JP7036092B2

JP7036092B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7036092B2
Application number: JP2019129723A
Authority: JP
Inventors: 雅也殿本; 哲矢松岡; 弘洋一条
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: JP2020028215A; US20210167694A1; CN112585859A; US11563384B2; CN112585859B

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換回路を構成する複数の電子部品を有する電力変換装置が様々な用途に用いられている。電力変換装置に使用される電子部品として、特許文献１には、コンデンサ素子が収納されるとともにバスバや放電抵抗などの電子部品が取り付けられたコンデンサモジュールが開示されている。かかるコンデンサモジュールを電力変換装置に使用する場合には、通常、電力変換回路を構成する他の電子部品とともにケース内に固定されて使用される。

特開２０１４－２０７４２７号公報

特許文献１に開示のコンデンサモジュールは、コンデンサ素子、バスバ、放電抵抗などの発熱性の電子部品を備える。しかしながら、特許文献１に開示のコンデンサモジュールは、ケースに固定するための固定部がコンデンサモジュールの端部に一つ設けられているに過ぎない。そのため、コンデンサモジュールからケースへの熱引きが十分に行われないことから、コンデンサモジュールの放熱性が悪い。その結果、使用に伴ってコンデンサ素子の温度が過度に上昇する恐れがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、放熱性が向上されるコンデンサモジュールを備える電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電力変換回路を構成する複数の電子部品（１０）と、
上記複数の電子部品に含まれるコンデンサ素子（１１）を含むコンデンサモジュール（２）と、
上記複数の電子部品及び上記コンデンサモジュールを収容する装置ケース（３０）と、
を備え、
上記コンデンサモジュールは、上記装置ケースの内側底面（３１）に立設された第１の締結部（４１）と第２の締結部（４２）とを含む複数の締結部（４０）によって上記装置ケースに固定されており、
上記複数の電子部品のうち上記コンデンサ素子以外の少なくとも一つは、上記コンデンサモジュールに取り付けられているとともに、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記装置ケースの上記内側底面に平行な方向から見て上記第１の締結部と上記第２の締結部との間に位置しており、
上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品は、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記内側底面に平行な方向から見て、上記コンデンサ素子よりも上記締結部の少なくとも一つに近くなるように延設された延設部を有し、
上記延設部は、上記締結部の高さ方向に突出している、電力変換装置（１）にある。
また、本発明の他の態様は、電力変換回路を構成する複数の電子部品（１０）と、
上記複数の電子部品に含まれるコンデンサ素子（１１）を含むコンデンサモジュール（２）と、
上記複数の電子部品及び上記コンデンサモジュールを収容する装置ケース（３０）と、
を備え、
上記コンデンサモジュールは、上記装置ケースの内側底面（３１）に立設された第１の締結部（４１）と第２の締結部（４２）とを含む複数の締結部（４０）によって上記装置ケースに固定されており、
上記複数の電子部品のうち上記コンデンサ素子以外の少なくとも一つは、上記コンデンサモジュールに取り付けられているとともに、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記装置ケースの上記内側底面に平行な方向から見て上記第１の締結部と上記第２の締結部との間に位置しており、
上記複数の締結部は、上記内側底面からの高さが互いに異なるものを含んでおり、
上記複数の締結部の中で上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品に最も近い位置に位置している締結部は、上記内側底面からの高さが上記複数の締結部の中で最も高い、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置においては、コンデンサモジュールに取り付けられた電子部品は、コンデンサモジュールを装置ケースに固定するための第１の締結部と第２の締結部との間に位置している。これにより、当該電子部品に生じた熱が第１の締結部及び第２の締結部を介して装置ケースに伝播されやすくなっており、放熱性を向上することができる。

以上のごとく、本発明によれば、放熱性が向上されるコンデンサモジュールを備える電力変換装置を提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電力変換装置の上面概念図。実施形態１における、電力変換装置の斜視概念図。実施形態１における、コンデンサモジュールの斜視概念図。図１における、IV-IV線位置断面一部拡大図。図４における、V-V線位置断面一部拡大図。図５における、VI-VI線位置断面一部拡大図。変形形態１における図１のIV-IV線位置相当の断面一部拡大図。変形形態２における図１のIV-IV線位置相当の断面一部拡大図。変形形態３における、コンデンサモジュールの斜視概念図。変形形態３における図１のIV-IV線位置相当の断面一部拡大図。

