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公開番号2019205351
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191128
出願番号2019161808
出願日20190905
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人あいち国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20191101BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】耐振性、及び、ケース内の発熱部品の放熱性を向上できる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置は、半導体モジュールと冷却体と第1発熱部品13と第2発熱部品12と隔壁6と壁部材62とを備える。半導体モジュールは、電力変換回路を構成する。冷却体は、半導体モジュールを冷却する冷媒流路が形成されている。第1発熱部品13は、半導体モジュールに電気的に接続されている。第2発熱部品12は、半導体モジュール及び第1発熱部品13とは異なる発熱部品である。隔壁6は、第1発熱部品13と第2発熱部品12との間を空間的に区画するとともに、冷媒流路に熱的に接触し、金属製である。壁部材62は、隔壁6に接続され、金属製である。壁部材62は、第2発熱部品12に沿って配されている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
電力変換回路を構成する半導体モジュール(11)と、
上記半導体モジュールを冷却する冷媒流路が形成された冷却体(2)と、
上記半導体モジュールに電気的に接続された第1発熱部品(13)と、
上記半導体モジュール及び上記第1発熱部品とは異なる第2発熱部品(12)と、
上記第1発熱部品と上記第2発熱部品との間を空間的に区画するとともに、上記冷媒流路に熱的に接触する金属製の隔壁(6)と、
上記隔壁に接続される金属製の壁部材(62)と、を備え、
上記壁部材は、上記第2発熱部品に沿って配されている、電力変換装置(1)。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ケース内の内部空間に発熱部品が収容されている電力変換装置に関する。
続きを表示(約 8,600 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、インバータ等の電力変換装置が搭載されている。特許文献1には、電力変換装置として、ケース内に、半導体モジュール等の電子部品を収容したものが開示されている。ケース内には、半導体モジュール以外にも、コンデンサ等の発熱部品が収容されている。また、上記電力変換装置は、車両全体の小型化、コスト低減を図ることを目的として、モータやトランスミッション等の車両部品に搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−82822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の電力変換装置は、モータ等に搭載されるため、以下の課題がある。
すなわち、上記電力変換装置は、モータ等から直接振動を受けるため、耐振性を向上させてケース内の電子部品を振動から保護する必要がある。
【0005】
また、上記電力変換装置において、ケース内に収容された電子部品は、自らの発熱に加えてモータ等からも熱を受けるため、高温になりやすいという課題もある。
【0006】
また、電力変換装置がモータ等に搭載されていない場合であっても、例えば車載用の電力変換装置において、耐振性、放熱性の向上は、重要な課題である。
【0007】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、耐振性、及び、ケース内の発熱部品の放熱性を向上できる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
参考発明として、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、
該半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を収容する内部空間を備えた金属製のケースとを有し、
上記ケースは、第1ケース部材と第2ケース部材とを組み合わせて構成されていると共に、上記内部空間の外側において上記第1ケース部材と上記第2ケース部材とを連結固定する外側固定部と、上記内部空間において上記第1ケース部材と上記第2ケース部材とを連結固定する内側固定部と、該内側固定部から連続して形成されて上記内部空間を仕切る隔壁とを有し、
上記内部空間には、上記隔壁の壁面に沿って配置された発熱部品が収容されていることを特徴とする電力変換装置がある。
また、本発明の一態様は、電力変換回路を構成する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷媒流路が形成された冷却体と、
上記半導体モジュールに電気的に接続された第1発熱部品と、
上記半導体モジュール及び上記第1発熱部品とは異なる第2発熱部品と、
上記第1発熱部品と上記第2発熱部品との間を空間的に区画するとともに、上記冷媒流路に熱的に接触する金属製の隔壁と、
上記隔壁に接続される金属製の壁部材と、を備え、
