JP2009261139A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電力変換装置及びそれを用いた車両全体の小型化かつ冷却効率を向上させ、さらに接続及び配線を容易化することである。
【解決手段】
パワーモジュール、制御回路部、および平滑コンデンサモジュールを内蔵し、上部にカバーを、下部に底板を設けた筐体とを有し、前記パワーモジュールの前記出力端子の下方に設けられた前記底板に、モータの電力供給線を導入する配線導入開口部と、前記パワーモジュールの前記出力端子の上方に設けられた前記カバーに、前記配線導入開口部から導入された前記電力供給線の端子と前記パワーモジュールの出力端子とを前記筐体内で接続する接続作業用の作業用開口部とを設けたことを特徴とする電力変換装置。
【選択図】図４

Description

本発明は電力変換装置に係り、例えば車両に用いる好適な電力変換装置に関する。

電力変換装置は制御対象である電動機と対に配置され、その配置されるスペースに自由度を持たせるようそれぞれ装置の小型化が進んでいる。同時に相互間のエネルギーを電線によって受け渡しを行うが、車両全体及び電力変換装置の小型化が進んでいるため電線を配線するためのスペースが限られてしまう。そのため、配線方法についての検討が必要になる。また、電線の接続端子部と被接続側装置接続端子部にはそれぞれ寸法公差が存在し、その公差を許容し得る構造となっていなければ、応力の発生，作業性の悪化を招くことになる。このように接続部に生じる部品寸法公差の許容する技術の例としては下記特許文献１に詳しく開示されている。

特開２００５−２２９７５５号公報

電力変換装置及び電動機を用いたシステムを有する電気自動車や内燃機関と併用したハイブリッドタイプの電気自動車では、従来存在しなかった前記システムに対する必要容積はできるだけ小さくすることが望まれている。また、電動機の大容量化が望まれ、装置間を結ぶ電線サイズも大きくなり、配線が困難となりつつある。

本発明の課題は、電力変換装置及びそれを用いた車両全体の小型化かつ冷却効率を向上させ、さらに接続及び配線を容易化することである。

本発明によって提供される電力変換装置は、略箱形状を成す金属ハウジング底面に電動機用出力取出口が配置され、電動機からの電線接続作業は前記ハウジング上面の専用開口部から行う。

さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、接続作業専用の開口部を覆うカバーにはインターロックスイッチを有している。

さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、電動機からの電線長さに対応して電力変換装置側出力用バスバー接続面が動くことが出来る構造を有し、かつ接続部の接続状態を確認できる窓部を有している。

さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、電動機からの電線長さに対応して出力用バスバー接続面が動くことで電動機出力電流検出器のバスバー貫通部内壁に損傷を与えないような部品を有している。

本発明の効果は、電力変換装置及びそれを用いた車両全体の小型化を達成でき、さらに接続及び配線を容易化することが可能である。

本発明による電力変換装置の実施例について、以下に図を用いて説明する。

図１は、本発明である電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例を示した内部構造の概略図である。図１における自動車は、前輪１４０をエンジンおよび電動機からなるエンジン動力ユニット３００で駆動させており、該電動機には、前輪用電力変換装置２００によってバッテリ１２０から供給された直流電流を変換した三相交流電流が供給される。

一方、後輪１３０は後輪用電動機１１０によって駆動させており、後輪用電動機１１０には、本発明である電力変換装置１００によってバッテリ１２０から供給された直流電流を変換した三相交流電流が供給される。

なお、本実施例における自動車は前輪１４０をエンジン動力ユニット３００で駆動し、後輪は電力変換装置１００を用いて後輪用電動機１１０を駆動し、四輪駆動可能な構成となっている。しかし、本電力変換装置を用いた動力または既存のエンジン動力を組み合わせによる動力で前輪または後輪のみを駆動する自動車への展開も容易であることは明らかである。

ここでは前述の四輪駆動可能な構成を代表として説明する。エンジン動力ユニット３００とその電動機を駆動するための電力変換装置２００がエンジンルームに配置され前輪１４０を駆動する。その際の電力はバッテリ１２０から給電され、必要に応じて回生電力をバッテリ１２０へ蓄える。同バッテリは本発明による電力変換装置１００にも給電し、後輪用電動機１１０を駆動し、後輪１３０を前輪の駆動状況と協調させながら四輪駆動を可能とする。

図１に示すように動力軸１５０は、ばね下である車両下部に配置されることが多く、後輪用電動機１１０は動力軸と同一平面に配置されている。これにより、ばね上に位置する座席等に、後輪用電動機１１０による振動や動力軸によって発生するモーメントを緩和させる構成となっている。

電力変換装置１００は後輪用電動機１１０の上方に配置されることが望ましい。電力変換装置１００を後輪用電動機１１０の側部に配置した場合、後輪用電動機１１０と同一の環境にさらされることになり、モーメントによる影響や振動による影響を受けやすくなる。さらに、電力変換装置１００は制御回路基板５０４といった基板を搭載しているため、耐環境性が厳しいことが挙げられる。

また、配線の引き回しと小型化の観点からも、電力変換装置１００はモータの上方に配置され車室内に配置されることが望ましい。

図１に示されるように車両の動力軸は、前述のように、動力軸の回転モーメントによる車両の振動を低減するために、車体下方に配置されることが多い。そのため、この動力軸に機械的に連結される後輪用電動機１１０は、車体下方かつ後輪１３０の車軸付近に配置されることになる。また、後輪１３０の車軸付近は、後部座席やトランクルームや他の電装品等が存在するため、電力変換装置１００を配置するためのスペースが限られる。

