JP2017188998A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記第2の接続部の端子接触部は上記冷却器の平面に対し垂直な方向においてコンデンサエレメントと接触しており、上記第2の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されるとともに、上記第1の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されているものである。
上記第2の接続部の端子接触部は上記冷却器の平面に対し平行な面においてコンデンサエレメントと接触しており、上記第2の接続部のうちの一極は上記コンデンサエレメントの下面側で上記コンデンサエレメントと接触するとともに上記第2の接続部のうちの他極は上記コンデンサエレメントの上面側で上記コンデンサエレメントと接触し、
上記第2の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されるとともに、上記第1の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されているものである。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る電力変換装置を用いた電動パワートレインコンポーネントを搭載した構造を示す回路図である。図1において、電力変換装置10は、電力を蓄える高電圧バッテリー20と回転電機30との間で直流と交流の電力変換を行う。本実施形態においては、電力変換装置10は車両に搭載される回転電機30との間で電力の授受を行うことを想定している。電力変換装置10は入力電力を平滑化するコンデンサ11、オン、オフの切替により入力電力の変換を行い、制御によって駆動されるスイッチング素子12a,12b,12c,12d,12e,12f及びスイッチング素子12a,12b,12c,12d,12e,12fのそれぞれに並列に接続されたダイオード13a,13b,13c,13d,13e,13fを備えている。なお本実施の形態においては、高電圧バッテリー20はニッケル水素電池やリチウムイオン電池で構成し、更にスイッチング素子12a,12b,12c,12d,12e,12fはシリコン(Si)からなるIGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)や炭化珪素(SiC)からなるMOSFET(METAL−OXIDE−SEMICONDUCTOR FIELD−EFFECT TRANSISTOR)で構成し、コンデンサ11としてはフィルムコンデンサを採用した場合について説明するが、上記以外の構造を採用しても良い。
またコンデンサエレメント11aとしてフィルムコンデンサを用い、薄膜のフィルム材によりコンデンサエレメント11aを構成することにより、コンデンサ11の高さが小さくなり、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができる。
またコンデンサ11の冷却器16と接触する面積を大きくなるように構成することにより冷却効果を向上させ、更に冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができる。又平滑コンデンサの必要容量の確保も実現できる。
またコンデンサエレメント11aは長手方向距離Lが長くなるように巻回して構成することにより、冷却器16との接触面積が大きくなり、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができ、更には巻回数を大きくしなくても平滑コンデンサの必要容量の確保を実現でき、コンデンサ11の高さも小さくすることができる。
また電気絶縁性熱伝導材17は電気絶縁材17aとして樹脂を使用すると共に、伝熱材17bとしてグリスを使用し、冷却器16に接触する構成としているので、第1の接続部14と第2の接続部15の寸法の変化を吸収する弾性変形部として機能することができ、コンデンサ11と第1の接続部14の間の寸法公差、及びスイッチング素子12aと第2の接続部15の間の寸法公差を吸収することができる。
また本実施の形態においては、電気絶縁性熱伝導材17の一面を第1の接続部14と第2の接続部15の接続部分に接触する構成について説明したが、電気絶縁性熱伝導材17の一面が第1の接続部14あるいは第2の接続部15の何れかに接触するように構成にしても同様の効果を得ることができる。
次に実施の形態2に係る電力変換装置について図を用いて説明する。図8は実施の形態2に係る電力変換装置を示す断面図であり、図4に相当する図である。図9はコンデンサ部を示す分解斜視図、図10はコンデンサの内部構造が分かるようにケースを省いて示した斜視図、図11はコンデンサエレメントの巻回状態を示す斜視図である。図において、コンデンサ11には第2の接続部15c、15dが設けられている。コンデンサ11は、コンデンサエレメント11aが樹脂などのケース11bにポッティングされて内包されており、このコンデンサエレメント11aに接続された第2の接続部15c、15dがコンデンサ11の外部に引き出された構成となっている。ここでケース11bを構成する樹脂としては、熱伝導性が優れているものを使用することが好ましく、例えばエポキシ樹脂でフィラー(添加物)を含む物が考えられる。
またコンデンサエレメント11aとしてフィルムコンデンサを用い、フィルムの幅の小さなものを使用することにより、コンデンサ11の高さが小さくなり、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができる。またフィルムの幅の小さなフィルム材を使用したので、フィルム材を削減することができ、低価格化を実現できる。
またコンデンサエレメント11aのフィルム材の巻回数を増やしたコンデンサ11を構成することにより、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができるとともに、更に平滑コンデンサの必要容量の確保も実現できる。
