JP2016077043A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を容易にすることができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換回路を構成する電子部品（コンデンサ３）と、該電子部品を収容するケース４とを有する電力変換装置１。ケース４は、内側に電子部品を収容する収容空間４５を形成するように外周に形成された側壁部４１を有すると共に側壁部４１の立設方向に形成された開口部４２を備えたケース本体４０と、ケース本体４０の開口部４２を覆う蓋体４００とを有する。ケース本体４０は、収容空間４５を仕切るとともに開口部４２に向かって立設した隔壁部４３を有する。隔壁部４３は、ケース４内に配された、高電圧電流が流れる高電圧導体部５よりも、蓋体４００に近い位置まで形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を収容するケースを有する電力変換装置に関する。

例えば直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、電力変換回路を構成する電子部品と、該電子部品を収容するケースとを有するものがある。すなわち、ケース内には、電子部品として、半導体モジュールやコンデンサ等が収容されている（特許文献１）。そして、ケース内には、半導体モジュールの端子やコンデンサの端子、或は、これらの端子に接続されるバスバー等、高電圧電流が流れる高電圧導体部も、配されていることとなる。また、ケースは、開口部を備えたケース本体と、該ケース本体の開口部を覆う蓋体とを有する。

特開２０１２−１９１７６７号公報

しかしながら、蓋体が外力によって変形したとき、高電圧導体部に接触することを防ぐ必要がある。つまり、蓋体が導体からなる場合、蓋体が高電圧導体部に接触すると、漏電や短絡の原因となるため、蓋体が変形したとしても、蓋体が高電圧導体部に接触しないようにする必要がある。そのため、蓋体と高電圧導体部との間を充分に離す必要があり、その結果、ケースの大型化を招くこととなる。

また、上記の漏電や短絡を防ぐために、蓋体の内側面に絶縁膜を形成することも考えられるが、この場合には、蓋体の材料コスト、製造コストが増加してしまう。また、蓋体の内側面に絶縁膜を形成したり、蓋体を絶縁体で構成したりした場合、蓋体が高電圧導体部に接触したときの漏電や短絡の防止にはなりうる。しかし、外力によって蓋体が変形したとき、蓋体が高電圧導体部に当接して高電圧導体部を変形させてしまうことも考えられる。この場合、高電圧導体部が周囲の導体に接触するおそれがあるため、かかる事態も防ぐ必要がある。したがって、蓋体の内側面に絶縁膜を形成したり、蓋体を絶縁体で構成したりしたとしても、結局、蓋体と高電圧導体部との間を充分に離す必要があり、装置の小型化が困難である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型化を容易にする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、電力変換回路を構成する電子部品と、該電子部品を収容するケースとを有する電力変換装置であって、
上記ケースは、内側に上記電子部品を収容する収容空間を形成するように外周に形成された側壁部を有すると共に該側壁部の立設方向に形成された開口部を備えたケース本体と、該ケース本体の上記開口部を覆う蓋体とを有し、
上記ケース本体は、上記収容空間を仕切るとともに上記開口部に向かって立設した隔壁部を有し、
該隔壁部は、上記ケース内に配された、高電圧電流が流れる高電圧導体部よりも、上記蓋体に近い位置まで形成されている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、上記ケース本体は、上記開口部に向かって立設した隔壁部を有する。これにより、開口部を塞ぐ蓋体に外力が作用して、蓋体が内側に変形したとしても、隔壁部によって蓋体を支えることができる。その結果、蓋体が、隔壁部における蓋体側の端縁よりも開口部と反対側の方向まで変形することを防ぐことができる。なお、以下において、便宜的に、ケース本体の収容空間を基準に、開口部側を上側、その反対側を下側というものとする。

そして、隔壁部は、上記高電圧導体部よりも、蓋体に近い位置まで形成されている。つまり、隔壁部の上端は、高電圧導体部よりも上側に配置されている。それゆえ、蓋体が変形したとしても、上記のように隔壁部によって変形を規制されることによって、蓋体が高電圧導体部に接触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、小型化を容易にする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、蓋体を取り外した状態の電力変換装置の平面図。 図１のII−II線矢視断面図。 実施例２における、蓋体を取り外した状態の電力変換装置の平面図。 実施例３における、蓋体を取り外した状態の電力変換装置の平面図。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。