上記壁部材は、上記第2発熱部品に沿って配されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【0009】
上記参考発明の電力変換装置において、ケースは、外側固定部に加えて、内部空間において第1ケース部材と第2ケース部材とを連結固定する内側固定部を有する。それゆえ、第1ケース部材と第2ケース部材とを、ケースの内部空間においても固定することができるため、ケースの剛性を向上させることができる。その結果、電力変換装置の耐振性を向上させることができる。
【0010】
また、上記参考発明において、ケースは、内側固定部から連続して形成されて上記内部空間を仕切る隔壁を有する。さらに、上記内部空間には、隔壁の壁面に沿って配置された発熱部品が収容されている。それゆえ、発熱部品の熱を、隔壁、内側固定部を介してケースの外へ放熱することができ、発熱部品の放熱性を向上することができる。
【0011】
以上のごとく、上記参考発明によれば、耐振性、及び、ケース内の発熱部品の放熱性を向上できる電力変換装置を提供することができる。
また、他の参考発明として、電力変換回路を構成する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールを冷却する冷媒流路が形成された冷却体と、
上記冷媒流路に熱的に接触し、上記半導体モジュールを収容する金属製のケースと、
上記半導体モジュールに電気的に接続された第1発熱部品と、を備え、
上記ケースは、上記半導体モジュールと上記第1発熱部品とを空間的に区画するとともに上記冷媒流路に熱的に接触する金属製の隔壁を有する、電力変換装置がある。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施例1における、電力変換装置の斜視図。
実施例1における、電力変換装置の上面図。
図2のIII−III線矢視断面図。
実施例1における、電力変換装置の一部断面斜視図。
実施例1における、第1ケース部材、及びそこに収容された部品を上から見た図。
実施例1における、第2ケース部材、及びそこに収容された部品の下から見た図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
上記電力変換装置は、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車に搭載され、直流電源と車両の駆動源としての三相交流回転電機との間の電力変換を行うものとすることができる。
【実施例】
【0014】
(実施例1)
電力変換装置の実施例につき、図1〜図6を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図2、図3に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール11と、半導体モジュール11を冷却する冷却器2と、半導体モジュール11及び冷却器2を収容する内部空間300を備えた金属製のケース3とを有する。
【0015】
図1、図3に示すごとく、ケース3は、第1ケース部材31と第2ケース部材32とを組み合わせて構成されている。図2、図3に示すごとく、ケース3は、内部空間300の外側において第1ケース部材31と第2ケース部材32とを連結固定する外側固定部4と、内部空間300において第1ケース部材31と第2ケース部材32とを連結固定する内側固定部5とを有する。また、図4、図5に示すごとく、ケース3は、内側固定部5から連続して形成されて内部空間300を仕切る隔壁6を有する。内部空間300には、隔壁6の壁面に沿って配置された発熱部品12が収容されている。
【0016】
図4、図5に示すごとく、内部空間300には、隔壁6における発熱部品12側と反対側の壁面に沿って配された電子部品13が収容されている。本例において、発熱部品12はリアクトルであり、電子部品13は放電抵抗である。以下において、適宜、リアクトル12、放電抵抗13という。
【0017】
図3〜図5に示すごとく、第1ケース部材31は、略矩形状の第1底壁部311と、第1底壁部311の端縁から第1底壁部311の法線方向の一方に立設された略矩形筒状の第1側壁部312とを有する。第1ケース部材31は、第1底壁部311と反対側に向って開口している。
なお、便宜上、以下において、第1底壁部311の法線方向を上下方向Zといい、上下方向Zにおける、第1ケース部材31の開口側を上側、その反対側を下側という。
【0018】
図3、図4、図6に示すごとく、第2ケース部材32は、略矩形状の第2底壁部321と、第2底壁部321の端縁から上下方向Zに立設された略矩形筒状の第2側壁部322とを有する。第2側壁部322は、第2底壁部321の上方にも突出している。そして、第2ケース部材32の上端部及び下端部は、上下方向Zに開口している。
【0019】
図1、図3に示すごとく、第1ケース部材31と第2ケース部材32とは、第1側壁部312の上端と第2側壁部322の下端とが当接するように上下方向Zに重なっている。第1底壁部311、第1側壁部312、第2底壁部321、及び、第2側壁部322に囲まれた領域が、ケース3の内部空間300である。
【0020】
図3〜図5に示すごとく、内側固定部5は、第1ケース部材31に設けられた第1ボス部51と、第2ケース部材32に設けられた第2ボス部52と、第1ボス部51と第2ボス部52とを締結するボルト53とからなる。第1ボス部51は、第1底壁部311から上側に向って立設している。図3、図5に示すごとく、第1ボス部51には、ボルト53を螺合させるための雌ネジ孔が、上端面から下側に向って形成されている。