（実施形態１）
上記電力変換装置の実施形態について、図１～図６を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置１は、複数の電子部品１０、コンデンサケース２０、コンデンサモジュール２、装置ケース３０を有する。
複数の電子部品１０は、電力変換回路を構成している。
コンデンサモジュール２、複数の電子部品１０に含まれるコンデンサ素子１１を含む。
装置ケース３０は複数の電子部品１０とコンデンサモジュール２とを収容する。

コンデンサモジュール２は、装置ケース３０の内側底面３１に立設された第１の締結部４１と第２の締結部４２とを含む複数の締結部４０によって装置ケース３０に固定されている。
そして、複数の電子部品１０のうちコンデンサ素子１１以外の少なくとも一つは、コンデンサモジュール２に取り付けられているとともに、第１の締結部４１と第２の締結部４２との並び方向に直交する方向であって内側底面３１に平行な方向から見て第１の締結部４１と第２の締結部４２との間に位置している。

以下、本実施形態の電力変換装置１について、詳述する。
図１に示す複数の電子部品１０は、インバータ、コンバータ等の電力変換回路を構成している。複数の電子部品１０は、コンデンサ素子１１のほかに、他の電子部品としての放電抵抗１２、放電回路１３、コンデンサＰバスバ１４、コンデンサＮバスバ１５、半導体モジュール１６、端子台１７を含む。なお、本実施形態では、コンデンサ素子１１の並び方向をＸ方向とし、後述するコンデンサケース２０の開口面２３とその反対側の面との対向方向を厚さ方向Ｙとし、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向を高さ方向Ｚとする。

図５に示すように、本実施形態では、コンデンサ素子１１は２個備えられ、コンデンサケース２０に収納されており、封止樹脂２２に封止されてコンデンサモジュール２を形成している。本実施形態では、コンデンサケース２０は樹脂製であって、全体形状として略直方体形状を有する。そして、コンデンサ素子１１の並び方向、すなわち、Ｘ方向に長尺な形状を有する。コンデンサケース２０は、一方の側面に開口形成された開口面２３を有し、開口面２３からコンデンサケース２０にポッティングされた封止樹脂２２のポッティング面が露出してコンデンサモジュール２の側面２１が形成されている。そして、側面２１に、他の電子部品としての放電抵抗１２、放電回路１３、コンデンサＰバスバ１４、コンデンサＮバスバ１５が取り付けられている。なお、放電回路１３は、図示しないスイッチ等を含む回路全体を含む。なお、本実施形態では図３に示すようにコンデンサモジュール２は略直方体形状であるが、これに限らず、コンデンサモジュール２は例えば側面視形状が台形の立体形状など、他の形状であってもよい。

図５に示すように、コンデンサケース２０は、開口面２３と反対側の面に凹状に形成された凹部２４と、凹部２４内に位置して第１の締結部４１に締結される第１の被締結部２５とを有する。凹部２４は、２個のコンデンサ素子１１の間に位置している。また、第１の被締結部２５は貫通孔からなりネジ５１を介して第１の締結部４１と締結される。

本実施形態では、図６に示すように、凹部２４は高さ方向Ｚに伸びるように形成されている。第１の被締結部２５は凹部２４内を高さ方向Ｚに仕切るように板状に形成されており、凹部２４には第１の被締結部２５を高さ方向Ｚに挟む締結部配置部２４１とネジ取り付け部２４２とが形成されている。締結部配置部２４１は第１の締結部４１が配置される空間領域となっている。ネジ取り付け部２４２は締結用のネジを挿入するための空間領域となっている。そして、図６に示すようにネジ取り付け部２４２の肉厚Ｗ１は、締結部配置部２４１の肉厚Ｗ１よりも厚くなっている。

