JP2015154558A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device capable of effectively preventing stress concentration in the connection part between a bus bar and a terminal.SOLUTION: A power conversion device 10 comprises one or more semiconductor modules 30, and a capacitor 14 electrically connected to the one or more semiconductor modules. The capacitor 14 includes a positive electrode bus bar 46 and a negative electrode bus bar 48 each of which has a different path length. Each semiconductor module 30 includes a positive electrode terminal 32 connected to the positive electrode bus bar 46 and a negative electrode terminal 34 connected to the negative electrode bus bar 48. The negative electrode terminal 34 connected to the negative electrode bus bar 48 having a long path length has a larger cross-sectional area than the positive electrode terminal 32.

Description

本発明は、1以上の半導体モジュールとコンデンサとを備えた電力変換装置に関し、特に、半導体モジュールとコンデンサとの電気的接続に関する。   The present invention relates to a power conversion device including one or more semiconductor modules and a capacitor, and more particularly to electrical connection between a semiconductor module and a capacitor.

直流電力を交流電力に変換し、また逆に交流電力を直流電力に変換する電力変換回路、いわゆるインバータが知られている。また、直流電圧を昇圧または降圧する電力変換回路、いわゆる昇圧または降圧コンバータが知られている。このような、電力の特性(交流/直流、電圧等)を変換する電力変換回路を1以上組み合わせて一体として一つの電力変換装置を構成する場合がある。   2. Description of the Related Art A power conversion circuit that converts DC power to AC power and, conversely, converts AC power to DC power, a so-called inverter is known. Also known is a power conversion circuit that boosts or steps down a DC voltage, a so-called step-up or step-down converter. There is a case where one or more power conversion circuits that convert power characteristics (AC / DC, voltage, etc.) are combined to form one power conversion device.

電力変換装置の使用例として、回転電機を備えた車両、例えばハイブリッド車両や電気自動車が知られている。かかる車両では、回転電機を駆動源(電動機)として用いたり、車両の慣性により回転軸を駆動して発電を行う発電機として用いたりする。この回転電機を、車両に搭載された二次電池等の直流電源により駆動するために、また回転電機で回生された電力を二次電池に充電するためにインバータが用いられている。また、二次電池の端子電圧を昇圧して電動機に供給するために昇圧コンバータを備える場合もある。さらに、回転電機を2機備えるハイブリッド車両も知られ、この場合、2機の電動機のそれぞれに対応してインバータが用いられる。   As a usage example of the power conversion device, a vehicle including a rotating electric machine, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle is known. In such a vehicle, a rotating electrical machine is used as a drive source (electric motor), or a generator that generates electric power by driving a rotating shaft by the inertia of the vehicle. An inverter is used to drive the rotating electrical machine with a DC power source such as a secondary battery mounted on a vehicle and to charge the secondary battery with electric power regenerated by the rotating electrical machine. In some cases, a boost converter is provided to boost the terminal voltage of the secondary battery and supply it to the motor. Furthermore, a hybrid vehicle including two rotating electric machines is also known, and in this case, an inverter is used corresponding to each of the two electric motors.

かかる電力変換装置では、1以上の半導体モジュールやコンデンサ、リアクトル等が設けられている。各半導体モジュールとコンデンサは、各半導体モジュールから突出する端子、および、コンデンサから突出するバスバを互いに接続することで電気的に接続される。こうした半導体モジュールとコンデンサとの電気的接続に関する技術は、特許文献1〜3等に開示されている。   In such a power converter, one or more semiconductor modules, capacitors, reactors, and the like are provided. Each semiconductor module and the capacitor are electrically connected by connecting a terminal protruding from each semiconductor module and a bus bar protruding from the capacitor. Techniques relating to such electrical connection between a semiconductor module and a capacitor are disclosed in Patent Documents 1 to 3 and the like.

特開2006−295997号公報JP 2006-295997 A 特開2011−151992号公報JP 2011-151992 A 特開2011−109767号公報JP 2011-109767 A

ところで、コンデンサからは、二種類のバスバ、すなわち、正極バスバおよび負極バスバが延びているが、レイアウトの関係上、この二種類のバスバのうち一方のバスバは、他方のバスバよりも経路長が長くなる。その結果、一方のバスバは、他方のバスバに比べて、剛性が低下する。振動などの外力が付加された場合、この剛性の乏しい一方のバスバ、特に、最も剛性の乏しい一方のバスバの先端部分(すなわち対応する極の端子との接続部分)に、応力が集中するという問題があった。   By the way, two types of bus bars, that is, a positive bus bar and a negative bus bar extend from the capacitor, but due to the layout, one of the two types of bus bars has a longer path length than the other bus bar. Become. As a result, the rigidity of one bus bar is lower than that of the other bus bar. When external force such as vibration is applied, stress concentrates on one of the bus bars with poor rigidity, in particular, at the tip of one bus bar with the least rigidity (that is, the connection with the terminal of the corresponding pole). was there.

