JP2023143249A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構成の配置効率を向上させることができる、又は電気的なエネルギー効率を改善することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、素子モジュール２１と、コンデンサ２３と、ケース３１と、冷却器３２と、１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎと、２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎとを備える。ケース３１は、素子モジュール２１、コンデンサ２３及びケース３１を収容する。素子モジュール２１及びコンデンサ２３は冷却器３２の表面３２Ａ側に配置される。電力変換装置１０は、２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎとコンデンサ２３との間に接続される２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎを備える。２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、冷却器３２の表面３２Ｂ側に配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関する。
従来、例えば、冷却器を厚さ方向の両側から挟み込むように配置される半導体モジュール及びコンデンサを備える電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電力変換装置は、半導体モジュール及びコンデンサを接続するために冷却器を跨ぐように設けられるバスバーを備える。
特開２０１９－２０１５２７号公報
ところで、上記した従来技術の電力変換装置のように、冷却器の厚さ方向の両側に配置される半導体モジュール及びコンデンサを備える場合、装置全体の厚みが増大するとともに、バスバーを効率よく配置することが困難であるという問題が生じる。また、半導体モジュールとコンデンサとを接続するバスバーの長さを低減することが困難であり、寄生インダクタンスの増大を抑制することが困難であるという問題が生じる。
本発明は、構成の配置効率を向上させることができる、又は電気的なエネルギー効率を改善することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力変換装置（例えば、実施形態での電力変換装置１０）は、スイッチング素子（例えば、実施形態でのトランジスタ２１ｂ）と、前記スイッチング素子と接続されるコンデンサ（例えば、実施形態でのコンデンサ２３）と、前記スイッチング素子及び前記コンデンサの少なくともいずれか１つを冷却する冷却器（例えば、実施形態での冷却器３２）と、を備える電力変換装置であって、前記スイッチング素子及び前記コンデンサを収容するケース（例えば、実施形態でのケース３１）と、前記ケースに設けられる電力入出力用の複数の端子（例えば、実施形態での正極端子２４ｐ，２５ｐ、負極端子２４ｎ，２５ｎ）と、前記複数の端子のうちの所定端子（例えば、実施形態での２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎ）と前記コンデンサとの間に接続される導電部材（例えば、実施形態での２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎ）とを備え、前記スイッチング素子及び前記コンデンサは、前記冷却器の第１面（例えば、実施形態での表面３２Ａ）側に配置され、前記導電部材は、前記冷却器の第２面（例えば、実施形態での表面３２Ｂ）側に配置される。
（２）上記（１）に記載の電力変換装置では、前記複数の端子は第１端子（例えば、実施形態での１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎ）及び第２端子（例えば、実施形態での２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎ）を備え、前記ケースの第１所定方向（例えば、実施形態でのＹ軸方向）から見た平面視にて、前記第１端子は前記ケースの第２所定方向における第１方向側の部位（例えば、実施形態での第１端部３１ａ）に配置され、前記所定端子である前記第２端子は前記ケースの前記第２所定方向における第２方向側の部位（例えば、実施形態での第２端部３１ｂ）に配置され、前記コンデンサは前記スイッチング素子の前記第２所定方向における前記第１方向側（例えば、実施形態での第１端部３１ａ側）に配置されてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の電力変換装置では、前記導電部材は正極導電部材（例えば、実施形態での２次側正極バスバー６２ｐ）及び負極導電部材（例えば、実施形態での２次側負極バスバー６２ｎ）を備え、前記ケースの所定方向（例えば、実施形態でのＹ軸方向）から見た平面視にて、前記正極導電部材及び前記負極導電部材は、前記冷却器の前記第２面側にて互いに重ならずに前記所定端子に向かって延びるように配置されてもよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の電力変換装置は、前記スイッチング素子を有するモジュール（例えば、実施形態での素子モジュール２１）と前記コンデンサとの少なくともいずれか１つと前記冷却器とを、ともに締結固定する締結部材（例えば、実施形態での第３締結部材５４、第６締結部材５７）を備えてもよい。