JP6631154B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter.
例えば特許文献1には、入力される電力を変換する電力変換回路部を有する電力変換装置が開示されている。電力変換回路部は、電力変換される主電力の電圧が印加される高圧部を有する。上記電力変換装置において、電力変換回路部は、ケース内に収容されている。 For example, Patent Document 1 discloses a power conversion device having a power conversion circuit unit that converts input power. The power conversion circuit section has a high voltage section to which the voltage of the main power to be converted is applied. In the above power conversion device, the power conversion circuit is housed in a case.
しかしながら、ケースが外力等によって変形した場合に、ケースが電力変換回路部の高圧部に接触し、ケースと高圧部とが短絡することを防ぐ必要がある。そこで、例えばケースと高圧部との距離を長くすることが考えられる。しかし、その場合、ケースの大型化を招いてしまう。 However, when the case is deformed by an external force or the like, it is necessary to prevent the case from coming into contact with the high-voltage part of the power conversion circuit unit and short-circuiting the case and the high-voltage part. Therefore, for example, it is conceivable to increase the distance between the case and the high-pressure section. However, in that case, the size of the case is increased.
また、ケースと高圧部との短絡防止のために、ケースにおける高圧部と対向する面に、絶縁シートを配することも考えられる。しかし、ケースが外力等によって変形したとき、高圧部を構成する電子部品の端子等が、絶縁シートを突き破り、ケースと接触するおそれも考えられる。 Further, in order to prevent a short circuit between the case and the high-voltage portion, an insulating sheet may be provided on a surface of the case facing the high-voltage portion. However, when the case is deformed by an external force or the like, there is a possibility that a terminal or the like of an electronic component constituting the high-voltage portion breaks through the insulating sheet and comes into contact with the case.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ケースを大型化させることなく、ケースと高圧部との電気的絶縁性を確保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。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can ensure electrical insulation between a case and a high-voltage unit without increasing the size of the case. .
本発明の一態様は、電力変換される主電力の電圧が印加される高圧部(21)を備えた電力変換回路部(2)と、
該電力変換回路部を収容する金属製のケース(3)と、を有し、
上記ケースは、開口部(40)を備えたケース本体部(4)と、該ケース本体部の上記開口部を閉塞するカバー(5)とを有し、
該カバーは、上記ケース本体部側の面である内側面(50)に、絶縁積層シート(6)を貼着されてなり、
該絶縁積層シートは、金属層(61)と、該金属層を両面から挟持するように形成された、電気的絶縁性を有する一対の絶縁層(62)とを積層してなり、
上記絶縁積層シートは、上記カバーの上記内側面における上記高圧部と対向する領域に配設されており、
上記高圧部は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部(221)と、該モジュール本体部から上記絶縁積層シート側に向って突出したモジュール端子(222)とを備えた半導体モジュール(22)を有する、電力変換装置(1)にある。
One embodiment of the present invention is a power conversion circuit unit (2) including a high-voltage unit (21) to which a voltage of main power to be converted is applied;
A metal case (3) for housing the power conversion circuit unit,
The case has a case body (4) having an opening (40), and a cover (5) for closing the opening of the case body.
The cover is formed by attaching an insulating laminated sheet (6) to an inner surface (50) which is a surface on the case body side.
The insulating laminated sheet is formed by laminating a metal layer (61) and a pair of insulating layers (62) having an electrical insulation property formed to sandwich the metal layer from both sides,
The insulating laminated sheet is disposed in a region facing the high-pressure portion on the inner side surface of the cover ,
The high-voltage unit has a semiconductor module (22) including a module main body (221) containing a semiconductor element and module terminals (222) protruding from the module main body toward the insulating laminated sheet . It is in the power converter (1).