以上の理由から、上述の後輪用電動機１１０と電気的及び機械的に接続される電力変換装置１００は、後輪用電動機１１０の上方に配置することが望ましい。このような配置により、車両スペースを有効利用することができ、また後輪用電動機１１０と電力変換装置１００との配線または接続作業が容易となり、さらに接続配線距離を短くすることができる。本実施例における後輪用電動機１１０と電力変換装置１００を接続するための構成及び配線方法は後述する。

バッテリ１２０の配置は車両スペース等によって決定される。しかし、バッテリ１２０から前輪側電力変換装置２００までの配線スペース及びバッテリ１２０から電力変換装置１００までの配線スペースを低減するために、前輪側電力変換装置２００と後輪側の電力変換装置１００との間に配置されることが望ましい。また、車両の駆動方式（前輪駆動方式，４輪駆動方式等）や搭載される電装品等に応じて、助手席と運転席の間や、後部座席の下方等に配置することもできる。

電力変換装置１００とバッテリ１２０の接続は、電力変換装置１００の側部すなわち車両進行方向と垂直方向の面から入力用電線５１０を這い回し、バッテリと接続されるのが望ましい。このような構成を備えることで、車両進行方向の面から入力用電線を這いまわし車両後方から衝突された場合、電力変換装置とバッテリをつなぐ入力用電線が電力変換装置とバッテリによって挟まれ、当該入力用電線が断線していまい、車両走行ができなくなるといったおそれを防ぐことが出来る。

図３（Ａ）は本実施例における電力変換装置１００の上面の外観斜視図であり、図３（Ｂ）は電力変換装置１００の下面の外観斜視図である。電力変換装置１００は略長方形の形状を成しており、電力変換装置１００は箱体の形状をなすハウジング５０８を有し、上部には金属製カバー５０１を、底部には冷却水を流す流路形成するための底板５０９を有している。

ハウジング５０８の側面にはバッテリからの電流を供給するための入力用電線５１０が接続されている。金属製カバー５０１には、後述するインターロックスイッチ５０２１が取り付けられている。底板５０９には、冷却水を供給するための冷却水路用入口パイプ５０９３がバッテリ電流を供給するための入力用電線５１０に近い側に、冷却水を排出するための冷却水路用出口パイプ５０９２が他方の電動機用出力取出口５０９１に近い側に圧入されている。さらに底板５０９には、電動機からの電線を接続するための電動機用出力取出口５０９１が設けられている。

図４は、本実施例における電力変換装置１００の分解斜視図であり、本電力変換装置１００の全体的な構成を概略的に示している。電力変換装置１００は箱体の形状をなすハウジング５０８を有し、このハウジング５０８の底部には冷却水路を内部に有する流路形成用底板５０９が設けられている。またパワーモジュール５０７は、前記ハウジング５０８内に設けられており、パワーモジュール５０７からの出力は出力接続端子部６００を介し、ハウジング５０８の底部に設けた開口部５０８２と水路形成用底板５０９に設けられた電動機用出力取出口５０９１を通じた電動機からの電線と接続される。

また、バッテリからの給電は入力用電線５１０を用いて行われる。この電力は、コモンモードフィルタを内蔵した端子ブロック５１０１とＥＭＣフィルタ５１０２を経由した後、直流入力バスバー５１０３を通電し、主回路部（コンデンサモジュール５０６及びパワーモジュール５０７）へ供給される。

ハウジング５０８の紙面手前側の側面には車両側上位制御部とのインターフェイスコネクタ５０５を配置するための開口部が設けられる。インターフェイスコネクタ５０５はハーネスを介して、制御回路基板５０４と接続される。最上部には全体を覆う金属製カバー５０１が設けられ、かつ図６，図７に示す出力接続端子部６００で作業を可能とする作業用開口部５０１１を設ける。

パワーモジュール５０７の上にはバッテリから供給された電流を平滑化するためのコンデンサモジュール５０６が、コンデンサモジュール５０６の上には制御回路基板５０４がそれぞれ積層され、ハウジング５０８内に配置される。交流出力段バスバー６０２は、パワーモジュール５０７のＵＶＷの出力端子と接続され、さらにハウジング５０８の内壁に沿って配線される。

本実施形態における電力変換装置１００は、細長い矩形状のハウジング５０８を用いる。このハウジング５０８の内部空間は、ノイズフィルタ等（ＥＭＣフィルタ５１０２）の電源系回路部品及び直流入力バスバー５１０３を収納する第１収納部と、コンデンサモジュール５０６，パワーモジュール５０７及びパワーモジュール５０７を駆動制御する基板等を収納する第２収納部と、交流出力段バスバー６０２とモータ接続用交流ケーブル等を収納する第３収納部に、分けられる。それら収納部は、入力用電線５１０が接続された側面から反対側の側面に向かって、第１収納部，第２収納部，第３収納部の順に配置される。このような配置とすることで、入力用電線５１０から供給される電流の流れが、当該入力用電線５１０が接続された側面から反対側の側面に向かって直線的になるので、直流入力バスバー５１０３及び交流出力段バスバー６０２の配線距離が、ハウジング５０８内部において短くすることができ、インバータ装置全体の低インダクタンス化及びノイズ低減に資することになる。