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の電力変換装置は、前記スイッチング素子の動作を制御する制御器（例えば、実施形態での電子制御ユニット１７、ゲートドライブユニット１８及び基板５１）と、前記スイッチング素子を有するモジュール（例えば、実施形態での素子モジュール２１）と前記コンデンサとの少なくともいずれか１つを前記制御器と前記冷却器との間に配置するための間隔を設けつつ、前記制御器と前記冷却器とを、ともに締結固定する締結部材（例えば、実施形態での第２締結部材５３及び第３締結部材５４、第４締結部材５５及び第５締結部材５６）とを備えてもよい。
（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の電力変換装置では、前記ケースの所定方向（例えば、実施形態でのＹ軸方向）から見た平面視にて、前記冷却器に形成される流路を流れる冷媒の流れ方向は、前記スイッチング素子及び前記コンデンサの並び方向（例えば、実施形態でのＺ軸方向）と交差する方向（例えば、実施形態でのＸ軸方向）を有してもよい。
上記（１）によれば、冷却器の第１面側に配置されるスイッチング素子及びコンデンサを備えることによって、スイッチング素子とコンデンサとの間の接続が長くなることを抑制し、寄生インダクタンスの増大を抑制することができる。
電力入出力用の所定端子とコンデンサとの間に接続される導電部材は、冷却器の第２面側に配置されることによって、例えば導電部材を冷却器の第１面側に配置する場合等に比べて、スイッチング素子、コンデンサ及び導電部材を冷却器に対して効率よく配置することができる。
上記（２）の場合、コンデンサの正極及び負極のうち少なくとも一方は電力入出力用の第１端子及び第２端子に接続されることにより、コンデンサと第１端子との間の接続が長くなることを抑制し、相対的に大きな電流が流れる第１端子及び第２端子とコンデンサとの間の電流経路が長くなることを抑制することができる。
上記（３）の場合、ケースの所定方向から見て正極導電部材及び負極導電部材は重ならないことによって、例えば正極導電部材及び負極導電部材が重なる場合に比べて、装置全体の所定方向での厚みが増大することを抑制することができる。
上記（４）の場合、いわゆる共締めによってモジュール、コンデンサ及び冷却器をケースに固定することができ、各々を個別に締結部材によって固定する場合に比べて、モジュール、コンデンサ及び冷却器を効率よく配置することができる。
上記（５）の場合、いわゆる共締めによって制御器及び冷却器をケースに固定することができ、各々を個別に締結部材によって固定する場合に比べて、制御器及び冷却器を効率よく配置することができる。また、モジュール及びコンデンサの少なくともいずれかを配置するためのスペースを制御器と冷却器との間に確保することができ、装置全体での配置効率を向上させることができる。
上記（６）の場合、スイッチング素子及びコンデンサの並び方向と交差する方向に冷媒が流れることによって、スイッチング素子とコンデンサとを直列的に冷却することができ、冷媒の流路を効率よく設けることができるとともに、スイッチング素子及びコンデンサの各々に対応した設定で効率よく冷却を行うことができる。
本発明の実施形態での電力変換装置を搭載する車両の機能構成の一部を示すブロック図。 本発明の実施形態での電力変換装置を搭載する車両の構成の一部を示す図。 本発明の実施形態での電力変換装置の構成を模式的に示す分解斜視図。 本発明の実施形態での電力変換装置の構成を模式的に示すＹ軸方向から見た図。 本発明の実施形態での電力変換装置の構成を模式的に示すＸ軸方向から見た断面図。
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０について、添付図面を参照しながら説明する。
＜車両＞
図１は、実施形態での電力変換装置１０を搭載する車両１の機能構成の一部を示すブロック図である。
実施形態の電力変換装置１０は、電動車両等の車両１に搭載されている。電動車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。
図１に示すように、例えば、車両１は燃料電池車両である。車両１は、バッテリ１１と、電力制御器１２と、回転電機１３と、燃料電池スタック１４と、コンバータ１５とを備える。実施形態の電力変換装置１０は、例えば、コンバータ１５を備える。
バッテリ１１は、例えば、車両１の動力源である高電圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備える。バッテリモジュールは、直列又は並列に接続される複数のバッテリセルを備える。バッテリ１１の正極端子及び負極端子は、後述する電力制御器１２及びコンバータ１５に接続されている。
