(57)【要約】【課題】  電力変換装置の大型化を抑制しながら耐ノイズ性能を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、パワー端子を有するパワー半導体モジュールと、コンデンサ端子を有する平滑コンデンサと、フィルタ回路と、前記パワー半導体モジュールと前記フィルタ回路を収納するケースと、第１壁と、を備え、前記フィルタ回路と前記平滑コンデンサの配列方向に対して直角方向から見た場合、前記パワー半導体モジュールは前記フィルタ回路と重なる位置に配置され、前記パワー端子は、前記フィルタ回路と前記パワー半導体モジュールの間の第１空間に設けられ、前記コンデンサ端子は、前記第１空間まで延ばされかつ当該第１空間に設けられた接続部を介して前記パワー端子と接続され、前記第１壁は、前記接続部と前記フィルタ回路との間に配置されかつ前記ケースに接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換しかつパワー端子を有するパワー半導体モジュールと、
前記直流電力を平滑化しかつコンデンサ端子を有する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサとは異なる部品により構成されるフィルタ回路と、
前記パワー半導体モジュールと前記フィルタ回路を収納するケースと、
前記ケースとは別体により形成される第１壁と、を備え、
前記フィルタ回路と前記平滑コンデンサの配列方向に対して直角方向から見た場合、前記パワー半導体モジュールは前記フィルタ回路と重なる位置に配置され、
前記パワー端子は、前記フィルタ回路と前記パワー半導体モジュールの間の第１空間に設けられ、
前記コンデンサ端子は、前記第１空間まで延ばされかつ当該第１空間に設けられた接続部を介して前記パワー端子と接続され、
前記第１壁は、前記接続部と前記フィルタ回路との間に配置されかつ前記ケースに接続される電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記平滑コンデンサは、前記ケースの底部を挟んで前記フィルタ回路と対向する位置に配置され、
前記底部は、前記第１空間と対向する部分に第１貫通孔を形成し、
前記コンデンサ端子は、前記第１貫通孔を介して前記第１空間まで延ばされる電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載された電力変換装置であって、
前記コンデンサ端子は、前記底部に接触する絶縁部材に接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールのスイッチング動作に係る信号を伝達する制御コネクタを備え、
前記ケースは、前記制御コネクタを接続するためのコネクタ接続部と、当該コネクタ接続部を囲みかつ前記第１空間以外の当該ケース内の空間に設けられるコネクタ側遮蔽壁と、を有し、
前記コネクタ側遮蔽壁は、前記ケースに一体成形される電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記第１壁と前記コネクタ側遮蔽壁の一部により、前記フィルタ回路が配置される空間を形成する電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールに駆動信号を出力する駆動回路基板と、
前記パワー半導体モジュールを制御する制御信号を出力する制御回路基板と、
前記駆動回路基板と前記制御回路基板の間に設けられるベース部と、を備え、
前記駆動回路基板は、回路部品を前記ベース部側に設け、
前記ベース部は、前記駆動回路基板が配置された側に前記回路部品の一部を収納するための空間を形成する凹部と、前記制御回路基板が配置された側に当該凹部に対応して設けられた凸部と、を形成し、
前記制御回路基板は、前記凸部の一部を収納する貫通孔を形成する電力変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールに駆動信号を出力する駆動回路基板と、
前記パワー半導体モジュールを制御する制御信号を出力する制御回路基板と、
前記駆動回路基板と前記制御回路基板の間に設けられるベース部と、を備え、
前記平滑コンデンサの電荷を放電する放電抵抗と、を備え、
前記放電抵抗は、前記駆動回路基板が配置された側の前記ベース部の面に配置され、
