JP2012125132A - インバータのパワーモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】素子の異常や損傷時に、当該ブロックだけを交換して再生することができ、当該ブロックの仕様変更によって、パッケージング全体を共用して、同一パッケージング多仕様のパワーモジュールを実現することができる、インバータのパワーモジュールを提供する。
【解決手段】本発明によるインバータのパワーモジュールは、複数のスロットが形成されたベース、スロットに挿入される複数のビルディングブロック、及びビルディングブロックを互いに連結するパワーケーブルを含み、各々のビルディングブロックには１つの相に相当するパワー素子が備えられ、ビルディングブロックにはベースと結合されるように結合ホールが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータのパワーモジュールに係り、より詳細には、ハイブリッド及び電気車両用インバータのパワーモジュールに関する。
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等には、駆動手段として永久磁石型モータが適用される。
上記の自動車に駆動手段として適用されるモータは、制御器のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号によって直流電圧を三相電圧に変換するインバータから電力ケーブルを通して伝達される三相電流によって駆動される。
一般に、パワーモジュールは、６または３つの相を１つのパッケージに統合しているため、１つの素子が不良である場合でも、パッケージ全体を廃棄しなければならないという問題があった（例えば、引用文献１〜３参照）。
したがって、生産効率が低く、パワーモジュールの要求する仕様に応じて常に新たに設計しなければならないという問題があった。
特開２００１−０１６８７０号公報 特開２００５−１５１７１２号公報 特開２０１０−０３５３４７号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、素子の異常や損傷時に、当該ブロックだけを交換して再生することができ、当該ブロックの仕様変更によって、パッケージング全体を共用して、同一パッケージング多仕様のパワーモジュールを実現することができる、インバータのパワーモジュールを提供することにある。
上記の目的を達成するためになされた本発明のインバータのパワーモジュールは、複数のスロットが形成されたベース、スロットに挿入される複数のビルディングブロック、及びビルディングブロックを互いに連結するパワーケーブルを含み、各々のビルディングブロックには１つの相に相当するパワー素子が備えられることを特徴とする。
ビルディングブロックにはベースと結合されるように結合ホールが形成されることが好ましい。
複数のビルディングブロックは、Ｕ相ブロック、Ｖ相ブロック、及びＷ相ブロックを含んでよい。
複数のビルディングブロックは、ＤＣ昇圧器が備えられたビルディングブロックをさらに含むことができる。
ベースは、冷却流路を含むことが好ましい。
本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールによれば、各相の分離によって、素子の異常または損傷時に、当該ブロックだけを交換して再生することができる。また、当該ブロックの仕様変更によって、パッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）全体として仕様の変更ができ、一つの一つのブロックの仕様変更によって、パッケージングとして多種多様な仕様のパワーモジュールを実現することができる。
また、パワーモジュールの収率（ｙｉｅｌｄ）を向上させて、生産原価を節減することができる。
そして、多様な電圧／電流仕様に対応し、パワーモジュールのパッケージングを共用化して、インバータのパッケージングを標準化することができる。
本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールの斜視図である。 本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールの展開図である。 本発明の実施形態によるハイブリッドインバータの構成図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールの斜視図であり、図２はその展開図であり、図３は本発明の別の実施形態のハイブリッドインバータの構成図である。
図２に示したとおり、本発明のインバータのパワーモジュールは、バッテリー１１０、ＤＣ昇圧器１２０、第１インバータ１３０、第２インバータ１５０、第１モータ１４０、及び第２モータ１６０を含む。
第１モータ１４０は、三相交流電動機であって、例えばエンジン（図示せず）を始動させることができる電動機として動作する。
第１モータ１４０は、エンジンを始動させるために、第１インバータ１３０から供給される三相交流電圧によって駆動される。
第２モータ１６０は、例えば駆動車輪（図示せず）を駆動させる三相交流電動機であって、第２インバータ１５０から供給される三相交流電圧によって駆動トルクを発生させる。
第１インバータ１３０は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アーム（ｕ１、ｕ１′）、Ｖ相アーム（ｖ１、ｖ１′）、Ｗ相アーム（ｗ１、ｗ１′）を含む。
電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つから構成される。
