JP2013188052A - Electric power conversion system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power conversion system which prevents false detection of a current sensor.SOLUTION: Multiple power modules (60) are radially placed on an upper surface of a base part (100), and a first bus bar (120) and a substrate (130) are sequentially laminated above the power modules (60). Multiple second bus bars (114) respectively extend from the multiple power modules (60) at the outer peripheral side of the substrate (130) in an erection direction from the base part (100). Current sensors (131) are placed so as to correspond to the multiple second bus bars (114).

Description

本発明は、半導体素子により電量を変換する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts electric energy by a semiconductor element.

電動機等のインバータ制御に用いられる電力変換装置は、スイッチング素子等のパワー半導体と、このパワー半導体の動作を制御する制御回路とを備えて構成される。このような電力変換装置は、パワー半導体の出力電流値を検出して、この検出値に基づいて制御を行っている。   A power conversion device used for inverter control of an electric motor or the like includes a power semiconductor such as a switching element and a control circuit that controls the operation of the power semiconductor. Such a power converter detects the output current value of the power semiconductor and performs control based on the detected value.

このような電力変換装置として、スイッチング素子が半導体モジュール中心軸に対して所定間隔を隔てて周方向に配置され、各相インバータ回路の出力導体はL字形状に折り曲げて、電流センサの中空穴を通してインバータモジュールの下方に取り出すものが開示されている(特許文献1参照)。   As such a power conversion device, switching elements are arranged circumferentially at a predetermined interval with respect to the central axis of the semiconductor module, and the output conductor of each phase inverter circuit is bent into an L shape and passed through the hollow hole of the current sensor. What is taken out below the inverter module is disclosed (see Patent Document 1).

特開2007−116840号公報JP 2007-116840 A

前述のように構成される従来の電力変換装置では、放射状に配置されている出力端子の内周側に電流センサを配置しているので、隣接する出力端子の交流電流による影響を受けて、電流センサの値に誤差、誤検出が発生する虞があった。   In the conventional power conversion device configured as described above, the current sensor is arranged on the inner peripheral side of the radially arranged output terminals, so that the current is affected by the AC current of the adjacent output terminals. There is a possibility that an error or erroneous detection may occur in the sensor value.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、パワー半導体素子を備える電力変換装置において、電流センサの誤検出を防止できる電力変換装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the power converter device which can prevent the misdetection of a current sensor in a power converter device provided with a power semiconductor element.

本発明の一実施態様によると、スイッチング素子を備える複数のパワーモジュールと、パワーモジュールを冷却する冷却器を備える基部と、パワーモジュールに電力を供給する第1のバスバと、パワーモジュールからの電力を出力する複数の第2のバスバと、第2のバスバの電流を検出する電流センサを備える基板と、を備える電力変換装置に適用される。   According to one embodiment of the present invention, a plurality of power modules including switching elements, a base including a cooler that cools the power modules, a first bus bar that supplies power to the power modules, and power from the power modules. The present invention is applied to a power conversion device including a plurality of second bus bars to be output and a substrate including a current sensor that detects a current of the second bus bar.

この電力変換装置において、基部の上面に複数のパワーモジュールが放射状に載置され、パワーモジュールの上方に、第1のバスバと、基板と、が順に積層して備えられている。また、複数の第2のバスバは、複数のパワーモジュールそれぞれから、基板の外周側で、基部から立設方向に延設され、電流センサは、複数の第2のバスバそれぞれに対応して配置されることを特徴とする。   In this power converter, a plurality of power modules are mounted radially on the upper surface of the base, and a first bus bar and a substrate are sequentially stacked above the power module. The plurality of second bus bars extend from the respective power modules on the outer peripheral side of the substrate in the standing direction from the base, and the current sensors are arranged corresponding to the plurality of second bus bars, respectively. It is characterized by that.

本発明によると、放射状に備えられるパワーモジュールのそれぞれから、基板の外周側で、基部から立設方向に延設される第2のバスバそれぞれに、電流センサを設けた。このような構成により、第2のバスバの間隔を基板の外周側で広くとることができ、電流センサは第2のバスバの位置に対応してその間隔を広くとることができる。従って、電流センサが、他の第2のバスバからの影響を受けることが抑制される。   According to the present invention, the current sensor is provided in each of the second bus bars extending from the base portion in the standing direction on the outer peripheral side of the substrate from each of the radially provided power modules. With such a configuration, the distance between the second bus bars can be widened on the outer peripheral side of the substrate, and the current sensor can be widened according to the position of the second bus bar. Therefore, the current sensor is suppressed from being affected by the other second bus bar.

本発明の第1の実施形態の駆動システムの説明図である。It is explanatory drawing of the drive system of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の電力変換装置の説明図であり、図2における断面図を示す。It is explanatory drawing of the power converter device of the 1st Embodiment of this invention, and shows sectional drawing in FIG. 本発明の第2の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の電力変換装置の説明図であり、図5における断面図を示す。It is explanatory drawing of the power converter device of the 3rd Embodiment of this invention, and shows sectional drawing in FIG. 本発明の第4の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態の電力変換装置の説明図であり、図9における断面図を示す。It is explanatory drawing of the power converter device of the 6th Embodiment of this invention, and shows sectional drawing in FIG. 本発明の第7の実施形態の電力変換装置の説明図である。It is explanatory drawing of the power converter device of the 7th Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態の駆動システム1の説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram of a drive system 1 according to the first embodiment of this invention.

駆動システム1は、制御装置10、バッテリ20、駆動用モータM及び電力変換装置50によって構成され、制御装置10の制御によって駆動用モータMを制御する。   The drive system 1 includes a control device 10, a battery 20, a drive motor M, and a power conversion device 50, and controls the drive motor M under the control of the control device 10.

