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公開番号2021019427
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210215
出願番号2019133772
出願日20190719
発明の名称インバータ装置
出願人アイシン・エィ・ダブリュ株式会社,アイシン精機株式会社
代理人特許業務法人R&C
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210118BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な構成で、平滑コンデンサのコンデンサ素子の熱による劣化を軽減できるインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ装置において、平滑コンデンサ2のコンデンサ素子は、直方体状の配置領域ARに配置され、正極接続部材3Pは、直流電源の正極に電気的に接続される正極第1端子32Pと、スイッチング素子ユニットの正極に電気的に接続される正極第2端子33Pと、を備え、負極接続部材3Nは、直流電源の負極に電気的に接続される負極第1端子32Nと、スイッチング素子ユニットの負極に電気的に接続される負極第2端子33Nと、を備え、放電抵抗4は、コンデンサ素子の正極面及び負極面に交差する方向に沿う、配置領域ARの4つのコンデンサ側面SFのうち、正極第1端子32P、正極第2端子33P、負極第1端子32N、及び負極第2端子33Nのいずれもが配置されていない面に隣接して配置されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、
前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に接続された放電抵抗と、
直流電源の正極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサと前記放電抵抗との正極同士を電気的に接続する正極接続部材と、
前記直流電源の負極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサと前記放電抵抗との負極同士を電気的に接続する負極接続部材と、を備えたインバータ装置であって、
前記平滑コンデンサは、正極面、及び当該正極面とは反対側を向く負極面が形成された、少なくとも1つのコンデンサ素子を備え、
前記コンデンサ素子は、直方体状の配置領域に配置され、
前記正極接続部材は、前記正極面に沿うように形成された正極本体部と、前記正極本体部から突出するように形成され、前記直流電源の正極に電気的に接続される正極第1端子と、前記正極本体部から突出するように形成され、前記スイッチング素子ユニットの正極に電気的に接続される正極第2端子と、を備え、
前記負極接続部材は、前記負極面に沿うように形成された負極本体部と、前記負極本体部から突出するように形成され、前記直流電源の負極に電気的に接続される負極第1端子と、前記負極本体部から突出するように形成され、前記スイッチング素子ユニットの負極に電気的に接続される負極第2端子と、を備え、
前記コンデンサ素子の前記配置領域における、前記正極面及び前記負極面に交差する方向に沿う4つの面を、それぞれコンデンサ側面として、
前記放電抵抗は、4つの前記コンデンサ側面のうち、前記正極第1端子、前記正極第2端子、前記負極第1端子、及び前記負極第2端子のいずれもが配置されていない面に隣接して配置されている、インバータ装置。
続きを表示(約 690 文字)【請求項2】
前記正極第1端子と前記負極第1端子とは、互いに隣接して配置され、
前記放電抵抗は、4つの前記コンデンサ側面のうち、前記コンデンサ素子に対して前記正極第1端子及び前記負極第1端子が位置する側とは反対側の面に隣接して配置されている、請求項1に記載のインバータ装置。
【請求項3】
前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサと前記放電抵抗とを収容するケースを更に備え、
前記ケース内には、冷媒が流動する冷却路が設けられ、
前記冷却路の入口が、前記ケースの内部と外部とを連通するように形成され、
前記放電抵抗が、前記ケースに接するように配置されている、請求項1又は2に記載のインバータ装置。
【請求項4】
前記ケースは、4つの前記コンデンサ側面に対向するように配置された複数の壁部を備え、
前記放電抵抗が、複数の前記壁部のうち、前記冷却路の前記入口が形成された前記壁部に接するように配置されている、請求項3に記載のインバータ装置。
【請求項5】
