JP2016163478A - 電力変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書が開示する技術は、積層体とリアクトルとコンバータ本体とそれらを冷却するための冷却構造を含む、簡潔で小型の電力変換器を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電力変換器は、複数のパワーモジュールと複数の冷却器３２とが積層されている積層体２２と冷媒供給管３３と冷媒排出管とリアクトルＬ１とコンバータ本体２６とリアクトルＬ１を収容するリアクトルケース２３を備える。冷媒供給管３３と冷媒排出管は、複数の冷却器３２を貫通している。リアクトルケース２３は、冷媒供給管３３の下流側で積層体２２に隣接配置されている。コンバータ本体２６は、リアクトルケース２３に接している。リアクトルケース２３の内側に形成されているＵ字流路ＵＣが、コンバータ本体２６とリアクトルＬ１の両方と対向している。
【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。

電力変換器は、電源電力を、接続された機器に適した電力に変換するために、複数の電力変換回路を備える場合がある。特許文献１には、ハイブリッド車に搭載され、第１コンバータ回路（特許文献１で昇圧回路と称している）とインバータ回路と第２コンバータ回路（特許文献１でＤＣＤＣコンバータ回路と称している）を備える電力変換器が開示されている。インバータ回路は第１コンバータ回路と直列に接続されており、第２コンバータ回路は第１コンバータ回路と並列に接続されている。インバータ回路の出力はモータに供給され、第２コンバータ回路の出力は、補機と総称される小電力機器に供給される。

特許文献１の電力変換器では、第１コンバータ回路とインバータ回路の主要部品である半導体素子は複数のパワーモジュール（特許文献１で半導体モジュールと称している）に分散配置されている。特許文献１の技術では、複数のパワーモジュールは複数の冷却器とともに積層体を構成しており、複数のパワーモジュールが冷却される。さらに、特許文献１では、パワーモジュール以外の電子部品を冷却するための構造も開示されている。特許文献１では、積層体の複数の冷却器の一つに放熱体が接している。放熱体はヒートパイプを介して受熱体に接続されている。特許文献１の一態様では、受熱体は第２コンバータ回路を収容するコンバータ本体と接している。コンバータ本体から発生する熱は受熱体、ヒートパイプ、放熱体を介して、上記の複数の冷却器に伝達される。これにより、コンバータ本体も冷却される。また、特許文献１の別の態様では、上記の受熱体は第１コンバータ回路の構成部品であるリアクトルに接している。これにより、リアクトルも冷却される。

特開２００９−２６１１２５号公報

特許文献１の技術では、コンバータ本体とリアクトルの両方を冷却するために、電力変換器は、受熱体、ヒートパイプ、放熱体といった部品を備える。本明細書は、上記した積層体とリアクトルとコンバータ本体を冷却するための冷却構造として、受熱体、ヒートパイプ、放熱体といった部品を不要とし、電力変換器を小型化する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、夫々が半導体素子を収容している複数のパワーモジュールと複数の冷却器とが積層されている積層体と、冷媒供給管と、冷媒排出管と、リアクトルと、コンバータ本体と、リアクトルケースを備えている。冷媒供給管は、上記の複数の冷却器を貫通しており、各冷却器に冷媒を供給する。冷媒排出管は、上記の複数の冷却器を貫通しており、各冷却器を通過した冷媒を排出する。リアクトルは、上記の半導体素子とともに第１コンバータ回路を構成している。コンバータ本体は、第１コンバータ回路に並列に接続されている第２コンバータ回路を収容している。リアクトルケースは、上記のリアクトルを収容しており、冷媒供給管の下流側（冷媒供給管を流れる冷媒流の下流側）で積層体に隣接配置されている。そして、コンバータ本体は、リアクトルケースに接している。リアクトルケースは、積層体が位置する側の側面に設けられている２つの連結孔と、その２つの連結孔をつないでおり、Ｕ字に湾曲している流路を備えている。一方の連結孔は、冷媒供給管の下流端に連結されており、他方の連結孔は、冷媒排出管の上流端に連結されている。上記の流路は、コンバータ本体とリアクトルの間に位置しており、コンバータ本体とリアクトルの両方に対向している。

