JP2024072892A - 電力変換装置、モータ装置、および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルから発生する電磁波ノイズが他部材に影響を与え難い電力変換装置モータ装置及び車両を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、インバータ回路を有するパワーモジュール２１、２２と、コンバータ回路に供給される直流電流を平滑化するリアクトル３０と、インバータ回路およびコンバータ回路の少なくとも一方を制御する制御基板４１、４２と、を備える。制御基板４１、４２は、パワーモジュール２１、２２に対し第１方向の一方側に、第１方向を板厚方向として配置される。リアクトル３０は、第１方向に沿う中心軸線周りに巻き回されるコイル部３０ａを有し、パワーモジュール２１、２２に対し第１方向と直交する第２方向の一方側に配置される。パワーモジュール２１、２２及び制御基板４１、４２は、第１方向から見て、リアクトル３０の径方向外側に位置する。制御基板４１、４２は、リアクトル３０より第１方向の一方側に位置する。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置、モータ装置、および車両に関する。

近年、電気自動車又はハイブリッド自動車に搭載されるモータおよび発電機用の電力変換装置の開発が進んでいる。このような電力変換装置には、コンバータ回路とインバータ回路とが設けられる。このため、コンバータ回路のリアクトル等から発生する電磁波ノイズが、他の部位に影響を与えることを抑制する必要がある。特許文献１には、リアクトル全体を覆うリアクトルケースが設けられ、リアクトルケースがリアクトルから発生する電磁波ノイズを遮蔽する構成が開示されている。

特開２０２０－０８９１８５号公報

従来、リアクトルから発生する電磁波ノイズに対する遮蔽効果を得るためには、リアクトル全体を覆うケースを設ける必要があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、ケースによってリアクトル全体を覆わずともリアクトルから発生する電磁波ノイズが他部材に影響を与え難い電力変換装置、モータ装置、および車両を提供することを目的の一つとする。

本発明の電力変換装置の一つの態様は、インバータ回路およびコンバータ回路を有する電力変換装置である。電力変換装置は、前記インバータ回路を有するパワーモジュールと、前記コンバータ回路に供給される直流電流を平滑化するリアクトルと、前記インバータ回路および前記コンバータ回路の少なくとも一方を制御する制御基板と、を備える。前記制御基板は、前記パワーモジュールに対し第１方向の一方側に、第１方向を板厚方向として配置される。前記リアクトルは、前記第１方向に沿う中心軸線周りに巻き回されるコイル部を有し、前記パワーモジュールに対し前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置される。前記パワーモジュールおよび前記制御基板は、前記第１方向から見て、前記リアクトルの径方向外側に位置する。前記制御基板は、前記リアクトルより前記第１方向の一方側に位置する。

本発明のモータ装置の一つの態様は、上述の電力変換装置を有する。

本発明の車両の一つの態様は、上述のモータ装置を有する。

本発明の一つの態様によれば、リアクトルから発生する電磁波ノイズが他部材に影響を与え難い電力変換装置、モータ装置、および車両が提供される。

図１は、一実施形態のモータ装置の回路ブロック図である。 図２は、一実施形態の電力変換装置の縦断面を示す模式図である。 図３は、一実施形態のリアクトルの斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０、モータ装置１および車両９について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

以下の説明では、電力変換装置１０が水平な路面上に位置する車両に搭載された場合の位置関係を基に、重力方向を規定して説明する。なお、本明細書における電力変換装置１０の姿勢は一例であって、実際に電力変換装置１０が取り付けられる姿勢を限定するものではない。

図１は、モータ装置１の回路ブロック図である。本実施形態のモータ装置１は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等、エンジンとモータとを動力源とする車両９に搭載される。なお、モータ装置１は、エンジンを有さない電気自動車（ＥＶ）に搭載されていてもよい。

本実施形態の車両９は、モータ装置１とエンジン（図示略）と駆動輪（図示略）とを備える。また、モータ装置１は、図示しないエンジンにより駆動される発電機３と、発電機３により充電される直流電源としてのバッテリ４と、バッテリ４と発電機３との少なくとも一方を電源として図示しない駆動輪を駆動するモータ２と、を有する。

電力変換装置１０は、バッテリ４から供給される直流電圧を昇圧した後に交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ２に供給してモータ２を駆動すると共に、モータ２を回生作動させた際の電圧を直流電圧に変換した後に降圧してバッテリ４に供給する。電力変換装置１０は、発電機３より発生する電圧を直流電圧に変換した後に降圧してバッテリ４に供給し、又は発電機３より発生する電圧でモータ２を駆動する。
以下、電力変換装置１０の各構成について具体的に説明する。

モータ２は、減速機構（図示略）に機械的に接続される。モータ２は、減速機構を介して車両９の駆動輪を駆動する。発電機３は、減速機構に機械的に接続される。発電機３は、車両９の駆動に対して回生ブレーキとして機能し、減速時のエネルギを基に発電する。本実施形態のモータ２および発電機３は、３相モータであるが、４相以上の多相モータであってもよい。モータ２および発電機３は、それぞれ電力変換装置１０に接続される。バッテリ４は、例えば、二次電池または電気二重層キャパシタである。バッテリ４は、電力変換装置１０に接続される。バッテリ４は、電力変換装置１０を介してモータ２に電力を供給する。また、バッテリ４には、電力変換装置１０を介して発電機３から電力が供給される。

