JP2018121406A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンデンサの冷却に好適な電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device suitable for cooling a capacitor.
電圧形インバータ(以下、「インバータ」と称する)は、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置であり、広く、交流モータの可変速駆動用途に使われている。また、インバータは、環境意識の高まりを背景に市場規模を拡大するハイブリッド電気自動車や電気自動車の中核部品のひとつでもある。 A voltage source inverter (hereinafter referred to as an “inverter”) is a power conversion device that converts a DC voltage into an AC voltage, and is widely used for variable-speed drive applications of AC motors. Inverters are also one of the core components of hybrid electric vehicles and electric vehicles that expand the market scale against the backdrop of growing environmental awareness.
インバータにおいては、モータに流れる三相電流を検出し、この検出値が電流指令に追従するように、マイクロプロセッサなどにより所定の制御演算が行われ、その結果に応答して、インバータを構成するスイッチング素子がオンオフ制御される。そして、モータは、通電電流に応じてトルクを発生する。 In the inverter, a three-phase current flowing in the motor is detected, and a predetermined control calculation is performed by a microprocessor or the like so that the detected value follows the current command, and in response to the result, switching that configures the inverter The element is on / off controlled. The motor generates torque according to the energization current.
その際、スイッチング素子のオンオフに伴う高周波ノイズが、インバータの交流出力および直流入力に重畳される。この高周波ノイズは、電波となってラジオなどに悪影響を与えるため、インバータにおいては、ノイズを低減するフィルタ回路が用いられる。 At that time, high-frequency noise accompanying on / off of the switching element is superimposed on the AC output and DC input of the inverter. Since this high frequency noise becomes a radio wave and adversely affects a radio or the like, a filter circuit for reducing the noise is used in the inverter.
フィルタ回路は、バッテリーからインバータへの給電経路に設けられるが、給電のための導体には、電力損失によって発熱が生じる。このため、コンデンサなどのフィルタ部品が導体から受熱し、フィルタ部品の温度が許容値を超えてしまう恐れがある。 The filter circuit is provided in the power supply path from the battery to the inverter, but heat is generated in the power supply conductor due to power loss. For this reason, a filter component such as a capacitor receives heat from the conductor, and the temperature of the filter component may exceed an allowable value.
これに対し、例えば、特許文献1に記載の技術が知られている。本技術においては、コンデンサとスイッチング素子とを電気的に接続する接続導体に、導体からなる伝熱体が締結される。この伝熱体は、電気的絶縁材を介して、コンデンサおよびスイッチング素子が載置される冷却器に接する。これにより、接続導体の熱が伝熱体を介して冷却器へ放熱されるので、コンデンサの受熱が軽減される。
On the other hand, for example, a technique described in
上記従来技術では、接続導体に伝熱体を締結するため、部品点数が増える。また、接続導体と伝熱体の接続面および伝熱体と冷却器の接続面という二か所の熱抵抗を小さくする必要があり、コンデンサの受熱を十分防止できるような放熱量を得ることが難しい。 In the above prior art, the number of components increases because the heat transfer body is fastened to the connection conductor. In addition, it is necessary to reduce the thermal resistance at the two locations of the connection surface between the connection conductor and the heat transfer body and the connection surface between the heat transfer body and the cooler. difficult.
そこで、本発明は、比較的簡単な構成で確実にコンデンサの受熱を防止できる電力変換装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a power conversion device that can reliably prevent heat reception of a capacitor with a relatively simple configuration.
上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、インバータと、インバータに電力を給電する接続導体と、コンデンサ回路を含み接続導体に実装されるフィルタ回路と、を備えるものであって、第1のコンデンサが電気的に接続され、コンデンサ回路の配線部となる導体部と、コンデンサが載置される冷却器と、を備え、接続導体と、導体部と、冷却器とは、互いに重なるように配置され、接続導体は、導体部と電気的に接続され、導体部は、冷却器の延在部に熱的に接触する。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to the present invention includes an inverter, a connection conductor that supplies power to the inverter, and a filter circuit that includes a capacitor circuit and is mounted on the connection conductor. The first capacitor is electrically connected, and includes a conductor portion serving as a wiring portion of the capacitor circuit, and a cooler on which the capacitor is placed. The connection conductor, the conductor portion, and the cooler overlap each other. The connection conductor is electrically connected to the conductor portion, and the conductor portion is in thermal contact with the extending portion of the cooler.
本発明によれば、接続導体と導体部6と冷却器9が互いに重なるように配置され、導体部が冷却器の延在部に熱的に接触するので、比較的簡単な構成で確実にコンデンサの受熱を防止できる。 According to the present invention, the connecting conductor, the conductor portion 6 and the cooler 9 are arranged so as to overlap each other, and the conductor portion is in thermal contact with the extending portion of the cooler. Can be prevented from receiving heat.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same constituent elements or constituent elements having similar functions.
図1は、本発明の一実施形態であるモータ駆動システムの回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
モータ駆動システムは、図1に示すバッテリー1と、EMCフィルタ2(EMC:Electric Magnetic Compatibility)およびインバータ3からなる電力変換装置と、交流モータ4とによって構成される。なお、電力変換装置は、図示を省略した電流検出器、電圧検出器、回転角検出器および制御回路を備える。
The motor drive system includes a
インバータ3においては、上アームのトランジスタTu+,Tv+,Tw+の各コレクタ端子がバッテリー1の正極への接続導体に接続され、下アームのトランジスタTu−,Tv−,Tw−の各エミッタ端子がバッテリー1の負極への接続導体に接続される。そして、トランジスタTu+,Tv+,Tw+の各エミッタ端子は、それぞれ、対になるトランジスタTu−,Tv−,Tw−の各コレクタ端子に接続されるとともに、その各接続点は交流モータ4の各相(U相、V相、W相)に接続される。
In the
なお、本実施形態では、半導体スイッチング素子であるトランジスタとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が適用されるが、MOSFETなどの他の半導体スイッチング素子が適用されても良い。また、交流モータ4としては、例えば、永久磁石同期モータが適用される。 In this embodiment, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is applied as a transistor that is a semiconductor switching element, but other semiconductor switching elements such as MOSFETs may be applied. Moreover, as the AC motor 4, for example, a permanent magnet synchronous motor is applied.
