WO2013164933A1 - インバータ装置 - Google Patents

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WO2013164933A1
WO2013164933A1 PCT/JP2013/058483 JP2013058483W WO2013164933A1 WO 2013164933 A1 WO2013164933 A1 WO 2013164933A1 JP 2013058483 W JP2013058483 W JP 2013058483W WO 2013164933 A1 WO2013164933 A1 WO 2013164933A1
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WO
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cooling
bus bar
cooling block
inverter device
housing
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PCT/JP2013/058483
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English (en)
French (fr)
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徹也 川島
宮崎　英樹
和人 大山
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Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to an inverter device provided with an inverter circuit, and more particularly to a vehicle-mounted inverter device mounted on an electric vehicle and a hybrid vehicle.
  • a motor is mounted as a power source for the vehicle, and an inverter device is generally provided to control the power supplied to the motor.
  • the inverter device supplies a power module including a power semiconductor element such as an IGBT, a drive circuit that drives the power module, a control circuit that controls them, a DC bus bar that is a wiring of power supplied from the battery, and a motor.
  • An AC bus bar as power wiring and a current smoothing capacitor are provided.
  • the power semiconductor element generates a large amount of heat, and generally, a cooling device is provided so that the element temperature is kept below the guaranteed operating temperature (see, for example, Patent Document 1).
  • a power component provided with a power semiconductor element is mounted on a cooling device through which a refrigerant flows, and a positive bus bar and a negative bus bar are individually embedded in a block portion made of an insulating resin. Yes. By doing so, the semiconductor element, the positive electrode bus bar, and the negative electrode bus bar are cooled.
  • the power components are mounted in a planar manner, and the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are individually provided in different regions of the block portion. there were.
  • An inverter device includes a first power module provided with a semiconductor element constituting a first phase of an inverter circuit that converts DC power into three-phase AC power, and a second power source of the inverter circuit.
  • a second power module provided with a semiconductor element constituting the phase, a third power module provided with a semiconductor element constituting the third phase of the inverter circuit, and the first, second and third powers AC current of each phase is connected to each of a plate-like stacked DC bus bar in which a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar for supplying DC current to the module are stacked, and the first, second and third power modules.
  • First and second AC bus bars, first, second and third power modules, stacked DC bus bars, first, second and third AC bus bars A first cooling block that is housed and forms a refrigerant flow path to cool the first power module, a second cooling block that forms a refrigerant flow path and cools the second power module, and a refrigerant flow path are formed. And a cooling housing having a third cooling block for cooling the third power module, wherein the second cooling block and the third cooling block are juxtaposed in the cooling housing, and the first cooling block is juxtaposed.
  • the stacked DC bus bar is disposed with a gap with respect to the second and third cooling blocks, and one surface of the DC bus bar is in thermal contact with the first cooling block and the other surface is the second. And it is arrange
  • the DC bus bar can be effectively cooled and the inverter device can be downsized.
  • FIG. 3 is a diagram showing an electric circuit configuration of an inverter circuit 42. It is the external appearance perspective view which looked at the inverter apparatus 40 from the front side. It is the external appearance perspective view which looked at the inverter apparatus 40 from the back side. It is the figure which removed the lid
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 2 is an external perspective view of a power module 500.
  • FIG. It is a perspective view which shows the direct current
  • FIG. 5 is a diagram showing a case of single-sided cooling type power modules 600a to 600c mounted on cooling blocks 110a and 110b of the casing body 110.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of single-sided cooling type power modules 600a to 600c. It is sectional drawing of the inverter apparatus provided with three cooling blocks 110a, 110g, and 110h.
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of an electric vehicle (hereinafter referred to as “EV”) on which the inverter device of the present embodiment is mounted.
  • the motor generator 20 not only generates a running torque for the vehicle, but also has a function of converting mechanical energy applied from the outside to the motor generator 20 into electric power.
  • the motor generator 20 is, for example, a permanent magnet synchronous motor, and operates as a motor or a generator depending on the operation method.
  • Rotational torque generated by the motor generator 20 is transmitted to the wheels 12 via the transmission 18 and the differential gear 16.
  • rotational torque is transmitted from the wheels 12 to the motor generator 20, and AC power corresponding to the supplied rotational torque is generated.
  • the generated AC power is converted into DC power by the inverter device 40, charges the high-voltage battery 30, and the charged power is used again as travel energy.
  • the inverter device 40 is electrically connected to the battery 30 via the DC cable 32, and power is exchanged between the battery 30 and the inverter circuit 42.
  • the motor generator 20 When the motor generator 20 is operated as a motor, the inverter device 40 generates AC power based on the DC power supplied from the battery 30 via the DC cable 32 and supplies the AC power to the motor generator 20 via the AC cable 34. .
  • an insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor element, and hereinafter abbreviated as IGBT.
  • An IGBT 52 and a diode 56 that operate as an upper arm, and an IGBT 62 and a diode 66 that operate as a lower arm constitute a series circuit 50 of upper and lower arms.
  • the inverter circuit 42 includes the series circuit 50 corresponding to three phases of the U phase, the V phase, and the W phase of the AC power to be output.
  • the three-phase series circuit 50 of the upper and lower arms outputs an alternating current from the intermediate electrode 69 of the series circuit.
  • the intermediate electrode 69 is connected to an AC bus bar 86 via an AC terminal 59 and further electrically connected to each phase winding of the motor generator 20 via an AC connector 88.
  • the collector electrode of the IGBT 52 of the upper arm is electrically connected to the positive electrode conductor plate 92 via the positive electrode terminal 57
  • the emitter electrode of the IGBT 62 of the lower arm is electrically connected to the negative electrode conductor plate 94 via the negative electrode terminal 58.
  • the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 are electrically connected to the capacitor 90, and are further electrically connected to the battery 30 via the DC connector 38.
  • the control circuit 72 receives a control command from a host control device (not shown), and generates a control pulse for controlling the IGBTs 52 and 62 of the upper and lower arms constituting each series circuit 50 of the inverter circuit 42 based on the control command. , And supplies it to the driver circuit 74 as a control signal.
  • the driver circuit 74 supplies a drive pulse for controlling the IGBTs 52 and 62 of each phase to the IGBT 52 via the signal emitter terminal 55 and the gate terminal 54 based on the control pulse, and the signal emitter terminal 65 and the gate. It is supplied to the IGBT 62 through the terminal 64.
  • the IGBTs 52 and 62 of each phase perform conduction or cutoff operation based on the drive pulse from the driver circuit 74, convert the DC power supplied from the battery 30 into three-phase AC power, and supply it to the motor generator 20.
  • the control circuit 72 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for calculating the switching timing of the IGBTs 52 and 62.
  • Information input to the microcomputer includes a target torque value required for the motor generator 20, a current value supplied from the series circuit 50 to the motor generator 20, and a magnetic pole position of the rotor of the motor generator 20.
  • the target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown).
