JP7196879B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、電力変換装置に関する。

特許文献１には、半導体モジュールと冷却管とを積層した積層体の横に電流センサを配置して、冷却管によって電流センサを冷却する電力変換装置が記載されている。

特開２０１９－３７０４９号公報

特許文献１の装置は、耐熱性が低い電流センサを冷却する冷却能力に関して改良の余地がある。

この明細書に開示する目的の一つは、電流センサユニットに対する冷却性能の改善を図る電力変換装置を提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示された電力変換装置の一つは、電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、内部を流れる冷却用流体によって電力変換部を冷却する冷却器（６）と、電源と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、電力変換部、冷却器および電流センサユニットを収容するケース（１１）と、を備え、
冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）と、電力変換部に重なるように設けられ、流体流入部に流入して流体流出部から流出する冷却流体が通る冷却通路形成部（６３）と、を含み、
流体流入部と流体流出部は、ケースにおける同一壁（１１ｂ）から電力変換部に向けて延び出しており、
電流センサユニットは、電力変換部よりも同一壁に近接して設けられ、且つ電力変換部と冷却通路形成部とが重ねられた方向（Ｚ）に直交する方向において冷却通路形成部に並べて設けられている。
開示された電力変換装置の一つは、電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、内部を流れる冷却用流体によって電力変換部を冷却する冷却器（６）と、電源と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、電力変換部、冷却器および電流センサユニットを収容するケース（１１）と、を備え、
冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
流体流入部と流体流出部は、ケースにおける同一壁（１１ｂ）から電力変換部に向けて延び出しており、
電流センサユニットは、流体流入部と流体流出部との間であって、流体流出部よりも流体流入部寄りに位置し、電力変換部よりも同一壁に近接して設けられている。
開示された電力変換装置の一つは、電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、内部を流れる冷却用流体によって電力変換部を冷却する冷却器（６）と、電源と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、電力変換部、冷却器および電流センサユニットを収容するケース（１１）と、を備え、
冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
流体流入部と流体流出部は、ケースにおける同一壁（１１ｂ）から電力変換部に向けて延び出しており、
電流センサユニットは、流体流入部と流体流出部との間であって、流体流入部と流体流出部との両方に重なる位置に、電力変換部よりも同一壁に近接して設けられている。
開示された電力変換装置の一つは、電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、内部を流れる冷却用流体によって電力変換部を冷却する冷却器（６）と、電源と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、電力変換部、冷却器および電流センサユニットを収容するケース（１１）と、を備え、
冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
流体流入部と流体流出部は、ケースにおける同一壁（１１ｂ）から電力変換部に向けて延び出しており、
電流センサユニットは、ケースに固定されている被固定部（１４２）を備え、電力変換部よりも同一壁に近接して設けられている。

この電力変換装置によれば、流体流入部と流体流出部は同じ壁から延び出しているため、この同一壁を冷却用流体によって冷やすことができる。さらにこの同一壁は電力変換部よりも電流センサユニットが近接しているため、電流センサユニットの放熱を同一壁が吸熱してケース面から外部に放出する放熱経路を形成できる。これにより、電流センサユニットの冷却を促進させることができ、例えば、回路基板や、電流センサ部品などの基板実装部品の耐熱温度を低くすることに寄与する。このような開示技術によれば、電流センサユニットに対する冷却性能の改善を図る電力変換装置を提供できる。

第１実施形態の電力変換装置に係る回路図である。 電力変換装置のケース内部を上から見た図である。 電力変換装置のケース内部を横から見た図である。 第２実施形態の電力変換装置についてケース内部を上から見た図である。 電力変換装置のケース内部を横から見た図である。 第３実施形態の電力変換装置についてケース内部を上から見た図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

＜第１実施形態＞
車両の駆動システムおよび電力変換装置の一例を開示する第１実施形態について、図１～図３を参照しながら説明する。電力変換装置は、電気自動車、燃料電池車等の車両に搭載された車載用電力変換装置に適用することができる。車両には、乗用車、バス、建設作業車、農業機械車両等が含まれる。明細書に明示の目的を達成可能な電力変換装置は、例えば、インバータ装置、コンバータ装置等に適用することができる。このコンバータ装置は、交流入力直流出力の電源装置、直流入力直流出力の電源装置、交流入力交流出力の電源装置を含む。この実施形態では、電力変換装置の一例としてインバータ装置に適用した装置を以下に説明する。

