JP5250297B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は電力変換装置に係り、例えば車両に用いる好適な電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, for example, a power conversion device suitable for use in a vehicle.
電力変換装置は制御対象である電動機と対に配置され、その配置されるスペースに自由度を持たせるようそれぞれ装置の小型化が進んでいる。同時に相互間のエネルギーを電線によって受け渡しを行うが、車両全体及び電力変換装置の小型化が進んでいるため電線を配線するためのスペースが限られてしまう。そのため、配線方法についての検討が必要になる。また、電線の接続端子部と被接続側装置接続端子部にはそれぞれ寸法公差が存在し、その公差を許容し得る構造となっていなければ、応力の発生,作業性の悪化を招くことになる。このように接続部に生じる部品寸法公差の許容する技術の例としては下記特許文献1に詳しく開示されている。 The power conversion device is disposed in a pair with the electric motor to be controlled, and the size of the device is being reduced so that the space in which the power conversion device is disposed has a degree of freedom. At the same time, energy is transferred between the wires, but the space for wiring the wires is limited due to the downsizing of the entire vehicle and the power converter. Therefore, it is necessary to study the wiring method. In addition, there is a dimensional tolerance in each of the connecting terminal portion of the electric wire and the connected device connecting terminal portion, and if the tolerance is not allowed, stress is generated and workability is deteriorated. . An example of a technique that allows the dimensional tolerance of the parts generated in the connection portion is disclosed in detail in Patent Document 1 below.
電力変換装置及び電動機を用いたシステムを有する電気自動車や内燃機関と併用したハイブリッドタイプの電気自動車では、従来存在しなかった前記システムに対する必要容積はできるだけ小さくすることが望まれている。また、電動機の大容量化が望まれ、装置間を結ぶ電線サイズも大きくなり、配線が困難となりつつある。 In an electric vehicle having a system using a power conversion device and an electric motor and a hybrid type electric vehicle used in combination with an internal combustion engine, it is desired to reduce the necessary volume for the system that has not existed conventionally. In addition, an increase in the capacity of the electric motor is desired, and the size of the electric wire connecting the devices has increased, making wiring difficult.
本発明の課題は、電力変換装置及びそれを用いた車両全体の小型化かつ冷却効率を向上させ、さらに接続及び配線を容易化することである。 An object of the present invention is to reduce the size and cooling efficiency of a power conversion device and a vehicle using the power conversion device, and to facilitate connection and wiring.
本発明によって提供される電力変換装置は、略箱形状を成す金属ハウジング底面に電動機用出力取出口が配置され、電動機からの電線接続作業は前記ハウジング上面の専用開口部から行う。 In the power conversion device provided by the present invention, an output outlet for an electric motor is arranged on the bottom surface of a metal housing having a substantially box shape, and electric wire connection work from the electric motor is performed from a dedicated opening on the upper surface of the housing.
さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、接続作業専用の開口部を覆うカバーにはインターロックスイッチを有している。 Furthermore, the power converter provided by the present invention has an interlock switch on the cover that covers the opening dedicated to the connection work.
さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、電動機からの電線長さに対応して電力変換装置側出力用バスバー接続面が動くことが出来る構造を有し、かつ接続部の接続状態を確認できる窓部を有している。 Furthermore, the power converter provided by the present invention has a structure in which the power converter side output bus bar connecting surface can move corresponding to the length of the electric wire from the motor, and confirms the connection state of the connecting portion. It has a window part that can.
