JP2020188524A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線の自由度向上、配線長の短縮による小型化を実現した電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、冷却板２ｃと冷却板２ｃの側面を取り囲む側壁２ｄとを有した箱体と、冷却板２ｃの一方の面である部品が実装される部品実装面２ｅと対向して箱体の一方の開口部を塞ぐ上蓋３と、冷却板２ｃの他方の面である冷媒流路が形成される冷媒流路面と対向して箱体の他方の開口部を塞ぐ下蓋４と、を備えたケースを備える。また、電力変換装置１は、冷却板２ｃに固定された複数の第１部品５ａと、第１部品５ａと上蓋３との間に配置された複数の第２部品５ｂと、冷媒流路面と下蓋との間に形成された冷媒流路部２ｂと、第１の第１部品５ａと第１の第１部品５ａに隣接する第２の第１部品５ａとの間の第１空間および第１部品５ａと第２部品５ｂとの間の第２空間に配置され、第１部品５ａと第２部品５ｂとを接続する電気配線部品６と、を備える。【選択図】図２

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置としては、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助機器用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）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が挙げられる。

近年、電動車両における電力変換装置の実装スペースの縮小などのため、電力変換装置の小型化が検討されている。小型化の検討において、電力変換装置に搭載される電子部品の部品配置による小型化の重要性が高くなっている。

これに対して、従来の電力変換装置では、複数の電子部品を基板に実装し、基板の冷却性能及び電気配線を簡素化することで小型化を図る構造が提案されている。また、部品実装面に実装された電子部品の部品実装面に対する垂直方向の寸法差によって生じた空間に冷媒流路を起伏させて設けることで、電子部品の寸法差を吸収して省スペース化および小型化を図る構造が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−２９４８０号公報

従来の電力変換装置においては、複数の電子部品を基板に実装し、基板の冷却及び電気配線の簡素化によって小型化を図ることはできる。しかしながら、基板の電気配線の簡素化を優先することが部品配置の制約となり、部品配置の自由度を低下させる。さらに、各部品の部品実装面に対する垂直方向の寸法差及び水平方向の寸法差による無駄な空間が多く生じる配置となり、電力変換装置の小型化が困難になるという課題があった。また、基板に対し冷却を行うため、各部品の発熱量の差による熱干渉の影響が大きくなり、放熱面積を確保するために部品の設置面積が拡大し、放熱の必要のない部品まで同じ基板に実装されているため基板および冷却面積の縮小が難しく、装置の小型化が困難になるという課題があった。

上記特許文献１においては、冷媒流路を起伏させて設けることで、電子部品の部品実装面に対する垂直方向の寸法差を吸収して省スペース化および小型化を図ることはできる。しかしながら、冷媒流路の起伏の状態により冷媒流路が複雑になるため、部品配置時に冷媒流路の起伏を最小減に抑えるために部品実装面に対する垂直方向の寸法が揃った電子部品を集めて配置することが部品配置の制約となり、部品配置の自由度が低下する。この制約により、電気配線の簡略化が困難となるため配線スペースの確保が必要となり、装置の小型化が困難になるという課題があった。

本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、配線の自由度向上、配線長の短縮による小型化を実現した電力変換装置を得ることを目的としている。

本願に開示される電力変換装置は、冷却板と冷却板の側面を取り囲む側壁とを有した箱体、冷却板の一方の面である部品が実装される部品実装面と対向して箱体の一方の開口部を塞ぐ上蓋、および冷却板の他方の面である冷媒流路が形成される冷媒流路面と対向して箱体の他方の開口部を塞ぐ下蓋を備えたケース、冷却板に固定された複数の第１部品、第１部品と上蓋との間に配置された複数の第２部品、冷媒流路面と下蓋との間に形成された冷媒流路部、第１の第１部品と第１の第１部品に隣接する第２の第１部品との間の第１空間および第１部品と第２部品との間の第２空間に配置され、第１部品と第２部品とを接続する電気配線部品を備えたものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、配線の自由度向上、配線長の短縮による小型化を実現することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成概要を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の部品実装部の内部の空間を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の電気配線部品の一部を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の電気配線部品を模式的に示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のバスバーの構成概要を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 図２の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける平面図である。 実施の形態１に係る別の電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 図１４の一点鎖線Ｃ−Ｃにおける平面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置の構成概要を示す断面図である。 図１６の一点鎖線Ｄ−Ｄにおける平面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置の電気配線部品の一部を示す平面図である。 本願に係る電力変換装置の別の構成概要を示す断面図である。 本願に係る電力変換装置の別の構成概要を示す断面図である。

