JP2006269780A - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2006269780A
JP2006269780A JP2005086223A JP2005086223A JP2006269780A JP 2006269780 A JP2006269780 A JP 2006269780A JP 2005086223 A JP2005086223 A JP 2005086223A JP 2005086223 A JP2005086223 A JP 2005086223A JP 2006269780 A JP2006269780 A JP 2006269780A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power module
output terminal
output
conversion circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005086223A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006269780A5 (ja
JP4581777B2 (ja
Inventor
Makoto Imai
誠 今井
Seiji Matsui
政治 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2005086223A priority Critical patent/JP4581777B2/ja
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to CN2006800094820A priority patent/CN101147316B/zh
Priority to US11/883,486 priority patent/US7768149B2/en
Priority to EP20060730348 priority patent/EP1861915B1/en
Priority to KR1020077024358A priority patent/KR100981335B1/ko
Priority to PCT/JP2006/306400 priority patent/WO2006101258A2/en
Publication of JP2006269780A publication Critical patent/JP2006269780A/ja
Publication of JP2006269780A5 publication Critical patent/JP2006269780A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4581777B2 publication Critical patent/JP4581777B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】 電気負荷との間の位置関係に対する配置自由度ならびに回路設計の汎用性を高めることが可能な出力端子構造を有するパワーモジュールを提供する。
【解決手段】 複数の電力用半導体素子210によって構成されるインバータ回路151,152がパワーモジュール200の筐体280に格納される。筐体280の一端側281に設けられた出力端子220はインバータ回路151と接続され、他端側282に設けられた出力端子220はインバータ回路152と接続されている。一端側281および他端側282の各々には、バスバー240によって反対側に位置する出力端子220と電気的接続可能に構成された出力端子230がさらに設けられる。この結果、バスバー240を適宜配置することにより、一端側281および他端側282のいずれからも、インバータ回路151,152の両方の出力を取出すことができる。
【選択図】 図4

