JP2023067149A - インバータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバー等のインダクタンスを低減する。【解決手段】平滑コンデンサ１９と複数のパワーモジュール２０とを有するインバータでは、平滑コンデンサ１９はそれぞれ両端に電極を有する複数の柱状の単位コンデンサ４５と各単位コンデンサ４５の一端の電極に接続される一端側バスプレート１９ｃと他端の電極に接続される他端側バスプレート１９ｄとを備え複数の単位コンデンサ４５が軸方向を互いに平行にして軸方向に垂直な方向に並ぶように配置され、複数のパワーモジュール２０は平滑コンデンサ１９に対して軸方向に垂直な方向に並ぶように配置されている。【選択図】図７

Description

本開示は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されるインバータ装置の構造に関するものである。

近年、ハイブリッド車、電気自動車など、電気を用いて走行する自動車の普及が著しい。この種の自動車には、駆動モータおよびバッテリが搭載されている。そして、そのバッテリから供給される直流の電力をインバータで交流に変換し、その交流電力を制御しながら駆動モータに供給する。それによって発生する回転動力を用いて自動車は走行する。

この種のインバータは、大きな電力を扱うため、高電圧が印加されて大電流が流れる。従って、作動時の発熱量が多く、冷却が必要である。大きなサージ電圧も発生する。そのため、インバータを構成している個々の電子部品も大きくなり、重量も重くなり易い。従って、従来のインバータは、燃費および電費の向上を妨げる要因となっている。

また、通常は送電距離を短くするために、インバータは駆動モータの近くに配置される。しかし、自動車の場合、設置する装置が多く、インバータを配置できるスペースは限られる。車体のバランスを考慮する必要もある。そのため、大型かつ高重量なインバータは、自動車に適切に配置するのは難しい。

例えばインバータ一体型交流モータにおけるインバータ構造として、ドーナツ形状のインバータケースにおいて＋バスバーや－バスバーを樹脂一体成形し、スイッチング素子に接続する構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４－２７４９９２号公報

インバータには、スイッチング素子を含むパワーモジュール、平滑コンデンサなどが備えられている。上述したように、高電圧な電源に対応したインバータの場合、これら電子部品は、大型かつ高重量であるのが一般的である。

これらを接続する電子部品である金具（バスバー）もまた、大電流が流れるため、大型かつ高重量である。バスバーの配線長が長くなると、それだけ電気抵抗が高くなり、通電時に銅損が発生する。バスバーは発熱量も多い。しかも、インバータでは、スイッチング制御により、大電流が高速でオンオフされるので、それに伴って、大きな磁気的変化がバスバーで発生する。

それにより、インバータの作動時には、磁気的変化に起因して、騒音、振動、電磁障害などがバスバーで発生する。これらはエネルギ損失となるし、自動車の性能に様々な悪影響を及ぼす。従って、これらの対策が必要である。バスバーの形状が複雑になれば、その影響はより顕著である。

上記のようにインバータケースに樹脂一体成形された＋バスバーや－バスバーを介してスイッチング素子と平滑コンデンサとを接続する場合、配線長や配線幅の制約によって、バスバーのインダクタンスを低減することが容易ではない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、平滑コンデンサに接続されるバスバーのインダクタンスを容易に低減可能にすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、
第１の発明は、
平滑コンデンサと複数のパワーモジュールとを有するインバータのインバータ構造であって、
上記平滑コンデンサは、それぞれ両端に電極を有する複数の柱状の単位コンデンサと、各単位コンデンサの一端の上記電極に接続される板状の一端側バスプレートと、他端の上記電極に接続される板状の他端側バスプレートとを備え、上記複数の単位コンデンサが、軸方向を互いに平行にして、上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置されて成り、
上記複数のパワーモジュールは、上記平滑コンデンサに対して上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置されていることを特徴とする。

これにより、パワーモジュールと平滑コンデンサとが、例えば同一平面上において並べて配置されることなどが可能になり、インバータ軸方向における小型化が容易になる。また、パワーモジュールと平滑コンデンサとの間の距離が短くなるため、これらを接続するバスバーの配線長が短くなり、バスバーのインダクタンスを効果的に低減できる。

また、複数の単位コンデンサが、軸方向を互いに平行にして、上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置することによって、平滑コンデンサ全体としての容量を確保しつつ、インバータ軸方向における小型化が可能となる。

しかも、各単位コンデンサの一端の上記電極に接続される板状の一端側バスプレートと、他端の上記電極に接続される板状の他端側バスプレートとを設けることで、平滑コンデンサとの距離が短くなるようパワーモジュールを配置することが容易となる。すなわち、パワーモジュールのレイアウトの自由度を高めることができる。

第２の発明は、
第１の発明のインバータ構造であって、
上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートは、外形が円形状に形成されていることを特徴とする。

これにより、例えば平滑コンデンサの周方向のどこからでも端子を取り出すなどして接続することができ、パワーモジュールのレイアウトの自由度をより一層高めることができる。

第３の発明は、
第１の発明から第２の発明のうち何れか１つのインバータ構造であって、
さらに、上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの外縁部と、上記パワーモジュールとを接続する入力用バスバーを有することを特徴とする。

また、第４の発明は、
第１の発明から第２の発明のうち何れか１つのインバータ構造であって、
上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの少なくとも一方の外縁部が、上記パワーモジュールに接続されていることを特徴とする。

