(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングすることで外部から供給される電力を変換する複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子に接続され、該複数のスイッチング素子を制御する制御回路と、該複数のスイッチング素子に接続され、変換された電力を伝達する導体からなる板状の複数の配線部材と、該複数のスイッチング素子、該制御回路、及び該複数の配線部材を収容するとともに、該複数の配線部材が一括して挿通するための貫通孔の形成された壁部を有する金属からなるケースとを備えたインバータ装置において、
前記ケースと一体的に形成され、前記複数の配線部材から所定距離を隔て前記貫通孔を分割するように配設され、前記複数の配線部材と対向する金属からなる放熱板を有し、前記配線部材と前記放熱板とは、他の部材が介在することなく直接対向していることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記放熱板は、前記貫通孔を分割するように複数配設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。
【請求項３】
前記複数のスイッチング素子を冷却するための冷却水が流通する冷却水流通路を備え、前記冷却水流通路の一部が、前記壁部に隣接して配設されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項４】
車両に搭載され、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して、該車両を走行させるための駆動力を発生する電動機に、前記複数の配線部材を介して供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から供給される電力を変換して、複数の配線部材を介して外部に供給するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ装置として、例えば特開平１０−２２５１４０号公報に開示されているインバータがある。このインバータは、複数のスイッチング素子からなるスイッチングモジュールと、平滑用コンデンサとから構成され、インバータケースに収容されている。変換した交流電力を出力するスイッチングモジュールの負荷端子には、バスバーの一端が接続されている。バスバーの他端は、インバータケースの底部に形成された貫通孔を貫通して外部に突出している。外部に突出したバスバーの先端部には、例えばモータからの配線がネジ止めされ、インバータから交流電力を供給されることでトルクを発生する。
【特許文献１】特開平１０−２２５１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両を駆動するためのトルクを発生するモータに電力を供給するインバータ装置においては、モータの出力トルクが非常に大きいため、供給する電力も大きくなる。そのため、前述したインバータを用いた場合、スイッチングモジュールの負荷端子に接続されたバスバーに大電流が流れることになる。これにより、バスバー自体が発熱し高温状態となる。しかし、バスバーは、インバータケースの底部に形成された貫通孔を一括して貫通し、外部に突出しているのみであり、効果的に放熱することが困難である。そのため、バスバーの発熱に伴う熱的な影響に対応できる電流容量の大きなスイッチング素子を用いなければならなかった。また、インバータケース内に、スイッチングモジュールを制御するための制御回路が収容されることもある。その場合には、制御回路に耐熱性の高い電子部品を用い、さらに、配線基板の面積を拡大して発熱を抑制しなければならなかった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、変換した電力を伝達する配線部材の発生した熱を効率的に放熱して、電流容量の大きなスイッチング素子や、高耐熱性の電子部品の使用を抑えることができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００５】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、複数の配線部材が一括して挿通するための貫通孔に、これら配線部材から所定距離を隔て、貫通孔を分割するように金属からなる放熱板を配設することで、バスバーの発生した熱を効率的に放熱できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明のインバータ装置は、スイッチングすることで外部から供給される電力を変換する複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に接続され、複数のスイッチング素子を制御する制御回路と、複数のスイッチング素子に接続され、変換された電力を伝達する導体からなる板状の複数の配線部材と、複数のスイッチング素子、制御回路、及び複数の配線部材を収容するとともに、複数の配線部材が一括して挿通するための貫通孔の形成された壁部を有する金属からなるケースとを備えたインバータ装置において、ケースと一体的に形成され、複数の配線部材から所定距離を隔て貫通孔を分割するように配設され、複数の配線部材と対向する金属からなる放熱板を有し、配線部材と放熱板とは、他の部材が介在することなく直接対向していることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、変換した電力を伝達する配線部材の発生した熱を効率的に放熱して、電流容量の大きなスイッチング素子や、高耐熱性の電子部品の使用を抑えることができる。放熱板は空気より熱伝導性のよい金属から構成されている。貫通孔を分割するようにして放熱板を配設することで、複数の配線部材が貫通孔を一括して挿通する場合に比べ、配線部材の近傍において、金属部分の表面積を増加させることができる。そのため、配線部材の発生した熱を、放熱板を介して効率的に放熱させることができる。これにより、電流容量の大きなスイッチング素子や、高耐熱性の電子部品の使用を抑えることができる。また、放熱板が貫通孔を分割するように配設されることで、ケースの貫通孔周辺の強度を増加させることもできる。また、放熱板は、ケースと一体的に形成されている。これにより、放熱板を別部品として製造して組み付ける必要がなくなり、ケースの製造コストを抑えることができる。ここで、放熱板は、貫通孔を分割するように複数配設されていてもよい。これにより、放熱板の表面積がさらに増加し、配線部材の発生した熱をより効率的に放熱させることができる。また、複数のスイッチング素子を冷却するための冷却水が流通する冷却水流通路を備え、冷却水流通路の一部が、壁部に隣接して配設されているとよい。これにより、壁部に配設された放熱板の放熱性が向上し、配線部材の発生した熱をさらに効率的に放熱させることができる。
