電力変換装置

【課題】リアクトル及びコンデンサの振動や騒音が外部に伝わりにくい電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、スイッチング素子８と、コンデンサ２と、リアクトル３とを備える。コンデンサ２は、コンデンサ素子２１と、コンデンサ側ポッティング材２２とを備える。また、リアクトル３は、コイル３０と、コア３１と、リアクトル側ポッティング材３２とを備える。コンデンサ２とリアクトル３は、スイッチング素子８のスイッチング動作に伴って機械的に振動する。コンデンサ２とリアクトル３とが直接、互いに固定されている。これにより、コンデンサ２とリアクトル３とのうち一方から生じた振動を、他方の質量およびポッティング材２２，３２で低減することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ及びリアクトルを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハイブリッド車等に搭載される電力変換装置が知られている（下記特許文献１）。この電力変換装置は図１４に示すごとく、コンデンサ９２と、リアクトル９３と、複数個の半導体モジュール９１とを備え、これらの部品が金属製のケース９４内に収納されている。上記半導体モジュール９１によりインバータおよびコンバータが構成されている。このコンバータを使って、図示しない直流電源の電圧を昇圧し、さらにインバータを使って交流電力に変換する。得られた交流電力により三相交流モータ９５を駆動し、車両を走行させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９９１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の電力変換装置９０は、動作時にリアクトル９３やコンデンサ９２が機械的に振動し、騒音が発生する問題がある。また、これらの振動や騒音が車室まで伝播し、乗員に不快感を与えるという問題がある。
【０００５】
リアクトル９３が振動する理由は、以下のとおりである。すなわち、リアクトル９３は導線を巻回したコイルを備えており、電力変換装置９０の動作に伴ってコイルに交流電流が流れる。この交流電流により、コイルを構成する巻線と巻線との間に電気的な反発力が生じ、かつ、この反発力が交流電流の周波数に比例して周期的に変化するため、リアクトル９３が振動する。
【０００６】
また、コンデンサ９２が振動する理由は、以下のとおりである。すなわち、電力変換装置９０の動作に伴って、コンデンサ９２の電極に交流電圧が加わる。この交流電圧により、コンデンサ９２に電荷が蓄積され、電極間にクーロン力が作用する。クーロン力は交流電圧の振動数に比例して周期的に変化するため、コンデンサ９２が振動する。
【０００７】
そのため、リアクトル９３及びコンデンサ９２の振動や騒音がケース９４の外に伝わりにくい電力変換装置が望まれている。
【０００８】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、リアクトル及びコンデンサの振動や騒音が外部に伝わりにくい電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、スイッチング素子と、コンデンサと、リアクトルとを備える電力変換装置であって、
上記コンデンサは、コンデンサ素子と、該コンデンサ素子を封止するコンデンサ側ポッティング材とを備え、
上記リアクトルは、通電により磁束が発生するコイルと、該磁束が通過するコアと、上記コイルを封止するリアクトル側ポッティング材とを備え、
上記コンデンサと上記リアクトルは、上記スイッチング素子のスイッチング動作に伴って機械的に振動し、
上記コンデンサと上記リアクトルとが直接、互いに固定されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、コンデンサとリアクトルとを直接、互いに固定した。そのため、例えばコンデンサが振動する場合には、その振動がリアクトルに伝わり、リアクトルを同時に振動させようとする。しかし、リアクトルは充分な質量を有するため、コンデンサからの振動の伝播によって大きく振動することはなく、逆に、リアクトルの質量でコンデンサの振動を低減することができる。また、リアクトルにはリアクトル側ポッティング材が充填されており、このリアクトル側ポッティング材のダンピング効果によって、コンデンサから伝播した振動を減衰できる。
