JP2013051848A - Electric power conversion apparatus for electric vehicle and electric vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power conversion apparatus which devises the layout of components in the electric power conversion apparatus and thereby improving the cooling efficiency.SOLUTION: An electric power conversion apparatus 10 includes: a reactor 6; a power module 22 housing a switching element SW; a first cooler 25 contacting with the power module 22 and cooling the switching element SW; a bracket 5; and a second cooler 8. The bracket 5 supports a unit 20, formed by integrating the power module 22 with the first cooler 25, and the reactor 6 from the side or above so that the unit 20 and the reactor 6 are arranged forming an air gap therebetween. The second cooler 8 contacts with a lower surface of the reactor 6 and cools the reactor 6.

Description

本発明は、バッテリ電力を走行用モータに適した電力に変換する電力変換装置と、その電力変換装置を搭載した電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、ハイブリッド車と燃料電池車も含まれる。   The present invention relates to a power conversion device that converts battery power into power suitable for a traveling motor, and an electric vehicle equipped with the power conversion device. The “electric vehicle” in this specification includes a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle.

電気自動車の車両駆動用モータは大きなトルクを出力するため、必要とする電流も大きい。そのため、メインバッテリの電力をモータ駆動に適した電力に変換する電力変換装置も大電流を扱うことになり、発熱量が大きい。他方、車両用のデバイスにはコンパクト性も求められる。電気自動車用の電力変換装置には、熱対策とコンパクト性の両立が求められる。なお、電力変換装置は、典型的には、直流を交流に変換するインバータ、あるいは、インバータと、直流電力の電圧を異なる電圧に変換する電圧コンバータの組み合わせである。   Since a vehicle drive motor for an electric vehicle outputs a large torque, a large amount of current is required. For this reason, the power conversion device that converts the power of the main battery into power suitable for driving the motor also handles a large current and generates a large amount of heat. On the other hand, vehicle devices are also required to be compact. Electric power converters for electric vehicles are required to be both heat-resistant and compact. Note that the power conversion device is typically an inverter that converts direct current to alternating current, or a combination of an inverter and a voltage converter that converts the voltage of direct current power to a different voltage.

電力変換装置の中でも特に発熱源となるのは、スイッチング素子（ＩＧＢＴなどのいわゆるパワートランジスタや、それに並列接続されるフリーホイールダイオードなどのパワー素子）と、リアクトルである。リアクトルは、よく知られているように、電力変換装置にあって、スイッチング素子とともに電圧変換回路を構成する。特許文献１には、スイッチング素子とリアクトルとそれらを冷却する冷却器をコンパクトに収めた電力変換装置が提案されている。その電力変換装置の冷却器は、平型の複数の冷媒通路を有しており、スイッチング素子を収めた複数の平型のパワーモジュールと冷媒通路が交互に積層した構造を有している。リアクトルは、最外側の隣接する２枚の冷媒通路に挟まれている。即ち、その電力変換装置では、リアクトルと複数のパワーモジュールがそれぞれ平型の冷媒通路にサンドイッチされている。なお、スイッチング素子をパワーモジュールとして他の回路（スイッチング素子を制御する回路など）と別体にするのは、スイッチング素子を集中的に冷却するためである。   Among the power conversion devices, the heat source is particularly a switching element (a so-called power transistor such as an IGBT or a power element such as a free wheel diode connected in parallel thereto) and a reactor. As is well known, the reactor is in a power conversion device and forms a voltage conversion circuit together with a switching element. Patent Document 1 proposes a power conversion device in which a switching element, a reactor, and a cooler for cooling them are housed in a compact manner. The cooler of the power converter has a plurality of flat refrigerant passages, and has a structure in which a plurality of flat power modules containing switching elements and refrigerant passages are alternately stacked. The reactor is sandwiched between two outermost adjacent refrigerant passages. That is, in the power converter, a reactor and a plurality of power modules are sandwiched between flat refrigerant passages. The reason why the switching element is separated from other circuits (such as a circuit for controlling the switching element) as a power module is to cool the switching element intensively.

特開２０１０−２２５７２３号公報JP 2010-225723 A

近年、電気自動車、特に、ハイブリッド車の高性能化が進み、電力変換装置にも一層のコンパクト化と高い冷却能力が求められている。冷却能力を向上させる一つの手法は、２個の冷却器を備えて、パワーモジュールとリアクトルを個別に冷却することである。しかしながら、単純にパワーモジュール用とリアクトル用に２個の冷却器を備えるだけでは装置が大型化する。本明細書は、冷却器を２個備えるが、電力変換装置内の部品のレイアウトを工夫して冷却を効率化し、全体をコンパクトにすることのできる電力変換装置を提供する。   In recent years, the performance of electric vehicles, particularly hybrid vehicles, has been improved, and power converters are required to be more compact and have higher cooling capacity. One way to improve the cooling capacity is to provide two coolers and cool the power module and the reactor separately. However, simply providing two coolers for the power module and the reactor increases the size of the apparatus. Although this specification is provided with two coolers, the power converter which can improve cooling efficiency by devising the layout of the components in the power converter and making the whole compact is provided.

