(57)【要約】      （修正有）【課題】電力変換装置において、接続線における損失の増加を抑制する。【解決手段】電力変換装置３は、互いに直交する第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含む平面に沿って延びる搭載部、及び搭載部の周囲に設けられた側壁部を有するケース６０と、ケースに設けられた１次側接続部２３及び２次側接続部２７と、ケース内において第２方向Ｙに並んで配列され、互いに並列に接続された複数のリアクトル３１と、ケース内においてリアクトル３１に対し第１方向Ｘにおける一方側に配置されると共に第１方向Ｘに並んで配列され、複数のリアクトル３１のそれぞれ３１Ａ〜３１Ｄに接続されたスイッチング素子３３Ａ〜３３Ｄを有するパワーモジュール３７と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１方向及び第２方向を含む平面に沿って延びる搭載部、及び前記搭載部の周囲に設けられた側壁部を有するケースと、
前記ケースに設けられた１次側接続部及び２次側接続部と、
前記ケース内において前記第２方向に並んで配列され、互いに並列に接続された複数のリアクトルと、
前記ケース内において前記リアクトルに対し前記第１方向における一方側に配置されると共に前記第１方向に並んで配列され、複数の前記リアクトルのそれぞれに接続されたスイッチング素子を有するスイッチング部とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記１次側接続部は、前記リアクトルの前記第２方向における一方側の前記側壁部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記２次側接続部は、前記スイッチング部の前記第２方向における一方側の前記側壁部、及び前記スイッチング素子の前記第１方向における一方側の前記側壁部の少なくとも一方に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記１次側接続部及び前記２次側接続部は、前記側壁部に設けられ、
前記側壁部の周方向において、前記１次側接続部の１次側正端子、前記１次側接続部の１次側負端子、前記２次側接続部の２次側負端子、前記２次側接続部の２次側正端子の順に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング部は、前記第２方向における他方側に前記リアクトルのそれぞれに対応して設けられた複数の１次側端子と、前記第２方向における一方側に設けられた少なくとも１つの２次側端子とを有し、
前記スイッチング部の前記２次側端子が前記２次側接続部の２次側正端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記リアクトルのそれぞれは、前記第１方向における他方側に設けられた１次側端において正極バスバーによって前記１次側接続部の１次側正端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記１次側接続部の１次側負端子が、前記スイッチング部の前記第２方向における一方側に設けられた負端子に負極バスバーによって接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに並列に接続された複数のリアクトル、各リアクトルに対応して設けられた複数のスイッチング素子を含むパワーモジュール、及びコンデンサをケース内に収容した多相コンバータが公知である（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３５９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各リアクトル及び各スイッチング素子とコネクタとを接続する電力線は、バスバーによって形成される。バスバーは、損失を低減するために、抵抗値が小さい材質によって形成され、断面積が大きいほど好ましい。しかし、バスバーの断面積を大きくすると、バスバーが大型化し、重量が増加するという問題が生じる。そのため、バスバーの大型化や重量の増加を招くことなく、損失を低減することが要望されている。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、電力変換装置において、接続線における損失の増加を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明のある態様は、互いに直交する第１方向（Ｘ）及び第２方向（Ｙ）を含む平面に沿って延びる搭載部（６１）、及び前記搭載部の周囲に設けられた側壁部（６２）を有するケース（６０）と、前記ケースに設けられた１次側接続部（２３）及び２次側接続部（２７）と、前記ケース内において前記第２方向に並んで配列され、互いに並列に接続された複数のリアクトル（３１）と、前記ケース内において前記リアクトルに対し前記第１方向における一方側に配置されると共に前記第１方向に並んで配列され、複数の前記リアクトルのそれぞれに接続されたスイッチング素子（３３）を有するスイッチング部（３７）とを有することを特徴とする電力変換装置（３）を提供する。
【０００７】
この態様によれば、電力変換装置において最も大きな電流が流れる、１次側接続部と２次側接続部とを接続する負極線（負極バスバー）の長さの増加を抑制することができ、損失の増加を抑制することができる。
【０００８】
上記の態様において、前記１次側接続部は、前記リアクトルの前記第２方向における一方側の前記側壁部に設けられるとよい。
【０００９】
