JP5126136B2 - 電力変換ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ケースとリアクトルを別部品にした電力変換ユニットに関する。

従来から、車両用の電力変換ユニットが知られている。これは、例えば図１３に示すごとく、半導体モジュール９１と冷却管９２とを交互に積層した積層型冷却装置９３と、リアクトル９４とを収納ケース９５内に収納して固定したものである。半導体モジュール９１とリアクトル９４は、電力変換回路を構成している。この電力変換ユニット９０を用いて、直流電源（図示しない）の電力を交流に変換し、供給する。
電力を変換する際に、半導体モジュール９１が発熱するため、冷却管９２に冷媒９６を流し、半導体モジュール９１を冷却している。

電力変換ユニット９０の平面図を図１４に示し、図１４のＦ−Ｆ断面図を図１５に示す。図１５に示すごとく、リアクトル９４は収納ケース９５と一体化している。また、電力変換ユニット９０には圧縮バネ９８が設けられている。この圧縮バネ９８によって冷却管９２および半導体モジュール９１をバネ付勢し、固定している。

一方、リアクトル９４を製造する際に、熱処理を行う必要がある。例えば図１５に示す構造のリアクトル９４では、リアクトルケース９４ｄにコイル９４ｂと中芯９４ｃを入れ、その後、熱可塑性樹脂に鉄粉を分散させた液状のコア９４ａを注入する。そして熱処理炉に入れてコア９４ａを硬化させる。また、図１５に示す構造のリアクトル以外にも、積層型リアクトルが知られており、この積層型リアクトルを製造する際にも、熱処理を行う必要がある。

特開２００５−３３３００８号公報

しかしながら、従来の電力変換モジュール９０は、リアクトル９４と収納ケース９５とが一体になっているため、リアクトル９４に熱処理を行うためには収納ケース９５ごと熱処理炉に入れる必要がある。収納ケースごと熱処理炉に入れると、必要以上にスペースをとるため、作業効率が上がらないという問題がある。そのため、収納ケース９５とリアクトル９４を別部品にし、リアクトル９４だけ熱処理炉に入れるようにしたいという要望がある。

しかしながら、螺子止め等によりリアクトル９４を収納ケース９５に組付けようとすると、リアクトル９４は重い部品であるため、位置決め作業を行いにくいという問題がある。螺子止めではなく、上記圧縮ばね９８を使ってリアクトル９４を固定しようとしても、リアクトル９４は重いため、圧縮ばね９８の力だけでは固定できない。

また、リアクトル９４以外の部品を収納ケース９５に収納することもある。例えば、電力変換回路に用いるコンデンサを収納ケース９５内に収納することがある。コンデンサもリアクトル９４と同様に重い部品であるため、固定の際に位置決め作業を行いにくいという問題がある。
そのため、リアクトル９４やコンデンサ等の重い電子部品を、収納ケース９５とは別部品にすることができ、かつ収納ケース９５に容易に固定できる電力変換ユニット９０が望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、リアクトルやコンデンサ等の重い電子部品を、収納ケースとは別部品にすることができ、かつ収納ケースに容易に固定できる電力変換ユニットを提供しようとするものである。

本発明は、電力変換回路を構成する電子部品と、該電子部品を冷却する冷却管とを交互に複数個積層し、個々の電子部品を上記冷却管で挟持して両面から冷却する積層型冷却器と、
上記電子部品とともに上記電力変換回路を構成し、上記電子部品より重い重量電子部品と、
上記積層型冷却器と上記重量電子部品とを収納する収納ケースと、
を備え、上記重量電子部品は、上記収納ケースから分離可能な別部品であり、該収納ケースへの組付時において、該収納ケース内にて、該重量電子部品を予め定められた方向へ押すスライド操作によって、当該方向へスライド移動するよう構成され、かつそのスライド移動可能な所定範囲内の任意の位置にて上記収納ケースに固定できるよう構成され、
上記積層型冷却器は、上記電子部品と上記冷却管との積層方向と、上記重量電子部品のスライド方向とが一致するように、該重量電子部品に隣接する位置に配置されており、
上記収納ケースは、その内壁面からケース内側に向けて突出するケース側リブ部を備え、上記重量電子部品は、その外壁面に突出形成された部品側リブ部を備え、
上記収納ケースの開口部から上記重量電子部品を差し入れて、上記ケース側リブ部に上記部品側リブ部を載置するとともに、上記ケース側リブ部上を摺動させることにより、上記重量電子部品がスライド移動するよう構成されていることを特徴とする電力変換ユニットにある（請求項１）。

