(57)【要約】【課題】ホイール内蔵型電力変換装置の小型化を実現する。【解決手段】  ホイール内蔵型電力変換装置１は、シャフトの収納空間を形成するシャフト収納部２０と、半導体正極端子３１及び半導体負極端子３２をそれぞれ有する複数の半導体回路部３０と、半導体回路部３０と接続され、かつシャフト収納部２０を有するバスバー１０と、バスバー１０と繋がる複数のコンデンサ端子４１を有する平滑コンデンサ４０と、を備える。複数のコンデンサ端子４１のうち、シャフト収納部２０から最も遠い位置にそれぞれ配置された第１コンデンサ端子と第２コンデンサ端子を結んだ線分の直角方向からバスバー１０の面方向に沿って複数の半導体回路部３０を見た場合、半導体正極端子３１と半導体負極端子３２の一方または双方が、この線分とそれぞれ重なる位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの収納空間を形成するシャフト収納部と、
３相交流電力の各相に対応して設けられ、正極端子及び負極端子をそれぞれ有する複数の半導体回路部と、
前記半導体回路部と接続され、かつ前記シャフト収納部を有するバスバーと、
前記バスバーと繋がる複数のコンデンサ端子を有する平滑コンデンサと、を備え、
前記シャフトに沿った方向から前記バスバーを見た場合、前記複数の半導体回路部は、前記シャフト収納部に外接する四角形の２辺以上を囲むようにそれぞれ配置され、
前記複数のコンデンサ端子は、前記シャフト収納部から最も遠い位置にそれぞれ配置された第１コンデンサ端子及び第２コンデンサ端子を含み、
前記第１コンデンサ端子と前記第２コンデンサ端子を結んだ線分の直角方向から前記バスバーの面方向に沿って前記複数の半導体回路部を見た場合、前記正極端子と前記負極端子の一方または双方が、前記線分とそれぞれ重なる位置に配置されているホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記バスバーは、バッテリと接続されて前記バッテリからの直流電力を伝達する電源端子を備え、
前記電源端子は、前記複数のコンデンサ端子を境に前記シャフト収納部とは反対側に配置されるホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記平滑コンデンサは、複数の基板と、前記複数の基板に配置された複数のセラミックコンデンサと、により構成されるホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記複数のセラミックコンデンサは、前記基板の第１面と当該第１面とは反対側の第２面の両方に分けて配置されるホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項５】
請求項３に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記複数の基板は、前記シャフト収納部に対して最も遠くに配置される第１基板と、当該第１基板よりも当該シャフト収納部に近い位置に配置される第２基板と、を有し、
前記第２基板は、前記第１基板よりも周方向において大きく形成されるホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項６】
請求項３に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記複数の基板は、前記シャフト収納部に対して最も遠くに配置される第１基板と、当該第１基板よりも当該シャフト収納部に近い位置にそれぞれ配置される複数の第２基板と、を有し、
前記複数の第２基板を周方向に並べた大きさは、前記第１基板よりも大きいホイール内蔵型電力変換装置。
【請求項７】
請求項３に記載のホイール内蔵型電力変換装置であって、
前記複数の基板のそれぞれは、前記バスバーに接続される基板正極端子と基板負極端子を２対以上有するホイール内蔵型電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイール内蔵型電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の電気駆動システムは、車室空間拡大のためにホイール内への搭載が望まれる。そのため、電力変換装置内の平滑コンデンサを大幅に削減することで小型化を実現し、ホイール内に搭載する技術が求められている。
【０００３】
