JP7180455B2 - 電力変換ユニット - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、複数のスイッチモジュールを冷却する冷却器を備える電力変換ユニットに関するものである。

特許文献１に示されるように、半導体ユニットを備える電力変換装置が知られている。

特許第５７７２６１８号公報

特許文献１に記載の半導体ユニットは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層方向に交互に積層された構造（積層体）を有する。この積層体はフレームの壁と支柱との間に設けられる。積層体は壁に接触している。積層体と支柱との間にスプリングユニットが設けられる。積層体はスプリングユニットの反力によって積層方向に圧縮されている。

ところでスプリングユニットは２枚のプレートと、２枚のプレートの間に挟まれたコイルスプリングと、を有する。２枚のプレートのうちの一方が積層体に接触し、他方が支柱に接触している。これら２枚のプレートはコイルスプリングの反力によって、積層体とコイルスプリングとの間、および、コイルスプリングと支柱との間に保持されている。外部印加などによって半導体ユニットが振動すると、これらプレート（調整部材）が積層体とコイルスプリングとの間やコイルスプリングと支柱との間から外れる虞がある。

そこで本明細書に記載の開示は、調整部材が外れることの抑制された電力変換ユニットを提供することを目的とする。

開示の１つは、複数のスイッチモジュール（５３０，５７１～５７３）と電子部品（５１０，５２０，５６０，５７６～５７８）を備える電力変換装置（５００）と、
複数のスイッチモジュールそれぞれを収納するとともに冷却する冷却器（６２０）と、
複数のスイッチモジュールそれぞれと冷却器との熱抵抗を低減させるための反力を冷却器に付与するバネ体（６３０）と、
反力を調整するための調整部材（６４０）と、
冷却器、バネ体、および、調整部材を支持するための第１支持壁（６１３）と第２支持壁（６１４）が第１内底面（６１１ａ）に連結された第１ケース（６１０）と、
第１内底面と電子部品の設けられる第２内底面（６５１ａ）とが対向方向で対向する態様で第１ケースに固定される第２ケースと、を有し、
第１支持壁と第２支持壁との間において、冷却器は反力によって第１支持壁とバネ体との間に保持され、調整部材は反力によってバネ体と第２支持壁との間に保持されており、
第２ケースの第２内底面には調整部材と対向方向で対向する突出部（６５３，６６０，６７０，６８０）が設けられ、
突出部と第１内底面との対向方向の離間距離から調整部材の対向方向の長さを除いた空隙距離は、第１内底面とバネ体の対向方向の中点（ＣＰ）との間の中点距離よりも短くなっている。

これによれば、突出部（６５３，６６０，６７０，６８０）によって調整部材（６４０）の対向方向への変位が抑制される。これにより調整部材（６４０）がバネ体（６３０）と第２支持壁（６１４）との間から外れることが抑制される。

特に本開示では、突出部（６５３，６６０，６７０，６８０）と第１内底面（６１１ａ）との対向方向の離間距離から調整部材（６４０）の対向方向の長さを除いた空隙距離が、第１内底面（６１１ａ）とバネ体（６３０）の対向方向の中点（ＣＰ）との間の中点距離よりも短くなっている。そのために例え調整部材（６４０）が対向方向に変位したとしても、調整部材（６４０）とバネ体（６３０）の対向方向の中点（ＣＰ）とが非接触状態になることが抑制される。

調整部材（６４０）が対向方向に沿って第２内底面（６５１ａ）側に変位した結果、調整部材（６４０）と第１内底面（６１１ａ）との間に隙間が構成されたとしても、この隙間の対向方向の体格の増大が抑制される。係る隙間が構成されたとしても、バネ体（６３０）の中点（ＣＰ）と調整部材（６４０）との接触状態が保たれている。そのためにこの隙間にバネ体（６３０）の一部が変形して入り込むことが抑制される。この隙間に変形したバネ体（６３０）の一部が入り込むことで調整部材（６４０）がバネ体（６３０）と第２支持壁（６１４）との間から外れることが抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを示す回路図である。 冷却器の収納された第１ケースを示す平面図である。 樹脂ケースの収納された第２ケースを示す平面図である。 電力変換ユニットの部分断面図である。 調整部材の変位抑制を説明するための部分断面図である。 電力変換ユニットの変形例を示す部分断面図である。 電力変換ユニットの変形例を示す部分断面図である。 調整部材の変位抑制を説明するための部分断面図である。 電力変換ユニットの変形例を示す部分断面図である。 電力変換ユニットの変形例を示す部分断面図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて電力変換ユニット３００の設けられる車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換ユニット３００、および、モータ４００を有する。

また車載システム１００は図示しない複数のＥＣＵを有する。これら複数のＥＣＵはバス配線を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の力行と回生が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