Description

この発明は、パワーモジュールに関し、より特定的には、筐体(パッケージ)内に格納されたパワーモジュールに関する。
インバータ・コンバータ等の電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子(電力用半導体素子)を1つのパッケージ内に収納したパワーモジュールが用いられている。このようなパワーモジュールは、電力用半導体素子をパッケージ内に集積配置するため、装置の小型化に効果が大きい。
たとえば、特開2001−16870号公報(特許文献1)には、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路の半導体スイッチング素子のすべてを1つのパッケージに収めたことを特徴とするパワーモジュールが開示されている。特に、このパワーモジュールは、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両駆動用の交流モータの電源として利用することが想定されている。特許文献1に開示されたパワーモジュールによれば、インバータ回路の小型化によって車両レイアウトの自由度を大きくし、また配線に流れる電流が発生する磁界による悪影響を抑制することができる。
特開2001−16870号公報
一般的に自動車では、乗員の居住性や荷物の積載性(収納性)を確保するために、各機器のレイアウト制約が厳しくなる傾向にある。このため、上述のハイブリッド自動車や電気自動車での交流モータ駆動用電源を構成するパワーモジュールやその電気負荷についても、車両搭載時にその配置スペースおよび配置位置が制約を受ける傾向にある。
この結果、パワーモジュールの出力端子と、交流モータ等の電気負荷との間の位置関係によっては、両者の間を接続するための配線やバスバーの配置が複雑化したり、その配線長が長くなってしまう問題が生じる。このような点を考慮すれば、車両レイアウト制約に従ったパワーモジュールおよび電気負荷の配置位置関係に応じて、パワーモジュールの出力端子位置を個別に設計する必要が生じる。
このような個別の専用設計が必要となれば、たとえばパワーモジュールが搭載される車種ごとに設計変更を行なう必要が生じるため、部品の共有化が妨げられて製造コスト削減が困難になってしまう。すなわち、配置レイアウト制約が厳しいパワーモジュールでは、装置そのものの小型化に加えて、その電気出力を取出すための出力端子構造についてもレイアウト面での自由度を高めることが必要とされる。しかしながら、上記特許文献1は、このような問題点に何ら言及しておらず、その解決策について開示も示唆もしていない。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電気負荷との間の位置関係に対する配置自由度ならびに回路設計の汎用性を高めることが可能な出力端子構造を有するパワーモジュールを提供することである。
本発明によるパワーモジュールは、筐体に格納されたパワーモジュールであって、電力変換回路と、複数の出力端子とを備える。電力変換回路は、電力源からの供給電力を電気負荷への供給電力に変換する。複数の出力端子は、筐体の外部から電気的にコンタクト可能に構成される。電力変換回路は、電気負荷への供給電力を出力するための少なくとも1個の出力端を含む。複数の出力端子は、少なくとも1個の出力端とそれぞれ接続される第1の出力端子と、各出力端と直接的には非接続とされる第2の出力端子とを含む。さらに、第1および第2の出力端子は、筐体の外周の投影枠内に配設されるバスバーによって電気的に接続可能に配置される。
上記パワーモジュールによれば、電力変換回路の出力端とそれぞれ接続された第1の出力端子に加えて、この第1の出力端子とバスバーによって電気的に接続可能に配置された第2の出力端子が備えられる。このため、必要に応じてバスバーを配置することにより、第2の出力端子を用いて電気負荷への電力供給を行なうことができる。したがって、電力変換回路の出力端よりも多い個数の出力端子が片側から電気負荷と接続可能となるので、筐体外にバスバーや配線を長く設けることなく接続可能な電気負荷の配置領域を広げることができる。すなわち、パワーモジュールの配置自由度および、出力端子配置に関する設計汎用度を高めることができる。
好ましくは、本発明によるパワーモジュールでは、バスバーは、筐体の一端側および他端側にそれぞれ位置する第1および第2の出力端子の間を電気的に接続するように配設される。
上記パワーモジュールによれば、筐体の一端および他端側にそれぞれ位置する第1の出力端子および第2の出力端子の間をバスバーによって電気的に接続することにより、電力変換回路の同一の出力端に対して筐体の両側からコンタクト可能となる。このため、パワーモジュールの配置自由度および、出力端子配置に関する設計汎用性がさらに高められる。
特に、本発明によるパワーモジュールでは、第1の出力端子あるいは第1および第2の出力端子の各々は、電力変換回路の出力端とワイヤボンディングによって接続可能に構成される。
これにより、パワーモジュールの出力端子と電力変換回路の出力端との間を簡易な構造によって電気的に接続できる。特に、第1および第2の出力端子の各々をワイヤボンディングによって電気的に接続可能とすれば、異なる電力変換回路に対しても同一の出力端子配置で対応可能となるので、出力端子配置に関する設計汎用性がさらに高められる。
あるいは好ましくは、本発明によるパワーモジュールでは、電力変換回路は、少なくとも1つの電力用半導体素子を含んで構成され、パワーモジュールは、電力用半導体素子および出力端を覆うように配設された絶縁物をさらに備える。バスバーは、絶縁物の外側に配設される。
上記パワーモジュールによれば、電力変換回路を構成する電力用半導体素子および出力端を絶縁物で覆った状態でバスバーの配設やパワーモジュールの組付け作業を行なうことができるので、絶縁性確保や破損防止を図ることができる。
本発明の他の構成によるパワーモジュールは、筐体に格納されたパワーモジュールであって、電力変換回路と、複数の出力端子とを備える。電力変換回路は、電力源からの供給電力を電気負荷への供給電力に変換する。複数の出力端子は、筐体の外部から電気的にコンタクト可能に構成される。電力変換回路は、電気負荷への供給電力を出力するための複数の出力端を含む。複数の出力端子は、筐体の一端側に配置される第1の出力端子群と、筐体の他端側に配置される第2の出力端子群とに分割配置され、かつ、第1および第2の出力端子群のうちの少なくとも一方の出力端子群は、電力変換回路の複数の出力端とそれぞれ電気的に接続される。
上記パワーモジュールによれば、筐体の一端側に配置される第1の出力端子群および他端側に配置される第2の出力端子群のいずれによっても、電力変換回路の複数の出力端から供給電力を取出すことができる。このため、筐体外にバスバーや配線を長く設けることなく接続可能な電気負荷の配置領域を広げることができる。すなわち、パワーモジュールの配置自由度および、出力端子配置に関する設計汎用度を高めることができる。
