CN103081331A - 逆变器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及逆变器装置。为了使逆变器装置与旋转电机的电连接构造简单化,并且确保冷却性能,而使各构成元件的配置最佳化。逆变器装置(1)具备:进行直流电力与交流电力之间的电力变换的多个开关元件;配置有开关元件的基板;设置于基板的散热片;与作为车辆(V)的驱动力源的旋转电机(3)之间进行交流电力的输入输出的交流端子(25);以及平滑直流电力用的电容器。旋转电机的旋转轴(3a)被配置成沿着车辆(V)的宽度方向延伸,基板与交流端子(25)在车辆的宽度方向上相邻地配置,多个交流相端子按顺序沿着与旋转电机(3)的旋转轴(3a)交叉的方向排列,电容器相对于散热片在车辆(V)的行进方向后侧与散热片相邻地配置。
Description
技术领域
本发明涉及逆变器装置,该逆变器装置具备:多个开关元件,其进行直流电力与交流电力之间的电力变换;基板,其具有载置这些多个开关元件的元件载置面;散热片,其设置在基板的与元件载置面相反的一侧;交流端子,其与作为车辆的驱动力源的旋转电机之间进行交流电力的输入输出,并且与所述开关元件电连接;以及用于平滑直流电力的电容器。
背景技术
近些年,基于节能和减少环境负担等观点,人们正集中关注具备旋转电机作为驱动力源的混合动力车辆、电动车辆。这样的混合动力车辆等一般具备高压电池等直流电源,另一方面,多使用交流电力来驱动旋转电机。因此,混合动力车辆等在直流电源与旋转电机之间具备逆变器装置。
作为上述那样的逆变器装置,例如已公知有下述的专利文献1所记载的装置。以下,在该背景技术一栏的说明中,〔〕内中引用专利文献1中的对应的构件的名称以及附图标记来进行说明。如专利文献1的图2以及图3所示,该装置具备:设置了多个开关元件〔MOS-FET111a~111f〕的基板〔电动机基板120以及冷却片12〕;设置在该基板的与载置开关元件的面相反的一侧的散热片〔冷却片12〕;与旋转电机〔电动发电机940〕之间进行交流电力的输入输出(输入以及输出)的多个交流相端子〔交流端子71,72,73〕;以及平滑直流电力用的电容器〔电解电容器21,22,23〕。
在专利文献1中,逆变器装置与旋转电机在车辆的宽度方向上相互分离地配置。另外,在专利文献1中,虽未明确地记载逆变器装置搭载于车辆时的多个交流相端子、散热片、以及电容器的配置,但综合地参照专利文献1的图2、图5、以及图7,可以理解为多个交流相端子按顺序沿着与旋转电机的旋转轴平行的方向排列,并且电容器相对于散热片被配置在车辆的行进方向的前侧。
但是,这样的构成容易导致逆变器装置中的多个交流相端子与旋转电机之间的电连接构造的大型化以及复杂化。另外,基于与车辆的行进方向的关系,冷却片会隐藏于在与基板正交的方向占据较大范围的电容器的背阴处,从而有可能无法高效地冷却电容器以及开关元件双方。即,对于专利文献1的逆变器装置而言,在考虑了其构成元件(开关元件、电容器等)的冷却性能和与作为车辆的驱动力源的旋转电机的电连接的情况下,各构成元件的配置一定不是最佳化的。
专利文献1:日本特开2008-29094号公报
发明内容
于是,在与作为车辆的驱动力源的旋转电机连接的逆变器装置中,为了使与旋转电机的电连接构造简单化,并且确保冷却性能,希望使各构成元件的配置最佳化。
本发明所涉及的逆变器装置具备:多个开关元件,其进行直流电力与交流电力之间的电力变换;基板,其具有载置这些多个开关元件的元件载置面;散热片,其设置在所述基板的与所述元件载置面相反的一侧;交流端子,其与作为车辆的驱动力源的旋转电机之间进行所述交流电力的输入输出,并且与所述开关元件电连接;以及电容器,其用于平滑所述直流电力,上述逆变器装置被固定于收纳所述旋转电机的旋转电机箱,该逆变器装置的特征构成在于以下各点:所述旋转电机的旋转轴被配置成沿所述车辆的宽度方向延伸,所述基板与所述交流端子相邻地配置在所述车辆的宽度方向上,作为所述交流端子的多个交流相端子按顺序沿着与所述旋转电机的旋转轴交叉的方向排列,所述电容器相对于所述散热片相邻地配置在所述车辆的行进方向后侧。
根据上述的特征构成,作为交流端子的多个交流相端子以按顺序沿着与配置成在车辆的宽度方向上延伸的旋转电机的旋转轴交叉的方向排列的状态,相对于基板被配置在车辆宽度方向的相同侧。因此,能够在旋转电机的旋转轴的轴向的相同侧连接多个交流相端子与旋转电机的绕组,所以能够使逆变器装置与旋转电机的电连接构造简单化。另外,电容器相对于散热片相邻地配置在车辆的行进方向后方侧,所以能够利用伴随着车辆的前进行驶而产生的行驶风来使散热片进行散热,从而冷却开关元件,并且还能够将该行驶风导向电容器而使电容器冷却。因此,根据上述的特征构成,在与作为车辆的驱动力源的旋转电机连接的逆变器装置中,能够将各构成元件的配置最佳化,能够使与旋转电机的电连接构造简单化,并且确保冷却性能。
在此,优选构成为所述散热片相对于所述元件载置面被配置在与所述旋转电机相反的一侧。
根据该构成,散热片相对于元件载置面被配置在与旋转电机以及旋转电机箱相反的一侧,所以与散热片相对于元件载置面被设置在旋转电机以及旋转电机箱侧的情况相比较,不易受到旋转电机所产生的热量的影响,并且容易向散热片供给冷却风。因此,能够高效地执行依靠散热片进行的从基板的散热。
另外,优选构成为所述逆变器装置被设定为以平板状延伸的所述散热片的延伸方向是沿着所述车辆的行进方向的方向。
根据该构成,能够高效地将穿过散热片彼此之间流动的行驶风导向电容器。因此,能够高效地冷却电容器。
另外,优选构成为具备电源端子,所述逆变器装置具备电源端子,其中,该电源端子与所述电容器连接,与直流电源之间进行所述直流电力的输入输出,所述电源端子相对于所述电容器被配置在所述车辆的行进方向后侧。
根据该构成,电源端子相对于电容器被配置在车辆的行进方向后方侧,因此在构成逆变器装置的各元件中,能够将电源端子配置在车辆的行进方向最后方侧的端部。因此,能够容易地以最短路线实现通常多搭载于比收纳车辆的驱动力源(包含旋转电机)的驱动力源收纳室靠车辆后侧的直流电源与电源端子的电连接。因此,能够使逆变器装置与直流电源的电连接构造简单化。
另外,优选构成为所述多个交流相端子被配置在从所述旋转电机的径向观察时与该旋转电机的绕组重叠的位置。
此外,关于2个构件的配置,“从规定方向观察是重叠的”是指在以该规定方向作为视线方向,使视点沿与该视线方向正交的各方向移动的情况下,2个构件看上去重叠的视点至少存在于一部分的区域。
根据该构成,能够沿着旋转电机的径向直线地连接多个交流相端子与旋转电机的绕组,能够使用所需最小限度的构件来实现交流相端子与绕组的电连接。因此,能够使逆变器装置与绕组的电连接构造简单化。
另外,优选构成为:当从与所述元件载置面正交的方向观察的俯视时,所述交流端子被配置成从所述基板向规定的第一基准方向突出,所述电容器被配置在所述俯视时长方形地设定的电容器配置区域内,所述电容器配置区域被设定成所述俯视时所述长方形的长边与所述第一基准方向平行,并且将与所述第一基准方向正交的方向作为第二基准方向,所述电容器配置区域被设定成在所述第二基准方向上与配置有所述基板以及所述交流端子的基本配置区域相邻。
此外,“长方形”作为表示即便稍微具有变形部分,整体上也可以被视为实际上是长方形的概念而使用。
根据该构成,配置有基板以及从该基板向第一基准方向突出地配置的交流端子的基本配置区域、和将配置电容器的具有与第一基准方向平行的长边的长方形的电容器配置区域从与元件载置面正交的方向观察的俯视时在第二基准方向上相邻地配置。即,基板、交流端子、以及电容器并不按顺序沿着第一基准方向排列,而是电容器在第二基准方向上与基板以及交流端子相邻地配置。因此,通过与基本配置区域的第一基准方向的两端部的位置对应地设定电容器配置区域的第一基准方向的两端部的位置,能够紧凑地将基板、交流端子、以及电容器的整体配置于俯视时为长方形的区域内。因此,能够实现可将整体小型化的逆变器装置。
此外,相比于与设置有开关元件的基板或外部设备之间进行交流电力的输入输出的交流端子,电容器在其大小以及形状的设计上的自由度比较大。因此,可以根据电容器配置区域的大小以及形状来调整电容器的大小以及形状,从而能够适当地实现上述那样的逆变器装置。
