JP7067523B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電抵抗を備えた電力変換装置に関する。

インバータ等の電力変換装置において、例えば、特許文献１に記載されているように、放電抵抗を備えたものがある。放電抵抗は、装置内のコンデンサ等に蓄えられた電荷を放電する。それゆえ、放電抵抗に放電電流が流れると、放電抵抗は発熱し、温度上昇する。特許文献１に開示された電力変換装置においては、熱容量の大きいバスバーに放電抵抗を接続している。これにより、放電抵抗の熱を放熱しやすい構成としている。

特開第５７９９８４３号公報

しかしながら、電力変換装置は、大電流化、高電圧化に伴い、コンデンサ等、電力変換装置を構成する電子部品が、自己発熱や、他の部品からの受熱の影響を受けて、温度上昇しやすくなる傾向にある。それゆえ、放電抵抗の熱が、周囲の電子部品へ影響することも、極力抑制することが望ましい。そして、放電抵抗は、そのターミナルに電流が集中するため、ターミナル部分において、特に発熱しやすい。それゆえ、放電抵抗のターミナルから、周囲の電子部品への熱の移動を、抑制することが望ましい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、放電抵抗のターミナルから他の電子部品への熱の移動を抑制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、電力変換回路（１０）に電気的に接続される放電抵抗（２）と、
上記放電抵抗を保持する樹脂製のホルダ（３）と、
上記放電抵抗及び上記ホルダを収容する装置ケース（４）と、
上記放電抵抗と共に上記装置ケースに収容された電子部品（５）と、を有し、
上記電子部品は、上記電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（５１）と、該半導体モジュールに電気的に接続された平滑コンデンサ（５２）とを含み、
上記放電抵抗は、抵抗体を備えた抵抗本体部（２１）と、該抵抗本体部から突出したターミナル（２２）とを有し、
上記ホルダは、上記ターミナルの少なくとも一部を、上記抵抗本体部と反対側と、上記抵抗本体部からの上記ターミナルの突出方向（Ｚ１）に対して直交する第１方向（Ｘ）の両側と、上記突出方向及び上記第１方向の双方に直交する第２方向（Ｙ）の両側と、から囲む包囲部（３０）を有する、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置において、上記ホルダは、上記ターミナルの少なくとも一部を、上記抵抗本体部と反対側と、上記抵抗本体部からの上記ターミナルの突出方向に対して直交する第１方向の両側と、上記突出方向及び上記第１方向の双方に直交する第２方向の両側と、から囲む包囲部を有する。これにより、ターミナルから、突出方向における抵抗本体部と反対側へ向かう熱と、第１方向の両側に向かう熱と、第２方向の両側に向かう熱と、に対し、その移動を効果的に抑制することができる。
その結果、放電抵抗のターミナルから、装置ケースに収容された電子部品への熱の移動を抑制することができる。それゆえ、放電抵抗の熱に起因した、電子部品の温度上昇を抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、放電抵抗のターミナルから他の電子部品への熱の移動を抑制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説明図。 実施形態１における、電力変換装置の回路説明図。 実施形態１における、ブラケットを介してホルダに固定された放電抵抗の一部断面説明図。 図３のIV－IV線矢視断面図 図１のＶ－Ｖ線矢視断面図。 実施形態２における、放電抵抗を含むサブアッシーの斜視図。 実施形態２における、放電抵抗を含むサブアッシーの他の斜視図。 実施形態２における、Ｚ１側から見た放電抵抗を含むサブアッシーの平面図。 実施形態２における、Ｚ１側と反対側から見た放電抵抗を含むサブアッシーの平面図。 実施形態２における、放電抵抗を含むサブアッシーの正面図。 実施形態２における、放電抵抗を含むサブアッシーの背面図。 実施形態２における、Ｙ方向から見た放電抵抗を含むサブアッシーの側面図。 実施形態２における、電力変換装置の回路説明図。

（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
本形態の電力変換装置１は、図１に示すごとく、放電抵抗２と、ホルダ３と、装置ケース４と、電子部品５と、を有する。放電抵抗２は、図２に示すごとく、電力変換回路１０に電気的に接続されている。ホルダ３は、放電抵抗２を保持する樹脂製の部品である。図１に示すごとく、装置ケース４は、放電抵抗２及びホルダ３を収容している。電子部品５は、放電抵抗２と共に装置ケース４に収容されている。

