JP2005287273A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化を抑えつつ、ノイズを抑制することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】 直流入力電圧を受けるノイズフィルタ１１０と、ノイズフィルタ１１０の出力を受け、交流出力電圧を生成するインバータ１２０と、ノイズフィルタ１１０の出力を受け、直流出力電圧を生成するコンバータ１３０とを備え、インバータ１２０及びコンバータ１３０はいずれもノイズフィルタ１１０に隣接して配置される。これにより、ノイズフィルタ１１０とインバータ１２０との間及びノイズフィルタ１１０とコンバータ１３０との間の距離がいずれも短縮することができ、それぞれの経路上で拾うノイズを抑制することが可能となる。また、インバータ１２０とコンバータ１３０がノイズフィルタ１１０を共用し、且つ上記各経路が短縮されることにより各部を接続するための電線やバスバー等の部材１０１ａ，１０１ｂも小さくすることができ、低コスト化、小型化が可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、直流入力電圧を交流出力電圧及び直流出力電圧に変換する電力変換装置に関する。

ハイブリッド車や燃料電池車のような電気エネルギーを用いた自動車には、車輪を駆動するためのモータや、かかるモータに電力を供給するための高圧バッテリの他、高圧バッテリの電圧を降圧する電力変換装置が備えられることが多い。すなわち、車輪を駆動するためのモータが必要とする電源の電圧は約３００Ｖと比較的高い一方、例えばオーディオやワイパー用モータ等の電気機器が必要とする電源の電圧は約１２Ｖ程度であるため、高圧バッテリの電圧は約３００Ｖに設定され、車輪を駆動するためのモータに対しては、交流で駆動させるためにインバータを通して高圧バッテリの電圧を交流電圧にして供給されるとともに、オーディオやワイパー用モータ等の電気機器に対してはＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧された直流電圧が供給される。

このインバータとコンバータは、それぞれパワー半導体を用いたスイッチング回路を構成部品としており、それらから発生するスイッチングノイズ対策として、インバータ及びコンバータそれぞれに対し、個別にローパスフィルター等が具備されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００１−１６３０６５号公報 特開２００１−２５２６３号公報

しかしながら、一車両にインバータとコンバータの双方を搭載する場合、インバータ用のノイズフィルタとコンバータ用のノイズフィルタがそれぞれ必要になるため、電力変換装置全体が大型化してしまうという問題があった。

このような問題を解決するためには、インバータ用のノイズフィルタとコンバータ用のノイズフィルタとを兼用することが考えられる。しかしながら、単に兼用しただけではノイズフィルタからインバータへの距離あるいはコンバータへの距離が長くなり、ノイズフィルタとインバータとの間、またはノイズフィルタとコンバータとの間の経路上において、再びノイズを拾ってしまうという問題や、経路が長くなることにより、電気的に結合する部材（例えば電線、バスバー等）もコスト高、大型化してしまうという問題が生じる。

したがって、本発明の目的は、大型化を抑えつつ、ノイズを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。

本発明による電力変換装置は、直流入力電圧を交流出力電圧及び直流出力電圧に変換する電力変換装置であって、前記直流入力電圧を受けるノイズフィルタと、前記ノイズフィルタの出力を受け、前記交流出力電圧を生成するインバータと、前記ノイズフィルタの出力を受け、前記直流出力電圧を生成するコンバータとを備え、前記インバータ及び前記コンバータはいずれも前記ノイズフィルタに隣接して配置されていることを特徴とする。本発明によれば、インバータ及びコンバータがいずれもノイズフィルタに隣接しているため、ノイズフィルタとインバータとの間、ノイズフィルタとコンバータとの間の距離がいずれも短縮されることにより、それぞれの経路上で拾うノイズを抑制することが可能となる。また、インバータとコンバータがノイズフィルタを共用した上、上記各経路が短縮されることにより各部を接続するための電線やバスバー等の部材も小さくすることができ、低コスト化、小型化が可能となる。

