インバータ装置
【課題】インバータの空冷を効果的に行う。
【解決手段】複数のスイッチング素子１８を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータ１６と、複数のスイッチング素子１８を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータ１６とを設けるとともに、第１インバータ１６のスイッチング素子１８を搭載する第１平板型ヒートパイプ１４と、第２インバータ１６のスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプ１４とを設ける。そして、前記第１および第２平板型ヒートパイプ１６に挟まれて配置された空冷用放熱フィン部１２を設け、第１および第２インバータ１６において発生された熱を、第１および第２平板型ヒートパイプ１４を介し、空冷用放熱フィン部１２により放熱する。
【解決手段】複数のスイッチング素子１８を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータ１６と、複数のスイッチング素子１８を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータ１６とを設けるとともに、第１インバータ１６のスイッチング素子１８を搭載する第１平板型ヒートパイプ１４と、第２インバータ１６のスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプ１４とを設ける。そして、前記第１および第２平板型ヒートパイプ１６に挟まれて配置された空冷用放熱フィン部１２を設け、第１および第２インバータ１６において発生された熱を、第１および第２平板型ヒートパイプ１４を介し、空冷用放熱フィン部１２により放熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプを用いた空冷の冷却機構を有するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や、電気自動車では、モータの駆動力を用いて走行する。このために、車両はバッテリを搭載し、このバッテリからの直流電力をインバータで所定の交流に変換してモータに供給することでモータの駆動を制御している。
【０００３】
ここで、インバータは、スイッチング素子としてＩＧＢＴなどのパワー半導体素子を利用し、電流を切り換えてモータに供給する。車両用のモータは高出力であり、スイッチング素子における発熱も大きなものになり、この冷却機構が必要になる。
【０００４】
冷却機構としては、水冷、空冷などがあり、冷却能力としては水冷が好ましいが、機構を簡略化するためには空冷が好ましい。
【０００５】
半導体素子の放熱装置として、ヒートパイプを利用するものも提案されている（特許文献１参照）。すなわち、特許文献１では、半導体素子を主受熱体に取り付け、主受熱体に放熱フィンを取り付け、さらに放熱フィンの中間部に副受熱体を配設する。そして、主受熱体と副受熱体との間にヒートパイプを配設し、主受熱体から副受熱体への熱移動を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０３９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、副受熱体を設けることによって、放熱フィン全体における放熱を達成している。しかし、副受熱体を設けるために、サイズが大きくなり、ヒートパイプも放熱フィンの側部に設けるため、構造が複雑化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータと、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータと、第１インバータのスイッチング素子を搭載する第１平板型ヒートパイプと、第２インバータのスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプと、前記第１および第２平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、を有し、第１および第２インバータにおいて発生された熱を、第１および第２ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とする。
【０００９】
また、前記空冷用放熱フィン部内に前記第１または第２の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２つの平板型ヒートパイプ間に放熱フィンを配置したため、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、２つのインバータにより２つのモータを別々に駆動することで、２つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部１２内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す平面図である。
【図３】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す正面図である。
【図４】電気的接続を示す図である。
【図５】変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図３は、実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す図であり、図１は斜視図、図２は平面図、図３は正面図である。インバータ装置１０は、放熱フィン部１２を有している。この放熱フィン部１２は、例えば多数のアルミなどの平板を配置した構成など空気流を通過させて放熱を行う公知の種々の放熱フィンを採用することができる。この放熱フィン部１２の両側には、一対の平板型ヒートパイプ１４が配置されている。
