JP7298504B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、固定部を備える電力変換装置に関するものである。

特許文献１に記載された電力変換装置はインバータケースとコンバータケースを有している。インバータケースは車両上下方向の上側に位置している。コンバータケースは車両上下方向の下側に位置している。

特開２０１９－１１１９１８号公報

コンバータケースにインバータケースに向かって突出する突出部が設けられている。インバータケースに凹形状を成す噛み合い部が設けられている。突出部が噛み合い部に収納されている。

しかしながら突出部が太いと、突出部が噛み合い部に収納されにくくなる虞がある。

そこで本明細書に記載の開示は、突出部が噛み合い部に収納されにくくなることの抑制された電力変換装置を提供することを目的とする。

開示の１つは、
対向方向で並ぶ第１ケース（４００）と第２ケース（６００）を備えるケース（９００）と、
ケースに収納される電気部品（５１０）と、を有し、
第１ケースには対向方向で第１ケースから第２ケースに向かって延びる第１支持部（４３１）と、第１支持部から対向方向に離れる態様で延びる、第１支持部より対向方向に直交する平面方向の長さの短い第２支持部（４３２）と、を備える固定部（４３０，４４０）が形成されており、
第２ケースには対向方向で第１ケースから離れる態様で凹む第１凹部（６３１）と、第１凹部から対向方向に離れる態様で凹む、第１凹部より平面方向の長さの短い第２凹部（６３２）と、を備える収納孔（６３０，６４０）が形成されており、
第１凹部に第１支持部が収納され、
第２凹部に第２支持部が収納され、
第２支持部と第２凹部を区画する第２壁面（６３２ｂ）との間の平面方向の離間距離が、第１支持部と第１凹部を区画する第１壁面（６３１ｂ）との間の平面方向の離間距離よりも短くなっている。

これによれば、第１支持部（４３１）より平面方向の長さの短い第２支持部（４３２）は、第２凹部（６３２）よりも平面方向の長さの長い第１凹部（６３１）を通った後に、第２凹部（６３２）に収納される。そのために第２支持部（４３２）が第１凹部（６３１）に収納されにくくなることが抑制されやすくなっている。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを示す回路図である。 電力変換装置の上面図である。 図２に示す電力変換装置から第２ケースを除いた上面図である。 ＩＶ－ＩＶ線に沿った固定部の収納形態を説明するための断面図である。 第１支持部と第２支持部のｚ方向の長さの関係を説明するための断面図である。 変形例を説明するための上面図である。 変形例を説明するための上面図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１に基づいて電力変換装置５００の設けられる車載システム１００を説明する。車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００はバッテリ２００、電力変換装置５００、モータ７００、および、複数のＥＣＵ８００を有する。なお、図１においてはバッテリ２００をＢ、ＥＣＵ８００をＥとして示している。

複数のＥＣＵ８００はバス配線を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵ８００は協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵ８００の制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ７００の回生と力行が制御される。ＥＣＵ８００はelectronic control unitの略である。ＳＯＣはstate of chargeの略である。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池として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。

電力変換装置５００の備えるインバータ３００は、バッテリ２００の正極と電気的に接続されたＰバスバと、バッテリ２００の負極と電気的に接続されたＮバスバとの間で並列接続された３相以上のレグを備えている。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スイッチ素子を備えている。なお、図１においてはインバータ３００をＩとして示している。

またこれら複数のスイッチ素子は封止部材で封止され、複数のスイッチモジュールを構成している。封止部材からスイッチ素子それぞれのゲート電極に接続されたゲート端子の一部が露出されている。これらゲート端子と複数のＥＣＵ８００のうちのＭＧＥＣＵとが電気的に接続されることで複数のスイッチ素子がＰＷＭ制御されている。

電力変換装置５００がＰＷＭ制御されることで、バッテリ２００から供給された直流電力が交流電力に変換される。この交流電力がモータ７００に供給される。また、モータ７００での発電によって生じた交流電力が電力変換装置５００で直流電力に変換される。この直流電力がバッテリ２００や他の図示しない車載機器に供給される。なお、電力変換装置５００はインバータ３００の他に、入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧するコンバータを備えていてもよい。

＜電力変換装置の機械的構成＞
次に、電力変換装置５００の機械的構成を説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向とする。ｘ方向は第１方向に相当する。ｚ方向は対向方向に相当する。なお、図２～図７においては方向の記載を省略している。

