(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール部と、該半導体モジュール部を冷却する冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを積層してなる積層体と、
通電により磁束を発生する筒状のコイルと、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共に上記コイルを内部に埋設してなるコアとを有するリアクトルとを備え、
上記積層体の積層方向の一端側には、上記リアクトルが配置されており、
該リアクトルの上記コイルは、導体線を巻回してなる巻回部と、該巻回部から上記導体線を取り出してなると共にその一部を上記コアから同一方向に突出させた一対の取出部とを有し、
上記積層体の上記各半導体モジュール部には、上記取出部と同じ方向に突出させたパワー端子が複数設けられており、
上記積層体には、上記積層方向に略直線状に並んで配置された複数の上記パワー端子からなる端子列が、上記積層方向と上記取出部の突出方向との双方に直交する直交方向に複数形成されており、
上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記直交方向の両端部に配置され、かつ、それぞれが上記積層体の異なる上記端子列に対して略直線状となるように配置されており、
上記一対の取出部のいずれか一方は、バスバを介して一部の上記半導体モジュール部における所定の上記パワー端子に接続されており、
上記バスバは、上記取出部に接続される取出接続部と、上記パワー端子に接続される端子接続部と、上記取出接続部と上記端子接続部との間をつなぐ連結部とを有し、
該連結部は、上記直交方向における上記複数の端子列の外側を通るように、上記積層方向に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記直交方向の外端位置からの距離が略同じであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記コイルの上記一対の取出部は、上記直交方向において略対向して配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記積層体側の端部に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路を構成する半導体モジュールやその冷却手段等を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置が知られている（特許文献１参照）。
電力変換装置としては、例えば、図６に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９２１と半導体モジュール９２１を冷却する冷媒を流通させる複数の冷却管（冷媒流路）９２２とを積層してなる積層体９２と、通電により磁束を発生する筒状のコイル（図示略）と樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共にコイルを内部に埋設してなるコア９５２とを有するリアクトル９５とを備えた電力変換装置９１がある。
【０００３】
同図に示すごとく、リアクトル９５のコイルは、導体線を巻回してなる巻回部（図示略）と、巻回部から導体線を取り出してなると共にその一部をコア９５２から突出させた一対の取出部９５１とを有する。一対の取出部９５１のうち、一方の取出部９５１は、バスバ９６を介して電力変換回路の昇圧回路の一部を構成する半導体モジュール９２１のパワー端子９２３に接続されている。また、他方の取出部９５１は、バスバ（図示略）を介してコンデンサ等に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構造の電力変換装置９１には、以下のような問題があった。
すなわち、図６に示すごとく、コイルの一対の取出部９５１は、積層体９２の積層方向Ｘと取出部９５１の突出方向との双方に直交する直交方向Ｙの一端側において、互いに近接して配置されている。そのため、図６に示すような右ハンドル仕様の電力変換装置９１に搭載したリアクトル９５を、図７に示すような左右対称の形状、構造を有する左ハンドル仕様の電力変換装置９１に適用した場合、コイルの一対の取出部９５１と積層体９２との位置関係が大きく異なったものとなる。
【０００６】
そのため、コイルの一方の取出部９５１と半導体モジュール９２１のパワー端子９２３との間を接続しているバスバ９６の長さ、形状等を大幅に変更しなければならないという問題が生じる。例えば、図７のように、一方の取出部９５１とその取出部９５１に接続される半導体モジュール９２１のパワー端子９２３との間の距離が長くなれば、バスバ９６を長くしなければならず、これによってコストの増加、発熱の増加等の問題が生じることになる。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、リアクトルの搭載性に優れていると共に、製造工程の簡素化、製造効率の向上を図ることができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール部と、該半導体モジュール部を冷却する冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを積層してなる積層体と、