この態様によれば、１次側接続部と２次側接続部とを接続する負極線の長さの増加を一層抑制することができ、損失の増加を抑制することができる。
【００１０】
上記の態様において、前記２次側接続部は、前記スイッチング部の前記第２方向における一方側の前記側壁部、及び前記スイッチング素子の前記第１方向における一方側の前記側壁部の少なくとも一方に設けられるとよい。
【００１１】
この態様によれば、１次側接続部と２次側接続部とを接続する負極線の長さの増加を一層抑制することができ、損失の増加を抑制することができる。
【００１２】
上記の態様において、前記１次側接続部及び前記２次側接続部は、前記側壁部に設けられ、前記側壁部の周方向において、前記１次側接続部の１次側正端子（２１）、前記１次側接続部の１次側負端子（２２）、前記２次側接続部の２次側負端子（２６）、前記２次側接続部の２次側正端子（２５）の順に配置されているとよい。
【００１３】
この態様によれば、１次側接続部と２次側接続部とを接続する負極線の長さの増加を一層抑制することができ、損失の増加を抑制することができる。
【００１４】
上記の態様において、前記スイッチング部は、前記第２方向における他方側に前記リアクトルのそれぞれに対応して設けられた複数の１次側端子（４１〜４４）と、前記第２方向における一方側に設けられた少なくとも１つの２次側端子（４５）とを有し、前記スイッチング部の前記２次側端子が前記２次側接続部の２次側正端子に接続されているとよい。
【００１５】
この態様によれば、スイッチング部の２次側正端子と第２接続部の２次側正端子とを接続する電力線（バスバー）を短くすることができ、損失を低減することができる。
【００１６】
上記の態様において、前記リアクトルのそれぞれは、前記第１方向における他方側に設けられた１次側端において正極バスバー（１２１）によって前記１次側接続部の１次側正端子に接続されているとよい。
【００１７】
この態様によれば、正極バスバーを短くすることができ、損失の増加を抑制することができる。
【００１８】
上記の態様において、前記１次側接続部の１次側負端子が、前記スイッチング部の前記第２方向における一方側に設けられた負端子に負極バスバー（１２７）によって接続されているとよい。
【００１９】
この態様によれば、負極バスバーを短くすることができ、損失の増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の構成によれば、電力変換装置において、バスバーにおける損失の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る電気自動車の構成図
【図２】電気自動車の電気回路図
【図３】ＦＣ側コンバータの平面図であって、上ケース、コンバータＥＣＵ及び支持部材を省略して示す
【図４】ＦＣ側コンバータの縦断面
【図５】ＦＣ側コンバータの要部を拡大した縦断面図
【図６】ＦＣ側コンバータの媒体通路を示す説明図
【図７】ＦＣ側コンバータの平面図であって、上ケース及びコンバータＥＣＵを省略して示す
【図８】ＦＣ側コンバータを＋Ｙ側から見た側面図
【図９】ＦＣ側コンバータの各要素の接続態様を示す説明図
【図１０】支持部材とワイヤハーネスとを示す平面図
【図１１】支持部材を示す斜視図
【図１２】支持部材及びコンバータＥＣＵを示す斜視図
【図１３】一部変形実施形態に係るＦＣ側コンバータの各要素の接続態様を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る電気自動車の実施形態について説明する。
【００２３】
図１に示すように、電気自動車１は、燃料電池２（Fuel Cell）、電力変換装置としてのＦＣ側コンバータ３、バッテリ４、バッテリ側コンバータ５、ＰＤＵ６（Power Drive Unit）、及びモータジェネレータ７を有する。ＦＣ側コンバータ３及びバッテリ側コンバータ５はＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＰＤＵ６はインバータである。ＦＣ側コンバータ３、バッテリ側コンバータ５、及びＰＤＵ６は、ＥＣＵ８によって制御されている。
【００２４】
燃料電池２は、水素及び酸素を原料として化学反応により電気エネルギーを生成する。燃料電池２で発生した電力は、ＦＣ側コンバータ３及びＰＤＵ６を介してモータジェネレータ７に供給され、或はＦＣ側コンバータ３及びバッテリ側コンバータ５を介してバッテリ４に供給される。バッテリ４の電力は、バッテリ側コンバータ５及びＰＤＵ６を介してモータジェネレータ７に供給される。
【００２５】
モータジェネレータ７は、走行用の駆動力源であり、電源装置及びバッテリ４の少なくとも一方から電力の供給を受けて駆動し、電気自動車１の車輪を回転させる。モータジェネレータ７は、電気自動車１の減速時には発電機として作動し、車輪に対して制動力を与えると共に回生電力を発生する。回生電力は、ＰＤＵ６及びバッテリ側コンバータ５を介してバッテリ４に供給される。
【００２６】
図２を参照して、ＦＣ側コンバータ３の電気回路について説明する。図２に示すように、ＦＣ側コンバータ３は、複数の電圧変換部１５を並列に接続した多相コンバータである。ＦＣ側コンバータ３は、１次側正極線１６と、２次側正極線１７と、１次側正極線１６及び２次側正極線１７の間において並列に接続された第１〜第４電圧変換部１５Ａ〜１５Ｄと、負極線１８とを有する。第１電圧変換部１５Ａの各要素には添え字Ａを付し、第２電圧変換部１５Ｂの要素には添え字Ｂを付し、第３電圧変換部１５Ｃの要素には添え字Ｃを付し、第４電圧変換部１５Ｄの要素には添え字Ｄを付し、第１〜第４電圧変換部１５Ａ〜１５Ｄの要素を総称する場合には符号を省略する。
【００２７】
