电力控制单元的制作方法

本发明涉及一种电力控制单元，其将直流（DC）电力转换为交流（AC）电力，并将转换的电力提供到电动机。更具体地，本发明涉及用于固定电力控制单元的组成部件的结构。

背景技术：

已知一种电力控制单元，其安装在部分或全部由电力驱动的车辆（例如混合动力车辆或电动车辆等）中，该电力控制单元将来自车载DC电源的DC电力转换为AC电力，并将转换的电力提供至用于驱动车辆的电动机。电力控制单元包括升压变压器，其升高DC电力的电压；以及电力变换器，其将升高的DC电力转换为AC电力。此外，还已知一种设置有降压变压器的电力控制单元，该降压变压器降低DC电力的电压。升压变压器包括反应器、电容器和开关元件。升压变压器的反应器和电容器、降压变压器、和电力变换器等通过被固定至通常结构，例如容纳它们的装置外壳内，而形成一体。

该装置外壳设置在容纳原动机的空间内（即称为“发动机室”），在一些情况下，其中当驱动车辆时，或由于来自内燃机的振动，反应器、电容器和将它们连接在一起的母线、以及容纳在装置外壳内的类似元件将从地面振动。同样地，由电力变换器或升压变压器的开关元件的切换操作产生的纹波电流可创造变化的磁场，而反应器、电容器和将它们连接在一起的母线可能由于该变化的磁场而振动。这种振动可以传递至装置外壳，并产生噪音。日本专利申请公开号为2006-94586 (JP 2006-94586 A)的文献描述了通过改变反应器、电容器和母线的振动方向，来防止它们之间的共振的技术。

升压变压器中使用的反应器和电容器，以及降压变压器和类似单元大且中，所以它们倾向于易于发生共振，除非将其牢固地固定。为了牢固地固定这些装置，可能增加位置（在这些位置，这些装置定位到一种结构，例如装置外壳）的数目，并加固该结构，但是这样做可能导致增大单元的尺寸，以及增加部件的数目。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明提供一种电力控制单元，其牢固地将装置固定至装置外壳。

本发明一方面涉及一种电力控制单元，其将直流电力转换为交流电力，并将转换的电力提供到电动机。电力控制单元固定至车载装置外壳的内部。用于车辆的电力控制单元包括降压变压器和升压变压器。降压变压器配置为降低直流电力的电压。升压变压器配置为升高直流电力的电压。升压变压器包括反应器和电容器。反应器和降压变压器固定至车载装置外壳，反应器和降压变压器堆叠放置。电容器设置为，相对于反应器和降压变压器被堆叠的方向，邻近反应器或降压变压器中的至少一个。降压变压器或反应器中的至少一个与电容器通过母线固定在一起。母线配置为将电容器的端子电连接至降压变压器或反应器中的至少一个的端子。

此外，在电力控制单元中，所述电容器可以在两个位置处的固定点上固定至所述车载外壳。同时，所述母线可以将所述电容器在远离直线的位置处固定至所述降压变压器或所述反应器中的至少一个，该直线在堆叠方向上穿过两个位置处的固定点。

此外，在所述电力控制单元中，所述电容器被所述母线固定的位置可以位于沿所述堆叠方向定位所述固定点所在的一侧的相对侧。

此外，在所述电力控制单元中，所述母线可以在与直线的延伸方向相交的方向上延伸。该直线可以穿过所述电容器的两个位置处的固定点。

此外，在所述电力控制单元中，所述电容器可以在三个或更多位置处的固定点，固定至所述车载装置外壳。此外，所述车载装置外壳可包括分隔壁，其划分车载装置外壳内的空间。一开口可设置在所述分隔壁中，且所述电容器可穿过所述开口。同时，所述降压变压器或所述反应器中的至少一个固定至所述分隔壁。

此外，在所述电力控制单元中，所述降压变压器和所述反应器可分别固定至所述分隔壁的前方和后方。

此外，在所述电力控制单元中，所述母线可将所述降压变压器或所述反应器中的至少一个固定至所述电容器。所述降压变压器和反应器固定至所述分隔壁。

此外，在所述电力控制单元中，所述电容器的所述端子和所述降压变压器的所述端子均包括正极端子和负极端子。此外，所述母线可以包括正极母线和负极母线。所述母线可以将所述电容器连接至所述降压变压器。所述正极母线可以将所述正极端子连接在一起。所述负极母线可以将所述负极端子连接在一起。

