JP6576880B2

JP6576880B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6576880B2
Application number: JP2016102945A
Authority: JP
Inventors: 建前田; 雄太沼倉; 賢市郎中嶋
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: JP2017212782A

Description

本発明は電力変換装置に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置に関する。

電力変換装置は、パワー半導体モジュールを含む主回路を有し、スイッチングにより直流電流を変換し、交流電流を出力する。電力変換装置は変換効率を高くするため、スイッチングを行うための指令信号を生成する駆動回路および制御回路を流れる電流は小さく制限され、一方の主回路には前記2つの回路に流れる電流の数十から数百倍以上の大電流が流れる。

この大電流が流れる配線の周囲には、電磁界の法則に従って磁束が発生する。この磁束は前記制御回路に電磁ノイズとして影響を及ぼし、制御回路内を流れる電流に変化をもたらす。この変化によって、制御回路が誤動作するおそれがあった。

従来技術（特許文献１）では、前記問題を解決するために、主回路と前記制御回路の間に磁性体が介在し、電磁ノイズである磁束を磁性体内に集約させ、前記制御回路が存在する空間における磁束発生を抑制していた。

従来技術においては、前記駆動回路と制御回路はインバータの冷却冷媒を流す流路形成体の一面と対向位置に配置されており、制御回路基板を支持するための専用構造体(MCベース、電磁ノイズ遮蔽の役割も持つ部品)が存在する。

特許4657329

本発明の課題は、電力変換装置の電磁ノイズの影響を軽減することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、入力電圧（２００）又は出力電圧（３００）の電圧値が駆動中に変動する回路部（４００）と、冷却冷媒を流す流路（５１０）を形成する流路形成体（５００）と、前記流路形成体の一方の面（５２０）と対向位置に配置される第１回路基板（６００）と、前記流路形成体の前記一方の面は反対側の他方の面（５３０）と対向位置に配置される第２回路基板（７００）と、前記第１回路基板と前記第２回路基板の間に制御信号を伝達するとともに前記流路形成体を跨いで配置される配線（８００）と、前記流路形成体に設けられるとともに前記回路部と前記配線に挟まれた所定位置（９００）に配置される遮蔽部（５４０）と、を備える。

本発明により、電力変換装置の電磁ノイズの影響を軽減することができる。

電力変換装置１００の分解斜視図である。図１の流路形成体５００を一方の面５２０側から見た斜視図である。電力変換装置１００における遮蔽部５４０を一方の面５２０側から見た断面図である。図１の流路形成体５００を一方の面５２０側から見た斜視図である。図１における流路形成体５００の５４０が形成された近傍及び筐体１０１を示した斜視図である。他の実施例に係る電力変換装置１００における遮蔽部５４０を一方の面５２０側から見た断面図である。

以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、電力変換装置１００の分解斜視図である。

回路部４００（４００ａや４００ｃ等）に入力電圧２００が印加され、パワー半導体モジュール４００ｂによって直流電流が交流電流に変換され、出力電圧３００ａないし３００ｃが生成される。

流路形成体５００は、図２に示される流路５１０を有し、パワー半導体モジュール４００ｂを収納する。パワー半導体モジュール４００ｂは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに一つずつ設けられ、合計３つ存在する。

第１回路基板６００は、流路形成体５００においてパワー半導体モジュール４００ｂを収納する面５２０に組み付けられる。第１回路基板６００は例えばパワー半導体モジュール４００ｂに駆動信号を出力する駆動回路基板である。第２回路基板７００は、流路形成体５００における前記一方の面５２０と反対側の面５３０に組み付けられる。第２回路基板７００は例えばパワー半導体モジュール４００ｂを制御する制御信号を出力する制御回路基板である。

配線８００は、第１回路基板６００と第２回路基板７００とを接続し、これら２つの基板の間の制御信号の伝達を行う。

回路部４００の一部である交流回路４００ｃと、配線８００の間には、流路形成体５００の一部が突起した遮蔽部５４０が介在する。筐体１０１は、種々の部品を搭載した流路形成体５００を収納する。

