JP2018166371A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つのスイッチング素子ユニットを備えたインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device including two switching element units.
例えば、下記の特許文献1(特開2015−89245号公報)には、1個の筐体(12)の内部に、複数のスイッチング素子を組み合わせてなるスイッチング素子ユニット(インバータ13)が2つ並んで配置されたインバータ装置(10)が開示されている。特許文献1のインバータ装置(10)では、このような構成によって、2つのスイッチング素子ユニット(13)が個別に配置される場合に比べて、装置全体の小型化が図られている。
For example, in the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-89245), two switching element units (inverters 13) formed by combining a plurality of switching elements are arranged inside one housing (12). An inverter device (10) arranged in is disclosed. In the inverter device (10) of
ところで、特許文献1のインバータ装置(10)では、2つのスイッチング素子ユニット(13)の配列方向における当該2つのスイッチング素子ユニット(13)の間に、スイッチング素子の過電圧を抑制するためのコンデンサ(15)が配置されている。そのため、コンデンサ(15)の配置位置を2つのスイッチング素子ユニット(13)の間から別の場所に移動させれば、2つのスイッチング素子ユニットを互いに接近させて配置することができ、その結果、スイッチング素子ユニット(13)の配列方向において、装置の更なる小型化を図ることができる。
By the way, in the inverter device (10) of
しかし、これには次のような問題がある。すなわち、2つのスイッチング素子ユニットが互いに接近して配置されているために、一方のスイッチング素子ユニットが発熱した場合に、この熱が筐体を介して他方のスイッチング素子ユニットに伝わり、2つのスイッチング素子ユニット間で熱干渉が生じる可能性がある。このような熱干渉は、例えば、各スイッチング素子ユニットがサーミスタ等の温度センサを備える場合に、当該温度センサの誤検知の原因となったり、各スイッチング素子を制御する制御装置の誤作動の原因となることがある。 However, this has the following problems. That is, since the two switching element units are arranged close to each other, when one switching element unit generates heat, this heat is transmitted to the other switching element unit through the housing, and the two switching element units Thermal interference may occur between units. For example, when each switching element unit includes a temperature sensor such as a thermistor, such thermal interference may cause erroneous detection of the temperature sensor or cause malfunction of a control device that controls each switching element. May be.
そこで、2つのスイッチング素子ユニットを接近させて配置した場合であっても、各スイッチング素子ユニット間での熱干渉を低減することが可能なインバータ装置の実現が望まれる。 Therefore, even when two switching element units are arranged close to each other, it is desired to realize an inverter device that can reduce thermal interference between the switching element units.
本開示に係るインバータ装置は、
第1のインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を含む第1スイッチング素子ユニットと、
第2のインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を含む第2スイッチング素子ユニットと、
前記第1スイッチング素子ユニットと前記第2スイッチング素子ユニットとが並んで配置される第1面と、当該第1面とは反対側の面であって複数の放熱フィンが設けられた第2面と、を有するヒートシンクと、を備え、
前記ヒートシンクは、前記第1面に直交する対面方向から見て、前記第1スイッチング素子ユニットが配置された第1配置領域と、前記第2スイッチング素子ユニットが配置された第2配置領域との間の中間領域に、前記第1配置領域及び前記第2配置領域の双方に比べて、前記第1面と前記第2面との間の肉厚が薄い薄肉部を有する。
The inverter device according to the present disclosure is:
A first switching element unit including a plurality of switching elements constituting the first inverter circuit;
A second switching element unit including a plurality of switching elements constituting the second inverter circuit;
A first surface on which the first switching element unit and the second switching element unit are arranged side by side; a second surface on the opposite side of the first surface and provided with a plurality of heat radiation fins; A heat sink having,
The heat sink is between a first arrangement area where the first switching element unit is arranged and a second arrangement area where the second switching element unit is arranged when viewed from a facing direction perpendicular to the first surface. The intermediate region has a thin portion between the first surface and the second surface that is thinner than both the first and second arrangement regions.
本構成によれば、薄肉部により、中間領域の少なくとも一部においてヒートシンクの肉厚を薄くすることができる。そのため、第1スイッチング素子ユニットと第2スイッチング素子ユニットとの間における熱が伝導する経路中の少なくとも一部の断面積を小さくすることができる。これにより、第1スイッチング素子ユニットと第2スイッチング素子ユニットとの間の薄肉部を通る熱伝導を制限し、他の部分に熱が伝導され易くすることができる。従って、このような薄肉部を備えない場合に比べて、各スイッチング素子ユニット間での熱干渉を低減することができる。 According to this configuration, the thickness of the heat sink can be reduced in at least a part of the intermediate region by the thin portion. Therefore, it is possible to reduce the cross-sectional area of at least part of the path through which heat is conducted between the first switching element unit and the second switching element unit. Thereby, the heat conduction which passes along the thin part between a 1st switching element unit and a 2nd switching element unit can be restrict | limited, and it can make it easy to conduct heat to another part. Accordingly, it is possible to reduce thermal interference between the switching element units as compared with a case where such a thin portion is not provided.
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。 Further features and advantages of the technology according to the present disclosure will become more apparent from the following description of exemplary and non-limiting embodiments described with reference to the drawings.