本願発明の背景技術として、下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、パワーモジュールと対応するｎ個の平滑コンデンサが、ヒートシンク上にパワーモジュールと同一平面上で、かつ、各パワーモジュールの間、及び一端側に位置するパワーモジュールと隣接する個所にそれぞれ分散して配置されているインバータが記載されている。これにより、スイッチング時の電圧変動に関する回路ループを小さくし、インダクタンスを抑えることで、搭載する平滑コンデンサの容量を小さくし、小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２６０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、パワーモジュールと平滑コンデンサが隣接して配置されるため、パワーモジュールで発生した損失により、平滑コンデンサが加熱される恐れがある。これを避けるためには、平滑コンデンサとパワーモジュールの間隔を空けて配置する必要があり、小型化への制限が生じることが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるホイール内蔵型電力変換装置は、シャフトの収納空間を形成するシャフト収納部と、３相交流電力の各相に対応して設けられ、正極端子及び負極端子をそれぞれ有する複数の半導体回路部と、前記半導体回路部と接続され、かつ前記シャフト収納部を有するバスバーと、前記バスバーと繋がる複数のコンデンサ端子を有する平滑コンデンサと、を備え、前記シャフトに沿った方向から前記バスバーを見た場合、前記複数の半導体回路部は、前記シャフト収納部に外接する四角形の２辺以上を囲むようにそれぞれ配置され、前記複数のコンデンサ端子は、前記シャフト収納部から最も遠い位置にそれぞれ配置された第１コンデンサ端子及び第２コンデンサ端子を含み、前記第１コンデンサ端子と前記第２コンデンサ端子を結んだ線分の直角方向から、前記バスバーの面方向に沿って前記複数の半導体回路部を見た場合、前記正極端子と前記負極端子の一方または双方が、前記線分とそれぞれ重なる位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ホイール内蔵型電力変換装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電子部品の配置を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバスバーの概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る平滑コンデンサの概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る回路モジュールの概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置の回路図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電流経路例の概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（ホイール内蔵型電力変換装置の構造、および第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置１（以下、単に電力変換装置１と称する）を示す概略図である。図１に示すように、電力変換装置１は、バスバー１０、シャフト収納部２０、複数の半導体回路部３０、複数の平滑コンデンサ４０、電源端子５０を備えて構成される。
【００１０】
バスバー１０は、シャフト収納部２０、半導体回路部３０、電源端子５０を有し、円形状の構造を有する。また、バスバー１０は、バスバー１０上に複数の平滑コンデンサ４０を備える。
【００１１】
シャフト収納部２０は、図示していないシャフトが貫通する。このシャフトは、電力変換装置１と同様に車両のホイールに内蔵されており、電力変換装置１からの電力供給を受けて回転駆動する、不図示のホイール内蔵電動機の回転軸である。
【００１２】
半導体回路部３０は、後述する回路モジュール６０と電気的に接続するための半導体正極端子３１と半導体負極端子３２を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して分かれて配置されている。各相の半導体回路部３０のそれぞれが回路モジュール６０と組み合わされ、電気的に接続される。なお、回路モジュール６０は、電源端子５０に接続されている図示していないバッテリからの直流電力を、バスバー１０を介して受け、モータに出力する３相交流電力に変換する。
【００１３】