さらに、本発明によって提供される電力変換装置は、電動機からの電線長さに対応して出力用バスバー接続面が動くことで電動機出力電流検出器のバスバー貫通部内壁に損傷を与えないような部品を有している。 Further, the power converter provided by the present invention is a component that does not damage the inner wall of the bus bar penetrating portion of the motor output current detector by moving the output bus bar connecting surface corresponding to the length of the electric wire from the motor. have.
本発明の効果は、電力変換装置及びそれを用いた車両全体の小型化を達成でき、さらに接続及び配線を容易化することが可能である。 The effects of the present invention can achieve downsizing of the power conversion device and the entire vehicle using the power conversion device, and further facilitate connection and wiring.
本発明による電力変換装置の実施例について、以下に図を用いて説明する。 Embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明である電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例を示した内部構造の概略図である。図1における自動車は、前輪140をエンジンおよび電動機からなるエンジン動力ユニット300で駆動させており、該電動機には、前輪用電力変換装置200によってバッテリ120から供給された直流電流を変換した三相交流電流が供給される。
FIG. 1 is a schematic diagram of an internal structure showing an embodiment of a hybrid electric vehicle equipped with a power conversion device according to the present invention. The vehicle in FIG. 1 has a
一方、後輪130は後輪用電動機110によって駆動させており、後輪用電動機110には、本発明である電力変換装置100によってバッテリ120から供給された直流電流を変換した三相交流電流が供給される。
On the other hand, the
なお、本実施例における自動車は前輪140をエンジン動力ユニット300で駆動し、後輪は電力変換装置100を用いて後輪用電動機110を駆動し、四輪駆動可能な構成となっている。しかし、本電力変換装置を用いた動力または既存のエンジン動力を組み合わせによる動力で前輪または後輪のみを駆動する自動車への展開も容易であることは明らかである。
In the present embodiment, the vehicle is configured such that the
ここでは前述の四輪駆動可能な構成を代表として説明する。エンジン動力ユニット300とその電動機を駆動するための電力変換装置200がエンジンルームに配置され前輪140を駆動する。その際の電力はバッテリ120から給電され、必要に応じて回生電力をバッテリ120へ蓄える。同バッテリは本発明による電力変換装置100にも給電し、後輪用電動機110を駆動し、後輪130を前輪の駆動状況と協調させながら四輪駆動を可能とする。
Here, the configuration capable of four-wheel drive will be described as a representative. An
図1に示すように動力軸150は、ばね下である車両下部に配置されることが多く、後輪用電動機110は動力軸と同一平面に配置されている。これにより、ばね上に位置する座席等に、後輪用電動機110による振動や動力軸によって発生するモーメントを緩和させる構成となっている。
As shown in FIG. 1, the
電力変換装置100は後輪用電動機110の上方に配置されることが望ましい。電力変換装置100を後輪用電動機110の側部に配置した場合、後輪用電動機110と同一の環境にさらされることになり、モーメントによる影響や振動による影響を受けやすくなる。さらに、電力変換装置100は制御回路基板504といった基板を搭載しているため、耐環境性が厳しいことが挙げられる。
The
また、配線の引き回しと小型化の観点からも、電力変換装置100はモータの上方に配置され車室内に配置されることが望ましい。
Further, from the viewpoint of wiring and miniaturization, it is desirable that the
図1に示されるように車両の動力軸は、前述のように、動力軸の回転モーメントによる車両の振動を低減するために、車体下方に配置されることが多い。そのため、この動力軸に機械的に連結される後輪用電動機110は、車体下方かつ後輪130の車軸付近に配置されることになる。また、後輪130の車軸付近は、後部座席やトランクルームや他の電装品等が存在するため、電力変換装置100を配置するためのスペースが限られる。
As shown in FIG. 1, the power shaft of the vehicle is often arranged below the vehicle body in order to reduce the vibration of the vehicle due to the rotational moment of the power shaft, as described above. Therefore, the
以上の理由から、上述の後輪用電動機110と電気的及び機械的に接続される電力変換装置100は、後輪用電動機110の上方に配置することが望ましい。このような配置により、車両スペースを有効利用することができ、また後輪用電動機110と電力変換装置100との配線または接続作業が容易となり、さらに接続配線距離を短くすることができる。本実施例における後輪用電動機110と電力変換装置100を接続するための構成及び配線方法は後述する。
For the above reasons, it is desirable to dispose the
バッテリ120の配置は車両スペース等によって決定される。しかし、バッテリ120から前輪側電力変換装置200までの配線スペース及びバッテリ120から電力変換装置100までの配線スペースを低減するために、前輪側電力変換装置200と後輪側の電力変換装置100との間に配置されることが望ましい。また、車両の駆動方式(前輪駆動方式,4輪駆動方式等)や搭載される電装品等に応じて、助手席と運転席の間や、後部座席の下方等に配置することもできる。
The arrangement of the
電力変換装置100とバッテリ120の接続は、電力変換装置100の側部すなわち車両進行方向と垂直方向の面から入力用電線510を這い回し、バッテリと接続されるのが望ましい。このような構成を備えることで、車両進行方向の面から入力用電線を這いまわし車両後方から衝突された場合、電力変換装置とバッテリをつなぐ入力用電線が電力変換装置とバッテリによって挟まれ、当該入力用電線が断線していまい、車両走行ができなくなるといったおそれを防ぐことが出来る。
The
図3(A)は本実施例における電力変換装置100の上面の外観斜視図であり、図3(B)は電力変換装置100の下面の外観斜視図である。電力変換装置100は略長方形の形状を成しており、電力変換装置100は箱体の形状をなすハウジング508を有し、上部には金属製カバー501を、底部には冷却水を流す流路形成するための底板509を有している。
FIG. 3A is an external perspective view of the upper surface of the