1.第一実施形態
第一実施形態に係るインバータ装置1について、図面を参照して説明する。以下では、インバータ装置1が、2つの回転電機を駆動する回転電機駆動装置に適用される場合を例に、図面を参照して説明する。
1. First Embodiment An
1−1.回路構成
図1に示すように、インバータ装置1は、第1回転電機8Qを駆動する第1インバータユニット2Qと、第2回転電機8Rを駆動する第2インバータユニット2Rと、を備えている。本実施形態では、第1インバータユニット2Qが有する第1のインバータ回路21Q、及び、第2インバータユニット2Rが有する第2のインバータ回路21Rの双方を、1つのインバータ制御装置CUが制御する。但し、2つのインバータ制御装置により各インバータ回路21Q,21Rを個別に制御するように構成しても良い。
1-1. Circuit Configuration As shown in FIG. 1, the
このように、インバータ装置1は、第1のインバータ回路21Qを構成する複数のスイッチング素子21を含む第1スイッチング素子ユニット20Qと、第2のインバータ回路21Rを構成する複数のスイッチング素子21を含む第2スイッチング素子ユニット20Rと、を備えている。各インバータ回路21Q,21Rは、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換する。
As described above, the
図1には、交流の第1回転電機8Q及び直流電源9に接続されて複数相の交流と直流との間で電力を変換する第1のインバータ回路21Qと、交流の第2回転電機8R及び直流電源9に接続されて複数相の交流と直流との間で電力を変換する第2のインバータ回路21Rと、を例示している。本実施形態では、直流電源9はバッテリである。なお、直流電源9としてキャパシタ等の他の蓄電装置を用いても良い。
FIG. 1 shows a
第1のインバータ回路21Qの直流側には、当該第1のインバータ回路21Qの直流側の電圧を平滑化する第1コンデンサ6Q(直流リンクコンデンサ)が備えられている。また、第2のインバータ回路21Rの直流側には、当該第2のインバータ回路21Rの直流側の電圧を平滑化する第2コンデンサ6R(直流リンクコンデンサ)が備えられている。
A
第1回転電機8Q及び第2回転電機8Rは、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両における車輪の駆動力源とすることができる。なお、本実施形態に係るインバータ装置1は、一対のインバータユニット2Q、2Rをケース5内に並列配置した構成を備えるため、例えば、車両における左右一対の車輪のそれぞれを一対の回転電機8Q、8Rにより駆動する構成において、これら一対の回転電機8Q、8Rを駆動するためのインバータ装置などに特に適している。ここで、第1回転電機8Q及び第2回転電機8Rは、電動機としても発電機としても機能することができる。第1回転電機8Qは、第1のインバータ回路21Qを介して直流電源9から供給される電力を、車輪を駆動する動力に変換する(力行)。或いは、第1回転電機8Qは、内燃機関や車輪から伝達される回転駆動力を電力に変換し、第1のインバータ回路21Qを介して直流電源9を充電する(回生)。このような力行及び回生の動作は、第2回転電機8Rも同様に行うことができる。
The first rotating
本実施形態では、第1インバータユニット2Qと第2インバータユニット2Rとの回路構成は同じである。以下では、第1インバータユニット2Qについて説明し、第2インバータユニット2Rについては必要に応じて説明するものとする。
In the present embodiment, the
第1のインバータ回路21Qは、直流電源9の直流電力を複数相(ここでは3相)の交流電力に変換して第1回転電機8Qに供給すると共に、第1回転電機8Qが発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源9に供給する。
The
第1のインバータ回路21Qは、複数のスイッチング素子21を有して構成される。図1に示す例では、スイッチング素子21は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成されている。但し、IGBTに限らず、スイッチング素子21として、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やSiC−MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)やSiC−SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN−MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)などの各種のパワー半導体素子を適用することができる。
The
図1に示すように、第1のインバータ回路21Qは、交流電力の複数相のそれぞれに対応する数(ここでは3つ)のアーム21Aを有するブリッジ回路により構成されている。3相の第1回転電機8Qの場合には、U相、V相、W相に対応するステータコイル81のそれぞれに一組の直列回路(アーム21A)が対応したブリッジ回路が構成される。各アーム21Aは、上段側スイッチング素子21Hと下段側スイッチング素子21Lとの直列回路により構成されている。各アーム21Aの中間点、つまり、直流電源9の正極P側のスイッチング素子21(上段側スイッチング素子21H)と直流電源9の負極N側のスイッチング素子21(下段側スイッチング素子21L)との接続点が、第1回転電機8Qの3相のステータコイル81にそれぞれ接続される。また、各スイッチング素子21には、直流電源9の負極“N”から正極“P”へ向かう方向(下段側から上段側へ向かう方向)を順方向として、並列にフリーホイールダイオード21Dが備えられている。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、フリーホイールダイオード21Dも含め、3相分のアーム21Aを構成するスイッチング素子21が1つのパワーモジュールに一体化されて、第1スイッチング素子ユニット20Qが構成されている。同様に、第2インバータユニット2Rについては、第2スイッチング素子ユニット20Rが構成されている。
In the present embodiment, the switching