前記ベース部は、前記ケースに接続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、電力変換装置に係り、特に特にハイブリッド自動車や電気自動車に関する電力変換装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車においては、バッテリの電力により走行用回転電機を駆動するための電力変換装置を搭載している。電気自動車あるいはハイブリッド自動車用の電力変換装置においては、居住スペースの確保などの観点から、装置の小型化に対する要求が強い。
【０００３】
装置の小型化とともに部品が集積化され、部品間に送受する可能性があるノイズの伝播を抑制する必要が生じる。
【０００４】
ノイズ伝播を抑制には、導電性の遮蔽壁を用いる場合があるが、この遮蔽壁を用いた場合でも電力変換装置の大型化を抑制することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０３１３３０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を抑制しながら耐ノイズ性能を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しかつパワー端子を有するパワー半導体モジュールと、前記直流電力を平滑化しかつコンデンサ端子を有する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサとは異なる部品により構成されるフィルタ回路と、前記パワー半導体モジュールと前記フィルタ回路を収納するケースと、前記ケースとは別体により形成される第１壁と、を備え、前記フィルタ回路と前記平滑コンデンサの配列方向に対して直角方向から見た場合、前記パワー半導体モジュールは前記フィルタ回路と重なる位置に配置され、前記パワー端子は、前記フィルタ回路と前記パワー半導体モジュールの間の第１空間に設けられ、前記コンデンサ端子は、前記第１空間まで延ばされかつ当該第１空間に設けられた接続部を介して前記パワー端子と接続され、前記第１壁は、前記接続部と前記フィルタ回路との間に配置されかつ前記ケースに接続される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、電力変換装置の大型化を抑制しながら耐ノイズ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００と平滑コンデンサ２００との接続部周辺の拡大斜視図である。
【図２】本実施形態に係る電力変換装置の分解斜視図である。
【図３】図２の電力変換装置を組み上げ、モータに取り付けた状態の斜視図である。
【図４（ａ）】図３の面７０１の直角方向から見た電力変換装置とモータの断面図である。
【図４（ｂ）】、図４（ａ）のフィルタ回路１０３と平滑コンデンサ２００とパワー半導体モジュール３００付近を拡大した断面図である。
【図５】図３を第２方向８０１から見て平面７０１で断面を切った電力変換装置の断面斜視図である。
【図６】フィルタ回路１０３を除き、第１空間７００の端子接合部分を目視可能な角度から視た電力変換層の全体斜視図である。
【図７】フィルタ回路１０３をケース４００に組み入れ、第１空間７００の端子接合部分を目視可能な角度から視た電力変換装置の全体斜視図である。
【図８】フィルタケース１０２がケース４００に取付けられた状態を示す全体斜視図である。
【図９】本実施形態に係る平滑コンデンサ２００の分解斜視図である。
【図１０】図９の平滑コンデンサ２００の分解斜視図を組み付けた斜視図である。
【図１１】パワー半導体モジュール３００を駆動及び制御するための駆動回路基板５０１と制御回路基板５０２をベース部５００に組み付けた斜視図である。
【図１２】図１１に示された基板回路５０３の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る実施形態を図面を用いて説示する。
【００１１】
図２は、本実施形態に係る電力変換装置の分解斜視図である。
【００１２】
直流コネクタ４０３は、バッテリから直流電力を受け、この直流電力をフィルタ回路１０３に伝達する。直流コネクタ４０３は、ケース４００の側面に配置される。
【００１３】
フィルタ回路１０３は、直流電源から供給される直流電力に含まれる電磁ノイズを除去し、この直流電力を平滑コンデンサ２００に伝達する。フィルタ回路１０３は、フィルタコンデンサ１００と、フィルタバスバー１０１と、フィルタカバー１０２と、により構成される。
