JP2020150788A - 電力変換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサとリアクトルのうちの一方で発生した熱が冷媒を介してコンデンサとリアクトルのうちの他方へ熱伝導されることを抑制する電力変換ユニットを提供する。【解決手段】電力変換ユニット３００は複数のスイッチを有するパワーモジュール７００と、複数のスイッチと電気的に接続されるコンデンサおよびリアクトル５１０と、これらを冷却する冷媒の流れる冷却路８３０と、を有する。冷却路は第１流路８３１、第２流路８３３、および、第３流路８３５を有する。第１流路と第２流路と第３流路が直列に並び、コンデンサが第１流路のみと、リアクトルが第２流路のみと、パワーモジュールが第３流路のみと対向する。【選択図】図２

Description

本明細書に記載の開示は電力変換ユニットに関するものである。

特許文献１に示されるように、コンデンサとリアクトルが冷却器を流れる冷媒によって冷却される電力変換装置が知られている。

特開２０１３−５１７４７号公報

特許文献１に記載の構成において、コンデンサを冷却する冷媒の冷媒流路とリアクトルを冷却する冷媒の冷媒流路が共有している。これによりコンデンサとリアクトルのうちの一方で発生した熱が冷媒を介してコンデンサとリアクトルのうちの他方に熱伝導する虞がある。

そこで本明細書に記載の開示は、コンデンサとリアクトルのうちの一方で発生した熱が冷媒を介してコンデンサとリアクトルのうちの他方へ熱伝導されることを抑制する電力変換ユニットを提供することを目的とする。

開示の１つは、
複数のスイッチ（５２４，５２５，６１４，６１５）を有するパワーモジュール（７００）と、
複数のスイッチそれぞれと電気的に接続されるコンデンサ（３０５，３０６）と、
複数のスイッチと電気的に接続されるリアクトル（５１０）と、
パワーモジュール、コンデンサ、および、リアクトルそれぞれを冷却する冷媒の流れる冷却路（８３０）と、を有し、
冷却路は第１流路（８３１）、第２流路（８３３）、および、第３流路（８３５）、を有し、
第１流路と第２流路と第３流路が直列に並び、
第１流路はコンデンサの少なくとも一部とのみ対向し、
第２流路はリアクトルの少なくとも一部とのみ対向し、
第３流路はパワーモジュールの少なくとも一部とのみ対向する。

このように本開示では流路が直列に連結される。コンデンサ（３０５，３０６）は第１流路（８３１）のみと対向する。リアクトル（５１０）は第２流路（８３３）のみと対向する。パワーモジュール（７００）は第３流路（８３５）のみと対向する。その結果、コンデンサ（３０５，３０６）とリアクトル（５１０）のうちの一方で発生した熱が冷媒を介してコンデンサ（３０５，３０６）とリアクトル（５１０）のうちの他方へ熱伝導されることが抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを示す回路図である。 電力変換ユニットの上面図である。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面線に対応する電力変換ユニットの断面図である。 第１変形例を説明する電力変換ユニットの上面図である。 図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面線に対応する電力変換ユニットの上面図である。 流路の連結形態の変形例を説明する電力変換ユニットの上面図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３に基づいて本実施形態に係る電力変換ユニット３００を説明する。

＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて電力変換ユニット３００の設けられる車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換ユニット３００、および、モータ４００を有する。

また車載システム１００は図示しない複数のＥＣＵを有する。これら複数のＥＣＵはバス配線を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の回生と力行が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

電力変換ユニット３００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換ユニット３００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルの交流電力に変換する。電力変換ユニット３００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルの直流電力に変換する。

モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。

モータ４００は電力変換ユニット３００から供給される交流電力によって力行する。これにより走行輪への推進力の付与が成される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換ユニット３００によって直流電力に変換されるとともに降圧される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

＜電力変換ユニット＞
次に電力変換ユニット３００を説明する。電力変換ユニット３００はコンバータ５００とインバータ６００を備えている。コンバータ５００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルに昇圧する。インバータ６００はこの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータ６００はモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５００はこの直流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルに降圧する。

