JP2014192936A - Power supply bus bar and power converter using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置の電源ブスバーに関する。 The present invention relates to a power bus bar of a power conversion device.
交流電動機などの負荷を駆動するために、電力変換装置(インバータ)が利用されることがある。一般に、電力変換装置は、負荷の各相に設けられた上アームトランジスタ、下アームトランジスタ、負荷の状態に応じて変調された制御信号を生成するコントローラ、制御信号にもとづいて上アームトランジスタおよび下アームトランジスタを駆動するゲート駆動回路、を備える。 In order to drive a load such as an AC motor, a power converter (inverter) may be used. In general, a power conversion device includes an upper arm transistor, a lower arm transistor, a controller that generates a control signal modulated according to the state of the load, an upper arm transistor, and a lower arm provided on each phase of the load. A gate driving circuit for driving the transistor.
上アームトランジスタおよび下アームトランジスタは、FET(Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどのスイッチ素子を含むパワーモジュールで構成されることがある。大容量の電力変換装置では、パワーモジュールに大電流が流れるため、パワーモジュールへの電力供給に平板ブスバーが用いられることが多い。 The upper arm transistor and the lower arm transistor may be configured by a power module including a switching element such as a field effect transistor (FET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or a bipolar transistor. In a large-capacity power conversion device, a large current flows through the power module, so that a flat bus bar is often used to supply power to the power module.
大容量の電力変換装置を実現するため、複数のパワーモジュールを並列接続して用いる場合、特性が同じパワーモジュールを選択することが一般的である。このとき、同じ特性の各パワーモジュールの容量を最大限利用するには、電源から各パワーモジュールに流れ込む電流が均等に分配されることが望ましい。 In order to realize a large-capacity power conversion device, when a plurality of power modules are connected in parallel, it is common to select power modules having the same characteristics. At this time, in order to make maximum use of the capacity of each power module having the same characteristics, it is desirable that the current flowing from the power source to each power module is evenly distributed.
しかし、電源の配置やブスバー形状の制約等により、各パワーモジュールに均等な電流が分配されないことがある。各パワーモジュールへ電流が均等に流れないと、一部のパワーモジュールに大電流が流れ込むため、対策として容量のより大きなパワーモジュールを用いたり、並列接続するパワーモジュールの数を増したりする必要が生じ、コストアップにつながる。 However, there may be a case where an equal current is not distributed to each power module due to power supply arrangement, bus bar shape restrictions, and the like. If current does not flow evenly to each power module, a large current flows into some power modules, so it is necessary to use a power module with a larger capacity or increase the number of power modules connected in parallel as countermeasures. , Leading to increased costs.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数のパワーモジュールを並列接続させた構成を有する電力変換装置において、パワーモジュールの各直流端子に流入する電流の均等化にある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and one exemplary object of one aspect thereof is a power conversion apparatus having a configuration in which a plurality of power modules are connected in parallel to each DC terminal of the power module. It is in equalization of the inflowing current.
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、電力変換装置における電源ブスバーに関する。この電源ブスバーは、電力変換装置のアームに接続される電源ブスバーであって、アームが、電気的に並列接続されるべき複数のパワーモジュールを含むとき、複数のパワーモジュールの上側直流端子のそれぞれと接続されるべき第1ブスバーと、第1ブスバーと並走し、複数のパワーモジュールの下側直流端子のそれぞれと接続されるべき第2ブスバーと、第1ブスバーと第2ブスバーとの間に、第1ブスバーおよび第2ブスバーと絶縁された状態で設けられる中間磁気シールドと、を備える。 In order to solve the above problems, an aspect of the present invention relates to a power bus bar in a power conversion device. This power bus bar is a power bus bar connected to the arm of the power converter, and when the arm includes a plurality of power modules to be electrically connected in parallel, each of the upper DC terminals of the plurality of power modules Between the first bus bar to be connected, the second bus bar that runs in parallel with the first bus bar and is connected to each of the lower DC terminals of the plurality of power modules, and the first bus bar and the second bus bar, An intermediate magnetic shield provided in an insulated state from the first bus bar and the second bus bar.
また、本発明のある別の態様は電力変換装置に関する。この電力変換装置は、上アームと、下アームとを有し、上アームと下アームの少なくとも一方は、電気的に並列接続されるべき複数のパワーモジュールを含むアームと、上アームに接続される第1ブスバーと、下アームに接続され、第1ブスバーと並走する第2ブスバーと、第1ブスバーと第2ブスバーとの間に、第1ブスバーおよび第2ブスバーと絶縁された状態で設けられ、フレームグランドに接続されるべき中間磁気シールドと、を備える。 Another embodiment of the present invention relates to a power conversion device. This power conversion device has an upper arm and a lower arm, and at least one of the upper arm and the lower arm is connected to an arm including a plurality of power modules to be electrically connected in parallel to the upper arm. The first bus bar, the second bus bar connected to the lower arm and running in parallel with the first bus bar, and the first bus bar and the second bus bar are provided in a state insulated from the first bus bar and the second bus bar. And an intermediate magnetic shield to be connected to the frame ground.
