特許 6785721 ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6785721

(24)【登録日】2020年10月29日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20201109BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 ZZHV

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-107327(P2017-107327)

(22)【出願日】2017年5月31日

(65)【公開番号】特開2018-207578(P2018-207578A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2019年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】後藤 昭弘

(72)【発明者】

【氏名】山下 芳春

(72)【発明者】

【氏名】田所 啓一

(72)【発明者】

【氏名】古垣内 丈人

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−４４９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２３６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１５８２５９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両駆動用モータに交流電流を供給するインバータ回路部と、
前記インバータ回路部に供給される電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ回路部と、を備えるＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置であって、
前記インバータ回路部は、直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、前記直流電流を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサの収納空間を形成する壁と、前記壁と接触する放熱部材と、を有し、
前記壁は、前記インバータ回路部と前記ＤＣＤＣコンバータ回路部との配列方向を横切る方向に沿って形成され、
前記ＤＣＤＣコンバータ回路部は、前記壁を挟んで前記コンデンサと前記配列方向に対向する第１発熱回路部品と、前記壁を挟んで前記コンデンサと前記配列方向に対向する第２発熱回路部品と、を有し、
前記第１発熱回路部品は、前記第２発熱回路部品よりも前記放熱部材に近い位置に配置され、
前記壁は、前記第１発熱回路部品と前記コンデンサに挟まれる領域には、空気層を設けるための空間が形成されず、前記第２発熱回路部品と前記コンデンサに挟まれる領域に空気層を設けるための空間を形成するＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置であって、
前記第１発熱回路部品は、前記電圧を変換するスイッチング素子であり、
前記第２発熱回路部品は、前記ＤＣＤＣコンバータ回路部に流れる電流を検出する電流センサであるＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置であって、
前記コンデンサは、前記壁に沿って配置される複数のコンデンサ素子を有し、
前記壁の前記空間は、前記複数のコンデンサ素子のそれぞれと対向するように形成されるＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

【請求項4】

請求項１ないし３に記載のいずれかのＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置であって、
前記第１発熱回路部品と前記第２発熱回路部品を支持するとともに電気配線を有する基板を備え、
前記インバータ回路部と前記ＤＣＤＣコンバータ回路部の配列方向を第１列と定義した場合、
前記壁は、前記第１列を横切る方向に形成される第１面を有し、
前記基板は、前記電気配線を配置される面が前記第１面と対向するように配置されるＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＣＤＣコンバータ回路部とインバータ回路部とを一体化したＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車や電気自動車には、直流電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ装置と、直流電力と交流電力を変換するインバータ装置とを備えられる。ハイブリッド自動車や電気自動車の小型化が求められ、ＤＣＤＣコンバータ装置とインバータ装置を一つのケースに収納することにより、更なる小型化を図っている。

【0003】

例えば特許文献１では、コンデンサと第１発熱回路部品との間に冷却水路を設け放熱部材を介し冷却水路壁に放熱していた。またコンデンサに対向する第２発熱回路部品も上記と同様に放熱部材を介し冷却水路壁に放熱していた。

【0004】

しかしながら、小型化のために、コンデンサ等の耐熱温度が周囲の部品よりも低い部品も一つのケースに集積することになり、冷却水路設置により部品コストが増大したり、冷却水路の設置により装置の大型化が促進したりしてしまうおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ2016‐159259号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、コスト増大を抑制して、コンデンサの熱的な保護の両立させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置は、車両駆動用モータに交流電流を供給するインバータ回路部と、前記インバータ回路部に供給される電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ回路部と、を備えるＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置であって、前記インバータ回路部は、直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、前記直流電流を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサの収納空間を形成する壁と、前記壁と接触する放熱部材と、を有し、前記ＤＣＤＣコンバータ回路部は、前記壁を挟んで前記コンデンサと対向する第１発熱回路部品と、前記壁を挟んで前記コンデンサと対向する第２発熱回路部品と、を有し、前記第１発熱回路部品は、前記第２発熱回路部品よりも前記放熱部材に近い位置に配置され、前記壁は、前記第２発熱回路部品と前記コンデンサに挟まれる領域に空気層を設けるための空間を形成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、コスト増大を抑制して、コンデンサの熱的な保護の両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１の外観斜視図である。

【図2】ＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の分解斜視図である。

【図3】図１の平面ＡＡの矢印方向から見たＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の第１発熱回路部品２１０を含む断面図である。

【図4】ＤＣＤＣコンバータ側の基板２００の外観斜視図である。

【図5】図１の平面ＢＢの矢印方向から見たＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の第２発熱回路部品２２０を含む断面図である

【図6】ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１の内部のうちＤＣＤＣコンバータとコンデンサ４０近傍の上面拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