好ましくは、本発明のパワーモジュールでは、第1および第2の出力端子群は、筐体の外周の投影枠内に配設されるバスバーによって互いに電気的に接続される。
上記パワーモジュールによれば、バスバーを最短距離に設けることができるので、製造コストの削減を図ることができる。
さらに好ましくは、本発明によるパワーモジュールは、車両駆動力源となる交流モータを備えた車両に搭載され、かつ、電力変換回路は、電力源である二次電池からの直流電力を電気負荷である電動機を駆動する交流電力に変換するインバータを含む。
上記パワーモジュールによれば、車両用駆動力源として交流モータを備えたハイブリッド自動車や電気自動車等の車両において、この交流モータに対して電力を供給するためのインバータを格納したパワーモジュールについて、配置自由度および、出力端子配置に関する設計汎用度を高めることができる。
本発明のパワーモジュールは、電気負荷との間の位置関係にかかわらず共通に設計可能な出力端子構造を有するので、配置自由度ならびに回路設計の汎用性を高めることができる。
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は繰返さないものとする。
図1は、この発明によるパワーモジュールが搭載される機器の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略ブロック図である。
図1を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド自動車100は、バッテリ10と、PCU(Power Control Unit)20と、動力出力装置30と、ディファレンシャルギア(DG:Differential Gear)40と、前輪50L,50Rと、後輪60L,60Rと、フロントシート70L,70Rと、リアシート80とを備える。
「電力源」であるバッテリ10は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成り、直流電圧をPCU20へ供給するとともに、PCU20からの直流電圧によって充電される。たとえば、バッテリ10はリアシート80の後方部に配置される。
動力出力装置30は、ダッシュボード90よりも前側のエンジンルーム95に配置される。PCU20は、動力出力装置30内のモータジェネレータMG1,MG2と電気的に接続される。動力出力装置30は、DG40と連結される。
PCU20は、バッテリ10からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置30に含まれるモータジェネレータMG1,MG2を駆動制御する。すなわち、PCU20は、バッテリ10からの直流電力をモータジェネレータMG1,MG2を駆動する交流電力へ変換する。また、PCU20は、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータMG1,MG2が発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ10を充電する。
動力出力装置30は、エンジンおよび/またはモータジェネレータMG1,MG2による動力をDG40を介して前輪50L,50Rに伝達して前輪50L,50Rを駆動する。また、動力出力装置30は、前輪50L,50RによるモータジェネレータMG1、MG2の回転力によって発電し、その発電した電力をPCU20へ供給する。すなわち、モータジェネレータMG1,MG2は、車両駆動力源となる「交流モータ」としての役割を果たす。
DG40は、動力出力装置30からの動力を前輪50L,50Rに伝達するとともに、前輪50L,50Rの回転力を動力出力装置30へ伝達する。
図2は、図1に示されたPCU20の電気回路図である。
図2を参照して、PCU20は、モータジェネレータMG1およびMG2にそれぞれ対応するインバータ回路151および152を有する。
インバータ回路151は、U相アーム153、V相アーム154およびW相アーム155からなる。U相アーム153、V相アーム154およびW相アーム155は、電源ライン101およびアースライン102の間に並列に接続される。
電源ライン101は、入力用のPCU端子201を介してバッテリ10の正極と電気的に接続され、アースライン102は、入力用のPCU端子202を介してバッテリ10の負極と電気的に接続される。なお、PCU20内にコンバータ回路を配置して、バッテリ10よりPCU端子201,202へ入力された直流電圧を昇圧あるいは降圧して、電源ライン101およびアースライン102に出力する構成としてもよい。
U相アーム153は、直列に接続された電力用半導体スイッチング素子(以下、単にスイッチング素子と称する)Q1,Q2からなり、V相アーム154は、直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4からなり、W相アーム155は、直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6からなる。また、各スイッチング素子Q1〜Q6のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q1〜Q6は、図示しない制御装置からのゲート信号に応答して、オン・オフ制御、すなわちスイッチング制御される。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用される。
各相アーム153〜155の中間点は、モータジェネレータMG1駆動用のU相電圧、V相電圧、W相電圧が取出される出力端161〜163にそれぞれ相当する。出力端161〜163は、出力用のPCU211〜213を介して、モータジェネレータMG1のU相コイル170U,V相コイル170V,W相コイル170Wとそれぞれ電気的に接続される。モータジェネレータMG1は、U相コイル170U、V相コイル170VおよびW相コイル170Wが中性点N1に共通接続されて構成された、3相永久磁石モータである。
インバータ回路152は、インバータ回路151と同じ構成からなる。そして、インバータ回路152の各相アームの中間点は、モータジェネレータMG2駆動用のU相電圧、V相電圧、W相電圧が取出される出力端171〜173にそれぞれ相当する。出力端171〜173は、出力用のPCU端子221〜223を介して、モータジェネレータMG2のU相コイル180U,V相コイル180V,W相コイル180Wとそれぞれ電気的に接続される。モータジェネレータMG2は、U相コイル180U、V相コイル180VおよびW相コイル180Wが中性点N2に共通接続されて構成された、モータジェネレータMG1と同様の3相永久磁石モータである。
図3は、インバータ回路151および152を構成するスイッチング素子が一体的に格納されたパワーモジュール200の平面図である。