トランジスタTu+,Tv+,Tw+,Tu−,Tv−,Tw−の各コレクタ端子には、それぞれ、ダイオードDu+,Dv+,Dw+,Du−,Dv−,Dw−の各カソード端子が接続され、トランジスタTu+,Tv+,Tw+,Tu−,Tv−,Tw−の各エミッタ端子には、それぞれ、ダイオードDu+,Dv+,Dw+,Du−,Dv−,Dw−の各アノード端子が接続される。すなわち、トランジスタTu+,Tv+,Tw+,Tu−,Tv−,Tw−には、それぞれ、ダイオードDu+,Dv+,Dw+,Du−,Dv−,Dw−が逆並列に接続され、これらダイオードは環流ダイオードとして動作する。 The collector terminals of the transistors Tu +, Tv +, Tw +, Tu−, Tv−, and Tw− are connected to the cathode terminals of the diodes Du +, Dv +, Dw +, Du−, Dv−, and Dw−, respectively. The anode terminals of the diodes Du +, Dv +, Dw +, Du−, Dv−, and Dw− are connected to the emitter terminals of Tv +, Tw +, Tu−, Tv−, and Tw−, respectively. That is, diodes Du +, Dv +, Dw +, Du−, Dv−, and Dw− are connected in reverse parallel to the transistors Tu +, Tv +, Tw +, Tu−, Tv−, and Tw−, respectively. Operate.
また、インバータ3においては、トランジスタTu+,Tv+,Tw+,Tu−,Tv−,Tw−のスイッチングに伴うリプル電流を吸収する平滑コンデンサCsの一端がバッテリー1の正極への接続導体に接続され、平滑コンデンサCsの他端がバッテリー1の負極への接続導体に接続される。
Further, in the
EMCフィルタ2は、平滑コンデンサCsでは実質的に吸収されない中短波(0.1〜30MHz)の周波数成分を含むノーマルモードノイズを低減するためのXコンデンサ(Cx1,Cx2)、交流モータ4の巻線から寄生容量を介してケースグラウンドに流れるコモンモードノイズを吸収するYコンデンサ(Cy1−1,Cy1−2,Cy2−1,Cy2−2)、コモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークCMCによって構成され、バッテリー1の直流電力をインバータ3に給電する、バッテリー1・インバータ3間の接続導体に実装される。このようなEMCフィルタ2により、ラジオなどの周辺電子機器に対する中短波ノイズの影響を軽減できる。
The
図1に示すように、バッテリー側のYコンデンサを構成するコンデンサCy1−1およびCy1−2は直列に接続され、その直列接続点6c1がケースグラウンドへ接続される。Yコンデンサの一端8c1、すなわちコンデンサCy1−1において直列接続点と対をなす端子は、バッテリー1の正極への接続導体5a1に接続される。また、Yコンデンサの他端8d1、すなわちコンデンサCy1−2において直列接続点と対をなす端子は、バッテリー1の負極への接続導体5b1に接続される。
As shown in FIG. 1, capacitors Cy1-1 and Cy1-2 constituting the Y capacitor on the battery side are connected in series, and the series connection point 6c1 is connected to the case ground. One terminal 8c1 of the Y capacitor, that is, the terminal paired with the series connection point in the capacitor Cy1-1 is connected to the connection conductor 5a1 to the positive electrode of the
また、インバータ側のYコンデンサを構成するコンデンサCy2−1およびCy2−2は直列に接続され、その直列接続点6c2がケースグラウンドへ接続される。Yコンデンサの一端8c2、すなわちコンデンサCy2−1において直列接続点と対をなす端子は、バッテリー1の正極への接続導体5a2に接続される。また、Yコンデンサの他端8d2、すなわちコンデンサCy2−2において直列接続点と対をなす端子は、バッテリー1の負極への接続導体5b2に接続される。
The capacitors Cy2-1 and Cy2-2 constituting the Y capacitor on the inverter side are connected in series, and the series connection point 6c2 is connected to the case ground. One terminal 8c2 of the Y capacitor, that is, the terminal paired with the series connection point in the capacitor Cy2-1 is connected to the connection conductor 5a2 to the positive electrode of the
バッテリー側のXコンデンサを構成するコンデンサCx1の端子8a1および8b1は、それぞれ接続導体5a1および5b1に接続される。また、インバータ側のXコンデンサを構成するコンデンサCx2の端子8a2および8b2は、それぞれ接続導体5a2および5b2に接続される。 Terminals 8a1 and 8b1 of the capacitor Cx1 constituting the X capacitor on the battery side are connected to the connection conductors 5a1 and 5b1, respectively. The terminals 8a2 and 8b2 of the capacitor Cx2 constituting the X capacitor on the inverter side are connected to the connection conductors 5a2 and 5b2, respectively.
