JP2018182930A - インバータ及びモータドライバユニット - Google Patents

Abstract

【課題】一例として、コストを低減可能なインバータを得る。【解決手段】実施形態に係るインバータ１０は、スイッチング素子３１と、スイッチング素子３１から発生する熱を放出する第１のフィン３５と、を有するモジュール２１と、内部に設けられた収容室５１にモジュール２１を収容し、収容室５１から外部に通じる第１の開口５２が設けられ、モジュール２１が当該第１の開口５２を覆い、第１のフィン３５の少なくとも一部が第１の開口５２の内部に位置する、ケース２３と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、インバータ及びモータドライバユニットに関する。

従来、車両のモータを駆動するインバータは、パワーモジュールを備える。パワーモジュールは、スイッチング素子のような発熱する部品が搭載されるため、水冷方式又は空冷方式により冷却される。

パワーモジュールとして、水冷方式により冷却される構造が知られる（特許文献１）。ウォータージャケットが冷却フィンを覆った状態でパワーモジュールに取り付けられることで、冷却水が流される流路が形成される。例えば、パワーモジュールに継続的に大電流が流れる場合、このような水冷方式が採用される。一方、例えば、パワーモジュールに一時的に電流が流れる場合、空冷方式が採用される。

特開２０１５−２２０３８２号公報

従来の構成では、パワーモジュールに流れる電流のような種々の条件に基づき、水冷方式のパワーモジュールや空冷方式のパワーモジュールが設計される。例えば、パワーモジュールに流れる電流が決定されると、当該電流に応じた冷却性能を有する水冷方式又は空冷方式のパワーモジュールが設計される。

このように、条件に応じてパワーモジュールが設計されるため、条件が変わる度にパワーモジュールの設計及び評価が行われる。このように設計されたパワーモジュールは、当該条件のための専用品となる。このため、インバータのコストが増大してしまう。

そこで、本発明は上記に鑑みてなされたものであり、コストを低減可能なインバータ及びモータドライバユニットを提供する。

本発明の実施形態に係るインバータは、一例として、スイッチング素子と、前記スイッチング素子から発生する熱を放出する第１のフィンと、を有するモジュールと、内部に設けられた収容室に前記モジュールを収容し、前記収容室から外部に通じる第１の開口が設けられ、前記モジュールが当該第１の開口を覆い、前記第１のフィンの少なくとも一部が前記第１の開口の内部に位置する、ケースと、を備える。よって、一例としては、モジュールがケースに保護されるとともに、モジュールの第１のフィンがケースの外部に位置することにより、第１のフィンを気体又は液体の熱媒体により冷却することができるとともに、当該熱媒体が例えばモジュールの電極に接触することが抑制される。従って、モジュール及びケースが共通化されながら、空冷や液冷のような種々の冷却機構によりモジュールを冷却することができ、例えば使用条件に応じて種々の冷却機構を選択的にケースに取り付けることができる。モジュール及びケースが共通化されることで、モジュール及びケースの設計及び評価のための期間及び費用が低減され、インバータのコストが低減される。

上記インバータでは、一例として、前記第１のフィンが、前記第１の開口の内部に収容される。よって、一例としては、他の物体が第１のフィンに当たることにより、第１のフィンが破損することが抑制される。

上記インバータは、一例として、前記ケースの外面に面する取付面を有し、前記取付面に設けられて前記第１の開口に連通する少なくとも一つの凹部と、前記少なくとも一つの凹部に連通する第２の開口と、前記少なくとも一つの凹部に連通する第３の開口と、が設けられ、前記ケースに取り付けられ、前記ケースに覆われた前記少なくとも一つの凹部と、前記モジュールに覆われた前記第１の開口の内部と、を含む流路を形成する、ダクト、をさらに備える。よって、一例としては、流路に液体又は気体の熱媒体が流されることで、当該熱媒体が、第１のフィンが位置する第１の開口の内部を通る。これにより、第１のフィンから熱媒体への伝熱が生じ、モジュールが冷却される。

上記インバータは、一例として、前記ケースの外に位置するとともに前記第１の開口を覆う第１のカバーと、前記第１のカバーを覆う第２のカバーと、前記第１のカバーから突出する第２のフィンと、を有し、前記第１のカバーと前記第２のカバーとの間に形成される流路と、前記流路に連通する第２の開口と、前記流路に連通する第３の開口とが設けられ、前記ケースに取り付けられ、前記流路に前記第２のフィンが位置する、ダクトと、前記第１の開口の内部に配置され、前記第１のフィンと前記第１のカバーとに接触し、空気よりも熱伝導率が高い熱媒体と、をさらに備える。よって、一例としては、流路に液体又は気体が流されることで、第１のフィンから第１のカバー及び熱媒体を介する当該液体又は気体への伝熱が生じ、モジュールが冷却される。

上記インバータは、一例として、前記第２の開口から前記流路に流体を送る供給装置、をさらに備える。よって、一例としては、第１のフィンから流体への伝熱が促進され、モジュールが効率良く冷却される。

本発明の実施形態に係るモータドライバユニットは、一例として、電気部品と、前記電気部品から発生する熱を放出する第１のフィンと、を有するモジュールと、内部に設けられた収容室に前記モジュールを収容し、前記収容室から外部に通じる第１の開口が設けられ、前記モジュールが当該第１の開口を覆い、前記第１のフィンの少なくとも一部が前記第１の開口の内部に位置する、ケースと、を備える。よって、一例としては、モジュールがケースに保護されるとともに、モジュールの第１のフィンがケースの外部に位置することにより、第１のフィンを気体又は液体の熱媒体により冷却することができるとともに、当該熱媒体が例えばモジュールの電極に接触することが抑制される。従って、モジュール及びケースが共通化されながら、空冷や液冷のような種々の冷却機構によりモジュールを冷却することができ、例えば使用条件に応じて種々の冷却機構を選択的にケースに取り付けることができる。モジュール及びケースが共通化されることで、モジュール及びケースの設計及び評価のための期間及び費用が低減され、モータドライバユニットのコストが低減される。