制御装置10は、電力変換装置50を制御して、駆動用モータMの出力を制御する。   The control device 10 controls the power conversion device 50 to control the output of the drive motor M.

バッテリ20は駆動用モータMに電力を供給するとともに、駆動用モータMの回生電力を蓄電する。バッテリ20は、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の二次電池が複数直列又は並列に接続されたバッテリモジュールとして構成されている。   The battery 20 supplies power to the drive motor M and stores regenerative power of the drive motor M. The battery 20 is configured as a battery module in which a plurality of secondary batteries such as a lead battery, a nickel metal hydride battery, or a lithium ion battery are connected in series or in parallel.

電力変換装置50は、スイッチング素子31及びダイオード32を備える複数のパワーモジュール60U、60V、60Wを備えている。スイッチング素子31は、例えばIGBT等の半導体素子によって構成される。ダイオード32は、例えばファーストリカバリダイオード(FRD)等の半導体素子によって構成される。ダイオード32は、スイッチング素子31に逆電流が加わることを防止してスイッチング素子31を保護する。   The power conversion device 50 includes a plurality of power modules 60U, 60V, and 60W including a switching element 31 and a diode 32. The switching element 31 is configured by a semiconductor element such as an IGBT. The diode 32 is configured by a semiconductor element such as a fast recovery diode (FRD). The diode 32 protects the switching element 31 by preventing a reverse current from being applied to the switching element 31.

本実施形態では、これらパワーモジュール60U、60V、60Wが、それぞれ駆動用モータMのU相、V相、W相に交流電力を供給する。   In the present embodiment, these power modules 60U, 60V, and 60W supply AC power to the U phase, V phase, and W phase of the driving motor M, respectively.

制御装置10は、例えば駆動用モータMの出力を上昇させるときは、電力変換装置50の各スイッチング素子31にゲート電流を印可する。これにより、パワーモジュール60U、60V、60Wが、バッテリ20からの高電流を駆動用モータに供給する。   For example, when the output of the driving motor M is increased, the control device 10 applies a gate current to each switching element 31 of the power conversion device 50. Thereby, the power modules 60U, 60V, and 60W supply high current from the battery 20 to the drive motor.

制御装置10は、このゲート電流をデューティ比等によって制御することで、駆動用モータMの出力を制御する。また、駆動用モータMの回生時には、電力変換装置50を介して電力をバッテリ20へと回生する。   The control device 10 controls the output of the driving motor M by controlling the gate current according to a duty ratio or the like. Further, during regeneration of the drive motor M, power is regenerated to the battery 20 via the power converter 50.

次に、本発明の第1の実施形態の電力変換装置50の構造を説明する。   Next, the structure of the power conversion device 50 according to the first embodiment of the present invention will be described.

図2及び図3は、本発明の第1の実施形態の電力変換装置50の説明図である。図2(A)は、電力変換装置50の上面図を示す。図2(B)は、パワーモジュール60の構成をしめる。図3(A)は、電力変換装置50の図2(A)におけるA−A断面図を示す。図3(B)は、電力変換装置50の図2(A)におけるB−B断面図をそれぞれ示す。   FIG.2 and FIG.3 is explanatory drawing of the power converter device 50 of the 1st Embodiment of this invention. FIG. 2A shows a top view of the power conversion device 50. FIG. 2B shows the configuration of the power module 60. FIG. 3A shows a cross-sectional view of the power conversion device 50 taken along the line AA in FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view of the power conversion device 50 taken along the line BB in FIG.

電力変換装置50は、円筒形状であってその上面に平らな頂部を有する冷却器100を基部として、この冷却器100の頂部側に各部位が積層して配置される。   The power conversion device 50 has a cylindrical shape and has a cooler 100 having a flat top portion on the upper surface thereof, and the respective portions are stacked on the top side of the cooler 100.

電力変換装置50は、例えば、同様に円筒形状を有する駆動用モータMの軸方向の一端側に備えられる。なお、冷却器100及びその他の構成は、その外周形状が必ずしも円形である必要はなく、多角形でもよい。   The power conversion device 50 is provided, for example, on one end side in the axial direction of a driving motor M having a cylindrical shape. The cooler 100 and other configurations do not necessarily have a circular outer peripheral shape, and may be polygonal.

冷却器100の頂部には、頂部の円形状に沿って、複数のパワーモジュール60(60U1、60V1、60W1、60U2、60V2、60W2)が周方向に所定の間隔で載置される。パワーモジュール60は、スイッチング素子31、ダイオード32等を同一パッケージに封入してモジュール化したものである。パワーモジュール60は、冷却器100の頂部に、例えば絶縁体を介してボルト等により固定される。   On the top of the cooler 100, a plurality of power modules 60 (60U1, 60V1, 60W1, 60U2, 60V2, 60W2) are placed at predetermined intervals in the circumferential direction along the circular shape of the top. The power module 60 is a module in which the switching element 31, the diode 32, and the like are enclosed in the same package. The power module 60 is fixed to the top of the cooler 100 with, for example, a bolt or the like via an insulator.

図2及び図3に示す例は、駆動用モータMがU相、V相、W相の3相を有し、各相をそれぞれ2つのパワーモジュール60によって制御する、いわいる3相2パラの構成である。   In the example shown in FIGS. 2 and 3, the driving motor M has three phases of U phase, V phase, and W phase, and each phase is controlled by two power modules 60. It is a configuration.

パワーモジュール60は、高電圧の直流電力の供給を受ける一組のPN端子111、交流の高周波電流を出力するAC端子112及び後述する制御基板150に接続する複数の制御信号端子113を備えている。   The power module 60 includes a set of PN terminals 111 that are supplied with high-voltage DC power, an AC terminal 112 that outputs an alternating high-frequency current, and a plurality of control signal terminals 113 that are connected to a control board 150 described later. .