電力制御器１２は、例えば、直流と交流との電力変換を行うインバータ等を備える。電力制御器１２は、例えば、３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成されるブリッジ回路を備える。電力制御器１２は、電力の授受によって回転電機１３の動作を制御する。
電力制御器１２は、例えば回転電機１３の力行時には、正極端子及び負極端子から入力される直流電力を３相交流電力に変換して、３相交流電力を３相の交流端子から回転電機１３に供給する。電力制御器１２は、回転電機１３の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることによって回転駆動力を発生させる。
電力制御器１２は、例えば回転電機１３の回生時には、回転電機１３の回転に同期がとられた各相のスイッチング素子のオン（導通）及びオフ（遮断）の駆動によって、３相の交流端子から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。電力制御器１２は、３相交流電力から変換された直流電力をバッテリ１１に供給することが可能である。
図２は、実施形態での電力変換装置１０を搭載する車両１の構成の一部を示す図である。図２に示すように、電力制御器１２のスイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタである。３相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子は、各相で対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ１２ａ，１２ｂである。ハイサイドアームのトランジスタ１２ａのコレクタは正極端子に接続されている。ローサイドアームのトランジスタ１２ｂのエミッタは負極端子に接続されている。ハイサイドアームのトランジスタ１２ａのエミッタとローサイドアームのトランジスタ１２ｂのコレクタとは交流端子に接続されている。電力制御器１２の整流素子は、例えば、各トランジスタ１２ａ，１２ｂのコレクタ－エミッタ間でエミッタからコレクタに向けて順方向に並列に接続される還流ダイオード１２ｃである。
電力制御器１２は、車両１に搭載される制御装置１６から各トランジスタ１２ａ，１２ｂのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）及びオフ（遮断）を切り替える。
回転電機１３は、例えば、３相交流のブラシレスＤＣモータである。回転電機１３は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させる３相のステータ巻線を有する固定子とを備える。３相のステータ巻線は、電力制御器１２の交流端子に接続されている。
回転電機１３は、例えば、車両１の走行駆動用であって、電力制御器１２から供給される電力により力行動作することによって回転駆動力を発生させる。回転電機１３は、例えば、車両１の車輪に連結可能である場合、電力制御器１２から供給される電力により力行動作することによって走行駆動力を発生させる。回転電機１３は、車両１の車輪側から入力される回転動力により回生動作することによって発電電力を発生させてもよい。回転電機１３は、車両１の内燃機関に連結可能である場合、内燃機関の動力によって発電してもよい。
燃料電池スタック１４は、例えば、固体高分子形燃料電池である。固体高分子形燃料電池は、積層された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの積層体を挟み込む一対のエンドプレートとを備える。燃料電池セルは、電解質電極構造体と、電解質電極構造体を挟み込む一対のセパレータと備える。電解質電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟み込む燃料極及び酸素極とを備える。固体高分子電解質膜は、陽イオン交換膜等を備える。燃料極（アノード）は、アノード触媒及びガス拡散層等を備える。酸素極（カソード）は、カソード触媒及びガス拡散層等を備える。
燃料電池スタック１４は、燃料タンクからアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプからカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの反応によって発電する。燃料電池スタック１４の正極端子及び負極端子は、後述するコンバータ１５に接続されている。
＜電力変換装置＞
図２に示すように、実施形態の電力変換装置１０は、コンバータ１５と、電子制御ユニット１７と、ゲートドライブユニット１８とを備える。
コンバータ１５は、例えば、昇圧等の電力変換を行うＤＣ－ＤＣコンバータ等を備える。コンバータ１５は、例えば、４相でブリッジ接続される複数のスイッチング素子及び整流素子によって形成される素子モジュール２１と、２つの複合型リアクトル２２と、コンデンサ（キャパシタ）２３とを備える。コンバータ１５は、燃料電池スタック１４から１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎに入力される電力を昇圧して、昇圧後の電力を２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎから出力する。