また、細長い矩形状のパワーモジュール５０７の長手方向側が、矩形状のハウジング５０８の長手方向側に沿って配置される。このような構成とすることで、発熱体、主にパワーモジュール５０７を冷却するための冷却水流路を、直線状であり、かつ距離が大きいものとすることができる。冷却水流路が直線状となることで、冷却水流路に冷却水を供給するための損失を低減することができる。また、冷却水流路の距離をできるだけ大きくすることで、冷却対象であるパワーモジュール５０７付近の冷却水の流れを乱流にすることができ、冷却効率を高めることが出来る。

電力変換装置１００は図５に示す箱体形状をなすハウジング５０８を有し、このハウジング５０８の底部には冷却流路を形成する流路開口部５０８１が設けられている。また、パワーモジュール５０７の出力接続端子部６００と電動機用出力取出口５０９１を通じて電動機からの電線とを接続するための入線用開口部５０８２がハウジング５０８の一方側に設けられている。

なお、流路開口部５０８１は、パワーモジュール５０７の底部に設けられた金属ベースにより塞がれる。さらにハウジング５０８の底部は、流路形成体用底板５０９がネジ留めにより塞がれ、流路形成体用底板５０９との間に冷却水流路が形成される。このように冷却水をパワーモジュール５０７の金属ベースに直接接触させることで、パワーモジュール５０７内部の発熱素子の放熱性を向上させることができる。また、金属ベースにピンフィンまたはストレートフィン等を設けることで、更なる放熱性向上を図ることが出来る。

図６は、流路形成体用底板５０９の拡大斜視図である。

冷却水は、入口パイプ５０９３を介して入口孔５０９４から流路に流入し、出口孔５０９５まで直線状に流れ、出口パイプ５０９２を介して流路外部へ流出する。パワーモジュール５０７と対向する第１領域面５０９７は、他の底板５０９の面より高くなっている。これにより、流路の深さを、金属ベースに設けられたフィンの高さにできるだけ近づけることができ、冷却水をフィン間に効率よく流入させることができ、冷却効率を向上させることができる。

また、第１領域面５０９７と入口パイプ５０９３との間には第２領域面５０９５が形成され、該第２領域面５０９５の高さは、第１領域面５０９７より低くかつ流れ方向に沿って所定以上の距離が確保されている。これにより、入口孔５０９４から流入した冷却水が、第１領域面５０９７に到達するまでに層流に変化され、第１領域面５０９７における冷却効率を向上させることができる。一方、出口孔５０９５付近は、冷却水の流れを層流に変化させる必要がないので、小型化の観点及び電動機用出力取出口５０９１が存在することから、第１領域面５０９７と出口孔５０９５までの距離は短くなっている。

さらに、第１領域面５０９７と第２領域面５０９５との間には、斜面５０９６が形成される。これにより、冷却水が、高さが異なる第１領域面５０９７と第２領域面５０９５との間を滑らかに流すことができ、流路内の圧力損失を低減することができる。

本実施例のおけるハウジング５０８，金属製カバー５０１及び底板５０９は、熱伝導及び電気伝導がよく、かつ装置全体の軽量化に資するアルミ材を用いる。これら全ての部材が金属製であり、かつハウジング５０８及び底板５０９によって流路が形成されるため、電力変換装置全体が、冷却水によって冷やされることになる。コンデンサモジュール５０６，制御回路基板５０４等の発熱部材が流路と直接接していなくても、ハウジング５０８等に熱が伝達され、当該発熱部材を冷却することができる。

さらに、車両用電力変換装置のように、車両の発進時に大電流が流れ、単位時間当たりの発熱が大きくなるような使用環境である場合には、熱容量が大きいハウジング５０８等に一時的に熱を逃がし、素子の破壊を防ぐことが出来る。

なお、より高い熱伝導性を望む場合には、ハウジング５０８等に銅材等を用いても良く、必要に応じて他の金属材料を用いても良い。また、更なる軽量化を望む場合には樹脂材を用いて良く、さらに軽量かつノイズ低減を望む場合には該樹脂材の表面に金属めっきを施してもよい。

次に、パワーモジュール５０７，駆動回路基板６５０，ノイズ除去基板５６０，第２の放電基板５２０、および制御回路基板５０４の回路構成とそれらの接続形態を他の部品とともに、図２を用いて説明する。

まず、電力変換装置２００に入力または電力変換装置１００から出力される各信号はノイズ除去基板５６０を通過する。これらの信号は、後輪用電動機１１０に組み込まれたロータの回転位置センサ１３２からの各信号、後輪用電動機１１０に組み込まれた温度センサ１３４からの信号，総合制御装置を含む他の制御装置との送受信信号で、通信回線１７４を介して送受信される信号，総合制御装置から送られてくる起動信号１９２，異常処理信号１９４である。なお、上記通信回線１７４を介して送られてくる信号には、エンジン回転速度の信号やアクセル開度の信号が含まれている。

さらに低電圧バッテリから送られてくる低電圧電流も上記ノイズ除去基板５６０を通過するように構成されており、１２Ｖバッテリ１２０からの＋電極電源は、ノイズ除去基板５６０の一辺の側から他方の辺の側にかけて、電極，フィルタ回路５７０、および電極を介して出力されるようになっており、１２Ｖバッテリ１２０からの−電極電源は、電極，配線層、および電極を介して出力されるようになっている。

１２Ｖバッテリ１２０を除く前記各信号は、ノイズ除去基板５６０の一辺の側から他方の辺の側にかけて、電極，バイパスコンデンサ５６２、および電極を介して出力されるようになっている。前記バイパスコンデンサ５６２は、各信号が伝達される配線層と前記１２Ｖバッテリ１２０からの−電極電源が供給される配線層との間に介在されて構成されている。