図1に示すように、第1のインバータ回路21Qは、インバータ制御装置CUにより制御される。第1回転電機8Qの各相のステータコイル81を流れる実電流は電流センサ82により検出され、インバータ制御装置CUはその検出結果を取得する。また、第1回転電機8Qのロータの各時点での磁極位置は、例えばレゾルバなどの回転センサ83により検出され、インバータ制御装置CUはその検出結果を取得する。インバータ制御装置CUは、電流センサ82及び回転センサ83の検出結果等を用いて電流フィードバック制御を実行し、第1のインバータ回路21Qを介して第1回転電機8Qを制御する。前述のように、本実施形態では、1つのインバータ制御装置CUが、第1のインバータ回路21Q及び第2のインバータ回路21Rを介して、第1回転電機8Q及び第2回転電機8Rの双方を制御する。第2のインバータ回路21Rを介した第2回転電機8Rの制御も、第1のインバータ回路21Q及び第1回転電機8Qと同様である。
As shown in FIG. 1, the
1−2.インバータ装置の機械的構成
図2に示すように、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとは、ケース5の内部に収容されている。本実施形態では、これらの他、第1コンデンサ6Q及び第2コンデンサ6Rと、第1のインバータ回路21Q及び第2のインバータ回路21R(図1参照)を制御するインバータ制御装置CUがケース5の内部に収容されている。ここでは、インバータ制御装置CUは、制御基板とされている。
1-2. Mechanical Configuration of Inverter Device As shown in FIG. 2, the first switching element unit 20 </ b> Q and the second switching element unit 20 </ b> R are accommodated in the
図2に示すように、第1スイッチング素子ユニット20Qと第1コンデンサ6Qとは、ケース5内で電気的に接続されている。そして、第1スイッチング素子ユニット20Qはケース5外の第1回転電機8Qと電気的に接続されており、第1コンデンサ6Qはケース5外の直流電源9と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, the first switching element unit 20 </ b> Q and the first capacitor 6 </ b> Q are electrically connected within the
これと同様に、第2スイッチング素子ユニット20Rと第2コンデンサ6Rとも、ケース5内で電気的に接続されている。そして、第2スイッチング素子ユニット20Rはケース5外の第2回転電機8Rと電気的に接続されており、第2コンデンサ6Rはケース5外の直流電源9と電気的に接続されている。
Similarly, the second
このように、本実施形態では、第1コンデンサ6Qと第1スイッチング素子ユニット20Qとを含んで構成される第1インバータユニット2Qと、第2コンデンサ6Rと第2スイッチング素子ユニット20Rとを含んで構成される第2インバータユニット2Rとは、同様の構成を備えて、ケース5内に並列配置されている。以下では、図2に示す平面視、すなわち後述するケース5の素子配置面となるヒートシンク3の第1面F1に直交する対面方向Zから見て、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとが並ぶ方向を配列方向Xとし、当該配列方向Xに直交する方向を配列直交方向Yとして説明する。
As described above, in the present embodiment, the
第1インバータユニット2Qは、直流側端子61、第1コンデンサ6Q、接続端子22D、第1スイッチング素子ユニット20Q、交流側端子22Aを備え、これらは、ケース5における配列直交方向Yの一方側から他方側に向かって、記載の順に配置されている。ここで、直流側端子61は、直流電源9の正極Pと負極Nとのそれぞれに電気的に接続される一対の端子である。接続端子22Dは、第1コンデンサ6Qと第1スイッチング素子ユニット20Qとを電気的に接続する正負2極の直流の端子である。交流側端子22Aは、第1回転電機8Qの各相(3相)のステータコイル81のそれぞれに電気的に接続される交流の端子である。
The
第2インバータユニット2Rも同様に、直流側端子61、第2コンデンサ6R、接続端子22D、第2スイッチング素子ユニット20R、交流側端子22Aを備え、これらは、ケース5における配列直交方向Yの一方側から他方側に向かって、記載の順に配置されている。そして、第1インバータユニット2Qと第2インバータユニット2Rとは、ケース5内で、配列方向Xに並ぶように、並列に配置されている。また、第1インバータユニット2Q及び第2インバータユニット2Rの双方の直流側端子61が、ケース5の配列直交方向Yの一方側の辺に沿って配置され、第1インバータユニット2Q及び第2インバータユニット2Rの双方の交流側端子22Aが、ケース5の配列直交方向Yの他方側の辺に沿って配置されている。直流側端子61及び交流側端子22Aをこのように配置したことにより、インバータ装置1を直流電源9及び2つの回転電機8Q、8Rに接続するための配線を容易に行うことができるようになっている。
Similarly, the
また、本実施形態では、図3に示すように、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとが、これらが配列される配列方向Xにおいて隣り合うと共に、互いに接近して配置されている。これにより、配列方向Xにおけるインバータ装置1の小型化を図ることが可能となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the first
ここで、スイッチング素子ユニット20Q,20Rは、回転電機8Q、8Rを駆動するための大電流が流れることや、高速でオンオフされることなどによって発熱量が大きくなり易い。そこで、図3に示すように、インバータ装置1は、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとが並んで配置される第1面F1と、当該第1面F1とは反対側の面であって複数の放熱フィン33が設けられた第2面F2と、を有するヒートシンク3と、を備えている。これにより、発熱したスイッチング素子21を冷却することができる。なお、図3には、説明を容易にするため、ケース5と、ヒートシンク3と、各スイッチング素子ユニット20Q,20Rのみを示している。
Here, the switching
本実施形態では、ヒートシンク3は、ケース5に一体化されている。図3に示す例では、第1面F1はケース5の内部に配置され、第2面F2はケース5の外部に配置されている。そして、第1面F1は、ケース5の内面51Fにおける、コンデンサ6Q、6Rやスイッチング素子ユニット20Q、20R等が配置される素子配置面に形成された、スイッチング素子ユニット20Q、20Rの配置面である。このため、第1面F1は、配列方向X及び配列直交方向Yの双方に沿う平面となっている。一方、第2面F2は、ヒートシンク3における第1面F1とは反対側の、放熱フィン33が設けられた面である。ここで、第2面F2を放熱フィン33による突出部分を含まない平面と定義することも可能であるが、本例では、第2面F2を、放熱フィン33の凹凸も含むすべての面と定義する。
