JP6526517B2 - Inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング素子と平滑コンデンサとを備えたインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device provided with a switching element and a smoothing capacitor.
直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置は、各種の用途に用いられている。例えば、ハイブリッドショベルにおいてインバータ装置は、動力源であるエンジンのパワーアシストを行う発電電動機に対し、直流バッテリーが発生する直流電圧を交流電圧に変換して供給する。 An inverter device which converts a DC voltage into an AC voltage and supplies it to a load is used in various applications. For example, in a hybrid shovel, an inverter device converts a DC voltage generated by a DC battery into an AC voltage and supplies it to a generator motor that performs power assist of an engine that is a power source.
インバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と平滑コンデンサとを含む。これらは、インバータ装置の動作によって発熱するため、冷却機構をインバータ装置に付設することが望ましい。とりわけ、ハイブリッドショベルに搭載されるインバータ装置では、前記エンジンが発生する熱に曝される環境に配置されることが多いため、効率的にインバータ装置を冷却することが求められる。他方で、配置スペースが限られることから、冷却機構を含むインバータ装置の小型化も求められる。 The inverter device includes a switching element for converting a DC voltage to an AC voltage and a smoothing capacitor. Since these generate heat by the operation of the inverter device, it is desirable to attach a cooling mechanism to the inverter device. In particular, an inverter device mounted on a hybrid shovel is often disposed in an environment exposed to the heat generated by the engine, so efficient cooling of the inverter device is required. On the other hand, since the arrangement space is limited, miniaturization of the inverter device including the cooling mechanism is also required.
特許文献1には、冷媒流路を備えたプレートの一方の面にスイッチング素子を、他方の面に平滑コンデンサを搭載してなるインバータ装置が開示されている。スイッチング素子と平滑コンデンサとは、前記プレートの一方の面から他方の面へ引き回されるバスバーによって電気的に接続される。このインバータ装置によれば、スイッチング素子及び平滑コンデンサを冷却できると共に、小型化の要請を満たすことができる。
しかし、特許文献1のインバータ装置では、互いに対向するプレートの一方の面と他方の面とに、発熱体としてのスイッチング素子と平滑コンデンサとが各々搭載される。このため、スイッチング素子の発する熱が他方の面にまで回り込んでしまい、冷却効率が悪化するという問題がある。また、両者を接続するバスバーの経路長が、前記引き回しを要することから長くなり、バスバー部分のインダクタンスが増加する。このことは、インバータ装置の動作時に大きなサージ電圧や電気的損失を発生させ、誘導ノイズや輻射ノイズを生成する要因となる。
However, in the inverter device of
本発明の目的は、スイッチング素子及び平滑コンデンサの良好な冷却を図りつつ、小型化の要請を満たし、且つ、ノイズの発生を抑制できるインバータ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an inverter device capable of satisfying a demand for miniaturization and suppressing generation of noise while achieving good cooling of a switching element and a smoothing capacitor.
本発明の一局面に係るインバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と、前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆い、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、前記冷却器は、第1面と、前記第1面に隣接且つ交差する第2面とを備え、前記第1面には前記スイッチング素子が、前記第2面には前記コンデンサが各々取り付けられ、前記バスバーは、前記第1面と前記第2面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続しているインバータ装置において、前記第1面と前記第2面とは、互いに直交する面であり、前記バスバーは、前記第1面に平行な第1部分と、前記第2面に平行な第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との接続部とを備えるL字型形状を有することを特徴とする。 An inverter device according to one aspect of the present invention includes: a switching element that converts a DC voltage into an AC voltage; a capacitor that smoothes the DC voltage; a bus bar that electrically connects the switching element and the capacitor; And a cooler to which the switching element and the capacitor are attached, and a casing that covers the switching element and the capacitor attached to the cooler and is attached to another device. The cooler includes a first surface and a second surface adjacent to and intersecting the first surface, the switching element being attached to the first surface, and the capacitor being attached to the second surface. The bus bar connects the switching element and the capacitor in a path crossing the boundary between the first surface and the second surface. In it are inverter device, wherein the first surface and the second surface is a surface orthogonal to each other, the bus bar includes a first portion parallel to the first plane, the second parallel to the second plane It is characterized by having an L-shaped shape provided with a portion and a connection portion between the first portion and the second portion .
このインバータ装置によれば、スイッチング素子は冷却器の第1面に、コンデンサは前記第1面に隣接する第2面に取り付けられるので、一方が発する熱が他方の取り付け面に至り難くなり、冷却器による両者の冷却を効率良く行わせることができる。また、前記第1面と前記第2面とは互いに交差する面であるため、前記第1面及び前記第2面が同一平面に並ぶ場合に比べて、冷却器の小型化を図ることができる。このため、他の機器に取り付けられるケーシングが寸法的制限を受ける場合にあっても、これに対応することができる。さらに、バスバーは、前記第1面と前記第2面との境界を跨ぐ経路で配線されるので、バスバーの経路長を短くすることができ、インダクタンスを増加させることはない。従って、ノイズの発生を抑制することができる。 According to this inverter device, since the switching element is attached to the first surface of the cooler and the capacitor is attached to the second surface adjacent to the first surface, it is difficult for the heat emitted by one to reach the other attachment surface. Cooling of the two can be performed efficiently. Further, since the first surface and the second surface intersect with each other, the cooler can be miniaturized as compared with the case where the first surface and the second surface are arranged in the same plane. . For this reason, even if the casing attached to another device is subject to dimensional limitations, this can be coped with. Furthermore, since the bus bar is wired in a route straddling the boundary between the first surface and the second surface, the path length of the bus bar can be shortened, and the inductance is not increased. Therefore, the generation of noise can be suppressed.
