JP2022153094A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.
自動車の駆動装置を制御する電力回路装置では、パワー半導体素子への電荷供給やノイズ除去の目的で、大型のキャパシタが主回路配線に接続されている。キャパシタ素子は樹脂基材のフィルムで構成されており、電気回路装置の構成部品の中で耐熱温度が低いことが一般的である。このとき、主回路配線には大電流が流れているため、配線の発熱量が多く高温になることで、主回路配線に接続されているキャパシタは、耐温度環境性能の低さにより、発熱の影響を受けやすくなっている。よって、このキャパシタの放熱性の向上が課題となっている。 2. Description of the Related Art In a power circuit device for controlling a driving device of an automobile, a large capacitor is connected to the main circuit wiring for the purpose of supplying electric charge to the power semiconductor element and removing noise. Capacitor elements are made of a resin-based film, and generally have a low heat-resistant temperature among components of an electric circuit device. At this time, since a large current is flowing through the main circuit wiring, a large amount of heat is generated in the wiring and the temperature rises. more susceptible to influence. Therefore, the improvement of the heat dissipation property of this capacitor has become a subject.
本願発明の背景技術として、下記の特許文献1では、電力変換装置200のケース12は、コンデンサモジュール500が配置される収納空間405と流路19とが形成された流路形成部12gを備えており、コンデンサモジュール500が配置された収納空間405の底面部405fが、ハウジング912の外周に接触するようにハウジング912に固定されている。これにより、コンデンサモジュールを、より効果的に冷却することができる技術が開示されている。
As a background art of the present invention, in
特許文献1の構成では、キャパシタのケースから放熱しているが、樹脂材料を複数層介して冷却しているため、放熱効率が悪いことが課題であった。以上を鑑みて、本発明は、耐環境温度性能の向上と放熱性の向上とを両立させた電力変換装置を提供することが目的である。
In the configuration of
本発明の電力変換装置は、インバータ回路を構成する半導体モジュールと、直流バスバと、前記直流バスバを介して前記半導体モジュールの直流端子と電気的に接続されるキャパシタと、前記半導体モジュール及び前記キャパシタを収納するとともに冷媒流路を有するハウジングと、を備えた電力変換装置であって、前記ハウジング又は前記ハウジングと熱的に接続されたベース部材には、熱伝導性の放熱部材が配置され、前記キャパシタは、前記直流バスバと接続されるキャパシタ端子を有し、前記キャパシタ端子と前記直流バスバとを接続する接続部は、前記放熱部材と接触している。 A power conversion device according to the present invention comprises a semiconductor module constituting an inverter circuit, a DC bus bar, a capacitor electrically connected to a DC terminal of the semiconductor module via the DC bus bar, the semiconductor module and the capacitor. and a housing containing a coolant flow path, wherein a thermally conductive heat dissipating member is disposed in the housing or a base member thermally connected to the housing, and the capacitor has a capacitor terminal connected to the DC bus bar, and a connecting portion connecting the capacitor terminal and the DC bus bar is in contact with the heat dissipation member.
本発明によれば、耐環境温度性能の向上と放熱性の向上とを両立させた電力変換装置を提供できる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power converter that achieves both improved environmental temperature resistance performance and improved heat dissipation.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. As such, the present invention is not necessarily limited to the locations, sizes, shapes, extents, etc., disclosed in the drawings.
(第1の実施形態および全体構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る、電力変換装置の全体図である。図1(a)は電力変換装置のカバーを閉じた状態の図、図1(b)は、図1(a)の電力変換装置を展開した図である。なお、図1(a)の断線A―Aは、図2で用いる。
(First embodiment and overall configuration)
FIG. 1 is an overall diagram of a power converter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1(a) is a diagram of the power converter with the cover closed, and FIG. 1(b) is a developed view of the power converter of FIG. 1(a). Note that the broken line AA in FIG. 1A is used in FIG.