図１は、第１の実施形態に係るインバータを示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態のインバータを分解して示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態のインバータを分解して他の方向から示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態のインバータを示す断面図である。 図５は、第１の実施形態の変形例に係る第１のダクトを示す平面図である。 図６は、第２の実施形態に係るインバータを示す斜視図である。 図７は、第２の実施形態のインバータを分解して示す斜視図である。 図８は、第２の実施形態のインバータを分解して他の方向から示す斜視図である。 図９は、第２の実施形態のインバータを示す断面図である。

以下に、第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明について、複数の表現が記載されることがある。複数の表現がされた構成要素及び説明は、記載されていない他の表現がされても良い。さらに、複数の表現がされない構成要素及び説明も、記載されていない他の表現がされても良い。

図１は、第１の実施形態に係るインバータ１０を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態のインバータ１０を分解して示す斜視図である。図３は、第１の実施形態のインバータ１０を分解して他の方向から示す斜視図である。図４は、第１の実施形態のインバータ１０を示す断面図である。

図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、インバータ１０の幅に沿う。Ｙ軸は、インバータ１０の奥行きに沿う。Ｚ軸は、インバータ１０の厚さに沿う。

インバータ１０は、インバータ及びモータドライバユニットの一例である。インバータ１０は、ガソリン自動車、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、及び燃料電池自動車（ＦＣＶ）のような種々の車両に搭載される。なお、インバータ１０は、他の機械に搭載されても良いし、単独で用いられても良い。

インバータ１０は、三相交流を生成して三相モータを駆動するとともに、当該モータの回転数を制御する。なお、インバータ１０は、他のモータを駆動しても良く、一定の回転数でモータを駆動しても良い。また、インバータ１０は、モータと一体に設けられても良い。

インバータ１０は、共通ユニット１５と、第１の冷却ユニット１６とを有する。共通ユニット１５がインバータと称されても良い。第１の冷却ユニット１６は、共通ユニット１５に取り付けられる。

図４に示すように、共通ユニット１５は、パワーモジュール２１と、制御基板２２と、ケース２３と、第１のシール部材２５と、第２のシール部材２６とを有する。パワーモジュール２１は、モジュールの一例である。

パワーモジュール２１は、図２に破線で示される複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）３１を有する。ＩＧＢＴ３１は、スイッチング素子及び電気部品の一例である。なお、スイッチング素子はＩＧＢＴ３１に限らず、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような他の素子であっても良い。ＩＧＢＴ３１は、電子部品又はパワー半導体素子とも称され得る。

パワーモジュール２１は、例えば、基板に搭載されたＩＧＢＴ３１を、絶縁性の樹脂でモールドすることにより形成される。なお、パワーモジュール２１はこの例に限られない。パワーモジュール２１の出力端子が、バスバーやケーブルによりモータに接続される。

パワーモジュール２１は、略板状に形成される。図４に示すように、パワーモジュール２１は、上面２１ａと、底面２１ｂとを有する。上面２１ａは、Ｚ軸に沿う正方向（Ｚ軸の矢印が向く方向）に向く。底面２１ｂは、上面２１ａの反対側に位置し、Ｚ軸に沿う負方向（Ｚ軸の矢印の反対方向）に向く。上面２１ａから、複数のピラー３２が突出する。底面２１ｂは、略平坦に形成される。なお、底面２１ｂは、凹凸が設けられても良いし、曲面であっても良い。

パワーモジュール２１は、ヒートシンク３４をさらに有する。ヒートシンク３４は、例えば、アルミニウムのような金属によって作られる。ヒートシンク３４は、例えば、パワーモジュール２１の基板を介してＩＧＢＴ３１に熱的に接続される。

ヒートシンク３４は、パワーモジュール２１の底面２１ｂの少なくとも一部を形成する。このため、底面２１ｂは、金属によって作られる。なお、底面２１ｂは、ヒートシンク３４を覆う樹脂のような他の材料によって作られても良い。

ヒートシンク３４は、複数の放熱フィン３５を有する。放熱フィン３５は、第１のフィンの一例である。放熱フィン３５は、パワーモジュール２１の底面２１ｂから、Ｚ軸に沿う負方向に突出する。複数の放熱フィン３５は、棒状に形成され、マトリクス状に配置される。なお、放熱フィン３５はこの例に限らず、板状に形成されても良い。

制御基板２２は、例えば、プリント回路板（ＰＣＢ）である。制御基板２２は、パワーモジュール２１のピラー３２に支持され、ピラー３２にネジによって固定される。なお、制御基板２２は、他の位置に設けられても良い。

制御基板２２は、パワーモジュール２１の信号端子と電気的に接続される。制御基板２２は、例えば、車両のＥＣＵから入力されるゲート駆動信号に基づき、複数のＩＧＢＴ３１を制御する。

制御基板２２は、コネクタ３７を有する。コネクタ３７に、ケーブル３８が接続される。制御基板２２は、ケーブル３８を介して、電源から電力を供給されるとともに、ＥＣＵからゲート駆動信号を入力される。

ケース２３は、例えば、アルミニウムのような金属によって作られ、直方体の箱型に形成される。なお、ケース２３は、他の材料によって作られても良いし、他の形状に形成されても良い。ケース２３は、ボトムカバー４１と、トップカバー４２とを有する。

ボトムカバー４１は、Ｚ軸に沿う正方向に開放された直方体の箱状に形成される。ボトムカバー４１は、底壁４４と、四つの周壁４５と、枠部４６と、複数の凸部４７とを有する。底壁４４は、壁の一例である。

