(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換スイッチング素子からなるパワーモジュールと、前記パワーモジュールに結合され、冷却水を流通させる冷却モジュールと、マウンティングユニットを通じて前記冷却モジュールに装着され、前記パワーモジュールによるリップル電流を吸収するキャパシタモジュールと、を含む自動車用のインバータであって、
前記パワーモジュール、冷却モジュール、及びキャパシタモジュールが予め結合されてモジュールアセンブリーを構成し、前記モジュールアセンブリーがケースの内部に装着され、前記ケースが、上端と下端が開放された形態で構成され、
前記モジュールアセンブリーの冷却モジュールの冷却プレートが、前記ケースの下部開放端を通じて前記ケースの下段部内壁面に結合されることを特徴とする自動車用インバータ。
【請求項２】
前記冷却モジュールは、その周縁部分に一体に形成され前記ケースに結合され得る少なくとも一つの第１結合突起を含み、
前記ケースは、その下段部内壁面に一体に形成され、前記第１結合突起にボルトにより結合され得る第２結合突起を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車用インバータ。
【請求項３】
前記パワーモジュールと冷却モジュールは、ボルトを通じて結合されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用インバータ。
【請求項４】
前記マウンティングユニットは、
前記冷却モジュールの周縁部分に一体に形成される少なくとも一つのマウンティングボスと、
前記マウンティングボスに対応して前記キャパシタモジュールに一体に形成される少なくとも一つのレッグと、
前記マウンティングボスとレッグを締結する締結部材と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車用インバータ。
【請求項５】
前記冷却モジュールは、冷却媒体の流入のための流入口と冷却媒体の排出のための流出口をさらに含み、
前記ケースには、前記流入口と流出口が挿入される一対の結合口が形成されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用インバータ。
【請求項６】
前記キャパシタモジュールは、前記冷却モジュールに結合された状態でバスバーを通じて前記パワーモジュールと電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用インバータ。
【請求項７】
請求項１に記載の自動車用インバータの製造方法であって、
パワーモジュールと冷却モジュールとを結合する段階と、
前記冷却モジュールにキャパシタモジュールを結合してモジュールアセンブリーを形成する段階と、
前記モジュールアセンブリーを前記ケースに収容する段階と、
前記冷却モジュールをケースに結合する段階と、
をこの順に含むことを特徴とする自動車用インバータの製造方法。
【請求項８】
前記モジュールアセンブリーは、前記パワーモジュール、冷却モジュール、及びキャパシタモジュールが結合された状態で前記ケースの内部に装着されることを特徴とする請求項７に記載の自動車用インバータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車に使用されるインバータシステムに係り、より詳しくは、パワーモジュールとキャパシタモジュールの組立構造を改善した自動車用インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、グリーンエネルギーへの関心が高まる中、内燃機関自動車を代替する未来型自動車としてハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などが脚光を浴びている。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車と電気／燃料電池自動車は動力源としてエンジンと高出力モータが適用されている。
【０００４】
そして、ハイブリッド自動車と電気／燃料電池自動車は、内部的に生産された電気エネルギーを利用してバッテリーまたは燃料電池を充電したり、バッテリーまたは燃料電池で発生する高電圧の直流電源を使用するためにインバータシステムを採用している。前記インバータシステムは、バッテリーまたは燃料電池で発生する高電圧の直流電源をＵ、Ｖ、Ｗ相の３相交流電源に変換する。
【０００５】
インバータシステムは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような電力変換スイッチング素子からなるパワーモジュールと、前記パワーモジュールの電力変換スイッチング素子のスイッチング作動によるリップル電流（Ｒｉｐｐｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）を吸収するキャパシタモジュールを備えている。
【０００６】
このようなキャパシタモジュールは、バスバー（ｂｕｓｂａｒ）を通じてインバータの入力段である高電圧ＤＣ入力端およびパワーモジュールと電気的に連結されている。
【０００７】
