JP2010208351A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液によらず放熱性を向上させることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、インバータ回路１０と、ケース１１と、カバー１２とを備えている。カバー１２の熱伝導率及び厚さを、それぞれλ１及びα１とする。ケース１１の熱伝導率及びケース１１の上面の厚さを、それぞれλ２及びα２とする。上方から見た開口部１１０ａの投影面積及び開口部１１０ａ以外のケース１１の上面の投影面積を、それぞれＳ１及びＳ２とする。（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように、ケース１１及びカバー１２の材質及び形状が設定されている。開口部１１０ａ及びカバー１２を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量を、開口部１１０ａ以外のケース１１の上面を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量より大きくすることできる。そのため、冷却液によらず内部から外部への放熱性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換回路を収容するケースとカバーを備えた電力変換装置に関する。

従来、電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている電力制御ユニットがある。この電力制御ユニットは、ＰＣＵケースと、インバータ回路等とを備えている。ＰＣＵケースは、上側ケースと、下側ケースとから構成されている。下側ケースの底壁面には、冷却液通路が設けられている。インバータ回路等は、ＰＣＵケースの内部に収容されている。ところで、インバータ回路等への配線作業を容易にするため、上側ケースの上壁面に作業用の開口部が設けられる場合がある。この場合、配線作業終了後に、カバーによって開口部が塞がれることとなる。

インバータ回路等が作動を開始すると、それに伴って熱を発生する。発生した熱は、冷却液通路に冷却液を流通させることによって冷却液に放熱される。

特開２００７−２３７７９３号公報

前述した電力制御ユニットは、冷却液通路に冷却液を流通させることで、インバータ回路等の作動によって発生した熱を放熱させている。そのため、冷却液を確保するとともに、流通させる装置が別途必要となる。従って、全体の構成が複雑になるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷却液によらず放熱性を向上させることができる電力変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、開口部及びカバーを介してケースの内側から外側に伝導する熱量が、開口部以外のケースの一面を介してケースの内側から外側に伝導する熱量より大きくなるように、ケース及びカバーの材質及び形状を設定することで、冷却液によらず放熱性を向上させることができることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、一面に開口部を有し、電力変換回路を収容するケースと、ケースの一面の外側に固定され、開口部を覆うカバーと、を備えた電力変換装置において、ケース及びカバーは、互いに異なる材料からなり、開口部及びカバーを介してケースの内側から外側に伝導する熱量が、開口部以外のケースの一面を介してケースの内側から外側に伝導する熱量より大きくなるように、ケース及びカバーの材質及び形状が設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、開口部及びカバーを介して効率的に放熱させることができる。つまり、カバーからの放熱を促進させることができる。そのため、冷却液によらず内部から外部への放熱性を向上させることができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、請求項１に記載の電力変換装置において、ケースの一面及びカバーは、板状であり、カバーの熱伝導率及び厚さがそれぞれλ１及びα１、ケースの一面の熱伝導率及び厚さがそれぞれλ２及びα２、ケースの一面に対して垂直方向から見た開口部の投影面積及び開口部以外のケースの一面の投影面積がそれぞれＳ１及びＳ２であるとき、（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように、ケース及びカバーの材質及び形状が設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、開口部及びカバーを介してケースの内側から外側に伝導する熱量を、開口部以外のケースの一面を介してケースの内側から外側に伝導する熱量より確実に
大きくすることできる。ところで、図７に示すように、ある板状の物質において、熱電導率、面積及び厚さが、それぞれλ、Ｓ及びαであり、一面の温度及び一面と対向する他面の温度が、それぞれＴ１及びＴ２である場合、時間ｔの間に一面から他面に伝わる熱量Ｑは、Ｑ＝λ×Ｓ×ｔ×（Ｔ１−Ｔ２）／αとなる。つまり、λ×Ｓ／αが大きい程伝わる熱量Ｑは大きくなる。そのため、（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように、ケース及びカバーの材質及び形状を設定することで、開口部及びカバーを介してケースの内側から外側に伝導する熱量を、開口部以外のケースの一面を介してケースの内側から外側に伝導する熱量より確実に大きくすることできる。