電力変換ユニット３００の備える電力変換装置５００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換装置５００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルの交流電力に変換する。電力変換装置５００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルの直流電力に変換する。

モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。

モータ４００は電力変換装置５００から供給される交流電力によって力行する。これにより推進力が走行輪に付与される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換装置５００によって直流電力に変換されるとともに降圧される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

＜電力変換装置＞
次に電力変換ユニット３００の備える電力変換装置５００を説明する。電力変換装置５００はコンバータ５０１とインバータ５０２を備えている。コンバータ５０１はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルに昇圧する。インバータ５０２はこの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータ５０２はモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５０１はこの直流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルに降圧する。

図１に示すようにコンバータ５０１は第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２を介してバッテリ２００と電気的に接続されている。第１電力ライン３０１はバッテリ２００の正極に接続されている。第２電力ライン３０２はバッテリ２００の負極に接続されている。そしてコンバータ５０１は第３電力ライン３０３と第２電力ライン３０２を介してインバータ５０２と電気的に接続されている。

＜コンバータ＞
コンバータ５０１は第１コンデンサ５１０、リアクトル５２０、および、Ａ相レグ５３０を有する。第１コンデンサ５１０の有する２つの電極のうちの一方が第１電力ライン３０１に接続されている。第１コンデンサ５１０の有する２つの電極のうちの他方が第２電力ライン３０２に接続されている。リアクトル５２０は第１電力ライン３０１に接続されている。リアクトル５２０とＡ相レグ５３０とが連結バスバ５４０を介して電気的に接続されている。そしてＡ相レグ５３０は第３電力ライン３０３と第２電力ライン３０２それぞれに接続されている。

Ａ相レグ５３０は、ハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６を有する。またＡ相レグ５３０は、ハイサイドダイオード５３５ａとローサイドダイオード５３６ａを有する。これら半導体素子が樹脂封止されてスイッチモジュールが構成されている。

本実施形態では、ハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。これらハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６それぞれのコレクタ電極、エミッタ電極、および、ゲート電極それぞれに接続された端子の先端がスイッチモジュールの封止樹脂の外に露出されている。

図１に示すようにハイサイドスイッチ５３５のコレクタ電極は第３電力ライン３０３に接続されている。ハイサイドスイッチ５３５のエミッタ電極とローサイドスイッチ５３６のコレクタ電極とが接続されている。ローサイドスイッチ５３６のエミッタ電極が第２電力ライン３０２に接続されている。これによりハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６は第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２へ向かって順に直列接続されている。

また、ハイサイドスイッチ５３５のコレクタ電極にハイサイドダイオード５３５ａのカソード電極が接続されている。ハイサイドスイッチ５３５のエミッタ電極にハイサイドダイオード５３５ａのアノード電極が接続されている。これによりハイサイドスイッチ５３５にハイサイドダイオード５３５ａが逆並列接続されている。

同様にして、ローサイドスイッチ５３６のコレクタ電極にローサイドダイオード５３６ａのカソード電極が接続されている。ローサイドスイッチ５３６のエミッタ電極にローサイドダイオード５３６ａのアノード電極が接続されている。これによりローサイドスイッチ５３６にローサイドダイオード５３６ａが逆並列接続されている。

なお、これらハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６としては、ＩＧＢＴではなくＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。採用するスイッチ素子の種類としては特に限定されない。ただし、これらスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、上記のダイオードはなくともよい。

また、コンバータ５０１を構成する半導体素子は、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。半導体素子の構成材料としては特に限定されない。

図１に示すように、リアクトル５２０の一端は第１電力ライン３０１に接続されている。リアクトル５２０の他端は連結バスバ５４０を介してハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６との間の中点に接続されている。

ハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６は上記のＥＣＵとゲートドライバによって開閉制御される。ＥＣＵは制御信号を生成し、それをゲートドライバに出力する。ゲートドライバは制御信号を増幅し、それをスイッチのゲート電極に出力する。これによりＥＣＵはハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６を開閉制御して、コンバータ５０１に入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧する。

ＥＣＵは制御信号としてパルス信号を生成している。ＥＣＵはこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整することで直流電力の昇降圧レベルを調整している。この昇降圧レベルはモータ４００の目標トルクとバッテリ２００のＳＯＣに応じて決定される。

バッテリ２００の直流電力を昇圧する場合、ＥＣＵはハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６それぞれを交互に開閉する。これとは反対にインバータ５０２から供給された直流電力を降圧する場合、ＥＣＵはローサイドスイッチ５３６に出力する制御信号をローレベルに固定する。それとともにＥＣＵはハイサイドスイッチ５３５に出力する制御信号をハイレベルとローレベルに順次切り換える。

