JP2022016892A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ内部で配線が分岐した複雑な構成であり、電力変換装置の組立性を阻害していた。
【解決手段】直流電源から直流バスバーを介して供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路との間の前記直流バスバーに設けられ、前記ノイズ除去コンデンサを前記直流バスバーに接続するコネクタ部とを備える電力変換装置において、前記コネクタ部は、前記直流電源に接続される接続端子を有する接続コネクタと、前記ノイズ除去コンデンサに接続される直流側端子を有する端子台と、を備え、前記直流側端子は、前記接続コネクタの前記接続端子と前記直流バスバーのバスバー端子との間に挟み込まれて前記接続端子および前記バスバー端子と重ね合わさり、前記接続端子および前記バスバー端子と電気的に接続される電力変換装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

直流電力を交流電力に変換するインバータの高出力化、高周波化、小型化に伴い、電磁ノイズの抑制が要求される。電磁ノイズの抑制のために、ノイズ除去コンデンサをインバータの直流電圧の入力側に接続している。

特許文献１には、バスバーとコンデンサモジュールとを接続するコネクタが開示されている。

特開２０１７－９９１７９号公報

特許文献１に記載の装置では、コネクタ内部で配線が分岐した複雑な構成であり、電力変換装置の組立性を阻害していた。

本発明による電力変換装置は、直流電源から直流バスバーを介して供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路との間の前記直流バスバーに設けられ、ノイズ除去コンデンサを前記直流バスバーに接続するコネクタ部とを備える電力変換装置において、前記コネクタ部は、前記直流電源に接続される接続端子を有する接続コネクタと、前記ノイズ除去コンデンサに接続される直流側端子を有する端子台と、を備え、前記直流側端子は、前記接続コネクタの前記接続端子と前記直流バスバーのバスバー端子との間に挟み込まれて前記接続端子および前記バスバー端子と重ね合わさり、前記接続端子および前記バスバー端子と電気的に接続される。

本発明によれば、電力変換装置の組立性を向上させることができる。

電力変換装置の回路構成図である。 電力変換装置の分解斜視図である。 コネクタ部の分解斜視図である。 接続コネクタの斜視図である。 コンデンサ端子部の斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）コネクタ部の組立工程を示す図である。 組立後のコネクタ部の斜視図である。 コネクタ部の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

図１は、電力変換装置１の回路構成図である。
電力変換装置１には、直流電源２から直流電力が入力される。電力変換装置１は、入力された直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ５へ出力することにより、モータジェネレータ５を駆動する。また、電力変換装置１は、外力によりモータジェネレータ５が回転した際に、交流電力を直流電力に変換し、直流電源２へ蓄電して回生する。

電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路３と、電力変換回路３が電力変換動作時に発生する電磁ノイズを抑制するフィルタ回路部２０とにより構成される。

電力変換回路３は、インバータを構成するパワー半導体モジュール４と、直流電力を平滑化する平滑コンデンサ５０とにより構成される。

パワー半導体モジュール４は、スイッチング素子と、モータジェネレータ５からの電流を還流するダイオード素子を備え、ダイオード素子は、回生時には交流電力を直流電力に変換する機能も有する。

パワー半導体モジュール４は、半導体モジュール４ａ、４ｂ、４ｃを備える。半導体モジュール４ａは、モータジェネレータ５のＵ相と接続される。半導体モジュール４ｂは、モータジェネレータ５のＶ相と接続される。半導体モジュール４ｃは、モータジェネレータ５のＷ相と接続される。

平滑コンデンサ５０は、パワー半導体モジュール４とフィルタ回路部２０の間に接続され、直流電力を交流電力に変換する際の平滑化を行い、平滑化した直流電力をパワー半導体モジュール４に供給する。

