JP7436415B2 - 電力変換ユニットおよび電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換ユニットおよび電力変換装置に関する。

近年、地球温暖化問題への意識の高まりや、ＣＯ_２排出量の削減のため、ハイブリッド自動車や電気自動車の普及が進んでいる。近年の電動化の潮流の中では、乗り物等の動力源を、化石燃料を必要とするエンジンから、エンジンとモータとのハイブリッド駆動やモータ駆動に変える動きが加速している。動力源としてのモータは、化石燃料を使用しない場合、ＣＯ_２排出量が少なくなるため、地球温暖化の抑制に貢献すると期待されている。

モータを動力源とする場合、モータの回転を制御するための電力変換装置が必要となる。電力変換装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の他、その他の製品でも、モータの稼働効率の向上に必要不可欠である。一般に、電力変換装置は、電力を利用するモータや、電力を貯める蓄電池等の主機に対して、補機として備えられている。

現在、動力源としてのモータ、蓄電池等の普及に伴って、主機を含めた動力システム全体について、小型化や軽量化が求められている。そのため、電力変換装置についても、小型化や軽量化が望まれている。ＣＯ_２排出量の削減のためには、動力源を搭載する移動体の軽量化が有効である。モータ、蓄電池等を含めた動力源自体が小型化・軽量化されると、燃費が向上するため、ＣＯ_２排出量の削減に寄与できる。

動力源を小型化すると、出力密度が大きくなり、回路素子からの発熱の影響が大きくなることが想定される。特に、スイッチング素子、パワーモジュールのパワー素子等の回路素子は、大電流や高電圧を扱うため、十分に除熱する必要がある。動力源を小型化する場合には、電力変換装置に効率的な冷却手段を実装することが不可欠となる。また、動力源を軽量化する場合には、電力変換装置の軽量化も必要なため、筐体の軽量化や回路基板を保持する構造の軽量化も望まれる。

また、モータ、蓄電池等が普及すると、モータ、蓄電池等の使用環境も拡大することが想定される。そのため、電力変換装置には、様々な使用環境に対応した性能が望まれている。例えば、低温では、結露が生じ易くなるため、回路の短絡、回路素子の劣化や破損、材料の劣化や変質等が起こり易くなる。また、標高が高い使用環境では、温度だけでなく、気圧も低くなるため、低地とは異なる性能が要求される。低気圧下では、パッシェンの法則にしたがって放電が起こり易くなることが知られている。

電力変換装置は、低温劣化、熱劣化、熱応力や、短絡、絶縁破壊等が生じ易い環境においても、所望の動作を長期間にわたって持続できるように、信頼性が高い設計とすることが望まれる。常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して耐性が高い設計であれば、同一仕様の装置を種々の環境で使用できるため、装置の量産性やコスト効率の改善が期待される。

このような電力変換装置に関し、特許文献１には、装置内に放熱板を配置する構造が記載されている。特許文献２には、筐体に発泡樹脂を注入した軽量な構造が記載されている。特許文献３には、筐体を熱可塑性樹脂で形成した構造が記載されている。

特開２０１５－０５６９２５号公報 特開２０１６－０９２１２３号公報 特開２００８－２９４２７５号公報

電力変換装置について、軽量化や小型化が望まれている。電力変換装置を小型化するような場合には、筐体の内部に内蔵される回路素子等を効率的に除熱するために、筐体の内部から外部に向けて効率的な伝熱経路を設ける必要がある。電力変換装置は、筐体の内外を貫通する伝熱経路を形成する部材や、主機等と接続される入出力端子が、内部から外部に引き出された構造とされることが望まれる。伝熱経路が冷却媒体の循環やヒートパイプのようなものであれば、装置の更なる軽量化や小型化が期待される。

特許文献１に記載された技術は、放熱板の外面をモールド樹脂の両表面に露出させているため、或る程度の冷却能力が期待される。しかし、電力変換装置を小型化する場合、出力密度の増大に応じて高い冷却能力が要求されるため、発熱量に見合うサイズの放熱板が必要になる。サイズが大きい放熱板を設けると、装置の構造や配置が大きく制約されるという問題がある。

特許文献２に記載された技術は、筐体に発泡樹脂を注入し、電子部品を発泡樹脂で筐体に固定している。また、特許文献３に記載された技術は、筐体自体を熱可塑性樹脂で形成している。しかし、これらの技術では、筐体自体を発泡樹脂で形成している訳ではないため、装置の軽量化に関して、大きな改善の余地がある。

電力変換装置を軽量化する方法としては、筐体自体を発泡体のような多孔質とする方法が考えられる。しかし、電力変換装置を移動体に搭載するような場合、装置に振動や衝撃が加わることが想定される。伝熱経路を形成する部材や入出力端子が内部から外部に引き出された構造では、振動や衝撃が加わると、これらの部材や端子と筐体の開口部とが、接触、衝突、摺動等を起こすことが問題となる。

特に、筐体自体を多孔質とする場合、筐体の密度が小さく脆弱になるため、接触、衝突、摺動等によって、筐体の開口部に摩耗や破損を生じる虞がある。装置が置かれる外部環境に対して内蔵物が搭載される内部環境が保たれ易く、動作の信頼性が高い電力変換装置が望まれているが、筐体の開口部の周辺で摩耗や破損を生じると、筐体の気密性が損なわれる。外部からの影響、例えば、常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して、装置の信頼性が十分に確保されなくなってしまう。

そこで、本発明は、振動や衝撃が加わっても、筐体の開口部が摩耗や破損を生じ難い電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る電力変換ユニットは、冷却媒体が流される冷却部と、前記冷却部の一方に配置された入力側電力変換部と、前記入力側電力変換部に対して前記冷却部を挟んで対向して配置された出力側電力変換部と、前記冷却部、前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部を覆う筐体と、を備え、前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部は、スイッチング素子と、回路基板と、を有し、前記筐体は、前記冷却部から外部に冷却管を引き出すための冷却管用の貫通孔と、前記回路基板から外部に端子を引き出すための端子用の貫通孔と、を有し、前記筐体が多孔質であり、前記冷却管と前記冷却管用の貫通孔との間、および、前記端子と前記端子用の貫通孔との間に、前記筐体の材料よりも貯蔵弾性率が低い充填材が充填されている。

また、本発明に係る電力変換装置は、前記の複数の電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットを収容して支持するフレームと、を備え、前記フレーム内に支持された複数の前記電力変換ユニットが、互いに直列または並列に電気的に接続されている。

