JP2014168010A - 冷却流路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軽量な電力変換装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る電力変換装置８は、電力変換モジュール３０と、前記電力変換モジュール３０を搭載する筐体１０と、前記筐体１０における外壁との間で冷却流路を成形する冷却流路カバー８０とを備える。電力変換モジュール３０は、内部に生じた熱を放出する放熱フィン３７を有する。筐体１０は、電力変換モジュール３０を内部に搭載するための取付部１８と、放熱フィン３７を冷却流路に突出させるための冷却用開孔１６とを有する。冷却流路カバー８０は、筐体１０の外壁に接合されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置に形成した冷却流路構造に関する。

環境悪化の防止や、エネルギー事情等の諸問題に鑑み、化石燃料を用いた車両から、電気自動車やハイブリッド車への移行が検討されている。電気自動車やハイブリッド車においては、電力変換装置及び周辺機器の小型化や軽量化が望まれている。

特許文献１は、パワーモジュールの冷却性能を向上させるための発明を、開示している。特許文献１に記載されている電力変換装置では、冷却流路内において、冷却媒体をパワーモジュールの冷却フィン群へと導くための流路制御部を配置している。

特許文献１に記載されている電力変換装置によれば、パワーモジュールの冷却能力を向上させることができるので、冷却装置とパワーモジュールの小型化に貢献するとしている。また、パワーモジュールの冷却能力の向上により、電力用パワー半導体のサイズを小さくすることができ、低コスト化に貢献するとしている。

特開２０１２−２９５３９号公報

本発明の目的は、小型で軽量な電力変換装置を提供することを目的としている。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による電力変換装置（８）は、電力変換モジュール（３０）と、前記電力変換モジュール（３０）を搭載する筐体（１０）と、前記筐体（１０）における外壁との間で冷却流路を成形する冷却流路カバー（８０）とを備える。前記電力変換モジュール（３０）は、内部に生じた熱を放出する放熱フィン（３７）を有する。前記筐体（１０）は、前記電力変換モジュール（３０）を内部に搭載するための取付部（１８）と、前記放熱フィン（３７）を前記冷却流路に突出させるための冷却用開孔（１６）とを有する。前記冷却流路カバー（８０）は、前記筐体（１０）の外壁に、接合により固定されている。

前記冷却流路カバー（８０）は、樹脂による一次成形品で形成されると共に、樹脂による二次成形部（８９）により、前記筐体（１０）の外壁に接合されている。

前記筐体（１０）は、上部に筐体開口（１２）を有する枡形の形状に形成されている。前記冷却用開孔（１６）は、前記枡形の形状の内底部（１３）に開設されている。前記冷却流路カバー（８０）は、前記枡形の形状の外底部に接合されている。

前記冷却流路カバー（８０）に、冷却媒体を流入、又は流出させる冷却用ユニオン（８１）を形成した。

前記冷却流路カバー（８０）は、前記放熱フィン（３７）が突出している部位において、冷却流路を狭めた狭流路（８２Ｌ）を形成するための、狭流路形成部（８０Ｌ）を有する。

前記狭流路（８２Ｌ）に隣接する冷却流路に、冷却媒体を一時的に貯留しておく貯留路（８２Ａ、８２Ｂ）を形成するための、膨出部（８０Ａ、８０Ｂ）を有する。

前記狭流路（８２Ｌ）の流入部又は流出部に、前記筐体（１０）の外壁及び冷却媒体の流線に対して４５度乃至９０度の角度に形成した貯留壁（８０ＡＷ、８０ＢＷ）を有する。

前記放熱フィン（３７）は、前記電力変換モジュール（３０）に一体型に形成されている。

本発明による電力変換装置８の製造方法は、電力変換モジュール（３０）を搭載する筐体（１０）を成形する工程と、前記電力変換モジュール（３０）に対して冷却を行う冷却流路が形成された、冷却流路カバー（８０）を一次成形する工程と、前記筐体（１０）における前記冷却流路カバー（８０）の接合部に、接合溝（１０Ａ）を形成する工程と、前記接合溝（１０Ａ）と前記冷却流路カバー（８０）とを、二次成形部（８９）により接合する工程とを含む。

本発明によれば、小型で軽量な電力変換装置を提供することができる。

図１は、電力変換装置の全体構成を説明する分解斜視図である。 図２は、電力変換装置の全体構成を説明する分解斜視図である。 図３は、電力変換装置のスイッチング部周辺の回路図である。 図４は、バスバーアッセンブリを斜下方から観察した斜視図である。 図５は、電力変換装置を斜め下方から観察した外観の斜視図である 図６は、冷却流路カバー単体を斜上方から観察した斜視図である。 図７は、図５に示すＡ−Ａ矢視断面図である。

