JP2017085800A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、低コスト化を妨げず、回路の安定的動作を確保すると共に、外部へのノイズ流出を抑制する。
【解決手段】導電性の第１遮蔽部９により、金属製のケース８１内に２つの収容部１２、１３を形成する。収容部１２に電力の変換を行う主回路部４を、収容部１３に主回路部４を制御する制御回路部５と、外部交流電源２と主回路部４との間に設けられ、入力電流に含まれる伝導ノイズを減衰するフィルタ回路部６と、主回路部４と外部負荷３間に設けられ、出力電流に含まれる伝導ノイズを減衰するフィルタ回路部７を収容する。
フィルタ回路部６と７との間に導電性の第２遮蔽部１０を設け、フィルタ回路部６と７の何れか一方または両方と制御回路部５との間に、導電性の第３遮蔽部１１を設ける。各遮蔽部９、１０、１１とケース８１の開口部を覆う金属製のカバー８２とを当接して各回路部４、５、６、７を各々分離された閉空間で収容する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両に搭載される電力変換装置に関するものである。

例えば電気自動車やハイブリッド自動車等のように、モータを駆動源の一つとする車両においては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補機用のバッテリ電圧（例えば１２Ｖ等）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等の電力変換装置が搭載されている。これらの電力変換装置の内部構成は、一般的にチョッパ回路やブリッジ回路などの高周波ノイズの発生が大きいスイッチング回路が用いられており、このノイズ対策のため、様々なフィルタ回路やシールド構造が用いられている。

近年、電動車両に搭載される各種電力変換装置の小型、低コスト化の要求が非常に強くなってきている。これは、電力変換装置の低コスト化、軽量化による電動車両の燃費向上、電動車両における電力変換装置の実装スペースの縮小化のためである。

これらの電力変換装置の小型、低コスト化を実現する有力な手法の一つにスイッチング周波数の高速化がある。スイッチング周波数の高速化は、大きくて重い上に高価な、チョークコイル、トランス、あるいはリアクトルを小型、低コスト化できることから、各種電力変換装置においては非常に重要な技術開発要素の一つである。

ところが、大電流や高電圧をスイッチングする電力変換装置のパワー系回路では、サージ電圧を含めた伝導ノイズ、輻射ノイズが増大、高周波化することから、その周辺回路や制御回路に重畳し、回路の安定的動作を損なうといった不具合が発生する。また、大電流スイッチングによる伝導ノイズ、または輻射ノイズが入出力のフィルタ回路や筐体外内部を電気的に接続する端子に重畳すると、フィルタリングしたラインに再度ノイズが重畳するなどの現象により、筐体外部へノイズが流出してしまうといった課題がある。

また、電力変換装置に搭載されるトランス、リアクトル等の小型化は、発熱密度が増大するといった新たな課題を生むことから、発熱部品自身の温度上昇によって自己の最大動作温度を超えたり、磁性部品としての性能劣化を招いたり、さらには、周辺部品を高温環境にさらすといった課題が生じる。発熱部品の放熱性を向上させるためには、有効な放熱経路を形成するための構造が必要となり、構造制約、周辺部品との絶縁を含め設計の自由度が奪われるばかりか小型化を困難にし、追加部材によるコスト上昇をも招く。

従来では、例えば特開２０１３−９０５３３号公報（特許文献１）に低コストでトランスからの漏れ磁束を低減できる電源装置の一例が開示されている。特許文献１に開示された電源装置は、トランスとフィルタ機構との間に第１遮蔽部を配置すると共に、フィルタ機構を構成するフィルタ部と出力安定部との間にも第２遮蔽部を配置する構成である。すなわち、第１遮蔽部の配置により、トランスの漏れ磁束を含むノイズがフィルタ機構に重畳することを防止し、第２遮蔽部の配置により、フィルタ部に含まれるコイルの漏れ磁束を含むノイズが出力安定部に重畳することを防止するものである。

特開２０１３−９０５３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電源装置では、入力フィルタ部や入力コネクタと第１基板との間の接続線については何らシールドされていない。そのため、入力フィルタ部に隣接して配置されているトランスやスイッチング素子からの輻射ノイズが、入力フィルタ部や、入力コネクタと入力フィルタ部とを電気的に接続する入力端子に重畳することにより、ノイズを外部に流出させてしまう課題がある。