図１に示すように、車両の駆動システム１０は、車両に搭載され、直流電源３００、モータジェネレータ３１０および電力変換装置１を備えている。

電力変換装置１は、インバータ回路２００、制御回路２１０、平滑コンデンサ３を少なくとも備えている。図１に示すように、インバータ回路２００は、複数の半導体モジュール２を備えて電力変換部を構成する。電力変換部は、電源から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷に供給する。平滑コンデンサ３は、半導体モジュール２に並列に接続されている。電力変換部は、半導体モジュール２が備える半導体素子２０をオンオフさせることにより、直流電源３００から供給される直流電力を交流電力に変換する。直流電源３００は、例えば複数の二次電池である。二次電池には、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および有機ラジカル電池などを採用することができる。

モータジェネレータ３１０は、三相交流方式の回転電機、つまり三相交流モータを含む。モータジェネレータ３１０は、車両の走行駆動源である電動機として機能する。モータジェネレータ３１０は回生時に発電機として機能する。電力変換装置１は、直流電源３００とモータジェネレータ３１０との間において電力変換を行う。

電力変換装置１は、制御回路２１０によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ３１０へ出力する。これにより、車両は、電力変換部によって直流電力から電力変換された交流電力を用いてモータジェネレータ３１０を駆動して走行する。電力変換装置１は、モータジェネレータ３１０の発電によって生成された交流電力を直流電力に変換し、回路における高電位側の電力ラインに出力する。電力変換装置１は、直流電源３００とモータジェネレータ３１０との間で双方向の電力変換を行う。

モータジェネレータ３１０は、電気自動車の車軸に連結されている。モータジェネレータ３１０の回転エネルギは、車軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。走行輪の回転エネルギは、車軸を介してモータジェネレータ３１０に伝達される。モータジェネレータ３１０は電力変換装置１から供給される交流電力によって力行する。これにより推進力が走行輪に付与される。モータジェネレータ３１０は走行輪から伝達される回転エネルギによって回生する。この回生で発生した交流電力は、電力変換装置１によって直流電力に変換される。この直流電力が直流電源３００に供給される。この直流電力は、車両に搭載された各種の電気負荷にも供給される。

インバータ回路２００には、電力変換部に対して、入力側に平滑コンデンサ３が接続され、出力側に電気負荷の一例であるモータジェネレータ３１０が接続されている。平滑コンデンサ３は、主として、直流電源３００から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ３は、高電位側の電力ラインと低電位側の電力ラインとの間に接続されている。高電位側の電力ラインは直流電源３００の正極に接続されている。低電位側の電力ラインは直流電源３００の負極に接続されている。平滑コンデンサ３の正極は、直流電源３００と半導体モジュール２との間において高電位側の電力ラインに接続されている。平滑コンデンサ３の負極は、直流電源３００と半導体モジュール２との間において低電位側の電力ラインに接続されている。

高電位側の電力ラインにはＰバスバが設けられている。低電位側の電力ラインにはＮバスバが設けられている。ＰバスバとＮバスバは、電力変換部に対して入力側の電力ラインに設けられている。Ｐバスバの端部、Ｎバスバの端部には、電力変換部に対して入力側の電力ラインに設けられた接続端子１５１が設けられている。接続端子１５１には、直流電源３００からの電力を供給する電力供給線の端部に設けられた出力端子が、接続される。

電力変換装置１は、直流電源３００の正極に接続されたＰバスバと直流電源３００の負極に接続されたＮバスバとの間で並列に接続された３相のレグを備える。各相のレグは、ＰバスバとＮバスバとの間で直列接続された複数の半導体素子２０を備える。インバータ回路２００は、直列に接続された２つのアームを含む上下アーム回路を３個備えているともいえる。３個の上下アーム回路は、例えば、平滑コンデンサ３側からＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする。各上下アーム回路の高電位側のアームは、上アームともいえる。低電位側のアームは、下アームともいえる。

各アームは、スイッチング素子であるＩＧＢＴとダイオードとを有している。ＩＧＢＴは、トランジスタの一種である絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。ＩＧＢＴおよびダイオードは、半導体基板に設けられている。ＩＧＢＴおよびダイオードが設けられた半導体チップは、半導体素子２０に相当する。上アームにおいて、コレクタは高電位側の電力ラインに接続されている。下アームにおいて、エミッタは低電位側の電力ラインに接続されている。上アーム側のエミッタと、下アーム側のコレクタは、互いに接続されている。ダイオードのアノードは対応するＩＧＢＴのエミッタに接続され、カソードは対応するＩＧＢＴのコレクタに接続されている。

制御回路２１０は、ＩＧＢＴを動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路に出力する。制御回路２１０は、例えば上位のＥＣＵから入力されるトルク要求、各種センサによって検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサには、電流センサユニット４、回転角センサ、電圧センサがある。制御回路２１０は、例えば、駆動指令としてＰＷＭ信号を出力する。制御回路２１０は、マイクロコンピュータを備えている。