添付図面を参照して、電力変換装置に形成した冷却流路構造の実施例について以下に説明する。

（全体構成）
先ず、図１、図２及び図３を参照して、電力変換装置８の全体構成について説明する。電力変換装置８は、筐体１０に収容される電力変換モジュール３０と、バスバーアッセンブリ４０と、電流センサユニット６６と、制御基板７０（図１参照）と、キャパシタモジュール１００（図２参照）とを備えている。また、筐体１０の外壁には、冷却流路カバー８０と、交流コネクタ１３１、直流コネクタ１３２及び制御コネクタ１３８が取り付けられている（図２参照）。

図３を参照して、電力変換モジュール３０は、スイッチング素子３４を収容するアッセンブリである。電力変換モジュール３０は、直流を三相交流に変換、又は三相交流を直流に変換するモジュールである。

図１及び図３を参照して、電流センサユニット６６は、電力変換モジュール３０から出力されるＵ、Ｖ、Ｗの各相の電流を検出する。

図１及び図３を参照して、制御基板７０は、電力変換モジュール３０におけるスイッチング素子３４に対してスイッチング動作の制御を行う。

図２及び図３を参照して、キャパシタモジュール１００は、キャパシタ１１０等を収容するモジュールである。

図１、図２及び図４を参照して、バスバーアッセンブリ４０は、直流バスバー４２と交流バスバー４１とを、絶縁基材４８を用いて異種材一体成形により構成したものである。交流バスバー４１は、電力変換モジュール３０と、交流コネクタ１３１との間を接続する。直流バスバー４２は、電力変換モジュール３０と、直流コネクタ１３２との間を接続する。

（筐体１０の説明）
次に、図１及び図２を参照して、筐体１０の構成について説明する。なお、電力変換装置８のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向について、図１及び図２に示すように直交座標系を用いて説明する。ここで、筐体開口１２が存在する方向を、電力変換装置８の上方向と定義すると共に、＋Ｚ方向と定義する。そして、内底部１３が存在する方向を、下方向と定義すると共に、−Ｚ方向と定義する。また図１及び図２において、筐体１０の側壁は、内部の構成を説明する目的で、一部を切除して表している。

筐体１０は、上部に筐体開口１２を有する枡形の形状を有する。図２を参照して、筐体１０の側壁には、回転電機と結線するための交流コネクタ１３１と、電池や発電機等の電源と結線するための直流コネクタ１３２とを備えている。筐体１０の側壁には、電源をポンプや空調機器等の補器に供給する補器コネクタ１３６を備えている。この補器コネクタ１３６に対して供給される電源には、直流コネクタ１３２から供給される電源を用いる。また、筐体１０の側壁には、電力変換モジュール３０を制御する信号の入出力を行う制御コネクタ１３８を備えている。

図２を参照して、直流コネクタ１３２から供給される電源は、バスバーアッセンブリ４０を経由して、電力変換モジュール３０と、キャパシタモジュール１００とに供給される。このうち、キャパシタモジュール１００に供給された電源は、キャパシタモジュール１００に形成されている正極分岐端子１０４、ヒューズ１４０、及び正極補器端子１０３Ｐと、負極分岐端子１０５Ｎとを経由して、補器コネクタ１３６の補器端子１３７にも供給される。

筐体１０の外底部には、電力変換モジュール３０の放熱フィン３７（図７参照）を冷却するための、液体の冷却流路を形成する冷却流路カバー８０が、接合により取り付けてある。

図２を参照して、冷却流路カバー８０には、冷却用の媒体の供給と排出とを行うための冷却用ユニオン８１が形成されている。冷却用ユニオン８１を形成する方向は、同図に示すＹ方向に限定するものではなく、仕様や用途に応じて他の方向に向けて形成することができる。筐体１０の外底部と冷却流路カバー８０とで形成される外底部の空間には、冷却媒体を還流させるための冷却流路が形成されている。

図１を参照して、筐体１０の内底部１３には、電力変換モジュール３０の下面に形成されている放熱フィン３７（図７参照）を、冷却流路に露出させるための、冷却用開孔１６が開設されている。内底部１３に開設されている冷却用開孔１６の周囲には、冷却流路の水密性を保つパッキン２０を配設するための、パッキン溝２４が形成されている。

筐体１０の内底部１３には、螺子９８を用いて電力変換モジュール３０を取り付けるための、取付部１８が形成されている。筐体１０の内部には、螺子９９を用いてバスバーアッセンブリ４０を取り付けるための、取付部１９が形成されている。

図２を参照して、筐体１０の内部には、螺子９７を用いてキャパシタモジュール１００を取り付けるための取付部１７が形成されている。筐体１０の内部には、螺子９５を用いて上カバー８４を取り付けるための、取付部１５が形成されている。

