WO2022255485A1 - インバータ装置 - Google Patents

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WO2022255485A1
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inverter device
case
thickness direction
capacitor element
heat
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Inventor
喬博 室井
一樹 原田
淳一 近野
Original Assignee
日本電産エレシス株式会社
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to an inverter device.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which a semiconductor module is sandwiched between heat sinks from both sides. Specifically, in the configuration disclosed in Patent Document 1, an insulating substrate made of ceramic is interposed between the main body of the semiconductor module and the heat sink, and between the insulating substrate and the heat sink and the main body of the semiconductor module, respectively. Apply thermal grease.
  • An object of the present invention is to provide an inverter device that contributes to improving the heat dissipation efficiency of the switching element and the first capacitor element.
  • the present invention provides an inverter device comprising a case, a drive board housed in the case, and a heat sink for dissipating heat from the drive board, wherein the drive board comprises: It has a first surface and a second surface, the first surface and the second surface are located on both sides in the thickness direction of the drive substrate, and the first surface includes a switching element and a first capacitor element. is provided, a first heat dissipating material is interposed between the first surface and the heat sink, and a second heat dissipating material is interposed between the second surface and the case. do.
  • the drive substrate has the first surface and the second surface located on both sides in the thickness direction of the drive substrate, the first surface is provided with the switching element and the first capacitor element, The first heat dissipating material is interposed between the first surface and the heat sink, and the second heat dissipating material is interposed between the second surface and the case. Heat can be dissipated from two sides at the same time, which contributes to improving the heat dissipation efficiency of the switching element and the first capacitor element.
  • the case has an opposing wall facing the second surface, the opposing wall is in contact with the second heat dissipating member, and is formed with a flow path through which a coolant flows.
  • the opposing wall is in contact with the second heat dissipating member, and is formed with a flow path through which a coolant flows.
  • the housing has the opposing wall facing the second surface, the opposing wall is in contact with the second heat dissipating member, and the flow path through which the cooling liquid flows is formed.
  • the region in which the switching elements are arranged on the first surface overlaps with a part of the flow path, so that the switching elements, which are the components that generate the most heat in the inverter device, can be effectively operated. Allow to cool.
  • a second capacitor element is provided on the second surface, and a concave portion for accommodating the second capacitor element is formed on the side of the opposing wall facing the second surface.
  • the channel has a U-shaped portion surrounding the recess from three sides when viewed from the thickness direction of the drive substrate.
  • the inverter device of the present invention since the second capacitor element is provided on the second surface, the number of capacitor elements installed can be increased without increasing the size of the drive board. Since the concave portion that accommodates the second capacitor element is formed on the side facing the two surfaces, it is possible to suppress an increase in the dimension in the thickness direction of the driving substrate of the inverter device. Since it has a U-shaped portion surrounding the concave portion from three sides when viewed from the thickness direction of the drive substrate, it contributes to the improvement of the heat radiation efficiency of the second capacitor element.
  • the inverter device of the present invention it is preferable that all of the second capacitor elements are contained within a portion of the U-shaped portion when viewed from the thickness direction of the drive substrate.
  • the inverter device of the present invention when viewed from the thickness direction of the drive substrate, all the second capacitor elements are within the range of a part of the U-shaped portion, so the heat dissipation efficiency of the second capacitor elements is further contribute to the improvement of
  • the inverter device of the present invention further comprises a control board, the drive board having a driver for controlling on/off of the switching element, the control board outputting a control signal to the driver, and the thickness direction of the control board.
  • the case coincides with the thickness direction of the drive board
  • the case includes a case body and a cover detachable from the case body, and the case body is on one side in the thickness direction of the drive board.
  • the cover closes the opening of the storage part, and the control board, the heat sink, and the drive board are stacked in order from the cover side and stored in the storage part. is preferred.
  • the external power supply further includes an input terminal for inputting a high voltage
  • the cover and the heat sink each have a through hole penetrating in the thickness direction of the drive substrate, and the input terminal is preferably connected to the driving substrate through the through hole.
  • the inverter device of the present invention further includes a magnetic core portion that is provided in the middle of the connection wiring between the external power supply and the first capacitor element and contacts the case.
  • the magnetic core is provided in the middle of the connection wiring between the external power supply and the first capacitor element and is in contact with the case, the magnetic core, which is a heating element, is cooled by the case. be able to.
  • the first heat dissipation member covers the switching element and the first capacitor element.
  • the first heat dissipation material covers the switching element and the first capacitor element, it contributes to the improvement of the heat conduction efficiency of the switching element and the first capacitor element to the heat sink, The heat dissipation efficiency of the capacitor element is improved.
  • the second heat dissipation member covers the second capacitor element.
  • the second heat dissipation material covers the second capacitor element, it contributes to the improvement of the heat conduction efficiency of the second capacitor element to the case, and the heat dissipation efficiency of the second capacitor element is improved.
