JP6818661B6

JP6818661B6 - 電力変換装置

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Publication number: JP6818661B6
Application number: JP2017175333A
Authority: JP
Inventors: 直哉須藤; 大島　謙二; 謙二大島; 健史関; 歩畑中; 和志高橋
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: JP6818661B2; JP2019054570A

Description

本発明は、電力変換装置に係り、ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置に係る。

ハイブリッド自動車や電気自動車には多くの電装品が用いられている。ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置は、ノイズによる悪影響を抑制することが求められる。

特許文献１に記載の電力変換装置は、電磁ノイズを遮蔽するベース部材を有し、ベース部材にコネクタ接続及びその他電気的接続の為の開口部を形成する。

特許文献１に記載のようなベース部材を用いた場合においても、更なるノイズの影響及びその低減のための構造が求められている。

特開２０１０−３５３４７号公報

本発明の課題は、ノイズによる悪影響を抑制することである。

本発明に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体回路部と、前記直流電力を平滑化するコンデンサ回路部と、前記パワー半導体回路部と前記コンデンサ回路部の間で前記直流電力を伝達するバスバー回路部と、前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路基板と、前記パワー半導体回路部を収納するケースと、を備え、前記バスバー回路部は、前記コンデンサ回路部と対向するコンデンサ対向部と、前記パワー半導体回路部と対向するパワー半導体対向部と、を有するように配置され、前記駆動回路基板は、前記バスバー回路部を挟んで前記パワー半導体回路部と対向する位置に配置され、前記ケースは、前記バスバー回路部に形成された第１貫通孔及び前記駆動回路基板に形成された第２貫通孔を貫通する位置決め部材を有し、前記駆動回路基板と前記バスバー回路部の配列方向から見た場合、前記第１貫通孔は、前記コンデンサ対向部に面する前記バスバー回路部の辺のみに形成される。

本発明により、ノイズによる悪影響を抑制することができる。

本実施形態に係る電力変換装置７００の上蓋４０２と駆動回路基板６００と制御回路基板６０１とベース部４０４を取り外した状態の正面図である。本実施形態に係る電力変換装置７００の外観斜視図である。本実施形態に係る電力変換装置７００の展開斜視図である。図２に示された断面Ａで切断し、矢印方向から見た電力変換装置７００の上蓋４０２を取り除いた断面図である。本実施形態に係る電力変換装置７００の上蓋４０２のみを取り外した状態の正面図である。図５に示す電力変換装置７００で駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１を取り外した状態の正面図である。本実施形態に係るバスバー回路部１００の全体斜視図である。本実施形態に係るベース部４０４の全体斜視図である。本実施形態に係る駆動回路基板６００の全体斜視図である。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置７００の上蓋４０２と駆動回路基板６００と制御回路基板６０１とベース部４０４を取り外した状態の正面図である。図２は、本実施形態に係る電力変換装置７００の外観斜視図である。図３は、本実施形態に係る電力変換装置７００の展開斜視図である。

図１及び図３に示されるバスバー回路部１００は、パワー半導体回路部２００とコンデンサ回路部３００の間で直流電力を伝達する。交流バスバー回路部１０２は、パワー半導体回路部２００からの交流信号を外部接続バスバー回路部１０１へ伝達する。

コンデンサ回路部３００は、コンデンサモジュール３００ａと３００ｅにより構成され、直流電力を平滑化する。パワー半導体回路部２００は、直流電流を交流電流に変換し、Ｕ相交流電流を出力するパワーモジュール２００Ｕと、Ｖ相交流電流を出力するパワーモジュール２００Ｖと、Ｗ相交流電流を出力するパワーモジュール２００Ｕと、により構成される。パワー半導体回路部２００は、パワー半導体モジュール２００Ｕと２００Ｗは、直接的に冷却媒体と接触することによって冷却される。

駆動回路基板６００は、パワー半導体回路部２００に駆動信号を出力する。制御回路基板６０１は、駆動回路基板６００にパワー半導体回路部２００を制御するための制御信号を出力する。

