JP2017085736A - On-vehicle electric apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機を駆動源とする電気自動車や、電動機を駆動源の一つとするハイブリッド自動車等の車両に搭載される車載電気機器に関するものである。 The present invention relates to an in-vehicle electric device mounted on a vehicle such as an electric vehicle using an electric motor as a drive source or a hybrid vehicle using an electric motor as one of the drive sources.
プラグインハイブリッド自動車(以下、PHEVと称する)や、電気自動車(以下、EVと称する)は、商用電源から高電圧バッテリに充電するための充電器、高電圧バッテリの電圧から12[V]系の低電圧バッテリの電圧に降圧するDC/DCコンバータ、12[V]系の低電圧バッテリの電圧から高電圧バッテリの電圧に昇圧するDC/DCコンバータ、及び電動機を駆動するためのインバータ等の様々な電気機器を搭載している。 Plug-in hybrid vehicles (hereinafter referred to as PHEV) and electric vehicles (hereinafter referred to as EV) are chargers for charging a high voltage battery from a commercial power source, and the voltage of the high voltage battery is 12 [V] system DC / DC converter for stepping down to the voltage of the low voltage battery, DC / DC converter for boosting the voltage of the low voltage battery of 12 [V] system to the voltage of the high voltage battery, and an inverter for driving the motor Equipped with electrical equipment.
従来、内部に組み込まれる半導体素子、トランス、リアクトル、コンデンサ等の電気部品を、水密プレートに搭載するようにした車載電気機器が提案されている(例えば、特許文献1参照)。又、従来、水路を設けた金属ケースの水路上面に熱伝導樹脂シートを介して発熱する半導体部品を個々に配置すると共に、この金属ケースにトランスとリアクトルを収納する凹部を設け、トランスとリアクトルを個々にその凹部に挿入し、絶縁性熱伝導樹脂を介してこれらの電気部品を冷却するようにした車載電気機器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。前述の特許文献1及び特許文献2に開示された従来の車載電気機器は、その内部に組み込まれる電気部品を、夫々個別に水密プレートや金属ケースに組込むようにしたものである。
Conventionally, an in-vehicle electric device has been proposed in which electric components such as a semiconductor element, a transformer, a reactor, and a capacitor incorporated therein are mounted on a watertight plate (see, for example, Patent Document 1). Conventionally, semiconductor parts that generate heat via a heat conductive resin sheet are individually arranged on the upper surface of a water channel of a metal case provided with a water channel, and a recess for housing a transformer and a reactor is provided in the metal case. There has been proposed an in-vehicle electric device that is individually inserted into the recess and cools these electric components through an insulating heat conductive resin (for example, see Patent Document 2). The conventional in-vehicle electric devices disclosed in
周知のように、PHEVは通常のガソリン車に比べて構造が複雑となり、車載電気機器以外にも搭載される機器が多く存在する。このため、PHEVでは車載電気機器を搭載するためのスペースが限定されており、PHEVに搭載される車載電気機器に対する小型化、低コスト化への要求は非常に強くなっている。又、EVは比較的小型車が多く、車載電気機器に対する搭載スペースが限られているため、EVに搭載される車載電気機器に対しても、小型化、低コスト化への要求は強いものとなっている。 As is well known, the structure of PHEV is more complicated than that of a normal gasoline vehicle, and there are many devices that are mounted in addition to on-vehicle electrical devices. For this reason, in PHEV, the space for mounting an in-vehicle electric device is limited, and the demand for downsizing and cost reduction of the in-vehicle electric device mounted in PHEV is very strong. In addition, since EVs are relatively small in size and have a limited mounting space for in-vehicle electric devices, there is a strong demand for miniaturization and cost reduction for in-vehicle electric devices mounted on EVs. ing.
更に、近年、PHEVやEVの生産が増大しており、その車種も多様化している。従って、PHEVやEVに搭載される車載電気機器は、前述の小型化、低コスト化の要求に加えて、車種毎の異なる搭載要件、例えば外形形状や入出力部の位置等に個々に対応することが要求される。特許文献1や特許文献2に示されたような従来の車載電気機器に於いては、車載電気機器の内部に各種の部品を個別に組込んでいるため、搭載される車種毎に異なる外形や入出力部の位置の変更要求に対して、車載電気機器の内部の部品、及び部品レイアウトを再設計する必要がある。
Furthermore, in recent years, the production of PHEV and EV has increased, and the types of vehicles have also diversified. Therefore, in-vehicle electric devices mounted on PHEVs and EVs individually correspond to different mounting requirements for each vehicle type, such as the outer shape and the position of the input / output unit, in addition to the above-mentioned demands for miniaturization and cost reduction. Is required. In conventional in-vehicle electric devices such as those disclosed in
従って、前述のように部品を個別の組込むようにした従来の車載電気機器に於いては、それが搭載される車種の増加や車両レイアウト変更に応じて発生する外形や入出力部の位置の変更要求に対応して設計工数が増大するという課題が存在する。 Therefore, in the conventional in-vehicle electrical equipment in which the parts are individually incorporated as described above, the external shape and the position of the input / output unit are changed in accordance with the increase in the number of models on which the parts are mounted and the vehicle layout change. There is a problem that the design man-hour increases in response to the demand.
又、車種毎に部品形状が専用仕様となるため、部品コスト、生産設備、工具費等が増大し、低コスト化の実現が困難であると共に、車載電気機器の内部に個別に部品を組込んでいるため、それらに対する絶縁の確保や組み付けのためのスペースが多く必要となり、車載電気機器の小型化が困難であった。 In addition, because the part shape is a dedicated specification for each vehicle model, the part cost, production equipment, tool cost, etc. increase, making it difficult to reduce the cost and incorporating the parts individually into the in-vehicle electrical equipment. Therefore, a lot of space is required for securing insulation and assembling them, and it is difficult to reduce the size of the on-vehicle electric device.
