JP5655873B2

JP5655873B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP5655873B2
Application number: JP2013020439A
Authority: JP
Inventors: 徹也伊藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: KR101475602B1; EP2662967A1; CN103391017A; CN103391017B; JP2013255414A; US20130301328A1; BR102013010344A2; KR20130125723A

Description

開示の実施形態は、インバータ装置に関する。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載され、走行用モータの駆動制御に用いられるインバータ装置が知られている。かかるインバータ装置は、バッテリの直流電力を三相交流電力へ変換して走行用モータを駆動するとともに、走行用モータの急減速時などの回生電力をバッテリへ戻すといった役割を担っている。

なお、インバータ装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力用半導体素子を実装し、直列に配設されたパワーモジュールが複数個搭載されており、インバータ装置は、かかるパワーモジュールを用いて前述の三相交流電力への変換などを行う。

ところで、パワーモジュールは、大電流を制御して走行用モータを駆動するため、発熱量が非常に大きい。このため、インバータ装置は、パワーモジュールの冷却機構を備えるのが通常である。

かかる冷却機構は、ハイブリッド自動車や電気自動車における限られた搭載スペースにおいて効率よく冷却を行う必要性から、冷却効率の高い水冷式が採用される場合が多い。

たとえば、特許文献１に開示のパワー（半導体）モジュールは、ベースプレートの表面側に直列に並べて配設される。ベースプレートの裏面側には、パワーモジュールの配設方向に沿って平行に延びる複数の放熱フィンが、ベースプレートと一体に設けられている。

また、ベースプレートの裏面側には、放熱フィンを覆って冷却ジャケットが固定される。これにより、ベースプレートと冷却ジャケットとの間に、放熱フィン同士の間を縫って冷却媒体が流れる冷却媒体流路が形成される。

特開２００８−３１１５５０号公報

しかしながら、従来のインバータ装置には、冷却機構における冷却効率と圧力損失のバランスをとるという点で、更なる改善の余地がある。具体的には、上述のように、放熱フィン同士の間を縫って冷却媒体を流す冷却機構の場合、放熱フィンの数を増やすことによって冷却媒体の流速を速め、冷却効率を高められるという利点はあるものの、それと同時に圧力損失も増してしまうという問題があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却機構における冷却効率と圧力損失のバランスをとることができるインバータ装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るインバータ装置は、冷却ジャケットと、電力用半導体素子を含むパワーモジュールとを備える。前記冷却ジャケットは、前記パワーモジュールが取り付けられる取り付け面と、前記パワーモジュール中央部の貫通孔を貫く締結部材を固定するための孔部を有し、前記取り付け面裏側に突出させて設けられるボス部と、前記取り付け面裏側の前記ボス部を除く領域に所定方向に沿って配設される複数の放熱フィンと、前記ボス部および前記放熱フィンそれぞれの先端との間に所定の隙間を空けつつ取り付けられるカバーとを備える。

実施形態の一態様によれば、冷却機構における冷却効率と圧力損失のバランスをとることができる。

図１Ａは、実施形態に係るインバータ装置を備えるモータドライブシステムの構成を示す模式図である。図１Ｂは、実施形態に係るインバータ装置の構成を示す斜視模式図である。図１Ｃは、冷却水の循環系を示す模式図である。図２Ａは、図１Ｂに示すＡ−Ａ’線断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＭ１部の拡大模式図である。図３Ａは、パワーモジュールの構成を示す斜視模式図である。図３Ｂは、パワーモジュールの構成を示す平面模式図である。図４Ａは、冷却ジャケットを表面側からみた斜視模式図である。図４Ｂは、冷却ジャケットを裏面側からみた斜視模式図である。図５は、ボス部によって得られる効果を説明するための模式図である。図６Ａは、ダミーのボス部を設ける変形例を示す模式図である。図６Ｂは、給水パイプおよび排水パイプを対向配置させる変形例を示す模式図である。図７Ａは、検証例１の前提条件を示す図（その１）である。図７Ｂは、検証例１の前提条件を示す図（その２）である。図８Ａは、検証例２の前提条件を示す図（その１）である。図８Ｂは、検証例２の前提条件を示す図（その２）である。図８Ｃは、検証例２の前提条件を示す図（その３）である。図８Ｄは、検証例２の前提条件を示す図（その４）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するインバータ装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、三相交流を処理するインバータ装置を例に挙げて説明を行う。また、以下では、パワーモジュールが、スイッチング素子としてＩＧＢＴを含むＩＧＢＴモジュールであるものとする。また、以下では、冷却媒体を「冷却水」と記載する場合がある。なお、「冷却水」は、水または水以外の冷却媒体を含む冷却液の一例である。

