JP2015154610A

JP2015154610A - 整流器

Info

Publication number: JP2015154610A
Application number: JP2014026772A
Authority: JP
Inventors: 中智周; Chuchi Shu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-24

Abstract

【課題】整流器内に配置されたヒューズなどに、整流素子の発熱による影響が及ぶことを抑制する。【解決手段】整流器１３０は、整流素子４１およびヒューズ７０を収容する収容室Ｓが内部に形成されたケースと、収容室Ｓを第１区画室Ｓ１Ａと第２区画室Ｓ２とに区画するセパレータ２１とを備える。整流素子４１は第１区画室Ｓ１Ａ内に配置され、ヒューズ７０は第２区画室Ｓ２内に配置される。セパレータ２１は、上記ケースの断熱性よりも高い断熱性を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する整流器に関する。

整流器は、様々な分野で用いられている。下記の特許文献１〜５に開示されているように、たとえば整流器は、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置に接続され、整流器は、受電装置から供給された交流電流を直流電流に変換する。下記の特許文献６には、誘導加熱調理器に用いられるインバータが開示されている。同公報によれば、このインバータは、電源整流器、フィルタコンデンサ、共振コンデンサ、およびスイッチング半導体を含み、このインバータは、商用電源を高周波電流に変換して加熱コイルに供給すると述べている。

特開２０１３−１５４８１５号公報特開２０１３−１４６１５４号公報特開２０１３−１４６１４８号公報特開２０１３−１１０８２２号公報特開２０１３−１２６３２７号公報特開２０１３−１１５８９３号公報

整流器の内部には、整流素子の他にもヒューズなどが配置される。整流素子の発熱量は、ヒューズなどの他の素子の発熱量に比べて大きい。その一方で、整流素子の耐熱温度は、他の素子の耐熱温度に比べて高い。整流素子で発生した熱の影響により他の素子が加熱され、他の素子の温度が耐熱温度を超えた結果、他の素子が適切に動作しなくなることがあった。

整流器内で整流素子が発熱したとしても、整流器内に配置されたヒューズなどにその発熱の影響が及ぶことを抑制可能な整流器が求められている。

整流器は、整流素子と、ヒューズと、上記整流素子および上記ヒューズを収容する収容室が内部に形成されたケースと、上記収容室を第１区画室と第２区画室とに区画するセパレータと、を備え、上記整流素子は、上記第１区画室内に配置され、上記ヒューズは、上記第２区画室内に配置され、上記セパレータは、上記ケースの断熱性よりも高い断熱性を有する。

上記の構成によれば、高い断熱性を有するセパレータを用いて収容室を区画し、整流素子とヒューズとを別々に収容することによって、整流素子で発生した熱がヒューズに到達することを抑制できる。

実施の形態における電力伝送システムを示す図である。実施の形態における整流器を示す斜視図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。実施の形態における整流器の分解した様子を示す斜視図である。実施の形態の変形例における整流器を示す断面図である。実施の形態の他の変形例における整流器の分解した様子を示す斜視図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および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および量などに限定されない。同一の部品および相当部品に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。

（電力伝送システム１０００）
図１を参照して、非接触で電力を伝送する電力伝送システム１０００について説明する。電力伝送システム１０００は、電動車両１００および外部給電装置３００を備える。電動車両１００は、車両本体１１０および受電装置２００を含む。車両本体１１０は、車両ＥＣＵ１２０、整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０、バッテリ１５０、パワーコントロールユニット１６０、モータユニット１７０、および通信部１８０などを有する。

受電装置２００の受電部２１０は、コンデンサ２２０と、コイルユニット２３０（フェライトコア２４０および受電コイル２５０）とを含む。受電コイル２５０およびコンデンサ２２０は、直列接続されるが、これらは並列接続されてもよい。受電コイル２５０の巻数は、受電コイル２５０と送電コイル４５０との間の距離、ならびに受電コイル２５０と送電コイル４５０との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ≧１００）およびその結合度を示す結合係数κなどが大きくなるように適宜設定される。受電コイル２５０は、整流器１３０に接続される。整流器１３０は、受電装置２００から供給される交流電流を直流電流に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に供給する。

