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公開番号2021166441
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069114
出願日20200407
発明の名称変換回路付き駆動装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】制御系部品が電磁ノイズと熱の影響をできるだけ受けないようにしつつ小型化を図った、変換回路付き駆動装置を提供する。
【解決手段】変換回路付き駆動装置は、電動モータMと、コンデンサ31と、パワーカード20と、冷却部材40と、制御基板50と、ハウジング10と、を備える。冷却部材40は、複数のパワーカード20の片面(カード面20a)に沿って拡がる形状であり、その片面を冷却するよう液冷媒を流通させる通路を形成する。ハウジング10は、パワーカード20、冷却部材40、制御基板50およびコンデンサ31を収容する制御系収容室12aと、電動モータMを収容する駆動系収容室11aとを内部に形成する。複数のパワーカード20および制御基板50は、冷却部材40に対して電動モータMの反対側に配置されている。コンデンサ31は、冷却部材40に対して電動モータMの側に配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電動モータ(M)と、
入力された電力を変換して前記電動モータへ出力する変換回路に含まれるコンデンサ(31)と、
前記変換回路に含まれる半導体スイッチ(21)を内蔵する複数のパワーカード(20)と、
複数の前記パワーカードの片面(20a)に沿って拡がる形状であり、前記片面を冷却するよう液冷媒を流通させる通路を形成する冷却部材(40)と、
前記半導体スイッチの作動を制御する制御基板(50)と、
前記パワーカード、前記冷却部材、前記制御基板および前記コンデンサを収容する制御系収容室(12a)と、前記電動モータを収容する駆動系収容室(11a)とを内部に形成するハウジング(10)と、
を備え、
複数の前記パワーカードおよび前記制御基板は、前記冷却部材に対して前記電動モータの反対側に配置され、
前記コンデンサは、前記冷却部材に対して前記電動モータの側に配置されている、変換回路付き駆動装置。
続きを表示(約 560 文字)【請求項2】
前記ハウジングは、前記制御系収容室と前記駆動系収容室とを仕切る仕切板(13)を有し、
前記制御系収容室に配置され、前記電動モータと前記コンデンサとの間に配置された金属製の遮熱板(70)を、前記仕切板とは別に備える、請求項1に記載の変換回路付き駆動装置。
【請求項3】
前記遮熱板は、前記片面に垂直な方向から見て前記コンデンサの全体を覆う形状である、請求項2に記載の変換回路付き駆動装置。
【請求項4】
前記遮熱板の一部は、前記冷却部材に接触している、請求項2または3に記載の変換回路付き駆動装置。
【請求項5】
複数の前記コンデンサが、コンデンサケース(32)に収容されてコンデンサユニット(30)として一体化されており、
前記コンデンサユニットおよび前記遮熱板は、互いに非接触の状態で、前記冷却部材に接触している、請求項2〜4のいずれか1つに記載の変換回路付き駆動装置。
【請求項6】
複数の前記コンデンサが、コンデンサケース(32)に収容されてコンデンサユニット(30)として一体化されており、
前記コンデンサユニットは前記冷却部材に接触している、請求項1〜4のいずれか1つに記載の変換回路付き駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、インバータ回路等の変換回路の機能を有した、変換回路付き駆動装置に関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、インバータ回路から出力される交流電力でモータを回転駆動させ、ギアトレインで回転を減速させる、インバータ付き駆動装置が記載されている。また、ギアトレインおよびモータを収容する駆動側ハウジングと、インバータ回路を構成するパワーモジュールおよびコンデンサを収容する制御側ハウジングとを一体化させている。換言すると、一体化されたハウジングには、ギアトレインおよびモータの収容室と、インバータ回路の収容室とを仕切る仕切板が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−256983号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記一体化を実現させる上で、パワーモジュールとコンデンサが仕切板に沿って並んだレイアウトだと、仕切板が拡がる面(xy平面)に駆動装置を小型化するのに限界がある。また、上記一体化を実現させようとすると、パワーモジュール等の制御系部品がモータに近い配置となる。そのため、モータで生じる電磁ノイズの影響で制御系部品が誤動作したり、モータで生じる熱で制御系部品が損傷したりすることが懸念される。