底壁４４は、四角形の板状に形成される。底壁４４は、外面４４ａと、内面４４ｂとを有する。外面４４ａは、ケース２３の外面の一部を形成し、Ｚ軸に沿う負方向に向く略平坦な面である。すなわち、外面４４ａは、ケース２３の外部に向く。内面４４ｂは、外面４４ａの反対側に位置する。内面４４ｂは、ケース２３の内面の一部を形成し、Ｚ軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。すなわち、内面４４ｂは、ケース２３の内部に向く。複数の周壁４５はそれぞれ、底壁４４の縁からＺ軸に沿う正方向に延びる。複数の周壁４５は互いに接続され、四角形の枠状に形成される。

トップカバー４２は、四角形の板状に形成される。トップカバー４２は、Ｚ軸に沿う正方向における周壁４５の端部に支持され、例えばネジによりボトムカバー４１に取り付けられる。トップカバー４２がボトムカバー４１の周壁４５に取り付けられることで、ケース２３が箱型に形成される。

ケース２３の内部に、収容室５１が設けられる。収容室５１は、底壁４４とトップカバー４２との間に位置し、周壁４５に囲まれる。底壁４４の内面４４ｂは、収容室５１に面する。

収容室５１に、パワーモジュール２１と制御基板２２とが収容される。制御基板２２に接続されるケーブル３８は、ケース２３に設けられた孔を通って、ケース２３の外部に延びる。さらに、収容室５１に、例えば、平滑コンデンサ、バスバー、端子台、及び電流センサのような他の部品が収容される。これにより、ケース２３は、パワーモジュール２１、制御基板２２、及び種々の部品を、水分や塵埃から保護する。

ケース２３に、露出口５２が設けられる。露出口５２は、第１の開口の一例である。露出口５２は、底壁４４を貫通する略四角形の孔であり、外面４４ａと内面４４ｂとに開く。露出口５２は、収容室５１に連通し、収容室５１からケース２３の外部に通じる開口である。言い換えると、露出口５２は、収容室５１と一続きの空間を形成する。なお、露出口５２は、周壁４５やトップカバー４２のようなケース２３の他の部分に設けられても良い。

枠部４６は、底壁４４の内面４４ｂからＺ軸に沿う正方向に突出する。枠部４６は、露出口５２を囲む四角形の枠状に形成される。枠部４６が設けられることにより、Ｚ軸に沿う方向における露出口５２の長さは、底壁４４の厚さよりも長い。すなわち、枠部４６は、露出口５２を延長する。

枠部４６は、支持面４６ａを有する。支持面４６ａは、Ｚ軸に沿う正方向における枠部４６の端部であり、略平坦に形成される。支持面４６ａは、第１のシール部材２５を介して、パワーモジュール２１の底面２１ｂを支持する。

パワーモジュール２１の底面２１ｂは、ケース２３の内側から露出口５２を覆う。別の表現によれば、露出口５２は、収容室５１に収容されたパワーモジュール２１の底面２１ｂを露出させる。

第１のシール部材２５は、例えば水密性を有する合成ゴムによって作られたガスケットである。なお、第１のシール部材２５は、Ｏリングのような他のシール部材であっても良い。第１のシール部材２５は、支持面２６ａの形状と略同一の略四角形の枠状に形成され、支持面２６ａに載置される。これにより、第１のシール部材２５は、収容室５１に開く露出口５２を囲む。

第１のシール部材２５は、パワーモジュール２１の底面２１ｂとケース２３の枠部４６の支持面４６ａとの間に介在し、底面２１ｂと支持面４６ａとの間を水密（液密）に塞ぐ。なお、第１のシール部材２５は、底面２１ｂと支持面４６ａとの間を気密に塞いでも良い。これにより、露出口５２は、パワーモジュール２１と第１のシール部材２５とにより内側から塞がれる。

パワーモジュール２１の底面２１ｂから突出する複数の放熱フィン３５はそれぞれ、露出口５２の内部に位置する。Ｚ軸に沿う方向において、放熱フィン３５の長さは、露出口５２の長さよりも短い。このため、複数の放熱フィン３５は、露出口５２の内部に収容される。なお、複数の放熱フィン３５はこの例に限らず、露出口５２を通ってケース２３の外部に突出しても良い。

複数の凸部４７は、底壁４４の内面４４ｂからＺ軸に沿う正方向に突出する。複数の凸部４７にそれぞれ、ネジ穴４７ａが設けられる。ネジ穴４７ａは、底壁４４の外面４４ａに設けられた有底の穴であり、収容室５１には開かない。

図３に示すように、ケース２３に、第１の溝５４がさらに設けられる。第１の溝５４は、底壁４４の外面４４ａに設けられた窪みであり、略四角形の枠状に延びる。第１の溝５４は、円形のような他の形状に延びても良い。第１の溝５４は、露出口５２から離間した位置に設けられ、露出口５２を囲む。

第２のシール部材２６は、例えば水密性を有する合成ゴムによって作られたＯリングである。なお、第２のシール部材２６は、ガスケットのような他のシール部材であっても良い。第２のシール部材２６は、略四角形の枠状に形成され、第１の溝５４に嵌め込まれる。このため、第２のシール部材２６は、露出口５２から離間した位置に配置され、外面４４ａに設けられた露出口５２を囲む。

図４に示すように、第１の冷却ユニット１６は、第１のダクト６１と、第１のニップル６２と、第２のニップル６３と、複数のボルト６５とを有する。第１のダクト６１は、ダクトの一例である。

第１のダクト６１は、例えば、アルミニウムのような金属によって作られ、略直方体の箱状に形成される。なお、第１のダクト６１は、他の材料によって作られても良いし、他の形状に形成されても良い。

第１のダクト６１は、取付面６１ａと、第１の側面６１ｂと、第２の側面６１ｃとを有する。取付面６１ａは、Ｚ軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。取付面６１ａは、底壁４４の外面４４ａに面する。言い換えると、取付面６１ａと外面４４ａとが向かい合う。取付面６１ａの一部が、底壁４４の外面４４ａに接触する。