【０００８】
本発明のインバータ装置は、車両に搭載され、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して、車両を走行させるための駆動力を発生する電動機に、複数の配線部材を介して供給するものであってもよい。これにより、変換した交流電力を伝達する配線部材の発生した熱を効率的に放熱して、電流容量の大きなスイッチング素子や、高耐熱性の電子部品の使用を抑え、信頼性の高い車載用インバータ装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係るインバータ装置を、車両に搭載され、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して、車両を走行させるための駆動力を発生する三相交流モータに供給するモータ制御装置に適用した例を示す。
【００１０】
まず、図１を参照してモータ制御装置の回路構成について説明する。ここで、図１は、モータ制御装置の回路図である。
【００１１】
図１に示すように、モータ制御装置１（インバータ装置）は、三相インバータ１０と、制御回路１１とから構成され、後述するケース１２に収容されている。モータ制御装置１には、二次電池からなるバッテリ２と、回転位置検出センサ３ａを有する三相交流モータ３とがそれぞれ接続されている。また、モータ制御装置１と三相交流モータ３の間には、三相交流モータ３のＶ相、Ｗ相電流を検出するための電流センサ４ａ、４ｂがそれぞれ配設されている。
【００１２】
三相インバータ１０は、制御回路１１によって制御され、三相交流モータ３が力行状態のとき、バッテリ２の出力する直流電圧を交流電圧に変換して、三相交流モータ３に供給する回路である。また、逆に、三相交流モータ３が回生状態のとき、三相交流モータ３の発生する交流電圧を直流電圧に変換して、バッテリ２を充電する回路でもある。三相インバータ１０は、平滑用コンデンサ１０ａと、インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇ（スイッチング素子）と、フライホイールダイオード１０ｈ〜１０ｍとから構成されている。
【００１３】
平滑用コンデンサ１０ａは、三相交流モータ３が力行状態のとき、バッテリ２の出力する直流電圧を平滑する素子である。また、逆に、三相交流モータ３が回生状態のとき、三相インバータ１０の出力する直流電圧を平滑する素子でもある。平滑用コンデンサ１０ａの一端はバッテリ２の正極端子に、他端はバッテリ２の負極端子にそれぞれ接続されている。
【００１４】
インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇは、オン、オフすることで直流電圧を交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇは三相ブリッジ接続されている。三相インバータ１０の上側にある３つのインバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｄのコレクタは平滑用コンデンサ１０ａの一端に、下側にある３つのＩＧＢＴ１０ｅ〜１０ｇのエミッタは平滑用コンデンサ１０ａの他端にそれぞれ接続されている。インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ、１０ｅの接続点、インバータ用ＩＧＢＴ１０ｃ、１０ｆの接続点、及びインバータ用ＩＧＢＴ１０ｄ、１０ｇの接続点は、バスバー１０ｎ〜１０ｐ（配線部材）を介してコネクタ１０ｑの端子１０ｒ〜１０ｔ（配線部材）に、さらに、ワイヤーハーネス５を介して三相交流モータ３にそれぞれ接続されている。ここで、バスバー１０ｎ〜１０ｐは、インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇによって変換された交流電力を伝達する導体からなる板状の部材である。コネクタ１０ｑの端子１０ｒ〜１０ｔは、バスバー１０ｎ〜１０ｐを介して伝達された交流電力を外部に供給する部材である。
【００１５】
フライホイールダイオード１０ｈ〜１０ｍは、整流することで、交流電圧を直流電圧に変換するための素子である。フライホイールダイオード１０ｈ〜１０ｍのアノードはインバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇのエミッタに、カソードはインバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇのコレクタにそれぞれ接続されている。
【００１６】
制御回路１１は、車両ＥＣＵ（図略）の出力するモータトルク指令、バッテリ２の直流電圧、三相交流モータ３の回転位置及び相電流に基づいて、三相インバータ１０を制御する回路である。制御回路１１は、車両ＥＣＵ、バッテリ２の正極端子及び負極端子、インバータ用ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆのゲート、回転位置検出センサ３ａ、及び電流センサ４ａ、４ｂにそれぞれ接続されている。
【００１７】
次に、図２〜図４を参照してケースの構成について説明する。ここで、図２は、ケースの正面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図４は、図３におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。図５は、ケースの下面図である。
【００１８】