また、高発熱部品のトランス、リアクトルと低許容温度部品を搭載している入力フィルタ部が同一収容部内に収容されている。そのため、入力フィルタ部に隣接して配置されているトランス、リアクトルの熱により入力フィルタ部の低許容温度部品があおられ、最大動作温度を超えてしまう課題もある。

上述したノイズの重畳及び温度上昇を抑制するには、入力フィルタ部に局部シールドを設けることや、接続線にシールド線を用いる構成が考えられる。しかし、この構成では、シールドケースや高価なシールド線によるコスト上昇を招くばかりか、シールドケースの固定構造や周辺部品との絶縁距離が必要となり、小型化をも困難にすることになる。

この発明は、従来装置にお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って、小型化、低コスト化を妨げず、回路の安定的動作を確保すると共に、外部へのノイズ流出を抑制する電力変換装置の提供を目的とする。

この発明による電力変換装置は、電力の変換を行うパワー系主回路部と、前記パワー系主回路部の動作を制御する制御回路部と、外部交流電源と前記パワー系主回路部との間に設けられ、入力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる入力フィルタ回路部と、前記パワー系主回路部と外部負荷との間に設けられ、出力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる出力フィルタ回路部と、開口部を有し、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容する金属材料で形成されたケースと、前記開口部を覆い、密閉空間を形成する金属材料で形成されたカバーと、を備えた電力変換装置において、
前記ケースの内部に導電性を有する第１遮蔽部により２つの収容部を設け、前記２つの収容部の一方に前記パワー系主回路部を収容すると共に、前記２つの収容部の他方に前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容し、
前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部との間に導電性を有する第２遮蔽部を設けると共に、前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部の何れか一方、もしくは両方と前記制御回路部との間に導電性を有する第３遮蔽部を設け、
前記カバーと前記第１から第３遮蔽部のそれぞれとを当接することにより、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部のそれぞれを分離された閉空間に収容したことを特徴とする。

この構成によれば、パワー系主回路部と入力フィルタ回路部、出力フィルタ回路部、制御回路部との間に第１遮蔽部が介在されているので、入力フィルタ回路部、出力フィルタ回路部、制御回路部にパワー系主回路部の輻射ノイズが重畳することを抑制でき、また、入力フィルタ回路部と出力フィルタ回路部との間には第２遮蔽部が、入力フィルタ回路部と出力フィルタ回路部の何れか一方、もしくは両方と制御回路部との間には第３遮蔽部が介在されているので、入力フィルタ回路部、出力フィルタ回路部、制御回路部間でのノイズの重畳及び熱の影響を抑制できる。よって、各回路の安定的動作を確保すると共に、外部へのノイズ流出を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す部品配置図である。 この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す側断面図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す部品配置図である。 この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す側断面図である。 この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す部品配置図である。 この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す側断面図である。 この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す側断面図である。

以下、この発明による電力変換装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一、または相当部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示すブロック図であり、図２はその部品配置図、図３はその側断面図である。図１から図３において、電力変換装置１は、モータを駆動源の一つとする電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されている。また、電力変換装置１は、交流電源２から供給される所定の電力（例えば商用の交流電力等）を別の所定の電力（例えば直流電力等）に変換し、負荷３（例えば電池、モータ等）に電力を供給するものである。電力変換装置１は、電力の変換を行うパワー系主回路部４と、パワー系主回路部４の動作を制御する制御回路部５と、電力変換装置１の外部へのノイズの流出を抑制する入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７と、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部と電力変換装置１の外部とを電気的に接続する制御電線１４、入力電線１５、出力電線１６と、これらを収容する筐体８とで構成されている。

筐体８は、少なくとも１つの開口部を有するケース８１と、ケース８１の開口部を覆い、密閉状態を形成するカバー８２とにより構成されており、共に例えばアルミニウム等の金属材料で形成されている。

ケース８１は、アルミダイカスト成形により形成されており、複数のボス部８３と第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１とを有している。各ボス部８３は、ケース８１の底部から上方の開口部に向けてそれぞれ突出しており、各ボス部８３の先端面（上端面）には、ねじ穴が設けられている。パワー系主回路部４、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部は、ケース８１の内部で各ボス部８３の高さに応じた高さ位置に配置されており、各ボス部８３に締結具２０で固定、支持されることにより、ケース８１及びカバー８２のそれぞれと絶縁距離を確保した状態で筐体８の内部に収容されている。

