JP2007266527A - Inverter device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の原動機としての電動機に電力を供給する車両用インバータ装置に関し、特にその放熱構造に関する。 The present invention relates to an inverter device for a vehicle that supplies electric power to an electric motor as a prime mover of the vehicle, and more particularly to a heat dissipation structure thereof.
インバータ装置は、直流電流を交流電流に変換して電動機(以下、モータと記す)に駆動電流を供給する装置である。モータの出力により走行するハイブリッド車または電気自動車等は、バッテリからの直流電流を交流電力に変換してモータに供給する装置として、車両用のインバータ装置を用いている。 The inverter device is a device that converts a direct current into an alternating current and supplies a drive current to an electric motor (hereinafter referred to as a motor). A hybrid vehicle or an electric vehicle that travels by the output of a motor uses an inverter device for a vehicle as a device that converts a direct current from a battery into an alternating current power and supplies the alternating current to the motor.
車両用インバータ装置は、駆動電流が流れるパワー回路を有するパワー基板と、パワー回路を制御する制御回路を有する制御基板とを備えている。 The vehicle inverter device includes a power board having a power circuit through which a drive current flows, and a control board having a control circuit for controlling the power circuit.
パワー回路には、スイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子がスイッチング動作をすることにより、直流電流が交流電流に電力変換される。スイッチング素子のスイッチング動作は、制御回路によって制御される。制御回路によってパワー回路を適切に制御することにより、車両用インバータ装置は、モータに適正な駆動電流を供給することができる。 A switching element is provided in the power circuit. When the switching element performs a switching operation, the direct current is converted into an alternating current. The switching operation of the switching element is controlled by a control circuit. By appropriately controlling the power circuit by the control circuit, the vehicle inverter device can supply an appropriate driving current to the motor.
車両用インバータ装置には、モータに供給する駆動電流が流れる。このため、当該装置が動作している間、熱が発生する。特に熱が発生する部位は、電力変換しているパワー回路のスイッチング素子である。よって、パワー基板に接するように冷却板を設けることにより、その熱を放熱し、当該装置内の温度上昇を防いでいる。 A drive current supplied to the motor flows through the vehicle inverter device. For this reason, heat is generated while the device is operating. In particular, a portion where heat is generated is a switching element of a power circuit that performs power conversion. Therefore, by providing a cooling plate so as to be in contact with the power substrate, the heat is radiated to prevent the temperature inside the apparatus from rising.
また、制御基板にも、スイッチング素子の発熱に比べると少量であるが、熱を発生する制御部品(例えば、トランス、駆動IC等)が設けられている。そのため、制御部品を制御基板上で分散して設置することにより、当該装置内の温度上昇を防いでいる。 The control board is also provided with control components (for example, a transformer, a drive IC, etc.) that generate heat, although the amount is smaller than the heat generated by the switching element. For this reason, the temperature rise in the apparatus is prevented by disposing the control components on the control board.
車両は、車両用装置類を設置するスペースが限られている。そのため、常に設置スペースの効率を高める必要がある。つまり、車両用インバータ装置は、小型化に対応しなければならない。また、設置スペースの効率化のため、制御機能の統合化に対応する必要がある。すなわち、車両用インバータ装置は、別置のコンバータ用の制御回路を当該装置の制御基板上に設置しなければならない。そして、車両用インバータ装置は、モータの高出力化に対応する必要がある。これらの要求に対応するために、制御基板上の制御部品を集約して設置しなければならない。その結果、制御基板上において、集約された制御部品群から発生する熱が、装置内の温度上昇をまねき、車両用インバータ装置の故障の原因となる。 Vehicles have a limited space for installing vehicle devices. Therefore, it is necessary to always increase the efficiency of the installation space. In other words, the vehicle inverter device must cope with downsizing. Moreover, it is necessary to cope with the integration of control functions in order to improve the installation space efficiency. That is, in the inverter device for a vehicle, a separate control circuit for the converter must be installed on the control board of the device. And the inverter apparatus for vehicles needs to respond to the high output of a motor. In order to meet these requirements, the control components on the control board must be integrated and installed. As a result, the heat generated from the aggregated control component group on the control board leads to a temperature rise in the device, causing a failure of the vehicle inverter device.