以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。各図において同一、または相当部材、部位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は電力変換装置１の外観を示す斜視図、図２は電力変換装置１の構成概要を示した断面図、図３は電力変換装置１の構成概要を示した平面図である。電力変換装置１は、上蓋３と下蓋４と箱体２の一部である側壁２ｄとで囲まれた内部に、箱体２の一部である冷却板２ｃで仕切られた上蓋３の側に部品実装部２ａ、下蓋４の側に冷媒流路部２ｂを備える。部品実装部２ａには電力変換部品５である第１部品５ａと第２部品５ｂとが２層に分けて設けられ、これらは電気配線部品６で接続される。冷媒流路部２ｂには冷媒流路１３が形成され、側壁２ｄに設けたパイプ１１から冷媒が流され、部品実装部２ａは冷媒によって冷却される。なお、図３では上蓋３、第２部品５ｂ、電気配線部品６を取り去って、冷却板２ｃの上に固定された第１部品５ａを示した。図２は、図３の一点鎖線Ａ−Ａにおいて上蓋３、第２部品５ｂ、電気配線部品６も含めて構成概要を示した断面図である。

電力変換装置１の構成について説明する。電力変換装置１は、基体として、ケース２０を備える。ケース２０は、箱体２と上蓋３と下蓋４とを備える。箱体２は、冷却板２ｃと、冷却板２ｃの側面を取り囲む側壁２ｄとを備える。上蓋３は、冷却板２ｃの一方の面である第１部品５ａが実装される部品実装面２ｅと対向して箱体２の一方の開口部を塞ぐ。下蓋４は、冷却板２ｃの他方の面である冷媒の流路が形成される冷媒流路面２ｆと対向して箱体２の他方の開口部を塞ぐ。部品実装面２ｅと上蓋３との間に側壁２ｄに囲まれて、部品実装部２ａが設けられる。冷媒流路面２ｆと下蓋４との間に側壁２ｄに囲まれて、冷媒流路部２ｂが設けられる。上蓋３と部品実装面２ｅとの間の距離は、下蓋４と冷媒流路面２ｆとの間の距離よりも大きい。冷却板２ｃは、熱伝導率が１６Ｗ／ｍ・Ｋ以上で４５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属材料、例えばアルミニウムで形成される。冷却板２ｃと側壁２ｄは例えば鋳造により一体で形成してもよいが、側壁２ｄを例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）のような電気絶縁性の樹脂で形成し、冷却板２ｃに側壁２ｄを組み付けて箱体２を形成してもよい。上蓋３と下蓋４は、機械的な強度の高い金属板で、例えばアルミニウム板または鋼板で形成される。上蓋３と下蓋４は側壁２ｄの端面に塗布されたシール材を介して例えばネジ（図示せず）で固定され、部品実装部２ａと冷媒流路部２ｂは密閉される。上蓋３と下蓋４の固定は、摩擦攪拌接合または溶接であってもよい。

部品実装部２ａについて説明する。部品実装部２ａには、部品実装面２ｅに固定された複数の第１部品５ａと、第１部品５ａと上蓋３との間に配置された複数の第２部品５ｂと、第１部品５ａと第２部品５ｂとが接続された電気配線部品６とが設けられる。第１部品５ａは例えば半導体、磁性部品であり、第２部品５ｂは例えば制御部品、フィルタ部品、アルミ電解コンデンサである。第１部品５ａとしては第２部品５ｂよりも発熱量の大きい部品が、部品実装面２ｅに固定される。部品実装部２ａの内部の空間について説明する。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１の部品実装部２ａの内部の空間を示す断面図である。第１の第１部品５ａと第１の第１部品５ａに隣接する第２の第１部品５ａとの間に、第１空間７が形成される。第１空間７および第１部品５ａと第２部品５ｂの間に、第２空間８が形成される。電気配線部品６は、第１空間７と第２空間８に配置される。冷却板２ｃは、第１部品５ａと第１部品５ａとの間の一部に、部品実装面２ｅに垂直な仕切り壁９を備える。図３に示すように、仕切り壁９は第１部品５ａを取り囲み、第１部品５ａを仕切られた部屋に収納する。収納された第１部品５ａと仕切り壁９、および第１部品５ａと側壁２ｄとの間に放熱性樹脂１０である例えばポッティング材が充填される。仕切り壁９は冷却板２ｃと同じ材料で、冷却板２ｃと一体的に形成される。図２では仕切り壁９は冷却板２ｃと一体的に形成されている例を示したが、仕切り壁９と冷却板２ｃは別体で異なる材料で形成されていてもよく、仕切り壁９を例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）のような電気絶縁性の樹脂で形成し、冷却板２ｃに組みつけて形成してもよい。