パワーモジュール60は、それぞれ、冷却器100の頂部に、PN端子111を内周側に、AC端子112及び制御信号端子113を外周側に向けて周方向に載置されている。なお、パワーモジュール60のAC端子112は、冷却器100の外周側に向かうとともに、冷却器100の上方へと延設されるACバスバ114が備えられている。ACバスバ114は、それぞれ駆動用モータMのU相、V相、W相に電気的に接続される。   The power modules 60 are respectively placed on the top of the cooler 100 in the circumferential direction with the PN terminal 111 facing the inner periphery and the AC terminal 112 and the control signal terminal 113 facing the outer periphery. The AC terminal 112 of the power module 60 is provided with an AC bus bar 114 that extends toward the outer periphery of the cooler 100 and extends above the cooler 100. AC bus bar 114 is electrically connected to the U phase, V phase, and W phase of drive motor M, respectively.

パワーモジュール60の上部側には、パワーモジュール60に直流電力を供給するDCバスバ120が配置される。DCバスバ120は、冷却器100の頂部の形状に沿った円環形状を有する。DCバスバ120は正極と負極とを有する。正極及び負極は、パワーモジュール60に備えられるPN端子にそれぞれ接続する。   A DC bus bar 120 that supplies DC power to the power module 60 is disposed on the upper side of the power module 60. The DC bus bar 120 has an annular shape along the shape of the top of the cooler 100. The DC bus bar 120 has a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode and the negative electrode are connected to PN terminals provided in the power module 60, respectively.

DCバスバ120の周方向外側の2箇所には、これら正極と負極とに連通する一組の端子121、122が上方向に延設される。   A pair of terminals 121 and 122 communicating with the positive electrode and the negative electrode are extended upward at two locations on the outer side in the circumferential direction of the DC bus bar 120.

DCバスバ120の上面には、複数の平滑コンデンサ40が、周方向に所定の間隔で載置される。平滑コンデンサ40は、それぞれ、DCバスバ120の正極と負極とに電気的に接続する。   A plurality of smoothing capacitors 40 are placed on the upper surface of the DC bus bar 120 at predetermined intervals in the circumferential direction. Smoothing capacitor 40 is electrically connected to the positive electrode and the negative electrode of DC bus bar 120, respectively.

DCバスバ120のさらに上方側には、DCバスバ120と略同形状の円環形状を有する第1の基板130が配置される。第1の基板130には、電流センサ131、パッド132が実装される。また、電流センサ131を制御する図示しない電流センサ制御回路が実装される。第1の基板130には、DCバスバ120の上方側に延設される端子121、122に接触することを避けるための切欠部135、136が形成される。   On the further upper side of the DC bus bar 120, a first substrate 130 having an annular shape substantially the same shape as the DC bus bar 120 is disposed. A current sensor 131 and a pad 132 are mounted on the first substrate 130. In addition, a current sensor control circuit (not shown) that controls the current sensor 131 is mounted. The first substrate 130 is formed with notches 135 and 136 for avoiding contact with the terminals 121 and 122 extending above the DC bus bar 120.

これらDCバスバ120と第1の基板130とは、内周側に円形の空洞部分120aが形成されている。   The DC bus bar 120 and the first substrate 130 have a circular hollow portion 120a formed on the inner peripheral side.

DCバスバ120から上方に延設される端子121、122の上端部には、バッテリ20に接続するDCケーブル170が接続される。DCケーブル170の端部には、圧着端子171が圧着されて備えられる。圧着端子171と端子121、122の上端部とはボルト及びナット172によって固定されて、これらが電気的に接続される。   A DC cable 170 connected to the battery 20 is connected to upper ends of terminals 121 and 122 extending upward from the DC bus bar 120. A crimp terminal 171 is crimped at the end of the DC cable 170. The crimp terminal 171 and the upper ends of the terminals 121 and 122 are fixed by bolts and nuts 172, and these are electrically connected.

電流センサ131は、パワーモジュール60のACバスバ114からの出力電流を検出する。電流センサ131は、例えばホール素子を備えて構成され、上方側に延設されるACバスバ114の磁界によってACバスバ114を流通する電流を検出する。   The current sensor 131 detects an output current from the AC bus bar 114 of the power module 60. The current sensor 131 is configured to include, for example, a Hall element, and detects a current flowing through the AC bus bar 114 by a magnetic field of the AC bus bar 114 extending upward.

パッド132は、第1の基板130の内周側に円環状に備えられており、図示しない駆動用モータMと電気的に接続する接続用配線が接続される接続部として機能する。パッド132は、例えば駆動用モータMが備えるコントローラとケーブルによって電気的に接続し、駆動用モータMに入力される電力や回転速度、温度等の値が入力される。   The pad 132 is provided in an annular shape on the inner peripheral side of the first substrate 130, and functions as a connection portion to which a connection wiring that is electrically connected to a drive motor M (not shown) is connected. The pad 132 is electrically connected to, for example, a controller provided in the drive motor M by a cable, and values such as electric power, rotation speed, and temperature input to the drive motor M are input.

第1の基板には、4つの電流センサ131A、131B、131C、131Dが実装されている。これら電流センサ131Aは、131B、131C、131Dは、パワーモジュール60U1、60V1、60U2、60V2それぞれの上方に配置され、これらのACバスバ114の電流を検出する。   Four current sensors 131A, 131B, 131C, and 131D are mounted on the first substrate. In these current sensors 131A, 131B, 131C, and 131D are disposed above the power modules 60U1, 60V1, 60U2, and 60V2, respectively, and detect the currents of these AC bus bars 114.