  • the current value is detected based on a detection signal from the current sensor 80.
  • the magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) such as a resolver provided in the motor generator 20.
  • the microcomputer in the control circuit 72 calculates current command values for the d-axis and q-axis of the motor generator 20 based on the target torque value, and the calculated d-axis and q-axis current command values and the detected d-axis.
  • the voltage command values for the d-axis and the q-axis are calculated based on the difference between the current values of the axes and the q-axis, and the calculated voltage command values for the d-axis and the q-axis are calculated based on the detected magnetic pole position. It is converted into voltage command values for phase, V phase, and W phase.
  • the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on a comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U phase, V phase, and W phase, and the generated modulation wave
  • the wave is output to the driver circuit 74 as a PWM (pulse width modulation) signal.
  • the driver circuit 74 When driving the lower arm, the driver circuit 74 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 62 of the lower arm. Further, when driving the upper arm, the driver circuit 74 amplifies the PWM signal after shifting the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, and uses this as a drive signal as a corresponding upper arm. Are output to the gate electrodes of the IGBTs 52 respectively.
  • FIGS. 3 and 4 are external perspective views of the inverter device 40.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram in which the lid 117 is removed from the inverter device 40 shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which the control board 120 is removed from FIG.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 10 is an external perspective view of the power module 500.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a DC bus bar 900 on which a capacitor 90 is mounted.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the inverter device 40 as viewed from the front side.
  • FIG. 4 is an external perspective view of the inverter device 40 viewed from the back side.
  • Electronic components constituting the inverter device 40 are accommodated in a casing formed by the casing main body 110 and the lid 117.
  • the casing main body 110 is formed with a refrigerant flow path 114 to be described later.
  • a refrigerant inlet 112 for taking in the refrigerant into the refrigerant flow path 114 and a refrigerant outlet for discharging the refrigerant. 113 is provided.
  • a DC connector 38 is provided on the back side of the housing body 110.
  • an AC connector 88 is provided on the front side of the lid 117, and a signal connector 76 is provided on the upper surface side of the lid 117.
  • the signal connector 76 is provided for exchanging signals between the above-described control circuit 72 and the host control device, and is connected to a control board 120 described later.
  • power module 500b, 500c, DC bus bar 900 on which capacitor 90 is mounted, power module 500a, and control board 120 are arranged in the housing body 110 in this order from the bottom of the housing.
  • AC bus bars 86a to 86c are arranged on the front side of the housing with respect to the power modules 500a to 500c.
  • FIG. 10 is an external perspective view of the power module 500.
  • the power modules 500a to 500c have the same structure and are denoted by reference numeral 500 in FIG.
  • the power modules 500a to 500c include power semiconductor elements (IGBT 52, IGBT 62, diode 56, diode 66) constituting the series circuit 50 of the upper and lower arms shown in FIG. 1 in a metallic module case 501 having heat radiation portions 502a and 502b. Is sealed.
  • the power module 500a incorporates a series circuit 50 of U-phase upper and lower arms
  • the power module 500b incorporates a series circuit 50 of V-phase upper and lower arms
  • the power module 500c includes a series circuit 50 of W-phase upper and lower arms. Is built-in.
  • the control signal connection terminal 70 is connected to the upper arm gate terminal 54, the upper arm emitter terminal 55, the lower arm gate terminal 64, and the lower arm emitter terminal 65 shown in FIG.
  • the housing main body 110 is integrally formed with cooling blocks 110a and 110b in which a coolant channel 114 is formed.
  • the cooling blocks 110a and 110b are arranged side by side with an interval in the vertical direction.
  • One opening is formed in the coolant channel 114 of the upper cooling block 110a, and the power module 500a is attached to the opening.
  • the cooling block 110b provided on the lower side two openings of the refrigerant flow path 114 are formed in the horizontal direction in the figure.
  • the power module 500b is attached to the left opening, and the power module 500c is attached to the right opening.
  • the power modules 500a to 500c are inserted into the refrigerant flow paths 114 of the cooling blocks 110a and 110b, the power modules 500b and 500c are arranged so that the AC terminal 59 comes to the center side of the cooling block 110b in FIGS. Inserted. By doing so, the AC terminals 59 are arranged close to each other, and the AC bus bars 86a to 86c connected to them can be arranged in one place.
  • cooling block 110b may be divided into two cooling blocks 110g and 110h in which the refrigerant flow path 114 is formed.
  • the flange portions 501a of the power modules 500a to 500c are fixed to the openings of the cooling blocks 110a and 110b, the portions of the module case 501 where the heat radiating portions 502a and 502b are provided are located in the refrigerant flow path 114 as shown in FIG. And the opening of the coolant channel 114 is sealed by the flange portion 501a.
  • the flange portion 501a is fixed to the cooling blocks 110a and 110b with bolts or the like.
  • the refrigerant that has flowed in from the refrigerant inlet 112 flows through the refrigerant flow path 114 as indicated by an arrow, and is discharged from the refrigerant outlet 113. That is, the refrigerant flowing in from the refrigerant inlet 112 flows into the refrigerant flow path 114 in which the power module 500b of the cooling block 110b is accommodated via the water channel connecting portion 115a. Thereafter, the refrigerant flows into the refrigerant flow path 114 in which the power module 500a of the cooling block 110a is accommodated via the water channel connecting portion 115b.
  • the refrigerant flows into the refrigerant flow path 114 in which the power module 500c of the cooling block 110b is accommodated via the water channel connecting portion 115c. And the refrigerant
  • coolant is discharged
  • heat generated in the power semiconductor element is mainly radiated from the heat radiation surfaces 502a and 502b of the power module 500 to the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 114.
  • heat radiation surfaces 502a and 502b may be formed with columnar or plate-shaped heat radiation fins.
  • a DC bus bar 900 on which a plurality of capacitors 90 are mounted is disposed.
  • the DC bus bar 900 is a laminated bus bar in which a positive electrode conductor plate 92 and a negative electrode conductor plate 94 are laminated via a sheet-like insulating member 93 (insulating paper or resin).
  • the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 are made of wide plate-like conductors.
  • the capacitors 90 are distributed and arranged at positions symmetrical to the center of the DC bus bar 900, the balance of electrical characteristics (wiring inductance) is good.
  • the positive electrode conductor plate 92 is formed with a positive electrode terminal portion 920 connected to the positive electrode terminal 57 of the power modules 500a to 500c.
  • the negative conductor plate 94 is formed with a negative terminal portion 940 that is connected to the negative terminals 58 of the power modules 500a to 500c. Three sets of the positive electrode terminal portion 920 and the negative electrode terminal portion 940 are formed corresponding to the three power modules 500a to 500c.
  • Each capacitor 90 is disposed on the positive electrode conductor plate 92 side of the DC bus bar 900, and a positive electrode terminal 91 a of each capacitor 90 is connected to the positive electrode conductor plate 92.
