JP2020167837A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化することができると共に、小型化することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】インバータ装置は、冷却媒体を流す冷却流路を備えるハウジングと、ハウジングの冷却流路に対して一方側に配置されるリアクトルと、ハウジングの冷却流路に対して他方側に配置されるパワー基板と、を備えるＤＣＤＣコンバータと、ＩＧＢＴを備え、ハウジングの一方側に配置される第１のインバータ回路モジュールと、ＩＧＢＴを備え、ハウジングの他方側に配置される第２のインバータ回路モジュールと、ハウジングの他方側に配置されるコントロール基板と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置に関する。

特許文献１は、ウォータジャケットを使用することにより、コンバータ回路の各構成部品の配置の最適化と、リアクトルの冷却を効率よく行うことができるパワーコントロールユニットを開示している。

特許文献１のパワーコントロールユニットは、リアクトル、一次側及び二次側コンデンサ、及び接続コネクタを、ウォータジャケットの重力方向下方に設けられた第１空間に配置し、パワーモジュール及びゲートドライブ基板を、重力方向上方に設けられた第２空間に配置している。また、リアクトルはウォータジャケットの下面に固定されるとともに、パワーモジュールはウォータジャケットの上面に固定されている。更に、第１空間では、リアクトルと一次側コンデンサが、並んで配置されるとともに、接続コネクタと二次側コンデンサが、直交する方向において、リアクトル及び一次側コンデンサに対して反対側に形成された各領域にそれぞれ配置される。

特開２０１２−１０５３６９号公報

しかしながら、特許文献１においては、ウォータジャケットを使用しているため、重量が増大してしまうと共に、大型化となるという課題を有する。

本発明の目的は、軽量化することができると共に、小型化することができるインバータ装置を提供することである。

本発明に係るインバータ装置は、冷却媒体を流す冷却流路を備えるハウジングと、前記ハウジングの前記冷却流路に対して一方側に配置されるリアクトルと、前記ハウジングの前記冷却流路に対して他方側に配置されるパワー基板と、を備えるＤＣＤＣコンバータと、第１のＩＧＢＴを備え、前記ハウジングの前記一方側に配置される第１のインバータ回路モジュールと、第２のＩＧＢＴを備え、前記ハウジングの前記他方側に配置される第２のインバータ回路モジュールと、前記ハウジングの前記他方側に配置されるコントロール基板と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、インバータ装置を軽量化することができると共に、小型化することができる。

本発明の実施形態に係るインバータ装置の分解斜視図である。 図１の上カバーと下カバーとを取り除いた状態のＡ−Ａ断面正面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の上カバーを透視した斜め上方から見た斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面斜視図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の上カバーを取り除いた状態の平面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の下カバーを取り除いた状態の底面図である。 図１のＢ−Ｂ断面正面図の一部である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置のハウジングに設けた開口の平面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置のハウジングの斜め上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置のハウジングの斜め下方から見た断面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の下カバーの斜視図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置のＬ字状部材の斜視図である。 図９のＣ−Ｃ断面図である。 図９のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の回路構成である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るインバータ装置について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。

図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向である。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向である。Ｘ軸方向は、図２、図５から図８、及び図１３においては左右方向である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向とする。

以下の説明においては、インバータ装置の高さ方向（Ｚ軸方向）を上下方向とする。ある対象に対してＺ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「上側」と呼ぶ場合があり、ある対象に対してＺ軸方向の負の側（−Ｚ側）を「下側」と呼ぶ場合がある。なお、前後方向、前側および後側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。

＜インバータ装置の全体構成＞
本発明の実施形態に係るインバータ装置１の全体構成につき、図１から図１４を参照しながら、以下に詳細に説明する。

インバータ装置１は、ハイブリット車等の車両に搭載される電力変換装置であり、ハウジング２と、ＤＣＤＣコンバータ３と、第１のインバータ回路モジュール４と、第２のインバータ回路モジュール５と、コントロール基板６と、フィルムコンデンサ７と、取付部材１０と、シールド板１１と、シールド板１２と、バスバー１３と、を有している。

ハウジング２は、上カバー８と、下カバー９と、ハウジング本体１０７と、を備えている。

上カバー８は、ハウジング本体１０７の一方側である上に位置して、ＤＣＤＣコンバータ３のリアクトル１０２及び第１のインバータ回路モジュール４を収容している。上カバー８は、ＤＣＤＣコンバータ３のリアクトル１０２及び第１のインバータ回路モジュール４を収容する凸状部１０９と、何も収容しない第１平面部１１０と、を有している。上カバー８には、第１のインバータ回路モジュール４に三相モータを接続するためのインターフェース１０８が設けられている。

