JP2023130993A - 電力変換装置および直流直流コンバータ装置 - Google Patents

電力変換装置および直流直流コンバータ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置は、１次側のコイルが形成されるコイル基板４０、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランス３１ｂを含み、直流電源から入力される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、冷却用液体が流れる冷却流路６１が設けられるとともに、直流直流コンバータ部が配置される基台部６０と、を備え、トランス３１ｂのバスバーは、冷却流路５１が設けられる基台部６０に固定される冷却部側固定部５０ｂを有する。【選択図】図１５

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、トランスを備える電力変換装置および直流直流コンバータ装置に関する。
従来、トランス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、ＤＣＤＣコンバータ（直流直流コンバータ）を構成するトランスを備える電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、１次側コイル導体を有するプリント基板、および、板状の２次側コイル導体であるバスバーを含むトランスと、トランスを収納する筐体とを備える。そして、トランスの２次側コイル導体であるバスバーが筐体に押圧された状態で固定されることによって、トランスから発生した熱が筐体に放熱されている。
特開２０１４－９０５２３号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の電力変換装置においても、直流直流コンバータを構成するトランスに大容量の電流を流す場合などに、トランスから発生した熱を十分に放熱することができない場合がある。そのため、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な電力変換装置および直流直流コンバータ装置が望まれている。
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、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な電力変換装置および直流直流コンバータ装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による電力変換装置は、１次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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、冷却用液体が流れる冷却流路が設けられるとともに、直流直流コンバータ部が配置される冷却部と、を備え、トランスのバスバーは、冷却流路が設けられる冷却部に固定される冷却部側固定部を有する。
上記第１の局面による電力変換装置では、上記のように、冷却流路が設けられる冷却部に、トランスのバスバーが有する冷却部側固定部が固定されることによって、トランスにおいて発生した熱を、冷却部側固定部から、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。これにより、トランスにおいて発生した熱を、冷却流路を流れる冷却用液体によって、効率よく放熱して、トランスを冷却することができる。その結果、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な電力変換装置を提供することができる。
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、バスバーの冷却部側固定部は、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、冷却部に設けられる冷却流路とオーバーラップするように配置されている。このように構成すれば、バスバーの冷却部側固定部が冷却流路とオーバーラップしない場合に比べて、バスバーの冷却部側固定部と冷却流路との間の距離が短くなるので、より効率よくバスバーからの放熱（トランスの冷却）を行うことができる。その結果、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーからより十分に放熱することができる。
上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、冷却部は、冷却流路が形成される本体部材と、本体部材に取り付けられるカバー部材とを含み、バスバーの冷却部側固定部は、冷却部のカバー部材に固定されるように構成されている。このように構成すれば、トランスにおいて発生した熱を、バスバーの冷却部側固定部が固定される冷却部のカバー部材を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、トランスにおいて発生した熱を、冷却部のカバー部材を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
この場合、好ましくは、トランスのバスバーが接続されるとともに、冷却部に対向するように配置される主回路基板をさらに備え、冷却部のカバー部材は、主回路基板側に突出する凸部を有しており、主回路基板には、カバー部材の凸部を露出させるための開口部が設けられており、バスバーの冷却部側固定部は、カバー部材の凸部に固定されている。このように構成すれば、冷却部のカバー部材に設けられ、主回路基板側に突出するカバー部材の凸部に、バスバーの冷却部側固定部が固定されるので、カバー部材が主回路基板側に突出する凸部を有しない場合に比べて、トランスとカバー部材との間の距離が短くなる。その結果、トランスのバスバーの配線長をより短くすることができるので、より効果的にバスバーからの放熱（トランスの冷却）を行うことができる。また、冷却部のカバー部材に設けられ、主回路基板側に突出する凸部が、主回路基板の開口部によって露出されるので、ネジなどによって、バスバーの冷却部側固定部を凸部に固定する場合でも、開口部を介して、冷却部側固定部を容易に凸部に固定することができる。
上記主回路基板を備える構成において、好ましくは、バスバーは、主回路基板に固定される基板側固定部を有する第１バスバーを含み、第１バスバーは、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、カバー部材の凸部にオーバーラップするように、基板側固定部から延長するように設けられる延長部を有しており、冷却部と延長部との間には、絶縁部材が配置されており、基板側固定部から延長される延長部は、絶縁部材を介して、冷却部に放熱を行うように構成されている。このように構成すれば、冷却部側固定部に加えて、基板側固定部から延長される延長部においても、絶縁部材を介して、冷却部に放熱を行うことができるので、トランスにおいて発生した熱をより効率よく放熱することができる。
この場合、好ましくは、直流直流コンバータ部は、トランスに対して、直流直流コンバータ部の出力側に接続されるとともに、主回路基板に実装される複数の整流用素子を含み、バスバーは、複数の整流用素子に対して、複数の整流用素子が隣り合う方向、および、バスバーと冷却部とが対向する方向に交差する方向に隣り合うように配置されており、バスバーの冷却部側固定部は、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、複数の整流用素子に挟まれる位置に配置されている。このように構成すれば、バスバーと複数の整流用素子とが隣り合う方向において、バスバーと複数の整流用素子とを近づけることができる。その結果、バスバーと複数の整流用素子とが隣り合う方向において、主回路基板のサイズが大きくなることを抑制することができる。
上記第１バスバーを含む構成において、好ましくは、バスバーは、コイル基板に対して、第１バスバーが配置される側とは反対側に配置される第２バスバーを含み、冷却部側固定部は、第１バスバーが有する第１冷却部側固定部と、第２バスバーが有する第２冷却部側固定部とを含み、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部は、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、冷却部の冷却流路にオーバーラップする位置において、互いに接触した状態で冷却部に固定されている。このように構成すれば、第１バスバーの第１冷却部側固定部および第２バスバーの第２冷却部側固定部の各々によって、トランスにおいて発生した熱を、冷却部を介して、冷却流路に放熱することができる。その結果、トランスにおいて発生した熱をより効率よく放熱することができる。また、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部は、互いに接触した状態で冷却部に固定されるので、第１冷却部側固定部と第２冷却部側固定部との間に伝熱用の部材を挟んだ状態で、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部を冷却部に固定する場合に比べて、第１バスバーおよび第２バスバーの各々から効率よく冷却部に熱を伝えることができる。