電流センサユニット４は、電源と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する。電流センサユニット４は、アームの出力電流、つまり各相の巻線に流れる相電流を検出する電流センサを含む。電流センサは、アームの出力電流に対応する電気信号を制御回路２１０に出力する。この電気信号はフィードバック信号である。フィードバック信号は、出力電流に相当する信号である。回転角センサは、モータジェネレータ３１０の回転子の回転角を検出し制御回路２１０に出力する。電圧センサは、平滑コンデンサ３の両端電圧を検出し制御回路２１０に出力する。

駆動回路は、制御回路２１０の駆動指令に基づいて、対応するアームのＩＧＢＴのゲートに駆動電圧を供給するドライバである。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するＩＧＢＴを駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。この実施形態の電力変換装置１は、一つのアームに対して一つの駆動回路を備えている。

電力変換装置１は、入力側バスバと出力側バスバを備えている。このようなバスバは、電力経路の一つをなし発熱するため、周囲の部品に対して放熱する。入力側バスバは、直流電源３００から電力が給電される導電性部材である。入力側バスバは、例えばＰバスバとＮバスバである。

出力側バスバは、例えばアームの出力電流がモータジェネレータ３１０へ流れる電力経路に設けられたバスバ４４を含む。電流センサは、出力側バスバを流れる出力電流を検出する。出力側バスバは、Ｕ相における上アームと下アームとの接続部とモータジェネレータ３１０の巻線とを連絡する電力経路に設けられている。出力側バスバは、Ｖ相における上アームと下アームとの接続部とモータジェネレータ３１０の巻線とを連絡する電力経路に設けられている。出力側バスバは、Ｗ相における上アームと下アームとの接続部とモータジェネレータ３１０の巻線とを連絡する電力経路に設けられている。出力側バスバは、Ｕ相バスバ、Ｖ相バスバ、Ｗ相バスバを含んでいる。

Ｕ相バスバ、Ｖ相バスバ、Ｗ相バスバは、電力変換部に対して出力側の電力ラインに設けられている。Ｕ相バスバ、Ｖ相バスバおよびＷ相バスバの各端部には、電力変換部に対して出力側の電力ラインに設けられた接続端子１４１が設けられている。接続端子１４１には、モータジェネレータ３１０の各相の巻線に電力を供給する電力供給線の端部に設けられた入力端子が、接続される。

図２～図３を参照して電力変換装置１の内部構成について説明する。電力変換装置１は、複数の電気部品を収容するケース１１を備える。ケース１１は一つの容器を形成する。ケース１１は、パワーモジュールユニット５、電流センサユニット４、コンデンサユニット等を収容している。

コンデンサユニットは、少なくとも平滑コンデンサ３を含んでいる。コンデンサユニットは、他の電気部品と接続される端子を露出させた状態で樹脂封止された平滑コンデンサ３を内蔵している。平滑コンデンサ３は樹脂封止されたコンデンサ素子を内蔵している。封止する樹脂は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。封止樹脂部は、コンデンサ素子および端子と平滑コンデンサ３の収容部との間の隙間に充填されている。平滑コンデンサ３の端子等の一部は、封止樹脂部から突出している。コンデンサユニットは、ボルト、ねじ、リベット等の固定具、溶接結合、ろう付け結合等の結合手段により、例えばケース１１の底壁１１ａに固定されている。

ケース１１は、複数のケース部材を組み合わせて形成されている筐体である。ケース１１は、例えば、少なくとも第１ケース部材と第２ケース部材とを含んでいる。第２ケース部材は、第１ケース部材である下部ケースの内部空間を覆うように第１ケース部材に装着されている部材である。図３は、電力変換装置１の構成を説明するため、ケース１１において、内部空間を覆う部材を除いた状態を示している。ケース１１は、金属材料によって形成されている。ケース１１は、例えば、アルミダイカストによる成形体を含んでいる。図面におけるＸ方向、Ｙ方向は、電力変換装置１の横方向、縦方向である。図面におけるＺ方向は、電力変換装置１の高さ方向である。また、ケース１１は、樹脂材料を含んで形成されている構成でもよい。

ケース１１は、例えば、底壁１１ａと、底壁１１ａの周縁から立設する複数の側壁とを備えている。複数の側壁は、Ｘ方向に対向する第１側壁１１ｂおよび第２側壁１１ｃと、Ｙ方向に対向する第３側壁１１ｄおよび第４側壁１１ｅとを含んでいる。第１側壁１１ｂは、第３側壁１１ｄと第４側壁１１ｅに隣り合っている。第２側壁１１ｃは、第３側壁１１ｄと第４側壁１１ｅに隣り合っている。