上記電力変換装置は、例えば、自動車等の車両に搭載される車載用のインバータ、コンバータ等とすることができる。

また、上記蓋体は、導体からなることが好ましい。この場合には、ケース内の回路から生じるノイズが外部に影響することを抑制することができ、逆に外部のノイズがケース内の回路に影響することを抑制することもできる。また、蓋体が導体からなる場合、蓋体が変形して、蓋体が高電圧導体部に接触すると、高電圧導体部が特に変形等しなくても、漏電や短絡を招くおそれがある。それゆえ、仮に隔壁部が上記のように形成されていないとすると、上述したように、蓋体を高電圧導体部から充分に離す必要がある。しかし、上記隔壁部が上述のように設けられていることによって蓋体の変形を規制することができるため、特に効果的に、装置の小型化を容易にすることができる。

（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１、図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、電力変換回路を構成する電子部品と、該電子部品を収容するケース４とを有する。電子部品としては、半導体モジュール２、コンデンサ３、リアクトル（図示略）等がある。

ケース４は、内側に電子部品を収容する収容空間４５を形成するように外周に形成された側壁部４１を有すると共に側壁部４１の立設方向に形成された開口部４２を備えたケース本体４０と、該ケース本体４０の開口部４２を覆う蓋体４００とを有する。
ケース本体４０は、収容空間４５を仕切るとともに開口部４２に向かって立設した隔壁部４３を有する。

隔壁部４３は、ケース４内に配された、高電圧電流が流れる高電圧導体部５よりも、蓋体４００に近い位置まで形成されている。
すなわち、隔壁部４３は、高電圧導体部５よりも上方まで形成されており、隔壁部４３の上端と蓋部４００との間の上下方向Ｚの間隔は、高電圧導体部５の上端と蓋部４００との間の上下方向Ｚの間隔よりも狭い。

なお、上述のごとく、本明細書においては、便宜的に、ケース本体４０の収容空間４５を基準に蓋体４００側を上側とし、その反対側を下側として説明するが、これはあくまでも便宜的なものであり、例えば車両に電力変換装置１を搭載したときの上下方向を限定するものではない。

本例の電力変換装置１は、車両に搭載され、直流電源と三相交流回転電機との間の電力変換を行うインバータとすることができる。
本例において、蓋体４００は、導体からなる。具体的には、例えば、蓋体４００は鋼板よりなる。また、ケース本体４０はアルミニウム合金からなる。

図２に示すごとく、ケース本体４０は、略長方形状のベースプレート４４を有し、ベースプレート４４の外周縁から側壁部４１が、ベースプレート４４の法線方向に立設している。ベースプレート４４と側壁部４１とによって囲まれた収容空間４５は、ベースプレート４４と対向する面に開口部４２を有する。すなわち、ケース本体４０は、収容空間４５を上方に開放した開口部４２を有する。

コンデンサ３は、ケース本体４０に形成されたコンデンサ収容部４５１に収容され、隔壁部４３の少なくとも一部は、コンデンサ収容部４５１の少なくとも一部を構成している。つまり、ケース本体４０における収容空間４５は、隔壁部４３によって、コンデンサ収容部４５１とそれ以外の空間とに仕切られている。図１に示すごとく、コンデンサ収容部４５１は、隔壁部４３と側壁部４１の一部によって囲まれている。

また、ケース本体４０の収容空間４５のうち、コンデンサ収容部４５１以外の空間に、複数の半導体モジュール２が、これらを冷却する冷却器１１と共に配置されている。冷却器１１は、半導体モジュール２と交互に積層された複数の冷却管１１１を有し、これら複数の冷却管１１１は、長手方向の両端部において連結されている。そして、半導体モジュール２と冷却管１１１との積層体１２は、積層方向Ｘにおいてコンデンサ３と並ぶように配置されている。また、積層体１２は、積層方向Ｘの一端に配された加圧部材１２１によって積層方向Ｘに加圧された状態で、隔壁部４３と側壁部４１との間に挟持されている。また、冷却器１１は、積層方向Ｘの一端に、冷媒導入管１１２及び冷媒排出管１１３を設けてなる。これらの冷媒導入管１１２及び冷媒排出管１１３は、ケース本体４０から突出している。

