(57)【要約】【課題】本明細書は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を２組有する電力変換装置に関し、夫々の冷却器の冷媒管を低コストで連結する技術を提供する。【解決手段】電力変換装置２は、積層冷却ユニット２０を収容する第１筐体３と、降圧コンバータ７５と冷却器５を収容しており第１筐体３と合体する第２筐体４を備える。第１筐体３の第２筐体４との結合面に隣接する側壁に第１突出部１３が設けられている。第２筐体４の側壁に、第１筐体３と合体したときに第１突出部１３と結合する第２突出部１４が設けられている。第１突出部１３の内部に第１冷媒流路Ｐ１が設けられており、第１冷媒流路Ｐ１の一端に積層冷却ユニット２０の冷媒管２３が連結している。第２突出部１４の内部に第２冷媒流路Ｐ２が設けられており、第２冷媒流路Ｐ２の一端に冷却器５の冷媒管６が連結している。第１筐体３と第２筐体４が合体した筐体６において第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２が連通する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力変換器と当該第１電力変換器を冷却する液冷式の第１冷却器を収容する第１筐体と、第２電力変換器と当該第２電力変換器を冷却する液冷式の第２冷却器を収容しており前記第１筐体と合体する第２筐体を備えた電力変換装置であり、
前記第１筐体の前記第２筐体との結合面に隣接する側壁に第１突出部が設けられており、
前記第２筐体の側壁に、前記第１筐体と合体したときに前記第１突出部と結合する第２突出部が設けられており、
前記第１突出部の内部に第１冷媒流路が設けられており、当該第１冷媒流路の一端に前記第１冷却器の冷媒管が連結しており、
前記第２突出部の内部に第２冷媒流路が設けられており、当該第２冷媒流路の一端に前記第２冷却器の冷媒管が連結しており、
前記第１筐体と前記第２筐体が合体した筐体において前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路が連通している、
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。本明細書が開示する電力変換装置は、特に、バッテリの電力を変換して走行用モータに供給する車載用の電力変換装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
大電力を出力する電力変換装置は発熱部品を多く含む。典型的には、バッテリの電力を変換して走行用のモータに供給する車載の電力変換装置は、発熱量の大きい多数のスイッチング素子を備える。また、電力変換装置のなかには、電圧コンバータ回路とインバータ回路、あるいは、複数の電圧コンバータ回路など、複数の電力変換器を備えるものも少なくない。電力変換器は、多くのスイッチング素子などの発熱部品を含む。
【０００３】
電力変換器が多数の発熱部品を含む場合、その発熱部品を冷却するのに液冷式の冷却器を備えることがある。そして、複数の電力変換器を備える電力変換装置では、電力変換器ごとに冷却器を備えることがある。特許文献１には、２つの電力変換器と各電力変換器を冷却する液冷式の冷却器を備えた電力変換装置が開示されている。その電力変換装置では、２つの冷却器を連結する連結管が装置筐体の外部に露出している。連結管を装置筐体の外部に備えなければならない理由は、例えば装置の筐体を小型化する、という要求である。
【０００４】
特許文献１の電力変換装置は、一方の冷却器の冷媒管と、他方の冷却器の冷媒管が筐体側壁から突出しており、２つの冷媒管が連結管で連結されている。連結管は、例えば、弾性を有するとともに絶縁性も有するＥＰＤＭ、ＮＢＲ等からなるホースである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の電力変換装置のように、２つの冷却器から伸びる冷媒管を筐体外部で連結するには連結部材が必要となる。本明細書は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を２組有する電力変換装置に関し、夫々の冷却器の冷媒管を低コストで連結する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
