(57)【要約】【課題】より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することを主目的とする。【解決手段】冷却器７０の表面に基板６２をろう付けにより取り付け、リアクトル装置６４やコンバータ装置６６を固定するための台座７２やボス７４を冷却器７０の裏面にろう付けにより取り付けるよう構成した。これにより、基板６２と台座７２とボス７４とを一括してろう付けで冷却器７０に取り付けることができ、基板６２を冷却器７０にはんだ付けした上でリアクトル装置６４やコンバータ装置６６をろう付けするものに比して、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することができる。【選択図】図３
2012222861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を入出力可能な電動機と、トランジスタを用いて前記電動機を駆動するインバータと、リアクトルとトランジスタとを用いて第１の二次電池からの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧コンバータと、トランジスタとトランスとを用いて前記第１の二次電池と前記第１の二次電池より電圧が低い第２の二次電池との間で直流電圧を変換する直流電圧変換コンバータと、を備える電動機装置に搭載され、前記インバータのトランジスタおよび／または昇圧コンバータのトランジスタおよび／または直流電圧変換コンバータのトランジスタを有する半導体装置と、前記半導体装置が載置された絶縁基板と、表面に前記絶縁基板がろう付けにより取り付けられ前記インバータを冷却可能な冷却装置と、を備える電気機器装置であって、
前記昇圧コンバータのリアクトルおよび／または前記直流電圧変換コンバータのトランスを有する電気機器と、
前記冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられ、前記電気機器を前記裏面に固定する固定部材と、
を備える電気機器装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気機器装置であって、
前記固定部材は、前記冷却装置の裏面に取り付けられ前記電気機器を載置可能な台座であり、
前記電気機器は、前記台座にろう付けにより取り付けられてなる、
電気機器装置。
【請求項３】
請求項１記載の電気機器装置であって、
前記固定部材は、前記冷却装置の裏面に取り付けられた少なくとも１つのボスであり、
前記電気機器は、前記ボスにより前記冷却装置の裏面に取り付けられてなる、
電気機器装置。
【請求項４】
請求項１記載の電気機器装置であって、
前記電気機器として前記昇圧コンバータのリアクトルを有する第１の電気機器と、
前記直流電圧変換コンバータを有する第２の電気機器と、
前記固定部材として前記第１の電気機器を前記裏面に固定する第１の固定部材と、
前記冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられ、前記第２の電気機器を前記裏面に固定する第２の固定部材と、
を備える電気機器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器装置に関し、詳しくは、動力を入出力可能な電動機と、トランジスタを用いて電動機を駆動するインバータと、リアクトルとトランジスタとを用いて第１の二次電池からの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、トランジスタとトランスとを用いて第１の二次電池と第１の二次電池より電圧が低い第２の二次電池との間で直流電圧を変換する直流電圧変換コンバータと、を備える電動機装置に搭載され、インバータのトランジスタおよび／または昇圧コンバータのトランジスタおよび／または直流電圧変換コンバータのトランジスタを有する半導体装置と、半導体装置が載置された絶縁基板と、表面に絶縁基板がろう付けにより取り付けられインバータを冷却可能な冷却装置と、を備える電気機器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気機器装置としては、インバータを取り付けた上側ケースの底の凹部の開口をコンバータを取り付けた下側ケースで封止して、上側ケースの底の凹部の開口と下側ケースとで構成される冷却通路に冷却媒体を流通させる冷却器を用いてインバータおよびコンバータを冷却するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした構成により、別途ヒートシンクなどを設けるものに比して、より簡易な構成でインバータとコンバータとを冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６６８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の電気機器装置では、冷却器の表面にインバータが取り付けられており冷却器の裏面にコンバータを取り付けているが、こうしたインバータやコンバータの取り付けを行なう際には、より適正な手法を用いることが望ましい。例えば、インバータをはんだ付けにより冷却器に取り付けると共にコンバータをろう付けにより取り付ける手法では、はんだ付けの工程とろう付けの工程とが必要であり、工程数が増えてしまう。
【０００５】
本発明の電気機器装置は、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電気機器装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電気機器装置は、
