JP7244395B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒路を有する電力変換装置に関する。

電力変換装置は、例えばバッテリとモータの間に配置されバッテリで貯えた電力を制御してモータへ供給する。ハイブリッド車両や電動車両に搭載される電力変換装置、つまりＰＣＵ（パワーコントロールユニット）を構成する多くのサブユニット（例えばパワーモジュールやリアクトル）は発熱により、性能を損なう懸念をもつため、冷却構造は必須となる。このような冷却技術は各種提案されてきた（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示された電力変換装置は、複数のスイッチング素子が積層されて構成された積層体と、降圧コンバータと、リアクトル等の電子部品と、これらの電子部品を収納している筐体と、を有している。

筐体の内部には、電子部品を冷却するための冷媒が流れる冷媒路が形成されている。冷媒路は、降圧コンバータに沿って形成されたコンバータ冷却部と、積層体の端部を貫通している積層体冷却部と、これらの冷却部同士を接続する接続部と、を有している。

特開２０１５－１３０７３５号公報

積層体は、降圧コンバータの上方に配置されている。そのため、筐体の内部において、冷媒路のなかの、コンバータ冷却部と、積層体冷却部とは、互いに並列に配置されている。筐体のなかの冷却部同士の間の部位は無駄な贅肉部分となりやすく、筐体の重量化につながる。

本発明は、筐体のなかの互いに並列な２つの冷媒路の間の部位を軽量化しつつ、軽量化した部位を活用する技術の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、第１の電子部品及び第２の電子部品と、これらの第１の電子部品及び第２の電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒路と、を備えた筐体を有し、
前記冷媒路は、前記第１の電子部品に沿って設けられている第１の冷却部と、この第１の冷却部と連通していると共に前記第２の電子部品に沿って設けられている第２の冷却部と、を有し、
前記第１の冷却部と、前記第２の冷却部とは、並列に配され、
前記第１の冷却部は、前記筐体の外面に形成された溝と、この溝を塞いでいる蓋と、からなり、前記蓋の外面には前記第１の電子部品が実装され、前記蓋の内面には、複数の第１のフィンが設けられている、電力変換装置において、
前記溝のなかの、前記蓋に対向する対向面の一部には凹部が形成されており、この凹部には複数の第２のフィンが一体的に形成されており、
前記第１の冷却部を流れる前記冷媒の流れに沿った方向から見て、各々の前記第１のフィンの先端と、各々の前記第２のフィンの先端とは、互いに対向している、ことを特徴とする、電力変換装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記溝の前記凹部は、鉛直下向きに開いており、前記凹部には、前記冷媒に含まれている気泡が溜まる滞留部が設けられている。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、各々の前記第２のフィンは、板状であり、
各々の前記第２のフィンは、前記第１の冷却部を流れる前記冷媒の上流側から下流側へ向かって配列されている。

請求項１では、筐体に形成された溝のなかの、蓋に対向する対向面の一部には、凹部が形成されている。即ち、溝の対向面の一部が抉られている。そのため、筐体が軽量化され、凹部の周辺の肉厚が薄くなる。

加えて、この凹部には、複数の第２のフィンが設けられている。第１の冷媒路を流れる冷媒の流れに沿った方向から見て、各々の第１のフィンの先端と、各々の第２のフィンの先端とは、互いに対向している。そのため、溝の底面に凹部が形成されている場合であっても、冷媒は第１のフィン及び第２のフィンに沿って流れる。第１の冷媒部を流れる冷媒の流れが乱れにくくなる。

請求項２では、溝の凹部は、鉛直下向きに開いている。凹部には、冷媒に含まれている気泡が溜まる滞留部が設けられている。そのため、冷媒が冷媒路を還流すると、冷媒に含まれる気泡は滞留部に徐々に留まる。冷媒を流すポンプの吐出量を一時的に高めることにより、溜まった気泡をリザーブタンクに回収できる。気泡を減らすことにより冷媒の冷却効率が高まり、冷媒路を小さくすることが可能となる。電力変換装置を小型化することができる。

請求項３では、各々の第２のフィンは板状である。各々の第２のフィンは第１の冷却部を流れる冷媒の上流側から下流側へ向かって配列されている。そのため、冷媒は第２のフィンの側面に沿って流れやすくなる。第１の冷却部を流れる冷媒の流れが整う。

実施例による電力変換装置の断面図である。 図１の２－２線断面図である。 第１の冷却部を構成する溝及び蓋について説明する図である。 図４（ａ）は、溝に形成された凹部について説明する図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ部拡大図である。

実施例を添付図に基づいて以下に説明する。上流及び下流は、冷媒の流れる方向を基準とする。Ｕｐは上方、Ｄｎは下方を指している。Ｕｓは上流、Ｄｓは下流を指している。

図１を参照する。電力変換装置１０は、例えば四輪のハイブリッド車に搭載され、主要な構成要素として、ＤＣＤＣコンバータ１１（第１の電子部品）と、リアクトル１２（第１の電子部品）と、パワーモジュール１３（第２の電子部品）と、コンデンサ１４（図２も参照）と、これらの部品が取り付けられている筐体１５と、を有している。

