JP2019187106A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性又は放熱性又はノイズ抑制の効果低減を抑制しながら小型化を図る電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュール１０１と、直流電力を平滑化するコンデンサ１０２と、パワー半導体モジュール１０１とコンデンサ１０２を電気的に接続する導体部１０３と、導体部１０３の一部を封止するモールド材１０４と、コネクタ２０２Ａを有する回路基板２０２と、導体部１０３とコネクタを繋げる端子１０３Ａと、を備える。モールド材１０４は、モールド材１０４から突出する端子１０３Ａの突出方向に沿って突出しかつ当該モールド材１０４と一体成形され、さらにコネクタ２０２Ａに挿入される突出部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は電力変換装置に関し、特に電気自動車およびハイブリッド自動車への車載用の電力変換装置に関する。

電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、一般的にモータに供給する電力を制御するために電力変換装置を備えている。

電力変換装置では、パワー半導体モジュールのスイッチングにより直流電流を変換し、交流電流を出力する。主回路にはパワー半導体モジュールと直流電力を平滑化するためにコンデンサが接続されている。電力変換装置は、スイッチングの指令信号を生成する駆動回路とモータをコントロールする制御回路を有しており、パワー半導体モジュールを多数構成することで、複数のモータを動作することができる。

特許文献１に記載された電力変換装置においては、主回路を構成している導体部と駆動回路などの電子基板は対向する位置に配置されている。

一方、電装品を多く搭載する電気自動車等では、一つの電力変換装置内に複数の電装品を駆動又は制御するための回路基板を備えることが多くなっている。つまり電力変換装置内に回路基板等の部品が増加し、電力変換装置内の集積化がさらに求められるようになっている。

ＷＯ２０１６／１３２８５１号公報

本発明に係る課題は、組立性又は放熱性又はノイズ抑制の効果低減を抑制しながら電力変換装置の小型化を図ることである。

本発明に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールと、前記直流電力を平滑化するコンデンサと、前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサを電気的に接続する導体部と、前記導体部の一部を封止するモールド材と、コネクタを有する回路基板と、前記導体部と前記コネクタを繋げる端子と、を備え、前記モールド材は、前記モールド材から突出する前記端子の突出方向に沿って突出しかつ当該モールド材と一体成形され、さらに前記コネクタに挿入される突出部を有する。

本発明により、組立性又は放熱性又はノイズ抑制の効果低減を抑制しながら電力変換装置の小型化を図ることができる。

本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。 本実施形態に係る第２基板２０２と導体部１０３の接続関係を示す斜視図である。 モールド材１０４を取り除いた導体部１０３であって端子１０３Ａ近傍の部分斜視図である。 図３の導体部１０３においてモールド材１０４を設けた場合の部分斜視図である。 図４の方向Ｄから見た導体部１０３及びモールド材１０４の側面図である。 筐体２０５であって流路形成体２０６の部分に加えて第２基板２０２を示す斜視図である。 図６の流路形成体２０６にコンデンサ１０２と第２基板２０２を組み付け、方向Ｊから見た断面図である。

本発明に係る本実施形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。

パワー半導体モジュール１０１は、インバータ回路として機能する複数のスイッチング素子を有しており、直流電力を交流電力に変換する。コンデンサ１０２は、直流電力を平滑化する。

導体部１０３は、パワー半導体モジュール１０１とコンデンサ１０２を電気的に接続する。

第１基板２０１は、各モータ指令信号を生成する制御回路基板２０１ａと、スイッチング指令信号を生成する駆動回路基板２０１ｂと、制御回路基板２０１ａと駆動回路基板２０１ｂの間に配置されてノイズ遮蔽板として機能するシールド板２０１Ｃと、により構成される。

第２基板２０２は、第１基板２０１の制御回路からの制御信号に基づきスイッチング指令信号を生成する駆動回路を有し、オイルポンプモータの動作をコントロールする。

導体部１０３の一方向にはパワー半導体モジュール１０１とコンデンサ１０２が設けられ、導体部１０３の他方向には第１基板２０１が設けられる。

第２基板２０２は、この第２基板２０２の主面がパワー半導体モジュール１０１とコンデンサ１０２と第１基板２０１の配列方向に沿うように配置される。

主電流コネクタ２０３は、導体部１０３と接続され、直流電力を伝達する。

信号コネクタ２０４は、制御回路基板２０１ａを接続され、モータ指令信号等を伝達する。

筐体２０５は、パワー半導体モジュール１０１やコンデンサ１０２を収納する凹部を形成するとともに、第１基板２０１や第２基板２０２を支持する。

図２は、本実施形態に係る第２基板２０２と導体部１０３の接続関係を示す斜視図である。

モールド材１０４は、導体部１０３と他の部品との絶縁機能と、導体部１０３の保持機能と、を有し、図１に示された筐体２０５に支持される。

導体部１０３は、オイルポンプ駆動用の電力を伝達するための端子１０３Ａと接続される（図３にて後述）。第２基板２０２は、端子１０３Ａと接続されるコネクタ２０２Ａを有する。

