JP2017038454A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子及び平滑コンデンサの良好な冷却を図りつつ、小型化の要請を満たし、且つ、ノイズの発生を抑制できるインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ装置１は、スイッチング素子を含むインバータ部２と、直流電圧を平滑化するコンデンサ３と、これらを電気的に接続するバスバー４２Ｖと、冷媒の流路５４を内部に備え、インバータ部２及びコンデンサ３が取り付けられる冷却器５とを備える。冷却器５は、第１面５１Ａと、第１面５１Ａに隣接且つ直交する第２面５２Ａとを備える。第１面５１Ａにはインバータ部２が、第２面５２Ａにはコンデンサ３が各々取り付けられている。バスバー４２Ｖは、第１面５１Ａと第２面５２Ａとの境界Ｂｏを跨ぐ経路で、インバータ部２とコンデンサ３とを接続している。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング素子と平滑コンデンサとを備えたインバータ装置に関する。

直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置は、各種の用途に用いられている。例えば、ハイブリッドショベルにおいてインバータ装置は、動力源であるエンジンのパワーアシストを行う発電電動機に対し、直流バッテリーが発生する直流電圧を交流電圧に変換して供給する。

インバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と平滑コンデンサとを含む。これらは、インバータ装置の動作によって発熱するため、冷却機構をインバータ装置に付設することが望ましい。とりわけ、ハイブリッドショベルに搭載されるインバータ装置では、前記エンジンが発生する熱に曝される環境に配置されることが多いため、効率的にインバータ装置を冷却することが求められる。他方で、配置スペースが限られることから、冷却機構を含むインバータ装置の小型化も求められる。

特許文献１には、冷媒流路を備えたプレートの一方の面にスイッチング素子を、他方の面に平滑コンデンサを搭載してなるインバータ装置が開示されている。スイッチング素子と平滑コンデンサとは、前記プレートの一方の面から他方の面へ引き回されるバスバーによって電気的に接続される。このインバータ装置によれば、スイッチング素子及び平滑コンデンサを冷却できると共に、小型化の要請を満たすことができる。

特開２０１４−１１９２６号公報

しかし、特許文献１のインバータ装置では、互いに対向するプレートの一方の面と他方の面とに、発熱体としてのスイッチング素子と平滑コンデンサとが各々搭載される。このため、スイッチング素子の発する熱が他方の面にまで回り込んでしまい、冷却効率が悪化するという問題がある。また、両者を接続するバスバーの経路長が、前記引き回しを要することから長くなり、バスバー部分のインダクタンスが増加する。このことは、インバータ装置の動作時に大きなサージ電圧や電気的損失を発生させ、誘導ノイズや輻射ノイズを生成する要因となる。

本発明の目的は、スイッチング素子及び平滑コンデンサの良好な冷却を図りつつ、小型化の要請を満たし、且つ、ノイズの発生を抑制できるインバータ装置を提供することにある。

本発明の一局面に係るインバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と、前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆い、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、前記冷却器は、第１面と、前記第１面に隣接且つ交差する第２面とを備え、前記第１面には前記スイッチング素子が、前記第２面には前記コンデンサが各々取り付けられ、前記バスバーは、前記第１面と前記第２面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続している構成を備える。

このインバータ装置によれば、スイッチング素子は冷却器の第１面に、コンデンサは前記第１面に隣接する第２面に取り付けられるので、一方が発する熱が他方の取り付け面に至り難くなり、冷却器による両者の冷却を効率良く行わせることができる。また、前記第１面と前記第２面とは互いに交差する面であるため、前記第１面及び前記第２面が同一平面に並ぶ場合に比べて、冷却器の小型化を図ることができる。このため、他の機器に取り付けられるケーシングが寸法的制限を受ける場合にあっても、これに対応することができる。さらに、バスバーは、前記第１面と前記第２面との境界を跨ぐ経路で配線されるので、バスバーの経路長を短くすることができ、インダクタンスを増加させることはない。従って、ノイズの発生を抑制することができる。

上記のインバータ装置において、前記第１面と前記第２面とは、互いに直交する面であり、前記バスバーは、前記第１面に平行な第１部分と、前記第２面に平行な第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との接続部とを備えるＬ字型形状を有することが望ましい。

このインバータ装置によれば、前記第１面と前記第２面とが直交する面であるので、冷却器の一層の小型化を図ることができる。また、バスバーを最短経路で配設することが可能となるので、インダクタンスを最小限に抑制することができる。