前記平滑コンデンサは、少なくとも前記正極第1端子、前記正極第2端子、前記負極第1端子、及び前記負極第2端子が外部に露出するように、前記正極接続部材の一部及び前記負極接続部材の一部と前記コンデンサ素子とを収容したコンデンサケースを備え、
前記コンデンサケースにより前記配置領域が規定され、
前記コンデンサケースの外面により、4つの前記コンデンサ側面が形成されている、請求項1から4のいずれか一項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、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、平滑コンデンサと並列に接続された放電抵抗と、を備えたインバータ装置に関する。
続きを表示(約 8,000 文字)【背景技術】
【0002】
このようなインバータ装置の一例が、下記の特許文献1に開示されている。以下、この背景技術の説明では、特許文献1における符号を括弧内に引用する。
【0003】
特許文献1のインバータ装置では、平滑コンデンサ(C)の複数のコンデンサ素子(C1)が、直流電源(BAT)に接続された正極接続部材(P)と負極接続部材(N)との間に配置されると共に、コンデンサケース(2)に収容されている。そして、コンデンサケース(2)の内部における、複数のコンデンサ素子(C1)に対して直流電源(BAT)側とは反対側の領域に、放電抵抗(R)が配置されている。
【0004】
このように、特許文献1のインバータ装置では、通電によって発熱する放電抵抗(R)を、温度が高くなり易い直流電源(BAT)側のコンデンサ素子(C1)から離して配置している。こうして、簡易な構成で、コンデンサケース(2)内の温度の均一化を図り、複数のコンデンサ素子(C1)の劣化の差を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2009−278794号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1のインバータ装置では、通電に伴う正極接続部材(P)及び負極接続部材(N)の発熱が考慮されていない。そのため、正極接続部材(P)及び負極接続部材(N)の熱と、放電抵抗(R)の熱とにより、コンデンサ素子(C1)の劣化が促進される可能性があった。
【0007】
そこで、簡易な構成で、平滑コンデンサのコンデンサ素子の熱による劣化を軽減できるインバータ装置の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記に鑑みた、インバータ装置の特徴構成は、
インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子ユニットと、
前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと並列に接続された放電抵抗と、
直流電源の正極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサと前記放電抵抗との正極同士を電気的に接続する正極接続部材と、
前記直流電源の負極に電気的に接続されると共に、前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサと前記放電抵抗との負極同士を電気的に接続する負極接続部材と、を備えたインバータ装置であって、
前記平滑コンデンサは、正極面、及び当該正極面とは反対側を向く負極面が形成された、少なくとも1つのコンデンサ素子を備え、
前記コンデンサ素子は、直方体状の配置領域に配置され、
前記正極接続部材は、前記正極面に沿うように形成された正極本体部と、前記正極本体部から突出するように形成され、前記直流電源の正極に電気的に接続される正極第1端子と、前記正極本体部から突出するように形成され、前記スイッチング素子ユニットの正極に電気的に接続される正極第2端子と、を備え、
前記負極接続部材は、前記負極面に沿うように形成された負極本体部と、前記負極本体部から突出するように形成され、前記直流電源の負極に電気的に接続される負極第1端子と、前記負極本体部から突出するように形成され、前記スイッチング素子ユニットの負極に電気的に接続される負極第2端子と、を備え、
前記コンデンサ素子の前記配置領域における、前記正極面及び前記負極面に交差する方向に沿う4つの面を、それぞれコンデンサ側面として、
前記放電抵抗は、4つの前記コンデンサ側面のうち、前記正極第1端子、前記正極第2端子、前記負極第1端子、及び前記負極第2端子のいずれもが配置されていない面に隣接して配置されている点にある。
【0009】