図３に示されるように駆動回路基板６００は、バスバー回路部１００を挟んでパワー半導体回路部２００と対向する位置に配置され、かつベース部４０４に固定される。制御回路基板６０１は、駆動回路基板６００と同一面に配置され、ベース部４０４に固定される。

ベース部４０４は、バスバー回路部１００と、駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１との間に配置され、放射される電磁ノイズを遮蔽する機能を有する。

Ｙコンデンサ回路部３０１は、Ｙコンデンサモジュール３０１ａと、Ｙコンデンサモジュール３０１ｂにより構成される。Ｙコンデンサモジュール３０１ａと３０１ｂは、コンデンサ回路部３００のコンデンサモジュール３００ａと３００ｆより小さい容量のコンデンサであり、コモンモードノイズによるリップル電流を平滑化する。

ケース４００は、パワー半導体回路部２００を収納するとともに流路を形成する流路形成部と、コンデンサ回路部３００等を収納する収納部と、をにより構成される。

板ばね４０５は、パワー半導体回路部２００の上部に配置され、パワーモジュール２００Ｕと２００Ｗの冷却水圧による飛び出しを防ぐ。

下蓋４０６は、ケース４００の底部に配置され、流路を形成する。シールリング５０８は、流路を密閉し、冷却水の漏れや、水や埃等の外部からの進入を防ぐ。パイプ４０７ａ及び４０７ｂは、下蓋４０６に形成され、冷却水を流入又は流出させる。

図２に示されるように、ケース４００は、コンデンサ回路部３００やパワー半導体回路部２００、バスバー回路部１００、駆動回路基板６００、制御回路基板６０１等を収納する。

上蓋４０２は、ケース４００に形成された開口をふさぎ、収納部を形成する。ねじ４０３は、ケース４００と上蓋４０２を締結する。

外部接続バスバー回路部１０１は、外部接続端子１０１ａと１０１ｃを有し、交流電力を電力変換装置７００に入出力する。外部コネクタ５１１は、制御回路基板６０１に付設され、外部からの各種信号を制御回路基板６０１に伝達する。

図１に示されるように、コンデンサ対向部５００（図１中破線部）は、駆動回路基板６００とバスバー回路部１００の配列方向１０（図３の矢印を参照）から見た場合の、コンデンサ回路部３００がバスバー回路部１００に投影される範囲である。

パワー半導体対向部５０１（図１中１点鎖線部）は、配列方向１０から見た場合の、パワー半導体回路部２００がバスバー回路部１００に投影される範囲である。

Ｙコンデンサ対向部５０２（図１中太線部）は、配列方向１０から見た場合の、Ｙコンデンサ回路部３０１が前記バスバー回路部１００に投影される範囲である。

グランド５０９は、コモンモード電流が回路内に侵入する接地点である。

中継部５０３は、コンデンサ対向部５００とパワー半導体対向部５０１により挟まれる領域である。

辺２０は、コンデンサ対向部５００との間に他の電気部品との対向部も挟まない最短距離で面するバスバー回路部１００の辺である。辺２１は、Ｙコンデンサ対向部５０２との間に他の電気部品との対向部も挟まない最短距離で面するバスバー回路部１００の辺である。

図４は、図２に示された断面Ａで切断し、矢印方向から見た電力変換装置７００の上蓋４０２を取り除いた断面図である。

配列方向１０は、駆動回路基板６００とバスバー回路部１００とベース部４０４が積層に配置された配列方向を示す。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、ケース４００から突出して形成される。図７は、本実施形態に係るバスバー回路部１００の全体斜視図である。

封止部材５１０は、バスバー回路部１００の全体を覆う事で、正極バスバー及び負極バスバーを封止すると共に、汚染度の高い環境下においても高い絶縁信頼性を確保する。

電源供給直流端子５０４は、正極バスバー及び負極バスバーとそれぞれ電気的に接続する２本の端子を有し、図１に示される辺２０の近くに配置される事で電磁ノイズからの影響を低減している。また、電源供給直流端子５０４の下部を封止部材５１０で覆うことで強度の向上を図っている。

