JP2006191765A

JP2006191765A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2006191765A
Application number: JP2005002369A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamabuchi; 浩史山渕; Yuji Kuramoto; 祐司蔵本; Seiji Ishibashi; 誠司石橋; Taisuke Iwakiri; 泰介岩切
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP4089910B2

Abstract

【課題】使用環境下での振動領域において、簡単な構成で電源基板の耐振性を向上させることができる電力変換装置を得る。
【解決手段】この発明に係るインバータ装置は、ケース１と、このケース１内に設けられ、電力の導通、遮断を行うパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュール１１と、ケース１内に制御基板用締結具５ｂで固定され、パワー半導体素子のゲートを制御する制御基板４と、ケース１内に電源基板用締結具５ａで固定されているとともにトランス６が搭載されており、制御基板４に電力を供給する電源基板２とを有し、隣接した電源基板用締結具５ａ同士の間隔は、隣接した制御基板用締結具５ｂ同士の間隔よりも狭くなっており、電源基板２の共振周波数は、制御基板４の共振周波数よりも高領域にシフトされるようになっている。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、電源であるバッテリと車両走行用の電動機との間に接続され、電気自動車に搭載される電力変換装置に関するものである。

従来、制御回路装置を搭載した制御基板と電源回路を搭載した電源基板とを独立に作成し、電源基板については、同一配線パターンで定格の異なる回路素子を搭載した複数種類の電源基板の何れか一種が取り付けられると共に、電源基板を、主回路が搭載されている主回路基板にコネクタで嵌合されたインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、電源基板が制御基板と独立しているので、制御基板とは無関係に、電源基板だけの変更で済むため、制御基板については共有が可能なため、コストダウンが図れるといった効果がある。

特許第３２７０１８６号公報

しかしながら、このインバータ装置では、電源基板に搭載されるトランスは、鉄やフェライト等の比較的質量の大きな素材が用いられており、電源基板は、制御基板よりも、より強い耐振設計が要求されるものの、それに対する対策がなされていないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、使用環境下での振動領域において、簡単な構成で電源基板の耐振性を向上させることができる電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電力変換装置では、ケースと、このケース内に設けられ、電力の導通、遮断を行うパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、前記ケース内に制御基板用締結具で固定され、前記パワー半導体素子のゲートを制御する制御基板と、前記ケース内に電源基板用締結具で固定されているとともにトランスが搭載され、前記制御基板に電力を供給する電源基板とを有し、電力の順変換、逆変換を行う電力変換装置において、隣接した前記電源基板用締結具同士の間隔は、隣接した前記制御基板用締結具同士の間隔よりも狭くなっており、電源基板の共振周波数は、前記制御基板の共振周波数よりも高領域にシフトされている。

この発明に係る電力変換装置によれば、使用環境下での振動領域において、簡単な構成で電源基板の耐振性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のインバータ装置の正断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
この電力変換装置であるインバータ装置のケース１内には、電源基板２がスペーサ３を介して制御基板４とともに電源基板用締結具５ａで固定されている。電源基板２には、トランス６、及びコンデンサ７が搭載されている。
ケース１の底面には、凹部８が形成されている。この凹部８には、トランス６及びコンデンサ７が収まっている。凹部８内には良熱伝導性のシリコン系樹脂２０が充填、固化され、この樹脂により、トランス６及びコンデンサ７はケース１に対して強固に固定されている。
凹部８の両側には、それぞれケース１の長手方向のほぼ全域に延びた入口側冷却通路９及び出口側冷却通路１０が形成されている。

図１の奥側では、電力の導通、遮断を行うパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュール１１が、ケース１に固定されている。このパワー半導体モジュール１１の端子１１ａは、パワー半導体素子のゲートを制御する制御基板４と溶接により接続されている。
この制御基板４は、電源基板２よりも横、及び長さの寸法が共に大きく、また制御基板用締結具５ｂでケース１に固定されている。隣接した電源基板用締結具５ａ同士の間隔は、隣接したこの制御基板用締結具５ｂ同士の間隔よりも狭くなっている。

ケース１の底面には、各パワー半導体モジュール１１の発熱面と対向して、冷却通路９，１０を通過する冷却水が一時的に滞留する冷却水滞留部１２が形成されている。
窪み形状の各冷却水滞留部１２は、複数の分岐通路１３を介して入口側冷却通路９、出口側冷却通路１０にそれぞれ連通している。

