JP7255506B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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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。
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