JP6631112B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、上記直流電力の一部を分岐して外部機器に送る電力分岐部とを備える電力変換装置に関する。

直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、上記直流電力の一部を分岐して外部機器に送る電力分岐部とを備える電力変換装置が知られている（下記特許文献１参照）。上記電力分岐部は、上記インバータ部に接続した分岐用電力線と、該分岐用電力線に設けられたヒューズとを備える。

インバータ部及び電力分岐部は、ケースに収容されている。このケースは、ケース本体と、該ケース本体の開口部を塞ぐカバーとを備える。上記電力変換装置では、上記ケース本体に、インバータ部と電力分岐部とを両方とも収容している。

特開２０１３−４６４４７号公報

しかしながら、上記電力変換装置は、ケース本体の汎用性が低いという問題がある。すなわち、電力変換装置の顧客によっては、電力分岐部を必要としないことがある。この場合、ケース本体に収容された電力分岐部を単に取り除くと、ケース本体内に無駄なスペースができてしまう。したがって、この無駄なスペースをなくすため、電力分岐部を必要としない顧客には、より小さなケース本体を用意し、このケース本体にインバータ部を収容する必要が生じる。そのため、電力分岐部を必要とする顧客と、必要としない顧客とで、インバータ部を共通化できる場合でも、ケース本体は共通化できず、それぞれ別のケース本体を用いる必要が生じる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ケース本体の汎用性を高くすることができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、直流電源（１０）から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ部（２）と、
該インバータ部に接続し、上記直流電力の一部を外部機器（８）に供給する経路をなす分岐用電力線（３１）と、該分岐用電力線に設けられたヒューズ（３２）とを有する電力分岐部（３）と、
上記インバータ部及び上記電力分岐部を収容するケース（４）とを備え、
該ケースは、上記インバータ部を収容するケース本体（４１）と、該ケース本体に形成された開口部（４２）を塞ぐカバー（４４）とを備え、
上記電力分岐部は、上記カバー内の凹状空間（Ｓ）に配されており、
上記ケース本体は、上記開口部の開口方向において上記開口部とは反対側に形成された補助開口部（４３）を有し、上記ケース本体内に、上記開口部から上記補助開口部まで上記開口方向に貫通した接続用貫通部（４７）が形成され、上記分岐用電力線と上記インバータ部との接続部（１１）は、上記開口方向から見たときに上記接続用貫通部と重なる位置に形成され、上記接続部は、締結部材（１５）によって、上記開口方向における上記補助開口部（４３）側から締結されている、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置においては、上記電力分岐部を、カバー内に配している。そのため、電力分岐部を必要としない顧客に対しては、ケース本体とインバータ部とは変更せず、カバーのみを、電力分岐部が配されていないカバーに変更して、電力変換装置を組み立てることができる。したがって、電力分岐部を必要とする顧客と、必要としない顧客とで、ケース本体を共通して用いることが可能になる。

以上のごとく、上記態様によれば、ケース本体の汎用性を高くすることができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電力変換装置の断面図であって、図２のI-I断面図。 図１のII-II断面図。 図２のIII矢視図。 図１のIV矢視図。 図１のV-V断面図。 図１のVI-VI断面図。 図１のVII-VII断面図。 実施形態１における、電力変換装置の回路図。 実施形態１における、電力変換装置の製造工程説明図。 図９に続く図。 参考形態における、カバーを変更した電力変換装置の断面図。

上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置とすることができる。

（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図１０を用いて説明する。図１に示すごとく、電力変換装置１は、インバータ部２と、電力分岐部３と、ケース４とを備える。インバータ部２は、直流電源１０（図８参照）から供給される直流電力を交流電力に変換する。電力分岐部３は、分岐用電力線３１とヒューズ３２とを有する。分岐用電力線３１は、直流電力の一部を外部機器８（図８参照）に供給する経路をなしている。ヒューズ３２は、分岐用電力線３１に設けられている。

図１に示すごとく、インバータ部２及び電力分岐部３は、ケース４に収容されている。ケース４は、ケース本体４１とカバー４４とを備える。インバータ部２は、ケース本体４１に収容されている。カバー４４は、ケース本体４１に形成された開口部４２を塞いでいる。電力分岐部３は、カバー４４内の凹状空間Ｓに配されている。

