(57)【要約】【課題】本明細書は、冷却器を備える電力変換器において、冷却器の温度を計測するための温度センサの信号線を整然と既存の配線にまとめる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電力変換器は、複数の冷却器がパワーカード３２ａを間に挟んで積層されている積層冷却器３と、積層冷却器３を収容しているケース２と、パワーカード３２ａに接続されているバスバ４２ａを支持しているとともにバスバ４２ａの電流を計測する電流センサを備えている端子台４と、端子台４から延びている温度センサ４１を備える。積層冷却器３の積層方向の端面がケースの内壁２１に接しつつ荷重が内壁２１に向かって積層冷却器３に加えられており、温度センサ４１の素子を含む先端４１ｃが内壁２１に接続されている。そして、電流センサの信号線４５ａと温度センサの信号線４５ｂが端子台４から延びており、各センサの信号を処理する回路基板６に接続されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却器が積層されている積層冷却器であって、隣接する２つの冷却器の間に半導体素子を封止したパワーカードが挟まれている積層冷却器と、
前記積層冷却器を収容しているケースと、
前記積層冷却器に隣接して配置されており、複数の前記パワーカードの夫々に設けられている端子に接続されている複数のバスバを支持しているとともに各バスバを流れる電流を計測する電流センサを備えている端子台と、
前記端子台から延びており、温度センサ素子を含む先端が前記ケースに接続されている温度センサと、
備えており、
前記冷却器の積層方向における前記積層冷却器の端面が前記ケースの内壁に接しつつ前記積層方向に沿った荷重が前記内壁に向かって前記積層冷却器に加えられており、
前記温度センサの前記先端が前記内壁に接続されており、
前記電流センサの信号線と前記温度センサの信号線が平行に前記端子台から延びているとともに前記電流センサの信号と前記温度センサの信号を処理する回路基板に接続されている、ことを特徴とする電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、冷却器を備える電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器は、例えば、電動車両の電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスとして用いられる。電力変換器は、電源電力を変換するためのパワーカードを備える。このパワーカードは発熱するため、電力変換器は、冷却器を備えることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１に、冷却器を備える電力変換器が開示されている。電力変換器は、パワーカードを冷却するために、複数のパワーカードと複数の冷却器を交互に積層した積層冷却器を備える。複数のパワーカードの夫々に設けられている出力端子にはバスバと呼ばれる細長金属板が接続されており、複数のバスバは端子台に支持されている。端子台には、各バスバの電流を計測する電流センサも備えられている。また、特許文献２には、バスバの電流計測器にバスバの温度を計測するための温度センサを組み込む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０３３２０１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パワーカードを冷却する冷却器の温度を計測したい場合がある。例えば、冷却器の温度は、冷却器の内部を流れる冷媒の温度として、冷媒流量の制御等に利用される。しかし、冷却器の温度を計測する温度センサが独立に設けられると、温度センサの信号線も、同様に、独立して設ける必要がある。この信号線は、信号を処理する回路基板に独立して接続される。独立した配線は、電力変換器内のレイアウトを複雑にする。