JP3736527B2 - Inverter power module installation structure - Google Patents
Inverter power module installation structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP3736527B2 JP3736527B2 JP2002379304A JP2002379304A JP3736527B2 JP 3736527 B2 JP3736527 B2 JP 3736527B2 JP 2002379304 A JP2002379304 A JP 2002379304A JP 2002379304 A JP2002379304 A JP 2002379304A JP 3736527 B2 JP3736527 B2 JP 3736527B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ipm
- power module
- power
- inverter device
- case
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
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設置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におけるパワーモジュールに直流電流を供給するDCバスバーは、各パワーモジュールと直流電源とを直列につなぐ形状となり、電解コンデンサに接続する部分が正負の積層された形状を採用している。また、パワーモジュールは、単一平面である冷却面に平面的に配置してある。(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−298641号公報(図3,図5)。
【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パワーモジュール設置構造にあっては、パワーモジュールの数が増えた場合、冷却面となる平面の面積が大きくなり、電気自動車等のエンジンルーム内に設置するのが困難になるという問題点があった。また、電解コンデンサと各パワーモジュールの距離はほぼ等しくなっているが、直流電源供給元から各パワーモジュールの距離に偏りがあり、スイッチングにより発生する直流電源電圧の変動に対する電解コンデンサの効果にばらつきが出るため、例えば、複合電流により回転電機を駆動する場合、複数のパワーモジュールが同相となったときの各パワーモジュールの出力電流が均等にならない。
【0005】
また、電解コンデンサ付近は面形状をしているが、パワーモジュールの端子付近は細いバー形状となっているため、電源から距離が離れるに従ってDC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パワーモジュールの増設には不向きで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、直流電源から各パワーモジュールまでのDCバスバーのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、パワーモジュール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インバータ装置のパワーモジュール設置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設置構造では、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、DCバスバーと、パワーモジュールと、電解コンデンサとをケース内に有するインバータ装置において、
前記複数のパワーモジュールを、2組に分けて互いに対向状態で配置し、該パワーモジュールへ直流電流を給電する正負一対の積層されたDCバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める面形状とし、
前記複数の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DCバスバーを、面形状の両端周縁部を略垂直に起立したU字の断面形状とし、
前記DCバスバーの垂直起立部を、パワーモジュールの直流給電端子部に接続したことを特徴とする。
【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設置構造にあっては、積層されたDCバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める広い面形状とすることで、直流電源から各パワーモジュールまでのDCバスバーのインダクタンスを低減し、かつ、均等にすることで、パワーモジュール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。
各パワーモジュールを、冷却面を外側に向けて略垂直に縦置き配置し、各パワーモジュールへ直流電流を給電する正負一対の積層されたDCバスバーの断面形状を、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、パワーモジュール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、パワーモジュール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パワーモジュールの増設に対応することができる。
【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(パワーモジュール設置構造)]
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】
(第2実施例)
第1実施例のIPM縦置き構造は、電解コンデンサ74を第1DCバスバー72a,72bに設けた例であるのに対し、この第2実施例のIPM縦置き構造は、電解コンデンサ74を第2DCバスバー73a,73bに設けた例である。
【0135】
すなわち、図27及び図28に示すように、前記対向する一対のIPM70,70の中央部位置に電解コンデンサ74を縦置き配置し、三対のIPM70,70に対応する3個の電解コンデンサ74,74,74の端子74a,74bを、正負の積層された逆U状の断面形状を有する第2DCバスバー73a,73bの面状部分に接続している。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0136】
作用を説明すると、各IPM70から電解コンデンサ74までの距離がほぼ等しく、かつ、距離が短いので、複合電流制御で複数のIPM70が同相となった場合、該同相のIPM70間の電圧差を無くし、より安定した動作とすることができる。
【0137】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第2実施例のIPM縦置き構造にあっては、上記第1実施例のIPM縦置き構造による(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0138】
(4)対向する一対のIPM70,70の中央部位置に電解コンデンサ74を縦置き配置し、三対のIPM70,70に対応する3個の電解コンデンサ74,74,74を、正負の積層された第2DCバスバー73a,73bの面状部分に設けたため、直流電源電圧の変動に対するコンデンサ効果(平滑化効果)のばらつき低減により、IPM70のより安定した動作を確保することができる。
【0139】
(第3実施例)