このように構成されるノイズ除去基板５６０は、前記各信号に重畳されるノイズを前記バイパスコンデンサ５６２によって除去し、後述の制御回路基板５０４に入力させようとするものである。

このノイズ除去基板５６０は、制御回路基板５０４とはそれらの基板を異にして形成され、該制御回路基板５０４と物理的に分離して構成されている。ノイズ除去基板５６０を、該制御回路基板５０４の配置個所に拘束されることなく、自由な個所に配置させるためである。

前記ノイズ除去基板５６０を介して入力される前記ロータの回転位置センサ１３２および温度センサ１３４からの各信号は、制御回路基板５０４上においてインターフェース回路７３２を介してマイクロコンピュータ７０２に入力されるようになっている。

前記通信回路１７４からの情報は、前記通信ドライバ回路７２０を介して前記マイクロコンピュータ７０２に送られる。また前記マイクロコンピュータ７０２から動作状態を表す情報が前記通信ドライバ回路７２０および前記ノイズ除去基板５６０を通して通信回線１７４に送出され、所定の装置、例えば総合制御装置に送られる。この総合制御装置では運転モード、たとえば、車輌の発進時あるいは低速走行時，通常走行時（中速，高速走行時），加速時、減速あるいは制動時の各モードを判定する。運転モードを判定した総合制御装置は、マイクロコンピュータ７０２に判定結果を送信し、この結果に基づきマイクロコンピュータ７０２が後輪用電動機１１０を制御する。

前記総合制御装置からの運転モード情報を受け取ったマイクロコンピュータ７０２は、インバータを構成するパワー半導体素子の動作タイミングを演算処理により求める。マイクロコンピュータ７０２の演算結果に基づくタイミング信号はインターフェース回路７３４を介して駆動回路基板６５０に送出される。
なお、前記後輪用電動機１１０の固定子巻線の各相を流れる電流値を検出する電流センサ５３６の出力とパワーモジュール５０７に組み込まれた温度センサ５３２の出力とが、インターフェース回路７３６を介して前記マイクロコンピュータ７０２に取り込まれる。前記マイクロコンピュータ７０２は取り込んだ電流センサ５３６の出力を使用して、前記総合制御装置の指令値に基づく制御が行われるように、パワーモジュール５０７に搭載されたパワー半導体素子の動作タイミングの演算処理を行い、フィードバック制御する。上記温度センサ５３２の出力は動作の異常を診断するのに使用する。

制御回路基板５０４は異常監視回路７６０を有している。この異常監視回路７６０には、前記ノイズ除去基板５６０および第２の放電基板５２０を通して得られる上位制御装置である総合制御装置からの異常処理信号が入力される。前記異常処理信号は例えば高電圧部分に危険があると上位制御装置である総合制御装置が判断したときに発せられる信号であり、前記異常監視回路７６０がこの信号を受けると、前記マイクロコンピュータ７０２に監視結果として異常状態信号を送出する。この信号に基づき前記後輪用電動機１１０の運転が前記マイクロコンピュータ７０２によって停止される。この状態では車両はエンジンの出力トルクで運転される。

前記ノイズ除去基板５６０を介して１２Ｖバッテリ１２０から直流電力が電源回路７５０に供給され、電源回路７５０から安定された一定電圧が出力される。電源回路７５０の出力は制御回路基板５０４上のマイクロコンピュータ７０２とインターフェース回路７３２およびその他の制御回路基板５０４上の回路に供給される。

駆動回路基板６５０には、前記制御回路基板５０４のインターフェース回路７３４を介してマイクロコンピュータ７０２が発生するスイッチングのタイミング信号が入力される。これらのタイミング信号はたとえばフォトカプラ等からなる絶縁回路６２２を介してＵ相のドライバ回路６３２とＶ相のドライバ回路６３４とＷ相のドライバ回路６３６にそれぞれ入力される。これらドライバ回路６３２と６３４と６３６とからの各出力は、パワーモジュール５０７内の各パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する駆動信号として用いられる。

また、駆動回路基板６５０には、前記ドライバ回路６３２と６３４と６３６とにおける電圧を検知する電圧センサ回路６３８が設けられている。電圧センサ回路６３８の出力は、上述したとおり、前記絶縁回路６２２と前記制御回路基板５０４のインターフェース回路７３６を介してマイクロコンピュータ７０２に送られる。

前記ドライバ回路６３２と６３４と６３６とは駆動回路基板６５０に設けられた電源回路６１２から定電圧によって駆動される。この電源回路６１２には前記信号用のコネクタ２８２からの１２Ｖ直流電源がノイズ除去基板５６０および制御回路基板５０４を介して供給される。

本実施形態によるコンデンサモジュール５０６の分解図を図１１に示す。図１１に示すように、樹脂モールド用のケース１２の内部には、複数のコンデンサからなるコンデンサセルＣＤＳを配置する。ここで、本実施形態では、コンデンサセルＣＤＳとして、金属を蒸着したフィルムを積層巻きし、金属吹き付けにより巻き軸方向の両面に電極１１を形成したフィルムコンデンサを用いている。つまり、本実施形態のコンデンサでは、電極１１が両側面に対向するようなコンデンサである。

