JP2023053655A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高さが大きくなるのを抑制することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置１００では、スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられおり、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、基台部５０に取り付けられている。【選択図】図３

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、直流直流コンバータ部を備える電力変換装置に関する。
従来、直流直流コンバータ部を備える電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、インバータ装置と、ＤＣ－ＤＣコンバータ（直流直流コンバータ部）と、流路形成体とを備える車両が開示されている。インバータ装置は、上アームおよび下アームを構成する半導体モジュールなどを含む。ＤＣ－ＤＣコンバータは、ＭＯＳＦＥＴや、ＭＯＳＦＥＴが実装される高電圧回路基板などを含む。流路形成体は、上面が段差形状を有する平板形状を有する。上記特許文献１では、半導体モジュールは、流路形成体の上面上に取り付けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータの高電圧回路基板は、流路形成体の側壁に取り付けられている。
国際公開第２０１５／１６３１４３号
上記特許文献１では、ＤＣ－ＤＣコンバータの高電圧回路基板が、流路形成体の側壁に取り付けられている。すなわち、高電圧回路基板が平板形状の流路形成体の上面に直交するように取り付けられている。このため、高電圧回路基板が流路形成体の上面および下面から突出するように配置されている。そのため、インバータ装置とＤＣ－ＤＣコンバータとを含む装置の高さが大きくなるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高さが大きくなるのを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する直流直流コンバータ部と、インバータ部および直流直流コンバータ部が配置される平板状の基台部とを備え、インバータ部は、直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子モジュールを含み、直流直流コンバータ部は、直流直流コンバータ素子と、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板とを含み、スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられおり、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板は、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられている。
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板は、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられている。これにより、直流直流コンバータ基板が、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように基台部に取り付けられているので、直流直流コンバータ基板が基台部の表面または裏面に垂直な方向に沿って取り付けられる場合と異なり、電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。なお、「電力変換装置の高さ」とは、基台部の表面および裏面に垂直な方向における高さを意味する。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の裏面に沿うように、基台部に取り付けられており、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板は、平板状の基台部の表面に沿うように、基台部に取り付けられている。このように構成すれば、スイッチング素子モジュールと直流直流コンバータ素子とが異なる面に取り付けられるので、スイッチング素子モジュールと直流直流コンバータ素子とが同じ面に取り付けられる場合と異なり、基台部の表面および裏面の大きさが大きくなるのを抑制することができる。すなわち、電力変換装置の水平方向の大きさが大きくなるのを抑制することができる。なお、「電力変換装置の水平方向の大きさ」とは、基台部の表面または裏面に沿った方向の大きさを意味する。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、インバータ部は、第１インバータ部と第２インバータ部とを含み、スイッチング素子モジュールは、第１インバータ部に含まれる第１スイッチング素子モジュールと、第２インバータ部に含まれる第２スイッチング素子モジュールと、を含み、第１スイッチング素子モジュールおよび第２スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように基台部に取り付けられている。このように構成すれば、第１スイッチング素子モジュールおよび第２スイッチング素子モジュールは、基台部の表面または裏面に沿うように基台部に取り付けられているので、インバータ部が２つ設けられている場合でも、電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、インバータ部の入力側に配置され、直流電源から入力される直流電力を昇圧してインバータ部に供給する昇圧コンバータ部をさらに備え、昇圧コンバータ部は、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられている。このように構成すれば、昇圧コンバータ部も、基台部の表面または裏面に沿うように基台部に取り付けられているので、昇圧コンバータ部が設けられている場合でも、電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。
