブリッド車両にあっては、ＰＤＵ２２を介してモータ２０の駆動・回生が制御される。尚、バッテリ２４は、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池を適宜個数直列接続してなる。 The motor 20 is connected to a battery 24 via a power drive unit (hereinafter referred to as “PDU”) 22. The motor 20 is a brushless DC motor, more specifically, an AC synchronous motor. The PDU 22 includes a power module (three-phase inverter circuit; shown as “PM” in FIG. 1, described later) 26, a motor control unit (referred to as “MOT ECU”) 28 that controls the operation of the motor 20, and the like, and is supplied from the battery 24. DC (electric power) to be (discharged) is supplied to the three-phase coil composed of the U, V, and W phases of the motor 20, and the electric power generated by the regenerative operation of the motor 20 is supplied to the battery 24 (charging the battery 24). To do). Thus, in the illustrated hybrid vehicle, the drive / regeneration of the motor 20 is controlled via the PDU 22. The battery 24 is formed by appropriately connecting a number of nickel metal hydride (Ni-MH) batteries in series.

また、ハイブリッド車両には、エンジン１０の動作を制御するエンジン制御ユニット（「ＥＮＧＥＣＵ」という）３０、バッテリ２４の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を算出して充放電の管理などを行うバッテリ制御ユニット（「ＢＡＴＥＣＵ」という）３２、ならびに変速機構１４の動作を制御する変速制御ユニット（「Ｔ／ＭＥＣＵ」という）３４が設けられる。上記したＥＮＧＥＣＵ３０などのＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）は全てマイクロコンピュータからなり、バス３６を介して相互に通信自在に接続される。 In addition, the hybrid vehicle includes an engine control unit (referred to as “ENGECU”) 30 that controls the operation of the engine 10, and a battery control unit that calculates a state of charge (SOC) of the battery 24 and manages charge / discharge. A shift control unit (referred to as “T / MECU”) 34 for controlling the operation of the transmission mechanism 14 is provided. All of the ECUs (Electronic Control Units) such as the above-described ENGECU 30 are composed of a microcomputer, and are connected to each other via a bus 36 so as to be able to communicate with each other.

次いで、この実施例に係るＰＤＵ２２について説明する。図２はＰＤＵ２２を示す斜視図であり、図３はその平面図である。 Next, the PDU 22 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a perspective view showing the PDU 22, and FIG. 3 is a plan view thereof.

ＰＤＵ２２は、１個のヒートシンク４０と、複数個（６個）のパワーモジュール２６と、複数個のパワーモジュール２６に接続されて平滑回路を構成する複数個（３個）のコンデンサ（平滑コンデンサ）４４と、パワーモジュール２６やコンデンサ４４、後述する押圧部材などを収容すると共に、ヒートシンク４０上に取り付けられるケース４６とを備える。尚、ＰＤＵ２２は、ＭＯＴＥＣＵ２８などを構成し、パワーモジュール２６に信号ピン４８を介して接続される電子回路基板、およびヒートシンク４０に取り付けられてケース４６などを被覆するカバーなども備えるが、それらは本願の要旨と直接の関係を有しないので、図示および説明を省略する。 The PDU 22 includes one heat sink 40, a plurality (six) of power modules 26, and a plurality of (three) capacitors (smoothing capacitors) 44 connected to the plurality of power modules 26 to form a smoothing circuit. And a case 46 that accommodates the power module 26, the capacitor 44, a pressing member to be described later, and the like and is mounted on the heat sink 40. The PDU 22 constitutes a MOTECU 28 and the like, and includes an electronic circuit board connected to the power module 26 via a signal pin 48 and a cover attached to the heat sink 40 and covering the case 46 and the like. Since it does not have a direct relationship with the gist of FIG.

