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公開番号2021103927
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019234807
出願日20191225
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,株式会社アイシン
代理人特許業務法人R&C
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】冷媒が流通するための流路室を形成する部材同士の接合部分を適切に接合できると共に、インバータ装置の小型化を図る。
【解決手段】インバータ装置1は、スイッチング素子ユニット3が固定された第1面F1を有する本体部101、及び、第1面F1とは反対側を向く第2面F2から突出する複数の放熱フィン102を備えたヒートシンク10と、第2面F2と対向面Fx1との間に流路室Prを形成する流路形成部材20と、を備えている。流路形成部材20は、流路室Prを囲む位置に配置されていると共に、第2面F2が対象方向第1側X1から対向するように本体部101が載置される載置面Fx2を有する第1壁部21と、本体部101の周りを囲む位置に配置されている第2壁部22と、を備え、第2壁部22は、本体部101の側に屈曲されて、対象方向第1側X1から第1面F1に当接する屈曲部221を備えている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
インバータ回路を構成するスイッチング素子ユニットと、
前記スイッチング素子ユニットが固定された第1面を有する本体部、及び、前記本体部における前記第1面とは反対側を向く第2面から突出する複数の放熱フィンを備えたヒートシンクと、
複数の前記放熱フィンを挟んで前記第2面に対向して配置される対向面を有し、前記第2面と前記対向面との間に冷媒が流通するための流路室を形成する流路形成部材と、を備え、
前記第1面と前記第2面とが並ぶ方向を対象方向として、前記対象方向における前記第1面が向く側を対象方向第1側とし、前記対象方向における前記第2面が向く側を対象方向第2側として、
前記流路形成部材は、
前記対向面を有する底部と、
前記流路室を囲む位置に配置されていると共に、前記第2面が前記対象方向第1側から対向するように前記本体部が載置される載置面を有する第1壁部と、
前記載置面から前記対象方向第1側に突出すると共に、前記本体部の周りを囲む位置に配置されている第2壁部と、を備え、
前記第2壁部は、前記本体部の側に屈曲されて、前記対象方向第1側から前記第1面に当接する屈曲部を備えている、インバータ装置。
続きを表示(約 590 文字)【請求項2】
前記載置面と前記第2面とは、封止部材を挟んで対向している、請求項1に記載のインバータ装置。
【請求項3】
前記第1壁部は、前記対象方向に沿う対象方向視で前記屈曲部と重複する位置に、前記底部と前記載置面とを連結する連結部を備えている、請求項1又は2に記載のインバータ装置。
【請求項4】
前記スイッチング素子ユニットと他のユニットとを電気的に接続する導電部材を備え、
前記導電部材は、前記対象方向に沿う対象方向視で前記第2壁部と交差するように前記第2壁部に対して前記対象方向第1側に配置され、
前記屈曲部は、前記第2壁部における、前記対象方向視で前記導電部材と重複する領域に少なくとも形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項5】
前記第2壁部を挟んで前記本体部の側とは反対側に配置された第3壁部を備え、
前記第3壁部における前記第2壁部の側を向く面の、前記屈曲部に対応する位置に、前記屈曲部を形成するための治具の移動を案内する案内部が設けられている、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。
【請求項6】
前記第3壁部における前記第2壁部の側とは反対側を向く面に、補強リブが設けられている、請求項5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、インバータ装置に関する。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献1には、回転電機のケースに固定されるインバータ装置が開示されている。このような分野では、発熱体であるスイッチング素子を冷却するための機能が、インバータ装置に求められる。以下、背景技術の説明において括弧内に示される符号は、特許文献1のものである。
【0003】
特許文献1に開示された技術では、スイッチング素子(14)が載置される素子載置面(11a)と、素子載置面(11a)の反対側において冷媒が流通するための流路室に突出する放熱フィン(11b)と、を備えたヒートシンク(11)を用いて、スイッチング素子(14)の冷却を図っている。特許文献1の図6に示すように、流路室は、ヒートシンク(11)と、当該ヒートシンク(11)とは別部材により構成される流路形成部材と、の間に形成されている。そこで、流路室からの冷媒漏れが無いように、ヒートシンク(11)と流路形成部材とは、これらの接合部分にシール部材が配置された状態で、当該接合部分が接合されるようにボルト等の締結部材によって互いに固定されるのが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2013−099214号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、流路室を間に挟むように配置される部材同士を締結部材によって固定する場合には、シール部材の周囲に締結部材の配置スペースを設ける必要があるため、インバータ装置が大型化し易い。