【００１４】
この平板型ヒートパイプ１４は、放熱フィン部１２側が放熱部、外側が吸熱部となっている。ここで、ヒートパイプ１４は、真空状態とした平板の内部空間に適量の水などの熱媒体（作動液）を注入したもので、吸熱した作動液を放熱側に還流するのを促進するために還流路の内面にウィックと呼ばれる毛細管構造を備えている。吸熱側で加熱蒸発した作動液がその圧力で放熱側に移動し、放熱した凝縮した作動液がウィックを介し吸熱側に還流し、効果的な熱伝達を行う。
【００１５】
そして、本実施形態では、一対の平板型ヒートパイプ１４の放熱側の面に放熱フィン部１２を接続することで、放熱フィン部１２の両側から挟み込み、一対のヒートパイプ１４からの熱を両側から放熱フィン部１２に供給する。
【００１６】
一対の平板型ヒートパイプ１４の吸熱側には、インバータ１６をそれぞれ実装する。インバータ１６は、例えばＩＧＢＴなどのパワー素子からなる複数のスイッチング素子１８からなっている。この例では、直流電力を三相交流に変換するための６つのスイッチング素子１８が平板型ヒートパイプ１４の吸熱側の面に実装されている。スイッチング素子１８は、ヒートシンクとしても機能するアルミ基板などを介して平板型ヒートパイプ１４の吸熱側の面に実装することも好適である。
【００１７】
なお、図示は省略したが、６つのスイッチング素子１８は、２つずつが直列接続されたアームを構成し、各アームが正極母線および負極母線間に接続され、各アームの中点がモータの３つの端子に接続されており、モータにＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流を供給する。本実施形態では、２つのインバータ１６がそれぞれ対応するモータの駆動を制御する。例えば、一方が主に発電を行うモータ・ジェネレータ、他方が主に駆動力を出力するモータとすることができる。このように、２つのインバータ１６により２つのモータを別々に駆動するため、２つのインバータ１６が位置的に離れていても、対応するモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。
【００１８】
また、各インバータ１６の正極母線、負極母線はバッテリと接続されるバスバーで構成される。
【００１９】
さらに、放熱フィン部１２の中には、平板型ヒートパイプ１４の放熱側の面から伸びる管状のヒートパイプ２０が埋め込まれている。図示の例では、四角柱状としたが円筒状のヒートパイプで問題ない。このヒートパイプ２０は、平板型ヒートパイプ１４側が吸熱部となっており、先端側が放熱部となっており、放熱フィン部１２のほぼ中央付近まで伸びている。ヒートパイプ２０は、放熱フィン部１２の放熱フィンと連結されることが好ましい。このヒートパイプ２０によって、平板型ヒートパイプ１４からの放熱をより促進することが可能となる。なお、放熱フィン部１２に埋め込むヒートパイプ２０の本数は、適宜決定すればよく、また一対の平板型ヒートパイプ１４から伸びる本数が異なっていてもよい。
【００２０】
図４には、本実施形態の回路構成を示してある。このように、バッテリ３０の正極と負極からの配線は２つのインバータ１６に接続されている。また、バッテリ３０の正極と負極からの配線の間には、コンデンサ３２が配置され、バッテリ３０の出力を平滑化している。
【００２１】
２つのインバータ１６の出力は、２つのモータ３４にそれぞれ接続されている。バッテリ３０からの直流電力が２つのインバータ１６において、それぞれに接続されているモータ３４に駆動するための交流電力に変換されてモータ３４の駆動が制御される。上述のように、モータ３４は、主に発電を行うものでもよいし、主に動力を出力するが、回生制動も行うものでもよい。
【００２２】
なお、バッテリ３０からの出力をそのままインバータ１６に入力するのではなく、ＤＣＤＣコンバータによって電圧を変換した後インバータ１６に入力するようにしてもよい。この場合、モータの出力に応じてインバータ１６への入力電圧が制御される。
【００２３】
図５には、変形例を示してあり、コンデンサ３２を２つの平板型ヒートパイプ１４を接続する板材として形成してある。このコンデンサ３２に、配線としてのバスバーを一定的に形成することも好適である。これによって、コンデンサ３２が補強材としても機能する。また、コンデンサ３２によって、放熱フィン部１２の一部がカバーされてしまうので、放熱フィン部１２への風を遮らない位置にコンデンサ３２を設置することが好適である。例えば、車両の走行時の風を取り入れるのであればその方向は基本的に一方向からに限定されるので、これを遮らない位置にコンデンサ３２を取り付け、また冷却ファンなどを設けた場合には、冷却ファンからの風を遮らない位置にコンデンサを取り付けるとよい。
【００２４】
本実施形態によれば、２つのインバータを取り付けた平板型ヒートポンプによって、放熱フィンを挟んだ。従って、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、平板型ヒートパイプを用いることで、複数のスイッチング素子からの熱を効率的に放熱フィンに伝達することができる。また、２つのインバータにより２つのモータを別々に駆動することで、２つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部１２内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１０ インバータ装置、１２ 放熱フィン部、１４ 平板型ヒートパイプ、１６ インバータ、１８ スイッチング素子、２０ ヒートパイプ、３０ バッテリ、３２ コンデンサ、３４ モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプを用いた空冷の冷却機構を有するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や、電気自動車では、モータの駆動力を用いて走行する。このために、車両はバッテリを搭載し、このバッテリからの直流電力をインバータで所定の交流に変換してモータに供給することでモータの駆動を制御している。