コモンモードチョークCMCは、バッテリー側のコンデンサ群(Cx1,Cy1−1,Cy1−2)とインバータ側のコンデンサ群(Cx2,Cy2−1,Cy2−2)の間に接続されている。なお、本実施形態では、コモンモードチョークCMCとして、ドーナツ形状をしたチョークコア(磁性材)に接続導体を貫通させる構成が用いられる。本構成は、大電流(例えば、100A以上)を扱うインバータ3の場合に好ましい。この場合、図1における接続導体5a1および5a2は、例えば一本のケーブルあるいはバスバーのように、一体の配線導体で構成される。接続導体5b1および5b2も同様に一体の配線導体で構成される。
The common mode choke CMC is connected between the battery side capacitor group (Cx1, Cy1-1, Cy1-2) and the inverter side capacitor group (Cx2, Cy2-1, Cy2-2). In the present embodiment, the common mode choke CMC has a configuration in which a connection conductor is passed through a doughnut-shaped choke core (magnetic material). This configuration is preferable for the
なお、モータ駆動システムの実装状態において、コモンモードチョークCMCは、バッテリー側のYコンデンサとインバータ側のYコンデンサとの間、バッテリー側のXコンデンサとインバータ側のXコンデンサとの間、バッテリー側のYコンデンサとインバータ側のXコンデンサとの間、バッテリー側のXコンデンサとインバータ側のYコンデンサとの間のいずれに位置しても良い。 When the motor drive system is mounted, the common mode choke CMC is connected between the Y capacitor on the battery side and the Y capacitor on the inverter side, between the X capacitor on the battery side and the X capacitor on the inverter side, and on the Y side on the battery side. It may be positioned between the capacitor and the X capacitor on the inverter side, or between the X capacitor on the battery side and the Y capacitor on the inverter side.
ここで、インバータ・バッテリー間の接続導体には、バッテリーからインバータへの供給電流が流れるため、導体の抵抗分により電力損失が発生する。このため、接続導体の温度が上昇し、接続導体に接続されるコンデンサに熱が伝わり、コンデンサの温度上昇を引き起こす。そこで、本実施形態においては、次に説明するように、コンデンサ群(XコンデンサおよびYコンデンサ)を含むコンデンサ冷却装置が構成される。 Here, since a current supplied from the battery to the inverter flows through the connection conductor between the inverter and the battery, power loss occurs due to the resistance of the conductor. For this reason, the temperature of the connection conductor rises, heat is transmitted to the capacitor connected to the connection conductor, and the temperature of the capacitor is increased. Therefore, in this embodiment, a capacitor cooling device including a capacitor group (X capacitor and Y capacitor) is configured as described below.
図2は、コンデンサ冷却装置の回路構成を示す。また、図3は、コンデンサ冷却装置の実装鳥瞰組図を示す。さらに、図4は、コンデンサ冷却装置の正面図およびXコンデンサ(Cxn)側から見た側面図を示す。なお、各部に付記される符号中の「n」は、n=1ならばバッテリー側であることを表し、n=2ならばインバータ側であることを表す(図1参照)。 FIG. 2 shows a circuit configuration of the condenser cooling device. FIG. 3 shows a mounting bird's-eye view of the condenser cooling device. Further, FIG. 4 shows a front view of the condenser cooling device and a side view seen from the X condenser (Cxn) side. In addition, “n” in the reference numerals appended to each part indicates that the battery side if n = 1, and the inverter side if n = 2 (see FIG. 1).
図2に示すように、コンデンサ冷却装置は、一つのコンデンサ群(Cxn,Cyn−1,Cyn−2:n=1,2)を含む。このコンデンサ群は、EMCフィルタ2(図1)における一つのコンデンサ回路を構成する。したがって、本実施形態のモータ駆動システムは、バッテリー側およびインバータ側にそれぞれコンデンサ冷却装置を備えている。 As shown in FIG. 2, the condenser cooling device includes one condenser group (Cxn, Cyn-1, Cyn-2: n = 1, 2). This capacitor group constitutes one capacitor circuit in the EMC filter 2 (FIG. 1). Therefore, the motor drive system of this embodiment includes a condenser cooling device on each of the battery side and the inverter side.
図3および図4に示すように、コンデンサ冷却装置においては、その下方から、冷却器9、コンデンサ群(Cxn,Cyn−1,Cyn−2)、第2の導体部6、第1の導体部5が、この順に積み重ねられるように、すなわち互いに重なるように配置される。 As shown in FIGS. 3 and 4, in the condenser cooling device, from below, the cooler 9, the condenser group (Cxn, Cyn−1, Cyn−2), the second conductor part 6, and the first conductor part. 5 are arranged to be stacked in this order, that is, to overlap each other.
冷却器9の平面上に、コンデンサ群が載置される。各コンデンサは、その一面に一対の端子を有し、端子を有する面を上にして、冷却器9の平面部9cn上に載置される。冷却器9においては、平面部9cnにおいてコンデンサ群が載置される面に対して垂直に延在する延在部9anを備える。なお、平面部9cn上において、Xコンデンサ(Cxn)とYコンデンサ(Cyn−1,Cyn−2)は、延在部9anを挟むように配置される。すなわち、延在部9anは、XコンデンサとYコンデンサの間に位置し、延在部9anとXコンデンサおよびYコンデンサは、平面部9cn上において互いに隣接する。冷却器の平面部9cnには冷媒を流すための貫通穴が設けられている。また、平面部9cnにおいてコンデンサ群が載置される面には、コンデンサCyn−1およびCyn−2の直列接続点をケースグラウンドに接続するために、第2の導体部6における接続端子6hnに対向する位置に、円柱ボス9bnが設けられる。 A capacitor group is placed on the plane of the cooler 9. Each capacitor has a pair of terminals on one surface, and is placed on the flat portion 9cn of the cooler 9 with the surface having the terminals facing up. The cooler 9 includes an extending portion 9an extending perpendicularly to the surface on which the capacitor group is placed in the flat surface portion 9cn. On the plane portion 9cn, the X capacitor (Cxn) and the Y capacitor (Cyn-1, Cyn-2) are arranged so as to sandwich the extending portion 9an. That is, the extending portion 9an is located between the X capacitor and the Y capacitor, and the extending portion 9an, the X capacitor, and the Y capacitor are adjacent to each other on the plane portion 9cn. A through hole for allowing the coolant to flow is provided in the flat portion 9cn of the cooler. In addition, on the surface on which the capacitor group is placed in the plane portion 9cn, it faces the connection terminal 6hn in the second conductor portion 6 in order to connect the series connection point of the capacitors Cyn-1 and Cyn-2 to the case ground. A cylindrical boss 9bn is provided at a position to be used.
