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技術 コンデンサユニット及び電力変換装置

出願人 三菱重工サーマルシステムズ株式会社
発明者 服部誠上谷洋行樋口博人鷹繁貴之
出願日 2015年12月8日 (3年10ヶ月経過) 出願番号 2015-239380
公開日 2017年6月15日 (2年4ヶ月経過) 公開番号 2017-108503
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 コンデンサの取付 コンデンサの端子一般
主要キーワード N端子 固定対象物 設置構成 内部透視 所要周波数 直流電源端子 コンデンサ接続端子 電力変換ユニット
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月15日)のものです。
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図面 (7)

課題

小型化を図ったコンデンサユニット及び電力変換装置を提供すること。

解決手段

コンデンサユニット21は、コンデンサ本体33と、コンデンサ本体33の一対の電極33A,33Bにそれぞれ接続される一対のバスバー31,32と、コンデンサ本体33及びバスバー31,32を内包する樹脂製のケーシング30と、を一体に備え、バスバー31,32は、それぞれ一端側に直流電力高電圧ケーブル16の接続端子17A,17Bが接続される入力端子31A,32Aと、他端側にインバータ基板が接続される出力端子31B,32Bとを備えた。

概要

背景

例えば、電気自動車ハイブリッド車等に搭載される空調装置には、電力変換装置が一体に組み込まれた電動圧縮機が用いられている。この種の電動圧縮機では、車両に搭載された電源ユニットから供給される高電圧直流電力を電力変換装置で所要周波数三相交流電力に変換し、それを電動圧縮機に印加することにより駆動されるように構成されている。

この種の電力変換装置として、従来、半導体モジュールと、この半導体モジュールの直流電源端子に接続させて半導体モジュールに直流電力を供給するバスバーと、このバスバーに電気的に接続されるコンデンサモジュールとを備え、バスバーとコンデンサモジュールとを一体的に構成した技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

小型化をったコンデンサユニット及び電力変換装置を提供すること。コンデンサユニット21は、コンデンサ本体33と、コンデンサ本体33の一対の電極33A,33Bにそれぞれ接続される一対のバスバー31,32と、コンデンサ本体33及びバスバー31,32を内包する樹脂製のケーシング30と、を一体に備え、バスバー31,32は、それぞれ一端側に直流電力の高電圧ケーブル16の接続端子17A,17Bが接続される入力端子31A,32Aと、他端側にインバータ基板が接続される出力端子31B,32Bとを備えた。

目的

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ったコンデンサユニット及び電力変換装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

コンデンサ本体と、前記コンデンサ本体の一対の電極にそれぞれ接続される一対のバスバーと、前記コンデンサ本体及び前記バスバーを内包する樹脂製のケーシングと、を一体に備え、前記バスバーは、それぞれ一端側に直流電力電力ケーブルが接続される入力端子と、他端側に基板が接続される出力端子と、を備えたことを特徴とするコンデンサユニット

請求項2

前記バスバーは、前記ケーシングにインサート成形されていることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサユニット。

請求項3

前記ケーシングは、上面が開口した収容部を有する箱状に形成され、前記収容部に前記コンデンサ本体を収容するとともに、前記コンデンサ本体を樹脂材で固定したことを特徴とする請求項1または2に記載のコンデンサユニット。

請求項4

前記ケーシングは、前記入端子をそれぞれ支持する入力端子支持部と、これら入力端子支持部に並設され、該ケーシングを固定対象物に固定するための固定部と、を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のコンデンサユニット。

請求項5

前記固定部は、前記直流電力のシールドアースケーブル接続可能なグランド端子支持部であることを特徴とする請求項4に記載のコンデンサユニット。

請求項6

前記ケーシングは、側方に突出して前記出力端子をそれぞれ支持する出力端子支持部を備え、前記出力端子支持部は、前記ケーシングの上面よりも低い高さ位置に形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のコンデンサユニット。

請求項7

請求項1から6のいずれかに記載のコンデンサユニットと、前記コンデンサユニットの前記出力端子に接続され、直流電源三相交流電源に変換する前記基板としてのインバータ基板と、を備えることを特徴とする電力変換装置