【0006】
上記実状に鑑みて、冷媒が流通するための流路室を形成する部材同士の接合部分を適切に接合できると共に、インバータ装置の小型化を図ることが可能な技術の実現が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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スイッチング素子ユニットと、
前記スイッチング素子ユニットが固定された第1面を有する本体部、及び、前記本体部における前記第1面とは反対側を向く第2面から突出する複数の放熱フィンを備えたヒートシンクと、
複数の前記放熱フィンを挟んで前記第2面に対向して配置される対向面を有し、前記第2面と前記対向面との間に冷媒が流通するための流路室を形成する流路形成部材と、を備え、
前記第1面と前記第2面とが並ぶ方向を対象方向として、前記対象方向における前記第1面が向く側を対象方向第1側とし、前記対象方向における前記第2面が向く側を対象方向第2側として、
前記流路形成部材は、
前記対向面を有する底部と、
前記流路室を囲む位置に配置されていると共に、前記第2面が前記対象方向第1側から対向するように前記本体部が載置される載置面を有する第1壁部と、
前記載置面から前記対象方向第1側に突出すると共に、前記本体部の周りを囲む位置に配置されている第2壁部と、を備え、
前記第2壁部は、前記本体部の側に屈曲されて、前記対象方向第1側から前記第1面に当接する屈曲部を備えている点にある。
【0008】
本構成によれば、流路形成部材の第2壁部に形成された屈曲部が、ヒートシンクの本体部における第1面に対して対象方向第1側から当接するため、当該本体部を第1壁部の載置面と第2壁部の屈曲部との間に挟んで固定することができる。これにより、ヒートシンクを流路形成部材に固定できる。従って、流路形成部材とヒートシンクとの接合部分を適切に接合でき、当該接合部分からの冷媒漏れを生じ難くすることができる。また、流路形成部材とヒートシンクとの固定が、第2壁部を屈曲した屈曲部によって行われるため、ボルト等の締結部材を用いる必要が無い。従って、本構成によれば、このような締結部材の配置スペースを不要にでき、インバータ装置の小型化を図ることが容易となっている。
【0009】
本開示に係る技術のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
インバータ装置が用いられる駆動装置の回路図
対象方向視において、屈曲部の配置位置を示す図
対象方向視において、導電部材と屈曲部との配置位置を示す図
図2におけるIV−IV断面図
図2におけるV−V断面図
インバータ装置の製造工程の一部を示すフローチャート
インバータ装置の製造工程の一部を模式的に示す図
組付工程において、第2壁部の周辺の構造を示す拡大図
インバータ装置の要部を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【0011】
インバータ装置は、直流と交流との間で電力を変換する装置である。以下では、このようなインバータ装置が回転電機の駆動装置に適用される場合を例示して、インバータ装置の実施形態について説明する。
【0012】
〔駆動装置の回路構成〕
図1は、駆動装置DDの模式的な回路ブロックを示している。駆動装置DDは、回転電機ユニット5と、回転電機ユニット5を駆動するインバータ装置1と、を備えている。回転電機ユニット5は、複数相(一例として、U相,V相,W相からなる3相)の交流で駆動される交流回転電機を備えており、例えば電気自動車やハイブリッド車において車両(車輪)の駆動力源となるものである。インバータ装置1は、直流電源DC及び回転電機ユニット5に接続されて、直流と複数相の交流との間で電力を変換する。インバータ装置1は、複数のスイッチング素子30を備えたスイッチング素子ユニット3と、コンデンサ素子を備えたコンデンサユニット4と、を備えている。コンデンサユニット4は、電気的に、直流電源DCとスイッチング素子ユニット3との間に設けられており、スイッチング素子ユニット3の直流側の電圧(直流リンク電圧)を平滑化する直流リンクコンデンサ(平滑コンデンサ)として構成されている。
【0013】
スイッチング素子ユニット3は、複数のスイッチング素子30を備えて構成されている。スイッチング素子30は、好適には高周波での動作が可能なパワー半導体素子である。例えば、スイッチング素子30として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、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)等を用いることができる。図1に示すように、本実施形態では、スイッチング素子30としてIGBTを例示している。また、各スイッチング素子30には、フリーホイールダイオード34が並列に接続されている。