この態様によると、第1ブスバーと第2ブスバーとの間に磁気シールドが設けられるため、第1ブスバーを流れる電流により生じる磁界によって第2ブスバーを流れる電流が乱れることを防ぐことができる。また、第2ブスバーを流れる電流により生じる磁界によって第1ブスバーを流れる電流が乱れることも防ぐことができる。これにより、それぞれのブスバーを流れる電流が、別のブスバーを流れる電流の影響を受けて不均一となることを抑え、並列接続される複数のパワーモジュールのそれぞれに流れ込む電源電流を均等化させることができる。 According to this aspect, since the magnetic shield is provided between the first bus bar and the second bus bar, it is possible to prevent the current flowing through the second bus bar from being disturbed by the magnetic field generated by the current flowing through the first bus bar. It is also possible to prevent the current flowing through the first bus bar from being disturbed by the magnetic field generated by the current flowing through the second bus bar. As a result, the current flowing through each bus bar is prevented from becoming non-uniform under the influence of the current flowing through another bus bar, and the power supply current flowing into each of the plurality of power modules connected in parallel can be equalized. it can.
本発明によれば、電力変換装置におけるアームとして並列接続される複数のパワーモジュールのそれぞれに流入する電源電流が均等化される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply current which flows in into each of several power module connected in parallel as an arm in a power converter device is equalized.
本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。 The present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の回路図である。電力変換装置1は、電源4からの直流電圧を交流信号に変換して、モータをはじめとする負荷2を駆動する。電源4は、三相交流INを整流する整流ダイオード5と、平滑コンデンサ6を含む。電源4は電池であってもよい。本実施の形態では、三相の場合を説明するが、相数は特に限定されない。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
上アーム7P(U〜W)は、対応する相の出力端子OUT(U、V、W)とP側電源ラインLPとの間に設けられ、IGBTであるP側半導体スイッチ8Pにより構成される。P側半導体スイッチ8PのコレクタはP側電源ラインLPに接続され、そのエミッタが出力端子OUTと接続される。
The upper arm 7P (U to W) is provided between the corresponding phase output terminal OUT (U, V, W) and the P-side power supply line LP, and is configured by a P-
下アーム7N(U〜W)は、対応する相の出力端子OUT(U、V、W)とN側電源ラインLNとの間に設けられ、IGBTであるN側半導体スイッチ8Nにより構成される。N側半導体スイッチ8Nのコレクタは出力端子OUT(U、V、W)と接続され、そのエミッタがN側電源ラインLNと接続される。
The lower arm 7N (U to W) is provided between the corresponding phase output terminal OUT (U, V, W) and the N-side power supply line LN, and includes an N-
図2は、図1のU相のアーム7Uとパワーモジュール10の関係を示す回路図である。U相のアーム7Uとして、パワーモジュール10が2個並列接続されている。V相、W相のアームも同様である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the relationship between the
パワーモジュール10は、一つまたは複数のIGBTである半導体スイッチ8P、8Nによって構成される。上アーム7Pを構成するP側半導体スイッチ8Pと、下アーム7Nを構成するN側半導体スイッチ8Nは、1個のパワーモジュール10に含まれる。パワーモジュール10は、P側電源ラインLPに接続されるべきP側直流端子12Pと、N側電源ラインLNに接続されるべきN側直流端子12Nと、負荷2に接続されるべき交流端子14を備える。
The
図3は、電力変換装置1の外観斜視図である。電力変換装置1は、各アーム7(U〜W)を構成するパワーモジュール群10(U〜W)、筐体70、ファンモジュール72、ヒートシンク74(U〜W)、75、ダイオードモジュール85、コンデンサモジュール86を備える。
FIG. 3 is an external perspective view of the
U相を構成するパワーモジュール10Ua、10Ubは、ヒートシンク74Uの上に第1の方向(x軸方向)に並置される。V相、W相を構成するパワーモジュール10V(a、b)、10W(a、b)も、U相と同様に、それぞれヒートシンク74(V、W)の上にx軸方向に並置される。各相(U〜W)を構成するパワーモジュール群10U、10V、10Wは、それぞれ第1の方向(x軸方向)に垂直な第2の方向(y軸方向)に並置される。