  • the negative electrode terminal 91 b of each capacitor 90 passes through a through hole 921 formed in the positive electrode conductor plate 92 and is connected to the negative electrode conductor plate 94 on the opposite side.
  • the positive electrode terminal 91 a connected to the positive electrode conductor plate 92 can be seen from the through hole 941 formed in the negative electrode conductor plate 94 of the DC bus bar 900.
  • the positive electrode conductor plate 92 of the DC bus bar 900 disposed in the gap space 110c is in close contact with the wall surface of the cooling block 110a via the insulating sheet 130.
  • the negative electrode conductor plate 94 of the DC bus bar 900 is in close contact with the wall surface of the cooling block 110b via the insulating sheet 130. That is, the DC bus bar 900 is in thermal contact with the wall surfaces of the cooling blocks 110a and 110b through which the refrigerant flows, and Joule heat generated in the DC bus bar 900 dissipates heat to the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 114 via the cooling block wall surfaces. Is done. As a result, the DC bus bar 900 can be efficiently cooled.
  • FIG. 6 shows the power modules 500a to 500c, the DC bus bar 900, and the plurality of capacitors 90 arranged in the housing main body 110.
  • the plurality of capacitors 90 mounted on the DC bus bar 900 are arranged at both ends in the longitudinal direction of the DC bus bar 900. For this reason, when the DC bus bar 900 is inserted into the gap space 110c, the capacitors 90 arranged in the gap space 110c are arranged in empty spaces on both sides of the cooling block 110a.
  • the DC bus bar 900 on which the capacitor 90 is mounted has a structure that is in thermal contact with the wall surfaces of the cooling blocks 110a and 110b, and is adjacent to the wall surfaces of the cooling blocks 110a and 110b through which the refrigerant flows. By arranging this, the temperature rise of the capacitor 90 can be suppressed. Further, by arranging the cooling block 110a so as to sandwich the cooling block 110a, the space between the cooling block 110a and the side wall of the casing body 110 can be used effectively, and the casing body 110 can be downsized.
  • connection portion 6 is a connection portion between the power modules 500a to 500c and the DC bus bar 900.
  • the negative terminals 58 of 500a to 500c are connected.
  • control board 120 is disposed above the cooling block 110a and the capacitor 90, and the control signal connection terminals 70 of the power modules 500a to 500c are connected to the control board 120.
  • Electronic components constituting the control circuit 72 and the driver circuit 74 are mounted on the control board 120.
  • the control signal connection terminal 70 is pulled out from the module case 501 in the front direction of the housing, and then bent upward to the housing where the control board 120 is disposed. 6 and 10, the portion bent upward of the control signal connection terminal 70 is omitted.
  • Embodiment- 12 to 13 are diagrams for explaining a second embodiment of the inverter device according to the present invention.
  • the inverter device of the present embodiment is applied to a mechanical / electrical integrated rotating electrical machine.
  • the casing main body 110 of the inverter device 40 is directly attached to the upper portion of the motor housing 200 provided with the motor stator 205 and the motor rotor 206.
  • FIG. 13 is a perspective view of the inverter device 40 and corresponds to FIG. 5 of the first embodiment.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment described above is the shape of the AC bus bars 86a to 86c, and the other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • An opening 110 e is formed on the bottom surface of the housing body 110.
  • the AC bus bars 86a to 86c extend from the connection portions with the power modules 500a to 500c in the direction of the bottom of the housing, and project outside the housing through the opening 110e.
  • AC bus bar 86a is connected to connection terminal 210a of the U-phase armature winding.
  • AC bus bar 86b is connected to connection terminal 210b of the V-phase armature winding, and AC bus bar 86c is connected to connection terminal 210c of the W-phase armature winding.
  • FIG. 14 is a diagram showing the arrangement of the control board 120.
  • the AC bus bars 86a to 86c are configured to be drawn out of the housing from the bottom surface of the housing, so that the control board 120 can be disposed between the power modules 500a to 500c and the front side of the lid 117.
  • the wiring for electrically connecting the control signal connection terminal 70 and the control board 120 of each module can be shortened and the noise of the control signal can be suppressed. Can be prevented.
  • the AC bus bars 86a to 86c are taken out from the bottom surface of the casing fixed to the motor housing, thereby shortening the AC bus bar and the three-phase armature winding of the motor generator. It is possible to connect at a distance, and it is possible to reduce Joule loss generated in the connection cable.
  • the power semiconductor elements (IGBT 52, IGBT 62, diode 56, diode 66) constituting the series circuit 50 of the upper and lower arms are made of a metal module having the heat radiation portions 502a and 502b.
  • the module 501 is sealed in the case 501 and the module case 501 is arranged in the refrigerant flow path 114.
  • the present invention can be applied not only to such a double-sided cooling type power module but also to single-sided cooling type power modules 600a to 600c as shown in FIGS.
  • FIG. 15 is a diagram showing the case of single-sided cooling type power modules 600a to 600c mounted on the cooling blocks 110a and 110b of the casing body 110.
  • FIG. 15 In the case of the housing body 110 shown in FIG. 15, a storage space 110f is also formed below the cooling block 110b.
  • an insulating substrate 602 having a wiring pattern formed on a metal base 601 is provided, and the semiconductor power element described above is mounted on the insulating substrate 602.
  • the power modules 600a to 600c are fixed so as to be in close contact with the outer wall surfaces of the cooling blocks 110a and 110b, respectively.
  • FIG. 16 is a modification of the inverter device shown in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of the power module 600a attached to the cooling block 110a.
  • a plurality of heat radiation fins 603 are formed on the bottom surface side of the metal base 601.
  • An opening 111 is formed on the mounting surface (upper surface in the drawing) of the cooling block 110a.
  • the power module 600 a is attached to the cooling block 110 a so that the opening 111 is closed by the metal base 601.
  • the heat radiation fin 603 is inserted into the refrigerant flow path 114.
  • the heat radiation effect can be improved as compared with the structure shown in FIG.
  • the inverter device of the above-described embodiment can achieve the following operational effects.
  • the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 for supplying a direct current to the three power modules 500a to 500c form a plate-shaped laminated DC bus bar 900.
  • the casing body 110 that functions as a cooling casing is provided with cooling blocks 110g and 110h in which a refrigerant flow path 114 is formed. Furthermore, the cooling blocks 110g and 110h are juxtaposed in the horizontal direction in the figure in the housing body 110, and the cooling block 110a is disposed with a gap with respect to the juxtaposed cooling blocks 110g and 110h.
  • one surface (the surface of the positive electrode conductor plate 92) is in thermal contact with the cooling block 110a, and the other surface (the surface of the negative electrode conductor plate 94) is thermally connected to the cooling blocks 110g and 110h. Is arranged in a gap space 110c (see FIG. 9) between the cooling block 110a and the cooling blocks 110g and 110h.