本発明によれば、振動や衝撃が加わっても、筐体の開口部が摩耗や破損を生じ難い電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの上面図である。 図１のＩ－Ｉ線における断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの内部を上面側から視た図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの前面図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの後面図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの上面図である。 図７のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの内部を上面側から視た図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの前面図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの後面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置を前面側から視た斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電力変換ユニット、および、それを備えた電力変換装置について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの上面図である。図２は、図１のＩ－Ｉ線における断面図である。図３は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの内部を上面側から視た図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの前面図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る電力変換ユニットの後面図である。

図１～図６に示すように、第１実施形態に係る電力変換ユニット１は、外郭を形成する筐体２と、入力された電力を変換する入力側電力変換部３と、電力を変換して出力する出力側電力変換部４と、発熱部品の冷却を行う冷却部５と、を備えている。電力変換ユニット１は、電力変換の一例として、ＡＣ／ＤＣ変換を行う装置とされている。

電力変換ユニット１の筐体２は、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４および冷却部５を収容している。筐体２は、これらの内蔵物の全部、ないし、端子等を除いた一部を覆う。筐体２は、電気抵抗率が高い樹脂で形成され、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔（独立気泡）で構成された多孔質とされる。

第１実施形態に係る電力変換ユニット１は、後記するように、筐体２から外部に引き出される冷却管５１，５２と冷却管用の貫通孔との間、および、筐体２から外部に引き出される端子３１，３２，４１，４２と端子用の貫通孔との間に、筐体２の材料よりも貯蔵弾性率が低い充填材１８が充填されたものである。

図１に示すように、筐体２の前面側からは、冷却管５１，５２が筐体２の内部から外部に引き出されている。冷却管５１，５２の先端側は、筐体２の外部に露出している。冷却管５１，５２は、冷却媒体が流される管路を形成しており、配管、チューブ等を介して、冷却ユニットと接続可能とされている。冷却管５１，５２のうち、一方は入口側、他方は出口側とされる。

冷却ユニットは、冷却媒体を電力変換ユニット１に流す装置であり、電力変換ユニット１の作動中や待機中等に、電力変換ユニット１に接続される。冷却ユニットは、電力変換ユニット１の作動中や待機中等に、低温の冷却媒体を電力変換ユニット１に供給し、受熱した高温の冷却媒体を電力変換ユニット１から回収する。

また、筐体２の後面側からは、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２が筐体２の内部から外部に引き出されている。端子３１，３２，４１，４２の先端側は、筐体２の外部に露出している。端子３１，３２，４１，４２は、配線を介して、電源、モータ、蓄電池等の主機等と接続可能とされている。

端子３１，３２，４１，４２の材料としては、電気抵抗率が低い材料、例えば、銅、銀、アルミニウム等の金属や、これらの合金を用いることができる。また、ユニットを耐食性が要求される使用環境で用いる場合、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼等を用いることもできる。端子の表面には、腐食の防止のために、メッキ処理を施してもよい。メッキ処理としては、金メッキ、銀メッキ、錫メッキ等を用いることができる。

ＡＣ／ＤＣ変換を行う電力変換ユニット１において、入力電極３１，３２に交流電力を入力すると、筐体２に内蔵された入力側電力変換部３および出力側電力変換部４で波形が変換されて、出力電極４１，４２から直流電力が出力される。このような電力変換ユニット１は、例えば、モータ、蓄電池等の補機として用いることができる。

筐体２は、電気抵抗率が高い樹脂によって形成され、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔（独立気泡）で構成された多孔質とされる。多孔質の筐体２は、例えば、樹脂を発泡させた硬質フォーム状の発泡体や、樹脂マトリクス中に気孔を分散させた成形体として形成することができる。筐体２は、内部への温度や気圧の影響を小さくするために、主として閉気孔を有するが、一部に開気孔を有してもよい。

多孔質の筐体２を形成する方法としては、原料樹脂中にガス生成反応や熱分解反応でガスを発生させる方法、原料樹脂中にガスを注入して気孔を分散させる方法、原料樹脂を攪拌・剪断して気孔を分散させる方法、原料樹脂中にポロジェンを分散させて硬化後の略閉気孔から離脱させる方法、原料樹脂中に中空構造のフィラを分散させる方法、原料樹脂中に高嵩密度のフィラを分散させて攪拌・剪断して気孔を分散させる方法等、適宜の方法を用いることができる。

筐体２の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍＰＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を用いることができる。

例えば、コストを下げる場合はＰＳ、軽量性や強度が必要な場合はＰＰ、成型精度が必要な場合はＰＥ，耐衝撃性が必要な場合はＰＣ、耐熱性が必要な場合はＰＡ、ＰＩ、ＰＡＩ等を用いることができる。筐体２の材料としては、筐体２に要求される強度、機械的耐熱性、化学的耐熱性等の性能に応じて、一種の樹脂を用いてもよいし、複数の樹脂によるポリマアロイを用いてもよいし、反応基等を導入した変性樹脂を用いてもよい。

多孔質の筐体２を形成する好ましい方法は、発泡剤を添加した熱可塑性樹脂を溶融させた状態で発泡させる方法や、熱硬化性樹脂等のモノマ中に発泡剤を分散して硬化反応の過程で発泡させる方法や、これらの発泡剤に代えて中空構造のフィラを用いる方法である。これらの方法によると、発泡倍率、気孔率、密度等を、比較的安定して制御することができる。

中空構造のフィラとしては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン等や、アルミナ、ジルコニア、カーボン、フライアッシュ、シラス、パーライト等で形成された中空構造の無機フィラや、架橋アクリル樹脂、架橋スチレン－アクリル樹脂等で形成された中空構造の有機フィラ等を用いることができる。高嵩密度のフィラとしては、例えば、フレーク状、多孔質状、繊維状等のフィラが挙げられる。

電力変換ユニット１では、筐体２を、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔（独立気泡）で構成された多孔質とするため、非多孔質であるバルクの場合や、開気孔で構成される多孔質の場合と比較して、ユニットが置かれる外部環境の常温・常圧から逸脱した温度・気圧や、温度変化・気圧変化に対して高い耐性が得られる。筐体内の内部環境は、外部環境の温度・気圧に影響され難くなるため、装置が置かれる外部環境に対して内部環境が平常に保たれ易くなる。

そのため、電力変換ユニット１によると、外部環境を原因とする低温劣化、熱劣化、熱応力や、低気圧下の放電による短絡、絶縁破壊等を生じ難くすることができる。筐体の内蔵物の動作・性能や、内蔵物の材料の性質を、長期間にわたって維持することが可能になり、長期間にわたる動作の信頼性が高いユニットが得られる。また、バルクの樹脂等を用いる場合と比較して、筐体の密度が小さくなるため、ユニットを軽量化することができる。