The power modules 10Ua and 10Ub constituting the U phase are juxtaposed in the first direction (x-axis direction) on the heat sink 74U. Similarly to the U phase, the
ダイオードモジュール85は、図1に示す整流ダイオード5であり、コンデンサモジュール86は、平滑コンデンサ6である。ダイオードモジュール85は、ヒートシンク75の上に設けられる。コンデンサモジュール86は、筐体70に設けられる取り付け孔76に挿入され、固定される。ダイオードモジュール85、コンデンサモジュール86、パワーモジュール10は、後述する電源ブスバーを介して電気的かつ機械的に接続される。
The
ファンモジュール72は、コンデンサモジュール86の近傍に設けられ、ファンモジュール72の吸気孔を形成する平面がx軸方向と垂直に配置される。ファンモジュール72は、コンデンサモジュール86およびヒートシンク74(U〜W)に対して、x軸方向に送風する。
The
図4(a)は、電源ブスバー18と、整流ダイオード5、平滑コンデンサ6、パワーモジュール10の接続関係を示す模式図である。電源ブスバー18は、P側ブスバー18Pと、中間磁気シールド18Cと、N側ブスバー18Nを備える。
FIG. 4A is a schematic diagram showing a connection relationship between the power
P側ブスバー18Pは、図1のP側電源ラインLPとして機能し、N側ブスバー18Nは、N側電源ラインLNとして機能する。P側ブスバー18PおよびN側ブスバー18Nは、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等を含む導電性に優れた金属板で構成される平板状のブスバーである。後述するその他のブスバーについても同様である。
The P-
中間磁気シールド18Cは、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等を含む導電性に優れた金属板や、鉄(Fe)やコバルト(Co)、ニッケル(Ni)等を含む強磁性を有する金属板で構成され、フレームグランドとなる筐体70に接続される。中間磁気シールド18Cは、P側ブスバー18PとN側ブスバー18Nの間に設けられており、P側ブスバー18Pを流れる電流およびN側ブスバー18Nを流れる電流により生じる磁束を吸収する。
The intermediate
図4(b)は、P側ブスバー18Pの接続関係を示す模式図である。P側ブスバー18Pは、P側メインブスバー20Pと、P側サブブスバー30Pを備える。P側サブブスバー30Pは、パワーモジュール10(a、b)のP側直流端子12Pに接続される。P側メインブスバー20Pは、P側サブブスバー30Pと、整流ダイオード5のP側端子に接続されるP側ダイオードブスバー66Pと、平滑コンデンサ6の正極端子に接続されるP側コンデンサブスバー68Pとを接続する。
FIG. 4B is a schematic diagram showing the connection relationship of the P-
図4(c)は、N側ブスバー18Nの接続関係を示す模式図である。P側ブスバー18Pと同様に、N側ブスバー18Nは、N側メインブスバー20Nと、N側サブブスバー30Nを備える。N側サブブスバー30Nは、パワーモジュール10(a、b)のN側直流端子12Nに接続される。N側メインブスバー20Nは、N側サブブスバー30Nと、整流ダイオード5のN側端子に接続されるN側ダイオードブスバー66Nと、平滑コンデンサ6の負極端子に接続されるN側コンデンサブスバー68Nを接続する。
FIG. 4C is a schematic diagram showing the connection relationship of the N-
図5は、図3の電力変換装置1に電源ブスバー18を取り付けたときの外観斜視図である。図5の電力変換装置1には、コンデンサブスバー68と、ダイオードブスバー66も取り付けられている。電源ブスバー18は、対応する相(U〜W)ごとに設けられたメインブスバー20(U〜W)と、サブブスバー30(U〜W)とを備える。
FIG. 5 is an external perspective view when the
コンデンサモジュール86は、上面に正極端子6Pおよび負極端子6Nを備える。正極端子6Pは、P側コンデンサブスバーと接続され、負極端子6Nは、N側コンデンサブスバー68Nと接続される。ダイオードモジュール85は、ダイオードブスバー66に接続される。
The
パワーモジュール10のP側直流端子12PとN側直流端子12Nは、x方向に隣接して設けられており、U相、V相、W相それぞれのメインブスバー20(U〜W)は、コンデンサブスバー68からx軸方向に延設される。W相に着目すると、メインブスバー20Wとパワーモジュール10Wのそれぞれの直流端子12の間は、サブブスバー30Wによって接続される。
The P-
なお、「Aブスバーは、Bに接続される」というとき、「接続」とは、物理的かつ電気的に接続されること、具体的には、AブスバーとBとにそれぞれ設けられた穴を同一軸上でネジ止めする等により固定されることをいう。必要に応じ、ネジを外すことで各ブスバーに分解することができ、再度ネジを用いてブスバーを組み立てることができる。 In addition, when “A bus bar is connected to B”, “connection” means that physical and electrical connection is made, specifically, holes provided in A bus bar and B respectively. It is fixed by screwing on the same shaft. If necessary, the bus bars can be disassembled by removing the screws, and the bus bars can be assembled again using the screws.
