JP2012120382A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートパイプを用いた空冷の冷却機構を有するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device having an air cooling mechanism using a heat pipe.
ハイブリッド自動車や、電気自動車では、モータの駆動力を用いて走行する。このために、車両はバッテリを搭載し、このバッテリからの直流電力をインバータで所定の交流に変換してモータに供給することでモータの駆動を制御している。 A hybrid vehicle and an electric vehicle travel using the driving force of a motor. For this purpose, the vehicle is equipped with a battery, and the drive of the motor is controlled by converting DC power from the battery into a predetermined AC by an inverter and supplying the AC to the motor.
ここで、インバータは、スイッチング素子としてIGBTなどのパワー半導体素子を利用し、電流を切り換えてモータに供給する。車両用のモータは高出力であり、スイッチング素子における発熱も大きなものになり、この冷却機構が必要になる。 Here, the inverter uses a power semiconductor element such as an IGBT as a switching element, switches the current and supplies it to the motor. A motor for a vehicle has a high output, and heat generated in the switching element becomes large, and this cooling mechanism is necessary.
冷却機構としては、水冷、空冷などがあり、冷却能力としては水冷が好ましいが、機構を簡略化するためには空冷が好ましい。 The cooling mechanism includes water cooling, air cooling, and the like, and the cooling capacity is preferably water cooling, but air cooling is preferable in order to simplify the mechanism.
半導体素子の放熱装置として、ヒートパイプを利用するものも提案されている(特許文献1参照)。すなわち、特許文献1では、半導体素子を主受熱体に取り付け、主受熱体に放熱フィンを取り付け、さらに放熱フィンの中間部に副受熱体を配設する。そして、主受熱体と副受熱体との間にヒートパイプを配設し、主受熱体から副受熱体への熱移動を促進している。 As a heat radiating device for semiconductor elements, a device using a heat pipe has been proposed (see Patent Document 1). That is, in Patent Document 1, a semiconductor element is attached to a main heat receiving body, a heat radiating fin is attached to the main heat receiving body, and a sub heat receiving body is disposed at an intermediate portion of the heat radiating fin. And the heat pipe is arrange | positioned between the main heat receiving body and the sub heat receiving body, and the heat transfer from the main heat receiving body to the sub heat receiving body is promoted.
特許文献1においては、副受熱体を設けることによって、放熱フィン全体における放熱を達成している。しかし、副受熱体を設けるために、サイズが大きくなり、ヒートパイプも放熱フィンの側部に設けるため、構造が複雑化する。 In patent document 1, the heat radiation in the whole radiation fin is achieved by providing a sub heat receiving body. However, since the sub heat receiving body is provided, the size is increased, and the heat pipe is also provided on the side of the radiation fin, so that the structure is complicated.
本発明は、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第1モータの駆動を制御する第1インバータと、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第2モータの駆動を制御する第2インバータと、第1インバータのスイッチング素子を搭載する第1平板型ヒートパイプと、第2インバータのスイッチング素子を搭載する第2平板型ヒートパイプと、前記第1および第2平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、を有し、第1および第2インバータにおいて発生された熱を、第1および第2ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とする。 The present invention includes a first inverter that has a plurality of switching elements, converts DC power to AC power, and controls driving of the first motor, and has a plurality of switching elements, and converts DC power to AC power. A second inverter that controls driving of the two motors, a first flat plate heat pipe having a switching element of the first inverter, a second flat plate heat pipe having a switching element of the second inverter, and the first and A cooling fin for air cooling disposed between the second flat plate heat pipes, and heat generated in the first and second inverters for the air cooling via the first and second heat pipes. Heat is radiated by the radiating fin portion.
また、前記空冷用放熱フィン部内に前記第1または第2の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることが好適である。 Further, it is preferable that a tubular heat pipe extending from the first or second flat plate heat pipe is provided in the air-cooling radiating fin portion.