以下、ＰＤＵ２２を構成する各要素について説明すると、６個のパワーモジュール２６は、３相のインバータ回路を形成するためのＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）。図示せず）をそれぞれ備え、３相インバータ回路モジュールとして構成される。より詳しくは、ハイサイドスイッチ（スイッチング素子）を有するパワーモジュールと、ローサイドスイッチ（スイッチング素子）を有するパワーモジュールが直列接続されて単相のインバータ回路を形成し、単相のインバータ回路が３組並列接続されることで、６個のパワーモジュール２６は３相インバータ回路モジュールとして構成される。 Hereinafter, each element constituting the PDU 22 will be described. The six power modules 26 include IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors (not shown)) for forming a three-phase inverter circuit. Each is provided and configured as a three-phase inverter circuit module. More specifically, a power module having a high-side switch (switching element) and a power module having a low-side switch (switching element) are connected in series to form a single-phase inverter circuit, and three sets of single-phase inverter circuits are arranged in parallel. By being connected, the six power modules 26 are configured as a three-phase inverter circuit module.

６個のパワーモジュール２６は、図３に良く示す如く、ヒートシンク４０（正確にはヒートシンク４０に取り付けられたケース４６の内部空間）に千鳥状に配置される。これにより、パワーモジュール２６は互いに離間して配置され、パワーモジュール２６の間に６個の空間５０が形成される。尚、図３において、紙面下段に並列に配置される３個のパワーモジュール２６はハイサイドスイッチ側であり、紙面上段に並列に配置される３個のパワーモジュール２６はローサイドスイッチ側である。 The six power modules 26 are arranged in a staggered manner in the heat sink 40 (more precisely, the internal space of the case 46 attached to the heat sink 40) as shown in FIG. As a result, the power modules 26 are spaced from each other, and six spaces 50 are formed between the power modules 26. In FIG. 3, the three power modules 26 arranged in parallel on the lower side of the paper are on the high side switch side, and the three power modules 26 arranged in parallel on the upper side of the paper are on the low side switch side.

図４は、図３に示すパワーモジュール２６を紙面右側から見た状態を模式的に示す模式断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing a state where the power module 26 shown in FIG. 3 is viewed from the right side of the drawing.

図４に示す如く、パワーモジュール２６は、ベースプレート２６ａと、ベースプレート２６ａの上方に配置され、動作時に発熱する電子部品（具体的にはＩＧＢＴ。以下「発熱部品」という）２６ｂを備え、ベースプレート２６ａや発熱部品２６ｂなどが封止樹脂２６ｃによってモールド成型されてなる。尚、この明細書において、上方や下方などの上下関係を示す記載は、図２に示すＰＤＵ２２においてパワーモジュール２６側を上、ヒートシンク４０側を下とするときの上下関係を表すものとする。 As shown in FIG. 4, the power module 26 includes a base plate 26a and an electronic component (specifically, an IGBT; hereinafter referred to as “heat generating component”) 26b that is disposed above the base plate 26a and generates heat during operation. The heat generating component 26b and the like are molded by the sealing resin 26c. In this specification, the description indicating the vertical relationship such as upward and downward indicates the vertical relationship when the power module 26 side is up and the heat sink 40 side is down in the PDU 22 shown in FIG.

パワーモジュール２６とヒートシンク４０の間には、熱伝導性を有する材質（例えば銅など）からなる熱拡散板５２と、熱拡散板５２の下方に配置される熱伝導性絶縁シート５４が介挿される。 Between the power module 26 and the heat sink 40, a heat diffusion plate 52 made of a material having thermal conductivity (for example, copper) and a heat conductive insulating sheet 54 disposed below the heat diffusion plate 52 are interposed. .

