JP2015119536A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に用いられる電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device used in an automobile.
コンバータ回路やインバータ回路等の電圧変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の動力源である駆動モータに供給される駆動電力の生成に用いられる。 A voltage conversion circuit such as a converter circuit or an inverter circuit is used to generate drive power supplied to a drive motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle, for example.
一般的に、電気自動車やハイブリッド自動車では、駆動モータから大きな駆動トルクを確保するために大きな駆動電力が必要となってきている。そのため、駆動モータ向けの駆動電力を生成する電力変換回路においては、電力変換回路を構成するIGBT等のスイッチング素子を含むパワーモジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。そこで、電力変換回路を構成する複数のパワーモジュールを冷却することができるように、内部に冷媒が流れる複数の冷媒流路をパワーモジュールと積層した電力変換装置が提案されている。 Generally, in an electric vehicle and a hybrid vehicle, a large amount of driving power is required to secure a large driving torque from the driving motor. Therefore, in a power conversion circuit that generates drive power for a drive motor, heat generated from a power module including a switching element such as an IGBT that constitutes the power conversion circuit tends to increase. Therefore, a power conversion device has been proposed in which a plurality of refrigerant flow paths through which a refrigerant flows are stacked with a power module so that the plurality of power modules constituting the power conversion circuit can be cooled.
特許文献1には、複数のパワーモジュールと複数の冷媒流路とが積層されたユニットと、当該ユニットをケース内で支持する金属製ブラケットと、を備えた電力変換装置が開示されている。また、特許文献2,3には、複数のパワーモジュールと複数の冷媒流路とが積層されたユニットと、当該ユニットを保持するフレームと、フレームの開口部を塞ぐ蓋板と、を備えた電力変換装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a power conversion device including a unit in which a plurality of power modules and a plurality of refrigerant channels are stacked, and a metal bracket that supports the unit in a case. Further, Patent Documents 2 and 3 disclose electric power including a unit in which a plurality of power modules and a plurality of refrigerant flow paths are stacked, a frame that holds the unit, and a lid plate that closes an opening of the frame. A conversion device is disclosed.
ところで、複数のパワーモジュールと複数の冷媒流路とが積層された積層ユニットを用いる場合、パワーモジュールの数を増やすことで、筺体の大型化を抑制しつつ比較的容易に出力を大きくすることが可能となる。また、エンジンルームにおけるスペースの有効活用の観点から、積層ユニットをトランスアクスル上に搭載することがある。 By the way, when using a laminated unit in which a plurality of power modules and a plurality of refrigerant flow paths are laminated, increasing the number of power modules can increase the output relatively easily while suppressing an increase in the size of the housing. It becomes possible. In addition, from the viewpoint of effective use of space in the engine room, a laminated unit may be mounted on the transaxle.
しかしながら、パワーモジュールの数を増やした場合、積層ユニットの質量が増加して積層ユニットの共振周波数が低下する。また、パワーモジュールの数の増加に応じて、パワーモジュールを制御する制御基板を大型化する必要があり、制御基板の大型化によって、制御基板の共振周波数も低下する。このような共振周波数の低下は、振動の振幅の増大を招く。積層ユニットを収容するケースには、パワーモジュールに接続される制御基板等が固定されており、その振幅の増大によって、制御基板等に発生する歪みが増大し、振動に対する強度の信頼性が低下する問題がある。特に、トランスアクスル上に積層ユニットを搭載した場合、自動車のボディに積層ユニットを搭載する場合と比べて、エンジンや路面からの振動が積層ユニットに伝わり易くなるため、その振動によって、制御基板等の部品に歪みやクラックが発生し易くなる。 However, when the number of power modules is increased, the mass of the laminated unit is increased and the resonance frequency of the laminated unit is lowered. In addition, as the number of power modules increases, it is necessary to increase the size of the control board that controls the power modules, and the resonance frequency of the control board also decreases as the size of the control board increases. Such a decrease in the resonance frequency leads to an increase in vibration amplitude. A control board or the like connected to the power module is fixed to the case that accommodates the laminated unit, and an increase in the amplitude increases distortion generated in the control board and the like, thereby reducing reliability of strength against vibration. There's a problem. In particular, when a laminated unit is mounted on a transaxle, vibration from the engine or road surface is more easily transmitted to the laminated unit than when a laminated unit is mounted on the body of an automobile. It becomes easy to generate | occur | produce a distortion and a crack in components.
積層ユニットの振動を抑制するために、積層ユニットを収容するケースの剛性を高くすることが有効である。しかしながら、そのケースには制御基板が固定され、ケースの剛性を高くすると、高温時や低温時において、制御基板とアルミケース等との線膨張率の差に起因する熱歪みが発生し、制御基板にはんだクラックが発生しやすくなる問題がある。 In order to suppress the vibration of the laminated unit, it is effective to increase the rigidity of the case that houses the laminated unit. However, if the control board is fixed to the case and the case is made rigid, thermal distortion caused by the difference in coefficient of linear expansion between the control board and the aluminum case occurs at high or low temperatures. There is a problem that solder cracks are likely to occur.
