JP7456532B2 - リアクトル装置 - Google Patents

Description

この発明は、リアクトル装置に関する。

従来、冷却流路を備える電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、インバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却する冷媒が流れる冷却流路と、を備える電力変換装置が開示されている。この電力変換装置では、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが冷却流路を挟んで配置され、間に配置された冷却流路に流れる冷媒によりインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが冷却されている。

特開２００９－０２７９０１号公報

上記特許文献１では、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータ（直流直流コンバータ部）が冷却流路を挟んで配置され、間に配置された冷却流路に流れる冷媒によりインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが冷却されている。このため、冷却流路中を流れる冷媒のうちインバータ側を流れる一部の冷媒によりインバータが冷却され、ＤＣ／ＤＣコンバータ側を流れる一部の冷媒によりＤＣ／ＤＣコンバータが冷却される。そのため、効率よく冷却を行うことが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、効率よく冷却することが可能なリアクトル装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるリアクトル装置は、スイッチング素子を含む昇圧コンバータモジュールに電気的に接続されるリアクトルと、リアクトルが取り付けられる平板状部材と、凹部を有する本体部と、平板状部材が取り付けられ、凹部に対応する位置に貫通孔を有する蓋部と、を含む基台部と、を備え、平板状部材は、貫通孔を覆うように蓋部に取り付けることにより、リアクトルを冷却する冷却流路を形成する。

上記一の局面によるリアクトル装置において、好ましくは、冷却流路は、基台部の表側に配置された表側流路と、表側流路に接続されて裏側に配置された裏側流路とを有する。

この場合、好ましくは、冷却流路は、基台部内において表側流路および裏側流路を接続する接続流路をさらに有する。このように構成すれば、基台部内において表側流路および裏側流路に冷却用液体が順次流れるように冷却流路を形成することができるので、基台部の外部において表側流路および裏側流路を接続する場合と異なり、基台部の構成を簡素化することができる。

上記冷却流路が表側流路と裏側流路とを有する構成のリアクトル装置において、好ましくは、冷却流路は、表側流路および裏側流路が交互に接続されて、冷却用液体が基台部の表側の面および裏側の面を交互に通過するように形成されている。このように構成すれば、表側流路および裏側流路に冷却用液体を交互に順次流すことができる。

上記冷却流路が接続流路を有する構成のリアクトル装置において、好ましくは、接続流路は、角部が面取りされている。このように構成すれば、接続流路の角部が面取りされていない場合に比べて、接続流路の角部において圧力損失が大きくなるのを抑制することができる。

上記冷却流路が接続流路を有する構成のリアクトル装置において、好ましくは、接続流路は、表側流路および裏側流路の少なくとも一方に流れ込む冷却用液体の流れを調整する仕切り板を含む。

上記冷却流路が接続流路を有する構成のリアクトル装置において、好ましくは、冷却流路は、接続流路に傾斜させた溝部を含む。

上記一の局面によるリアクトル装置において、好ましくは、平板状部材には、冷却流路内に突出する突出部が設けられている。このように構成すれば、突出部により平板状部材が冷却用液体に接触する面積を大きくすることができるので、熱を平板状部材を介して冷却用液体により効率よく伝達することができる。

上記平板状部材に突出部が設けられている構成のリアクトル装置において、好ましくは、平板状部材の突出部は、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状に形成されている。このように構成すれば、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状の突出部から冷却用液体に効果的に放熱することができるとともに、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状の突出部により、冷却流路内の冷却用液体を整流または冷却流路の幅方向に拡散させることができる。

この場合、好ましくは、平板状部材のフィン形状に形成された突出部は、冷却流路に沿って延びるように形成されている。このように構成すれば、フィン形状の突出部により冷却用液体を冷却流路に沿って導く整流作用を得ることができるとともに、冷却流路と交差する方向にフィン形状を設ける場合と比べて圧力損失が大きくなるのを抑制することができる。

上記平板状部材に突出部が設けられている構成のリアクトル装置において、好ましくは、平板状部材の突出部は、複数形成され、複数の突出部は、冷却流路の深さ方向に対して８０～１００％の突出高さになるように形成される。

上記平板状部材に突出部が設けられている構成のリアクトル装置において、好ましくは、平板状部材の突出部は、冷却流路の壁面との間隙が０．５～２．０ｍｍとなるように形成される。