バスバー回路部１００は、第１貫通孔１１ａと１１ｂを形成する。第１貫通孔１１ａと１１ｂは、封止部材５１０の端部から突出するタブに形成されることにより、電磁ノイズの発生源からより遠い箇所に位置決め部材４０１ａと４０１ｂを配置することができる。

図８は、本実施形態に係るベース部４０４の全体斜視図である。ベース部４０４は、第３貫通孔１３ａと１３ｂを形成する。

図９は、本実施形態に係る駆動回路基板６００の全体斜視図である。駆動回路基板６００は、第２貫通孔１２ａと１２ｂを形成する。コネクタ５０５は、バスバー回路部１００に形成された電源供給直流端子５０４を駆動回路基板６００の下面から自身に挿通させることで電気的に接続している。

図４に示されるように、位置決め部材４０１ａは、バスバー回路部１００に形成された第１貫通孔１１ａ（図７参照）と、駆動回路基板６００に形成された第２貫通孔１２ａ（図９参照）と、ベース部４０４に形成された第３貫通孔１３ａ（図８参照）を貫通する。

位置決め部材４０１ｂは、バスバー回路部１００に形成された第１貫通孔１１ｂ（図７参照）と、駆動回路基板６００に形成された第２貫通孔１２ｂ（図９参照）と、ベース部４０４に形成された第３貫通孔１３ｂ（図８参照）を貫通する。

図１に示されるように第１貫通孔１１ａと１１ｂは、バスバー回路部１００の辺２０に形成され、位置決め部材４０１ａと４０１ｂが貫通する。また電源供給直流端子５０４は、バスバー回路部１００の辺２０に形成され、駆動回路基板６００に付設されたコネクタ５０５に挿通接続し、駆動回路基板６００に電源供給を行う。

フェライトコア部５０６及びＥＭＣコンデンサ３０２は、伝達された直流電流のノイズを抑制する。直流電源コネクタ５０７は、外部バッテリからの直流電力を電力変換装置７００に供給する。

図５は、本実施形態に係る電力変換装置７００の上蓋４０２のみを取り外した状態の正面図である。なお、配置上の相関関係を示すために、コンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、Ｙコンデンサ対向部５０２、中継部５０３を図５に投影する。

駆動回路基板６００の第２貫通孔１２ａと１２ｂは、位置決め部材４０１ａと４０１ｂの配置に準ずる為、コンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、中継部５０３を避けた箇所に配置される。

図６は、図５に示す電力変換装置７００で駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１を取り外した状態の正面図である。なお、配置上の相関関係を示すために、コンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、Ｙコンデンサ対向部５０２、中継部５０３を図６に投影する。

第３貫通孔１３ａと１３ｂは、位置決め部材４０１ａと４０１ｂの配置に準ずる為、コンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、中継部５０３を避けた箇所に配置される。

固定部４０８は、ベース部４０４をケース４００に締結し、ベース部４０４をグランドであるケース４００に電気的に接続する。

本実施形態に係る作用効果について説明する。図５や図６に示されるように、コンデンサ対向部５００は、駆動回路基板６００とバスバー回路部１００の配列方向１０から見た場合の、コンデンサ回路部３００がバスバー回路部１００に投影される範囲である。パワー半導体対向部５０１は、駆動回路基板６００とバスバー回路部１００の配列方向１０から見た場合の、パワー半導体回路部２００がバスバー回路部１００に投影される範囲である。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、ケース４００に形成され、バスバー回路部１００に形成された第１貫通孔１１ａと１１ｂ、駆動回路基板６００に形成された第２貫通孔１２ａと１２ｂ、ベース部４０４に形成された第３貫通孔１３ａと１３ｂを貫通する事で、バスバー回路部１００と駆動回路基板６００を同時に位置決めしている。

ベース部４０４は、バスバー回路部１００と駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１との間に配置され、放射される電磁ノイズを遮蔽する事により、駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１がノイズから受ける影響を低減している。しかし、位置決め部材４０１ａと４０１ｂを媒体として電磁ノイズが駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１に伝達される可能性がある為、位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、電磁ノイズの発生が極力少ない箇所に配置する必要がある。

