JP6459911B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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インバータは、スイッチング素子(12)及びスイッチング素子を封止する素子封止材(14)から形成され一の方向に並ぶよう設けられている複数の半導体モジュール(11)を有し、直流電力を交流電力に変換する。
冷却部は、半導体モジュールの一の方向の一方側または他方側に当該半導体モジュールに当接しつつ半導体モジュールと交互に積層されている複数の冷却フィン(21)、交互に積層されている複数の半導体モジュールと複数の冷却フィンとの積層体の一の方向の他方側に設けられる冷却プレート(22)、及び、複数の冷却フィン内及び冷却プレート内に半導体モジュールの温度に比べて低温の流体を流通させる冷却パイプ(23)を有する。
コンデンサモジュールは、電源(3)が供給する直流電力を充電可能かつ充電した電力を放電可能なコンデンサ(31、32、33)、電源及び複数のスイッチング素子とコンデンサとを電気的に接続する金属からなるバスバー(34、35)、及び、コンデンサ及びバスバーの一部を封止するコンデンサ封止材(36)を有し、スイッチング素子にかかる直流電力の電圧を平滑化する。
収容部材は、一の方向の他方側に形成されコンデンサモジュールを一の方向に挿入可能な第一挿入口(431)、第一挿入口に連通しコンデンサモジュールを収容可能な第一収容空間(401)、一の方向の他方側に形成され積層体を一の方向に挿入可能な第二挿入口(432)、第二挿入口に連通し積層体を収容可能な第二収容空間(402)、及び、第一収容空間と第二収容空間とを連通しバスバーの一部が位置する通孔(450)を有する。
付勢部材は、第二収容空間において積層体と収容部材の一の方向の一方側の壁体(422)の内壁面(424)との間に設けられ積層体を付勢する。
本発明の電力変換装置では、第一収容空間に収容されているコンデンサモジュールは、コンデンサモジュールが第一挿入口に挿入される方向をコンデンサモジュールの軸方向とすると、コンデンサモジュールの径方向外側の外壁面(301、302、305、306)及び軸方向の挿入側の外壁面(303)が収容部材によって覆われている。また、第一収容空間に収容されているコンデンサモジュールは、コンデンサモジュールの軸方向の挿入側とは反対側の外壁面(304)が第二挿入口を塞ぐよう収容部材に当接する冷却プレートによって覆われている。
また、収容部材と冷却プレートとは、部品の加工精度によって寸法精度程度の隙間を有しつつ設けられる場合があるが、本発明の電力変換装置では、冷却プレートは第一挿入口を塞ぐよう設けられているため、コンデンサモジュールの軸方向の挿入側とは反対側の外壁面は冷却プレートによって効率的に冷却することができる。
本発明の一実施形態による電力変換装置を図1〜8を参照して説明する。
一実施形態による電力変換装置1の模式図を図1に示す。電力変換装置1は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載される。電力変換装置1は、図2に示すように、直流電源3と三相交流モータ5とを電気的に接続可能な位置に設けられている。電力変換装置1は、直流電源3が供給する直流電力を交流電力に変換し、三相交流モータ5に出力する。交流電力が供給される三相交流モータ5は、自動車の駆動輪を駆動する駆動力を発生する。
半導体モジュール11のz方向の端部には複数の端子が設けられている。半導体モジュール11のz方向の一方側の端部には、コンデンサモジュール30側から順に、コンデンサモジュール30と電気的に接続するN端子112及びP端子111、並びに、三相交流モータ5と電気的に接続される出力端子113が設けられている。半導体モジュール11のz方向の他方側の端部には、制御回路基板15と電気的に接続する接続端子114が設けられている(図3、5参照)。
コンデンサ側接続部343は、P側接続端子341と接続可能に形成されている。
平板部344は、コンデンサ側接続部343と一つの平面状に形成される平板状の部位である。平板部344は、一実施形態では、コンデンサ側接続部343からy方向の他方側に延びるよう形成されている。
接続部345は、平板部344のx方向の他方側に設けられている。接続部345は、三個の半導体モジュール11が有する三個のP端子111のそれぞれに接続するよう形成されている。
