JP2016046861A

JP2016046861A - 電力変換装置

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Publication number: JP2016046861A
Application number: JP2014167623A
Authority: JP
Inventors: 大喜澤田; Hiroyoshi Sawada; 宏三柴田; Kozo Shibata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP6344139B2

Abstract

【課題】金属製のコンデンサケースから封止樹脂が剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりすることを防ぐことができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置は、コンデンサ素子２１と、コンデンサ素子２１を収容する金属製のコンデンサケース２２と、コンデンサケース２２内においてコンデンサ素子２１を封止する封止樹脂２３とを有するコンデンサ２を、装置ケース３内に収容してなる。コンデンサ２は、コンデンサケース２２を装置ケース３に固定した状態で装置ケース３内に収容されている。コンデンサケース２２の外周壁であるコンデンサ外周壁２２１の厚みは、装置ケース３の外周壁である装置外周壁３１の厚みよりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサを備えた電力変換装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、モータを駆動させるため、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が搭載されている。かかる電力変換装置として、電力変換装置のケースである装置ケース内に、コンデンサを固定したものがある（例えば特許文献１）。この場合、コンデンサは、例えば、装置ケースとは別体のコンデンサケース内に、コンデンサ素子を封止樹脂によって封止した構成とすることとなる。

特開２０１３−５５８４０号公報

しかし、コンデンサケースを樹脂によって形成すると、コンデンサケース内に生じた熱をコンデンサ外に放熱し難くなるという問題が生じる。よって、放熱性の観点からは、コンデンサケースを金属製にすることが望まれる。

しかしながら、コンデンサケースを金属製とした場合、金属製のコンデンサケースは周囲の温度変化に応じて温度変化しやすいが、封止樹脂は温度変化が緩やかである。そのため、例えば、電力変換装置を配置したエンジンルーム内の雰囲気温度の変化等、周囲の温度変化に伴って、コンデンサケースと封止樹脂との間で熱膨張差が生じやすい。それゆえ、この熱膨張差に起因して、コンデンサケースと封止樹脂との間に熱応力が生じ、封止樹脂がコンデンサケースから剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりするおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、金属製のコンデンサケースから封止樹脂が剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりすることを防ぐことができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、コンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収容する金属製のコンデンサケースと、該コンデンサケース内において上記コンデンサ素子を封止する封止樹脂とを有するコンデンサを、装置ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記コンデンサは、上記コンデンサケースを上記装置ケースに固定した状態で該装置ケース内に収容されており、
上記コンデンサケースの外周壁であるコンデンサ外周壁の厚みは、上記装置ケースの外周壁である装置外周壁の厚みよりも小さいことを特徴とする電力変換装置にある。

上記電力変換装置においては、金属製のコンデンサケースを装置ケースに固定した状態で装置ケース内に収容されている。それゆえ、コンデンサの熱を、熱伝導性が高い金属製のコンデンサケース、装置ケースを介して、外部に伝えることができる。

また、コンデンサ外周壁の厚みは装置外周壁の厚みよりも小さい。それゆえ、コンデンサ外周壁の剛性を低くすることができる。これにより、コンデンサケースと封止樹脂との間に作用する熱応力を小さくすることができる。これにより、金属製のコンデンサケースから封止樹脂が剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりすることを防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、金属製のコンデンサケースから封止樹脂が剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりすることを防ぐことができる電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、コンデンサとリアクトルが固定された装置ケースの上面図。図１のII−II矢視断面図。図１のIII−III矢視断面図。実施例１における電力変換装置の断面図。実施例２における、冷媒流路を有する装置ケースにコンデンサが固定された様子を示す断面図。

本発明にかかる電力変換装置は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いられる。

（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、コンデンサ素子２１と、コンデンサ素子２１を収容する金属製のコンデンサケース２２と、コンデンサケース２２内においてコンデンサ素子２１を封止する封止樹脂２３とを有するコンデンサ２を、装置ケース３内に収容してなる。図１、図２に示すごとく、コンデンサ２は、コンデンサケース２２を装置ケース３に固定した状態で装置ケース３内に収容されている。コンデンサケース２２の外周壁であるコンデンサ外周壁２２１の厚みは、装置ケース３の外周壁である装置外周壁３１の厚みよりも小さい。

また、図１、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、コイル４１と、コイル４１を収容する金属製のリアクトルケース４２と、コイル４１を埋設するようにリアクトルケース４２内に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア４３とを有するリアクトル４を有する。リアクトル４は、リアクトルケース４２を装置ケース３に固定した状態で装置ケース３内に収容されている。リアクトルケース４２の外周壁であるリアクトル外周壁４２１の厚みは、装置外周壁３１の厚みよりも小さい。

本例の電力変換装置１は、図４に示すごとく、装置ケース３内に、コンデンサ２及びリアクトル４と共に、スイッチング回路部を構成するパワーモジュール５を収容している。装置ケース３は、アルミニウム等の金属からなり、略長方形状の装置底壁３２と、その端縁から装置底壁３２に垂直に立設された装置外周壁３１とを有する。

