JP2012105426A - Power converter and electrically driven vehicle using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子を有して、直流電力を多相交流電力に変換するパワーモジュールと、直流電力を平滑化する複数の平滑用コンデンサとを備えた電力変換装置及びこれを使用した電気駆動車両に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a power module that has a switching element and converts DC power to multiphase AC power, and a plurality of smoothing capacitors that smooth DC power, and an electric drive using the same Regarding vehicles.
電気自動車、ハイブリッド自動車等の電気駆動車両では、直流電力を多相交流電力に変換して電動モータ等のアクチュエータを駆動する例えばインバータで構成される電力変換装置を使用している。
この種の電力変換装置にあっては、数百ボルトの直流電力を多相交流電力に変換するため、電力変換装置を構成するパワーモジュールや平滑用コンデンサの発熱を避けることはできず、少なくともパワーモジュール及び平滑用コンデンサを冷却する必要がある。
従来の電力変換装置としては、パワーモジュールであるIPM(Intelligent Power Module)、DC/DCコンバータ、リアクトル、制御基板、コンデンサを有して構成され、これら構成部品を冷却する冷却機構を備えた電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In an electric drive vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, a power conversion device configured by, for example, an inverter that converts DC power into multiphase AC power and drives an actuator such as an electric motor is used.
In this type of power conversion device, since DC power of several hundred volts is converted to multiphase AC power, heat generation of the power module and the smoothing capacitor constituting the power conversion device cannot be avoided, and at least power It is necessary to cool the module and the smoothing capacitor.
A conventional power conversion device includes an IPM (Intelligent Power Module) that is a power module, a DC / DC converter, a reactor, a control board, and a capacitor, and includes a cooling mechanism that cools these components. An apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この電力変換装置の冷却機構は、上下に所定間隔を保って第1冷却器及び第2冷却器を配置し、これら第1冷却器及び第2冷却器間を第1ラジエータ及び第2ラジエータで連結した構成とされている。そして、第1冷却器、第1ラジエータ、第2冷却器及び第2ラジエータを通じて冷却水を循環させるようにしている。この冷却機構では、IPM、制御基板及びコンデンサを第1冷却器及び第2冷却器間に配置し、DC/DCコンバータ及びリアクトルを第1冷却器の上面に配置することにより、各構成部品を冷却する。 The cooling mechanism of the power conversion device includes a first cooler and a second cooler arranged at predetermined intervals in the vertical direction, and the first radiator and the second cooler are connected by the first radiator and the second radiator. It has been configured. The cooling water is circulated through the first cooler, the first radiator, the second cooler, and the second radiator. In this cooling mechanism, the IPM, the control board and the condenser are arranged between the first cooler and the second cooler, and the DC / DC converter and the reactor are arranged on the upper surface of the first cooler, thereby cooling each component. To do.
ここで、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、上下に配置された第1の冷却器及び第2の冷却器間を第1のラジエータ及び第2のラジエータで連結し、第1のラジエータで冷却した冷却水を第1の冷却器に送ることにより、リアクトル、DC/DCコンバータ及びIPMを冷却する。そして、熱交換後の冷却水を第2のラジエータで冷却して第2冷却器に供給してコンデンサを冷却するようにしている。 Here, in the conventional example described in Patent Document 1, the first and second coolers arranged above and below are connected by the first radiator and the second radiator, The reactor, the DC / DC converter, and the IPM are cooled by sending the cooling water cooled by one radiator to the first cooler. And the cooling water after heat exchange is cooled with a 2nd radiator, and it supplies to a 2nd cooler and cools a capacitor | condenser.