另外,优选构成为所述电容器配置区域的所述第一基准方向的长度被设定得比所述基板的所述第一基准方向的长度长,所述交流端子被配置在从所述第二基准方向观察时与所述电容器配置区域重叠的区域中。
根据该构成,通过利用由于电容器配置区域与基板的第一基准方向的长度之差所产生的区域,按照收纳于该区域内的方式来配置交流端子,能够紧凑地配置基板、交流端子、以及电容器的整体。
另外,优选构成为在所述基板的所述元件载置面侧设置有连接支承体,其中,该连接支承体支承至少将所述开关元件与所述交流端子之间进行电连接的电连接构件,以包含所述散热片以及所述连接支承体的配置区域的方式来设定所述基本配置区域,将与所述元件载置面正交的方向作为基准正交方向,所述电容器配置区域的所述基准正交方向的长度以及位置被设定成与所述基本配置区域的所述基准正交方向的长度以及位置一致。
此外,“一致”作为表示作为比较对象的事项(包含长度以及位置)实际上相同的概念而使用。即,“一致”中除了包含作为比较对象的事项彼此完全地相同的状态之外,还包含这些事项彼此存在差异的状态。例如,还包含作为比较对象的事项彼此的差异与该事项的整体相比十分小,能够假设该事项彼此实际上相同来进行周边部分的设计、制造的状态,或者具有由设计上或者制造上可以允许的误差带来的差异的状态。
根据该构成,能够一边利用连接支承体适当地支承电连接构件,一边将开关元件与交流端子之间进行电连接。
另外,在上述的构成中,以那样的包含散热片以及连接支承体的配置区域的方式来设置基本配置区域,并且电容器配置区域的基准正交方向的长度以及位置被设定成与基本配置区域的基准正交方向的长度以及位置一致。因此,对沿着基准正交方向的方向上的位置关系进行观察时,能够按照将电容器收纳于基板、交流端子、散热片、以及连接支承体整体所占据的区域内的方式进行配置。因此,不产生无效空间,可容易地按照将基板、交流端子、散热片、连接支承体、以及电容器整体从第一基准方向观察以及从第二基准方向观察的至少一方观察,收纳于长方形的区域内的方式进行配置。因此,能够实现可将整体进一步小型化的逆变器装置。
另外,优选构成为:具备至少设置了所述开关元件的驱动电路的控制基板,将与所述元件载置面正交的方向作为基准正交方向,所述控制基板被配置于在所述基准正交方向上与所述电容器配置区域以及所述基本配置区域双方相邻,并且在所述俯视时与所述电容器配置区域以及所述基本配置区域双方重叠的位置。
根据该构成,控制基板在基准正交方向上不与电容器配置区域以及基本配置区域双方较大地分离而相邻地配置,因此能够抑制逆变器装置在基准正交方向上大型化。另外,控制基板被配置于俯视(从基准正交方向观察)时与电容器配置区域以及基本配置区域双方重叠的位置,因此能够容易地按照将包含控制基板的逆变器装置的主要构成元件的整体收纳于俯视时为长方形的区域内的方式进行配置。
另外,优选构成为具备:电源端子,其与直流电源之间进行所述直流电力的输入输出;直流端子,其与所述开关元件之间进行所述直流电力的输入输出;以及电容器连接构件,其经由所述电容器来将所述电源端子与所述直流端子之间进行电连接,所述控制基板上还设置有用于检测所述电容器的两极间的电压的电压检测电路,从所述电容器连接构件分支并沿着所述基准正交方向延伸的分支连接部以贯穿了所述控制基板的状态与所述电压检测电路连接。
根据该构成,通过使从电连接电源端子与直流端子之间的电容器连接构件分支的分支连接部沿着基准正交方向延伸突出而贯穿控制基板,能够以短距离连接电容器连接构件与电压检测电路。
另外,优选构成为所述电源端子与所述直流端子被配置于所述第一基准方向上的不同位置,并且,该不同位置是相对于所述电容器配置区域的所述俯视时的形状的重心点为点对称状的位置。
此外,“点对称状”作为表示即便多少具有位置偏移,整体上也可被视为实际上的点对称的概念而使用。
如上述那样,在电容器配置区域在第二基准方向上与基本配置区域相邻地设定的构成中,能够根据基本配置区域的第一基准方向的两端部的位置来设定电容器配置区域的第一基准方向的两端部的位置,例如能够使电容器配置区域的第一基准方向的长度以及位置与基本配置区域的第一基准方向的长度以及位置一致。该情况下,第一基准方向上的基本配置区域中的除了交流端子部分的配置基板的区域为仅占据电容器配置区域的一侧的规定范围的区域。因此,基板的俯视时的形状的重心点与电容器配置区域(以及电容器)的俯视时的形状的重心点处于第一基准方向的不同位置。另一方面,对于与开关元件之间进行直流电力的输入输出的直流端子而言,如果考虑电连接该直流端子与开关元件的电连接构件的设计等,则优选被配置于基板的重心点的第一基准方向的位置。该情况下,与直流端子和电容器配置区域(以及电容器)的重心点处于第一基准方向的不同位置。
在这样的构成中,根据上述的构成,电源端子与直流端子被配置于第一基准方向的不同位置,并且,该不同位置是俯视时相对于电容器配置区域的重心点为点对称状的位置。由此,在电源端子与直流端子之间连接了多个电容器元件的构成中,能够使电源端子与直流端子之间的经由电容器连接构件以及各电容器元件的电连接路线的长度相互一致。因此,能够使流过各电容器元件的电流基本上均衡化。另外,与此相伴,各电容器元件的发热量也基本上被均衡化,因此能够使各电容器元件小型化,进而能够使电容器以及逆变器装置整体小型化。
另外,优选构成为使用所述多个开关元件而构成逆变器电路,所述逆变器电路是具有3个桥臂的3桥臂构成,所述桥臂具有构成与正极侧连接的上桥臂的开关元件和构成与负极侧连接的下桥臂的开关元件,所述桥臂各自的连结所述上桥臂与所述下桥臂的方向为沿着所述第一基准方向的方向,并且3个所述桥臂按顺序沿着所述第二基准方向排列。
根据该构成,利用3桥臂构成的逆变器电路,能够进行直流电力与三相交流电力的电力变换。
此时,在上述的构成中,各桥臂中的连结上桥臂与下桥臂的方向和连结构成各桥臂的开关元件与交流端子的方向都为沿着第一基准方向的方向。因此,能够使电连接开关元件与交流端子之间的电连接构件的形状接近直线形状而简单化。另外,能够使各相用的电连接构件的形状一致,能够使到交流端子的各相用的电连接构件的配置简单化。
另外,各个上桥臂与下桥臂沿着第一基准方向配置的3个桥臂按顺序沿着第二基准方向排列,因此各桥臂中的连结上桥臂彼此以及下桥臂彼此的方向与连结他们与配置于电容器侧的直流端子的正极或者负极的方向都是沿着第二基准方向的方向。因此,能够使将开关元件与直流端子之间进行电连接的电连接构件的形状近似于直线形状而简单化。另外,能够使各极用的电连接构件的形状一致,能够使到直流端子的各极用的电连接构件的配置简单化。
另外,优选构成为所述上桥臂以及所述下桥臂被配置成所述上桥臂以及所述下桥臂各自的长边方向为沿着所述第一基准方向的方向。
根据该构成,相比于上桥臂以及下桥臂被配置成各自的长边方向为沿着第二基准方向的方向的情况,能够将各极用的电连接构件的沿着第二基准方向的长度抑制得较短。因此,能够减少作为直流电力的传递路线的各极用的电连接构件中的电阻,能够使能量效率提高。
附图说明
图1是搭载于车辆的车辆用驱动装置以及逆变器装置的立体图。
图2是表示逆变器电路的构成的示意图。
图3是逆变器模块的分解立体图。
图4是从Z方向观察逆变器装置的俯视图。
图5是从X方向观察逆变器装置的侧面图。
图6是从Y方向观察逆变器装置的侧面图。
图7是表示电容器内的电气电路的配置构成的示意图。
图8是表示车辆用驱动装置以及逆变器装置的车辆搭载状态的示意图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的逆变器装置的实施方式。在本实施方式中,以对作为混合动力车辆V(以下,有时仅略称为“车辆V”)的车轮的驱动力源发挥作用的旋转电机3进行控制的***中的逆变器装置1为例进行说明。图8所示那样,混合动力车辆V具备内燃机61、具有旋转电机3的车辆用驱动装置62和逆变器装置1。逆变器装置1具备逆变器电路7,控制从该逆变器装置1来看作为外部设备的旋转电机3。此外,在本例中,旋转电机3是利用三相交流电驱动的交流电动机。该旋转电机3可以实现下述两个功能,即作为接受电力的供给而产生动力的电动机(electric motor)的功能和作为接受动力的供给而产生电力的发电机(generator)的功能。在本实施方式中,图1所示那样,采用了车辆用驱动装置62(在此,作为收纳旋转电机3的旋转电机箱的驱动装置箱)与逆变器装置1一体地固定的构成。