これらにより、インダクタンスの低減や平準化を図りつつ、平滑コンデンサとパワーモジュールとの接続を容易にすることができる。

第５の発明は、
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つのインバータ構造であって、
上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの少なくとも一方の外面と、上記パワーモジュールの外面とが、同一の平面上に位置するように配置されていることを特徴とする。

これにより、バスバーの配線長が短くなることによるインダクタンスの低減及びインバータ軸方向における小型化をより一層図ることができる。

本開示によれば、平滑コンデンサに接続されるバスバーのインダクタンスを低減することが容易にできる。

図１は、第１の実施形態に係る駆動ユニットを備える車両システムの概略構成図である。 図２は、モータ及びインバータを含む駆動ユニットの斜視図である。 図３は、モータをインバータ側から見た横断面図である。 図４は、インバータの回路図である。 図５は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴとの比較を示す。 図６は、パワーモジュールの詳細構造を斜視図及び回路図で示す。 図７は、インバータをモータとは反対側から見た横断面図である。 図８は、インバータの縦断面図である。 図９は、バスバーの斜視図である。 図１０は、バスバーにおけるサイズとインダクタンス感度との関係を示すグラフである。 図１１は、インバータの冷却通路をモータ側から見た横断面図である。 図１２は、第１の実施形態の第１変形例に係る図１１相当図であって、インバータの冷却通路をモータ側から見た横断面図である。 図１３は、第１の実施形態の第２変形例に係る図７相当図であって、インバータをモータとは反対側から見た横断面図である。 図１４は、第２の実施形態に係る図７相当図であって、インバータをモータとは反対側から見た横断面図である。 図１５は、第２の実施形態に係る図８相当図であって、インバータの縦断面図である。 図１６は、第３の実施形態に係る図７相当図であって、インバータをモータとは反対側から見た横断面図である。 図１７は、第３の実施形態に係る図８相当図であって、インバータの縦断面図である。 図１８は、さらに他の変形例に係るパワーモジュールと単位コンデンサの配置の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、以下の各実施形態や変形例において、他の実施形態等と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
（車両構成）
図１は、第１の実施形態に係る駆動ユニットＡを備える車両１を、車両下側から見た状態で示す。車両１は、車両前側に配置されたエンジン２及び駆動モータ３の少なくとも一方からの動力を、車両後側に配置された後輪４に伝達する。すなわち、車両１は、フロントエンジン・リアドライブ（ＦＲ）のハイブリッド車両である。

図１に示すように、車両１は、エンジン２と、エンジン２に連結された変速機５と、エンジン２と変速機５との間に配置された駆動モータ３と、変速機５に連結されてエンジン２及び駆動モータ３からの動力を後輪に伝達するプロペラシャフト６と、プロペラシャフト６に連結されてエンジン２及び駆動モータ３からの動力を左右の後輪４に伝達する差動装置７と、を備える。

プロペラシャフト６は、フロアパネル８の下側において、車両前後方向に延びている。フロアパネル８の車幅方向中央側には、トンネル部９が設けられている。プロペラシャフト６は、トンネル部９の内側に配置されている。

車両１は、エンジン２から車両前後方向に延びる排気管１０を、備える。排気管１０の上流側には、触媒装置１１が配設されている。図示しないが、排気管１０の下流側には、サイレンサが配設されている。

車両１は、エンジン２に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク（図示せず）と、モータ３に供給する電力を貯蔵するバッテリ１２と、を備える。駆動モータ３は、後輪４に動力を伝達するとともに、車両減速時にプロペラシャフト６により回転駆動されて回生発電を行い、発電した電力をバッテリ１２に供給する。バッテリ１２は、車幅方向両側に配置された第１バッテリユニット１２ａ及び第２バッテリユニット１２ｂで構成されている。第２バッテリユニット１２ｂは、第１バッテリユニット１２ａよりも、車両前後方向に長い。各バッテリユニット１２ａ，１２ｂは、複数のバッテリセルから構成されている。バッテリセルは、例えばリチウムイオンバッテリである。

左右の前輪１３各々には、インホイールモータ１４が接続されている。インホイールモータ１４は、車両１の発進時に動力を発生して前輪１３に伝えるアシストモータとして機能する。また、インホイールモータ１４は、車両の減速時に発電する回生ブレーキとしても機能する。インホイールモータ１４は、駆動モータ３と同様に、バッテリ１２から電力が供給される。

図１に示すように、駆動モータ３と変速機５との間には、インバータ１５が介在している。駆動モータ３とインバータ１５とは、駆動モータ３の軸方向（車両前後方向）に隣接して配置されている。インホイールモータ１４の車幅方向内側には、インバータ１６が配置されている。インホイールモータ１４とインバータ１６とは、インホイールモータ１４の軸方向（車幅方向）に隣接して配置されている。駆動モータ３及びインバータ１５は、駆動ユニットＡを構成する。同様に、インホイールモータ１４及びインバータ１６は、駆動ユニットＡを構成する。

インバータ１５，１６は、バッテリ１２に貯蔵された直流電力を交流電力に変換してモータ３，１４に供給するとともに、車両減速時にモータ３，１４で発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電する。