  • the drive substrate has the first surface and the second surface located on both sides in the thickness direction of the drive substrate, the first surface is provided with the switching element and the first capacitor element, and the first The first heat radiation material is interposed between the surface and the heat sink, and the second heat radiation material is interposed between the second surface and the case. Heat can be dissipated from two sides at the same time, which contributes to improving the heat dissipation efficiency of the switching element and the first capacitor element.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an inverter device and a motor controlled by the inverter device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an inverter device according to an embodiment of the invention
  • FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a sectional side view which shows typically the inverter apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • 1 is a perspective view schematically showing an inverter device according to an embodiment of the present invention, showing a case where a cover is removed;
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a case body in the inverter device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 1 schematically shows an inverter device according to an embodiment of the present invention and a motor controlled by the inverter device.
  • 2 is a perspective view schematically showing an inverter device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a side sectional view schematically showing an inverter device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of an inverter device according to an embodiment of the present invention, showing a case where a cover is removed;
  • FIG. FIG. 6 is a schematic bottom view, and FIG. 6 is a schematic plan view of a case body in the inverter device according to the embodiment of the present invention.
  • the three directions orthogonal to each other are the X direction, the Y direction, and the Z direction
  • one side of the X direction is X1
  • the other side of the X direction is X2
  • the other side of the Y direction is Y1
  • the Y direction is The other side is Y2
  • one side in the Z direction is Z1
  • the other side in the Z direction is Z2.
  • the inverter device 1 includes an inverter circuit 22 including a plurality of switching elements 221 made up of field effect transistors (FETs), for example.
  • FETs field effect transistors
  • the inverter device 1 obtains power from the external power source 80 , converts the power by the switching element 221 , and outputs the power to the power usage target 90 .
  • the inverter circuit 22 is a polyphase inverter circuit
  • the power usage target 90 is a polyphase motor
  • the inverter circuit 22 has three phases, and the switching element 221 of each phase includes an upper arm side switching element 221a and a lower arm side switching element 221b.
  • the switching element 221 of each phase includes an upper arm side switching element 221a and a lower arm side switching element 221b.
  • one end of the upper arm switching element 221a is electrically connected to the positive electrode side of the external power supply 80, and the other end is connected to one end of the lower arm switching element 221b.
  • the other end of the lower arm switching element 221b is electrically connected to the negative electrode side of the external power supply 80.
  • capacitor element 23 is electrically connected between the external power supply 80 and the inverter circuit 22 .
  • capacitor element 23 has one end electrically connected to the positive electrode side of external power supply 80 and the other end electrically connected to the negative electrode side of external power supply 80 .
  • the inverter device 1 further includes a magnetic core 60 provided in the middle of the connection wiring between the external power source 80 and the capacitor element 23 .
  • the inverter device 1 includes a case 10 , a drive board 20 housed in the case 10 , and a heat sink 70 for dissipating heat from the drive board 20 .
  • the driving substrate 20 has a first surface 211 and a second surface 212, and the first surface 211 and the second surface 212 extend along the thickness direction of the driving substrate 20 (Z direction in the illustrated example).
  • the first surface 211 (the surface on the Z1 direction side of the drive board 20 in the illustrated example) has a switching element 221 and a first capacitor element 231 that constitutes the capacitor element 23 .
  • a first heat dissipation member 241 (the first heat dissipation member 241 is in contact with each of the first surface 211 and the heat sink 70) is interposed between the first surface 211 and the heat sink 70.
  • a second heat radiation material 242 (the second heat radiation material 242 are in contact with each of the cases 10) are interposed.
  • the inverter device 1 further includes a control board 40
  • the drive board 20 has a driver for on/off controlling the switching element 221
  • the control board 40 outputs a control signal to the driver.
  • the thickness direction of the control substrate 40 coincides with the thickness direction of the drive substrate 20 .
  • a second capacitor element 232 constituting the capacitor element 23 is provided on the second surface 212 of the drive substrate 20 (in the illustrated example, the second capacitor element 232 1 overlaps the capacitor element 231 in the Z direction, but is not limited to this).
  • the heat sink 70 has, for example, a plurality of heat radiation fins.
  • the first heat dissipation material 241 covers the switching element 221 and the first capacitor element 231
  • the second heat dissipation material 242 covers the second capacitor element 232 .
  • the first heat dissipation material 241 and the second heat dissipation material 242 are made of, for example, silicon-based resin.
  • the case 10 includes a case main body 11 and a cover 12 that is detachable from the case main body 11.
  • the case main body 11 is located on one side of the driving board 20 in the thickness direction.
  • the cover 12 closes the opening of the storage part CB, and the control board 40, the heat sink 70, and the drive board 20 are connected to the storage part CB from the cover 12 side. are sequentially stacked and stored.
  • the case main body 11 has a facing wall 111 that faces the second surface 212 of the drive board 20, and the facing wall 111 is in contact with the second heat dissipating member 242.
