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JP2015126674A - Electric power conversion system - Google Patents

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JP2015126674A
JP2015126674A JP2013271560A JP2013271560A JP2015126674A JP 2015126674 A JP2015126674 A JP 2015126674A JP 2013271560 A JP2013271560 A JP 2013271560A JP 2013271560 A JP2013271560 A JP 2013271560A JP 2015126674 A JP2015126674 A JP 2015126674A
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Japan
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capacitor
housing
power
power conversion
capacitor case
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Pending
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JP2013271560A
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Japanese (ja)
Inventor
健太郎 広瀬
Kentaro Hirose
健太郎 広瀬
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure which enables a heat conduction rate to be improved between a capacitor case for storing capacitor elements and a housing of an electric power conversion system and makes the high heat conduction rate less likely to be deteriorated even under a high vibration environment in the electric power conversion system including the capacitor elements connected in parallel with a voltage converter circuit.SOLUTION: An electric power conversion system 2 disclosed by the specification includes: capacitor elements 13a, 13b connected in parallel with a voltage converter circuit; a capacitor case 12 which stores the capacitor elements; and a metal housing 3 which stores the capacitor case and a lamination unit 40 forming the voltage converter circuit. The capacitor case 12 is bonded to a storage part provided at the housing 3 by a heat radiation adhesive 15 and is fixed to the bottom side of the housing 3 at the opening side by bolts 16a to 16c.

Description

本発明は、電圧コンバータ回路やインバータ回路を含む電力変換装置に関する。特に、電動車両の走行用モータに電力を供給する電力変換装置に関する。本明細書における電動車両には、走行用のモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車あるいは燃料電池車、及び、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含む。   The present invention relates to a power converter including a voltage converter circuit and an inverter circuit. In particular, the present invention relates to a power converter that supplies power to a traveling motor of an electric vehicle. The electric vehicle in this specification includes an electric vehicle or a fuel cell vehicle that includes a motor for traveling but does not include an engine, and a hybrid vehicle that includes both a motor and an engine for traveling.

電力変換装置は様々な場所で使われている。近年、ハイブリッド車が普及してきているが、ハイブリッド車(ハイブリッド車を含む電動車両)もバッテリの直流電力を走行用モータ駆動用の交流電力に変換する電力変換装置を搭載している。典型的な電力変換装置は、パワートランジスタと呼ばれる半導体素子のスイッチング動作によって電力を変換する。半導体素子のスイッチング動作による電流の脈動を抑制するため、あるいは、電圧コンバータ回路の一部品として、電力変換装置はコンデンサ素子を備えることが多い。走行用モータに電力を供給する電力変換装置は扱う電力が大きいので、半導体素子もコンデンサ素子も発熱量が多くなる。特に、大容量のコンデンサ素子は、サイズも大きくなる。他方、車載装置には小型化も求められる。即ち、電子部品のサイズが大きいと、電力変換装置の筐体内におけるレイアウトにも工夫が必要である。   Power converters are used in various places. In recent years, hybrid vehicles have become widespread, but hybrid vehicles (electric vehicles including hybrid vehicles) are also equipped with a power conversion device that converts DC power of a battery into AC power for driving a driving motor. A typical power converter converts power by switching operation of a semiconductor element called a power transistor. In order to suppress current pulsation due to switching operation of a semiconductor element, or as a component of a voltage converter circuit, a power conversion device often includes a capacitor element. Since the power converter that supplies power to the motor for traveling uses a large amount of power, both the semiconductor element and the capacitor element generate a large amount of heat. In particular, a large-capacity capacitor element also increases in size. On the other hand, downsizing is also required for in-vehicle devices. That is, when the size of the electronic component is large, it is necessary to devise the layout in the casing of the power conversion device.

そのような車載の電力変換装置の一例が特許文献1、2に開示されている。それらの文献に開示された電力変換装置では、コンデンサ素子は、専用のケース(コンデンサケース)に収容され、そのコンデンサケースが電力変換装置の筐体にボルト締結される。コンデンサケースは、筐体開口(上面)にてボルト締結される。なお、コンデンサケース内面とコンデンサ素子との間には、樹脂製の封止部材が充填される。また、特許文献2の電力変換装置は、筐体の内部空間が、半導体素子と冷却器を収容する冷却器収容空間とコンデンサ素子を収容するコンデンサ収容空間に分かれている。   An example of such an in-vehicle power converter is disclosed in Patent Documents 1 and 2. In the power converters disclosed in these documents, the capacitor element is housed in a dedicated case (capacitor case), and the capacitor case is bolted to the casing of the power converter. The capacitor case is bolted at the housing opening (upper surface). A resin sealing member is filled between the inner surface of the capacitor case and the capacitor element. Further, in the power conversion device of Patent Document 2, the internal space of the housing is divided into a cooler housing space for housing a semiconductor element and a cooler and a capacitor housing space for housing a capacitor element.

