JP2005235929A

JP2005235929A - 電力変換器

Info

Publication number: JP2005235929A
Application number: JP2004041471A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tsuchiya; 英二土屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】効果的に熱とノイズとの遮蔽を行うことにより、小型化が可能で信頼性の高い車載用の電力変換器を得る。
【解決手段】電力変換器をスイッチング素子１ａやフライホイルダイオード１ｂなどからなる電力変換の主回路１と、スイッチング素子１ａの制御信号を発生する電子部品など小電力部品２ａから構成される制御回路２と、主回路１と制御回路２とを収納する筐体７と、筐体７内を主回路１の収納室と制御回路２の収納室とに二分するように設けられた遮蔽部材８とから構成し、遮蔽部材８は、主回路１が発生する熱の遮蔽機能を有する部材と、主回路１が発生する電磁ノイズの遮蔽機能を有する部材とを一体にして薄板状に形成したものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両に搭載される電力変換器において、大型化することなく温度による障害とノイズ誤動作の対応を講じるようにしたものである。

交流電動機の電源を構成するインバータなどの電力変換器は、電力変換を行うスイッチング素子を含む主回路と、主回路に供給される直流電力を平滑するコンデンサと、主回路のスイッチング素子を制御する制御回路などから構成され、発熱部である主回路の熱が温度に弱い制御回路に伝達されるのを防止するために、制御回路と主回路とを分離して両者間の熱伝導を防止するような構成が採られている。また、主回路のスイッチング素子の動作に伴う電磁ノイズにより制御回路の誤動作を防止するために、回路的にノイズを防止する構成や、構造的にノイズの伝播を防止するような構成が採られている。

例えば特許文献１に開示された技術も構造的に熱やノイズを遮蔽するものである。この公報に開示された技術は、ケース内に主回路部を収納する室と制御回路部を収納する室とを設け、両室を一方の壁が合成樹脂などの絶縁材、他方の壁が銅板などの導電材からなる中空の風洞型遮蔽板にて隔離し、主回路を収納する室に設けられた冷却フィンを冷却するファンの風の一部を風洞型遮蔽板の内部に通して冷却することにより、主回路収納室内の温度が制御回路収納室内に伝達し難いようにすると共に、風洞型遮蔽板の一方の壁を形成する導電材が主回路から放射される電磁ノイズを遮蔽して制御回路のノイズ誤動作を防止するようにしたものである。

また、特許文献２に開示された技術は回路的にノイズを防止するものであり、この公報に開示された技術は、インバータの直流入力側に設けられたフィルタコンデンサと、交流出力側の各相に設けられた三相のリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタを備えたものにおいて、スイッチング時の浮遊容量による対地間漏洩電流のノイズを抑制するために、出力側の三相フィルタコンデンサの他端を直流側接地点以外の一定電圧点に接続するようにしたものである。

特開平０９−２３７９９２号公報（第３〜５頁、第１〜９図）特開平１０−２９５０８９号公報（第３〜５頁、第１〜５図）

このように構造的な熱とノイズの抑制策や、回路構成によるノイズ抑制策が開示されているが、特許文献１に示された構成は、中空の風洞型遮蔽板により主回路と制御回路とが分離され、風洞型遮蔽板内を冷却風が通るため、温度の遮蔽には効果があるが、風洞型遮蔽板は内部に冷却風通路が設けられているために主回路と制御回路との間に余分な寸法を必要とし、例えば車載の電力変換器のように搭載場所に制約がある場合には搭載が困難になると共に、スイッチング動作を高速化する場合、制御回路から主回路へ伝達する信号中継線のインピーダンスが大となって信号の遅延が発生するため最悪の場合誤動作に至る可能性があった。また、特許文献２の方式では温度遮蔽を追加せねばならず、回路構成的にもリアクトルやコンデンサの多数使用による大型化は避けられず、車両に搭載することには問題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、効果的に熱とノイズの遮蔽を行うことにより、小型化が可能で信頼性の高い車載用の電力変換器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る電力変換器は、スイッチング素子やフライホイルダイオードなどから構成される電力変換の主回路と、スイッチング素子の制御信号を発生する電子部品など小電力部品から構成される制御回路と、主回路と制御回路とを収納する筐体と、筐体内を主回路の収納室と制御回路の収納室とに二分するように設けられ、主回路が発生する熱の遮蔽機能を有する部材と主回路が発生する電磁ノイズの遮蔽機能を有する部材とが一体に薄板状に形成された遮蔽部材とを備えるようにしたものである。