【0014】
スイッチング素子ユニット3は、複数の半導体モジュールMを備えている。本実施形態では、スイッチング素子30及びフリーホイールダイオード34が1つの半導体チップに集積され、1つの半導体モジュールMとして構成されている。図1の拡大図に四角で示す2つの端子(コレクタ端子Co、エミッタ端子Em)は、大電流が流れる端子であり、後述する導電部材B等に接続される。
【0015】
上述したように、各スイッチング素子30は、半導体モジュールMの一部として構成されている。図1に示すように、スイッチング素子ユニット3を構成する複数の半導体モジュールMには、直流電源DCの正極に接続される上段側半導体モジュール31と、直流電源DCの負極に接続される下段側半導体モジュール32とが含まれる。各相(U相,V相,W相)において、上段側半導体モジュール31と下段側半導体モジュール32とが直列に接続されて1つのアームが構成されるとともに、各アームの中間点が、回転電機ユニット5の各相のステータコイルに接続されている。スイッチング素子ユニット3は、各相に対応して、複数の上段側半導体モジュール31及び複数の下段側半導体モジュール32を備えている。図示の例では、U相,V相,W相のそれぞれに対応して、3つの上段側半導体モジュール31及び3つの下段側半導体モジュール32が設けられている。
【0016】
図1に示すように、スイッチング素子ユニット3とコンデンサユニット4とは、導電部材Bとしての第1導電部材B1及び第2導電部材B2により電気的に接続されている。図示の例では、第1導電部材B1は、コンデンサユニット4の正極側の端子に接続されると共に、スイッチング素子ユニット3の各上段側半導体モジュール31が有するコレクタ端子Coに接続されている。また、第1導電部材B1は、更に直流電源DCの正極に接続されている。第2導電部材B2は、コンデンサユニット4の負極側の端子に接続されると共に、スイッチング素子ユニット3の各下段側半導体モジュール32が有するエミッタ端子Emに接続されている。また、第2導電部材B2は、更に直流電源DCの負極に接続されている。
【0017】
また、各相の上段側半導体モジュール31及び下段側半導体モジュール32と、回転電機ユニット5のステータコイルとは、複数の出力導電部材Btによって電気的に接続されている。本実施形態のように回転電機ユニット5が3相交流で駆動される場合には、3相に対応した3つの出力導電部材Btが設けられる。図示の例では、3つの出力導電部材Btのそれぞれは、ステータコイルを構成する各相コイルの中性点とは反対側の端部に接続されている。
【0018】
インバータ制御装置7は、例えば、より上位の車両制御装置(VHL-CTRL)8から提供される回転電機ユニット5の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行う。回転電機ユニット5の各相のステータコイルを流れる実電流は、交流電流センサ51により検出され、回転電機ユニット5のロータの各時点での磁極位置は、レゾルバなどの回転センサ52により検出される。インバータ制御装置7は、交流電流センサ51及び回転センサ52の検出結果を用いて電流フィードバック制御を実行し、各スイッチング素子30を個別にスイッチング制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、電圧や電流を増幅して駆動能力を高めるドライブ回路6を経由し、スイッチング制御信号として各スイッチング素子30に提供される。
【0019】
〔インバータ装置の機械的構成〕
次に、図2〜図5を参照して、インバータ装置1の機械的構成について説明する。
【0020】
インバータ装置1は、インバータ回路を構成するスイッチング素子ユニット3を備えている。上述のように、スイッチング素子ユニット3は、複数のスイッチング素子30を備えており、スイッチング素子30及びフリーホイールダイオード34が1つの半導体チップに集積され、1つの半導体モジュールMとして構成されている(図1も参照)。ここで、スイッチング素子30は、インバータ装置1の駆動により発熱する発熱体である。そのため、インバータ装置1には、スイッチング素子30(スイッチング素子ユニット3)を冷却するための機能が求められる。図示するように、インバータ装置1は、冷媒が流通する流路Pを備えている。この流路Pを流通する冷媒との熱交換によって、スイッチング素子30(スイッチング素子ユニット3)が冷却される。
【0021】
図4及び図5に示すように、インバータ装置1は、スイッチング素子ユニット3(本例では半導体モジュールM)が固定された第1面F1を有する本体部101、及び、本体部101における第1面F1とは反対側を向く第2面F2から突出する複数の放熱フィン102を備えた、ヒートシンク10を備えている。ヒートシンク10は、例えば、アルミニウム、銅、銅合金等の熱伝導性が高い部材により構成されている。
【0022】
以下の説明では、第1面F1と第2面F2とが並ぶ方向を対象方向Xとする。すなわち、対象方向Xは、本体部101の厚さ方向に等しい。そして、対象方向Xにおける第1面F1が向く側を対象方向第1側X1とし、対象方向Xにおける第2面F2が向く側を対象方向第2側X2とする。また、対象方向Xに沿う対象方向X視で本体部101の外縁に沿う方向を外縁方向Eとし、対象方向X視で外縁方向Eに直交する方向を直交方向Yとする。そして、直交方向Yにおける、対象方向X視での本体部101の中心(例えば重心)に近い側を「直交方向Yの内側」と称し、その反対側を「直交方向Yの外側」と称する。なお、「直交方向Yの内側」を単に「内側」と称し、「直交方向Yの外側」を単に「外側」と称することがある。