図3を参照して、パワーモジュール200の筐体280内に、インバータ回路151,152を構成する電力用半導体素子210が複数個格納される。すなわち電力用半導体素子210は、図2に示された、各インバータ回路151,152を構成するスイッチング素子Q1〜Q6およびダイオードD1〜D6を総括的に示すものである。
絶縁体で形成された筐体280の一端側281および他端側282の各々には、複数の出力端子220,230が整列して設けられる。各出力端子は、導体(代表的にはアルミ、銅等の金属)で作製され、パワーモジュール200外部から電気的にコンタクト可能である。
出力端子220は、電力用半導体素子210の電極と電気的に接続可能な構成を有する。一方、出力端子230は、電力用半導体素子210の電極と直接的には接続可能に構成されていないが、筐体280の外部からは電気的にコンタクト可能である。図示しないが、一端側281に配列された出力端子220は、インバータ回路151の出力端161〜163(図2)とそれぞれ電気的に接続され、他端側282に配列された出力端子220は、インバータ回路152の出力端171〜173(図2)とそれぞれ電気的に接続されている。
さらに、必要に応じて、筐体280の上部領域、すなわち所定方向(図3では上面)から見た筐体280の外周の投影枠内に配設されるバスバー240によって、一端側281に配列された出力端子230と他端側282に配列された出力端子220との間を電気的に接続可能である。これにより、一端側281に配列された出力端子230をインバータ回路152の出力端171〜173と電気的に接続することが可能となる。すなわち、一端側281の出力端子からインバータ回路152の出力電力を取出すことが可能となる。
図3では図示を省略するが、他端側282に配列された出力端子230と一端側281に配列された出力端子220との間をバスバー240によって電気的に接続することも可能である。このようにバスバー240を設ければ、他端側282に配列された出力端子230をインバータ回路151の出力端161〜163と電気的に接続することが可能となる。すなわち、他端側282の出力端子からインバータ回路151の出力電力を取出すことが可能となる。
このように、本発明の実施の形態によるパワーモジュールでは、バスバー240を必要に応じて配設することにより、一端側281および他端側282のいずれからでも、インバータ回路151および152の両方しついて出力を取出すことができる。
なお、バスバー240が配置される領域の下部には、絶縁物250が電力用半導体素子210や出力端(図示せず)を覆うように設けられる。
図4は、図3におけるIV−IV断面を示す断面図である。
図4を参照して、放熱板260上に形成された絶縁基板270上に電力用半導体素子210がレイアウトされる。電力用半導体素子210の電極は、絶縁基板270上に設けられた配線パターン(図示せず)と、図2に示したインバータ回路151,152の電気回路構成が実現されるように、適宜接続される。絶縁基板270上の出力端161〜163,171〜173に相当するノードは、ボンディングワイヤ255によって、導体板220♯と接続される。なお、上記ノードと導体板220♯との接続方式はワイヤボンディングに限定されるものではなく、ワイヤボンディング以外の手法によって出力端と導体板との間を電気的に接続する構成とすることも可能である。
導体板220♯は、筐体280の外枠上に設けられたナット230♯に対してボルト225によって締結される。これにより導体板220♯は、インバータ回路151,152からの出力を取出す出力端子220(図3)として機能する。
出力端161〜163,171〜173とワイヤボンディングされた導体板220♯と非接続とされるナット230♯は、図3での出力端子230を構成する。
さらに、バスバー240は、出力端子220とボルト225によって締結され、さらに、出力端子230を構成するナット230♯とボルト235によって締結される。これによって、図3に示したように、バスバー240によって出力端子220および230の間が電気的に接続される。
絶縁物250は、たとえば、ゲル状物質で構成されて、パワーモジュール200の表面の電力用半導体素子210、絶縁基板270上の配線パターンやボンディングワイヤ255等を封止めし、絶縁確保や破損からの保護を行なう。
図5に示されるように、筐体280の一端側281に設けられた出力端子230a,230b,230cを、バスバー240−1〜240−3によって、他端側282の出力端子220x,220y,220zとそれぞれ電気的に接続することにより、筐体280のいずれ側からもインバータ回路151および152の両方の出力を取出すことが可能となる。すなわち、筐体280の一端側281にモータジェネレータMG1およびMG2の両方が配置された場合にも、長配線化を招くことなくパワーモジュール200と電気負荷であるモータジェネレータMG1,MG2の間を電気的に接続できる。
あるいは反対に、筐体280の他端側282にモータジェネレータMG1およびMG2の両方が配置された場合にも、長配線化を招くことなくパワーモジュール200と電気負荷であるモータジェネレータMG1,MG2の間を電気的に接続できる。このような構成は、筐体280の他端側282に設けられた出力端子230x,230y,230zを、バスバー240−1〜240−3によって、一端側281の出力端子220a,220b,220cとそれぞれ電気的に接続することによっても実現される。
このように、本発明に係るパワーモジュール200によれば、筐体280の上部領域にバスバー240を適宜配置することにより、パワーモジュール200のいずれの側からも電気負荷であるモータジェネレータMG1,MG2に対して電力を供給することができる。すなわち、パワーモジュール200の出力端子設計は、電気負荷(モータジェネレータMG1,MG2)に対する位置関係にかかわらず共通化することができる。すなわち、パワーモジュール200の設計汎用性を高めるとともに、そのレイアウト自由度を高めることが可能となる。
なお、本発明の実施の形態に従うパワーモジュールでは、図6に示されるように、各出力端子を、内部の電力用半導体素子210とワイヤボンディングにより接続可能な出力端子220として設けることも可能である。この場合には、導体板220♯の配置が各出力端子に対応して必要となるが、各出力端子とパワーモジュール内の回路素子との間の接続関係の自由度が向上する。
この結果、インバータ回路151,152に代えて他の電力変換回路をパワーモジュール200に搭載する際にも、筐体280および出力端子220の設計については共通化できる可能性が生じる。すなわち、図6に示したパワーモジュール200♯によれば、パワーモジュール200♯内に搭載される電力変換回路が異なっても、複数の出力端子220が配設された筐体280の設計を共通に用いることができる。この結果、パワーモジュールの回路設計の汎用性がさらに高められる。
次に、図7〜図9を用いて、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの配置自由度の高さについて説明する。