これらの車載電気機器の小型化を実現する対策の一つとして、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高周波数化することが考えられる。車載電気機器に用いられるトランスやリアクトルは、スイッチング周波数の高周波数化により小型化が可能となるが、発熱密度が増大するという新たな課題を生むことになる。トランスやリアクトルの発熱は、自己の発熱によって、磁性部品としての性能劣化を招くばかりでなく、周辺の部品を高温にさらすことになる。 As one of the measures for realizing miniaturization of these in-vehicle electric devices, it is conceivable to increase the switching frequency of the semiconductor switching element. Transformers and reactors used in in-vehicle electric devices can be reduced in size by increasing the switching frequency, but this creates a new problem that the heat generation density increases. The heat generated by the transformer and the reactor not only causes the performance of the magnetic component to deteriorate due to its own heat generation, but also exposes peripheral components to high temperatures.
この発明は、従来の車載電気機器に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、車両の搭載要件に容易に対応することができ、ひいては小型化、低コスト化を可能とする車載電気機器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in conventional in-vehicle electric devices, and can easily meet the mounting requirements of the vehicle, and thus can be reduced in size and cost. The purpose is to obtain an in-vehicle electrical device.
この発明による車載電気機器は、
モータを駆動源の少なくとも一つとする車両に搭載され、所定の動作を行なう主回路を備えた車載電気機器であって、
前記主回路の複数個の電気的構成要素毎に分割された複数個のモジュールと、
前記複数個のモジュールに電気的に接続された接続手段と、
前記複数個のモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートと、
を備え、
前記主回路は、少なくとも前記複数個のモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却される、
ことを特徴とする。
The in-vehicle electric device according to the present invention is
An in-vehicle electric device that is mounted on a vehicle having at least one of a motor as a drive source and includes a main circuit that performs a predetermined operation,
A plurality of modules divided into a plurality of electrical components of the main circuit;
Connection means electrically connected to the plurality of modules;
An assembly plate on which the plurality of modules and the connection means are installed;
With
The main circuit is composed of at least the plurality of modules and the connection means and is cooled by the assembly plate.
It is characterized by that.
又、この発明による車載電気機器は、
モータを駆動源の少なくとも一つとする車両に搭載され、所定の動作を行なう主回路を備えた車載電気機器であって、
前記主回路に於ける複数個の電気的構成要素は、夫々機能要素毎に分割された複数個のサブモジュールにより構成され、
前記複数個のサブモジュールに電気的に接続された接続手段と、
前記複数個のサブモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートと、
を備え、
前記主回路は、少なくとも前記複数個のサブモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却される、
ことを特徴とする。
Moreover, the in-vehicle electric device according to the present invention is
An in-vehicle electric device that is mounted on a vehicle having at least one of a motor as a drive source and includes a main circuit that performs a predetermined operation,
The plurality of electrical components in the main circuit are each composed of a plurality of submodules divided into functional elements,
Connection means electrically connected to the plurality of sub-modules;
An assembly plate on which the plurality of submodules and the connection means are installed;
With
The main circuit is composed of at least the plurality of submodules and the connection means and is cooled by the assembly plate.
It is characterized by that.
この発明に係る車載電気機器によれば、主回路の複数個の電気的構成要素毎に分割された複数個のモジュールと、前記複数個のモジュールに電気的に接続された接続手段と、前記複数個のモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートとを備え、前記主回路は、少なくとも前記複数個のモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却されるように構成されているので、車両の搭載要件に容易に対応することができ、ひいては小型化、低コスト化を可能とする車載電気機器を得ることができる。 According to the in-vehicle electrical device according to the present invention, the plurality of modules divided for each of the plurality of electrical components of the main circuit, the connection means electrically connected to the plurality of modules, and the plurality of modules Comprising a module and an assembly plate on which the connection means is installed, wherein the main circuit is constituted by at least the plurality of modules and the connection means and is cooled by the assembly plate. Therefore, it is possible to easily meet the mounting requirements of the vehicle, and thus to obtain an in-vehicle electric device that can be reduced in size and cost.
又、この発明に係る車載電気機器によれば、主回路に於ける複数個の電気的構成要素は、夫々機能要素毎に分割された複数個のサブモジュールにより構成され、前記複数個のサブモジュールに電気的に接続された接続手段と、前記複数個のサブモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートとを備え、前記主回路は、少なくとも前記複数個のサブモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却されるように構成されているので、車両の搭載要件に容易にきめ細かく対応することができ、ひいては小型化、低コスト化を可能とする車載電気機器を得ることができる。 According to the on-vehicle electrical apparatus according to the present invention, the plurality of electrical components in the main circuit are each composed of a plurality of submodules divided for each functional element, and the plurality of submodules. Connecting means electrically connected to the plurality of submodules, and an assembly plate on which the connecting means is installed, wherein the main circuit includes at least the plurality of submodules and the connecting means. Since it is configured and is cooled by the assembly plate, it is possible to easily and finely meet the mounting requirements of the vehicle, and thus to obtain an in-vehicle electric device that can be reduced in size and cost. be able to.
実施の形態1.
以下、この発明による車載電気機器について、図に基づいて説明する。各図に於いて、同一、又は相当部分は同一符号を付して説明する。
Hereinafter, an in-vehicle electric device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are described with the same reference numerals.
実施の形態1.