上記一の局面によるリアクトル装置において、好ましくは、基台部は、直流電源から入力される直流電力を変換して負荷に供給するインバータ部が取り付けられ、インバータ部は、直流電力を交流電力に変換する第１スイッチング素子モジュールおよび第２スイッチング素子モジュールを含み、冷却流路は、第１スイッチング素子モジュール、第２スイッチング素子モジュール、および、リアクトルのうち、熱耐性に基づく優先順位が高い部品から先に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。このように構成すれば、熱耐性が小さく確実に冷却させたい部品から先に冷却することができるので、熱耐性が小さい部品の温度が高くなるのを確実に抑制することができる。

この場合、好ましくは、第１スイッチング素子モジュールと、第２スイッチング素子モジュールとは、基台部の表側および裏側のうち一方側に配置され、表側流路および裏側流路のうち一方を流れる冷却用液体により冷却され、リアクトルは、基台部の表側および裏側のうち他方側に配置され、表側流路および裏側流路のうち他方を流れる冷却用液体により冷却される。このように構成すれば、インバータ部の第１スイッチング素子モジュールおよび第２スイッチング素子モジュールを、基台部の一方側の面に配置し、リアクトルを、基台部の他方側の面に配置して、それぞれの部品の効果的に冷却することができる。

本発明によれば、上記のように、効率よく冷却することができる。

一実施形態による電力変換装置の回路図である。 一実施形態による電力変換装置の斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の側面図である。 一実施形態による電力変換装置の上方側から見た分解斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の下側から見た分解斜視図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の上面図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の下面図である。 一実施形態による電力変換装置の基台部の側面断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図８を参照して、本発明の一実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。電力変換装置１００は、たとえば、車両に搭載される。

まず、図１を参照して、電力変換装置１００の回路構成を説明する。電力変換装置１００は、インバータ部１０を備えている。インバータ部１０は、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷２１０に供給する。負荷２１０は、たとえば、モータである。電力変換装置１００と直流電源２００との間には、スイッチ２０１が設けられている。

インバータ部１０は、スイッチング素子モジュール１１を含む。スイッチング素子モジュール１１は、直流電力を交流電力に変換する。また、スイッチング素子モジュール１１は、上アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２およびＱ３と、下アームを構成する半導体スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５およびＱ６とを含む。

インバータ部１０は、第１インバータ部１０ａと第２インバータ部１０ｂとを含む。スイッチング素子モジュール１１は、第１インバータ部１０ａに含まれる第１スイッチング素子モジュール１１ａと、第２インバータ部１０ｂに含まれる第２スイッチング素子モジュール１１ｂと、を含む。また、負荷２１０は、第１負荷２１０ａと第２負荷２１０ｂとを含む。第１インバータ部１０ａは、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して第１負荷２１０ａに供給する。第２インバータ部１０ｂは、直流電源２００から入力される直流電力を交流電力に変換して第２負荷２１０ｂに供給する。

電力変換装置１００は、昇圧コンバータ部２０を備えている。昇圧コンバータ部２０は、インバータ部１０の入力側に配置されている。昇圧コンバータ部２０は、直流電源２００から入力される直流電力を昇圧してインバータ部１０に供給する。昇圧コンバータ部２０は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２と含む。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２を含む。昇圧用スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２は、各々、上アームおよび下アームを構成する。また、昇圧コンバータ部２０は、コンデンサＣ１を含む。リアクトル２２は、直流電源２００の正側と、昇圧用スイッチング素子Ｑ１１と昇圧用スイッチング素子Ｑ１２との接続点と、の間に設けられている。コンデンサＣ１は、昇圧用スイッチング素子Ｑ１２に並列に設けられている。なお、リアクトル２２は、特許請求の範囲の「昇圧リアクトル」の一例である。

電力変換装置１００は、コンデンサＣ２と抵抗Ｒとを備える。コンデンサＣ２と抵抗Ｒとは、昇圧コンバータ部２０とインバータ部１０との間に設けられている。コンデンサＣ２と抵抗Ｒとは、互いに並列に設けられている。

電力変換装置１００は、ＤＣＤＣコンバータ部３０を備えている。なお、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する。具体的には、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流電源２００からコネクタ１を介して入力される直流電力の電圧を降圧する。また、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、降圧した電圧を出力端子２に供給する。なお、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、特許請求の範囲の「直流直流コンバータ部」の一例である。

次に、電力変換装置１００の構造について説明する。

本実施形態では、図２および図４に示すように、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、直流直流コンバータ素子３１と、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２とを備えている。直流直流コンバータ基板３２は、平板形状を有する。直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む。コンバータ用スイッチング素子３１ａは、直流直流コンバータ基板３２の裏面側（Ｚ２側）に設けられている。トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄは、直流直流コンバータ基板３２を貫通するように設けられている。