図３、図４に示すごとく、放電抵抗２は、抵抗体を備えた抵抗本体部２１と、抵抗本体部２１から突出したターミナル２２とを有する。
ホルダ３は、ターミナル２２の少なくとも一部を、抵抗本体部２１と反対側と、第１方向Ｘの両側と、第２方向Ｙの両側と、から囲む包囲部３０を有する。ここで、第１方向Ｘは、抵抗本体部２１からのターミナル２２の突出方向Ｚ１に対して直交する方向である。第２方向Ｙは、突出方向Ｚ１及び第１方向Ｘの双方に直交する方向である。
なお、以下において、ターミナル２２の突出方向Ｚ１に平行な方向を、適宜Ｚ方向という。また、第１方向Ｘを適宜Ｘ方向ともいい、第２方向Ｙを適宜Ｙ方向ともいう。

本形態において、装置ケース４は、アルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属からなる。そして、図１、図５に示すごとく、装置ケース４の内部に、複数の電子部品５が収容されている。装置ケース４内には、電力変換回路１０を構成する複数の半導体モジュール５１が、これらを冷却する冷却器１３と共に配されている。半導体モジュール５１は、上述の複数の電子部品５の一部である。

図１に示すごとく、冷却器１３は、複数の半導体モジュール５１と共に積層された複数の冷却管１３１を有する。複数の半導体モジュール５１と複数の冷却管１３１とによって、積層体１１が構成されている。この積層体１１の積層方向は、Ｘ方向となる。冷却管１３１は、内部に冷媒を流通させる冷媒流路を有する。冷媒流路は、Ｙ方向に沿って形成されている。半導体モジュール５１を挟んで互いにＸ方向に隣り合う冷却管１３１同士は、Ｙ方向の両端部付近において、連結管１３３によって互いに連結されている。冷却器１３へ冷媒を導入する冷媒導入管１３４、及び冷却器１３から冷媒を排出する冷媒排出管１３５は、装置ケース４の外側へ突出している。

また、装置ケース４には、電子部品５として、平滑コンデンサ５２及び電流センサ５３が収容されている。平滑コンデンサ５２は、直流電源ＢＡＴから電力変換回路１０へ供給される電圧を平滑化する。電流センサ５３は、電力変換回路１０と交流負荷との間に流れる電流を検出する。

図２に示すごとく、平滑コンデンサ５２は、上アーム配線１２Ｈと下アーム配線１２Ｌとの間に懸架されるように接続されている。また、放電抵抗２も、上アーム配線１２Ｈと下アーム配線１２Ｌとの間に懸架されるように接続されている。そして、放電抵抗２は、平滑コンデンサ５２と並列接続されている。

図３、図４に示すごとく、放電抵抗２は、樹脂からなるホルダ３に、ブラケット６１を介して固定されている。放電抵抗２の抵抗本体部２１は、金属製のブラケット６１に係合保持されている。ホルダ３を構成する樹脂は、例えば、ＰＰＳ（すなわちポリフェニレンサルファイド）等とすることができる。

抵抗本体部２１は、抵抗体をセメントに埋設してなる。抵抗本体部２１は、略直方体形状を有する。抵抗本体部２１におけるＺ方向の互いに反対側を向く２つの面のうちの一方から、２つのターミナル２２が突出している。２つのターミナル２２は、それぞれ抵抗本体部２１の内部において、抵抗体の一対の電極に接続されている。抵抗本体部２１は、ターミナル２２の突出方向Ｚ１と反対側の面である底面２１１の略全面が、ブラケット６１に覆われている。抵抗本体部２１における、底面２１１と反対側の面を、便宜的に上面２１２という。

ブラケット６１は、抵抗本体部２１の底面２１１を覆う底板部６１１と、底板部６１１におけるＸ方向の両端からそれぞれＺ方向に立設した側板部６１３と、を有する。そして、側板部におけるＺ１側の端部に、抵抗本体部２１に係合するための係合爪部６１２が形成されている。側板部６１３は、抵抗本体部２１の側面２１３の一部を覆うように配され、係合爪部６１２は、抵抗本体部２１の上面２１２に係合するように屈曲している。

ブラケット６１は、複数の被締結部６１４において、ホルダ３に締結固定されている。これにより、放電抵抗２は、ブラケット６１を介して、ホルダ３に保持されている。本形態において、被締結部６１４は、ブラケット６１における底板部６１１のＹ方向の両端部に形成されている。これらの被締結部６１４において、ネジ６１５によってブラケット６１がホルダ３に締結されている。

ホルダ３は、ターミナル２２に対してＸ方向の両側から対向するように配置された２つの第１側方壁部３１を有する。また、ホルダ３は、ターミナル２２に対してＹ方向の両側から対向するように配置された２つの第２側方壁部３２を有する。また、ホルダ３は、放電抵抗２のターミナル２２を、突出方向Ｚ１側から覆うように対向配置される上方壁部３３を有する。