従来の車載電気機器としての車載充電器は、半導体素子、トランス、リアクトル、コンデンサ等の電気部品を個別に組込んでいたが、この発明の実施の形態1による車載電気機器としての車載充電器は、各機能要素毎に電気部品等を集約した複数のモジュールを組み合わせることにより構成され、各モジュールの入出力部に設けられた端子間をバスバーで接続することで、各モジュールを電気的に接続して車載電気機器の主回路が構成される。
Conventional on-vehicle chargers as on-vehicle electric devices have individually incorporated electrical components such as semiconductor elements, transformers, reactors, and capacitors, but on-vehicle chargers as on-vehicle electric devices according to
図1は、この発明の実施の形態1による車載電気機器の構成図であって、車載電気機器の例として、PHEV、EVに搭載され、AC電源からのAC入力電力をDC電力に変換して高電圧バッテリに充電するための車載充電器を示している。図1に於いて、車載充電器1は、構成要素として、リアクトルとコンデンサからなるフィルタ回路を備えたフィルタ部2と、AC/DC変換部3と、昇圧用のコンデンサ4と、DC/DC変換部5とを備えている。これ等の各構成要素は、夫々電気部品等を集約した単体のモジュールとして構成され、各構成要素のモジュールの入出力部に設けられた端子間がバスバーで接続されて車載充電器1の主回路が構成されている。尚、各構成要素のモジュールの端子を最適化することで、各モジュールの端子同士を直接接続するようにしても良い。
FIG. 1 is a configuration diagram of an in-vehicle electric device according to
前述のモジュールとして構成されたフィルタ部2と、AC/DC変換部3と、コンデンサ4と、DC/DC変換部5は、例えば後述の図5に示す平板状に形成された組付けプレートに搭載され、一つの車載充電器として構成される。
The
次に、AC電力を車載充電器1によりDC電力に変換して、車載高圧バッテリに充電するフローについて説明する。家庭用のAC電源等の外部のAC電源から入力されたAC電力は、フィルタ部2によりノイズが除去され、AC/DC変換部3によりDC電力に変換されてコンデンサ4に充電され昇圧される。コンデンサ4に充電されたDC電力は、DC/DC変換部5を介して、再びフィルタ部2から昇圧されたDC電力として出力され、車載高圧バッテリを充電する。
Next, a flow for converting AC power into DC power by the in-
この発明の実施の形態1による車載電気機器としての車載充電器によれば、内部に組み込まれるフィルタ部2、AC/DC変換部3、コンデンサ4、DC/DC変換部5等の機能要素を夫々単体のモジュールとして構成しているので、従来のように車載充電器の内部の部品及び、部品のレイアウトを搭載車種毎に異なる構成とする必要がなく、各モジュールとして構成された機能要素の組合せや配置を変更するだけで車載充電器の外形と入出力部の位置等の変更が可能とり、設計工程や製作工程を大幅に削減することができる。
According to the in-vehicle charger as the in-vehicle electric device according to
又、各機能要素のモジュールを各種搭載車種に共用できるように共通化することで、生産設備や工具を削減できるため、低コスト化を図ることができる。更に、各機能要素のモジュールの端子間をバスバーにより電気的に接続して主回路を形成し、組付けプレートの平面に搭載することで、車載充電器の小型化を図ることができる。 In addition, by sharing the module of each functional element so that it can be shared by various types of vehicles, production equipment and tools can be reduced, so that the cost can be reduced. Furthermore, the in-vehicle charger can be reduced in size by electrically connecting the terminals of the modules of the respective functional elements by a bus bar to form a main circuit and mounting the main circuit on the plane of the assembly plate.
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2による車載電気機器について説明する。図2は、この発明の実施の形態2による車載充電器の構成図であり、実施の形態1の場合と同様に、車載電気機器の例として、PHEV、EVに搭載され、AC電源からのAC入力電力をDC電力に変換して高電圧バッテリに充電するための車載充電器を示している。図2に於いて、車載充電器1は、リアクトルとコンデンサからなるフィルタ回路を備えたフィルタ部2と、AC/DC変換部3と、昇圧用のコンデンサ4と、DC/DC変換部5と、入力端子台モジュール6と、を備えている。そして、フィルタ部2と、AC/DC変換部3と、DC/DC変換部5は、後述するように、夫々機能要素毎に細分化された複数のサブモジュールにより構成されている。コンデンサ4は、電気的に接続された複数のコンデンサ素子を一体に固定して構成されている。
Next, an in-vehicle electric device according to
フィルタ部2は、入力側と出力側で使用できるように共通化した3個のフィルタサブモジュール71、72、73と、入力フィルタサブモジュール8と、出力フィルタサブモジュール16の、3種類のサブモジュールに分割されている。フィルタサブモジュール71、72、73は、夫々リアクトルと、コンデンサとからなるフィルタ回路を備えている。
The
AC/DC変換部3は、一次側ダイオードサブモジュール9と、2個のPFCリアクトル10と、ACDCサブモジュール11との、3種類に分割されている。DC/DC変換部5は、DCDCサブモジュール12と、磁性部品サブモジュール13と、二次側ダイオードサブモジュール14と、平滑リアクトル15との、4種類に分割されている。磁性部品サブモジュール13は、リアクトル131とトランス132を備えている。
The AC /
前述のように、夫々複数のサブモジュールに分割されたフィルタ部2と、AC/DC変換部3と、DC/DC変換部5は、各サブモジュールの入出力部に設けた端子間がバスバー(図示せず)で電気的に接続されることで車載充電器1の主回路が構成される。尚、各サブモジュールの端子を互いに直接接続できるように最適化することで、各サブモジュールの端子同士を直接接続するようにしても良い。
As described above, the
図3は、この発明の実施の形態2による車載充電器の主回路図である。図3に於いて、一次側ダイオードサブモジュール9は、4個の半導体ダイオードによるブリッジ回路を備えている。2個のPFCリアクトル10は、夫々、並列接続される2個のリアクトルを備えている。ACDCサブモジュール11は、一方のPFCリアクトル10の各リアクトルに夫々接続される2個の半導体ダイオードと、他方のPFCリアクトルの各リアクトルに接続される2個の半導体ダイオードと、夫々の半導体ダイオード間に接続された2個の半導体スイッチング素子を備えている。