そこで、制御基板上の熱を車両用インバータ装置の外部へ放熱し、当該装置の内部を冷却するために、新規の冷却板又は冷却ファン等を増設する必要がある。しかし、冷却板及び冷却ファン等を増設するため、車両用インバータ装置は、小型化に対応できない。 Therefore, it is necessary to add a new cooling plate or a cooling fan in order to dissipate the heat on the control board to the outside of the vehicle inverter device and cool the inside of the device. However, since a cooling plate, a cooling fan, and the like are added, the vehicle inverter device cannot cope with downsizing.
本発明の目的は、簡易な構造により制御基板上で発生する熱を除去することができ、小型化に対応できる車両用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 for a vehicle that can remove heat generated on a control board with a simple structure and can cope with downsizing.
上記課題を解決するために、本発明の車両用インバータ装置は、直流電流を交流電流に電力変換して電動機に電力を供給するものであり、このインバータ装置の内部で発生する熱を外部へ放熱して、このインバータ装置の内部を冷却する冷却板と、この冷却板に接して設けられ、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作により電力変換するパワー回路を有するパワー基板と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路を有する制御基板と、前記冷却板に立設され、この制御基板を支持する支柱とを有し、この支柱は、金属製の材料からなり、この制御基板が有するGNDパターンの一部に接続されていることにより、制御回路から発生する熱を冷却板へ移動させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a vehicle inverter device according to the present invention converts DC current into AC current and supplies electric power to an electric motor, and dissipates heat generated inside the inverter device to the outside. A cooling plate for cooling the inside of the inverter device, a power board provided in contact with the cooling plate, having a switching element, and having a power circuit for converting power by switching operation of the switching element, and the switching A control board having a control circuit for controlling the switching operation of the element; and a support that is erected on the cooling plate and supports the control board. The support is made of a metal material. By being connected to a part of the GND pattern, the heat generated from the control circuit is moved to the cooling plate.
また、本発明の車両用インバータ装置は、前記パワー基板と前記制御基板との間に位置し、電磁波を遮断するシールド板を有し、このシールド板は、金属製の材料からなり、前記支柱に接していることが好適である。 Further, the vehicle inverter device of the present invention includes a shield plate that is positioned between the power board and the control board and blocks electromagnetic waves, and the shield board is made of a metal material and is attached to the support column. It is preferable that they are in contact with each other.
本発明の車両用インバータ装置によれば、簡易な構造により制御基板上で発生する熱を除去することができ、小型化に対応できる。 According to the vehicle inverter device of the present invention, heat generated on the control board can be removed with a simple structure, and it is possible to cope with downsizing.
本発明の実施形態に係る車両用インバータ装置の概略構成について図を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車両用インバータ装置の概略構成を示す断面図である。 A schematic configuration of a vehicle inverter device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a vehicle inverter device according to an embodiment of the present invention.
