JP2024072690A - 電源モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却流路形状の設計自由度を高めながら組付性を向上させた電源モジュールを提供する。
【解決手段】電源モジュール100は、複数の電子部品22b,22cで構成された電子回路22を駆動させるドライブ基板20と、複数の電子部品22b,22cが配置され、冷却流体が内部に流通する冷却プレート50と、第1ハウジング101と当該第1ハウジング101に対向する第2ハウジング102とを有し、ドライブ基板20を収容するハウジング10と、を備え、冷却プレート50の両端部に形成された冷却流体の流入口51と流出口52は、第1ハウジング101と第2ハウジング102との割面101b,102bに挟持されている。
【選択図】図7
【解決手段】電源モジュール100は、複数の電子部品22b,22cで構成された電子回路22を駆動させるドライブ基板20と、複数の電子部品22b,22cが配置され、冷却流体が内部に流通する冷却プレート50と、第1ハウジング101と当該第1ハウジング101に対向する第2ハウジング102とを有し、ドライブ基板20を収容するハウジング10と、を備え、冷却プレート50の両端部に形成された冷却流体の流入口51と流出口52は、第1ハウジング101と第2ハウジング102との割面101b,102bに挟持されている。
【選択図】図7
Description
本発明は、電源モジュールに関する。
従来、コンバータ回路等の電子回路と電子回路を制御する制御基板とを、冷却隔壁で区画した上部ケースと下部ケースとに収容した電源モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。この電源モジュールは、電子回路と制御基板とを同一のケースに収容することにより、小型化を図っている。
特許文献1に記載の電源モジュールは、ケース本体の側面に冷却水の流入口と流出口とを一体形成しており、電子回路を上部ケース、制御基板を下部ケースに収容した状態で、上部ケースに上蓋を固定し、下部ケースに下蓋を固定している。また、冷却隔壁は、複数の仕切板に隔壁カバーを設けて構成されている。
特許文献1に記載の電源モジュールは、冷却水の流入口と流出口をケース本体と一体形成しているため、冷却隔壁の冷却流路が複数の仕切板で形成されることとなり、流路形状の設計自由度が低く、組付性に問題があった。
そこで、冷却流路形状の設計自由度を高めながら組付性を向上させた電源モジュールが望まれている。
本発明に係る電源モジュールの特徴構成は、複数の電子部品で構成された電子回路を駆動させるドライブ基板と、複数の前記電子部品が配置され、冷却流体が内部に流通する冷却プレートと、第1ハウジングと当該第1ハウジングに対向する第2ハウジングとを有し、前記ドライブ基板を収容するハウジングと、を備え、前記冷却プレートの両端部に形成された前記冷却流体の流入口と流出口は、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの割面に挟持されている点にある。
本構成では、電子回路を駆動させるドライブ基板と、複数の電子部品が配置された冷却プレートとを設け、冷却プレートの内部を流通する冷却流体により、複数の電子部品を冷却している。このため、冷却プレートに流通する冷却流体により、複数の電子部品を効率的に冷却することが可能となる。
また、本構成における冷却プレートは、冷却流体の流入口と流出口が形成された両端部が、第1ハウジングと第2ハウジングの割面に挟持されている。このため、冷却プレートの内部に形成される冷却流路を冷却プレート単体で設計することが可能となり、流路形状の設計自由度が高い。しかも、冷却流体の流入口と流出口が形成された冷却プレートの両端部を第1ハウジングと第2ハウジングの割面に挟持しているため、第1ハウジング、冷却プレート、第2ハウジングの順番で組み付ければよく、組付性を担保できる。
このように、冷却流路形状の設計自由度を高めながら組付性を向上させた電源モジュールとなっている。
他の特徴構成は、前記冷却プレートが一体形成されており、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングは前記割面でボルト締結されている点にある。
本構成のように、前記第1ハウジング、冷却プレート及び第2ハウジングが割面でボルト締結されていれば、第1ハウジング、冷却プレート、第2ハウジングの順番で設置した後、ボルト締結するだけで電源モジュールを完成させることができる。
他の特徴構成は、前記冷却プレートの両面には前記電子部品が固定されている点にある。
本構成のように、冷却プレートの両面に電子部品が固定されていれば、電子部品の冷却効率が高まり、第1ハウジング、電子部品を含む冷却プレート、第2ハウジングの順番で組み付ければよく、組付性を担保できる。
他の特徴構成は、前記第2ハウジングは、前記流入口と前記流出口に接続された流路の一部が形成された冷却マニホールドである点にある。
本構成のように、第2ハウジングを単なる蓋で構成するのではなく、流路マニホールドで形成すれば、冷却流路の配管引き回しを抑制することができ、更なるコンパクト化を図ることが可能となる。