本発明において、前記インバータ及び前記コンバータは、それぞれ前記ノイズフィルタに対して異なる方向に配置されていることが好ましい。これにより、インバータとコンバータとが離れて配置されるため、これらから発生するスイッチング熱の放熱の効率を向上することが可能となる。

本発明において、前記インバータ及び前記コンバータは、それぞれ前記ノイズフィルタを挟み対向する位置に配置されていることが好ましい。これにより、インバータとコンバータとの間の距離がより長くなるため、より放熱性を向上することが可能となる。

本発明において、前記インバータ及び前記コンバータは、それぞれ前記ノイズフィルタに対して同一の方向に配置されていてもよい。このような場合、熱源であるコンバータとインバータを、冷却水や冷却風の進入側に配置することにより、電力変換装置の幅を抑えつつ、効率よい放熱に寄与する。

本発明による電力変換装置は、導電性を有する筐体をさらに備え、前記ノイズフィルタ、前記インバータおよび前記コンバータは、前記筐体内に収容されていることが好ましい。これにより、前記インバータおよび前記コンバータから発生するノイズが外部に漏れることを抑制することが可能となる。

本発明において、前記筐体の少なくとも前記インバータおよび前記コンバータを収容する部分の外側には放熱フィンが設けられていることが好ましい。これにより、インバータ及びコンバータから発生する熱をさらに効率よく外部へ放散することが可能となる。

このように、本発明による電力変換装置では、インバータとコンバータがノイズフィルタを共用し、その共用されたノイズフィルタに対してインバータ及びコンバータがいずれも隣接して配置されているため、ノイズフィルタとインバータとの間、ノイズフィルタとコンバータとの間の距離をいずれも短縮することができる。従って、それぞれの経路上で拾うノイズを抑制することが可能となる。また、インバータとコンバータがノイズフィルタを共用したことに加え、上記各経路が短縮されることにより各部を電気的に接続するための部材も小さくすることができ、低コスト化、小型化が可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０を説明するための回路ブロック図であり、各部の配置を概略的に示したものである。

図１に示すように、エンジン１４０に取り付けられた発電機１５０によって高圧バッテリ１６０に蓄電された直流高圧電圧は、電力変換装置１０により約３００Ｖの交流電圧と約１２Ｖの直流電圧に変換されて、それぞれ出力端子１２１および１３１に出力される。出力端子１２１の交流出力電圧により駆動モータ１７０が駆動され、出力端子１３１の直流出力電圧により低圧バッテリ１８０の充電及びオーディオやワイパー用モータ等の電気機器１９０の駆動が行われる。

電力変換装置１０は、筐体１００と、筐体１００内に収められたノイズフィルタ１１０、インバータ１２０及びコンバータ１３０を備えている。ノイズフィルタ１１０は、高圧バッテリ１６０からの直流入力電圧を一対の入力端子１１１に受け、この直流入力電圧のノイズを除去してインバータ１２０及びコンバータ１３０に供給する。インバータ１２０は、ノイズフィルタ１１０からの直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を出力端子１２１に出力する。コンバータ１３０は、ノイズフィルタ１１０からの約３００Ｖの直流電圧を約１２Ｖの直流電圧に降圧し、出力端子１３１に出力する。

ノイズフィルタ１１０は、高圧バッテリ１６０から入ってくるノイズがインバータ１２０及びコンバータ１３０に進入することを防止するとともに、インバータ１２０及びコンバータ１３０から発生するスイッチングノイズを抑制するように機能する。ノイズフィルタ１１０は、特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、一対の入力端子１１１と一対の出力端子１１２との間に並列接続された第１コンデンサ１１３、インダクタ１１７及び第２コンデンサ１１４と、一端が一対の入力端子１１１の一方に接続され他端が接地された第３コンデンサ１１５と、一端が一対の入力端子１１１の他方に接続され他端が接地された第４コンデンサ１１６とにより構成することができる。

インバータ１２０は、特に限定されるものではないが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等に代表されるスイッチング素子により構成することができる。