動力を入出力可能な電動機と、トランジスタを用いて前記電動機を駆動するインバータと、リアクトルとトランジスタとを用いて第１の二次電池からの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧コンバータと、トランジスタとトランスとを用いて前記第１の二次電池と前記第１の二次電池より電圧が低い第２の二次電池との間で直流電圧を変換する直流電圧変換コンバータと、を備える電動機装置に搭載され、前記インバータのトランジスタおよび／または昇圧コンバータのトランジスタおよび／または直流電圧変換コンバータのトランジスタを有する半導体装置と、前記半導体装置が載置された絶縁基板と、表面に前記絶縁基板がろう付けにより取り付けられ前記インバータを冷却可能な冷却装置と、を備える電気機器装置であって、
前記昇圧コンバータのリアクトルおよび／または前記直流電圧変換コンバータのトランスを有する電気機器と、
前記冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられ、前記電気機器を前記裏面に固定する固定部材と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の電気機器装置では、インバータを冷却可能な冷却装置の表面に絶縁基板がろう付けにより取り付けられ、電気機器を裏面に固定する固定部材が冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられている。これにより、絶縁基板と固定部材とを一括してろう付けで冷却装置に取り付けることができ、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することができる。
【０００９】
こうした本発明の電気機器装置において、前記固定部材は、前記冷却装置の裏面に取り付けられ前記電気機器を載置可能な台座であり、前記電気機器は、前記台座にろう付けにより取り付けられてなるものとすることもできるし、前記固定部材は、前記冷却装置の裏面に取り付けられた少なくとも１つのボスであり、前記電気機器は、前記ボスにより前記冷却装置の裏面に取り付けられてなるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明の電気機器装置において、前記電気機器として前記昇圧コンバータのリアクトルを有する第１の電気機器と、前記直流電圧変換コンバータを有する第２の電気機器と、前記固定部材として前記第１の電気機器を前記裏面に固定する第１の固定部材と、前記冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられ、前記第２の電気機器を前記裏面に固定する第２の固定部材と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、絶縁基板と第１の固定部材と第２の固定部材とを一括してろう付けで冷却装置に取り付けることができ、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例としての電気機器装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】ハイブリッド自動車２０が備える電気系の構成の概略を示す構成図である。
【図３】インバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６、ＤＣＤＣコンバータ５２を含む電気機器装置の断面の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例としての電気機器装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、ハイブリッド自動車２０が備える電気系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成された高圧バッテリ４４と、インバータ４１，４２が接続された電力ライン（以下、高電圧系電力ラインという）４７と高圧バッテリ４４が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）４８とに接続されて電池電圧系電力ライン４８の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４７に供給可能な昇圧コンバータ４６と、例えば鉛蓄電池として構成された低圧バッテリ５０と、低圧バッテリ５０が接続された電池電圧系電力ライン４８の電力を降圧して低圧バッテリ５０が接続された電力ライン（以下、低電圧系電力ラインという）５１に供給するＤＣＤＣコンバータ５２とを備える。
【００１４】
インバータ４１は、図２に示すように、６個の絶縁ゲートトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，以下、「トランジスタ」という）と、６個のトランジスタに逆方向に並列接続された６個のダイオードとにより構成されている。６個のトランジスタと６個のダイオードとは、モータＭＧ１の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相からみて高電圧系電力ライン４７の正極母線側と負極母線側とに各々接続されている。
【００１５】
インバータ４２は、図２に示すように、１２個のトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された１２個のダイオードとにより構成されている。１２個のトランジスタと１２個のダイオードとは、モータＭＧ２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相からみて高電圧系電力ライン４７の正極母線側と負極母線側とに各々２つずつ並列接続されている。
