JP2009148027A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇を効果的に防ぎ、コンパクト化、廉価化が可能な電力変換装置を提供すること。
【解決手段】直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するコンバータ３とを一体的に構成してなる電力変換装置１。電力変換装置１は、インバータ２を冷却するインバータ用冷却器４と、コンバータ３を冷却するコンバータ用冷却器５とを有する。インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間に、インバータ２の付属電子部品群６を配設してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータとコンバータとを一体的に構成した電力変換装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車には、直流電源の直流電力を駆動用の交流電力に変換するインバータと、直流電源の直流電力を昇圧或いは降圧するコンバータとが搭載されている。そして、図３に示すごとく、インバータ９２とコンバータ９３とを一体的に構成してひとつの電力変換装置９としたものがある（特許文献１、２参照）。
インバータ９２やコンバータ９３には、大電流が流れるために発熱量が大きく、これらの温度上昇を防ぐ必要がある。そのため、特許文献２に開示されているように、電力変換装置９は、インバータ９２及びコンバータ９３を冷却するための冷却器９４を備えており、該冷却器９４はインバータ９２とコンバータ９３との間に配設されている。

特開平７−１０７７５０号公報 特開２００５−１３７１１６号公報

しかしながら、インバータ９２は、例えばコンデンサや放電抵抗等の付属電子部品を備えており、これらの付属電子部品群９６と冷却器９４との間には、インバータ９２の本体が介在している。すなわち、付属電子部品群９６が冷却器９４から離れた位置に配置している。
それ故、付属電子部品の冷却を充分に行うことができず、場合によっては、付属電子部品の温度が上昇しすぎて、正常な動作を確保することが困難となるおそれがある。

また、この場合に付属電子部品の温度上昇を防ぐためには、付属電子部品同士の間の距離を大きくする必要が生じるが、そうすると、電力変換装置９の体格を小さくすることが困難となるおそれがある。
また、付属電子部品の温度上昇に対する別の対策として、材料を選定し付属電子部品自体の耐熱温度を上げることも考えられるが、そうすると電力変換装置９を廉価にて製作することが困難となる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、温度上昇を効果的に防ぎ、コンパクト化、廉価化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するコンバータとを一体的に構成してなる電力変換装置であって、
上記インバータを冷却するインバータ用冷却器と、上記コンバータを冷却するコンバータ用冷却器とを有し、
上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間に、上記インバータの付属電子部品を配設してなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置は、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器とを有する。これにより、インバータとコンバータとを効率的に冷却することができる。
また、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間に、上記インバータの付属電子部品が配設されている。そのため、雰囲気温度を低下させることができるインバータ用冷却器とコンバータ用冷却器との間の空間に付属電子部品を配置することとなる。それ故、付属電子部品を効果的に冷却し、その温度上昇を抑制することができる。

すなわち、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器とによって挟まれた空間においては、例えば、エンジンルームにおける高温雰囲気等、外部の影響を抑制して、低温雰囲気を保つことができる。それ故、この空間に付属電子部品を配置することにより、その温度上昇を抑制することができる。

また、これにより、付属電子部品を高密度に配置しても、互いの温度干渉を抑制することができる。それ故、付属電子部品の高密度配置が可能となり、電力変換装置のコンパクト化を図ることができる。
さらに、上記のごとく付属電子部品の温度上昇を抑制できるため、特に耐熱性の高い付属電子部品を用いる必要がなく、電力変換装置の廉価化を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、温度上昇を効果的に防ぎ、コンパクト化、廉価化が可能な電力変換装置を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記付属電子部品としては、例えば、スイッチング素子のスイッチング動作によって生じるリプル電流を抑制する平滑コンデンサ等のコンデンサや、コンデンサに蓄積された電荷を放電するための放電抵抗等がある。