上方壁部３３と２つの第１側方壁部３１と２つの第２側方壁部３２とによって、ターミナル２２を５つの方向から囲む包囲部３０が形成されている。また、放電抵抗２の２つのターミナル２２が、包囲部３０によって囲まれている。

図５に示すごとく、放電抵抗２は、抵抗本体部２１におけるターミナル２２の突出方向と反対側の面である底面２１１が、装置ケース４の内面に対向するように、配置されている。放電抵抗２は、抵抗本体部２１の底面２１１を、ブラケット６１の底板部６１１を介して、装置ケース４の底壁部４１に、対向させている。なお、底面２１１が、装置ケース４の内面に対向する態様としては、直接対向している態様のほか、本形態のように熱の移動を妨げない部材を介して対向する態様とすることもできる。また、ブラケット６１の底板部６１１と装置ケース４の底壁部４１とは、Ｚ方向に近接配置されている。また、ブラケット６１を装置ケース４に接触させることもできる。

図１、図５に示すごとく、ホルダ３は、該ホルダ３に設けたフランジ部３４において、ボルト３５によって、装置ケース４に固定されている。これにより、ホルダ３に保持された放電抵抗２は、装置ケース４内に固定されている。つまり、放電抵抗２とホルダ３とブラケット６１とを有するサブアッシー１４は、ボルト３５によって、装置ケース４に固定されている。

なお、本形態においては、放電抵抗２を保持したホルダ３は、Ｘ方向において、冷却器１３と対向する位置に配置されている。また、放電抵抗２を保持したホルダ３は、Ｙ方向において、平滑コンデンサ５２と対向する位置に配置されている。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１において、ホルダ３は、ターミナル２２の少なくとも一部を、抵抗本体部２１と反対側と、第１方向Ｘの両側と、第２方向Ｙの両側と、から囲む包囲部３０を有する。これにより、ターミナル２２から、Ｚ方向における抵抗本体部２１と反対側へ向かう熱と、第１方向Ｘの両側に向かう熱と、第２方向Ｙの両側に向かう熱と、に対し、その移動を効果的に抑制することができる。
その結果、放電抵抗２のターミナル２２から、装置ケース４に収容された電子部品５への熱の移動を抑制することができる。それゆえ、放電抵抗２の熱に起因した、電子部品５の温度上昇を抑制することができる。

電力変換装置１が扱う電力の大電流化、高電圧化等に伴い、電子部品５（すなわち、半導体モジュール５１、平滑コンデンサ５２、電流センサ５３等）の発熱も大きくなりやすくなる傾向にある。その一方で、電子部品５の長寿命化が求められる。それゆえ、電子部品５にとって、放電抵抗２からの受熱を極力避けることが求められる。放電抵抗２は、特にターミナル２２に電流が集中するため、ターミナル２２からの発熱が特に大きくなりやすい。そこで、上記のように、ホルダ３に、ターミナル２２を囲む包囲部３０を設けることで、ターミナル２２から電子部品５への熱の移動を、効果的に抑制することができる。
特に本形態においては、電子部品５の中でも、冷却器１３による冷却が直接行われない、平滑コンデンサ５２、電流センサ５３等の温度上昇を、抑制することができる点で、全体の長寿命化を図ることができる。

また、放電抵抗２は、抵抗本体部２１の底面２１１が、装置ケース４の内面に対向するように、配置されている。これにより、放電抵抗２の熱を、装置ケース４を介して放熱することができる。すなわち、上述のように、包囲部３０によって、放電抵抗２のターミナル２２から電子部品５への熱の移動を抑制する一方で、放電抵抗２の熱を装置ケース４へ放熱することができる。その結果、放電抵抗２の熱が電子部品５に影響することを、より効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本形態によれば、放電抵抗のターミナルから他の電子部品への熱の移動を抑制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。

（実施形態２）
本形態は、図６～図１２に示すごとく、放電抵抗２とホルダ３とブラケット６１とを有するサブアッシー１４の一例を、より具体的に示した形態である。

本形態において、ホルダ３には、放電抵抗２の他に、接地用コンデンサ１８及びバスバー１７が保持されている。接地用コンデンサ１８は、図１０に示すごとく、一方の電極が接地されたコンデンサである。接地用コンデンサ１８は、２つのコンデンサ素子８２を備えている。２つのコンデンサ素子１８２は、互いに直列接続されている。そして、２つのコンデンサ素子１８２の間の配線に、アース端子１８１が電気的に接続されている。