本発明では、重量電子部品を収納ケースとは分離可能な別部品にした。そのため、重量電子部品と収納ケースとが一体になっている従来の電力変換ユニットと比較して、重量電子部品の製造コストを下げることができる。

そして本発明では、重量電子部品を収納ケースへ組付ける際に、上記スライド操作によって、重量電子部品が収納ケース内にてスライド移動するよう構成した。また、そのスライド移動可能な所定範囲内の任意の位置において、重量電子部品を収納ケースに対して固定できるように構成した。
このようにすると、重量電子部品を組付ける際の位置決め作業が楽になる。すなわち、例えば重量電子部品と収納ケースに各々螺孔を形成しておき、これらの螺孔を正確に位置合わせした上でボルトを挿入し、固定しようとすると、電子部品と冷却管の積層により位置のバラツキが大きいため、位置合わせが難しいという問題がある。
しかしながら、上述の構成にすると、重量電子部品を収納ケースに入れ、適宜スライド移動して、おおまかな位置を決めた上で固定できる。そのため、作業を楽に行うことができる。

以上のごとく、本発明によると、リアクトルやコンデンサ等の重い電子部品を、収納ケースとは別部品にすることができ、かつ収納ケースに容易に固定できる電力変換ユニットを提供することができる。

実施例１における、電力変換ユニットの分解斜視図。 実施例１における、積層型冷却器の斜視図。 実施例１における、半導体モジュールの拡大斜視図。 実施例１における、リアクトルの平面図。 図４のＡ−Ａ断面図。 図４のＢ−Ｂ断面図。 実施例１における、（Ａ）電力変換ユニットの製造工程図（Ｂ）図７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図。 図７に続く図。 図８に続く図。 実施例１における、電力変換ユニットの分解斜視図であって、リアクトルの位置を変えたもの。 実施例１における、電力変換ユニットの平面図であって、リアクトルの位置を変えたもの。 実施例１における、電力変換回路の回路図。 従来例における、電力変換ユニットの斜視図。 図１３の平面図。 図１４のＦ−Ｆ断面図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記収納ケースは、その内壁面からケース内側に向けて突出するケース側リブ部を備え、上記重量電子部品は、その外壁面に突出形成された部品側リブ部を備え、
上記収納ケースの開口部から上記重量電子部品を差し入れて、上記ケース側リブ部に上記部品側リブ部を載置するとともに、上記ケース側リブ部上を摺動させることにより、上記重量電子部品がスライド移動するよう構成されている。
したがって、ケース側リブ部上に重量電子部品を載置できるため、収納ケースに底部を設ける必要がなくなる。底部が無ければ、電子部品の端子等に配線接続をしやすくなる。

また、上記収納ケースは、上記ケース側リブ部の主面に突出形成されたガイド凸部を備え、上記重量電子部品は、上記部品側リブ部に貫通形成されたガイド溝を備え、上記ガイド凸部を上記ガイド溝に嵌合することにより、上記重量電子部品をガイドしつつスライド移動できるよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、重量電子部品が所定方向（積層型冷却器の積層方向）にのみスライド移動するよう、ガイドすることができる。そのため、重量電子部品がスライド操作に伴って本来のスライド予定位置から位置ずれし、後述する螺子を用いて固定できなくなる等の不具合を防止できる。

また、上記ケース側リブ部には、上記主面に開口した雌螺子部が形成され、上記部品側リブ部を上記ケース側リブ部に載置した状態で、上記ガイド溝に雄螺子を差し込んで、上記部品側リブ部の、螺子挿入側とは反対側の面から突出した上記雄螺子を上記雌螺子部に螺合することにより、上記重量電子部品を上記収納ケースに対して固定できるよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、螺子を使うため、収納ケースに対して重量電子部品をしっかりと固定でき、固定後に重量電子部品がぐら付く等の不具合が生じにくい。

また、上記冷却管によって上記重量電子部品を挟持し、該重量電子部品を両面から冷却するよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、冷却管を使って重量電子部品を両面から冷却できるため、冷却効率を高くすることができる。

