JP6673129B2 - 電力変換器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、車両に搭載されており、リアクトルと他の電気部品がバスバで接続されている電力変換器に関する。

特許文献１、２に、リアクトルとコンデンサがバスバで接続されている電力変換器が開示されている。いずれの文献の電力変換器も、電気自動車に搭載されるデバイスであり、バッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換する。リアクトルとコンデンサは、電圧コンバータ回路の部品である。バスバは、２個の電気部品を電気的に接続するための導電性の細長い金属板（金属棒）である。バスバは、大電力を低損失で伝送するのに適している。

特開２０１５−２２０７８９号公報 特開２０１５−１４４５２２号公報

車載の電力変換器は、走行中の車両振動の影響を受ける。電圧コンバータのコンデンサ自体も振動する。一方、リアクトルのコイルの引き出し線とバスバは、溶接で接合されることが多い。溶接部は、車両振動やコンデンサの振動の影響を受け、疲労劣化を起こす。本明細書は、リアクトルのコイルの引き出し線とバスバの溶接部の耐振動性を高める技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、リアクトルと他の電気部品がバスバで接続されている車載部品の一つである。リアクトルは、コイルの少なくとも一部を覆う樹脂カバーを備えている。バスバは、コイルの引き出し線（コイル端部）に溶接される溶接部と、電気部品に接続される接続部を備えている。本明細書が開示する電力変換器では、バスバの溶接部と接続部の間に、樹脂カバーに設けられた差込口に圧入される舌部が設けられている。そのような構造を採用することによって、バスバの接続部を通じて伝達する他の電気部品の振動のエネルギは、舌部を通じて減衰するので溶接部へ到達する振動エネルギを小さくすることができる。また、上記の構造により、溶接部と舌部がリアクトルの本体（即ち樹脂カバー）と一体になって振動するようになるので、溶接部の共振周波数が高くなり、車両振動に対する耐振動特性が向上する。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のブロック図である。 電力変換器の筐体に固定されたリアクトルの平面図である。 電力変換器の筐体に固定されたリアクトルの側面図である（Ｘ方向視）。 電力変換器の筐体に固定されたリアクトルの側面図である（Ｙ方向視）。

図面を参照して実施例の電力変換器１０を説明する。実施例の電力変換器１０は、電気自動車において、バッテリの直流電力を、走行用モータを駆動するための交流電力に変換するデバイスである。まず、図１を参照して、電力変換器１０の回路構成を概説する。電力変換器１０は、２個の走行用モータ９０ａ、９０ｂへ交流電力を供給する。電力変換器１０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８と、２個のインバータ９ａ、９ｂを含む。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８は、バッテリ２の電力の電圧を昇圧してインバータ９ａ、９ｂへ送る昇圧機能と、インバータ９ａ又は９ｂから送られる回生電力を降圧してバッテリ２へ送る降圧機能の双方を有する。回生電力とは、モータ９０ａ又は９０ｂが逆駆動されて発電した交流電力をインバータ９ａ又は９ｂが直流電力に変換した直流電力である。以下、説明の簡略化のため、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ８を単純にコンバータ８と称する。

コンバータ８の回路構成を説明する。コンバータ８は、リアクトル４、フィルタコンデンサ３、２個のトランジスタ５ａ、５ｂ、２個のダイオード６ａ、６ｂを備えている。２個のトランジスタ５ａ、５ｂは直列に接続されている。各トランジスタ５ａ、５ｂにダイオード６ａ、６ｂが逆並列に接続されている。２個のトランジスタ５ａ、５ｂの直列接続の高電位端と低電位端は、夫々、インバータ９ａ、９ｂの高電位端と低電位端に接続されている。リアクトル４の一端はコンバータ８のバッテリ側の高電位端に接続されており、他端は２個のトランジスタ５ａ、５ｂの直列接続の中点に接続されている。フィルタコンデンサ３は、バッテリ側の高電位端と低電位端の間に接続されている。トランジスタ５ａとダイオード６ｂが主に降圧動作に関与し、トランジスタ５ｂとダイオード６ａが主に昇圧動作に関与する。図１のコンバータ８の動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。

インバータ９ａ、９ｂについては回路構成の説明を省略する。なお、コンバータ８とインバータ９ａ、９ｂの間には、それらの間を流れる電流の脈動を抑えるための平滑化コンデンサ７が接続されている。

