(57)【要約】【課題】コンデンサモジュールをコンパクト化して、当該コンデンサモジュールとそれに接続される電力機器とを含む装置全体のサイズアップを抑制する。【解決手段】コンデンサモジュール１０は、フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２と、両者を収容するケース１００と、フィルタコンデンサ１１や平滑コンデンサ１２に接続される電力機器を制御する制御回路が実装されると共にケース１００に取り付けられる第１回路基板５と、第１回路基板５とは別体化された第２回路基板１９と、第１回路基板５と第２回路基板１９とに電気的に接続される信号伝送部材２０とを含み、第２回路基板１９には、フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２の電圧を検出する電圧検出回路が実装され、電圧検出回路の検出信号は、信号伝送部材２０を介して第１回路基板５に伝えられる。【選択図】図２
2016073096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、前記コンデンサを収容するケースと、前記コンデンサに接続される電力機器を制御する制御回路が実装されており、前記ケースに取り付けられる第１回路基板とを含むコンデンサモジュールであって、
前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路が実装されており、前記第１回路基板とは別体化された第２回路基板と、
前記第１回路基板と前記第２回路基板とに電気的に接続されており、前記電圧検出回路の検出信号を前記第１回路基板に伝える信号伝送部材と、
を備えることを特徴とするコンデンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサと、当該コンデンサを収容するケースとを含むコンデンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド車といった車両に搭載される電力変換装置として、複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを積層した積層体と、積層体のフレームに固定されるコンデンサと、半導体モジュールのスイッチング動作を制御する制御回路およびコンデンサ素子に加わる電圧を検出する電圧検出回路が実装された制御回路基板とを含むものが知られている（特許文献１参照）。この電力変換装置において、制御回路基板は、各半導体モジュールから延出される制御端子とコンデンサの電圧検出用端子とに接続され、複数の半導体モジュールとコンデンサとは、制御回路基板の主面と平行かつ互いに隣り合うように配置される。また、制御回路基板は、半導体モジュールに印加される電圧が加えられる高電圧領域と、半導体モジュールに印加される電圧よりも低い電圧が加えられる低電圧領域と、両者の境界に形成された絶縁領域とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−００９５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の電力変換装置では、半導体モジュールへの電圧やコンデンサからの電圧が印加される高電圧領域と、高電圧領域における電圧よりも低い電圧が印加される低電圧領域とを絶縁するために、制御回路基板に絶縁領域を設ける必要がある。このため、制御回路基板の体格（表面積）が大きくなってしまい、それに伴って、電力変換装置全体の体格も大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、コンデンサモジュールをコンパクト化して、当該コンデンサモジュールとそれに接続される電力機器とを含む装置全体のサイズアップを抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるコンデンサモジュールは、コンデンサと、前記コンデンサを収容するケースと、前記コンデンサに接続される電力機器を制御する制御回路が実装されており、前記ケースに取り付けられる第１回路基板とを含むコンデンサモジュールであって、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路が実装されており、前記第１回路基板とは別体化された第２回路基板と、前記第１回路基板と前記第２回路基板とに電気的に接続されており、前記電圧検出回路の検出信号を前記第１回路基板に伝える信号伝送部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このコンデンサモジュールは、コンデンサと、当該コンデンサを収容するケースと、コンデンサに接続される電力機器を制御する制御回路が実装されると共にケースに取り付けられる第１回路基板とを含む。