（駆動ユニット）
車両１の駆動ユニットＡについて、駆動モータ３及びインバータ１５を例に、説明する。図２は、駆動ユニットＡの斜視図である。上述したように、駆動ユニットＡは、モータ３及びインバータ１５で構成されている。モータ３とインバータ１５とは、モータ３の軸方向に隣接して同軸に配置されている。詳細には、モータ３の中心軸Ｏとインバータ１５の中心軸Ｏとは、互いに一致する。モータ３（詳細には、モータ３のケーシング）は、円筒状に形成されている。インバータ１５（詳細には、インバータ１５のケーシング）は、モータ３に対応した円筒状に形成されている。モータ３の回転軸３ａは、インバータ１５を軸方向に貫通している。インバータ１５の厚みＷｉｖは、薄く、例えば、５０ｍｍ以下（好ましくは３０ｍｍ以下）である。インバータ１５の内部には、後述する冷却通路６１が設けられている。インバータの上部には、冷却通路６１に連通する冷却用の入口配管６２及び出口配管６３が接続されている。

図３は、モータ３をインバータ１５側から見た横断面図である。モータ３は、コイル１７を有する。具体的には、モータ３のステータには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗが、それぞれ集中巻きされている。Ｕ相コイル１７ｕは、モータ３の径方向に互いに対向するように、２箇所に配置されている。同様に、Ｖ相コイル１７ｖは、モータ３の径方向に互いに対向するように、２箇所に配置されている。同様に、Ｗ相コイル１７ｗは、モータ３の径方向に互いに対向するように、２箇所に配置されている。

モータ３の外周部には、３つのモータ側端子台１８が設けられている。３つのモータ側端子台１８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに対応している。２箇所に配置されたＵ相コイル１７ｕ各々からは、リード線（図示せず）が引き出されている。当該２つのリード線は、１つに束ねられた後に、モータ側端子台１８に、接続されている。Ｖ相コイル１７ｖ及びＷ相コイル１７ｗについても同様である。回転軸３ａには、ロータとして、鉄心２７と、Ｎ極及びＳ極の永久磁石２８と、が固定されている。

図４は、インバータ１５の回路図である。インバータ１５は、平滑コンデンサ１９と、複数のパワーモジュール２０と、を有する。平滑コンデンサ１９は、パワーモジュール２０に印加される電圧を平滑化する。複数のパワーモジュール２０は、インバータ回路を構成しており、直流電圧を交流電圧に変換する。

複数のパワーモジュール２０として、Ｕ相パワーモジュール２０ｕ、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ及びＷ相パワーモジュール２０ｗがある。Ｕ相パワーモジュール２０ｕは、モータ３のＵ相コイル１７ｕに接続されている。Ｖ相パワーモジュール２０ｖは、モータ３のＶ相コイル１７ｖに接続されている。Ｗ相パワーモジュール２０ｗは、モータ３のＷ相コイル１７ｗに接続されている。

パワーモジュール２０は、スイッチング素子としての下アーム素子２１及び上アーム素子２２の２つで構成されている。各相のパワーモジュール２０において、下アーム素子２１及び上アーム素子２２の一方が開くとき、下アーム素子２１及び上アーム素子２２の他方は閉じる。これにより、モータ３に対して三相交流電流が供給される。

ここで、パワーモジュール２０は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴを含む。図５は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴとの比較を示す。ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であって、下アーム素子２１及び上アーム素子２２並びにその他の制御素子等を含むチップ２４を、構成する。チップ２４の下面は、シリコン基板に、はんだで固定されている。チップ２４の上面には、伝熱ブロックとしての銅ブロック２５が、はんだで固定されている。ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）も、同様である。

図５に示すように、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成されたチップ２４の表面積は、ＩＧＢＴで構成されたチップ２４’の表面積に比べて、小さい。それに伴い、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（チップ）２４の上側に配置された銅ブロック２５のサイズは、ＩＧＢＴ（チップ）２４’の上側に配置された銅ブロック２５’のサイズに比べて、小さい。また、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、ＩＧＢＴよりも耐熱性に優れる。

図６は、パワーモジュール２０の詳細構造を斜視図及び回路図で示す。各パワーモジュール２０は、幅広な扁平形状である。詳細には、各パワーモジュール２０は、厚み方向ｔよりも幅方向Ｗに長い。パワーモジュール２０は、略直方体状である。幅方向Ｗは、互いに直交する第１幅方向Ｗ１及び第２幅方向Ｗ２を含む。以下、パワーモジュール２０の厚み方向一方側を下側、厚み方向他方側を上側という場合がある。

パワーモジュール２０は、下側（片面側、厚み方向片側）に、第１被冷却面としての下面３１を有する。パワーモジュール２０は、上側に、上面３２を有する。パワーモジュール２０は、第１幅方向Ｗ１の一方側に、第１端面３３を有する。パワーモジュール２０は、第１幅方向Ｗ１の他方側に、第２端面３４を有する。

第１端面３３の下側且つ第２幅方向Ｗ２の一方側には、負極側入力端子３５が接続されている。第１端面３３の上側且つ第２幅方向Ｗ２の他方側には、正極側入力端子３６が接続されている。負極側入力端子３５と正極側入力端子３６とは、上下方向（厚み方向）に間隔を空けて配置されている。第２端面３４の中央部には、出力端子３７が接続されている。

パワーモジュール２０のパッケージ（箱体）内には、下アーム素子２１及び上アーム素子２２が収容されている。負極側入力端子３５は、下アーム素子２１に接続されている。正極側入力端子３６は、上アーム素子２２に接続されている。出力端子３７は、下アーム素子２１と上アーム素子２２との間に接続されている。