また、上記重量電子部品は昇圧用のリアクトルであることが好ましい（請求項５）。このリアクトルは、上記熱可塑性樹脂を用いたものの他、積層型リアクトルを採用することができる。これらのリアクトルは、製造時に熱処理を加える必要がある。そのため、リアクトルを収納ケースから分離可能に構成することで、リアクトルのみを熱処理炉に入れることができ、熱処理炉のスペースを有効に利用することが可能になる。これにより、リアクトルの製造効率を大幅に上げることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換ユニットにつき、図１〜図１２を用いて説明する。
図１は電力変換ユニット１の分解斜視図である。同図に示すごとく、本例の電力変換ユニット１は、電力変換回路を構成する電子部品２と、電子部品２を冷却する冷却管３とを交互に複数個積層し、個々の電子部品２を冷却管３で挟持して両面から冷却する積層型冷却器４を備える。
また、電子部品２とともに電力変換回路を構成し、電子部品２より重い重量電子部品５を備える。
これら積層型冷却器４と重量電子部品５とは、収納ケース６に収納されている。
重量電子部品５は、収納ケース６から分離可能な別部品であり、収納ケース６への組付時において、収納ケース６内にて、重量電子部品５を予め定められた方向へ押すスライド操作によって、当該方向へスライド移動するよう構成されている。そして重量電子部品５は、そのスライド移動可能な所定範囲内の任意の位置にて収納ケース６に固定できるよう構成されている。
また、積層型冷却器４は、電子部品２と冷却管３との積層方向と、重量電子部品５のスライド方向とが一致するように、重量電子部品５に隣接する位置に配置されている。
以下、詳説する。

図２は、積層型冷却器４の斜視図である。同図に示すように、積層型冷却器４は、電子部品２と冷却管３とを交互に積層して構成しており、冷媒導入口４０および冷媒導出口４１を有する。また、各々の冷却管３の両端部には、連結管４３が設けられている。冷媒導入口４０から冷媒４２を導入することにより、連結管４３を通って全ての冷却管３に冷媒４２が流れる。電子部品２を冷却し温度が上昇した冷媒４２は、冷媒導出口４１から排出される。

個々の電子部品２は、図３に示す形状をしている。同図に示すように電子部品２は、四辺形板状の本体部２０と、その本体部２０の側面から突出したパワー端子２２，２３および信号端子２４とを備える。また、本体部２０の主面に露出する金属製の放熱板２１を有する。本体部２０の中には、後述するＩＧＢＴ素子およびフライホイールダイオードが封止されている。これらＩＧＢＴ素子およびフライホイールダイオードに通電した際の発熱を、放熱板２１を介して冷却管３に伝え、冷却している。

図１に戻る。図示するごとく、本例の収納ケース６は、その内壁面６ａ，６ｂからケース内側に向けて突出するケース側リブ部６０を備えている。また重量電子部品５は、その外壁面５００に突出形成された部品側リブ部５０を備えている。
そして、収納ケース６の開口部から重量電子部品５を差し入れて、ケース側リブ部６０に部品側リブ部５０を載置するとともに、ケース側リブ部６０上を摺動させることにより、重量電子部品５がスライド移動するよう構成されている。
より詳しくは、本例の収納ケース６は、内壁６ａ，６ｂに、相対向するように２個のケース側リブ部６０が形成されている。重量電子部品５にも２個の部品側リブ部５０が形成されている。また、収納ケース６には底部が設けられていない（図５参照）。

また、図１に示すごとく、ケース側リブ部６０の主面に、ガイド凸部６１が突出形成されている。重量電子部品５は、部品側リブ部５０にガイド溝５１が貫通形成されている。ガイド凸部６１をガイド溝５１に嵌合することにより、重量電子部品５をガイドしつつスライド移動できるよう構成されている。

また、ケース側リブ部６０には、主面に開口した雌螺子部６２が形成されている。部品側リブ部５０をケース側リブ部６０に載置した状態で、ガイド溝５１に雄螺子７を差し込んで、部品側リブ部５０の、螺子挿入側とは反対側の面から突出した雄螺子７を雌螺子部６２に螺合することにより、重量電子部品５を収納ケース６に対して固定できるよう構成されている。

図４は、図１の電力変換ユニット１の平面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。また、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。
図４に示すように、収納ケース６内に重量電子部品５と積層型冷却器４とが収納されている。収納ケース６の壁部６ｃと積層型冷却器４との間には圧縮バネ１０が入っており、この圧縮バネ１０の付勢力により積層型冷却器４を積層方向に押圧し、固定している。
また、本例では、重量電子部品３を２個の冷却管３で挟持して両面から冷却している。

図５に示すごとく、本例の重量電子部品３はリアクトルである。なお、図５に示す構造のリアクトル以外にも、積層型リアクトルを用いることができる。また、重量電子部品３として、リアクトルの他、コンデンサを採用することができる。