また、２個のパワーモジュール２６の上方には押圧部材５６が配置されると共に、複数個のパワーモジュール２６と押圧部材５６の間には、略円形状のバネ部材６０がそれぞれ配置される。より詳しくは、単相のインバータ回路を構成するハイサイドスイッチ側のパワーモジュール２６とローサイドスイッチ側のパワーモジュール２６の上方に、１個の押圧部材５６が配置される。ＰＤＵ２２においては、前記したように、単相のインバータ回路が３組並列接続されるため、押圧部材５６も３個配置されることになる。 Further, a pressing member 56 is disposed above the two power modules 26, and a substantially circular spring member 60 is disposed between the plurality of power modules 26 and the pressing members 56. More specifically, one pressing member 56 is disposed above the high-side switch-side power module 26 and the low-side switch-side power module 26 that form a single-phase inverter circuit. In the PDU 22, as described above, since three sets of single-phase inverter circuits are connected in parallel, three pressing members 56 are also arranged.

押圧部材５６は、図３などに良く示すように、平面視略Ｉ字状を呈すると共に、鉄（例えばＳＳ４００）から製作される。押圧部材５６は、中央部にネジ挿通孔６２が１個穿設されるネジ挿通部５６ａと、ネジ挿通部５６ａから連続して形成される２本のアーム部５６ｂからなる。２本のアーム部５６ｂは、ネジ挿通孔６２を中心として相互に１８０度の間隔をおいて形成される。 As shown in FIG. 3 and the like, the pressing member 56 has a substantially I shape in a plan view and is manufactured from iron (for example, SS400). The pressing member 56 includes a screw insertion portion 56a in which one screw insertion hole 62 is formed in the central portion, and two arm portions 56b formed continuously from the screw insertion portion 56a. The two arm portions 56b are formed at an interval of 180 degrees from each other with the screw insertion hole 62 as the center.

押圧部材５６の下面、正確には押圧部材のアーム部５６ｂの下面（具体的にはパワーモジュール２６に対向する面）５６ｃには、凸部５６ｄが突設される。一方の凸部５６ｄからネジ挿通孔６２までの距離は、他方の凸部５６ｄからネジ挿通孔６２までのそれと略同一の値とされる。 A convex portion 56d protrudes from the lower surface of the pressing member 56, more precisely, the lower surface (specifically, the surface facing the power module 26) 56c of the arm portion 56b of the pressing member. The distance from one convex portion 56d to the screw insertion hole 62 is set to substantially the same value as that from the other convex portion 56d to the screw insertion hole 62.

図５は、図３，４などに示すバネ部材６０を拡大して表す拡大平面図と拡大断面図である。 FIG. 5 is an enlarged plan view and an enlarged sectional view showing the spring member 60 shown in FIGS.

バネ部材６０は、前記したように略円形状を呈すると共に、ステンレス材（例えばＳＵＳ３０１−ＣＳＰ−Ｈ）から製作される。バネ部材６０の中央部には、押圧部材の凸部５６ｄと嵌合する嵌合孔６４が穿設される。このようにバネ部材６０は、いわゆる皿バネ（弾性部材）からなる。 The spring member 60 has a substantially circular shape as described above, and is manufactured from a stainless material (for example, SUS301-CSP-H). In the center of the spring member 60, a fitting hole 64 that fits with the convex portion 56d of the pressing member is formed. As described above, the spring member 60 is a so-called disc spring (elastic member).

尚、図４から分かるように、前記した発熱部品２６ｂはパワーモジュール２６におけるバネ部材６０とヒートシンク４０との間の部位、別言すれば押圧部材５６からバネ部材６０を介して下方に押圧される力が作用する部位に配置される。 As can be seen from FIG. 4, the heat generating component 26 b described above is pressed downward from the portion between the spring member 60 and the heat sink 40 in the power module 26, in other words, from the pressing member 56 via the spring member 60. It is placed at the site where the force acts.

図２および図３の説明を続けると、３個のコンデンサ４４は、６個のパワーモジュールの間に形成される空間５０に配置される。より正確には、３個のコンデンサ４４は全てローサイドスイッチ側のパワーモジュール２６の間に形成される空間５０（図３で符号５０ａで示す）に配置される一方、ハイサイドスイッチ側のパワーモジュール２６の間に形成される空間５０（図３で符号５０ｂで示す）にはコンデンサが配置されない。 2 and FIG. 3, the three capacitors 44 are arranged in a space 50 formed between the six power modules. More precisely, all three capacitors 44 are arranged in a space 50 (indicated by reference numeral 50a in FIG. 3) formed between the power modules 26 on the low side switch side, while the power modules 26 on the high side switch side. No capacitor is arranged in the space 50 (indicated by reference numeral 50b in FIG. 3) formed between the two.