この構成によれば、冷媒供給管の末端に続くＵ字の流路をリアクトルケースに設けることにより、リアクトルとコンバータ本体の双方が冷却される。上記の構造は、受熱体、ヒートパイプ、放熱体といった部品を要せずにリアクトルとコンバータ本体を冷却することができる。即ち、上記の構造は、簡潔で小型の電力変換器を実現する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換器を備えるハイブリッド車の電力系のブロック図である。 実施例の電力変換器の上面図である。 図２のIII−III線における断面図である。 リアクトルケースの斜視図である。 図３のV−V線における断面図である。

図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。図１に実施例の電力変換器２０を備えるハイブリッド車２００の電力系のブロック図を示す。ハイブリッド車２００は、走行用に三相交流モータ（以下、モータ４）とエンジン５とを備えている。モータ４の出力とエンジン５の出力は動力分配機構６によって合成されて車軸７へと伝達される。なお、動力分配機構６は、エンジン５の出力を車軸７とモータ４に分配する場合もある。その場合、ハイブリッド車２００は、エンジン５の動力で走行しつつ、モータ４で発電する。発電された電力は、後述するメインバッテリ２に充電される。

ハイブリッド車２００は、電力変換器２０とシステムメインリレー３とメインバッテリ２と補機バッテリ９と補機１２ａ、１２ｂとを備えている。電力変換器２０は、システムメインリレー３を介して、メインバッテリ２に接続されている。そして、電力変換器２０のシステムメインリレー３に対する反対側に、モータ４が接続されている。メインバッテリ２に蓄えられた直流電力は、電力変換器２０によりモータ４に適した交流電力に変換され、モータ４に供給される。また、モータ４により発電された交流電力は、電力変換器２０によりメインバッテリ２の蓄電に適した直流電力に変換され、メインバッテリ２に充電される。補機バッテリ９は、メインバッテリ２より出力電圧の小さいバッテリである。メインバッテリ２の出力電圧は１００Ｖ以上であり、補機バッテリ９の出力電圧は１２Ｖである。ハイブリッド車２００には、補機バッテリ９から電力の供給を受ける複数の補機が搭載されている。図１では、複数の補機の一部１２ａ、１２ｂが描かれている。補機１２ａ、１２ｂは、例えば、エアコン、カーステレオ、ルームランプ等である。

電力変換器２０は、第１コンバータ回路１５とインバータ回路１６と第２コンバータ回路８を備えている。第１コンバータ回路１５は、システムメインリレー３を介してメインバッテリ２に接続されている。インバータ回路１６は、第１コンバータ回路１５とモータ４の間で、第１コンバータ回路１５と直列に接続されている。第２コンバータ回路８は、システムメインリレー３を介してメインバッテリ２に接続されている。第２コンバータ回路８と第１コンバータ回路１５は並列に接続されている。第２コンバータ回路８のメインバッテリ２と反対側に補機バッテリ９が接続されている。また、第１コンバータ回路１５とインバータ回路１６の間に平滑コンデンサＣ２が接続されている。

第１コンバータ回路１５は、図１に示すように２つのトランジスタＴ１、Ｔ２とリアクトルＬ１とフィルタコンデンサＣ１を備えている。各トランジスタＴ１、Ｔ２には逆並列にダイオードが接続されている。第１コンバータ回路１５により、メインバッテリ２の電力が昇圧され、インバータ回路１６を介してモータ４に供給される。また、モータ４により発電された電力は、インバータ回路１６により交流から直流に変換された後、第１コンバータ回路１５によりメインバッテリ２の電圧まで降圧される。その電力により、メインバッテリ２が充電される。第１コンバータ回路１５は、一方の端子に入力された電圧を昇圧して他方の端子に出力する昇圧機能と、他方の端子に入力された電圧を降圧して一方の端子に出力する降圧機能を備える双方向コンバータ回路である。第１コンバータ回路１５は、よく知られた技術であるので、詳細は省略する。

インバータ回路１６は、図１に示すように、２個のトランジスタの直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ３とＴ６、Ｔ４とＴ７、Ｔ５とＴ８の３セット）。各トランジスタＴ３−Ｔ８にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の各中点が、モータ４の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。インバータ回路１６は、第１コンバータ回路１５により昇圧されたメインバッテリ２の直流電力を交流電力に変換し、変換後の電力をモータ４に供給する。また、インバータ回路１６は、モータ４により発電された交流電力を直流電力に変換する。そして、変換後の電力は、第１コンバータ回路１５を介してメインバッテリ２に充電される。インバータ回路１６は、よく知られた技術であるので、詳細は省略する。