本明細書では、冷却器の温度を計測するための温度センサの信号線を整然と既存の配線にまとめ、温度センサのための独立した配線を不要とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電力変換器は、複数の冷却器が積層されている積層冷却器であって、隣接する２つの冷却器の間に半導体素子を封止したパワーカードが挟まれている積層冷却器と、積層冷却器を収容しているケースと、積層冷却器に隣接して配置されており、複数のパワーカードの夫々に設けられている端子に接続されている複数のバスバを支持しているとともに各バスバを流れる電流を計測する電流センサを備えている端子台と、端子台から延びており、温度センサ素子を含む先端がケースに接続されている温度センサと、を備える。冷却器の積層方向に沿った積層冷却器の端面がケースの内壁に接しつつ積層方向に沿った荷重が内壁に向かって積層冷却器に加えられており、温度センサの先端が内壁に接続されている。そして、電流センサの信号線と温度センサの信号線が平行に端子台から延びているとともに電流センサの信号と温度センサの信号を処理する回路基板に接続されている。
【０００７】
上記のように、積層冷却器には、積層方向の荷重がケースの内壁に向かって加えられている。このため、積層冷却器の端面はケースの内壁に密着している。したがって、ケースの内壁の温度を計測すれば、冷却器の温度を推測することができる。上記の構成によれば、端子台が積層冷却器に隣接しており、温度センサは、この端子台から延びており、温度センサの温度センサ素子を含む先端がケースの内壁に接続されている。これにより、冷却器の温度を計測するための温度センサを電力変換器に組み付けることが容易となる。さらに、端子台から電流センサの信号線が回路基板へ延びており、温度センサの信号線が電流センサの信号線と平行に端子台から延びている。これにより、電流センサの信号線と共に温度センサの信号線を配索することができ、簡易な構造で整然と温度センサの信号線を電流センサの信号線とまとめて回路基板に接続することができる。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】
【０００８】
【図１】実施例の電力変換器の平面図である。
【図２】端子台の平面図である。
【図３】端子台の側面図である。
【図４】図１のIV−IV線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。実施例の電力変換器は直流を交流に変換するインバータである。図１は、実施例のインバータ１００の平面図を示す。インバータ１００は、電動車両（例えば、ハイブリッド車）に搭載される。インバータ１００は、車載バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換する電力変換器であり、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ回路を含む。インバータ１００は、インバータ回路を構成する複数の半導体素子（いわゆるスイッチング素子）を含む。走行用モータを駆動するために、インバータ回路には、大きな電流が流れる。そのため、インバータ回路を構成する半導体素子は発熱する。インバータ１００は、それら複数の半導体素子を集約して効率良く冷却することができる。図中にはＸＹＺ座標系が示されており、本明細書では、適宜ＸＹＺ座標系を用いて構成を説明する。
【００１０】
インバータ１００は、ケース２と、積層冷却器３と、端子台４と、板バネ５と、を備える。ケース２は、各部品３、４、５を収容するケースである。ケース２は、各部品３、４、５の他に、車載バッテリから延びるパワーケーブルを接続するためのコネクタや、後述するパワーカードに接続されるコンデンサ等の部品も収容される。図１では、これら部品の図示を省略している。また、インバータ１００では、各部品３、４、５がケース２に収容された後に、ケース２の開口がカバーにより塞がれる。図１では、当該カバーの図示が省略されている。
【００１１】
積層冷却器３は、扁平な４個の冷却器３１ａ−３１ｄを備えている。４個の冷却器３１ａ−３１ｄは、各冷却器の扁平形状における面積最大の側面（法線がＹ軸方向を向く側面）が互いに対向するように、積層されている。隣接する２個の冷却器３１ａ、３１ｂの間には、半導体素子を封止するパワーカード３２ａが挟まれている。同様に、隣接する２個の冷却器３１ｂ、３１ｃの間、及び、隣接する２個の冷却器３１ｃ、３１ｄの間にも、パワーカード３２ｂ、３２ｃが、それぞれ、挟まれている。別言すれば、４個の冷却器３１ａ−３１ｄと３個のパワーカード３２ａ−３２ｃは、一つずつ交互に積層されている。そして、２個の冷却器のそれぞれが、各パワーカードのＹ軸方向の両面に接している。Ｙ軸が、冷却器３１ａ−３１ｄの積層方向に一致する。なお、各冷却器と各パワーカードの間には絶縁板３６が挟まれている。