此外，在所述电力控制单元中，所述电容器可以包括电容器元件。所述电容器元件可以包括两个电极板。绝缘件可以堆叠在所述两个电极板之间。两个电极板可以卷绕成卷绕体形状。此外，所述电容器元件的表面设置为面向所述降压变压器和所述反应器。所述电容器元件的所述表面可以与所述电极板的所述卷绕体的轴线平行。

此外，在所述电力控制单元中，从所述电容器元件延伸至所述电容器的所述端子的线可以相对于所述电极板的所述卷绕体的所述轴线倾斜一定角度设置。

此外，在所述电力控制单元中，所述电容器包括电容器元件。所述电容器元件可以包括两个电极板。绝缘件可以堆叠在所述两个电极板之间。两个电极板可以卷绕成卷绕体形状。此外，所述电容器元件的表面可设置为面向所述降压变压器和所述反应器。所述电容器元件的所述表面可以与所述电极板的卷绕体的轴线垂直。进一步地，同时，从所述电容器元件延伸至所述电容器的所述端子的线可以相对于所述电极板的卷绕体的所述轴线倾斜一定角度设置。

在本文中，所述电力控制单元中的电容器可以包括电容器元件，其包括两个电极板，所述两个电极板与位于二者之间的绝缘件堆叠在一起，并卷绕成卷绕体形状，且在所述降压变压器和所述反应器的堆叠方向上，一对端子中的一个设置在第一末端，另一个设置在第二末端。进一步地，电容器可以包括 i）两个第一线，其中每个第一线从所述电容器元件的第一末端，在沿着所述电极板的卷绕体的轴线的方向，朝向设置在所述电容器的第一末端和第二末端的一对端子的每个端子的一个终端延伸，和 ii）两个第二线，其中每个从所述电容器元件的第二末端，在沿着所述卷绕体的轴线的方向，朝向设置在所述电容器的第一末端和第二末端的一对端子的每个端子的另一个终端延伸。此外，第一线和第二线可以在设置为面向所述降压变压器和所述反应器的表面上，设置为相对于所述卷绕体的轴线具有一定角度。

如上所述，所述电力控制单元通过将电容器，与降压变压器或反应器中的至少一个固定在一起，能够抑制电力控制单元的振动，而不会增加电力控制单元的部件尺寸和数量。

附图说明

下面参考附图，将描述本发明的示例实施例的特征、优点，技术和工业意义，其中相似的附图标记代表相似的元件，其中：

图1为根据本发明的一个示例实施例的电力控制单元的示意结构的电路图；

图2为如图1所示的电力控制单元的升压变压器的反应器和电容器，以及降压变压器的示例配置的视图；

图3为如图1所示的电力控制单元的电容器的示意结构的例子的部分断裂剖视图；

图4为电容器的示意结构的另一个例子的部分断裂剖视图，其作为示例实施例的第一改进例；

图5为电容器的示意结构的另一个例子的部分断裂剖视图，其作为示例实施例的第二改进例；

图6展示了如图1所示的电容器和反应器之间的连接方式；

图7展示了如图1所示的电容器和降压变压器之间的连接方式；

图8展示了电容器和反应器之间的另一种连接方式，其作为示例实施例的第三改进例；

图9为根据示例实施例的车载装置外壳的示意结构的示例视图；

图10为升压变压器的反应器和电容器，与降压变压器的另一个示例配置视图，作为示例实施例的第四改进例；和

图11为具有三个固定点的电容器的例子的视图，其作为示例实施例的第五改进例。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的示例实施例。图1为混合动力车辆的电驱动系统10的示意结构的电路图。混合动力车辆设置有两个电动机12和14，和内燃机（未示出）作为用于驱动车辆的原动机。结合利用这三种原动机驱动车辆。电驱动系统10具有驱动电池16和电力控制单元18，驱动电池16是直流（DC）电源，电力控制单元18将来自驱动电池16的直流（DC）电力转换为交流（AC）电力，并将转换的电力提供至电动机12和14。