他の特徴構成は、複数の前記電子部品のうち、発熱量の相対的に大きい前記電子部品が前記第2ハウジングに収容されている点にある。
本構成のように、発熱量の相対的に大きい電子部品が冷却マニホールドの側となる第2ハウジングに配置されていれば、冷却プレートからの放熱だけでなく、冷却マニホールドからも放熱することが可能となり、冷却効率を高めることができる。
以下、本発明に係る電源モジュールの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
〔冷却回路の構成〕
図1に示されるように、本実施形態に係る電源モジュール100を含む冷却回路Aは、冷却流体により、電源モジュール100を冷却している。冷却流体とは、ロングライフクーラント(LLC)等の冷却水、パラフィン系等の絶縁油、又はハイドロフルオロカーボン(HFC)やハイドロフルオロオレフィン(HFO)等の冷媒である。本実施形態では、ロングライフクーラント(LLC)等の冷却水やフッ素系不活性液体等の電気絶縁性の高い液体を用いることが好ましく、冷却水又は絶縁油で構成される冷却液でもよい。冷却回路Aは、外部からの電力でバッテリ(不図示)を充電する車両に搭載されている。
図1に示されるように、本実施形態に係る電源モジュール100を含む冷却回路Aは、冷却流体により、電源モジュール100を冷却している。冷却流体とは、ロングライフクーラント(LLC)等の冷却水、パラフィン系等の絶縁油、又はハイドロフルオロカーボン(HFC)やハイドロフルオロオレフィン(HFO)等の冷媒である。本実施形態では、ロングライフクーラント(LLC)等の冷却水やフッ素系不活性液体等の電気絶縁性の高い液体を用いることが好ましく、冷却水又は絶縁油で構成される冷却液でもよい。冷却回路Aは、外部からの電力でバッテリ(不図示)を充電する車両に搭載されている。
冷却回路Aは、電源モジュール100、水冷コンデンサ1、オイルクーラ2、ウォータポンプ3、三方弁4、ラジエータ5とで構成されている。電源モジュール100を冷却することにより加熱された冷却流体は、電源モジュール100から流出した後、水冷コンデンサ1で冷媒と熱交換されて加熱され、その後オイルクーラ2で潤滑油と熱交換されて更に加熱される。その後、冷却流体は、ウォータポンプ3で圧送され、三方弁4によりラジエータ5に送られる場合とラジエータ5に送られない場合とに切替えられる。冷却流体がラジエータ5に送られた場合には、冷却流体はラジエータ5で冷却され、再度電源モジュール100に流入する。冷却流体がラジエータ5に送られない場合には、冷却流体は冷却されることなく、加熱された状態で再度電源モジュール100に流入する。
〔第1実施形態〕
〔電源モジュールの構成〕
第1実施形態に係る電源モジュール100は、図2に示されるように、少なくともOBC(On Board Charger)基板20(トライブ基板の一例)と、モータ駆動基板30(ドライブ基板の一例)と、OBC基板20とモータ駆動基板30を制御する制御基板40とをハウジング10に収容して構成されている。電源モジュール100は、第1空間11を有している。OBC基板20とモータ駆動基板30と制御基板40はそれぞれ別の基板で、互いに平行な姿勢で第1空間11に収容されている。図3は、OBC基板20(モータ駆動基板30、制御基板40)の板面に垂直な方向で切断した断面を示している。以下、OBC基板20の板面に垂直な方向を「垂直方向」と称する。また、図3における、垂直方向に沿うOBC基板20、モータ駆動基板30から制御基板40を見た方向を「上方向」、「上側」等と称し、制御基板40からOBC基板20、モータ駆動基板30を見た方向を「下方向」、「下側」等と称する。
〔電源モジュールの構成〕
第1実施形態に係る電源モジュール100は、図2に示されるように、少なくともOBC(On Board Charger)基板20(トライブ基板の一例)と、モータ駆動基板30(ドライブ基板の一例)と、OBC基板20とモータ駆動基板30を制御する制御基板40とをハウジング10に収容して構成されている。電源モジュール100は、第1空間11を有している。OBC基板20とモータ駆動基板30と制御基板40はそれぞれ別の基板で、互いに平行な姿勢で第1空間11に収容されている。図3は、OBC基板20(モータ駆動基板30、制御基板40)の板面に垂直な方向で切断した断面を示している。以下、OBC基板20の板面に垂直な方向を「垂直方向」と称する。また、図3における、垂直方向に沿うOBC基板20、モータ駆動基板30から制御基板40を見た方向を「上方向」、「上側」等と称し、制御基板40からOBC基板20、モータ駆動基板30を見た方向を「下方向」、「下側」等と称する。