図２から図４を参照しつつリアクトル４のハードウエアについて説明する。図２は、電力変換器１０の筐体１２に取り付けられたリアクトル４の平面図である。図２は、上面カバーを外した筐体１２の一部を示す平面図である。図３は、筐体１２に取り付けられたリアクトル４を図中の座標系のＸ方向からみた側面図である。図４は、筐体１２に取り付けられたリアクトル４をＹ方向からみた側面図である。図３、図４では、筐体１２の下側の部品については図示を省略した。説明の便宜上、図中のＺ軸正方向を「上」と称することにする。

リアクトル４は、不図示のコアに捲回されたコイル４１の周囲を樹脂カバー４２で覆ったデバイスである。樹脂カバー４２の側面の３か所からリブ４２ａが延びており、そのリブ４２ａがボルト５２にて筐体１２に固定されている。コイル４１の上面と、コイル４１の引き出し線４１ａ、４１ｂのみが、樹脂カバー４２から露出している。引き出し線４１ａには第１バスバ３１が接続されている。第１バスバ３１の一端３１ａは、引き出し線４１ａと溶接で接合されている。第１バスバ３１の他端３１ｂは、ボルト５１ａにより、端子１３と一緒に筐体１２へ共締めされている。端子１３は、筐体１２に収容されているフィルタコンデンサ（不図示）から延びている端子である。即ち、第１バスバ３１は、リアクトル４の一端と、フィルタコンデンサ３を電気的に接続する。

電力変換器１０は、走行用モータを駆動する大電力を扱うので、電力を伝送する導体に、ケーブルではなく、細長金属板のバスバを用いる。

引き出し線４１ｂには第２バスバ３２が接続されている。第２バスバ３２の一端３２ａは、引き出し線４１ｂと溶接で接合されている。第２バスバ３２の他端３２ｂは、ボルト５１ｂにより、中継バスバ１４と一緒に共締めされている。中継バスバ１４は、第２バスバ３２と、筐体１２に収容されているパワーカードを接続する別のバスバの端部である。パワーカードには、図１で示したトランジスタ５ａ、５ｂとダイオード６ａ、６ｂが封止されている。パワーカードの中でトランジスタ５ａ、５ｂは直列に接続されるとともに、トランジスタ５ａ、５ｂの夫々にダイオード６ａ、６ｂが逆並列に接続されている。中継バスバ１４は、トランジスタ５ａ、５ｂの直列接続の中点に相当するパワーカード端子と接続されている。即ち、第２バスバ３２は、リアクトル４と、トランジスタ５ａ、５ｂを電気的に接続する導体である。

図３と図４には、取り付へ前の第１バスバ３１と第２バスバ３２を仮想線（２点鎖線）で示してある。第１バスバ３１は、細長の銅板である、その一端３１ａが、コイル４１の引き出し線４１ａと溶接で接続され、他端３１ｂがボルト５１ａを介して別の電気部品（フィルタコンデンサ３）の端子１３と接続されている。第１バスバ３１の一端３１ａと他端３１ｂの間に、舌部３１ｃが設けられており。舌部３１ｃは、リアクトル４の樹脂カバー４２に設けられた差込口４３ａに圧入され固定されている。

第２バスバ３２も、細長の銅板である、その一端３２ａが、コイル４１の引き出し線４１ｂと溶接で接続され、他端３２ｂがボルト５１ｂを介して中継バスバ１４と接続されている。先に述べたように、中継バスバ１４は、トランジスタ５ａ、５ｂの直列接続の中点につながっている。第２バスバ３２の一端３２ａと他端３２ｂの間に、舌部３２ｃが設けられており。舌部３２ｃは、リアクトル４の樹脂カバー４２に設けられた差込口４３ｂに圧入され固定されている。

電力変換器１０では、リアクトル４の引き出し線４１ａ、４１ｂと別の電気部品を導通させる細長金属板のバスバ（第１バスバ３１、第２バスバ３２）が、その途中で樹脂カバー４２の側面に設けられた差込口４３ａ、４３ｂで固定される。この構造により、溶接部（第１バスバ３１の一端３１ａ、第２バスバ３２の一端３２ａ）の耐振動性が向上する。この点について説明する。

