(57)【要約】【課題】リアクトルとコンデンサとが面している配置においても、コンデンサの温度上昇を抑制することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール１３０、コンデンサ５及びリアクトル７と、該半導体モジュール１３０を両主面から冷却する冷却器６とを備えた電力変換装置１である。上記冷却器６は、上記半導体モジュール１３０の両主面に配される複数の冷媒流路６０を備え、上記複数の冷媒流路６０と上記半導体モジュール１３０とが互いに積層されて積層体１３を構成している。上記コンデンサ５は、上記積層体１３における積層方向Ｘの一端に配置されており、上記リアクトル７は、上記コンデンサ５に対して、上記積層方向Ｘに直交する方向に配置されている。そして、上記コンデンサ５と上記リアクトル７との間には、両者間の熱の移動を遮る遮熱板３が配置されている。【選択図】図２
2013085393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール、コンデンサ及びリアクトルと、該半導体モジュールを両主面から冷却する冷却器とを備えた電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に配される複数の冷媒流路を備え、
上記複数の冷媒流路と上記半導体モジュールとが互いに積層されて積層体を構成しており、
上記コンデンサは、上記積層体における積層方向の一端に配置されており、
上記リアクトルは、上記コンデンサに対して、上記積層方向に直交する方向に配置されており、
上記コンデンサと上記リアクトルとの間には、両者間の熱の移動を遮る遮熱板が配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、上記遮熱板は、上記冷媒流路に当接する当接板と一体に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、上記コンデンサと上記当接板との間には伝熱部材が充填されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記遮熱板は、厚み方向に上記コンデンサの電極端子を挿通させるための端子挿通用開口部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記コンデンサは、上記遮熱板を含んでなるコンデンサ収容部に収容されており、該コンデンサ収容部は、上記コンデンサを挿入するためのコンデンサ挿入用開口部を、上記リアクトルに面する方向と反対方向、もしく直交する方向に開口させ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、コンデンサとリアクトルの両方を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等には、モータを駆動させるため、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が搭載されている。該電力変換装置は、例えばエンジンルーム内等の限られた空間に搭載するため、小型のものが望まれている。
【０００３】
上記の電力変換装置の例として、例えば特許文献１や特許文献２に開示された電力変換装置が提案されている。特許文献１に開示された電力変換装置は、半導体モジュールと冷媒流路とが交互に積層されてなる積層体に対し、該積層体の積層方向と直交する方向にコンデンサが配置されている。また、特許文献２に開示された電力変換装置は、上記積層体における積層方向の一端にリアクトルが配置されている。これらの電力変換装置は、コンデンサやリアクトル等の電子部品を上記積層体に対して特定の位置に配置することにより、省スペース化を図ろうとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１４９６６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２００４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コンデンサとリアクトルとの双方を備えた電力変換装置においては、コンデンサとリアクトルとを互いに対向した状態で配置せざるを得ない場合がある。この場合、上記リアクトルから発生する熱が、該リアクトルに面して配置された上記コンデンサに、対流もしくは放射によって伝わることにより、該コンデンサの温度が上昇しやすくなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたもので、リアクトルとコンデンサとが面している配置においても、コンデンサの温度上昇を抑制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、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール、コンデンサ及びリアクトルと、該半導体モジュールを両主面から冷却する冷却器とを備えた電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に配される複数の冷媒流路を備え、