この場合、好ましくは、昇圧コンバータ部は、昇圧用スイッチング素子モジュールと、リアクトルとを含み、昇圧用スイッチング素子モジュールおよびリアクトルは、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられている。このように構成すれば、昇圧用スイッチング素子モジュールおよびリアクトルが、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように基台部に取り付けられているので、昇圧用スイッチング素子モジュールおよびリアクトルが電力変換装置の高さ方向に積層される場合と異なり、電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。
上記リアクトルを備える電力変換装置において、好ましくは、スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の裏面に沿うように、基台部に取り付けられおり、直流直流コンバータ基板、リアクトル、および、昇圧用スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の表面に沿うように、かつ、互いに隣り合うように、基台部に取り付けられている。このように構成すれば、スイッチング素子モジュールと、直流直流コンバータ基板、リアクトルおよび昇圧用スイッチング素子モジュールと、が異なる面に取り付けられるので、スイッチング素子モジュール、直流直流コンバータ基板、リアクトルおよび昇圧用スイッチング素子モジュールの全てが同じ面に取り付けられる場合と異なり、基台部の表面または裏面の大きさが大きくなるのを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、基台部は、冷却流路が形成される金属からなる冷却部本体部と、冷却部本体部の冷却流路を覆う金属からなる蓋部とを含み、直流直流コンバータ基板は、蓋部に取り付けられている。このように構成すれば、直流直流コンバータ基板を、蓋部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体により容易に冷却することができる。
この場合、好ましくは、直流直流コンバータ素子は、コンバータ用スイッチング素子を含み、コンバータ用スイッチング素子は、直流直流コンバータ基板の蓋部側の面において、熱伝導部材を介して蓋部に接触するように取り付けられている。このように構成すれば、冷却流路を流れる冷却用液体によりコンバータ用スイッチング素子を容易に冷却することができる。また、ネジによりコンバータ用スイッチング素子を蓋部に取り付ける場合、ネジがねじ込まれる蓋部の部分を冷却部本体部の冷却流路に突出するように形成する必要があり、冷却流路を流れる冷却用液体の圧損が大きくなる。そこで、コンバータ用スイッチング素子を、熱伝導部材を介して蓋部に接触するように、直流直流コンバータ基板の蓋部側の面に取り付けることにより、冷却流路を流れる冷却用液体の圧損が大きくなるのを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、直流直流コンバータ基板に実装される直流直流コンバータ素子は、コンバータ用スイッチング素子、トランス、共振リアクトルおよび平滑リアクトルを含む。このように構成すれば、コンバータ用スイッチング素子、トランス、共振リアクトルおよび平滑リアクトルの全てが平板状の基台部の表面または裏面に沿うように配置されるので、コンバータ用スイッチング素子、トランス、共振リアクトルおよび平滑リアクトルを含む電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。
本発明によれば、上記のように、電力変換装置の高さが大きくなるのを抑制することができる。
一実施形態による電力変換装置の回路図である。 一実施形態による電力変換装置の斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の側面図である。 一実施形態による電力変換装置の上方側から見た分解斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の下側から見た分解斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の上面図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の下面図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の側面断面図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１～図８を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。電力変換装置１００は、たとえば、車両に搭載される。
まず、図１を参照して、電力変換装置１００の回路構成を説明する。電力変換装置１００は、インバータ部１０を備えている。インバータ部１０は、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷２１０に供給する。負荷２１０は、たとえば、モータである。電力変換装置１００と直流電源２００との間には、スイッチ２０１が設けられている。
インバータ部１０は、スイッチング素子モジュール１１を含む。スイッチング素子モジュール１１は、直流電力を交流電力に変換する。また、スイッチング素子モジュール１１は、上アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２およびＱ３と、下アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５およびＱ６とを含む。
インバータ部１０は、第１インバータ部１０ａと第２インバータ部１０ｂとを含む。スイッチング素子モジュール１１は、第１インバータ部１０ａに含まれる第１スイッチング素子モジュール１１ａと、第２インバータ部１０ｂに含まれる第２スイッチング素子モジュール１１ｂと、を含む。また、負荷２１０は、第１負荷２１０ａと第２負荷２１０ｂとを含む。第１インバータ部１０ａは、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して第１負荷２１０ａに供給する。第２インバータ部１０ｂは、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して第２負荷２１０ｂに供給する。