第1実施例のIPM縦置き構造は、IPM70の上下位置を、冷却面30e,30fにボルト留めすることで、インバータアッパーケース30にIPM70を縦置き固定した例であるのに対し、この第3実施例のIPM縦置き構造は、IPM70の下側位置を、バネ状部品86にて固定した例である。
【0140】
すなわち、図29に示すように、IPM70のケース底面側を、インバータアッパーケース30のケース底面にボルト87により固定されたバネ状部品86で冷却面30e,30fに押し付け、前記IPM70の上部側を、冷却面30e,30fにボルト留めすることで、インバータアッパーケース30内にIPM70を縦置き固定している。なお、第2DCバスバー73a,73bの曲げ部のバネ性は、前記バネ状部品86のバネ性以下となるように、例えば、第2DCバスバー73a,73bの厚さ等により調整される。また、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0141】
作用を説明すると、組み付け作業時、第2DCバスバー73a,73bやIPM70や電解コンデンサ74等の部品を予めアッシーした状態で、インバータアッパーケース30内に組み込むと、IPM70のケース底面側がバネ状部品86により自動的に冷却面30e,30fに押し付けられ、ケース底面側でボルト締め作業を省略できる。
【0142】
次に、効果を説明する。
以上説明したように、第3実施例のIPM縦置き構造にあっては、上記第1実施例のIPM縦置き構造による(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0143】
(5)IPM70のケース底面側を、インバータアッパーケース30のケース底面にバネ状部品86で冷却面30e,30fに押し付け、IPM70の上部側を、冷却面30e,30fにボルト留めすることで、インバータアッパーケース30内にIPM70を縦置き固定したため、ケース底面側でボルト締め作業を省略できると共に、第2DCバスバー73a,73bやIPM70や電解コンデンサ74等の部品を予めアッシーした状態でケース組み込みを行うことが可能なことにより、容易な組み付け作業性を得ることができる。
【0144】
以上、本発明のパワーモジュール設置構造を第1実施例〜第3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、これらの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。
【0145】
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。
【図27】第2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28】第2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29】第3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。
【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(ケース)
30a ケース外壁部
30b 縦壁部
30c 上部ボルト穴
30d 下部ボルト穴
30e,30f 冷却面
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
74 電解コンデンサ
74a,74b 端子
86 バネ状部品
87 ボルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field of a power module installation 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 DC bus bar for supplying a direct current to a power module in a conventional inverter device has a shape in which each power module and a direct current power source are connected in series, and a portion in which a portion connected to an electrolytic capacitor is positively and negatively stacked is adopted. Moreover, the power module is planarly arranged on the cooling surface which is a single plane. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-298641 (FIGS. 3 and 5).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the power module installation structure of the conventional inverter device, when the number of power modules increases, the area of the plane serving as a cooling surface increases, making it difficult to install in the engine room of an electric vehicle or the like. There was a problem of becoming. Also, the distance between the electrolytic capacitor and each power module is almost equal, but the distance between each power module from the DC power supply source is uneven, and the effect of the electrolytic capacitor on the fluctuation of the DC power supply voltage generated by switching varies. Therefore, for example, when a rotating electrical machine is driven by a composite current, the output currents of the power modules when a plurality of power modules are in phase are not uniform.
[0005]
In addition, although the electrolytic capacitor vicinity has a surface shape, the power module terminal vicinity has a thin bar shape, so that the inductance in the DC bus bar increases as the distance from the power source increases, and the electrical characteristics in the DC power supply system However, there is a problem that it is not suitable for adding power modules.