１次側正極線１６の一端には１次側正端子２１が設けられ、負極線１８の一端には１次側負端子２２が設けられている。１次側正端子２１及び１次側負端子２２はＦＣ側コンバータ３の１次側接続部２３を形成し、燃料電池２の正極及び負極に接続される。２次側正極線１７の一端には２次側正端子２５が設けられ、負極線１８の他端には２次側負端子２６が設けられている。２次側正端子２５及び２次側負端子２６はＦＣ側コンバータ３の２次側接続部２７を形成し、ＰＤＵ６及びバッテリ側コンバータ５に接続される。
【００２８】
第１〜第４電圧変換部１５Ａ〜１５Ｄは、１次側正極線１６と２次側正極線１７とを接続する電力線上に１次側正極線１６側から順に直列に設けられたリアクトル３１及びダイオード３２と、電力線におけるリアクトル３１とダイオード３２の間の部分と負極線１８とを接続するスイッチング素子３３とを有し、昇圧チョッパ回路を構成している。２次側正極線１７と負極線１８との間には平滑用の２次側コンデンサ３５が接続されている。
【００２９】
第１〜第４電圧変換部１５Ａ〜１５Ｄに含まれる全てのダイオード３２及びスイッチング素子３３は、１つのパワーモジュール３７（スイッチング部）として集積されている。パワーモジュール３７は、ダイオード３２及びスイッチング素子３３を支持する基板と、ダイオード３２及びスイッチング素子３３を覆い、パワーモジュール３７の外形を形成するモールド樹脂とを有する。パワーモジュール３７は、第１電圧変換部１５Ａに対応した正極の１次側の端子である第１正端子４１と、第２電圧変換部１５Ｂに対応した正極の１次側の端子である第２正端子４２と、第３電圧変換部１５Ｃに対応した正極の１次側の端子である第３正端子４３と、第４電圧変換部１５Ｄに対応した正極の１次側の端子である第４正端子４４と、正極の２次側の端子である第５正端子４５と、負極線１８と接続する負端子４６とを有する。また、パワーモジュール３７は、各スイッチング素子３３への駆動信号が入力される駆動信号端子４７を有する。駆動信号端子４７は、各スイッチング素子３３に対応した複数の接点を含む。
【００３０】
負極線１８には第１電流センサ４８が設けられ、各相の電圧変換部１５の電力線には、各相を流れる電流を検出する第２電流センサ４９が設けられている。第１電流センサ４８及び第２電流センサ４９は、検出対象である回路と電気的接点を有さないホール型の電流センサである。
【００３１】
ＦＣ側コンバータ３は、ＥＣＵ８からの信号を受けて、各スイッチング素子３３のオン、オフを制御するコンバータＥＣＵ５１（制御装置）を有する。コンバータＥＣＵ５１は、ゲートドライバ５２を介して各スイッチング素子３３に制御信号を出力する。すなわち、ゲートドライバ５２はコンバータＥＣＵ５１から出力される制御信号に対応した駆動信号を各スイッチング素子３３に出力し、各スイッチング素子３３を駆動する。
【００３２】
各電圧変換部１５は、コンバータＥＣＵ５１からの信号に応じたスイッチング素子３３のオンオフによって電圧を昇圧し、２次側に供給する。コンバータＥＣＵ５１は、ＥＣＵ８からの信号、第１電流センサ４８及び第２電流センサ４９からの信号に応じて駆動する電力変換部の数、各スイッチング素子３３のオンオフの位相及びデューティ比を決定する。
【００３３】
次に、図３〜図１２を参照して、ＦＣ側コンバータ３の構造について説明する。図３及び図４に示すように、ＦＣ側コンバータ３の外殻は、ケース６０によって構成されている。ケース６０は、平板状の底部６１（第１部材、搭載部）と、底部６１の縁部から底部６１に対して略直角に起立した側壁部６２とを含む箱形の第１ケース６３と、側壁部６２の端部に結合され、第１ケース６３との間に収容空間を形成する板状の第２ケース６４とを有する。以下のＦＣ側コンバータ３に関する説明では、ケース６０を基準にして各方向を定める。底部６１に直交する方向をＺ方向（例えば、車載時における上下方向）、底部６１に対して第２ケース６４側を＋Ｚ側（例えば、車載時における上方）、＋Ｚ側と相反する方向を−Ｚ側とする。Ｚ方向に直交する第１方向をＸ方向（例えば、車載時における左右方向）、Ｚ方向及びＸ方向に直交する第２の方向をＹ方向（例えば、車載時における前後方向）とする。Ｘ方向における一方側を＋Ｘ側、他方側を−Ｘ側とする。また、Ｙ方向における一方側を＋Ｙ側、他方側を−Ｙ側とする。ケース６０は、例えばアルミニウム等の金属材料によって形成されている。
【００３４】
底部６１は、Ｘ方向及びＹ方向を含む平面に沿って延び、Ｙ方向における幅に対してＸ方向における幅が長い、略長方形に形成されている。側壁部６２は、Ｘ方向に延びる第１側壁６６及び第２側壁６７と、Ｙ方向に延びる第３側壁６８及び第４側壁６９とを有する。第１側壁６６は第２側壁６７に対して＋Ｙ側に配置され、第３側壁６８は第４側壁６９に対して−Ｘ側に配置されている。第１側壁６６、第２側壁６７、第３側壁６８及び第４側壁６９は、互いに接続されて枠形をなし、底部の周囲に設けられている。第４側壁６９は、底部６１の＋Ｘ側の側縁に対して内方にオフセットした位置に配置されている。底部６１の第４側壁６９よりも＋Ｘ側に突出した部分を延長部７１とする。
【００３５】
底部６１の＋Ｘ側を第１領域７３、底部６１の−Ｘ側を第２領域７４とする。延長部７１は、第１領域７３に含まれる。図４に示すように、第２領域７４の内面は、第１領域７３の内面に対して外方（−Ｚ側）に段違いにオフセットして配置されている。図４及び図６に示すように、底部６１の第１領域７３における外面には内方に向けて凹む第１凹部７５及び第２凹部７６が形成されている。第１凹部７５及び第２凹部７６はそれぞれＸ方向に延び、第２凹部７６は第１凹部７５の＋Ｙ側に配置されている。第１凹部７５及び第２凹部７６は第４側壁６９の−Ｚ側を通過し、それぞれの＋Ｘ側の端部は延長部７１に配置されている。第１凹部７５及び第２凹部７６はＹ方向に幅を有する。