電気配線部品６について説明する。図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１の電気配線部品６の一部を示す斜視図である。図５は電気配線部品６の内部を透視して示した図である。電気配線部品６は、金属配線体であるバスバー６ａと、バスバー６ａを覆う絶縁体である樹脂６ｂとを備え、例えばインサート成形にて一体成形して形成される。バスバー６ａは、電気伝導性に優れた、例えば銅で作製される。バスバー６ａの断面は扁平形状で、２つのバスバー６ａは，相互に対向させて平行平板構成となるように設けられる。また、電力変換装置１を駆動した際、２つのバスバー６ａにはそれぞれ逆方向の電流が流れるようにバスバー６ａと電力変換部品５は接続される。樹脂６ｂは、電気絶縁性に優れた樹脂で、例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）である。

電気配線部品６は、図２に示すように、設置する第２空間８に沿わせて屈曲させた屈曲部６ｃを備える。電気配線部品６は、放熱性樹脂１０を介して冷却板２ｃに固定される。放熱性樹脂１０は、例えばグリスである。図２では樹脂６ｂの部位が放熱性樹脂１０を介して冷却板２ｃに固定された例を示したが、樹脂６ｂの部位が放熱性樹脂１０を介さずに冷却板２ｃに固定されてもよく、バスバー６ａの部位を絶縁部品である例えば絶縁シートを介して冷却板２ｃに固定しても構わない。電気配線部品６の形成は、樹脂成形品に複数のバスバー６ａを実装するアウトサート成形、もしくは複数の電気配線部品６を組み合わせるものでも構わない。バスバー６ａの一部は、バスバー６ａから電線を分岐させたハーネスを備えた構成であってもよい。

２つのバスバー６ａの配置は、図５に示したような広い側面を相互に対向させ、かつ冷却板２ｃにも対向させる配置に限らない。図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１の電気配線部品６を模式的に示す断面図である。図６では２つのバスバー６ａの配置について４つの例を示す。図６（ａ）は図５の断面である。２つのバスバー６ａの配置は、図６（ｂ）に示すように、冷却板２ｃに対して垂直となるような平行平板構成であってもよい。また、図６（ｃ）または図６（ｄ）に示すように、バスバー６ａの狭い側面を対向させて２つのバスバー６ａを配置してもよい。図６（ａ）、図６（ｂ）の構成では、電気配線部品６の断面積を縮小できる。図６（ｃ）、図６（ｄ）の構成では、一体成形する際の金型を単純化でき、バスバー６ａの放熱が容易となる。

バスバー６ａは３層以上に重ねて設ける構成であってもよい。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置１のバスバー６ａの構成概要を示す斜視図である。複数の層でバスバー６ａを構成することで、電気配線部品６は統合され小型化される。また、電気配線および電力変換部品５の配置の自由度が向上する。

電力変換部品５について説明する。第１部品５ａおよび第２部品５ｂと、バスバー６ａとは溶接またはネジまたは半田により接続されている。第１部品５ａおよび第２部品５ｂは、バスバー６ａを介することなく直接接続してもよい。第２部品５ｂは、回路構成を単純化し、ノイズの影響を低減するために、回路機能ごとに分けて配置される。