なお、冷却器9の延在部9an、円柱ボス9bnおよび平面部9cnは、良熱伝導性および良電気伝導性を有する部材(例えば金属体)によって構成される。また、延在部9an、円柱ボス9bnおよび平面部9cnは一体に構成されても良いし、別体を接続することにより構成されても良い。 The extending portion 9an, the cylindrical boss 9bn, and the planar portion 9cn of the cooler 9 are configured by members (for example, metal bodies) having good thermal conductivity and good electrical conductivity. Further, the extending portion 9an, the cylindrical boss 9bn, and the flat surface portion 9cn may be configured integrally or may be configured by connecting separate members.
図3に示すように、第2の導体部6において、絶縁樹脂板7の表面には、各コンデンサの端子間を接続して図2に示すコンデンサ回路を構成するために、導体パターン6an,6bn,6cnが設けられる。すなわち、第2の導体部6は、コンデンサ回路の配線部となり、導体パターンは配線となる。ここで、コンデンサ回路とは、図2に示すように、コンデンサCyn−1およびCyn−2の直列接続であるYコンデンサとXコンデンサすなわちコンデンサCxnとの並列回路である。各導体パターンには、各コンデンサから突出するリード線状の端子8an,8bn,8cn,8dn,8enおよび8fnがそれぞれ電気的に接続される丸ランドが設けられる。なお、本実施形態においては、コンデンサの端子と丸ランドが半田接続されることによって、両者が確実に低抵抗で電気的に接続される。
As shown in FIG. 3, in the second conductor portion 6, conductor patterns 6 an and 6 bn are formed on the surface of the insulating
なお、導体パターンは、熱伝導性グリスや熱伝導性接着材などを介して、絶縁樹脂板7の表面に貼り付けられて、固定あるいは位置決めされている。これにより、両者の接触面における微小な凹凸による実効接触面積の低下が防止され、実効的な放熱面積の低下が防止できる。また、絶縁樹脂板7は、熱伝導性を有する樹脂からなることが好ましい。
The conductor pattern is fixed or positioned by being affixed to the surface of the insulating
第2の導体部6は、コンデンサ群の端子面を覆うように、コンデンサ群上に載置される。ここで、絶縁樹脂板7における導体パターンが設けられる表面の裏面がコンデンサ群の端子面に対向する。コンデンサ群上において、各丸ランド部は、コンデンサの各端子に対向する位置に位置する。そして、ランド部の中央部における孔部にコンデンサの端子が貫通して、コンデンサの端子における、導体パターンが設けられる絶縁樹脂板7の表面に突出する部分と、丸ランド部が半田接続される。
The second conductor portion 6 is placed on the capacitor group so as to cover the terminal surface of the capacitor group. Here, the back surface of the surface on which the conductive pattern is provided in the insulating
第2の導体部6の導体パターンにおいて、コンデンサCyn−1の端子8enとコンデンサCyn−2の端子8fnを電気的に接続して両コンデンサを直列接続するための導体パターン6cnは、その両端の丸ランド間の中央部から絶縁樹脂板7の縁部まで延び、さらに、絶縁樹脂板7の縁部で屈曲して、絶縁樹脂板7外において、冷却器9の円柱ボス9bnに向って延びている。絶縁樹脂板7外において導体パターン6cnから延びる部分は、ケースグラウンドへの接続端子6hnとなる。接続端子6hnの端部は円柱ボス9bnにネジ止めされる。これにより、コンデンサCyn−1とコンデンサCyn−2の直列接続点が、ケースグラウンドに電気的に接続される。
In the conductor pattern of the second conductor portion 6, the conductor pattern 6cn for electrically connecting the terminal 8en of the capacitor Cyn-1 and the terminal 8fn of the capacitor Cyn-2 and connecting the two capacitors in series is provided with rounded ends. It extends from the central part between the lands to the edge of the insulating
また、第2の導体部6の導体パターンにおいて、コンデンサCxnの端子8anとコンデンサCyn−1の端子8cnとを電気的に接続する導体パターン6anには、その両端の丸ランド間の中央部に、第1の導体部5の接続導体5anとの電気的接続を取るためにばね電極6enが立設される。また、コンデンサCxnの端子8bnとコンデンサCyn−2の端子8dnとを電気的に接続する導体パターン6bnには、その両端の丸ランド間の中央部に、第1の導体部5の接続導体5bnとの電気的接続を取るためにばね電極6dnが立設される。第1の導体部5の接続導体5an,5bnは、第2の導体部6上に載置されることにより、それぞれ、ばね電極6en,6dnと接触して、第2の導体部6の導体パターンと電気的に接続される。 Further, in the conductor pattern of the second conductor portion 6, the conductor pattern 6an that electrically connects the terminal 8an of the capacitor Cxn and the terminal 8cn of the capacitor Cyn-1 has a central portion between the round lands at both ends thereof. In order to establish electrical connection with the connection conductor 5an of the first conductor portion 5, the spring electrode 6en is erected. Further, the conductor pattern 6bn that electrically connects the terminal 8bn of the capacitor Cxn and the terminal 8dn of the capacitor Cyn-2 has a connection conductor 5bn of the first conductor portion 5 at the center between the round lands on both ends thereof. The spring electrode 6dn is erected to establish an electrical connection. The connection conductors 5an and 5bn of the first conductor part 5 are placed on the second conductor part 6 so as to come into contact with the spring electrodes 6en and 6dn, respectively. And electrically connected.
