逆变器单元、马达单元的制作方法

本发明涉及逆变器单元、马达单元。

背景技术：

以往，公知有具有用于控制马达的逆变器和收纳逆变器的壳体的逆变器单元。在日本公开公报2003-199363号公报中，公开了考虑到紧凑性、组装性、制造性以及抗震性等而按照各部件的大小的顺序层叠固定的电动驱动装置单元(逆变器单元)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开公报2003-199363号

技术实现要素：

发明要解决的课题

在连结逆变器单元和马达壳体的马达单元中，马达驱动时的振动传递到逆变器单元，因此，要求难以受到振动的影响的逆变器单元。

用于解决课题的手段

根据本发明的一个方式，提供一种逆变器单元，其能够安装于马达，其中，该逆变器单元具有：电源部，其包含逆变器电路；电容器，其与所述电源部连接；冷却部，其对所述电源部进行冷却；以及逆变器箱体，其收纳所述电源部、所述电容器和所述冷却部，所述逆变器箱体具有底壁、从所述底壁的周缘向上侧延伸的筒状的侧壁以及将所述底壁的下表面朝向马达固定的马达连接部，所述冷却部和所述电容器在沿着所述底壁的上表面的方向上排列而配置在所述底壁上，所述电源部位于所述冷却部的上侧，所述电容器的下表面比所述冷却部的下表面靠下侧，所述电源部的上表面和所述电容器的上表面沿着同一平面配置。发明效果

本发明提供例如难以受到来自马达的振动的影响的逆变器单元、以及具有上述逆变器单元的马达单元。

附图说明

图1是从上侧观察本实施方式的逆变器单元的立体图。

图2是从下侧观察本实施方式的逆变器单元的立体图。

图3是本实施方式的逆变器单元的剖视图。

图4是示出本实施方式的逆变器单元的内部构造的俯视图。

图5是示出电源连接部的构造的分解立体图。

图6是示出电路连接部的构造的局部剖视图。

图7是示出第2端子支承台的立体图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

在以下的说明中，基于逆变器单元1搭载在位于水平路面上的车辆上时的位置关系，规定重力方向进行说明。另外，在附图中，作为三维直角坐标系，适当地示出了xyz坐标系。在xyz坐标系中，z轴方向表示铅直方向(即上下方向)，+z方向为上侧(重力方向的相反侧)，-z方向为下侧(重力方向)。另外，x轴方向是与z轴方向垂直的方向，在本实施方式中表示沿着逆变器单元1的短边的方向。y轴方向是与x轴方向和z轴方向两者垂直的方向，在本实施方式中表示沿着逆变器单元1的长边的方向。

如图3所示，逆变器单元1设置在马达单元3上。马达单元3具有逆变器单元1和马达2。逆变器单元1设置在马达2的上表面。因此，逆变器单元1的下表面是与马达2连接的马达连接部10a。马达连接部10a是将逆变器单元1和马达2机械地连接的部位。作为逆变器单元1与马达2的连接构造，可以使用螺栓紧固。如果不需要装卸逆变器单元1和马达2，则也可以使用铆钉紧固或焊接。也可以在马达连接部10a上安装托架，经由上述托架连接逆变器单元1和马达2。

马达2被逆变器单元1供给交流电流。马达2由逆变器单元1控制。逆变器单元1与马达2的定子的线圈线连接。

本实施方式的马达单元3搭载于混合动力汽车(hev)、插电式混合动力汽车(phv)、电动汽车(ev)等以马达为动力源的车辆，作为其动力源使用。马达单元3也可以具有对马达2的旋转进行减速的减速装置(省略图示)。

逆变器单元1将直流电流转换为交流电流并提供给马达2。如图1至图4所示，逆变器单元1具有逆变器箱体10、控制基板20、包含逆变器电路的电源部30、电容器40、多个外部连接汇流条50。