第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、及び第３遮蔽部１１の各遮蔽部は、導電性を有する金属製（例えばアルミニウム等）の平板で形成されており、この例では、ケース８１と一体成形により形成されている。第１遮蔽部９は、一端がケース８１の側壁８４に、もう一端が側壁８４に対向する側壁８５とそれぞれ電気的に接続された状態で、ケース８１の底部から上方の開口部に向けて立設されている。また、第１遮蔽部９は、下端がケース８１の底部に当接されており、側壁８４、８５と同一の高さ位置まで設けられている。

第１遮蔽部９は、側壁８４、８５、８６及び第１遮蔽部９で囲まれた収容部１２と、側壁８４、８５、８７及び第１遮蔽部９で囲まれた収容部１３を形成する。収容部１２には、パワー系主回路部４が収容されている。収容部１３には、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、出力フィルタ回路部７が収容されている。それぞれの収容部１２、１３の大きさ、あるいは形状は、収容する部品の形状、大きさなどに応じて変化する。また、第１遮蔽部９には、パワー系主回路部４と制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７をそれぞれ電気的に接続する接続線１７、１８、１９が通る大きさ、形状を有する切欠き９１、９２、９３が設けられている。

第２遮蔽部１０及び第３遮蔽部１１は、一端がケース８１の側壁８７に、もう一端が第１遮蔽部９にそれぞれ電気的に接続された状態で、ケース８１の底部から上方の開口部に向けて立設されている。第２遮蔽部１０及び第３遮蔽部１１は、下端がケース８１の底部と当接されており、第１遮蔽部９と同一の高さ位置まで設けられている。

第２遮蔽部１０及び第３遮蔽部１１は、ケース８１の側壁８４、８５、８７及び第１遮蔽部９の何れかで囲まれたそれぞれの収容部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成する。収容部１３ａには入力フィルタ回路部６が収容され、収容部１３ｂには出力フィルタ回路部７が収容され、さらに収容部１３ｃには制御回路部５が収容されている。それぞれの収容部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの大きさ、あるいは形状は収容する部品の形状、大きさなどに応じて変化する。

切欠き９１、９２、９３は、輻射ノイズを通過しない大きさであり、接続線１７、１８、１９のそれぞれの数、形状に合わせて設けられていればよく、この例では、第１遮蔽部９の上面からコの字形状に切欠かれている。

また、ケース８１には、パワー系主回路部４が収容されている収容部１２の底面８８と対向する平面８９から、底面８８とは反対方向に垂直に伸びた複数のフィン２１が形成されており、この例では、複数のフィン２１は、ケース８１と一体成形により形成されている。

カバー８２は、金属製（例えばアルミニウム等）の平板で形成されており、この例では、プレス加工により形成されている。カバー８２をケース８１の側壁８４、８５、８６、８７、及び第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１と当接させることで、それぞれの収容部１２、１３ａ、１３ｂ、１３ｃを閉空間にする。カバー８２は、端部がケース８１の側壁８４、８５、８６、８７と当接させた状態で締結具（図示せず）により固定されている。

パワー系主回路部４は、リアクトル４１、４２、トランス４３、コンデンサ４４、及びスイッチング素子４５を有しており、これらの部品が多層プリント基板４６により電気的に接続されている。

リアクトル４１、４２、及びトランス４３は、優れた熱伝導率を有する放熱部材２２（例えば放熱グリース）を介してケース８１の底部に伝熱可能に接続されている。リアクトル４１、４２、トランス４３、及びコンデンサ４４の大きさ、形状についてはこの発明の要点に関係しないので詳細な説明は省略する。

スイッチング素子４５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)で構成される。なお、スイッチング素子４５は、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型半導体スイッチング素子でもよい。スイッチング素子４５の大きさ、形状、個数、配置についてもこの発明の要点に関係しないので詳細な説明は省略する。

制御回路部５は、マイコン５１やスイッチング素子４５を動作させるのに必要な電気電子部品５２を有しており、これらの電気電子部品５２が多層プリント基板５３により、電気的に接続されている。搭載される部品の大きさ、形状、個数、配置はこの発明の要点に関係しないので詳細な説明は省略する。また、制御回路部５は、収容部１３ｃの内部で制御電線１４を介して、外部装置２６（例えば、低電圧系バッテリー等）と電気的に接続されている。