上記のインバータ装置において、前記冷却器は、前記ケーシングによって覆われない露出部を有することが望ましい。

このインバータ装置によれば、冷却器の露出部が、実質的にケーシングの一部として利用されることになる。従って、ケーシング構造をシンプルにし、インバータ装置の組み立て工程を簡素化することが可能となる。

この場合、前記冷却器は、前記第１面を有する第１平板部と、前記第２面を有する第２平板部と、前記第１面と前記第２面とに隣接すると共にこれらと直交する第３面を有する側板部とを含み、前記露出部が、前記第１平板部、前記第２平板部及び前記側板部の各背面のうちの少なくとも一つであることが望ましい。

このインバータ装置によれば、前記第１平板部、前記第２平板部及び前記側板部をケーシングの一部として利用可能となる。従って、ケーシング構造を一層シンプルにし、部品点数を減らし、組み立て工程を削減することができる。

上記のインバータ装置において、前記冷却器の流路は、前記第１面の直下及び前記第２面の直下を経由する一本の流路からなることが望ましい。

このインバータ装置によれば、流路を一本化することで流路の中間接続部等を設けずに済むため、部品点数の削減や組み立て工数の削減が可能となる。

この場合、前記一本の流路における冷媒流通の上流側が前記第２面の直下であり、下流側が前記第１面の直下であることが望ましい。

一般に、スイッチング素子は平滑コンデンサに比べて大きな熱を発生する。従って、スイッチング素子が取り付けられる第１面を上流側に設定すると、冷媒が大量の熱を吸熱してしまい、下流の第２面においてコンデンサと十分な熱交換を行えない懸念がある。上記の構成によれば、この懸念を払拭することができる。

上記のインバータ装置において、前記スイッチング素子が生成する前記交流電圧の供給先が回転電機であり、前記ケーシングが取り付けられる前記他の機器が、前記回転電機であることが望ましい。

本発明に係るインバータ装置は、小型化を図れるので、回転電機において取り付けスペースが制限されている場合でも、当該インバータ装置を取り付けることができる。

とりわけ、前記回転電機が、ハイブリッド建設機械に搭載される発電電動機であり、前記発電電動機は、前記ハイブリッド建設機械の動力源となるエンジンと、油圧系統を動作させる油圧ポンプとの間に直列配置されるものであることが望ましい。

上記の通り、ハイブリッド建設機械において、エンジンと油圧ポンプとの間に直列配置される発電電動機においては、前記エンジンが発生する熱に曝される環境にあり、また、インバータ装置の配置スペースが大きく制限される。このような発電電動機に本発明に係るインバータ装置を適用すれば、その組み付けを容易に行うことができ、また効率的にスイッチング素子及び平滑コンデンサを冷却することができる。

本発明によれば、スイッチング素子及び平滑コンデンサの良好な冷却を図りつつ、小型化の要請を満たし、且つ、ノイズの発生を抑制できるインバータ装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るインバータ装置の回路図である。 本発明の実施形態に係るインバータ装置の側断面図（図３のII−II線断面図）である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 前記インバータ装置の構成部品である冷却器及びケーシング斜視図である。 図５とは視線方向を変えた、冷却器の斜視図である。 前記冷却器の透視斜視図である。 比較例に係るインバータ装置を示す側断面図である。 ハイブリッドショベルの概略的な側面図である。 前記ハイブリッドショベルの上面視の平面図である。 前記ハイブリッドショベルに搭載される発電電動機及びインバータ装置を示す概略図である。 発電電動機へのインバータ装置の取り付け状態を示す断面図である。 インバータ装置の取り付け板の平面図である。 前記取り付け板の発電電動機ハウジングへの装着状態を示す平面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
［インバータ装置の回路構成］
図１は、本発明の実施形態に係るインバータ装置１の回路図である。インバータ装置１は、直流電圧を発生するバッテリー１０を用いて交流モータＭを駆動するために用いられる装置である。インバータ装置１は、インバータ部２とコンデンサ３とを備えている。

バッテリー１０は、所定の直流電圧を発生する電源である。バッテリー１０は、例えばハイブリッドショベルのような建設機械にインバータ装置１が搭載される場合は、当該ハイブリッドショベルに具備されている充放電が可能な蓄電池である。バッテリー１０のプラス極からは第１配線１１が引き出され、マイナス極からは第２配線１２が引き出されている。なお、直流電圧は、商用交流電圧をコンバータによって変換することによって生成された直流電圧であっても良い。

