(57)【要約】【課題】    電力変換装置の大型化の抑制を図りながら冷却性能の更なる向上させることである。【解決手段】  本発明に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、冷媒が流れる流路を形成する流路形成体と、前記流路形成体と接続される筐体と、前記筐体に接触している絶縁部材と、を備え、前記平滑コンデンサは、コンデンサセルと、当該コンデンサセルと接続される導体部と、当該コンデンサセルと当該導体部を収納するケースと、を有し、前記平滑コンデンサは、前記インバータ回路部の側部であって前記筐体に配置され、前記ケースは、前記導体部が突出する部分を有する面を前記筐体に向かい合わせ、前記導体部は、前記インバータ回路部まで延在されて当該インバータ回路部に接続され、かつ延在される途中において前記絶縁部材に接触する。【選択図】図６
2018121457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
冷媒が流れる流路を形成する流路形成体と、
前記流路形成体と接続される筐体と、
前記筐体に接触している絶縁部材と、を備え、
前記平滑コンデンサは、コンデンサセルと、当該コンデンサセルと接続される導体部と、当該コンデンサセルと当該導体部を収納するケースと、を有し、
前記平滑コンデンサは、前記インバータ回路部の側部であって前記筐体に配置され、
前記ケースは、前記導体部が突出する部分を有する面を前記筐体に向かい合わせ、
前記導体部は、前記インバータ回路部まで延在されて当該インバータ回路部に接続され、かつ延在される途中において前記絶縁部材に接触する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記インバータ回路部を駆動する駆動基板を備え、
前記駆動基板は、前記平滑コンデンサを挟んで、前記絶縁部材が配置された前記筐体の面と対向する位置に配置される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記導体部において、前記絶縁部材に接触する部分から前記コンデンサセルまでの距離は、前記絶縁部材に接触する部分から前記インバータ回路部までの距離より小さい電力変換装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載された電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記筐体と一体に形成される電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に車両の駆動力を発生させる回転電機を制御する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が普及することに伴い、ハイブリッド自動車等自体の小型化や乗車スペースの大型化が求められ、ハイブリッド自動車等の搭載部品の小型化及び集積化が求められる。
【０００３】
特許文献１には、内部に収納空間を形成した筐体と、前記収納空間に載置されたコンデンサモジュールと、前記コンデンサモジュールに接続され前記筐体に設けられた直流ターミナルと、前記コンデンサモジュールと電気的に接続されたインバータ回路部と、前記インバータ回路部に接続され前記筐体に設けられた交流ターミナルと、前記交流ターミナルと前記インバータ回路部とを接続する交流接続バスバーとを備えた電力変換装置を開示する。そして、コンデンサモジュールのコンデンサ端子と筐体を冷却ボードによって熱的に接続していた。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド自動車等の搭載部品の大型化の抑制を図りながら冷却性能の更なる向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２７２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、電力変換装置の大型化の抑制を図りながら冷却性能の更なる向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路部と、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、冷媒が流れる流路を形成する流路形成体と、前記流路形成体と接続される筐体と、前記筐体に接触している絶縁部材と、を備え、前記平滑コンデンサは、コンデンサセルと、当該コンデンサセルと接続される導体部と、当該コンデンサセルと当該導体部を収納するケースと、を有し、前記平滑コンデンサは、前記インバータ回路部の側部であって前記筐体に配置され、前記ケースは、前記導体部が突出する部分を有する面を前記筐体に向かい合わせ、前記導体部は、前記インバータ回路部まで延在されて当該インバータ回路部に接続され、かつ延在される途中において前記絶縁部材に接触する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力変換装置の大型化の抑制を図りながら冷却性能の更なる向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。
