JP2021136794A - 電力変換装置、および電力変換装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】端子台の部品点数を低減可能にした電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、入力端子台70と、第1コンデンサユニット40と、第2コンデンサユニット50と、これらを収容するケース10と、を備える。ケース10は、第1ケース11と第2ケース12を有する。第1ケース11には第1コンデンサユニット40が固定され、第2ケース12には、入力端子台70が接続された状態の第2コンデンサユニット50が固定されている。第1ケース11には、入力端子台70に設けられた入力コネクタ部73が挿入配置されるコネクタ用開口部11cが形成されている。両コンデンサユニット40、50は、入力コネクタ部73の挿入方向に並んで互いに対向する対向部43a、51aを有する。これら対向部43a、51aの挿入方向における最短離間距離L1は、コネクタ用開口部11cに入力コネクタ部73が挿入される挿入量L2より大きい。【選択図】図2
Description
この明細書における開示は、直流から交流に変換または電圧の大きさを変換させる電力変換装置、および電力変換装置の製造方法に関する。
特許文献1には、入力端子台、コンデンサ、半導体モジュールおよびケース等を備えた電力変換装置が記載されている。
入力端子台は、外部バッテリにコネクタ接続されるコネクタ部を有するとともに、コンデンサに電気接続されている。半導体モジュールは、入力端子台を通じて入力された電力を直流から交流に変換する。コンデンサは、上記電力の電圧脈動を平滑化させる。ケースは、入力端子台、コンデンサおよび半導体モジュールを収容するとともに、コネクタ部が挿入配置される開口部を有する。さらにケースは、上記開口部が形成された第1ケースと、その第1ケースに締結される第2ケースとに分割して構成されている。
さて、第1ケースに半導体モジュールを固定し、第2ケースにコンデンサを固定し、その後、両ケースを締結して組み合わせる構造においては、入力端子台をコンデンサに取り付けてユニット化させようとすると、以下の課題が生じる。すなわち、上記ユニット化に伴い、入力端子台はコンデンサと共に第2ケースに保持されることになる。そうすると、第2ケースに保持された状態のコネクタ部を、第1ケースの開口部に挿入させる必要が生じる。
しかしながら、第1ケースには半導体モジュールが固定され、第2ケースにはコンデンサが固定されている。そのため、コネクタ部を開口部にセットして挿入しようとした時点で、半導体モジュールとコンデンサが互いに干渉してしまい、上記セットができない懸念が生じる。
なお、この種の入力端子台を、コネクタ部を有する第1部品と、コンデンサに電気接続される第2部品との2部品で構成すれば、第1部品を第1ケースに保持させ、第2部品を第2ケースに保持させることができる。その結果、上記干渉を招くことなく第1コネクタ部を開口部にセットできる。しかし、この場合には入力端子台の部品点数が増大する。
開示される1つの目的は、端子台の部品点数を低減可能にした電力変換装置およびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するため、開示された1つの手段は、
外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
第1電気部品、第2電気部品および端子台を収容するケース(10)と、
を備え、
ケースは、
端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
第1ケースに組み合わされ、端子台が電気接続された状態の第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
第1電気部品および第2電気部品は、端子台の一部が開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
第1電気部品が有する対向部を第1対向部(43a)、第2電気部品が有する対向部を第2対向部(51a)とし、
第1対向部と第2対向部との挿入方向における最短離間距離(L1)が、ケースの内部から開口部に端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置とされる。
外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
第1電気部品、第2電気部品および端子台を収容するケース(10)と、
を備え、
ケースは、
端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
第1ケースに組み合わされ、端子台が電気接続された状態の第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
第1電気部品および第2電気部品は、端子台の一部が開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
第1電気部品が有する対向部を第1対向部(43a)、第2電気部品が有する対向部を第2対向部(51a)とし、
