特開 2024-96572 電動車用インバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024096572

(43)【公開日】2024-07-17

(54)【発明の名称】電動車用インバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240709BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000136

(22)【出願日】2023-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 誠一

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA24

5H770BA02

5H770PA12

5H770PA21

5H770PA24

5H770PA42

5H770QA01

5H770QA02

5H770QA06

5H770QA28

5H770QA33

(57)【要約】

【課題】従来の電動車用インバータでは、環状を成す樹脂製のブラケットの内側空間に熱がこもり易く、抜熱性の向上を図るための改善が要望されていた。
【解決手段】半導体モジュール２、半導体駆動基板３、及びモータコントローラ基板４の順で下側から三段に積み重ねると共に、半導体駆動基板３とモータコントローラ基板４との間に、両基板３，４の周縁部に沿って環状を成す樹脂製のブラケット５を介装した構造を有し、ブラケット５の内側空間及び外側空間に露出する金属体６を備えた電動車用インバータ１とし、抜熱性の向上を実現した。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体モジュール、半導体駆動基板、及びモータコントローラ基板の順で下側から三段に積み重ねると共に、前記半導体駆動基板と前記モータコントローラ基板との間に、両基板の周縁部に沿って環状を成す樹脂製のブラケットを介装した構造を有し、
前記ブラケットの内側空間及び外側空間に露出する金属体を備えたことを特徴とする電動車用インバータ。

【請求項2】

前記金属体が、前記ブラケットの前記内側空間及び前記外側空間に夫々突出する内側突出部及び外側突出部を一体的に有することを特徴とする請求項１に記載の電動車用インバータ。

【請求項3】

前記金属体が、前記モータコントローラ基板を貫通する上段ねじの止着部を有することを特徴とする請求項２に記載の電動車用インバータ。

【請求項4】

前記金属体が、前記半導体駆動基板を通して前記半導体モジュールに止着される下段ねじの貫通部を有することを特徴とする請求項３に記載の電動車用インバータ。

【請求項5】

前記金属体が、前記内側突出部及び前記外側突出部の少なくとも一方に、複数のリブを設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動車用インバータ。

【請求項6】

前記金属体が、前記内側突出部を形成し且つ前記ブラケットの厚さに相当する高さを有する支柱部と、前記外側突出部を形成し且つ前記支柱部の下端部から水平に延出する基部とを一体的に有することを特徴とする請求項２に記載の電動車用インバータ。

【請求項7】

前記支柱部が、前記モータコントローラ基板を貫通する前記上段ねじの前記止着部を有すると共に、前記基部が、前記半導体駆動基板を通して前記半導体モジュールに止着される前記下段ねじの前記貫通部を有することを特徴とする請求項６に記載の電動車用インバータ。

【請求項8】

前記半導体モジュールが、冷却液を流通させる冷却層を有し、
前記ブラケットが、前記冷却層の冷却液入口の上位側に相当する位置に、前記内側空間と前記外側空間とを連通させる開口部を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の電動車用インバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動車に搭載される電動車用インバータに関し、とくに、積層構造を有する電動車用インバータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の電動車用インバータとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、下側から順に、冷却体を備えた半導体パワーモジュール、駆動回路基板、制御回路基板、電源回路基板を適宜の隙間を介して積層した構造を有する電力変換装置が記載されている。この電力変換装置は、半導体パワーモジュールと駆動回路基板とを伝熱支持部材で連結すると共に、半導体パワーモジュールと電源回路基板とを別の伝熱支持部材で連結して抜熱を行う構造である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０１３／０８８６４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上記したような従来の電力変換装置は、積層方向に貫通するボルト及びボルトを挿通する支柱により各基板等を連結すると共に、積層構造の片側を覆う伝熱支持部材を備えた構造であるため、小型軽量化や耐振性が要求される電動車用インバータには不向きである。そこで、従来の電動車用インバータでは、環状を成す樹脂製のブラケットを用いて基板同士の間を連結することにより、全体の剛性を高めるようにしているが、このブラケットの内側空間に熱がこもり易いことから、抜熱性の向上を図るための改善が要望されていた。