【００３６】
底部６１の第１領域７３における外面には、第１凹部７５及び第２凹部７６の開口端を閉じるカバー７７がガスケットを介して締結されている。カバー７７は、第１凹部７５との間に上流側第１流路７８を形成し、第２凹部７６との間に下流側第１流路７９を形成する。上流側第１流路７８と下流側第１流路７９とは互いに独立している。底部６１の延長部７１には、第１凹部７５から延長部７１の＋Ｚ方向の面に貫通する入口孔８１（冷却媒体入口）と、第２凹部７６から底部６１の内面に貫通する出口孔８２（冷却媒体出口）とが形成されている。
【００３７】
図５に示すように、第１領域７３の内面の−Ｘ側には、平面状に形成された締結面８４が形成されている。第１領域７３には、第１凹部７５から締結面８４に貫通する第１接続孔８５と、第２凹部７６から締結面８４に貫通する第２接続孔８６とが形成されている。第２接続孔８６は、第１接続孔８５の＋Ｙ側に配置されている。
【００３８】
図３及び図４に示すように、第１領域７３の締結面８４には、支持板８８が締結されている。支持板８８は、底部６１側を向く第１面８８Ａ（−Ｚ側を向く面）及び底部６１と相反する側を向く第２面８８Ｂ（＋Ｚ側を向く面）を有する板状に形成され、第１面８８Ａの＋Ｘ側の端部において締結面８４に締結されている。平面視において、支持板８８は、＋Ｘ側の端部が第１領域７３と重なる位置に配置され、他の部分が第２領域７４と重なる位置に配置されている。支持板８８は、第２領域７４の内面に対して間隔をおいて平行に配置されている。支持板８８の−Ｘ側の端部は、第２領域７４の内面から＋Ｚ側に突出した突部８９に支持されている。支持板８８の−Ｘ側の端部は突部８９に締結されていてもよい。
【００３９】
支持板８８の内部には、第２流路９１が形成されている。図４〜図６に示すように、第２流路９１は、支持板８８の第１面８８Ａの＋Ｘ側の端部に開口して第１接続孔８５と接続する第３接続孔９２と、第１面８８Ａの＋Ｘ側の端部に開口して第２接続孔８６と接続する第４接続孔９３とを有する。第４接続孔９３は、第３接続孔９２の＋Ｙ側に配置されている。第２流路９１は、第３接続孔９２から支持板８８の−Ｘ側の端部に延び、＋Ｙ側かつ＋Ｘ側に折り返して支持板８８の＋Ｘ側の端部に延び、第４接続孔９３に接続している。
【００４０】
図５に示すように、第１領域７３の締結面８４には第１接続孔８５及び第２接続孔をそれぞれ囲む閉環状のシール溝９５が形成されている。各シール溝９５には、第１接続孔８５と第３接続孔９２との接続部及び第２接続孔８６と第４接続孔９３との接続部をシールするガスケット９８がそれぞれ設けられている。ガスケット９８は、可撓性を有するゴムから形成され、各シール溝９５に沿って環状に形成されている。
【００４１】
上流側第１流路７８、第２流路９１、下流側第１流路７９は、冷却媒体が流通する一連の媒体流路１０７を形成する。冷却媒体は例えば水であってよい。入口孔８１及び出口孔８２はホース等を介して冷却媒体の循環回路に接続され、入口孔８１は循環回路から冷却媒体の供給を受け、出口孔８２は循環回路に冷却媒体を排出する。これにより、図６に示すように、冷却媒体は入口孔８１、上流側第１流路７８、第１接続孔８５、第４接続孔９３、第２流路９１、第４接続孔９３、第２接続孔８６、下流側第１流路７９、及び出口孔８２を順に通過して流れる。図４に示すように、上流側第１流路７８及び下流側第１流路７９に対して第２流路９１は、＋Ｚ側にオフセットして配置されている。
【００４２】
図３に示すように、第１領域７３には、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄが配置されている。各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、軸線がＸ方向に延び、Ｙ方向に並んで配列されている。第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、＋Ｙ側から−Ｙ側にかけて昇順で配列されている。第１及び第２リアクトル３１Ａ、３１Ｂは環状の共通の鉄心を有し、第３及び第４リアクトル３１Ｃ、３１Ｄは環状の共通の鉄心を有する。
【００４３】
図４に示すように、各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、第１領域７３の内面と接触している。第１領域７３の内面には、各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄが嵌合する受容凹部１１１が形成されている。各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの一部が受容凹部１１１に嵌合することによって、各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄと底部６１の第１領域７３の内面との接触面積が増大し、各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄと底部６１の第１領域７３との熱伝達が促進される。
【００４４】
支持板８８の第１面８８Ａには、２次側コンデンサ３５が設けられている。２次側コンデンサ３５は、平板状に形成され、支持板８８の第１面８８Ａに接触している。また、２次側コンデンサ３５は、支持板８８と相反する側の面において底部６１の第２領域７４の内面に接触している。すなわち、２次側コンデンサ３５は、支持板８８の第１面８８Ａと第２領域７４の内面との間の空間に配置され、支持板８８及び第２領域７４の両方に接触している。２次側コンデンサ３５は、支持板８８及び第２領域７４に面接触していることが好ましい。