第1対向部と第2対向部との挿入方向における最短離間距離(L1)が、ケースの内部から開口部に端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置とされる。
上記電力変換装置によると、挿入方向における両電気部品の最短離間距離が、端子台の開口部への挿入量より大きい。そのため、端子台の一部を開口部にセットして挿入しようとした時点で、両電気部品が互いに干渉することを回避できる。よって、端子台を分割して両ケースの各々に保持させることを不要にしつつ、端子台の一部を開口部へ挿入できる。つまり、端子台の部品点数を低減できる。
上記目的を達成するため、開示された1つの手段は、
外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
第1電気部品、第2電気部品および端子台を収容するケース(10)と、を備え、
ケースは、
端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
第1ケースに締結され、端子台が電気接続された状態の第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
第1電気部品および第2電気部品は、端子台の一部が開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
第1電気部品が有する対向部を第1対向部(43a)、第2電気部品が有する対向部を第2対向部(51a)とし、
第1対向部と第2対向部との挿入方向における最短離間距離(L1)が、ケースの内部から開口部に端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置の製造方法であって、
第1電気部品を第1ケースに固定する第1固定工程(S12)と、
第2電気部品を端子台と電気接続するとともに、第2電気部品を第2ケースに固定する第2固定工程(S22)と、
第1固定工程および第2固定工程の後、端子台の全体が開口部の外に存在するように、第1ケースおよび第2ケースを締結が可能な位置から挿入方向へ相対的にずらして配置するプレ配置工程(S30)と、
プレ配置工程の後、第1ケースおよび第2ケースを挿入方向に相対移動させることで、端子台の一部を開口部に挿入させる挿入工程(S40)と、
挿入工程の後、第1ケースおよび第2ケースを互いに締結するケース締結工程(S50)と、
を含む電力変換装置の製造方法とされる。
外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
第1電気部品、第2電気部品および端子台を収容するケース(10)と、を備え、
ケースは、
端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
第1ケースに締結され、端子台が電気接続された状態の第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
第1電気部品および第2電気部品は、端子台の一部が開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
第1電気部品が有する対向部を第1対向部(43a)、第2電気部品が有する対向部を第2対向部(51a)とし、
第1対向部と第2対向部との挿入方向における最短離間距離(L1)が、ケースの内部から開口部に端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置の製造方法であって、
第1電気部品を第1ケースに固定する第1固定工程(S12)と、
第2電気部品を端子台と電気接続するとともに、第2電気部品を第2ケースに固定する第2固定工程(S22)と、
第1固定工程および第2固定工程の後、端子台の全体が開口部の外に存在するように、第1ケースおよび第2ケースを締結が可能な位置から挿入方向へ相対的にずらして配置するプレ配置工程(S30)と、
プレ配置工程の後、第1ケースおよび第2ケースを挿入方向に相対移動させることで、端子台の一部を開口部に挿入させる挿入工程(S40)と、
挿入工程の後、第1ケースおよび第2ケースを互いに締結するケース締結工程(S50)と、
を含む電力変換装置の製造方法とされる。
上記製造方法の対象となる電力変換装置では、挿入方向における両電気部品の最短離間距離が、端子台の開口部への挿入量より大きい。そのため、プレ配置工程の実行時に、第1電気部品と第2電気部品が互いに干渉することを回避できる。よって、端子台を分割して両ケースの各々に保持させることを不要にしつつ、端子台の一部を開口部へ挿入できる。つまり、端子台の部品点数を低減できる。
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、電力変換装置が車両に搭載された状態における上下方向をz方向、z方向に直交する一方向をx方向と示す。また、z方向およびx方向の両方向に直交する方向をy方向と示す。なお、図中のz方向を示す矢印の向きが、車両搭載状態における上側である。
(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、電力変換装置1によって形成される電気回路の概要について説明する。
先ず、図1に基づき、電力変換装置1によって形成される電気回路の概要について説明する。