しかしながら、上記従来例にあっては、第1のラジエータに供給される外気は第2ラジエータを通り、IPMやコンデンサの発熱で加熱された状態で第1のラジエータに供給されるので、第1のラジエータの冷却能力は低くならざるを得ないとともに、コンデンサ上を通る外気の温度も空冷するまでには低くないので、発熱体となるコンデンサの冷却を十分に行えないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、コンデンサ及びパワーモジュールの冷却を十分に行うことができる電力変換装置及びこれを使用した電気駆動車両を提供することを目的としている。
However, in the above conventional example, the outside air supplied to the first radiator passes through the second radiator and is supplied to the first radiator while being heated by the heat generated by the IPM and the capacitor. The cooling capacity of the radiator has to be low, and the temperature of the outside air passing over the condenser is not low until it is air-cooled. Therefore, there is an unsolved problem that the condenser as a heating element cannot be sufficiently cooled.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and provides a power conversion device capable of sufficiently cooling a capacitor and a power module, and an electric drive vehicle using the same. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有して、直流電力を多相交流電力に変換するパワーモジュールと、直流電力を平滑化する複数のコンデンサと、を備えた電力変換装置であって、前記パワーモジュールを装着したパワーモジュール用ヒートシンクと、該パワーモジュール用ヒートシンクに固定された前記コンデンサを装着して冷風で冷却するコンデンサ用冷却部とを備えていることを特徴としている。
この構成によると、パワーモジュールをパワーモジュール用ヒートシンクによって冷却媒体で冷却し、コンデンサはコンデンサ用冷却部によって冷風で冷却するので、コンデンサを専用の冷却部で冷却することができ、コンデンサの冷却能力を向上させることができる。
In order to achieve the above object, a power conversion device according to an embodiment of the present invention includes a switching module, a power module that converts DC power into multiphase AC power, and a plurality of DC power smoothing units. A power module heat sink equipped with the power module, and a condenser cooling section for mounting the capacitor fixed to the power module heat sink and cooling it with cold air. It is characterized by having.
According to this configuration, the power module is cooled with a cooling medium by the power module heat sink, and the capacitor is cooled by cold air by the condenser cooling unit, so that the capacitor can be cooled by the dedicated cooling unit, and the cooling capacity of the capacitor can be increased. Can be improved.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記パワーモジュール用ヒートシンクは、冷却媒体供給口及び冷却媒体排出口を形成した筐体内に、前記冷却媒体供給口及び前記冷却媒体排出口間に連通する多数の冷却媒体通過溝を有する冷却媒体通路を形成した構成を有することを特徴としている。
この構成によると、冷却媒体供給口から供給される冷却媒体を複数の冷却媒体通過溝を有する冷却媒体通路を通じて冷却媒体排出口から排出するので、冷却媒体と接触する表面積を広くとることができ、ヒートシンクの冷却効率を向上させることができる。このとき、冷却媒体供給口及び冷却媒体排出口をパワーモジュール用ヒートシンクの一方の端部に並設することにより、冷却媒体通路を往路及び復路に形成することができる。このため、冷却媒体通路の断面積を小さくして冷却媒体通過溝を流れる冷却媒体の流れを均一化することができる。
In the power converter according to another aspect of the present invention, the heat sink for the power module is disposed between the cooling medium supply port and the cooling medium discharge port in a housing in which a cooling medium supply port and a cooling medium discharge port are formed. It has the structure which formed the cooling-medium channel | path which has many cooling-medium passage grooves connected to this.
According to this configuration, since the cooling medium supplied from the cooling medium supply port is discharged from the cooling medium discharge port through the cooling medium passage having the plurality of cooling medium passage grooves, the surface area in contact with the cooling medium can be increased. The cooling efficiency of the heat sink can be improved. At this time, by arranging the cooling medium supply port and the cooling medium discharge port at one end of the heat sink for the power module, the cooling medium passage can be formed in the forward path and the return path. For this reason, the cross-sectional area of the cooling medium passage can be reduced, and the flow of the cooling medium flowing through the cooling medium passage groove can be made uniform.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記コンデンサ用冷却部は、前記複数のコンデンサを長手方向と交差する方向として当該長手方向に間隔を開けて整列させ且つ冷却風通路を形成するように支持する支持筒部と、該支持筒部の一端の開口部に配設された冷却媒体が供給されるラジエータ及び空冷ファンで構成される冷却機構とを備えていることを特徴としている。
この構成によると、冷却機構がラジエータで冷却された冷却風を空冷ファンで複数のコンデンサに供給して、コンデンサを冷却するので、コンデンサの冷却効率を向上させることができる。
Further, in the power conversion device according to another aspect of the present invention, the cooling unit for the capacitor aligns the plurality of capacitors at intervals in the longitudinal direction as a direction intersecting the longitudinal direction, and forms a cooling air passage. And a cooling mechanism composed of a radiator and an air cooling fan that are supplied with a cooling medium disposed in an opening at one end of the supporting cylinder portion. .