电力控制单元18设置有升压变压器20，其升高DC电力的电压；电力变换器22，其将升高的电力转换为AC电力；和作为降压变压器的DC/DC变换器24，其降低DC电力的电压。已经被DC/DC变换器24降低的DC电力用于对辅助电池26充电。辅助电池26将电力提供至照明装置和电子设备以及车辆的类似装置。提供至照明装置和车载电子设备的电压通常为12伏，辅助电池26的端电压也是12伏。该电压小于驱动电池16的端电压，通过DC/DC变换器24升高驱动电池16的电压，然后将该升高的电压提供至辅助电池26。

升压变压器20包括串联连接的两个开关元件28和30，分别与开关元件28和30并联连接的二极管32和34，反应器38，和电容器40。功率晶体管，例如IGBT或类似物能够用于开关元件28和30。反应器38的一端连接至与驱动电池16的正极端子连接的正极线42，反应器38的另一端连接至两个开关元件28和30的连接点36。电容器40的一端连接至正极线42上的连接点44，电容器40的另一端连接至负极线46上的连接点48，该负极线46连接至驱动电池16的负极端子。

通过升压变压器20升高来自驱动电池16的DC电力，并将升高的DC电力提供至电力变换器22。电力变换器22包括设置为与两个电动机12和14中的每一个对应的逆变器，电力变换器22将升高的DC电力转换为三相AC电力，然后该三相AC电力被提供至电动机12和14。此外，当电动机12和14作为发电机起作用时，产生的AC电力由电力变换器转换为DC电力，并存储于驱动电池16中。

图2为升压变压器20的反应器38和电容器40的具体配置的视图。反应器38和DC/DC变换器24夹住制冷器58地堆叠，并固定至冷却器58。反应器38和DC/DC变换器24的堆叠方向为如图2中的竖直方向。制冷器58具有制冷器外壳60，且用于制冷剂的流动路径形成于制冷器外壳内的空间。将制冷剂从供给线路（未示出）提供至制冷器外壳60的空间内。然后，制冷剂通过排放线路（未示出）从内部空间排出。通过制冷剂冷却制冷器外壳60，从而也会冷却与制冷器外壳60接触的反应器38和DC/DC变换器24。制冷器外壳60也可以与车载装置外壳62的部件一体形成，其中车载装置外壳62容纳电力控制单元18。此外，制冷器外壳60也可以作为单独部件而形成。

装置外壳62安装在车辆中，并优选固定至原动机室的预定位置（未示出）。原动机室是用于容纳车辆的原动机的空间，并对应于在配备有内燃机的传统车辆中称为发动机室的空间。装置外壳62可以固定至车辆主体的框架。装置外壳62容纳电力控制单元18的几个构成元件，例如升压变压器20和DC/DC变换器24。被容纳的构成元件可以固定至装置外壳62，因此，限定了固定的构成元件的位置关系。与装置外壳62一体形成的制冷器外壳60与装置外壳62一起，起到限定被容纳的构成元件的位置关系的结构的作用，并可以认为是装置外壳的一部分。电容器40设置为邻近，即靠近反应器38和DC/DC变换器24的右侧。还可以将电容器40固定至装置外壳62。因此，包括制冷器外壳60的装置外壳62限定了电容器40和反应器38和DC/DC变换器24的位置关系。

现在将参考图2和3，描述电容器40。图3为图2中的电容器40的左视图。在图3中，电容器外壳64断裂展示，从而可以看到内部的电容器元件66。电容器元件66具有一种结构，其中夹住绝缘件的两个电极板卷绕起来。该电容器元件66容纳在电容器外壳64内，其中这一卷绕体的轴线在左右方向延伸。卷绕体的轴线的延伸方向为垂直于DC/DC变换器24和反应器38的堆叠方向、并垂直于DC/DC变换器24和反应器38以及电容器40所面对的方向。此外，平行于卷绕体的轴线的电容器元件66的表面面向DC/DC变换器24和反应器38。电容器元件66也可以容纳在电容器外壳64内，其中卷绕体的轴线在另一朝向上。例如，在作为示例实施例的第一改进例的如图4所示的电容器中，电容器元件66’可以容纳在电容器外壳64内，其卷绕体的轴线沿着DC/DC变换器24和反应器38以及电容器40所面对的方向。在如图4所示的第一改进例中，电极板的卷绕体的轴线在垂直于如图所示的纸面的方向延伸。