以下、電源ブスバー18が備えるメインブスバー20と、サブブスバー30の形状および機能について詳述する。
図6は、メインブスバー20およびサブブスバー30の外観斜視図であり、図7は、断面図である。メインブスバー20は、順に積層されるP側メインブスバー20Pと、メイン磁気シールド20Cと、N側メインブスバー20Nと、を含む。P側メインブスバー20Pには、P側サブブスバー30PのP側接続部35Pが接続される。また、N側メインブスバー20Nには、N側サブブスバー30NのN側接続部35Nが接続される。
Hereinafter, the shapes and functions of the
6 is an external perspective view of the
メイン磁気シールド20Cは、磁性体層52と、絶縁体層54を有し、磁性体層52は、絶縁体層54により覆われている。そのため、P側メインブスバー20Pと、メイン磁気シールド20Cと、N側メインブスバー20Nは、互いに絶縁された状態で積層される。磁性体層52は、フレームグランドとなる筐体70と電気的に接続される。
The main
サブブスバー30は、P側サブブスバー30Pと、サブ磁気シールド30Cと、N側サブブスバー30Nと、を含む。メインブスバー20と同様、P側サブブスバー30Pと、サブ磁気シールド30Cと、N側サブブスバー30Nは、互いに絶縁された状態で順に積層される。
The
P側サブブスバー30Pは、P側第1端子部31P、P側第2端子部32P、P側第1サイドバー33P、P側第2サイドバー34P、P側接続部35P、P側分岐部36Pを有する。
The P-side
P側サブブスバー30Pは、P側メインブスバー20Pに接続されるP側接続部35PからP側分岐部36Pに向かって+z方向に延びる。P側分岐部36Pにおいて、−x方向に延びるP側第1サイドバー33Pと、+x方向に延びるP側第2サイドバー34Pに分岐する。P側第1サイドバー33Pは、−x方向に延びてから+z方向に折れ曲がって延び、第1のパワーモジュール10aのP側直流端子12Pに接続されるP側第1端子部31Pに向かう。P側第2サイドバー34Pは、+x方向に延びてから+z方向に折れ曲がって延び、第2のパワーモジュール10bのP側直流端子12Pに接続されるP側第2端子部32Pに向かう。これにより、P側サブブスバー30Pは、P側メインブスバー20Pと、複数のパワーモジュール10a、10bのP側直流端子12Pとの間を接続する。
The P-side
P側サブブスバー30Pは、P側電源ラインLPとして機能し、電源からパワーモジュール10に向かう電流が流れる。P側メインブスバー20PからP側サブブスバー30Pへ流れ込む電流Ipは、P側分岐部36Pにて電流Ip1と電流Ip2に分流される。第1のパワーモジュール10aのP側直流端子12Pに向けて電流Ip1が流れ、第2のパワーモジュール10bのP側直流端子12Pに向けて電流Ip2が流れる。
The P-side
図8は、N側サブブスバーの外観斜視図である。N側サブブスバー30Nは、P側と同様、N側第1端子部31N、N側第2端子部32N、N側第1サイドバー33N、N側第2サイドバー34N、N側接続部35N、N側分岐部36Nを有する。
FIG. 8 is an external perspective view of the N-side sub bus bar. The N-side
N側サブブスバー30Nは、N側メインブスバー20Nに接続されるN側接続部35NからN側分岐部36Nに向かって+z方向に延びる。N側分岐部36Nにおいて、−x方向に延びるN側第1サイドバー33Nと、+x方向に延びるN側第2サイドバー34Nに分岐する。N側第1サイドバー33Nは、−x方向に延びてから+z方向に折れ曲がって延び、第1のパワーモジュール10aのN側直流端子12Nに接続されるN側第1端子部31Nに向かう。N側第2サイドバー34Nは、+x方向に延びてから+z方向に折れ曲がって延び、第2のパワーモジュール10bのN側直流端子12Nに接続されるN側第2端子部32Nに向かう。これにより、N側サブブスバー30Nは、N側メインブスバー20Nと、複数のパワーモジュール10a、10bのN側直流端子12Nとの間を接続する。
The N-side
N側サブブスバー30Nは、N側電源ラインLNとして機能し、パワーモジュール10から電源に引き込まれる電流が流れる。第1のパワーモジュール10aのN側直流端子12Nからの電流IN1と、第2のパワーモジュール10bのN側直流端子12Nからの電流IN2は、N側分岐部36Nで合流し、N側サブブスバー30NからN側メインブスバー20Nへ電流INが流れる。
The N-side
図9は、サブブスバー30の配置を示す断面図であり、図6に示すサブブスバー30のxy平面における断面を示す。P側サブブスバー30PとN側サブブスバー30Nは、x方向に隣接して設けられるパワーモジュール10のP側直流端子12PとN側直流端子12Nの位置に対応して、互いにx方向にずれて設けられる。また、P側サブブスバー30PとN側サブブスバー30Nは、y方向に離間しており、その間にサブ磁気シールド30Cが設けられる。
9 is a cross-sectional view showing the arrangement of the sub bus bars 30, and shows a cross section of the