図５に示すように、スイッチング素子モジュール１１は、内部に半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（図１参照）が収納されている。半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、樹脂などの筐体に覆われている。図４に示すように、スイッチング素子モジュール１１の後述する基台部５０側（Ｚ１側）には、蓋部１２が配置されている。蓋部１２は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部１２は、平板状の本体部１２ａと、基台部５０に向かって突出する複数の柱部１２ｂとを含む。柱部１２ｂは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。柱部１２ｂは、たとえば、角柱形状を有する。スイッチング素子モジュール１１は、スイッチング素子モジュール１１の表面に垂直な方向から見て、長方形形状を有する。なお、柱部１２ｂは、特許請求の範囲の「突出部」の一例である。

図２～図５に示すように、電力変換装置１００は、基台部５０を備えている。基台部５０は、平板状である。基台部５０は、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０が配置される。また、基台部５０は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。基台部５０は、基台部５０の表面５０ａ（表側の面（Ｚ１側の面））および裏面５０ｂ（裏側の面（Ｚ２側の面））に垂直な方向から見て、長方形形状を有する。

ここで、本実施形態では、図８に示すように、基台部５０は、冷却用液体が流れ、表側に配置された表側流路５１ａと、表側流路５１ａに接続されて裏側に配置された裏側流路５１ｂとを有する冷却流路５１を含んでいる。

また、冷却流路５１は、基台部５０内において表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂを接続する接続流路５１ｃを有している。

インバータ部１０のスイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。また、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。

具体的には、スイッチング素子モジュール１１は、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。また、直流直流コンバータ素子３１が実装される直流直流コンバータ基板３２は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、基台部５０に取り付けられている。

第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、平板状の基台部５０の裏面５０ｂに沿うように基台部５０に取り付けられている。具体的には、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂの長辺方向（Ｘ方向）に沿って、互いに隣り合うように配置されている。

昇圧コンバータ部２０は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。具体的には、昇圧コンバータ部２０は、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている。また、昇圧コンバータ部２０は、平板状の基台部５０の長手方向（Ｘ方向）に沿って、ＤＣＤＣコンバータ部３０に隣り合うように配置されている。

昇圧コンバータ部２０は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２とを含む。そして、昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２は、平板状の基台部５０の表面５０ａまたは裏面５０ｂに沿うように、基台部５０に取り付けられている。具体的には、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２、および、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、平板状の基台部５０の表面５０ａに沿うように、かつ、互いに隣り合うように、基台部５０に取り付けられている。なお、直流直流コンバータ基板３２、リアクトル２２、および、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、この順で、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている。

図５に示すように、昇圧用スイッチング素子モジュール２１の基台部５０側（Ｚ２側）には、蓋部２１ａが配置されている。蓋部２１ａは、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部２１ａは、平板状の本体部２１ｂと、基台部５０に向かって突出する複数の柱部２１ｃとを含む。柱部２１ｃは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。柱部２１ｃは、たとえば、円柱形状を有する。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１の表面に垂直な方向から見て、正方形形状を有する。なお、柱部２１ｃは、特許請求の範囲の「突出部」の一例である。

リアクトル２２の基台部５０側（Ｚ２側）には、蓋部２２ａが配置されている。蓋部２２ａは、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部２２ａは、本体部２２ｂと、基台部５０に向かって突出する複数のフィン２２ｃとを含む。フィン２２ｃは、冷却流路５１内に突出するように形成されている。フィン２２ｃは、冷却流路５１に沿って延びるように形成されている。なお、フィン２２ｃは、特許請求の範囲の「突出部」の一例である。

図４および図５に示すように、基台部５０は、冷却流路５１が形成される金属からなる冷却部本体部５２と、冷却部本体部５２とともに冷却流路５１を形成する金属からなる蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３とを含む。また、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側および裏側に配置される蓋部１２、５３に取り付けられている。具体的には、直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３に取り付けられている。具体的には、冷却流路５１は、基台部５０の表面５０ａと裏面５０ｂとの両方に設けられている（図６および図７参照）。蓋部５３は、基台部５０の表面５０ａに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部５３は、長方形形状でかつ平板形状を有している。直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３の表面５３ｂに沿うように配置されている。直流直流コンバータ基板３２は、蓋部５３に設けられる柱部５３ｃに、たとえば、ネジにより取り付けられている。蓋部５３は、冷却部本体部５２に、たとえば、ネジにより取り付けられている。これにより、ネジを外すだけで、容易に、直流直流コンバータ基板３２および直流直流コンバータ素子３１を取り換えることができる。