第２コンバータ回路８は、トランジスタやトランス等を備えた回路である。図１では、回路の詳細は省略して描いている。第２コンバータ回路８は、メインバッテリ２からの出力電圧を１００Ｖから補機バッテリ９の出力電圧である１２Ｖまで降圧する。そして、降圧後のメインバッテリ２の電力を補機バッテリ９に供給する。第２コンバータ回路８の詳細も説明は省略する。

図２、図３を参照して、電力変換器２０の構成を説明する。図２に、電力変換器２０の上面図を示す。図２は、電力変換器２０の内部の部品レイアウトが理解できるように、ケース２１ａの上部をカットした図である。図３に、図２のIII−III線における断面図を示す。図中には、ＸＹＺ座標系が示されており、以下では、適宜このＸＹＺ座標系を用いて、実施例の構成を説明する。Ｚ軸方向が電力変換器２０の高さ方向を示し、Ｙ軸方向が電力変換器２０の幅方向を示し、Ｘ軸方向が電力変換器２０の前後方向を示す。電力変換器２０は、積層体２２と、冷媒供給管３３と、冷媒排出管３４と、リアクトルケース２３と、リアクトルＬ１と、フィルタコンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ２と、コンバータ本体２６と、板ばね２５を備えている。それらは、ケース２１ａに収容されている。図２では、ケース２１ａのみが断面で示されている。ケース２１ａは、上面と下面が夫々開口しており、ケース２１ａの上面の開口は、上蓋２１ｂにより塞がれており、ケース２１ａの下面の開口は、下蓋２１ｃにより塞がれている。なお、図２、図３、及び、後述する図５では、システムメインリレー３に接続するための端子と、補機バッテリ９に接続するための端子と、モータ４に接続するための端子の図示が省略されている。

積層体２２は、４個のパワーモジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、５個の冷却器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと、が積層された構造を有している。パワーモジュール３１ａ〜３１ｄは、扁平な直方体の外形状を有している。冷却器３２ａ〜３２ｅもまた、扁平な外形状を有している。積層体２２の積層方向は、Ｘ軸方向（即ち、電力変換器２０の前後方向）と一致する。４個のパワーモジュール３１ａ〜３１ｄと５個の冷却器３２ａ〜３２ｅは、一つずつ交互に積層されている。４個のパワーモジュール３１ａ〜３１ｄは同一形状であり、５個の冷却器３２ａ〜３２ｅも同一の形状である。以下、４個のパワーモジュール３１ａ〜３１ｄのいずれか一つを区別なく表す場合に、パワーモジュール３１と称する。同様に、５個の冷却器３２ａ〜３２ｅのいずれか一つを区別なく表す場合に、冷却器３２と称する。図１に示すように、各パワーモジュール３１の積層方向における両面の夫々に、冷却器３２が接している。

パワーモジュール３１は、２個のトランジスタと、２個のトランジスタの夫々に逆並列に接続されているダイオードを樹脂でモールドしたパッケージである。２個のトランジスタは、パワーモジュール３１の内部で直列に接続されている。パワーモジュール３１ａに、図１に示すインバータ回路１６のトランジスタＴ３、Ｔ６が収容されており、トランジスタＴ３、Ｔ６はパワーモジュール３１のパッケージの内部で直列に接続されている。パワーモジュール３１ｂ、３１ｃの夫々にも、パワーモジュール３１ａと同様に、トランジスタＴ４、Ｔ７のセットと、トランジスタＴ５、Ｔ８のセットが収容されている。即ち、パワーモジュール３１ａ−３１ｃに収容される合計６個のトランジスタＴ３−Ｔ８により、インバータ回路１６が構成される。また、パワーモジュール３１ｄに、図１に示す第１コンバータ回路１５のトランジスタＴ１、Ｔ２が収容されている。トランジスタＴ１、Ｔ２も、パワーモジュール３１ｄのパッケージの内部で直列に接続されている。即ち、パワーモジュール３１ｄに収容される２個のトランジスタＴ１、Ｔ２とリアクトルＬ１により、第１コンバータ回路１５が構成される。各パワーモジュール３１とリアクトルＬ１とフィルタコンデンサＣ１と平滑コンデンサＣ２は、図１に示す回路を構成するように、バスバにより接続される。なお、各パワーモジュール３１とリアクトルＬ１とフィルタコンデンサＣ１と平滑コンデンサＣ２の夫々に、バスバと接続するための出力端子が設けられている。図２、図３、及び、後述する図５では、バスバと出力端子の図示が省略されている。また、電力変換器２０のケース２１ａに、各トランジスタＴ１−Ｔ８を制御するための制御基板も収容されている。図２、図３、及び、後述する図５では、その制御基板の図示が省略されている。