逆变器装置1与作为车辆V的驱动力源的旋转电机3以及作为其能量源的直流电源的电池2连接(参照图2以及图8)。另外,逆变器装置1具备:进行直流电力与交流电力之间的电力变换的多个开关元件14;具有载置了这些多个开关元件14的元件载置面11a的基板11;与旋转电机3之间进行交流电力的输入输出的旋转电机连接端子25;平滑直流电力用的电容器31;与电池2之间进行直流电力的输入输出的电源端子33;以及至少用于控制开关元件14的动作的控制基板41。在这样的构成中,本实施方式的逆变器装置1在基板11、旋转电机连接端子25、以及电容器31的配置构成上具有特征。另外,本实施方式的逆变器装置1的各构成元件的配置构成在搭载于车辆V的搭载状态的关系下,也具有特征。以下,对本实施方式的逆变器装置1详细地进行说明。
此外,在本实施方式中,旋转电机连接端子25相当于本发明的“交流端子”。另外,在以下的说明中,除了特别标明来进行区别的情况,以元件载置面11a为基准来定义“X方向”、“Y方向”、以及“Z方向”这各个方向。更具体地说,将与元件载置面11a平行并且相互正交的方向分别定义为“X方向”以及“Y方向”。在本例中,图4中的上下方向是“X方向”,在此,将相对于基板11旋转电机连接端子25侧(图4的下侧)设定为“+X方向”,将相对于旋转电机连接端子25基板11侧(图4的上侧)设定为“-X方向”。另外,图4中的左右方向是“Y方向”,在此,将相对于基板11以及旋转电机连接端子25电容器31侧(图4的左侧)设定为“+Y方向”,将相对于电容器31基板11以及旋转电机连接端子25侧(图4的右侧)设定为“-Y方向”。
另外,将与元件载置面11a正交的方向(与X方向以及Y方向双方正交的方向)定义为“Z方向”。在本例中,图5中的上下方向是“Z方向”,在此,将相对于基板11以及电容器31控制基板41侧(图5的上侧)设定为“+Z方向”,将相对于控制基板41基板11以及电容器31侧(图5的下侧)设定为“-Z方向”。在本实施方式中,X方向、Y方向、以及Z方向分别相当于本发明中的“第一基准方向”、“第二基准方向”、以及“基准正交方向”。
1.逆变器电路的构成
首先,对逆变器电路7的构成进行说明。本实施方式的逆变器电路7使用多个(在本例中是6个)开关元件14而构成。开关元件14是用于进行直流电力与交流电力之间的电力变换的电子元件,构成逆变器电路7以及逆变器装置1的核心。如图2所示那样,逆变器电路7由桥式电路构成,在电池2的正极P侧与电池2的负极N侧(例如接地侧)之间以串联的方式连接有2个开关元件14,该串联电路以3线路并联的方式连接。即,逆变器电路7构成为具有3个桥臂的3桥臂构成,该桥臂具有构成与正极P侧连接的上桥臂的开关元件14和构成与负极N侧连接的下桥臂的开关元件14。各桥臂分别与旋转电机3的绕组(定子绕组)3b(参照图8)的三相(U相、V相、W相)对应。
在图2中,附图标记14a是U相用上臂侧开关元件,附图标记14b是V相用上臂侧开关元件,附图标记14c是W相用上臂侧开关元件。另外,附图标记14d是U相用下臂侧开关元件,附图标记14e是V相用下臂侧开关元件,附图标记14f是W相用下臂侧开关元件。在此,“上臂侧”表示是正极P侧的臂,“下臂侧”表示是负极N侧的臂。
各相的上臂侧开关元件14a、14b、14c的集电极经由第四汇流条23d与正极P侧连接,发射极经由汇流条23a、23b、23c与各相的下臂侧开关元件14d、14e、14f的集电极连接。另外,各相的下臂侧开关元件14d、14e、14f的发射极经由第五汇流条23e与负极N侧连接。在各开关元件14的发射极-集电极间,并列连接有二极管元件15。二极管元件15的正极与开关元件14的发射极连接,负极与开关元件14的集电极连接。二极管元件15被用作FWD(Free Wheel Diode:续流二极管)。
包含成对的开关元件(14a、14d)、(14b、14e)、(14c、14f)和分别对应的汇流条23a、23b、23c而构成的各臂经由旋转电机连接端子25a、25b、25c与旋转电机3的各相的绕组3b(参照图8)连接。然后,各开关元件14的栅极与设置于控制基板41的驱动电路43(参照图5)连接,分别独立地进行开关控制。
这样的包含逆变器电路7的逆变器装置1基于旋转电机3被要求的要求转速、要求转矩来控制各开关元件14(例如,脉冲宽度调制控制等),从将来自电池2的直流电力变换为三相交流电力而供给旋转电机3。由此,使旋转电机3根据要求转速以及要求转矩来进行牵引。另一方面,在旋转电机3作为发电机发挥作用,从旋转电机3侧接受电力的供给的情况下,逆变器装置1通过控制各开关元件14,将发电而产生的三相交流电力变换为直流电力而对电池2进行充电。
2.逆变器装置的整体构成
接下来,主要参照图3以及图4对逆变器装置1的整体构成进行说明。逆变器装置1具备逆变器模块6、电容器31和控制基板41。这些部件被收纳于形成为长方体状的逆变器箱体5(以下,仅略称为“箱体5”)内。逆变器模块6是安装了上述的逆变器电路7的模块,被安插于电池2与旋转电机3之间。在电池2与逆变器模块6之间还安插有电容器31。
逆变器模块6具备基板11、设置于基板11的多个开关元件14、支承多个汇流条23的连接支承体21作为主要的构成元件。
基板11是用于载置开关元件14的作为基板的板状构件。基板11由铜、铝等金属材料构成。如图3等所示那样,在基板11的上表面(+Z方向侧的面,以下同样)、即该基板11的载置有开关元件14的面(元件载置面11a)上,绝缘构件12以及元件基板13以相互平行或者大致平行的状态而层叠。该层叠方向与Z方向一致。
绝缘构件12由具备电绝缘性以及热传导性双方的片状构件构成,在本例中,为树脂制的片材构件。元件基板13由导电性的材料(例如,铜、铝等金属材料)构成,经由绝缘构件12并利用热压接被粘接固定于基板11。该元件基板13也作为散热器发挥作用。如图3所示那样,在本实施方式中,在基板11上配置有一个绝缘构件12,在绝缘构件12上配置有6个元件基板13。这6个元件基板13被配置成在X方向上并排配置2个,并且在Y方向上并排配置3个。
在各元件基板13的上表面分别载置有一个开关元件14以及一个二极管元件15。由此,在本例中,在基板11的元件载置面11a上经由绝缘构件12以及元件基板13设置有6个开关元件14和6个二极管元件15。然后,包含这些开关元件14以及二极管元件15而构成逆变器电路7。作为开关元件14,在本实施方式中使用IGBT(insulated gate bipolartransistor;绝缘栅双极型晶体管)。此外,作为开关元件14,还可以使用MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor;金属氧化物半导体场效应晶体管)等。另外,在本例中,如图3等所示那样,载置于同一元件基板13的开关元件14与二极管元件15按照沿着X方向并排的方式相互相邻地配置。
以将开关元件14的上表面(发射极电极)与二极管元件15的上表面(正极电极)进行电连接的状态,配置有第一电极构件17。在本例中,第一电极构件17使用一定宽度的带状构件(板状构件)而弯曲地制成。另外,在元件基板13的上表面载置有第二电极构件18。第二电极构件18经由元件基板13将开关元件14的下表面(集电极电极)与二极管元件15的下表面(负极电极)进行电连接。在本例中,第二电极构件18为块状构件。第一电极构件17以及第二电极构件18双方由导电性的材料(例如,铜、铝等金属材料)构成。
