JP6420122B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ用のリアクトルをケース内に有する電力変換装置に関する。

下記の特許文献１に、制振部材を必要な範囲に充填することにより、制振性、放熱性を確保したリアクトル装置が開示されている。このリアクトル装置は、底板と側板とを有するケース、及び底板に設けられた枠体を含む。枠体は、ケースの側板から離れて、底板の内部領域に配置される。底板と枠体とで、リアクトルの収容部が構成される。リアクトルの収容部の底面に樹脂を注入した後、リアクトルが樹脂を押し潰しながら、収容部内に収容される。

特開２０１０−１１８５４０号公報

リアクトルに高周波電流を流すと、電磁加振力によって振動が発生する。リアクトルの振動が底板に伝わると、底板の振動が、騒音の発生、部品の干渉、及びケースの破損の原因になる。底板の振動を抑制するために、底板の剛性を高めることが好ましい。底板の剛性を高めるために底板を厚くすると、ケースの重量が増加してしまう。

本発明の目的は、ケースの重量増加を抑制しつつ、リアクトルの振動の影響を軽減することが可能な電力変換装置を提供することである。

本発明の第１の観点による電力変換装置は、
ＤＣ−ＤＣコンバータに組み込まれるリアクトルと、
底板及び周壁を含み、前記底板の一部分に設けられたリアクトル収納部に前記リアクトルを収納するケースと、
前記底板に設けられたリブと
を有し、
前記リアクトル収納部は、平面視において前記リアクトルを取り囲む収納壁を含み、
前記収納壁の一部分が、前記ケースの前記周壁の一部分と共用されており、
前記リブは、前記収納壁に連結されておらず、前記リブの一部分は、前記収納壁から離間した状態で、前記収納壁に沿って延びる。

本発明の第２の観点による電力変換装置においては、第１の観点による電力変換装置の構成に加えて、
前記リブが、前記ケースの前記周壁に連結されている。

本発明の第３の観点による電力変換装置においては、第１または第２の観点による電力変換装置の構成に加えて、
前記リブが、前記底板の一方の面に配置されており、他方の面には配置されていない。

第１の観点による電力変換装置においては、底板にリブが設けられていることにより、底板の剛性を高めることができる。リブが収納壁に連結されていないため、リアクトルで発生した振動が、周囲の底板に伝搬し難い。その結果、底板の振動を抑制することができる。さらに、リブのうち、収納壁に沿って延びる部分が、振動の伝搬を抑制する機能を持つ。

第２の観点による電力変換装置においては、リブが周壁に連結されていることにより、ケース全体の剛性を高めることができる。

第３の観点による電力変換装置においては、リブを設けることによる底板の厚さの増加を抑制することができる。

図１は、実施例による電力変換装置を内蔵する電力制御装置の斜視図である。 図２は、電力制御装置のロアケース及びミドルケースの斜視図である。 図３は、下方から見たミドルケースの斜視図である。 図４は、実施例の変形例によるミドルケースの底面図である。

図１に、実施例による電力変換装置を内蔵する電力制御装置の斜視図を示す。図１に示すように、ｚ軸の方向が上下方向に相当するｘｙｚ直交座標系を定義する。

電力制御装置１は、ロアケース１０、ミドルケース２０、アッパケース１１０、及びカバー１２０を含む。ミドルケース２０はロアケース１０の上に配置され、アッパケース１１０はミドルケース２０の上に配置される。カバー１２０は、アッパケース１１０の上方を向く開口部を塞ぐ。ロアケース１０、ミドルケース２０、アッパケース１１０、及びカバー１２０は、典型的には、アルミニウム等の金属製の鋳物、またはプレス加工による成形品であり、ボルト等の締結具１３０で締結されて、相互に固定される。この電力制御装置１は、例えばハイブリッド自動車等の車両に搭載される。

電力制御装置１は、二次電池から車両走行用の電動モータに供給される電力、及び電力回生機構（発電機）から二次電池に供給される電力を制御する。なお、電力制御装置１は、必要に応じ、２つの電力のうち一方のみを制御してもよい。