本実施形態に係る電力変換装置1は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。電力変換装置1は、車両に搭載されたバッテリ2(直流電源)から供給される直流電圧を、三相交流に変換して、三相交流方式のモータ3(車載モータ)に出力する。モータ3は、車両の走行駆動源として機能する。電力変換装置1は、モータ3により発電された電力を、直流に変換してバッテリ2に充電することもできる。電力変換装置1は、双方向の電力変換が可能となっている。
図1に示すように、電力変換装置1は、制御基板30、半導体モジュール21、コンデンサ50C、およびリアクトル60L、入力端子台70および出力端子台80を備える。
半導体モジュール21は、スイッチング素子21iと、スイッチング素子21iに接続された端子と、モールド材と、を有した構造である。モールド材は、スイッチング素子21iをモールドする樹脂製である。上記端子には、後述するP端子、N端子および信号端子21sが含まれる。図1に示す例では、1つの半導体モジュール21は、2つのスイッチング素子21iを有し、1つの上下アーム回路を形成する。
半導体モジュール21は複数備えられており、そのうちの1つは、リアクトル60Lに接続されている。リアクトル60Lに接続されている半導体モジュール21は、DC−DC変換部であり、直流電圧を昇圧するコンバータ回路として機能する。他の複数の半導体モジュール21は、DC−AC変換部であり、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換してモータ3に出力する、インバータ回路として機能する。このインバータ回路は、モータ3により発電された交流電力を直流電力に変換する機能も有する。
インバータ回路としての半導体モジュール6は、モータ3の三相の各々に設けられている。
スイッチング素子21iとして、nチャネル型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が採用されている。上アームのIGBTのコレクタ電極が、高電位電力ラインHiに接続されている。下アームのIGBTのエミッタ電極が、低電位電力ラインLoに接続されている。そして、上アームのIGBTのエミッタ電極と、下アーム5L,6LのIGBTのコレクタ電極が相互に接続されている。
コンデンサ50Cは、高電位電力ラインHiと低電位電力ラインLoの間に接続されている。コンデンサ50Cは、半導体モジュール21と並列に接続されている。コンデンサ50Cは、コンバータ回路により昇圧された直流電流を平滑化する。コンデンサ50Cは、昇圧された直流電圧の電荷を蓄積する。
リアクトル60Lは、コンバータ回路として機能する半導体モジュール21のスイッチング作動に伴い、バッテリ2の電圧を昇圧する。
制御基板30は、制御部および駆動回路部(ドライバ)を有する。制御部は、上位ECUから入力されるトルク要求や各種センサにて検出された信号に基づいて、スイッチング素子21iを動作させるための駆動指令を生成する。制御部は、マイコン(マイクロコンピュータ)を備えて構成されており、駆動指令としてPWM信号を出力する。ドライバは、制御部から出力された駆動指令にしたがって、スイッチング素子21iのオンオフ作動を制御する。
上述した各種センサの具体例としては、電流センサ81、電圧センサ、回転角センサなどが挙げられる。電流センサ81は、モータ3の各相の巻線に流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータ3の回転子の回転角を検出する。
次に、図2〜図4に基づき、電力変換装置1を構成する各種ユニットや部品について説明する。
電力変換装置1は、ケース10、半導体ユニット20、制御基板30、第1コンデンサユニット40、第2コンデンサユニット50、リアクトルユニット60、入力端子台70および出力端子台80を備える。なお、図2〜図4では出力端子台80の図示を省略している。
ケース10は、金属製であり、例えばアルミニウム系材料を用いてダイカスト法により成形されている。ケース10は、半導体ユニット20、制御基板30、第1コンデンサユニット40、第2コンデンサユニット50、リアクトルユニット60、入力端子台70および出力端子台80を内部に収容する。
ケース10は、第1ケース11および第2ケース12の2つに分割されている。第1ケース11と第2ケース12はボルトB1で締結されている。第1ケース11と第2ケース12との分割面は、z方向に対して垂直な面である。両ケースの各々には、互いに当接するフランジ面11f、12fが形成されており、これらのフランジ面11f、12fが上記分割面に相当する。フランジ面11f、12fは、z方向に対して垂直に拡がる平坦形状であり、ボルトB1の締結方向はz方向である。
第1ケース11の下側に形成された開口部11bと、第2ケース12の上側に形成された開口部12bとが、上記締結により連通する。フランジ面11f、12fは、これらの開口部11b、12bを取り囲むよう、z方向周りに環状に延びる形状である。
第1ケース11には、上側に向けて開口する開口部11aが形成されている。この開口部11aは、第1ケース11にボルトB2で締結された第1カバー13によって覆われている。第2ケース12には、下側に向けて開口する開口部12aが形成されている。この開口部12aは、第2ケース12にボルトB3で締結された第2カバー14によって覆われている。