図１に示すようにコンバータ５００は第１給電バスバ３０１と第２給電バスバ３０２を介してバッテリ２００と電気的に接続されている。第１給電バスバ３０１はバッテリ２００の正極に接続されている。第２給電バスバ３０２はバッテリ２００の負極に接続されている。そしてコンバータ５００は第３給電バスバ３０３と第２給電バスバ３０２を介してインバータ６００と電気的に接続されている。

＜コンバータの回路構成＞
コンバータ５００は第１コンデンサ３０５、リアクトル５１０、および、第１スイッチ群５２０を有する。第１コンデンサ３０５の有する２つの電極のうち一方が第１給電バスバ３０１に接続されている。第１コンデンサ３０５の有する２つの電極のうち他方が第２給電バスバ３０２に接続されている。リアクトル５１０は第１給電バスバ３０１に接続されている。リアクトル５１０と第１スイッチ群５２０とが連結バスバ５３０を介して電気的に接続されている。そして第１スイッチ群５２０は第３給電バスバ３０３と第２給電バスバ３０２それぞれに接続されている。

リアクトル５１０はＡ相リアクトル５１１、Ｂ相リアクトル５１２、および、Ｃ相リアクトル５１３を有する。これに応じて第１スイッチ群５２０はＡ相レグ５２１、Ｂ相レグ５２２、および、Ｃ相レグ５２３を有する。連結バスバ５３０はＡ相連結バスバ５３１、Ｂ相連結バスバ５３２、および、Ｃ相連結バスバ５３３を有する。

このように本実施形態のコンバータ５００は、Ａ相〜Ｃ相の３相のリアクトル５１０、レグ、および、連結バスバ５３０を備える。３相のレグは上記のＥＣＵおよびゲートドライバによって各相独立して駆動制御される。若しくは、ＥＣＵおよびゲートドライバによって３相のレグは同調して駆動制御される。

Ａ相レグ５２１〜Ｃ相レグ５２３それぞれは半導体素子として、第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５、および、第１ハイサイドダイオード５２４ａと第１ローサイドダイオード５２５ａを有する。これらＡ相レグ５２１〜Ｃ相レグ５２３それぞれは半導体素子が樹脂封止されてパッケージを構成している。

本実施形態では、第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。これら第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５それぞれのコレクタ電極、エミッタ電極、および、ゲート電極それぞれに接続された端子の先端が上記のパッケージの外に露出されている。

図１に示すように第１ハイサイドスイッチ５２４のコレクタ電極が第３給電バスバ３０３に接続されている。第１ハイサイドスイッチ５２４のエミッタ電極と第１ローサイドスイッチ５２５のコレクタ電極とが接続されている。第１ローサイドスイッチ５２５のエミッタ電極が第２給電バスバ３０２に接続されている。これにより第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５は第３給電バスバ３０３から第２給電バスバ３０２へ向かって順に直列接続されている。

また、第１ハイサイドスイッチ５２４のコレクタ電極に第１ハイサイドダイオード５２４ａのカソード電極が接続されている。第１ハイサイドスイッチ５２４のエミッタ電極に第１ハイサイドダイオード５２４ａのアノード電極が接続されている。これにより第１ハイサイドスイッチ５２４に第１ハイサイドダイオード５２４ａが逆並列接続されている。

同様にして、第１ローサイドスイッチ５２５のコレクタ電極に第１ローサイドダイオード５２５ａのカソード電極が接続されている。第１ローサイドスイッチ５２５のエミッタ電極に第１ローサイドダイオード５２５ａのアノード電極が接続されている。これにより第１ローサイドスイッチ５２５に第１ローサイドダイオード５２５ａが逆並列接続されている。

なお、これら第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５としては、ＩＧＢＴではなくＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。採用するスイッチの種類としては特に限定されない。ただし、これらスイッチとしてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、上記のダイオードはなくともよい。

また、コンバータ５００を構成する半導体素子は、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。半導体素子の構成材料としては特に限定されない。

さらに言えば、Ａ相レグ５２１〜Ｃ相レグ５２３それぞれの有するスイッチの種類と構成材料は異なっていてもよい。例えば、Ａ相レグ５２１の備えるスイッチがＳｉＣから構成されるＭＯＳＦＥＴ、Ｂ相レグ５２２〜Ｃ相レグ５２３それぞれの備えるスイッチがＳｉから構成されるＩＧＢＴであってもよい。