フィルタ回路部２０は、直流電源端子６及び平滑コンデンサ５０の間に配置され、パワー半導体モジュール４が電力変換動作時に発生する電磁ノイズ、すなわち、ノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズを除去する。フィルタ回路部２０は、ノイズ除去コンデンサ２１とノイズ除去コア２６とを備える。
直流バスバー２７は、正極および負極の夫々が、ノイズ除去コンデンサ２１と電気的に接続され、ノイズ除去コア２６の貫通孔に挿通され、電力変換回路３と接続される。

ノイズ除去コンデンサ２１は、直流バスバー２７の電磁ノイズを低減する。ノイズ除去コンデンサ２１は、Ｘコンデンサ２２とＹコンデンサ２３、２４で構成される。Ｘコンデンサ２２は、直流バスバー２７の正極側導体と負極側導体の間に接続され、平滑コンデンサ５０が平滑化する電力の周波数より高い周波数の電力を平滑化する。Ｘコンデンサ２２は、ノーマルモードノイズを除去する。

Ｙコンデンサ２３は、直流バスバー２７の正極側導体とＧＮＤ端子２５の間に接続される。ＧＮＤ端子２５は、電力変換装置１の回路におけるグランド端子である。Ｙコンデンサ２４は、直流バスバー２７の負極側導体とＧＮＤ端子２５の間に接続される。Ｙコンデンサ２３、２４は、コモンモードノイズを除去する。

ノイズ除去コア２６は、直流バスバー２７に流れる電流の変動を吸収することで電磁ノイズを抑制するコア部材である。直流バスバー２７は、コネクタ部１０を介して電源側直流バスバー２８に接続される。電源側直流バスバー２８は、正極および負極の夫々が、直流電源端子６を介して直流電源２と接続される。

コネクタ部１０の詳細は後述するが、正極および負極の夫々が、電源側直流バスバー２８と、ノイズ除去コンデンサ２１と、直流バスバー２７とを接続する。

図２は、電力変換装置１の分解斜視図である。
側壁７１および底部７２を備えた筐体７にパワー半導体モジュール４が嵌装される。パワー半導体モジュール４の上には遮蔽板８を介して平滑コンデンサ５０が設置される。さらに、その上には、制御回路基板９、配線導体９１が設けられ、上蓋７３で閉じられる。

また、筐体７の内部には、ノイズ除去コンデンサ２１、コネクタ部１０、および直流バスバー２７が収容され、ノイズ除去コンデンサ２１は、コネクタ部１０および直流バスバー２７を介して平滑コンデンサ５０に接続される。コネクタ部１０は、接続コネクタ１１およびコンデンサ端子部１２を備えている。コンデンサ端子部１２はノイズ除去コンデンサ２１に接続される。

図３は、コネクタ部１０の分解斜視図である。
接続コネクタ１１は、接続端子１１１を備え、接続端子１１１には電源側直流バスバー２８（図１参照）が接続コネクタ１１の内部で接続されている。

ノイズ除去コンデンサ２１に接続されるコンデンサ端子部１２は、端子台１２１と直流側端子１２２と掛止爪部１２３を備える。端子台１２１は、直流側端子１２２がインサート成形された樹脂であり、直流側端子１２２を保持する。さらに、端子台１２１には、接続コネクタ１１に設けられた溝１１２（図４参照）と係合する掛止爪部１２３が形成されている。

直流バスバー２７は、接続端子１１１および直流側端子１２２と接続されるバスバー端子２７１を備え、バスバー端子２７１等の接続部を除いて絶縁被覆されている。
直流側端子１２２およびバスバー端子２７１を接続コネクタ１１の接続端子１１１に重ね合わせて接続した後、ネジ１３で締結する。

図４は、接続コネクタ１１の斜視図である。図４では、図３に示した接続コネクタ１１と比較して接続コネクタ１１の中心軸を基準に約１８０度反転して図示している。
図４に示すように、接続コネクタ１１は、端子台１２１の掛止爪部１２３が係合する溝１１２を有している。さらに、接続コネクタ１１にコンデンサ端子部１２を接続した場合に、端子台１２１の第一の面１２４(後述の図５参照)と面で接触する先端面１１３が、接続コネクタ１１の先端に設けられている。