ロアケース１０は、ｚ方向に延びる仮想軸を、ｘｙ面に平行な仮想平面に沿って周回するロア周壁１２と、その底部を塞ぐ底壁１４とを備える。ロアケース１０内に、平滑コンデンサ等が収容される。底壁１４から下方に向かって突出する入力側三相交流コネクタ１８、及び出力側三相交流コネクタが、ロアケース１０に装着されている。出力側三相交流コネクタは、図１には現れていない。ロアケース１０に固定部１６が設けられている。固定部１６を介して、電力制御装置１が車両に固定される。

ミドルケース２０は、ｚ方向に延びる仮想軸を、ｘｙ面に平行な仮想平面に沿って周回するミドル周壁２２、及びｘｙ面に平行な支持板を備える。ミドルケース２０の支持板に、ｘｙ面に平行な平板状のウォータージャケット（冷却部材）及びリアクトルが固定される。ウォータージャケットに、インバータを構成するパワー半導体素子、及び昇圧用、降圧用、または昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを構成するパワー半導体素子が固定される。支持板に固定されるリアクトルは、ＤＣ−ＤＣコンバータ用のものである。支持板、ウォータージャケット、パワー半導体素子、及びリアクトルは図１に現れていない。

クーラント導入管２４からウォータージャケットにクーラントが供給される。ウォータージャケット内のクーラントが、クーラント排出管２６から排出される。ミドル周壁２２から側方に張り出した張出部に、直流コネクタ２８が装着されている。直流コネクタ２８は、二次電池に接続される。

アッパケース１１０は、ｚ方向に延びる仮想軸を、ｘｙ面に平行な仮想平面に沿って周回するアッパ周壁１１２を備える。アッパ周壁１１２に、入出力信号用コネクタ１１４が装着されている。アッパケース１１０内に、電力制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が収容される。ＥＣＵは、図１に現れていない。

カバー１２０は、その周縁部においてアッパケース１１０のアッパ周壁１１２に固定される。ロアケース１０の底壁１４、ロア周壁１２、ミドルケース２０のミドル周壁２２、アッパケース１１０のアッパ周壁１１２、及びカバー１２０によって、それらの内側に収容空間が形成される。

図２に、ロアケース１０及びミドルケース２０の斜視図を示す。図１に示したアッパケース１１０及びカバー１２０は取り外されている。ミドルケース２０は、ｘｙ面に平行に配置される底板２１、及び底板２１の外周に沿って周回するミドル周壁２２を含む。底板２１の上方を向く面（上面）は、ほぼ平坦である。底板２１の下方を向く面（底面）に接続されたクーラント導入管２４が、底板２１の上面に開口する開口部２５に繋がる。底板２１の底面に接続されたクーラント排出管２６が、底板２１の上面に開口する開口部２７に繋がる。

底板２１に、さらに複数の開口部２９が形成されている。底板２１よりも上方に実装される部品と、下方に実装される部品とを接続するためのケーブル等が、開口部２９を通過する。底板２１の上に、ウォータージャケットが装着される。ウォータージャケットに、パワー半導体素子が熱的に結合する。

図３に、下方から見たミドルケース２０の斜視図を示す。図３には、底板２１の底面が現れている。底板２１の外周線に沿ってミドル周壁２２が周回する。底板２１に複数の開口部２９が形成されている。底板２１の一部分に、リアクトル４０を収納するリアクトル収納部３０が設けられている。リアクトル収納部３０は、底板２１の一部分と、収納壁３２とで構成される。収納壁３２は、平面視において（ｘｙ面内に関して）、リアクトル４０が収納される空間を取り囲む。収納壁３２の一部分は、ミドル周壁２２の一部分と共用されている。すなわち、リアクトル収納部３０は、底板２１の縁に接する位置に配置される。リアクトル収納部３０の内面とリアクトル４０との間の隙間には、樹脂が充填される。

リアクトル４０は、底板２１（図２）の上面側に実装されるパワー半導体素子とともに、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する。このＤＣ−ＤＣコンバータの電源側の端子は、直流コネクタ２８（図１）を介して二次電池に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータの負荷側の端子は、ロアケース１０（図１）内の平滑コンデンサ、及び底板２１の上面側に実装されるインバータに接続される。