電力変換装置１００は、昇圧コンバータ部２０を備えている。昇圧コンバータ部２０は、インバータ部１０の入力側に配置されている。昇圧コンバータ部２０は、直流電源２００から入力される直流電力を昇圧してインバータ部１０に供給する。昇圧コンバータ部２０は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２と含む。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２を含む。昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２は、各々、上アームおよび下アームを構成する。また、昇圧コンバータ部２０は、コンデンサＣ１を含む。リアクトル２２は、直流電源２００の正側と、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１と昇圧用スイッチング素子Ｑ１２との接続点と、の間に設けられている。コンデンサＣ１は、昇圧用スイッチング素子Ｑ１２に並列に設けられている。
電力変換装置１００は、コンデンサＣ２と抵抗Ｒとを備える。コンデンサＣ２と抵抗Ｒとは、昇圧コンバータ部２０とインバータ部１０との間に設けられている。コンデンサＣ２と抵抗Ｒとは、互いに並列に設けられている。
電力変換装置１００は、ＤＣＤＣコンバータ部３０を備えている。なお、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する。具体的には、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流電源２００からコネクタ１を介して入力される直流電力の電圧を降圧する。また、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、降圧した電圧を出力端子２に供給する。なお、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、特許請求の範囲の「直流直流コンバータ部」の一例である。
次に、電力変換装置１００の構造について説明する。
本実施形態では、図２および図４に示すように、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流直流コンバータ素子３１と、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２とを備えている。直流直流コンバータ基板３２は、平板形状を有する。直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む。コンバータ用スイッチング素子３１ａは、直流直流コンバータ基板３２の裏面側（Ｚ２側）に設けらている。トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄは、直流直流コンバータ基板３２を貫通するように設けられている。
図５に示すように、スイッチング素子モジュール１１は、内部に半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（図１参照）が収納されている。半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、樹脂などの筐体に覆われている。図４に示すように、スイッチング素子モジュール１１の後述する基台部５０側（Ｚ１側）には、蓋部１２が配置されている。蓋部１２は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部１２は、平板状の本体部１２ａと、基台部５０に向かって突出する複数の柱部１２ｂとを含む。柱部１２ｂは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。柱部１２ｂは、たとえば、角柱形状を有する。スイッチング素子モジュール１１は、スイッチング素子モジュール１１の表面に垂直な方向から見て、長方形形状を有する。
図２～図５に示すように、電力変換装置１００は、基台部５０を備えている。基台部５０は、平板状である。基台部５０は、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０が配置される。また、基台部５０は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。基台部５０は、基台部５０の表面５０ａ（表側の面（Ｚ１側の面））および裏面５０ｂ（裏側の面（Ｚ２側の面））に垂直な方向から見て、長方形形状を有する。
図８に示すように、基台部５０は、冷却用液体が流れ、表側に配置された表側流路５１ａと、表側流路５１ａに接続されて裏側に配置された裏側流路５１ｂとを有する冷却流路５１を含んでいる。
また、冷却流路５１は、基台部５０内において表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂを接続する接続流路５１ｃを有している。
本実施形態では、インバータ部１０のスイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。また、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。
具体的には、本実施形態では、スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。また、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、基台部５０に取り付けられている。
本実施形態では、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられている。具体的には、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂの長辺方向（Ｘ方向）に沿って、互いに隣り合うように配置されている。このように配置することで、基台部５０のＹ方向幅を短くすることができるため、電力変換装置１００を小型化することが可能となる。
第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、負荷２１０へ電力を出力するインバータ出力端子を長手側に各々備えている。インバータ出力端子は、基台部５０の長手方向の端部の少なくとも一方側に配置される。
本実施形態では、昇圧コンバータ部２０は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。具体的には、昇圧コンバータ部２０は、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている。また、昇圧コンバータ部２０は、平板状の基台部５０の長手方向（Ｘ方向）に沿って、ＤＣＤＣコンバータ部３０に隣り合うように配置されている。