インバータ部２は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を含み、モータＭに駆動用の交流電圧を供給する。本実施形態では、インバータ部２は、３相交流の相毎の電力変換モジュール、すなわちＵ相モジュール２Ｕ、Ｖ相モジュール２Ｖ及びＷ相モジュール２Ｗを備えている。各モジュールは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのパワー半導体からなるスイッチング素子と、当該スイッチング素子に対して逆並列に接続された還流ダイオードとを含んでいる。

コンデンサ３は、バッテリー１０が発生する直流電圧を平滑化する。コンデンサ３は、Ｐ端子Ａ１とＮ端子Ａ２とを有しており、Ｐ端子Ａ１は第１配線１１に、Ｎ端子Ａ２は第２配線に各々接続されている。

インバータ部２のＰ端子に接続される第３配線１３は、Ｐ端子Ａ１と同じく第１配線１１に、Ｎ端子に接続される第４配線１４は、Ｎ端子Ａ２と同じく第２配線１２に、それぞれ接続されている。インバータ部２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの出力配線１５は、モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルにそれぞれ接続されている。

モータＭは、インバータ部２が生成する３相交流電圧の供給先となる回転電機である。例えば、ハイブリッド建設機械に本実施形態のインバータ装置１が適用される場合は、モータＭは、駆動部のパワーアシストを行う一方で、余剰のエンジン出力で発電を行う発電電動機である。

上記のインバータ装置１の回路構成において、第３配線１３及び第４配線１４の長さを短くしてインダクタンスを小さくすることが求められる。とりわけ、第４配線１４を可及的に短くすることが望まれる。すなわち、インバータ部２が備えるＩＧＢＴ（スイッチング素子）は、Ｎ端子Ａ２の電位をゲート電圧印加の基準電位として動作する。このため、第４配線１４のインダクタンスが大きくなると、スイッチング素子に対して適正な電圧を印加できない場合がある。また、一般に第４配線１４には、モータＭに流れる電流を検出するためのシャント抵抗が組み入れられる。このシャント抵抗と第４配線１４のインダクタンスとによって、ノイズ電圧（サージ電圧）が発生し、電流検出回路へ誘導ノイズを与えたり、輻射ノイズを生成したりするからである。

［インバータ装置の構造の説明］
図２は、本実施形態に係るインバータ装置１の側断面図、図３は、図２のIII−III線断面図、図４は、図２のIV−IV線断面図である。なお、図２は、図３のII−II線断面図である。インバータ装置１は、上述のインバータ部２及びコンデンサ３に加えて、バスバー、冷却器５及びカバー６を備えている。

インバータ部２は、扁平な直方体の形状を有するＵ相、Ｖ相、Ｗ相モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの３つのモジュールからなる。各モジュールは、コンデンサ３との電気接続のための２つの入力端子と、モータＭとの電気接続のための出力端子とを備えている。コンデンサ３は、１つの平滑コンデンサからなり、バッテリー１０との電気接続のための入力端子と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗとの電気接続のための出力端子（図１のＰ端子Ａ１及びＮ端子Ａ２）とを備えている。

バスバーは、インバータ部２の各モジュール（スイッチング素子）の入力端子とコンデンサ３の出力端子とを電気的に接続する、銅又はアルミニウムからなる帯状の裸導体である。本実施形態では、Ｕ相用のバスバーとして、Ｕ相モジュール２Ｕの第１入力端子とコンデンサ３のＰ端子Ａ１とを接続するバスバー４１Ｕと、第２入力端子とＮ端子Ａ２とを接続するバスバー４２Ｕとを備える。同様に、Ｖ相モジュール２Ｖ用のバスバーとしてバスバー４１Ｖ、４２Ｖを、Ｗ相モジュール２Ｗ用のバスバーとしてバスバー４１Ｗ、４２Ｗを備えている。この他のバスバーとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの各出力端子とモータＭとの接続のための三相接続用バスバー４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗと、コンデンサ３とバッテリー１０との接続のための電源用バスバー４４（図２）とが備えられている。

