JP3736526B2 - Inverter power module cooling structure - Google Patents

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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冷却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の冷却器は、発熱部品取り付け面裏側の水路壁面に、放熱フィンを設け、放熱面積を稼ぐ構造とし、その構造を発熱部品の両面に交互に配置している。(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−8468号公報(図6)。
【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冷却器にあっては、冷却器の形状が複雑であり、また、水路を構成する部品の機械的接合面が多いため、水路の水密性を損なう可能性のある部位が多いという問題点があった。
【0005】
また、発熱部品の配置は、平面的な構成であるため、発熱部品の放熱面の面積を小さくしない限り、設置容積の縮小に限界が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、車両への搭載性を損なわずにパワーモジュールの搭載数を増やしながらも、高い冷却性によりパワーモジュールの発熱を抑えることができると共に、冷却水の漏洩による強電部品の短絡等を防止することができるインバータ装置のパワーモジュール冷却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冷却構造では、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、スイッチング回路によるパワーモジュールを鋳物ケース内に有するインバータ装置において、
前記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、
前記鋳物ケースに設けられた垂直壁面内部に、ケース底部から給排水を行うと共に垂直壁面に沿った垂直方向に通水するパワーモジュール冷却水路を、機械的接合部を設けないで鋳物形状により成形し、ケース底部側から前記パワーモジュール冷却水路の内部に、冷却水上昇路と冷却水下降路に通路分けすると共に両通路を上端部で連通させる仕切り板を差し込んで、機械的接合部を設けずにU字状の冷却水路を一体的に形成した。
【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冷却構造にあっては、パワーモジュールを縦置き配置としたことで、車両への搭載性を損なわずにパワーモジュールの搭載数を増やしながらも、強制水冷による高い冷却性によりパワーモジュールの発熱を抑えることができると共に、U字状のパワーモジュール冷却水路を機械的接合部を設けないで仕切り板を有する鋳物形状により成形したことで、冷却水の漏洩による強電部品の短絡等を防止することができる。
加えて、パワーモジュール冷却水路と仕切り板との組み合わせという簡単な構成でありながら、垂直型のパワーモジュール冷却水路の上部まで冷却水を対流させることができる。
【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]
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】
以上、本発明のパワーモジュール冷却構造を第1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、この第1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。
【0135】
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。
【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(鋳物ケース)
30a ケース外壁部
30b 縦壁部
30e,30f IPM冷却面
30g,30h 肉抜き部
33 IPM冷却水路(パワーモジュール冷却水路)
33a,33b 凸リブ
33c リブ溝
36 仕切り板
36a 先端曲げ部
36b 錨状突起部
36c T字状の張り出し部
37 給水路
38 排水路
39 給水口
40 排水口
50 インバータロワケース(鋳物ケース)
52 ロワケース給水路
53 ロワケース排水路
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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field of a power module cooling structure of an inverter device that is arranged between a battery that is a DC power source and a rotating electrical machine that is driven by an AC current and performs mutual conversion between the DC current and the AC current.
[0002]
[Prior art]
A conventional cooler of an inverter device has a structure in which heat radiation fins are provided on the wall surface of the water channel behind the heat generating component mounting surface to increase the heat radiation area, and the structure is alternately arranged on both surfaces of the heat generating component. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-8468 (FIG. 6).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cooler of the conventional inverter device, the shape of the cooler is complicated, and there are many mechanical joint surfaces of the parts constituting the water channel, so that the water tightness of the water channel may be impaired. There was a problem that there were many.
[0005]
Further, since the arrangement of the heat generating components is a planar configuration, there is a problem that there is a limit to the reduction of the installation volume unless the area of the heat radiating surface of the heat generating components is reduced.
[0006]
The present invention was made paying attention to the above problems, and while increasing the number of power modules mounted without impairing the mounting property to the vehicle, it is possible to suppress the heat generation of the power module due to high cooling performance, An object of the present invention is to provide a power module cooling structure for an inverter device that can prevent a short circuit of a high-power component due to leakage of cooling water.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, in the power module cooling structure of the present invention, an inverter device that is disposed between a battery that is a DC power source and a rotating electrical machine that is driven by an AC current, and that has a power module by a switching circuit in a casting case. In
The power module is disposed in a vertical orientation with the cooling surface facing outward,
A power module cooling water channel that feeds and drains water from the bottom of the case and passes water in the vertical direction along the vertical wall surface is formed in a casting shape without providing a mechanical joint inside the vertical wall surface provided in the casting case., Without dividing the power module cooling water passage from the bottom of the case into the cooling water ascending passage and cooling water descending passage, and inserting a partition plate that connects both passages at the upper end without providing a mechanical joint A U-shaped cooling water channel is formed integrally.It was.
[0008]
【The invention's effect】
  Therefore, in the power module cooling structure of the inverter device according to the present invention, the power module is arranged vertically, so that the number of power modules mounted is increased without compromising the mountability on the vehicle, but forced water cooling is used. High cooling performance can suppress power module heat generation,U-shapedDo not provide a mechanical joint for the power module cooling water channelHas a partition plateBy forming with a casting shape, it is possible to prevent a short circuit of a high-power component due to leakage of cooling water.
  In addition, the cooling water can be convected up to the upper part of the vertical power module cooling water channel while having a simple configuration of a combination of the power module cooling water channel and the partition plate.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for realizing an inverter device of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
[0010]
(First embodiment)
[Hybrid system]
FIG. 1 is an overall view of a parallel type hybrid system to which the inverter device of the first embodiment is applied. In FIG. 1, E is an engine, M is a multi-axis multilayer motor (rotary electric machine), and G is a Ravigneaux type complex planetary planet. A gear train, D is a drive output mechanism, and I is an inverter device.
[0011]
The engine E is the main power source of the hybrid drive unit, and the engine output shaft 5 is connected to the second ring gear R2 of the Ravigneaux type planetary gear train G via a flywheel damper 6 and a multi-plate clutch 7. Has been.
[0012]
The multi-axis multilayer motor M is a sub-power source having two motor generator functions although it is one motor in appearance. The multi-axis multilayer motor M is disposed in a motor chamber defined by a motor cover 1 and a motor case 2, is fixed to the motor case 2, and is a stator S as a fixed armature wound with a coil, and the stator S The inner rotor IR is arranged on the inner side of the inner rotor IR, and the outer rotor OR is arranged on the outer side of the stator S and the outer rotor OR is embedded on the same axis. A first motor hollow shaft 8 that is an output shaft from the inner rotor IR is connected to a first sun gear S1 of a Ravigneaux type planetary gear train G, and a second motor shaft 9 that is an output shaft from the outer rotor OR is The Ravigneaux type planetary gear train G is connected to the second sun gear S2.
[0013]
Since this multi-axis multilayer motor M drives two rotors IR, OR by one stator S, torque interference should not occur between the respective rotors IR, OR. It is known that when the frequency of voltage and current is mathematically different, the inner product thereof becomes zero and no power is generated. This is also true for current and magnetic flux. Therefore, by changing the number of permanent magnets of each rotor IR, OR, the torque between each rotor IR, OR can be designed to be non-interfering. Further, by making the coil current a composite current, each rotor IR, OR can be controlled independently. As described above, in the multi-axis multilayer motor M of the first embodiment, a six-phase alternating current using a composite current is used as the coil current, the stator S has 18 coils, and the outer rotor OR has a six-pole pair permanent magnet. The inner rotor IR has a three-pole pair permanent magnet.