  • the DC bus bar 900 since the DC bus bar 900 is brought into thermal contact with the cooling blocks 110a, 110g, 110h through which the refrigerant flows, the DC bus bar 900 can be cooled from both sides, and Joule heat generated in the DC bus bar 900 can be reduced. It is possible to efficiently dissipate heat to the refrigerant. Further, by laminating the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 constituting the DC bus bar 900, the wiring inductance can be reduced. Furthermore, by arranging the cooling blocks 110a, 110g, and 110h on the front and back sides of the plate-shaped stacked DC bus bar 900, the housing body 110 can be downsized.
  • the cooling block disposed on the negative electrode conductor plate 94 side is provided for each of the power modules 500b and 500c.
  • the two cooling blocks 110g and 110h are integrated into the integrated cooling block 110b. You can put it together. That is, the cooling block 110b corresponds to the second and third cooling blocks.
  • the present invention can be similarly applied to a single-sided cooling type power module in which a power semiconductor element is provided on a metal base 601, and similar operational effects can be achieved.
  • the power modules 500b and 500c are disposed in the refrigerant flow path 114 of the cooling block 110b that constitutes the second and third cooling blocks, and in the refrigerant flow path 114 of the cooling block 110a.
  • the power module 500a is arranged, and the cooling block 110a is arranged in parallel so as to face the middle of the cooling block 110b.
  • a plurality of capacitors 90 in which the positive electrode terminal 91 a is connected to the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode terminal 91 b is connected to the negative electrode conductor plate 94 are connected to the positive electrode conductor plate 92 side of the laminated DC bus bar 900. Further, by arranging the cooling block 110a so as to sandwich the cooling block 110a, the space between the cooling block 110a and the side wall of the casing body 110 can be used effectively, and the casing body 110 can be downsized.
  • an insulating resin eg, polyethylene terephthalate
  • the insulating sheet formed by the above the adhesion between the laminated DC bus bar 900 and the block wall surface is improved.
  • the insulating resin may be poured into the gap after the DC bus bar 900 is inserted into the gap space 110c.
  • the power modules 500a to 500b are inserted in parallel to the bottom surface of the casing with respect to the refrigerant flow paths 114 of the cooling blocks 110a and 110b, so that each AC terminal 59 is connected to the front of the casing. Align to the side. Therefore, as shown in FIG. 12, when the inverter device 40 is used as an inverter device of an electromechanical integrated rotary machine in which the bottom surface of the housing body 110 is integrally fixed to the motor housing 200, the AC bus bars 86a to 86c are It becomes possible to easily connect to the connection terminals 210a to 210c of the armature winding through the opening 110e formed on the bottom surface of the housing. Further, with such a configuration, the length of the AC bus bars 86a to 86c can be shortened.
  • the refrigerant flowing in from the refrigerant inlet 112 flows into the cooling block 110g, the cooling block 110a, and the cooling block 110h arranged in this order from the refrigerant inlet 112 along the refrigerant outlet 113. Then, the refrigerant is discharged from the refrigerant outlet 113. Therefore, the length of the refrigerant flow path is shortened, the pressure loss can be suppressed, and effective cooling can be performed.
  • Various refrigerants including cooling water can be used as the refrigerant.

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Abstract