図7には、従来の出力端子構造を有するパワーモジュールからその片側に配置されたモータジェネレータMG1,MG2に電力を供給する配線構成が示される。
図7を参照して、従来のパワーモジュール200Pでは、モータジェネレータMG1に対応する出力端と接続された出力端子220が筐体280の一端側281に配置される一方で、モータジェネレータMG2に対応する出力端と接続された出力端子220が筐体280の他端側282に配置される。
したがって、PCU20とモータジェネレータMG1,MG2との間を接続するための出力用PCU端子211〜213および221〜223を片側に配置させるためには、PCU20内部において、パワーモジュール200の出力端子220とPCU端子211〜213,221〜223との間を接続するための、配線あるいはバスバーをパワーモジュール200の外部に比較的長く設けることを余儀なくされる。
これに対して、本発明の実施の形態に従うパワーモジュール200では、上記のような出力端子220,230の配置構造およびバスバー240の必要に応じた配設により、PCU20の両側の各々から、モータジェネレータMG1,MG2の両方に対する出力を容易に取出すことができる。
たとえば、図8(a)に示された構成では、バスバー240の配設によって、パワーモジュールの一端側281に位置する出力端子220,230から、紙面上でパワーモジュール200(PCU20)の右側に位置するモータジェネレータMG1,MG2に対する出力を取出すことができる。
また、図8(b)に示されるように、バスバー240の配設形態を変更すれば、パワーモジュール200の他端側282に位置する出力端子220,230から、紙面上でパワーモジュール200(PCU20)の左側に位置するモータジェネレータMG1,MG2に対する出力を取出すことができる。
このように、本発明の実施の形態に従うパワーモジュール200では、パワーモジュール200の外部で配線あるいはバスバーを長く設けることなく、出力用のPCU211〜213,221〜223を、モータジェネレータMG1,MG2の配置位置に対応させて設けることができる。
図9には、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの車両搭載例が示される。
図9を参照して、パワーモジュール200を含むPCU20は、PCU20(図1)の構成部品として、エンジンルーム95内に配置される。ここで、モータジェネレータMG1,MG2の両方は、車両進行方向から見てエンジンルーム95の後ろ側に配置されるものとする。
このため、モータジェネレータMG1,MG2へのPCU出力端子211〜213,221〜223は、紙面上で上側に設ける必要がある。
この際に、車種によっては、エンジン等の他の機器との間でのレイアウト制約により、配置位置96への搭載が要求されたり、配置位置97への搭載が要求されたりすることがある。すなわち車種によって同一構成のパワーモジュール200を含んで構成されるPCU20を、配置位置96および配置位置97のいずれにも搭載する必要が出てくる。
この際に、本発明の実施の形態に従うパワーモジュール200によれば、PCU20(パワーモジュール200)の配置位置96への搭載には、図8(b)に示したようなバスバー240の配設態様とすることで対応できる。一方、PCU20(パワーモジュール200)の配置位置97への搭載される場合には、図8(a)に示しバスバー240の配設態様とすることにより対応できる。すなわち、パワーモジュール200については共通の設計としても、パワーモジュール200外部でのバスバー配置を複雑化させることなく、PCU20のいずれ側にもモータジェネレータMG1,MG2への出力端子を設けることができる。すなわち、バスバー240の配設態様を変更することにより、配置位置96,97の両方にパワーモジュール200を含んで構成されたPCU20を搭載することが可能となる。これにより、パワーモジュール200(PCU20)の配置自由度および汎用性が高められる。この結果、共通に設計されたパワーモジュール200を適用可能な車種が拡大されて、部品共通化によるコスト削減メリットの享受が可能となる。
本実施の形態では、本発明によるパワーモジュールの電気負荷となる交流モータの代表例として、3相モータであるモータジェネレータMG1,MG2を示した。しかしながら、本願発明の適用はこのような場合に限定されるものではなく、電気負荷の形態に依存することなく、任意の電気負荷に用いられるパワーモジュールに対して本願発明を適用できる。また、本発明によるパワーモジュールは、本実施の形態に例示したハイブリッド自動車への搭載用途に限定されず、各種の車両・システム・機器等への搭載に用いることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によるパワーモジュールが搭載される機器の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略ブロック図である。 図1に示されたPCUの電気回路図である。 図2に示したスイッチング素子が格納されるパワーモジュールの平面図である。 図3におけるIV−IV断面図である。 本発明によるパワーモジュールの第1の構成例を示す平面図である。 本発明によるパワーモジュールの第2の構成例を示す平面図である。 従来の出力端子構造を有するパワーモジュールと電気負荷(モータジェネレータ)との接続を説明する図である。 本発明の実施の形態に従うパワーモジュールと電気負荷(モータジェネレータ)との接続を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの車両搭載例を示す概念図である。
符号の説明
10 バッテリ、30 動力出力装置、50L,50R 前輪、60L,60R 後輪、70L,70R フロントシート、80 リアシート、90 ダッシュボード、95 エンジンルーム、96,97 配置位置(PCU)、100 ハイブリッド自動車、101 電源ライン、102 アースライン、151,152 インバータ回路、161〜163,171〜173 出力端(インバータ)、170U,180U U相コイル、170V,180V V相コイル、170W,180W W相コイル、200 パワーモジュール、201,202 PCU端子(入力)、210 電力用半導体素子、220♯ 導体板、211〜213,221〜223 PCU端子(出力)、220,220a,220b,220c,220x,220y,220z 出力端子(パワーモジュール)、225,235 ボルト、230♯ ナット、230,230a,230b,230c,230x,230y,230z 出力端子(パワーモジュール)、240,240−1〜240−3 バスバー、250 絶縁物、255 ボンディングワイヤ、260 放熱板、270 絶縁基板、280 筐体、281 一端側、282 他端側、D1〜D6 ダイオード、MG1,MG2 モータジェネレータ、N1,N2 中性点、Q1〜Q6 スイッチング素子。