図２に示すように、ケース１２は、三相インバータ１０及び制御回路１１を収容するための部材である。ケース１２は、例えば金属からなる有底長方形筒状の本体部１２０と、本体部１２０の開口部を覆う、例えば金属からなる板状の蓋部１２１とから構成されている。本体部１２０の正面側の壁部１２０ａには、端子１０ｒ〜１０ｔを有するコネクタ１０ｑが配設されている。
【００１９】
図３及び図４に示すように、壁部１２０ａには、コネクタ１０ｑの端子１０ｒ〜１０ｔが一括して挿通するための長方形状の貫通孔１２０ｂが形成されている。端子１０ｒ〜１０ｔは、貫通孔１２０ｂを挿通し、端部を本体部１２０内に突出させた状態でバスバー１０ｎ〜１０ｐに接続されている。また、貫通孔１２０ｂには、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｑ〜１０ｓから所定距離を隔て、貫通孔１２０ｂを３分割するように放熱板１２０ｃ、１２０ｄが配設されている。放熱板１２０ｃ、１２０ｄは、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｒ〜１０ｔで発生した熱を放熱するための所定面積を有する長方形板状の部材である。放熱板１２０ｃ、１２０ｄは、壁部１２０ａと同一の金属からなり、壁部１２０ａと一体的に形成されている。
【００２０】
図４及び図５に示すように、本体部１２０の底部１２０ｅには、図１におけるインバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇを冷却するための冷却装置１２２が配設されている。冷却装置１２２は、冷却水が流通する冷却水流通路１２２ａを備えている。冷却水流通路１２２ａの端部側の一部は、壁部１２０ａに隣接して配設されている。
【００２１】
次に、具体的動作について説明する。図１において、イグニッションスイッチ（図略）がオンされると、モータ制御装置１は動作を開始する。車両ＥＣＵからモータトルク指令が入力されると、制御回路１１は、モータトルク指令、バッテリ２の直流電圧、三相交流モータ３の回転位置及び相電流に基づいて、三相インバータ１０を制御する。三相インバータ１０は、制御回路１１によって制御され、バッテリ２の出力する直流電圧を交流電圧に変換する。変換された交流電力は、バスバー１０ｎ〜１０ｐ、コネクタ１０ｑの端子１０ｒ〜１０ｔ、及びワイヤーハーネス５を介して三相交流モータ３に供給される。三相交流モータ３は、交流電力を供給されることでモータトルク指令に応じたトルクを発生し、車両を走行させる。
【００２２】
このとき、大電流が流れることで、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｒ〜１０ｔは、発熱し高温状態となる。しかし、図３及び図４に示すように、端子１０ｒ〜１０ｔが挿通する貫通孔１２０ｂには、放熱板１２０ｃ、１２０ｄが配設されている。また、図４及び図５に示すように、放熱板１２０ｃ、１２０ｄの配設されている壁部１２０ａに隣接して、冷却装置１２２の冷却水流通路１２２ａも配設されている。そのため、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｒ〜１０ｔの発生した熱を効率的に放熱させることができる。
【００２３】
最後に、具体的効果について説明する。本実施形態のモータ制御装置１によれば、変換した交流電力を伝達するバスバー１０ｎ〜１０ｐ及びコネクタ１０ｑの端子１０ｒ〜１０ｔの発生した熱を効率的に放熱して、電流容量の大きなＩＧＢＴや、高耐熱性の電子部品の使用を抑えることができる。放熱板１２０ｃ、１２０ｄは、空気より熱伝導性のよい金属から構成されている。貫通孔１２０ａを３分割するように２つの放熱板１２０ｃ、１２０ｄを配設することで、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｒ〜１０ｔの近傍において、金属部分の表面積を増加させることができる。そのため、発生した熱を放熱板１２０ｃ、１２０ｄを介して効率的に放熱させることができる。これにより、インバータ用ＩＧＢＴ１０ｂ〜１０ｇとして、電流容量の大きな素子を用いる必要がなくなる。また、制御回路１１を構成する電子部品として、高耐熱性の素子を使用する必要もなくなる。さらに、ケース１２の貫通孔１２０ｂ周辺の強度を増加させることもできる。
【００２４】
また、モータ制御装置１によれば、放熱板１２０ｃ、１２０ｄを壁部１２０ａと一体的に形成することで、別部品として製造して組み付ける必要がなくなり、ケース１２の製造コストを抑えることができる。
【００２５】
さらに、モータ制御装置１によれば、冷却装置１２２の冷却水流通路１２２ａの一部を壁部１２０ａに隣接して配設することで、放熱板１２０ｃ、１２０ｄの放熱性をより向上させることができる。
【００２６】
加えて、モータ制御装置１によれば、バスバー１０ｎ〜１０ｐ及び端子１０ｒ〜１０ｔの発生した熱を効率的に放熱して、電流容量の大きなＩＧＢＴや、高耐熱性の電子部品の使用を抑え、信頼性の高い車載用のモータ制御装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。
【図２】ケースの正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】ケースの下面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・モータ制御装置（インバータ装置）、１０・・・三相インバータ、１０ａ・・・平滑用コンデンサ、１０ｂ〜１０ｇ・・・インバータ用ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１０ｈ〜１０ｍ・・・フライホイールダイオード、１０ｎ〜１０ｐ・・・バスバー（配線部材）、１０ｑ・・・コネクタ、１０ｒ〜１０ｔ・・・端子（配線部材）、１１・・・制御回路、１２・・・ケース、１２０・・・本体部、１２０ａ・・・壁部、１２０ｂ・・・貫通孔、１２０ｃ、１２０ｄ・・・放熱板、１２０ｅ・・・底部、１２１・・・蓋部、１２２・・・冷却装置、１２２ａ・・・冷却水流通路、２・・・バッテリ、３・・・三相交流モータ、３ａ・・・回転位置検出センサ、４ａ、４ｂ・・・電流センサ、５・・・ワイヤーハーネス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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