参考图3，两个线每个都以倾斜切割电容器66的角部的方式，在卷绕体的轴线方向上，从电容器元件66的两个侧端向第一端子台68和第二端子台70延伸。第一正极线72从电容器元件66的正极板向第一端子台68延伸，该第一正极线72的末端在第一端子台68上形成第一正极端子74。第二正极线76也从正极板向第二端子台70延伸，该第二正极线76的末端在第二端子台70上形成第二正极端子78。同时，第一负极线80从电容器元件66的负极板向第一端子台68延伸，该第一负极线80的末端在第一端子台68上形成第一负极端子82。第二负极线84也从负极板向第二端子台70延伸，该第二负极线84的末端在第二端子台70上形成第二负极端子86。这四条线72、76、80和84以相对于卷绕体的轴线倾斜的一定角度，从电容器元件66的卷绕体的轴线方向上的两个端侧在图3的竖直方向上的大致中心的部分，向位于上侧的第一端子台68或位于下侧的第二端子台70延伸。可以通过使电容器元件66的卷绕体的轴线设置在旁边，有可能缩短四条线72、76、80和84。

作为示例实施例的第二改进例，线可以更长，但是其设置如图5所示。图5所示的四条线72’, 76’, 80’和84’分别对应于如图3所示的线72, 76, 80, 和84，并具有相同功能。唯一的不同为形状。四条线72’, 76’, 80’和84’由在电极板的卷绕体的轴线方向上延伸的部分，以及垂直于这些部分的部分形成。与如图5所示的线相比，可以通过设置如图3所示的线，有可能缩短线的长度。

电容器40具有位于电容器外壳64侧表面上的一对固定突起部88。在图3中，在左侧表面和右侧表面分别设置一个固定突起部88。这些固定突起部88设置在支架90（支架90设置在装置外壳62上）上，并通过使紧固元件，例如螺纹螺栓92穿过设置在固定突起部88内孔来固定。螺纹孔设置在支架90内，通过将螺纹螺栓90拧入这些螺纹孔内，而将电容器40固定至装置外壳62。下文中，支架90接纳固定突起部88的位置将称为“固定点”。在该实施例中，电容器40直接固定至装置外壳62。

如图2和3所示，固定突起部88在反应器38和DC/DC变换器24的堆叠方向上，朝向反应器38侧设置。当电容器40振动时，固定突起部88附近的区域不会移动太多，且在远离固定突起部88侧，即在DC/DC变换器24侧的端部，振幅增加。此外，如果由于周围构成元件的布局，固定突起部在堆叠方向上设置在邻近DC/DC变换器侧，那么振幅将在反应器侧的端部增加。下面，将描述抑制这些振动的方法。

图6为用于电连接电容器40与反应器38的一种具体结构的视图，该视图为图2视图的俯视图。在图6中，展示了作为反应器38的芯部94和绕芯部94缠绕的绕组96。第一正极线72包括分支母线98，其从延伸至第一正极端子74的部分分支出来。分支母线98为从电容器40，例如从第一端子台68的方向向反应器38延伸的平板状线。反应器的绕组96的一末端96a通过焊接或钎焊连接至分支母线98。此外，第一正极端子74连接至如图1所示的正极线42。如图1所示的连接点44由正极线42形成，反应器的绕组的一末端96a连接至第一正极端子74。虽然图6中未示出，绕组96的另一末端96b连接至两个开关元件28和30的连接点36。第一负极端子82连接至负极线46，以形成如图1所示的连接点48。

图7为用于电连接电容器40与DC/DC变换器24的一种具体结构的视图，该视图为图2视图的俯视图。现在参考图2和7，将描述电容器40和DC/DC变换器24之间的连接。正电极和负电极的端子在图2所示的DC/DC变换器24的下表面形成。这些端子将表示为“变换器正极端子100”和“变换器负极端子102”。正极母线104在变换器正极端子100和第二正极端子78之间延伸。螺纹孔形成于DC/DC变换器24的变换器正极端子100的位置内，和第二端子台70的第二正极端子70的位置中。螺纹紧固元件，例如螺钉106和108穿过形成于正极母线中的孔内，并拧入这些螺纹孔，从而固定正极母线104。类似地，负极母线110在变换器负极端子102和第二负极端子86之间延伸。螺纹孔形成于DC/DC变换器24的变换器负极端子102的位置中，以及第二端子台70的第二负极端子86的位置内。螺纹紧固元件，例如螺钉112和114穿过形成于负极母线中的孔内，并拧入这些螺纹孔，从而固定负极母线110。