下カバー９は、ハウジング本体１０７の他方側である下に位置して、コントロール基板６を収容している。下カバー９は、コントロール基板６を収容する凸状部１１１と、何も収容しない第２平面部１１２と、を有している。

ハウジング本体１０７は、冷却媒体を流す冷却流路１０１と、上下方向に貫通した開口部１０４と、リアクトル１０２とパワー基板１０３との間に設けられると共にバスバー１３を配置するための切欠部１１３を有する壁部１０５と、冷却流路１０１に連通すると共に第１のインバータ回路モジュール４の放熱ピン１１８を冷却する第１の冷却凹部１１７ａと、冷却流路１０１に連通すると共に第２のインバータ回路モジュール５の放熱ピン１１９を冷却する第２の冷却凹部１１７ｂと、第１の冷却凹部１１７ａと第２の冷却凹部１１７ｂとを区切る区切部１２１と、上下方向に貫通してシールド板１１とシールド板１２とバスバー１３とが挿通される開口部１２２と、を備えている。区切部１２１の厚さＬ３は、冷却流路１０１の内径ｒよりも小さい（Ｌ３＜ｒ）（図１４参照）。

壁部１０５は、上方にリアクトル１０２が載置されると共に、リアクトル１０２が載置される領域１１５の板厚が領域１１５以外の領域１１６の板厚よりも大きい。冷却凹部１１７ａ及び冷却凹部１１７ｂの各々の深さＬ２は、冷却凹部１１７ａに対する放熱ピン１１８の突出長さＬ１、及び冷却凹部１１７ｂに対する放熱ピン１１９の突出長さＬ１よりも深い（Ｌ２＞Ｌ１）（図１４参照）。冷却凹部１１７と冷却流路１０１とを連通する連通部１２０は、冷却流路１０１から冷却凹部１１７ａ又は冷却凹部１１７ｂに向けて傾斜している。

ＤＣＤＣコンバータ３は、ハウジング２の冷却流路１０１に対して一方側である上側に配置されるリアクトル１０２と、ハウジング２の冷却流路１０１に対して他方側である下側に配置されるパワー基板１０３と、開口部１２２に挿通されるＤＣＤＣコントロール基板１０６と、を備えている。

第１のインバータ回路モジュール４は、図１から図１４では図示を省略するＩＧＢＴを備え、ハウジング２の冷却流路１０１に対して上側に配置されている。第１のインバータ回路モジュール４は、冷却凹部１１７ａ内に突出して配置されると共に、冷却凹部１１７ａを流れる冷却媒体によって冷却される放熱ピン１１８を備えている。

第２のインバータ回路モジュール５は、図１から図１４では図示を省略するＩＧＢＴを備え、ハウジング２の冷却流路１０１に対して下側に配置されている。第２のインバータ回路モジュール５は、冷却凹部１１７ｂ内に突出して配置されると共に、冷却凹部１１７ｂを流れる冷却媒体によって冷却される放熱ピン１１９を備えている。

コントロール基板６は、ハウジング２の冷却流路１０１に対して下側に配置されている。

フィルムコンデンサ７は、ハウジング２に設けられている貫通した開口部１０４に配置されている。フィルムコンデンサ７は、第１のインバータ回路モジュール４及び第２のインバータ回路モジュール５に隣り合って設けられている。

取付部材１０は、Ｌ字状であり、ハウジング２のリアクトル１０２とパワー基板１０３との間の壁部１０５に一端部１０ａが取り付けられていると共に、シールド板１１に他端部１０ｂが取り付けられている。

シールド板１１は、リアクトル１０２及びパワー基板１０３と、ＤＣＤＣコンバータ３のＤＣＤＣコントロール基板１０６と、の間に配置されていると共に、ハウジング本体１０７の開口部１２２を挿通している。

シールド板１２は、コントロール基板６と第２のインバータ回路モジュール５との間に設けられている。

バスバー１３は、リアクトル１０２とパワー基板１０３とを接続している。

ＤＣＤＣコントロール基板１０６は、ハウジング２に対して縦に配置されている。

ハウジング本体１０７には、第１のインバータ回路モジュール４に三相モータを接続するためのインターフェース１０８が設けられている。

＜インバータ装置の回路構成＞
本発明の実施形態に係るインバータ装置１の回路構成につき、図１５を参照しながら、以下に詳細に説明する。

インバータ装置１を搭載する車両は、図示しないエンジンにより駆動される発電機２０１と、発電機２０１により充電される直流電源としてのバッテリ２０２と、バッテリ２０２と発電機２０１との少なくとも一方を電源として図示しない駆動輪を駆動するモータ２０３と、を備えている。