車両用インバータ装置10は、電気自動車やハイブリッド自動車などの原動機としてモータを備えた車両において、バッテリなどからの直流電流を交流電流に変換してモータに供給する装置である。車両用インバータ装置10から供給された電力により、モータが駆動回転し、車両は、このモータの出力により走行することができる。
The
車両用インバータ装置10は、駆動電流が流れるパワー回路を有するパワー基板13と、パワー回路を制御する制御回路を有する制御基板14とを備えている。パワー基板13は、冷却板12の上面に接して設けられ、制御基板14は、冷却板12の上方に離れて設けられている。そして、車両用インバータ装置10のケース11は、冷却板12に、これら基板13、14を被うように取り付けられている。
The
冷却板12の上面には、パワー基板13と、パワー基板13より外側に支柱15が設けられている。
On the upper surface of the
パワー基板13は、パワー回路(図示せず)を実装し、冷却板12の上面に接して設けられている。パワー回路は、例えば6個のスイッチング素子16を有する三相ブリッジ回路を含む。スイッチング素子16は、半導体スイッチング素子であり、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子16は、後述する制御回路からの指令に応じてスイッチング動作(オン/オフ)をする。これにより、パワー回路は、バッテリからの直流電流を交流電流に変換し、駆動電流をモータに供給することができる。
The
支柱15は、冷却板12の上面おいて垂直方向に4本設けられている。支柱15は、熱伝導性が良好な材質である金属製であり、例えばアルミ製の略円筒形状である。支柱15は、この上端部に、制御基板14とシールド板18の各四隅を支持している。そして、支柱15には、制御基板14とシールド板18が固定金具17で固定されている。固定金具17は、熱伝導性の良好な材質である金属製であり、例えばアルミ製のビスまたはボルト等の雄ネジである。
Four
制御基板14は、少なくとも一層にGNDパターン20を含む多層基板である。制御基板14は、パワー基板13の上方に離れて位置している。制御基板14は、四隅において、支柱15の上端部に取り付けられている。詳しくは、制御基板14は、雄ネジである固定金具17によって支柱15に接合されている。つまり、制御基板14は、固定金具17により厚さ方向を貫通されている。このとき、固定金具17は、制御基板14のGNDパターン20を接するように、貫通している。ここで、GNDパターン20は、電気伝導性の良好な材質である金属により構成されており、例えばアルミまたは銅で構成されている。
The
制御基板14は、制御回路(図示せず)を実装している。制御回路は、例えば駆動IC、トランス等の熱を発生する制御部品19を有している。制御回路は、モータを制御するECU(図示せず)または各種検出器(図示せず)に基づいて、パワー回路が有するスイッチング素子16に対し指令を出す。これにより、前述したとおり、スイッチング素子16は、適切なスイッチング動作をすることができる。
The
シールド板18は、パワー基板13と制御基板14との間に位置している。そして、シールド板18は、四隅において、支柱15の上端部と制御基板14に挟まれるように取り付けられている。シールド板18は、電気伝導性の良好な金属製であり、例えば、アルミ製である。シールド板18は、スイッチング素子16のスイッチング動作により発生するノイズが放射するのを抑制もしくは遮断する。
The
冷却板12は、車両用インバータ装置10の内部で発生した熱を外部に放熱し、当該装置10の内部を冷却する。冷却部12の下面には、冷却フィン(図示せず)が設けられている。冷却フィンは、冷却部12の下面に供給される冷却水と接触する。そして、冷却フィンは、冷却部12から伝導する熱、すなわち、車両用インバータ装置10の内部で発生した熱を、冷却水へ放散することができる。これにより、冷却板12は、車両用インバータ装置10の内部の温度上昇を抑制することができる。
The cooling
次に本実施形態の車両用インバータ装置10における放熱構造の機能について説明する。車両用インバータ装置10において、発熱する主要な部品は、パワー基板13に設けられているスイッチング素子16と、制御基板14に設けられている制御部品19である。
Next, the function of the heat dissipation structure in the
パワー基板13は、冷却板12の上面に接して設けられている。すなわち、パワー基板13は、冷却板12と熱的に接続している。これは、車両用インバータ装置10の内部で最も発熱する部品であるスイッチング素子16から発生する熱を冷却板12へ伝導するためである。これにより、車両用インバータ装置10は、パワー基板13上で発生する熱を冷却板12へ効率よく伝導させ、外部へ放熱することができる。
The
制御基板14は、固定金具17を介して、支柱15に接続されている。そして、制御基板14のGNDパターン20も同様に、固定金具17を介して、支柱15に接続されている。ここで、支柱15と固定金具17は、アルミ製であるため熱伝導性が良好である。また、GNDパターン20は、アルミもしくは銅であるため熱伝導性が良好である。すなわち、制御基板14は、支柱15と固定金具17を介して、冷却板12と熱的に接続している。これは、制御基板14上の制御部品19から発生する熱を冷却板12へ伝導するためである。つまり、制御基板14上の制御部品19から発生する熱は、GNDパターン20から固定金具17を介して、支柱15に伝導し、そして、冷却板12へ伝導する。これにより、車両用インバータ装置10は、制御基板14上で発生する熱を冷却板12へ効率よく伝導させ、外部へ放熱することができる。
The
また、シールド板18は、固定金具17を介して、支柱15に接続されている。シールド板18は、本実施形態においてアルミ製であるため、熱伝導性が良好である。すなわち、シールド板18は、支柱15と固定金具17を介して、冷却板12と熱的に接続している。これは、シールド板18周囲の熱を冷却板12へ伝導するためである。つまり、周囲からシールド板18に伝達され熱は、固定金具17を介して、支柱15に伝導し、そして、冷却板12へ伝導する。これにより、車両用インバータ装置10は、シールド板18の熱を冷却板12へ効率よく伝導させ、外部へ放熱することができる。