このように構成した電力変換器によれば、主回路と制御回路とを二分する遮蔽部材に、熱の遮蔽機能を有する部材と電磁ノイズの遮蔽機能を有する部材とを一体の薄板状にしたものを使用するので、電力変換器を車両に搭載可能なように小型化しながら制御回路に対する熱伝導と電磁障害とを防止することができ、また、主回路に対する信号線の短縮化による誤動作の防止が可能となって小型で信頼性の高い電力変換器を得ることができるものである。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による電力変換器の構成を説明する前に、車載用電力変換器の回路構成につき概略説明すると、図１は車載用電力変換器の概略回路構成を示すもので、電力変換器（インバータ）は主回路１と制御回路２と平滑用コンデンサ３などから構成され、主回路１は図１には一相分のみ示しているが、三相分の三組が並列に接続され、各相毎に二個が直列接続された六個のスイッチング素子１ａと、各スイッチング素子に逆並列に接続された六個のフライホイルダイオード１ｂとから構成され、直流電源４から平滑用コンデンサ３を介して直流電力を受け、三相の交流電力に変換して電動機５に交流電力を供給する。平滑用コンデンサ３はスイッチング素子１ａのスイッチング動作に伴うリップルを平滑するものである。

制御回路２はＰＷＭ制御に代表されるような信号を発生し、主回路１の六個のスイッチング素子１ａを適宜ＯＮ−ＯＦＦさせることにより直流電力をＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）の三相交流電力に変換し、電動機５の回転速度と発生トルクとを制御するが、この制御は変流器６により入力電流と出力電流とを検知してフィードバック制御がなされる。スイッチング素子１ａには通常パワートランジスタが使用されるが、比較的大電力を直交変換するために発熱源およびノイズ源となり、制御回路２はＰＷＭ信号などにより主回路１にＶＶＶＦの三相交流を生成させる小電力の電子回路であるためにノイズや熱の影響を受けた場合には誤動作の原因となる。

このような電力変化装置の部品配置構成を示したのが図２であり、図２はこの発明の実施の形態１による電力変換器の構成を示したものである。図において、電力変換器の各部品を収納する筐体７は冷却フィン７ａを有しており、筐体７の冷却フィン７ａを有する基部７ｂにはスイッチング素子１ａやフライホイルダイオード１ｂなどを有する主回路１と平滑用コンデンサ３など、大電力部品が取り付けられており、筐体７内には主回路１とは離間して小電力電子部品２ａを搭載して制御回路２を形成するプリント基板が取り付けられている。そして、主回路１と制御回路２との間には遮蔽部材８が設けられ、主回路１と制御回路２との間は信号線９が最短距離となるように遮蔽部材８を貫通して両者を電気的に接続している。

主回路１と制御回路２との間に設けられた遮蔽部材８は、例えばガラス繊維入りのエポキシ樹脂など熱伝導率の低い材料からなる基体に銅箔を貼り付けたプリント基板など薄板から構成されると共に、主回路１を収納する主回路室と制御回路２を収納する制御回路室とに筐体７内を二分しており、遮蔽部材８の基体は熱伝導率の低い材料が使用されているので主回路１の発生する熱が制御回路２へ伝達されるのを遮蔽すると共に、基体に印刷された銅箔はスイッチング素子１ａの動作に伴って主回路１から放射される電磁ノイズを遮蔽する。

このように構成されたこの発明の実施の形態１による電力変換器では、主回路１と制御回路２との間に設けられる遮蔽部材８が銅箔を有するプリント基板など薄板にて構成されるので、主回路１と制御回路２との間の距離を極力小さくしながら熱とノイズとを遮蔽することができ、電力変換器を車両への搭載可能に小型化しながら主回路１と制御回路２との間を接続する信号線９を短縮することができ、信号遅延や誤動作を完全に防止することが可能な信頼性の高い電力変換器を得ることができるものである。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電力変換器の構成を示したもので、この実施の形態による電力変換器は、実施の形態１による電力変換器に対して遮蔽部材８の材質と形状とを変えたものである。この実施の形態における遮蔽部材８は図３に示すようにコの字状に形成され、上面は実施の形態１と同様に主回路１と制御回路２との間に筐体７内を二分するように配置され、下面は筐体７の冷却フィン７ａを有する基部７ｂに所定の面積にて接するように設けられると共に、材質は例えば銅板やアルミニュウム板のような熱伝導性が高く、導電性のある金属材料などの板材が用いられる。

