(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサモジュールと、
インダクタモジュールと、
ケース部材とを有する電力変換装置のフィルタモジュールであって、
前記コンデンサモジュールは、
正極端子が形成された正極側バスバーと、
負極端子が形成された負極側バスバーと、
前記正極側バスバー及び前記負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、
前記インダクタモジュールは、
インダクタ用バスバーと、前記インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、
前記ケース部材は、
前記コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、
前記インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有し、
前記第１スペースに前記コンデンサモジュールを格納し、
前記第２スペースに前記インダクタモジュールを格納した場合に、
前記コンデンサモジュールの前記負極側バスバーは、
前記インダクタモジュール側に配置される、
電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項２】
コンデンサモジュールと、
インダクタモジュールと、
ケース部材とを有する電力変換装置のフィルタモジュールであって、
前記コンデンサモジュールは、
正極端子が形成された正極側バスバーと、
負極端子が形成された負極側バスバーと、
前記正極側バスバー及び前記負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、
前記インダクタモジュールは、
インダクタ用バスバーと、前記インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、
前記ケース部材は、
前記コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、
前記インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有し、
前記正極端子と前記負極端子は、
前記正極側バスバーと前記負極側バスバーが前記複数のコンデンサ素子に接続された場合に、互いに立体的に交差して配置される、
電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項３】
コンデンサモジュールと、
インダクタモジュールと、
ケース部材とを有する電力変換装置のフィルタモジュールであって、
前記コンデンサモジュールは、
正極端子が形成された正極側バスバーと、
負極端子が形成された負極側バスバーと、
前記正極側バスバー及び前記負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、
前記インダクタモジュールは、
インダクタ用バスバーと、前記インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、
前記ケース部材は、
前記コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、
前記インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有し、
前記ケース部材は、
前記ケース部材を電力変換装置に固定するケース固定部を有し、
前記負極端子は、前記ケース固定部と共に、前記電力変換装置に固定される、
電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項４】
コンデンサモジュールと、
インダクタモジュールと、
ケース部材とを有する電力変換装置のフィルタモジュールであって、
前記コンデンサモジュールは、
正極端子が形成された正極側バスバーと、
負極端子が形成された負極側バスバーと、
前記正極側バスバー及び前記負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、
前記インダクタモジュールは、
インダクタ用バスバーと、前記インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、
前記ケース部材は、
前記コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、
前記インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有し、
前記インダクタ用バスバーは、入力端子と出力端子を有し、
前記入力端子は、前記正極側バスバーの前記正極端子と重ねて配置され、
前記入力端子と前記正極端子とは、
重ね合わされた状態で、締結部材により電力変換装置に固定され、
前記入力端子と前記正極端子のうち、
前記締結部材と接触する方の肉厚は、他方の肉厚よりも厚い、
電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項５】
コンデンサモジュールと、
インダクタモジュールと、
ケース部材とを有する電力変換装置のフィルタモジュールであって、
前記コンデンサモジュールは、
正極端子が形成された正極側バスバーと、
負極端子が形成された負極側バスバーと、
前記正極側バスバー及び前記負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、
前記インダクタモジュールは、
インダクタ用バスバーと、前記インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、
前記ケース部材は、
前記コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、
前記インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有し、
前記インダクタ用バスバーは、入力端子を有し、
前記入力端子は、前記正極側バスバーの前記正極端子に隣接する位置に配置されて、
前記正極端子の曲げ部に接合される、
電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項６】
前記負極側バスバーは、複数の前記負極端子を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項７】
前記ケース部材は、
前記第１スペースと前記第２スペースとの間に壁を有する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項８】