電力変換装置５００はこれまでに説明した電力変換回路の構成要素の他に、図２～図４に示す第１ケース４００、第２ケース６００、ボルト、カバー、冷却器、および、基板を有する。ボルト、カバー、冷却器、および、基板については図示を省略している。

図３に示すように第１ケース４００は底部４１０と第１環状部４２０を有する。底部４１０はｚ方向に厚さの薄い扁平形状を成している。第１環状部４２０は底部４１０の内底面４１０ａからｚ方向に環状に起立している。

第１環状部４２０はｘ方向に互いに離間して対向する第１壁部４２１と第３壁部４２３、および、ｙ方向で互いに離間して対向する第２壁部４２２と第４壁部４２４を有している。第１壁部４２１、第２壁部４２２、第３壁部４２３、第４壁部４２４はｚ方向のまわりの周方向に環状に連結されている。

図３および図４に示すように、これら第１壁部４２１～第４壁部４２４の底部４１０から離間した先端側の上端面４２０ａに、ｚ方向に延びる第１固定部４３０と第２固定部４４０が形成されている。第１固定部４３０と第２固定部４４０の詳細な形態については後で説明する。

第１固定部４３０は第１壁部４２１と第４壁部４２４の交差する角に形成されている。第２固定部４４０は第２壁部４２２と第３壁部４２３の交差する角に形成されている。これら第１固定部４３０と第２固定部４４０は対角線上で並んでいる。なお、第１固定部４３０と第２固定部４４０は上端面４２０ａ上であればよく、上記した角に形成されていなくてもよい。

図２に示すように第２ケース６００はｚ方向周りの周方向に環状を成す第２環状部６２０を有する。第２環状部６２０はｘ方向に互いに離間して対向する第５壁部６２１と第７壁部６２３、および、ｙ方向で互いに離間して対向する第６壁部６２２と第８壁部６２４を有している。第５壁部６２１、第６壁部６２２、第７壁部６２３、第８壁部６２４は周方向に環状に連結されている。

図２および図４に示すようにこれら第５壁部６２１～第８壁部６２４の第１ケース４００側の先端の下端面６２０ａに、下端面６２０ａからｚ方向に凹む第１収納孔６３０と第２収納孔６４０が形成されている。第１収納孔６３０と第２収納孔６４０の詳細な形態については後で説明する。

第１収納孔６３０は第５壁部６２１と第８壁部６２４の交差する角に形成されている。第２収納孔６４０は第６壁部６２２と第７壁部６２３の交差する角に形成されている。なお第１収納孔６３０と第２収納孔６４０の位置は下端面６２０ａ上であればよく、上記した角に形成されていなくてもよい。

図２～図４に示すように、第１ケース４００と第２ケース６００は上端面４２０ａと下端面６２０ａとがｚ方向で対向する態様で並んでいる。

第１ケース４００の底部４１０と第１環状部４２０によって区画される第１空間と、第２ケース６００の第２環状部６２０によって区画される空間とがｚ方向で連通している。第１収納孔６３０に第１固定部４３０が収納されている。図示しないが、第２収納孔６４０に第２固定部４４０が収納されている。第１ケース４００と第２ケース６００はボルトによって連結されている。

カバーはｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。第２ケース６００の第１ケース４００からｚ方向に離間した側の開口を閉塞する態様で、カバーが第２ケース６００に連結されている。このようにして第１ケース４００と第２ケース６００とカバーによって収納空間が区画されている。この収納空間に冷却器と基板が収納されている。

冷却器には上記したスイッチモジュールが積層配置され、パワーモジュール５１０が構成されている。基板には例えば上記したＭＧＥＣＵ等が搭載されている。パワーモジュール５１０は電気部品に相当する。

パワーモジュール５１０と基板が第２ケース６００にボルトなどによって連結されている。基板はパワーモジュール５１０よりもカバー側に配置されている。

パワーモジュール５１０の備えるスイッチモジュールからゲート端子の一部が露出され、基板に向かって延びている。ゲート端子と基板とが電気的および機械的に接続されている。

＜固定部と収納孔＞
図４に示すように第１固定部４３０は円柱形状を成す第１支持部４３１と第２支持部４３２を有している。第１支持部４３１は上端面４２０ａからｚ方向に第２ケース６００に向かって延びている。第２支持部４３２は第１支持部４３１のｚ方向の端の第１先端面４３１ａからｚ方向に離れる態様で延びている。