上記複数の冷媒流路と上記半導体モジュールとが互いに積層されて積層体を構成しており、
上記コンデンサは、上記積層体における積層方向の一端に配置されており、
上記リアクトルは、上記コンデンサに対して、上記積層方向に直交する方向に配置されており、
上記コンデンサと上記リアクトルとの間には、両者間の熱の移動を遮る遮熱板が配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００８】
上記電力変換装置は、上記コンデンサと上記リアクトルとの間に、両者間の熱の移動を遮る遮熱板が配置されている。これにより、上記リアクトルが発熱する際に、その熱が、上記電力変換装置内において、対流もしくは放射によってコンデンサへ伝わることを遮ることができる。その結果、上記コンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【０００９】
以上のごとく、上記態様によれば、リアクトルとコンデンサとが面している配置においても、コンデンサの温度上昇を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における、遮熱板側から見た電力変換装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路を示す説明図。
【図５】実施例２における、コンデンサ挿入用開口部を積層方向に設けたコンデンサ収容部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記電力変換装置において、上記遮熱板は、上記リアクトル及び上記コンデンサの少なくとも一方と接触しておらず、間に空隙を有することが好ましい。これにより、熱伝導によって上記リアクトルの熱が上記コンデンサへ伝わることを防ぐことができる。
【００１２】
また、上記遮熱板は、上記リアクトルから上記コンデンサへの熱の移動を必ずしも完全に遮断するものではなく、上記コンデンサの温度上昇を抑制することができるものであればよい。つまり、上記遮熱板がない場合に比べて、上記遮熱板を有する場合の方が上記コンデンサの温度上昇を低減することができればよい。これは、例えば上記遮熱板が上記リアクトルと上記コンデンサとの間で対流する空気の少なくとも一部を遮ったり、上記リアクトルから上記コンデンサへ向かう輻射熱の一部を遮ったりすることができるよう構成してあればよい。
【００１３】
また、上記遮熱板は、上記冷媒流路に当接する当接板と一体に形成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、上記遮熱板が上記リアクトルから受ける熱を、上記当接板を介して上記冷媒流路へ放熱することができる。これにより、上記遮熱板の温度上昇を抑制することが可能となるため、該遮熱板と上記コンデンサとの間での熱の移動を低減することができる。その結果、上記コンデンサの温度上昇をより抑制することが可能となる。
【００１４】
また、上記コンデンサと上記当接板との間には伝熱部材が充填されていてもよい（請求項３）。
この場合には、上記コンデンサの熱を、上記伝熱部材と上記当接板とを介して上記冷媒流路へ効率よく放熱することができる。その結果、上記コンデンサの温度上昇をより抑制することが可能となる。
【００１５】
また、上記遮熱板は、厚み方向に上記コンデンサの電極端子を挿通させるための端子挿通用開口部を設けていてもよい（請求項４）。
この場合には、上記端子挿通用開口部から上記コンデンサの電極端子を引き出すことができる。その結果、上記コンデンサの電極端子への配線距離を短くしたり、上記電力変換装置の構成を簡素化したりすることが可能となる。
【００１６】
また、上記コンデンサは、上記遮熱板を含んでなるコンデンサ収容部に収容されており、該コンデンサ収容部は、上記コンデンサを挿入するためのコンデンサ挿入用開口部を、上記リアクトルに面する方向と反対方向、もしく直交する方向に開口させていてもよい（請求項５）。
