(57)【要約】【課題】本明細書は、夫々がリアクトルを含んでいる複数の電圧コンバータ回路が並列に接続されている電力変換器の車載構造を開示する。【解決手段】電力変換器１０は、少なくとも１個のリアクトルと電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容している主筐体１２と、残りのリアクトルを収容している副筐体１３を備えている。主筐体１２は、フロントコンパートメント９９にて、ブラケット４５、４６ａ、４６ｂを介して下方に隙間ＳＰを設けて車体に固定されている。副筐体１３は、主筐体１２と前端を揃えて主筐体１２の車幅方向の側方に連結されている。【選択図】図３
2019068638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれがリアクトルを含んでいる複数の電圧コンバータ回路が並列に接続されている電力変換器の車載構造であり、
前記電力変換器は、少なくとも１個のリアクトルと前記電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容している主筐体と、残りのリアクトルを収容しているとともに前記主筐体とケーブルで接続されている副筐体を備えており、
前記主筐体は、フロントコンパートメントにて、ブラケットを介して下方に隙間を設けて車体に固定されており、
前記副筐体は、前記主筐体と前端に揃えて前記主筐体の車幅方向の側方に連結されている、車載構造。
【請求項２】
前記主筐体と前記副筐体を接続するケーブルは、前記副筐体の後側面に接続されている、請求項１に記載の車載構造。
【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、それぞれがリアクトルを含んでいる複数の電圧コンバータ回路が並列に接続されている電力変換器の車載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、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を備えている。電力変換器は、車両のフロントコンパートメントに搭載されることがよくある。電力変換器の中には、並列に接続された複数の電圧コンバータ回路を備えているものがある（例えば特許文献１）。電圧コンバータ回路はチョッパタイプであり、それぞれの電圧コンバータ回路はリアクトルを含んでいる。リアクトルは発熱量が大きいため、複数の電圧コンバータ回路の並列接続によって各リアクトルの負荷（発熱量）を抑えることができる。また、例えば、特許文献２には、電力変換器をトランスミッションの上に固定するとともに、リアクトルだけをトランスミッションの筐体内へ収容する技術が開示されている。リアクトルは、トランスミッション内の冷媒によって、ギアとともに冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３９３４号公報
【特許文献２】ＵＳ２０１４／０１７５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧コンバータ回路を構成する部品のうち、リアクトルは特に体格が大きい。一方、電力変換器は、リアクトルのほか、電圧コンバータ回路のスイッチング素子や制御基板などの部品を備えている。複数の体格の大きいリアクトルとその他の様々な部品を一つの筐体に収容しようとすると、筐体内部の空間に無駄が生じ、筐体が大型化する。この場合、いくつかのリアクトルを別の筐体に収容することが考えられる。例えば、主筐体には、スイッチング素子などとともに空間効率よく配置できるだけの数のリアクトルを収容する。空間効率よく主筐体に収容できない残りのリアクトルは、別の筐体（副筐体）に収容し、両者をケーブルで接続する。そうすることで、主筐体と副筐体の全体で空間効率を高めた電力変換器を得ることができる。
【０００５】
他方、上記した主筐体と副筐体を車両のフロントコンパートメントに搭載する場合、衝突の衝撃で副筐体が主筐体から離れてしまうと両者を接続しているケーブルが切断してしまうおそれがある。リアクトルに接続されているケーブルには、モータ駆動用の高電圧が印加されている。高電圧が印加されているケーブルが切断されることは好ましくない。高電圧が印加されるリアクトルを副筐体に収容する電力変換器について、衝突時に副筐体が主筐体から離れ難い車載構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、夫々がリアクトルを含んでいる複数の電圧コンバータ回路が並列に接続されている電力変換器の車載構造を開示する。電力変換器は、少なくとも１個のリアクトルと電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容している主筐体と、残りのリアクトルを収容している副筐体を備えている。主筐体は、フロントコンパートメントにて、ブラケットを介して下方に隙間を設けて車体に固定されている。副筐体は、主筐体と前端を揃えて主筐体の車幅方向の側方に連結されている。
【０００７】
本明細書が開示する車載構造では、主筐体は下方に隙間を設けて車体に固定し、副筐体は前端を揃えて主筐体の側方に連結する。主筐体と副筐体の前端を揃えることで、前方から障害物が衝突したときに主筐体と副筐体の両方で衝突荷重を受け、荷重を分散し、夫々の筐体が受けるダメージを低減する。また、下方に空隙を設けて筐体を車体に支持することで、衝撃を受けた筐体（主筐体と副筐体）が後退できる余地を確保し、衝突の衝撃を緩和する。特に、主筐体と副筐体の前端を揃えることで、両者が一緒に後退するので、副筐体が主筐体から外れる可能性を低減することができる。
【０００８】
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】
【０００９】
【図１】実施例の車載構造が適用されている電気自動車の電力系のブロック図である。
【図２】実施例の車載構造を説明する平面図である。
【図３】実施例の車載構造を説明する側面図である。
【図４】実施例の車載構造を説明する正面図である。
