JP5423655B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
そして、これらの半導体モジュール921等の電子部品、冷却器93、制御回路基板96は、ケース94に固定され、ケース94内に密封されている。
仮に、単に下蓋941を廃止して、ケース94を、底部のあるケース本体と上蓋とによって構成すれば、シール面を一つにできるが、この場合は、メンテナンス性がさらに低下することとなるし、ケース94の剛性がさらに低下することにもなる。
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出した主電極端子とを備えた複数の半導体モジュールを上記電子部品として備え、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
上記フレームは、被制御電力を入出力する入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備えることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
そして、これによって、ケース自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケースの材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニットごとケースから取り出して、ケースの外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
なお、高さ方向から見た上記フレームの形状としては、例えば、上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲む四角形状、三方から囲むコ字形状、あるいは、間に電子部品を配置した略平行な一対の壁部と両者をつなぐ壁部とからなるH字形状とすることができる。
この場合には、端子台を上記支持アームに支持させるので、電力変換装置を製造する際に、端子台をフレームに取り付ける工程を容易に行うことができる。
この場合には、複数の入出力端子の長さを均等にしやすい。仮に入出力端子を積層方向に延出させたとすると、その入出力端子を載置する端子台から近い位置にある半導体モジュールと、遠い位置にある半導体モジュールとの間で、距離の差が大きくなりやすい。そのため、端子台に近い半導体モジュールに接続した入出力端子は短くなり、端子台から遠い半導体モジュールに接続した入出力端子は長くなりやすい。したがって、短い入出力端子と長い入出力端子との間で差ができてしまい、全ての入出力端子を足し合わせた長さが長くなりやすい。これに対して本発明は、冷却管の長手方向へ複数の入出力端子が延出しているため、個々の入出力端子の長さを均等にしやすく、また、全ての入出力端子を足した長さを短くしやすい。そのため、電力変換装置の製造コストを低減できる。
このようにすると、電流センサが故障しにくくなる。すなわち、上記構成にすると、電流センサの周囲に上記近接バスバー固定部と、複数の上記端子台固定部とが存在する。端子台固定部は、端子台をフレームに固定する箇所であるため、この周囲は端子台がぐらつきにくく、また、該端子台に固定した電流センサもぐらつきにくい。また、近接バスバー固定部は、バスバーをフレームに固定する箇所であるため、この周囲はバスバーがぐらつきにくい。すなわち、端子台固定部と近接バスバー固定部とによって囲まれた位置に電流センサを固定すると、電流センサもバスバーもぐらつきにくいため、振動の影響から電流センサを保護できる。そのため、電流センサが故障しにくくなる。
このようにすると、電流センサが故障しにくくなる。すなわち、上記構成にすると、電流センサの周辺に遠方バスバー固定部と複数の端子台固定部とが存在する。端子台固定部は、端子台をフレームに固定する箇所であるため、この周囲は端子台がぐらつきにくく、また、該端子台に固定した電流センサもぐらつきにくい。また、遠方バスバー固定部は、バスバーをフレームに固定する箇所であるため、この周囲はバスバーがぐらつきにくい。また、すなわち、端子台固定部と遠方バスバー固定部とによって囲まれた位置に電流センサを固定すると、電流センサもバスバーもぐらつきにくいため、振動の影響から電流センサを保護できる。そのため、電流センサが故障しにくくなる。
しかし、ユニット固定部を上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図1〜図19を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の電子部品(半導体モジュール21、コンデンサ22等)と、少なくとも一部の電子部品(本例においては半導体モジュール21)を冷却する冷却器3とを、ケース4内に収容してなる。
半導体モジュール21と冷却器3とは、これらが固定されるフレーム5と共に一体化されて一つの内部ユニット10を構成している。
内部ユニット10は、ケース4に固定されると共にケース4内に密封されている。
また、ケース4も、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金からなる。
なお、図2、図7に示すごとく、支承ピン14を配置する領域付近においては、側方壁部54の内向部542が他の部分よりも内側に突出している。