前記第１スペースと前記第２スペースは、同一の方向に開口する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項９】
前記ケース部材は、前記第２スペースの開口部に切り欠き部を有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１０】
前記負極端子は、貫通孔を有し、
前記ケース固定部は、固定孔を有し、
前記貫通孔は、前記固定孔よりも大きい、
請求項３に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１１】
前記インダクタ用バスバーは、一方の端部側に立ち上げ部を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１２】
前記ケース部材は、前記インダクタ用バスバーの移動を規制する、突起部を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１３】
前記ケース部材は、前記壁の内部に空間を有する、
請求項７に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１４】
前記ケース部材は、前記壁の内部に、金属板を有する、
請求項７に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１５】
前記コンデンサモジュールの前記正極側バスバーと前記負極側バスバーは、
前記コンデンサモジュールが、前記ケース部材の前記第１スペースに格納された場合に、それぞれ、前記第１スペースの外部に延出するバスバー延長部を有する、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【請求項１６】
前記インダクタモジュールの前記インダクタ用バスバーの一部は、樹脂部材にインサート成形されている、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の電力変換装置用フィルタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモータを駆動源の一つとする車両に搭載される、電力変換装置の出力フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、ハイブリッド車に搭載される電力変換装置であるＤＣ／ＤＣコンバータは、車両駆動用のバッテリから供給される高電圧の電力を、絶縁させながら補機電装品の使用電圧まで降圧させている。この降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、一次側回路では高電圧が印加され、二次側回路では大電流が流れる。このため、部品の発熱を放熱する構成及び部品間の絶縁距離を確保する構成が必要となり、装置の小型化が困難であった。【０００３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、回路内の配線に存在する寄生インダクタンスにより、サージ電圧が発生し、パワー半導体素子を故障させることがある。そして、出力される電圧にサージ電圧が重畳され、電力が供給される補機電装品及び周辺機器の故障の原因となっていた。サージ電圧を抑制するためには、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する平滑用コンデンサなどの構成部品の寄生インダクタンスを低減させる構成を設けるか、又は出力フィルタを追加する必要がある。【０００４】
そこで、複数のコンデンサ素子と接続される第１の幅広の導体と第２の幅広の導体とを、絶縁シートを介して積層し、逆方向に通電させて磁束をキャンセルして、寄生インダクタンスを低減させるものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７-１４３２７２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の方法では、寄生インダクタンスを完全に除去することはできないので、インダクタ及びコンデンサの出力フィルタを追加する必要がある。出力フィルタを追加する場合、通常は既存の構成に、フィルタ部品としてのインダクタ、コンデンサを追加している。このため、追加する部品を配置するスペースに加え、インダクタ、コンデンサを保持する構成と、配線及び絶縁をするためのクリアランスを確保する必要がある。【０００７】
しかしながら、電力変換装置は小型化が要求されているため、筐体の寸法を大きくすることはできない。電力変換装置を小型化し、かつフィルタ部材を追加するためには、既存の構成部品を小型化する必要があり、設計変更に伴うコストが増大するという課題があった。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、既存の構成部品を小型化することなく電力変換装置を小型化し、さらにサージ電圧及びノイズ対策用のインダクタを追加することのできる、電力変換装置用フィルタモジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電力変換装置用フィルタモジュールは、コンデンサモジュールと、インダクタモジュールと、ケース部材とを有し、コンデンサモジュールは、正極端子が形成された正極側バスバーと、負極端子が形成された負極側バスバーと、正極側バスバー及び負極側バスバーに、それぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを有し、インダクタモジュールは、インダクタ用バスバーと、インダクタ用バスバーが挿通される磁性部材とを有し、ケース部材は、コンデンサモジュールが格納される第１スペースと、インダクタモジュールが格納される第２スペースとを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換装置のフィルタモジュールによれば、既存の部品と追加部品とを一体化させている。これにより、既存の電力変換装置の筐体の寸法を大きくすることなく、また、既存の構成部品の小型化及び既存の構成部品の大きなレイアウト変更をすることなく、追加のフィルタ部品を、既存の電力変換装置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるフィルタモジュールを配置した、電力変換装置の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力変換装置のフィルタモジュールを、底面側から見た斜視図である。
【図３】図２のフィルタモジュールからポッティング材を取り除いた図である。
【図４】実施の形態１のフィルタモジュールの分解図である。
【図５】実施の形態１のフィルタモジュールを構成するコンデンサモジュールを示す図である。