また、説明を分かりやすくするために、以下の説明で用いる各図には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示す場合がある。また、本実施形態では、かかる直交座標系におけるＸ軸の正方向をインバータ装置の前方と規定する。

また、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの１個にのみ符号を付し、その他については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、符号を付した１個とその他とは同様の構成であるものとする。

図１Ａは、実施形態に係るインバータ装置１０を備えるモータドライブシステム１の構成を示す模式図である。図１Ａに示すように、モータドライブシステム１は、車両２と、走行用モータ３と、バッテリ４と、インバータ装置１０とを備える。

車両２は、ハイブリッドカーや電気自動車などのように、駆動系の動力源として電動機（すなわち、後述の走行用モータ３）を有する自動車である。

走行用モータ３は、車両２の駆動系の動力源であり、ＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）などによって構成される。なお、図１Ａには、駆動系の駆動方式が前輪駆動である場合を示しているが、車両２の駆動方式を限定するものではない。

バッテリ４は、インバータ装置１０を介して、走行用モータ３へ電力を供給し、また、インバータ装置１０を介して、回生電力を蓄電するいわゆる二次電池である。

インバータ装置１０は、バッテリ４から供給された直流電力を三相交流電力へ変換して走行用モータ３を駆動する。また、インバータ装置１０は、走行用モータ３の急減速時などの回生電力をバッテリ４へ戻してバッテリ４を充電する。なお、車両２がハイブリッドカーである場合、インバータ装置１０は、エンジンによる通常走行時に発電機として働く走行用モータ３からの電力でバッテリ４を充電する。

次に、インバータ装置１０の構成について図１Ｂを用いて説明する。図１Ｂは、実施形態に係るインバータ装置１０の構成を示す斜視模式図である。図１Ｂに示すように、インバータ装置１０は、ケース１１と、カバー１２と、ブラケット１３と、給水パイプ１４と、排水パイプ１５とを備える。

ケース１１は、上面が開口された略直方体に形成された収納部であり、後述するパワーモジュールや冷却機構などを収納する。カバー１２は、開口されたケース１１の上面に固定される。

ブラケット１３は、インバータ装置１０が車両２に搭載される際のインバータ装置１０の支持具である。

給水パイプ１４は、冷却水循環用のポンプ５（図１Ｃ参照）から供給される冷却水の給水口である。排水パイプ１５は、給水パイプ１４が設けられる面の対向面に設けられる、冷却水の排水口である。なお、図１Ｂに示すように、本実施形態では、給水パイプ１４および排水パイプ１５は互いに斜（はす）向かいとなるように互い違いに配設されているものとする。

また、インバータ装置１０は、モータケーブル１６によって走行用モータ３と接続される。また、インバータ装置１０は、バッテリケーブル１７によってバッテリ４と接続される。

ここで、冷却水の循環系について図１Ｃを用いて説明しておく。図１Ｃは、冷却水の循環系を示す模式図である。なお、図１Ｃに示す矢印は、冷却水の流れ方向を示している。

図１Ｃに示すように、冷却水の循環系には、ポンプ５と、ラジエータ６と、インバータ装置１０と、走行用モータ３が含まれる。

まず、冷却水は、ポンプ５からラジエータ６へ送り出され、ラジエータ６で放熱された後、インバータ装置１０へ供給される。インバータ装置１０では、供給された冷却水を用いてパワーモジュールの冷却が行われ、冷却水は、インバータ装置１０からさらに走行用モータ３へ送り出される。