従来技術でパワーモジュールとキャパシタモジュールはケースの内部に別個に装着されるが、これはキャパシタモジュールが比較的大きい重量を有するため、プラスチック材質からなるパワーモジュールでキャパシタモジュールを支持するための構造的剛性を確保することが難しいためである。
【０００８】
また、従来技術でパワーモジュールとキャパシタモジュールがケースの内部に別個に装着されるため、パワーモジュールとキャパシタモジュールを電気的に連結するためにケースにはバスバーを設置するための別途の組立ホールを形成している。
【０００９】
つまり、従来技術では、ケースの組立ホールを通じてパワーモジュールとキャパシタモジュールを電気的に連結するバスバーを設置する。
【００１０】
しかし、従来技術では、ケースにバスバーを設置するための組立ホールを形成するため、その組立ホールを塞ぐために別途のカバー、ボルト、シーラントなどを必要とする。したがって、全体の組立工程数および部品数が増加し、これによって製作コストと重量が増加する。
【００１１】
また、従来技術では、パワーモジュールとキャパシタモジュールをケースの内部に個別に装着するため、組立性が低下する。
【００１２】
そして、従来技術では、ケースの組立ホールを塞ぐためのカバーと、カバーの防水シーリングのためのシーラントを必要とするため、防水に対するリスクが増加し、品質が低下する。
（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−１８２８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、構造的剛性を確保しながらパワーモジュールとキャパシタモジュールを一体化でき、パワーモジュールとキャパシタモジュールを電気的に連結するためのケースの組立ホールおよびその組立ホールを塞ぐためのカバーなどを削除することができるようにした自動車用インバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような目的を達成するための本発明の一または複数の実施例による自動車用インバータは、電力変換スイッチング素子からなるパワーモジュールと、パワーモジュールに結合され、冷却水を流通させる冷却モジュールと、マウンティングユニットを通じて冷却モジュールに装着され、パワーモジュールによるリップル電流を吸収するキャパシタモジュールと、を含む自動車用のインバータであって、
パワーモジュール、冷却モジュール、及びキャパシタモジュールが予め結合されてモジュールアセンブリーを構成し、モジュールアセンブリーがケースの内部に装着され、ケースが、上端と下端が開放された形態で構成され、モジュールアセンブリーの冷却モジュールの冷却プレートが、ケースの下部開放端を通じてそのケースの下段部内壁面に結合されることを特徴とする。
【００１６】
前記パワーモジュール、冷却モジュール、およびキャパシタモジュールが予め結合されてモジュールアセンブリーを構成し、前記モジュールアセンブリーをケースの内部に装着することを特徴とする。
【００１７】
前記パワーモジュールと冷却モジュールはボルトを通じて結合されることを特徴とする。
【００１８】
前記マウンティングユニットは、前記冷却モジュールの周縁部分に一体に形成される少なくとも一つのマウンティングボス、前記マウンティングボスに対応して前記キャパシタモジュールに一体に形成される少なくとも一つのレッグ、および前記マウンティングボスとレッグを締結する締結部材を含むことを特徴とする。
【００１９】
前記冷却モジュールは、冷却媒体の流入のための流入口と冷却媒体の排出のための流出口をさらに含み、前記ケースには、前記流入口と流出口が挿入される一対の結合口が形成されることを特徴とする。
【００２０】
前記ケースは、上端と下端が開放された形態で構成されることを特徴とする。
【００２１】
前記モジュールアセンブリーは、前記ケースの下部開放端を通じてそのケースの下段部内壁面に結合されることを特徴とする。
【００２２】
前記冷却モジュールは、その周縁部分に一体に形成され、前記ケースに結合され得る少なくとも一つの第１結合突起を含み、前記ケースは、その下段部内壁面に一体に形成され、前記第１結合突起にボルトにより結合され得る第２結合突起を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記キャパシタモジュールは、前記冷却モジュールに結合された状態でバスバーを通じて前記パワーモジュールと電気的に連結されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明の自動車用インバータの製造方法は、パワーモジュールと冷却モジュールとを結合する段階と、前記冷却モジュールにキャパシタモジュールを結合してモジュールアセンブリーを形成する段階と、前記モジュールアセンブリーを前記ケースに収容する段階と、前記冷却モジュールをケースに結合する段階と、をこの順に含むことを特徴とする。
【００２５】
前記モジュールアセンブリーは、前記パワーモジュール、冷却モジュール、およびキャパシタモジュールが結合された状態で前記ケースの内部に装着されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施例による自動車用インバータの構造は、全体部品数、組立工程数およびコスト、重量を減らすことができ、シーリング部位を減らし防水に対するリスクを減らして、組立性および品質をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例による自動車用インバータを示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例による自動車用インバータの一部分解斜視図である。