FIG. 3 is a main circuit diagram of an in-vehicle charger according to
DCDCサブモジュール12は、ブリッジ回路を構成する4個の半導体スイッチング素子を備えている。磁性部品サブモジュール13は、リアクトル131と、トランス132を備えている。二次側ダイオードサブモジュール14は、一次側ダイオードサブモジュール9と同様の構成であり、4個の半導体ダイオードによるブリッジ回路を備えている。平滑リアクトル15は、二次側ダイオードサブモジュール14の両端子に夫々接続される1個のリアクトルを備えている。
The DCDC submodule 12 includes four semiconductor switching elements that form a bridge circuit. The
次に、AC電力を車載充電器1によりDC電力に変換して、車載高圧バッテリ40に充電するフローについて説明する。図2及び図3に於いて、家庭用のAC電源から入力端子台モジュール6に入力されたAC電力は、フィルタサブモジュール71、72によりノイズが除去され、入力フィルタサブモジュール8を介してAC/DC変換部3に於ける一次側ダイオードサブモジュール9に入力され、PFCリアクトル10を介してACDCサブモジュール11からDC電力として出力される。
Next, a flow in which AC power is converted into DC power by the in-
ACDCサブモジュール11から出力されたDC電力は、昇圧用のコンデンサ4により昇圧され、DCDCサブモジュール12を介して磁性部品サブモジュール13に供給され、磁性部品サブモジュール13に組み込まれたトランスによりAC電力に変換される。磁性部品サブモジュール13から出力されたAC電力は、二次側ダイオードサブモジュール14に入力されてDC電力に変換され、更に平滑リアクトル15により平滑化され、フィルタ部2に於けるフィルタサブモジュール73を介して出力フィルタサブモジュール16から昇圧されたDC電力として出力される。車載高圧バッテリ40は、出力フィルタサブモジュール16から出力されたDC電力により充電される。
The DC power output from the ACDC submodule 11 is boosted by the boosting
次に、この発明の実施の形態2による車載充電器1を構成する前述の各サブモジュールについて説明する。図4は、この発明の実施の形態2による車載充電器に於ける、サブモジュールを示す斜視図であって、(a)は入力フィルタサブモジュール8を示し、(b)は一次側ダイオードサブモジュール9、及び二次側ダイオードサブモジュール14を示し、(c)はACDCサブモジュールを示し、(d)はDCDCサブモジュールを示し、(e)は磁性部品サブモジュールを示している。
Next, each of the above-described submodules constituting the in-
前述の図2及び図3に示すフィルタサブモジュール71、72、73、入力フィルタサブモジュール8、及び、出力フィルタサブモジュール16は、各電気部品を立体的に配置し、各電気部品に設けた端子により各電気部品間を電気的に接続し、樹脂ホルダにより各端子と各電気部品を一体に保持するように構成されている。
The filter submodules 71, 72, 73, the
次にその一例として、入力フィルタサブモジュール8について説明する。図4の(a)に示すように、入力フィルタサブモジュール8は、Xコンデンサ(フィルムコンデンサ)17と、バリスタ18と、2個の端子191、192と、樹脂ホルダ20とで構成されている。Xコンデンサ17は、各端子191、192に夫々形成された穴部19(h)に、溶接又は半田付けにより接合されている。
Next, the
バリスタ18は、各端子191、192の突出部19(p)に、溶接又は半田付けにより接合されている。このように接合されたXコンデンサ17と、バリスタ18と、端子191、192は、樹脂ホルダ20にインサート又はアウトサートされて保持されている。入力側と出力側で使用できるように共通化したフィルタサブモジュール71、72、73、及び、出力フィルタサブモジュール16についても、入力フィルタサブモジュール8と同様の形態に構成されている。
The varistor 18 is joined to the protrusions 19 (p) of the
一次側ダイオードサブモジュール9、及び二次側ダイオードサブモジュール14は、図4の(b)に示すように、樹脂ホルダ21で覆われた金属基板22に複数の半導体素子(図示せず)と端子23を実装し、各半導体素子間、及び、半導体素子と端子23を電気的に接続して構成されている。一次側ダイオードサブモジュール9と、二次側ダイオードサブモジュール14は、樹脂ホルダ21と端子23を共通化し金属基板22のサイズと仕様も共通となるように構成されている。
As shown in FIG. 4B, the primary
ACDCサブモジュール11は、図4の(c)に示すように、樹脂ホルダ21で覆われた金属基板22に複数の半導体素子(図示せず)と端子23を実装し、各半導体素子間、及び、各半導体素子と端子23を電気的に接続して構成されている。DCDCサブモジュール12は、図4の(d)に示すように、樹脂ホルダ21で覆われた金属基板22に複数の半導体素子(図示せず)と端子23を実装し、各半導体素子間、及び、各半導体素子と端子23を電気的に接続して構成されている。図4の(c)、(d)に示すように、ACDCサブモジュール11とDCDCサブモジュール12の間では、樹脂ホルダ21の端子23の位置を異ならせて夫々のサブモジュールにに最適化され、端子23の形状を共通化し、金属基板24のサイズと仕様、及び樹脂ホルダ21のサイズの共通化が図られている。
As shown in FIG. 4C, the ACDC submodule 11 mounts a plurality of semiconductor elements (not shown) and
又、磁性部品サブモジュール13は、図4の(e)に示すように、平板状に形成された金属基板26と、この金属基板26の表面に形成されたパターン(図示せず)と積層された複数の金属薄板251とにより形成されたリアクトル巻線と、このリアクトル巻線の内側を貫通すると共に周囲を包囲するように配置されたフェライトコアからなる磁性部材271と、金属基板26の表面に形成されたパターン(図示せず)と積層された複数の金属薄板252とにより形成された一次巻線と二次巻線とからなるトランス巻線と、このトランス巻線の一次巻線と二次巻線を磁気的に結合させるフェライトコアからなる磁性部材272とを備えている。
The
前述の金属薄板251と磁性部材271と金属基板26に形成されたパターン(図示せず)とでリアクトルが構成され、金属薄板252と磁性部材272と金属基板26に形成されたパターン(図示せず)とでトランスが構成されている。
A reactor is configured by the metal thin plate 251, the magnetic member 271, and a pattern (not shown) formed on the