コンデンサ側接続部353は、N側接続端子351と接続可能に形成されている。
平板部354は、コンデンサ側接続部353と一つの平面状に形成される平板状の部位である。平板部354は、一実施形態では、コンデンサ側接続部353からy方向の一方の方向に延びるよう形成されている。
接続部355は、平板部354のx方向の他方側に設けられている。接続部355は、三個の半導体モジュール11が有する三個のN端子112のそれぞれに接続するよう形成されている。
側壁422は、中間壁41のy方向の一方側の端部に設けられx方向の他方側に延びるよう形成されている。側壁422は、略平板状に形成されている。一実施形態では、側壁422は、中間壁41に直角に接合するよう設けられている。なお、収容部材を40が有する壁の位置関係を説明するときの「直角」は、厳密な意味での直角だけではなく、目視によって直角とすることができる程度の角度の関係も含む。
第二接合壁47の内壁面471は、図3に示すように、冷却フィン21の端部の形状に合わせて曲面形状となっている。
最初に、冷却部20が有する複数の冷却フィン21の間に半導体モジュール11を挿入し積層体を形成する。
次に、積層体を開口432を介して素子用空間402に挿入する。素子用空間402に挿入された積層体は、側壁422に設けられている付勢部材50に当接し、y方向の他方側に付勢される。
具体的には、コンデンサモジュール30のP側接続端子341と半導体モジュール11のP端子111とをP側接続部材342によって接続する。また、コンデンサモジュール30のN側接続端子351と半導体モジュール11のN端子112とをN側接続部材352によって接続する。P側接続部材342及びN側接続部材352は、収容部材40のZ方向の一方側から開口450及び窪み411に挿入されコンデンサモジュール30と半導体モジュール11とに組み付けられる。P側接続部材342及びN側接続部材352がコンデンサモジュール30と半導体モジュール11とに組み付けられると、P側接続部材342及びN側接続部材352は、開口450、窪み411及び素子用空間402に位置する。
また、制御回路基板15を接続端子114に組み付けられ、制御回路基板15と接続端子114とが基板用空間404において電気的に接続される。
最後に、蓋部材51、52が収容部材40に組み付けられる。
また、コンデンサモジュール30は、収容部材40及び蓋部材51によって覆われているため、外部への熱の放射を防止することができる。コンデンサモジュール30からの放熱によって電力変換装置1の外部の他の装置に不具合が発生することを防止することができる。
上述の実施形態では、コンデンサ用空間は、中間壁、コンデンサモジュール側の側壁、第一接合壁、第一蓋部、及び、第二蓋部によって形成されるとした。しかしながら、コンデンサ用空間を形成する壁はこれに限定されない。コンデンサモジュールが開口に挿入される方向をコンデンサモジュールの軸方向とするとき、コンデンサモジュールの径方向外側の外壁面及び軸方向の挿入側の外壁面が収容部材によって覆われるよう形成されていればよい。
10 ・・・インバータ
11 ・・・半導体モジュール
20 ・・・冷却部
22 ・・・冷却プレート
30 ・・・コンデンサモジュール
301、302、303、304、305、306・・・外壁面
40 ・・・収容部材
450・・・開口(通孔)
401・・・コンデンサ用空間(第一収容空間)
402・・・素子用空間(第二収容空間)
50 ・・・付勢部材
Claims (8)
- スイッチング素子(12)及び前記スイッチング素子を封止する素子封止材(14)から形成され一の方向に並ぶよう設けられている複数の半導体モジュール(11)を有し、直流電力を交流電力に変換するインバータ(10)と、
前記半導体モジュールの一の方向の一方側または他方側に当該半導体モジュールに当接しつつ前記半導体モジュールと交互に積層されている複数の冷却フィン(21)、交互に積層されている複数の前記半導体モジュールと複数の前記冷却フィンとの積層体の前記一の方向の他方側に設けられる冷却プレート(22)、及び、複数の前記冷却フィン内及び前記冷却プレート内に前記半導体モジュールの温度に比べて低温の流体を流通させる冷却パイプ(23)を有する冷却部(20)と、
電源(3)が供給する直流電力を充電可能かつ充電した電力を放電可能なコンデンサ(31、32、33)、前記電源(3)及び複数の前記スイッチング素子と前記コンデンサとを電気的に接続する金属からなるバスバー(34、35)、並びに、前記コンデンサ及び前記バスバーの一部を封止するコンデンサ封止材(36)を有し、前記スイッチング素子にかかる直流電力の電圧を平滑化するコンデンサモジュール(30)と、
