JP2021141724A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換を行う電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device that performs power conversion.
特許文献1には、コンデンサ素子、およびコンデンサ素子を収容するコンデンサケースを有するコンデンサと、コンデンサに固定され、外部機器の端子と接続するための出力端子台と、を有する電力変換装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a power conversion device having a capacitor element, a capacitor having a capacitor case for accommodating the capacitor element, and an output terminal block fixed to the capacitor and connected to a terminal of an external device. There is.
コンデンサ素子は充放電によって振動する。また、コンデンサ素子の1つとして巻回型のフィルムコンデンサが考えられるが、フィルムコンデンサの、充放電による振動の振幅は巻回軸と垂直な方向が最も大きい。ここで例として、出力端子台と外部機器の端子とを、ボルトを挿入することで締結する際に、ボルトの挿入方向が、フィルムコンデンサの巻回軸と平行な場合を考える。この場合、フィルムコンデンサの振幅が最も大きな方向と、ボルトの挿入方向とが異なる。そのため、フィルムコンデンサの振幅が最も大きな方向の振動を抑制しにくい。 The capacitor element vibrates due to charging and discharging. Further, a winding type film capacitor can be considered as one of the capacitor elements, but the amplitude of the vibration of the film capacitor due to charging and discharging is the largest in the direction perpendicular to the winding axis. Here, as an example, consider a case where the insertion direction of the bolt is parallel to the winding axis of the film capacitor when the output terminal block and the terminal of the external device are fastened by inserting the bolt. In this case, the direction in which the amplitude of the film capacitor is the largest is different from the direction in which the bolt is inserted. Therefore, it is difficult to suppress the vibration in the direction in which the amplitude of the film capacitor is the largest.
この事情に基づいて、本開示の目的は、コンデンサの振動を抑制できる電力変換装置を提供することである。 Based on this circumstance, an object of the present disclosure is to provide a power conversion device capable of suppressing vibration of a capacitor.
その目的を達成するための本開示の一態様における電力変換装置は、
巻回型のフィルムコンデンサ(11)、フィルムコンデンサが収容されたコンデンサケース(12)、およびコンデンサケースの外部に配置された外部端子(41)と電気的に接続されるとともに、フィルムコンデンサと電気的に接続されるコンデンサ端子(13)を有するコンデンサユニット(10)と、
コンデンサユニットを収容する筐体(30)と、
外部端子とコンデンサ端子とを締結するボルト(501)と、を備え、
コンデンサケースはフィルムコンデンサの巻回軸と平行な平行面(121)を有し、
ボルトは、平行面に向かって挿入される、電力変換装置である。
The power conversion device in one aspect of the present disclosure for achieving that purpose is:
It is electrically connected to the winding type film capacitor (11), the capacitor case (12) containing the film capacitor, and the external terminal (41) arranged outside the capacitor case, and is also electrically connected to the film capacitor. A capacitor unit (10) having a capacitor terminal (13) connected to the
A housing (30) that houses the capacitor unit and
A bolt (501) for fastening an external terminal and a capacitor terminal is provided.
The capacitor case has a parallel surface (121) parallel to the winding axis of the film capacitor.
Bolts are power converters that are inserted toward parallel planes.
フィルムコンデンサの充放電由来の振動は、巻回軸に垂直な方向の振幅が最も大きい。本開示においては、外部端子およびコンデンサ端子はボルトによって締結される。その上で、コンデンサケースのうち、フィルムコンデンサの巻回軸と平行な平行面に向かってボルトが挿入される。そのため、フィルムコンデンサの振幅が最も大きな方向にボルトが挿入される。すなわち、ボルトによって、外部端子がコンデンサ端子に向かって押さえられる。よって、コンデンサユニットの振動をより抑制できる。 The vibration derived from the charging and discharging of the film capacitor has the largest amplitude in the direction perpendicular to the winding axis. In the present disclosure, the external terminals and the capacitor terminals are fastened with bolts. Then, in the capacitor case, a bolt is inserted toward a parallel surface parallel to the winding axis of the film capacitor. Therefore, the bolt is inserted in the direction in which the amplitude of the film capacitor is the largest. That is, the bolt presses the external terminal toward the capacitor terminal. Therefore, the vibration of the capacitor unit can be further suppressed.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態および変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, duplicate description may be omitted by assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment, but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified. Further, an unspecified combination of the configurations described in the plurality of embodiments and modifications is also disclosed by the following description.