通電により磁束を発生する筒状のコイルと、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共に上記コイルを内部に埋設してなるコアとを有するリアクトルとを備え、
上記積層体の積層方向の一端側には、上記リアクトルが配置されており、
該リアクトルの上記コイルは、導体線を巻回してなる巻回部と、該巻回部から上記導体線を取り出してなると共にその一部を上記コアから同一方向に突出させた一対の取出部とを有し、
上記積層体の上記各半導体モジュール部には、上記取出部と同じ方向に突出させたパワー端子が複数設けられており、
上記積層体には、上記積層方向に略直線状に並んで配置された複数の上記パワー端子からなる端子列が、上記積層方向と上記取出部の突出方向との双方に直交する直交方向に複数形成されており、
上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記直交方向の両端部に配置され、かつ、それぞれが上記積層体の異なる上記端子列に対して略直線状となるように配置されており、
上記一対の取出部のいずれか一方は、バスバを介して一部の上記半導体モジュール部における所定の上記パワー端子に接続されており、
上記バスバは、上記取出部に接続される取出接続部と、上記パワー端子に接続される端子接続部と、上記取出接続部と上記端子接続部との間をつなぐ連結部とを有し、
該連結部は、上記直交方向における上記複数の端子列の外側を通るように、上記積層方向に形成されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
上記電力変換装置において、積層体の積層方向の一端側には、リアクトルが配置されている。また、リアクトルのコイルは、導体線を巻回してなる巻回部と、該巻回部から導体線を取り出してなると共にその一部をコアから突出させた一対の取出部とを有する。そして、コイルの一対の取出部は、コアの直交方向の両端部に配置されている。
よって、例えば、右ハンドル仕様の電力変換装置に搭載するリアクトルを左右対称の形状、構造を有する左ハンドル仕様の電力変換装置に適用しても、コイルの一対の取出部と積層体との位置関係を大きく変更することなく、リアクトルを搭載することができる。
【００１０】
すなわち、例えば、右ハンドル仕様の電力変換装置に搭載するリアクトルを、その直交方向の向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置に搭載すれば、コイルの一対の取出部は、同様にコアの直交方向の両端部に配置され、コイルの一対の取出部と積層体との位置関係も大きく変更されることがない（後述する実施例の図１、図４参照）。そのため、右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とでバスバの本体部を直交方向における同じ側に配置する場合には、そのバスバの長さ、形状等を大きく変更する必要がない。これにより、従来のようなバスバの長さ、形状等の大幅な変更によるコストの増加、発熱の増加等を抑制することができ、リアクトルの搭載性に優れたものとなる。
【００１１】
また、コイルの一対の取出部は、それぞれが積層体の異なる端子列に対して略直線状となるように配置されている。そのため、積層体の端子列を形成するパワー端子とそれに接続されるバスバ等との溶接及びコイルの取出部とそれに接続されるバスバ等との溶接を積層方向において連続的に行うことができる。これにより、溶接工程を容易かつ効率よく行うことができ、製造工程の簡素化、製造効率の向上を図ることができる。
【００１２】
このように、リアクトルの搭載性に優れていると共に、製造工程の簡素化、製造効率の向上を図ることができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例における、リアクトルを搭載した右ハンドル仕様の電力変換装置を示す説明図。
【図２】実施例における、リアクトルを示す平面図。
【図３】実施例における、リアクトルを示す斜視図。
【図４】実施例における、リアクトルを搭載した左ハンドル仕様の電力変換装置を示す説明図。
【図５】実施例における、別例のリアクトルを示す平面図。
【図６】背景技術における、リアクトルを搭載した右ハンドル仕様の電力変換装置を示す説明図。
【図７】背景技術における、リアクトルを搭載した左ハンドル仕様の電力変換装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記電力変換装置において、上記半導体モジュール部は、半導体素子を内蔵した１又は複数の半導体モジュールにより構成することができる。
また、上記コイルの上記巻回部の外形としては、例えば、円形状、オーバル形状等を採用することができる。
【００１５】
また、上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記直交方向の外端位置からの距離が略同じである構成とすることができる（請求項２）。