コンバータ１５の素子モジュール２１の各相は、例えば、ハイサイドアームのダイオード２１ａと、ローサイドアームのトランジスタ２１ｂ及び還流ダイオード２１ｃとを備える。ハイサイドアームのダイオード２１ａのカソードは、第１端子２６と後述の正極バスバー６５及び２次側正極バスバー６２ｐとを介して、２次側の正極端子２５ｐに接続されている。ローサイドアームのトランジスタ２１ｂのエミッタは、第２端子２７と後述の負極バスバー６６、１次側負極バスバー６１ｎ及び２次側負極バスバー６２ｎとを介して、１次側の負極端子２４ｎ及び２次側の負極端子２５ｎに接続されている。ハイサイドアームのダイオード２１ａのアノードとローサイドアームのトランジスタ２１ｂのコレクタとは接続されている。ローサイドアームの還流ダイオード２１ｃは、トランジスタ２１ｂのコレクタ－エミッタ間でエミッタからコレクタに向けて順方向に並列に接続されている。
複合型リアクトル２２は、例えば、相互に逆極性に磁気結合される２相のコイル２２ａを備える。各相のコイル２２ａの第１の端部は、後述の１次側正極バスバー６１ｐ及び第１バスバー６３を介して、１次側の正極端子２４ｐに接続されている。各相のコイル２２ａの第２の端部は、第３端子２８及び後述の第１バスバー６３を介して、素子モジュール２１の各相でのハイサイドアームのダイオード２１ａのアノードとローサイドアームのトランジスタ２１ｂのコレクタとに接続されている。
コンデンサ２３は、例えば、各トランジスタ２１ｂのオン（導通）及びオフ（遮断）の切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化するキャパシタである。コンデンサ２３の正極端及び負極端は、後述の各正極バスバー６２ｐ，６５及び各負極バスバー６２ｎ，６６を介して、２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎに接続されている。コンデンサ２３の負極端は、後述の負極バスバー６６及び１次側負極バスバー６１ｎを介して、１次側の負極端子２４ｎに接続されている。
コンバータ１５は、ゲートドライブユニット１８から各相のトランジスタ２１ｂのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各トランジスタ２１ｂのオン（導通）及びオフ（遮断）を切り替える。コンバータ１５は、燃料電池スタック１１の発電に起因して１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎから入力される電力を昇圧して、昇圧後の電力を２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎから出力する。コンバータ１５は、各トランジスタ２１ｂのオン（導通）時に複合型リアクトル２２の直流励磁によって磁気エネルギーを蓄積する。コンバータ１５は、各トランジスタ２１ｂのオフ（遮断）時に複合型リアクトル２２の磁気エネルギーによって発生する誘導電圧と１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎに印加される電圧との重畳とによって、１次側の正極端子２４ｐ及び負極端子２４ｎよりも高い電圧を２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎに発生させる。
電子制御ユニット１７は、コンバータ１５の昇圧等の電力変換を制御する。例えば、電子制御ユニット１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。なお、電子制御ユニット１７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路であってもよい。
例えば、電子制御ユニット１７は、コンバータ１５の昇圧時における昇圧電圧指令に応じた電流目標値を用いて、ゲートドライブユニット１８に入力する制御信号を生成する。制御信号は、コンバータ１５の各トランジスタ２１ｂをオン（導通）及びオフ（遮断）に駆動するタイミングを示す信号である。
例えば、電子制御ユニット１７は、２つの複合型リアクトル２２の各々に対して、いわゆる２相のインターリーブによって素子モジュール２１の各トランジスタ２１ｂを駆動する。電子制御ユニット１７は、各複合型リアクトル２２に接続されている２つ（２相）のトランジスタ２１ｂのうちで第１の相のトランジスタ２１ｂのスイッチング制御の１周期と第２の相のトランジスタ２１ｂのスイッチング制御の１周期とを、相互に半周期だけずらしている。
ゲートドライブユニット１８は、電子制御ユニット１７から受け取る制御信号に基づいて、コンバータ１５の各トランジスタ２１ｂを実際にオン（導通）及びオフ（遮断）に駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１８は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１８は、コンバータ１５の昇圧時における昇圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、各トランジスタ２１ｂのオン時間の比率である。