図２を参照して、筐体１０の側壁には、キャパシタモジュール１００の正極入力端子１０２Ｐ及び負極入力端子１０２Ｎをそれぞれ締結する際の、キャパシタ端子用貫通孔１１を開設してある。これにより、キャパシタ用端子４２ＦＰ、４２ＦＮに対する、キャパシタ端子孔１０１Ｐ、１０１Ｎの取付作業が容易となる。なお、キャパシタ用端子４２ＦＰ、４２ＦＮと、キャパシタ端子孔１０１Ｐ、１０１Ｎとの取付作業が終了した後には、キャパシタ端子用貫通孔１１を塞ぐための、キャパシタ端子カバー１０８を、筐体１０の側壁に取り付ける。なお、２つの正極入力端子１０２Ｐ及び負極入力端子１０２Ｎを総称して、入力端子１０２と定義する。また、２つのキャパシタ用端子４２ＦＰ、４２ＦＮを総称して、キャパシタ用端子４２Ｆと定義する。

筐体１０における筐体開口１２側の上部端面には、上カバー８４との間で水密性を保つ上カバーパッキン２１を配設するための、パッキン溝２２が形成されている。

（電力変換モジュール３０の説明）
次に、電力変換モジュール３０の構成について図を参照して説明する。図３を参照して、電力変換モジュール３０には、ＩＧＢＴ(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子３４と、正極用のスイッチング素子３４に電流を供給する母線３５と、負極用のスイッチング素子３４から電流を回収する負極の母線３６とが配置されている。母線３５及び母線３６は、それぞれ直流端子３２及びキャパシタ用端子４２Ｆに接続されている。正極用及び負極用のスイッチング素子３４の直列接続点（三相交流点Ｕ、Ｖ、Ｗ）は、それぞれ交流端子３１に接続されている。

電力変換モジュール３０には、ドライブ基板３９が配置されている。ドライブ基板３９は、制御ケーブル２３を介してＰＷＭ信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ、／Ｕ、／Ｖ、／Ｗ）を制御基板７０から入力し、三相交流点Ｕ、Ｖ、Ｗの電圧を参酌して、スイッチング素子３４のゲート駆動信号を出力する。また、電力変換モジュール３０からは、温度検出信号（図示せず。）が、制御ケーブル２３を介して、制御基板７０に出力される。

図１を参照して、電力変換モジュール３０の上部には、交流端子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗと、直流端子３２Ｐ、３２Ｎとが形成されている。交流端子３１Ｕ、交流端子３１Ｖ、及び交流端子３１Ｗを総称して、交流端子３１と定義する。また、直流端子３２Ｐ及び直流端子３２Ｎを総称して、直流端子３２と定義する。

電力変換モジュール３０には、螺子９８を用いて内底部１３の取付部１８に対して取り付けるための、取付孔３８が開設されている。電力変換モジュール３０の上面には、制御基板７０との間で結線する制御ケーブル２３を接続するための、制御用コネクタ３３が配置されている。

電力変換モジュール３０の下面（−Ｚ方向）には、電力変換モジュール３０の内部に生じた熱を放出する放熱フィン３７が、一体型に形成されている。従来の電力変換モジュールの放熱部は、平面に形成されていたために、予め筐体の内底部を平面に加工しておき、熱伝導用のグリスを塗布してから、絶縁処理等を行った後に、電力変換モジュールを筐体の内底部や放熱板に取り付ける作業が必要となっていた。

図１及び図７に示す実施形態では、電力変換モジュール３０の放熱部には、既に冷却フィンが一体型に形成されているので、筐体１０の内底部１３を平面に加工するためのコストの低減と、熱伝導用のグリスを塗布する作業等が不要となり、組立の容易化と、電力変換装置８のコストダウンを図ることができる。

また、冷却フィンが一体型に形成されている電力変換モジュール３０を用いることによって、スイッチング素子３４から放熱フィン３７までの熱抵抗を減少させることができる。これにより、小型でありながら、取り扱う電力量の大きな電力変換装置８を提供することができる。

（バスバーアッセンブリ４０の説明）
図１及び図４を参照して、バスバーアッセンブリ４０の構成について説明する。バスバーアッセンブリ４０は、筐体１０の内底部１３に取り付けられている電力変換モジュール３０に対して、筐体開口１２の側から電力変換モジュール３０の上方に被せて、結線と取り付けとを行うものである。

図１及び図２を参照して、バスバーアッセンブリ４０は、３個の独立した交流バスバー４１と、２個の独立した直流バスバー４２とを備えている。３個の交流バスバー４１は、電力変換モジュール３０に形成されている交流端子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗと、交流コネクタ１３１に成形されているコネクタ交流端子１３１ＣＵ、１３１ＣＶ、１３１ＣＷとを、それぞれ結線する。