また、半導体回路部３０は、図示していない冷媒流路によって囲まれている。冷媒流路は、水（クーラント）や油などの冷媒で満たされている。冷媒は、図示していないポンプによって循環されており、冷媒の温度が半導体回路部３０よりも低くなるように、図示していないラジエターなどで冷却される。
【００１４】
平滑コンデンサ４０は、複数のコンデンサ基板４３と、複数のコンデンサ基板４３上にそれぞれ配置された複数のセラミックコンデンサ４２と、複数のコンデンサ端子４１と、により構成される。コンデンサ端子４１は、それぞれがバスバー１０に接続される基板正極端子４１３と基板負極端子４１４を、２対以上備えている。そうすることで、コンデンサ端子１個あたりのインダクタンスが低下する。また、この構成により、円形状のバスバー１０において平滑コンデンサ４０のレイアウトの自由度が向上する。
【００１５】
電源端子５０は、正極電源端子５１と負極電源端子５２を有する。電源端子５０は図示していないバッテリに接続されており、バッテリからは電動機の駆動に必要な電気エネルギーが供給される。
【００１６】
図２は、電力変換装置１の小型化の要点に係る電子部品の配置を示す概略図である。コンデンサ基板４３は、シャフト収納部２０に対して最も遠くに配置されるコンデンサ第１基板４３１と、コンデンサ第１基板４３１よりもシャフト収納部２０に近い位置に配置される複数のコンデンサ第２基板４３２とを含む。コンデンサ第２基板４３２は、コンデンサ第１基板４３１よりも周方向に複数配置されており、これら複数のコンデンサ第２基板４３２を周方向に並べた大きさは、コンデンサ第１基板４３１よりも大きい。そうすることで、平滑コンデンサ４０をバスバー１０の円端側に詰めて配置することができ、電力変換装置１を小型化できる。なお、複数のコンデンサ第２基板４３２を１つの基板にまとめ、これをコンデンサ第１基板４３１よりも周方向において大きくなるように形成してもよい。このようにしても、上記と同様に電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００１７】
ここで、平滑コンデンサ４０の複数のコンデンサ端子４１に含まれる基板正極端子４１３のうち、シャフト収納部２０から最も遠い位置にそれぞれ配置された一対のコンデンサ端子４１を、第１コンデンサ端子４１１および第２コンデンサ端子４１２と定義する。また、第１コンデンサ端子４１１と第２コンデンサ端子４１２を結んで、図示太線の線分４１５を定義する。この線分４１５からシャフト収納部２０を直角方向に見た場合、各相の半導体回路部３０の半導体正極端子３１および半導体負極端子３２の一方、または、双方が線分４１５と重なる。この線分の直角方向と重なる部分を端子配置領域１６とする。また、半導体回路部３０に対して、平滑コンデンサ４０は離されて配置される。これにより、各相の半導体回路部３０の半導体正極端子３１および半導体負極端子３２と、複数のコンデンサ端子４１を有した複数のコンデンサ基板４３との間において、電流経路が複数確保できる。
【００１８】
図２に示した四角形２１は、シャフト収納部２０に外接する四角形の一例である。この四角形２１は、線分４１５と平行な一対の辺を有する。四角形２１の２辺以上を囲む形で、半導体回路部３０が配置される。なお、シャフト収納部２０に外接する四角形は、図２の四角形２１以外にも定義できるが、いずれの四角形についても、その四角形の２辺以上を囲む形で半導体回路部３０が配置されることは明らかである。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係るバスバー１０を示す概略図であり、複数の平滑コンデンサ４０を除いた図である。上の図が正面図で、下の図が平面図である。バスバー１０は、バスバー正極層１１と、バスバー負極層１２と、絶縁層１３と、によって構成される。バスバー正極層１１は、バスバーの最表面に位置し、銅材で構成される。バスバー負極層１２はバスバー正極層１１とは反対の最表面に位置し、銅材で構成される。絶縁層１３は、バスバー正極層１１とバスバー負極層１２にはさまれる形で間に位置し、エポキシ樹脂や紙などの絶縁材で構成される。
【００２０】
バスバー正極端子１４は、バスバー正極層１１に位置し、基板正極端子４１３が接続される。バスバー負極端子１５は、バスバー負極層１２に位置し、基板負極端子４１４が接続される。正極電源端子５１は、バスバー正極層１１に位置し、負極電源端子５２は、バスバー負極層１２に位置する。
【００２１】
