(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した半導体モジュール（２１）と、該半導体モジュール（２１）を冷却する冷却器（３）とを備えた半導体ユニット（２）と、
上記半導体モジュール（２１）を制御する制御回路基板（４）と、
上記半導体モジュール（２１）と共に、電力変換回路の一部を構成する電子部品（５）と、
上記電力変換回路に入力される電力の一部を外部機器へと出力するため上記電力変換回路と電気的に接続されると共に、上記外部機器の外部コネクタが接続される出力コネクタ（６１）と、
該出力コネクタ（６１）と上記電力変換回路との間に配設され、上記出力コネクタ（６１）から上記外部機器へ過電流が流通するのを防止するためのヒューズ（６２）と、
上記半導体ユニット（２）、上記制御回路基板（４）、上記電子部品（５）、上記ヒューズ（６２）及び上記出力コネクタ（６１）を収容するケース（７）とを有する電力変換装置であって、
上記ケース（７）は、上記電力変換装置（１）が固定される固定対象物（８）における第１固定面（８１）と第２固定面（８２）とに沿うように屈曲すると共に、上記半導体ユニット（２）、上記制御回路基板（４）及び上記電子部品（５）を収容する第１収容空間（７０１）と、上記ヒューズ（６２）及び上記出力コネクタ（６１）を収容する第２収容空間（７０２）と、上記第１収容空間（７０１）と上記第２収容空間（７０２）とを隔てる隔壁（７４３）とを有しており、
上記第１固定面（８１）と上記第２固定面（８２）とは、互いに異なる向きを向いた面であり、
上記第１収容空間（７０１）は、上記第１固定面（８１）に沿うように形成されており、上記第２収容空間（７０２）は、上記第２固定面（８２）に沿うように形成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項２】
上記第１収容空間（７０１）において、上記電子部品（５）、上記半導体ユニット（２）、上記制御回路基板（４）は、この順に上記第２収容空間（７０２）から遠ざかるように配置されており、上記第２収容空間（７０２）においては、上記出力コネクタ（６１）が上記ヒューズ（６２）よりも上記第１収容空間（７０１）から遠い側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
【請求項３】
上記ヒューズ（６２）と上記電子部品（５）とは、接続配線（６３１）によって電気的に接続されており、上記隔壁（７４３）には、上記第１収容空間（７０１）と上記第２収容空間（７０２）とを連通すると共に上記接続配線（６３１）を挿通する挿通部（７４４）が形成されており、上記第１収容空間（７０１）から上記第２収容空間（７０２）が延びる延設方向から見たとき、上記挿通部（７４４）は、上記ヒューズ（６２）の外形よりも外側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）。
【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。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路を備えた電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電力の生成に用いられる。このような電力変換装置としては、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１の電力変換装置は、直流電源と接続されたバスバーを分岐させ、補機へ直流電力を供給する補機電源供給部を備えている。補機電源供給部は、電力変換回路を構成する部品と共にケース内に収容されており、補機電源供給部には、補機への過電流の流通を防止するためのヒューズが内蔵されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４６４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の電力変換装置には以下の問題がある。
特許文献１の電力変換装置は、ヒューズを備えた補機電源供給部が電力変換回路を構成する部品と共にケース内に収容されている。ヒューズは、通電することで発熱するため、ケース内における温度が上昇し、電力変換回路を構成する部品に不具合が生じるおそれがある。
【０００５】