この特徴構成によれば、4つのコンデンサ側面のうち、正極本体部と比較して温度が高くなり易い正極第1端子及び正極第2端子、並びに、負極本体部と比較して温度が高くなり易い負極第1端子及び負極第2端子のいずれもが配置されていない面に、放電抵抗が隣接して配置されている。つまり、通電によって発熱する放電抵抗が、比較的温度が高くなり易い、正極第1端子及び正極第2端子、並びに、負極第1端子及び負極第2端子から離れて配置されている。これにより、放電抵抗の周囲の温度が過剰に上昇することを抑制できる。以上のように、本構成によれば、簡易な構成で、平滑コンデンサのコンデンサ素子の熱による劣化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態に係るインバータ装置の回路を示す図
コンデンサ素子と正極接続部材及び負極接続部材とを示す斜視図
平滑コンデンサと放電抵抗と正極接続部材及び負極接続部材とを示す斜視図
実施形態に係るインバータ装置の側面断面図
実施形態に係るインバータ装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下では、実施形態に係るインバータ装置100について、図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態では、インバータ装置100は、バッテリBTに接続されると共に回転電機MGに接続されて、バッテリBTの直流と回転電機MGの複数相(ここでは、U相、V相及びW相の3相)の交流との間で電力を変換する。回転電機MGは、電力の供給を受けて動力を発生するモータ(電動機)としての機能、及び動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ(発電機)としての機能を有している。なお、本実施形態では、バッテリBTが「直流電源」に相当する。
【0012】
インバータ装置100は、スイッチング素子ユニット1と、平滑コンデンサ2と、正極接続部材3P及び負極接続部材3Nと、放電抵抗4と、を備えている。スイッチング素子ユニット1は、インバータ回路11Cを構成する複数のスイッチング素子11を有している。平滑コンデンサ2は、インバータ回路11Cの直流側の電圧(直流リンク電圧)を平滑化するコンデンサである。正極接続部材3Pは、バッテリBTの正極に電気的に接続されると共に、スイッチング素子ユニット1と平滑コンデンサ2と放電抵抗4との正極同士を電気的に接続する部材である。負極接続部材3Nは、バッテリBTの負極に電気的に接続されると共に、スイッチング素子ユニット1と平滑コンデンサ2と放電抵抗4との負極同士を電気的に接続する部材である。放電抵抗4は、平滑コンデンサ2と並列に接続されている。
【0013】
スイッチング素子11には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SiC−MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)、SiC−SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN−MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)等の高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。ここでは、スイッチング素子11としてIGBTを適用している。複数のスイッチング素子11のそれぞれには、負極から正極へ向かう方向(下段側から上段側へ向かう方向)を順方向として、並列にフリーホイールダイオード12が設けられている。
【0014】
図2に示すように、平滑コンデンサ2は、少なくとも1つのコンデンサ素子21を備えている。コンデンサ素子21には、正極面21P、及び当該正極面21Pとは反対側を向く負極面21Nが形成されている。本実施形態では、コンデンサ素子21は、直方体状に形成されている。そして、コンデンサ素子21における互いに反対側を向く一対の面が、それぞれ正極面21P及び負極面21Nとして構成されている。
【0015】
コンデンサ素子21は、直方体状の配置領域ARに配置されている。配置領域ARは、コンデンサ素子21が配置される領域を示す仮想的な立体である。配置領域ARは、コンデンサ素子21の正極面21P及び負極面21Nに交差する方向に沿う4つの面である、4つのコンデンサ側面SFを含む。1つのコンデンサ素子21が配置領域ARに配置されている場合、当該1つのコンデンサ素子21は直方体状に形成されていることになる。また、複数のコンデンサ素子21が配置領域ARに配置されている場合、当該複数のコンデンサ素子21の集合が直方体状を成すように配置されていることになる。ここで、「直方体状」とは、多少の異形部分を有していたとしてもその全体としての概略形状が直方体であることを意味する。以下、形状等に関して「状」を付して用いる他の表現に関しても同様とする。
【0016】
