WO2018135214A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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健史 関
和志 高橋
大島　謙二
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device that supplies power to a motor for driving a vehicle.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a technique for ensuring a creeping distance of insulation conforming to an international standard between a positive electrode side conductor and a negative electrode side conductor of a bus bar.
  • Patent Document 1 the creeping distance is increased by protruding an insulating protrusion from the laminated conductor plate.
  • the creeping distance is increased by subjecting the short edge of the insulating plate disposed between the positive electrode side conductor and the negative electrode side conductor of the bus bar to additional processing of the creeping groove.
  • the problem to be solved by the present invention is to secure the creepage distance while maintaining the miniaturization.
  • the power conversion device includes a positive electrode side conductor, a negative electrode side conductor, an insulating member disposed between the positive electrode side conductor and the negative electrode side conductor, the positive electrode side conductor or the negative electrode side conductor, A main surface opposite to the surface in contact with the insulating member; a side surface connected to the surface in contact with the insulating member; and a slope forming an obtuse angle with respect to each of the main surface and the side surface,
  • the insulating member has a protrusion that is formed so as to overlap the side surface and the slope when viewed from a direction perpendicular to the side surface.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4 in the PN bus bar 15, and the left side is a cross-sectional view when a through hole 301 is formed in the PN bus bar 15. It is an expanded view of the power converter device 1 which concerns on this embodiment. It is a general-view figure of the power converter device 1, the left side is a top view, and the right side is a side view. 2 is an external perspective view of a PN bus bar 15.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of a manufacturing process of the PN bus bar 15.
  • FIG. FIG. 6 is a completed conceptual diagram of the PN bus bar 15 created by the manufacturing process of FIG.
  • Embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5B.
  • FIG. 2 is a development view of the power conversion apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view of the power conversion apparatus 1, with the left side being an upper surface and the right side being a side view.
  • the housing 10 stores the internal components of the power conversion device 1.
  • a DC (Direct Current) connection unit 11 inputs / outputs DC power to / from the power converter.
  • the EMC core 12 and the EMC filter 13 suppress electromagnetic noise generated by internal components of the power conversion device 1.
  • the power module unit 16 contains a semiconductor for converting power.
  • the capacitor 14 smoothes the power when the power module unit 16 converts the power.
  • a PN (Positive Negative) bus bar 15 connects the smoothing capacitor and the power module.
  • AC connection unit 17 inputs and outputs AC power to the power converter.
  • the discharge resistor 18 quickly reduces the voltage when the operation of the power conversion device 1 stops.
  • FIG. 4 is an external perspective view of the PN bus bar 15.
  • the PN bus bar 15 includes a positive electrode side conductor 100 and a negative electrode side conductor 101 described later.
  • the capacitor connection terminal 20 connects the capacitor 14 to the positive electrode side conductor 100 and the negative electrode side conductor 101.
  • the power module connection terminal 21 connects the power module unit 16 to the positive electrode side conductor 100 and the negative electrode side conductor 101.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4 in the PN bus bar 15, and the left side is a cross-sectional view when a through hole 301 is formed in the PN bus bar 15.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4 in the PN bus bar 15, and the left side is a cross-sectional view when a through hole 301 is formed in the PN bus bar 15.
  • the positive side conductor 100 is connected to the positive terminal of the capacitor 14 and the positive terminal of the power module unit 16 by applying a positive DC voltage.
  • the negative side conductor 101 is connected to the negative terminal of the capacitor 14 and the negative terminal of the power module unit 16 by applying a negative DC voltage.
  • the insulating member 102 is disposed between the positive electrode side conductor 100 and the negative electrode side conductor 101 to insulate between the positive side DC voltage and the negative side DC voltage.
  • the insulating member 102 forms a wall 102 a that faces the side surface of the negative electrode-side conductor 101.
  • the negative electrode side conductor 101 is formed on the contact surface 200 that contacts the insulating member 102, the main surface 201 opposite to the contact surface 200, the side surface 202 that faces the protruding portion 204, and the main surface 201 and side surface 202. And an inclined surface 203 that forms an obtuse angle.