図２および図３に示すように、入力側電力変換部３および出力側電力変換部４は、それぞれ、回路基板１０や、回路基板１０上に実装されたスイッチング素子１１、コンデンサ１２、トランス１３等の回路素子や、内部端子１４等で構成される。回路素子同士は、配線を介して互いに電気的に接続されて、内部端子１４との間に所定の回路を形成する。内部端子１４は、入力側電力変換部３および出力側電力変換部４のそれぞれにおいて、端子毎に個別に設けられている。

入力側電力変換部３に設けられた入力側の内部端子１４には、入力端子３１，３２の基端側が電気的に接続される。出力側電力変換部４に設けられた出力側の内部端子１４には、出力端子４１，４２の基端側が電気的に接続される。すなわち、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は、それぞれ、回路基板１０上の回路素子と電気的に接続される。

回路素子は、筐体２の内部に露出する端子、ボンディングワイヤ等の表面に絶縁処理を施される。絶縁処理は、電気絶縁性、防湿性、防塵性等を示す被膜を形成可能なコーティング材を用いて行う。コーティング材を用いると、端子間、配線間等における放電が抑制されるため、ユニットの動作安定性を向上し、故障を低減することができる。

コーティング材としては、室温における未硬化状態で流動性を有する材料が好ましく、オルガノポリシロキサンを主成分とするシリコーンが好ましい。コーティング材としては、付加反応型、縮合反応型等のいずれを用いることもできるが、硬化反応に伴う気泡の生成を避ける観点等から、付加反応型を用いることが好ましい。

コーティング材の具体例としては、ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、ＳＨ８５０、ＳＥ１８１６ＣＶ、ＳＥ１８１７ＣＶＭ（東レ・ダウコーニング社製）や、ＫＥ－１２０４、ＫＥ－１２８２、ＫＥ－１０９Ｅ、ＫＥ－１８４６、ＫＥ－１８８６（信越シリコーン社製）等が挙げられる。

図２および図３に示すように、入力側電力変換部３と出力側電力変換部４は、筐体２の内部に、冷却部５を挟んで対向して配置される。入力側電力変換部３は、冷却部５を挟んで冷却部５の一方の側に配置される。出力側電力変換部４は、冷却部５を挟んで冷却部５の他方の側に配置される。このような配置によると、電力変換部同士の電気絶縁性や、各電力変換部から冷却部５への放熱性が確保され易くなる。

筐体２の内蔵物である入力側電力変換部３、出力側電力変換部４および冷却部５は、例えば、回路基板１０が水平方向に向いて互いに鉛直方向に積層されるように配置することができる。このような配置によると、内蔵物の荷重による筐体２への圧力が小さくなるため、多孔質である筐体２の部分的な圧縮、破損等を低減することができる。

スイッチング素子１１等の回路素子は、ユニットの作動中、ジュール熱を生じる発熱部品となる。回路上の発熱は、回路素子や材料に熱劣化、熱応力等を生じ、誤作動や経年劣化に繋がる。そのため、発熱部品は、冷却部５による冷却対象となり、ユニットの作動中や待機中等に、冷却部５によって除熱される。

回路基板１０は、熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましい。回路基板１０は、入力側電力変換部３および出力側電力変換部４のそれぞれにおいて、スイッチング素子１１等の回路素子と冷却路形成部材５３との間を熱的に接続する。回路基板１０は、一面がスイッチング素子１１等の回路素子の表面と面接触し、他面が冷却路形成部材５３と面接触するように配置できる。

このような配置によると、スイッチング素子１１等の回路素子と回路基板１０との間や、回路基板１０冷却路形成部材５３との間が、互いに熱的に接続されるため、回路基板１０上の発熱部品から冷却路形成部材５３まで、放熱性に優れた伝熱経路を形成することができる。回路基板１０と発熱部品との間や、回路基板１０と冷却路形成部材５３との間には、熱伝導率が高い放熱グリス等が追加されてもよい。

なお、図２および図３において、回路基板１０は、回路素子が実装された面の反対側の面が冷却路形成部材５３と面接触するように配置されているが、回路素子が実装された面が冷却路形成部材５３を向くように配置されてもよい。

このような配置の場合、回路基板１０上の回路素子と冷却路形成部材５３との間に、熱伝導率が高い材料で形成された放熱部材を配置することが好ましい。放熱部材は、板状の放熱板等として設けることができる。放熱部材によって、回路素子と冷却路形成部材５３との間を熱的に接続して、放熱性に優れた伝熱経路を形成することができる。

図２および図３に示すように、冷却部５は、冷却路形成部材５３と、冷却媒体が流される冷却路５４によって構成される。冷却路５４は、冷却路形成部材５３の内部に形成される。冷却媒体としては、例えば、必要に応じて腐食抑制剤、脱酸素剤等を添加した水や、エチレングリコール、プロピレングリコール等が配合された不凍液等、適宜の媒体を用いることができる。

冷却路形成部材５３は、熱伝導率が高い材料で形成される。冷却路形成部材５３は、筐体２の内部の空間に嵌まるように、空間の幅と同程度の直方体状等の外形に設けることができる。冷却路形成部材５３の側面には、冷却管５１，５２が、外側に突出するように設けられる。冷却管５１，５２は、冷却路形成部材５３の外部と内部の冷却路５４とを連通する貫通孔を形成する。

冷却路形成部材５３や冷却管５１，５２の材料としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の軽合金や、銅、銅合金等や、バルク状の樹脂等を用いることができる。冷却路形成部材５３の材料としては、冷却能力の向上や、ユニットの軽量化の観点からは、熱伝導率が高く、且つ、密度が小さい材料が好ましく、軽合金が特に好ましい。

冷却路５４は、冷却路形成部材５３の内部に、任意の経路や流路形状に設けることができる。冷却路５４は、入出口としての冷却管５１，５２に連通し、入出口を除いて液密性が確保される。冷却路５４は、冷却路形成部材５３の内部に、単一の流路を有してもよいし、複数の流路を有してもよい。複数の流路は、例えば、電力変換部毎に隣接させて対称的に設けることができる。

冷却管５１，５２には、配管、チューブ等を介して冷却ユニットを接続することができる。冷却媒体は、一方の冷却管を通じて冷却路形成部材５３の内部に導入できる。冷却路５４を通流して熱を奪った冷却媒体は、他方の冷却管を通じて冷却ユニットに排出できる。冷却媒体は、電力変換ユニット１の作動中や待機中等に、冷却路５３と冷却ユニットとの間で循環させることができる。

このような冷却部５の構造によると、ユニットの作動中にスイッチング素子１１等の発熱部品に生じた熱が、回路基板１０に伝熱し、回路基板１０から冷却路形成部材５４に伝熱する。冷却路形成部材５４の熱は、冷却路５３に流される冷却媒体によって抜熱される。冷却路形成部材５４から受熱した冷却媒体は、一方の冷却管５１，５２を通じて筐体２の外部に排出される。