本発明の目的は、トランスアクスル等の振動がパワーモジュールを収容するケースに伝達された場合であっても、その振動を抑制するとともに、ケースに固定される制御基板における熱歪みの発生を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress the vibration of a transaxle or the like even when transmitted to a case housing a power module, and to suppress the occurrence of thermal distortion in a control board fixed to the case. That is.
請求項1に係る発明は、電力変換用のスイッチング素子を含む複数のパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とが積層された積層ユニットと、前記積層ユニットを収容するケースと、前記ケースの外側の表面に固定された樹脂製の固定部材と、前記固定部材に固定されて前記固定部材を介して前記ケースに取り付けられ、前記複数のパワーモジュールに接続される制御基板と、前記制御基板を前記固定部材に固定する第1固定部と、前記固定部材を前記ケースに固定する第2固定部と、を有し、前記固定部材の線膨張率は、前記ケースの線膨張率よりも前記制御基板の線膨張率に近い値であり、前記第1固定部と前記第2固定部とは、前記固定部材において別々の位置に配置されている、ことを特徴とする電力変換装置である。 The invention according to claim 1 houses a laminated unit in which a plurality of power modules including a switching element for power conversion, a plurality of refrigerant flow paths through which a refrigerant for cooling the power module flows, and the laminated unit. A case, a resin fixing member fixed to the outer surface of the case, a control fixed to the fixing member and attached to the case via the fixing member, and connected to the plurality of power modules A board, a first fixing part for fixing the control board to the fixing member, and a second fixing part for fixing the fixing member to the case, and the linear expansion coefficient of the fixing member is The linear expansion coefficient is closer to the linear expansion coefficient of the control board, and the first fixing part and the second fixing part are arranged at different positions in the fixing member. An electric power converter according to.
本発明によれば、振動減衰能が高い樹脂製の固定部材によって制御基板がケースに固定されているため、トランスアクスル等の振動がケースに伝達された場合も、ケースと制御基板とが一体となって振動を抑制することができる。また、固定部材の線膨張率が、ケースの線膨張率よりも制御基板の線膨張率に近い値であり、第1固定部と第2固定部とが固定部材において別々の位置に配置されているため、ケースの熱歪みが制御基板に伝達することを抑制し、制御基板における熱歪みの発生を抑制することができる。 According to the present invention, since the control board is fixed to the case by the resin-made fixing member having a high vibration damping capability, the case and the control board are integrated even when vibration such as a transaxle is transmitted to the case. Thus, vibration can be suppressed. Further, the linear expansion coefficient of the fixing member is closer to the linear expansion coefficient of the control board than the linear expansion coefficient of the case, and the first fixing portion and the second fixing portion are arranged at different positions on the fixing member. Therefore, it can suppress that the thermal strain of a case is transmitted to a control board, and can suppress generation | occurrence | production of the thermal strain in a control board.
図1から図5を参照して、本実施形態に係る電力変換装置について説明する。図1に示すように、本実施形態に係る電力変換装置10は、複数のパワーモジュールと複数の冷媒流路とが積層された図示しない積層ユニットと、その積層ユニットを収容する金属製(例えばアルミニウム製)のケース20と、複数のパワーモジュールに接続される制御基板50と、ケース20と制御基板50との間に設けられ、制御基板50をケース20に取り付けるための樹脂製の固定部材60と、を備える。積層ユニットは、ケース20内においてケース20に固定されている。なお、ケース20は、別の部品に積層されていてもよい。
With reference to FIGS. 1-5, the power converter device which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, a
