JP5808789B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、自動車等に搭載される車載用の電力変換装置であって、特に、インバータ等の電力変換部を構成する半導体スイッチング素子を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle power conversion device mounted on an automobile or the like, and more particularly to a power conversion device including a semiconductor switching element constituting a power conversion unit such as an inverter.
従来、電気自動車等の車両においては、インバータ等の電力変換部によりバッテリからの直流電力を所定の交流電力に変換してモータに供給し、車両の運転者によるアクセル操作等に応じて、電力変換部を構成する半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、モータの出力トルクが制御されている。電力変換部のスイッチング動作の制御は、半導体スイッチング素子に与えるゲート信号の発生タイミングを制御回路部により制御することによって行われる。 Conventionally, in a vehicle such as an electric vehicle, DC power from a battery is converted into predetermined AC power by a power conversion unit such as an inverter and supplied to a motor, and power conversion is performed in accordance with an accelerator operation or the like by a vehicle driver. The output torque of the motor is controlled by controlling the switching operation of the semiconductor switching elements constituting the unit. The switching operation of the power conversion unit is controlled by controlling the generation timing of the gate signal applied to the semiconductor switching element by the control circuit unit.
電力変換部のスイッチング動作の制御には、電力変換部に供給される直流電圧または直流電流の脈動を抑制することが必要であり、通常は、大容量の平滑用コンデンサを用いて、これらの脈動を抑制している。大容量の平滑用コンデンサとしては、一般的に容易に大静電容量が得られるアルミ電解コンデンサ、またはフィルムコンデンサ等が使用される。また、従来、電力変換部に供給される直流電圧または直流電流の脈動によって発生する騒音または振動をさらに低減させる電力変換装置としては、大容量の平滑用コンデンサとして強めのテンションでフィルムを巻き取って形成された円筒巻きフィルムコンデンサを用い、円筒巻きフィルムコンデンサの特性を利用する電力変換装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to control the switching operation of the power conversion unit, it is necessary to suppress the pulsation of the DC voltage or the DC current supplied to the power conversion unit. Usually, these pulsations are performed using a large capacity smoothing capacitor. Is suppressed. As the large-capacity smoothing capacitor, an aluminum electrolytic capacitor or a film capacitor that can easily obtain a large capacitance is generally used. Conventionally, as a power converter for further reducing noise or vibration generated by pulsation of a DC voltage or DC current supplied to a power converter, a film is wound with a strong tension as a large-capacity smoothing capacitor. A power converter using a formed cylindrical film capacitor and utilizing the characteristics of the cylindrical film capacitor is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、複数個の円筒巻きフィルムコンデンサを並列接続して必要な静電容量を確保しているので、電力変換部に供給される直流電圧または直流電流の脈動による騒音または振動が低減するものの、並列接続された複数個の円筒巻きフィルムコンデンサ間におけるデッドスペースが大きくなってしまい、電力変換装置が大型化してしまうという問題点があった。 However, since a necessary capacitance is secured by connecting a plurality of cylindrical film capacitors in parallel, noise or vibration due to pulsation of DC voltage or DC current supplied to the power converter is reduced, but in parallel. There is a problem in that a dead space between a plurality of connected cylindrically wound film capacitors is increased, and the power converter is increased in size.
この発明は、外部へ伝搬する騒音または振動を低減させるとともに、小型化を図ることができる電力変換装置を提供するものである。 The present invention provides a power converter that can reduce noise or vibration propagating to the outside and can be miniaturized.
この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチング動作によって直流と交流との間の電力変換を行う電力変換部と、スイッチング素子に供給される直流電力の変動を抑制する平滑用コンデンサと、スイッチング素子および平滑用コンデンサを収納するケースと、ケースに設けられ、スイッチング素子および平滑用コンデンサを覆うカバーと、平滑用コンデンサとカバーとの間に設けられた第1防振部材とを備え、第1防振部材は、ゴムを用いた発泡体から構成されている、または樹脂を用いた発泡体から構成されている。 The power conversion device according to the present invention includes a switching element, suppresses fluctuations in DC power supplied to the switching element, a power conversion unit that performs power conversion between direct current and alternating current by switching operation of the switching element. A smoothing capacitor, a case for housing the switching element and the smoothing capacitor, a cover provided on the case and covering the switching element and the smoothing capacitor, and a first vibration isolation member provided between the smoothing capacitor and the cover The first vibration isolation member is made of a foam using rubber or a foam using resin.
