JP7255506B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

電力変換装置には、スイッチング素子を有する物がある。上記の電力変換装置において、電力変換装置外部にあるバッテリから供給される電力をスイッチング素子に供給する通路として、ＰＮバスバが配置されている。上記構成において、ＰＮバスバに大電流を流す場合、ＰＮバスバで大きな熱が発生し、周辺の機器に影響をおよぼす虞がある。

特開２０１３－１２６３６０号公報

特許文献１に開示のように、ノイズ低減のために、ＰＮバスバに接続されるＹコンデンサをＰＮバスバ周辺に配置した場合、ＰＮバスバで発生した熱がＹコンデンサに影響を及ぼす虞がある。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、Ｙコンデンサが受ける受熱の影響を低減できる電力変換装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するための本開示の第１の態様は、バッテリから供給される電力を変換するスイッチング素子と、バッテリからスイッチング素子に電力を供給する通電バスバと、スイッチング素子で生じるノイズを低減するためのＹコンデンサと、通電バスバと当接する第１当接箇所と、Ｙコンデンサと当接する第２当接箇所と、第１当接箇所と第２当接箇所をつなぐ接続部とを有するＹコンバスバと、を備え、接続部には、Ｙコンデンサの第１当接箇所より、単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部を有している電力変換装置である。

上記第１の態様の構成では、第１当接箇所よりも単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部が接続部にあるため、第１当接箇所から第２当接箇所側に熱が伝わることを抑制できる。よって、上記構成では遮熱部によって、通電バスバからＹコンバスバに入った熱が、Ｙコンデンサに伝わる熱を抑制できる。

本開示に係る電力変換装置が適用される電力変換システムの１例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。 図２に示すＩＩＩの部分の拡大斜視図である。 Ｙコンデンサ周辺の拡大図である。 図３における第１当接箇所の拡大図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成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複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第１実施形態）
本開示の電力変換装置２１は、車両に搭載されるものである。図１は、本開示の電力変換装置２１が適用される電力変換システム１の１例を示した図である。電力変換システム１は、モータ２０、電力変換装置２１およびバッテリ２２を有している。バッテリ２２と電力変換装置２１は、ＤＣコネクタ４２および通電バスバ３１を介して電気的に接続されている。電力変換装置２１と車両走行用のモータ２０は、電気的に接続されている。上記構成により、バッテリ２２は、電力変換装置２１を介してモータ２０に接続されている。

図２は、本開示の第１実施形態の電力変換装置２１の構成を示した図である。電力変換装置２１は、スイッチング素子３０、通電バスバ３１、Ｙコンデンサ３２およびＹコンバスバ３３を備えている。図２では、Ｙコンデンサ３２およびＹコンバスバ３３が、通電バスバ３１によって見えない状態になっている。通電バスバ３１は、電力変換装置２１を上側から見た際に、スイッチング素子３０および平滑コンデンサ３５と重ならない位置に配置されている。

上記構成では、筐体４０に設けられた、ＤＣコネクタ４２でバッテリと電気的に接続される。スイッチング素子３０は、筐体４０内部に収容されており、通電バスバ３１および平滑コンデンサ３５を介してＤＣコネクタ４２と電気的に接続される。

図３は、図２におけるＩＩＩの部分を拡大した斜視図である。図３では、各構成部品の関係性が分かるように、分解された状態を示している。上記構成において、Ｙコンデンサ３２は、端子３２ａを有している。Ｙコンデンサ３２は、端子３２ａでＹコンバスバ３３と接触することで通電バスバ３１に接続される。

Ｙコンバスバ３３は、第１当接箇所３３ａ、第２当接箇所３３ｂ、接続部３３ｃおよび遮熱部３３ｄを有している。第１当接箇所３３ａは、通電バスバ３１と当接し、第２当接箇所３３ｂは、Ｙコンデンサ３２の端子３２ａと当接している。さらに、Ｙコンデンサ３２は、第１当接箇所と第２当接箇所をつなぐ接続部３３ｃを有している。接続部３３ｃには、第１当接箇所３３ａより単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部３３ｄが設けられている。