逆变器箱体10具有下侧壳体11和安装在下侧壳体11的开口部的罩部件12。下侧壳体11具有底壁11a和从底壁11a的周缘向上侧延伸的筒状的侧壁11b。罩部件12具有顶壁12a和从顶壁12a的周缘向下侧延伸的筒状的侧壁12b。下侧壳体11和罩部件12在使侧壁11b的上端面11c和侧壁12b的下端面12c对置的状态下被螺栓紧固。

下侧壳体11具有被底壁11a和侧壁11b包围的收纳室13。从上侧观察，在收纳室13的内侧配置有控制基板20、电源部30、电容器40以及外部连接汇流条50。

收纳室13包含在水平方向上分隔的第1收纳室13a和第2收纳室13b。即，逆变器箱体10具有第1收纳室13a和第2收纳室13b。第1收纳室13a和第2收纳室13b沿逆变器箱体10的长边方向(y轴方向)排列。电源部30和外部连接汇流条50配置在第1收纳室13a内。控制基板20和电容器40配置在第2收纳室13b内。

如图4所示，第1收纳室13a俯视为大致矩形状。如图2以及图3所示，在第1收纳室13a的底部设置有冷却部60。即，逆变器单元1具有冷却部60。冷却部60具有制冷剂流路11d。制冷剂流路11d是在底壁11a的上表面侧开口的凹部。制冷剂流路11d俯视为大致矩形状。制冷剂流路11d经由贯通底壁11a的管状流路与下侧壳体11侧面的配管连接端子14、15连接。配管连接端子14、15与外部的制冷剂配管连接。电源部分30固定在制冷剂流路11d上。

电源部30具有电源基板31和位于电源基板31的下侧的半导体模块32。在本实施方式的情况下，电源基板31以及半导体模块32均为平板状。

半导体模块32在壳体内内置具有6个igbt(绝缘栅双极晶体管)的三相逆变器。如图3所示，半导体模块32具有散热器32a，该散热器32a由从半导体模块32的下表面向下侧延伸的多个柱状体构成。半导体模块32以从上侧覆盖制冷剂流路11d的状态固定在底壁11a上。散热器32a配置在制冷剂流路11d内。围绕制冷剂流路11d的周围配置有环状的密封部件33。制冷剂流路11d被夹在底壁11a的上表面与半导体模块32之间的密封部件33密封。

在半导体模块32的上表面配置有驱动半导体模块32的电源基板31。电源基板31和半导体模块32经由从半导体模块32向上侧延伸的多个连接销34电连接。在本实施方式中，半导体模块32位于冷却部60上，电源基板31位于半导体模块32上。根据该结构，由于比电源基板31更容易产生热的半导体模块32配置在冷却部60的正上方，因此能够高效地冷却电源部30整体。另外，通过将与控制基板20连接的电源基板31配置为比半导体模块32靠上侧，基板彼此的电连接变得容易。

如图4所示，第2收纳室13b是比第1收纳室13a在x轴方向上细长的大致矩形状。在第2收纳室13b的底部固定有电容器40。控制基板20经由托架25固定到电容器40的上表面。通过托架25，使安装在控制基板20的下表面的电路部件和电容器40绝缘。托架25可以固定到逆变器箱体10。另外，在可能的情况下，也可以将控制基板20直接固定于电容器40的上表面40b。

控制基板20经由电源部30向马达2供给驱动信号，控制马达2。控制基板20与设置在马达单元3上的旋转变压器等编码器电连接。控制基板20根据从编码器输出的马达2的旋转信息，对马达2的转速进行反馈控制。

在本实施方式的逆变器单元1中，如图3所示，冷却部60和电容器40在沿着下侧壳体11的底壁11a的上表面的方向(在本实施方式中为y轴方向)上排列配置。电源部30位于冷却部60的上侧，电容器40的下表面40a比冷却部60的下表面60a靠下侧。