＜インバータ＞
インバータ５０２は第２コンデンサ５６０とスイッチ群５７０を有する。第２コンデンサ５６０の有する２つの電極のうちの一方が第３電力ライン３０３に接続されている。第２コンデンサ５６０の有する２つの電極のうちの他方が第２電力ライン３０２に接続されている。スイッチ群５７０は第３電力ライン３０３と第２電力ライン３０２それぞれに接続されている。

スイッチ群５７０はＵ相レグ５７１、Ｖ相レグ５７２、および、Ｗ相レグ５７３を有する。これら３相のレグそれぞれは直列接続された２つのスイッチ素子を有する。

Ｕ相レグ５７１～Ｗ相レグ５７３それぞれは、スイッチ素子として、ハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５を有する。またＵ相レグ５７１～Ｗ相レグ５７３それぞれは、ハイサイドダイオード５７４ａとローサイドダイオード５７５ａを有する。これら半導体素子が樹脂封止されてスイッチモジュールが構成されている。

本実施形態では、ハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５としてｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。これらハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５それぞれのコレクタ電極、エミッタ電極、および、ゲート電極それぞれに接続された端子の先端がスイッチモジュールの封止樹脂の外に露出されている。

図１に示すようにハイサイドスイッチ５７４のコレクタ電極は第３電力ライン３０３に接続されている。ハイサイドスイッチ５７４のエミッタ電極とローサイドスイッチ５７５のコレクタ電極とが接続されている。ローサイドスイッチ５７５のエミッタ電極が第２電力ライン３０２に接続されている。これによりハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５は第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２へ向かって順に直列接続されている。

そしてＵ相レグ５７１の備えるハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５との間の中点がＵ相バスバ５７６を介してモータ４００のＵ相ステータコイルに接続されている。Ｖ相レグ５７２の備えるハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５との間の中点がＶ相バスバ５７７を介してモータ４００のＶ相ステータコイルに接続されている。Ｗ相レグ５７３の備えるハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５との間の中点がＷ相バスバ５７８を介してモータ４００のＷ相ステータコイルに接続されている。

また、ハイサイドスイッチ５７４のコレクタ電極にハイサイドダイオード５７４ａのカソード電極が接続されている。ハイサイドスイッチ５７４のエミッタ電極にハイサイドダイオード５７４ａのアノード電極が接続されている。これによりハイサイドスイッチ５７４にハイサイドダイオード５７４ａが逆並列接続されている。

同様にして、ローサイドスイッチ５７５のコレクタ電極にローサイドダイオード５７５ａのカソード電極が接続されている。ローサイドスイッチ５７５のエミッタ電極にローサイドダイオード５７５ａのアノード電極が接続されている。これによりローサイドスイッチ５７５にローサイドダイオード５７５ａが逆並列接続されている。

なお、これらハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６としては、コンバータ５０１と同様にしてＩＧＢＴではなくＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。これらスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを採用する場合、上記のダイオードはなくともよい。

インバータ５０２を構成する半導体素子は、コンバータ５０１と同様にして、Ｓｉなどの半導体、および、ＳｉＣなどのワイドギャップ半導体によって製造することができる。

これまでに説明したように、インバータ５０２はモータ４００のＵ相ステータコイル～Ｗ相ステータコイルそれぞれに対応する３相のレグを有する。これら３相のレグの備えるハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５それぞれのゲート電極に、ゲートドライバによって増幅されたＥＣＵの制御信号が入力される。

モータ４００を力行する場合、ＥＣＵからの制御信号の出力によって３相のレグの備えるハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５それぞれがＰＷＭ制御される。これによりインバータ５０２で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＥＣＵは例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が３相レグの備えるダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

＜電力変換装置の構成＞
次に、電力変換ユニット３００の構成を説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向とする。ｚ方向が対向方向に相当する。

図２に示すように電力変換ユニット３００は、これまでに図１に基づいて説明した電力変換装置５００の他に、第１ケース６１０、冷却器６２０、バネ体６３０、および、調整部材６４０を有する。また図３に示すように電力変換ユニット３００は、第２ケース６５０、コンデンサケース６６０、バスバケース６７０、および、リアクトルケース６８０を有する。

＜第１ケースの収納形態＞
図２に示すように第１ケース６１０は第１底部６１１と第１枠部６１２を有する。第１底部６１１はｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。第１底部６１１はｚ方向で並ぶ第１内底面６１１ａとその裏側の第１外底面を有する。第１ケース６１０は金属製である。

第１枠部６１２は第１内底面６１１ａからｚ方向に起立している。第１枠部６１２は第１内底面６１１ａを囲む態様で、環状を成している。これにより第１枠部６１２の環状の第１内側面６１２ａと第１底部６１１の第１内底面６１１ａとによってｚ方向に開口する第１収納空間が区画されている。図２に示すようにこの第１収納空間に冷却器６２０、バネ体６３０、および、調整部材６４０が設けられている。