サブ磁気シールド30Cは、メイン磁気シールド20Cと同様、磁性体層52と、絶縁体層54を有し、磁性体層52は、絶縁体層54により覆われている。そのため、P側サブブスバー30Pと、サブ磁気シールド30Cと、N側サブブスバー30Nは、互いに絶縁された状態で積層される。
Similar to the main magnetic shield 20C, the sub
なお、サブ磁気シールド30Cは、P側サブブスバー30PとN側サブブスバー30Nが近接する箇所に設けられる。P側サブブスバー30PとN側サブブスバー30Nはx方向にずれて配置されるため、両者が互いに近接する箇所として、P側分岐部36PとN側第1サイドバー33Nの間や、N側分岐部36NとP側第2サイドバー34Pの間に設けられる。
The sub
以上の構成により、電源ブスバー18は、互いに並走するP側ブスバー18PとN側ブスバー18Nが近接する箇所において、両者の間に絶縁された状態で設けられる中間磁気シールド18Cを備える。中間磁気シールド18Cは、P側ブスバー18PおよびN側ブスバー18Nに接して設けられることから、P側ブスバー18PおよびN側ブスバー18Nを流れる電流により生じる磁束を吸収する。このため、中間磁気シールド18Cは、P側ブスバー18Pを流れる電流により生じる磁界がN側ブスバー18Nを流れる電流に作用することを防ぐ。同様に、N側ブスバー18Nを流れる電流により生じる磁界がP側ブスバー18Pを流れる電流に作用することを防ぐ。
With the above configuration, the
図10は、中間磁気シールドを設けていないサブブスバーに流れる電流を模式的に示す図である。図10は、図9と異なり、P側サブブスバー30PとN側サブブスバー30Nの間にサブ磁気シールド30Cが設けられていないサブブスバーを示す。まず、図10を用いて本発明が解決しようとする電流の不均一について示し、後述する図11を用いて本発明の実施形態において奏する電流の均等化について示す。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the current flowing through the sub bus bar not provided with the intermediate magnetic shield. Unlike FIG. 9, FIG. 10 shows a sub bus bar in which the sub
P側サブブスバー30PのP側分岐部36Pは、N側第1サイドバー33Nに近接しているため、N側第1サイドバー33Nを+x方向に流れる電流IN1の影響を受けて−x方向に電流が流れやすくなる。そのため、P側分岐部36Pで分岐する電流Ip1、Ip2に差が生じ、−x方向に流れる電流Ip1の方が電流Ip2よりも大きくなる。この結果、電源から並列接続されるパワーモジュールへ流れ込む電流が不均一となる。
Since the P-
同様に、N側サブブスバー30NのN側分岐部36Nは、P側第2サイドバー34Pに近接しているため、P側第2サイドバー34Pを+x方向に流れる電流Ip2の影響を受けて−x方向に電流が流れやすくなる。そのため、N側分岐部36Nに引き込まれる電流Ip1、Ip2に差が生じ、−x方向に流れる電流IN2の方が電流IN1よりも大きくなる。この結果、並列接続されるパワーモジュールから電源へ引き込まれる電流が不均一となる。
Similarly, since the N-
図11は、中間磁気シールドを設けたサブブスバーに流れる電流を模式的に示す図である。P側サブブスバー30PのP側分岐部36Pは、N側第1サイドバー33Nに近接しているが、その間にサブ磁気シールド30Cが設けられているため、N側第1サイドバー33Nを流れる電流IN1の影響を受けにくい。その結果、P側分岐部36Pにおいて分岐する分岐する電流Ip1、Ip2に差が生じにくくなり、電源から並列接続されるパワーモジュールへ流れ込む電流を均等化させることができる。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the current flowing through the sub bus bar provided with the intermediate magnetic shield. The P-
同様に、N側サブブスバー30NのN側分岐部36Nは、P側第2サイドバー34Pに近接しているが、その間にサブ磁気シールド30Cが設けられているため、P側第2サイドバー34Pを流れる電流Ip2の影響を受けにくい。その結果、N側分岐部36Nに引き込まれる電流Ip1、Ip2には差が生じにくくなり、並列接続されるパワーモジュールから電源に引き込まれる電流を均等化させることができる。
Similarly, the N-
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。 In the above, this invention was demonstrated based on embodiment. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.