上記構成において、Ｙコンバスバ３３は、第１当接箇所３３ａに設けられた穴にねじ締結することで、通電バスバ３１と接続される。

図５は、図２において第１当接箇所３３ａ周辺を、平滑バスバ３５ａ側から見た際の拡大図である。図５において、遮熱部３３ｄの通電方向に垂直な第１直線Ｌ１における遮熱部３３ｄの断面積を遮熱部断面積とする。第１当接箇所の通電方向に垂直かつ、第１当接箇所の中心３３ｇを通る第２直線Ｌ２における断面の断面積を第１断面積とする。上記構成では、遮熱部断面積が第１断面積よりも小さい。図２において、第２直線Ｌ２は、第３直線Ｌ３と重なる位置であるため、見えていない。また、第１当接箇所の中心３３ｇは、第１貫通孔３１ｂの中心３１ｄと重なっているため見えていない。

上記構成において、第１当接箇所３３ａの通電方向に垂直かつ、通電バスバ３１の第１当接箇所３３ａと当接する部分の中心３１ｄを通る第３直線Ｌ３における通電バスバ３１の断面の断面積は、第１断面積よりも大きい。

図２および図３の構成において、スイッチング素子３０、通電バスバ３１、Ｙコンデンサ３２、Ｙコンバスバ３３およびＧＮＤバスバ４１は、筐体４０に収容されている。図４は、Ｙコンデンサ３２周辺の拡大図である。図４に示すようにＧＮＤバスバ４１は、Ｙコンデンサ３２のＧＮＤ端子３２ｂに当接する第３当接箇所４１ａと、Ｙコンデンサ３２を収容しているアッセンブリケース５０と当接する第４当接箇所４１ｂを有している。第４当接箇所４１ｂの通電方向に垂直かつ、第４当接箇所４１ｂの中心を通る断面の断面積は、第１断面積よりも大きい。

Ｙコンバスバ３３は、厚さ方向が一定の板形状であり、遮熱部３３ｄにおける幅方向の長さは、第１当接箇所３３ａの板の幅方向の長さより短い。

第１当接箇所３３ａの断面積は、組み付け、冷熱、振動等のストレスに耐久可能な範囲で、できる限り小さくすることが望ましい。

図３の構成において、Ｙコンデンサ３２は、他の複数の部品と一体化されたサブアッセンブリになっている。上記サブアッセンブリは、通電バスバ３１、Ｙコンバスバ３３、Ｙコンデンサ３２、ＧＮＤバスバ４１、アッセンブリケース５０および放電抵抗４３を有している。上記構成において、Ｙコンデンサ３２は、アッセンブリケース５０に設けられた収容部５１に収容されている。

通電バスバ３１は、第１当接箇所３３ａと当接する部分を含む平坦部３１ａを有している。平坦部３１ａは、通電バスバ３１の長手方向と同一方向が長い平坦面形状である。平坦部３１ａは、第１貫通孔３１ｂおよび第２貫通孔３１ｃを有している。第１貫通孔３１ｂは、平坦部３１ａのうち、第２貫通孔３１ｃよりも長手方向のＹコンデンサ３２側に設けられている。また、通電バスバ３１は、厚さ一定の板形状であり、プレス加工等によって製造される。

Ｙコンバスバ３３の第１当接箇所３３ａには、締結用の第３貫通孔３３ｅが設けられている。第１貫通孔３１ｂと第３貫通孔３３ｅにねじを挿入し、アッセンブリケース５０に設けられた第１締結箇所５２にて締結を行う。これにより、通電バスバ３１とＹコンバスバ３３は、第１締結箇所５２にて接触固定される。第１締結箇所５２では、Ｙコンバスバ３３、通電バスバ３１、平滑バスバ３５ａの順に重なるように配置されている。