  • the protruding portion 204 of the insulating member 102 is formed so as to overlap the side surface 202 and the inclined surface 203 when viewed from the direction perpendicular to the side surface 202.
  • the negative electrode-side conductor 100 in contact with the insulating member 102 having the protruding portion 204 has the inclined surface 203, so that the creepage distance can be extended as compared with the case where there is no inclined surface 203, and high reliability against creeping discharge. Sex can be obtained. Therefore, since the creepage distance can be extended, high insulation reliability can be ensured without increasing the size.
  • the sealing resin material 103 is filled at least between the inclined surface 203 and the protruding portion 204.
  • the creeping distance 205 is defined by the distance of the shortest path between contact points of the positive electrode side conductor 100 and the negative electrode side conductor 101 on the insulating member 102 to the insulating member 102.
  • the gap between the sealing resin material 103 and the insulating member 102 in the shortest path between the positive electrode side conductor 100 and the negative electrode side conductor 103 is completely. May not be bonded, the interface is regarded as a contact surface between the insulating material and the insulating material, that is, a creeping surface.
  • the spatial distance between the negative electrode-side conductor 101 and the insulating member 102 that existed when the sealing resin material 103 is not provided can be ignored.
  • the spatial distance is a distance applied to a space without an insulating member and is basically different from the creeping distance, but a spatial distance less than a prescribed distance is treated as the creeping distance depending on the pollution degree of the environment. In this case, the creepage distance is considered to be shorter than the creepage distance 205 taking the path on the insulating member 102. Since the sealing resin 103 is provided, it is not necessary to consider the spatial distance, so that the creepage distance can be reliably ensured even when the degree of contamination is high.
  • the creepage distance can be extended as compared with the case where there is no inclined surface 203, and high reliability with respect to the creeping discharge is obtained. be able to. Therefore, it is possible to obtain high insulation reliability against creeping discharge even in a highly contaminated environment.
  • the insulating member 102 has a cylindrical portion 302 that forms a through hole 301, and the sealing resin material 103 seals the positive electrode side conductor 100, the negative electrode side conductor 101, and the insulating member 102.
  • the through hole 301 is filled.
  • the cylindrical portion 302 is formed so as to overlap with the side surface 202 and the inclined surface 203 when viewed from the direction perpendicular to the side surface 202.
  • the width of the protruding portion of the insulating member 102 can be reduced by the increased creepage distance, and accordingly the conductor Since the through hole can be reduced, conduction heat generation of the bus bar can be suppressed. Thereby, a low-cost member with a low heat-resistant temperature can be used, or the output of the power converter can be improved.
  • FIG. 5A is a conceptual diagram showing an example of the manufacturing process of the PN bus bar 15.
  • FIG. 5B is a completed conceptual diagram of the PN bus bar 15 created by the manufacturing process of FIG.
  • the die 500 is a support for the plate member 501 to be cut.
  • the punch 503 is a member for lowering the punch 503 and shearing the plate-like member 501.
  • the sagging surface 503 is a slope formed by deformation of the plate-like member 501 due to downward stress during shearing.
  • the burr 504 is a sharp edge formed by deformation during shearing.
  • the burr 504 is cut and removed to form the plate-like member 505 after removal of the burr.
  • the sag surface 503 of the plate-like member 505 after removal of the burr is arranged so as to face the protruding portion 204 of the insulating member 102 of FIG.
  • a specific configuration is an arrangement in which the slope 203 and the sag surface 503 in FIG. 1 are regarded as equivalent.
  • the sag surface 503 is disposed in contact with the insulating member 102 in order to avoid damage to the insulating member 102 due to the burr 504.
  • the sagging surface 503 generated during the process is used as the slope 203. For this reason, the burr 504 is removed and the surface is in contact with the insulating member 102.
  • the sagging surface 503 in the first process is used as the slope 203.
  • the slope is formed in another different process, it can naturally be used.