  • a channel 119 is formed through which water (but not limited to water) flows. Further, as shown in FIGS.
  • the case body 11 has an inlet and an outlet for the cooling liquid, and the inlet and the outlet connect to a space provided inside the opposing wall 111.
  • the flow path 119 is formed (that is, the cooling liquid radiates heat to the cooling liquid through the opposing wall 111 without directly contacting the second surface 212 of the driving substrate 20).
  • the region AR where the switching elements 221 are arranged on the first surface 211 overlaps with a portion of the flow path 119 .
  • a concave portion 1111 in which the second capacitor element 232 is accommodated is formed on the side facing the second surface 212 of the opposing wall 111, and the flow path 119 has a U-shaped portion 1191 surrounding the concave portion 1111 from three sides when viewed from the thickness direction of the drive substrate 20 .
  • all the second capacitor elements 232 are within a part of the U-shaped portion 1191 when viewed from the thickness direction of the drive board 20 (that is, all the second capacitor elements 232 are surrounded from three sides by the U-shaped portion 1191).
  • the case main body 11 is made of aluminum, and as shown in FIGS.
  • An opposing wall 111 that faces with a gap therebetween and a peripheral wall 112 that extends from the peripheral edge of the opposing wall 111 toward the cover 12 side and forms a storage portion CB together with the opposing wall 111 . It covers the case body 11 in the direction (the Z1 direction side in the illustrated example), and the peripheral edge of the cover 12 is in contact with the tip of the peripheral wall 112 of the case body 11 (the Z1 direction side end in the illustrated example).
  • the U-shaped portion 1191 includes an inlet portion 1191a through which the coolant flows into the U-shaped portion 1191, an outlet portion 1191b through which the coolant flows out of the U-shaped portion 1191, and a connection portion 1191c.
  • 1191a and the outlet portion 1191b extend parallel to each other (extend parallel to the X direction in the illustrated example), and the connecting portion 1191c connects the inlet portion 1191a and the outlet portion 1191b (in the illustrated example, the connecting portion 1191c extends in the Y direction and connects the X1-direction end of the inlet portion 1191a and the X1-direction end of the outlet portion 1191b).
  • an enlarged cross-section portion EL is present in the middle of the inlet step 1191a, and the cross-sectional area of the enlarged cross-section portion EL perpendicular to the flow direction of the coolant is the same as that of the coolant.
  • a large number of cooling fins are provided in the cross-sectionally enlarged portion EL, which is larger than the area.
  • the case body 11 further includes a lid 113, as shown in FIG. , is closed by a lid 113 .
  • the inverter device 1 further includes an input terminal 50 to which the external power supply 80 inputs a high voltage.
  • the input terminal 50 is connected to the driving substrate 20 through the through hole.
  • the magnetic core 60 is in contact with the case 10 (in the illustrated example, it is in contact with the case main body 11).
  • the drive substrate 20 has the first surface 211 and the second surface 212, and the first surface 211 and the second surface 212 are positioned on both sides of the drive substrate 20 in the thickness direction.
  • a switching element 221 and a first capacitor element 231 are provided on the first surface 211 , a first heat dissipation material 241 is interposed between the first surface 211 and the heat sink 70 , and the second surface 212 and the case 10 are separated. Since the second heat radiating material 242 is interposed between the switching elements 221 and This contributes to improving the heat radiation efficiency with the first capacitor element 231 .
  • the case main body 11 has the opposing wall 111 facing the second surface 212 of the drive substrate 20, the opposing wall 111 is in contact with the second heat dissipation member 242, Since the flow path 119 through which the coolant flows is formed, the switching element 221, which is the component generating the largest amount of heat in the inverter device 1, can be effectively cooled.
  • the inverter device 1 of the present embodiment since the second capacitor element 232 is provided on the second surface 212 of the drive board 20, the number of installed capacitor elements 23 can be reduced without increasing the size of the drive board 20.
  • the concave portion 1111 in which the second capacitor element 232 is accommodated is formed on the side facing the second surface 212 of the facing wall 111 of the case 10 , the driving substrate 20 of the inverter device 1 , and the channel 119 has a U-shaped portion 1191 surrounding the concave portion 1111 from three sides when viewed from the thickness direction of the drive substrate 20. This contributes to improving the heat dissipation efficiency of the two-capacitor element 232 .
  • the inverter device 1 is used to supply power to the motor, which is the object 90 to use electricity, but the inverter device 1 may be applied to other uses.
  • all the switching elements 221 fit within a portion of the U-shaped portion 1191 when viewed from the thickness direction of the drive substrate 20.
  • the thickness of the drive substrate 20 is not limited to this. When viewed from the direction, only some of the switching elements 221 may be provided so as to fit within a part of the range of the U-shaped portion 1191 .
  • the first heat dissipation material 241 covers the switching element 221 and the first capacitor element 231, and the second heat dissipation material 242 covers the second capacitor element 232.