本明細書が開示する電力変換装置は、スイッチング素子を収めたパワーモジュールとそれを冷却する第１冷却器が一体化したユニットと、リアクトルを所定の幾何学的関係で支持するブラケットを備える。ここでの「パワーモジュール」とは、電圧コンバータやインバータの回路の中から集中的に冷却したい素子（ＩＧＢＴや還流ダイオード）を他の制御回路から独立させた基板を意味する。以下、スイッチング素子を収めたパワーモジュールとそれを冷却する第１冷却器が一体化したユニットを、パワー素子ユニット、略してＰＥユニットと称する。ブラケットは、ＰＥユニットとリアクトルが空隙を有して横方向に並ぶようにそれらを支持する。また、ブラケットは、ＰＥユニットとリアクトルを、それらの側方又は上方から支持する。ブラケットは、電力変換措置のケースに固定される。本明細書における「ブラケット」とは、ＰＥユニットとリアクトル（及び後述する回路基板）をケース内部で所定の位置に固定するための部材である。なお、「ブラケット」とは、部品（この場合はＰＥユニットとリアクトル）を固定する部材を示す語であり、従って、その形状に特段の制約はないことに留意されたい。電力変換装置はさらに、リアクトルの下面に接してリアクトルを冷却する第２冷却器を備える。   The power converter disclosed in the present specification includes a unit in which a power module containing a switching element and a first cooler that cools the power module are integrated, and a bracket that supports the reactor in a predetermined geometric relationship. Here, the “power module” means a substrate in which elements (IGBTs and freewheeling diodes) to be intensively cooled from among the circuits of the voltage converter and the inverter are made independent of other control circuits. Hereinafter, a unit in which a power module containing a switching element and a first cooler that cools the power module are integrated is referred to as a power element unit, abbreviated as a PE unit. The bracket supports the PE unit and the reactor so that the reactor and the reactor are arranged side by side with a gap. Moreover, a bracket supports PE unit and a reactor from those sides or upper direction. The bracket is fixed to the case of the power conversion measure. The “bracket” in the present specification is a member for fixing the PE unit and the reactor (and a circuit board described later) at a predetermined position inside the case. It should be noted that the “bracket” is a word indicating a member that fixes a component (in this case, a PE unit and a reactor), and therefore, there is no particular restriction on the shape thereof. The power conversion device further includes a second cooler that contacts the lower surface of the reactor and cools the reactor.

上記の電力変換装置では、パワーモジュールを冷却する第１冷却器とは別に、リアクトルを冷却する第２冷却器を備える。第２冷却器はリアクトルの下面に接しており、リアクトルをその下側から冷却する。ブラケットは、パワーモジュールの放熱経路とリアクトルの放熱経路ができるだけ分離されるように、リアクトルとＰＥユニットとの間に空隙を確保する。さらに、ブラケットは、リアクトルの側方又は上方からリアクトルを支持する。これは、ブラケットは第１冷却器を含むＰＥユニットとリアクトルの双方に接するが、第２冷却器を通じたリアクトルの放熱経路にブラケットが与える影響を最小限に抑えるためである。   The power conversion device includes a second cooler that cools the reactor separately from the first cooler that cools the power module. The second cooler is in contact with the lower surface of the reactor and cools the reactor from below. The bracket secures a gap between the reactor and the PE unit so that the heat dissipation path of the power module and the heat dissipation path of the reactor are separated as much as possible. Furthermore, a bracket supports a reactor from the side or upper direction of a reactor. This is because the bracket is in contact with both the PE unit including the first cooler and the reactor, but the effect of the bracket on the heat radiation path of the reactor through the second cooler is minimized.

以上のとおり本明細書が開示する新たな電力変換装置は、パワーモジュールを冷却する第１冷却器とは別に、リアクトルを冷却する第２冷却器をリアクトルの下面に接するように配置し、しかもその放熱経路が第１冷却器によるパワーモジュールの冷却経路とはできるだけ独立するように各部品を配置する。そのような配置により、それぞれの冷却器が独立に機能し、高い冷却効率を実現する。高い冷却効率は、装置全体のコンパクト化に繋がる。   As described above, the new power conversion device disclosed in the present specification is arranged such that the second cooler for cooling the reactor is in contact with the lower surface of the reactor separately from the first cooler for cooling the power module. The components are arranged so that the heat dissipation path is as independent as possible from the cooling path of the power module by the first cooler. With such an arrangement, each cooler functions independently and achieves high cooling efficiency. High cooling efficiency leads to downsizing of the entire apparatus.

本明細書が開示する電力変換装置ではさらに、電力変換装置のケースの底部を第２冷却器に利用するのがよい。即ち、電力変換装置のケースの底部に冷媒通路を形成するのがよい。ケース底部を第２冷却器の筐体としても用いることで、装置全体を一層コンパクトにすることができる。このとき、ブラケットはケースの上部に固定されるのがよい。より詳しくは、ブラケットはケース上部に固定されて、ケース内部のＰＥユニットとリアクトルを支持するのがよい。ブラケットとケースの接点をケース上部とすることで、ケース底部の第２冷却器との熱的干渉を低く抑えることができる。   In the power converter disclosed in this specification, the bottom of the case of the power converter may be used as the second cooler. That is, it is preferable to form a refrigerant passage at the bottom of the case of the power conversion device. By using the case bottom as the housing of the second cooler, the entire apparatus can be made more compact. At this time, the bracket is preferably fixed to the upper part of the case. More specifically, the bracket is preferably fixed to the upper part of the case and supports the PE unit and the reactor inside the case. By making the contact point between the bracket and the case the upper part of the case, thermal interference with the second cooler at the bottom of the case can be kept low.