【００４５】
パワーモジュール３７は、扁平な直方体に形成され、支持板８８の第２面８８Ｂに配置され、支持板８８の第２面８８Ｂに締結されている。パワーモジュール３７は、支持板８８の第２面８８Ｂに面接触していることが好ましい。パワーモジュール３７において、第１〜第４スイッチング素子３３Ａ〜３３Ｄは、Ｘ方向に並んで配列されている。詳細には、＋Ｘ側から−Ｘ側にかけて、第１スイッチング素子３３Ａ、第２スイッチング素子３３Ｂ、第３スイッチング素子３３Ｃ、及び第４スイッチング素子３３Ｄの順で配置されている。これにより、パワーモジュール３７は、Ｙ方向の幅に対してＸ方向の幅が大きく形成されている。パワーモジュール３７は、リアクトル３１の−Ｘ側に配置されている。パワーモジュール３７の＋Ｙ側の側縁が第１リアクトル３１Ａの＋Ｙ側の側縁よりも−Ｙ側に位置し、かつパワーモジュール３７の−Ｙ側の側縁が第４リアクトル３１Ｄの−Ｙ側の側縁よりも＋Ｙ側に位置することが好ましい。すなわち、Ｘ方向から見て、パワーモジュール３７はリアクトル３１と重なる位置に配置されていることが好ましい。
【００４６】
パワーモジュール３７の−Ｙ側の縁部には、第１正端子４１、第２正端子４２、第３正端子４３、及び第４正端子４４が＋Ｘ側から順に設けられている。パワーモジュール３７の＋Ｙ側の縁部には、＋Ｘ側から−Ｘ側にかけて負端子４６及び第５正端子４５が記載の順序で設けられている。
【００４７】
モールド樹脂によって形成されるパワーモジュール３７の＋Ｘ側の面には、ゲートドライバ５２が設けられている。ゲートドライバ５２は、プリント基板及び素子から形成された平板状の電子部品であり、ゲートドライブ回路を構成する。ゲートドライバ５２は、パワーモジュール３７に締結されている。互いに結合されたパワーモジュール３７及びゲートドライバ５２は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）を構成する。パワーモジュール３７の＋Ｚ側の面の縁部には、ゲートドライバ５２を避けて＋Ｚ側に突出する複数の柱部１１２が形成されている。各柱部１１２は、ゲートドライバ５２よりも＋Ｚ側に突出している。
【００４８】
ゲートドライブ回路の＋Ｚ側には、コンバータＥＣＵ５１を支持するための支持部材１１５が配置されている。支持部材１１５は、絶縁性の樹脂材料によって形成されている。支持部材１１５は、＋Ｚ側の面である第１面１１６及び−Ｚ側の面（底部６１側を向く面）である第２面１１７を有する板状に形成され、第２面１１７において複数の柱部１１２の先端に締結されている。柱部１１２によって、支持部材１１５の第２面１１７とゲートドライバ５２との間には隙間が形成されている。
【００４９】
コンバータＥＣＵ５１は、プリント基板及び素子によって形成された平板状の電子制御装置（ＥＣＵ）である。コンバータＥＣＵ５１は、面がＺ方向を向くように、支持部材１１５の上面に締結されている。
【００５０】
２次側コンデンサ３５、支持板８８、パワーモジュール３７、ゲートドライバ５２、支持部材１１５、及びコンバータＥＣＵ５１は、底部６１の第２領域７４の＋Ｚ側において、Ｚ方向に互いに積層され、ユニットを構成する。
【００５１】
図３及び図８に示すように、第１側壁６６の外面の＋Ｘ側には１次側接続部２３が設けられ、−Ｘ側には２次側接続部２７が設けられている。１次側接続部２３及び２次側接続部２７は、それぞれ＋Ｙ側に向けて開口した筒形に形成されている。１次側接続部２３はリアクトル３１の＋Ｙ側に設けられ、２次側接続部２７はパワーモジュール３７の＋Ｙ側に設けられている。
【００５２】
１次側接続部２３の内部には、１次側正端子２１と１次側負端子２２とが設けられている。１次側正端子２１は１次側負端子２２の＋Ｘ側に配置されている。２次側接続部２７の内部には、２次側正端子２５と２次側負端子２６とが設けられている。２次側負端子２６は、２次側正端子２５のＸ方向に配置されている。すなわち、第１側壁６６において、１次側正端子２１、１次側負端子２２、２次側負端子２６、及び２次側正端子２５が記載の順序で＋Ｘ側から−Ｘ側にかけて配置されている。１次側正端子２１、１次側負端子２２、２次側負端子２６、及び２次側正端子２５は、ピン状に形成されている。他の実施形態では、１次側正端子２１、１次側負端子２２、２次側負端子２６、及び２次側正端子２５は、ピン状の相手方端子を受容可能な筒状に形成されてもよい。
【００５３】
図３及び図９に示すように、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、Ｘ方向において＋Ｘ側の端部に１次側端を有し、−Ｘ側の端部に２次側端を有する。１次側正端子２１は、分岐した第１正極バスバー１２１によって第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの１次側端に接続されている。１次側正極線１６は、第１正極バスバー１２１によって構成されている。第１正極バスバー１２１は、１次側正極線１６から−Ｙ方向に延び、分岐して第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの１次側端に接続している。第１正極バスバー１２１の一部は、Ｚ方向から見て第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄと重なる位置に配置されてもよい。
【００５４】