【0021】
図3、図4、図6に示すごとく、第2ボス部52は、第2底壁部321から下側に向って立設している。第2ボス部52は、筒状に形成されていると共に、上端が第2底壁部321の上面側へ開口し、下端にボルト挿通孔を備えた底部521を有する。
【0022】
図1、図2に示すごとく、第1ボス部51と第2ボス部52とは、上下方向Zに重なる位置に形成され、上下方向Zに互いに当接している。そして、ボルト53を第2ボス部52の底部521のボルト挿通孔に挿通し、第1ボス部51の雌ネジ孔に螺合することによって、第1ボス部51と第2ボス部52とが締結されて、内側固定部5が構成されている。
【0023】
図1〜図6に示すごとく、外側固定部4は、第1ケース部材31に設けられた第1フランジ部41と、第2ケース部材32に設けられた第2フランジ部42と、第1フランジ部41と第2フランジ部42とを締結するボルト43及びナット44とからなる。第1フランジ部41は、第1側壁部312の上端部からケース3の外側に向って形成されており、第2フランジ部42は、第2側壁部322の下端部からケース3の外側に向って形成されている。第1フランジ部41及び第2フランジ部42には、ボルト挿通孔が形成されている。
【0024】
図1〜図3に示すごとく、第1フランジ部41と第2フランジ部42とは、上下方向Zに重なる位置に形成され、上下方向Zに互いに当接している。そして、ボルト43を、第1フランジ部41のボルト挿通孔及び第2フランジ部42のボルト挿通孔に挿通し、ナット104に螺合することによって、第1フランジ部41と第2フランジ部42とが締結されて、外側固定部4が構成されている。外側固定部4は、ケース3における複数箇所に形成されている。
【0025】
図3、図4、図6に示すごとく、内部空間300における第2ケース部材32の内側の領域に、半導体モジュール11及び冷却器2が配置されている。冷却器2は複数の冷却管21を備える。複数の冷却管21は、複数の半導体モジュール11と共に積層されて積層構造体10を構成してなる。積層構造体10における積層方向Xの一端には、積層構造体10を積層方向Xに加圧する加圧部材7が配設されている。加圧部材7は、積層方向Xにおける積層構造体10と反対側から支承部8によって支承されている。支承部8の少なくとも一部は内側固定部5によって構成されている。
【0026】
積層構造体10は、積層方向Xを第2底壁部321の長手方向と一致させて配されている。積層構造体10は、第2ボス部52における積層方向Xの一方側に配置されている。
なお、以下においては、適宜、積層方向Xにおける、第2ボス部52に対して積層構造体10が配された側を前方といい、その反対側を後方という。
【0027】
積層構造体10における半導体モジュール11は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子やFWD(フリーホイールダイオード)等のダイオードを内蔵してなる。また、図3に示すごとく、半導体モジュール11は、上側に突出した制御端子111を有する。半導体モジュール11は、その両主面から一対の冷却管21によって挟持されている。なお、図3以外の図面においては、制御端子の図示を省略している。
【0028】
図4、図6に示すごとく、複数の冷却管21は、積層方向X及び上下方向Zに直交する方向に長く、その長手方向の両端部において、隣り合う冷却管21同士が変形可能な連結管22によって連結されている。図3、図4、図6に示すごとく、冷却器2の前端に配された冷却管21の前端面は、第2底壁部321から下側に向って立設された当接部323に当接している。冷却器2の前端に配された冷却管21には、冷却媒体を導入するための冷媒導入管23と、冷却媒体を排出するための冷媒排出管24とが前方に向って突出形成されている。ケース3における冷媒導入管23及び冷媒排出管24の前方部には、冷媒導入管23及び冷媒排出管24に取り付けるホース等を通すための貫通孔301が形成されている。
【0029】
冷媒導入管23から導入された冷却媒体は、連結管22を適宜通り、各冷却管21に分配されると共にその長手方向に流通する。そして、各冷却管21を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール11との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管22を適宜通り、冷媒排出管24に導かれ、冷却器2から排出される。
【0030】
図3、図4、図6に示すごとく、積層方向Xにおいて、冷却器2の後方であって、第2ボス部52の前方に加圧部材7が配されている。図6に示すごとく、本例において、加圧部材7は、弾性変形可能な板バネである。加圧部材7は、伝熱部材からなり、積層方向Xに圧縮された状態で配されている。図3、図6に示すごとく、加圧部材7の前端部は、冷却器2の後端面に当接している。なお、加圧部材7と冷却器2との間に、剛性の高い当接板を介在させてもよい。
【0031】
図3、図4、図6に示すごとく、加圧部材7は、長手方向の両端部において、支承ピン70を介して支承部8に当接している。支承ピン70は、伝熱部材からなる。本例においては、第2ケース部材32の第2ボス部52が、加圧部材7の長手方向の一端部を支承する支承部8となっている。これにより、内側固定部5は、冷却器2に対して伝熱部材を介して接触している。つまり、第2ボス部52は、冷却器2に対して、伝熱部材である支承ピン70、加圧部材7を介して接触している。