なお、前後や横などの表現も、同様に便宜的なものであることは言うまでもない。
基板固定部56は、前方壁部52と後方壁部53とのそれぞれから2本ずつ高さ方向Z(上方)へ突出形成されたボスによって構成されている。これらの基板固定部56にはネジ孔が形成されており、4個所の基板固定部56においてビス561によって制御回路基板56をフレーム5に固定してある(図13〜図15)。
コンデンサ固定部57は、前方壁部52と後方壁部53とのそれぞれから2本ずつ、基板固定部56とは反対側の高さ方向Z(下方)へ突出形成されたボスによって構成されている。これらのコンデンサ固定部57にはネジ孔が形成されており、4個所のコンデンサ固定部57においてボルト571によってコンデンサ22をフレーム5に固定してある。
端子台7は、フレーム5における一方の側方壁部54の外側面から外方へ突出形成された2本の支持アーム543に、ボルト(端子台固定部544)によって固定されている。また、図8に示すごとく、端子台7は、側方壁部54に隣接配置されている。
入出力端子71は、バスバーの一端に形成され、該バスバーの他端がコンデンサ22や半導体モジュール21に接続されている。
バスバー保持部710は、前方壁部52上に載置されY方向に延びる第1部分710aと、側方壁部54上に載置されX方向に延びる第2部分710bと、後方壁部53上に載置されY方向に延びる第3部分710cとからなる。バスバーアッセンブリ72は、バスバー保持部710において、フレーム5に固定されている。
3本のバスバー70は、それぞれ複数箇所、直角に折り曲げられている。そして、この折り曲げた部分をバスバー保持部710の第2部分710bで封止している。バスバー70の一端は、上述したように入出力端子71になっている。また、バスバー70はケース5内において分岐しており、半導体モジュール21の複数の主電極端子212(交流端子212c)に接続している。
バスバー保持部710(図8参照)には貫通孔が形成されている。この貫通孔にボルト581を挿入し、バスバー固定部58に螺合することにより、バスバーアッセンブリ72をフレームに固定している。
また、図1に示すごとく、ケース4は、上方が開口したケース本体40と、該ケース本体40の開口部を閉塞する蓋体400とからなる。上記ユニット支承部41は、ケース本体40と一体成形されている。
次いで、フレーム5の内側に、図7、図10に示すごとく、複数の半導体モジュール21と複数の冷却管31とを積層してなる積層体11を配置する。なお、この段階より前に、複数の冷却管31は連結管32によって連結されていると共に冷媒導入管331及び冷媒排出管332が接合された冷却器3が既に組み立てられている。積層体11をフレーム5の内側に配置したとき、冷媒導入管331及び冷媒排出管332は、図7に示すごとく、フレーム5に形成した管用凹面522(図2、図6)に載置される。
次いで、加圧部材12の両端部付近を積層方向Xの前方へ、押圧治具によって押し込むことによって、加圧部材12を弾性変形させつつ、積層体11を圧縮する。加圧部材12を所定量変形させた時点で、加圧部材12の両端部とフレーム5の後方壁部53との間に、円柱状の支承ピン14を挿入する。その後、上記押圧治具を後方へ移動させながら加圧部材12から離すことにより、一対の支承ピン14が加圧部材12と後方壁部53との間に挟持された状態となる。この状態は、すなわち、加圧部材12の付勢力によって積層体11が積層方向に所定の圧力によって圧縮された状態でもある。
次いで、バスバー70を樹脂モールドしてなるバスバーアッセンブリ72をフレーム5に取り付けると共に、バスバー70を半導体モジュール21の主電極端子212に溶接する。また、バスバー70における出力端子71U、71V、71Wを端子台7に載置する。バスバーアッセンブリ72は、フレーム5の3箇所のバスバー固定部58において、ボルト581によって固定する。
また、コンデンサ22における一対のコンデンサ端子71P、71Nを端子台7に載置する。
以上により、内部ユニット10が完成する。
すなわち、ケース本体40に形成されたユニット支承部41の上面に、内部ユニット10の外郭を構成するフレーム5のユニット固定部51を載置する。このとき、冷却器3の冷媒導入管331及び冷媒排出管332に取り付けた環状パッキン333を、ケース本体40に形成された凹部44に嵌め込む。
この状態で、ボルト511を、ユニット固定部51に設けた挿通孔に挿通すると共にユニット支承部41に設けたネジ孔にねじ込むことによって、ケース本体40に内部ユニット10を固定する。
以上により、電力変換装置1を完成させる。
上記電力変換装置1においては、電子部品(半導体モジュール21、コンデンサ22等)と冷却器3とをフレーム5に固定し、これらの電子部品と冷却器3とフレーム5とを一体化した一つの内部ユニット10を構成している。そして、該内部ユニット10をケース4内に固定している。そのため、内部ユニット10がケース4の内部において梁の役割を果たし、ケース4の剛性を高めることができる。
そして、これによって、ケース4自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケース4の材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニット10ごとケース4から取り出して、ケース4の外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