Claims (8)

  1. 筐体に格納されたパワーモジュールであって、
    電力源からの供給電力を電気負荷への供給電力に変換する電力変換回路と、
    前記筐体の外部から電気的にコンタクト可能な複数の出力端子とを備え、
    前記電力変換回路は、前記電気負荷への供給電力を出力するための少なくとも1個の出力端を含み、
    前記複数の出力端子は、
    前記少なくとも1個の出力端とそれぞれ接続される第1の出力端子と、
    各前記出力端と直接的には非接続とされる第2の出力端子とを含み、
    前記第1および第2の出力端子は、前記筐体の外周の投影枠内に配設されるバスバーによって電気的に接続可能に配置される、パワーモジュール。
  2. 前記バスバーは、前記筐体の一端側および他端側にそれぞれ位置する前記第1および第2の出力端子の間を電気的に接続するように配設される、請求項1記載のパワーモジュール。
  3. 前記第1の出力端子は、前記電力変換回路の出力端とワイヤボンディングによって接続可能に構成される、請求項1記載のパワーモジュール。
  4. 前記第1および第2の出力端子の各々は、前記電力変換回路の出力端とワイヤボンディングによって接続可能に構成される、請求項1記載のパワーモジュール。
  5. 前記電力変換回路は、少なくとも1つの電力用半導体素子を含んで構成され、
    前記パワーモジュールは、前記電力用半導体素子および前記出力端を覆うように配設された絶縁物をさらに備え、
    前記バスバーは、絶縁物の外側に配設される、請求項1記載のパワーモジュール。
  6. 筐体に格納されたパワーモジュールであって、
    電力源からの供給電力を電気負荷への供給電力に変換する電力変換回路と、
    前記筐体の外部から電気的にコンタクト可能な複数の出力端子とを備え、
    前記電力変換回路は、前記電気負荷への供給電力を出力するための複数の出力端を含み、
    前記複数の出力端子は、
    前記筐体の一端側に配置される第1の出力端子群と、前記筐体の他端側に配置される第2の出力端子群とに分割配置され、
    前記第1および第2の出力端子群のうちの少なくとも一方の出力端子群は、前記電力変換回路の複数の出力端とそれぞれ電気的に接続される、パワーモジュール。
  7. 前記第1および第2の出力端子群は、前記筐体の外周の投影枠内に配設されるバスバーによって互いに電気的に接続される、請求項6記載のパワーモジュール。
  8. 前記パワーモジュールは、車両駆動力源となる交流モータを備えた車両に搭載され、
    前記電力変換回路は、前記電力源である二次電池からの直流電力を前記電気負荷である前記電動機を駆動する交流電力に変換するインバータを含む、請求項1から7のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
JP2005086223A 2005-03-24 2005-03-24 パワーモジュール Active JP4581777B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005086223A JP4581777B2 (ja) 2005-03-24 2005-03-24 パワーモジュール
US11/883,486 US7768149B2 (en) 2005-03-24 2006-03-22 Power module
EP20060730348 EP1861915B1 (en) 2005-03-24 2006-03-22 Power module
KR1020077024358A KR100981335B1 (ko) 2005-03-24 2006-03-22 파워모듈
CN2006800094820A CN101147316B (zh) 2005-03-24 2006-03-22 功率模块
PCT/JP2006/306400 WO2006101258A2 (en) 2005-03-24 2006-03-22 Power module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005086223A JP4581777B2 (ja) 2005-03-24 2005-03-24 パワーモジュール