本形態の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。図８に示すごとく、インバータ部２は、複数の半導体モジュール２１と、平滑コンデンサ２４と、制御回路基板２２とを備える。半導体モジュール２１は、半導体素子２０（ＩＧＢＴ素子）を内蔵している。平滑コンデンサ２４は、直流電源１０の直流電圧を平滑化する。また、制御回路基板２２は、半導体モジュール２１のスイッチング動作を制御している。制御回路基板２２によって半導体モジュール２１をスイッチング動作させることにより、直流電力を交流電力に変換している。これにより、三相交流モータ８１を駆動し、上記車両を走行させている。

図１、図５に示すごとく、電力分岐部３は、インバータ部２に接続した分岐用電力線３１と、該分岐用電力線３１上に設けられたヒューズ３２と、該ヒューズ３２を保持するヒューズ保持部３３と、分岐用電力線３１をインバータ部２に接続するための分岐用端子台３４とを備える。直流電源１０から供給される直流電力は、その一部が分岐され、分岐用電力線３１を通って外部機器８（図８参照）に送られる。本形態の外部機器８は、車載エアコンである。分岐用電力線３１に過電流が流れると、ヒューズ３２が溶断する。これにより、外部機器８を過電流から保護している。

図１、図４に示すごとく、カバー４４には、分岐用コネクタ７と、蓋部４４１と、制御用コネクタ５とが設けられている。分岐用コネクタ７には、外部機器８のケーブルが接続する。また、ヒューズ３２が溶断したときには、上記蓋部４４１を取り外して、ヒューズ３２を交換するようになっている。また、上記制御用コネクタ５は、後述する信号線６を介して、制御回路基板２２に接続している。

図５に示すごとく、分岐用電力線３１は、バスバーからなる第１部分３１１と、被覆配線からなる第２部分３１２とを備える。第１部分３１１と第２部分３１２との間に、ヒューズ３２が設けられている。ヒューズ３２は、ヒューズ保持部３３に保持されている。

また、カバー４４内には、複数の分岐用固定部１８（ボス）が形成されている。この分岐用固定部１８を用いて、ヒューズ保持部３３と分岐用端子台３４とを、カバー４４に固定してある。

図１に示すごとく、分岐用端子台３４内には、ナット３４１がインサートされている。そして、分岐用電力線３１の第１部分３１１と、インバータ部２の分岐用端子２９とを重ね合せ、締結部材１５（ボルト）をナット３４１に螺合してある。これにより、分岐用電力線３１と分岐用端子２９とを締結している。

また、図２に示すごとく、ケース本体４１内には、複数の半導体モジュール２１と冷却管２３とを積層した積層体１６が配されている。積層体１６の積層方向（Ｘ方向）において積層体１６に隣り合う位置に、上記平滑コンデンサ２４が配されている。冷却管２３の長手方向（Ｙ方向）において、平滑コンデンサ２４に隣り合う位置に、端子台２７５が設けられている。また、ケース本体４１には、複数個のインバータ用固定部１７が形成されている。このインバータ用固定部１７（ボス）を用いて、平滑コンデンサ２４及び端子台２７５を、ケース本体４１に固定してある。

図２に示すごとく、半導体モジュール２１は、半導体素子２０（図８参照）を内蔵した本体部２１０と、該本体部２１０から突出した直流端子２１１，２１２及び交流出力端子２１３と、制御端子２１４（図１参照）とを備える。直流端子２１１，２１２は、図示しない直流バスバーによって、平滑コンデンサ２４の出力端子２４９に接続されている。また、交流出力端子２１３には、交流バスバー２７が接続している。交流バスバー２７の端部は、三相交流モータ８１（図８参照）に電気接続するための出力端子２７１になっている。

図２に示すごとく、Ｘ方向に隣り合う２個の冷却管２３は、Ｙ方向における両端において、連結管２３１によって連結されている。また、複数の冷却管２３のうち、Ｘ方向における一方の端部に配された端部冷却管２３ａには、冷媒１４を導入するための導入管１２と、冷媒１４を導出するための導出管１３とが接続している。導入管１２から冷媒１４を導入すると、冷媒１４は、連結管２３１を通って全ての冷却管２３内を流れ、導出管１３から導出する。これにより、半導体モジュール２１を冷却している。

また、積層体１６と平滑コンデンサ２４との間には、加圧部材１６１が配されている。この加圧部材１６を用いて、積層体１６を、ケース本体４１の第１壁部４６１に向けて押圧している。これにより、積層体１６をケース本体４１内に固定すると共に、冷却管２３と半導体モジュール２１との接触圧を確保している。

