JP2010119179A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ケースの冷媒流路に流入する冷媒の温度の検出精度を効果的に向上させることができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置１は、電力変換回路を構成する電子部品３を金属製ケース２に配設してなる。金属製ケース２には、電子部品３を冷却するための冷媒Ｃが流れる冷媒流路２１が形成してある。冷媒流路２１の入口部２１１の周辺には、入口部２１１から流入する冷媒Ｃの流れを衝突させる対向壁部２２が形成してある。対向壁部２２は、入口部２１１から流入する冷媒Ｃの流れ方向Ｆに対して傾斜状に形成してある。対向壁部２２の外側面２２１には、冷媒Ｃの温度を検出する温度検出器４が配設してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換回路を構成する電子部品を金属製ケースに配設してなる電力変換装置に関する。

例えば、車載用のインバータ、コンバータ等を構成する電力変換装置は、発熱する電子部品を冷却するために、アルミニウム材料等からなる金属製ケース内に冷媒流路を形成している。この冷媒流路へ流入させる冷媒は、ラジエータ等によって所定の温度に低下させた後、ポンプによって電力変換装置へ循環させている。このような電力変換装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
また、例えば、特許文献２においては、冷媒の温度を所定の温度に制御するために、電力変換装置に設けた冷却器に温度検出器を設けることが開示されている。これにより、冷媒が半導体モジュール等の発熱部品から受ける影響を小さくして、冷媒の温度を精度よく検出している。

特開２００５−１４３２４４号報 特開２００８−２２００４２号報

しかしながら、特許文献２の電力変換装置においては、温度検出器を、複数の半導体モジュールの両表面に接触して積層配置した複数の冷却管において、この複数の冷却管の両側に配設した冷媒入口管の入口部及び冷媒出口管の出口部とは反対側の端部に配置した冷却管に配設している。そのため、温度検出器により検出する冷媒の温度は、特に、冷媒入口管の周辺に電力変換回路を構成する発熱部品（電子部品）が存在するときには、この発熱部品により若干温度が上昇した後の温度となる。
また、温度検出器を冷媒入口管の入口部の周辺に配設することも考えられる。しかし、この場合においても、冷媒入口管の入口部に流入した冷媒の温度が発熱部品からの伝熱によって若干上昇しているおそれがある。そのため、電力変換装置内に流入する冷媒の温度をより正確に検出するためには十分ではない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、金属ケースの冷媒流路に流入する冷媒の温度の検出精度を効果的に向上させることができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、電力変換回路を構成する電子部品を金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記金属製ケースには、上記電子部品を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路が形成してあり、
該冷媒流路の入口部の周辺には、該入口部から流入する上記冷媒の流れを衝突させる対向壁部が形成してあり、
該対向壁部の外側面には、上記冷媒の温度を検出する温度検出器が配設してあることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

本発明の電力変換装置は、金属製ケースにおいて温度検出器を配設する部位の形状に工夫をし、温度検出器による冷媒の温度の検出精度を向上させている。
具体的には、本発明の電力変換装置においては、金属製ケースにおける冷媒流路の入口部の周辺に、この入口部から流入する冷媒の流れを衝突させる対向壁部を形成し、この対向壁部の外側面に温度検出器を配設している。そして、温度検出器によって冷媒の温度を検出する際には、冷媒流路の入口部に流入する冷媒が対向壁部に衝突し、冷媒から対向壁部への伝熱を効果的にすることができる。また、電力変換回路を構成する電子部品（発熱部品）から冷媒への伝熱の影響を排除することができ、対向壁部の温度を冷媒の温度とほとんど同じにすることができる。これにより、対向壁部の外側面に配設した温度検出器によって検出する温度は、冷媒流路の入口部に流入した冷媒の温度とほとんど同じにすることができ、その温度検出精度を向上させることができる。

それ故、本発明の電力変換装置によれば、金属ケースの冷媒流路に流入する冷媒の温度の検出精度を効果的に向上させることができる。

上述した本発明の電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記対向壁部は、上記入口部から流入する上記冷媒の流れ方向に対して傾斜状に形成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、入口部から流入する冷媒の円滑な流れを維持しつつ、この冷媒を対向壁部に衝突させることができる。