ハウジング10は、第1空間11と区画された第2空間12及び第3空間13を有している。第1空間11に対して、第2空間12と第3空間13は下側に位置している。第2空間12にはモータ駆動基板30により駆動されるモータ6が収容され、第3空間13にはモータ6の回転を減速して出力するギア機構7が収容されている。ハウジング10は、第1空間11の上側に開口10aを有しており、OBC基板20、モータ駆動基板30、制御基板40、及び冷却プレート50は、開口10aから第1空間11内に収容される。開口10aは蓋14(図2参照)により閉じられており、第1空間11は閉空間になっている。第2空間12は、側方からモータ6を収容しており、不図示のボルトで締結されたモータカバー15で閉じられて閉空間になっている。モータ6からは回転軸に沿って両側にモータシャフト6aが延出しており、一方のモータシャフト6aはモータカバー15を貫通してハウジング10の外部に露出している。他方のモータシャフト6aは、第3空間13にまで貫通している。第3空間13は、側方からギア機構7を収容しており、不図示のボルトで締結されたギアカバー16で閉じられて閉空間になっている。ギア機構7には、第2空間12から延出した他方のモータシャフト6aが連結され、モータ6の回転がモータシャフト6aを介して入力される。ギア機構7は、モータ6の回転を減速させてギアシャフト7aから出力している。ギアシャフト7aは、ギアカバー16を貫通してハウジング10の外部に露出している。
OBC基板20には、電力変換器22(電子回路の一例)が搭載されている。電力変換器22には、少なくとも外部から入力された交流を直流に変換するAC-DCコンバータ、及び直流電圧を不図示のバッテリの充電に適した直流電圧に変換するDC-DCコンバータが含まれている。AC-DCコンバータ及びDC-DCコンバータの構成は公知であるため、詳細な説明は省略する。
モータ駆動基板30には、電力変換器32(電子回路の一例)が搭載されている。電力変換器32には、少なくともモータ6を駆動する駆動電流を制御するインバータが含まれている。インバータの構成は公知であるため、詳細な説明は省略する。また、制御基板40には、電力変換器22及び電力変換器32を制御する制御回路41が搭載されている。
電力変換器22のAC-DCコンバータ及びDC-DCコンバータには発熱部品22a(電子部品の一例)が含まれており、電力変換器32のインバータには発熱部品32a(電子部品の一例)が含まれている。電力変換器22に含まれる発熱部品22aの例としては、リアクトル22b(電子部品の一例)、トランス22c(電子部品の一例)、ダイオード(電子部品の一例)、スイッチング素子(電子部品の一例)等が挙げられる。電力変換器32に含まれる発熱部品32aの例としては、ダイオード(電子部品の一例)やスイッチング素子(電子部品の一例)が挙げられる。これらの電子部品は高さが異なっている。
本実施形態においては、OBC基板20とモータ駆動基板30とは垂直方向で同じ高さに位置している。そして制御基板40は、垂直方向に沿って見たときに(垂直方向視)、OBC基板20及びモータ駆動基板30と重複するように配置されている。OBC基板20と制御基板40との接続、及びモータ駆動基板30と制御基板40との接続には、基板対基板用コネクタ42が用いられている。以下、基板対基板用コネクタ42を、単にコネクタ42と称する。本実施形態においては、OBC基板20とモータ駆動基板30とは垂直方向に対して同じ高さに位置しているので、一種類のコネクタ42を二個用いてOBC基板20と制御基板40との接続、及びモータ駆動基板30と制御基板40との接続を行うことができる。このように構成することで、OBC基板20とモータ駆動基板30とに対する制御基板40の組付けが容易になると共に、種類の異なるコネクタを用いる必要が無いので、組立性にも優れている。
〔冷却プレート〕
ハウジング10の第1空間11には、電力変換器22の発熱部品22a及び電力変換器32の発熱部品32aを冷却する冷却プレート50が収容されている。冷却プレート50は、アルミ等の熱伝導率の高い金属からなり、板状の下プレート50aと上プレート50bとを溶着等の方法により接合することにより一体形成されている。冷却プレート50は、内部(下プレート50aと上プレート50bとの間)に空間が形成されており、その空間を冷却流体が流通する。発熱部品22aはOBC基板20の下側の面に実装され,発熱部品32aはモータ駆動基板30の下側の面に実装されている。そして、発熱部品22aと発熱部品32aは、いずれも冷却プレート50に当接するように配置されており、発熱部品22a,32aと冷却流体との間で熱交換を行うことにより、発熱部品22a,32aの温度を低下させると共に、冷却流体の温度を上昇させる。発熱部品22aと発熱部品32aが、いずれも冷却プレート50に固定されて配置されていてもよい。
ハウジング10の第1空間11には、電力変換器22の発熱部品22a及び電力変換器32の発熱部品32aを冷却する冷却プレート50が収容されている。冷却プレート50は、アルミ等の熱伝導率の高い金属からなり、板状の下プレート50aと上プレート50bとを溶着等の方法により接合することにより一体形成されている。冷却プレート50は、内部(下プレート50aと上プレート50bとの間)に空間が形成されており、その空間を冷却流体が流通する。発熱部品22aはOBC基板20の下側の面に実装され,発熱部品32aはモータ駆動基板30の下側の面に実装されている。そして、発熱部品22aと発熱部品32aは、いずれも冷却プレート50に当接するように配置されており、発熱部品22a,32aと冷却流体との間で熱交換を行うことにより、発熱部品22a,32aの温度を低下させると共に、冷却流体の温度を上昇させる。発熱部品22aと発熱部品32aが、いずれも冷却プレート50に固定されて配置されていてもよい。
