JP6340907B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、上から下方向に、電力変換モジュール、ヒートシンク、平滑コンデンサの３層を積層した構造において、電力変換モジュールと平滑コンデンサとを、それぞれヒートシンクに接する面で取り付けることにより、電力変換モジュールと平滑コンデンサとを冷却する電力変換装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−３４２６８号公報

しかしながら、ヒートシンクと接する面が片面のみである特許文献１の構造では、特に発熱源を部品中央にもつ平滑コンデンサは熱伝達の観点からヒートシンクの冷却能力を十分に活かせないため、十分な冷却効果を得ることができない。また、高出力化に伴って発熱量が増大した場合にも、同様に十分な冷却効果を得ることができない。

本発明は、電力変換モジュール、冷却器、平滑コンデンサを備えた、より冷却効果の高い電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明による電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュールと、直流電力を平滑する平滑用コンデンサと、冷却器と、を備える。冷却器は、電力変換モジュールおよび平滑用コンデンサを冷却するために、冷媒が流れる冷媒流路と、電力変換モジュールおよび平滑用コンデンサの少なくとも一方の少なくとも一部を格納することができる凹部とを備える。凹部の内面における電力変換モジュールおよび平滑用コンデンサの少なくとも一方と冷媒流路との間には熱伝導材が配置される。

本発明によれば、平滑用コンデンサおよび電力変換モジュールの少なくとも一方の周囲を冷却器で覆うことで、平滑用コンデンサおよび電力変換モジュールの少なくとも一方と冷却器との熱交換量が増えるため、より高い冷却効果を得ることができる。

図１は、第１の実施形態の電力変換装置を表した斜視図である。 図２は、第１の実施形態の電力変換装置を表した、図１とは違う角度から見た斜視図である。 図３は、図１のＡ-Ａ断面図である。 図４は、第２の実施形態の電力変換装置を表した斜視図である。 図５は、第２の実施形態の電力変換装置を表した、図４とは違う角度から見た斜視図である。 図６は、図４のＢ-Ｂ断面図である。 図７は、第３の実施形態の電力変換装置の断面図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電力変換装置を斜め上方から見た斜視図である。図２は、本実施形態の電力変換装置を図１とは角度を変えた斜め上方から見た斜視図である。図３は、図１のＡ-Ａ断面を表した断面斜視図である。以下、図１〜図３を参照して、その構成について説明する。

第１の実施形態に係る電力変換装置は、主に、電力変換モジュール１と、冷却器２と、平滑用コンデンサ３と、電気接続バスバー４と、固定用ネジ５とを備える。

電力変換モジュール１は、固定用ネジ５で冷却器２の上面に固定される。また、電力変換モジュール１は、その上面に設けた電気端子１ａを介して図示しない外部電源に電気的に接続されるとともに、電気端子１ａと連続する電気接続バスバー４を介して平滑用コンデンサ３と電気的に接続される。さらに、電力変換モジュール１は、その上面に電気端子１ａとは別に設けた電気端子１ｂを介して、図示しない駆動用モータ等に接続され、上記外部電源から供給された直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ等へ供給する。

冷却器２には、冷媒として用いる冷却水を通水するための冷却水通水部２ｂと、冷却水を冷却水通水部２ｂに注入するための冷却水入力部２ｃと、冷却水を冷却水通水部２ｂから排出するための冷却水出力部２ｄとが設けられている。冷却器２の下部には、平滑用コンデンサ３を格納するための凹部２ａが設けられている。凹部２ａを設けることにより、冷却器２の内部に平滑用コンデンサ３を格納することができる。冷却器２を構成する材質は、伝熱性に優れた例えばアルミ二ウム等を用いるのが好ましい。冷却水は、凍結せず、腐食しにくい、例えばＬＬＣ等を用いるのが望ましい。また、冷却水の代わりに油など他の冷媒を用いても良い。

平滑用コンデンサ３は、冷却器２に設けられた凹部２ａ内に配置され、固定用ネジ５で冷却器２に固定される。平滑用コンデンサ３は、直流電力を平滑する機能を有し、例えば、フィルムコンデンサ、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ等を用いる。図１に示す例では、直方体形状の平滑用コンデンサ３の外面６面のうち、５面が冷却器２によって囲われている。