そのため、このような冷却部５によると、スイッチング素子１１等の発熱部品を強制的に冷却することができる。筐体の内外を貫通する放熱部材を設ける自然放熱の方式と比較して、高い冷却能力を得ることができる。また、筐体２の内部の熱を外部に排熱するため、冷却管用の貫通孔や端子用の貫通孔を除いて、筐体２を断熱的な構造に設けることができる。

図２、図３および図４に示すように、筐体２の内部には、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４、冷却部５等の内蔵物を収容する空間が設けられる。入力側電力変換部３、出力側電力変換部４および冷却部５は、筐体２の内部に収容して固定することができる。これらの内蔵物は、筐体２に対して着脱自在に固定されてもよいし、取り外し不能に固定されてもよい。

図２、図３および図４において、これらの内蔵物を固定する方法としては、接着剤２４を用いて筐体２に接着させる方法が用いられている。筐体２に接着させる方法を用いると、筐体２に振動や衝撃が加わっても、内蔵物の位置ずれを防ぐことができる。但し、筐体２への固定法としては、筐体２の内側に嵌め込む方法、ボルト等の接合部品を用いて筐体２に機械的に接合する方法等、適宜の方法を用いることができる。

筐体２の内側に嵌め込む方法を用いる場合や、筐体２に接着させる方法を用いる場合、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４、冷却部５等の内蔵物を、筐体２の内部の空間のサイズと同等か、または、締め代を付加したサイズに設ける。嵌め込む方法によると、接着剤や接合部品を用いなくとも、固定および取り外しを簡便に行うことができる。

図２、図３および図４に示すように、筐体２は、鉛直方向の下側に位置する本体部材２０ａと、鉛直方向の上側に位置する蓋部材２０ｂとによって形成することができる。筐体２は、一つの面で二つの部材に分割可能な二つ割れの分割構造に設けることができる。分割構造の筐体２を構成する部材同士は、部材同士が接合時に突き合わされる突合面に突起と係止穴を設けて、嵌め込みで接合する構造や、突合面の付近に貫通孔を設けて、ボルトとナット等の接合部品による締結で接合する構造等に設けることができる。

このような分割構造の筐体２によると、内部の空間を容易に開閉できるため、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４および冷却部５の筐体２への収容や、筐体２からの取り出しを簡単に行うことができる。そのため、ユニットの組み立てや、内蔵物の電気絶縁性等の試験や、内蔵物の点検や、部品の交換等を、ユニットを解体することなく、簡便に行うことができる。

本体部材２０ａは、図３に示すように、内部の空間を囲む側壁に、鉛直方向における上側ほど水平方向における外側寄りに内壁面が位置するように段差２６が設けられている。本体部材２０ａの鉛直方向の上側は、下側よりも側壁が薄肉であり、内部の空間の幅は、上側ほど大きく設けられている。図４に示すように、段差２６は、内部の空間の前後方向において、回路基板１０の長さに対応する長さとされており、前後方向における中央側に設けられているが、前側端および後側端には設けられていない。なお、図４では、断面図よりも手前側に配置される回路基板１０を破線で図示している。

このような段差２６を適切な高さに設けると、筐体２の内蔵物を内部の空間に収容したとき、内蔵物を段差上に支持させることができる。そのため、回路基板１０上のスイッチング素子１１等の回路素子と筐体２との間に空間を確保することができる。このような空間を確保すると、電気絶縁性の向上、筐体２の内面に対する接触防止、衝突防止等の作用が得られる。

また、このような段差２６を回路基板１０の長さに対応した長さに設けると、前後方向における回路基板１０の位置ずれを防止することができる。筐体２の長さを回路基板１０の長さよりも十分に長く設けると、内部の空間の前側端および後側端に手が入る空間ができるため、内蔵物の取り出し等が容易になる。

図５に示すように、筐体２の前面側には、冷却管用の貫通孔２１が設けられており、冷却管５１，５２は、これらの貫通孔２１に挿通されている。冷却管用の貫通孔としては、二つの冷却管５１，５２に対応して、左側の貫通孔２１と右側の貫通孔２１の二つが設けられている。冷却管用の貫通孔２１は、筐体２の開口部を形成している。

冷却管用の貫通孔２１は、筐体２の前面の鉛直方向における中央付近に、水平に並列している。冷却管用の貫通孔２１の場所は、特に限定されるものではないが、入力側電力変換部３と出力側電力変換部４の対称的な配置等から、筐体２の一面の鉛直方向における中央付近が好ましい場所となる。

図６に示すように、筐体２の後面側には、端子用の貫通孔２２，２３が設けられており、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は、これらの貫通孔２２，２３に挿通されている。端子用の貫通孔としては、二つの入力端子３１，３２に対応して、左側の貫通孔２２と右側の貫通孔２２の二つが設けられている。また、二つの出力端子４１，４２に対応して、左側の貫通孔２３と右側の貫通孔２３の二つが設けられている。端子用の貫通孔２２，２３は、筐体２の開口部を形成している。

入力端子３１，３２が引き出される貫通孔２２は、筐体２の後面の鉛直方向における上側、且つ、水平方向における片側に、略水平に並列している。出力端子４１，４２が引き出される貫通孔２３は、筐体２の後面の鉛直方向における下側、且つ、水平方向における反対側に、略水平に並列している。端子用の貫通孔２２，２３の場所は、特に限定されるものではないが、電気絶縁のための沿面距離や空間距離の確保の観点等から、互いに離隔した対角上が好ましい場所となる。

図２、図３および図４において、筐体２の内部の空間には、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４、冷却部５等の内蔵物を除いた領域に、空気が入っている。筐体２は、冷却管用の貫通孔２１や電極用の貫通孔２２，２３を除いて、内部の気密性が高い構造に設けられることが好ましい。

筐体２が気密性が高い構造であると、ユニットが置かれる外部環境、例えば、常温や常圧から逸脱した温度や気圧、温度変化や気圧変化に対して耐性が高くなる。外部環境に対して内部環境が平常に保たれ易くなるため、筐体２の内蔵物の動作・性能の劣化や、内蔵物の材料の性質の劣化を抑制することができる。また、筐体２の内部に塵埃や湿分等が侵入し難くなるため、トラッキングによる絶縁破壊を抑制することができる。

図１、図２および図４に示すように、筐体２から外部に引き出される冷却管５１，５２の外周面と冷却管用の貫通孔２１の内周面との間、および、筐体２から外部に引き出される端子３１，３２，４１，４２の外周面と端子用の貫通孔２２，２３の内周面との間には、これらの隙間を埋めるように、弾性率が低い充填材１８が充填される。