第１の側面６１ｂは、取付面６１ａとは異なる面であり、例えばＸ軸に沿う負方向（Ｘ軸の矢印の反対方向）に向く。第２の側面６１ｃは、取付面６１ａとは異なる面であり、例えばＸ軸に沿う正方向（Ｘ軸の矢印が向く方向）に向く。第１の側面６１ｂ及び第２の側面６１ｃは、他の方向に向いても良い。

第１のダクト６１は、ボルト６５によってケース２３に取り付けられる。ボルト６５は、底壁４４の外面４４ａに設けられたネジ穴４７ａに捩じ込まれることで、第１のダクト６１をケース２３の外面４４ａに固定する。なお、第１のダクト６１は、他の手段によってケース２３に取り付けられても良い。

第１のダクト６１に、第１の凹部７１と、第２の凹部７２と、流入口７３と、流出口７４と、第２の溝７５とが設けられる。第１の凹部７１及び第２の凹部７２は、少なくとも一つの凹部の一例である。なお、第１のダクト６１に、第１の凹部７１及び第２の凹部７２の代わりに、一つの凹部が設けられても良い。流入口７３は、第２の開口の一例である。流出口７４は、第３の開口の一例である。

第１の凹部７１及び第２の凹部７２はそれぞれ、第１のダクト６１の取付面６１ａに設けられた窪みである。第１の凹部７１の一部と第２の凹部７２の一部とはそれぞれ、露出口５２に面する。このため、第１の凹部７１が露出口５２に連通するとともに、第２の凹部７２が露出口５２に連通する。第１の凹部７１は、Ｘ軸に沿う負方向における露出口５２の端部に連通する。一方、第２の凹部７２は、Ｘ軸に沿う正方向における露出口５２の端部に連通する。

流入口７３は、第１のダクト６１の第１の側面６１ｂに設けられ、第１の凹部７１に連通する。流出口７４は、第１のダクト６１の第２の側面６１ｃに設けられ、第２の凹部７２に連通する。第１のダクト６１に一つの凹部が設けられる場合、流入口７３と流出口７４とが当該凹部に連通する。

図２に示すように、第２の溝７５は、第１のダクト６１の取付面６１ａに設けられた窪みであり、略四角形の枠状に延びる。第２の溝７５は、円形のような他の形状に延びても良い。第２の溝７５は、第１の凹部７１及び第２の凹部７２から離間した位置に設けられ、第１の凹部７１及び第２の凹部７２を囲む。

図４に示すように、第１のダクト６１がケース２３に取り付けられると、第２のシール部材２６が、第２の溝７５に嵌め込まれる。このため、第２のシール部材２６は、第１の凹部７１及び第２の凹部７２から離間した位置に配置され、取付面６１ａに設けられた第１の凹部７１及び第２の凹部７２を囲む。

第２のシール部材２６は、ケース２３の底壁４４の外面４４ａと第１のダクト６１の取付面６１ａとの間に介在し、外面４４ａと取付面６１ａとの間を水密（液密）に塞ぐ。なお、第２のシール部材２６は、外面４４ａと取付面６１ａとの間を気密に塞いでも良い。

第１のダクト６１がケース２３に取り付けられると、第１の凹部７１の一部と第２の凹部７２の一部とが、底壁４４の外面４４ａに覆われる。さらに、露出口５２の一部が、第１のダクト６１の取付面６１ａによって覆われる。

ケース２３に取り付けられた第１のダクト６１は、流路７７を形成する。流路７７は、導入部分７７ａと、伝熱部分７７ｂと、排出部分７７ｃとを含む。導入部分７７ａは、第１の部分とも称され、底壁４４の外面４４ａに覆われた第１の凹部７１の内部である。伝熱部分７７ｂは、第２の部分とも称され、パワーモジュール２１の底面２１ｂによって内側から覆われ、第１のダクト６１の取付面６１ａによって外側から覆われた、露出口５２の内部である。排出部分７７ｃは、第３の部分とも称され、底壁４４の外面４４ａに覆われた第２の凹部７２の内部である。

導入部分７７ａの一方の端部は、流入口７３に連通する。導入部分７７ａの他方の端部は、伝熱部分７７ｂの一方の端部に連通する。導入部分７７ａの断面積は、伝熱部分７７ｂに近づくに従って小さくなる。

排出部分７７ｃの一方の端部は、伝熱部分７７ｂの他方の端部に連通する。排出部分７７ｃの他方の端部は、流出口７４に連通する。排出部分７７ｃの断面積は、伝熱部分７７ｂに近づくに従って小さくなる。

流路７７の一方の端部に流入口７３が連通し、流路７７の他方の端部に流出口７４が連通する。流入口７３と流出口７４との間の経路において、流路７７は、第１のシール部材２５及び第２のシール部材２６によって水密に保たれる。

第１のニップル６２は、第１のダクト６１の第１の側面６１ｂに取り付けられる。第１のニップル６２は、筒状に形成され、流入口７３を延長する。第２のニップル６３は、第１のダクト６１の第２の側面６１ｃに取り付けられる。第２のニップル６３は、筒状に形成され、流出口７４を延長する。

インバータ１０は、冷却系８０をさらに有する。冷却系８０は、水冷方式の冷却系であり、車両の冷却系の一部である。なお、インバータ１０は、車両の冷却系から独立した冷却系８０を有しても良い。冷却系８０は、ポンプ８１と、複数の配管８２と、ラジエータ８３とを有する。ポンプ８１は、供給装置の一例である。

ポンプ８１は、例えば、車両の冷却系のウォーターポンプである。なお、ポンプ８１は、車両の冷却系から独立したポンプであっても良い。ポンプ８１は、例えば、制御基板２２、又は車両のＥＣＵによってインバータ制御される。これにより、ポンプ８１の消費電力が低減される。ポンプ８１は、配管８２を介して第１のニップル６２及び第２のニップル６３に接続される。