在本实施方式中,利用成对的开关元件(14a、14d)、(14b、14e)、(14c、14f)、分别对应的二极管元件15、第一电极构件17、第二电极构件18、以及汇流条23a、23b、23c(以下,有时仅略称为“二极管元件15等”),构成逆变器电路7的各桥臂。其中,利用开关元件14a、14b、14c和分别对应的二极管元件15等来构成逆变器电路7的各上桥臂。另外,利用开关元件14d、14e、14f和分别对应的二极管元件15等来构成逆变器电路7的各下桥臂。
而且,在本例中,如图3以及图4所示那样,连结各桥臂的上桥臂与下桥臂的方向是沿着X方向的方向。在本例中,根据图4可以理解,各桥臂中的上桥臂与下桥臂各自在Y方向上所占据的范围并不完全地一致,而略有偏差。其中,它们占据大体相等的Y方向的范围,连结上桥臂与下桥臂的方向大体沿着X方向。因此,在本实施方式中,“沿着X方向的方向”是表示与X方向平行的方向,或者表示相对于X方向倾斜了规定角度的方向。该情况下的规定角度例如能够在±20°的范围内,优选在±10°的范围内。这样,通过使各桥臂的连结上桥臂与下桥臂的方向为沿着X方向的方向,能够使汇流条23a、23b、23c的朝向旋转电机连接端子25a、25b、25c的部分的形状近似于沿着X方向的直线形状而简单化。另外,能够使汇流条23a、23b、23c的形状相互相同或者实际上相同,能够使各汇流条23a、23b、23c的配置简单化。
另外,在本例中,构成各臂的开关元件14与二极管元件15在X方向上相邻而配置。而且,连接开关元件14与二极管元件15的带状的第一电极构件17也与其相对应地配设成沿X方向延伸。这样,各臂整体上构成为沿着X方向延伸。换言之,各桥臂的上桥臂以及下桥臂被配置成各自的长边方向为沿着X方向的方向。由此,与上桥臂以及下桥臂被配置成各自的长边方向为沿着Y方向的方向的情况相比,能够将汇流条23d、23e的Y方向的长度抑制地较短。因此,能够减少作为直流电力的传递路线的汇流条23d、23e的电阻,能够提高能量效率。
另外,在本例中,3个桥臂按顺序沿着Y方向排列。在本例中,构成各桥臂的上桥臂分别在X方向上所占据的范围完全地一致,同样地,构成各桥臂的下桥臂分别在X方向上所占据的范围完全地一致。因此,在本例中,3个桥臂按顺序沿着与Y方向平行的方向排列。由此,能够使汇流条23d、23e的连结各桥臂的部分的形状近似于沿着Y方向的直线形状而简单化。另外,能够使汇流条23d、23e的形状相互相同或者实际上相同,能够使各汇流条23d、23e的配置简单化。
如图3所示那样,在基板11的与元件载置面11a相反的一侧设置有散热片11b。在本例中,散热片11b与基板11一体地形成。该散热片11b使经由元件基板13以及绝缘构件12而传递给基板11的开关元件14的热(伴随着开关动作而产生的热)从散热片11b的表面释放。如图3以及图6等所示那样,这样的散热片11b在本例中形成为沿Z方向立设,并且沿着与Y方向平行的方向平板状地延伸。
连接支承体21是支承多个汇流条23的构造体,在基板11的元件载置面11a侧,以固定于该基板11的状态而设置。作为这样的汇流条23,在本实施方式中,具备5个汇流条23,即第一汇流条23a、第二汇流条23b、第三汇流条23c、第四汇流条23d、以及第五汇流条23e。这5个汇流条23被连接支承体21一体地支承。汇流条23由导电性材料(例如,铜、铝等金属材料)构成,在本例中,使用平板状构件弯曲成规定形状而形成。
第一汇流条23a、第二汇流条23b、以及第三汇流条23c是分别借助第一电极构件17电连接上桥臂的开关元件14以及二极管元件15与旋转电机连接端子25之间,并且借助第二电极构件18电连接下桥臂的开关元件14以及二极管元件15与旋转电机连接端子25之间的电连接构件。汇流条23a、23b、23c与连结构成各桥臂的上桥臂与下桥臂的方向平行,整体上在沿着X方向的方向上延伸。第四汇流条23d是借助第二电极构件18电连接上桥臂的开关元件14以及二极管元件15与正极P侧的直流端子34即正极侧直流端子34a之间的电连接构件。第五汇流条23e是借助第一电极构件17电连接下桥臂的开关元件14以及二极管元件15与负极N侧的直流端子34即负极侧直流端子34b之间的电连接构件。汇流条23d、23e在3个一组的上桥臂与3个一组的下桥臂之间以相互平行的方式,整体上在沿着Y方向的方向上延伸。
在本例中,各汇流条23与第一电极构件17以及第二电极构件18之间的电连接是通过与各汇流条23一体地形成并被连接支承体21支承的多个接合部24在相对于第一电极构件17的上表面以及第二电极构件18的上表面被按压的状态下被接合而实现的。在本例中,各汇流条23与第一电极构件17以及第二电极构件18通过利用YAG激光器、CO2激光器、半导体激光器等的激光焊接而被接合。
旋转电机连接端子25是用于与作为车辆V的驱动力源的旋转电机3之间进行交流电力的输入输出的端子。在本实施方式中,作为这样的旋转电机连接端子25,具备三相用旋转电机连接端子25a、25b、25c。在本例中,U相用旋转电机连接端子25a在第一汇流条23a的+X方向侧的端部与该第一汇流条23a一体地形成。同样地,V相用旋转电机连接端子25b在第二汇流条23b的+X方向侧的端部与该第二汇流条23b一体地形成,W相用旋转电机连接端子25c在第三汇流条23c的+X方向侧的端部与该第三汇流条23c一体地形成。这3个旋转电机连接端子25a、25b、25c与构成逆变器电路7的3个桥臂的排列相对应地按顺序沿着与Y方向平行的方向排列。此外,在本实施方式中,如后述那样,Y方向和与旋转电机3的旋转轴3a正交的方向一致,因此,3个旋转电机连接端子25a、25b、25c按顺序沿着与该旋转轴3a正交的方向排列。在本实施方式中,各相用的旋转电机连接端子25a、25b、25c相当于本发明中的“交流相端子”。
电容器31并列地设置于电池2与逆变器模块6之间,平滑它们之间的直流电力。电容器31由箱体部31a与电容器元件31b构成。箱体部31a形成为按照覆盖X方向的两侧、Y方向的两侧、以及Z方向的一侧的方式形成的、从Z方向观察(从Z方向观察的俯视,以下,从各方向观察也同样)为长方形的浴缸(Bathtub)状。箱体部31a上一体地设置有与电池2之间进行直流电力的输入输出的电源端子33和与开关元件14之间进行直流电力的输入输出的直流端子34。这些电源端子33与直流端子34之间利用电容器汇流条36电连接。电容器汇流条36由导电性材料(例如,铜、铝等金属材料)构成,在本例中,形成为平板状。作为这样的电容器汇流条36,在本实施方式中,具备第一电容器汇流条36a以及第二电容器汇流条36b2个电容器汇流条36。在本实施方式中,电容器汇流条36a、36b相当于本发明的“电容器连接构件”。
第一电容器汇流条36a电连接正极P侧的电源端子33即正极侧电源端子33a、与正极侧直流端子34a之间(参照图2)。第二电容器汇流条36b电连接负极N侧的电源端子33即负极侧电源端子33b、与负极侧直流端子34b之间。如图4所示那样,第一电容器汇流条36a与第二电容器汇流条36b配置于从Z方向观察重叠的位置。然后,在浴缸状的箱体部31a的内部,第一电容器汇流条36a与电容器元件31b的一极的端子连接,第二电容器汇流条36b与电容器元件31b的另一极的端子连接。
从Z方向来观察,第一电容器汇流条36a以及第二电容器汇流条36b整体上分别形成为长方形。另外,从Z方向观察,第一电容器汇流条36a以及第二电容器汇流条36b具有向-X方向突出的长方形的突出部37。2个突出部37在电容器汇流条36a、36b的-X方向侧的端部,分别被设置于Y方向上相互不同的位置。在这2个突出部37之间连接有电阻器38。与电容器元件31b并列连接的电阻器38作为在停止了来自电池2的电源供给之时释放积蓄在电容器元件31b中的电荷的放电用电阻发挥作用。
在第一电容器汇流条36a以及第二电容器汇流条36b的突出部37的-X方向侧的端部分别设置有从该突出部37分支,沿着Z方向向+Z方向侧延伸的分支连接部39。这样的分支连接部39由导电性材料(例如,铜、铝等金属材料)构成,在本例中,形成为线状(金属丝状)。电容器元件31b、第一电容器汇流条36a以及第二电容器汇流条36b、电阻器38、以及分支连接部39的-Z方向侧的一部分以配置于箱体部31a的内部的状态被树脂铸模。此外,作为铸模树脂,能够使用环氧类树脂、丙烯酸类树脂、氨基甲酸乙酯系树脂等。分支连接部39的+Z方向侧的一部分从树脂中露出,沿着Z方向延伸突出。