図１に示すように、Ａ相リアクトル５１１の一端は第１給電バスバ３０１に接続される。Ａ相リアクトル５１１の他端はＡ相連結バスバ５３１を介してＡ相レグ５２１の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点に接続される。以上により、Ａ相リアクトル５１１はバッテリ２００の正極と、Ａ相レグ５２１の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点とに接続されている。

同様にして、Ｂ相リアクトル５１２の一端は第１給電バスバ３０１に接続される。Ｂ相リアクトル５１２の他端はＢ相連結バスバ５３２を介してＢ相レグ５２２の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点に接続される。以上により、Ｂ相リアクトル５１２はバッテリ２００の正極と、Ｂ相レグ５２２の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点とに接続されている。

Ｃ相リアクトル５１３の一端は第１給電バスバ３０１に接続される。Ｃ相リアクトル５１３の他端はＣ相連結バスバ５３３を介してＣ相レグ５２３の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点に接続される。以上により、Ｃ相リアクトル５１３はバッテリ２００の正極と、Ｃ相レグ５２３の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５との間の中点とに接続されている。

Ａ相レグ５２１〜Ｃ相レグ５２３の第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５は上記のＥＣＵとゲートドライバによって開閉制御される。ＥＣＵは制御信号を生成し、それをゲートドライバに出力する。ゲートドライバは制御信号を増幅してスイッチのゲート電極に出力する。これによりＥＣＵはコンバータ５００に入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧する。

ＥＣＵは制御信号としてパルス信号を生成している。ＥＣＵはこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整することで直流電力の昇降圧レベルを調整している。またＥＣＵはＡ相レグ５２１〜Ｃ相レグ５２３のうちの駆動対象とするレグの数を選択することで昇降圧レベルを調整している。この昇降圧レベルはモータ４００の目標トルクとバッテリ２００のＳＯＣに応じて決定される。

バッテリ２００の直流電力を昇圧する場合、ＥＣＵは第１ハイサイドスイッチ５２４と第１ローサイドスイッチ５２５それぞれを交互に開閉する。これとは反対にインバータ６００から供給された直流電力を降圧する場合、ＥＣＵは第１ローサイドスイッチ５２５に出力する制御信号をローレベルに固定する。それとともにＥＣＵは第１ハイサイドスイッチ５２４に出力する制御信号をハイレベルとローレベルに順次切り換える。

＜インバータ＞
インバータ６００は第２コンデンサ３０６と第２スイッチ群６１０を有する。第２コンデンサ３０６の有する２つの電極のうち一方が第３給電バスバ３０３に接続されている。第２コンデンサ３０６の有する２つの電極のうち他方が第２給電バスバ３０２に接続されている。第２スイッチ群６１０は第３給電バスバ３０３と第２給電バスバ３０２それぞれに接続されている。

第２スイッチ群６１０はＵ相レグ６１１、Ｖ相レグ６１２、および、Ｗ相レグ６１３を有する。これら３相のレグそれぞれは直列接続された２つのスイッチ素子を有する。

Ｕ相レグ６１１〜Ｗ相レグ６１３それぞれは、スイッチ素子として、第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５を有する。またＵ相レグ６１１〜Ｗ相レグ６１３それぞれは、第２ハイサイドダイオード６１４ａと第２ローサイドダイオード６１５ａを有する。これら半導体素子が樹脂封止されてパッケージが構成されている。

本実施形態では、第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。これら第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５それぞれのコレクタ電極、エミッタ電極、および、ゲート電極それぞれに接続された端子の先端がパッケージから露出されている。

図１に示すように第２ハイサイドスイッチ６１４のコレクタ電極は第３給電バスバ３０３に接続されている。第２ハイサイドスイッチ６１４のエミッタ電極と第２ローサイドスイッチ６１５のコレクタ電極とが接続されている。第２ローサイドスイッチ６１５のエミッタ電極が第２給電バスバ３０２に接続されている。これにより第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５は第３給電バスバ３０３から第２給電バスバ３０２へ向かって順に直列接続されている。