さらに第1ケース11には、コネクタ用開口部11cおよび配管用開口部11dが形成されている。コネクタ用開口部11cには、後述する入力コネクタ部73が挿入配置され、配管用開口部11dには、後述する冷媒配管23が挿入配置されている。コネクタ用開口部11cは、x方向の一方側に向けて開口する。配管用開口部11dは、x方向の他方側に向けて開口する。第1ケース11のうちコネクタ用開口部11cを形成する筒状部110は、x方向に延びる筒形状である。
半導体ユニット20は、図1で先述した半導体モジュール21、冷却器、弾性部材24およびベース部材25を有する。
冷却器は、半導体モジュール21を冷却するものであり、熱交換部22および冷媒配管23を有し、液冷媒を循環させる循環経路の一部を形成する。冷媒配管23には、半導体ユニット20の外部から冷媒が流入する流入用の冷媒配管と、半導体ユニット20の外部へ冷媒を流出させる流出用の冷媒配管とが存在する。
熱交換部22は、流入用および流出用の冷媒配管23と連通する。熱交換部22は、熱伝導性が良好な絶縁体を介して半導体モジュール21に接触し、スイッチング素子21iの発熱で温度上昇する半導体モジュール21を冷却する。
複数の半導体モジュール21は、x方向に並べて積層配置されている。熱交換部22は、隣り合う半導体モジュール21の間に配置されている。つまり、複数の熱交換部22は、半導体モジュール21と交互に積層配置されている。これら複数の半導体モジュール21および熱交換部22からなる積層体には、弾性部材24の弾性変形によって生じる弾性力が、ベース部材25を介して付与されている。この弾性力によって、半導体モジュール21および熱交換部22は、互いに押し付け合って密着している。
半導体モジュール21が有する端子には、先述した通り、図示しないP端子、N端子および信号端子21sが含まれている。P端子は、上アームを構成するスイッチング素子21iのエミッタ電極と接続されている。P端子には、後述する第1Pバスバ42Pの一端が接続され、第1Pバスバ42Pの他端には、コンデンサ50Cの高電位側の電極が接続されている。つまり、P端子は、高電位電力ラインHiと同電位である。
N端子は、下アームを構成するスイッチング素子21iのコレクタ電極と接続されている。N端子には第1Nバスバ42Nの一端が接続され、第1Nバスバ42Nの他端には、コンデンサ50Cの低電位側の電極が接続されている。つまり、N端子は、低電位電力ラインLoと同電位である。
信号端子21sは、スイッチング素子21iのゲート電極と接続されている。信号端子21sは、制御基板30に実装(例えば挿入実装)されている。信号端子21sは、モールド材から上側に向けて延出する。なお、P端子およびN端子は、モールド材から下側に向けて延出する。
制御基板30は、半導体ユニット20に対してz方向の上側に配置されており、第1ケース11の開口部11aに対向する位置に配置されている。制御基板30は、外部ECUと接続されるコネクタ31を有する。コネクタ31の一部は、第1カバー13に形成された図示しない開口部から露出している。制御基板30は、コネクタ31を通じて外部ECUから各種の車両情報や車外情報を取得する。
さらに制御基板30は、所定のプログラムにしたがって演算処理を実行するプロセッサや、上記プログラム等が記憶されたメモリを有する。例えば、これらのプロセッサおよびメモリはマイクロコンピュータ(マイコン)としてパッケージ化されている。制御基板30は、スイッチング素子21iへ駆動信号を出力する駆動回路を有する。コネクタ31を通じて取得した各種情報に基づき、マイコンは半導体モジュール21の作動を指令する。その指令に基づき駆動回路は駆動信号を出力する。
ここで、図1に示すコンデンサ50Cに要求される静電容量は極めて大きい。そのため、実際には複数のコンデンサ50Cを並列接続することで、要求される静電容量を満たすように構成されている。
複数のコンデンサ50Cは、第1コンデンサユニット40と第2コンデンサユニット50に分けて配置されている。なお、第1コンデンサユニット40に含まれるコンデンサ50Cの数の方が、第2コンデンサユニット50に含まれるコンデンサ50Cの数より多く設定されている。
第1コンデンサユニット40は、第1コンデンサケース41、複数のコンデンサ50C、第1Pバスバ42P、第1Nバスバ42Nおよび電気絶縁体43を有する。複数のコンデンサ50Cは、第1コンデンサケース41の内部に収容されている。第1コンデンサケース41の内部には、コンデンサ50Cの全体を覆う樹脂材(図示せず)が充填されている。
第1Pバスバ42Pには、コンデンサ50Cの高電位側の電極と、スイッチング素子21iのエミッタ電極が接続されている。第1Nバスバ42Nには、コンデンサ50Cの低電位側の電極と、スイッチング素子21iのコレクタ電極が接続されている。
第1Pバスバ42Pおよび第1Nバスバ42Nは板状であり、互いに対向する板面(対向板面)を有する。これらの対向板面の間には板状の電気絶縁体43が配置されている。電気絶縁体43は、電気絶縁性を有する樹脂製である。
第2コンデンサユニット50は、第2コンデンサケース51、複数のコンデンサ50C、第2Pバスバ52Pおよび第2Nバスバ52Nを有する。複数のコンデンサ50Cは、第2コンデンサケース51の内部に収容されている。第2コンデンサケース51の内部には、コンデンサ50Cの全体を覆う樹脂材(図示せず)が充填されている。第2Pバスバ52Pおよび第2Nバスバ52Nの一端には、第1コンデンサユニット40が有する第1Pバスバ42Pおよび第1Nバスバ42Nが接続されている。