特に、近年は、スペースの有効活用の観点から、電力変換装置を、トランスアクスルのケース上に設置することが提案されている。トランスアクスルは、回転電機とこれらの出力軸に連結されるギヤ列をユニット化したものである。この場合、トランスアクスルの駆動に伴い生じた振動が、電力変換装置にも伝達され、コンデンサおよび半導体モジュールがそれぞれ振動する。その結果、一方のバスバと端子との接続部における応力集中の問題がより深刻になっていた。   Particularly, in recent years, it has been proposed to install a power conversion device on a transaxle case from the viewpoint of effective use of space. The transaxle is a unit in which a rotating electric machine and a gear train connected to these output shafts are unitized. In this case, the vibration generated by driving the transaxle is also transmitted to the power converter, and the capacitor and the semiconductor module vibrate. As a result, the problem of stress concentration at the connection portion between one bus bar and the terminal has become more serious.

そこで、本発明では、バスバと端子との接続部における応力集中を効果的に防止できる電力変換装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can effectively prevent stress concentration at a connection portion between a bus bar and a terminal.

本発明の電力変換装置は、1以上の半導体モジュールと、前記1以上の半導体モジュールと電気的に接続されるコンデンサと、を備えた電力変換装置であって、前記コンデンサは、互いに経路長が異なる正極バスバおよび負極バスバを有し、各半導体モジュールは、前記正極バスバに接続される正極端子および前記負極バスバに接続される負極端子を有し、前記正極端子および負極端子のうち、前記経路長の長いバスバに接続される端子は、経路長の短いバスバに接続される端子より、断面積が大きい、ことを特徴とする。   The power conversion device of the present invention is a power conversion device including one or more semiconductor modules and a capacitor electrically connected to the one or more semiconductor modules, and the capacitors have different path lengths. Each semiconductor module has a positive electrode terminal connected to the positive electrode bus bar and a negative electrode terminal connected to the negative electrode bus bar. Of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, each of the semiconductor modules has the path length. The terminal connected to the long bus bar has a larger cross-sectional area than the terminal connected to the bus bar having a short path length.

好適な態様では、前記正極端子および負極端子のうち、前記経路長の長いバスバに接続される端子は、経路長の短いバスバに接続される端子より、幅が大きい。他の好適な態様では、前記正極端子および負極端子は、並んで配設されるとともに、前記配設方向に直交する方向に延びており、前記正極バスバおよび負極バスバは、前記正極端子および負極端子の配設方向に向かって延びて対応する極の端子に接続される。他の好適な態様では、前記半導体モジュールは、複数積層されており、前記コンデンサは、複数の半導体モジュールから延びる正極端子および負極端子に接続される複数の正極バスバおよび複数の負極バスバを有しており、同極の複数のバスバは、一枚の導体板を屈曲して構成される。   In a preferred aspect, of the positive terminal and the negative terminal, a terminal connected to the bus bar having a long path length is wider than a terminal connected to the bus bar having a short path length. In another preferred embodiment, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged side by side and extend in a direction orthogonal to the arrangement direction, and the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. It extends in the direction of arrangement of and is connected to the terminal of the corresponding pole. In another preferred aspect, a plurality of the semiconductor modules are stacked, and the capacitor includes a plurality of positive electrode bus bars and a plurality of negative electrode bus bars connected to positive and negative terminals extending from the plurality of semiconductor modules. In addition, the plurality of bus bars having the same polarity are formed by bending one conductor plate.

本発明によれば、経路長の長い極のバスバと接続される端子の断面積を大きくしているため、当該極の接続経路全体としての剛性を高めることができる。結果として、正極の接続経路の剛性および負極の接続経路の剛性が均一化されるため、接続部における応力集中を効果的に防止できる。   According to the present invention, since the cross-sectional area of the terminal connected to the bus bar having a long path length is increased, the rigidity of the entire connection path of the pole can be increased. As a result, since the rigidity of the connection path of the positive electrode and the rigidity of the connection path of the negative electrode are made uniform, stress concentration at the connection portion can be effectively prevented.

本発明の実施形態である電力変換装置を含む制御システムの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the control system containing the power converter device which is embodiment of this invention. 電力変換装置の一部の概観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the one part external appearance of a power converter device. 半導体モジュールの積層方向に直交する断面図である。It is sectional drawing orthogonal to the lamination direction of a semiconductor module. 屈曲前の正極バスバを示す図である。It is a figure which shows the positive electrode bus bar before bending. 屈曲前の負極バスバを示す図である。It is a figure which shows the negative electrode bus bar before bending. 屈曲後の正極バスバおよび負極バスバを示す図である。It is a figure which shows the positive electrode bus bar and negative electrode bus bar after bending.