半導体モジュール２は、内部にスイッチング素子を内蔵してなるとともに、主電極端子２１と制御端子２２とを、それぞれ上下方向Ｚに、互いに反対側に突出してなる。主電極端子２１は、上側に突出し、制御端子２２は下側に突出している。制御端子２２は、制御回路基板１３に接続されている。制御回路基板１３は、ベースプレート４４の下側に形成された基板配置空間４６に配置されている。すなわち、ケース本体４０は、半導体モジュール２及びコンデンサ３を収容する収容空間４５とは別に、ベースプレート４４を挟んで収容空間４５と反対側の位置に、基板配置空間４６を有する。基板配置空間４６も、例えば鋼板からなる下蓋４９によって覆われている。

半導体モジュール２の主電極端子２１は、バスバー１４によって、コンデンサ３の端子３１（以下において、適宜「コンデンサ端子３１」という。）に接続されている。これらの主電極端子２１、バスバー１４、コンデンサ端子３１には、電力変換回路によって電力変換される被制御電流が流れる。すなわち、主電極端子２１、バスバー１４、コンデンサ端子３１は、高電圧電流が流れる高電圧導体部５である。そして、いずれの高電圧導体部５の上端よりも上方（蓋体４００に近い位置）に、隔壁部４３の上端縁４３１が位置している。

コンデンサ３は、コンデンサ収容部４５１において封止樹脂３２によって封止されている。そして、図２に示すごとく、封止樹脂３２のポッティング面３２１よりも、隔壁部４３における蓋体４００側の端縁（上端縁４３１）が、蓋体４００に近い。すなわち、隔壁部４３の上端縁４３１は、ポッティング面３２１よりも上方に位置している。

なお、コンデンサ３は、コンデンサ素子３０を、封止樹脂３２によって封止してなる。そして、図１に示すごとく、コンデンサ３は、４本のコンデンサ端子３１を封止樹脂３２のポッティング面３２１から突出させている。一対のコンデンサ端子３１は、直接もしくはバスバー１４を介して、半導体モジュール２の主電極端子２１に接続されている。そして、他の一対のコンデンサ端子３１は、積層方向Ｘと直交する方向に延びるとともに、図示しない端子台に接続されている。

図２に示すごとく、コンデンサ収容部４５１の一部を構成する隔壁部４３の上端縁４３１は、側壁部４１の上端縁よりも下方に位置する。そして、隔壁部４３は、蓋体４００から離隔している。
隔壁部４３は、蓋体４００に近い側の端部に、周囲よりも蓋体４００側から後退した切欠部４３２を有する。切欠部４３２に高電圧導体部５の一部が配置されている。すなわち、隔壁部４３の上端部に形成された切欠部４３２に、高電圧導体部５であるコンデンサ端子３１が配置されている。これにより、コンデンサ端子３１が、隔壁部４３を跨いで、コンデンサ収容部４５１の内外にわたって配置されることとなる。また、切欠部４３２の下端は、ポッティング面３２１よりも上方に位置する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１において、ケース本体４０は、開口部４２に向かって立設した隔壁部４３を有する。これにより、開口部４２を塞ぐ蓋体４００に外力が作用して、蓋体４００が内側に変形したとしても、隔壁部４３によって蓋体４００を支えることができる。その結果、蓋体４００が、隔壁部４３の上端縁４３１よりも下側まで変形することを防ぐことができる。
そして、隔壁部４３の上端縁４３１は、高電圧導体部５よりも上側に配置されている。それゆえ、蓋体４００が変形したとしても、上記のように隔壁部４３によって変形を規制されることによって、蓋体４００が高電圧導体部５に接触することを防ぐことができる。

特に本例においては、蓋体４００が導体からなるため、蓋体４００が高電圧導体部５に接触すると、高電圧導体部５が特に変形等しなくても、漏電や短絡を招くおそれがある。それゆえ、仮に隔壁部４３が上記のように形成されていないとすると、蓋体４００を高電圧導体部５から充分に離す必要がある。しかし、隔壁部４３が上述のように設けられていることによって蓋体４００の変形を規制することができるため、特に効果的に、装置の小型化を容易にすることができる。

また、隔壁部４３は、蓋体４００から離隔しているため、蓋部４００が振動したときに、隔壁部４３と干渉することを抑制することができる。
また、隔壁部４３は切欠部４３２を有し、切欠部４３２に高電圧導体部５の一部が配置されている。これにより、隔壁部４３を跨ぐように高電圧導体部５を収容空間４５に配置することが容易となる。また、蓋部４００が変形したときに、蓋部４００が高電圧導体部５に干渉することを、より確実に防ぐことが可能となる。