次に、本例の電力変換ユニット１の製造方法について説明する。まず、図７に示すごとく、収納ケース６を用意して、この中に冷却管３を配置する。
その後、図８に示すごとく、重量電子部品（リアクトル）５を収納ケース６に入れ、重量電子部品５の部品側リブ部５０をケース側リブ部６０上に載置する。この際、ケース側リブ部６０に形成されたガイド凸部６１を、部品側リブ部５０のガイド溝５１に嵌合させる。そして、図の矢印方向にスライド移動し、重量電子部品５を冷却管３に密着させる。この状態で、雄螺子７をガイド溝５１に入れ、雌螺子部６２（図１参照）に螺合させる。これにより、重量電子部品５を収納ケース６に固定する。

次に、図９に示すごとく、積層型冷却器４を収納する。そして積層型冷却器４を図の矢印ａ方向に押し、圧縮バネ１０（図４参照）および固定部材１１を入れる。この圧縮バネ１０の付勢力により、電子部品２と冷却管３を固定する。このようにして、図４の電力変換ユニット１を製造する。

一方、本例の電力変換ユニット１は、重量電子部品５の配置位置を適宜変更することができる。例えば図１に示す重量電子部品５と積層型冷却装置４との位置を逆にして、図１０に示す構造にすることができる。さらに図１１の平面図に示すごとく、積層型冷却装置４間に重量電子部品５を配置することもできる。

次に図１２を用いて、本例の電力変換回路８について説明する。この電力変換回路は、車両に搭載されるもので、コンバータ８１とインバータ８０からなる。コンバータ８１は上記重量電子部品５としてのリアクトル５と、電子部品２（半導体モジュール）から構成される。
また、インバータ部は、複数個の電子部品２を図に示すように配線したものである。電子部品２は、ＩＧＢＴ素子２０とフライホイールダイオード２６を含む。一方の電子部品２ａのエミッタ２８ａと他方の電子部品２ｂのコレクタ２７ｂが接続されて、交流出力端子になっている。また、一方の電子部品２ａのコレクタ２７ａおよび他方の電子部品２ｂのエミッタ２８ｂが、直流入力端子になっている。
直流電源８４の電圧をコンバータ８１で昇圧した後、インバータ８０の直流入力端子に入力する。そして、ＩＧＢＴ素子をスイッチング動作させることにより、交流電圧を発生させ、電力供給する。

次に、本例の作用効果について説明する。
図１に示すごとく、本例の電力変換ユニット１は、重量電子部品５を収納ケース６とは分離可能な別部品にした。そのため、重量電子部品と収納ケースとが一体になっている従来の電力変換ユニットと比較して、重量電子部品５の製造コストや運送コストを下げることができる。また、重量電子部品５の単品の電気的評価を行う際にも、評価を行いやすい。

そして本例では、重量電子部品５を収納ケース６へ組付ける際に、スライド操作によって、重量電子部品５が収納ケース６内にてスライド移動するよう構成した。また、そのスライド移動可能な所定範囲内の任意の位置において、重量電子部品５を収納ケース６に対して固定できるように構成した。
このようにすると、重量電子部品５を組付ける際の位置決め作業が楽になる。すなわち、例えば重量電子部品５と収納ケース６に各々螺孔を形成しておき、これらの螺孔を位置決めした上でボルトを挿入し、固定しようとすると、重量電子部品５は重いため、位置決め時の微調整が難しいという問題がある。
しかしながら、上述の構成にすると、重量電子部品５を収納ケース６に入れ、適宜スライド移動して、おおまかな位置を決めた上で固定できる。そのため、位置決めする際に微調整を行う必要がなくなり、作業を楽に行うことができる。

さらに、本例の電力変換ユニット１は、図１に示すごとく、積層方向とスライド方向とが一致するように、積層型冷却器４を収納ケース６内に配置した。そのため、例えば積層型冷却器４間に重量電子部品５を配置することができる。これにより、重量電子部品５の配置自由度を高めることができる。

また、本例では図１に示すごとく、収納ケース６にケース側リブ部６０を設け、重量電子部品５に部品側リブ部５０を設けた。そして、部品側リブ部５０をケース側リブ部６０上に載置して、摺動させることにより、重量電子部品５がスライド移動するように構成した。
このようにすると、ケース側リブ部６０上に重量電子部品５を載置できるため、収納ケース６に底部を設ける必要がなくなる。底部が無ければ、電子部品２の端子等に配線接続をしやすくなる。