  • SYMBOLS 1 Power converter device, 10 ... Housing, 11 ... DC connection part, 12 ... EMC core, 13 ... EMC filter, 14 ... Capacitor, 15 ... PN bus bar, 16 ... Power module part, 17 ... AC connection part, 18 ... Discharge Resistance: 20: Capacitor connection terminal, 21: Power module connection terminal, 100: Positive side conductor, 101: Negative side conductor, 102: Insulating member, 200 ... Contact surface, 201 ... Main surface, 202 ... Side surface, 203 ... Slope, 204 ... projection, 301 ... through hole, 302 ... cylindrical part, 500 ... die, 501 ... plate member, 503 ... punch, 504 ... burr, 505 ... plate member

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Abstract

本発明の課題は、　小型化を維持しながら沿面距離の確保を図ることである。　本発明に係る電力変換装置は、正極側導体と、負極側導体と、前記正極側導体と前記負極側導体の間に配置された絶縁部材と、前記正極側導体又は前記負極側導体は、前記絶縁部材と接触する面とは反対側の主面と、前記絶縁部材と接触する面と繋がる側面と、前記主面と前記側面のそれぞれに対して鈍角を形成する斜面と、により構成され、前記絶縁部材は、前記側面の直角方向から見たとき、当該側面及び前記斜面と重なるように形成される突起部を有する。

Description

電力変換装置
本発明は、電力変換装置に関し、特に車両駆動用のモータに電力を供給する電力変換装置に関するものである。
　特許文献１及び２には、バスバの正極側導体と負極側導体の相互間に国際規格に準拠の絶縁の沿面距離を確保するための技術が記載されている。
　特許文献１では、積層導体板のから絶縁突起部を突出させることで、沿面距離を増加させている。
　特許文献２では、バスバの正極側導体と負極側導体の相互間に配置された絶縁板の短縁に沿面溝部の追加加工を施すことで沿面距離を増加させている。
　一方で電力変換装置は小型化が求められている。すなわち電力変換装置内部において高い集積化の傾向となる中で、導体間の沿面距離の確保が求められている。
特開２００５－１３０５４２号公報 特開２０１２－００５３００号公報
　そこで本発明が解決しようとする課題は、小型化を維持しながら沿面距離の確保を図ることである。
　本発明に係る電力変換装置は、正極側導体と、負極側導体と、前記正極側導体と前記負極側導体の間に配置された絶縁部材と、前記正極側導体又は前記負極側導体は、前記絶縁部材と接触する面とは反対側の主面と、前記絶縁部材と接触する面と繋がる側面と、前記主面と前記側面のそれぞれに対して鈍角を形成する斜面と、により構成され、前記絶縁部材は、前記側面の直角方向から見たとき、当該側面及び前記斜面と重なるように形成される突起部を有する。
　本発明により、小型化を維持しながら沿面距離の確保することができる。
右側はＰＮバスバ１５における図４のＡ－Ａの断面図であり、左側はＰＮバスバ１５に貫通孔３０１が形成された場合の断面図である。 本実施形態に係る電力変換装置１の展開図である。 電力変換装置１の概観図であり、左側は上面図であり、右側が側面図である。 ＰＮバスバ１５の外観斜視図である。 ＰＮバスバ１５の製造工程の一例を示す概念図である。 図５（ａ）の製造工程により作成されたＰＮバスバ１５の完成概念図である。
　本発明に係る実施形態を図１から図５（ｂ）を用いて説明する。
　図２は、本実施形態に係る電力変換装置１の展開図である。図３は、電力変換装置１の概観図であり、左側は上面であり、右側が側面図である。
　ハウジング１０は、電力変換装置１の内部部品を収納する。ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）接続部１１は、直流電力を電力変換装置に入出力する。ＥＭＣコア１２及びＥＭＣフィルタ１３は、電力変換装置１の内部部品が発生する電磁ノイズを抑制する。