【００１４】
フィルタコンデンサ１００は、フィルタバスバー１０１から直流電力を受け、この直流電力に含まれる電磁ノイズを除去するためのローパスフィルタとして機能する。
【００１５】
フィルタバスバー１０１は、直流コネクタ４０３から直流電力を受け、フィルタコンデンサ１００で電磁ノイズが除去された直流電力を平滑コンデンサ２００に伝達する。
【００１６】
平滑コンデンサ２００は、直流電力の脈動電流を吸収し脈動成分を減少させ、電流を平滑化させる機能を有する。パワー半導体モジュール３００は、直流電力を交流電力へ変換する。
【００１７】
ケース４００は、直流コネクタ４０３と、フィルタ回路１０３と、基板回路５０３と、パワー半導体モジュール３００と、交流ターミナル４０５と、平滑コンデンサ２００と、放電抵抗４０２と、低電圧側コネクタ４０４と、を内部に備える。
【００１８】
トップカバー４０１は、ケース４００の上面側の開口を塞ぎ、蓋としてケース４００内の部品を保護する。放電抵抗４０２は、回路内のコンデンサを無電荷にさせ無電圧にする機能を有する。
【００１９】
低電圧側コネクタ４０４は、外部から信号を受け、この信号を、後述する基板回路５０３に伝達する。交流ターミナル４０５は、パワー半導体モジュール３００から直流電力を受け、これをモータに伝達する。水路パイプ４０６ａ及び４０６ｂは、冷媒を流すための流路を構成する。アンダーカバー４０８は、ケース４００の下面側の開口を塞ぎ、平滑コンデンサ２００を保護する。
【００２０】
図３は、図２の電力変換装置を組み上げ、モータに取り付けた状態の斜視図である。
【００２１】
本実施形態に係る電力変換装置は、下にモータを配置した機電一体型の電力変換装置である。モータのケース６００は、ステータが円筒状であることに合わせて、略円筒状を為す。本実施形態に係る電力変換装置は、ケース６００の円筒の曲面部に沿うように、平滑コンデンサ２００が収納されたケース部４００Ｃがモータ側に突出して形成される。
【００２２】
この構造は、円筒形状のケース６００周辺に生じるスペースを使用してモータと干渉をせずに主電気経路を短縮することが可能となる。その結果、機電一体構造の小型化が出来、かつ主電気経路が受ける電磁ノイズのリスクを減らす効果も得られる。
【００２３】
図４（ａ）は、図３の面７０１の直角方向から見た電力変換装置とモータの断面図である。
【００２４】
フィルタコア１０４は、高周波電流に対して高インピーダンスを持ち、ローパスフィルタとして機能することで直流電力に含まれる電磁ノイズを除去する。フィルタコア１０４は、フィルタバスバー１０１を貫通させる。
【００２５】
第１方向８００は、フィルタ回路１０３と平滑コンデンサ２００の配列方向を表す。第３方向８０２は、第１方向８００に対して直角方向を表す。
【００２６】
第３方向８０２から見た場合、パワー半導体モジュール３００はフィルタ回路１０３と重なる位置に配置される。この配置は平滑コンデンサ２００とパワー半導体モジュール３００の主電気経路を短縮する効果がある。
【００２７】
第１空間７００は、フィルタ回路１０３とパワー半導体モジュール３００の間に設けられている。第１空間７００において、図９にて説示するコンデンサ端子２０９と図１にて説示するパワー端子３０１が溶接によって接合される。
【００２８】
フィルタカバー１０２は、パワー半導体モジュール３００から発生する電磁ノイズを遮断し、フィルタコンデンサ１００と、フィルタバスバー１０１を電磁ノイズから保護する。このフィルターカバー１０２は、ケース４００に対して取り外し可能な構造となっている。これにより、第１空間７００において、フィルターカバー１０２を取り外した状態の場合、溶接が困難な極狭い空間でのンデンサ端子２０９とパワー端子３０１の溶接を容易に可能となる。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００と平滑コンデンサ２００との接続部周辺の拡大斜視図である。
【００３０】
第１壁１０５は、本実施形態においてはフィルタケース１０２の一部として形成されている。第１壁１０５は、図４（ａ）にて説示した第１方向８００に平行な面でフィルタ回路１０３と第１空間７００の間に設けられる。
【００３１】
パワー端子３０１は、パワー半導体モジュール３００において平滑コンデンサ２００からの直流電力を受ける側に配置される。