また、上記対向壁部の形成位置における流路断面積は、上記入口部の流路断面積よりも拡大し、かつ当該対向壁部の下流側に位置する流路部分に向けて縮小していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、入口部から流入する冷媒を対向壁部の形成部位において、適切に滞留させることができる。そのため、電子部品からの伝熱により温度検出器によって検出する冷媒の温度が上昇することをより効果的に排除することができ、対向壁部の温度を冷媒流路内の冷媒の温度に、より効果的に近づけることができる。

また、上記対向壁部の形成位置における流路断面積が上記入口部の流路断面積よりも拡大する状態は、上記対向壁部によって流れを変化させる方向と直交する方向の流路幅を拡大させて形成することができる（請求項４）。
この場合には、対向壁部の形成位置における流路断面積（冷媒の流れ方向に直交する方向の断面積）を入口部の流路断面積よりも容易に拡大することができる。

また、上記電力変換装置は、自動車において車両駆動用の高圧直流電源から補機用の低圧直流電源を作り出すＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる（請求項５）。
この場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの冷却に用いる冷媒の温度検出精度を向上させることができる。

以下に、本発明の電力変換装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、電力変換回路を構成する電子部品（発熱部品）３を金属製ケース２に配設してなる。金属製ケース２には、電子部品３を冷却するための冷媒（冷却媒体）Ｃが流れる冷媒流路２１が形成してある。冷媒流路２１の入口部２１１の周辺には、入口部２１１から流入する冷媒Ｃの流れを衝突させる対向壁部２２が形成してある。対向壁部２２の外側面２２１には、冷媒Ｃの温度を検出する温度検出器４が配設してある。

以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図３を参照して詳説する。
本例の電力変換装置１は、ハイブリッド自動車又は電気自動車において車両駆動用（車両走行用）の高圧直流電源（約３００Ｖ）から補機用の（オーディオ、計器、ランプ等に用いる）低圧直流電源（約１２Ｖ）を作り出すＤＣ−ＤＣコンバータ１である。
図１、図２に示すごとく、金属製ケース２は、アルミニウム材料からなり、電子部品３等を配置する本体部２５と、本体部２５に対して蓋をする蓋部２６とから構成されている。冷媒流路２１は、本体部２５に形成した流路壁部２５１と、蓋部２６に形成した流路壁部２６１とを合わせて形成される。蓋部２６は、ビス等によって本体部２５に固定される。
ここで、図１は、対向壁部２２によって冷媒Ｃの流れを変化させる方向の断面を概略的に示し、図２は、図１に示す断面と直交する方向の断面を、本体部２５における冷媒流路２１の形成状態として概略的に示す。

本例の対向壁部２２は、本体部２５において、蓋部２６と対面する側から設けた溝部２５２の形成深さを、流路壁部２５１の一般部分に比べて深くすることによって形成されている。本例の対向壁部２２は、入口部２１１から流入する冷媒Ｃの流れ方向Ｆに対して傾斜状に形成してある。この対向壁部２２は、冷媒流路２１において、入口部２１１における流れ方向Ｆの対向部位に斜めに形成してある。また、対向壁部２２は、本体部２５と蓋部２６とが対面する方向（対面方向Ｈという。）に傾斜して形成されている。また、対向壁部２２によって流れを変化させる方向が対面方向Ｈとなる。

金属ケースの本体部２５に形成した流路壁部２５１の入口部２１１に近い部位には、電子部品（発熱部品）３としてのダイオードが配設されている。温度検出器４は、入口部２１１と電子部品３との中間位置に形成した対向壁部２２に配設されている。温度検出器４は、サーミスタ、温度検出ダイオード、熱電対、サーモスタット等から構成することができる。
また、金属ケースにおいて、冷媒Ｃの入口部２１１を形成した側とは反対側には、冷媒Ｃの出口部２１２が形成されている。

図３に示すごとく、車両駆動用の高圧直流電源は、３相交流モータ（モータジェネレータとして用いる。）を駆動するものであり、３相交流モータは、複数のスイッチング素子を用いて構成したインバータ５１によって回転制御される。本例の電力変換装置１としてのＤＣ−ＤＣコンバータ１における金属製ケース２は、インバータ５１を構成する別の金属製ケース５１１と固定されて、パワーコントロールユニット１０を構成する。
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の冷却に用いる冷媒Ｃは、インバータ５１の冷却にも用いられる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の冷却に用いる冷媒Ｃは、ハイブリッド用のラジエータ５２からポンプ５３によってＤＣ−ＤＣコンバータ１における冷媒流路２１に送られ、次いで、冷媒流路２１からインバータ５１における冷却器５１２に送られ、この冷却器５１２からラジエータ５２へと循環させる。