【図５】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６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、電気自動車１００の電力変換器１０に適用されている。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。
【００１１】
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、６個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆを備えている。６個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆ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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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−９ｆ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−９ｆの構成は図示を省略した。ただし、電圧コンバータ回路９ｃ−９ｆ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−９ｆを示す矩形の中に点線でリアクトル４を描いてある。
【００１５】
インバータ回路８は、電圧コンバータ回路９ａ−９ｆ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−９ｆ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。
【００１６】
電圧コンバータ回路９ａ−９ｆ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。
【００１７】
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体格が大きい。電力変換器１０は、６個のリアクトル４を備えている。６個のリアクトル４とその他の電子部品を一つの筐体に収めると、空間効率が悪くなる。電力変換器１０は２個の筐体（主筐体１２と副筐体１３）を備えており、６個のリアクトル４を２個の筐体に分散収納する。
【００１８】
図２から図６を参照して電力変換器１０の車載構造２を説明する。図２−図４は、電気自動車１００に搭載された電力変換器１０を示している。図２−図４は、車載構造２を説明するのに必要な部品のみを示しており、他の部品の図示は省略している。図２−図４では、電気自動車１００のボディと車輪を仮想線で描いてある。図２−図６では電気自動車１００のボディの向きを示す座標系も示してある。座標系のＦ軸の正方向が車両の前方に相当する。Ｖ軸の正方向が車両の上方に相当する。Ｈ軸の正方向が車両の左サイド方向に相当する。
【００１９】
図２は、車載構造２を説明する平面図である。図３は車載構造２を説明する側面図である。図４は、車載構造２を説明する正面図である。図２と図３では、車両の後部の図示を省略した。
【００２０】
電力変換器１０は、車両のフロントコンパートメント９９に搭載されている。先に述べたように、電力変換器１０は、２個の筐体、即ち、主筐体１２と副筐体１３を備えている。主筐体１２と副筐体１３は、車幅方向で隣接するように配置されており、相互に連結されている。主筐体１２と副筐体１３は、前端を揃えて相互に固定されている。図２と図３の直線Ｌが、主筐体１２と副筐体１３に共通の前端を示している。主筐体１２と副筐体１３は、ケーブル４９で電気的に接続されている。
【００２１】
主筐体１２と副筐体１３は、フロントブラケット４５とリアブラケット４６ａ、４６ｂによって、クロスプレート４３の上に、隙間ＳＰを有して固定されている。フロントブラケット４５とリアブラケット４６ａ、４６ｂの下端がクロスプレート４３に固定され、上端が主筐体１２と副筐体１３に連結されている。
【００２２】
先に述べたように、主筐体１２の前端と副筐体１３の前端は、車両前後方向で同じ位置であり、共通のフロントブラケット４５に連結されている。副筐体１３の長さは主筐体１２よりも短く、主筐体１２の後端はリアブラケット４６ａに連結されており、副筐体１３の後端はリアブラケット４６ｂに連結されている。
【００２３】
クロスプレート４３は、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ４１に掛け渡されている。一対のサイドメンバ４１の前端は、ラジエータフレーム４２に連結されている。なお、図４では、ラジエータフレーム４２の図示は省略した。一対のサイドメンバ４１には、不図示の防振マウントを介してモータ９１が懸架されている。電力変換器１０は、モータ９１へ電力を供給するので、モータ９１の近くに配置されるのが、電力の伝送損失が抑えられるので好都合である。
【００２４】
図５に、主筐体１２と副筐体１３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６にＦ軸とＨ軸を含む平面でカットした断面図を示す。図５は、主筐体１２と副筐体１３の前側板をカットした断面図である。図６は、中仕切板２８の下でカットした主筐体１２の断面と、上板をカットした副筐体１３の断面を示している。
【００２５】
主筐体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、３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、６個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆを備えており、積層ユニット２０は、６個の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆの夫々に対応した６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。
【００２６】
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。
【００２７】
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とバスバで接続されているが、バスバの図示は省略した。
