JP7224513B1

JP7224513B1 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7224513B1
Application number: JP2022077393A
Authority: JP
Inventors: 寛文井上; 耕平安東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2042-05-10
Also published as: JP2023166700A; WO2023218681A1

Abstract

【課題】電力変換モジュールから発生するノイズによる制御基板への影響を軽減させるためにシールドプレートが用いられ、シールドプレートはバスバを備えた樹脂部材に上方からネジ固定で締結される構成である。これによりそれぞれが別個の部材として搭載されており、部品点数増加と組立工数の削減と小型化に課題があった。【解決手段】直流バスバ正極、直流バスバ負極、シールドプレートは非導電性の部材を介して積層され、交流バスバおよびセンサコアと共に樹脂により一体化されたバスバアセンブリが構成され、バスバアセンブリが電力変換モジュールと制御基板との間に配設されていることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本願は電力変換装置に関するものである。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置を搭載している。電力変換装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力変換モジュールが備えられ、直流電力を三相交流電力に変換してエネルギーを回生するコンバータ動作を行う。この電力変換モジュールから発生するノイズが制御基板へ与える影響を軽減するためのシールドプレートを、バスバを備えた樹脂部材に上方からネジ固定で締結する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１６８３６０号公報

シールドプレート、バスバ、および樹脂部材は、それぞれが別個の部材として搭載されており、部品点数増加と組立工数の削減と小型化に課題があった。

本願は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減することにより、組立性に優れ、小型化が可能な電力変換装置を提供する。

本願に開示される電力変換装置は、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン、オフにより直流と交流との電力変換を行う電力変換モジュールと、電力変換モジュールの直流端子と接続され、直流電流を入出力するための正極、負極を有する直流バスバと、電力変換モジュールの交流端子と接続され、交流電流を入出力するための交流バスバと、交流電流を検出するセンサコアと、シールドプレートと、電力変換モジュールのオン、オフを制御するための電子回路を備えた制御基板と、を備え、直流バスバは、平板状の直流バスバ正極と平板状の直流バスバ負極とからなり、直流バスバ正極、直流バスバ負極、シールドプレートは非導電性の部材を介して積層され、交流バスバおよびセンサコアと共に樹脂により一体化されたバスバアセンブリが構成され、バスバアセンブリが電力変換モジュールと制御基板との間に配設されていることを特徴とする。

本願に開示される電力変換装置によれば、シールドプレートを直流バスバ、交流バスバおよびセンサコアと共に一体成形したバスバアセンブリを構成するため、シールドプレートのネジ締結を廃止することができ、部品点数削減が可能となる。また、バスバと共に一体成形されることにより高さが低くなり、小型化も可能となる。

実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。実施の形態１に係る電力変換装置の分解斜視図である。実施の形態１に係るバスバアセンブリの斜視図である。実施の形態１に係るバスバアセンブリの上面図である。実施の形態１に係るバスバアセンブリの分解斜視図である。実施の形態１に係る電力変換モジュールの上面図である。実施の形態１に係る電力変換モジュールの上面図である。実施の形態１に係るシールドプレートの斜視図である。実施の形態１に係る直流バスバ正極の斜視図である。実施の形態１に係る直流バスバ負極の斜視図である。実施の形態１に係る交流バスバの斜視図である。

以下、本願に係る電力変換装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の電力変換装置１の斜視図、図２は、図１の電力変換装置１の分解斜視図である。図１、図２において、電力変換装置１は、筐体５に収容される電力変換部を構成する電力変換モジュール４と、電力変換モジュール４が有するＩＧＢＴなどのスイッチング素子のオン、オフを制御するためのＩＣなどの電子回路（図中、省略）を備えた制御基板２と、電力変換モジュール４と電気的に接続されるバスバアセンブリ３とを備える。

図２で示すように、筐体５に電力変換モジュール４が配設され、電力変換モジュール４上に電力変換モジュール４を覆うようにバスバアセンブリ３が配置され、バスバアセンブリ３は、筐体５にネジ１５により締結されている。バスバアセンブリ３の上部に制御基板２が取り付けられる。

