【実施例】
【0011】
(実施例1)
上記電力変換装置に係る実施例について、
図1〜
図7を用いて説明する。
図1〜
図4に示すごとく、本例の電力変換装置1は、コンデンサ2と、該コンデンサ2を冷却する放熱部材3とを備える。コンデンサ2と放熱部材3とは、これらの配列方向(X方向)に加圧されている。コンデンサ2と放熱部材3とは、加圧部材4によって、X方向に加圧されている。
【0012】
図2、
図3に示すごとく、コンデンサ2は、コンデンサ素子21と、電極部22と、バスバー23とを有する。
図6に示すごとく、コンデンサ素子21は、誘電体210と、該誘電体210の表面に形成された金属層211とを備える。電極部22は、金属層211に接続している。また、
図2、
図3に示すごとく、バスバー23は、電極部22に接続している。
X方向において、放熱部材3とコンデンサ素子21との間に、バスバー23の一部が介在している。この介在する部分の上記放熱部材3側の主面S1は平坦になっている。
【0013】
本例の電力変換装置1は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。また、コンデンサ素子21は、フィルムコンデンサ素子である。
図6に示すごとく、コンデンサ素子21は、合成樹脂からなるフィルム(誘電体210)と、該フィルムの表面に形成した金属層211とを備える。このフィルムを巻回することにより、コンデンサ素子21を形成してある。金属層211には、一方の電極部22aに接続した第1金属層211aと、他方の電極部22b(
図2参照)に接続した第2金属層211bとがある。また、電極部22は、メタリコン電極である。
【0014】
図1に示すごとく、本例の電力変換装置1は、フィルタコンデンサ2aと平滑コンデンサ2bとの、2個のコンデンサ2を備える。
【0015】
図2、
図3に示すごとく、バスバー23は、電極部22に接続した接続部231と、該接続部231から延出する延出部232とを備える。この接続部231が、放熱部材3とコンデンサ素子21との間に介在している。延出部232は、後述する金属板14に接続している。バスバー23は、銅板等からなる。
【0016】
コンデンサ2は、耐湿部材24を備える。耐湿部材24は、コンデンサ素子21と電極部22とを覆うと共に、接続部231の一部を覆っている。接続部231の放熱部材3側の主面S1は、耐湿部材24から露出している。この主面S1を、放熱部材3に押し当てている。耐湿部材24は、エポキシ樹脂等の合成樹脂からなる。
【0017】
接続部231は、電極部22の主面S2を覆っている。耐湿部材24は、コンデンサ素子21の側面S3と、電極部22の側面S4とを覆うと共に、接続部231の側面S5の一部を覆っている。
【0018】
電極部22の主面S2は、接続部231から露出していない。すなわち、本例では、電極部22の主面S2を全て接続部231によって覆っている。電極部22はメタリコン電極によって形成されているため、微小な孔が存在しており、水分を通しやすい。また、コンデンサ素子21に水分が浸入すると、コンデンサ素子21の上記金属層211(
図6参照)が酸化して、静電容量が低下するおそれがある。そのため本例では、コンデンサ素子21の側面S3、及び電極部22の側面S4を耐湿部材24によって覆うと共に、電極部22の主面S2を接続部231によって覆っている。これにより、耐湿部材24と接続部231とを用いて、外部から電極部22、コンデンサ素子21に水分が浸入することを防止している。
【0019】
また、接続部231は放熱部材3に押し当てられている。そのため、接続部231は冷却板としての機能も有する。すなわち、本例の接続部231は、コンデンサ素子21を冷却するための冷却板としての機能と、外部から水分が浸入することを防止する防水板としての機能と、コンデンサ素子21と他の部品とを電気接続するための機能とを兼ね備えている。
【0020】
図2、
図3に示すごとく、コンデンサ2の2個の電極部22(22a,22b)は、コンデンサ素子21の、X方向における両端に形成されている。それぞれの電極部22(22a,22b)に、バスバー23の接続部231(231a,231b)が接続している。個々の接続部231(231a,231b)は、上記放熱部材3によって冷却される。
【0021】
一方、本例の放熱部材3は、冷媒11が流れる流路12が内部に形成された冷却管3aである。冷却管3aは金属製である。冷却管3aと接続部231との間には、これらを絶縁する絶縁部材6が介在している。絶縁部材6はセラミック製である。
【0022】
図1に示すごとく、本例の電力変換装置1は、コンデンサ2以外の電子部品5(5
S,5
L)を備える。電子部品5には、半導体モジュール5
Sとリアクトル5
Lとがある。コンデンサ2(2a,2b)とリアクトル5
Lと半導体モジュール5
Sとは、金属板14によって電気接続されている。これにより、昇圧回路100(
図7参照)及びインバータ回路101を構成している。
【0023】
本例では、電子部品5(5
S,5