ポンプ８１は、配管８２を通して、冷却水８５を流入口７３から流路７７の導入部分７７ａに送る。冷却水８５は、流体の一例であり、熱媒体又は冷媒とも称され得る。流路７７に供給された冷却水８５は、導入部分７７ａから伝熱部分７７ｂへ流れる。

冷却水８５は、伝熱部分７７ｂから排出部分７７ｃへ流れる。冷却水８５は、排出部分７７ｃに連通する流出口７４から、配管８２を通ってポンプ８１に戻される。言い換えると、ポンプ８１は、流路７７の排出部分７７ｃの冷却水８５を、流出口７４から吸引する。

冷却水８５は、ラジエータ８３によって冷却され、ポンプ８１に到達する。ラジエータ８３は、例えば、車両の冷却系のラジエータである。なお、ラジエータ８３は、車両の冷却系から独立したラジエータであっても良い。

以上説明されたインバータ１０がモータを駆動するとき、ＩＧＢＴ３１が発熱することで、パワーモジュール２１の温度が上昇する。なお、パワーモジュール２１の他の部品が発熱しても良い。

ポンプ８１が冷却水８５を流すことで、冷却水８５が、流路７７の導入部分７７ａから伝熱部分７７ｂに送られる。伝熱部分７７ｂに、複数の放熱フィン３５が配置される。このため、パワーモジュール２１の熱が、複数の放熱フィン３５から冷却水８５に伝導する。すなわち、放熱フィン３５は、ＩＧＢＴ３１から発生する熱を冷却水８５に放出する。言い換えると、流路７７を流れる冷却水８５により、パワーモジュール２１が冷却される。

放熱フィン３５から伝導伝熱された冷却水８５は、ラジエータ８３によって冷却され、ポンプ８１に戻される。冷却された冷却水８５は、ポンプ８１によって再び流路７７に送られる。このように、水冷方式の冷却系８０は、熱媒体である冷却水８５と複数の放熱フィン３５とを直接的に伝導伝熱させることで、パワーモジュール２１を冷却する。

第１の実施形態のインバータ１０は、例えば、以下のように製造される。なお、インバータ１０の製造方法は、以下の例に限られない。まず、枠部４６に取り付けられた第１のシール部材２５に、パワーモジュール２１が載置される。パワーモジュール２１は、例えばネジによって、ケース２３に取り付けられる。これにより、パワーモジュール２１の底面２１ｂと、ケース２３の枠部４６の支持面４６ａとの間が、第１のシール部材２５によって水密に塞がれる。

次に、パワーモジュール２１に取り付けられた制御基板２２のコネクタ３７にケーブル３８が接続される。さらに、他の部品が収容室５１に収容された状態で、トップカバー４２がボトムカバー４１に取り付けられる。これにより、収容室５１が水密に封止される。

次に、第１の溝５４に第２のシール部材２６が嵌め込まれる。これにより、共通ユニット１５が作られる。なお、第２のシール部材２６は、先に第２の溝７５に嵌め込まれても良い。

次に、第１の溝５４又は第２の溝７５に第２のシール部材２６が嵌め込まれた状態で、第１の冷却ユニット１６が共通ユニット１５に取り付けられる。例えば、ボルト６５により、第１の冷却ユニット１６の第１のダクト６１が、共通ユニット１５のケース２３の外面４４ａに取り付けられる。なお、第１のダクト６１は、溶接又は接着のような他の手段によりケース２３に取り付けられても良い。

次に、第１の冷却ユニット１６が冷却系８０に接続される。第１のニップル６２及び第２のニップル６３に、配管８２が接続される。そして、第１の冷却ユニット１６の流路７７に冷却水８５が供給される。以上により、インバータ１０が製造される。

図５は、第１の実施形態の変形例に係る第１のダクト６１を示す平面図である。図５に示すように、第１の実施形態の第１のダクト６１に、複数のガイド８９が設けられる。複数のガイド８９は、第１の凹部７１に位置する。言い換えると、複数のガイド８９は、流路７７の導入部分７７ａに位置する。

複数のガイド８９は、流入口７３の近傍から、流路７７の伝熱部分７７ｂの近傍まで延びる。複数のガイド８９は、流路７７の伝熱部分７７ｂに近づくに従って、互いに離間するように延びる。

流路７７の導入部分７７ａを流れる冷却水８５は、複数のガイド８９にガイドされ、導入部分７７ａを流れる。冷却水８５は、ガイド８９によって、Ｙ軸に沿う方向に拡散する。これにより、冷却水８５は、流路７７の導入部分７７ａから伝熱部分７７ｂにより均等に流れる。

以下に、第２の実施形態について、図６乃至図９を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図６は、第２の実施形態に係るインバータ１０を示す斜視図である。図７は、第２の実施形態のインバータ１０を分解して示す斜視図である。図８は、第２の実施形態のインバータ１０を分解して他の方向から示す斜視図である。図９は、第２の実施形態のインバータ１０を示す断面図である。

第２の実施形態のインバータ１０は、共通ユニット１５と、第２の冷却ユニット９０とを有する。第２の実施形態の共通ユニット１５は、第１の実施形態の共通ユニット１５と同一である。なお、第２の実施形態の共通ユニット１５と第１の実施形態の共通ユニット１５とが異なっても良い。

第２の冷却ユニット９０は、空冷方式によりパワーモジュール２１を冷却する。図９に示すように、第２の冷却ユニット９０は、第２のダクト９１と、ファン９２と、複数のボルト９３とを有する。第２のダクト９１は、ダクトの一例である。ファン９２は、供給装置の一例である。

第２のダクト９１は、例えば、アルミニウムのような金属によって作られる。なお、第２のダクト９１は、他の材料によって作られても良い。図８に示すように、第２のダクト９１は、第１のカバー９５と、第２のカバー９６と、複数の空冷フィン９７とを有する。空冷フィン９７は、第２のフィンの一例である。