バスバー１０は、第１バスバー領域１７と、第２バスバー領域１８と、により構成される。第１バスバー領域１７は、シャフト収納部２０の中心から所定の第１半径で円形を作った中に形成される領域である。第２バスバー領域１８は、第１半径より大きい所定の第２半径の中にあり、第１半径を除いた領域である。電力変換装置１の小型化を目指し、第１バスバー領域１７のみでバスバー１０を構成し、全部品を配置すると、複数の半導体回路部３０と複数の平滑コンデンサ４０が近距離になる。この場合、半導体回路部３０と接続される回路モジュール６０が有するパワーモジュールで発生した損失により、複数の平滑コンデンサ４０が加熱される恐れがある。そのため、第２バスバー領域１８を設け、複数の平滑コンデンサ４０を円端側に詰めて配置することができるようにした。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態に係る平滑コンデンサ４０を示す概略図である。平滑コンデンサ４０は、コンデンサ基板４３と、コンデンサ基板４３に配置された複数のセラミックコンデンサ４２と、基板正極端子４１３と、基板負極端子４１４と、により構成される。また、コンデンサ基板４３は、第１面４３３とその反対側の第２面４３４を有し、セラミックコンデンサ４２は、第１面、第２面の両方に配置される。そうすることで、コンデンサ基板４３における１枚あたりのセラミックコンデンサ４２の実装数を増加でき、バスバー１０上の平滑コンデンサ４０の面積を減らすことができるので、電力変換装置１を小型化できる。
【００２３】
図５は、本発明の実施形態に係る回路モジュール６０を示す概略図である。回路モジュール６０は、回路モジュール正極端子６１と、回路モジュール負極端子６２と、回路モジュール出力端子６３と、によって構成される。回路モジュール正極端子６１は、半導体回路部３０の半導体正極端子３１と、回路モジュール負極端子６２は半導体負極端子３２とに、それぞれ接続される。これにより、バッテリからの電動機の駆動に必要な電気エネルギーは回路モジュール６０に供給される。
【００２４】
図６は、本発明の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置の回路図である。バスバー正極層１１に位置しているバスバー正極端子１４の側に半導体正極端子３１があり、バスバー負極層１２に位置しているバスバー負極端子１５の側に半導体負極端子３２がある。回路モジュール６０は、上下アームに一対の半導体モジュール６４を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して分かれる。また、回路モジュール正極端子６１は半導体回路部３０の半導体正極端子３１と、回路モジュール負極端子６２は半導体負極端子３２とに、それぞれ電気的に接続される。
【００２５】
正極電源端子５１と負極電源端子５２は、図示していないバッテリから電動機の駆動に必要なエネルギーを引き込む。電力変換装置１は、バッテリから引き込んだ電気エネルギーを、半導体回路部３０の半導体正極端子３１と半導体負極端子３２、かつ、回路モジュール正極端子６１と回路モジュール負極端子６２を介して回路モジュール６０に供給する。そして、回路モジュール６０に備わる半導体モジュール６４により、回路モジュール出力端子６３から出力される交流電力を制御する。
【００２６】
図７は、本発明の実施形態に係る電流経路例を示す概略図である。図７に示されている矢印は、電流経路例７０である。バスバー１０上において、各相の半導体回路部３０と、複数のコンデンサ基板４３と複数のコンデンサ基板４３に配置された複数のコンデンサ端子４１とで構成される平滑コンデンサ４０と、がシャフト収納部２０に対して周方向に分散して配置されることで、各相の半導体回路部３０から出る電流経路を全体的に短縮化もしくは複数確保できる。
【００２７】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００２８】
（１）ホイール内蔵型電力変換装置１は、シャフトの収納空間を形成するシャフト収納部２０と、３相交流電力の各相に対応して設けられ、半導体正極端子３１及び半導体負極端子３２をそれぞれ有する複数の半導体回路部３０と、半導体回路部３０と接続され、かつシャフト収納部２０を有するバスバー１０と、バスバー１０と繋がる複数のコンデンサ端子４１を有する平滑コンデンサ４０と、を備える。シャフトに沿った方向からバスバー１０を見た場合、複数の半導体回路部３０は、シャフト収納部２０に外接する四角形の２辺以上を囲むようにそれぞれ配置される。複数のコンデンサ端子４１は、シャフト収納部２０から最も遠い位置にそれぞれ配置された第１コンデンサ端子４１１及び第２コンデンサ端子４１２を含む。第１コンデンサ端子４１１と第２コンデンサ端子４１２を結んだ線分４１５の直角方向からバスバー１０の面方向に沿って複数の半導体回路部３０を見た場合、半導体正極端子３１と半導体負極端子３２の一方または双方が、線分４１５とそれぞれ重なる位置に配置されている。このようにしたので、ホイール内蔵型電力変換装置１は、小型化が実現できる。