【００１２】
４個の冷却器３１ａ−３１ｄは、連結管３３、３４により連結されている。連結管３３により供給される冷媒は、連結管３３により、４個の冷却器３１ａ−３１ｄに分配される。冷却器３１ａと３１ｂの間に挟まれているパワーカード３２ａで発生する熱は、冷却器３１ａと３１ｂを通過する冷媒に吸収される。パワーカード３２ｂ、３２ｃで発生する熱も、同様に、各パワーカードに接している各冷却器を通過する冷媒に吸収される。４個の冷却器３１ａ−３１ｄを通過した冷媒は、連結管３４に集められ、連結管３４から排出される。これにより、パワーカード３２ａ−３２ｃに封止される半導体素子が冷却される。
【００１３】
また、積層冷却器３の積層方向における一方の端面、即ち、Ｙ軸正方向における端面は、ケース２の内壁２１に接している。そして、積層冷却器３の他方の端面、即ち、Ｙ軸負方向における端面は、板バネ５に接している。板バネ５は、ケース２の底面に固定されている固定ピンにより、支持されている。即ち、積層冷却器３は、ケース２の内壁２１と、板バネ５に挟まれている。そして、積層冷却器３には、板バネ５により、積層方向に沿った荷重が加えられている。別言すれば、積層冷却器３には、板バネ５により、ケース２の内壁２１に向かって荷重が加えられている。この荷重により、各冷却器３１ａ−３１ｄと各パワーカード３２ａ−３２ｃとの密着性が高められ、積層冷却器３の冷却効率が高められる。
【００１４】
３個のパワーカード３２ａ−３２ｃは、それぞれ、直列接続されている２個の半導体素子、即ち、２個の半導体素子の直列回路を封止している。各直列回路は、車載バッテリと並列に接続される。各直列回路の２個の半導体素子の接続点は、走行用モータに接続される。そして、３個のパワーカード３２ａ−３２ｃのそれぞれに収容されている３個の直列回路を並列に接続することにより、インバータ１００のインバータ回路が構成される。インバータ回路は、よく知られている技術であるので説明は省略する。
【００１５】
パワーカード３２ａ−３２ｃは、同一の形状を有している。パワーカード３２ａは、３個のパワー端子と、ゲート端子を備えている。３個のパワー端子は、パワーカード３２ａのケース２の開口側に位置する側面（即ち、Ｚ軸正方向側の側面）に設けられている。３個のパワー端子は、それぞれ、半導体素子の直列回路の両端と、２個の半導体素子の接続点に接続されている。図１では、３個のパワー端子のうち、２個の半導体素子の接続点に接続されているパワー端子、即ち、走行用モータに接続されるパワー端子に符号３５ａを付している。一方、ゲート端子は、３個のパワー端子が設けられている側面と反対側の側面（即ち、Ｚ軸負方向側の側面）に設けられている。そのため、図１では、ゲート端子は見えない。同様に、パワーカード３２ｂ、３２ｃも、それぞれ、３個のパワー端子とゲート端子を備えている。図１では、パワーカード３２ｂ、３２ｃの２個の半導体素子の接続点に接続されているパワー端子に、それぞれ、符号３５ｂ、３５ｃを付している。
【００１６】
端子台４は、３個のパワーカード３２ａ−３２ｃの各パワー端子３５ａ−３５ｃを走行用モータ（不図示）に接続するための端子台である。図１に示すように、端子台４は積層冷却器３に隣接して配置されている。端子台４と積層冷却器３は、積層方向と直交する方向に沿って並んでいる。端子台４は、樹脂製の本体４０と、３本のバスバ４２ａ−４２ｃと、温度センサ４１を備えている。バスバは、細長の金属板である。３本のバスバ４２ａ−４２ｃは、積層方向と直交する方向（即ち、Ｘ軸方向）に沿って延びている。３本のバスバ４２ａ−４２ｃの一端は、それぞれ、パワー端子３５ａ−３５ｃに接続されている。３本のバスバ４２ａ−４２ｃの他端は、本体４０に支持されている。温度センサ４１は、本体４０から３本のバスバ４２ａ−４２ｃと平行に延びており、温度センサ４１の先端には、丸端子４１ｃが接続されている。丸端子４１ｃには、温度センサ４１の温度センサ素子が含まれる。丸端子４１ｃは、ケース２の内壁２１に接続されている。
【００１７】