[0006]
The present invention has been made paying attention to the above problems, and by reducing and equalizing the inductance of the DC bus bar from the DC power supply to each power module, the DC current generated during switching of the power module can be reduced. An object of the present invention is to provide a power module installation structure for an inverter device that can suppress voltage fluctuations to a low level.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the power module installation structure of the present invention, a DC bus bar, a power module, and an electrolytic capacitor are arranged in a case between a battery as a DC power source and a rotating electrical machine driven by an AC current. In the inverter device in the
The plurality of power modules are arranged in two groups so as to be opposed to each other, and a pair of positive and negative DC bus bars for supplying a direct current to the power modules are surrounded by a DC power supply terminal portion of each power module. The surface shape that fills the area,
The plurality of power modules are arranged in a substantially vertical orientation with the cooling surface facing outward,
The DC bus bar has a U-shaped cross-sectional shape in which the peripheral edge portions of both ends of the surface shape are erected substantially vertically,
Connect the vertical standing part of the DC bus bar to the DC power supply terminal part of the power module.It is characterized by that.
[0008]
【The invention's effect】
Therefore, in the power module installation structure of the inverter device of the present invention, the stacked DC bus bars are formed into a wide surface shape that fills the area surrounded by the DC power supply terminal portion of each power module. By reducing and equalizing the inductance of the DC bus bar to each power module, the voltage fluctuation of the direct current generated when the power module is switched can be kept low.
Each power module is placed vertically in a vertical direction with the cooling surface facing outward, and the cross-sectional shape of a pair of positive and negative DC bus bars that feed direct current to each power module is shown. Because it has a U-shape that stands up substantially vertically, the three-dimensional vertical arrangement of the power module maintains compactness while maintaining the high electrical characteristics of keeping the voltage fluctuation of the DC current generated when switching the power module low. It is possible to cope with the expansion of power modules without loss.
[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
[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
[0015]
The drive output mechanism D is a mechanism that extends from the
[0016]
The inverter device I generates electric power by converting the direct current of the
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
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
[0020]
As shown in FIG. 4, the power
[0021]
The bus
[0022]
The
[0023]
The bus bar
[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
[0026]
On the DC side of the
[0027]
On the AC side of the
[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
[0029]
As shown in FIGS. 6 and 7, the three
[0030]
The cooling action is such that cooling water is supplied from the
[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
[0034]
The
[0035]
Furthermore, the
[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
[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
[0042]
In the IPM power source side structure of the first embodiment, the first
[0043]
In the IPM power supply side structure of the first embodiment, since the first
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
[0046]
(2) Since the power module region in which the
[0047]
(3) Since the first
[0048]
(4) Since the first
[0049]
[Electrolytic capacitor cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0050]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0051]
As shown in FIGS. 6 and 8, a condenser
[0052]
In the
[0053]
Next, the operation will be described.
[0054]
As shown in FIG. 8, the
[0055]
Generally, as shown in FIG. 12, an
[0056]
Regarding the
[0057]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, when the
[0058]
Further, regarding the fixing of the
[0059]
In the electrolytic capacitor cooling structure of the first embodiment, the arrangement direction of the + terminal 74a and the -
[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
[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
[0064]
(2) Since the bottom surface of the
[0065]
(3) Since both
[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
[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
[0069]
As shown in FIG. 14, the
[0070]
That is, the vertically arranged
[0071]
As shown in FIG. 15, the film capacitor assembly includes a conductive thin
[0072]
Next, the operation will be described.
[0073]
When only the
[0074]
On the other hand, in the smoothing capacitor arrangement structure of the first embodiment, when the
[0075]
However, generally, the
[0076]
Accordingly, a large number of
[0077]
In this way, by smoothing the input DC voltage by the
[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
[0080]
(2)
[0081]
[IPM vertical installation structure (power module installation structure)]
First, the configuration will be described.
[0082]
As shown in FIG. 17, the six
[0083]
The six
[0084]
When the
[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
[0089]
First, since the shape of the pair of the positive and negative second
[0090]
That is, the positive and negative DC bus bars for supplying a direct current to each
[0091]
Thus, in each
[0092]
In addition, when a substantially vertical IPM cooling surface is installed on the inverter
[0093]
On the other hand, the
[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)
[0096]
(2)
[0097]
(3) Since the
[0098]
[IPM cooling structure]
First, the configuration will be described.