図７は、インバータ１５をモータ３とは反対側から見た横断面図である。図８は、インバータ１５のVIII-VIII線における縦断面図である。図７に示すように、インバータ１５の中心には、モータ３の回転軸３ａを貫通させる軸貫通孔４０が、設けられている。軸貫通孔４０の周囲には、円筒状のボス部４１が形成されている。平滑コンデンサ１９は、ボス部４１に沿うように配置されている。

各パワーモジュール２０（Ｕ相パワーモジュール２０ｕ、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ及びＷ相パワーモジュール２０ｗ）は、平滑コンデンサ１９よりも外周側に配置されている。各パワーモジュール２０は、平滑コンデンサ１９よりも外周側において、モータ３の周方向に並べて配置されている。すなわち、例えばモータ３の回転軸３ａの中心からの距離が互いに等距離の（円弧上の）位置に配置されている。また、各パワーモジュール２０は、平滑コンデンサ１９からの距離が互いに等距離の位置（平滑コンデンサ１９に対して放射状の位置）に配置されている。より具体的には、例えばＵ相パワーモジュール２０ｕの負極側入力端子３５（または正極側入力端子３６）と、平滑コンデンサ１９の一端側バスプレート１９ｃ（または他端側バスプレート１９ｄ）の外縁部との間の距離をｘとすると、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ、およびＷ相パワーモジュール２０ｗについての同様の距離ｘが互いに等しく設定されている。なお、負極側入力端子３５、または正極側入力端子３６の一方だけについて上記のような等距離の関係にされるのでもよい。

各パワーモジュール２０の入力端子３５，３６（第１端面３３）及び出力端子３７（第２端面３４）は、モータ３（インバータ１５）の周方向を向いている。各パワーモジュール２０は、インバータ１５（モータ３）の中心Ｏを起点に、放射状に配置されている。各パワーモジュール２０は、厚み方向ｔがモータ３の軸方向に一致するように、配置されている。平滑コンデンサ１９及び各パワーモジュール２０は、インバータ１５における外周壁部４２及びボス部４１で区画された空間に、配置されている。

図７，８に示すように、インバータ１５におけるモータ３側には、ヒートシンク６０が設けられている。ヒートシンク６０は、主に、各パワーモジュール２０の冷却のために用いられる。ヒートシンク６０は、インバータ１５における外周壁部４２とボス部４１との間に、配置されている。ヒートシンク６０は、上壁部６０ａと、外周壁部６０ｂと、下壁部６０ｃと、内周壁部６０ｄと、を有する。

ヒートシンク６０の上壁部６０ａにおける上面６５は、モータ３の軸方向に直交する載置面（以下、「載置面６５」という場合がある）を構成する。各パワーモジュール２０（Ｕ相パワーモジュール２０ｕ、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ及びＷ相パワーモジュール２０ｗ）の下面（第１被冷却面）３１は、モータ３側に臨む。詳細には、各パワーモジュール２０の下面（第１被冷却面）３１は、同一の載置面６５に並んで載置されている。

図７，８に示すように、平滑コンデンサ１９は、それぞれ両端（一端１９ａ及び他端１９ｂ）に電極Ｔを有する複数の円柱状の単位コンデンサ４５の集合体を、軸方向を互いに平行、すなわちモータ３の回転軸３ａと平行にして、上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置し、軸方向両側から、それぞれ外形が円形状の一端側バスプレート１９ｃと他端側バスプレート１９ｄで挟むようにして接続したものである。平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート１９ｃは、第３被冷却面として機能し、モータ３側に臨む。詳細には、平滑コンデンサ１９の一端側バスプレート１９ｃは、載置面６５に載置されている。

上記単位コンデンサ４５の一端１９ａ、および他端１９ｂに有する電極Ｔの形態は特に限定されず、リード線状のものや、帯状、板状電極など、種々適用可能である。また、上記電極と一端側バスプレート１９ｃおよび他端側バスプレート１９ｄとの接続方法も特に限定されず、溶接や、半田付け、機械的な圧着など、種々の方法が適用可能である。

上記複数の単位コンデンサ４５は、それぞれ、例えばモータ３の回転軸３ａの中心からの距離が互いに等距離の位置に配置されたものが存在するように設けられている。また、各パワーモジュール２０と、上記各パワーモジュール２０の少なくとも近傍の単位コンデンサ４５との配置パターンは、互いに等しく設定されている。および／または、各パワーモジュール２０と、少なくとも上記各パワーモジュール２０に最も近い単位コンデンサ４５との間の距離は、互いに等しく設定されている。より具体的には、例えばＵ相パワーモジュール２０ｕの負極側入力端子３５（または正極側入力端子３６）と、最も近い単位コンデンサ４５１の電極Ｔとの間の距離をｙとすると、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ、およびＷ相パワーモジュール２０ｗと、これらに最も近い単位コンデンサの電極とについての同様の距離ｙが互いに等しく設定されている。なお、負極側入力端子３５、または正極側入力端子３６の一方だけについて上記のような等距離の関係にされるのでもよい。

これらによって、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０との間の接続配線のインダクタンス低減、および／または等長化によるインダクタンスの平準化を図ることが容易になる。

図７，８に示すように、各パワーモジュール２０は、平滑コンデンサ１９に対して上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置され、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０とは、入力用バスバー５０（以下、単に「バスバー５０」という場合がある。）としての負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２によって、互いに接続されている。負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２は、板状である。詳細には、負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２は、厚み方向ｔよりも幅方向Ｗ及び長さ方向Ｌに長い。