(第1実施形態)
図1〜4に基づいて、電力変換装置1について説明する。電力変換装置1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に搭載され、電力変換装置1の外部の直流電源(図示略)の直流電流を、走行用モータとしての三相交流モータ(図示略)に通電する交流電流(U相、V相、W相)を生成する。
(First Embodiment)
The power conversion device 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The power conversion device 1 is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, and converts a DC current of an external DC power source (not shown) of the power conversion device 1 into a three-phase AC motor (not shown) as a traveling motor. Generates alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) to be energized.
図1に示すごとく、電力変換装置1は、コンデンサユニット10と、半導体モジュール20と、外部端子固定部40と、これらを収容する筐体30を備える。
As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 includes a
図2に示すごとく、コンデンサユニット10は、巻回型のコンデンサ素子であるフィルムコンデンサ11と、フィルムコンデンサ11を収容するコンデンサケース12を有する。また、コンデンサユニット10は、フィルムコンデンサ11と電気的に接続されるコンデンサ端子13と、コンデンサケース12を筐体30に固定するための筐体固定部14と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
フィルムコンデンサ11は、複数枚のコンデンサを巻回して積層することで形成される。複数のフィルムコンデンサ11は、コンデンサケース12内で、巻回軸111を平行にして、コンデンサユニット10内に複数収容される。以降、複数のフィルムコンデンサ11が並ぶ方向をX方向、フィルムコンデンサ11の巻回軸111の軸方向をY方向とする。
The film capacitor 11 is formed by winding and stacking a plurality of capacitors. A plurality of the plurality of film capacitors 11 are housed in the
フィルムコンデンサ11は、充放電に伴い振動する。ここで、フィルムコンデンサ11の振動は、複数枚のコンデンサが積層された方向が最も大きい。すなわち、巻回軸111に垂直な方向の振動が最も大きい。
The film capacitor 11 vibrates as it is charged and discharged. Here, the vibration of the film capacitor 11 is greatest in the direction in which a plurality of capacitors are laminated. That is, the vibration in the direction perpendicular to the winding
コンデンサケース12は、樹脂によって形成されている。また、コンデンサケース12内には、複数のフィルムコンデンサ11が樹脂124によって封止されている。よってコンデンサケース12と複数のフィルムコンデンサ11は一体となっている。
The
図3に示すごとく、コンデンサケース12は、フィルムコンデンサ11の巻回軸111と平行な平行面121を有する。平行面121は、巻回軸111の軸方向であるY方向に平行かつ、X方向に平行である。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すごとく、コンデンサケース12は、筐体30に固定される筐体固定部14を有する。筐体固定部14は、コンデンサケース12のうち、フィルムコンデンサ11が樹脂124によって封止されたケース内部とは逆側の、ケース外部に配置される。本実施形態において、筐体固定部14は4つである。また、筐体固定部14にはボルト穴が形成されており、ボルト50が挿入されることで、コンデンサケース12が筐体30に固定される。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すごとく、コンデンサ端子13は、樹脂124から延出するように配置されている。コンデンサ端子13は、コンデンサケース12の外部に露出した露出部131と、コンデンサケース12の内部で樹脂124によって封止された封止部132を有する。露出部131は、コンデンサケース12に収容された複数のフィルムコンデンサ11のうちすべてと、封止部132を介して電気的に接続されている。本実施形態においては、コンデンサ端子13はX方向に並んで3つ配置されている。
As shown in FIG. 3, the
以降、X方向に垂直かつY方向に垂直な方向をZ方向とする。露出部131と平行面121とはZ方向において隣接している。
