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公開番号2021016270
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210212
出願番号2019130403
出願日20190712
発明の名称電力変換装置
出願人日立オートモティブシステムズ株式会社
代理人特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210115BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】Yキャパシタの温度を下げることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、電力変換モジュールと、コモンモードのノイズを減少させる複数のYキャパシタ14と、電力変換モジュールおよびYキャパシタ14を格納する筐体ケースと、複数のYキャパシタ14および筐体ケースの間に、Yキャパシタ14および筐体ケースに接して配され、複数のYキャパシタ14の底部および複数のうち少なくとも1つのYキャパシタ14の少なくとも1つの側面と接する放熱ベース16と、を備える。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
電力変換部と、
コモンモードのノイズを減少させる複数のYキャパシタと、
前記電力変換部および前記Yキャパシタを格納する筐体ケースと、
前記複数のYキャパシタおよび前記筐体ケースの間に、前記Yキャパシタおよび前記筐体ケースに接して配され、前記複数のYキャパシタの底部および前記複数のうち少なくとも1つの前記Yキャパシタの少なくとも1つの側面と接する放熱ベースとを備える電力変換装置。
続きを表示(約 730 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記放熱ベースは、前記複数のYキャパシタの底部および前記複数のYキャパシタの少なくとも1つの側面と接する電力変換装置。
【請求項3】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記複数のYキャパシタ同士は側面同士が接するように配置され、
前記放熱ベースは、前記複数のYキャパシタの底部および前記複数のYキャパシタ同士が接する側面を除く全ての側面と接する電力変換装置。
【請求項4】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記筐体ケースは、前記放熱ベースを挟んで前記Yキャパシタと対向する位置に形成される放熱経路部を有する電力変換装置。
【請求項5】
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記電力変換部に入力される電流のノーマルモードのノイズを減少させるXキャパシタと、
前記電力変換部に入力される電流にフィルタ処理を施すフィルタ回路と、
前記電力変換部に入力される電流が入力される接点である電源コネクタと、
前記電源コネクタおよび前記フィルタ回路を接続する第1配線と、
前記フィルタ回路および前記Yキャパシタを接続する第2配線と、
をさらに備え、
前記フィルタ回路は前記Yキャパシタに隣接して配され、
前記放熱ベースは前記フィルタ回路とも接触し、
前記電源コネクタは、前記放熱ベースを挟んで前記フィルタ回路と対向する位置に配され、
前記第1配線および前記第2配線は、前記フィルタ回路および前記電源コネクタを囲むように配される電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッド自動車はモータを搭載しており、モータに供給する電力を制御するインバータなどの電力変換装置を備えることが多い。電力変換装置の構成要素の一つであるコンデンサは、一般に耐熱温度が低く、熱に弱い部品である。モータの高出力化や搭載部品の高密度化により、コンデンサを冷却する需要が高まっている。