コンデンサ４４は、Ｐ端子（正の電極端子）７０とＮ端子（負の電極端子）７２を備える。Ｐ端子７０は、バッテリ２４の高位端（図示せず）とパワーモジュール２６のハイサイドスイッチ側の入力端子（図で見えず）に接続される。一方、Ｎ端子７２は、バッテリ２４の低位端（図示せず）とパワーモジュール２６のローサイドスイッチ側の入力端子（図で見えず）に接続される。尚、パワーモジュール２６において、ハイサイドスイッチ側の出力端子とローサイドスイッチ側の出力端子（共に図２，３で見えず）はバスバー７４を介して接続されると共に、バスバー７４の出力端子７４ａはＰＤＵ２２の外方に向けて突出させられる。 The capacitor 44 includes a P terminal (positive electrode terminal) 70 and an N terminal (negative electrode terminal) 72. The P terminal 70 is connected to a high end (not shown) of the battery 24 and an input terminal (not shown) on the high side switch side of the power module 26. On the other hand, the N terminal 72 is connected to a lower end (not shown) of the battery 24 and an input terminal (not shown) on the low side switch side of the power module 26. In the power module 26, the output terminal on the high-side switch side and the output terminal on the low-side switch side (both not visible in FIGS. 2 and 3) are connected via the bus bar 74, and the output terminal 74a of the bus bar 74 is connected to the PDU 22. It is made to protrude outward.

ケース４６は、絶縁材（例えば樹脂材など）から製作されると共に、パワーモジュール２６、コンデンサ４４、熱拡散板５２および熱伝導性絶縁シート５４などを取り囲むような形状とされる。ケース４６において押圧部材のネジ挿通部５６ａに対応する位置には、回転防止壁７６が３個設けられる。 The case 46 is manufactured from an insulating material (for example, a resin material) and has a shape surrounding the power module 26, the capacitor 44, the heat diffusion plate 52, the heat conductive insulating sheet 54, and the like. In the case 46, three anti-rotation walls 76 are provided at positions corresponding to the screw insertion portions 56a of the pressing member.

図６は、図２に示す回転防止壁７６部分を拡大して示す拡大斜視図である。 FIG. 6 is an enlarged perspective view showing the rotation prevention wall 76 shown in FIG. 2 in an enlarged manner.

回転防止壁７６は、平面視略四角形状を呈すると共に、押圧部材のネジ挿通部５６ａ（正確には、ネジ挿通部のネジ挿通孔６２）を取り囲むように形成される。回転防止壁７６においてネジ挿通部５６ａから延びるアーム部５６ｂが位置させられるべき部位には切り欠き部８０が設けられる。 The rotation prevention wall 76 has a substantially quadrangular shape in plan view and is formed so as to surround the screw insertion portion 56a (more precisely, the screw insertion hole 62 of the screw insertion portion) of the pressing member. A cutout portion 80 is provided in a portion of the rotation prevention wall 76 where the arm portion 56b extending from the screw insertion portion 56a is to be positioned.