In the present embodiment, the
本実施形態では、第1面F1は、ケース5の内面51Fにおける、内方(図3では上側)に突出した台形状部の内側面(図3では上面)に形成されている。従って、第1面F1に直交する対面方向Zにおけるヒートシンク3の肉厚は、第1面F1が形成されている領域では、ケース5の内面51Fの他の領域に比べて厚くなっている。これにより、第1面F1が設けられた領域におけるヒートシンク3の熱容量を大きく確保して、スイッチング素子21が発熱した場合にヒートシンク3が局所的に急激に温度上昇することを緩和できるようになっている。
In the present embodiment, the first surface F1 is formed on the inner side surface (upper surface in FIG. 3) of the trapezoidal portion protruding inward (upper side in FIG. 3) on the
図3〜図6に示すように、ヒートシンク3は、対面方向Zから見て、第1スイッチング素子ユニット20Qが配置された第1配置領域31Qと、第2スイッチング素子ユニット20Rが配置された第2配置領域31Rと、これら第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとの間に位置する中間領域31Mと、を有している。本実施形態では、第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとは、第1面F1に形成されていると共に、互いに配列方向Xに並んでいる。
As shown in FIGS. 3 to 6, when viewed from the facing direction Z, the
図3に示すように、第2面F2には、複数の放熱フィン33が配列方向Xに並んで配置されている。そして、複数の放熱フィン33のそれぞれが、第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとの配列方向Xに直交する方向である配列直交方向Yに沿って延びた形状とされている。また、第2面F2には、隣り合う2つの放熱フィン33に挟まれた溝状の部分であるフィン底溝部35が、配列方向Xに並んで複数形成されている。従って、複数のフィン底溝部35のそれぞれも、配列直交方向Yに沿って延びた形状とされている。そして、放熱フィン33に沿って冷媒が通流し、スイッチング素子21等で発生した熱が放熱フィン33から放熱される。冷媒としては、気体であっても液体であっても良い。本実施形態では、フィン底溝部35が、放熱フィン33の「底溝部」に相当する。
As shown in FIG. 3, the plurality of
ここで、各スイッチング素子ユニット20Q,20Rには、各スイッチング素子21の温度を検知するサーミスタ等の温度センサ(不図示)が備えられている。そして、温度センサによってスイッチング素子21或いはスイッチング素子ユニット20がしきい値以上の高温になっていることが検知されると、この検知情報がインバータ制御装置CUに送信される。そして、インバータ制御装置CUでは、スイッチング素子21或いはスイッチング素子ユニット20の温度上昇を抑制してスイッチング素子21を保護するために、インバータ回路21Q、21Rの全てのスイッチング素子21をオフにする等の保護制御が実行される。
Here, each switching
ところで、このような保護制御が実行されると、インバータ装置1を保護することはできるが、正常時と同様の回転電機8Q、8Rの駆動はできなくなるため、このような保護制御は、本当に必要な場合にのみ実行されるべきである。しかしながら、上記のように、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとが、互いに接近して配置される場合には、一方が発生した熱の影響により、他方の温度センサが実際よりも高い温度を検出し、実際には必要でないにも関わらず保護制御が実行される可能性があった。本実施形態に係るインバータ装置1は、このような、いわゆる熱干渉が発生する可能性を低減するために、第1スイッチング素子ユニット20Qが配置された第1配置領域31Qと、第2スイッチング素子ユニット20Rが配置された第2配置領域31Rとの間の中間領域31Mに薄肉部4を備え、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の熱伝導を制限するように構成している。
By the way, when such protection control is executed, the
図11及び図12に、このような薄肉部4を備えない比較例を示す。この比較例のインバータ装置100では、第1スイッチング素子ユニット20Qが配置された第1配置領域301Qと、第2スイッチング素子ユニット20Rが配置された第2配置領域301Rと、これら第1配置領域301Qと第2配置領域301Rとの間に位置する中間領域301Mとの全てにわたって、ヒートシンク3の肉厚が均一になっている。このため、例えば、図12に示すように、第1スイッチング素子ユニット20Qのスイッチング素子21から発生した熱は、特に制限されることなく中間領域301Mを伝わり、第2スイッチング素子ユニット20Rに到達する。すなわち、ヒートシンク300における第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の中間領域301Mが、熱伝導経路99となって熱伝導を行う。このため、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの一方が発生した熱が他方の温度センサの検出値に影響を与える、いわゆる熱干渉が発生する可能性が高くなっている。
11 and 12 show a comparative example that does not include such a
そこで、本実施形態に係るインバータ装置1では、図3〜図6に示すように、ヒートシンク3は、対面方向Zから見て、第1スイッチング素子ユニット20Qが配置された第1配置領域31Qと、第2スイッチング素子ユニット20Rが配置された第2配置領域31Rと、の間の中間領域31Mに、第1配置領域31Q及び第2配置領域31Rの双方に比べて、第1面F1と第2面F2との間の肉厚が薄い薄肉部4を有している。これにより、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間における熱伝導経路99中の少なくとも一部の断面積を小さくすることができる。そのため、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の薄肉部4を通る熱伝導を制限し、他の部分に熱が伝導され易くすることができる。従って、このような薄肉部4を備えない場合に比べて、各スイッチング素子ユニット20Q,20R間での熱干渉を低減することができるようになっている。