冷却器６２０は供給管６２１、排出管６２２、および、複数の中継管６２３を有する。供給管６２１と排出管６２２は複数の中継管６２３を介して連結されている。供給管６２１に冷媒が供給される。この冷媒は複数の中継管６２３を介して供給管６２１から排出管６２２へと流れる。

供給管６２１と排出管６２２はそれぞれｘ方向に延びている。供給管６２１と排出管６２２はｙ方向で離間している。複数の中継管６２３それぞれは供給管６２１から排出管６２２へと向かってｙ方向に沿って延びている。

複数の中継管６２３はｘ方向で離間して並んでいる。隣り合う２つの中継管６２３の間に空隙が構成されている。冷却器６２０には計４個の空隙が構成されている。これら４個の空隙それぞれにスイッチモジュールを構成するＡ相レグ５３０、Ｕ相レグ５７１、Ｖ相レグ５７２、および、Ｗ相レグ５７３が個別に設けられている。

これら４相のレグそれぞれはｘ方向で中継管６２３と対向する態様で接触している。これにより４相のレグで発生した熱が中継管６２３を介して冷媒に放熱可能になっている。

バネ体６３０は反力によって冷却器６２０を第１ケース６１０に保持する機能を果たしている。それとともにバネ体６３０は反力によって中継管６２３とスイッチモジュールを構成する各相レグとの接触面積を増やすことで両者の間の熱抵抗を低減する機能を果たしている。

バネ体６３０は板バネである。バネ体６３０はｘ方向で並ぶ第１主面６３０ａと第２主面６３０ｂを有する。バネ体６３０は第２主面６３０ｂから第１主面６３０ａに向かって凸となるように湾曲している。

そのために第１主面６３０ａの中央側は凸面を成している。第２主面６３０ｂの中央側は凹面をなしている。その反面、第１主面６３０ａと第２主面６３０ｂそれぞれのｙ方向の両端側それぞれは平坦形状を成している。図２に示すように凸面を成す第１主面６３０ａの中央側が中継管６２３に接触している。平坦形状を成す第２主面６３０ｂのｙ方向の両端側が調整部材６４０に接触している。

以下においては第２主面６３０ｂのｙ方向の両端側を単に第２主面６３０ｂの端側と示す。この第２主面６３０ｂの端側はｚ方向を長手方向とする矩形を成している。この第２主面６３０ｂの端側の中心点を通りつつ、ｙ方向に沿って延びる点の集合体を総称して中点ＣＰと示す。中点ＣＰはｚ方向におけるバネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面とその反対側の端面との間の中間に位置している。図４と図５では第２主面６３０ｂの端側の中点ＣＰをクロスマークで示している。

調整部材６４０はバネ体６３０のｘ方向の縮み量を調整することで、バネ体６３０の反力の大きさを調整する機能を果たしている。本実施形態では２つの調整部材６４０がバネ体６３０の第２主面６３０ｂの端側に接触している。

調整部材６４０は四角柱形状を成している。調整部材６４０の備える４つの側面６４０ａのうちの１つがバネ体６３０の第２主面６３０ｂの端側に接触している。

調整部材６４０はｚ方向に離間して並ぶ第１端面６４０ｂと第２端面６４０ｃを有する。この２つの端面間の長さが調整部材６４０のｚ方向の長さに相当する。調整部材６４０はバネ体６３０のｚ方向の長さよりも長くなっている。

図４に示すように調整部材６４０の第１端面６４０ｂは第１内底面６１１ａに接触している。その反面、バネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面は第１内底面６１１ａから離間している。そのために調整部材６４０の第１端面６４０ｂはバネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面よりも第１内底面６１１ａ側に位置している。

それとともに調整部材６４０の第２端面６４０ｃはバネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面とは反対側の端面よりも第１内底面６１１ａから離間している。そのために調整部材６４０の備える４つの側面６４０ａのうちの１つに対してバネ体６３０の第２主面６３０ｂの端側が全面にわたって接触している。特に場所を限定して言えば、側面６４０ａに対してバネ体６３０の第２主面６３０ｂの端側の中点ＣＰが接触している。なお第１端面６４０ｂは第１内底面６１１ａからｚ方向に離間していてもよい。

図２に示すように第１内底面６１１ａには第１支持壁６１３と第２支持壁６１４が連結されている。これら第１支持壁６１３と第２支持壁６１４は第１内底面６１１ａからｚ方向に起立している。なお、これら第１支持壁６１３と第２支持壁６１４は第１ケース６１０に一体的に連結されていても良いし、第１ケース６１０とは別体でもよい。別体の場合、第１支持壁６１３と第２支持壁６１４は嵌合などによって第１底部６１１に連結される。

