JP6521850B2 - コンデンサユニット及び電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、コンデンサユニット及びこれを備える電力変換装置に関する。
例えば、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される空調装置には、電力変換装置が一体に組み込まれた電動圧縮機が用いられている。この種の電動圧縮機では、車両に搭載された電源ユニットから供給される高電圧の直流電力を電力変換装置で所要周波数の三相交流電力に変換し、それを電動圧縮機に印加することにより駆動されるように構成されている。
この種の電力変換装置として、従来、半導体モジュールと、この半導体モジュールの直流電源端子に接続させて半導体モジュールに直流電力を供給するバスバーと、このバスバーに電気的に接続されるコンデンサモジュールとを備え、バスバーとコンデンサモジュールとを一体的に構成した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３３６７６１号公報
しかしながら、従来の構成では、バスバーは、コンデンサモジュールの外部に連結されてコンデンサモジュールと一体化された構造であり、バスバーに電力ケーブル及び半導体モジュールがそれぞれ接続されている。このため、バスバーが連結されたコンデンサモジュールが大型化し、結果として電力変換装置が大型化するという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ったコンデンサユニット及び電力変換装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコンデンサユニットは、コンデンサ本体と、コンデンサ本体の一対の電極にそれぞれ接続される一対のバスバーと、コンデンサ本体及びバスバーを内包する樹脂製のケーシングと、を一体に備え、バスバーは、それぞれ一端側に直流電力の電力ケーブルが接続される入力端子と、他端側に基板が接続される出力端子とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、ケーシングにコンデンサ本体、入力端子及び出力端子をコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニットの小型化を図ることができる。
また、バスバーは、ケーシングにインサート成形されてもよい。この構成によれば、コンデンサ本体を避けた位置にバスバーを簡単に配置することができ、コンデンサユニットの小型化を簡単に実現できる。
また、ケーシングは、上面が開口した収容部を有する箱状に形成され、収容部にコンデンサ本体を収容するとともに、コンデンサ本体を樹脂材で固定してもよい。この構成によれば、ケーシング内に収容されるコンデンサ本体は樹脂材で覆われることにより、コンデンサユニットの水密性の向上を図ることができる。
また、ケーシングは、入力端子をそれぞれ支持する入力端子支持部と、これら入力端子支持部に並設され、該ケーシングを固定対象物に固定するための固定部とを備えてもよい。この構成によれば、例えば、外部装置などの固定対象物に、コンデンサユニットを簡単に取り付けて固定することができる。
また、固定部は、直流電力のシールドアースケーブルが接続可能なグランド端子部であってもよい。この構成によれば、固定部がコンデンサユニットの取り付けと、コンデンサユニットに供給される直流電力のノイズ対策とを共に行うため、取り付け構成の簡素化を図ることができる。
また、ケーシングは、側方に突出して出力端子をそれぞれ支持する出力端子支持部を備え、出力端子支持部は、ケーシングの上面よりも低い高さ位置に形成されていてもよい。この構成によれば、出力端子支持部に基板の一部を載せた状態で、基板と出力端子とを接続することができる。このため、コンデンサユニットに隣接して基板を配置できることにより、その分、基板の面積を小さくすることができ、コストダウンと小型化することができる。
また、本発明にかかる電力変換装置は、上記したコンデンサユニットと、コンデンサユニットの出力端子に接続され、直流電源を三相交流電源に変換するインバータ基板とを備えても良い。この構成によれば、コンデンサユニットの小型化に伴い、電力変換ユニットの小型化を図ることができる。