[0099]
As shown in FIG. 7, the IPM cooling structure includes an IPM
[0100]
As shown in FIGS. 20 and 21, the IPM
[0101]
As shown in FIG. 8, six IPM
[0102]
At the corner of the portion where the case
[0103]
As shown in FIG. 21, the IPM
[0104]
As shown in FIG. 23, the
[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 convection, and a 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
[0108]
That is, the cooling water supplied from the external cooling water channel to the lower case
[0109]
Accordingly, the
[0110]
In addition, at the intersections between the IPM cooling surfaces 30e and 30f of the inverter
[0111]
In addition, since there is no joint surface (mating surface) between the parts constituting the IPM
[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
[0114]
(2) Since the
[0115]
(3) Since the IPM
[0116]
(4) Since the
[0117]
(5) Since the
[0118]
(6) Since the IPM
[0119]
(7) The hook-
[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-
[0122]
In the
[0123]
As shown in FIG. 26B, the
[0124]
Next, the operation will be described.
[0125]
In the switching room structure, the
[0126]
For example, when the
[0127]
In contrast, the switching room structure of the first embodiment electromagnetically isolates the
[0128]
In addition, the high
[0129]
In addition, since the
[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
[0132]
(2) By hemming, the plate around the
[0133]
(3) Since the
[0134]
(Second embodiment)
The IPM vertical mounting structure of the first embodiment is an example in which the
[0135]
That is, as shown in FIGS. 27 and 28, an
[0136]
Explaining the operation, since the distance from each
[0137]
Next, the effect will be described.
As described above, in the IPM vertical installation structure of the second embodiment, in addition to the effects (1), (2), (3) of the IPM vertical installation structure of the first embodiment, the following effects are obtained. Can be obtained.
[0138]
(4) An
[0139]
(Third embodiment)
The IPM vertical installation structure of the first embodiment is an example in which the
[0140]
That is, as shown in FIG. 29, the case bottom side of the
[0141]
The operation will be explained. When the parts such as the second
[0142]
Next, the effect will be described.
As described above, in the IPM vertical installation structure of the third embodiment, in addition to the effects (1), (2), (3) of the IPM vertical installation structure of the first embodiment, the following effects are obtained. Can be obtained.
[0143]
(5) The case bottom side of the
[0144]
As mentioned above, although the power module installation structure of this invention has been demonstrated based on 1st Example-3rd Example, about a specific structure, it is not restricted to these Examples, Each of Claims Design changes and additions are permitted without departing from the scope of the claimed invention.
[0145]
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.
FIG. 27 is a plan view showing a vertically mounted power module structure according to a second embodiment.
FIG. 28 is a longitudinal sectional view showing a vertically mounted structure of a power module according to a second embodiment.
FIG. 29 is a longitudinal sectional view showing a vertically installed structure of a power module according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
M Double-axis multilayer motor (rotary electric machine)
17 battery
30 Inverter upper case (case)
30a Case outer wall
30b Vertical wall
30c Upper bolt hole
30d Bottom bolt hole
30e, 30f Cooling surface
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
74 Electrolytic capacitor
74a, 74b terminals
86 Spring-like parts
87 volts
Claims (4)
前記複数のパワーモジュールを、2組に分けて互いに対向状態で配置し、該パワーモジュールへ直流電流を給電する正負一対の積層されたDCバスバーを、各パワーモジュールの直流給電端子部で囲まれた領域を埋める面形状とし、
前記複数の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DCバスバーを、面形状の両端周縁部を略垂直に起立したU字の断面形状とし、
前記DCバスバーの垂直起立部を、パワーモジュールの直流給電端子部に接続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設置構造。In an inverter device that is disposed between a battery that is a direct current power source and a rotating electrical machine that is driven by an alternating current, and that has a DC bus bar, a power module, and an electrolytic capacitor in a case,
The plurality of power modules are arranged in two groups so as to be opposed to each other, and a pair of positive and negative DC bus bars for supplying a direct current to the power modules are surrounded by a DC power supply terminal portion of each power module. A surface shape that fills the area ,
The plurality of power modules are arranged in a substantially vertical orientation with the cooling surface facing outward,
The DC bus bar has a U-shaped cross-sectional shape in which the peripheral edge portions of both ends of the surface shape are erected substantially vertically,
A power module installation structure for an inverter device, wherein a vertical upright portion of the DC bus bar is connected to a DC power supply terminal portion of the power module.
