JP2012244755A - パワーコントロールユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電圧変換器の内部における温度上昇の抑制を図る構造を備えるパワーコントロールユニットを提供する。
【解決手段】電圧変換器筐体１４０Ａの外表面に設けられ、電圧変換器１４０が電気的に接続される電圧変換器端子領域２００と、インバータ筐体１２０Ａの外表面に設けられる中継端子領域４００と、電圧変換器端子領域２００と中継端子領域４００とを電気的に接続するバスバー３００とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、パワーコントロールユニットの構造に関する。

たとえば、ハイブリッド（ＨＶ）車両に用いられるパワーコントロールユニットは、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）、インバータ、コンデンサ、および電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の機器を有する。これらの機器は、それぞれの機器が筐体に収容され、これらの筐体が積層されることで、パワーコントロールユニットとして一つの筐体を構成する。

インバータを含むインバータ筐体には、インバータの発熱量が多いため、インバータを冷却するための冷却機構が設けられる。また、電圧変換器は、多くの電子部品が実装された回路基板を有し、電子部品からの発熱も大きいため、効率良く電圧変換器を冷却する必要がある。

特許文献１（特開２０１０−０２２１６１号公報）、特許文献２（特開２００９−２９１０４４号公報）、特許文献３（特開２００７−３２９２３０号公報）、および特許文献４（特開２００５−２７８２７７号公報）には、電気接続箱、電子回路装置、および電動機に関する冷却構造が開示されている。

特開２０１０−０２２１６１号公報 特開２００９−２９１０４４号公報 特開２００７−３２９２３０号公報 特開２００５−２７８２７７号公報

近年、パワーコントロールユニットにおいて、電圧変換器の構成部品であるトランスの巻き線、チョークコイルの巻き線からの発熱による、電圧変換器を収容する筐体の内部における温度上昇を抑制する必要が生じている。

この発明は上記課題を解決することを目的とし、電圧変換器の内部における温度上昇の抑制を図る構造を備えるパワーコントロールユニットを提供することにある。

この発明に基づいたパワーコントロールユニットにおいては、内部に電圧変換器を含む電圧変換器筐体と、内部にインバータを含むとともに上記インバータの冷却機構を含むインバータ筐体とを備えるパワーコントロールユニットであって、上記電圧変換器筐体の外表面に設けられ、上記電圧変換器が電気的に接続される電圧変換器端子領域と、上記インバータ筐体の外表面に設けられる中継端子領域と、上記電圧変換器端子領域と上記中継端子領域とを電気的に接続するバスバーとを備える。

他の形態において、上記バスバーには、線材として棒材が用いられ、上記バスバーの両端部には、上記線材を板状に押し潰した端子部が形成されている。

他の形態において、上記中継端子領域は、上記バスバーの一端および外部ケーブルの一端を電気的に接続する中継プレートと、上記中継プレートと上記インバータ筐体の外表面との間を電気的に絶縁する絶縁構造とを含む。

他の形態において、内部にコンデンサを含むコンデンサ筐体をさらに備え、上記電圧変換器筐体と上記インバータ筐体との間に、上記コンデンサ筐体が設けられている。

他の形態において、当該パワーコントロールユニットを車両に搭載した場合に、上記車両の前側に向く上記インバータ筐体の上記外表面に上記中継端子領域が設けられている。

この発明に基づいたパワーコントロールユニットによれば、電圧変換器の内部における温度上昇の抑制を図ることが可能となる。

車両の平面構造を示す概略図である。 図１中の矢印Ａ矢視におけるパワーコントロールユニットの斜視図である。 本実施の形態のパワーコントロールユニットに用いられるバスバーの端部構造を示す図である。 本実施の形態のパワーコントロールユニットの電圧変換器端子領域の内部構造を示す断面図である。 本実施の形態のパワーコントロールユニットの中継端子領域の内部構造を示す断面図である。 本実施の形態のパワーコントロールユニットの中継端子領域の他の内部構造を示す断面図である。

本発明に基づいた実施の形態におけるパワーコントロールユニットの構造について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

まず、図１および図２を参照して、ハイブリッド（ＨＶ）車両に用いられるパワーコントロールユニット回りの概略構造について説明する。なお、図１は、車両の平面構造を示す概略図、図２は、図１中の矢印Ａ矢視におけるパワーコントロールユニット１００の斜視図である。

図１を参照して、ハイブリッド（ＨＶ）車両１において、車両１の前側にエンジン１０およびトランスアクスル２０が配置される。トランスアクスル２０は、モータジェネレータ（ＭＧ１,ＭＧ２）等を含む。モータジェネレータ（ＭＧ１．ＭＧ２）等は、パワーコントロールユニット１００に接続されている。パワーコントロールユニット１００には、車両１の後側に配置されたＨＶバッテリ５０からパワーケーブル４０を通じて電力が供給される。