本発明によれば、ケーシングにコンデンサ本体、入力端子及び出力端子をコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニットの小型化を図ることができる。
図１は、本実施形態にかかる電力変換装置を備えた車載用電動圧縮機の一例を示す概略構成図である。 図２は、電力変換装置を構成するコンデンサユニットとインバータ基板との配置構成を示す斜視図である。 図３は、コンデンサユニットの内部透視斜視図である。 図４は、コンデンサユニットのケーシングに収容されるコンデンサ本体とバスバーとを示す分解斜視図である。 図５は、コンデンサユニットの平面図である。 図６は、電力変換装置が設置された状態を示す側面図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
図１は、本実施形態にかかる電力変換装置を備えた車載用電動圧縮機の一例を示す概略構成図である。車載用電動圧縮機１０は、車両に搭載された空調装置（不図示）を構成する機器であり、空調装置の冷媒回路内を循環する低圧の冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して再び冷媒回路内に吐出する。車載用電動圧縮機１０は、外殻を構成するハウジング１１と、このハウジング１１に内蔵される電動機１２及び圧縮機構１３とを備えて構成される。圧縮機構１３は、電動機１２と回転軸を介して連結されており、電動機１２の回転駆動により圧縮機構１３が駆動される。
車載用電動圧縮機１０は、電動機１２に電力を供給する電力変換装置２０を備える。電力変換装置２０は、車載用電動圧縮機１０のハウジング１１に取り付けられて車載用電動圧縮機１０と一体になっている。電力変換装置２０は、車両に搭載されるバッテリなどの電源ユニット１５から供給される直流電力を、所要周波数の三相交流電力に変換して電動機１２に印加し、該電動機１２を駆動する。電力変換装置２０は、コンデンサユニット２１とインバータ基板２２とを備えて構成される。コンデンサユニット２１は、電源ユニット１５から供給される直流電力に重畳するリプル成分を除去して平滑化し、平滑化した直流電力をインバータ基板２２に出力する。インバータ基板２２は、平滑化した直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を車載用電動圧縮機１０の電動機１２に印加する。また、インバータ基板２２は、車両に搭載されるＥＣＵ（図示省略）からの制御信号に基づいて電力変換装置２０の動作を制御する。
図２は、電力変換装置を構成するコンデンサユニットとインバータ基板との配置構成を示す斜視図であり、図３は、コンデンサユニットの内部透視斜視図である。また、図４は、コンデンサユニットのケーシングに収容されるコンデンサ本体とバスバーとを示す分解斜視図であり、図５は、コンデンサユニットの平面図である。
インバータ基板２２は、図２に示すように、直流電力を三相交流電力に変換するＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子（図示省略）で構成されるスイッチング回路２３Ａと、このスイッチング回路２３Ａ等を制御する制御回路２３Ｂとが実装されている。また、インバータ基板２２には、直流電力が入力されるＰＮ端子部２４が設けられている。このＰＮ端子部２４は、インバータ基板２２を貫通し、該インバータ基板２２の一側縁に沿って並設される一対の孔部２５Ａ，２５Ｂを有し、インバータ基板２２の表面における孔部２５Ａ，２５Ｂの周囲にそれぞれランド部２６Ａ，２６Ｂが形成されている。また、インバータ基板２２には、直流電力から変換された所要周波数の三相交流電力を出力するＵＶＷ端子部（図示省略）が設けられている。
一方、コンデンサユニット２１は、図２及び図３に示すように、外形が略角型形状（直方体形状）に形成されており、一対の入力端子３１Ａ，３２Ａと、一対の出力端子３１Ｂ，３２Ｂとを備えている。入力端子３１Ａ，３２Ａには、電源ユニット１５（図１）から延びる高電圧ケーブル（電力ケーブル）１６の接続端子１７Ａ，１７Ｂがそれぞれ接続される。入力端子３１Ａ，３２Ａと接続端子１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ環状に形成されており、接続端子１７Ａ，１７Ｂは、ねじ（図示省略）によって入力端子３１Ａ，３２Ａに固定される。また、出力端子３１Ｂ，３２Ｂは、上方に突出する爪状に形成され、インバータ基板２２の上記孔部２５Ａ，２５Ｂに直接挿し込まれてランド部２６Ａ，２６Ｂにそれぞれ半田付けされる。これにより、コンデンサユニット２１は、出力端子３１Ｂ，３２Ｂにより、インバータ基板２２に実装される。