電力変換装置は、スイッチング素子を制御する回路を実装した回路基板も有することがある。その回路基板は、ブラケットによって、リアクトルの上方に空隙を有して支持されるのがよい。さらにこのとき、ブラケットの一部がリアクトルの上部を覆っているとよい。リアクトルの上部を覆っているブラケットの部分を、「覆い部」と称する。ブラケットは、覆い部の上方に空隙を有して回路基板を支持するのがよい。この構成は次の利点を有する。回路基板がリアクトルに近いと、リアクトルが発生する熱によって回路基板が熱せられる。そこで、ブラケットが、リアクトルの上部を覆うとともに、覆い部の上方に空隙を有して回路基板を支持することによって、リアクトルの熱が回路基板へ達することを防止する。なお、回路基板は、ブラケットを介して第１冷却器によって冷却され得る。   The power conversion device may also have a circuit board on which a circuit for controlling the switching element is mounted. The circuit board is preferably supported by the bracket with a gap above the reactor. Further, at this time, it is preferable that a part of the bracket covers the upper part of the reactor. The portion of the bracket that covers the top of the reactor is referred to as a “cover”. The bracket preferably supports the circuit board with a gap above the cover. This configuration has the following advantages. When the circuit board is close to the reactor, the circuit board is heated by the heat generated by the reactor. Therefore, the bracket covers the top of the reactor and supports the circuit board with a gap above the cover, thereby preventing the heat of the reactor from reaching the circuit board. The circuit board can be cooled by the first cooler via the bracket.

電力変換装置は、第２冷却器の下面に接する他の電子ユニットをさらに備えることも好適である。すなわち、第２冷却器は、その上面でリアクトルを冷却し、その下面で他の電子ユニットを冷却する。そのような配置は、第２冷却器を有効に使うことができる。他の電子ユニットは、例えば、スイッチング素子を備えた別の電圧コンバータであってよい。   It is also preferable that the power conversion device further includes another electronic unit in contact with the lower surface of the second cooler. That is, the second cooler cools the reactor on its upper surface and cools the other electronic units on its lower surface. Such an arrangement can effectively use the second cooler. The other electronic unit may be, for example, another voltage converter with a switching element.

本明細書は、第２冷却器の上記の配置を利用したさらなる改良も提示する。即ち、リアクトルを流れる電流を平滑化するコンデンサを、リアクトル又はＰＥユニットの側方に位置するようにブラケットによって支持する。そして、リアクトルの半分より下側から出てコンデンサに電気的に接続しているバスバーを、その一部が第２冷却器に接するようにレイアウトする。リアクトルとコンデンサを繋ぐバスバーには、大電流に耐えられるように太い金属線（細長金属板）が用いられる。そのため、バスバーはリアクトルの伝熱経路となり得るが、途中で第２冷却器と接することで、電熱経路を遮断することができ、コンデンサをリアクトルの熱から守ることができる。   The present specification also presents further improvements utilizing the above arrangement of the second cooler. That is, the capacitor that smoothes the current flowing through the reactor is supported by the bracket so as to be located on the side of the reactor or the PE unit. Then, the bus bar that comes out from below the half of the reactor and is electrically connected to the capacitor is laid out so that a part thereof is in contact with the second cooler. A thick metal wire (elongated metal plate) is used for the bus bar connecting the reactor and the capacitor so as to withstand a large current. Therefore, the bus bar can serve as a heat transfer path for the reactor, but by contacting the second cooler in the middle, the electric heat path can be cut off and the condenser can be protected from the heat of the reactor.

ＰＥユニットは、典型的には、平型の複数のパワーモジュールと第１冷却器の複数の平型冷媒通路が交互に積層されたものであってよい。また、「リアクトルの下面が第２冷却器と接している」とは、リアクトルが伝熱材を介して第２冷却器に接している態様を含むことに留意されたい。リアクトルとコンデンサを接続するバスバーも、伝熱材を介して第２冷却器と接触していればよい。伝熱材は、例えばシリコングリースなどのゲル状の物質であってよい。   Typically, the PE unit may be formed by alternately laminating a plurality of flat power modules and a plurality of flat refrigerant passages of the first cooler. In addition, it should be noted that “the lower surface of the reactor is in contact with the second cooler” includes an aspect in which the reactor is in contact with the second cooler through the heat transfer material. The bus bar connecting the reactor and the capacitor may be in contact with the second cooler via the heat transfer material. The heat transfer material may be a gel-like substance such as silicon grease.

上記の電力変換装置は、傾斜した上面を有するドライブトレインと組み合わせて電気自動車に搭載されることにも利点がある。即ち、電力変換装置は、ＰＥユニットが低い側に位置しリアクトルが高い側に位置するように傾斜上面に固定されるとよい。リアクトルが高い側に位置すると、電力変換装置のケース内部の温かい空気はリアクトルの上方に集まる。しかし、上記の電力変換装置では、リアクトルの熱はリアクトルの下側から効率よく放熱されるので、ケース内部に残留する熱が少なくなり、リアクトル上方に熱がこもり難くなる。しかも、第２冷却器が電力変換装置の底部に位置するので、リアクトルやＰＥユニットとドライブトレインとの熱的干渉を遮断できる。   The above power conversion device is also advantageous in being mounted on an electric vehicle in combination with a drive train having an inclined upper surface. That is, the power converter is preferably fixed to the inclined upper surface so that the PE unit is located on the lower side and the reactor is located on the higher side. When the reactor is positioned on the higher side, the warm air inside the case of the power conversion device collects above the reactor. However, in the above power converter, the heat of the reactor is efficiently radiated from the lower side of the reactor, so that the heat remaining inside the case is reduced, and it is difficult for the heat to be accumulated above the reactor. And since a 2nd cooler is located in the bottom part of a power converter device, the thermal interference with a reactor or PE unit, and a drive train can be interrupted | blocked.