第１支持壁６１３と第２支持壁６１４はｘ方向で離間して対向している。この第１支持壁６１３と第２支持壁６１４との間に、冷却器６２０の中継管６２３、バネ体６３０、および、調整部材６４０が設けられている。

ｘ方向に並ぶ複数の中継管６２３のうちの端に位置する２つの中継管６２３のうちの一方がｘ方向において第１支持壁６１３側に位置している。この中継管６２３は第１支持壁６１３に接触している。端に位置する２つの中継管６２３のうちの残りの他方がｘ方向において第２支持壁６１４側に位置している。この中継管６２３は第２支持壁６１４とｘ方向で離間している。

バネ体６３０と調整部材６４０は中継管６２３と第２支持壁６１４との間に設けられる。バネ体６３０は中継管６２３側に位置している。調整部材６４０は第２支持壁６１４側に位置している。バネ体６３０は中継管６２３と調整部材６４０それぞれと接触している。調整部材６４０はバネ体６３０と第２支持壁６１４それぞれと接触している。

バネ体６３０は中継管６２３と調整部材６４０との間でｘ方向に縮められている。これによりバネ体６３０はｘ方向において自身から遠ざかる方向に反力を作用している。この反力によって冷却器６２０はバネ体６３０と第１支持壁６１３との間に保持されている。この反力によって調整部材６４０はバネ体６３０と第２支持壁６１４との間に保持されている。

＜第２ケースの収納形態＞
図３に示すように第２ケース６５０は第２底部６５１と第２枠部６５２を有する。第２底部６５１はｚ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。第２底部６５１はｚ方向で並ぶ第２内底面６５１ａとその裏側の第２外底面を有する。第２ケース６５０は金属製である。

第２枠部６５２は第２内底面６５１ａからｚ方向に起立している。第２枠部６５２は第２内底面６５１ａを囲む態様で、環状を成している。これにより第２枠部６５２の環状の第２内側面６５２ａと第２底部６５１の第２内底面６５１ａとによってｚ方向に開口する第２収納空間が区画されている。図３に示すようにこの第２収納空間に、コンデンサケース６６０、バスバケース６７０、および、リアクトルケース６８０が設けられている。

コンデンサケース６６０、バスバケース６７０、および、リアクトルケース６８０それぞれは絶縁性の樹脂材料から成る。これら３つの樹脂ケースそれぞれがボルトなどによって第２ケース６５０に固定されている。

コンデンサケース６６０には第１コンデンサ５１０と第２コンデンサ５６０が収納されている。バスバケース６７０にはＵ相バスバ５７６～Ｗ相バスバ５７８と、これら相バスバに流れる電流を検出する電流センサが収納されている。リアクトルケース６８０にはリアクトル５２０が収納されている。

第２内底面６５１ａからは、突起部６５３がｚ方向に起立している。突起部６５３のｚ方向の長さは一定になっている。この突起部６５３は第２ケース６５０に一体的に連結されていても良いし、第２ケース６５０とは別体でもよい。別体の場合、突起部６５３は嵌合などによって第２底部６５１に連結される。突起部６５３が突出部に相当する。

＜第１ケースと第２ケースの連結＞
図４に部分的に示すように、第１ケース６１０の第１内底面６１１ａと第２ケース６５０の第２内底面６５１ａとがｚ方向で対向する態様で、第１ケース６１０と第２ケース６５０とが組み付けられる。これにより第１ケース６１０の第１収納空間と第２ケース６５０の第２収納空間とがｚ方向で連通する。図４に示す断面形状は、図２に示すＡ－Ａ線と図３に示すＢ－Ｂ線それぞれに対応している。

このように第１ケース６１０と第２ケース６５０とが組み付けられた状態で、調整部材６４０および第２支持壁６１４それぞれと突起部６５３とがｚ方向で離間しつつ対向している。調整部材６４０の第２端面６４０ｃと突起部６５３の先端面６５３ａとがｚ方向で離間しつつ対向している。第２支持壁６１４の端面６１４ａと突起部６５３の先端面６５３ａとがｚ方向で離間しつつ対向している。第２端面６４０ｃは端面６１４ａよりも先端面６５３ａ側に位置している。

図４に示すように、突起部６５３の先端面６５３ａと第１内底面６１１ａとのｚ方向の離間距離から調整部材６４０のｚ方向の長さを除いた空隙距離Ｌ１は、第１内底面６１１ａとバネ体６３０の中点ＣＰとの間のｚ方向の中点距離Ｌ２よりも短くなっている。より限定的に言えば、空隙距離Ｌ１は、第１内底面６１１ａとバネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面との間のｚ方向の最短離間距離Ｌ３よりも短くなっている。