第２部品５ｂの中で、多種類の部品かつ部品実装面２ｅに対して垂直方向の寸法差が大きい部品で構成される、例えばフィルタ部品および制御部品５ｂａは、図２に示すように、基板１２に実装される。基板１２と電気配線部品６または電力変換部品５とは、ネジまたは溶接または半田により接続される。基板１２は、第２部品５ｂの実装面１２ａと部品実装面２ｅとが対向し、上蓋３と基板１２の絶縁が確保された位置に配置される。フィルタ部品および制御部品５ｂａなどをまとめて基板１２に配置することで、第１部品５ａを配置するスペースが確保され、また上蓋３を介して第２部品５ｂの放熱を促すことができる。

第２部品５ｂの中で、少種類の部品かつ部品実装面２ｅに対して垂直方向の寸法差が小さい部品で構成される、例えばアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂは、部品実装面２ｅと対向して電気配線部品６に直接接続される。アルミ電解コンデンサ部品５ｂｂは、電気配線部品６との接続箇所と、第１部品５ａとの絶縁が確保された位置に配置される。この配置により、上蓋３を介しての放熱を促すことができる。

また、図８に示すように、さらに放熱を促すために第２部品５ｂであるフィルタ部品および制御部品５ｂａ、およびアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂと上蓋３との間に、放熱性樹脂１０を充填した構成でもよい。また、これらは放熱性樹脂１０に加えて、絶縁部材を介して上蓋３と接してもよい。

冷媒流路部２ｂについて説明する。図９は図２の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける平面図である。冷却板２ｃは冷媒流路面２ｆに垂直な流路仕切り壁１３ａを備え、流路仕切り壁１３ａに沿って冷媒流路部２ｂに冷媒流路１３が形成される。冷媒流路１３の冷媒流路面２ｆに垂直な方向の断面は、冷媒流路面２ｆに水平な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに垂直な方向よりも大きい扁平形状である。また、冷却板２ｃは冷媒流路面２ｆに垂直な複数の冷却整流フィン１３ｂを備える。冷媒には、例えば水又はエチレングリコール液が使用される。

電気配線部品６の冷却板２ｃへの別の設置例について説明する。図１０は、実施の形態１に係る別の電力変換装置１の構成概要を示す断面図である。電気配線部品６の樹脂６ｂはブッシュ６ｄを備え、電気配線部品６はブッシュ６ｄを介して冷却板２ｃとネジ１４で連結される。また、樹脂６ｂはナット６ｅを備え、第２部品５ｂを備えた基板１２はナット６ｅを介して電気配線部品６にネジ１４で連結される。ブッシュ６ｄとナット６ｅはバスバー６ａとともに一体成形され、電気配線部品６が形成される。ブッシュ６ｄ、ナット６ｅは機械的な強度の高い金属で、例えば鉄またはステンレスで形成される。

なお、本実施の形態では図１に示したように上蓋３が上部となるように設置された電力変換装置１の例について説明したが、電力変換装置１の設置の向きはこれに限るものではない。また、電力変換装置１の用途は電動車両に限定されるものではない。

以上のように、この電力変換装置１は部品実装面２ｅに配置される第１部品５ａと、第１部品５ａと上蓋３との間に配置される第２部品５ｂと、第１部品５ａと第２部品５ｂとを接続する電気配線部品６と備え、第１部品５ａと第１部品５ａとの間に形成された第１空間７、第１部品５ａおよび第１空間７と第２部品５ｂとの間に形成された第２空間８に電気配線部品６を設けたため、配線の自由度が向上し、配線長の短縮による低損失化、および電力変換装置１の小型化を実現することができる。また、電力変換装置１は部品実装部２ａと冷媒流路部２ｂを分けて設けたため、部品実装部２ａと冷媒流路部２ｂのそれぞれの気密性を容易に確保することができる。また、部品実装部２ａにおける部品の実装が一方向からの組立てとなるため、電力変換部品５を実装する際にケース２０を回転する必要がなく、組み立て工数を削減でき、組み立てコストを削減することができる。第２部品５ｂは電気配線部品６に固定されるため、第１部品５ａの配置および第１部品５ａとの絶縁を考慮しつつ部品実装面２ｅから背の高い支柱を延ばす必要がなく、電力変換装置１を小型化することができる。また、第２部品５ｂの電気配線部品６に設けた固定位置は、第１部品５ａの配置および形状に制約されることなく第２部品５ｂの振動に対して最適な位置で固定できるため、耐震性を確保することができ、電気配線部品６との接合部へのストレスを抑制することができる。また、電気配線部品６は第２空間８に沿わせて屈曲させて設けたため、電力変換装置１を小型化することができる。