技術分野

0001

本発明は、コンデンサユニット及びこれを備える電力変換装置に関する。

背景技術

0002

例えば、電気自動車ハイブリッド車等に搭載される空調装置には、電力変換装置が一体に組み込まれた電動圧縮機が用いられている。この種の電動圧縮機では、車両に搭載された電源ユニットから供給される高電圧直流電力を電力変換装置で所要周波数三相交流電力に変換し、それを電動圧縮機に印加することにより駆動されるように構成されている。

0003

この種の電力変換装置として、従来、半導体モジュールと、この半導体モジュールの直流電源端子に接続させて半導体モジュールに直流電力を供給するバスバーと、このバスバーに電気的に接続されるコンデンサモジュールとを備え、バスバーとコンデンサモジュールとを一体的に構成した技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2007−336761号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、従来の構成では、バスバーは、コンデンサモジュールの外部に連結されてコンデンサモジュールと一体化された構造であり、バスバーに電力ケーブル及び半導体モジュールがそれぞれ接続されている。このため、バスバーが連結されたコンデンサモジュールが大型化し、結果として電力変換装置が大型化するという問題がある。

0006

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ったコンデンサユニット及び電力変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコンデンサユニットは、コンデンサ本体と、コンデンサ本体の一対の電極にそれぞれ接続される一対のバスバーと、コンデンサ本体及びバスバーを内包する樹脂製のケーシングと、を一体に備え、バスバーは、それぞれ一端側に直流電力の電力ケーブルが接続される入力端子と、他端側に基板が接続される出力端子とを備えたことを特徴とする。

0008

この構成によれば、ケーシングにコンデンサ本体、入力端子及び出力端子をコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニットの小型化を図ることができる。

0009

また、バスバーは、ケーシングにインサート成形されてもよい。この構成によれば、コンデンサ本体を避けた位置にバスバーを簡単に配置することができ、コンデンサユニットの小型化を簡単に実現できる。

0010

また、ケーシングは、上面が開口した収容部を有する箱状に形成され、収容部にコンデンサ本体を収容するとともに、コンデンサ本体を樹脂材で固定してもよい。この構成によれば、ケーシング内に収容されるコンデンサ本体は樹脂材で覆われることにより、コンデンサユニットの水密性の向上を図ることができる。

0011

また、ケーシングは、入力端子をそれぞれ支持する入力端子支持部と、これら入力端子支持部に並設され、該ケーシングを固定対象物に固定するための固定部とを備えてもよい。この構成によれば、例えば、外部装置などの固定対象物に、コンデンサユニットを簡単に取り付けて固定することができる。

0012

また、固定部は、直流電力のシールドアースケーブル接続可能なグランド端子部であってもよい。この構成によれば、固定部がコンデンサユニットの取り付けと、コンデンサユニットに供給される直流電力のノイズ対策とを共に行うため、取り付け構成の簡素化を図ることができる。

0013

また、ケーシングは、側方に突出して出力端子をそれぞれ支持する出力端子支持部を備え、出力端子支持部は、ケーシングの上面よりも低い高さ位置に形成されていてもよい。この構成によれば、出力端子支持部に基板の一部を載せた状態で、基板と出力端子とを接続することができる。このため、コンデンサユニットに隣接して基板を配置できることにより、その分、基板の面積を小さくすることができ、コストダウンと小型化することができる。

0014

また、本発明にかかる電力変換装置は、上記したコンデンサユニットと、コンデンサユニットの出力端子に接続され、直流電源三相交流電源に変換するインバータ基板とを備えても良い。この構成によれば、コンデンサユニットの小型化に伴い、電力変換ユニットの小型化を図ることができる。

発明の効果

0015

本発明によれば、ケーシングにコンデンサ本体、入力端子及び出力端子をコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニットの小型化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0016

図1は、本実施形態にかかる電力変換装置を備えた車載用電動圧縮機の一例を示す概略構成図である。
図2は、電力変換装置を構成するコンデンサユニットとインバータ基板との配置構成を示す斜視図である。
図3は、コンデンサユニットの内部透視斜視図である。
図4は、コンデンサユニットのケーシングに収容されるコンデンサ本体とバスバーとを示す分解斜視図である。
図5は、コンデンサユニットの平面図である。
図6は、電力変換装置が設置された状態を示す側面図である。