充填材１８としては、電力変換ユニット１の使用温度の範囲で、筐体２の材料よりも貯蔵弾性率が低い材料が用いられる。充填材１８は、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２の材料よりも貯蔵弾性率が高いことが好ましい。充填材１８の損失弾性率は、特に限定されるものではない。充填材１８としては、貯蔵弾性率に応じた損失弾性率を持つような適宜の材料を用いることができるが、密着性、耐熱性、耐湿性等を持つ材料が好ましい。

電力変換ユニット１を移動体に搭載するような場合、電力変換ユニット１に振動や衝撃が加わることがある。充填材１８がない場合に、筐体２に振動や衝撃が加わると、冷却管５１，５２の外周面と冷却管用の貫通孔２１の内周面との間や、端子３１，３２，４１，４２の外周面と端子用の貫通孔２２，２３の内周面との間で、筐体２に対する接触、衝突、摺動等が起こる虞がある。

このような接触等があると、筐体２の開口部が摩耗や破損を生じる。特に、筐体２が多孔質とされる場合、摩耗による減肉が速くなる。また、貫通孔周辺が部分的に脱落するような破損が起こり易くなる。筐体２が摩耗や破損を生じると、筐体２の気密性が低くなり、外部環境に対して内部環境が平常に保たれ難くなったり、内部に塵埃や湿分等が侵入し易くなったりする。

筐体２が多孔質の樹脂で形成される場合、冷却管用の貫通孔２１の内周面や、端子用の貫通孔２２，２３の内周面は、通常、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２よりも硬度が低くなる。また、筐体２や、冷却管５１，５２や、端子３１，３２，４１，４２は、通常、貯蔵弾性率が樹脂等よりも大幅に低く、振動や衝撃を吸収できる程度の弾性・柔軟性を持っていない。

これに対し、筐体２の材料よりも貯蔵弾性率が低い充填材１８を充填すると、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２の外周面と貫通孔の内周面との間で、接触、衝突、摺動等を防止することができる。筐体２に振動や衝撃が加わったとしても、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２から筐体２に伝わる力を、相対的に貯蔵弾性率が低い充填材１８が吸収・阻止するため、筐体２の開口部の周辺で摩耗や破損が抑制される。また、振動時や衝撃時の応力を緩和し、充填材１８自体の粘弾性に応じて、筐体２の開口部の振動や衝撃を減衰させることができる。

また、冷却管用の貫通孔２１の周囲の隙間や、端子用の貫通孔２２，２３の周囲の隙間が、充填材１８で密閉されるため、筐体２の内部への塵埃や湿分等の侵入を防止することができる。高電圧が発生する回路素子やトランス等でトラッキングによる絶縁破壊が抑制されるため、種々の環境で使用できる信頼性が高いユニットが得られる。

充填材１８としては、筐体２の材料よりも貯蔵弾性率が低い限り、ゲル、ゴム、エラストマ等の適宜の材料を用いることができる。一般的に、材料の架橋密度が低いほど、貯蔵弾性率が小さくなる。そのため、充填材１８としては、架橋密度が低い適宜の樹脂を用いることもできる。

充填材１８の具体例としては、シリコーンゲル等のゲルや、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、アクリルブタジエンスチレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の化学架橋ゴムや、スチレン－ブタジエンブロック共重合体、変性ポリアミド等の物理架橋ゴム等や、架橋密度が低い架橋エポキシ樹脂、架橋アクリル樹脂、架橋ウレタン樹脂等が挙げられる。充填材１８としては、粘弾性、電気絶縁性、耐熱性、耐湿性や、成形性等の観点から、シリコーンゴムが特に好ましい。

充填材１８は、材料に応じて、モールド成形した後に筐体２に対して接着や溶着等で部品として接合してもよいし、流動状態で貫通孔部分に充填して硬化させてもよい。部品として接合する方法によると、筐体２から内蔵物を取り出した後に再収容するとき、充填材１８を再充填する必要がない。一方、充填して硬化させる方法によると、寸法変化が小さい材料であるほど、筐体２の気密性を高めることができる。

充填材１８は、室温における貯蔵弾性率が１０^７Ｐａ以下であることが好ましい。また、室温における貯蔵弾性率が１０^３Ｐａ以上であることが好ましい。貯蔵弾性率が１０^７Ｐａ以下であると、多孔質である一般的な樹脂の発泡体と比較して、充填材１８の貯蔵弾性率が低くなるため、種々の材料で形成された筐体２に用いることができる。また、貯蔵弾性率が１０^３Ｐａ以上であると、充填材１８自体で筐体２の開口部の振動や衝撃を適切に減衰させることができる。

材料の貯蔵弾性率は、動的粘弾性（Dynamic Mechanical Analysis：ＤＭＡ）測定装置を用いて測定することができる。材料から試験片を採取し、厚さ方向に挟持した試験片を、厚さ方向に対して垂直方向に所定の周波数および所定の歪みとなるように加振し、ユニットの使用温度の範囲で所定の昇温速度で測定する。動的粘弾性測定装置としては、ＤＶＡ－２２０（アイティー計測制御社製）等を用いることができる。

例えば、筐体２の材料として、ポリエチレン（ＰＥ）の発泡体を用いる場合、発泡倍率を約２倍、密度を０．４８ｇ／ｃｍ^３とすると、厚さ１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍの試験片を採取して、２０℃から８０℃まで昇温速度５℃／ｍｉｎ、歪み０．１％、周波数１０Ｈｚで動的粘弾性を測定したとき、貯蔵弾性率が約３×１０^７Ｐａとなる。このような場合、ＤＯＷＳＩＬ ＥＧ－３８１０（東レ・ダウコーニング社製）のようなシリコーンゲル等を用いると、筐体２の材料よりも低い貯蔵弾性率が得られる。

充填材１８は、ガラス転移を示す材料であってもよい。ガラス転移を示す材料を用いる場合、材料のガラス転移温度は、ユニットの使用温度以下であることが好ましい。ガラス転移温度は、好ましくは０℃以下、より好ましくは－２０℃以下、更に好ましくは－４０℃以下である。このような材料であると、ユニットを低温環境で使用する場合であっても、材料が硬くならないため、充填材１８自体で筐体２の開口部の振動や衝撃を適切に減衰させることができる。

材料のガラス転移温度は、例えば、示差走査熱量測定（Differential scanning calorimetry：ＤＳＣ）装置や、熱重量分析（Thermal Gravimetric Analysis：ＴＧＡ）装置を用いて測定することができる。材料から所定の重量の試験片を採取し、不活性ガス雰囲気下、所定の昇温速度で、基準物質に対する温度差や熱量変化を測定する。示差走査熱量測定装置としては、Ｑ２００（TA instruments社製）等を用いることができる。