２個の直流バスバー４２は、電力変換モジュール３０に形成されている直流端子３２Ｐ、３２Ｎと、直流コネクタ１３２に成形されているコネクタ直流端子１３２ＣＰ、１３２ＣＮとを、それぞれ結線する。

図１を参照して、バスバーアッセンブリ４０には、筐体１０に形成されている取付部１９に対して、螺子９９を用いて取り付けるための取付部４９が形成されている。

図１及び図４を参照して、バスバーアッセンブリ４０には、電流センサユニット６６を、下方から螺子９４を用いて取り付けるための、取付部４４が形成されている。

図１を参照して、バスバーアッセンブリ４０には、放電抵抗６０を、上方から螺子９３を用いて取り付けるための、取付部４３が形成されている。また、バスバーアッセンブリ４０には、制御基板７０及びシールドプレート２７を、上方から螺子９６を用いて取り付けるための、取付部４６が形成されている。

バスバーアッセンブリ４０の上面には、位置決ピン４５を立設させてある。位置決ピン４５は、制御基板７０及びシールドプレート２７に形成されている、位置決用開孔２５、７５に挿通させて位置決めを行うものである。

バスバーアッセンブリ４０の絶縁基材４８には、放電抵抗６０を収容する放電抵抗収容部６２が開設されている。また、バスバーアッセンブリ４０の絶縁基材天板４８Ｔには、下方に配置されている電力変換モジュール３０から、上方に配置されている制御基板７０に対して接続する、制御ケーブル２３を挿通するための、ケーブル貫通孔５１が開設されている。

バスバーアッセンブリ４０の絶縁基材天板４８Ｔには、電流センサユニット６６から延出している電流センサケーブル６７及びそのコネクタを、下方から上方に向けて挿通するための、ケーブル貫通孔５６が開設されている。また、バスバーアッセンブリ４０の絶縁基材天板４８Ｔには、螺子９１を用いて螺合作業を行う際に、螺子９１及び接続工具を挿通させるための螺合貫通孔５０が開設されている。

バスバーアッセンブリ４０におけるキャパシタ用端子４２Ｆを、筐体１０の筐体内壁１４に対して平行に形成することによって、キャパシタモジュール１００に内蔵したキャパシタの容量を確保しつつ、電力変換装置８のＸ−Ｙ平面内における投影面積を少なくして、電力変換装置８の小型化と、省スペース化を図り、軽量化を実現している（図２参照）。

交流バスバー４１の交流接続部４１ＴＵ、４１ＴＶ、４１ＴＷ（図４参照）と、電力変換モジュール３０の交流端子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ（図１参照）とは、それぞれ螺子９１を用いて、筐体開口１２側から接続する。また、交流バスバー４１の交流接続部４１ＣＵ、４１ＣＶ、４１ＣＷと、コネクタ交流端子１３１ＣＵ、１３１ＣＶ、１３１ＣＷとは、それぞれ螺子９１を用いて、筐体開口１２側から接続する（図２参照）。交流バスバー４１における交流接続部４１ＴＵ、交流接続部４１ＴＶ、及び交流接続部４１ＴＷを総称して、交流接続部４１Ｔと定義する。また、交流接続部４１ＣＵ、交流接続部４１ＣＶ、及び交流接続部４１ＣＷを総称して、交流接続部４１Ｃと定義する。

直流端子３２Ｐ、３２Ｎと、直流バスバー４２に形成されている直流接続部４２ＴＰ、４２ＴＮ（図２参照）とは、それぞれ螺子９１を用いて、筐体開口１２側から接続する。コネクタ直流端子１３２ＣＰ、１３２ＣＮと、直流バスバー４２に成形されている直流接続部４２ＣＰ、４２ＣＮとは、それぞれ螺子９１を用いて、筐体開口１２側から接続する（図２参照）。直流接続部４２ＣＰ、及び直流接続部４２ＣＮを総称して、直流接続部４２Ｃと定義する。直流接続部４２ＴＰ及び直流接続部４２ＴＮを総称して、直流接続部４２Ｔと定義する。

図４を参照して、絶縁基材天板４８Ｔには、螺子９１を用いて螺合作業を行う際に、螺子９１及び接続工具を挿通させるための螺合貫通孔５０を開設してある。これにより、バスバーアッセンブリ４０の上方から、直流接続部４２Ｔ及び交流接続部４１Ｔに対して、作業を行うことが可能となる。

図４を参照して、交流バスバー４１の交流接続部４１Ｔは、バスバーアッセンブリ４０における絶縁基材４８の内壁から、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相の交流バスバー４１をそれぞれ延出させて形成してある。絶縁基材４８の内壁から交流接続部４１Ｔまでの間には、電流センサユニット６６（図１参照）に形成されている電流検出開孔６８に挿通するための、導体延出部５８を形成してある。