また、図１に示すごとく、平滑コンデンサ２４は、コンデンサ素子２４１と、該コンデンサ素子２４１を収容するコンデンサケース２４２と、コンデンサ素子２４１を封止する封止部２４３とを備える。コンデンサ素子２４１は、フィルムコンデンサからなる。コンデンサ素子２４１には、電極板２４４が接続している。この電極板２４４から、上述した分岐用端子２９、出力端子２４９、入力端子２５が延出している。また、ケース本体４１には、平滑コンデンサ２４を収容するための凹状部４００が形成されている。この凹状部４００に平滑コンデンサ２４を収容し、インバータ用固定部１７（図２参照）を用いて、平滑コンデンサ２４をケース本体４１に固定してある。

また、図２、図３に示すごとく、ケース本体４１には、入力コネクタ接続部４１１と、出力コネクタ接続部４１２とが形成されている。これらの接続部４１１，４１２に、図示しない入力コネクタ、及び出力コネクタが接続する。平滑コンデンサ２４の入力端子２５は、端子台２７５において、入力コネクタ内のバスバーに締結される。この入力コネクタを介して、入力端子２５を、直流電源１０（図８参照）に電気接続している。同様に、出力端子２７１は、端子台２７５において、出力コネクタ内のバスバーに締結される。この出力コネクタを介して、出力端子２７１を、三相交流モータ８１に電気接続している。

図１、図７に示すごとく、ケース本体４１には、上記開口部４２と、補助開口部４３とが形成されている。開口部４２はカバー４４によって塞がれている。また、補助開口部４３は補助カバー４５によって塞がれている。補助開口部４３は、開口部４２の開口方向（Ｚ方向）において、開口部４２を設けた側とは反対側に形成されている。

図２に示すごとく、ケース本体４１内には、接続用貫通部４７が形成されている。接続用貫通部４７は、ケース本体４１の壁部４６と、平滑コンデンサ２４との間に形成されている。接続用貫通部４７は、開口部４２から補助開口部４３まで、Ｚ方向に貫通している。図６、図７に示すごとく、分岐用電力線３１とインバータ部２との接続部１１は、Ｚ方向から見たときに、接続用貫通部４７と重なる位置に形成されている。

また、上述したように本形態のインバータ部２は、図１に示すごとく、半導体モジュール２１と、制御回路基板２２とを備える。制御回路基板２２は、Ｚ方向において半導体モジュール２１よりも補助開口部４３側に配されている。また、カバー４４には、制御コネクタ５（図３参照）が形成されている。制御コネクタ５は、ＥＣＵ等の外部制御装置８９（図８参照）に接続する。また、図６、図７に示すごとく、制御回路基板２２と制御コネクタ５とは、信号線６によって互いに接続されている。信号線６は、信号用貫通部４９内を通っている。信号用貫通部４９は、接続用貫通部４７に隣り合う位置に形成されている。信号用貫通部４９は、開口部４２から補助開口部４３まで、Ｚ方向に貫通している。

また、図７に示すごとく、接続用貫通部４７と信号用貫通部４９との間には、接続部１１から発生した放射ノイズを遮蔽する遮蔽板４８が設けられている。遮蔽板４８は、ケース本体４１の壁部４６と一体に形成されている。遮蔽板４８は、金属製である。

次に、電力変換装置１の製造方法について説明する。図９に示すごとく、電力変換装置１を製造する際には、まず、ケース本体４１内にインバータ２を収容する。すなわち、半導体モジュール２１と冷却管２３とを積層して積層体１６を形成し、この積層体１６を、加圧部材１６１を用いてケース本体４１内に固定する。また、平滑コンデンサ２４を凹部４００内に収容し、さらに、ケース本体４１内に端子台２７５を収容する。そして、インバータ用固定部１７を用いて、平滑コンデンサ２４および端子台２７５をケース本体４１に固定する。また、補助開口部４３から制御回路基板２２を入れ、該制御回路基板２２を半導体モジュール２１の制御端子２１４に接続する。

次いで、図１０に示すごとく、カバー４４内に電力分岐部３を設け、制御用コネクタ５（図７参照）に信号線６を接続する。そして、カバー４４を、ケース本体４１の開口部４２に取り付ける。このようにすると、分岐用電力線３１の第１部分３１１と、平滑コンデンサ２４の分岐用接続端子２９とが重なり合う。また、信号線６を、信号用貫通部４９に通しておく。その後、締結部材１５を補助開口部４３から接続用貫通部４７に挿入し、分岐用端子台３４内のナット３４１に螺合する。これにより、分岐用電力線３１とインバータ部２とを電気接続する。次いで、上記信号線６を制御回路基板２２に接続する。その後、補助カバー４５をケース本体４１に取り付けて、補助開口部４３を塞ぐ。以上の工程を行うことにより、電力変換装置１を製造する。