本実施形態では、昇圧コンバータ部２０は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２とを含む。そして、昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。具体的には、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２、および、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、かつ、互いに隣り合うように、基台部５０に取り付けられている。なお、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２、および、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、この順で、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている。
図５に示すように、昇圧用スイッチング素子モジュール２１の基台部５０側（Ｚ２側）には、蓋部２１ａが配置されている。蓋部２１ａは、たとえば、アルミニウムや銅などの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部２１ａは、平板状の本体部２１ｂと、基台部５０に向かって突出する複数の柱部２１ｃとを含む。柱部２１ｃは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。柱部２１ｃは、たとえば、円柱形状を有する。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１の表面に垂直な方向から見て、正方形形状を有する。蓋部２１ａは、昇圧用スイッチング素子モジュール２１に一体的に設けられていてもよい。なお、柱部２１ｃはフィンの機能（形状）を有していてもよい。
リアクトル２２の基台部５０側（Ｚ２側）には、蓋部２２ａが配置されている。蓋部２２ａは、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部２２ａは、本体部２２ｂと、基台部５０に向かって突出する複数のフィン２２ｃとを含む。フィン２２ｃは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。フィン２２ｃは、冷却流路５１に沿って延びるように形成されている。
本実施形態では、図４および図５に示すように、基台部５０は、冷却流路５１が形成される金属からなる冷却部本体部５２と、冷却部本体部５２とともに冷却流路５１を形成する金属からなる蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３とを含む。また、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側および裏側に配置される蓋部１２、５３に取り付けられている。具体的には、直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３に取り付けられている。具体的には、冷却流路５１は、基台部５０の表面５０ａと裏面５０ｂとの両方に設けられている（図６および図７参照）。蓋部５３は、基台部５０の表面５０ａに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部５３は、長方形形状でかつ平板形状を有している。直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３の表面５３ｂに沿うように配置されている。直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３に設けられる柱部５３ｃに、たとえば、ネジにより取り付けられている。蓋部５３は、冷却部本体部５２に、たとえば、ネジにより取り付けられている。これにより、ネジを外すだけで、容易に、直流直流コンバータ基板３２および直流直流コンバータ素子３１を取り換えることができる。柱部５３ｃは、図４のＺ１側から平面視した場合に冷却流路５１にオーバーラップしないように設けられている。このようにすることで、直流直流コンバータ基板３２の耐振動性の向上が期待できる。または冷却流路５１にオーバーラップするように柱部５３ｃを設けることで、直流直流コンバータ基板３２からの放熱経路が形成されるため、放熱性の向上が期待できる。
蓋部５３は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部５３には、冷却流路５１内に突出するフィン５３ｄが設けられている。フィン５３ｄは、冷却流路５１に沿って延びるように形成されている。
また、蓋部１２は、基台部５０の裏面５０ｂに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部１２は、２つ設けられている。蓋部１２は、長方形形状でかつ平板形状を有している。第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、各々、蓋部１２と一体的に設けられている。なお、蓋部１２が、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂとは別に用意され、蓋部１２を、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂに取り付けてもよい。
また、蓋部２１ａは、基台部５０の表面５０ａに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部２１ａは、長方形形状でかつ平板形状を有している。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、蓋部２１ａと一体的に設けられている。なお、蓋部２１ａが、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とは別に用意され、蓋部２１ａを昇圧用スイッチング素子モジュール２１に取り付けてもよい。
本実施形態では、図４に示すように、直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａを含む。そして、コンバータ用スイッチング素子３１ａは、直流直流コンバータ基板３２の蓋部５３側の面（Ｚ２側の面）において、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に接触するように取り付けられている。すなわち、蓋部５３、熱伝導部材３３およびコンバータ用スイッチング素子３１ａが、この順で積層される。コンバータ用スイッチング素子３１ａから発生する熱は、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に放熱される。熱伝導部材３３は、たとえば、セラミックのシートからなる。