L)と、コンデンサ2(2a,2b)と、冷却管3aとをX方向に積層して積層体10を形成してある。積層体10はケース13に収納されている。ケース13の第1壁部131と積層体10との間に、上記加圧部材4(板ばね)が配されている。この加圧部材4によって、積層体10をケース13の第2壁部132に向けて加圧している。これにより、コンデンサ2(2a,2b)と冷却管3aとの接触圧、及び電子部品5(5
S,5
L)と冷却管3aとの接触圧を確保すると共に、積層体10をケース10内に固定している。
【0024】
図1に示すごとく、X方向に隣り合う2つの冷却管3aは、一対の連結管17によって連結されている。連結管17は、パワー端子52(
図5参照)の突出方向(Z方向)とX方向との双方に直交する幅方向(Y方向)における、冷却管3aの両端部にそれぞれ設けられている。また、一部の冷却管3aには、冷媒11を導入するための導入管15と、冷媒11を導出するための導出管16とが接続している。導入管15から冷媒11を導入すると、冷媒11は連結管17を通って全ての冷却管3a内を流れ、導出管16から導出する。これにより、コンデンサ2(2a,2b)と電子部品5(5
S,5
L)とを冷却している。
【0025】
図5に示すごとく、半導体モジュール5
Sは、半導体素子50(
図7参照)を内蔵する本体部51と、該本体部51から突出したパワー端子52と、制御端子53とを備える。パワー端子52には、直流電圧が加わる正極端子52p及び負極端子52nと、交流負荷81(
図7参照)に接続される交流端子52cとがある。また、制御端子53は制御回路基板18に接続している。制御回路基板18によって上記半導体素子50のスイッチング動作を制御している。
【0026】
図7に示すごとく、本例では、フィルタコンデンサ2aと、リアクトル5
Lと、一部の半導体モジュール5
Sとによって、上記昇圧回路100を形成してある。また、他の半導体モジュール5
Sと平滑コンデンサ2bとによって、インバータ回路101を形成してある。本例では、昇圧回路100を用いて直流電源8の電圧を昇圧し、その後、インバータ回路101を用いて直流電力を交流電力に変換している。そして、得られた交流電力を用いて、三相交流モータ81を駆動している。これにより、上記車両を走行させている。フィルタコンデンサ2aは、直流電源8から供給される電流Iに含まれるノイズ電流を除去している。また、平滑コンデンサ2bは、昇圧回路100によって昇圧された直流電圧を平滑化している。
【0027】
本例の作用効果について説明する。本例では、
図2、
図3に示すごとく、X方向において、放熱部材3とコンデンサ素子21との間に、バスバー23の一部を介在させている。コンデンサ2と放熱部材3とは、X方向に加圧されている。
そのため、コンデンサ素子21の冷却効率をより高めることができる。すなわち、上記構成にすると、加圧力によって、バスバー23の一部を放熱部材3に押し付けることができる。そのため、放熱部材3によってバスバー23を効果的に冷却できる。上述したように、コンデンサ素子21は、誘電体210と、該誘電体210の表面に形成された金属層211とを備え、この金属層211が主に発熱する。金属層211は電極部22に接続し、該電極部22にバスバー23が接続しているため、バスバー23を冷却することにより、金属層211から発生した熱を、電極部22を介してバスバー23に伝えることができる。したがって、コンデンサ素子21の誘電体210が熱伝導の妨げになりにくく、コンデンサ素子21を効率的に冷却することが可能となる。
【0028】
また、本例では、バスバー23のうちコンデンサ素子21と放熱部材3との間に介在する部分(接続部231)は、放熱部材3側の主面S1が平坦になっている。
そのため、接続部231と放熱部材3との間に隙間が形成されにくくなり、接続部231を効率的に冷却することができる。したがって、コンデンサ素子21の冷却効率を高めることができる。また、接続部231に加わる加圧力を均等にすることができため、コンデンサ素子21に局所的に大きな加圧力が加わることを抑制できる。
【0029】
また、本例では、バスバー23の接続部231を、放熱部材3とコンデンサ素子21との間に介在させている。
そのため、コンデンサ2の冷却効率をより高めることができる。すなわち、
図8に示すごとく、バスバー23の延出部232を、放熱部材3aとコンデンサ素子21との間に介在させることも可能であるが、この場合、延出部232からコンデンサ素子21までの伝熱距離が長くなるため、コンデンサ素子21の冷却効率が若干低下するおそれが考えられる。これに対して、
図2、
図3に示すごとく、本例のように、バスバー23の接続部231を、放熱部材3とコンデンサ素子21との間に介在させれば、接続部231からコンデンサ素子21までの伝熱距離は短いため、コンデンサ素子21の冷却効率をより高めることができる。
【0030】
また、
図2、
図3に示すごとく、本例では、接続部231の放熱部材3側の主面S1が、耐湿部材24から露出している。そのため、放熱部材3と接続部231との間に耐湿部材24が介在しなくなり、接続部231効率良く冷却することができる。したがって、コンデンサ素子の冷却効率を高めることができる。また、放熱部材3と接続部231との間に耐湿部材24が介在しないと、コンデンサ2のX方向長さを短くすることができ、コンデンサ2を小型化することができる。