図７に示すように、負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２は、モータ３（インバータ１５）の周方向に沿うように、幅広に構成されている。換言すると、負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２は、各パワーモジュール２０の並ぶ方向に沿うように、幅広に構成されている。負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２の幅方向Ｗは、モータ３の周方向に（円弧状に）延びている。負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２は、扇形状である。負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２の長さ方向Ｌは、モータ３の径方向に延びている。

負極側バスバー５１の一端部５１ｉは、平滑コンデンサ１９の下面側に設けられた一端側バスプレート１９ｃの外縁部に、接続されている。負極側バスバー５１の他端部５１ｏは、各パワーモジュール２０の負極側入力端子３５に接続されている。正極側バスバー５２の一端部５２ｉは、平滑コンデンサ１９の上面側に設けられた他端側バスプレート１９ｄの外縁部に、接続されている。正極側バスバー５２の他端部５２ｏは、各パワーモジュール２０の正極側入力端子３６に接続されている。なお、一端側バスプレート１９ｃ、及び他端側バスプレート１９ｄの少なくとも一方の外縁部が、パワーモジュール２０の負極側入力端子３５、または正極側入力端子３６に直接接続されるようにしてもよい。

負極側バスバー５１は、下側（片面側、厚み方向片側）に、第２被冷却面としての下面５１ａを、有するようにしてもよい。負極側バスバー５１の下面（第２被冷却面）５１ａは、モータ３側に臨む。詳細には、負極側バスバー５１の下面（第２被冷却面）５１ａは、載置面６５に載置されるようにしてもよい。

図７に示すように、各パワーモジュール２０の出力端子３７には、出力用バスバー５４が接続されている。出力用バスバー５４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、計３つある。出力用バスバー５４は、各パワーモジュール２０と各コイル１７との間に、介在している。出力用バスバー５４は、板状である。また、各パワーモジュール２０と各コイル１７との間には、出力用バスバー５４の他に、ワイヤハーネス等が介在してもよい。

インバータ１５の外周部には、３つのインバータ側端子台４６が設けられている。各インバータ側端子台４６は、各パワーモジュール２０に対応している。出力用バスバー５４は、インバータ側端子台４６まで、延びている。インバータ側端子台４６とモータ側端子台１８との間には、電導部材（バスバーやワイヤハーネス等）が介在している。

（バスバーのインダクタンス感度）
図９は、バスバー５０の斜視図である。図１０は、バスバー５０におけるサイズとインダクタンス感度との関係を示すグラフである。本願発明者等は、鋭意研究の結果、バスバー５０におけるサイズとインダクタンス感度との関係について、以下の発見をした。

図９，１０に示すように、バスバー５０の幅寸法Ｗ（ｍｍ）が大きいほど、バスバー５０のインダクタンス感度（ｎＨ）は小さくなる。

バスバー５０の長さ寸法Ｌ（ｍｍ）が大きいほど、基本的には、バスバー５０のインダクタンス感度（ｎＨ）は大きくなる。しかしながら、図１０の真ん中のグラフに示すように、バスバー５０における長さ寸法Ｌ（ｍｍ）とインダクタンス感度（ｎＨ）との関係には、極小値Ｍが存在する。これにより、長さ寸法Ｌが異なるにもかかわらず、同一のインダクタンス感度（ｎＨ）となることがある。詳細には、バスバー５０（５１，５２）のインダクタンス感度（ｎＨ）は、バスバー５０（５１，５２）における一端部５１ｉ，５２ｉ（平滑コンデンサ１９の一端側バスプレート１９ｃまたは他端側バスプレート１９ｄ）から他端部５１ｏ，５２ｏ（各パワーモジュール２０の入力端子３５，３６）に至る長さ寸法Ｌ（ｍｍ）の関数である。当該関数は、互いに異なる第１長さＬ１（ｍｍ）及び第２長さＬ２（ｍｍ）で同じインダクタンス感度Ｋ（ｎＨ）となるように、極小値Ｍを有する。第２長さＬ２（ｍｍ）は、第１長さＬ１（ｍｍ）よりも長い。

また、バスバー５０の厚さ寸法ｔ（ｍｍ）が変化しても、バスバー５０のインダクタンス感度（ｎＨ）は、ほとんど変化しない。

図７に示すように、負極側バスバー５１の幅寸法と正極側バスバー５２の幅寸法とは、互いに略同じである。図８に示すように、負極側バスバー５１の長さ寸法Ｌ－と正極側バスバー５２の長さ寸法Ｌ＋とは、互いに異なる。負極側バスバー５１の長さ寸法Ｌ－は、第１長さＬ１に対応する。正極側バスバー５２の長さ寸法Ｌ＋は、第２長さＬ２に対応する。正極側バスバー５２の長さ寸法Ｌ＋（第２長さＬ２）は、負極側バスバー５１の長さ寸法Ｌ－（第１長さＬ１）よりも長い。しかしながら、上記極小値Ｍの存在によって、負極側バスバー５１のインダクタンスと正極側バスバー５２のインダクタンスとは、互いに等しくなっている。

（冷却通路）
図１１は、インバータ１５の冷却通路６１をモータ３側から見た横断面図である。図８，１１に示すように、ヒートシンク６０の内部には、冷却部としての冷却通路（冷却ジャケット）６１が設けられている。冷却通路６１は、上壁部６０ａ、外周壁部６０ｂ、下壁部６０ｃ及び内周壁部６０ｄによって区画されている。冷却通路６１は、モータ３（インバータ１５）の軸方向に見て、全周に亘ってドーナツ状（環状、円筒状）に形成されている。内周壁部６０ｄの内側には、モータ３の回転軸３ａが貫通する。上述したように、ヒートシンク６０の上壁部６０ａにおける上面は、載置面６５である。