実施例

0017

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

0018

図1は、本実施形態にかかる電力変換装置を備えた車載用電動圧縮機の一例を示す概略構成図である。車載用電動圧縮機10は、車両に搭載された空調装置(不図示)を構成する機器であり、空調装置の冷媒回路内循環する低圧冷媒吸入し、この冷媒を圧縮して再び冷媒回路内に吐出する。車載用電動圧縮機10は、外殻を構成するハウジング11と、このハウジング11に内蔵される電動機12及び圧縮機構13とを備えて構成される。圧縮機構13は、電動機12と回転軸を介して連結されており、電動機12の回転駆動により圧縮機構13が駆動される。

0019

車載用電動圧縮機10は、電動機12に電力を供給する電力変換装置20を備える。電力変換装置20は、車載用電動圧縮機10のハウジング11に取り付けられて車載用電動圧縮機10と一体になっている。電力変換装置20は、車両に搭載されるバッテリなどの電源ユニット15から供給される直流電力を、所要周波数の三相交流電力に変換して電動機12に印加し、該電動機12を駆動する。電力変換装置20は、コンデンサユニット21とインバータ基板22とを備えて構成される。コンデンサユニット21は、電源ユニット15から供給される直流電力に重畳するリプル成分を除去して平滑化し、平滑化した直流電力をインバータ基板22に出力する。インバータ基板22は、平滑化した直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を車載用電動圧縮機10の電動機12に印加する。また、インバータ基板22は、車両に搭載されるECU(図示省略)からの制御信号に基づいて電力変換装置20の動作を制御する。

0020

図2は、電力変換装置を構成するコンデンサユニットとインバータ基板との配置構成を示す斜視図であり、図3は、コンデンサユニットの内部透視斜視図である。また、図4は、コンデンサユニットのケーシングに収容されるコンデンサ本体とバスバーとを示す分解斜視図であり、図5は、コンデンサユニットの平面図である。

0021

インバータ基板22は、図2に示すように、直流電力を三相交流電力に変換するIGBT等の複数のスイッチング素子(図示省略)で構成されるスイッチング回路23Aと、このスイッチング回路23A等を制御する制御回路23Bとが実装されている。また、インバータ基板22には、直流電力が入力されるPN端子部24が設けられている。このPN端子部24は、インバータ基板22を貫通し、該インバータ基板22の一側縁に沿って並設される一対の孔部25A,25Bを有し、インバータ基板22の表面における孔部25A,25Bの周囲にそれぞれランド部26A,26Bが形成されている。また、インバータ基板22には、直流電力から変換された所要周波数の三相交流電力を出力するUVW端子部(図示省略)が設けられている。

0022

一方、コンデンサユニット21は、図2及び図3に示すように、外形略角型形状直方体形状)に形成されており、一対の入力端子31A,32Aと、一対の出力端子31B,32Bとを備えている。入力端子31A,32Aには、電源ユニット15(図1)から延びる高電圧ケーブル(電力ケーブル)16の接続端子17A,17Bがそれぞれ接続される。入力端子31A,32Aと接続端子17A,17Bは、それぞれ環状に形成されており、接続端子17A,17Bは、ねじ(図示省略)によって入力端子31A,32Aに固定される。また、出力端子31B,32Bは、上方に突出する爪状に形成され、インバータ基板22の上記孔部25A,25Bに直接挿し込まれてランド部26A,26Bにそれぞれ半田付けされる。これにより、コンデンサユニット21は、出力端子31B,32Bにより、インバータ基板22に実装される。

0023

コンデンサユニット21は、図3に示すように、樹脂製のケーシング30と、このケーシング30に内蔵される一対のバスバー31,32及びコンデンサ本体(エレメントともいう)33とを備える。ケーシング30は、上面が開口した収容部30Aを有する箱状に形成され、この収容部30Aの一方の側部には、上記した入力端子31A,32Aを露出した状態で支持する入力端子支持部30Bが一体に設けられている。また、ケーシング30は、入力端子支持部30Bとは反対側に位置する収容部30Aの側部に、上記した出力端子31B,32Bを露出した状態で支持する出力端子支持部30Cを一体に備える。