図４に示すように、バスバーアッセンブリ４０における交流接続部４１Ｃ、及び直流接続部４２Ｃの延出基部には、交流バスバー４１及び直流バスバー４２の周囲を覆う絶縁基材延出部４８Ｅを形成してある。

（電流センサユニット６６の説明）
電流センサユニット６６には、それぞれの交流バスバー４１の導体延出部５８（図４参照）を挿通させるための、電流検出開孔６８Ｕ、６８Ｖ、６８Ｗが開設されている。電流検出開孔６８Ｕ、６８Ｖ、６８Ｗは、カレントトランスを用いて、それぞれの交流バスバー４１に流れる電流を測定するための開孔である。

電流センサユニット６６からは、制御基板７０に対して接続するための、電流センサケーブル６７及びそのコネクタが延出している。電流センサユニット６６には、螺子９４を用いてバスバーアッセンブリ４０に取り付けるための、取付部６４が形成されている。電流センサユニット６６は、バスバーアッセンブリ４０を筐体１０及び電力変換モジュール３０に対して取り付ける前の工程で、予めバスバーアッセンブリ４０に対して取り付けておく。

（放電抵抗６０の説明）
図１を参照して、放電抵抗６０には、キャパシタモジュール１００の負極分岐端子１０５Ｎ及び正極端子１０５Ｐと結線するための、放電抵抗端子６１が形成されている。また、放電抵抗６０には、バスバーアッセンブリ４０に取り付けるための、取付部６３が形成されている。

（シールドプレート２７の説明）
図１を参照して、シールドプレート２７は、交流バスバー４１及び直流バスバー４２から、制御基板７０に向けて放射されるノイズを遮蔽するためのものである。シールドプレート２７には、螺子９６を挿通させて、バスバーアッセンブリ４０の取付部４６に対して取り付けるための取付部２６を形成してある。また、シールドプレート２７には、位置決ピン４５を挿通して位置決めを行うための、位置決用開孔２５を成形してある。

（制御基板７０の説明）
図１を参照して、制御基板７０には、螺子９６を挿通させて、バスバーアッセンブリ４０の取付部４６に対して取り付けるための取付部７６を形成してある。また、制御基板７０には、位置決ピン４５を挿通して位置決めを行うための、位置決用開孔７５を成形してある。

制御基板７０には、制御ケーブル２３を接続する制御用コネクタ７３が配置されている。また、制御基板７０には、電流センサユニット６６から延出している電流センサケーブル６７を接続する、電流センサ用コネクタ７７が配置されている。

（キャパシタモジュール１００の説明）
図２及び図３を用いて、キャパシタモジュール１００の内部構成例について説明する。先ず、図３の回路図に示すように、キャパシタモジュール１００には、電荷を蓄積するキャパシタ１１０、及び２つのＹキャパシタ１１１が実装されている。キャパシタモジュール１００は、単にキャパシタ１１０及びＹキャパシタ１１１を実装しているだけでなく、直流電源を分岐して外部の補器に出力するジャンクション機能を有している。

図３を参照して、キャパシタモジュール１００内では、正極の入力端子１０２（Ｐ）と複数の正極補器端子１０３Ｐとが導通している。また、負極の入力端子１０２（Ｎ）と複数の負極分岐端子１０５Ｎとが導通している。

図２を参照して、電源入力側の正極入力端子１０２Ｐは、バスバーアッセンブリ４０のキャパシタ用端子４２ＦＰ及び直流接続部４２ＣＰを介して、直流コネクタ１３２のコネクタ直流端子１３２ＣＰに接続されている。同様に、負極入力端子１０２Ｎは、バスバーアッセンブリ４０のキャパシタ用端子４２ＦＮ及び直流接続部４２ＣＮを介して、直流コネクタ１３２のコネクタ直流端子１３２ＣＮに接続されている。

一方の電源出力側の複数の補器端子１３７は、それぞれの正極補器端子１０３Ｐ、及び複数の負極分岐端子１０５Ｎと接続される。よって、直流コネクタ１３２から入力した直流電源を、補器コネクタ１３６に分岐して出力することができる。

図２及び図３に示すキャパシタモジュール１００では、補器コネクタ１３６に出力する電源の途中に、所定の定格以上の大電流を遮断するヒューズ１４０を配置している。このキャパシタモジュール１００の内部における結線の構成について説明する。

正極分岐端子１０４（図２及び図３参照）は、ヒューズ１４０、正極補器端子１０３Ｐ、補器端子１３７及び補器コネクタ１３６を介して、外部の補器等の正極に接続するための端子である。複数の負極分岐端子１０５Ｎは、補器端子１３７及び補器コネクタ１３６を介して、外部の補器等の負極に接続するための端子である。

正極補器端子１０３Ｐ及び負極分岐端子１０５Ｎは、補器コネクタ１３６の補器端子１３７と接続することによって、ヒューズ１４０を介した電力を、外部の補器に供給することができる。