この場合には、例えば、右ハンドル仕様の電力変換装置に搭載するリアクトルを、その直交方向の向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置に搭載すれば、コイルの一対の取出部と積層体との位置関係の変更を非常に小さくすることができる。特に、一対の取出部の直交方向における位置を略同じとすることができる。これにより、リアクトルの搭載性をさらに高めることができる。
【００１６】
また、上記コイルの上記一対の取出部は、上記直交方向において略対向して配置されている構成とすることができる（請求項３）。
この場合には、例えば、右ハンドル仕様の電力変換装置に搭載するリアクトルを、その直交方向の向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置に搭載すれば、コイルの一対の取出部と積層体との位置関係の変更を非常に小さくすることができる。特に、一対の取出部の積層方向における位置を略同じとすることができる。これにより、リアクトルの搭載性をさらに高めることができる。
なお、上記直交方向において略対向した位置とは、直交方向に対向する位置又は直交方向に近い方向において対向する位置（直交方向に対向する位置に近接する位置）をいう。
【００１７】
また、上記コイルの上記一対の取出部は、上記コアの上記積層体側の端部に配置されている構成とすることができる（請求項４）。
この場合には、コイルの一方の取出部とその取出部がバスバを介して接続される積層体の半導体モジュール部のパワー端子との間の距離を短くすることができる。これにより、バスバの長さを短くすることができ、バスバの発熱を抑制することができる。
なお、上記コアの積層体側の端部とは、コアにおける積層方向の中間位置よりも積層体側の部分をいう。
【実施例】
【００１８】
電力変換装置に係る実施例について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール部２０と、半導体モジュール部２０を冷却する冷媒を流通させる複数の冷却管（冷媒流路）２２とを積層してなる積層体２と、通電により磁束を発生する筒状のコイル５１と、樹脂に磁性粉末を混合した磁性粉末混合樹脂からなると共にコイル５１を内部に埋設してなるコア５２とを有するリアクトル５とを備えている。
【００１９】
積層体２の積層方向Ｘの一端側には、リアクトル５が配置されている。リアクトル５のコイル５１は、導体線５１０を巻回してなる巻回部５１１と、巻回部５１１から導体線５１０を取り出してなると共にその一部をコア５２から同一方向に突出させた一対の取出部５１２とを有する。
積層体２の各半導体モジュール部２０には、取出部５１２と同じ方向に突出させたパワー端子２１１が複数設けられている。積層体２には、積層方向Ｘに略直線状に並んで配置された複数のパワー端子２１１からなる端子列２９が、積層方向Ｘと取出部５１２の突出方向との双方に直交する直交方向Ｙに複数形成されている。
【００２０】
コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの両端部に配置され、かつ、それぞれが積層体２の異なる端子列２９に対して略直線状となるように配置されている。一対の取出部５１２のいずれか一方は、バスバ６を介して一部の半導体モジュール部２０における所定のパワー端子２１１に接続されている。
バスバ６は、取出部５１２に接続される取出接続部６１と、パワー端子２１１に接続される端子接続部６２と、取出接続部６１と端子接続部６２との間をつなぐ連結部６３とを有する。連結部６３は、直交方向Ｙにおける複数の端子列２９の外側を通るように、積層方向Ｘに形成されている
以下、これを詳説する。
【００２１】
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電力と交流電力との間で電力変換を行うものであり、右ハンドル仕様のものである。
電力変換装置１において、積層体２は、複数の半導体モジュール部２０と複数の冷却管２２とを交互に積層してなる。
各半導体モジュール部２０は、２個の半導体モジュール２１からなり、積層方向Ｘの両側から冷却管２２によって挟持されている。また、半導体モジュール２１は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子やＦＷＤ等のダイオードを内蔵している（図示略）。
【００２２】
複数の冷却管２２は、その長手方向（直交方向Ｙ）の両端部において、隣り合う冷却管２２同士が変形可能な連結管２３によって連結されている。また、積層方向Ｘの前端に配設された冷却管２２の両端部には、外部から冷媒を導入する冷媒導入管２４と、外部に冷媒を排出する冷媒排出管２５とが連結されている。冷媒導入管２４及び冷媒排出管２５は、その一部をフレーム４の外側に突出させている。
【００２３】
冷媒導入管２４から導入された冷媒は、冷媒導入管２４側の連結管２３を適宜通り、各冷却管２２に分配されると共にその長手方向（直交方向Ｙ）に流通する。そして、冷媒は、各冷却管２２を流れる間に、半導体モジュール２１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出管２５側の連結管２３を適宜通り、冷媒排出管２５から排出される。