【図３】本発明の実施例による自動車用インバータの平面図である。
【図４】本発明の実施例による自動車用インバータの側面図である。
【図５】本発明の実施例による自動車用インバータに適用されるモジュールアセンブリーを示した分解斜視図である。
【図６】本発明の実施例による自動車用インバータに適用されるモジュールアセンブリーを示した平面図である。
【図７】本発明の実施例による自動車用インバータに適用されるモジュールアセンブリーを示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野の当業者が容易に実施することができるよう詳しく説明する。
【００２９】
本発明は多様な異なる形態で具現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。また、添付図面は、本発明の例示的な実施例を説明する際に参照するためのものであり、本発明の技術的な思想を添付図面に限定して解釈してはならない。
【００３０】
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体を通して同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付した。
【００３１】
また、図面に示した各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したに過ぎず、本発明が図面に示した多くの部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
【００３２】
図１は、本発明の実施例による自動車用インバータを示した斜視図であり、図２は、本発明の実施例による自動車用インバータの一部分解斜視図であり、図３は、本発明の実施例による自動車用インバータの平面図であり、図４は、本発明の実施例による自動車用インバータの側面図である。
【００３３】
図１乃至図４を参照すれば明らかのとおり、本発明の実施例による自動車用インバータ１００は、動力源としてエンジンと高出力モータが適用されるハイブリッド自動車または電気／燃料電池自動車に適用される。
【００３４】
本明細書では、前記インバータ１００がバッテリー電源の印加を受けて高出力モータを駆動する通常のハイブリッドおよび電気自動車に適用されるものを例示する。
【００３５】
前記インバータ１００は、高出力モータを制御するためにバッテリーで発生する高電圧直流電源をＵ、Ｖ、Ｗ相の３相交流電源に変換する電力変換システムである。
【００３６】
本発明の実施例による前記自動車用インバータ１００の構造は、全体部品数、組立工程数およびコスト、重量を減らすことができ、シーリング部位を減らして防水に対するリスクを減少できるので、組立性および品質をさらに向上することができる。
【００３７】
このために、本発明の実施例による前記自動車用インバータ１００は、基本的に主要構成部品が一体に結合したモジュールアセンブリー１０と、前記モジュールアセンブリー１０を収容するケース２０を含む。
【００３８】
本発明の実施例において、前記モジュールアセンブリー１０は、インバータ１００の主要構成部品としてパワーモジュール３０、冷却モジュール５０、およびキャパシタモジュール７０を含む。
【００３９】
このような前記モジュールアセンブリー１０に対するパワーモジュール３０、冷却モジュール５０、およびキャパシタモジュール７０の結合構造を図１乃至図７を参照してより詳しく説明する。
【００４０】
前記パワーモジュール３０は、電力変換スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）であり、プラスチック素材からなり、キャパシタモジュール７０と電気的に連結される。
【００４１】
前記冷却モジュール５０は、パワーモジュール３０およびキャパシタモジュール７０で発生する熱を冷却水のような冷却媒体で冷却するためのものであり、パワーモジュール３０と一体に結合される。
【００４２】
パワーモジュール３０と共にキャパシタモジュール７０が装着されるので、熱放出が容易なアルミニウム素材からなる冷却モジュール５０は、冷却媒体を循環させてパワーモジュール３０およびキャパシタモジュール７０から発生する熱を冷却することができる。
【００４３】
前記冷却モジュール５０は、内部に冷却媒体の流れを可能にする流路（図示せず）が具備されたほぼ四角形状の冷却プレート５１を含む。
【００４４】
ここで、前記冷却プレート５１は、ボルト５３などを通じてパワーモジュール３０に結合される。
【００４５】
前記冷却プレート５１には、前記流路と連結され、その流路に冷却媒体の流入する流入口５５と、前記流路から冷却媒体を排出する流出口５７が形成されている。前記流入口５５と流出口５７は、冷却プレート５１の一側周縁部分に突出して形成される。
【００４６】
そして、前記冷却プレート５１の他の周縁部分には、ケース２０の内壁面に結合される複数の第１結合突起５９が互いに離隔して形成される。