図２を参照して、キャパシタモジュール１００の下部には、Ｙ−Ｚ平面に対して平行な入力端子１０２を延出させてある。入力端子１０２には、螺子１９２を用いて、直流バスバー４２のキャパシタ用端子４２ＦＰ、キャパシタ用端子４２ＦＮと接続するための、キャパシタ端子孔１０１Ｐ、１０１Ｎが開設されている。

図２に示すように、キャパシタモジュール１００には、補器用の電源に用いるヒューズ１４０を収容するための、ヒューズ収容部１０６が開設されている。キャパシタモジュール１００には、螺子１９４を用いてヒューズ１４０を取り付けるための、正極分岐端子１０４が形成されている。

図２を参照して、キャパシタモジュール１００には、螺子９７を用いて上方から、筐体１０の取付部１７に固定するための、取付部１０７が形成されている。取付部１０７の下面には、キャパシタモジュール１００のＹキャパシタ接地端子１０９を配置してある。

（電力変換装置８における冷却流路の説明）
図５及び図６を参照して、電力変換装置８の下面側の形状と、冷却流路との関係について説明する。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５を参照して、電力変換装置８における筐体１０の外底部（図５に示す−Ｚ方向の面。）には、冷却流路カバー８０が取り付けられている。冷却流路カバー８０と筐体１０における外底部との間には、冷却媒体を還流させるための冷却流路が形成されている。冷却流路は、筐体１０の側壁部に形成することも可能である。しかし、筐体１０の外底部に冷却流路を形成することによって、電力変換モジュール３０を、筐体１０の内底部１３に取り付けることが可能となる。これにより、組立作業を筐体開口１２の側から、容易に行うことができるという利点が生ずる。

図５及び図６を参照して、冷却流路カバー８０には、冷却流路に対する冷却媒体の流入と、流出とを行うための、２つの冷却用ユニオン８１が形成されている。一方の冷却用ユニオン８１は、冷却流路内に冷却媒体を流入させるポートであり、冷却ポンプ等から吐出された冷却媒体（ロング・ライフ・クーラント等）を還流させるホースを接続するための部位である。他方の冷却用ユニオン８１は、冷却流路から冷却媒体を排出させるポートであり、冷却媒体を還流させるホースを接続するための部位である。

本実施形態では、冷却流路カバー８０に冷却用ユニオン８１を形成することによって、電力変換装置８の小型化と、軽量化と、コストダウンとを図っている。従来は、電力変換装置の筐体側に、市販されているユニオンを螺合していた。しかし、この従来の構成では、筐体にユニオンを螺合するための雌螺子を形成する必要があり、そのスペースの確保と、雌螺子の加工コスト、組立時における螺合作業のコスト、水密確認のコスト等が必要となっていた。

また、従来の構成では、ユニオンを取り付ける方向は、筐体に開設した雌螺子の方向で決定されてしまうために、搭載する車両に応じてユニオンの取付向きを変更することが困難であった。本実施形態によれば、筐体１０は共通のままで、冷却流路カバー８０を変更するのみで、冷却用ユニオン８１の方向を変更することが可能であるために、多種の用途に適用することができる。

本実施形態では、いずれの冷却用ユニオン８１も、流入側として用いることができ、他方の冷却用ユニオン８１を排出側として用いることができる。ここでは、説明の便宜上、図５及び図６に示す−Ｘ側の冷却用ユニオン８１を、流入側（上流側）のポートとして用いた例で説明する。

第１膨出部８０Ａは、冷却流路カバー８０における、流入側の冷却用ユニオン８１の下流側に形成される。第１膨出部８０Ａは、冷却媒体を一時的に貯留しておく、第１貯留路８２Ａを形成するための膨出部である。

第１貯留路８２Ａを形成しておくことによって、冷却用ユニオン８１から流入した冷却媒体の流速を一旦減少させて、塞き止めるようにしてから、均一に狭流路８２Ｌに流すことができる。これにより、狭流路８２Ｌの中央部のみならず、両側部における流速を確保して、放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する熱量を均一化して、放熱量を増大させることができる。よって、冷却用ユニオン８１から狭流路８２Ｌに至る距離が短い場合であっても、放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する放熱量を増大させることができる。

冷却流路カバー８０における、第１膨出部８０Ａの下流側には、狭流路８２Ｌを形成するための狭流路形成部８０Ｌが形成されている。狭流路８２Ｌは、電力変換モジュール３０の放熱フィン３７（図７参照）が、筐体１０の外底部から突出している部位に形成されている。狭流路形成部８０Ｌは、冷却流路カバー８０における他の部位よりも低く形成されており、冷却流路を狭めることによって、冷却媒体が電力変換モジュール３０の放熱フィン３７と接触する機会を増やしている。これにより、放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する放熱量を増大させることができる。