【００２９】
（２）平滑コンデンサ４０は、複数のコンデンサ基板４３と、複数のコンデンサ基板４３に配置された複数のセラミックコンデンサ４２と、により構成される。これにより、平滑コンデンサ４０のレイアウトの自由度が向上するため、ホイール内蔵型電力変換装置１のさらなる小型化が実現できる。
【００３０】
（３）複数のセラミックコンデンサ４２は、コンデンサ基板４３の第１面４３３と第１面４３３とは反対側の第２面４３４の両方に分けて配置される。これにより、バスバー１０上の平滑コンデンサ４０の面積を減らすことができるので、ホイール内蔵型電力変換装置１のさらなる小型化が実現できる。
【００３１】
（４）複数のコンデンサ基板４３は、シャフト収納部２０に対して最も遠くに配置される第１基板４３１と、第１基板４３１よりもシャフト収納部２０に近い位置に配置される複数の第２基板４３２と、を有し、複数の第２基板４３２を周方向に並べた大きさは、第１基板４３１よりも大きい。これにより、平滑コンデンサ４０をバスバー１０の円端側に詰めて配置することができるので、ホイール内蔵型電力変換装置１のさらなる小型化が実現できる。
【００３２】
（５）複数のコンデンサ基板４３のそれぞれは、バスバー１０に接続される基板正極端子４１３と基板負極端子４１４を２対以上有する。これにより、端子１個あたりのインダクタンスを低下できるので、平滑コンデンサ４０の発熱を抑制し、ホイール内蔵型電力変換装置１のさらなる小型化が実現できる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るホイール内蔵型電力変換装置を示す概略図である。電源端子５０Ａは、正極電源端子５１Ａと負極電源端子５２Ａを有し、平滑コンデンサ４０を境にシャフト収納部２０が配置された側とは反対側に配置される。図８において、電源端子５０Ａ、正極電源端子５１Ａ、負極電源端子５２Ａ以外は、前述した第１の実施形態と同じ様相である。
【００３４】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００３５】
ホイール内蔵型電力変換装置上のバスバー１０は、バッテリと接続されてバッテリからの直流電力を伝達する電源端子５０Ａを備え、電源端子５０Ａは、複数のコンデンサ端子４１を境にシャフト収納部２０とは反対側に配置される。これによって、電源端子５０Ａと平滑コンデンサ４０における各コンデンサ端子４１との電流経路が均一化され、インダクタンスが抑制される。
【００３６】
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１      ホイール内蔵型電力変換装置
１０    バスバー
１１    バスバー正極層
１２    バスバー負極層
１３    絶縁層
１４    バスバー正極端子
１５    バスバー負極端子
１６    端子配置領域
１７    第1バスバー領域
１８    第２バスバー領域
２０    シャフト収納部
２１    四角形
３０    半導体回路部
３１    半導体正極端子
３２    半導体負極端子
４０    平滑コンデンサ
４１    コンデンサ端子
４１１    第1コンデンサ端子
４１２    第２コンデンサ端子
４１３    基板正極端子
４１４    基板負極端子
４１５    線分
４２    セラミックコンデンサ
４３    コンデンサ基板
４３１    コンデンサ第１基板
４３２    コンデンサ第２基板
４３３    第１面
４３４    第２面
５０、５０Ａ    電源端子
５１、５１Ａ    正極電源端子
５２、５２Ａ    負極電源端子
６０    回路モジュール
６１    回路モジュール正極端子
６２    回路モジュール負極端子
６３    回路モジュール出力端子
６４    半導体モジュール
７０    電流経路例
【図１】
2020205703.tif 000003
【図２】
2020205703.tif 000004
【図３】
2020205703.tif 000005
【図４】
2020205703.tif 000006
【図５】
2020205703.tif 000007
【図６】
2020205703.tif 000008
【図７】
2020205703.tif 000009
【図８】
2020205703.tif 000010