(57)【要約】【課題】インバータ本体と冷却系を一体化させ、かつ、インバータ周辺から発生する振動の伝搬を抑制することのできる電力変換装置を提供する。【解決手段】インバータ装置１００は、パワーモジュールであるＩＰＭ２６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、リアクトル２４と、制御基板２８と、コンデンサ２０と、第１冷却器３０と、第２冷却器４０と、第１ラジエータ１１と、第２ラジエータ１２と、ウォータポンプ４４と、リザーブタンク４２と、空冷用のファン５２と、を有し、インバータケース６０は上部と下部とで構成されている。また、第１冷却器３０の上面には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、リアクトル２４が配置され、第１冷却器３０の下面には、比較的発熱量の多いＩＰＭ２６が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータとコンバータとを一体に収納したケースと、冷媒を循環させてインバータとコンバータとを冷却する冷却手段と、を備える電力変換装置において、
冷却手段は、ポンプによって冷媒が循環され、インバータ及びコンバータの発熱部と熱交換をする第１の冷却器と、第１の冷却器によって熱せられた冷媒を冷却する第１のラジエータと、第１のラジエータの下流側に設けられた第２のラジエータと、の順に冷媒が流れ、これらの機器を空気によって冷却する空冷手段と、を有し、
インバータ及びコンバータは、互いに対向する第１のラジエータと第２のラジエータとの間に配置され、冷媒及び空冷によって冷却されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
空冷手段は、第２のラジエータを通過した空気により、インバータ及びコンバータの発熱部と、第１のラジエータと、を冷却することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
冷却手段は、さらに、第１のラジエータと第２のラジエータの間に第２の冷却器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
さらに、第１のラジエータ及び第２のラジエータには、冷却性能を調整する調整手段が設けられたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータとコンバータとを一体に収納したケースと、冷媒を循環させてインバータとコンバータとを冷却する冷却手段と、を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンと電動機を動力源として使用したハイブリッド自動車をはじめとして、燃料電池自動車、電気自動車等が開発されている。ここで、ハイブリッド自動車等は、エンジンに加え、バッテリなどの直流電源と、バッテリ電圧を昇圧するコンバータと、昇圧された電力を交流電力に変換して電動機を回転させるインバータと、を有している。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車では、エンジンの他、パワー素子とそれを駆動する機能を有し、過温度・過電流・過電圧等を検知し、自己保護機能を備えた部品であるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）を含むインバータやコンバータ等の電力変換装置を適切な温度に冷却する必要がある。
【０００４】
しかし、エンジン冷却水の温度は一般的に約１１０℃程度まで上昇するため、エンジン冷却水をそのまま電力変換装置の冷却に用いると、電力変換装置に用いられているパワー素子が一般的なシリコン系の素子で構成されている場合、電力変換装置を熱的に保護できず、結果としてエンジン冷却水と電力変換装置の冷却水とを共用することは困難であった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、エンジンと、モータジェネレータと、モータジェネレータを制御するインバータと、を備えた車両駆動システムにおいて、エンジン、モータジェネレータおよびインバータの冷却水を共用した冷却システムの構成が開示され、エンジン冷却水をラジエータで冷却する技術が示されている。
【０００６】
図４は、特許文献１に示された電力変換装置の一例としてインバータ装置２００の構成を示している。インバータ装置２００は、大きく分けてインバータケース６０と、ラジエータ１０と、を有している。さらに、インバータケース６０は、昇圧コンバータ１４と、インバータ１６と、モータジェネレータＥＣＵ１８（以下、ＭＧ−ＥＣＵという。）と、コンデンサ２０と、これらを冷却するための冷却器３０と、を有している。
【０００７】