電力変換器２０が駆動するモータ４の出力は数十キロワットであり、電力変換器２０の各トランジスタには数十アンペアの電流が流れる。そのような大電流が流れるため、トランジスタを含むパワーモジュール３１は発熱量が大きい。そこで、積層体２２では、扁平な複数のパワーモジュール３１に対して複数の扁平な冷却器３２を一つずつ交互に積層させることにより、冷却器３２が各パワーモジュール３１を冷却する。次に、パワーモジュール３１を冷却するための構造について説明する。

冷却器３２は、隣接するパワーモジュール３１から発生する熱を冷却するための冷却器である。冷却器３２は、アルミニウム製の部品であり、内側に冷媒が通過する流路を有している。冷却器３２の形状は、幅方向（即ち、Ｙ軸方向）に長く、積層方向（即ち、Ｘ軸方向）において扁平である。冷媒が冷却器３２の内側の流路を通過する間に、冷却器３２に接しているパワーモジュール３１から冷媒に熱が伝達され、接しているパワーモジュール３１が冷却される。冷却器３２の内側を通過する冷媒は、例えば、水や、ＬＬＣ（Long Life Coolantの略）である。

冷媒供給管３３は、積層方向に延びる円管である。図２に示すように、冷媒供給管３３は、各冷却器３２の幅方向（図中のＹ軸方向）における一端を貫通している。冷媒供給管３３は内側に供給流路ＳＣを有しており、供給流路ＳＣは冷却器３２の内側の流路に連通している。図２、図３において、冷媒供給管３３の左端から冷媒が供給される。即ち、冷媒供給管３３の左端が、冷媒流れの上流端３３ａに相当する。冷媒供給管３３の右端が、冷媒流れ方向の下流端３３ｂに相当する。以下、説明の便宜上、冷媒供給管３３の冷媒流れ方向の上流端３３ａを、単純に、冷媒供給管３３の上流端３３ａと称する。同様に、冷媒供給管３３の冷媒流れ方向の下流端３３ｂを、単純に、冷媒供給管３３の下流端３３ｂと称する。

冷媒供給管３３の上流端３３ａは、ケース２１ａを貫通している。冷媒供給管３３の上流端３３ａとケース２１ａとの間は、ガスケット４２により封止されている。冷媒供給管３３の下流端３３ｂは、リアクトルケース２３の一つの連結孔２３ｂに挿入されている。詳細は後述するが、リアクトルケース２３の壁の中には、冷媒が通過する流路が形成されている。供給流路ＳＣに流入した冷媒は、各冷却器３２とリアクトルケース２３に形成されている流路に供給される。

冷媒排出管３４も、積層方向に延びる円管である。図２に示すように、各冷却器３２の幅方向における他端、即ち、冷媒供給管３３が貫通している一端とは反対側の端に、冷媒排出管３４が貫通している。冷媒排出管３４は内側に排出流路ＥＣを有しており、排出流路ＥＣは冷却器３２の内側の流路に連通している。冷媒排出管３４の下流端３４ａは、ケース２１ａを貫通している。冷媒排出管３４の下流端３４ａとケース２１ａとの間は、ガスケット（不図示）により封止されている。冷媒排出管３４の上流端３４ｂは、後述するリアクトルケース２３の冷媒供給管３３が挿入される連結孔２３ｂとは異なる連結孔２３ｃに挿入されている。冷媒は、各冷却器３２とリアクトルケース２３に形成されている流路を通過した後、冷媒排出管３４に集められ、冷媒排出管３４の外へ排出される。「冷媒排出管３４の上流端３４ｂ」、「冷媒排出管３４の下流端３４ａ」との表現も、冷媒供給管３３と同様に、正確には、「冷媒排出管３４の冷媒流れ方向の上流端３４ｂ」、「冷媒排出管３４の冷媒流れ方向の下流端３４ａ」を意味する。