第１リアクトル３１Ａの２次側端は、第２正極バスバー１２２によって、パワーモジュール３７の第１正端子４１に接続されている。第２リアクトル３１Ｂの２次側端は、第３正極バスバー１２３によって、パワーモジュール３７の第２正端子４２に接続されている。第３リアクトル３１Ｃの２次側端は、第４正極バスバー１２４によって、パワーモジュール３７の第３正端子４３に接続されている。第４リアクトル３１Ｄの２次側端は、第５正極バスバー１２５によって、パワーモジュール３７の第４正端子４４に接続されている。第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５の間には、絶縁材１２８が介装されている。第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５は、各リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの２次側端から−Ｙ方向に延びた後、−Ｘ方向に延びて対応する正端子４１〜４４に接続されている。
【００５５】
パワーモジュール３７の第５正端子４５は、第６正極バスバー１２６によって２次側正端子２５に接続されている。第６正極バスバー１２６は、第５正端子４５から＋Ｙ方向に延び、２次側正端子２５に接続している。
【００５６】
１次側負端子２２は、分岐した負極バスバー１２７によって、２次側負端子２６及びパワーモジュール３７の負端子４６に接続されている。負極線１８は、負極バスバー１２７によって構成されている。負極バスバー１２７は、１次側負端子２２から−Ｘ側かつ−Ｙ側に延びて負端子４６に接続すると共に、長手方向における中間部から分岐して＋Ｙ方向に延びて２次側負端子２６に接続している。
【００５７】
第１電流センサ４８は、負極バスバー１２７に設けられている。第２電流センサ４９は、第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５に設けられている。第２電流センサ４９は、パワーモジュール３７の後方に配置されている。図７に示すように、第１リアクトル３１Ａ及び第２リアクトル３１Ｂの間には、第１リアクトル３１Ａ及び第２リアクトル３１Ｂの温度を検出する第１リアクトル温度センサ１３１が設けられている。第３リアクトル３１Ｃ及び第４リアクトル３１Ｄの間には、第３リアクトル３１Ｃ及び第４リアクトル３１Ｄの温度を検出する第２リアクトル温度センサ１３２が設けられている。また、２次側コンデンサ３５には、２次側コンデンサ３５の温度を検出するコンデンサ温度センサ１３３が設けられている。第３側壁６８には、外部接続コネクタ１３４が設けられている。
【００５８】
図７及び図１０に示すように、第１電流センサ４８の信号線４８Ｌ、第２電流センサ４９の信号線４９Ｌ、第１リアクトル温度センサ１３１の信号線１３１Ｌ、第２リアクトル温度センサ１３２の信号線１３２Ｌ、コンデンサ温度センサ１３３の信号線１３３Ｌ、外部接続コネクタ１３４の信号線１３４Ｌ、第１正極バスバー１２１から延びる信号線１２１Ｌ、第６正極バスバー１２６から延びる信号線１２６Ｌ、負極バスバー１２７から延びる信号線１２７Ｌの内のいくつかは、互いに結束されてワイヤハーネス１３７を形成している。ワイヤハーネス１３７の端部は、複数の信号線に分岐し、コンバータＥＣＵ５１の縁部に設けられた複数のコネクタ１３８と接続する。信号線１２１Ｌ、１２６Ｌ、１２７Ｌは、各バスバー１２１、１２６、１２７の電圧をコンバータＥＣＵ５１に入力し、コンバータＥＣＵ５１は、ＦＣ側コンバータ３の１次側及び２次側の電圧を取得する。
【００５９】
図１１に示すように、支持部材１１５の第１面１１６及び第２面１１７には、複数の補強リブ１４１が突設されている。支持部材１１５の上面において、隣り合う補強リブ１４１の間には、ワイヤハーネス１３７を受容するための収容溝１４２が形成されている。収容溝１４２は、＋Ｚ側に向けて開口し、支持部材１１５の表面に沿った方向に延在している。収容溝１４２はＸ方向に延び、支持部材１１５の−Ｘ側の側縁に到達し、−Ｘ側に向けて開口した第１端部１４３と、支持部材１１５の＋Ｘ側の側縁に到達し、＋Ｘ側に向けて開口した第２端部１４４とを有する。また、収容溝１４２はＸ方向における中央部から＋Ｙ側に向けて分岐した分岐部１４５と有する。分岐部１４５の＋Ｙ側の端部をなす第３端部１４６は、支持部材１１５の前縁に到達し、＋Ｙ側に向けて開口している。
【００６０】
収容溝１４２は、その長手方向における中間部に少なくとも１つの湾曲部１４８を有する。すなわち、収容溝１４２は直線状に延在することを避け、屈曲している。本実施形態では、収容溝１４２のＸ方向における中間部は、第１端部１４３及び第２端部１４４に対して＋Ｙ側にオフセットして配置されている。収容溝１４２が湾曲部１４８を有することによって、支持部材１１５の曲げ剛性を向上させることができる。仮に、収容溝１４２を直線状に配置すると、補強リブ１４１が存在しない脆弱部が直線状に並ぶことになり、収容溝１４２を谷線又は山線とする曲げが生じ易くなる。収容溝１４２に湾曲部１４８を設けることによって、脆弱部が直線状に並ばないため、曲げ剛性が向上する。
【００６１】
図１２に示すように、ワイヤハーネス１３７は、収容溝１４２を通過し、収容溝１４２の第１端部１４３、第２端部１４４、及び第２端部１４４から＋Ｚ側に延びてコンバータＥＣＵ５１の縁部に設けられた各コネクタ１３８と接続する。
【００６２】
図７に示すように、収容溝１４２には、ワイヤハーネス１３７の少なくとも一部を覆う溝カバー１５１が設けられている。溝カバー１５１は、係止爪やねじによって支持部材１１５に結合されている。溝カバー１５１は、ワイヤハーネス１３７を係止し、ワイヤハーネス１３７の収容溝１４２からの離脱を防止する。
【００６３】
以上の構成により、ワイヤハーネス１３７は、支持部材１１５とコンバータＥＣＵ５１との間において、支持部材１１５に沿って配置される。
【００６４】
ＦＣ側コンバータ３は、車両搭載時において、任意の姿勢に配置されてよい。ＦＣ側コンバータ３は、例えば底部６１が水平、又は鉛直方向に沿うように配置されてよい。