インバータ装置１は、バッテリ２０２から供給される直流電圧を昇圧した後に交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ２０３に供給してモータ２０３を駆動すると共に、モータ２０３を回生作動させた際の電圧を直流電圧に変換した後に降圧してバッテリ２０２に供給する。インバータ装置１は、発電機２０１より発生する電圧を直流電圧に変換した後に降圧してバッテリ２０２に供給し、又は発電機２０１より発生する電圧でモータ２０３を駆動する。

具体的には、インバータ装置１は、ＤＣＤＣコンバータ回路２０４と、第１のインバータ回路２０５と、第２のインバータ回路２０６と、を有している。

ＤＣＤＣコンバータ回路２０４は、ＤＣＤＣコンバータ３に設けられており、バッテリ２０２から供給される電圧を昇圧、又はバッテリ２０２に供給する電圧を降圧する。ＤＣＤＣコンバータ回路２０４は、リアクトル１０２と、スイッチング素子としての２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなるチョッパ回路２０７と、２次側平滑コンデンサ２０８と、を備えている。２次側平滑コンデンサ２０８は、チョッパ回路２０７の下流側に並列に接続されている。リアクトル１０２は、一端がバッテリ２０２に接続されてバッテリ電圧が印加され、他端がチョッパ回路２０７に接続されている。

第１のインバータ回路２０５は、第１のインバータ回路モジュール４に設けられており、ＤＣＤＣコンバータ回路２０４とモータ２０３との間に接続され、直流電圧を交流電圧に、又は、交流電圧を直流電圧に変換する。第１のインバータ回路２０５は、スイッチング素子としての６つのＩＧＢＴ２０９をブリッジ接続したブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータである。第１インバータ回路２０５は、ＤＣＤコンバータ回路２０４に接続されると共に、モータ２０３のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイルに接続されている。

第２のインバータ回路２０６は、第２のインバータ回路モジュール５に設けられており、ＤＣＤＣコンバータ回路２０４と発電機２０１との間に接続され、直流電圧を交流電圧に、又は、交流電圧を直流電圧に変換する。第２のインバータ回路２０６は、ＤＣＤＣコンバータ回路２０４と第の１インバータ回路２０５との間に並列に接続されていると共に、発電機２０１及びＤＣＤＣコンバータ回路２０４に接続されており、第１のインバータ回路２０５と同様の構成を備えている。第２のインバータ回路２０６は、スイッチング素子としての６つのＩＧＢＴ２１０をブリッジ接続したブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータである。第２のインバータ回路２０６は、発電機２０１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。

ここで、コンバータ回路７、第１インバータ回路５及び第２インバータ回路６は、図示しないＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の制御によって駆動される。

このように、本実施形態によれば、インバータ装置が、冷却媒体を流す冷却流路１０１を備えるハウジング２と、ハウジング２の冷却流路１０１に対して一方側に配置されるリアクトル１０２と、ハウジング２の冷却流路１０１に対して他方側に配置されるパワー基板１０３と、を備えるＤＣＤＣコンバータ３と、ＩＧＢＴ２０９を備え、ハウジング２の冷却流路１０１に対して一方側に配置される第１のインバータ回路モジュール４と、ＩＧＢＴ２１０を備え、ハウジング２の冷却流路１０１に対して他方側に配置される第２のインバータ回路モジュール５と、ハウジング２の冷却流路１０１に対して他方側に配置されるコントロール基板６と、を有することにより、インバータ装置を軽量化することができると共に、小型化することができる。

本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

１ インバータ装置
２ ハウジング
３ ＤＣＤＣコンバータ
４ 第１のインバータ回路モジュール
５ 第２のインバータ回路モジュール
６ コントロール基板
７ フィルムコンデンサ
８ 上カバー
９ 下カバー
１０ 取付部材
１１ シールド板
１２ シールド板
１３ バスバー
１０１ 冷却流路
１０２ リアクトル
１０３ パワー基板
１０４ 開口部
１０５ 壁部
１０６ ＤＣＤＣコントロール基板
１０７ ハウジング本体
１０８ インターフェース
１０９ 凸状部
１１０ 第１平面部
１１１ 凸状部
１１２ 第２平面部
１１３ 切欠部
１１５ 領域
１１６ 領域
１１７ａ 冷却凹部
１１７ｂ 冷却凹部
１１８ 放熱ピン
１１９ 放熱ピン
１２０ 連通部
１２１ 区切部
１２２ 開口部
２０１ 発電機
２０２ バッテリ
２０３ モータ
２０４ ＤＣＤＣコンバータ回路
２０５ 第１のインバータ回路
２０６ 第２のインバータ回路
２０７ チョッパ回路
２０８ ２次側平滑コンデンサ
２０９ ＩＧＢＴ
２１０ ＩＧＢＴ
２１１ 第１のトランジスタ
２１２ 第２のトランジスタ