例えば、シリコーンゲル ＤＯＷＳＩＬ ＥＧ－３８１０（東レ・ダウコーニング社製）を用いた２０ｍｇの試験片を採取して、窒素ガス雰囲気下、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定したとき、ＴＧＡでは、ガラス転移が観察されなかった。また、ＤＳＣでは、０℃以上でガラス転移が観察されなかった。このような充填材１８は、低温においても、適切な弾性・柔軟性を示すため、筐体２の開口部の摩耗や破損を適切に防止できるといえる。

なお、図２、図３および図４において、筐体２の内部の空間には、空気が入っているが、筐体２の内部の空間には、電気抵抗率が高い材料で形成された封止材を充填することもできる。封止材としては、モールド成形された樹脂や、回路素子の絶縁処理と同様のコーティング材を用いることができる。モールド成形された樹脂としては、筐体２と同様の樹脂をバルクで用いることができる。コーティング材としては、接着性のゲルを用いてもよいし、自己接着性のゴム等を用いてもよい。

筐体２の内部の空間に封止材を充填する場合、筐体２の貫通孔には、封止材が充填された後に充填材１８を充填してもよいし、筐体２の材料よりも貯蔵弾性率が低い封止材を充填材１８として充填してもよい。すなわち、筐体２の貫通孔に充填される充填材１８は、封止材と一体化させてもよいし、別体としてもよい。

図５および図６に示すように、筐体２の開口部を形成する冷却管用の貫通孔２１や、端子用の貫通孔２２，２３は、断面視における形状を円形状または楕円形状に設けることができる。図５および図６では、各貫通孔の形状を示すために、充填材１８の図示を省略している。

図５において、冷却管５１，５２は、断面視における形状が円形状に設けられている。冷却管用の貫通孔２１は、冷却管５１，５２と同様に、断面視における形状が円形状に設けられている。冷却管用の貫通孔２１の孔径は、冷却管５１，５２の外径と比較して、所定サイズだけ大きく設けられている。冷却管用の貫通孔２１の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば、冷却管５１，５２の外径の１．５倍以上に設けることができる。

図６において、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は、断面視における形状が長方形状に設けられている。端子用の貫通孔２２，２３は、断面視における形状が楕円形状に設けられている。端子用の貫通孔２２，２３の孔径、すなわち、短軸径や長軸径は、入力端子３１，３２や出力端子４１，４２のサイズと比較して、所定サイズだけ大きく設けられている。端子用の貫通孔２２，２３の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば、入力端子３１，３２や出力端子４１，４２の外径の１．５倍以上に設けることができる。

このような冷却管用の貫通孔２１や、端子用の貫通孔２２，２３を設けると、断面視における形状が円形状または楕円形状であるため、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２から筐体２側に伝わる力や、充填材１８に生じる振動時や衝撃時の応力が断面視における特定の方向に集中するのを避けることができる。筐体２に振動や衝撃が加わったとき、多孔質とされる筐体２の貫通孔部分の内周面に対し、充填材１８からの力が分散して弱められるため、冷却管５１，５２や端子３１，３２，４１，４２の形状に大きく左右されることなく、筐体２の開口部の摩耗や破損を低減することができる。

なお、図５および図６において、冷却管５１，５２は円形状に設けられており、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は長方形状に設けられているが、これらの断面視における形状は、特に制限されるものではない。これらの断面視における形状は、正方形状、長方形状、円形状、楕円形状等のいずれであってもよい。

冷却管５１，５２や入力端子３１，３２や出力端子４１，４２が長方形状や楕円形状に設けられる場合、冷却管用の貫通孔２１や、端子用の貫通孔２２，２３は、これらと同等のアスペクト比に設けられることが好ましい。いずれの形状であっても、円形状または楕円形状の貫通孔を形成し、隙間に充填材１８を充填すると、筐体２の開口部の摩耗や破損を低減する作用が得られる。

ここで、電力変換ユニット１や筐体２の具体的な性能等について説明する。

電力変換ユニット１の動作電圧は、特に限定されるものではないが、高出力が要求される用途にも用いる観点等から、８００Ｖ以上であることが好ましく、１２５０Ｖ以上であることがより好ましい。また、動作電圧は、２５００Ｖ以下や、１２５０Ｖ以下とすることができる。筐体２の材料としては、このような動作電圧で絶縁性を確保できる材料を用いることが好ましい。

電力変換ユニット１の使用温度は、特に限定されるものではないが、－４０℃以上５０℃以下であることが好ましい。このような範囲であると、多孔質である筐体２によって内部の温度を適切に保つことができる。常温から逸脱した温度や、温度変化を緩和して、筐体の内蔵物の動作・性能や、内蔵物の材料の性質を正常に保てるため、ユニットの劣化、故障等を抑制することができる。

電力変換ユニット１の使用環境は、特に限定されるものではないが、海抜高度０ｍ未満や０ｍ以上５０００ｍ未満の低中高度や、５０００ｍ以上１５０００ｍ以下の高高度や、これらの高度に対応する気圧下等が挙げられる。海抜高度０ｍに対して、５０００ｍでは約３０℃の気温低下、１００００ｍでは約６０℃の気温低下を生じる。このような使用環境であっても、多孔質である筐体２によって内部の気圧を適切に保つことができる。常圧から逸脱した気圧や、気圧変化を緩和して、筐体の内蔵物の動作・性能や、内蔵物の材料の性質を正常に保てるため、ユニットの劣化、故障等を抑制することができる。

筐体２の電気抵抗率は、１０^１２Ω・ｍ以上であることが好ましい。筐体２の熱伝導率や厚さは、特に限定されるものではない。筐体２の熱伝導率は、使用環境の温度、温度変化等に応じて、適宜の設計とすることができる。筐体２の厚さは、使用環境の温度、温度変化、気圧、気圧変化、内蔵物の重量、内蔵物の荷重面積等に応じて、適宜の設計とすることができる。筐体２の厚さは、各面毎に異なっていてもよいし、面内の部分毎に異なっていてもよい。

筐体２の熱伝導率は、０．１０Ｗ／ｍＫ未満であることが好ましく、０．０５Ｗ／ｍＫ未満であることがより好ましい。ユニットが極端な低温環境や高温環境に置かれたり、極端な温度変化に晒されたりすると、回路素子が誤作動や劣化を生じる。多孔質である筐体２の熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍＫ未満であると、バルクの樹脂で形成された一般的な筐体と比較して、内部の温度を適切に保つことができる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの上面図である。図８は、図７のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。図９は、本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの内部を上面側から視た図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの前面図である。図１１は、本発明の第２実施形態に係る電力変換ユニットの後面図である。