コンデンサセルＣＤＳの下部には、幅広導体８，絶縁シート１０，幅広導体９の積層体が配置する。

幅広導体８は、複数のコンデンサセルＣＤＳを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体８は、円筒形状の複数のコンデンサを並置した場合は、その長手方向の幅、以上の幅広の導体となる。幅広導体８の上面には、コンデンサセルＣＤＳの電極１１と接続するための立ち上がり部１４が設ける。例えば、図示のように、６個のコンデンサセルＣＤＳから構成する場合、立ち上がり部１４は、６個形成する。また、その配置は、図示のように、一番手前のコンデンサセルＣＤＳ−Ａに接続される立ち上がり部１４−Ａは、コンデンサセルＣＤＳ−Ａの紙面の左側の電極１１に接続する位置に設け、手前から２番目のコンデンサセルＣＤＳ−Ｂに接続される立ち上がり部１４Ｂは、コンデンサセルＣＤＳ−Ｂの紙面の右側の電極１１に接続する位置に設ける。このように、立ち上がり部１４を千鳥状とする。

幅広導体９も、幅広導体８と同様に、複数のコンデンサセルＣＤＳを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体９は、円筒形状の複数のコンデンサセルＣＤＳを並置した場合のその長手方向の幅以上の幅広の導体とする。幅広導体９の上面にも同様に、コンデンサセルＣＤＳの電極１１と接続するための立ち上がり部１５を設ける。幅広導体８と幅広導体９を積層した状態では、立ち上がり部１５は、幅広導体８に形成された貫通穴１６を貫通して、幅広導体８の上部に突出する。図示のように、６個のコンデンサセルＣＤＳでは、立ち上がり部１５は、立ち上がり部１４と同様に６個形成する。また、その配置は、図示のように、一番手前のコンデンサセルＣＤＳ−Ａに接続する立ち上がり部１５Ａは、コンデンサセルＣＤＳの右側電極１１に接続する位置に設け、手前から２番目のコンデンサＣＤＳ−Ｂに接続する立ち上がり部１５−Ｂは、コンデンサセルＣＤＳの左側電極１１に接続する位置に設けられ、立ち上がり部１５を千鳥状に設ける。したがって、１個のコンデンサセルＣＤＳについてみると、一方の端面の電極１１に幅広導体８の立ち上がり部１４を接続し、他方の端面の電極１１には幅広導体９の立ち上がり部１５を接続する。コンデンサモジュール５０６を構成する複数のコンデンサＣＤＳは、幅広導体８と幅広導体９に対して並列接続する。積層幅広導体８，９とコンデンサセルＣＤＳの側面電極１１は、はんだ等により電気的に固着する。

コンデンサセルＣＤＳの接続用端子である立ち上がり部１４，１５は、積層幅広導体８，９の一部を切り抜き、幅広導体面から立体的に立ち上げて形成する。これにより、接続部材を新たに用いることなく、コンデンサセルＣＤＳと幅広積層導体８，９の接続ができ、はんだ付け箇所を減らし、工数低減，コスト低減になるほか、接続部の信頼性向上，電気抵抗低減，放熱性向上になる。

積層幅広導体８，９は、抵抗が低く、熱伝導が低い銅材を用いる。なお、軽量化が要求される場合は、アルミ材を用い、その表面にニッケル等をメッキすれば、はんだ接続が可能となる。積層幅広導体８，９の厚さは１mmとしている。

絶縁シート１０としては、可能な限り薄いものが望ましく、電力変換装置内の環境温度が最大１２０℃であれば、ポリプロピレン（ＰＰ）や、ポリエチレン（ＰＥＴ）の１mm以下の０.２mm，０.４mm程度で、容易に形状が変形でき、モールド樹脂と密着性がいいものを用いる。絶縁シート１０が薄いほど幅広導体８，９を近接して積層することができるため、インダクタンスを小さくすることができる。電流容量が低い電力変換装置ＩＮＶであれば、積層幅広導体８，９の代わりに、絶縁シート１０の両面に金属をプリントしたものを用いることで、プリントした金属を幅広導体としてもよい。この場合は、接続導体を別途用意し接続する。

幅広導体８及び幅広導体９は、コンデンサセルＣＤＳを載置する第１の平面部と、この第１の平面部に対して、直角に折り曲げられた第２の平面部とを備えている。幅広導体８及び幅広導体９の第２の平面部の中央付近には、図１２に示すように、平面部の長手方向に延在するＵ字状のベント部８ｃ，９ｃが設けられている。ベント部８ｃ，９ｃは、接続部の応力を緩和する。ベンド部の構造としては、Ｕ字ベンド以外にも、Ｖ字ベンドなど、接続部への応力を緩和する構造であればよい。

図１３及び図１４に示すように、パワーモジュール５０７は、冷却用の銅ベース２０と、その上面の外周に接着したケース２１と、銅ベース２０の上面の中央部付近にはんだ付けした絶縁基板１９、その絶縁基板の回路パターンの上にはんだ付けしたＩＧＢＴ（Ｍ）、ダイオードと、ケース２１の内部から外部に向けて引き出された外部接続導体２２とを有している。外部接続導体２２−Ｃは、Ｕ相アーム，Ｖ相アーム，Ｗ相アームの各６個の両端電極を構成し、端部がコンデンサモジュールとの接続部（４ａ−Ｕ，３ａ−Ｕ，４ａ−Ｖ，３ａ−Ｖ，４ａ−Ｗ，３ａ−Ｗ）となる。また、外部接続導体２２−Ｍは、Ｕ相アーム，Ｖ相アーム，Ｗ相アームの中点で、３相電圧を出力する電極を構成し、端部が電動機ＭＧ１へ３相交流を出力する接続部（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）となる。ＩＧＢＴ（Ｍ）やダイオードと外部接続導体２２−Ｃの接続，三相出力の外部接続導体２２−Ｍと絶縁基板上の回路パターンの接続，絶縁基板上のパターン間の接続は、複数本のアルミワイヤ１８により電気的に接続する。