在本实施方式中，如图2以及图3所示，冷却部60的下表面60a是从下侧壳体11的下表面向下侧突出的两个部位的壳体突出部61a、61b的下表面。在壳体突出部61a的内部设置有连接制冷剂流路11d和配管连接端子14的管状流路，在壳体突出部61b的内部设置有连接制冷剂流路11d和配管连接端子15的管状流路。因此，冷却部60的下表面60a是在下侧壳体11中构成制冷剂的流路的部位中位于最下侧的面。

根据上述结构，在电源部30、电容器40以及冷却部60中，电容器40的下表面40a位于最下侧。因此，在下表面具有马达连接部10a的本实施方式的逆变器单元1中，作为重物的电容器40配置在最接近马达2的位置。在逆变器单元1因从马达2传递的振动而摆动的情况下，越是远离马达2的位置，振幅越大。通过采用上述结构，能够使配置在马达2附近的电容器40的振幅比较小。重量最大的电容器40的振幅变小，由此能够减小因振动而作用于逆变器单元1的应力。因此，根据本实施方式，提供一种不易受到马达2的振动的影响的逆变器单元1。

进而，在本实施方式中，电源部30的上表面30a和电容器40的上表面40b沿着同一平面配置。即，电源部30的上表面30a与电容器40的上表面40b大致平行。上表面30a与上表面40b的平行度在±5°以内。上述平行角度优选在±1°以内。在本实施方式中，电源部30的上表面30a是电源基板31的上表面。另外，当在电源部30中半导体模块32配置为比电源基板31靠上侧的情况下，电源部30的上表面30a成为半导体模块32的上表面。

根据上述结构，在本实施方式的逆变器单元1中，电容器40的壳体与电源部30的壳体难以干涉。因此，在逆变器单元1中，能够将电容器40和电源部30在水平方向(y轴方向)上靠近配置。由此，能够缩短连接电容器40和电源部30的布线。在从电源到作为开关元件的igbt的直流供电的布线长的情况下，由于布线的感应电抗变大，所以关断时的浪涌电压变高。在本实施方式中，由于能够缩短向igbt的直流供电的布线长度，因此能够抑制浪涌电压。如果能够抑制浪涌电压，则能够缩短igbt的开关时间，因此能够提高逆变器的效率。另外，通过效率提高，还能够得到降低发热的效果。

如图1以及图4所示，电容器40经由布线9a与外部电源装置9连接。布线9a经由设置在布线9a的终端的布线端子9b与电容器40的电容器输入端子41连接。外部电源装置9例如是安装在车辆上的二次电池。逆变器单元1将从外部电源装置9供给的直流电流转换为交流电流，经由外部连接汇流条50供给到马达2。

在本实施方式中，两根布线9a通过支承布线9a的安装部件9c固定在逆变器箱体10上。安装部件9c螺栓紧固在下侧壳体11的侧壁11b的外侧面。从安装部件9c向前端侧延伸的布线9a通过设置在侧壁11b上的贯通孔11e向第2收纳室13b内延伸。

在第2收纳室13b内，布线端子9b和电容器输入端子41使用螺栓84紧固。即，在逆变器箱体10的第2收纳室13b中配置有连接从外部电源装置9延伸的布线9a和电容器40的电源连接部80。根据该结构，由于在收纳电容器40的区域即第2收纳室13b中引入布线9a进行连接，所以不使用汇流条，能够以最小限度的空间连接电容器40和外部电源装置9。因此，根据本实施方式，能够实现逆变器单元1的小型化。

图5是示出电源连接部80的分解立体图。

电源连接部80具有连接从电容器40延伸的电容器输入端子41和位于布线9a的终端的布线端子9b的螺栓(第1固定部件)84以及从下侧支承电容器输入端子41和布线端子9b的第1端子支承台81。作为第1固定部件的螺栓84将电容器输入端子41和布线端子9b固定于第1端子支承台81。