【0005】
開示される1つの目的は、制御系部品が電磁ノイズと熱の影響をできるだけ受けないようにしつつ小型化を図った、変換回路付き駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、開示された1つの「変換回路付き駆動装置」は、
電動モータ(M)と、
入力された電力を変換して電動モータへ出力する変換回路に含まれるコンデンサ(31)と、
変換回路に含まれる半導体スイッチ(21)を内蔵する複数のパワーカード(20)と、
複数のパワーカードの片面(20a)に沿って拡がる形状であり、片面を冷却するよう液冷媒を流通させる通路を形成する冷却部材(40)と、
半導体スイッチの作動を制御する制御基板(50)と、
パワーカード、冷却部材、制御基板およびコンデンサを収容する制御系収容室(12a)と、電動モータを収容する駆動系収容室(11a)とを内部に形成するハウジング(10)と、
を備え、
複数のパワーカードおよび制御基板は、冷却部材に対して電動モータの反対側に配置され、
コンデンサは、冷却部材に対して電動モータの側に配置されている。
【0007】
ここに開示された変換回路付き駆動装置によると、電動モータ、コンデンサ、パワーカード、冷却部材および制御基板が共通のハウジングに収容されて、一体化される。そして、このような一体化を図る上で、パワーカード、制御基板およびコンデンサといった制御系部品が、以下の点を考慮して配置されている。
【0008】
すなわち、パワーカードと制御基板は、電磁ノイズや熱の影響で誤作動する懸念がある。これに対し、コンデンサについては、熱の影響で容量が小さくなる等の性能劣化が懸念するものの、コンデンサは誤作動するものではない。一方、制御系収容室のうち電動モータに近い位置であるほど、電動モータからの放射ノイズや熱の影響を受けやすくなる。
【0009】
これらの点を考慮して、上記装置では、パワーカードおよび制御基板は、冷却部材に対して電動モータの反対側(反モータ側)に配置され、コンデンサはモータ側に配置されている。つまり、誤作動の懸念がないコンデンサが電磁ノイズや熱に不利な側に配置され、誤作動の懸念があるパワーカードと制御基板が電磁ノイズや熱に有利な側に配置されている。
【0010】
そのため、冷却部材に対してモータ側と反モータ側とに分けて制御系部品を配置することで、一方の側に集約配置する場合に比べて、冷却部材が拡がる方向に装置を小型化できる。それでいて、制御系部品が電磁ノイズと熱の影響をできるだけ受けないようにできる。
【0011】
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0012】
第1実施形態に係るインバータ付き駆動装置の縦断面図である。
図1のII−II線に沿う断面図である。
第2実施形態に係るインバータ付き駆動装置の縦断面図である。
図2のIV−IV線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【0014】
(第1実施形態)
図1および図2に示す変換回路付き駆動装置は、車両に搭載されており、車両の走行駆動輪に回転力を提供するものである。なお、図1中の矢印zは、駆動装置が車両に搭載された状態における上下方向を示す。図1および図2中の矢印xは、駆動装置が車両に搭載された状態における車両前後方向を示す。図2中の矢印yは、駆動装置が車両に搭載された状態における車両左右方向を示す。
【0015】
この変換回路付き駆動装置は、電動モータM、図示しない減速機、インバータ回路、冷却器、制御基板50、電流検出ユニット60、およびハウジング10を備える。
【0016】
電動モータMは三相交流モータであり、電動モータMの回転軸は減速機に連結されている。減速機は、電動モータMの回転速度を減速させて、電動モータMの回転力を走行駆動輪へ伝達する。インバータ回路は、車両に搭載されたバッテリから供給される直流の電力を交流に変換して電動モータMへ出力する変換回路を提供する。このインバータ回路は、電動モータMにより発電された交流電力を直流電力に変換する機能も有する。
【0017】
インバータ回路には、複数の半導体スイッチ21およびコンデンサ31が含まれている。複数の半導体スイッチ21は、U相、V相、W相の各々について上アーム回路および下アーム回路を形成する。
【0018】
半導体スイッチ21には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が採用されている。半導体スイッチ21には、図示しないP端子、N端子、O端子および信号端子が接続されている。P端子には、上アームのIGBTのコレクタ電極が接続されている。N端子には、下アームのIGBTのエミッタ電極が接続されている。O端子には、上アームのIGBTのエミッタ電極と、下アームのIGBTのコレクタ電極が接続されている。