According to this configuration, the cooling mechanism cools the condenser by supplying the cooling air cooled by the radiator to the plurality of condensers by the air cooling fan, so that the cooling efficiency of the condenser can be improved.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記支持筒部は、前記パワーモジュール用ヒートシンクの前記パワーモジュールの装着面とは反対側に取付けられていることを特徴としている。
この構成によると、コンデンサを支持する支持筒部がパワーモジュール用ヒートシンクに取付けられているので、パワーモジュール用ヒートシンクによる冷却効果を享受することができ、コンデンサの冷却能力をより向上させることができる。
Moreover, the power converter device which concerns on the other form of this invention is characterized by the said support cylinder part being attached to the opposite side to the mounting surface of the said power module of the said heat sink for power modules.
According to this structure, since the support cylinder part which supports a capacitor | condenser is attached to the heat sink for power modules, the cooling effect by the heat sink for power modules can be enjoyed, and the cooling capacity of a capacitor | condenser can be improved more.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記空冷ファンは、前記ラジエータと前記筒体の開口部との間に介挿されていることを特徴としている。
この構成によると、空冷ファンがラジエータの後段側に介挿されているので、ラジエータで冷却された冷気を空冷ファンで送風することになり、空冷ファンが外気に直接晒されることがなく、空冷ファンの耐久性を向上させることができる。
Moreover, the power converter device which concerns on the other form of this invention is characterized by the said air cooling fan being inserted between the said radiator and the opening part of the said cylinder.
According to this configuration, since the air cooling fan is inserted on the rear stage side of the radiator, the air cooled by the radiator is blown by the air cooling fan, and the air cooling fan is not directly exposed to the outside air. The durability of can be improved.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記ラジエータは、冷却媒体供給口及び冷却媒体排出口が、前記パワーモジュール用ヒートシンクに冷却水を供給する冷却媒体供給管及び前記パワーモジュール用ヒートシンクから冷却媒体を排出する冷却媒体排出管に設けた分岐部に連結されていることを特徴としている。
この構成によると、パワーモジュール用ヒートシンクの冷却水と、ラジエータに供給する冷却媒体とを共通の冷却媒体供給管及び冷却媒体排出管で給排することができ、一つの冷却媒体供給源から冷却媒体を給排することができる。
In the power conversion device according to another aspect of the present invention, the radiator includes a cooling medium supply port and a cooling medium discharge port for supplying cooling water to the power module heat sink and the power module. It is connected to a branch portion provided in a cooling medium discharge pipe for discharging the cooling medium from the heat sink.
According to this configuration, the cooling water for the heat sink for the power module and the cooling medium supplied to the radiator can be supplied and discharged by the common cooling medium supply pipe and the cooling medium discharge pipe, and the cooling medium can be supplied from one cooling medium supply source. Can be supplied and discharged.
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記請求項1乃至6の何れか1つに記載した電力変換装置を使用して走行用電動モータを制御するようにしたことを特徴としている。
この構成によると、上記効果を有する電力変換装置を使用して電気駆動車両の走行用電動モータを制御するので、電力変換装置での発熱を抑制して安定した走行を確保することができる。
Moreover, the power converter device which concerns on the other form of this invention controlled the electric motor for driving | running | working using the power converter device as described in any one of the said Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. Yes.
According to this configuration, since the electric motor for traveling of the electrically driven vehicle is controlled using the power conversion device having the above effects, heat generation in the power conversion device can be suppressed and stable traveling can be ensured.
また、本発明の他の形態に係る電気駆動車両は、前記電力変換装置は、制御装置筐体内に充電回路を装着した充電装置と平行に配置され、前記コンデンサ冷却部から排気された冷却風が前記充電装置を冷却してから前記コンデンサ冷却部に戻る冷却媒体循環通路が形成されていることを特徴としている。
この構成によると、電力変換装置によって他の充電装置の冷却を賄うことができ、冷却機構を簡略化することができる。
Further, in the electric drive vehicle according to another aspect of the present invention, the power conversion device is arranged in parallel with a charging device having a charging circuit mounted in a control device casing, and the cooling air exhausted from the condenser cooling unit is A cooling medium circulation passage is formed in which the charging device is cooled and then returned to the condenser cooling section.
According to this configuration, the power conversion device can cover the cooling of the other charging device, and the cooling mechanism can be simplified.