Therefore, in the
図5に示すように、第1配置領域31Qは、第1面F1における、対面方向Zから見て第1スイッチング素子ユニット20Qと重複する領域である。より具体的には、第1配置領域31Qは、第1スイッチング素子ユニット20Qの第1ユニット前壁24Qと、第1ユニット後壁25Qと、一対の第1ユニット側壁23Q,23Qと、によって囲まれた領域である。
As shown in FIG. 5, the
また、第2配置領域31Rは、第1面F1における、対面方向Zから見て第2スイッチング素子ユニット20Rと重複する領域である。より具体的には、第2配置領域31Rは、第2スイッチング素子ユニット20Rの第2ユニット前壁24Rと、第2ユニット後壁25Rと、一対の第2ユニット側壁23R,23Rと、によって囲まれた領域である。
Further, the
中間領域31Mは、第1スイッチング素子ユニット20Qが配置された第1配置領域31Qと第2スイッチング素子ユニット20Rが配置された第2配置領域31Rとの間に挟まれた領域である。従って、本実施形態では、中間領域31Mは、互いに対向する第1ユニット側壁23Qと第2ユニット側壁23Rとによって挟まれた領域である。すなわち、図5を参照すればわかるように、本例では、配列直交方向Yにおける中間領域31Mの長さは、第1ユニット前壁24Q(第2ユニット前壁24R)と、第1ユニット後壁25Q(第2ユニット後壁25R)と、の間の長さと等しい長さとなっている。
The
図3〜図6に示すように、本実施形態では、薄肉部4は、第1面F1に開口すると共に第2面F2側に窪み、且つ、配列直交方向Yに沿って延びた凹溝状の凹溝部7によって形成されている。すなわち、図3及び図4に示すように、薄肉部4は、対面方向Zから見て、凹溝部7と重なる領域に形成されている。このように、本実施形態に係る薄肉部4は、複数の放熱フィン33が設けられている第2面F2とは反対側の第1面F1の一部を凹溝状に加工することにより形成されている。また、薄肉部4を、凹溝部7沿って配列直交方向Yに長い形状とすることができるため、薄肉部4による、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の熱伝導を抑制する効果を高いものにできている。
As shown in FIGS. 3 to 6, in this embodiment, the thin-
図4に示す例では、凹溝部7は、配列方向Xの幅が一定に形成されている。また、凹溝部7は、互いに対向すると共に配列方向Xを向く一対の凹溝壁部71と、一対の凹溝壁部71の第2面F2側の端部同士を繋ぐ凹溝底部72と、を有している。そして、薄肉部4は、対面方向Zにおける凹溝底部72と第2面F2との間に形成されている。なお、凹溝部7の配列方向Xの幅が、配列直交方向Yの位置によって異なる構成であってもよい。
In the example shown in FIG. 4, the
図5に示すように、本実施形態では、薄肉部4は、配列直交方向Yにおける第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとに挟まれた領域の全域に形成されている。つまり、薄肉部4は、配列直交方向Yにおける中間領域31Mの全域に形成されている。これにより、配列直交方向Yにおける第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとに挟まれた領域の全域に亘って、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の熱伝導を抑制する効果を得ることができる。但し、薄肉部4は、配列直交方向Yにおける第1配置領域31Qと第2配置領域31Rとに挟まれた領域の一部にだけ形成されていても良い。この場合であっても、薄肉部4が形成された範囲内において、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間での熱伝導を抑制する効果を得ることができる。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、図4に示すように、複数のフィン底溝部35のうちの、対面方向Zから見て凹溝部7と重なる位置に配置されたフィン底溝部35を対象底溝部35Sとして、対面方向Zから見て、対象底溝部35Sの全体が、凹溝部7が形成された領域内に含まれるように配置されている。ここで、配列方向Xにおけるフィン底溝部35の幅W3が凹溝部7の幅W1以下である。これにより、凹溝部7及び放熱フィン33の凹凸形状を効果的に利用して、薄肉部4の配列方向Xの幅を容易に確保することができる。図4に示す例では、対面方向Zから見て対象底溝部35Sと重なる領域における薄肉部4の肉厚L1は、凹溝底部72と対象底溝部35Sとの間隔に等しい厚さとなる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the fin
なお、図4に示す例では、配列方向Xにおける対象底溝部35Sの幅W3は、凹溝底部72の幅W1よりも小さい。但し、凹溝底部72の幅W1と対象底溝部35Sの幅W3とが、同じであっても良い。
In the example shown in FIG. 4, the width W3 of the
また、本実施形態では、図4に示すように、対面方向Zから見て、対象底溝部35Sと重なる領域における薄肉部4の肉厚L1が、配列方向Xにおける放熱フィン33の幅W2よりも小さい。これにより、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の薄肉部4を通る熱伝導を制限し、当該薄肉部4よりも幅W2が広い放熱フィン33に熱が伝導され易くなっている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, when viewed from the facing direction Z, the thickness L1 of the
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ装置1によれば、第1スイッチング素子ユニット20Qと第2スイッチング素子ユニット20Rとの間の薄肉部4を通る熱伝導を制限し、他の部分に熱が伝導され易くすることができる。従って、このような薄肉部4を備えない場合に比べて、各スイッチング素子ユニット20Q,20R間での熱干渉を低減することができる。
