(57)【要約】【課題】本明細書は、空間効率よく、リアクトルの熱からコンデンサを保護する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電力変換器は、リアクトルと、リアクトルに並んで配置されているコンデンサと、リアクトルに接続されているバスバを備えている。バスバは、リアクトルとコンデンサの間に配策されているとともに、バスバに一体に形成されている遮熱板を備えている。バスバに遮熱板を一体成形することで、バスバに遮熱板を支持させる。独立した遮熱板をリアクトルとコンデンサの間に設けるよりも、空間効率よく、リアクトルの熱からコンデンサを保護することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルと、
前記リアクトルに並んで配置されているコンデンサと、
前記リアクトルに接続されているバスバと、
を備えており、
前記バスバは、前記リアクトルと前記コンデンサの間に配策されているとともに、前記バスバに一体に形成されている遮熱板を備えている、電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。特に、リアクトルとコンデンサを有する電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両は、電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を搭載している（例えば特許文献１）。特許文献１に開示されている電力変換器は、電源からの電流が流れるリアクトルとコンデンサを備えている。走行用のモータ用の電源は大出力であるため、リアクトルとコンデンサは発熱量が大きい。そこで、特許文献１の電力変換器は、リアクトルとコンデンサを冷却する冷却器を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
省スペースの要請から、冷却器は無くすか、あるいはより小型であることが望まれる。その場合、リアクトルとコンデンサを十分に冷却できないおそれがある。また、搭載スペースの関係から、リアクトルとコンデンサは電力変換器のケース内で近くに配置される場合がある。一般に、コンデンサはリアクトルと比較して耐熱温度が低い。本明細書は、空間効率よく、リアクトルの熱からコンデンサを保護する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電力変換器は、リアクトルと、リアクトルに並んで配置されているコンデンサと、リアクトルに接続されているバスバを備えている。バスバは、リアクトルとコンデンサの間に配策されているとともに、バスバに一体に形成されている遮熱板を備えている。
【０００６】
本明細書が開示する電力変換器は、リアクトルとコンデンサの間にバスバを通すとともに、そのバスバに一体に遮熱板を設ける。バスバが遮熱の効果を奏するとともに、バスバに遮熱板を一体成形することで、バスバに遮熱板を支持させる。独立した遮熱板をリアクトルとコンデンサの間に設けるよりも、空間効率よく、リアクトルの熱からコンデンサを保護することができる。
【０００７】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の電力変換器を含む電気自動車の電力系のブロック図である。
【図２】図中のＨ軸とＶ軸を含む平面でカットした電力変換器の断面図である。
【図３】図中のＦ軸とＨ軸を含む平面でカットした電力変換器の断面図である。
【図４】リアクトル４とコンデンサユニット２７、バスバ２９の関係を示す模式的斜視図である。
【図５】バスバ２９の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の電力変換器１０を説明する。まず、電力変換器１０の回路について説明する。図１に、電力変換器１０を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、バッテリ９０と、走行用のモータ９１と、電力変換器１０を備えている。電力変換器１０は、バッテリ９０の直流電力をモータ９１の駆動に適した交流電力に変換する。電気自動車１００のモータ９１は、運転者がブレーキペダルを踏んだとき、車両の運動エネルギを利用して発電する。発電で得た電力は回生電力と呼ばれる。電力変換器１０は、交流の回生電力を直流に変換してバッテリ９０を充電する機能も有する。
【００１０】
電力変換器１０は、フィルタコンデンサ３、平滑コンデンサ７、インバータ回路８、４個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｄを備えている。４個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｄは、共通の低電圧端９２ａ、９２ｂと、共通の高電圧端９２ｃ、９２ｄの間に並列に接続されている。フィルタコンデンサ３が共通の低電圧端９２ａ、９２ｂの間に接続されており、平滑コンデンサ７が共通の高電圧端９２ｃ、９２ｄの間に接続されている。
【００１１】