ハウジング508の側面にはバッテリからの電流を供給するための入力用電線510が接続されている。金属製カバー501には、後述するインターロックスイッチ5021が取り付けられている。底板509には、冷却水を供給するための冷却水路用入口パイプ5093がバッテリ電流を供給するための入力用電線510に近い側に、冷却水を排出するための冷却水路用出口パイプ5092が他方の電動機用出力取出口5091に近い側に圧入されている。さらに底板509には、電動機からの電線を接続するための電動機用出力取出口5091が設けられている。
An
図4は、本実施例における電力変換装置100の分解斜視図であり、本電力変換装置100の全体的な構成を概略的に示している。電力変換装置100は箱体の形状をなすハウジング508を有し、このハウジング508の底部には冷却水路を内部に有する流路形成用底板509が設けられている。またパワーモジュール507は、前記ハウジング508内に設けられており、パワーモジュール507からの出力は出力接続端子部600を介し、ハウジング508の底部に設けた開口部5082と水路形成用底板509に設けられた電動機用出力取出口5091を通じた電動機からの電線と接続される。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the
また、バッテリからの給電は入力用電線510を用いて行われる。この電力は、コモンモードフィルタを内蔵した端子ブロック5101とEMCフィルタ5102を経由した後、直流入力バスバー5103を通電し、主回路部(コンデンサモジュール506及びパワーモジュール507)へ供給される。
In addition, power supply from the battery is performed using the input
ハウジング508の紙面手前側の側面には車両側上位制御部とのインターフェイスコネクタ505を配置するための開口部が設けられる。インターフェイスコネクタ505はハーネスを介して、制御回路基板504と接続される。最上部には全体を覆う金属製カバー501が設けられ、かつ図6,図7に示す出力接続端子部600で作業を可能とする作業用開口部5011を設ける。
An opening for arranging the
パワーモジュール507の上にはバッテリから供給された電流を平滑化するためのコンデンサモジュール506が、コンデンサモジュール506の上には制御回路基板504がそれぞれ積層され、ハウジング508内に配置される。交流出力段バスバー602は、パワーモジュール507のUVWの出力端子と接続され、さらにハウジング508の内壁に沿って配線される。
A
本実施形態における電力変換装置100は、細長い矩形状のハウジング508を用いる。このハウジング508の内部空間は、ノイズフィルタ等(EMCフィルタ5102)の電源系回路部品及び直流入力バスバー5103を収納する第1収納部と、コンデンサモジュール506,パワーモジュール507及びパワーモジュール507を駆動制御する基板等を収納する第2収納部と、交流出力段バスバー602とモータ接続用交流ケーブル等を収納する第3収納部に、分けられる。それら収納部は、入力用電線510が接続された側面から反対側の側面に向かって、第1収納部,第2収納部,第3収納部の順に配置される。このような配置とすることで、入力用電線510から供給される電流の流れが、当該入力用電線510が接続された側面から反対側の側面に向かって直線的になるので、直流入力バスバー5103及び交流出力段バスバー602の配線距離が、ハウジング508内部において短くすることができ、インバータ装置全体の低インダクタンス化及びノイズ低減に資することになる。
The
また、細長い矩形状のパワーモジュール507の長手方向側が、矩形状のハウジング508の長手方向側に沿って配置される。このような構成とすることで、発熱体、主にパワーモジュール507を冷却するための冷却水流路を、直線状であり、かつ距離が大きいものとすることができる。冷却水流路が直線状となることで、冷却水流路に冷却水を供給するための損失を低減することができる。また、冷却水流路の距離をできるだけ大きくすることで、冷却対象であるパワーモジュール507付近の冷却水の流れを乱流にすることができ、冷却効率を高めることが出来る。
Further, the longitudinal direction side of the elongated
電力変換装置100は図5に示す箱体形状をなすハウジング508を有し、このハウジング508の底部には冷却流路を形成する流路開口部5081が設けられている。また、パワーモジュール507の出力接続端子部600と電動機用出力取出口5091を通じて電動機からの電線とを接続するための入線用開口部5082がハウジング508の一方側に設けられている。
The
なお、流路開口部5081は、パワーモジュール507の底部に設けられた金属ベースにより塞がれる。さらにハウジング508の底部は、流路形成体用底板509がネジ留めにより塞がれ、流路形成体用底板509との間に冷却水流路が形成される。このように冷却水をパワーモジュール507の金属ベースに直接接触させることで、パワーモジュール507内部の発熱素子の放熱性を向上させることができる。また、金属ベースにピンフィンまたはストレートフィン等を設けることで、更なる放熱性向上を図ることが出来る。
The flow path opening 5081 is closed by a metal base provided at the bottom of the
図6は、流路形成体用底板509の拡大斜視図である。
FIG. 6 is an enlarged perspective view of the flow path forming
冷却水は、入口パイプ5093を介して入口孔5094から流路に流入し、出口孔5095まで直線状に流れ、出口パイプ5092を介して流路外部へ流出する。パワーモジュール507と対向する第1領域面5097は、他の底板509の面より高くなっている。これにより、流路の深さを、金属ベースに設けられたフィンの高さにできるだけ近づけることができ、冷却水をフィン間に効率よく流入させることができ、冷却効率を向上させることができる。
The cooling water flows into the flow path from the
また、第1領域面5097と入口パイプ5093との間には第2領域面5095が形成され、該第2領域面5095の高さは、第1領域面5097より低くかつ流れ方向に沿って所定以上の距離が確保されている。これにより、入口孔5094から流入した冷却水が、第1領域面5097に到達するまでに層流に変化され、第1領域面5097における冷却効率を向上させることができる。一方、出口孔5095付近は、冷却水の流れを層流に変化させる必要がないので、小型化の観点及び電動機用出力取出口5091が存在することから、第1領域面5097と出口孔5095までの距離は短くなっている。
Further, a
さらに、第1領域面5097と第2領域面5095との間には、斜面5096が形成される。これにより、冷却水が、高さが異なる第1領域面5097と第2領域面5095との間を滑らかに流すことができ、流路内の圧力損失を低減することができる。
Furthermore, a
本実施例のおけるハウジング508,金属製カバー501及び底板509は、熱伝導及び電気伝導がよく、かつ装置全体の軽量化に資するアルミ材を用いる。これら全ての部材が金属製であり、かつハウジング508及び底板509によって流路が形成されるため、電力変換装置全体が、冷却水によって冷やされることになる。コンデンサモジュール506,制御回路基板504等の発熱部材が流路と直接接していなくても、ハウジング508等に熱が伝達され、当該発熱部材を冷却することができる。
The
さらに、車両用電力変換装置のように、車両の発進時に大電流が流れ、単位時間当たりの発熱が大きくなるような使用環境である場合には、熱容量が大きいハウジング508等に一時的に熱を逃がし、素子の破壊を防ぐことが出来る。
Further, in a use environment where a large current flows when starting the vehicle and the heat generation per unit time increases as in a vehicle power converter, heat is temporarily applied to the