【００２４】
なお、冷却管２２等に流通させる冷媒としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
【００２５】
また、同図に示すごとく、積層体２の各半導体モジュール部２０には、後述するリアクトル５のコイル５１の取出部５１２と同じ方向に突出させた４つのパワー端子２１１（２１１ａ〜２１１ｄ）が設けられている。
また、積層体２には、積層方向Ｘに略直線状に並んで配置された複数のパワー端子２１１（２１１ａ〜２１１ｄ）からなる４つの端子列２９（２９ａ〜２９ｄ）が直交方向Ｙに並んで形成されている。
【００２６】
また、積層体２の一端側には、リアクトル５が配置されている。積層体２の一端は、リアクトル１のケース５４に当接している。
また、積層体２の他端側には、平板状の板ばねである弾性部材３１と、弾性部材３１を支承する一対の支承ピン３２と、弾性部材３１と積層体２との間に配置された当接プレート３３とからなる加圧部材３が配設されている。一対の支承ピン３２は、弾性部材３１の両端部と後述するフレーム４との間に配置されている。
【００２７】
また、積層体２、加圧部材３及びリアクトル５は、積層体２を四方から囲むように形成されたフレーム４の内側に収容されている。
また、加圧部材３の弾性部材３１は、積層体２に当接している当接プレート３３と支承ピン３２との間において、積層方向Ｘに弾性変形した状態で挟持されている。また、弾性部材３１は、当接プレート３３を介して積層体２を押圧している。これにより、積層体２は、弾性部材３１の付勢力によって積層方向Ｘに加圧（圧縮）された状態で、フレーム４内に保持されている。
【００２８】
図２、図３に示すごとく、リアクトル５は、通電により磁束を発生するコイル５１と、コイル５１への通電によって発生した磁束の磁路を構成するコア５２とを備えている。
コイル５１は、銅線からなる導体線５１０を螺旋状に巻回してなる円筒状の巻回部５１１と、巻回部５１１から導体線５１０を取り出してなる一対の取出部５１２とを有する。巻回部５１１の外形は、オーバル形状である。また、コイル５１は、コア５２の内部に埋設されており、一対の取出部５１２の一部をコア５２から同一方向に突出させている。
コア５２は、絶縁樹脂としてのエポキシ樹脂に磁性粉末としての鉄粉を混合した磁性粉末混合樹脂からなる。コア５２は、コイル５１全体を覆うように配設されている。
【００２９】
同図に示すごとく、コイル５１の内周側には、コイル５１及びコア５２に発生した熱を伝達して放熱すると共に、リアクトル５を固定するための円柱状の中芯部材５３が配設されている。
コイル５１、コア５２及び中芯部材５３は、有底箱型形状のケース５４の内側に収容されている。ケース５４には、中芯部材５３が固定されている。また、ケース５４の開口部５４１は、図示を省略したが、板状の蓋部によって塞がれている。
【００３０】
図１に示すごとく、コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの両端部に配置されている。
図２に示すごとく、一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの外端位置Ａからの距離が同じである。本例では、一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの外端位置Ａ、すなわちコア５２の直交方向Ｙの両端面５２１、５２２からの距離Ｌ１、Ｌ２が同じである。
【００３１】
図１に示すごとく、コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の積層体２側の端部に配置されている。すなわち、コア５２における積層方向Ｘの中間位置よりも積層体２側の部分に配置されている。
また、一対の取出部５１２は、それぞれが積層体２の異なる端子列２９（２９ａ〜２９ｄ）に対して直線状となるように配置されている。本例では、一方の取出部５１２は、端子列２９ａに対して直線状に配置されている。また、他方の取出部５１２は、端子列２９ｄに対して直線状となるように配置されている。
【００３２】
同図に示すごとく、コイル５１の一対の取出部５１２のうち、一方の取出部５１２は、バスバ６を介して電力変換回路の昇圧回路を構成する一部の半導体モジュール部２０（半導体モジュール２１）のパワー端子２１１ａ、２１１ｄに接続されている。
また、他方の取出部５１２は、バスバ（図示略）を介してコンデンサ等に接続されている。
【００３３】
バスバ６は、リアクトル５のコイル５１の一方の取出部５１２に接続される取出接続部６１と、一部の半導体モジュール部２０（半導体モジュール２１）のパワー端子２１１に接続される端子接続部６２と、取出接続部６１と端子接続部６２との間をつなぐ連結部６３とを有する。
連結部６３は、直交方向Ｙにおける複数の端子列２９の外側を通るように、積層方向Ｘに形成されている。また、取出接続部６１及び端子接続部６２は、連結部６３の積層方向Ｘの両端部から直交方向Ｙに形成されている。
【００３４】