上記のバスバー４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗは、図１に示す第３配線１３に相当するバスバーであり、バスバー４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、第４配線１４に相当するバスバーである。また、三相接続用バスバー４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗは、図１の出力配線１５に相当するバスバー、電源用バスバー４４は第１配線１１及び第２配線１２に相当するバスバーである。

冷却器５は、インバータ部２及びコンデンサ３の取り付けベースとなる部材であると共に、これらを冷却する機能を果たす部材である。冷却器５は、伝熱性の良好な金属、例えばアルミニウムの鋳造品からなり、図２に示す通り、断面視でＬ字型を呈する部材である。冷却器５の内部には、水などの冷媒を流通させる流路５４が備えられている。カバー６は、冷却器５に取り付けられたインバータ部２及びコンデンサ３を覆うように、冷却器５の開口部を覆う部材である。本実施形態では、冷却器５の一部とカバー６とによって、ケーシングが構成されている。このインバータ装置１は、このケーシング単位で、他の機器に取り付けられる。

冷却器５は、平坦な第１面５１Ａと、第１面５１Ａに隣接且つ交差する平坦な第２面５２Ａとを備えている。第１面５１Ａにはインバータ部２（スイッチング素子）が、第２面５２Ａにはコンデンサ３が各々取り付けられている。本実施形態では、図２に示す通り、第１面５１Ａと第２面５２Ａとは、互いに直交する面である。第１面５１Ａと第２面５２Ａとは、隣接且つ交差する面であればよく、必ずしも両者は直交する面でなくとも良い。例えば、２つの面のなす角を、直角以上（９０°〜１５０°程度）、或いは、直角以下（９０°〜３０°程度）とすることもできる。しかし、前者では冷却器５の水平方向のサイズが大きくなって小型化の要請を満たし難くなる傾向があり、後者では第１面５１Ａと第２面５２Ａとが向き合うことになるので、部品の搭載が困難になると共に熱が籠もりやすくなる傾向がある。従って、第１面５１Ａと第２面５２Ａとは、互いに直交する面とすることが望ましい。

［冷却器の詳細説明］
冷却器５の構造をさらに詳述する。図５は、冷却器５及びカバー６の斜視図、図６は、図５とは視線方向を変えた冷却器５の斜視図、図７は、冷却器５の透視斜視図である。なお、図５にはＸＹＺ座標を用いた方向表示を付しており、以下の説明ではこの方向表示を用いる。冷却器５は、ＸＹ平面である第１面５１Ａを有する第１平板部５１と、ＸＺ平面である第２面５２Ａを有する第２平板部５２と、第１面５１Ａと第２面５２Ａとに隣接すると共にこれらと直交する第３面５３Ａ（ＹＺ平面）を有する一対の側板部５３と、を備えている。

第１平板部５１は、Ｚ方向視で略正方形の形状を有し、Ｚ方向に所定の厚みを有する板材である。第１面５１Ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの３つのモジュールを搭載するに足りる面積を有している。第２平板部５２は、Ｙ方向視で略正方形の形状を有し、Ｙ方向に所定の厚みを有する板材である。第２面５２Ａは、コンデンサ３を搭載可能なＸ方向及びＺ方向のサイズを有している。第１平板部５１の−Ｙ端部と第２平板部５２の−Ｚ端部とにおいて、第１平板部５１と第２平板部５２とは直交状態で一体化されている。

一対の側板部５３は、第１平板部５１と第２平板部５２とのＬ字型の連設体の−Ｘ側の側部、＋Ｘ側の側部に沿うように、それぞれ両者に一体化されている、略三角形状の平板部材である。側板部５３は、＋Ｙ側垂直辺５３１、＋Ｚ側水平辺５３２、垂直辺５３１と水平片５３２とを結ぶ斜辺５３３、及び−Ｚ側水平辺５３４を含む。第１平板部５１は、−Ｚ側水平辺５３４から＋Ｚ側に所定距離だけ離れた位置において、側板部５３に連設されている。第２平板部５２は、側板部５３の−Ｙ側の垂直辺に連設されている。これにより、Ｚ方向において冷却器５は、第１平板部５１を仕切りとして＋Ｚ側の第１収容スペースＳ１と、−Ｚ側の第２収容スペースＳ２を備えている。第１収容スペースＳ１は略三角柱の空間、第２収容スペースＳ２は扁平な四角柱の空間である。