入力フィルタ回路部６は、交流電源２とパワー系主回路部４との間に設けられ、交流電源２とパワー系主回路部４との間の伝導ノイズを抑制する機能を担う。また、出力フィルタ回路部７は、パワー系主回路部４と負荷３との間に設けられ、パワー系主回路部４と負荷３との間の伝導ノイズを抑制する機能を担う。入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７は、ラインに発生した高周波ノイズをループさせることで後続部品へのノイズ伝達を防止する機能を担うアクロスザラインコンデンサ６１、７１と、チョークコイル６２、７２と、ラインに発生した高周波ノイズをグランドに伝え、ライン内のノイズを減衰させる機能を担うラインバイパスコンデンサ６３、７３とを有し、これらの部品が多層プリント基板６４、７４により、それぞれ電気的に接続されている。

チョークコイル６２、７２は、放熱部材２２を介してケース８１の底部に伝熱可能に接続されている。その他、搭載される部品の大きさ、形状、個数、配置はこの発明の要点に関係しないので詳細な説明は省略する。

また、入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７は、それぞれの収容部１３ａ、１３ｂの内部で入力電線１５または出力電線１６を介して、交流電源２または負荷３と電気的に接続されている。

制御電線１４、入力電線１５、及び出力電線１６は、金属製（例えば銅等）のバスバーで構成されおり、この例では、コネクタ１４ａ、１５ａ、１６ａと一体成形で構成されている。制御電線１４、入力電線１５、及び出力電線１６が、それぞれ多層プリント基板５３、６４、７４に電気的に接続されることにより、外部からの電力を制御回路部５、入力フィルタ回路部６、出力フィルタ回路部７へ供給する。

コネクタ１４ａ、１５ａ、１６ａは、樹脂材料（例えばＰＢＴ等）で構成されており、ケース８１の側壁８７に制御回路部５、入力フィルタ回路部６、出力フィルタ回路部７の高さに応じた高さ位置に締結具（図示せず）により固定されている。また、コネクタ１４ａ、１５ａ、１６ａは、各外部インターフェース（図示せず）と機械的に接続する嵌合構造を有している。

パワー系主回路部４と制御回路部５、入力フィルタ回路部６、出力フィルタ回路部７との電気的な接続は、接続線１７、１８、１９が多層プリント基板５３、６４、７３に電気的に接続されることでなされている。接続線１７、１８、１９は、金属製（例えば銅等）のバスバーで構成されおり、基板実装面に半田付けにより接続されている。

実施の形態１による電力変換装置１は、前記のように、パワー系主回路部４、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部が隔離された閉空間内に各々収容されると共に、各回路部が各閉空間内で各電線を介して電気的に接続されているので、各回路部間や各電線へのノイズの重畳及び熱干渉を抑制することができ、各回路の安定的動作を確保すると共に、外部へのノイズ流出を抑制することができる。

また、第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１の各遮蔽部は、平板で構成されており、ケース８１と一体成形により形成されていると共に、ケース８１の開口部を覆うカバー８２と各遮蔽部を当接させることで各閉空間を形成しているので、別途、部品を新たに追加する必要がなく、小型化、低コスト化を実現することができる。

さらに、自己発熱部品であるリアクトル４１、４２、トランス４３、及びチョークコイル６２、７２は、放熱部材２２を介して、ケース８１に伝熱可能に当接されているので、自己発熱部品の発熱を効率よくケース８１に伝えることで、周辺空気への放熱を抑制することができ、周辺空気の温度上昇を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、ケース８１はアルミダイカスト成形により形成されているが、剛性の高い金属材料（例えば、鉄）で形成された板金により構成してもよい。この構成によって、剛性を低下させることなく、アルミダイカスト成形で形成するよりもコストを削減することができる。

また、第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１の各遮蔽部、及びフィン２１は、ケース８１と一体成形により構成されているが、ケース８１とは別体に形成したうえで、ケース８１に固定する構成にしてもよい。固定の手段としては、例えば、締結具等による固定、または溶接や半田付け等による接合等がある。この構成によっても、第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１の各遮蔽部、及びフィン２１はケース８１と電気的及び熱的に接続されているので、同様の効果を得ることができる。この場合、各部位ごとに材質を変化させてもよく、例えば、フィン２１には、熱伝導率が優れた金属材料（例えば銅）を使用してもよい。これによって、自己発熱部品の熱をより効率よく放熱することができる。