【0032】
図3に示すごとく、半導体モジュール11の制御端子111は、第2底壁部321に形成された開口部302を貫通しており、第2底壁部321の上側に配された制御回路基板14に接続されている。制御回路基板14は、半導体モジュール11のスイッチング動作を制御している。ケース3の上端は、蓋100によって覆われている。蓋100は、図示しないボルトによって、ケース3の上端に固定されている。なお、図3以外の図面においては、制御回路基板、蓋の図示を省略している。
【0033】
図4、図5に示すごとく、第1ケース部材31は、第1ボス部51から延設された隔壁6を有する。隔壁6は、上下方向Zにおける第1ボス部51の略全体から延設されている。また、隔壁6は、第1底壁部311から上側に向って立設している。
【0034】
図5に示すごとく、上側から見たとき、隔壁6は、第1ボス部51から後方に向って略直線状に延設されて第1側壁部312の一部に連結されている。また、隔壁6の一部からは、その壁面に直交する方向に延設された分岐壁62が分岐している。分岐壁62は、第1側壁部312にも連結されている。
【0035】
図3〜図5に示すごとく、内部空間300における第1ケース部材31の内側の領域には、リアクトル12、放電抵抗13が配されている。リアクトル12は、隔壁6及び分岐壁62に沿って配されている。また、リアクトル12の側面は、隔壁6の壁面及び分岐壁62の壁面に対向配置されている。放電抵抗13は、側面が、隔壁6のリアクトル12側と反対側の壁面に対向するように、隔壁6に沿って配されている。つまり、隔壁6は、リアクトル12と放電抵抗13との間に介在している。
【0036】
ケース3(内側固定部5、隔壁6を含む。)は、熱伝導性を有する伝熱部材からなる。そして、リアクトル12は、隔壁6及び分岐壁62、第1ボス部51、第2ボス部52、支承ピン70、加圧部材7を介して冷却器2に熱的に接続されている。また、放電抵抗13は、隔壁6、第1ボス部51、第2ボス部52、支承ピン70、加圧部材7を介して、冷却器2に熱的に接続されている。
【0037】
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置1において、ケース3は、外側固定部4に加えて、内部空間300において第1ケース部材31と第2ケース部材32とを連結固定する内側固定部5を有する。それゆえ、第1ケース部材31と第2ケース部材32とを、ケース3の内部空間300においても固定することができるため、ケース3の剛性を向上させることができる。その結果、電力変換装置1の耐振性を向上させることができる。
【0038】
また、ケース3は、内側固定部5から連続して形成されて内部空間300を仕切る隔壁6を有する。さらに、内部空間300には、隔壁6の壁面に沿って配置されたリアクトル12が収容されている。それゆえ、リアクトル12の熱を、隔壁6、内側固定部5を介してケース3の外へ放熱することができ、リアクトル12の放熱性を向上することができる。
【0039】
また、内部空間300には、隔壁6におけるリアクトル12側と反対側の壁面に沿って配された放電抵抗13が収容されている。それゆえ、リアクトル12の熱が、耐熱性の低い放電抵抗13に伝わることを抑制できる。これによって、放電抵抗13にリアクトル12の熱が伝わることによって放電抵抗13に不具合が生じることを防止することができる。また、放電抵抗13は、自らも発熱しているため、リアクトル12からの受熱が加わると耐熱性の問題が生じやすくなるところ、隔壁6によってリアクトル12からの熱を遮ることができるため、特に耐熱性の高い放電抵抗を用いる等の必要がない。その結果、放電抵抗13の小型化、低コスト化を図ることができる。
【0040】
また、内側固定部5は、冷却器2に対して伝熱部材(支承ピン70、加圧部材7)を介して接触している。それゆえ、リアクトル12の熱を、隔壁6、内側固定部5、そして伝熱部材(支承ピン70、加圧部材7)を介して冷却器2に放熱することができる。
【0041】
また、支承部8の少なくとも一部は内側固定部5によって構成されている。それゆえ、内側固定部5が、第1ケース部材31と第2ケース部材32とを連結する役割と、積層構造体10を支承する役割とを果たすこととなる。よって、部品点数の削減、小型化を図ることができる。
【0042】
以上のごとく、本例によれば、耐振性、及び、ケース内の発熱部品の放熱性を向上できる電力変換装置を提供することができる。
【0043】
なお、内側固定部の形状、構造は、内部空間において第1ケース部材と第2ケース部材とを連結固定する構成を有していれば、上記実施例に示したものに限らず、種々の形態を採用することができる。
【0044】
また、上記実施例において、内側固定部は、冷却器に対して伝熱部材を介して接触している例を示したが、内側固定部は冷却器に直接接触していてもよい。
【0045】
また、上記実施例において、発熱部品はリアクトルであり、電子部品は放電抵抗としたがこれに限られない。また、発熱部品、電子部品は、それぞれ単数部品であっても、複数部品であってもよい。
【符号の説明】
【0046】
1 電力変換装置
11 半導体モジュール
12 発熱部品(リアクトル)
2 冷却器
3 ケース
300 内部空間
31 第1ケース部材
32 第2ケース部材
4 外側固定部
5 内側固定部
6 隔壁

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