上記電力変換装置において、絶縁積層シートは、金属層と一対の絶縁層とを積層してなる。そして、絶縁積層シートは、カバーの内側面における高圧部と対向する領域に配設されている。それゆえ、外力によりカバーが変形したとしても、高圧部が絶縁積層シートを貫通し、ケースと短絡することを防止することができる。すなわち、絶縁積層シートは、金属層を有するため、ケースの変形により高圧部が絶縁積層シートに当接したとしても、高圧部が絶縁積層シートを貫通することを防ぎやすい。それゆえ、高圧部とケースとの間の電気的絶縁性を確保することができる。また、仮に、高圧部が、絶縁積層シートにおけるケース本体部側の絶縁層を突き破っても、カバー側の絶縁層によって、高圧部とケースとの間の絶縁を図ることができる。 In the above power converter, the insulating laminated sheet is formed by laminating a metal layer and a pair of insulating layers. The insulating laminated sheet is disposed in a region on the inner surface of the cover facing the high-pressure portion. Therefore, even if the cover is deformed by an external force, it is possible to prevent the high voltage portion from penetrating the insulating laminated sheet and short-circuiting with the case. That is, since the insulating laminated sheet has the metal layer, it is easy to prevent the high voltage portion from penetrating through the insulating laminated sheet even if the high voltage portion comes into contact with the insulating laminated sheet due to deformation of the case. Therefore, electrical insulation between the high-voltage part and the case can be ensured. Further, even if the high voltage portion breaks through the insulating layer on the case body portion side of the insulating laminated sheet, insulation between the high voltage portion and the case can be achieved by the insulating layer on the cover side.
以上のごとく、本態様によれば、ケースを大型化させることなく、ケースと高圧部との電気的絶縁性を確保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。
As described above, according to this aspect, it is possible to provide a power conversion device that can ensure electrical insulation between the case and the high-voltage portion without increasing the size of the case.
The reference numerals in the parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and limit the technical scope of the present invention. Not something.
電力変換装置に係る実施形態について、図1〜図7を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置1は、図2に示すごとく、電力変換回路部2とケース3とを有する。電力変換回路部2は、電力変換される主電力の電圧が印加される高圧部21を備えている。ケース3は、電力変換回路部2を収容している。また、ケース3は、金属製である。
An embodiment according to a power converter will be described with reference to FIGS.
The power conversion device 1 of the present embodiment includes a power
ケース3は、ケース本体部4とカバー5とを有する。ケース本体部4は、開口部40を備えている。カバー5は、ケース本体部4の開口部40を閉塞している。図2、図3に示すごとく、カバー5は、ケース本体部4側の面である内側面50に、絶縁積層シート6を貼着されてなる。図2、図8に示すごとく、絶縁積層シート6は、金属層61と一対の絶縁層62とを積層してなる。一対の絶縁層62は、金属層61を両面から挟持するように形成されている。また、絶縁層62は、電気的絶縁性を有する。図2、図4に示すごとく、絶縁積層シート6は、カバー5の内側面50における高圧部21と対向する領域に配設されている。
The
本実施形態の電力変換装置1は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、電源電力を駆動用モータの駆動に必要な駆動用電力に変換するインバータとして用いることができる。
なお、以下において、ケース本体部4とカバー5との並び方向を高さ方向Zという。また、高さ方向Zにおける、ケース本体部4に対するカバー5側を上側、その反対側を下側という。また、高さ方向Zに直交する方向の一つを縦方向Xといい、高さ方向Zと縦方向Xとの双方に直交する方向を横方向Yという。
また、図5においては、絶縁積層シート6における絶縁層62の外形を破線で示しており、図3、図5、図7においては、金属層61の外形を一点鎖線で示している。
The power converter 1 of the present embodiment is mounted on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle, and can be used as an inverter that converts power supply power into drive power required for driving a drive motor.