コンデンサ50Cには、フィルムを巻き回した形状のフィルムコンデンサが用いられている。フィルムの幅や巻き数、フィルムコンデンサの使用数量を調整することで、コンデンサ50Cの大きさと個数が調整されている。そして、これら複数のコンデンサ50Cの配置を調整することで、第1コンデンサケース41および第2コンデンサケース51を所望の形状にすることを実現させている。
第1コンデンサユニット40が有する全てのフィルムコンデンサは、巻き回し中心線がy方向を向くように配置されている。第2コンデンサユニット50が有する全てのフィルムコンデンサは、巻き回し中心線がz方向を向くように配置されている。要するに、第1コンデンサユニット40に係る巻き回し中心線と、第2コンデンサユニット50に係る巻き回し中心線とは直交する。
なお、第1コンデンサユニット40および第2コンデンサユニット50が有する各々のバスバを以下のように区別して呼ぶ場合がある。すなわち、第1Pバスバ42P、52Pの各々を、第1Pバスバ42P、第2Pバスバ52Pと呼ぶ。また、第1Nバスバ42N、52Nの各々を、第1Nバスバ42N、第2Nバスバ52Nと呼ぶ。
リアクトルユニット60は、リアクトルケース61およびリアクトル60Lを有する。リアクトル60Lはリアクトルケース61内部に収容されている。リアクトルユニット60は、半導体ユニット20に対してz方向の下側に配置されており、第2ケース12の開口部12aに対向する位置に配置されている。また、リアクトルユニット60は、第1コンデンサユニット40および第2コンデンサユニット50に対しても、z方向の下側に配置されている。リアクトル60Lの一端は、図示しないバスバを介して半導体モジュール21に接続されている。リアクトル60Lの他端は、入力端子台70を介してバッテリ2の高電位側に接続されている。
入力端子台70は、本体ケース71、入力Pバスバ72P、入力Nバスバ72Nおよび入力コネクタ部73を有する。本体ケース71は、電気絶縁性を有する樹脂製であり、入力Pバスバ72P、入力Nバスバ72Nおよび入力コネクタ部73を保持する。
入力コネクタ部73は、コネクタ嵌合部およびコネクタ端子を有する。コネクタ嵌合部は、本体ケース71と一体に形成された樹脂製であり、外部コネクタの嵌合部と嵌合する。この外部コネクタは、バッテリ2に接続されるケーブルの先端に取り付けられたものである。コネクタ端子は、コネクタ嵌合部内に配置されており、上記嵌合に伴い、外部コネクタの端子と電気接続される。
入力Pバスバ72Pはリアクトル60Lに接続され、入力Nバスバ72Nは第2Nバスバ52Nに接続されている。なお、本実施形態に係る電力変換装置1は、リアクトルユニット60を備えているが、リアクトルユニット60は廃止されていてもよい。その場合には、入力Pバスバ72Pは第2Pバスバ52Pに接続されることとなる。
出力端子台80は、電流センサ81と、図示しない本体ケース、出力バスバおよび出力コネクタ部とを有する。本体ケースは、電気絶縁性を有する樹脂製であり、出力バスバおよび出力コネクタ部を保持する。出力コネクタ部は、モータ3に接続されるケーブルにコネクタ接続される。
上述したx方向、y方向およびz方向は、以下のように定義される。z方向は、制御基板30の板面に垂直な方向である。x方向は、半導体ユニット20と第2コンデンサユニット50が上記板面に沿って並ぶ方向である。y方向は、z方向およびx方向に対して垂直な方向である。
さて、第1コンデンサユニット40は、第1ケース11に固定される「第1電気部品」に相当する。第2コンデンサユニット50は、入力端子台70が電気接続された状態で第2ケース12に固定される「第2電気部品」に相当する。そのため、入力コネクタ部73コネクタ部をコネクタ用開口部11cの対向位置にセットして挿入しようとした時点で、第1コンデンサユニット40と第2コンデンサユニット50が互いに干渉しないようにするために、本実施形態では以下の構造を採用している。
以下の説明では、入力端子台70の一部である入力コネクタ部73が、コネクタ用開口部11cに挿入される方向(x方向)を、挿入方向と呼ぶ。第1コンデンサユニット40と第2コンデンサユニット50は、挿入方向に並んで互いに対向する対向部43a、51aを有する。
具体的には、第1コンデンサユニット40の対向部である第1対向部43aは、電気絶縁体43のうち第2コンデンサケース51に対向する部分である。第2コンデンサユニット50の対向部である第2対向部51aは、第2コンデンサケース51のうち電気絶縁体43に対向する部分である。これらの対向部43a、51aは、挿入方向に対して垂直に拡がる平坦面形状である。
第1対向部43aと第2対向部51aとの挿入方向における最短離間距離L1(図2参照)は、入力コネクタ部73がコネクタ用開口部11cに挿入される挿入量L2(図2参照)より大きい。
次に、図5および図6を参照しつつ、電力変換装置1の製造方法について説明する。
先ず、図5のステップS11、S12による作業と、ステップS21、S22による作業を、別々に実行する。