As described above, according to the
2.その他の実施形態
次に、インバータ装置のその他の実施形態について説明する。
2. Other Embodiments Next, other embodiments of the inverter device will be described.
(1)上記の実施形態では、対面方向Zから見て、対象底溝部35Sの全体が、凹溝部7が形成された領域内に含まれている例について説明した。しかし、本発明はこのような例に限定されない。図7に示すように、複数のフィン底溝部35の一部と凹溝部7とが、対面方向Zから見て重なる位置に配置されていても良い。図7に示す例では、対面方向Zから見て、2つのフィン底溝部35のそれぞれが、部分的に凹溝部7と重なっている。この場合には、当該2つのフィン底溝部35が対象底溝部35Sとされる。
(1) In the above-described embodiment, the example in which the entire target
(2)上記の実施形態では、薄肉部4を形成する凹溝部7が、第1面F1に開口すると共に第2面F2側に窪んでいる例について説明した。しかし、本発明はこのような例に限定されない。図8に示すように、凹溝部7は、第2面F2に開口すると共に第1面F1側に窪んで形成されていても良い。図8に示す例では、凹溝部7は、一部のフィン底溝部35と一体的に形成されており、他のフィン底溝部35よりも第1面F1に窪んで形成されている。この場合、対面方向Zにおける凹溝部7と第1面F1との間に薄肉部4が形成される。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the recessed
(3)上記の実施形態では、薄肉部4を形成する凹溝部7が、一対の凹溝壁部71と、これら一対の凹溝壁部71の第2面F2側の端部同士を繋ぐ凹溝底部72と、を有する凹溝状に形成されている例について説明した。しかし、本発明はこのような例に限定されない。例えば、図9に示すように、凹溝部7は、配列直交方向Yから見て、U字状に形成されていても良い。この他、図10に示すように、凹溝部7は、配列直交方向Yから見て、V字状に形成されていても良い。また、これら何れの場合であっても、凹溝部7は、第1面F1及び第2面F2の何れかに開口する凹溝状であると良い。
(3) In the above-described embodiment, the
(4)上記の実施形態では、凹溝部7が配列直交方向Yに延びた形状とされていることにより、薄肉部4も配列直交方向Yに延びた領域に形成されている例について説明した。しかし、本発明はこのような例に限定されない。凹溝部7は、中間領域31Mにおいて、第1面F1又は第2面F2から窪んで形成されていれば良く、凹溝部7が延びる方向は特定の方向に限定されない。更に言えば、薄肉部4を形成するためにヒートシンク3に形成される凹部が、溝状に形成されている必要もない。
(4) In the above embodiment, an example in which the recessed
(5)上記の実施形態では、第1インバータユニット2Qと第2インバータユニット2Rとの回路構成が同じである場合の例について説明した。しかしながら、例えば、各素子の容量や数等の回路構成が、第1インバータユニット2Qと第2インバータユニット2Rとで異なる構成としてもよい。例えば、第1インバータユニット2Qが車両の車輪駆動用の回転電機を駆動し、第2インバータユニット2Rが車両が備える電動オイルポンプやエアーコンディショナー等を駆動する構成とする場合などには、それぞれの駆動対象の特性や消費電力等に応じて異なる回路構成としても好適である。
(5) In the above embodiment, an example in which the circuit configuration of the
(6)なお、前述した各実施形態で開示された構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示された構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。 (6) It should be noted that the configurations disclosed in the above-described embodiments can be applied in combination with the configurations disclosed in other embodiments as long as no contradiction arises. Regarding other configurations, the embodiments disclosed herein are merely examples in all respects. Accordingly, various modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure.
3.上記実施形態の概要
以下、上記実施形態の概要について説明する。
3. Outline of the above embodiment The outline of the above embodiment will be described below.
第1のインバータ回路(21Q)を構成する複数のスイッチング素子(21)を含む第1スイッチング素子ユニット(20Q)と、
第2のインバータ回路(21R)を構成する複数のスイッチング素子(21)を含む第2スイッチング素子ユニット(20R)と、
前記第1スイッチング素子ユニット(20Q)と前記第2スイッチング素子ユニット(20R)とが並んで配置される第1面(F1)と、当該第1面(F1)とは反対側の面であって複数の放熱フィン(33)が設けられた第2面(F2)と、を有するヒートシンク(3)と、を備え、
前記ヒートシンク(3)は、前記第1面(F1)に直交する対面方向(Z)から見て、前記第1スイッチング素子ユニット(20Q)が配置された第1配置領域(31Q)と、前記第2スイッチング素子ユニット(20R)が配置された第2配置領域(31R)との間の中間領域(31M)に、前記第1配置領域(31Q)及び前記第2配置領域(31R)の双方に比べて、前記第1面(F1)と前記第2面(F2)との間の肉厚が薄い薄肉部(4)を有する。
A first switching element unit (20Q) including a plurality of switching elements (21) constituting the first inverter circuit (21Q);
A second switching element unit (20R) including a plurality of switching elements (21) constituting the second inverter circuit (21R);
The first surface (F1) on which the first switching element unit (20Q) and the second switching element unit (20R) are arranged side by side is a surface opposite to the first surface (F1). A heat sink (3) having a second surface (F2) provided with a plurality of radiation fins (33),
The heat sink (3) includes a first arrangement region (31Q) in which the first switching element unit (20Q) is arranged, as viewed from a facing direction (Z) orthogonal to the first surface (F1), and the first Compared to both the first arrangement area (31Q) and the second arrangement area (31R) in the intermediate area (31M) between the second arrangement area (31R) where the two switching element units (20R) are arranged. The thin portion (4) having a small thickness between the first surface (F1) and the second surface (F2).
本構成によれば、薄肉部(4)により、中間領域(31M)の少なくとも一部においてヒートシンク(3)の肉厚を薄くすることができる。そのため、第1スイッチング素子ユニット(20Q)と第2スイッチング素子ユニット(20R)との間における熱が伝導する経路中の少なくとも一部の断面積を小さくすることができる。これにより、第1スイッチング素子ユニット(20Q)と第2スイッチング素子ユニット(20R)との間の薄肉部(4)を通る熱伝導を制限し、他の部分に熱が伝導され易くすることができる。従って、このような薄肉部(4)を備えない場合に比べて、各スイッチング素子ユニット(20Q,20R)間での熱干渉を低減することができる。 According to this configuration, the thickness of the heat sink (3) can be reduced in at least a part of the intermediate region (31M) by the thin portion (4). Therefore, at least a part of the cross-sectional area in the path through which heat is conducted between the first switching element unit (20Q) and the second switching element unit (20R) can be reduced. Thereby, the heat conduction which passes along the thin part (4) between the 1st switching element unit (20Q) and the 2nd switching element unit (20R) can be restrict | limited, and it can make it easy to conduct heat to another part. . Therefore, it is possible to reduce thermal interference between the switching element units (20Q, 20R) as compared with the case where such a thin portion (4) is not provided.