【０００３】
ここで、インバータは、スイッチング素子としてＩＧＢＴなどのパワー半導体素子を利用し、電流を切り換えてモータに供給する。車両用のモータは高出力であり、スイッチング素子における発熱も大きなものになり、この冷却機構が必要になる。
【０００４】
冷却機構としては、水冷、空冷などがあり、冷却能力としては水冷が好ましいが、機構を簡略化するためには空冷が好ましい。
【０００５】
半導体素子の放熱装置として、ヒートパイプを利用するものも提案されている（特許文献１参照）。すなわち、特許文献１では、半導体素子を主受熱体に取り付け、主受熱体に放熱フィンを取り付け、さらに放熱フィンの中間部に副受熱体を配設する。そして、主受熱体と副受熱体との間にヒートパイプを配設し、主受熱体から副受熱体への熱移動を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０３９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、副受熱体を設けることによって、放熱フィン全体における放熱を達成している。しかし、副受熱体を設けるために、サイズが大きくなり、ヒートパイプも放熱フィンの側部に設けるため、構造が複雑化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータと、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータと、第１インバータのスイッチング素子を搭載する第１平板型ヒートパイプと、第２インバータのスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプと、前記第１および第２平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、を有し、第１および第２インバータにおいて発生された熱を、第１および第２ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とする。
【０００９】
また、前記空冷用放熱フィン部内に前記第１または第２の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２つの平板型ヒートパイプ間に放熱フィンを配置したため、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、２つのインバータにより２つのモータを別々に駆動することで、２つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部１２内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す平面図である。
【図３】実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す正面図である。
【図４】電気的接続を示す図である。
【図５】変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図３は、実施形態に係るインバータ装置１０の全体構成を示す図であり、図１は斜視図、図２は平面図、図３は正面図である。インバータ装置１０は、放熱フィン部１２を有している。この放熱フィン部１２は、例えば多数のアルミなどの平板を配置した構成など空気流を通過させて放熱を行う公知の種々の放熱フィンを採用することができる。この放熱フィン部１２の両側には、一対の平板型ヒートパイプ１４が配置されている。
【００１４】
この平板型ヒートパイプ１４は、放熱フィン部１２側が放熱部、外側が吸熱部となっている。ここで、ヒートパイプ１４は、真空状態とした平板の内部空間に適量の水などの熱媒体（作動液）を注入したもので、吸熱した作動液を放熱側に還流するのを促進するために還流路の内面にウィックと呼ばれる毛細管構造を備えている。吸熱側で加熱蒸発した作動液がその圧力で放熱側に移動し、放熱した凝縮した作動液がウィックを介し吸熱側に還流し、効果的な熱伝達を行う。
【００１５】
そして、本実施形態では、一対の平板型ヒートパイプ１４の放熱側の面に放熱フィン部１２を接続することで、放熱フィン部１２の両側から挟み込み、一対のヒートパイプ１４からの熱を両側から放熱フィン部１２に供給する。
【００１６】
一対の平板型ヒートパイプ１４の吸熱側には、インバータ１６をそれぞれ実装する。インバータ１６は、例えばＩＧＢＴなどのパワー素子からなる複数のスイッチング素子１８からなっている。この例では、直流電力を三相交流に変換するための６つのスイッチング素子１８が平板型ヒートパイプ１４の吸熱側の面に実装されている。スイッチング素子１８は、ヒートシンクとしても機能するアルミ基板などを介して平板型ヒートパイプ１４の吸熱側の面に実装することも好適である。
【００１７】
なお、図示は省略したが、６つのスイッチング素子１８は、２つずつが直列接続されたアームを構成し、各アームが正極母線および負極母線間に接続され、各アームの中点がモータの３つの端子に接続されており、モータにＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流を供給する。本実施形態では、２つのインバータ１６がそれぞれ対応するモータの駆動を制御する。例えば、一方が主に発電を行うモータ・ジェネレータ、他方が主に駆動力を出力するモータとすることができる。このように、２つのインバータ１６により２つのモータを別々に駆動するため、２つのインバータ１６が位置的に離れていても、対応するモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。
【００１８】
また、各インバータ１６の正極母線、負極母線はバッテリと接続されるバスバーで構成される。
【００１９】