本実施例のパワーモジュール５０７では、各相の上アーム，下アームには、パワー半導体素子ＩＧＢＴ，ダイオードを３並列接続しているが、特に、これにとらわれる必要はなく、電流容量に合わせて、素子寸法，素子数を変更できることは言うまでもない。また、本実施例では１つのモジュールで３相出力する６イン１モジュールを用いているが、１つのモジュールで１相出力する２イン１モジュールを３個並べて用いてもよい。なお、本実施例では、コンデンサモジュール５０６とパワーモジュール５０７の大電流が流れる接続部について説明するため、パワー半導体素子のスイッチングする配線（ゲート配線）や、外部に取り出せる端子，配線パターンは図示していない。

ここで、本実施例のコンデンサモジュール５０６とパワーモジュール５０７の接続構造を説明する。

図１３に示すように、パワーモジュール５０７の接続部３ａ，４ａがその手前の折り曲げ部から延在する方向（図示のＥ方向）と、コンデンサモジュール５０６の接続部３ｂ，４ｂがその手前の折り曲げ部から延在する方向（図示のＦ方向）とは同一方向としている。本発明の第１の実施形態によるコンデンサモジュール５０６とパワーモジュール５０７との接続部の拡大断面図と電流経路を図１５にて説明する。

ここで、図１５に示すように、幅広導体８を流れる電流は、接続部４ｂ，４ａを通り、矢印２２のように流れる。このとき、接続部４ｂ，４ａ上の電流をみると、電流方向が逆方向となり、打ち消しあっていることがわかる。つまり、コンデンサモジュール５０６の接続部４ｂのインダクタンス６２−Ｐと、パワーモジュール５０７の接続部のインダクタンス５７−Ｎに、上述の互いに逆方向に電流が流れることで、インダクタンスが結合し、低インダクタンスとなる。

次に図７を用いて前記インターロックスイッチ５０２１の詳細を説明する。

図で示されるように、電力変換装置１００は、インターロックスイッチ５０２１を内蔵した作業用カバー５０２と受用台座５０３をネジで結合することで金属製カバー５０１を挟み、作業用開口部５０１１を塞ぐ構成を備えている。受用台座５０３にはインターロックスイッチ５０２１のメス側スイッチ５０２２が内蔵されている。

また受用台座５０３には、位置決めピン５０３１が両端に設けられており、これにより生産性を向上させることができる。

さらに受用台座５０３には、受用台座５０３の外周に沿ってＯリング５０３２が取り付けられている。これにより作業用開口部５０１１から入ってくる水分等が電力変換装置１００の内部に浸入することを防止することができる。

電力変換装置１００は、作業用カバー５０２のネジを緩め、作業用カバー５０２を取り外すとインターロックスイッチ５０２１がメス側スイッチ５０２２から離される構成となっており、インターロックスイッチ５０２１がメス側スイッチ５０２２から離されるとメス側５０２２は電力変換装置１００の制御回路基板５０４に出力電流を遮断するための信号を送信する。

このような構成を備えることにより、コンデンサモジュール５０６に貯まった電荷が放電され電力変換装置１００を分解等を行う際に、作業者が感電することを防止することができる。

メス側スイッチ５０２２の下方には作業用ツールガイド５０３３が配置されている。この作業用ツールガイド５０３３によって、組み立ての際に電線端子部６０４と追加バスバー６０３を接続するための接続用の工具が入れやすく、工具のガイドの役目を果たし、組立性が向上する。また、このような構成を備えることで、ネジがはずれた際に電力変換装置１００の内部にネジが混入することを防ぐことができる。

ハウジング５０８の角部には、ネジカバー５０１２をハウジング５０８に固定するためのネジ５０８３が設けられている。当該ネジカバー５０１２は、ネジ５０８３を螺入するためのメスネジ穴部と、突起部５０１４とによって構成される。突起部５０１４は、金属製カバー５０１をハウジング５０８に固定するためのネジ５０１６の上面を覆うように構成される。このネジカバー５０１２を取り外すためには、ネジ５０８３を外す必要があるが、当該ネジ５０８３のネジ頭は、電力変換装置１００の底面側に存在する。

そのため、作業者が金属製カバー５０１を外して修理等する場合には、まず、図３に示された入力用電線５１０及び出力用ケーブルを取り外し、電力変換装置１００を車体から取り外し、さらに工具を用いて電力変換装置１００の底部側からネジ５０８３を取り外す。そしてネジカバー５０１２が取り外されることで、ハウジング５０８に固定するためのネジ５０１６を取り外すことができ、作業者が作業をすることができる。

このようなネジカバー５０１２及びネジ５０８３を用いることにより、電力変換装置１００の内部の配線等に触れてコンデンサモジュール５０６に貯まった電荷が放電して感電するおそれを防止することができる。

図８、出力接続端子部６００の詳細を説明する図である。

パワーモジュール５０７の出力部に接続された出力段バスバー６０２Ｕ，６０２Ｖ，６０２Ｗは電流検出器６０１の貫通口を通り、各々の端部は別途設けられた追加バスバー６０３Ｕ，６０３Ｖ，６０３Ｗとナット６０６Ｕ，６０６Ｖ，６０６Ｗによって接合される。