控制基板41主要具有用于控制各开关元件14的动作的功能。因此,控制基板41上设置有至少分别独立地对开关元件14进行开关控制用的驱动电路43(参照图5)。另外,在本实施方式中,控制基板41上还设置有用于检测电容器31的两极间的电压的电压检测电路44。此外,控制基板41上还设置有用于检测流过汇流条23a、23b、23c的交流电流的电流检测电路、用于检测开关元件14的温度的温度检测电路等。在本例中,控制基板41在逆变器模块6以及电容器31的上侧(+Z方向侧),与它们接近地被配置。
3.逆变器装置中的各构成元件的配置构成
接下来,主要参照图4~图7,对逆变器装置1的各构成元件的配置构成进行说明。在此,按顺序说明从Z方向观察的配置构成、从X方向观察的配置构成、以及2个端子33、34间的配置构成。
3-1.从Z方向观察的配置构成
在本实施方式中,支承多个(在本例中是5个)汇流条23的连接支承体21以固定于基板11的状态被设置。在此,5个汇流条23中的、汇流条23a、23b、23c整体上在沿着X方向的方向上延伸。汇流条23d、23e整体上在上臂与下臂之间,在此为从Z方向观察时的基板11的重心点11c(参照图7)的X方向的位置(X方向上的配置位置,以下同样)处在沿着Y方向的方向上延伸。汇流条23a、23b、23c与汇流条23d、23e在从Z方向观察时分别正交。
对于各个汇流条23a、23b、23c而言,与汇流条23d、23e相比靠+X方向侧的X方向的长度(沿着X方向的延伸长度,以下同样)比与汇流条23d、23e相比靠-X方向侧的X方向的长度形成得长。因此,各汇流条23a、23b、23c被配置成从基板11向X方向突出。在本例中,汇流条23a、23b、23c被配置成从基板11向+X方向侧突出。此外,汇流条23a、23b、23c的-X方向侧的端部被配置于从Z方向观察时与基板11重叠的位置。
而且,各汇流条23a、23b、23c的+X方向侧的端部形成有各相用的旋转电机连接端子25(25a、25b、25c)。因此,在本实施方式中,各相用的旋转电机连接端子25被配置成从基板11向+X方向侧突出。另外,旋转电机连接端子25被配置成从连接支承体21也向+X方向侧突出。此时,各相用的旋转电机连接端子25a、25b、25c相互在+X方向侧的端部对齐而配置。在本实施方式中,作为配置有基板11、连接支承体21、汇流条23a、23b、23c、以及旋转电机连接端子25的区域,定义了“基本配置区域R2”。如图4所示那样,从Z方向观察时,该基本配置区域R2是占据从基板11的-X方向侧的端部到旋转电机连接端子25的+X方向侧的端部,并且占据从基板11的-Y方向侧的端部到连接支承体21的+Y方向侧的端部的长方形的区域。另外,在本例中,基本配置区域R2被设定成从Z方向观察时,长方形的长边与X方向平行。
另外,在本实施方式中,作为配置有电容器31以及其所附带的电源端子33、直流端子34、以及电容器汇流条36的区域,定义了“电容器配置区域R1”。在本例中,电源端子33、直流端子34、以及电容器汇流条36都与构成电容器31的箱体部31a一体地设置,或者被配置于箱体部31a的内部。因此,该电容器配置区域R1被设定成从Z方向观察时与箱体部31a的形状对应的长方形的区域。另外,在本例中,电容器配置区域R1被设定成从Z方向观察时,长方形的长边与X方向平行。
如图4所示那样,这些电容器配置区域R1与基本配置区域R2在Y方向相互相邻地配置。在此,电容器配置区域R1在+Y方向侧与基本配置区域R2相邻地被设定。此时,电容器配置区域R1的X方向的长度被设定为大于基板11的X方向的长度。在本实施方式中,划定电容器配置区域R1的-X方向侧的端部的箱体部31a的-X方向侧的端部与基板11的-X方向侧的端部的X方向的位置不完全地一致,略微错开一点,但实际上是相同的。另一方面,划定电容器配置区域R1的+X方向侧的端部的箱体部31a的+X方向侧的端部被配置于与基板11的+X方向侧的端部相比偏向+X方向侧的位置。
在这样的构成中,起因于电容器配置区域R1与基板11在X方向的长度之差,在+X方向侧与基板11相邻的位置处,产生了从Y方向观察时不与基板11重叠而与电容器配置区域R1重叠的区域。在本实施方式中,在这样产生的区域中、即在X方向上基板11的+X方向侧的端部与箱体部31a的+X方向侧的端部之间的区域中,按照收纳其整体的方式配置有旋转电机连接端子25。
进而,在本实施方式中,电容器配置区域R1的X方向的长度以及位置被设定为与基本配置区域R2的X方向的长度以及位置一致。在此,电容器配置区域R1的X方向的长度以及位置双方被设定为与基本配置区域R2的X方向的长度以及位置双方一致。
在本实施方式中,划定基本配置区域R2的-X方向侧的端部的基板11的-X方向侧的端部与划定电容器配置区域R1的-X方向侧的端部的箱体部31a的-X方向侧的端部的X方向的位置不完全地一致而略微错开一些,但实际上是相同的。同样地,划定基本配置区域R2的+X方向侧的端部的旋转电机连接端子25的+X方向侧的端部与划定电容器配置区域R1的+X方向侧的端部的箱体部31a的+X方向侧的端部的X方向的位置不完全地一致而略微错开一些,但实际上是相同的。因此,在本实施方式中,电容器配置区域R1的X方向的两端部的位置与基本配置区域R2的X方向的两端部的位置分别被设定为实际上是相同的。当然,电容器配置区域R1的X方向的长度与基本配置区域R2的X方向的长度实际上是相同的。
这样,在本实施方式中,“一致”表示作为比较对象的事项(在此,包含X方向的长度以及X方向的位置)实际上是相同的。即,“一致”中包含作为比较对象的事项彼此完全地相同的状态,此外还包含这些事项彼此存在差异的状态。例如,还包含作为比较对象的事项彼此的差异与该事项的整体相比十分小,可以假设该事项彼此实际上相同来进行周边部分的设计、制造的状态、以及具有由设计上或者制造上可以允许的误差带来的差异的状态。作为该情况下的“可以允许的差异”,例如将各区域R1、R2的X方向的长度设定为基准(100%),“可以允许的差异”能够在±10%以内,优选能够在±5%以内,更优选能够在±3%以内。
然而,与在与设置了开关元件14的基板11、旋转电机3之间进行交流电力的输入输出的旋转电机连接端子25比较,电容器31的大小以及形状的设计所涉及的自由度比较大。因此,根据电容器配置区域R1的大小以及形状来调整电容器31的大小以及形状比较容易。鉴于这点,在本实施方式中,将电容器配置区域R1的X方向的长度以及位置设定为与基本配置区域R2的X方向的长度以及位置一致。由此,在观察了沿着X方向的方向上的位置关系的情况下,能够按照将电容器31收纳于基板11以及旋转电机连接端子25整体占据的区域内的方式进行配置。因此,能够按照从Z方向观察时在长方形的箱体5内不产生无效空间地将基板11、旋转电机连接端子25、以及电容器31整体紧凑地收纳的方式进行配置。因此,可以使逆变器装置1小型化。
另外,在本实施方式中,如图4所示那样,控制基板41与-X方向侧的端部相互实际上相同的电容器配置区域R1以及基本配置区域R2双方按照对齐-X方向侧的端部的方式被配置。因此,在本例中,从Z方向观察时的电容器配置区域R1、基本配置区域R2、以及控制基板41的各自的-X方向侧的端部的X方向上的位置是相互实际上相同的。另外,控制基板41与基板11按照对齐+X方向侧的端部的方式被配置。因此,在本例中,从Z方向观察时的基板11以及控制基板41各自的+X方向侧的端部在X方向上的位置是相互实际上相同的。由此,根据箱体5的形状形成为长方形的控制基板41被配置于从Z方向观察时与电容器配置区域R1以及基本配置区域R2双方重叠的位置。更具体而言,控制基板41被配置于从Z方向观察时与电容器配置区域R1的-X方向侧的一部分部分地重叠,并且与基本配置区域R2中的配置基板11的区域的全部重叠的位置。