そしてＵ相レグ６１１の備える第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５との間の中点がモータ４００のＵ相ステータコイルに接続されている。Ｖ相レグ６１２の備える第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５との間の中点がモータ４００のＶ相ステータコイルに接続されている。Ｗ相レグ６１３の備える第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５との間の中点がモータ４００のＷ相ステータコイルに接続されている。

また、第２ハイサイドスイッチ６１４のコレクタ電極に第２ハイサイドダイオード６１４ａのカソード電極が接続されている。第２ハイサイドスイッチ６１４のエミッタ電極に第２ハイサイドダイオード６１４ａのアノード電極が接続されている。これにより第２ハイサイドスイッチ６１４に第２ハイサイドダイオード６１４ａが逆並列接続されている。

同様にして、第２ローサイドスイッチ６１５のコレクタ電極に第２ローサイドダイオード６１５ａのカソード電極が接続されている。第２ローサイドスイッチ６１５のエミッタ電極に第２ローサイドダイオード６１５ａのアノード電極が接続されている。これにより第２ローサイドスイッチ６１５に第２ローサイドダイオード６１５ａが逆並列接続されている。

なお、これら第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５としては、コンバータ５００と同様にしてＩＧＢＴではなくＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。これらスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、上記のダイオードはなくともよい。

インバータ６００を構成する半導体素子は、コンバータ５００と同様にして、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。

これまでに説明したように、インバータ６００はモータ４００のＵ相ステータコイル〜Ｗ相ステータコイルそれぞれに対応する３相のレグを有する。これら３相のレグの備える第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５それぞれのゲート電極に、ゲートドライバによって増幅されたＥＣＵの制御信号が入力される。

モータ４００を力行する場合、ＥＣＵからの制御信号によって３相のレグの備える第２ハイサイドスイッチ６１４と第２ローサイドスイッチ６１５それぞれがＰＷＭ制御される。これによりインバータ６００で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＥＣＵは例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が３相レグの備えるダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

＜電力変換ユニットの構成＞
次に、電力変換ユニット３００の構成を図２〜図５に基づいて説明する。なお図２〜図５では後述の流動方向を黒塗り矢印で示している。

また以下においては、上記したＡ相レグ５２１、Ｂ相レグ５２２、Ｃ相レグ５２３、Ｕ相レグ６１１、Ｖ相レグ６１２、および、Ｗ相レグ６１３を備えるものをパワーモジュール７００とする。

図１ではこのパワーモジュール７００を破線で囲った領域で示している。そして図１では、表記都合のために、パワーモジュール７００を示す破線で囲まれた領域の中に第２コンデンサ３０６が含まれる。内包関係を厳密に区別して言えば、第２コンデンサ３０６はパワーモジュール７００に含まれていない。

図２に示すように電力変換ユニット３００は、これまでに図１に基づいて説明したコンバータ５００とインバータ６００それぞれの構成要素の他に、これらを収納するケース８００を有する。以下において直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向とする。

図３に示すようにケース８００は支持部８１０と枠部８２０を有する。支持部８１０はｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。支持部８１０はｚ方向に並ぶ第１主面８１０ａとその裏側の第２主面８１０ｂを有する。第１主面８１０ａに枠部８２０が連結されている。

図２および図３に示すように枠部８２０は第１主面８１０ａからｚ方向に起立している。枠部８２０は第１主面８１０ａを囲む態様で、環状を成している。これにより枠部８２０の環状の環内面８２０ａと第１主面８１０ａとによってｚ方向に開口する収納空間が区画されている。この収納空間に第１コンデンサ３０５、第２コンデンサ３０６、リアクトル５１０、および、パワーモジュール７００が収納されている。第１コンデンサ３０５と第２コンデンサ３０６はコンデンサケース３０７に収納されている。なお、コンデンサケース３０７には第１コンデンサ３０５と第２コンデンサ３０６の両方が収納されずに、そのどちらか一方が収納されていてもよい。

枠部８２０の開口側には図示しない基板が設けられている。この基板とパワーモジュール７００のパッケージから露出された複数の端子とがはんだなどによって接続されている。この基板に、上記したＥＣＵやゲートドライバが搭載されている。基板は図示しないカバーなどによって保護されている。基板は枠部８２０もしくはカバーに固定されている。