図２は、図１の流路形成体５００を一方の面５２０側から見た斜視図である。

流路形成体５００は、高さ方向に２つのパワー半導体モジュール４００ｂを対向させる第１列と、高さ方向にパワー半導体モジュール４００ｂと交流回路４００ｃを対向させる第２列と、を形成する。一方、流路形成体５００に形成された流路５１０は、第１列の上側のパワー半導体モジュール４００ｂ、第２列のパワー半導体モジュール４００ｂ、第２列の交流回路４００ｃ、第１列の下側のパワー半導体モジュール４００ｂ、の順に冷媒が流れるように形成される。

図３は、電力変換装置１００における遮蔽部５４０を一方の面５２０側から見た断面図である。

流路形成体５００は、その一部に突起形状を有し、この突起形状が遮蔽部５４０を形成する。遮蔽部５４０は、配線８００を位置決めするためのガイド部５５０を有する。ガイド部５５０は、配線８００を固定し、配線８００を所定位置９００に留める。

電磁ノイズ遮蔽空間９００を形成するための部品は、流路形成体５００と電力変換装置１００の筐体１０１である。電力変換装置１００は小型化を目的として、この電磁ノイズ遮蔽空間９００も小型化が求められる。制御信号を伝達するための配線８００を所定位置に固定することで、所定位置を電磁ノイズ遮蔽空間９００にすべく、流路形成体５００と筐体１０１を近接させて配置し、電力変換装置１００の小型化を実現する。

また、配線８００は、流路形成体５００へ組付けた後に、この流路形成体５００を筐体１０１へ組付ける。従って、組立作業の簡素化を考慮し、配線８００は流路形成体５００への組付け時に、所定位置に固定されている必要がある。この固定を行うために、流路形成体５００の一部に設けた遮蔽部５４０に突出部を設けて、この突出部をガイド部５５０とする。これにより、電力変換装置１００の組立作業が簡素化することができる。

図４は、図１の流路形成体５００を一方の面５２０側から見た斜視図である。

流路形成体５００は、パワー半導体モジュール４００ｂを収納するための収納空間５６０を形成する。パワー半導体モジュール４００ｂは、直流電流１０００を交流電流１１００に変換する。交流配線４００ｃはパワー半導体モジュール４００ｂに接続され、交流電流１１００をモータに伝達する。

パワー半導体モジュール４００ｂは、流路形成体５００に収納して冷却する。流路形成体５００におけるパワー半導体モジュール４００ｂを収納する面５２０には第１回路基板６００が配置されるため、パワー半導体モジュール４００ｂによって作られる交流電流１１００を出力する交流配線４００ｃは、第１回路基板６００と同一面に配置することが難しい。これにより、配線８００と交流電流１１００を出力する交流配線４００ｃとが、同一空間に存在する事象が起こり、配線８００を電磁ノイズの影響から隔離するための遮蔽空間９００が必要となる。

そこで、パワー半導体モジュール４００ｂは、冷媒による両面冷却を採用し、冷却効率を高め、体積当たり電流容量最大化を図る。高精度に駆動指令を伝達するため、第１回路基板６００はパワー半導体モジュール４００ｂに最も近い位置に配置し、流路形成体５００へ固定する。パワー半導体モジュール４００ｂが生成する交流電流１１００は、交流配線４００ｃを流れ、モータに供給される。

これにより、パワー半導体モジュール４００ｂ冷却効率向上による、電力変換装置１００の体積当たり電流容量を向上させることができる。

図５は、図１における流路形成体５００の５４０が形成された近傍及び筐体１０１を示した斜視図である。

流路形成体５００は、筐体１０１に収納され、前記流路形成体５００が有する複数の支持部である第１支持部５７０及び第２支持部５８０で筐体１０１に接続固定される。流路形成体５００は電力変換装置１００の筐体１０１で支持されるため、複数以上の固定点（第１支持部５７０及び第２支持部５８０）を有する。車両搭載に適合するために、流路形成体５００は耐振動性が求められ、前記固定点（第１支持部５７０及び第２支持部５８０）間の剛性が必要となる。固定点（第１支持部５７０及び第２支持部５８０）間を繋ぐように梁を設けることで剛性を向上させる。