＋Ｙ側垂直辺５３１は、冷却器５において＋Ｙ方向に最も突出した部分であり、第１平板部５１の＋Ｙ側端面５１１は＋Ｙ側垂直辺５３１よりも所定距離だけ−Ｙ側へ後退した位置にある。この後退により形成されるスペースは、三相接続用バスバー４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗを、第１平板部５１の第１面５１Ａから裏面５１Ｂへ引き回すためのスペースとなる。第２平板部５２の＋Ｚ端面５２１は、側板部５３の＋Ｚ側水平辺５３２と面一である。また、−Ｚ端面５２２は、−Ｚ側水平辺５３４と面一である。

カバー６は、耐熱性の樹脂により成形され、＋Ｚ側水平面６１、＋Ｙ側垂直面６２、＋Ｚ側水平面６１と＋Ｙ側垂直面６２とを結ぶ斜面６３、及び、＋Ｙ側垂直面６２の−Ｚ端縁から−Ｙ方向に延びる−Ｚ側水平面６４を備える。＋Ｚ側水平面６１の内面は、カバー６が冷却器５に装着された状態において、＋Ｚ端面５２１及びＺ側水平辺５３２と接する。また、斜面６３は斜辺５３３と接する。これにより、第１収容スペースＳ１は略密閉された空間となる。さらに、＋Ｙ側垂直面６２は冷却器５の垂直辺５３１と接し、−Ｚ側水平面６４は−Ｚ端面５２２及び−Ｚ側水平辺５３４と接する。これにより、第２収容スペースＳ２も、略密閉された空間となる。

本実施形態では、冷却器５は、カバー６（ケーシング）によって覆われない露出部を有している。つまり、冷却器５自体が実質的にケーシングの一部として利用されている。前記露出部は、第２平板部５２における第２面５２Ａとは反対側の背面（図には現れていない）及び一対の側板部５３の各背面５３Ｂである。冷却器５の一部を外装部材として利用することで、ケーシング構造を一層シンプルにし、部品点数を減らし、インバータ装置１の組み立て工程を簡素化することができる。なお、第１平板部５１の背面５１Ｂも、ケーシングの一部として利用する態様としても良い。また、一対の側板部５３を冷却器５に具備させずに、カバー６に側板部５３に相当する側面を具備させるようにしても良い。

［バスバーの詳細説明］
バスバー４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ及びバスバー４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、第１面５１Ａと第２面５２Ａとの境界Ｂｏを直線的に跨ぐ経路、つまり最短経路で、インバータ部２とコンデンサ３とを電気的に接続している。図２に描かれているバスバー４２Ｖに基づき具体的に説明する。バスバー４２Ｖは、第１面５１Ａに平行な第１部分４０１と、第２面５２Ａに平行な第２部分４０２と、第１部分４０１と第２部分４０２との接続部４０３とを備えるＬ字型形状を有している。バスバー４２Ｖは、Ｌ字型形状に限られるものではなく、図５のＺ方向の矢視（図３）及びＹ方向の矢視（図４）において直線経路を有していれば、種々の形状を採用できる。例えば、直角に曲がる接続部４０３に代えて、湾曲した接続部、斜めに延びる接続部としても良い。

第１部分４０１は第１面５１Ａから離間し、第２部分４０２は第２面５２Ａから離間している。また、接続部４０３も境界Ｂｏから離間している。第１部分４０１の先端部が、Ｖ相モジュール２Ｖの入力端子２１とネジ等を用いて接続される。また、第２部分４０２の先端部が、コンデンサ３のＮ端子Ａ２にネジ等を用いて接続される。接続部４０３の付近が境界Ｂｏを跨ぐ部分である。他のバスバーも同様である。

本実施形態では、互いに隣接し直交する第１面５１Ａと第２面５２Ａとに、各々インバータ部２とコンデンサ３とが搭載され、入力端子２１とＮ端子Ａ２とが境界Ｂｏに向かう方向に配設されている。そして、これら端子が、Ｌ字型形状のバスバー４２Ｖで接続される。このため、バスバー４２Ｖの経路長を短くすることができ、線路インダクタンスの増加を抑制することができる。従って、バスバー４２Ｖでの電気的損失の発生、ノイズの発生を抑制することができる。

［冷媒の流通経路］
続いて、冷却器５がその内部に有する冷媒の流路５４について説明する。図７に示す通り、冷却器５の流路５４は、第１面５１Ａの直下及び第２面５２Ａの直下を経由する一本の流路からなる。より詳しくは、流路５４は、第１平板部５１の内部を蛇行して進行する蛇行部分５４Ｂと、第２平板部５２の内部を蛇行して進行する蛇行部分５４Ａとが、一本に繋がった流路である。