実施例の電力変換装置の側面図である。It is a side view of the power converter device of an Example. 実施例の電力変換装置の平面図である。It is a top view of the power converter device of an Example. ＰＥユニットの模式的斜視図である。It is a typical perspective view of a PE unit. エンジンコンパートメント内のデバイスレイアウトを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the device layout in an engine compartment. 電力変換装置を載せたドライブトレインの模式的側面図である。It is a typical side view of a drive train carrying a power converter.

図面を参照して実施例の電力変換装置１０を説明する。図１は側面図であるが、理解を助けるために、図１は、ケース４とそのカバー２を断面で描き（ハッチングを付してある）、ケース内部の部品は側面図として描いてある。図２は平面図であるが、電力変換装置１０の上方に位置するカバー２と回路基板３を取り外したところを描いてある。   A power conversion device 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. Although FIG. 1 is a side view, in order to help understanding, FIG. 1 depicts the case 4 and its cover 2 in cross section (hatched), and the parts inside the case are depicted as side views. FIG. 2 is a plan view, but shows a state where the cover 2 and the circuit board 3 located above the power converter 10 are removed.

電力変換装置１０は、電気回路的には、バッテリの電圧を変換する電圧コンバータと、直流を交流に変換するインバータからなる。電圧コンバータとインバータの電気回路は、具体的には、リアクトル６と、平滑コンデンサ９と、複数のパワーモジュール２２の内部のスイッチング素子ＳＷと、パワーモジュール２２内のスイッチング素子ＳＷを制御する回路基板３で構成される。よく知られているように、リアクトルは、電力変換装置にあって、スイッチング素子とともに電圧変換回路を構成する。電圧コンバータもインバータも、パワートランジスタと還流ダイオードが並列接続したスイッチング回路を複数有する。スイッチング回路を構成するパワートランジスタや還流ダイオードがスイッチング素子ＳＷに相当する。一つ又は２つのスイッチング回路が一つの独立した基板に搭載され、それを一つのパワーモジュール２２と称する。なお、図１〜図３では、図面を理解し易くするための６個のパワーモジュールのみを描いてあるが、電力変換装置１０はさらに多くのパワーモジュールを備えていてもよい。電力変換装置１０を構成する他の部材としては、パワーモジュール２２を冷却する第１冷却器２５と、リアクトル６を冷却する第２冷却器８と、ブラケット５、及び、別のコンバータ１４がある。ブラケット５は、回路基板３、リアクトル６、パワーモジュール２２（第１冷却器２５）をケース４に対して支持する部材である。   The electric power converter 10 includes a voltage converter that converts battery voltage and an inverter that converts direct current to alternating current in terms of electrical circuits. Specifically, the electric circuit of the voltage converter and the inverter includes a reactor 6, a smoothing capacitor 9, a switching element SW in the plurality of power modules 22, and a circuit board 3 that controls the switching elements SW in the power module 22. Consists of. As is well known, a reactor is in a power conversion device and forms a voltage conversion circuit together with a switching element. Both the voltage converter and the inverter have a plurality of switching circuits in which a power transistor and a free-wheeling diode are connected in parallel. A power transistor and a free wheel diode constituting the switching circuit correspond to the switching element SW. One or two switching circuits are mounted on one independent substrate, which is referred to as one power module 22. 1 to 3 illustrate only six power modules for easy understanding of the drawings, the power conversion apparatus 10 may include more power modules. As other members constituting the power conversion device 10, there are a first cooler 25 that cools the power module 22, a second cooler 8 that cools the reactor 6, the bracket 5, and another converter 14. The bracket 5 is a member that supports the circuit board 3, the reactor 6, and the power module 22 (first cooler 25) with respect to the case 4.

第１冷却器２５とパワーモジュール２２は一体化しており、それをＰＥユニット２０と称する。ＰＥユニット２０について説明する。図３に、ＰＥユニット２０の模式的斜視図を示す。第１冷却器２５では、２本のパイプ２９ａ、２９ｂが、複数の平型の冷媒通路２１を貫いており、複数の冷媒通路２１を、それらが平行に並ぶように支持している。２本のパイプ２９ａ、２９ｂと、夫々の冷媒通路２１は、内部で通じており、一方のパイプ２９ａから供給される冷媒（水）は、各冷媒通路２１を通り、他方のパイプ２９ｂから排出される。スイッチング素子ＳＷを収めたパワーモジュール２２は、隣接する２枚の冷媒通路の間に挟まれている。すなわち、ＰＥユニット２０は、平型の複数のパワーモジュール２２と第１冷却器２５の複数の平型冷媒通路２１が交互に積層されて構成されたものである。ＰＥユニット２０では、平型のパワーモジュール２２の両面を冷媒が通るので、スイッチング素子ＳＷを効率よく冷却することができる。なお、各パワーモジュールＳＷからはリード線２２ａが伸びている。このリード線２２ａは、図１に示すように回路基板３に繋がっている。   The first cooler 25 and the power module 22 are integrated, and this is referred to as a PE unit 20. The PE unit 20 will be described. FIG. 3 shows a schematic perspective view of the PE unit 20. In the first cooler 25, two pipes 29a and 29b pass through a plurality of flat refrigerant passages 21, and support the plurality of refrigerant passages 21 so that they are arranged in parallel. The two pipes 29a and 29b and the respective refrigerant passages 21 communicate with each other, and the refrigerant (water) supplied from one pipe 29a passes through each refrigerant passage 21 and is discharged from the other pipe 29b. The The power module 22 containing the switching element SW is sandwiched between two adjacent refrigerant passages. That is, the PE unit 20 is configured by alternately laminating a plurality of flat power modules 22 and a plurality of flat refrigerant passages 21 of the first cooler 25. In the PE unit 20, since the refrigerant passes through both surfaces of the flat power module 22, the switching element SW can be efficiently cooled. A lead wire 22a extends from each power module SW. The lead wire 22a is connected to the circuit board 3 as shown in FIG.