なお、より高い熱伝導性を望む場合には、ハウジング508等に銅材等を用いても良く、必要に応じて他の金属材料を用いても良い。また、更なる軽量化を望む場合には樹脂材を用いて良く、さらに軽量かつノイズ低減を望む場合には該樹脂材の表面に金属めっきを施してもよい。
When higher thermal conductivity is desired, a copper material or the like may be used for the
次に、パワーモジュール507,駆動回路基板650,ノイズ除去基板560,第2の放電基板520、および制御回路基板504の回路構成とそれらの接続形態を他の部品とともに、図2を用いて説明する。
Next, the circuit configuration of the
まず、電力変換装置200に入力または電力変換装置100から出力される各信号はノイズ除去基板560を通過する。これらの信号は、後輪用電動機110に組み込まれたロータの回転位置センサ132からの各信号、後輪用電動機110に組み込まれた温度センサ134からの信号,総合制御装置を含む他の制御装置との送受信信号で、通信回線174を介して送受信される信号,総合制御装置から送られてくる起動信号192,異常処理信号194である。なお、上記通信回線174を介して送られてくる信号には、エンジン回転速度の信号やアクセル開度の信号が含まれている。
First, each signal input to or output from the
さらに低電圧バッテリから送られてくる低電圧電流も上記ノイズ除去基板560を通過するように構成されており、12Vバッテリ120からの+電極電源は、ノイズ除去基板560の一辺の側から他方の辺の側にかけて、電極,フィルタ回路570、および電極を介して出力されるようになっており、12Vバッテリ120からの−電極電源は、電極,配線層、および電極を介して出力されるようになっている。
Further, the low voltage current sent from the low voltage battery also passes through the
12Vバッテリ120を除く前記各信号は、ノイズ除去基板560の一辺の側から他方の辺の側にかけて、電極,バイパスコンデンサ562、および電極を介して出力されるようになっている。前記バイパスコンデンサ562は、各信号が伝達される配線層と前記12Vバッテリ120からの−電極電源が供給される配線層との間に介在されて構成されている。
Each signal except for the
このように構成されるノイズ除去基板560は、前記各信号に重畳されるノイズを前記バイパスコンデンサ562によって除去し、後述の制御回路基板504に入力させようとするものである。
The
このノイズ除去基板560は、制御回路基板504とはそれらの基板を異にして形成され、該制御回路基板504と物理的に分離して構成されている。ノイズ除去基板560を、該制御回路基板504の配置個所に拘束されることなく、自由な個所に配置させるためである。
The
前記ノイズ除去基板560を介して入力される前記ロータの回転位置センサ132および温度センサ134からの各信号は、制御回路基板504上においてインターフェース回路732を介してマイクロコンピュータ702に入力されるようになっている。
Each signal from the
前記通信回路174からの情報は、前記通信ドライバ回路720を介して前記マイクロコンピュータ702に送られる。また前記マイクロコンピュータ702から動作状態を表す情報が前記通信ドライバ回路720および前記ノイズ除去基板560を通して通信回線174に送出され、所定の装置、例えば総合制御装置に送られる。この総合制御装置では運転モード、たとえば、車輌の発進時あるいは低速走行時,通常走行時(中速,高速走行時),加速時、減速あるいは制動時の各モードを判定する。運転モードを判定した総合制御装置は、マイクロコンピュータ702に判定結果を送信し、この結果に基づきマイクロコンピュータ702が後輪用電動機110を制御する。
Information from the
前記総合制御装置からの運転モード情報を受け取ったマイクロコンピュータ702は、インバータを構成するパワー半導体素子の動作タイミングを演算処理により求める。マイクロコンピュータ702の演算結果に基づくタイミング信号はインターフェース回路734を介して駆動回路基板650に送出される。
なお、前記後輪用電動機110の固定子巻線の各相を流れる電流値を検出する電流センサ536の出力とパワーモジュール507に組み込まれた温度センサ532の出力とが、インターフェース回路736を介して前記マイクロコンピュータ702に取り込まれる。前記マイクロコンピュータ702は取り込んだ電流センサ536の出力を使用して、前記総合制御装置の指令値に基づく制御が行われるように、パワーモジュール507に搭載されたパワー半導体素子の動作タイミングの演算処理を行い、フィードバック制御する。上記温度センサ532の出力は動作の異常を診断するのに使用する。
The
The output of the
制御回路基板504は異常監視回路760を有している。この異常監視回路760には、前記ノイズ除去基板560および第2の放電基板520を通して得られる上位制御装置である総合制御装置からの異常処理信号が入力される。前記異常処理信号は例えば高電圧部分に危険があると上位制御装置である総合制御装置が判断したときに発せられる信号であり、前記異常監視回路760がこの信号を受けると、前記マイクロコンピュータ702に監視結果として異常状態信号を送出する。この信号に基づき前記後輪用電動機110の運転が前記マイクロコンピュータ702によって停止される。この状態では車両はエンジンの出力トルクで運転される。
The
前記ノイズ除去基板560を介して12Vバッテリ120から直流電力が電源回路750に供給され、電源回路750から安定された一定電圧が出力される。電源回路750の出力は制御回路基板504上のマイクロコンピュータ702とインターフェース回路732およびその他の制御回路基板504上の回路に供給される。
DC power is supplied from the
駆動回路基板650には、前記制御回路基板504のインターフェース回路734を介してマイクロコンピュータ702が発生するスイッチングのタイミング信号が入力される。これらのタイミング信号はたとえばフォトカプラ等からなる絶縁回路622を介してU相のドライバ回路632とV相のドライバ回路634とW相のドライバ回路636にそれぞれ入力される。これらドライバ回路632と634と636とからの各出力は、パワーモジュール507内の各パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する駆動信号として用いられる。
A switching timing signal generated by the
また、駆動回路基板650には、前記ドライバ回路632と634と636とにおける電圧を検知する電圧センサ回路638が設けられている。電圧センサ回路638の出力は、上述したとおり、前記絶縁回路622と前記制御回路基板504のインターフェース回路736を介してマイクロコンピュータ702に送られる。
The
前記ドライバ回路632と634と636とは駆動回路基板650に設けられた電源回路612から定電圧によって駆動される。この電源回路612には前記信号用のコネクタ282からの12V直流電源がノイズ除去基板560および制御回路基板504を介して供給される。
The
本実施形態によるコンデンサモジュール506の分解図を図11に示す。図11に示すように、樹脂モールド用のケース12の内部には、複数のコンデンサからなるコンデンサセルCDSを配置する。ここで、本実施形態では、コンデンサセルCDSとして、金属を蒸着したフィルムを積層巻きし、金属吹き付けにより巻き軸方向の両面に電極11を形成したフィルムコンデンサを用いている。つまり、本実施形態のコンデンサでは、電極11が両側面に対向するようなコンデンサである。