第１のカバー９５は、取付壁１０１と、二つの側壁１０２とを有する。取付壁１０１は、四角形の板状に形成される。図９に示すように、取付壁１０１は、第１の面１０１ａと、第２の面１０１ｂとを有する。

第１の面１０１ａは、Ｚ軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。第１の面１０１ａは、底壁４４の外面４４ａに面する。言い換えると、第１の面１０１ａと外面４４ａとは向かい合う。第１の面１０１ａの一部が、底壁４４の外面４４ａに接触する。第２の面１０１ｂは、第１の面１０１ａの反対側に位置し、Ｚ軸に沿う負方向に向く。

図７に示すように、取付壁１０１に、第３の溝１０１ｃが設けられる。第３の溝１０１ｃは、取付壁１０１の第１の面１０１ａに設けられた窪みであり、略四角形の枠状に延びる。第３の溝１０１ｃは、円形のような他の形状に延びても良い。

図８に示すように、二つの側壁１０２は、取付壁１０１の第２の面１０１ｂから、Ｚ軸に沿う負方向に突出する。二つの側壁１０２は、Ｘ軸に沿う方向に平行に延びる。Ｚ軸に沿う正方向又はＺ軸に沿う負方向に平面視した場合、二つの側壁１０２の間に露出口５２が位置する。

第２のカバー９６は、Ｚ軸に沿う負方向における二つの側壁１０２の端部に、例えばネジによって取り付けられる。これにより、第２のカバー９６が第１のカバー９５を覆う。図９に示すように、第１のカバー９５と第２のカバー９６との間に、流路１０５が形成される。

第２のダクト９１に、上記の流路１０５と、流入口１０６と、流出口１０７とが設けられる。流入口１０６は、第２の開口の一例である。流出口１０７は、第３の開口の一例である。流路１０５は、Ｘ軸に沿う方向に延びる。流入口１０６は、Ｘ軸に沿う負方向における流路１０５の端部に連通する。流出口１０７は、Ｘ軸に沿う正方向における流路１０５の端部に連通する。

複数の空冷フィン９７は、第１のカバー９５と一体に形成される。複数の空冷フィン９７は、取付壁１０１の第２の面１０１ｂから、Ｚ軸に沿う負方向に突出する。複数の空冷フィン９７は、流路１０５に位置する。Ｚ軸に沿う正方向又はＺ軸に沿う負方向に平面視した場合、複数の空冷フィン９７の少なくとも一部は、露出口５２に重ねられる。

図８に示すように、複数の空冷フィン９７は、Ｘ軸に沿う方向に平行に延びる。すなわち、複数の空冷フィン９７が延びる方向は、流路１０５が延びる方向と略同一である。なお、複数の空冷フィン９７はこの例に限らず、例えば、マトリクス状に配置される棒状に形成されても良い。

図９に示すように、ファン９２は、流入口１０６を覆うように、第２のダクト９１に取り付けられる。なお、ファン９２は、他の位置に配置されても良い。ファン９２は、空気１０８を、流入口１０６から流路１０５に送る。空気１０８は、流体の一例であり、熱媒体又は冷媒とも称され得る。空気１０８は、流入口１０６から、流路１０５を通って流出口１０７へ流れる。ファン９２は、例えば、制御基板２２、又は車両のＥＣＵによってインバータ制御される。これにより、ファン９２の消費電力が低減される。

第２のダクト９１は、ボルト９３によってケース２３に取り付けられる。ボルト９３は、底壁４４の外面４４ａに設けられたネジ穴４７ａに捩じ込まれることで、第２のダクト９１をケース２３の外面４４ａに固定する。なお、第２のダクト９１は、他の手段によってケース２３に取り付けられても良い。

第２のダクト９１がケース２３に取り付けられると、第１のカバー９５の取付壁１０１は、ケース２３の外に位置した状態で、露出口５２を覆う。すなわち、取付壁１０１の第１の面１０１ａは、ケース２３の外側から露出口５２を覆う。

また、第２のダクト９１がケース２３に取り付けられると、第２のシール部材２６が、第３の溝１０１ｃに嵌め込まれる。第２のシール部材２６は、ケース２３の底壁４４の外面４４ａと第２のダクト９１の取付壁１０１の第１の面１０１ａとの間に介在し、外面４４ａと第１のカバー９５との間を水密（液密）に塞ぐ。なお、第２のシール部材２６は、外面４４ａと第１のカバー９５との間を気密に塞いでも良い。これにより、露出口５２は、第１のカバー９５と第２のシール部材２６とにより外側から塞がれる。また、第１の実施形態と同じく、第２のシール部材２６は、露出口５２から離間した位置に配置され、外面４４ａに設けられた露出口５２を囲む。

露出口５２は、ケース２３の内部からパワーモジュール２１の底面２１ｂに塞がれるとともに、ケース２３の外部から第１のカバー９５の取付壁１０１の第１の面１０１ａに塞がれる。さらに、第１のシール部材２５が底面２１ｂとケース２３との間を水密に塞ぐとともに、第２のシール部材２６が外面４４ａと第１のカバー９５との間を水密に塞ぐ。これにより、露出口５２の内部が水密に封止される。

露出口５２の内部に、熱媒体１１１が配置される。熱媒体１１１は、例えば、グリースのような、空気よりも熱伝導率が高い流体である。熱媒体１１１は、露出口５２の内部に充填され、露出口５２の内部に位置する複数の放熱フィン３５と、露出口５２を覆うパワーモジュール２１の底面２１ｂ及び第１のカバー９５の取付壁１０１の第１の面１０１ａとに接触する。

以上説明されたインバータ１０がモータを駆動するとき、ＩＧＢＴ３１が発熱することで、パワーモジュール２１の温度が上昇する。なお、パワーモジュール２１の他の部品が発熱しても良い。