図３に示すようにコンデンサケース３０７、リアクトル５１０、および、パワーモジュール７００は第１主面８１０ａに対向している。これらは第１主面８１０ａおよび環内面８２０ａの少なくとも一方に固定されている。なお、以下においては、必要に応じてコンデンサ、リアクトル５１０、パワーモジュール７００それぞれを区別せずに電気機器と示す。

図２および３に示すように支持部８１０の第１主面８１０ａと第２主面８１０ｂとの間の内部には、冷媒を流動させるための冷却路８３０が構成されている。第１主面８１０ａと第２主面８１０ｂとを連結する側面８１０ｃには冷却路８３０に冷媒を供給する流入口８３０ａと、冷却路８３０の冷媒を排出する流出口８３０ｂそれぞれが開口している。流入口８３０ａと流出口８３０ｂはｙ方向で離間して並んでいる。

図２において破線で概略的に示すように、冷却路８３０は流入口８３０ａから離間する態様でｘ方向に沿って延びた後、折れ曲がってｙ方向に沿って延びている。そして流路は再び折れ曲がって流出口８３０ｂに向かってｘ方向に沿って延びている。このように冷却路８３０はｚ方向に直交する平面においてＵ字形状をしている。

＜流路の並び＞
冷却路８３０を細分化して説明する。図２に示すように流入口８３０ａから流出口８３０ｂに向かって延びる方向において、第１流路８３１、第１連結流路８３２、第２流路８３３、第２連結流路８３４、第３流路８３５が直列に連結されて並んでいる。第１流路８３１と第２流路８３３との間に第１連結流路８３２が位置している。第２流路８３３と第３流路８３５の間に第２連結流路８３４が位置している。なお、第１流路８３１と第２流路８３３は第１連結流路８３２を介さずに連結されていてもよい。第２流路８３３と第３流路８３５は第２連結流路８３４を介さずに連結されていてもよい。

第１流路８３１の一端は流入口８３０ａと連結されている。第１流路８３１の他端は第１連結流路８３２を介して第２流路８３３の一端に連結されている。第２流路８３３の他端は第２連結流路８３４を介して第３流路８３５の一端に連結されている。第３流路８３５の他端は流出口８３０ｂに連結されている。

＜流路と電気機器との対向状態＞
図２に示すようにｚ方向においてコンデンサケース３０７の少なくとも一部が第１主面８１０ａ側で第１流路８３１のみと対向している。コンデンサケース３０７は他の流路とは非対向になっている。ただしコンデンサケース３０７は他の流路とｚ方向に傾斜した方向で対向している。

コンデンサケース３０７と第１流路８３１との離間距離はコンデンサケース３０７と冷却路８３０の他の流路との離間距離と比べて短くなっている。コンデンサケース３０７と第１流路８３１との間の熱抵抗が、コンデンサケース３０７と他の流路との間の熱抵抗よりも低くなっている。コンデンサケース３０７は第１流路８３１と積極的に熱交換しやすくなっている。

ｚ方向においてリアクトル５１０の少なくとも一部が第１主面８１０ａ側で第２流路８３３のみと対向している。リアクトル５１０は他の流路とは非対向になっている。ただしリアクトル５１０は他の流路とｚ方向に傾斜した方向で対向している。

リアクトル５１０と第２流路８３３との離間距離はリアクトル５１０と冷却路８３０の他の流路との離間距離と比べて短くなっている。リアクトル５１０と第２流路８３３との間の熱抵抗が、リアクトル５１０と他の流路との間の熱抵抗よりも低くなっている。リアクトル５１０は第２流路８３３と積極的に熱交換しやすくなっている。

ｚ方向においてパワーモジュール７００の少なくとも一部が第１主面８１０ａ側で第３流路８３５のみと対向している。パワーモジュール７００は他の流路とは非対向になっている。ただしパワーモジュール７００は他の流路とｚ方向に傾斜した方向で対向している。

