(57)【要約】  車載用電力変換装置において、平滑コンデンサは、第１の電気的接続部と、第２の電気的接続部と、機械的接続部と、平滑コンデンサ本体とを有している。第１の電気的接続部は、第１の導体に電気的に接続されている。第２の電気的接続部は、第２の導体に電気的に接続されている。機械的接続部は、平滑コンデンサ本体を第１の導体又は第２の導体に固定することにより、平滑コンデンサ本体の固定先に電気的に接続される追加の電気的接続部として機能する。
2020136886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線及び二次巻線を有するトランス、
前記一次巻線への給電を行うインバータ回路、
前記インバータ回路を制御する制御基板、
前記二次巻線に発生する交流電圧を整流して脈流電圧にする整流回路、
平滑コイルと、平滑コンデンサとを有し、前記整流回路によって整流された前記脈流電圧を平滑化する平滑回路、
前記平滑コンデンサが電気的に接続されている第１の導体及び第２の導体、
前記第１の導体と前記第２の導体とが互いに絶縁された状態で前記第１の導体と前記第２の導体とを一体にしている樹脂部材、及び
導電性の筐体
を備え、
前記平滑コンデンサは、第１の電気的接続部と、第２の電気的接続部と、機械的接続部と、前記第１の電気的接続部、前記第２の電気的接続部及び前記機械的接続部が設けられた平滑コンデンサ本体とを有しており、
前記第１の電気的接続部は、前記第１の導体に電気的に接続されており、
前記第２の電気的接続部は、前記第２の導体に電気的に接続されており、
前記機械的接続部は、前記平滑コンデンサ本体を前記第１の導体又は前記第２の導体に固定することにより、前記平滑コンデンサ本体の固定先に電気的に接続される追加の電気的接続部として機能する車載用電力変換装置。
【請求項２】
前記平滑コンデンサ本体は、前記制御基板とは別の小基板と、前記小基板に実装されたコンデンサ素子とを有している請求項１に記載の車載用電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の電気的接続部は、前記小基板に設けられた第１の端子部材と、前記第１の端子部材を前記第１の導体に接続するねじとを有しており、
前記第２の電気的接続部は、前記小基板に設けられた第２の端子部材と、前記第２の端子部材を前記第２の導体に接続するねじとを有している請求項２に記載の車載用電力変換装置。
【請求項４】
前記整流回路は、二次側半導体素子を有しており、
前記樹脂部材には、前記二次側半導体素子がはんだ付け実装された導体が設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【請求項５】
前記二次側半導体素子がはんだ付け実装された導体は、前記第２の導体であり、
前記第２の導体は、前記筐体に電気的に接続されている請求項４に記載の車載用電力変換装置。
【請求項６】
前記二次巻線の少なくとも一部と、前記第２の導体とは、単一の導電性部材で構成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【請求項７】
前記平滑コイルの少なくとも一部と、前記第１の導体とは、単一の導電性部材で構成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【請求項８】
前記平滑コンデンサでは、前記第１の電気的接続部又は前記第２の電気的接続部を流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一部が、前記機械的接続部を流れる電流によって発生する磁束により打ち消されるように、前記第１の電気的接続部又は前記第２の電気的接続部と、前記機械的接続部との位置関係が設定されている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【請求項９】
前記トランスは、前記一次巻線及び前記二次巻線の磁気回路を形成するトランスコアを有しており、
前記平滑回路は、前記平滑コイルの磁気回路を形成する平滑コイルコアを有しており、
前記樹脂部材には、前記トランスコア及び前記平滑コイルコアの少なくともいずれかが挿入される貫通孔が形成されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【請求項１０】
前記インバータ回路は、一次側半導体素子を有しており、
前記整流回路は、二次側半導体素子を有しており、
前記一次側半導体素子及び前記二次側半導体素子の少なくともいずれか一方は、ワイドバンドギャップ半導体である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の車載用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トランスを有する車載用電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッドカーなどの電動化車両には、高電圧バッテリとともに、複数種類の電力変換装置が一般的に搭載される。従来、トランスからの交流電圧を整流素子で脈流電圧に整流し、整流素子で整流された脈流電圧をチョークコイル及び平滑コンデンサによって平滑化するようにした電力変換装置が知られている。このような従来の電力変換装置では、トランスの巻線、チョークコイル及び整流素子を一体の部品とすることにより、電力変換装置の小型化及び製造の容易化が図られている（例えば特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２５５５７７号公報
【特許文献２】特許第５４３４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２には、電力変換装置の主要部品である平滑コンデンサの実装の形態については開示されていない。従って、特許文献１及び２に示されている従来の電力変換装置では、例えば一体の部品の隣に平滑コンデンサが配置される場合、平滑コンデンサの端子に接続された配線が長くなってしまい、配線でのインピーダンスが増加して平滑コンデンサの性能が低下してしまう。平滑コンデンサの性能が低下した場合、整流素子からの脈流電圧の脈流成分が平滑コンデンサによって十分に取り除かれず、電力変換装置のＥＭＣ（electromagnetic compatibility）特性が悪化してしまう。【０００５】
この発明は、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、小型化及び製造の容易化を図ることができるとともに、平滑コンデンサの性能の低下を抑制することができる車載用電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による車載用電力変換装置は、一次巻線及び二次巻線を有するトランス、一次巻線への給電を行うインバータ回路、インバータ回路を制御する制御基板、二次巻線に発生する交流電圧を整流して脈流電圧にする整流回路、平滑コイルと、平滑コンデンサとを有し、整流回路によって整流された脈流電圧を平滑化する平滑回路、平滑コンデンサが電気的に接続されている第１の導体及び第２の導体、第１の導体と第２の導体とが互いに絶縁された状態で第１の導体と第２の導体とを一体にしている樹脂部材、及び導電性の筐体を備え、平滑コンデンサは、第１の電気的接続部と、第２の電気的接続部と、機械的接続部と、第１の電気的接続部、第２の電気的接続部及び機械的接続部が設けられた平滑コンデンサ本体とを有しており、第１の電気的接続部は、第１の導体に電気的に接続されており、第２の電気的接続部は、第２の導体に電気的に接続されており、機械的接続部は、平滑コンデンサ本体を第１の導体又は第２の導体に固定することにより、平滑コンデンサ本体の固定先に電気的に接続される追加の電気的接続部として機能する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明による車載用電力変換装置によれば、小型化及び製造の容易化を図ることができるとともに、平滑コンデンサの性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による車載用電力変換装置を示す回路図である。
【図２】図１の平滑コンデンサを示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による車載用電力変換装置の要部を示す上面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による車載用電力変換装置を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるワイドバンドギャップ半導体、及び比較例による通常の半導体のそれぞれにおける駆動パルスのレベルと時間との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態４によるワイドバンドギャップ半導体、及び比較例による半導体のそれぞれにおける駆動パルスのレベルと周波数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車載用電力変換装置を示す回路図である。図において、車載用電力変換装置１は、電気自動車、ハイブリッドカーなどの車両に搭載される電力変換装置である。車載用電力変換装置１には、Ｐ側入力端子１１と、Ｎ側入力端子１２と、出力端子１３とが設けられている。Ｐ側入力端子１１及びＮ側入力端子１２には、車両に搭載される高電圧バッテリなどの直流電源が電気的に接続される。本実施の形態では、直流電源の高電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータが車載用電力変換装置１として機能する。
【００１０】
車載用電力変換装置１は、インバータ回路２と、トランス３と、整流回路４と、平滑回路５と、図示しない制御基板とを有している。また、車載用電力変換装置１には、インバータ回路２と並列に接続された一次側コンデンサ１５が設けられている。
【００１１】
インバータ回路２は、一次側半導体素子としての複数のスイッチング素子２１を有している。車載用電力変換装置１の制御基板は、インバータ回路２を制御する制御回路を有している。インバータ回路２は、制御基板の制御によって複数のスイッチング素子２１をスイッチングする。
【００１２】
トランス３は、一次巻線３１と、二次巻線３２と、一次巻線３１及び二次巻線３２が設けられたトランスコア３３とを有している。トランスコア３３は、一次巻線３１及び二次巻線３２の磁気回路を形成する磁性体である。これにより、一次巻線３１及び二次巻線３２は、トランスコア３３を介して電磁気的に結合されている。
【００１３】
二次巻線３２は、互いに直列に接続された上側二次巻線部３２１及び下側二次巻線部３２２を有している。上側二次巻線部３２１及び下側二次巻線部３２２は、センタタップ部３２３で結線されている。
【００１４】
整流回路４は、二次側半導体素子としての複数の整流ダイオード４１を有している。各整流ダイオード４１のカソード端子は、二次巻線３２に電気的に接続されている。
【００１５】
平滑回路５は、センタタップ部３２３及び整流回路４に電気的に接続されている。また、平滑回路５は、平滑コイル６と、平滑コイル６が設けられた図示しない平滑コイルコアと、平滑コンデンサ７とを有している。平滑コイルコアは、平滑コイル６の磁気回路を形成する磁性体である。
【００１６】
平滑コイル６は、センタタップ部３２３と出力端子１３との間に電気的に接続されている。平滑コンデンサ７は、出力端子１３と導電性の筐体１４との間に電気的に接続されている。筐体１４は、自動車のアースとなる車体のフレームに電気的に接続されている。筐体１４は、車載用電力変換装置１における出力側のマイナス端子としての役割を担う。また、平滑コンデンサ７は、整流回路４と出力端子１３との間に電気的に接続されている。
【００１７】
直流電源からＰ側入力端子１１及びＮ側入力端子１２に供給される高電圧の直流電力は、一次側コンデンサ１５に蓄積される。この後、一次側コンデンサ１５からの直流電圧は、インバータ回路２で複数のスイッチング素子２１のスイッチング動作により交流電圧に変換される。この後、インバータ回路２からの交流電圧は、トランス３の一次巻線３１に給電される。トランス３では、インバータ回路２からの交流電圧が一次巻線３１と二次巻線３２との巻数比に応じた交流電圧に変換される。この後、二次巻線３２に発生する交流電圧は、整流回路４の整流ダイオード４１によって脈流電圧に整流される。この後、整流回路４で整流された脈流電圧は、平滑回路５によって平滑化される。平滑回路５で平滑化された直流電力は、車両に搭載された鉛蓄電池、及び補機系の車載機器へ出力端子１３を介して給電される。
【００１８】
図２は、図１の平滑コンデンサ７を示す断面図である。平滑コンデンサ７では、複数のコンデンサ素子１０２、第１の端子部材１０３及び第２の端子部材１０４が小基板１０１にリフローはんだ付けによって実装されている。小基板１０１は、インバータ回路２を制御する制御基板とは別の基板である。各コンデンサ素子１０２は、第１の電極及び第２の電極を持つ面実装セラミックコンデンサ素子である。また、複数のコンデンサ素子１０２は、小基板１０１の表面及び裏面のそれぞれに実装されている。平滑コンデンサ７では、小基板１０１及び複数のコンデンサ素子１０２によって平滑コンデンサ本体７１が構成されている。
【００１９】
第１の端子部材１０３は、小基板１０１の表面に実装された各コンデンサ素子１０２の第１の電極に第１の表面パターン１１１を介して電気的に接続されている。第２の端子部材１０４は、小基板１０１の表面に実装された各コンデンサ素子１０２の第２の電極に第２の表面パターン１１２を介して電気的に接続されている。
【００２０】
小基板１０１の裏面には、第１の裏面パターン１２１及び第２の裏面パターン１２２が設けられている。第１の裏面パターン１２１は、小基板１０１を貫通する第１の貫通ビア１３１を介して第１の表面パターン１１１に電気的に接続されている。また、第１の裏面パターン１２１は、小基板１０１の裏面に実装された各コンデンサ素子１０２の第１の電極に電気的に接続されている。
【００２１】
第２の裏面パターン１２２は、小基板１０１を貫通する第２の貫通ビア１３２を介して第２の表面パターン１１２に電気的に接続されている。また、第２の裏面パターン１２２は、小基板１０１の裏面に実装された各コンデンサ素子１０２の第２の電極に電気的に接続されている。
【００２２】
車載用電力変換装置１は、平滑コンデンサ７が電気的に接続された第１の導体７２及び第２の導体７３を有している。また、第１の端子部材１０３及び第２の端子部材１０４のそれぞれの一部は、小基板１０１から外側へ突出端部として突出している。
【００２３】
第１の導体７２は、第１の端子部材１０３の突出端部の裏側に配置された第１の端子用導体部７２ａと、第１の端子用導体部７２ａから小基板１０１の裏側へ延びる第１の追加用導体部７２ｂとを有している。
【００２４】
第２の導体７３は、第２の端子部材１０４の突出端部の裏側に配置された第２の端子用導体部７３ａと、第２の端子用導体部７３ａから小基板１０１の裏側へ延びる第２の追加用導体部７３ｂとを有している。
【００２５】
第１の端子部材１０３は、第１の端子固定具１４１によって第１の端子用導体部７２ａに接続されている。これにより、第１の端子部材１０３及び第１の端子固定具１４１は、第１の端子用導体部７２ａに電気的に接続された第１の電気的接続部を構成している。第１の端子固定具１４１は、ナット１４１ａ及びねじ１４１ｂを有する締付具である。
【００２６】
第２の端子部材１０４は、第２の端子固定具１４２によって第２の端子用導体部７３ａに接続されている。これにより、第２の端子部材１０４及び第２の端子固定具１４２は、第２の端子用導体部７３ａに電気的に接続された第２の電気的接続部を構成している。第２の端子固定具１４２は、ナット１４２ａ及びねじ１４２ｂを有する締付具である。
【００２７】
第１の端子部材１０３の中間部は、弾性変形可能なキンク部１０３ａである。第１の端子部材１０３が第１の端子用導体部７２ａに接続される際には、キンク部１０３ａの弾性変形により、小基板１０１に対する第１の端子部材１０３の取付部分への応力が緩和される。
【００２８】
第２の端子部材１０４の中間部は、弾性変形可能なキンク部１０４ａである。第２の端子部材１０４が第２の端子用導体部７３ａに接続される際には、キンク部１０４ａの弾性変形により、小基板１０１に対する第２の端子部材１０４の取付部分への応力が緩和される。
【００２９】
第１の電気的接続部は、ナット１４１ａ及びねじ１４１ｂの締め付けによって第１の導体７２と接続されるので、信頼性の高い電気的接続部として機能している。また、第２の電気的接続部も、ナット１４２ａ及びねじ１４２ｂの締め付けによって第２の導体７３と接続されるので、信頼性の高い電気的接続部として機能している。
【００３０】
一方、第１の電気的接続部及び第２の電気的接続部は、キンク部１０３ａ，１０４ａが存在するため、平滑コンデンサ本体７１を第１の導体７２及び第２の導体７３に機械的に固定する機械的接続部としては十分に機能しない。
【００３１】
そこで、小基板１０１は、第１の本体固定具１４３によって第１の追加用導体部７２ｂに固定されている。これにより、第１の導体７２に対する平滑コンデンサ本体７１の機械的な固定強度が確保されている。第１の本体固定具１４３は、ナット１４３ａ及びねじ１４３ｂを有する締付具である。ねじ１４３ｂは、小基板１０１及び第１の追加用導体部７２ｂに設けられた貫通孔に通されている。
【００３２】
第１の裏面パターン１２１は、平滑コンデンサ本体７１が第１の追加用導体部７２ｂに固定されることにより、平滑コンデンサ本体７１の固定先、即ち第１の追加用導体部７２ｂに接触している。これにより、第１の裏面パターン１２１は、第１の追加用導体部７２ｂに電気的に接続されている。
【００３３】
即ち、第１の本体固定具１４３及び第１の裏面パターン１２１によって構成された第１の機械的接続部は、平滑コンデンサ本体７１を第１の追加用導体部７２ｂに固定することにより、第１の追加用導体部７２ｂに電気的に接続される追加の電気的接続部として機能する。
【００３４】
また、小基板１０１は、第２の本体固定具１４４によって第２の追加用導体部７３ｂに固定されている。これにより、第２の導体７３に対する平滑コンデンサ本体７１の機械的な固定強度が確保されている。第２の本体固定具１４４は、ナット１４４ａ及びねじ１４４ｂを有する締付具である。ねじ１４４ｂは、小基板１０１及び第２の追加用導体部７３ｂに設けられた貫通孔に通されている。
【００３５】
第２の裏面パターン１２２は、平滑コンデンサ本体７１が第２の追加用導体部７３ｂに固定されることにより、平滑コンデンサ本体７１の固定先、即ち第２の追加用導体部７３ｂに接触している。これにより、第２の裏面パターン１２２は、第２の追加用導体部７３ｂに電気的に接続されている。
【００３６】
即ち、第２の本体固定具１４４及び第２の裏面パターン１２２によって構成された第２の機械的接続部は、平滑コンデンサ本体７１を第２の追加用導体部７３ｂに固定することにより、第２の追加用導体部７３ｂに電気的に接続される追加の電気的接続部として機能する。
【００３７】
各コンデンサ素子１０２の第１の電極は、第１の端子部材１０３を含む導電経路と、第１の裏面パターン１２１を含む導電経路とを介して第１の導体７２に電気的に並列に接続されている。即ち、各コンデンサ素子１０２の第１の電極は、小基板１０１に設けられた互いに異なる２つの導電経路を介して第１の導体７２に電気的に並列に接続されている。
【００３８】
各コンデンサ素子１０２の第２の電極は、第２の端子部材１０４を含む導電経路と、第２の裏面パターン１２２を含む導電経路とを介して第２の導体７３に電気的に並列に接続されている。即ち、各コンデンサ素子１０２の第２の電極は、小基板１０１に設けられた互いに異なる２つの導電経路を介して第２の導体７３に電気的に並列に接続されている。
【００３９】
車載用電力変換装置１は、電気絶縁性を持つ樹脂部材１０５を有している。第１の導体７２、第２の導体７３及び各ナット１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａは、樹脂部材１０５を介して成形部材として一体になっている。第１の導体７２及び第２の導体７３は、互いに電気的に絶縁された状態で樹脂部材１０５に設けられている。第１の端子用導体部７２ａ、第１の追加用導体部７２ｂ、第２の端子用導体部７３ａ及び第２の追加用導体部７３ｂのそれぞれの上面は、樹脂部材１０５から露出している。
【００４０】
平滑コンデンサ７は、各ナット１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａに各ねじ１４１ｂ，１４２ｂ，１４３ｂ，１４４ｂが個別に締め付けられることにより、成形部材に取り付けられている。
【００４１】
第１の導体７２は、図１に示す平滑コイル６に電気的に接続されている。第２の導体７３は、図１に示す整流回路４及び筐体１４に電気的に接続されている。平滑コンデンサ７が取り付けられた成形部材は、筐体１４に収容されている。
【００４２】
このような車載用電力変換装置１では、平滑コンデンサ本体７１を第１の導体７２に固定する第１の機械的接続部が、第１の導体７２に電気的に接続された追加の電気的接続部として機能している。このため、第１の電気的接続部を介してだけでなく第１の機械的接続部を介しても平滑コンデンサ本体７１を第１の導体７２に電気的に接続することができる。これにより、各コンデンサ素子１０２と第１の導体７２との間のインピーダンスを低下させることができ、平滑コンデンサ７の性能の低下を抑制することができる。
【００４３】
また、平滑コンデンサ本体７１を第２の導体７３に固定する第２の機械的接続部が、第２の導体７３に電気的に接続された追加の電気的接続部として機能している。このため、第２の電気的接続部を介してだけでなく第２の機械的接続部を介しても平滑コンデンサ本体７１を第２の導体７３に電気的に接続することができる。これにより、各コンデンサ素子１０２と第２の導体７３との間のインピーダンスを低下させることができ、平滑コンデンサ７の性能の低下をさらに抑制することができる。
【００４４】
また、第１の導体７２及び第２の導体７３は、樹脂部材１０５を介して一体になっている。このため、第１の導体７２及び第２の導体７３を一体物として扱うことができる。これにより、車載用電力変換装置１の製造を容易にすることができる。また、車載用電力変換装置１の小型化を図ることもできる。
【００４５】
また、平滑コンデンサ本体７１は、小基板１０１と、小基板１０１に実装された複数のコンデンサ素子１０２とを有している。このため、複数のコンデンサ素子１０２を小基板１０１に効率良く配置することができ、平滑コンデンサ７の小型化をさらに図ることができる。
【００４６】
また、第１の端子部材１０３がねじ１４１ｂにより第１の導体７２に電気的に接続され、第２の端子部材１０４がねじ１４２ｂにより第２の導体７３に電気的に接続されている。このため、第１の導体７２に第１の端子部材１０３をより確実に接続することができ、第１の導体７２に対する第１の端子部材１０３の接続状態の信頼性の向上を図ることができる。また、第２の導体７３に第２の端子部材１０４をより確実に接続することができ、第２の導体７３に対する第２の端子部材１０４の接続状態の信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
また、第１の導体７２は、平滑コイル６及び出力端子１３に電気的に接続されている。さらに、第２の導体７３は、整流回路４及び筐体１４に電気的に接続されている。このため、平滑コイル６及び整流回路４のそれぞれと、平滑コンデンサ７との間のインピーダンスを効果的に低下させることができ、整流回路４からの脈流電圧を効果的に平滑化することができる。
【００４８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による車載用電力変換装置の要部を示す上面図である。また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。トランス３の一次巻線３１及び二次巻線３２は、互いに重なった状態でトランス巻線部３０を構成している。トランス巻線部３０は、銅板を環状に打ち抜いて形成された複数の導体を重ねて樹脂部材１０５でモールドすることにより構成されている。
【００４９】
樹脂部材１０５には、一次巻線３１及び二次巻線３２が重なる方向へトランス巻線部３０を貫通する貫通孔３４が形成されている。トランスコア３３は、トランスコア３３の一部を貫通孔３４に通した状態でトランス巻線部３０と組み合わされている。トランスコア３３は、トランス巻線部３０への通電により発生する磁束が通る磁気回路を形成する。
【００５０】
平滑コイル６は、銅板を環状に打ち抜いて形成された複数の導体を重ねて樹脂部材１０５でモールドすることにより構成されている。平滑コイル６には、平滑コイルコア６２が組み合わされている。
【００５１】
樹脂部材１０５には、複数の導体が重なる方向へ平滑コイル６を貫通する貫通孔６３が形成されている。平滑コイルコア６２は、平滑コイルコア６２の一部を貫通孔６３に通した状態で平滑コイル６と組み合わされている。平滑コイルコア６２は、平滑コイル６への通電により発生する磁束が通る磁気回路を形成する。
【００５２】
平滑コイル６の一部と、第１の導体７２とは、単一の導電性部材で構成されている。この例では、平滑コイル６における１枚の導体と、第１の導体７２とが単一の導電性部材で構成されている。
【００５３】
トランス巻線部３０、平滑コイル６、第１の導体７２、第２の導体７３及び各ナット１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａは、電気絶縁性を持つ樹脂部材１０５を介して成形部材として一体になっている。成形部材は、筐体１４に収容されている。また、成形部材は、複数のねじ８によって筐体１４に固定されている。
【００５４】
トランス巻線部３０は、一次巻線３１から樹脂部材１０５の外部へそれぞれ突出する第１の一次巻線端部３１１及び第２の一次巻線端部３１２と、二次巻線３２からそれぞれ延びる第１の二次巻線端部３２４及び第２の二次巻線端部３２５とを有している。
【００５５】
第１の一次巻線端部３１１及び第２の一次巻線端部３１２のそれぞれは、図示しない制御基板にはんだ付けによって接続されている。第１の二次巻線端部３２４及び第２の二次巻線端部３２５のそれぞれは、樹脂部材１０５の外部に露出した領域を有している。
【００５６】
第２の導体７３は、一対の第２の導体露出部７３ｃをさらに有している。各第２の導体露出部７３ｃは、第１の二次巻線端部３２４及び第２の二次巻線端部３２５のそれぞれの露出位置に個別に隣り合う位置で樹脂部材１０５から露出している。
【００５７】
各第２の導体露出部７３ｃには、整流ダイオード４１がはんだ付けにより２つずつ実装されている。各整流ダイオード４１は、第２の導体露出部７３ｃと、第１の二次巻線端部３２４又は第２の二次巻線端部３２５とに電気的に接続されている。
【００５８】
第２の導体７３の一部は、成形部材の裏側の面で樹脂部材１０５から露出している。成形部材の裏側で露出している第２の導体７３の部分は、熱伝導性を持つグリスを介して筐体１４に熱的に接続されている。これにより、各整流ダイオード４１で発生する熱は、第２の導体７３を介して筐体１４へ放散される。
【００５９】
平滑コンデンサ７が成形部材に取り付けられたサブアッセンブリの段階では、トランスコア３３及び平滑コイルコア６２が粘着テープで成形部材に仮固定されている。トランスコア３３及び平滑コイルコア６２は、例えば板ばねによって押し付けられた状態で筐体１４に固定される。
【００６０】
本実施の形態では、図４に示すように、第１の裏面パターン１２１及び第１の本体固定具１４３を含む第１の機械的接続部の位置と、第２の裏面パターン１２２及び第２の本体固定具１４４を含む第２の機械的接続部の位置とが、実施の形態１に対して逆の位置になっている。また、本実施の形態では、第１の追加用導体部７２ｂの位置と第２の追加用導体部７３ｂの位置とが実施の形態１に対して逆の位置になっている。
【００６１】
これにより、平滑コンデンサ７では、第１の裏面パターン１２１の少なくとも一部が小基板１０１を介して第２の表面パターン１１２と対向している。第１の裏面パターン１２１は、小基板１０１に設けられた図示しない貫通ビアを介して第１の表面パターン１１１に電気的に接続されている。
【００６２】
また、平滑コンデンサ７では、第２の裏面パターン１２２の少なくとも一部が小基板１０１を介して第１の表面パターン１１１と対向している。第２の裏面パターン１２２は、小基板１０１に設けられた図示しない貫通ビアを介して第２の表面パターン１１２に電気的に接続されている。
【００６３】
第１の表面パターン１１１及び第２の裏面パターン１２２が互いに対向する部分では、第１の表面パターン１１１を流れる電流の方向が、第２の裏面パターン１２２を流れる電流の方向と逆方向になる。これにより、第１の表面パターン１１１を流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一部は、第２の裏面パターン１２２を流れる電流によって発生する磁束により打ち消される。即ち、平滑コンデンサ７では、第１の電気的接続部を流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一部が、第２の機械的接続部を流れる電流によって発生する磁束により打ち消されるように、第１の電気的接続部と第２の機械的接続部との位置関係が設定されている。
【００６４】
また、第２の表面パターン１１２及び第１の裏面パターン１２１が互いに対向する部分では、第２の表面パターン１１２を流れる電流の方向が、第１の裏面パターン１２１を流れる電流の方向と逆方向になる。これにより、第２の表面パターン１１２を流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一部は、第１の裏面パターン１２１を流れる電流によって発生する磁束により打ち消される。即ち、平滑コンデンサ７では、第２の電気的接続部を流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一部が、第１の機械的接続部を流れる電流によって発生する磁束により打ち消されるように、第２の電気的接続部と第１の機械的接続部との位置関係が設定されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６５】
このような車載用電力変換装置１では、電流によって発生する磁束の少なくとも一部が打ち消されるように、第２の電気的接続部と第１の機械的接続部との位置関係が設定されている。このため、各コンデンサ素子１０２と第２の導体７３との間のインピーダンスをさらに低下させることができる。これにより、平滑コンデンサ７の性能の低下をさらに抑制することができる。
【００６６】
また、電流によって発生する磁束の少なくとも一部が打ち消されるように、第１の電気的接続部と第２の機械的接続部との位置関係が設定されている。このため、各コンデンサ素子１０２と第１の導体７２との間のインピーダンスを低下させることができる。これにより、平滑コンデンサ７の性能の低下をさらに抑制することができる。
【００６７】
また、樹脂部材１０５には、トランスコア３３が挿入される貫通孔３４と、平滑コイルコア６２が挿入される貫通孔６３とが形成されている。このため、トランス巻線部３０、平滑コイル６、第１の導体７２、第２の導体７３及び各ナット１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａが樹脂部材１０５を介して一体になった成形部材にトランスコア３３及び平滑コイルコア６２を容易に取り付けることができる。これにより、成形部材、トランスコア３３及び平滑コイルコア６２を一つのサブアッセンブリとして取り扱うことができ、車載用電力変換装置１の製造をさらに容易にすることができる。
【００６８】
また、各整流ダイオード４１は、樹脂部材１０５に設けられた第２の導体７３にはんだ付けによって実装されている。このため、各整流ダイオード４１を導体に接続するための溶接などの追加の工程を設ける必要がなくなる。これにより、車載用電力変換装置１の製造をさらに容易にすることができる。
【００６９】
また、各整流ダイオード４１がはんだ付けによって実装された第２の導体７３は、筐体１４に電気的に接続されている。このため、平滑コンデンサ７と整流回路４との間の導電経路の距離の短縮化を図ることができる。これにより、各コンデンサ素子１０２と整流回路４との間のインピーダンスをさらに低下させることができる。従って、平滑コンデンサ７の性能の低下をさらに抑制することができる。
【００７０】
また、平滑コイル６の一部と、第１の導体７２とは、単一の導電性部材で構成されている。このため、平滑コイル６及び第１の導体７２における余分な接続部分を削減することができる。これにより、車載用電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００７１】
なお、上記の例では、平滑コイル６の一部と、第１の導体７２とが単一の導電性部材で構成されている。しかし、平滑コイル６の全部と、第１の導体７２とが単一の導電性部材で構成されているようにしてもよい。
【００７２】
また、上記の例では、トランス巻線部３０及び平滑コイル６のそれぞれが樹脂部材１０５を介して一体になっている。しかし、トランス巻線部３０及び平滑コイル６のうち、一方が樹脂部材１０５に設けられ、他方が樹脂部材１０５から独立していてもよい。このようにしても、トランス巻線部３０及び平滑コイル６のいずれかが成形部材に含まれるようにすることができ、車載用電力変換装置１の製造をさらに容易にすることができる。
【００７３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による車載用電力変換装置を示す回路図である。平滑コイル６は、整流回路４と出力端子１３との間に電気的に接続されている。平滑コンデンサ７は、出力端子１３と筐体１４との間に電気的に接続されている。また、平滑コンデンサ７は、二次巻線３２のセンタタップ部３２３と出力端子１３との間に電気的に接続されている。
【００７４】
第１の導体７２は、平滑コイル６及び出力端子１３に電気的に接続されている。第２の導体７３は、二次巻線３２のセンタタップ部３２３及び筐体１４に電気的に接続されている。
【００７５】
整流回路４では、二次側半導体素子としての各整流ダイオード４１の向きが実施の形態１に対して反転している。即ち、各整流ダイオード４１のカソード端子は、平滑コイル６に電気的に接続されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７６】
このような回路形式であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
なお、上記の例では、実施の形態２と同様に、トランス巻線部３０、平滑コイル６、第１の導体７２、第２の導体７３及び各ナット１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａが樹脂部材１０５を介して一体になった成形部材を構成してもよい。
【００７８】
成形部材を構成した場合、平滑コイル６の少なくとも一部と、第１の導体７２とを、単一の導電性部材で構成してもよい。このようにすれば、平滑コイル６及び第１の導体７２における余分な接続部分を削減することができ、車載用電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００７９】
また、成形部材を構成した場合、二次巻線３２の少なくとも一部と、第２の導体７３とを、単一の導電性部材で構成してもよい。このようにすれば、二次巻線３２及び第２の導体７３における余分な接続部分を削減することができ、車載用電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００８０】
実施の形態４．
一次側半導体素子としてのスイッチング素子２１、及び二次側半導体素子としての整流ダイオード４１の少なくともいずれか一方をワイドバンドギャップ半導体としてもよい。実施の形態４では、スイッチング素子２１及び整流ダイオード４１のそれぞれがワイドバンドギャップ半導体になっている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００８１】
図６は、この発明の実施の形態４によるワイドバンドギャップ半導体Ｐ、及び比較例による通常の半導体Ｑのそれぞれにおける駆動パルスのレベルと時間との関係を示すグラフである。また、図７は、この発明の実施の形態４によるワイドバンドギャップ半導体Ｐ、及び比較例による半導体Ｑのそれぞれにおける駆動パルスのレベルと周波数との関係を示すグラフである。
【００８２】
車載用電力変換装置１では、高速化及び高周波化に伴い、半導体における駆動パルスの印加時間Ｔ、及び半導体における駆動パルスの立ち上がり時間ｔｒが短くなる。ワイドバンドギャップ半導体Ｐにおける駆動パルスの印加時間Ｔ１及び駆動パルスの立ち上がり時間ｔｒ１は、図６に示すように、比較例の半導体Ｑにおける駆動パルスの印加時間Ｔ２及び駆動パルスの立ち上がり時間ｔｒ２よりも短くすることができる。
【００８３】
このとき、高周波スペクトルが２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで減衰し始める周波数ｆａは、ｆａ＝１／（π×Ｔ）で表される。また、このとき、高周波スペクトルが４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで減衰し始める周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（π×ｔｒ）で表される。従って、ワイドバンドギャップ半導体Ｐにおける周波数ｆａ１及びｆｃ１は、図７に示すように、比較例の半導体Ｑにおける周波数ｆａ２及びｆｃ２よりも高くなる。即ち、ワイドバンドギャップ半導体Ｐによる駆動パルスの印加時間Ｔ１及び駆動パルスの立ち上がり時間ｔｒ１が短くなるにつれて、周波数ｆａ１及びｆｃ１が高くなる。
【００８４】
ノイズレベルは、周波数ｆａ１及びｆｃ１が高くなるにつれて大きくなる。しかし、実施の形態４では、平滑コンデンサ７の性能の低下が抑制されることから、周波数ｆａ１及びｆｃ１が高くなることによるノイズを低減させることができる。従って、実施の形態４では、スイッチング素子２１及び整流ダイオード４１のそれぞれをワイドバンドギャップ半導体にすることにより、高周波駆動を容易に実現することができ、トランスコア３３、平滑コイルコア６２などの磁性部品の小型化を図ることができる。
【００８５】
なお、各上記実施の形態では、追加の電気的接続部として機能する第１の機械的接続部によって平滑コンデンサ本体７１が第１の追加用導体部７２ｂに固定されている。しかし、第１の機械的接続部及び第１の追加用導体部７２ｂはなくてもよい。このようにしても、各コンデンサ素子１０２の第２の電極と第２の導体７３との間のインピーダンスを第２の導体７３によって低下させることができ、各コンデンサ素子１０２の性能の低下を抑制することができる。
【００８６】
また、追加の電気的接続部として機能する第２の機械的接続部によって平滑コンデンサ本体７１が第２の追加用導体部７３ｂに固定されている。しかし、第２の機械的接続部及び第２の追加用導体部７３ｂはなくてもよい。このようにしても、各コンデンサ素子１０２の第１の電極と第１の導体７２との間のインピーダンスを第１の導体７２によって低下させることができ、各コンデンサ素子１０２の性能の低下を抑制することができる。
【００８７】
即ち、追加の電気的接続部として機能する機械的接続部によって平滑コンデンサ本体７１が第１の導体７２又は第２の導体７３に固定されていれば、各コンデンサ素子１０２の性能の低下を抑制することができる。
【００８８】
また、各上記実施の形態では、第１の端子部材１０３にキンク部１０３ａが含まれている。しかし、キンク部１０３ａは第１の端子部材１０３になくてもよい。
【００８９】
また、各上記実施の形態では、第２の端子部材１０４にキンク部１０４ａが含まれている。しかし、キンク部１０４ａは第２の端子部材１０４になくてもよい。
【００９０】
また、各上記実施の形態では、第１の端子部材１０３をナット１４１ａ及びねじ１４１ｂによって第１の端子用導体部７２ａに電気的に接続する電気的接続部が第１の電気的接続部とされている。しかし、第１の端子部材１０３をはんだ部によって第１の端子用導体部７２ａに電気的に接続する電気的接続部を第１の電気的接続部としてもよい。
【００９１】
また、各上記実施の形態では、第２の端子部材１０４をナット１４２ａ及びねじ１４２ｂによって第２の端子用導体部７３ａに電気的に接続する電気的接続部が第２の電気的接続部とされている。しかし、第２の端子部材１０４をはんだ部によって第２の端子用導体部７３ａに電気的に接続する電気的接続部を第２の電気的接続部としてもよい。
【００９２】
また、整流回路４の方式は、各上記実施の形態での方式に限定されない。例えばカレントダブラ方式の整流回路を整流回路４として用いてもよい。さらに、インバータ回路２の方式も各上記実施の形態での方式に限定されない。
【符号の説明】
【００９３】
１  電力変換装置、３  トランス、４  整流回路、５  平滑回路、６  平滑コイル、７  平滑コンデンサ、２１  スイッチング素子（一次側半導体素子）、３１  一次巻線、３２  二次巻線、３３  トランスコア、４１  整流ダイオード（二次側半導体素子）、６２  平滑コイルコア、７１  平滑コンデンサ本体、７２  第１の導体、７３  第２の導体、１０１  小基板、１０２  コンデンサ素子、１０３  第１の端子部材、１０４  第２の端子部材、１０５  樹脂部材、１２１  第１の裏面パターン、１２２  第２の裏面パターン、１４１  第１の端子固定具、１４２  第２の端子固定具、１４３  第１の本体固定具、１４４  第２の本体固定具。
【図１】
2020136886.tif 000003
【図２】
2020136886.tif 000004
【図３】
2020136886.tif 000005
【図４】
2020136886.tif 000006
【図５】
2020136886.tif 000007
【図６】
2020136886.tif 000008
【図７】
2020136886.tif 000009
【国際調査報告】
2020136886.tif 000010
2020136886.tif 000011
2020136886.tif 000012