[0014]
The Ravigneaux type planetary gear train G is a planetary gear mechanism having a continuously variable transmission function that continuously changes the gear ratio by controlling the rotational speed of the power source. The Ravigneaux type planetary gear train G is disposed in a gear chamber defined by the gear housing 3 and the front cover 4, and has a common carrier C that supports the first pinion P1 and the second pinion P2 that mesh with each other, and a first pinion. There are five rotational elements: a first sun gear S1 meshing with P1, a second sun gear S2 meshing with the second pinion P2, a first ring gear R1 meshing with the first pinion P1, and a second ring gear R2 meshing with the second pinion P2. It is configured. A multi-plate brake 10 is interposed between the first ring gear R1 and the gear housing 3. An output gear 11 is connected to the common carrier C.
[0015]
The drive output mechanism D is a mechanism that extends from the output gear 11 connected to the common carrier C of the Ravigneaux type planetary gear train G to the drive wheels. The drive output mechanism D includes an output gear 11, a first counter gear 12, a second counter gear 13, a drive gear 14, a differential 15, and drive shafts 16L and 16R. . The output rotation and output torque from the output gear 11 pass through the first counter gear 12 → second counter gear 13 → drive gear 14 → differential 15 and are transmitted from the drive shafts 16L and 16R to the drive wheels (not shown). The
[0016]
The inverter device I generates electric power by converting the direct current of the battery 17 into a six-phase alternating current by a composite current to drive the two rotors of the multi-axis multilayer motor M and the rotor rotation of the multi-axis multilayer motor M. A function of converting the six-phase alternating current due to the composite current into a direct current to charge the battery 17, and a motor / generator function using one of the two rotors of the multi-axis multilayer motor M as a motor and the other rotor as a generator And a device having
Here, “six-phase alternating current by composite current” means, as shown in FIG. 2, a current (Current 1) with a frequency synchronized with the number of magnetic poles of the outer rotor OR and a current with a frequency synchronized with the number of magnetic poles of the inner rotor IR. (Current2) is combined to form a composite current, and this composite current is shifted in phase by 120 degrees for the outer rotor OR and by 60 degrees for the inner rotor IR, and is shifted in six phases (U phase, U ′ phase, V phase, V phase). 'Phase, W phase, W' phase).
[0017]
The inverter device I is operated by generating a PWM signal in the motor controller 19 based on a command from the hybrid controller 18 and inputting the PWM signal, and performs mutual conversion between a direct current and a composite current as will be described later. It has six intelligent power modules (abbreviation: IPM) by switching circuits to be performed. In addition, when operating one of the two rotors as a motor and the other as a generator, it is only necessary to flow the power corresponding to the difference between the motor driving power and the generated power and the reactive power to the IPM, so that the efficiency can be greatly improved. There is a merit (increasing reactive power can improve efficiency because it deteriorates).
Here, “Intelligent Power Module” means switching element downsizing and low loss, modularization of multiple elements in one package, and intelligentization including base (gate) drive circuit and protection functions. The switching circuit which aimed at.
[0018]
[Coil feeding structure from inverter to motor]
FIG. 3 is a longitudinal side view showing the multi-axis multilayer motor M, and FIG. 4 is a view of the coil feeding structure from the inverter device I to the stator S as viewed from the gear chamber side.
[0019]
The coil feeding structure for supplying the six-phase alternating current by the composite current from the inverter device I to the U-phase coil, V-phase coil, W-phase coil, U′-phase coil, V′-phase coil, and W′-phase coil of the stator S 3, the power supply connection terminal 20, the bus bar radial stack 21, the power connector 22, and the bus bar axial stack 23 are configured. A resolver 24 for detecting the rotation of the inner rotor IR and a resolver 25 for detecting the rotation of the outer rotor OR are provided as sensors for detecting the rotation speed, rotation direction, and rotation position of the rotor, which are necessary information for motor control. It has been.
[0020]
As shown in FIG. 4, the power supply connection terminal 20 is composed of a U-phase V-phase W-phase power supply connection terminal set and a U′-phase V′-phase W′-phase power-supply connection terminal set. Are arranged and fixed at different positions in the circumferential direction of the motor case 2 defining the gear chamber.
[0021]
The bus bar radial laminate 21 is disposed in the gear chamber, and three plates made of a conductive material such as copper are overlapped with each other in a radial direction through a predetermined gap, and the whole including the gap is covered with an insulating resin. It is configured by molding into a cross-sectional shape. Then, as shown in FIG. 4, two sets of the bus bar radial direction laminated bodies 21 are arranged in the radial outer peripheral position of the output gear 11 so as to follow the outer diameter shape of the output gear 11. Coolability is secured by the oil scattered in the outer diameter direction.
[0022]
The power feeding connector 22 is provided through the partition wall 2a between the gear chamber and the motor chamber, and each phase plate of the bus bar radial laminate 21 is connected to one end portion exposed to the gear chamber of each phase power feeding connector 22. is doing.
[0023]
The bus bar axial laminate 23 is fixed to the front end plate of the stator S, and is laminated in the axial direction with an insulating material interposed between each ring-shaped phase plate and the neutral point plate. The whole is sealed with an insulating resin. And each phase electric power feeding connector 22 is connected to each phase electric power feeding part projected inward from the ring-shaped plate, and each phase coil of the stator S is connected to a coil connecting part projected outward from the ring-shaped plate.
[0024]
[Outline of inverter device]
5 is an overall plan view of the inverter device I, FIG. 6 is an overall sectional view of the inverter device I taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 7 is an overall sectional view of the inverter device I taken along line BB in FIG. 8 is a bottom view showing an inverter lower case of the inverter device I. FIG.
[0025]
As shown in FIG. 5, the inverter device I includes an intelligent power module 70 (hereinafter referred to as an IPM 70) having a switching circuit that performs mutual conversion between a direct current and a composite current in a lower left region in the inverter upper case 30. .) Is provided. Six IPMs 70 are provided corresponding to each of the six-phase composite currents. The IPMs 70 are divided into two groups of three and three, and the two groups are arranged vertically facing each other.
[0026]
On the DC side of the IPM 70, a DC power supply terminal portion 71 that draws in DC power from the battery 17 and two sheets that connect the DC power supply terminal portion 71 and the DC terminal of the IPM 70 (corresponding to a positive electrode and a negative electrode) ) First DC bus bars 72a, 72b and second DC bus bars 73a, 73b, and three electrolytic capacitors 74 for smoothing voltage fluctuations of the input DC power source due to the influence of the IPM 70.
[0027]
On the AC side of the IPM 70, six AC bus bars 76 (corresponding to six phases) for connecting between the AC terminal of the IPM 70 and the AC terminal of the AC power output terminal portion 75, and a six-phase AC by a composite current are multi-axis multilayer An AC power output terminal portion 75 that outputs to the motor M is provided. In the lower right area, which is a marginal space in the inverter upper case 30, an in-vehicle pump motor inverter 90 for low-pressure driving and an inverter-driven CUP board are installed. An upper cover 31 is fixed on the upper surface of the inverter upper case 30 so as to cover the whole. An inverter lower case 50 and a lower cover 51 are fixed to the bottom surface of the inverter upper case 30.
[0028]
Therefore, when a composite current is applied to the U-phase coil, V-phase coil, W-phase coil, U′-phase coil, V′-phase coil, and W′-phase coil of the multi-axis multilayer motor M, The DC power from the battery 17 is input to the IPM 70 via the first DC bus bars 72a and 72b and the second DC bus bars 73a and 73b. The IPM 70 converts the input DC current into a six-phase alternating current using a composite current. 6-phase alternating current by the combined current is output through the AC bus bar 76 and the AC power supply output terminal 75.