この構成に依れば、平滑用コンデンサ３と、冷却器２上面に固定された電力変換モジュール１とが、冷却器２内に設けられた冷却水通水部２ｂを挟んで配置されており、さらに冷却器２が凹部２ａ内に固定された平滑用コンデンサ３を囲うように構成されるので、平滑用コンデンサ３が接する冷却有効面積が増える。これにより、平滑コンデンサ３をより効率的に冷却することが可能となる。

以上、第１の実施形態の電力変換装置によれば、直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュール１と、直流電力を平滑する平滑用コンデンサ３と、電力変換モジュール１および平滑用コンデンサ３を冷却する冷却器２と、を備える電力変換装置において、冷却器２は、冷却水が通水するための冷却水通水部２ｂと、平滑用コンデンサ３を格納する凹部２ａと、を備える。これにより、平滑用コンデンサ３を冷却器２で覆うため、平滑用コンデンサ３と冷却器２との熱交換量が増えるので、高い冷却効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の電力変換装置を斜め上方から見た斜視図である。図５は、本実施形態の電力変換装置を斜め下方から見た斜視図である。図６は、図４のＢ-Ｂ断面を表した断面斜視図である。以下、図４〜図６を参照して、その構成について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態において説明した冷却器２から、冷却器２に設けた凹部２ａを形成する部分を分割して別部品（冷却カバー６）としたことを特徴とする。

冷却カバー６は、固定ネジ５で冷却器２に固定される。冷却カバー６が固定された冷却器２には、図４〜図６に示すとおり、平滑用コンデンサ２を配置可能な凹部２ａが形成される。

冷却カバー６を構成する材質は、伝熱性に優れた例えばアルミニウム等を用いるのが好ましい。

この構成に依れば、第１の実施形態の電力変換装置の製造には必要であった凹部２ａを形成するための横抜き型が不要となり、冷却器２を上下型のみで作製することが可能となるため、製造コストを低減することができる。

以上、第２の実施形態の電力変換装置に依れば、冷却器２が備える凹部２ａは、冷却器２と分割可能に構成される。これにより、冷却器２の形状が少なくとも製法の観点から簡単な構造になるため、部品作製が容易となる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の電力変換装置を、図１のＡ-Ａ断面と同様の断面において表した断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態における平滑用コンデンサ３と冷却器２の凹部２ａの内面との間の空間を熱伝導材である流体物７で充填する。

流体物７は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）等を配合したシリコン系の接着剤等の、熱伝導性が高いものや、固着力が高いものを用いる。

この構成に依れば、平滑コンデンサ３と冷却器２との間の熱伝導率が高まるため、平滑コンデンサ３と冷却器２との間の熱伝達力が更に向上する。また、流体物７が高い固着力を有する場合は固定用ネジ５を削除することが可能となるため、コストを低減することができる。

以上、第３の実施形態の電力変換装置に依れば、平滑用コンデンサ３を格納した凹部２ａに熱伝導材を配置する。これにより、凹部２ａに配置した平滑用コンデンサ３から冷却器２への熱伝達力がより向上するので、冷却効果をさらに高めることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、上述の実施形態では、凹部２ａに平滑用コンデンサ３のみを格納する例を説明したが、凹部２ａに、電力変換モジュール１のみを格納してもよいし、平滑用コンデンサ３と電力変換モジュール１の両方を格納してもよい。また、各実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。

１…電力変換モジュール
２…冷却器
２ａ…凹部
２ｂ…冷却水通水部（冷媒流路）
３…平滑用コンデンサ
６…冷却カバー（分割可能に構成された凹部）
７…流体物（熱伝導材）

Claims (2)

1. 直流電力を交流電力に変換する電力変換モジュールと、
   直流電力を平滑する平滑用コンデンサと、
   前記電力変換モジュールおよび前記平滑用コンデンサを冷却する冷却器と、を備える電力変換装置において、
   前記冷却器は、冷媒が流れる冷媒流路と、
   前記電力変換モジュールおよび前記平滑用コンデンサの少なくとも一方の少なくとも一部を格納する凹部と、を備え、
   前記凹部の内面における前記電力変換モジュールおよび前記平滑用コンデンサの少なくとも一方と前記冷媒流路との間に熱伝導材を配置する、
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記冷却器が備える前記凹部は、前記冷却器と分割可能に構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

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