電力変換装置１０は、コンバータ回路１３と、モータ用インバータ回路（インバータ回路）１１と、発電機用インバータ回路（インバータ回路）１２と、を有する。コンバータ回路１３は、いわゆるＤＣ／ＤＣコンバータである。コンバータ回路１３は、バッテリ４から供給される直流電流の電圧を変換する。モータ用インバータ回路１１は、コンバータ回路１３から供給される直流電流を交流電流に変換してモータ２に供給する。発電機用インバータ回路１２は、発電機３において発電された電力を、交流電流から直流電流に変換してバッテリ４に充電する。
以下の説明において、モータ用インバータ回路１１と発電機用インバータ回路１２とを区別しない場合、これらを単に、インバータ回路１１、１２と呼ぶ。

図２は、電力変換装置１０の縦断面の模式図である。
図２には、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３を図示する。
本実施形態において、第１方向Ｄ１は上下方向であり、第１方向Ｄ１の一方側が上側であり、第１方向Ｄ１の他方側が下側である。
第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向である。本実施形態において、第２方向Ｄ２は、水平面に沿う一方向である。第２方向Ｄ２の一方側が図２において右側であり、第２方向Ｄ２の他方側が図２において左側である。
第３方向Ｄ３は、水平方向に沿う方向であり、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と直交する方向である。すなわち、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３とは、それぞれ互いに直交する方向である。

電力変換装置１０は、インバータ制御基板（制御基板）４１と、コンバータ制御基板（制御基板）４２と、パワー基板４３と、第１駆動基板４５と、第２駆動基板４６と、モータ用パワーモジュール２１と、発電機用パワーモジュール２２と、リアクトル３０と、リアクトル台座（第２伝熱板）３５と、コンデンサモジュール１５と、遮蔽板５０と、伝熱板（第１伝熱板）５５と、流路形成体６０と、ハウジング１９と、を有する。流路形成体６０は、第１冷却板６１、第２冷却板６２、第３冷却板６３、および連結管６４と、を有する。

ハウジング１９は、インバータ制御基板４１、コンバータ制御基板４２、パワー基板４３、第１駆動基板４５、第２駆動基板４６、モータ用パワーモジュール２１、発電機用パワーモジュール２２、リアクトル３０、リアクトル台座３５、コンデンサモジュール１５、遮蔽板５０、伝熱板５５、および流路形成体６０を収容する。

図１に示すように、モータ用パワーモジュール２１は、モータ用インバータ回路１１を有する。一方で発電機用パワーモジュール２２は、発電機用インバータ回路１２を有する。モータ用インバータ回路１１および発電機用インバータ回路１２は、直流電圧を交流電圧に、又は交流電圧を直流電圧に変換する。
以下の説明において、モータ用パワーモジュール２１と発電機用パワーモジュール２２とを区別しない場合、これらを単に、パワーモジュール２１、２２と呼ぶ。

モータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２は、それぞれ、６つの第１スイッチング素子（スイッチング素子）１６を有する。第１スイッチング素子１６は、本実施形態の場合、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。すなわち、パワーモジュール２１、２２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを有する。第１スイッチング素子１６として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用することで、パワーモジュール２１、２２を比較的安価に構成できる。インバータ回路１１、１２は、第１スイッチング素子１６をブリッジ接続したブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータである。

図２に示すように、モータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２は、それぞれ、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置される。発電機用パワーモジュール２２は、モータ用パワーモジュール２１の上側に、第３冷却板６３を介して積層される。すなわち、第３冷却板６３は、モータ用パワーモジュール２１と発電機用パワーモジュール２２との間に挟まれる。後述するように、第３冷却板６３は、内部を流れる冷媒Ｌによって、モータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２を冷却する。

モータ用パワーモジュール２１の下側には、第１駆動基板４５が配置される。また、発電機用パワーモジュール２２の上側には、第２駆動基板４６が配置される。第１駆動基板４５および第２駆動基板４６の基板本体４５ａ、４６ａは、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置される。

第１駆動基板４５は、モータ用パワーモジュール２１およびインバータ制御基板４１に接続される。同様に、第２駆動基板４６は、発電機用パワーモジュール２２およびインバータ制御基板４１に接続される。第１駆動基板４５および第２駆動基板４６は、それぞれインバータ制御基板４１で生成された第１スイッチング素子１６を制御するための制御信号に基づいて、第１スイッチング素子１６の駆動電力を生成する。

図１に示すように、パワー基板４３は、コンバータ回路１３を有する。コンバータ回路１３は、バッテリ４から供給される電圧を昇圧、又はバッテリ４に供給する電圧を降圧する。コンバータ回路１３とバッテリ４との間には、リアクトル３０が直列に接続される。また、コンバータ回路１３の下流側には、コンデンサモジュール１５が並列に接続される。

パワー基板４３は、２つの第２スイッチング素子（スイッチング素子）１７と、第２スイッチング素子１７が実装される基板本体（図１において省略）を有する。第２スイッチング素子１７は、本実施形態の場合、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を含むトランジスタである。すなわち、パワー基板４３は、シリコンカーバイドを含むトランジスタを有する。第２スイッチング素子１７としてシリコンカーバイドを含むトランジスタを採用することで、第２スイッチング素子１７における電圧の変換効率を高めることができるとともに、パワー基板４３の発熱を抑制できる。コンバータ回路１３は、第２スイッチング素子１７を接続したチョッパ回路を具備する。

図２に示すように、パワー基板４３の基板本体４３ａは、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置される。すなわち、パワー基板４３は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。パワー基板４３の下側（第１方向Ｄ１の他方側）には、伝熱板５５を介して第１冷却板６１が配置される。