[0029]
As shown in FIGS. 6 and 7, the three electrolytic capacitors 74, the six IPMs 70, and the pump motor inverter 90 are cooled by the condenser cooling water channel 32 formed in the inverter upper case 30 and the IPM cooling. This is performed by forced water cooling that guides cooling water to the water channel 33 and the inverter cooling water channel 34. As shown in FIG. 8, each cooling water channel 32, 33, 34 is connected to a lower case water supply channel 52 and a lower case drain channel 53 formed in an inverter lower case 50 that is fixed to the inverter upper case 30 while maintaining water tightness. A water supply pipe 54 is connected to the lower case water supply path 52, and a drain pipe 55 is connected to the lower case drainage path 53.
[0030]
The cooling action is such that cooling water is supplied from the water supply pipe 54 to the cooling water passages 32, 33, 34 via the lower case water supply passage 52, thereby cooling by taking heat generated in the three electrolytic capacitors 74, 6 The heat generated in each IPM 70 is taken and cooled, and the heat generated in the pump motor inverter 90 is taken and cooled. The heated cooling water is collected in the lower case drainage channel 53 and discharged from the drainage pipe 55.
[0031]
Hereinafter, the configuration, operation, and effect of each of the feature points provided in the inverter device I of the first embodiment will be described in detail.
[0032]
[IPM power supply side structure]
First, the configuration will be described.
[0033]
As shown in FIGS. 5 and 6, three electrolytic capacitors 74 are installed on the power source side of the IPM 70 between the DC power supply terminal portion 71 and the DC terminal of the IPM 70, and the DC power supply terminal portion 71. The three electrolytic capacitors 74 and the DC terminal of the IPM 70 are coupled by first DC bus bars 72a and 72b and second DC bus bars 73a and 73b.
[0034]
The IPM 70 and the electrolytic capacitor 74 are installed on different planes orthogonal to each other, such as installing the IPM 70 on the vertical plane and installing the electrolytic capacitor 74 on the horizontal plane.
[0035]
Furthermore, the electrolytic capacitor 74 installed between the DC power supply lead-in terminal portion 71 and the DC terminal of the IPM 70 is coupled to the first DC bus bars 72a and 72b on the DC power supply lead-in terminal portion 71 side. As shown in FIG. 5, the first DC bus bars 72a and 72b and the second DC bus bars 73a and 73b constituting the DC bus bar are connected so as to be orthogonal to each other, and bolts and nuts are connected to the connecting portions of both bus bars 72a and 73a. 77a is provided, and a bolt / nut 77b is provided at the connecting portion of both bus bars 72b, 73b, and can be separated by the bolt / nut 77a, 77b.
[0036]
Next, the operation will be described.
[0037]
When a rotary electric machine driven by a composite current such as the multi-axis multilayer motor M is driven by an inverter device, the composite current is passed through the IPM. Although this composite current is advantageous to the inverter efficiency by reducing the average value, the peak current increases, and as shown in FIG. 9, the surge voltage generated when the IPM is turned off also increases.
[0038]
When a large surge voltage is generated, it appears as noise in other electronic components including a receiving device such as a radio mounted on the vehicle, and causes a malfunction. For this reason, noise generated from the IPM should be prevented from leaking outside the inverter.
[0039]
On the other hand, in the first embodiment shown in FIGS. 5 and 6, three electrolytic capacitors 74 are installed between the DC power supply lead-in terminal portion 71 and the DC terminal of the IPM 70, thereby causing noise generated in the IPM 70. Can be attenuated and output from the inverter device I.
[0040]
That is, FIG. 10 (a) shows an equivalent circuit of the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. 10 (b) shows that the electrolytic capacitor is installed at a position closer to the IPM compared to FIG. 10 (a). The equivalent circuit of the IPM power supply side structure in the case is shown.
In the equivalent circuit of FIG. 10B, an RC filter is formed for the noise source, and the attenuation factor in the high frequency region is −20 [db / dec]. On the other hand, in the equivalent circuit of FIG. 10 (a), an LC filter is configured for the noise source, and has an attenuation factor of −40 [db / dec] in the high frequency region, and FIG. Noise can be greatly attenuated.
[0041]
In the IPM power source side structure of the first embodiment, the IPM 70 and the electrolytic capacitor 74 are installed in different spaces without intersecting the bottom surface of the inverter upper case 30 three-dimensionally. It is possible to provide. Even if an electrolytic capacitor with a small ripple resistance is used, the temperature rise can be suppressed by positively cooling, which greatly contributes to a long life.
[0042]
In the IPM power source side structure of the first embodiment, the first DC bus bars 72a and 72b to which the electrolytic capacitor 74 is connected and the second DC bus bars 73a and 73b to which the IPM 70 are connected can be separated by bolts and nuts 77a and 77b. It has become. This makes it possible to evaluate the dielectric strength of the modules of the second DC bus bars 73a and 73b and the second DC bus bars 73a and 73b, and contribute to investigating the cause in a shorter period when a problem occurs.
[0043]
In the IPM power supply side structure of the first embodiment, since the first DC bus bars 72a and 72b and the second DC bus bars 73a and 73b are orthogonal to each other, electromagnetic noise due to currents flowing through the bus bars can be reduced.
That is, FIG. 11A shows the magnetic flux due to the bus bar current when two DC bus bars are set orthogonally as in the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. The magnetic flux by the bus bar current when two DC bus bars are set is shown. In FIG. 11 (b), the magnetic flux due to the currents flowing through the DC bus bars is linked, and a voltage is easily generated in the counterpart DC bus bar. On the other hand, in FIG. 11A, since no voltage is generated with respect to the direction of current, mutual electromagnetic noise can be reduced.
[0044]
Next, the effect will be described.
As described above, in the IPM power supply side structure of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0045]
(1) Since the DC power supply terminal portion 71 from the battery 17, the electrolytic capacitor 74, and the DC terminal of the IPM 70 are connected in series by the first DC bus bars 72a and 72b and the second DC bus bars 73a and 73b, It is possible to suppress a current change that causes a surge voltage generated when the IPM 70 is turned off by the inductance of the DC bus bars 72 and 73 and the filter action of the electrolytic capacitor 74. In addition, the filter capacity for reducing radio noise normally used can be reduced, which contributes to cost reduction.
[0046]
(2) Since the power module region in which the IPM 70 is set and the capacitor region in which the electrolytic capacitor 74 is set on different planes on the inverter upper case 30, the electrolytic capacitor 74 can be forcibly cooled. Therefore, even the electrolytic capacitor 74 with a low ripple volume and a small volume can satisfy the performance by cooling. This contributes to cost reduction.
[0047]
(3) Since the first DC bus bars 72a and 72b for coupling the electrolytic capacitor 74 and the second DC bus bars 73a and 73b for coupling the IPM 70 can be separated, each module unit is used for evaluating the insulation and withstand voltage as inverter performance. Can be done. As a result, it is possible to reduce the time required for failure and maintenance checks.
[0048]
(4) Since the first DC bus bars 72a and 72b connecting the plurality of electrolytic capacitors 74 and the second DC bus bars 73a and 73b connecting the plurality of IPMs 70 are installed orthogonal to each other, the first DC bus bars 72a and 72b are connected to each other. The electromagnetic noise caused by the flowing current and the electromagnetic noise flowing through the second DC bus bars 73a and 73b can be reduced.