此外,控制基板41被配置于从Z方向观察时不与旋转电机连接端子25重叠的位置(与旋转电机连接端子25不同的位置)。由此,能够实现一边将包含控制基板41在内的逆变器装置1的主要构成元件的整体收纳于从Z方向观察时长方形的箱体5内,一边不产生与控制基板41的干扰地将旋转电机连接端子25与旋转电机3的绕组3b电连接。
3-2.从X方向观察的配置构成
在本实施方式中,基板11在其与元件载置面11a相反的一侧的面具有沿Z方向立设的散热片11b(参照图3以及图5等)。因此,在作为配置了基板11、连接支承体21、汇流条23a、23b、23c、以及旋转电机连接端子25的区域被定义的“基本配置区域R2”中也包含散热片11b的配置区域。该情况下,如图5所示那样,从X方向观察时,基本配置区域R2是占据从散热片11b的前端部(-Z方向侧的端部)到连接支承体21的+Z方向侧的端部,并且占据从基板11的-Y方向侧的端部到连接支承体21的+Y方向侧的端部的长方形的区域。此外,电容器配置区域R1被设定为从X方向观察时也与箱体部31a的形状对应的长方形的区域。
此时,如图5所示那样,电容器配置区域R1的Z方向的长度以及位置被设定成与基本配置区域R2的Z方向的长度以及位置一致。在此,电容器配置区域R1的Z方向的长度以及位置双方被设定成与基本配置区域R2的Z方向的长度以及位置双方一致。
在本实施方式中,划定基本配置区域R2的-Z方向侧的端部的散热片11b的前端部(-Z方向侧的端部)与划定电容器配置区域R1的-Z方向侧的端部的箱体部31a的底部(-Z方向侧的端部)的Z方向上的位置不完全地一致而略微错开一些,但实际上是相同的。同样地,划定基本配置区域R2的+Z方向侧的端部的连接支承体21的+Z方向侧的端部与划定电容器配置区域R1的+Z方向侧的端部的铸模树脂的+Z方向侧的端部(未图示)的Z方向上的位置不完全地一致而略微错开一些,但实际上是相同的。因此,在本实施方式中,电容器配置区域R1的Z方向的两端部的位置被设定成分别与基本配置区域R2的Z方向的两端部的位置实际上是相同的。当然,电容器配置区域R1的Z方向的长度与基本配置区域R2的Z方向的长度实际上是相同的。
这样,在本实施方式中,将电容器配置区域R1的Z方向的长度以及位置设定成与基本配置区域R2的Z方向的长度以及位置一致。由此,在观察了沿着Z方向的方向上的位置关系的情况下,能够配置成将电容器31收纳于包含散热片11b的基板11、旋转电机连接端子25、以及连接支承体21的整体所占据的区域内。因此,能够按照从X方向观察时在长方形的箱体5内不产生无效空间地紧凑地收纳包含散热片11b的基板11、旋转电机连接端子25、连接支承体21、以及电容器31整体的方式进行配置。
如以上说明的那样,在本实施方式中,对于X方向以及Z方向双方,将电容器配置区域R1的长度以及位置设定成与基本配置区域R2的长度以及位置一致。因此,能够在长方体状的箱体5内基本上不产生无效空间地紧凑地容纳逆变器装置1的主要的构成元件的整体。因此,可以使逆变器装置1小型化。如本实施方式那样,在用于混合动力车辆V所具备的旋转电机3的控制的用途中,多存在向车辆V搭载方面的制约。因此,如上述那样能够尽量小型化的逆变器装置1的构成在那样的用途中优点特别显著。
另外,在本实施方式中,如图5所示那样,控制基板41在+Z方向上与+Z方向侧的端部相互实际上相同的电容器配置区域R1以及基本配置区域R2双方相邻地配置。由此,逆变器装置1的Z方向的大型化被抑制。此时,在本例中,设置在控制基板41上的驱动电路43在+Z方向上与基本配置区域R2相邻地配置,设置在控制基板41上的电压检测电路44在+Z方向上与电容器配置区域R1相邻地配置。而且,设置于电容器汇流条36a、36b中的突出部37并沿着Z方向以直线状向+Z方向侧延伸的分支连接部39以贯穿了控制基板41的状态,与在+Z方向上与电容器配置区域R1相邻地配置的电压检测电路44连接。由此,能够以最短距离连接与电容器31的两极连接的2个电容器汇流条36a、36b和电压检测电路44。
3-3.电源端子以及直流端子的配置构成
接下来,主要参照图7来说明电源端子33以及直流端子34的配置构成。在本实施方式中,如上述那样,各相用的旋转电机连接端子25被配置成从基板11向+X方向侧突出,并且电容器配置区域R1的X方向的长度以及位置被设定成与基本配置区域R2的X方向的长度以及位置一致。因此,若比较基板11以及电容器31(电容器配置区域R1)的X方向的长度彼此,则电容器31的X方向的长度较长。因此,从Z方向观察时的基板11的重心点(从Z方向观察时的平面形状的重心点,以下同样)11c的X方向的位置与电容器31的重心点31c(将其视为与电容器配置区域R1的重心点几乎一致)的X方向的位置相互不同。在本例中,电容器31的重心点31c相对于基板11的重心点11c,偏向X方向的一侧即+X方向侧而配置。此外,从Z方向观察时,基板11以及电容器31都形成为长方形,因此这些重心点11c、31c是从Z方向观察时的长方形的各外缘的假想对角线的交点。
在此,在本实施方式中,图7所示那样,直流端子34与汇流条23d、23e的X方向的位置对应地配置于基板11的重心点11c的X方向的位置。这是由于,如此地就能够使连接该直流端子34与各开关元件14的汇流条23d、23e的形状相同或者实际上相同。因此,在本例中,电容器31的重心点31c的X方向的位置相对于直流端子34偏向+X方向侧而配置。
对于这样的构成而言,在本实施方式中,电源端子33与直流端子34被配置于相对于从Z方向观察时的电容器31的重心点31c点对称状的位置。即,将电容器31的重心点31c作为基准点,在与直流端子34的配置关系呈点对称状的位置处配置有电源端子33。换言之,电源端子33被配置于电容器31的箱体部31a的周边部的任意位置,并且,被配置于通过直流端子34与电容器31的重心点31c的假想平面上的位置。该情况下,从X方向上的直流端子34到电容器31的重心点31c的偏置量(X方向的长度)与从电容器31的重心点31c到电源端子33的偏置量是彼此实际上相同的。此外,在该情况下,当然,电源端子33与直流端子34会被配置于X方向上的不同位置。
在本实施方式中,采用了上述那样的电源端子33与直流端子34的配置构成,因此,在电源端子33与直流端子34之间并联连接了多个(在本例中是2个)电容器元件31b的构成中,能够使电源端子33与直流端子34之间的经由电容器汇流条36a、36b以及各电容器元件31b的电连接路线的长度彼此实际上相同。图7中示意性地表示了这一情况。由此,能够使流过各电容器元件31b的电流基本上均衡化。另外,与此相伴,各电容器元件31b的发热量也基本上被均衡化,因此能够使各电容器元件31b小型化,进而使电容器31以及逆变器装置1整体小型化。
4.逆变器装置的车辆搭载状态下的配置构成
根据以上的说明可以明确,在本实施方式中,设置于基板11的平板状的散热片11b的延伸方向为沿着Y方向的方向。而且,电容器31在+Y方向侧与包含散热片11b的基板11相邻地配置。进而,电源端子33与构成电容器31的箱体部31a的+Y方向侧的壁部一体地设置。另外,3个旋转电机连接端子25a、25b、25c按顺序沿着与Y方向平行的方向排列。
另一方面,如图8所示那样,本实施方式的车辆用驱动装置62搭载于FF(Front Engine Front Drive:发动机前置前轮驱动)型混合动力车辆V,在驾驶席前方的驱动力源收纳室(发动机室)内,以与横向配置的内燃机61在车辆V的宽度方向上并排地相邻的状态被配置。车辆用驱动装置62所具备的旋转电机3的旋转轴3a与内燃机61的曲轴平行地配置,与该曲轴驱动连结。即,内燃机61的曲轴以及旋转电机3的旋转轴3a沿着车辆V的宽度方向配置,被配置成与车辆V的行进方向T正交。
在这样的构成中,本实施方式的逆变器装置1以如下所述的状态固定于车辆用驱动装置62的上部而搭载于车辆V。在此,以上说明的X方向与车辆V的宽度方向,即与旋转电机3的旋转轴3a平行的方向一致。另外,Y方向与车辆V的行进方向T,即与旋转电机3的旋转轴3a正交的方向一致。此外,在本实施方式中,-Y方向侧与车辆V的行进方向T前方侧一致,+Y方向侧与车辆V的行进方向T后方侧一致。虽然存在Z方向相对于车辆V的行进方向T略微倾斜的情况,但Z方向大体与垂直方向一致(参照图1)。