放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する放熱量が増大すると、電力変換モジュール３０のスイッチング素子３４におけるジャンクション温度を、低下させることができる。冷却流路内に放熱フィン３７を突出させた構成を用いることにより、小型の電力変換モジュール３０を用いながら、大電力を扱うことができる。従って、電力変換装置８の小型化と、軽量化とを図ることができる。

冷却流路カバー８０における、狭流路８２Ｌの下流側には、冷却媒体を一時的に貯留しておく第２貯留路８２Ｂを形成するための、第２膨出部８０Ｂが形成されている。

冷却流路カバー８０における、狭流路８２Ｌの流入部には、冷却媒体の流線に対して９０度に形成された、第１貯留壁８０ＡＷが形成されている。第１貯留壁８０ＡＷを形成することによって、冷却用ユニオン８１から流入した冷却媒体を一旦塞き止めるようにしてから、均一に狭流路８２Ｌに対して流すことができる。

これにより、狭流路８２Ｌの中央部のみならず、両側部における流速を確保して、放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する放熱量を増大させることができる。また、冷却用ユニオン８１から狭流路８２Ｌに至る距離が短い場合であっても、放熱フィン３７から冷却媒体に対して伝達する放熱量を増大させることができる。

冷却流路カバー８０における、狭流路８２Ｌの流出部には、冷却媒体の流線に対して９０度に形成された第２貯留壁８０ＢＷが形成されている。なお、第１貯留壁８０ＡＷ、又は第２貯留壁８０ＢＷは、９０度に限定するものではなく、筐体１０の外壁、及び冷却媒体の流線に対して４５度程度〜９０度程度までの角度を採用することができる。

第１貯留壁８０ＡＷ、又は第２貯留壁８０ＢＷにおける、冷却媒体の流線に対する角度は、９０度に近いことが好ましい。冷却流路カバー８０を、金属のプレスを用いて形成しようとすると、第１貯留壁８０ＡＷ、又は第２貯留壁８０ＢＷの角度を、９０度近くに設定することは非常に困難となる。

しかし、冷却流路カバー８０を樹脂成形により形成する場合には、容易に９０度近くの角度を形成することができる。また、冷却流路カバー８０の素材として樹脂を用いることにより、金属を用いる場合と比較して、金型のコストを低減することができる。よって、電力変換装置８の製品コストも、低減することができる。

冷却流路カバー８０における、第２貯留路８２Ｂの下流側には、Ｌ字型に折り返す形状の広流路８２Ｔを形成するための、広流路形成部８０Ｔが形成されている。広流路８２Ｔを形成することにより、電力変換装置８の冷却流路における圧力損失を減少させて、冷却媒体の還流用ポンプの負荷を低減することができる。これにより、冷却媒体の還流用ポンプの小型化と、コストダウンとを図ることができる。

（筐体１０の外底部と、冷却流路カバー８０との接合についての説明）
次に、図７を参照して、筐体１０の外底部と、冷却流路カバー８０との接合について説明する。図７は、図５に示したＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図１、図２、図５及び図６に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

冷却流路カバー８０は、樹脂成形品（一次成形品と呼ぶ。）を用いることが好ましい。冷却流路カバー８０を樹脂で形成することによって、電力変換装置８の軽量化と、コストダウンとを図ることができる。冷却流路カバー８０の材料として、融点が高く耐熱性に優れ、耐薬品性と難燃性と自己消火性を有するＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）等の、高機能樹脂材料を用いることができる。

冷却流路カバー８０と、筐体１０の外底部との接合には、二次成形を用いることが好ましい。二次成形では、冷却流路カバー８０の縁部に対して、二次成形部８９をインサート成形により形成すると同時に、冷却流路カバー８０と筐体１０の外底部とを接合する。このためには、筐体１０における冷却流路カバー８０の接合部に、１乃至複数の接合溝１０Ａを形成しておき、筐体１０と二次成形部８９との接合面積を増大させて、接合の強度を向上させることが好ましい。

接合溝１０Ａの加工方法として、レーザによる溝加工や、ケミカル溝加工を用いることができる。また、二次成形部８９の素材として、ＰＰＳ樹脂等の、高機能樹脂材料を用いることができる。このように、筐体１０の外底部と、冷却流路カバー８０とを接合することによって、冷却流路の水密性を保ちつつ、電力変換装置８のコストダウンを図ることができる。従来は、金属製の冷却流路カバーを、螺子を用いて固定する方法を用いていた。しかし、冷却流路カバーを、螺子により固定した場合には、水密性を確保するためのパッキンが別途必要となる。また、固定用の螺子と螺子との間においては、冷却流路カバー８０の変形や、冷却流路内の圧力増加等に伴って、冷却媒体が漏れ出す可能性があった。また、筐体１０側に雌螺子を形成しておかなければならない。