伝熱板５５は、伝熱性の高い金属材料から構成される。伝熱板５５を構成する材料として、例えばアルミニウム合金、銅合金などが例示される。伝熱板５５を構成する材料としては、磁気をシールドする材料（例えば、アルミニウム合金）を採用することがより好ましい。

伝熱板５５は、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置され板状である。すなわち、伝熱板５５は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。また、伝熱板５５は、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿ってパワー基板４３と積層して配置される。

伝熱板５５は、パワー基板４３に接触する。より具体的には、伝熱板５５は、パワー基板４３に実装される第２スイッチング素子１７（図２において不図示）に接触する。伝熱板５５は、第１冷却板６１の内部を流れる冷媒Ｌによって冷却される。パワー基板４３は、伝熱板５５を介して冷媒Ｌによって冷却される。伝熱板５５は、冷媒Lと接触する面に放熱フィンを有する構成としても良い。

図１に示すように、コンデンサモジュール１５は、コンバータ回路１３とインバータ回路１１、１２との間に並列接続される。コンデンサモジュール１５は、コンデンサ素子１５ａにおいて、コンバータ回路１３からモータ用インバータ回路１１に供給される直流電流を平滑化する。

図２に示すように、コンデンサモジュール１５は、コンデンサ素子１５ａと、コンデンサ素子１５ａを収容するコンデンサケース１５ｂと、を有する。コンデンサモジュール１５は、モータ用パワーモジュール２１、発電機用パワーモジュール２２、および第３冷却板６３に対し、第２方向Ｄ２の一方側（図２中右側）に配置される。また、コンデンサモジュール１５は、第２冷却板６２に対し、第２方向Ｄ２の他方側（図２中左側）に配置される。

コンデンサモジュール１５は、第２冷却板６２および第３冷却板６３に接触する。第２冷却板６２および第３冷却板６３は、内部を冷媒Ｌが流れることで冷却されている。本実施形態によれば、コンデンサモジュール１５は、第２方向Ｄ２の一方側および他方側にそれぞれ配置される第２冷却板６２および第３冷却板６３に接触することで、第２方向Ｄ２の両側から効率的に冷却される。これにより、コンデンサモジュール１５が高温となることを抑制し、コンデンサ素子１５ａの信頼性が高められる。

図１に示すように、リアクトル３０は、バッテリ４とコンバータ回路１３との間に直列接続される。リアクトル３０は、バッテリ４からコンバータ回路１３に供給される直流電流を平滑化する。

図２に示すように、リアクトル３０は、パワーモジュール２１、２２および第３冷却板６３に対し、第２方向Ｄ２の一方側（図２中右側）に配置される。リアクトル３０と、パワーモジュール２１、２２および第３冷却板６３と、の間には、コンデンサモジュール１５、第３冷却板６３、およびリアクトル台座３５が配置される。

リアクトル３０は、リアクトル台座３５に支持される。リアクトル台座３５は、第２方向Ｄ２を板厚方向とする板状の部分を有する。リアクトル台座３５は、伝熱性の高い金属材料から構成される。リアクトル台座３５を構成する材料として、例えばアルミニウム合金、銅合金などの伝熱性に優れた材料が例示される。さらに、リアクトル台座３５を構成する材料としては、磁気をシールドする材料（例えば、アルミニウム合金）を採用することがより好ましい。

リアクトル台座３５は、リアクトル３０に接触する。リアクトル台座３５は、第２冷却板６２の内部を流れる冷媒Ｌによって冷却される。リアクトル３０は、リアクトル台座３５を介して冷媒Ｌによって冷却される。リアクトル台座３５は冷媒Lとの接触面に放熱フィンを有していても良い。

図３は、リアクトル３０の斜視図である。
リアクトル３０は、３つのコイル部３０ａと、リアクトルケース３０ｂと、を有する。コイル部３０ａは、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿う中心軸線Ｊ周りに巻き回される導線から構成される。リアクトルケース３０ｂは、例えば、樹脂材料から構成される。リアクトルケース３０ｂは、３つのコイル部３０ａを収容する。コイル部３０ａおよびリアクトルケース３０ｂは、リアクトル台座３５の第２方向Ｄ２の一方側（図２中右側）に位置する。３つのコイル部３０ａは、リアクトル台座３５の面方向に沿って並ぶ。
リアクトル台座３５の一部が厚み方向に突出しており、リアクトルケース３０ｂの周囲を支持する構成としても良い。

図２に示すように、インバータ制御基板４１およびコンバータ制御基板４２は、パワーモジュール２１、２２に対し上側（第１方向Ｄ１の一方側）に配置される。
以下の説明において、インバータ制御基板４１とコンバータ制御基板４２とを区別しない場合、これらを単に、制御基板４１、４２と呼ぶ。

インバータ制御基板４１は、第１駆動基板４５および第２駆動基板４６を介してモータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２に電気的に接続される。インバータ制御基板４１は、インバータ回路１１、１２を制御する。インバータ制御基板４１は、モータ用パワーモジュール２１の第１スイッチング素子１６、および発電機用パワーモジュール２２の第１スイッチング素子１６を制御するための制御信号を生成する。

コンバータ制御基板４２は、パワー基板４３に電気的に接続される。コンバータ制御基板４２は、パワー基板４３のコンバータ回路１３を制御する。コンバータ制御基板４２は、パワー基板４３の第２スイッチング素子１７を制御するための制御信号を生成する。