本発明によれば、パワーモジュールをパワーモジュール用ヒートシンクで冷却し、コンデンサをコンデンサ用冷却部で冷風による冷却を行うので、パワーモジュールとコンデンサとを個別に冷却することができ、コンデンサの冷却不足を確実に防止することができる。
ここで、コンデンサ用冷却部を、コンデンサを支持する支持筒体と、この支持筒体の一端の開口部に設けたラジエータ及び空冷ファンを有する冷却機構とで構成することにより、コンデンサを冷却水で冷却された冷風で空冷することができ、コンデンサの冷却能力を向上させることができる。
また、上記効果を有する電力変換装置を使用して走行用電動モータを制御することにより、制御装置の耐久性の高い電気駆動車両を提供することができる。
According to the present invention, the power module is cooled by the power module heat sink, and the condenser is cooled by the cold air in the condenser cooling section. Therefore, the power module and the condenser can be individually cooled, and the condenser is insufficiently cooled. It can be surely prevented.
Here, the condenser cooling section is constituted by a support cylinder that supports the condenser, and a cooling mechanism having a radiator and an air cooling fan provided at an opening at one end of the support cylinder, so that the condenser is cooled with cooling water. Air cooling can be performed with the cooled cold air, and the cooling capacity of the condenser can be improved.
Moreover, the electric drive vehicle with high durability of a control apparatus can be provided by controlling the electric motor for driving | running | working using the power converter device which has the said effect.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を電気駆動車両としての電気駆動バスに適用した場合の概略構成を示す図である。
図中、1は電気駆動バスであって、この電気駆動バス1は、例えば車両後部側に多数の蓄電池を収納する蓄電池収納部2が配設され、この蓄電池収納部2の例えば上部側に制御装置3が配設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration when the present invention is applied to an electric drive bus as an electric drive vehicle.
In the figure, reference numeral 1 denotes an electric drive bus. The electric drive bus 1 is provided with, for example, a storage
制御装置3は、図2及び図3に示すように、直方体状の液密性を有する制御装置筐体4を有する。この制御装置筐体4には、充電装置5及び電力変換装置6が前後に配置されているとともに、これら充電装置5及び電力変換装置6の右側部に基板収納部7が配置されている。
充電装置5は、蓄電池収納部2に収納されている蓄電池を充電するための充電回路11を備えている。充電回路11には、充電時の過電流を防止する充電抵抗12、充電用の電源リレー13及びヒューズ14が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The charging
電力変換装置6は、図2〜図6に示すように、直流電力を3相交流電力に変換するパワーモジュールとしての6個のIGBTモジュール21と、これらIGBTモジュール21の入力側に接続される直流電力を平滑化する6個の円柱状のコンデンサ22とを備えている。IGBTモジュール21は、直列に接続されたスイッチング素子としてのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、保護回路等を内蔵している。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
そして、6個のIGBTモジュール21は、扁平な直方体状のパワーモジュール用ヒートシンク23の上面に、2個一組で3相交流電力のU相、V相及びW相に対応する3組が軸方向に所定間隔を保って装着されている。
そして、図3に示すように、IGBTモジュール21の上面に支持基板27が配設され、この支持基板27の上方に所定間隔を保ってIGBTモジュール21におけるIGBTのゲートを駆動するゲート駆動回路(GDU:Gate Drive Unit)やインタフェース(I/F)回路を搭載した駆動基板28が支柱29によって支持されている。
また、6個のコンデンサ22は、パワーモジュール用ヒートシンク23の下面に固定されたコンデンサ冷却部30に支持されている。
The six