【0011】

図１は、ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１の外観斜視図である。図２は、ＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の分解斜視図である。図３は、図１の平面ＡＡの矢印方向から見たＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の第１発熱回路部品２１０を含む断面図である（ただしトップカバー１０を除く）。図４は、ＤＣＤＣコンバータ側の基板２００の外観斜視図である。図５は、図１の平面ＢＢの矢印方向から見たＤＣＤＣコンバーター一体インバータ装置１の第２発熱回路部品２２０を含む断面図である（ただしトップカバー１０を除く）。図６は、ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１の内部のうちＤＣＤＣコンバータとコンデンサ４０近傍の上面拡大図である。

【0012】

図１及び図２に示されるようび、ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１は、車両駆動用モータに交流電流を供給するインバータ回路部６０と、インバータ回路部に供給される電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ回路部７０と、を備える。

【0013】

ケース９０はインバータ回路とＤＣＤＣコンバータ回路を収納するハウジングとして機能する。トップカバー１０は、外観部品でありハウジングの一部であり、ケース９０の開口を塞ぐ。水路カバー１００は、ケース９０に設けた冷却水路の開口部を塞ぐカバーである。冷却水路は、水路カバー１００とケース９０の間に設けられたガスケットをつぶすことで水路気密性能が保持されている。

【0014】

制御回路基板２０は、インバータ回路及びＤＣＤＣコンバータ回路を制御する為の回路部を有する基板である。基板保持部材３０は、制御回路基板２０を固定する為の金属部品である。

【0015】

パワーモジュール５０は、直流電力と交流電力を相互に変換するための半導体が収められているモジュールである。コンデンサ４０は、パワーモジュール５０に供給される直流電力を平滑化する。インバータ回路部６０は、パワーモジュール５０及びコンデンサ４０により主に構成され、車両駆動用モータに交流電流を供給する。

【0016】

ＤＣＤＣコンバーター回路部７０は、インバータ回路部６０に供給される電圧を変換するものである。ＤＣＤＣコンバータ側基板２００は、ＤＣＤＣコンバータ回路部７０の高電圧回路を制御する回路基板である。

【0017】

図３に示される第１発熱回路部品２１０は、ＤＣＤＣコンバーター回路部７０側に設けられ、電圧を変換するスイッチングを行ない動作時に発熱する部品である。

【0018】

第２流路６００は、ケース９０と水路カバー１００との間に設けられ空間であり、この空間に冷却媒体を通し、ケース９０を介して部品を冷却する流路である。

【0019】

インバータ回路ケース４６は、パワーモジュール５０やコンデンサ４０を収容するハウジングであり、ケース９０の中に収容されている。

【0020】

放熱部材２３０は、インバータ回路ケース４６とケース９０の間の熱伝導する為の部材であり、インバータ回路ケース４６とケース９０の間に挟まれる。

【0021】

収容空間４８は、インバータ回路ケース４６に形成され、コンデンサ４０を収容する為の空間である。壁４７は、収容空間４８を形成するための部材の一部であり、第１発熱回路部品２１０とコンデンサ４０の間に形成される。

【0022】

図４に示されるＤＣＤＣコンバータ側基板２００に搭載される第１発熱回路部品２１０は、電圧を変換するスイッチングを行ない動作時に発熱する。第２発熱回路部品２２０は、ＤＣＤＣコンバータ側基板２００に流れる電流を検出し、電流に異常がある場合は電流を遮断するなど過電流保護をしてあり、発熱部品である。

【0023】

図５に示される空気層２３５は、インバータ回路ケース４６の壁４７に設けられた凹みであり、第２発熱回路部品２２０から発生した熱をコンデンサ４０側へ伝熱しないようにする遮熱空間である。

【0024】

図３及び図５に示されるように、インバータ回路部６０は、パワーモジュール５０と、コンデンサ４０と、壁４７と、壁４７と接触する放熱部材２３５と、を有する。ＤＣＤＣコンバータ回路部７０は、壁４７を挟んでコンデンサ４０と対向する第１発熱回路部品２１０と、壁４７を挟んでコンデンサ４０と対向する第２発熱回路部品２２０と、を有する。

【0025】

そして、第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも放熱部材２３０に近い位置に配置される、また壁４７は、第２発熱回路部品２２０とコンデンサ４０に挟まれる領域に空気層２３５を設けるための空間を形成する。

【0026】

コンデンサ４０は、耐熱温度が低い為、周囲高温部材から熱的に保護する必要がある。そのためコンデンサ４０は、インバータ回路ケース４６の収納空間４８に配置され、収納空間４８を形成する壁４７を有する。

【0027】

壁４７を挟んでコンデンサ４０と対向する第１発熱回路部品２１０と、壁４７を挟んでコンデンサ４０と対向する第２発熱回路部品２２０は、基板２００と電気的に接続している。

【0028】

第１発熱回路部品２１０及び第２発熱回路部品２２０は共に発熱する部品である。第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも放熱部材２３０に近い位置に配置されている。