請求項３に記載の電力変換装置は、請求項２に記載の電力変換装置において、ケースの一面は、上面であり、カバーは、開口部の周縁に向かって下方に傾斜する傾斜部と、開口部の周縁より外側でケースの上面と接触する接触部と、を有することを特徴とする。この構成によれば、カバーの内側表面に結露による水滴が生じても、その水滴を、傾斜部によって、開口部の周縁より外側のケースの上面に導くことができる。そのため、電力変換回路への水滴の落下を防止することができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、請求項３に記載の電力変換装置において、ケースは、カバーの接触部に隣接する開口部側の上面に、溝部を有することを特徴とする。この構成によれば、結露による水滴を確実に保持することができる。そのため、電力変換回路への水滴の落下をより確実に防止することができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、請求項４に記載の電力変換装置において、ケースは、溝部を、ケースとカバーで区画された空間外に連通させる連通路を有することを特徴とする。この構成によれば、結露による水滴を、ケースの外部に確実に排水することができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置において、車両に搭載され、電力を変換することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載される電力変換装置において、冷却液によらず放熱性を向上させることができる。

第１実施形態における電力変換装置の上面図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 第２実施形態における電力変換装置の断面図である。 図３におけるカバーの接触部周辺の拡大断面図である。 第３実施形態における電力変換装置の断面図である。 図５における後方側のカバーの接触部周辺の拡大断面図である。 板状の物質を伝わる熱量について説明するための説明図である。

次に、実施形態を挙げ本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、電力変換する電力変換装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して電力変換装置の構造について説明する。ここで、図１は、第１実施形態における電力変換装置の上面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図中における上下方向は、車両搭載時における方向を示すものである。また、前後方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。

図１及び図２に示す電力変換装置１は、バッテリ（図略）の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用の交流モータ（図略）に供給する装置である。電力変換装置１は、インバータ回路１０と、ケース１１と、カバー１２とを備えている。

インバータ回路１０は、直流電力を交流電力に変換する回路である。

ケース１１は、インバータ回路１０を収容するための厚さが一定である板状の壁部で囲まれた中空直方体状の部材である。例えば、アルミニウムからなる部材である。ケース１１は、上側ケース１１０と、下側ケース１１１とを備えている。

上側ケース１１０は、車両搭載時に上方に配置される有底長方形筒状の部材である。下側ケース１１１は、車両搭載時に下方に配置される有底長方形筒状の部材である。下側ケース１１１には、インバータ回路１０が収容されている。そして、インバータ回路１０を覆うように、上側ケース１１０が固定されている。上側ケース１１０の上面には、内部に収容されたインバータ回路１０への配線作業を容易にするため、長方形状の作業用の開口部１１０ａが設けられている。つまり、上側ケース１１０と下側ケース１１１とによって形成される直方体状の中空部１１０ｂにインバータ回路１０が収容され、その上方である上側ケース１１０の上面に開口部１１０ａが設けられている。

カバー１２は、配線作業終了後に、開口部１１０ａを塞ぐためのケース１１とは異なる材料からなる厚さが一定である長方形板状の部材である。例えば、炭素鋼からなる部材である。配線作業終了後、カバー１２は、開口部１１０ａを覆うように、上側ケース１１０の上面にボルト（図略）によって固定される。

ここで、カバー１２の熱伝導率及び厚さを、それぞれλ１及びα１とする。また、ケース１１の熱伝導率及びケース１１の上面の厚さを、それぞれλ２及びα２とする。さらに、ケース１１の上面に対して、上方から見た開口部１１０ａの投影面積、及び、上方から見た中空部１１０ｂ上方のケース１１の上面の投影面積を、それぞれＳ１及びＳ２とする。このとき、（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように、ケース１１及びカバー１２の材質及び形状が設定されている。