特開2013−9581号公報JP2013-9581A 特開2012−217322号公報JP 2012-217322 A

コンデンサケースを筐体に単にボルト締結しただけでは、コンデンサケースと筐体の間に微視的な隙間が生じ、高い熱伝達特性が得られない。コンデンサケースと筐体の間に、熱伝導率の高い封止材を充填して熱伝達特性を高めることが考えられるが、車載器には継続的に振動が加わるため、封止材が剥がれる虞がある。   If the capacitor case is simply bolted to the housing, a microscopic gap is generated between the capacitor case and the housing, and high heat transfer characteristics cannot be obtained. It is conceivable to increase the heat transfer characteristics by filling a sealing material with high thermal conductivity between the capacitor case and the housing. However, since the vibration is continuously applied to the vehicle-mounted device, the sealing material may be peeled off. There is.

本明細書は、電圧コンバータ回路に並列に接続されるコンデンサ素子を備える電力変換装置に関する。本明細書が開示する電力変換装置は、コンデンサ素子を収容するコンデンサケースと電力変換装置の筐体との間の熱伝導率(熱伝達率)を向上させるとともに、その高い熱伝導率が持続的な振動環境下でも低下し難い構造を提供する。   The present specification relates to a power conversion device including a capacitor element connected in parallel to a voltage converter circuit. The power converter disclosed in the present specification improves the thermal conductivity (heat transfer coefficient) between the capacitor case that houses the capacitor element and the casing of the power converter, and the high thermal conductivity is sustained. Provides a structure that does not easily deteriorate even in a severe vibration environment.

本明細書が開示する電力変換装置では、電圧コンバータ回路に並列に接続されるコンデンサ素子が専用のケース(コンデンサケース)に収容されており、そのコンデンサケースが電力変換装置の筐体にボルト締結されている。なお、電圧コンバータ回路を構成する半導体素子(コンデンサ素子と電気的に接続される素子)も筐体に収容される。半導体素子は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を構成するスイッチング素子(トランジスタ)であり、典型的には、樹脂でモールドされる。電力変換装置はコンデンサ素子を収容するとともに、半導体素子を樹脂でモールドした複数のパワーカードと複数の冷却プレートを交互に積層した積層ユニットを収容する。   In the power converter disclosed in this specification, a capacitor element connected in parallel to the voltage converter circuit is housed in a dedicated case (capacitor case), and the capacitor case is bolted to the casing of the power converter. ing. A semiconductor element (an element electrically connected to the capacitor element) constituting the voltage converter circuit is also accommodated in the housing. The semiconductor element is a switching element (transistor) that constitutes a voltage converter circuit and an inverter circuit, and is typically molded with resin. The power conversion apparatus accommodates a capacitor element and a laminated unit in which a plurality of power cards in which semiconductor elements are molded with resin and a plurality of cooling plates are alternately laminated.

本明細書が開示する電力変換装置では、さらに、コンデンサケースは、筐体に設けられた収容部に放熱接着剤によって接着されているとともに、筐体の底側(下部)と開口側(上部)でボルトにて固定されている。コンデンサケースと筐体の隙間を単なる充填剤ではなく放熱接着剤を充填することで、コンデンサケースと筐体の間に高い熱伝導率を実現するとともに、それらを強固に固定する。なお、放熱接着剤とは、熱伝導接着剤とも呼ばれ、高い熱伝導率を有する材料で作られた接着剤である。例えば、シリコン、あるいは、熱伝導性エポシキなどを主材料とした接着剤が、これらに相当する。また、熱伝導率を高くするため、金属フィラー(小さい金属片)を混入することもある。   In the power conversion device disclosed in the present specification, the capacitor case is further bonded to a housing portion provided in the casing by a heat radiation adhesive, and the bottom side (lower part) and the opening side (upper part) of the casing. It is fixed with bolts. By filling the gap between the capacitor case and the housing with a heat radiation adhesive instead of a mere filler, high thermal conductivity is achieved between the capacitor case and the housing, and they are firmly fixed. The heat radiation adhesive is also called a heat conductive adhesive, and is an adhesive made of a material having high thermal conductivity. For example, an adhesive mainly composed of silicon or thermally conductive epoxy corresponds to these. In order to increase the thermal conductivity, a metal filler (small metal piece) may be mixed.