本実施形態のように、筐体１０の外底部と、冷却流路カバー８０とを接合することによって、冷却流路の水密性を長期に渡って維持することが可能となる。なお、筐体１０の外底部と、冷却流路カバー８０とを接合する際に必要となる工程について、以下に記載する。
（１）電力変換モジュール３０を搭載する筐体１０を、鋳造等により成形する工程。
（２）電力変換モジュール３０に対して冷却を行うための、冷却媒体を還流させる冷却流路が形成された、冷却流路カバー８０を一次成形する工程。
（３）筐体１０における冷却流路カバー８０の接合部に、接合溝１０Ａを形成する工程。
（４）接合溝１０Ａを含む筐体１０の外壁と、冷却流路カバー８０とを、二次成形部８９により接合する工程。

上記の工程を経て組み立てた筐体１０のアッセンブリを用いて、図１及び図２に示すように、電力変換装置８を組み立ててゆくことができる。電力変換装置８の組立に際しては、パッキン２０、電力変換モジュール３０、交流コネクタ１３１、直流コネクタ１３２、補器コネクタ１３６、制御コネクタ１３８、電流センサユニット６６、放電抵抗６０、バスバーアッセンブリ４０、シールドプレート２７、制御基板７０、ヒューズ１４０、キャパシタモジュール１００、上カバーパッキン２１、及び上カバー８４を順次組み付けてゆく。

本実施形態の電力変換装置８は、交流回転電機用のみならず、直流回転電機用にも適用することができる。

本実施形態の電力変換装置８を用いることによって、電力変換モジュール３０の冷却能力が向上する。これにより、電力変換装置８を小型化することができる。また、冷却流路カバー８０を樹脂で成形することにより、電力変換装置８の軽量化と、コストの低減を図ることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明による電力変換装置について説明したが、本発明による電力変換装置は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

８...電力変換装置
１０...筐体
１０Ａ...接合溝
１５、１８、１９、２６、４３、４４、４６、４９、６３、６４、７６、１０７...取付部
３０...電力変換モジュール
１２...筐体開口
１３...筐体内底部
１６...冷却用開孔
３０...電力変換モジュール
３７...放熱フィン
８０...冷却流路カバー
８０Ａ...第１膨出部
８０ＡＷ...第１貯留壁
８０Ｂ...第２膨出部
８０ＢＷ...第２貯留壁
８０Ｌ...狭流路形成部
８０Ｔ...広流路形成部
８１...冷却用ユニオン
８２Ａ...第１貯留路
８２Ｂ...第２貯留路
８２Ｌ...狭流路
８２Ｔ...広流路
８９...二次成形部

Claims (9)

1. 電力変換モジュールと、
   前記電力変換モジュールを搭載する筐体と、
   前記筐体における外壁との間で冷却流路を成形する冷却流路カバーと
   を備え、
   前記電力変換モジュールは、内部に生じた熱を放出する放熱フィンを有し、
   前記筐体は、前記電力変換モジュールを内部に搭載するための取付部と、前記放熱フィンを前記冷却流路に突出させるための冷却用開孔とを有し、
   前記冷却流路カバーは、前記筐体の外壁に接合される電力変換装置。
2. 前記冷却流路カバーは、樹脂による一次成形品で形成されると共に、樹脂による二次成形部により、前記筐体の外壁に接合されている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記筐体は、上部に筐体開口を有する枡形の形状に形成され、
   前記冷却用開孔は、前記枡形の形状の内底部に開設され、
   前記冷却流路カバーは、前記枡形の形状の外底部に接合されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記冷却流路カバーに、冷却媒体を流入、又は流出させる冷却用ユニオンを形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記冷却流路カバーは、前記放熱フィンが突出している部位において、冷却流路を狭めた狭流路を形成するための、狭流路形成部を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. 前記狭流路に隣接する冷却流路に、冷却媒体を一時的に貯留しておく貯留路を形成するための、膨出部を有する請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記狭流路の流入部又は流出部に、前記筐体の外壁及び冷却媒体の流線に対して４５度乃至９０度の角度に形成した貯留壁を有する請求項５又は６に記載の電力変換装置。
8. 前記放熱フィンは、前記電力変換モジュールに一体型に形成されている請求項１乃至７のいずれかに記載の電力変換装置。
9. 電力変換モジュールを搭載する筐体を、成形する工程と、
   前記電力変換モジュールに対して冷却を行う冷却流路が形成された、冷却流路カバーを一次成形する工程と、
   前記筐体における前記冷却流路カバーの接合部に、接合溝を形成する工程と、
   前記接合溝と前記冷却流路カバーとを、二次成形部により接合する工程と、
   を含む電力変換装置の製造方法。

Images