この場合には、上記半導体モジュールの間の配線を接続した後に、上記コンデンサを上記コンデンサ挿入用開口部より挿入し、組み付けや端子の接続等を行うことができる等、上記電力変換装置の組み立て手順の自由度を向上させることができる。また、上記半導体モジュール間の接続に抵抗溶接やアーク溶接を用いる場合において、溶接時の電流が上記コンデンサに充電されることを防止できる。そして、上記コンデンサからのサージ電流が上記半導体モジュールへ流入することを抑制し、上記半導体モジュールが上記サージ電流により破壊されることを防止することができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール１３０、コンデンサ５及びリアクトル７と、半導体モジュール１３０を両主面から冷却する冷却器６とを備えている。また、図１及び図２に示すごとく、冷却器６は、半導体モジュール１３０の両主面に配される複数の冷媒流路６０を備えており、この複数の冷媒流路６０と半導体モジュール１３０とが互いに積層されて積層体１３を構成している。また、図２に示すごとく、コンデンサ５は、積層体１３における積層方向（以下、この向きを積層方向Ｘという。）の一端に配置されており、リアクトル７は、コンデンサ５に対して、積層方向Ｘに直交する方向に配置されている。そして、コンデンサ５とリアクトル７との間には、両者間の熱の移動を遮る遮熱板３が配置されている。
【００１８】
積層体１３とコンデンサ５とは、積層方向Ｘを法線とする一対の側壁１００と、積層方向Ｘに垂直な方向（以下、この向きを横方向Ｙという。）を法線とする一対の側壁１０１とから構成されるフレーム１０に四方を囲まれることにより保持される。また、コンデンサ５は、積層方向Ｘに垂直なフレーム１０の側壁１００と積層体１３との間に設けられたコンデンサ収容部２に収容されている。そして、リアクトル７は、コンデンサ５に対して積層方向Ｘと横方向Ｙとの双方に直交する方向（以下、この向きを高さ方向Ｚという。）、すなわちフレーム１０の開放面側に配置される。具体的に、リアクトル７はコンデンサ５の下方に配置される。
【００１９】
積層体１３は、図１に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール１３０と複数の冷媒流路６０と交互に積層することにより形成されている。また、この冷媒流路６０は、冷媒導入パイプ６３、冷媒排出パイプ６４及び連結管６２とともに、半導体モジュール１３０を冷却する冷却器６を構成している。
【００２０】
冷媒流路６０は、積層方向Ｘと直交する方向（横方向Ｙ）に長尺な冷却管６１によって構成されている。冷却器６は、図１に示すごとく、この冷却管６１を積層方向Ｘに複数並べてなるとともに、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部付近において、積層方向Ｘに隣り合う冷却管６１同士を連結管６２によって連結してなる。そして、冷却器６は、隣り合う冷却管６１の間に半導体モジュール１３０を両主面から狭持することができるよう構成されている。これにより、半導体モジュール１３０は、積層方向Ｘに配列されている。
【００２１】
なお本例では、隣り合う冷却管６１の間には、互いに直列に接続される２つの半導体モジュール１３０が狭持されている。また、冷却器６は８本の冷却管６１を積層方向Ｘに並列しており、隣り合う冷却管６１の間に形成される７段のスペースに、それぞれ２つずつの半導体モジュール１３０が互いに横方向Ｙに並んで配置されている。
【００２２】
また、積層方向Ｘにおいてコンデンサ５が配置される側の一端に配された冷却管６１には、その横方向Ｙにおける両端に、図１に示すごとく、冷媒導入パイプ６３及び冷媒排出パイプ６４が配設されている。冷媒導入パイプ６３と冷媒排出パイプ６４とは、積層体１３における積層方向Ｘの一端を基端として積層体１３から積層方向Ｘにおけるコンデンサ５側へ延伸され、フレーム１０の積層方向Ｘにおける側壁１００から突出している。
【００２３】
これにより、冷媒導入パイプ６３から導入された冷却媒体は、連結管６２を適宜通り、各冷却管６１に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通可能となる。そして、各冷却管６１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール１３０との間で熱交換を行うことができる。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管６２を適宜通り、冷媒排出パイプ６４に導かれ、冷却器６より排出される。
【００２４】
冷却器６に狭持される半導体モジュール１３０は、図２に示すごとく、ＩＧＢＴ素子等のスイッチング素子１３１を樹脂モールドしてなるモールド部１３２と、該モールド部１３２から互いに反対方向に突出した主電極端子１３３及び制御端子とから構成される。なお、主電極端子１３３の突出方向は、高さ方向Ｚの下方、すなわちコンデンサ５に対してリアクトル７の配置される方向である。また、便宜上、制御端子については図２への記載を省略した。
【００２５】
この半導体モジュール１３０は、図２に示すごとく、積層体１３において主電極端子１３３及び制御端子が高さ方向Ｚ、すなわちフレーム１０の開放面に向けて突出するよう配置されている。この主電極端子１３３間は、バスバー１１等の配線部材により適宜電気的に接続され、図４に示す電力変換回路を構成している。なお、バスバー１１以外の配線部材については、図１への記載を便宜上省略した。