ステップS11(第1組付工程)では、半導体ユニット20、制御基板30および第1コンデンサユニット40を製造する。その後、さらにステップS11では、半導体ユニット20、制御基板30および第1コンデンサユニット40が互いに接続されてなる第1組付体U1(図6参照)を製造する。
具体的には、半導体モジュール21、熱交換部22および冷媒配管23を互いに組み付けて、半導体ユニット20を製造する。また、コネクタ31やマイコン等を基板に実装して、制御基板30を製造する。また、第1Pバスバ42Pおよび第1Nバスバ42Nが接続された状態のコンデンサ50Cを第1コンデンサケース41内に配置する。その後、第1コンデンサケース41内に樹脂材を充填し、両バスバ間に電気絶縁体43を配置して、第1コンデンサユニット40を製造する。
その後、第1Pバスバ42Pおよび第1Nバスバ42Nを、半導体ユニット20のP端子およびN端子に接続(例えば溶接)する。また、半導体ユニット20の信号端子21sを制御基板30に接続(例えば挿入実装)する。以上により、上述した第1組付体U1が製造される。
続くステップS12(第1固定工程)では、ステップS11で製造された第1組付体U1を第1ケース11に固定する。具体的には、第1コンデンサユニット40に設けられたブラケット41a(図3参照)を第1ケース11にボルトで固定することで、第1コンデンサユニット40を第1ケース11に固定する。
ステップS21(第2組付工程)では、第2コンデンサユニット50および入力端子台70を製造する。その後、さらにステップS21では、第2コンデンサユニット50および入力端子台70が互いに接続されてなる第2組付体U2(図6参照)を製造する。
具体的には、第2Pバスバ52Pおよび第2Nバスバ52Nが接続された状態のコンデンサ50Cを第2コンデンサケース51内に配置する。その後、第2コンデンサケース51内に樹脂材を充填して、第2コンデンサユニット50を製造する。また、本体ケース71に、入力Pバスバ72P、入力Nバスバ72Nおよび入力コネクタ部73を設けて、入力端子台70を製造する。
その後、第2Nバスバ52Nおよび入力Nバスバ72Nを互いに接続する。この接続は、ボルト締結であってもよいし、溶接であってもよい。以上により、上述した第2組付体U2が製造される。
続くステップS22(第2固定工程)では、ステップS21で製造された第2組付体U2を第2ケース12に固定する。具体的には、第2コンデンサユニット50に設けられたブラケット(図示せず)を第2ケース12にボルトで固定することで、第2コンデンサユニット50を第2ケース12に固定する。
ステップS12、S22の後に実行されるステップS30(プレ配置工程)では、入力コネクタ部73(入力端子台70)の全体がコネクタ用開口部11cの外に存在するように、第1ケース11を第2ケース12の上に仮置きする(図7参照)。仮置き状態での第1ケース11は、第2ケース12との締結可能位置から挿入方向へ相対的にずれた位置にある。例えば、上記ずれた位置のまま、図6に示すように第1組付体U1を第2組付体U2にz方向へ近づけて、図7に示すように第2組付体U2の上に仮置きする。
このように仮置きする工程では、第1ケース11の筒状部110が、入力コネクタ部73に干渉しないよう、筒状部110と入力コネクタ部73とをx方向に離間させている。但し、この離間距離が過剰に大きいと、第1対向部43aが第2対向部51aに干渉してしまう。そこで、第1対向部43aが第2対向部51aに干渉しない程度に、筒状部110と入力コネクタ部73とをx方向に離間させている。先述した通り、最短離間距離L1が挿入量L2より大きく設定されているので、上述の如く干渉しない位置関係を実現できる。
その後に実行されるステップS40(挿入工程)では、第1ケース11および第2ケース12を挿入方向に相対移動させる。つまり、入力コネクタ部73をコネクタ用開口部11cに挿入量L2だけ挿入させる。そして、第1ケース11を、第2ケース12との締結可能な正規の位置まで移動させる。この移動では、第1ケース11のフランジ面11fを第2ケース12のフランジ面12fに接触させながら摺動させる。正規の位置では、最短離間距離L1が挿入量L2より大きくなっている。
その後に実行されるステップS50(ケース締結工程)では、正規の位置にある第1ケース11と第2ケース12を、互いにボルトB1で締結する。
その後に実行されるステップS60(バスバ締結工程)では、第1組付体U1と第2組付体U2を電気的に接続する。具体的には、第1Pバスバ42Pを第2Pバスバ52Pに接続する。また、第1Nバスバ42Nを第2Nバスバ52Nに接続する。これらの接続は、ボルト締結でもよいし溶接でもよい。また、ステップS30で説明した通り、第1組付体U1が第2組付体U2の上方から仮置きされる。そのため、第1Pバスバ42Pは、第2Pバスバ52Pの上側に重なるように配置されている。また、第1Nバスバ42Nは、第2Nバスバ52Nの上側に重なるように配置されている。
その後に実行されるステップS70(カバー締結工程)では、第1カバー13を第1ケース11にボルトB2で締結する。また、第2カバー14を第2ケース12にボルトB3で締結する。なお、ステップS70の工程は、ステップS12、S22で実行されてもよい。
以下、上述した構成を備えることによる効果について説明する。