そして、走行用モータ３もまた冷却水によって冷却された後、冷却水は、走行用モータ３からポンプ５に戻されることとなる。冷却水は、このような循環系を循環している。したがって、かかる循環系の中で、たとえば、インバータ装置１０の冷却機構の圧力損失を低減することは、ポンプ５の負荷低減や、消費電力の低減、ポンプ５自体の小型化に資することとなる。

次に、図１Ｂに示したＡ−Ａ’線断面図である図２Ａ、および、図２Ａに示すＭ１部の拡大図である図２Ｂを用いて、インバータ装置１０の構成についてさらに詳しく説明する。

図２Ａに示すように、インバータ装置１０は、ケース１１の内部に、制御基板１１ａと、ゲート基板１１ｂと、パワーモジュール１１ｃと、冷却機構２０とを備える。

ここで、図２Ｂを用いた説明に先立ち、パワーモジュール１１ｃの構成の詳細について図３Ａおよび図３Ｂを用いて述べておく。図３Ａは、パワーモジュール１１ｃの構成を示す斜視模式図であり、図３Ｂは、パワーモジュール１１ｃの構成を示す平面模式図である。

図３Ａに示すように、パワーモジュール１１ｃは、電力用半導体素子（以下、「半導体素子」と記載する）を含む電子部品をモールド樹脂１１ｃａでパッケージしたモジュールである。また、パワーモジュール１１ｃの主面中央部には、貫通孔であるボルト穴１１ｃｂが形成されている。

また、パワーモジュール１１ｃには、主端子１１ｃｃおよび制御端子１１ｃｄが設けられている。

また、図３Ｂに示すように、パワーモジュール１１ｃの内部には、スイッチング素子１１ｃｅおよび整流素子１１ｃｆが１対ずつ互い違いに配設される。ここで、パワーモジュール１１ｃの主たる発熱体は、スイッチング素子１１ｃｅである。したがって、パワーモジュール１１ｃの発熱部位は、パワーモジュール１１ｃの主面中央部を挟んだ左右領域に振り分けられていることとなる。

なお、図３Ｂでは、スイッチング素子１１ｃｅを真円で、整流素子１１ｃｆを矩形で示しているが、それぞれを識別して示すための趣旨であり、各素子の形状を限定するものではない。

また、本実施形態では、整流素子１１ｃｆが、ＦＷＤｉ（Free Wheeling Diode）であるものとするが、かかる点は、整流素子１１ｃｆの種別を限定するものではない。

なお、１個のパワーモジュール１１ｃにおいては、三相交流の単相分が処理されることとなる。したがって、三相交流を取り扱うにあたっては、３個のパワーモジュール１１ｃが必要となる。

図２Ｂの説明に戻り、冷却機構２０について説明する。図２Ｂに示すように、冷却機構２０は、冷却ジャケット２１を備える。

冷却ジャケット２１の表面側には、孔部２１ａが形成される。また、冷却ジャケット２１の裏面側には、孔部２１ａの周囲にあたる部位に、略円柱状の突起部であるボス部２１ｂが形成される。

ここで、パワーモジュール１１ｃは、前述のボルト穴１１ｃｂ（図３Ａ参照）を介し、ボルトＢ（締結部材）を孔部２１ａへ螺合させることによって、冷却ジャケット２１の表面側に取り付けられる。すなわち、冷却ジャケット２１の表面側は、パワーモジュール１１ｃの取り付け面である。

また、図２Ｂに示すように、冷却ジャケット２１の裏面側全域には、複数の放熱フィン２１ｃが、図中のＹ軸に沿って平行に延在するように、ボス部２１ｂと突出長さを揃えて形成される。なお、ここに言う「平行」は、同方向であることの一例である。また、「突出長さ」とは、ボス部２１ｂおよび放熱フィン２１ｃの根元位置から先端までの長さを指す。

なお、冷却ジャケット２１は、高い熱伝導性を有するアルミニウムなどの素材からダイカスト成型される。したがって、孔部２１ａ、ボス部２１ｂおよび放熱フィン２１ｃは、冷却ジャケット２１と一体に形成されている。