遮蔽部５４０は電磁ノイズを遮蔽する機能に加えて、流路形成体固定点（第１支持部５７０及び第２支持部５８０）間の梁として、電力変換装置１００の耐振動性の向上に貢献する。

なお、配線８００は、電磁ノイズ遮蔽空間９００に留まり易い、形状維持機能と変形性を有することが望ましい。

そこで、フレキシブル基板の有する形状維持機能により、配線８００は、所定位置９００に配置された形状を維持する。さらに、フレキシブル基板の有する変形性により、ガイド部５５０による配線８００の固定作業が簡易化される。これにより、空間利用効率の向上と、組立作業性向上による電力変換装置１００の小型化を図ることができる。

図６は、他の実施例に係る電力変換装置１００における遮蔽部５４０を一方の面５２０側から見た断面図である。

電磁ノイズの遮蔽は、電磁ノイズ発生源と受信回路の間に遮蔽部５４０を配置することが基本であるが、遮蔽部５４０により分断される2つの空間が直接接する面積を小さくすればするほど、遮蔽効果を高めることが可能である。

遮蔽部５４０は流路形成体５００の一部であり、遮蔽部５４０を最大限拡大したとしても電力変換装置１００の筐体１２００に密着させることは困難である。遮蔽部５４０と前記筐体１０１との隙間を遮蔽する方法として、筐体１０１に突起部１２１０を設け、遮蔽部５４０で分断する2つの空間同士が接する面積を小さくする。そこで、筐体１０１は、流路形成体５００を収納し、遮蔽部５４０に向かって突出する突出部１２１０を有する。これにより、更なる電磁ノイズ遮蔽による、交流電流出力精度の向上を図ることができる。

１００…電力変換装置、１０１…筐体、２００…入力電圧、３００ａ…出力電圧、３００ｂ…出力電圧、３００ｃ…出力電圧、４００…回路部、４００ｂ…パワー半導体モジュール、５００…流路形成体、５１０…流路、５２０…パワー半導体モジュール４００ｂを収納する面、５３０…反対側の面、５４０…遮蔽部、５５０…ガイド部、５７０…第１支持部、５８０…第２支持部、６００…第１回路基板、７００…第２回路基板、８００…配線、９００…電磁ノイズ遮蔽空間、１０００…直流電流、１１００…交流電流、１２１０…突出部

Claims

入力電圧（２００）又は出力電圧（３００）の電圧値が駆動中に変動する回路部（４００）と、
冷却冷媒を流す流路（５１０）を形成する流路形成体（５００）と、
前記流路形成体の一方の面（５２０）と対向位置に配置される第１回路基板（６００）と、
前記流路形成体の前記一方の面は反対側の他方の面（５３０）と対向位置に配置される第２回路基板（７００）と、
前記第１回路基板と前記第２回路基板の間に制御信号を伝達するとともに前記流路形成体を跨いで配置される配線（８００）と、
前記流路形成体に設けられるとともに前記回路部と前記配線に挟まれた所定位置（９００）に配置される遮蔽部（５４０）と、を備え、
前記流路形成体は、当該流路形成体を収納する筐体（１０１）に接続される第１支持部（５７０）及び第２支持部（５８０）を有し、
前記遮蔽部は、前記第１支持部と前記第２支持部を繋ぐように、当該第１支持部と当該第２支持部と一体に形成される電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記配線を前記所定位置に留まるように規制するガイド部（５５０）と、を備える電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置１００であって、
前記ガイド部は、前記遮蔽部から突出する電力変換装置。
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
直流電流（１０００）を交流電流（１１００）に変換するとともに前記流路形成体に形成された収納空間（５１０）に収納されるスイッチング回路部（４００ｃ）を備え、
前記回路部は、前記交流電流を伝達する交流配線である電力変換装置。
請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記配線は、フレキシブル基板により構成される電力変換装置。