この発明に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサに発生する振動または騒音が第1防振部材によって吸収され、また、平滑用コンデンサに発生する騒音のカバーへの空気伝搬が第1防振部材によって減少するので、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させることができる。また、円筒巻きフィルムコンデンサを用いることなく、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させるので、電力変換装置の小型化を図ることができる。 According to the power conversion device of the present invention, the vibration or noise generated in the smoothing capacitor is absorbed by the first vibration isolation member, and the air propagation to the cover of the noise generated in the smoothing capacitor is the first vibration isolation. Since it reduces by a member, the vibration or noise which propagates outside the power converter device can be reduced. Moreover, since vibration or noise propagating to the outside of the power converter is reduced without using a cylindrical film capacitor, the power converter can be downsized.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る電力変換装置を示す構成図である。図において、電力変換装置は、ケース1と、ケース1に収納されたスイッチングパワーモジュール2と、ケース1の底面に裏側から固定された冷却部材3と、ケース1に収納された平滑用コンデンサ4と、ケース1に設けられ、スイッチングパワーモジュール2および平滑用コンデンサ4を覆うカバー5とを備えている。
1 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to
スイッチングパワーモジュール2は、スイッチング素子およびフリーホイールダイオードを有している。また、スイッチングパワーモジュール2は、スイッチング素子およびフリーホイールダイオードを樹脂封止することによってモジュール化されている。この例では、電力変換装置は、6個のスイッチングパワーモジュール2を備えている。6個のスイッチングパワーモジュール2は、三相ブリッジ回路から構成されるインバータ等の電力変換部(図示せず)における各相の正極側アームおよび負極側アームを構成している。つまり、6個のスイッチングパワーモジュール2は、電力変換部を構成している。
The
冷却部材3は、ケース1の底面に冷却部材3の一部分が接触した状態でケース1に固定されている。冷却部材3は、ケース1に接触する冷却部材本体31と、冷却部材本体31に設けられ、ケース1から離れる方向に冷却部材本体31から延びた冷却フィン32とを有している。6個のスイッチングパワーモジュール2は、冷却部材本体31に接触した状態でケース1に固定されている。また、6個のスイッチングパワーモジュール2は、ケース1の内側に配置されている。スイッチングパワーモジュール2に発生する熱は、冷却部材本体31に伝達され、冷却フィン32を介して大気中に放出される。
The
平滑用コンデンサ4は、扁平巻きフィルムコンデンサから構成されている。平滑用コンデンサ4は、ケース1の内側に配置されている。電力変換装置は、平滑用コンデンサ4をケース1に固定するための平滑用コンデンサ固定ねじ6をさらに備えている。平滑用コンデンサ固定ねじ6は、ケース1に取り付けられている。なお、平滑用コンデンサ固定ねじ6は、ケース1を貫通して、冷却部材3に取り付けられてもよい。平滑用コンデンサ4は、電力変換部に供給される直流電圧または直流電流の脈動を抑制するために設けられている。したがって、平滑用コンデンサ4は、必要な静電容量を確保するために複数個設けられており、さらに、これらは互いに並列接続されている。並列接続された複数個の平滑用コンデンサ4は、電力変換部の直流側端子間に接続される。図示していないが、複数個の平滑用コンデンサ4は、隣接して並置された状態でケース1に固定されている。
The smoothing capacitor 4 is composed of a flat wound film capacitor. The smoothing capacitor 4 is disposed inside the
スイッチングパワーモジュール2は、直流側入力端子21と、交流側入力端子22とを有している。電力変換装置は、直流側入力端子21をケース1に固定するための端子固定ねじ7と、交流側入力端子22をケース1に固定するための端子固定ねじ8とをさらに備えている。直流側入力端子21は、平滑用コンデンサ4の一方の端子41とともに、端子固定ねじ7を用いてケース1に固定されている。スイッチングパワーモジュール2の直流側入力端子21および平滑用コンデンサ4の端子41は、相互に電気的に接続されており、さらに、バッテリ等の主電源(図示せず)に電気的に接続されている。スイッチングパワーモジュール2の交流側入力端子22は、車両のモータ(図示せず)に接続されている。
The