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2006269780A true JP2006269780A (ja) 2006-10-05
JP2006269780A5 JP2006269780A5 (ja) 2007-09-20
JP4581777B2 JP4581777B2 (ja) 2010-11-17

Family

ID=37024238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005086223A Active JP4581777B2 (ja) 2005-03-24 2005-03-24 パワーモジュール

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7768149B2 (ja)
EP (1) EP1861915B1 (ja)
JP (1) JP4581777B2 (ja)
KR (1) KR100981335B1 (ja)
CN (1) CN101147316B (ja)
WO (1) WO2006101258A2 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7578702B1 (en) * 2008-06-30 2009-08-25 Lg Chem, Ltd. Battery cell interconnect system
JP5360689B2 (ja) * 2009-09-24 2013-12-04 スズキ株式会社 車両の高電圧ケーブルの配策構造
JP5437313B2 (ja) * 2011-05-31 2014-03-12 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5437314B2 (ja) 2011-05-31 2014-03-12 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5437312B2 (ja) 2011-05-31 2014-03-12 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5377573B2 (ja) 2011-05-31 2013-12-25 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5377574B2 (ja) 2011-05-31 2013-12-25 日産自動車株式会社 電力変換装置
JP5377575B2 (ja) 2011-05-31 2013-12-25 日産自動車株式会社 電力変換装置
US9472799B2 (en) * 2012-10-29 2016-10-18 Infineon Technologies Ag Switch arrangements and battery arrangements
JP2014107957A (ja) * 2012-11-28 2014-06-09 Hitachi Automotive Systems Ltd インバータ装置およびモータ一体型インバータ装置
US10000126B2 (en) * 2015-04-15 2018-06-19 Ford Global Technologies, Llc Power-module assembly and method
CN105470249A (zh) * 2015-11-23 2016-04-06 扬州国扬电子有限公司 一种功率模块
KR102474608B1 (ko) 2017-12-04 2022-12-06 현대자동차주식회사 적층 구조를 이용한 파워모듈 및 이를 이용한 전기자동차용 3상 구동 모듈