図３は、モールド材１０４を取り除いた導体部１０３であって端子１０３Ａ近傍の部分斜視図である。図４は、図３の導体部１０３においてモールド材１０４を設けた場合の部分斜視図である。

導体部１０３は、広い面積を有しパワー半導体モジュール１０１と対向する導体主面１０３Ｂと、導体主面１０３Ｂよりも狭い面積を有し導体主面１０３Ｂとは直角方向に形成される導体側面１０３Ｃと、導体側面１０３Ｃから突出しかつ立ち上げられる立ち上げ部１０３Ｄと、により構成される。端子１０３Ａは、立ち上げ部１０３Ｄに接続される。

モールド材１０４は、導体主面１０３Ｂと略平行に形成されるモールド主面１０４Ａと、導体側面１０３Ｃ略平行に形成されるモールド側面１０４Ｂと、により構成される。

さらにモールド材１０４は、端子１０３Ａと同じ方向に沿ってかつモールド側面１０４Ｂから突出する第１突出部１０４Ｃと第２突出部１０４Ｄと第３突出部１０４Ｅを有する。

モールド材１０４の厚み方向に沿って、第１突出部１０４Ｃ、端子１０３Ａ、第２突出部１０４Ｄ及び第３突出部１０４Ｅの順に配置される。

図４の方向Ｄに沿って、第３突出部１０４Ｅ、端子１０３Ａ、第１突出部１０４Ｃ、端子１０３Ａ、第２突出部１０４Ｄの順に配置される。

図５は、図４の方向Ｄから見た導体部１０３及びモールド材１０４の側面図である。

第１突出部１０４Ｃと第２突出部１０４Ｄとの間の距離ｂは、モールド材１０４の厚みａよりも大きく形成される。

また端子１０３Ａは、その先端が第１突出部１０４Ｃと第２突出部１０４Ｄと第３突出部１０４Ｅのそれぞれの先端より内側に形成される。

第１突出部１０４Ｃと第２突出部１０４Ｄと第３突出部１０４Ｅは、コネクタ２０２Ａが端子１０３Ａに嵌合される際にガイドとして機能する。

これにより、第２基板２０２と導体部１０３をハーネスで接続する必要がなくなるため、ハーネス及びハーネス両端のコネクタが不要となり、部品点数の削減が可能となる。またハーネスの振動によるハーネスコネクタ部へのストレスを防ぐための固定も不要となり、製品の小型化、組立作業工数の低減が可能となる。

また、第１突出部１０４Ｃと第２突出部１０４Ｄと第３突出部１０４Ｅが端子１０３Ａを覆い囲む配列となっていることにより、第２基板２０２やモールド材１０４の取扱い時において端子１０３Ａが破損や損傷しないよう保護することができる。

つまり、図４の矢印Ｃ方向からは、第２突出部１０４Ｄにより端子１０３Ａが保護される。図４の矢印Ｄ方向からは、第３突出部１０４Ｅにより端子１０３Ａが保護される。図４の矢印Ｅ方向からは、第１突出部１０４Ｃにより端子１０３Ａが保護される。図４の矢印Ｆ方向からは、第２突出部１０４Ｄ及び第３突出部１０４Ｅにより端子１０３Ａが保護される。

また電力変換装置１００の外形サイズ制約により、第１基板２０１と第２基板２０２の実装領域が制約される場合がある。図２に示されるように導体部１０３は、パワー半導体モジュール１０１の主端子と接続される必要がある。第１基板２０１の駆動回路基板２０１ｂは、パワー半導体モジュール１０１と制御端子と接続する必要がある。そして第２基板２０２は、電力供給を受けるために導体部１０３と接続される必要がある。

そこで、図１及び図２に示されるように、第１基板２０１の主面は、パワー半導体モジュール１０１及びコンデンサ１０２に対向するように配置される。また第２基板２０２の主面は、コンデンサ１０２の側面に対向するように配置される。なお第２基板２０２の主面は、オイルポンプを駆動するための回路部品が実装される実装面を形成する。