また、前記薄肉部(4)は、前記第1面(F1)に開口すると共に前記第2面(F2)側に窪み、前記第1配置領域(31Q)と前記第2配置領域(31R)との配列方向(X)に直交する方向である配列直交方向(Y)に沿って延びた凹溝状の凹溝部(7)によって形成されていると好適である。 The thin portion (4) opens to the first surface (F1) and is recessed toward the second surface (F2), and includes the first arrangement region (31Q) and the second arrangement region (31R). It is preferable that the groove is formed by a groove-shaped groove portion (7) extending along the array orthogonal direction (Y), which is a direction orthogonal to the array direction (X).
本構成によれば、複数の放熱フィン(33)が設けられている第2面(F2)とは反対側の第1面(F1)の一部を凹溝状に加工することにより、容易に薄肉部(4)を形成することができる。また、凹溝部(7)が配列直交方向(Y)に沿って延びているため、薄肉部(4)を、配列直交方向(Y)に長い形状とすることができる。従って、薄肉部(4)による、第1スイッチング素子ユニット(20Q)と第2スイッチング素子ユニット(20R)との間の熱伝導を抑制する効果を高めることができる。 According to this configuration, a part of the first surface (F1) opposite to the second surface (F2) provided with the plurality of heat dissipating fins (33) is easily processed into a concave groove shape. A thin part (4) can be formed. Moreover, since the ditch | groove part (7) is extended along the sequence orthogonal direction (Y), a thin part (4) can be made into a shape long in the sequence orthogonal direction (Y). Therefore, the effect which suppresses the heat conduction between the 1st switching element unit (20Q) and the 2nd switching element unit (20R) by a thin part (4) can be heightened.
また、前記薄肉部(4)は、前記配列直交方向(Y)における前記第1配置領域(31Q)と前記第2配置領域(31R)とに挟まれた領域の全域に形成されていると好適である。 The thin portion (4) is preferably formed in the entire region sandwiched between the first arrangement region (31Q) and the second arrangement region (31R) in the array orthogonal direction (Y). It is.
本構成によれば、配列直交方向(Y)における第1配置領域(31Q)と第2配置領域(31R)とに挟まれた領域の全域に亘って、薄肉部(4)による、第1スイッチング素子ユニット(20Q)と第2スイッチング素子ユニット(20R)との間の熱伝導を抑制する効果を得ることができる。 According to this configuration, the first switching is performed by the thin portion (4) over the entire region sandwiched between the first arrangement region (31Q) and the second arrangement region (31R) in the arrangement orthogonal direction (Y). An effect of suppressing heat conduction between the element unit (20Q) and the second switching element unit (20R) can be obtained.
また、複数の前記放熱フィン(33)が前記配列方向(X)に並んで配置されていると共に、前記放熱フィン(33)のそれぞれが前記配列直交方向(Y)に沿って延びた形状とされ、
前記第2面(F2)には、隣り合う2つの前記放熱フィン(33)に挟まれた溝状の部分である底溝部(35)が複数形成され、
複数の前記底溝部(35)の一部と前記凹溝部(7)とが、前記対面方向(Z)から見て重なる位置に配置されていると好適である。
A plurality of the radiation fins (33) are arranged side by side in the arrangement direction (X), and each of the radiation fins (33) extends along the arrangement orthogonal direction (Y). ,
On the second surface (F2), a plurality of bottom groove portions (35) that are groove-like portions sandwiched between two adjacent heat radiating fins (33) are formed.
It is preferable that a part of the plurality of bottom groove portions (35) and the concave groove portion (7) are arranged at positions overlapping each other when viewed from the facing direction (Z).
本構成によれば、凹溝部(7)及び放熱フィン(33)の凹凸形状を利用して、容易に薄肉部(4)の肉厚を薄く形成することができる。 According to this structure, the thickness of the thin wall portion (4) can be easily formed thin by using the concave and convex portions of the concave groove portion (7) and the radiating fin (33).
また、複数の前記底溝部(35)のうちの、前記対面方向(Z)から見て前記凹溝部(7)と重なる位置に配置された前記底溝部(35)を対象底溝部(35S)として、
前記対面方向(Z)から見て、前記対象底溝部(35S)の全体が、前記凹溝部(7)が形成された領域内に含まれていると好適である。
Moreover, the said bottom groove part (35) arrange | positioned in the position which overlaps with the said recessed groove part (7) seeing from the said facing direction (Z) among several bottom groove parts (35) is made into an object bottom groove part (35S). ,
When viewed from the facing direction (Z), it is preferable that the entire target bottom groove portion (35S) is included in a region where the concave groove portion (7) is formed.
本構成によれば、配列方向(X)における底溝部(35)の幅が凹溝部(7)の幅以下である場合において、凹溝部(7)及び放熱フィン(33)の凹凸形状を効果的に利用して、薄肉部(4)の配列方向(X)の幅を容易に確保することができる。 According to this configuration, when the width of the bottom groove portion (35) in the arrangement direction (X) is equal to or smaller than the width of the concave groove portion (7), the concave and convex shapes of the concave groove portion (7) and the radiating fin (33) are effective. The width in the arrangement direction (X) of the thin wall portions (4) can be easily secured.