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、本実施形態の電力変換装置10を含む制御システムの回路構成図である。図1は、ハイブリッド車両の駆動用原動機としての第一および第二回転電機72,74を駆動する制御システムを示す図である。二つの回転電機72,74は、二次電池70からの電力により回転駆動され、また回転電機72,74により発電された電力が二次電池70に充電される。この駆動および充電を行うのが電力変換装置10である。電力変換装置10は、二次電池70の電圧を昇圧する昇圧コンバータ12と、二次電池70の直流電力を三相交流電力に変換し、また回転電機72,74の発電した交流電力を直流電力に変換するインバータ16,18とを含む。第一回転電機72に対して第一インバータ16が、第二回転電気74に対して第二インバータ18が設けられている。昇圧コンバータ12は、電圧という電力の特性値を変換する電力変換装置または回路であり、インバータ16,18は、交流、直流という電力の特性を変換する電力変換装置または回路である。この実施形態の二つの回転電機72,74は、いずれも電動機、発電機として機能するが、電動機および発電機のいずれか一方として機能する回転電機であってもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a control system including a power conversion device 10 of the present embodiment. FIG. 1 is a diagram showing a control system for driving first and second rotating electric machines 72 and 74 as driving motors for a hybrid vehicle. The two rotating electric machines 72 and 74 are rotationally driven by the electric power from the secondary battery 70, and the electric power generated by the rotating electric machines 72 and 74 is charged in the secondary battery 70. The power converter 10 performs this driving and charging. The power conversion device 10 converts the DC power of the booster converter 12 that boosts the voltage of the secondary battery 70 and the DC power of the secondary battery 70 into three-phase AC power, and converts the AC power generated by the rotating electrical machines 72 and 74 into DC power. And inverters 16 and 18 for converting to. A first inverter 16 is provided for the first rotating electrical machine 72, and a second inverter 18 is provided for the second rotating electricity 74. Boost converter 12 is a power converter or circuit that converts a characteristic value of power called voltage, and inverters 16 and 18 are power converters or circuits that convert a characteristic of power such as alternating current and direct current. The two rotating electric machines 72 and 74 of this embodiment both function as an electric motor and a generator, but may be rotating electric machines that function as either one of an electric motor or an electric generator.

昇圧コンバータ12は、リアクトル20とIGBT等のパワートランジスタを含む半導体モジュール30を有する。半導体モジュール30は、インバータ16,18の正極端子と接続される正極端子32、インバータ16,18の負極端子と接続される負極端子34、リアクトル20と接続される出力端子36を有する。   Boost converter 12 includes a semiconductor module 30 including a reactor 20 and a power transistor such as an IGBT. The semiconductor module 30 has a positive terminal 32 connected to the positive terminals of the inverters 16 and 18, a negative terminal 34 connected to the negative terminals of the inverters 16 and 18, and an output terminal 36 connected to the reactor 20.

第一インバータ16および第二インバータ18は、ほぼ同じ構成となっている。すなわち、第一、第二インバータ16,18は、IGBT等のパワートランジスタを含む同一構造の三つの半導体モジュール30を有する。三つの半導体モジュール30の各々は、回転電機72,74に供給される三相交流電力の各相に対応している。半導体モジュール30は、正極端子32、負極端子34および出力端子36を有する。三つの半導体モジュール30の正極端子32同士は母線38により接続され、さらに母線38により昇圧コンバータ12の正極端子32とも接続される。一方、三つの半導体モジュール30の負極端子34同士は、母線40により接続され、さらに母線40により昇圧コンバータ12の負極端子34とも接続される。三つの出力端子36は、それぞれ回転電機72,74のコイルに電力を供給する三相の動力線に接続される。   The first inverter 16 and the second inverter 18 have substantially the same configuration. That is, the first and second inverters 16 and 18 have three semiconductor modules 30 having the same structure including power transistors such as IGBTs. Each of the three semiconductor modules 30 corresponds to each phase of three-phase AC power supplied to the rotating electrical machines 72 and 74. The semiconductor module 30 has a positive terminal 32, a negative terminal 34, and an output terminal 36. The positive terminals 32 of the three semiconductor modules 30 are connected to each other by a bus 38, and further connected to the positive terminal 32 of the boost converter 12 by the bus 38. On the other hand, the negative terminals 34 of the three semiconductor modules 30 are connected by a bus 40, and further connected by a bus 40 to the negative terminal 34 of the boost converter 12. The three output terminals 36 are connected to three-phase power lines that supply power to the coils of the rotating electrical machines 72 and 74, respectively.

母線38と母線40の間には、平滑用のコンデンサ14が配置される。さらに、昇圧コンバータ12、第一および第二インバータ16,18の動作を制御する制御装置49を電力変換装置10は備える。制御装置49は、各半導体モジュール30のパワートランジスタを制御することにより、昇圧コンバータ12、第一および第二インバータ16,18の動作を制御する。   A smoothing capacitor 14 is disposed between the bus bar 38 and the bus bar 40. Furthermore, the power conversion device 10 includes a control device 49 that controls operations of the boost converter 12 and the first and second inverters 16 and 18. The control device 49 controls the operation of the boost converter 12, the first and second inverters 16, 18 by controlling the power transistor of each semiconductor module 30.

図2は、電力変換装置10の一部の概観を示す斜視図である。また、図3は、半導体モジュール30の積層方向に直交する断面を示す図である。   FIG. 2 is a perspective view showing an overview of a part of the power conversion apparatus 10. FIG. 3 is a view showing a cross section orthogonal to the stacking direction of the semiconductor modules 30.