制御基板４１、４２の基板本体４５ａ、４６ａは、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置される。すなわち、制御基板４１、４２は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。インバータ制御基板４１は、コンバータ制御基板４２に対し上側（第１方向Ｄ１の一方側）に配置される。

制御基板４１、４２は、高周波の電磁波ノイズに対し比較的影響を受け易い。本発明者らは、リアクトル３０から発生する高周波の電磁波ノイズは、リアクトル３０の中心軸線Ｊの径方向外側に伝搬することを見出した。本実施形態によれば、制御基板４１、４２は、上下方向（第１方向Ｄ１）から見て、リアクトル３０の径方向外側に位置する。また、制御基板４１、４２は、リアクトル３０より上側（第１方向Ｄ１の一方側）に位置する。このため、本実施形態によれば、リアクトル３０から径方向外側に向かって伝搬する高周波の電磁波ノイズが、制御基板４１、４２に達し難くなる。結果的に、制御基板４１、４２が高周波の電磁波ノイズの影響を受け難くなり、制御基板４１、４２の信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態では、インバータ制御基板４１およびコンバータ制御基板４２の何れもが、リアクトル３０に対し上述の配置とされる場合について説明した。しかしながら、インバータ制御基板４１およびコンバータ制御基板４２の何れか一方が、上述の配置とされることで、当該制御基板について電磁波ノイズの影響を受け難くする効果を得ることができる。すなわち、インバータ回路１１、１２およびコンバータ回路１３の少なくとも一方を制御する制御基板が上述の配置とされていれば、当該制御基板について一定の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、上下方向（第１方向Ｄ１）から見て、リアクトル台座３５は、リアクトル３０と、制御基板４１、４２およびパワーモジュール２１、２２と、の間に配置される。また、リアクトル台座３５を構成する材料として磁気をシールドする材料（例えば、アルミニウム合金）を採用することが好ましい。この場合、リアクトル台座３５は、リアクトル３０から中心軸線Ｊの径方向外側に伝搬し、制御基板４１、４２およびパワーモジュール２１、２２に向かう電磁波ノイズを遮蔽する。なお、リアクトル台座３５による電磁波のシールド効果は、あくまで補助的なものである。このため、シールド効果を高めるためにリアクトル台座３５を厚くすることを要しない。

本実施形態において、パワーモジュール２１、２２とリアクトル３０との間には、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿って延びる第２冷却板６２が配置される。また、第２冷却板６２を構成する材料として磁気をシールドする材料（例えば、アルミニウム合金）を採用することが好ましい。この場合、第２冷却板６２は、リアクトル３０から中心軸線Ｊの径方向外側に伝搬し、制御基板４１、４２およびパワーモジュール２１、２２に向かう電磁波ノイズを遮蔽する。

本実施形態において、コンデンサモジュール１５は、パワーモジュール２１、２２と第２冷却板６２との間に配置される。このため、コンデンサモジュール１５は、リアクトル３０から中心軸線Ｊの径方向外側に伝搬し、制御基板４１、４２およびパワーモジュール２１、２２に向かう電磁波ノイズを遮蔽する。

さらに、本実施形態によれば、パワーモジュール２１、２２は、上下方向（第１方向Ｄ１）から見て、リアクトル３０の径方向外側に位置する。パワーモジュール２１、２２は、電力変換装置１０を構成する部材のうち、比較的大型の部品である。本実施形態によれば、パワーモジュール２１、２２を、上述の配置とすることで、ハウジング１９の内部のスペースを効率的に利用して電力変換装置１０の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態において、コイル部３０ａの中心軸線Ｊは、第１方向Ｄ１に沿う。ここで、中心軸線Ｊが、「第１方向Ｄ１に沿う」とは、中心軸線Ｊが第１方向Ｄ１と厳密に平行な場合のみならず、第１方向Ｄ１に対して±４５°の範囲で、第２方向Ｄ２および第３方向Ｄ３の少なくとも一方に傾斜する場合を含む。本実施形態によれば、コイル部３０ａの中心軸線Ｊが、上下方向（第１方向Ｄ１）に対して、±４５°の範囲で傾いた姿勢で配置されていても、上述の一定の効果を得ることができる。

本実施形態において、制御基板４１、４２およびパワー基板４３は、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿って積層配置される。すなわち、パワー基板４３は、制御基板４１、４２と積層して配置される。本実施形態によれば、制御基板４１、４２およびパワー基板４３を近づけて配置し易くなり、基板同士を繋ぐハーネス（図示略）を短縮できる。これにより、ハーネスから発生する電磁波ノイズを低減することができる。

遮蔽板５０は、インバータ制御基板４１とコンバータ制御基板４２との間に配置される。遮蔽板５０は、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置され板状である。すなわち、遮蔽板５０は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。遮蔽板５０は、制御基板４１、４２を支持する。すなわち、インバータ制御基板４１は、遮蔽板５０の上面に固定され、コンバータ制御基板４２は、遮蔽板５０の上面に固定される。また、遮蔽板５０は、ハウジング１９の内側面に固定される。

遮蔽板５０は、インバータ制御基板４１とコンバータ制御基板４２の間で磁気をシールドする。したがって、遮蔽板５０は、インバータ制御基板４１およびコンバータ制御基板４２のうち一方で生じた電磁波ノイズが、他方に達して影響を与えることを抑制する。遮蔽板５０は、例えば、アルミニウム合金から構成される。しかしながら、遮蔽板５０は、磁気シールドの効果を高める目的で鉄系合金から構成されるものを用いてもよい。