蓋部５３は、たとえば、アルミニウムなどの熱伝導性の比較的高い金属により形成されている。蓋部５３には、冷却流路５１内に突出するフィン５３ｄが設けられている。フィン５３ｄは、冷却流路５１に沿って延びるように形成されている。なお、フィン５３ｄは、特許請求の範囲の「突出部」の一例である。

また、蓋部１２は、基台部５０の裏面５０ｂに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部１２は、２つ設けられている。蓋部１２は、長方形形状でかつ平板形状を有している。第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、各々、蓋部１２に取り付けられている。

また、蓋部２１ａは、基台部５０の表面５０ａに設けられている冷却流路５１を覆う。蓋部２１ａは、長方形形状でかつ平板形状を有している。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、蓋部２１ａに取り付けられている。

図４に示すように、直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａを含む。そして、コンバータ用スイッチング素子３１ａは、直流直流コンバータ基板３２の蓋部５３側の面（Ｚ２側の面）において、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に接触するように取り付けられている。すなわち、蓋部５３、熱伝導部材３３およびコンバータ用スイッチング素子３１ａが、この順で積層される。コンバータ用スイッチング素子３１ａから発生する熱は、熱伝導部材３３を介して蓋部５３に放熱される。熱伝導部材３３は、たとえば、セラミックのシートからなる。

また、蓋部５３には、孔部５３ａが設けられている。リアクトル２２は、蓋部５３の孔部５３ａを覆うように配置されている。すなわち、リアクトル２２は、冷却流路５１を覆うように配置される。リアクトル２２から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。リアクトル２２は、たとえば、ネジにより蓋部５３に取り付けられている。

冷却部本体部５２には、孔部５２ａが設けられている。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却部本体部５２の孔部５２ａを覆うように配置されている。すなわち、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却流路５１を覆うように配置される。昇圧用スイッチング素子モジュール２１から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、たとえば、ネジにより冷却部本体部５２に取り付けられている。

図５に示すように、冷却部本体部５２には、一対の孔部５２ｂが設けられている。第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、各々、孔部５２ｂを覆うように配置される。すなわち、第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、冷却流路５１を覆うように配置される。スイッチング素子モジュール１１から発生した熱は、冷却流路５１を流れる冷却用液体に放熱される。

本実施形態では、図３に示すように、冷却流路５１は、表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂが交互に接続されて、冷却用液体が基台部５０の表側の面および裏側の面を交互に通過するように形成されている。具体的には、冷却流路５１は、表側（表面５０ａ側）に配置され、表側流路５１ａとしての冷却流路５１１、５１５および５１９と、裏側（裏面５０ｂ側）に配置され、裏側流路５１ｂとしての冷却流路５１３および５１７と、接続流路５１ｃとしての冷却流路５１２、５１４、５１６および５１８と、を含んでいる。冷却流路５１は、基台部５０の長手方向（Ｘ方向）における一方端側から冷却用流体が流入され、他方端側に冷却用流体が流出されるように形成されている。

冷却流路５１は、冷却流路５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８および５１９が、この順で上流から下流に向けて接続されている。つまり、図３、図６および図７に示すように、冷却流路５１は、表側流路５１ａの冷却流路５１１から冷却用液体が流入し、接続流路５１ｃの冷却流路５１２、裏側流路５１ｂの冷却流路５１３、接続流路５１ｃの冷却流路５１４、表側流路５１ａの冷却流路５１５、接続流路５１ｃの冷却流路５１６、裏側流路５１ｂの冷却流路５１７、接続流路５１ｃの冷却流路５１８、および、表側流路５１ａの冷却流路５１９を通り、冷却用液体が流出する。

また、冷却流路５１から流出した冷却用液体は、放熱部６０により放熱されて冷却される。また、放熱部６０により冷却された冷却用液体は、ポンプ６１により送液されて再び冷却流路５１に流入する。放熱部６０は、熱交換器を含み、外部の空気により冷却される。放熱部６０は、たとえば、ラジエータである。なお、ポンプ６１を冷却流路５１の出口と放熱部６０の間に配置して、放熱部６０により放熱される前の冷却用液体をポンプ６１により送液してもよい。また、冷却用液体は、たとえば、水、不凍液などの液体である。

また、本実施形態では、図３に示すように、インバータ部１０は、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却される。具体的には、第１スイッチング素子モジュール１１ａと、第２スイッチング素子モジュール１１ｂとは、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却される。

また、本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。具体的には、コンバータ用スイッチング素子３１ａと、トランス３１ｂと、共振リアクトル３１ｃと、平滑リアクトル３１ｄと、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２とは、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。