【００１６】
昇圧コンバータ４６は、図２に示すように、４個のトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された４個のダイオードと、リアクトルＬとにより構成されている。４個のトランジスタのうち２個は高電圧系電力ライン４７の正極母線に対して並列接続されており、残余の２個は高電圧系電力ライン４７の負極母線に対して並列接続されており、前者の２個のトランジスタ（上アーム）と後者の２個のトランジスタ（下アーム）との接続点と高圧バッテリ４４の正極端子とにはリアクトルＬが接続されている。
【００１７】
ＤＣＤＣコンバータ５２は、いずれも図示しないスイッチング素子やトランスなどを含み、スイッチング素子をオンオフすることにより電池電圧系電力ライン４８からの電力を降圧して低電圧系電力ライン５１に出力する。
【００１８】
こうしたハイブリッド自動車２０では、基本的に、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊が出力されるようエンジン２２における燃料噴射制御やインバータ４１，４２の各トランジスタのスイッチング制御、昇圧コンバータ４６の各トランジスタのスイッチング制御が実行される。なお、トランジスタとしては、ＩＧＢＴに限定されるものではなく、パワーＭＯＳ(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタなどを用いても構わない。
【００１９】
図３はインバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６、ＤＣＤＣコンバータ５２を含む電気機器装置の断面の概略を示す断面図である。電気機器装置は、インバータ４１の６個のトランジスタや６個のダイオード，インバータ４２の１２個のトランジスタや１２個のダイオード１２，昇圧コンバータ４６の４個のトランジスタ，ＤＣＤＣコンバータ５２の図示しないトランジスタを有する半導体装置６０と、半導体装置６０が表面に取り付けられた基板６２と、昇圧コンバータ４６のリアクトルＬを有するリアクトル装置６４と、ＤＣＤＣコンバータ５２の図示しないトランスを有するコンバータ装置６６と、基板６２の裏面がろう付けにより表面に取り付けられ内部に図示しない電動ポンプによって圧送される冷却水が流通する冷却水路６８が形成された冷却器７０と、冷却器７０の裏面にろう付きにより取り付けられリアクトル装置６４を固定可能な形状の台座７２と、冷却器７０の裏面にろう付きにより取り付けられコンバータ装置６６を取り付け可能なボス７４と、から構成されている。コンバータ装置６６には、ボス７４と嵌合する凹部が形成されている。ここで、「ろう付け」とは、接合する部材（母材、実施例では冷却器７０，基板６２，台座７２，ボス７４）よりも融点の低い合金（ろう）を溶かして母材料自体を溶融させず複数の複数の部材を接合させる手法であるものとする。
【００２０】
基板６２は、図３に示すように、アルミニウム（Ａｌ）からなるアルミ層６２ａと窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁層６２ｂとＡｌからなるアルミ層６２ｃとが順に積層された積層基板として構成されている。アルミ層６２ａ，６２ｃ、絶縁層６２ｂは、基板６２を介して半導体装置６０の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体装置６０と冷却器７０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有する厚さにそれぞれ形成されている。こうした構成により、半導体装置６０と冷却器７０との絶縁を保持しながら、冷却器７０により基板６２を介して半導体装置６０を良好に冷却することができる。
【００２１】
こうして構成された電気機器装置では、冷却器７０の表面に基板６２をろう付けにより取り付け、リアクトル装置６４やコンバータ装置６６を固定するための台座７２やボス７４を冷却器７０の裏面にろう付けにより取り付けるよう構成されている。これにより、基板６２と台座７２とボス７４とを一括してろう付けで冷却器７０に取り付けることができ、基板６２を冷却器７０にはんだ付けした上でリアクトル装置６４やコンバータ装置６６をろう付けするものに比して、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することができる。また、ろう付けする際には合金（ろう）を加熱する必要があるが、台座７２とボス７４とを冷却器７０にろう付けすることにより、直接リアクトル装置６４やコンバータ装置６６を冷却器７０にろう付けする場合に比して、加熱によるリアクトル装置６４，コンバータ装置６６への影響を抑制することができる。
【００２２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０に搭載される電気機器装置によれば、冷却器７０の表面に基板６２をろう付けにより取り付け、リアクトル装置６４やコンバータ装置６６を固定するための台座７２やボス７４を冷却器７０の裏面にろう付けにより取り付けるよう構成されてるから、基板６２と台座７２とボス７４とを一括してろう付けで冷却器７０に取り付けることができ、より簡易な手法で製造可能な電気機器装置を提供することができる。
【００２３】
実施例の電気機器装置では、冷却器７０の裏面に取り付けた台座７２にリアクトル装置６４を固定するものとしたが、台座７２に代えてボスを取り付けると共にリアクトル装置６４に設けたボスと嵌合する凹部を設けて、リアクトル装置６４をボスに固定するものとしてもよい。
【００２４】