外部給電装置３００は、送電装置４００、高周波電力装置３１０、送電ＥＣＵ３２０、および通信部３２２を備える。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０および送電装置４００に接続される。送電装置４００の送電部４１０は、コンデンサ４２０と、コイルユニット４３０（フェライトコア４４０および送電コイル４５０）とを含む。送電コイル４５０およびコンデンサ４２０は、直列接続されるが、これらは並列接続されてもよい。高周波電力装置３１０は、交流電源３３０から受ける電力を高周波の電力に変換し、変換した高周波電力を送電コイル４５０へ供給する。送電コイル４５０は、受電部２１０の受電コイル２５０へ、電磁誘導により非接触で電力を送電する。

（整流器１３０）
図２〜図４を参照して、実施の形態における整流器１３０について説明する。図２は、整流器１３０を示す斜視図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図４は、整流器１３０の分解した様子を示す斜視図である。説明上の便宜のため、図４においては、整流器１３０の内部に設けられる各種素子（後述する平滑用コイル５１，５２（図３）およびヒューズ７０（図３）など）の全部は図示していない。各種素子の詳細については、図３を参照して後述する。

図２〜図４に示すように、整流器１３０は、ケース１０（図２）、セパレータ２１，３１（図３，図４）、基板４０（図３）、整流素子４１〜４８（図３）、平滑用コイル５１，５２（図３）、平滑用コンデンサ５３〜５５（図３）、フィルタ用コイル６１（図３）、フィルタ用コンデンサ６２〜６６（図３）、およびヒューズ７０（図３）を備える。

（ケース１０）
ケース１０（図２）は、蓋部１１（図２）、底部１２、および側壁１３〜１６（図４）を含み、全体として箱状の形状を有している。ケース１０の内部には、収容室Ｓ（図３）が形成される。整流素子４１〜４８、平滑用コイル５１，５２、平滑用コンデンサ５３〜５５、フィルタ用コイル６１、フィルタ用コンデンサ６２〜６６、およびヒューズ７０は、いずれも基板４０上に実装されており、基板４０とともに収容室Ｓ内に配置される。

詳細は後述されるが、収容室Ｓは、セパレータ２１，３１によって、第１区画室Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ（図３）と、第２区画室Ｓ２（図３）とに区画される。整流素子４１〜４４は、第１区画室Ｓ１Ａ内に配置され、整流素子４５〜４８は、第１区画室Ｓ１Ｂ内に配置される。平滑用コイル５１，５２、平滑用コンデンサ５３〜５５、フィルタ用コイル６１、フィルタ用コンデンサ６２〜６６、およびヒューズ７０は、第２区画室Ｓ２内に配置される。

基板４０は、底部１２の上に配置される。基板４０は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）などから構成され、基板４０の表面には各種の電子回路がパターン形成されている。基板４０には、図示しない入力端子が設けられる。ヒューズ７０は、この入力端子に電気的に接続され、回路保護機能を有する。フィルタ用コイル６１およびフィルタ用コンデンサ６２〜６６は、フィルタ回路を構成する。このフィルタ回路は、図示しない入力端子およびヒューズ７０を通して入力された交流電力のうち、所定の周波数範囲内の交流電力のみを通過させ、ノイズの進入を阻止する。

整流素子４１〜４８は、整流ダイオードなどから構成され、整流回路として機能する。整流素子４１〜４４は、側壁１３に隣接するように配置され、側壁１３に対して平行な方向に並んでいる。整流素子４５〜４８は、側壁１５に隣接するように配置され、側壁１５に対して平行な方向に並んでいる。整流素子４１〜４８は、上記フィルタ回路を通して入力された交流電力を直流電力に変換する。平滑用コイル５１，５２および平滑用コンデンサ５３〜５５は、平滑回路として機能し、整流素子４１〜４８によって整流された電力を平滑する。平滑回路によって平滑された電力は、バッテリ１５０（図１）に供給される。

（セパレータ２１）
セパレータ２１は、収容室Ｓ内において整流素子４１〜４４を覆うような形状を有し、たとえば、平板状の形状を有する部材を屈曲または湾曲させることにより形成される。本実施の形態におけるセパレータ２１は、壁部２２〜２４を含む。壁部２３は、整流素子４１〜４４に間隔を空けて対向し、整流素子４１〜４４が並んでいる方向に対して平行に延びるように配置される。壁部２２，２４は、壁部２３の長手方向における両端にそれぞれ位置し、壁部２３の両端から側壁１３の側に向かってそれぞれ延在している。壁部２２，２４のうちのその延在方向における先端は、側壁１３に当接していることが好ましい。側壁１３に凹溝を形成し、壁部２２，２４のその延在方向における先端をその凹溝に嵌合させてもよい。