一方の側板部５３の背面５３Ｂには、流路５４に対する冷媒の入口となるインレット５４１と、冷媒の出口となるアウトレット５４２とが穿孔されている。インレット５４１は蛇行部分５４Ａの終端部であり、アウトレット５４２は蛇行部分５４Ｂの終端部である。なお、流路５４は一本の流路とせずとも良く、例えば第１平板部５１と第２平板部５２とに、別々の冷媒流路を形成するようにしても良い。しかし、流路５４を一本化することで流路の中間接続部等を設けずに済み、部品点数の削減や組み立て工数の削減が可能となる利点がある。

インレット５４１及びアウトレット５４２には、図略の冷媒循環系が接続される。流路５４内を冷媒が通過することで、インバータ部２及びコンデンサ３の発熱で加熱された第１平板部５１及び第２平板部５２と前記冷媒とが熱交換する。これにより、インバータ部２及びコンデンサ３が冷却される。

インレット５４１及びアウトレット５４２の配置から判る通り、一本の流路５４における冷媒流通の上流側が第２面５２Ａの直下（第２平板部５２の内部）であり、下流側が第１面５１Ａの直下（第１平板部５１の内部）である。つまり、コンデンサ３の搭載面がインバータ部２の搭載面よりも上流側である。一般に、スイッチング素子を備えるインバータ部２は平滑コンデンサ３に比べて大きな熱を発生する。従って、インバータ部２が取り付けられる第１面５１Ａを冷媒流通の上流側に設定すると、冷媒が大量の熱を吸熱してしまい、下流の第２面５２Ａにおいてコンデンサ３と十分な熱交換を行えない懸念がある。本実施形態によれば、この懸念を払拭することができる。

［インバータ装置の作用効果］
以上説明したインバータ装置１の作用効果を、図８に示す比較例に係るインバータ装置１００との比較において説明する。比較例のインバータ装置１００は、内部に冷媒流路５４０を備えた平板状の冷却器５０を備える。冷却器５０の一方の面５０１にはインバータ部２０が搭載され、面５０１の反対側の他方の面５０２に平滑コンデンサ３０が搭載されている。インバータ部２０とコンデンサ３０とは、冷却器５０の一方の面５０１から他方の面５０２へ引き回されるバスバー４０によって電気的に接続されている。このインバータ装置１００によれば、インバータ部２０及びコンデンサ３０を冷却できると共に、小型化の要請を満たすことが可能ではある。

しかしながら、比較例のインバータ装置１００では、互いに対向する一方の面５０１と他方の面５０２とに、発熱体としてのインバータ部２０とコンデンサ３０とが各々搭載される。このため、インバータ部２０が発する比較的大きな熱ｈが、図中に矢印で示すように、他方の面５０２にまで回り込んでしまい、コンデンサ３０の冷却効率が悪化するという問題がある。これに対し、本実施形態のインバータ装置１によれば、図２に示す通り、インバータ部２は冷却器５の第１面５１Ａに、コンデンサ３は第１面５１Ａに隣接する第２面５２Ａに取り付けられるので、一方の取り付け面で発せられた熱が他方の取り付け面に至り難い。従って、冷却器５によるインバータ部２及びコンデンサ３の冷却を効率良く行わせることができる。

また、第１面５１Ａと第２面５２Ａとは互いに直交する面（交差する面）であるため、第１面５１Ａ及び第２面５２Ａが同一平面に並ぶ場合に比べて、冷却器５の小型化を図ることができる。このため、他の機器に取り付けられるケーシング（本実施形態では冷却器５の一部とカバー６とからなる）が、据え付け先のスペースの影響で寸法的制限を受ける場合にあっても、これに対応することができる。

さらに、比較例のインバータ装置１００では、インバータ部２０とコンデンサ３０とを接続するバスバー４０の経路長が、一方の面５０１から冷却器５０の厚さＤの距離を経て他方の面５０２への引き回しを要することから、どうしても長くなる。このため、バスバー４０のインダクタンスが増加する。これに対し、本実施形態のインバータ装置１では、インバータ部２とコンデンサ３とは互いに隣接する第１面５１Ａ、第２面５２Ａに搭載され、バスバーは第１面５１Ａと第２面５２Ａとの境界Ｂｏを跨ぐ経路で配線されるので、バスバーの経路長を短くすることができる。従って、バスバー部分においてインダクタンスを増加させることはなく、電力損失の発生、ノイズの発生を抑制することができる。