更に、このコンデンサモジュールは、第１回路基板とは別体化された第２回路基板と、第１回路基板と第２回路基板とに電気的に接続される信号伝送部材とを含む。第２回路基板には、コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路が実装されており、電圧検出回路の検出信号は、第２回路基板から信号伝送部材を介して第１回路基板に伝えられる。このように、このコンデンサモジュールでは、コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路が第１回路基板から分離され、当該第１回路基板とは別体の第２回路基板に実装される。これにより、第１回路基板にコンデンサからの高電圧を印加する必要がなくなるので、高電圧が印加される領域と低電圧が印加される領域とを絶縁するための絶縁パターンを第１回路基板から省略することが可能となる。この結果、第１回路基板の体格（表面積）が大きくなるのを抑制することができるので、コンデンサモジュールをコンパクト化すると共に、当該コンデンサモジュールとそれに接続される電力機器とを含む装置全体のサイズアップを抑制することが可能となる。
【０００８】
なお、電力機器は、例えば、電動機を駆動するためのインバータや、電圧を昇降圧する電圧変換装置等を含んでもよい。また、第１回路基板および第２回路基板は、ケースの互いに異なる側面に固定されてもよい。更に、第１回路基板は、ケースの第１の側面と対向するように当該ケースに固定されてもよく、第２回路基板は、第１の側面の反対側に位置するケースの第２の側面と対向するように当該ケースに固定されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるコンデンサモジュールを含む電力制御装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明によるコンデンサモジュールを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明によるコンデンサモジュール１０を含む電力制御装置（以下、適宜「ＰＣＵ」という）１を示す概略構成図である。同図に示す電力制御装置１は、図示しないハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された同期発電電動機（交流電動機）ＭＧを駆動するためのものである。図示するように、電力制御装置１は、コンデンサモジュール１０に加えて、例えばリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池であるバッテリ２からの電力を昇降圧する電圧変換モジュール（昇降圧コンバータ）３やインバータ４、電圧変換モジュール３およびインバータ４を制御するマイクロコンピュータ（制御回路）が実装された第１回路基板５を含む。
【００１２】
電圧変換モジュール３は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である図示しない２つのトランジスタ（上アームおよび下アーム）と、各トランジスタに対して逆方向に並列接続された２つのダイオードと、リアクトルとを含む（何れも、図示省略）。リアクトルの一端は、図示しないリレーを介してバッテリ２の正極端子に電気的に接続され、当該リアクトルの他端には、一方のトランジスタ（上アーム）のエミッタと他方のトランジスタ（下アーム）のコレクタとが電気的に接続される。また、当該他方のトランジスタ（下アーム）のエミッタは、図示しないリレーを介してバッテリ２の負極端子に電気的に接続される。
【００１３】
インバータ４は、６つのトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された６つのダイオードとにより構成される（何れも図示省略）。６つのトランジスタは、インバータ４の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつ対をなすように配置される。また、対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、電動機ＭＧの三相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が電気的に接続される。
【００１４】
コンデンサモジュール１０は、本実施形態では例えば１個のコンデンサ素子からなるフィルタコンデンサ１１と、本実施形態では例えば２個のコンデンサ素子１２ａ，１２ｂ（図２参照）を含む平滑コンデンサ１２とを含む。フィルタコンデンサ１１の負極端子と平滑コンデンサ１２の負極端子とには、負極バスバー１４が電気的に接続されている。また、フィルタコンデンサ１１の正極端子には、低圧側正極バスバー１５が電気的に接続されており、平滑コンデンサ１２の正極端子には、高圧側正極バスバー１６が電気的に接続されている。更に、フィルタコンデンサ１１には、放電抵抗１７が並列に接続され、平滑コンデンサ１２には、放電抵抗１８が並列に接続される。