電力変換装置1のハウジング11は、カバー2、コネクタ5とともに、搭載部品である、回路基板3、直流バスバ7、半導体モジュール10、キャパシタ9などを収納する収納空間を形成している筐体部材である。コネクタ5は、外部のコネクタハーネス(図示せず)が接続され、回路基板3への電源供給や、電気信号の相互伝達を行う。
The
ベース部材4は、ハウジング11またはカバー2と熱的に接続されており、ハウジング11とカバー2の内部で回路基板3を保持し固定している。回路基板3は、コネクタ5、IC、コンデンサ、トランジスタ、抵抗、などを備えて電気回路を形成し、半導体モジュール10を制御している。
The
半導体モジュール10は、インバータ回路を構成しており、内蔵しているスイッチング素子によるスイッチングにより、直流電流と交流電流の相互変換を行う。キャパシタ9は、半導体モジュール10の直流端子と接続されている電力配線である直流バスバ7に接続され、電荷を授受することでスイッチング素子に電荷を供給し、電力配線を伝導するノイズを吸収する機能を持つ。すなわち、キャパシタ9は、直流バスバ7を介して半導体モジュール10の直流端子と接続されている。
The
直流バスバ7は、例えば銅などの導電性材料で形成され、電力配線を形成する配線部材である。センサ6は、直流バスバ7に流れる電流を検出し、回路基板3の電気回路に電気信号を送信する。パイプ12は、ハウジング11の冷媒流路に冷却水などの冷媒を流出入させる出入口であり、この冷却水により、電力変換装置1全体を冷却している。
The
図2は、本発明の第1の実施形態に係る、キャパシタの放熱構造を説明する図である。図2(a)は図1(a)の断線A-Aによる断面図であり、図2(b)は、図2(a)のBの拡大図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the heat dissipation structure of the capacitor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2(a) is a sectional view taken along line AA in FIG. 1(a), and FIG. 2(b) is an enlarged view of B in FIG. 2(a).
キャパシタ9はキャパシタ端子9aを有しており、キャパシタ端子9aと直流バスバ7が接続部8で互いに接続されている。このキャパシタ9の放熱は、従来、ハウジング11に接触させることで放熱する構造だったが、ハウジング11の内部に充填されている樹脂層などを介して放熱しているため、熱抵抗が大きく放熱効率が悪いという課題があった。そこで本発明では、図2(b)に示すように、キャパシタ端子9aと直流バスバ7の接続部8を、放熱部材13を介してベース部材4に接触させて、そのベース部材4を介してハウジング11(ケース)やカバー2などの筐体部品に熱的に接続させることで、放熱性を向上させるようにしている。
The
キャパシタ端子9aは、熱伝導率の高い銅などの材料で作られることが一般的であり、キャパシタ素子9b(図3で後述)に接続している。このキャパシタ端子9aを、放熱部材13を介してベース部材4に接続して、キャパシタ素子9bを放熱する。ベース部材4は、カバー2もしくはハウジング11と接触することで、キャパシタ素子9bの放熱効率を高められる。
また、直流バスバ7の方がキャパシタ素子9bに対して高温となる場合でも、上述のようにキャパシタ端子9aと直流バスバ7の接続部8をベース部材4に接触させて放熱することで、直流バスバ7の放熱につなげることができる。これによって、キャパシタ素子9bの温度が上昇することも抑制することができる。
In addition, even if the
また、キャパシタ9の温度は自己発熱よりも電力配線からの受熱影響が大きいが、本発明の放熱方法を実施することで、受熱の影響よりも放熱性能を大きくさせることができるため、温度上昇を抑えることができる。このように、電力変換装置1の耐熱環境性能が向上することで、駆動条件の引き上げも可能になる。
In addition, the temperature of the
放熱部材13は、絶縁性かつ熱伝導性の材料で形成されており、例えばグリス、シートなどの部材である。第1の実施形態では、放熱部材13にシートを用いたものであり、図4で後述の第2の実施形態では、放熱部材13にグリスを用いている。この放熱部材13は、高温の部材から低温の部材へ熱を伝達させることで、高温の部材の冷却経路となっている。
The
なお、以上説明した第1の実施形態において、ベース部材4ではなく、ハウジング11またはカバー2と接続部8との間に放熱部材13が配置され、この放熱部材13を介して、キャパシタ9からベース部材4を介さずにハウジング11やカバー2へ放熱する構成でもよい。これは、特に冷却流路を有するハウジング11に直接接続することで、更に冷却効果が向上する。この構成は後述する第2の実施形態または第1、第2の変形例においても適用できる。
In the first embodiment described above, instead of the
図3は、キャパシタの説明図である。なお、図3(b)は、図3(a)の断線C-Cによる断面図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a capacitor. Note that FIG. 3(b) is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 3(a).