また、電気配線部品６にバスバー６ａを設けた場合は、発生する寄生インダクタンスを低減させ、サージ電圧を抑制でき、サージ電圧抑制によるＥＭＣ特性の向上および安価な半導体素子を使用することができる。また、２つのバスバー６ａを平行平板構成とした場合は、対向するバスバー６ａの外側では発生磁束がキャンセルされ、寄生インダクタンスの発生を抑制することができ、サージ電圧を抑制することができる。また、高周波電流を通電する場合においても、高周波抵抗を低減することができ、バスバー６ａに発生する熱損失を低減することができる。また、電気配線部品６を樹脂６ｂで覆った場合は、バスバー６ａとケース２０および電力変換部品５との絶縁を容易に確保することができる。

また、電気配線部品６を冷却板２ｃに設置した場合は、電気配線部品６を冷媒により容易に冷却することができる。また、放熱性樹脂１０を介して冷却板２ｃに電気配線部品６を設置することで、電気配線部品６はさらに容易に冷却することができる。電気配線部品６は容易に冷却されるため、バスバー６ａも容易に冷却され、バスバー６ａの放熱は確保されるので放熱性を考慮してバスバー６ａが大型化するのを抑制することができる。

また、電気配線部品６はブッシュ６ｄを備え、ブッシュ６ｄを介して電気配線部品６を冷却板２ｃと連結した場合は、ネジ１４での締結において樹脂６ｂのクリープ現象を防止することができ、電気配線部品６と冷却板２ｃの連結の長期信頼性を容易に確保することができる。また、樹脂６ｂはナット６ｅを備え、ナット６ｅを介して第２部品５ｂを備えた基板１２を電気配線部品６と連結した場合は、電気配線部品６と第２部品５ｂの連結の長期信頼性を容易に確保することができる。また、第１部品５ａおよび第２部品５ｂと、バスバー６ａとを溶接した場合は、これらは強固に固定され、耐震性を確保することができる。また、バスバー６ａは３層以上に重ねて設けた場合は、電気配線の自由度および部品配置の自由度が増加し、電力変換装置１の内部の無駄な空間を削減することができる。

また、第１部品５ａと第１部品５ａとの間に冷却板２ｃの一方の面に垂直な仕切り壁９を設けた場合は、第１部品５ａの発熱の影響が他の部位に及ぶことを抑制することができる。また、仕切り壁９を設けた場合は、第１部品５ａから発生するノイズが他の部品に及ぶことを抑制することができる。また、第１部品５ａと仕切り壁９、および第１部品５ａと側壁２ｄとの間に放熱性樹脂１０を充填した場合は、仕切り壁９を介して第１部品５ａを冷却することができる。また、第２部品５ｂが放熱性樹脂１０を介して上蓋３と接した場合は、上蓋３の側から第２部品５ｂで生じた熱を放熱することができ、第２部品５ｂの長期信頼性を確保でき、許容温度の低い安価な部品を選定することができる。

また、冷媒流路１３の冷媒流路面２ｆに垂直な方向の断面を、冷媒流路面２ｆに水平な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに垂直な方向よりも大きい扁平形状とした場合は、水平方向の寸法で冷却面を確保しつつ垂直方向の寸法を低減させ冷媒流路１３の体積を低減し、冷媒の流速を増加させることができる。冷媒の流速が増加するため、冷却整流フィン１３ｂの冷却効率を増加させることができる。また、冷却板２ｃは冷媒流路面２ｆに垂直な流路仕切り壁１３ａを備え、流路仕切り壁１３ａに沿って冷媒流路１３を設けた場合は、部品実装部２ａに配置される電力変換部品５の配置の影響を受けることがなく、パイプ１１の実装位置の配置自由度が高く、設計の制約および設計の見直しによる設計工数を低減でき、単純な形状で冷媒流路１３を形成することができる。また、冷却板２ｃが冷媒流路面２ｆに垂直な冷却整流フィン１３ｂを備えた場合は、部品実装部２ａの冷却能力を高めることができる。また、冷媒流路１３は単純な形状で冷媒の圧力損失が低減できるため、低減された圧力損失は冷却整流フィン１３ｂの数の増加、冷媒流路１３の幅縮小による流速増加に使用することができ、部品実装部２ａの冷却能力を向上させることができる。また、冷却能力の向上により部品実装部２ａの放熱性を確保できるときは、電力変換装置１を小型化することができる。

