JP2022108074A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサの温度の低減と組立性の向上とを両立させる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、電力変換回路部と、交流バスバと、電流センサと制御回路基板と、基板ベースと、これらを収納するハウジングと、前記交流バスバを通す開口部が形成されたカバーと、を備え、前記基板ベースは、前記制御回路基板において回路部品が実装される面に対向している基部と、前記基部から前記カバーに向かって立設している立設部と、を有し、前記電流センサは、前記立設部を間に挟んで前記制御回路基板と対向し、かつ前記立設部と前記ハウジングの側壁との間に配置され、前記ハウジングの側壁および前記カバーと熱的に接触する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

近年、地球環境問題に対する意識が高まり、ガソリン車から電気自動車主流の社会への切り替わりの中で、電気自動車の拡販競争が激化しており、より小型で高出力な電気自動車とその駆動装置が求められている。

電気自動車用の駆動装置の部品の一つである電流センサは、上記の小型化高出力化に伴うバスバの温度上昇、およびバスバの発熱によりあおり熱の影響を受けている。この対策として、従来の電流センサは水路に接触させることで放熱を行っていた。

本願発明の背景技術として、特許文献１には、電流センサが冷却器の端面と外ケースとの間に配置され、冷却器に熱的に接続されたセンサケース４２と、センサケース内に配置されバスバに流れる電流を検知する電子部品と、が備わる電力変換装置において、バスバはセンサケースを貫通して延びており、このセンサケースにより冷却器と外ケースとの間に電力変換装置が支持されている。この構成により、大型化することなく、電流センサの熱対策、および絶縁距離確保が可能な技術が開示されている。

特開２０１５－７６９３３号公報

特許文献１の構成において、水路と制御基板の位置関係はモジュールの組み立て上の制約により離れた位置になっており冷却の恩恵を受けづらい。また、水路に近い位置に設置される電流センサは制御基板とは離れ、両者をつなぐケーブルを長くする必要がある。さらに、これらを解決する上で、小型化高出力化に伴うバスバの発熱が電流センサに影響を与え、部品破壊が発生する懸念事項も検討する必要がある。

以上を鑑みて、本発明の課題は、電流センサの温度の低減と組立性の向上とを両立させる電力変換装置を提供することが課題である。

本発明の電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部と、前記電力変換回路部から出力される前記交流電流をモータへ伝達する交流バスバと、前記交流電流を検出する電流センサと、前記電流センサが検出した電流値に基づいて前記電力変換回路部の駆動を制御する制御回路基板と、前記制御回路基板が搭載される基板ベースと、前記電力変換回路部を収納するハウジングと、前記交流バスバを通す開口部が形成されたカバーと、を備え、前記基板ベースは、前記制御回路基板において回路部品が実装される面に対向している基部と、前記基部から前記カバーに向かって立設している立設部と、を有し、前記電流センサは、前記立設部を間に挟んで前記制御回路基板と対向し、かつ前記立設部と前記ハウジングの側壁との間に配置され、前記ハウジングの側壁および前記カバーと熱的に接触する。

本発明によれば、電流センサの温度の低減と組立性の向上とを両立させる電力変換装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の全体分解斜視図である。 図１の電流センサ付近の断面図である。 図２の電流センサ付近の拡大図である。 バスバ部分の拡大図である。 図４の斜視図である。 図５の上面図である。

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。

（一実施形態とその構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の全体分解斜視図である。

電力変換装置のケース（ハウジング）５には、直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部１３が収納されている。電力変換回路部１３で変換された交流電流を検出する電流センサ１は、交流バスバの端子部であるターミナルＡＣ２に組付けられており、ＰＣＢベース４（以下、基板ベース４）とケース（ハウジング）５との間に設置される。また、電流センサ１は、放熱シート６を介して、ケース５の側面内側の側壁と、基板ベース４と、ＴＯＰカバー７（以下、カバー７）と、に熱的に接触する。

電流センサ１を有したターミナルＡＣ２は、ケース５に組付けられる。基板ベース４は、電流センサ１が検出した電流値に基づいて電力変換回路部１３の駆動を制御する制御回路基板３（以下、基板３）を保持している。また、基板ベース４は、基板３に組付けられている発熱部品を、放熱シート６を介してカバー７およびケース５へ放熱しており、さらに電流センサ１の熱も放熱している。

電力変換回路部１３と基板ベース４との間には、電力変換回路部１３から出力される交流電流を装置外部のモータ（図示なし）へ伝達するＡＣモールドバスバ（交流バスバ）８が搭載されている。