  • the material 241 may not cover the switching element 221 and the first capacitor element 231 , and the second heat dissipation material 242 may not cover the second capacitor element 232 .
  • the second capacitor element 232 is provided on the second surface 212 of the drive substrate 20, but this is not limiting, and the second capacitor element 232 is not provided on the second surface 212 of the drive substrate 20. good.
  • each part in the embodiment can be freely combined, or each part in the embodiment can be appropriately modified or omitted.
  • Reference Signs List 1 inverter device 10 case 11 case main body 111 facing wall 1111 recessed portion 119 flow path 119 U-shaped portion 1191a inlet portion 1191b outlet portion 1191c connection portion 112 peripheral wall 113 lid 12 cover 20 drive substrate 211 first surface 212 second surface 22 inverter circuit 221 switching element 221a upper arm switching element 221b lower arm switching element 23 capacitor element 231 first capacitor element 232 second capacitor element 241 first heat dissipation material 242 second heat dissipation material 40 control board 50 input terminal 60 magnetic core 70 heat sink 80 External power supply 90 Object for which electricity is used CB Storage part EL Enlarged section AR Area where switching elements are arranged

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Abstract

スイッチング素子及び第１コンデンサ素子の放熱効率の向上に寄与するインバータ装置。本発明のインバータ装置は、ケースと、前記ケースに収納された駆動基板と、前記駆動基板の放熱を行うためのヒートシンクとを備えたインバータ装置であって、前記駆動基板は、第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とは、前記駆動基板の厚み方向における両側に位置し、前記第１面には、スイッチング素子と第１コンデンサ素子とが設けられ、前記第１面と前記ヒートシンクとの間には、第１放熱材が介在し、前記第２面と前記ケースとの間には、第２放熱材が介在する。

Description

インバータ装置
　本発明はインバータ装置に関する。
　モータとインバータ装置とからなるモータ装置を備えた電動車両においては、モータ駆動電流が増大する傾向にあり、モータ駆動電流の増大に伴ってモータ装置の放熱対策、特にインバータ装置内のスイッチング素子の放熱効率の向上が必要となる。
　スイッチング素子の放熱効率を向上させる手段として、特許文献１には、半導体モジュールをヒートシンクで両側から挟持する構造が開示されている。具体的には、特許文献１に開示された構成では、半導体モジュールの本体部とヒートシンクとの間にセラミックからなる絶縁基板を介在させるとともに、絶縁基板とヒートシンク及び半導体モジュールの本体との間にそれぞれ放熱グリスを塗布している。
特許５５２６８４３号公報
　本発明の目的は、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子の放熱効率の向上に寄与するインバータ装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、ケースと、前記ケースに収納された駆動基板と、前記駆動基板の放熱を行うためのヒートシンクとを備えたインバータ装置であって、前記駆動基板は、第１面と第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とは、前記駆動基板の厚み方向における両側に位置し、前記第１面には、スイッチング素子と第１コンデンサ素子とが設けられ、前記第１面と前記ヒートシンクとの間には、第１放熱材が介在し、前記第２面と前記ケースとの間には、第２放熱材が介在するインバータ装置を提供する。
　本発明のインバータ装置によれば、駆動基板は、駆動基板の厚み方向における両側に位置する第１面及び第２面を有し、第１面にはスイッチング素子及び第１コンデンサ素子が設けられ、第１面とヒートシンクとの間には第１放熱材が介在し、第２面とケースとの間には第２放熱材が介在するので、ヒートシンク及びケースにより駆動基板の第１面側及び第２面側から同時に放熱することができ、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子の放熱効率の向上に寄与する。