リアクトルケース２３は、積層方向（即ち、Ｘ軸方向）で積層体２２の冷媒供給管３３の下流側の端に位置する冷却器３２ｅに隣接して配置されている。板ばね２５は、この冷却器３２ｅとリアクトルケース２３の外側面２３ｄの間に配置されている。また、積層体２２の冷媒供給管３３の上流側の端に位置する冷却器３２ａとケース２１ａの内側面の間に、スペーサ２７が配置されている。積層体２２は、リアクトルケース２３とスペーサ２７の間で、板ばね２５の弾性力により積層方向に圧縮されている。積層体２２が積層方向に圧縮されることにより、各冷却器３２と各パワーモジュール３１とがよく密着する。これにより、各パワーモジュール３１から発生する熱が各冷却器３２に効率よく伝達される。板ばね２５の弾性力は、リアクトルケース２３と板ばね２５の間に配置されている調整ピン２４により適切な荷重に調整されている。

リアクトルケース２３の構成を、図２−図４を参照して説明する。図４は、リアクトルケース２３の斜視図である。リアクトルケース２３は、アルミニウム製の部品である。図４に示すように、リアクトルケース２３の外形状は、直方体である。リアクトルケース２３の上面に、窪み２３ａが設けられている。窪み２３ａに、リアクトルＬ１が収容される。リアクトルケース２３の外側面２３ｄには、２つの連結孔２３ｂ、２３ｃが設けられている。図２に示すように、リアクトルケース２３は、冷媒供給管３３の下流側（即ち、Ｘ軸負方向側）で、積層体２２に隣接配置されている。リアクトルケース２３は、外側面２３ｄが、積層体２２の積層方向（即ち、Ｘ軸方向）の端に位置する冷却器３２ｅと対向するように、配置されている。そして、連結孔２３ｂに、冷媒供給管３３の下流端３３ｂが連結されており、連結孔２３ｃに、冷媒排出管３４の上流端３４ｂが連結されている。連結孔２３ｂ、２３ｃの内側の空間は、リアクトルケース２３に形成されている流路（詳細は後述）と連通しており、冷媒供給管３３から流入した冷媒は、リアクトルケース２３の流路を通過し、冷媒排出管３４へ流出する。

図３、図５を参照して、リアクトルケース２３に形成されている流路について説明する。図５は、図３のV−V線における断面図である。リアクトルケース２３では、窪み２３ａの周囲が厚みのある壁で囲まれている。リアクトルケース２３では、この厚みのある壁の内側に、Ｕ字流路ＵＣと、流入流路ＩＣと、流出流路ＯＣが形成されている。Ｕ字流路ＵＣは、窪み２３ａの底面を構成する壁の内側に形成されている。即ち、図５に示すように、Ｕ字流路ＵＣは、下から見たときに、Ｕ字形状の流路である。Ｕ字流路ＵＣのＵ字の両端は、積層体２２が位置する側に向いている。Ｕ字流路ＵＣは、リアクトルケース２３の下面で開口している。この開口５１は、ケース２１ａの内側に設けられている内壁２１ｄにより塞がれている。内壁２１ｄは、水平面（即ち、ＸＹ平面）と平行である。別言すれば、リアクトルケース２３は内壁２１ｄの上面に固定されており、リアクトルケース２３の下面に位置するＵ字流路ＵＣの開口５１は、内壁２１ｄにより塞がれている。開口５１と内壁２１ｄの間は、ガスケット４３により面シール構造で封止されている。図５に示すように、リアクトルケース２３は、開口５１の周囲に、ガスケット４３を配置するための溝５２を備えている。また、図５に示すように、Ｕ字流路ＵＣの内側には、Ｕ字流路ＵＣの形状に沿って複数のフィン５３が設けられている。複数のフィン５３は、Ｕ字流路ＵＣの上内面から突出している。複数のフィン５３により、Ｕ字流路ＵＣの上内面とＵ字流路ＵＣを通過する冷媒との接触面積が増え、リアクトルＬ１から発生する熱がリアクトルケース２３、複数のフィン５３を介して効率よく冷媒に伝達される。