As shown in FIG. 3, a
The six
パワーモジュール用ヒートシンク23は、熱伝導度の高いアルミニウム、アルミニウム合金等で形成されている。このパワーモジュール用ヒートシンク23は、図7(a)及び(b)に示すように、長手方向の一端側に冷却媒体としての冷却水が供給される冷却水供給口23aと冷却水を排出する冷却水排出口23bとが並設されており、内部に仕切板23cで長手方向に直交する方向に仕切られた冷却媒体通路としての往路通水路23d及び復路通水路23eが形成されている。往路通水路23dは、冷却水供給口23aの内側に冷却水溜まり23fが形成され、この冷却水溜まり23fに連通して他端側に長手方向に延長する冷却媒体通過溝としての通水溝23gが所定間隔を保って多数形成され、これら通水溝23gの後端側に冷却水溜まり23hが形成されている。復路通水路23eも往路通水路23dと同様の構成を有し、冷却水排出口23bの内側に冷却水溜まり23iが形成され、この冷却水溜まり23iに連通する多数の冷却媒体通過溝としての通水溝23jが形成され、通水溝23jの後端側に冷却水垂れ間23hに連通する冷却水溜まり23kが形成されている。
The power
このように、往路通水路23d及び復路通水路23eに、それぞれ多数の通水溝23jが長手方向に延長して形成されているので、冷却水と接触する表面積が広くなるので、冷却効率を向上させることができる。しかも、往路通水路23d及び復路通水路23eはともに多数の通水溝23g及び23jの冷却水の入口側に冷却水溜まり23f及び23kが形成されている。このため、通水溝23g及び23jの管路抵抗が大きいので、冷却水が通水溝23g及び23jに入る前に冷却水溜まり23fに溜まってから通水溝23g及び23jに入るので、多数の通水溝23g及び23jに均等に冷却水を流すことができる。
As described above, since a large number of
そして、パワーモジュール用ヒートシンク23の冷却水供給口23aに冷却水供給管24が連結されているともとに、冷却水排出口23bに冷却水排出管25が連結されている。これら冷却水供給管24及び冷却水排出管25の他端は、制御装置筐体4から突出されて車体側に配設された冷却水供給源26に連結されている。
また、コンデンサ冷却部30は、所定距離離間して配設された一対の側板部31a,31bと、これら一対の側板部31a,31bの底面を連結する底板部31cとで上端を開放しパワーモジュール用ヒートシンク23の長手方向に沿って延長する支持筒部としての樋状体31を有する。この樋状体31には両側板部31a,31bの開放上端から外方に延長するフランジ部31d,31eが形成されている。これらフランジ部31d及び31eがパワーモジュール用ヒートシンク23の下面側すなわちIGBTモジュール21を載置している上面とは反対側の面にビス止めされている。これにより、図9(a)に示すように、樋状体31の左右側板部31a,31b、底板部31c及びパワーモジュール用ヒートシンク23の底面によって囲まれる断面略正方形の冷却風通路32が形成されている。
The cooling
In addition, the
そして、樋状体31の一方の側板部31aに長手方向に所定間隔を保ってコンデンサ22を挿通する挿通孔31fが形成されている。一方、各コンデンサ22には、接続端子22a側に固定用バンド33が装着されている。この固定用バンド33は、図4、図5及び図9(a)に示すように、コンデンサ22の外周面に沿う円周上の一部を軸方向に開放したバンド部33aと、このバンド部33aの開放部に形成した一対のフランジ部33b,33cと、バンド部33aの樋状体31側に所定数例えば3個形成された固定用突出部33dと、フランジ部33b,33cを締め付けるネジ33e及びナット33fとで構成されている。
An
そして、コンデンサ22の樋状体31への固定は以下のようにして行う。
すなわち、コンデンサ22の接続端子22a側の外周面に固定用バンド33を装着した状態で、コンデンサ22を樋状体31の側板部31aに形成した挿通孔31fに挿通し、その接続端子22aとは反対側の端面を側板部31bの内側面に当接させる。この状態で、固定用バンド33の固定用突出部33dが樋状体31の側板部31aの外面に当接させてからネジ33e及びナット33fを締付けて固定用バンド33をコンデンサ22に固定する。そして、固定用バンド33の固定用突出部33dを樋状体31の側板部31aにビス止めすることにより、コンデンサ22を樋状体31に着脱可能に固定する。
Then, the
That is, with the fixing
また、樋状体31のパワーモジュール用ヒートシンク23の冷却水供給口23a及び冷却水排出口23bに対向する端部には、ラジエータ35及び空冷ファン36が配設されている。ここで、空冷ファン36はラジエータ35と樋状体31の端面との間に配設され、ラジエータ35を介して外気を吸引することにより、冷却風を冷却風通路32に供給する。
そして、ラジエータ35には、図8に示すように、上部側の両端に冷却水供給口35a及び冷却水排出口35bが形成されており、これら冷却水供給口35a及び冷却水排出口35bが、図6に示すように、フレキシブルパイプ37a及び37bを介して前述した冷却水供給管24及び冷却水排出管25の分岐部24a及び25aに連結されている。
In addition, a
As shown in FIG. 8, the
ここで、ラジエータ35の冷却水供給口35aにおける圧力は、前述したパワーモジュール用ヒートシンク23の冷却水供給口23aにおける圧力とバランスして両者に所定の比率で冷却水が供給されるようにフレキシブルパイプ37aの配管径が調整されている。
そして、ラジエータ35及び空冷ファン36は共通の筐体38内に固定されており、この筐体38に形成した取付フランジ部38aが、図4に示すように、樋状体31に形成したフランジ部31gにボルト締めされている。
Here, the pressure in the cooling