【0031】
また、本例では、耐湿部材24によって、コンデンサ素子21の側面S3、及び電極部22の側面S4を覆っている。そして、電極部22の主面S2を、接続部231によって覆っている。そのため、外部から電極部22及びコンデンサ素子21に侵入する水分を、耐湿部材24及び接続部231によって遮蔽することができる。したがって、水分が浸入してコンデンサ2の静電容量が低下することを抑制できる。また、上記構成を採用すると、電極部22の主面S2を耐湿部材24によって覆う必要がないため、耐湿部材24の使用量を低減することができる。そのため、コンデンサ2を小型化することができる。
【0032】
また、本例では、接続部231と電極部922との間に、これらを接着する、はんだ等の接着部材7が存在している。この接着部材7が、接続部231の主面S1を覆わないように構成してある。
すなわち、仮に、
図16に示すごとく、接着部材97が接続部9231の主面S1の一部を覆っていたとすると、絶縁部材96と接続部9231との間に隙間Gが形成され、接続部9231を冷却しにくくなる。これに対して、本例のように、接着部材7が接続部231の主面S1を覆わなければ、接続部231と絶縁部材6とを密着させることができ、接続部231を効果的に冷却することができる。そのため、コンデンサ素子21の冷却効率を高めることができる。
【0033】
また、
図1に示すごとく、本例では、電子部品5(5
S,5
L)と、コンデンサ2と、冷却管3aとをX方向に積層して積層体10を形成している。コンデンサ2は電子部品5に電気接続されている。
そのため、コンデンサ素子21の冷却効率をより高めることができる。すなわち、上記構成にすれば、電子部品5からコンデンサ素子21へ、空間を介して伝わる熱を、冷却管3aによって遮蔽することができる。また、電子部品5からコンデンサ素子21へ、金属板14を介して伝わる熱は、冷却管3aによって冷却することができる。そのため、電子部品5からコンデンサ素子21へ熱が伝わることを効率的に抑制でき、コンデンサ素子21をより冷却しやすくなる。
【0034】
また、
図2、
図3に示すごとく、本例では、コンデンサ2の2個の接続部231(231a,231b)を、両方とも冷却管3aによって冷却している。そのため、コンデンサ素子21の冷却効率をさらに高めることができる。
【0035】
また、
図2に示すごとく、本例では、接続部231を延出部232よりも厚く形成してある。
そのため、接続部231の側面S5のうち電極部22から遠い部位から、延出部232を延出させつつ、上記側面S5のうち電極部22に近い部位を、耐湿部材24によって被覆することができる。したがって、接続部231の側面S5から水分が侵入することを、耐湿部材24によって効果的に防止できる。
【0036】
本発明によれば、コンデンサ素子の冷却効率をより高めることができる電力変換装置を提供することができる。
【0037】
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
【0038】
(
参考例1)
本例は、コンデンサ2の構造を変更した例である。
図8に示すごとく、本例では、コンデンサ2の2つのバスバー23a,23bのうち一方のバスバー23aの延出部232aを、耐湿部材24に隣り合う位置に配置してある。そして、この延出部232aを、X方向において、放熱部材3(冷却器3a)とコンデンサ素子21との間に介在させている。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0039】
(実施例
2)
本例は、耐湿部材24の構造を変更した例である。
図9に示すごとく、本例の耐湿部材24は、耐湿フィルム240を巻回することにより形成されている。耐湿フィルム240は、コンデンサ素子21の側面S3と、電極部22の側面S4と、接続部231の側面S5の一部とを被覆している。
【0040】
本例の作用効果について説明する。耐湿フィルム240を巻回して耐湿部材24を形成する場合は、樹脂の成型体を用いる場合と比べて、耐湿部材24を薄くしやすい。そのため、コンデンサ2をより小型化することができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0041】
(実施例
3)
本例は、耐湿部材24の構造を変更した例である。
図10に示すごとく、本例では、耐湿部材24によって、コンデンサ素子21の側面S3と、電極部22の側面S4と、接続部231の側面S5とを被覆すると共に、延出部232の一部を封止してある。本例の耐湿部材24は、合成樹脂の成型体により形成されている。
【0042】
本例の作用効果について説明する。本例では、耐湿部材24によって延出部232を封止しているため、延出部232を他の部材から絶縁することができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0043】
(実施例
4)