ＤＣＤＣコンバータ部３０は、コンデンサＣ１と接続されるコンデンサＣ１接続端子を備えている。コンデンサＣ１接続端子は、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂのインバータ出力端子が配置される基台部５０の長手方向の端部の少なくとも一方側とは反対の他方側に配置される。図２では、基台部５０下方（Ｚ２側）においてＹ方向紙面手前側に左からコンデンサＣ１およびＣ２が配置され、Ｘ方向紙面左側にＤＣＤＣコンバータ部３０とコンデンサＣ１とが接続されている状態が示されている。このような端子配置にすることで、コンデンサＣ１の配置に際して第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂのインバータ出力端子を気にする必要がなく、コンデンサＣ１の基台部５０への配置が容易になる。結果、電力変換装置１００の小型化が可能となる。
また、蓋部５３には、孔部５３ａが設けられている。リアクトル２２は、蓋部５３の孔部５３ａを覆うように配置されている。すなわち、リアクトル２２は、冷却流路５１を覆うように配置される。リアクトル２２から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。リアクトル２２は、たとえば、ネジにより蓋部５３に取り付けられている。
冷却部本体部５２には、孔部５２ａが設けられている。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却部本体部５２の孔部５２ａを覆うように配置されている。すなわち、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却流路５１を覆うように配置される。昇圧用スイッチング素子モジュール２１から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、たとえば、ネジにより冷却部本体部５２に取り付けられている。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、コンデンサＣ２と接続されるコンデンサＣ２接続端子を備えている。コンデンサＣ２接続端子は、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂのインバータ出力端子が配置される基台部５０の長手方向の端部の少なくとも一方側とは反対の他方側に配置される。図２では、基台部５０下方（Ｚ２側）においてＹ方向紙面手前側に左からコンデンサＣ１およびＣ２が配置され、Ｘ方向紙面右側に昇圧用スイッチング素子モジュール２１とコンデンサＣ１とが接続されている状態が示されている。このような端子配置にすることで、コンデンサＣ１の配置に際して第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂのインバータ出力端子を気にする必要がなく、コンデンサＣ１の基台部５０への配置が容易になる。結果、電力変換装置１００の小型化が可能となる。より望ましくは、コンデンサＣ１接続端子とコンデンサＣ２接続端子は、基台部５０の長手方向の端部の同一面側に配置する。
図５に示すように、冷却部本体部５２には、一対の孔部５２ｂが設けられている。第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、各々、孔部５２ｂを覆うように配置される。すなわち、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、冷却流路５１を覆うように配置される。スイッチング素子モジュール１１から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。
図３に示すように、冷却流路５１は、表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂが交互に接続されて、冷却用液体が基台部５０の表側の面および裏側の面を交互に通過するように形成されている。具体的には、冷却流路５１は、表側（表面５０ａ側）に配置され、表側流路５１ａとしての冷却流路５１１、５１５および５１９と、裏側（裏面５０ｂ側）に配置され、裏側流路５１ｂとしての冷却流路５１３および５１７と、接続流路５１ｃとしての冷却流路５１２、５１４、５１６および５１８と、を含んでいる。冷却流路５１は、基台部５０の長手方向（Ｘ方向）における一方端側から冷却用流体が流入され、他方端側に冷却用流体が流出されるように形成されている。
冷却流路５１は、冷却流路５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８および５１９が、この順で上流から下流に向けて接続されている。つまり、図３、図６および図７に示すように、冷却流路５１は、表側流路５１ａの冷却流路５１１から冷却用液体が流入し、接続流路５１ｃの冷却流路５１２、裏側流路５１ｂの冷却流路５１３、接続流路５１ｃの冷却流路５１４、表側流路５１ａの冷却流路５１５、接続流路５１ｃの冷却流路５１６、裏側流路５１ｂの冷却流路５１７、接続流路５１ｃの冷却流路５１８、および、表側流路５１ａの冷却流路５１９を通り、冷却用液体が流出する。冷却流路５１の冷却用液体が流入する流入口及び冷却用液体が流出する流出口は基台部５０の短手方向の中央に配置されてもよい。このように配置することで、図２に示す電力変換装置１００において、ＤＣＤＣコンバータ部３０が配置される面が顧客装置に収まる際に上面に配置されるか、または下面に配置される場合のいずれにおいても、上記冷却用液体が流入する流入口及び冷却用液体が流出する流出口の位置が変わらないため、顧客の冷却用液体の配管配置変更が不要となる。
また、冷却流路５１から流出した冷却用液体は、放熱部６０により放熱されて冷却される。また、放熱部６０により冷却された冷却用液体は、ポンプ６１により送液されて再び冷却流路５１に流入する。放熱部６０は、熱交換器を含み、外部の空気により冷却される。放熱部６０は、たとえば、ラジエータである。なお、ポンプ６１を冷却流路５１の出口と放熱部６０の間に配置して、放熱部６０により放熱される前の冷却用液体をポンプ６１により送液してもよい。また、冷却用液体は、たとえば、水、不凍液などの液体である。
また、図３に示すように、インバータ部１０は、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却される。具体的には、第１スイッチング素子モジュール１１ａと、第２スイッチング素子モジュール１１ｂとは、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却される。