また、冷却板２ｃが１６Ｗ／ｍ・Ｋ以上で４５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を備えた金属である場合は、電力変換部品５の冷却能力を高めることができる。また、冷却板２ｃに発熱量の大きい半導体、磁性部品である第１部品５ａのみを固定した場合は、冷却板２ｃおよび冷媒流路１３を縮小することができる。第２部品５ｂは制御部品、フィルタ部品、アルミ電解コンデンサであり、回路機能ごとに分割して配置した場合は、ノイズの重畳およ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ことができる。また、フィルタ部品、制御部品を基板１２に配置した場合は、多種類の部品でも容易に電気配線でき、配線長さの短縮により損失を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置１について説明する。図１１は電力変換装置１の構成概要を示した断面図である。実施の形態２に係る電力変換装置１は、実施の形態１で示した電力変換装置１の電気配線部品６を冷却板２ｃに固定せずに、電気配線部品６を第２空間８にのみ設けた構成になっている。

電気配線部品６を第２空間８にのみ設けた場合、電気配線部品６の形状を単純化することができ、電気配線部品６を容易に製造することができる。なお、電気配線部品６を側壁２ｄに固定しても構わない。電気配線部品６を側壁２ｄに固定した場合は、側壁２ｄを介して電気配線部品６を冷却することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置１について説明する。図１２は電力変換装置１の構成概要を示した断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置１は、実施の形態１で示した電力変換装置１のアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂと電気配線部品６との直接接続が、基板１５を介して接続した構成になっている。

第２部品５ｂの中で、少種類の部品かつ部品実装面２ｅに垂直方向の寸法差の小さい部品で構成される、例えばアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂは、基板１５に実装される。基板１５と電気配線部品６または電力変換部品５とは、ネジまたは溶接または半田により接続される。基板１５と部品実装面２ｅとは対向し、基板１５におけるアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂの接続箇所と第１部品５ａとの絶縁が確保された位置に、基板１５は配置される。アルミ電解コンデンサ部品５ｂｂは、上蓋３の側に配置される。

以上のように、この電力変換装置１は複数のアルミ電解コンデンサ部品５ｂｂをまとめて基板１５に配置したため、電気配線を複雑化させることなく、電気配線を縮小することができる。また、上述した基板１５の配置により、第１部品５ａとの配線長さは短縮され、低損失化することができる。

なお、本実施の形態１〜３において、第１部品５ａの上方全体に第２部品５ｂを実装した例を示したがこれに限るものではない。例えば実施の形態３における別の構成例を図１３に示すように、左端に配置された第１部品５ａだけで上蓋３までの空間が占められた場合などは、第２部品５ｂを第１部品５ａの上方の一部に設けても構わない。

実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換装置１について説明する。図１４は実施の形態３に係る電力変換装置１の構成概要を示した断面図、図１５は図１４の一点鎖線Ｃ−Ｃにおける平面図である。実施の形態４に係る電力変換装置１は、実施の形態１で示した電力変換装置１に設けた冷媒流路１３に代えて、第１空間７の方向に冷却板２ｃの一部を突出させて冷媒流路１６を設けた構成になっている。

冷媒流路１６の冷媒流路面２ｆに垂直な方向の断面は、冷媒流路面２ｆに垂直な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに水平な方向よりも大きい扁平形状である。下蓋４は、冷媒流路面２ｆと対向して箱体２の開口部である冷媒流路１６を塞ぐ。冷媒流路１６を構成する壁部１７と第１部品５ａとの間に放熱性樹脂１０である例えばポッティング材が充填される。壁部１７と対向する電気配線部品６と壁部１７との間にも放熱性樹脂１０が充填される。壁部１７は冷却板２ｃと同じ材料で、冷却板２ｃと一体的に形成される。