また、前記第1面と前記第2面とは、互いに直交する面であり、前記バスバーは、前記第1面に平行な第1部分と、前記第2面に平行な第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との接続部とを備えるL字型形状を有する。 Further, wherein the first surface and the second surface is a surface orthogonal to each other, the bus bar includes a first portion parallel to the first surface, said second portion parallel to the second surface, wherein that having a L-shape and a connecting portion between the first portion and the second portion.
このインバータ装置によれば、前記第1面と前記第2面とが直交する面であるので、冷却器の一層の小型化を図ることができる。また、バスバーを最短経路で配設することが可能となるので、インダクタンスを最小限に抑制することができる。 According to this inverter device, since the first surface and the second surface are orthogonal to each other, further downsizing of the cooler can be achieved. In addition, since the bus bar can be disposed in the shortest path, the inductance can be minimized.
上記のインバータ装置において、前記冷却器は、前記ケーシングによって覆われない露出部を有することが望ましい。 In the above-mentioned inverter device, the cooler preferably has an exposed portion not covered by the casing.
このインバータ装置によれば、冷却器の露出部が、実質的にケーシングの一部として利用されることになる。従って、ケーシング構造をシンプルにし、インバータ装置の組み立て工程を簡素化することが可能となる。 According to this inverter device, the exposed portion of the cooler is substantially used as a part of the casing. Therefore, the casing structure can be simplified, and the assembly process of the inverter device can be simplified.
本発明の他の局面に係るインバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と、前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆うカバーを含み、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、前記冷却器は、第1面と、前記第1面に隣接且つ交差する第2面とを備え、前記第1面には前記スイッチング素子が、前記第2面には前記コンデンサが各々取り付けられ、前記バスバーは、前記第1面と前記第2面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続しているインバータ装置において、前記冷却器は、前記第1面を有する第1平板部と、前記第2面を有する第2平板部と、前記第1面と前記第2面とに隣接すると共にこれらと直交する第3面を有する側板部とを含み、前記ケーシングが、前記カバーと、前記第1平板部、前記第2平板部及び前記側板部の各背面のうちの少なくとも一つとによって構成されていることを特徴とする。 An inverter device according to another aspect of the present invention comprises a switching element for converting a DC voltage to an AC voltage, a capacitor for smoothing the DC voltage, and a bus bar for electrically connecting the switching element and the capacitor. A casing internally provided with a flow path for circulating a refrigerant, including a cooler to which the switching element and the capacitor are attached, a cover covering the switching element and the capacitor attached to the cooler, and a casing attached to another device And, the cooler includes a first surface and a second surface adjacent to and intersected with the first surface, the switching element on the first surface, and the capacitor on the second surface. Are respectively attached, and the bus bar is a path straddling the boundary between the first surface and the second surface, and the switching element and the capacitor In the inverter device which connects the capacitors, said cooler includes a first flat plate portion having a first surface and a second flat plate portion having the second surface, the first surface and the second surface And a side plate portion having a third surface which is adjacent to and orthogonal to these, and the casing includes at least one of the cover, the first flat plate portion, the second flat plate portion, and the back surface of the side plate portion. One and characterized in that it is constituted by.
このインバータ装置によれば、前記第1平板部、前記第2平板部及び前記側板部をケーシングの一部として利用可能となる。従って、ケーシング構造を一層シンプルにし、部品点数を減らし、組み立て工程を削減することができる。 According to this inverter device, the first flat plate portion, the second flat plate portion, and the side plate portion can be used as a part of the casing. Therefore, the casing structure can be further simplified, the number of parts can be reduced, and the assembly process can be reduced.
上記のインバータ装置において、前記冷却器の流路は、前記第1面の直下及び前記第2面の直下を経由する一本の流路からなることが望ましい。 In the above-described inverter device, it is preferable that the flow passage of the cooler is formed of a single flow passage passing directly below the first surface and immediately below the second surface.
このインバータ装置によれば、流路を一本化することで流路の中間接続部等を設けずに済むため、部品点数の削減や組み立て工数の削減が可能となる。 According to this inverter device, since it is not necessary to provide an intermediate connection portion or the like of the flow path by integrating the flow path, it is possible to reduce the number of parts and the number of assembling steps.
この場合、前記一本の流路における冷媒流通の上流側が前記第2面の直下であり、下流側が前記第1面の直下であることが望ましい。 In this case, it is desirable that the upstream side of the refrigerant flow in the one flow passage is immediately below the second surface, and the downstream side is immediately below the first surface.