また、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。具体的には、コンバータ用スイッチング素子３１ａと、トランス３１ｂと、共振リアクトル３１ｃと、平滑リアクトル３１ｄと、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２とは、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。
ＤＣＤＣコンバータ部３０は、リアクトル２２からの熱干渉の影響を考慮して、直流直流コンバータ基板３２に直流直流コンバータ素子３１を配置してもよい。具体的には、コンバータ用スイッチング素子３１ａと、トランス３１ｂと、共振リアクトル３１ｃと、平滑リアクトル３１ｄとのうち耐熱性の低い部品をリアクトルに近い側に配置することを避ける。
ＤＣＤＣコンバータ部３０は、上記直流直流コンバータ素子３１の他にヒューズ、コンデンサ、ホールセンサ素子等の部品が実装されており、これらの部品は、基台部５０の表面５０ａに放熱部材を介して各々の発熱を放熱している。
ＤＣＤＣコンバータ部３０のリアクトル２２側の少なくとも一部は、リアクトル２２からの熱干渉を低減するために、遮蔽カバーで覆われていてもよい。
また、図８に示すように、接続流路５１ｃは、角部が面取りされている。具体的には、接続流路５１ｃの表側流路５１ａに接続する部分および裏側流路５１ｂに接続する部分には、面取り部５１０が設けられている。このような構成とすることで、表側流路５１ａ及び裏側流路５１ｂに行き来する冷却用液体の圧力損失が抑制される。さらに、接続流路５１ｃとの接続部分近傍の表側流路５１ａに凹部または凸部の流路調整部材を設けることにより、冷却用液体の流れが、裏側流路５１ｂから接続流路５１ｃを通じて表側流路５１ａへ進む際における、冷却用液体の圧力損失が抑制される。
また、冷却流路５１は、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、平滑リアクトル３１ｄ、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、および、リアクトル２２のうち、熱耐性に基づく優先順位が高い部品から先に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。具体的には、冷却流路５１は、熱耐性が比較的小さい昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２を、上流側で冷却するように流路が形成されている。または、冷却流路５１は、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、平滑リアクトル３１ｄ、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、および、リアクトル２２のうち、発熱量に基づき冷却する優先順位が高い部品を上流側に配置するように形成されている。
また、冷却流路５１は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、リアクトル２２、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、共振リアクトル３１ｃ、トランス３１ｂ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、および、平滑リアクトル３１ｄの順に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。
図３、図６および図７に示すように、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却流路５１１を流れる冷却用液体により冷却される。また、第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、冷却流路５１３を流れる冷却用液体により冷却される。また、共振リアクトル３１ｃ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂは、冷却流路５１５を流れる冷却用液体により冷却される。また、第１スイッチング素子モジュール１１ａは、冷却流路５１７を流れる冷却用液体により冷却される。また、平滑リアクトル３１ｄは、冷却流路５１９を流れる冷却用液体により冷却される。
［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。これにより、直流直流コンバータ基板３２が、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられているので、直流直流コンバータ基板３２が基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに垂直な方向に沿って取り付けられる場合と異なり、電力変換装置１００の高さが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられており、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、基台部５０に取り付けられている。これにより、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ素子３１とが異なる面に取り付けられるので、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ素子３１とが同じ面に取り付けられる場合と異なり、基台部５０の表面５０ａおよび裏面５０ｂの大きさが大きくなるのを抑制することができる。すなわち、電力変換装置１００の水平方向（Ｘ－Ｙ平面に沿った方向）の大きさが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられている。これにより、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられているので、インバータ部１０が２つ設けられている場合でも、電力変換装置１００の高さが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、昇圧コンバータ部２０は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。