コンデンサユニット２１は、図３に示すように、樹脂製のケーシング３０と、このケーシング３０に内蔵される一対のバスバー３１，３２及びコンデンサ本体（エレメントともいう）３３とを備える。ケーシング３０は、上面が開口した収容部３０Ａを有する箱状に形成され、この収容部３０Ａの一方の側部には、上記した入力端子３１Ａ，３２Ａを露出した状態で支持する入力端子支持部３０Ｂが一体に設けられている。また、ケーシング３０は、入力端子支持部３０Ｂとは反対側に位置する収容部３０Ａの側部に、上記した出力端子３１Ｂ，３２Ｂを露出した状態で支持する出力端子支持部３０Ｃを一体に備える。
バスバー３１，３２は、図３及び図４に示すように、それぞれ長尺の板材を折り曲げて形成される。バスバー３１，３２は、ケーシング３０の収容部３０Ａの形状に合わせて折り曲げられ、ケーシング３０にインサート成形されている。この構成によれば、バスバー３１，３２を、収容部３０Ａ内の空間を避けた位置に容易に配置することができる。一のバスバー３１は、図４に示すように、一端側に上記した入力端子３１Ａを備え、他端側に上記した出力端子３１Ｂと、コンデンサ接続端子３１Ｃとを備えている。また、他のバスバー３２は、一端側に上記した入力端子３２Ａと、コンデンサ接続端子３２Ｃとを備え、他端側に上記した出力端子３２Ｂを備えている。これらコンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃは、それぞれ上方に突出するように折り曲げて形成され、お互いに対向した位置で収容部３０Ａ内に露出している。
コンデンサ本体３３は、略楕円柱を横倒しにした形状を有し、図３に示すように、ケーシング３０の収容部３０Ａに収容される。コンデンサ本体３３は、図４に示すように、楕円形の側面部にそれぞれ電極３３Ａ，３３Ｂを備え、この電極３３Ａ，３３Ｂには、それぞれコンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃが挿し込まれる孔部３３Ａ１，３３Ｂ１が設けられている。コンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃは、ケーシング３０の収容部３０Ａ内に露出しているため、コンデンサ本体３３を収容部３０Ａに収容した際、電極の孔部３３Ａ１，３３Ｂ１にコンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃが挿し込まれる。電極３３Ａ，３３Ｂとコンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃとは、それぞれ半田付けによって固定される。その後、収容部３０Ａには、硬化性を有する液状の樹脂材３４（図３）が注入され、この樹脂材３４が硬化することにより、コンデンサ本体３３は収容部３０Ａに固定される。この構成によれば、ケーシング３０の収容部３０Ａに収容されるコンデンサ本体３３及びコンデンサ接続端子３１Ｃ，３２Ｃは樹脂材３４で覆われることにより、コンデンサユニット２１の水密性の向上を図ることができる。
また、ケーシング３０は、図５に示すように、入力端子支持部３０Ｂ及び出力端子支持部３０Ｃにそれぞれ並設されて、該ケーシング３０を固定するための固定孔（固定部）３０Ｄ，３０Ｅを備える。これら固定孔３０Ｄ，３０Ｅは、ケーシング３０を上下に貫通し、例えば、車載用電動圧縮機１０のハウジング１１（固定対象物、図１）に直接または間接的にねじ止めされる際に用いられる。本実施形態では、入力端子支持部３０Ｂ側の固定孔３０Ｄには、図２に示すように、高電圧ケーブル１６に一体に設けられるシールドアースケーブル１６Ａのグランド端子１７Ｃが接続可能に構成される。このグランド端子１７Ｃは、固定用のねじ及びハウジング１１を介して接地されることにより、固定孔３０Ｄは、グランド端子支持部として機能する。