複数の電力変換器を内蔵する電力変換装置では、筐体を分割し、夫々に電力変換器を収容する態様が採用されることがある。本明細書が開示する技術は、分割された筐体を巧みに活用して２つの冷却器の冷媒管同士を低コストで連結する。
【０００８】
本明細書が開示する電力変換装置は、第１電力変換器とその第１電力変換器を冷却する液冷式の第１冷却器を収容する第１筐体と、第２電力変換器とその第２電力変換器を冷却する液冷式の第２冷却器を収容する第２筐体を備える。第１筐体と第２筐体は合体して一つの筐体を構成する。第１筐体には、第２筐体との結合面に隣接する側壁に第１突出部が設けられている。第２筐体には、第１筐体と合体したときに第１突出部と結合する第２突出部が設けられている。そして、第１突出部の内部に第１冷媒流路が設けられており、その第１冷媒流路の一端に第１冷却器の冷媒管が連結している。第２突出部の内部に第２冷媒流路が設けられており、その第２冷媒流路の一端に第２冷却器の冷媒管が連結している。そして、第１筐体と第２筐体が合体した筐体において、第１突出部と第２突出部が結合し、第１冷媒流路と第２冷媒流路が連通する。
【０００９】
上記の電力変換装置は、夫々の筐体の一部に冷媒流路を設け、２つの筐体が合体すると
２つの冷媒流路が連結する。従って連結管を別途用意する必要がなく、２つの冷却器を低コストで連結できる。なお、一般に車載の電力変換装置の筐体はアルミニウムなどの金属で作られることが多く、その場合、第１突出部は第１筐体と一体成形で作ることができる。筐体製造工程で第１突出部を設けることができるので、一層コストを抑制できる。筐体が樹脂で製造される場合も同様である。また、第２筐体の第２突出部についても同様である。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を２組有する電力変換装置に関し、夫々の冷却器の冷媒管を低コストで連結する技術を提供する。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】
【００１１】
【図１】実施例の電力変換装置の分解斜視図である。
【図２】電力変換装置の斜視図である（カバーを外した状態）。
【図３】図２のIII−III線における断面図である。
【図４】図３の破線IVが示す部分の拡大断面図である。
【図５】変形例の電力変換装置の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して電力変換装置２を説明する。図１は、電力変換装置２の分解斜視図であり、図２は電力変換装置２の斜視図である。なお、理解を助けるため、電力変換装置２のカバーは図示を省略している。また、図３に、図２のIII−III線における断面図（第１突出部１３と第２突出部１４を縦に横断する断面図）を示す。図３には、カバー３ａを描いてある。
【００１３】
電力変換装置２は、電気自動車に搭載され、メインバッテリ（不図示）の直流電力を昇圧した後に交流に変換して走行用モータに供給する。また、電力変換装置２は、メインバッテリの電力を降圧して補機バッテリや補機群に電力を供給する機能も有する。電力変換装置２は、電気回路としては、電圧コンバータ回路とインバータ回路を組み合わせた回路と、降圧コンバータ回路を含む。電力変換装置２は、ハードウエアとしては、主として、電圧コンバータ回路とインバータ回路のスイッチング素子（ＩＧＢＴなどのトランジスタ）を集積して冷却する積層冷却ユニット２０、モータ駆動用の大電流を平滑化する平滑化コンデンサ７６、電圧コンバータ回路に用いられるリアクトル７７、メインバッテリの電力を降圧する降圧コンバータ７５、降圧コンバータ７５を冷却する冷却器５、および、スイッチング素子を制御する制御回路を実装した回路基板で構成される。なお、回路基板は積層冷却ユニット２０やリアクトル７７の上方に配置されるが、その図示は省略している。
【００１４】
上記ハードウエア群を収容する電力変換装置２の筐体６は、第１筐体３と第２筐体４に分割されている。別言すれば、第１筐体３と第２筐体４が合体して電力変換装置２の一つの筐体６が構成される。第１筐体３には、積層冷却ユニット２０、リアクトル７７、平滑化コンデンサ７６、及び、回路基板（不図示）が収容される。また、第２筐体４には、降圧コンバータ７５が収容される。第１筐体３の底板が、第２筐体４のカバーに相当する。また、第２筐体４には、冷媒管７（図３参照）が設けられており、第２筐体４そのものが冷却器５に相当する。