また、リアクトルが振動する場合には、その振動がコンデンサに伝わり、コンデンサを同時に振動させようとする。しかし、コンデンサは充分な質量を有するため、リアクトルからの振動の伝播によって大きく振動することはなく、逆に、コンデンサの質量でリアクトルの振動を低減することができる。また、コンデンサにはコンデンサ側ポッティング材が充填されており、このコンデンサ側ポッティング材のダンピング効果によって、リアクトルから伝播した振動を減衰できる。
【００１１】
このように、コンデンサとリアクトルとを直接、互いに固定することにより、一方の部材（コンデンサ又はリアクトル）の振動を、他方の部材の重量およびポッティング材によって低減できる。
すなわち、上述のようにコンデンサとリアクトルとを直接、互いに固定することにより、コンデンサとリアクトルとを、互いに相手側の部材の振動を低減する制振部材として機能させることができる。
【００１２】
なお、上記リアクトル側ポッティング材は、リアクトルに含まれるコイルの振動を低減することもでき、上記コンデンサ側ポッティング材は、コンデンサ素子の振動を低減することもできる。
【００１３】
従来の電力変換装置は、図１４に示すごとく、リアクトル９３とコンデンサ９２とが直接、互いに固定されておらず、分離してケース９４内に収納されていた。そのため、本発明の効果が得られず、振動が低減されずにケース９４外に伝播していた。それに対して本発明では、リアクトルとコンデンサとが直接、互いに固定されているため、これらリアクトルとコンデンサとの一方から発生した振動を他方で低減することが可能となり、ケース外に伝播する振動や騒音を少なくすることができる。
【００１４】
以上のごとく、本発明によると、リアクトル及びコンデンサの振動や騒音が外部に伝わりにくい電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、電力変換装置の斜視図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の断面図であって、図５のＣ−Ｃ断面図。
【図３】実施例１における、ミドルケースの斜視図であって、リアクトルの接続側から見た図。
【図４】実施例１における、リアクトルの斜視図。
【図５】図２のＡ−Ａ矢視図。
【図６】図２のＢ−Ｂ矢視図。
【図７】実施例１における、電力変換装置の分解断面図。
【図８】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図９】実施例１における、磁性粉末混合樹脂をコアとして用いたリアクトルの断面図。
【図１０】実施例２における、電力変換装置の断面図であって、図１１のＥ−Ｅ断面図。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ断面図。
【図１２】実施例３における、電力変換装置の断面図であって、図１３のＧ−Ｇ断面図。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ断面図。
【図１４】従来例における、電力変換装置の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記リアクトルと上記コンデンサとは分離可能な別部材として構成され、該リアクトルと該コンデンサとは、締結部材によって互いに固定されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、電力変換装置を製造しやすくなる。すなわち、リアクトルとコンデンサとは製造場所が異なることが多く、これらリアクトルとコンデンサとが一体になったものを入手しにくい場合がある。その場合には、リアクトルとコンデンサとを別々に入手し、締結部材を用いて固定すれば、リアクトルとコンデンサとが直接、互いに固定されたものを容易に製造することが可能になる。
【００１７】
また、仕切板によって収納部が２分割された収納ケースを備え、該収納ケースの一方の上記収納部に上記リアクトルが収納され、他方の上記収納部に上記コンデンサが収納されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、締結部材を使用しなくてすむので、製造コストを下げることができる。また、仕切板の剛性によって、コンデンサおよびリアクトルの振動を抑制することができるため、振動および騒音の低減効果をさらに高めることができる。
【００１８】