コンバータ１３０は、例えば、図３に示されるように、スイッチング素子を用いて構成されたスイッチング回路１３３、トランス１３４、整流回路１３５及び出力フィルタ１３６を用いて構成することができ、ノイズフィルタ１１０からの直流入力電圧を入力端子１３２に受け、これをスイッチング回路１３３により交流電圧に変換し、トランス１３４により降圧し、整流回路１３５により直流化し、この直流電圧を出力フィルタ１３６により平滑化して出力端子１３１に出力する。スイッチング回路１３３は、特に限定されるものではないが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）に代表される半導体素子により構成することができる。

図４及び図５は、それぞれ本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０の略斜視図及び略平面図であり、図１の電力変換装置１０に対応している。

図４及び図５に示すように、本実施形態による電力変換装置１０は、入力端子１１１と正極端子１１２ａ及び負極端子１１２ｂからなる出力端子１１２とを有するノイズフィルタ１１０と、ノイズフィルタ１１０の正負極端子１１２ａ，１１２ｂにそれぞれ接続された正極バスバー１０１ａ及び負極バスバー１０１ｂと、正極バスバー１０１ａに接続された正極端子１２２ａと負極バスバー１０１ｂに接続された負極端子１２２ｂからなる一対の入力端子１２２と出力端子１２１とを有するインバータ１２０と、正極バスバー１０１ａに接続された正極端子１３２ａと負極バスバー１０１ｂに接続された負極端子１３２ｂからなる一対の入力端子１３２と出力端子１３１とを有するコンバータ１３０と、外部からの制御信号が入力される信号コネクタ１０２と、信号コネクタ１０２からの制御信号に従い、インバータ１２０及びコンバータ１３０に出力電圧等の命令信号を与える制御基板１０３と、これらを収容するベースプレート１００ａ及びカバー１００ｂからなる筐体１００とを備えている。正負極バスバー１０１ａ，１０１ｂは、電気伝導性の良い材料（例えば、銅、アルミニウム）で形成されている。筐体１００は、電気伝導性および熱伝導性の良好な材料（例えばアルミニウム）で形成されている。

ノイズフィルタ１１０はベースプレート１００ａの中央部に配置され、本発明に従い、インバータ１２０及びコンバータ１３０がノイズフィルタ１１０の両側にそれぞれノイズフィルタ１１０に隣接して配置されている。

このように、本実施形態による電力変換装置１０は、ノイズフィルタ１１０の一辺に沿ってインバータ１２０が配置され、ノイズフィルタ１１０の上記一辺に対向する辺に沿ってコンバータ１３０が配置されている。このように構成することにより、ノイズフィルタ１１０−インバータ１２０間の経路及びノイズフィルタ１１０−コンバータ１３０間の経路の両方を短縮することが可能となっている。従って、各経路上でノイズを拾ってしまうという問題を抑制することができる。また、ノイズフィルタ１１０をインバータ１２０とコンバータ１３０とで共用していること、及び上記各経路が短くできることにより各間の接続部材を小さくすることができることにより、電力変換装置１０全体として小型化が可能となっている。

また、本実施形態による電力変換装置１０は、図６に示すように、図４に示すカバー１００ｂにより密閉化される。これにより、雨水の浸入、内部で発生するノイズが外部へ放出すること及び外部からのノイズが内部へ侵入することを防止することが可能となる。

さらに、本実施形態による電力変換装置１０は、インバータ１２０とコンバータ１３０が離間して配置されているため、インバータ１２０とコンバータ１３０から発生するスイッチング損失熱を効率良く放散させることができる。

図７は、図４の電力変換装置１０をノイズフィルタの入力端子１１１側から見た側面図である。

図４及び図７に示すように、本実施形態による電力変換装置１０は、ベースプレート１００ａのインバータ１２０とコンバータ１３０を収容している部分の外側に放熱フィン１０４を備えている。従って、上述のようにインバータ１２０とコンバータ１３０とが離間して配置されていることに加え、放熱フィン１０４によって、インバータ１２０及びコンバータ１３０から発生する熱を外部へさらに効率良く放出することが可能となる。