なお、N相の交流電力をM並列のパワーモジュールで制御する場合(N、Mは2以上)、電流センサの数は(N−1)×M個で良く、6個のパワーモジュール60に対して、パワーモジュール60W1、60W2には、電流センサ131は設けない。第1の基板130の切欠部135、136に対応する箇所には、パワーモジュール60W1、60W2が配置される。このように、電流センサ131が実装されていない箇所に端子121、122を備えることで。電力変換装置50の外形が拡大することを抑制できる。   When N-phase AC power is controlled by M parallel power modules (N and M are 2 or more), the number of current sensors may be (N−1) × M. Thus, the current sensors 131 are not provided in the power modules 60W1 and 60W2. Power modules 60 </ b> W <b> 1 and 60 </ b> W <b> 2 are disposed at locations corresponding to the cutout portions 135 and 136 of the first substrate 130. In this way, by providing the terminals 121 and 122 at locations where the current sensor 131 is not mounted. It can suppress that the external shape of the power converter device 50 expands.

冷却器100に載置された複数のパワーモジュール60のそれぞれの外周側には、制御基板150が備えられる。制御基板150は、制御装置10が実装される。制御装置10は、パワーモジュール60のスイッチング素子31の動作を制御する。また、制御装置10は、第1の基板130の電流センサ131が検出した電流値を取得する。   A control board 150 is provided on each outer peripheral side of the plurality of power modules 60 placed on the cooler 100. The control device 10 is mounted on the control board 150. The control device 10 controls the operation of the switching element 31 of the power module 60. In addition, the control device 10 acquires the current value detected by the current sensor 131 of the first substrate 130.

制御基板150は、冷却器100の頂部から鉛直方向に備えられる。制御基板150の下方側はパワーモジュール60の制御信号端子113に接続される、制御基板150の上方側は、第1の基板130の信号端子133に接続される。従って、制御基板150は、下方側をパワーモジュール60の制御信号端子113に支持され、上方側を第1の基板130の信号端子133に支持される。   The control board 150 is provided in the vertical direction from the top of the cooler 100. The lower side of the control board 150 is connected to the control signal terminal 113 of the power module 60, and the upper side of the control board 150 is connected to the signal terminal 133 of the first board 130. Therefore, the lower side of the control board 150 is supported by the control signal terminal 113 of the power module 60, and the upper side is supported by the signal terminal 133 of the first board 130.

制御信号端子113は、制御装置10とパワーモジュール60との間の信号を送受信する。信号端子133は、第1の基板130と制御基板150との間の信号、例えば、パッド132を介して駆動用モータMとの制御信号の送受信や、電流センサ131が取得したACバスバ114の電流値の送信が行なわれる。   The control signal terminal 113 transmits and receives signals between the control device 10 and the power module 60. The signal terminal 133 transmits / receives a signal between the first board 130 and the control board 150, for example, a control signal with the driving motor M via the pad 132, and a current of the AC bus bar 114 acquired by the current sensor 131. A value is sent.

以上のように、本発明の第1の実施形態では、電力変換装置50は、基部となる冷却器100の上面にパワーモジュール60が載置される。パワーモジュール60の上方側には、DCバスバ120と、弱電基板としての第1の基板130と、が順に積層して備えられる。制御基板150は、それぞれのパワーモジュール60の外周側に配置される。   As described above, in the first embodiment of the present invention, in the power conversion device 50, the power module 60 is placed on the upper surface of the cooler 100 serving as a base. On the upper side of the power module 60, a DC bus bar 120 and a first substrate 130 as a weak electric substrate are sequentially stacked. The control board 150 is disposed on the outer peripheral side of each power module 60.

第1の基板130には電流センサ131が実装されて、パワーモジュール60から外周側に配置されるAC端子112から、第1の基板130の外周側で上方に延設されるACバスバ114の電流値を検出する。   The current sensor 131 is mounted on the first board 130, and the current of the AC bus bar 114 extending upward on the outer peripheral side of the first board 130 from the AC terminal 112 disposed on the outer peripheral side from the power module 60. Detect value.

このように周方向に配置されるパワーモジュール60の外周側から上方に延設されるACバスバ114のそれぞれに、ACバスバ114の電流を検出する電流センサ131を備えた。   Thus, each of the AC bus bars 114 extending upward from the outer peripheral side of the power module 60 arranged in the circumferential direction is provided with a current sensor 131 that detects the current of the AC bus bar 114.

このような構成により、各ACバスバ114及び電流センサ131を、電力変換装置50の最外周側で離間して配置して、それぞれの間隔を広くとることができる。このような構成により、他のACバスバ114に流通する交流電流によって発生する磁界等の影響をが、電流センサ131影響することが抑えられて、電流センサ131が誤作動することを防止できる。   With such a configuration, each AC bus bar 114 and the current sensor 131 can be spaced apart from each other on the outermost peripheral side of the power conversion device 50 to increase the distance between them. With such a configuration, the influence of a magnetic field or the like generated by an alternating current flowing through another AC bus bar 114 is suppressed from affecting the current sensor 131, and the current sensor 131 can be prevented from malfunctioning.

また、第1の基板130において、N相の交流電力をM並列のパワーモジュールで制御する(N、Mは2以上)ことで、電流センサの数を(N−1)×M個とすることができるので(第1の実施形態では、4個の電流センサ)、電流センサ131が実装されていない箇所にDCバスバ120から上方に延設される端子121、122を配置する切欠部135、136を形成した。このような構成により、電力変換装置50の外形が拡大することが抑制され、電力変換装置50が大型化することを抑制できる。   Further, in the first substrate 130, the number of current sensors is set to (N−1) × M by controlling the N-phase AC power with an M parallel power module (N and M are 2 or more). (In the first embodiment, four current sensors), the notches 135 and 136 are arranged where the terminals 121 and 122 extending upward from the DC bus bar 120 are arranged at locations where the current sensors 131 are not mounted. Formed. With such a configuration, expansion of the outer shape of the power conversion device 50 is suppressed, and an increase in size of the power conversion device 50 can be suppressed.