これにより、電力変換装置１００の外形制約内でスペースを有効に使用することができ小型化することができる。

図６は、筐体２０５であって流路形成体２０６の部分に加えて第２基板２０２を示す斜視図である。図７は、図６の流路形成体２０６にコンデンサ１０２と第２基板２０２を組み付け、方向Ｊから見た断面図である。

流路形成体２０６は、冷媒が流入する流路入口部２０７と、パワー半導体モジュール１０１の近傍に形成されるパワーモジュール側流路部２０８と、冷媒が流出する流路出口部２０９と、により構成される。

コンデンサ１０２は、流路入口部２０７及び流路出口部２０９に対向する位置に配置され、流路入口部２０７に流入される冷媒により冷却される。

また流路形成体２０６は、パワー半導体モジュール１０１とコンデンサ１０２と第１基板２０１と第２基板２０２を支持する支持部と一体に形成され、これらの部品を冷媒により冷却する。

図７に示されるように、第２基板２０２の主面がコンデンサ１０２と対向する。コンデンサ１０２はパワー半導体モジュール１０１と比較して発熱温度が大きくなく、コンデンサ１０２と第２基板２０２は近い温度である。さらにコンデンサ１０２と第２基板２０２の間に流路を形成するための流路形成壁を設ける。これにより、車両が長距離運転により電力変換装置１００が長時間駆動したとしても、コンデンサ１０２と第２基板２０２は冷媒により温度を低く保つことができ、電力変換装置１００の信頼性向上と小型化を図ることができる。

また、パワー半導体モジュール１０１は直流電流を交流電流に変換しているため、コンデンサ１０２よりもスイッチングノイズを発生しやすい部品である。第２基板２０２のコネクタ２０２Ａと端子１０３Ａとの接続部は、導体部１０３において、コンデンサ１０２よりもパワー半導体モジュール１０１に近い位置に設けられる。

これにより、第２基板２０２は、パワー半導体モジュール１０１から距離を離すことでスイッチングノイズの影響を受けないようにすることができる。

１００…電力変換装置、１０１…パワー半導体モジュール、１０２…コンデンサ、１０３…導体部、１０３Ａ…端子、１０３Ｂ…導体主面、１０３Ｃ…導体側面、１０３Ｄ…立ち上げ部、１０４…モールド材、１０４Ａ…モールド主面、１０４Ｂ…モールド側面面、１０４Ｃ…第１突出部、１０４Ｄ…第２突出部、１０４Ｅ…第３突出部、２０１…第１基板、２０１ａ…制御回路基板、２０１ｂ…駆動回路基板、２０１Ｃ…シールド板、２０２…第２基板、２０２Ａ…コネクタ、２０３…主電流コネクタ、２０４…信号コネクタ、２０５…筐体、２０６…流路形成体、２０７…流路入口部、２０８…パワーモジュール側流路部、２０９…流路出口部

Claims (5)

1. 直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールと、
   前記直流電力を平滑化するコンデンサと、
   前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサを電気的に接続する導体部と、
   前記導体部の一部を封止するモールド材と、
   コネクタを有する回路基板と、
   前記導体部と前記コネクタを繋げる端子と、を備え、
   前記モールド材は、
   前記モールド材から突出する前記端子の突出方向に沿って突出しかつ当該モールド材と一体成形され、さらに前記コネクタに挿入される突出部を有する電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記導体部は、導体主面と、当該導体主面よりも面積が小さい導体側面と、を有し、
   前記モールド材は、前記導体主面と対向するモールド主面と、前記導体側面と対向するモールド側面と、を有し、
   前記端子及び前記突出部は、前記モールド側面から突出する電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記突出部は、第１突出部と、第２突出部と、を有し、
   前記第１突出部と前記第２突出部は、当該第１突出部と当該第２突出部と間の距離が前記端子が突出する部分の前記モールド材の厚みよりも大きくなるように形成される電力変換装置。
4. 請求項２または３に記載の電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュールに駆動信号を伝達する駆動回路基板を備え、
   前記駆動回路基板は、当該駆動回路基板の主面が前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサに対向するように配置され、
   前記回路基板は、当該回路基板の主面が前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサの配列方向に沿うように配置される電力変換装置。
   電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置であって、
   前記コンデンサは、前記パワー半導体モジュールよりも前記回路基板の前記基板主面に近い位置に配置され、
   前記基板主面と前記コンデンサ１０２との間に設けられる流路を形成する流路形成体を備える電力変換装置。

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