図１、図２に戻り電力変換装置１０の内部構造の説明を続ける。リアクトル６、平滑コンデンサ９、ＰＥユニット２０、及び、回路基板３は、ブラケット５に支持され、ケース４に収容される。ブラケット５は、ケース４の上方に固定される。図２によく示されているように、平面視すると、ブラケット５は、ＰＥユニット２０とリアクトル６を囲んでいる。   Returning to FIG. 1 and FIG. Reactor 6, smoothing capacitor 9, PE unit 20, and circuit board 3 are supported by bracket 5 and accommodated in case 4. The bracket 5 is fixed above the case 4. As shown well in FIG. 2, the bracket 5 surrounds the PE unit 20 and the reactor 6 when viewed in plan.

図１に示すように、ＰＥユニット２０は、ブラケット５から下方に伸びる２本のステー５ｂに挟まれて固定される。すなわちＰＥユニット２０は、その上方からブラケット５に支持される。図１において右側のステーとＰＥユニット２０の端部との間にはバネ１３が嵌挿されており、このバネ１３が、２本のステー５ｂの間でＰＥユニット２０を付勢し、固定している。なお、バネ１３は、冷媒通路２１とパワーモジュール２２を積層方向に押圧し、これによって冷媒通路２１とパワーモジュール２２はしっかりと密着することになり、パワーモジュール２２の熱がよく冷媒通路２１に伝達される。   As shown in FIG. 1, the PE unit 20 is fixed by being sandwiched between two stays 5 b extending downward from the bracket 5. That is, the PE unit 20 is supported by the bracket 5 from above. In FIG. 1, a spring 13 is inserted between the right stay and the end of the PE unit 20, and this spring 13 urges and fixes the PE unit 20 between the two stays 5b. ing. The spring 13 presses the refrigerant passage 21 and the power module 22 in the stacking direction, whereby the refrigerant passage 21 and the power module 22 are firmly adhered, and the heat of the power module 22 is well transmitted to the refrigerant passage 21. Is done.

回路基板３には、パワーモジュール２２内の素子を制御する回路が実装されている。回路基板３は、ブラケット５から上方に伸びるステー５ａによって、ＰＥユニット２０とリアクトル６の上方に支持される。図１に示されているように、パワーモジュール２２から伸びているリード線２２ａが回路基板３に繋がっている。   A circuit for controlling elements in the power module 22 is mounted on the circuit board 3. The circuit board 3 is supported above the PE unit 20 and the reactor 6 by a stay 5 a extending upward from the bracket 5. As shown in FIG. 1, lead wires 22 a extending from the power module 22 are connected to the circuit board 3.

ブラケット５は、ＰＥユニット２０に隣り合うように、リアクトル６を支持している。なお、リアクトル６は、平行に並んだ２個のコイル（巻き線は１本）とそれらを貫通するコアで構成されている。   The bracket 5 supports the reactor 6 so as to be adjacent to the PE unit 20. The reactor 6 includes two coils arranged in parallel (one winding) and a core penetrating them.

ブラケット５から下方へ向けてステー５ｃが伸びており、そのステー５ｃにリアクトルカバー５ｄが取り付けられている。リアクトルカバー５ｄは、リアクトル６の上部を覆う箱型のカバーである。リアクトルカバー５ｄは、ブラケット５の一部である。ブラケット５とステー５ａ、５ｂ、５ｃ、及び、リアクトルカバー５ｄは、一つの金属板からプレス加工で製造されたものである。リアクトル６は、リアクトルカバー５ｄの内側に固定されている。即ち、ブラケット５は、リアクトル６の上部を覆っているとともに、リアクトル６をその上方で支持している。ブラケット５は、ＰＥユニット２０とリアクトル６の間に空隙Ｓｐ１が確保されるように、また、回路基板３とリアクトルカバー５ｄの間にも空隙Ｓｐ２が確保されるように、ＰＥユニット２０、回路基板３、及び、リアクトル６を支持する。なお、リアクトルカバーに替えて、ブラケット５の対応部分を逆凹形状としてもよい。   A stay 5c extends downward from the bracket 5, and a reactor cover 5d is attached to the stay 5c. The reactor cover 5d is a box-shaped cover that covers the top of the reactor 6. The reactor cover 5 d is a part of the bracket 5. The bracket 5, the stays 5a, 5b, 5c, and the reactor cover 5d are manufactured from one metal plate by pressing. Reactor 6 is fixed inside reactor cover 5d. That is, the bracket 5 covers the upper portion of the reactor 6 and supports the reactor 6 above it. The bracket 5 includes the PE unit 20 and the circuit board so that the gap Sp1 is secured between the PE unit 20 and the reactor 6, and the gap Sp2 is also secured between the circuit board 3 and the reactor cover 5d. 3 and the reactor 6 are supported. In addition, it replaces with a reactor cover and it is good also considering the corresponding part of the bracket 5 as a reverse concave shape.