冷却通路６１は、載置面６５よりもモータ３側に、設けられている。冷却通路６１には、冷却媒体Ｈが流れる。冷却媒体Ｈは、冷却水や冷却油等である。

また、ヒートシンク６０の内部（冷却通路６１）には、冷却部としての複数のフィン６４が設けられている。フィン６４は、上壁部６０ａから冷却通路６１内を下側に延びている。すなわち、フィン６４は、載置面６５よりもモータ３側に、設けられている。

図８，１１に示すように、冷却通路（冷却部）６１は、モータ３（インバータ１５）の軸方向に見て、各パワーモジュール２０の下面（第１被冷却面）３１、及び平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート（第３被冷却面）１９ｃの全てに、臨んでいる。

同様に、フィン（冷却部）６４は、モータ３の軸方向に見て、各パワーモジュール２０の下面（第１被冷却面）３１、及び平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート（第３被冷却面）１９ｃの全てに、臨んでいる。

図１１に示すように、インバータ１５の外周壁部４２の上部には、入口配管６２及び出口配管６３が接続されている。入口配管６２及び出口配管６３は、冷却通路６１に連通している。入口配管６２を介して冷却通路６１に導入された冷却媒体Ｈは、外周壁部４２及びボス部４１に案内されて、冷却通路６１内を周方向に流れた後、出口配管６３を介して外部に排出される。なお、入口配管６２の下流側に案内板６６を設けてもよい。

（第１の実施形態の作用効果：インダクタンスの低減及び平準化）
本実施形態によれば、各バスバー５１，５２の幅寸法を大きくすることによって、各バスバー５１，５２のインダクタンスを低減することができる。

平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとが同一の載置面６５に載置されているので、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとを接続する各バスバー５１，５２の距離が、短くなる。これにより、各バスバー５１，５２のインダクタンスを低減することができる。

モータ３とインバータ１５とが軸方向に隣接配置されるので、各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗと各コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗとの間における電気経路長が短くなる。これにより、各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗと各コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗとを接続する電気経路（出力用バスバー５４を含む）のインダクタンスを、低減することができる。

各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが平滑コンデンサ１９よりも外周側においてモータ３の周方向に並ぶので、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの距離を、互いに等しくすることができる。さらに、各バスバー５１，５２をモータ３の周方向に沿うように幅広にすることによって、各バスバー５１，５２において、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとの間の電気経路のインダクタンスを、平準化することができる。

上記極小値Ｍ（図１０参照）を利用することによって、負極側バスバー５１の長さ寸法Ｌ－（第１長さＬ１）と正極側バスバー５２の長さ寸法Ｌ＋（第２長さＬ２）とが互いに異なるにもかかわらず、負極側バスバー５１のインダクタンスと正極側バスバー５２のインダクタンスとを、互いに平準化することができる。

特に各パワーモジュール２０と、近傍の単位コンデンサ４５との配置パターンが互いに等しく設定されることや、各パワーモジュール２０と、少なくとも上記各パワーモジュール２０に最も近い単位コンデンサ４５との間の距離（電極と端子との間の配線接続距離）が、互いに等しく設定されていることによって、平滑コンデンサ１９と各パワーモジュール２０との間の接続配線のインダクタンス低減、および／または等長化によるインダクタンスの平準化を一層容易に図ることができる。

（第１の実施形態の作用効果：冷却性能の向上等）
また、幅広な扁平形状のパワーモジュール２０における面積の大きな下面（第１被冷却面）３１が、冷却部としての冷却通路６１及びフィン６４に臨むので、冷却部６１，６４によるパワーモジュール２０への冷却面積を大きくすることができる。これにより、たとえパワーモジュール２０の片面（下面、第１被冷却面）３１のみを冷却部６１，６４により冷却した場合であっても、十分な冷却能力を確保することができる。

各パワーモジュール２０（Ｕ相パワーモジュール２０ｕ、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ及びＷ相パワーモジュール２０ｗ）の下面（第１被冷却面）３１が、モータ３の軸方向に直交する同一の載置面６５に並んで載置されているので、インバータ１５の軸方向長さを短縮することができる。また、冷却部６１，６４をパワーモジュール２０の片面（下面、第１被冷却面）３１側にのみ設ければよいので、冷却部６１，６４がパワーモジュール２０の両面側に設けられた場合に比較して、インバータ１５を小型化することができる。

以上、パワーモジュール２０を十分に冷却しつつ、モータ３及びインバータ１５で構成される駆動ユニットＡを小型化することができる。

冷却部としての冷却通路６１に冷却媒体Ｈを流すことによって、冷却部によるパワーモジュール２０の冷却能力をより大きくすることができる。

パワーモジュール２０に含まれるＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴチップ２４のサイズが小さいので、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴチップ２４の上に置かれれる伝熱ブロックとしての銅ブロック２５のサイズも、小さい（図５参照）。このため、パワーモジュール２０を効果的に両面冷却しようとすれば、高価なセラミック基板（例えばＳｉＮ）をＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴチップ２４の両面側に配置する必要がある。したがって、パワーモジュール２０を両面冷却するよりも、パワーモジュール２０を片面冷却するとともに当該片面冷却の効果を向上させた方が、コスト面で有利である。