図４に示すように、コンデンサケース２０の左右端部には、第２の締結部４２にネジ５２を介して締結される第２の被締結部２６と、第３の締結部４３にネジ５３を介して締結される第３の被締結部２７が設けられている。第２の被締結部２６及び第３の被締結部２７は、いずれもリブ状に形成され、それぞれネジ５２、５３が挿通される貫通孔を有している。

図４に示すように、装置ケース３０の内側底面３１に各締結部４１～４３が立設されている。そして、各締結部４１～４３の高さ方向Ｚにおける高さは、コンデンサモジュール２の凹部２４内に位置する第１の締結部４１の高さＨ１が最も高く、第２の締結部４２の高さＨ２と第３の締結部４３の高さＨ３はいずれもＨ１よりも低くなっている。本実施形態では、Ｈ２とＨ３とは同じ高さとなっている。そして、Ｈ１はコンデンサモジュール２の高さ方向Ｚの中央位置Ｃの高さＨ０よりも高くなっており、Ｈ２とＨ３とはＨ０よりも低くなっている。Ｈ１～Ｈ３の高さは特に限定されないが、例えば、３０ｍｍ～５０ｍｍとすることができる。なお、本実施形態では、装置ケース３０は金属製であるが、これに替えて樹脂製であってもよい。

本実施形態では、図６に示すように、第１の締結部４１は装置ケース３０と一体に形成されて金属製となっており、ネジ５１が挿入される部分を除いて中実となっている。なお、図示しないが、第２の締結部４２及び第３の締結部４３も装置ケース３０と一体に形成されて金属製となっており、ネジ５２、５３が挿入される部分を除いて中実となっている。

また、図４に示すように、放電抵抗１２及び放電回路１３は、第１の締結部４１と第２の締結部４２との並び方向に直交する方向であって装置ケース３０の内側底面３１に平行な方向から見て、コンデンサ素子１１よりも第１の締結部４１に近くなるように延設された延設部１２１を有する。本実施形態では、延設部１２１は上記方向から見て第１の締結部４１と重なっている。また、延設部１２１は高さ方向Ｚに突出している。そして、第１の締結部４１は、複数の締結部４０のうち、電子部品１０である放電抵抗１２及び放電回路１３に最も近い位置に位置している。

図１に示すように、コンデンサモジュール２の側面２１にはコンデンサＰバスバ１４、コンデンサＮバスバ１５が取り付けられている。コンデンサＰバスバ１４は、封止樹脂２２内で、図示しないコンデンサ素子１１の正極電極面に接続されている。同様に、コンデンサＮバスバ１５は、封止樹脂２２内で、図示しないコンデンサ素子１１の負極電極面に接続されている。これにより、２個のコンデンサ素子１１は、コンデンサＰバスバ１４とコンデンサＮバスバ１５によって互いに並列接続された状態にある。

図２に示すように、コンデンサＰバスバ１４、コンデンサＮバスバ１５は、互いにＺ方向に対向配置された状態で、封止樹脂２２により形成された側面２１から突出している。コンデンサＰバスバ１４、コンデンサＮバスバ１５は突出端側に、半導体モジュール１６の入力端子に接続される複数の接続端子１４１、１５１を備えている。なお、半導体モジュール１６の出力端子は出力バスバ１７１を介して端子台１７に接続されている。

次に、本実施形態の電力変換装置１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の電力変換装置１によれば、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０は、コンデンサモジュール２を装置ケース３０に固定するための第１の締結部４１と第２の締結部４２との間に位置している。これにより、当該電子部品１０に生じた熱が第１の締結部４１及び第２の締結部４２を介して装置ケース３０に伝播されやすくなっており、放熱性を向上することができる。

また、本実施形態では、複数の締結部４０の中で、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０である放電抵抗１２及び放電回路１３に最も近い位置に位置している第１の締結部４１は、内側底面３１からの高さＨ１が複数の締結部４０の中で最も高い。これにより、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０から発生される熱を第１の締結部４１を介して積極的に外部に放出することができるため、放熱性を一層高めることができる。なお、第１の締結部４１に替えて他の締結部４０が、複数の締結部４０の中で、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０に最も近い位置に位置しているとともに内側底面３１からの高さが複数の締結部４０の中で最も高くてもよい。この場合も同様の作用効果を奏する。