以上のように構成されたフィルタサブモジュール71、72、73、入力フィルタサブモジュール8、及び、一次側ダイオードサブモジュール9、PFCリアクトル10、ACDCサブモジュール11、コンデンサ4、DCDCサブモジュール12、磁性部品サブモジュール13、二次側ダイオードサブモジュール14、平滑リアクトル15、出力フィルタサブモジュール16は、各サブモジュールの端子191、192、23等の間をバスバー(図示せず)で接続されることで、図3に示す車載充電器1の主回路を構成する。尚、各サブモジュールの端子を互いに直接接続できるように最適化することで、各サブモジュールの端子同士を直接接続するようにしても良い。
図5は、この発明の実施の形態2による車載充電器に於ける、サブモジュールを搭載する組付けプレートを示す斜視図である。図3に示す車載充電器の主回路を構成した前述の各サブモジュール及び他の部品は、図5に示す冷媒流路30を有する組付けプレート28の平面29の上に搭載され、各サブモジュール及びコンデンサ4等の他の部品で発生した熱をそれ等の下面から、組付けプレート28を介して冷媒流路30内の冷媒に伝達され外部へ放熱される。
FIG. 5 is a perspective view showing an assembly plate on which a submodule is mounted in an in-vehicle charger according to
以上述べたように、この発明の実施の形態2による車載電気機器としての車載充電器によれば、車載充電器の内部に組み込まれる半導体素子、トランス、リアクトル、コンデンサ等の電気部品を機能要素毎にサブモジュールとして形成しているため、車載充電器の外形を変更する等の要求に対して、従来のように機器内部の部品及び、部品レイアウトを搭載車種毎に最初から設計し直す必要がなく、サブモジュールの組合せや配置を変更するだけで、外形と入出力位置の変更が可能となるため、設計工程数を大幅に削減することができる。このように設計工程数を低減できる効果と合わせて、各サブモジュールを共通化して共用することで生産設備や工具を削減できるため、車載充電器の低コスト化を図ることができる。 As described above, according to the in-vehicle charger as the in-vehicle electric device according to the second embodiment of the present invention, the electrical components such as the semiconductor element, the transformer, the reactor, and the capacitor incorporated in the in-vehicle charger are arranged for each functional element. Because it is formed as a sub-module, there is no need to redesign the parts inside the equipment and the parts layout from the beginning for each mounted vehicle type as in the past, in response to a request to change the external shape of the in-vehicle charger. By simply changing the combination and arrangement of the submodules, it is possible to change the external shape and the input / output position, so that the number of design processes can be greatly reduced. In combination with the effect of reducing the number of design steps in this way, production equipment and tools can be reduced by sharing and sharing each submodule, so that the cost of the on-vehicle charger can be reduced.
又、各サブモジュール内の電気部品が立体的に配置され、各サブモジュールの端子間がバスバーにより電気的に接続されて主回路が形成され、これ等のサブモジュールが組付けプレートの平面に搭載されることで、車載電気機器としての車載充電器の小型化を図ることができる。 Also, the electrical components in each submodule are arranged in three dimensions, and the terminals of each submodule are electrically connected by a bus bar to form a main circuit. These submodules are mounted on the plane of the assembly plate. By doing so, it is possible to reduce the size of the in-vehicle charger as the in-vehicle electric device.
更に、金属基板に半導体素子と端子を装着し、この半導体素子と端子とを接続してサブモジュールを構成したことや、金属基板に金属薄板と端子を装着し、金属基板に形成したパターンと金属薄板により巻線を形成し、この巻線を貫通するようにフェライトコアからなる磁性部品を配置して形成したトランスとリアクトルを有するサブモジュールを構成したことで、金属基板に形成したパターンから組付けプレートへ直接放熱することが可能となり、放熱性が向上する効果とともに車載充電器を小型化することが可能となる。 Furthermore, a semiconductor element and a terminal are mounted on a metal substrate, and the semiconductor element and the terminal are connected to form a submodule. A metal thin plate and a terminal are mounted on the metal substrate, and the pattern and metal formed on the metal substrate. A sub-module having a transformer and a reactor formed by forming a winding with a thin plate and arranging magnetic parts consisting of a ferrite core so as to pass through this winding is assembled from the pattern formed on the metal substrate. It becomes possible to radiate heat directly to the plate, and the on-vehicle charger can be miniaturized with the effect of improving heat dissipation.