本発明によれば、2つの平板型ヒートパイプ間に放熱フィンを配置したため、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、2つのインバータにより2つのモータを別々に駆動することで、2つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部12内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
According to the present invention, since the radiating fins are disposed between the two flat plate heat pipes, the radiating fins dissipate heat transmitted from both sides, and the overall radiating effect can be improved. Further, by separately driving the two motors by the two inverters, the wiring to the motor can be efficiently routed even if the two inverters are separated. Furthermore, the heat radiation effect can be increased by embedding a heat pipe in the heat
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図3は、実施形態に係るインバータ装置10の全体構成を示す図であり、図1は斜視図、図2は平面図、図3は正面図である。インバータ装置10は、放熱フィン部12を有している。この放熱フィン部12は、例えば多数のアルミなどの平板を配置した構成など空気流を通過させて放熱を行う公知の種々の放熱フィンを採用することができる。この放熱フィン部12の両側には、一対の平板型ヒートパイプ14が配置されている。
1-3 is a figure which shows the whole structure of the
この平板型ヒートパイプ14は、放熱フィン部12側が放熱部、外側が吸熱部となっている。ここで、ヒートパイプ14は、真空状態とした平板の内部空間に適量の水などの熱媒体(作動液)を注入したもので、吸熱した作動液を放熱側に還流するのを促進するために還流路の内面にウィックと呼ばれる毛細管構造を備えている。吸熱側で加熱蒸発した作動液がその圧力で放熱側に移動し、放熱した凝縮した作動液がウィックを介し吸熱側に還流し、効果的な熱伝達を行う。
The flat
そして、本実施形態では、一対の平板型ヒートパイプ14の放熱側の面に放熱フィン部12を接続することで、放熱フィン部12の両側から挟み込み、一対のヒートパイプ14からの熱を両側から放熱フィン部12に供給する。
And in this embodiment, by connecting the
一対の平板型ヒートパイプ14の吸熱側には、インバータ16をそれぞれ実装する。インバータ16は、例えばIGBTなどのパワー素子からなる複数のスイッチング素子18からなっている。この例では、直流電力を三相交流に変換するための6つのスイッチング素子18が平板型ヒートパイプ14の吸熱側の面に実装されている。スイッチング素子18は、ヒートシンクとしても機能するアルミ基板などを介して平板型ヒートパイプ14の吸熱側の面に実装することも好適である。
An
なお、図示は省略したが、6つのスイッチング素子18は、2つずつが直列接続されたアームを構成し、各アームが正極母線および負極母線間に接続され、各アームの中点がモータの3つの端子に接続されており、モータにU,V,W相の三相交流を供給する。本実施形態では、2つのインバータ16がそれぞれ対応するモータの駆動を制御する。例えば、一方が主に発電を行うモータ・ジェネレータ、他方が主に駆動力を出力するモータとすることができる。このように、2つのインバータ16により2つのモータを別々に駆動するため、2つのインバータ16が位置的に離れていても、対応するモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。
Although not shown, the six
また、各インバータ16の正極母線、負極母線はバッテリと接続されるバスバーで構成される。
Further, the positive and negative buses of each
さらに、放熱フィン部12の中には、平板型ヒートパイプ14の放熱側の面から伸びる管状のヒートパイプ20が埋め込まれている。図示の例では、四角柱状としたが円筒状のヒートパイプで問題ない。このヒートパイプ20は、平板型ヒートパイプ14側が吸熱部となっており、先端側が放熱部となっており、放熱フィン部12のほぼ中央付近まで伸びている。ヒートパイプ20は、放熱フィン部12の放熱フィンと連結されることが好ましい。このヒートパイプ20によって、平板型ヒートパイプ14からの放熱をより促進することが可能となる。なお、放熱フィン部12に埋め込むヒートパイプ20の本数は、適宜決定すればよく、また一対の平板型ヒートパイプ14から伸びる本数が異なっていてもよい。
Further, a
図4には、本実施形態の回路構成を示してある。このように、バッテリ30の正極と負極からの配線は2つのインバータ16に接続されている。また、バッテリ30の正極と負極からの配線の間には、コンデンサ32が配置され、バッテリ30の出力を平滑化している。
FIG. 4 shows a circuit configuration of this embodiment. Thus, the wiring from the positive electrode and the negative electrode of the
2つのインバータ16の出力は、2つのモータ34にそれぞれ接続されている。バッテリ30からの直流電力が2つのインバータ16において、それぞれに接続されているモータ34に駆動するための交流電力に変換されてモータ34の駆動が制御される。上述のように、モータ34は、主に発電を行うものでもよいし、主に動力を出力するが、回生制動も行うものでもよい。
The outputs of the two
なお、バッテリ30からの出力をそのままインバータ16に入力するのではなく、DCDCコンバータによって電圧を変換した後インバータ16に入力するようにしてもよい。この場合、モータの出力に応じてインバータ16への入力電圧が制御される。