【００３２】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のフィルタ回路１０３と平滑コンデンサ２００とパワー半導体モジュール３００付近を拡大した断面図である。
【００３３】
直流バスバー２１０は、ケース４００の底部に接触する絶縁部材に接続しており、放熱性を向上させている。第１接触部４１１は、直流バスバー２１０とケース４００の底部の接触部である。
第１放熱経路４１２は第１接触部４１１とパワーモジュール半導体３００の間に位置する。直流バスバー２１０において発生した熱は、第６方向８０５に沿って第１接触部４１１から第１放熱経路４１２に伝達され、第１放熱経路４１２からパワーモジュール半導体３００の冷却水路に伝達され、放熱される。
【００３４】
図５は、図３を第２方向８０１から見て平面７０１で断面を切った電力変換装置の断面斜視図である。
【００３５】
ケース４００は、図４（ａ）に示される第１空間７００と対向する部分に第１貫通孔７０３を形成する。コンデンサ端子２０９は、第１貫通孔７０３を介して第１空間７００に延ばされる。
【００３６】
コネクタ側遮蔽壁４３１は、ケース４００に一体成形される。コネクタ側遮蔽壁４３１は、ケース４００に一体成形されることで、部品点数減少に効果がありかつ生産性の低下を抑制する効果を持つ。
【００３７】
またコネクタ側遮蔽壁４３１は、低電圧側コネクタ４０４を接続するためのコネクタ接続部を囲み、かつ第１空間７００以外のケース４００内の空間に設けられる。
【００３８】
またコネクタ側遮蔽壁４３１は、制御回路基板５０２のグラウンドとして機能する。低電圧側コネクタ４０４が外部から受ける信号に含まれるノイズは、コネクタ側遮蔽壁４３１内のコネクタ接続部に設けられるコンデンサにより吸収される。
【００３９】
図６は、フィルタ回路１０３を除き、第１空間７００の端子接合部分を目視可能な角度から視た電力変換層の全体斜視図である。図８は、フィルタケース１０２がケース４００に取付けられた状態を示す全体斜視図である。
【００４０】
ねじ締結部２０１は、フィルタ回路１０３と平滑コンデンサ２０９の電気的な接続部を構成する。
【００４１】
フィルタ回路配置空間４０９は、図８に示される上面部１０６及び第１壁１０５から成るフィルタケース１０２と、図５に示されたコネクタ側遮蔽壁４３１の一部と、により形成される。
【００４２】
ねじ締結部２０１は、フィルタ回路収納スペース４０９の底部に設けた穴４１０からフィルタ回路配置空間４０９側に突出している。
【００４３】
図７は、フィルタ回路１０３をケース４００に組み入れ、第１空間７００の端子接合部分を目視可能な角度から視た電力変換装置の全体斜視図である。
【００４４】
第１空間７００において、以下の工程で端子間の接合がなされる。
【００４５】
第１工程として、パワーモジュール半導体３００と平滑コンデンサ２００を組み付ける。
【００４６】
第２工程として、第１空間７００でパワー端子３０１とコンデンサ端子２０９の溶接面が向かい合う。
【００４７】
第３工程として、第１空間７００内に溶接用の治具を入れ、パワー端子３０１とコンデンサ端子２０９を挟むことで溶接面を密着させかつ固定する。
【００４８】
第４工程として、パワー端子３０１とコンデンサ端子２０９の直上からアーク溶接を行い、両端子を接合する。
【００４９】
図９は、本実施形態に係る平滑コンデンサ２００の分解斜視図である。図１０は、図９の平滑コンデンサ２００の分解斜視図を組み付けた斜視図である。
【００５０】
直流バスバー２１０は、正極側直流バスバー２０２と負極側直流バスバー２０３により構成される。正極側直流バスバー２０２は、フィルタ回路１０３から直流電力を受け、これを平滑コンデンサセル２０６に伝達する。平滑コンデンサセル２０６は、平滑コンデンサ２００の基幹部品である。
【００５１】
平滑コンデンサセル２０６は、電力に含まれる脈動電流成分を吸収し、減少させる。
【００５２】
正極側直流バスバー２０２は、平滑コンデンサセル２０６から平滑化された電流を受け、これをパワー半導体モジュール３００に伝達する。
【００５３】
負極側直流バスバー２０３は、パワー半導体モジュール３００から電流を受け、これを平滑コンデンサセル２０６に伝達する。平滑コンデンサセル２０６はこの電流をフィルタ回路１０３に伝達する。
【００５４】
平滑コンデンサケース２０４は、平滑コンデンサセル２０６を収納する。平滑コンデンサカバー２０５は、平滑コンデンサセル２０６を平滑コンデンサケース２０４に収納後、平滑コンデンサケース２０４上部の開口部を塞ぎ平滑コンデンサセル２０６を保護する。平滑コンデンサカバー２０５は、樹脂製の充填材を主に用いられる。