また、電力変換装置における温度上昇を抑制する手段としては、電力変換装置における熱容量の増加や冷却構造の追加が考えられるが、電力変換装置の構造の複雑化や大型化が懸念される。特に、近年は、電力変換装置の配置スペースに制約があり、省スペース化が可能な電力変換装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ヒューズの発熱による電力変換回路への影響を抑制しながら配置スペースを縮小することができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器とを備えた半導体ユニットと、
上記半導体モジュールを制御する制御回路基板と、
上記半導体モジュールと共に、電力変換回路の一部を構成する電子部品と、
上記電力変換回路に入力される電力の一部を外部機器へと出力するため上記電力変換回路と電気的に接続されると共に、上記外部機器の外部コネクタが接続される出力コネクタと、
該出力コネクタと上記電力変換回路との間に配設され、上記出力コネクタから上記外部機器へ過電流が流通するのを防止するためのヒューズと、
上記半導体ユニット、上記制御回路基板、上記電子部品、上記ヒューズ及び上記出力コネクタを収容するケースとを有する電力変換装置であって、
上記ケースは、上記電力変換装置が固定される固定対象物における第１固定面と第２固定面とに沿うように屈曲すると共に、上記半導体ユニット、上記制御回路基板及び上記電子部品を収容する第１収容空間と、上記ヒューズ及び上記出力コネクタを収容する第２収容空間と、上記第１収容空間と上記第２収容空間とを隔てる隔壁とを有しており、
上記第１固定面と上記第２固定面とは、互いに異なる向きを向いた面であり、
上記第１収容空間は、上記第１固定面に沿うように形成されており、上記第２収容空間は、上記第２固定面に沿うように形成されていることを特徴とする電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記電力変換装置は、上記第１収容空間と上記第２収容空間とを隔てる上記隔壁部を有している。そのため、上記第２収容空間に配設された上記ヒューズに生じる輻射熱を、上記隔壁部によって遮ることができる。また、上記隔壁部を設けることにより、上記第１収容空間と上記第２収容空間との間における空気の流動を抑制し、上記第２収容空間内において加熱された空気が、上記第１収容空間へ移動することを抑制できる。これにより、上記第１収容空間内に配設された部品の温度上昇を効果的に抑制することができる。それゆえ、上記ヒューズの発熱により、電力変換回路を構成する部品に不具合が生じることを抑制できる。
【０００９】
また、上記第１収容空間と上記第２収容空間とを屈曲するように上記ケースを形成している。そのため、屈曲した上記電力変換装置の内側にトランスミッションやボデーの構造体等を配置すると共に、これらに上記電力変換装置を固定することができる。このように、上記電力変換装置を固定することにより、固定対象となる部品の表面に上記電力変換装置を沿わせて配置することができる。これにより、上記電力変換装置の配置スペースを縮小することができる。
【００１０】
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、ヒューズの発熱による電力変換回路への影響を抑制しながら配置スペースを縮小することができる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、電力変換装置の説明図。
【図２】図１における、II−II矢視断面図。
【図３】図１における、III−III矢視断面図。
【図４】図３における、IV−IV矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記電力変換装置の上記第１収容空間において、上記電子部品、上記半導体ユニット、上記制御回路基板は、この順に上記第２収容空間から遠ざかるように配置されており、上記第２収容空間においては、上記出力コネクタが上記ヒューズよりも上記第１収容空間から遠い側に配置されていることが好ましい。この場合には、上記第１収容空間内に配置される部品において、比較的、耐熱性の高い上記電子部品を上記第２収容空間側に配置し、耐熱性の低い上記制御回路基板及び上記半導体ユニットを上記第２収容空間から離れた位置に配置することにより、耐熱性の低い部品における上記ヒューズの発熱による影響を低減することができる。また、上記ケース内に収容される部品を、上記第１収容空間から上記第２収容空間へと順次並べて配置することにより、各部品が並んだ方向の距離に対して、並んだ方向と直交する断面における上記ケースの開口面積を小さくすることができる。これにより、上記ヒューズの熱が上記ケース内により、伝達されにくい。また、上記電力変換回路を構成する部品と上記出力コネクタとの間に上記ヒューズを配置することにより、上記電力変換回路から上記出力コネクタまでの接続構造を簡略化することができる。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