流入流路ＩＣは、窪み２３ａの内側面と積層体２２の側に位置するリアクトルケース２３の外側面２３ｄを構成する壁の内側に形成されている。流入流路ＩＣと流出流路ＯＣは、この壁の内側で上下方向に平行に伸びている。流入流路ＩＣの一端は、連結孔２３ｂの内側の空間と連通している。上述したように、連通孔２３ｂに、冷媒供給管３３の下流端３３ｂが挿入されている。流入流路ＩＣの他端は、Ｕ字流路ＵＣの一端と連通している。また、流出流路ＯＣの一端は、連結孔２３ｃの内側の空間と連通している。上述したように、連通孔２３ｃに、冷媒排出管３４の上流端３４ｂが挿入されている。流出流路ＯＣの他端は、Ｕ字流路ＵＣの他端と連通している。別言すれば、Ｕ字流路ＵＣは、リアクトルケース２３の積層体２２が位置する側の外側面２３ｄに設けられている２つの連結孔２３ｂ、２３ｃをつないでいる。

図３に示すように、連結孔２３ｂと冷媒供給管３３の下流端３３ｂとの間は、ガスケット４１により封止されている。ガスケット４１は、連結孔２３ｂの軸に平行な内面と、冷媒供給管３３の軸に平行な下流端３３ｂの外周面との間に配置されている。即ち、連結孔２３ｂと冷媒供給管３３の下流端３３ｂとガスケット４１は、軸シール構造を構成する。図示は省略するが、連結孔２３ｃと冷媒排出管３４の上流端３４ｂも、ガスケット４１と同様のガスケットを利用して、軸シール構造を構成する。

リアクトルケース２３の窪み２３ａに収容されているリアクトルＬ１は、窪み２３ａの底面に接している。上述したように、Ｕ字流路ＵＣは、窪み２３ａの底面を構成する壁の内側に形成されている。Ｕ字流路ＵＣは、窪み２３ａの底面に沿ってＵ字に湾曲しており、広い範囲でリアクトルＬ１と対向している。よって、リアクトルＬ１からの熱は、窪み２３ａの底面を介して、Ｕ字流路ＵＣを通過する冷媒に効率よく伝達される。つまり、リアクトルケース２３によりリアクトルＬ１を冷却することができる。

コンバータ本体２６は、図１に示す第２コンバータ回路８を含むユニットである。コンバータ本体２６は、リアクトルケース２３の下に配置されている。そして、コンバータ本体２６は、ケース２１ａの内壁２１ｄの下面に接している。即ち、コンバータ本体２６は、内壁２１ｄを介してリアクトルケース２３に接している。図３に示すように、コンバータ本体２６は、Ｕ字流路ＵＣを間に挟んでリアクトルケース２３に収容されているリアクトルＬ１と上下で対向している。コンバータ本体２６は、内壁２１ｄを介してリアクトルケース２３のＵ字流路ＵＣと対向している。コンバータ本体２６も、リアクトルＬ１と同様に、広い範囲でＵ字流路ＵＣと対向している。そして、Ｕ字流路ＵＣの開口５１を塞いでいる内壁２１ｄの上面にも、Ｕ字流路ＵＣを通過する冷媒が接触する。よって、コンバータ本体２６からの熱は、内壁２１ｄを介して、Ｕ字流路ＵＣを通過する冷媒に伝達される。つまり、リアクトルケース２３に形成されているＵ字流路ＵＣを通過する冷媒により、コンバータ本体２６を冷却することができる。