And the
また、基板収納部7は、制御基板7a、中継基板7b及び電源基板7cを収納している。そして、電力変換装置6側の電源基板7cを、電力変換装置6の樋状体31の冷却風排出口側に所定間隔を保って対向するように保持している。樋状体31から排出される冷却風は、図2に示すように、電源基板7cに当接して前後方向に分流されて一方が充電装置5を通ってラジエータ35側に戻る第1の循環路が形成され、ラジエータ35の入口における充電装置5とは反対側に第1の循環路で戻る冷却風を案内する冷却風案内板39が配設されている。
The
さらに、電源基板7cに統制した分流された他方は、基板収納部7の前面側に設けられた送風ファン7dによって吸引される。
この送風ファン7dによって吸引された冷却風は、図2に示すように、電源基板7cとは反対側に形成された冷却風案内板7eによって案内されて、各基板7a〜7c間を通って充電装置5側に排出される。
また、樋状体31の空冷ファン36とは反対側の冷却風排出口31hから排出される冷却風のうち上方に向かう冷却風は、図3に示すように、基板収納部7に配設された前後方向及び上下方向で異なる位置に形成された冷却風案内板41及び42によって支持基板27及び駆動基板28に沿って流れて反対側のラジエータ35に吸引されることにより、冷却風の第2の循環路が形成されている。
Further, the other divided flow regulated by the
As shown in FIG. 2, the cooling air sucked by the
Further, the cooling air flowing upward from the cooling
次に、上記実施形態の動作を説明する。
制御装置3を電気駆動バス1に搭載して、制御装置筐体4から突出されている冷却水供給管24及び冷却水排出管25を電気駆動バス1に設けられた冷却水供給源26に接続する。
冷却水供給源26から供給される冷却水は、冷却水供給管24を通じて制御装置筐体4内のパワーモジュール用ヒートシンク23及びコンデンサ冷却部30のラジエータ35に供給される。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
The
The cooling water supplied from the cooling
パワーモジュール用ヒートシンク23では、冷却水供給管24から供給される冷却水が冷却水供給口23aから内部の往路通水路23dに供給される。この往路通水路23dでは、冷却水供給口23aから供給される冷却水が冷却水溜まり23fに一旦溜められ、この冷却水溜まり23fから多数の通水溝23gに均等に分配される。これら通水溝23gを通過した冷却水は、冷却水溜まり23h及び23kに再度溜められ、冷却水溜まり23kから多数の通水溝23jに均等に分配される。そして、これら通水溝23jを通過した冷却水は、冷却水溜まり23iを通って冷却水排出口23b及び冷却水排出管25を介して冷却水供給源26に戻される。
In the power
このように、パワーモジュール用ヒートシンク23には、冷却水が供給されて、水冷されるので、このパワーモジュール用ヒートシンク23の上面に装着された発熱部品となる6個のIGBTモジュール21を効率良く冷却することができる。
一方、冷却水供給管24から供給される冷却水は、分岐部24aからフレキシブルパイプ37aを通じてコンデンサ冷却部30のラジエータ35の冷却水供給口35aに供給される。このラジエータ35に供給された冷却水は、ラジエータ35の内部の多数の冷却フィンを設けた配管を巡って冷却水排出口35bからフレキシブルパイプ37bを通じて冷却水排出管25の分岐部25aに排出される。
In this way, the power
On the other hand, the cooling water supplied from the cooling
そして、このラジエータ35の内側に空冷ファン36が配設され、この空冷ファン36で、ラジエータ35で冷却された冷却風を吸込み、樋状体31とパワーモジュール用ヒートシンク23の底面とで構成される冷却風通路32に送風する。
この冷却風通路32には、樋状体31に支持された6個のコンデンサ22が長手方向に所定間隔を保って整列保持されているので、冷却風によって各コンデンサ22が効率良く冷却される。コンデンサ22を冷却し終わった冷却風は、樋状体31の冷却風排出口31hから排出される。この冷却風排出口31hから排出された冷却風は、基板収納部7の電源基板7cに当接して上方及び前後の3方向に分流される。
An
In the cooling
この分流された冷却風のうち後方に向かう冷却風は、第1の冷却風循環路を通って充電装置5に搭載されている充電回路11の各部品を冷却し、ラジエータ35の前面側に配設された冷却風案内板39で案内されてラジエータ35に戻る。
また、分流された冷却風のうち前方側に向かう冷却風は、基板収納部7の送風ファン7dによって吸引されて冷却風案内板7eで案内されながら制御基板7a、中継基板7b及び電源基板7cの間を通って各基板7a〜7cを冷却してから充電装置5側に戻り、第1の冷却風循環路に合流する。
Of the diverted cooling air, the cooling air flowing backward cools the components of the charging
In addition, the cooling air that flows toward the front side among the diverted cooling air is sucked by the