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001016870A (ja) * 1999-06-24 2001-01-19 Nissan Motor Co Ltd パワーモジュール及びモータモジュール
JP2001352766A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Toshiba Corp パワーユニット
JP2005340639A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Toyota Industries Corp 半導体装置及び三相インバータ装置
JP2006269702A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3137749B2 (ja) * 1992-06-30 2001-02-26 株式会社日立製作所 半導体集積回路装置
TW456675U (en) * 1999-02-24 2001-09-21 Mitsubishi Electric Corp Power drive apparatus
JP2003068940A (ja) * 2001-08-28 2003-03-07 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP3685117B2 (ja) 2001-10-05 2005-08-17 トヨタ自動車株式会社 インバータ装置
DE50308419D1 (de) * 2002-05-31 2007-11-29 Jungheinrich Moosburg Gmbh Schaltungsanordnung zur steuerung elektromotorischer antriebsmittel eines fahrbaren arbeitsgerätes, insbesondere eines flurförderzeugs
US6987670B2 (en) * 2003-05-16 2006-01-17 Ballard Power Systems Corporation Dual power module power system architecture
JP4314513B2 (ja) * 2003-06-18 2009-08-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 インバータノイズ除去装置
JP4311199B2 (ja) 2003-12-25 2009-08-12 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備える自動車

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001016870A (ja) * 1999-06-24 2001-01-19 Nissan Motor Co Ltd パワーモジュール及びモータモジュール
JP2001352766A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Toshiba Corp パワーユニット
JP2005340639A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Toyota Industries Corp 半導体装置及び三相インバータ装置
JP2006269702A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006101258A3 (en) 2007-04-26
WO2006101258A2 (en) 2006-09-28
KR100981335B1 (ko) 2010-09-10
CN101147316A (zh) 2008-03-19
JP4581777B2 (ja) 2010-11-17
EP1861915B1 (en) 2011-10-19
US20080136258A1 (en) 2008-06-12
US7768149B2 (en) 2010-08-03
KR20070116264A (ko) 2007-12-07
EP1861915A2 (en) 2007-12-05
CN101147316B (zh) 2011-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4581777B2 (ja) パワーモジュール
US9425707B2 (en) Inverter device capable of appropriately fixing a power module having a switching element and a smoothing capacitor in a limited region
US8274807B2 (en) Power conversion device
JP4452952B2 (ja) 電力変換装置
JP5532984B2 (ja) 車両用回転電機
JP2007220976A (ja) 半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置
JP2008228398A (ja) 電力変換装置
JP2007226996A (ja) 電池パック構造
JP2005261035A (ja) 半導体装置
JP5360602B2 (ja) 車両用回転電機
JP2010035369A (ja) 電力変換装置の導体配置構造及び電力変換ユニット
JP5151257B2 (ja) 電気機器およびその製造方法
JP2005175439A (ja) 半導体装置およびそれを備えた自動車
JP4311199B2 (ja) 電源システムおよびそれを備える自動車
JP2007068294A (ja) 電力変換装置
JP6711141B2 (ja) バスバー構造体
JP2005094882A (ja) パワーモジュール
JP2018033266A (ja) 電流センサ装置
JP2005192328A (ja) 半導体装置
JP4305232B2 (ja) 車両推進装置
JP2005276946A (ja) コンデンサ装置
US20230382243A1 (en) Electromechanical integration unit
JP7390277B2 (ja) 回転電機ユニット
JP2018042384A (ja) インバータ構造
TW202234798A (zh) 電力轉換裝置、馬達模組及車輛

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070727

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070807

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100518

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100803

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100816

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4581777

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130910

Year of fee payment: 3