【００２８】
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。
【００２９】
主筐体１２には、制御基板２６と、スイッチング素子を収容した半導体モジュール２１と、コンデンサユニット２７のほか、３個のリアクトル４が収容されている（図６参照）。図６は、図５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。
【００３０】
副筐体１３には別の３個のリアクトル４が収容されている（図６参照）。それぞれのリアクトル４は、リング状のコア４ｂと、２個のコイル４ａで構成されている。２個のコイル４ａは、平行になるように、リング状のコア４ｂに取り付けられている。２個のコイル４ａは１本の巻線で作られており、電気的には一つのコイルである。リアクトル４には数十キロワットの電力が流れるため、リアクトル４は他の電子部品と比較して体格が大きい。
【００３１】
主筐体１２と副筐体１３は、ケーブル４９で接続されている。ケーブル４９は、副筐体１３の後側板と、主筐体１２の横側板に接続されている。ケーブル４９は、主筐体１２と副筐体１３の夫々の内部でリアクトル４と接続されているが、ケーブルの筐体内での配索は図示を省略している。ケーブル４９には、走行用のモータ９１を駆動する数十キロワットの電力が流れる。
【００３２】
上記した車載構造２の特徴を説明する。電力変換器１０は、車両のフロントコンパートメント９９に搭載されている。電力変換器１０は、夫々がリアクトル４を含んでいる複数の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆを含んでおり、複数の電圧コンバータ回路９ａ−９ｆは並列に接続されている。電力変換器１０の回路を構成する部品は、２個の筐体（主筐体１２と副筐体１３）に分散して収容されている。主筐体１２には、電圧コンバータ回路９ａ−９ｆとインバータ回路８のスイッチング素子（半導体モジュール２１）と、制御基板２６と、コンデンサユニット２７と、３個のリアクトル４が収容されている。副筐体１３には、残りの３個のリアクトル４が収容されている。主筐体１２と副筐体１３を接続するケーブル４９は、副筐体１３の後部と主筐体１２の側面後部に接続されている。
【００３３】
主筐体１２と副筐体１３は、車幅方向で隣接するように連結されている。主筐体１２と副筐体１３は、前端を揃えて連結されている。主筐体１２と副筐体１３は、フロントブラケット４５とリアブラケット４６ａ、４６ｂによって、筐体の下方に隙間ＳＰを確保しつつ車両（クロスプレート４３）に固定されている。
【００３４】
リアクトル４は他の電子部品と比較して体格が大きい。主筐体１２には、いくつかのリアクトル４と、他の部品（半導体モジュール２１や制御基板２６など）が収容される。主筐体１２の中で、他の部品と空間効率良く収容できるだけの数のリアクトル４を主筐体１２に収容する。主筐体１２に効率良く収容できない残りのリアクトル４は、副筐体１３に収容される。体格の大きい複数のリアクトル４を２個の筐体（主筐体１２と副筐体１３）に分散収容することで、複数のリアクトル４を空間効率よく収容することができる。
【００３５】
主筐体１２と副筐体１３はケーブル４９で接続される。車両が前面衝突したとき、電力変換器１０は前方から衝撃を受ける場合がある。主筐体１２と副筐体１３は、下方に隙間を有してフロントブラケット４５とリアブラケット４６ａ、４６ｂで支持されている。前方から衝撃を受けたとき、主筐体１２と副筐体１３は、後退する余地がある。即ち、主筐体１２と副筐体１３は、前方から衝突荷重を受けると、ブラケット４５、４６ａ、４６ｂが変形し、後下方へ移動する。主筐体１２と副筐体１３は、後退することにより衝撃を緩和する。
【００３６】
さらに、主筐体１２と副筐体１３は、前端を揃えて連結されている。図２、図３、図６に示した直線Ｌが、主筐体１２と副筐体１３の共通の前端の位置を示している。図６に示すように、車両が前面衝突した際、電力変換器１０の前方から障害物ＯＢが電力変換器１０に衝突する場合がある。障害物ＯＢは、主筐体１２の前端と副筐体１３の前端に同時に接触する。前方からの衝撃は、主筐体１２と副筐体１３の両方で受けるので、衝撃力が分散し、副筐体１３が主筐体１２から外れ難くなる。それゆえ、高電圧が加わっているケーブル４９が外れ難い。ケーブル４９が副筐体１３の後端（後側板）に接続されていることも、前面衝突の際にケーブル４９が外れ難くなることに貢献する。
【００３７】
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、６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、２個以上のリアクトルを含む電力変換器の車載構造に適用することができる。主筐体には少なくとも１個のリアクトルとスイッチング素子などの電子部品が収容され、副筐体には残りのリアクトルが収容される。
【００３８】
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。
【００３９】
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】
【００４０】
２：車載構造
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−９ｆ：電圧コンバータ回路
１０：電力変換器
１１：コントローラ
１２：主筐体
１３：副筐体
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
４１：サイドメンバ
４２：ラジエータフレーム
４３：クロスプレート
４５：フロントブラケット
４６ａ、４６ｂ：リアブラケット
４９：ケーブル
９０：バッテリ
９１：モータ
９９：フロントコンパートメント
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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【図６】
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