なお、本実施形態のコンバータ制御基板４２には、高圧電流が流れる高電圧領域と、低圧電流が流れる低電圧領域と、の両方が設けられる。一方で、インバータ制御基板４１には、低圧電流が流れる低電圧領域のみが設けられる。本実施形態によれば、コンバータ制御基板４２の高電圧領域で生じた電磁波ノイズが、インバータ制御基板４１に影響を与えることを抑制できる。

本実施形態において遮蔽板５０は、インバータ制御基板４１の下面の全体を覆う。すなわち、上下方向（第１方向Ｄ１）から見て、遮蔽板５０は、インバータ制御基板４１の全体に重なる。これにより、遮蔽板５０は、電磁波ノイズが、下側からインバータ制御基板４１に達することを効果的に抑制する。

本実施形態によれば、インバータ制御基板４１は、遮蔽板５０より上側（第１方向Ｄ１の一方側）に配置され、コンバータ制御基板４２は、遮蔽板５０より下側に配置される。インバータ制御基板４１は、コンバータ制御基板４２と比較して、リアクトル３０からの高周波の電磁波ノイズの影響をより一層受けやすい。本実施形態によれば、インバータ制御基板４１を遮蔽板５０の上側に配置することで、遮蔽板５０のさらに下側に位置するリアクトル３０の電磁波ノイズが、インバータ制御基板４１に達することを抑制でき、電力変換装置１０の信頼性を高めることができる。

流路形成体６０は、内部を冷媒Ｌが流れる。流路形成体６０は、ハウジング１９とは別部材である。流路形成体６０は、ハウジング１９の内部において冷媒Ｌの流路を形成する。流路形成体６０の流路を流れる冷媒Ｌは、ハウジング１９の内部に配置される部品を冷却する。

流路形成体６０は、互いに分割可能な第１流路形成部６０Ａと第２流路形成部６０Ｂを有する。第１流路形成部６０Ａは、第１冷却板６１および第２冷却板６２を有する。一方で、第２流路形成部６０Ｂは、第３冷却板６３および連結管６４を有する。第２流路形成部６０Ｂは、連結管６４を第１冷却板６１に接続することで、第１流路形成部６０Ａに連結される。すなわち、第１流路形成部６０Ａと第２流路形成部６０Ｂとは、互いに連結される。

本実施形態の電力変換装置１０によれば、ハウジング１９の内部に複数の冷却板６１、６２、６３が設けられ、これら冷却板６１、６２、６３が互いに接続される。このため、ハウジング１９の内部に複数の冷却板６１、６２、６３を複雑に配置することができ、ハウジング１９内部の構成部材を効率的に冷却できる。

第１流路形成部６０Ａおよび第２流路形成部６０Ｂは、伝熱性の高い金属材料から構成される。第１流路形成部６０Ａおよび第２流路形成部６０Ｂを構成する材料として、例えばアルミニウム合金、銅合金などが例示される。第１流路形成部６０Ａおよび第２流路形成部６０Ｂを構成する材料としては、磁気をシールドする材料（例えば、アルミニウム合金）を採用することがより好ましい。

冷媒Ｌは、第３冷却板６３は、連結管６４、第１冷却板６１、および第２冷却板６２の順で、流路形成体６０の内部を流れる。以下、冷媒Ｌの流れに沿って流路形成体６０の各部を説明する。

第３冷却板６３は、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置され板状である。すなわち、第３冷却板６３は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。

第３冷却板６３は、モータ用パワーモジュール２１と発電機用パワーモジュール２２との間に配置される。第３冷却板６３は、内部を流れる冷媒Ｌによってモータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２を冷却する。

第３冷却板６３には、第１接続孔６３ｃと第３凹部６３ａと第１連通孔６３ｄと第４凹部６３ｂとが設けられる。冷媒Ｌは、第１接続孔６３ｃにおいて、流路形成体６０の内部に流入する。

第１接続孔６３ｃは、第２方向Ｄ２に開口する。第１接続孔６３ｃの開口には、冷媒Ｌの流入口６９が接続される。また、第１接続孔６３ｃは、第３凹部６３ａの内側面に開口する。

第３凹部６３ａは、第３冷却板６３の下面に設けられる。第３凹部６３ａは、下側に開口する。すなわち、第３凹部６３ａは、モータ用パワーモジュール２１側に開口する。第３凹部６３ａは、モータ用パワーモジュール２１に覆われる。モータ用パワーモジュール２１の上面には、放熱フィン２１ｐが向けられる。放熱フィン２１ｐは、第３凹部６３ａの内部に配置される。第３凹部６３ａ内において、冷媒Ｌは、放熱フィン２１ｐの間を流れる。

第１連通孔６３ｄは、第３冷却板６３を上下方向（第１方向Ｄ１）に貫通する。第１連通孔６３ｄは、第３凹部６３ａの底面および第４凹部６３ｂの底面に開口する。第１連通孔６３ｄは、第３凹部６３ａと第４凹部６３ｂとを互いに連通させる。

第４凹部６３ｂは、第３冷却板６３の上面に設けられる。第４凹部６３ｂは、上側に開口する。すなわち、第４凹部６３ｂは、発電機用パワーモジュール２２側に開口する。第４凹部６３ｂは、発電機用パワーモジュール２２に覆われる。発電機用パワーモジュール２２の下面には、放熱フィン２２ｐが向けられる。放熱フィン２２ｐは、第４凹部６３ｂの内部に配置される。第４凹部６３ｂ内において、冷媒Ｌは、放熱フィン２２ｐの間を流れる。