上記電力変換装置にかかる実施例について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すごとく、電力変換装置１は、半導体ユニット２、制御回路基板４、電子部品５、出力コネクタ６１、ヒューズ６２及びこれらを収容するケース７を有している。
半導体ユニット２は、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２１と、半導体モジュール２１を冷却する冷却器３とを備えている。制御回路基板４は、半導体モジュール２１を制御するよう構成されている。電子部品５は、半導体モジュール２１と共に、電力変換回路の一部を構成している。出力コネクタ６１は、電力変換回路に入力される電力の一部を外部機器へと出力するため電力変換回路と電気的に接続されると共に、外部機器の外部コネクタが接続されるよう構成されている。ヒューズ６２は、出力コネクタ６１と電力変換回路との間に配設され、出力コネクタ６１から外部機器へ過電流が流通するのを防止するよう構成されている。
【００１４】
ケース７は、電力変換装置１が固定される固定対象物８における第１固定面８１と第２固定面８２とに沿うように屈曲している。また、ケース７は、半導体ユニット２、制御回路基板４及び電子部品５を収容する第１収容空間７０１と、ヒューズ６２及び出力コネクタ６１を収容する第２収容空間７０２と、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２とを隔てる隔壁７４３とを有している。第１固定面８１と第２固定面８２とは、互いに異なる向きを向いた面であり、第１収容空間７０１は、第１固定面８１に沿うように形成されており、第２収容空間７０２は、第１固定面８１の一端から第２固定面８２に沿うように形成されている。
【００１５】
本例の電力変換装置１について、さらに詳細に説明する。
図１〜図４に示すごとく、本例において、半導体ユニット２の半導体モジュール２１が積層された方向を積層方向Ｘ、第１収容空間７０１から第２収容空間７０２が延びた方向を延設方向Ｚ、また、積層方向Ｘ及び延設方向Ｚの両方に対して直交する方向を横方向Ｙとして説明する。
また、積層方向Ｘにおける冷媒導入管３３及び冷媒排出管３４が配設された側を前方とし、その反対側を後方として説明する。また、延設方向Ｚにおける第１収容空間７０１が配設された側を上方とし、その反対側を下方として説明する。
【００１６】
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、固定対象物８としての自動車におけるトランスミッション上に直接固定されるものであり、固定対象物８上に形成された第１固定面８１及び第２固定面８２に固定されている。本例においては、第１固定面８１は延設方向Ｚと直交する第１平面８１１上に形成されており、第２固定面８２は、横方向Ｙと直交する第２平面８２１上に形成されている。
【００１７】
図１に示すごとく、電力変換装置１は、電力変換回路の一部を構成する半導体ユニット２及び電子部品５と、半導体ユニット２の動作を制御する制御回路基板４と、電子部品５と電気的に接続される出力コネクタ６１と、電子部品５と出力コネクタ６１との間に配設されたヒューズ６２と、これらを収容するケース７とを有している。
【００１８】
ケース７は、第２収容空間７０２及び第１収容空間７０１の一部を形成する下方ケース部材７３と、下方ケース部材７３と共に第１収容空間７０１を形成する上方ケース部材７１と、上方ケース部材７１における上方開口部７１３を覆う上方蓋体７２とを有している。
上方ケース部材７１は、制御回路基板４の上方に配置される基板上面部７１１と、半導体ユニット２及び電子部品５を積層方向Ｘ及び横方向Ｙから囲むように形成された上方側壁部７１２とを有している。また、上方ケース部材７１は、上方側壁部７１２によって囲まれ上方側に開口した上方開口部７１３を有しており、上方開口部７１３は上方蓋体７２によって覆われている。
【００１９】
下方ケース部材７３は、上方ケース部材７１の下端に連結される下方第１収容部７３１と、下方第１収容部７３１の一端から下方に延びるように形成された第２収容部７０４とを有している。
下方第１収容部７３１は、制御回路基板４及び半導体ユニット２の下方に配置された下方底部７３２と、電子部品５の下端側を積層方向Ｘ及び横方向Ｙから囲むように形成された下方第１壁部７３３とを有している。下方ケース部材７３における下方第１収容部７３１と上方ケース部材７１とを合体させることにより、内部に第１収容空間７０１を有する第１収容部７０３が形成される。