このように上記実施形態によると、冷却水供給管24及び冷却水排出管25を介して外部から制御装置筐体4内に冷却水を供給し、供給された冷却水を、IGBTモジュール21を装着したパワーモジュール用ヒートシンク23に供給することにより、このパワーモジュール用ヒートシンク23によって発熱部品であるIGBTモジュール21を効率良く冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the cooling water is supplied from the outside into the control device casing 4 through the cooling
また、同様に、発熱部品であるコンデンサ22については、専用のコンデンサ冷却部30を設け、このコンデンサ冷却部30で冷却風によって冷却するので、コンデンサ22を効率良く冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。
そして、パワーモジュール用ヒートシンク23では、通水溝23g及び23jの入側に冷却水溜まり23f及び23kが形成されているので、通水溝23g及び23jに対して均等に冷却水を分配することができ、ヒートシンクの温度むらの発生を防止することができる。
Similarly, the
In the power
また、コンデンサ冷却部30では、樋状体31の冷却風通路32内に長手方向に所定間隔を保ってコンデンサ22を挿通し、樋状体31の一端側に冷却水供給管24に接続されたラジエータ35及び空冷ファン36を設けて冷却するので、ラジエータ35では常に一定の冷却効果を発揮することができる。そして、ラジエータ35の後段側に空冷ファン36が配置されているので、ラジエータ35で冷却された冷却風を空冷ファン36で吸引することになり、空冷ファン36が温度の高い空気に晒されることがなく、空冷ファン36の耐久性を向上させることができる。
In the
また、パワーモジュール用ヒートシンク23に多数の通水溝23g及び23jを有することから冷却水の管路抵抗が大きくなり、コンデンサ冷却部30のラジエータ35への冷却水の分岐が流量調整を行うことなくフレキシブルパイプ37aの配管径を調整するだけで容易に行うことができる。
さらに、コンデンサ冷却部30でコンデンサ22を冷却した後の冷却風を、充電装置5を通じてラジエータ35に戻す第1の冷却風循環路を設けたので、充電装置5に対する特別な冷却機構を設けることなく、充電装置5を冷却することができる。
Further, since the
Furthermore, since the first cooling air circulation path for returning the cooling air after cooling the
同様に、コンデンサ冷却部30でコンデンサ22を冷却した後の冷却風を、基板収納部7を通じて充電装置5側に流すようにしているので、基板収納部7でも送風ファン7dは必要とするものの温度を下げるための冷却機構を設けることなく冷却することができる。
さらに、コンデンサ冷却部30でコンデンサ22を冷却した後の冷却風をパワーモジュール用ヒートシンク23の上面側に配置したIGBTモジュール21やゲート駆動装置やインタフェース部を搭載した駆動基板28を通過してラジエータ35に戻る第2の冷却風循環路を設けたので、冷却風によってもIGBTモジュール21や駆動基板28を冷却することができ、これらの冷却効果をより向上させることができる。
Similarly, since the cooling air after cooling the
Further, the cooling air after cooling the
さらに、コンデンサ冷却部30の樋状体31をパワーモジュール用ヒートシンク23に取り付けて樋状体31とパワーモジュール用ヒートシンク23とで囲まれる冷却風通路32を形成しているので、ラジエータ35による冷却風とパワーモジュール用ヒートシンク23の冷気との双方でコンデンサ22を冷却することができ、よりコンデンサの冷却効率を向上させることができる。
また、冷却水供給管24には外部の冷却水供給源26から冷却水を供給するので、制御装置筐体4内を循環する冷却風の温度が外気温度に影響されることはなく、制御装置筐体4内の温度上昇を抑制して、常に効率の良い冷却効果を発揮することができる。
Further, since the bowl-shaped
Further, since the cooling water is supplied to the cooling
なお、上記実施形態においては、冷却媒体として冷却水を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)類とハイドロフルオロカーボン(HFC)類等の代替フロンや、他の冷却気体、冷却液等の冷却媒体を適用することができる。この場合、代替フロンを使用する場合には、空調装置で使用する代替フロンを分岐して使用することもできる。 In the above-described embodiment, the case where the cooling water is applied as the cooling medium has been described. However, the present invention is not limited to this, and alternative fluorocarbons such as hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and hydrofluorocarbons (HFCs) Cooling media such as other cooling gases and cooling liquids can be applied. In this case, when using an alternative chlorofluorocarbon, the alternative chlorofluorocarbon used in the air conditioner can be branched and used.