【図６】図５のコンデンサモジュールの負極側バスバーを示す図である。
【図７】実施の形態１のフィルタモジュールを構成するインダクタモジュールを示す図である。
【図８】図７のインダクタモジュールの分解図である。
【図９】図７のインダクタモジュールを構成するインダクタ用バスバーを示す図である。
【図１０】図７のインダクタモジュールを構成するコア部材を示す図である。
【図１１】実施の形態１のフィルタモジュールを構成するケース部材の斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態１によるフィルタモジュールを、上面側から見た斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態１によるフィルタモジュールの変形例を、上面側から見た斜視図である。
【図１４】実施の形態１のコンデンサモジュールを構成する正極側バスバーの正極端子と、インダクタ用バスバーの入力端子を、側面から見た図である。
【図１５】本発明の実施の形態２のコンデンサモジュールを構成する正極側バスバーの正極端子と、インダクタ用バスバーの入力端子を、側面から見た図である。
【図１６】本発明の実施の形態２のコンデンサモジュールの変形例を構成する正極側バスバーの正極端子と、インダクタ用バスバーの入力端子を、側面から見た図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による電力変換装置のフィルタモジュールの断面を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態３による電力変換装置のフィルタモジュールの変形例の断面を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態４による電力変換装置のフィルタモジュールを底面側からみた斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４による電力変換装置のフィルタモジュールを、上面側からみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の電力変換装置のフィルタモジュールの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるフィルタモジュール２０が配置された、絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータとしての電力変換装置１の回路図である。
【００１４】
図１に示す様に、電力変換装置１は、入力フィルタ回路部１００と、スイッチング回路部１１０と、トランス部１２０と、整流回路部１３０と、平滑回路部１４０と、フィルタ回路部１５０を有している。
【００１５】
入力フィルタ回路部１００は、コモンモードチョークコイル１０１と、コンデンサ１０２及び１０３を有している。そして、ＰＮラインから入力される特定周波数のサージ成分を除去する。
【００１６】
スイッチング回路部１１０は、複数のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴによるスイッチング素子１１１を有している。そして、ＰＮ間に印加される入力直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１７】
トランス部１２０は、一次側高圧コイル１２１と、二次側低圧コイル１２２を有している。そして、スイッチング回路部１１０で交流に変換された高圧な入力電圧を、絶縁させながら、車両内の補機及び電装品の駆動電圧まで降圧して出力している。一次側高圧コイル１２１は、二次側低圧コイル１２２よりも巻数が多く、これらの巻数比に応じて変圧比が決定される。
【００１８】
整流回路部１３０は、整流素子である複数のダイオード１３１で構成されている。そして、トランス部１２０の二次側低圧コイル１２２から出力された低圧な交流電圧を、直流電圧に変換する。
【００１９】
平滑回路部１４０は、平滑リアクトル１４１と平滑コンデンサ１４２を有している。そして、整流回路部１３０で整流された直流電圧を、平滑化して出力する。平滑コンデンサ１４２は、平滑リアクトル１４１と出力端子の間に挿入され、平滑コンデンサ１４２の負極側の端子は、ＧＮＤ部に接地される。
【００２０】
フィルタ回路部１５０は、インダクタ１５１とコンデンサ１５２を有している。そして、出力電圧に重畳されたサージ電圧を除去する。
【００２１】
以上の構成により、絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータである電力変換装置１は、例えば１００〜５００Ｖの入力直流電圧を、車両の補機及び電装品の駆動電圧である１２〜１６Ｖの直流電圧に降圧して出力する。
【００２２】
なお、入力フィルタ回路部１００、スイッチング回路部１１０、トランス部１２０、整流回路部１３０、平滑回路部１４０、フィルタ回路部１５０は、図示しない冷却器を有するアルミダイカスト等の筐体に固定される。筐体自体は、実装される各構成部品の放熱部材、及びＧＮＤ接地ラインとして機能する。
【００２３】
次に、図２〜図１９を用いて、実施の形態１による電力変換装置１のフィルタモジュール２０について、詳細に説明する。
【００２４】
図２は、実施の形態１によるフィルタモジュール２０を、取り付け面側である底面側から見た斜視図であり、図３は、図２のフィルタモジュール２０からポッティング材を取り除いた図である。また、図４は、フィルタモジュール２０の分解図である。
【００２５】
図２〜図４に示すように、フィルタモジュール２０は、ケース５０と、平滑コンデンサ１４２としてのコンデンサモジュール３０と、インダクタ１５１としてのインダクタモジュール４０を有している。図４に示すように、ケース５０は、第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂを有している。そして、第１スペース５０ａには、コンデンサモジュール３０が格納されて、ポッティング材６０が充填され、第２スペース５０ｂには、インダクタモジュール４０が格納されて、ポッティング材６１が充填される。
【００２６】
図５は、実施の形態１のフィルタモジュール２０を構成する、コンデンサモジュール３０を示す図である。図５に示すように、コンデンサモジュール３０は、５つのコンデンサ素子８０と、正極側バスバー３１と、負極側バスバー３２により構成されている。コンデンサ素子８０は、金属を蒸着させたプラスチックフィルムを積層させて、金属吹付けにより端子接合面に電極を形成したフィルムコンデンサである。正極側バスバー３１及び負極側バスバー３２は銅材で形成されており、コンデンサ素子８０との接合性を高める為に金属メッキ処理が施されている。
【００２７】