図2に示すように、各半導体モジュール30は、その厚み方向に積層されている。好適には、各半導体モジュール30は、等ピッチで積層される。本実施形態では、第一インバータ16に属する3個の半導体モジュール30と、第二インバータ18に属する3個の半導体モジュール30が積層方向両側に配置され、これらの間に昇圧コンバータ12に属する1個の半導体モジュール30が配置されている。第一および第二インバータ16,18に属する半導体モジュール30は、三相交流電力の相数に対応して3個でセットであるが、昇圧コンバータ12については、半導体モジュール30の個数は1個に限定されない。半導体モジュール30の数を決定するのは、半導体モジュール30に属するトランジスタ等の素子の許容電流値に因る。半導体モジュール30の数を増やすことにより、1個当たりの電流を減らすことができ、使用条件に基づき、モジュールの個数が決定される。   As shown in FIG. 2, the semiconductor modules 30 are stacked in the thickness direction. Preferably, the semiconductor modules 30 are stacked at an equal pitch. In the present embodiment, three semiconductor modules 30 belonging to the first inverter 16 and three semiconductor modules 30 belonging to the second inverter 18 are arranged on both sides in the stacking direction, and one of them belongs to the boost converter 12 therebetween. The semiconductor module 30 is arranged. The semiconductor module 30 belonging to the first and second inverters 16 and 18 is a set of three corresponding to the number of phases of the three-phase AC power, but for the boost converter 12, the number of semiconductor modules 30 is one. It is not limited. The number of semiconductor modules 30 is determined by the allowable current value of elements such as transistors belonging to the semiconductor module 30. By increasing the number of semiconductor modules 30, the current per one can be reduced, and the number of modules is determined based on usage conditions.

IGBT等の半導体モジュール30の構成要素は、ケース内に収容されて、モジュール化されている。半導体モジュール30の外観は共通である。各半導体モジュール30の上面からは奥側(コンデンサ14側)から順に、正極端子32、負極端子34、出力端子36が突出している。各端子32,34,36は、端子の配設方向および積層方向と直交する方向に延びている。また、三つの端子32,34,36は、いずれも、積層方向と直交する同一平面内で並んで配設されている。したがって、半導体モジュール30が等ピッチで積層される場合、各端子32,34,36も等ピッチで配列される。   The components of the semiconductor module 30 such as an IGBT are housed in a case and modularized. The appearance of the semiconductor module 30 is common. From the upper surface of each semiconductor module 30, a positive terminal 32, a negative terminal 34, and an output terminal 36 protrude in order from the back side (capacitor 14 side). Each terminal 32, 34, 36 extends in a direction orthogonal to the terminal arrangement direction and the stacking direction. The three terminals 32, 34, and 36 are all arranged side by side in the same plane orthogonal to the stacking direction. Therefore, when the semiconductor modules 30 are stacked at an equal pitch, the terminals 32, 34, and 36 are also arranged at an equal pitch.

電力変換装置10には、更に、各半導体モジュール30を冷却する冷却器が設けられている。冷却器は、各半導体モジュール30を挟むように配置される冷却板22と送液管23,24を含む。冷却板22は中空であり、内部の空間は送液管23,24と連通している。一方の送液管23から送られた冷却液は、複数ある冷却板22に分配され、各冷却板22内を流れて、もう一方の送液管24に達する。冷却板22を流れる冷却液が半導体モジュール30から熱を奪い、これらの半導体モジュール30が冷却される。送液管24に集まった冷却液は、送液管24を介して不図示の放熱器に送られ、放熱後再び送液管23により冷却板22に送られる。   The power conversion device 10 is further provided with a cooler that cools each semiconductor module 30. The cooler includes a cooling plate 22 and liquid feeding pipes 23 and 24 arranged so as to sandwich each semiconductor module 30. The cooling plate 22 is hollow, and the internal space communicates with the liquid feeding pipes 23 and 24. The cooling liquid sent from one liquid supply pipe 23 is distributed to a plurality of cooling plates 22, flows through each cooling plate 22, and reaches the other liquid supply pipe 24. The coolant flowing through the cooling plate 22 takes heat from the semiconductor modules 30, and these semiconductor modules 30 are cooled. The cooling liquid collected in the liquid feeding pipe 24 is sent to a radiator (not shown) through the liquid feeding pipe 24 and is sent again to the cooling plate 22 through the liquid feeding pipe 23 after heat radiation.

半導体モジュール30の側方には、コンデンサ14が配置されている。コンデンサ14の端面からは、半導体モジュール30の正極端子32に接続される複数の正極バスバ46、および、負極端子34に接続される複数の負極バスバ48が突出している。この複数の正極バスバ46および複数の負極バスバ48は、コンデンサ14と一体化されている。正極バスバ46および負極バスバ48は、いずれも対応する極の端子に接続されるバスバであり、半導体モジュール30と同じ個数分だけ設けられている。   A capacitor 14 is disposed on the side of the semiconductor module 30. A plurality of positive bus bars 46 connected to the positive terminal 32 of the semiconductor module 30 and a plurality of negative bus bars 48 connected to the negative terminal 34 protrude from the end face of the capacitor 14. The plurality of positive electrode bus bars 46 and the plurality of negative electrode bus bars 48 are integrated with the capacitor 14. Each of the positive electrode bus bar 46 and the negative electrode bus bar 48 is a bus bar connected to the terminal of the corresponding electrode, and is provided in the same number as the semiconductor modules 30.