次に、図１及び図２を参照して放熱の仕方について説明する。図２において、インバータ回路１０が作動を開始すると、それに伴って熱を発生する。発生した熱によって、ケース１１内の温度が上昇する。しかし、前述したように、ケース１１及びカバー１２の材質及び形状は、（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように設定されている。λ×Ｓ／αが大きい程伝わる熱量Ｑは大きくなる。そのため、開口部１１０ａ及びカバー１２を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量が、中空部１１０ｂ上方のケース１１の上面を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量より大きくなる。
従って、開口部１１０ａ及びカバー１２を介して効率的に放熱させることができる。つまり、カバー１２からの放熱を促進させることができる。これにより、放熱性を向上させることができる。

最後に、効果について説明する。第１実施形態によれば、開口部１１０ａ及びカバー１２を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量を、中空部１１０ｂ上方のケース１１の上面を介してケース１１の内側から外側に伝導する熱量より大きくすることできる。つまり、カバー１２からの放熱を促進させることができる。そのため、車両に搭載される電力変換装置１において、冷却液によらず放熱性を向上させることができる。

なお、第１実施形態では、開口部１１０ａ及びカバー１２が、長方形状である例を挙げているが、これに限られるものではない。円状又は楕円状であってもよい。また、これらを組合せた形状であってもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置に対して、カバーの形状及びカバー周辺の構造を変更したものである。ここでは、第１実施形態の電力変換装置との相違部分であるカバーの形状及びカバー周辺の構造のみについて説明し、共通する部分については説明を省略する。

図３及び図４を参照して電力変換装置の構造について説明する。ここで、図３は、第２実施形態における電力変換装置の断面図である。図４は、図３におけるカバーの接触部周辺の拡大断面図である。なお、図中における上下方向は、車両搭載時における方向を示すものである。また、前後方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。

図３に示すように、電力変換装置２は、インバータ回路２０と、ケース２１と、カバー２２とを備えている。

カバー２２は、第１実施形態のカバー１２とは異なり、前後方向の中央部が上方に湾曲した厚さが一定である長方形板状の部材である。カバー２２は、傾斜部２２０と、接触部２２１とを備えている。

傾斜部２２０は、前後方向の中央から開口部２１０ａの周縁に向かって下方に曲線的に傾斜する部位である。接触部２２０ｂは、開口部２１０ａの周縁より外側で上側ケース２１０の上面と接触する部位である。

図４に示すように、カバー２２の接触部２２１に隣接する、上側ケース２１０の開口部２１０ａ側の上面には、溝部２１０ｂが設けられている。溝部２１０ｂは、開口部２１０ａを囲むようにロの字状に設けられている。また、上側ケース２１０には、溝部２１０ｂを、ケース２１とカバー２２で区画された空間外に連通させる連通路２１０ｃが設けられている。

なお、放熱の仕方については、第１実施形態と同一であるため説明を省略する。

最後に、効果について説明する。第２実施形態によれば、カバー２２の内側表面に結露による水滴が生じても、その水滴を、傾斜部２２０によって、開口部２１０ａの周縁より外側の上側ケース２１０の上面に導くことができる。そのため、インバータ回路２０への水滴の落下を防止することができる。

また、第２実施形態によれば、溝部２１０ｂによって、結露による水滴を確実に保持することができる。

さらに、第２実施形態によれば、連通路２１０ｃによって、結露による水滴をケース２１の外部に確実に排水することができる。

なお、第２実施形態では、カバー２２の前後方向の中央部が上方に湾曲している例を挙げているが、これに限られるものではない。上方に屋根状に突出していてもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電力変換装置について説明する。第３実施形態の電力変換装置は、第２実施形態の電力変換装置に対して、ケースの上面形状及びカバーの形状を変更したものである。ここでは、第２実施形態の電力変換装置との相違部分であるケースの上面形状及びカバーの形状のみについて説明し、共通する部分については説明を省略する。

図５及び図６を参照して電力変換装置の構造について説明する。ここで、図５は、第３実施形態における電力変換装置の断面図である。図６は、図５における後方側のカバーの接触部周辺の拡大断面図である。なお、図中における上下方向は、車両搭載時における方向を示すものである。また、前後方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。