また、内部ユニット10はケース4内に密封されている。すなわち、フレーム5を含めて内部ユニット10全体をケース4内に密封してあるため、シール面を一箇所とすることができる。
また、フレーム5は、導体からなり、複数の半導体モジュール21を内側に配置するように形成されているため、フレーム5によって、半導体モジュール21から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。ケース4も導体によって構成されているが、フレーム5とケース4とによって、半導体モジュール21の電磁ノイズを二重で遮蔽することができる。また、フレーム5は、半導体モジュール21を内側に配置するように形成されているため、電力変換装置1の外側への電磁ノイズの漏れを抑制することができる。
このようにすると、端子台7を支持アーム543に支持させるので、電力変換装置1を製造する際に、端子台7をフレーム5に取り付ける工程を容易に行うことができる。
このようにすると、複数の入出力端子71の長さを均等にしやすい。仮に入出力端子71を積層方向(X方向)に延出させたとすると、その入出力端子71を載置する端子台7から近い位置にある半導体モジュール21と、遠い位置にある半導体モジュール21との間で、距離の差が大きくなりやすい。そのため、端子台7に近い半導体モジュール21に接続した入出力端子71は短くなり、端子台7から遠い半導体モジュール21に接続した入出力端子71は長くなりやすい。したがって、短い入出力端子71と長い入出力端子71との間で差ができてしまい、全ての入出力端子71を足し合わせた長さが長くなりやすい。これに対して本例では、冷却管31の長手方向(Y方向)へ複数の入出力端子71が延出しているため、個々の入出力端子71の長さを均等にしやすく、また、全ての入出力端子71を足した長さを短くしやすい。そのため、電力変換装置1の製造コストを低減できる。
また、前方壁部52及び後方壁部53は、側方壁部54よりも、壁厚みが大きい。すなわち、図4、図5に示す板厚みt1、t2が、t1>t2である。これにより、加圧部材12の反力を受ける前方壁部52及び後方壁部53の剛性を高めることができると共に、加圧部材12の反力を直接受けない側方壁部54の軽量化を図ることができる。その結果、加圧部材12の反力に対抗するのに必要なフレーム5の剛性を確保しつつ、効果的にフレーム5の軽量化を図ることができる。
また、図5に示すごとく、側方壁部54は、断面略L字状のL型壁部によって構成してあるため、充分な剛性を確保しつつ側方壁部54の軽量化及び材料費の低減を図ることができる。
しかし、ユニット固定部51を制御回路基板6の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
また、図3、図8に示すごとく、複数のバスバー固定部58のうちの2個は、フレーム5の中央よりも端子台7に近い位置に配置されている。これにより、バスバーアッセンブリ72をフレーム5に安定して固定することができると共に、端子台7に入出力端子71を安定して配置することができる。その結果、入出力端子71と外部端子との安定した接続状態を確保することができる。
本例は、図20、図21に示すごとく、電流センサ750を設けた例である。実施例1と同様に、本例の内部ユニット10は、入出力端子71を一端に設けたバスバー70を有する。また、フレーム5は、バスバー70を固定するバスバー固定部58と、端子台7を固定する端子台固定部544とをそれぞれ複数有する。
なお、本例では、上記四角形Sの内側に電流センサ750が入るようにしているが、四角形Sの代わりに3角形や5角形等にしてもよい。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
本例の電力変換装置1は、電流センサ750が故障しにくい。すなわち、上記構成にすると、電流センサ750の周囲に近接バスバー固定部58a,58bと、複数の端子台固定部544とが存在する。端子台固定部544は、端子台7をフレーム5に固定する箇所であるため、この周囲は端子台7がぐらつきにくく、また、該端子台7に固定した電流センサ750もぐらつきにくい。また、近接バスバー固定部58a,58bは、バスバー70をフレーム5に固定する箇所であるため、この周囲はバスバー70がぐらつきにくい。すなわち、端子台固定部544と近接バスバー固定部58a,58bとによって囲まれた位置に電流センサ750を固定すると、電流センサ750もバスバー70もぐらつきにくいため、振動の影響から電流センサ750を保護できる。そのため、電流センサ750が故障しにくくなる。
その他、実施例1と同様の作用効果を備える。
本例は、図24〜図27に示すごとく、端子台7の位置を変更し、電流センサ750を設けた例である。本例の内部ユニット10は、実施例1と同様に、入出力端子71を一端に設けたバスバー70を有する。また、フレーム5は、バスバー70を固定するバスバー固定部58と、端子台7を固定する端子台固定部544とをそれぞれ複数有する。
なお、本例では、上記三角形Tの内側に電流センサ750の一部が入るようにしたが、三角形Tの代わりに、四角形や五角形にしてもよい。
また、図26、図27に示すごとく、入出力端子71は、半導体モジュール21の主電極端子212と同一方向に突出している。電流センサ750は、実施例2と同様に、係合爪755によって、端子台7に固定されている。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