次に、本発明の第2の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.

図4は、本発明の第2の実施形態の電力変換装置50の説明図である。なお、第2の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the power conversion device 50 according to the second embodiment of this invention. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2の実施形態では、電流センサ131、パッド132が実装される第1の基板130の外周形状を多角形(八角形)に形成した。   In the second embodiment, the outer peripheral shape of the first substrate 130 on which the current sensor 131 and the pad 132 are mounted is formed in a polygon (octagon).

第1の基板130の多角形形状は、冷却器100に載置されるパワーモジュール60の位置に対応して形成される。すなわち、放射状に配置される6個のパワーモジュール60と、DCバスバ120の端子121、122に対応する切欠部135、136と、をそれぞれ辺とする八角形の形状に形成されている。   The polygonal shape of the first substrate 130 is formed corresponding to the position of the power module 60 placed on the cooler 100. That is, it is formed in an octagonal shape having six power modules 60 arranged radially and notches 135 and 136 corresponding to the terminals 121 and 122 of the DC bus bar 120, respectively.

また、DCバスバ120の形状も、第1の基板130の外周形状に対応して八角形とし、この八角形形状の辺の二ヶ所に端子121、122を形成する。   The shape of the DC bus bar 120 is also an octagon corresponding to the outer peripheral shape of the first substrate 130, and the terminals 121 and 122 are formed at two positions on the side of the octagon.

このように、本発明の第2の実施形態では、第1の基板130の外周形状を円環状ではなく多角形の環状に形成した。このように構成することにより、円形の基部である冷却器100状に、制御基板150やACバスバ114を配置する余地を広くとれ、電力変換装置50のレイアウトの自由度が高まる。   As described above, in the second embodiment of the present invention, the outer peripheral shape of the first substrate 130 is not an annular shape but a polygonal annular shape. With this configuration, a room for arranging the control board 150 and the AC bus bar 114 can be widened in the shape of the cooler 100 that is a circular base, and the degree of freedom of layout of the power conversion device 50 is increased.

次に、本発明の第3の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.

図5及び図6は、本発明の第3の実施形態の電力変換装置50の説明図である。図5は、電力変換装置50の上面図を示す。図6(A)は、電力変換装置50の図5におけるA−A断面図を示す。図6(B)は、電力変換装置50の図5におけるB−B断面図をそれぞれ示す。   FIG.5 and FIG.6 is explanatory drawing of the power converter device 50 of the 3rd Embodiment of this invention. FIG. 5 shows a top view of the power converter 50. 6A shows a cross-sectional view of the power converter 50 taken along the line AA in FIG. FIG. 6B is a cross-sectional view of the power conversion device 50 taken along the line BB in FIG.

なお、第3の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1または第2の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components as those of the first or second embodiment, and the description thereof is omitted.

第3の実施形態は、駆動用モータMがU相、V相、W相、R相、S相の5相を有し、各相をそれぞれ2つのパワーモジュール60によって制御する、いわいる5相2パラの構成である。   In the third embodiment, the driving motor M has five phases of U phase, V phase, W phase, R phase, and S phase, and each phase is controlled by two power modules 60, so-called five phases. It is a two-paragraph configuration.

具体的には、パワーモジュール60U1、60V1、60W1、60R1、60S1、60U2、60V2、60W2、60R2、60S2の10個のパワーモジュール60が冷却器100の頂部に載置されている。パワーモジュール60U1、60V1、60W1、60R1、60U2、60V2、60W2、60R2には、ACバスバ114の電流を検出する電流センサ131A〜Gがそれぞれ備えられている。なお、N相の交流電力をM並列のパワーモジュールで制御する(N、Mは2以上)ことで、電流センサの数を(N−1)×M個とすることができるので(第3の実施形態では、8個の電流センサ)、10個のパワーモジュール60に対してパワーモジュール60S1、60S2には電流センサ131は備えられず、切欠部135、136が形成されている。   Specifically, ten power modules 60 of power modules 60U1, 60V1, 60W1, 60R1, 60S1, 60U2, 60V2, 60W2, 60R2, and 60S2 are mounted on the top of the cooler 100. The power modules 60U1, 60V1, 60W1, 60R1, 60U2, 60V2, 60W2, and 60R2 are provided with current sensors 131A to 131G that detect the current of the AC bus bar 114, respectively. In addition, since the number of current sensors can be (N-1) × M by controlling N-phase AC power with an M-parallel power module (N and M are 2 or more) (third In the embodiment, for the eight power sensors 60, the power modules 60S1 and 60S2 are not provided with the current sensors 131 for the ten power modules 60, and the notches 135 and 136 are formed.

第3の実施形態では、さらに、電流センサ131及びパッド132が実装される第1の基板130に、さらに第2の基板160を備えた。   In the third embodiment, the second substrate 160 is further provided on the first substrate 130 on which the current sensor 131 and the pad 132 are mounted.

図6(A)及び6(B)に示すように、電流センサ131及びパッド132が実装される第1の基板130の下方側であって、第1の基板130とDCバスバ120との間に、第1の基板130とほぼ同様の形状を有する第2の基板160を備えた。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the current sensor 131 and the pad 132 are on the lower side of the first substrate 130 and between the first substrate 130 and the DC bus bar 120. The second substrate 160 having the same shape as the first substrate 130 is provided.

第2の基板160には、電流センサ131を制御する図示しない電流センサ制御回路が実装される。第2の基板160と制御基板150とは、端子161によって接続される。第2の基板160と第1の基板130とは端子162によって接続される。   A current sensor control circuit (not shown) that controls the current sensor 131 is mounted on the second substrate 160. The second board 160 and the control board 150 are connected by a terminal 161. The second substrate 160 and the first substrate 130 are connected by a terminal 162.