コンデンサ対向部５００とパワー半導体対向部５０１およびコンデンサ対向部５００とパワー半導体対向部５０１が挟む中継部５０３は、転流による電磁ノイズが多く発生する。

図１に示される辺２０は、コンデンサ対向部５００との間に他の電気部品の対向部も挟まない最短距離で面するバスバー回路部１００の辺であり、このような配置関係を以降「面する」と表す。

バスバー回路部１００に形成された第１貫通孔１１ａと１１ｂは、コンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、中継部５０３を避けたバスバー回路部１００の辺２０のみに形成される。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、第１貫通孔１１ａと１１ｂの配置に準ずる為、配列方向１０から見た場合、第１貫通孔１１ａと１１ｂと同様に電磁ノイズの発生が多いコンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、中継部５０３を避けた箇所に配置されるため、電磁ノイズによる影響の低減を実現する。

これにより、電磁ノイズの強い箇所を避けた場所に位置決め部材４０１ａと４０１ｂが配置されるため、電磁ノイズの影響を低減できる。またバスバー回路部１００と駆動回路基板６００の組み立てバラつきを低減できる。

また、ベース部４０４に形成された第３貫通孔１３ａと１３ｂを位置決め部材４０１ａと４０１ｂが貫通する事により、ベース部４０４は、位置決め部材４０１ａと４０１ｂにより挿通固定される。
ベース部４０４は、バスバー回路部１００と駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１との間に配置され、放射される電磁ノイズを遮蔽する事により、駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１がノイズから受ける影響を低減しているが、位置決め部材４０１ａと４０１ｂを媒体として電磁ノイズが駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１に伝達される可能性があるため、位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、電磁ノイズの発生が極力少ない箇所に配置する必要がある。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、電磁ノイズの発生が多いコンデンサ対向部５００及びパワー半導体対向部５０１、中継部５０３を避けた箇所に配置される為、位置決め部材４０１ａと４０１ｂが媒介するノイズの量を低減する事ができる。従って駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１が受けるノイズの影響を低減する事が可能となる。

また、ベース部４０４は、固定部４０８によってケース４００に締結されると共にグランドであるケース４００と電気的に接続している。そしてベース部４０４は、自身を貫通する位置決め部材４０１ａと４０１ｂと電気的に接続する。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、バスバー回路部１００に形成された第１貫通孔１１ａと１１ｂ、ベース部４０４に形成された第３貫通孔１３ａと１３ｂ、駆動回路基板６００に形成された第２貫通孔１２ａと１２ｂの順に貫通する為、位置決め部材４０１ａと４０１ｂを媒体として伝達してきたノイズは、駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１に伝達されるより以前にベース部４０４を伝達することによって、グランドであるケース４００に吸収される。したがって駆動回路基板６００及び制御回路基板６０１に至るまでのノイズ伝達の抑制が可能となる。

また、図１に示されるようにＹコンデンサ回路部３０１はＹコンデンサモジュール３０１ａと３０１ｂを有する。
グランド５０９は、配列方向１０から見て、Ｙコンデンサモジュール３０１ａとＹコンデンサモジュール３０１ｂの間に配置され、Ｙコンデンサ回路部３０１は、グランド５０９から流入するコモン電流のノイズを低減する。

Ｙコンデンサ対向部５０２は、駆動回路基板６００とバスバー回路部１００の配列方向１０から見た場合の、Ｙコンデンサ回路部３０１がバスバー回路部１００に投影される範囲である。

Ｙコンデンサ回路部３０１は、前述の通りコモンモードノイズが多く発生する為、第１貫通孔１１ａと１１ｂは、Ｙコンデンサ対向部５０２と面するバスバー回路部１００の辺２１以外の辺に形成される。

位置決め部材４０１ａと４０１ｂは、第１貫通孔１１ａと１１ｂの配置に準ずる為、配列方向１０から見た場合、第１貫通孔１１ａと１１ｂと同様に電磁ノイズの発生が多いＹコンデンサ対向部５０２を避けた箇所に配置されるため、電磁ノイズによる影響の低減を実現する。