【0005】

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、抜熱性に優れた電動車用インバータを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係わる電動車用インバータは、半導体モジュール、半導体駆動基板、及びモータコントローラ基板の順で下側から三段に積み重ねると共に、半導体駆動基板とモータコントローラ基板との間に、両基板の周縁部に沿って環状を成す樹脂製のブラケットを介装した構造を有する。そして、電動車用インバータは、ブラケットの内側空間及び外側空間に露出する金属体を備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係わる電動車用インバータは、ブラケットの内側空間及び外側空間に露出する金属体を備え、これにより、ブラケットの内外を熱伝導率の高い金属体で繋ぐ構造にして、ブラケットの内側空間から外側空間への熱の移動を容易にし、ブラケットの内側空間の温度を下げる。このようにして、上記電動車用インバータは、抜熱性の向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係わる電動車用インバータの第１実施形態を示す分解斜視図である。

【図2】電動車用インバータの斜視図である。

【図3】拡大図付きの電動車用インバータの平面図である。

【図4】電動車用インバータの要部の垂直断面図である。

【図5】金属体を説明する平面図である。

【図6】図５中のＡ－Ａ線矢視に基づく断面図である。

【図7】金属体の他の例を示す要部の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜第１実施形態＞
以下、図面に基づいて、電動車用インバータの第１実施形態を説明する。以下の説明に用いる図面では、理解し易くする都合上、構成部位を簡素化しており、構成部位の数や大きさ、及び形状等を限定するものではない。

【0010】

図１及び図２に示す電動車用インバータ１は、半導体モジュール２、半導体駆動基板３、及びモータコントローラ基板４の順で下側から三段に積み重ねた構造を有する。そして、電動車用インバータ１は、半導体駆動基板３とモータコントローラ基板４との間に、両基板３，４の周縁部に沿って環状を成す樹脂製のブラケット５が介装してある。

【0011】

半導体モジュール２は、中央領域に回路部２Ｃを設けた基板層２Ａと、冷却液を流通させる冷却層２Ｂとを上下に重ねた構造である。半導体駆動基板３及びモータコントローラ基板４は、夫々の中央領域に回路部３Ｃ，４Ｃを有する。図示例のブラケット５は、矩形環状を成し、半導体駆動基板３の回路部３Ｃを囲繞するように配置してある。

【0012】

上記の電動車用インバータ１は、図３に示すように、ブラケット５の内側空間及び外側空間に露出する金属体６を備えている。この金属体６は、ブラケット５の内側空間及び外側空間に夫々突出する内側突出部６Ａ及び外側突出部６Ｂを一体的に有している。図示例の電動車用インバータ１では、矩形環状を成すブラケット５の四隅に金属体６が夫々配置してある。金属体６は、その材料が限定されるものではないが、高い熱伝導率を有する金属であることが好ましい。

【0013】

金属体６は、図４～図６に示すように、内側突出部６Ａを形成し且つブラケット５の厚さに相当する高さを有する支柱部１６と、外側突出部６Ｂを形成し且つ支柱部１６の下端部から水平に延出する基部２６とを一体的に有している。図示例の支柱部１６は、円柱状を成しており、基部２６は、支柱部１６の直径に相当する幅寸法を有すると共に、その先端が平面視で半円状を成している。

【0014】

また、上記の金属体６は、内側突出部６Ａ及び外側突出部６Ｂの少なくとも一方に、複数のリブ３６が設けてあり、この実施形態では、内側突出部６Ａ及び外側突出部６Ｂの両方にリブ３６が設けてある。すなわち、金属体６は、支柱部１６及び基部２６の外周面に、複数のリブ３６が所定間隔で形成してある。支柱部１６におけるリブ３６は、同支柱部１６の軸線方向に沿って形成してあり、基部２６におけるリブ３６は、その厚さ方向（図６で上下方向）に沿って形成してある。

【0015】

さらに、金属体６は、支柱部１６に、モータコントローラ基板４を貫通する上段ねじＢ１の止着部１６Ａを有すると共に、基部２６に、半導体駆動基板３を通して半導体モジュール２に止着される下段ねじＢ２の貫通部２６Ａを有する。具体的には、止着部１６Ａは、上方向に開放されためねじ穴であり、貫通部２６Ａは、上下に開放された貫通穴である。

【0016】

上記構成を備えた金属体６は、モールド成形によって、樹脂製のブラケット５に一体化される。これにより、金属体６は、ブラケット５の内側空間に、支柱部１６の一部が内側突出部６Ａとして露出し、ブラケット５の外側空間に、基部２６の先端部分が外側突出部６Ｂとして露出した状態になる。

【0017】

また、電動車用インバータ１は、先述した半導体モジュール２の冷却層２Ｂを有しており、図１及び図２に示すように、ブラケット５が、冷却層２Ｂの冷却液入口７の上位側に相当する位置に、内側空間と外側空間とを連通させる開口部８を有している。図示例の開口部８は、ブラケット５の下辺を一定幅に切り欠いた形態である。