また、上記インバータは複数のスイッチング素子を有しており、また、上記インバータ用冷却器は複数の冷却管を有しており、上記複数のスイッチング素子と上記複数の冷却管とは互いに積層されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記スイッチング素子の冷却を効率的に行うことができ、インバータの温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、上記コンバータは、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間に配置していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間の低温雰囲気の空間に、上記コンバータを配置することができるため、コンバータの温度上昇をより効果的に抑制することができる。すなわち、例えば、電力変換装置が車両のエンジンルームに搭載された場合、エンジンの輻射熱等の影響をコンバータが受けることを防ぐことができる。

また、上記付属電子部品の少なくとも一部は、上記コンバータ用冷却器に接触配置していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コンバータ用冷却器に接触配置した付属電子部品の冷却を効率的に行うことができる。

本発明の実施例に係る電力変換装置につき、図１、図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するコンバータ３とを一体的に構成してなる。
また、電力変換装置１は、インバータ２を冷却するインバータ用冷却器４と、コンバータ３を冷却するコンバータ用冷却器５とを有する。
インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間には、インバータ２の付属電子部品が配設してある。

図１において、符号６は、複数の上記付属電子部品を配置した付属電子部品群を表す。
また、付属電子部品としては、例えば、図２に示すごとく、スイッチング素子２１のスイッチング動作によって生じるリプル電流を抑制する平滑コンデンサ６１や、平滑コンデンサ６１に蓄積された電荷を放電するための放電抵抗６２、更には、電源電流に含まれるリプル電流を吸収して、電源電流を安定化するフィルタコンデンサ６３等がある。
本例において、特に、放電抵抗６２については、図１に示すごとく、コンバータ用冷却器５に接触配置している。
そして、電力変換装置１は、インバータ２、コンバータ３、インバータ用冷却器４、コンバータ用冷却器５、及び付属電子部品群６を、アルミニウム製のケース１３内に収容してなる。

また、コンバータ３は、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間に配置している。すなわち、コンバータ３は、コンバータ用冷却器５におけるインバータ用冷却器４側の面に隣接配置している。そして、放電抵抗６２は、コンバータ３が配置された面と同じコンバータ用冷却器５の面に接触配置している。

図１に示すごとく、インバータ２は複数のスイッチング素子２１を有しており、また、インバータ用冷却器４は複数の冷却管４１を有している。そして、複数のスイッチング素子２１と複数の冷却管４１とは互いに積層されている。これにより、各スイッチング素子２１を両主面から冷却管４１によって挟持した状態となっている。

冷却管４１は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を形成してなり、複数の冷却管４１の冷媒流路は互いに連結されている。そして、冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。また、空気などの気体系の冷却媒体を用いることもできる。
なお、コンバータ用冷却器５にも、同様に内部に形成した冷媒流路に上記と同様な冷却媒体を流通させる。

インバータ２は、図２に示すごとく、例えば６個のスイッチング素子２１を有する主回路部２０１と、電源１２から供給される直流電力を昇圧して主回路部２０１へ送る昇圧部２０２とを有する。主回路部２０１は、高電位側バスバー１０１に接続された３個のスイッチング素子２１とインバータ２の電圧基準となる低電位側バスバー１０２に接続された３個のスイッチング素子２１とを互いに直列接続して、三相のアームを形成している。また、各アームにおける一対のスイッチング素子２１の接続点から、三相交流モータージェネレータ１１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電極とそれぞれ接続されている。

そして、昇圧部２０２と主回路部２０１との間における高電位側バスバー１０１と低電位側バスバー１０２とを接続するように、平滑コンデンサ６１及び放電抵抗６２が互いに並列に接続されている。
また、昇圧部２０２は、高電位側バスバー１０１と低電位側バスバー１０２にそれぞれ接続された一対のスイッチング素子２１と、リアクトル２２とによって構成されている。
また、昇圧部２０２と電源１２との間には、上記フィルタコンデンサ６３が配線されている。