図2に示すように、ケース20は、固定部材60が固定される取付面24を有する。その取付面24には、固定部材60を介して制御基板50が取り付けられる。取付面24には、ケース20内のパワーモジュールと制御基板50とを接続する信号線36を通すための開口部が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、固定部材60は平板状の形状を有し、制御基板50とケース20内のパワーモジュールとを接続する信号線36を通すための開口部62が形成されている。また、固定部材60には、制御基板50を固定部材60に固定するための複数の第1固定部64と、固定部材60をケース20の取付面24に固定するための複数の第2固定部66と、が設けられている。第1固定部64及び第2固定部66には、固定部材60の厚さ方向にネジ穴及び貫通穴が形成されている。第1固定部64及び第2固定部66は、固定部材60において、それぞれ異なる位置に配置されている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態では、固定部材60の線膨張率は、ケース20の線膨張率よりも制御基板50の基材の線膨張率に近い値となっている。一例として、ケース20の線膨張率は21.0(ppm/℃)であり、制御基板50の基材の線膨張率は12.0(ppm/℃)であり、固定部材60の線膨張率は、12.0〜21.0(ppm/℃)の間で、制御基板50の基材の線膨張率に近い値(例えば12.0〜16.5(ppm/℃))となっている。
In the present embodiment, the linear expansion coefficient of the
図1に示すように、制御基板50には、固定部材60の第1固定部64に対応する位置に貫通穴52が形成されている。また、ケース20の取付面24には、固定部材60の第2固定部66の貫通穴に対応する位置に、ネジ穴が形成された支持部が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
そして、図1に示すように、ネジ部材70を、制御基板50の貫通穴52と固定部材60の第1固定部64のネジ穴とに通し、制御基板50をネジ部材70によって固定部材60に固定する。また、ネジ部材70とは別のネジ部材を、固定部材60の第2固定部66の貫通穴と、ケース20の取付面24に設けられている図示しない支持部のネジ穴と、に通し、固定部材60を当該別のネジ部材によってケース20の取付面24に固定する。このようにして、制御基板50は、固定部材60を介してケース20の取付面24に取り付けられる。
Then, as shown in FIG. 1, the
ここで、図4を参照して、ケース20内に設置された積層ユニットについて説明する。図4は、図2のA−A断面図である。なお、図4には、制御基板50が固定部材60を介してケース20に取り付けられた状態が示されている。ケース20内には、平型の複数のパワーモジュール32と平型の複数の冷媒流路34とが交互に積層された積層ユニット30が設置されている。積層ユニット30は、ケース20の取付部22に固定されている。なお、図示するように、バネ部材28によって、積層ユニット30を積層方向に付勢して固定することが好ましい。固定部材60は、取付面24から上方に延びる支持部26によって支持されている。支持部26にはネジ穴が形成されており、そのネジ穴とネジ部材とによって、固定部材60が取付面24に固定されている。
Here, with reference to FIG. 4, the laminated unit installed in the
パワーモジュール32は、スイッチング素子を内蔵している。パワーモジュール32と制御基板50とは、信号線36によって接続されている。制御基板50は、スイッチング素子のON/OFFを制御する。冷媒流路34には、パワーモジュール32を冷却する冷媒が流れる。また、リアクトルとコンデンサとを含むユニット40がケース20内に設置されている。例えば、パワーモジュール32内のスイッチング素子と、リアクトルと、コンデンサとによって、バッテリの電圧を変換するコンバータや、直流を交流に変換するインバータ等の電力変換回路が構成される。
The
また、一例として、図示しない2本のパイプが、複数の冷媒流路34を貫いており、複数の冷媒流路34を、それらが平行に並ぶように支持している。2本のパイプと各冷媒流路34とは内部で通じており、一方のパイプから供給される冷媒(例えば水)は、各冷媒流路34を通り、他方のパイプから排出される。スイッチング素子を内蔵するパワーモジュール32は、隣接する2つの冷媒流路34の間に挟まれている。積層ユニット30では、平型のパワーモジュール32の両面を冷媒が通るので、スイッチング素子を効率良く冷却することができる。
Further, as an example, two pipes (not shown) pass through the plurality of
次に、図4及び図5を参照して、電力変換装置10の制振及び熱歪み抑制作用について説明する。図5は、図2のB−B断面図である。なお、図5には、制御基板50が固定部材60を介してケース20に取り付けられた状態が示されている。
Next, with reference to FIG.4 and FIG.5, the vibration suppression and thermal distortion suppression effect of the
例えば、エンジンや路面からの振動がケース20に伝達された場合、図4に示すように、ケース20に固定された積層ユニット30が上下方向(X方向)に振動する。このとき、積層ユニット30の質量で決まる共振周波数で共振が発生し、振動の振幅が増大する。本実施形態では、ケース20よりも振動減衰能が高い樹脂製の固定部材60によって制御基板50がケース20に固定されているため、共振時には固定部材60が制振効果を発揮し、積層ユニット30の上下方向の振動を抑制する。その結果、振動による部品(例えば冷媒流路34や信号線36の接続部等)の破損を防止することが可能となる。
For example, when vibration from the engine or road surface is transmitted to the
また、高温時には、図5に示すように、ケース20が横方向(Y方向)に熱膨張する。本実施形態では、固定部材60がケース20に直接固定されているため、ケース20が熱膨張した場合、ケース20との線膨張率の差に起因する熱歪みが固定部材60に発生する。しかしながら、制御基板50は、線膨張率が近い固定部材60を介してケース20に取り付けられており、また、制御基板50と固定部材60とは共締めによってケース20に固定されているわけではなく、第1固定部64及び第2固定部66が、それぞれ異なる位置に配置されているため、ケース20の熱歪みが制御基板50に伝達し難い構造となっている。そのため、制御基板50における熱歪みの発生を抑制し、はんだクラックの発生を抑制することが可能となる。
Further, at a high temperature, as shown in FIG. 5, the
次に、比較例1,2について説明する。図6及び図7に比較例1に係る電力変換装置を示し、図8及び図9に比較例2に係る電力変換装置を示す。図6及び図8は、図4に対応する断面図であり、図7及び図9は、図5に対応する断面図である。 Next, Comparative Examples 1 and 2 will be described. 6 and 7 show a power converter according to Comparative Example 1, and FIGS. 8 and 9 show a power converter according to Comparative Example 2. FIG. 6 and 8 are cross-sectional views corresponding to FIG. 4, and FIGS. 7 and 9 are cross-sectional views corresponding to FIG.