また、切欠き９１、９２、９３は、第１遮蔽部９の上面からコの字形状に切りかかれているが、輻射ノイズが通過しない大きさ、形状であればよく。円形、長方形を有する貫通穴であってもよい。

また、制御電線１４、入力電線１５、出力電線１６は、金属製（例えば銅等）のバスバーで構成されているが、外部とパワー系主回路部４、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部を電気的に接続可能なものであればよく、例えば、銅線が絶縁被覆で覆われたリード線で構成されていてもよい。

また、各自己発熱部品は、放熱部材２２を介してケース８１の底部に伝熱可能に当接されているが、第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１の各遮蔽部、あるいはケース８１の各側壁にも伝熱可能に当接させてもよい。この構成によって、より確実に発熱部品の熱をケース８１に伝えることができ、周辺空気の温度上昇を抑制することができる。

実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。図４は、実施の形態２による電力変換装置を示す部品配置図であり、図５は、その側断面図である。
図４及び図５において、ケース８１の第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０、第３遮蔽部１１の各遮蔽部は、下端がケース８１の底部に当接されており、パワー系主回路部４、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部の固定位置と同一の高さ位置まで設けられている。

パワー系主回路部４、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部は、それぞれの収容部１２、１３ａ、１３ｂ、１３ｃに収容された状態で１枚の多層プリント基板２３により、電気的に接続されている。多層プリント基板２３は、少なくとも１層がＧＮＤプレーン２３ａで構成されている。多層プリント基板２３を複数のボス部８３に固定するねじ穴は、ＧＮＤプレーン２３ａと電気的に接続されたスルーホール２３ｂで構成されており、多層プリント基板２３をボス部８３へ固定することにより、それぞれの収容部１２、１３ａ、１３ｂ、１３ｃをケース８１、遮蔽部９、１０、１１、ＧＮＤプレーン２３ａで囲まれた電磁気的な閉空間とする。パワー系主回路部４と、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７をそれぞれ電気的に接続する接続線１７、１８、１９は、多層プリント基板２３内のパターン配線により構成されている。その他の構成については、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

実施の形態２による電力変換装置１によれば、パワー系主回路部４と、制御回路部５、入力フィルタ回路部６、及び出力フィルタ回路部７の各回路部が１枚の多層プリント基板２３で構成されており、各回路部間は基板内のパターンで電気的に接続されている。この構成によって、各回路部間の接続部材及び基板固定用の締結具を削減でき、低コスト化が可能になると共に、接続部材と周辺部品との絶縁距離が不要になる。また、基板固定箇所の削減が可能となるので筐体の小型化をも実現することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置について説明する。図６は、実施の形態３による電力変換装置を示す部品配置図で、図７は、その側断面図である。なお、図６においては、図の重なりを防止するために制御回路部５及び制御電線１４、コネクタ１４ａを波線部より省略する。
図６及び図７において、ケース８１は、アルミダイカスト成形により形成されており、複数のボス部８３、８３ａと第１遮蔽部９、第２遮蔽部１０とを有している。ボス部８３ａの高さは、ボス部８３の高さより若干低く形成されている。パワー系主回路部４及び制御回路部５は、ボス部８３の高さに、入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７は、ボス部８３ａの高さに応じた位置にそれぞれ配置されている。

第１遮蔽部９は、下端がケース８１の底部と当接されており、ボス部８３ａの上端面と同一の高さ位置まで設けられている。第１遮蔽部９には、パワー系主回路部４と入力フィルタ回路部６または出力フィルタ回路部７を電気的に接続する接続線１８、１９が通る大きさ、形状を有する切欠き９１、９２が設けられている。

第２遮蔽部１０は、下端がケース８１の底部と当接されており、ボス部８３の上端面と同一の高さ位置まで設けられている。第２遮蔽部１０は、ケース８１の側壁８４、８５、８７及び第１遮蔽部９の何れかで囲まれた収容部１３ａ、１３ｂを形成する。収容部１３ａには、入力フィルタ回路部６が収容され、収容部１３ｂには、出力フィルタ回路部７が収容されている。収容部１３ａ、１３ｂの大きさ、形状は収容する部品の形状、大きさなどに応じて変化する。