本例は、冷却管3aの数を変更した例である。
図11に示すごとく、本例のフィルタコンデンサ2aは、金属製のケース13と、冷却管3aとの間に設けられている。フィルタコンデンサ2aの一方の接続部231a(
図2参照)は、ケース13によって冷却されている。また、他方の接続部231bは、冷却管3aによって冷却されている。このように、本例では、ケース13を、放熱部材3として利用している。
【0044】
また、平滑コンデンサ2bは、冷却管3aとヒートシンク3cとの間に介在している。平滑コンデンサ2bの一方の接続部231a(
図2参照)は、冷却管3aによって冷却されている。また、他方の接続部231bは、ヒートシンク3cによって冷却されている。ヒートシンク3cには、加圧部材4の加圧力が加わる。ヒートシンク3cは、加圧部材4の加圧力を均一化し、平滑コンデンサ2bに加圧力が局所的に加わることを抑制している。これにより、平滑コンデンサ2bが加圧力によって凹むことを防止している。このように、上記ヒートシンク3cは、平滑コンデンサ2bを冷却する放熱部材3としての機能と、加圧部材の加圧力を均一にする機能との、2つの機能を兼ね備えている。
【0045】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、冷却管3aの本数を低減することができる。そのため、電力変換装置1の製造コストを低減できる。また、電力変換装置1のX方向長さを短くすることができ、電力変換装置1を小型化することができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0046】
(実施例
5)
本例は、絶縁部材6の形状を変更した例である。
図12に示すごとく、本例の絶縁部材6には、コンデンサ2側から冷却管3a側に凹む凹部60が形成されている。この凹部60に、バスバー23の接続部231が嵌合している。
【0047】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、バスバー23と冷却管3aとの間の沿面距離を長くすることができる。そのため、バスバー23と冷却管3aとの間を絶縁しやすい。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0048】
(実施例
6)
本例は、加圧部材4の構造を変更した例である。
図13に示すごとく、本例では、積層体10をX方向に圧縮し、冷却管3aをX方向に弾性変形させた状態で、積層体10をケース13に収納している。積層体10は、ケース13の壁部131,132に挟まれている。そして、冷却管3aの弾性復帰力によって、コンデンサ2と冷却管3aとをX方向に加圧するよう構成してある。
このようにすると、専用の加圧部材4を設ける必要がないので、電力変換装置1のX方向長さを短くすることができる。そのため、電力変換装置1を小型化することができる。また、部品点数を低減できるため、電力変換装置1の製造コストを低減できる。
【0049】
また、本例では、実施例1と同様に、コンデンサ2(2a,2b)と冷却管3aとの間、及び電子部品5(5
S,5
L)と冷却管3aとの間に絶縁部材6が介在している。絶縁部材6は弾性材料からなる。電力変換装置1を使用するとコンデンサ2や電子部品5が発熱し、これらコンデンサ2、電子部品5が熱膨張する。本例では、コンデンサ2、及び電子部品5が熱膨張してX方向に力が発生した場合、この力を、絶縁部材6によって吸収している。
【0050】
すなわち、実施例1のように、専用の加圧部材4(板ばね)を設けている場合は、コンデンサ2等の熱膨張によって発生したX方向への力を、加圧部材4によって充分吸収できるが、本例のように専用の加圧部材4を設けず、冷却管3aが加圧部材4を兼ねている場合は、冷却管3aのみでは上記力を充分吸収できないおそれがある。そのため本例では、絶縁部材6によって上記力を吸収している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0051】
(実施例
7)
本例は、放熱部材3の構造を変更した例である。
図14に示すごとく、本例では、加圧部材4aを用いて、コンデンサ2を、金属製のケース13の壁部139に押し当てている。壁部139は、複数の放熱用突部138を備えたヒートシンク3cになっている。本例では、壁部139を、放熱部材3として利用している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
【0052】
(
参考例2)
本例は、耐湿部材24の構造を変更した例である。
図15に示すごとく、本例では、耐湿部材24によって、接続部231を全て覆っている。そして、コンデンサ2と冷却管3aとの間に絶縁部材6(
図2参照)を設けていない。
【0053】
本例の作用効果について説明する。上記構造にすると、耐湿部材24によって接続部231と冷却管3aとの間を絶縁でき、絶縁部材6が不要となる。そのため、部品点数を低減でき、電力変換装置1の製造コストを低減できる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。