次に、電力変換装置２０の設置構成について説明する。図６は、電力変換装置が設置された状態を示す側面図である。電力変換装置２０は、車載用電動圧縮機１０のハウジング１１に設けられた制御ボックス５０内に取り付けられる。制御ボックス５０は、コンデンサユニット２１及びインバータ基板２２を取り付けるための支持脚５１を複数有し、この支持脚５１にねじ５２で取り付けられている。
本構成では、図６に示すように、コンデンサユニット２１の出力端子支持部３０Ｃは、ケーシング３０の側方に突出して形成されている。この出力端子支持部３０Ｃは、ケーシング３０の上面３０Ａ１よりも低部に設けられ、具体的には、ケーシング３０の上面３０Ａ１から少なくともインバータ基板２２の厚み方向の距離以上、低い高さ位置に形成されている。すなわち、ケーシング３０の上面３０Ａ１と出力端子支持部３０Ｃの上面３０Ｃ１との高さｈ１は、少なくともインバータ基板２２の厚みｈ２よりも大きく形成されている。このため、出力端子支持部３０Ｃの上面３０Ｃ１にインバータ基板２２の一部を載せた状態で、インバータ基板２２の孔部２５Ａ，２５Ｂに出力端子３１Ｂ，３２Ｂを貫通させて接続することができる。この場合、インバータ基板２２がコンデンサユニット２１よりも高さ方向に延在することを抑制することができる。
このため、コンデンサユニット２１に隣接してインバータ基板２２を横並びに配置できることにより、例えば、コンデンサユニットをインバータ基板上に実装するものに比べて、インバータ基板の大きさを小さくすることができると共に、コンデンサユニットとインバータ基板との厚み方向の大きさを小さくすることができる。また、例えば、コンデンサユニットをインバータ基板にバスバーを介して接続するものに比べて、外部に延在するバスバーを省略することで、少なくともコンデンサユニットとインバータ基板との設置面積を小さくすることができる。このように、本実施形態では、出力端子支持部３０Ｃは、ケーシング３０の側方に突出し、ケーシング３０の上面３０Ａ１よりも低部に設けられるため、コンデンサユニット２１に隣接してインバータ基板２２を横並びに配置できることにより、その分、インバータ基板２２の面積を小さくすることができ、電力変換装置２０の小型化及びコストダウンを実現できる。
以上、本実施形態のコンデンサユニット２１は、コンデンサ本体３３と、コンデンサ本体３３の一対の電極３３Ａ，３３Ｂにそれぞれ接続される一対のバスバー３１，３２と、コンデンサ本体３３及びバスバー３１，３２を内包する樹脂製のケーシング３０と、を一体に備え、バスバー３１，３２は、それぞれ一端側に直流電力の高電圧ケーブル１６の接続端子１７Ａ，１７Ｂが接続される入力端子３１Ａ，３２Ａと、他端側にインバータ基板２２のＰＮ端子部２４が接続される出力端子３１Ｂ，３２Ｂとを備えたため、ケーシング３０にコンデンサ本体３３、入力端子３１Ａ，３２Ａ及び出力端子３１Ｂ，３２Ｂをコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニット２１の小型化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、バスバー３１，３２は、ケーシング３０にインサート成形されるため、コンデンサ本体３３を避けた位置にバスバー３１，３２を簡単に配置することができ、コンデンサユニット２１の小型化を簡単に実現できる。
また、本実施形態によれば、ケーシング３０は、上面３０Ａ１が開口した収容部３０Ａを有する箱状に形成され、収容部３０Ａにコンデンサ本体３３を収容するとともに、コンデンサ本体３３を樹脂材３４で固定するため、ケーシング３０の収容部３０Ａに収容されるコンデンサ本体３３は樹脂材３４で覆われることにより、コンデンサユニット２１の水密性の向上を図ることができる。
また、本実施形態によれば、ケーシング３０は、入力端子３１Ａ，３２Ａをそれぞれ支持する入力端子支持部３０Ｂ，３０Ｂと、これら入力端子支持部３０Ｂ，３０Ｂに並設され、該ケーシング３０をハウジング１１に固定するための固定孔３０Ｄとを備えるため、例えば、車載用電動圧縮機１０のハウジング１１に、コンデンサユニット２１を簡単に取り付けて固定することができる。