半導体モジュール２は、半導体素子２０を内蔵した本体部と、本体部から突出しているパワー端子および信号端子とを備える。半導体モジュール２は、パワーモジュールとも呼ばれる。パワー端子と信号端子は、半導体モジュール２において相反する方向に突出している。パワー端子は、直流電圧が加わる入力端子と、モータジェネレータ３１０側の出力側バスバに接続されている出力端子とを含む。入力端子は、平滑コンデンサ３の端子に接続され、入力側バスバを介して直流電源３００の出力部に電気的に接続されている。信号端子は、制御基板に搭載された制御回路に接続されている。制御回路は、半導体素子２０の動作を制御する演算素子等の電子部品が実装されている回路を構成する。

電力変換装置１は、内部を流れる冷却用流体の吸熱作用により、半導体モジュール２を冷却する冷却器６を備えている。パワーモジュールユニット５は、一体に形成された複数の半導体モジュール２と冷却器６とを備えている。冷却器６は、例えば、ボルト、ねじ、リベット等の固定具、溶接結合、ろう付け結合等の結合手段により、ケース１１に固定されている。

図２、図３に示すように、パワーモジュールユニット５は、複数の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する冷却器６を備える。冷却器６と半導体モジュール２とは、高さ方向に積層されて一体に設置されている。冷却器６は、半導体モジュール２の片面に接触する上壁面を有する。冷却器６は、上壁面と下壁面との間に冷却用流体が流通する冷却通路を内蔵する。

冷却器６は、流入管６１、冷却通路形成部６３、流出管６５等を備えている。冷却器６において通路を形成する各部は、熱伝導性の良い材質で形成されており、一例としてアルミニウム製である。

冷却通路形成部６３は、対向する位置にある第１側壁６３ａおよび第２側壁６３ｂと、対向する位置にある第３側壁６３ｃおよび第４側壁６３ｄとを有する直方体状である。第１側壁６３ａと第２側壁６３ｂは、Ｘ方向に対向している。第１側壁６３ａは、冷却器６側やケース１１の第１側壁１１ｂ側に面している。第２側壁６３ｂは、ケース１１の第２側壁１１ｃ側に面している。第３側壁６３ｃと第４側壁６３ｄは、Ｙ方向に対向している。第３側壁６３ｃは、ケース１１の第３側壁１１ｄ側に面している。第４側壁６３ｄは、ケース１１の第４側壁１１ｅ側に面している。

流入管６１は、冷却器６において外部からの冷却用流体が流入する流体流入部である。流入管６１の下流部は、冷却通路形成部６３における上流側連結部６２に接続されている。流入管６１の上流部は、外部導入配管７１に接続されている。流入管６１は、ケース１１における第１側壁１１ｂから電力変換部に向けて上流側連結部６２まで延び出している。流入管６１は、ケース１１の第１側壁１１ｂから冷却通路形成部６３の第１側壁６３ａまで延び出している流入通路を形成している。

外部導入配管７１は、流入管６１に連通する通路を形成する外部配管であり、第１側壁１１ｂからケース１１の外部に延びている。外部導入配管７１は、冷却器６に冷却用流体を導入する通路を形成するために電力変換装置１に接続されている。外部導入配管７１の外面とケース１１の第１側壁１１ｂに形成された貫通穴の内面との間には、シール部が設けられている。このシール部は、外部導入配管７１とケース１１とに密着して、外部からケース１１内への浸水を抑制している。

流出管６５は、冷却器６において外部へ冷却用流体が流出する流体流出部である。流出管６５の上流部は、冷却通路形成部６３における下流側連結部６４に接続されている。流出管６５の下流部は、外部排出配管７２に接続されている。流出管６５は、ケース１１における第１側壁１１ｂから電力変換部に向けて下流側連結部６４まで延び出している。流出管６５は、ケース１１の第１側壁１１ｂから冷却通路形成部６３の第１側壁６３ａまで延び出している流出通路を形成している。

外部排出配管７２は、流出管６５に連通する通路を形成する外部配管であり、第１側壁１１ｂからケース１１の外部に延びている。外部排出配管７２は、冷却器６から冷却用流体を排出する通路を形成するために電力変換装置１に接続されている。外部排出配管７２の外面とケース１１の第１側壁１１ｂに形成された貫通穴の内面との間には、シール部が設けられている。このシール部は、外部排出配管７２とケース１１とに密着して、外部からケース１１内への浸水を抑制している。