またコンデンサエレメント11aは長手方向の距離が長くなるように巻回して構成することにより、冷却器16との接触面積を大きくすることができ、更に冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができ、更には平滑コンデンサの必要容量の確保を実現できる。
また電気絶縁性熱伝導材17は電気絶縁材17aとして樹脂を使用すると共に、伝熱材17bとしてグリスを使用し、冷却器16に接触する構成としているので、第1の接続部14と第2の接続部15の寸法の変化を吸収する弾性変形部として機能することができ、コンデンサ11と第1の接続部14の間の寸法公差、及びスイッチング素子12aと第2の接続部15の間の寸法公差を吸収することができる。
また本実施の形態においては、電気絶縁性熱伝導材17の一面を第1の接続部14と第2の接続部15の接続部分に接触する構成について説明したが、電気絶縁性熱伝導材17の一面が第1の接続部14あるいは第2の接続部15の何れかに接触するように構成にしても同様の効果を得ることができる。
次にこの発明の実施の形態3に係る電力変換装置について、図を用いて説明する。図12は実施の形態3に係る電力変換装置の部品配置と接続構成を示す断面図であり、実施の形態1における図4に相当する断面図である。又図13はコンデンサ部を示す分解斜視図、図14はコンデンサの内部構造が分かるようにケースを省いて示した斜視図である。図において、コンデンサ11には第2の接続部15e、15fが設けられている。コンデンサ11は、コンデンサエレメント11aが樹脂などのケース11bにポッティングされて内包されており、このコンデンサエレメント11aに接続された第2の接続部15e、15fがコンデンサ11の外部に引き出された構成となっている。
またコンデンサエレメント11aとしてフィルムコンデンサを用い、薄膜のフィルム材によりコンデンサ11を構成することにより、コンデンサ11の高さが小さくなり、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができる。
またコンデンサ11の冷却器16と接触する面積を大きくなるように構成することにより、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができる。又平滑コンデンサの必要容量の確保も実現できる。
またコンデンサエレメント11aは長手方向の距離が長くなるように巻回して構成することにより、冷却器16との接触面積が大きくなるとともに、冷却器16の近くに位置するコンデンサ11の下側に比べて、冷却効果を得にくいコンデンサ11の上側の温度上昇も抑えることができ、更には巻回数を大きくしなくても平滑コンデンサの必要容量の確保を実現できる。
また電気絶縁性熱伝導材17は電気絶縁材17aとして樹脂を使用すると共に、伝熱材17bとしてグリスを使用し、冷却器16に接触する構成としているので、第1の接続部14と第2の接続部15の寸法の変化を吸収する弾性変形部として機能することができ、コンデンサ11と第1の接続部14の間の寸法公差、及びスイッチング素子12aと第2の接続部15の間の寸法公差を吸収することができる。
また本実施の形態においては、電気絶縁性熱伝導材17の一面を第1の接続部14と第2の接続部15の接続部分に接触する構成について説明したが、電気絶縁性熱伝導材17の一面が第1の接続部14あるいは第2の接続部15の何れかに接触するように構成にしても同様の効果を得ることができる。
次に実施の形態4に係る電力変換装置について説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、実施の形態1で説明した電力変換装置10において、第1の接続部14と第2の接続部15をボルトを介して接続し、電気絶縁性熱伝導材17にネジ穴を設け、ボルトをネジ穴に螺合させることにより第1の接続部14と第2の接続部15が締結されるように構成したものである。図15は実施の形態4に係る電力変換装置の部品配置と接続構成を示す断面図であり、実施の形態1における図4に相当する図である。図15において、ネジ穴17cが電気絶縁性熱伝導材17に設けられており、ボルト18がネジ穴17cに螺合することにより、第1の接続部14と第2の接続部15が締結される。
また本実施の形態においては、実施の形態1で説明した電力変換装置10の構成に本実施形態の構造を適用する場合について説明したが、実施の形態2又は実施の形態3で説明した電力変換装置10の構成に本実施形態の構造を適用してもよい。
次に実施の形態5に係る電力変換装置について説明する。図18は実施の形態5に係る電力変換装置の部品配置と接続構成を示す断面図であり、実施の形態1における図4に相当する図である。実施の形態1から実施の形態4においては、コンデンサ11に第2の接続部15を設けると共に、スイッチング素子12aに第1の接続部14を設け、第1の接続部14と第2の接続部15を接続する場合について説明したが、本実施形態に係る電力変換装置10においては、コンデンサ11とスイッチング素子12aを一つの接続部19で接続したものである。即ち第1の接続部14の2極と第2の接続部15の2極のそれぞれの極を一つの接続部で一つながりに形成したものである。
尚本発明は、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、省略したりすることが可能である。
12a,12b,12c,12d,12e,12f スイッチング素子、
14 第1の接続部、15 第2の接続部、16 冷却器、16a 流体路、
17 電気絶縁性熱伝導材、17a 電気絶縁材、17b 伝熱材、17c ネジ穴、
18 ボルト、19 接続部。
Claims (18)
- オン、オフの切り替えにより入力電力の変換を行うスイッチング素子と、
上記入力電力を平滑化するコンデンサと、
上記スイッチング素子と上記コンデンサを同一平面上に配置して冷却する冷却器と、
上記スイッチング素子に接続され、上記スイッチング素子の上記冷却器側から取り出された2極からなる第1の接続部と、
上記第1の接続部に接続されると共に上記コンデンサに接続され、上記コンデンサの上記冷却器側から取り出された2極からなる第2の接続部と、