図２によく示されているように、ＰＥユニット２０とリアクトル６の側方に、４個のコンデンサ９ａ、９ｂが並んでいる。コンデンサ９ａ（平滑コンデンサ）は、３相インバータ電圧を平滑化するためのものである。コンデンサ９ｂ（フィルタコンデンサ）は、リアクトル６を流れる電流の脈動を平滑化するためのものである。電圧の変換（昇圧、あるいは、降圧）は、リアクトル６に流れる電流をチョッピングすることによって達成される。チョッピングする毎にリアクトル６を流れる電流が脈動するが、コンデンサ９ｂがその脈動を抑える。コンデンサ９ａ、９ｂもブラケット５に支持されている。リアクトル６とコンデンサ９ｂはバスバー７で電気的に接続されている。バスバー７は、リアクトル６の下方から出ており、リアクトル６の側方を通り、コンデンサ９ｂに達している。   As well shown in FIG. 2, four capacitors 9 a and 9 b are arranged side by side on the PE unit 20 and the reactor 6. The capacitor 9a (smoothing capacitor) is for smoothing the three-phase inverter voltage. The capacitor 9b (filter capacitor) is for smoothing the pulsation of the current flowing through the reactor 6. Voltage conversion (step-up or step-down) is achieved by chopping the current flowing through the reactor 6. Every time chopping, the current flowing through the reactor 6 pulsates, but the capacitor 9b suppresses the pulsation. Capacitors 9 a and 9 b are also supported by the bracket 5. Reactor 6 and capacitor 9b are electrically connected by bus bar 7. The bus bar 7 exits from below the reactor 6, passes through the side of the reactor 6, and reaches the capacitor 9b.

電力変換装置１０は２重底８ａになっており、それらの間を冷媒が通るようになっている。すなわち、２重底８ａの間の空間は冷却器（第２冷却器８）を構成する。ケース４の側面に、この第２冷却器８へ冷媒（水）を供給する冷媒供給管２８ａと、内部の冷媒を排出する冷媒排出管２８ｂが取り付けられている。ケース４の底、すなわち、第２冷却器８の上面には伝熱材Ｗが盛られている。伝熱材Ｗはまた、リアクトル６の底部とバスバー７の一部に接している。即ち、リアクトル６の下面、及び、バスバー７の一部が、伝熱材Ｗを介して第２冷却器８と接している。図１の符号Ｐが示す位置が、バスバー７と伝熱材Ｗが接している箇所を示している。なお、図２では、伝熱材Ｗの図示を省略している。伝熱材Ｗは、ゲル状のシリコングリースである。   The power converter 10 has a double bottom 8a, and the refrigerant passes between them. That is, the space between the double bottoms 8a constitutes a cooler (second cooler 8). On the side surface of the case 4, a refrigerant supply pipe 28 a that supplies the refrigerant (water) to the second cooler 8 and a refrigerant discharge pipe 28 b that discharges the internal refrigerant are attached. A heat transfer material W is stacked on the bottom of the case 4, that is, on the upper surface of the second cooler 8. The heat transfer material W is also in contact with the bottom of the reactor 6 and a part of the bus bar 7. That is, the lower surface of the reactor 6 and a part of the bus bar 7 are in contact with the second cooler 8 through the heat transfer material W. The position indicated by the symbol P in FIG. 1 indicates the location where the bus bar 7 and the heat transfer material W are in contact. In addition, illustration of the heat-transfer material W is abbreviate | omitted in FIG. The heat transfer material W is a gel-like silicon grease.

第２冷却器８の下面（即ち、ケース４の下面）には、別の電圧コンバータ１４がボルトで固定されている。すなわち、第２冷却器８は、上面にてリアクトル６を冷却し、下面にて別の電圧コンバータ１４を冷却する。   Another voltage converter 14 is fixed to the lower surface of the second cooler 8 (that is, the lower surface of the case 4) with bolts. That is, the second cooler 8 cools the reactor 6 on the upper surface and cools another voltage converter 14 on the lower surface.

電力変換装置１０の構造の利点を説明する。電力変換装置１０では、パワーモジュール２２はそれを挟み込んでいる第１冷却器２５が冷却し、リアクトル６は第２冷却器８が冷却する。第２冷却器８は、リアクトル６の下面に接触しており、リアクトル６の下面から熱を奪う。リアクトル６はＰＥユニット２０と隣接しているが、それらの間には空隙Ｓｐ１が確保され、熱が伝達し難いようになっている。すなわち、第１冷却器２５によるパワーモジュール２２の伝熱経路と、第２冷却器８によるリアクトル６の伝熱経路は分離されており、それぞれが独立に別々の部品を冷却する。また、リアクトル６はその上方で回路基板３とも隣接するが、リアクトル６の上部はリアクトルカバー５ｄで覆われており、さらにリアクトルカバー５ｄの上方に空隙Ｓｐ２を有して回路基板３が位置している。リアクトルカバー５ｄとその上の空隙Ｓｐ２が、回路基板３をリアクトル６の熱から保護する。   The advantages of the structure of the power conversion device 10 will be described. In the power converter 10, the power module 22 is cooled by the first cooler 25 sandwiching the power module 22, and the reactor 6 is cooled by the second cooler 8. The second cooler 8 is in contact with the lower surface of the reactor 6 and takes heat from the lower surface of the reactor 6. Although the reactor 6 is adjacent to the PE unit 20, a gap Sp1 is secured between them, so that heat is difficult to transfer. That is, the heat transfer path of the power module 22 by the first cooler 25 and the heat transfer path of the reactor 6 by the second cooler 8 are separated, and each cools a separate component independently. Although the reactor 6 is adjacent to the circuit board 3 above the reactor 6, the upper part of the reactor 6 is covered with the reactor cover 5 d, and the circuit board 3 is positioned with a gap Sp <b> 2 above the reactor cover 5 d. Yes. Reactor cover 5d and air gap Sp2 thereon protect circuit board 3 from the heat of reactor 6.