冷却通路形成部６３を流れる冷却用流体は、隣接する半導体モジュール２から吸熱してこれを冷却する。冷却通路形成部６３内の冷却通路は、上流側において流入管６１の内部通路に連通し、下流側において流出管６５の内部通路に連通している。冷却器６の内部を流れる冷却用流体は、例えば、ＬＬＣなどの熱容量の大きな不凍液であることが好ましい。また冷却用流体には、空気などの気体を採用してもよい。

外部導入配管７１と外部排出配管７２とは、電力変換装置１の外部に設置された放熱装置に連通している。放熱装置は、冷却用流体から外部への放熱が行われる熱交換器等の装置である。放熱装置は、例えば、ラジエータである。冷却用流体は、外部導入配管７１を介して放熱装置から冷却通路形成部６３に導入される。冷却用流体は、流入管６１内から冷却通路に流入して吸熱し、流出管６５内に流出する。冷却用流体は、冷却器６を流出して外部排出配管７２内を介して放熱装置に戻る。

電流センサユニット４は、電流センサ部品４３と、電流センサ部品４３を実装している回路基板４２とを内蔵している。電流センサユニット４が備える電流センサは、抵抗検出型のセンサまたは磁場検出型のセンサを含んでいる。抵抗検出を用いて電流検出を行う電流センサは、シャント抵抗と高速アンプを含んでいる。抵抗検出型の電流センサ部品４３は、シャント抵抗による電圧降下を電流に変換して電流値を検出する回路を有する電子部品を含んでいる。

磁場検出を用いて電流検出を行う電流センサは、電流センサ部品４３であるホールＩＣを含んでいる。ホールＩＣは、電流の周りに発生する磁界を、ホール効果により電圧に変換して計測することにより、電流値を検出する。磁場検出型の電流センサ部品４３は、ホール素子と増幅回路とを有する電子部品を含み、回路基板４２において電力変換部側に位置する面に実装されている。また、磁場検出型の電流センサ部品４３は、ＭＩ（Magneto Impedance）素子によって磁場を非接触検知する電流センサでもよい。

電流センサユニット４は、冷却器６の側方において冷却器６に隣接して設けられている。電流センサユニット４は、冷却通路形成部６３、流体流入部および流体流出部の少なくとも一つと高さ位置が重なる部分を有している。

電流センサユニット４は、流体流入部と流体流出部の両方と高さ位置が重なる部分を有していることが好ましい。この構成によれば、電流センサユニット４の発熱を流体流入部と流体流出部の両方から効率的に吸熱することができる。これにより、電流センサユニット４の熱を、対向する二面から放熱促進できるので、電流センサユニット４の放熱面積を拡大できる。電流センサユニット４は、冷却通路形成部６３、流体流入部および流体流出部と高さ位置が重なる部分を有していることが好ましい。この構成によれば、電流センサユニット４の発熱を、冷却通路形成部６３、流体流入部および流体流出部から効率的に吸熱できる。これにより、電流センサユニット４を三方から吸熱できるので、電流センサユニット４の放熱面積を拡大できる。

回路基板４２は、電流センサユニット４の内部において、ケース１１の第１側壁１１ｂ寄りの位置で第１側壁１１ｂに沿うような姿勢で設けられている。第１側壁１１ｂは、ケース１１における同一壁に相当する。回路基板４２は、第１側壁１１ｂの側方において第１側壁１１ｂに近接して設けられている。回路基板４２は、冷却器６における、流体流入部と流体流出部との間に設けられている。回路基板４２は、流入管６１または流出管６５と水平方向に重なる部分を有している。回路基板４２は、全体が流体流入部と流体流出部の両方に水平方向に重なるように設けられていることが好ましい。

電流センサユニット４は、他の電気部品と接続される端子等を露出させた状態で回路基板４２、バスバ４４等を内蔵する封止樹脂部４１を備える。エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂部４１は、回路基板４２と電流センサ部品４３とバスバ４４一部との周囲に充填されて、これらの部分を被覆している。封止樹脂部４１は、電流センサユニット４の外壁面を形成している。樹脂封止されているバスバ４４の一部と電流センサ部品４３とは、互いに重なる位置に設けられている。

電流センサユニット４は、第１外壁面と、第１外壁面とは反対側に位置する第２外壁面とを有している。第１外壁面と第２外壁面は、流入管６１や流出管６５が延び出している方向に対向する外面である。第１外壁面は、ケース１１の第１側壁１１ｂや回路基板４２に近接している外面である。第２外壁面は、回路基板４２よりもバスバ４４に近接している外面である。