FIG. 11 shows an exploded view of the
コンデンサセルCDSの下部には、幅広導体8,絶縁シート10,幅広導体9の積層体が配置する。
A laminated body of the
幅広導体8は、複数のコンデンサセルCDSを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体8は、円筒形状の複数のコンデンサを並置した場合は、その長手方向の幅、以上の幅広の導体となる。幅広導体8の上面には、コンデンサセルCDSの電極11と接続するための立ち上がり部14が設ける。例えば、図示のように、6個のコンデンサセルCDSから構成する場合、立ち上がり部14は、6個形成する。また、その配置は、図示のように、一番手前のコンデンサセルCDS−Aに接続される立ち上がり部14−Aは、コンデンサセルCDS−Aの紙面の左側の電極11に接続する位置に設け、手前から2番目のコンデンサセルCDS−Bに接続される立ち上がり部14Bは、コンデンサセルCDS−Bの紙面の右側の電極11に接続する位置に設ける。このように、立ち上がり部14を千鳥状とする。
The
幅広導体9も、幅広導体8と同様に、複数のコンデンサセルCDSを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体9は、円筒形状の複数のコンデンサセルCDSを並置した場合のその長手方向の幅以上の幅広の導体とする。幅広導体9の上面にも同様に、コンデンサセルCDSの電極11と接続するための立ち上がり部15を設ける。幅広導体8と幅広導体9を積層した状態では、立ち上がり部15は、幅広導体8に形成された貫通穴16を貫通して、幅広導体8の上部に突出する。図示のように、6個のコンデンサセルCDSでは、立ち上がり部15は、立ち上がり部14と同様に6個形成する。また、その配置は、図示のように、一番手前のコンデンサセルCDS−Aに接続する立ち上がり部15Aは、コンデンサセルCDSの右側電極11に接続する位置に設け、手前から2番目のコンデンサCDS−Bに接続する立ち上がり部15−Bは、コンデンサセルCDSの左側電極11に接続する位置に設けられ、立ち上がり部15を千鳥状に設ける。したがって、1個のコンデンサセルCDSについてみると、一方の端面の電極11に幅広導体8の立ち上がり部14を接続し、他方の端面の電極11には幅広導体9の立ち上がり部15を接続する。コンデンサモジュール506を構成する複数のコンデンサCDSは、幅広導体8と幅広導体9に対して並列接続する。積層幅広導体8,9とコンデンサセルCDSの側面電極11は、はんだ等により電気的に固着する。
As with the
コンデンサセルCDSの接続用端子である立ち上がり部14,15は、積層幅広導体8,9の一部を切り抜き、幅広導体面から立体的に立ち上げて形成する。これにより、接続部材を新たに用いることなく、コンデンサセルCDSと幅広積層導体8,9の接続ができ、はんだ付け箇所を減らし、工数低減,コスト低減になるほか、接続部の信頼性向上,電気抵抗低減,放熱性向上になる。
The rising
積層幅広導体8,9は、抵抗が低く、熱伝導が低い銅材を用いる。なお、軽量化が要求される場合は、アルミ材を用い、その表面にニッケル等をメッキすれば、はんだ接続が可能となる。積層幅広導体8,9の厚さは1mmとしている。
The laminated
絶縁シート10としては、可能な限り薄いものが望ましく、電力変換装置内の環境温度が最大120℃であれば、ポリプロピレン(PP)や、ポリエチレン(PET)の1mm以下の0.2mm,0.4mm程度で、容易に形状が変形でき、モールド樹脂と密着性がいいものを用いる。絶縁シート10が薄いほど幅広導体8,9を近接して積層することができるため、インダクタンスを小さくすることができる。電流容量が低い電力変換装置INVであれば、積層幅広導体8,9の代わりに、絶縁シート10の両面に金属をプリントしたものを用いることで、プリントした金属を幅広導体としてもよい。この場合は、接続導体を別途用意し接続する。
The insulating
幅広導体8及び幅広導体9は、コンデンサセルCDSを載置する第1の平面部と、この第1の平面部に対して、直角に折り曲げられた第2の平面部とを備えている。幅広導体8及び幅広導体9の第2の平面部の中央付近には、図12に示すように、平面部の長手方向に延在するU字状のベント部8c,9cが設けられている。ベント部8c,9cは、接続部の応力を緩和する。ベンド部の構造としては、U字ベンド以外にも、V字ベンドなど、接続部への応力を緩和する構造であればよい。
The
図13及び図14に示すように、パワーモジュール507は、冷却用の銅ベース20と、その上面の外周に接着したケース21と、銅ベース20の上面の中央部付近にはんだ付けした絶縁基板19、その絶縁基板の回路パターンの上にはんだ付けしたIGBT(M)、ダイオードと、ケース21の内部から外部に向けて引き出された外部接続導体22とを有している。外部接続導体22−Cは、U相アーム,V相アーム,W相アームの各6個の両端電極を構成し、端部がコンデンサモジュールとの接続部(4a−U,3a−U,4a−V,3a−V,4a−W,3a−W)となる。また、外部接続導体22−Mは、U相アーム,V相アーム,W相アームの中点で、3相電圧を出力する電極を構成し、端部が電動機MG1へ3相交流を出力する接続部(24U,24V,24W)となる。IGBT(M)やダイオードと外部接続導体22−Cの接続,三相出力の外部接続導体22−Mと絶縁基板上の回路パターンの接続,絶縁基板上のパターン間の接続は、複数本のアルミワイヤ18により電気的に接続する。
As shown in FIGS. 13 and 14, the
本実施例のパワーモジュール507では、各相の上アーム,下アームには、パワー半導体素子IGBT,ダイオードを3並列接続しているが、特に、これにとらわれる必要はなく、電流容量に合わせて、素子寸法,素子数を変更できることは言うまでもない。また、本実施例では1つのモジュールで3相出力する6イン1モジュールを用いているが、1つのモジュールで1相出力する2イン1モジュールを3個並べて用いてもよい。なお、本実施例では、コンデンサモジュール506とパワーモジュール507の大電流が流れる接続部について説明するため、パワー半導体素子のスイッチングする配線(ゲート配線)や、外部に取り出せる端子,配線パターンは図示していない。
In the
ここで、本実施例のコンデンサモジュール506とパワーモジュール507の接続構造を説明する。
Here, a connection structure between the
図13に示すように、パワーモジュール507の接続部3a,4aがその手前の折り曲げ部から延在する方向(図示のE方向)と、コンデンサモジュール506の接続部3b,4bがその手前の折り曲げ部から延在する方向(図示のF方向)とは同一方向としている。本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュール506とパワーモジュール507との接続部の拡大断面図と電流経路を図15にて説明する。
As shown in FIG. 13, the connecting
ここで、図15に示すように、幅広導体8を流れる電流は、接続部4b,4aを通り、矢印22のように流れる。このとき、接続部4b,4a上の電流をみると、電流方向が逆方向となり、打ち消しあっていることがわかる。つまり、コンデンサモジュール506の接続部4bのインダクタンス62−Pと、パワーモジュール507の接続部のインダクタンス57−Nに、上述の互いに逆方向に電流が流れることで、インダクタンスが結合し、低インダクタンスとなる。
Here, as shown in FIG. 15, the current flowing through the
次に図7を用いて前記インターロックスイッチ5021の詳細を説明する。