　また、本発明のインバータ装置では、前記ケースは、前記第２面に対向する対向壁を有し、前記対向壁は、前記第２放熱材と接触し、冷却液が流通する流路が形成され、前記駆動基板の厚み方向から見たときに、前記第１面において前記スイッチング素子が配置された領域は、前記流路の一部と重なっていることが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、ハウジングは、第２面に対向する対向壁を有し、対向壁は、第２放熱材に接触し、冷却液が流通する流路が形成され、駆動基板の厚み方向から見たときに、第１面においてスイッチング素子が配置された領域は、流路の一部と重なっているので、インバータ装置のうち最も発熱量が大きい部品であるスイッチング素子を効果的に冷却することができる。
　また、本発明のインバータ装置では、前記第２面には第２コンデンサ素子が設けられ、前記対向壁の前記第２面に面する側には、前記第２コンデンサ素子が収容される凹部が形成され、前記流路は、前記駆動基板の厚み方向から見て、前記凹部を三方から囲むＵ字状部を有することが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、第２面に第２コンデンサ素子が設けられているので、駆動基板を大きくすることなくコンデンサ素子の設置数を増やすことができ、そして、ケースの対向壁の第２面に面する側には、第２コンデンサ素子が収容される凹部が形成されているので、インバータ装置の駆動基板の厚み方向の寸法の増大を抑制することができ、そして、流路は、駆動基板の厚み方向から見て凹部を三方から囲むＵ字状部を有するので、第２コンデンサ素子の放熱効率の向上に寄与する。
　また、本発明のインバータ装置では、前記駆動基板の厚み方向から見たときに、全ての前記第２コンデンサ素子は、前記Ｕ字状部の一部の範囲内に収まっていることが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、駆動基板の厚み方向から見たときに、全ての第２コンデンサ素子がＵ字状部の一部の範囲内に収まっているので、第２コンデンサ素子の放熱効率の向上に一層寄与する。
　また、本発明のインバータ装置では、制御基板をさらに備え、前記駆動基板は前記スイッチング素子をオンオフ制御するドライバを有し、前記制御基板は前記ドライバへ制御信号を出力し、前記制御基板の厚み方向は、前記駆動基板の厚み方向と一致しており、前記ケースは、ケース本体と、前記ケース本体に対して着脱可能なカバーとを備え、前記ケース本体は、前記駆動基板の厚み方向における一方側に開口する収納部を有し、前記カバーは、前記収納部の開口を塞ぎ、前記カバー側から、前記制御基板、前記ヒートシンク及び前記駆動基板が順に積層されて前記収納部に収納されていることが好ましい。
　また、本発明のインバータ装置では、外部電源が高電圧を入力する入力端子をさらに備え、前記カバー及び前記ヒートシンクは、それぞれ、前記駆動基板の厚み方向に貫通する貫通孔を有し、前記入力端子は、前記貫通孔を介して前記駆動基板に接続されていることが好ましい。
また、本発明のインバータ装置では、外部電源と前記第１コンデンサ素子との接続配線の途中に設けられ、前記ケースに接触する磁性体コア部をさらに備えることが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、外部電源と第１コンデンサ素子との接続配線の途中に設けられ、ケースに接触する磁性体コアをさらに備えるので、発熱体である磁性体コアをケースにより冷却することができる。
　また、本発明のインバータ装置では、前記第１放熱材は、前記スイッチング素子及び前記第１コンデンサ素子を覆うことが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、第１放熱材がスイッチング素子及び第１コンデンサ素子を覆うので、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子のヒートシンクへの熱伝導効率の向上に寄与し、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子の放熱効率が向上する。
また、本発明のインバータ装置では、前記第２放熱材は、前記第２コンデンサ素子を覆うことが好ましい。
　本発明のインバータ装置によれば、第２放熱材が第２コンデンサ素子を覆うので、第２コンデンサ素子のケースへの熱伝導効率の向上に寄与し、第２コンデンサ素子の放熱効率が向上する。
　本発明によれば、駆動基板は、駆動基板の厚み方向における両側に位置する第１面及び第２面を有し、第１面には、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子が設けられ、第１面とヒートシンクとの間には、第１放熱材が介在し、第２面とケースとの間には、第２放熱材が介在するので、ヒートシンク及びケースにより駆動基板の第１面側及び第２面側から同時に放熱することができ、スイッチング素子及び第１コンデンサ素子の放熱効率の向上に寄与する。
本発明の実施形態に係るインバータ装置及びインバータ装置により制御されるモータを模式的に示す回路図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す側断面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す斜視図であって、カバーを取り外した場合を示す。 本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す底面図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置におけるケース本体を模式的に示す平面図である。