上述したように、OBC基板20とモータ駆動基板30とは垂直方向に対して同じ高さに位置している。これを実現するために、本実施形態の電源モジュール100は高さ調整機構を備えている。具体的には、OBC基板20に対向する箇所(垂直方向視でOBC基板20と重複する箇所)における垂直方向の流路高さH1と、モータ駆動基板30に対向する箇所(垂直方向視でモータ駆動基板30と重複する箇所)における垂直方向の流路高さH2とを異ならせることである。本実施形態では、流路高さH1よりも流路高さH2の方が大きい。すなわち、本実施形態の高さ調整機構とは、冷却プレート50の流路高さH1,H2を対向する基板に応じて異ならせることである。
本実施形態では、冷却プレート50を構成する下プレート50aと上プレート50bにおいて、下プレート50aは平板状であるが、上プレート50bは、OBC基板20に対応する箇所とモータ駆動基板30に対応する箇所とで高さが異なっている。具体的には、上プレート50bのうちモータ駆動基板30に対応する箇所の高さが、OBC基板20に対応する箇所の高さよりも、下プレート50aに対して高くなっている。上述したように、OBC基板20の電力変換器22で用いられる発熱部品22aと、モータ駆動基板30の電力変換器32で用いられる発熱部品32aは、いずれも冷却プレート50の上プレート50bに当接させることにより冷却している。すなわち、電力変換器22の発熱部品22aは実装高さが高く、モータ駆動基板30の電力変換器32の発熱部品32aは実装高さが低い。
このため、本実施形態の上プレート50bは、発熱部品22aの実装高さと発熱部品32aの実装高さとの差に相当する分だけ、流路高さH2の高さを流路高さH1よりも高くしている。これにより、高背の発熱部品22aと低背の発熱部品32aとを共に上プレート50bに当接させた状態で、OBC基板20とモータ駆動基板30の垂直方向の高さを揃えることができる。
また、一般に、モータ駆動基板30の電力変換器32の発熱部品32aの発熱量の方が、OBC基板20の電力変換器22の発熱部品22aの発熱量よりも相対的に大きい。そのため、発熱部品32aが当接する流路高さH2を発熱部品22aが当接する流路高さH1よりも高くすることにより、発熱部品32aが当接する箇所における冷却流体の流路断面積を、発熱部品22aが当接する箇所における冷却流体の流路断面積よりも大きくすることができる。これにより、発熱部品32aを効率よく冷却することができる。
冷却プレート50の流路53は、垂直方向視で図5に示されるように配置されている。本実施形態においては、冷却プレート50における冷却流体の流入口51から冷却流体が流入すると、上流側でまずOBC基板20の電力変換器22の発熱部品22aに対応する箇所を流通し、その後下流側でモータ駆動基板30の電力変換器32の発熱部品32aに対応する箇所を流通して流出口52から流出する。すなわち、冷却流体は、相対的に発熱量の小さい発熱部品22aを最初に冷却した後、相対的に発熱量の大きい発熱部品32aを冷却する。もし、冷却流体が最初に発熱部品32aを冷却し、その後発熱部品22aを冷却するような流路構成であれば、冷却流体は発熱部品32aの冷却で十分加熱されてしまうため、発熱部品22aを十分冷却することができない。しかし、発熱部品22aを冷却した後に発熱部品32aを冷却するように流路53を構成することにより、冷却流体は発熱部品22a,32aのいずれをも効率よく冷却することができる。
また、流路53のうち、発熱部品32aと対向する下流側においては、流路53に複数の突起54が形成されている。突起54は、上プレート50b、下プレート50aの少なくとも一方に、冷却流体の流通を妨げるように外側から内側に向かって突出するように形成されている。突起54は球欠状を有し、冷却流体の流通方向に対して千鳥状になるように配置されている。例えば、下プレート50aに突起54を配置した場合、突起54により下プレート50aに近い側の水が上プレート50bの側に持ち上げられて渦が発生する。これにより、上プレート50bに近い側の冷却流体と下プレート50aに近い側の冷却流体とが混じり合って、上プレート50bに近い側の水温を低下させることができる。水温の下がった上プレート50bに近い側の冷却流体は熱をより多く吸収できるので、発熱部品32aの温度をより低下させることができる。
図3、図5に示されるように、上プレート50bには、メタルベース基板23が配置されている。メタルベース基板23には、後述するフィルムコンデンサ43と不図示のバッテリからの直流流電圧が入力される接続端子24が取付けられている。
〔フィルムコンデンサ〕
上述したように、OBC基板20とモータ駆動基板30とは別基板である。本実施形態においては、図2に示されるように、OBC基板20とモータ駆動基板30との間にフィルムコンデンサ43(電子部品の一例)が配置されている。フィルムコンデンサ43は、電力変換器32のインバータの平滑用と、電力変換器22のDC-DCコンバータの二次側の平滑用の両方に用いられる。すなわち、フィルムコンデンサ43は二種類の平滑の用途を兼ねている。