図２を参照して、パワーコントロールユニット１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１０、インバータ１２０、コンデンサ１３０、および電圧変換器（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータと称する）１４０を有する。これらの各機器は、それぞれの機器が、ＥＣＵ筐体１１０Ａ、インバータ筐体１２０Ａ、コンデンサ筐体１３０Ａ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａの内部に収容され、それぞれの筐体が積層されることで、パワーコントロールユニット１００として一つの筐体を構成する。

インバータ筐体１２０Ａの内部には、インバータ１２０の発熱量が多いため、インバータ１２０を冷却するための冷却機構（図示省略）が設けられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａの外表面において、本実施の形態では、車両１の進行方向から見て側面側に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が外部電子機器と電気的に接続される電圧変換器端子領域２００が設けられている。

インバータ筐体１２０Ａの外表面において、本実施の形態では、車両１の進行方向から見て前面側に、中継端子領域４００が設けられている。

電圧変換器端子領域２００と中継端子領域４００とは、パワーコントロールユニット１００の外表面に沿って回り込むように、バスバー３００により電気的に接続されている。また、中継端子領域４００には、外部電子機器（たとえば、リレーボックス）と電気的に接続される外部ケーブル５００の一端が接続されている。

（バスバー３００の構造）
次に、図３を参照して、バスバー３００の構造について説明する。図３は、パワーコントロールユニット１００に用いられるバスバー３００の端部構造を示す図である。本実施の形態におけるバスバー３００の線材には、中実の丸棒３０１が用いられている。丸棒３０１には、たとえば、直径約６ｍｍ程度の銅丸棒が用いられる。丸棒３０１の表面は、樹脂製の絶縁皮膜３０２で覆われている。なお、丸棒に限らず、棒材であれば断面が矩形であってもかまわない。

バスバー３００の両端部には、端子部３０１ａが形成されている。両端部に設けられる端子部３０１ａの形状は同じであるため、一方端側の端子部３０１ａの構造のみを、図３に示している。

端子部３０１ａは、丸棒３０１の線材を板状に押し潰した矩形形状を有している。端子部３０１ａの略中央部には、端子台側に固定する際に用いることのできるボルト孔３０１ｈが開口されている。

（電圧変換器端子領域２００）
次に、図４を参照して、電圧変換器端子領域２００の構造について説明する。図４は、パワーコントロールユニット１００に用いられる電圧変換器端子領域２００の内部構造を示す断面図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の構成機器であるトランス、チョークコイル等が実装された回路基板１４１に、ボルト１４３を用いてアルミ製の端子台１４２が固定されている。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａの材料には、放熱性能を高めるとともに、接地電位を印加する目的からアルミが用いられている。このため、端子台１４２とＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａとの間は、樹脂製のスペーサ２０４を用いて絶縁されている。スペーサ２０４には、熱伝導および電気絶縁に優れた樹脂材料を用いることが好ましい。たとえば、ＰＢＴ（ＰＢＴ：ポリブチレンテレフタレート）樹脂を用いると良い。

端子台１４２には、ボルト２０２およびワッシャ２０３を用いて、バスバー３００の一端側の端子部３０１ａが電気的に接続するように連結されている。また、電圧変換器端子領域２００は、スペーサ２０４から露出する端子台１４２、端子部３０１ａおよびボルト２０２を覆うように樹脂製のカバー２０１を有している。

（中継端子領域４００）
次に、図５を参照して、中継端子領域４００の構造について説明する。図５は、パワーコントロールユニット１００に用いられる中継端子領域４００の内部構造を示す断面図である。なお、図示は省略しているが、本実施の形態におけるインバータ筐体１２０Ａの内部には、水冷の冷却機構が内蔵されている。

この中継端子領域４００には、中継端子ケース４０１が、インバータ筐体１２０Ａに対して、ボルト４１０およびワッシャ４１１を用いて固定されている。ボルト４１０と中継端子ケース４０１との間には、絶縁スペーサ４１２が内装されている。

中継端子ケース４０１は、バスバー３００の他端側の端子部３０１ａを電気的に接続する第１端子ボルト４０２と、外部ケーブル５００の一端側に設けられた端子部５０１ａを電気的に接続する第２端子ボルト４０５とが収容されている。第１端子ボルト４０２には、ナット４０３を用いて端子部３０１ａと連結バー４０４とが共締めされている。第２端子ボルト４０５には、ナット４０６を用いて端子部５０１ａと連結バー４０４とが共締めされている。これにより、バスバー３００と外部ケーブル５００とが電気的に接続されることになる。

また、中継端子ケース４０１は、第１端子ボルト４０２、第２端子ボルト４０５、端子部３０１ａ，５０１ａ、連結バー４０４、およびナット４０３，４０５を覆うように樹脂製のカバー４１０を有している。

また、中継端子ケース４０１のインバータ筐体１２０Ａに対向する面と、インバータ筐体１２０Ａの表面との間には、絶縁部材６００が設けられている。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａと同様に、インバータ筐体１２０Ａには、放熱性能を高めるとともに、接地電位を印加する目的からアルミ材料が用いられている。