Hereinafter, the direction perpendicular to the X direction and perpendicular to the Y direction is referred to as the Z direction. The exposed
図1に示すごとく、半導体モジュール20は、スイッチング素子を有する。スイッチング素子は電流が流されることで、オンオフが切り替わる。これによって、直流電源から入力された直流電流を、交流電流へ変換し、三相交流モータへ出力する。半導体モジュール20は、コンデンサユニット10とY方向に並んで筐体30の内部に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
また、電力変換装置1は、外部端子41とコンデンサ端子13とを接続するボルトとしての端子締結ボルト501を備える。ここで、1つの外部端子41に対し、1つのコンデンサ端子13が、1つの端子締結ボルト501によって接続される。本実施形態においては、電力変換装置1はコンデンサ端子13を3つ備える。よって、外部端子41および端子締結ボルト501もそれぞれ3つ備える。
Further, the power conversion device 1 includes a
外部端子固定部40は、電力変換装置1の外部に配置された外部機器から延出する外部端子41と、筐体30と、を固定する。外部機器とは、たとえば前述した直流電源に相当する。外部端子固定部40は絶縁部材によって形成されている。具体的には樹脂によって形成されている。
The external
外部端子固定部40には、ボルト穴が形成されており、ボルト50が挿入されることで、外部端子固定部40は筐体30に固定される。また、図3に示すごとく、外部端子41の一部は、外部端子固定部40内に埋め込まれている。その上で、図4に示すごとく、ボルト穴にボルト50が挿入されることで、外部端子固定部40を介して外部端子41は筐体30に固定されている。本実施形態においては、3つの外部端子41すべてが、X方向に並んで外部端子固定部40内に埋め込まれている。
A bolt hole is formed in the external
また、外部端子固定部40には、端子締結ボルト501を外部端子41およびコンデンサ端子13に取り付ける工具を挿入するための穴部401が形成されている。
Further, the external
筐体30は、金属によって形成されている。具体的には、筐体30はアルミダイカストによって形成されている。筐体30は、車両に固定される車両固定部31を有する。車両固定部31にはボルト穴が形成されており、筐体30はボルト締結によって、車両に固定され搭載される。
The
また、筐体30は、Z方向に開口した本体部32と、本体部32の開口を閉塞する蓋部33と、を有する。蓋部33は、端子締結ボルト501をコンデンサ端子13および外部端子41に取り付ける工具を挿入するための筐体穴部331有する。
Further, the
電力変換装置1をZ方向から見た際、コンデンサ端子13と、外部端子41と、筐体穴部331、および穴部401は、重なる位置に配置されている。よって、本体部32に半導体モジュール20およびコンデンサユニット10を収容し、蓋部33によって本体部32を閉塞した後に、端子締結ボルト501を取り付けることができる。
When the power conversion device 1 is viewed from the Z direction, the
また、車両と筐体30とを固定するボルト50の挿入方向と、コンデンサケース12と車両とを固定するボルト50の挿入方向とは、同一である。
Further, the insertion direction of the
また、図3に示すごとく、外部端子41と外部機器とは、可撓性を有するケーブル42によって接続される。本実施形態においては、外部端子41のうち、一端はコンデンサ端子13と接続され、他端がケーブル42と接続され、両端に挟まれた位置で外部端子固定部40に固定される。
Further, as shown in FIG. 3, the
端子締結ボルト501は、コンデンサケース12の平行面121に向かって挿入される。すなわち、端子締結ボルト501は、コンデンサケース12に向かってZ方向に挿入される。
The
また、本実施形態においては、端子締結ボルト501の挿入方向と、車両固定部31に挿入されるボルト50の挿入方向と、筐体固定部14に挿入されるボルト50の挿入方向と、外部端子固定部40に挿入されるボルト50の挿入方向と、はすべて同一である。
Further, in the present embodiment, the insertion direction of the
また、平行面121をZ方向に投影した範囲にコンデンサ端子13と外部端子41と端子締結ボルト501とが存在する。
Further, the
図1に示すごとく、端子締結ボルト501は、複数の筐体固定部14のうち2つを結んだ線分に垂直な範囲に配置される。ここで、筐体固定部14同士を結ぶ線分とは、具体的には筐体固定部14に形成されたボルト穴の中心同士を結ぶ線分である。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態においては、例として、複数の筐体固定部14のうち、端子締結ボルト501と最も距離が近い筐体固定部14である第1固定部141と、最も距離が遠い第2固定部142とを結ぶ線分について考える。
In the present embodiment, as an example, among the plurality of
本実施形態においては、第1固定部141と第2固定部142とを結ぶ線分に垂直な範囲に、複数の端子締結ボルト501のうちすべてが含まれる。