また、上記実施形態では、電気駆動バスの走行用電動モータのように重負荷駆動用に、IGBTモジュール21を2個一組で使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、通常の電気駆動自動車やハイブリッド自動車に適用する場合に、1相1個のIGBTモジュール21を使用すれば良く、コンデンサ22も3個設ければよい。
また、上記実施形態では、上端を開放した樋状体31を使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上端を閉塞した角筒体を適用することもでき、さらには樋状体31及び筒体の断面形状は方形に限らず任意の形状とすることができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where two
In the above-described embodiment, the case where the bowl-shaped
また、上記実施形態では、制御装置筐体4内に電力変換装置6を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電力変換装置6のみを専用の筐体内に設けることもでき、さらには外側を覆う筐体を省略することもできる。
また、上記実施形態では、パワーモジュールとしてIGBTを内蔵したIGBTモジュールを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、MOSFETや他のパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュールを適用することができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the IGBT module incorporating IGBT was applied as a power module, it is not limited to this, The power module incorporating MOSFET and another power semiconductor element is applied Can do.
また、上記実施形態では、電気駆動バスに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気駆動鉄道車両等の任意の電気駆動車両に本発明を適用することができ、さらに電力変換装置としては電気駆動車両にかぎらず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置を適用することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an electric drive bus has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to an arbitrary electric drive vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and an electric drive railway vehicle. The invention can be applied, and the power conversion device is not limited to an electrically driven vehicle, and the power conversion device of the present invention can be applied when driving an actuator such as an electric motor in other industrial equipment.
1…電気駆動バス、2…蓄電池収納部、3…制御装置、4…制御装置筐体、5…充電装置、6…電力変換装置、7…基板収納部、21…樋状体、23…パワーモジュール用ヒートシンク、23a…冷却供給口、23b…冷却水排出口、23c…仕切板、23d…往路通水路、23e…復路通水路、23f,23h,23i,23k…冷却水溜まり、23g,23j…通水溝、24…冷却水供給管、25…冷却水排出管、26…冷却水供給源、30…コンデンサ冷却部、31…樋状体、32…冷却風通路、33…固定用バンド、35…ラジエータ、36…空冷ファン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric drive bus, 2 ... Storage battery accommodating part, 3 ... Control apparatus, 4 ... Control apparatus housing | casing, 5 ... Charging apparatus, 6 ... Power converter device, 7 ... Board | substrate accommodating part, 21 ... Rod-shaped body, 23 ... Power Module heat sink, 23a ... cooling supply port, 23b ... cooling water discharge port, 23c ... partition plate, 23d ... outward water passage, 23e ... return water passage, 23f, 23h, 23i, 23k ... cooling water reservoir, 23g, 23j ... through Water groove, 24 ... cooling water supply pipe, 25 ... cooling water discharge pipe, 26 ... cooling water supply source, 30 ... condenser cooling section, 31 ... saddle-like body, 32 ... cooling air passage, 33 ... fixing band, 35 ... Radiator, 36 ... Air cooling fan
Claims (8)
直流電力を平滑化する複数のコンデンサと、
を備えた電力変換装置であって、
前記パワーモジュールを装着したパワーモジュール用ヒートシンクと、
該パワーモジュール用ヒートシンクに固定された前記コンデンサを装着して冷風で冷却するコンデンサ用冷却部と
を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A power module that has a switching element and converts DC power into polyphase AC power;
A plurality of capacitors for smoothing DC power;
A power conversion device comprising:
A heat sink for a power module equipped with the power module;
A power conversion device comprising: a capacitor cooling section that mounts the capacitor fixed to the power module heat sink and cools it with cold air.
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