カバー７は、放熱シート６を介して電流センサ１と接触しているとともに、ケース５に組付けられ、電力変換装置を密閉して内部の搭載部品を保護している。

図２は、図１の電流センサ付近の断面図である。

まず、従来技術の課題を説明する。電流センサ１は電力変換装置の設計の都合により、図２においてＡＣモールドバスバ８の左横の位置に配置されることが多かった。この配置だと、電流センサ１は、電力変換回路部１３の周りに形成されている水路（図示せず）の恩恵を受けずに、発熱部品からのあおり熱の影響を受けることが課題になり、これに伴ってバスバの位置を調整する必要があった。本発明は、電流センサ１を先に配置した上で、上記の課題解決を図るものである。

放熱シート６は、電流センサ１とケース５、電流センサ１とカバー７、電流センサ１と基板ベース４、の間をそれぞれ埋めて放熱性を向上させている。放熱シート６の厚みはそれぞれの間隔に合わせた規格のものを使用する。

基板ベース４は、ケース５へ組付けられ、基板３を保持している。電流センサ１と基板３との間にある基板ベース４は、回路部品が実装されている基板３の面に対向している基部４ａと、基部４ａからカバー７に向かって立設している衝立状の立設部４ｂと、を有している。

従来は、基板ベース４はカバー７に平行な直線形状であったが、この基部４ａに連なる立設部４ｂにより、大電流が流れるバスバ（図示せず）から発生する電磁ノイズを遮蔽し、電流センサ１を保護している。また同時に、立設部４ｂは、電流センサ１の放熱も担っている。これに加えて、電流センサ１を冷却しつつ、電流センサ１と基板３との間のケーブルを短くすることができ、組み立て性が向上する。（図５および６で後述）

また、電力変換回路部１３であるパワーモジュールは水路（図示せず）と一体となっており、必然的に基板３と水路とは離れた構造になるが、電流センサ１をケース５のカバー７の面に配置することで、電流センサ１の放熱をしつつ基板３との距離を短くすることができる。

図３は、図２の電流センサ付近の拡大図である。

電流センサ１は、立設部４ｂとケース５との間に配置され、さらに、立設部４ｂを間に挟んで基板３と対向する位置に配置されている。電流センサ１は、ケース５の側壁およびカバー７と放熱シート６を介して熱的に接触している。また、電流センサ１は、立設部４ｂとも放熱シート６を介して熱的に接触するように配置されている。ケース５、カバー７は、金属であるため伝熱しやすい。

これにより、電流センサ１は、放熱シート６を介してケース５、基板ベース４、カバー７に接触して放熱矢印１２に示すように、３方面に放熱している。また、電流センサ１は、立設部４ｂとケース５の側壁との間に配置されることで、電流センサ１と基板３のケーブルを短くすることが可能になる。（図５および６で後述）

ターミナルＡＣ２は、電流センサ１に備わる貫通孔１４を通り、カバー７に備わる開口部１１を通って、カバー７の外部に突出している。つまり、電流センサ１は交流バスバの出口付近に配置されている。

図４は、バスバ部分の拡大図である。図４（ａ）は、電力変換装置の開口方向から見たバスバ部分の図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ断面の断面方向から見たバスバ部分の図である。

電流センサ１は、対応した貫通孔にターミナルＡＣ２をそれぞれ挿入させることで組付けられ、同時に、ケース５に形成されている電流センサ取付ボス９にねじ止め等により取り付け固定されている。

交流バスバであるターミナルＡＣ２は、電力変換回路部１３（図１参照）と接続される第１の端子部２ａから、開口部（図２および図３参照）の外部に引き出される第２の端子部２ｂまで、単一の部材であることがわかる。

従来の交流バスバは、電流センサ１を通すために２種類に分かれていた。一つは、バスバ間のピッチ（距離）を電流センサ１に合わせたモールドバスバ、二つ目はモータ（図示せず）側に合わせたターミナルＡＣ２、である。

しかし、本発明の構成では、バスバ間の距離は電流センサ１の貫通孔の幅に合わせるため、モールドバスバ、ターミナルＡＣ２どちらも同じバスバ間ピッチにすることが可能であり、バスバを単一部材により形成でき、モールドバスバとターミナルＡＣ２を一体にできる。それにより、バスバの全体的な長さを短くすることが可能になり、発熱が低減され抵抗を減らすことができる。また、バスバ同士を締結するねじが不要になることで、接触抵抗をなくすことができ、バスバの発熱を低減できる。