如图5所示，第1端子支承台81是沿着电容器40的侧面在y轴方向上延伸的棒状部件。第1端子支承台81具有沿着长度方向(y轴方向)相互隔开间隔配置的2处第1端子固定部81a。即，第1端子支承台81具有在与上下方向交叉的方向上排列的多个第1端子固定部81a。

第1端子支承台81在相邻的第1端子固定部81a之间具有沿上下方向延伸的第1分隔壁81b。根据该结构，能够通过第1分隔壁81b使布线端子9b相互绝缘。在本实施方式的情况下，第1分隔壁81b配置在包含第1端子支承台81的两端在内的三处，在水平方向上夹着各个第1端子固定部81a而配置。在本实施方式中，第1分隔壁81b还作为连接电容器输入端子41和布线端子9b时的布线端子9b的定位部件起作用。

第1端子支承台81在长度方向的两端部各具有一个凸缘部81c。凸缘部81c具有沿上下方向贯通凸缘部81c的贯通孔。第1端子支承台81通过穿过凸缘部81c的贯通孔的螺栓紧固在下侧壳体11的底壁11a上。

电容器40的电容器输入端子41和布线端子9b紧固在第1端子支承台81的第1端子固定部81a上。在第1端子固定部81a的上表面配置有电容器输入端子41，在电容器输入端子41的上表面重叠配置有布线端子9b。螺栓84贯通电容器输入端子41和布线端子9b，并拧入第1端子固定部81a的螺纹孔81d中。根据该结构，电容器输入端子41和布线端子9b经由第1端子支承台81固定在下侧壳体11上。由于布线9a和电容器40被牢固地固定，所以也难以产生由使用时的振动引起的连接的松弛。

如图1所示，罩部件12具有：罩主体12a，其与下侧壳体11的侧壁11b的上端连接，从上侧覆盖电源部30和电容器40；访问端口12b，其设置在罩主体12a上，在电源连接部80的上侧开口；以及端口罩12c，其可装卸地安装于访问端口12b。

如图4所示，端口罩12c设置在从上侧覆盖电源连接部80的位置。根据该结构，仅通过将端口罩12c从罩主体12a拆下，就能够操作电源连接部80。即，作业者能够在将其他部件覆盖罩主体12a的状态下实施布线连接作业。由此，在布线连接作业中，能够抑制尘埃向控制基板20以及电源部30附着。

在本实施方式中，作为第1固定部件的螺栓84沿上下方向延伸，从上侧向下侧拧入。因此，螺栓84在拆卸了端口罩12c或罩部件12的状态下，能够从上侧进行操作。根据该结构，能够容易地进行布线9a与电容器40的连接。能够提供组装作业性优异的逆变器单元1。

在本实施方式的逆变器单元1中，将控制基板20和电源部30的电源基板31设为不同的基板，将控制基板20配置在电容器40的上侧。在本实施方式中，如图3所示，由于使电容器40的底面位置比冷却部60低，所以容易在电容器40的上侧设置空间。根据该结构，与在电源部30上配置控制基板20的结构相比，能够缓和逆变器单元1的上表面的凹凸。因此，通过使用在电容器40上配置有控制基板20的逆变器单元1，能够实现马达单元3整体的小型化。

如图4所示，半导体模块32在与电容器40对置的侧面具有6个逆变器输入端子35。逆变器输入端子35在连接电源部30和电容器40的电路连接部90中，与从电容器40延伸的6个电容器输出端子42(参照图6)连接。

图6是示出电路连接部90的剖视图。

电路连接部90具有从下侧支承从电源部30延伸的逆变器输入端子35和从电容器40延伸的电容器输出端子42的第2端子支承台91以及连接逆变器输入端子35和电容器输出端子42并且固定于第2端子支承台91的螺栓(第2固定部件)94。

图7是第2端子支承台91的立体图。

第2端子支承台91是沿着电容器40的侧面在x轴方向上延伸的棒状的部件。第2端子支承台91具有沿着长度方向(x轴方向)相互隔开间隔配置的6处第2端子固定部91a。即，第2端子支承台91具有在与上下方向交叉的方向上排列的多个第2端子固定部91a。另外，也可以将第2端子支承台91和第1端子支承台81设为一个部件。