正極バスバ46は、固定台26上面に固定され、支持される。負極バスバ48は、固定台26の下面に固定され、支持されている。正極バスバ46はコンデンサ14内部の正極端子に接続され、負極バスバ48はコンデンサ14内部の負極端子に接続されている。コンデンサ14の正極端子および負極端子は、コンデンサケース14aに収められるコンデンサ14に、ケース内部で接続されている。   The positive electrode bus bar 46 is fixed to and supported by the upper surface of the fixed base 26. The negative electrode bus bar 48 is fixed to and supported by the lower surface of the fixed base 26. The positive bus bar 46 is connected to the positive terminal inside the capacitor 14, and the negative bus bar 48 is connected to the negative terminal inside the capacitor 14. The positive terminal and the negative terminal of the capacitor 14 are connected to the capacitor 14 housed in the capacitor case 14a inside the case.

ここで、図2から明らかなとおり、複数の正極バスバ46は、半導体モジュール30の積層方向に間隔をあけて並んでおり、各正極バスバ46は、端子の配設方向に延びている。換言すれば、各正極バスバ46は、正極端子32と直交する方向に延びており、正極端子32と略90度を成す状態で正極端子32に接続(容着や締結等)される。   Here, as is apparent from FIG. 2, the plurality of positive electrode bus bars 46 are arranged at intervals in the stacking direction of the semiconductor modules 30, and each positive electrode bus bar 46 extends in the terminal arrangement direction. In other words, each positive electrode bus bar 46 extends in a direction orthogonal to the positive electrode terminal 32 and is connected to the positive electrode terminal 32 (attachment, fastening, etc.) in a state of forming approximately 90 degrees with the positive electrode terminal 32.

複数の正極バスバ46は、一枚の導体板に切り込みを形成し、屈曲させることで構成されている。図4は、複数の正極バスバ46を構成する正極導体板50の一例を示す図である。正極導体板50は、コンデンサ14の正極端子に接続され、コンデンサ14とともにコンデンサケース14a内に収容される導体板である。この正極導体板50の一端には、複数の切り込みが形成されており、この切り込みにより、片持ち梁状の複数の正極バスバ46が形成される。正極バスバ46は、正極導体板50の一辺50aから延長するように延びており、その延長方向に延びる折れ線46aに沿って略90度屈曲させられる。その結果、各正極バスバ46は、半導体モジュール30の正極端子32とほぼ同一平面に位置することになる。この正極バスバ46の先端と、正極端子32の先端を互いに接続することで、各半導体モジュール30の正極端子32とコンデンサ14の正極端子42が電気的に接続される。   The plurality of positive electrode bus bars 46 are configured by forming cuts and bending in one conductor plate. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the positive electrode conductor plate 50 constituting the plurality of positive electrode bus bars 46. The positive conductor plate 50 is a conductor plate that is connected to the positive terminal of the capacitor 14 and is accommodated in the capacitor case 14 a together with the capacitor 14. A plurality of cuts are formed at one end of the positive electrode conductor plate 50, and a plurality of cantilevered positive electrode bus bars 46 are formed by the cuts. The positive electrode bus bar 46 extends so as to extend from one side 50a of the positive electrode conductor plate 50, and is bent approximately 90 degrees along a broken line 46a extending in the extending direction. As a result, each positive electrode bus bar 46 is located in substantially the same plane as the positive electrode terminal 32 of the semiconductor module 30. By connecting the tip of the positive bus bar 46 and the tip of the positive terminal 32 to each other, the positive terminal 32 of each semiconductor module 30 and the positive terminal 42 of the capacitor 14 are electrically connected.

ここで、当然ながら、複数の正極バスバ46の配設ピッチは、正極端子32の配設ピッチ(半導体モジュール30の積層ピッチ)と同じである。また、屈曲前の段階において、複数の正極バスバ46は、半導体モジュール30の積層方向と平行な平面内にある。そのため、複数の正極バスバ46の幅は、半導体モジュール30の積層ピッチを超えない値に制限される。   Here, as a matter of course, the arrangement pitch of the plurality of positive electrode bus bars 46 is the same as the arrangement pitch of the positive electrode terminals 32 (stacking pitch of the semiconductor modules 30). Further, in the stage before bending, the plurality of positive electrode bus bars 46 are in a plane parallel to the stacking direction of the semiconductor modules 30. Therefore, the widths of the plurality of positive electrode bus bars 46 are limited to values that do not exceed the stacking pitch of the semiconductor modules 30.