本実施の形態におけるセパレータ２１は、蓋部１１に接合され、蓋部１１と一体化される（図４参照）。セパレータ２１は蓋部１１と別体であってもよい。蓋部１１が側壁１３〜１６に取り付けられた状態では、蓋部１１、壁部２２〜２４および側壁１３によって囲まれた空間に、第１区画室Ｓ１Ａが形成される。第１区画室Ｓ１Ａは、第２区画室Ｓ２とは区画（隔離）された空間であり、整流素子４１〜４４は第１区画室Ｓ１Ａ内に位置する。第１区画室Ｓ１Ａと第２区画室Ｓ２とは、できるだけ高い気密度でもって区画されていることが好ましい。たとえば、壁部２２〜２４の下端は、基板４０の表面に当接していることが好ましい。

（セパレータ３１）
セパレータ３１は、収容室Ｓ内において整流素子４５〜４８を覆うような形状を有し、たとえば、平板状の形状を有する部材を屈曲または湾曲させることにより形成される。本実施の形態におけるセパレータ３１は、壁部３２〜３４を含む。壁部３３は、整流素子４５〜４８に間隔を空けて対向し、整流素子４５〜４８が並んでいる方向に対して平行に延びるように配置される。壁部３２，３４は、壁部３３の長手方向における両端にそれぞれ位置し、壁部３３の両端から側壁１５の側に向かってそれぞれ延在している。壁部３２，３４のうちのその延在方向における先端は、側壁１５に当接していることが好ましい。側壁１５に凹溝を形成し、壁部３２，３４のその延在方向における先端をその凹溝に嵌合させてもよい。

本実施の形態におけるセパレータ３１は、蓋部１１に接合され、蓋部１１と一体化される（図４参照）。セパレータ３１は蓋部１１と別体であってもよい。蓋部１１が側壁１３〜１６に取り付けられた状態では、蓋部１１、壁部３２〜３４および側壁１５によって囲まれた空間に、第１区画室Ｓ１Ｂが形成される。第１区画室Ｓ１Ｂは、第２区画室Ｓ２とは区画（隔離）された空間であり、整流素子４５〜４８は第１区画室Ｓ１Ｂ内に位置する。第１区画室Ｓ１Ｂと第２区画室Ｓ２とは、できるだけ高い気密度でもって区画されていることが好ましい。たとえば、壁部３２〜３４の下端は、基板４０の表面に当接していることが好ましい。

ここで、セパレータ２１，３１は、ケース１０（図１）を構成している部材（蓋部１１、底部１２、および側壁１３〜１６）の断熱性よりも高い断熱性を有する部材から形成される。たとえば金属の場合、一般的に、ステンレス、鉄、アルミ、銅の順で断熱性が低くなる（換言すると、この順で熱伝達率が高くなる）。したがって、蓋部１１、底部１２、および側壁１３〜１６がたとえばアルミ製の部材から構成される場合、セパレータ２１，３１は鉄製またはステンレス製の部材から構成されるとよい。セパレータ２１，３１は、エポキシ樹脂やシリコーンなど、一般的な金属に比べて高い断熱性を有する部材から構成されていてもよい。セパレータ２１，３１は、空気層を内包することによって高い断熱性を発揮してもよい。

（作用および効果）
上述の通り、整流素子４１〜４４は、第１区画室Ｓ１Ａ内に配置され、整流素子４５〜４８は、第１区画室Ｓ１Ｂ内に配置される。平滑用コイル５１，５２、平滑用コンデンサ５３〜５５、フィルタ用コイル６１、フィルタ用コンデンサ６２〜６６、およびヒューズ７０は、第２区画室Ｓ２内に配置される。第２区画室Ｓ２は、第１区画室Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂとは区画（隔離）された空間である。

整流素子４１〜４８は、収容室Ｓ内に配置される整流素子４１〜４８以外のヒューズやコンデンサに比べて発熱量が大きい。仮になんら対策を施していない場合には、整流素子４１〜４８で発生した熱の影響により他の素子が加熱され、他の素子の温度が耐熱温度を超えた結果、焼損などが生じ、他の素子が適切に動作しなくなることがある。本実施の形態では、整流素子４１〜４８が発熱したとしても、その発熱の影響が第２区画室Ｓ２内の素子に及ぶことはセパレータ２１，３１の存在によって抑制されている。したがって本実施の形態によれば、整流素子４１〜４８が発熱したとしても、ヒューズ７０などの他の素子の温度が耐熱温度を超えることはほとんどなく、他の素子が適切に動作しなくなるようなことは効果的に抑制されている。