Next, details of the
図で示されるように、電力変換装置100は、インターロックスイッチ5021を内蔵した作業用カバー502と受用台座503をネジで結合することで金属製カバー501を挟み、作業用開口部5011を塞ぐ構成を備えている。受用台座503にはインターロックスイッチ5021のメス側スイッチ5022が内蔵されている。
As shown in the figure, the
また受用台座503には、位置決めピン5031が両端に設けられており、これにより生産性を向上させることができる。
The receiving
さらに受用台座503には、受用台座503の外周に沿ってOリング5032が取り付けられている。これにより作業用開口部5011から入ってくる水分等が電力変換装置100の内部に浸入することを防止することができる。
Further, an O-
電力変換装置100は、作業用カバー502のネジを緩め、作業用カバー502を取り外すとインターロックスイッチ5021がメス側スイッチ5022から離される構成となっており、インターロックスイッチ5021がメス側スイッチ5022から離されるとメス側5022は電力変換装置100の制御回路基板504に出力電流を遮断するための信号を送信する。
The
このような構成を備えることにより、コンデンサモジュール506に貯まった電荷が放電され電力変換装置100を分解等を行う際に、作業者が感電することを防止することができる。
With such a configuration, it is possible to prevent the operator from receiving an electric shock when the electric charge stored in the
メス側スイッチ5022の下方には作業用ツールガイド5033が配置されている。この作業用ツールガイド5033によって、組み立ての際に電線端子部604と追加バスバー603を接続するための接続用の工具が入れやすく、工具のガイドの役目を果たし、組立性が向上する。また、このような構成を備えることで、ネジがはずれた際に電力変換装置100の内部にネジが混入することを防ぐことができる。
A
ハウジング508の角部には、ネジカバー5012をハウジング508に固定するためのネジ5083が設けられている。当該ネジカバー5012は、ネジ5083を螺入するためのメスネジ穴部と、突起部5014とによって構成される。突起部5014は、金属製カバー501をハウジング508に固定するためのネジ5016の上面を覆うように構成される。このネジカバー5012を取り外すためには、ネジ5083を外す必要があるが、当該ネジ5083のネジ頭は、電力変換装置100の底面側に存在する。
A
そのため、作業者が金属製カバー501を外して修理等する場合には、まず、図3に示された入力用電線510及び出力用ケーブルを取り外し、電力変換装置100を車体から取り外し、さらに工具を用いて電力変換装置100の底部側からネジ5083を取り外す。そしてネジカバー5012が取り外されることで、ハウジング508に固定するためのネジ5016を取り外すことができ、作業者が作業をすることができる。
Therefore, when the worker removes the
このようなネジカバー5012及びネジ5083を用いることにより、電力変換装置100の内部の配線等に触れてコンデンサモジュール506に貯まった電荷が放電して感電するおそれを防止することができる。
By using such a
図8、出力接続端子部600の詳細を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the details of the output
パワーモジュール507の出力部に接続された出力段バスバー602U,602V,602Wは電流検出器601の貫通口を通り、各々の端部は別途設けられた追加バスバー603U,603V,603Wとナット606U,606V,606Wによって接合される。
The output stage bus bars 602U, 602V, and 602W connected to the output section of the
この電流検出器601の貫通口および出力段バスバー602U,602V,602Wの貫通部位断面積は出力条件,温度条件によって最適されている。また追加バスバー603Uの板厚は、弾性変形をしやすい構成を採用する。例えば、追加バスバー603Uの板厚は、弾性変形が必要とされない出力段バスバー602より小さくなっている。また、弾性変形をしやすいように、追加バスバー603に、例えば略S字形状の曲げ部を備える。これにより、3相の電動機側ケーブルのそれぞれの長さの差や電線端子部604の製造公差を吸収することができる。
The cross-sectional area of the through hole of the
なお、同じ相間の出力段バスバー602と追加バスバー603には同じ電流量が流れるので、この出力段バスバー602と追加バスバー603の断面積は略一定にすることが望ましい。そこで、上述のように追加バスバー603の板厚を出力段バスバー602より小さくした場合には、追加バスバー603の幅方向の長さを出力段バスバー602の幅方向の長さより大きくする。
Since the same amount of current flows in the output
図9に示すように、追加バスバー603は、雌ネジを有する電線端子部604にネジ605によって、固定される。
As shown in FIG. 9, the
壁面630及び固定部材620は、水路形成用の底板509にネジ622によって固定される。電流検出器601は、固定部材620にネジ621により固定される。
The
この壁面630は、追加バスバー603と電線端子部604の接続面を観察できる窓部610U,610V,610Wを有する。この構成により、作業者は、この窓部610から当該接続面の接続状態を確認できる。たとえ電線端子部604位置が部品固有の公差等でばらついたとしても、作業者は、追加バスバー603U,603V,603Wを変形または出力段バスバー602U,602V,602Wを上下変動させて、この公差を許容するように、確実に接続させることができる。
The
図9ではハウジング508が省略されているが、前述の窓部610U,610V,610Wと対向するハウジング508の壁面に開口部を設けることで、ハウジング508の外側からでも接続状態が確認できるようになる。
Although the
また、図10に示すように、出力段バスバー602が上下変動した際に、電流検出器601の貫通部壁面630が、当該出力段バスバー602と接触して、電流検出器601の壁面630ひいては内部回路を破損してしまうおそれがある。そこで、電流検出器601の上面に、出力段バスバー602の固定部材620を設置する。この固定部材620は、出力段バスバー602を貫通するための孔を有する板材で構成される。
Also, as shown in FIG. 10, when the output
上記説明した構成により、電動機用ケーブルが、本電力変換装置の底部から挿入されても、当該動機用ケーブルの長さのばらつきをバスバーの変形および上下変動で吸収することができる。また、インターロックスイッチ機能より、安全に作業をすることができる。 With the configuration described above, even when the electric motor cable is inserted from the bottom of the power conversion device, variations in the length of the motivation cable can be absorbed by the deformation and vertical fluctuation of the bus bar. In addition, the interlock switch function enables safe work.