さらに、上記の電力変換装置は、コンデンサケースを、放熱接着剤で固定するだけでなく、筐体の底側(下部)と開口側(コンデンサケースを挿入する筐体開口側であり、別言すれば筐体の上部)でボルトにて固定する。なお、筐体は有底筒状であるため、「底側」は、「筐体の下部」と換言することができ、「開口側」は「筐体の上部」(底側とは反対側)と換言することができる。上記の電力変換装置はコンデンサケースをその上下にてボルト固定するので、高い耐振動性を有する。特許文献1、2に開示された電力変換装置ではコンデンサケースは筐体上部のみでボルト締結されているため、コンデンサケースは片持ち支持となり、締結箇所から最も遠いコンデンサケースの下部が振動し易くなる。これに対して本明細書が開示する電力変換装置では、コンデンサケースはその上下でボルト締結されるため、両持ち支持と等価となるので振動し難い。コンデンサケースが振動し難いので、コンデンサケースと筐体の間に充填された放熱接着剤が剥離し難くなる。即ち、本明細書が開示する電力変換装置は、コンデンサケースと筐体の間に高い熱伝導率が実現されるとともに、その高い熱伝導率が継続的に振動を受ける環境下でも低下し難い。   Further, the above power conversion device not only fixes the capacitor case with a heat-dissipating adhesive, but also includes the bottom side (lower part) and the opening side (the case opening side into which the capacitor case is inserted). Fasten with bolts at the top of the housing. Since the casing is cylindrical with a bottom, “bottom side” can be rephrased as “lower part of the casing”, and “opening side” is “upper part of the casing” (the opposite side from the bottom side) ). The above power converter has high vibration resistance because the capacitor case is bolted at the top and bottom thereof. In the power converters disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the capacitor case is bolted only at the upper part of the housing, the capacitor case is cantilevered, and the lower part of the capacitor case farthest from the fastening point easily vibrates. . On the other hand, in the power conversion device disclosed in this specification, the capacitor case is fastened with bolts at the upper and lower sides thereof, so that it is equivalent to a double-sided support and is difficult to vibrate. Since the capacitor case is difficult to vibrate, the heat-dissipating adhesive filled between the capacitor case and the housing is difficult to peel off. In other words, the power conversion device disclosed in the present specification achieves high thermal conductivity between the capacitor case and the housing, and the high thermal conductivity is unlikely to decrease even in an environment in which continuous vibrations are received.

本明細書が開示する技術は、電圧コンバータ回路に並列に接続されるコンデンサ素子を備える電力変換装置に関し、コンデンサ素子を収容するコンデンサケースと電力変換装置の筐体との間の熱伝導率を向上させるとともに、その高い熱伝導率が継続的振動の環境下でも低下し難い構造を提供する。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。   The technology disclosed in this specification relates to a power conversion device including a capacitor element connected in parallel to a voltage converter circuit, and improves thermal conductivity between a capacitor case that houses the capacitor element and a casing of the power conversion device. In addition, it provides a structure whose high thermal conductivity is not easily lowered even in an environment of continuous vibration. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換装置を含むハイブリッド車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the hybrid vehicle containing the power converter device of an Example. 電力変換装置の上面図である。It is a top view of a power converter. 図2のIII−III線における断面図である。It is sectional drawing in the III-III line of FIG. 図2のIV−IV線における断面図である。It is sectional drawing in the IV-IV line of FIG.

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、ハイブリッド車に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換し、走行用モータに供給するデバイスである。まず、電力変換装置を含むハイブリッド車の電力系を説明する。   A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device according to the embodiment is a device that is mounted on a hybrid vehicle, converts DC power of a battery into AC power, and supplies the AC power to a traveling motor. First, a power system of a hybrid vehicle including a power conversion device will be described.

図1にハイブリッド車30の電力系のブロック図を示す。メインバッテリ31がシステムメインリレー32を介して電力変換装置2に接続されている。電力変換装置2は、メインバッテリ31の電力を昇圧する電圧コンバータ回路33と、昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路35を備えている。インバータ回路35の出力が電力変換装置2の出力に相当し、モータ37に供給される。モータ37の出力トルクとエンジン36の出力トルクは動力分配機構38で合成あるいは分配されて車軸39に伝達される。   FIG. 1 shows a block diagram of a power system of the hybrid vehicle 30. A main battery 31 is connected to the power conversion device 2 via a system main relay 32. The power converter 2 includes a voltage converter circuit 33 that boosts the power of the main battery 31 and an inverter circuit 35 that converts the boosted DC power into AC power. The output of the inverter circuit 35 corresponds to the output of the power conversion device 2 and is supplied to the motor 37. The output torque of the motor 37 and the output torque of the engine 36 are combined or distributed by the power distribution mechanism 38 and transmitted to the axle 39.