また、本実施形態では、コンデンサ素子１１はコンデンサケース２０に収容されており、コンデンサケース２０は、コンデンサケース２０の一方の面に開口形成された開口面２３と、開口面２３と反対側の面に凹状に形成された凹部２４とを有し、凹部２４内には、第１の締結部４１が配置される締結部配置部２４１と、第１の締結部４１に締結される第１の被締結部２５と、第１の被締結部２５を挟んで締結部配置部２４１の反対側に締結用のネジ５１を取り付けるためのネジ取り付け部２４２を有する。これにより、第１の締結部４１が凹部２４内に位置しているため、発熱体である放電抵抗１２や放電回路１３と第１の締結部４１との距離が近くなることから、放熱性を一層向上することができる。

また、本実施形態では、凹部２４において、ネジ取り付け部２４２の肉厚Ｗ２は、締結部配置部２４１の肉厚Ｗ１よりも大きい。これにより、凹部２４を設けつつ、コンデンサケース２０の体積を大きく維持することができるため、発熱体である電子部品１０から第１の被締結部２５への熱伝導を向上させることで放熱性を高めることができる。

また、本実施形態では、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０である放電抵抗１２は、第１の締結部４１と第２の締結部４２との並び方向に直交する方向であって内側底面３１に平行な方向から見て、コンデンサ素子１１よりも締結部４０の少なくとも一つに近くなるように延設された延設部１２１を有する。これにより、放電抵抗１２の熱を一層放出しやすくなるため、放熱性が向上する。

また、本実施形態では、延設部１２１は、締結部４１～４３の高さ方向Ｚに突出している。これにより、一層放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、コンデンサモジュール２に取り付けられた電子部品１０は、放電抵抗１２及び放電回路１３を構成している。これにより、電子部品１０のなかでも比較的発熱量の多い放電抵抗１２及び放電回路１３からの熱の放出を促すことができるため、放熱性の向上に寄与する。

以上のごとく、本実施形態によれば、放熱性が向上されるコンデンサモジュール２を備える電力変換装置１を提供することができる。

本実施形態では、図４に示すように、第１の締結部４１の高さＨ１をコンデンサモジュール２の高さ方向Ｚの中央位置Ｃの高さＨ０よりも高くし、第２の締結部４２の高さＨ２と第３の締結部４３の高さＨ３をＨ０よりも低くしたが、これに替えて、図７に示す変形形態１のように、Ｈ１～Ｈ３をＨ０よりも高くしてもよい。また、図８に示す変形形態２のように、第１の被締結部２５をコンデンサモジュール２のＸ方向の一方の端部に設け、第２の被締結部２６をＸ方向の他方の端部に設け、当該第１の被締結部２５に第１の締結部４１が締結されるようにするとともに、当該第２の被締結部２６に第２の締結部４２が締結されるようにしてもよい。なお、いずれの変形形態１、２においても、実施形態１と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。当該変形形態１、２においても上記実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。

また、本実施形態では、図２に示すように、複数の電子部品１０においてコンデンサ素子１１以外の他の電子部品１０としての放電抵抗１２、放電回路１３、コンデンサＰバスバ１４及びコンデンサＮバスバ１５が、コンデンサモジュール２のポッティング面である側面２１に取り付けられていることとしたが、他の電子部品は側面２１以外のコンデンサモジュール２の側面に取り付けられていてもよい。例えば、図９、図１０に示す変形形態３のように、複数の電子部品１０に含まれるコンデンサ素子１１以外の電子部品である放電抵抗１２及び放電回路１３が、それぞれコンデンサモジュール２の高さ方向Ｚの上側の面２８に設けられていてもよい。そして、変形形態３では、放電抵抗１２及び放電回路１３は、第１の締結部４１に近くなるように延設された延設部１２２を有する。なお、変形形態３においても、実施形態１と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