一般に、スイッチング素子は平滑コンデンサに比べて大きな熱を発生する。従って、スイッチング素子が取り付けられる第1面を上流側に設定すると、冷媒が大量の熱を吸熱してしまい、下流の第2面においてコンデンサと十分な熱交換を行えない懸念がある。上記の構成によれば、この懸念を払拭することができる。 In general, the switching element generates more heat than the smoothing capacitor. Therefore, when the first surface to which the switching element is attached is set to the upstream side, the refrigerant absorbs a large amount of heat, and there is a concern that sufficient heat exchange with the condenser can not be performed on the second surface downstream. According to the above configuration, this concern can be eliminated.
上記のインバータ装置において、前記スイッチング素子が生成する前記交流電圧の供給先が回転電機であり、前記ケーシングが取り付けられる前記他の機器が、前記回転電機であることが望ましい。 In the above-mentioned inverter device, it is desirable that a supply destination of the alternating voltage generated by the switching element is a rotating electrical machine, and the other device to which the casing is attached is the rotating electrical machine.
本発明に係るインバータ装置は、小型化を図れるので、回転電機において取り付けスペースが制限されている場合でも、当該インバータ装置を取り付けることができる。 Since the inverter device according to the present invention can be miniaturized, the inverter device can be attached even when the mounting space is limited in the rotating electrical machine.
とりわけ、前記回転電機が、ハイブリッド建設機械に搭載される発電電動機であり、前記発電電動機は、前記ハイブリッド建設機械の動力源となるエンジンと、油圧系統を動作させる油圧ポンプとの間に直列配置されるものであることが望ましい。 In particular, the rotating electrical machine is a generator motor mounted on a hybrid construction machine, and the generator motor is arranged in series between an engine serving as a power source of the hybrid construction machine and a hydraulic pump operating a hydraulic system. Is desirable.
上記の通り、ハイブリッド建設機械において、エンジンと油圧ポンプとの間に直列配置される発電電動機においては、前記エンジンが発生する熱に曝される環境にあり、また、インバータ装置の配置スペースが大きく制限される。このような発電電動機に本発明に係るインバータ装置を適用すれば、その組み付けを容易に行うことができ、また効率的にスイッチング素子及び平滑コンデンサを冷却することができる。 As described above, in a hybrid construction machine, in a generator motor arranged in series between an engine and a hydraulic pump, the engine is exposed to the heat generated by the engine, and the arrangement space of the inverter device is greatly restricted. Be done. If the inverter device according to the present invention is applied to such a generator motor, the assembly can be easily performed, and the switching element and the smoothing capacitor can be efficiently cooled.
本発明によれば、スイッチング素子及び平滑コンデンサの良好な冷却を図りつつ、小型化の要請を満たし、且つ、ノイズの発生を抑制できるインバータ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inverter device capable of satisfying the demand for downsizing and suppressing the generation of noise while achieving good cooling of the switching element and the smoothing capacitor.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
[インバータ装置の回路構成]
図1は、本発明の実施形態に係るインバータ装置1の回路図である。インバータ装置1は、直流電圧を発生するバッテリー10を用いて交流モータMを駆動するために用いられる装置である。インバータ装置1は、インバータ部2とコンデンサ3とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
[Circuit configuration of inverter device]
FIG. 1 is a circuit diagram of an
バッテリー10は、所定の直流電圧を発生する電源である。バッテリー10は、例えばハイブリッドショベルのような建設機械にインバータ装置1が搭載される場合は、当該ハイブリッドショベルに具備されている充放電が可能な蓄電池である。バッテリー10のプラス極からは第1配線11が引き出され、マイナス極からは第2配線12が引き出されている。なお、直流電圧は、商用交流電圧をコンバータによって変換することによって生成された直流電圧であっても良い。