また、バスバー回路部１００は、正極バスバー及び負極バスバーを封止する樹脂製の封止部材５１０を有する。第１貫通孔１１ａと１１ｂは、封止部材５１０の端部から突出するタブに形成される事により、ノイズ発生源からより遠い箇所に位置決め部材４０１ａと４０１ｂを配置することができる。

１０…配列方向、１１ａ…第１貫通孔、１１ｂ…第１貫通孔、１２ａ…第２貫通孔、１２ｂ…第２貫通孔、１３ａ…第３貫通孔、１３ｂ…第３貫通孔、２０…辺、２１…辺、１００…バスバー回路部、１０１…外部接続バスバー回路部、１０１ａないし１０１ｃ…外部接続端子、１０２…交流バスバー回路部、２００…パワー半導体回路部、２００Ｕ…パワーモジュール、２００Ｖ…パワーモジュール、２００Ｗ…パワーモジュール、３００…コンデンサ回路部、３００ａないし３００ｆ…コンデンサモジュール、３０１…Ｙコンデンサ回路部、３０１ａ…Ｙコンデンサモジュール、３０１ｂ…Ｙコンデンサモジュール、３０２…ＥＭＣコンデンサ、４００…ケース、４０１ａ…位置決め部材、４０１ｂ…位置決め部材、４０２…上蓋、４０３…ねじ、４０４…ベース部、４０５…板ばね、４０６…下蓋、４０７ａ…パイプ、４０７ｂ…パイプ、４０８…固定部、５００…コンデンサ対向部、５０１…パワー半導体対向部、５０２…Ｙコンデンサ対向部、５０３…中継部、５０４…電源供給直流端子、５０５…コネクタ、５０６…フェライトコア部、５０８…シールリング、５０９…グランド、５１０…封止部材、５１１…外部コネクタ、６００…駆動回路基板、６０１…制御回路基板、７００…電力変換装置

Claims

直流電力を交流電力に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体回路部（２００）と、
前記直流電力を平滑化するコンデンサ回路部（３００）と、
前記パワー半導体回路部（２００）と前記コンデンサ回路部（３００）の間で前記直流電力を伝達するバスバー回路部（１００）と、
前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路基板（６００）と、
前記パワー半導体回路部を収納するケース（４００）と、を備え、
前記バスバー回路部は、前記コンデンサ回路部と対向するコンデンサ対向部（５００）と、前記パワー半導体回路部と対向するパワー半導体対向部（５０１）と、を有するように配置され、
前記駆動回路基板は、前記バスバー回路部を挟んで前記パワー半導体回路部と対向する位置に配置され、
前記ケースは、前記バスバー回路部に形成された第１貫通孔（１１ａ、１１ｂ）及び前記駆動回路基板に形成された第２貫通孔（１２ａ、１２ｂ）を貫通する位置決め部材（４０１ａ、４０１ｂ）を有し、
前記駆動回路基板と前記バスバー回路部の配列方向（１０）から見た場合、
前記第１貫通孔は、前記コンデンサ対向部に面する前記バスバー回路部の辺（２０）のみに形成される電力変換装置（７００）。
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記バスバー回路部と前記駆動回路基板との間に配置されるベース部（４０４）を有し、
前記ベース部は、前記位置決め部材を貫通する第３貫通孔（１３ａ、１３ｂ）を形成する電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記ベース部は、グランド（５０９）と繋がる固定部（４０８）を有し、
前記位置決め部材は、前記ベース部と電気的に接続される電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記バスバー回路部を構成する正極バスバー及び負極バスバーと、
前記グランドと接続するＹコンデンサ回路部（３０１）と、を備え、
前記バスバー回路部は、前記Ｙコンデンサ回路部と対向するＹコンデンサ対向部（５０２）を有するように形成され、
前記第１貫通孔は、前記Ｙコンデンサ対向部と面する前記バスバー回路部の辺２１以外の辺に形成される電力変換装置。
請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記バスバー回路部は、正極バスバー及び負極バスバーを封止する樹脂製の封止部材（５１０）を有し、
前記第１貫通孔は、前記封止部材の端部から突出するタブに形成される電力変換装置。