JP6283379B2

JP6283379B2 - コンデンサの配置構造

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Publication number: JP6283379B2
Application number: JP2016015059A
Authority: JP
Inventors: 友照小野; 進之介佐藤; 幸佑西山; 天野　敦史; 敦史天野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN107026011A; JP2017135901A; US20170221632A1; CN107026011B; US9793048B2

Description

本発明は、コンデンサを収容したケーシングを、ヒートシンクとともに中空の筐体内に収容する際のコンデンサの配置構造に関する。

例えば、自動車に搭載されるパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）は、中空の筐体内に、コンデンサやリアクトル等の素子を収容して構成される。ここで、各素子は、通電がなされることに伴って発熱する。この熱を速やかに除去して放散するべく、筐体内にヒートシンクが収容される。

コンデンサは、一般的にはケーシングに収容され、この状態で筐体内に配置される。コンデンサ（ケーシング）は、特許文献１の図２に示されるように、ヒートシンク上に位置決め固定される。

特開２００９−１７７８７２号公報

特許文献１に記載されるような配置、すなわち、コンデンサ（ケーシング）をヒートシンク上に配置したとき、ヒートシンクの底面からケーシングの頂面までの距離は、必然的に、ヒートシンクの高さ（厚み）とケーシングの高さの合計となる。このため、ヒートシンク及びケーシングを収容する筐体の高さを大きくせざるを得ない。

上記したように、ＰＣＵは自動車に搭載される。特に小型車の場合には搭載スペースに制限があるため、筐体が大きなＰＣＵを搭載することは容易ではない。また、ＰＣＵを含む搭載機器の配置レイアウトの自由度が低減するという不具合もある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、筐体の小型化を図り得るコンデンサの配置構造を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、パワーモジュールと、
前記パワーモジュールと電気的に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサを収容したケーシングと、
前記パワーモジュール及び前記ケーシングを、内部の同一空間に収容する中空の筐体と、
を備えた電力変換ユニットにおけるコンデンサの配置構造であって、
前記筐体は、前記パワーモジュールが配置される第１配置面と、前記ケーシングが配置される第２配置面と、前記第１配置面を端面とする部位の内部に形成されて冷媒が流通する冷却用通路とを備え、
前記第１配置面及び前記第２配置面を平面視したとき、前記パワーモジュールは、前記第１配置面中で前記冷却用通路と重なる位置に配置され、且つ前記ケーシングは、前記第２配置面中で前記冷却用通路に重ならない位置に配置され、
前記第１配置面及び前記第２配置面を側面視したとき、前記第２配置面の高さが前記第１配置面の高さよりも低いことを特徴とする。

ヒートシンクは、各種の素子から伝達された熱を放散する。このため、該ヒートシンクの最上位面では、大気は比較的低温である。その一方で、ケーシングの最下位面は、コンデンサからの発熱によって比較的高温となっている。すなわち、高い位置（上方）にあるヒートシンクの最上位面近傍の大気は比較的低温であり、且つ低い位置（下方）にあるケーシングの最下位面近傍の大気は比較的高温である。

従って、この場合、比較的低温である大気が前記最下位面側に向かう流れが生じる。この流れにより、ケーシング及びコンデンサの熱が速やかに除去される。換言すれば、ケーシング及びコンデンサが過度に温度上昇を起こすことが防止され、コンデンサが所定の機能を保つ。

このため、ケーシングの最下位面をヒートシンクに接触しないようにすることができる。すなわち、ケーシングをヒートシンク上に位置決め固定する必要、換言すれば、筐体とケーシングの間にヒートシンクを介装する必要は特にない。この分、筐体からケーシングを含んだ高さ（厚み）を小さくすることができる。

従って、コンデンサを含む構成の高さ、ひいては筐体の小型化を図ることが容易となる。このため、例えば、ＰＣＵの小型化を図ることができるので、スペースが狭小な小型車であっても、ＰＣＵを搭載することが容易である。しかも、ＰＣＵを含む搭載機器の配置レイアウトの自由度も向上する。

以上の構成に加え、筐体の内部に、冷却媒体が流通する冷却用通路を形成したときには、該冷却用通路を、前記ケーシングの前記最下位面よりも上方に設定することが好ましい。この場合、冷却用通路の周囲の大気も比較的低温となるので、該冷却用通路からケーシング側に向かう大気の流れが生じ易くなる。