【００４７】
前記第１結合突起５９には、ボルト５３が結合される第１ボルトホール５９ａが形成される。前記冷却プレート５１は、第１結合突起５９の第１ボルトホール５９ａにボルト５３が挿入されてケース２０の内壁面に締結される。
【００４８】
前記キャパシタモジュール７０は、パワーモジュール３０の電力変換スイッチング素子によるリップル電流（Ｒｉｐｐｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）を吸収するためのものであり、リップル電流を吸収してＤＣ入力電圧の急激な変動を抑制する平滑作用を行う。
【００４９】
前記キャパシタモジュール７０は、複数の単位モジュール（図示せず）がアルミニウム素材のハウジング７１に内蔵された構造からなる。前記キャパシタモジュール７０は、インバータの正常的な動作を可能にし、高電圧バッテリーの耐久寿命を増大させる役割を果たす。
【００５０】
このようなキャパシタモジュール７０のハウジング７１は、マウンティングユニット９０を通じて冷却モジュール５０の冷却プレート５１と結合される。
【００５１】
ここで、前記キャパシタモジュール７０のハウジング７１は、マウンティングユニット９０を通じて冷却モジュール５０に結合され、マウンティングユニット９０によりパワーモジュール３０の上面で離隔して冷却モジュール５０に結合される。
【００５２】
つまり、前記冷却モジュール５０の冷却プレート５１は、マウンティングユニット９０を通じてキャパシタモジュール７０と結合し比較的重量が大きいキャパシタモジュール７０を支持する。
【００５３】
本発明の実施例において、前記マウンティングユニット９０は、冷却プレート５１の周縁から一体として一定の長さだけ突出して形成される複数のマウンティングボス９１と、そのマウンティングボス９１に対応してキャパシタモジュール７０のハウジング７１から一体として突出形成される複数のレッグ９３を含む。
【００５４】
前記マウンティングボス９１は、比較的重量が大きいキャパシタモジュール７０を実質的に支持するものであり、キャパシタモジュール７０を支持できる構造的剛性を有し、冷却プレート５１の周縁部分において垂直方向に長く形成される。前記マウンティングボス９１は垂直方向に沿って締結溝９２が形成されている。
【００５５】
そして、前記レッグ９３は、ハウジング７１の下段部周縁で外側に突出して形成され、マウンティングボス９１の締結溝９２に対応する締結ホール９４が形成されている。
【００５６】
ここで、前記マウンティングユニット９０は、冷却プレート５１のマウンティングボス９１とキャパシタモジュール７０のレッグ９３とを締結するための締結部材９５をさらに含む。前記締結部材９５として、レッグ９３の締結ホール９４を貫通してマウンティングボス９１の締結溝９２にねじ結合されるボルトが備えられる。
【００５７】
一方、前記のようなパワーモジュール３０とキャパシタモジュール７０はバスバー８０を通じて電気的に連結される。
【００５８】
このようなバスバー８０は、パワーモジュール３０のスイッチングによるリップル電流をキャパシタモジュール７０に供給するものであり、（＋）（−）のバスプレートを通じてパワーモジュール３０とキャパシタモジュール７０を電気的に連結する。
【００５９】
前記バスバー８０は、ボルト５３を通じて、パワーモジュール３０とキャパシタモジュール７０を電気的に連結する。
【００６０】
このために、前記キャパシタモジュール７０のハウジング７１には、ボルト５３でバスバー８０の（＋）（−）バスプレートを固定するための固定ブロック７５が突出している。
【００６１】
本発明の実施例において、前記ケース２０は、図１乃至図４に示したように、パワーモジュール３０、冷却モジュール５０、およびキャパシタモジュール７０を一体に結合したモジュールアセンブリー１０を収容および装着するためのものである。
【００６２】
前記ケース２０は、モジュールアセンブリー１０を収容するための収容空間を有する直四角形態で構成され、モジュールアセンブリー１０の冷却モジュール５０に結合される。
【００６３】
前記ケース２０は、上端と下端が開放された形態で構成され、モジュールアセンブリー１０は、ケース２０の下部開放端を通じてケース２０の下段部内壁面に結合される。
【００６４】
つまり、冷却モジュール５０の冷却プレート５１がケース２０の下段部内壁面に結合される。
【００６５】
ここで、前記ケース２０の下段部内壁面の各角部には冷却プレート５１の第１結合突起５９とボルト５３により結合される第２結合突起２５が形成される。前記第２結合突起２５には、ボルト５３が結合される第２ボルトホール２５ａが形成される。
【００６６】
したがって、第１結合突起５９の第１ボルトホール５９ａと第２結合突起２５の第２ボルトホール２５ａとが一致した状態で第１および第２ボルトホール５９ａ、２５ａにボルト５３が締結され、前記冷却モジュール５０の冷却プレート５１はケース２０の下段部内壁面に結合される。
【００６７】
そして、前記ケース２０には、冷却プレート５１の流入口５５と流出口５７が挿入される一対の結合口２１が形成されている。
【００６８】
次に、前記のように構成される本発明の実施例による自動車用インバータ１００の組立過程を図面を参照して詳しく説明する。
【００６９】