　次に、本発明の実施形態に係るインバータ装置について、図１乃至図６を用いて説明するが、図１は、本発明の実施形態に係るインバータ装置及びインバータ装置により制御されるモータを模式的に示す回路図であり、図２は、本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す斜視図であり、図３は、本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す側断面図であり、図４は、本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す斜視図であって、カバーを取り外した場合を示し、図５は、本発明の実施形態に係るインバータ装置を模式的に示す底面図であり、図６は、本発明の実施形態に係るインバータ装置におけるケース本体を模式的に示す平面図である。
　ここでは、説明の便宜上、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とし、Ｘ方向の一方側をＸ１、Ｘ方向の他方側をＸ２、Ｙ方向の一方側をＹ１、Ｙ方向の他方側をＹ２、Ｚ方向の一方側をＺ１、Ｚ方向の他方側をＺ２とする。
　（インバータ装置の回路構成）
　図１に示すように、インバータ装置１は、例えば電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)からなる複数のスイッチング素子２２１を含むインバータ回路２２を備えている。そして、インバータ装置１は、外部電源８０から電力を得て、スイッチング素子２２１により変換し、電力を電力使用対象９０に出力する。
　ここで、図１に示すように、インバータ回路２２は多相のインバータ回路であり、電力使用対象９０は多相モータである。
　また、図１に示すように、インバータ回路２２は３相を有し、各相のスイッチング素子２２１はそれぞれ、上アーム側スイッチング素子２２１ａと下アーム側スイッチング素子２２１ｂとを備える。具体的には、図１に示すように、各相において、上アーム側スイッチング素子２２１ａの一端は外部電源８０の正極側に電気的に接続され、他端は下アーム側スイッチング素子２２１ｂの一端に電気的に接続され、下アーム側スイッチング素子２２１ｂの他端は外部電源８０の負極側に電気的に接続されている。
　また、図１に示すように、外部電源８０とインバータ回路２２との間には、さらにコンデンサ素子２３が電気的に接続されている。具体的には、図１に示すように、コンデンサ素子２３は、一端が外部電源８０の正極側に電気的に接続され、他端が外部電源８０の負極側に電気的に接続されている。
　また、図１に示すように、インバータ装置１は、外部電源８０とコンデンサ素子２３との接続配線の途中に設けられた磁性体コア６０をさらに備えている。
　（インバータ装置の機械的構造）
　図２及び図３に示すように、インバータ装置１は、ケース１０と、ケース１０に収納された駆動基板２０と、駆動基板２０の放熱を行うためのヒートシンク７０とを備えている。また、図３に示すように、駆動基板２０は、第１面２１１及び第２面２１２を有し、第１面２１１及び第２面２１２は、駆動基板２０の厚み方向(図示の例ではＺ方向に一致)における両側に位置しており、第１面２１１(図示の例では駆動基板２０のＺ１方向側の面)には、スイッチング素子２２１、及びコンデンサ素子２３を構成する第１コンデンサ素子２３１が設けられており、第１面２１１とヒートシンク７０との間には、第１放熱材２４１(第１放熱材２４１は、第１面２１１及びヒートシンク７０のそれぞれに接触している。)が介在しており、第２面２１２(図示の例では駆動基板２０のＺ２方向側の面)とケース１０との間には、第２放熱材２４２(第２放熱材２４２は、第２面２１２及びケース１０のそれぞれに接触している。)が介在している。
　ここで、インバータ装置１は、図３に示すように、制御基板４０をさらに含み、駆動基板２０はスイッチング素子２２１をオンオフ制御するドライバを有し、制御基板４０はドライバへ制御信号を出力する。また、図３に示すように、制御基板４０の厚み方向は、駆動基板２０の厚み方向と一致している。
　また、図３に示すように、駆動基板２０の第２面２１２には、コンデンサ素子２３を構成する第２コンデンサ素子２３２が設けられている(図示の例では、第２コンデンサ素子２３２は、第１コンデンサ素子２３１とＺ方向に重なっているが、これに限定されない。)。
　また、ヒートシンク７０は、例えば複数の放熱フィンを有する。
　また、図３に示すように、第１放熱材２４１は、スイッチング素子２２１及び第１コンデンサ素子２３１を覆い、第２放熱材２４２は、第２コンデンサ素子２３２を覆う。また、第１放熱材２４１及び第２放熱材２４２は、例えばシリコン系樹脂からなる。