以上に説明した通り、上記電力変換装置1では、第1コンデンサユニット40は第1ケース11に固定されている。また、第2コンデンサユニット50は、入力端子台70が電気接続された状態で第2ケース12に固定されている。その上で、第1コンデンサユニット40と第2コンデンサユニット50との挿入方向における最短離間距離L1は、入力コネクタ部73がコネクタ用開口部11cに挿入される挿入量L2より大きい。
そのため、入力コネクタ部73をコネクタ用開口部11cの対向位置にセットして挿入しようとした時点で、第1コンデンサユニット40と第2コンデンサユニット50が互いに干渉することを回避できる。したがって、本実施形態によれば、入力端子台70を分割して第1ケース11と第2ケース12の各々に保持させることを不要にしつつ、入力コネクタ部73をコネクタ用開口部11cへ挿入可能な構造にできる。つまり、入力端子台70の部品点数を低減できる。
さらに本実施形態では、最短離間距離L1が挿入量L2より大きく設定された電力変換装置1を、以下の製造方法で製造する。この製造方法では、先ず両コンデンサユニット40、50の各々を両ケース11、12の各々に固定する。その後、両ケース11、12を正規の位置から挿入方向へ相対的にずらして仮置きする(プレ配置工程)。その後、両ケース11、12を挿入方向に相対移動させることで、入力コネクタ部73をコネクタ用開口部11cに挿入する。その後、両ケース11、12を互いに締結する。
これによれば、プレ配置工程の実行時に、両コンデンサユニット40、50が互いに干渉することを回避できる。よって、入力端子台70を分割して両ケース11、12の各々に保持させることを不要にしつつ、入力端子台70端子台の一部(入力コネクタ部73)をコネクタ用開口部11cへ挿入できる。
さらに本実施形態では、第1電気部品としての第1コンデンサユニット40は、第1Pバスバ42Pおよび第1Nバスバ42Nを有する。これらのバスバは通電により発熱する。また、第2電気部品としての第2コンデンサユニット50は、コンデンサ50Cを有する。一般的にコンデンサ50Cは、熱損傷しやすい電気部品である。つまり、第1電気部品は発熱部を有し、第2電気部品は熱損傷しやすい電気部品を有する。
この点を鑑み、本実施形態では、上述した最短離間距離L1を特定する第1対向部43aは、発熱部としてのバスバに挟まれた電気絶縁体43である。また、最短離間距離L1を特定する第2対向部51aは、熱損傷しやすい電気部品である。そのため、最短離間距離L1を挿入量L2より大きくすることで、発熱部と電気部品との離間距離を大きくすることになっている。そのため、電気部品の放熱性を向上できる。つまり、最短離間距離L1がオフセット組付けの隙間として機能させることに加え、発熱部の放熱隙間としても機能させることができ、電力変換装置1を小型化できる。
(他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば開示は、実施形態において示された部品及び/又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び/又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び/又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば開示は、実施形態において示された部品及び/又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び/又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び/又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。
上記第1実施形態では、第1対向部43aは電気絶縁体43の一部であるが、第1Pバスバ42Pや第1Nバスバ42Nの一部であってもよい。また、第1対向部43aは、通電により発熱する発熱部位に限らず、例えば第1コンデンサケース41の一部であってもよい。
上記第1実施形態では、第2対向部51aは第2コンデンサケース51の一部であるが、通電により発熱する発熱部位であってもよい。この発熱部位の具体例としては、第2Pバスバ52Pや第2Nバスバ52Nの一部が挙げられる。
上記第1実施形態では、コンデンサ50Cを有する第1コンデンサユニット40が第1電気部品である。これに対し、例えば半導体ユニット20やリアクトルユニット60が第1電気部品であってもよい。同様にして、半導体ユニット20やリアクトルユニット60が第2電気部品であってもよい。また、電力変換装置1は、直流電力の電圧の大きさを変換するDCDCコンバータを備えていてもよい。その場合、第1電気部品または第2電気部品は、DCDCコンバータであってもよい。
上記第1実施形態では、第2電気部品に接続保持される端子台を入力端子台70としているが、出力端子台80であってもよい。
上記第1実施形態では、複数の半導体モジュール21は、y方向に並べて積層配置されている。これに対し、複数の半導体モジュール21は、x方向に並べて積層配置されていてもよい。要するに、半導体モジュール21の積層方向と、コンデンサユニットおよび端子ユニットが並ぶ方向とが、直交していてもよいし、平行であってもよい。
上記第1実施形態に係る電力変換装置1は、バッテリ2からの供給電力を直流から交流に変換させるためのインバータ回路と、供給電力の電圧の大きさを変換させるコンバータ回路と、を備える。これに対し、電力変換装置は、インバータ回路とコンバータ回路のいずれか一方を廃止して他方を備えた構成であってもよい。