複数の負極バスバ48も、正極バスバ46と同様に、一枚の導体板に切り込みを形成し、屈曲させることで構成される。ただし、本実施形態では、半導体モジュール30の負極端子34は、正極端子32よりもコンデンサ14から離れている。そのため、負極バスバ48は、正極バスバ46よりも長くなっている。また、負極バスバ48は、正極バスバ46および正極端子32との干渉を避けるために、その屈曲の態様が正極バスバ46と若干異なる。これについて図5、図6を参照して説明する。図5は、複数の負極バスバ48を構成する負極導体板52の一例を示す図である。また、図6は、屈曲させた正極バスバ46および負極バスバ48を重ねた際の図である。正極バスバ46と同様に、負極バスバ48は、負極導体板52の一辺52aから延長するように延びている。コンデンサ14から延びた負極バスバ48は、正極端子32を超えた位置で、折れ線48aに沿って略90度屈曲させられた後、さらに、複数の折れ線48bに沿って屈曲させられる。これにより、図6に示すように、負極バスバ48は、正極端子32および負極端子34と同一平面に位置する。そして、この負極バスバ48の先端と、負極端子34の先端を互いに接続することで、各半導体モジュール30の負極端子34とコンデンサ14の負極端子44が電気的に接続される。なお、負極バスバ48の幅も、正極バスバ46と同様に、半導体モジュール30の積層ピッチを超えない値に制限される。   Similarly to the positive electrode bus bar 46, the plurality of negative electrode bus bars 48 are configured by forming a cut in a single conductor plate and bending it. However, in the present embodiment, the negative terminal 34 of the semiconductor module 30 is farther from the capacitor 14 than the positive terminal 32. Therefore, the negative electrode bus bar 48 is longer than the positive electrode bus bar 46. Further, the negative electrode bus bar 48 is slightly different from the positive electrode bus bar 46 in the bending manner in order to avoid interference with the positive electrode bus bar 46 and the positive electrode terminal 32. This will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a view showing an example of the negative electrode conductor plate 52 constituting the plurality of negative electrode bus bars 48. FIG. 6 is a view when the bent positive electrode bus bar 46 and negative electrode bus bar 48 are overlapped. Similar to the positive electrode bus bar 46, the negative electrode bus bar 48 extends so as to extend from one side 52 a of the negative electrode conductor plate 52. The negative electrode bus bar 48 extending from the capacitor 14 is bent approximately 90 degrees along the broken line 48a at a position beyond the positive electrode terminal 32, and further bent along a plurality of bent lines 48b. Thereby, as shown in FIG. 6, the negative electrode bus bar 48 is located in the same plane as the positive electrode terminal 32 and the negative electrode terminal 34. Then, by connecting the tip of the negative bus bar 48 and the tip of the negative terminal 34 to each other, the negative terminal 34 of each semiconductor module 30 and the negative terminal 44 of the capacitor 14 are electrically connected. The width of the negative electrode bus bar 48 is also limited to a value that does not exceed the stacking pitch of the semiconductor modules 30, as with the positive electrode bus bar 46.

なお、ここで説明した正極バスバ46および負極バスバ48の形状は一例であり、コンデンサ14から、半導体モジュール30の端子配設方向に延びて、対応する極の端子32,34に接続されるのであれば、各バスバ46,48の形状は適宜変更されてもよい。ただし、いずれの場合でも、正極バスバ46、負極バスバ48の幅は、必ず、半導体モジュール30の積層ピッチ以下に限定される。   Note that the shapes of the positive electrode bus bar 46 and the negative electrode bus bar 48 described here are merely examples, and they extend from the capacitor 14 in the terminal arrangement direction of the semiconductor module 30 and are connected to the corresponding electrode terminals 32 and 34. For example, the shapes of the bus bars 46 and 48 may be changed as appropriate. However, in any case, the widths of the positive electrode bus bar 46 and the negative electrode bus bar 48 are always limited to be equal to or less than the stacking pitch of the semiconductor modules 30.

ところで、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、半導体モジュール30の負極端子34が、正極端子32よりもコンデンサ14から離れているため、当該負極端子34に接続される負極バスバ48の経路長が、正極バスバ46よりも長くなってしまう。その結果、負極バスバ48は、正極バスバ46に比べて、剛性が低下する。振動などの外力が付加された場合、この剛性の乏しい負極バスバ48、特に、最も剛性の乏しい負極バスバ48の先端部分(すなわち負極端子34との接続部分)に、応力が集中するという問題があった。   Incidentally, as is apparent from the above description, in this embodiment, since the negative electrode terminal 34 of the semiconductor module 30 is farther from the capacitor 14 than the positive electrode terminal 32, the negative electrode bus bar 48 connected to the negative electrode terminal 34 has The path length is longer than that of the positive electrode bus bar 46. As a result, the negative electrode bus bar 48 is less rigid than the positive electrode bus bar 46. When an external force such as vibration is applied, there is a problem that stress concentrates on the negative electrode bus bar 48 with poor rigidity, in particular, on the tip portion of the negative electrode bus bar 48 with the lowest rigidity (that is, the connection portion with the negative electrode terminal 34). It was.

特に、近年は、スペースの有効活用の観点から、電力変換装置10を、トランスアクスルのケース上に設置することが提案されている。この場合、トランスアクスルの駆動に伴い生じた振動が、電力変換装置10にも伝達され、コンデンサ14および半導体モジュール30がそれぞれ振動する。その結果、負極端子34と負極バスバ48との接続部における応力集中の問題がより深刻になっていた。   In particular, in recent years, it has been proposed to install the power converter 10 on a transaxle case from the viewpoint of effective use of space. In this case, the vibration generated with the driving of the transaxle is transmitted to the power converter 10 and the capacitor 14 and the semiconductor module 30 vibrate. As a result, the problem of stress concentration at the connection portion between the negative electrode terminal 34 and the negative electrode bus bar 48 has become more serious.