上記第１バスバーを含む構成において、好ましくは、主回路基板には、第１バスバーの基板側固定部が締結固定されるとともに、第１バスバーに係合する第１係合部が設けられる接続端子が設けられており、第１バスバーには、第１係合部に係合する第２係合部が設けられている。このように構成すれば、接続端子の第１係合部と第１バスバーの第２係合部とが係合することによって、第１バスバーの基板側固定部を主回路基板に締結固定する際に、第１バスバーが回転することを防止することができる。その結果、主回路基板に第１バスバーの基板側固定部を締結固定する際に、第１バスバーが回転することに起因して、第１バスバーに歪みが発生するのを防止することができる。
上記冷却部がカバー部材を含む構成において、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をさらに備え、インバータ部は、カバー部材が取り付けられる面とは反対側の冷却部の面に取り付けられている。このように構成すれば、カバー部材が取り付けられる面とは反対側の冷却部の面に取り付けられるインバータ部において発生した熱を、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、インバータ部において発生した熱を、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
この場合、好ましくは、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、カバー部材が取り付けられる側の冷却部の面に取り付けられている。このように構成すれば、カバー部材が取り付けられる側の冷却部の面に取り付けられる昇圧コンバータ部において発生した熱を、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、昇圧コンバータ部において発生した熱を、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
上記第１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部は、トランスの２次側に接続される平滑リアクトルをさらに含み、冷却部には、トランスのバスバーを冷却する第１の冷却流路と、平滑リアクトルを冷却する第２の冷却流路とが形成されている。このように構成すれば、トランスのバスバーおよび平滑リアクトルを、第１の冷却流路および第２の冷却流路のそれぞれによって冷却することができる。
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による直流直流コンバータ装置は、１次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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素子を備え、トランスのバスバーは、冷却流路が設けられる冷却部に固定される冷却部側固定部を有する。
上記第２の局面による直流直流コンバータ装置では、上記のように、冷却流路が設けられる冷却部に、トランスのバスバーが有する冷却部側固定部が固定されることによって、トランスにおいて発生した熱を、冷却部側固定部から、冷却流路が設けられる冷却部を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。これにより、トランスにおいて発生した熱を、冷却流路を流れる冷却用液体によって、効率よく放熱して、トランスを冷却することができる。その結果、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な直流直流コンバータ装置を提供することができる。
上記第２の局面による直流直流コンバータ装置において、好ましくは、冷却部は、冷却流路が形成される本体部材と、本体部材に取り付けられるカバー部材とを含み、バスバーの冷却部側固定部は、冷却部のカバー部材に固定されるように構成されている。このように構成すれば、トランスにおいて発生した熱を、バスバーの冷却部側固定部が固定される冷却部のカバー部材を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、トランスにおいて発生した熱を、冷却部のカバー部材を介して、冷却流路を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
上記第２の局面による直流直流コンバータ装置において、好ましくは、トランスの２次側に接続される平滑リアクトルをさらに備え、冷却部には、トランスのバスバーを冷却する第１の冷却流路と、平滑リアクトルを冷却する第２の冷却流路とが形成されている。このように構成すれば、トランスのバスバーおよび平滑リアクトルを、第１の冷却流路および第２の冷却流路のそれぞれによって冷却することができる。
本発明によれば、上記のように、トランスにおいて発生した熱を、トランスのバスバーから十分に放熱可能な電力変換装置および直流直流コンバータ装置を提供することができる。
本発明の一実施形態による電力変換装置の回路構成を示した図である。 一実施形態による電力変換装置のＤＣＤＣコンバータ部の回路構成を示した図である。 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基台部の側面断面図である。 一実施形態による電力変換装置の上方側から見た基台部および蓋部の分解斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の下側から見た基台部および蓋部の分解斜視図である。 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。 一実施形態によるコンバータ基板の上面図である。 トランスの分解斜視図である。 トランスを取り外した状態のコンバータ基板を示した図である。 コンバータ基板に実装されたトランスを拡大した部分斜視図である。 コンバータ基板の接続端子の第１係合部および第１バスバーの第２係合部を示した斜視図である。 一実施形態によるコンバータ基板の下面図である。 図９の８００－８００線に沿った断面図である。 図９の９００－９００線に沿った断面図である。
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１６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。なお、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５およびＱ６と、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２とのうち、少なくとも１つはワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。ワイドバンドギャップ半導体素子とは、シリコン半導体素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子であり、たとえば、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、ＺｎＯなどを含む半導体素子である。半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２とのうちのいずれかにワイドバンドギャップ半導体素子を用いることによって、シリコン半導体素子を用いる場合に比べて、スイッチング速度を向上させることが可能である。
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、直流電源２００から入力される直流電力の電圧を異なる電圧に変換するように構成されている。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」および「直流直流コンバータ装置」の一例である。
本実施形態では、図２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を備えている。直流直流コンバータ素子３１は、複数（４つ）の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、および、複数（２つ）のダイオード素子３１ｅを含む。電力変換装置１００は、ＤＣＤＣコンバータ部３０が備える直流直流コンバータ素子３１により、直流電源２００から入力される直流電力の電圧を異なる電圧に変換するように構成されている。
また、トランス３１ｂは、１次側のコイルが形成されるコイル基板４０、および、２次側のコイルを形成するバスバー５０を有する。そして、バスバー５０は、第１バスバー５１および第２バスバー５２を含む。第１バスバー５１および第２バスバー５２の各々は、一方側がフレームグランドＦＧに接続され、他方側がダイオード素子３１ｅに接続されている。また、トランス３１ｂの詳細な構成については後述する。
共振リアクトル３１ｃは、トランス３１ｂの１次側（コイル基板４０）側に接続されている。また、平滑リアクトル３１ｄは、トランス３１ｂの２次側（バスバー５０）側に接続されている。平滑リアクトル３１ｄは、トランス３１ｂの２次側（バスバー５０）側において、複数のダイオード素子３１ｅの出力側に接続されている。