なお、電力変換装置１の顧客が、電力分岐部３を必要としない場合は、図１１に示すごとく、電力分岐部３を内蔵しない薄型のカバー４４’を用いる。そして、ケース本体４１及びインバータ部２は変更せず、上記カバー４４’をケース本体４１に取り付ける。これにより、電力分岐部３を備えない電力変換装置１’を製造する。

本形態の作用効果について説明する。図１に示すごとく、本形態では、電力分岐部３を、カバー４４内に配している。そのため、電力分岐部３を必要としない顧客に対しては、図１１に示すごとく、ケース本体４１とインバータ部２とは変更せず、カバー４４のみを、電力分岐部３を内蔵しないカバー４４’に変更して、電力変換装置１’を組み立てることができる。したがって、電力分岐部３を必要とする顧客と、必要としない顧客とで、ケース本体４１を共通して用いることが可能になる。

また、本形態のように、電力分岐部３をカバー４４内に設けると、電力変換装置１を小型化しやすくなる。すなわち、図２に示すごとく、ケース本体４１内には、インバータ部２を構成する平滑コンデンサ２４や端子台２７５等の部品を固定するための、複数のインバータ用固定部１７を設けてある。ここで仮に、電力分岐部３をケース本体４１内に配置したとすると、電力分岐部３を構成するヒューズ保持部３３や分岐用端子台３４を固定するための分岐用固定部１８（図５参照）を、ケース本体４１内に形成する必要が生じる。そのため、ケース本体４１内に多くの固定部１７，１８を形成する必要が生じ、ケース本体４１が大型化しやすくなる。これに対して、本形態のように、電力分岐部３をカバー４４内に設ければ、分岐用固定部１８をカバー４４内に形成することができる。したがって、ケース本体４１内の固定部の数を減らすことができ、平滑コンデンサ２４や積層体１６等の配置レイアウトの自由度を高めることができる。そのため、ケース本体４１を小型化しやすくなり、電力変換装置１を小型化しやすくなる。

また、図６に示すごとく、本形態では、ケース本体４１内に、Ｚ方向に貫通した接続用貫通部４７を形成してある。分岐用電力線３１とインバータ部２との接続部１１は、Ｚ方向から見たときに接続用貫通部４７と重なる位置に形成されている。また、図１に示すごとく、接続部１１は、締結部材１５によって、Ｚ方向における補助開口部４３側から締結されている。
このようにすると、カバー４４の構造を簡素にすることができる。すなわち、仮に、接続部１１を、締結部材１５によって、Ｚ方向におけるカバー４４側から締結しようとすると、カバー４４に、締結部材１５を挿入するための挿入用開口を設ける必要が生じる。また、接続部１１を接続した後、上記挿入用開口を塞ぐための蓋部を取り付ける必要が生じる。そのため、カバー４４の構造が複雑化しやすい。さらに、分岐用端子台３４をケース本体４１内に設ける必要が生じるため、電力分岐部３を必要としない顧客に対しては、分岐用端子台３４をケース本体４１から取り外した状態で、電力変換装置１’を組み立てる必要がある。そのため、電力変換装置１’の製造工程が複雑化しやすくなる。
これに対して、本形態のように、ケース本体４１に接続用貫通部４７を形成し、接続部１１をＺ方向から見たときに接続用貫通部４７と重なる位置に設ければ、図１０に示すごとく、締結部材１５を補助開口部４３側から挿入して、接続部１１を締結することができる。したがって、カバー４４に上記挿入用開口を形成する必要がなくなり、カバー４４の構造を簡素にすることができる。また、分岐用端子台３４をカバー４４内に設けることができるため、電力分岐部３を必要としない顧客に対しては、カバー４４を取り換えるだけ（図１１参照）で、分岐用端子台３４を含めて電力分岐部３を全て取り外すことができる。そのため、電力変換装置１’の製造工程を簡素化できる。

また、本形態では、補助開口部４３を用いて、制御回路基板２２をケース本体４１内に収容している。そのため、補助開口部４３を、制御回路基板２２の収納と、締結部材１５の挿入との、両方の目的に使用することができる。