これにより、昇圧コンバータ部２０も、基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられているので、昇圧コンバータ部２０が設けられている場合でも、電力変換装置１００の高さが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。これにより、昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２が、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられているので、昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２が電力変換装置１００の高さ方向に積層される場合と異なり、電力変換装置１００の高さが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられおり、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２、および、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、かつ、互いに隣り合うように、基台部５０に取り付けられている。これにより、スイッチング素子モジュール１１と、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２および昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、が異なる面に取り付けられるので、スイッチング素子モジュール１１、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２および昇圧用スイッチング素子モジュール２１の全てが同じ面に取り付けられる場合と異なり、基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂの大きさが大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、基台部５０は、冷却流路５１が形成される金属からなる冷却部本体部５２と、冷却部本体部５２の冷却流路５１を覆う金属からなる蓋部５３とを含み、直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３に取り付けられている。これにより、直流直流コンバータ基板３２を、蓋部５３を介して、冷却流路５１を流れる冷却用液体により容易に冷却することができる。
本実施形態では、上記のように、直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａを含み、コンバータ用スイッチング素子３１ａは、直流直流コンバータ基板３２の蓋部５３側の面において、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に接触するように取り付けられている。これにより、冷却流路５１を流れる冷却用液体によりコンバータ用スイッチング素子３１ａを容易に冷却することができる。また、ネジによりコンバータ用スイッチング素子３１ａを蓋部５３に取り付ける場合、ネジがねじ込まれる蓋部５３の部分を冷却部本体部５２の冷却流路５１に突出するように形成する必要があり、冷却流路５１を流れる冷却用液体の圧損が大きくなる。そこで、コンバータ用スイッチング素子３１ａを、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に接触するように、直流直流コンバータ基板３２の蓋部５３側の面に取り付けることにより、冷却流路５１を流れる冷却用液体の圧損が大きくなるのを抑制することができる。
本実施形態では、上記のように、直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む。これにより、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄの全てが平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように配置されるので、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む電力変換装置１００の高さが大きくなるのを抑制することができる。
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
上記実施形態では、スイッチング素子モジュール１１が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられ、直流直流コンバータ基板３２が基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スイッチング素子モジュール１１が基台部５０の表面５０ａに取り付けられ、直流直流コンバータ基板３２が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。また、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ基板３２との両方が基台部５０の表面５０ａに取り付けられていてもよい。また、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ基板３２との両方が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。
上記実施形態では、第１スイッチング素子モジュール１１ａと第２スイッチング素子モジュール１１ｂとが、共に、基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１スイッチング素子モジュール１１ａと第２スイッチング素子モジュール１１ｂとが、基台部５０の異なる面に取り付けられていてもよい。
上記実施形態では、昇圧コンバータ部２０が基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、昇圧コンバータ部２０が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。
上記実施形態では、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、共に、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、共に、基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。また、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、基台部５０の異なる面に取り付けられていてもよい。