［インバータ装置のハイブリッド建設機械への適用例］
続いて、上述のインバータ装置１の他の機器への取り付け例として、ハイブリッド建設機械への適用例を示す。ここでは、ハイブリッド建設機械として、図９に示すハイブリッドショベル７を例示する。勿論、インバータ装置１は、ハイブリッド式の解体機や破砕機等、他のハイブリッド建設機械にも適用できる。

ハイブリッドショベル７は、クローラ式の下部走行体７１の上に上部旋回体７２が搭載される構成を備える。上部旋回体７２は、地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に、下部走行体７１に搭載されている。上部旋回体７２のベースとなるアッパーフレーム７３上には、キャビン７４等の各種設備、機器類が搭載されるとともに、作業アタッチメント７５が装着されている。作業アタッチメント７５は、ブーム７５１、アーム７５２及びバケット７５３を備える。

図１０は、ハイブリッドショベル７の上面視の平面図である。アッパーフレーム７３は、補強の役目と作業アタッチメント７５の保持機能とを兼ねる左右一対の縦板７６を備えたセンターセクション７３１と、このセンターセクション７３１の左右両側に設けられたサイドデッキ７３２、７３３によって構成されている。センターセクション７３１の後部には、ハイブリッドショベル７の動力源となるエンジン８１が設置されている。エンジン８１には、エンジン冷却用のラジエータ８４及び冷却ファン８５が付設されている。

エンジン８１は、ハイブリッドショベル７の油圧系統を動作させる油圧ポンプ８２に動力を与えている。これに加え、エンジン８１と油圧ポンプ８２との間には、油圧ポンプ８２の重負荷時にエンジン８１をアシストする発電電動機９（回転電機）が直列配置されている。また、センターセクション７３１の中間付近には、旋回駆動源としての旋回電動機８３が設置されている。サイドデッキ７３３には、エンジン８１用の燃料タンク８６と、発電電動機９及び旋回電動機８３の駆動電源となる蓄電装置８７（図１のバッテリー１０に相当する）とが搭載されている。

ハイブリッドショベル７の動作を概略的に説明する。油圧ポンプ８２の無負荷又は軽負荷時、発電電動機９はエンジン８１により駆動されて発電機として機能し、発電した電力は蓄電装置８７に蓄電される。一方、油圧ポンプ８２の重負荷時、発電電動機９は蓄電装置８７から電力の供給を受けて電動機として機能し、油圧ポンプ８２の駆動のためにエンジン８１をアシストする。なお、旋回電動機８３は、旋回動作時には蓄電装置８７から電力の供給を受け、旋回制動時には回生電力を蓄電装置８７に蓄電する。

インバータ装置１は、上述の発電電動機９に取り付けられる。図１１（Ａ）は、発電電動機９及びインバータ装置１のレイアウトを示す概略的に示す側面図、図１１（Ｂ）は、その正面図である。発電電動機９は、ロータ及びステータを収容するハウジング９１と、ハウジング９１の一端面に配置されたフランジ９２と、ロータに一体化された回転軸９３とを備える。

インバータ装置１は、ハウジング９１の下面に取り付けられている。図１１（Ａ）では、発電電動機９の軸方向の前後に配置されるエンジン８１と油圧ポンプ８２とを簡略的に描いている。発電電動機９は、このようにエンジン８１と油圧ポンプ８２とに挟まれるレイアウトであるため、インバータ装置１を取り付けることが可能なスペースは、実質的にハウジング９１の下面のスペースしかない。しかも、前後にはエンジン８１及び油圧ポンプ８２が存在するため、インバータ装置１は軸方向に嵩張る構成とすることは出来ない事情がある。

図１２は、発電電動機９へのインバータ装置１の取り付け状態を示す断面図である。本実施形態のインバータ装置１は、インバータ部２及びコンデンサ３の取り付けベースとなる冷却器５が、Ｌ字型に屈曲した構造を備えるため、軸方向のサイズを抑制できている。インバータ装置１は、図２に示す状態を１８０°反転させた態様で、ハウジング９１の下面に、取り付け板９４を用いて取り付けられている。