In the following, the direction in which the case body 4 and the
Further, in FIG. 5, the outline of the
図1、図2に示すごとく、ケース3は、略直方体形状の外形を有する。ケース本体部4は、本体基壁部41と本体側壁部42とを有する。本体基壁部41は、矩形板状を呈している。本実施形態において、本体基壁部41は、縦方向Xに長尺な形状を有する。本体側壁部42は、本体基壁部41の端縁から本体基壁部41の厚み方向(すなわち、高さ方向Z)に立設され、上端に開口部40を有する。本実施形態において、本体側壁部42は、本体基壁部41の端縁から高さ方向Zの両側に向って立設されている。本体側壁部42は、縦方向Xにおいて互いに対向する一対の第一対向壁部421と、横方向Yにおいて互いに対向する一対の第二対向壁部422とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
カバー5は、本体側壁部42の上側から、本体側壁部42の開口部40を閉塞している。図2、図3に示すごとく、カバー5は、ケース本体部4の本体基壁部41と高さ方向Zに対向する天板部51と、天板部51の端縁から下側に向って突出されたカバー側壁部52とを有する。天板部51は、高さ方向Zに直交する平面上に形成された平坦部511と、縦方向Xにおける天板部51の略中央部に形成され、平坦部511から下側に凹んだビード部512と、を有する。そして、平坦部511に、絶縁積層シート6が貼着されている。
The
図2、図8に示すごとく、本実施形態において、絶縁積層シート6は、シート状の金属層61とシート状の一対の絶縁層62とを、それらの厚み方向に積層してなる。上述のごとく、絶縁積層シート6は、一対の絶縁層62で金属層61を両面から挟むように、金属層61と一対の絶縁層62とを積層してなる。これにより、絶縁積層シート6の最上層及び最下層には、絶縁層62が配されている。金属層61と絶縁層62とは、図示しない両面テープ等の接着材を介して貼着されている。また、絶縁積層シート6は、その上面において、図示しない両面テープ等の接着材を介して平坦部511に貼着されている。
As shown in FIGS. 2 and 8, in the present embodiment, the insulating
一対の絶縁層62は、互いに同じ形状を有し、互いに高さ方向Zに重なる位置に配されている。絶縁層62は、例えばPET(すなわちポリエチレンテレフタレート)等の絶縁材からなる。図3、図7に示すごとく、絶縁層62は、縦方向Xに長尺な矩形板状を呈している。図5に示すごとく、絶縁層62は、高さ方向Zから見たとき、縦方向Xの両端及び横方向Yの両端が、それぞれ本体側壁部42と近接している。これにより、絶縁積層シート6は、高さ方向Zから見たとき縦方向Xの両端及び横方向Yの両端が、それぞれ本体側壁部42と近接している。すなわち、縦方向Xにおいても、横方向Yにおいても、絶縁積層シート6の寸法は、ケース本体部4の開口部40の寸法よりも若干小さい程度である。また、絶縁層62は、縦方向Xにおける略中央に高さ方向Zに貫通した貫通孔621を有する。そして、絶縁積層シート6は、貫通孔621の内側にビード部512が配されるように、カバー5の平坦部511に貼着されている。
The pair of insulating
図2、図3、図5、図7に示すごとく、金属層61は、縦方向Xにおける絶縁層62の貫通孔621の両側に、一対配されている。金属層61は、ステンレス鋼からなる。金属層61は、絶縁積層シート6の広がり方向において、絶縁層62の内側に収まっている。つまり、高さ方向Zからみたとき、金属層61は絶縁層62から露出していない。
As shown in FIGS. 2, 3, 5, and 7, the
図1に示すごとく、ケース本体部4とカバー5とは、高さ方向Zに直交する方向に突出したフランジ部31を有する。そして、ケース本体部4とカバー5とは、フランジ部31において、ボルトとナットとによって締結固定されている。そして、ケース3内の空間に、電力変換回路部2が収容されている。
As shown in FIG. 1, the case body 4 and the
図2、図6に示すごとく、電力変換回路部2の高圧部21は、後述する半導体モジュール22を有する。また、図2、図4、図5に示すごとく、電力変換回路部2は、後述する制御回路基板23を有する。高圧部21には、電力変換装置1の使用時において、200V程度の電圧が印加される。図2に示すごとく、半導体モジュール22は、ケース3内の空間のうち、本体基壁部41より下側である下側空間301に配されている。図2、図6に示すごとく、ケース本体部4は、本体基壁部41から下側に向って延設され、下側空間301を縦方向Xに分割する隔壁43を有する。そして、半導体モジュール22は、下側空間301における隔壁43の、縦方向Xの一方(以下、前方といい、その反対側を後方という。)に配されている。図2、図4に示すごとく、制御回路基板23は、ケース3内の空間のうち、本体基壁部41より上側である上側空間302に配されている。