上記第1の接続部と上記第2の接続部との接続部分、あるいは上記第1の接続部又は上記第2の接続部の何れかに一面が接触し、他面が上記冷却器に接触する電気絶縁性熱伝導材とを備え、
上記第2の接続部の端子接触部は上記冷却器の平面に対し垂直な方向においてコンデンサエレメントと接触しており、
上記第2の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されるとともに、上記第1の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 上記第2の接続部のうちの1極は上記コンデンサエレメントの下面側であり上記冷却器に沿った面上に配置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。
- 上記第2の接続部のうちの1極は上記コンデンサエレメントの上面側から側面側に沿って配置されるとともに、上記コンデンサエレメントは上記冷却器に対して樹脂のみを介して接触する構成であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサエレメントをフィルムコンデンサで構成するとともに、フィルム材の巻回数を少なくすることにより上記コンデンサの高さを小さくしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサエレメントを薄膜のフィルムコンデンサで構成することにより上記コンデンサの高さを小さくしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサエレメントを幅の大きなフィルムコンデンサで構成することにより上記コンデンサと上記冷却器が接触する面積を大きくしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサエレメントをフィルムコンデンサで構成するとともに、上記コンデンサエレメントの長手方向の距離が長くなるように上記フィルムコンデンサを巻回して構成することにより上記コンデンサと上記冷却器が接触する面積を大きくしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- オン、オフの切り替えにより入力電力の変換を行うスイッチング素子と、
上記入力電力を平滑化するコンデンサと、
上記スイッチング素子と上記コンデンサを同一平面上に配置して冷却する冷却器と、
上記スイッチング素子に接続され、上記スイッチング素子の上記冷却器側から取り出された2極からなる第1の接続部と、
上記第1の接続部に接続されると共に上記コンデンサに接続され、上記コンデンサの上記冷却器側から取り出された2極からなる第2の接続部と、
上記第1の接続部と上記第2の接続部との接続部分、あるいは上記第1の接続部又は上記第2の接続部の何れかに一面が接触し、他面が上記冷却器に接触する電気絶縁性熱伝導材とを備え、
上記第2の接続部の端子接触部は上記冷却器の平面に対し平行な面においてコンデンサエレメントと接触しており、
上記第2の接続部のうちの一極は上記コンデンサエレメントの下面側で上記コンデンサエレメントと接触するとともに上記第2の接続部のうちの他極は上記コンデンサエレメントの上面側で上記コンデンサエレメントと接触し、
上記第2の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されるとともに、上記第1の接続部を構成する2極の接続部は互いに平行平板として上記冷却器の平面上に対して平行に配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 上記コンデンサエレメントをフィルムコンデンサで構成するとともに、フィルム材の幅を小さくして上記フィルム材の巻回数を多くすることにより上記コンデンサの高さを小さくしたことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサエレメントをフィルムコンデンサで構成するとともに、上記コンデンサエレメントの長手方向の距離が長くなるように上記フィルムコンデンサを巻回して構成することにより上記コンデンサと上記冷却器が接触する面積を大きくしたことを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。
- 上記コンデンサを複数個並列に接続したことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電気絶縁性熱伝導材は電気絶縁材として樹脂を使用するとともに伝熱材としてグリスを使用したことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電気絶縁性熱伝導材は、上記第1の接続部と上記第2の接続部の寸法の変化を吸収する弾性変形部を備えていることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電気絶縁性熱伝導材は、上記冷却器にあらかじめ固定されていることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電気絶縁性熱伝導材は、上記第1の接続部または上記第2の接続部にあらかじめ固定されていることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 少なくとも上記冷却器が上記電気絶縁性熱伝導材と接触する部分に冷却流体を通す流体路を上記冷却器に設けたことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第1の接続部と上記第2の接続部をボルトを介して接続し、上記電気絶縁性熱伝導材にネジ穴を設け、上記ボルトを上記ネジ穴に螺合させたことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第1の接続部の2極と上記第2の接続部の2極のそれぞれの極を一つの接続部で形成したことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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