本実施形態では、配置領域ARにおける、コンデンサ素子21の正極面21P及び負極面21Nに沿う面は、長方形状に形成されている。そこで、以下の説明では、配置領域ARにおける正極面21P及び負極面21Nに沿う面の長辺に沿う方向を「長手方向X」とし、短辺に沿う方向を「短手方向Y」とする。そして、長手方向Xの一方側を「長手方向第1側X1」とし、長手方向Xの他方側を「長手方向第2側X2」とする。更に、短手方向Yの一方側を「短手方向第1側Y1」とし、短手方向Yの他方側を「短手方向第2側Y2」とする。また、正極面21Pと負極面21Nとが並ぶ方向を「高さ方向Z」とする。そして、高さ方向Zにおいて、正極面21Pの側を「正極面側Z1」とし、負極面21Nの側を「負極面側Z2」とする。
【0017】
本実施形態では、複数のコンデンサ素子21がマトリクス状に配置されている。図示の例では、複数のコンデンサ素子21は、長手方向Xに6つ、短手方向Yに1つ又は2つ、高さ方向Zに1つのコンデンサ素子21が並ぶように配列されている。
【0018】
負極接続部材3Nは、コンデンサ素子21の負極面21Nに沿うように形成された負極本体部31Nと、負極本体部31Nから突出するように形成され、バッテリBTの負極に電気的に接続される負極第1端子32Nと、負極本体部31Nから突出するように形成され、スイッチング素子ユニット1の負極に電気的に接続される負極第2端子33Nと、を備えている。本実施形態では、負極接続部材3Nは、放電抵抗4の負極に電気的に接続される負極第3端子34Nも備えている。
【0019】
負極本体部31Nは、長手方向X及び短手方向Yに沿って延在する板状に形成されている。本実施形態では、負極本体部31Nは、複数のコンデンサ素子21のそれぞれの負極面21Nに接合された負極接合部311Nを有している。図示の例では、負極接合部311Nは、コンデンサ素子21の負極面21Nの面積よりも小さい面積を有する板状に形成されている。
【0020】
負極第1端子32Nは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出するように形成されている。本実施形態では、負極第1端子32Nは、負極本体部31Nの短手方向第1側Y1の端縁部における長手方向第1側X1の端部から負極面側Z2に突出し、更に短手方向第1側Y1に向かうに従って長手方向第1側X1に向かう方向に突出するように形成されている。
【0021】
負極第2端子33Nは、短手方向第1側Y1のコンデンサ側面SFよりも短手方向第1側Y1に突出するように形成されている。本実施形態では、負極第2端子33Nは、負極本体部31Nの短手方向第1側Y1の端縁部から負極面側Z2に突出した後に、短手方向第1側Y1に突出し、更に負極面側Z2に突出し、最後に先端部が短手方向第2側Y2に突出するように形成されている。また、本実施形態では、3つの負極第2端子33Nが、長手方向Xに互いに間隔を空けて配置されている。
【0022】
負極第3端子34Nは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出するように形成されている。本実施形態では、負極第3端子34Nは、負極本体部31Nの長手方向第1側X1の端縁部から負極面側Z2に突出した後に、長手方向第1側X1に突出し、更に正極面側Z1に突出するように形成されている。
【0023】
正極接続部材3Pは、コンデンサ素子21の正極面21Pに沿うように形成された正極本体部31Pと、正極本体部31Pから突出するように形成され、バッテリBTの正極に電気的に接続される正極第1端子32Pと、正極本体部31Pから突出するように形成され、スイッチング素子ユニット1の正極に電気的に接続される正極第2端子33Pと、を備えている。本実施形態では、正極接続部材3Pは、放電抵抗4の正極に電気的に接続される正極第3端子34Pも備えている。
【0024】
正極本体部31Pは、長手方向X及び短手方向Yに沿って延在する板状に形成されている。本実施形態では、正極本体部31Pは、複数のコンデンサ素子21のそれぞれの正極面21Pに接合された正極接合部を有している。図示を省略しているが、正極接合部を含む正極本体部31Pの形状は、負極本体部31Nと同様の形状とされている。
【0025】
正極第1端子32Pは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出するように形成されている。本実施形態では、正極第1端子32Pは、正極本体部31Pの長手方向第1側X1の端縁部から負極面側Z2に突出し、更に短手方向第1側Y1に向かうに従って長手方向第1側X1に向かう方向に突出するように形成されている。そして、本実施形態では、正極第1端子32Pは、当該正極第1端子32Pの先端部の長手方向Xの位置が、負極第1端子32Nの先端部の長手方向Xの位置と同じ、かつ、正極第1端子32Pの先端部の高さ方向Zの位置が、負極第1端子32Nの先端部の高さ方向Zの位置と同じになるように形成されている。更に、本実施形態では、正極第1端子32Pの先端部と、負極第1端子32Nの先端部とが、互いに短手方向Yに隣接して配置されている。つまり、正極第1端子32Pと負極第1端子32Nとは、互いに隣接して配置されている。図示の例では、正極第1端子32Pは負極第1端子32Nに対して短手方向第2側Y2に隣接して配置されている。