なお、ばね電極6en,6dnは、コの字状の導体部材から構成され、上下辺部の一方(図3では下辺部6gn,6fn)が、それぞれ導体パターン6an,6bnに、はんだ接合より固定されることにより、電気的に接続される。また、ばね電極6en,6dnは、上下辺部の他方(図3では上辺部)が、それぞれ第1の導体部5の接続導体5an,5bnと低抵抗で電気的に接触する。ばね電極6en,6dnの上下辺部の一方は、絶縁樹脂板7の表面とも接触する。
The spring electrodes 6en and 6dn are made of a U-shaped conductor member, and one of the upper and lower sides (the lower sides 6gn and 6fn in FIG. 3) is fixed to the conductor patterns 6an and 6bn by soldering, respectively. So that they are electrically connected. The spring electrodes 6en and 6dn are in electrical contact with the other of the upper and lower sides (the upper side in FIG. 3) with the connection conductors 5an and 5bn of the first conductor 5, respectively, with low resistance. One of the upper and lower sides of the spring electrodes 6en and 6dn is also in contact with the surface of the insulating
第1の導体部5における接続導体5an,5bnは、細長い平板状のバスバー電極によって構成され、実装状態において、図示しない他の回路部に固定されたり、ブラケット(絶縁性)に固定されたりするなど、公知の固定手段によってンデンサ冷却装置における位置が固定されている。この固定された位置において、接続導体5an,5bnの平面部は、それぞれ、ばね電極6dn,6enの上辺部の平面を、許容応力内となる荷重にて押圧する。接続導体5an,5bnの押圧力およびばね電極の弾性力により、ばね電極6en,6dnに対する接続導体5an,5bnの位置が固定されるとともに、ばね電極6en,6dnが、それぞれ接続導体5an,5bnと低抵抗で電気的に接触する。 The connection conductors 5an and 5bn in the first conductor portion 5 are constituted by long and thin plate-like bus bar electrodes, and are fixed to other circuit portions (not shown) or fixed to a bracket (insulating) in the mounted state. The position of the condenser cooling device is fixed by a known fixing means. At the fixed position, the plane portions of the connection conductors 5an and 5bn press the planes of the upper sides of the spring electrodes 6dn and 6en with a load that is within the allowable stress, respectively. The positions of the connection conductors 5an and 5bn with respect to the spring electrodes 6en and 6dn are fixed by the pressing force of the connection conductors 5an and 5bn and the elastic force of the spring electrodes, and the spring electrodes 6en and 6dn are low with the connection conductors 5an and 5bn, respectively. Electrical contact with resistance.
ばね電極6en,6dnの電極の直下において、絶縁樹脂板7における導体パターンが設けられる表面の裏面が冷却器9の延在部9anの上面すなわち先端部表面と熱的に接触する。すなわち、接続導体5an,5bnに接続されるばね電極6en,6dnと冷却器9の延在部9anは、絶縁樹脂板7によって、電気的に絶縁されているが、ある程度の熱抵抗を介するものの熱的に接続されている。これにより、第1の導体部5すなわち接続導体5an,5bnが発生する熱が、ばね電極6en,6dnを介して、冷却器9の延在部9anに放熱される。さらに、本実施形態では、冷却器9の延在部9an、およびEMCフィルタ回路におけるコンデンサ回路を構成するための第2の導体部6によって接続導体の熱を放熱できるので、放熱のために特別な部品を用いなくても良い。従って、本実施形態によれば、比較的簡単な構成で確実にコンデンサの受熱を防止できる。
Immediately below the electrodes of the spring electrodes 6en and 6dn, the back surface of the surface of the insulating
本実施形態では、冷却器9と第2の導体部6との接触面上には、ばね電極を備える導体パターンが位置しているので、それら導体パターンにおけるばね電極に隣接する部分が、冷却器9と第2の導体部6との接触面の直上に位置する。さらに、ばね電極の上下辺部の他方が冷却器9と第2の導体部6との接触面の直上に位置する。これらにより、接続導体5a,5bから冷却器9の延在部9anへの実効的な放熱面積を増やすことができる。従って、接続導体5a,5bから冷却器9の延在部9anへの放熱の効率を向上することができる。
In this embodiment, since the conductor pattern provided with the spring electrode is located on the contact surface between the cooler 9 and the second conductor portion 6, the portion adjacent to the spring electrode in the conductor pattern is the cooler. 9 and the second conductor portion 6 are located immediately above the contact surface. Further, the other of the upper and lower sides of the spring electrode is located immediately above the contact surface between the cooler 9 and the second conductor 6. By these, the effective thermal radiation area from the
また、本実施形態においては、接続導体5an,5bnからばね電極6en,6dnを通って冷却器9の延在部9anに到る領域の熱抵抗は、接続導体5an,5bnからばね電極6en,6dnおよび導体パターン6an,6bnを通ってコンデンサの端子8an,8bn,8cn,8dnに到る領域の熱抵抗よりも小さい。従って、接続導体5an,5bnをばね電極6en,6dnを介して導体パターン6an,6bnに接続しても、接続導体5an,5bnからコンデンサの端子8an,8bn,8cn,8dnに伝わる熱量が低減されるとともに、接続導体5an,5bnの熱が効率良く冷却器9の延在部9anへ放熱される。 In the present embodiment, the thermal resistance in the region from the connection conductors 5an, 5bn through the spring electrodes 6en, 6dn to the extending portion 9an of the cooler 9 is as follows. In addition, the thermal resistance of the region reaching the capacitor terminals 8an, 8bn, 8cn, and 8dn through the conductor patterns 6an and 6bn is smaller. Therefore, even if the connection conductors 5an and 5bn are connected to the conductor patterns 6an and 6bn via the spring electrodes 6en and 6dn, the amount of heat transmitted from the connection conductors 5an and 5bn to the terminals 8an, 8bn, 8cn and 8dn of the capacitor is reduced. At the same time, the heat of the connection conductors 5an and 5bn is efficiently radiated to the extending portion 9an of the cooler 9.