The
インバータ部2は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を含み、モータMに駆動用の交流電圧を供給する。本実施形態では、インバータ部2は、3相交流の相毎の電力変換モジュール、すなわちU相モジュール2U、V相モジュール2V及びW相モジュール2Wを備えている。各モジュールは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などのパワー半導体からなるスイッチング素子と、当該スイッチング素子に対して逆並列に接続された還流ダイオードとを含んでいる。
The
コンデンサ3は、バッテリー10が発生する直流電圧を平滑化する。コンデンサ3は、P端子A1とN端子A2とを有しており、P端子A1は第1配線11に、N端子A2は第2配線に各々接続されている。
The
インバータ部2のP端子に接続される第3配線13は、P端子A1と同じく第1配線11に、N端子に接続される第4配線14は、N端子A2と同じく第2配線12に、それぞれ接続されている。インバータ部2のU相、V相、W相モジュール2U、2V、2Wの出力配線15は、モータMのU相、V相、W相の各コイルにそれぞれ接続されている。
The
モータMは、インバータ部2が生成する3相交流電圧の供給先となる回転電機である。例えば、ハイブリッド建設機械に本実施形態のインバータ装置1が適用される場合は、モータMは、駆動部のパワーアシストを行う一方で、余剰のエンジン出力で発電を行う発電電動機である。
The motor M is a rotating electrical machine to which the three-phase AC voltage generated by the
上記のインバータ装置1の回路構成において、第3配線13及び第4配線14の長さを短くしてインダクタンスを小さくすることが求められる。とりわけ、第4配線14を可及的に短くすることが望まれる。すなわち、インバータ部2が備えるIGBT(スイッチング素子)は、N端子A2の電位をゲート電圧印加の基準電位として動作する。このため、第4配線14のインダクタンスが大きくなると、スイッチング素子に対して適正な電圧を印加できない場合がある。また、一般に第4配線14には、モータMに流れる電流を検出するためのシャント抵抗が組み入れられる。このシャント抵抗と第4配線14のインダクタンスとによって、ノイズ電圧(サージ電圧)が発生し、電流検出回路へ誘導ノイズを与えたり、輻射ノイズを生成したりするからである。
In the circuit configuration of the
[インバータ装置の構造の説明]
図2は、本実施形態に係るインバータ装置1の側断面図、図3は、図2のIII−III線断面図、図4は、図2のIV−IV線断面図である。なお、図2は、図3のII−II線断面図である。インバータ装置1は、上述のインバータ部2及びコンデンサ3に加えて、バスバー、冷却器5及びカバー6を備えている。
[Description of structure of inverter device]
2 is a side sectional view of the
インバータ部2は、扁平な直方体の形状を有するU相、V相、W相モジュール2U、2V、2Wの3つのモジュールからなる。各モジュールは、コンデンサ3との電気接続のための2つの入力端子と、モータMとの電気接続のための出力端子とを備えている。コンデンサ3は、1つの平滑コンデンサからなり、バッテリー10との電気接続のための入力端子と、U相、V相、W相モジュール2U、2V、2Wとの電気接続のための出力端子(図1のP端子A1及びN端子A2)とを備えている。
The
バスバーは、インバータ部2の各モジュール(スイッチング素子)の入力端子とコンデンサ3の出力端子とを電気的に接続する、銅又はアルミニウムからなる帯状の裸導体である。本実施形態では、U相用のバスバーとして、U相モジュール2Uの第1入力端子とコンデンサ3のP端子A1とを接続するバスバー41Uと、第2入力端子とN端子A2とを接続するバスバー42Uとを備える。同様に、V相モジュール2V用のバスバーとしてバスバー41V、42Vを、W相モジュール2W用のバスバーとしてバスバー41W、42Wを備えている。この他のバスバーとして、U相、V相、W相モジュール2U、2V、2Wの各出力端子とモータMとの接続のための三相接続用バスバー43U、43V、43Wと、コンデンサ3とバッテリー10との接続のための電源用バスバー44(図2)とが備えられている。
The bus bar is a strip-like bare conductor made of copper or aluminum that electrically connects the input terminal of each module (switching element) of the
上記のバスバー41U、41V、41Wは、図1に示す第3配線13に相当するバスバーであり、バスバー42U、42V、42Wは、第4配線14に相当するバスバーである。また、三相接続用バスバー43U、43V、43Wは、図1の出力配線15に相当するバスバー、電源用バスバー44は第1配線11及び第2配線12に相当するバスバーである。
The above-described
冷却器5は、インバータ部2及びコンデンサ3の取り付けベースとなる部材であると共に、これらを冷却する機能を果たす部材である。冷却器5は、伝熱性の良好な金属、例えばアルミニウムの鋳造品からなり、図2に示す通り、断面視でL字型を呈する部材である。冷却器5の内部には、水などの冷媒を流通させる流路54が備えられている。カバー6は、冷却器5に取り付けられたインバータ部2及びコンデンサ3を覆うように、冷却器5の開口部を覆う部材である。本実施形態では、冷却器5の一部とカバー6とによって、ケーシングが構成されている。このインバータ装置1は、このケーシング単位で、他の機器に取り付けられる。
The
冷却器5は、平坦な第1面51Aと、第1面51Aに隣接且つ交差する平坦な第2面52Aとを備えている。第1面51Aにはインバータ部2(スイッチング素子)が、第2面52Aにはコンデンサ3が各々取り付けられている。本実施形態では、図2に示す通り、第1面51Aと第2面52Aとは、互いに直交する面である。第1面51Aと第2面52Aとは、隣接且つ交差する面であればよく、必ずしも両者は直交する面でなくとも良い。例えば、2つの面のなす角を、直角以上(90°〜150°程度)、或いは、直角以下(90°〜30°程度)とすることもできる。しかし、前者では冷却器5の水平方向のサイズが大きくなって小型化の要請を満たし難くなる傾向があり、後者では第1面51Aと第2面52Aとが向き合うことになるので、部品の搭載が困難になると共に熱が籠もりやすくなる傾向がある。従って、第1面51Aと第2面52Aとは、互いに直交する面とすることが望ましい。