【0019】
半導体スイッチ21は、P端子、N端子、O端子および信号端子とともに樹脂モールドされて、カード形状のパワーカード20に内蔵されている。本実施形態では、1つのパワーカード20に1つのIGBTが内蔵されており、上アーム回路および下アーム回路の各々は、1つのパワーカード20によって提供されている。なお、本実施形態に反して、複数(例えば2つ)のIGBTが1つのパワーカード20に内蔵されていてもよい。
【0020】
パワーカード20は、カード面20aがz方向に対して垂直となる向きに配置されている(図1参照)。複数のパワーカード20は、z方向に対して垂直な方向に並べて配置されている(図2参照)。換言すれば、複数のパワーカード20は、x−y平面に沿って並べて配置されている。
【0021】
パワーカード20のカード面20aは、冷却器によって冷却されている。冷却器は、冷却部材40、流入パイプ41および流出パイプ42を有する。冷却部材40は、図示しないラジエータで冷却された冷却水(液冷媒)を循環させる冷媒通路を内部に形成する金属製である。冷媒通路は、x−y平面に沿って拡がるz方向に潰れた偏平形状である。
【0022】
流入パイプ41および流出パイプ42は冷却部材40に接続されており、流入パイプ41から流入した冷却水は、冷媒通路を流れてパワーカード20から吸熱した後、流出パイプ42から流出する。その後、ラジエータで冷却されて、再び流入パイプ41から冷媒通路へ流入する。
【0023】
パワーカード20のカード面20aのうちz方向下側の面が、ゲル状の伝熱材を介して冷却部材40に接触している。z方向上側の面は空気中に開放されている。つまり、冷却器は、パワーカード20の両面ではなく片面を冷却する構造である。半導体スイッチ21で生じた熱は、冷却部材40を介して冷却水に放熱される。
【0024】
コンデンサ31は、パワーカード20およびバッテリに対して電気的に並列接続され、バッテリから供給される電力の電圧脈動を平滑化させる平滑コンデンサである。コンデンサ31の高電位側の電極はP端子と電気接続され、コンデンサ31の低電位側の電極はN端子と電気接続される。
【0025】
コンデンサ31は、1対の電極と、これらの電極を収容するケースと、ケース内に充填されて電極を電気絶縁しつつ保持する樹脂材と、電極に接続された端子を有する。これら1対の電極は、フィルムを巻き回した形状である。コンデンサ31は、フィルムの巻き回し中心線がz方向と平行になる向きに配置されている。コンデンサ31のケースは、巻き回し中心線と平行に延びる円筒形状である。ケースの円筒両端には、円板形状の端子31a、31b(図1参照)が樹脂材から露出するように配置されている。
【0026】
複数のコンデンサ31の端子31a、31b同士は、図示しないバスバで接続されている。これにより、複数のコンデンサ31が並列接続され、インバータ回路に要求される平滑コンデンサとしての静電容量が提供されている。複数のコンデンサ31はコンデンサケース32内に収容されている。コンデンサケース32内には、複数のコンデンサ31を収容した状態でポッティング材が充填されている。但し、端子31aに接続されるバスバは、ポッティング材から露出して、冷却部材40に接触している。この接触は、ゲル状の伝熱材を介した接触であってもよい。なお、複数のコンデンサ31、コンデンサケース32、ポッティング材およびバスバは、1つのコンデンサユニット30を提供する。
【0027】
電流検出ユニット60は、U相、V相、W相の各々に対して設けられた電流センサを有する。電流センサは、パワーカード20のO端子から電動モータMへ出力される電流の大きさを検出する。
【0028】
制御基板50は、マイクロコンピュータ(マイコン)等の電子部品を有する。マイコンは、各種の演算処理を実行するプロセッサやメモリを有する。制御基板50は、要求される出力トルクや、電流検出ユニット60で検出された電流値等に基づいて、パワーカード20に内蔵されたIGBTへゲート信号を出力する。
【0029】
ハウジング10は、金属製であり、モータケース11、インバータケース12、仕切板13および蓋部14を有する。モータケース11、インバータケース12および仕切板13は、ダイカスト等の鋳造によって一体に金属成形されている。蓋部14は、インバータケース12の開口部を覆うよう、インバータケース12にボルトで締結されている。
【0030】
モータケース11は、電動モータMおよび減速機を収容する駆動系収容室11aを形成する。電動モータMは、回転軸が車両左右方向(y方向)と平行になる向きに配置されている。減速機も電動モータMと同様にして、減速機の出力軸がy方向と平行になる向きに配置されている。
(【0031】以降は省略されています)

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