【図２】図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。
【図３】本実施形態に係る電力変換装置２００の外部構成を示す外観斜視図である。
【図４】図３に示された電力変換装置２００の分解斜視図である。
【図５】上部カバー３０を外した電力変換装置２００の上面図である。
【図６】図５のＡＡ平面を通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【図７】平滑コンデンサ５００の外観斜視図である。
【図８】平滑コンデンサ５００の展開斜視図である。
【図９】図５のＢＢ平面を通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。
【００１２】
電力変換装置２００は、内部に平滑コンデンサ５００とインバータ回路部１４０とドライバ回路１７４と制御回路部１７２によって構成する。バッテリ１３６は、車両の走行に必要な電気エネルギーを蓄えることによって、電力変換装置２００に直流電力を供給する。
【００１３】
直流コネクタ１３８は、バッテリ１３６の直流電力を電力変換装置２００に入力するために使用されるコネクタである。平滑コンデンサ５００は、バッテリ１３６からの直流電力を平滑することによって安定してインバータ回路部供給する。
【００１４】
インバータ回路部１４０は、制御回路部１７２より指令を受け駆動するドライバ回路１７４によって動作し、直流を変換し３相交流を出力する。
【００１５】
制御用コネクタ２１は、図示しない上位の制御装置から電力変換装置２００内に信号を入力する。制御回路部１７２は、制御用コネクタ２１より受けた指令を処理し、ドライバ回路１７４に駆動信号を送信する。
【００１６】
ドライバ回路１７４は、制御回路部１７２からの信号によってインバータ回路部１４０を駆動する。交流端子１８８は、インバータ回路部から出力される三相交流をモータジェネレータＭＧ１に伝達する。ＭＧ１で発生した動力は、トランスミッションＴＭを介すことによってタイヤに伝達される。
【００１７】
図２は、図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。
【００１８】
インバータ回路部１４０は、３相分のパワーモジュール１５０によって構成される。
【００１９】
電流センサ１８０は、インバータ回路部１４０から出力される３相交流の各相の電流を検知するために設置され、前記電流値は制御回路部１７２に入力され電流フィードバック処理に使用される。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る電力変換装置２００の外部構成を示す外観斜視図である。図４は、図３に示された電力変換装置２００の分解斜視図である。
【００２１】
筐体１０は、電力変換装置２００の構成部品を内部に格納する。上部カバー３０は、筐体１０内の構成部品を覆うように配置される。制御用コネクタ２１は、上部カバー３０の側面に配置される。
【００２２】
直流コネクタ１３８は、筐体１０側部に配置され、直流ケーブルを介すことによってバッテリ１３６と接続される。交流端子１８は、筐体１０の下部に配置されモータジェネレータＭＧ１に接続される。下部カバー３２は、筐体１０の下部を覆うように配置され、本実施形態においては冷却のための流路を形成する。
【００２３】
制御回路部２０は、電力変換装置２００内部の最上層に配置され、信号コネクタによって制御用コネクタ２１と接続される。
【００２４】
ドライバ回路基板２２は、制御回路部２０の下部に配置され、制御回路部２０及びインバータ回路部１４０に接続される。
【００２５】
パワーモジュールパッケージ３８０は、インバータ回路部１４０を実装したパッケージで、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２と交流端子１８に接続される。
【００２６】
交流バスバ１８６は、パワーモジュールパッケージ３８０と接続され、三相交流を交流端子１８に伝達する。電流センサ１８０は、交流バスバ１８６に隣接して配置される。
【００２７】
平滑コンデンサ５００は、パワーモジュールパッケージ３８０の側部に配置され、直流バスバによって直流コネクタ１３８と接続される。
【００２８】
絶縁部材５１７は、平滑コンデンサ５００から出る導体部と筐体１０の底面との間に配置され、絶縁と放熱の機能を有する。
【００２９】
下部カバー３２は、冷媒流路の覆うように配置され入口配管１３と出口配管１４を配置する部分がある。入口配管１３は、下部カバー３２上に配置され、冷媒が流入する部分である。出口配管１４は、下部カバー３２上に配置され、冷媒が流出する部分である。