まず、本発明の実施例ではボルト５３などを利用して冷却プレート５１にパワーモジュール３０を結合する。前記パワーモジュール３０は、プラスチック素材からなり、冷却プレート５１の上面に結合される。
【００７０】
その後、キャパシタモジュール７０のハウジング７１を冷却モジュール５０の冷却プレート５１に装着する。この時、ハウジング７１のレッグ９３を冷却プレート５１のマウンティングボス９１に載置し、レッグ９３の締結ホール９４とマウンティングボス９１の締結溝９２とを一致させる。
【００７１】
このような状態で、レッグ９３の締結ホール９４にボルトのような締結部材９５を結合すると、その締結部材９５がマウンティングボス９１の締結溝９２に締結されることによって、キャパシタモジュール７０のハウジング７１を冷却プレート５１に装着できる。
【００７２】
この場合、前記キャパシタモジュール７０のハウジング７１は、マウンティングボス９１によりパワーモジュール３０の上面から離隔して冷却プレート５１に結合される。
【００７３】
したがって、前記キャパシタモジュール７０は、マウンティングボス９１を通じて冷却プレート５１に結合されるので、前記モジュールアセンブリー１０は比較的重量が大きいキャパシタモジュール７０を支持する構造的剛性を確保できる。
【００７４】
その後、パワーモジュール３０に連結されたバスバー８０をボルト５３を利用してキャパシタモジュール７０の固定ブロック７５に固定する。これによって、パワーモジュール３０とキャパシタモジュール７０は、バスバー８０を通じて電気的に連結される。
【００７５】
パワーモジュール３０が結合された冷却モジュール５０にキャパシタモジュール７０を装着することによって、パワーモジュール３０、冷却モジュール５０およびキャパシタモジュール７０が一体に結合されたモジュールアセンブリー１０を構成できる。
【００７６】
その後、モジュールアセンブリー１０をケース２０の下部開放端を通じてケース２０の内部に配置し、冷却モジュール５０の流入口５５と流出口５７をケース２０の結合口２１に結合する。
【００７７】
冷却プレート５１の第１結合突起５９の第１ボルトホール５９ａとケース２０の第２結合突起２５の第２ボルトホール２５ａとを一致させた状態で、第１、２ボルトホール５９ａ、２５ａにボルト５３を締結することによって冷却プレート５０をケース２０の下段部内壁面に結合する。
【００７８】
ケース２０に対するモジュールアセンブリー１０の組立が完了すると、上部蓋（図示せず）をケース２０の上段部に結合し、下部蓋（図示せず）をケース２０の下段部に結合する。これにより、本発明実施例によるインバータ１００の組立が完了する。
【００７９】
前述した通り、本発明の実施例による自動車用インバータ１００は、パワーモジュール３０が冷却モジュール５０に結合され、キャパシタモジュール７０がマウンティングユニット９０を通じて冷却モジュール５０に装着され、パワーモジュール３０、冷却モジュール５０およびキャパシタモジュール７０が一体化したモジュールアセンブリー１０がケース２０に装着される構造である。
【００８０】
したがって、本発明の実施例では、別個に装着されたパワーモジュールとキャパシタモジュールを電気的に連結するバスバーを設置するための組立ホールがケースに形成される従来技術とは異なり、ケース２０にバスバー８０を設置するための別途の組立ホールおよびその組立ホールを塞ぐためのカバー、ボルト、シーラントなどを要としない。
【００８１】
したがって、全体組立工程数および部品数を減少することができ、製作コストと重量を減少することができる。
【００８２】
また、本発明の実施例では、パワーモジュール３０とキャパシタモジュール７０を冷却モジュール５０に別途で組み立て、これらを組み立てたモジュールアセンブリー１０をケース２０に装着するため、組立性が向上する。
【００８３】
また、本発明の実施例では、ケースの組立ホールを塞ぐためのカバーと、カバー防水のためのシーラントを必要としないので、防水に対するリスクを減少することができ、品質をさらに向上させることができる。
【００８４】
以上で本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、技術的範囲内で多様に変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車に使用されるインバータシステムの組立構造の分野に適用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  モジュールアセンブリー
２０  ケース
２１  結合口
２５  第２結合突起
２５ａ  第２ボルトホール
３０  パワーモジュール
５０  冷却モジュール
５１  冷却プレート
５３  ボルト
５５  流入口
５７  流出口
５９  第１結合突起
５９ａ  第１ボルトホール
７０  キャパシタモジュール
７１  ハウジング
７５  固定ブロック
８０  バスバー
９０  マウンティングユニット
９１  マウンティングボス
９２  締結溝
９３  レッグ
９４  締結ホール
９５  締結部材
【図１】
0005965624.tif 000002
【図２】
0005965624.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005965624.tif 000007
【図７】
0005965624.tif 000008