尚、以上述べたこの発明の実施の形態1及び2では、車載電気機器としての車載充電器について述べたが、この発明は車載充電器に限らず、PHEVや、EV等に搭載される高電圧バッテリの電圧から12[V]系の低電圧バッテリの電圧に降圧するDC/DCコンバータ、12[V]系の低電圧バッテリの電圧から高電圧バッテリの電圧に昇圧するDC/DCコンバータ、或いは電動機を駆動するためのインバータ等の電力変換装置等にも適用できることは勿論である。 In the first and second embodiments of the present invention described above, the in-vehicle charger as the in-vehicle electric device has been described. However, the present invention is not limited to the in-vehicle charger, and a high voltage mounted on PHEV, EV, or the like. DC / DC converter for stepping down from battery voltage to voltage of 12 [V] low voltage battery, DC / DC converter for stepping up voltage from low voltage battery of 12 [V] system to high voltage battery, or electric motor Of course, the present invention can also be applied to a power conversion device such as an inverter for driving the inverter.
尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形若しくは省略することが可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, the respective embodiments can be appropriately combined, modified or omitted.
1 車載充電器、2 フィルタ部、3 AC/DC変換部、4 コンデンサ、5 DC/DC変換部、6 入力端子台モジュール、 71、72、73 フィルタサブモジュール、8 入力フィルタサブモジュール、9 一次側ダイオードサブモジュール、10 PFCリアクトル、11 ACDCサブモジュール、12 DCDCサブモジュール、13 磁性部品サブモジュール、14 二次側ダイオードサブモジュール、15 平滑リアクトル、16 出力フィルタサブモジュール、17 Xコンデンサ(フィルムコンデンサ)、18 バリスタ、191、192、23 端子、19(h) 穴部、20、21 樹脂ホルダ、22、24、26 金属基板、131、131 リアクトル、132 トランス、251、252 金属薄板、271、272 磁性部材、28組付けプレート、 29 平面、30 冷媒流路、40 高圧バッテリ
DESCRIPTION OF
この発明による車載電気機器は、
モータを駆動源の少なくとも一つとする車両に搭載され、所定の動作を行なう主回路を備えた車載電気機器であって、
前記主回路に於ける複数個の電気的構成要素は、夫々機能要素毎に分割された複数個のサブモジュールにより構成され、
前記複数個のサブモジュールに電気的に接続された接続手段と、
前記複数個のサブモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートとを備え、
前記主回路は、
少なくとも前記複数個のサブモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に、前記組付けプレートにより冷却されるように構成された車載充電器の主回路であり、
前記複数個の電気的構成要素は、
フィルタ回路を備えたフィルタ部と、前記フィルタ部からのAC電力をDC電力に変換するAC/DC変換部と、前記AC/DC変換部からコンデンサを介して出力されるDC電力を昇圧したDC電力に変換するDC/DC変換部とを含み、
外部から前記フィルタ回路に入力されたAC電力は、前記AC/DC変換部によりDC電力に変換され、
前記AC/DC変換部から前記コンデンサを介して出力されたDC電力は、前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力に変換され、
前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力は、前記フィルタ部を介して外部に出力され、
前記フィルタ部は、
共通化された複数個のフィルタサブモジュールと、入力フィルタサブモジュールと、出力フィルタサブモジュールとに分割して構成され、
外部から入力された前記AC電力は、少なくとも2個連結された前記フィルタサブモジュールを介して前記入力フィルタサブモジュールから前記AC/DC変換部に入力され、
前記DC/DC変換部から出力されたDC電力は、前記少なくとも2個連結された前記フィルタサブモジュール以外の前記フィルタサブモジュールに入力され、前記出力フィルタサブモジュールから外部に出力される、
ことを特徴とする。
The in-vehicle electric device according to the present invention is
An in-vehicle electric device that is mounted on a vehicle having at least one of a motor as a drive source and includes a main circuit that performs a predetermined operation,
The plurality of electrical components in the main circuit are each composed of a plurality of submodules divided into functional elements,
Connection means electrically connected to the plurality of sub-modules;
An assembly plate on which the plurality of submodules and the connection means are installed;
The main circuit is:
It is a main circuit of an in-vehicle charger configured to be cooled by the assembly plate while being configured by at least the plurality of submodules and the connection means,
The plurality of electrical components are:
A filter unit including a filter circuit; an AC / DC converter that converts AC power from the filter unit into DC power; and DC power obtained by boosting DC power output from the AC / DC converter through a capacitor A DC / DC converter for converting into
AC power input to the filter circuit from the outside is converted into DC power by the AC / DC converter,
DC power output from the AC / DC converter through the capacitor is converted into DC power boosted by the DC / DC converter,
The DC power boosted by the DC / DC conversion unit is output to the outside through the filter unit,
The filter unit is
It is divided into a plurality of common filter submodules, input filter submodules, and output filter submodules.
The AC power input from the outside is input from the input filter submodule to the AC / DC converter through the filter submodule connected at least two,
DC power output from the DC / DC converter is input to the filter submodule other than the at least two connected filter submodules, and output to the outside from the output filter submodule.
It is characterized by that.
この発明に係る車載電気機器によれば、主回路に於ける複数個の電気的構成要素は、夫々機能要素毎に分割された複数個のサブモジュールにより構成され、前記複数個のサブモジュールに電気的に接続された接続手段と、前記複数個のサブモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートとを備え、前記主回路は、少なくとも前記複数個のサブモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却されるように構成されているので、車両の搭載要件に容易にきめ細かく対応することができ、ひいては小型化、低コスト化を可能とする車載電気機器を得ることができる。 According to the in-vehicle electric device according to the present invention, the plurality of electrical components in the main circuit are configured by a plurality of submodules divided for each functional element, and the plurality of submodules are electrically connected. Connecting means connected to each other, the plurality of submodules, and an assembly plate on which the connecting means is installed, and the main circuit is composed of at least the plurality of submodules and the connecting means. In addition, since it is configured to be cooled by the assembly plate, it is possible to easily and finely meet vehicle mounting requirements, and thus to obtain an in-vehicle electric device that can be reduced in size and cost. it can.