此处，除了螺钉，固定正极和负极母线104和110的紧固元件还可以是螺栓，例如六角螺栓或六角套筒螺栓。此外，还可以使用双头螺栓和螺母的组合。通过将变换器正极端子100连接至电容器的第二正极端子78，实现在如图1的连接点54处的连接。此外，通过将变换器负极端子102连接至电容器的第二负极端子86，实现在如图1的连接点56处的连接。也可以通过焊接将正极母线104固定至电容器的第二正极端子78和变换器正极端子100中的一个或两个。此外，也可以通过焊接将负极母线110固定至电容器的第二负极端子86和变换器负极端子102中的一个或两个。

正极母线104和负极母线110都是由平板状导体板制成，更具体地，由铜或类似物的金属板制成，厚度可以为1-2mm。正极母线104和负极母线110为刚性主体，能够将远离固定突起部88的电容器的端部固定至DC/DC变换器24。如上所述，DC/DC变换器24固定至装置外壳62，从而图2中的电容器40的下部直接通过正极母线104和负极母线110固定至装置外壳62。

如上所述，电容器40通过支架90固定至两个固定点。当电容器40仅固定至这些固定点时，不能充分地抑制电容器40在直线周围的振动，该直线穿过这两个点。该直线是振动的轴线，下文中将其称为“振动轴线”。即使将电容器40在多个点固定至装置外壳62，如果这些固定点位于或靠近一条直线，那么也不能充分抑制振动。

在该示例实施例中，可通过支架90固定电容器40的上端部，且电容器40的上端部相对侧的电容器40的下端部可固定至DC/DC变换器24。即，可以通过正极母线104和负极母线110将电容器40固定至远离振动轴线的位置，从而能够抑制电容器40的振动轴线周围的振动。此外，可以通过支架90固定设置有第一正极端子74的电容器40的上端部，从而能够改进端子的定位准确性。正极母线104和负极母线110能够具有通常的线状，且能够通过使这些的延伸方向为与振动轴线相交的方向，或者更具体地为垂直于振动轴线的方向（优选），增强母线的刚性，以抵抗振动轴线周围的振动。还可以通过使垂直于正极母线104和负极母线110的长度方向的截面形状为L形或U形，来增强这种刚性。此外，在该示例实施例中，电容器40和DC/DC变换器24通过两个母线104和110连接。但是，也可以这两个中的仅一个是母线，而另一个是柔性部件，例如导线，且仅一个母线可用于固定电容器40。

如上所述，反应器的绕组96和电容器侧的分支母线98通过焊接等固定。当对其进行焊接时，绕组的末端96a优选定位在分支母线98附近，从而需要焊接位置附近的电容器40的上端的定位准确性。通过相对于装置外壳62，在焊接位置附近的位置提供电容器40的固定位置，可以容易地将分支母线98准确定位于绕组的一末端96a附近。同时，将电容器的下部固定至DC/DC变换器24使得能够增加振动轴线与未处于振动位置上的固定位置之间的距离，从而表现出更好的振动抑制效果。

作为示例实施例的第三改进例，可以通过母线连接反应器和电容器，如图8所示。反应器116的芯部94和绕组96与上述示例实施例的芯部和绕组类似。反应器116具有反应器壳体118，其容纳芯部94和绕组96，并还作为端子台。由平板状导体形成的端子设置在电容器40附近的反应器外壳118的部分上。下文中，这些端子将成为反应器端子120和122。反应器端子120和122分别通过焊接等连接至绕组的末端96a和96b。从正极板向第一端子台68延伸的第一正极线124的结构与如上所述的示例实施例的第一正极线72的结构不同。延伸到第一端子台68上的第一正极线124的部分的结构如上所述，其顶端形成第一正极端子74。另一方面，分支母线126的结构与如上所述的分支母线98的结构不同，分支母线126从延伸至第一端子台68的部分中分支出来。分支母线126由已被折回的金属平板形成。分支母线126折回并延伸至反应器端子120，并通过螺纹紧固元件，例如螺钉128，与反应器端子120一起被固定至反应器外壳118。螺纹孔设置在反应器外壳118内。将穿过分支母线126内的孔的螺钉128拧入螺纹孔，以固定反应器端子120和分支母线126。