図３は、バスバアセンブリ３の斜視図、図４は、バスバアセンブリ３の上面図である。バスバアセンブリ３は、直流電流を入出力する直流バスバ正極６、直流バスバ負極７と、図示していないモータへ接続され、電力変換モジュール４で変換された交流電流を入出力する交流バスバ８と、電力変換時のＩＧＢＴなどのスイッチングにより、電力変換モジュール４から発生するノイズを遮蔽するシールドプレート９と、交流電流を検出するセンサコア１０とを備えている。直流バスバ正極６、直流バスバ負極７の両端には、例えばコンデンサ（図示しない）などが接続される。

図５は、バスバアセンブリ３の分解斜視図であり、図６、図７は、電力変換モジュール４の上面図、図８から図１１は、バスバアセンブリを構成する部品の斜視図である。直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、交流バスバ８を金属製の筐体５に配置する場合、それぞれが直接接すると電気的接続点となり、破損が生じる。このため、適切な絶縁耐圧が得られる非導電性の樹脂１３（以下、樹脂１３と称す）を用いて、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、および交流バスバ８と一体に成形することで、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、および交流バスバ８と筐体５との間の絶縁性が保持される。

シールドプレート９は、直流バスバ正極６および直流バスバ負極７と、制御基板２（図５および図２参照）との間に配置されている。そして、スイッチング素子１６と対向する電力変換モジュール４の平面部延長上に配置されている。すなわち、図６に示すように、少なくとも電力変換モジュール４のスイッチング素子１６を投影する範囲１７を覆うような平面部（スイッチング素子１６が存在する電力変換モジュール４上のあらかじめ定められた範囲を覆う平面部）９ａを有し、電力変換モジュール４の範囲１７の延長上に配置される。なお、図７に示すように、シールドプレートの一部が切り欠かれ、個々のスイッチング素子１６の全てを覆っていない場合も存在するが、電力変換モジュール４のノイズを低減するのに十分な範囲を覆っていれば問題ない。

シールドプレート９はアルミ材で形成されており、図８で示すように、制御基板２と対向する平面部９ａには複数の折り曲げ加工部９ｂを有し、樹脂１３にて覆われることにより、樹脂１３からの抜けを抑制する。一部の折り曲げ部９ｃにはネジ１５が貫通する穴９ｄが形成されている。貫通する穴９ｄに対応して金属カラー１１が重なり合っており、ネジ１５にて筐体５に接続されることで、電力変換モジュール４から発生したノイズは、シールドプレート９を介して車体と接続された筐体５に流れ、ノイズを低減する。

また、図５に示すように、電力変換モジュール４の上に、直流バスバ正極６、その上に直流バスバ負極７、その上にシールドプレート９の順に積層されて(平行平板で)配置されているため、電力変換モジュール４、直流バスバ正極６、および直流バスバ負極７からの熱を効率よく筐体５に放熱させることができる。

また、耐腐食性のために、シールドプレート９の表面にメッキ処理を施してもよい。先メッキ材を使用する場合は、成形温度に耐えられるメッキを選定するのが良い。さらに、ノイズに影響がない範囲でシールドプレート９の平面部９ａに成形性向上のため、穴を設けてもよい。

次に、樹脂１３を用いて一体に成形してバスバアセンブリ３を構成することについて詳細に説明する。２本の直流バスバ正極６，直流バスバ負極７は、樹脂１３を用いて一体化する場合、図９に示す直流バスバ正極６および図１０に示す直流バスバ負極７は、直流接続部６ａ、６ｂを除いて、延設部６ａ、延設部７ａのほぼ全体に亘って四側面が樹脂１３に覆われる。なお、延設部６ａ、延設部７ａの四側面とは、延設部６ａ、延設部７ａの厚み方向に対向する二つの面（延設部６ａ、７ａの平面部）と、それら二つの面を厚み方向に繋ぐ二つの面（延設部６ａ、７ａの側面部）のことである。よって、延設部６ａおよび延設部７ａは、樹脂１３を長手方向に貫通し、樹脂１３は延設部６ａ、延設部７ａの四側面を取り囲んでいる。

また、２本の直流バスバ正極６、直流バスバ負極７は、互いに平行で、かつ離れた状態を保持しており、その間に樹脂１３が介在している。シールドプレート９も直流バスバ正極６、直流バスバ負極７と同様に平行で、かつ離れた状態を保持しており、その間に樹脂１３が介在している。