パワーモジュール７００と第３流路８３５との離間距離はパワーモジュール７００と冷却路８３０の他の流路との離間距離と比べて短くなっている。パワーモジュール７００と第３流路８３５との間の熱抵抗が、パワーモジュール７００と他の流路との間の熱抵抗よりも低くなっている。パワーモジュール７００は第３流路８３５と積極的に熱交換可能しやすくなっている。

流路と電気機器との対向状態について別の言い方をすれば、コンデンサケース３０７の第１流路８３１との対向面の全てが、リアクトル５１０の第２流路８３３との対向面の全てよりも上流側に位置している。リアクトル５１０の第２流路８３３との対向面の全てが、パワーモジュール７００の第３流路８３５との対向面の全てよりも上流に位置している。

また、第１連結流路８３２と第２連結流路８３４は３つの電気機器それぞれとｚ方向で非対向になっている。ただし第１連結流路８３２と第２連結流路８３４は３つの電気機器とｚ方向に傾斜した方向に対向している。以下において必要に応じて第１連結流路８３２、第２連結流路８３４それぞれを区別せずに連結流路と示す。

電気機器と連結流路との距離が、電気機器と電気機器自身に対向する流路との距離よりも長くなっている。電気機器と連結流路との熱抵抗が、電気機器と電気機器自身に対向する流路との熱抵抗よりも高くなりやすくなっている。電気機器が冷却路８３０において電気機器自身に対向する流路よりも連結流路と熱交換しにくくなっている。

＜冷媒と電気機器との熱交換＞
第１流路８３１において冷媒は流入口８３０ａから第１連結流路８３２側へと流れる。コンデンサケース３０７に収納されたコンデンサで生じた熱は第１流路８３１を流れる冷媒と熱交換する。コンデンサと熱交換された冷媒は第１連結流路８３２へと流れる。

第１連結流路８３２へ流された冷媒は第１流路８３１側から第２流路８３３側へと向かって流れる。第１連結流路８３２ではどの電気機器ともｚ方向で対向していない。そのために第１連結流路８３２を流れる冷媒は電気機器からの熱干渉を受けにくくなっている。

第２流路８３３において冷媒は第１連結流路８３２側から第２連結流路８３４側へと流れる。リアクトル５１０で生じた熱は第２流路８３３を流れる冷媒と熱交換する。リアクトル５１０と熱交換された冷媒は第２連結流路８３４へと流れる。このように冷媒は第１流路８３１でコンデンサと熱交換された後、さらに第２流路８３３でリアクトル５１０と熱交換され、第２連結流路８３４へと流れる。

第２連結流路８３４へ流された冷媒は第２流路８３３側から第３流路８３５側へと向かって流れる。第２連結流路８３４ではどの電気機器ともｚ方向で対向していない。そのために第２連結流路８３４を流れる冷媒は外部からの熱干渉を受けにくくなっている。

第３流路８３５において冷媒は第２連結流路８３４側から流出口８３０ｂへと流れる。パワーモジュール７００で生じた熱は第３流路８３５を流れる冷媒と熱交換する。パワーモジュール７００と熱交換された冷媒は流出口８３０ｂから外部へ排出される。

このように冷媒は第１流路８３１でコンデンサと熱交換された後、第２流路８３３でリアクトル５１０と熱交換される。第２流路８３３でリアクトル５１０と熱交換された冷媒は、第３流路８３５でパワーモジュール７００と熱交換される。第３流路８３５でパワーモジュール７００と熱交換された冷媒は流出口８３０ｂへと流れる。以上に示したように流路の上流側から下流側に向かってコンデンサ、リアクトル５１０、パワーモジュール７００の順に流路を流れる冷媒と熱交換されている。

なお、車両走行時の加速モードや登坂モードなどにおいて、本実施形態の電力変換回路が備える電気機器の発熱量はコンデンサ、リアクトル５１０、パワーモジュール７００の順に多くなっている。特にコンデンサにおいては走行モードに限らず、コンデンサから発生する発熱量は電力変換回路を形成するどの電気機器と比べて少なくなっている。

＜作用効果＞
以上に示したようにｚ方向において、コンデンサケース３０７は第１流路８３１のみ、リアクトル５１０は第２流路８３３のみ、パワーモジュール７００は第３流路８３５のみと対向している。