Note that the output from the
図5には、変形例を示してあり、コンデンサ32を2つの平板型ヒートパイプ14を接続する板材として形成してある。このコンデンサ32に、配線としてのバスバーを一定的に形成することも好適である。これによって、コンデンサ32が補強材としても機能する。また、コンデンサ32によって、放熱フィン部12の一部がカバーされてしまうので、放熱フィン部12への風を遮らない位置にコンデンサ32を設置することが好適である。例えば、車両の走行時の風を取り入れるのであればその方向は基本的に一方向からに限定されるので、これを遮らない位置にコンデンサ32を取り付け、また冷却ファンなどを設けた場合には、冷却ファンからの風を遮らない位置にコンデンサを取り付けるとよい。
FIG. 5 shows a modified example, in which the
本実施形態によれば、2つのインバータを取り付けた平板型ヒートポンプによって、放熱フィンを挟んだ。従って、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、平板型ヒートパイプを用いることで、複数のスイッチング素子からの熱を効率的に放熱フィンに伝達することができる。また、2つのインバータにより2つのモータを別々に駆動することで、2つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部12内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
According to this embodiment, the radiation fins are sandwiched by the flat plate heat pump having two inverters attached thereto. Therefore, the heat dissipating fins dissipate heat transmitted from both sides, and the heat dissipating effect as a whole can be improved. Moreover, the heat from a plurality of switching elements can be efficiently transmitted to the radiation fins by using the flat plate heat pipe. Further, by separately driving the two motors by the two inverters, the wiring to the motor can be efficiently routed even if the two inverters are separated. Furthermore, the heat radiation effect can be increased by embedding a heat pipe in the heat
10 インバータ装置、12 放熱フィン部、14 平板型ヒートパイプ、16 インバータ、18 スイッチング素子、20 ヒートパイプ、30 バッテリ、32 コンデンサ、34 モータ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第2モータの駆動を制御する第2インバータと、
第1インバータのスイッチング素子を搭載する第1平板型ヒートパイプと、
第2インバータのスイッチング素子を搭載する第2平板型ヒートパイプと、
前記第1および第2平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、
を有し、
第1および第2インバータにおいて発生された熱を、第1および第2平板型ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とするインバータ装置。 A first inverter having a plurality of switching elements, converting DC power to AC power and controlling driving of the first motor;
A second inverter that has a plurality of switching elements, converts DC power to AC power, and controls driving of the second motor;
A first flat plate heat pipe on which the switching element of the first inverter is mounted;
A second flat plate heat pipe mounting the switching element of the second inverter;
An air-cooling radiating fin portion disposed between the first and second flat plate-type heat pipes;
Have
An inverter device characterized in that heat generated in the first and second inverters is radiated by the air-cooling radiating fin portion through the first and second flat plate heat pipes.
前記空冷用放熱フィン部内に前記第1または第2の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることを特徴とするインバータ装置。 The inverter device according to claim 1,
An inverter device comprising a tubular heat pipe extending from the first or second flat plate heat pipe in the air-cooling radiating fin portion.
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