図５を参照して、冷媒の流れについて説明する。図５に示す矢印が冷媒の流れを表す。冷媒供給管３３と冷媒排出管３４と各冷却器３２の内側を通過する冷媒の流れは、図５において目視できないので破線矢印で示している。一方で、図５において目視できる冷媒の流れは、実線矢印で示している。図５に示すように、冷媒供給管３３の上流端３３ａから流入した冷媒は、供給流路ＳＣに流れ込み、供給流路ＳＣから各冷却器３２へと分配される。各冷却器３２に分配された冷媒は、各冷却器３２の内側の流路を通過し、冷媒排出管３４の排出流路ＥＣへと集められる。また、供給流路ＳＣに流れ込んだ冷媒は、冷媒供給管３３の下流端３３ｂからリアクトルケース２３に形成されている流入流路ＩＣへも分配される。流入流路ＩＣに分配された冷媒は、Ｕ字流路ＵＣを通過し、流出流路ＯＣへと流れ込む。流出流路ＯＣに流れ込んだ冷媒は、冷媒排出管３４の上流端３４ｂから冷媒排出管３４の排出流路ＥＣへと流れ込む。各冷却器３２とリアクトルケース２３の内側の流路ＩＣ、ＵＣ、ＯＣを通過した冷媒は、排出流路ＥＣに集められ、冷媒排出管３４の下流端３４ａから冷媒排出管３４の外へと流出する。冷媒は、各冷却器３２を通過する間に、各冷却器３２の夫々に接している各パワーモジュール３１の夫々から発生する熱を吸収する。また、冷媒は、リアクトルケース２３に形成されているＵ字流路ＵＣを通過する間に、リアクトルＬ１とコンバータ本体２６の夫々から発生する熱も吸収する。この冷媒の流れにより、パワーモジュール３１、リアクトルＬ１、コンバータ本体２６が冷却される。

本実施例の電力変換器２０の構造が有する効果について説明する。ハイブリッド車の高機能化に伴い、ハイブリッド車に電力変換器を搭載するスペースは限られてきている。ハイブリッド車に搭載される電力変換器は小型であることが望ましい。電力変換器の小型化が進むと、電力変換器に含まれるパワーモジュール以外の電子部品において熱負荷が高まる虞がある。本実施例では、パワーモジュール３１以外の電子部品であるリアクトルＬ１とコンバータ本体２６において熱負荷が高まる虞がある。

上述の構成によれば、リアクトルＬ１は、リアクトルケース２３の窪み２３ａの底面に接しており、コンバータ本体２６は、内壁２１ｄに接している。そして、リアクトルケース２３のＵ字流路ＵＣは、窪み２３ａの底面と内壁２１ｄの間に位置しているとともに、リアクトルＬ１とコンバータ本体２６の両方に対向している。Ｕ字流路ＵＣにリアクトルＬ１とコンバータ本体２６の両方が対向していることにより、リアクトルＬ１とコンバータ本体２６を冷却するための構造を、Ｕ字流路が形成されているリアクトルケース２３に集約することができる。また、Ｕ字流路は、積層体２２の冷媒供給管３３と冷媒排出管３４とに繋がっている。冷媒は、冷媒供給管３３、Ｕ字流路ＵＣ、冷媒排出管３４の順に流れる。冷媒は、その間に、リアクトルＬ１とコンバータ本体２６を冷却する。

また、上述の構成によれば、積層体２２を通過する冷媒は、リアクトルケース２３に形成されているＵ字流路にも供給される。よって、リアクトルＬ１とＤＣＤＣコンバータ本体２６を冷却するために、積層体２２を通過する冷媒とは別の冷媒を利用する必要が無く、別の冷媒が通過する流路を設ける必要も無い。このように、電力変換器２０は、複数のパワーモジュール３１とリアクトルＬ１とコンバータ本体２６を冷却する構造が単純である。単純な冷却構造は、必要とする部品点数も少なくて済み、電力変換器の体格を小さくすることに貢献する。

トランジスタＴ１−Ｔ８が、「半導体素子」の一例である。なお、トランジスタＴ１、Ｔ２とリアクトルＬ１が第１コンバータ回路１５を構成している。Ｕ字流路ＵＣが、「リアクトルケースの流路」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例における冷却器３２の個数及びパワーモジュール３１の個数は、一例に過ぎない。例えば、ハイブリッド車は、２個以上のモータを備える場合がある。その場合、２個以上のモータを駆動させるために、電力変換器も、２個以上のインバータ回路を備える。インバータ回路の数に応じて、冷却器３２及びパワーモジュール３１の個数も増える。また、実施例における各パワーモジュール３１に収容されているトランジスタの個数も、一例に過ぎない。１つのパワーモジュールに１つのトランジスタが収容されてもよいし、１つのパワーモジュールに２個以上のトランジスタが収容されてもよい。