The
[冷却器の詳細説明]
冷却器5の構造をさらに詳述する。図5は、冷却器5及びカバー6の斜視図、図6は、図5とは視線方向を変えた冷却器5の斜視図、図7は、冷却器5の透視斜視図である。なお、図5にはXYZ座標を用いた方向表示を付しており、以下の説明ではこの方向表示を用いる。冷却器5は、XY平面である第1面51Aを有する第1平板部51と、XZ平面である第2面52Aを有する第2平板部52と、第1面51Aと第2面52Aとに隣接すると共にこれらと直交する第3面53A(YZ平面)を有する一対の側板部53と、を備えている。
[Detailed explanation of the cooler]
The structure of the
第1平板部51は、Z方向視で略正方形の形状を有し、Z方向に所定の厚みを有する板材である。第1面51Aは、U相、V相、W相モジュール2U、2V、2Wの3つのモジュールを搭載するに足りる面積を有している。第2平板部52は、Y方向視で略正方形の形状を有し、Y方向に所定の厚みを有する板材である。第2面52Aは、コンデンサ3を搭載可能なX方向及びZ方向のサイズを有している。第1平板部51の−Y端部と第2平板部52の−Z端部とにおいて、第1平板部51と第2平板部52とは直交状態で一体化されている。
The first
一対の側板部53は、第1平板部51と第2平板部52とのL字型の連設体の−X側の側部、+X側の側部に沿うように、それぞれ両者に一体化されている、略三角形状の平板部材である。側板部53は、+Y側垂直辺531、+Z側水平辺532、垂直辺531と水平片532とを結ぶ斜辺533、及び−Z側水平辺534を含む。第1平板部51は、−Z側水平辺534から+Z側に所定距離だけ離れた位置において、側板部53に連設されている。第2平板部52は、側板部53の−Y側の垂直辺に連設されている。これにより、Z方向において冷却器5は、第1平板部51を仕切りとして+Z側の第1収容スペースS1と、−Z側の第2収容スペースS2を備えている。第1収容スペースS1は略三角柱の空間、第2収容スペースS2は扁平な四角柱の空間である。
The pair of
+Y側垂直辺531は、冷却器5において+Y方向に最も突出した部分であり、第1平板部51の+Y側端面511は+Y側垂直辺531よりも所定距離だけ−Y側へ後退した位置にある。この後退により形成されるスペースは、三相接続用バスバー43U、43V、43Wを、第1平板部51の第1面51Aから裏面51Bへ引き回すためのスペースとなる。第2平板部52の+Z端面521は、側板部53の+Z側水平辺532と面一である。また、−Z端面522は、−Z側水平辺534と面一である。
The + Y side
カバー6は、耐熱性の樹脂により成形され、+Z側水平面61、+Y側垂直面62、+Z側水平面61と+Y側垂直面62とを結ぶ斜面63、及び、+Y側垂直面62の−Z端縁から−Y方向に延びる−Z側水平面64を備える。+Z側水平面61の内面は、カバー6が冷却器5に装着された状態において、+Z端面521及びZ側水平辺532と接する。また、斜面63は斜辺533と接する。これにより、第1収容スペースS1は略密閉された空間となる。さらに、+Y側垂直面62は冷却器5の垂直辺531と接し、−Z側水平面64は−Z端面522及び−Z側水平辺534と接する。これにより、第2収容スペースS2も、略密閉された空間となる。
The
本実施形態では、冷却器5は、カバー6(ケーシング)によって覆われない露出部を有している。つまり、冷却器5自体が実質的にケーシングの一部として利用されている。前記露出部は、第2平板部52における第2面52Aとは反対側の背面(図には現れていない)及び一対の側板部53の各背面53Bである。冷却器5の一部を外装部材として利用することで、ケーシング構造を一層シンプルにし、部品点数を減らし、インバータ装置1の組み立て工程を簡素化することができる。なお、第1平板部51の背面51Bも、ケーシングの一部として利用する態様としても良い。また、一対の側板部53を冷却器5に具備させずに、カバー6に側板部53に相当する側面を具備させるようにしても良い。
In the present embodiment, the
[バスバーの詳細説明]
バスバー41U、41V、41W及びバスバー42U、42V、42Wは、第1面51Aと第2面52Aとの境界Boを直線的に跨ぐ経路、つまり最短経路で、インバータ部2とコンデンサ3とを電気的に接続している。図2に描かれているバスバー42Vに基づき具体的に説明する。バスバー42Vは、第1面51Aに平行な第1部分401と、第2面52Aに平行な第2部分402と、第1部分401と第2部分402との接続部403とを備えるL字型形状を有している。バスバー42Vは、L字型形状に限られるものではなく、図5のZ方向の矢視(図3)及びY方向の矢視(図4)において直線経路を有していれば、種々の形状を採用できる。例えば、直角に曲がる接続部403に代えて、湾曲した接続部、斜めに延びる接続部としても良い。
[Detailed description of the bus bar]
The bus bars 41U, 41V, 41W and the bus bars 42U, 42V, 42W electrically connect the
第1部分401は第1面51Aから離間し、第2部分402は第2面52Aから離間している。また、接続部403も境界Boから離間している。第1部分401の先端部が、V相モジュール2Vの入力端子21とネジ等を用いて接続される。また、第2部分402の先端部が、コンデンサ3のN端子A2にネジ等を用いて接続される。接続部403の付近が境界Boを跨ぐ部分である。他のバスバーも同様である。
The
本実施形態では、互いに隣接し直交する第1面51Aと第2面52Aとに、各々インバータ部2とコンデンサ3とが搭載され、入力端子21とN端子A2とが境界Boに向かう方向に配設されている。そして、これら端子が、L字型形状のバスバー42Vで接続される。このため、バスバー42Vの経路長を短くすることができ、線路インダクタンスの増加を抑制することができる。従って、バスバー42Vでの電気的損失の発生、ノイズの発生を抑制することができる。
In this embodiment, the
[冷媒の流通経路]
続いて、冷却器5がその内部に有する冷媒の流路54について説明する。図7に示す通り、冷却器5の流路54は、第1面51Aの直下及び第2面52Aの直下を経由する一本の流路からなる。より詳しくは、流路54は、第1平板部51の内部を蛇行して進行する蛇行部分54Bと、第2平板部52の内部を蛇行して進行する蛇行部分54Aとが、一本に繋がった流路である。
[Distribution route of refrigerant]
Subsequently, the