この実施の形態によるインバータ装置によれば、電源基板２に搭載されるトランス６は、鉄やフェライト等の比較的質量の大きな素材が用いられており、電源基板２は、制御基板４よりも、より強い耐振構造が要求されるものの、電源基板２は、制御基板４よりも横、及び長さの寸法が共に小さく、隣接した電源基板用締結具５ａ同士の間隔は、隣接した制御基板用締結具５ｂ同士の間隔よりも狭くなっているおり、また電源基板２の中間部は、トランス６、コンデンサ７及びシリコン系樹脂２０を介してケース１に固定されているので、電源基板２の共振周波数は制御基板４の共振周波数よりも高い。
このインバータ装置は、電気自動車において、電源であるバッテリと車両走行用の電動機との間に接続されて搭載されているが、電源基板２の共振周波数は、電気自動車の運転環境下での振動領域よりも高領域にシフトされており、電源基板２が電気自動車の運転中に共振することは防止され、電源基板２の耐振性が向上する。
なお、電磁自動車の使用環境下での振動領域に制御基板４の共振周波数が含まれていても、この制御基板４には、面付け部品が殆ど無いので、制御基板４自体の質量は小さい。従って、例えばパワー半導体モジュール１１の端子１１ａが制御基板４の溶接部で剥がれるといったことは生じない。

また、冷却水は、入口側冷却通路９から入り、分岐通路１３を通って冷却水滞留部１２に入った後、分岐通路を通じて出口側冷却通路１０に流れるようになっているが、入口側冷却通路９及び出口側冷却通路１０の近傍にトランス６及びコンデンサ７が設けられているので、トランス６及びコンデンサ７からの熱は、良熱伝導性のシリコン系樹脂２０を通じて入口側冷却通路９及び出口側冷却通路１０内を流れる冷却水を通じて、外部に効率良く放出される。

また、パワー半導体モジュール１１の発熱面は、冷却水滞留部１２に滞留した冷却水と面接触しており、パワー半導体モジュール１１は、冷却水と熱交換され、効率良く冷却される。

また、トランス６及びコンデンサ７を収納した凹部８内には、固化されたシリコン系樹脂２０が充填されているので、トランス６及びコンデンサ７は、ケース１に対して一体化しており、トランス６及びコンデンサ７の耐振性が向上する。

また、電源基板２と制御基板４とは重なって配置されているので、インバータ装置の設置スペースを小さくすることができる。

なお、上記実施の形態では、電力変換装置として、バッテリと車両走行用の電動機との間に接続され、電気自動車に搭載されるインバータ装置について説明したが、この発明は、勿論このものに限定されるものではなく、例えば電力変換装置であるコンバータ装置にも適用することができるのは勿論である。

この発明の実施の形態１のインバータ装置の正断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。

符号の説明

１ケース、２電源基板、４制御基板、５ａ電源基板用締結具、５ｂ制御基板用締結具、６トランス、７コンデンサ、８凹部、９入口側冷却通路、１０出口側冷却通路、１１パワー半導体モジュール、１２冷却水滞留部、１３分岐通路、２０シリコン系樹脂。

Claims

ケースと、
このケース内に設けられ、電力の導通、遮断を行うパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
前記ケース内に制御基板用締結具で固定され、前記パワー半導体素子のゲートを制御する制御基板と、
前記ケース内に電源基板用締結具で固定されているとともにトランスが搭載され、前記制御基板に電力を供給する電源基板と
を有し、電力の順変換、逆変換を行う電力変換装置において、
隣接した前記電源基板用締結具同士の間隔は、隣接した前記制御基板用締結具同士の間隔よりも狭くなっており、電源基板の共振周波数は、前記制御基板の共振周波数よりも高領域にシフトされていることを特徴とする電力変換装置。
前記ケースには、前記トランスを収納した凹部が形成されており、この凹部に良熱伝導性の樹脂が充填、固化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。
前記凹部の両側の前記ケースには、冷却水が流れる、入口側冷却通路及び出口側冷却通路がそれぞれ形成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。
前記ケースには、前記パワー半導体モジュールの発熱面に対向して前記冷却水が滞留する冷却水滞留部が形成されており、前記入口側冷却通路及び前記出口側冷却通路は、分岐通路を介して前記冷却水滞留部と連通していることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
前記制御基板と前記電源基板とは、重なって配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
電源と車両走行用の電動機との間に接続され、電気自動車に搭載される請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。