このため、１２Ｖの電圧が印加される第１端子ボルト４０２および第２端子ボルト４０５とインバータ筐体１２０Ａとの間の絶縁性能をより高めるためである。なお、中継端子ケース４０１、絶縁スペーサ４１２、および、絶縁部材６００には、熱伝導および電気絶縁に優れた樹脂材料を用いることが好ましい。たとえば、ＰＢＴ（ＰＢＴ：ポリブチレンテレフタレート）樹脂を用いると良い。

なお、絶縁部材６００に代わり、中継端子ケース４０１のインバータ筐体１２０Ａに対向する面の樹脂厚さを、他の領域に比べ厚くすることで、中継端子ケース４０１のインバータ筐体１２０Ａに対向する面の絶縁性能および熱伝導性能を高めることも可能である。

また、中継端子ケース４０１のみで、絶縁性能および熱伝導性能が十分である場合には、図６の他の内部構造の断面図に示すように、絶縁部材６００を設けず、中継端子ケース４０１のインバータ筐体１２０Ａに対向する面とインバータ筐体１２０Ａとの間に隙間を設ける構成を採用することも可能である。

このように本実施の形態におけるパワーコントロールユニット１００によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ筐体１４０Ａの外表面には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０が外部電子機器と電気的に接続される電圧変換器端子領域２００が設けられ、インバータ筐体１２０Ａの外表面には、中継端子領域４００が設けられ、電圧変換器端子領域２００と中継端子領域４００とは、バスバー３００により電気的に接続されている。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０により発生した熱は、電圧変換器端子領域２００を通じてバスバー３００に放熱されることになる。また、バスバー３００は、インバータ筐体１２０Ａの外表面に設けられた中継端子領域４００に接続されている。インバータ筐体１２０Ａは、内部に設けられた冷却機構により冷却されていることから、バスバー３００に伝熱したＤＣ／ＤＣコンバータ１４０の熱も、中継端子領域４００において冷却されることになる。

これにより、バスバー３００を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ１４０により発生した熱をインバータ筐体１２０Ａを用いて効率良く冷却することが可能となる。また、バスバー３００の丸棒３０１に銅丸棒を用いることで熱伝導が促進される。さらに、端子部３０１ａを丸棒３０１の線材を板状に押し潰した一体構造であるため、端子部３０１ａと丸棒３０１との熱伝導の損失を小さくすることを可能としている。

また、本実施の形態におけるパワーコントロールユニット１００において、電圧変換器端子領域２００を車両１の進行方向から見て側面側に設け、中継端子領域４００を、車両１の進行方向から見て前面側に設けている。これにより、バスバー３００の引き回し距離を短くすることができ、熱伝導の促進、および、配線における電力損失の最小化を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、２０ トランスアクスル、４０ パワーケーブル、５０ バッテリ、１００ パワーコントロールユニット、１１０Ａ 筐体、１２０ インバータ、１２０Ａ インバータ筐体、１３０ コンデンサ、１３０Ａ コンデンサ筐体、１４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４０Ａ コンバータ筐体、１４１ 回路基板、１４２ 端子台、１４３，２０２，４１０ ボルト、２００ 電圧変換器端子領域、２０１，４１０ カバー、２０３，４１１ ワッシャ、２０４ スペーサ、３００ バスバー、３０１ 丸棒、３０１ａ，５０１ａ 端子部、３０１ｈ ボルト孔、３０２ 絶縁皮膜、４００ 中継端子領域、４０１ 中継端子ケース、４０２ 第１端子ボルト、４０３，４０５，４０６ ナット、４０４ 連結バー、４０５ 第２端子ボルト、４１２ 絶縁スペーサ、５００ 外部ケーブル、６００ 絶縁部材。

Claims (5)

1. 内部に電圧変換器を含む電圧変換器筐体と、内部にインバータを含むとともに前記インバータの冷却機構を含むインバータ筐体とを備えるパワーコントロールユニットであって、
   前記電圧変換器筐体の外表面に設けられ、前記電圧変換器が電気的に接続される電圧変換器端子領域と、
   前記インバータ筐体の外表面に設けられる中継端子領域と、
   前記電圧変換器端子領域と前記中継端子領域とを電気的に接続するバスバーと、
   を備えるパワーコントロールユニット。
2. 前記バスバーには、線材として棒材が用いられ、
   前記バスバーの両端部には、前記線材を板状に押し潰した端子部が形成されている、請求項１に記載のパワーコントロールユニット。
3. 前記中継端子領域は、
   前記バスバーの一端および外部ケーブルの一端を電気的に接続する中継プレートと、
   前記中継プレートと前記インバータ筐体の外表面との間を電気的に絶縁する絶縁構造と、を含む請求項１または２に記載のパワーコントロールユニット。
4. 内部にコンデンサを含むコンデンサ筐体をさらに備え、
   前記電圧変換器筐体と前記インバータ筐体との間に、前記コンデンサ筐体が設けられている、請求項１から３のいずれかに記載のパワーコントロールユニット。
5. 当該パワーコントロールユニットを車両に搭載した場合に、
   前記車両の前側に向く前記インバータ筐体の前記外表面に前記中継端子領域が設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のパワーコントロールユニット。

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