図３は、実施形態での電力変換装置１０の構成を模式的に示す分解斜視図である。図４は、実施形態での電力変換装置１０の構成を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。図５は、実施形態での電力変換装置１０の構成を模式的に示すＸ軸方向から見た断面図である。
以下において、３次元空間で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向は、車両１における各軸に平行な方向である。例えば、Ｚ軸方向は車両１の上下方向に平行であり、Ｙ軸方向は電力変換装置１０の厚さ方向に平行であり、Ｘ軸方向はＺ軸方向及びＹ軸方向に直交する。
図３、図４及び図５に示すように、電力変換装置１０は、コンバータ１５、電子制御ユニット１７及びゲートドライブユニット１８と、ケース３１と、冷却器３２と、支持部材３３とを備える。
ケース３１の外形は、例えばＹ軸方向の端部に底部を有する矩形箱型である。ケース３１の底部は、例えば、コンバータ１５の２つの複合型リアクトル２２が配置される冷却部４１と、冷却部４１に接続される冷却器３２を支持する支持部４２とを備える。冷却部４１及び支持部４２は、例えばＸ軸方向に並んで隣り合うように設けられている。
図４に示すように、例えば、ケース３１のＸ軸方向での冷却部４１側の端部には、冷媒の供給口４３ａ及び排出口４３ｂが形成されている。供給口４３ａ及び排出口４３ｂは、例えば、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶように形成されている。ケース３１の底部のうち冷却部４１のＹ軸方向の厚みは支持部４２のＹ軸方向の厚みよりも大きく形成されている。冷却部４１の内部には、供給口４３ａ及び排出口４３ｂの各々と冷却器３２とに通じることによって冷媒が流通する２つの冷媒流路４１ａが形成されている。２つの冷媒流路４１ａは、例えば、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶように形成されている。
冷却部４１のＸ軸方向での支持部４２側の端部には、２つの冷媒流路４１ａの各々と冷却器３２とに通じる２つの接続口が形成されている。２つの接続口は冷媒の供給側の接続口４３ｃと冷媒の排出側の接続口４３ｄとであって、例えば、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶように形成されている。
冷却部４１の表面にはコンバータ１５の２つの複合型リアクトル２２が配置されている。例えば、２つの複合型リアクトル２２はＹ軸方向で２つの冷媒流路４１ａに対向するようにＺ軸方向に間隔をあけて並んで配置されている。各複合型リアクトル２２の２相のコイル２２ａはＹ軸方向で各冷媒流路４１ａに対向するようにＺ軸方向に間隔をあけて並んで配置されている。
冷却器３２の外形は、例えば厚さ方向がＹ軸方向に設定された矩形板状である。冷却器３２は、例えばウォータージャケットである。冷却器３２は、ケース３１の支持部４２の表面からＹ軸方向に間隔をあけて配置されている。冷却器３２は、ケース３１の冷却部４１に接続されている。冷却器３２の内部には、ケース３１の冷却部４１の２つの接続口４３ｃ，４３ｄに通じる冷媒流路３２ａが形成されている。冷媒流路３２ａのＹ軸方向から見た外形は、例えばＵ字状である。冷媒流路３２ａの形状は、例えば、Ｘ軸方向の第１端側での冷媒の供給側の接続口４３ｃからＸ軸方向の第２端側に向かって延びるとともに、Ｘ軸方向の第２端側で折り返すように湾曲して第１端側での冷媒の排出側の接続口４３ｄに向かって延びる形状である。
冷却器３２のＺ軸方向での両面のうちケース３１の支持部４２側に対する反対側の表面（第１面）３２Ａには、コンバータ１５の素子モジュール２１及びコンデンサ２３がＺ軸方向に間隔をあけて並ぶように配置されている。例えば、コンデンサ２３はケース３１のＺ軸方向の両端のうち第１端部３１ａ側に配置され、素子モジュール２１はケース３１のＺ軸方向の両端のうち第２端部３１ｂ側に配置されている。例えばＹ軸方向から見た平面視にて、コンデンサ２３は素子モジュール２１に対してＺ軸方向での第１端部３１ａ側に配置されている。
例えば、素子モジュール２１はＹ軸方向で冷媒流路３２ａの供給側（つまりＸ軸方向の第１端側での冷媒の供給側の接続口４３ｃからＸ軸方向の第２端側に向かって延びる部位）に対向するように配置されている。素子モジュール２１の４相の各相はＸ軸方向に間隔をあけて並ぶように配置されている。例えば、コンデンサ２３はＹ軸方向で冷媒流路３２ａの排出側（つまりＸ軸方向の第２端側から第１端側での冷媒の排出側の接続口４３ｄに向かって延びる部位）に対向するように配置されている。コンデンサ２３の正極端子及び負極端子はＸ軸方向に間隔をあけて並ぶように（例えば、Ｘ軸方向での両端部に）配置されている。
例えばＹ軸方向から見た平面視にて、冷却器３２の冷媒流路３２ａを流れる冷媒の流れ方向は、素子モジュール２１及びコンデンサ２３の並び方向（例えばＺ軸方向）と交差する方向（例えばＸ軸方向）を有する。