上述したように、OBC基板20とモータ駆動基板30とは別基板である。本実施形態においては、図2に示されるように、OBC基板20とモータ駆動基板30との間にフィルムコンデンサ43(電子部品の一例)が配置されている。フィルムコンデンサ43は、電力変換器32のインバータの平滑用と、電力変換器22のDC-DCコンバータの二次側の平滑用の両方に用いられる。すなわち、フィルムコンデンサ43は二種類の平滑の用途を兼ねている。
フィルムコンデンサ43は、垂直方向で、冷却プレート50の上プレート50b近傍から制御基板40近傍に亘る高さを有している。すなわち、フィルムコンデンサ43の垂直方向の高さは、OBC基板20に実装された発熱部品22aを含む電子部品やモータ駆動基板30に実装された発熱部品32aを含む電子部品の垂直方向の高さよりも大きい。そのため、モータ駆動基板30の周囲は、制御基板40、フィルムコンデンサ43、ハウジング10の壁面に囲まれることとなり、OBC基板20の周囲とは区画されている。そのため、モータ駆動基板30の電力変換器32で発生した熱がOBC基板20の側に伝達されるのを抑制することができる。
〔高背電子部品の配置〕
図3に示されるように、第1空間11は、冷却プレート50により、冷却プレート50より下側に位置する第1領域11aと冷却プレート50より上側に位置する第2領域11bとに区画されている。本実施形態においては、第1領域11aの容積は、第2領域11bの容積よりも小さい。第1空間11において、電力変換器22を構成する複数の電子部品(発熱部品22aを含む)、及び電力変換器32を構成する複数の電子部品(発熱部品32aを含む)は、いずれも第1領域11aと第2領域11bとに分かれて配置されている。OBC基板20、モータ駆動基板30、及び制御基板40は、第2領域11bに配置されている。
図3に示されるように、第1空間11は、冷却プレート50により、冷却プレート50より下側に位置する第1領域11aと冷却プレート50より上側に位置する第2領域11bとに区画されている。本実施形態においては、第1領域11aの容積は、第2領域11bの容積よりも小さい。第1空間11において、電力変換器22を構成する複数の電子部品(発熱部品22aを含む)、及び電力変換器32を構成する複数の電子部品(発熱部品32aを含む)は、いずれも第1領域11aと第2領域11bとに分かれて配置されている。OBC基板20、モータ駆動基板30、及び制御基板40は、第2領域11bに配置されている。
本実施形態においては、第1領域11aには、電力変換器22のリアクトル22bやトランス22c、及びオイルクーラ2が配置されている。第2領域11bには、電力変換器22及び電力変換器32のダイオードやスイッチング素子等が配置されている。第1領域11aに配置されたリアクトル22b、トランス22c、及びオイルクーラ2は、冷却プレート50の下プレート50aに当接しており、第2領域11bに配置されたダイオードやスイッチング素子は上プレート50bに当接している。電子部品のうち、相対的に高さの大きい電子部品が第1領域11aに収容されて配置されており、相対的に高さの小さい電子部品が第2領域11bに収容されて配置されている。
第1領域11aは、ハウジング10の壁を介してモータ6が配置された第2空間12及びギア機構7が配置された第3空間13と隣り合っている。すなわち、第1領域11aは、ハウジング10の壁を介してモータ6及びギア機構7に対向している。第1領域11aは、ギア機構7に対向する箇所において第3空間13に向けて窪んだ窪み11cを有している。これにより、第1領域11aのうち窪み11cが形成された箇所は、仮想基準面(冷却プレート50の下プレート50a)から下側(ギア機構7に向かう側)の高さ(深さ)が大きくなっている。
第1領域11aに配置されるリアクトル22bとトランス22cとでは、トランス22cの方が相対的に高さが大きい。そこで、本実施形態においては、図3に示されるように、リアクトル22bを窪み11cとは対向していない箇所に配置し、トランス22cを窪み11cと対向する箇所に配置している。トランス22cについては、一部が窪み11cに入り込む態様で配置されている。リアクトル22bとトランス22cをこのように配置することにより、第1領域11aの窪み11cを有効に活用して、電源モジュール100を小型化することができる。
〔ポッティングによる絶縁確保〕
本実施形態において、リアクトル22bとトランス22cは第1空間11の第1領域11aに配置され、OBC基板20は第2領域11bに配置されており、第1領域11aと第2領域11bとは冷却プレート50により区画されている。リアクトル22bのコイル巻線の両端部に位置する一対の導線22dは、OBC基板20に電気的に接続される必要がある。そこで、本実施形態においては、冷却プレート50に貫通孔55が形成され、リアクトル22bの導線22dが貫通孔55に挿通されてOBC基板20に電気的に接続される構成について、図4を用いて説明する。なお、本実施形態においては説明しないが、トランス22cのコイル巻線の導線、その他第1領域11aに配置された他の電子部品についても同様の構成が適用可能である。