0024

バスバー31,32は、図3及び図4に示すように、それぞれ長尺板材を折り曲げて形成される。バスバー31,32は、ケーシング30の収容部30Aの形状に合わせて折り曲げられ、ケーシング30にインサート成形されている。この構成によれば、バスバー31,32を、収容部30A内の空間を避けた位置に容易に配置することができる。一のバスバー31は、図4に示すように、一端側に上記した入力端子31Aを備え、他端側に上記した出力端子31Bと、コンデンサ接続端子31Cとを備えている。また、他のバスバー32は、一端側に上記した入力端子32Aと、コンデンサ接続端子32Cとを備え、他端側に上記した出力端子32Bを備えている。これらコンデンサ接続端子31C,32Cは、それぞれ上方に突出するように折り曲げて形成され、お互いに対向した位置で収容部30A内に露出している。

0025

コンデンサ本体33は、略楕円柱を横倒しにした形状を有し、図3に示すように、ケーシング30の収容部30Aに収容される。コンデンサ本体33は、図4に示すように、楕円形の側面部にそれぞれ電極33A,33Bを備え、この電極33A,33Bには、それぞれコンデンサ接続端子31C,32Cが挿し込まれる孔部33A1,33B1が設けられている。コンデンサ接続端子31C,32Cは、ケーシング30の収容部30A内に露出しているため、コンデンサ本体33を収容部30Aに収容した際、電極の孔部33A1,33B1にコンデンサ接続端子31C,32Cが挿し込まれる。電極33A,33Bとコンデンサ接続端子31C,32Cとは、それぞれ半田付けによって固定される。その後、収容部30Aには、硬化性を有する液状の樹脂材34(図3)が注入され、この樹脂材34が硬化することにより、コンデンサ本体33は収容部30Aに固定される。この構成によれば、ケーシング30の収容部30Aに収容されるコンデンサ本体33及びコンデンサ接続端子31C,32Cは樹脂材34で覆われることにより、コンデンサユニット21の水密性の向上を図ることができる。

0026

また、ケーシング30は、図5に示すように、入力端子支持部30B及び出力端子支持部30Cにそれぞれ並設されて、該ケーシング30を固定するための固定孔(固定部)30D,30Eを備える。これら固定孔30D,30Eは、ケーシング30を上下に貫通し、例えば、車載用電動圧縮機10のハウジング11(固定対象物、図1)に直接または間接的にねじ止めされる際に用いられる。本実施形態では、入力端子支持部30B側の固定孔30Dには、図2に示すように、高電圧ケーブル16に一体に設けられるシールドアースケーブル16Aのグランド端子17Cが接続可能に構成される。このグランド端子17Cは、固定用のねじ及びハウジング11を介して接地されることにより、固定孔30Dは、グランド端子支持部として機能する。

0027

次に、電力変換装置20の設置構成について説明する。図6は、電力変換装置が設置された状態を示す側面図である。電力変換装置20は、車載用電動圧縮機10のハウジング11に設けられた制御ボックス50内に取り付けられる。制御ボックス50は、コンデンサユニット21及びインバータ基板22を取り付けるための支持脚51を複数有し、この支持脚51にねじ52で取り付けられている。

0028

本構成では、図6に示すように、コンデンサユニット21の出力端子支持部30Cは、ケーシング30の側方に突出して形成されている。この出力端子支持部30Cは、ケーシング30の上面30A1よりも低部に設けられ、具体的には、ケーシング30の上面30A1から少なくともインバータ基板22の厚み方向の距離以上、低い高さ位置に形成されている。すなわち、ケーシング30の上面30A1と出力端子支持部30Cの上面30C1との高さh1は、少なくともインバータ基板22の厚みh2よりも大きく形成されている。このため、出力端子支持部30Cの上面30C1にインバータ基板22の一部を載せた状態で、インバータ基板22の孔部25A,25Bに出力端子31B,32Bを貫通させて接続することができる。この場合、インバータ基板22がコンデンサユニット21よりも高さ方向に延在することを抑制することができる。