As shown in FIGS. 2 and 6, the high-
図2、図6に示すごとく、半導体モジュール22は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部221と、モジュール本体部221から絶縁積層シート6側である上側に向って突出したモジュール端子222とを有する。本実施形態において、ケース3内には複数の半導体モジュール22が配されている。そして、各半導体モジュール22のモジュール本体部221から、複数のモジュール端子222が上側に向って突出している。複数のモジュール端子222のうちの一部のモジュール端子222には、電力変換回路部2によって電力変換される主電力の電圧が印加される。すなわち、複数のモジュール端子222のうちの一部のモジュール端子222は、高圧部21の一部を構成している。
As shown in FIGS. 2 and 6, the
図2に示すごとく、モジュール端子222の突出側に、絶縁積層シート6の金属層61が位置している。すなわち、モジュール端子222は、絶縁積層シート6の金属層61と高さ方向Zに重なる位置に配されている。金属層61は、モジュール端子222よりもビッカース硬さが大きい。本実施形態において、金属層61は上述のごとくステンレス鋼からなり、モジュール端子222は銅からなる。モジュール端子222は、本体基壁部41に高さ方向Zに貫通するように形成された挿入部410を通り、その一部が上側空間302に配されている。
As shown in FIG. 2, the
図2、図4に示すごとく、モジュール端子222は、制御回路基板23に接続されている。制御回路基板23は、高さ方向Zにおいて、カバー5と対向するように配されている。図2に示すごとく、制御回路基板23は、ケース本体部4内に配されている。図2、図4に示すごとく、モジュール端子222は、制御回路基板23のスルーホールに挿入されて、制御回路基板23と接続されている。そして、モジュール端子222の上端部は、制御回路基板23の上側に突出している。本実施形態において、モジュール端子222は、縦方向Xにおける制御回路基板23の中央よりも前方の領域に接続されている。そして、制御回路基板23における、モジュール端子222が接続された部位の周辺の領域は、高圧部21の一部を構成する基板高圧領域230となる。そして、制御回路基板23は、少なくとも基板高圧領域230が、絶縁積層シート6と高さ方向Zに重なっている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図4、図5に示すごとく、制御回路基板23は、締結部材11によってケース3に締結固定される固定部231を3つ以上有している。絶縁積層シート6は、一直線上からずれて配された3つ以上の固定部231を、高さ方向Zから覆っている。締結部材11は、ボルトである。図2に示すごとく、本体基壁部41は、上側に向って突出したボス部44を複数有する。締結部材11は、制御回路基板23をボス部44に対して締結固定している。また、図2に示すごとく、固定部231の少なくとも一つは、ビード部512と高さ方向Zに重なる位置に形成されている。本実施形態においては、複数の固定部231が、ビード部512と高さ方向Zに重なっている。天板部51と制御回路基板23との間の間隔は、高さ方向Zに互いに重なるビード部512と固定部231との対向部において、最も小さくなっている。図4に示すごとく、固定部231は、制御回路基板23の外周端部の複数箇所に形成されている。また、固定部231は、制御回路基板23の中央部にも形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図2、図6に示すごとく、本実施形態において、複数の半導体モジュール22は、半導体モジュール22を冷却する複数の冷却管71と共に、縦方向Xに積層されて半導体積層ユニット8を構成している。図6に示すごとく、縦方向Xに隣り合う冷却管71同士は、横方向Yの両端部付近において、連結管72によって連結されている。図2、図6に示すごとく、複数の冷却管71のうち、縦方向Xの一方(以下、前方といい、その反対側を後方という。)の端に配された冷却管71の前端面は、前方の第一対向壁部421に当接している。また、前端の冷却管71からは、冷却媒体を導入するための冷媒導入管73と、冷却媒体を排出するための冷媒排出管74とが、前方に向って突出形成されている。冷媒導入管73及び冷媒排出管74は、第一対向壁部421を縦方向Xに貫通しており、ケース3の外側に突出している。また、半導体積層ユニット8の後端と隔壁43との間には、板ばね等によって構成される加圧部材75が配されている。加圧部材75は、縦方向Xに弾性圧縮した状態で配されている。これにより、加圧部材75は、半導体積層ユニット8を、前方に向って押圧している。
As shown in FIGS. 2 and 6, in the present embodiment, the plurality of
また、図示は省略したが、下側空間301における隔壁43の後方には、例えばコンデンサ等、電力変換回路部2を構成する部品が配置される。