複数のダイオード素子３１ｅは、トランス３１ｂに対して、ＤＣＤＣコンバータ部３０の出力側に接続される。なお、複数のダイオード素子３１ｅは、特許請求の範囲の「複数の整流用素子」の一例である。
また、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、コンデンサＣ３およびＣ４含む。コンデンサＣ３は、複数のコンバータ用スイッチング素子３１ａの入力側に接続されている。コンデンサＣ４は、平滑リアクトル３１ｄとフレームグランドＦＧとの間に配置されている。
次に、電力変換装置１００の構造について説明する。
図３に示すように、電力変換装置１００は、基台部６０を備えている。基台部６０は、平板状である。基台部６０には、インバータ部１０を構成するスイッチング素子モジュール１１と、昇圧コンバータ部２０およびＤＣＤＣコンバータ部３０とが配置される。また、基台部６０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６０は、基台部６０の表面６０ａおよび裏面６０ｂに垂直な方向から見て、長方形形状を有する。なお、基台部６０は、特許請求の範囲の「冷却部」の一例である。また、表面６０ａおよび裏面６０ｂは、それぞれ特許請求の範囲の「カバー部材が取り付けられる側の冷却部の面」および「カバー部材が取り付けられる面とは反対側の冷却部の面」の一例である。
また、電力変換装置１００（ＤＣＤＣコンバータ部３０）は、コンバータ基板３２を備える。なお、コンバータ基板３２は、特許請求の範囲の「主回路基板」の一例である。コンバータ基板３２には、直流直流コンバータ素子３１が実装される。コンバータ基板３２は、平板形状を有する。コンバータ基板３２は、導体により配線パターンが形成され、直流直流コンバータ素子３１が実装されたプリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）である。コンバータ基板３２は、基台部６０に対向するように配置される。
スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部６０の裏面６０ｂに沿うように、基台部６０の裏面６０ｂに取り付けられている。また、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６０の裏面６０ｂに沿うように基台部６０の裏面６０ｂ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の長辺方向に沿って、互い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、平板状の基台部６０の表面６０ａまたは裏面６０ｂに沿うように、基台部６０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６０の表面６０ａ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６０の長手方向に沿って、ＤＣＤＣコンバータ部３０に隣り合うように配置されている。
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６０の表面６０ａまたは裏面６０ｂに沿うように、基台部６０に取り付けられている。具体的には、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６０の表面６０ａに沿うように、かつ、互いに隣り合うように、基台部６０に取り付けられている。
また、直流直流コンバータ素子３１が実装されるコンバータ基板３２は、平板状の基台部６０の表面６０ａに沿うように、基台部６０に取り付けられている。なお、図３に示すように、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６０の表面６０ａに取り付けられている。また、コンバータ基板３２は、基台部６０の表側（Ｚ１方向側）に配置される後述する蓋部６３（図５参照）に取り付けられる。
また、図３に示すように、コンバータ用スイッチング素子３１ａおよびダイオード素子３１ｅは、コンバータ基板３２の裏面側（Ｚ２方向側）に設けられている。また、トランス３１ｂおよび共振リアクトル３１ｃは、コンバータ基板３２を貫通するように設けられている。そして、平滑リアクトル３１ｄは、後述するように、コンバータ基板３２のＹ１方向側に配置（図９参照）されており、コンバータ基板３２の表面側（Ｚ１方向側）から裏面側（Ｚ２方向側）にわたって設けられている。
（冷却流路に関する構成）
図４に示すように、基台部６０は、冷却用液体が流れ、表側（Ｚ１方向側）に配置された表側流路６１ａと、表側流路６１ａに接続されて裏側（Ｚ２方向側）に配置された裏側流路６１ｂとを有する冷却流路６１を含んでいる。また、冷却流路６１は、基台部６０内において表側流路６１ａおよび裏側流路６１ｂを接続する接続流路６１ｃを有している。
そして、冷却流路６１は、表側流路６１ａおよび裏側流路６１ｂが交互に接続されて、冷却用液体が基台部６０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、図３に示すように、冷却流路６１は、表側（表面６０ａ側）に配置され、表側流路６１ａとしての冷却流路６１１、６１５および６１９と、裏側（裏面６０ｂ側）に配置され、裏側流路６１ｂとしての冷却流路６１３および６１７と、接続流路６１ｃとしての冷却流路６１２、６１４、６１６および６１８と、を含んでいる。冷却流路６１は、基台部６０の長手方向における一方端側から冷却用液体が流入され、他方端側に冷却用液体が流出されるように形成されている。
冷却流路６１は、冷却流路６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６、６１７、６１８および６１９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に示すように、冷却流路６１は、表側流路６１ａの冷却流路６１１から冷却用液体が流入し、接続流路６１ｃの冷却流路６１２、裏側流路６１ｂの冷却流路６１３、接続流路６１ｃの冷却流路６１４、表側流路６１ａの冷却流路６１５、接続流路６１ｃの冷却流路６１６、裏側流路６１ｂの冷却流路６１７、接続流路６１ｃの冷却流路６１８、および、表側流路６１ａの冷却流路６１９を通り、冷却用液体が流出する。
また、冷却流路６１から流出した冷却用液体は、放熱部１０１により放熱されて冷却される。また、放熱部１０１により冷却された冷却用液体は、ポンプ１０２により送液されて再び冷却流路６１に流入する。放熱部１０１は、熱交換器を含み、外部の空気により冷却される。放熱部１０１は、たとえば、ラジエータである。なお、ポンプ１０２を冷却流路６１の出口と放熱部１０１の間に配置して、放熱部１０１により放熱される前の冷却用液体がポンプ１０２によって送液されてもよい。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６０の裏側（裏面６０ｂ側）に配置され、裏側流路６１ｂ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６０の裏側に配置され、裏側流路６１ｂ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６０の表側に配置され、表側流路６１ａ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、ダイオード素子３１ｅ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６０の表側（表面６０ａ側）に配置され、表側流路６１ａ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の直流直流コンバータ素子３１は、リアクトル２２からの熱干渉の影響を考慮して、コンバータ基板３２に配置されてもよい。具体的には、コンバータ基板３２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、ダイオード素子３１ｅとのうち耐熱性の低い部品をリアクトル２２に近い側に配置することを避けてもよい。
また、コンバータ基板３２には、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６０の表面６０ａに放熱部材を介して各々の発熱を放熱している。
また、冷却流路６１は、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６１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６１は、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。
本実施形態では、冷却流路６１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、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、ダイオード素子３１ｅ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、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。
昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却流路６１１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６１３を流れる冷却用液体により冷却される。また、リアクトル２２、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およびダイオード素子３１ｅは、冷却流路６１５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６１７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６１９を流れる冷却用液体により冷却される。なお、冷却流路６１５および冷却流路６１９は、それぞれ特許請求の範囲の「第１の冷却流路」および「第２の冷却流路」の一例である。
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、基台部６０は、冷却流路６１が形成される金属からなる冷却部本体部６２と、冷却部本体部６２とともに冷却流路６１を形成する金属からなる蓋部１２、２１ａ、２２ａおよび６３とを含む。蓋部１２、２１ａ、２２ａおよび６３は、冷却部本体部６２に取り付けられている。なお、冷却部本体部６２および蓋部６３は、それぞれ特許請求の範囲の「本体部材」および「カバー部材」の一例である。また、蓋部６３は、冷却部本体部６２に、図示しないネジにより取り付けられている。
図５に示すように、スイッチング素子モジュール１１の基台部６０側（Ｚ１側）には、蓋部１２が配置されている。そして、スイッチング素子モジュール１１は、基台部６０の裏側（Ｚ１方向側）に配置される蓋部１２に取り付けられている。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６０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６１内に突出するように形成されている。
また、蓋部１２は、基台部６０の裏面６０ｂに設けられている冷却流路６１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。
また、図５に示すように、蓋部６３は、基台部６０の表面６０ａに設けられている冷却流路６１を覆う。蓋部６３は、長方形形状でかつ平板形状を有している。蓋部６３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。
また、冷却部本体部６２には、孔部６２ａ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６２の孔部６２ａを覆うように配置されている。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６１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、図示しないネジにより冷却部本体部６２に取り付けられている。
そして、図６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６０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６０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６１内に突出するように形成されている。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（Ｚ２方向側）から見て、正方形形状を有する。なお、柱部２１ｃはフィンの機能（形状）を有していてもよい。
また、蓋部２１ａは、基台部６０の表面６０ａに設けられている冷却流路６１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。
また、リアクトル２２の基台部６０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６０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６１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６１に沿って延びるように形成されている。
また、図６に示すように、蓋部６３には、孔部６３ａが設けられている。リアクトル２２は、蓋部６３の孔部６３ａ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６１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６１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、図示しないネジにより蓋部６３に取り付けられている。また、蓋部６３には、冷却流路６１内に突出するフィン６３ｂが設けられている。フィン６３ｂは、冷却流路６１に沿って延びるように形成されている。
冷却部本体部６２には、一対の孔部６２ｂ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６２ｂ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６１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６１を流れる冷却用液体に放熱される。
前述したように、冷却流路６１は、基台部６０の表面６０ａと裏面６０ｂとの両方に設けられている。そして、図７および図８に示すように、冷却流路６１は、表側流路６１ａの冷却流路６１１から冷却用液体が流入し、接続流路６１ｃの冷却流路６１２、裏側流路６１ｂの冷却流路６１３、接続流路６１ｃの冷却流路６１４、表側流路６１ａの冷却流路６１５、接続流路６１ｃの冷却流路６１６、裏側流路６１ｂの冷却流路６１７、接続流路６１ｃの冷却流路６１８、および、表側流路６１ａの冷却流路６１９を通り、冷却用液体が流出する。
（ＤＣＤＣコンバータ部の構成）
コンバータ基板３２は、図９に示す複数のネジ８１によって、蓋部６３に取り付けられている。これにより、複数のネジ８１を外すだけで、容易に、コンバータ基板３２およびコンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１を取り換えることができる。
コンバータ基板３２には、接続端子３３および３４が設けられている。接続端子３３および３４は、コネクタ１（図１参照）に電気的に接続される端子である。また、図９に示すように、コンバータ基板３２には、第１バスバー５１が接続される接続端子３５と、第２バスバー５２が接続される接続端子３６が設けられている。
また、トランス３１ｂおよび平滑リアクトル３１ｄは、Ｚ１方向側から見て、コンバータ基板３２の中央よりもＹ１方向側に配置されている。また、Ｚ１方向側から見て、トランス３１ｂは、コンバータ基板３２のＸ１方向側に配置されている。また、Ｚ１方向側から見て、平滑リアクトル３１ｄは、コンバータ基板３２のＸ２方向側に配置されている。
トランス３１ｂは、図１０に示すように、プレーナ型のトランスである。トランス３１ｂは、１次側のコイルが形成されるコイル基板４０、および、２次側のコイルを形成するバスバー５０を挟むように配置される磁性体コア７１および７２を有する。磁性体コア７１および７２は、Ｘ２方向側（Ｘ１方向側）から見て、Ｅ字形状を有している。
また、バスバー５０は、第１バスバー５１および第２バスバー５２を含む。第１バスバー５１は、コイル基板４０のＺ１方向側に配置されている。そして、第２バスバー５２は、コイル基板４０に対して、第１バスバー５１が配置される側（Ｚ１方向側）とは反対側（Ｚ２方向側）に配置されている。
また、トランス３１ｂは、ボビン７３および７４と、ギャップフィラ７５、７６、７７および７８を有する。また、トランス３１ｂの磁性体コア７２のＺ２方向側（基台部６０側）には、グリース９０が塗布されている。
ボビン７３は、磁性体コア７１と第１バスバー５１とに挟まれるように配置されている。そして、ボビン７４は、第２バスバー５２と磁性体コア７２とに挟まれるように配置されている。ボビン７３および７４は、絶縁性を有する部材である。ボビン７３は、たとえば、絶縁性の樹脂により形成されている。
ギャップフィラ７５および７６は、Ｚ方向において、互いに第１バスバー５１を挟むように配置されている。また、ギャップフィラ７６および７７は、Ｚ方向において、互いにコイル基板４０を挟むように配置されている。そして、ギャップフィラ７７および７８は、Ｚ方向において、互いに第２バスバー５２を挟むように配置されている。ギャップフィラ７５～７８は、絶縁性を有する部材である。ギャップフィラ７５～７８は、たとえば、シリコーンを含む熱伝導性を有する放熱材料である。
トランス３１ｂのバスバー５０は、冷却流路６１が設けられる基台部６０に固定される冷却部側固定部５０ｂを有する。冷却部側固定部５０ｂは、固定部５１ｂと、固定部５２ｂとを含む。
具体的には、第１バスバー５１は、円環状（Ｃ字状）の本体部５１ａと、基台部６０（蓋部６３）に固定される固定部５１ｂと、コンバータ基板３２に固定される固定部５１ｃとを有する。なお、固定部５１ｂおよび５１ｃは、それぞれ特許請求の範囲の「第１冷却部側固定部」および「基板側固定部」の一例である。