上記の如く構成することで、例えば押圧部材のネジ挿通孔６２にネジ８２が挿通されて締め付けられる際（即ち、時計回りに回転させられる際）、押圧部材のアーム部５６ｂは回転防止壁７６の切り欠き部８０に当接させられるため、押圧部材５６自体が回転させられることはない。逆にネジ８２が緩められる方向（反時計回り方向）に回転させられるときであっても同様に、アーム部５６ｂは切り欠き部８０に当接させられるため、押圧部材５６自体が回転させられることはない。このように、ヒートシンク４０に取り付けられるケース４６には、押圧部材５６の回転を防止する回転防止壁７６が設けられる。 By configuring as described above, for example, when the screw 82 is inserted into the screw insertion hole 62 of the pressing member and tightened (that is, when rotated clockwise), the arm portion 56b of the pressing member is formed on the anti-rotation wall 76. Since it is made to contact | abut to the notch part 80, the press member 56 itself is not rotated. Conversely, even when the screw 82 is rotated in the direction in which it is loosened (counterclockwise direction), similarly, the arm portion 56b is brought into contact with the notch portion 80, and therefore the pressing member 56 itself is rotated. There is no. As described above, the case 46 attached to the heat sink 40 is provided with the rotation prevention wall 76 that prevents the pressing member 56 from rotating.

図７は図２などに示すヒートシンク４０の斜視図であり、図８は図７のVIII−VIII線模式断面図である。 7 is a perspective view of the heat sink 40 shown in FIG. 2 and the like, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.

ヒートシンク４０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性を有する材質からなると共に、その下面４０ａには冷却フィン８４が複数本形成される。冷却フィン８４は、図示の如く、ヒートシンク４０の長手方向と直交する方向、別言すれば、後述する冷却風の向きと平行な方向になるように突設される。 The heat sink 40 is made of a material having thermal conductivity such as aluminum, and a plurality of cooling fins 84 are formed on the lower surface 40a. As shown in the figure, the cooling fins 84 are provided so as to project in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the heat sink 40, in other words, in a direction parallel to the direction of cooling air described later.

冷却フィン８４には、冷却風を流通させるダクト（図７において想像線で示す）８６が取り付けられる。これにより、例えばパワーモジュール２６などで生じた熱は、熱拡散板５２や熱伝導性絶縁シート５４などを介してヒートシンク４０の冷却フィン８４に伝達された後、ダクト８６を流れる冷却風によって放熱（冷却）させられる。 A duct 86 (shown by an imaginary line in FIG. 7) for circulating cooling air is attached to the cooling fins 84. Thus, for example, heat generated in the power module 26 or the like is transferred to the cooling fins 84 of the heat sink 40 via the heat diffusion plate 52 or the heat conductive insulating sheet 54 and then radiated by the cooling air flowing through the duct 86 ( Cooling).

ヒートシンク４０の上面（ケース４６が取り付けられる面）４０ｂの前記ネジ挿通孔６２に対応する位置にはネジ穴８８が３個穿設される。また、ヒートシンク４０の上面４０ｂの適宜位置には、ケース４６を取り付けるためのケース用取り付け穴９０が複数個（１２個）穿設されると共に、四隅には図示しないカバーを取り付けるためのカバー用取り付け穴９２が穿設される。 Three screw holes 88 are formed at positions corresponding to the screw insertion holes 62 on the upper surface (surface to which the case 46 is attached) 40 b of the heat sink 40. A plurality of (12) case mounting holes 90 for attaching the case 46 are formed at appropriate positions on the upper surface 40b of the heat sink 40, and cover attachments for attaching covers (not shown) to the four corners. A hole 92 is drilled.

次いで、上記の如く構成されたＰＤＵ２２の組付け（組立て）について、図２から４を参照しつつ説明する。 Next, assembly (assembly) of the PDU 22 configured as described above will be described with reference to FIGS.

先ず熱伝導性絶縁シート５４がヒートシンク４０上に配置され、その上に熱拡散板５２が敷設される。次いで、ケース４６がヒートシンク４０上に載置され、１２本のネジ９４（図２，３において１本見えず）がケース４６を介してケース用取り付け穴９０に挿通させられることで、ケース４６はヒートシンク４０に固定される。そして、６個のパワーモジュール２６が熱拡散板５２と熱伝導性絶縁シート５４を介してヒートシンク４０に配置、詳しくは千鳥状に配置される。 First, the heat conductive insulating sheet 54 is disposed on the heat sink 40, and the heat diffusion plate 52 is laid thereon. Next, the case 46 is placed on the heat sink 40, and twelve screws 94 (one cannot be seen in FIGS. 2 and 3) are inserted through the case 46 into the case mounting hole 90, whereby the case 46 is It is fixed to the heat sink 40. Six power modules 26 are arranged on the heat sink 40 via the heat diffusing plate 52 and the heat conductive insulating sheet 54, and more specifically, they are arranged in a staggered manner.