また、冷却ジャケット２１の裏面側には、ボス部２１ｂおよび放熱フィン２１ｃとの間に所定の隙間を空けてカバー２２が取り付けられる。なお、冷却ジャケット２１とカバー２２との間は、接合やガスケットなどにより封止される。

これにより、前述の所定の隙間を含んだ冷却媒体流路２３が形成され、冷却水はかかる冷却媒体流路２３を流れることとなる。なお、以下では、図中のＹ軸に沿った方向を「所定方向」と記載する場合がある。

ここで、これまでの説明を前提とした冷却ジャケット２１全体の構成について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、冷却ジャケット２１を表面側からみた斜視模式図であり、図４Ｂは、冷却ジャケット２１を裏面側からみた斜視模式図である。

図４Ａに示すように、インバータ装置１０が三相交流を取り扱う場合、パワーモジュール１１ｃは、冷却ジャケット２１に対し、図中のＹ軸に沿って直列に３個並べて配設される。この点は、たとえば、六相交流に適用する場合にも同様であり、かかる場合には、パワーモジュール１１ｃは、直列に６個並べて配設されることとなる。

また、給水パイプ１４から供給される冷却水は、図中の矢印４０１に示す水流方向に沿って流れ、排水パイプ１５から排水される。なお、図４Ａでは、直線状の矢印４０１で大まかな冷却水の水流方向を示しているが、厳密には、冷却ジャケット２１に設けられたボス部２１ｂによって冷却効率と圧力損失のバランスをとりつつ効果的にパワーモジュール１１ｃを冷却するように水流方向（および流速）を調整することができる。この点の詳細は、図５を用いて後述する。

なお、ボス部２１ｂは、パワーモジュール１１ｃの中央部に設けられたボルト穴１１ｃｂに対応付けられるため（図２Ｂ参照）、図４Ｂに示すように、冷却ジャケット２１の裏面側の図中のＹ軸に沿った中央領域に配設されることとなる。このようにボス部２１ｂが配置されることによって得られる効果について、次に、図５を用いて説明する。

図５は、ボス部２１ｂによって得られる効果を説明するための模式図である。図５に示すように、ボス部２１ｂが、図中のＹ軸に沿った冷却ジャケット２１の裏面側の中央領域に配置されることによって、給水パイプ１４から供給される冷却水は、冷却ジャケット２１の左右領域に分流されやすくなる（図中の白抜き矢印参照）。

これは、冷却水の流速が、かかる冷却ジャケット２１の左右領域において増しやすい、すなわち、冷却ジャケット２１の左右領域における冷却効率を向上させやすいことを意味している。

ところで、既に図３Ｂを用いて説明した通り、パワーモジュール１１ｃの主たる発熱部位は、パワーモジュール１１ｃの中央部を挟んだ左右領域に振り分けられている。したがって、ボス部２１ｂが、上述のように冷却水を冷却ジャケット２１の左右領域に分流させやすくすることで、パワーモジュール１１ｃの発熱部位を効果的に冷却することができる。

また、図中の黒色矢印に示すように、ボス部２１ｂが、冷却ジャケット２１の裏面側の図中のＹ軸に沿った中央領域に配置されることによって、かかるボス部２１ｂの周囲で冷却水の乱流が生じやすくなる。かかる乱流の発生によって、冷却水が適度に撹拌されるので、冷却効率の向上に資するという効果を得ることができる。

また、冷却ジャケット２１の裏面側に一様に放熱フィン２１ｃを設け、ボス部２１ｂを設けない場合と比較して、ボス部２１ｂが設けられた場合には、冷却ジャケット２１の裏面側の冷却水との接触面積が小さくなることから圧力損失を低減させることができる。

ちなみに、この点につき、本実施形態では、図５に示したのと同様に３個のボス部２１ｂを設けた場合の実験データとして、ボス部２１ｂを一切設けない場合と比較して圧力損失を５％低減させることができたという検証結果を得ている。この検証結果は、後述する「検証例１」に詳しく示すこととする。

したがって、実施形態に係るインバータ装置１０によれば、冷却ジャケット２１の左右領域に冷却水を分流させ、かかる左右領域における流速を高めて冷却効率を向上させつつ圧力損失を低減させることができる。すなわち、冷却機構２０における冷却効率と圧力損失のバランスをとることができる。