[0049]
[Electrolytic capacitor cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0050]
As shown in FIGS. 5 and 6, the electrolytic capacitor 74 is formed with three capacitor insertion grooves 35 having similar shapes on the capacitor side surface and the capacitor bottom surface in the inverter upper case 30, and the capacitor insertion groove 35 is electrolyzed. It is set by putting the terminals 74a and 74b of the capacitor 74 on the upper surface. The space formed between the outer peripheral surface of the electrolytic capacitor 74 and the groove surface of the capacitor insertion groove 35 is filled with an air layer such as silicon grease to improve heat transfer performance.
[0051]
As shown in FIGS. 6 and 8, a condenser cooling water channel 32 is formed on the outer periphery of the capacitor insertion groove 35 along the side surface shape of the three capacitors, and cooling water (refrigerant) is provided in the capacitor cooling water channel 32. ) To cool the electrolytic capacitor 74 from the side.
[0052]
In the electrolytic capacitor 74, as shown in FIG. 5, the arrangement direction of the + terminal 74a and the-terminal 74b is set to be perpendicular to the direction of current flowing through the first DC bus bars 72a and 72b. Then, only the positive terminal 74a is connected to one first DC bus bar 72a, and only the negative terminal 74b is connected to the other first DC bus bar 72b, whereby the positive terminal 74a and the negative terminal 74b are connected to the first DC bus bars 72a and 72b. They are arranged side by side on a straight line parallel to the current direction.
[0053]
Next, the operation will be described.
[0054]
As shown in FIG. 8, the electrolytic capacitor 74 is cooled by introducing cooling water from a condenser water supply port 56 communicating with the lower case water supply path 52, and flowing through the condenser cooling water path 32 along the three capacitor side surfaces. Side cooling is performed by discharging cooling water from a condenser drain 57 that communicates with the lower case drainage channel 53. Further, as shown in FIG. 6, a lower case drainage channel 53 is disposed at the bottom surface position of the three electrolytic capacitors 74 connected to each other, so that the cooling water of the lower case drainage channel 53 (bottom surface cooling water channel) is used to cool the electrolytic capacitor 74. Bottom cooling is also performed at the same time.
[0055]
Generally, as shown in FIG. 12, an electrolytic capacitor 74 used in an inverter device includes a + terminal 74a, a − terminal 74b, an explosion-proof hole 74c, a rubber packing 74d, a bakelite 74e, a paste-like electrolyte 74f, and an insulation. This structure has a paper 74g and an oxide film 74h.
[0056]
Regarding the electrolytic capacitor 74, it is said that the lifetime is reduced by half when the temperature rises by 10 [degrees], which is a major factor that determines the lifetime of the inverter device I.
[0057]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, when the electrolytic capacitor 74 is inserted into the capacitor insertion groove 35 provided in the inverter upper case 30 with both terminals 74a and 74b at the top, as described above, By cooling with cooling water from both the side surface and the bottom surface of the electrolytic capacitor 74, a high cooling effect is expected.
[0058]
Further, regarding the fixing of the electrolytic capacitor 74, in addition to being inserted into the capacitor insertion groove 35 provided in the inverter upper case 30, a band 74 i is provided at a site shown in FIG. 13 and fixed to the inverter upper case 30. Thereby, a sufficient fixing force can be obtained even for a large acceleration input. Further, since the band 74i wound in FIG. 13 is a portion where the rubber packing 74d and the bakelite 74e are present from the structure of the electrolytic capacitor 74 shown in FIG. 12, it is not necessary to cool to this portion. Since both terminals 74a and 74b are on the upper surface, the height of the capacitor insertion groove 35 formed in the inverter upper case 30 can be reduced, which is advantageous in terms of material cost and weight.
[0059]
In the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, the arrangement direction of the + terminal 74a and the -terminal 74b is set to be perpendicular to the direction of the current flowing through the first DC bus bars 72a and 72b. As a result, the magnetic flux caused by the plus current and the minus current can be canceled throughout the first DC bus bars 72a and 72b, thereby reducing the mutual inductance of the first DC bus bars 72a and 72b themselves and reducing the influence of electromagnetic noise. it can.
[0060]
In the electrolytic capacitor cooling structure according to the first embodiment, terminals having the same polarity are always arranged on one side, so that the current path can be minimized and the self-inductance can be reduced. In addition, workability is expected to improve.
[0061]
Furthermore, in the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, both terminals 74a and 74b are provided at the top, and both terminals 74a and 74b of the electrolytic capacitor 74 are orthogonal to the bus bar current as described above, and The structure in which the terminals having the same polarity are provided in the same row can reduce the surge voltage and effectively remove the generated heat. Therefore, the electrolytic capacitor 74 having a low ripple capacity and a large ESR (equivalent series resistance), that is, an inexpensive capacitor can be applied.
[0062]
Next, the effect will be described.
As described above, in the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0063]
(1) Since the side surface of the electrolytic capacitor 74 is cooled by forced water cooling, even a small current ripple capacity can be used without increasing the temperature, that is, with a long life. Further, the capacitor terminal part is protruded to the upper part, and since there is a rubber packing 74d, a bakelite 74e, and both terminals 74a and 74b in this part, there is no need for cooling, so the height of the capacitor insertion groove 35 serving as a cooling cylinder is increased. Can be shortened.
[0064]
(2) Since the bottom surface of the electrolytic capacitor 74 is cooled simultaneously with the side surface cooling of the electrolytic capacitor 74, a high cooling effect of the electrolytic capacitor 74 can be achieved.
[0065]
(3) Since both terminals 74a and 74b of the electrolytic capacitor 74 are arranged perpendicular to the bus bar current, the direction of the current can be made uniform, can be canceled by + and-, and the inductance can be kept small.
[0066]
(4) Since the same-polarity terminals are arranged only on one side, the current density distribution can be made uniform, and the inductance can be reduced as in the case (2). In addition, since a normal electrolytic capacitor 74 is used, erroneous connection can be avoided by setting the same pole to the same position.
[0067]
[Smoothing capacitor arrangement structure]
First, the configuration will be described.
[0068]
In the inverter device I of the first embodiment, as described above, in addition to the three electrolytic capacitors 74 provided in the first DC bus bars 72a and 72b, the film capacitor is connected to the connection portion of the second DC bus bars 73a and 73b on the IPM 70 side. 78 was provided.
[0069]
As shown in FIG. 14, the film capacitor 78 is pre-soldered to the thin plate bus bars 79 and 80 together with the positive and negative second DC bus bars 73a and 73b, and the terminal 81 of the IPM 70 is connected to a bolt 81. It is fixed by tightening together.
[0070]
That is, the vertically arranged IPM 70 is arranged so that the terminals are on the inside and the heat dissipation surface is on the outside, and the positive and negative DC power supply terminal portions 70a and 70b of the IPM 70 are stacked on the U-shaped second DC bus bars 73a and 73b. Is provided. A film capacitor assembly (FIG. 15) in which a film capacitor 78 is pre-soldered to thin plate bus bars 79 and 80 is laminated on the positive and negative DC power supply terminal portions 70a and 70b of the IPM 70 of the second DC bus bars 73a and 73b. It is fixed together with the character-shaped second DC bus bars 73a and 73b.
[0071]
As shown in FIG. 15, the film capacitor assembly includes a conductive thin plate bus bar 79 fastened together with the positive second DC bus bar 73a and a conductive thin plate bus bar fastened together with the negative second DC bus bar 73b. 80 and a plurality of film capacitors 78, and positive and negative conductive thin plate-like bus bars 79 and 80 are provided with terminal-like portions 79a and 80a having terminal-like shapes in order to improve the solderability of the film capacitor 78. The terminals of the film capacitor 78 are soldered to the terminal-like portions 79a and 80a. Needless to say, soldering can be performed by pressure bonding.