この電流検出器６０１の貫通口および出力段バスバー６０２Ｕ，６０２Ｖ，６０２Ｗの貫通部位断面積は出力条件，温度条件によって最適されている。また追加バスバー６０３Ｕの板厚は、弾性変形をしやすい構成を採用する。例えば、追加バスバー６０３Ｕの板厚は、弾性変形が必要とされない出力段バスバー６０２より小さくなっている。また、弾性変形をしやすいように、追加バスバー６０３に、例えば略Ｓ字形状の曲げ部を備える。これにより、３相の電動機側ケーブルのそれぞれの長さの差や電線端子部６０４の製造公差を吸収することができる。

なお、同じ相間の出力段バスバー６０２と追加バスバー６０３には同じ電流量が流れるので、この出力段バスバー６０２と追加バスバー６０３の断面積は略一定にすることが望ましい。そこで、上述のように追加バスバー６０３の板厚を出力段バスバー６０２より小さくした場合には、追加バスバー６０３の幅方向の長さを出力段バスバー６０２の幅方向の長さより大きくする。

図９に示すように、追加バスバー６０３は、雌ネジを有する電線端子部６０４にネジ６０５によって、固定される。

壁面６３０及び固定部材６２０は、水路形成用の底板５０９にネジ６２２によって固定される。電流検出器６０１は、固定部材６２０にネジ６２１により固定される。

この壁面６３０は、追加バスバー６０３と電線端子部６０４の接続面を観察できる窓部６１０Ｕ，６１０Ｖ，６１０Ｗを有する。この構成により、作業者は、この窓部６１０から当該接続面の接続状態を確認できる。たとえ電線端子部６０４位置が部品固有の公差等でばらついたとしても、作業者は、追加バスバー６０３Ｕ，６０３Ｖ，６０３Ｗを変形または出力段バスバー６０２Ｕ，６０２Ｖ，６０２Ｗを上下変動させて、この公差を許容するように、確実に接続させることができる。

図９ではハウジング５０８が省略されているが、前述の窓部６１０Ｕ，６１０Ｖ，６１０Ｗと対向するハウジング５０８の壁面に開口部を設けることで、ハウジング５０８の外側からでも接続状態が確認できるようになる。

また、図１０に示すように、出力段バスバー６０２が上下変動した際に、電流検出器６０１の貫通部壁面６３０が、当該出力段バスバー６０２と接触して、電流検出器６０１の壁面６３０ひいては内部回路を破損してしまうおそれがある。そこで、電流検出器６０１の上面に、出力段バスバー６０２の固定部材６２０を設置する。この固定部材６２０は、出力段バスバー６０２を貫通するための孔を有する板材で構成される。

上記説明した構成により、電動機用ケーブルが、本電力変換装置の底部から挿入されても、当該動機用ケーブルの長さのばらつきをバスバーの変形および上下変動で吸収することができる。また、インターロックスイッチ機能より、安全に作業をすることができる。

なお上述した本発明による電力変換装置は一実施例としてハイブリッド型の電気自動車の四輪駆動構成について説明したが、これに限定されることなく、少なくとも電動機を使用し、その制御に要する全ての電力変換装置に適用できることは言うまでもない。

本実施形態による電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例を示す構成図である。 本実施形態による電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例における回路構成図である。 本実施形態による電力変換装置の全体的な構成の一実施例を示す斜視図である。 本実施形態による電力変換装置の全体的な構成の一実施例を示す分解斜視図である。 本実施形態による電力変換装置を構成するハウジング部の解説図である。 本実施形態による電力変換装置に用いられる底板５０９を示す斜視図である。 本実施形態による電力変換装置の電動機からの電線を接続する際に使用する蓋部を示す図である。 本実施形態による電力変換装置の出力部構成を示す分解斜視図である。 本実施形態による電力変換装置の出力部構成を示す分解斜視図であって、機能部品を追加した図である。 本実施形態による電力変換装置の出力部構成を示す断面図である。 本実施形態によるコンデンサモジュール５０６の分解図である。 本実施形態によるコンデンサモジュール５０６及び幅広導体８及び９の断面図である。 本実施形態によるコンデンサモジュール５０６とパワーモジュール５０７の接続構成を示す図である。 本実施形態によるパワーモジュール５０７の上面図である。 本実施形態によるコンデンサモジュール５０６とパワーモジュール５０７との接続部の拡大断面図と電流経路図である。

符号の説明

１００ 電力変換装置
１１０ 後輪用電動機
１２０ バッテリ
１３０ 後輪
１４０ 前輪
２００ 前輪用電力変換装置
３００ エンジン動力ユニット
５０１ 金属製カバー
５０２ 作業用カバー
５０３ 受け用台座
５０４ 制御回路基板
５０５ インターフェイスコネクタ
５０６ コンデンサモジュール
５０７ パワーモジュール
５０８ ハウジング
５０９ 底板
５１０ 入力用電線
６００ 出力接続端子部
６０１ 電流検出器
６０２（Ｕ，Ｖ，Ｗ） 出力段バスバー
６０３（Ｕ，Ｖ，Ｗ） 追加バスバー
６０４（Ｕ，Ｖ，Ｗ） 電線端子部
６０５（Ｕ，Ｖ，Ｗ） ネジ
６０６（Ｕ，Ｖ，Ｗ） ナット
６１０（Ｕ，Ｖ，Ｗ） 窓部
６２０ 固定部材
６３０ 壁面
５０１１ 作業用開口部
５０２１ インターロックスイッチ
５０２２ メス側スイッチ
５０８１ 流路開口部
５０８２ 開口部
５０９１ 電動機用出力取出口
５０９２ 出口パイプ
５０９３ 入口パイプ
５１０１ コモンモードフィルタ内蔵端子ブロック
５１０２ ＥＭＣフィルタ
５１０３ 直流入力バスバー