第２冷却器８はまた、リアクトル６とコンデンサ９を電気的につなぐバスバー７の一部にも接しており、バスバー７を介したコンデンサ９への伝熱経路を遮断する。   The second cooler 8 is also in contact with a part of the bus bar 7 that electrically connects the reactor 6 and the condenser 9, and interrupts the heat transfer path to the condenser 9 via the bus bar 7.

図４、図５を参照して電力変換装置１０を搭載した自動車９０を説明する。自動車９０は、エンジンＥＧとモータを搭載したハイブリッド車である。自動車９０は、モータを駆動するため、電力変換装置１０（インバータ）を搭載する。電力変換装置１０は、エンジンＥＧ、ドライブトレイン５０とともに、エンジンコンパートメントＥＣ内に搭載される。エンジンＥＧとドライブトレイン５０は、ラジエータＲＴの後方に配置される。エンジンＥＧとドライブトレイン５０は、横方向に並んで配置される。ドライブトレイン５０の側方には、バッテリＢＴが配置される。ドライブトレイン５０は、２個のモータＭＧ１とＭＧ２、及び、動力源（エンジンとモータ）の出力を車軸に伝達するトランスミッションＴＭを内蔵している。トランスミッションＴＭには、エンジンＥＧの出力軸も係合している。図５に示すように、ドライブトレイン５０では、２個のモータＭＧ１、ＭＧ２の出力シャフト５１、５２、及び、トランスミッションＴＭのメインシャフト５３（エンジン出力軸に相当する）の合計３本の主たるシャフトが平行となっている。図５に示すように、モータＭＧ１はやや上方に位置する。２個のモータＭＧ１、ＭＧ２とトランスミッションＴＭは、３本のシャフトが車両の横方向（図中のＹ軸方向）に伸びる向きに配置される。２個のモータＭＧ１、ＭＧ２とトランスミッションＴＭのそのような配置により、ドライブトレイン５０は、車両前側（図中、Ｘ軸の正方向）が低く、車両後側（図中、Ｘ軸の負方向）が高くなっている傾斜上面５０ａを有している。その傾斜上面５０ａに電力変換装置１０が固定されている。電力変換装置１０は、ＰＥユニット２０が低い側（車両前側）に位置しリアクトル６が高い側（車両後側）に位置するように傾斜上面５０ａに固定される。そのため、第１冷却器２５へ冷媒を通すパイプ２９、第２冷却器８へ冷媒を通すパイプ２８が、電力変換装置１０の車両前側の側面から飛び出している。それらのパイプには冷媒管５５が連結されている。冷媒管５５を通じて冷媒が第１冷却器２５と第２冷却器８へ供給される。   An automobile 90 equipped with the power conversion device 10 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The automobile 90 is a hybrid car equipped with an engine EG and a motor. The automobile 90 is equipped with a power converter 10 (inverter) for driving a motor. The power conversion device 10 is mounted in the engine compartment EC together with the engine EG and the drive train 50. The engine EG and the drive train 50 are arranged behind the radiator RT. The engine EG and the drive train 50 are arranged side by side in the horizontal direction. A battery BT is disposed on the side of the drive train 50. The drive train 50 incorporates two motors MG1 and MG2 and a transmission TM that transmits the output of the power source (engine and motor) to the axle. The output shaft of the engine EG is also engaged with the transmission TM. As shown in FIG. 5, in the drive train 50, a total of three main shafts, that is, output shafts 51 and 52 of two motors MG1 and MG2, and a main shaft 53 (corresponding to an engine output shaft) of the transmission TM are provided. It is parallel. As shown in FIG. 5, the motor MG1 is located slightly above. The two motors MG1, MG2 and the transmission TM are arranged in such a direction that three shafts extend in the lateral direction of the vehicle (Y-axis direction in the figure). With such an arrangement of the two motors MG1, MG2 and the transmission TM, the drive train 50 is low on the front side of the vehicle (in the figure, the positive direction of the X axis) and on the rear side of the vehicle (in the figure, in the negative direction of the X axis). Has an inclined upper surface 50a. The power converter 10 is fixed to the inclined upper surface 50a. The power conversion device 10 is fixed to the inclined upper surface 50a so that the PE unit 20 is located on the lower side (vehicle front side) and the reactor 6 is located on the higher side (vehicle rear side). Therefore, the pipe 29 that passes the refrigerant to the first cooler 25 and the pipe 28 that passes the refrigerant to the second cooler 8 protrude from the side surface of the power converter 10 on the front side of the vehicle. A refrigerant pipe 55 is connected to these pipes. The refrigerant is supplied to the first cooler 25 and the second cooler 8 through the refrigerant pipe 55.