露出口５２の内部において、複数の放熱フィン３５が、熱媒体１１１に接触する。このため、パワーモジュール２１の熱は、複数の放熱フィン３５から熱媒体１１１に伝導する。すなわち、放熱フィン３５は、ＩＧＢＴ３１から発生する熱を熱媒体１１１に放出する。さらに、熱媒体１１１の熱は、取付壁１０１と複数の空冷フィン９７とに伝導する。

ファン９２が空気１０８を流すことで、空気１０８が、流路１０５に送られる。このため、流路１０５に配置された複数の空冷フィン９７の熱が、空気１０８に伝熱する。すなわち、パワーモジュール２１の熱は、放熱フィン３５から、熱媒体１１１、取付壁１０１、及び空冷フィン９７を通り、空気１０８に伝導する。空冷フィン９７から伝導伝熱された空気１０８は、流出口１０７から排出される。

上述のように、流路１０５を流れる空気１０８により、パワーモジュール２１が冷却される。空冷方式の第２の冷却ユニット９０は、熱媒体である空気１０８と複数の放熱フィン３５とを、熱媒体１１１、取付壁１０１、及び複数の空冷フィン９７を介して間接的に伝導伝熱させることで、パワーモジュール２１を冷却する。

なお、第２の冷却ユニット９０は、ファン９２を有さず、第２のダクト９１とボルト９３のみを有しても良い。この場合、走行風である空気１０８が流入口１０６から流路１０５に取り込まれることで、第２の冷却ユニット９０は、パワーモジュール２１を冷却する。

第２の実施形態のインバータ１０は、例えば、以下のように製造される。なお、インバータ１０の製造方法は、以下の例に限られない。まず、第１の実施形態と同じく、共通ユニット１５が作られる。

次に、第１のカバー９５に、例えばネジによって第２のカバー９６が取り付けられる。これにより、第２のダクト９１が作られる。さらに、ファン９２が第２のダクト９１に、例えばネジによって取り付けられる。これにより、第２の冷却ユニット９０が作られる。

次に、第１の溝５４又は第３の溝１０１ｃに第２のシール部材２６が嵌め込まれた状態で、第２の冷却ユニット９０が共通ユニット１５に取り付けられる。例えば、ボルト９３により、第２の冷却ユニット９０の第２のダクト９１が、共通ユニット１５のケース２３の外面４４ａに取り付けられる。これにより、インバータ１０が製造される。なお、第２のダクト９１は、溶接及び接着のような他の手段によりケース２３に取り付けられても良い。

以上、第１の実施形態のインバータ１０と第２の実施形態のインバータ１０について説明されたが、上述のように、第１の実施形態の共通ユニット１５と第２の実施形態の共通ユニット１５とは同一である。すなわち、共通ユニット１５に第１の冷却ユニット１６が取り付けられることで、水冷式の第１の実施形態のインバータ１０が製造される。一方、共通ユニット１５に第２の冷却ユニット９０が取り付けられることで、空冷式の第２の実施形態のインバータ１０が製造される。また、共通ユニット１５に空水冷方式の冷却ユニットが取り付けられても良い。

以上説明された第１の実施形態及び第２の実施形態のインバータ１０において、パワーモジュール２１が、ケース２３の収容室５１に収容される。ケース２３の露出口５２がパワーモジュール２１の底面２１ｂによって覆われ、パワーモジュール２１の放熱フィン３５の少なくとも一部が露出口５２の内部に位置する。すなわち、パワーモジュール２１がケース２３に保護されるとともに、パワーモジュール２１の放熱フィン３５がケース２３の外部に露出する。これにより、放熱フィン３５を気体又は液体の熱媒体により冷却することができるとともに、当該熱媒体が例えばパワーモジュール２１の電極に接触することが抑制される。従って、パワーモジュール２１及びケース２３が共通化されながら、空冷や液冷のような種々の冷却機構によりパワーモジュール２１を冷却することができ、例えば使用条件に応じて種々の冷却機構を選択的にケース２３に取り付けることができる。

具体的に例示すると、例えばインバータ１０がＨＶ、ＰＨＶ、又はＦＣＶに搭載される場合、モータが主な駆動源として使用される。このため、モータを駆動するインバータ１０は、大電流を継続的に出力し、大量の熱を発する。この場合、共通ユニット１５に第１の冷却ユニット１６が取り付けられることで、水冷式の第１の実施形態のインバータ１０が製造される。

一方、例えばインバータ１０がガソリン自動車に搭載される場合、モータは発進時等に補助的な駆動源として使用される。このため、モータを駆動するインバータ１０が発する熱は、低く抑えられる。この場合、共通ユニット１５に第２の冷却ユニット９０が取り付けられることで、空冷式の第２の実施形態のインバータ１０が製造される。

共通ユニット１５が水冷式の第１の実施形態のインバータ１０を構成可能なように、ケース２３がパワーモジュール２１を保護する。このため、水冷式の第１の実施形態のインバータ１０において、流路７７を流れる冷却水８５や、車両内の水分がパワーモジュール２１の電極に接触することが抑制される。空冷式の第２の実施形態のインバータ１０においても、車両内の水分がパワーモジュール２１の電極に接触することが抑制される。従って、パワーモジュール２１及びケース２３が共通化されても、インバータ１０に不具合が生じることが抑制される。

パワーモジュール２１及びケース２３が共通化されることで、複数種類のインバータ１０を製造する場合に、インバータ１０のコストが低減される。さらに、パワーモジュール２１及びケース２３の設計及び評価のための期間及び費用が低減され、インバータ１０のコストが低減される。

第１の実施形態及び第２の実施形態において、流入口７３，１０６はＸ軸に沿う負方向に開き、流出口７４，１０７はＸ軸に沿う正方向に開く。しかし、例えば車両内のレイアウトによって、流入口７３，１０６及び流出口７４，１０７が開く方向が異なるインバータ１０が新たに作られることがある。この場合も、パワーモジュール２１及びケース２３が共通化されることで、パワーモジュール２１及びケース２３の設計及び評価のための期間及び費用が低減され、インバータ１０のコストが低減される。