また、上記リアクトル側ポッティング材および上記コンデンサ側ポッティング材をなす共通ポッティング材を備え、上記コイルおよび上記コンデンサ素子は該共通ポッティング材に封止されており、該共通ポッティング材によって上記リアクトルと上記コンデンサとが一体化していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、コンデンサとリアクトルとの間に仕切板が無く一体化しているため、コンデンサの振動がリアクトル側の共通ポッティング材に伝わりやすくなり、また、リアクトルの振動がコンデンサ側の共通ポッティング材に伝わりやすくなる。そのため、共通ポッティング材による振動吸収効果を高めることができる。
また、上記構造にすると、製造工程において、コンデンサ素子とコイルとを共通ポッティング材を使って一度に封止することができる。そのため、コンデンサとリアクトルとを別々に製造する場合と比較して、製造コストを低減することが可能である。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図９を用いて説明する。図１は本例の電力変換装置１の斜視図であり、図２は断面図である。
図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、スイッチング素子８と、コンデンサ２と、リアクトル３とを備える。
また、コンデンサ２は、コンデンサ素子２１と、該コンデンサ素子２１を封止するコンデンサ側ポッティング材２２とを備える。
リアクトル３は、通電により磁束が発生するコイル３０と、磁束が通過するコア３１と、コイル３０を封止するリアクトル側ポッティング材３２とを備える。
また、コンデンサ２とリアクトル３は、スイッチング素子のスイッチング動作に伴って機械的に振動する。
そして、コンデンサ２とリアクトル３とが直接、互いに固定されている。
以下、詳説する。
【００２０】
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ロアケース１１と、ミドルケース１２と、カバーケース１３とを備える。各ケースにはボルト１５０によってケース同士を接続するための接続部１５が形成されている。また、ミドルケース１２には、電力変換装置１を他の部材に取り付けるための取付部１４が設けられている。
【００２１】
また、図２に示すごとく、ロアケース１１にはコンデンサ２が収納され、ミドルケース１にはリアクトル３と、スイッチング素子８と、制御回路基板８１とが収納されている。リアクトル３はリアクトルケース３３を備え、このリアクトルケース３３は、ミドルケース１２と一体になっている。
【００２２】
図３は、ミドルケース１２の斜視図である。同図は、図２に記載のミドルケース１２を上下逆にし、コンデンサ２の取付側から見た斜視図であり、スイッチング素子８および制御基板８１を省略して描いてある。図３に示すごとく、ミドルケース１２は底板１２０を備え、この底板１２０とリアクトルケース３３は一体に形成されている。また、リアクトルケース３３は、コンデンサ２と接続するためのリアクトル側接続部４０を複数個有する。個々のリアクトル側接続部４０には、後述する締結部材４を挿通するための貫通孔４００が形成されている。また、ミドルケース１２の内壁にも、コンデンサ２と接続するための接続部４０ａが突出形成されている。
【００２３】
図４はコンデンサ２の斜視図である。また、図５は図２のＡ−Ａ矢視図であり、図６は図２のＢ−Ｂ矢視図である。図４〜図６に示すごとく、コンデンサ２はコンデンサケース２３を備え、このコンデンサケース２３の内部にコンデンサ素子２１（図６参照）が収納されている。そして、コンデンサ素子２１をコンデンサ側ポッティング材２２が封止している。コンデンサケース２３は、リアクトル３と接続するためのコンデンサ側接続部４１を複数個有する。個々のコンデンサ側接続部４１には、締結部材４を挿通するための貫通孔４０１が形成されている。
【００２４】
次に、電力変換装置１の製造方法を、図７の分解断面図を用いて説明する。同図に示すごとく、電力変換装置１を製造する際には、まずリアクトルケース３３にコア３１と、コイル３０とを収納し、これらをリアクトル側ポッティング材３２で封止して、リアクトル３を形成する。また、ミドルケース１２にスイッチング素子８および制御基板８１を収納する。次にコンデンサ２を用意し、締結部材４を使ってコンデンサ２をリアクトル３およびミドルケース１２に固定する。すなわち、コンデンサ側接続部４１をリアクトル側接続部４０および接続部４０ａに合わせ、上記貫通孔４００，４０１に締結部材４を挿通して、これらコンデンサ２およびリアクトル３を直接、互いに固定する。