このように、第3の実施形態では、電流センサ131及びパッド132が実装される第1の基板130と、パワーモジュール60及びDCバスバ120との間に、第2の基板を配置した。このような構成によって、第1の基板130とパワーモジュール60及びDCバスバ120とを物理的に離間させることができる。これにより、パワーモジュール60及びDCバスバ120で発生する熱が、電流センサ131に与える影響を抑えることができる。   Thus, in the third embodiment, the second substrate is arranged between the first substrate 130 on which the current sensor 131 and the pad 132 are mounted, and the power module 60 and the DC bus bar 120. With such a configuration, the first substrate 130 can be physically separated from the power module 60 and the DC bus bar 120. Thereby, the influence which the heat which generate | occur | produces in the power module 60 and the DC bus bar 120 has on the current sensor 131 can be suppressed.

次に、本発明の第4の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 4th Embodiment of this invention is demonstrated.

図7は、本発明の第4の実施形態の電力変換装置50の説明図である。なお、第4の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1から第3の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the power conversion device 50 according to the fourth embodiment of this invention. The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. The same components as those of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第4の実施形態は、前述した第1及び第2の実施形態の変形例であり、DCバスバ120の端子121、122とDCケーブル170との接続の構成が異なる。   The fourth embodiment is a modification of the first and second embodiments described above, and the connection configuration between the terminals 121 and 122 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 is different.

図7(B)に示すように、端子121の上端部とDCケーブル170とが、圧着端子175によって接続されている。   As shown in FIG. 7B, the upper end portion of the terminal 121 and the DC cable 170 are connected by a crimp terminal 175.

第4の実施形態は、前述のようにDCバスバ120の端子121とDCケーブル170とを、ボルト及びナット172ではなく、圧着端子175によって直接接続するように構成した。このような構成によって、端子121とDCケーブル170との間の接触抵抗を軽減させることができ、端子121とDCケーブル170との間で発生するノイズを軽減することができる。これにより、電流センサ131が端子121とDCケーブル170との間で圧制するノイズの影響を受けることが抑制される。   In the fourth embodiment, as described above, the terminal 121 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 are directly connected by the crimp terminal 175 instead of the bolt and nut 172. With such a configuration, the contact resistance between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced, and noise generated between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced. As a result, the current sensor 131 is suppressed from being affected by noise that is suppressed between the terminal 121 and the DC cable 170.

なお、圧着端子175ではなく、DCケーブル170と端子121とをレーザや溶接によって接合してもよい。   Instead of the crimp terminal 175, the DC cable 170 and the terminal 121 may be joined by laser or welding.

次に、本発明の第5の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 5th Embodiment of this invention is demonstrated.

図8は、本発明の第5の実施形態の電力変換装置50の説明図である。なお、第5の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1から第3の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the power conversion device 50 according to the fifth embodiment of this invention. The basic configuration of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment. The same components as those of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第5の実施形態は、前述した第3の実施形態の変形例であり、DCバスバ120の端子121、122とDCケーブル170との接続を、第4の実施形態と同様に構成した。   The fifth embodiment is a modification of the above-described third embodiment, and the connection between the terminals 121 and 122 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 is configured in the same manner as in the fourth embodiment.

すなわち、図8(B)に示すように、端子121の上端部とDCケーブル170とが、圧着端子175によって接続されている。   That is, as shown in FIG. 8B, the upper end portion of the terminal 121 and the DC cable 170 are connected by the crimp terminal 175.

第5の実施形態は、前述のようにDCバスバ120の端子121とDCケーブル170とを、ボルト及びナット172ではなく、圧着端子175によって直接接続するように構成した。   In the fifth embodiment, as described above, the terminal 121 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 are directly connected by the crimp terminal 175 instead of the bolt and nut 172.

また、電流センサ131は、第1の基板130に実装され、第1の基板130とパワーモジュール60及びDCバスバ120とを、第2の基板160によって物理的に離間させる。   The current sensor 131 is mounted on the first substrate 130, and physically separates the first substrate 130 from the power module 60 and the DC bus bar 120 by the second substrate 160.

このような構成によって、端子121とDCケーブル170との間の接触抵抗を軽減させることができ、端子121とDCケーブル170との間で発生するノイズを軽減することができる。これにより、電流センサ131が端子121とDCケーブル170との間で圧制するノイズの影響を受けることが抑制される。   With such a configuration, the contact resistance between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced, and noise generated between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced. As a result, the current sensor 131 is suppressed from being affected by noise that is suppressed between the terminal 121 and the DC cable 170.

次に、本発明の第6の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 6th Embodiment of this invention is demonstrated.

図9及び図10は、本発明の第6の実施形態の電力変換装置50の説明図である。図9は、電力変換装置50の上面図を示す。図10(A)は、電力変換装置50の図9におけるA−A断面図を示す。図10(B)は、電力変換装置50の図9におけるB−B断面図をそれぞれ示す。   9 and 10 are explanatory diagrams of the power conversion device 50 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows a top view of the power converter 50. FIG. 10A shows a cross-sectional view of the power converter 50 taken along the line AA in FIG. FIG. 10B shows a cross-sectional view of the power converter 50 taken along the line BB in FIG.

なお、第6の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1ないし第5の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   The basic configuration of the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment. The same components as those of the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第6の実施形態は、駆動用モータMがU相、V相、W相の3相を有し、各相をそれぞれ3つのパワーモジュール60によって制御する、いわいる3相3パラの構成である。   The sixth embodiment has a so-called three-phase three-parameter configuration in which the drive motor M has three phases of U phase, V phase, and W phase, and each phase is controlled by three power modules 60, respectively. .