【００１５】
負極バスバー１４には、バッテリ２の負極端子と電圧変換モジュール３に含まれる上記他方のトランジスタ（下アーム）のエミッタとが電気的に接続されると共に、インバータ４の負極母線が電気的に接続される。また、低圧側正極バスバー１５には、バッテリ２の正極端子と電圧変換モジュール３に含まれるリアクトルの他端とが電気的に接続される。更に、高圧側正極バスバー１６には、上記一方のトランジスタ（上アーム）のコレクタが電気的に接続されると共に、インバータ４の正極母線が電気的に接続される。
【００１６】
これにより、電圧変換モジュール３の２つのトランジスタをスイッチング制御することによりバッテリ２からの直流電力の電圧すなわち昇圧前電圧ＶＬを昇圧し、昇圧された電圧すなわち昇圧後電圧ＶＨをインバータ４に供給することが可能となる。また、電圧変換モジュール３の２つのトランジスタをスイッチング制御することにより、負極バスバー１４と高圧側正極バスバー１６との間の直流電圧を降圧し、降圧された電圧によりバッテリ２を充電することもできる。そして、電圧変換モジュール３のバッテリ２側の電圧すなわち昇圧前電圧ＶＬは、コンデンサモジュール１０のフィルタコンデンサ１１により平滑化され、電圧変換モジュール３により昇圧された昇圧後電圧ＶＨは、コンデンサモジュール１０の平滑コンデンサ１２により平滑化される。
【００１７】
図２は、コンデンサモジュール１０を示す部分断面図である。同図に示すように、コンデンサモジュール１０は、フィルタコンデンサ１１、平滑コンデンサ１２、負極バスバー１４、低圧側および高圧側正極バスバー１５，１６を内部に収容するケース１００を有する。本実施形態において、ケース１００は、一端（図２の裏面側）が図示しない壁部により閉鎖されると共に他端（図２の表面側）が開口された略矩形状の断面形状を有する有底筒体として構成されている。フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２（コンデンサ素子１２ａおよび１２ｂ）は、ケース１００の長手方向に沿って当該ケース１００内に配列され、ケース１００の内壁面とフィルタコンデンサ１１や平滑コンデンサ１２等との間には、封止用の樹脂１３が充填される。
【００１８】
また、ケース１００には、上述の第１回路基板５が取り付けられる。本実施形態において、第１回路基板５は、コンデンサモジュール１０（ＰＣＵ１）の車両への搭載時に鉛直上方に位置するケース１００の第１側面１０１と若干の間隔をおいて対向するようにボルト等を介して当該ケース１００に固定される。第１回路基板５は、上述のように、フィルタコンデンサ１１や平滑コンデンサ１２に接続される電力機器としての電圧変換モジュール３やインバータ４を制御するマイクロコンピュータが実装されたものであり、当該第１回路基板５に印加される電圧は比較的小さい。
【００１９】
更に、ケース１００には、図２に示すように、第１回路基板５とは別体化された第２回路基板１９が取り付けられる。本実施形態において、第２回路基板１９は、上記第１側面１０１の反対側、すなわちコンデンサモジュール１０（ＰＣＵ１）の車両への搭載時に鉛直下方に位置するケース１００の第２側面１０２と若干の間隔をおいて対向するようにボルト等を介して当該ケース１００に固定される。第２回路基板１９には、フィルタコンデンサ１１の端子間電圧すなわち上述の昇圧前電圧ＶＬを検出すると共に、平滑コンデンサ１２の端子間電圧すなわち上述の昇圧後電圧ＶＨを検出する電圧検出回路や、上述の放電抵抗１７，１８等が実装される。
【００２０】
図２に示すように、第２回路基板１９には、負極バスバー１４に電気的に接続された負極端子２４と、低圧側正極バスバー１５に電気的に接続された低圧側正極端子２５と、高圧側正極バスバー１６に電気的に接続された高圧側正極端子２６とが電気的に接続されている。第２回路基板１９に実装された電圧検出回路は、これらの負極端子２４、低圧側正極端子２５および高圧側正極端子２６を介して印加される電圧値に基づいて昇圧前電圧ＶＬおよび昇圧後電圧ＶＨを検知し、検知した値を示す検出信号を出力する。
【００２１】
更に、第２回路基板１９には、信号伝送部材（信号端子）２０の複数の第１端子２１が電気的に接続される。信号伝送部材２０は、複数の第１端子２１に加えて、第１回路基板５に電気的に接続される複数の第２端子２２や、第１端子２１と対応する第２端子２２とを結ぶ導線（図示省略）、これらの導電要素を支持する保持部材２３等を有する。本実施形態において、信号伝送部材２０の保持部材２３は、第１側面１０１を含むケース１００の壁部（例えば開口側の端面）に形成された切欠部と、第２側面１０２を含むケース１００の壁部（例えば開口側の端面）に形成された切欠部とに嵌合される。これにより、信号伝送部材２０によって、第１回路基板５と第２回路基板１９とが電気的に接続され、電圧検出回路の検出信号が第２回路基板１９から信号伝送部材２０を介して第１回路基板５に伝えられる。