インバータ装置２００には、エンジンからの冷却水が冷媒路３２に供給される。インバータ装置２００のラジエータ１０は、冷媒路３２から供給される冷却水を冷却し、その冷却した冷却水を冷媒路３４を介して冷却器３０に供給する。冷却器３０は、冷却水を用いて昇圧コンバータ１４、インバータ１６、ＭＧ−ＥＣＵ１８及びコンデンサ２０を冷却し、冷媒路３６から吐出する。このようなインバータ装置２００を用いることにより、約１１０℃程度のエンジン冷却水をラジエータ１０により約６５℃程度まで冷却することで、電力変換装置であるインバータ装置２００の冷却に用いることが可能となる。
【０００８】
また近年、ハイブリッド自動車の走行性能向上を図る為に、インバータ装置の出力増加が求められるようになった。このため、インバータに組み込まれているリアクトル等の電気素子から発生する振動の振動レベルが増大する傾向となった。そこで、特許文献２には、振動源となる電気素子からの振動が外部へ伝搬するのを抑制可能なインバータに関する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２６４４７３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１の技術を用いることで、エンジンからの冷却水を用いて電力変換装置であるインバータ装置を冷却することは可能となるが、冷却水配管とラジエータへの外気導入等の配慮が必要となる。また、高電圧の交流電力を制御するインバータ周辺から発生する振動の伝搬を抑制し、かつ、十分な冷却を考慮する必要があった。
【００１１】
そこで、本発明に係る電力変換装置は、インバータ本体と冷却系を一体化させ、かつ、インバータ周辺から発生する振動の伝搬を抑制することのできる電力変換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】
【００１２】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、インバータとコンバータとを一体に収納したケースと、冷媒を循環させてインバータとコンバータとを冷却する冷却手段と、を備える電力変換装置において、冷却手段は、ポンプによって冷媒が循環され、インバータ及びコンバータの発熱部と熱交換をする第１の冷却器と、第１の冷却器によって熱せられた冷媒を冷却する第１のラジエータと、第１のラジエータの下流側に設けられた第２のラジエータと、の順に冷媒が流れ、これらの機器を空気によって冷却する空冷手段と、を有し、インバータ及びコンバータは、互いに対向する第１のラジエータと第２のラジエータとの間に配置され、冷媒及び空冷によって冷却されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る電力変換装置において、空冷手段は、第２のラジエータを通過した空気により、インバータ及びコンバータの発熱部と、第１のラジエータと、を冷却することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る電力変換装置において、冷却手段は、さらに、第１のラジエータと第２のラジエータの間に第２の冷却器を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る電力変換装置において、さらに、第１のラジエータ及び第２のラジエータには、冷却性能を調整する調整手段が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を用いることにより、外気導入の配慮は必要となるが、電力変換装置であるインバータ本体と冷却系を一体化させ、かつ、インバータ周辺から発生する振動の伝搬を抑制することのできる電力変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１８】
図１は、電力変換装置であるインバータ（以下、インバータ装置という）の構成を示している。なお、従来構成と同一の部分には同一の符号を付与し、重複説明は省略する。ここで、インバータ装置１００は、大きく分けて電子素子部と、冷却部と、インバータケース６０と、を有している。ここで、電子素子部は、パワーモジュールであるＩＰＭ２６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、リアクトル２４と、制御基板２８と、コンデンサ２０と、を有している。
【００１９】
また、冷却部は、第１冷却器３０と、第２冷却器４０と、第１ラジエータ１１と、第２ラジエータ１２と、ウォータポンプ４４と、冷却水が蓄えられているリザーブタンク４２と、空冷用のファン５２と、を有し、第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２には、流量を制御するための流路調節弁（図示せず）が設けられている。なお、ウォータポンプ４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力により駆動されている。
【００２０】
また、インバータケース６０は上部と下部とで構成されている。インバータケース６０の上部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、いわゆる巻き線トランスであるリアクトル２４とを覆っている。このカバーは振動を発生するリアクトル２４から振動が外部に伝搬するのを防止し、インバータケース６０の下部は、第２冷却器４０の下面を保護している。