なお、コンデンサ素子８０の数は、５つに限るものではなく、電力変換装置１に要求されるキャパシタンス（静電容量）により、適宜決定される。また、コンデンサ素子８０の種類は、フィルムコンデンサに限るものではなく、定められたキャパシタンスを有するコンデンサであれば、フィルムコンデンサ以外であってもよい。さらに、正極側バスバー３１及び負極側バスバー３２の材質は、銅材に限らず、定められた電気抵抗率を有する金属材であればよい。
【００２８】
図５に示すように、正極側バスバー３１は、本体部３１ａと、５つの接合部３１ｂと、固定部３１ｃにより構成されている。５つの接合部３１ｂは、本体部３１ａの下方に延出して形成されており、５つのコンデンサ素子８０の正極側にそれぞれ接合される。固定部３１ｃは、本体部３１ａの上方に延出して、負極側バスバー３２側に曲げられ、負極側バスバー３２の上方で、負極側バスバー３２と交差するように形成されている。また、固定部３１ｃには、ネジなどの締結部材を挿通させる貫通孔３１ｄが形成されている。
【００２９】
図６は、図５のコンデンサモジュール３０における、負極側バスバー３２を示す図である。図６に示すように、負極側バスバー３２は、本体部３２ａと、５つの接合部３２ｂと、２つの固定部３２ｃにより構成されている。５つの接合部３２ｂは、本体部３２ａの下方に延出して形成されており、５つのコンデンサ素子８０の負極側にそれぞれ接合される。２つの固定部３２ｃは、本体部３２ａの側方に延出して形成されており、ネジなどの締結部材を挿通させる貫通孔３２ｄが形成されている。
【００３０】
図５に示すように、コンデンサモジュール３０は、５つのコンデンサ素子８０に対して、正極側バスバー３１と負極側バスバー３２を、対面させた状態で配置している。そして、正極側バスバー３１の５つの接合部３１ｂを、５つのコンデンサ素子８０の電極面８０ａに、溶接又は半田付けによりそれぞれ接合し、負極側バスバー３２の５つの接合部３２ｂを、５つのコンデンサ素子８０の電極面８０ｂに、溶接又は半田付けによりそれぞれ接合している。
【００３１】
このように構成された、平滑コンデンサ１４２としてのコンデンサモジュール３０は、整流後、平滑リアクトル１４１により電流が平滑された電力を蓄え、キャパシタンスに応じて出力電圧を平滑化させる。
【００３２】
図７は、フィルタモジュール２０を構成するインダクタ１５１としてのインダクタモジュール４０の斜視図である。図７に示すように、インダクタモジュール４０は、インダクタ用バスバー４１と、コア４２と、テープ４３と、クリップ４４を有している。
【００３３】
図８は、図７のインダクタモジュール４０の分解図である。また、図９は、インダクタモジュール４０を構成するインダクタ用バスバー４１を示す図であり、図１０は、コア４２を示す図である。
【００３４】
図９に示すように、インダクタ用バスバー４１は、インサート成形により、銅材で形成されたバスバーを樹脂部４１ｇと一体化して形成されている。インダクタ用バスバー４１は、ストレート部４１ａと、２つの平面部４１ｂ，４１ｃと、平面部４１ｂの一部を曲げ加工した立上げ部４１ｆとを有している。また、平面部４１ｂ，４１ｃには、それぞれ貫通孔４１ｄ，４１ｅが形成されている。
【００３５】
樹脂部４１ｇは、絶縁性を有するＰＰＳ又はＰＢＴなどの樹脂で形成され、ストレート部４１ａの両端部を覆っている。なお、バスバーの材質は、銅に限るものではなく、定められた電気抵抗率を有する金属材であればよい。
【００３６】
図８及び図１０に示すように、コア４２は、Ｕ型コア４５とＩ型コア４６により形成されている。Ｕ型コア４５とＩ型コア４６は、フェライトで形成されている。図８に示すように、Ｕ型コア４５は、段差部４５ａを有しており、Ｉ型コア４６は、段差部４６ａを有している。また、Ｉ型コア４６には、ケース５０の形状に合わせた面取り部４６ｃが形成されている。
【００３７】
また、Ｉ型コア４６は、インダクタ用バスバー４１を覆う側の面に、ギャップシート４６ｂが接着されている。なお、Ｕ型コア４５及びＩ型コア４６の材質は、フェライトに限るものではなく、定められた磁気特性を有する磁性体であればよい。
【００３８】
クリップ４４は、一定の強度を有するステンレス製の板材で形成されたバネ部材である。なお、クリップ４４の材質は、ステンレスに限るものではなく、定められた弾性と強度を有するものであれば、鉄であってもよいし、樹脂などの非金属であってもよい。
【００３９】
テープ４３は、樹脂の母材に粘着剤が塗布された粘着テープである。テープ４３には、例えばポリエステルフィルムテープが用いられる。
【００４０】
そして、インダクタモジュール４０は、インダクタ用バスバー４１を、Ｕ型コア４５とＩ型コア４６によって挟み、テープ４３を巻回してクリップ４４を嵌合することにより形成される。
【００４１】
この様に構成されたインダクタモジュール４０は、バスバーを覆うコア４２の断面積及び長手方向の長さにより決定される、インダクタンス及びインピーダンスを有し、インダクタとして機能する。また、ギャップシート４６ｂをコア４２に配置することにより、電流に対応する重畳特性を有するインダクタとなる。
【００４２】
インダクタモジュール４０は、平滑コンデンサ１４２で平滑された電圧に重畳する、ノイズの原因となる特定の周波数帯域のサージ成分を、インダクタモジュール４０が保有するインピーダンスに応じて除去する。
【００４３】
図１１は、ケース５０の斜視図である。図１１に示すように、ケース５０は、第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂとを有している。そして、第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂとの間には壁５０ｃが形成されている。
【００４４】
ケース５０の第１スペース５０ａには、コンデンサモジュール３０が格納され、第２スペース５０ｂには、インダクタモジュール４０が格納される。第２スペース５０ｂの、長手方向の両側面には、それぞれ切欠き５０gが形成されている。
【００４５】
また、第２スペース５０ｂの底部には、フィルタモジュール２０を電力変換装置１に配置する場合に、周辺の部品と干渉しないように、面取り部５０ｆが形成されている。そして、ケース５０は、第１スペース５０ａの側面から延出する、一対の固定部５０ｄを有している。一対の固定部５０ｄには、鉄製のブッシュ５１が配置されている。さらに、２つの固定部５０ｄには、それぞれ、電力変換装置１の、図示しない筐体の位置決め穴と係合する、位置決めピン５０ｅが形成されている。
【００４６】
ケース５０は、絶縁性を有するＰＰＳ樹脂により形成されており、ブッシュ５１は、インサート成形によって、ケース５０と一体化されている。なお、ケース５０の材質はＰＰＳに限るものではなく、ブッシュ５１の材質は鉄に限るものではない。例えば、ケース５０の材質は絶縁性を有するＰＢＴなどの樹脂であってもよいし、ブッシュ５１の材質はステンレスであってもよい。