図１、図２に示すごとく、対向壁部２２は板形状に形成してあり、その外側面２２１には、温度検出器４を配設するための台座部２２２が形成してある。
対向壁部２２の形成位置における流路断面積（流れ方向Ｆに直交する方向の断面積）は、入口部２１１の流路断面積よりも拡大し、かつ当該対向壁部２２の下流側に位置する流路部分（一般部）２１０に向けて縮小している。本例においては、対向壁部２２の形成位置における流路断面積は、入口部２１１の流れ方向Ｆに対して直交する対面方向Ｈの流路幅Ｈ１が拡大すると共に、この流れ方向Ｆ及び対面方向Ｈに直交する横方向Ｗの流路幅Ｗ１も拡大している。
そして、対向壁部２２の周辺には、冷媒Ｃを流入させることができる冷媒保持用の拡大流路部２３が形成されている。この拡大流路部２３は、対向壁部２２が傾斜形成された本体部２５と蓋部２６との対面方向Ｈに対して直交する横方向Ｗに、冷媒流路２１を拡大させて形成してある。

本例の電力変換装置１は、金属製ケース２において温度検出器４を配設する部位の形状に工夫をし、温度検出器４による冷媒Ｃの温度の検出精度を向上させている。
具体的には、本例の電力変換装置１においては、金属製ケース２における冷媒流路２１の入口部２１１の周辺に、この入口部２１１から流入する冷媒Ｃの流れを衝突させる対向壁部２２を形成し、この対向壁部２２の外側面２２１に温度検出器４を配設している。そして、温度検出器４によって冷媒Ｃの温度を検出する際には、冷媒流路２１の入口部２１１に流入する冷媒Ｃが対向壁部２２に衝突し、冷媒Ｃから対向壁部２２への伝熱を効果的にすることができる。また、電力変換回路を構成する電子部品（発熱部品）３から冷媒Ｃへの伝熱の影響を排除することができ、対向壁部２２の温度を冷媒Ｃの温度とほとんど同じにすることができる。これにより、対向壁部２２の外側面２２１に配設した温度検出器４によって検出する温度は、冷媒流路２１の入口部２１１に流入した冷媒Ｃの温度とほとんど同じにすることができ、その温度検出精度を向上させることができる。

このように、本例の電力変換装置１によれば、金属ケースの冷媒流路２１に流入する冷媒Ｃの温度の検出精度を効果的に向上させることができる。

実施例の電力変換装置について、対向壁部によって冷媒の流れを変化させる方向の断面を概略的に示す断面説明図。 実施例の電力変換装置について、図１に示す断面と直交する方向の断面を概略的に示す断面説明図。 実施例の電力変換装置の周辺の構成図を概略的に示す説明図。

符号の説明

１ 電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
２ 金属製ケース
２１ 冷媒流路
２１１ 入口部
２２ 対向壁部
２２１ 外側面
３ 電子部品
４ 温度検出器
Ｃ 冷媒
Ｆ 流れ方向

Claims (5)

1. 電力変換回路を構成する電子部品を金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
   上記金属製ケースには、上記電子部品を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路が形成してあり、
   該冷媒流路の入口部の周辺には、該入口部から流入する上記冷媒の流れを衝突させる対向壁部が形成してあり、
   該対向壁部の外側面には、上記冷媒の温度を検出する温度検出器が配設してあることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記対向壁部は、上記入口部から流入する上記冷媒の流れ方向に対して傾斜状に形成してあ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、上記対向壁部の形成位置における流路断面積は、上記入口部の流路断面積よりも拡大し、かつ当該対向壁部の下流側に位置する流路部分に向けて縮小していることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３において、上記対向壁部の形成位置における流路断面積が上記入口部の流路断面積よりも拡大する状態は、上記対向壁部によって流れを変化させる方向と直交する方向の流路幅を拡大させて形成してあることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記電力変換装置は、自動車において車両駆動用の高圧直流電源から補機用の低圧直流電源を作り出すＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする電力変換装置。

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