以上のように、この電力変換装置１の冷媒流路１６の冷媒流路面２ｆに垂直な方向の断面は、冷媒流路面２ｆに垂直な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに水平な方向よりも大きい扁平形状であるため、垂直方向に形成された壁部１７で電力変換部品５の冷却面を確保しつつ水平方向の寸法を低減させて冷媒流路１６の体積を低減し、冷媒の流速を増加させて部品実装部２ａの冷却能力を向上することができる。また、冷媒流路１６を第１空間７に設けたため、電力変換装置１の部品実装面２ｅに垂直な方向の寸法を低減させることができる。また、壁部１７と第１部品５ａとの間、および壁部１７と対向する電気配線部品６と壁部１７との間に放熱性樹脂１０を充填した場合は、第１部品５ａと電気配線部品６の冷却は促進されるので、電力変換装置１を小型化することができる。また、第１部品５ａおよび電気配線部品６の冷却が促進され、第２部品５ｂは第１部品５ａおよび電気配線部品６の発熱の影響を受けにくくなるため、第２部品５ｂの寿命低下を防ぐことができ、第２部品５ｂは許容温度の低い安価な部品を選定することができる。また、壁部１７を設けたため、第１部品５ａから発生するノイズが他の部品に及ぶことを抑制することができる。また、放熱性樹脂１０を設けた場合は、放熱性樹脂１０と接する第１部品５ａおよび電気配線部品６の耐震性を確保することができる。また、放熱性樹脂１０を設けた場合は、第１部品５ａと電気配線部品６との接合部へのストレスを抑制することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る電力変換装置１について説明する。図１６は実施の形態５に係る電力変換装置１の構成概要を示した断面図、図１７は図１６の一点鎖線Ｄ−Ｄにおける平面図である。実施の形態５に係る電力変換装置１は、実施の形態１で示した電力変換装置１に設けた冷媒流路１３と、実施の形態４で示した電力変換装置１に設けた冷媒流路１６の双方を合わせて設けた構成になっている。

電力変換装置１は、冷媒流路面２ｆに水平な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに垂直な方向よりも大きい扁平形状の断面を備えた冷媒流路１３と、冷媒流路面２ｆに垂直な方向の寸法が冷媒流路面２ｆに水平な方向よりも大きい扁平形状の断面を備えた冷媒流路１６の双方を備える。冷媒流路１６を構成する壁部１７と第１部品５ａとの間に放熱性樹脂１０である例えばポッティング材が充填される。壁部１７と対向する電気配線部品６と壁部１７との間にも放熱性樹脂１０が充填される。

以上のように、この電力変換装置１は冷媒流路１３と冷媒流路１６とを備えたため、部品実装部２ａの冷却能力をさらに向上することができる。また、第１部品５ａと電気配線部品６の冷却は促進されるため、電力変換装置１を小型化することができる。また、第１部品５ａおよび電気配線部品６の冷却が促進され、第２部品５ｂは第１部品５ａおよび電気配線部品６の発熱の影響を受けにくくなるため、第２部品５ｂの寿命低下を防ぐことができ、第２部品５ｂは許容温度の低い安価な部品を選定することができる。

なお、電気配線部品６はバスバー６ａとバスバー６ａを覆う樹脂６ｂとを備えた構成について示したがこれに限るものではなく、図１８の電気配線部品６の一部を示す平面図に示したように、金属配線体（図示せず）が装着された基板６ｆと樹脂６ｂとを備えた構成でも構わない。基板６ｆは樹脂６ｂで覆われていない開口部分に電力変換部品５と金属配線体とを接続するパッド６ｇを備え、電力変換部品５は基板６ｆに設けた金属配線体で接続される。基板６ｆを用いた場合、電気配線を複雑化させることなく、電気配線を縮小することができる。

また、実施の形態１、２、３、５に対し、冷媒流路面２ｆは冷却板２ｃの全面に設けた構成について示したがこれに限るものではなく、図１９または図２０に示すように、冷媒流路面２ｆは冷却板２ｃの一部に設けた構成でも構わない。冷媒流路面２ｆは冷却板２ｃの一部に設けた構成にすることで冷却が不要な第１部品５ａの冷媒流路面２ｆを削減することができるため電力変換装置１を小型化することができる。