【００４７】
次に、図４の分解図を用いて、フィルタモジュール２０の組み立てについて説明する。
【００４８】
まず、ケース５０の第２スペース５０ｂに、インダクタモジュール４０を格納する。インダクタモジュール４０は、インダクタ用バスバー４１の２つの平面部４１ｂ，４１ｃが、第２スペース５０ｂの側面に形成された一対の切欠き部５０g，５０ｇに収まるように格納する。この第２スペース５０ｂの一対の切欠き部５０ｇにより、インダクタモジュール４０は、ケース５０に対して位置決めされる。
【００４９】
次に、第１スペース５０ａにコンデンサモジュール３０を格納する。このとき、図４に破線の円で示した、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１の固定部３１cと、インダクタモジュール４０の平面部４１ｃとが重なるように格納する。正極側バスバー３１の固定部３１ｃには、貫通孔３１ｄが形成されており、インダクタモジュール４０の平面部４１ｃには、貫通孔４１ｅが形成されている。そして、貫通孔３１ｄの内径は、貫通孔４１ｅの内径よりも大きく形成されている。正極側バスバー３１の固定部３１cと、インダクタモジュール４０の平面部４１ｃとを重ねる際には、正極側バスバー３１の貫通孔３１ｄの中心と、インダクタモジュール４０の貫通孔４１ｅの中心とを合わせるようにする。
【００５０】
さらに、コンデンサモジュール３０の負極側バスバー３２の固定部３２ｃを、ケース５０の固定部５０ｄに配置されたブッシュ５１に重ねる。負極側バスバー３２の固定部３２ｃに形成された貫通孔３２ｄの内径は、ブッシュ５１の内径よりも大きく形成されている。負極側バスバー３２の固定部３２ｃをブッシュ５１に重ねる際には、負極側バスバー３２の貫通孔３２ｄの中心と、ブッシュ５１の中心とを合わせるようにする。
【００５１】
次に、コンデンサモジュール３０が格納された第１スペース５０ａと、インダクタモジュール４０が格納された第２スペース５０ｂに、それぞれポッティング材を充填して硬化させる。コンデンサモジュール３０が格納される第１スペース５０ａには、エポキシ系のポッティング樹脂を充填し、インダクタモジュール４０が格納される第２スペース５０ｂには、シリコン系のポッティング樹脂を充填する。
【００５２】
以上により、フィルタモジュール２０が形成される。続いて、フィルタモジュール２０の、電力変換装置１への組み込みについて説明する。
【００５３】
図１２は、フィルタモジュール２０を、上面側から見た斜視図である。フィルタモジュール２０を電力変換装置１に組み付ける際には、図１２に示すように、ケース５０の開口側を、図示しない電力変換装置１の筐体に向けた状態で組み付けられる。フィルタモジュール２０は、ケース５０の一対の固定部５０ｄのブッシュ５１に、それぞれ締結部材を挿通させて、締結部材を締め付けることにより筐体に締結される。
【００５４】
図２に示すように、コンデンサモジュール３０の負極側バスバー３２の一対の固定部３２ｃ，３２ｃは、ケース５０の一対の固定部５０ｄ，５０ｄと重ね合わせられている。よって、ケース５０が筐体に取付けられたとき、負極側バスバー３２の一対の固定部３２ｃ，３２ｃは、筐体に接した状態で固定される。
【００５５】
一方、インダクタモジュール４０の、インダクタ用バスバー４１の一方の平面部４１ｂは、図１の電力変換装置１の回路における、インダクタ１５１に付属する図示しない配線用バスバー上に固定され、電気的に接続される。そして、インダクタ用バスバー４１の平面部４１ｃは、フィルタ回路部１５０のコンデンサ１５２に付属する配線用バスバー上に固定され、電気的に接続される。以上により、フィルタモジュール２０は、電力変換装置１に組み込まれる。
【００５６】
このように構成された実施の形態１による電力変換装置１のフィルタモジュール２０によれば、電力変換装置１を構成する、既存の平滑コンデンサ１４２に対応するコンデンサモジュール３０と、追加部品であるインダクタ１５１に対応するインダクタモジュール４０を、絶縁部材で形成されたケース５０に格納して一体化している。これにより、フィルタモジュール２０を電力変換装置１に組み込む際に、電力変換装置１の筐体を大きくすることなく、インダクタを追加することができる。さらに、既存の部品とインダクタを一体化してコンパクトに配置することができるため、電力変換装置１を構成する部品の体積を小さくすることができる。よって、電力変換装置１を小型化及び軽量化することができる。さらに、複数のコンデンサ素子８０とインダクタモジュール４０をケース５０で保持することにより、部品を保持するための部材を減らすことができ、電力変換装置１の製造コストを削減することができる。
【００５７】
また、フィルタモジュール２０は、インダクタモジュール４０に近接する側にコンデンサモジュール３０の負極側バスバー３２を配置している。負極側バスバー３２は、筐体のＧＮＤに接続されるので、インダクタモジュール４０が駆動される際に、コア４２及びインダクタ用バスバー４１から発生する熱を、コンデンサモジュール３０の負極側バスバー３２を介して筐体に放熱することができる。これにより、インダクタモジュール４０の温度上昇を抑制するとともに、ケース５０に一体化された複数のコンデンサ素子８０の温度上昇を抑制することができる。
【００５８】
また、コンデンサモジュール３０の発熱についても、負極側バスバー３２を介して筐体に放熱することができるため、コンデンサモジュール３０の発熱による、インダクタモジュール４０への影響を抑制することができる。よって、温度上昇による電力変換装置１の特性の低下が抑制でき、電力変換装置１を安定して動作させることができる。
【００５９】
また、コンデンサモジュール３０は、正極側バスバー３１と負極側バスバー３２とを、立体的に交差させて配置している。これにより、正極側バスバー３１と負極側バスバー３２で発生する磁束をキャンセルすることができる。これにより、正極側バスバー３１及び負極側バスバー３２で発生する寄生インダクタンスを除去することができ、コンデンサモジュール３０自体の寄生インダクタンス、及びコンデンサ素子８０の寄生インダクタンスを低減させることができる。よって、サージ電圧の抑制、及びEMC特性を改善させることができる。
【００６０】
そして、インダクタモジュール４０に近接するコンデンサモジュール３０の負極側バスバー３２は、２つの分岐させた固定部３２ｃを有している。これにより、負極側バスバー３２の断面積を大きくさせることが可能となり、負極側バスバー３２及びコンデンサモジュール３０の寄生インダクタンスをさらに低減させることができる。また、分岐させた２つの固定部３２ｃを筐体に接触させていることから、放熱面においても熱抵抗を下げることが可能となり、負極側バスバー３２を介した放熱効果をさらに高めることができる。