また、接地用コンデンサ１８は、平滑コンデンサ５２と並列接続されている。そして、接地用コンデンサ１８は、直流電源ＢＡＴの直流電力に含まれるノイズ電流を除去する機能を有する。

接地用コンデンサ１８は、図６～図１２に示すごとく、ホルダ３の一部に設けられたコンデンサ収容部３６１に収容配置されている。すなわち、コンデンサ収容部３６１に、コンデンサ素子１８２を配置すると共に、封止樹脂１８３にて封止されている。封止樹脂１８３においてコンデンサ素子１８２に接続されたアース端子１８１の一部は、封止樹脂１８３から露出すると共に、ホルダ３の一部のフランジ部３４まで延設されている。このフランジ部３４において、ボルト３５にてアース端子１８１が装置ケース４に締結されて、電気的に接地される。

ホルダ３に固定された２つのバスバー１７は、互いに平行に配置されている。２つのバスバー１７は、平滑コンデンサ５２の２つの電極にそれぞれ接続される端子１７１を有する。また、２つのバスバー１７における、他の端子１７２は、外部端子に電気的に接続される。また、バスバー１７の一部と、放電抵抗２のターミナル２２とは、ハーネス１６を介して、電気的に接続されている。

放電抵抗２は、ブラケット６１を介して、ホルダ３に固定されている。放電抵抗２は、接地用コンデンサ１８に対してＹ方向に隣り合う位置において、ホルダ３に取り付けられている。また、放電抵抗２は、一方のバスバー１７に対してＺ方向に隣り合う位置において、ホルダ３に取り付けられている。

ホルダ３は、放電抵抗２のターミナル２２を、Ｘ方向の両側、Ｙ方向の両側、及びＺ方向の一方側すなわちＺ１側から囲む包囲部３０を有する。つまり、ホルダ３は、図６～図１２に示すごとく、上方壁部３３と２つの第１側方壁部３１と２つの第２側方壁部３２とを有し、これらによって包囲部３０を構成している。つまり、ターミナル２２は、Ｘ方向のいずれ側から見ても、Ｙ方向のいずれ側から見ても、Ｚ方向のＺ１側から見ても、包囲部３０の内側に、少なくとも一部が隠れるように配置されている。なお、図８、図１０～図１２には、これらの面視においては実際に視認できないターミナル２２の位置を、破線にて示している。

また、放電抵抗２のターミナル２２と接地用コンデンサ１８との間にも、ホルダ３の一部が介在している。この部分も包囲部３０の一部である、第１側方壁部３１を構成している。
本形態に示したサブアッシー１４も、実施形態１と同様に、例えば図１に示すような位置関係にて、電力変換装置１の装置ケース４内に組み込むことができる。

なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態の場合には、サブアッシー１４が、接地用コンデンサ１８及びバスバー１７を有するため、電力変換装置１の組み立てを容易にすることができる。また、接地用コンデンサ１８とターミナル２２の間にも、包囲部３０の一部が介在しているため、接地用コンデンサ１８の温度上昇も抑制することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要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。

１ 電力変換装置
２ 放電抵抗
２１ 抵抗本体部
２２ ターミナル
３ ホルダ
３０ 包囲部
４ 装置ケース
５ 電子部品

Claims (2)

1. 電力変換回路（１０）に電気的に接続される放電抵抗（２）と、
   上記放電抵抗を保持する樹脂製のホルダ（３）と、
   上記放電抵抗及び上記ホルダを収容する装置ケース（４）と、
   上記放電抵抗と共に上記装置ケースに収容された電子部品（５）と、を有し、
   上記電子部品は、上記電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（５１）と、該半導体モジュールに電気的に接続された平滑コンデンサ（５２）とを含み、
   上記放電抵抗は、抵抗体を備えた抵抗本体部（２１）と、該抵抗本体部から突出したターミナル（２２）とを有し、
   上記ホルダは、上記ターミナルの少なくとも一部を、上記抵抗本体部と反対側と、上記抵抗本体部からの上記ターミナルの突出方向（Ｚ１）に対して直交する第１方向（Ｘ）の両側と、上記突出方向及び上記第１方向の双方に直交する第２方向（Ｙ）の両側と、から囲む包囲部（３０）を有する、電力変換装置（１）。
2. 上記放電抵抗は、上記抵抗本体部における上記ターミナルの突出方向と反対側の面である底面（２１１）が、上記装置ケースの内面に対向するように、配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。

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