電気機器のうち２つの電気機器が１つの流路に対向する場合、２つの電気機器が１つの流路に流れる冷媒を共有することになる。すると冷媒を介して熱が、２つの電気機器のうち発熱量の多い電気機器から発熱量の少ない電気機器に伝導しやすくなる。発熱量の少ない電気機器の温度が上昇しやすくなる。

しかしながら本実施形態では３つの電気機器それぞれが１つの流路のみと対向する。電気機器は自身が対向する１つの流路を流れる冷媒とのみ積極的に熱交換しやすくなっている。換言すれば電気機器は非対向の流路と積極的に熱交換しがたくなっている。そのため１つの流路を流れる冷媒を介して電気機器間で熱が伝導することが抑制される。

図２に示すように、特に第１流路８３１は第２流路８３３と第３流路８３５それぞれよりも上流側に位置している。上記したようにｚ方向において、コンデンサケース３０７は第１流路８３１のみ、リアクトル５１０は第２流路８３３のみ、パワーモジュール７００は第３流路８３５のみと対向している。

そのためコンデンサ、リアクトル５１０、パワーモジュール７００のうち最も発熱量の少ないコンデンサがリアクトル５１０とパワーモジュール７００それぞれよりも上流側に位置している。したがって上流側に位置するコンデンサに、下流側に位置するリアクトル５１０とパワーモジュール７００それぞれの熱が冷媒を介して熱伝導されることが抑制される。

また、コンデンサはコンデンサケース３０７の表面と外気との間で熱交換を行っている。コンデンサケース３０７の表面積が大きいほど放熱効果が高く、表面積が小さいほど放熱効果が低い。上記したようにコンデンサは下流に設けられたリアクトル５１０やパワーモジュール７００からの熱伝導が抑制されている。そのためコンデンサの温度が上昇しにくくなっている。これによりコンデンサケース３０７の表面積を小さくすることができる。コンデンサケース３０７の体格増大が抑制される。

図２に示すように冷却路８３０の第１流路８３１の下流側において流入口８３０ａから流出口８３０ｂに向かう方向に第２流路８３３と第３流路８３５が順に連結されている。上記したように第２流路８３３にリアクトル５１０が対向している。第３流路８３５にパワーモジュール７００が対向している。そのために流入口８３０ａから流出口８３０ｂに向かう方向で電気機器はリアクトル５１０、パワーモジュール７００の順に並んでいる。このように３つの電気機器のうち発熱量の少ない電気機器から順に冷媒によって冷却される構成になっている。

コンデンサと熱交換された冷媒によってリアクトル５１０が冷却される。コンデンサおよびリアクトル５１０と熱交換された冷媒によってパワーモジュール７００が冷却される。リアクトル５１０とリアクトル５１０の下流側に位置するパワーモジュール７００の間を流れる冷媒の温度は、コンデンサとコンデンサの下流側に位置するリアクトル５１０との間を流れる冷媒よりも高くなっている。

このように上流側から下流側に向かって、発熱量の少ない電気機器から順に冷媒によって冷却されることで、下流側に流れる冷媒の温度が上昇しにくくなる。その結果、下流側に設けられた電気機器と冷媒とが熱交換しがたくなることが抑制される。下流側に設けられた電気機器の昇温が抑制される。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

（第１変形例）
図４に示すように電力変換ユニット３００はこれまで説明した構成要素の他に冷却器７１０を有する。冷却器７１０は供給管７１０ａ、排出管７１０ｃ、および、複数の中継管７１０ｂを有する。

供給管７１０ａと排出管７１０ｃはｘ方向に向かって延びている。供給管７１０ａと排出管７１０ｃはｙ方向に離間している。複数の中継管７１０ｂそれぞれは供給管７１０ａから排出管７１０ｃに向かってｙ方向に沿って延びている。

図５に示すように供給管７１０ａの一端が枠部８２０の外に突出している。この供給管７１０ａの一端と、第３流路８３５の流出口８３０ｂ側の一端とが図示しない連結管によって連結されている。そのため流出口８３０ｂから排出された冷媒がこの連結管を介して供給管７１０ａに供給される。供給管７１０ａに供給された冷媒は複数の中継管７１０ｂを介して排出管７１０ｃへと流れ外部へ排出される。