キャパシタ素子9bは、巻回されたフィルムなどで形成された素子であり、電荷を蓄える機能を持ち、プラスチックなどの素材でできたキャパシタ9のケース内部に、充填剤などによって封止固定されている。キャパシタ端子9aは、例えば銅などの導電性材料で形成された丸棒や平板などの形状の部材であり、キャパシタ素子9bとキャパシタ9の外部の電力配線(直流バスバ7)とを電気的に接続する。
The
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る、キャパシタの放熱構造を説明する図である。図4(a)および図4(b)は、ともに図2(a)および図2(b)とそれぞれ同様の図である。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating the heat dissipation structure of the capacitor according to the second embodiment of the present invention. 4(a) and 4(b) are both similar to FIGS. 2(a) and 2(b), respectively.
ベース部材4Aは、接続部8と放熱部材13Aとの接触部分において、接続部8の突出方向に凹部16を形成している。この凹形状のベース部材4Aに、グリスの放熱部材13Aが充填されている。この凹部16の形状がベース部材4Aに形成されることで、電力変換装置1の組み立ての際に放熱部材13Aの水平方向(図4左右方向)への移動(ズレ)が抑制(防止)されつつ、キャパシタ9の放熱性の向上に貢献している。
4 A of base members form the recessed
なお、前述したように、ハウジング11またはカバー2との間に放熱部材13Aが配置される構成の場合、接続部8がベース部材4Aではなく、ハウジング11またはカバー2に接触して放熱されるが、このときに、ハウジング11またはカバー2に放熱部材13Aが充填される凹部16を形成し、そこで接続部8と放熱部材13Aとを接触させることで、同様にキャパシタ9の放熱性を向上させる効果がある。
As described above, in the case of the configuration in which the
図5は、図4(b)の第1の変形例である。 FIG. 5 is a first modification of FIG. 4(b).
凹部16を形成するベース部材4Aは、高電圧配線であるキャパシタ端子9a、直流バスバ7Aとベース部材4Aとの間に、絶縁距離14を確保するように形成される。これは、放熱部材13Aが絶縁性の材料であっても、直流バスバ7Aが、半導体モジュール10の直流端子と電気的に接続されるような場合、直流バスバ7Aに高電圧が印加されることで絶縁性が保てなくなることがあるための対策である。
The
放熱部材13Aが絶縁性を維持できる電圧は、電圧が印加される間の距離に依存するため、ベース部材4Aと直流バスバ7Aは、使用電圧に応じて所定の絶縁距離14を確保しつつ、放熱部材13Aと接触することで放熱している。これにより、キャパシタ9は放熱性と電気的な安全性とを両立している。
Since the voltage at which the
図6は、図4(b)の第2の変形例である。 FIG. 6 is a second modification of FIG. 4(b).
キャパシタ端子9aと直流バスバ7との接合部15(溶接などによる)に、放熱部材13Aが配置されて、接合部15が接触されてもよい。また、溶接以外にねじ接合も含めてもよい。一般的に溶接部、ねじ接合部ともに、配線部に対して電流密度が上がるため、接合部自体の発熱が周囲に影響するため、この部位を放熱部材13Aにより放熱することで、熱の影響を軽減することができる。
A
以上説明した本発明の第1および第2の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first and second embodiments of the present invention described above, the following effects are obtained.