一方の側板部53の背面53Bには、流路54に対する冷媒の入口となるインレット541と、冷媒の出口となるアウトレット542とが穿孔されている。インレット541は蛇行部分54Aの終端部であり、アウトレット542は蛇行部分54Bの終端部である。なお、流路54は一本の流路とせずとも良く、例えば第1平板部51と第2平板部52とに、別々の冷媒流路を形成するようにしても良い。しかし、流路54を一本化することで流路の中間接続部等を設けずに済み、部品点数の削減や組み立て工数の削減が可能となる利点がある。
An
インレット541及びアウトレット542には、図略の冷媒循環系が接続される。流路54内を冷媒が通過することで、インバータ部2及びコンデンサ3の発熱で加熱された第1平板部51及び第2平板部52と前記冷媒とが熱交換する。これにより、インバータ部2及びコンデンサ3が冷却される。
A refrigerant circulation system (not shown) is connected to the
インレット541及びアウトレット542の配置から判る通り、一本の流路54における冷媒流通の上流側が第2面52Aの直下(第2平板部52の内部)であり、下流側が第1面51Aの直下(第1平板部51の内部)である。つまり、コンデンサ3の搭載面がインバータ部2の搭載面よりも上流側である。一般に、スイッチング素子を備えるインバータ部2は平滑コンデンサ3に比べて大きな熱を発生する。従って、インバータ部2が取り付けられる第1面51Aを冷媒流通の上流側に設定すると、冷媒が大量の熱を吸熱してしまい、下流の第2面52Aにおいてコンデンサ3と十分な熱交換を行えない懸念がある。本実施形態によれば、この懸念を払拭することができる。
As can be seen from the arrangement of the
[インバータ装置の作用効果]
以上説明したインバータ装置1の作用効果を、図8に示す比較例に係るインバータ装置100との比較において説明する。比較例のインバータ装置100は、内部に冷媒流路540を備えた平板状の冷却器50を備える。冷却器50の一方の面501にはインバータ部20が搭載され、面501の反対側の他方の面502に平滑コンデンサ30が搭載されている。インバータ部20とコンデンサ30とは、冷却器50の一方の面501から他方の面502へ引き回されるバスバー40によって電気的に接続されている。このインバータ装置100によれば、インバータ部20及びコンデンサ30を冷却できると共に、小型化の要請を満たすことが可能ではある。
[Operation effect of inverter device]
The operation and effect of the
しかしながら、比較例のインバータ装置100では、互いに対向する一方の面501と他方の面502とに、発熱体としてのインバータ部20とコンデンサ30とが各々搭載される。このため、インバータ部20が発する比較的大きな熱hが、図中に矢印で示すように、他方の面502にまで回り込んでしまい、コンデンサ30の冷却効率が悪化するという問題がある。これに対し、本実施形態のインバータ装置1によれば、図2に示す通り、インバータ部2は冷却器5の第1面51Aに、コンデンサ3は第1面51Aに隣接する第2面52Aに取り付けられるので、一方の取り付け面で発せられた熱が他方の取り付け面に至り難い。従って、冷却器5によるインバータ部2及びコンデンサ3の冷却を効率良く行わせることができる。
However, in the
また、第1面51Aと第2面52Aとは互いに直交する面(交差する面)であるため、第1面51A及び第2面52Aが同一平面に並ぶ場合に比べて、冷却器5の小型化を図ることができる。このため、他の機器に取り付けられるケーシング(本実施形態では冷却器5の一部とカバー6とからなる)が、据え付け先のスペースの影響で寸法的制限を受ける場合にあっても、これに対応することができる。
In addition, since the
さらに、比較例のインバータ装置100では、インバータ部20とコンデンサ30とを接続するバスバー40の経路長が、一方の面501から冷却器50の厚さDの距離を経て他方の面502への引き回しを要することから、どうしても長くなる。このため、バスバー40のインダクタンスが増加する。これに対し、本実施形態のインバータ装置1では、インバータ部2とコンデンサ3とは互いに隣接する第1面51A、第2面52Aに搭載され、バスバーは第1面51Aと第2面52Aとの境界Boを跨ぐ経路で配線されるので、バスバーの経路長を短くすることができる。従って、バスバー部分においてインダクタンスを増加させることはなく、電力損失の発生、ノイズの発生を抑制することができる。
Furthermore, in the
[インバータ装置のハイブリッド建設機械への適用例]
続いて、上述のインバータ装置1の他の機器への取り付け例として、ハイブリッド建設機械への適用例を示す。ここでは、ハイブリッド建設機械として、図9に示すハイブリッドショベル7を例示する。勿論、インバータ装置1は、ハイブリッド式の解体機や破砕機等、他のハイブリッド建設機械にも適用できる。
[Example of application of inverter device to hybrid construction machine]
Subsequently, as an example of mounting the above-described
ハイブリッドショベル7は、クローラ式の下部走行体71の上に上部旋回体72が搭載される構成を備える。上部旋回体72は、地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に、下部走行体71に搭載されている。上部旋回体72のベースとなるアッパーフレーム73上には、キャビン74等の各種設備、機器類が搭載されるとともに、作業アタッチメント75が装着されている。作業アタッチメント75は、ブーム751、アーム752及びバケット753を備える。
The hybrid shovel 7 has a configuration in which the
図10は、ハイブリッドショベル7の上面視の平面図である。アッパーフレーム73は、補強の役目と作業アタッチメント75の保持機能とを兼ねる左右一対の縦板76を備えたセンターセクション731と、このセンターセクション731の左右両側に設けられたサイドデッキ732、733によって構成されている。センターセクション731の後部には、ハイブリッドショベル7の動力源となるエンジン81が設置されている。エンジン81には、エンジン冷却用のラジエータ84及び冷却ファン85が付設されている。
FIG. 10 is a plan view of the hybrid shovel 7 as viewed from above. The
エンジン81は、ハイブリッドショベル7の油圧系統を動作させる油圧ポンプ82に動力を与えている。これに加え、エンジン81と油圧ポンプ82との間には、油圧ポンプ82の重負荷時にエンジン81をアシストする発電電動機9(回転電機)が直列配置されている。また、センターセクション731の中間付近には、旋回駆動源としての旋回電動機83が設置されている。サイドデッキ733には、エンジン81用の燃料タンク86と、発電電動機9及び旋回電動機83の駆動電源となる蓄電装置87(図1のバッテリー10に相当する)とが搭載されている。