電力変換装置2の回路構成を概説する。電圧コンバータ回路33は、2個のパワートランジスタ21a、22aの直列回路と、一端がその直列回路の中点に接続しており、他端は電圧コンバータ回路33の入力端に接続しているリアクトル6と、電圧コンバータ回路33の入力端に並列に接続されているフィルタコンデンサ5aで構成されている。インバータ回路35は、2個のパワートランジスタ21b、22bの直列回路が3セット並列に接続されている回路構成を有する。なお、図1ではいくつかのパワートランジスタへの符号は省略している。3セットの直列回路の中点からUVW相の交流が出力される。各パワートランジスタ21a、21b、22a、22bには、ダイオードが逆並列に接続されている。電圧コンバータ回路33に含まれるパワートランジスタとインバータ回路に含まれるパワートランジスタはコントローラ基板34からPWM信号を受けて作動する。電圧コンバータ回路33とインバータ回路35の構造は良く知られているので詳しい説明は省略する。   The circuit configuration of the power converter 2 will be outlined. The voltage converter circuit 33 includes a series circuit of two power transistors 21 a and 22 a and a reactor 6 in which one end is connected to the midpoint of the series circuit and the other end is connected to the input terminal of the voltage converter circuit 33. And a filter capacitor 5a connected in parallel to the input terminal of the voltage converter circuit 33. The inverter circuit 35 has a circuit configuration in which three sets of series circuits of two power transistors 21b and 22b are connected in parallel. In FIG. 1, reference numerals for some power transistors are omitted. UVW-phase alternating current is output from the midpoint of the three sets of series circuits. A diode is connected in antiparallel to each power transistor 21a, 21b, 22a, 22b. The power transistor included in the voltage converter circuit 33 and the power transistor included in the inverter circuit operate by receiving a PWM signal from the controller board 34. Since the structures of the voltage converter circuit 33 and the inverter circuit 35 are well known, detailed description thereof will be omitted.

電圧コンバータ回路33の出力端、換言すれば、インバータ回路35の入力端に、平滑化コンデンサ5bが並列に接続されている。平滑化コンデンサ5bは、電圧コンバータ回路33の出力電流、換言すればインバータ回路35への入力電流に重畳する脈動成分を平滑化する。   The smoothing capacitor 5 b is connected in parallel to the output end of the voltage converter circuit 33, in other words, the input end of the inverter circuit 35. The smoothing capacitor 5 b smoothes the pulsating component superimposed on the output current of the voltage converter circuit 33, in other words, the input current to the inverter circuit 35.

電圧コンバータ回路33とインバータ回路35の各素子は、走行用モータ37に供給する大電流が流れるため発熱量が多い。発熱量の大きい素子の典型は、図1に示したパワートランジスタ21a、21b、22a、22b、フィルタコンデンサ5a、平滑化コンデンサ5b、リアクトル6である。   Each element of the voltage converter circuit 33 and the inverter circuit 35 generates a large amount of heat because a large current supplied to the traveling motor 37 flows. Typical elements that generate a large amount of heat are the power transistors 21a, 21b, 22a, 22b, the filter capacitor 5a, the smoothing capacitor 5b, and the reactor 6 shown in FIG.

電力変換装置2の筐体内部のハードウエアレイアウトを説明する。図2は、電力変換装置2の上面図である(カバーの図示は省略している)。また、図3は、図2のIII−III線における断面図である。図4は、図2のIV−IV線における断面図である。   The hardware layout inside the housing of the power conversion device 2 will be described. FIG. 2 is a top view of the power conversion device 2 (illustration of the cover is omitted). 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.

電力変換装置2の筐体3の内部は、3つの空間に区画されている。夫々、コンデンサ収容空間Sp1、冷却器収容空間Sp2、及び、基板収容空間Sp3である。基板収容空間Sp3については図3、図4を参照されたい。なお、筐体3は、アルミニウム製である。   The inside of the housing 3 of the power conversion device 2 is partitioned into three spaces. A capacitor housing space Sp1, a cooler housing space Sp2, and a board housing space Sp3, respectively. Refer to FIG. 3 and FIG. 4 for the substrate accommodation space Sp3. The housing 3 is made of aluminum.

冷却器収容空間Sp2には、積層ユニット40とリアクトルユニット46が収容される。積層ユニット40は、平板型の複数の冷却器42と平板型の複数のパワーカード20を交互に積層したデバイスである。積層ユニット40の積層方向の一端は筐体3の側壁内面に当接しており、他端は板バネ45で押さえ付けられている。板バネ45をはさんで積層ユニット40の反対側にリアクトルユニット46が配置されている。リアクトルユニット46は、図1の回路図におけるリアクトル6に対応する。なお、図4では、リアクトルユニット46を二点破線の矩形で簡略化して描いてある。   The stacked unit 40 and the reactor unit 46 are accommodated in the cooler accommodating space Sp2. The stacking unit 40 is a device in which a plurality of flat plate type coolers 42 and a plurality of flat plate type power cards 20 are alternately stacked. One end of the stacking unit 40 in the stacking direction is in contact with the inner surface of the side wall of the housing 3, and the other end is pressed by a leaf spring 45. A reactor unit 46 is disposed on the opposite side of the laminated unit 40 with the leaf spring 45 interposed therebetween. Reactor unit 46 corresponds to reactor 6 in the circuit diagram of FIG. In FIG. 4, the reactor unit 46 is drawn in a simplified manner with a two-dot dashed rectangle.