遮蔽部材８をこのように形成することにより、主回路１にて発生する熱は筐体７の冷却フィン７ａで放熱されると共に遮蔽部材８を加熱するが、加熱された遮蔽部材８の熱は遮蔽部材８が高熱伝導体であるために筐体７の冷却フィン７ａに放熱され、また、導電性のある材料にて形成されているために主回路１にて発生する電磁ノイズは遮蔽され、単一材料の板材で熱とノイズとを遮蔽するので、電力変換器を車両に搭載することが可能なように小型化でき、主回路１と制御回路２との間を接続する信号線９を短縮することができるものである。なお、遮蔽部材８の形状は筐体７の冷却フィン７ａに放熱できる構成であればよく、形状は限定されるものではない。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による電力変換器の構成を示したものである。図４において、筐体１０は底面をなすベース１１とカバー１２とから構成され、ベース１１にはスイッチング素子１ａやダイオード１ｂおよび平滑用コンデンサ３などからなる主回路１が取り付けられて主回路室が形成され、冷却兼遮蔽部材１３にて分離された制御回路室には小電力電子部品２ａからなる制御回路２のプリント基板が取り付けられている。また、主回路１と制御回路２とを接続する信号線９は冷却兼遮蔽部材１３を貫通して最短距離にて設けられる。

このように構成されたこの発明の実施の形態３による電力変換器では、冷却兼遮蔽部材１３が筐体内を主回路室と制御回路室とに二分しており、冷却兼遮蔽部材１３を例えばアルミニュウムなどの導電材などで形成することにより、実施の形態１および２と比較して信号線９は若干長くなるが、主回路１の冷却と、主回路室と制御回路室との間の熱とノイズとの遮蔽が可能になるものであり、信頼性の高い電力変換器を得ることができるものである。

この発明による省スペース型で高信頼性を有する電力変換器は、車両などに搭載して電動機を駆動する交流電源に適用できるものである。

車載用電力変換器の概略回路構成を示すものである。この発明の実施の形態１による電力変換器の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２による電力変換器の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態３による電力変換器の構成を示す断面図である。

符号の説明

１主回路、１ａスイッチング素子１ａ、１ｂフライホイルダイオード、
２制御回路、２ａ小電力電子部品、３平滑用コンデンサ、
４直流電源、５電動機、６変流器、７、１０筐体、７ａ冷却フィン、
７ｂ基部、８遮蔽部材、９信号線、１１ベース、
１２カバー、１３冷却兼遮蔽部材。

Claims

スイッチング素子やフライホイルダイオードなどから構成される電力変換の主回路、前記スイッチング素子の制御信号を発生する電子部品など小電力部品から構成される制御回路、前記主回路と前記制御回路とを収納する筐体、前記筐体内を前記主回路の収納室と前記制御回路の収納室とに二分するように設けられ、前記主回路が発生する熱の遮蔽機能を有する部材と前記主回路が発生する電磁ノイズの遮蔽機能を有する部材とが一体に薄板状に形成された遮蔽部材を備えたことを特徴とする電力変換器。
前記遮蔽部材が、熱伝導率の低い絶縁板上に導電材料を形成させたプリント基板からなることを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
前記主回路の発生する熱を放散する冷却フィンを備えており、前記遮蔽部材が熱と電気の良導体から形成されて前記冷却フィンに熱を伝導するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
スイッチング素子やフライホイルダイオードなどから構成される電力変換の主回路、前記スイッチング素子の制御信号を発生する電子部品など小電力部品から構成される制御回路、前記主回路と前記制御回路とを収納する筐体、前記筐体内を前記主回路の収納室と前記制御回路の収納室とに二分するように設けられ、前記主回路の発生する熱を放散すると共に、前記主回路の発生する電磁ノイズを遮蔽する導電部材からなる冷却兼遮蔽部材を備えたことを特徴とする電力変換器。