図８及び図９は、本発明の好ましい他の実施形態による電力変換装置２０及び３０を説明するための回路ブロック図であり、各部の配置を概略的に示したものである。

図８の実施形態による電力変換装置２０は、筐体２００内において、インバータ１２０がノイズフィルタ１１０の一辺に隣接して配置され、コンバータ１３０がノイズフィルタ１１０のインバータ１２０が隣接している辺と隣り合う辺に隣接して配置されている。

図９の実施形態による電力変換装置３０は、筐体３００内において、インバータ１２０及びコンバータ１３０が、ノイズフィルタ１１０の一辺に沿って、並んで配置されている。

電力変換装置２０及び３０は、ノイズフィルタ１１０、インバータ１２０及びコンバータ１３０の配置と、筐体２００及び３００がそれぞれの配置に合った形状となっている点で、上記実施形態による電力変換装置１０と相違している。その他の点については、上記実施形態による電力変換装置１０と同様であるので説明は省略する。

本実施形態による電力変換装置２０及び３０においても、上記実施形態による電力変換装置１０と同様、インバータ１２０及びコンバータ１３０がいずれもノイズフィルタ１１０に隣接して配置されていることにより、各接続経路が短くでき、ノイズを抑制できるとともに、装置の小型化も可能となっている。

図８の電力変換装置２０によれば、上記実施形態による電力変換装置１０と同様、インバータ１２０とコンバータ１３０とが離れて配置されているため、インバータ１２０及びコンバータ１３０から発生する熱の放熱性も良い。

図９の電力変換装置３０では、インバータ１２０とコンバータ１３０とが並んで配置されているため、電力変換装置１０及び２０と比較すると、放熱性は若干劣るが、図７と同様に放熱フィン１０４を設けることにより十分な放熱を可能とすることができる。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０を説明するための回路ブロック図である。 図１のノイズフィルタ１１０の回路構成の一例を説明するための回路図である。 図１のコンバータ１３０の回路構成の一例を説明するための回路ブロック図である。 本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０の構造を示す略平面図である。 本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０の構造を示す略斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による電力変換装置１０の構造を示す略側面図である。 本発明の好ましい他の実施形態による電力変換装置２０を説明するための回路ブロック図である。 本発明の好ましい他の実施形態による電力変換装置３０を説明するための回路ブロック図である。

符号の説明

１０，２０，３０ 電力変換装置
１００，２００，３００ 筐体
１１０ ノイズフィルタ
１２０ インバータ
１３０ コンバータ
１４０ エンジン
１５０ 発電機
１６０ 高圧バッテリ
１７０ 駆動モータ
１８０ 低圧バッテリ
１９０ 電気機器
１００ｂ カバー
１００ａ ベースプレート
１０１ａ 正極バスバー
１０１ｂ 負極バスバー
１０２ 信号コネクタ
１０３ 制御基板
１０４ 放熱フィン
１１１，１２２，１３２ 入力端子
１１２，１２１，１３１ 出力端子
１１２ａ，１２２ａ，１３２ａ 正極端子
１１２ｂ，１２２ｂ，１３２ｂ 負極端子
１１３，１１４，１１５，１１６ コンデンサ
１１７ インダクタ
１３３ スイッチング回路
１３４ トランス
１３５ 整流回路
１３６ 出力フィルタ

Claims (5)

1. 直流入力電圧を交流出力電圧及び直流出力電圧に変換する電力変換装置であって、
   前記直流入力電圧を受けるノイズフィルタと、
   前記ノイズフィルタの出力を受け、前記交流出力電圧を生成するインバータと、
   前記ノイズフィルタの出力を受け、前記直流出力電圧を生成するコンバータとを備え、
   前記インバータ及び前記コンバータはいずれも前記ノイズフィルタに隣接して配置されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記インバータ及び前記コンバータは、それぞれ前記ノイズフィルタに対して異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記インバータ及び前記コンバータは、それぞれ前記ノイズフィルタを挟み対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 導電性を有する筐体をさらに備え、前記ノイズフィルタ、前記インバータおよび前記コンバータは、前記筐体内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記筐体の少なくとも前記インバータおよび前記コンバータを収容する部分の外側には放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。