【００２１】
また、第１冷却器３０の上面には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、リアクトル２４が配置され、第１冷却器３０の下面には、比較的発熱量の多いＩＰＭ２６が配置されている。ファン５２によって図１の右側のダクト５０から吸い込まれた外気・車室内気は、第２ラジエータを冷却し、ＩＰＭ２６と制御基板２８とコンデンサ２０とを冷却する。これらを冷却した外気・車室内気は第１ラジエータを冷却して図１左側へ排気される。また、ＩＰＭ２６とコンデンサ２０との間に制御基板２８が配置され、コンデンサ２０は第２冷却器４０の上面に設けられている。
【００２２】
図２には、インバータ装置における各冷媒路の冷却水温度が示され、図１と図２を用いて冷却水温度の変化を説明する。図２の左側から、リザーブタンク４２、第１冷却器３０等から第２ラジエータ１２及びリザーブタンク４２までの冷却水温度が示されている。
【００２３】
図２のリザーブタンク４２（Ａ）では、最も水温度が低く、第１冷却器３０（Ｂ）ではＤＣ／ＤＣコンバータ２２、リアクトル２４及び、これらに比べて比較的発熱量の多いＩＰＭ２６等からの熱伝導により水温度が上昇し、最も高い水温度となる。この冷却水はゴムホース４５を通じてウォータポンプ４４（Ｃ）に吸い込まれ、ウォータポンプ４４から吐き出された冷却水は同様にゴムホース４６を通じて第１ラジエータに送られる。なお、ウォータポンプ４４が発生する脈動はゴムホース４５，４６によって吸収される。
【００２４】
第１ラジエータ１１（Ｄ）では、ファン５２により空冷されることで水温度が低下する。水温度が低下した冷却水は、第２冷却器４０（Ｅ）へ送られる。ここで、コンデンサ２０からの熱伝導により再度水温度が上昇するが、第２ラジエータ（Ｆ）により再度空冷されることで最初の水温度に戻ることになる。
【００２５】
図３には、インバータ装置におけるケース内温度の変化が２通り示されている。図中パターン１は、外気・車室内気温が低い場合であり、パターン２は外気・車室内気温が高い場合である。本発明の特徴的な事項の一つは、外気・車室内気温に対応して第２ラジエータと第１ラジエータとの流路長を調整することで、冷却能力を可変して、各電子部品の温度変化を少なくすることを可能にしたことである。
【００２６】
図３のパターン１に示すように外気・車室内気温が低い場合は、第２ラジエータの冷却能力をアップして電子部品の温度を上げる方向に作用させ、第１ラジエータの冷却能力を逆にダウンさせる。また、外気・車室内気温が高い場合には、第２ラジエータの冷却能力をダウンさせて、電子部品の温度が上がりすぎないように作用させ、第１ラジエータの冷却能力をアップさせることで、放熱を促進する。また、本発明の特徴的な事項の一つは、冷却水と空冷を組み合わせてＩＰＭ等のパワーモジュールを冷却することにより、冷却効果を向上させたことである。
【００２７】
以上、上述したように、本実施形態を用いることにより、外気導入の配慮は必要となるが、電力変換装置であるインバータ本体と冷却系を一体化させ、かつ、インバータ周辺から発生する振動の伝搬を抑制することが可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態では、インバータ装置について説明したが、インバータ装置に限定するものではなく、コンバータ装置、その他の発熱対策が必要な電力変換装置に用いることができるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータ装置の構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインバータ装置における各冷却路の冷却水温度を説明する説明図である。
【図３】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内温度の変化を説明する説明図である。
【図４】従来の電力変換装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ラジエータ、１１  第１ラジエータ、１２  第２ラジエータ、１４  昇圧コンバータ、１６  インバータ、１８  モータジェネレータＥＣＵ、２０  コンデンサ、２２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４  リアクトル、２６  ＩＰＭ、２８  制御基板、３０  第１冷却器、３２，３４，３６  冷媒路、４０  第２冷却器、４２  リザーブタンク、４４  ウォータポンプ、４５，４６  ゴムホース、５０  ダクト、５２  ファン、６０  インバータケース、１００，２００  インバータ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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