Claims (17)

1. バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を複数有し、さらに該交流電力が出力される出力端子を側方に設けたパワーモジュールと、
   前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路部と、
   前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
   前記パワーモジュール、前記制御回路部、および前記平滑コンデンサモジュールを内蔵し、上部にカバーを、下部に底板を設けた筐体とを有する電力変換装置であって、
   前記底板は、モータと接続される電力供給線を導入するための配線導入開口部を有し、
   さらに前記カバーは、前記配線導入開口部から導入された前記電力供給線の端子と前記パワーモジュールの出力端子とを前記筐体内で接続するための接続作業用の作業用開口部を有する電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記作業用開口部は、前記筐体を挟んで、前記配線導入開口部と対向する位置に設けられる電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記パワーモジュールの前記出力端子と前記電力供給線の端子とを電気的に接続し、かつ該出力端子から前記配線導入開口部まで延設された導電性バスバーを備える電力変換装置。
4. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記導電性バスバーは、前記電力供給線の端子の接続方向に弾性変形する屈曲部を有する電力変換装置。
5. 請求項４記載の電力変換装置において、
   前記屈曲部は略Ｓ字の形状を為す電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記パワーモジュールの前記出力端子と接続される第１導電性バスバーと、
   前記配線導入開口部まで延設され、かつ前記第１導電性バスバーと前記電力供給線の端子とを電気的に接続される第２導電性バスバーと、
   前記パワーモジュールから出力される電流値を検出するための電流検出器と、を備え、
   前記電流検出器は、前記第１導電性バスバーに接続される電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置であって、
   前記第２導電性バスバーは、前記電力供給線の端子の接続方向に弾性変形する屈曲部を有する電力変換装置。
8. 請求項７記載の電力変換装置において、
   前記屈曲部は略Ｓ字の形状を為す電力変換装置。
9. 請求項６に記載の電力変換装置であって、
   前記第２導電性バスバーの幅方向の長さは、前記第１導電性バスバーの幅方向の長さより大きく、かつ該第２導電性バスバーの板厚は、前記第１導電性バスバーの板厚より小さい電力変換装置。
10. バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を複数有し、さらに該交流電力が出力される出力端子を側方に設けたパワーモジュールと、
    前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
    前記バッテリと前記平滑コンデンサモジュールとの間に接続されるコモンモードフィルタ回路部品と、
    前記パワーモジュール、前記平滑コンデンサモジュール及び前記コモンモードフィルタ回路部品を内蔵し、下部に底板を設けた筐体とを有する電力変換装置であって、
    前記底板は、モータと接続される電力供給線を導入するための配線導入開口部を有し、
    前記パワーモジュールの前記出力端子と前記電力供給線との接続部は、前記コモンモードフィルタ回路部品と離れて配置され、かつ前記パワーモジュールは該接続部と該コモンモードフィルタ回路部品との間に配置された電力変換装置。
11. 請求項１０に記載の電力変換装置であって、
    前記筐体は、前記バッテリから直流電流を供給される直流電源端子を設置するための開口部を有し、
    該開口部は、前記接続部よりも前記コモンモードフィルタ回路部品に近い側に形成される電力変換装置。
12. 請求項１０に記載の電力変換装置であって、
    前記筐体は、流路形成体を有し、
    該流路形成体は、冷却水を前記コモンモードフィルタ回路部品から前記接続部へ向かう方向に略直線的に流すように形成された直線型流路である電力変換装置。
13. 請求項１２に記載の電力変換装置であって、
    前記底板は、
    前記直線型流路に冷却水を流入し、かつ前記コモンモードフィルタ回路部品の近傍に設置された入口管と、
    前記直線型流路から冷却水を流出し、かつ前記接続部の近傍に設置された出口管と、備える電力変換装置。
14. 請求項１２または１３にいずれかに記載の電力変換装置であって、
    前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子を搭載した金属製ベース板を備え、
    前記流路形成体は、開口部を備え、
    前記開口部は、前記金属製ベース板によって塞がれ、該金属製ベース板は、前記冷却水と直接接触する電力変換装置。
15. 請求項１０に記載の電力変換装置であって、
    前記筐体は流路形成体を有し、
    前記筐体及び前記パワーモジュールは矩形状を為し、該パワーモジュールの長手方向は該筐体の長手方向と略平行になるように配置され、さらに前記流路形成体は該パワーモジュールの長手方向の沿って形成される電力変換装置。
16. 請求項１５に記載の電力変換装置であって、
    前記コンデンサモジュールは矩形状を為し、かつ前記パワーモジュールの上方に配置され、
    さらに、前記コンデンサモジュールの長手方向は、前記筐体の長手方向と略平行となるように配置される電力変換装置。
17. 直流電流を供給するバッテリと、該直流電流を交流電流に変換する電力変換装置と、該交流電流に基づき後輪を駆動するモータと、を有する車両であって、
    前記電力変換装置は、
    前記バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を複数有し、側方に出力端子を設けたパワーモジュールと、
    前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路部と、
    前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
    前記パワーモジュール、前記制御回路部、及び前記平滑コンデンサモジュールを内蔵し、上部にカバーを、下部に底板を設けた筐体とを有し、
    前記底板に、モータの電力供給線を導入する配線導入開口部と、
    前記上方のカバーに、前記配線導入開口部から導入された前記電力供給線の端子と前記パワーモジュールの出力端子とを前記筐体内で接続する接続作業用の作業用開口部とを設け、
    該電力変換装置を前記モータの上方に設けたことを特徴とする車両。

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