すなわち、この場合、ヒートシンクからの流れに冷却用通路からの流れが加わる。このため、ケーシング及びコンデンサを一層効率よく冷却することが可能となる。

冷却用通路は、ケーシングを囲繞するように設けるとよい。この場合、ケーシングを囲繞した冷却用通路近傍から大気がケーシングへと流れる。すなわち、流れの量が増加する。しかも、ケーシングの熱が冷却媒体からも奪取される。従って、ケーシングをさらに一層効率よく冷却することができる。

冷却用通路は、形成作業の容易さや効率の観点から、筐体に形成することが好ましい。すなわち、この場合、冷却用通路を容易に且つ効率よく形成することができる。

本発明によれば、ヒートシンクの最上位面が、コンデンサを収容したケーシングの最下位面よりも上方に位置する（高い位置となる）ようにしている。このため、該ヒートシンクの最上位面近傍の、比較的低温な大気が、コンデンサからの発熱によって比較的高温となったケーシングの最下位面側に向かって流れ易くなる。このような流れが生じる結果、ケーシング及びコンデンサの熱が速やかに除去されてこれらが過度に温度上昇を起こすことが防止される。従って、コンデンサが所定の機能を保つ。

このため、ケーシングの最下位面を、ヒートシンクに接触させることなく、該ケーシングを収容する筐体に接触させることができる。すなわち、筐体とケーシングの間にヒートシンクを介装する必要がないので、この分、筐体からケーシングを含んだ高さ（厚み）を小さくすることができ、これにより、筐体の小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る配置構造が適用されたパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）の要部を模式的に示した要部概略平面図である。図１のＰＣＵの要部概略縦断面図である。図１のＰＣＵを構成し、コンデンサを収容したケーシングの概略正面一部断面図である。

以下、本発明に係るコンデンサの配置構造につき、コンデンサを含んで構成されるパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）に適用した場合を例示して好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は、それぞれ、本実施の形態に係る配置構造が適用されたＰＣＵ１０の要部を模式的に示した要部概略平面図、要部概略縦断面図である。このＰＣＵ１０は、筐体１２と、コンデンサ１４を収容した第１ケーシング１６と、ヒートシンク１８とを有する。第１ケーシング１６は筐体１２内に収容され、ヒートシンク１８は筐体１２に添設されている。

先ず、コンデンサ１４及び第１ケーシング１６につき、その概略正面一部断面図である図３を参照して説明する。素子としてのコンデンサ１４を収容した第１ケーシング１６は、放熱シート２０を介して筐体１２の内壁に設置されている。以下、第１ケーシング１６における鉛直下方側の端面を「底面」、その裏面である鉛直上方側の端面を「頂面」と表記する。

本実施の形態において、第１ケーシング１６内には、破線で示すように１０個のコンデンサ１４が直線状に並列されている。このため、第１ケーシング１６は、長尺で略直方体形状をなす本体部２２と、該本体部２２の一端部に設けられた第１端子台２４と、他端部に設けられた第２端子台２６とを有する。第１端子台２４は、鉛直方向に沿って延在する正極端子台２８と、該正極端子台２８に比して若干長尺な第１負極端子台３０とが連なって構成される。一方、第２端子台２６は、第２負極端子台３２のみからなる。

正極端子台２８には、金属からなる正極端子３４が収容される。第１負極端子台３０及び第２負極端子台３２にも同様に、金属からなる第１負極端子３６、第２負極端子３８がそれぞれ収容される。正極端子３４、第１負極端子３６及び第２負極端子３８には、それぞれ、頂面から底面に向かうネジ穴４０、４２が形成される。なお、正極端子３４のネジ穴は図示していない。

前記コンデンサ１４の各々の正極は、４個の正極タブ部４４を有する正極用バスバー４６を介して互いに電気的に接続される。さらに、正極用バスバー４６には、正極タブ部４４に連結される第１タブ部を有する正極導電板（図示せず）が電気的に接続される。この正極導電板の一端部が、正極端子台２８の頂面を覆うとともに、前記ネジ穴に螺合されるネジを介して正極端子３４に位置決め固定される。これにより、各コンデンサ１４の正極が、正極用バスバー４６及び正極導電板を介して正極端子３４に電気的に集束される。