[0072]
Next, the operation will be described.
[0073]
When only the electrolytic capacitor 74 is mounted in order to smooth the voltage fluctuation of the input DC power supply, if the switching at the IPM 70 becomes too high, the electrolytic capacitor 74 becomes just a resistance element, and the input DC power supply voltage Smoothing becomes impossible. That is, the upper limit of the switching frequency band is limited by the frequency characteristics of the electrolytic capacitor 74.
[0074]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, when the film capacitor 78 having better frequency characteristics than the electrolytic capacitor 74 is used together with the electrolytic capacitor 74, the input in the high frequency region that the electrolytic capacitor 74 cannot handle is used. The DC power supply voltage can be smoothed and the above problem can be solved.
[0075]
However, generally, the film capacitor 78 has a small capacity and many terminals are connected by soldering, and is soldered to the positive and negative second DC bus bars 73a and 73b having a large cross-sectional area in order to cope with a large current. In order to attach them, the second DC bus bars 73a and 73b must be provided with soldering projections.
[0076]
Accordingly, a large number of film capacitors 78 with good frequency characteristics are attached in advance to positive and negative thin plate bus bars 79 and 80 with good solderability to form a film capacitor assembly, and the film capacitor assembly is a positive and negative laminated second DC bus bar for feeding. Along with 73 a and 73 b, the IPM 70 is fastened together with bolts 81, so that a large number of film capacitors 78 can be arranged in the immediate vicinity of the positive and negative DC power supply terminal portions 70 a and 70 b of the IPM 70.
[0077]
In this way, by smoothing the input DC voltage by the film capacitor 78 together with the electrolytic capacitor 74, as shown in FIG. 16, the input DC voltage can be smoothed at the time of switching in a high frequency range that the electrolytic capacitor 74 cannot handle. Since the film capacitor 78 can cope with this, it is possible to stabilize the input DC voltage even during high-frequency switching as compared with the conventional case.
[0078]
Next, the effect will be described.
As described above, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0079]
(1) Since an electrolytic capacitor 74 that cannot handle high frequencies but has a large capacity and a film capacitor 78 that has a small capacity but excellent frequency characteristics are used in combination, even in a high-speed switching state in a higher frequency range than in the past. The input DC power supply voltage can be stabilized.
[0080]
(2) A film capacitor 78 is pre-soldered to thin plate bus bars 79 and 80 with good solderability to assemble them, and the assembly together with the second DC bus bars 73a and 73b is bolted to the positive and negative direct current power supply terminal portions 70a and 70b Since the structure is fastened together with 81, a large number of film capacitors 78 can be easily installed in the vicinity of the DC power supply terminal portions 70a and 70b of the IPM 70 without creating soldering projections or the like on the DC bus bar for power supply. Can do.
[0081]
[IPM vertical installation structure]
First, the configuration will be described.
[0082]
As shown in FIG. 17, the six IPMs 70 are divided into two groups (three IPMs 70 and three IPMs 70) and are vertically arranged opposite to each other, and a pair of positive and negative power supplies DC current to the IPMs 70. The stacked second DC bus bars 73 a and 73 b have a wide surface shape so as to fill a region surrounded by the DC power supply terminal portions 70 a and 70 b of each IPM 70.
[0083]
The six IPMs 70 are arranged substantially vertically so that the cooling surface 70c faces outward, and a pair of positive and negative second DC bus bars 73a and 73b for supplying a direct current to the IPM 70 are wide peripheral edges at both ends. The second DC bus bars 73a and 73b have a U-shaped cross section as shown in FIG. 18 by standing up substantially vertically and connecting to the IPM 70.
[0084]
When the IPM 70 is vertically arranged oppositely, one of the surfaces for fixing the IPM 70 is provided on the case outer wall 30a of the inverter upper case 30 and the other is provided on the vertical wall 30b inside the case. As shown in FIG. 19, the upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d to be fixed are provided by penetrating from the case outer wall portion 30a to the inner vertical wall portion 30b.
[0085]
Next, the operation will be described.
[0086]
For example, when a DC current supply bus bar has a surface shape near the electrolytic capacitor but a thin bar shape near the IPM terminal, the inductance in the DC current supply bus bar increases as the distance from the power source increases, and the DC power supply system In terms of electrical characteristics, the switching module is not suitable for expansion.
[0087]
Therefore, if the IPM cooling surface is arranged three-dimensionally to increase the component integration rate and the planar projection area of the inverter device is suppressed and the IPM can be expanded, the surface for cooling the IPM must also be three-dimensional. In addition, the electrical connection method of each IPM, the fixing method to the inverter case, and the processing of the case cooling surface become difficult, and the production cost increases.
[0088]
In contrast, the IPM vertical installation structure of the first embodiment provides a configuration of the inverter device I that has excellent electrical characteristics, good workability at the time of manufacture, and enables three-dimensional arrangement of the IPM 70. Can do.
[0089]
First, since the shape of the pair of the positive and negative second DC bus bars 73a and 73b for feeding a direct current to the IPM 70 is a U-shaped cross section with a wide surface, the current path from the direct current power source to the IPM 70 is configured by a surface. In addition, since the distance is short, low inductance can be realized.
[0090]
That is, the positive and negative DC bus bars for supplying a direct current to each IPM 70 are such that the first DC bus bars 72a and 72b of the DC power supply connection portion are bar-shaped, and the second DC bus bars 73a and 73b of the connection portion to the IPM 70 are wide. Since the wide planar portions are stacked, conductance is obtained in the second DC bus bars 73a and 73b themselves which are DC bus bars. Further, the distance of the current path from the DC power source to each IPM 70 is as small as possible, and the distance between the terminals of each IPM 70 can be substantially equal, so that the second DC bus bar 73a from the DC power source to the IPM 70 can be obtained. 73b can be reduced.
[0091]
Thus, in each IPM 70, since the inductance can be made small and uniform, it is possible to suppress the voltage fluctuation of the direct current generated when the IPM 70 is switched. Furthermore, since the second DC bus bars 73a and 73b that are stacked positive and negative have a three-dimensional structure, a portion to which the IPM 70 is connected can be three-dimensional, so that the IPM 70 is maintained while maintaining the electrical characteristics of realizing a low inductance. The three-dimensional arrangement becomes possible.
[0092]
In addition, when a substantially vertical IPM cooling surface is installed on the inverter upper case 30, bolt holes 30c and 30d of the IPM 70 must be provided on the cooling surface of the vertical wall portion 30b provided inside the case. Therefore, the distance between the cooling surface 30e of the case outer wall portion 30c and the cooling surface 30f of the vertical wall portion 30b is narrow, and the back side of the cooling surface 30f of the vertical wall portion 30b is also reduced as much as possible. For the purpose of reducing the space, there is not enough space to use the drilling tool, so it is difficult to drill the cooling surface 30f of the vertical wall 30b.
[0093]
On the other hand, the upper bolt hole 30c and the lower bolt for fixing the IPM 70 are provided by drilling the outer wall portion 30a and the inner vertical wall portion 30b using a drilling tool from the outside of the inverter upper case 30. The holes 30d are collectively set, and this problem can be solved.
[0094]
Next, the effect will be described.