なお、図５では、ボス部２１ｂを、図中のＹ軸に沿った冷却ジャケット２１の裏面側の中央領域に配置することで、冷却水を冷却ジャケット２１の左右領域に分流させやすくすることとした。これに加え、さらに冷却水を分流させるための機構を設けることとしてもよい。

たとえば、ボス部２１ｂ自体が、図５の黒色矢印の方向に延びるフィンを有することとしてもよい。また、ボス部２１ｂ相互の間に、冷却水の流れ方向に略垂直なフィンを設けてもよい。

ところで、これまでは、パワーモジュール１１ｃのそれぞれに対応したボス部２１ｂを例に挙げて説明したが、冷却ジャケット２１の裏面側の中央領域に、パワーモジュール１１ｃに対応しない、いわばダミーのボス部２１ｂ’を設けることとしてもよい。

かかる変形例について、図６Ａを用いて説明する。図６Ａは、ダミーのボス部２１ｂ’を設ける変形例を示す模式図である。

図６Ａに示すように、インバータ装置１０は、冷却ジャケット２１の裏面側の中央領域に、パワーモジュール１１ｃに対応しないボス部２１ｂ’を設けることができる。すなわち、かかるボス部２１ｂ’は、パワーモジュール１１ｃを固定するボルトＢのボルト受けとして機能しない突起部である。

したがって、ボス部２１ｂ’は、冷却機構２０における冷却効率と圧力損失のバランスをとるために機能することとなる。なお、図６Ａでは、ボス部２１ｂ’が、ボス部２１ｂの間に、ボス部２１ｂと均等の間隔を空けて設けられている例を示しているが、これに限られるものではない。また、ボス部２１ｂ’の個数を限定するものではない。

すなわち、ボス部２１ｂ’は、冷却効率と圧力損失のバランスが最適化される位置に配置されることとすればよい。かかる配置位置は、インバータ装置１０の設計工程におけるシミュレーション結果や、検証工程における実験データなどに基づいて決定されることとすればよい。

また、これまでは、給水パイプ１４および排水パイプ１５が、互いに斜（はす）向かいとなるように配設されている場合について説明したが、相互に対向配置することとしてもよい。

かかる変形例について、図６Ｂを用いて説明する。図６Ｂは、給水パイプ１４および排水パイプ１５を対向配置させる変形例を示す模式図である。

図６Ｂに示すように、冷却ジャケット２１の裏面側の中央領域にボス部２１ｂが配設されている場合、上述のように、冷却水が、冷却ジャケット２１の左右領域に分流し、かつ、撹拌されやすくなる。

したがって、給水パイプ１４および排水パイプ１５を対向配置させても、冷却効率を落とすことなく、効果的にパワーモジュール１１ｃを冷却することが可能となる。

また、冷却機構２０における冷却効率と圧力損失のバランスをとるにあたっては、かかる給水パイプ１４および排水パイプ１５相互の配置位置を加味することとしてもよい。すなわち、上述したボス部２１ｂおよびボス部２１ｂ’の配置位置や個数に加えて、給水パイプ１４および排水パイプ１５相互の配置位置を考慮しつつ、冷却効率と圧力損失のバランスが最適化されるように調整すればよい。

また、かかる調整については、冷却機構２０を構成する他の構成要素を加味できることは言うまでもない。図示しないが、たとえば、放熱フィン２１ｃの突出長さを加味してもよい。また、これに関連し、放熱フィン２１ｃの突出長さに対するボス部２１ｂの相対的な突出長さを加味してもよい。なお、たとえば、放熱フィン２１ｃの突出長さよりボス部２１ｂの突出長さを短くすることとした場合、軽量化を図れるという効果を得ることができる。

また、逆に、放熱フィン２１ｃの突出長さよりボス部２１ｂの突出長さを長くすることとしてもよい。ちなみに、本実施形態では、かかる場合の検証結果として、冷却効率を高めることができるという検証結果を得ている。この検証結果は、後述する「検証例２」に示すこととする。