入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７は、多層プリント基板６４、７４を有し、多層プリント基板６４、７４により各部品が電気的に接続されている。多層プリント基板６４、７４は、少なくとも１層がＧＮＤプレーン６４ａ、７４ａで構成されている。多層プリント基板６４、７４を複数のボス部８３に固定するねじ穴は、ＧＮＤプレーン６４ａ、７４ａと電気的に接続されたスルーホール６４ｂ、７４ｂで構成されており、多層プリント基板６４、７４をボス部８３へ固定することにより、収容部１３ａ、１３ｂをケース８１、遮蔽部９、１０、ＧＮＤプレーン６４ａ、７４ａで囲まれた電磁気的な閉空間にすると共に、入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７の上部に、側壁、第１遮蔽部９、多層プリント基板６４、７４で囲まれた収容部１３ｃを形成する。収容部１３ｃには、制御回路部が収容される。本実施の形態におけるＧＮＤプレーン６４ａ、７４ａは実施の形態１及び２における第３遮蔽部１１に相当する。

パワー系主回路部４及び制御回路部５は、多層プリント基板２３を有し、多層プリント基板２３により各部品が電気的に接続されている。多層プリント基板２３は、少なくとも１層がＧＮＤプレーン２３ａで構成されている。多層プリント基板２３を複数のボス部８３ａに固定するねじ穴は、ＧＮＤプレーン２３ａと電気的に接続されたスルーホール２３ｂで構成されており、多層プリント基板２３をボス部８３ａへ固定することにより、収容部１２、１３ｃをケース８１、遮蔽部９、ＧＮＤプレーン２３ａ、６４ａ、７４ａで囲まれた電磁気的な閉空間とする。

パワー系主回路部４と制御回路部５を電気的に接続する接続線１７は、多層プリント基板２３内のパターン配線により構成されており、パワー系主回路部４と入力フィルタ回路部６または出力フィルタ回路部７を電気的に接続する接続線１８、１９は、金属製（例えば銅等）のバスバーで構成されおり、基板実装面に半田付けにより接続されている。なお、その他の構成については、実施の形態２と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３による電力変換装置１によれば、収容部１３ｃが入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７の上部に形成され、収容部１３ｃに制御回路部５が収容されると共に、ケース８１、第１遮蔽部９及びＧＮＤプレーン２３ａにより電磁気的な閉空間を形成する。この構成によって、ケース８１の投影面積を抑制しつつ、各実施の形態と同様の効果を得ることができるので、小型化、低コスト化を実現することができる。

なお、実施の形態３においては、第３遮蔽部１１をＧＮＤプレーン６４ａ、７４ａで形成したが、別途金属製の板金で構成し、入力フィルタ回路部６及び出力フィルタ回路部７の上部に配置すると共に、ケース８１と電気的に接続可能なように、例えば、ねじ等の締結具、あるいは溶接や半田付けによる接合で固定してもよい。

実施の形態４.
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置について説明する。図８は、実施の形態４による電力変換装置を示す側断面図である。
図８おいて、筐体８は、ケース８１、カバー８２、及び流路カバー２４により構成されている。

ケース８１は、トランス４３を含むパワー系主回路部４が収容された収容部１２の底面８８と対向する平面８９から、底面８８とは反対方向に垂直に伸びた複数のフィン２１が形成されており、この例では、複数のフィン２１は、ケース８１と一体成形により形成されている。

流路カバー２４は、複数のフィン２１の先端部に当接した状態で締結具（図示せず）により固定されており、ケース８１の平面８９と隣り合うフィン２１と流路カバー２４とで囲まれた独立した複数の流路２５を形成する。流路２５は、流路入口と流路出口を有し、流路入口と流路出口以外は密閉状態となっている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態４による電力変換装置１は、自己発熱部品であるトランス４３を含むパワー系主回路部４を収容する収容部１２の下方に流路２５を設けている。この構成によって、トランス４３の熱をより効率的に筐体８の外部へ放熱することができる。しかがって、周辺空気への放熱を抑制することができ、周辺空気の温度上昇を低減することができる。

なお、実施の形態４においては、流路２５は、平面８９と隣り合うフィン２１、及び流路カバー２４により構成されているが、平面８９に伝熱可能に接続されて、少なくとも１つの流路入口と少なくとも１つの流路出口とを有し、流路の出入口以外が密閉状態であればよく、例えば、アルミ製のパイプを平面８９にろう付けすることで構成してもよい。