また、本実施形態では、図８に示すように、接続流路５１ｃは、角部が面取りされている。具体的には、接続流路５１ｃの表側流路５１ａに接続する部分および裏側流路５１ｂに接続する部分には、面取り部５１０が設けられている。

また、本実施形態では、冷却流路５１は、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、平滑リアクトル３１ｄ、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、および、リアクトル２２のうち、熱耐性に基づく優先順位が高い部品から先に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。具体的には、冷却流路５１は、熱耐性が比較的小さい昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２を、上流側で冷却するように流路が形成されている。

また、冷却流路５１は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、リアクトル２２、共振リアクトル３１ｃ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、および、平滑リアクトル３１ｄの順に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。

図３、図６および図７に示すように、昇圧用スイッチング素子モジュール２１は、冷却流路５１１を流れる冷却用液体により冷却される。また、第２スイッチング素子モジュール１１ｂは、冷却流路５１３を流れる冷却用液体により冷却される。また、共振リアクトル３１ｃ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂは、冷却流路５１５を流れる冷却用液体により冷却される。また、第１スイッチング素子モジュール１１ａは、冷却流路５１７を流れる冷却用液体により冷却される。また、平滑リアクトル３１ｄは、冷却流路５１９を流れる冷却用液体により冷却される。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、平板状の基台部５０の表側および裏側にインバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を配置し、基台部５０に、表側に配置された表側流路５１ａと、表側流路５１ａに接続されて裏側に配置された裏側流路５１ｂとを有する冷却流路５１を設ける。これにより、表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂに順次冷却用液体を流すことができるので、基台部５０の表側および裏側に配置されたインバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を順次冷却することができる。これにより、同じ位置を流れる冷却用液体間に温度差が生じるのを抑制することができるので、温度差に起因する冷却用液体の意図しない対流が発生するのを抑制することができる。その結果、冷却流路５１を流れる冷却用液体により、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を効率よく冷却することができる。また、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を別個の基台部に配置して、各々の基台部に設けられた冷却流路により冷却するように構成する場合と比べて、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を備える電力変換装置１００の構成をコンパクト化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、冷却流路５１は、基台部５０内において表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂを接続する接続流路５１ｃを有する。これにより、基台部５０内において表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂに冷却用液体が順次流れるように冷却流路５１を形成することができるので、基台部５０の外部において表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂを接続する場合と異なり、基台部５０の構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、冷却流路５１は、表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂが交互に接続されて、冷却用液体が基台部５０の表側の面および裏側の面を交互に通過するように形成されている。これにより、表側流路５１ａおよび裏側流路５１ｂに冷却用液体を交互に順次流すことができるので、基台部５０の表側および裏側に配置されたインバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０を交互に順次冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、インバータ部１０は、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却され、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。これにより、インバータ部１０に含まれる部品および素子を基台部５０の裏側の面に配置し、ＤＣＤＣコンバータ部３０に含まれる部品および素子を基台部５０の表側の面に配置することができるので、基台部５０の表側および裏側を接続する配線が多くなるのを抑制することができる。これにより、電力変換装置１００の配線構造が煩雑になるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、基台部５０は、冷却流路５１が形成される金属からなる冷却部本体部５２と、冷却部本体部５２とともに冷却流路５１を形成する金属からなる蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３とを含む。また、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０は、基台部５０の表側および裏側に配置される蓋部１２、５３に取り付けられている。これにより、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０が取り付けられた蓋部１２、５３を冷却流路５１を流れる冷却用液体に直接接触させることができるので、蓋部１２、５３を介してインバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０から熱を効率よく取り除くことができる。

また、本実施形態では、上記のように、蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３には、冷却流路５１内に突出する突出部（柱部１２ｂ、２１ｃ、フィン２２ｃ、５３ｄ）が設けられている。これにより、突出部（柱部１２ｂ、２１ｃ、フィン２２ｃ、５３ｄ）により蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３が冷却用液体に接触する面積を大きくすることができるので、インバータ部１０およびＤＣＤＣコンバータ部３０からの熱を蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３を介して冷却用液体により効率よく伝達することができる。