因此,在本实施方式的搭载于车辆V的状态下,逆变器装置1中的设置于基板11的平板状的散热片11b的延伸方向为沿着车辆V的行进方向T的方向,相对于该散热片11b,在车辆V的行进方向T后方侧与该散热片11b相邻地配置有电容器31。由此,将伴随着车辆V的前进行驶而产生的行驶风适当地导向多个散热片11b彼此之间,能够高效地使散热片11b执行散热。因此,能够高效地冷却开关元件14。另外,将穿过散热片11b彼此之间流动的行驶风适当地导向电容器31,也能够高效地冷却电容器31。
在此,被设置于基板11的散热片11b相对于元件载置面11a,被配置在与车辆用驱动装置62以及旋转电机3相反的一侧,在此被设置在垂直上方侧。由此,散热片11b会被配置于远离发热量相对较大的车辆用驱动装置62以及旋转电机3的位置。因此,难以受到旋转电机3所产生的热量的影响,并且容易向散热片11b供给冷却风,因此能够高效地执行借助散热片11b所进行的从基板11的散热,能够高效地冷却开关元件14。
另外,电源端子33相对于包含3个旋转电机连接端子25a、25b、25c的逆变器模块6(参照图3以及图4等)和电容器31,被配置在车辆V的行进方向T后方侧。在本例中,如图8所示那样,电源端子33被配置在箱体5的作为车辆V的行进方向T的最后方侧的端部的位置。该电源端子33经由电力线等与电池2连接。
在此,如图8所示,尺寸易于变得较大的电池2通常多搭载于车辆V的座位下或中央隧道内、后备箱室内等与驱动力源收纳室(发动机室)相比靠车辆后方侧。关于这点,由于在上述的构成中,在作为车辆V的行进方向T的最后方侧的端部的位置设置有电源端子33,因此能够以最短路线实现电源端子33与电池2的电连接。从而,能够使逆变器装置1与电池2的电连接构造简单化。
另外,在本实施方式的搭载于车辆V的状态下,3个旋转电机连接端子25a、25b、25c相对于基板11被配置在车辆宽度方向的相同侧。另外,3个旋转电机连接端子25a、25b、25c按顺序沿着车辆V的行进方向T,即与旋转电机3的旋转轴3a正交的方向排列。进而,在本实施方式中,从旋转电机3的径向观察,旋转电机连接端子25a、25b、25c被配置成与该旋转电机3的绕组(在此,特别是,从旋转电机3的定子沿轴向突出的部分即绕组端部)3b重叠。在本例中,旋转电机连接端子25a、25b、25c被配置成在包含旋转电机3的车辆用驱动装置62的垂直上方侧,从垂直方向观察的俯视时与旋转电机3的绕组3b重叠。由此,能够在旋转电机3的轴向的相同侧,沿着该旋转电机3的径向直线地连接旋转电机连接端子25a、25b、25c与旋转电机3的绕组3b。因此,能够使用所需最小限度的构件来实现旋转电机连接端子25a、25b、25c与绕组3b的电连接,能够使逆变器装置1与绕组3b的电连接构造简单化。
这样,对于本实施方式的逆变器装置1而言,考虑了搭载于车辆V的状态,从而构成逆变器装置1的各元件的配置位置分别被最佳化。由此,能够使逆变器装置1与旋转电机3以及电池2双方的电连接构造简单化,并且能够确保开关元件14、电容器31等的冷却性能。
5.其它的实施方式
最后,对本发明的逆变器装置的其它实施方式进行说明。此外,在以下的各个实施方式中公开的构成只要不产生矛盾,也能够与其他的实施方式所公开的构成组合来应用。
(1)在上述的实施方式中,以电容器配置区域R1的X方向的长度以及位置被设定成与基本配置区域R2的X方向的长度以及位置一致的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如电容器配置区域R1与基本配置区域R2的X方向的长度被设定为不一致的构成也是本发明的优选的实施方式之一。该情况下,能够采用仅电容器配置区域R1与基本配置区域R2的X方向的两端部之一的位置被设定为一致的构成、或者能够采用X方向的两端部双方的位置都被设定成不一致的构成。或者,电容器配置区域R1与基本配置区域R2的X方向的长度一致,但是X方向的两端部双方的位置不一致的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(2)在上述的实施方式中,以电容器配置区域R1的Z方向的长度以及位置被设定成与基本配置区域R2的Z方向的长度以及位置一致的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如电容器配置区域R1与基本配置区域R2的Z方向的长度被设定为不一致的构成也是本发明的优选的实施方式之一。该情况下,能够采用仅电容器配置区域R1与基本配置区域R2的Z方向的两端部之一的位置被设定为一致的构成,或者采用Z方向的两端部双方的位置被设定为不一致的构成。或者,电容器配置区域R1与基本配置区域R2的Z方向的长度一致,并且Z方向的两端部双方的位置不一致的构成也是本发明的优选的实施方式这一。
(3)在上述的实施方式中,以控制基板41在Z方向上与电容器配置区域R1以及基本配置区域R2双方相邻地配置的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如控制基板41在Z方向上与电容器配置区域R1以及基本配置区域R2分离某程度而配置的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(4)在上述的实施方式中,以从电容器汇流条36a、36b分支而延伸的分支连接部39在贯穿了控制基板41的状态下与电压检测电路44连接的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,那样的分支连接部39不贯穿控制基板41而绕过控制基板41与电压检测电路44连接的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(5)在上述的实施方式中,以电源端子33被配置于以电容器31的重心点31c为基准点且与直流端子34的配置关系是点对称状的位置,并且被配置于相对于旋转电机连接端子25a、25b、25c和电容器31的车辆V的行进方向T后方侧的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,电源端子33的配置位置可以与直流端子34的配置位置、电容器31的重心点31c无关地任意地设定。
(6)在上述的实施方式中,以旋转电机连接端子25a、25b、25c按顺序沿着与旋转电机3的旋转轴3a正交的方向排列,并且相互对齐+X方向侧的端部而配置的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如,按照旋转电机连接端子25a、25b、25c按顺序沿着与旋转电机3的旋转轴3a交叉(倾斜)的方向排列,并且各自的+X方向侧的端部沿着与旋转电机3的旋转轴3a交叉(倾斜)的方向排列成直线状的方式配置的构成也是本发明的优选的实施方式之一。