【００６５】
以下、本実施形態に係るＦＣ側コンバータ３の効果について説明する。ＦＣ側コンバータ３では、パワーモジュール３７と２次側コンデンサ３５とが支持板８８を介してＺ方向に積層される。ＦＣ側コンバータ３を通過する電流によって、リアクトル３１の内部には交流磁束が発生するため、磁束によってリアクトル３１の内部が磁気飽和しないようにリアクトル３１には適切な磁路断面積が必要になる。その際、電流容量を比較的大きくする、またリアクトル３１の床面積を所定値以下にする等の制約が存在する場合であっても、リアクトル３１の厚みをパワーモジュール３７及び２次側コンデンサ３５のそれぞれの厚みよりも厚くすることで、磁路断面積を確保することができる。そのため、パワーモジュール３７と２次側コンデンサ３５と積層させ、リアクトル３１を単独で配置することによって、ＦＣ側コンバータ３の容積効率を高めることができる。
【００６６】
また、リアクトル３１の磁気的特性が同一の場合、リアクトル３１の厚みを厚くしてリアクトルの磁路断面積を確保することによって、リアクトル３１の底面積の増加を抑制して、ＦＣ側コンバータ３全体の容積効率を高めることができる。例えば、各リアクトル３１Ａ〜３１ＤのＺ方向における厚さを、パワーモジュール３７、支持板８８及び２次側コンデンサ３５のＺ方向における厚さの合計よりも厚くすることによって、リアクトル３１の底面積の増加を一層抑えることができる。
【００６７】
また、２次側コンデンサ３５、パワーモジュール３７、ゲートドライバ５２、及びコンバータＥＣＵ５１が第２領域７４においてＺ方向に互いに積層されているため、更にケース６０の底部６１の面積を小さくすることができる。また、Ｚ方向において、リアクトル３１及び上流側第１流路７８（下流側第１流路７９）の合計の厚さと、２次側コンデンサ３５、支持板８８、パワーモジュール３７、支持部材１１５、及びコンバータＥＣＵ５１の合計の厚さと略同一にすることによって、第２ケース６４の外面を平坦にすることができる。すなわち、第１ケース６３及び第２ケース６４によって形成されるケースの外形を略直方体にすることができる。
【００６８】
また、底部６１の第２領域７４から離れた支持板８８に第２流路９１が形成され、支持板８８の両面にパワーモジュール３７、２次側コンデンサ３５が設けられているため、底部６１の面積を増加させることなく、パワーモジュール３７、２次側コンデンサ３５の全てを冷却することができる。
【００６９】
底部６１の第２領域７４は冷却媒体が流通する流路を有しないため、第１領域７３に対して厚さを薄くすることができる。そのため、ケース６０の底部６１を外方（−Ｚ側）に突出させることなく、第２領域７４の内方（＋Ｚ側）に形成される収容空間を広くすることができる。
【００７０】
コンバータＥＣＵ５１と支持部材１１５との間にワイヤハーネス１３７を配索したため、ワイヤハーネス１３７を固定するためのクリップを一部省略することができる。また、コンバータＥＣＵ５１と支持部材１１５との間の空間を利用して信号線を配索したため、各要素を高密度に集積することができ、ＦＣ側コンバータ３を小型化することができる。
【００７１】
支持部材１１５が絶縁材から形成されているため、コンバータＥＣＵ５１とゲートドライバ５２とを絶縁しつつ、互いに積層して配置することができる。これにより、コンバータＥＣＵ５１及びゲートドライバ５２を高密度に集積することができ、ＦＣ側コンバータ３を小型化することができる。
【００７２】
支持部材１１５の上面において補強リブ１４１の間に収容溝１４２を形成し、収容溝１４２にワイヤハーネス１３７を配索したため、支持部材１１５内にワイヤハーネス１３７を没入させて、ワイヤハーネス１３７及び支持部材１１５を合せた厚みを小さくすることができる。また、ワイヤハーネス１３７が収容溝１４２に受容されることによって、ワイヤハーネス１３７は位置を保持することができるため、ワイヤハーネス１３７を固定するためのクリップを削減することができる。
【００７３】
また、収容溝１４２の各端部が支持部材１１５の縁部に到達しているため、ワイヤハーネス１３７は支持部材１１５の縁部から収容溝１４２内に進入することができるため、支持部材１１５とコンバータＥＣＵ５１を一層近づけて配置することができる。
【００７４】
上記実施形態における第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄ、第１〜第４スイッチング素子３３Ａ〜３３Ｄ、１次側接続部２３、及び２次側接続部２７の配置によれば、昇圧型の多相コンバータであるＦＣ側コンバータ３において最も大きな電流が流れる第１正極バスバー１２１及び負極バスバー１２７の長さを短くすることができ、損失を低減することができる。ここで、ＦＣ側コンバータ３では、１次側正極線１６において１次側正端子２１から並列に接続された第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄに分岐するまでの範囲が最も大きな電流が流れる。また、負極線１８においては、１次側負端子２２から第１〜第４スイッチング素子３３Ａ〜３３Ｄまでの範囲が最も大きな電流が流れる。２次側正極線１７及び負極線の２次側においては、電圧が上昇するため、電流が低下する。そのため、第１正極バスバー１２１及び負極バスバー１２７の長さを短くすることによって、最も効率良く損失を低減することができる。
【００７５】
２次側接続部２７がパワーモジュール３７の＋Ｙ側に配置されているため、パワーモジュール３７の負端子４６と２次側負端子２６との距離を短くすることができる。これにより、負極バスバー１２７を短くすることができ、損失を低減することができる。