The
ハイブリッドショベル7の動作を概略的に説明する。油圧ポンプ82の無負荷又は軽負荷時、発電電動機9はエンジン81により駆動されて発電機として機能し、発電した電力は蓄電装置87に蓄電される。一方、油圧ポンプ82の重負荷時、発電電動機9は蓄電装置87から電力の供給を受けて電動機として機能し、油圧ポンプ82の駆動のためにエンジン81をアシストする。なお、旋回電動機83は、旋回動作時には蓄電装置87から電力の供給を受け、旋回制動時には回生電力を蓄電装置87に蓄電する。
The operation of the hybrid shovel 7 will be schematically described. When the
インバータ装置1は、上述の発電電動機9に取り付けられる。図11(A)は、発電電動機9及びインバータ装置1のレイアウトを示す概略的に示す側面図、図11(B)は、その正面図である。発電電動機9は、ロータ及びステータを収容するハウジング91と、ハウジング91の一端面に配置されたフランジ92と、ロータに一体化された回転軸93とを備える。
The
インバータ装置1は、ハウジング91の下面に取り付けられている。図11(A)では、発電電動機9の軸方向の前後に配置されるエンジン81と油圧ポンプ82とを簡略的に描いている。発電電動機9は、このようにエンジン81と油圧ポンプ82とに挟まれるレイアウトであるため、インバータ装置1を取り付けることが可能なスペースは、実質的にハウジング91の下面のスペースしかない。しかも、前後にはエンジン81及び油圧ポンプ82が存在するため、インバータ装置1は軸方向に嵩張る構成とすることは出来ない事情がある。
The
図12は、発電電動機9へのインバータ装置1の取り付け状態を示す断面図である。本実施形態のインバータ装置1は、インバータ部2及びコンデンサ3の取り付けベースとなる冷却器5が、L字型に屈曲した構造を備えるため、軸方向のサイズを抑制できている。インバータ装置1は、図2に示す状態を180°反転させた態様で、ハウジング91の下面に、取り付け板94を用いて取り付けられている。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing how the
図13は、取り付け板94の平面図、図14は、取り付け板94のハウジング91への装着状態を示す平面図である。取り付け板94は、固定ネジを挿通させる複数のネジ孔941と、電動機ケーブル9EWの通過孔942とを有する、剛性を有する板材である。取り付け板94は、図5に示すカバー6の−Z側水平面64が取り付けられる面であっても良いし(この場合、水平面64にネジ孔941及び通過孔942に相当する孔が穿孔される)、水平面64に代替するカバー壁面であっても良い。
FIG. 13 is a plan view of the mounting
三相接続用バスバー43V(43U、43W)は、インバータ部2及びコンデンサ3が収容されている第1収容スペースS1から第2収容スペースS2に引き回されて、その終端部は端子台55に取り付けられている。第2収容スペースS2は、電動機ケーブル9EWの引き回しスペースとして利用されている。電動機ケーブル9EWの終端部は、三相接続用バスバー43Vの終端部に接続されている。
The three-phase
以上の通り、ハイブリッドショベル7において、エンジン81と油圧ポンプ82との間に直列配置される発電電動機9においては、エンジン81が発生する熱に曝される環境にあり、また、インバータ装置の配置スペースが大きく制限される。このような発電電動機9用に本実施形態のインバータ装置1を適用すれば、小型化を達成できるゆえにその組み付けを容易に行うことができ、またインバータ部2及びコンデンサ3の冷却を十分に行わせることができる。
As described above, in the hybrid shovel 7, in the
1 インバータ装置
2 インバータ部(スイッチング素子)
3 コンデンサ
41U、41V、41W バスバー
42U、42V、42W バスバー
5 冷却器
51 第1平板部
51A 第1面
52 第2平板部
52A 第2面
53 側板部
53A 第3面
53B 背面(露出部)
54 流路
6 カバー(ケーシング)
7 ハイブリッドショベル(ハイブリッド建設機械)
81 エンジン
82 油圧ポンプ
9 発電電動機(他の機器:回転電機)
1
54
7 Hybrid excavator (Hybrid construction machine)
81
Claims (6)
前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、
前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、
冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、
前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆い、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、
前記冷却器は、第1面と、前記第1面に隣接且つ交差する第2面とを備え、前記第1面には前記スイッチング素子が、前記第2面には前記コンデンサが各々取り付けられ、
前記バスバーは、前記第1面と前記第2面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続しているインバータ装置において、
前記第1面と前記第2面とは、互いに直交する面であり、
前記バスバーは、前記第1面に平行な第1部分と、前記第2面に平行な第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との接続部とを備えるL字型形状を有する、インバータ装置。 A switching element that converts a DC voltage into an AC voltage;
A capacitor for smoothing the DC voltage;
A bus bar electrically connecting the switching element and the capacitor;
A cooler internally provided with a flow path for circulating a refrigerant, and the switching element and the condenser are attached;
And a casing that covers the switching element and the capacitor attached to the cooler and is attached to another device.