筐体１５は、ＤＣＤＣコンバータ１１等を支持又は収納するものを指し、例えば、鋳造により成形された成形品である。実施例による筐体１５は簡素化して描かれている。

電力変換装置１０の内部には、ＤＣＤＣコンバータ１１と、リアクトル１２と、パワーモジュール１３と、を冷却する冷媒が流れる１本の冷媒路２０が設けられている。

冷媒路２０は、冷媒が導入される導入部２１と、導入部２１よりも下流側に位置してコンバータ１１及びリアクトル１２を冷却する第１の冷却部２２と、パワーモジュール１３を冷却する第２の冷却部２３と、第１の冷却部２２及び第２の冷却部２３が連通するようにこれらを接続する接続部２４と、第２の冷却部２３の下流側に位置して冷媒が排出される排出部２５と、からなる。

導入部２１、排出部２５、及び、接続部２４は、それぞれ、冷媒が通過可能な穴であり、筐体１５に形成されている。

図２は、第１の冷却部２２を流れる冷媒の下流側から上流側を向いて見た電力変換装置１０の断面図である。第１の冷却部２２は、筐体１５の下面３１に形成された下溝３２（溝）と、下溝３２を塞いでいる下蓋３３（蓋）と、に囲われた領域である。

下蓋３３の外面３３ａには、ＤＣＤＣコンバータ１１（図１参照）及びリアクトル１２が実装されている。下蓋３３の内面３３ｂには、下溝３２の底面３２ａ（対向面）に向かって延びている複数の下部フィン３４（第１のフィン）が設けられている。

筐体１５の下面３１のなかの、下蓋３３に対する接触面３１ａには、シール部材１６が設けられている。下蓋３３は、ねじ１７を用いて接触面３１ａに固定されている。

第２の冷却部２３は、筐体１５の上面４１に形成された第１の上溝４２と、第１の上溝４２を塞いでいる上蓋４３と、に囲われた領域である。

上蓋４３の外面４３ａには、パワーモジュール１３が実装されている。上蓋４３の内面４３ｂには、第１の上溝４２の底面４２ａに向かって延びている複数の上部フィン４４が設けられている。筐体１５の上面４１のなかの、上蓋４３に対する接触面４１ａには、シール部材１６が設けられている。上蓋４３は、ねじ１７を用いて接触面４１ａに固定されている。

図１、図３を参照する。下蓋３３の内面３３ｂに設けられた各々の上部フィン３４はピン状である。複数のフィン３４は格子状に位置している。

下溝３２のなかの、下蓋３３の内面３３ｂに対向している底面３２ａの一部には、凹部５０が形成されている。即ち、底面３２ａの一部は抉られている。なお、底面３２ａ全体に凹部５０を形成してもよい。

図３、図４（ａ）を参照する。凹部５０は、下流側に向かうに連れて斜め上方に延びている第１の傾斜面５１と、第１の傾斜面５１の上端５１ａを基点として底面３２ａと平行に延びている深底面５２と、深底面５２の下流端５２ａから略鉛直下向きに延びている鉛直面５３と、鉛直面５３の下端５３ａから斜め下方に延びている第２の傾斜面５４と、を有している。

凹部５０には、複数の第２のフィン６１が一体的に形成されている。各々の第２のフィン６１は、板状であり、深底面５２から鉛直下向きに延びている。さらに、各々の第２のフィン６１は、凹部５０内において上流側から下流側に亘り連続して形成されている。

図４（ｂ）を参照する。凹部５０の深底面５２の下流端５２ａの周囲、即ち、深底面５２と鉛直面５３とによって構成される角の周囲は、冷媒に含まれている気泡７１が溜まる滞留部５５となる。

滞留部５５は、深底面５２と、鉛直面５３と、第２の傾斜面５４の上端から上方に延びる延長面５４ａとに囲われた領域ともいえる。なお、深底面５２と鉛直面５３とによって構成される角度θは直角に限られない。

図２を参照する。筐体１５の上面４１には、第１の上溝４２に沿って第２の上溝４５が形成されている。第２の上溝４５は、コンデンサ１４の一部を収納している。第２の上溝４５の溝深さは、第１の上溝４２の溝深さよりも深い。

第２の上溝４５と、凹部５０とは、互いに水平方向（溝深さの方向と直交する方向）に重なっている。即ち、筐体１５の内部において、第２の上溝４５の側面４５ｂを構成する側壁部４６の反対側の面は、凹部５０の側面５０ａとなる。第２の上溝４５の底面４５ａは、凹部５０の深底面５２よりも下方に位置している。

筐体１５の上部に配置されたコンデンサ１４及びパワーモジュール１３は、バスバー１８で電気的に接続されている。バスバー１８のなかの、溝深さ方向に延びている部位を本体部１８ａとする。この本体部１８ａは、第２の上溝４５の側面４５ｂに沿って位置している。