次にその一例として、入力フィルタサブモジュール8について説明する。図4の(a)
に示すように、入力フィルタサブモジュール8は、Xコンデンサ(フィルムコンデンサ)1
7と、バリスタ18と、2個の端子19、192と、樹脂ホルダ20とで構成されてい
る。Xコンデンサ17は、各端子19、192に夫々形成された穴部19(h)に、溶接
又は半田付けにより接合されている。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
7, a varistor 18, two
バリスタ18は、各端子19、192の突出部19(p)に、溶接又は半田付けにより接合されている。このように接合されたXコンデンサ17と、バリスタ18と、端子19、192は、樹脂ホルダ20にインサート又はアウトサートされて保持されている。入力側と出力側で使用できるように共通化したフィルタサブモジュール71、72、73、及び、出力フィルタサブモジュール16についても、入力フィルタサブモジュール8と同様の形態に構成されている。
The varistor 18 is joined to the projecting portions 19 (p) of the
以上のように構成されたフィルタサブモジュール71、72、73、入力フィルタサブモジュール8、及び、一次側ダイオードサブモジュール9、PFCリアクトル10、ACDCサブモジュール11、コンデンサ4、DCDCサブモジュール12、磁性部品サブモジュール13、二次側ダイオードサブモジュール14、平滑リアクトル15、出力フィルタサブモジュール16は、各サブモジュールの端子19、192、23等の間をバスバー(図示せず)で接続されることで、図3に示す車載充電器1の主回路を構成する。尚、各サブモジュールの端子を互いに直接接続できるように最適化することで、各サブモジュールの端子同士を直接接続するようにしても良い。
1 車載充電器、2 フィルタ部、3 AC/DC変換部、4 コンデンサ、5 DC/DC変換部、6 入力端子台モジュール、 71、72、73 フィルタサブモジュール、8 入力フィルタサブモジュール、9 一次側ダイオードサブモジュール、10 PFCリアクトル、11 ACDCサブモジュール、12 DCDCサブモジュール、13 磁性部品サブモジュール、14 二次側ダイオードサブモジュール、15 平滑リアクトル、16 出力フィルタサブモジュール、17 Xコンデンサ(フィルムコンデンサ)、18 バリスタ、19、192、23 端子、19(h) 穴部、20、21 樹脂ホルダ、22、24、26 金属基板、131、131 リアクトル、132 トランス、251、252 金属薄板、271、272 磁性部材、28組付けプレート , 29 平面、30 冷媒流路、40 高圧バッテリ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記主回路の複数個の電気的構成要素毎に分割された複数個のモジュールと、
前記複数個のモジュールに電気的に接続された接続手段と、
前記複数個のモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートと、
を備え、
前記主回路は、少なくとも前記複数個のモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却される、
ことを特徴とする車載電気機器。 An in-vehicle electric device that is mounted on a vehicle having at least one of a motor as a drive source and includes a main circuit that performs a predetermined operation,
A plurality of modules divided into a plurality of electrical components of the main circuit;
Connection means electrically connected to the plurality of modules;
An assembly plate on which the plurality of modules and the connection means are installed;
With
The main circuit is composed of at least the plurality of modules and the connection means and is cooled by the assembly plate.
In-vehicle electrical equipment characterized by this.
ことを特徴とする請求項1に記載の車載電気機器。 The connection means is pre-installed in the module;
The in-vehicle electric device according to claim 1 characterized by things.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の車載電気機器。 The plurality of modules are electrically connected to each other when the connection means connected to the respective modules is connected by a bus bar.
The in-vehicle electric device according to claim 1 or 2, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1から3のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 The assembly plate can be said to be provided with a refrigerant flow path through which the refrigerant flows.
The in-vehicle electric device according to any one of claims 1 to 3 characterized by things.
前記複数個の電気的構成要素は、フィルタ回路を備えたフィルタ部と、前記フィルタ部からのAC電力をDC電力に変換するAC/DC変換部と、前記AC/DC変換部からコンデンサを介して出力されるDC電力を昇圧したDC電力に変換するDC/DC変換部とを含み、
外部から前記フィルタ回路に入力されたAC電力は、前記AC/DC変換部によりDC電力に変換され、
前記AC/DC電力変換部から前記コンデンサを介して出力されたDC電力は、前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力に変換され、
前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力は、前記フィルタ部を介して外部に出力される、
ことを特徴とする請求項1から4のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 The main circuit is a main circuit of an in-vehicle charger,
The plurality of electrical components include a filter unit including a filter circuit, an AC / DC conversion unit that converts AC power from the filter unit into DC power, and a capacitor from the AC / DC conversion unit via a capacitor. A DC / DC converter that converts the output DC power into boosted DC power,
AC power input to the filter circuit from the outside is converted into DC power by the AC / DC converter,
DC power output from the AC / DC power converter through the capacitor is converted into DC power boosted by the DC / DC converter,
DC power boosted by the DC / DC converter is output to the outside through the filter.
The in-vehicle electric device according to any one of claims 1 to 4 characterized by things.