【００３０】
図５は、上部カバー３０を外した電力変換装置２００の上面図である。
【００３１】
負極側コンデンサ端子５０４は、平滑コンデンサ５００の負極をパワーモジュールパッケージ３８０の負極端子に接続する。正極側コンデンサ端子５０６は、平滑コンデンサ５００の正極をパワーモジュールパッケージ３８０の正極端子に接続する。
【００３２】
固定部５５５ａないし５５５ｄは、平滑コンデンサ５００を筐体１０に固定する部分である。
【００３３】
図６は、図５のＡＡ平面を通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【００３４】
コンデンサケース５５０は、平滑コンデンサ５００の構成部品を内部に格納する。
【００３５】
Ｘコンデンサセル５１４ａは、コンデンサケース５５０内にポッティング材５６５によって固定されている。Ｘコンデンサリード５２５ａは、Ｘコンデンサセル５１４ａの負極電極及び正極電極と、負極導体部及び正極導体部とを接続する。
【００３６】
ポッティング面５６０は、コンデンサケース５５０からポッティング材５６５が露出している面で、底面１０ａに対向している。筐体１０の底面１０ａとは、例えば、平滑コンデンサ５００等を収納する収納空間を挟んで上部カバー３０と対向する筐体１０の面である。
【００３７】
本実施形態では、筐体１０とは、平滑コンデンサ５００やパワーモジュールパッケージ３８０等の電力変換回路を構成する部品を支持する部材として機能する。
【００３８】
導体部５７０は、平滑コンデンサ５００とパワーモジュールパッケージ３８０を接続し、導体部５７０の途中で絶縁部材５１７を介して底面１０ａに接続される。
【００３９】
直流端子３１３は、パワーモジュールパッケージ３８０に設けられかつ平滑コンデンサ５００の直流電力を受ける。固定ネジ３１０は、導体部５７０を直流端子３１３に固定する。
【００４０】
図７は、平滑コンデンサ５００の外観斜視図である。図８は、平滑コンデンサ５００の展開斜視図である。
【００４１】
負極側電源導体部５７５ａ及び正極側電源導体部５７５ｂは、ポッティング面５６０から突出しており、平滑コンデンサ５００と負極側電源端子５０８及び正極側電源端子５０９に接続する。
【００４２】
負極側電源端子５０８及び正極側電源端子５０９は、負極側電源導体部５７５ａ及び正極側電源導体部５７５ｂの先端にあり、直流端子１３８に接続される。負極側導体部５７０ａ及び正極側導体部５７０ｂは、ポッティング面５６０から突出しており、負極側コンデンサ端子５０４及び正極側コンデンサ端子５０６に接続する。
【００４３】
ポッティング材５６５は、コンデンサケース５５０内に注入されポッティング面５６０を形成する。
【００４４】
図８に示されるＸコンデンサセル５１４ａは、コンデンサケース５５０内の奥に配置される。Ｙコンデンサセル５１４ｂは、Ｘコンデンサセル５１４ａに隣接され、Ｘコンデンサセル５１４ａよりも容量の小さいコンデンサを使用する。
【００４５】
Ｘコンデンサリード５２５ａ及びＹコンデンサリード５２５ｂは、Ｘコンデンサセル５１４ａ及びＹコンデンサセル５１４ｂの各セルの電気的接続のために配置される。
【００４６】
負極側導体板５０７ａ及び正極側導体板５０７ｂは、Ｘコンデンサリード５２５ａの負極側及び正極側をそれぞれ接続できるように配置し、正極側導体板５０７ｂが負極側導体板５０７ａよりＸコンデンサセル５１４ａに近接するように配置される。
【００４７】
図９は、図５のＢＢ平面を通る断面の矢印方向から見た断面図である。
【００４８】
流路形成体５０は、冷媒を流す流路１９を筐体１０と一体に形成したものである。冷媒は入口配管１３と出口配管１４を通して図示しない外部循環器によって循環する。
【００４９】
流路１９は、流路形成体５０と下面カバー３２の間にあり、パワーモジュールパッケージ３８０の裏面に位置しており、パワーモジュールパッケージ３８０の冷却を効率的に行う。また流路１９は、絶縁部材５１７と筐体１０の接触面に付近にあることによって、コンデンサモジュール５００の冷却も行う。
【００５０】
フィン３０５は、パワーモジュールパッケージ３８０の裏面に配置されており、冷媒が周辺を流れることによりパワーモジュールパッケージ３８０を効率的に冷却する。
【００５１】
図６及び図９に示されるように、電力変換装置２００においては電力変換性能を向上するためには電力変換装置２００の冷却が極めて重要である。特に，筺体１０に収容されている直流平滑用の平滑コンデンサ５００は熱的に弱く，その性能を確保するためには平滑コンデンサ５００の冷却を効率的に行なうことが要請され，また外部から侵入する熱を出来るだけ少なくすることが要請されている。
【００５２】