回路基板４２における片側面である第１面は、電流センサ部品４３が実装されていない面であり、第１側壁１１ｂ側に位置して第１側壁１１ｂに沿うように設けられている。回路基板４２におけるもう一つの片側面である第２面は、電流センサ部品４３が実装されている面であり、第１側壁１１ｂとは反対側に位置している。

電流センサユニット４は、ボルト、ねじ、リベット等の固定具、溶接結合、ろう付け結合等の結合手段により、ケース１１に固定されている。電流センサユニット４は、第１外壁面が第１側壁１１ｂに接触した状態で、固定されている構成でもよい。

また、電流センサユニット４は、以下に示す構成であってもよい。電流センサユニット４は、外装ケースの内部に、回路基板４２、バスバ４４等を内蔵する構成でもよい。外装ケースは、金属または樹脂によって形成された筐体である。外装ケースは、電流センサユニット４の外面を形成している。外装ケースは、ボルト、ねじ、リベット等の固定具、溶接結合、ろう付け結合等の結合手段により、ケース１１に固定されている。電流センサユニット４内の熱は、外装ケースに伝達して、第１側壁、流入管６１、流出管６５、冷却通路形成部６３の第１側壁６３ａ、底壁１１ａ等に吸熱され得る。

第１実施形態の電力変換装置１がもたらす作用効果について説明する。電力変換装置１は、一体に形成された電力変換部および冷却器６と、電流センサユニット４とを備える。電流センサユニット４は、直流電源３００と電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する。電力変換装置１は、半導体モジュール２と冷却器６と電流センサユニット４と少なくとも収容するケース１１を備える。冷却器６は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部とを備える。流体流入部と流体流出部は、ケース１１における同一壁から電力変換部に向けて延び出している。電流センサユニット４は、電力変換部よりもこの同一壁に近接して設けられている。

電力変換装置１によれば、流体流入部と流体流出部は同一壁から延び出しているため、この同一壁を冷却用流体によって他の側壁よりも積極的に冷却可能である。さらにこの同一壁には電力変換部よりも電流センサユニット４が近接している。電力変換装置１は、この同一壁が電流センサユニット４の放熱を吸熱してケース面から外部に放熱する放熱経路を構築できる。電力変換装置１は、電流センサユニット４に対する冷却性能の改善を図ることができる。

さらに電流センサユニット４は、回路基板４２と、電流センサ部品４３を含む基板実装部品とを内蔵している。この構成によれば、回路基板４２や基板実装部品をケース１１の同一壁によって冷却することができる。この冷却促進効果により、基板実装部品について耐熱温度を低下でき、実装部品の信頼性を高め、また実装部品のコストを低減できる。

さらに、回路基板４２は、電流センサユニット４の内部において、ケース１１の同一壁寄りの位置に設けられている。この構成によれば、回路基板４２や基板実装部品をケース１１の同一壁によって積極的に冷却することができる。この冷却促進効果により、回路基板４２等について耐熱温度を低下でき、実装部品の信頼性を高め、また実装部品のコストを低減できる。このため、大電流を扱える電力変換装置１の信頼性をさらに高めることができる。

電流センサユニット４は、流体流入部と流体流出部との間に設けられている。この構成によれば、電流センサユニット４において対向する二面からの放熱を図ることができ、放熱面積を拡大して電流センサユニット４の冷却性能を向上できる。

電流センサユニット４は、流体流入部と流体流出部との両方に重なる位置に設けられている。この構成によれば、電流センサユニット４において、流体流入部と流体流出部との両方に重なる部分からの放熱量を増大させることができ、電流センサユニット４の冷却性能を向上できる。

回路基板４２は、電流センサ部品４３が実装されていない第１面と、第１面の反対側に位置し、電流センサ部品４３が実装されている第２面とを備える。第１面は第１側壁１１ｂ側に面している。第２面は、第１側壁１１ｂとは反対側である電力変換部側に面している。この構成によれば、第１面には電流センサ部品４３が実装されていないため、第１面を回路基板４２に冷却器６に近づける配置が可能になる。これにより、回路基板４２を冷却器６によって冷却する効果をさらに高めることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の電力変換装置１０１について、図４および図５を参照して説明する。第２実施形態の電力変換装置１０１は、第１実施形態に対して、電流センサユニット１０４がケース１１の底壁１１ａに固定されている点が相違する。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点について説明する。