また、本実施形態によれば、固定孔３０Ｄは、高電圧ケーブル１６のシールドアースケーブル１６Ａが接続可能なグランド端子部としたため、固定孔３０Ｄがコンデンサユニット２１の取り付けと、コンデンサユニット２１に供給される直流電力のノイズ対策とを共に行うため、取り付け構成の簡素化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、ケーシング３０は、側方に突出して出力端子３１Ｂ，３２Ｂをそれぞれ支持する出力端子支持部３０Ｃを備え、出力端子支持部３０Ｃは、ケーシング３０の上面３０Ａ１よりも低い高さ位置に形成されているため、出力端子支持部３０Ｃにインバータ基板２２の一部を載せた状態で、インバータ基板２２と出力端子３１Ｂ，３２Ｂとを接続することができる。このため、コンデンサユニット２１に隣接してインバータ基板２２を横並びに配置できることにより、その分、インバータ基板２２の面積を小さくすることができ、電力変換装置２０のコストダウンと小型化を図ることができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。本実施形態では、電力変換装置２０は、車載用電動圧縮機１０に設けられる構成としたが、直流電力から変換された三相交流電力を利用する機器であれば、他の機器に設けることもできる。
１０ 車載用電動圧縮機
１１ ハウジング（固定対象物）
１２ 電動機
１３ 圧縮機構
１５ 電源ユニット
１６ 高電圧ケーブル
１６Ａ シールドアースケーブル
１７Ａ，１７Ｂ 接続端子
１７Ｃ グランド端子
２０ 電力変換装置
２１ コンデンサユニット
２２ インバータ基板
２４ ＰＮ端子部
２５Ａ，２５Ｂ 孔部
２６Ａ，２６Ｂ ランド部
３０ ケーシング
３０Ａ 収容部
３０Ａ１ 上面
３０Ｂ 入力端子支持部
３０Ｃ 出力端子支持部
３０Ｄ 固定孔（固定部、グランド端子支持部）
３０Ｅ 固定孔（固定部）
３１，３２ バスバー
３１Ａ，３２Ａ 入力端子
３１Ｂ，３２Ｂ 出力端子
３１Ｃ，３２Ｃ コンデンサ接続端子
３３ コンデンサ本体
３３Ａ，３３Ｂ 電極
３４ 樹脂材

Claims (5)

  1. コンデンサ本体と、
    前記コンデンサ本体の一対の電極にそれぞれ接続される一対のバスバーと、
    前記コンデンサ本体及び前記バスバーを内包する樹脂製のケーシングと、を一体に備え、
    前記バスバーは、それぞれ一端側に直流電力の電力ケーブルが接続される入力端子と、他端側に基板が接続される出力端子と、を備え、
    前記ケーシングは、前記入力端子をそれぞれ支持する入力端子支持部と、これら入力端子支持部に並設され、該ケーシングを固定対象物に固定するための固定部と、前記出力端子をそれぞれ支持する出力端子支持部と、を備え、前記出力端子支持部は、前記ケーシングの上面よりも低い高さ位置に該ケーシングの側方に突出して形成され、前記出力端子は、前記出力端子支持部の上面から上方に突出する爪状に形成され、該出力端子支持部の上面に載置された前記基板の一部を貫通して該基板に接続されることを特徴とするコンデンサユニット。
  2. 前記バスバーは、前記ケーシングにインサート成形されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサユニット。
  3. 前記ケーシングは、上面が開口した収容部を有する箱状に形成され、前記収容部に前記コンデンサ本体を収容するとともに、前記コンデンサ本体を樹脂材で固定したことを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサユニット。
  4. 前記固定部は、前記直流電力のシールドアースケーブルが接続可能なグランド端子支持部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のコンデンサユニット。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載のコンデンサユニットと、前記コンデンサユニットの前記出力端子に接続され、直流電源を三相交流電源に変換する前記基板としてのインバータ基板と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
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