以上、この実施の形態１から４による電力変換装置について図示説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 電力変換装置、２ 交流電源、３ 負荷、４ パワー系主回路部、４１、４２ リアクトル、４３ トランス、４４ コンデンサ、４５ スイッチング素子、５ 制御回路部、５１ マイコン、５２ 電気電子部品、６ 入力フィルタ回路部、７ 出力フィルタ回路部、６１、７１ アクロスザラインコンデンサ、６２、７２ チョークコイル、６３、７３ ラインバイパスコンデンサ、４６、５３、６４、７４、２３ 多層プリント配線板、２３ａ、６４ａ ＧＮＤプレーン、２３ｂ、６４ｂ スルーホール、８ 筐体、８１ ケース、８２ カバー、８３、８３ａ ボス部、８４、８５、８６、８７ 側壁、８８ 底面、８９ 平面、９ 第１遮蔽部９１、９２、９３ 切欠き、１０ 第２遮蔽部、１１
第３遮蔽部、１２、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 収容部、１４ 制御電線、１５ 入力電線、１６ 出力電線、１４ａ、１５ａ、１６ａ コネクタ、１７、１８、１９ 接続線、２０ 締結具、２１ フィン、２２ 放熱部材、２４ 流路カバー、２５ 流路、２６ 外部装置

この発明による電力変換装置は、トランスおよびリアクトルを搭載し、電力の変換を行うパワー系主回路部と、前記パワー系主回路部の動作を制御する制御回路部と、チョークコイルを搭載すると共に、外部交流電源と前記パワー系主回路部との間に設けられ、入力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる入力フィルタ回路部と、チョークコイルを搭載すると共に、前記パワー系主回路部と外部負荷との間に設けられ、出力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる出力フィルタ回路部と、開口部を有し、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容する金属材料で形成されたケースと、前記開口部を覆い、密閉空間を形成する金属材料で形成されたカバーと、前記外部交流電源と前記入力フィルタ回路部とを電気的に接続する入力電線と、前記出力フィルタ回路部と前記外部負荷とを電気的に接続する出力電線と、外部と前記制御回路部とを電気的に接続する制御電線と、を備えた電力変換装置において、
前記ケースの内部に導電性を有する第１遮蔽部により２つの収容部を設け、前記２つの収容部の一方に前記パワー系主回路部を収容すると共に、前記２つの収容部の他方に前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容し、
前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部との間に導電性を有する第２遮蔽部を設けると共に、前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部の何れか一方、もしくは両方と前記制御回路部との間に導電性を有する第３遮蔽部を設け、
前記カバーと前記第１から第３遮蔽部のそれぞれとを当接することにより、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部のそれぞれを分離された閉空間に収容し、
前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれを前記ケースの側面に設け、前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれに近接して閉空間を配置し、前記閉空間に前記入力フィルタ回路部、前記出力フィルタ回路部、及び前記制御回路部のそれぞれを配置すると共に、前記閉空間の内部で、前記入力フィルタ回路部、前記出力フィルタ回路部、及び前記制御回路部のそれぞれと、前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれとを電気的に接続し、
前記トランス、前記リアクトル、前記チョークコイルの内、少なくとも１つが前記ケースまたは前記第１から第３遮蔽部の何れか一つに少なくとも１箇所伝熱可能に当接されていることを特徴とする。

Claims (11)