【0018】

上記の電動車用インバータ１は、各金属体６の上段ねじＢ１により、モータコントローラ基板４とブラケット５とを連結し、各金属体６の下段ねじＢ２により、ブラケット５、半導体駆動基板３、及び半導体モジュール２を連結する。このようにして、電動車用インバータ１は、半導体モジュール２、半導体駆動基板３及びブラケット５、並びにモータコントローラ基板４を互いに連結する。なお、電動車用インバータ１の大きさ等により、上段ねじＢ１及び下段ねじＢ２の他に別のねじ類を追加することもあり得る。

【0019】

上記構成を備えた電動車用インバータ１は、ブラケット５の内側空間及び外側空間に露出する金属体６を備え、これにより、ブラケット５の内外を熱伝導率の高い金属体６で繋ぐ構造にして、ブラケット５の内側空間から外側空間への熱の移動を容易にし、ブラケット５の内側空間の温度を下げることとなり、抜熱性の向上を実現する。

【0020】

また、上記の電動車用インバータ１は、ブラケット５の内側空間及び外側空間に夫々突出する内側突出部６Ａ及び外側突出部６Ｂを一体的に有する金属体６を用いることにより、内外の空間に対する金属体６の露出面積を大きく確保し、放熱性をさらに高めることができる。

【0021】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、モータコントローラ基板４を貫通する上段ねじＢ１の止着部１６Ａを有する金属体６を採用したことで、金属体６が、半導体駆動基板３とモータコントローラ基板４とを互いに固定する役割を持つこととなり、部品点数を増やすことなくブラケット５の内側空間の熱を下げることができる。

【0022】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、半導体駆動基板３を通して半導体モジュール２に止着される下段ねじＢ２の貫通部２６Ａを有する金属体６を採用したことで、金属体６が、半導体駆動基板３及びブラケット５と半導体モジュール２とを互いに固定する役割を持つこととなり、部品点数を増やすことなくブラケット５の内側空間の熱を下げることができる。しかも、上記の電動車用インバータ１は、金属体６を伝わった熱が、外側突出部６Ｂから放出されるだけでなく、下段ねじＢ２を介して冷却層２Ｂを有する半導体モジュール２にも伝わるので、これらの作用が相俟ってブラケット５の内側空間の熱をさらに下げることができる。

【0023】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、金属体６の内側突出部６Ａ及び外側突出部６Ｂの少なくとも一方に複数のリブ３６を設けたことにより、ブラケット５の内側空間及び外側空間における金属体６の露出面積を拡大し、内側空間の冷却効果のさらなる向上を実現する。また、金属体６は、図７に示す如くリブの無い構造でも抜熱の効果を得ることができるが、上記実施形態のように全周にリブ３６を設ければ、冷却効果の向上の他、ブラケット５のモールド成形の際に、金属体６に対する樹脂の食い付きを良好にし得る。

【0024】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、支柱部１６と基部２６を有する金属体６を採用したことで、小型軽量化することが可能であると共に、モータコントローラ基板４と半導体駆動基板３との間に支柱部１６が介在することとなり、全体的な剛性のさらなる向上に貢献することができる。

【0025】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、金属体６の支柱部１６及び基部２６が、上段ねじＢ１の止着部１６Ａ及び下段ねじＢ２の貫通部２６Ａを有するので、金属体６自体が連結部品として機能し、部品点数の削減や作業性の向上などを実現し得る。

【0026】

さらに、上記の電動車用インバータ１は、ブラケット５が、半導体モジュール２の冷却液入口７の上位側に相当する位置に開口部８を有するので、ブラケット５の内外の通気性が確保され、とくに、半導体駆動基板３の上部で温度差が生じ易くなって半導体駆動基板３の熱が開口部８側に流れ、円滑に抜熱を行うことができる。また、上記の電動車用インバータ１は、発熱量の多いコネクタやコンデンサ等の電子部品を開口部８に向けて配置することで、開口部８側への熱の流れが発生し易くなる。

【0027】

本発明に係わる電動車用インバータは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0028】

１ 電動車用インバータ
２ 半導体モジュール
２Ａ 基板層
２Ｂ 冷却層
３ 半導体駆動基板
４ モータコントローラ基板
５ ブラケット
６ 金属体
６Ａ 内側突出部
６Ｂ 外側突出部
７ 冷却液入口
８ 開口部
１６ 支柱部
１６Ａ 止着部
２６ 基部
２６Ａ 貫通部
３６ リブ
Ｂ１ 上段ねじ
Ｂ２ 下段ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】