各パワーモジュール２０と併せて平滑コンデンサ１９をも、冷却部６１，６４によって冷却することができる。

各パワーモジュール２０を平滑コンデンサ１９よりも外周側においてモータ３の周方向に並べて配置し且つ負極側バスバー５１の幅方向Ｗをモータ３の周方向に延ばすことによって、負極側バスバー５１を簡単に幅広にすることができる。これにより、負極側バスバー５１から冷却部６１，６４への放熱面積を簡単に大きくすることができる。

冷却部６１，６４がモータ３側に設けられているので、モータ３と各パワーモジュール２０とを接続する配線（例えば、出力用バスバー５４）の冷却にも、有利である。

図１に二点鎖線で示すように、従来、インバータ１５’を、バッテリ１２’の第２バッテリユニット１２ｂ’近傍に配置することが多かった。本実施形態によれば、インバータ１５をモータ３の軸方向に隣接配置することができるので、第２バッテリユニット１２ｂ近傍にインバータ１５を配置しなくてもよくなる。これにより、第２バッテリユニット１２ｂのレイアウト自由度が高まり、第２バッテリユニット１２ｂを大きくすることができる。

（第１の実施形態の第１変形例）
図１２は、第１の実施形態の第１変形例に係る図１１相当図である。本変形例によれば、冷却部（冷却通路６１及びフィン６４）は、平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート（第３被冷却面）１９ｃに、一切臨んでない。

平滑コンデンサ１９の発熱量はパワーモジュール２０の発熱量に比較して小さいので、たとえ平滑コンデンサ１９が冷却部６１，６４によって冷却されなくても、問題ないことがある。

（第１の実施形態の第２変形例）
図１３は、第１の実施形態の第２変形例に係る図７相当図である。本変形例に係るインバータ１６は、インホイールモータ１４に対して、インホイールモータ１４の軸方向（車幅方向）に隣接して配置されている（図１参照）。インバータ１６には、軸貫通孔４０及びボス部４１が設けられていない。平滑コンデンサ１９は、中心部付近にも単位コンデンサ４５が配置されている。また、ヒートシンク６０は、内周壁部６０ｄを有さない。冷却通路６１は、モータ３の軸方向に見て、孔の無い円形状である。

（第１の実施形態のその他の変形例）
冷却通路６１を流れる冷却媒体Ｈは、例えば空気でもよい。さらに、冷却部は、冷却通路６１を含まず、例えば、フィン６４だけで構成されてもよい。冷却部は、固体の冷却部材でもよい。

冷却部は、全周に亘って設けられる必要はなく、周方向のうちの各パワーモジュール２０に臨む部分にのみ設けられてもよい。

負極側バスバー５１ではなく、正極側バスバー５２が、片面側（厚み方向片側）に、モータ３側に臨み且つ載置面６５に載置される第２被冷却面を、有してもよい。

図示しないが、各出力用バスバー５４は、モータ３の周方向に沿うように、幅広に構成されてもよい。換言すると、出力用バスバー５４の幅方向は、周方向に（円弧状に）延びてもよい。出力用バスバー５４は、扇形状でもよい。これにより、出力用バスバー５４を幅広にしやすくなるので、出力用バスバー５４のインダクタンスを低減しやすくなる（図１０参照）。

載置面６５は、モータ３の軸方向に直交する同一平面上に位置する複数の面で構成さてもよい。

＜第２の実施形態＞
図１４は、第２の実施形態に係る図７相当図であって、インバータ１５をモータ３とは反対側から見た横断面図である。図１５は、第２の実施形態に係る図８相当図であって、インバータ１５の縦断面図である。以下、上記実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する場合がある。

本実施形態では、各パワーモジュール２０（Ｕ相パワーモジュール２０ｕ、Ｖ相パワーモジュール２０ｖ及びＷ相パワーモジュール２０ｗ）は、平滑コンデンサ１９よりも外周側に配置されている。各パワーモジュール２０は、平滑コンデンサ１９よりも外周側において、モータ３の周方向に並べて配置されている。

そして、各パワーモジュール２０の入力端子３５，３６（第１端面３３）及び出力端子３７（第２端面３４）は、モータ３（インバータ１５）の径方向を向いている。具体的には、各パワーモジュール２０の入力端子３５，３６（第１端面３３）は、内周側を向いている。各パワーモジュール２０の出力端子３７（第２端面３４）は、外周側を向いている。各パワーモジュール２０は、インバータ１５（モータ３）の中心Ｏを起点に、放射状に配置されている。

上記実施形態と同様に、各パワーモジュール２０の下面（第１被冷却面）３１、及び平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート（第３被冷却面）１９ｃは、載置面６５に載置されている。

図１４に示すように、負極側バスバー５１の幅寸法と正極側バスバー５２の幅寸法とは、互いに同じである。図１５に示すように、負極側バスバー５１の長さ寸法Ｌ－と正極側バスバー５２の長さ寸法Ｌ＋とは、互いに同じである。したがって、負極側バスバー５１のインダクタンスと正極側バスバー５２のインダクタンスとは、互いに等しくなっている。

その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
図１６は、第３の実施形態に係る図７相当図であって、インバータ１５をモータ３とは反対側から見た横断面図である。図１７は、第３の実施形態に係る図８相当図であって、インバータ１５の縦断面図である。以下、上記実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する場合がある。