Although not shown, components constituting the power
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
電力変換装置1において、絶縁積層シート6は、金属層61と一対の絶縁層62とを積層してなる。そして、絶縁積層シート6は、カバー5の内側面50における高圧部21と対向する領域に配設されている。それゆえ、外力によりカバー5が変形したとしても、高圧部21が絶縁積層シート6を貫通し、ケース3と短絡することを防止することができる。すなわち、絶縁積層シート6は、金属層61を有するため、ケース3の変形により高圧部21が絶縁積層シート6に当接したとしても、高圧部21が絶縁積層シート6を貫通することを防ぎやすい。それゆえ、高圧部21とケース3との間の電気的絶縁性を確保することができる。また、仮に、高圧部21が、絶縁積層シート6における下側の絶縁層62を突き破っても、上側の絶縁層62によって、高圧部21とケース3との間の絶縁を図ることができる。
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
In the power conversion device 1, the insulating
また、金属層61の下側にも絶縁層62が配されている。それゆえ、仮に絶縁積層シート6がカバー5から剥がれた場合等に、直接金属層61が高圧部21に接触してしまうことを防止できる。それゆえ、絶縁積層シート6がカバー5から剥がれ落ちた場合等に、高圧部21が、金属層61を介して、電力変換回路部2を構成する他の電子部品等と短絡し、電力変換装置1が故障してしまうことを防ぐことができる。
Further, an insulating
また、金属層61は、絶縁積層シート6の広がり方向において、絶縁層62の内側に収まっている。それゆえ、金属層61が、ケース3と接触することを確実に防止できる。それゆえ、万が一ケース3の変形によって高圧部21が下側の絶縁層62を突き破り、金属層61に接触しても、高圧部21とケース3とが短絡することを防止できる。
Further, the
また、高圧部21は、モジュール本体部221と、モジュール本体部221から絶縁積層シート6側に向かって突出したモジュール端子222とを備えた半導体モジュール22を有する。このように、モジュール端子222のような比較的鋭利で硬い部品がカバー5に向って突出している場合は、比較的強度の弱い絶縁層62を突き破りやすい。しかし、本実施形態においては、絶縁積層シート6が金属層61を有している。そのため、万が一ケース3の変形によってモジュール端子222が下側の絶縁層62を突き破っても、絶縁層62よりも硬い金属層61によって、モジュール端子222が絶縁積層シート6を貫通することを防止することができる。それゆえ、本構成を採れば、効果的に、高圧部21とケース3との絶縁を図ることができる。
The high-
また、金属層61は、モジュール端子222よりビッカース硬さが大きい。それゆえ、万が一ケース3の変形によってモジュール端子222が金属層61に接触しても、モジュール端子222が金属層61を貫通することを防止することができる。これに伴い、高圧部21の一部であるモジュール端子222が、ケース3と短絡することを防止できる。
また、金属層61は、ステンレス鋼からなり、モジュール端子222は銅からなる。それゆえ、金属層61のビッカース硬さがモジュール端子222のビッカース硬さよりも大きい構成としやすい。
The
The
また、制御回路基板23は、高さ方向Zにおいてカバー5と対向するように配されている。さらに、絶縁積層シート6は、高さ方向Zから見たとき、縦方向Xの両端及び横方向Yの両端が、それぞれ本体側壁部42と近接している。それゆえ、万が一絶縁積層シート6がカバー5から剥がれても、ケース3に対して絶縁積層シート6の位置がずれることを、高さ方向Zにおいては制御回路基板23によって、縦方向X及び横方向Yにおいては本体側壁部42によって、防ぐことができる。これにより、絶縁積層シート6が高圧部21とカバー5との間に位置された状態を維持しやすく、高圧部21とカバー5との間の絶縁性を一層確保しやすい。
The
また、絶縁積層シート6は、一直線上からずれて配された3つ以上の固定部231を、高さ方向Zから覆っている。それゆえ、万が一絶縁積層シート6がカバー5から剥がれ落ちても、絶縁積層シート6は、制御回路基板23の上記3つ以上の固定部231の上に安定して載置される。それゆえ、絶縁積層シート6が、制御回路基板23よりも下側に落ちたり、高圧部21と高さ方向Zに重ならない位置に移動したりすることを抑制しやすい。これにより、絶縁積層シート6は高圧部21とカバー5との間に位置されやすく、高圧部21とカバー5との間の絶縁性をより確保しやすい。
Further, the insulating