【００６１】
また、負極側バスバー３２の筐体への接続を、ケース５０の固定部５０ｄの固定とともに行っている。これにより、フィルタモジュール２０を小型化することができ、電力変換装置１を小型化することができる。さらに、締結箇所が減ることにより、生産性が向上し、加工コストが削減できる。また、負極側バスバー３２の貫通孔３２ｄ内径が、ブッシュ５１の内径より大きくしている。これにより、フィルタモジュール２０の筐体への取り付けの際、負極側バスバー３２の貫通孔３２ｄとブッシュ５１の中心がずれた場合であっても、締結部材により負極側バスバー３２の固定部３２ｃが削られて、導電性の異物を発生させることが防止できる。
【００６２】
また、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１は、コンデンサモジュール３０を横断する形で、負極側バスバー３２と交差させ、インダクタ用バスバー４１の平面部４１ｃに接続させている。これにより、寄生インダクタンスを増加させずに、インダクタ用バスバー４１の長さを大きくすることができる。よって、インダクタ用バスバー４１の固定時の変位に伴う、応力を低減することができ、インダクタ用バスバー４１の耐振性を向上させることができる。
【００６３】
また、フィルタモジュール２０では、正極側バスバー３１の固定部３１ｃを、インダクタモジュール４０の平面部４１ｃと重ねて固定している。これにより、新たに固定部を追加する必要が無い。よって、電力変換装置１としてさらに小型化させることができる。さらに固定による締結工程も削減することができ、生産性向上と共に加工コスト削減も可能とである。
【００６４】
さらに、フィルタモジュール２０では、インダクタモジュール４０のインダクタ用バスバー４１より厚みが薄く、強度の弱い正極側バスバー３１を、筐体側に配置させて重ねている。これにより、ネジ締め等の締結工程時に、ネジの接触に伴う正極側バスバー３１の変形を抑制することができる。なお、実施の形態１では、インダクタ用バスバー４１を、正極側バスバー３１よりも厚くしているが、これに限るものではない。例えば、正極側バスバー３１をインダクタ用バスバー４１よりも厚くして、配置を逆にしてもよい。また、締結工程時に、インダクタ用バスバー４１又は正極側バスバー３１が回転して変形するおそれがある場合には、ケース５０に、図１３の変形例に示すように、インダクタ用バスバー４１又は正極側バスバー３１の回転を防止する突起部５０ｍ、５０ｎを形成するとよい。
【００６５】
また、フィルタモジュール２０では、正極側バスバー３１の固定部３１ｃの貫通孔３１ｄの内径を、インダクタ用バスバー４１の貫通孔４１ｅの内径より予め大きく形成している。これにより、締結工程の際、インダクタ用バスバー４１の貫通孔４１ｅの中心と、正極側バスバー３１の貫通孔３１ｄの位置がずれた場合であっても、締結部材によって正極側バスバー３１が削られることによる導電性異物の発生を抑制することができる。なお、実施の形態１では、締結時に正極側バスバー３１が下に配置されるため、正極側バスバー３１の貫通孔３１ｄの内径を大きくしているが、これに限るものではない。例えば、インダクタ用バスバー４１を下に配置する場合には、インダクタ用バスバー４１の貫通孔４１ｅの内径を、正極側バスバー３１の貫通孔３１ｄより大きくしてもよい。
【００６６】
また、フィルタモジュール２０では、ケース５０の第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂを、壁５０ｃによって分離させている。これにより、コンデンサモジュール３０が格納される第１スペース５０ａと、インダクタモジュール４０が格納される第２スペース５０ｂで使用するポッティング材の種類を、異なるものとすることができる。よって、格納されるコンデンサモジュール３０及びインダクタモジュール４０に応じた最適なポッティング材を充填することができ、各モジュールの特性を最適化且つ安定化させることができる。
【００６７】
なお、実施の形態１では、ケース５０の第１スペース５０ａ及び第２スペース５０ｂの開口方向は同一であるが、互いに逆の方向にしてもよい。これにより、電力変換装置１としての部品レイアウトの自由度を高めることができる。よって、スペースを有効に活用して小型化することができる。第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂの開口方向を同一とした場合には、第１スペース５０ａと第２スペース５０ｂに異なるポッティング材を充填する場合に、ケース５０の向きを変える必要がないため、ポッティング工程を簡略化することができ、生産性が向上する。さらに、電力変換装置１の部品実装面の近傍に配線を接続できるため、配線を短縮することができ、電力変換装置１の厚みを薄くし、小型化することができる。
【００６８】
また、インダクタモジュール４０には、シリコン系のポッティング樹脂を使用することにより、コア４２を構成するフェライト等の脆性材料が、ヒートサイクル時にクラックを発生することが防止できる。よって、インダクタモジュール４０の特性を安定化させるとともに、長期信頼性を確保することができる。
【００６９】
また、ケース５０の第２スペース５０ｂの両側面に、切り欠き部５０ｇを形成し、この切り欠き部５０ｇに、インダクタモジュール４０のインダクタ用バスバー４１の平面部４１ｂ，４１ｃを配置している。これにより、インダクタモジュール４０の高さ方向が位置決めされ、組立の作業性が向上する。さらに、フィルタモジュール２０の高さ方向の寸法を抑制させることができる。
【００７０】
また、ケース５０の固定部５０ｄに、ブッシュ５１をインサート成形して一体化させている。そして、ケース５０を筐体に固定する際に、ネジ等の締結部材を、金属製のブッシュ５１に接触させる。これにより、締結部材が樹脂部分に接触しないので、樹脂のクリープを抑制することができる。よって、ケース５０を安定して固定することができ、長期の耐久性、信頼性を確保することができる。
【００７１】
また、ケース５０の固定部５０ｄに位置決めピン５０ｅを形成し、筐体に形成された位置決め穴に係合させている。これにより、フィルタモジュール２０を筐体に対して位置決めすることができる。よって、電力変換装置１の特性を安定させることができ、さらに、組立の際の作業性、生産性も向上させることができる。
【００７２】
また、インダクタモジュール４０において、構成部品のコア４２に、ギャップシート４６ｂを配置している。これにより、電力変換装置１の二次側回路に大電流が通電された場合であっても、インダクタとして磁気的飽和を起こすことがない。よって、インダクタモジュール４０の性能を安定させることができる。
【００７３】
また、インダクタ用バスバー４１を樹脂部４１ｇにインサート成形している。これにより、コア４２をインダクタ用バスバー４１に装着した際に、コア４２と樹脂部４１ｇを当接させている。これにより、コア４２がインダクタ用バスバー４１に接触して破損させることを防止し、インダクタ用バスバー４１を保護することができる。