【００１５】
第１筐体３の側壁には第１突出部１３が設けられており、その内部に第１冷媒流路Ｐ１が形成されている。また、第２筐体４の側壁には第２突出部１４が設けられており、その内部に第２冷媒流路Ｐ２が形成されている。第１筐体３と第２筐体４が合体すると、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２が連通する（図２、図３を参照のこと）。第１及び第２突出部１３、１４、第１及び第２冷媒流路Ｐ１、Ｐ２については後に詳しく述べる。
【００１６】
積層冷却ユニット２０の構造を概説する。積層冷却ユニット２０は、スイッチング素子をモールドした複数のパワーカード２２と、内部を冷媒が通る平板型の複数の冷却プレート２１を交互に積層したものである。積層冷却ユニット２０が含む多数のスイッチング素子が、電圧コンバータ回路やインバータ回路の主要部品に相当する。
【００１７】
冷却プレート２１は、内部が空洞であり、また、長手方向の両側（すなわち、パワーカード２２の両側）のそれぞれに貫通孔が設けられている。隣接する冷却プレート２１の貫通孔同士が連結管２５で接続されている。また積層冷却ユニット２０の積層方向の端に位置する冷却プレート２１には、２本の冷媒管２３と２４が連結されている。積層冷却ユニット２０は、第１筐体３に収納される。積層冷却ユニット２０は、その積層体の一方の端部に絶縁板８１と板バネ７９がさらに積層され、第１筐体３の内壁と支柱７８で挟持支持される。板バネ７９により、積層冷却ユニット２０はその積層方向に荷重を加えられつつ第１筐体３に支持される。板バネ７９の荷重により、交互に積層されている冷却プレート２１とパワーカード２２が密着し、両者の間で熱がよく伝達される。
【００１８】
積層冷却ユニット２０の積層方向の端に位置する冷却プレート２１に連結されている一方の冷媒管２３は、第１筐体３の側壁に設けられた第１冷媒流路Ｐ１と連結されており、他方の冷媒管２４は、第１筐体３の側壁に設けられた貫通孔７３を通して外部の冷媒排出管７２に連結されている。
【００１９】
第２筐体４には、降圧コンバータ７５が収容される。前述したように、第２筐体４はそれ自体が冷却器５を構成しており、降圧コンバータ７５を冷却する。第２筐体４の内部には、冷媒管７が形成されている。冷媒管７の一端は、第２筐体４の第２突出部１４に設けられた第２冷媒流路Ｐ２と連結されている。冷媒管７の他端は、第２筐体４の側壁に設けられた開口７４にて外部の冷媒供給管７１に連結されている。
【００２０】
上記説明したように、電力変換装置２は、その内部に、電力変換器と冷却器の組を２セット内蔵している。一組は、電力変換器と冷却器が一体となった積層冷却ユニット２０であり、もう一組は、降圧コンバータ７５と冷却器５である。前述したように、冷却器５は、第２筐体４そのものである。
【００２１】
電力変換装置２における冷媒の流れを説明する。なお、冷媒は、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。冷媒供給管７１によって、外部から電力変換装置２に冷媒が供給される。冷媒供給管７１を通じて供給された冷媒は、開口７４を通じて冷却器５の冷媒管７（図３参照）に流れ込む。冷媒は、冷媒管７、即ち、冷却器５を流れる間に降圧コンバータ７５を冷却する。冷媒管７の他端は、第２冷媒流路Ｐ２に連結している。第２冷媒流路Ｐ２は第１冷媒流路Ｐ１と連通しており、第１冷媒流路Ｐ１は、積層冷却ユニット２０の冷媒管２３に接続している。従って、冷媒管７（即ち、冷却器５）を通過した冷媒は、第２冷媒流路Ｐ２、第１冷媒流路Ｐ１を通じて積層冷却ユニット２０へと流れる。積層冷却ユニット２０では、冷媒管２３と連結管２５を通じて全ての冷却プレート２１へと冷媒が分配される。冷媒は、各冷却プレート２１を流れるうちに冷却プレート２１に接している各パワーカードを冷却する。冷却プレート２１を通過した冷媒は、反対側の連結管２５と冷媒管２４を通じ、電力変換装置２の筐体６に連結されている外部の冷媒排出管７２へと排出される。
【００２２】