パワーカード20について説明する。各パワーカード20には2個のパワートランジスタが封止されている。なお、図3に、パワーカード20の断面が示されているので参照されたい。2個のパワートランジスタは、樹脂パッケージ23により封止されている。その2個のパワートランジスタは、上アームトランジスタ21と下アームトランジスタ22であり、それらは樹脂パッケージ23の内部で直列に接続されている。なお、図示を省略しているが、パワーカード20には、各パワートランジスタに逆並列に接続されるダイオードも封止されている。ダイオードは、図3においてパワートランジスタ21、22の後側に位置している。一つのパワーカード20が一つの直列回路に相当する。一つのパワーカード20におけるパワートランジスタ21、22の直列回路が、図1の例えば電圧コンバータ回路のパワートランジスタ21a、22aに相当する。あるいは、別の一つのパワーカード20におけるパワートランジスタ21、22の直列回路が、図1のインバータ回路のパワートランジスタ21b、22bに相当する。   The power card 20 will be described. Each power card 20 is sealed with two power transistors. In addition, since the cross section of the power card | curd 20 is shown by FIG. 3, please refer. The two power transistors are sealed with a resin package 23. The two power transistors are an upper arm transistor 21 and a lower arm transistor 22, which are connected in series inside the resin package 23. Although not shown, the power card 20 is also sealed with a diode connected in antiparallel to each power transistor. The diode is located behind the power transistors 21 and 22 in FIG. One power card 20 corresponds to one series circuit. A series circuit of power transistors 21 and 22 in one power card 20 corresponds to, for example, the power transistors 21a and 22a of the voltage converter circuit in FIG. Alternatively, a series circuit of power transistors 21 and 22 in another power card 20 corresponds to the power transistors 21b and 22b of the inverter circuit of FIG.

図3に示されているように、樹脂パッケージ23の上端から3個の端子20a、20b、及び、20cが伸びている。端子20aは、パワートランジスタの直列回路の高電位側端子に相当し、端子20bは、その低電位側端子に相当する。また、端子20cは、直列回路の中点に相当する。端子20a、20b、及び、20cには夫々バスバが接続されるが、図2ではバスバの図示を省略している。図3では、端子20a、20bとコンデンサ素子13bを接続するバスバ8a、8bは描かれているが、端子20cに接続されるバスバは図示を省略している。それらのバスバについては後に説明する。コンデンサ素子13bは、図1の回路図における平滑化コンデンサ5bに相当する。コンデンサ素子13aは、図1の回路図におけるフィルタコンデンサ5aに相当する。   As shown in FIG. 3, three terminals 20 a, 20 b, and 20 c extend from the upper end of the resin package 23. The terminal 20a corresponds to the high potential side terminal of the series circuit of the power transistors, and the terminal 20b corresponds to the low potential side terminal. The terminal 20c corresponds to the midpoint of the series circuit. A bus bar is connected to each of the terminals 20a, 20b, and 20c, but the bus bar is not shown in FIG. In FIG. 3, the bus bars 8a and 8b connecting the terminals 20a and 20b and the capacitor element 13b are shown, but the bus bar connected to the terminal 20c is not shown. These bus bars will be described later. The capacitor element 13b corresponds to the smoothing capacitor 5b in the circuit diagram of FIG. The capacitor element 13a corresponds to the filter capacitor 5a in the circuit diagram of FIG.

また、樹脂パッケージ23の下端からは、各パワートランジスタ21、22のゲートに通じるゲート端子21d、22dが伸びている。ゲート端子21d、22dは、冷却器収容空間Sp2から基板収容空間Sp3へと伸びており、基板収容空間Sp3に格納されているコントローラ基板34に接続している。なお、コントローラ基板34の図示は省略されている。   Further, from the lower end of the resin package 23, gate terminals 21d and 22d extending to the gates of the power transistors 21 and 22 extend. The gate terminals 21d and 22d extend from the cooler housing space Sp2 to the substrate housing space Sp3, and are connected to the controller substrate 34 stored in the substrate housing space Sp3. The controller board 34 is not shown.

積層ユニット40を構成する複数の冷却器42には、冷媒供給管43と冷媒排出管44が貫通しており、冷媒供給管43と冷媒排出管44は筐体3の外へと伸びている。各冷却器42の内部は空洞であり、冷媒供給管43を通じて外部から供給された冷媒は冷却器42の内部を通り、冷媒排出管44を通じて外部へ排出される。積層ユニット40の一方の端の冷却器42は筐体3と接しており、各冷却器42は、その両側に接しているパワーカード内のパワートランジスタ21、22を冷却するとともに、金属製の筐体3を介してリアクトルユニット46(図1のリアクトル6)とコンデンサ素子13a、13b(図1のフィルタコンデンサ5a、平滑化コンデンサ5b)を冷却する。   A refrigerant supply pipe 43 and a refrigerant discharge pipe 44 pass through the plurality of coolers 42 constituting the stacked unit 40, and the refrigerant supply pipe 43 and the refrigerant discharge pipe 44 extend outside the housing 3. The inside of each cooler 42 is hollow, and the refrigerant supplied from the outside through the refrigerant supply pipe 43 passes through the inside of the cooler 42 and is discharged to the outside through the refrigerant discharge pipe 44. The cooler 42 at one end of the stacked unit 40 is in contact with the casing 3, and each cooler 42 cools the power transistors 21 and 22 in the power card in contact with both sides of the stacked unit 40, and a metal casing. The reactor unit 46 (reactor 6 in FIG. 1) and the capacitor elements 13a and 13b (filter capacitor 5a and smoothing capacitor 5b in FIG. 1) are cooled via the body 3.