(変形例1)
図12は、変形例1に係るメインブスバー20およびサブブスバー30の平面図であり、図13は、その断面図である。上述した実施形態に係るサブブスバー30は、x方向に延びるメインブスバー20からz方向に延びる構成であったが、変形例1に係るサブブスバー30は、メインブスバー20からz方向に延びる代わりにy方向に延びてパワーモジュール10に接続される。したがって、変形例1においては、P側サブブスバー30Pと、サブ磁気シールド30Cと、N側サブブスバー30Nとがいずれもy方向に延びて、順に互いに絶縁された状態で積層される。以下、実施形態との相違点を中心に述べる。
(Modification 1)
12 is a plan view of the
P側サブブスバー30Pは、P側メインブスバー20Pに接続されるP側接続部35PからP側分岐部36Pに向かって+y方向に延びる。P側分岐部36Pにおいて、−x方向に延びるP側第1サイドバー33Pと、+x方向に延びるP側第2サイドバー34Pに分岐する。P側第1サイドバー33Pは、−x方向に延びてから+y方向に折れ曲がって延び、第1のパワーモジュール10aのP側直流端子12Pに接続されるP側第1端子部31Pに向かう。P側第2サイドバー34Pは、+x方向に延びてから+y方向に折れ曲がって延び、第2のパワーモジュール10bのP側直流端子12Pに接続されるP側第2端子部32Pに向かう。これにより、P側サブブスバー30Pは、P側メインブスバー20Pと、複数のパワーモジュール10a、10bのP側直流端子12Pとの間を接続する。
The P-side
N側サブブスバー30Nは、N側メインブスバー20Nに接続されるN側接続部35NからN側分岐部に向かって+y方向に延びる。N側分岐部において、−x方向に延びるN側第1サイドバーと、+x方向に延びるN側第2サイドバーに分岐する。N側第1サイドバーは、−x方向に延びてから+y方向に折れ曲がって延び、第1のパワーモジュール10aのN側直流端子12Nに接続されるN側第1端子部31Nに向かう。N側第2サイドバーは、+x方向に延びてから+y方向に折れ曲がって延び、第2のパワーモジュール10bのN側直流端子12Nに接続されるN側第2端子部32Nに向かう。これにより、N側サブブスバー30Nは、N側メインブスバー20Nと、複数のパワーモジュール10a、10bのN側直流端子12Nとの間を接続する。
The N-side
以上の構成により、メインブスバー20と、分岐構造を有するサブブスバー30とが同一平面(xy平面)上に配置されることとなる。このような構成としても、上述の実施形態と同様、並列接続されるパワーモジュール10に流れる電流を均等化させる効果を得ることができる。
(変形例2)
図14は、変形例2に係る電源ブスバー18の外観斜視図である。上述の実施形態に係る電源ブスバー18は、各パワーモジュールの直流端子へと分岐する構造を有するサブブスバー30を備えることとしたが、変形例2ではサブブスバー30が設けられず、メインブスバー20が分岐構造を有する。以下、実施形態との相違点を中心に述べる。
With the above configuration, the
(Modification 2)
FIG. 14 is an external perspective view of the
変形例2に係る電源ブスバー18は、P側メインブスバー20Pと、N側メインブスバー20Nと、メイン磁気シールド20Cを備える。実施形態と同様、P側メインブスバー20Pと、メイン磁気シールド20Cと、N側メインブスバー20Nと、は互いに絶縁された状態で順に積層される。
The
P側メインブスバー20Pは、x方向に延びるとともに、y方向に突出するP側第1端子部31Pと、P側第2端子部32Pを備える。これにより、P側メインブスバー20Pは、第1のパワーモジュール10aのP側直流端子12Pと、第2のパワーモジュール10bのP側直流端子12Pとに分岐する構造を有し、それぞれのP側直流端子12Pと接続される。
The P-side
N側メインブスバー20Nは、同様にx方向に延びるとともに、y方向に突出するN側第1端子部31Nと、N側第2端子部32Nを備える。これにより、N側メインブスバー20Nは、第1のパワーモジュール10aのN側直流端子12Nと、第2のパワーモジュール10bのN側直流端子12Nとに分岐する構造を有し、それぞれのN側直流端子12Nと接続される。
Similarly, the N-side
ここで、P側メインブスバー20Pに着目すると、P側第1端子部31Pに流れ込む電流Ip1と、P側第2端子部32Pに流れ込む電流Ip2は、P側メインブスバー20Pに接続される整流ダイオード5や平滑コンデンサ6などの電源配置により不均一が生じることがある。例えば、電源から供給される電流Ipが、P側メインブスバー20Pを+x方向に流れるとすると、電流源に近いP側第1端子部31Pに流れる電流Ip1の方が、電流源から遠いP側第2端子部32Pに流れる電流Ip2よりも大きくなる。
Here, paying attention to the P-side
仮に、中間磁気シールド18Cが設けられない構造とすると、P側メインブスバー20Pと積層して配置されるN側メインブスバー20Nは、P側メインブスバー20Pを流れる電流の影響を大きく受ける。そのため、相対的に大きな電流が流れるP側第1端子部31Pに近接したN側第1端子部31Nでは、N側第2端子部32Nと比べて相対的に大きな電流が流れることとなる。その結果、それぞれのN側直流端子12Nから引き込まれる電流に差が生じることなり、電流の不均一が生じてしまう。
Assuming that the intermediate
しかし、変形例2に係る電源ブスバー18は、P側メインブスバー20PとN側メインブスバー20Nの間にメイン磁気シールド20Cを備えるため、仮に、P側メインブスバー20Pを流れる電流が不均一となったとしても、その影響がN側メインブスバー20Nに伝播することを防ぐ。同様に、N側メインブスバー20Nを流れる電流が不均一となった場合においても、その影響がP側メインブスバー20Pに伝播することを防ぐ。これにより、並列接続されるパワーモジュールを流れる電流を均等化することができる。
However, since the
(変形例3)
図15は、変形例3に係る電源ブスバー18の断面図である。変形例3に係る電源ブスバー18は、P側ブスバー18P、中間磁気シールド18C、N側ブスバー18Nに加えて、上側磁気シールド18Aと、下側磁気シールド18Bをさらに備える点で実施形態と異なる。以下、実施形態との相違点を中心に述べる。