図５は、図４の斜視図である。図６は、図５の上面図である。

電流センサ１は、ケーブル１０を介して基板３に接続されている。この電流センサ１と基板３とを電気的に接続するケーブル１０は、ノイズ遮蔽用の衝立である立設部４ｂの立設方向（図５上方向）の側方を跨ぐようにして、立設部４ｂとケース５との間に形成されている。

これにより、基板３から電流センサ１へ電圧を供給する最短経路を形成しつつ、電流センサ１で検出したバスバ２を流れる電流値を、基板３へ送信している。電流センサ１と基板３の距離が近い配置になることで、それらを接続するケーブル１０自体も短くすることができ、配置設計が容易になり、コスト低減、組み立て性の向上につながる。さらに、電流センサ１を基板３に近い配置にすることでケーブル１０をなくすことも可能になり、両者を直接接続させることもできる。なお、ケーブル１０は被覆されているケーブルである。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部と、電力変換回路部から出力される交流電流をモータへ伝達する交流バスバ（ターミナルＡＣ、ＡＣモールドバスバ）と、交流電流を検出する電流センサと、電流センサが検出した電流値に基づいて電力変換回路部の駆動を制御する制御回路基板と、制御回路基板が搭載される基板ベース（ＰＣＢベース）と、電力変換回路部を収納するハウジング（ケース）と、交流バスバを通す開口部が形成されたカバーと、を備え、基板ベースは、制御回路基板において回路部品が実装される面に対向している基部と、基部からカバーに向かって立設している立設部と、を有し、電流センサは、立設部を間に挟んで制御回路基板と対向し、かつ立設部とハウジングの側壁との間に配置され、ハウジングの側壁およびカバーと熱的に接触する。このようにしたことで、電流センサの温度の低減と組立性の向上とを両立させる電力変換装置を提供できる。

（２）電流センサは、立設部と熱的に接触するように配置される。このようにしたことで、水路への放熱の恩恵を受けなくても放熱性を向上させることができる。

（３）電流センサと制御回路基板とを電気的に接続するケーブルは、立設部の立設方向の側方を跨ぐ。このようにしたことで、ケーブルを短くすることができ、コスト低減や組立性の向上に貢献する。

（４）交流バスバは、電力変換回路部と接続される第１の端子部から、開口部から外部に引き出される第２の端子部まで、単一の部材である。このようにしたことで、バスバの全体的な長さを短くすることが可能になり、発熱が低減される。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１・・・電流センサ
２・・・ターミナルＡＣ
２ａ・・・第１の端子部
２ｂ・・・第２の端子部
３・・・制御回路基板（基板）
４・・・ＰＣＢベース（基板ベース）
４ａ・・・基部
４ｂ・・・立設部
５・・・ケース（ハウジング）
５ａ・・・ケースの側壁
６・・・放熱シート
７・・・ＴＯＰカバー（カバー）
８・・・ＡＣモールドバスバ
９・・・電流センサ取付ボス
１０・・・ケーブル
１１・・・開口部
１２・・・放熱矢印
１３・・・電力変換回路部
１４・・・電流センサの貫通孔

Claims (4)

1. 直流電流を交流電流に変換する電力変換回路部と、
   前記電力変換回路部から出力される前記交流電流をモータへ伝達する交流バスバと、
   前記交流電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサが検出した電流値に基づいて前記電力変換回路部の駆動を制御する制御回路基板と、
   前記制御回路基板が搭載される基板ベースと、
   前記電力変換回路部を収納するハウジングと、
   前記交流バスバを通す開口部が形成されたカバーと、を備え、
   前記基板ベースは、前記制御回路基板において回路部品が実装される面に対向している基部と、前記基部から前記カバーに向かって立設している立設部と、を有し、
   前記電流センサは、前記立設部を間に挟んで前記制御回路基板と対向し、かつ前記立設部と前記ハウジングの側壁との間に配置され、前記ハウジングの側壁および前記カバーと熱的に接触する
   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、
   前記電流センサは、前記立設部と熱的に接触するように配置される
   電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
   前記電流センサと前記制御回路基板とを電気的に接続するケーブルは、前記立設部の立設方向の側方を跨ぐ
   電力変換装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置であって、
   前記交流バスバは、前記電力変換回路部と接続される第１の端子部から、前記開口部から外部に引き出される第２の端子部まで、単一の部材である
   電力変換装置。

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