【００２０】
図１及び図４に示すごとく、第２収容部７０４は、略直方体形状をなしており、下方第１壁部７３３の下端から下方に延びるように形成されている。積層方向Ｘから見たとき延設方向Ｚが長手方向となるように配置された長方形状の背面部７４１と、背面部７４１における下端及び横方向Ｙの両端から前方側に立設した３つの下方第２壁部７４２と、背面部７４１の上端から前方側に立設した隔壁７４３と、３つの下方第２壁部７４２及び隔壁７４３によって形成された下方開口部７４５を覆う下方蓋体７５とを有している。３つの下方第２壁部７４２、隔壁７４３及び下方蓋体７５に囲まれた空間によって、第２収容空間７０２が形成されている。
また、隔壁７４３における前方側の端部には、後方側に向かって窪んだ挿通部７４４が形成されている。この挿通部７４４により、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２とが連通している。尚、延設方向Ｚから見たとき、挿通部７４４は、ヒューズ６２の外形よりも前方側の位置に配置されている
【００２１】
図１及び図２に示すごとく、第１収容空間７０１の内側には、制御回路基板４、半導体ユニット２及び電子部品５が配置されている。電子部品５、半導体ユニット２、制御回路基板４は、この順に第２収容空間７０２から遠ざかるように配置されている。
【００２２】
半導体ユニット２は、複数の半導体モジュール２１と、複数の半導体モジュール２１を積層方向Ｘの両面から冷却する複数の冷却管３１とを積層してなる。
半導体モジュール２１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を内蔵してなる。半導体モジュール２１は、スイッチング素子を樹脂モールドしてなる平板状の本体部２１１と、本体部２１１の端面から互いに反対方向に突出した主電極端子２１２及び制御端子２１３とからなる。平板状の本体部２１１における主面の法線方向が積層方向Ｘとなるように、半導体モジュール２１は冷却管３１と積層されている。主電極端子２１２は、延設方向Ｚの下方に突出させてあり、制御端子２１３は、延設方向Ｚの上方に突出させてある。主電極端子２１２は、電子部品５と電気的に接続されており、バスバーを介して被制御電力が半導体モジュール２１に入出力される。また、制御端子２１３は、制御回路基板４と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。また、半導体モジュール２１は、一対の冷却管３１の間に１つずつ並列配置してある。
【００２３】
冷却管３１は、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部において、隣り合う他の冷却管３１と連結管３２を通じて連結されている。そして、積層方向Ｘの一端に配された冷却管３１における横方向Ｙの両端部に、冷媒導入管３３及び冷媒排出管３４が接続されている。これら冷却管３１、連結管３２、冷媒導入管３３及び冷媒排出管３４によって、冷却器３が構成されている。この冷却器３は、アルミニウム等の金属によって構成されている。
【００２４】
冷媒導入管３３及び冷媒排出管３４は、半導体ユニット２の前端部に配された冷却管３１の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管３３から導入された冷却媒体は、適宜連結管３２を通り、各冷却管３１に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通する。そして、各冷却管３１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール２１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、適宜下流側の連結管３２を通り、冷媒排出管３４に導かれ排出される。冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
【００２５】
制御回路基板４は、上方から見たとき長方形状をなす板状に形成されており、半導体モジュール２１を制御するための制御回路（図示略）を有している。制御回路基板４は、長手方向が横方向Ｙとなるように配設されている。制御回路基板４における制御回路には、半導体モジュール２１における制御端子２１３と接続されている。また、第２収容空間７０２と反対側の端部には、基板側外部機器と接続される接続コネクタ４１が配設されている。
【００２６】
本例の電子部品５は、整流コンデンサであり、電子部品５は、図示しないバスバーによって、半導体モジュール２１のＰＮ端子と接続されている。尚、電子部品５としては、整流コンデンサ以外にも種々の電子部品５を用いることができる。