比較例1では、図6及び図7に示すように、制御基板50は、ケース20の取付面24に直接固定されている。比較例1は本実施形態と異なり、共振時の振動を抑制する部材が設けられていない。そのため、図6に示すように、積層ユニット30が共振によって上下方向(X方向)に振動すると、その振動は抑制されず、その振動によって、冷媒流路34や信号線36の接続部等の部品に歪みが発生し、部品が破損するおそれがある。また、図7に示すように、高温時にケース20が横方向(Y方向)に膨張すると、制御基板50とケース20との線膨張率の差に起因する熱歪みが発生し、制御基板50にはんだクラックが発生するおそれがある。
In Comparative Example 1, as shown in FIGS. 6 and 7, the
この比較例1に対して、ケース20の剛性を強化したものが比較例2である。比較例2においても、図8及び図9に示すように、制御基板50は、ケース20の取付面24に直接固定されている。比較例2では、ケース20の剛性を強化するために、取付部22の厚さが、比較例1と比べて厚くなっている。このように、取付部22の厚さを増大させることで、その取付部22に固定されている積層ユニット30の振動の振幅が低減される。しかしながら、ケース20の剛性を高くすると、高温時において、制御基板50とケース20との線膨張率の差に起因する熱歪みが増大し、制御基板50にはんだクラックが発生しやすくなる。
Compared to Comparative Example 1, Comparative Example 2 is a case in which the rigidity of the
これに対して、本実施形態では、固定部材60を介して制御基板50をケース20に取り付けることで、上述したように、積層ユニット30の振動を抑制しつつ、制御基板50における熱歪みの発生を抑制することが可能となる。そのため、例えば、より大出力を得るためにパワーモジュール32の数を増やすとともに、エンジンルームのスペース確保の観点から振動がより大きくなる場所(例えばトランスアクスル上)に電力変換装置10を設置する場合であっても、積層ユニット30の振動を抑制し、制御基板50等の部品における熱歪みの発生を抑制することが可能となる。
On the other hand, in this embodiment, by attaching the
10 電力変換装置、20 ケース、22 取付部、24 取付面、26 支持部、30 積層ユニット、32 パワーモジュール、34 冷媒流路、36 信号線、40 ユニット、50 制御基板、60 固定部材、62 開口部、64 第1固定部、66 第2固定部、70 ネジ部材。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記積層ユニットを収容するケースと、
前記ケースの外側の表面に固定された樹脂製の固定部材と、
前記固定部材に固定されて前記固定部材を介して前記ケースに取り付けられ、前記複数のパワーモジュールに接続される制御基板と、
前記制御基板を前記固定部材に固定する第1固定部と、
前記固定部材を前記ケースに固定する第2固定部と、を有し、
前記固定部材の線膨張率は、前記ケースの線膨張率よりも前記制御基板の線膨張率に近い値であり、
前記第1固定部と前記第2固定部とは、前記固定部材において別々の位置に配置されている、
ことを特徴とする電力変換装置。 A laminated unit in which a plurality of power modules including a switching element for power conversion, and a plurality of refrigerant flow paths through which a refrigerant for cooling the power module flows are laminated;
A case for housing the laminated unit;
A resin-made fixing member fixed to the outer surface of the case;
A control board fixed to the fixing member and attached to the case via the fixing member, and connected to the plurality of power modules;
A first fixing portion for fixing the control board to the fixing member;
A second fixing part for fixing the fixing member to the case;
The linear expansion coefficient of the fixing member is a value closer to the linear expansion coefficient of the control board than the linear expansion coefficient of the case,
The first fixing part and the second fixing part are arranged at different positions in the fixing member,
The power converter characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
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JP2013260614A JP2015119536A (en) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | Power conversion apparatus |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021112036A (en) * | 2020-01-09 | 2021-08-02 | 株式会社デンソー | Power converter |
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2013
- 2013-12-17 JP JP2013260614A patent/JP2015119536A/en active Pending
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