なお、便宜的な観点から、以下において、装置外周壁３１の立設方向を「上下方向Ｚ」といい、上下方向Ｚにおける装置外周壁３１の装置底壁３２側を「下側」といい、その反対側を「上側」という。

装置ケース３は、装置底壁３２の長手方向において装置ケース３内の空間を２つに分ける仕切壁３３を有する。装置ケース３内の空間は、仕切壁３３によって、コンデンサ２を収容するコンデンサ収容部１１１と、リアクトル４を収容するリアクトル収容部１１２とに分けられている。さらに、装置ケース３は、コンデンサ収容部１１１及びリアクトル収容部１１２の上側に、パワーモジュール５を収容するモジュール収容部１１３を有する。装置外周壁３１におけるモジュール収容部１１３の上側は、上方に向かって開口した開口部３１０を有し、該開口部３１０は、蓋６によって塞がれている。

装置外周壁３１は、全周にわたって略一定の厚みを有する。本例においては、装置外周壁３１の厚みを、例えば６〜１５ｍｍとすることができる。また、仕切部３３も、全体にわたって略一定の厚みを有する。装置ケース３の仕切壁３３は、装置外周壁３１よりも厚みが小さい。

なお、装置外周壁３１の厚みは、装置ケース３の剛性確保等の観点からある程度の大きさが必要である一方で、電力変換装置１の重量低減、小型化等の観点からある程度の小ささが求められる。装置ケース３の厚みは、上記の観点から適宜設計される。

図１、図４に示すごとく、コンデンサ２は、装置ケース３内のコンデンサ収容部１１１に配置されている。図１、図２に示すごとく、コンデンサ２のコンデンサケース２２は、略長方形状のコンデンサ底壁２２２と、コンデンサ底壁２２２の端縁から上方に立設されたコンデンサ外周壁２２１とを有している。そして、コンデンサケース２２は、上方に向かって開口している。コンデンサケース２２は、アルミニウム等の金属からなる。

コンデンサ外周壁２２１は、全周にわたって略一定の厚みを有する。本例においては、コンデンサ外周壁２２１の厚みを、例えば２〜４ｍｍとすることができる。そして、上述のごとく、コンデンサ外周壁２２１は、装置外周壁３１よりも厚みが小さい。なお、コンデンサ底壁２２２も、装置外周壁３１よりも厚みが小さいことが好ましく、本例においては、コンデンサ底壁２２２は、装置外周壁３１よりも厚みが小さい。

装置ケース３内における、コンデンサ収容部１１１の四隅には、装置外周壁３１及び装置底壁３２から延設されたボス部１３が形成されている。コンデンサ外周壁２２１からは、コンデンサケース２２の外側に向かって延設されたフランジ部２００が４つ形成されている。そして、フランジ部２００をボス部１３の上面に重ね、これらをボルト１２によって締結固定することにより、コンデンサ２が装置ケース３に固定されている。

図１、図４に示すごとく、リアクトル４は、装置ケース３内のリアクトル収容部１１２に配置されている。すなわち、コンデンサ２とリアクトル４とは、装置ケース３の装置底壁３２の長手方向に並んで配置されている。

図１、図３に示すごとく、リアクトル４のリアクトルケース４２は、略長方形状のリアクトル底壁４２２と、リアクトル底壁４２２から上方に立設されたリアクトル外周壁４２１を有している。リアクトルケース４２は、上方に向かって開口している。リアクトルケース４２は、アルミニウム等の金属からなる。

リアクトル底壁４２２の四隅には、フランジ部４００がリアクトル外周壁４２１の外側へ突出して形成されている。リアクトル４は、これらのフランジ部４００において、ボルト１４によって装置ケース３に締結固定されている。

上述のごとく、リアクトル外周壁４２１は、装置外周壁３１よりも厚みが小さい。本例においては、リアクトル外周壁４２１の厚みを、例えば４〜６ｍｍとすることができる。なお、リアクトル底壁４２２も、装置外周壁３１よりも厚みが小さいことが好ましく、本例においては、リアクトル底壁４２２も、装置外周壁３１よりも厚みが小さい。

本例においては、コンデンサ外周壁２２１の厚みは、リアクトル外周壁４２１の厚みよりも小さい。

なお、電力変換装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される車両用インバータとして用いることができる。
また、コンデンサ３は、例えば、インバータに入力される直流電力の電圧を平滑化する平滑コンデンサとすることができる。
また、リアクトル４は、電力変換装置１における、電源電圧を所定電圧に昇圧する昇圧部の構成部品として用いることができる。

次に、本例の作用効果について、説明する。
上記電力変換装置１においては、金属製のコンデンサケース２２及び金属製のリアクトルケース４２を装置ケース３に固定した状態で装置ケース３内に収容されている。それゆえ、コンデンサ２、リアクトル４の熱を、熱伝導性が高い金属製のコンデンサケース２２、リアクトルケース４２、装置ケース３を介して、外部に伝えることができる。