図１−図３とともに、図４を参照して、第１突出部１３、第２突出部１４、及び、それらの内部に形成されている第１冷媒流路Ｐ１、第２冷媒流路Ｐ２を説明する。図４は、図３において符号IVの破線が示す範囲の拡大断面図である。また、図４では、理解を助けるために、パワーカード２２は仮想線で描いてある。
【００２３】
前述したように、第１筐体３の側壁に第１突出部１３が設けられており、第２筐体４の側壁に第２突出部１４が設けられている。図１、図２によく表されているように第１筐体３の底面が第２筐体４との結合面となる。第１突出部１３は、第１筐体３の第２筐体４との結合面（即ち底面）に隣接する側壁に設けられている。なお、結合面（底面）に隣接する側壁とは、換言すれば、結合面（底面）の縁と連続している側壁である。第１冷媒流路Ｐ１は、第１突出部１３の内部に形成されている。第１冷媒流路Ｐ１の一端１３ｂは、第１筐体３の内側に開口している。第１冷媒流路Ｐ１の一端１３ｂには、丸グロメット１７を介して積層冷却ユニット２０の冷媒管２３が連結されている。第１冷媒流路Ｐ１は、第１突出部１３の内部で直角にカーブしており、その他端は第１突出部１３の底面１３ａに開口している。
【００２４】
第２突出部１４は、第２筐体４の側壁に設けられている。第２突出部１４の内部に第２冷媒流路Ｐ２が形成されている。前述したように第２筐体４はそれ自体が冷却器５であり、第２冷媒流路Ｐ２は、冷却器５の冷媒管７と連続している。別言すれば、第２冷媒流路Ｐ２は、冷却器５の冷媒管７と連結されている。第２冷媒流路Ｐ２は、第２突出部１４の内部で直角にカーブしており、その一端は第２突出部１４の上面１４ａに開口している。
【００２５】
第２突出部１４は、第１筐体３と第２筐体４が合体したときに第１突出部１３と結合するように設けられている。より具体的には、第１筐体３と第２筐体４が合体すると、第１突出部１３の底面１３ａが第２突出部１４の上面１４ａに結合する。そうすると、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２が連通する。なお、図１では省略しているが、図３、図４に示すように、第２突出部１４の上面１４ａには、第２冷媒流路Ｐ２の開口を囲むように、Ｏリング１６が配置されている。Ｏリング１６は、第１突出部１３と第２突出部１４が結合したとき、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２の境界から冷媒が漏れることを防止する。
【００２６】
上記構造の電力変換装置２の利点を説明する。電力変換装置２は、電力変換器とそれを冷却する冷却器の組を二組備える。一つは、電力変換器と冷却器が一体となった積層冷却ユニット２０であり、もう一つは、降圧コンバータ７５とそれを冷却する冷却器５である。２つの冷却器の冷媒管は、筐体６の側壁に設けられた冷媒流路（第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２）を通じて連通している。第１冷媒流路Ｐ１は第１筐体３の側壁に設けられた第１突出部１３の内部に形成されている。第２冷媒流路Ｐ２は、第２筐体４の側壁に設けられた第２突出部１４の内部に形成されている。第１筐体３と第２筐体４が合体すると、第１突出部１３と第２突出部１４も結合し、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２が連通する。この構造は、筐体内部の空間を使うことなく、２つの冷却器の冷媒管を連通することができる。従って、筐体内部の空間を他の電気デバイスの収容に割り当てるなど、有効に使うことができる。逆にいえば、第１冷却器（積層冷却ユニット２０）と第２冷却器（冷却器５）の連結部を配置する空間を筐体内部に設ける必要がないので、筐体を小型化することができる。第１冷却器（積層冷却ユニット２０）と第２冷却器（冷却器５）の連結部は、筐体側壁に設けられた突出部（第１突出部１３と第２突出部１４）という形態で実現されるが、連結部を内部に設ける場合には筐体全体をサイズアップしなければならないことと比較すると、突出部を設ける方が空間効率がよい。
【００２７】