1. 電力の変換を行うパワー系主回路部と、
   前記パワー系主回路部の動作を制御する制御回路部と、
   外部交流電源と前記パワー系主回路部との間に設けられ、入力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる入力フィルタ回路部と、
   前記パワー系主回路部と外部負荷との間に設けられ、出力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる出力フィルタ回路部と、
   開口部を有し、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容する金属材料で形成されたケースと、
   前記開口部を覆い、密閉空間を形成する金属材料で形成されたカバーと、
   を備えた電力変換装置において、
   前記ケースの内部に導電性を有する第１遮蔽部により２つの収容部を設け、前記２つの収容部の一方に前記パワー系主回路部を収容すると共に、前記２つの収容部の他方に前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容し、
   前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部との間に導電性を有する第２遮蔽部を設けると共に、前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部の何れか一方、もしくは両方と前記制御回路部との間に導電性を有する第３遮蔽部を設け、
   前記カバーと前記第１から第３遮蔽部のそれぞれとを当接することにより、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部のそれぞれを分離された閉空間に収容したことを特徴とする電力変換装置。
2. 電力の変換を行うパワー系主回路部と、
   前記パワー系主回路部の動作を制御する制御回路部と、
   外部交流電源と前記パワー系主回路部との間に設けられ、入力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる入力フィルタ回路部と、
   前記パワー系主回路部と外部負荷との間に設けられ、出力電流に含まれる伝導ノイズを減衰させる出力フィルタ回路部と、
   前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、前記出力フィルタ回路部を搭載する少なくとも１層がＧＮＤプレーンである多層プリント基板と、
   開口部を有し、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容する金属材料で形成されたケースと、
   を備えた電力変換装置において、
   前記ケースの内部に導電性を有する第１遮蔽部により２つの収容部を設け、前記２つの収容部の一方に前記パワー系主回路部を収容すると共に、前記２つの収容部の他方に前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部を収容し、
   前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部との間に導電性を有する第２遮蔽部を設けると共に、前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部の何れか一方、もしくは両方と前記制御回路部との間に導電性を有する第３遮蔽部を設け、
   前記多層プリント基板のＧＮＤプレーンを前記ケースまたは前記第１から第３遮蔽部に電気的に接続することにより、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部のそれぞれを分離された閉空間に収容したことを特徴とする電力変換装置。
3. 前記第１から第３遮蔽部を前記ケースの底面と垂直方向に立設された平板で構成し、前記第１遮蔽部は、両端が前記ケースの対向するそれぞれの側面と電気的に接続されると共に、前記第２遮蔽部は、一端が前記ケースの側面に、もう一端が前記第１遮蔽部と電気的に接続され、前記第３遮蔽部は、一端が前記ケースの側面に、もう一端が前記第１遮蔽部または前記第２遮蔽部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第３遮蔽部を前記入力フィルタ回路部と前記出力フィルタ回路部の上方に設け、前記ケース、前記第１遮蔽部、前記第３遮蔽部で形成された収容部に前記制御回路部が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記第１から第３遮蔽部を前記ケースの底面と垂直方向に立設された平板で構成し、前記第１遮蔽部は、両端が前記ケースの対向するそれぞれの側面と電気的に接続されると共に、前記第２遮蔽部は、一端が前記ケースの側面に、もう一端が前記第１遮蔽部と電気的に接続され、前記第３遮蔽部は、一端が前記ケースの側面に、もう一端が前記第１遮蔽部または前記第２遮蔽部と電気的に接続されており、
   前記入力フィルタ回路部および前記出力フィルタ回路部を前記多層プリント基板に搭載し、前記ＧＮＤプレーンを前記ケース、前記第１遮蔽部、前記第２遮蔽部の何れか一つに電気的に接続させて前記第３遮蔽部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記外部交流電源と前記入力フィルタ回路部とを電気的に接続する入力電線と、
   前記出力フィルタ回路部と前記外部負荷とを電気的に接続する出力電線と、
   外部と前記制御回路部とを電気的に接続する制御電線と、
   を備え、
   前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれを前記ケースの側面に設け、前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれに近接して閉空間を配置し、前記閉空間に前記入力フィルタ回路部、前記出力フィルタ回路部、及び前記制御回路部のそれぞれを配置すると共に、
   前記閉空間の内部で、前記入力フィルタ回路部、前記出力フィルタ回路部、及び前記制御回路部のそれぞれと、前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線のそれぞれを電気的に接続したことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記入力電線、前記出力電線、前記制御電線が前記ケースの側面の同一面に設けたことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記第１から第３遮蔽部に、前記パワー系主回路部、前記制御回路部、前記入力フィルタ回路部、及び前記出力フィルタ回路部の間を電気的に接続する接続部材を通す切欠きを設けたことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記パワー系主回路部にトランスおよびリアクトルが搭載すると共に、前記入力フィルタ回路部および出力フィルタ回路部に、チョークコイルを搭載し、
   前記トランス、前記リアクトル、前記チョークコイルの内、少なくとも１つが前記ケースまたは前記第１から第３遮蔽部の何れか一つに少なくとも１箇所伝熱可能に当接されていることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記パワー系主回路部が収容される収容部の前記ケースの底面と対向する平面に、前記ケースの底面に対して垂直方向に延びる少なくとも１つのフィンを設けたことを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電力変換装置。
11. 前記ケースは、前記パワー系主回路部が収容される収容部の前記ケースの底面と対向する平面を有する少なくとも１つの密閉された流路を備え、
    前記流路に、少なくとも１つの流体入口と少なくとも１つの流体出口を設けたことを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電力変換装置。

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