特許文献1には、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、前記直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、前記パワー半導体モジュール及び前記コンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、前記コンデンサモジュールは、前記略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともに前記コンデンサ素子の収納空間を有するケースと、前記パワー半導体素子と前記コンデンサ素子とを電気的に接続するための直流側バスバと、を有し、前記冷却体は、前記ケースの内壁の底面及び前記ケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、前記直流バスバは、前記コンデンサ素子と前記ケースの内壁面との間であって、前記ケースの前記底面及び前記両側面に沿って形成される電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2012−253883号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されている発明では、Yキャパシタの放熱性に改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第1の態様による電力変換装置は、電力変換部と、コモンモードのノイズを減少させる複数のYキャパシタと、前記電力変換部および前記Yキャパシタを格納する筐体ケースと、前記複数のYキャパシタおよび前記筐体ケースの間に、前記Yキャパシタおよび前記筐体ケースに接して配され、前記複数のYキャパシタの底部および前記複数のうち少なくとも1つの前記Yキャパシタの少なくとも1つの側面と接する放熱ベースとを備える。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、Yキャパシタの温度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
電力変換装置の分解斜視図
図2(a)はキャパシタケースの分解図、図2(b)はキャパシタケースの組立図
Yキャパシタの分解斜視図
第2配線の分解図
フィルタ回路の分解図
キャパシタケース付近の断面図
電力変換装置の簡易回路図
変形例におけるYキャパシタと放熱ベースとが接触する形態のバリエーションを示す図
【発明を実施するための形態】
【0008】
―第1の実施の形態―
以下、図1〜図7を参照して、電力変換装置の第1の実施の形態を説明する。
【0009】
(分解斜視図)
図1は、本発明に係る電力変換装置1の分解斜視図である。電力変換装置1は直流を3相交流に変換する。電力変換装置1は、電力変換モジュール11と、バスバ12と、Xキャパシタ13と、Yキャパシタ14と、フィルタ回路15と、放熱ベース16と、キャパシタケース17と、筐体ケース18と、直流電源コネクタ20とを備える。ただし後述するように、放熱ベース16とキャパシタケース17とは一体に形成されている。また「電力変換モジュール」は、「電力変換部」とも呼ぶ。
【0010】
図面同士の相関を明示するために、図1に示すようにX軸、Y軸、およびZ軸を定義する。2つのYキャパシタ14およびフィルタ回路15は、X軸方向に並んでいる。なお図1にはXキャパシタ13が6つ示されているが、Xキャパシタ13の数は特に限定されない。本実施の形態では少なくともXキャパシタ13は1つ備えられれば良い。ただし以下の説明ではそれぞれのXキャパシタ13は区別せず、6つをまとめてXキャパシタ13と呼ぶ。Yキャパシタ14は電力変換装置1に少なくとも2つ備えられる。
【0011】
電力変換モジュール11は、内蔵されたスイッチング素子を用いて、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。Xキャパシタ13は、電力変換モジュール11から発生されるリップル電圧を減衰させる。フィルタ回路15は、第1配線51から入力される直流電源ノイズを減衰させる。
【0012】
図2(a)はキャパシタケース17の分解図、図2(b)はキャパシタケース17の組立図である。キャパシタケース17は、インサート成形により第1配線51および放熱ベース16と一体に整形される樹脂である。キャパシタケース17は放熱ベース16のZ軸マイナス方向の端部壁面、いわゆる放熱ベース16の底部を形成する。さらにキャパシタケース17は、図2(b)の左上に示すようにX方向のプラス側の端部とマイナス側の端部でZ方向プラス側に折り曲げられる。キャパシタケース17はX軸のプラス側およびマイナス側で底部の高さが異なり、X軸のプラス側にはフィルタ回路15が配され、マイナス側にはYキャパシタ14が配される。
【0013】