図５は、コンデンサ端子部１２の斜視図である。
コンデンサ端子部１２は、直流側端子１２２と掛止爪部１２３との間に接続コネクタ１１の接続端子１１１を挟み込めるように、直流側端子１２２と掛止爪部１２３とを離間して端子台１２１に設けている。掛止爪部１２３は、先端が二股に分かれている形状を有する。

端子台１２１には、接続コネクタ１１の先端面１１３と接触する第一の面１２４と、第一の面１２４に対して略直交する方向に延び、端子台１２１の掛止爪部１２３を接続コネクタ１１の溝１１２に係合する組立工程において、端子台１２１をガイドする位置決め部１２５が形成されている。

図６（Ａ）～図６（Ｃ）は、コネクタ部１０の組立工程を示す図である。
図６（Ａ）に示すように、コンデンサ端子部１２の位置決め部１２５を接続コネクタ１１の角部１１４に最も近接させた状態で斜めに配置する。
図６（Ｂ）に示すように、位置決め部１２５を接続コネクタ１１の角部１１４に合わせて、直流側端子１２２と掛止爪部１２３との間に接続コネクタ１１の接続端子１１１を挟み込んで、角部１１４を軸にコンデンサ端子部１２を回転させる。この場合、直流側端子１２２を外側に若干湾曲しておけば、接続端子１１１を挟み込む際に、直流側端子１２２が引っ掛かりにくくなり、挟み込みが容易になる。

図６（Ｃ）に示すように、端子台１２１の第一の面１２４と接続コネクタ１１の先端面１１３が面で接触するように、さらにコンデンサ端子部１２を回転させる。そして、掛止爪部１２３を接続コネクタ１１の溝１１２に合わせながら挿入し、掛止爪部１２３を溝１１２に係合する。
このように、コンデンサ端子部１２には、第一の面１２４に加え、位置決め部１２５が形成されているため、接続コネクタ１１への取り付けが容易になる。

図７は、組立後のコネクタ部１０の斜視図である。
コンデンサ端子部１２を接続コネクタ１１へ取り付けた後、直流バスバー２７を接続する。その後、接続コネクタ１１の接続端子１１１、直流側端子１２２、およびバスバー端子２７１を重ね合わせた状態においてネジ１３で締結する（図３参照）。すなわち、直流側端子１２２は、接続コネクタ１１の接続端子１１１と直流バスバー２７のバスバー端子２７１との間に挟み込まれて接続端子１１１およびバスバー端子２７１と重ね合わさり、接続端子１１１およびバスバー端子２７１と電気的に接続される。これにより、直流バスバー２７の正極および負極の夫々が、電源側直流バスバー２８およびノイズ除去コンデンサ２１の正極および負極の夫々と接続される。

図８は、コネクタ部１０の断面図であり、図７に示したｘ－ｘ’線における断面図である。コネクタ部１０は、筐体７の内部に収容され、筐体７の側壁７１に固定された状態を示す。

図８に示すように、コンデンサ端子部１２の掛止爪部１２３は接続コネクタ１１の溝１１２に係合している。そして、コンデンサ端子部１２の直流側端子１２２は、接続コネクタ１１の接続端子１１１と直流バスバー２７のバスバー端子２７１との間に挟まれた状態でネジ１３により締結され、接続点を１か所に集約している。

また、図８に示すように、直流バスバー２７は、コネクタ部１０の端子台１２１と筐体７の側壁７１との間に配置される。直流バスバー２７、コネクタ部１０が側壁７１と平行に積層しているので筐体７内における各専有面積を小さくでき、電力変換装置１を小型化できる。