　また、ケース１０は、図２及び図３に示すように、ケース本体１１と、ケース本体１１に対して着脱可能なカバー１２とを備え、ケース本体１１は、駆動基板２０の厚み方向における一方側(図示の例ではＺ１方向側)に開口する収納部ＣＢを有し、カバー１２は、収納部ＣＢの開口を閉塞し、カバー１２側から制御基板４０、ヒートシンク７０及び駆動基板２０が収納部ＣＢに順次積層されて収納される。また、図３に示すように、ケース本体１１は、駆動基板２０の第２面２１２に対向する対向壁１１１を有し、対向壁１１１は、第２放熱材２４２に接触し、冷却液(例えば水であるが、これに限定されない。)が流通する流路１１９が形成されている。また、図３及び図５に示すように、ケース本体１１は、冷却液の流入口と流出口とを有し、流入口と流出口とは、対向壁１１１の内部に設けられた空間に繋がることで、流路１１９を形成する（すなわち、冷却液は、駆動基板２０の第２面２１２と直接接触することが無く、対向壁１１１を介して冷却液に放熱される。）。また、図５に示すように、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、第１面２１１においてスイッチング素子２２１が配置された領域ＡＲは、流路１１９の一部と重なっている。また、図３、図５及び図６に示すように、対向壁１１１の第２面２１２に面する側には、第２コンデンサ素子２３２が収容される凹部１１１１が形成されており、流路１１９は、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、凹部１１１１を三方から囲むＵ字状部１１９１を有している。また、全ての第２コンデンサ素子２３２は、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、Ｕ字状部１１９１の一部の範囲内に収まっている（すなわち、全ての第２コンデンサ素子２３２は、Ｕ字状部１１９１によって三方から囲まれる。）。
　具体的には、ケース本体１１は、アルミニウム製であり、図２ないし図４に示すように、駆動基板２０の厚み方向(図示の例ではＺ２方向側)において駆動基板２０の第２面２１２と間隔を隔てて対向する対向壁１１１と、対向壁１１１の周縁からカバー１２側に向かって延び、対向壁１１１とともに収納部ＣＢを形成する周壁１１２とを備え、カバー１２は、駆動基板２０の厚み方向(図示の例ではＺ１方向側)においてケース本体１１を覆い、カバー１２の周縁は、ケース本体１１の周壁１１２の先端(図示の例ではＺ１方向側の端部)に当接している。また、Ｕ字状部１１９１は、冷却液がＵ字状部１１９１に流入する入口部分１１９１ａと、冷却液がＵ字状部１１９１から流出する出口部分１１９１ｂと、接続部分１１９１ｃとを含み、入口部分１１９１ａと出口部分１１９１ｂとは互いに平行に延び(図示の例ではＸ方向に平行に延び)、接続部分１１９１ｃは、入口部分１１９１ａと出口部分１１９１ｂとを接続している(図示の例では、接続部分１１９１ｃはＹ方向に延び、入口部分１１９１ａのＸ１方向側の端部と出口部分１１９１ｂのＸ１方向側の端部とを接続している。)。また、図５及び図６に示すように、入口部段１１９１ａの途中には、断面拡大部ＥＬが存在しており、断面拡大部ＥＬの冷却液の流れ方向に垂直な断面積は、冷却液の流れ方向において断面拡大部ＥＬよりも上流側に位置するＵ字状部１１９１の部分の断面積よりも大きく、かつ、断面拡大部よりも下流側に位置するＵ字状部１１９１の部分の断面積よりも大きい、断面拡大部ＥＬには、多数の冷却フィンが設けられており、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、全てのスイッチング素子２２１はいずれも断面拡大部ＥＬ内に収まっている。また、ケース本体１１は、図３に示すように、蓋１１３をさらに備え、断面拡大部ＥＬは、対向壁１１１において駆動基板２０とは反対側に形成された凹部からなり、この凹部の開口は、蓋１１３によって閉塞されている。
　また、インバータ装置１は、図４に示すように、外部電源８０が高電圧を入力する入力端子５０をさらに備え、図示しないが、カバー１２及びヒートシンク７０は、それぞれ駆動基板２０の厚み方向に貫通する貫通孔を有し、入力端子５０は貫通孔を介して駆動基板２０に接続されている。
　また、図４に示すように、磁性体コア６０は、ケース１０に接触している(図示の例ではケース本体１１に接触している。)。
　（本実施形態の主な効果）
　本実施形態のインバータ装置１によれば、駆動基板２０が第１面２１１と第２面２１２とを有し、第１面２１１と第２面２１２とが駆動基板２０の厚み方向における両側に位置し、第１面２１１にはスイッチング素子２２１と第１コンデンサ素子２３１とが設けられ、第１面２１１とヒートシンク７０との間には第１放熱材２４１が介在し、第２面２１２とケース１０との間には第２放熱材２４２が介在するので、ヒートシンク７０とケース１０とによって駆動基板２０の第１面２１１側と第２面２１２側とから同時に放熱することができ、スイッチング素子２２１と第１コンデンサ素子２３１との放熱効率の向上に寄与する。
　また、本実施形態のインバータ装置１によれば、ケース本体１１は、駆動基板２０の第２面２１２に対向する対向壁１１１を有し、対向壁１１１は、第２放熱材２４２に接触し、冷却液が流通する流路１１９が形成されているので、インバータ装置１のうち最も発熱量が大きい部品であるスイッチング素子２２１を効果的に冷却することができる。
　また、本実施形態のインバータ装置１によれば、駆動基板２０の第２面２１２には第２コンデンサ素子２３２が設けられているので、駆動基板２０を大きくすることなくコンデンサ素子２３の設置数を増やすことができ、そして、ケース１０の対向壁１１１の第２面２１２に面する側には、第２コンデンサ素子２３２が収容される凹部１１１１が形成されているので、インバータ装置１の駆動基板２０の厚み方向の寸法の増大を抑制することができ、そして、流路１１９は、駆動基板２０の厚み方向から見て、凹部１１１１を三方から囲むＵ字状部１１９１を有しているので、第２コンデンサ素子２３２の放熱効率の向上に寄与する。
　以上では図面を参照しながら本発明を例示的に説明したが、本発明の具体的な実現は上記実施形態に限定されるものではないことは明らかである。
　例えば、上記実施形態では、インバータ装置１を、電気使用対象９０であるモータに給電するために用いたが、これに限らず、インバータ装置１を他の用途に適用してもよい。
　また、上記実施形態では、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、全てのスイッチング素子２２１がＵ字状部１１９１の一部の範囲内に収まるが、これに限らず、駆動基板２０の厚み方向から見たときに、一部のスイッチング素子２２１のみがＵ字状部１１９１の一部の範囲内に収まるように設けてもよい。