当該変形形態３では、図１０に示すように、放電抵抗１２及び放電回路１３は、第１の締結部４１と第２の締結部４２との並び方向に直交する方向であって内側底面３１に平行な方向から見て第１の締結部４１と第２の締結部４２との間に位置しており、変形形態３においても上記実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１電力変換装置
２コンデンサモジュール
１０電子部品
１１コンデンサ素子
２０コンデンサケース
２５第１の被締結部
３０装置ケース
３１内側底面
４０締結部
４１第１の締結部
４２第２の締結部

Claims

電力変換回路を構成する複数の電子部品（１０）と、
上記複数の電子部品に含まれるコンデンサ素子（１１）を含むコンデンサモジュール（２）と、
上記複数の電子部品及び上記コンデンサモジュールを収容する装置ケース（３０）と、
を備え、
上記コンデンサモジュールは、上記装置ケースの内側底面（３１）に立設された第１の締結部（４１）と第２の締結部（４２）とを含む複数の締結部（４０）によって上記装置ケースに固定されており、
上記複数の電子部品のうち上記コンデンサ素子以外の少なくとも一つは、上記コンデンサモジュールに取り付けられているとともに、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記装置ケースの上記内側底面に平行な方向から見て上記第１の締結部と上記第２の締結部との間に位置しており、
上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品は、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記内側底面に平行な方向から見て、上記コンデンサ素子よりも上記締結部の少なくとも一つに近くなるように延設された延設部を有し、
上記延設部は、上記締結部の高さ方向に突出している、電力変換装置（１）。
上記複数の締結部の中で上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品に最も近い位置に位置している締結部は、上記内側底面からの高さが上記複数の締結部の中で最も高い、請求項１に記載の電力変換装置。
電力変換回路を構成する複数の電子部品（１０）と、
上記複数の電子部品に含まれるコンデンサ素子（１１）を含むコンデンサモジュール（２）と、
上記複数の電子部品及び上記コンデンサモジュールを収容する装置ケース（３０）と、
を備え、
上記コンデンサモジュールは、上記装置ケースの内側底面（３１）に立設された第１の締結部（４１）と第２の締結部（４２）とを含む複数の締結部（４０）によって上記装置ケースに固定されており、
上記複数の電子部品のうち上記コンデンサ素子以外の少なくとも一つは、上記コンデンサモジュールに取り付けられているとともに、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記装置ケースの上記内側底面に平行な方向から見て上記第１の締結部と上記第２の締結部との間に位置しており、
上記複数の締結部は、上記内側底面からの高さが互いに異なるものを含んでおり、
上記複数の締結部の中で上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品に最も近い位置に位置している締結部は、上記内側底面からの高さが上記複数の締結部の中で最も高い、電力変換装置（１）。
上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品は、上記第１の締結部と上記第２の締結部との並び方向に直交する方向であって上記内側底面に平行な方向から見て、上記コンデンサ素子よりも上記締結部の少なくとも一つに近くなるように延設された延設部を有する、請求項３に記載の電力変換装置。
上記延設部は、上記締結部の高さ方向に突出している、請求項４に記載の電力変換装置。
上記コンデンサ素子はコンデンサケース（２０）に収容されており、
該コンデンサケースは、該コンデンサケースの一方の面に開口形成された開口面（２３）と、該開口面と反対側の面に凹状に形成された凹部（２４）と、を有し、
該凹部内には、上記第１の締結部が配置される締結部配置部（２４１）と、上記第１の締結部に締結される第１の被締結部（２５）と、該第１の被締結部を挟んで上記締結部配置部の反対側に締結用のネジを取り付けるためのネジ取り付け部（２４２）を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
上記凹部において、上記ネジ取り付け部の肉厚は、上記締結部配置部の肉厚よりも大きい、請求項６に記載の電力変換装置。
上記コンデンサモジュールに取り付けられた上記電子部品は、放電抵抗（１２）及び／又は放電回路（１３）を構成している、請求項１～７のいずれか一項に記載の電力変換装置。