電流センサユニット１０４は、ケース１１の底壁１１ａに固定される被固定部１４２を備えている。被固定部１４２は、電流センサユニット１０４の封止樹脂部４１または外装ケースにおいて、単数または複数設けられている。図４、図５に示すように、被固定部１４２は、電流センサユニット１０４における、流入管６１側の外面と流出管６５側の外面とに、それぞれ設けられている。電流センサユニット１０４の外装ケースは、金属または樹脂材料によって形成されている。被固定部１４２は、金属または樹脂材料によって形成されている。

被固定部１４２は、ボルト、ねじ、リベット等の固定具１４３または溶接結合、ろう付け結合等の結合手段により、底壁１１ａに固定されている。電流センサユニット１０４は、その底面がケース１１に接触した状態で固定されている。

第２実施形態によれば、電流センサユニット１０４はケース１１に固定されている被固定部１４２を備えている。この構成によれば、電流センサユニット１０４の熱を、被固定部１４２を介してケース１１に熱引きさせる放熱経路を構築でき、冷却性能の向上が図れる。

被固定部１４２とケース１１は、金属によって形成されていることが好ましい。この構成によれば、電流センサユニット１０４の熱を、高熱伝導率である被固定部１４２を介してケース１１に伝達させる熱伝達を促進することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の電力変換装置２０１について図６を参照して説明する。電力変換装置２０１は、第２実施形態に対して、電流センサユニット２０４の固定箇所が相違する。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点について説明する。

図６に示すように、電流センサユニット２０４は、冷却器６の下流側に位置する流体流出部よりも、冷却器６の上流側に位置する流体流入部に近い位置に設けられている。電流センサユニット２０４は、流入管６１側に面する外面４１ａの方が、流出管６５側に面する外面４１ｂよりも流入管６１に近くなるように設けられている。電流センサユニット２０４は、流体流入部と流体流出部の両方から吸熱され得る。流体流入部である流入管６１を流れる流体は、流体流出部である流出管６５を流れる流体よりも低温である。これにより、電流センサユニット４の発熱を、流体流入部を流れる流体によって効率的に吸熱することができる。被固定部１４２は、流体流出部よりも流体流入部に近い位置において底壁１１ａに固定されている。

さらに電流センサユニット４は、流体流入部と高さ位置が重なる部分を有していることが好ましい。この構成によれば、電流センサユニット４は流体流入部に対面しているため、流体流入部によって電流センサユニット４から吸熱する効果をさらに高めることができる。

第３実施形態の電流センサユニット２０４は、流体流出部よりも流体流入部寄りに位置している。この構成によれば、電力変換部から吸熱する前の低温の流体によって電流センサユニット２０４から吸熱する熱量を高めることができる。これにより、電流センサユニット２０４の冷却性能をさらに高めた電力変換装置２０１を提供できる。

＜他の実施形態＞
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書に開示の目的を達成可能な電力変換装置は、制御回路２１０を備えない構成でもよい。例えば、上位のＥＣＵ等に制御回路２１０と同様の機能を持たせるようにしてもよい。また前述の実施形態では、アームごとに駆動回路を設ける例を示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、一つの上下アームに対して、一つの駆動回路を設ける構成でもよい。

明細書に開示の目的を達成可能な電力変換装置は、電力変換回路としてコンバータをさらに備える構成でもよい。例えば、コンバータは、直流電源３００と平滑コンデンサ３との間に設けられている。コンバータは、リアクトルと上下アーム回路を備えて構成できる。さらに電力変換装置は、直流電源３００からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備える構成でもよい。例えば、フィルタコンデンサは、直流電源３００とコンバータとの間に設けられている。

明細書に開示の目的を達成可能な電力変換装置が備える冷却器６は、前述の実施形態に記載された構成に限定されない。例えば、この冷却器は、流入管６１、上流側連結管、半導体モジュール２と交互に積層設置された複数の通路管部、下流側連結管、流出管６５等を備える構成でもよい。

この冷却器における各部の構成について説明する。通路管部は、積層方向について扁平である角筒状体である。角筒状体の内部は、直方体状の冷却通路である。冷却通路は、通路管部の内部通路である。冷却用流体は、冷却通路を流通する際に、半導体モジュール２の発熱を吸熱する。通路管部は、積層方向に対して直交する両端面において半導体モジュール２に接触している。半導体モジュール２は、積層方向に隣り合う通路管部によって両端面において冷却されている。

通路管部には、長手方向の両端側において、積層方向に貫通する、上流側貫通穴部と下流側貫通穴部が形成されている。上流側に位置する上流側貫通穴部の内周縁は、上流側連結管に接合している。下流側に位置する下流側貫通穴部の内周縁は、下流側連結管に接合している。