電力変換装置１０は、リアクトル６が高い側に位置し、その上に回路基板３が位置する。電力変換装置１０内で熱い空気は、上方へ移動する。ここで、リアクトル６はリアクトルカバー５ｄに覆われているので、リアクトル６が発する熱はリアクトルカバー５ｄの内側に留まり、その上方に位置する回路基板３の周りには達しない。従って、回路基板３が熱的に保護される。   The power converter 10 is located on the side where the reactor 6 is high, and the circuit board 3 is located thereon. Hot air moves upward in the power converter 10. Here, since the reactor 6 is covered with the reactor cover 5d, the heat generated by the reactor 6 stays inside the reactor cover 5d and does not reach around the circuit board 3 positioned above the reactor cover 5d. Therefore, the circuit board 3 is thermally protected.

実施例の電力変換装置１０に関する留意点を述べる。リアクトル６とＰＥユニット２０はいずれもブラケット５によって上方から支持されている。リアクトル６とＰＥユニット２０は、ブラケット５によってそれらの側方から支持されていてもよい。リアクトル６とＰＥユニット２０は、ブラケット５を介してケース４に支持されており、ケース４から熱的に分離されている。   Points to be noted regarding the power conversion device 10 according to the embodiment will be described. Reactor 6 and PE unit 20 are both supported from above by bracket 5. The reactor 6 and the PE unit 20 may be supported from the side by the bracket 5. The reactor 6 and the PE unit 20 are supported by the case 4 via the bracket 5 and are thermally separated from the case 4.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：カバー
３：回路基板
４：ケース
５：ブラケット
６：リアクトル
６ａ：リアクトルカバー（覆い部）
７：バスバー
８：第２冷却器
９ａ、９ｂ：コンデンサ
１０：電力変換装置
１３：バネ
１４：別の電圧コンバータ
２０：パワー素子ユニット（ＰＥユニット）
２１：冷媒通路
２２：パワーモジュール
２５：第１冷却器
５０：ドライブトレイン
５０ａ：傾斜上面
９０：自動車
ＥＣ：エンジンコンパートメント
ＥＧ：エンジン
ＭＧ１、ＭＧ２：モータ
ＴＭ：トランスミッション
Ｗ：伝熱材 2: Cover 3: Circuit board 4: Case 5: Bracket 6: Reactor 6a: Reactor cover (cover)
7: Bus bar 8: Second cooler 9a, 9b: Capacitor 10: Power converter 13: Spring 14: Another voltage converter 20: Power element unit (PE unit)
21: Refrigerant passage 22: Power module 25: First cooler 50: Drive train 50a: Inclined upper surface 90: Automobile EC: Engine compartment EG: Engine MG1, MG2: Motor TM: Transmission W: Heat transfer material

Claims (8)

電気自動車用の電力変換装置であって、
リアクトルと、
スイッチング素子を収めたパワーモジュールと、
パワーモジュールと一体化している第１冷却器と、
パワーモジュールと第１冷却器のユニットとリアクトルが空隙を有して並ぶように前記ユニットとリアクトルをそれらの側方又は上方から支持しているブラケットと、
リアクトルの下面に接してリアクトルを冷却する第２冷却器と、
を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device for an electric vehicle,
Reactor,
A power module containing a switching element;
A first cooler integrated with the power module;
A bracket that supports the unit and the reactor from the side or above so that the unit and the reactor of the power module and the first cooler are arranged with a gap;
A second cooler that contacts the lower surface of the reactor and cools the reactor;
A power conversion device comprising: パワーモジュールとリアクトルを収めるケースの底部が第２冷却器を構成しており、ブラケットがケースの上部に固定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。   The power converter according to claim 1, wherein the bottom portion of the case that houses the power module and the reactor constitutes a second cooler, and the bracket is fixed to the upper portion of the case. ブラケットの一部が、リアクトルの上部を覆っており、
ブラケットはさらに、スイッチング素子を制御する回路を実装した回路基板を、ブラケットのリアクトル覆い部の上方に空隙を有して支持していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。 Part of the bracket covers the top of the reactor,
The power converter according to claim 1 or 2, wherein the bracket further supports a circuit board on which a circuit for controlling the switching element is mounted with a gap above the reactor cover portion of the bracket. . 第２冷却器の下面に接する他の電子ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 3, further comprising another electronic unit in contact with the lower surface of the second cooler. リアクトルを流れる電流を平滑化するコンデンサが、リアクトル又は前記ユニットの側方に位置するようにブラケットによって支持されており、
リアクトルの半分より下側から出てコンデンサに電気的に接続しているバスバーの一部が第２冷却器に接していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。 A capacitor for smoothing the current flowing through the reactor is supported by the bracket so as to be located on the side of the reactor or the unit,
5. The electric power according to claim 1, wherein a part of the bus bar that comes out from below the half of the reactor and is electrically connected to the capacitor is in contact with the second cooler. Conversion device. 前記ユニットは、平型の複数のパワーモジュールと第１冷却器の複数の平型冷媒通路が交互に積層されたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。   6. The unit according to claim 1, wherein the unit is configured by alternately laminating a plurality of flat power modules and a plurality of flat refrigerant passages of the first cooler. Power conversion device. リアクトルは、伝熱材を介して第２冷却器に接していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。   The reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the reactor is in contact with the second cooler via a heat transfer material. 請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、バッテリの電力を走行用モータに適した電力に変換するための電力変換装置と、
傾斜した上面を有するドライブトレインと、
を備えており、
電力変換装置が、前記ユニットが低い側に位置しリアクトルが高い側に位置するように前記傾斜上面に固定されていることを特徴とする電気自動車。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein the power conversion device converts the battery power into power suitable for a traveling motor;
A drive train having an inclined top surface;
With
An electric vehicle characterized in that a power converter is fixed to the inclined upper surface so that the unit is located on a low side and a reactor is located on a high side.
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