【0023】
本実施形態では、本体部101は、対象方向Xに直交する仮想面に沿って延在する板状に形成されている。図示の例では、本体部101は、対象方向X視で矩形状、より具体的には長方形状に形成されている。また、本体部101は、放熱フィン102が設けられた領域から直交方向Yの外側に突出するように形成されたフランジ部101Aを備えている。フランジ部101Aは、本体部101の外縁部分に形成されている。図2及び図3に示すように、本例では、フランジ部101Aは、本体部101の外縁全周(外縁方向Eの全域)に亘って形成されている。
【0024】
放熱フィン102は、後述する流路室Prに配置される。本実施形態では、放熱フィン102は、対象方向X視で本体部101における外縁部分であるフランジ部101Aよりも内側の領域に配置されている。放熱フィン102は、流路室Prを流れる冷媒と接触する表面積が大きくなるような形状とされる。放熱フィン102は、例えば、板状、柱状、錐状等とされる。図示の例では、放熱フィン102は、円柱状に形成されている。そして、複数の円柱状の放熱フィン102が第2面F2に沿って規則的に並んで配置されている。但し、これに限らず、放熱フィン102は、例えば、対象方向Xに沿って延在する板状に形成されていても良い。
【0025】
インバータ装置1は、冷媒が流通するための流路室Prを形成する流路形成部材20を備えている。流路室Prは、流路Pの一部を構成している。そして、流路Pにおける、対象方向X視でヒートシンク10の本体部101と重複する部分を流路室Prと称する(図2及び図3参照)。
【0026】
図4及び図5に示すように、流路形成部材20は、複数の放熱フィン102を挟んで第2面F2に対向して配置される対向面Fx1を有し、第2面F2と対向面Fx1との間に、上述の流路室Prを形成している。本実施形態では、対向面Fx1は、対象方向第1側X1を向いており、本体部101の第2面F2から対象方向第2側X2に向かって突出するように形成された放熱フィン102に接している。但し、これに限らず、対向面Fx1と放熱フィン102とは接していなくても良い。
【0027】
流路形成部材20は、対向面Fx1を有する底部201と、流路室Prを囲む位置に配置されていると共に、第2面F2が対象方向第1側X1から対向するように本体部101が載置される載置面Fx2を有する第1壁部21と、載置面Fx2から対象方向第1側X1に突出すると共に、本体部101の周りを囲む位置に配置されている第2壁部22と、を備えている。
【0028】
これにより、流路室Prは、流路形成部材20の底部201及び第1壁部21と、ヒートシンク10の本体部101とによって囲まれた空間となっている。また、本実施形態では、流路Pは、流路室Prに連通する外部流路Poを備えている。外部流路Poは、第1壁部21に囲まれた空間(流路室Pr)の外部に形成されている。図2及び図3に示すように、本例では、外部流路Poには、直交方向Yに沿って延在する板状の整流壁Pwが設けられている。整流壁Pwは、外部流路Poにおける冷媒の流れを規定の方向に案内する機能を有する。換言すれば、整流壁Pwは、外部流路Poを流通する冷媒の流れを整流する。本実施形態では、外縁方向Eに沿って複数の整流壁Pwが並んで配置されている。図示の例では、3つの整流壁Pwが配置されている。なお、外部流路Poにおける冷媒の流通方向は、特には限定されない。すなわち、冷媒は、外部流路Poにおいて、流路室Prに流入する方向に流れていても良いし、流路室Prから流出する方向に流れていても良い。
【0029】
底部201は、流路室Prを対象方向第2側X2から覆うように配置されている。本実施形態では、底部201は、流路室Prと外部流路Poとに亘って配置されており、流路室Prと外部流路Poとを、対象方向第2側X2から覆うように配置されている。更に本実施形態では、流路形成部材20は、外部流路Poが形成される領域において底部201に対して対象方向Xに対向して配置される天井部202を備えている。これにより、外部流路Poは、対象方向第1側X1において天井部202に覆われると共に、対象方向第2側X2において底部201に覆われている。上述の整流壁Pwは、底部201と天井部202とを連結するように設けられている。
【0030】
第1壁部21は、外縁方向Eに沿って配置され、流路室Prを直交方向Yの外側から囲むように配置されている。本実施形態では、第1壁部21は、流路室Prを囲む外縁方向Eの全域に配置されている。但し本例では、第1壁部21は、流路室Prと外部流路Poとを連通する開口部212を備えている。開口部212は、流路室Prと外部流路Poとの双方に開口している。本実施形態では、複数の開口部212が、外部流路Poの幅方向に沿って並んで配置されている。本例では、隣り合う一対の整流壁Pwの間に、開口部212のそれぞれが形成されている。
(【0031】以降は省略されています)

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