　直流バスバーが効果的に冷却されるとともに、小型化を図ることができるインバータ装置を提供するために、インバータ装置において、３つのパワーモジュール５００ａ～５００ｃに直流電流を供給するための正極導体板９２および負極導体板９４は、板状の積層型直流バスバー９００を形成している。筐体本体１１０には、冷媒流路１１４が形成された冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈが設けられている。さらに、冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈは筐体本体１１０内に並設され、冷却ブロック１１０ａは、並設された冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈに対して隙間を介して配設されている。積層型直流バスバー９００は、一方の面（正極導体板９２の面）が冷却ブロック１１０ａに熱的に接触するとともに、他方の面（負極導体板９４の面）が冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈに熱的に接触するように、冷却ブロック１１０ａと冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈとの隙間空間１１０ｃに配設されている。

Description

インバータ装置
　本発明は、インバータ回路を備えたインバータ装置、特に、電気自動車およびハイブリッド自動車に搭載される車載用のインバータ装置に関する。
　電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、一般的にモータに供給する電力を制御するためにインバータ装置を備えている。インバータ装置は、ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子を内蔵したパワーモジュール、そのパワーモジュールを駆動する駆動回路、それらを制御する制御回路、バッテリから供給される電力の配線である直流バスバー、モータへ供給する電力の配線である交流バスバー、および電流平滑化用のコンデンサを備えている。
　ところで、電力用半導体素子は発熱が大きく、一般的に、素子温度が動作保証温度以下に保持されるように冷却装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発明では、冷媒が流れる冷却装置に、電力用半導体素子が設けられたパワー部品を搭載し、正極バスバーと負極バスバーを個別に絶縁樹脂から成るブロック部内に埋設するようにしている。このようにすることで、半導体素子と正極バスバーおよび負極バスバーとを冷却するようにしている。
特開２０１１－１８８４７号公報
　しかしながら、上述した従来のインバータ装置では、パワー部品が平面的に搭載されるとともに、正極バスバーおよび負極バスバーがブロック部の異なる領域に個別に設けられているため、インバータ装置が大型化しやすいという問題があった。
　請求項１の発明に係るインバータ装置は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路の第１の相を構成する半導体素子が設けられた第１のパワーモジュールと、インバータ回路の第２の相を構成する半導体素子が設けられた第２のパワーモジュールと、インバータ回路の第３の相を構成する半導体素子が設けられた第３のパワーモジュールと、第１、第２および第３のパワーモジュールに直流電流を供給するための正極バスバーおよび負極バスバーが積層された、板状の積層型直流バスバーと、第１、第２および第３のパワーモジュールに各々接続されて、各相の交流電流を出力する第１、第２および第３の交流バスバーと、第１、第２および第３のパワーモジュール、積層型直流バスバー、第１、第２および第３の交流バスバーが収納されるとともに、冷媒流路が形成され第１のパワーモジュールを冷却する第１冷却ブロック、冷媒流路が形成され前記第２のパワーモジュールを冷却する第２冷却ブロック、および冷媒流路が形成され第３のパワーモジュールを冷却する第３冷却ブロックを有する冷却筐体と、を備え、第２冷却ブロックおよび第３冷却ブロックは冷却筐体内に並設され、第１冷却ブロックは、並設された第２および第３冷却ブロックに対して隙間を介して配設され、積層型直流バスバーは、該直流バスバーの一方の面が第１冷却ブロックに熱的に接触するとともに他方の面が第２および第３冷却ブロックに熱的に接触するように、隙間に配設されていることを特徴とする。
　本発明によれば、直流バスバーが効果的に冷却されるとともに、インバータ装置の小型化を図ることができる。
本実施の形態のインバータ装置が搭載された電気自動車の制御ブロックを示す図である。 インバータ回路４２の電気回路構成を示す図である。 インバータ装置４０を正面側から観た外観斜視図である。 インバータ装置４０を背面側から観た外観斜視図である。 図３に示すインバータ装置４０から蓋１１７を取り外した図である。 図５において制御基板１２０を取り除いた状態を示す図である。 図６に示す構成の、分解斜視図である。 図５のＡ－Ａ断面図である。 図８のＢ－Ｂ断面図である。 パワーモジュール５００の外観斜視図である。 コンデンサ９０が搭載された直流バスバー９００を示す斜視図である。 機電一体型回転電機を示す図である。 第２の実施形態におけるインバータ装置４０の斜視図である。 第２の実施形態における制御基板１２０を配置を示す図である。 筐体本体１１０の冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂに装着された片面冷却型のパワーモジュール６００ａ～６００ｃを場合を示す図である。 片面冷却型のパワーモジュール６００ａ～６００ｃの他の例を示す図である。 ３つの冷却ブロック１１０ａ，１１０ｇ，１１０ｈが設けられたインバータ装置の断面図である。
　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－第１の実施の形態－
　図１は、本実施の形態のインバータ装置が搭載された電気自動車（以下「ＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。モータジェネレータ２０は車両の走行用トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータ２０に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。　モータジェネレータ２０は、例えば永久磁石同期電動機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。
　モータジェネレータ２０が発生する回転トルクは、変速機１８およびデファレンシャルギア１６を介して車輪１２に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪１２から回転トルクがモータジェネレータ２０に伝達され、供給されてきた回転トルクに応じた交流電力を発生する。発生した交流電力はインバータ装置４０により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ３０を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。
　インバータ装置４０は、バッテリ３０と直流ケーブル３２を介して電気的に接続されており、バッテリ３０とインバータ回路４２との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータ２０をモータとして動作させる場合には、インバータ装置４０は直流ケーブル３２を介してバッテリ３０から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流ケーブル３４を介してモータジェネレータ２０に供給する。
　次に、図２を用いてインバータ回路４２の電気回路の構成を説明する。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ５２及びダイオード５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ６２及びダイオード６６とで、上下アームの直列回路５０が構成される。インバータ回路４２は、この直列回路５０を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応して備えている。
　これらの三相は、この実施の形態ではモータジェネレータ２０の電機子巻線の三相の各相巻線に対応している。三相のそれぞれの上下アームの直列回路５０は、直列回路の中間電極６９から交流電流を出力する。この中間電極６９は、交流端子５９を介して、交流バスバー８６と接続され、さらに交流コネクタ８８を介して、モータジェネレータ２０の各相巻線に電気的に接続されている。
　上アームのＩＧＢＴ５２のコレクタ電極は、正極端子５７を介して正極導体板９２に、また、下アームのＩＧＢＴ６２のエミッタ電極は、負極端子５８を介して負極導体板９４に電気的に接続されている。正極導体板９２および負極導体板９４はコンデンサ９０に電気的に接続されており、さらに直流コネクタ３８を介して、バッテリ３０に電気的に接続されている。制御回路７２は、上位の制御装置（不図示）から制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路４２の各直列回路５０を構成する上下アームのＩＧＢＴ５２，６２を制御するための制御パルスを発生し、それを制御信号としてドライバ回路７４に供給する。