　また、上記実施形態では、第１放熱材２４１がスイッチング素子２２１及び第１コンデンサ素子２３１を覆い、第２放熱材２４２が第２コンデンサ素子２３２を覆っていたが、これに限らず、第１放熱材２４１がスイッチング素子２２１及び第１コンデンサ素子２３１を覆わなくてもよく、第２放熱材２４２が第２コンデンサ素子２３２を覆わなくてもよい。
　また、上記実施形態では、駆動基板２０の第２面２１２に第２コンデンサ素子２３２を設けたが、これに限らず、駆動基板２０の第２面２１２に第２コンデンサ素子２３２を設けなくてもよい。
　なお、本発明は、その範囲内において、実施形態における各部を自由に組み合わせることが可能であり、或いは、実施形態における各部を適宜変形、省略することが可能である。
　１　　　　　　インバータ装置
　１０　　　　　ケース
　１１　　　　　ケース本体
　１１１　　　　対向壁
　１１１１　　　凹部
　１１９　　　　流路
　１１９　　　　Ｕ字状部
　１１９１ａ　　入口部分
　１１９１ｂ　　出口部分
　１１９１ｃ　　接続部分
　１１２　　　　周壁
　１１３　　　　蓋
　１２　　　　　カバー
　２０　　　　　駆動基板
　２１１　　　　第１面
　２１２　　　　第２面
　２２　　　　　インバータ回路
　２２１　　　　スイッチング素子
　２２１ａ　　　上アーム側スイッチング素子
　２２１ｂ　　　下アーム側スイッチング素子
　２３　　　　　コンデンサ素子
　２３１　　　　第１コンデンサ素子
　２３２　　　　第２コンデンサ素子
　２４１　　　　第１放熱材
　２４２　　　　第２放熱材
　４０　　　　　制御基板
　５０　　　　　入力端子
　６０　　　　　磁性体コア
　７０　　　　　ヒートシンク
　８０　　　　　外部電源
　９０　　　　　電気使用対象
　ＣＢ　　　　　収納部
　ＥＬ　　　　　断面拡大部
　ＡＲ　　　　　スイッチング素子が配置された領域

Claims (9)

  1. 　ケースと、前記ケースに収納された駆動基板と、前記駆動基板の放熱を行うためのヒートシンクとを備えたインバータ装置であって、
    前記駆動基板は、第１面と第２面とを有し、
    前記第１面と前記第２面とは、前記駆動基板の厚み方向における両側に位置し、
    前記第１面には、スイッチング素子と第１コンデンサ素子とが設けられ、
    前記第１面と前記ヒートシンクとの間には、第１放熱材が介在し、
    前記第２面と前記ケースとの間には、第２放熱材が介在する
    ことを特徴とするインバータ装置。
  2. 前記ケースは、前記第２面に対向する対向壁を有し、
    前記対向壁は、前記第２放熱材と接触し、冷却液が流通する流路が形成され、
    前記駆動基板の厚み方向から見たときに、前記第１面において前記スイッチング素子が配置された領域は、前記流路の一部と重なっている
    ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 前記第２面には、第２コンデンサ素子が設けられ、
    前記対向壁の前記第２面に面する側には、前記第２コンデンサ素子が収容される凹部が形成され、
    前記流路は、前記駆動基板の厚み方向から見たときに、前記凹部を三方から囲むＵ字状部を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
  4. 前記駆動基板の厚み方向から見たときに、全ての前記第２コンデンサ素子は、前記Ｕ字状部の一部の範囲内に収まっている
    ことを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
  5. 制御基板をさらに備え、
    駆動基板は、前記スイッチング素子をオンオフ制御するドライバを有し、
    前記制御基板は、前記ドライバへ制御信号を出力し、
    前記制御基板の厚み方向は、前記駆動基板の厚み方向と一致しており、
    前記ケースは、
    ケース本体と、
    前記ケース本体に対して着脱可能なカバーとを備え、
    前記ケース本体は、前記駆動基板の厚み方向における一方側に開口する収納部を有し、
    前記カバーは、前記収納部の開口を塞ぎ、
    前記カバー側から、前記制御基板、前記ヒートシンク及び前記駆動基板が順に積層されて前記収納部に収納されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  6. 外部電源が高電圧を入力する入力端子をさらに備え、
    前記カバー及び前記ヒートシンクは、それぞれ、前記駆動基板の厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
    前記入力端子は、前記貫通孔を介して前記駆動基板に接続されている
    ことを特徴とする請求項５に記載のインバータ装置。
  7. 磁性体コア部をさらに備え、
    前記磁性体コア部は、外部電源と前記第１コンデンサ素子との接続配線の途中に設けられ、前記ケースに接触する
    ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  8. 前記第１放熱材は、前記スイッチング素子及び前記第１コンデンサ素子を覆う
    ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  9. 前記第２放熱材は、前記第２コンデンサ素子を覆う
    ことを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
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