　パワーモジュール部１６は、電力を変換するための半導体が収められている。キャパシタ１４は、パワーモジュール部１６が電力を変換する際に電力を平滑化する。ＰＮ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｎｅｇａｔｉｖｅ）バスバ１５は、平滑キャパシタとパワーモジュールを接続する。
　ＡＣ接続部１７は、交流電力を電力変換装置に入出力する。放電抵抗１８は、電力変換装置１の動作が停止した際に速やかに電圧を低減する。
　図４は、ＰＮバスバ１５の外観斜視図である。
　ＰＮバスバ１５は、後述する正極側導体１００および負極側導体１０１を備える。キャパシタ接続用端子２０は、キャパシタ１４と正極側導体１００および負極側導体１０１を接続する。
　パワーモジュール接続用端子２１は、パワーモジュール部１６と正極側導体１００および負極側導体１０１を接続する。
　図１の右側はＰＮバスバ１５における図４のＡ－Ａの断面図であり、左側はＰＮバスバ１５に貫通孔３０１が形成された場合の断面図である。
　正極側導体１００は、正側の直流電圧が印加されキャパシタ１４の正極端子およびパワーモジュール部１６の正極端子に接続される。負極側導体１０１は、負側の直流電圧が印加されキャパシタ１４の負極端子およびパワーモジュール部１６の負極端子に接続される。
　絶縁部材１０２は、正極側導体１００と負極側導体１０１の間に配置され正側の直流電圧と負側の直流電圧との間を絶縁する。絶縁部材１０２は、負極側導体１０１の側面と対向する壁１０２ａを形成する。
　負極側導体１０１は、絶縁部材１０２と接触する接触面２００と、この接触面２００とは反対側の主面２０１と、突起部２０４と対向する側面２０２と、主面２０１と側面２０２のそれぞれに対して鈍角を形成する斜面２０３と、から構成される。
　絶縁部材１０２の突起部２０４は、側面２０２の直角方向から見たとき側面２０２および斜面２０３と重なるように形成される。
　これにより、突起部２０４を有する絶縁部材１０２に接触する負極側導体１００が斜面２０３を有することで、斜面２０３がない場合に比べて沿面距離を延伸することができ、沿面放電に対して高い信頼性を得ることができる。したがって、沿面距離の延伸可能であるため、サイズ増加を伴わずに高い絶縁信頼性を確保できる。
　封止樹脂材１０３は、少なくとも斜面２０３と突起部２０４との間に充填される。
　沿面距離２０５は、絶縁部材１０２上の、正極側導体１００および負極側導体１０１が絶縁部材１０２に接触点間の最短経路の距離で規定される。ここで、封止樹脂材１０３と絶縁部材１０２の接着状態のばらつきを考慮すると、正極側導体１００と負極側導体１０３の間の最短経路における封止樹脂材１０３と絶縁部材１０２の間が完全には接着されていない可能性もあることから、その界面を絶縁材と絶縁材の接触面、すなわち沿面とみなす。
　封止樹脂材１０３を備えることで、封止樹脂材１０３を備えていない場合に存在していた負極側導体１０１と絶縁部材１０２との間の空間距離を無視することができる。空間距離とは絶縁部材を介さない空間にかかる距離であり基本的には沿面距離とは異なるものであるが、当該環境の汚染度によって規定の距離未満の空間距離を沿面距離として扱われる。この場合、絶縁部材１０２上の経路をとる沿面距離２０５よりも短い沿面距離とみなされる。封止樹脂１０３を備えることで、空間距離を考慮する必要が無くなるため、汚染度が高い場合でも確実に沿面距離を確保することができる。
　突起部２０４を有する絶縁部材１０２に接触する負極側導体１０１が斜面２０３を有することで、斜面２０３がない場合に比べて沿面距離を延伸することができ、沿面放電に対して高い信頼性を得ることができる。したがって、汚染度の高い環境においても沿面放電に対して高い絶縁信頼性を得ることができる。
　図１の左側において、絶縁部材１０２は、貫通孔３０１を形成する筒状部３０２を有し、封止樹脂材１０３は、正極側導体１００と負極側導体１０１と絶縁部材１０２を封止するとともに貫通孔３０１に充填される。
　筒状部３０２は、側面２０２の直角方向から見たとき、当該側面２０２及び斜面２０３と重なるように形成される。
　封止樹脂を充填するための構造である筒状部３０２の負極側導体１０１に斜面を形成することで、増加した沿面距離の分、絶縁部材１０２の突起部の幅を縮小でき、それに伴い導体の貫通孔を縮小できることから、バスバの導通発熱を抑制できる。これにより、耐熱温度の低い低コストの部材を使用可能、あるいは電力変換装置の出力を向上することができる。