＜課題＞
例えば外力印加によって電力変換ユニット３００が振動すると、反力によってバネ体６３０と第２支持壁６１４との間に保持されている調整部材６４０が第１内底面６１１ａ側から第２内底面６５１ａ側に向かってｚ方向に変位する虞がある。これにより調整部材６４０とバネ体６３０との接触状態が変化して、バネ体６３０の反力が変化する虞がある。反力によって低減されている各相レグそれぞれと中継管６２３との間の熱抵抗が変化する虞がある。

また、調整部材６４０が第２内底面６５１ａ側に変位すると、調整部材６４０の第１端面６４０ｂと第１内底面６１１ａとの間に隙間が構成される。この隙間がｘ方向においてバネ体６３０と並ぶほどに大きくなると、その隙間に向かってバネ体６３０の一部が変形する虞がある。この隙間に変形したバネ体６３０の一部が入り込むことで、調整部材６４０がバネ体６３０と第２支持壁６１４との間から外れる虞がある。

＜作用効果＞
これに対して上記したように調整部材６４０はｚ方向で突起部６５３と対向している。この突起部６５３によって、調整部材６４０のｚ方向への変位が抑制されている。そのために調整部材６４０がバネ体６３０と第２支持壁６１４との間から外れることが抑制されている。

突起部６５３の先端面６５３ａと第１内底面６１１ａとのｚ方向の離間距離から調整部材６４０のｚ方向の長さを除いた空隙距離Ｌ１が、第１内底面６１１ａとバネ体６３０の第１内底面６１１ａ側の端面との間のｚ方向の最短離間距離Ｌ３よりも短くなっている。

そのために例えば図５に示すように調整部材６４０の第２端面６４０ｃが突起部６５３の先端面６５３ａに接触するほどに調整部材６４０が第２内底面６５１ａ側に変位したとしても、側面６４０ａに対して第２主面６３０ｂの端側が全面にわたってｘ方向で対向する。側面６４０ａに対して第２主面６３０ｂの端側が全面にわたって接触している状態が変化することが抑制される。

このように調整部材６４０とバネ体６３０との接触状態が変化することが抑制される。そのためにバネ体６３０の反力が変化することが抑制される。反力によって低減されている各相レグそれぞれと中継管６２３との間の熱抵抗が変化することが抑制される。

また、図５に示すように調整部材６４０の第２内底面６５１ａ側の変位によって調整部材６４０の第１端面６４０ｂと第１内底面６１１ａとの間に隙間が構成されたとしても、その隙間とバネ体６３０とがｘ方向で対向することが抑制される。そのためにこの隙間に向かってバネ体６３０の一部が変形することが抑制される。これにより変形したバネ体６３０の一部の隙間への入り込みによって、調整部材６４０がバネ体６３０と第２支持壁６１４との間から外れることが抑制される。

突起部６５３は調整部材６４０だけではなく第２支持壁６１４とｚ方向で離間しつつ対向している。これによれば、例えバネ体６３０の反力によって第２支持壁６１４が第１支持壁６１３から離間する形状に変形した結果、調整部材６４０の位置が第２支持壁６１４側に変位したとしても、調整部材６４０と突起部６５３とがｚ方向で対向することが期待される。そのために突起部６５３と調整部材６４０の接触によって、調整部材６４０の第２内底面６５１ａ側への変位が抑制されがたくなることが抑制される。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
本実施形態では図４に示すように調整部材６４０の第２端面６４０ｃと突起部６５３の先端面６５３ａとの間に空間のある例を示した。これに対して本変形例では、図６に示すように調整部材６４０の第２端面６４０ｃと突起部６５３の先端面６５３ａとの間に絶縁性の樹脂材６５４が介在されている。樹脂材６５４は第２端面６４０ｃと先端面６５３ａそれぞれと接触している。

これにより調整部材６４０の振動が抑制される。調整部材６４０の第２内底面６５１ａ側への変位が効果的に抑制される。

本実施形態で説明したように調整部材６４０はバネ体６３０の反力によってバネ体６３０と第２支持壁６１４との間に保持されている。バネ体６３０は冷却器６２０と反力によって接触している。このために調整部材６４０はバネ体６３０を介して冷却器６２０と積極的に熱伝導可能になっている。

この調整部材６４０に樹脂材６５４が接触している。そして樹脂材６５４は突起部６５３に接触している。以上に示した構成により、冷却器６２０と突起部６５３は、バネ体６３０、調整部材６４０、および、樹脂材６５４を介して熱伝導可能になっている。このために突起部６５３の形成された第２ケース６５０は冷却器６２０によって冷却されやすくなっている。この結果、第２ケース６５０に設けられたコンデンサケース６６０、バスバケース６７０、および、リアクトルケース６８０の昇温が抑制される。すなわちこれら樹脂ケースに収納された第１コンデンサ５１０、第２コンデンサ５６０、Ｕ相バスバ５７６～Ｗ相バスバ５７８、電流センサ、および、リアクトル５２０などの電子部品の昇温が抑制される。