【００２６】
また、冷却器６の冷媒導入パイプ６３と冷媒排出パイプ６４との間において、図２及び図３に示すごとく、コンデンサ収容部２がフレーム１０に設けられている。コンデンサ収容部２は、図１に示すごとく、高さ方向Ｚから見た平面視の形状が略長方形をなす箱状の凹部であり、図２に示すごとく、高さ方向Ｚに開口したコンデンサ挿入用開口部２２が形成されている。コンデンサ挿入用開口部２２は、リアクトル７と反対側、すなわち上方へ開口している。また、フレーム１０は、図２及び図３に示すごとく、コンデンサ挿入用開口部２２の下面側に遮熱板３を備えている。本例では、遮熱板３はフレーム１０の一部に形成され、アルミニウムや鉄等の金属より構成されている。
【００２７】
遮熱板３は、コンデンサ収容部２の底板部を構成し、コンデンサ５に対して高さ方向Ｚにおける下方に配置されている。これにより、遮熱板３は、コンデンサ５と、コンデンサ５に対して高さ方向Ｚに離れた位置に配置されるリアクトル７との間に配置されている。
【００２８】
また、図１及び図２に示すごとく、遮熱板３の一部には、高さ方向Ｚに貫通した略長方形の穴である、端子挿通用開口部３０が設けられている。この端子挿通用開口部３０は、図３に示すごとく、高さ方向Ｚに突出しているコンデンサ５の電極端子５１の寸法に対して遊び寸法を持つ大きさに形成されている。これにより、高さ方向Ｚからコンデンサ５の一対の電極端子５１を挿通できるように構成されている。
【００２９】
図１に示すごとく、フレーム１０は、コンデンサ５と積層体１３との間に、積層方向Ｘを法線とする側壁１００に対して平行な当接板４を有する。当接板４は、その横方向Ｙの両端部４０において、横方向Ｙに垂直な一対の側壁１０１と各々接続され、一対の側壁１０１の間を差し渡すように形成されている。また、当接板４の一部は、積層方向Ｘにおける積層体１３側のコンデンサ収容部２の側板２１を兼ねており、コンデンサ収容部２の底板から構成される遮熱板３と一体に形成されている。そして、当接板４には、積層体１３の積層方向Ｘの一端に配された冷却管６１が当接している。
【００３０】
また、積層方向Ｘにおける当接板４とコンデンサ５との間には、図２に示すごとく、シリコーン樹脂からなる伝熱部材４２が充填されている。本例では、コンデンサ５をコンデンサ収容部２へ挿入した後に液状のシリコーン樹脂をコンデンサ収容部２へポッティングしている。これにより、伝熱部材４２はコンデンサ５の周囲に充填されている。なお、伝熱部材４２は、シリコーン樹脂に限るものではなく、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の、公知の熱伝導性材料を適用することができる。
【００３１】
コンデンサ挿入用開口部２２は、コンデンサ収容部２において遮熱板３と対向する方向、つまりコンデンサ収容部２の上方を開口させた略長方形の開口部である。コンデンサ挿入用開口部２２は、図２及び図３に示すごとく、コンデンサ５の寸法に対して遊び寸法を持つ大きさに形成されている。これにより、コンデンサ５を高さ方向Ｚから挿入できるように構成されている。
【００３２】
このコンデンサ収容部２に収容されるコンデンサ５は、図２及び図３に示すごとく、コンデンサ５の本体部５０より高さ方向Ｚに向けて突出した一対の電極端子５１を有する。コンデンサ挿入用開口部２２を通じて高さ方向Ｚより挿入されたコンデンサ５は、図２に示すごとく、その本体部５０がコンデンサ収容部２内に配置されるとともに、端子挿通用開口部３０を通じて電極端子５１をコンデンサ収容部２の下方に貫通させている。また、コンデンサ収容部２の下方に突出させた一対の電極端子５１は、図１に示すごとく、積層方向Ｘに延伸された一対のバスバー１１（１１ａ、１１ｂ）とボルト１２により締結され、電気的に接続されている。
【００３３】
なお、コンデンサ収容部２へのコンデンサ５の配置及び電極端子５１とバスバー１１との締結は、バスバー１１と半導体モジュール１３０の主電極端子１３３とが接続される前に行われる。また、一対のバスバー１１は、半導体モジュール１３０の主電極端子１３３と、アーク溶接や抵抗溶接等の方法を用いて接続される。
【００３４】
次に、本例の作用効果を説明する。電力変換装置１は、図２に示すごとく、コンデンサ５とリアクトル７との間に、両者間の熱の移動を遮る遮熱板３が配置されている。そのため、リアクトル７が発熱する際に、その熱が、電力変換装置１内において、対流もしくは放射によってコンデンサ５へ伝わることを遮ることができる。その結果、コンデンサ５の温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