図3はYキャパシタ14の分解斜視図である。Yキャパシタ14はZ方向のプラス側に突起を有する略直方体の形状を有する。Yキャパシタ14は、素子ケース141と、ポッティング142と、容量素子143と、Yキャパシタ端子144とを備える。Yキャパシタ14は使用中に容量素子143が発熱するので、素子ケース141を金属と接触させて放熱することが望ましい。
【0014】
図4は、第2配線52の分解図である。第2配線52は、正極バスバ521と、負極バスバ522と、接地バスバ523とが、樹脂モールド524により一体に整形される。詳しくは後述するが、正極バスバ521と負極バスバ522のそれぞれは、別々のYキャパシタ14と接続される。
【0015】
図5は、フィルタ回路15の分解図である。フィルタ回路15は、フィルタケース151と、ポッティング152と、容量素子153と、接続端子154とを備える。
【0016】
図6は、キャパシタケース17付近の断面図である。キャパシタケース17には、Yキャパシタ14と、フィルタ回路15と、放熱ベース16と、直流電源コネクタ20とが格納される。放熱ベース16は、アルミ等の熱抵抗の小さい材料で構成される。放熱ベース16はYキャパシタ14、フィルタ回路15、および筐体ケース18に接する。放熱ベース16は、Yキャパシタ14およびフィルタ回路15が発する熱を筐体ケース18に伝達する。放熱ベース16は、主にキャパシタケース17の底部に沿って配置され、図示左右の端部ではZ方向に立ち上がっている。そのためYキャパシタ14は、底部だけでなくX方向の両端の側面も放熱ベース16に接触する。
【0017】
放熱ベース16は、Z方向のプラス側において図示左側でYキャパシタ14と接触し、図示右側でフィルタ回路15と接触する。さらに放熱ベース16は、Z方向のマイナス側において図示左側で筐体ケース18と接触する。筐体ケース18は、熱伝導性に優れる部材、たとえばアルミなどの金属により形成される。以下では、筐体ケース18の一部であって、放熱ベース16を挟んでYキャパシタ14と対向する位置を「放熱経路部」18Aと呼ぶ。放熱ベース16における熱の流れは次のとおりである。すなわち、放熱ベース16はYキャパシタ14およびフィルタ回路15から吸熱し、放熱経路部18Aから筐体ケース18に放熱する。
【0018】
(回路図)
図7は、電力変換装置1の簡易回路図である。ただし図7に示す一部の構成は図1には陰になって図示されていない。本実施の形態では、DCバスバ61と、第2配線52と、第1配線51と、直流電源コネクタ20とをあわせて直流電源回路40と呼ぶ。電力変換装置1は、入力である直流電流を受け入れる直流電源コネクタ20と、出力である三相交流電流を電力変換装置1の外部に出力する交流電源コネクタ30とを備える。直流電源コネクタ20から入力された電流は、第1配線51を通ってフィルタ回路15に導入され、フィルタ処理された電流が第2配線52に出力される。
【0019】
第2配線52は、正極バスバ521と、負極バスバ522と、接地バスバ523とから構成される。正極バスバ521と接地バスバ523との間、および負極バスバ522と接地バスバ523との間には、Yキャパシタ14が接続される。2つのYキャパシタ14は接地バスバ523を介してグランド、すなわち筐体ケース18の接地部に電気的に接続される。Yキャパシタ14は、直流電源回路40に流れるコモンモード電流を減衰させる。第2配線52はさらにDCバスバ61に接続され、DCバスバ61にはXキャパシタ13が接続される。
【0020】
DCバスバ61は電力変換モジュール11に接続されて直流電源コネクタ20から入力された電流を電力変換モジュール11に提供する。電力変換モジュール11は直流電力を交流電力に変換し、ACバスバ62を介して交流電源コネクタ30に交流電力を出力する。なお電力変換モジュール11は、3相のそれぞれに対応して存在するが、図2では1つだけ記載している。すなわち実際にはDCバスバ61は、複数の電力変換モジュール11に接続される。
【0021】
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)電力変換装置1は、電力変換部11と、電力変換部11に入力される電流のコモンモードのノイズを減少させる複数のYキャパシタ14と、電力変換部11およびYキャパシタ14を格納する筐体ケース18と、複数のYキャパシタ14および筐体ケース18の間に、Yキャパシタ14および筐体ケース18に接して配され、複数のYキャパシタ14の底部および複数のうち少なくとも1つのYキャパシタ14の少なくとも1つの側面と接する放熱ベース16とを備える。そのため、放熱ベース16を介してYキャパシタ14と筐体ケース18の接触面積を増やすことができるので、Yキャパシタ14から筐体ケース18への熱の移動が促進されYキャパシタ14の温度を下げることができる。