第１インバータ１３０は、各々のアームに印加されるＰＷＭ信号によってＤＣ昇圧器１２０から供給されるバッテリー１１０の直流電圧を三相交流電圧に変換して、第１モータ１４０に駆動電圧として供給する。
第２インバータ１５０は、電力スイッチング素子が直列に連結されて構成され、Ｕ相アーム（ｕ２、ｕ２′）、Ｖ相アーム（ｖ２、ｖ２′）、Ｗ相アーム（ｗ２、ｗ２′）を含む。
電力スイッチング素子は、ＮＰＮ型トランジスター、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つから構成される。
第２インバータ１５０は、各々のアームに印加されるＰＷＭ信号によってＤＣ昇圧器１２０から供給されるバッテリー１１０の直流電圧を三相交流電圧に変換して、第２モータ１６０に駆動電圧として供給する。
図１乃至図３に示したとおり、本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールは、複数のスロット２０が形成されたベース１０、スロット２０に挿入される複数のビルディングブロック３０、及びビルディングブロック３０を互いに連結するパワーケーブル４０、４２を含む。
一般的なインバータのパワーモジュールでは、１つのパワーモジュールに図２に示した各々のパワー素子が全て含まれているため、１つの素子が不良である場合でも、パッケージ全体を交換しなければならない。
しかし、本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールは、各々のビルディングブロック３０に１つの相に相当するパワー素子がそれぞれ備えられる。
つまり、各々のインバータ１３０、１５０の各相に相当するパワー素子１３２、１３４、１３６、１５２、１５４、１５６が各々のビルディングブロック３０に一つずつ備えられる。
ビルディングブロック３０にはベース１０と結合するための結合ホール３２が形成される。
複数のビルディングブロック３０の各々は、Ｕ相ブロック、Ｖ相ブロック、及びＷ相ブロックのいずれか一つを含むことができる。
複数のビルディングブロック３０のいくつかはパワー素子に代えて、ＤＣ昇圧器１２０を備えることができる。本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールは、各相に相当するパワー素子が備えられたビルディングブロック３０と、ＤＣ昇圧器１２０を備えたビルディングブロック３０を含むことができる。
ベース１０は、冷却流路１２を含み、各ビルディングブロック３０を冷却することができる。
図１及び図２には８つのビルディングブロック３０からなるインバータのパワーモジュールの構成を示した。８つのビルディングブロック３０のうち、６つのビルディングブロック３０にはパワー素子１３２、１３４、１３６、１５２、１５４、１５６がそれぞれ備えられ、２つのビルディングブロック３０には、ＤＣ昇圧器１２０が備えられている。本発明は、この構成に限定されず、例えば、図３に示したように、各々のパワー素子などのためのビルディングブロックを多様な形態に構成することができる。
本発明の実施形態によるインバータのパワーモジュールによれば、上記のように、例えば、各相をビルディングブロック毎に分離することによって、素子の異常または損傷時に、当該ブロックだけを交換して再生することができる。また、それぞれのビルディングブロックの仕様を変更して、パッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）全体の仕様を変更することも容易である。ベース１０、スロット２０、ビルディングブロック３０、パワーケーブル等のサイズを共通にしておけば、様々な仕様のビルディングブロックを組合わせることにより、同一パッケージングで多仕様のパワーモジュールを実現することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的な範囲内で多様な形態への変更実施が可能である。
１０ ベース
１２ 冷却流路
２０ スロット
３０ ビルディングブロック
３２ 結合ホール
４０、４２ パワーケーブル
１１０ バッテリー
１２０ ＤＣ昇圧器
１３０ 第１インバータ
１３２、１３４、１３６ （第１インバータの）パワー素子
１４０ 第１モータ
１５０ 第２インバータ
１５２、１５４、１５６ （第２インバータの）パワー素子
１６０ 第２モータ
ｕ１、ｕ１′、ｕ２、ｕ２′ Ｕ相アーム
ｖ１、ｖ１′、ｖ２、ｖ２′ Ｖ相アーム
ｗ１、ｗ１′、ｗ２、ｗ２′ Ｗ相アーム

Claims (5)

  1. 複数のスロットが形成されたベース、
    前記スロットに挿入された複数のビルディングブロック、及び
    前記ビルディングブロックを互いに連結するパワーケーブル、を含み、
    各々の前記ビルディングブロックには１つの相に相当するパワー素子が備えられたことを特徴とするインバータのパワーモジュール。
  2. 前記ビルディングブロックには前記ベースと結合されるように結合ホールが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインバータのパワーモジュール。
  3. 複数の前記ビルディングブロックは、Ｕ相ブロック、Ｖ相ブロック、及びＷ相ブロックを含むことを特徴とする請求項１に記載のインバータのパワーモジュール。
  4. 複数の前記ビルディングブロックは、ＤＣ昇圧器が備えられた前記ビルディングブロックをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のインバータのパワーモジュール。
  5. 前記ベースは、冷却流路を含むことを特徴とする請求項１に記載のインバータのパワーモジュール。
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