In the present embodiment, all of the plurality of
図4に示すごとく、コンデンサケース12をZ方向から見た際、複数のフィルムコンデンサ11のうち、Y方向の一端のフィルムコンデンサ11の巻回軸111と、他端のフィルムコンデンサ11の巻回軸111との間の範囲を中心部122とする。また、それ以外の範囲を端部123とする。本実施形態においては、3つの端子締結ボルト501のうち2つが、中心部122に配置される。
As shown in FIG. 4, when the
本実施形態における効果を以下に示す。フィルムコンデンサ11の充放電由来の振動は、巻回軸111に垂直な方向の振幅が最も大きい。本実施形態においては、外部端子41およびコンデンサ端子13は端子締結ボルト501によって締結される。その上で、コンデンサケース12のうち、フィルムコンデンサ11の巻回軸111と平行な平行面121に向かって端子締結ボルト501が挿入される。そのため、フィルムコンデンサ11の振幅が最も大きな方向に端子締結ボルト501が挿入される。すなわち、端子締結ボルト501によって、外部端子41がコンデンサ端子13に向かって押さえられる。よって、コンデンサユニット10の振動をより抑制できる。
The effects of this embodiment are shown below. The vibration derived from the charging and discharging of the film capacitor 11 has the largest amplitude in the direction perpendicular to the winding
また、外部端子41は、外部端子固定部40によって筐体30に固定されている。そのため、外部端子41とコンデンサ端子13とが端子締結ボルト501によって締結された際、コンデンサ端子13は、外部端子41および外部端子固定部40を介して筐体30に固定されている。よって、コンデンサ端子13を介して、コンデンサユニット10の振動をより抑制できる。
Further, the
コンデンサユニット10は筐体固定部14によって筐体30に固定されているため、コンデンサユニット10由来の振動を抑制することができる。一方で、筐体30は車両固定部31によって車両に固定されていることから、車両の振動が筐体30に伝達する。さらに、車両の振動が、筐体30を介してコンデンサユニット10に伝達する。そのため、たとえば、コンデンサユニット10のうち、複数の筐体固定部14のうち2つを結んだ線分の中心点にあたる部分が、Z方向に変形するおそれがある。
Since the
これらの点を鑑み、本実施形態においては、第1固定部141と第2固定部142とを結ぶ線分に垂直な範囲に、端子締結ボルト501が配置される。ここで、コンデンサ端子13、外部端子41、および外部端子固定部40を介して、コンデンサユニット10は筐体30に固定されている。そのため、上述した範囲に端子締結ボルト501が配置されることは、第1固定部141と第2固定部142との間に、筐体30とコンデンサケース12との固定点ができることを意味する。よって、上述した範囲の外に端子締結ボルト501が配置される場合と比べ、筐体30を介して伝達された振動によってコンデンサユニット10が変形することを抑制できる。
In view of these points, in the present embodiment, the
なお、本実施形態においては、上述した範囲に複数の端子締結ボルト501のうち一部が含まれるが、振動抑制の効果を向上するためには、上述した範囲に複数の端子締結ボルト501のうちすべてが含まれることが好ましい。
In the present embodiment, a part of the plurality of
本実施形態においては、外部端子41およびコンデンサ端子13は端子締結ボルト501によって締結される。その上で、コンデンサケース12のうち、フィルムコンデンサ11の巻回軸111と平行な平行面121に向かって端子締結ボルト501が挿入される。よって、コンデンサユニット10の振動が抑制される。一方、コンデンサユニット10の振動は外部端子41を介して外部機器に伝わりやすくなる。そこで、本開示においては、外部端子41が可撓性を有するケーブル42に接続されている。よって、例えば、外部端子41が可撓性を有さないバスバに接続されている場合と比べ、コンデンサユニット10の振動が直流電源へと伝達することをより抑制できる。
In this embodiment, the
フィルムコンデンサ11は、巻回軸111直上の振動が最も大きい。そこで、端子締結ボルト501が中心部122に配置される。すなわち、フィルムコンデンサ11の振動が大きい範囲に端子締結ボルト501が配置される。そのため、上述した範囲外に端子締結ボルト501が配置される場合と比べ、フィルムコンデンサ11の振動をより抑制できる。なお、中心部122に複数の端子締結ボルト501のすべてが含まれることが好ましい。
The film capacitor 11 has the largest vibration immediately above the winding
(他の実施形態)
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and the following embodiments are also included in the technical scope of the present disclosure. Various changes can be made within the range that does not deviate.