ケース３１の冷却部４１及び冷却器３２では、先ず、ケース３１の供給口４３ａから冷媒流路４１ａを流通する冷媒は１つの複合型リアクトル２２（２つの複合型リアクトル２２のうちＺ軸方向での供給側に配置された複合型リアクトル２２）を冷却する。次に、ケース３１の供給側の接続口４３ｃから冷却器３２の冷媒流路３２ａの供給側を流通する冷媒はコンバータ１５の素子モジュール２１を冷却する。次に、冷却器３２の冷媒流路３２ａの排出側を流通する冷媒はコンバータ１５のコンデンサ２３を冷却する。次に、ケース３１の排出側の接続口４３ｄから冷媒流路４１ａを流通する冷媒は１つの複合型リアクトル２２（２つの複合型リアクトル２２のうちＺ軸方向での排出側に配置された複合型リアクトル２２）を冷却する。そして、冷媒流路３２ａの冷媒はケース３１の排出口４３ｂから外部に排出される。
支持部材３３の外形は、例えば厚さ方向がＹ軸方向に設定された矩形板状である。
図５に示すように、支持部材３３は、電子制御ユニット１７及びゲートドライブユニット１８が配置された基板５１を支持する。基板５１の外形は、例えば厚さ方向がＹ軸方向に設定された矩形板状である。基板５１は、厚さ方向の両面のうち電子制御ユニット１７及びゲートドライブユニット１８が配置された表面の反対側の表面を支持部材３３の表面に対向させるように配置されている。基板５１は、例えば段付きねじ等の第１締結部材５２によって、支持部材３３に対してＹ軸方向に間隔をあけて積層されるように固定されている。
支持部材３３は、コンバータ１５の素子モジュール２１及びコンデンサ２３と冷却器３２とともに支持部４２に固定されている。素子モジュール２１及びコンデンサ２３と冷却器３２とは、支持部材３３の厚さ方向の両面のうち基板５１が締結固定される表面の反対側の表面とケース３１の支持部４２との間で支持部材３３に対してＹ軸方向に間隔をあけて積層されるように配置されている。
支持部材３３は、例えば相互に締結される第２締結部材５３及び第３締結部材５４によって、コンデンサ２３及び冷却器３２とともに支持部４２に締結固定されている。支持部材３３は、例えばボルト等の第２締結部材５３によって第３締結部材５４に締結固定されている。第３締結部材５４は、例えば軸方向両端におねじ及びめねじが形成されたねじ変換継手又は延長継手等である。第３締結部材５４は、例えばコンデンサ２３及び冷却器３２を共締めによって、支持部４２の表面からＹ軸方向に突出するボス４２ａに締結固定している。
支持部材３３は、例えば相互に締結される第４締結部材５５及び第５締結部材５６によって、冷却器３２とともに支持部４２に締結固定されている。支持部材３３は、例えばボルト等の第４締結部材５５によって第５締結部材５６に締結固定されている。第５締結部材５６は、例えば軸方向両端におねじ及びめねじが形成されたねじ変換継手又は延長継手等である。第５締結部材５６は、冷却器３２を支持部４２の表面からＹ軸方向に突出するボス４２ａに締結固定している。
コンバータ１５の素子モジュール２１と冷却器３２とは、例えばボルト等の第６締結部材５７による共締めによって、支持部４２の表面からＹ軸方向に突出するボス４２ｂに締結固定されている。
図２及び図３に示すように、電力変換装置１０は、例えば、１次側正極バスバー６１ｐ及び１次側負極バスバー６１ｎと、２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎと、２つの第１バスバー６３と、４つの第２バスバー６４と、正極バスバー６５及び負極バスバー６６とを備える。各バスバー６１ｐ，６１ｎ，６２ｐ，６２ｎ，６３，６４，６５，６６は、例えば、銅板等の導電性の板状部材である。
１次側正極バスバー６１ｐは、１次側の正極端子２４ｐ及び２つの第１バスバー６３に接続されている。１次側負極バスバー６１ｎは、１次側の負極端子２４ｎ及び負極バスバー６６に接続されている。１次側正極バスバー６１ｐに接続される１次側の正極端子２４ｐ及び１次側負極バスバー６１ｎに接続される１次側の負極端子２４ｎは、例えばケース３１のＺ軸方向の両端のうち第１端部３１ａに配置されている。
１次側正極バスバー６１ｐは、例えば２つの複合型リアクトル２２に対してＹ軸方向に間隔をあけて配置されている。１次側負極バスバー６１ｎは、例えばＹ軸方向で支持部材３３とコンデンサ２３に接続される負極バスバー６６の端部との間に配置されている。
２次側正極バスバー６２ｐは、２次側の正極端子２５ｐ及び正極バスバー６５に接続されている。２次側負極バスバー６２ｎは、２次側の負極端子２５ｎ及び負極バスバー６６に接続されている。２次側正極バスバー６２ｐに接続される２次側の正極端子２５ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎに接続される２次側の負極端子２５ｎは、例えばケース３１のＺ軸方向の両端のうち第２端部３１ｂに配置されている。
２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、例えば、Ｙ軸方向でのケース３１の支持部４２と冷却器３２との間に配置されている。２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、冷却器３２のＺ軸方向での両面のうちケース３１の支持部４２側の表面（第２面）３２Ｂと、支持部４２の表面４２Ａとの各々に沿って配置されている。２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、ケース３１のＺ軸方向での第１端部３１ａと第２端部３１ｂとの間で第１端部３１ａ側から第２端部３１ｂの２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎに向かって延びるように配置されている。２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、第１端部３１ａ側でＹ軸方向に屈曲するようにしてコンバータ１５のコンデンサ２３に向かって延びている。２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、例えば、Ｙ軸方向から見た平面視にて、互いに重ならないように、並行して延びるように配置されている。