カバー5は、複数個の平滑用コンデンサ4、および6個のスイッチングパワーモジュール2に対する異物の混入および結露の発生から保護している。平滑用コンデンサ4に対向するカバー5の部分には、凹部51が形成されている。凹部51の形状は、平滑用コンデンサ4の上面(表面)および側面と凹部51の内面との隙間がわずかとなるような形状となっている。平滑用コンデンサ4の上面とは、ケース1の底面に対向する平滑用コンデンサ4の面(底面)とは反対側に位置する面である。電力変換装置は、平滑用コンデンサ4の上面と凹部51との間に設けられたシート状の第1防振部材9をさらに備えている。第1防振部材9の面積は、凹部51の底面の面積と同等となっている。したがって、第1防振部材9は、凹部51に取り付けられることによって、凹部51に位置決めされ、カバー5に対する第1防振部材9の位置が決められる。第1防振部材9は、平滑用コンデンサ4の上面と凹部51の底面部分との間に、圧接された状態で挿入されている。
The cover 5 protects the plurality of smoothing capacitors 4 and the six
次に、電力変換装置の組立手順について説明する。まず、平滑用コンデンサ4およびスイッチングパワーモジュール2をケース1に収納し、平滑用コンデンサ固定ねじ6、端子固定ねじ7および端子固定ねじ8を用いて、平滑用コンデンサ4およびスイッチングパワーモジュール2をケース1に固定する。
Next, an assembly procedure of the power conversion device will be described. First, the smoothing capacitor 4 and the
その後、第1防振部材9を凹部51に取り付けた状態で、カバー5をケース1に組み付ける。第1防振部材9が凹部51によって位置決めされた状態でカバー5をケース1に組み付けることによって、第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に圧接される。以上により、電力変換装置の組立手順が終了する。
Thereafter, the cover 5 is assembled to the
以上説明したように、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置によれば、平滑用コンデンサ4に発生する振動または騒音が第1防振部材9によって吸収され、また、平滑用コンデンサ4に発生する騒音のカバー5への空気伝搬が第1防振部材9によって減少するので、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させることができる。また、円筒巻きフィルムコンデンサを用いることなく、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させるので、電力変換装置の小型化を図ることができる。
As described above, according to the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, vibration or noise generated in the smoothing capacitor 4 is absorbed by the first
また、カバー5には凹部51が形成され、第1防振部材9が凹部51によって位置決めされた状態でカバー5をケース1に組み付けることによって、第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に圧接されるので、第1防振部材9の挿入位置を所定の位置に規制することができ、また、電力変換装置の外形サイズを変更することなく電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を大幅に低減させることができる。
Further, the cover 5 is formed with a
また、第1防振部材9の位置決めをしていない場合には、ヒートサイクル等の伸縮によって第1防振部材9の位置が変化して遮音性能が減少してしまう可能性があるが、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置によれば、第1防振部材9の大きさを、平滑用コンデンサ4の形状に対応した凹部51の底面の面積と同等にし、また、凹部51の形状が、平滑用コンデンサ4の上面および側面との隙間が僅かとなるような形状となっているので、第1防振部材9の大きさに対して移動可能な隙間がなくなり、第1防振部材9にヒートサイクル等の伸縮が発生しても、第1防振部材9が挿入位置からずれることを防止することができ、遮音性能を維持することができる。
In addition, when the first
また、第1防振部材9の種類および挿入範囲を任意に変更することによって、遮音性能を任意にコントロールすることができる。例えば、遮音性能を向上させる場合には、ゴムまたは樹脂などの発泡体を第1防振部材9として使用すればよい。第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に密着していない場合には、遮音効果が低下してしまうが、ゴムまたは樹脂などの発泡体は、非常に小さな力でも圧縮することができるので、カバー5の変形を伴わずに簡単にそれぞれを密着させることができ、防音性および防振性に非常に優れているので、絶大な遮音性能を得ることができる。
Moreover, the sound insulation performance can be arbitrarily controlled by arbitrarily changing the type and insertion range of the first
また、平滑用コンデンサ4は、扁平巻きフィルムコンデンサから構成されているので、複数の平滑用コンデンサ4の並置によるデッドスペースが少なくなり、小型で低騒音または低振動の電力変換装置を得ることができる。 Further, since the smoothing capacitor 4 is composed of a flat wound film capacitor, a dead space due to the juxtaposition of the plurality of smoothing capacitors 4 is reduced, and a small, low noise or low vibration power converter can be obtained. .