図４に示すように第１固定部４３０は第１支持部４３１に第２支持部４３２の連結された２段構造を成している。第２支持部４３２におけるｚ方向に直交する平面方向の差し渡しの長さＬ２は、第１支持部４３１における平面方向の差し渡しの長さＬ１よりも短くなっている。

なお、第１支持部４３１および第２支持部４３２それぞれの形状は円柱形状でなくてもよい。その場合、第２支持部４３２における平面方向の差し渡しの最大長さは、第１支持部４３１における平面方向の差し渡しの最大長さよりも短くなっている。

また、図４に示すように第１収納孔６３０は円柱状に凹む、第１凹部６３１と第２凹部６３２を有している。第１凹部６３１は下端面６２０ａからｚ方向に第１ケース４００から離れる態様で凹んでいる。第２凹部６３２は第１凹部６３１の第１底面６３１ａからｚ方向に離れる対向で凹んでいる。

図４に示すように第１収納孔６３０は第１凹部６３１に第２凹部６３２の連結された２段構造を成している。第２凹部６３２における平面方向の差し渡しの長さＬ４は、第１凹部６３１における平面方向の差し渡しの長さＬ３よりも短くなっている。

なお、第１凹部６３１および第２凹部６３２それぞれは円柱状に凹んでいなくてもよい。その場合、第２凹部６３２における平面方向の最長の差し渡しの長さは、第１凹部６３１における平面方向の最長の差し渡しの長さよりも短くなっている。

第１固定部４３０が第１収納孔６３０に収納される際、先ず第１凹部６３１に第２支持部４３２が挿入される。その後、第２凹部６３２に第２支持部４３２が収納される。それとともに、第１凹部６３１に第１支持部４３１が収納される。

その際、下端面６２０ａと第１底面６３１ａとを連結する第１凹面６３１ｂと、上端面４２０ａと第１先端面４３１ａとを連結する第１支持面４３１ｂとの間に空隙が生じている。第１凹面６３１ｂは第１壁面に相当する。

同様に、第１底面６３１ａと第２凹部６３２の第２底面６３２ａとを連結する第２凹面６３２ｂと、第１先端面４３１ａと第２支持部４３２の第２先端面４３２ａとを連結する第２支持面４３２ｂとの間に空隙が生じている。第２凹面６３２ｂは第２壁面に相当する。

第２支持面４３２ｂと第２凹面６３２ｂとの間の平面方向の離間距離Ｌ６は、第１支持面４３１ｂと第１凹面６３１ｂとの間の平面方向の離間距離Ｌ５よりも短くなっている。

これにより第２支持部４３２は第１ケース４００と第２ケース６００の平面方向の相対位置を決める、位置決めの機能を果たしている。

そのために第２支持部４３２は第１支持部４３１よりも精密に加工が施されている。例えばこれにより、第２支持部４３２は第１支持部４３１よりも真円度が高くなっている。

また図５に示すように、第２支持部４３２のｚ方向の長さＬ８は、第１支持部４３１のｚ方向の長さＬ７よりも短くなっている。上記したように第２支持部４３２は第１ケース４００と第２ケース６００の平面方向の位置決めを行う。そのために位置決めに寄与しない第２支持部４３２のｚ方向の長さＬ８を短く設定できる。

なお、第２固定部４４０は第１固定部４３０と同様の形状を成している。第２収納孔６４０は第１収納孔６３０と同様の形状を成している。第２固定部４４０と第２収納孔６４０との位置関係においても第１固定部４３０と第１収納孔６３０との位置関係と同様の関係を示している。そのために第２固定部４４０と第２収納孔６４０に関する記載を省略する。

＜電力変換装置と車両＞
これまでに説明した電力変換装置５００は例えばエンジンルームに搭載されている。電力変換装置５００はこのエンジンルーム内で第１ケース４００の第１壁部４２１と第３壁部４２３が車両の進行方向に離間して並ぶ態様で収納されている。表現を変えれば、電力変換装置５００はこのエンジンルーム内で第２ケース６００の第５壁部６２１と第７壁部６２３が車両の進行方向に離間して並ぶ態様で収納されている。車両の進行方向はｘ方向と同じになっている。