【００５５】
コンデンサ端子２０９は、正極側直流バスバー２０２に設けられる正極側コンデンサ端子２０７と、負極側直流バスバー２０３に設けられる負極側コンデンサ端子２０８と、から構成される。正極側コンデンサ端子２０７と負極側コンデンサ端子２０８はそれぞれパワー端子３０１と溶接で接合される部位である。
【００５６】
直流バスバー２１０は、パワー半導体モジュール３００から熱を受けるとともに直流バスバー２１０自身が発熱する。モータと一体に形成された電力変換装置の集約化を図りながら直流バスバー２１０の放熱性を向上させるために、直流バスバー２１０がケース４００の底面と絶縁部材を介して熱的に接続されるように放熱される。
【００５７】
図１１は、パワー半導体モジュール３００を駆動及び制御するための駆動回路基板５０１と制御回路基板５０２をベース部５００に組み付けた斜視図である。図１２は、図１１に示された基板回路５０３の分解斜視図である。
【００５８】
制御回路基板５０２は、パワー半導体モジュール３００のスイッチング駆動を制御する信号を生成する回路基板である。駆動回路基板５０１は、制御回路基板５０２から受けたスイッチング駆動させる信号を変換し、パワー半導体モジュール３００に伝達しスイッチング駆動させる回路基板である。ベース部５００は駆動回路基板５０１と制御回路基板５０２の間に設けられる。
【００５９】
第４方向８０３は、駆動回路基板５０１がベース部５００に配置される方向を表す。第５方向８０４は、制御回路基板５０２がベース部５００に配置される方向を表す。
【００６０】
形状５０５は、第４方向８０３から見た場合に形成される凹部５０５ａと第５方向８０４から見た場合に形成される凸部５０５ｂから成る。
【００６１】
ベース部５００は、駆動回路基板５０１が配置された側に、マイコンや電源回路部等の回路部品５０４を収納するための空間を形成する凹部５０５ａを設けている。
【００６２】
またベース部５００は、制御回路基板５０２が配置された側に凹部５０５ａに対応した凸部５０５ｂを形成している。制御回路基板５０２は、ベース部５００に設けられた凸部５０５の一部を収納する貫通孔５０６を形成する。
【００６３】
形状５０５は、駆動回路基板５０１と制御回路基板５０２をベース部５００に組み付けた際、駆動回路基板５０１とベース部５００と制御回路基板５０２の第４方向８０３の部品間距離を小さくする効果がある。
【００６４】
放電抵抗４０２は、第４方向８０３からベース部５００に配置される。これにより、ベース部５００は、放電抵抗４０２の温度上昇時に、放熱経路として機能する。
【符号の説明】
【００６５】
１００…フィルタコンデンサ、１０１…フィルタバスバー、１０２…フィルタカバー、１０３…フィルタ回路、１０４…フィルタコア、１０５…第１壁、１０６…上面部、２００…平滑コンデンサ、２０１…ねじ締結部、２０２…正極側直流バスバー、２０３…負極側直流バスバー、２０４…平滑コンデンサケース、２０５…平滑コンデンサカバー、２０６…平滑コンデンサセル、２０７…正極側コンデンサ端子、２０８…負極側コンデンサ端子、２０９…コンデンサ端子、２１０…直流バスバー、３００…パワー半導体モジュール、３０１…パワー端子、４００…ケース、４００Ｃ…ケース部、４０１…トップカバー、４０２…放電抵抗、４０３…直流コネクタ、４０４…低電圧側コネクタ、４０５…交流ターミナル、４０６ａ…水路パイプ、４０６ｂ…水路パイプ、４０８…アンダーカバー、４０９…フィルタ回路配置空間、４１０…穴、４１１…第１接触部、４１２…第１放熱経路、４３１…コネクタ側遮蔽壁、５００…ベース部、５０１…駆動回路基板、５０２…制御回路基板、５０３…基板回路、５０４…回路部品、５０５…形状、５０５ａ…凹部、５０５ｂ…凸部、５０６…貫通孔、６００…モータのケース、７００…第１空間、７０３…第１貫通孔、８００…第１方向、８０２…第３方向、８０３…第４方向、８０４…第５方向、８０５…第６方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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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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