また、上記の構造は、筐体外部に別の冷媒管ジョイントなどの別部品を備えることなく、さらには、筐体内部の空間を使うことなく２つの冷却器の冷媒管を連通することができる。従って低コストで実現できる。しかも、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２は、筐体と一体となった突出部の内部に形成されるので、筐体の製造時に同時に成形することができる。
【００２８】
さらにまた、第１冷媒流路Ｐ１と第２冷媒流路Ｐ２は、筐体と一体になった突出部（第１突出部１３、第２突出部１４）に形成されているので、別部品の冷媒管ジョイントなどを用いる場合と比較して強度が高い。車載デバイスの筐体は、衝突時の安全性も考慮にいれなければならない。その意味で、冷媒流路を高い強度で実現することのできる上記構造は、車載の筐体として好適である。
【００２９】
先に、突出部（第１突出部１３、第２突出部１４）は、筐体（第１筐体３、第２筐体４）と同時に成形可能であると述べた。この点について補足する。第１突出部１３は、第１筐体３の一部である。第１突出部１３を含む第１筐体３は、アルミニウムの射出成形で作られている。第２突出部１４は、第２筐体４の一部である。第２突出部１４を含む第２筐体４も、アルミニウムの射出成形で作られている。金属（アルミニウム）の射出成形でＬ字型の流路を成形するのに適した筐体の構造を説明する。図５は、変形例の電力変換装置２ａの突出部付近の拡大断面図である。図１−図４に示した電力変換装置２と同様に、第１筐体１０３に第１突出部１１３が設けられており、第２筐体１０４に第２突出部１１４が設けられている。第１突出部１１３（第２突出部１１４）は、孔１１３ｃ（１１４ｃ）を有する点以外は、図１−図４の第１突出部１３（第２突出部１４）と同じである。
【００３０】
孔１１３ｃは、第１筐体１０３の射出成形を容易にするための孔である。即ち、第１突出部１１３は、射出成形時には、孔１１３ｃから開口１１３ｂまで直線的な貫通孔を有するように射出成形される。即ち、射出成形型として、孔１１３ｃから開口１１３ｂまで直線的な貫通孔を作るための図中Ｘ軸方向に移動するスライド型と、第１冷媒流路Ｐ１の残りの部分を作るためのＺ軸方向の突出部を有する下型で、第１冷媒流路Ｐ１を成形することができる。なお、孔１１３ｃは、後にゴム栓１８で封止する。
【００３１】
孔１１４ｃについても同様であり、射出成形を容易にするための孔であり、成形後は、ゴム栓１８で封止される。なお、図では、第２突出部１１４の図中右側は、第２筐体１０４が中実のように描かれているが、これは、第２筐体１０４の内部を簡略化して描いたことによる。実際には第１筐体１０３と同様に、第２筐体１０４にも側壁が存在し、第２突出部１１４にも、孔１１４ｃから図中Ｘ軸方向に伸びる貫通孔が形成されている。
【００３２】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。積層冷却ユニット２０が、第１電力変換器と第１冷却器の一例に相当する。降圧コンバータ７５が第２電力変換器の一例に相当する。冷却器５が第２冷却器の一例に相当する。第１冷媒流路Ｐ１、第２冷媒流路Ｐ２は、他の形状であってもよい。同様に、第１突出部１３、第２突出部１４も、他の形状であってもよい。
【００３３】
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】
【００３４】
２、２ａ：電力変換装置
３、１０３：第１筐体
３ａ：カバー
４、１０４：第２筐体
５：冷却器（第２冷却器）
６：筐体
７：冷媒管
１３、１１３：第１突出部
１３ａ：底面
１３ｂ：一端
１４、１１４：第２突出部
１４ａ：上面
１６：Ｏリング
１７：丸グロメット
１８：ゴム栓
２０：積層冷却ユニット（第１電力変換器、第１冷却器）
２１：冷却プレート
２２：パワーカード
２３、２４：冷媒管
２５：連結管
７１：冷媒供給管
７２：冷媒排出管
７３：貫通孔
７４：開口
７５：降圧コンバータ（第２電力変換器）
７６：平滑化コンデンサ
１１３ｃ、１１４ｃ：孔
Ｐ１：第１冷媒流路
Ｐ２：第２冷媒流路
【図１】
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【図２】
2015130735.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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