また、第２バスバー５２は、円環状（Ｃ字状）の本体部５２ａと、基台部６０（蓋部６３）に固定される固定部５２ｂと、コンバータ基板３２に固定される固定部５２ｃとを有する。なお、固定部５２ｂは、特許請求の範囲の「第２冷却部側固定部」の一例である。
そして、固定部５１ｂ、５１ｃ、５２ｂ、５２ｃには、それぞれ締結用孔部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３およびＨ４が設けられている。バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂは、後述するように、基台部６０の蓋部６３に固定される。本実施形態では、第１バスバー５１の固定部５１ｂ、および、第２バスバー５２の固定部５２ｂは、基台部６０の蓋部６３に固定される。
図１１に示すように、コンバータ基板３２には、蓋部６３を露出させるための開口部３２ａが設けられている。本実施形態では、開口部３２ａは、蓋部６３の凸部６３ｃを露出させる。そして、開口部３２ａによって露出される凸部６３ｃに対して、バスバー５０が固定される。なお、凸部６３ｃへのバスバー５０の固定の詳細については後述する。また、コンバータ基板３２には、前述したように、Ｘ２方向側（Ｘ１方向側）から見て、Ｅ字形状（図１０参照）を有する磁性体コア７１および７２に貫通させるための開口部３２ｂ、３２ｃおよび３２ｄが設けられている。
また、トランス３１ｂのコイル基板４０は、コンバータ基板３２のＺ１方向側に配置（実装）されている。また、コイル基板４０の導体パターン４０ａ（図１２参照）は、コンバータ基板３２に設けられる放熱用の導体パターンに接触して、コイル基板４０において発生した熱をコンバータ基板３２から放熱するように構成されている。
また、図１２および図１３に示すように、コンバータ基板３２には、第１バスバー５１の固定部５１ｃが締結固定される接続端子３５が設けられている。また、コンバータ基板３２には、第２バスバー５２が締結固定される接続端子３６が設けられている。接続端子３５および３６は、コンバータ基板３２の導体パターンに接続されている。第１バスバー５１および第２バスバー５２は、それぞれ接続端子３５および３６を介して、コンバータ基板３２の導体パターンに電気的に接続されている。すなわち、コンバータ基板３２は、トランス３１ｂのバスバー５０が接続されるように構成されている。そして、第１バスバー５１および第２バスバー５２は、コンバータ基板３２の導体パターンを介して、ダイオード素子３１ｅに電気的に接続されている。
接続端子３５には、図１３に示すように、第１バスバー５１に係合する第１係合部Ａが設けられている。そして、第１係合部Ａは、第１バスバー５１側（Ｚ１方向側）に突出する突起部Ａ１およびＡ２を含む。
また、第１バスバー５１には、接続端子３５の第１係合部Ａに係合する第２係合部Ｂが設けられている。第２係合部Ｂは、突起部Ａ１に係合する孔部Ｂ１と、突起部Ａ２に係合する切り欠き部Ｂ２とを含む。
また、第１バスバー５１は、固定部５１ｃから延長するように設けられる延長部５１ｅを有している。延長部５１ｅは、固定部５１ｃからＹ２方向側に向かって延びるように形成されている。また、延長部５１ｅは、固定部５１ｂのＸ２方向側に配置されており、延長部５１ｅおよび固定部５１ｂは、Ｘ方向において隣り合うように配置されている。
図１４に示すように、複数のダイオード素子３１ｅは、コンバータ基板３２に実装されている。複数のダイオード素子３１ｅは、コンバータ基板３２のＺ２方向側において、Ｙ方向に隣り合うように配置されている。そして、バスバー５０（第１バスバー５１および第２バスバー５２）は、複数のダイオード素子３１ｅに対して、複数のダイオード素子３１ｅが隣り合うＹ方向、および、バスバー５０と基台部６０とが対向するＺ方向に交差するＸ方向に隣り合うように配置されている。また、複数（４つ）のコンバータ用スイッチング素子３１ａは、コンバータ基板３２のＺ２方向側において、Ｘ方向に隣り合うように配置されている。
トランス３１ｂのＸ１方向側には、共振リアクトル３１ｃが配置されている。また、トランス３１ｂのＸ２方向側には、複数のダイオード素子３１ｅが配置され、トランス３１ｂのＹ２方向側には、複数のコンバータ用スイッチング素子３１ａが配置されている。
そして、複数（４つ）の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、複数（２つ）のダイオード素子３１ｅは、Ｚ２方向側から見て、基台部６０に設けられる冷却流路６１である冷却流路６１５とオーバーラップするように配置されている。なお、冷却流路６１５は、前述するように、第２スイッチング素子モジュール１１ｂの冷却に用いられる冷却流路６１３と、第１スイッチング素子モジュール１１ａの冷却に用いられる冷却流路６１７との間に設けられている（図３参照）。
また、平滑リアクトル３１ｄは、図１４に示すように、Ｚ２方向側から見て、基台部６０に設けられる冷却流路６１である冷却流路６１９とオーバーラップするように配置されている。なお、冷却流路６１９は、前述するように、第１スイッチング素子モジュール１１ａの冷却に用いられる冷却流路６１７と、基台部６０外部（放熱部１０１）の流路との間に設けられている（図３参照）。
図１５に示すように、コンバータ基板３２は、蓋部６３に沿うように配置されている。また、基台部６０の蓋部６３は、コンバータ基板３２側（Ｚ１方向側）に突出する凸部６３ｃを有している。そして、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、蓋部６３の凸部６３ｃに固定されている。蓋部６３の凸部６３ｃは、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側）から見て、複数のダイオード素子３１ｅに挟まれる位置に配置されている。
バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂは、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側）から見て、複数のダイオード素子３１ｅに挟まれる位置に配置されている。具体的には、蓋部６３の凸部６３ｃ、固定部５１ｂおよび固定部５２ｂは、Ｙ方向において、複数（２つ）のダイオード素子３１ｅに挟まれる位置に配置されている。
また、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ａ）は、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側またはＺ２方向側）から見て、基台部６０に設けられる冷却流路６１（冷却流路６１５）とオーバーラップするように配置されている。
また、固定部５１ｂおよび固定部５２ｂは、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側またはＺ２方向側）から見て、基台部６０の冷却流路６１（冷却流路６１５）にオーバーラップする位置において、互いに接触した状態で基台部６０に固定されている。具体的には、Ｚ１方向側から、固定部５１ｂ、固定部５２ｂ、蓋部６３（凸部６３ｃ）が、この順で配置されている。そして、第１バスバー５１の固定部５１ｂおよび第２バスバー５２の固定部５２ｂは、Ｚ１方向側から締結されるネジ８２によって、蓋部６３（凸部６３ｃ）に締結固定されている。また、固定部５１ｂおよび固定部５２ｂは、それぞれ第１バスバー５１および第２バスバー５２を、蓋部６３（基台部６０）に固定するための固定部であるとともに、冷却流路６１が設けられた基台部６０の蓋部６３に対して、放熱を行うための放熱部でもある。これにより、コンバータ基板３２に固定するための固定部５１ｂとは別に、第１バスバー５１に放熱部を設ける場合に比べて、第１バスバー５１のサイズの増大を抑制することができる。また、コンバータ基板３２に固定するための固定部５２ｂとは別に、第２バスバー５２に放熱部を設ける場合に比べて、第２バスバー５２のサイズの増大を抑制することができる。
また、第１バスバー５１の固定部５１ｃは、コンバータ基板３２の接続端子３５のＺ１方向側に配置される。そして、第１バスバー５１の固定部５１ｃは、Ｚ１方向側から締結されるネジ８３によって、コンバータ基板３２の接続端子３５に締結固定されている。また、第２バスバー５２の固定部５２ｃは、コンバータ基板３２の接続端子３６のＺ２方向側に配置される。そして、第２バスバー５２の固定部５２ｃは、コンバータ基板３２の接続端子３６をＺ方向において挟むように配置されるネジ８４およびナット８５によって、コンバータ基板３２の接続端子３６に締結固定されている。
そして、コンバータ用スイッチング素子３１ａは、コンバータ基板３２の蓋部６３側（Ｚ２方向側）において、熱伝導部材９２を介して蓋部６３に接触するように取り付けられている。すなわち、Ｚ２方向側から、蓋部６３、熱伝導部材９２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９２を介して蓋部６３に放熱される。熱伝導部材９２は、たとえば、セラミックのシートからなる。
また、ダイオード素子３１ｅは、コンバータ基板３２の蓋部６３側の（Ｚ２方向側）において、熱伝導部材９３を介して蓋部６３に接触するように取り付けられている。すなわち、Ｚ２方向側から、蓋部６３、熱伝導部材９３およびダイオード素子３１ｅが、この順で積層される。ダイオード素子３１ｅから発生する熱は、熱伝導部材９３を介して蓋部６３に放熱される。熱伝導部材９３は、たとえば、セラミックのシートからなる。