ここで、コンデンサ群(Cxn,Cyn−1,Cyn−2)に流れるノイズ電流は、接続導体5an,5bnに流れる電流よりも小さく、例えば、最大でも数アンペア未満である。このため、第2の導体部6における導体パターンの断面積は、接続導体5an,5bnの断面積よりも小さくすることができる。このため、導体パターンを介して各コンデンサの端子に伝導される熱量が抑制される。また、ばね電極6en,6dnとコンデンサ端子8an,8bnとの間における導体パターン6an,6bnの幅、断面積は、ばね電極6en,6dnの幅、断面積よりも小さく、ばね電極6en,6dnとコンデンサ端子8an,8bnとの間における導体パターン6an,6bnの長さは、ばね電極6en,6dnの高さ(上下辺部間の長さ)よりも大きい。従って、接続導体5an,5bnからばね電極6en,6dnおよび導体パターン6an,6bnを通ってコンデンサの端子8an,8bn,8cn,8dnに到る領域の熱抵抗を増大できる。このため、接続導体5an,5bnをばね電極6en,6dnを介して導体パターン6an,6bnに接続しても、接続導体5an,5bnからコンデンサの端子8an,8bn,8cn,8dnに伝わる熱量が低減できる。 Here, the noise current flowing through the capacitor group (Cxn, Cyn-1, Cyn-2) is smaller than the current flowing through the connection conductors 5an, 5bn, and is, for example, less than several amperes at the maximum. For this reason, the cross-sectional area of the conductor pattern in the 2nd conductor part 6 can be made smaller than the cross-sectional area of connection conductor 5an, 5bn. For this reason, the amount of heat conducted to the terminals of each capacitor via the conductor pattern is suppressed. The width and cross-sectional area of the conductor patterns 6an and 6bn between the spring electrodes 6en and 6dn and the capacitor terminals 8an and 8bn are smaller than the width and cross-sectional area of the spring electrodes 6en and 6dn, and the spring electrodes 6en and 6dn and the capacitor The length of the conductor patterns 6an and 6bn between the terminals 8an and 8bn is larger than the height of the spring electrodes 6en and 6dn (the length between the upper and lower sides). Accordingly, it is possible to increase the thermal resistance in the region from the connection conductors 5an, 5bn through the spring electrodes 6en, 6dn and the conductor patterns 6an, 6bn to the capacitor terminals 8an, 8bn, 8cn, 8dn. For this reason, even if the connection conductors 5an and 5bn are connected to the conductor patterns 6an and 6bn via the spring electrodes 6en and 6dn, the amount of heat transferred from the connection conductors 5an and 5bn to the terminals 8an, 8bn, 8cn and 8dn of the capacitor can be reduced. .
また、本実施形態では、冷却器9の延在部9anと第2の導体部6とは、熱伝導性グリスを介して接触する。これにより、両者の接触面における微小な凹凸による実効接触面積の低下が防止され、実効的な放熱面積の低下が防止できる。 Moreover, in this embodiment, the extension part 9an of the cooler 9 and the 2nd conductor part 6 contact via heat conductive grease. As a result, a decrease in effective contact area due to minute unevenness on both contact surfaces is prevented, and a decrease in effective heat dissipation area can be prevented.
なお、ばね電極の形状は、コの字状に限らず、接続導体と接触する平面部、および放熱および絶縁樹脂板7上に固定するための平面部を有していれば、他の形状でも良い。
The shape of the spring electrode is not limited to the U-shape, and any other shape can be used as long as it has a flat portion that contacts the connecting conductor and a flat portion for heat dissipation and fixing on the insulating
なお、図示していないが、冷却器9内を流れる冷媒は、接続導体から吸収する熱を熱交換器に運び、熱交換により冷媒は冷却されて再び冷却器9へ戻る。これにより、接続導体5an,5bnから冷却器9の延在部9anへの放熱の効率が向上することができる。 Although not shown, the refrigerant flowing in the cooler 9 carries heat absorbed from the connection conductor to the heat exchanger, and the refrigerant is cooled by heat exchange and returns to the cooler 9 again. Thereby, the efficiency of heat radiation from the connection conductors 5an and 5bn to the extending portion 9an of the cooler 9 can be improved.
上述のように、本実施形態によれば、比較的簡単な構成で確実にコンデンサの受熱を防止できる冷却構造を備えた電力変換装置を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a power conversion device including a cooling structure that can reliably prevent heat reception of a capacitor with a relatively simple configuration.