かかる問題を避けるためには、負極バスバ48の幅を広げて、負極バスバ48の剛性を向上させることが考えられる。しかし、既述した通り、複数の負極バスバ48は、一枚の負極導体板52から構成されており、複数の負極バスバ48の幅は、半導体モジュール30の積層ピッチを超えることはできない。特に、近年は、電力変換装置10の小型化のために、半導体モジュール30の積層ピッチは、極力小さく抑えられており、負極バスバ48の幅を広げる余裕は、殆ど無くなっている。   In order to avoid such a problem, it is conceivable to increase the rigidity of the negative electrode bus bar 48 by increasing the width of the negative electrode bus bar 48. However, as described above, the plurality of negative electrode bus bars 48 are composed of one negative electrode conductor plate 52, and the width of the plurality of negative electrode bus bars 48 cannot exceed the stacking pitch of the semiconductor modules 30. In particular, in recent years, the stacking pitch of the semiconductor modules 30 is kept as small as possible in order to reduce the size of the power conversion device 10, and there is almost no room for expanding the width of the negative electrode bus bar 48.

そこで、本実施系形態では、負極バスバ48の幅を広げることなく、上述したような応力の集中を避けるために、経路長が長く、強度に乏しい負極バスバ48と接続される負極端子34の幅Wnを、正極端子32の幅Wpよりも大きくしている。より具体的には、負極端子34の幅Wnを、負極端子34と負極バスバ48から構成される負極接続経路全体としての剛性が、正極端子32と正極バスバ46から構成される正極接続経路全体としての剛性と、ほぼ同じになるように大きくする。かかる構成とすることで、接続経路全体としての剛性が均一化されるため、一方の接続経路への応力の集中が防止される。その結果、負極バスバ48にかかるストレスが軽減され、負極バスバ48の破損や、接続部の破損が効果的に防止される。また、一方の接続経路への応力集中が防止されることにより、各端子34,36、各バスバ46,48に入力されるストレスを均等に分散でき、これら端子、バスバの薄肉化等も可能となる。さらに、断面積が等しい場合には、経路長の長い接続経路のほうが電気抵抗が大きくなるが、本実施形態では、経路長の長い負極の端子34の幅Wnを大きくしているため、負極、正極での接続経路の電気抵抗の差も小さくすることができる。さらに、負極端子34の肉厚を変えず、幅Wnだけを変えるのであれば、負極端子34と正極端子32を同一肉厚の導体板から製造することができ、材料の共通化も可能となる。   Therefore, in the present embodiment, the width of the negative electrode terminal 34 connected to the negative electrode bus bar 48 having a long path length and a low strength in order to avoid the concentration of stress as described above without increasing the width of the negative electrode bus bar 48. Wn is made larger than the width Wp of the positive electrode terminal 32. More specifically, the width Wn of the negative electrode terminal 34 is set so that the rigidity of the entire negative electrode connection path composed of the negative electrode terminal 34 and the negative electrode bus bar 48 is equal to the entire positive electrode connection path composed of the positive electrode terminal 32 and the positive electrode bus bar 46. Increase the rigidity so that it is almost the same. By adopting such a configuration, the rigidity of the entire connection path is made uniform, so that stress concentration on one connection path is prevented. As a result, stress applied to the negative electrode bus bar 48 is reduced, and damage to the negative electrode bus bar 48 and breakage of the connection portion are effectively prevented. Further, by preventing stress concentration on one connection path, the stress input to each terminal 34, 36 and each bus bar 46, 48 can be evenly distributed, and the thickness of these terminals and bus bar can be reduced. Become. Furthermore, when the cross-sectional areas are equal, the connection path having a longer path length has a higher electrical resistance. However, in this embodiment, the width Wn of the terminal 34 of the negative path having a longer path length is increased. The difference in electrical resistance of the connection path at the positive electrode can also be reduced. Furthermore, if only the width Wn is changed without changing the thickness of the negative electrode terminal 34, the negative electrode terminal 34 and the positive electrode terminal 32 can be manufactured from a conductor plate having the same thickness, and the material can be shared. .

ただし、当然ながら、負極端子34の幅Wnを大きくすることに加えて、あるいは、替えて、負極端子34の肉厚を大きくするようにしてもよい。この場合であっても、負極の接続経路全体としての剛性は向上するため、正極、負極で接続経路全体としての剛性を均一化でき、ひいては、一方への応力集中を防止できる。また、負極端子34の幅Wnを大きくすることに加え、さらに、負極端子34を正極端子32に比べて短くしてもよい。負極端子34が短くなれば、その分、負極端子34の剛性が向上するため、正極、負極で接続経路全体としての剛性を均一化でき、ひいては、一方への応力集中を防止できる。さらに、負極端子34の幅Wnを大きくすることに加えて、負極バスバ48の肉厚を大きくしてもよい。この場合でも、負極の接続経路全体としての剛性を向上することができる。   However, as a matter of course, the wall thickness of the negative electrode terminal 34 may be increased in addition to or instead of increasing the width Wn of the negative electrode terminal 34. Even in this case, since the rigidity of the whole connection path of the negative electrode is improved, the rigidity of the whole connection path can be made uniform between the positive electrode and the negative electrode, and stress concentration on one side can be prevented. In addition to increasing the width Wn of the negative electrode terminal 34, the negative electrode terminal 34 may be shorter than the positive electrode terminal 32. If the negative electrode terminal 34 is shortened, the rigidity of the negative electrode terminal 34 is improved accordingly, so that the rigidity of the entire connection path can be made uniform between the positive electrode and the negative electrode, and stress concentration on one side can be prevented. Furthermore, in addition to increasing the width Wn of the negative electrode terminal 34, the thickness of the negative electrode bus bar 48 may be increased. Even in this case, the rigidity of the entire connection path of the negative electrode can be improved.