また、本実施形態では、上記のように、蓋部１２、２１ａ、２２ａ、５３の突出部（柱部１２ｂ、２１ｃ、フィン２２ｃ、５３ｄ）は、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状に形成されている。これにより、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状の突出部（柱部１２ｂ、２１ｃ、フィン２２ｃ、５３ｄ）から冷却用液体に効果的に放熱することができるとともに、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状の突出部（柱部１２ｂ、２１ｃ、フィン２２ｃ、５３ｄ）により、冷却流路５１内の冷却用液体を整流または冷却流路５１の幅方向に拡散させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、蓋部２２ａ、５３のフィン２２ｃ、５３ｄは、冷却流路５１に沿って延びるように形成されている。これにより、フィン２２ｃ、５３ｄにより冷却用液体を冷却流路５１に沿って導く整流作用を得ることができるとともに、冷却流路５１と交差する方向にフィン形状を設ける場合と比べて圧力損失が大きくなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、接続流路５１ｃは、角部が面取りされている。これにより、接続流路５１ｃの角部が面取りされていない場合に比べて、接続流路５１ｃの角部において圧力損失が大きくなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、インバータ部１０の入力側に配置され、直流電源から入力される直流電力を昇圧してインバータ部１０に供給する昇圧コンバータ部２０を備える。また、インバータ部１０は、直流電力を交流電力に変換する第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂを含む。また、ＤＣＤＣコンバータ部３０は、コンバータ用スイッチング素子３１ａと、トランス３１ｂと、共振リアクトル３１ｃと、平滑リアクトル３１ｄと、を含む。また、昇圧コンバータ部２０は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２と、を含む。そして、冷却流路５１は、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、平滑リアクトル３１ｄ、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、および、リアクトル２２のうち、熱耐性に基づく優先順位が高い部品から先に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている。これにより、熱耐性が小さく確実に冷却させたい部品から先に冷却することができるので、熱耐性が小さい部品の温度が高くなるのを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１スイッチング素子モジュール１１ａと、第２スイッチング素子モジュール１１ｂとは、基台部５０の裏側に配置され、裏側流路５１ｂを流れる冷却用液体により冷却され、コンバータ用スイッチング素子３１ａと、トランス３１ｂと、共振リアクトル３１ｃと、平滑リアクトル３１ｄと、昇圧用スイッチング素子モジュール２１と、リアクトル２２とは、基台部５０の表側に配置され、表側流路５１ａを流れる冷却用液体により冷却される。これにより、インバータ部１０の第１スイッチング素子モジュール１１ａおよび第２スイッチング素子モジュール１１ｂを、基台部５０の裏側の面に配置し、ＤＣＤＣコンバータ部３０のコンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃ、平滑リアクトル３１ｄ、昇圧コンバータ部２０の昇圧用スイッチング素子モジュール２１およびリアクトル２２を、基台部５０の表側の面に配置して、それぞれの部品の効果的に冷却することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

上記実施形態では、スイッチング素子モジュール１１が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられ、直流直流コンバータ基板３２が基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スイッチング素子モジュール１１が基台部５０の表面５０ａに取り付けられ、直流直流コンバータ基板３２が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。また、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ基板３２との両方が基台部５０の表面５０ａに取り付けられていてもよい。また、スイッチング素子モジュール１１と直流直流コンバータ基板３２との両方が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。

上記実施形態では、第１スイッチング素子モジュール１１ａと第２スイッチング素子モジュール１１ｂとが、共に、基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１スイッチング素子モジュール１１ａと第２スイッチング素子モジュール１１ｂとが、基台部５０の異なる面に取り付けられていてもよい。

上記実施形態では、昇圧コンバータ部２０が基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、昇圧コンバータ部２０が基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。

上記実施形態では、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、共に、基台部５０の表面５０ａに取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、共に、基台部５０の裏面５０ｂに取り付けられていてもよい。また、昇圧用スイッチング素子モジュール２１とリアクトル２２とが、基台部５０の異なる面に取り付けられていてもよい。

上記実施形態では、基台部５０が、冷却部本体部５２と蓋部５３とに分離される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基台部５０が、冷却部本体部５２と蓋部５３とが分離されずに一体的に構成されていてもよい。

上記実施形態では、直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１は、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、共振リアクトル３１ｃおよび平滑リアクトル３１ｄを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、直流直流コンバータ基板３２に実装される直流直流コンバータ素子３１が、これらの素子以外の素子を含んでいてもよい。

上記実施形態では、冷却流路５１は、昇圧用スイッチング素子モジュール２１、第２スイッチング素子モジュール１１ｂ、リアクトル２２、共振リアクトル３１ｃ、コンバータ用スイッチング素子３１ａ、トランス３１ｂ、第１スイッチング素子モジュール１１ａ、および、平滑リアクトル３１ｄの順に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却流路５１は、複数の部品を上記以外の順に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されていてもよい。