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電力変換装置、２ 箱体、２ａ 部品実装部、２ｂ 冷媒流路部、２ｃ 冷却板、２ｄ 側壁、２ｅ 部品実装面、２ｆ 冷媒流路面、３ 上蓋、４ 下蓋、５ 電力変換部品、５ａ 第１部品、５ｂ 第２部品、５ｂａ フィルタ部品および制御部品、５ｂｂ アルミ電解コンデンサ部品、６ 電気配線部品、６ａ バスバー、６ｂ 樹脂、６ｃ 屈曲部、６ｄ ブッシュ、６ｅ ナット、６ｆ 基板、６ｇ パッド、７ 第１空間、８ 第２空間、９ 仕切り壁、１０ 放熱性樹脂、１１ パイプ、１２ 基板、１２ａ 実装面、１３ 冷媒流路、１３ａ 流路仕切り壁、１３ｂ 冷却整流フィン、１４ ネジ、１５ 基板、１６ 冷媒流路、１７ 壁部、２０ ケース

Claims (22)

1. 冷却板と前記冷却板の側面を取り囲む側壁とを有した箱体、前記冷却板の一方の面である部品が実装される部品実装面と対向して前記箱体の一方の開口部を塞ぐ上蓋、および前記冷却板の他方の面である冷媒流路が形成される冷媒流路面と対向して前記箱体の他方の開口部を塞ぐ下蓋を備えたケース、
   前記冷却板に固定された複数の第１部品、
   前記第１部品と前記上蓋との間に配置された複数の第２部品、
   前記冷媒流路面と前記下蓋との間に形成された冷媒流路部、
   第１の前記第１部品と第１の前記第１部品に隣接する第２の前記第１部品との間の第１空間および前記第１部品と前記第２部品との間の第２空間に配置され、前記第１部品と前記第２部品とを接続する電気配線部品を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１空間に前記電気配線部品を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電気配線部品は前記第１空間に接する前記冷却板に固定されたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記電気配線部品は放熱性樹脂を介して前記冷却板に固定されたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記電気配線部品はブッシュを備え、
   前記電気配線部品は前記ブッシュを介して前記冷却板と連結されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記電気配線部品は前記第２空間に沿わせて屈曲させて設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電気配線部品は、金属配線体と、前記金属配線体を覆う絶縁体と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記金属配線体は前記金属配線体が装着された基板であることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 断面が扁平形状の前記金属配線体が相互に対向して設けられたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記絶縁体はナットを備え、
    前記第２部品は前記ナットを介して前記電気配線部品に連結されたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記第１部品および前記第２部品は、前記金属配線体に溶接されたことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記金属配線体は３層以上に重ねて設けたことを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記第１部品と前記第１部品との間に、前記部品実装面に垂直な仕切り壁を設けた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。
14. 前記第１部品と前記仕切り壁、および前記第１部品と前記側壁との間に放熱性樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
15. 前記第２部品と前記上蓋との間に放熱性樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
16. 前記冷媒流路の前記冷媒流路面に垂直な方向の断面は、
    前記冷媒流路面に水平な方向の寸法が前記冷媒流路面に垂直な方向よりも大きい扁平形状である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。
17. 前記冷媒流路の前記冷媒流路面に垂直な方向の断面は、
    前記冷媒流路面に垂直な方向の寸法が前記冷媒流路面に水平な方向よりも大きい扁平形状である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。
18. 前記冷媒流路面に水平な方向の寸法が前記冷媒流路面に垂直な方向よりも大きい扁平形状の断面を備えた前記冷媒流路と、
    前記冷媒流路面に垂直な方向の寸法が前記冷媒流路面に水平な方向よりも大きい扁平形状の断面を備えた前記冷媒流路の双方を備え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。
19. 前記冷却板は前記冷媒流路面に垂直な流路仕切り壁を備え、
    前記流路仕切り壁に沿って前記冷媒流路を設けたことを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
20. 前記冷却板は前記冷媒流路面に垂直なフィンを備えたことを特徴とする請求項１９に記載の電力変換装置。
21. 前記冷却板は熱伝導率が１６Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属であることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
22. 前記第１部品は、前記第２部品よりも発熱量の大きい部品であることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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