また、本例では図１に示すごとく、ケース側リブ部６０にガイド凸部６１を形成し、部品側リブ部５０にガイド溝５１を形成した。そして、ガイド凸部６１をガイド溝５１に嵌合させるように構成した。
このようにすると、重量電子部品５が所定方向（積層型冷却器４の積層方向）にのみスライド移動するよう、ガイドすることができる。そのため、重量電子部品５がスライド操作に伴って本来のスライド予定位置から位置ずれし、後述する螺子を用いて固定できなくなる等の不具合を防止できる。

また、本例では図１に示すごとく、ケース側リブ部に雌螺子部６２を形成し、重量電子部品５の部品側リブ部５０を載置した状態で、雄螺子７を雌螺子部６２に螺合するように構成した。
このようにすると、雄螺子７を使うため、収納ケース６に対して重量電子部品５をしっかりと固定でき、固定後に重量電子部品５がぐら付く等の不具合が生じにくい。

また、図４に示すごとく、冷却管３によって重量電子部品５を挟持し、重量電子部品５を両面から冷却するようにした。
このようにすると、冷却管３を使って重量電子部品５を両面から冷却できるため、冷却効率を高くすることができる。

また、図５に示すごとく、重量電子部品５は昇圧用のリアクトル５である。このリアクトル５は、熱可塑性樹脂を用いたものの他、積層型リアクトルを採用することができる。これらのリアクトル５は、製造時に熱処理を加える必要がある。そのため、リアクトル５を収納ケース６から分離可能に構成することで、リアクトル５のみを熱処理炉に入れることができ、熱処理炉のスペースを有効に利用することが可能になる。これにより、リアクトル５の製造効率を大幅に上げることができる。

以上のごとく、本例によると、リアクトルやコンデンサ等の重量電子部品５を、収納ケース６とは別部品にすることができ、かつ収納ケース６に容易に固定できる電力変換ユニット１を提供することができる。

１ 電力変換ユニット
２ 電子部品
３ 冷却管
４ 積層型冷却器
５ 重量電子部品（リアクトル）
５０ 部品側リブ部
５１ ガイド溝
６ 収納ケース
６０ ケース側リブ部
６１ ガイド凸部
６２ 雌螺子部
７ 雄螺子

Claims (5)

1. 電力変換回路を構成する電子部品と、該電子部品を冷却する冷却管とを交互に複数個積層し、個々の電子部品を上記冷却管で挟持して両面から冷却する積層型冷却器と、
   上記電子部品とともに上記電力変換回路を構成し、上記電子部品より重い重量電子部品と、
   上記積層型冷却器と上記重量電子部品とを収納する収納ケースと、
   を備え、上記重量電子部品は、上記収納ケースから分離可能な別部品であり、該収納ケースへの組付時において、該収納ケース内にて、該重量電子部品を予め定められた方向へ押すスライド操作によって、当該方向へスライド移動するよう構成され、かつそのスライド移動可能な所定範囲内の任意の位置にて上記収納ケースに固定できるよう構成され、
   上記積層型冷却器は、上記電子部品と上記冷却管との積層方向と、上記重量電子部品のスライド方向とが一致するように、該重量電子部品に隣接する位置に配置されており、
   上記収納ケースは、その内壁面からケース内側に向けて突出するケース側リブ部を備え、上記重量電子部品は、その外壁面に突出形成された部品側リブ部を備え、
   上記収納ケースの開口部から上記重量電子部品を差し入れて、上記ケース側リブ部に上記部品側リブ部を載置するとともに、上記ケース側リブ部上を摺動させることにより、上記重量電子部品がスライド移動するよう構成されていることを特徴とする電力変換ユニット。
2. 請求項１において、上記収納ケースは、上記ケース側リブ部の主面に突出形成されたガイド凸部を備え、上記重量電子部品は、上記部品側リブ部に貫通形成されたガイド溝を備え、上記ガイド凸部を上記ガイド溝に嵌合することにより、上記重量電子部品をガイドしつつスライド移動できるよう構成されていることを特徴とする電力変換ユニット。
3. 請求項２において、上記ケース側リブ部には、上記主面に開口した雌螺子部が形成され、上記部品側リブ部を上記ケース側リブ部に載置した状態で、上記ガイド溝に雄螺子を差し込んで、上記部品側リブ部の、螺子挿入側とは反対側の面から突出した上記雄螺子を上記雌螺子部に螺合することにより、上記重量電子部品を上記収納ケースに対して固定できるよう構成されていることを特徴とする電力変換ユニット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記冷却管によって上記重量電子部品を挟持し、該重量電子部品を両面から冷却するよう構成されていることを特徴とする電力変換ユニット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記重量電子部品は昇圧用のリアクトルであることを特徴とする電力変換ユニット。

Images