【００２７】
図１、図３及び図４に示すごとく、第２収容空間７０２の内側には、出力コネクタ６１とヒューズ６２とが配置されている。
出力コネクタ６１は、第２収容空間７０２の下端に配設された下方第２壁部７４２に配設されており、ヒューズ６２よりも第１収容空間７０１から遠い位置に配置されている。
【００２８】
ヒューズ６２は、電力変換回路と車両のバッテリー（図示略）とを接続する電源配線から分岐された一対の分岐配線６３にそれぞれ一つずつ配設されている。本例において、分岐配線６３は、バスバーからなり、ヒューズ６２と電子部品５とを接続する接続配線６３１と、ヒューズ６２と出力コネクタ６１とを接続する出力配線６３２とを有している。接続配線６３１は、隔壁７４３における挿通部７４４内に相通されている。
【００２９】
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置１は、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２とを隔てる隔壁７４３部を有している。そのため、第２収容空間７０２に配設されたヒューズ６２に生じる輻射熱を、隔壁７４３部によって遮ることができる。また、隔壁７４３部を設けることにより、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２との間における空気の流動を抑制し、第２収容空間７０２内において加熱された空気が、第１収容空間７０１へ移動することを抑制できる。これにより、第１収容空間７０１内に配設された部品の温度上昇を効果的に抑制することができる。それゆえ、ヒューズ６２の発熱により、電力変換回路を構成する部品に不具合が生じることを抑制できる。
【００３０】
また、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２とを屈曲するようにケース７を形成している。そのため、屈曲した電力変換装置１の内側にトランスミッションやボデーの構造体等を配置すると共に、これらに電力変換装置１を固定することができる。このように、電力変換装置１を固定することにより、固定対象となる部品の表面に電力変換装置１を沿わせて配置することができる。これにより、電力変換装置１の配置スペースを縮小することができる。
【００３１】
また、第１収容空間７０１において、電子部品５、半導体ユニット２、制御回路基板４は、この順に第２収容空間７０２から遠ざかるように配置されており、第２収容空間７０２においては、出力コネクタ６１がヒューズ６２よりも第１収容空間７０１から遠い側に配置されている。そのため、第１収容空間内７０１に配置される部品において、比較的、耐熱性の高い電子部品５を第２収容空間７０２側に配置し、耐熱性の低い制御回路基板４及び半導体ユニット２を第２収容空間７０２から離れた位置に配置することにより、制御回路基板４及び半導体ユニット２におけるヒューズ６２の発熱による影響を低減することができる。また、電力変換回路を構成する部品と出力コネクタ６１との間にヒューズ６２を配置することにより、電力変換回路から出力コネクタ６１までの接続構造を簡略化することができる。
【００３２】
また、ヒューズ６２と電子部品５とは、接続配線６３１によって電気的に接続されており、隔壁７４３には、第１収容空間７０１と第２収容空間７０２とを連通すると共に接続配線６３１を挿通する挿通部７４４が形成されており、第１収容空間７０１から第２収容空間７０２が延びる延設方向から見たとき、挿通部７４４は、ヒューズ６２の外形よりも外側の位置に配置されている。そのため、ヒューズ６２と電子部品５との間を隔壁７４３部によって確実に隔てることができる。したがって、ヒューズ６２の輻射熱が第１収容空間７０１側に伝わるのを効果的に抑制することができる。
【００３３】
以上のごとく、電力変換装置１によれば、ヒューズ６２の発熱による電力変換回路への影響を抑制しながら配置スペースを縮小することができる
【符号の説明】
【００３４】
１  電力変換装置
２  半導体ユニット
２１  半導体モジュール
３  冷却器
４  制御回路基板
５  電子部品
６１  出力コネクタ
６２  ヒューズ
７  ケース
７０１  第１収容空間
７０２  第２収容空間
７４３  隔壁
８  固定対象物
８１  第１固定面
８２  第２固定面
８１１  第１平面
８２１  第２平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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