電力変換器１０は、電気自動車に搭載されており、走行中に振動する。リアクトル４も振動する。第１バスバ３１と第２バスバ３２は、その途中の舌部３１ｃ、３２ｃで固定されているので、その両端のみで固定されている場合と比較して、固有振動数が高くなる。それゆえ、溶接されている第１バスバ３１の一端３１ａ、第２バスバ３２の一端３２ａの溶接部分の耐振動性が向上する。また、フィルタコンデンサ３は、交流電流が流入／流出するために振動する。フィルタコンデンサ３の振動は、第１バスバ３１を通じて第１バスバ３１の一端３１ａと引き出し線４１ａの接合部に到達する。このとき、振動エネルギの一部は、樹脂カバー４２に固定されている舌部３１ｃを通じて樹脂カバー４２に吸収される。このことにより、フィルタコンデンサ３の振動に対する接合部（一端３１ａと引き出し線４１ａの接合部）の耐振動性が向上する。

第１バスバ３１が舌部３１ｃで樹脂カバー４２に固定され、第２バスバ３２が舌部３２ｃで樹脂カバー４２に固定されることによって、次の利点も得られる。なお、第１バスバ３１を例に利点を説明する。即ち、第１バスバ３１は、一端３１ａが溶接され、他端３１ｂがボルト５１ａで筐体１２に固定される。電力変換器１０の製造工程においては、第１バスバ３１の一端３１ａが引き出し線４１ａに溶接された後に、第１バスバ３１の他端３１ｂがボルト５１ａによって筐体１２に固定される。第１バスバ３１はボルト５１ａで筐体１２に固定される際、わずかに動く。第１バスバ３１の一端３１ａは既に溶接にて固定されているため、他端３１ｂが動くと第１バスバ３１が変形し、内部応力が発生する。しかし、第１バスバ３１は、一端３１ａと他端３１ｂの間で舌部３１ｃにより樹脂カバー４２に固定されているため、内部応力は、他端３１ｂと舌部３１ｃの間で発生し、溶接されている一端３１ａに影響を及ぼさない。同様に、ボルト５１ａを締結するときの締結トルクの影響も、舌部３１ｃで遮断され、溶接されている一端３１ａに及ばない。舌部３２ｃで樹脂カバー４２に固定されている第２バスバ３２についても同様の利点が得られる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第１バスバ３１、第２バスバ３２は、細長金属板の途中から枝分かれする舌部３１ｃ、３２ｃを備えており、その舌部３１ｃ、３２ｃが、リアクトル４の樹脂カバー４２に設けられた差込口４３ａ、４３ｂに圧入されている。舌部３１ｃ、３２ｃは、圧入でなく、ボルトで樹脂カバー４２に固定されてもよい。あるいは、第１バスバ３１、第２バスバ３２は、舌部を備えず、バスバの途中が樹脂カバー４２に設けられたスリットに係止固定される態様であってもよい。

コイル４１の引き出し線４１ａと溶接される第１バスバ３１の一端３１ａ、及び、引き出し線４１ｂと溶接される第２バスバ３２の一端３２ａが、請求項の「溶接部」の一例に相当する。端子１３と共締めされる第１バスバ３１の他端３１ｂ、及び、中継バスバ１４と共締めされる第２バスバ３２の他端３２ｂが、請求項の接続部の一例に相当する。樹脂カバー４２の差込口４３ａに固定される第１バスバ３１の舌部３１ｃ、及び、差込口４３ｂに固定される第２バスバ３２の舌部３２ｃが、請求項の固定部の一例に相当する。

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：バッテリ
３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
５ａ、５ｂ：トランジスタ
６ａ、６ｂ：ダイオード
７：平滑化コンデンサ
８：双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（コンバータ）
９ａ、９ｂ：インバータ
１０：電力変換器
１２：筐体
１３：端子
１４：中継バスバ
３１：第１バスバ
３１ａ、３２ａ：一端
３１ｂ、３２ｂ：他端
３１ｃ、３２ｃ：舌部
３２：第２バスバ
４１：コイル
４１ａ、４１ｂ：引き出し線
４２：樹脂カバー
４２ａ：リブ
４３ａ、４３ｂ：差込口
５１ａ、５１ｂ、５２：ボルト
９０ａ、９０ｂ：走行用モータ

Claims (1)

1. 車両に搭載されており、リアクトルと他の電気部品がバスバで接続されている電力変換器であり、
   前記リアクトルは、コイルの少なくとも一部を覆う樹脂カバーを備えており、
   前記バスバは、前記コイルの引き出し線に溶接される溶接部と、前記電気部品に接続される接続部を備えているとともに、前記溶接部と前記接続部の間に、前記樹脂カバーに設けられた差込口に圧入される舌部が設けられている、電力変換器。

Images