0029

このため、コンデンサユニット21に隣接してインバータ基板22を横並びに配置できることにより、例えば、コンデンサユニットをインバータ基板上に実装するものに比べて、インバータ基板の大きさを小さくすることができると共に、コンデンサユニットとインバータ基板との厚み方向の大きさを小さくすることができる。また、例えば、コンデンサユニットをインバータ基板にバスバーを介して接続するものに比べて、外部に延在するバスバーを省略することで、少なくともコンデンサユニットとインバータ基板との設置面積を小さくすることができる。このように、本実施形態では、出力端子支持部30Cは、ケーシング30の側方に突出し、ケーシング30の上面30A1よりも低部に設けられるため、コンデンサユニット21に隣接してインバータ基板22を横並びに配置できることにより、その分、インバータ基板22の面積を小さくすることができ、電力変換装置20の小型化及びコストダウンを実現できる。

0030

以上、本実施形態のコンデンサユニット21は、コンデンサ本体33と、コンデンサ本体33の一対の電極33A,33Bにそれぞれ接続される一対のバスバー31,32と、コンデンサ本体33及びバスバー31,32を内包する樹脂製のケーシング30と、を一体に備え、バスバー31,32は、それぞれ一端側に直流電力の高電圧ケーブル16の接続端子17A,17Bが接続される入力端子31A,32Aと、他端側にインバータ基板22のPN端子部24が接続される出力端子31B,32Bとを備えたため、ケーシング30にコンデンサ本体33、入力端子31A,32A及び出力端子31B,32Bをコンパクトにまとめて配置することができ、コンデンサユニット21の小型化を図ることができる。

0031

また、本実施形態によれば、バスバー31,32は、ケーシング30にインサート成形されるため、コンデンサ本体33を避けた位置にバスバー31,32を簡単に配置することができ、コンデンサユニット21の小型化を簡単に実現できる。

0032

また、本実施形態によれば、ケーシング30は、上面30A1が開口した収容部30Aを有する箱状に形成され、収容部30Aにコンデンサ本体33を収容するとともに、コンデンサ本体33を樹脂材34で固定するため、ケーシング30の収容部30Aに収容されるコンデンサ本体33は樹脂材34で覆われることにより、コンデンサユニット21の水密性の向上を図ることができる。

0033

また、本実施形態によれば、ケーシング30は、入力端子31A,32Aをそれぞれ支持する入力端子支持部30B,30Bと、これら入力端子支持部30B,30Bに並設され、該ケーシング30をハウジング11に固定するための固定孔30Dとを備えるため、例えば、車載用電動圧縮機10のハウジング11に、コンデンサユニット21を簡単に取り付けて固定することができる。

0034

また、本実施形態によれば、固定孔30Dは、高電圧ケーブル16のシールドアースケーブル16Aが接続可能なグランド端子部としたため、固定孔30Dがコンデンサユニット21の取り付けと、コンデンサユニット21に供給される直流電力のノイズ対策とを共に行うため、取り付け構成の簡素化を図ることができる。

0035

また、本実施形態によれば、ケーシング30は、側方に突出して出力端子31B,32Bをそれぞれ支持する出力端子支持部30Cを備え、出力端子支持部30Cは、ケーシング30の上面30A1よりも低い高さ位置に形成されているため、出力端子支持部30Cにインバータ基板22の一部を載せた状態で、インバータ基板22と出力端子31B,32Bとを接続することができる。このため、コンデンサユニット21に隣接してインバータ基板22を横並びに配置できることにより、その分、インバータ基板22の面積を小さくすることができ、電力変換装置20のコストダウンと小型化を図ることができる。

0036

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。本実施形態では、電力変換装置20は、車載用電動圧縮機10に設けられる構成としたが、直流電力から変換された三相交流電力を利用する機器であれば、他の機器に設けることもできる。

0037

10車載用電動圧縮機
11ハウジング(固定対象物)
12電動機
13圧縮機構
15電源ユニット
16高電圧ケーブル
16Aシールドアースケーブル
17A,17B接続端子
17Cグランド端子
20電力変換装置
21コンデンサユニット
22インバータ基板
24 PN端子部
25A,25B 孔部
26A,26Bランド部
30ケーシング
30A 収容部
30A1 上面
30B入力端子支持部
30C出力端子支持部
30D固定孔(固定部、グランド端子支持部)
30E 固定孔(固定部)
31,32バスバー
31A,32A 入力端子
31B,32B 出力端子
31C,32Cコンデンサ接続端子
33コンデンサ本体
33A,33B電極
34 樹脂材

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