バスバー１８の本体部１８ａの一部と、凹部５０の側面５０ａとは、互いに水平方向に重なっている。同様に、バスバー１８の下端部１８ｂと、凹部５０の側面５０ａとは、互いに水平方向に重なっている。

第１の冷却部２２を流れる冷媒の流れに沿う方向から見て（図２）、各々の下部フィン３４の先端３４ａと、各々の第２のフィン６１の先端６１ａとは、互いに対向している。

実施例の効果を説明する。

図３を参照する。筐体１５に形成された下溝３２のなかの、下蓋３３に対向する底面３２ａの一部には、凹部５０が形成されている。即ち、下溝３２の底面３２ａの一部は抉られているため、筐体１５は軽量化される。さらに、凹部５０の周辺の肉厚が薄くなる。鋳造により筐体１５を成形する際に、原料の湯回りが向上し、筐体１５の形状や寸法の精度が高くなる。

図２を参照する。凹部５０には、複数の第２のフィン６１が設けられている。第１の冷却部２２を流れる冷媒の流れに沿った方向から見て、各々の下部フィン３４の先端３４ａと、各々の第２のフィン６１の先端６２ａとは、互いに対向している。そのため、下溝３２の底面３２ａに凹部５０が形成されている場合であっても、冷媒は、下部フィン３４及び第２のフィン６１に沿って流れるため、第１の冷却部２２を流れる冷媒の流れが乱れにくくなる。

図２、図４（ｂ）を参照する。凹部５０の深底面５２の下流端５２ａの周辺は、冷媒に含まれている気泡７１が溜まる滞留部５５となる。そのため、冷媒が冷媒路２０を還流すると、冷媒に含まれる気泡７１は滞留部５５に徐々に留まる。冷媒を流すポンプの吐出量を一時的に高めることにより、溜まった気泡をリザーブタンクに回収できる。気泡７１を減らすことにより冷媒の冷却効率が高まり、冷媒路２０を小さくすることが可能となる。電力変換装置１０を小型化することができる。

図２、図３を参照する。各々の第２のフィン６１は板状である。各々の第２のフィン６１は第１の冷却部２２を流れる冷媒の上流側から下流側へ向かって配列されている。そのため、冷媒は第２のフィン６１の側面に沿って流れやすくなる。第１の冷却部２２を流れる冷媒の流れが整う。

図２を参照する。バスバー１８の本体部１８ａは、第２の上溝４５の側面４５ｂに沿って位置している。本体部１８ａと、凹部５０の側面５０ａとは、互いに水平方向に重なっている。凹部５０は、冷媒が流れる第１の冷却部２２の一部である。そのため、第１の冷却部２２を流れる冷媒により、バスバー１８を冷却することができる。熱容量の低いバスバー１８を採用することが可能となり、バスバー１８の小型化及びバスバー１８の調達コストを下げることができる。

なお、本発明による電力変換装置は、ハイブリッド車両以外の車両の他、他の乗り物にも搭載することができる。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の電力変換装置は、四輪車に好適である。

１０…電力変換装置
１１…ＤＣＤＣコンバータ（第１の電子部品）
１２…リアクトル（第１の電子部品）
１３…パワーモジュール（第２の電子部品）
１５…筐体
２０…冷媒路
２２…第１の冷却部
２３…第２の冷却部
２４…接続部
３１…下面
３２…下溝（溝）、３２ａ…底面（対向面）
３３…下蓋（蓋）、３３ａ…外面、３３ｂ…内面
３４…下部フィン（第１のフィン）、３４ａ…先端
５０…凹部、５０ａ…側面
６１…第２のフィン、６１ａ…先端

Claims (3)

1. 第１の電子部品及び第２の電子部品と、これらの第１の電子部品及び第２の電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒路と、を備えた筐体を有し、
   前記冷媒路は、前記第１の電子部品に沿って設けられている第１の冷却部と、この第１の冷却部と連通していると共に前記第２の電子部品に沿って設けられている第２の冷却部と、を有し、
   前記第１の冷却部と、前記第２の冷却部とは、並列に配され、
   前記第１の冷却部は、前記筐体の外面に形成された溝と、この溝を塞いでいる蓋と、からなり、前記蓋の外面には前記第１の電子部品が実装され、前記蓋の内面には、複数の第１のフィンが設けられている、電力変換装置において、
   前記溝のなかの、前記蓋に対向する対向面の一部には凹部が形成されており、この凹部には複数の第２のフィンが一体的に形成されており、
   前記第１の冷却部を流れる前記冷媒の流れに沿った方向から見て、各々の前記第１のフィンの先端と、各々の前記第２のフィンの先端とは、互いに対向している、ことを特徴とする、電力変換装置。
2. 前記溝の前記凹部は、鉛直下向きに開いており、
   前記凹部には、前記冷媒に含まれている気泡が溜まる滞留部が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 各々の前記第２のフィンは、板状であり、
   各々の前記第２のフィンは、前記第１の冷却部を流れる前記冷媒の上流側から下流側へ向かって配列されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。

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