また、これまでは、ボス部２１ｂまたはボス部２１ｂ’を冷却ジャケット２１の中央部に直列に配設する場合を例に挙げて説明してきたが、これに限定されるものではなく、たとえば、千鳥配置としてもよい。

次に、本実施形態の検証例１および検証例２を示す。なお、検証例１および検証例２では、外形サイズが２００ｍｍ（長さ：Ｙ方向）×６０ｍｍ（幅：Ｘ方向）×２０ｍｍ（高さ：Ｚ方向）であり、定格流量が１０Ｌ／ｍｉｎである図４Ａおよび図４Ｂに示すものと同型の冷却ジャケット２１を用いた。

（検証例１）
図７Ａおよび図７Ｂは、検証例１の前提条件を示す図（その１）および（その２）である。まず、検証例１では、図７Ａに示すボス部２１ｂの存在しない冷却ジャケット２１’（以下、「ボス無し」と記載する）と、図７Ｂに示すボス部２１ｂの存在する冷却ジャケット２１（以下、「ボス有り」と記載する）とで、冷却水の流量を１０Ｌ／ｍｉｎおよび２０Ｌ／ｍｉｎとした場合のそれぞれの圧力損失を比較した。

なお、流量が１０Ｌ／ｍｉｎおよび２０Ｌ／ｍｉｎのいずれの場合も、冷却水の基準温度は２０°Ｃとした。また、温度の測定点は、図７Ａおよび図７Ｂに示す、「Ｕ相」、「Ｖ相」および「Ｗ相」それぞれのスイッチング素子１１ｃｅ近辺とした。かかる前提条件によって検証した、検証例１の検証結果を下記の表１に示す。

上記の表１に示すように、冷却水の水量が、１０Ｌ／ｍｉｎおよび２０Ｌ／ｍｉｎの場合のいずれにおいても、「ボス有り」の方が、「ボス無し」の方と比較して、圧力損失を５％低減させることができた。すなわち、ボス部２１ｂを設けることによって、圧力損失を低減させられることが可能である。また、圧力損失を低減させることによって、前述のポンプ５の負荷を低減し、小型化させるのにも資することができる。

（検証例２）
つづいて、図８Ａ〜図８Ｄは、検証例２の前提条件を示す図（その１）〜（その４）である。なお、図８Ａ〜図８Ｄは、図２Ｂの拡大模式図をさらに簡略化したものである。検証例２では、ボス部２１ｂの突出長さｈｂおよび放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆの組み合わせをそれぞれ異ならせた「条件０」〜「条件３」の下での、それぞれの冷却効率を検証した。

図８Ａに示すように、「条件０」では、ボス部２１ｂの突出長さｈｂおよび放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆをともに「１１ｍｍ」とした。すなわち、「条件０」は、「ボス部２１ｂの突出長さｈｂ＝放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆ」の場合である。なお、かかる「条件０」の場合を、「デフォルト」とする。

また、図８Ｂに示すように、「条件１」では、ボス部２１ｂの突出長さｈｂを、デフォルトから＋１ｍｍした「１２ｍｍ」とした。また、放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆは、デフォルトのまま「１１ｍｍ」とした。すなわち、「条件１」は、「ボス部２１ｂの突出長さｈｂ＞放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆ」の場合である。

また、図８Ｃに示すように、「条件２」では、ボス部２１ｂの突出長さｈｂを、デフォルトのまま「１１ｍｍ」とした。また、放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆは、デフォルトから＋１ｍｍした「１２ｍｍ」とした。すなわち、「条件２」は、「ボス部２１ｂの突出長さｈｂ＜放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆ」の場合である。

また、図８Ｄに示すように、「条件３」では、ボス部２１ｂの突出長さｈｂを、デフォルトのまま「１１ｍｍ」とした。また、放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆは、デフォルトから半分の長さとした「５．５ｍｍ」とした。すなわち、「条件３」は、「ボス部２１ｂの突出長さｈｂ＝放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆ＊２」の場合である。

なお、「条件０」〜「条件３」のいずれの場合も、給水パイプ１４（入口）における冷却水の温度は６５°Ｃとし、その流量は、１０Ｌ／ｍｉｎとした。また、温度の測定点は、検証例１の場合と同様、「Ｕ相」、「Ｖ相」および「Ｗ相」それぞれのスイッチング素子１１ｃｅ近辺とした（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。かかる前提条件によって検証した、検証例２の検証結果を下記の表２に示す。