図１に示すように、ケース２の内壁２１には、積層冷却器３の積層方向（即ち、Ｙ軸方向）における端面が接している。そして、積層冷却器３には、積層方向の荷重がケース２の内壁２１に向かって加えられている。このため、積層冷却器３の端面は、ケース２の内壁２１に密着している。したがって、内壁２１の温度は、積層冷却器３の温度、特に、積層冷却器３の積層方向における端部に位置する冷却器３１ａの温度、即ち、内壁２１に接している冷却器３１ａの温度と相関関係にある。上述したように、温度センサ４１の温度センサ素子を含む丸端子４１ｃは、内壁２１に接続されている。温度センサ４１の温度センサ素子は、内壁２１の温度を検出する。内壁２１の温度を検出することにより、内壁２１と相関関係にある冷却器３１ａの温度を推測することができる。典型的には、温度センサ４１が計測する内壁２１の温度をそのまま冷却器３１ａの温度推定値として用いても良い。
【００１８】
図２、３を参照して、端子台４について、さらに説明する。図２は、端子台４の平面図である。図３は、端子台４の側面図である。図２に示すように、温度センサ４１は、３本のバスバ４２ａ−４２ｃと平行に延びるリード線４１ｂと、リード線４１ｂの一端に接続されている丸端子４１ｃと、を備えている。温度センサ４１のリード線４１ｂの他端は、本体４０に支持されている。上述したように、温度センサ４１の温度センサ素子４１ａは、丸端子４１ｃに含まれている。また、図２に示すように、３本のバスバ４２ａ−４２ｃのＸ軸正方向の端部４４ａ−４４ｃは、本体４０に埋設されている。また、端子台４は、３本のバスバ４２ａ−４２ｃのそれぞれを流れる電流を測定するための３個の電流センサ４３ａ−４３ｃを備えている。３個の電流センサ４３ａ−４３ｃは、パワーカード３２ａ−３２ｃと走行用モータの間を流れる電流を計測するための電流センサである。電流センサ４３ａ−４３ｃは、例えば、バスバを流れる電流によりバスバの周囲に発生する磁界を検出する磁電変換素子である。電流センサ４３ａは、バスバ４２ａと対向する位置に配置され、本体４０に埋設されている。他の電流センサ４３ｂ、４３ｃも同様に、バスバ４２ｂ、４２ｃと対向する位置に配置されている。
【００１９】
図３に示すように、３本のバスバ４２ａ−４２ｃの端部４４ａ−４４ｃは、本体４０のＸ軸正方向の側面から露出している。端部４４ａ−４４ｃの露出している部分に、走行用モータ（不図示）から延びるパワーケーブル（不図示）が接続される。また、図３に示すように、端子台４の本体４０のＺ軸負方向の側面から信号線４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが延びている。信号線４５ａは、３本の平行に延びる信号線から構成されており、各信号線は、電流センサ４３ａ−４３ｃのそれぞれに接続されている。信号線４５ｂは、信号線４５ａと平行に延びており、温度センサ４１に接続されている。信号線４５ｃは、温度センサ４１と電流センサ４３ａ−４３ｃに共通のグランド線であり、温度センサ４１と電流センサ４３ａ−４３ｃに接続される。信号線４５ｄは、電流センサ４３ａ−４３ｃに電力を供給するための線であり、電流センサ４３ａ−４３ｃに接続される。
【００２０】
図４を参照して、インバータ１００の構成について、さらに説明する。図４は、図１のIV−IV線における断面図である。図４に示すように、ケース２の外側でケース２の底面が位置する側（即ち、Ｚ軸負方向側）に、回路基板６が配置されている。回路基板６は、ケース２の底面に取り付けられる基板用ケースに収容される。図４では、基板用ケースの図示を省略している。回路基板６には、パワーカード３２ａ−３２ｃからＺ軸方向に延びるゲート端子と、端子台４からＺ軸方向に延びる信号線４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄが接続されている。図４では、パワーカード３２ａから延びるゲート端子に符号３７を付している。ゲート端子は、ケース２の底面に設けられている貫通孔２３を通過して、回路基板６に接続されている。信号線４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄも、ケース２の底面に設けられている貫通孔２４を通過して、回路基板６に接続されている。回路基板６は、パワーカード３２ａ−３２ｃに含まれる半導体素子のオンオフを制御するためのＰＷＭ信号を生成し、ゲート端子を介して、当該ＰＷＭ信号を各半導体素子に供給する。また、回路基板６は、端子台４の信号線４５ａ、４５ｂから、電流センサ４３ａ−４３ｃの信号と温度センサ４１の信号を取得し、これら信号を処理する。