電力変換装置２００の使用条件及び使用環境によっては，インバータ回路部１４０の温度よりも平滑コンデンサ５００の温度が高くなる現象がある。その時，導体部５７０は、インバータ回路部１４０に平滑コンデンサ５００の熱が伝達される。
【００５３】
本実施形態は、この平滑コンデンサ５００の冷却を効率的に行なうことを目的とし，導体部５７０が突出する部分を有する面を筐体１０に向かい合わせ，導体部５７０は，インバータ回路部１４０まで延在されてインバータ回路部１４０に接続され，かつ延在される途中において絶縁部材５１７に接触させるように配置する。
【００５４】
これにより，外部から侵入した熱とコンデンサセル５１４で発生した熱を接触部を介して筐体１０に放出し平滑コンデンサ５００の冷却を効率的に行なうことができる。また，導体部５７０による意図しない熱伝達を低減することができる。
【００５５】
また、平滑コンデンサ５００を図６に記載ような配置にすることにより，導体部５７０が突出する部分を有する面を上部カバー３０に向い合せて配置する構成に比べ，電力変換装置２００内の絶縁距離を考慮した配置が容易になる。
【００５６】
導体部５７０は、高電圧が流れており筐体グランド及び基板の低電圧部と一定の距離を置かなければならない。上述した上部カバー３０の付近には，ドライバ回路基板２２等が配置されている。上部カバー３０及び基板と絶縁距離を確保するためには導体部５７０全体を絶縁処理をする必要がある。また，絶縁処理によって，筐体１０への放熱構造は難しくなる。本実施形態の配置では，筐体１０とのみ絶縁を取れば良いので，放熱も兼ねた構造にすることができる。
【００５７】
また図６のような平滑コンデンサ５００の配置において，導体部５７０は、平滑コンデンサ５００のポッティング面５６０から突出し，インバータ回路部１４０に接続される。この構成において導体部５７０の長さを最短になるように接続することを前提として，筐体１０が接触する部分から前記コンデンサセル５１４までの距離は，絶縁部材５１７に接触する部分から前記インバータ回路部１４０までの距離より小さくなる。
【００５８】
前述のように，導体部５７０の固定部は，直流端子３１３に固定ネジ３１０を用いた固定と平滑コンデンサ５００にポッティング材５６５を用いた固定の２箇所である。この２箇所の固定部を耐振性で比較すると，ポッティング材５６５による固定の方が耐震性は低くなる。ここで，平滑コンデンサ５００付近に筐体１０との接触部ができることにより導体部５７０の支持点として機能し，導体部５７０の耐振性を高くすることができる。
【００５９】
また、インバータ回路部１４０は発熱量が大きいため，パワーモジュールパッケージ３８０に設けてあるフィン３０５に冷媒を流すことによって冷却する。冷媒を効果的に流すためにパワーモジュールパッケージ３８０が配置されている筐体１０と一体に流路形成体５０を形成することによって，冷却のために個別に部品を使用する必要がなくなる。また，電力変換装置２００の部品が配置される前記筐体１０を冷却することによって，電力変換装置２００の装置全体の冷却も行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…筐体、１０ａ…底面、１３…入口配管、１４…出口配管、１８…交流端子、１９…流路、２０…制御回路部、２１…制御用コネクタ、２２…ドライバ回路基板、３０…上部カバー、３２…下部カバー、５０…流路形成体、１３６…バッテリ、１３８…直流コネクタ、１４０…インバータ回路部、１５０…パワーモジュール、１７２…制御回路部、１７４…ドライバ回路、１８０…電流センサ、１８６…交流バスバ、１８８…交流端子、２００…電力変換装置、３０５…フィン、３１０…固定ネジ、３１３…直流端子、３８０…パワーモジュールパッケージ、５００…平滑コンデンサ、５０４…負極側コンデンサ端子、５０６…正極側コンデンサ端子、５０７ａ…負極側導体板、５０７ｂ…正極側導体板、５０８…負極側電源端子、５０９…正極側電源端子、５１４ａ…Ｘコンデンサセル、５１４ｂ…Ｙコンデンサセル、５１７…絶縁部材、５２５ａ…Ｘコンデンサリード、５２５ｂ…Ｙコンデンサリード、５５０…コンデンサケース、５５５ａ…固定部、５５５ｂ…固定部、５５５ｃ…固定部、５５５ｄ…固定部、５６０…ポッティング面、５６５…ポッティング材、５７０…導体部、５７０ａ…負極側導体部、５７０ｂ…正極側導体部、５７５ａ…負極側電源導体部、５７５ｂ…正極側電源導体部、ＭＧ１…モータジェネレータ、ＴＭ…トランスミッション。
【図１】
2018121457.tif 000003
【図２】
2018121457.tif 000004
【図３】
2018121457.tif 000005
【図４】
2018121457.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018121457.tif 000008
【図７】
2018121457.tif 000009
【図８】
2018121457.tif 000010
【図９】
2018121457.tif 000011