なお、本変形例においても空隙距離Ｌ１は最短離間距離Ｌ３よりも短くなっている。したがって樹脂材６５４のｚ方向の厚さがゼロに近づくほどに調整部材６４０が突起部６５３側に変位したとしても、調整部材６４０とバネ体６３０との接触状態が変化することが抑制される。それとともに、例え調整部材６４０の第２内底面６５１ａ側への変位によって第１端面６４０ｂと第１内底面６１１ａとの間に隙間が構成されたとしても、その隙間に向かってバネ体６３０の一部が変形することが抑制される。

（第２の変形例）
本実施形態では空隙距離Ｌ１が最短離間距離Ｌ３よりも短い例を示した。しかしながら例えば図７に示すように空隙距離Ｌ１は最短離間距離Ｌ３よりも長い構成を採用することもできる。ただし本変形例では、空隙距離Ｌ１は、第１内底面６１１ａとバネ体６３０の中点ＣＰとの間のｚ方向の中点距離Ｌ２よりも短くなっている。

したがって例えば図８に示すように調整部材６４０の第２端面６４０ｃが突起部６５３の先端面６５３ａに接触するほどに調整部材６４０が変位したとしても、側面６４０ａに対して第２主面６３０ｂの端側の中点ＣＰが非接触状態になることが抑制される。それとともに側面６４０ａに対して第２主面６３０ｂの端側の半分以上が接触する。

図８に示すように調整部材６４０の変位によって調整部材６４０の第１端面６４０ｂと第１内底面６１１ａとの間に隙間が構成される。この隙間に対してバネ体６３０の一部がｘ方向で対向する。しかしながら上記したように側面６４０ａと第２主面６３０ｂの端側の中点ＣＰとの接触状態が保たれている。さらに、側面６４０ａに対して第２主面６３０ｂの端側の半分以上が接触している。

したがって上記の空隙とバネ体６３０の第２主面６３０ｂの端側の中点ＣＰとがｘ方向で非対向になっている。空隙に対する第２主面６３０ｂの端側のｘ方向での対向面積が、第２主面６３０ｂの端側の半分よりも狭くなっている。

以上に示した構成のため、第１端面６４０ｂと第１内底面６１１ａとの間に構成された隙間にバネ体６３０の一部が変形して入り込むことが抑制される。この隙間に入り込んだバネ体６３０の一部によって調整部材６４０がバネ体６３０と第２支持壁６１４との間から外れることが抑制される。

（第３の変形例）
本実施形態では調整部材６４０および第２支持壁６１４それぞれと突起部６５３とがｚ方向で離間しつつ対向する例を示した。しかしながら例えば図９に示すように第１支持壁６１３と突起部６５３とはｚ方向で対向していなくともよい。また調整部材６４０と突起部６５３とがｚ方向で対向する態様で接触していてもよい。

（第４の変形例）
本実施形態では第２内底面６５１ａからｚ方向に起立した突起部６５３と調整部材６４０とがｚ方向で対向する例を示した。しかしながら例えば図１０に示すように調整部材６４０と樹脂製のコンデンサケース６６０の一部とがｚ方向で対向する構成を採用することもできる。

図１０に示すようにコンデンサケース６６０と第１内底面６１１ａとのｚ方向の離間距離から調整部材６４０のｚ方向の長さを除いた空隙距離Ｌ１が中点距離Ｌ２よりも短くなっている。空隙距離Ｌ１は最短離間距離Ｌ３よりも短くなっている。

係る構成においても、調整部材６４０とコンデンサケース６６０との接触によって調整部材６４０の第２内底面６５１ａ側への変位が抑制される。また図示しないが、調整部材６４０とコンデンサケース６６０との間に樹脂材６５４が介在されてもよい。さらに言えば、調整部材６４０がバスバケース６７０やリアクトルケース６８０などの樹脂ケースの一部とｚ方向で対向する構成を採用することもできる。調整部材６４０はこの樹脂ケースの一部と接触していてもよい。コンデンサケース６６０、バスバケース６７０、および、リアクトルケース６８０などの樹脂ケースの一部が突出部に相当する。

（第５の変形例）
本実施形態ではハイサイドスイッチ５３５とローサイドスイッチ５３６、および、ハイサイドダイオード５３５ａとローサイドダイオード５３６ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成される例を示した。１相のレグの備える２つのスイッチと２つのダイオードが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成される例を示した。

しかしながらこれとは異なり、例えばハイサイドスイッチ５３５とハイサイドダイオード５３５ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成されてもよい。ローサイドスイッチ５３６とローサイドダイオード５３６ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成されてもよい。

本実施形態ではハイサイドスイッチ５７４とローサイドスイッチ５７５、および、ハイサイドダイオード５７４ａとローサイドダイオード５７５ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成される例を示した。