２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎの各々は、表面を被覆する電気的絶縁性の絶縁被膜を備える。
２つの第１バスバー６３は、１次側正極バスバー６１ｐと２つの複合型リアクトル２２とに接続されている。
４つの第２バスバー６４は、２つの複合型リアクトル２２の４つのコイル２２ａと４つの第３端子２８とに接続されている。
正極バスバー６５は、４相の第１端子２６と、コンデンサ２３の正極端と、２次側正極バスバー６２ｐとに接続されている。負極バスバー６６は、４相の第１端子２６と、コンデンサ２３の負極端と、１次側負極バスバー６１ｎと、２次側負極バスバー６２ｎとに接続されている。正極バスバー６５及び負極バスバー６６は、例えば、コンデンサ２３にＹ軸方向で積層されるとともにコンデンサ２３の表面に沿ってＸ軸方向に延びるように配置されている。
例えば、正極バスバー６５及び負極バスバー６６のうち、少なくともＹ軸方向で負極バスバー６６とコンデンサ２３とによって挟み込まれる正極バスバー６５は、表面を被覆する電気的絶縁性の絶縁被膜を備える。
上述したように、実施形態の電力変換装置１０は、冷却器３２の表面（第１面）３２Ａ側に配置される素子モジュール２１及びコンデンサ２３を備えることによって、素子モジュール２１とコンデンサ２３との間の接続が長くなることを抑制し、寄生インダクタンスの増大を抑制することができる。また、例えば素子モジュール２１及びコンデンサ２３を冷却器３２の厚さ方向（Ｙ軸方向）の両側に配置する場合等に比べて、装置全体の厚みが増大することを抑制することができる。
２次側の正極端子２５ｐ及び負極端子２５ｎとコンデンサ２３との間に接続される２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、冷却器３２の表面（第２面）３２Ｂ側に配置されることによって、例えば各バスバー６２ｐ，６２ｎを冷却器３２の表面（第１面）３２Ａ側に配置する場合等に比べて、素子モジュール２１、コンデンサ２３及び２次側の各バスバー６２ｐ，６２ｎを冷却器３２に対して効率よく配置することができる。
コンデンサ２３は、素子モジュール２１に対してケース３１のＺ軸方向での第１端部３１ａ側に配置されていることにより、第１端部３１ａに配置される１次側の負極端子２４ｎとコンデンサ２３との間の接続が長くなることを抑制することができる。これにより、相対的に大きな電流が流れる１次側の負極端子２４ｎとコンデンサ２３との間の電流経路が長くなることを抑制することができる。
Ｙ軸方向から見て、２次側正極バスバー６２ｐ及び２次側負極バスバー６２ｎは、互いに重ならないことによって、装置全体のＹ軸方向（厚さ方向）での厚みが増大することを抑制することができる。
第３締結部材５４及び第６締結部材５７は、いわゆる共締めによって素子モジュール２１、コンデンサ２３及び冷却器３２をケース３１に固定することができ、各々を個別に締結部材によって固定する場合に比べて、素子モジュール２１、コンデンサ２３及び冷却器３２を効率よく配置することができる。
第２締結部材５３及び第３締結部材５４と、第４締結部材５５及び第５締結部材５６とは、いわゆる共締めによって電子制御ユニット１７及びゲートドライブユニット１８が固定された支持部材３３と冷却器３２とをケース３１に固定することができ、各々を個別に締結部材によって固定する場合に比べて、各ユニット１７，１８及び冷却器３２を効率よく配置することができる。また、素子モジュール２１及びコンデンサ２３を配置するためのスペースを支持部材３３と冷却器３２との間に確保することができ、装置全体での配置効率を向上させることができる。
冷却器３２の冷媒流路３２ａでは、素子モジュール２１及びコンデンサ２３の並び方向（例えば、Ｚ軸方向）と交差する方向（例えば、Ｘ軸方向）に冷媒が流れることによって、素子モジュール２１とコンデンサ２３とを直列的に冷却することができる。これにより、冷媒流路３２ａを効率よく設けることができるとともに、素子モジュール２１及びコンデンサ２３の各々に対応した適切な設定で効率よく冷却を行うことができる。
（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、基板５１は、例えば段付きねじ等の第１締結部材５２によって、支持部材３３に対してＹ軸方向に間隔をあけて積層されるように固定されているとしたが、これに限定されない。例えば、基板５１はＹ軸方向で支持部材３３に接するようにして、ねじ等によって締結固定されてもよい。また、例えば、基板５１及び支持部材３３は一体的に構成されてもよい。