上記の表２に示すように、「条件１」の場合、「条件０」の場合と比較して大きく冷却効率を向上させることができた。また、「条件２」の場合も「条件１」の場合ほどではないが、「条件０」の場合と比較して冷却効率を向上させることができた。ただし、「条件２」の場合、ボス部２１ｂが放熱フィン２１ｃに対して相対的に短くなり、放熱フィン２１ｃが長くなった分、冷却水との接触面積が増加することから、「条件０」の場合および「条件１」の場合と比較して圧力損失はやや増加すると考えられる。

また、「条件３」の場合には、「条件０」の場合とほぼ同等の冷却効果をあげることができた。なお、「条件３」の場合、放熱フィン２１ｃと冷却水との接触面積を大幅に小さくできることから、圧力損失の大幅な低減が見込めると考えられる。

かかる検証例２における検証結果によれば、少なくとも「ボス部２１ｂの突出長さｈｂ≧放熱フィン２１ｃの突出長さｈｆ」である場合に、冷却効率を向上させ、かつ、適度に圧力損失を低減させられることが可能になる。すなわち、冷却機構２０における冷却効率と圧力損失のバランスをとることができる。

上述してきたように、実施形態に係るインバータ装置は、冷却ジャケットを備える。上記冷却ジャケットは、電力用半導体素子を含んでなるパワーモジュールが取り付けられる取り付け面と、上記取り付け面の裏面側全域にかけて所定方向に沿って配設される複数の放熱フィンと、上記裏面側全域中の上記所定方向に沿った中央領域に配設されるボス部と、を具備する。

したがって、実施形態に係るインバータ装置によれば、冷却機構における冷却効率と圧力損失のバランスをとることができる。

なお、上述した実施形態では、パワーモジュールが、スイッチング素子としてＩＧＢＴを、整流素子としてＦＷＤｉを、それぞれ含んで構成される場合を例に挙げたが、これに限られるものではなく、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）およびＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）を含んで構成されるものであってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１モータドライブシステム
２車両
３走行用モータ
４バッテリ
５ポンプ
６ラジエータ
１０インバータ装置
１１ケース
１１ａ制御基板
１１ｂゲート基板
１１ｃパワーモジュール
１１ｃａモールド樹脂
１１ｃｂボルト穴
１１ｃｃ主端子
１１ｃｄ制御端子
１１ｃｅスイッチング素子
１１ｃｆ整流素子
１２カバー
１３ブラケット
１４給水パイプ
１５排水パイプ
１６モータケーブル
１７バッテリケーブル
２０冷却機構
２１冷却ジャケット
２１’ 冷却ジャケット
２１ａ孔部
２１ｂボス部
２１ｂ’ ボス部
２１ｃ放熱フィン
２２カバー
２３冷却媒体流路
Ｂボルト
ｈｂボス部の突出長さ
ｈｆ放熱フィンの突出長さ

Claims

冷却ジャケットと、
電力用半導体素子を含むパワーモジュールと
を備え、
前記冷却ジャケットは、
前記パワーモジュールが取り付けられる取り付け面と、
前記パワーモジュール中央部の貫通孔を貫く締結部材を固定するための孔部を有し、前記取り付け面裏側に突出させて設けられるボス部と、
前記取り付け面裏側の前記ボス部を除く領域に所定方向に沿って配設される複数の放熱フィンと、
前記ボス部および前記放熱フィンそれぞれの先端との間に所定の隙間を空けつつ取り付けられるカバーと
を備えることを特徴とするインバータ装置。
前記冷却ジャケットは、
該冷却ジャケットの外形を形成する面の前記所定方向において対向する面のうち、一方に冷却媒体の給水口を、他方に冷却媒体の排水口を有しており、
前記給水口および前記排水口は、
それぞれ互い違いとなる位置に配置されること
を特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
前記ボス部は、
該ボス部の突出長さが前記放熱フィンの突出長さ以上となるように設けられること
を特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。