また、図１６に示すように、第１バスバー５１の延長部５１ｅは、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側またはＺ２方向側）から見て、蓋部６３の凸部６３ｃにオーバーラップしている。そして、基台部６０と延長部５１ｅとの間には、絶縁部材９１が配置されている。固定部５１ｃから延長される延長部５１ｅは、絶縁部材９１を介して、基台部６０に放熱を行うように構成されている。
絶縁部材９１は、熱伝導性の比較的高い絶縁性の部材である。絶縁部材９１は、たとえば、シリコーンを含む熱伝導性を有する放熱材料である。なお、図１６においては、延長部５１ｅの厚みｔ１と、絶縁部材９１の厚みｔ２とが略同じ大きさであるように示しているが、絶縁部材９１の厚みｔ２は、これに限られない。絶縁部材９１の厚みｔ２は、第１バスバー５１から基台部６０に放熱が必要な熱量、および、絶縁部材９１の熱伝導率によって適宜変更されてもよい。すなわち、トランス３１ｂの放熱のために、第１バスバー５１から基台部６０に放熱したい量の熱を十分に伝えることが可能であれば、絶縁部材９１の厚みｔ２は、延長部５１ｅの厚みｔ１よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
また、前述したように、第１バスバー５１の延長部５１ｅが、固定部５１ｃからＹ２方向側に延長される（図１３参照）ことによって、Ｚ１方向側から見て、延長部５１ｅが凸部６３ｃにオーバーラップ（図１６参照）している。そして、凸部６３ｃの上方（Ｚ１方向側）において、固定部５１ｂおよび５２ｂと、延長部５１ｅ（絶縁部材９１）とがＸ方向に隣り合うように配置されている。本実施形態では、凸部６３ｃは、固定部５１ｂおよび５２ａ（冷却部側固定部５０ｂ）と、延長部５１ｅ（絶縁部材９１）とに対して共通に設けられている。すなわち、共通の凸部６３ｃに対して、固定部５１ｂ、固定部５２ｂおよび延長部５１ｅからトランス３１ｂにおいて発生した熱が放熱される。
（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、冷却流路６１が設けられる基台部６０に、トランス３１ｂのバスバー５０が有する冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）が固定されることによって、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）から、冷却流路６１が設けられる基台部６０を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に伝えることができる。これにより、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、冷却流路６１を流れる冷却用液体によって、効率よく放熱して、トランス３１ｂを冷却することができる。その結果、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、トランス３１ｂのバスバー５０から十分に放熱可能な電力変換装置１００およびＤＣＤＣコンバータ部３０を提供することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ２方向側）から見て、基台部６０に設けられる冷却流路６１とオーバーラップするように配置されている。これにより、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）が冷却流路６１とオーバーラップしない場合に比べて、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂと冷却流路６１との間の距離が短くなるので、より効率よくバスバー５０からの放熱（トランス３１ｂの冷却）を行うことができる。その結果、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、トランス３１ｂのバスバー５０からより十分に放熱することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、基台部６０の蓋部６３に固定されるように構成されている。これにより、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂが固定される基台部６０の蓋部６３を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、基台部６０の蓋部６３を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
また、本実施形態では、上記のように、基台部６０の蓋部６３は、コンバータ基板３２側（Ｚ１方向側）に突出する凸部６３ｃを有している。そして、コンバータ基板３２には、蓋部６３の凸部６３ｃを露出させるための開口部３２ａが設けられており、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、蓋部６３の凸部６３ｃに固定されている。これにより、基台部６０の蓋部６３に設けられ、コンバータ基板３２側（Ｚ１方向側）に突出する蓋部６３の凸部６３ｃに、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂが固定されるので、蓋部６３がコンバータ基板３２側に突出する凸部６３ｃを有しない場合に比べて、トランス３１ｂと蓋部６３との間の距離が短くなる。その結果、トランス３１ｂのバスバー５０の配線長をより短くすることができるので、より効果的にバスバー５０からの放熱（トランス３１ｂの冷却）を行うことができる。また、基台部６０の蓋部６３に設けられ、コンバータ基板３２側に突出する凸部６３ｃが、コンバータ基板３２の開口部３２ａによって露出されるので、ネジ８２によって、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）を凸部６３ｃに固定する場合でも、開口部３２ａを介して、冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）を容易に凸部６３ｃに固定することができる。
また、本実施形態では、上記のように、第１バスバー５１は、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ２方向側）から見て、蓋部６３の凸部６３ｃにオーバーラップするように、固定部５１ｃから延長するように設けられる延長部５１ｅを有している。そして、基台部６０と延長部５１ｅとの間には、絶縁部材９１が配置されており、固定部５１ｃから延長される延長部５１ｅは、絶縁部材９１を介して、基台部６０に放熱を行うように構成されている。これにより、固定部５１ｂに加えて、固定部５１ｃから延長される延長部５１ｅにおいても、絶縁部材９１を介して、基台部６０に放熱を行うことができるので、トランス３１ｂにおいて発生した熱をより効率よく放熱することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー５０は、複数のダイオード素子３１ｅに対して、複数のダイオード素子３１ｅが隣り合うＹ方向およびバスバー５０と基台部６０とが対向するＺ方向に交差するＸ方向に隣り合うように配置されている。そして、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ２方向側）から見て、複数のダイオード素子３１ｅに挟まれる位置に配置されている。これにより、バスバー５０と複数のダイオード素子３１ｅとが隣り合うＸ方向において、バスバー５０と複数のダイオード素子３１ｅとを近づけることができる。その結果、バスバー５０と複数のダイオード素子３１ｅとが隣り合うＸ方向において、コンバータ基板３２のサイズが大きくなることを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、冷却部側固定部５０ｂは、第１バスバー５１が有する固定部５１ｂと、第２バスバー５２が有する固定部５２ｂとを含む。そして、固定部５１ｂおよび５２ｂは、バスバー５０と基台部６０とが対向する方向（Ｚ１方向側またはＺ２方向側）から見て、基台部６０の冷却流路６１にオーバーラップする位置において、互いに接触した状態で基台部６０に固定されている。これにより、第１バスバー５１の固定部５１ｂおよび第２バスバー５２の固定部５２ｂの各々によって、トランス３１ｂにおいて発生した熱を、基台部６０を介して、冷却流路６１に放熱することができる。その結果、トランス３１ｂにおいて発生した熱をより効率よく放熱することができる。また、固定部５１ｂおよび固定部５２ｂは、互いに接触した状態で基台部６０に固定されるので、固定部５１ｂと固定部５２ｂとの間に伝熱用の部材を挟んだ状態で、基台部６０に固定部５１ｂと固定部５２ｂを固定する場合に比べて、第１バスバー５１および第２バスバー５２の各々から効率よく基台部６０に熱を伝えることができる。