　ドライバ回路７４は、上記制御パルスに基づき、各相のＩＧＢＴ５２，６２を制御するための駆動パルスを、信号用エミッタ端子５５およびゲート端子５４を介してＩＧＢＴ５２に供給し、信号用エミッタ端子６５およびゲート端子６４を介してＩＧＢＴ６２に供給する。各相のＩＧＢＴ５２，６２は、ドライバ回路７４からの駆動パルスに基づいて導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ３０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータジェネレータ２０に供給する。
　制御回路７２は、ＩＧＢＴ５２，６２のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータ２０に対して要求される目標トルク値、直列回路５０からモータジェネレータ２０に供給される電流値、及びモータジェネレータ２０の回転子の磁極位置がある。目標トルク値は、不図示の上位制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ２０に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。
　制御回路７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ２０のｄ軸、ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸、ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路７４に出力する。
　ドライバ回路７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ６２のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ５２のゲート電極にそれぞれ出力する。
　次に、図３～１１を用いてインバータ装置４０の構成について説明する。図３および図４は、インバータ装置４０の外観斜視図である。図５は、図３に示すインバータ装置４０から蓋１１７を取り外した図である。図６は、図５において制御基板１２０を取り除いた状態を示す図である。図７は、図６の分解斜視図である。図８は、図５のＡ－Ａ断面図である。図９は、図８のＢ－Ｂ断面図である。図１０は、パワーモジュール５００の外観斜視図である。図１１は、コンデンサ９０が搭載された直流バスバー９００を示す斜視図である。
　図３は、インバータ装置４０を正面側から観た外観斜視図である。一方、図４は、インバータ装置４０を背面側から観た外観斜視図である。インバータ装置４０を構成する電子部品は、筐体本体１１０と蓋１１７とで形成されるケーシング内に収納されている。筐体本体１１０には後述する冷媒流路１１４が形成されており、図４に示すように、冷媒流路１１４に冷媒を取り入れるための冷媒流入口１１２と、冷媒を排出するための冷媒流出口１１３とが設けられている。筐体本体１１０の背面側には、直流コネクタ３８が設けられている。
　一方、蓋１１７の正面側には交流コネクタ８８が設けられ、蓋１１７の上面側には信号用コネクタ７６が設けられている。信号用コネクタ７６は、上述した制御回路７２と上位の制御装置との間で信号を授受するために設けられたものであり、後述する制御基板１２０に接続されている。
　図５に示すように、筐体本体１１０内には、筐体底部から順に、パワーモジュール５００ｂ，５００ｃ、コンデンサ９０が搭載された直流バスバー９００、パワーモジュール５００ａ、制御基板１２０が配置されている。パワーモジュール５００ａ～５００ｃに対して筐体正面側には、交流バスバー８６ａ～８６ｃが配置されている。
　図１０は、パワーモジュール５００の外観斜視図である。なお、パワーモジュール５００ａ～５００ｃは同一構造を有しており、図１０では符号５００を付した。パワーモジュール５００ａ～５００ｃは、図１に示した上下アームの直列回路５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ５２、ＩＧＢＴ６２、ダイオード５６、ダイオード６６）を放熱部５０２ａ，５０２ｂを有する金属性のモジュールケース５０１内に封止したものである。パワーモジュール５００ａにはＵ相の上下アームの直列回路５０が内蔵され、パワーモジュール５００ｂにはＶ相の上下アームの直列回路５０が内蔵され、パワーモジュール５００ｃにはＷ相の上下アームの直列回路５０が内蔵されている。
　モジュールケース５０１のフランジ部５０１ａには開口が形成されており、正極端子５７、負極端子５８、交流端子５９および制御信号用接続端子７０が開口から外部に突出している。制御信号用接続端子７０には、図２に示した上アームゲート端子５４、上アームエミッタ端子５５、下アームゲート端子６４、下アームエミッタ端子６５が接続されている。
　図７～９に示すように、筐体本体１１０には、冷媒流路１１４が形成された冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂが一体に形成されている。冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂは上下に間隔を開けて並設されている。上側の冷却ブロック１１０ａの冷媒流路１１４には開口部が１箇所形成されており、その開口部にパワーモジュール５００ａが装着される。一方、下側に設けられた冷却ブロック１１０ｂには、冷媒流路１１４の開口部が図示左右方向に２箇所形成されている。左側の開口部にパワーモジュール５００ｂが装着され、右側の開口部にパワーモジュール５００ｃが装着される。
　パワーモジュール５００ａ～５００ｃを冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの冷媒流路１１４内に挿入する際、パワーモジュール５００ｂ，５００ｃは、図６，７に交流端子５９が冷却ブロック１１０ｂの中央側に来るような配置で挿入される。そうすることで、各交流端子５９が近接して配置され、それらに接続される交流バスバー８６ａ～８６ｃを一箇所に纏めて配置することができる。
　なお、図９に示す例では、一つの冷却ブロック１１０ｂに２つの冷媒流路１１４を図示左右方向に配置する構成とした。しかし、図１７に示すように、冷却ブロック１１０ｂを、冷媒流路１１４が形成された２つの冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈに分割するようにしても良い。
　パワーモジュール５００ａ～５００ｃのフランジ部５０１ａを冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの各開口部に固定すると、図９に示すように、モジュールケース５０１の放熱部５０２ａ，５０２ｂが設けられた部分が冷媒流路１１４内に収納され、冷媒流路１１４の開口部がフランジ部５０１ａによって封止される。なお、図示は省略したが、フランジ部５０１ａはボルト等によって冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂに固定される。
　図４に示すように、冷媒流入口１１２から流入した冷媒は、矢印で示すように冷媒流路１１４内を流れて、冷媒流出口１１３から排出される。すなわち、冷媒流入口１１２から流入した冷媒は、水路接続部１１５ａを介して、冷却ブロック１１０ｂのパワーモジュール５００ｂが収納されている冷媒流路１１４に流入する。その後、冷媒は、水路接続部１１５ｂを介して、冷却ブロック１１０ａのパワーモジュール５００ａが収納されている冷媒流路１１４に流入する。その後、冷媒は、水路接続部１１５ｃを介して、冷却ブロック１１０ｂのパワーモジュール５００ｃが収納されている冷媒流路１１４に流入する。そして、その冷媒は、水路接続部１１５ｃを介して冷媒流出口１１３から排出される。
　パワー半導体素子で発生する熱は、主としてパワーモジュール５００の放熱面５０２ａ，５０２ｂから冷媒流路１１４を流れる冷媒に放熱される。なお、放熱面５０２ａ、５０２ｂには、冷媒との接触面積を大きくするため、柱状、あるいは板状の放熱フィンが形成されていても良い。
　冷却ブロック１１０ａと冷却ブロック１１０ｂとの間に形成された隙間空間１１０ｃ（図９参照）には、複数のコンデンサ９０が搭載された直流バスバー９００が配置される。直流バスバー９００は、正極導体板９２と負極導体板９４とをシート状の絶縁部材９３（絶縁紙や樹脂）を介して積層したラミネートバスバーである。図１１に示すように、正極導体板９２および負極導体板９４は幅広の板状導体から成る。このように面積の大きな正極導体板９２および負極導体板９４を積層構造とすることにより、直流バスバー９００の抵抗値およびインダクタンスの低減を図ることができる。直流バスバー９００の中央に対して対称な位置にコンデンサ９０が振り分けで配置されているため、電気的な特性（配線インダクタンス）のバランスが良い。