(1)電力変換装置1は、インバータ回路を構成する半導体モジュール10と、直流バスバ7と、直流バスバ7を介して半導体モジュール10の直流端子と電気的に接続されるキャパシタ9と、半導体モジュール10及びキャパシタ9を収納するとともに冷媒流路を有するハウジング11と、を備える。この電力変換装置1のハウジング11又はハウジング11と熱的に接続されたベース部材4には、熱伝導性の放熱部材13が配置され、キャパシタ9は、直流バスバ7と接続されるキャパシタ端子9aを有し、キャパシタ端子9aと直流バスバ7とを接続する接続部8は、放熱部材13と接触している。このようにしたことで、耐環境温度性能の向上と放熱性の向上とを両立させた電力変換装置1を提供できる。
(1) The
(2)ハウジング11又はベース部材4Aは、放熱部材13Aが充填される凹部16を有し、キャパシタ端子9aと直流バスバ7とを接続する接続部8は、凹部16に充填された放熱部材13Aに接触している。このようにしたことで、電力変換装置1の組み立ての際に放熱部材13Aの水平方向への移動(ズレ)が抑制(防止)される。
(2) The
(3)接続部8は、凹部16の内面から所定の絶縁距離14を取って放熱部材13Aと接触する。このようにしたことで、電力変換装置1のキャパシタ9は、放熱性と電気的な安全性とを両立できる。
(3) The connecting
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
1…電力変換装置
2…カバー
3…回路基板
4、4A…ベース部材
5…コネクタ
6…センサ
7、7A…直流バスバ
8…接続部
9…キャパシタ
9a…キャパシタ端子
9b…キャパシタ素子
10…半導体モジュール
11…ハウジング(ケース)
12…パイプ
13、13A…放熱部材
14…絶縁距離
15…接合部
16…凹部
REFERENCE SIGNS
DESCRIPTION OF
Claims (3)
直流バスバと、
前記直流バスバを介して前記半導体モジュールの直流端子と電気的に接続されるキャパシタと、
前記半導体モジュール及び前記キャパシタを収納するとともに冷媒流路を有するハウジングと、を備えた電力変換装置であって、
前記ハウジング又は前記ハウジングと熱的に接続されたベース部材には、熱伝導性の放熱部材が配置され、
前記キャパシタは、前記直流バスバと接続されるキャパシタ端子を有し、
前記キャパシタ端子と前記直流バスバとを接続する接続部は、前記放熱部材と接触している
電力変換装置。 a semiconductor module forming an inverter circuit;
a DC bus bar;
a capacitor electrically connected to a DC terminal of the semiconductor module via the DC bus bar;
A power conversion device comprising a housing containing the semiconductor module and the capacitor and having a coolant flow path,
A thermally conductive heat dissipating member is disposed on the housing or a base member thermally connected to the housing,
The capacitor has a capacitor terminal connected to the DC bus bar,
A connection portion that connects the capacitor terminal and the DC bus bar is in contact with the heat dissipation member. Power conversion device.
前記ハウジング又は前記ベース部材は、前記放熱部材が充填される凹部を有し、
前記接続部は、前記凹部に充填された前記放熱部材に接触している
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
the housing or the base member has a concave portion filled with the heat dissipation member;
The power conversion device, wherein the connecting portion is in contact with the heat dissipating member filled in the recess.
前記接続部は、前記凹部の内面から所定の絶縁距離を取って前記放熱部材と接触する
電力変換装置。 The power converter according to claim 2,
The power conversion device, wherein the connecting portion is in contact with the heat dissipating member while keeping a predetermined insulating distance from the inner surface of the recess.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021056146A Pending JP2022153094A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Power conversion apparatus |
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