上記実施形態では、詳細に言い換えると、蓋部１２、２１ａ、５３の突出部は、複数形成され、複数の突出部は、基台部５０（冷却体）に形成される流路５１の深さ方向に対して８０～１００％の突出高さになるように形成される電力変換装置である。好ましくは、複数の前記突出部は、前記冷却流路の深さ方向に対して８０～９３％の突出高さになるように形成される。具体的には、突出部と流路の間隙が、０．０ｍｍ～１．５ｍｍで形成されている。流路深さとは、蓋部流路側面から流路底面へ垂直方向に測定した長さである。このような構成とすることで、放熱性の向上が期待できる。

上記実施形態では、詳細に言い換えると、蓋部１２、２１ａ、５３の突出部は、流路壁面との間隙が０．５ｍｍ～２．０ｍｍとなるように形成される電力変換装置である。このような構成とすることで、放熱性の向上が期待できる。

上記実施形態では、言い換えると、基台部５０（冷却体）は、一筆書き状の流路が形成されてもよい。そして、流路の少なくとも一部は、冷却体の表側を冷却する表側流路および裏側を冷却する裏側流路を形成してもよい。このような構成とすることで、表裏で並列して分流する流路と比較して、均一に分流させるための設計、例えば分流板等を設ける必要がなくなる。このため、電力変換装置の低コスト化が期待できる。

また、望ましくは基台部５０に形成される流路において、直流直流コンバータ部を冷却する冷却用液体の圧力損失が、基台部５０に形成される流路全体の圧力損失の１５％となるように構成されている。このような構成とすることで、直流直流コンバータ部に優先する部品の放熱性向上が期待できる。

上記実施形態を更に言い換えると、直流電源から入力される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部と、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する直流直流コンバータ部と、インバータ部の入力側に配置され、直流電源から入力される直流電力を昇圧してインバータ部に供給する昇圧コンバータ部と、を更に備え、冷却体は、インバータ部が配置されるインバータ冷却面と、直流直流コンバータ部が冷却されるコンバータ冷却面と、昇圧コンバータ部が配置される昇圧コンバータ冷却面と、を含む電力変換装置である。このような構成とすることで、電力変換装置の小型化が期待できる。

上記実施形態を更に言い換えると、冷却体は、インバータ冷却面および前記昇圧コンバータ冷却面並びに前記コンバータ冷却面を冷却する冷却用液体の圧力損失が、冷却体全体の圧力損失のそれぞれ８５％および１５％となるように構成されている電力変換装置である。このような構成とすることで、直流直流コンバータ部に優先してインバータ部および昇圧コンバータ部の放熱性向上が期待できる。

上記実施形態を更に言い換えると、接続流路は、表側流路および裏側流路の少なくとも一方に流れ込む冷却用液体の流れを調整する仕切り板を含む電力変換装置である。具体的には、接続流路にリブを設けて流れ込む表側流路又は裏側流路に冷却用液体をくまなく供給できるように構成される。図６に示すように、流路５１４には、左から３～４：１の開口比率となるようにリブが設けられている。流路５１８には、左から２．４～２．７：１．５～１．８：１の開口比率となるようにリブが設けられている。

上記実施形態を言い換えると、冷却流路は、接続流路に傾斜させた溝部を含む電力変換装置である。具体的には図７の流路５１４に対して傾斜する溝部（図示せず）を流路５１３の底部に設ける。溝部は、望ましくは流路壁面に近くに設けられる。

上記実施形態を言い換えると、蓋部は、昇圧リアクトルが配置される昇圧リアクトル用蓋部と、直流直流コンバータ部が配置される直流直流コンバータ部用蓋部と、を含み、昇圧リアクトル用蓋部と直流直流コンバータ部用蓋部は、一体的に構成されている電力変換装置である。図５に示すように、リアクトル２２とＤＣＤＣコンバータ部が配置されるように蓋部５３は構成されている。

上記実施形態を言い換えると、蓋部は、昇圧リアクトルが配置される昇圧リアクトル用蓋部と、直流直流コンバータ部が配置される直流直流コンバータ部用蓋部と、を含み、昇圧リアクトル用蓋部と直流直流コンバータ部用蓋部は、表側流路および裏側流路の少なくとも一方に設けられ、表側流路と表側流路、または、裏側流路から裏側流路を接続するトンネル状流路形成部材に固定される電力変換装置である。より具体的には、昇圧リアクトル用蓋部と直流直流コンバータ部用蓋部が分離して構成されている場合、それぞれの蓋部周囲は冷却体本体部に固定され、シールされる必要がある。図４に示すように、蓋部５３が、昇圧リアクトル用蓋部と直流直流コンバータ部用蓋部とに分離されている場合、冷却流路５１５が昇圧リアクトル用蓋部と直流直流コンバータ部用蓋部に跨るため、シールすることができない。そのため、冷却流路５１５にトンネル状流路形成部材が設けられる。