10 ケース、 11 第1ケース、 11cコネクタ用開口部(開口部)、 12 第2ケース、 2 バッテリ、 3 モータ、 40 第1電気部品、 42N Nバスバ、 42P Pバスバ、 43 電気絶縁体、 43a 第1対向部、 50 第2電気部品、 50C コンデンサ、 51a 第2対向部、 70 入力端子台(端子台)、 80 出力端子台(端子台)、 L1 最短離間距離、 L2 挿入量、 42N Nバスバ、 42P Pバスバ、 S12 第1固定工程、 S22 第2固定工程、 S30 プレ配置工程、 S40 挿入工程、 S50 ケース締結工程。
Claims (5)
- 外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
前記バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または前記供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
前記第1電気部品、前記第2電気部品および前記端子台を収容するケース(10)と、
を備え、
前記ケースは、
前記端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、前記第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
前記第1ケースに組み合わされ、前記端子台が電気接続された状態の前記第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
前記第1電気部品および前記第2電気部品は、前記端子台の一部が前記開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
前記第1電気部品が有する前記対向部を第1対向部(43a)、前記第2電気部品が有する前記対向部を第2対向部(51a)とし、
前記第1対向部と前記第2対向部との前記挿入方向における最短離間距離(L1)が、前記ケースの内部から前記開口部に前記端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置。 - 前記第1対向部および前記第2対向部の一方は、通電により発熱する発熱部位である、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1電気部品および前記第2電気部品のうち、前記第1対向部および前記第2対向部の他方を有する電気部品はコンデンサ(50C)を含む、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記第2電気部品はコンデンサ(50C)を含み、
前記第1電気部品は、
前記コンデンサの高電位側に電気接続されるPバスバ(42P)と、
前記コンデンサの低電位側に電気接続されるNバスバ(42N)と、
前記Pバスバおよび前記Nバスバの間に配置された電気絶縁体(43)と、
を有し、
前記第1対向部は、前記Pバスバ、前記Nバスバおよび前記電気絶縁体のいずれかである、請求項1に記載の電力変換装置。 - 外部のバッテリ(2)またはモータ(3)と電気接続される端子台(70、80)と、
前記バッテリからの供給電力を直流から交流に変換、または前記供給電力の電圧の大きさを変換させるための第1電気部品(40)および第2電気部品(50)と、
前記第1電気部品、前記第2電気部品および前記端子台を収容するケース(10)と、を備え、
前記ケースは、
前記端子台の一部が挿入配置される開口部(11c)を有し、前記第1電気部品が固定された第1ケース(11)と、
前記第1ケースに締結され、前記端子台が電気接続された状態の前記第2電気部品が固定された第2ケース(12)と、
を有し、
前記第1電気部品および前記第2電気部品は、前記端子台の一部が前記開口部に挿入される挿入方向に並んで互いに対向する対向部(43a、51a)を有しており、
前記第1電気部品が有する前記対向部を第1対向部(43a)、前記第2電気部品が有する前記対向部を第2対向部(51a)とし、
前記第1対向部と前記第2対向部との前記挿入方向における最短離間距離(L1)が、前記ケースの内部から前記開口部に前記端子台が挿入される挿入量(L2)より大きい電力変換装置の製造方法であって、
前記第1電気部品を前記第1ケースに固定する第1固定工程(S12)と、
前記第2電気部品を前記端子台と電気接続するとともに、前記第2電気部品を前記第2ケースに固定する第2固定工程(S22)と、
前記第1固定工程および前記第2固定工程の後、前記端子台の全体が前記開口部の外に存在するように、前記第1ケースおよび前記第2ケースを前記締結が可能な位置から前記挿入方向へ相対的にずらして配置するプレ配置工程(S30)と、
前記プレ配置工程の後、前記第1ケースおよび前記第2ケースを前記挿入方向に相対移動させることで、前記端子台の一部を前記開口部に挿入させる挿入工程(S40)と、
前記挿入工程の後、前記第1ケースおよび前記第2ケースを互いに締結するケース締結工程(S50)と、
を含む電力変換装置の製造方法。
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