As described above, in the IPM vertical installation structure of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0095]
(1) Six IPMs 70 are divided into two groups by three groups and arranged in opposed relation to each other, and a pair of positive and negative second DC bus bars 73a and 73b that feed DC current to the IPM 70 are connected to the DC of each IPM 70. Since the surface shape is formed so as to fill the region surrounded by the power supply terminal portions 70a and 70b, the inductance of the second DC bus bars 73a and 73b from the DC power source to each IPM 70 is reduced and equalized, thereby switching the IPM 70. The voltage fluctuation of the DC current that occurs sometimes can be suppressed low.
[0096]
(2) Six IPMs 70 are arranged vertically in a vertical direction with the cooling surface 70c facing outward, and the cross-sectional shape of a pair of positive and negative second DC bus bars 73a and 73b that feed DC current to the IPM 70 is wide. Due to the U-shape with the peripheral edges of the shape standing substantially vertically, the three-dimensional vertical arrangement of the IPM 70 maintains the high electrical characteristics of suppressing the voltage fluctuation of the DC current generated when the IPM 70 is switched. Thus, it is possible to cope with the expansion of the IPM 70 without impairing the compactness.
[0097]
(3) Since the upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d for fixing the IPM 70 vertically opposed to each other are provided by penetrating from the case outer wall portion 30a to the inner vertical wall portion 30b, the inverter upper case 30 can be used. The upper bolt hole 30c and the lower bolt hole 30d for fixing the IPM can be easily processed while saving space as much as possible.
[0098]
[IPM cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0099]
As shown in FIG. 7, the IPM cooling structure includes an IPM cooling water passage 33 that allows water to flow in the vertical direction without providing mechanical joints inside the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50 of the inverter device I. The IPM 70 is arranged vertically.
[0100]
As shown in FIGS. 20 and 21, the IPM cooling water channel 33 is formed into a casting shape by a flat quadrangular pyramid on a case outer wall portion 30a and an inner vertical wall portion 30b provided in the inverter upper case 30, and the IPM cooling water channel 33 A partition plate 36 separate from the inverter upper case 30 is installed in the water channel 33. And as shown in FIG. 8, it has the structure which supplies cooling water from each IPM water supply path 37 of a case bottom part, and drains cooling water from each drainage path 38 of a case bottom part.
[0101]
As shown in FIG. 8, six IPM cooling water channels 33 are installed in the inverter upper case 30, and cooling water is supplied from a lower case water supply channel 52 of an inverter lower case 59 installed on the lower side of the inverter upper case 30. The water is distributed and distributed in parallel. A water supply port 39 communicating with the lower case water supply channel 52 and the water supply channel 37 of each IPM cooling water channel 33 is an orifice port having an inner diameter defined, and the amount of cooling water is measured and distributed in parallel. In FIG. 8, reference numeral 40 denotes a drain outlet communicating with the lower case drain channel 53 and the drain channel 38 of each IPM cooling channel 33.
[0102]
At the corner of the portion where the case outer wall portion 30a and the vertical wall portion 30b holding the IPM cooling water channel 33 and the outer wall of the inverter upper case 30 intersect, as shown in FIG. 22, the surface of the IPM cooling surfaces 30e and 30f is processed. The hollow portions 30g and 30h (relief) are provided in a cast shape so that the remaining fillet due to the tool radius is eliminated.
[0103]
As shown in FIG. 21, the IPM cooling water channel 33 has a shape that rises vertically from the bottom surface of the inverter upper case 30 and is parallel to the water channel from the bottom surface side to the middle height on the IPM cooling surfaces 30e, 30f to which the IPM 70 is attached. Two protruding ribs 33a and 33b are provided, and the partition plate 36 is fixed to a rib groove 33c sandwiched between the two protruding ribs 33a and 33b.
[0104]
As shown in FIG. 23, the partition plate 36 is provided with a front end bending portion 36a obtained by bending the front end portion of the partition plate 36 in one direction, and is provided on the side of the inverter upper case 30 that is in contact with the convex ribs 33a and 33b. The hook-shaped protrusion 36b and the T-shaped overhang 36c on the opposite side of the hook-shaped protrusion 36b are provided, and the partition plate 36 can be easily fixed to the IPM cooling water channel 33 simply by inserting it into the rib groove 33c. I am doing so.
[0105]
Next, the operation will be described.
[0106]
For example, when reducing the installation volume of heat generating parts by arranging the heat generating parts in three dimensions with the cooling surface as a plurality of vertical surfaces, in the structure where water is supplied and drained from the bottom to the cooling water channel in the vertical direction, the cooling water reaches the upper part of the water channel. It is difficult to obtain the convection of this, and sufficient cooling effect cannot be expected.
[0107]
On the other hand, in the first embodiment, a vertical IPM cooling structure in which cooling water can be convected up to the upper portion by the partition plate 36 is used, so that the IPM 70 that is a heat generating component has a cooling surface as a plurality of vertical surfaces. A sufficient IPM cooling effect can be achieved while arranging in three dimensions.
[0108]
That is, the cooling water supplied from the external cooling water channel to the lower case water supply channel 52 via the water supply pipe 54 of the inverter lower case 30 is distributed from the lower case water supply channel 52 to each water supply port 39, and from each water supply port 39 to the inverter upper By passing through each water supply passage 37 of the case 30 and rising one passage of the IPM cooling water passage 33 formed in an inverted U shape by the partition plate 36, and lowering the other passage through the upper gap, The convection is surely made to the upper part of the water channel, and the IPM 70 which is a heat generating component is cooled. Then, each drainage channel 38 of the inverter upper case 30 passes, gathers from each drainage port 40 to the lower case drainage channel 53 of the inverter lower case 50, passes through the water distribution pipe 55 from the lower case drainage channel 53, and again becomes an external cooling channel To reflux.
[0109]
Accordingly, the IPM 70 that is a heat generating component can be vertically arranged, and the number of the IPM 70 that is a heat generating component can be increased without increasing the bottom areas of the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50.
[0110]
In addition, at the intersections between the IPM cooling surfaces 30e and 30f of the inverter upper case 30 and the case outer wall, the hollow portions 30g and 30h (relief) are set in a cast shape, so that the component integration rate can be increased.
[0111]
In addition, since there is no joint surface (mating surface) between the parts constituting the IPM cooling water channel 33 in the inverter upper case 30, it is possible to prevent a short circuit accident caused by the contact of the cooling water with the high voltage portion, in addition to cooling Since the number of parts in the entire water channel is small and easy to assemble, production costs can be reduced.
[0112]
Next, the effect will be described.
As described above, the effects listed below can be obtained in the IPM cooling structure of the first embodiment.
[0113]
(1) The IPM cooling structure does not provide a mechanical joint in the inverter upper case 30 and the inverter lower case 50 of the inverter device I, and allows water to pass vertically, up to the upper part of the vertical IPM cooling water channel 33. Since the cooling water can be convected, a plurality of IPM cooling surfaces 30e and 30f can be installed, and since the IPM cooling surfaces 30e and 30f are vertical, the IPM 70 serving as a heating element can be arranged vertically. The component integration rate is increased, and the cooling area can be expanded without increasing the area of the bottom of the inverter upper case 30. As a result, the number of IPMs 70 can be increased without impairing the mountability on the vehicle. In addition, since the space for storing the high-power components that dislikes the water and the IPM cooling water channel 33 for circulating the cooling water are completely separated by the casting, the contact of the cooling water with the high-power components can be prevented.
[0114]
(2) Since the partition plate 36 is installed inside the IPM cooling water channel 33 having a casting shape, it is cooled to the upper part of the vertical IPM cooling water channel 33 with a simple configuration of a combination of the IPM cooling water channel 33 and the partition plate 36. Water can be convected.