上記実施形態では、直流直流コンバータ部を備えている電力変換装置を説明したが、直流直流コンバータ部が基台部５０に搭載しない状態においても同様の効果を得ることが可能である。

１０ インバータ部
１１ａ 第１スイッチング素子モジュール
１１ｂ 第２スイッチング素子モジュール
１２ 蓋部
１２ｂ 柱部（突出部）
２０ 昇圧コンバータ部
２１ 昇圧用スイッチング素子モジュール
２１ａ 蓋部
２１ｃ 柱部（突出部）
２２ リアクトル（昇圧リアクトル）
２２ａ フィン（突出部）
３０ ＤＣＤＣコンバータ部（直流直流コンバータ部）
３１ａ コンバータ用スイッチング素子
３１ｂ トランス
３１ｃ 共振リアクトル
３１ｄ 平滑リアクトル
５０ 基台部
５１ 冷却流路
５１ａ 表側流路
５１ｂ 裏側流路
５１ｃ 接続流路
５２ 冷却部本体部
５３ 蓋部
５３ｄ フィン（突出部）
１００ 電力変換装置
２００ 直流電源
２１０ 負荷
５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８、５１９ 冷却流路

Claims (14)

1. スイッチング素子を含む昇圧コンバータモジュールに電気的に接続されるリアクトルと、
   前記リアクトルが取り付けられる平板状部材と、
   凹部を有する本体部と、前記平板状部材が取り付けられ、前記凹部に対応する位置に貫通孔を有する蓋部と、を含む基台部と、を備え、
   前記平板状部材は、前記貫通孔を覆うように前記蓋部に取り付けることにより、前記リアクトルを冷却する冷却流路を形成する、リアクトル装置。
2. 前記冷却流路は、前記基台部の表側に配置された表側流路と、前記表側流路に接続されて裏側に配置された裏側流路とを有する、請求項１に記載のリアクトル装置。
3. 前記冷却流路は、前記基台部内において前記表側流路および前記裏側流路を接続する接続流路をさらに有する、請求項２に記載のリアクトル装置。
4. 前記冷却流路は、前記表側流路および前記裏側流路が交互に接続されて、冷却用液体が前記基台部の表側の面および裏側の面を交互に通過するように形成されている、請求項２または３に記載のリアクトル装置。
5. 前記接続流路は、角部が面取りされている、請求項３に記載のリアクトル装置。
6. 前記接続流路は、前記表側流路および前記裏側流路の少なくとも一方に流れ込む冷却用液体の流れを調整する仕切り板を含む、請求項３または５に記載のリアクトル装置。
7. 前記冷却流路は、前記接続流路に傾斜させた溝部を含む、請求項３、５または６に記載のリアクトル装置。
8. 前記平板状部材には、前記冷却流路内に突出する突出部が設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
9. 前記平板状部材の前記突出部は、フィン形状、円柱形状、または、角柱形状に形成されている、請求項８に記載のリアクトル装置。
10. 前記平板状部材のフィン形状に形成された前記突出部は、前記冷却流路に沿って延びるように形成されている、請求項９に記載のリアクトル装置。
11. 前記平板状部材の前記突出部は、複数形成され、
    複数の前記突出部は、前記冷却流路の深さ方向に対して８０～１００％の突出高さになるように形成される、請求項８～１０のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
12. 前記平板状部材の前記突出部は、前記冷却流路の壁面との間隙が０．５～２．０ｍｍとなるように形成される、請求項８～１１のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
13. 前記基台部は、直流電源から入力される直流電力を変換して負荷に供給するインバータ部が取り付けられ、
    前記インバータ部は、直流電力を交流電力に変換する第１スイッチング素子モジュールおよび第２スイッチング素子モジュールを含み、
    前記冷却流路は、前記第１スイッチング素子モジュール、前記第２スイッチング素子モジュール、および、前記リアクトルのうち、熱耐性に基づく優先順位が高い部品から先に冷却するように、冷却用液体が流れるように形成されている、請求項１～１２のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
14. 前記第１スイッチング素子モジュールと、前記第２スイッチング素子モジュールとは、前記基台部の表側および裏側のうち一方側に配置され、表側流路および裏側流路のうち一方を流れる冷却用液体により冷却され、
    前記リアクトルは、前記基台部の表側および裏側のうち他方側に配置され、前記表側流路および前記裏側流路のうち他方を流れる冷却用液体により冷却される、請求項１３に記載のリアクトル装置。

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