前記一の方向の他方側に形成され前記コンデンサモジュールを前記一の方向に挿入可能な第一挿入口(431)、前記第一挿入口に連通し前記コンデンサモジュールを収容可能な第一収容空間(401)、前記一の方向の他方側に形成され前記積層体を前記一の方向に挿入可能な第二挿入口(432)、前記第二挿入口に連通し前記積層体を収容可能な第二収容空間(402)、及び、前記第一収容空間と前記第二収容空間とを連通し前記バスバーの一部が位置する通孔(450)を有する収容部材(40)と、
前記第二収容空間において前記積層体と前記収容部材の前記一の方向の一方側の壁体(422)の内壁面(424)との間に設けられ前記積層体を付勢する付勢部材(50)と、
を備え、
前記第一収容空間に収容されている前記コンデンサモジュールは、前記コンデンサモジュールが前記第一挿入口に挿入される方向を前記コンデンサモジュールの軸方向とすると、前記コンデンサモジュールの径方向外側の外壁面(301、302、305、306)及び前記軸方向の挿入側の外壁面(303)が前記収容部材によって覆われ、前記コンデンサモジュールの前記軸方向の挿入側とは反対側の外壁面(304)が前記第二挿入口を塞ぐよう前記収容部材に当接する前記冷却プレートによって覆われている電力変換装置。 - 前記バスバーは、前記コンデンサ封止材から突出するよう形成されている接続端子(341、351)を有し、
前記通孔は、大きさが前記接続端子を外部に露出可能な程度である請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記収容部材は、前記積層体と前記コンデンサモジュールとの間に設けられ前記一の方向に延びるよう形成されている中間壁(41)、前記中間壁の一の方向の一方側の端部に設けられ前記一の方向とは異なる方向の一方側に延びるよう形成されている一の側壁(421)、前記中間壁の一の方向の一方側の端部に設けられ前記一の方向とは異なる方向の他方側に延びるよう形成されている前記一の方向の一方側の壁体としての他の側壁、前記一の側壁の一方側の端部に接合し前記中間壁及び前記一の側壁とともに前記第一収容空間を形成する第一接合壁(44)、前記中間壁、前記一の側壁及び前記第一接合壁に接合し前記通孔を形成しつつ前記第一収容空間に収容されている前記コンデンサモジュールの径方向外側の外壁面としての一の外壁面(301)を覆う第一蓋部(45)、前記中間壁、前記一の側壁及び前記第一接合壁に接合し前記第一収容空間に収容されている前記コンデンサモジュールの前記一の外壁面とは反対側の前記コンデンサモジュールの径方向外側の外壁面としての他の外壁面(306)を覆う第二蓋部(46)、並びに、前記他の側壁の他方側の端部に接合し前記中間壁及び前記他の側壁とともに前記第二収容空間を形成する第二接合壁(47)を有する請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記コンデンサモジュールは、直方体形状に形成され、
前記一の側壁は、前記中間壁に直角に接合し、
前記第一接合壁は、前記一の側壁に直角に接合しつつ前記中間壁と平行となるよう設けられ、
前記第一蓋部は、前記中間壁、前記一の側壁及び前記第一接合壁に直角に接合し、
前記第二蓋部は、前記中間壁、前記一の側壁及び前記第一接合壁に直角に接合しつつ前記第一蓋部と平行となるよう設けられる請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記中間壁は、前記通孔と前記第二収容空間とを連通する窪み(411)を有する請求項3または4に記載の電力変換装置。
- 前記通孔を塞ぐ通孔用蓋部材(51)をさらに備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記インバータは、前記スイッチング素子の作動を制御する制御回路を搭載する制御回路基板(15)を有し、
前記収容部材は、前記第二収容空間と外部とに連通し前記制御回路基板を収容可能な第三収容空間(404)を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記第三収容空間を塞ぐ基板用蓋部材(52)をさらに備える請求項7に記載の電力変換装置。
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