バネ部材６０がパワーモジュール２６の中央部付近に載置された後、押圧部材５６はバネ部材６０の上方に位置させられる。このとき、押圧部材のネジ挿通部５６ａは回転防止壁７６で画成される内部空間に位置させられて位置決めされる。即ち、回転防止壁７６は、押圧部材５６のケース４６に対する位置決めとしての機能も有する。 After the spring member 60 is placed near the center of the power module 26, the pressing member 56 is positioned above the spring member 60. At this time, the screw insertion portion 56 a of the pressing member is positioned and positioned in the internal space defined by the rotation prevention wall 76. That is, the rotation prevention wall 76 also has a function as a positioning of the pressing member 56 with respect to the case 46.

次いで、押圧部材５６は、凸部５６ｄがバネ部材の嵌合孔６４に嵌合させられつつ下方へ移動させられる。前述したように、凸部５６ｄから押圧部材のネジ挿通孔６２までの距離は、他方の凸部５６ｄからネジ挿通孔６２までのそれと略同一の値とされるため、結果として２個（複数個）のパワーモジュール２６は、ネジ挿通孔６２から同一の距離に配置されることとなる。 Next, the pressing member 56 is moved downward while the convex portion 56d is fitted in the fitting hole 64 of the spring member. As described above, the distance from the convex portion 56d to the screw insertion hole 62 of the pressing member is substantially the same value as that from the other convex portion 56d to the screw insertion hole 62. ) Is disposed at the same distance from the screw insertion hole 62.

そしてネジ８２はネジ挿通孔６２およびヒートシンク４０のネジ穴８８に挿通させられる、即ち、ネジ８２を締め付けることで押圧部材５６のアーム部５６ｂはバネ部材６０を介してパワーモジュール２６を下方へ押圧する。これにより、６個のパワーモジュール２６はヒートシンク４０上に押圧部材５６で押圧されつつ固定される。尚、このときのバネ部材６０に作用する力は、例えば１．５〜２．０ｋＮ程度とされる。 The screw 82 is inserted into the screw insertion hole 62 and the screw hole 88 of the heat sink 40, that is, the arm portion 56 b of the pressing member 56 presses the power module 26 downward via the spring member 60 by tightening the screw 82. . Accordingly, the six power modules 26 are fixed onto the heat sink 40 while being pressed by the pressing member 56. The force acting on the spring member 60 at this time is, for example, about 1.5 to 2.0 kN.

コンデンサ４４は空間５０ａに配置されてパワーモジュール２６やバッテリ２４などに接続されると共に、パワーモジュール２６の信号ピン４８も図示しない電子回路基板と電気的に接続される。次いで、カバー用取り付け穴９２とカバーの取り付け穴（図示せず）に図示しないネジを挿通させることによってヒートシンク４０にカバーが取り付けられ、ＰＤＵ２２が完成する。 The capacitor 44 is disposed in the space 50a and connected to the power module 26, the battery 24, and the like, and the signal pin 48 of the power module 26 is also electrically connected to an electronic circuit board (not shown). Next, the cover is attached to the heat sink 40 by inserting a screw (not shown) through the cover attachment hole 92 and the cover attachment hole (not shown), and the PDU 22 is completed.