また、上述した例では、負極端子34が正極端子32よりもコンデンサ14から離れているが、この配置は逆であってもよい。正極端子32を負極端子34よりもコンデンサ14から離した場合、正極バスバ46が、負極バスバ48よりも長くなる。したがって、この場合には、正極端子32の幅Wpを大きくすればよい。   In the example described above, the negative electrode terminal 34 is farther from the capacitor 14 than the positive electrode terminal 32, but this arrangement may be reversed. When the positive electrode terminal 32 is separated from the capacitor 14 more than the negative electrode terminal 34, the positive electrode bus bar 46 is longer than the negative electrode bus bar 48. Therefore, in this case, the width Wp of the positive electrode terminal 32 may be increased.

いずれにしても、経路長が長いバスバと接続される端子の断面積を、経路長が短いバスバと接続される端子の断面積よりも大きくすることで、正極接続経路、負極接続経路の剛性を均一化でき、一方の接続経路への応力集中を防止できる。   In any case, by making the cross-sectional area of the terminal connected to the bus bar having a long path length larger than the cross-sectional area of the terminal connected to the bus bar having a short path length, the rigidity of the positive electrode connecting path and the negative electrode connecting path can be increased. Uniformity can be achieved, and stress concentration on one connection path can be prevented.

10 電力変換装置、12 昇圧コンバータ、14 コンデンサ、16,18 インバータ、20 リアクトル、22 冷却板、23,24 送液管、30 半導体モジュール、32 正極端子、34 負極端子、36 出力端子、38,40 母線、46 正極バスバ、48 負極バスバ、49 制御装置、50 正極導体板、52 負極導体板、70 二次電池、72,74 回転電機。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power converter, 12 Boost converter, 14 Capacitor, 16, 18 Inverter, 20 Reactor, 22 Cooling plate, 23, 24 Liquid supply pipe, 30 Semiconductor module, 32 Positive electrode terminal, 34 Negative electrode terminal, 36 Output terminal, 38, 40 Bus bar, 46 Positive bus bar, 48 Negative bus bar, 49 Control device, 50 Positive conductor plate, 52 Negative conductor plate, 70 Secondary battery, 72, 74 Rotating electric machine.

Claims (4)

1以上の半導体モジュールと、前記1以上の半導体モジュールと電気的に接続されるコンデンサと、を備えた電力変換装置であって、
前記コンデンサは、互いに経路長が異なる正極バスバおよび負極バスバを有し、
各半導体モジュールは、前記正極バスバに接続される正極端子および前記負極バスバに接続される負極端子を有し、
前記正極端子および負極端子のうち、前記経路長の長いバスバに接続される端子は、経路長の短いバスバに接続される端子より、断面積が大きい、
ことを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device comprising one or more semiconductor modules and a capacitor electrically connected to the one or more semiconductor modules,
The capacitor has a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar having different path lengths from each other,
Each semiconductor module has a positive terminal connected to the positive bus bar and a negative terminal connected to the negative bus bar,
Of the positive terminal and the negative terminal, a terminal connected to the bus bar having a long path length has a larger cross-sectional area than a terminal connected to the bus bar having a short path length.
The power converter characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記正極端子および負極端子のうち、前記経路長の長いバスバに接続される端子は、経路長の短いバスバに接続される端子より、幅が大きい、ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
Of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, a terminal connected to the bus bar having a long path length is wider than a terminal connected to the bus bar having a short path length.
請求項1または2に記載の電力変換装置であって、
前記正極端子および負極端子は、並んで配設されるとともに、前記配設方向に直交する方向に延びており、
前記正極バスバおよび負極バスバは、前記正極端子および負極端子の配設方向に向かって延びて対応する極の端子に接続される、
ことを特徴とする電力変換装置。
The power converter according to claim 1 or 2,
The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged side by side and extend in a direction orthogonal to the arrangement direction,
The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend toward the arrangement direction of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal and are connected to corresponding terminal terminals.
The power converter characterized by the above-mentioned.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記半導体モジュールは、複数積層されており、
前記コンデンサは、複数の半導体モジュールから延びる正極端子および負極端子に接続される複数の正極バスバおよび複数の負極バスバを有しており、
同極の複数のバスバは、一枚の導体板を屈曲して構成される、
ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the semiconductor modules are stacked,
The capacitor has a plurality of positive electrode bus bars and a plurality of negative electrode bus bars connected to a positive electrode terminal and a negative electrode terminal extending from a plurality of semiconductor modules,
A plurality of bus bars of the same polarity are formed by bending one conductor plate.
The power converter characterized by the above-mentioned.
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