電圧コンバータ回路９ａについて説明する。電圧コンバータ回路９ａは、２個のスイッチング素子５ａ、５ｂと、２個のダイオード６ａ、６ｂと、リアクトル４を備えている。２個のスイッチング素子５ａ、５ｂは、高電圧端９２ｃ、９２ｄの間に直列に接続されている。スイッチング素子５ａ、５ｂは、電力変換用のトランジスタあり、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT）である。ダイオード６ａはスイッチング素子５ａに逆並列に接続されており、ダイオード６ｂはスイッチング素子５ｂに逆並列に接続されている。リアクトル４は、一端が低電圧端９２ａ（正極）に接続されており、他端は２個のスイッチング素子５ａ、５ｂの直列接続の中点に接続されている。負極の低電圧端９２ｂと負極の高電圧端９２ｄは直接に接続されている。
【００１２】
電圧コンバータ回路９ａは、低電圧端９２ａ、９２ｂに印加された電力の電圧を昇圧して高電圧端９２ｃ、９２ｄに出力する昇圧機能を備える。電圧コンバータ回路９ａは、高電圧端９２ｃ、９２ｄに印加された電力の電圧を降圧して低電圧端９２ａ、９２ｂに出力する降圧機能も有する。電圧コンバータ回路９ａは、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路である。正極の高電圧端９２ｃに近い側のスイッチング素子５ａが降圧動作に関与し、負極の高電圧端９２ｄに近い側のスイッチング素子５ｂが昇圧動作に関与する。電圧コンバータ回路９ａは、スイッチング素子５ａ、５ｂのスイッチング動作により、リアクトル４に電気エネルギを貯めたり、貯めた電気エネルギを放出したりして、入力された電力の電圧を変える。スイッチング素子５ａ、５ｂに所定のデューティ比の相補的なＰＷＭ信号を供給すると、低電圧端９２ａ、９２ｂに印加される電力（バッテリ電力）と高電圧端９２ｃ、９２ｄに印加される電力（回生電力）の大小関係に依存して、昇圧と降圧が受動的に切り換わる。図１の電圧コンバータ回路９ａの回路構成と機能は良く知られているので詳しい説明は省略する。
【００１３】
電圧コンバータ回路９ｂは、電圧コンバータ回路９ａと同じ回路構成を備えている。電圧コンバータ回路９ｃ−９ｄも、電圧コンバータ回路９ａと同じ回路構成を備えているので、図１では電圧コンバータ回路９ｃ−９ｄの構成は図示を省略した。ただし、電圧コンバータ回路９ｃ−９ｄもリアクトル４を備えていることを示すために、電圧コンバータ回路９ｃ−９ｄを示す矩形の中に点線でリアクトル４を描いてある。
【００１４】
インバータ回路８は、電圧コンバータ回路９ａ−９ｄから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ９１に出力する。インバータ回路８は、モータ９１が生成した交流の回生電力を直流に変換して電圧コンバータ回路９ａ−９ｄに出力する場合もある。インバータ回路８は、複数のスイッチング素子を備えている。インバータ回路８の構成はよく知られているので、詳しい説明は省略する。
【００１５】
電圧コンバータ回路９ａ−９ｄのスイッチング素子５ａ、５ｂとインバータ回路８のスイッチング素子はコントローラ１１によって制御される。コントローラ１１は、不図示の上位コントローラからの指令を受け、スイッチング素子を動作させる駆動信号を生成する。上位コントローラは、車速とアクセル開度からモータ９１の目標出力を算出し、コントローラ１１へ送る。コントローラ１１は、目標出力が実現するように、スイッチング素子５ａ、５ｂ、インバータ回路８のスイッチング素子の駆動信号を生成する。
【００１６】
バッテリ９０とモータ９１の間は、数十キロワットの電力が流れる。そのような大電力のエネルギを貯めたり放出したりするリアクトル４は、他の電子部品と比較して発熱量が大きく、体格も大きい。電力変換器１０は、４個のリアクトル４を備えている。また、スイッチング素子のオンオフに伴い、バッテリ９０の出力電流が流れるコンデンサ３と平滑コンデンサ７も発熱する。一般に、コンデンサの耐熱温度はリアクトルの耐熱温度よりも低い。
【００１７】
次に、電力変換器１０の筺体内の部品レイアウトについて説明する。特に、フィルタコンデンサ３と平滑コンデンサ７をリアクトル４の熱から保護する構造について説明する。
図２に、電力変換器１０の筐体１２を図中の座標系のＶ軸とＨ軸を含む平面でカットした断面図を示し、図３にＦ軸とＨ軸を含む平面でカットした断面図を示す。図２は、筐体１２の前側板をカットした断面図である。図３は、中仕切板２８の下でカットした筐体１２の断面を示している。図３は、図２に示した中仕切板２８の下でカットした断面であるので、制御基板２６と積層ユニット２０は描かれていない。
【００１８】
筐体１２には、制御基板２６、積層ユニット２０、コンデンサユニット２７、４個のリアクトル４が収容されている。積層ユニット２０は、複数の冷却器２２と複数の半導体モジュール２１を１個ずつ交互に積層したユニットである。１個の半導体モジュール２１には、２個のスイッチング素子と２個のダイオードが封止されている。２個のスイッチング素子は直列に接続されており、夫々のダイオードは夫々のスイッチング素子に逆並列に接続されている。一つの電圧コンバータ回路９ａ（図１参照）のスイッチング素子５ａ、５ｂとダイオード６ａ、６ｂは半導体モジュール２１に収容されている。電力変換器１０は、４個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｄを備えており、積層ユニット２０は、４個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｄの夫々に対応した４個の半導体モジュール２１を含んでいる。また、インバータ回路８も複数のスイッチング素子を備えており、積層ユニット２０は、インバータ回路８のスイッチング素子を収容している半導体モジュール２１も含んでいる。各半導体モジュール２１の両側に冷却器２２が接している。夫々の半導体モジュール２１は、両側から冷却器２２で冷却される。