Ｙコンバスバ３３の第２当接箇所３３ｂの幅は、第３貫通孔３３ｅの直径よりも大きい。つまり、第２当接箇所３３ｂの幅は、第１締結箇所で使用されるねじの首下の直径より大きい。貫通孔３３ｅは、全周がＹコンバスバ３３によって囲まれている形状である。もしくは、貫通孔３３ｅは、全周における一部が開放している形状であってもよい。

放電抵抗４３は、アッセンブリケース５０に締結等によって固定される。ＧＮＤバスバ４１は、第３当接箇所４１ａでＹコンデンサ３２のＧＮＤ端子３２ｂに接続され、第４当接箇所４１ｂでアッセンブリケース５０に締結固定される。

上記構成により、通電バスバ３１、Ｙコンバスバ３３、Ｙコンデンサ３２、ＧＮＤバスバ４１、アッセンブリケース５０および放電抵抗４３は、サブアッセンブリとして一体化されている。上記構成は、図２におけるＩＩＩの部分に収容される。

図５は、図３の構成のうち、第１当接箇所３３ａ付近を拡大した図である。上記構成において、第１当接箇所３３ａにおける通電方向は、図２における通電バスバ３１の長手方向と同方向である。図２では、正極用、負極用の２つの通電バスバ３１を有しており、上記の通電バスバ３１は、上記長手方向と直交する方向に並んでいる。

また、第１当接箇所３３ａにおける通電方向は、端子３２ａが延びる方向と同方向である。

ここまで説明した、本実施形態によれば、電力変換システム１は、モータ２０、電力変換装置２１およびバッテリ２２を有している。上記構成において、電力変換装置２１は、バッテリ２２とモータ２０間に配置され、バッテリ２２から供給される電力を変換し、モータ２０に変換した電力を供給する。

上記構成における電力変換装置２１は、スイッチング素子３０、通電バスバ３１、Ｙコンデンサ３２およびＹコンバスバ３３を備えている。バッテリ２２から供給される電力は、通電バスバ３１および平滑コンデンサ３５を介して、スイッチング素子３０に供給される。バッテリ２２から供給される電力は、平滑コンデンサ３５で電圧を平滑化する。平滑化した電力がスイッチング素子３０で変換されモータ２０に供給される。上記構成におけるスイッチング素子３０での電力変換時に生じるノイズ電流を低減するために、Ｙコンデンサ３２を通電バスバ３１に接続している。

図１において、スイッチング素子３０で生じたノイズ電流は、スイッチング素子３０と筐体４０の間に生じる浮遊容量を介して筐体４０に伝達される。上記構成においてＹコンデンサは、筐体４０に接続されており、筐体４０に伝達されたノイズ電流は、Ｙコンデンサ３２へと導かれる。そして、ノイズ電流は、Ｙコンデンサ３２からＹコンバスバを介してスイッチング素子３０に到達する。つまり、Ｙコンデンサ３２にノイズ電流を誘導することで、ノイズ電流が電力変換装置２１の内部に留めることができる。よって、上記構成では、Ｙコンデンサ３２を通電バスバ３１および筐体４０に接続される位置に配置することで、ノイズ電流が電力変換装置２１の外部に漏れることを抑制できる。

上記構成の電力変換装置２１では、Ｙコンバスバ３３の接続部３３ｃに、第１当接箇所３３ａより単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部３３ｄが設けられている。上記構成では、第１当接箇所３３ａより単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部３３ｄによって、第１当接箇所３３ａから第２当接箇所３３ｂに熱が伝わることを抑制できる。よって、上記構成では、遮熱部３３ｄによって、通電バスバ３１からＹコンバスバ３３に入った熱が、Ｙコンデンサ３２に伝わることを抑制できる。したがって、上記構成において例えばスイッチング素子３０のノイズ低減のために通電バスバ３１近傍にＹコンデンサ３２を配置した際に、Ｙコンデンサ３２に伝わる熱を抑制でき、Ｙコンデンサ３２に及ぶ熱影響を低減できる。