次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、積層体２の積層方向Ｘの一端側には、リアクトル５が配置されている。また、リアクトル５のコイル５１は、導体線５１０を巻回してなる巻回部５１１と、巻回部５１１から導体線５１０を取り出してなると共にその一部をコア５２から突出させた一対の取出部５１２とを有する。そして、コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの両端部に配置されている。
よって、右ハンドル仕様の電力変換装置１（図１）に搭載するリアクトル５を、図４に示すごとく、左右対称の形状、構造を有する左ハンドル仕様の電力変換装置１に適用しても、コイル５１の一対の取出部５１２と積層体２との位置関係を大きく変更することなく、リアクトル５を搭載することができる。
【００３５】
すなわち、右ハンドル仕様の電力変換装置１（図１）に搭載するリアクトル５を、図４に示すごとく、その直交方向Ｙの向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置１に搭載すれば、コイル５１の一対の取出部５１２は、同様にコア５２の直交方向Ｙの両端部に配置され、コイル５１の一対の取出部５１２と積層体２との位置関係も大きく変更されることがない。そのため、右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とでバスバ６の連結部６３を直交方向Ｙにおける同じ側に配置する場合には、そのバスバ６の長さ、形状等を大きく変更する必要がない。これにより、従来のようなバスバ６の長さ、形状等の大幅な変更によるコストの増加、発熱の増加等を抑制することができ、リアクトル５の搭載性に優れたものとなる。
【００３６】
また、コイル５の一対の取出部５１２は、それぞれが積層体２の異なる端子列２９に対して略直線状となるように配置されている。そのため、積層体２の端子列２９を形成するパワー端子２１１とそれに接続されるバスバ（バスバ６を含む）等との溶接及びコイル５１の取出部５１２とそれに接続されるバスバ（バスバ６を含む）等との溶接を積層方向Ｘにおいて連続的に行うことができる。これにより、溶接工程を容易かつ効率よく行うことができ、製造工程の簡素化、製造効率の向上を図ることができる。
【００３７】
また、本例では、コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の直交方向Ｙの外端位置Ａからの距離Ｌ１、Ｌ２が同じである。そのため、右ハンドル仕様の電力変換装置１（図１）に搭載するリアクトル５を、図４に示すごとく、その直交方向Ｙの向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置１に搭載すれば、コイル５の一対の取出部５１２と積層体２との位置関係の変更を非常に小さくすることができる。特に、一対の取出部５１２の直交方向Ｙにおける位置を同じとすることができる。これにより、リアクトル５の搭載性をさらに高めることができる。
【００３８】
また、コイル５１の一対の取出部５１２は、コア５２の積層体２側の端部に配置されている。そのため、コイル５１の一方の取出部５１２とその取出部５１２がバスバ６を介して接続される積層体２の半導体モジュール部２０（半導体モジュール２１）のパワー端子２１１との間の距離を短くすることができる。これにより、バスバ６（連結部６３）の長さを短くすることができ、バスバ６の発熱を抑制することができる。
【００３９】
このように、本例によれば、リアクトル５の搭載性に優れていると共に、製造工程の簡素化、製造効率の向上を図ることができる電力変換装置１を提供することができる。
【００４０】
また、本例において、リアクトル５におけるコイル５１の一対の取出部５１２は、図１、図２に示すごとく、積層方向Ｘにおいて少しずれた位置に配置されているが、図５に示すごとく、直交方向Ｙにおいて対向して配置することもできる。
この場合には、例えば、右ハンドル仕様の電力変換装置１（図１）に搭載するリアクトル５を、その直交方向Ｙの向きを反対にして左ハンドル仕様の電力変換装置１（図４）に搭載すれば、コイル５の一対の取出部５１２と積層体２との位置関係の変更を非常に小さくすることができる。特に、一対の取出部５１２の積層方向Ｘにおける位置を同じとすることができる。これにより、リアクトル５の搭載性をさらに高めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電力変換装置
２  積層体
２０  半導体モジュール部
２１１  パワー端子
２２  冷却管（冷媒流路）
２９  端子列
５  リアクトル
５１  コイル
５１１  巻回部
５１２  取出部
５２  コア
６  バスバ
６１  取出接続部
６２  端子接続部
６３  連結部
Ｘ  積層方向
Ｙ  直交方向
【図１】
0005626158.tif 000002
【図２】
0005626158.tif 000003
【図３】
0005626158.tif 000004
【図４】
0005626158.tif 000005
【図５】
0005626158.tif 000006
【図６】
0005626158.tif 000007
【図７】
0005626158.tif 000008