本実施形態において、冷媒Ｌは、第１接続孔６３ｃ、第３凹部６３ａ、第１連通孔６３ｄ、および第４凹部６３ｂを、この順で通過する。冷媒Ｌは、第３凹部６３ａを通過する際にモータ用パワーモジュール２１を冷却し、第４凹部６３ｂを通過する際に発電機用パワーモジュール２２を冷却する。

本実施形態によれば、パワーモジュール２１、２２に放熱フィン２１ｐ、２２ｐが設けられることで、パワーモジュール２１、２２と冷媒Ｌとの接触面積を広く確保することができ、パワーモジュール２１、２２を冷媒Ｌによって効率的に冷却できる。

なお、第３冷却板６３の第２方向Ｄ２の一方側（図２中の右側）を向く面は、コンデンサモジュール１５に接触する。これにより、第３冷却板６３は、コンデンサモジュール１５を冷却する。

連結管６４は、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿って延びる。連結管６４は、第３冷却板６３と第１冷却板６１とを繋ぐ。冷媒Ｌは、連結管６４を介して、第３冷却板６３の内部から第１冷却板６１の内部に移動する。

第１冷却板６１は、水平面（第１方向Ｄ１と直交する平面）に沿って配置され板状である。すなわち、第１冷却板６１は、上下方向（第１方向Ｄ１）を板厚方向として配置される。

第１冷却板６１は、パワー基板４３の下面に沿って配置される。第１冷却板６１とパワー基板４３との間には、伝熱板５５が設けられる。第１冷却板６１は、内部を流れる冷媒Ｌによってパワー基板４３を冷却する。すなわち、パワー基板４３は、第１冷却板６１の一方の面側に配置され冷媒Ｌによって冷却される。

第１冷却板６１には、第２接続孔６１ｂと第１凹部６１ａと第２連通孔６１ｃとが設けられる。冷媒Ｌは、第２接続孔６１ｂ、第１凹部６１ａ、および第２連通孔６１ｃをこの順で通過する。

第２接続孔６１ｂは、上下方向（第１方向Ｄ１）に貫通する。第２接続孔６１ｂは、下側に開口する。第２接続孔６１ｂの開口には、連結管６４が接続される。また、第２接続孔６１ｂは、第１凹部６１ａの底面６１ｆに開口する。

第１凹部６１ａは、第１冷却板６１の下面に設けられる。第１凹部６１ａは、上側に開口する。すなわち、第１凹部６１ａは、パワー基板４３側に開口する。第１凹部６１ａには、冷媒Ｌが流れる。また、第１凹部６１ａは、伝熱板５５に覆われる。第１凹部６１ａ内の冷媒Ｌは、伝熱板５５を介して、パワー基板４３を冷却する。

第１凹部６１ａは、開口側を向く底面６１ｆを有する。底面６１ｆは、傾斜面６１ｓを有する。傾斜面６１ｓは、冷媒Ｌの下流側に向かって開口深さを深くする。これにより、第１凹部６１ａ内を流れる冷媒Ｌの圧力損失を低減できる。結果的に、冷媒Ｌを圧送するポンプの消費電力を低減できる。なお、本実施形態では、傾斜面６１ｓは、底面６１ｆの一部に設けられる。しかしながら、底面６１ｆの全体が冷媒Ｌの下流側に向かって開口深さを深くする傾斜面であってもよい。

第２連通孔６１ｃは、第２方向Ｄ２に沿って延びる。第２連通孔６１ｃは、第１凹部６１ａの底面６１ｆに開口する。また、第２連通孔６１ｃは、第２凹部６２ａの底面６２ｆに開口する。第２連通孔６１ｃは、第１凹部６１ａと第２凹部６２ａとを互いに連通させる。

第２冷却板６２は、上下方向（第１方向Ｄ１）に沿って配置され板状である。また、第２冷却板６２は、第２方向Ｄ２を板厚方向として配置される。

第２冷却板６２は、リアクトル３０に沿って配置される。第２冷却板６２とリアクトル３０との間には、リアクトル台座３５が設けられる。第２冷却板６２は、内部を流れる冷媒Ｌによってリアクトル３０を冷却する。すなわち、リアクトル３０は、第２冷却板６２の一方の面側に配置され冷媒Ｌによって冷却される。

第２冷却板６２には、第２凹部６２ａと排出孔６２ｂとが設けられる。冷媒Ｌは、第２凹部６２ａおよび排出孔６２ｂを、この順で通過する。

第２凹部６２ａは、第２冷却板６２の第２方向Ｄ２の一方側（図２中の右側）を向く面に設けられる。第２凹部６２ａは、第２方向Ｄ２の一方側に開口する。すなわち、第２凹部６２ａは、リアクトル３０側に開口する。第２凹部６２ａは、開口側を向く底面６２ｆを有する。底面６２ｆには、第１冷却板６１から延びる第２連通孔６１ｃが開口する。第２凹部６２ａには、第２連通孔６１ｃを介して冷媒Ｌが流入する。第２凹部６２ａには、冷媒Ｌが流れる。また、第２凹部６２ａは、リアクトル台座３５に覆われる。第２凹部６２ａ内の冷媒Ｌは、リアクトル台座３５を介して、パワー基板４３を冷却する。

第２冷却板６２の第２方向Ｄ２の他方側（図２中の左側）を向く面は、コンデンサモジュール１５に接触する。これにより、第２冷却板６２は、コンデンサモジュール１５を冷却する。