【００２２】
上述のように、コンデンサモジュール１０では、フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２の電圧、すなわち昇圧前電圧ＶＬおよび昇圧後電圧ＶＨを検出する電圧検出回路が第１回路基板５から分離され、当該第１回路基板５とは別体の第２回路基板１９に実装される。これにより、第１回路基板５にフィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２からの高電圧を印加する必要がなくなる。すなわち、電圧検出回路の検出信号の電圧値は、フィルタコンデンサ１１や平滑コンデンサ１２側から負極端子２４、低圧側正極端子２５および高圧側正極端子２６を介して第２回路基板１９に印加される電圧値よりも十分に小さく、第２回路基板１９側から信号伝送部材２０を介して第１回路基板５に高電圧が印加されることはない。従って、コンデンサモジュール１０では、高電圧が印加される領域と低電圧が印加される領域とを絶縁するための絶縁パターンを第１回路基板５から省略することが可能となる。
【００２３】
また、コンデンサモジュール１０では、第１回路基板５がケース１００の第１側面１０１と対向するように当該ケース１００に固定され、第２回路基板１９が第１側面１０１の反対側に位置するケース１００の第２側面１０２と対向するように当該ケース１００に固定される。そして、第１回路基板５と第２回路基板１９は、第１側面１０１と第２側面１０２との間に延在する信号伝送部材２０により電気的に接続される。このような構成を採用することで、信号伝送部材２０の第１および第２端子２１，２２の自立性を良好に確保することができる。これにより、例えば、第１回路基板５と第２回路基板１９とを重ね合わせてケース１００の一側面上に配置すると共に、複数のピンを介して両者を電気的に接続する場合に比べて、コンデンサモジュール１０の組立性、すなわち第１回路基板５および第２回路基板１９の取付性をより向上させることができる。
【００２４】
以上説明したように、コンデンサモジュール１０は、フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２と、両者を収容するケース１００と、フィルタコンデンサ１１や平滑コンデンサ１２に接続される電力機器としての電圧変換モジュール３やインバータ４を制御する制御回路が実装されると共にケース１００に取り付けられる第１回路基板５とを含む。更に、コンデンサモジュール１０は、第１回路基板５とは別体化された第２回路基板１９と、第１回路基板５と第２回路基板１９とに電気的に接続される信号伝送部材２０とを含む。そして、第２回路基板１９には、フィルタコンデンサ１１および平滑コンデンサ１２の電圧を検出する電圧検出回路が実装され、電圧検出回路の検出信号は、信号伝送部材２０を介して第１回路基板５に伝えられる。これにより、第１回路基板５の体格（表面積）が大きくなるのを抑制することができるので、コンデンサモジュール１０をコンパクト化すると共に、当該コンデンサモジュール１０とそれに接続される電圧変換モジュール３やインバータ４を含むＰＣＵ１全体のサイズアップを抑制することが可能となる。
【００２５】
なお、上記実施形態において、第１回路基板５は、ケース１００の第１側面１０１と対向するように当該ケース１００に固定され、第２回路基板１９は、第１側面１０１の反対側に位置するケース１００の第２側面１０２と対向するように当該ケース１００に固定されるが、これに限られるものではない。すなわち、第２回路基板１９は、第２側面１０２以外の第１側面１０１とは異なる側面（例えばケース１００の開口側とは反対側の背面）に固定されてもよい。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、コンデンサモジュールの製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  電力制御装置（ＰＣＵ）、２  バッテリ、３  電圧変換モジュール、４  インバータ、５  第１回路基板、１０  コンデンサモジュール、１１  フィルタコンデンサ、１２  平滑コンデンサ、１２ａ，１２ｂ  コンデンサ素子、１３  樹脂、１４  負極バスバー、１５  低圧側正極バスバー、１６  高圧側正極バスバー、１７，１８  放電抵抗、１９  第２回路基板、２０  信号伝送部材、２１  第１端子、２２  第２端子，２３  保持部材、２４  負極端子、２５  低圧側正極端子、２６  高圧側正極端子、１００  ケース、１０１  第１側面、１０２  第２側面、ＭＧ  電動機。
【図１】
2016073096.tif 000003
【図２】
2016073096.tif 000004