各コンデンサ１４の負極も同様に、４個の負極タブ部４８を有する負極用バスバー５０と、４個の第２タブ部を有する負極導電板（図示せず）を介して、第１負極端子３６、第２負極端子３８のそれぞれに電気的に接続される。すなわち、負極導電板の一端部は第１負極端子台３０の頂面を覆うとともに、前記ネジ穴に螺合されるネジを介して第１負極端子３６に位置決め固定される。その一方で、他端部は第２負極端子台３２の頂面を覆うとともに、前記ネジ穴４０、４２に螺合されるネジを介して第２負極端子３８に位置決め固定される。その結果、各コンデンサ１４の負極が、負極用バスバー５０及び負極導電板を介して第１負極端子３６及び第２負極端子３８に電気的に集束される。

第１ケーシング１６の底面からは、貫通孔が形成された複数個の舌片部５２が、水平方向に沿って突出形成される。詳細な図示は省略しているが、前記貫通孔に通されたネジが、筐体１２に形成されたネジ穴に螺合されることにより、第１ケーシング１６が位置決め固定されている。

この位置決め固定の際、放熱シート２０が、第１ケーシング１６の底面と筐体１２との間に挟み込まれる。該放熱シート２０は熱伝導度が大きく、このため、コンデンサ１４が発して第１ケーシング１６に伝達された熱が、放熱シート２０を介して筐体１２に速やかに伝達される。なお、放熱シート２０は絶縁体からなる。

ＰＣＵ１０は、さらに、前記第１ケーシング１６とは別体である第２ケーシング６０（図１参照）を有する。該第２ケーシング６０には、第１ケーシング１６内のコンデンサ１４よりも少ない個数のコンデンサが収容される。第１ケーシング１６内のコンデンサ１４と第２ケーシング６０内のコンデンサは、互いに電気的に接続される。また、該コンデンサ１４は、ＰＣＵ１０を構成するＰコンタクタ６２を介して第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄに電気的に接続される。

第１ケーシング１６と第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄの間のスペースには、第１〜第４インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）６６ａ〜６６ｄが配設される。正極タブ部４４（図３参照）及び第１タブ部、負極タブ部４８と第２タブ部は第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄに電気的に接続され、さらに、第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄは、電流センサ６８ａを介して第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄに電気的に接続される。

ＰＣＵ１０は、Ｎコンタクタ７０をさらに有する。第１ケーシング１６内のコンデンサ１４は、Ｎコンタクタ７０にも電気的に接続されている。

なお、上記した電気的接続はいずれもバスバーを介してなされるが、各構成要素の位置関係の理解を容易にするべく、当該バスバーは図示していない。また、第２負極端子３８とＮコンタクタ７０に接続されるバスバーには、電流センサ６８ｂが介装される。

図２に示すように、筐体１２の底面の一部は、該筐体１２の頂面側に指向して折曲されている。このため、筐体１２は凹部８０が形成された形状となっている。そして、筐体１２内には、図２における凹部８０の右方に第１収容空間８２、凹部８０の上方に第２収容空間８４がそれぞれ形成される。凹部８０には、凸状部材８６が挿入される。

第１ケーシング１６は第１収容空間８２内に配設され、上記したように、放熱シート２０を介して筐体１２の底面に位置決め固定されている。すなわち、第１収容空間８２においては、ヒートシンク１８は筐体１２の底面に回り込んでいない。このため、第１ケーシング１６はヒートシンク１８に接触しておらず、結局、第１ケーシング１６とヒートシンク１８は互いに離間している。

筐体１２には、冷却媒体である冷却水ＣＷを流通するための冷却用通路８８が形成される。図１に示すように、この冷却用通路８８は、第１ケーシング１６の第１端子台２４の近傍を通り、第２ケーシング６０、Ｐコンタクタ６２、第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄの近傍に回り込む。冷却用通路８８は、さらに、第２ケーシング６０に向かうように屈曲し、第２ケーシング６０の近傍で折り返して第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄの並列方向、及び第１ケーシング１６の本体部２２の長手方向に沿って延在した後、Ｎコンタクタ７０の近傍で屈曲して第２端子台２６の側方に近接する。