排出孔６２ｂは、第２凹部６２ａの内壁面から上下方向（第１方向Ｄ１）に延びる。すなわち、排出孔６２ｂは、第２凹部６２ａの内壁面に開口する。また、排出孔６２ｂは、第２冷却板６２の下端部に開口する。排出孔６２ｂは、流路形成体６０の最下流側に配置され、流路形成体６０の内部の冷媒Ｌを排出する。なお、排出孔６２ｂの下流側に、別の流路形成部を配置してもよい。

本実施形態の第１流路形成部６０Ａは、互いに交差する第１冷却板６１および第２冷却板６２を有する。すなわち、第２冷却板６２は、第１冷却板６１に交差して第１冷却板６１に接続される。ここで、第１冷却板６１と第２冷却板６２とが「交差する」とは、第１冷却板６１と第２冷却板６２が、互いに平行ではない面に沿って配置され、かつ互いに接続されることを意味する。

本実施形態によれば、互いに交差する第１冷却板６１および第２冷却板６２がハウジング１９内に配置される。これにより、ハウジングそのものに流路を設けて、発熱体をハウジングに沿って配置することで冷却する場合と比較して、ハウジング１９内での各構成部材の配置の自由度が高まる。結果的に、ハウジング１９内で各部材を効率的に配置して全体としての小型化を実現できる。特に、本実施形態では、第１冷却板６１と第２冷却板６２とを互いに交差して配置するため、電力変換装置１０の各構成部材の間の隙間に、流路形成体６０を効率的に配置できる。

ここで、第１冷却板６１と第２冷却板６２とがなす２つの交差角のうち大きい一方を優角αとし、小さい他方を劣角βとする。優角αは、１８０°を超える角度である。各ベータは、１８０°に満たない角度である。なお、本実施形態によれば、第１冷却板６１と第２冷却板６２とは、互いに直交する。したがって、優角αは２７０°であり、劣角βは９０°である。

本実施形態によれば、リアクトル３０およびパワー基板４３は、第１冷却板６１と第２冷却板６２とがなす優角α側に配置される。また、パワーモジュール２１、２２およびコンデンサモジュール１５は、第１冷却板６１と第２冷却板６２とがなす劣角β側に配置される。本実施形態によれば、発熱体のうち比較的厚さ寸法の小さいリアクトル３０とパワー基板４３とを、第１流路形成部６０Ａの優角α側に配置することで、電力変換装置１０を小型化できる。また、本実施形態によれば、発熱体のうち比較的大型のパワーモジュール２１、２２およびコンデンサモジュール１５を、第１流路形成部６０Ａの劣角β側に配置することで、第１冷却板６１と第２冷却板６２とで囲まれた領域を効率的に利用し電力変換装置１０を小型化できる。本実施形態によれば、リアクトル３０、パワー基板４３、パワーモジュール２１、２２、およびコンデンサモジュール１５を効率的に冷却できる。本実施形態によれば、リアクトル３０およびパワー基板４３が配置される領域とパワーモジュール２１、２２およびコンデンサモジュール１５が配置される領域とを、流路形成体６０によって区画できる。これにより、ハウジング１９の内部を効率的に利用できる。

本実施形態によれば、第１冷却板６１は、パワー基板４３とパワーモジュール２１、２２との間に配置される。これにより、第１冷却板６１は、パワー基板４３配置スペースとパワーモジュール２１、２２の配置スペースとを区画して、これらの間の熱交換を抑制する。これにより、パワー基板４３およびパワーモジュール２１、２２のうち、一方が他方によって加熱されることを抑制でき、パワー基板４３およびパワーモジュール２１、２２の信頼性を高めることができる。

本実施形態によれば、第２冷却板６２は、リアクトル３０とコンデンサモジュール１５との間に配置される。これにより、第２冷却板６２は、両面でリアクトル３０とコンデンサモジュール１５とを効率的に冷却する。さらに、第２冷却板６２は、リアクトル３０配置スペースとコンデンサモジュール１５の配置スペースとを区画して、これらの間の熱交換を抑制する。これにより、リアクトル３０およびコンデンサモジュール１５のうち、一方が他方によって加熱されることを抑制でき、リアクトル３０およびコンデンサモジュール１５の信頼性を高めることができる。

本実施形態によれば、モータ用パワーモジュール２１、第３冷却板６３、発電機用パワーモジュール２２、第１冷却板６１、およびパワー基板４３が、積層構造をなす。このため、これらの部品を高密度の配置し易く、ハウジング１９の内部空間を有効利用でき、電力変換装置１０を全体として小型化できる。また、発熱体であるパワーモジュール２１、２２およびパワー基板４３を、第１冷却板６１および第３冷却板６３を用いて効率的に冷却できる。加えて、発熱体であるパワーモジュール２１、２２およびパワー基板４３の間に、それぞれ第１冷却板６１および第３冷却板６３が配置される。このため、発熱体同士を近接して配置しても、発熱体同士が加熱しあうことを抑制でき、発熱体であるパワーモジュール２１、２２およびパワー基板４３の信頼性を高めることができる。

本実施形態の流路形成体６０において、冷媒Ｌは、パワーモジュール２１、２２、パワー基板４３、およびリアクトル３０を、上流側から下流側に向かってこの順に冷却する。一般的に、電力変換装置１０の発熱体は、パワーモジュール２１、２２、パワー基板４３、およびリアクトル３０の順で温度が高まり易い。本実施形態によれば、冷媒Ｌがこの順で冷却することで、より冷却が必要な発熱体に、より温度が低い冷媒を供給することができ、電力変換装置１０の信頼性を高めることができる。