複数の中継管７１０ｂはｘ方向に離間して並んでいる。隣り合う２つの中継管７１０ｂの間に空隙が構成されている。冷却器７１０には計６個の空隙が構成されている。これらの空隙のそれぞれにパッケージを構成するＡ相レグ５２１、Ｂ相レグ５２２、Ｃ相レグ５２３、Ｕ相レグ６１１、Ｖ相レグ６１２、および、Ｗ相レグ６１３それぞれが個別に設けられている。

これら６つのパッケージそれぞれはｘ方向で中継管７１０ｂに接触している。これにより６相のレグで発生した熱が中継管７１０ｂを介して冷媒に放熱可能になっている。

したがってパワーモジュール７００は第３流路８３５を流れる冷媒との熱交換に加えて、冷却器７１０と熱交換可能になっている。パワーモジュール７００の備える複数のレグが放熱されやすくなっている。その結果、パワーモジュール７００の昇温が抑制されやすくなっている。

なお、これら第１流路８３１〜第３流路８３５の連結形態は上記に限定されない。例えば図６に示すように流入口８３０ａから流出口８３０ｂに向かって延びる方向において、第１流路８３１、第３流路８３５、第２流路８３３が直列に連結されて並んでいてもよい。

（その他の変形例）
本実施形態では電力変換ユニット３００が図１に示す電力変換回路の構成要素の全てを有する例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００にはコンバータ５００の構成要素が含まれていればよく、インバータ６００の構成要素は含まれていなくてもよい。

本実施形態では電力変換ユニット３００が電気自動車用の車載システム１００に含まれる例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータ４００と内燃機関を備えるハイブリッドシステムに電力変換ユニット３００が含まれる構成を採用することもできる。

本実施形態では電力変換ユニット３００が１つのモータ４００に接続される構成を示した。しかしながら電力変換ユニット３００が複数のモータ４００に接続される構成を採用することもできる。この場合、電力変換ユニット３００はインバータ６００を複数備える。

３０５…第１コンデンサ、３０６…第２コンデンサ、５１０…リアクトル、５２４…第１ハイサイドスイッチ、５２５…第１ローサイドスイッチ、６１４…第２ハイサイドスイッチ、６１５…第２ローサイドスイッチ、７００…パワーモジュール、８３０…冷却路、８３１…第１流路、８３２…第１連結流路、８３３…第２流路、８３４…第２連結流路、８３５…第３流路

Claims (4)

1. 複数のスイッチ（５２４，５２５，６１４，６１５）を有するパワーモジュール（７００）と、
   複数の前記スイッチそれぞれと電気的に接続されるコンデンサ（３０５，３０６）と、
   複数の前記スイッチと電気的に接続されるリアクトル（５１０）と、
   前記パワーモジュール、前記コンデンサ、および、前記リアクトルそれぞれを冷却する冷媒の流れる冷却路（８３０）と、を有し、
   前記冷却路は第１流路（８３１）、第２流路（８３３）、および、第３流路（８３５）、を有し、
   前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路が直列に並び、
   前記第１流路は前記コンデンサの少なくとも一部とのみ対向し、
   前記第２流路は前記リアクトルの少なくとも一部とのみ対向し、
   前記第３流路は前記パワーモジュールの少なくとも一部とのみ対向する電力変換ユニット。
2. 前記コンデンサの発熱量は前記リアクトルおよび前記パワーモジュールそれぞれの発熱量よりも少なく、
   前記第１流路に外部から冷媒が供給される請求項１に記載の電力変換ユニット。
3. 前記リアクトルの発熱量は前記パワーモジュールの発熱量よりも少なく、
   前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路が直列で順に連結されている請求項２に記載の電力変換ユニット。
4. 前記冷却路は前記第１流路、前記第２流路、および、前記第３流路の他に、第１連結流路（８３２）と第２連結流路（８３４）を有し、
   前記第１流路は前記第１連結流路を介して前記第２流路に連結され、
   前記第２流路は前記第２連結流路を介して前記第３流路に連結されている請求項３に記載の電力変換ユニット。

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