上流側連結管は、積層方向に隣り合う通路管部における上流側貫通穴部同士を連結している。上流側連結管は、冷却器の上流側において、積層方向に隣り合う通路管部の内部通路と通路管部の内部通路とを連通する連通路を提供する。下流側連結管は、積層方向に隣り合う通路管部における下流側貫通穴部同士を連結している。下流側連結管は、冷却器の下流側において、積層方向に隣り合う通路管部の内部通路と通路管部の内部通路とを連通する連通路を提供する。

２…半導体モジュール（電力変換部）、 ４，１０４，２０４…電流センサユニット
６…冷却器、 １１…ケース、 １１ｂ…第１側壁（同一壁）
６１…流入管（流体流入部）、 ６５…流出管（流出部）
３００…直流電源（電源）、 ３１０…モータジェネレータ（電気負荷）

Claims (9)

1. 電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、
   内部を流れる冷却用流体によって前記電力変換部を冷却する冷却器（６）と、
   前記電源と前記電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、
   前記電力変換部、前記冷却器および前記電流センサユニットを収容するケース（１１）と、
   を備え、
   前記冷却器は、
   外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、
   外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）と、
   前記電力変換部に重なるように設けられ、前記流体流入部に流入して前記流体流出部から流出する冷却流体が通る冷却通路形成部（６３）と、
   を含み、
   前記流体流入部と前記流体流出部は、前記ケースにおける同一壁（１１ｂ）から前記電力変換部に向けて延び出しており、
   前記電流センサユニットは、前記電力変換部よりも前記同一壁に近接して設けられ、且つ前記電力変換部と前記冷却通路形成部とが重ねられた方向（Ｚ）に直交する方向において前記冷却通路形成部に並べて設けられている電力変換装置。
2. 電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、
   内部を流れる冷却用流体によって前記電力変換部を冷却する冷却器（６）と、
   前記電源と前記電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、
   前記電力変換部、前記冷却器および前記電流センサユニットを収容するケース（１１）と、
   を備え、
   前記冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
   前記流体流入部と前記流体流出部は、前記ケースにおける同一壁（１１ｂ）から前記電力変換部に向けて延び出しており、
   前記電流センサユニットは、前記流体流入部と前記流体流出部との間であって、前記流体流出部よりも前記流体流入部寄りに位置し、前記電力変換部よりも前記同一壁に近接して設けられている電力変換装置。
3. 前記電流センサユニットは、前記流体流入部と前記流体流出部との両方に重なる位置に設けられている請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、
   内部を流れる冷却用流体によって前記電力変換部を冷却する冷却器（６）と、
   前記電源と前記電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、
   前記電力変換部、前記冷却器および前記電流センサユニットを収容するケース（１１）と、
   を備え、
   前記冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
   前記流体流入部と前記流体流出部は、前記ケースにおける同一壁（１１ｂ）から前記電力変換部に向けて延び出しており、
   前記電流センサユニットは、前記流体流入部と前記流体流出部との間であって、前記流体流入部と前記流体流出部との両方に重なる位置に、前記電力変換部よりも前記同一壁に近接して設けられている電力変換装置。
5. 前記電流センサユニットは、前記ケースに固定されている被固定部（１４２）を備えている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記電流センサユニットは、電流センサ部品（４３）と、前記電流センサ部品を実装している回路基板（４２）とを内蔵しており、
   前記回路基板は、前記電流センサユニットの内部において前記同一壁寄りの位置に設けられている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 電源（３００）から入力される電力の電力変換を行い、電流を電気負荷（３１０）に供給する電力変換部（２）と、
   内部を流れる冷却用流体によって前記電力変換部を冷却する冷却器（６）と、
   前記電源と前記電気負荷とを接続する電流経路における電流を計測する電流センサユニット（４；１０４；２０４）と、
   前記電力変換部、前記冷却器および前記電流センサユニットを収容するケース（１１）と、
   を備え、
   前記冷却器は、外部からの冷却用流体が流入する流体流入部（６１）と、外部へ冷却用流体が流出する流体流出部（６５）とを含み、
   前記流体流入部と前記流体流出部は、前記ケースにおける同一壁（１１ｂ）から前記電力変換部に向けて延び出しており、
   前記電流センサユニットは、前記ケースに固定されている被固定部（１４２）を備え、前記電力変換部よりも前記同一壁に近接して設けられている電力変換装置。
8. 前記電流センサユニットは、前記流体流入部と前記流体流出部との間に設けられている請求項１または請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記電流センサユニットは、前記流体流出部よりも前記流体流入部寄りの位置において、前記ケースの底壁（１１ａ）に固定されている請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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