実施例の電気機器装置では、冷却器７０の裏面に取り付けたボス７４にコンバータ装置６６を固定するものとしたが、ボス７４に代えてコンバータ装置６６を載置可能な形状の台座を設けて、コンバータ装置６６を台座に固定するものとしてもよい。
【００２５】
実施例の電気機器装置では、インバータ４１の６個のトランジスタや６個のダイオード，インバータ４２の１２個のトランジスタや１２個のダイオード１２，昇圧コンバータ４６の４個のトランジスタ，ＤＣＤＣコンバータ５２の図示しないトランジスタを有する半導体装置６０を基板６２に取り付けるものとしたが、各トランジスタやダイオードを複数の半導体装置に搭載して、複数の半導体装置のそれぞれを別個の基板に取り付けるものとしてもよい。
【００２６】
実施例の電気機器装置では、基板６２を積層基板であるものとしたが、基板６２を介して半導体装置６０の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体装置６０と冷却器７０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有するものであればよいから、例えば、基板６２を介して半導体装置６０の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体装置６０と冷却器７０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有する１つの層からなる単層の基板を用いるものとしてもよい。
【００２７】
実施例の電気機器装置では、リアクトル装置６４とコンバータ装置６６とが冷却器７０の裏面に取り付けれているものとしたが、リアクトル装置６４，コンバータ装置６６の少なくとも一方が取り付けられているものとすればよく、例えば、リアクトル装置６４のみを冷却器７０の裏面に取り付けて、コンバータ装置６６を他の部品に取り付けるものとしてもよい。
【００２８】
実施例では、エンジン２２からの動力とモータＭＧ２からの動力とを用いて走行可能なハイブリッド自動車２０に適用するものとしたが、動力を入出力可能な電動機と電動機を駆動するインバータとリアクトルを用いて第１の二次電池からの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと第１の二次電池と第１の二次電池より電圧が低い第２の二次電池との間で直流電圧を変換する直流電圧変換コンバータとを備える電動機装置が搭載されたものであれば如何なるものに適用しても構わない。
【００２９】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６，ＤＣＤＣコンバータ５２の各トランジスタを有する半導体装置６０が「半導体装置」に相当し、基板６２が「基板」に相当し、冷却器７０が「冷却装置」に相当し、リアクトル装置６４が「電気機器」に相当し、台座７２が「固定部材」に相当する。
【００３０】
ここで、「半導体装置」としては、インバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６，ＤＣＤＣコンバータ５２の各トランジスタを有する半導体装置６０に限定されるものではなく、インバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６，ＤＣＤＣコンバータ５２の各トランジスタのうち一部のトランジスタを有するものなど、インバータのトランジスタおよび／または昇圧コンバータのトランジスタおよび／または直流電圧変換コンバータのトランジスタを有するものであれば如何なるものとしても構わない。「絶縁基板」としては、基板６２に限定されるものでなく、半導体装置が載置されたものであれば如何なるものとしても構わない。「冷却装置」としては、冷却器７０に限定されるものではなく、表面に絶縁基板がろう付けにより取り付けられインバータを冷却可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電気機器」としては、リアクトル装置６４に限定されるものではなく、コンバータ装置６６のみを備えるものやリアクトル装置６４とコンバータ装置６６との両方を備えたものなど、昇圧コンバータのリアクトルおよび／または直流電圧変換コンバータのトランスを有するものであれば如何なるものとしても構わない。「固定部材」としては、台座７２に限定されるものではなく、ボスなど、冷却装置の裏面にろう付けにより取り付けられ、電気機器を裏面に固定するものであれば如何なるものとしても構わない。
【００３１】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３２】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、電気機器装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２６  クランクシャフト、３０  プラネタリギヤ、３２  駆動軸、３８  デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ  駆動輪、４１，４２  インバータ、４４  高圧バッテリ、４６  昇圧コンバータ、４７  高電圧系電力ライン、４８  電池電圧系電力ライン、５０  低圧バッテリ、５１  低電圧系電力ライン、５２  ＤＣＤＣコンバータ、６０  半導体装置、６２  基板、６２ａ，６２ｃ  アルミ層、６２ｂ  絶縁層、６４  リアクトル装置、６６  コンバータ装置、７０  冷却器、７２  台座、７４  ボス、Ｌ  リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
2012222861.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012222861.tif 000005