その後、ダクト８６が、図７に示す如くヒートシンク４０の冷却フィン８４に取り付けられ、そこを流れる冷却風によってパワーモジュール２６は冷却される。具体的に説明すると、ダクト８６の冷却風は、図３，７に矢印Ａで示す如く、冷却フィン８４と平行な方向に流通させられる。ヒートシンク４０は、前述したように、パワーモジュール２６が押圧部材５６からバネ部材６０を介して押圧されるため、ヒートシンク４０とパワーモジュール２６は熱的に結合されている。そのため、パワーモジュール２６の熱は熱拡散板５２と熱伝導性絶縁シート５４を介してヒートシンク４０（正確には、ヒートシンク４０の冷却フィン８４）に伝達され、冷却フィン８４はダクト８６の冷却風によって冷却される。このようにしてパワーモジュール２６は冷却される。 Thereafter, the duct 86 is attached to the cooling fins 84 of the heat sink 40 as shown in FIG. 7, and the power module 26 is cooled by the cooling air flowing therethrough. More specifically, the cooling air in the duct 86 is circulated in a direction parallel to the cooling fins 84 as indicated by an arrow A in FIGS. As described above, since the power module 26 is pressed from the pressing member 56 via the spring member 60, the heat sink 40 and the power module 26 are thermally coupled. Therefore, the heat of the power module 26 is transmitted to the heat sink 40 (more precisely, the cooling fins 84 of the heat sink 40) through the heat diffusion plate 52 and the heat conductive insulating sheet 54, and the cooling fins 84 are cooled by the cooling air of the duct 86. To be cooled. In this way, the power module 26 is cooled.

このとき、６個のパワーモジュール２６は千鳥状に配置されるため、風上に位置するパワーモジュール２６（ハイサイドスイッチ側）の熱によって昇温させられた冷却風が、風下に位置するパワーモジュール２６（ローサイドスイッチ側）の下方にある冷却フィン８４に当たらないようにすることができる。即ち、ヒートシンク４０において複数個のパワーモジュール２６が固定される部位近傍の冷却フィン（放熱部）８４の全てに比較的低温の冷却風を直接当てることができ、パワーモジュール２６を効率良く冷却することができる。 At this time, since the six power modules 26 are arranged in a staggered manner, the cooling air heated by the heat of the power module 26 (high side switch side) located on the windward side is the power module located on the leeward side. 26 (low side switch side) can be prevented from hitting the cooling fins 84 below. That is, relatively low-temperature cooling air can be directly applied to all the cooling fins (heat dissipating portions) 84 in the vicinity of the portion where the plurality of power modules 26 are fixed in the heat sink 40, and the power module 26 is efficiently cooled. Can do.

以上の如く、この発明の実施例にあっては、ヒートシンク４０と、前記ヒートシンクに固定される複数個のパワーモジュール２６とを少なくとも備えるパワードライブユニット（ＰＤＵ）２２において、前記複数個のパワーモジュール２６を前記ヒートシンク４０に千鳥状に配置するように構成した。 As described above, in the embodiment of the present invention, in the power drive unit (PDU) 22 including at least the heat sink 40 and the plurality of power modules 26 fixed to the heat sink, the plurality of power modules 26 are arranged. The heat sink 40 is arranged in a staggered manner.

このように、複数個のパワーモジュール２６をヒートシンク４０に千鳥状に配置するように構成、即ち、複数個のパワーモジュール２６を離間させて配置し、パワーモジュール２６の間に空間５０が形成されるように構成したので、パワーモジュールから生じる熱が互いに影響して電力変換効率を低下させることがない、換言すれば、複数個のパワーモジュール２６で生じる熱による影響を抑制することができる。また、複数個のパワーモジュール２６をヒートシンク４０に千鳥状に配置するように構成したので、ヒートシンク４０の冷却フィン８４に冷却風を流通させてパワーモジュール２６を冷却する際、ヒートシンク４０において複数個のパワーモジュール２６が固定される部位近傍の冷却フィン（放熱部）８４の全てに比較的低温の冷却風を直接当てることができ、パワーモジュール２６を効率良く冷却することができる。 In this manner, the plurality of power modules 26 are arranged in a staggered manner on the heat sink 40, that is, the plurality of power modules 26 are spaced apart and a space 50 is formed between the power modules 26. Thus, the heat generated from the power modules does not affect each other and the power conversion efficiency is not lowered. In other words, the influence of the heat generated by the plurality of power modules 26 can be suppressed. In addition, since the plurality of power modules 26 are arranged in a staggered manner on the heat sink 40, when the cooling module 84 cools the power module 26 by flowing cooling air through the cooling fins 84 of the heat sink 40, Relatively low-temperature cooling air can be directly applied to all the cooling fins (heat dissipating portions) 84 in the vicinity of the portion where the power module 26 is fixed, and the power module 26 can be efficiently cooled.