底板２１に、底板２１の剛性を高めるためのリブ３５が設けられている。リブ３５は、例えば直交格子状に配置されている。リブ３５は、底板２１の、リアクトル収納部３０以外の領域のほぼ全域に亘って配置されており、ミドル周壁２２に連結されているが、収納壁３２には連結されていない。すなわち、リアクトル収納部３０に向かって延びるリブ３５は、収納壁３２の手前で終了する。収納壁３２の外側に、収納壁３２に沿って、リブ３５が設けられていないリブ非配置領域３６が確保されている。

リブ３５の一部分３５１は、収納壁３２から離間した状態で、収納壁３２に沿って延びる。収納壁３２とリブ３５の一部分３５１との間の領域が、リブ非配置領域３６に相当する。

上記実施例では、リアクトル収納部３０の収納壁３２の一部分が、ミドル周壁２２の一部分と共用される。リアクトル収納部３０がミドル周壁２２から離れて、底板２１の内奥部に配置される場合に比べて、リアクトル収納部３０の支持強度を高めることができる。さらに、ミドルケース２０の寸法を小さくすることが可能になる。

底板２１のほぼ全域にリブ３５を設けているため、底板２１全体を厚くする場合に比べて、底板２１の重量の増加を抑制しつつ、剛性を高めることができる。リアクトル収納部３０の周囲に確保されたリブ非配置領域３６の剛性は、その周囲のリブ３５が設けられている領域の剛性より低い。リブ非配置領域３６で振動が吸収されるため、リアクトル４０の振動が、底板２１の周囲の領域に伝わりにくい。このため、底板２１の振動が抑制される。収納壁３２に沿って延びるリブ３５の一部分３５１は、リブ非配置領域３６を伝わる振動が周囲に伝搬することを抑制する。

リブ３５がミドル周壁２２に連結されているため、ミドルケース２０の全体の剛性を高めることができる。また、リブ３５が底板２１の底面のみに設けられており、図２に示した上面にはリブが設けられていない。このため、底板２１の厚さの増加を抑制することができる。

図４Ａ及び図４Ｂに、実施例の変形例によるミドルケース２０の底面図を示す。図１〜図３に示した実施例では、リブ３５（図３）が直交格子状に配置されていた。図４Ａに示した変形例では、リブ３５がハニカム状に配置されている。図４Ｂに示した変形例では、リブ３５が斜め格子状に配置されている。このように、リブ３５の平面模様として、種々の模様を採用することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１ 電力制御装置
１０ ロアケース
１２ ロア周壁
１４ 底壁
１６ 固定部
１８ 入力側三相交流コネクタ
２０ ミドルケース
２１ 底板
２２ ミドル周壁
２４ クーラント導入管
２５ 開口部
２６ クーラント排出管
２７ 開口部
２８ 直流コネクタ
２９ 開口部
３０ リアクトル収納部
３２ 収納壁
３５ リブ
３６ リブ非配置領域
４０ リアクトル
１１０ アッパケース
１１２ アッパ周壁
１１４ 入出力信号用コネクタ
１２０ カバー
３５１ 収納壁にそって延びるリブの一部分

Claims (3)

1. ＤＣ−ＤＣコンバータに組み込まれるリアクトルと、
   底板及び周壁を含み、前記底板の一部分に設けられたリアクトル収納部に前記リアクトルを収納するケースと、
   前記底板に設けられたリブと
   を有し、
   前記リアクトル収納部は、平面視において前記リアクトルを取り囲む収納壁を含み、
   前記収納壁の一部分が、前記ケースの前記周壁の一部分と共用されており、
   前記リブは、前記収納壁に連結されておらず、前記リブの一部分は、前記収納壁から離間した状態で、前記収納壁に沿って延びる電力変換装置。
2. 前記リブは、前記ケースの前記周壁に連結されている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記リブは、前記底板の一方の面に配置されており、他方の面には配置されていない請求項１または２に記載の電力変換装置。
   

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