また、コンデンサ端子３１よりも隔壁部４３が上方まで形成されているため、コンデンサ端子３１に蓋体４００が干渉することを防ぐことができる。そして、隔壁部４３は、コンデンサ収容部４５１の一部を構成している。そのため、コンデンサ端子３１への蓋体４００の干渉を防ぐ構成を得やすい。

また、コンデンサ３の封止樹脂３２のポッティング面３２１よりも、隔壁部４３の上端縁４３１が、蓋体４００に近い。これにより、封止樹脂３２と隔壁部４３との間の接触面積を充分に確保することができ、封止樹脂３２と隔壁部４３との間の剥離を効果的に防ぐことができる。

以上のごとく、本例によれば、小型化を容易にする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２）
本例は、図３に示すごとく、コンデンサ３が、封止樹脂３２のポッティング面３２１から突出したコンデンサ端子３１を２本とした例である。
本例においては、ポッティング面３２１から露出した２本のコンデンサ端子３１のそれぞれから、分岐端子３１１を分岐させた例である。一対の分岐端子３１１は、積層方向Ｘに直交する方向に延びると共に、図示しない端子台に接続されている。分岐端子３１１も、高電圧電流が流れる高電圧導体部５であり、隔壁部４３の上端縁４３１よりも下方に位置している。

また、本例においては、隔壁部４３と加圧部材１２１との間に、板状のスペーサ部材１２２が介在している。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。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。

（実施例３）
本例は、図４、図５に示すごとく、コンデンサ３のコンデンサ端子３１と半導体モジュール２の主電極端子２１との間にバスバー１４０を設けた例である。
バスバー１４０は、その一端がコンデンサ端子３１に接続され、他端が主電極端子２１に接続されている。これらの接続部１４１は、例えば溶接されている。バスバー１４０も、高電圧電流が流れる高電圧導体部５であり、隔壁部４３の上端縁４３１よりも下方に位置している。

また、本例においては、隔壁部４３と加圧部材１２１との間に、板状のスペーサ部材１２２が介在している。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。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。

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール（電子部品）
３ コンデンサ（電子部品）
４ ケース
４０ ケース本体
４００ 蓋体
４１ 側壁部
４２ 開口部
４３ 隔壁部
４５ 収容空間
５ 高電圧導体部

Claims (7)

1. 電力変換回路を構成する電子部品（３）と、該電子部品（３）を収容するケース（４）とを有する電力変換装置（１）であって、
   上記ケース（４）は、内側に上記電子部品（３）を収容する収容空間（４５）を形成するように外周に形成された側壁部（４１）を有すると共に該側壁部（４１）の立設方向に形成された開口部（４２）を備えたケース本体（４０）と、該ケース本体（４０）の上記開口部（４２）を覆う蓋体（４００）とを有し、
   上記ケース本体（４０）は、上記収容空間（４５）を仕切るとともに上記開口部（４２）に向かって立設した隔壁部（４３）を有し、
   該隔壁部（４３）は、上記ケース（４）内に配された、高電圧電流が流れる高電圧導体部（５）よりも、上記蓋体（４００）に近い位置まで形成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
2. 上記蓋体（４００）は、導体からなることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
3. 上記隔壁部（４３）は、上記蓋体（４００）から離隔していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）。
4. 上記隔壁部（４３）は、上記蓋体（４００）に近い側の端部に、周囲よりも上記蓋体（４００）側から後退した切欠部（４３２）を有し、該切欠部（４３２）に上記高電圧導体部（５）の一部が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
5. 上記電子部品としてコンデンサ（３）を有し、該コンデンサ（３）の端子は上記高電圧導体部（５）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
6. 上記コンデンサ（３）は、上記ケース本体（４０）に形成されたコンデンサ収容部（４５１）に収容され、上記隔壁部（４３）の少なくとも一部は、上記コンデンサ収容部（４５１）の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置（１）。
7. 上記コンデンサ（３）は、上記コンデンサ収容部（４５１）において封止樹脂（３２）によって封止されており、上記封止樹脂（３２）のポッティング面（３２１）よりも、上記隔壁部（４３）における上記蓋体（４００）側の端縁（４３１）が、上記蓋体（４００）に近いことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置（１）。

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