また、前記複数個のパワーモジュールに接続されるコンデンサ４４を備えると共に、前記複数個のパワーモジュール２６の間に形成される空間５０に前記コンデンサ４４を配置するように構成した。これにより、ＰＤＵ２２の高さ方向におけるサイズを、パワーモジュールの上方にコンデンサを配置する場合（例えば特許文献２記載の技術）に比して減少でき、ＰＤＵ２２全体を小型化することができる。さらに、コンデンサ４４をパワーモジュール２６の近傍に配置することが可能となるため、コンデンサ４４とパワーモジュール２６を接続する配線を短くでき、よって配線の長さに比例する配線インピーダンスも減少させることができる。これにより、許容サージ電圧内においては、パワーモジュール２６のスイッチングスピードを向上させることができる。 The capacitor 44 is connected to the plurality of power modules, and the capacitor 44 is arranged in a space 50 formed between the plurality of power modules 26. Thereby, the size in the height direction of the PDU 22 can be reduced as compared with the case where a capacitor is disposed above the power module (for example, the technique described in Patent Document 2), and the entire PDU 22 can be downsized. Further, since the capacitor 44 can be disposed in the vicinity of the power module 26, the wiring connecting the capacitor 44 and the power module 26 can be shortened, and thus the wiring impedance proportional to the length of the wiring can also be reduced. . Thereby, the switching speed of the power module 26 can be improved within the allowable surge voltage.

尚、上記において、パワードライブユニット２２をハイブリッド車両に搭載される例で説明をしたが、この発明に係るパワードライブユニット２２は、電気自動車にも適用可能である。 In the above, the example in which the power drive unit 22 is mounted on a hybrid vehicle has been described. However, the power drive unit 22 according to the present invention can also be applied to an electric vehicle.

この発明の実施例に係るパワードライブユニットを含む、ハイブリッド車両の制御装置を全体的に示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an overall control apparatus for a hybrid vehicle including a power drive unit according to an embodiment of the present invention. 図１に示すパワードライブユニットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the power drive unit shown in FIG. 図２に示すパワードライブユニットの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the power drive unit shown in FIG. 2. 図３に示すパワーモジュールを紙面右側から見た状態を模式的に示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows typically the state which looked at the power module shown in FIG. 3 from the paper surface right side. 図３などに示すバネ部材を拡大して表す拡大平面図と拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged plan view and an enlarged cross-sectional view showing an enlarged spring member shown in FIG. 3 and the like. 図２に示す回転防止壁部分を拡大して示す拡大斜視図である。It is an expansion perspective view which expands and shows the rotation prevention wall part shown in FIG. 図２などに示すヒートシンクの斜視図である。It is a perspective view of the heat sink shown in FIG. 図７のVIII−VIII線模式断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7.

Explanation of symbols

２２パワードライブユニット（ＰＤＵ）、２６パワーモジュール、４０ヒートシンク、４４コンデンサ、５０空間 22 power drive units (PDU), 26 power modules, 40 heat sinks, 44 capacitors, 50 spaces

Claims

A power drive unit comprising at least a heat sink and a plurality of power modules fixed to the heat sink, wherein the plurality of power modules are arranged in a staggered pattern on the heat sink.

The power drive unit according to claim 1, further comprising a capacitor connected to the plurality of power modules, wherein the capacitor is disposed in a space formed between the plurality of power modules.