図１に示すごとく、高電位側バスバー１０１及び低電位側バスバー１０２は、スイッチング素子２１と冷却管４１との積層体における、コンバータ３側に配されている。そして、高電位側バスバー１０１及び低電位側バスバー１０２に、複数のスイッチング素子２１における電極端子２１１が接続されている。
また、スイッチング素子２１と冷却管４１との積層体における、コンバータ３とは反対側には、スイッチング素子２１のスイッチング動作等を制御するための制御回路基板２３が配設されている。この制御回路基板２３に、複数のスイッチング素子２１における制御端子２１２が接続されている。

コンバータ３は、図２に示すごとく、電源１２における正極と負極との間に接続され、電源１２による直流電力の電圧を例えば１２Ｖの直流電力に降圧して、車両の補機バッテリーに電力を供給するよう構成されている。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１は、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５とを有する。これにより、インバータ２とコンバータ３とを効率的に冷却することができる。
また、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間に、インバータ２の付属電子部品が配設されている。すなわち、図１に示すごとく、付属電子部品群６がインバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間に配されている。そのため、雰囲気温度を低下させることができるインバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間の空間に付属電子部品群６を配置することとなる。それ故、平滑コンデンサ６１、放電抵抗６２、フィルタコンデンサ６３等の付属電子部品を効果的に冷却し、その温度上昇を抑制することができる。

すなわち、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５とによって挟まれた空間においては、例えば、エンジンルームにおける高温雰囲気の影響を抑制して、低温雰囲気を保つことができる。それ故、この空間に付属電子部品を配置することにより、その温度上昇を抑制することができる。

また、これにより、付属電子部品を高密度に配置しても、互いの温度干渉を抑制することができる。それ故、付属電子部品の高密度配置が可能となり、電力変換装置１のコンパクト化を図ることができる。
さらに、上記のごとく付属電子部品の温度上昇を抑制できるため、特に耐熱性の高い付属電子部品を用いる必要がなく、電力変換装置１の廉価化を図ることができる。

また、インバータ２の複数のスイッチング素子２１と冷却器４の複数の冷却管４１とが互いに積層されているため、スイッチング素子２１の冷却を効率的に行うことができ、インバータ２の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、コンバータ３は、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間に配置している。それ故、インバータ用冷却器４とコンバータ用冷却器５との間の低温雰囲気の空間に、コンバータ３を配置することができるため、コンバータ３の温度上昇をより効果的に抑制することができる。すなわち、例えば、電力変換装置１が車両のエンジンルームに搭載された場合、エンジンの輻射熱等の影響をコンバータ３が受けることを防ぐことができる。

また、上記付属電子部品の一つである放電抵抗６２が、コンバータ用冷却器５に接触配置しているため、特に放電抵抗６２の冷却を効率的に行うことができる。
なお、コンバータ用冷却器５に接触配置する付属電子部品としては、上記放電抵抗６２に限らず、他の付属電子部品とすることもできるし、複数の付属電子部品をコンバータ用冷却器５に接触配置してもよい。

以上のごとく、本例によれば、温度上昇を効果的に防ぎ、コンパクト化、廉価化が可能な電力変換装置を提供することができる。

実施例における、電力変換装置の断面説明図。 実施例における、電力変換装置の回路図。 従来例における、電力変換装置の模式図。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ インバータ
３ コンバータ
４ インバータ用冷却器
５ コンバータ用冷却器
６ 付属電子部品群

Claims (4)

1. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換するコンバータとを一体的に構成してなる電力変換装置であって、
   上記インバータを冷却するインバータ用冷却器と、上記コンバータを冷却するコンバータ用冷却器とを有し、
   上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間に、上記インバータの付属電子部品を配設してなることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記インバータは複数のスイッチング素子を有しており、また、上記インバータ用冷却器は複数の冷却管を有しており、上記複数のスイッチング素子と上記複数の冷却管とは互いに積層されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２において、上記コンバータは、上記インバータ用冷却器と上記コンバータ用冷却器との間に配置していることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記付属電子部品の少なくとも一部は、上記コンバータ用冷却器に接触配置していることを特徴とする電力変換装置。

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