なお、本実施形態においては、冷却器9、コンデンサ群(Cxn,Cyn−1,Cyn−2)、第2の導体部6、第1の導体部5が積み重ねられるように配置されることにより、第2の導体部6と接続導体5an,5bnが隣接して配置される。このため、第2の導体部6を介して、接続導体5an,5bnとコンデンサが電気的に接続されるが、接続導体5an,5bnとコンデンサ間の配線長の増加が抑制されるので、接続導体5an,5bnとコンデンサ間のインダクタンスの増加が抑制される。従って、EMCフィルタ2としての機能を確保できる。
In the present embodiment, the cooler 9, the capacitor group (Cxn, Cyn-1, Cyn-2), the second conductor portion 6, and the first conductor portion 5 are arranged to be stacked, The second conductor portion 6 and the connection conductors 5an and 5bn are disposed adjacent to each other. For this reason, the connection conductors 5an and 5bn and the capacitor are electrically connected via the second conductor portion 6, but an increase in the wiring length between the connection conductors 5an and 5bn and the capacitor is suppressed. An increase in inductance between 5an and 5bn and the capacitor is suppressed. Therefore, the function as the
図5a〜cは、第1の導体部における接続導体5a,5bと第2の導体部との接続構造の変形例を示す。比較のために、本実施形態における、ばね電極6en,6dnによる接続構造を図5dに示す。なお、図5a〜cにおいて、符号「6’en」および「6’dn」を付した部材は、本実施形態(図3,4)における、ばね電極6en,6dnに代わる部材である。
5a to 5c show a modification of the connection structure between the
図5aの接続構造においては、絶縁樹脂板7の表面に設けられる導体パターン(図5aでは図示せず)に、ボス電極(6’en,6’dn)が立設され、ボス電極のリード部が接続導体5an,5bnに設けられる孔に挿通される。そして、ボス電極のリード部と接続導体5an,5bnとが、はんだ接合あるいは溶接接合によって互いに接合される。
In the connection structure of FIG. 5a, boss electrodes (6′en, 6′dn) are erected on a conductor pattern (not shown in FIG. 5a) provided on the surface of the insulating
図5bの接続構造においては、絶縁樹脂板7の表面に設けられる導体パターン(図5bでは図示せず)に、セルファスナ11(self-clinching fastener)が埋め込まれたボス電極(6’en,6’dn)が立設される。そして、接続導体5an,5bnに設けられる孔に挿通されるネジ10(ビス、ボルトなど)を通し、ネジ10とセルファスナ11によって、接続導体5an,5bnがネジ止めされる。
In the connection structure of FIG. 5b, a boss electrode (6′en, 6 ′) in which a self-clinching fastener is embedded in a conductor pattern (not shown in FIG. 5b) provided on the surface of the insulating
図5cの接続構造においては、絶縁樹脂板7の表面に設けられる導体パターン(図5cでは図示せず)に、ボス電極(6’en,6’dn)が立設される。接続導体5an,5bnは、加圧接触によって、ボス電極(6’en,6’dn)と接合される。
In the connection structure of FIG. 5c, boss electrodes (6'en, 6'dn) are erected on a conductor pattern (not shown in FIG. 5c) provided on the surface of the insulating
これら変形例によっても、接続導体5an,5bnにおいて発生する熱が、冷却器9の延在部9anに放熱されるので、コンデンサの受熱を防止することができる。 Also according to these modified examples, heat generated in the connection conductors 5an and 5bn is radiated to the extending portion 9an of the cooler 9, so that heat reception of the capacitor can be prevented.
ここで、比較例をあげて、本実施形態との相違を説明する。 Here, a difference from the present embodiment will be described with reference to a comparative example.
まず、第一の比較例として、接続導体の断面積を増大し、接続導体の抵抗成分を低減して、接続導体の発生損失を低減するとともに、接続導体の表面積の増大により放熱面積を大きくするという手段がある。 First, as a first comparative example, the cross-sectional area of the connection conductor is increased, the resistance component of the connection conductor is reduced, the generation loss of the connection conductor is reduced, and the heat radiation area is increased by increasing the surface area of the connection conductor. There is a means.
ここで、インバータ動作時の接続導体の温度は、接続導体を装置ケースに支持するための樹脂部材の最高温度許容値などを考慮して、適切な値に設定できる。しかし、接続導体の断面積を増大する場合、さらにインバータシステムを収容するケースの外形寸法やインバータシステムの重量の増加とのトレードオフを考慮して、温度設定を行う必要がある。本発明者の検討によると、このような温度設定に基づけば、接続導体の温度は130℃程度に設定される。他方、EMCフィルタを構成するためのコンデンサとしては、その周波数特性を考慮するとフィルムコンデンサが好ましい。フィルムコンデンサの許容される素子温度(端子温度)は、汎用品で105℃程度以下である。従って、第一の比較例では、接続導体にコンデンサの端子を接続することは難しい。 Here, the temperature of the connection conductor during the inverter operation can be set to an appropriate value in consideration of the maximum temperature allowable value of the resin member for supporting the connection conductor on the device case. However, when the cross-sectional area of the connection conductor is increased, it is necessary to set the temperature in consideration of a trade-off between the outer dimensions of the case that accommodates the inverter system and the increase in the weight of the inverter system. According to the study by the present inventor, the temperature of the connection conductor is set to about 130 ° C. based on such temperature setting. On the other hand, as a capacitor for constituting the EMC filter, a film capacitor is preferable in view of its frequency characteristics. The allowable element temperature (terminal temperature) of the film capacitor is a general-purpose product and is about 105 ° C. or less. Therefore, in the first comparative example, it is difficult to connect the capacitor terminal to the connection conductor.
次に、第二の比較例として、接続導体とコンデンサ端子間を、長い導体で接続して、放熱面積を大きくする手段がある。しかし、長い導体によりもたらされる寄生インダクタンスがコンデンサのフィルタ効果を著しく低減してしまうため、第二の比較例の適用は難しい。 Next, as a second comparative example, there is means for increasing the heat radiation area by connecting the connection conductor and the capacitor terminal with a long conductor. However, since the parasitic inductance provided by the long conductor significantly reduces the filter effect of the capacitor, it is difficult to apply the second comparative example.
上述のように、本実施形態によれば、接続導体5an,5bnと第2の導体部6と冷却器9が互いに重なるように配置され、第2の導体部6が冷却器9の延在部9anに熱的に接触するので、特別な部品や部材を用いることなく、接続導体5an,5bnから冷却器9への放熱性を向上することができる。従って、比較的簡単な構成で確実にコンデンサの受熱を防止できる。また、本実施形態によれば、冷却器9の延在部9anとXコンデンサおよびYコンデンサが互いに隣接しているので、接続導体5an,5bnと導体パターンおよびX,Yコンデンサの相互の配線長が低減される。従って、コンデンサ回路における配線インダクタンスを増大することなく、接続導体5an,5bnから冷却器9への放熱性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, the connection conductors 5an and 5bn, the second conductor portion 6, and the cooler 9 are arranged so as to overlap each other, and the second conductor portion 6 is an extension portion of the cooler 9. Since it is in thermal contact with 9an, the heat dissipation from the connection conductors 5an and 5bn to the cooler 9 can be improved without using any special parts or members. Therefore, it is possible to reliably prevent the capacitor from receiving heat with a relatively simple configuration. In addition, according to the present embodiment, since the extending portion 9an of the cooler 9 and the X capacitor and the Y capacitor are adjacent to each other, the connection conductors 5an and 5bn, the conductor pattern, and the mutual wiring length of the X and Y capacitors are reduced. Reduced. Therefore, heat dissipation from the connection conductors 5an and 5bn to the cooler 9 can be improved without increasing the wiring inductance in the capacitor circuit.