　正極導体板９２には、パワーモジュール５００ａ～５００ｃの正極端子５７と接続される正極端子部９２０が形成されている。負極導体板９４には、パワーモジュール５００ａ～５００ｃの負極端子５８と接続される負極端子部９４０が形成されている。正極端子部９２０および負極端子部９４０は、３つのパワーモジュール５００ａ～５００ｃに対応して３組形成されている。
　各コンデンサ９０は直流バスバー９００の正極導体板９２側に配置されており、各コンデンサ９０の正極端子９１ａは正極導体板９２に接続されている。一方、各コンデンサ９０の負極端子９１ｂは、正極導体板９２に形成された貫通穴９２１を貫通して、反対側の負極導体板９４に接続されている。図１１に示すように、直流バスバー９００の負極導体板９４に形成された貫通穴９４１からは、正極導体板９２に接続された正極端子９１ａが見えている。
　隙間空間１１０ｃに配置された直流バスバー９００の正極導体板９２は、絶縁シート１３０を介して冷却ブロック１１０ａの壁面と密着している。同様に、直流バスバー９００の負極導体板９４は、絶縁シート１３０を介して冷却ブロック１１０ｂの壁面と密着している。すなわち、直流バスバー９００は冷媒が流れる冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの壁面と熱的に接触しており、直流バスバー９００で発生したジュール熱は、冷却ブロック壁面を介して冷媒流路１１４を流れる冷媒に放熱される。その結果、直流バスバー９００を効率良く冷却することができる。
　図６は、筐体本体１１０内に配置された、パワーモジュール５００ａ～５００ｃ、直流バスバー９００および複数のコンデンサ９０を示している。直流バスバー９００に搭載されている複数のコンデンサ９０は、直流バスバー９００の長手方向両端に振り分けで配置されている。そのため、直流バスバー９００を隙間空間１１０ｃに挿入すると、それぞれに配置されたコンデンサ９０が、冷却ブロック１１０ａの両側の空きスペースに配置されることになる。
　上述したように、コンデンサ９０が搭載されている直流バスバー９００が冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの壁面と熱的に接触する構造とするとともに、冷媒が流れる冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの壁面に近接してコンデンサ９０を配置することで、コンデンサ９０の温度上昇を抑えることができる。また、冷却ブロック１１０ａを挟むように配置したことにより、冷却ブロック１１０ａと筐体本体１１０の側壁とのスペースを有効に利用することができ、筐体本体１１０の小型化を図ることができる。
　図６の符号Ｃ１～Ｃ３で示す部分は、パワーモジュール５００ａ～５００ｃと直流バスバー９００との接続部分である。各接続部分Ｃ１～Ｃ３においては、正極導体板９２に形成された正極端子部９２０がパワーモジュール５００ａ～５００ｃの正極端子５７と接続され、負極導体板９４に形成された負極端子部９４０がパワーモジュール５００ａ～５００ｃの負極端子５８と接続されている。
　図６の状態に組み付けた後に、各パワーモジュール５００ａ～５００ｃの交流端子５９に、対応する交流バスバー８６ａ～８６ｃを溶接等により接続する。また、冷却ブロック１１０ａおよびコンデンサ９０の上方に制御基板１２０を配置し、パワーモジュール５００ａ～５００ｃの各制御信号用接続端子７０を制御基板１２０に接続する。制御基板１２０には、制御回路７２およびドライバ回路７４を構成する電子部品が実装されている。制御信号用接続端子７０は、モジュールケース５０１から筐体正面方向に引き出された後に、制御基板１２０が配置される筐体上方へと折り曲げられている。なお、図６、１０では、制御信号用接続端子７０の上方に折り曲げられた部分は省略して示した。
－第２の実施の形態－
　図１２～１３は、本発明によるインバータ装置の第２の実施形態を説明する図である。本実施形態のインバータ装置は、図１２に示すように、機電一体型回転電機に適用されるものである。図１２に示す機電一体型回転電機では、モータ固定子２０５およびモータ回転子２０６が設けられたモータハウジング２００の上部に、インバータ装置４０の筐体本体１１０が直接取り付けられる。
　図１３は、インバータ装置４０の斜視図であり、第１の実施の形態の図５に対応する図である。本実施の形態と上述した第１の実施の形態との相違点は交流バスバー８６ａ～８６ｃの形状であり、その他の構成は、第１の実施の形態と同様の構成である。筐体本体１１０の底面には開口１１０ｅが形成されている。交流バスバー８６ａ～８６ｃは、パワーモジュール５００ａ～５００ｃとの接続部分から、筐体底面方向に伸延し、開口１１０ｅを貫通して筐体外部に突出している。
　モータハウジング２００の上部にも交流バスバー８６ａ～８６ｃを通すための貫通穴が形成されており、インバータ装置４０をモータハウジング２００の上部に固定すると、交流バスバー８６ａ～８６ｃはそれらの貫通穴を通ってハウジング内に導入される。そして、交流バスバー８６ａは、Ｕ相電機子巻線の接続端子２１０ａに接続される。同様に、交流バスバー８６ｂはＶ相電機子巻線の接続端子２１０ｂに接続され、交流バスバー８６ｃはＷ相電機子巻線の接続端子２１０ｃに接続される。
　図１４は、制御基板１２０を配置を示す図である。本実施の形態では、交流バスバー８６ａ～８６ｃを筐体底面から筐体外に引き出す構成としているため、パワーモジュール５００ａ～５００ｃと蓋１１７の正面側との間に制御基板１２０を配置することができる。このような配置とすることにより、各モジュールの制御信号用接続端子７０と制御基板１２０とを電気的に接続する配線が短くなり、制御信号のノイズを抑えることができるため、半導体素子の誤動作を防ぐことができる。
　本実施の形態では、図１２に示すように、モータハウジングに固定されている筐体底面から交流バスバー８６ａ～８６ｃを取り出すことで、交流バスバーとモータジェネレータの三相の電機子巻線とを短い距離で接続することが可能になるり、接続ケーブルで発生するジュール損失を低減することができる。
　なお、上述した第１および第２の実施の形態では、上下アームの直列回路５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ５２、ＩＧＢＴ６２、ダイオード５６、ダイオード６６）を放熱部５０２ａ，５０２ｂを有する金属性のモジュールケース５０１内に封止し、そのモジュールケース５０１を冷媒流路１１４内に配置するような構成とした。しかし、本発明は、このような両面冷却型のパワーモジュールに限らず、図１５，１６に示すような片面冷却型のパワーモジュール６００ａ～６００ｃにも適用できる。
　図１５は、筐体本体１１０の冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂに装着された片面冷却型のパワーモジュール６００ａ～６００ｃを場合を示す図である。図１５に示す筐体本体１１０の場合には、冷却ブロック１１０ｂの下側にも収納空間１１０ｆが形成されている。片面冷却型のパワーモジュール６００ａ～６００ｃにおいては、金属ベース６０１上に配線パターンが形成された絶縁基板６０２を設け、その絶縁基板６０２上に上述した半導体パワー素子が実装されている。パワーモジュール６００ａ～６００ｃは、それぞれ冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの外壁面に密着するように固定されている。
　図１６は、図１５に示すインバータ装置の変形例である。図１６は、冷却ブロック１１０ａに装着されたパワーモジュール６００ａの拡大図である。金属ベース６０１の底面側には放熱フィン６０３が複数形成されている。冷却ブロック１１０ａの装着面（図示上面）には開口１１１が形成されている。パワーモジュール６００ａは、金属ベース６０１により開口１１１が塞がれるように冷却ブロック１１０ａに取り付けられる。その結果、放熱フィン６０３が冷媒流路１１４内に挿入される。このように、金属ベース６０１を冷媒により直接冷却することにより、図１５に示す構造に比べて放熱効果を向上させることができる。
　上述した実施の形態のインバータ装置は、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）図１７に示すインバータ装置は、３つのパワーモジュール５００ａ～５００ｃに直流電流を供給するための正極導体板９２および負極導体板９４は、板状の積層型直流バスバー９００を形成している。また、冷却筐体として機能する筐体本体１１０には、冷媒流路１１４が形成された冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈが設けられている。さらに、冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈは筐体本体１１０内の図示左右方向に並設され、冷却ブロック１１０ａは、並設された冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈに対して隙間を介して配設されている。積層型直流バスバー９００は、一方の面（正極導体板９２の面）が冷却ブロック１１０ａに熱的に接触するとともに、他方の面（負極導体板９４の面）が冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈに熱的に接触するように、冷却ブロック１１０ａと冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈとの隙間空間１１０ｃ（図９参照）に配設されている。