図１３は、取り付け板９４の平面図、図１４は、取り付け板９４のハウジング９１への装着状態を示す平面図である。取り付け板９４は、固定ネジを挿通させる複数のネジ孔９４１と、電動機ケーブル９ＥＷの通過孔９４２とを有する、剛性を有する板材である。取り付け板９４は、図５に示すカバー６の−Ｚ側水平面６４が取り付けられる面であっても良いし（この場合、水平面６４にネジ孔９４１及び通過孔９４２に相当する孔が穿孔される）、水平面６４に代替するカバー壁面であっても良い。

三相接続用バスバー４３Ｖ（４３Ｕ、４３Ｗ）は、インバータ部２及びコンデンサ３が収容されている第１収容スペースＳ１から第２収容スペースＳ２に引き回されて、その終端部は端子台５５に取り付けられている。第２収容スペースＳ２は、電動機ケーブル９ＥＷの引き回しスペースとして利用されている。電動機ケーブル９ＥＷの終端部は、三相接続用バスバー４３Ｖの終端部に接続されている。

以上の通り、ハイブリッドショベル７において、エンジン８１と油圧ポンプ８２との間に直列配置される発電電動機９においては、エンジン８１が発生する熱に曝される環境にあり、また、インバータ装置の配置スペースが大きく制限される。このような発電電動機９用に本実施形態のインバータ装置１を適用すれば、小型化を達成できるゆえにその組み付けを容易に行うことができ、またインバータ部２及びコンデンサ３の冷却を十分に行わせることができる。

１ インバータ装置
２ インバータ部（スイッチング素子）
３ コンデンサ
４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ バスバー
４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ バスバー
５ 冷却器
５１ 第１平板部
５１Ａ 第１面
５２ 第２平板部
５２Ａ 第２面
５３ 側板部
５３Ａ 第３面
５３Ｂ 背面（露出部）
５４ 流路
６ カバー（ケーシング）
７ ハイブリッドショベル（ハイブリッド建設機械）
８１ エンジン
８２ 油圧ポンプ
９ 発電電動機（他の機器：回転電機）

Claims (8)

1. 直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子と、
   前記直流電圧を平滑化するコンデンサと、
   前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続するバスバーと、
   冷媒を流通させる流路を内部に備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサが取り付けられる冷却器と、
   前記冷却器に取り付けられた前記スイッチング素子及び前記コンデンサを覆い、他の機器に取り付けられるケーシングと、を備え、
   前記冷却器は、第１面と、前記第１面に隣接且つ交差する第２面とを備え、前記第１面には前記スイッチング素子が、前記第２面には前記コンデンサが各々取り付けられ、
   前記バスバーは、前記第１面と前記第２面との境界を跨ぐ経路で、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続している、インバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置において、
   前記第１面と前記第２面とは、互いに直交する面であり、
   前記バスバーは、前記第１面に平行な第１部分と、前記第２面に平行な第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との接続部とを備えるＬ字型形状を有する、インバータ装置。
3. 請求項１又は２に記載のインバータ装置において、
   前記冷却器は、前記ケーシングによって覆われない露出部を有する、インバータ装置。
4. 請求項３に記載のインバータ装置において、
   前記冷却器は、前記第１面を有する第１平板部と、前記第２面を有する第２平板部と、前記第１面と前記第２面とに隣接すると共にこれらと直交する第３面を有する側板部とを含み、
   前記露出部が、前記第１平板部、前記第２平板部及び前記側板部の各背面のうちの少なくとも一つである、インバータ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ装置において、
   前記冷却器の流路は、前記第１面の直下及び前記第２面の直下を経由する一本の流路からなる、インバータ装置。
6. 請求項５に記載のインバータ装置において、
   前記一本の流路における冷媒流通の上流側が前記第２面の直下であり、下流側が前記第１面の直下である、インバータ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のインバータ装置において、
   前記スイッチング素子が生成する前記交流電圧の供給先が回転電機であり、
   前記ケーシングが取り付けられる前記他の機器が、前記回転電機である、インバータ装置。
8. 請求項７に記載のインバータ装置において、
   前記回転電機が、ハイブリッド建設機械に搭載される発電電動機であり、
   前記発電電動機は、前記ハイブリッド建設機械の動力源となるエンジンと、油圧系統を動作させる油圧ポンプとの間に直列配置されるものである、インバータ装置。
   

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