以上のごとく、本実施形態によれば、ケースを大型化させることなく、ケースと高圧部との電気的絶縁性を確保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。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power converter that can ensure electrical insulation between the case and the high-voltage unit without increasing the size of the case.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態1において、絶縁積層シートは、シート状の金属層とシート状の一対の絶縁層とを積層して形成したが、例えば、金属層の周囲を樹脂モールドすることにより構成してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist of the invention. For example, in the first embodiment, the insulating laminated sheet is formed by laminating a sheet-shaped metal layer and a pair of sheet-shaped insulating layers. For example, the insulating laminated sheet may be configured by resin molding around the metal layer. Good.
1 電力変換装置
2 電力変換回路部
21 高圧部
3 ケース
4 ケース本体
40 開口部
5 カバー
50 内側面
6 絶縁積層シート
61 金属層
62 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
該電力変換回路部を収容する金属製のケース(3)と、を有し、
上記ケースは、開口部(40)を備えたケース本体部(4)と、該ケース本体部の上記開口部を閉塞するカバー(5)とを有し、
該カバーは、上記ケース本体部側の面である内側面(50)に、絶縁積層シート(6)を貼着されてなり、
該絶縁積層シートは、金属層(61)と、該金属層を両面から挟持するように形成された、電気的絶縁性を有する一対の絶縁層(62)とを積層してなり、
上記絶縁積層シートは、上記カバーの上記内側面における上記高圧部と対向する領域に配設されており、
上記高圧部は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部(221)と、該モジュール本体部から上記絶縁積層シート側に向って突出したモジュール端子(222)とを備えた半導体モジュール(22)を有する、電力変換装置(1)。 A power conversion circuit unit (2) including a high-voltage unit (21) to which a voltage of main power to be converted is applied;
A metal case (3) for housing the power conversion circuit unit,
The case has a case body (4) having an opening (40), and a cover (5) for closing the opening of the case body.
The cover is formed by attaching an insulating laminated sheet (6) to an inner surface (50) which is a surface on the case body side.
The insulating laminated sheet is formed by laminating a metal layer (61) and a pair of electrically insulating layers (62) having electrical insulation formed so as to sandwich the metal layer from both sides,
The insulating laminated sheet is disposed in a region facing the high-pressure portion on the inner side surface of the cover ,
The high-voltage section includes a semiconductor module (22) including a module main body (221) containing a semiconductor element and module terminals (222) protruding from the module main body toward the insulating laminated sheet . Power converter (1).
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