Claims (13)

1. 冷却媒体を流す冷却流路を備えるハウジングと、
   前記ハウジングの前記冷却流路に対して一方側に配置されるリアクトルと、前記ハウジングの前記冷却流路に対して他方側に配置されるパワー基板と、を備えるＤＣＤＣコンバータと、
   第１のＩＧＢＴを備え、前記ハウジングの前記一方側に配置される第１のインバータ回路モジュールと、
   第２のＩＧＢＴを備え、前記ハウジングの前記他方側に配置される第２のインバータ回路モジュールと、
   前記ハウジングの前記他方側に配置されるコントロール基板と、
   を有することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記ＤＣＤＣコンバータは、
   前記ハウジングに対して縦に配置されるＤＣＤＣコントロール基板を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記ハウジングは、貫通した開口部を有し、
   前記インバータ装置は、前記開口部に配置されるフィルムコンデンサをさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
4. 前記開口部は、
   前記一方側及び前記他方側に開口し、
   前記フィルムコンデンサは
   前記第１のインバータ回路モジュール及び前記第２のインバータ回路モジュールに隣り合って設けられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
5. 前記ハウジングは、
   前記冷却流路が設けられるハウジング本体と、
   前記ハウジング本体の前記一方側に位置して、前記ＤＣＤＣコンバータのリアクトル及び前記第１のインバータ回路モジュールを収容する第１のカバーと、
   前記ハウジング本体の前記他方側に位置して、前記コントロール基板を収容する第２のカバーと、を有し、
   前記第１のカバーには、前記第１のインバータ回路モジュールに三相モータを接続するためのインターフェースが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
6. 前記第１のカバーは、前記ＤＣＤＣコンバータのリアクトル及び前記第１のインバータ回路モジュールを収容する第１凸状部と、何も収容しない第１平面部と、を有し、
   前記第２のカバーは、前記コントロール基板を収容する第２凸状部と、何も収容しない第２平面部と、を有することを特徴とする請求項５に記載のインバータ装置。
7. 前記ハウジングの前記リアクトルと前記パワー基板との間の壁部に一端が取り付けられるＬ字状の取付部材と、
   前記リアクトル及び前記パワー基板と、前記ＤＣＤＣコンバータのＤＣＤＣコントロール基板と、の間に配置されると共に、前記取付部材の他端に取り付けられるシールド板とをさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインバータ装置。
8. 前記コントロール基板と前記第２のインバータ回路モジュールとの間に設けられたシールド板をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインバータ装置。
9. 前記リアクトルと前記パワー基板とを接続するバスバーをさらに有し、
   前記ハウジングは、
   前記リアクトルと前記パワー基板との間に設けられると共に前記バスバーを配置するための切欠部を備える壁部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のインバータ装置。
10. 前記壁部は、
    前記リアクトルが載置されると共に、前記リアクトルが載置される領域の板厚が前記領域以外の領域の板厚よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項９記載のインバータ装置。
11. 前記ハウジングは、
    前記冷却流路に連通する冷却凹部を備え、
    前記第１のインバータ回路モジュール及び前記第２のインバータ回路モジュールの各々は、
    前記冷却凹部内に突出して配置されると共に、前記冷却凹部を流れる前記冷却媒体によって冷却される放熱ピンを備え、
    前記冷却凹部の深さは前記冷却凹部に対する前記放熱ピンの突出長さよりも深い、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のインバータ装置。
12. 前記冷却凹部と前記冷却流路とを連通する連通部は、前記冷却流路から前記冷却凹部に向けて傾斜している、
    ことを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
13. 前記冷却凹部は、
    前記第１のインバータ回路モジュールの前記放熱ピンを冷却する第１の冷却凹部と、前記第２のインバータ回路モジュールの前記放熱ピンを冷却する第２の冷却凹部と、から構成され、
    前記ハウジングは、
    前記第１の冷却凹部と前記第２の冷却凹部とを区切る区切部を備え、
    前記区切部の厚さは前記冷却流路の内径よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載のインバータ装置。

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