上記構成では、遮熱部の通電方向に垂直な方向の断面積である遮熱部断面積は、第１当接箇所の通電方向に垂直かつ、第１当接箇所の中心３３ｇを通る断面の断面積である第１断面積よりも小さい。上記構成では、遮熱部断面積が第１断面積よりも小さい。したがって、上記構成に反して遮熱部断面積と第断面積が同一のものより、上記構成では、遮熱部によって第１当接箇所３３ａから第２当接箇所３３ｂに熱が伝導することを抑制できる。よって、上記構成では、通電バスバ３１で生じた熱が、Ｙコンバスバ３３を介して、Ｙコンデンサ３２に伝わることを抑制できる。

上記構成では、第１当接箇所３３ａの通電方向に垂直かつ、通電バスバ３１に第１当接箇所３３ａと当接する部分の中心３１ｄを通る通電バスバ３１の断面の断面積が、第１断面積よりも大きい。電力変換装置２１では、Ｙコンバスバ３３より大きな電流を通電バスバ３１に流す必要がある。よって、通電バスバ３１に電流が流れることによって生じる熱が、Ｙコンバスバ３３で生じる熱よりも大きくなる。この点を鑑み、上記構成では、通電バスバ３１の断面積が大きいため、通電バスバ３１の電気抵抗を小さくできる。よって通電バスバ３１の発熱を抑制できる。さらに、上記構成では、Ｙコンバスバ３３の断面積が通電バスバ３１の断面積よりも小さいため、通電バスバ３１で生じた熱がＹコンバスバ３３を介してＹコンデンサ３２へ伝わることを抑制できる。

上記構成において、ＧＮＤバスバ４１は、第４当接箇所４１ｂでアッセンブリケース５０と当接している。上記構成では、Ｙコンデンサ３２で生じた熱を、ＧＮＤバスバ４１を介して、アッセンブリケース５０に逃がすことができる。

上記構成において、第４当接箇所４１ｂの通電方向に垂直かつ、第４当接箇所の中心を通る断面積は、第１断面積よりも大きい。上記構成では、上記構成に反して第４当接箇所４１ｂの断面積が第１断面積と同一のものと比較して、Ｙコンデンサ３２で発生した熱を、ＧＮＤバスバ４１を介してアッセンブリケース５０に逃がすことを促進できる。

上記構成において、Ｙコンバスバ３３は、厚さ方向が一定の板形状である。よって、上記構成のＹコンバスバ３３は、厚さが一定の板材をプレス等で加工することで製造可能である。また、上記構成において、遮熱部３３ｄの幅方向の長さが、第１当接箇所３３ａの幅方向の長さよりも小さいため、遮熱部での熱抵抗が大きくなる。よって、上記構成では、第１当接箇所３３ａ熱抵抗の大きい遮熱部３３ｄを有するＹコンバスバ３３を容易に製造することができる。

上記サブアッセンブリは、図２のＩＩＩの部分に収容されている。したがって、図２のような構成の電力変換装置２１の場合、筐体４０内のＩＩＩ以外の部分のスペースを有効活用することができる。また、車種によって、放電抵抗４３、Ｙコンデンサ３２を設ける有無が変わる場合でも、サブアッセンブリは、ＩＩＩの部分のみに収容されているため、製造工程においてＩＩＩの部分の工程の変更を行うだけで対応できる。