また、コンデンサ外周壁２２１の厚みは装置外周壁３１の厚みよりも小さい。それゆえ、コンデンサ外周壁２２１の剛性を低くすることができる。これにより、コンデンサケース２２と封止樹脂２３との間に作用する熱応力を小さくすることができる。これにより、金属製のコンデンサケース２２から封止樹脂２３が剥離したり、封止樹脂２３にクラックが生じたりすることを防ぐことができる。

また、リアクトル外周壁４２１の厚みは、装置外周壁３１の厚みよりも小さい。それゆえ、リアクトル外周壁４２１の剛性を低くすることができる。これにより、リアクトルケース４２とコア４３との間に作用する熱応力を小さくすることができる。これにより、金属製のリアクトルケース４２からコア４３が剥離したり、コア４３にクラックが生じたりすることを防ぐことができる。

また、コンデンサ外周壁２２１の厚みは、リアクトル外周壁４２１の厚みよりも小さい。それゆえ、リアクトルケース４２とコア４３との間よりも熱応力が作用しやすいコンデンサケース２２と封止樹脂２３との間の熱応力を効果的に小さくすることができる。つまり、リアクトル４のコア４３は、磁性粉末混合樹脂からなるため、コンデンサ２の封止樹脂２３と比べて、周囲の温度変化に応じて温度変化しやすい。それゆえ、コア４３とリアクトルケース４２との間の熱応力は比較的小さい。かかる観点から、リアクトル４よりも、コンデンサ２の方が、熱膨張差に起因する封止樹脂２３の剥離、クラックの問題が生じやすい。そこで、本構成を有することにより、一層効果的に、これらの問題を解消することができる。

以上のごとく、本例によれば、金属製のコンデンサケースから封止樹脂が剥離したり、封止樹脂にクラックが生じたりすることを防ぐことができる電力変換装置を提供することができる。

なお、コンデンサ外周壁２２１、リアクトル外周壁４２１、装置外周壁３１は、それぞれ、部分的に他の部位よりも厚みの大きい部分や厚みの小さい部分を有し得る。かかる場合において、コンデンサ外周壁２２１の厚み、リアクトル外周壁４２１の厚み、装置外周壁３１の厚みとは、これらの主要部（例えば、全体の半分以上を占める部分）の厚みをいう。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、装置ケース３に、コンデンサ２を冷却するための冷媒を流す冷媒流路１００を設けた例である。

本例の電力変換装置１において、装置ケース３の装置底壁部３２は、コンデンサ収容部１１１の底面の一部を下側に後退させた凹部３２１を有する。そして、コンデンサケース２２のコンデンサ底壁部２２２が、凹部３２１を上方から塞ぐように、コンデンサ２が装置ケース３に配置されている。コンデンサ底壁部２２２と凹部３２１とによって囲まれた空間が、冷媒流路１００となる。

コンデンサケース２２は、コンデンサ底壁部２２２から下側に向かって突出した複数のフィン２０を有する。これにより、コンデンサケース２２と、冷媒流路１００に流される冷媒との接触面積を増やすことができ、冷媒によるコンデンサ２の冷却性能を向上させることができる。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、コンデンサ２の冷却をより効率的に行うことができる。また、冷媒流路１００に流した冷媒により、コンデンサケース２２を冷却することができる。それゆえ、コンデンサケース２２が封止樹脂２３よりも先に熱膨張することを抑制しやすい。その結果、封止樹脂２３がコンデンサケース２２から剥離することを、より効果的に防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記冷媒流路１００は、リアクトルにも面するように形成されていてもよい。この場合、リアクトルに対しても冷却効率の向上を図ることができる。その結果、コアとリアクトルケースとの間の熱応力の緩和を図ることができる。

１電力変換装置
２１コンデンサ素子
２２コンデンサケース
２２１コンデンサ外周壁
２３封止樹脂
３装置ケース
３１装置外周壁

Claims

コンデンサ素子（２１）と、該コンデンサ素子（２１）を収容する金属製のコンデンサケース（２２）と、該コンデンサケース（２２）内において上記コンデンサ素子（２１）を封止する封止樹脂（２３）とを有するコンデンサ（２）を、装置ケース（３）内に収容してなる電力変換装置（１）であって、
上記コンデンサ（２）は、上記コンデンサケース（２２）を上記装置ケース（３）に固定した状態で該装置ケース（３）内に収容されており、
上記コンデンサケース（２２）の外周壁であるコンデンサ外周壁（２２１）の厚みは、上記装置ケース（３）の外周壁である装置外周壁（３１）の厚みよりも小さいことを特徴とする電力変換装置（１）。
コイル（４１）と、該コイル（４１）を収容する金属製のリアクトルケース（４２）と、上記コイル（４１）を埋設するように上記リアクトルケース（４２）内に充填された磁性粉末混合樹脂からなるコア（４３）とを有するリアクトル（４）を有し、該リアクトル（４）は、上記リアクトルケース（４２）を上記装置ケース（３）に固定した状態で該装置ケース（３）内に収容されており、上記リアクトルケース（４２）の外周壁であるリアクトル外周壁（４２１）の厚みは、上記装置外周壁（３１）の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
上記コンデンサ外周壁（２２１）の厚みは、上記リアクトル外周壁（４２１）の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置（１）。