具体的には、パワーモジュール60U1、60V1、60W1と、パワーモジュール60U2、60V2、60W2と、パワーモジュール60U3、60V3、60W3と、の9個のパワーモジュール60が冷却器100の頂部に載置されている。パワーモジュール60U1、60V1、には電流センサ131A、131Bが配置される。パワーモジュール60U2、60V2、には電流センサ131C、131Dが配置される。パワーモジュール60U3、60V3、には電流センサ131E、131Fが配置される。これら電流センサ131は、ACバスバ114の電流を検出する。   Specifically, nine power modules 60 of power modules 60U1, 60V1, 60W1, power modules 60U2, 60V2, 60W2, and power modules 60U3, 60V3, 60W3 are mounted on the top of the cooler 100. Yes. Current sensors 131A and 131B are arranged in the power modules 60U1 and 60V1. Current sensors 131C and 131D are arranged in the power modules 60U2 and 60V2. Current sensors 131E and 131F are arranged in the power modules 60U3 and 60V3. These current sensors 131 detect the current of the AC bus bar 114.

また、N相の交流電力をM並列のパワーモジュールで制御する(N、Mは2以上)ことで、電流センサの数を(N−1)×M個とすることができるので(第6の実施形態では、6個の電流センサ)、9個のパワーモジュール60に対してパワーモジュール60W1、60W2、60W3に対応する位置には電流センサ131は備えられず、パワーモジュール60W3と60U1との間に切欠部136が、パワーモジュール60W2と60U3との間に切欠部135が、それぞれ形成されている。   In addition, by controlling the N-phase AC power with an M parallel power module (N and M are 2 or more), the number of current sensors can be (N−1) × M (sixth) In the embodiment, the current sensor 131 is not provided at a position corresponding to the power modules 60W1, 60W2, and 60W3 with respect to the nine power modules 60 and the nine power modules 60, and between the power modules 60W3 and 60U1. A notch 136 is formed between the power modules 60W2 and 60U3.

DCバスバ120における端子121、121の位置は、発熱やノイズの発生を考慮して、DCバスバ120に対向した位置に備えることが望ましい。一方で、パワーモジュール60及び電流センサ131の配置が線対称でない場合には、端子121、121は、DCバスバ120において対向する位置に備える必要はない。第1の基板130における切欠部135、136の位置も同様である。   The positions of the terminals 121 and 121 in the DC bus bar 120 are preferably provided at positions facing the DC bus bar 120 in consideration of generation of heat and noise. On the other hand, when the arrangement of the power module 60 and the current sensor 131 is not line symmetric, the terminals 121 and 121 do not need to be provided at positions facing each other in the DC bus bar 120. The same applies to the positions of the notches 135 and 136 in the first substrate 130.

なお、図10(B)に示すように、端子121、122とDCケーブル170との接続は、前述の第1の実施形態と同様に、ボルト及びナット172によって接続する。   As shown in FIG. 10B, the terminals 121 and 122 and the DC cable 170 are connected by bolts and nuts 172 as in the first embodiment.

このように、第6の実施形態では、パワーモジュール60の配置に対応して、DCバスバ120の端子121、122と、切欠部135、136との位置を変更することにより、電力変換装置50におけるレイアウトの自由度が向上する。   As described above, in the sixth embodiment, the positions of the terminals 121 and 122 of the DC bus bar 120 and the notches 135 and 136 are changed in accordance with the arrangement of the power module 60, thereby Layout flexibility is improved.

次に、本発明の第7の実施形態の電力変換装置50を説明する。   Next, the power converter device 50 of the 7th Embodiment of this invention is demonstrated.

図11は、本発明の第7の実施形態の電力変換装置50の説明図である。なお、第7の実施形態の基本構成は第1の実施形態と同様であり、第1から第6の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。   FIG. 11 is an explanatory diagram of the power conversion device 50 according to the seventh embodiment of this invention. The basic configuration of the seventh embodiment is the same as that of the first embodiment. The same components as those of the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第7の実施形態は、前述した第6の実施形態の変形例であり、DCバスバ120の端子121、122とDCケーブル170との接続を、第4の実施形態と同様に構成した。   The seventh embodiment is a modification of the above-described sixth embodiment, and the connection between the terminals 121 and 122 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 is configured in the same manner as in the fourth embodiment.

すなわち、図11(B)に示すように、端子121の上端部とDCケーブル170とが、圧着端子175によって接続されている。   That is, as shown in FIG. 11B, the upper end portion of the terminal 121 and the DC cable 170 are connected by the crimp terminal 175.

第7の実施形態は、このようにDCバスバ120の端子121とDCケーブル170とを、ボルト及びナット172ではなく、圧着端子175によって直接接続するように構成した。   In the seventh embodiment, the terminal 121 of the DC bus bar 120 and the DC cable 170 are thus directly connected by the crimp terminal 175 instead of the bolt and nut 172.

このような構成によって、端子121とDCケーブル170との間の接触抵抗を軽減させることができ、端子121とDCケーブル170との間で発生するノイズを軽減することができる。これにより、電流センサ131が端子121とDCケーブル170との間で圧制するノイズの影響を受けることが抑制される。   With such a configuration, the contact resistance between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced, and noise generated between the terminal 121 and the DC cable 170 can be reduced. As a result, the current sensor 131 is suppressed from being affected by noise that is suppressed between the terminal 121 and the DC cable 170.

なお、以上説明した本発明の実施形態は、本発明を示す構成の一例を示しただけであり、必ずしもこの構成にとらわれるものではない。また、これら第1から第7の実施形態の構成を組み合わせてもよい。   The embodiment of the present invention described above is merely an example of the configuration showing the present invention, and is not necessarily limited to this configuration. Further, the configurations of the first to seventh embodiments may be combined.