　図５（ａ）は、ＰＮバスバ１５の製造工程の一例を示す概念図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の製造工程により作成されたＰＮバスバ１５の完成概念図である。
　図５（ａ）の第１工程において、ダイ５００は切断する板状部材５０１の支持体である。パンチ５０３は、パンチ５０３を降下させて板状部材５０１をせん断するための部材である。
　図５（ａ）の第１工程後に示されるように、ダレ面５０３はせん断時の下向きの応力により板状部材５０１の変形で形成される斜面である。バリ５０４は同様にせん断時の変形により形成される鋭いエッジ部である。
　図５（ａ）の第２工程において、バリ５０４を切断除去し、バリ除去後の板状部材５０５を形成する。
　図５（ｂ）では、バリ除去後の板状部材５０５のダレ面５０３を、図１の絶縁部材１０２の突起部２０４と向き合わせるように配置する。具体的な構成は図１における斜面２０３と、ダレ面５０３を等価とみなした配置とする。
　一般的に絶縁部材１０２と接する面には、バリ５０４による絶縁部材１０２の損傷を避けるため、ダレ面５０３が絶縁部材１０２に接するように配置する。
　これに対し、本実施例では工程の途中で生じたダレ面５０３を斜面２０３として使う。このためバリ５０４を除去し絶縁部材１０２と接する面とする。
　この工程により斜面２０３を形成する加工が不要となるため、安価な電力変換装置を提供することができる。
　また、本実施例では第１工程におけるダレ面５０３を斜面２０３として活用したが、他の異なる工程において斜面が形成される場合には、当然活用可能である。
　また、バリ２０５の除去方法としては切断除去を例としているが、バリを除去できれば当然他の方法であってもよい。
１…電力変換装置、１０…ハウジング、１１…ＤＣ接続部、１２…ＥＭＣコア、１３…ＥＭＣフィルタ、１４…キャパシタ、１５…ＰＮバスバ、１６…パワーモジュール部、１７…ＡＣ接続部、１８…放電抵抗、２０…キャパシタ接続用端子、２１…パワーモジュール接続用端子、１００…正極側導体、１０１…負極側導体、１０２…絶縁部材、２００…接触面、２０１…主面、２０２…側面、２０３…斜面、２０４…突起部、３０１…貫通孔、３０２…筒状部、５００…ダイ、５０１…板状部材、５０３…パンチ、５０４…バリ、５０５…板状部材

Claims (5)

  1. 　正極側導体と、
    　負極側導体と、
    　前記正極側導体と前記負極側導体の間に配置された絶縁部材と、
    　前記正極側導体又は前記負極側導体は、
    　前記絶縁部材と接触する面とは反対側の主面と、
    　前記絶縁部材と接触する面と繋がる側面と、
    　前記主面と前記側面のそれぞれに対して鈍角を形成する斜面と、により構成され、
    　前記絶縁部材は、前記側面の直角方向から見たとき、当該側面及び前記斜面と重なるように形成される突起部を有する電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　少なくとも前記斜面と前記突起部との間に充填される封止樹脂材を備える電力変換装置。
  3. 　請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記正極側導体は、前記絶縁部材を挟んで前記負極側導体と対向する位置に配置され、
    　前記絶縁部材は、貫通孔を形成する筒状部を有し、
    　前記封止樹脂材は、前記正極側導体と前記負極側導体と前記絶縁部材を封止するとともに前記貫通孔に充填され、
    　前記筒状部は、前記側面の直角方向から見たとき、当該側面及び前記斜面と重なるように形成される電力変換装置。
  4. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記斜面は、前記正極側導体又は前記負極側導体の切断時に形成されるダレ面である電力変換装置。
  5. 　板状部材を切断して正極側導体又は負極側導体を形成する第１工程と、
    　前記正極側導体又は前記負極側導体の端部に形成されたバリを除去する第２工程と、
    　前記バリを除去した側の面を絶縁部材に接触させかつ前記正極側導体又は前記負極側導体のダレ面を当該絶縁部材に形成された突起部と向き合わせるように前記正極側導体又は前記負極側導体を配置する第３工程と、を備える電力変換装置の製造方法。
    　
    　
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