なお上述した本発明による電力変換装置は一実施例としてハイブリッド型の電気自動車の四輪駆動構成について説明したが、これに限定されることなく、少なくとも電動機を使用し、その制御に要する全ての電力変換装置に適用できることは言うまでもない。 The above-described power conversion device according to the present invention has been described as an example of the four-wheel drive configuration of a hybrid electric vehicle. However, the present invention is not limited to this, and at least the electric motor is used to control all the electric power required for the control. Needless to say, the present invention can be applied to a conversion device.
100 電力変換装置
110 後輪用電動機
120 バッテリ
130 後輪
140 前輪
200 前輪用電力変換装置
300 エンジン動力ユニット
501 金属製カバー
502 作業用カバー
503 受け用台座
504 制御回路基板
505 インターフェイスコネクタ
506 コンデンサモジュール
507 パワーモジュール
508 ハウジング
509 底板
510 入力用電線
600 出力接続端子部
601 電流検出器
602(U,V,W) 出力段バスバー
603(U,V,W) 追加バスバー
604(U,V,W) 電線端子部
605(U,V,W) ネジ
606(U,V,W) ナット
610(U,V,W) 窓部
620 固定部材
630 壁面
5011 作業用開口部
5021 インターロックスイッチ
5022 メス側スイッチ
5081 流路開口部
5082 開口部
5091 電動機用出力取出口
5092 出口パイプ
5093 入口パイプ
5101 コモンモードフィルタ内蔵端子ブロック
5102 EMCフィルタ
5103 直流入力バスバー
100
Claims (15)
前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路部と、
前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
前記パワーモジュール、前記制御回路部、および前記平滑コンデンサモジュールを内蔵し、上部にカバーを、下部に底板を設けた筐体と、
第1導電性バスバーと
第2導電性バスバーと、
前記パワーモジュールから出力される電流値を検出するための電流検出器と、を備え、
前記底板は、モータと接続される電力供給線を導入するための配線導入開口部を有し、
さらに前記カバーは、前記配線導入開口部から導入された前記電力供給線の端子と前記パワーモジュールの出力端子とを前記筐体内で接続するための接続作業用の作業用開口部を有し、
前記第1導電性バスバーは、前記パワーモジュールの前記出力端子と接続され、
前記第2導電性バスバーは、前記配線導入開口部まで延設されるとともに前記第1導電性バスバーと前記電力供給線の端子とを電気的に接続し、
前記電流検出器は、前記第1導電性バスバーに接続される電力変換装置。 A power module having a plurality of switching elements for converting a direct current supplied from the battery into an alternating current, and further providing an output terminal on the side for outputting the alternating current power; and
A control circuit unit for controlling the operation of the switching element;
A smoothing capacitor module for smoothing a direct current passed between the battery and the power module;
The power module, the control circuit unit, and the smoothing capacitor module are built-in, a cover provided at the top, and a bottom plate provided at the bottom ;
A first conductive busbar and
A second conductive bus bar;
A current detector for detecting a current value output from the power module,
The bottom plate has a wiring introduction opening for introducing a power supply line connected to the motor,
Further, the cover has a work opening for connection work for connecting the terminal of the power supply line introduced from the wiring introduction opening and the output terminal of the power module in the housing,
The first conductive bus bar is connected to the output terminal of the power module;
The second conductive bus bar extends to the wiring introduction opening and electrically connects the first conductive bus bar and the terminal of the power supply line,
Said current detector, power conversion device connected to the first conductive bus bar.
前記作業用開口部は、前記筐体を挟んで、前記配線導入開口部と対向する位置に設けられる電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The working opening is a power conversion device provided at a position facing the wiring introduction opening with the housing interposed therebetween.
前記パワーモジュールの前記出力端子と前記電力供給線の端子とを電気的に接続し、かつ該出力端子から前記配線導入開口部まで延設された導電性バスバーを備える電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
A power converter comprising: a conductive bus bar that electrically connects the output terminal of the power module and the terminal of the power supply line and extends from the output terminal to the wiring introduction opening.
前記導電性バスバーは、前記電力供給線の端子の接続方向に弾性変形する屈曲部を有する電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The conductive bus bar is a power conversion device having a bent portion that is elastically deformed in a connecting direction of a terminal of the power supply line.
前記屈曲部は略S字の形状を為す電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4, wherein
The bending portion is a power conversion device having a substantially S shape.
前記第2導電性バスバーは、前記電力供給線の端子の接続方向に弾性変形する屈曲部を有する電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 ,
The second conductive bus bar is a power conversion device having a bent portion that is elastically deformed in a connecting direction of a terminal of the power supply line.
前記屈曲部は略S字の形状を為す電力変換装置。 The power converter of placing serial to claim 6,
The bending portion is a power conversion device having a substantially S shape.
前記第2導電性バスバーの幅方向の長さは、前記第1導電性バスバーの幅方向の長さより大きく、かつ該第2導電性バスバーの板厚は、前記第1導電性バスバーの板厚より小さい電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 ,
The length of the second conductive bus bar in the width direction is larger than the length of the first conductive bus bar in the width direction, and the plate thickness of the second conductive bus bar is larger than the plate thickness of the first conductive bus bar. Small power converter.