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、コンデンサ冷却装置は、XコンデンサおよびYコンデンサのどちらか一方のみを冷却するものでもよい。 For example, the condenser cooling device may cool only one of the X condenser and the Y condenser.
また、コンデンサと冷却器の延在部の配置は、上記実施形態に限らず、他の配置でもよい。 Further, the arrangement of the extending portions of the condenser and the cooler is not limited to the above embodiment, and other arrangements may be used.
また、上記実施形態は、自動車用インバータの他、産業用や家電用のインバータにも適用できる。なお、駆動対象負荷としては、モータ以外の交流負荷でも良い。 Moreover, the said embodiment is applicable also to inverters for industry and household appliances besides the inverter for motor vehicles. Note that the drive target load may be an AC load other than the motor.
1 バッテリー
2 EMCフィルタ
3 インバータ
4 交流モータ
5 第1の導体部
6 第2の導体部
5a1,5a2,5an,5b1,5b2,5bn 接続導体
6en,6dn ばね電極
6gn,6fn ばね電極の下辺部
6an,6bn,6cn 導体パターン
6hn 接続端子
7 絶縁樹脂板
8a1,8a2,8an,8b1,8b2,8bn,8c1,8c2,8cn,8d1,8d2,8dn,8en,8fn コンデンサの端子
9 冷却器
9an 延在部
9bn 円柱ボス
9cn 平面部
10 ネジ
11 セルファスナ
Cs 平滑コンデンサ
Cy1−1,Cy1−2,Cy1−n,Cy2−1,Cy2−2,Cy2−n,Cx1,Cx2,Cxn コンデンサ
CMC コモンモードチョーク
Du+,Dv+,Dw+,Du−,Dv−,Dw− ダイオード
Tu+,Tv+,Tw+,Tu−,Tv−,Tw− トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記インバータに電力を給電する接続導体と、
コンデンサ回路を含み、前記接続導体に実装されるフィルタ回路と、
を備える電力変換装置において、
第1のコンデンサが電気的に接続され、前記コンデンサ回路の配線部となる導体部と、
前記第1のコンデンサが載置される冷却器と、
を備え、
前記接続導体と、前記導体部と、前記冷却器とは、互いに重なるように配置され、
前記接続導体は、前記導体部と電気的に接続され、
前記導体部は、前記冷却器の延在部に熱的に接触することを特徴とする電力変換装置。 An inverter;
A connection conductor for supplying power to the inverter;
A filter circuit including a capacitor circuit and mounted on the connection conductor;
In a power converter comprising:
A conductor part to which a first capacitor is electrically connected and which serves as a wiring part of the capacitor circuit;
A cooler on which the first capacitor is mounted;
With
The connection conductor, the conductor portion, and the cooler are arranged to overlap each other,
The connection conductor is electrically connected to the conductor portion;
The power converter according to claim 1, wherein the conductor portion is in thermal contact with an extension portion of the cooler.
前記第1のコンデンサは、前記冷却器の前記延在部に隣接することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The power converter according to claim 1, wherein the first capacitor is adjacent to the extending portion of the cooler.
さらに、前記導体部に電気的に接続され、前記第1のコンデンサとともに、前記コンデンサ回路を構成する第2のコンデンサを備え、
前記冷却器の前記延在部は、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサの間に位置し、
前記延在部と、前記第1のコンデンサと、前記第2のコンデンサとは、互いに隣接することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
And a second capacitor that is electrically connected to the conductor portion and forms the capacitor circuit together with the first capacitor,
The extension of the cooler is located between the first capacitor and the second capacitor;
The extension part, the first capacitor, and the second capacitor are adjacent to each other.
前記導体部は、
絶縁板と、
前記絶縁板の表面に設けられ、前記接続導体および前記第1のコンデンサが電気的に接続される導体パターンと、
を有し、
前記絶縁板の前記表面の裏面が、前記冷却器の前記延在部に接触することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The conductor portion is
An insulating plate;
A conductor pattern provided on the surface of the insulating plate and electrically connected to the connection conductor and the first capacitor;
Have
The back surface of the front surface of the insulating plate is in contact with the extended portion of the cooler.
前記絶縁板の前記裏面と、前記冷却器の前記延在部との間、もしくは前記絶縁板と、前記導体パターンとの間に、熱伝導性グリスが介在することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4,
Thermally conductive grease is interposed between the back surface of the insulating plate and the extending portion of the cooler, or between the insulating plate and the conductor pattern.
前記接続導体と前記導体部は、加圧接触、溶接、半田接合およびばね電極の内のいずれかによって、電気的に接続されることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The power converter according to claim 1, wherein the connection conductor and the conductor portion are electrically connected by any one of pressure contact, welding, solder joint, and a spring electrode.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020088888A (en) * | 2018-11-15 | 2020-06-04 | 株式会社日立製作所 | Voltage filter and power conversion device |
WO2022176447A1 (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-25 | 株式会社デンソー | Electric device |
JP2022549664A (en) * | 2020-03-31 | 2022-11-28 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | EMC filter component, semiconductor component and/or DC link EMC system with DC link with improved attenuation |
JP7319945B2 (en) | 2020-04-17 | 2023-08-02 | 日立Astemo株式会社 | power converter |
-
2017
- 2017-01-24 JP JP2017010213A patent/JP2018121406A/en active Pending
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