【0029】

第１発熱回路部品２１０が発生した熱は、壁４７、放熱部材２３０、ケース９０を経由し、第２流路６００へ放熱されることによりコンデンサ４０への伝熱を抑えることができる。

【0030】

このとき第１発熱回路部品２１０とコンデンサ４０の間の壁４７に、液体冷媒を流すための第１流路を削除して、第２流路６００への放熱経路とすることにより、部品点数の削減及びコスト低減を図っている。

【0031】

第１流路の削除により第２発熱回路部品２２０から発生した熱をコンデンサ４０への伝熱させない為、第２発熱回路部品２２０から発生した熱は第２発熱回路部品２２０とコンデンサ４０の間の壁４７に空気層２４０を設けた。これによりコンデンサ４０への伝熱を抑えることができる。

【0032】

第１発熱回路部品２１０と第２発熱回路部品２２０が発生した熱はそれぞれ異なった放熱方法にすることによりコンデンサ４０を熱的に保護している。

【0033】

第１発熱回路部品２１０と第２発熱回路部品２２０が発生した熱はそれぞれ異なった放熱方法により、壁４７部に第１流路がない状況でもコンデンサ４０を熱的に保護することができる。

【0034】

本実施形態の第１発熱回路部品２１０は、例えば電圧を変換するスイッチング素子である。本実施形態の第２発熱回路部品２２０は、例えばＤＣＤＣコンバータ回路部７０に流れる電流を検出する電流センサである。

【0035】

第１発熱回路部品２１０及び第２発熱回路部品２２０は、共に発熱する部品である。第１発熱回路部品２１０の一般的な電力は３０Ｗ程度、第２発熱回路部品２２０の電力は３Ｗ程度である。第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも発熱量が大きくなる。第１発熱回路部品２１０は、電力変換の為のスイッチング動作をしている為、発熱量が大きい部品である。よって第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも発熱量が大きく、より放熱が必要な部品である。

【0036】

第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも放熱部材２３０に近い位置に配置されている。第１発熱回路部品２１０が発生した熱は壁４７、放熱部材２３０、ケース９０を経由し、第２流路６００へ放熱している。第１発熱回路部品２１０は、第２発熱回路部品２２０よりも発熱量が大きい為、伝熱による放熱構造としており、これによりコンデンサ４０への伝熱を抑えることができる。

【0037】

また第１発熱回路部品２１０よりも発熱量が小さい第２発熱回路部品２２０から発生した熱は第２発熱回路部品２２０とコンデンサ４０の間の壁４７に空気層２４０が設けられている。熱を遮断することによりコンデンサ４０への伝熱を抑えることができる。

【0038】

第１発熱回路部品２１０と第２発熱回路部品２２０が発生した熱はそれぞれ異なった放熱方法にすることによりコンデンサ４０を熱的に保護している。

【0039】

また図６に示されるコンデンサ素子４０ａないし４０ｆは、耐熱温度が他の回路部品に比較して低いため、周囲の高温部材から熱的に保護する必要がある。そこでコンデンサ４０は、壁４７に沿って配置される複数のコンデンサ素子４０ａないし４０ｆを有する。そして壁４７の空気層２３５を形成する空間は、複数のコンデンサ素子４０ａないし４０ｆのそれぞれと対向するように形成される。

【0040】

これにより、壁４７の設けた空気層２３５は複数のコンデンサ４０に対向するように形成されたことにより、第２発熱回路部品２２０の熱による位置の制約がなくなり、コンデンサ４０を熱的に保護することが可能となった。

【0041】

また図５に示されるようにインバータ回路部と前記ＤＣＤＣコンバータ回路部の配列方向を第１列と定義した場合、壁４７は第１列を横切る方向に形成される第１面２５０を有する。ＤＣＤＣコンバータ側基板２００は、第１発熱回路部品２１０と第２発熱回路部品２２０を支持するとともに電気配線を有する。そしてＤＣＤＣコンバータ側基板２００は、この電気配線を配置される面が第１面２５０と対向するように配置される。

【0042】

これにより、ＤＣＤＣコンバータ側基板２００の電気配線を壁４７によってノイズから守ることができる。また図６に示されるようにＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置１の上面からの投影面積が小さくなり、製品の小型化が可能となる。

【符号の説明】

【0043】

１…ＤＣＤＣコンバータ一体インバータ装置、１０…トップカバー、２０…制御回路基板、３０…基板保持部材、４０…コンデンサ、４０ａないし４０ｆ…コンデンサ素子、４６…インバータ回路ケース、４７…壁、４８…収容空間、５０…パワーモジュール、６０…インバータ回路部、７０…ＤＣＤＣコンバーター回路部、９０…ケース、１００…水路カバー、２００…ＤＣＤＣコンバータ側基板、２１０…第１発熱回路部品、２２０…第２発熱回路部品、２３０…放熱部材、２３５…空気層、２５０…第１面、６００…第２流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】