また、複数の前記底溝部(35)のうちの、前記対面方向(Z)から見て前凹溝部(7)と重なる位置に配置された前記底溝部(35)を対象底溝部(35S)として、
前記対面方向(Z)から見て、前記対象底溝部(35S)と重なる領域における前記薄肉部(4)の肉厚(L1)が、前記配列方向(X)における前記放熱フィン(33)の幅(W2)よりも小さいと好適である。
Moreover, the said bottom groove part (35) arrange | positioned in the position which overlaps with the front concave groove part (7) seeing from the said facing direction (Z) among several said bottom groove parts (35) is made into target bottom groove part (35S). ,
When viewed from the facing direction (Z), the thickness (L1) of the thin wall portion (4) in the region overlapping the target bottom groove portion (35S) is the width of the radiation fin (33) in the arrangement direction (X). It is preferable that it is smaller than (W2).
本構成によれば、第1スイッチング素子ユニット(20Q)と第2スイッチング素子ユニット(20R)との間の薄肉部(4)を通る熱伝導を制限し、当該薄肉部(4)よりも幅(W2)が広い放熱フィン(33)に熱が伝導され易くすることができる。従って、各スイッチング素子ユニット(20Q,20R)間での熱干渉を一層低減することができる。 According to this configuration, the heat conduction through the thin portion (4) between the first switching element unit (20Q) and the second switching element unit (20R) is limited, and the width ( Heat can be easily conducted to the heat dissipating fin (33) having a wide W2). Therefore, the thermal interference between the switching element units (20Q, 20R) can be further reduced.
本開示に係る技術は、2つのスイッチング素子ユニットを備えたインバータ装置に利用することができる。 The technology according to the present disclosure can be used for an inverter device including two switching element units.
1 :インバータ装置
3 :ヒートシンク
4 :薄肉部
7 :凹溝部
20Q :第1スイッチング素子ユニット
20R :第2スイッチング素子ユニット
21 :スイッチング素子
21Q :第1のインバータ回路
21R :第2のインバータ回路
31M :中間領域
31Q :第1配置領域
31R :第2配置領域
33 :放熱フィン
35 :フィン底溝部(底溝部)
35S :対象底溝部
F1 :第1面
F2 :第2面
X :配列方向
Y :配列直交方向
Z :対面方向
1: Inverter device 3: Heat sink 4: Thin part 7: Groove
35S: Target bottom groove portion F1: First surface F2: Second surface X: Array direction Y: Array orthogonal direction Z: Face-to-face direction
Claims (6)
第2のインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子を含む第2スイッチング素子ユニットと、
前記第1スイッチング素子ユニットと前記第2スイッチング素子ユニットとが並んで配置される第1面と、当該第1面とは反対側の面であって複数の放熱フィンが設けられた第2面と、を有するヒートシンクと、を備え、
前記ヒートシンクは、前記第1面に直交する対面方向から見て、前記第1スイッチング素子ユニットが配置された第1配置領域と、前記第2スイッチング素子ユニットが配置された第2配置領域との間の中間領域に、前記第1配置領域及び前記第2配置領域の双方に比べて、前記第1面と前記第2面との間の肉厚が薄い薄肉部を有するインバータ装置。 A first switching element unit including a plurality of switching elements constituting the first inverter circuit;
A second switching element unit including a plurality of switching elements constituting the second inverter circuit;
A first surface on which the first switching element unit and the second switching element unit are arranged side by side; a second surface on the opposite side of the first surface and provided with a plurality of heat radiation fins; A heat sink having,
The heat sink is between a first arrangement area where the first switching element unit is arranged and a second arrangement area where the second switching element unit is arranged when viewed from a facing direction perpendicular to the first surface. An inverter device having a thin portion between the first surface and the second surface in the middle region of the first and second arrangement regions, as compared with both the first and second arrangement regions.
前記第2面には、隣り合う2つの前記放熱フィンに挟まれた溝状の部分である底溝部が複数形成され、
複数の前記底溝部の一部と前記凹溝部とが、前記対面方向から見て重なる位置に配置されている請求項2又は3に記載のインバータ装置。 A plurality of the radiation fins are arranged side by side in the arrangement direction, and each of the radiation fins has a shape extending along the arrangement orthogonal direction,
A plurality of bottom groove portions that are groove-like portions sandwiched between two adjacent heat radiating fins are formed on the second surface,
4. The inverter device according to claim 2, wherein a part of the plurality of bottom groove portions and the concave groove portion are arranged at positions overlapping each other when viewed from the facing direction.
前記対面方向から見て、前記対象底溝部の全体が、前記凹溝部が形成された領域内に含まれている請求項4に記載のインバータ装置。 Among the plurality of bottom groove portions, the bottom groove portion arranged at a position overlapping with the concave groove portion when viewed from the facing direction, as a target bottom groove portion,
The inverter device according to claim 4, wherein the entire target bottom groove portion is included in a region where the concave groove portion is formed when viewed from the facing direction.
前記対面方向から見て、前記対象底溝部と重なる領域における前記薄肉部の肉厚が、前記配列方向における前記放熱フィンの幅よりも小さい請求項4又は5に記載のインバータ装置。 Among the plurality of bottom groove portions, the bottom groove portion arranged at a position overlapping with the concave groove portion when viewed from the facing direction, as a target bottom groove portion,
6. The inverter device according to claim 4, wherein a thickness of the thin portion in a region overlapping with the target bottom groove portion is smaller than a width of the radiating fin in the arrangement direction when viewed from the facing direction.
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