図１６，１７に示すように、負極側入力端子３５は、各パワーモジュール２０の第１端面３３の下側に接続されている。正極側入力端子３６は、各パワーモジュール２０の第２端面３４の下側に接続されている。出力端子３７は、各パワーモジュール２０の上面３２の中央に接続されている。

負極側バスバー５１は、平滑コンデンサ１９の一端側バスプレート１９ｃと各パワーモジュールの負極側入力端子３５とを、互いに接続する。正極側バスバー５２は、平滑コンデンサ１９の他端側バスプレート１９ｄと各パワーモジュール２０の正極側入力端子３６とを、互いに接続する。

正極側バスバー５２は、平滑コンデンサ１９の他端側バスプレート１９ｄ（一端部５２ｉ）から出発して、各パワーモジュール２０の第１端面３３側から第２端面３４側に亘って、上面３２を沿うようにして延びる。その後、正極側バスバー５２は、下側に折れて、第２端面３４を沿うようにして、下側の正極側入力端子３６（他端部５２ｏ）まで延びている。換言すると、正極側バスバー５２は、各パワーモジュール２０を上面３２側から巻くようにして、延びている。各出力用バスバー５４は、各パワーモジュール２０の上面３２の出力端子３７から出発して、上側に延びている。正極側バスバー５２には、上側に延びる３つの出力用バスバー５４を通過させるための３つの開口部が、設けられている。

上記実施形態と同様に、各パワーモジュール２０の下面（第１被冷却面）３１、及び平滑コンデンサ１９の下側の一端側バスプレート（第３被冷却面）１９ｃは、載置面６５に載置されている。

図１６に示すように、負極側バスバー５１の幅寸法と正極側バスバー５２の幅寸法とは、互いに同じである。図１７に示すように、負極側バスバー５１の長さ寸法（Ｌ－）と正極側バスバー５２の長さ寸法（Ｌａ＋及びＬｂ＋の合計）とは、互いに異なる。負極側バスバー５１の長さ寸法（Ｌ－）は、第１長さＬ１に対応する。正極側バスバー５２の長さ寸法（Ｌａ＋及びＬｂ＋の合計）は、第２長さＬ２に対応する。正極側バスバー５２の長さ寸法（Ｌａ＋及びＬｂ＋の合計、第２長さＬ２）は、負極側バスバー５１の長さ寸法（Ｌ－、第１長さＬ１）よりも長い。しかしながら、上記極小値Ｍ（図１０参照）の存在によって、負極側バスバー５１のインダクタンス感度と正極側バスバー５２のインダクタンスとは、互いに等しくなっている。

なお、本実施形態に係る負極側バスバー５１及び正極側バスバー５２の条件（材質等）は、上記実施形態の場合とは異なる。したがって、上記極小値Ｍ（図１０参照）の態様も異なる。具体的には、第１長さＬ１と第２長さＬ２との間隔（差分）が、上記実施形態の場合よりも大きい。

その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

＜その他の実施形態＞
上記各実施の形態では、３つのパワーモジュール２０が円周上で互いに近接して配置される例を示したが、これに限らず、例えば図１８に示すように互いに１２０°の中心角を成すように配置され、これに対応して各単位コンデンサ４５も回転対称なパターンに配置されるなどしてもよい。このような配置によって、一層、インダクタンスの平準化を図ることが容易にできる。

以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ 駆動モータ
１２ バッテリ
１４ インホイールモータ
１５ インバータ
１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ コイル
１８ モータ側端子台
１９ 平滑コンデンサ
１９ａ 一端
１９ｂ 他端
１９ｃ 一端側バスプレート
１９ｄ 他端側バスプレート
２０ パワーモジュール
２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ パワーモジュール
２４ ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴチップ
３１ 下面
３２ 上面
３３ 第１端面
３４ 第２端面
３５ 負極側入力端子
３６ 正極側入力端子
３７ 出力端子
４５ 単位コンデンサ
５０ 入力用バスバー
５１ 負極側バスバー
５１ａ 下面
５１ｉ，５２ｉ 一端部
５１ｏ，５２ｏ 他端部
５２ 正極側バスバー
５４ 出力用バスバー
６５ 載置面（上面）

Claims (5)

1. 平滑コンデンサと複数のパワーモジュールとを有するインバータのインバータ構造であって、
   上記平滑コンデンサは、それぞれ両端に電極を有する複数の柱状の単位コンデンサと、各単位コンデンサの一端の上記電極に接続される板状の一端側バスプレートと、他端の上記電極に接続される板状の他端側バスプレートとを備え、上記複数の単位コンデンサが、軸方向を互いに平行にして、上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置されて成り、
   上記複数のパワーモジュールは、上記平滑コンデンサに対して上記軸方向に垂直な面に沿った方向に並ぶように配置されていることを特徴とするインバータ構造。
2. 請求項１のインバータ構造であって、
   上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートは、外形が円形状に形成されていることを特徴とするインバータ構造。
3. 請求項１から請求項２のうち何れか１項のインバータ構造であって、
   さらに、上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの外縁部と、上記パワーモジュールとを接続する入力用バスバーを有することを特徴とするインバータ構造。
4. 請求項１から請求項２のうち何れか１項のインバータ構造であって、
   上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの少なくとも一方の外縁部が、上記パワーモジュールに接続されていることを特徴とするインバータ構造。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項のインバータ構造であって、
   上記一端側バスプレート、および他端側バスプレートの少なくとも一方の外面と、上記パワーモジュールの外面とが、同一の平面上に位置するように配置されていることを特徴とするインバータ構造。
   

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