なお、上記実施の形態1では、ケース1と冷却部材3とが接触する構成について説明したが、平滑用コンデンサ4に発生する振動および騒音における、ケース1を経由した冷却部材3への伝搬を低減させる場合には、図2に示すように、ケース1と冷却部材3との間に第2防振部材10を挿入してもよい。これにより、平滑用コンデンサ4からケース1に伝搬した振動および騒音が第2防振部材10によって吸収され、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を大幅に低減させることができる。第2防振部材10を構成する材料としては、第1防振部材9と同様に、ゴムまたは樹脂などの発泡体が挙げられる。
In the first embodiment, the configuration in which the
また、上記実施の形態1では、第1防振部材9が挿入される凹部51がカバー5に形成された構成について説明したが、第1防振部材9が挿入される凹部が平滑用コンデンサ4に形成された構成であってもよい。この場合であっても、第1防振部材9が凹部によって位置決めされる。
In the first embodiment, the configuration in which the
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2に係る電力変換装置を示す構成図である。図において、電力変換装置は、カバー5に設けられた移動規制部11をさらに備えている。カバー5には、実施の形態1と異なり、凹部51(図1)が形成されていない。移動規制部11は、平滑用コンデンサ4の上面における外周形状に対応するように形成されている。つまり、移動規制部11の形状は、平滑用コンデンサ4の上面とカバー5との隙間がわずかとなるとともに、移動規制部11の内周面と平滑用コンデンサ4の側面との隙間がわずかとなるような形状となっている。第1防振部材9の面積は、移動規制部11によって区切られる空間を高さ方向に見た場合の面積と同等となっている。したがって、第1防振部材9は、移動規制部11に取り付けられることによって、移動規制部11に位置決めされ、カバー5に対する第1防振部材9の位置が決められる。第1防振部材9は、平滑用コンデンサ4の上面と平滑用コンデンサ4の上面に対向するカバー5の部分との間に、圧接された状態で挿入されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
FIG. 3 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to
次に、電力変換装置の組立手順について説明する。まず、平滑用コンデンサ4およびスイッチングパワーモジュール2をケース1に収納し、平滑用コンデンサ固定ねじ6、端子固定ねじ7および端子固定ねじ8を用いて、平滑用コンデンサ4およびスイッチングパワーモジュール2をケース1に固定する。
Next, an assembly procedure of the power conversion device will be described. First, the smoothing capacitor 4 and the switching
その後、第1防振部材9を移動規制部11に取り付けた状態で、カバー5をケース1に組み付ける。第1防振部材9が移動規制部11によって位置決めされた状態でカバー5をケース1に組み付けることによって、第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に圧接される。以上により、電力変換装置の組立手順が終了する。
Thereafter, the cover 5 is assembled to the
以上説明したように、この発明の実施の形態2に係る電力変換装置によれば、実施の形態1と同様に、平滑用コンデンサ4に発生する振動または騒音が第1防振部材9によって吸収され、また、平滑用コンデンサ4に発生する騒音のカバー5への空気伝搬が第1防振部材9によって減少するので、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させることができ、また、円筒巻きフィルムコンデンサを用いることなく、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させるので、電力変換装置の小型化を図ることができる。
As described above, according to the power conversion device of the second embodiment of the present invention, the vibration or noise generated in the smoothing capacitor 4 is absorbed by the first
また、この電力変換装置は、カバー5に設けられ、カバー5に対する第1防振部材9の移動を規制する移動規制部11をさらに備え、第1防振部材9が移動規制部11によって位置決めされた状態でカバー5をケース1に組み付けることによって、第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に圧接されるので、第1防振部材9の挿入位置を所定の位置に規制することができ、また、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を大幅に低減させることができる。特に、第1防振部材9の面積を遮音性能に必要な最小面積にすることによって、騒音対策に要するコストアップをさらに最低限に抑えることができる。
The power conversion device further includes a
また、図4に示す電力変換装置において、カバー5に移動規制部11を取り付け、移動規制部11に第1防振部材9を取り付けるだけで、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を低減させることができるので、電力変換装置の外形サイズを変更することがなく、騒音対策に要するコストアップを最低限に抑えることができる。
Further, in the power conversion device shown in FIG. 4, vibration or noise propagating to the outside of the power conversion device can be reduced simply by attaching the
また、第1防振部材9の位置決めをしていない場合には、ヒートサイクル等による伸張によって第1防振部材9の位置が変化してしまい、遮音性能が減少してしまう可能性があるが、この発明の実施の形態2に係る電力変換装置によれば、カバー5に設けられ、第1防振部材9の位置を規制するための移動規制部11を備えているので、第1防振部材9にヒートサイクル等による伸張が発生する場合であっても、第1防振部材9が挿入位置からずれてしまうことを防止することができ、遮音性能を維持することができる。
In addition, when the first
また、実施の形態1と同様に、第1防振部材9の種類と挿入範囲を任意に変更することによって、遮音性能を任意にコントロールすることができる。例えば、遮音性能を向上させる場合には、ゴムまたは樹脂などの発泡体を第1防振部材9として使用すればよい。第1防振部材9が平滑用コンデンサ4に密着していない場合には、遮音効果が薄れてしまうが、ゴムまたは樹脂などの発泡体は非常に小さな力でも圧縮することができるので、カバー5の変形を伴わずに、簡単にそれぞれを密着させることができ、また、防音性および防振性に非常に優れているので、絶大な遮音性能を得ることができる。
Similarly to the first embodiment, the sound insulation performance can be arbitrarily controlled by arbitrarily changing the type and insertion range of the first
また、実施の形態1と同様に、平滑用コンデンサ4として扁平巻きフィルムコンデンサを使用しているので、複数の平滑用コンデンサ4の並置によるデッドスペースが少なく、小型で低騒音または低振動の電力変換装置を得ることができる。 Further, as in the first embodiment, since a flat wound film capacitor is used as the smoothing capacitor 4, there is little dead space due to the juxtaposition of the plurality of smoothing capacitors 4, and the power conversion is small and has low noise or vibration. A device can be obtained.