【００１９】
制御基板２６には、図１で示したコントローラ１１が実装されている。半導体モジュール２１の制御端子２４が、制御基板２６に接続されている。複数の制御端子２４には、半導体モジュール２１に収容されているスイッチング素子のゲートに接続されている端子、半導体モジュール２１に含まれている温度センサの端子が含まれる。
【００２０】
半導体モジュール２１の下面から３個のパワー端子２５が延びている。３個のパワー端子２５は、スイッチング素子の直列接続の高電位側、中点、低電位側に夫々接続している。３個のパワー端子２５は、コンデンサユニット２７やリアクトル４と接続されているが、パワー端子２５の接続先は図示を省略してある。
【００２１】
４個のリアクトル４が一列に並んで配置されている。それぞれのリアクトル４は、環状のコア４ｂと、コア４ｂの２か所に巻回された一対のコイル４ａで構成されている。一対のコイル４ａは１本の巻線で作られており、電気的には１個のコイルを構成する。
【００２２】
コンデンサユニット２７は、４個のリアクトル４に並んで配置されている。コンデンサユニット２７は、４個のリアクトル４の夫々に隣接するように配置されている。コンデンサユニット２７には複数のコンデンサ素子が収容されており、それらのコンデンサ素子は、図１のフィルタコンデンサ３と平滑コンデンサ７に対応する。
【００２３】
４個のリアクトル４は、バスバ２９で接続されている。バスバ２９の一端はコンデンサユニット２７、即ち、図１のフィルタコンデンサ３に接続されている。４個のリアクトル４の夫々の一端がバスバ２９で接続されている。４個のリアクトル４の夫々の他端を接続するバスバは図示を省略している。バスバ２９は、リアクトル４とコンデンサユニット２７の間を通過するように配策されている。別言すれば、バスバ２９は、４個のリアクトル４の側方を通過するとともに、その反対側でコンデンサユニット２７の側方を通過する。
【００２４】
バスバ２９には、遮熱板２９ａが備えられている。遮熱板２９ａは、樹脂の射出成形で作られている。遮熱板２９ａは、射出成形法の一種であるインサート成形によって、金属製のバスバ２９に一体に作られている。遮熱板２９ａは、リアクトル４とコンデンサユニット２７の間を通過する長さを有しており、リアクトル４の輻射熱からコンデンサユニット２７を保護する。
【００２５】
図４に、リアクトル４とコンデンサユニット２７とバスバ２９の関係を示す模式的斜視図を示す。なお、図４では、夫々のリアクトル４を単純な直方体で簡略化して描いてある。図５に、遮熱板２９ａを伴うバスバ２９の斜視図を示す。
【００２６】
遮熱板２９ａは、リアクトル４からの輻射熱を良く吸収するように黒色に着色されているとよい。
【００２７】
また、遮熱板２９ａの端末位置は、遮熱効果を高めるために筐体１２の内壁からの距離を短くするとよい。
【００２８】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。電力変換器１０は、４個のリアクトル４を含んでいる。本明細書が開示する技術は、１個以上のリアクトル及びコンデンサを含む電力変換器に適用することができる。
【００２９】
また、実施例においては、遮熱板２９ａは射出成形の一種であるインサート成形により金属製のバスバ２９に一体に作られている。バスバと遮熱板の一体化は、例えば、接着、その他物理的嵌合等によって実現されてもよい。
【００３０】
さらに、遮熱板２９ａは、リアクトル４とコンデンサユニット２７の間を通過する長さを有している。遮熱板の全長は、コンデンサユニットよりも長いことが望ましいが、十分や遮熱効果が得られる長さであればよく、例えば、コンデンサユニット長さの約８０％程度の長さがあればよい。
【００３１】
本明細書が開示する技術は、直流電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造に関する。電力変換器が搭載される電気自動車には、モータとエンジンを備えるハイブリッド車と、直流電源として燃料電池を備える自動車が含まれる。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３３】
３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
４ａ：コイル
４ｂ：コア
５ａ、５ｂ：スイッチング素子
６ａ、６ｂ：ダイオード
７：平滑コンデンサ
８：インバータ回路
９ａ−９ｄ：電圧コンバータ回路
１０：電力変換器
１１：コントローラ
１２：筐体
２０：積層ユニット
２１：半導体モジュール
２２：冷却器
２４：制御端子
２５：パワー端子
２６：制御基板
２７：コンデンサユニット
２８：中仕切板
２９：バスバ
２９ａ：遮熱板
９０：バッテリ
９１：モータ
１００：電気自動車
【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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