筐体3のコンデンサ収容空間Sp1と冷却器収容空間Sp2は隔壁4で仕切られている。隔壁4は、筐体3の一部である。筐体3の内壁の一部と隔壁4により、容器状のコンデンサ収容空間Sp1が形成されている。   The capacitor accommodation space Sp <b> 1 and the cooler accommodation space Sp <b> 2 of the housing 3 are partitioned by a partition wall 4. The partition wall 4 is a part of the housing 3. A container-like capacitor housing space Sp <b> 1 is formed by a part of the inner wall of the housing 3 and the partition wall 4.

コンデンサ素子13aと13bは、樹脂製のコンデンサケース12に収容され、そのコンデンサケース12がコンデンサ収容空間Sp1に収容される。コンデンサ素子13a、13bと、コンデンサケース12を合わせてコンデンサユニット10と称する。コンデンサ素子13a、13bは、コンデンサケース12の中で、ポッティング樹脂14で固定されている。別言すれば、コンデンサケース12の内面とコンデンサ素子13a、13bの間の空間がポッティング樹脂14で満たされている。コンデンサ素子13a、13bの上面もポッティング樹脂14で覆われている。ポッティング樹脂14は絶縁体である。ポッティング樹脂14は、最初は流動性を有する樹脂を上記した空間に流し込み、その後固化させたものである。即ち、ポッティング樹脂14は、ポッティング加工により充填される。   The capacitor elements 13a and 13b are accommodated in a resin-made capacitor case 12, and the capacitor case 12 is accommodated in the capacitor accommodation space Sp1. The capacitor elements 13a and 13b and the capacitor case 12 are collectively referred to as a capacitor unit 10. The capacitor elements 13 a and 13 b are fixed with a potting resin 14 in the capacitor case 12. In other words, the space between the inner surface of the capacitor case 12 and the capacitor elements 13 a and 13 b is filled with the potting resin 14. The upper surfaces of the capacitor elements 13 a and 13 b are also covered with the potting resin 14. The potting resin 14 is an insulator. The potting resin 14 is a resin in which fluid resin is first poured into the above-described space and then solidified. That is, the potting resin 14 is filled by potting.

コンデンサ素子13bは、筐体3の底面と平行な2面に電極を備えている。その電極と、パワーカード20の端子20a、20b(パワートランジスタの端子)をバスバ8a、8bが繋いでいる(図3参照)。なお、図2ではバスバの図示は省略している。また、図3では、バスバ8aが断面で示されており、バスバ8bのコンデンサ素子13bとの接続箇所は、バスバ8aの陰に隠れて見えない。バスバ8a、8bは、ポッティング樹脂14の内部を通り、コンデンサ素子13bと接続している。バスバ8aは、筐体3の底面に近い側において、コンデンサ素子13bの電極と接続されている。バスバ8bは、筐体底面から遠い側において、コンデンサ素子13bの電極と接続されている。バスバ8a、8bは、大電流を低抵抗で伝達するための導電部材であり、細長の銅板で作られている。コンデンサ素子13aは、不図示の別のバスバでコンデンサ素子13bと同様に接続されている。   The capacitor element 13 b includes electrodes on two surfaces parallel to the bottom surface of the housing 3. The electrodes and terminals 20a, 20b (power transistor terminals) of the power card 20 are connected to bus bars 8a, 8b (see FIG. 3). In addition, illustration of a bus bar is abbreviate | omitted in FIG. Further, in FIG. 3, the bus bar 8a is shown in cross section, and the connection portion of the bus bar 8b with the capacitor element 13b is hidden behind the bus bar 8a and cannot be seen. The bus bars 8a and 8b pass through the potting resin 14 and are connected to the capacitor element 13b. Bus bar 8 a is connected to the electrode of capacitor element 13 b on the side close to the bottom surface of housing 3. The bus bar 8b is connected to the electrode of the capacitor element 13b on the side far from the bottom surface of the housing. The bus bars 8a and 8b are conductive members for transmitting a large current with a low resistance, and are made of an elongated copper plate. The capacitor element 13a is connected in the same manner as the capacitor element 13b by another bus bar (not shown).

コンデンサユニット10は、筐体3のコンデンサ収容空間Sp1に収容されるが、その際、コンデンサケース12の周囲の空間が放熱接着剤15で満たされる。別言すれば、コンデンサケース12(コンデンサユニット)は、放熱接着剤15で筐体3に固定されている。放熱接着剤15は、優れた放熱特性を有する機能性接着剤である。その主成分は、例えばシリコン樹脂であり、その熱伝導率は、例えば4[W/m・K]程度である。なお、放熱接着剤には、熱伝導率を高めるために、金属フィラーや非導電性フィラーを含むものもある。   The capacitor unit 10 is housed in the capacitor housing space Sp <b> 1 of the housing 3, and at that time, the space around the capacitor case 12 is filled with the heat radiation adhesive 15. In other words, the capacitor case 12 (capacitor unit) is fixed to the housing 3 with the heat radiation adhesive 15. The heat radiation adhesive 15 is a functional adhesive having excellent heat radiation characteristics. The main component is, for example, silicon resin, and the thermal conductivity is, for example, about 4 [W / m · K]. Some heat-dissipating adhesives contain a metal filler or a non-conductive filler in order to increase the thermal conductivity.