なお、上記実施の形態2では、ケース1と冷却部材3とが接触する構成について説明したが、平滑用コンデンサ4に発生する振動および騒音における、ケース1を経由した冷却部材3への伝搬を低減させる場合には、実施の形態1と同様に、ケース1と冷却部材3との間に第2防振部材10(図2)を挿入してもよい。これにより、平滑用コンデンサ4からケース1に伝搬した振動および騒音が第2防振部材10によって吸収され、電力変換装置の外部へ伝搬する振動または騒音を大幅に低減させることができる。第2防振部材10を構成する材料としては、第1防振部材9と同様に、ゴムまたは樹脂などの発泡体が挙げられる。
In the second embodiment, the configuration in which the
また、上記実施の形態2では、移動規制部11がカバー5に設けられた構成について説明したが、移動規制部11が平滑用コンデンサ4に設けられた構成であってもよい。この場合であっても、第1防振部材9が移動規制部11によって位置決めされる。
In the second embodiment, the configuration in which the
1 ケース、2 スイッチングパワーモジュール、3 冷却部材、4 平滑用コンデンサ、5 カバー、6 平滑用コンデンサ固定ねじ、7 端子固定ねじ、8 端子固定ねじ、9 第1防振部材、10 第2防振部材、11 移動規制部、21 直流側入力端子、22 交流側入力端子、31 冷却部材本体、32 冷却フィン、41 端子、51 凹部。 1 Case, 2 Switching Power Module, 3 Cooling Member, 4 Smoothing Capacitor, 5 Cover, 6 Smoothing Capacitor Fixing Screw, 7 Terminal Fixing Screw, 8 Terminal Fixing Screw, 9 First Vibration Isolation Member, 10 Second Vibration Isolation Member , 11 Movement restricting part, 21 DC side input terminal, 22 AC side input terminal, 31 cooling member body, 32 cooling fin, 41 terminal, 51 recess.
Claims (5)
前記スイッチング素子に供給される直流電力の変動を抑制する平滑用コンデンサと、
前記スイッチング素子および前記平滑用コンデンサを収納するケースと、
前記ケースに設けられ、前記スイッチング素子および前記平滑用コンデンサを覆うカバーと、
前記平滑用コンデンサと前記カバーとの間に設けられた第1防振部材と
を備え、
前記第1防振部材は、ゴムを用いた発泡体から構成されている、または樹脂を用いた発泡体から構成されていることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion unit having a switching element and performing power conversion between direct current and alternating current by a switching operation of the switching element;
A smoothing capacitor that suppresses fluctuations in DC power supplied to the switching element;
A case housing the switching element and the smoothing capacitor;
A cover provided on the case and covering the switching element and the smoothing capacitor;
A first vibration isolating member provided between the smoothing capacitor and the cover;
The first vibration isolating member is made of a foam using rubber or a foam using a resin.
前記第1防振部材が前記凹部によって位置決めされた状態で前記カバーを前記ケースに組み付けることによって、前記第1防振部材が前記平滑用コンデンサに圧接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。 In the portion of the cover corresponding to the smoothing capacitor, a recess corresponding to the shape of the smoothing capacitor is formed,
2. The first vibration isolation member is pressed against the smoothing capacitor by assembling the cover to the case in a state where the first vibration isolation member is positioned by the recess. Power converter.
前記第1防振部材が前記移動規制部によって位置決めされた状態で前記カバーを前記ケースに組み付けることによって、前記第1防振部材が前記平滑用コンデンサに圧接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。 A movement restricting portion that is provided on the cover and restricts movement of the first vibration isolation member relative to the cover;
2. The first vibration isolation member is pressed against the smoothing capacitor by assembling the cover to the case in a state where the first vibration isolation member is positioned by the movement restricting portion. The power converter device described in 1.
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