供給流路ＳＣと排出流路ＥＣは、複数の管を連結することで構成されてもよい。例えば、供給流路ＳＣは、複数の第１連結管と、供給上流管と、供給下流管により構成されてもよい。この場合、複数の第１連結管の夫々は、隣接する冷却器同士を連結する。供給上流管は、積層体の積層方向からみて第１連結管と重なるように積層体の一端の冷却器に連結される。供給下流管は、積層方向からみて第１連結管と重なるように積層体の他端の冷却器に連結される。複数の第１連結管と、供給上流管と、供給下流管とが、積層方向に沿って一直線に並ぶことで、一直線に並んだ各管の内側の流路が、供給流路ＳＣを構成する。同様に、排出流路ＥＣも、複数の第２連結管と、排出下流管と、排出上流管により構成されてもよい。複数の第２連結管の夫々は、隣接する冷却器同士を連結する。排出下流管は、積層体の積層方向からみて第２連結管と重なるように積層体の一端の冷却器に連結される。排出上流管は、積層方向からみて第２連結管と重なるように積層体の他端の冷却器に連結される。複数の第２連結管と、排出下流管と、排出上流管とが、積層方向に沿って一直線に並ぶことで、一直線に並んだ各管の内側の流路が、排出流路ＥＣを構成する。Ｕ字流路ＵＣの一端は、供給下流管の下流側の開口と連通し、他端は、排出上流管の上流側の開口と連通する。これにより、実施例と同様の流路が構成される。

リアクトルケース２３の下面に位置するＵ字流路ＵＣの開口５１は、ケース２１ａの内壁とは異なる蓋により塞がれてもよい。そして、ＤＣＤＣコンバータ本体２６が、この蓋に接してもよい。即ち、リアクトルケース２３とこの蓋により一つのリアクトルケースが構成され、ＤＣＤＣコンバータ本体２６がこのリアクトルケースに接していてもよい。

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。

２：メインバッテリ
３：システムメインリレー
４：モータ
５：エンジン
６：動力分配機構
７：車軸
８：第２コンバータ回路
９：補機バッテリ
１２ａ、１２ｂ：補機
１５：第１コンバータ回路
１６：インバータ回路
２０：電力変換器
２１ａ：ケース
２２：積層体
２３：リアクトルケース
２３ａ：窪み
２３ｂ、２３ｃ：連結孔
２４：調整ピン
２５：板ばね
２６：コンバータ本体
２７：スペーサ
３１（３１ａ−３１ｄ）：パワーモジュール
３２（３２ａ−３２ｅ）：冷却器
３３：冷媒供給管
３４：冷媒排出管
４１、４２、４３：ガスケット
２００：ハイブリッド車
Ｃ１：フィルタコンデンサ
Ｃ２：平滑コンデンサ
Ｌ１：リアクトル
Ｔ１−Ｔ８：トランジスタ
ＳＣ：供給流路
ＥＣ：排出流路
ＩＣ：流入流路
ＯＣ：流出流路
ＵＣ：Ｕ字流路

Claims (1)

1. 夫々が半導体素子を収容している複数のパワーモジュールと複数の冷却器とが積層されている積層体と、
   前記複数の冷却器を貫通しており、各冷却器に冷媒を供給する冷媒供給管と、
   前記複数の冷却器を貫通しており、各冷却器を通過した冷媒を排出する冷媒排出管と、
   少なくとも一つの前記半導体素子とともに第１コンバータ回路を構成しているリアクトルと、
   前記リアクトルを収容しており、前記冷媒供給管の下流側で前記積層体に隣接配置されているリアクトルケースと、
   前記リアクトルケースに接しており、前記第１コンバータ回路と並列に接続されている第２コンバータ回路を収容しているコンバータ本体と、
   を備えており、
   前記リアクトルケースは、
   前記積層体と対向している側面に設けられている２つの連結孔であって、一方の連結孔が前記冷媒供給管の下流端に連結されており、他方の連結孔が前記冷媒排出管の上流端に連結されている２つの連結孔と、
   Ｕ字に湾曲しており、前記２つの連結孔の間をつないでいる流路であって、前記コンバータ本体と前記リアクトルの間に位置しており、前記コンバータ本体と前記リアクトルの両方に対向している流路と、
   を備えていることを特徴とする電力変換器。
   

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