一般的に、モータ用パワーモジュール２１は、発電機用パワーモジュール２２と比較して使用頻度が高く高温となり易い。本実施形態によれば、冷媒Ｌは、モータ用パワーモジュール２１と発電機用パワーモジュール２２とをこの順で冷却する。このため、高温となり易いモータ用パワーモジュール２１が高温となることを抑制し、電力変換装置１０の信頼性を高めることができる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述の実施形態では、パワーモジュールとして、モータ２に接続されるモータ用パワーモジュール２１、および発電機３に接続される発電機用パワーモジュール２２をそれぞれ備える電力変換装置１０について説明した。しかしながら、電力変換装置１０は、モータ用パワーモジュール２１および発電機用パワーモジュール２２のうち何れか一方のみを有するものであってもよい。

また、上述の実施形態では、第１凹部６１ａの底面に傾斜面６１ｓが設けられる場合について説明した。しかしながら、傾斜面は、第２凹部６２ａの底面に設けられていてもよい。すなわち、傾斜面は、第１凹部６１ａおよび第２凹部６２ａの少なくとも一方の底面を有していればよい。

さらに、上述の実施形態では、パワーモジュールやリアクトル台座や伝熱板に放熱フィンが設けられる場合について説明したが、放熱面積を増やすことができれば、フィンの形状は限定しない。たとえば、複数のピンフィンや板状フィンでも構わない。

１…モータ装置、２…モータ、３…発電機、９…車両、１０…電力変換装置、１１…モータ用インバータ回路（インバータ回路）、１２…発電機用インバータ回路（インバータ回路）、１３…コンバータ回路、１５…コンデンサモジュール、１９…ハウジング、２１…パワーモジュール、２１…モータ用パワーモジュール、２２…発電機用パワーモジュール、３０…リアクトル、３０ａ…コイル部、３５…リアクトル台座（第２伝熱板）、４１…インバータ制御基板（制御基板）、４２…コンバータ制御基板（制御基板）、４３…パワー基板、５０…遮蔽板、５５…伝熱板（第１伝熱板）、６０…流路形成体、６０Ａ…第１流路形成部、６０Ｂ…第２流路形成部、６１…第１冷却板、６１ａ…第１凹部、６１ｆ，６２ｆ…底面、６１ｓ…傾斜面、６２…第２冷却板、６２ａ…第２凹部、６３…第３冷却板、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｊ…中心軸線、Ｌ…冷媒、α…優角、β…劣角

Claims (12)

1. インバータ回路およびコンバータ回路を有する電力変換装置であって、
   前記インバータ回路を有するパワーモジュールと、
   前記コンバータ回路に供給される直流電流を平滑化するリアクトルと、
   前記インバータ回路および前記コンバータ回路の少なくとも一方を制御する制御基板と、を備え、
   前記制御基板は、前記パワーモジュールに対し第１方向の一方側に、第１方向を板厚方向として配置され、
   前記リアクトルは、前記第１方向に沿う中心軸線周りに巻き回されるコイル部を有し、前記パワーモジュールに対し前記第１方向と直交する第２方向の一方側に配置され、
   前記パワーモジュールおよび前記制御基板は、前記第１方向から見て、前記リアクトルの径方向外側に位置し、
   前記制御基板は、前記リアクトルより前記第１方向の一方側に位置する、
   電力変換装置。
2. 前記制御基板として、前記インバータ回路を制御するインバータ制御基板、および前記コンバータ回路を制御するコンバータ制御基板をそれぞれ備え、
   前記インバータ制御基板と前記コンバータ制御基板との間に前記第１方向を板厚方向として配置される遮蔽板を備え、
   前記遮蔽板は、前記インバータ制御基板と前記コンバータ制御基板の間で磁気をシールドする、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記インバータ制御基板は、前記遮蔽板より前記第１方向の一方側に配置される、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記コンバータ回路を有するパワー基板を備え、
   前記パワー基板は、前記第１方向を板厚方向とし前記第１方向に沿って前記制御基板と積層して配置される、
   請求項１～３の何れか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記パワーモジュールと前記リアクトルとの間に配置され前記第１方向に沿って延びる冷却板を備え、
   前記冷却板は、内部を冷媒が流れ前記リアクトルを冷却する、
   請求項１～４の何れか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記インバータ回路に供給される直流電流を平滑化するコンデンサモジュールを備え、
   前記コンデンサモジュールは、前記パワーモジュールと前記冷却板との間に配置される、
   請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記コンバータ回路を有するパワー基板と、
   内部を冷媒が流れる流路形成体と、を備え、
   前記冷媒は、前記パワーモジュール、前記パワー基板、および前記リアクトルを、上流側から下流側に向かってこの順に冷却する、
   請求項１～６の何れか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記パワーモジュールとして、モータに接続されるモータ用パワーモジュール、および発電機に接続される発電機用パワーモジュールをそれぞれ備える、
   請求項１～７の何れか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記コンバータ回路を有するパワー基板と、を備え、
   前記パワー基板は、シリコンカーバイドを含むトランジスタを有し、
   前記パワーモジュールは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを有する、
   請求項１～８の何れか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記第２方向を板厚方向とする板状のリアクトル台座を備え、
    前記リアクトルは、前記リアクトル台座の前記第２方向の一方側に位置し前記リアクトル台座の面方向に沿って並ぶ３つの前記コイル部を有する、
    請求項１～９の何れか一項に記載の電力変換装置。
11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の電力変換装置を有するモータ装置。
12. 請求項１１に記載のモータ装置を有する車両。

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