The cooler includes a first surface and a second surface adjacent to and intersecting the first surface, the switching element being attached to the first surface, and the capacitor being attached to the second surface, respectively.
In the inverter device, in which the bus bar connects the switching element and the capacitor in a path crossing a boundary between the first surface and the second surface .
The first surface and the second surface are surfaces orthogonal to each other,
The bus bar has an L-shape including a first portion parallel to the first surface, a second portion parallel to the second surface, and a connection portion between the first portion and the second portion. , Inverter device.
前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、
前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、
冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、
前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆うカバーを含み、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、
前記冷却器は、第1面と、前記第1面に隣接且つ交差する第2面とを備え、前記第1面には前記スイッチング素子が、前記第2面には前記コンデンサが各々取り付けられ、
前記バスバーは、前記第1面と前記第2面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続しているインバータ装置において、
前記冷却器は、前記第1面を有する第1平板部と、前記第2面を有する第2平板部と、前記第1面と前記第2面とに隣接すると共にこれらと直交する第3面を有する側板部とを含み、
前記ケーシングが、前記カバーと、前記第1平板部、前記第2平板部及び前記側板部の各背面のうちの少なくとも一つとによって構成されている、インバータ装置。 A switching element that converts a DC voltage into an AC voltage;
A capacitor for smoothing the DC voltage;
A bus bar electrically connecting the switching element and the capacitor;
A cooler internally provided with a flow path for circulating a refrigerant, and the switching element and the condenser are attached;
A casing including the switching element attached to the cooler and a cover covering the capacitor and attached to another device;
The cooler includes a first surface and a second surface adjacent to and intersecting the first surface, the switching element being attached to the first surface, and the capacitor being attached to the second surface, respectively.
In the inverter device, in which the bus bar connects the switching element and the capacitor in a path crossing a boundary between the first surface and the second surface.
The cooler is a third surface adjacent to and orthogonal to a first flat plate portion having the first surface, a second flat plate portion having the second surface, and the first surface and the second surface. Side plates having
Said casing, said cover, said first flat portion is constituted by at least one of the rear surface of the second flat plate portion and the side plate portion, the inverter device.
前記冷却器の流路は、前記第1面の直下及び前記第2面の直下を経由する一本の流路からなる、インバータ装置。 In the inverter device according to claim 1 or 2 ,
The inverter device according to claim 1, wherein the flow passage of the cooler includes a flow passage directly below the first surface and directly below the second surface.
前記一本の流路における冷媒流通の上流側が前記第2面の直下であり、下流側が前記第1面の直下である、インバータ装置。 In the inverter device according to claim 3 ,
The inverter apparatus whose upstream of the refrigerant | coolant circulation in said one flow path is right under the said 2nd surface, and whose downstream is right under the said 1st surface.
前記スイッチング素子が生成する前記交流電圧の供給先が回転電機であり、
前記ケーシングが取り付けられる前記他の機器が、前記回転電機である、インバータ装置。 In the inverter device according to any one of claims 1 to 4 ,
The supply destination of the alternating voltage generated by the switching element is a rotating electric machine,
The inverter device in which the other apparatus to which the casing is attached is the rotating electric machine.
前記回転電機が、ハイブリッド建設機械に搭載される発電電動機であり、
前記発電電動機は、前記ハイブリッド建設機械の動力源となるエンジンと、油圧系統を動作させる油圧ポンプとの間に直列配置されるものである、インバータ装置。 In the inverter device according to claim 5 ,
The rotating electrical machine is a generator motor mounted on a hybrid construction machine,
The inverter device, wherein the generator motor is disposed in series between an engine serving as a power source of the hybrid construction machine and a hydraulic pump that operates a hydraulic system.
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