前記2組のパワーモジュールを固定する面を、片方がケース外壁部に、もう片方はケース内部の縦壁部に設け、
前記ケース外壁部と前記縦壁部にパワーモジュールを固定するボルト用穴を、ケース外壁部から縦壁部までの貫通加工により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設置構造。In the power module installation structure of the inverter device according to claim 1,
The surface for fixing the two sets of power modules, one on the case outer wall, the other on the vertical wall inside the case,
A power module installation structure for an inverter device, wherein a bolt hole for fixing a power module to the case outer wall portion and the vertical wall portion is provided by penetrating from the case outer wall portion to the vertical wall portion.
前記対向する一対のパワーモジュールの中央部位置に電解コンデンサを縦置き配置し、該電解コンデンサを、正負の積層されたDCバスバーの面状部分に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設置構造。 In the power module installation structure of the inverter device according to claim 1 or 2 ,
A power module installation of an inverter device, characterized in that an electrolytic capacitor is vertically arranged at the center position of the pair of power modules facing each other, and the electrolytic capacitor is provided on a planar portion of a DC bus bar laminated positive and negative Construction.
前記パワーモジュールのケース底面側を、ケース底面に設けたバネ状部品で冷却面に押し付け、前記パワーモジュールの上部側を、冷却面にボルト留めすることで、ケースにパワーモジュールを縦置き固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設置構造。In the power module installation structure of the inverter device according to any one of claims 1 to 3 ,
The power module is vertically mounted on the case by pressing the case bottom side of the power module against the cooling surface with a spring-like component provided on the case bottom, and bolting the upper side of the power module to the cooling surface. An inverter device power module installation structure characterized by
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002379304A JP3736527B2 (en) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | Inverter power module installation structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002379304A JP3736527B2 (en) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | Inverter power module installation structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004215340A JP2004215340A (en) | 2004-07-29 |
JP3736527B2 true JP3736527B2 (en) | 2006-01-18 |
Family
ID=32815841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002379304A Expired - Fee Related JP3736527B2 (en) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | Inverter power module installation structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3736527B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006190972A (en) | 2004-12-08 | 2006-07-20 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor device |
JP2007209184A (en) | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
JP2008061282A (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
JP5017997B2 (en) * | 2006-10-03 | 2012-09-05 | トヨタ自動車株式会社 | Inverter device |
JP7283183B2 (en) * | 2019-04-04 | 2023-05-30 | 富士電機株式会社 | power converter |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002379304A patent/JP3736527B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004215340A (en) | 2004-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8755209B2 (en) | Reduced size power inverter suitable for a vehicle | |
US7561448B2 (en) | Power inverter | |
KR101743384B1 (en) | Vehicle drive device | |
JP4692263B2 (en) | Vehicle drive device | |
EP2346152B1 (en) | Power conversion device | |
US11888376B2 (en) | Rotary electric machine unit having rotary electric machine with cooling part and electric power conversion device | |
JP5155425B2 (en) | Power converter | |
JP2005224008A (en) | Inverter device, inverter integrated type rotating electric machine and vehicle equipped with rotating machine | |
JP3736527B2 (en) | Inverter power module installation structure | |
JP3729174B2 (en) | Smoothing capacitor arrangement structure of inverter device | |
JP3729176B2 (en) | Electrolytic capacitor cooling structure of inverter device | |
JP3736526B2 (en) | Inverter power module cooling structure | |
JP3729175B2 (en) | Inverter switching room structure | |
JP3959023B2 (en) | Inverter power module power supply side structure | |
JP4895968B2 (en) | Power converter | |
CN113708668B (en) | Discrete IGBT parallel power assembly and double-motor driving system | |
CN217902294U (en) | Axially arranged controller system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050628 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050825 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051017 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20051121 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20060207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091104 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |