CN104619549B - 搭载于电动车辆的电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搭载于电动车辆的电力转换装置，其具备：控制基板，其对包含半导体元件的功率模块进行控制；连接器，其设于控制基板上且与外部控制装置连接；强电部件，其重叠配置于控制基板上；壳体，其收纳控制基板及强电部件。壳体的底部形成为凸形状，强电部件的一部分收纳于壳体的凸形状的区域，使强电部件向被重叠配置的控制基板的投影面积比控制基板的表面积小。连接器配置在控制基板中比被重叠配置的强电部件向控制基板的投影面宽的区域。

Description

搭载于电动车辆的电力转换装置

技术领域

本发明涉及搭载于电动汽车或混合动力车等电动车辆的电力转换装置。

背景技术

目前，作为搭载于电动汽车或混合动力车等电动车辆上的电力转换装置，提案有尽管具备大容量的平滑用电解电容器，但车辆搭载性优异的电力转换装置(参照JP11－136960A)。该电力转换装置具备由半导体元件构成的作为三相变换器电路的功率模块、控制功率模块的控制基板、输入电流平滑用的电容器。相互并联连接的多个圆筒型电解电容器以向控制基板的延伸方向排列成一列的状态收纳于扁平罐形状的金属电容器壳体中。金属电容器壳体覆盖控制基板而配置。与控制基板的外部连接的连接器配置于被电容器覆盖的控制基板上。

但是，在上述电力转换装置中，由于将与控制基板的外部连接的连接器配置于被电容器覆盖的控制基板上，所以存在电容器与控制基板的间隙窄，与外部连接线束的连接器连接的作业性差的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题点而创立的，其目的在于提供一种适合确保控制基板和外部连接线束的连接器连接的作业性的搭载于电动车辆上的电力转换装置。

本发明一方面的电力转换装置具备：控制基板，其对包含半导体元件的功率模块进行控制；连接器，其设于控制基板上，与外部控制装置连接；强电部件，其重叠配置于控制基板上；壳体，其收纳控制基板及强电部件。将壳体的底部凸形状地鼓出形成，强电部件的一部分收纳于壳体的凸状地鼓出的区域，使强电元件向被重叠配置的所述控制基板的投影面积比控制基板的表面积小。连接器配置在控制基板中比重叠配置的强电部件向控制基板的投影面宽的区域。

与后附的附图一同如下详细地说明本发明的实施方式。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的搭载于电动车辆的电力转换装置向动力装置的搭载状态的正面图；

图2是表示搭载于电动车辆的电力转换装置向动力装置的搭载状态的侧面图；

图3是搭载于电动车辆的电力转换装置的立体图；

图4是搭载于电动车辆的电力转换装置的从其它方向看到的立体图；

图5是搭载于电动车辆的电力转换装置的剖面图；

图6是搭载于电动车辆的电力转换装置的平面图。

具体实施方式

以下，基于实施方式对本发明的搭载于电动车辆的电力转换装置进行说明。图1及图2分别是表示一实施方式的搭载于电动车辆上的电力转换装置向动力装置的搭载状态的正面图及侧面图。

在图1中，电动汽车或混合动力车等电动车辆中的动力装置1在电动汽车上主要配置于电机室内，在混合动力车上主要配置于发动机室内。

动力装置1具备驱动车辆的电动发电机2和电力转换装置3，该电力转换装置3向电动发电机2供给蓄电池电力，同时将电动发电机2的再生电力对蓄电池充电。在电动发电机2上附设有未图示的向车轮传递动力的变速驱动桥，动力装置1和变速驱动桥一体结合并被弹性装配于车身上。电动发电机2在动力装置1中为质量最重的部件。因此，电动发电机2配置于车辆的上下方向的下侧，在其上方配置电力转换装置3。

电力转换装置3被收纳在固定配置于电动发电机2的上方的铸铝制的壳体4内。电力转换装置3具备将从蓄电池供给的直流电力平滑化的平滑电容器5、和将平滑化的直流电力转换成多相交流电力并向电动发电机2供给的包含变换器的功率模块6。即，变换器由多个开关用功率元件(例如insulatedgatebipolartransistor(通称为IGBT))构成，作为功率模块6而一体化。另外，电力转换装置3也以将由电动发电机2产生的再生电力转换成直流电力并对蓄电池充电的方式进行电力转换。

电力转换装置3具备：用于使由变换器构成的功率模块6动作的控制基板7(驱动器基板)；用于根据车辆运转状态控制控制基板7的电动机控制基板8；用于对功率模块6进行冷却的冷却器9。冷却器9由铸铝制造，在内部具备供冷却介质流通的空间。因此，电力转换装置3在组装状态下，如图示例，从壳体4内的底部依次配置有平滑电容器5、控制基板7、功率模块6，且在它们的侧部配置有电动机控制基板8，在壳体4的开口部配置有冷却器9。

但是，在电力转换装置3的组装阶段，在使上下翻转的冷却器9的底面上按顺序配置功率模块6、控制基板7、平滑电容器5，且在它们的侧部配置电动机控制基板8，构成一体化的电力转换装置3的内容物。而且，在一体化了的电力转换装置3的内容物上覆盖壳体4，并将壳体4通过螺栓紧固等固定在冷却器9的底面上，完成电力转换装置3的组装。而且，在将组装完成后的电力转换装置3在上下方向上翻转的状态下通过螺栓紧固等固定于电动发电机2的壳体31上，完成对动力装置1的组装。

电动发电机2的壳体31由圆环状的转子和定子构成，具备圆柱状的外形形状。因此，在形成圆柱状的电动发电机2的壳体31的轴向两端分别设有向上方的支承凸部32，通过在这些支承凸部32安装电力转换装置3，能够在电动发电机2的上部安装电力转换装置3。

电动发电机2的壳体31的上部形状根据支承凸部32，两端部成为凸部，中央部成为凹部33(参照图2)。该凹部33在电力转换装置3的底面为平面时，在两者间产生间隙，由电力转换装置3和电动发电机2构成的动力装置1的上下方向尺寸增大。因此，在本实施方式中，将电力转换装置3的壳体4的底部形状向下侧设为凸形状11，在电动发电机2的上面的凹部33内收纳一部分。因此，电力转换装置3的内装部件的一部分可以配置在向壳体4的下侧成为凸形状11的区域，可以将电力转换装置3从电动发电机2的支承凸部32向上方的尺寸减小与该容积量相应的量。

在本实施方式中，在向壳体4的下侧成为凸形状11的区域内置有平滑电容器5的一部分。其结果，能够减小由电力转换装置3和电动发电机2构成的动力装置1的上下方向尺寸。

此外，图示了电动发电机2上面的凹部33和电力转换装置3的壳体4的凸形状11的位置配置于电动发电机2的轴向中央。但是，电动发电机2的凹部33和壳体4的凸形状11的位置也可以配置在从电动发电机2的轴向中央位置向左右方向的任一方偏移的位置。

图3～图6是表示电力转换装置3的详情的图，图3是立体图，图4是从其它方向观察的立体图，图5是剖面图，图6是平面图。图3～图6所示的电力转换装置3图示从向电动发电机2的安装状态将上下方向进行了翻转的组装时的状态。

即，在最下层冷却器9的将底板12向上配置，使其与底板12的上部紧密贴合而固定配置功率模块6(变换器)，在功率模块6的上部固定配置有控制基板7。在功率模块6的一端设有朝向上方延伸的与平滑电容器5连接的中间母线13，且在另一端设有朝向上方延伸的用于与电动发电机2连接的输出母线14。

输出母线14向离开冷却器9的底面的方向(上下方向)伸长，其中途部经由未图示的绝缘材料被固定于冷却器9的底面的托架15支承，且其前端构成向电动发电机2的连接端子。在输出母线14的中途部配置有被托架15支承的电流传感器16。即，功率模块6在其上方层叠有控制基板7的状态下，在一方具备中间母线13，在另一方具备输出母线14。同样，控制基板7也配置在由中间母线13和输出母线14夹持的区域。

在控制基板7的上部，与控制基板7隔开间隔而配置有平滑电容器5。平滑电容器5跨过功率模块6及控制基板7由固定于冷却器9的底板12的托架17支承。中间母线13的上端与平滑电容器5的一端部连结。在平滑电容器5的一端部具备与蓄电池连接的输入母线18(参照图5)。输入母线18配置于图中的上下方向，以绝缘状态贯通冷却器9的底板12，其前端构成向蓄电池的连接端子。

控制基板7具备被其上方配置的强电部件即平滑电容器5覆盖的区域A、被作为强电部件的输出母线14及电流传感器16覆盖的区域B、未由这些强电部件(平滑电容器5、输出母线14及电流传感器16)覆盖的区域C。控制基板7的区域C位于配置有输出母线14的一侧，在该区域C经由弱电线束23配置有与电动机控制基板8连接的弱电连接器20a、20b。

电动机控制基板8经由未图示的托架在相对于功率模块6、输出母线14及平滑电容器5的侧部的冷却器9的底板12垂直的方向上固定配置。电动机控制基板8在控制基板7的未被平滑电容器5覆盖的区域C的侧方，即以从横向封闭由平滑电容器5和输出母线14夹持的空间的方式配置。即，电动机控制基板8以相对于控制基板7正交的状态配置。

在设于电动机控制基板8的弱电连接器21a、21b、21c上分别连接在与设于控制基板7的弱电连接器20a、20b及设于电流传感器16的弱电连接器22a、22b连接器连接的弱电线束23的另一端设置的连接器。弱电线束23中，与远离电动机控制基板8的弱电连接器20a、22a连接的较长的弱电线束23通过设于平滑电容器5的另一端部的树脂夹持件24支承其中途部，以使其不因来自外部的振动而振动。

这些各弱电线束23在将电力转换装置3的各构成部件即功率模块6、控制基板7、平滑电容器5、电动机控制基板8或入输出母线14、中间母线13及电流传感器16等部件向冷却器9安装装配之后，完成配线作业。在各构成部件的安装装配之后，控制基板7的未被平滑电容器5覆盖的区域C的上方空间被平滑电容器5、输出母线14及电流传感器16、电动机控制基板8包围，向上方开口。

因此，在将设于电动机控制基板8的弱电连接器21a、21b、21c和控制基板7上的连接器20a、20b及电流传感器16利用弱电线束23连接时，能够连续地进行线束23的组装作业，配线作业性良好。另外，由于在面向该空间的平滑电容器5的另一端面设有树脂夹持件24，故而能够由树脂夹持件24支承弱电线束23并且在该空间内高效地进行配线作业。另外，如以往那样，由于不朝向控制基板7的横向外侧配置线束23，故而能够抑制为了进行线束配线而使电力转换装置3大型化的情况。

另外，与功率模块6连接的输出母线14在比平滑电容器5向控制基板7的投影面宽的区域C的横向外侧，在相对于控制基板7的配置面正交的方向上配置。因此，能够不与母线14相干涉而在比平滑电容器5向控制基板7的投影面宽的区域C的上方确保用于连接各弱电线束23的空间，能够进一步提高线束连接作业性。而且，与来自功率模块6的输出母线14以与控制基板7平行地向横向延伸的方式配置的情况相比，由于在与控制基板7正交的纵向配置，故而能够抑制电力转换装置3的横向的尺寸扩大，能够实现电力转换装置3的小型化。另外，电动机控制基板8也与输出母线14同样地在与控制基板7正交的纵向上配置，故而能够抑制电力转换装置3的横向的尺寸扩大，能够实现电力转换装置3的小型化。

在现有的装置中，弱电连接器20配置在被平滑电容器5整体覆盖的控制基板7上。由于平滑电容器5与控制基板7的间隙窄，故而存在与外部连接线束的连接器连接的作业性变差的问题。为了解决该问题，需要在控制基板7上设置未被平滑电容器5覆盖的区域，且在该区域配置弱电连接器20。因此，有如下的方法，即，例如与控制基板7的长度尺寸或宽度尺寸相比，能够减小平滑电容器5自身的长度尺寸或宽度尺寸，且在未被平滑电容器5覆盖的区域配置弱电连接器20。另外，作为其它方法，具有与平滑电容器5的长度尺寸或宽度尺寸相比，增大控制基板7的长度尺寸或宽度尺寸，在未被平滑电容器5覆盖的区域配置弱电连接器20的方法。在前者的方法中，不能充分抑制直流电力的脉动，不能实现必要的平滑电容器5的作用。另外，在后者的方法中，由于平滑电容器5的容量得以确保，故而能够充分抑制直流电力的脉动，实现必要的平滑电容器5的作用，但由于控制基板7的表面积增大，所以包含收纳其的壳体4在内而使电力转换装置3大型化。

在本实施方式中，将平滑电容器5设为为了确保用于抑制直流电力的脉动的充分的容量而具备足够大的容积的电容器。为了使平滑电容器5为足够大的容量，例如也可以使用相互并联连接的多个电解电容器。而且，作为平滑电容器5，也能够以确保充分的容积的方式增加厚度方向尺寸，同时缩短宽度方向或长度手方向的尺寸而形成。平滑电容器5也可以将其自身收纳于金属壳体内而形成。此外，平滑电容器5的形状在图示例中为长方体，但不限于长方体，也可以为确保了充分的容积的圆筒状的形状。

增加厚度方向尺寸而形成的平滑电容器5在组装时位于电力转换装置3的最上部且将其一部分内置于壳体4的形成为凸形状11的区域。由此，平滑电容器5能够以不覆盖控制基板7的整个面而仅覆盖控制基板7的一部分的方式构成。其结果，虽然具备足够大的容量的平滑电容器5，但可以在控制基板7上形成不被平滑电容器5覆盖的区域C，可以在该区域C配置弱电连接器20、20b。而且，弱电连接器20a、20b的周围空间为开放的状态。其结果，能够提高连接器连接的作业性。

在本实施方式中，能够实现如下记载的效果。

(A)搭载于电动车辆上的电力转换装置3具备：对包含半导体元件的功率模块6进行控制的控制基板7；设于控制基板7上并与外部控制装置连接的连接器20a、20b；重叠配置于控制基板7上的作为强电部件的平滑电容器5；收纳控制基板7及强电部件的壳体4。将壳体4的底部形成为凸形状11，将作为强电部件的平滑电容器5的一部分收纳于壳体4的凸形状11的区域，将向被重叠配置的控制基板7的投影面积形成为比控制基板7的表面积小。控制基板7在比重叠配置的强电部件向控制基板7的投影面宽的区域C配置连接器20a、20b。即，由于在壳体4的凸形状11鼓出的区域收纳作为强电部件的平滑电容器5的一部分，因此，能够使与控制基板7重叠的平滑电容器5的容积的一部分向壳体4的凸形状11的区域移动。因此，控制基板7能够取得比作为强电部件的平滑电容器5的投影面宽的区域C，能够在该宽的区域C配置连接器20a、20b。因此，该控制基板7的宽的区域C由于未被作为强电部件的平滑电容器5覆盖而开放，故而能够提高连接器连接的作业性。