前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
前記バッテリと前記平滑コンデンサモジュールとの間に接続されるコモンモードフィルタ回路部品と、
前記パワーモジュール、前記平滑コンデンサモジュール及び前記コモンモードフィルタ回路部品を内蔵し、下部に底板を設けた筐体と、を有する電力変換装置であって、
前記底板は、モータと接続される電力供給線を導入するための配線導入開口部を有し、
前記パワーモジュールの前記出力端子と前記電力供給線との接続部は、前記コモンモードフィルタ回路部品と離れて配置され、かつ前記パワーモジュールは該接続部と該コモンモードフィルタ回路部品との間に配置され、
前記筐体は、前記バッテリから直流電流を供給される直流電源端子を設置するための開口部を有し、
該開口部は、前記接続部よりも前記コモンモードフィルタ回路部品に近い側に形成される電力変換装置。 A power module having a plurality of switching elements for converting a direct current supplied from the battery into an alternating current, and further providing an output terminal on the side for outputting the alternating current power; and
A smoothing capacitor module for smoothing a direct current passed between the battery and the power module;
A common mode filter circuit component connected between the battery and the smoothing capacitor module;
Said power module, said built-in smoothing capacitor module and the common mode filter circuit component, a power converter having a housing provided with a bottom plate at the bottom, and
The bottom plate has a wiring introduction opening for introducing a power supply line connected to the motor,
A connection portion between the output terminal of the power module and the power supply line is disposed apart from the common mode filter circuit component, and the power module is disposed between the connection portion and the common mode filter circuit component. And
The housing has an opening for installing a DC power supply terminal supplied with a DC current from the battery,
Opening, the connecting portion and the common mode filter circuit component power is formed on a side converter closer to than.
前記筐体は、流路形成体を有し、
該流路形成体は、冷却水を前記コモンモードフィルタ回路部品から前記接続部へ向かう方向に略直線的に流すように形成された直線型流路である電力変換装置。 The power conversion device according to claim 9 ,
The housing has a flow path forming body,
The flow path forming body is a power conversion device that is a linear flow path formed so that cooling water flows substantially linearly in a direction from the common mode filter circuit component toward the connection portion.
前記底板は、
前記直線型流路に冷却水を流入し、かつ前記コモンモードフィルタ回路部品の近傍に設置された入口管と、
前記直線型流路から冷却水を流出し、かつ前記接続部の近傍に設置された出口管と、備える電力変換装置。 The power conversion device according to claim 10 ,
The bottom plate is
An inlet pipe for flowing cooling water into the linear flow path and installed in the vicinity of the common mode filter circuit component;
A power conversion device comprising: an outlet pipe that flows out cooling water from the linear flow path and is installed in the vicinity of the connection portion.
前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子を搭載した金属製ベース板を備え、
前記流路形成体は、開口部を備え、
前記開口部は、前記金属製ベース板によって塞がれ、該金属製ベース板は、前記冷却水と直接接触する電力変換装置。 The power conversion device according to claim 10 or 11 ,
The power module includes a metal base plate on which the switching element is mounted,
The flow path forming body includes an opening,
The opening is closed by the metal base plate, and the metal base plate is in direct contact with the cooling water.
前記筐体は流路形成体を有し、
前記筐体及び前記パワーモジュールは矩形状を為し、該パワーモジュールの長手方向は該筐体の長手方向と略平行になるように配置され、さらに前記流路形成体は該パワーモジュールの長手方向の沿って形成される電力変換装置。 The power conversion device according to claim 9 ,
The housing has a flow path forming body,
The casing and the power module have a rectangular shape, and the longitudinal direction of the power module is disposed so as to be substantially parallel to the longitudinal direction of the casing. Further, the flow path forming body is disposed in the longitudinal direction of the power module. A power conversion device formed along the line.
前記コンデンサモジュールは矩形状を為し、かつ前記パワーモジュールの上方に配置され、
さらに、前記コンデンサモジュールの長手方向は、前記筐体の長手方向と略平行となるように配置される電力変換装置。 The power conversion device according to claim 13,
The capacitor module has a rectangular shape and is disposed above the power module;
Furthermore, the power converter device arrange | positioned so that the longitudinal direction of the said capacitor | condenser module may become substantially parallel to the longitudinal direction of the said housing | casing.
前記電力変換装置は、
前記バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子を複数有し、側方に出力端子を設けたパワーモジュールと、
前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路部と、
前記バッテリと前記パワーモジュールとの間に通電される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサモジュールと、
前記バッテリと前記平滑コンデンサモジュールとの間に接続されるコモンモードフィルタ回路部品と、
前記パワーモジュール、前記制御回路部、前記コモンモードフィルタ回路部品及び前記平滑コンデンサモジュールを内蔵し、下部に底板を設けた筐体と、を有し、
前記底板は、モータの電力供給線を導入する配線導入開口部を形成し、
前記パワーモジュールの前記出力端子と前記電力供給線との接続部は、前記コモンモードフィルタ回路部品と離れて配置され、かつ前記パワーモジュールは該接続部と該コモンモードフィルタ回路部品との間に配置され、
前記筐体は、前記バッテリから直流電流を供給される直流電源端子を設置するための開口部を有し、
該開口部は、前記接続部よりも前記コモンモードフィルタ回路部品に近い側に形成される車両。 A vehicle having a battery for supplying a direct current, a power converter for converting the direct current to an alternating current, and a motor for driving a rear wheel based on the alternating current,
The power converter is
A power module having a plurality of switching elements for converting a direct current supplied from the battery into an alternating current, and provided with an output terminal on a side;
A control circuit unit for controlling the operation of the switching element;
A smoothing capacitor module for smoothing a direct current passed between the battery and the power module;
A common mode filter circuit component connected between the battery and the smoothing capacitor module;
Said power module, said control circuit unit, incorporates the common mode filter circuit component及 beauty the smoothing capacitor module, comprising a housing provided with a bottom plate at the bottom, and
The bottom plate forms a wiring introduction opening for introducing the power supply line of the motor,
A connection portion between the output terminal of the power module and the power supply line is disposed apart from the common mode filter circuit component, and the power module is disposed between the connection portion and the common mode filter circuit component. And
The housing has an opening for installing a DC power supply terminal supplied with a DC current from the battery,
Opening the car than said connecting portion is formed closer to the common mode filter circuit components both.
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