また、制御基板150は、柔軟性を有するフレキシブル基板によって構成されていてもよい。   Further, the control board 150 may be configured by a flexible board having flexibility.

また、制御基板150は、パワーモジュール60の外周側に配置したが、パワーモジュール60の内周側、すなわち、円環状のDCバスバ120、第1の基板130で形成される120a側に、各パワーモジュール60に対応して、制御基板150を備えてもよい。また、制御基板150は、各パワーモジュール60に対応して備えてもよいし、フレキシブル基板等で複数のパワーモジュール60を取り巻くように形成してもよい。   Further, although the control board 150 is arranged on the outer peripheral side of the power module 60, each power is provided on the inner peripheral side of the power module 60, that is, on the 120 a side formed by the annular DC bus bar 120 and the first board 130. A control board 150 may be provided corresponding to the module 60. The control board 150 may be provided corresponding to each power module 60, or may be formed so as to surround the plurality of power modules 60 with a flexible board or the like.

また、前述の第1から第7の実施形態では、3相2パラ、5相2パラ、3相3パラの構成を例に説明したが、これに限られるものではない。N相(Nは2以上)の交流電力を、M並列(Mは2以上)で制御する電力変換装置であれば、どのような構成であってもよい。   In the first to seventh embodiments described above, the configuration of three-phase two-para, five-phase two-para, three-phase three-para is described as an example, but the present invention is not limited to this. Any configuration may be used as long as it is a power converter that controls N-phase (N is 2 or more) AC power in M parallel (M is 2 or more).

1 駆動システム
10 制御装置
40 平滑コンデンサ
50 電力変換装置
100 冷却器
110 パワーモジュール
111 PN端子
112 AC端子
113 制御信号端子
114 ACバスバ
120 DCバスバ
120a 空洞部分
121、122 端子
130 第1の基板
131 電流センサ
132 パッド
133 信号端子
134、135 切欠部
150 制御基板
160 第3の基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive system 10 Control apparatus 40 Smoothing capacitor 50 Power converter 100 Cooler 110 Power module 111 PN terminal 112 AC terminal 113 Control signal terminal 114 AC bus bar 120 DC bus bar 120a Hollow part 121, 122 terminal 130 1st board | substrate 131 Current sensor 132 Pad 133 Signal terminal 134, 135 Notch 150 Control board 160 Third board

Claims (7)

スイッチング素子を備える複数のパワーモジュールと、
前記パワーモジュールを冷却する冷却器を備える基部と、
前記パワーモジュールに電力を供給する第1のバスバと、
前記パワーモジュールから電力を出力する複数の第2のバスバと、
前記第2のバスバの電流を検出する電流センサを備える基板と、を備え、
前記基部の上面に複数の前記パワーモジュールが放射状に載置され、
前記パワーモジュールの上方に、前記第1のバスバと、前記基板と、が順に積層して備えられ、
複数の前記第2のバスバは、複数の前記パワーモジュールそれぞれから、前記基板の外周側で、前記基部から立設方向に延設され、
前記電流センサは、複数の前記第2のバスバそれぞれに対応して配置されることを特徴とする電力変換装置。
A plurality of power modules comprising switching elements;
A base comprising a cooler for cooling the power module;
A first bus bar for supplying power to the power module;
A plurality of second bus bars for outputting power from the power module;
A board having a current sensor for detecting a current of the second bus bar,
A plurality of the power modules are mounted radially on the upper surface of the base,
Above the power module, the first bus bar and the substrate are sequentially stacked and provided,
The plurality of second bus bars are extended from each of the plurality of power modules on the outer peripheral side of the substrate in the standing direction from the base,
The current sensor is arranged corresponding to each of the plurality of second bus bars.
前記第1のバスバは、上方側に端子が延設され、
前記基板は、複数の前記電流センサが配置される箇所の間で、前記端子に対応する位置が切り欠かれた切欠部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The first bus bar has a terminal extending upward,
2. The power converter according to claim 1, wherein the substrate is formed with a notch portion in which a position corresponding to the terminal is notched between locations where the plurality of current sensors are arranged. .
前記切欠部は、前記基板の外周に一組形成され、一組の前記切欠部が互いに対向する位置に形成されることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 2, wherein the cutout portion is formed as a set on an outer periphery of the substrate, and the set of cutout portions is formed at positions facing each other. 前記基板は環状に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is formed in an annular shape. 前記第1のバスバと前記基板との間には、前記第1のバスバの電力を平滑化するコンデンサが配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の電力変換装置。   5. The electric power according to claim 1, wherein a capacitor for smoothing the electric power of the first bus bar is disposed between the first bus bar and the substrate. Conversion device. 前記基板は、
前記電流センサが実装される第1の基板と、前記電流センサを制御する制御回路が実装される第2の基板とを有し、
前記第2の基板の上方に前記第1の基板が配置されることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の電力変換装置。
The substrate is
A first board on which the current sensor is mounted; and a second board on which a control circuit for controlling the current sensor is mounted;
The power conversion device according to claim 1, wherein the first substrate is disposed above the second substrate.
前記電力変換装置がN相の交流電力をM並列(N、Mは2以上)で制御されるともに、(N−1)×M個の前記電流センサが配置された場合、
前記切欠部は、N×M個のパワーモジュールのうち、前記電流センサが配置されないパワーモジュールに対応する位置に設けられることを特徴とする請求項2から6のいずれか一つに記載の電力変換装置。
When the power conversion device controls N-phase AC power in M parallel (N, M is 2 or more) and (N-1) × M current sensors are arranged,
7. The power conversion according to claim 2, wherein the notch is provided at a position corresponding to a power module in which the current sensor is not arranged among N × M power modules. 8. apparatus.
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