図７～図１１に示すように、第２実施形態に係る電力変換ユニット１Ａは、前記の電力変換ユニット１と同様に、外郭を形成する筐体２と、入力された電力を変換する入力側電力変換部３と、電力を変換して出力する出力側電力変換部４と、発熱部品の冷却を行う冷却部５と、を備えている。電力変換ユニット１Ａは、電力変換の一例として、ＡＣ／ＤＣ変換を行う装置とされている。

電力変換ユニット１Ａの筐体２Ａは、前記の電力変換ユニット１の場合と同様に、入力側電力変換部３、出力側電力変換部４および冷却部５を収容している。筐体２Ａは、これらの内蔵物の全部、ないし、端子等を除いた一部を覆う。筐体２Ａは、電気抵抗率が高い樹脂で形成され、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔（独立気泡）で構成された多孔質とされる。

電力変換ユニット１Ａが、前記の電力変換ユニット１と異なる点は、発熱部品の冷却を行う冷却部５が、冷却媒体の供給および排出を行う構成に代えて、冷却媒体の対流で熱を輸送するヒートパイプで構成される点である。電力変換ユニット１Ａの他の構成は、前記の電力変換ユニット１と略同様である。

電力変換ユニット１Ａは、筐体２Ａから外部に引き出されるヒートパイプの冷却管５１Ａと冷却管用の貫通孔との間、および、筐体２Ａから外部に引き出される端子３１，３２，４１，４２と端子用の貫通孔との間に、筐体２Ａの材料よりも貯蔵弾性率が低い充填材１８を充填されたものである。

図７に示すように、筐体２Ａの前面側からは、ヒートパイプの冷却管５１Ａが筐体２Ａの内部から外部に引き出されている。冷却管５１Ａの先端側は、筐体２Ａの外部に露出している。冷却管５１Ａは、冷却媒体が移動する管路を形成しており、ラジエータ、放熱器等のヒートシンクと接続可能とされている。

ヒートシンクは、冷却媒体の熱を外部環境に放熱する装置であり、外気と効率的に熱交換するために、微小管構造、フィン構造等を備える。これらの構造は、銅、アルミニウム、鉄、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等で形成することができる。ヒートシンクには、空冷ファン等の強制冷却手段を備えてもよい。

また、筐体２Ａの後面側からは、前記の電力変換ユニット１の場合と同様に、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２が筐体２Ａの内部から外部に引き出されている。端子３１，３２，４１，４２の先端側は、筐体２Ａの外部に露出している。端子３１，３２，４１，４２は、配線を介して、電源、モータ、蓄電池等の主機等と接続可能とされている。

ヒートパイプとしては、単管に多孔質のウィックを内蔵したループ型、単管を複数回往復させた自励振動型等の適宜の種類を用いることができる。ヒートパイプによると、冷却媒体の対流によって熱を輸送できるため、動力を用いなくとも、スイッチング素子１１等の発熱部品を効率的に冷却することができる。冷却媒体の供給および排出を強制的に行う必要がなく、筐体の内外を貫通する放熱部材を設ける自然放熱の方式と比較して、高い冷却能力を得ることができる。

筐体２Ａは、前記の筐体２と同様に、電気抵抗率が高い樹脂によって形成され、樹脂マトリクス中の気孔が主として閉気孔（独立気泡）で構成された多孔質とされる。図１０に示すように、筐体２Ａの前面側には、冷却管用の貫通孔２１が設けられており、冷却管５３は、この貫通孔２１に挿通されている。また、図１１に示すように、筐体２Ａの後面側には、端子用の貫通孔２２，２３が設けられており、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は、これらの貫通孔２２，２３に挿通されている。

図１０に示すように、冷却管用の貫通孔２１は、断面視における形状を冷却管５１Ａの断面視における形状に対して相似形状に設けることができる。また、図１１に示すように、端子用の貫通孔２２，２３は、断面視における形状を端子３１，３２，４１，４２の断面視における形状に対して相似形状に設けることができる。図１０および図１１では、各貫通孔の形状を示すために、充填材１８の図示を省略している。

図１０において、冷却管５１Ａは、断面視における形状が円形状に設けられている。冷却管用の貫通孔２１は、冷却管５１Ａと同様に、断面視における形状が円形状に設けられている。冷却管用の貫通孔２１の孔径は、冷却管５１Ａの外径と比較して、所定サイズだけ大きく設けられている。冷却管用の貫通孔２１の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば、冷却管５１Ａの外径の１．５倍以上に設けることができる。

図１１において、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は、断面視における形状が長方形状に設けられている。端子用の貫通孔２，２３は、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２と同様に、断面視における形状が長方形状に設けられており、これらの孔径、すなわち、短軸径や長軸径は、入力端子３１，３２や出力端子４１，４２のサイズと比較して、所定サイズだけ大きく設けられている。端子用の貫通孔２２，２３の孔径は、特に限定されるものではないが、例えば、入力端子３１，３２や出力端子４１，４２の外径の１．５倍以上に設けることができる。

このような冷却管用の貫通孔２１や、端子用の貫通孔２２，２３を設けると、断面視における形状が相似形状であるため、冷却管５１Ａや端子３１，３２，４１，４２の周囲に、充填材１８を均一な厚さに設けることができる。そのため、充填材１８自体の粘弾性を、全周にわたって均一に利用することができる。筐体２に振動や衝撃が加わったとき、多孔質とされる筐体２の貫通孔部分の内周面に対し、充填材１８からの力が分散して弱められるため、筐体２の開口部の摩耗や破損を低減することができる。

なお、図１０および図１１において、冷却管５１Ａは円形状に設けられており、入力端子３１，３２および出力端子４１，４２は長方形状に設けられているが、これらの断面視における形状は、特に制限されるものではない。これらの断面視における形状は、正方形状、長方形状、円形状、楕円形状等のいずれであってもよい。いずれの形状であっても、相似形状の貫通孔を形成し、隙間に充填材１８を充填すると、筐体２の開口部の摩耗や破損を低減する作用が得られる。

次に、本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図を参照しながら説明する。

図１２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を前面側から視た斜視図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００は、複数の電力変換ユニット１と、電力変換ユニット１を収容して支持するフレーム１０１，１０２，１０３，１０４，１０５と、を備えている。電力変換装置１００は、フレーム１０１，１０２，１０３，１０４，１０５内に支持された複数の電力変換ユニット１が、互いに直列または並列に電気的に接続された構成とされている。

フレーム１０１，１０２，１０３，１０４，１０５は、左右一対の側板１０１と、天板１０２と、底板１０３と、複数の縦仕切部材１０４と、複数の横仕切部材１０５とが、組み合わされて構成されている。これらの部材は、スクリュ、ボルトとナット等の接合部品で互いに接合される。これらの部材は、金属、樹脂等の適宜の材料で形成することができる。