【００２１】
また、図４に示すように、温度センサ４１の丸端子４１ｃは、ねじ４１ｄによりケース２の内壁２１に接続されている。ねじ４１ｄの締結力により、丸端子４１ｃは内壁２１に密着している。上述したように、丸端子４１ｃには、温度センサ４１の温度センサ素子４１ａが含まれている。丸端子４１ｃが内壁２１に密着することにより、温度センサ４１は、内壁２１の温度を検出することができる。
【００２２】
本実施例の効果を説明する。上述したように、端子台４は、積層冷却器３に隣接して配置されており、温度センサ４１は、この端子台４に支持されている。そして、温度センサ４１の丸端子４１ｃは、積層冷却器３の積層方向の端面が接しているケース２の内壁２１に接続されている。これにより、積層冷却器３の温度を計測するための温度センサ４１をインバータ１００に簡易に組み付けることができる。また、端子台４は、電流センサ４３ａ−４３ｃの信号線４５ａを備えており、この信号線４５ａは回路基板６に接続されている。温度センサ４１が端子台４に支持されることにより、温度センサ４１の信号線４５ｂは、電流センサ４３ａ−４３ｃの信号線４５ａと一緒にまとめて配索され、回路基板６に接続される。したがって、温度センサ４１の信号線４５ｂを独立に配策する必要がなくなる。
【００２３】
また、温度センサ４１が端子台４に支持されることにより、温度センサ４１のグランド線と電流センサ４３ａ−４３ｃのグランド線を１本の信号線４５ｃで共有することができる。これにより、信号線の本数を削減することができる。また、温度センサ４１が端子台４に支持されることにより、インバータ１００の体格を大きくすること無く、温度センサ４１をインバータ１００に組み付けることができる。
【００２４】
また、温度センサ４１は、ケース２の内壁２１に接続される。このため、計測対象である冷却器３１ａに直接に温度センサ４１を接続する必要が無く、冷却器３１ａを加工する必要がない。したがって、冷却器３１ａを加工することなく、積層冷却器３の温度を計測するための温度センサ４１を簡易にインバータ１００に組み付けることができる。
【００２５】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。インバータ１００は、「電力変換器」の一例である。例えば、インバータ１００の代わりに、インバータ回路と双方向コンバータ回路を備える電力変換器に本実施例の技術を採用してもよい。この場合、双方向コンバータ回路に利用される半導体素子を含むパワーカードが１つ追加され、当該パワーカードに対応して冷却器が１つ追加される。この場合、冷却器の数は５個で、パワーカードの数は４個である。本実施例の冷却器の数とパワーカードの数は、一例である。
【００２６】
パワーカード３２ａ−３２ｃと走行用モータを接続するための端子台４に代えて、パワーカード３２ａ−３２ｃと車載バッテリを接続するための端子台に本実施例の技術を採用してもよい。この場合、当該端子台は、パワーカード３２ａ−３２ｃと車載バッテリの間を流れる電流を計測するための電流センサを備えており、温度センサ４１は、当該端子台に支持されており、温度センサ４１の信号線は、当該電流センサの信号線とともに回路基板６に接続されてもよい。
【００２７】
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】
【００２８】
２：ケース
３：積層冷却器
４：端子台
５：板バネ
６：回路基板
２１：内壁
３１ａ−３１ｄ：冷却器
３２ａ−３２ｃ：パワーカード
３５ａ−３５ｃ：パワー端子
４１：温度センサ
４１ｃ：丸端子
４２ａ−４２ｃ：バスバ
４３ａ−４３ｃ：電流センサ
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ：信号線
１００：インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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