複数の放熱フィン３５が、露出口５２の内部に収容される。すなわち、複数の放熱フィン３５の全ての部分が、露出口５２の内部に位置する。これにより、例えばインバータ１０の製造時に、他の物体が放熱フィン３５に当たることにより、放熱フィン３５が破損することが抑制される。

第１の実施形態において、ポンプ８１は、流入口７３から流路７７に冷却水８５を送る。また、第２の実施形態において、ファン９２は、流入口１０６から流路１０５に空気１０８を送る。これにより、放熱フィン３５から冷却水８５や空気１０８への伝熱が促進され、パワーモジュール２１が効率良く冷却される。

また、第１の実施形態のインバータ１０において、ケース２３に取り付けられる第１のダクト６１は、取付面６１ａに設けられた第１の凹部７１及び第２の凹部７２と、露出口５２の内部と、を含む流路７７を形成する。当該流路７７に冷却水８５が流されることで、当該冷却水８５が、放熱フィン３５が位置する露出口５２の内部を通る。これにより、放熱フィン３５から冷却水８５への伝熱が生じ、パワーモジュール２１が冷却される。

なお、第１の実施形態において、冷却水８５の代わりに、空気が流路７７に流されても良い。流路７７に空気が流されることで、当該空気が、放熱フィン３５が位置する露出口５２の内部を通る。これにより、放熱フィン３５から空気への伝熱が生じ、パワーモジュール２１が冷却される。

第２の実施形態のインバータ１０において、ケース２３に取り付けられる第２のダクト９１に、第１のカバー９５と第２のカバー９６との間に形成される流路１０５が設けられる。第１のカバー９５は、露出口５２を覆う。パワーモジュール２１の底面２１ｂと第１のカバー９５とに覆われた露出口５２の内部に、熱媒体１１１が配置される。流路１０５に空気１０８が流されることで、放熱フィン３５から第１のカバー９５及び熱媒体１１１を介する空気１０８への伝熱が生じ、パワーモジュール２１が冷却される。

熱媒体１１１が、複数の放熱フィン３５に接触する。これにより、複数の放熱フィン３５と熱媒体１１１とが面接触するため、複数の放熱フィン３５を流れる空気１０８に直接的に当てる場合に比べ、パワーモジュール２１がより効率良く冷却され得る。

なお、第２の実施形態において、空気１０８の代わりに、冷却水が流路１０５に流されても良い。流路１０５に冷却水が流されることで、放熱フィン３５から第１のカバー９５及び熱媒体１１１を介する冷却水への伝熱が生じ、パワーモジュール２１が冷却される。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態および変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態や変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各実施形態や各変形例の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。

１０…インバータ（インバータ、モータドライバユニット）、２１…パワーモジュール（モジュール）、２３…ケース、３１…ＩＧＢＴ（スイッチング素子、電気部品）、３５…放熱フィン（第１のフィン）、４４ａ…外面、５１…収容室、５２…露出口（第１の開口）、６１…第１のダクト（ダクト）、６１ａ…取付面、７１…第１の凹部（凹部）、７２…第２の凹部（凹部）、７３…流入口（第２の開口）、７４…流出口（第３の開口）、７７…流路、８１…ポンプ（供給装置）、９１…第２のダクト（ダクト）、９２…ファン（供給装置）、９５…第１のカバー、９６…第２のカバー、９７…空冷フィン（第２のフィン）、１０５…流路、１０６…流入口（第２の開口）、１０７…流出口（第３の開口）、１０８…空気（流体）、１１１…熱媒体。

Claims (6)

1. スイッチング素子と、前記スイッチング素子から発生する熱を放出する第１のフィンと、を有するモジュールと、
   内部に設けられた収容室に前記モジュールを収容し、前記収容室から外部に通じる第１の開口が設けられ、前記モジュールが当該第１の開口を覆い、前記第１のフィンの少なくとも一部が前記第１の開口の内部に位置する、ケースと、
   を具備するインバータ。
2. 前記第１のフィンが、前記第１の開口の内部に収容される、請求項１のインバータ。
3. 前記ケースの外面に面する取付面を有し、前記取付面に設けられて前記第１の開口に連通する少なくとも一つの凹部と、前記少なくとも一つの凹部に連通する第２の開口と、前記少なくとも一つの凹部に連通する第３の開口と、が設けられ、前記ケースに取り付けられ、前記ケースに覆われた前記少なくとも一つの凹部と、前記モジュールに覆われた前記第１の開口の内部と、を含む流路を形成する、ダクト、
   をさらに具備する請求項１又は請求項２のインバータ。
4. 前記ケースの外に位置するとともに前記第１の開口を覆う第１のカバーと、前記第１のカバーを覆う第２のカバーと、前記第１のカバーから突出する第２のフィンと、を有し、前記第１のカバーと前記第２のカバーとの間に形成される流路と、前記流路に連通する第２の開口と、前記流路に連通する第３の開口とが設けられ、前記ケースに取り付けられ、前記流路に前記第２のフィンが位置する、ダクトと、
   前記第１の開口の内部に配置され、前記第１のフィンと前記第１のカバーとに接触し、空気よりも熱伝導率が高い熱媒体と、
   をさらに具備する請求項２のインバータ。
5. 前記第２の開口から前記流路に流体を送る供給装置、
   をさらに具備する請求項３又は請求項４のインバータ。
6. 電気部品と、前記電気部品から発生する熱を放出する第１のフィンと、を有するモジュールと、
   内部に設けられた収容室に前記モジュールを収容し、前記収容室から外部に通じる第１の開口が設けられ、前記モジュールが当該第１の開口を覆い、前記第１のフィンの少なくとも一部が前記第１の開口の内部に位置する、ケースと、
   を具備するモータドライバユニット。

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