すなわち、冷却用通路８８は、第１端子台２４側、本体部２２側、及び第２端子台２６側の三方向から第１ケーシング１６を囲繞している。なお、冷却用通路８８中の第１端子台２４に近接する部位が冷却水ＣＷの流通方向上流側、第２端子台２６に近接する部位が下流側である。

一方、ヒートシンク１８の一部は、凸状部材８６と筐体１２の凹部８０との間に挟み込まれる。これにより、ヒートシンク１８が筐体１２に設けられている。ヒートシンク１８は、凸状部材８６及び凹部８０の形状に対応して屈曲した部位を有し、このため、該ヒートシンク１８の、鉛直方向最上位に位置する最上位面１８ａは、冷却用通路８８よりも低い位置となる。すなわち、該最上位面１８ａは、冷却用通路８８に比して下方に位置する。

第２収容空間８４には、主に、第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄが配設される。すなわち、第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄは冷却用通路８８に対向する。なお、図２中の参照符号９０は回路基板を示す。

第１収容空間８２における筐体１２の底面は、第２収容空間８４における筐体１２（凹部８０）の底面に比して低い位置にある。このため、第１ケーシング１６の、鉛直方向最下位に位置する最下位面１６ａ、換言すれば、底面は、ヒートシンク１８の最上位面１８ａよりも低い位置となる。すなわち、該最下位面１６ａは、ヒートシンク１８の最上位面１８ａよりも下方に位置する。

上記から諒解されるように、冷却用通路８８がヒートシンク１８の最上位面１８ａよりも高い位置にあるので、第１ケーシング１６の最下位面１６ａは、冷却用通路８８よりも下方である。なお、特に図示していないが、第２ケーシング６０の最下位面（底面）についても同様に、冷却用通路８８、及びヒートシンク１８の最上位面１８ａよりも下方に位置する。

本実施の形態に係る配置構造は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

コンデンサ１４及びヒートシンク１８を含んで構成されるＰＣＵ１０は、例えば、内燃機関及びモータの双方を走行駆動源とする、いわゆるハイブリッド車に搭載され、前記モータを駆動するためのバッテリの出力を制御する機能を営む。具体的には、前記バッテリの電圧を上昇させたり、バッテリから得られた直流電圧を交流電圧に変換したりする。

この制御開始（各素子への通電開始）に先んじ、冷却用通路８８に冷却水ＣＷが流通される。図１に示すように、冷却水ＣＷは、第１ケーシング１６の第１端子台２４、第２ケーシング６０（コンデンサ）、Ｐコンタクタ６２、第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄ、第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄ及び第１ケーシング１６の本体部２２、Ｎコンタクタ７０、第１ケーシング１６の第２端子台２６の近傍を通過する。このため、ＰＣＵ１０の制御開始に伴って各素子が発生した熱が冷却水ＣＷに奪取される。

第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄ及び第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄはヒートシンク１８上に設置されており、このため、これら第１〜第４リアクトル６４ａ〜６４ｄ及び第１〜第４ＩＰＭ６６ａ〜６６ｄの熱は、ヒートシンク１８に速やかに伝達される。これに対し、第１ケーシング１６の最下位面１６ａは、放熱シート２０を介して筐体１２の底面上に接しており、ヒートシンク１８には接していない。従って、第１ケーシング１６の熱がヒートシンク１８に直接伝達されることはなく、放熱シート２０及び筐体１２を介して間接的に伝達される。

ここで、ヒートシンク１８の最上位面１８ａ及び冷却用通路８８は、上記したように第１ケーシング１６の最下位面１６ａよりも高い位置にある（図２参照）。ヒートシンク１８が放熱していることと、ヒートシンク１８の最上位面１８ａに冷却水ＣＷが流通していることとが相俟って、第２収容空間８４において、ヒートシンク１８の最上位面１８ａ及び冷却用通路８８の周囲の大気は、温度上昇することが抑制されている。一方、第１収容空間８２において、第１ケーシング１６の最下位面１６ａ近傍の大気は、第１ケーシング１６内のコンデンサ１４の発熱に伴って温度が比較的上昇している。