Further, the
以上のような構成により、車両用インバータ装置10の内部で発生する熱を除去することができる。そして、新規に冷却板及び冷却ファン等の冷却装置を設けることはないため、車両用インバータ装置10の小型化にも対応できる。
With the configuration as described above, heat generated in the
本実施形態では、支柱15は円筒形状としているが、制御基板14及びシールド板18を支持できるものであれば、他の形状でもよい。例えば、壁形状であってもよい。
In this embodiment, the
車両用インバータ装置10は、車両の設置スペースの効率化のため、制御機能の統合化に対応する必要がある。本実施形態では、インバータ用の制御回路として制御基板14が設けられている。しかし、設置スペースの効率化のためには、車両用インバータ装置10に、別の用途の制御基板、例えば昇圧コンバータ用の制御回路として制御基板を設ける必要がある。このとき、車両用インバータ装置10は、冷却板12の上面において垂直方向に複数の制御基板(図示せず)を多層構造として設けることができる。そして、各制御基板の間に、支柱15と同様な支柱(図示せず)を立設し、その上端部に制御基板が取り付けられる。支柱15と同様な支柱は、冷却板12に設けられた支柱15の上部延長線上に設けたほうがよい。これにより、複数の制御基板は、冷却板12と熱的に接続することになる。よって、車両用インバータ装置10は、複数の制御基板による多層構造を採用しても、上述と同様の放熱効果を得ることができる。
The
また、複数の制御基板の間にシールド板(図示せず)を設けてもよい。このシールド板は、上述したように、支柱15に取り付けられるため、冷却板12と熱的に接続することになる。よって、車両用インバータ装置10は、上述を同様の放熱効果を得ることができる。
A shield plate (not shown) may be provided between the plurality of control boards. Since the shield plate is attached to the
10 車両用インバータ装置、11 ケース、12 冷却板、13 パワー基板、14 制御基板、15 支柱、16 スイッチング素子、17 固定金具、18 シールド板、19 制御部品、20 GNDパターン。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
このインバータ装置の内部で発生する熱を外部へ放熱して、このインバータ装置の内部を冷却する冷却板と、
この冷却板に接して設けられ、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子のスイッチング動作により電力変換するパワー回路を有するパワー基板と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路を有する制御基板と、
前記冷却板に立設され、この制御基板を支持する支柱と、
を有し、
この支柱は、金属製の材料からなり、この制御基板が有するGNDパターンの一部に接続されていることにより、制御回路から発生する熱を冷却板へ移動させる、
ことを特徴とする車両用インバータ装置。 In a vehicle inverter device that converts direct current to alternating current to supply electric power to an electric motor,
A cooling plate that radiates heat generated inside the inverter device to the outside and cools the inside of the inverter device;
A power board provided in contact with the cooling plate, having a switching element, and having a power circuit that converts power by a switching operation of the switching element;
A control board having a control circuit for controlling the switching operation of the switching element;
A support that is erected on the cooling plate and supports the control board;
Have
This support column is made of a metal material, and is connected to a part of the GND pattern of this control board, thereby transferring heat generated from the control circuit to the cooling plate.
A vehicle inverter device characterized by the above.
前記パワー基板と前記制御基板との間に位置し、電磁波を遮断するシールド板を有し、
このシールド板は、金属製の材料からなり、前記支柱に接している、
ことを特徴とする車両用インバータ制御装置。 The vehicle inverter device according to claim 1,
Located between the power board and the control board, and having a shield plate that blocks electromagnetic waves,
The shield plate is made of a metal material and is in contact with the support column.
An inverter control device for a vehicle.
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