【００７６】
第１側壁６６において、＋Ｘ側から、１次側正端子２１、１次側負端子２２、２次側負端子２６、及び２次側正端子２５の順で配置されているため、１次側負端子２２及び２次側負端子２６間の距離を短くして、負極バスバー１２７を更に短くすることができる。なお、この構成は必須ではなく、他の実施形態では１次側正端子２１、１次側負端子２２、２次側負端子２６、及び２次側正端子２５の順序を変更してもよい。
【００７７】
第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄが＋Ｘ側に１次側端を有し、−Ｘ側に２次側端を有するため、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄとパワーモジュール３７の第１〜第４正端子４１〜４４とを接続する第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５を短くして、損失を低減することができる。
【００７８】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、リアクトル３１の数は変更可能である。また、ワイヤハーネス１３７に含まれる信号線は、適宜変更することができる。１次側正極線１６と負極線１８との間には平滑用の１次側コンデンサが接続されてもよい。
【００７９】
上記の実施形態では、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、＋Ｘ側の端部に１次側端を有し、−Ｘ側の端部に２次側端を有する構成としたが、他の実施形態では、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄは、−Ｘ側の端部に１次側端を有し、＋Ｘ側の端部に２次側端を有してもよい。第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの＋Ｘ側の端部に２次側端を設けた場合、第１〜第４リアクトル３１Ａ〜３１Ｄの−Ｘ側の端部に２次側端を設けた場合に比べて、第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５の長さが長くなるが、第２〜第５正極バスバー１２２〜１２５を流れる電流は第１正極バスバー１２１に対して小さいため、損失の増加は比較的小さい。
【００８０】
他の実施形態では、図１３に示すように、２次側接続部２７が第３側壁６８に設けられてもよい。この場合、２次側接続部２７は、パワーモジュール３７の＋Ｙ側の側縁よりも＋Ｙ側に配置されるとよい。詳細には、２次側接続部２７の２次側負端子２６は、パワーモジュール３７の負端子４６に対して、Ｙ方向において同じ位置、又は＋Ｙ側に配置されているとよい。このとき、２次側負端子２６は、２次側正端子２５に対して＋Ｙ側に配置されているとよい。１次側接続部２３が第１側壁６６においてリアクトル３１に＋Ｙ側の位置からパワーモジュール３７の＋Ｙ側の位置に延在し、１次側負端子はパワーモジュール３７の＋Ｙ側、詳細には負端子４６の＋Ｙ側に配置されるとよい。
【符号の説明】
【００８１】
１        ：電気自動車
３        ：ＦＣ側コンバータ（電力変換装置）
１５      ：電圧変換部
２１      ：１次側正端子
２２      ：１次側負端子
２３      ：１次側接続部
２５      ：２次側正端子
２６      ：２次側負端子
２７      ：２次側接続部
３１      ：リアクトル
３２      ：ダイオード
３３      ：スイッチング素子
３５      ：２次側コンデンサ
３７      ：パワーモジュール
４１      ：第１正端子（１次側正端子）
４２      ：第２正端子（１次側正端子）
４３      ：第３正端子（１次側正端子）
４４      ：第４正端子（１次側正端子）
４５      ：第５正端子（２次側正端子）
４６      ：負端子
４８      ：第１電流センサ
４９      ：第２電流センサ
５１      ：コンバータＥＣＵ
５２      ：ゲートドライバ
６０      ：ケース
６１      ：底部
６２      ：側壁部
６６      ：第１側壁
７３      ：第１領域
７４      ：第２領域
７５      ：第１凹部
７６      ：第２凹部
７７      ：カバー
７８      ：上流側第１流路
７９      ：下流側第１流路
８１      ：入口孔
８２      ：出口孔
８４      ：締結面
８５      ：第１接続孔
８６      ：第２接続孔
８８      ：支持板
８９      ：突部
９１      ：第２流路
９２      ：第３接続孔
９３      ：第４接続孔
９５      ：シール溝
１０７    ：媒体流路
１２１    ：第１正極バスバー
１２２    ：第２正極バスバー
１２３    ：第３正極バスバー
１２４    ：第４正極バスバー
１２５    ：第５正極バスバー
１２６    ：第６正極バスバー
１２７    ：負極バスバー
１３１    ：第１リアクトル温度センサ
１３２    ：第２リアクトル温度センサ
１３３    ：コンデンサ温度センサ
１３７    ：ワイヤハーネス
１３８    ：コネクタ
１４１    ：補強リブ
１４２    ：収容溝
１４８    ：湾曲部
１５１    ：溝カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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