また、本形態では、図１に示すごとく、Ｚ方向において半導体モジュール２１よりも補助開口部４３側に、制御回路基板２２を設けてある。また、図７に示すごとく、カバー４４に、制御コネクタ５を形成してある。制御コネクタ５と制御回路基板２２とは、信号線６によって接続されている。信号線６は、信号用貫通部４９内を通っている。信号用貫通部４９は、ケース本体４１の開口部４２から補助開口部４３までＺ方向に貫通している。信号用貫通部４９は、接続用貫通部４７と隣り合う位置に形成されている。
そのため、接続用貫通部４７と信号用貫通部４９とを近い位置に形成することができる。したがって、これら接続用貫通部４７と信号用貫通部４９との間に無駄なスペースができにくくなり、ケース本体４１を小型化することができる。これにより、電力変換装置１を小型化することが可能になる。

また、本形態では、接続用貫通部４７と信号用貫通部４９との間に、遮蔽板４８を設けてある。この遮蔽板４８により、接続部１１から発生した放射ノイズを遮蔽している。
接続部１１の分岐用端子２９や分岐用電力線３１には比較的大きな電流が流れるのに対し、信号線６には僅かな電流しか流れない。そのため、信号線６は、接続部１１から発生する放射ノイズの影響を受けやすい。本形態では、上記遮蔽板４８を形成してあるため、接続部１１から発生する放射ノイズを遮蔽することができる。そのため、信号線６にノイズ電流が発生することを抑制でき、制御回路基板２２がノイズ電流の影響を受けることを抑制できる。

また、本形態では、ケース本体４１を鋳造により製造している。遮蔽板４８は、鋳造により、ケース本体４１の壁部４６と一体的に形成されている。
遮蔽板４８を別部材として製造し、ケース本体４１に取り付けることも可能であるが、この場合、電力変換装置１の製造工程が複雑になるおそれがある。したがって、本形態のように、ケース本体４１と遮蔽板４８とを一体的に形成すれば、遮蔽板４８を別部材として製造しなくてすみ、電力変換装置１の製造工程を簡素化することができる。

以上のごとく、本形態によれば、ケース本体の汎用性を高くすることができる電力変換装置を提供することができる。

１ 電力変換装置
２ インバータ部
３ 電力分岐部
３１ 分岐用電力線
３２ ヒューズ
４ ケース
４１ ケース本体
４４ カバー
８ 外部機器
Ｓ 凹状空間

Claims (3)

1. 直流電源（１０）から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ部（２）と、
   該インバータ部に接続し、上記直流電力の一部を外部機器（８）に供給する経路をなす分岐用電力線（３１）と、該分岐用電力線に設けられたヒューズ（３２）とを有する電力分岐部（３）と、
   上記インバータ部及び上記電力分岐部を収容するケース（４）とを備え、
   該ケースは、上記インバータ部を収容するケース本体（４１）と、該ケース本体に形成された開口部（４２）を塞ぐカバー（４４）とを備え、
   上記電力分岐部は、上記カバー内の凹状空間（Ｓ）に配されており、
   上記ケース本体は、上記開口部の開口方向において上記開口部とは反対側に形成された補助開口部（４３）を有し、上記ケース本体内に、上記開口部から上記補助開口部まで上記開口方向に貫通した接続用貫通部（４７）が形成され、上記分岐用電力線と上記インバータ部との接続部（１１）は、上記開口方向から見たときに上記接続用貫通部と重なる位置に形成され、上記接続部は、締結部材（１５）によって、上記開口方向における上記補助開口部（４３）側から締結されている、電力変換装置（１）。
2. 上記インバータ部は、半導体素子を内蔵した半導体モジュール（２１）と、該半導体モジュールに接続した制御回路基板（２２）とを有し、該制御回路基板は、上記開口方向において上記半導体モジュールよりも上記補助開口部側に位置しており、上記カバーは、上記ケースの外側に配された外部制御装置（８９）に接続される制御コネクタ（５）を備え、該制御コネクタ（５）と上記制御回路基板とは、信号線（６）によって互いに接続しており、上記ケース本体には、上記接続用貫通部に隣り合う位置に、上記開口部から上記補助開口部まで上記開口方向に貫通し上記信号線が通る信号用貫通部（４９）が形成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記接続用貫通部と上記信号用貫通部との間に、上記接続部から発生した放射ノイズを遮蔽する遮蔽板（４８）が設けられている、請求項２に記載の電力変換装置。

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