另外,关于旋转电机连接端子25a、25b、25c的各自的+X方向侧的端部的位置,将它们按顺序从Y方向的一侧向另一侧连结而得的假想线被配置成折线状的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(7)在上述的实施方式中,以各桥臂的连结上桥臂与下桥臂的方向为沿着X方向的方向,并且3个桥臂按顺序沿着Y方向排列的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如各桥臂的连结上桥臂与下桥臂的方向是沿着Y方向的方向,并且3个桥臂按顺序沿着X方向排列的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(8)在上述的实施方式中,以配置成上桥臂以及下桥臂各自的长边方向为沿着X方向的方向的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如配置成上桥臂以及下桥臂各自的长边方向为沿着Y方向的方向的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(9)在上述的实施方式中,以散热片11b相对于元件载置面11a被设置在车辆用驱动装置62以及旋转电机3的相反侧(垂直上方侧)的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如散热片11b相对于元件载置面11a被设置在车辆用驱动装置62以及旋转电机3侧(垂直下方侧)的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(10)在上述的实施方式中,为了利用伴随车辆V行驶的行驶风,以散热片11b的延伸方向被设定成沿着车辆V的行进方向T的方向,并相对于该散热片11b在车辆V的行进方向T后方侧与该散热片11b相邻地配置电容器31的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如在相对于电容器31在散热片11b的车辆V的行进方向T后方侧与散热片11b相邻地配置的情况下,散热片11b的延伸方向被设定成与车辆V的行进方向T交叉的方向(包含正交的方向)的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(11)在上述的实施方式中,以逆变器装置1在与车辆用驱动装置62一体化的状态下搭载于车辆V,旋转电机连接端子25a、25b、25c被配置成从旋转电机3的径向观察时与绕组3b重叠的情况为例进行了说明。但是,本发明的实施方式不限于此。即,例如以车辆用驱动装置62与逆变器装置1物理地分离的状态,搭载于车辆V的构成也是本发明的优选的实施方式之一。
(12)关于其它的构成,本说明书中所公开的实施方式在全部的点上只是例示,本发明的实施方式不限于此。即,关于未记载于本申请的权利要求书的范围的构成,可以在不脱离本发明的目的的范围内进行适当地变更。
工业上的可利用性
本发明能够优选被利用于逆变器装置,该逆变器装置具备:进行直流电力与交流电力之间的电力变换的多个开关元件;具有载置这些多个开关元件的元件载置面的基板;设置于基板的与元件载置面相反的一侧的散热片;多个交流相端子,其是与作为车辆的驱动力源的旋转电机之间进行交流电力的输入输出的交流端子;以及平滑直流电力用的电容器。
附图标记说明
1…逆变器装置;2…电池(直流电源);3…旋转电机;3a…旋转轴;3b…绕组;7…逆变器电路;11…基板;11a…元件载置面;11b…散热片;12…绝缘构件;13…元件基板;14…开关元件;21…连接支承体;23…汇流条(电连接构件);25…旋转电机连接端子(交流端子);25a…U相用旋转电机连接端子(交流相端子);25b…V相用旋转电机连接端子(交流相端子);25c…W相用旋转电机连接端子(交流相端子);31…电容器;31c…重心点;33…电源端子;34…直流端子;36…电容器汇流条(电容器连接构件);39…分支连接部;41…控制基板;43…驱动电路;44…电压检测电路;R1…电容器配置区域;R2…基本配置区域;V…混合动力车辆(车辆);X…X方向(第一基准方向);Y…Y方向(第二基准方向);Z…Z方向(基准正交方向);T…车辆的行进方向。
Claims (13)
1.一种逆变器装置,具备:多个开关元件,其进行直流电力与交流电力之间的电力变换;基板,其具有载置这些多个开关元件的元件载置面;散热片,其设置在所述基板的与所述元件载置面相反的一侧;交流端子,其与作为车辆的驱动力源的旋转电机之间进行所述交流电力的输入输出,并且与所述开关元件电连接;以及电容器,其用于平滑所述直流电力,所述逆变器装置被固定于收纳所述旋转电机的旋转电机箱,其中,
所述旋转电机的旋转轴被配置成沿所述车辆的宽度方向延伸,
所述基板与所述交流端子被相邻地配置在所述车辆的宽度方向上,
作为所述交流端子的多个交流相端子按顺序沿着与所述旋转电机的旋转轴交叉的方向排列,
所述电容器相对于所述散热片被相邻地配置在所述车辆的行进方向后侧。
2.根据权利要求1所述的逆变器装置,其中,
所述散热片相对于所述元件载置面被配置在与所述旋转电机相反的一侧。
3.根据权利要求1或者2所述的逆变器装置,其中,
所述逆变器装置被设定成以平板状延伸的所述散热片的延伸方向是沿着所述车辆的行进方向的方向。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的逆变器装置,其中,
所述逆变器装置具备电源端子,其中,该电源端子与所述电容器连接并与直流电源之间进行所述直流电力的输入输出,
所述电源端子相对于所述电容器被配置在所述车辆的行进方向后侧。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的逆变器装置,其中,
所述多个交流相端子被配置在从所述旋转电机的径向观察时与该旋转电机的绕组重叠的位置。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的逆变器装置,其中,
当从与所述元件载置面正交的方向观察的俯视时,所述交流端子被配置成从所述基板向规定的第一基准方向突出,
所述电容器被配置在所述俯视时长方形地设定的电容器配置区域内,
所述电容器配置区域被设定成所述俯视时所述长方形的长边与所述第一基准方向平行,并且将与所述第一基准方向正交的方向作为第二基准方向,所述电容器配置区域被设定成在所述第二基准方向上与配置有所述基板以及所述交流端子的基本配置区域相邻。
7.根据权利要求6所述的逆变器装置,其中,
所述电容器配置区域的所述第一基准方向的长度被设定得比所述基板的所述第一基准方向的长度长,
所述交流端子被配置在从所述第二基准方向观察时与所述电容器配置区域重叠的区域中。
8.根据权利要求6或者7所述的逆变器装置,其中,
在所述基板的所述元件载置面侧设置有连接支承体,其中,该连接支承体支承至少将所述开关元件与所述交流端子之间进行电连接的电连接构件,
以包含所述散热片以及所述连接支承体的配置区域的方式来设定所述基本配置区域,
将与所述元件载置面正交的方向作为基准正交方向,所述电容器配置区域的所述基准正交方向的长度以及位置被设定成与所述基本配置区域的所述基准正交方向的长度以及位置一致。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的逆变器装置,其中,
具备至少设置了所述开关元件的驱动电路的控制基板,
将与所述元件载置面正交的方向作为基准正交方向,所述控制基板被配置于在所述基准正交方向上与所述电容器配置区域以及所述基本配置区域双方相邻,并且在所述俯视时与所述电容器配置区域以及所述基本配置区域双方重叠的位置。
10.根据权利要求9所述的逆变器装置,其中,
具备:电源端子,其与直流电源之间进行所述直流电力的输入输出;直流端子,其与所述开关元件之间进行所述直流电力的输入输出;以及电容器连接构件,其经由所述电容器来将所述电源端子与所述直流端子之间进行电连接,
所述控制基板上还设置有用于检测所述电容器的两极间的电压的电压检测电路,
从所述电容器连接构件分支并沿着所述基准正交方向延伸的分支连接部以贯穿了所述控制基板的状态与所述电压检测电路连接。
11.根据权利要求10所述的逆变器装置,其中,
所述电源端子与所述直流端子被配置于所述第一基准方向上的不同位置,并且,该不同位置是相对于所述电容器配置区域的所述俯视时的形状的重心点为点对称状的位置。
12.根据权利要求6至11中任意一项所述的逆变器装置,其中,
使用所述多个开关元件来构成逆变器电路,
所述逆变器电路是具有3个桥臂的3桥臂构成,所述桥臂具有构成与正极侧连接的上桥臂的开关元件和构成与负极侧连接的下桥臂的开关元件,
所述桥臂各自的连结所述上桥臂与所述下桥臂的方向为沿着所述第一基准方向的方向,并且3个所述桥臂按顺序沿着所述第二基准方向排列。
13.根据权利要求12所述的逆变器装置,其中,
所述上桥臂以及所述下桥臂被配置成所述上桥臂以及所述下桥臂各自的长边方向为沿着所述第一基准方向的方向。
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