しかしながらこれとは異なり、例えばハイサイドスイッチ５７４とハイサイドダイオード５７４ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成されてもよい。ローサイドスイッチ５７５とローサイドダイオード５７５ａが樹脂封止されて１つのスイッチモジュールが構成されてもよい。スイッチモジュールの構成形態としては特に限定されない。

（その他の変形例）
本実施形態では電力変換ユニット３００が電力変換装置５００の構成要素の全てを有する例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００にはコンバータ５０１とインバータ５０２のうちの一方の構成要素が含まれていればよい。若しくは、電力変換ユニット３００にはコンバータ５０１とインバータ５０２それぞれの一部の構成要素が含まれていればよい。少なくとも電力変換ユニット３００に電力変換装置５００の構成要素としてスイッチモジュールが含まれていればよい。

本実施形態では電力変換ユニット３００が電気自動車用の車載システム１００に含まれる例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータと内燃機関を備えるハイブリッドシステムに電力変換ユニット３００が含まれる構成を採用することもできる。

本実施形態では電力変換ユニット３００が１つのモータ４００に接続される例を示した。しかしながら電力変換ユニット３００が複数のモータ４００に接続される構成を採用することもできる。この場合、電力変換ユニット３００はインバータ５０２を複数備える。

１００…車載システム、２００…バッテリ、３００…電力変換ユニット、４００…モータ、５００…電力変換装置、５１０…第１コンデンサ、５２０…リアクトル、５３０…Ａ相レグ、５６０…第２コンデンサ、５７１…Ｕ相レグ、５７２…Ｖ相レグ、５７３…Ｗ相レグ、５７６…Ｕ相バスバ、５７７…Ｖ相バスバ、５７８…Ｗ相バスバ、６１０…第１ケース、６１１ａ…第１内底面、６１３…第１支持壁、６１４…第２支持壁、６２０…冷却器、６３０…バネ体、６４０…調整部材、６５１ａ…第２内底面、６５３…突起部、６５４…樹脂材、６６０…コンデンサケース、６７０…バスバケース、６８０…リアクトルケース、ＣＰ…中点

Claims (7)

1. 複数のスイッチモジュール（５３０，５７１～５７３）と電子部品（５１０，５２０，５６０，５７６～５７８）を備える電力変換装置（５００）と、
   複数の前記スイッチモジュールそれぞれを収納するとともに冷却する冷却器（６２０）と、
   複数の前記スイッチモジュールそれぞれと前記冷却器との熱抵抗を低減させるための反力を前記冷却器に付与するバネ体（６３０）と、
   前記反力を調整するための調整部材（６４０）と、
   前記冷却器、前記バネ体、および、前記調整部材を支持するための第１支持壁（６１３）と第２支持壁（６１４）が第１内底面（６１１ａ）に連結された第１ケース（６１０）と、
   前記第１内底面と前記電子部品の設けられる第２内底面（６５１ａ）とが対向方向で対向する態様で前記第１ケースに固定される第２ケースと、を有し、
   前記第１支持壁と前記第２支持壁との間において、前記冷却器は前記反力によって前記第１支持壁と前記バネ体との間に保持され、前記調整部材は前記反力によって前記バネ体と前記第２支持壁との間に保持されており、
   前記第２ケースの前記第２内底面には前記調整部材と前記対向方向で対向する突出部（６５３，６６０，６７０，６８０）が設けられ、
   前記突出部と前記第１内底面との前記対向方向の離間距離から前記調整部材の前記対向方向の長さを除いた空隙距離は、前記第１内底面と前記バネ体の前記対向方向の中点（ＣＰ）との間の中点距離よりも短くなっている電力変換ユニット。
2. 前記バネ体は前記第１内底面から前記対向方向に離間しており、
   前記空隙距離は、前記第１内底面と前記バネ体との間の前記対向方向の最短離間距離よりも短くなっている請求項１に記載の電力変換ユニット。
3. 前記突出部は前記調整部材だけではなく前記第２支持壁と前記対向方向で対向している請求項１または請求項２に記載の電力変換ユニット。
4. 前記突出部は前記第２ケースの前記第２内底面から前記対向方向に突起した突起部（６５３）である請求項１～３いずれか１項に記載の電力変換ユニット。
5. 前記電子部品の少なくとも一部は絶縁性の樹脂ケース（６６０，６７０，６８０）に収納されており、
   前記突出部は前記樹脂ケースの一部である請求項１～３いずれか１項に記載の電力変換ユニット。
6. 前記調整部材と前記突出部との間に絶縁性の樹脂材（６５４）が介在され、前記調整部材と前記突出部それぞれに前記樹脂材が接触している請求項１～５いずれか１項に記載の電力変換ユニット。
7. 前記調整部材と前記突出部とが前記対向方向で対向する態様で接触している請求項１～５いずれか１項に記載の電力変換ユニット。

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