（他の実施形態）
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

第１実施形態に記載の遮熱部３３ｄは、レーザ照射等により第１当接箇所３３ａより熱抵抗が大きくなっているものであってもよい。

第１実施形態では、通電バスバ３１の断面積が、第１断面積より大きいものであるとしたが、第１断面積と同一、もしくは第１断面積よりも小さくてもよい。

第１実施形態では、ＧＮＤバスバ４１の第４当接箇所４１ｂにおける断面積が、第１断面積より大きいとしたが、第１断面積と同一、もしくは第１断面積よりも小さくてもよい。

第１実施形態では、Ｙコンバスバ３３の厚さが一定であるとしたが、Ｙコンバスバ３３は、厚さが異なる部分を有していてもよい。

第１実施形態において、通電バスバ３１とＹコンバスバ３３は、第１当接箇所３３ａで締結されているが、溶接等の別手段により通電バスバ３１とＹコンバスバ３３の固定を行っていてもよい。

１・・・電力変換システム、２０・・・モータ、２１・・・電力変換装置、２２・・・バッテリ、３０・・・スイッチング素子、３１・・・通電バスバ、３１ａ・・・平坦部、３１ｂ・・・第１貫通孔、３１ｃ・・・第２貫通孔、３１ｄ・・・中心、３２・・・Ｙコンデンサ、３２ａ・・・端子、３２ｂ・・・ＧＮＤ端子、３３・・・Ｙコンバスバ、３３ａ・・・第１当接箇所、３３ｂ・・・第２当接箇所、３３ｃ・・・接続部、３３ｄ・・・遮熱部、３３ｅ・・・第３貫通孔、３３ｇ・・・第１当接箇所の中心、３５・・・平滑コンデンサ、３５ａ・・・平滑バスバ、４０・・・筐体、４１・・・ＧＮＤバスバ、４１ａ・・・第３当接箇所、４１ｂ・・・第４当接箇所、４２・・・ＤＣコネクタ、４３・・・放電抵抗、５０・・・アッセンブリケース、５１・・・収容部、５２・・・第１締結箇所、５３・・・第２締結箇所、Ｌ１・・・第１直線、Ｌ２・・・第２直線、Ｌ３・・・第３直線

Claims (5)

1. バッテリから供給される電力を変換するスイッチング素子（３０）と、
   前記バッテリから前記スイッチング素子に電力を供給する通電バスバ（３１）と、
   前記スイッチング素子で生じるノイズを低減するためのＹコンデンサ（３２）と、
   前記通電バスバと当接する第１当接箇所（３３ａ）と、前記Ｙコンデンサと当接する第２当接箇所（３３ｂ）と、前記第１当接箇所と前記第２当接箇所をつなぐ接続部（３３ｃ）とを有するＹコンバスバ（３３）と、を備え、
   前記接続部には、前記Ｙコンデンサの前記第１当接箇所より、単位長さあたりの熱抵抗が大きい遮熱部（３３ｄ）を有している電力変換装置。
2. 前記遮熱部の通電方向に垂直な方向の断面の断面積である遮熱部断面積は、前記第１当接箇所の通電方向に垂直かつ、前記第１当接箇所の中心（３３ｇ）を通る断面の断面積である第１断面積よりも小さい、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１当接箇所の通電方向に垂直かつ、前記通電バスバの前記第１当接箇所と当接する部分の中心（３１ｄ）を通る前記通電バスバの断面の断面積が、前記第１断面積よりも大きい請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記スイッチング素子、前記通電バスバ、前記Ｙコンデンサおよび前記Ｙコンバスバを収容する筐体（４０）と、
   前記Ｙコンデンサと接続される第３当接箇所（４１ａ）と前記筐体に接続される第４当接箇所（４１ｂ）を有するＧＮＤバスバ（４１）と、を備え、
   前記第４当接箇所の通電方向に垂直かつ、前記第４当接箇所の中心を通る断面の断面積は、前記第１断面積よりも大きい請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記Ｙコンバスバは、厚さが一定の板形状であり、
   前記遮熱部における板の幅方向の長さは、前記第１当接箇所の板の幅方向の長さより短い請求項１から請求項４いずれか１項に記載の電力変換装置。

Images