また、本実施形態では、上記のように、コンバータ基板３２には、第１バスバー５１の固定部５１ｃが締結固定されるとともに、第１バスバー５１に係合する第１係合部Ａ（突起部Ａ１およびＡ２）が設けられる接続端子３５が設けられている。そして、第１バスバー５１には、第１係合部Ａに係合する第２係合部Ｂ（孔部Ｂ１および切り欠き部Ｂ２）が設けられている。これにより、接続端子３５の第１係合部Ａと第１バスバー５１の第２係合部Ｂとが係合することによって、第１バスバー５１の固定部５２ｃをコンバータ基板３２に締結固定する際に、第１バスバー５１が回転することを防止することができる。その結果、コンバータ基板３２に第１バスバー５１の固定部５２ｃを締結固定する際に、第１バスバー５１が回転することに起因して、第１バスバー５１に歪みが発生するのを防止することができる。
また、本実施形態では、上記のように、インバータ部１０は、蓋部６３が取り付けられる面とは反対側の基台部６０の面（裏面６０ｂ）に取り付けられている。これにより、蓋部６３が取り付けられる面とは反対側の基台部６０の面（裏面６０ｂ）に取り付けられるインバータ部１０において発生した熱を、冷却流路６１が設けられる基台部６０を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、インバータ部１０において発生した熱を、冷却流路６１が設けられる基台部６０を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
また、本実施形態では、上記のように、昇圧コンバータ部２０は、蓋部６３が取り付けられる側の基台部６０の面（表面６０ａ）に取り付けられている。これにより、蓋部６３が取り付けられる側の基台部６０の面（表面６０ａ）に取り付けられる昇圧コンバータ部２０において発生した熱を、冷却流路６１が設けられる基台部６０を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に伝えることができる。その結果、昇圧コンバータ部２０において発生した熱を、冷却流路６１が設けられる基台部６０を介して、冷却流路６１を流れる冷却用液体に効率よく放熱することができる。
また、本実施形態では、上記のように、基台部６０には、トランス３１ｂのバスバー５０を冷却する冷却流路６１５と、平滑リアクトル３１ｄを冷却する冷却流路６１９とが形成されている。これにより、トランス３１ｂのバスバー５０および平滑リアクトル３１ｄを、冷却流路６１５および６１９のそれぞれによって冷却することができる。
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり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全ての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、冷却流路６１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、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、ダイオード素子３１ｅ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、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例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却流路は、平滑リアクトル３１ｄ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、ダイオード素子３１ｅ、共振リアクトル３１ｃ、トランス３１ｂ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、リアクトル２２、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、昇圧用スイッチング素子モジュール２１の順（図３に示した流れとは逆向き）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もよい。
また、上記実施形態では、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、バスバー５０と基台部６０（冷却部）とが対向する方向（Ｚ１方向側またはＺ２方向側）から見て、基台部６０に設けられる冷却流路６１とオーバーラップするように配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、バスバーの冷却部側固定部は、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、冷却部に設けられる冷却流路に対して、ずらして配置してもよい。
また、上記実施形態では、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、基台部６０（冷却部）の蓋部６３（カバー部材）に設けられ、コンバータ基板３２（主回路基板）側に突出する凸部６３ｃに固定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷却部のカバー部材を略平坦な平板状に形成して、略平坦な平板状のカバー部材に、バスバーの冷却部側固定部が固定されてもよい。
また、上記実施形態では、第１バスバー５１の固定部５１ｃ（基板側固定部）から延長される延長部５１ｅは、絶縁部材９１を介して、基台部６０（冷却部）に放熱を行うように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１バスバーは、基板側固定部から延長される延長部を有さずに、第１冷却部側固定部によってのみ、冷却部に放熱を行うように構成されてもよい。
また、上記実施形態では、バスバー５０の冷却部側固定部５０ｂ（固定部５１ｂおよび５２ｂ）は、バスバー５０と基台部６０（冷却部）とが対向する方向（Ｚ２方向側）から見て、複数のダイオード素子３１ｅに挟まれる位置に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、バスバーの冷却部側固定部は、バスバーと冷却部とが対向する方向から見て、複数のダイオードの外側に配置されてもよい。
また、上記実施形態では、複数の整流用素子として、複数のダイオード素子３１ｅを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の整流用素子は、整流用素子であればダイオードに限られない。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。ＭＯＳＦＥＴで構成する場合、ＭＯＳＦＥＴを４つ使用して二次側をブリッジ構成とする、言い換えれば、双方向の直流直流コンバータとしてもよい。また、複数の整流用素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。ワイドバンドギャップ半導体素子とは、シリコン半導体素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子であり、たとえば、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、ＺｎＯなどを含む半導体素子である。複数の整流用素子にワイドバンドギャップ半導体素子を用いることによって、シリコン半導体素子を用いる場合に比べて、スイッチング速度を向上させることが可能である。
また、上記実施形態では、固定部５１ｂおよび５２ｂ（第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部）は、バスバー５０と基台部６０（冷却部）とが対向する方向（Ｚ２方向側）から見て、基台部６０の冷却流路６１にオーバーラップする位置において、互いに接触した状態で基台部６０に固定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部の間に熱伝導性の部材が挟み込まれてもよい。また、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部は、バスバーと基台部とが対向する方向から見て、互いにずらした位置において、冷却部に固定されてもよい。また、第１冷却部側固定部および第２冷却部側固定部は、冷却部（カバー部材）のそれぞれ異なる凹部に固定されてもよい。
また、上記実施形態では、コンバータ基板３２（主回路基板）には、第１バスバー５１に係合する第１係合部Ａ（突起部Ａ１およびＡ２）が設けられる接続端子３５が設けられ、第１バスバー５１には、第１係合部Ａに係合する第２係合部Ｂ（孔部Ｂ１および切り欠き部Ｂ２）が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、主回路基板の接続端子および第１バスバーには、係合部が設けられなくてもよい。すなわち、第１バスバーは、ネジなどの締結部材のみによって、主回路基板の接続端子に対して固定されてもよい。
また、上記実施形態では、第１バスバー５１には、第２係合部Ｂとして、孔部Ｂ１および切り欠き部Ｂ２が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、孔部および切り欠き部のいずれか一方のみが、第２係合部として、第１バスバーに設けられてもよい。
１０ インバータ部
２０ 昇圧コンバータ部
３０ ＤＣＤＣコンバータ部（直流直流コンバータ部、直流直流コンバータ装置）
３１ 直流直流コンバータ素子
３１ｂ トランス
３１ｄ 平滑リアクトル
３１ｅ ダイオード素子（整流用素子）
３２ コンバータ基板（主回路基板）
３２ａ 開口部
３５、３６ 接続端子
４０ コイル基板