車両に平面方向に衝撃が与えられると、電力変換装置５００の備える第１ケース４００と第２ケース６００に平面方向に衝撃が与えられる。この衝撃によって第１ケース４００と第２ケース６００の平面方向の相対位置が変化しようとする。その際、先ず、第２支持部４３２が第２凹部６３２に衝突する。これによって第２支持部４３２に平面方向の衝撃が与えられる。

第２支持部４３２がこの衝撃によって変形した場合、次に第１支持部４３１が第１凹部６３１に衝突する。第１支持部４３１に平面方向の衝撃が与えられる。

上記したように第１支持部４３１の平面方向の差し渡しの長さＬ１は、第２支持部４３２の平面方向の差し渡しの長さＬ２よりも長くなっている。そのために第１支持部４３１は第２支持部４３２よりも平面方向の衝撃に対する耐衝撃性が大きくなっている。

＜作用効果＞
これまでに説明したように第１収納孔６３０に第１固定部４３０が収納される際、先ず第１凹部６３１に第２支持部４３２が挿入される。その後、第２凹部６３２に第２支持部４３２が収納される。それに伴って第１凹部６３１に第１支持部４３１が収納される。

図４に示すように第１凹部６３１における平面方向の差し渡しの長さＬ３は、第２凹部６３２における平面方向の差し渡しの長さＬ４よりも長くなっている。そのために第１凹部６３１に第２支持部４３２が収納されやすくなっている。第１ケース４００と第２ケース６００とを組み付ける際の作業性が良くなりやすくなっている。

これまでに説明したように第２支持面４３２ｂと第２凹面６３２ｂとの間の平面方向の離間距離Ｌ６は、第１支持面４３１ｂと第１凹面６３１ｂとの間の平面方向の離間距離Ｌ５よりも短くなっている。そのために第２支持部４３２は第１ケース４００と第２ケース６００の平面方向の位置を決める、位置決めの機能を果たしている。以下、第１ケース４００と第２ケース６００を合わせて、適宜、ケース９００と示す。

ケース９００に外部から平面方向に衝撃が与えられると、第２支持部４３２が第２凹部６３２に衝突する。この際の衝撃によって第２支持部４３２が変形することがある。

その場合、第１支持部４３１が第１凹部６３１に衝突する。第１支持部４３１は第２支持部４３２よりも平面方向の耐衝撃性が大きくなっている。その結果、ケース９００に与えられた平面方向の衝撃が第１支持部４３１によって緩和されやすくなっている。

これまでに説明したように第２支持部４３２は第１支持部４３１よりも精密に加工が施されている。そのために第２支持部４３２は第１支持部４３１よりも工程が煩雑化されやすくなっている。しかしながら第２支持部４３２のｚ方向の長さＬ８は、第１支持部４３１のｚ方向の長さＬ７よりも短くなっている。そのために第２支持部４３２の形状を加工する工程が簡素化されやすくなっている。

また第２支持部４３２のｚ方向の長さＬ８が、第１支持部４３１のｚ方向の長さＬ７よりも短くなっている。そのために、第１支持部４３１に第２支持部４３２の加わった第１固定部４３０のｚ方向の高さが抑制されやすくなっている。

なお、第２固定部４４０と第２収納孔６４０に関しても上記の作用効果と同様の作用効果を奏する。そのために第２固定部４４０と第２収納孔６４０に関する作用効果の記載を省略している。

これまでに説明したように電力変換装置５００はエンジンルーム内で車両の進行方向に離間して並ぶ態様で収納されている。

第５壁部６２１と第８壁部６２４が交差する角に形成された第１収納孔６３０に、第１壁部４２１と第４壁部４２４が交差する角に形成された第１固定部４３０が収納されている。

第６壁部６２２と第７壁部６２３が交差する角に形成された第２収納孔６４０に、第２壁部４２２と第３壁部４２３が交差する角に形成された第２固定部４４０が収納されている。第１固定部４３０と第２固定部４４０がｘ方向とｙ方向に離間して並んでいる。

したがって車両が進行方向に衝突して、ケース９００にｘ方向に衝撃が与えられたとしても、第１固定部４３０と第２固定部４４０がｘ方向に並んでいるために、第１固定部４３０と第２固定部４４０それぞれに与えられる衝撃が緩和されやすくなっている。