その後、ミドルケース１２にロアケース１１を取り付け、ボルト１５０を接続部１５に挿通して、これらミドルケース１２とロアケース１１を固定する。また、ミドルケース１２にカバーケース１３（図２参照）を取り付けて、同様に固定する。
【００２５】
次に、電力変換装置１の回路図を図８に示す。同図に示すごとく、電力変換装置１は複数個のスイッチング素子８（ＩＧＢＴ素子）からなるインバータ部７０と、コンバータ部７１を備える。この電力変換装置１は、直流電源７２の電圧をコンバータ部７１で昇圧し、さらにインバータ部７０で交流に変換する。そして、得られた交流電力を使って三相交流モータ７２を駆動する。
コンバータ部では、スイッチング素子８をスイッチング動作させることにより、直流電源７２の電圧を昇圧している。この際、リアクトル３に交流電流が流れる。また、コンデンサ２は、昇圧後の電圧を平滑するために設けられている。コンデンサ２の電極間には、交流電圧が加わる。
【００２６】
なお、本例では、上述したリアクトル３に代えて、図９に示すリアクトル３’を用いることもできる。このリアクトル３’は、樹脂の中に磁性粉末が分散した磁性粉末混合樹脂からなるコア３１’と、該コア３１’の中に埋設されたコイル３０とを備える。このように、リアクトル３’のコア３１’は、図７で説明したコア３１と、リアクトル側ポッティング材３２との両方の機能を兼ねている。
【００２７】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上述したように、リアクトル３には交流電流が流れ、コンデンサ２の電極間には交流電圧が加わる。これにより、リアクトル３とコンデンサ２とが機械的に振動する。しかし、本例の電力変換装置１は、図２に示すごとく、コンデンサ２とリアクトル３とが直接、互いに固定されているため、例えばコンデンサ２が振動する場合には、その振動がリアクトル３に伝わり、リアクトル３を同時に振動させようとする。しかし、リアクトル３は充分な質量を有するため、コンデンサ２からの振動の伝播によって大きく振動することはなく、逆に、リアクトル３の質量でコンデンサ２の振動を低減することができる。また、リアクトル３にはリアクトル側ポッティング材３２が充填されており、このリアクトル側ポッティング材３２のダンピング効果によって、コンデンサ２から伝播した振動を減衰できる。
また、リアクトル３が振動する場合には、その振動がコンデンサ２に伝わり、コンデンサ２を同時に振動させようとする。しかし、コンデンサ２は充分な質量を有するため、リアクトル３からの振動の伝播によって大きく振動することはなく、逆に、コンデンサ２の質量でリアクトル３の振動を低減することができる。また、コンデンサ２にはコンデンサ側ポッティング材２２が充填されており、このコンデンサ側ポッティング材２２のダンピング効果によって、リアクトル３から伝播した振動を減衰できる。
【００２８】
このように、コンデンサ２とリアクトル３とを直接、互いに固定することにより、一方の部材（コンデンサ２又はリアクトル３）の振動を、他方の部材の重量及びポッティング材２２，３２によって低減できる。
すなわち、上述のようにコンデンサ２とリアクトル３とを直接、互いに固定することにより、コンデンサ２とリアクトル３とを、互いに相手側の部材の振動を低減する制振部材として機能させることができる。
【００２９】
なお、リアクトル側ポッティング材３２は、リアクトル３に含まれるコイル３０の振動を低減することもでき、コンデンサ側ポッティング材２２は、コンデンサ素子２１の振動を低減することもできる。
【００３０】
従来の電力変換装置１は、図１４に示すごとく、リアクトル９３とコンデンサ９２とが直接、互いに固定されておらず、分離してケース９４内に収納されていた。そのため、本発明の効果が得られず、振動が低減されずにケース外に伝播していた。それに対して本発明では、リアクトル３とコンデンサ２とが直接、互いに固定されているため、これらリアクトル３とコンデンサ２との一方から発生した振動を他方で低減することが可能となり、ケース外に伝播する振動や騒音を少なくすることができる。
【００３１】
また、図７に示すごとく、リアクトル３とコンデンサ２とは分離可能な別部材として構成され、リアクトル３とコンデンサ２とは、締結部材４によって互いに固定されている。
このようにすると、電力変換装置１を製造しやすくなる。すなわち、リアクトル３とコンデンサ２とは製造場所が異なることが多く、これらリアクトル３とコンデンサ２とが一体になったものを入手しにくい場合がある。その場合には、リアクトル３とコンデンサ２とを別々に入手し、本例のように締結部材４を用いて固定すれば、リアクトル３とコンデンサ２とが直接、互いに固定されたものを容易に製造することが可能になる。