(B)将与连接器20a、20b连接的线束23、支承线束23的作为支承部件的树脂夹持件24及线束23的另一端的连接器21a、21b、21c的至少之一配置在比强电部件向控制基板7的投影面宽的区域C。因此，在控制基板7或强电部件等部件的安装装配之后，能够对控制基板7上的连接器20a、20b进行线束23的组装作业，配线作业性良好。另外，如以往那样，由于不朝向控制基板7的横向外侧配置线束23，故而能够抑制为了配置线束而使电力转换装置3大型化的情况。

(C)与功率模块6连接的输出母线14配置在比强电部件向控制基板7的投影面宽的区域C的横向外侧。因此，能够不与输出母线14相干涉而在比强电部件向控制基板7的投影面宽的区域C的上方确保用于连接控制基板7上的连接器20a、20b和线束23的空间，能够进一步提高线束连接作业性。

(D)与功率模块6连接的输出母线14在与控制基板7的配置面正交的方向上配置。即，与来自功率模块6的输出母线14以与控制基板7平行地向横向延伸的方式配置的情况相比，由于在与控制基板7正交的纵向配置，故而能够抑制电力转换装置3的横向的尺寸扩大，能够实现电力转换装置3的小型化。

(E)电动车辆具备车辆驱动用的电动发电机2，在电动发电机2的上面形成有在两端侧突出且在中央侧凹陷的凹部33，将电力转换装置3的壳体4的凸形状11地鼓出的部分收纳于电动发电机2的上面的凹部33，并在电动发电机2的上部固定电力转换装置3。即，电动发电机2和电力转换装置3嵌合彼此的凹凸部而成为一体，电力转换装置3具备凸形状11地鼓出的壳体4，且鼓出的区域被收纳于电动发电机2的凹部33，因此，能够降低电力转换装置3的高度尺寸。

本发明不限于上述的一实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变形或应用。

本申请基于2012年9月19日在日本国专利局申请的特愿2012－205895而主张优先权，该申请的全部内容通过参照而编入本说明书中。

Claims (4)

1.一种搭载于电动车辆的电力转换装置，其具备：

控制基板，其对包含半导体元件的功率模块进行控制；

连接器，其设于所述控制基板上，与外部控制装置连接；

第一强电部件及第二强电部件，其重叠配置于所述控制基板上；

电动机控制基板，其在所述第一强电部件及所述第二强电部件之间的空间的侧方，在与所述控制基板正交的方向上配置；

壳体，其收纳所述控制基板、所述电动机控制基板、所述第一强电部件及所述第二强电部件，其中，

将所述壳体的底部凸形状地鼓出形成，

所述第一强电部件的一部分收纳于所述壳体的凸状地鼓出的区域，使所述第一强电部件向所述控制基板的投影面积比控制基板的表面积小，

所述连接器配置在所述控制基板中、所述第一强电部件向控制基板的投影面以外的区域，

所述第二强电部件相对于所述第一强电部件配置在夹着比所述第一强电部件向所述控制基板的投影面以外的区域的相反侧，

所述连接器配置在所述第一强电部件向所述控制基板的投影面以外的区域中的被所述第一强电部件、所述第二强电部件及所述电动机控制基板包围的所述控制基板上的区域。

2.如权利要求1所述的搭载于电动车辆的电力转换装置，其中，

在所述控制基板上，在所述第一强电部件向控制基板的投影面以外的区域配置有与所述连接器连接的线束、支承所述线束的支承部件及所述线束的另一端的连接器中的至少之一。

3.如权利要求1或2所述的搭载于电动车辆的电力转换装置，其中，

所述第二强电部件包含母线，在所述功率模块上连接有所述母线，

所述母线在相对于控制基板的配置面正交的方向上配置。

4.如权利要求1或2所述的搭载于电动车辆的电力转换装置，其中，

所述电动车辆具备车辆驱动用的电动发电机，

在所述电动发电机的上面形成有在两端侧突出且在中央侧凹陷的凹部，

将所述电力转换装置的壳体的凸状地鼓出的部分收纳于所述电动发电机的上面的凹部，将电力转换装置固定在电动发电机的上部。