　このように、直流バスバー９００を冷媒が流れる冷却ブロック１１０ａ，１１０ｇ、１１０ｈに熱的に接触させるようにしたので、直流バスバー９００を両面から冷却することができ、直流バスバー９００で発生するジュール熱を冷媒へと効率的に放熱することができる。また、直流バスバー９００を構成する正極導体板９２および負極導体板９４を積層することにより、配線インダクタンスの低減を図れる。さらに、板状の積層型直流バスバー９００の表裏両面側に冷却ブロック１１０ａ，１１０ｇ、１１０ｈを振り分けて配置することで、筐体本体１１０の小型化を図ることができる。
　なお、図１７では負極導体板９４側に配置される冷却ブロックを、パワーモジュール５００ｂ，５００ｃ毎に設けたが、図８に示すように、２つの冷却ブロック１１０ｇ，１１０ｈを一体の冷却ブロック１１０ｂにまとめても構わない。すなわち、冷却ブロック１１０ｂは第２および第３の冷却ブロックに対応している。また、図１５，１６に示すように、金属ベース６０１上にパワー半導体素子を設ける片面冷却型のパワーモジュールに対しても同様に適用でき、同様の作用効果を奏することができる。
（２）図７に示すように、第２および第３冷却ブロックを構成する冷却ブロック１１０ｂの冷媒流路１１４内にパワーモジュール５００ｂ，５００ｃを配置するとともに、冷却ブロック１１０ａの冷媒流路１１４内にパワーモジュール５００ａを配置し、さらに、冷却ブロック１１０ａを冷却ブロック１１０ｂの中間と対向するように並設した。それにより、交流バスバー８６ａを交流バスバー８６ｂ、８６ｃの間に位置するように設けることで、交流バスバーの長さを極力短くすることができる。その結果、ジュール損失を低減することができる。
（３）図８に示すように、正極端子９１ａが正極導体板９２に接続され負極端子９１ｂが負極導体板９４に接続される複数のコンデンサ９０を、積層型直流バスバー９００の正極導体板９２側に、冷却ブロック１１０ａを挟むように配置したことにより、冷却ブロック１１０ａと筐体本体１１０の側壁とのスペースを有効に利用することができ、筐体本体１１０の小型化を図ることができる。
（４）また、図８，９に示すように、積層型直流バスバー９００を隙間空間１１０ｃに配置する場合に、直流バスバー９００と冷却ブロックとの間に絶縁性樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート等）により形成された絶縁シートを設けることにより、積層型直流バスバー９００とブロック壁面との密着性が向上する。ここでは、シート状の樹脂としたが、隙間空間１１０ｃに直流バスバー９００を挿入した後に、絶縁性樹脂を隙間に流し込むようにしても良い。
（５）図７に示すように冷却ブロック１１０ａ，１１０ｂの冷媒流路１１４に対して、パワーモジュール５００ａ～５００ｂを筐体底面に対して平行に挿入することで、各交流端子５９が筐体正面側に揃う。そのため、図１２に示すように、インバータ装置４０を、筐体本体１１０の底面がモータハウジング２００に一体に固定される機電一体型回転機のインバータ装置として用いる場合に、交流バスバー８６ａ～８６ｃを、筐体底面に形成された開口１１０ｅを通して電機子巻線の接続端子２１０ａ～２１０ｃに容易に接続することが可能となる。また、そのような構成とすることで、交流バスバー８６ａ～８６ｃの長さを短縮することができる。
（６）図１７に示すように、冷媒流入口１１２から流入した冷媒は、冷媒流入口１１２から冷媒流出口１１３に沿って順に配置された冷却ブロック１１０ｇ、冷却ブロック１１０ａ、冷却ブロック１１０ｈに順に流れ込み、冷媒流出口１１３から排出される。そのため、冷媒流路の長さが短縮されると共に、圧損を小さく抑えることができ、効果的な冷却を行うことができる。なお、冷媒には、冷却水を含め種々のものを用いることができる。
　以上説明した実施の形態では、電気自動車の駆動用モータ、インバータを一体化したシステムについて言及しているが、ハイブリッド自動車への適用や、モータ、インバータを別々に構成したシステムへの適用も可能であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。
　２０：モータジェネレータ、３０：バッテリ、４０：インバータ装置、４２：インバータ回路、５０：直列回路、５２，６２：ＩＧＢＴ、５６，６６：ダイオード、８６，８６ａ～８６ｃ：交流バスバー、９０：コンデンサ、９２：正極導体板、９３：絶縁部材、９４：負極導体板、１１０：筐体本体、１１０ａ～１１０ｃ，１１０ｇ，１１０ｈ：冷却ブロック、１１０ｅ，１１１：開口、１１２：冷媒流入口、１１３：冷媒流出口、１２０：制御基板、１３０：絶縁シート、２００：モータハウジング、２１０ａ～２１０ｃ：接続端子、５００，５００ａ～５００ｃ，６００，６００ａ～６００ｃ：パワーモジュール、９００：直流バスバー

Claims (6)

  1. 　直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路の第１の相を構成する半導体素子が設けられた第１のパワーモジュールと、
    　前記インバータ回路の第２の相を構成する半導体素子が設けられた第２のパワーモジュールと、
    　前記インバータ回路の第３の相を構成する半導体素子が設けられた第３のパワーモジュールと、
    　前記第１、第２および第３のパワーモジュールに直流電流を供給するための正極バスバーおよび負極バスバーが積層された、板状の積層型直流バスバーと、
    　前記第１、第２および第３のパワーモジュールに各々接続されて、各相の交流電流を出力する第１、第２および第３の交流バスバーと、
    　前記第１、第２および第３のパワーモジュール、前記積層型直流バスバー、前記第１、第２および第３の交流バスバーが収納されるとともに、冷媒流路が形成され前記第１のパワーモジュールを冷却する第１冷却ブロック、冷媒流路が形成され前記第２のパワーモジュールを冷却する第２冷却ブロック、および冷媒流路が形成され前記第３のパワーモジュールを冷却する第３冷却ブロックを有する冷却筐体と、を備え、
    　前記第２冷却ブロックおよび第３冷却ブロックは前記冷却筐体内に並設され、
    　前記第１冷却ブロックは、前記並設された前記第２および第３冷却ブロックに対して隙間を介して配設され、
    　前記積層型直流バスバーは、該直流バスバーの一方の面が前記第１冷却ブロックに熱的に接触するとともに他方の面が前記第２および第３冷却ブロックに熱的に接触するように、前記隙間に配設されていることを特徴とするインバータ装置。
  2. 　請求項１に記載のインバータ装置において、
    　前記第１、第２および第３のパワーモジュールは、それらに対応する前記第１、第２および第３冷却ブロックの冷媒流路内にそれぞれ配置され、
    　前記第２および第３冷却ブロックと隙間を介して並設される前記第１冷却ブロックは、前記第２冷却ブロックと前記第３冷却ブロックと間に対向するように並設され、
    　前記第１の交流バスバーが、前記第２および第３の交流バスバーの間に位置することを特徴とするインバータ装置。
  3. 　請求項２に記載のインバータ装置において、
    　正極端子が前記正極バスバーに接続され負極端子が前記負極バスバーに接続される複数のコンデンサを、前記積層型直流バスバーの前記一方の面側に、前記第１冷却ブロックを挟むように配置したことを特徴とするインバータ装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインバータ装置において、
    　前記正極バスバーおよび負極バスバーは、絶縁性の樹脂を介して前記冷却ブロックに熱的に接触していることを特徴とするインバータ装置。
  5. 　請求項２または３に記載のインバータ装置において、
    　前記冷却筐体は、前記インバータ回路により駆動される回転電機のハウジングに固定される筐体底面に開口を有し、
    　前記冷媒流路内に配置される前記第１、第２および第３のパワーモジュールは、前記筐体底面に対して平行に挿入され、
    　前記第１、第２および第３の交流バスバーは、前記開口から筐体外へ引き出され、前記ハウジングに設けられた電機子巻線端子に接続されることを特徴とする機電一体型回転電機のインバータ装置。
  6. 　請求項２または３に記載のインバータ装置において、
    　前記冷却筐体は、冷媒流入部および冷媒排出部を有し、
    　前記冷媒流入部から流入した冷媒は、前記第２冷却ブロック、前記第１冷却ブロック、前記第３冷却ブロックの順に流れ、その後、前記冷媒排出部から排出されることを特徴とするインバータ装置。
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