これまでに説明したように第２支持部４３２は第１ケース４００と第２ケース６００の平面方向の位置を決める、位置決めの機能を有している。第２支持部４３２を備える第１固定部４３０と第２固定部４４０が平面方向に対して対角線上に形成されている。そのために第１ケース４００と第２ケース６００の位置決めの精度が高まりやすくなっている。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
図６に示すように第１固定部４３０と第２固定部４４０が第１環状部４２０の内面４２０ｂに連結されていてもよい。第１固定部４３０と第２固定部４４０のうちのどちらか一方が第１環状部４２０の内面４２０ｂに連結され、他方が上端面４２０ａに連結されていてもよい。

（第２の変形例）
図７に示すように上端面４２０ａに第１固定部４３０と第２固定部４４０の他に第３固定部４５０がされていてもよい。第３固定部４５０は上端面４２０ａからｚ方向に第２ケース６００に向かって突出した突出形状を成している。

下端面６２０ａに第１収納孔６３０と第２収納孔６４０の他に第３収納孔が形成されていてもよい。第３収納孔は下端面６２０ａからｚ方向に第１ケース４００から離れる態様で凹んでいる。

第１収納孔６３０に第１固定部４３０が収納され、第２収納孔６４０に第２固定部４４０が収納された状態で、第３収納孔に第３固定部４５０が収納されていてもよい。ケース９００に平面方向に衝撃が与えられたとしても、その衝撃が第１固定部４３０～第３固定部４５０に与えられるため、第１固定部４３０～第３固定部４５０それぞれに与えられる衝撃が緩和されやすくなっている。

（その他の変形例）
本実施形態では電力変換装置５００が電気自動車用の車載システム１００に含まれる例を示した。しかしながら電力変換装置５００の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータ７００と内燃機関を備えるハイブリッドシステムに電力変換装置５００が含まれる構成を採用することもできる。

本実施形態では電力変換装置５００に１つのモータ７００の接続される例を示した。しかしながら電力変換装置５００に複数のモータ７００の接続される構成を採用することもできる。この場合、電力変換装置５００はインバータ３００を構成するための３相のスイッチモジュールを複数有する。

４００…第１ケース、４２１…第１壁部、４２３…第３壁部、４３０…第１固定部、４３１…第１支持部、４３２…第２支持部、４４０…第２固定部、５１０…パワーモジュール、６００…第２ケース、６３０…第１収納孔、６３１…第１凹部、６３１ｂ…第１凹面、６３２…第２凹部、６３２ｂ…第２凹面、６４０…第２収納孔、９００…ケース

Claims (3)

1. 対向方向で並ぶ第１ケース（４００）と第２ケース（６００）を備えるケース（９００）と、
   前記ケースに収納される電気部品（５１０）と、を有し、
   前記第１ケースには前記対向方向で前記第１ケースから前記第２ケースに向かって延びる第１支持部（４３１）と、前記第１支持部から前記対向方向に離れる態様で延びる、前記第１支持部より前記対向方向に直交する平面方向の長さの短い第２支持部（４３２）と、を備える固定部（４３０，４４０）が形成されており、
   前記第２ケースには前記対向方向で前記第１ケースから離れる態様で凹む第１凹部（６３１）と、前記第１凹部から前記対向方向に離れる態様で凹む、前記第１凹部より前記平面方向の長さの短い第２凹部（６３２）と、を備える収納孔（６３０，６４０）が形成されており、
   前記第１凹部に前記第１支持部が収納され、
   前記第２凹部に前記第２支持部が収納され、
   前記第２支持部と前記第２凹部を区画する第２壁面（６３２ｂ）との間の前記平面方向の離間距離が、前記第１支持部と前記第１凹部を区画する第１壁面（６３１ｂ）との間の前記平面方向の離間距離よりも短くなっている電力変換装置。
2. 前記固定部は前記第１ケースにおける前記平面方向に沿う第１方向で離間して並ぶ２つの壁部（４２１，４２３）のうちの一方側に位置する第１固定部（４３０）と、２つの前記壁部のうちの他方側に位置する第２固定部（４４０）と、を有し、
   前記収納孔は前記第２ケースにおける前記対向方向で前記第１固定部に対向する第１収納孔（６３０）と、前記対向方向で前記第２固定部に対向する第２収納孔（６４０）と、を有し、
   前記第１固定部が前記第１収納孔に収納され、
   前記第２固定部が前記第２収納孔に収納されている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記対向方向における前記第２支持部の長さが、前記対向方向における前記第１支持部の長さよりも短くなっている請求項１または２に記載の電力変換装置。

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