【0026】
正極第2端子33Pは、短手方向第1側Y1のコンデンサ側面SFよりも短手方向第1側Y1に突出するように形成されている。本実施形態では、正極第2端子33Pは、正極本体部31Pの短手方向第1側Y1の端縁部から負極面側Z2に突出した後に、短手方向第1側Y1に突出し、更に負極面側Z2に突出し、最後に先端部が短手方向第2側Y2に突出するように形成されている。そして、本実施形態では、正極第2端子33Pは、当該正極第2端子33Pの先端部の短手方向Yの位置が、負極第2端子33Nの先端部の短手方向Yの位置と同じ、かつ、正極第2端子33Pの先端部の高さ方向Zの位置が、負極第2端子33Nの先端部の高さ方向Zの位置と同じになるように形成されている。また、本実施形態では、3つの正極第2端子33Pが、長手方向Xに互いに間隔を空けて配置されている。そして、本実施形態では、正極第2端子33Pと負極第2端子33Nとが交互に並ぶように、3組の正極第2端子33P及び負極第2端子33Nが長手方向Xに沿って一列に並んで配置されている。
【0027】
正極第3端子34Pは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出するように形成されている。本実施形態では、正極第3端子34Pは、正極本体部31Pの長手方向第1側X1の端縁部から負極面側Z2に突出した後に、長手方向第1側X1に突出し、更に正極面側Z1に突出するように形成されている。そして、本実施形態では、正極第3端子34Pは、当該正極第3端子34Pの先端部の長手方向Xの位置が、負極第3端子34Nの先端部の長手方向Xの位置と同じ、かつ、正極第3端子34Pの先端部の高さ方向Zの位置が、負極第3端子34Nの先端部の高さ方向Zの位置と同じになるように形成されている。更に、本実施形態では、正極第3端子34Pと負極第3端子34Nとは、互いに短手方向Yに隣接して配置されている。
【0028】
上記のように、正極第1端子32P及び負極第1端子32Nは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出している。そのため、正極第1端子32P及び負極第1端子32Nは、配置領域ARに対して長手方向第1側X1に配置されている。また、正極第2端子33P及び負極第2端子33Nは、短手方向第1側Y1のコンデンサ側面SFよりも短手方向第1側Y1に突出している。そのため、正極第2端子33P及び負極第2端子33Nは、配置領域ARに対して短手方向第1側Y1に配置されている。更に、正極第3端子34P及び負極第3端子34Nは、長手方向第1側X1のコンデンサ側面SFよりも長手方向第1側X1に突出している。そのため、正極第3端子34P及び負極第3端子34Nは、配置領域ARに対して長手方向第1側X1に配置されている。
【0029】
図3に示すように、本実施形態では、平滑コンデンサ2は、コンデンサケース22を備えている。コンデンサケース22は、少なくとも正極第1端子32P、正極第2端子33P、負極第1端子32N、及び負極第2端子33Nが外部に露出するように、正極接続部材3Pの一部及び負極接続部材3Nの一部とコンデンサ素子21とを収容している。本実施形態では、正極第1端子32P及び負極第1端子32N、正極第2端子33P及び負極第2端子33N、並びに正極第3端子34P及び負極第3端子34Nが、コンデンサケース22の外部に露出している。
【0030】
コンデンサケース22は、配置領域ARに沿う直方体状に形成されている。つまり、コンデンサケース22により配置領域ARが規定されている。また、コンデンサケース22は、コンデンサ素子21の正極面21Pに対向する頂面22aと、コンデンサ素子21の負極面21Nに対向する底面22bと、これら頂面22aと底面22bとの高さ方向Zの間の空間を囲むように配置された4つの側面22cと、を有している。コンデンサケース22の4つの側面22cは、配置領域ARの4つのコンデンサ側面SFに対応している。つまり、コンデンサケース22の外面により、4つのコンデンサ側面SFが形成されている。本実施形態では、コンデンサケース22は、中空の箱部材である。
(【0031】以降は省略されています)

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