上述した実施形態では、第３締結部材５４及び第５締結部材５６の各々は、例えばねじ変換継手又は延長継手等であるとしたが、これに限定されない。例えば、第３締結部材５４及び第５締結部材５６の少なくともいずれかは、支持部材３３とコンデンサ２３又は冷却器３２とを、Ｙ軸方向に所定の間隔を設けつつ、ともにケース３１に対して締結固定する締結部材、例えば段付きボルト等であってもよい。Ｙ軸方向の所定の間隔は、例えば、支持部材３３と冷却器３２との間に素子モジュール２１及びコンデンサ２３を配置するために必要な間隔等である。
上述した実施形態では、第３締結部材５４はコンデンサ２３及び冷却器３２を、ともにケース３１に締結固定し、第６締結部材５７は素子モジュール２１及び冷却器３２を、ともにケース３１に締結固定するとしたが、これに限定されない。例えば、素子モジュール２１とコンデンサ２３との少なくともいずれか１つと冷却器３２とを、ともにケース３１に締結固定する締結部材を備えてもよい。
上述した実施形態において、電力変換装置１０は車両１に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１…車両、１０…電力変換装置、１５…コンバータ、１６…制御装置、１７…電子制御ユニット（制御器）、１８…ゲートドライブユニット（制御器）、２１…素子モジュール（モジュール）、２１ｂ…トランジスタ（スイッチング素子）、２２…複合型リアクトル、２２ａ…コイル、２３…コンデンサ、２４ｐ…正極端子（端子、第１端子）、２４ｎ…負極端子（端子、第１端子）、２５ｐ…正極端子（端子、所定端子、第２端子）、２５ｎ…負極端子（端子、所定端子、第２端子）、２６…第１端子、２７…第２端子、２８…第３端子、３１…ケース、３１ａ…第１端部（第１方向側の部位）、３１ｂ…第２端部（第２方向側の部位）、３２…冷却器、３２Ａ…表面（第１面）、３２Ｂ…表面（第２面）、３３…支持部材、４１…冷却部、４２…支持部、５１…基板（制御器）、５３…第２締結部材（締結部材）、５４…第３締結部材（締結部材）、５５…第４締結部材（締結部材）、５６…第５締結部材（締結部材）、５７…第６締結部材（締結部材）、６１…１次側正極バスバー、６１ｎ…１次側負極バスバー、６２ｐ…２次側正極バスバー（導電部材、正極導電部材）、６２ｎ…２次側負極バスバー（導電部材、負極導電部材）、６３…第１バスバー、６４…第２バスバー、６５…正極バスバー、６６…負極バスバー。

Claims (6)

  1. スイッチング素子と、
    前記スイッチング素子と接続されるコンデンサと、
    前記スイッチング素子及び前記コンデンサの少なくともいずれか１つを冷却する冷却器と、
    を備える電力変換装置であって、
    前記スイッチング素子及び前記コンデンサを収容するケースと、
    前記ケースに設けられる電力入出力用の複数の端子と、
    前記複数の端子のうちの所定端子と前記コンデンサとの間に接続される導電部材と
    を備え、
    前記スイッチング素子及び前記コンデンサは、前記冷却器の第１面側に配置され、
    前記導電部材は、前記冷却器の第２面側に配置される
    ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記複数の端子は第１端子及び第２端子を備え、
    前記ケースの第１所定方向から見た平面視にて、
    前記第１端子は前記ケースの第２所定方向における第１方向側の部位に配置され、
    前記所定端子である前記第２端子は前記ケースの前記第２所定方向における第２方向側の部位に配置され、
    前記コンデンサは前記スイッチング素子の前記第２所定方向における前記第１方向側に配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記導電部材は正極導電部材及び負極導電部材を備え、
    前記ケースの所定方向から見た平面視にて、
    前記正極導電部材及び前記負極導電部材は、前記冷却器の前記第２面側にて互いに重ならずに前記所定端子に向かって延びるように配置される
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記スイッチング素子を有するモジュールと前記コンデンサとの少なくともいずれか１つと前記冷却器とを、ともに締結固定する締結部材を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記スイッチング素子の動作を制御する制御器と、
    前記スイッチング素子を有するモジュールと前記コンデンサとの少なくともいずれか１つを前記制御器と前記冷却器との間に配置するための間隔を設けつつ、前記制御器と前記冷却器とを、ともに締結固定する締結部材と
    を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記ケースの所定方向から見た平面視にて、
    前記冷却器に形成される流路を流れる冷媒の流れ方向は、前記スイッチング素子及び前記コンデンサの並び方向と交差する方向を有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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