第1実施形態において、外部端子固定部40が配置されているが、外部端子固定部40が配置されなくてもよい。また、外部端子固定部40は樹脂で形成されているが、絶縁性を有する材料であれば、樹脂以外の材料によって形成されてもよい。
In the first embodiment, the external
第1実施形態において、外部機器と外部端子41との接続はケーブル42を介しているが、たとえばバスバといった可撓性を有さないものを介して接続されてもよい。
In the first embodiment, the connection between the external device and the
第1実施形態において、端子締結ボルト501は複数の筐体固定部14のうち2つを結んだ線分に垂直な範囲に配置されるが、上述した範囲の外に配置されてもよい。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、複数の筐体固定部14のうち2つとして第1固定部141と第2固定部142とを選んでいるが、複数の筐体固定部14のうちどの2つを組み合わせてもよい。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、複数の端子締結ボルト501のうちすべてが、複数の筐体固定部14のうち2つを結んだ線分に垂直な範囲に配置される。しかし、複数の端子締結ボルト501のうち1つ以上が、上述した範囲に配置されればよい。
In the first embodiment, all of the plurality of
第1実施形態において、端子締結ボルト501は中心部122に配置されるが、端部123に配置されてもよい。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、複数の端子締結ボルト501のうち2つが中心部122に配置されるが、端子締結ボルト501のうち1つ以上が中心部122に配置されればよい。
In the first embodiment, two of the plurality of
第1実施形態において、コンデンサユニット10は筐体固定部14を4つ有するが、筐体固定部14は2つ以上であればいくつ有してもよい。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、コンデンサケース12内には、フィルムコンデンサ11が樹脂124によって封止されているが、樹脂124以外の部材によって封止されてもよい。また、封止でなくとも、フィルムコンデンサ11がコンデンサケース12に固定されていればよい。
In the first embodiment, the film capacitor 11 is sealed by the
第1実施形態において、コンデンサケース12は樹脂によって形成されているが、金属によって形成されてもよい。また、コンデンサケース12は、筐体30と一体に形成されてもよい。
In the first embodiment, the
1…電力変換装置、
10 コンデンサユニット、 11 フィルムコンデンサ、 12 コンデンサケース、 121 平行面、 13 コンデンサ端子、 14 筐体固定部、 30 筐体、 41 外部端子、 42 ケーブル、 501 ボルト。
1 ... Power converter,
10 Capacitor unit, 11 Film capacitor, 12 Capacitor case, 121 Parallel plane, 13 Capacitor terminal, 14 Capacitor fixing part, 30 Capacitor, 41 External terminal, 42 Cable, 501 volt.
Claims (5)
前記コンデンサユニットを収容する筐体(30)と、
前記外部端子と前記コンデンサ端子とを締結するボルト(501)と、を備え、
前記コンデンサケースは前記フィルムコンデンサの巻回軸と平行な平行面(121)を有し、
前記ボルトは、前記平行面に向かって挿入される、電力変換装置。 The film capacitor is electrically connected to a winding type film capacitor (11), a capacitor case (12) containing the film capacitor, and an external terminal (41) arranged outside the capacitor case. A capacitor unit (10) having a capacitor terminal (13) electrically connected to and
A housing (30) for accommodating the capacitor unit and
A bolt (501) for fastening the external terminal and the capacitor terminal is provided.
The capacitor case has a parallel surface (121) parallel to the winding axis of the film capacitor.
A power conversion device in which the bolt is inserted toward the parallel plane.
複数の前記ボルトのうち少なくとも1つは、複数の前記筐体固定部のうち2つを結んだ線分に垂直な範囲に配置される、請求項2に記載の電力変換装置。 The capacitor unit has a housing fixing portion (14) for fixing the housing and the capacitor case.
The power conversion device according to claim 2, wherein at least one of the plurality of bolts is arranged in a range perpendicular to a line segment connecting two of the plurality of housing fixing portions.
前記外部端子は、前記ケーブルを介して前記コンデンサユニットの外部に配置された外部機器に接続されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 With a flexible cable (42)
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the external terminal is connected to an external device arranged outside the capacitor unit via the cable.
前記巻回軸の方向に垂直かつ、複数の前記フィルムコンデンサが並ぶ方向に垂直な方向をZ方向とすると、
複数の前記ボルトのうち少なくとも1つは、前記Z方向から見た際、複数の前記フィルムコンデンサのうち、一端の前記フィルムコンデンサの前記巻回軸と、他端の前記フィルムコンデンサの前記巻回軸との間に配置されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The plurality of film capacitors are arranged in the capacitor case in a direction perpendicular to the winding axis with the winding axis parallel to each other.
Assuming that the direction perpendicular to the direction of the winding axis and perpendicular to the direction in which the plurality of the film capacitors are lined up is the Z direction,
When viewed from the Z direction, at least one of the plurality of bolts is the winding shaft of the film capacitor at one end and the winding shaft of the film capacitor at the other end. The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, which is arranged between the two.
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2020
- 2020-03-05 JP JP2020038070A patent/JP2021141724A/en active Pending
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