さらに、放熱フィン部１２の中には、平板型ヒートパイプ１４の放熱側の面から伸びる管状のヒートパイプ２０が埋め込まれている。図示の例では、四角柱状としたが円筒状のヒートパイプで問題ない。このヒートパイプ２０は、平板型ヒートパイプ１４側が吸熱部となっており、先端側が放熱部となっており、放熱フィン部１２のほぼ中央付近まで伸びている。ヒートパイプ２０は、放熱フィン部１２の放熱フィンと連結されることが好ましい。このヒートパイプ２０によって、平板型ヒートパイプ１４からの放熱をより促進することが可能となる。なお、放熱フィン部１２に埋め込むヒートパイプ２０の本数は、適宜決定すればよく、また一対の平板型ヒートパイプ１４から伸びる本数が異なっていてもよい。
【００２０】
図４には、本実施形態の回路構成を示してある。このように、バッテリ３０の正極と負極からの配線は２つのインバータ１６に接続されている。また、バッテリ３０の正極と負極からの配線の間には、コンデンサ３２が配置され、バッテリ３０の出力を平滑化している。
【００２１】
２つのインバータ１６の出力は、２つのモータ３４にそれぞれ接続されている。バッテリ３０からの直流電力が２つのインバータ１６において、それぞれに接続されているモータ３４に駆動するための交流電力に変換されてモータ３４の駆動が制御される。上述のように、モータ３４は、主に発電を行うものでもよいし、主に動力を出力するが、回生制動も行うものでもよい。
【００２２】
なお、バッテリ３０からの出力をそのままインバータ１６に入力するのではなく、ＤＣＤＣコンバータによって電圧を変換した後インバータ１６に入力するようにしてもよい。この場合、モータの出力に応じてインバータ１６への入力電圧が制御される。
【００２３】
図５には、変形例を示してあり、コンデンサ３２を２つの平板型ヒートパイプ１４を接続する板材として形成してある。このコンデンサ３２に、配線としてのバスバーを一定的に形成することも好適である。これによって、コンデンサ３２が補強材としても機能する。また、コンデンサ３２によって、放熱フィン部１２の一部がカバーされてしまうので、放熱フィン部１２への風を遮らない位置にコンデンサ３２を設置することが好適である。例えば、車両の走行時の風を取り入れるのであればその方向は基本的に一方向からに限定されるので、これを遮らない位置にコンデンサ３２を取り付け、また冷却ファンなどを設けた場合には、冷却ファンからの風を遮らない位置にコンデンサを取り付けるとよい。
【００２４】
本実施形態によれば、２つのインバータを取り付けた平板型ヒートポンプによって、放熱フィンを挟んだ。従って、放熱フィンは両側から伝達されてくる熱を放散することになり、全体としての放熱効果を向上することができる。また、平板型ヒートパイプを用いることで、複数のスイッチング素子からの熱を効率的に放熱フィンに伝達することができる。また、２つのインバータにより２つのモータを別々に駆動することで、２つのインバータが離れていてもモータへの配線の引き回しを効率的に行うことができる。さらに、放熱フィン部１２内に、ヒートパイプを埋め込むことで、放熱効果を大きくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１０ インバータ装置、１２ 放熱フィン部、１４ 平板型ヒートパイプ、１６ インバータ、１８ スイッチング素子、２０ ヒートパイプ、３０ バッテリ、３２ コンデンサ、３４ モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータと、
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータと、
第１インバータのスイッチング素子を搭載する第１平板型ヒートパイプと、
第２インバータのスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプと、
前記第１および第２平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、
を有し、
第１および第２インバータにおいて発生された熱を、第１および第２平板型ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記空冷用放熱フィン部内に前記第１または第２の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることを特徴とするインバータ装置。
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第１モータの駆動を制御する第１インバータと、
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換し第２モータの駆動を制御する第２インバータと、
第１インバータのスイッチング素子を搭載する第１平板型ヒートパイプと、
第２インバータのスイッチング素子を搭載する第２平板型ヒートパイプと、
前記第１および第２平板型ヒートパイプに挟まれて配置された空冷用放熱フィン部と、
を有し、
第１および第２インバータにおいて発生された熱を、第１および第２平板型ヒートパイプを介し、前記空冷用放熱フィン部により放熱することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記空冷用放熱フィン部内に前記第１または第２の平板型ヒートパイプから伸びる管状のヒートパイプを設けることを特徴とするインバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２０３８２（Ｐ２０１２−１２０３８２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９７７３（Ｐ２０１０−２６９７７３）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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