此处，除了螺钉，固定分支母线126的紧固元件还可以是螺栓，例如六角螺栓或六角套筒螺栓。此外，还可以使用双头螺栓和螺母的组合。还可以通过焊接将分支母线126固定至反应器端子120。分支母线126为导体平板，或更具体地，金属板。此外，分支母线126的截面形状也可以是L形或U形。假定分支母线126的刚性足以使电容器40固定至反应器116。使电容器40固定的母线也可以是单独的母线，而不是从第一正极线124分支出来，其中该单独的母线在第一正极端子74与反应器端子120之间延伸。通过分支母线126或单独的母线，将电容器40经反应器116间接地固定至装置外壳62。

电容器可以固定至反应器和DC/DC变换器，或仅固定至反应器。当由于周围装置的布局，支架90仅设置在DC/DC变换器24附近的位置中时（图2下方），有利地可以将电容器固定在反应器侧。将电容器固定在反应器侧能使固定位置远离位于下方的振动轴线，从而极大地抑制振动。

图9为装置外壳130的示例结构，并展示了从DC/DC变换器24和反应器38的堆叠方向观察的该结构的状态。装置外壳130具有分隔壁132，其在堆叠方向上划分装置外壳130的内部。分隔壁132的一部分由制冷器外壳60形成。反应器38和DC/DC变换器24设置为并分别固定至分隔壁132的前后。用于电容器40通过的开口134设置在分隔壁132内。电容器40的一部分定位在由分隔壁132划分的空间的反应器38侧的空间内，电容器40的另一部分定位在由分隔壁132划分的空间的DC/DC变换器24侧的空间内。由于开口134设置在分隔壁132内，故其具有减少的刚性。此外，重的反应器38固定至分隔壁132，从而可以降低谐振频率，且可能发生共振。下面将描述对分隔壁132的共振的抑制。

图10为示例实施例的第四改进例的视图，其作为固定电容器和装置外壳的另一种模式。此外，图11为第五改进例。用于将电容器136固定至电容器40的固定点增加至三个。固定点的数量也可以大于三。其他结构与电容器40的其他结构相同，故省略对其的描述。除了与电容器40类似的两个固定突起部40之外，电容器136具有第三固定突起部138。下文中，上述两个固定突起部88将称为第一和第二固定突起部88。第三固定突起部138设置在面向反应器38或DC/DC变换器24的侧的相对侧的侧表面，即在面向装置外壳130的侧壁表面的侧表面上。支架140设置在与第三固定突起部138对应的装置外壳130上。第三固定突起部138位于支架140上，并通过使紧固元件，例如螺栓142穿过设置于第三固定突起部138内的孔来固定。螺纹孔设置在支架140内，螺栓142拧入该螺纹孔。第三固定突起部138接纳支架140的点为第三固定点。该第三固定点在远离直线的位置，该直线穿过与第一和第二固定突起部88相关的两个位置处的固定点。

母线104和110在电容器136和DC/DC变换器24之间延伸，并将二者连接在一起。结果，分隔壁中的开口134的相对侧通过电容器136连接。电容器136由位于不在同一直线上的三个位置处的固定点支撑，从而能够比由位于两个位置中的固定点支撑电容器136更好地抑制振动。结果，通过由母线104和110连接电容器136与DC/DC变换器24，能够抑制固定有DC/DC变换器24的分隔壁132的振动。

此外，与如图8中的第三改进例类似，开口134的相对侧通过电容器136连接，电容器甚至具有一结构，其中反应器38由分支主线126连接至电容器136。在这种情况下，振动被抑制的电容器136能够抑制固定有反应器38的分隔壁132的振动。可以利用母线104和110或分支母线126，或同时利用二者来实现所述连接。