なお、直流バスバ正極６と直流バスバ負極７との間、シールドプレート９と直流バスバ正極６との間、またはシールドプレート９と直流バスバ負極７との間に樹脂１３を介在させる代わりに、図５に示すように、非導電性の成形部材１４ａ、非導電性の成形部材１４ｂを介在させてもよい。

このように、シールドプレート９が配置される下側には、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７が配置され、制御基板２と対向するシールドプレート９の平面部９ａを除いて交流バスバ８とセンサコア１０と共に非導電性の樹脂１３で一体成形される。

図１１に示す交流電流を入出力する３本の交流バスバ８も直流バスバ正極６、直流バスバ負極７と同様に延設部８ａのほぼ全体に亘って四側面が樹脂１３によって覆われている。交流バスバ８の一旦には、交流接続部８ｂを有する。なお、本実施の形態では、交流バスバ８は３本だが、本数は特に限定されない。

直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、および交流バスバ８は、電力効率の観点から材質は銅が好ましい。また、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、および交流バスバ８の熱膨張係数に樹脂１３の線膨張係数を近づけることで、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、および交流バスバ８の少なくとも１つの温度上昇による樹脂の剥がれ、またはクラックを無くすことができる。

以上のような構成により、シールドプレート９を直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、交流バスバ８およびセンサコア１０と共に一体成形したバスバアセンブリ３を構成するため、シールドプレート９のネジ締結を廃止することができ、部品点数削減が可能となる。これにより、組み付け工程が簡略化できるため、作業効率を改善し、歩留まりを向上させることができる。また、バスバと共に一体成形されることにより高さが低くなり、小型化も可能となる。なお、制御基板２に実装される部品に影響が無い範囲で、シールドプレート９に樹脂１３を被せてもよい。

上述したように、制御基板２の固定する方法としてネジ１５を用いるため、ナット１２を樹脂１３にて一体成形することで端子台として使用してもよい。また、直流バスバ正極６、直流バスバ負極７、交流バスバ８、シールドプレート９、およびセンサコア１０と共に金属カラー１１を一体成形してもよい。樹脂１３は、筐体５に対面、あるいは接触状態でネジ１５により筐体に締め付けられ、固定される。このような構造により、車載の振動に耐えることが可能となる。

本願は、例示的な実施形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、また様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定する場合が含まれるものとする。

１：電力変換装置、２：制御基板、３：バスバアセンブリ、４：電力変換モジュール、５：筐体、６：直流バスバ正極、７：直流バスバ負極、８：交流バスバ、９：シールドプレート、１０：センサコア、１１：金属カラー、１２：ナット、１３：樹脂、１４ａ、１４ｂ：非導電性の成形部材、１５：ネジ、１６：スイッチング素子。

Claims

スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のオン、オフにより直流と交流との電力変換を行う電力変換モジュールと、前記電力変換モジュールの直流端子と接続され、直流電流を入出力するための正極、負極を有する直流バスバと、前記電力変換モジュールの交流端子と接続され、交流電流を入出力するための交流バスバと、前記交流電流を検出するセンサコアと、シールドプレートと、前記電力変換モジュールのオン、オフを制御するための電子回路を備えた制御基板と、を備え、前記直流バスバは、平板状の直流バスバ正極と平板状の直流バスバ負極とからなり、前記直流バスバ正極、前記直流バスバ負極、前記シールドプレートは非導電性の部材を介して積層され、前記交流バスバおよび前記センサコアと共に非導電性の樹脂により一体化されたバスバアセンブリが構成され、前記バスバアセンブリは前記電力変換モジュールと前記制御基板との間に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
前記シールドプレートは、前記電力変換モジュールで発生するノイズを筐体に流すために、前記スイッチング素子が存在する前記電力変換モジュール上のあらかじめ定められた範囲を覆う平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記シールドプレートは、端部に折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は前記非導電性の樹脂に覆われ、前記制御基板との対向面は、前記非導電性の樹脂から露出していることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記シールドプレートは、金属カラーを介して筐体と接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記金属カラーは、前記バスバアセンブリに前記非導電性の樹脂により一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。