【００７４】
さらに、樹脂部４１ｇをインサート成形によってインダクタ用バスバー４１一体化することにより、別部品を装着する工程をなくすことができ、生産性及び部品の寸法精度が向上し、加工コストが低減できる。
【００７５】
インダクタ用バスバー４１では、ストレート部４１ａを樹脂から露出させている。また、樹脂部４１ｇとコア４２が接触する部分には、コア４２に段差部４５ａ，４６ａを形成している。これにより、ストレート部４１ａではコア４２の断面積を大きくすることができ、所望のインダクタンス及びインピーダンスを得ながら、コア４２のサイズを小型化させることができる。
なお、ストレート部４１ａにおいて、インダクタ用バスバー４１とコア４２との接触が懸念される場合には、インダクタ用バスバー４１をテープなどで保護すればよい。なお、所望のインダクタンス、及びインピーダンスが十分確保できており、コア４２の断面積を増加させる必要がない場合には、ストレート部４１ａを全て樹脂で被覆してもよい。この場合、ストレート部４１ａをテープなどで保護する必要がなく、生産性が向上する。
【００７６】
また、インダクタ用バスバー４１において、樹脂部４１ｇにインサート成形される部位に、穴を設けてもよい。これにより、バスバーの穴部に樹脂が充填され、アンカー効果によりバスバーと樹脂の接着強度を向上させることができる。
【００７７】
また、コア４２を装着した後に、コア４２の周囲にテープ４３を巻回している。これにより、コア４２を仮止めすることができ、後工程の作業性を向上させることができる。さらに、後工程でクリップ４４を装着する際に、コア４２を保護することができる。
【００７８】
そして、テープ４３を巻回した後に、クリップ４４を装着して、コア４２をインダクタ用バスバー４１に固定している。これにより、インダクタ用バスバー４１の組立時又は組立後のギャップ長の変化を防止させることが可能となり、製品特性及び長期信頼性を安定化させることができる。また、金属製のクリップ４４をコア４２に接触させることにより、クリップ４４を介してコア４２の熱を放熱することができる。
【００７９】
なお、実施の形態１では、インダクタ用バスバー４１とコア４２を別部品としているが、これに限るものではない。例えば、コア４２とインダクタ用バスバー４１を、インサート成形により一体化してもよい。この場合、テープ４３及びクリップ４４が不要となり、組立工数が削減できる。
【００８０】
フィルタモジュール２０を電力変換装置１に実装する際、インダクタモジュール４０の平面部４１ｂの下部には、フィルタ回路部１５０におけるコンデンサ１５２用に、図示しない配線用バスバーが配置される。また、インダクタモジュール４０の平面部４１ｂには、立上げ部４１ｆが形成されている。よって、フィルタモジュール２０を電力変換装置１に組み付ける際に、この配線用バスバーを間違ってインダクタモジュール４０の平面部４１ｂの上部に組み付けようとした場合には、立上げ部４１ｆに当接して、配線用バスバーを固定することができない。これにより、フィルタモジュール２０を組み付ける際の間違いを防止することができる。なお、立上げ部４１ｆは、平面部４１ｃに形成してもよい。
【００８１】
なお、実施の形態１では、図１の回路図における平滑コンデンサ１４２と、追加フィルタ部品であるインダクタ１５１によりフィルタモジュール２０を構成したが、図１の回路図における、複数のコンデンサ１５２を含めて、フィルタモジュール２０を構成してもよい。
【００８２】
なお、実施の形態１では、電力変換装置１を、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとして説明したが、これに限るものではない。例えば、電力変換装置１は、モータ駆動用のインバータ、車載充電器、その他のインバータ、コンバータであってもよい。
【００８３】
実施の形態２.
実施の形態２による電力変換装置１のフィルタモジュール２０は、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１と、インダクタ用バスバー４１の形状が、実施の形態１のフィルタモジュール２０とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００８４】
図１４は、実施の形態１のコンデンサモジュール３０を構成する、正極側バスバー３１の固定部３１ｃと、インダクタ用バスバー４１の平面部４１ｃを側面から見た図である。そして、図１５は、実施の形態２のコンデンサモジュール３０を構成する正極側バスバー３１の固定部３１ｃと、インダクタ用バスバー４１の平面部４１ｃを、側面から見た図である。
【００８５】
図１５に示すように、実施の形態２によるフィルタモジュール２０は、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１を、インダクタ用バスバー４１の平面部４１ｃと重ねずに、隣接させている。インダクタモジュール４０の平面部４１ｃに、曲げ部４１ｈを形成し、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１に、曲げ部３１ｅを形成して、曲げ部４１ｈと曲げ部３１ｅとを互いに当接させて接合している。
【００８６】
これにより、インダクタ用バスバー４１とコンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１を締結する工数が削減でき、締結部材が緩むことによる接触不良をなくすことができる。よって、電力変換装置１の信頼性を確保し、品質を安定させることができる。
【００８７】
また、インダクタ用バスバー４１とコンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１を、溶接又は半田付けによって接合することにより、接触部の電気抵抗を大幅に低減させることができる。これにより、大電流が通電された場合に、局所的な発熱による電力変換装置１の性能劣化及び故障を防止することができる。よって、電力変換装置１の品質を安定させることができる。
【００８８】
そして、インダクタモジュール４０の曲げ部４１ｈと、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１の曲げ部３１ｅは平面に形成されている。これにより、接合部が平行平板となって、通電時に発生する磁束がキャンセルされる。よって、接合部の寄生インダクタンスを低減させることができる。
【００８９】
なお、図１５では、曲げ部４１ｈと曲げ部３１ｅの接合部をケース５０に近接させているが、図１６に示す変形例のように、ケース５０から遠ざかる方向に折り曲げて接合してもよい。
【００９０】
実施の形態３.