(Modification 3)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the
上側磁気シールド18Aおよび下側磁気シールド18Bは、中間磁気シールド18Cと同様、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等を含む導電性に優れた金属板や、鉄(Fe)やコバルト(Co)、ニッケル(Ni)等を含む強磁性を有する金属板で構成され、フレームグランドとなる筐体70に接続される。
As with the intermediate
上側磁気シールド18Aは、P側ブスバー18Pの上にP側ブスバー18Pと並走して設けられ、上側磁気シールド18Aと中間磁気シールド18CとでP側ブスバー18Pを挟み込むように配置される。いいかえれば、P側ブスバー18Pが中間磁気シールド18Cと対向する第1主面41を有する場合に、上側磁気シールド18Aは、第1主面41に背向するP側ブスバー18Pの第2主面42に対向して設けられる。
The upper
下側磁気シールド18Bは、N側ブスバー18Nの下にN側ブスバー18Nと並走して設けられ、下側磁気シールド18Bと中間磁気シールド18CとでN側ブスバー18Nを挟み込むように配置される。いいかえれば、N側ブスバー18Nが中間磁気シールド18Cと対向する第3主面43を有する場合に、下側磁気シールド18Bは、第3主面43に背向するN側ブスバー18Nの第4主面44に対向して設けられる。
The lower magnetic shield 18B is provided in parallel with the N
上側磁気シールド18A、P側ブスバー18P、中間磁気シールド18C、N側ブスバー18N、下側磁気シールド18Bの順に積層されるブスバーおよび磁気シールドの間には、磁性体層52が設けられる。これにより、それぞれのブスバーおよび磁気シールドは互いに絶縁した状態で積層される。
A
以上の構成により、変形例3に係る電源ブスバー18は、P側ブスバー18PとN側ブスバー18Nの間に生じる磁束を吸収するだけなく、P側ブスバー18Pの第2主面42側に生じる磁束や、N側ブスバー18Nの第4主面44側に生じる磁束も吸収する。これにより、P側ブスバー18Pの第2主面42側に生じる磁界が回りこんでN側ブスバー18Nに影響を与えることを防ぐとともに、N側ブスバー18Nの第4主面44側に生じる磁界がP側ブスバー18Pに影響を与えることを防ぐ。これにより、P側ブスバー18PおよびN側ブスバー18Nに流れる電流が不均一となることを防ぎ、並列接続される複数のパワーモジュールに流れる電流を均等化させることができる。
With the above configuration, the
上述の実施形態および変形例1においては、分岐構造を有するサブブスバー30とメインブスバー20とが取り外し可能な別のブスバーとして構成される場合を示したが、電源ブスバー18として、メインブスバー20とサブブスバー30とが一体的に成形されたブスバーを用いてもよい。このブスバーは、実施形態または変形例1に示したように複数のパワーモジュールのそれぞれの直流端子に向けて分岐する構造を有する。
In the above-described embodiment and
実施形態では、メインブスバー20およびサブブスバー30に中間磁気シールドを設けることとしたが、ダイオードブスバー66やコンデンサブスバー68に中間磁気シールドを設けてもよい。これにより、各相(U〜W)のアームのそれぞれに供給する電源電流を均等化させることができる。また、上側磁気シールド18Aおよび下側磁気シールド18Bを、ダイオードブスバー66やコンデンサブスバー68に設けることとしてもよい。
In the embodiment, the intermediate magnetic shield is provided on the
実施形態では、各相に対応するアーム7(U〜W)として、2個のパワーモジュール10が並列接続されていることとしたが、各相のアームとして用いるパワーモジュール10の個数は2個に限られず、3個以上を並列接続する場合に適用してもよい。
In the embodiment, the two
実施形態では上アーム7Pを構成するP側半導体スイッチ8Pと、下アーム7Nを構成するN側半導体スイッチ8Nとが1個のパワーモジュール10に含まれる場合について説明したが、P側半導体スイッチ8PとN側半導体スイッチ8Nとが別個のパワーモジュール10に含まれる場合に対しても適用が可能である。
In the embodiment, the case where the P-
実施形態では、パワーモジュール10に含まれる半導体スイッチ8としてIGBTを用いたものを紹介したが、その他、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラトランジスタ、サイリスタなどその他の半導体スイッチおよびそれらを組み合わせたものに対しても適用することが可能である。
In the embodiment, the semiconductor switch 8 included in the
実施形態では電源ブスバーを電力変換装置に用いる場合について説明したが、本発明に係る電源ブスバーの用途は、これに限られない。電気機器が備える電子部品等に対し、電源からの電流を均等に分配するための電源ブスバーとして用いることもできる。 In the embodiment, the case where the power bus bar is used in the power conversion device has been described. However, the application of the power bus bar according to the present invention is not limited thereto. It can also be used as a power bus bar for evenly distributing the current from the power source to the electronic components and the like provided in the electrical equipment.