本実施形態によれば、内部に分岐点がある特殊なコネクタを使用する必要がなく、単純な構造で実現でき、接続点も１か所に集約している。このように、電源側直流バスバー２８からの接続コネクタ１１とノイズ除去コンデンサ２１と直流バスバー２７をコネクタ部１０で一括して接続することにより、電力変換装置１の組立性を向上させることができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１は、直流電源２から直流バスバー２７を介して供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路３と、直流電源２と電力変換回路３との間の直流バスバー２７に設けられ、ノイズ除去コンデンサ２１を直流バスバー２７に接続するコネクタ部１０とを備える。コネクタ部１０は、直流電源２に接続される接続端子１１１を有する接続コネクタ１１と、ノイズ除去コンデンサ２１に接続される直流側端子１２２を有する端子台１２１と、を備え、直流側端子１２２は、接続コネクタ１１の接続端子１１１と直流バスバー２７のバスバー端子２７１との間に挟み込まれて接続端子１１１およびバスバー端子２７１と重ね合わさり、接続端子１１１およびバスバー端子２７１と電気的に接続される。これにより、電力変換装置１の組立性を向上させることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１・・・電力変換装置、２・・・直流電源、３・・・電力変換回路、４・・・パワー半導体モジュール、５・・・モータジェネレータ、６・・・直流電源端子、７・・・筐体、８・・・遮蔽板、９・・・制御回路基板、１０・・・コネクタ部、１１・・・接続コネクタ、１２・・・コンデンサ端子部、２０・・・フィルタ回路部、２１・・・ノイズ除去コンデンサ、２２・・・Ｘコンデンサ、２３、２４・・・Ｙコンデンサ、２６・・・ノイズ除去コア、２７・・・直流バスバー、２８・・・電源側直流バスバー、５０・・・平滑コンデンサ、７１・・・側壁、７２・・・底部、７３・・・上蓋、９１・・・配線導体、１１１・・・接続端子、１１２・・・溝、１１３・・・先端面、１１４・・・角部、１２１・・・端子台、１２２・・・直流側端子、１２３・・・掛止爪部、１２４・・・第一の面、１２５・・・位置決め部、２７１・・・バスバー端子。

Claims (6)

1. 直流電源から直流バスバーを介して供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
   前記直流電源と前記電力変換回路との間の前記直流バスバーに設けられ、ノイズ除去コンデンサを前記直流バスバーに接続するコネクタ部とを備える電力変換装置において、
   前記コネクタ部は、前記直流電源に接続される接続端子を有する接続コネクタと、前記ノイズ除去コンデンサに接続される直流側端子を有する端子台と、を備え、
   前記直流側端子は、前記接続コネクタの前記接続端子と前記直流バスバーのバスバー端子との間に挟み込まれて前記接続端子および前記バスバー端子と重ね合わさり、前記接続端子および前記バスバー端子と電気的に接続される電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記端子台は、前記直流側端子がインサート成形され、前記接続コネクタに設けられた溝部と係合する掛止爪部を備え、
   前記端子台の前記掛止爪部が前記接続コネクタの前記溝部に係合した状態で、前記直流側端子が前記接続コネクタの前記接続端子と重なる電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記接続コネクタの前記接続端子は、前記掛止爪部が前記溝部に係合した状態で、前記端子台の前記掛止爪部と前記端子台の前記直流側端子との間に挟まれる電力変換装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記端子台は、前記接続コネクタの先端面と接触する第一の面と、前記第一の面に対して略直交する方向に延び、前記端子台の前記掛止爪部を前記接続コネクタの前記溝部に係合する組立工程において前記端子台をガイドする位置決め部とを備える電力変換装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記電力変換回路及び前記ノイズ除去コンデンサを収容する筐体を備え、
   前記直流バスバーは、前記端子台と前記筐体の側壁との間に配置される電力変換装置。
6. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記ノイズ除去コンデンサは、グランド端子に接続され、前記直流バスバーの電磁ノイズを低減する電力変換装置。

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