前記主回路に於ける複数個の電気的構成要素は、夫々機能要素毎に分割された複数個のサブモジュールにより構成され、
前記複数個のサブモジュールに電気的に接続された接続手段と、
前記複数個のサブモジュールと前記接続手段が設置される組付けプレートと、
を備え、
前記主回路は、少なくとも前記複数個のサブモジュールと前記接続手段とにより構成されると共に前記組付けプレートにより冷却される、
ことを特徴とする車載電気機器。 An in-vehicle electric device that is mounted on a vehicle having at least one of a motor as a drive source and includes a main circuit that performs a predetermined operation,
The plurality of electrical components in the main circuit are each composed of a plurality of submodules divided into functional elements,
Connection means electrically connected to the plurality of sub-modules;
An assembly plate on which the plurality of submodules and the connection means are installed;
With
The main circuit is composed of at least the plurality of submodules and the connection means and is cooled by the assembly plate.
In-vehicle electrical equipment characterized by this.
ことを特徴とする請求項6に記載の車載電気機器。 The connection means is pre-installed in the submodule.
The in-vehicle electric device according to claim 6 characterized by things.
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の車載電気機器。 The plurality of submodules are electrically connected to each other from 15 in that the connection means connected to each of the submodules is connected by a bus bar.
The in-vehicle electric device according to claim 6 or 7 characterized by things.
ことを特徴とする請求項6から8のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 The assembly plate can be said to be provided with a refrigerant flow path through which the refrigerant flows.
The in-vehicle electric device according to any one of claims 6 to 8, wherein
立体的に配置された複数の電気部品と、
前記電気部品に接続される端子と、
前記電気部品と前記端子とを保持する樹脂ホルダとを備えている、
ことを特徴とする請求項6から9のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 At least one of the plurality of submodules is
A plurality of three-dimensionally arranged electrical components;
A terminal connected to the electrical component;
A resin holder for holding the electrical component and the terminal;
The in-vehicle electric device according to any one of claims 6 to 9, characterized by things.
金属基板と、
前記金属基板に実装された半導体素子と、
前記金属基板に実装され、前記半導体素子に接続された端子と、
前記金属基板に固定され、前記半導体素子と前記端子とを保持する樹脂ホルダと、
を備えている、
ことを特徴とする請求項6から9のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 At least one of the plurality of submodules is
A metal substrate;
A semiconductor element mounted on the metal substrate;
A terminal mounted on the metal substrate and connected to the semiconductor element;
A resin holder fixed to the metal substrate and holding the semiconductor element and the terminal;
With
The in-vehicle electric device according to any one of claims 6 to 9, characterized by things.
前記複数個の電気的構成要素は、フィルタ回路を備えたフィルタ部と、前記フィルタ部からのAC電力をDC電力に変換するAC/DC変換部と、前記AC/DC変換部からコンデンサを介して出力されるDC電力を昇圧したDC電力に変換するDC/DC変換部とを含み、
外部から前記フィルタ回路に入力されたAC電力は、前記AC/DC変換部によりDC電力に変換され、
前記AC/DC電力変換部から前記コンデンサを介して出力されたDC電力は、前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力に変換され、
前記DC/DC変換部により昇圧されたDC電力は、前記フィルタ部を介して外部に出力される、
ことを特徴とする請求項6から11のうちの何れか一項に記載の車載電気機器。 The main circuit is a main circuit of an in-vehicle charger,
The plurality of electrical components include a filter unit including a filter circuit, an AC / DC conversion unit that converts AC power from the filter unit into DC power, and a capacitor from the AC / DC conversion unit via a capacitor. A DC / DC converter that converts the output DC power into boosted DC power,
AC power input to the filter circuit from the outside is converted into DC power by the AC / DC converter,
DC power output from the AC / DC power converter through the capacitor is converted into DC power boosted by the DC / DC converter,
DC power boosted by the DC / DC converter is output to the outside through the filter.
The in-vehicle electric device according to any one of claims 6 to 11, wherein
外部から入力された前記AC電力は、少なくとも2個連結された前記フィルタサブモジュールを介して前記出力フィルタサブモジュールから前記AC/DC変換部に入力され、
前記DC/DC変換部から出力されたDC電力は、前記2個連結された前記フィルタサブモジュール以外の前記フィルタサブモジュールに入力され、前記出力フィルタサブモジュールから外部に出力される、
ことを特徴とする請求項12に記載の車載電気機器。 The filter unit is divided into a plurality of common filter submodules, an input filter submodule, and an output filter submodule,
The AC power input from the outside is input from the output filter submodule to the AC / DC converter through the filter submodule connected at least two,
DC power output from the DC / DC converter is input to the filter submodule other than the two connected filter submodules, and is output to the outside from the output filter submodule.
The in-vehicle electric device according to claim 12 characterized by things.
ことを特徴とする請求項12に記載の車載電気機器。 The AC / DC converter is divided into at least a primary diode submodule, a reactor, and an ACDC submodule.
The in-vehicle electric device according to claim 12 characterized by things.
ことを特徴とする請求項12に記載の車載電気機器。 The DC / DC converter is divided into at least a DCDC submodule, a magnetic component submodule, a secondary diode submodule, and a reactor.
The in-vehicle electric device according to claim 12 characterized by things.
前記トランスと前記リアクトルは、前記金属基板に固定された金属薄板と前記金属基板に形成されたパターンとにより構成された巻線と、前記巻線に磁気的に結合された磁性部材とを、夫々備えている、
ことを特徴とする請求項15に記載の車載電気機器。 The magnetic component sub-module includes a metal substrate, a transformer fixed to the metal substrate, and a reactor fixed to the metal substrate.
The transformer and the reactor each include a winding formed of a thin metal plate fixed to the metal substrate and a pattern formed on the metal substrate, and a magnetic member magnetically coupled to the winding. Have
The in-vehicle electric device according to claim 15 characterized by things.
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