[0115]
(3) Since the IPM cooling water passages 33 are individually divided with respect to the IPM 70 which is a heat generating component and the IPM cooling water passages 33 have a parallel circuit configuration in which the amount of cooling water is distributed according to the required cooling performance, 6 The individual IPMs 70 can be evenly cooled without variation.
[0116]
(4) Since the water supply port 39 of the inverter lower case 50 is set as an orifice port for measuring the amount of cooling water according to the cooling performance required for each IPM cooling water channel 33, it is efficiently suitable for the six IPMs 70 to be distributed. Cooling performance can be secured.
[0117]
(5) Since the cutout portions 30g and 30h (relief) are set in the casting shape at the intersections of the IPM cooling surfaces 30e and 30f of the inverter upper case 30 and the outer wall of the case, the surface processing of the IPM cooling surfaces 30e and 30f is performed. As a result, the IPM 70 can be arranged close to the outer wall of the case, the dead space caused by the corner R of the casting can be eliminated, and the component integration rate can be increased.
[0118]
(6) Since the IPM cooling water channel 33 has a structure in which the rib groove 33c is formed in a casting shape, it is possible to fix the partition plate 36 installed therein without requiring any particular processing, and the rib groove 33c can be used as a heating element. Since it forms on the IPM cooling surfaces 30e and 30f side, the contact area with the cooling water is widened, and the cooling efficiency can be increased.
[0119]
(7) The hook-like protrusions 36b and the tip bent portions 36a of the partition plate 36 provided in accordance with the casting shape are fitted by simply inserting due to the spring property of the material of the partition plate 36, and the IPM cooling water channel 33 Since it has a structure that prevents the gap between the upper part of the water channel from being excessively inserted due to the draft angle generated by molding in the casting shape and the shape of the wedge-shaped partition plate 36, screws, caulking, welding, The partition plate 36 can be fixed so as to leave a gap in the upper portion of the IPM cooling water channel 33 without performing a fastening measure such as adhesion.
[0120]
[Switching room structure]
First, the configuration will be described.
[0121]
As shown in FIG. 24 and FIG. 25, the switching room structure of the first embodiment separates the high-voltage circuit IPM 70 and the low-voltage circuit IPM drive circuit board 82 from each other and puts a shield shield therebetween. Arranged at a distance. And the iron plate used as the magnetic shielding shield is an opening of the base member 83 leaving a gap through which the frame-shaped base member 83 shown in FIG. 26A and the control line 84 shown in FIG. And an IPM driving substrate 82 is installed on the cover member 85.
[0122]
In the base member 83, as shown in FIG. 26A, the opening 83a forms a hemming portion 83b that is hemmed so as not to damage the control line 84 even if it contacts the control line 84. Further, in order to maintain the rigidity of the base member 83, a bent portion 83c is formed by bending both ends of the inverter upper case 30 in the direction across the IPM cooling surfaces 30e and 30f substantially vertically.
[0123]
As shown in FIG. 26B, the cover member 85 forms a hemming portion 85a in which a side portion that forms a hole through which the control line 84 passes when the cover member 85 is combined with the base member 83. The control line 84 is not damaged even if it comes into contact.
[0124]
Next, the operation will be described.
[0125]
In the switching room structure, the IPM 70 and the first DC bus bars 72a and 72b, the second DC bus bars 73a and 73b, the AC bus bar 76, the electrolytic capacitor 74, and the like are incorporated in the inverter upper case 30 and connected to the IPM drive circuit board 82 in the IPM 70. After the control line 84 is attached, the base member 83 is fixed to the upper surface position of the case outer wall portion 30a and the vertical wall portion 30b of the inverter upper case 30, and the cover member 85 integrally having the IPM drive circuit board 82 is a cover member. The control lines 84 are fixed to the base member 83 so that the control lines 84 are arranged in the notch-shaped portions of 85, and finally assembled in the order of connecting the control lines 84 to the IPM drive circuit board 82.
[0126]
For example, when the IPM 70 that is a high voltage circuit and the IPM drive circuit board 82 that is a low voltage circuit are arranged at a close distance, if the peak current of the IPM 70 increases, a surge voltage is likely to occur due to a voltage change. Is leaked to an external circuit, noise is applied to the IPM drive circuit board 82, which is a low-voltage circuit in the inverter device I, and the on-board electronic device, resulting in malfunction.
[0127]
In contrast, the switching room structure of the first embodiment electromagnetically isolates the IPM 70, which is a source of noise, from the IPM drive circuit board 82 and other electronic devices that may malfunction due to noise. Therefore, the IPM drive circuit board 82 and the in-vehicle electronic device can achieve both stable operation, increase in peak current in the IPM 70, and high speed switching.
[0128]
In addition, the high voltage circuit IPM 70 and the low voltage circuit IPM drive circuit board 82 are separated from each other and placed at a close distance with a magnetic shielding shield interposed therebetween. The component integration rate with the IPM drive circuit board 82 that is easy to perform increases, and the inverter device I can be downsized.
[0129]
In addition, since the control line 84 between the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 can be shortened, the influence of noise on the control line 84 can be reduced. In addition, since the plate around the control line 84 is laminated by the hemming process, the shielding property of noise is improved. In addition, in the state where the base member 83 and the cover member 85 overlap, the hole portion through which the control line 84 passes is hemmed all around, so that the control line 84 is caused by vibration caused by engine rotation or vehicle running. Even if the shield parts (base member 83 and cover member 85) are contacted, the control line 84 is not damaged.
[0130]
Next, the effect will be described.
As described above, in the switching room structure of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
[0131]
(1) The high voltage circuit IPM 70 and the low voltage circuit IPM drive circuit board 82 are separated from each other and placed at a short distance with a magnetic shielding shield interposed therebetween, so that the IPM drive circuit board 82 and on-vehicle electronic devices are stable. Both the operation and the increase in peak current and the switching speed in the IPM 70 can be achieved. In addition, the component integration rate increases, and the inverter device I can be downsized. Further, since the distance of the control line 84 exposed to the high voltage circuit between the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 can be shortened, the influence of noise on the control line 84 can be reduced.
[0132]
(2) By hemming, the plate around the control line 84 is laminated with a shield plate, and when the base member 83 and the cover member 85 overlap, the hole portion through which the control line 84 passes is hemmed all around. Therefore, the noise shielding performance is improved, and the control line 84 is not damaged by vibrations caused by engine rotation or vehicle travel.
[0133]
(3) Since the cover member 85, which is a shield component, also serves as a bracket for fixing the IPM drive circuit board 82, the structure in which the IPM 70 and the IPM drive circuit board 82 are arranged at a close distance while blocking noise is small. This can be realized with the number of parts, which can contribute to cost reduction.
[0134]
The power module cooling structure of the present invention has been described based on the first embodiment. However, the specific configuration is not limited to the first embodiment, and the claims relate to each claim. Design changes and additions are allowed without departing from the scope of the invention.
[0135]
For example, in the first embodiment, an example of an inverter device applied to a three-layer multi-axis multi-layer motor with two rotors and one stator as a motor has been shown. However, two independent synchronous motors with one rotor and one stator are used. It can also be applied as a motor inverter device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a parallel hybrid system to which an inverter device I according to a first embodiment is applied.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a six-phase alternating current by a composite current converted by the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal side view showing a multi-axis multilayer motor M of a hybrid system to which the inverter device I of the first embodiment is applied.
FIG. 4 is a view of a coil feeding structure from the inverter device I of the first embodiment to the stator S of the multi-shaft multilayer motor M as viewed from the gear chamber side.
FIG. 5 is an overall plan view of the inverter device I according to the first embodiment.