図５に示すように、電力変換装置３は、インバータ回路３０と、ケース３１と、カバー３２とを備えている。

ケース３１は、上側ケース３１０と、下側ケース３１１とを備えている。上側ケース３１０の上面には、上下方向に段差がある。上側ケース３１０は、前方側に位置する板状の第１壁部３１０ｄと、第１壁部３１０ｄより下方の後方側に位置する板状の第２壁部３１０ｅとを備えている。

カバー３２は、第１及び第２実施形態のカバー１２、２２とは異なり、前後方向の中央部が、後方に向かって下方に直線的に傾斜した厚さが一定である長方形板状の部材である。カバー３２は、傾斜部３２０と、接触部３２１、３２２とを備えている。

傾斜部３２０は、前後方向の中央部であり、後方側の開口部３１０ａの周縁に向かって下方に直線的に傾斜する部位である。接触部３２１は、後方側の開口部３１０ａの周縁より外側で第２壁部３１０ｅの上面と接触する部位である。接触部３２２は、前方側の開口部３１０ａの周縁から第１壁部３１０ｄと接触する部位である。

図６に示すように、カバー３２の接触部３２１に隣接する、第２壁部３１０ｅの開口部３１０ａ側の上面には、溝部３１０ｂが設けられている。溝部３１０ｂは、接触部３２１に沿って設けられている。また、第２壁部３１０ｅには、溝部３１０ｂを、ケース３１とカバー３２で区画された空間外に連通させる連通路３１０ｃが設けられている。

なお、放熱の仕方については、第１実施形態と同一であるため説明を省略する。

最後に、効果について説明する。第３実施形態によれば、第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

１〜３・・・電力変換装置、１０、２０、３０・・・インバータ回路（電力変換回路）、１１、２１、３１・・・ケース、１１０、２１０、３１０・・・上側ケース、１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ・・・開口部、１１０ｂ・・・中空部、２１０ｂ、３１０ｂ・・・溝部、２１０ｃ、３１０ｃ・・・連通路、３１０ｄ・・・第１壁部、３１０ｅ・・・第２壁部、１１１、２１１、３１１・・・下側ケース、１２、２２、３２・・・カバー、２２０、３２０・・・傾斜部、２２１、３２１、３２２・・・接触部

Claims (6)

1. 一面に開口部を有し、電力変換回路を収容するケースと、
   前記ケースの前記一面の外側に固定され、前記開口部を覆うカバーと、
   を備えた電力変換装置において、
   前記ケース及び前記カバーは、互いに異なる材料からなり、
   前記開口部及び前記カバーを介して前記ケースの内側から外側に伝導する熱量が、前記開口部以外の前記ケースの前記一面を介して前記ケースの内側から外側に伝導する熱量より大きくなるように、前記ケース及び前記カバーの材質及び形状が設定されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記ケースの前記一面及び前記カバーは、板状であり、
   前記カバーの熱伝導率及び厚さがそれぞれλ１及びα１、前記ケースの前記一面の熱伝導率及び厚さがそれぞれλ２及びα２、前記ケースの前記一面に対して垂直方向から見た前記開口部の投影面積及び前記開口部以外の前記ケースの前記一面の投影面積がそれぞれＳ１及びＳ２であるとき、（λ１×Ｓ１／α１）＞（λ２×Ｓ２／α２）となるように、前記ケース及び前記カバーの材質及び形状が設定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. 前記ケースの前記一面は、上面であり、
   前記カバーは、前記開口部の周縁に向かって下方に傾斜する傾斜部と、
   前記開口部の周縁より外側で前記ケースの前記上面と接触する接触部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記ケースは、前記カバーの前記接触部に隣接する前記開口部側の前記上面に、溝部を有することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記ケースは、前記溝部を、前記ケースと前記カバーで区画された空間外に連通させる連通路を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 車両に搭載され、電力を変換することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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