コンデンサケース12(コンデンサユニット10)は、放熱接着剤15で筐体3に固定されているだけでなく、3本のボルト16a、16b、16cでも筐体3に固定されている。図2−図4に示されているように、コンデンサケース12は、筐体3の開口側にて、1本のボルト16aで固定されており、筐体3の底側にて2本のボルト16b、16cで固定されている。なお、図4は、ボルト16bを通る断面を示している。ここで、「開口側」とは、筐体3の開口を示している。「開口側」は、別言すると、コンデンサケース12を挿入する側に相当する。なお、ボルト16a−16cによる3箇所の固定点は、その3箇所を結ぶ三角形内に、コンデンサユニット10の重心が含まれるように選定されている。   The capacitor case 12 (capacitor unit 10) is not only fixed to the casing 3 with the heat radiation adhesive 15, but also fixed to the casing 3 with three bolts 16a, 16b, 16c. As shown in FIGS. 2 to 4, the capacitor case 12 is fixed with one bolt 16 a on the opening side of the housing 3, and two bolts on the bottom side of the housing 3. It is fixed at 16b and 16c. FIG. 4 shows a cross section passing through the bolt 16b. Here, the “opening side” indicates the opening of the housing 3. In other words, the “opening side” corresponds to the side on which the capacitor case 12 is inserted. The three fixed points by the bolts 16a to 16c are selected so that the center of gravity of the capacitor unit 10 is included in the triangle connecting the three points.

上記したように、コンデンサケース12(コンデンサユニット10)は、放熱接着剤15と、3本のボルト16a−16cという異なる2種類の固定手段で固定されている。この構造の利点を説明する。コンデンサケース12を放熱接着剤15で固定することによって、コンデンサ素子13a、13bの熱が筐体3へ効率よく拡散される。   As described above, the capacitor case 12 (capacitor unit 10) is fixed by two different types of fixing means, ie, the heat radiation adhesive 15 and the three bolts 16a-16c. The advantages of this structure will be described. By fixing the capacitor case 12 with the heat radiation adhesive 15, the heat of the capacitor elements 13 a and 13 b is efficiently diffused to the housing 3.

一方、電力変換装置2は、車載用であり、走行中に継続的に振動を受ける。コンデンサケース12(コンデンサユニット10)は、放熱接着剤15によって筐体3に固定されてはいるが、継続的な振動を受けると劣化し、放熱接着剤15が剥離する虞がある。そこで、電力変換装置2では、コンデンサケース12を3本のボルト16a−16cで固定し、振動を抑制する。特に、コンデンサケース12を、その上部(筐体3の開口側)と下部(筐体3の底側)で固定することにより、コンデンサケース12は上下の両側で支持されることになり、耐振動特性が高められる。すなわち、電力変換装置2は、継続的な振動を受ける環境下で長期間使われても、放熱接着剤15がコンデンサケース12あるいは筐体3の内面から剥離し難い。   On the other hand, the power conversion device 2 is for in-vehicle use and continuously receives vibration during traveling. Although the capacitor case 12 (capacitor unit 10) is fixed to the housing 3 by the heat radiation adhesive 15, the capacitor case 12 deteriorates when subjected to continuous vibration, and the heat radiation adhesive 15 may be peeled off. Therefore, in the power converter 2, the capacitor case 12 is fixed with three bolts 16a-16c to suppress vibration. In particular, by fixing the capacitor case 12 at the upper part (opening side of the housing 3) and the lower part (bottom side of the housing 3), the capacitor case 12 is supported on both the upper and lower sides, and is resistant to vibration. The characteristics are enhanced. That is, the power conversion device 2 is unlikely to peel off the heat radiation adhesive 15 from the capacitor case 12 or the inner surface of the housing 3 even if the power conversion device 2 is used for a long time in an environment where continuous vibration is received.