すなわち、筐体１２内では、高い位置（第２収容空間８４）の大気が低温となり、且つ低い位置（第１収容空間８２）の大気が高温となり易い。そして、低温の大気は低い位置に移動する傾向があり、高温の大気は高い位置に移動する傾向がある。このため、筐体１２内で、ヒートシンク１８の最上位面１８ａ及び冷却用通路８８から第１ケーシング１６の最下位面１６ａに向かう大気の流れが生じる。

この流れにより、第１ケーシング１６が冷却される。すなわち、第１ケーシング１６の熱が除去されて内部のコンデンサ１４の温度が過度に上昇することが防止される。このため、各コンデンサ１４の機能が維持される。

このように、本実施の形態においては、比較的高温となる第１ケーシング１６の最下位面１６ａを、比較的低温となるヒートシンク１８の最上位面１８ａ及び冷却用通路８８よりも低い位置としている。このため、筐体１２内で第１ケーシング１６に向かう大気の流れが生じる。しかも、第１ケーシング１６が冷却用通路８８で三方向から囲繞されているので、第１ケーシング１６の最下位面１６ａ近傍に対し、第１端子台２４側、本体部２２側、第２端子台２６側の三方向から大気が流れ込む。

このような大気の流れにより、第１ケーシング１６、ひいてはコンデンサ１４の熱が速やかに除去される。従って、第１ケーシング１６の底面（最下位面１６ａ）を、図２に示すように筐体１２の底面上に直接接触させることが可能となる。この場合においても、第１ケーシング１６（コンデンサ１４）の過度の温度上昇を十分に抑制することができるからである。

従って、第１ケーシング１６の底面をヒートシンク１８に接触させる必要、換言すれば、第１ケーシング１６をヒートシンク１８上に設ける必要は特にない。従って、ヒートシンク１８の厚み分、筐体１２の底面から第１ケーシング１６の頂面までの高さ（厚み）を小さくすることができる。特に説明していないが、第２ケーシング６０も同様である。これにより第１収容空間８２を狭小化し得るので、筐体１２、ひいてはＰＣＵ１０の小型化を図ることができる。

このため、ＰＣＵ１０を設置するためのスペースを狭小化し得る。従って、搭載スペースに制限がある小型車であっても、ＰＣＵ１０等の搭載機器の配置レイアウトの自由度が向上する。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、冷却用通路８８を、筐体１２ではなくヒートシンク１８に形成するようにしてもよい。

また、上記した配置構造は、ＰＣＵ１０にのみ適用されるものではなく、コンデンサ１４及びヒートシンク１８を含む構成に対して広汎に採用することができる。

１０…ＰＣＵ１２…筐体
１４…コンデンサ１６…第１ケーシング
１６ａ…最下位面１８…ヒートシンク
１８ａ…最上位面２０…放熱シート
６０…第２ケーシング８０…凹部
８２…第１収容空間８４…第２収容空間
８８…冷却用通路ＣＷ…冷却水

Claims

パワーモジュールと、
前記パワーモジュールと電気的に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサを収容したケーシングと、
前記パワーモジュール及び前記ケーシングを、内部の同一空間に収容する中空の筐体と、
を備えた電力変換ユニットにおけるコンデンサの配置構造であって、
前記筐体は、前記パワーモジュールが配置される第１配置面と、前記ケーシングが配置される第２配置面と、前記第１配置面を端面とする部位の内部に形成されて冷媒が流通する冷却用通路とを備え、
前記第１配置面及び前記第２配置面を平面視したとき、前記パワーモジュールは、前記第１配置面中で前記冷却用通路と重なる位置に配置され、且つ前記ケーシングは、前記第２配置面中で前記冷却用通路に重ならない位置に配置され、
前記第１配置面及び前記第２配置面を側面視したとき、前記第２配置面の高さが前記第１配置面の高さよりも低いことを特徴とするコンデンサの配置構造。
請求項１記載の配置構造において、前記冷却用通路が、前記ケーシングの最下位面よりも上方に位置することを特徴とするコンデンサの配置構造。
請求項１又は２記載の配置構造において、前記ケーシングは、前記冷却用通路に囲繞されていることを特徴とするコンデンサの配置構造。