また、遮熱板３が、図２に示すごとく、冷媒流路６０に当接する当接板４と一体に形成されている。そのため、遮熱板３がリアクトル７から受ける熱を、当接板４を介して冷媒流路６０へ放熱することができる。これにより、遮熱板３の温度上昇を抑制することが可能となるため、遮熱板３とコンデンサ５との間での熱の移動を低減することができる。また、コンデンサ５と当接板４との間には、図２に示すごとく、伝熱部材４２が充填されている。そのため、コンデンサ５の熱を、伝熱部材４２と当接板４とを介して冷媒流路６０へ効率よく放熱することができる。これらの結果、コンデンサ５の温度上昇をより抑制することが可能となる。
【００３６】
また、遮熱板３は、図３に示すごとく、厚み方向にコンデンサ５の電極端子５１を挿通させるための端子挿通用開口部３０を設けている。そのため、端子挿通用開口部３０からコンデンサ５の電極端子５１を引き出すことができる。その結果、コンデンサ５の電極端子５１への配線距離を短くしたり、電力変換装置１の構成を簡素化したりすることが可能となる。
【００３７】
また、コンデンサ５は、図２に示すごとく、遮熱板３を含んでなるコンデンサ収容部２に収容されており、コンデンサ収容部２は、コンデンサ５を挿入するためのコンデンサ挿入用開口部２２を、リアクトル７に面する方向と反対方向に開口させている。そのため、半導体モジュール１３０の主電極端子１３３間をバスバー１１により接続した後に、コンデンサ５をコンデンサ挿入用開口部２２より挿入し、組み付けや電極端子５１の接続等を行うことができる等、電力変換装置１の組み立て手順の自由度を向上させることができる。また、半導体モジュール１３０間の接続に抵抗溶接やアーク溶接を用いる場合において、溶接時の電流がコンデンサ５に充電されることを防止できる。その結果、コンデンサ５からのサージ電流が半導体モジュール１３０へ流入することを抑制し、半導体モジュール１３０がサージ電流により破壊されることを防止することができる。
【００３８】
以上のごとく、本例によれば、リアクトルとコンデンサとが面している配置においても、コンデンサの温度上昇を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。
【００３９】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、コンデンサ収容部２におけるコンデンサ挿入用開口部２２を、リアクトル７に面する方向に対して直交する方向に開口させた例である。本例におけるコンデンサ収容部２は、積層方向Ｘにおける一対の側面のうち、積層体１３から遠い側面を開口させたコンデンサ挿入用開口部２２を有する。そして、遮熱板３の一部に形成する端子挿通用開口部３０が、コンデンサ挿入用開口部２２と連続して形成されている。また、コンデンサ５に対して高さ方向Ｚの上方に、上板部２３を有する。
【００４０】
また、積層方向Ｘにおけるコンデンサ５と当接板４との間において、予めシート状に加工された伝熱部材４２がコンデンサ５及び当接板４に密着している。その他は、実施例１と同様である。
【００４１】
次に、本例の作用効果を説明する。本例におけるコンデンサ収容部２では、コンデンサ挿入用開口部２２を、リアクトル７に面する方向と直交する方向に開口させている。そのため、コンデンサ５を積層方向Ｘからコンデンサ挿入用開口部２２より挿入し、組み付けや電極端子５１の接続等を行うことができる。その結果、半導体モジュール１３０間の接続を行った後に、フレーム１０の上下の向きを入れ替えることなく、コンデンサ５の組付けを行うことが可能となり、組み付け作業を効率的に行うことができる。その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
なお、実施例１及び実施例２においては、リアクトル７をコンデンサ５の下方に配置した例を示した。これらの場合、リアクトル７の熱により上昇気流が発生するため、コンデンサ５へ熱が伝わりやすいところ、リアクトル７の上方であってコンデンサ５の下方に遮熱板３を配置することで、リアクトル７の熱がコンデンサ５へ伝わることを効果的に抑制できる。つまり、実施例１及び実施例２のような配置の時、特に遮熱板３の機能が効果的に発揮される。ただし、リアクトル７とコンデンサ５との位置関係は、これに限定されるものではなく、上下が逆の場合や、水平方向の位置関係であっても遮熱板３の機能は発揮しうる。
【符号の説明】
【００４３】
１  電力変換装置
１３  積層体
１３０  半導体モジュール
２  コンデンサ収容部
３  遮熱板
３０  端子挿通用開口部
４  当接板
４２  伝熱部材
５  コンデンサ
６  冷却器
６０  冷媒流路
７  リアクトル
【図１】
2013085393.tif 000003
【図２】
2013085393.tif 000004
【図３】
2013085393.tif 000005
【図４】
2013085393.tif 000006
【図５】
2013085393.tif 000007