6 is an overall cross-sectional view of the inverter device I taken along line AA of FIG. 5 of the first embodiment.
7 is an overall cross-sectional view of the inverter device I taken along line BB in FIG. 5 of the first embodiment.
FIG. 8 is a bottom view showing an inverter lower case of the inverter device I according to the first embodiment;
FIG. 9 is a diagram showing a surge voltage characteristic when the inverter device I of the first embodiment is turned off.
FIG. 10 (a) is a diagram showing an equivalent circuit of the IPM power supply side structure of the first embodiment, and FIG. 10 (b) is an electrolytic capacitor in comparison with the IPM power supply side structure of the first embodiment. It is a figure which shows the equivalent circuit of the IPM power supply side structure at the time of installing in the position close | similar to a power module.
FIG. 11 (a) is a diagram showing a magnetic flux due to a bus bar current in the IPM power supply side structure of the first embodiment in which two DC bus bars are arranged orthogonally, and FIG. 11 (b) is a diagram showing two DC bus bars. It is a figure which shows the magnetic flux by a bus-bar electric current at the time of arrange | positioning a bus-bar in parallel.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an electrolytic capacitor to which the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment is applied.
FIG. 13 is a diagram showing an attachment state of an electrolytic capacitor to which the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment is applied.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a principal part showing the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment.
FIG. 15 is a view showing a film capacitor assembly in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment.
FIG. 16 is an impedance characteristic diagram with respect to a switching frequency in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment in which an electrolytic capacitor and a film capacitor are used in combination.
FIG. 17 is a plan view showing a power module vertical installation structure according to the first embodiment;
FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a vertically installed structure of a power module according to the first embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing bolt holes in a case outer wall portion and a vertical wall portion of the inverter upper case in the inverter device I of the first embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 21 is a partially cutaway perspective view showing an IPM cooling water channel in the power module cooling structure of the first embodiment.
FIG. 22 is a plan view showing a lightening portion at a portion that intersects the outer wall of the case in the power module cooling structure according to the first embodiment;
FIG. 23 is a view showing a partition plate in the power module cooling structure according to the first embodiment;
FIG. 24 is a cross-sectional view of a principal part showing the switching room structure of the first embodiment.
FIG. 25 is a plan view showing the switching room structure of the first embodiment.
FIG. 26 is a plan view showing a base member and a cover member employed in the switching room structure of the first embodiment.
[Explanation of symbols]
M Double-axis multilayer motor (rotary electric machine)
17 battery
30 Inverter upper case (casting case)
30a Case outer wall
30b Vertical wall
30e, 30f IPM cooling surface
30g, 30h Meat removal part
33 IPM cooling water channel (power module cooling water channel)
33a, 33b Convex rib
33c Rib groove
36 Partition plate
36a Bend at tip
36b hook-shaped protrusion
36c T-shaped overhang
37 water supply
38 Drainage channel
39 Water inlet
40 Drainage port
50 Inverter lower case (casting case)
52 Lower case water supply channel
53 Lower case drainage channel
70 IPM (Power Module)
70a, 70b DC power supply terminal
70c Cooling surface
72a, 72b first DC bus bar
73a, 73b Second DC bus bar

Claims (6)

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、スイッチング回路によるパワーモジュールを鋳物ケース内に有するインバータ装置において、
前記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、
前記鋳物ケースに設けられた垂直壁面内部に、ケース底部から給排水を行うと共に垂直壁面に沿った垂直方向に通水するパワーモジュール冷却水路を、機械的接合部を設けないで鋳物形状により成形し、ケース底部側から前記パワーモジュール冷却水路の内部に、冷却水上昇路と冷却水下降路に通路分けすると共に両通路を上端部で連通させる仕切り板を差し込んで、機械的接合部を設けずにU字状の冷却水路を一体的に形成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冷却構造。
In an inverter device that is arranged between a battery that is a DC power source and a rotating electrical machine that is driven by an AC current, and that has a power module by a switching circuit in a casting case,
The power module is arranged in a vertical orientation with the cooling surface facing outward,
Inside the vertical wall surface provided in the casting case, a power module cooling water channel that feeds and drains water from the bottom of the case and passes water in the vertical direction along the vertical wall surface is molded in a casting shape without providing a mechanical joint , A partition plate is inserted into the power module cooling water passage from the bottom of the case into a cooling water rising passage and a cooling water lowering passage, and the passages are communicated with each other at the upper end portion. A power module cooling structure for an inverter device, wherein a letter-shaped cooling water passage is integrally formed .
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冷却構造において、
前記パワーモジュールを複数個設け、該複数のパワーモジュールに対して個別に分割してパワーモジュール冷却水路を設置し、
前記ケース底部からの給排水構成を、各々のパワーモジュール冷却水路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ことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール冷却構造。
In the power module cooling structure of the inverter device according to claim 1 ,
A plurality of the power modules are provided, and the power module cooling water channels are installed by dividing the power modules individually,
A power module cooling structure for an inverter device, wherein the water supply / drainage configuration from the bottom of the case is a parallel circuit configuration that distributes the amount of cooling water according to the cooling performance required for each power module cooling water channel.
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冷却構造において、
前記鋳物ケースを、パワーモジュール冷却水路が設けられるインバータアッパーケースと、該インバータアッパーケースに水密状態で固定され、ケース底部からの給排水構成が設けられるインバータロワケースとにより構成し、
前記インバータロワケースに開口した給水口を、各々のパワーモジュール冷却水路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ことを特徴とするインバータ装置のパワーモジュール冷却構造。
In the power module cooling structure of the inverter device according to claim 2 ,
The casting case is constituted by an inverter upper case provided with a power module cooling water channel, and an inverter lower case fixed to the inverter upper case in a watertight state and provided with a water supply / drainage configuration from the bottom of the case,
A power module cooling structure for an inverter device, wherein a water supply port opened in the inverter lower case is set as an orifice port for measuring a cooling water amount in accordance with a cooling performance required for each power module cooling water channel.
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冷却構造において、
前記鋳物ケースのパワーモジュール冷却面とケース外壁の交点部に、鋳物形状で肉抜き部を設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冷却構造。
In the power module cooling structure of the inverter device according to any one of claims 1 to 3 ,
A power module cooling structure for an inverter device, wherein a thinned portion is set in a casting shape at an intersection between the power module cooling surface of the casting case and the outer wall of the case.
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冷却構造において、
前記パワーモジュール冷却水路のパワーモジュールが取り付けられる冷却面側に、底面側から途中の高さまで水路に平行なリブ溝を、鋳物形状で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冷却構造。
In the power module cooling structure of the inverter device according to any one of claims 1 to 4 ,
A power module cooling structure for an inverter device, wherein a rib groove parallel to the water channel is provided in a casting shape from the bottom surface side to a height on the way to the cooling surface side to which the power module of the power module cooling water channel is attached.
請求項5に記載されたインバータ装置のパワーモジュール冷却構造において、
前記仕切り板を、先端曲げ部と、前記リブ溝に接する側の辺に設けた錨状突起部と、該錨状突起部と反対側の辺に設けたT字状の張り出し部と、を有する構成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冷却構造。
In the power module cooling structure of the inverter device according to claim 5 ,
The partition plate includes a bent end portion, a hook-like protrusion provided on a side in contact with the rib groove, and a T-shaped protruding portion provided on a side opposite to the hook-like protrusion. A power module cooling structure for an inverter device, characterized by having a configuration.
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JP2016168108A (en) * 2015-03-11 2016-09-23 パナソニック株式会社 Motor device and washing machine including motor device
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