本実施形態において、リアクトル22bとトランス22cは第1空間11の第1領域11aに配置され、OBC基板20は第2領域11bに配置されており、第1領域11aと第2領域11bとは冷却プレート50により区画されている。リアクトル22bのコイル巻線の両端部に位置する一対の導線22dは、OBC基板20に電気的に接続される必要がある。そこで、本実施形態においては、冷却プレート50に貫通孔55が形成され、リアクトル22bの導線22dが貫通孔55に挿通されてOBC基板20に電気的に接続される構成について、図4を用いて説明する。なお、本実施形態においては説明しないが、トランス22cのコイル巻線の導線、その他第1領域11aに配置された他の電子部品についても同様の構成が適用可能である。
まず、貫通孔55の形成方法について説明する。冷却プレート50の上プレート50bから下プレート50aに向けて摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding)により、孔を開けながら上プレート50bと下プレート50aとを接合する。すなわち、図4に示されるように、貫通孔55は、流路53の中に形成されているが、貫通孔55の周囲は接合された上プレート50bと下プレート50aに囲まれることとなり、貫通孔55から流路53を流通する冷却流体が貫通孔55に漏出することはない。
次に、下プレート50aに形成されたリアクトル収容部56にリアクトル22bを配置して導線22dを貫通孔55に挿通させる。これにより、導線22dは、第2領域11bに露出する。導線22dの端末は、OBC基板20に電気的に接続される。
次に、貫通孔55の第2領域11b側の端部にシール材55aを滴下して、該端部を封止する。これにより、導線22dは固定される。そして、リアクトル収容部56に樹脂製のポッティング材55bを充填する。ポッティング材55bは、リアクトル22bの全周(全側面)及び底面を覆うと共に貫通孔55にも流入する。ポッティング材55bが硬化すると、リアクトル22b及び導線22dは、冷却プレート50(下プレート50a、上プレート50b)との間に充填されたポッティング材55bにより絶縁性が確保される。
このように、冷却プレート50に貫通孔55を形成して導線22dを挿通し、ポッティング材55bを充填するという簡単な構成で、リアクトル22bと導線22dの冷却プレート50に対する絶縁性を確保できると共に、導線22dを冷却プレート50の外側から長い距離を引き回す必要もないので、導線22dが断線するおそれも抑制される。
〔第1実施形態の効果〕
本実施形態では、例えばコンバータやインバータ等の電力変換器22,32を各別に駆動させるOBC基板20及びモータ駆動基板30と、これらの基板を制御する制御基板40とを備えた電源モジュール100となっている。つまり、OBC基板20及びモータ駆動基板30を作動させるCPU等で構成される制御基板40を共通化しているため、共通の制御基板40をOBC基板20及びモータ駆動基板30にそれぞれコネクタ42を用いて接続するだけでよく、組付性に優れる。
本実施形態では、例えばコンバータやインバータ等の電力変換器22,32を各別に駆動させるOBC基板20及びモータ駆動基板30と、これらの基板を制御する制御基板40とを備えた電源モジュール100となっている。つまり、OBC基板20及びモータ駆動基板30を作動させるCPU等で構成される制御基板40を共通化しているため、共通の制御基板40をOBC基板20及びモータ駆動基板30にそれぞれコネクタ42を用いて接続するだけでよく、組付性に優れる。
本実施形態の冷却プレート50には、発熱量が相対的に小さい発熱部品22aから発熱量が相対的に大きい発熱部品32aに向かって冷却流体を流通させる流路53が形成されている。このため、発熱量が相対的に大きい発熱部品32aによって加熱された冷却流体によって他の電子部品が加熱される必要を防止できる。また、発熱量の相対的に小さい発熱部品22aから冷却していくため、発熱量の相対的に大きい発熱部品32aも冷却流体により冷却することができる。
本実施形態では、OBC基板20とモータ駆動基板30とを区画するフィルムコンデンサ43と、フィルムコンデンサ43を挟んでモータ駆動基板30からOBC基板20への熱移動を抑制する制御基板40とを備えている。これにより、OBC基板20で制御される電力変換器22とモータ駆動基板30で制御される電力変換器32は、フィルムコンデンサ43及び制御基板40により、独立した冷却対象とすることができる。しかも、フィルムコンデンサ43で熱を遮蔽するので、別途熱遮蔽のための部材を設ける必要がなく、電源モジュール100をコンパクトにできる。
本実施形態では、OBC基板20、モータ駆動基板30、及び制御基板40を収容するハウジング10を備え、ハウジング10の第1空間11を冷却プレート50に対して第1領域11aと第2領域11bとに区分している。そして、これらの2つの領域の一方となる第1領域11aにおいて相対的に容積が大きい領域に、高さの大きい電子部品であるリアクトル22bやトランス22cを収容している。このようにリアクトル22bやトランス22cを第1空間11の容積の大きい第1領域11aに配置し、その他の高さの小さい電子部品を第2領域11bに配置すれば、電源モジュール100がコンパクトなものとなる。また、第1領域11aにおいて相対的に高さが大きい領域に、リアクトル22b及びトランス22cのうち相対的に高さが大きいトランス22cを配置しているため、空間使用効率を高めることができる。