５０ バスバー
５０ｂ 冷却部側固定部
５１ 第１バスバー
５１ｂ 固定部（第１冷却部側固定部）
５１ｃ 固定部（基板側固定部）
５１ｅ 延長部
５２ 第２バスバー
５２ｂ 固定部（第２冷却部側固定部）
６０ 基台部（冷却部）
６０ａ 表面
６０ｂ 裏面
６１ 冷却流路
６１１～６１４ 冷却流路
６１５ 冷却流路（第１の冷却流路）
６１６～６１８ 冷却流路
６１９ 冷却流路（第２の冷却流路）
６２ 冷却部本体部（本体部材）
６３ 蓋部（カバー部材）
６３ｃ 凸部
９１ 絶縁部材
１００ 電力変換装置
２００ 直流電源
Ａ 第１係合部
Ａ１ 突起部
Ａ２ 突起部
Ｂ 第２係合部
Ｂ１ 孔部
Ｂ２ 切り欠き部
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による電力変換装置は、１次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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、冷却用液体が流れる冷却流路が設けられるとともに、直流直流コンバータ部が配置される冷却部と、トランスのバスバーが接続されるとともに、冷却部に対向するように配置される主回路基板と、を備え、冷却部は、主回路基板側に突出する凸部を有しており、主回路基板には、冷却部の凸部を露出させるための開口部が設けられており、トランスのバスバーは、冷却流路が設けられる冷却部の凸部に固定される冷却部側固定部を有する。
この場合、好ましくは、冷却部のカバー部材は、主回路基板側に突出する凸部を有しており、バスバーの冷却部側固定部は、カバー部材の凸部に固定されている。このように構成すれば、冷却部のカバー部材に設けられ、主回路基板側に突出するカバー部材の凸部に、バスバーの冷却部側固定部が固定されるので、カバー部材が主回路基板側に突出する凸部を有しない場合に比べて、トランスとカバー部材との間の距離が短くなる。その結果、トランスのバスバーの配線長をより短くすることができるので、より効果的にバスバーからの放熱（トランスの冷却）を行うことができる。また、冷却部のカバー部材に設けられ、主回路基板側に突出する凸部が、主回路基板の開口部によって露出されるので、ネジなどによって、バスバーの冷却部側固定部を凸部に固定する場合でも、開口部を介して、冷却部側固定部を容易に凸部に固定することができる。
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による直流直流コンバータ装置は、１次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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素子と、トランスのバスバーが接続されるとともに、冷却流路が設けられる冷却部に対向するように配置される主回路基板と、を備え、冷却部は、主回路基板側に突出する凸部を有しており、主回路基板には、冷却部の凸部を露出させるための開口部が設けられており、トランスのバスバーは、冷却流路が設けられる冷却部の凸部に固定される冷却部側固定部を有する。


Claims (14)

  1. １次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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、
    冷却用液体が流れる冷却流路が設けられるとともに、前記直流直流コンバータ部が配置される冷却部と、を備え、
    前記トランスの前記バスバーは、前記冷却流路が設けられる前記冷却部に固定される冷却部側固定部を有する、電力変換装置。
  2. 前記バスバーの前記冷却部側固定部は、前記バスバーと前記冷却部とが対向する方向から見て、前記冷却部に設けられる前記冷却流路とオーバーラップするように配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記冷却部は、前記冷却流路が形成される本体部材と、前記本体部材に取り付けられるカバー部材とを含み、
    前記バスバーの前記冷却部側固定部は、前記冷却部の前記カバー部材に固定されるように構成されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記トランスの前記バスバーが接続されるとともに、前記冷却部に対向するように配置される主回路基板をさらに備え、
    前記冷却部の前記カバー部材は、前記主回路基板側に突出する凸部を有しており、
    前記主回路基板には、前記カバー部材の前記凸部を露出させるための開口部が設けられており、
    前記バスバーの前記冷却部側固定部は、前記カバー部材の前記凸部に固定されている、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記バスバーは、前記主回路基板に固定される基板側固定部を有する第１バスバーを含み、
    前記第１バスバーは、前記バスバーと前記冷却部とが対向する方向から見て、前記カバー部材の前記凸部にオーバーラップするように、前記基板側固定部から延長するように設けられる延長部を有しており、
    前記冷却部と前記延長部との間には、絶縁部材が配置されており、
    前記基板側固定部から延長される前記延長部は、前記絶縁部材を介して、前記冷却部に放熱を行うように構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記直流直流コンバータ部は、前記トランスに対して、前記直流直流コンバータ部の出力側に接続されるとともに、前記主回路基板に実装される複数の整流用素子を含み、
    前記バスバーは、複数の整流用素子に対して、前記複数の整流用素子が隣り合う方向、および、前記バスバーと前記冷却部とが対向する方向に交差する方向に隣り合うように配置されており、
    前記バスバーの前記冷却部側固定部は、前記バスバーと前記冷却部とが対向する方向から見て、前記複数の整流用素子に挟まれる位置に配置されている、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記バスバーは、前記コイル基板に対して、前記第１バスバーが配置される側とは反対側に配置される第２バスバーを含み、
    前記冷却部側固定部は、前記第１バスバーが有する第１冷却部側固定部と、前記第２バスバーが有する第２冷却部側固定部とを含み、
    前記第１冷却部側固定部および前記第２冷却部側固定部は、前記バスバーと前記冷却部とが対向する方向から見て、前記冷却部の前記冷却流路にオーバーラップする位置において、互いに接触した状態で前記冷却部に固定されている、請求項５または６に記載の電力変換装置。
  8. 前記主回路基板には、前記第１バスバーの前記基板側固定部が締結固定されるとともに、前記第１バスバーに係合する第１係合部が設けられる接続端子が設けられており、
    前記第１バスバーには、前記第１係合部に係合する第２係合部が設けられている、請求項５～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記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をさらに備え、
    前記インバータ部は、前記カバー部材が取り付けられる面とは反対側の前記冷却部の面に取り付けられている、請求項３～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 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、前記カバー部材が取り付けられる側の前記冷却部の面に取り付けられている、請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 前記直流直流コンバータ部は、前記トランスの２次側に接続される平滑リアクトルをさらに含み、
    前記冷却部には、前記トランスの前記バスバーを冷却する第１の冷却流路と、前記平滑リアクトルを冷却する第２の冷却流路とが形成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. １次側のコイルが形成されるコイル基板、および、２次側のコイルを形成するバスバーを有するトランスを含み、直流電源から入力される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素子を備え、
    前記トランスの前記バスバーは、冷却流路が設けられる冷却部に固定される冷却部側固定部を有する、直流直流コンバータ装置。
  13. 前記冷却部は、前記冷却流路が形成される本体部材と、前記本体部材に取り付けられるカバー部材とを含み、
    前記バスバーの前記冷却部側固定部は、前記冷却部の前記カバー部材に固定されるように構成されている、請求項１２に記載の直流直流コンバータ装置。
  14. 前記トランスの２次側に接続される平滑リアクトルをさらに備え、
    前記冷却部には、前記トランスの前記バスバーを冷却する第１の冷却流路と、前記平滑リアクトルを冷却する第２の冷却流路とが形成されている、請求項１２または１３に記載の直流直流コンバータ装置。
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