このようにすると、電流センサ750が故障しにくくなる。すなわち、上記構成にすると、電流センサ750の周辺に遠方バスバー固定部58dと複数の端子台固定部544とが存在する。端子台固定部544は、端子台7をフレーム5に固定する箇所であるため、この周囲は端子台7がぐらつきにくく、また、該端子台7に固定した電流センサ750もぐらつきにくい。また、遠方バスバー固定部58dは、バスバー70をフレーム5に固定する箇所であるため、この周囲はバスバー70がぐらつきにくい。すなわち、端子台固定部544と遠方バスバー固定部58dとによって囲まれた位置に電流センサ750を固定すると、電流センサ750もバスバー70もぐらつきにくいため、振動の影響から電流センサ750を保護できる。そのため、電流センサ750が故障しにくくなる。
その他、実施例1と同様の作用効果を備える。
本例は、図28〜図34に示すごとく、フレーム5に導電ワイヤー15を保持するワイヤー保持部59を設けた電力変換装置1の例である。
上記導電ワイヤー15は、少なくとも一方の端部がケース4内に配されている。本例においては、導電ワイヤー15は、ケース4内において、コンデンサ22と制御回路基板6との間を接続している。そして、この導電ワイヤー15を通じて、コンデンサ22にかかる電圧、すなわち電力変換装置1への入力電圧の信号を制御回路基板6へ送ることができるようにしてある。
導電ワイヤー15は、両端部を除いて樹脂によって被覆された被覆導線からなり、可撓性を有する。そして、導電ワイヤー15は、フレーム5の外側を通過して、制御回路基板6とコンデンサ22とを接続している。
また、ワイヤー保持部59は、導電ワイヤー15における制御回路基板6との接続部151と、略同等の横方向Yの位置に配置されている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
10 内部ユニット
11 積層体
21 半導体モジュール
22 コンデンサ
3 冷却器
31 冷却管
4 ケース
5 フレーム
6 制御回路基板
7 端子台
Claims (5)
- 電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出した主電極端子とを備えた複数の半導体モジュールを上記電子部品として備え、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
上記フレームは、被制御電力を入出力する入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 上記フレームを構成する壁部の外側面には、外方へ突出した支持アームが形成されており、該支持アームに上記端子台が支持されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1または請求項2において、上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵した本体部と、該本体部から突出した主電極端子とを備えた複数の半導体モジュールを上記電子部品として備え、上記冷却器は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管を有し、該複数の冷却管と上記複数の半導体モジュールとが交互に積層した積層体が上記フレームの内側に配されており、上記内部ユニットは、金属板からなる複数のバスバーを有し、該バスバーの一端が上記入出力端子になっており、上記主電極端子に上記バスバーの他端が接続され、上記冷却管の長手方向へ複数の上記入出力端子が延出していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項3において、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部と、上記端子台を固定する端子台固定部とをそれぞれ複数有し、上記入出力端子に流れる電流を測定する電流センサが上記端子台に固定され、上記バスバー固定部には、上記フレームの中心よりも上記端子台に近い位置に設けられた近接バスバー固定部があり、上記主電極端子の突出方向から見た場合に、上記近接バスバー固定部と上記複数の端子台固定部とを頂点とした多角形の内側に、上記電流センサの少なくとも一部が入るように、上記近接バスバー固定部と上記複数の端子台固定部との形成位置が定められていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項3において、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部と、上記端子台を固定する端子台固定部とをそれぞれ複数有し、上記入出力端子に流れる電流を測定する電流センサが上記端子台に固定され、上記バスバー固定部には、上記入出力端子よりも上記フレームの中心から遠い位置に存在する遠方バスバー固定部があり、上記主電極端子の突出方向から見た場合に、上記遠方バスバー固定部と上記複数の端子台固定部とを頂点とした多角形の内側に、上記電流センサの少なくとも一部が入るように、上記遠方バスバー固定部と上記複数の端子台固定部との形成位置が定められていることを特徴とする
電力変換装置。
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