本実施形態では、OBC基板20と冷却プレート50を挟んで反対側に配置されたリアクトル22bから引き出された導線22dが、冷却プレート50に形成された貫通孔55にポッティング材55bで固定されている。このため、導線22dを迂回させる必要がなく、流路53の中を最短ルートで引き出すことが可能となる。しかも、冷却プレート50に形成された貫通孔55にポッティング材55bで固定するだけで絶縁性が確保されるため、加工が容易である。
〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態に係る電源モジュール100の構成について図6を用いて説明する。本実施形態においては、第1実施形態と違い、冷却プレート50の流路高さを一定にしている。そのため、制御基板40から見たときのOBC基板20とモータ駆動基板30の垂直方向の位置(垂直距離)が異なっている。具体的には、制御基板40とモータ駆動基板30との垂直距離が、第1実施形態に比べて長くなっている。それ以外は第1実施形態と同様の構成を有している。そのため、本実施形態の説明においては、第1実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。
次に、第2実施形態に係る電源モジュール100の構成について図6を用いて説明する。本実施形態においては、第1実施形態と違い、冷却プレート50の流路高さを一定にしている。そのため、制御基板40から見たときのOBC基板20とモータ駆動基板30の垂直方向の位置(垂直距離)が異なっている。具体的には、制御基板40とモータ駆動基板30との垂直距離が、第1実施形態に比べて長くなっている。それ以外は第1実施形態と同様の構成を有している。そのため、本実施形態の説明においては、第1実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。
本実施形態においては、OBC基板20の電力変換器22とモータ駆動基板30の電力変換器32とを共通の制御基板40の制御回路41で制御するために、高さ調整機構を有している。本実施形態における高さ調整機構は、OBC基板20と制御基板40とを接続するコネクタの高さとモータ駆動基板30と制御基板40とを接続するコネクタの高さとを異ならせることである。具体的には、モータ駆動基板30と制御基板40との接続を、コネクタ42よりも背の高い高背基板対基板コネクタ44(以下、単に高背コネクタ44ともいう)を用いて行っている。これにより、制御基板40から見たときのOBC基板20とモータ駆動基板30の垂直位置が異なる場合であっても、共通の制御基板40を用いてOBC基板20の電力変換器22とモータ駆動基板30の電力変換器32を制御することができる。
本実施形態のようにコネクタ42と高さの異なる高背コネクタ44を用いると、OBC基板20とモータ駆動基板30とを共通の制御基板40を組み付ける際、OBC基板20とモータ駆動基板30の一方を制御基板40と接続した後に他方の基板を制御基板40に接続すれば、コネクタにより公差を吸収することができる。
〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態に係る電源モジュール100の構成について図7から図9を用いて説明する。本実施形態においては、冷却プレート50の構成が第1実施形態、第2実施形態とは異なっている。それ以外は第1実施形態、第2実施形態と同様の構成を有している。そのため、本実施形態の説明においては、第1実施形態、第2実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。
次に、第3実施形態に係る電源モジュール100の構成について図7から図9を用いて説明する。本実施形態においては、冷却プレート50の構成が第1実施形態、第2実施形態とは異なっている。それ以外は第1実施形態、第2実施形態と同様の構成を有している。そのため、本実施形態の説明においては、第1実施形態、第2実施形態と同様の構成の箇所については同じ符号を付し、同様の構成に関する詳細な説明を省略する。
本実施形態において、ハウジング10は、第1ハウジング101と第2ハウジング102とが接合されて構成されている。冷却プレート50は、第1ハウジング101と第2ハウジング102との境界に配置されている。そのため、第1ハウジング101と冷却プレート50とにより第1空間11の第1領域11aが形成され、第2ハウジング102と冷却プレート50とにおり第1空間11の第2領域11bが形成されている。したがって、リアクトル22bやトランス22cは第1ハウジング101に収容されている。
冷却プレート50の流入口51と流出口52は、図9に示されるように円筒形状に形成されている。また、流入口51と流出口52は、図7に示されるように、冷却プレート50の水平方向(OBC基板20の板面に平行な方向)の両端部に形成されている。そして、流入口51と流出口52は、第1ハウジング101の第1突出部101aの第1当接面101b(割面の一例)と第2ハウジング102の第2突出部102aの第2当接面102b(割面の一例)とに挟持されており、流入口51の端部と流出口52の端部は、ハウジング10の外部から視認可能に露出している。