電力変換装置2のそのほかの特徴を述べる。電力変換装置2では、バスバ8aが隔壁4に沿って伸びている。コンデンサ素子13a、13bに接続しているバスバ8aを金属製の筐体3の隔壁4に並走させることで、バスバ8aに流れる電流から生じる磁界の一部を隔壁4で吸収することができ、インダクタンスを低減できる。その結果、電力変換装置の損失を低減することができる。   Other characteristics of the power conversion device 2 will be described. In the power conversion device 2, the bus bar 8 a extends along the partition wall 4. By causing the bus bar 8a connected to the capacitor elements 13a and 13b to run parallel to the partition wall 4 of the metal housing 3, a part of the magnetic field generated from the current flowing through the bus bar 8a can be absorbed by the partition wall 4, Inductance can be reduced. As a result, the loss of the power conversion device can be reduced.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。パワートランジスタ21、22が、半導体素子の一例に相当する。パワートランジスタ21a、22aが、電圧コンバータ回路を構成する半導体素子の一例に相当する。また、コンデンサケース12は、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The power transistors 21 and 22 correspond to an example of a semiconductor element. The power transistors 21a and 22a correspond to an example of a semiconductor element constituting the voltage converter circuit. Further, the capacitor case 12 may be made of metal or resin.

コンデンサ素子の放熱効率を高めることのさらなる利点を説明する。大容量のコンデンサ素子としては、フィルム型のコンデンサ素子が適している。フィルム型のコンデンサ素子では、容量が同じ場合、フィルム膜厚が薄いほど、コンデンサ素子のサイズを小さくすることができる。しかし、フィルム膜厚を薄くすると蒸着膜間の距離が狭まり、耐電圧性能が下がってしまう。耐電圧性能は、温度が高いほど低下する。それゆえ、コンデンサ素子の放熱効率を高めることは、コンデンサ素子の環境温度範囲の上限を下げることにつながる。環境温度範囲の上限が下がれば、要求される高温特性の要求が緩和されるので、即ち、高温下における耐電圧性能の要求も緩和されるので、フィルム膜厚を薄くすることができ、結果、コンデンサ素子を小型化することができる。   A further advantage of increasing the heat dissipation efficiency of the capacitor element will be described. A film type capacitor element is suitable as a large-capacity capacitor element. In a film-type capacitor element, when the capacitance is the same, the smaller the film thickness, the smaller the capacitor element size. However, when the film thickness is reduced, the distance between the deposited films is reduced, and the withstand voltage performance is lowered. The withstand voltage performance decreases as the temperature increases. Therefore, increasing the heat dissipation efficiency of the capacitor element leads to lowering the upper limit of the environmental temperature range of the capacitor element. If the upper limit of the environmental temperature range is lowered, the required high temperature characteristics are relaxed, that is, the withstand voltage performance requirement at high temperatures is also relaxed, so that the film thickness can be reduced. The capacitor element can be reduced in size.

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。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2:電力変換装置
3:筐体
4:隔壁
5a:フィルタコンデンサ
5b:平滑化コンデンサ
6:リアクトル
8a、8b:バスバ
10:コンデンサユニット
12:コンデンサケース
13a、13b:コンデンサ素子
14:ポッティング樹脂
15:放熱接着剤
16a−16c:ボルト
20:パワーカード
20a、20b、20c:端子
21、21a、21b、22、22a、22b:パワートランジスタ(半導体素子)
23:樹脂パッケージ
30:ハイブリッド車
31:メインバッテリ
32:システムメインリレー
33:電圧コンバータ回路
34:コントローラ基板
35:インバータ回路
36:エンジン
37:モータ
40:積層ユニット
42:冷却器
43:冷媒供給管
44:冷媒排出管
45:板バネ
46:リアクトルユニット
Sp1:コンデンサ収容空間
Sp2:冷却器収容空間
Sp3:基板収容空間
2: Power converter 3: Housing 4: Bulkhead 5a: Filter capacitor 5b: Smoothing capacitor 6: Reactor 8a, 8b: Bus bar 10: Capacitor unit 12: Capacitor case 13a, 13b: Capacitor element 14: Potting resin 15: Heat dissipation Adhesive 16a-16c: Bolt 20: Power card 20a, 20b, 20c: Terminal 21, 21a, 21b, 22, 22a, 22b: Power transistor (semiconductor element)
23: Resin package 30: Hybrid vehicle 31: Main battery 32: System main relay 33: Voltage converter circuit 34: Controller board 35: Inverter circuit 36: Engine 37: Motor 40: Stack unit 42: Cooler 43: Refrigerant supply pipe 44 : Refrigerant discharge pipe 45: Leaf spring 46: Reactor unit Sp1: Capacitor housing space Sp2: Cooler housing space Sp3: Board housing space

Claims (1)

電圧コンバータ回路に並列に接続されているコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を収容するコンデンサケースと、
前記コンデンサケースを収容するとともに、前記電圧コンバータ回路を構成する半導体素子を収容する金属製の筐体と、
を備えており、
前記コンデンサケースは、前記筐体に設けられた収容部に放熱接着剤によって接着されているとともに、前記筐体の底側と開口側でボルトにて固定されていることを特徴とする電力変換装置。
A capacitor element connected in parallel to the voltage converter circuit;
A capacitor case containing the capacitor element;
A housing made of metal for housing the capacitor case and housing a semiconductor element constituting the voltage converter circuit;
With
The capacitor case is bonded to a housing portion provided in the casing with a heat radiation adhesive, and is fixed with bolts on the bottom side and the opening side of the casing. .
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