上記実施形態では、基台部５０が、冷却部本体部５２と蓋部５３とに分離される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基台部５０が、冷却部本体部５２と蓋部５３とが分離されずに一体的に構成されていてもよい。
上記実施形態では、直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１が、これらの素子以外の素子を含んでいてもよい。
１０ インバータ部
１０ａ 第１インバータ部
１０ｂ 第２インバータ部
１１ スイッチング素子モジュール
１１ａ 第１スイッチング素子モジュール
１１ｂ 第２スイッチング素子モジュール
２０ 昇圧コンバータ部
２１ 昇圧用スイッチング素子モジュール
２２ リアクトル
３０ ＤＣＤＣコンバータ部（直流直流コンバータ部）
３１ 直流直流コンバータ素子
３１ａ コンバータ用スイッチング素子
３１ｂ トランス
３１ｃ 共振リアクトル
３１ｄ 平滑リアクトル
３３ 熱伝導部材
５０ 基台部
５０ａ 表面
５０ｂ 裏面
５１ 冷却流路
５２ 冷却部本体部
５３ 蓋部
１００ 電力変換装置
２００ 直流電源
２１０ 負荷
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する直流直流コンバータ部と、インバータ部および直流直流コンバータ部が配置される平板状の基台部とを備え、インバータ部は、直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子モジュールを含み、直流直流コンバータ部は、直流直流コンバータ素子と、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板とを含み、スイッチング素子モジュールは、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられおり、直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板は、平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、基台部に取り付けられており、直流直流コンバータ基板は、基台部に設けられた冷却流路を覆う蓋部に取り付けられている。

Claims (9)

  1. 直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、
    前記直流電力の電圧を異なる電圧に変換する直流直流コンバータ部と、
    前記インバータ部および前記直流直流コンバータ部が配置される平板状の基台部とを備え、
    前記インバータ部は、前記直流電力を前記交流電力に変換するスイッチング素子モジュールを含み、
    前記直流直流コンバータ部は、直流直流コンバータ素子と、前記直流直流コンバータ素子が実装される直流直流コンバータ基板とを含み、
    前記スイッチング素子モジュールは、前記平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられており、
    前記直流直流コンバータ素子が実装される前記直流直流コンバータ基板は、前記平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられている、電力変換装置。
  2. 前記スイッチング素子モジュールは、前記平板状の基台部の裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられており、
    前記直流直流コンバータ素子が実装される前記直流直流コンバータ基板は、前記平板状の基台部の表面に沿うように、前記基台部に取り付けられている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記インバータ部は、第１インバータ部と第２インバータ部とを含み、
    前記スイッチング素子モジュールは、前記第１インバータ部に含まれる第１スイッチング素子モジュールと、前記第２インバータ部に含まれる第２スイッチング素子モジュールと、を含み、
    前記第１スイッチング素子モジュールおよび前記第２スイッチング素子モジュールは、前記平板状の基台部の表面または裏面に沿うように前記基台部に取り付けられている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記インバータ部の入力側に配置され、前記直流電源から入力される前記直流電力を昇圧して前記インバータ部に供給する昇圧コンバータ部をさらに備え、
    前記昇圧コンバータ部は、前記平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記昇圧コンバータ部は、昇圧用スイッチング素子モジュールと、リアクトルとを含み、
    前記昇圧用スイッチング素子モジュールおよび前記リアクトルは、前記平板状の基台部の表面または裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記スイッチング素子モジュールは、前記平板状の基台部の裏面に沿うように、前記基台部に取り付けられており、
    前記直流直流コンバータ基板、前記リアクトル、および、前記昇圧用スイッチング素子モジュールは、前記平板状の基台部の表面に沿うように、かつ、互いに隣り合うように、前記基台部に取り付けられている、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記基台部は、冷却流路が形成される金属からなる冷却部本体部と、前記冷却部本体部の冷却流路を覆う金属からなる蓋部とを含み、
    前記直流直流コンバータ基板は、前記蓋部に取り付けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記直流直流コンバータ素子は、コンバータ用スイッチング素子を含み、
    前記コンバータ用スイッチング素子は、前記直流直流コンバータ基板の前記蓋部側の面において、熱伝導部材を介して前記蓋部に接触するように取り付けられている、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 前記直流直流コンバータ基板に実装される前記直流直流コンバータ素子は、コンバータ用スイッチング素子、トランス、共振リアクトルおよび平滑リアクトルを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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