1…電力変換装置、4…電源、7,7U,7V,7W…アーム、7N…下アーム、7P…上アーム、10…パワーモジュール、12…直流端子、12N…N側直流端子、12P…P側直流端子、18…電源ブスバー、18P…P側ブスバー、18N…N側ブスバー、18C…中間磁気シールド、18A…上側磁気シールド、18B…下側磁気シールド、20P…P側メインブスバー、20N…N側メインブスバー、20C…メイン磁気シールド、30…サブブスバー、30P…P側サブブスバー、30N…N側サブブスバー、30C…サブ磁気シールド、41…第1主面、42…第2主面、43…第3主面、44…第4主面。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
当該電源ブスバーは、
前記複数のパワーモジュールの上側直流端子のそれぞれと接続されるべき第1ブスバーと、
前記第1ブスバーと並走し、前記複数のパワーモジュールの下側直流端子のそれぞれと接続されるべき第2ブスバーと、
前記第1ブスバーと前記第2ブスバーとの間に、前記第1ブスバーおよび前記第2ブスバーと絶縁された状態で設けられる中間磁気シールドと、
を備えることを特徴とする電源ブスバー。 A power busbar connected to an arm of a power converter, wherein the arm includes a plurality of power modules to be electrically connected in parallel;
The power bus bar is
A first bus bar to be connected to each of the upper DC terminals of the plurality of power modules;
A second bus bar that runs in parallel with the first bus bar and is connected to each of the lower DC terminals of the plurality of power modules;
An intermediate magnetic shield provided between the first bus bar and the second bus bar in an insulated state from the first bus bar and the second bus bar;
A power bus bar characterized by comprising:
前記第2ブスバーは、前記下側直流端子に向けて分岐する構造を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源ブスバー。 The first bus bar has a structure branching toward the upper DC terminal,
The second bus bar has a structure that branches toward the lower DC terminal.
The power bus bar according to claim 1.
前記第2ブスバーは、前記複数のパワーモジュールのそれぞれの前記下側直流端子に向けて分岐し、それぞれの前記下側直流端子と接続されるべき第2サブブスバーを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源ブスバー。 The first bus bar has a first sub bus bar to be branched to each of the upper DC terminals of the plurality of power modules and to be connected to each of the upper DC terminals,
The second bus bar has a second sub bus bar that is branched toward the lower DC terminal of each of the plurality of power modules and to be connected to the lower DC terminal.
The power bus bar according to claim 1.
前記第2ブスバーが、前記中間磁気シールドと対向する第3主面と、前記第3主面に背向する第4主面を有するとき、
前記第1ブスバーと並走し、前記第1ブスバーと絶縁された状態で前記第2主面と対向して設けられる上側磁気シールドと、
前記第2ブスバーと並走し、前記第2ブスバーと絶縁された状態で前記第4主面と対向して設けられる下側磁気シールドと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電源ブスバー。 The first bus bar has a first main surface facing the intermediate magnetic shield, and a second main surface facing away from the first main surface;
When the second bus bar has a third main surface facing the intermediate magnetic shield and a fourth main surface facing away from the third main surface,
An upper magnetic shield that runs parallel to the first bus bar and is provided to face the second main surface while being insulated from the first bus bar;
A lower magnetic shield that runs in parallel with the second bus bar and is opposed to the fourth main surface in a state of being insulated from the second bus bar;
The power supply bus bar according to claim 1, further comprising:
前記上アームに接続される第1ブスバーと、
前記下アームに接続され、前記第1ブスバーと並走する第2ブスバーと、
前記第1ブスバーと前記第2ブスバーとの間に、前記第1ブスバーおよび前記第2ブスバーと絶縁された状態で設けられ、フレームグランドに接続されるべき中間磁気シールドと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 An upper arm and a lower arm, wherein at least one of the upper arm and the lower arm includes a plurality of power modules to be electrically connected in parallel;
A first bus bar connected to the upper arm;
A second bus bar connected to the lower arm and running in parallel with the first bus bar;
An intermediate magnetic shield provided between the first bus bar and the second bus bar in a state of being insulated from the first bus bar and the second bus bar and to be connected to a frame ground;
A power conversion device comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2013
- 2013-03-26 JP JP2013063913A patent/JP2014192936A/en active Pending
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