第2端子支承台91在相邻的第2端子固定部91a之间具有沿上下方向延伸的第2分隔壁91b。根据该结构，能够通过第2分隔壁91b使逆变器输入端子35和电容器输出端子42相互绝缘。在本实施方式的情况下，第2分隔壁91b配置在包含第2端子支承台91的两端的多个部位，在水平方向上夹着各个第2端子固定部91a而配置。

第2端子支承台91在长度方向(x轴方向)的两端部各具有一个凸缘部91c。凸缘部91c具有沿上下方向贯通凸缘部91c的贯通孔。凸缘部91c具有从凸缘部91c的前端部向下侧突出的定位销91e。定位销91e插入在底壁11a的上表面开口的定位孔，将第2端子支承台91定位在底壁11a上。第2端子支承台91通过穿过凸缘部91c的贯通孔的螺栓，紧固在下侧壳体11的底壁11a上。

电容器输出端子42和逆变器输入端子35紧固在第2端子支承台91的第2端子固定部91a上。如图6所示，在第2端子固定部91a的上表面配置有逆变器输入端子35，在逆变器输入端子35的上表面重叠配置有电容器输出端子42。螺栓94贯通电容器输出端子42和逆变器输入端子35，并拧入第2端子固定部91a的螺纹孔91d中。根据该结构，电容器输出端子42和逆变器输入端子35经由第2端子支承台91固定在下侧壳体11上。由于电源部30和电容器40被牢固地固定，所以也难以产生由使用时的振动引起的连接的松弛。

第2端子支承台91在各个第2端子固定部91a的背面侧具有沿上下方向延伸的柱状部91f。柱状部91f的下端面与底壁11a的上表面抵接。在将螺栓94拧入螺纹孔91d时，柱状部91f从下侧支承第2端子固定部91a。通过设置柱状部91f，能够对第2端子支承台91的下部进行减薄，能够在不损害强度的情况下使第2端子支承台91轻量化。

半导体模块32在与电容器40相反一侧的侧面具有3个输出端子36。即，电源部30具有多个输出端子36。3个输出端子36分别与不同的中继汇流条57连接。3个中继汇流条57从与电源部30的输出端子36的连接位置沿水平方向延伸。

3个中继汇流条57分别与不同的外部连接汇流条50连接。如图2以及图3所示，3个外部连接汇流条50是沿上下方向延伸的直线形状的金属板。外部连接汇流条50在上端部与中继汇流条57连接。在本实施方式的情况下，外部连接汇流条50和中继汇流条57使用螺栓54紧固。在外部连接汇流条50和中继汇流条57的连接部分上覆盖有保护罩55a。

外部连接汇流条50从与中继汇流条57的连接位置向下侧延伸，贯通下侧壳体11的底壁11a而向下侧壳体11的外侧延伸。从下侧壳体11突出的外部连接汇流条50与马达2的定子电连接。

标号说明

1：逆变器单元；2：马达；3：马达单元；9：外部电源装置；9a：布线；9b：布线端子；10：逆变器箱体；10a：马达连接部；11a：底壁；11b、12b：侧壁；12：罩部件；12a：罩主体；12b：访问端口；12c：端口罩；13a：第1收纳室；13b：第2收纳室；20：控制基板；30：电源部；30a、40b：上表面；31：电源基板；32：半导体模块；35：逆变器输入端子；36：输出端子；40：电容器；40a、60a：下表面；41：电容器输入端子；42：电容器输出端子；60：冷却部；80：电源连接部；84：螺栓(第1固定部件)；81：第1端子支承台；81a：第1端子固定部；81b：第1分隔壁；90：电路连接部；91：第2端子支承台；91a：第2端子固定部；91b：第2分隔壁；94：螺栓(第2固定部件)。