一般的に、整流素子（整流ダイオード）の動作温度は約１３５℃であり、フィルタ用コンデンサの動作温度は約１０５℃であり、平滑用コンデンサの動作温度は約１０５℃であり、平滑用コイルの動作温度は約１３０℃であり、フィルタ用コイルの動作温度は約１３０℃であり、ヒューズの動作温度は約１００℃である。ここでいう動作温度とは、各素子が正常に動作可能な限界温度である。整流素子の動作温度が最も高く、ヒューズの動作温度が最も低い。したがって、少なくとも、整流素子４１〜４８を第１区画室Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ内に配置し、ヒューズ７０を第２区画室Ｓ２内に配置することで、整流器が正常に動作することを期待できる。

本実施の形態では、第１区画室Ｓ１Ａおよび第１区画室Ｓ１Ｂの２つを設けているが、これらは１つであってもよい。少なくとも１つの整流素子と、ヒューズ７０とを区画した場合であっても、その整流素子を区画した分だけの効果を得ることができると言える。図４に示すように、蓋部１１に換気孔１１Ｈ，１１Ｊを設けることによって、第１区画室Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ内の空間と整流器１３０の外部空間とを連通させ、第１区画室Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ内の空間の温度上昇を抑制することも効果的である。

図５に示す整流器１３０Ａのように、収容室Ｓは第１区画室Ｓ１と第２区画室Ｓ２とに区画されていてもよい。整流器１３０Ａでは、セパレータ８０が用いられる。セパレータ８０は、壁部８１〜８６を含み、ケース１０（図１）を構成している部材（蓋部１１、底部１２、および側壁１３〜１６）の断熱性よりも高い断熱性を有する部材から形成される。第１区画室Ｓ１内には、整流素子４１〜４８、平滑用コイル５１，５２、およびフィルタ用コイル６１が配置される。第２区画室Ｓ２内には、平滑用コンデンサ５３〜５５、フィルタ用コンデンサ６２〜６６、およびヒューズ７０が配置される。当該構成によっても、上記と略同様の作用および効果が得られる。

図６に示す整流器１３０Ｂのように、整流素子４１〜４４が配置される第１区画室内にはフィン２５が配置されていてもよい。なお図６では、側壁１３を図示していない。フィン２５は、蛇行しながら壁部２３の短手方向に沿って延びる形状を有し、第１区画室内で温められた空気の上昇移動を促す。整流素子４５〜４８（図示せず）が配置される第１区画室内においても同様である。フィン２５の配置に加えて蓋部１１に換気孔１１Ｈ，１１Ｊを設けるとより効果的である。

以上の実施の形態は、非接触で電力を伝送する電力伝送システム１０００（図１）に整流器が適用される例に基づいて説明したが、上記の内容は非接触で電力を伝送する電力伝送システム以外に適用されることも可能である。以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的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すべての変更が含まれることが意図される。

１０ケース、１１蓋部、１１Ｈ，１１Ｊ換気孔、１２底部、１３，１５，１６側壁、２１，３１，８０セパレータ、２２，２３，２４，３２，３３，３４，８１，８６壁部、２５フィン、４０基板、４１，４４，４５，４８整流素子、５１，５２平滑用コイル、５３，５５平滑用コンデンサ、６１フィルタ用コイル、６２，６６フィルタ用コンデンサ、７０ヒューズ、１００電動車両、１１０車両本体、１２０車両ＥＣＵ、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ整流器、１４０コンバータ、１５０バッテリ、１６０パワーコントロールユニット、１７０モータユニット、１８０，３２２通信部、２００受電装置、２１０受電部、２２０，４２０コンデンサ、２３０，４３０コイルユニット、２４０，４４０フェライトコア、２５０受電コイル、３００外部給電装置、３１０高周波電力装置、３２０送電ＥＣＵ、３３０交流電源、４００送電装置、４１０送電部、４５０送電コイル、１０００電力伝送システム、Ｓ収容室、Ｓ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ第１区画室、Ｓ２第２区画室。

Claims

整流素子と、
ヒューズと、
前記整流素子および前記ヒューズを収容する収容室が内部に形成されたケースと、
前記収容室を第１区画室と第２区画室とに区画するセパレータと、を備え、
前記整流素子は、前記第１区画室内に配置され、
前記ヒューズは、前記第２区画室内に配置され、
前記セパレータは、前記ケースの断熱性よりも高い断熱性を有する、
整流器。