【００３２】
以上のごとく、本発明によると、リアクトル３及びコンデンサ２の振動や騒音が外部に伝わりにくい電力変換装置１を提供することができる。
【００３３】
（実施例２）
本例は、コンデンサ２及びリアクトル３の構造を変更した例である。図１０、図１１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、仕切板５１によって収納部５２が２分割された収納ケース５を備え、該収納ケース５の一方の収納部５２ａにリアクトル３が収納され、他方の収納部５２ｂにコンデンサ２が収納されている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。
【００３４】
本例の作用効果につき説明する。
上記構成にすると、締結部材４を使用しなくてすむので、製造コストを下げることができる。また、仕切板５１の剛性によって、コンデンサ２およびリアクトル３の振動を抑制することができるため、振動および騒音の低減効果をさらに高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３５】
（実施例３）
本例は、コンデンサ２及びリアクトル３の構造を変更した例である。図１２、図１３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、リアクトル側ポッティング材３２およびコンデンサ側ポッティング材２２をなす共通ポッティング材６を備え、コイル３０およびコンデンサ素子２１は共通ポッティング材６に封止されており、共通ポッティング材６によってリアクトル３とコンデンサ２とが一体化している。
その他、実施例１と同様の構成を有する。
【００３６】
本例の作用効果につき説明する。
上記構成にすると、コンデンサ２とリアクトル３との間に仕切板５１が無く一体化しているため、コンデンサ２の振動がリアクトル３側の共通ポッティング材６に伝わりやすくなり、また、リアクトル３の振動がコンデンサ２側の共通ポッティング材６に伝わりやすくなる。そのため、共通ポッティング材６による振動吸収効果を高めることができる。
また、上記構成にすると、製造工程において、コンデンサ素子２１とコイル３０とを共通ポッティング材６を使って一度に封止することができる。そのため、コンデンサ２とリアクトル３とを別々に製造する場合と比較して、製造コストを低減することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１電力変換装置
２コンデンサ
２１コンデンサ素子
２２コンデンサ側ポッティング材
３リアクトル
３０コイル
３１コア
３２リアクトル側ポッティング材
４締結部材
５収納ケース
５１仕切板
５２収納部
６共通ポッティング材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、コンデンサと、リアクトルとを備える電力変換装置であって、
上記コンデンサは、コンデンサ素子と、該コンデンサ素子を封止するコンデンサ側ポッティング材とを備え、
上記リアクトルは、通電により磁束が発生するコイルと、該磁束が通過するコアと、上記コイルを封止するリアクトル側ポッティング材とを備え、
上記コンデンサと上記リアクトルは、上記スイッチング素子のスイッチング動作に伴って機械的に振動し、
上記コンデンサと上記リアクトルとが直接、互いに固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記リアクトルと上記コンデンサとは分離可能な別部材として構成され、該リアクトルと該コンデンサとは、締結部材によって互いに固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、仕切板によって収納部が２分割された収納ケースを備え、該収納ケースの一方の上記収納部に上記リアクトルが収納され、他方の上記収納部に上記コンデンサが収納されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１において、上記リアクトル側ポッティング材および上記コンデンサ側ポッティング材をなす共通ポッティング材を備え、上記コイルおよび上記コンデンサ素子は該共通ポッティング材に封止されており、該共通ポッティング材によって上記リアクトルと上記コンデンサとが一体化していることを特徴とする電力変換装置。

【図１】