【0022】
(2)放熱ベース16は、複数のYキャパシタ14の底部および複数のYキャパシタの少なくとも1つの側面と接する。そのため、いずれのYキャパシタ14も底面と側面の2面で放熱ベース16と接触するので、いずれのYキャパシタ14も温度を下げることができる。
【0023】
(3)筐体ケース18は、放熱ベース16を挟んでYキャパシタ14と対向する位置に形成される放熱経路部18Aを有する。そのため、放熱ベース16の内部での熱の移動が少なく、Yキャパシタ14から放熱ベース16への伝熱が迅速に行われる。
【0024】
(4)電力変換装置1は、電力変換部11に入力される電流のノーマルモードのノイズを減少させるXキャパシタ13と、電力変換部11に入力される電流にフィルタ処理を施すフィルタ回路と、電力変換部11に入力される電流が入力される接点である直流電源コネクタ20と、直流電源コネクタ20およびフィルタ回路15を接続する第1配線51と、フィルタ回路15およびYキャパシタ14を接続する第2配線52とを備える。フィルタ回路15はYキャパシタ14に隣接して配される。放熱ベース16はフィルタ回路15とも接触する。直流電源コネクタ20は、放熱ベース16を挟んでフィルタ回路15と対向する位置に配される。第1配線51および第2配線52は、フィルタ回路15および直流電源コネクタ20を囲むように配される。そのため、放熱ベース16と筐体ケース18の間に直流電源コネクタ20を配置し、電力変換装置1を小型化できる。
【0025】
(変形例1)
略直方体の形状を有するYキャパシタ14は、第1の実施の形態では底面と2つの側面が放熱ベース16と接触した。しかしYキャパシタ14は少なくとも1つの側面が放熱ベース16と接触すればよい。なお、Yキャパシタ14の4つの側面全てが放熱ベース16と接触することが最も望ましい。
【0026】
図8(a)〜(d)は、Yキャパシタ14と放熱ベース16とが接触する形態のバリエーションを示す図である。図8(a)〜(d)のいずれも同じ視点であり、図示右側がX軸のプラス方向、図示上側がY軸のプラス方向である。図8ではハッチングの領域が放熱ベース16を示している。ただし作図の都合により放熱ベース16は第1の実施の形態に比べて数倍の厚みで記載している。
【0027】
図8(a)は第1の実施の形態におけるYキャパシタ14と放熱ベース16との接触形態を示している。図8(a)ではYキャパシタ14は、Yキャパシタ14のX軸のプラス方向とマイナス方向のそれぞれの側面で放熱ベース16と接する。すなわち2つのYキャパシタ14はいずれも、底面と1つの側面が放熱ベース16と接する。図8(b)に示す例ではYキャパシタ14は、4つの側面全てで放熱ベース16と接する。換言すると図8(b)では、2つのYキャパシタ14のそれぞれは、底部およびYキャパシタ14同士が接する側面を除く全ての側面で放熱ベース16と接する。
【0028】
図8(c)に示す例ではYキャパシタ14は、Yキャパシタ14のX軸のプラス方向の側面のみで放熱ベース16と接する。すなわち図8(c)では、1つのYキャパシタ14は底面のみが放熱ベース16と接しており、もう1つのYキャパシタ14は底面および1つの側面で放熱ベース16と接する。図8(d)に示す例ではYキャパシタ14は、Yキャパシタ14のX軸のプラス方向の側面とYキャパシタ14のY軸のプラス方向の側面で放熱ベース16と接する。すなわち図8(d)では、1つのYキャパシタ14は底面と1つの側面で放熱ベース16と接しており、もう1つのYキャパシタ14は底面および2つの側面で放熱ベース16と接する。
【0029】
この変形例1によれば、上述した実施の形態の作用効果に加えて次の作用効果が得られる。
(5)複数のYキャパシタ14同士は側面同士が接するように配置される。放熱ベース16は、複数のYキャパシタ14の底部および複数のYキャパシタ14同士が接する側面を除く全ての側面と接する。そのため、Yキャパシタ14と放熱ベース16とが広い面積で接触するので、Yキャパシタ14から筐体ケース18への熱の移送を促進できる。
【0030】
(変形例2)
上述した実施の形態では、電力変換装置1にはYキャパシタ14が2つ含まれた。しかしYキャパシタ14は電力変換装置1に3つ以上含まれてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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