第1ハウジング101の第1突出部101aと第2ハウジング102の第2突出部102aとは、図8、図9に示されるように、第1当接面101bと第2当接面102bとが当接して冷却プレート50の流入口51と流出口52とを挟持した状態で、ボルト58により締結されている。また、流入口51と第1突出部101a、第2突出部102aとの間、及び流出口52と第1突出部101a、第2突出部102aとの間には、それぞれ円環状のガスケット57が配置されている。さらに、第2ハウジング102は、図7に示されるように、冷却プレート50の流路53の一部を構成する流路(不図示)が内部に形成された冷却マニホールド103になっている。
本実施形態の冷却プレート50は、冷却流体の流入口51と流出口52が、それぞれ第1ハウジング101の第1突出部101aの第1当接面101bと第2ハウジング102の第2突出部102aの第2当接面102bとに挟持されている。このため、冷却プレート50の内部に形成される流路53を冷却プレート50単体で設計することが可能となり、流路形状の設計自由度が高い。しかも、冷却流体の流入口51と流出口52が形成された冷却プレート50の両端部を第1ハウジング101の第1当接面101bと第2ハウジング102の第2当接面102bとで挟持しているため、第1ハウジング101、冷却プレート50、第2ハウジング102の順番で組み付ければよく、組付性を担保できる。
〔その他の実施形態〕
(1)第3実施形態においては、流入口51と流出口52の両方が第1当接面101bと第2当接面102bとに挟持されたが、流入口51と流出口52のいずれか一方が第1当接面101bと第2当接面102bとに挟持されるように構成されてもよい。
(1)第3実施形態においては、流入口51と流出口52の両方が第1当接面101bと第2当接面102bとに挟持されたが、流入口51と流出口52のいずれか一方が第1当接面101bと第2当接面102bとに挟持されるように構成されてもよい。
(2)第3実施形態において、第1ハウジング101の第1突出部101aと第2ハウジング102の第2突出部102aとはボルト58により締結されて接合されていたが、これに限られるものではない。溶接等の方法により接合されていてもよいし、円筒状の部材に圧入されることにより接合されていてもよい。
(3)第3実施形態において、発熱部品22a,32aは冷却プレート50の両面に配置されていたが、片面だけに配置されていてもよい。
本発明は、電源モジュールに利用可能である。
10 :ハウジング
20 :OBC基板(ドライブ基板)
22 :電力変換器(電子回路)
22a :発熱部品(電子部品)
22b :リアクトル(電子部品)
22c :トランス(電子部品)
30 :モータ駆動基板(ドライブ基板)
32 :電力変換器(電子回路)
32a :発熱部品(電子部品)
40 :制御基板
50 :冷却プレート
51 :流入口
52 :流出口
53 :流路
58 :ボルト
100 :電源モジュール
101 :第1ハウジング
101b :第1当接面(割面)
102 :第2ハウジング
102b :第2当接面(割面)
103 :冷却マニホールド
20 :OBC基板(ドライブ基板)
22 :電力変換器(電子回路)
22a :発熱部品(電子部品)
22b :リアクトル(電子部品)
22c :トランス(電子部品)
30 :モータ駆動基板(ドライブ基板)
32 :電力変換器(電子回路)
32a :発熱部品(電子部品)
40 :制御基板
50 :冷却プレート
51 :流入口
52 :流出口
53 :流路
58 :ボルト
100 :電源モジュール
101 :第1ハウジング
101b :第1当接面(割面)
102 :第2ハウジング
102b :第2当接面(割面)
103 :冷却マニホールド
Claims (5)
- 複数の電子部品で構成された電子回路を駆動させるドライブ基板と、
複数の前記電子部品が配置され、冷却流体が内部に流通する冷却プレートと、
第1ハウジングと当該第1ハウジングに対向する第2ハウジングとを有し、前記ドライブ基板を収容するハウジングと、を備え、
前記冷却プレートの両端部に形成された前記冷却流体の流入口と流出口は、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの割面に挟持されている電源モジュール。 - 前記冷却プレートが一体形成されており、
前記第1ハウジングと前記第2ハウジングは前記割面でボルト締結されている請求項1に記載の電源モジュール。 - 前記冷却プレートの両面には前記電子部品が固定されている請求項1又は2に記載の電源モジュール。
- 前記第2ハウジングは、前記流入口と前記流出口に接続された流路の一部が形成された冷却マニホールドである請求項1に記載の電源モジュール。
- 複数の前記電子部品のうち、発熱量の相対的に大きい前記電子部品が前記第2ハウジングに収容されている請求項4に記載の電源モジュール。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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2022
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