図１７は、実施の形態３によるフィルタモジュール２０の断面図である。実施の形態３によるフィルタモジュール２０は、ケース５０の壁５０ｃの構造が、実施の形態１とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００９１】
図１７に示す様に、コンデンサモジュール３０とインダクタモジュール４０間に形成された壁５０ｃは、内部に空間５０ｈを有している。そして、空間５０ｈにより、コンデンサモジュール３０とインダクタモジュール４０の間に空気を介在させて、熱伝導率を低下させている。これにより、ケース５０の壁５０ｃに、空間５０ｈを形成することにより、コンデンサモジュール３０とインダクタモジュール４０との間の熱干渉による温度上昇をさらに抑制することができる。よって、フィルタモジュール２０全体の温度上昇を抑制することができ、電力変換装置１の性能を安定化させることができる。
【００９２】
なお、実施の形態３では、壁５０ｃに空間５０ｈを形成したが、これに限るものではない。例えば、図１８に示す変形例のように、壁５０ｃに、アルミ又は銅製の高熱伝導性の金属板１９をインサート成形して配置してもよい。この金属板１９によっても、空間５０ｈと同様の効果が得られる。
【００９３】
また、図１８に示すように、ケース５０の壁５０ｃから底面側に金属板１９折り曲げて延出させ、ケース５０の外に露出させてもよい。この場合、コンデンサモジュール３０、インダクタモジュール４０からの熱損失を効率的に外部に放熱することが可能となる。金属板１９は、ケース５０の表面から露出させなくてもよい。さらに、金属板１９の折り曲げ方向は、コンデンサモジュール３０であっても、インダクタモジュール４０側であってもよいし、両方に分岐させてもよい。
【００９４】
実施の形態４.
図１９及び図２０は、実施の形態４によるフィルタモジュール２０の斜視図である。実施の形態４によるフィルタモジュール２０は、実施の形態１のフィルタモジュール２０とは、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１及び負極側バスバー３２の形状が異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００９５】
図１９及び図２０に示す様に、コンデンサモジュール３０の正極側バスバー３１には、延長端子３１ｆが形成されており、負極側バスバー３２には、延長端子３２ｅが形成されている。延長端子３１ｆ及び延長端子３２ｅは、それぞれケース５０の外側に延出している。延長端子３１ｆ及び延長端子３２ｅは、フィルタモジュール２０の取り付け部の周辺に配置された図示しない制御基板のスルーホールに挿入され、半田付けにより制御基板と接続される。
【００９６】
降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換装置１では、出力電圧をセンサにより検出して、制御基板にセンサ情報を入力し、フィードバック制御を実施している。センサは、図１の回路図における、出力側のＢ端子付近に正極側を接続し、筐体にＧＮＤ端子を接続して、ハーネスなどを使用して制御基板に接続する手法が一般的である。しかしながら、ハーネスなどの追加部品が必要になり、端子を接続するスペースが必要となる。
【００９７】
実施の形態４のフィルタモジュール２０によれば、Ｂ端子付近に配置されている平滑コンデンサ１４２に相当するコンデンサモジュール３０の、正極側バスバー３１と負極側バスバー３２に延長端子３１ｆと延長端子３２ｅを形成し、制御基板に接続させている。これにより、これらの延長端子３１ｆと延長端子３２ｅを介して、出力電圧を検出することができる。よって、ハーネスなどの追加部品を必要とせずに出力電圧を検出することができる、部品点数の削減、及び電力変換装置１の小型化、及び低コスト化が実現できる。
【００９８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜変更し、部分的に省略することができる。
【００９９】
なお、本発明では、電流によって発生する磁気エネルギーを蓄える受動素子であるインダクタとしてインダクタモジュール４０を形成したが、構成部品としてコイルであっても適用可能である。
【０１００】
また、インダクタモジュール４０のコア４２は、本発明ではＵ型コア４５とＩ型コア４６の組み合わせにより形成したが、これに限るものではない。例えば、バスバーを周回させることができる形状であれば、Ｕ型とＩ型の組み合わせ以外であってもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１  電力変換装置、１９  金属板、２０  フィルタモジュール、３０  コンデンサモジュール、３１  正極側バスバー、３１ａ  本体部、３１ｂ  接合部、３１ｃ  固定部（正極端子）、３１ｄ  貫通孔、３１ｅ  曲げ部、３１ｆ  延長端子、３２  負極側バスバー、３２ａ  本体部、３２ｂ  接合部、３２ｃ  固定部（負極端子）、３２ｄ  貫通孔、３２ｅ  延長端子、４０  インダクタモジュール、４１  インダクタ用バスバー、４１ａ  ストレート部、４１ｂ  平面部（出力端子）、４１ｃ  平面部（入力端子）、４１ｄ，４１ｅ  貫通孔、４１ｆ  立上げ部  ４１ｇ  樹脂部、４１ｈ  曲げ部、４２  コア、４３  テープ、４４  クリップ、４５  Ｕ型コア、４５ａ，４６ａ  段差部、４６  Ｉ型コア、４６ｂ  ギャップシート、４６ｃ  面取り部、５０  ケース（ケース部材）、５０ａ  第１スペース、５０ｂ  第２スペース、５０ｃ  壁、５０ｄ  固定部、５０ｅ  位置決めピン、５０ｆ  面取り部、５０ｇ  切り欠き部、５０ｈ  空間、５０ｍ、５０ｎ  突起部、５１  ブッシュ、６０，６１  ポッティング材、８０  コンデンサ素子、８０ａ，８０ｂ  電極面、１００  入力フィルタ回路部、１１０  スイッチング回路部、１２０  トランス部、１３０  整流回路部、１４０  平滑回路部、１５０  フィルタ回路部。
【図１】
0006716025.tif 000002
【図２】
0006716025.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0006716025.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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