左右一対の側板１０１、天板１０２および底板１０３は、前面および後面が開口した直方体状の箱体を形成している。縦仕切部材１０４は、箱体の内側に縦向きに支持されており、箱体の内側を水平方向に配列した複数の空間に区画している。横仕切部材１０５は、箱体の内側に横向きに支持されており、箱体の内側を鉛直方向に配列した複数の棚部に区画している。

電力変換ユニット１は、格子状に区画された各棚部に載置ないし固定される。図１２において、電力変換ユニット１は、７段の３列に積層されているが、フレームによる段数や列数、ユニットの収容数は、特に限定されるものではない。側板１０１、天板１０２、底板１０３、縦仕切部材１０４および横仕切部材１０５は、それぞれ、一つの部材で構成されてもよいし、複数の部材で構成されてもよい。

電力変換ユニット１同士は、端子３１，３２，４１，４２に接続される配線を介して、互いに直列または並列に接続し、ユニット全体を、電源、モータ、蓄電池等の主機等と電気的に接続することができる。例えば、負極側の端子は、接地することができる。また、電力変換ユニット１は、冷却管５１，５２に接続される配管、チューブ、マニホールド等を介して、冷却ユニットと接続することができる。

このような電力変換装置１００によると、複数のユニットを備えるため、大電力の変換や電力変換機能の冗長化が実現された装置が提供される。また、複数のユニットをフレーム構造によって小さい専有面積内に収容できるため、省スペース化を図れる。また、各ユニットから引き出された冷却管５１，５２を配列させることができるため、各ユニットを強制的に冷却する効率や容易性を向上させることができる。

なお、図１２において、左右一対の側板１０１、天板１０２および底板１０３は、前面および後面が開口した直方体状の箱体を形成しているが、各ユニット同士の配線や、冷却ユニットへの接続が可能である限り、前面ないし後面が開口していない箱体や、前面ないし後面が開閉自在な扉やシート等を備える箱体としてもよい。このような箱体によると、塵埃や湿分等の侵入をより抑制することができる。

また、図１２において、電力変換ユニットとしては、冷却管５１，５２を備える電力変換ユニット１が収容されているが、ヒートパイプの冷却管５１Ａを備える電力変換ユニット１Ａが収容されてもよい。電力変換ユニット１Ａが収容される場合、例えば、電力変換装置１００の前面側に、複数の電力変換ユニット１Ａに対応するように、ヒートシンクを配置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。

例えば、冷却管５１，５２を備える電力変換ユニット１の筐体２の貫通孔を相似形状に設けたり、ヒートパイプの冷却管５１Ａを備える電力変換ユニット１Ａの筐体２Ａの貫通孔を円形状ないし楕円形状に設けたりしてもよい。前記の筐体２，２Ａは、樹脂で多孔質とされているが、電気絶縁性等の性能が損なわれない限り、筐体の外側等に金属製や樹脂製等で形成された骨格状の補強材等が設けられてもよい。

また、前記の電力変換ユニット１，１Ａは、冷却管用の貫通孔および端子用の貫通孔を前面や後面に備えているが、冷却管用の貫通孔や端子用の貫通孔、冷却管や端子の配置、個数、形状等は、特に限定されるものではない。冷却管や端子は、筐体の後面、前面、下面、上面および側面のうちの一以上に分けて設けたり、まとめて設けたりしてもよい。冷却管用の貫通孔や端子用の貫通孔以外に、他の機能の貫通孔が設けられてもよい。

また、前記の電力変換ユニット１，１Ａは、ＡＣ／ＤＣ変換を行う構成とされているが、筐体が多孔質とされる電力変換ユニットは、ＤＣ／ＡＣ変換、電圧、電流、周波数等の他の変換を行う装置とされてもよい。

また、冷却路形成部材５３と冷却管５１，５２，５３とは、一体的に設けられてもよいし、別体として設けられて互いに接合されてもよい。冷却路形成部材５３は、機能上の一つの単位で構成されてもよいし、機能上の複数の単位で構成されてもよい。これらの接合部には、Ｏリング等のパッキンを取り付けて、冷却媒体の漏洩を防止することができる。

１ 電力変換ユニット
２ 筐体
３ 入力側電力変換部
４ 出力側電力変換部
５ 冷却部
１０ 回路基板
１１ スイッチング素子
１２ コンデンサ
１３ トランス
１４ 内部端子
１８ 充填材
２０ａ 本体部材
２０ｂ 蓋部材
２１ 貫通孔
２２ 貫通孔
２３ 貫通孔
３１ 入力端子（端子）
３２ 入力端子（端子）
４１ 出力端子（端子）
４２ 出力端子（端子）
５１ 冷却管
５２ 冷却管
５３ 冷却路形成部材
５４ 冷却路
１０１ 側板（フレーム）
１０２ 天板（フレーム）
１０３ 底板（フレーム）
１０４ 縦仕切部材（フレーム）
１０５ 横仕切部材（フレーム）

Claims (8)

1. 冷却媒体が流される冷却部と、前記冷却部の一方に配置された入力側電力変換部と、前記入力側電力変換部に対して前記冷却部を挟んで対向して配置された出力側電力変換部と、前記冷却部、前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部を覆う筐体と、を備え、前記入力側電力変換部および前記出力側電力変換部は、スイッチング素子と、回路基板と、を有し、前記筐体は、前記冷却部から外部に冷却管を引き出すための冷却管用の貫通孔と、前記回路基板から外部に端子を引き出すための端子用の貫通孔と、を有し、前記筐体が多孔質であり、前記冷却管と前記冷却管用の貫通孔との間、および、前記端子と前記端子用の貫通孔との間に、前記筐体の材料よりも貯蔵弾性率が低い充填材が充填されている電力変換ユニット。
2. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記充填材は、室温における貯蔵弾性率が１０^７Ｐａ以下である電力変換ユニット。
3. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記充填材は、室温における貯蔵弾性率が１０^３Ｐａ以上である電力変換ユニット。
4. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記充填材は、ガラス転移を示す材料で形成されており、前記材料のガラス転移温度が０℃以下である電力変換ユニット。
5. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記端子用の貫通孔または前記冷却管用の貫通孔は、断面視における形状が円形状または楕円形状である電力変換ユニット。
6. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記端子用の貫通孔または前記冷却管用の貫通孔は、断面視における形状が前記端子ないし前記冷却管の断面視における形状に対して相似形状である電力変換ユニット。
7. 請求項１に記載の電力変換ユニットにおいて、
   前記筐体は、樹脂を発泡させた発泡体、または、樹脂マトリクス中に気孔を分散させた成形体である電力変換ユニット。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の複数の電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットを収容して支持するフレームと、を備え、前記フレーム内に支持された複数の前記電力変換ユニットが、互いに直列または並列に電気的に接続されている電力変換装置。

Images