JP2016178778A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of components of a power conversion device to reduce assembly man-hours.SOLUTION: A power conversion device 1 has a semiconductor module 2 and a capacitor module 3. The power conversion device has: a case 7 for protecting the semiconductor module 2; and a capacitor holding part 9 for storing the capacitor module 3, which is provided on an inner peripheral part of the case 7. The case 7 has a top plate opening 7e formed in a top plate 7b and DC-side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, 5nw of the semiconductor module 2 and bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11 pw, 11nw of the capacitor module 3 are connected through the top plate opening 7e.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device.

従来技術に係る電力変換装置は、単数または複数のスイッチング素子を1つのパッケージに納めた半導体モジュールや複数のコンデンサ素子を1つのパッケージに納めたコンデンサモジュールを有し、このコンデンサモジュールはケース体や筐体に収納され、半導体モジュールに接続される(例えば、特許文献1,2)。電力変換装置には、ケース体や筐体に収納されたコンデンサモジュールと半導体モジュール、さらには端子間を接続するバスバー、回路基板や電流検出器等の部品などを覆うように上側ケースが設けられる。   The power conversion device according to the prior art has a semiconductor module in which one or a plurality of switching elements are housed in one package, and a capacitor module in which a plurality of capacitor elements are housed in one package. It is stored in the body and connected to the semiconductor module (for example, Patent Documents 1 and 2). The power converter is provided with an upper case so as to cover a capacitor module and a semiconductor module housed in a case body or a housing, and further a bus bar connecting terminals, a circuit board, a current detector, and the like.

このような構造を有する電力変換装置では、コンデンサモジュールをコンデンサケースに収納する工程の後に、半導体モジュール及びコンデンサケース、バスバー、回路基板や電流検出器等の部品などを下側ケースに配置し上側ケースで覆う工程を経て、電力変換装置が組み立てられる。   In the power conversion device having such a structure, after the step of housing the capacitor module in the capacitor case, the semiconductor module, the capacitor case, the bus bar, the circuit board, the current detector, and the like are arranged in the lower case and the upper case. The power converter is assembled through the process of covering with.

特開2013−220029号公報JP2013-220029A 特開2014−096908号公報JP 2014-096908 A

しかしながら、従来技術に係る電力変換装置は、コンデンサケースと電力変換装置の上側ケースとを個別に設けることで部品点数が増大するとともに、各々のケースにコンデンサモジュールや半導体モジュールを収納する工程が必要となる。このように、部品点数の増加や組立工数の増大により、電力変換装置のコストが増大するおそれがある。   However, the power conversion device according to the related art increases the number of components by separately providing the capacitor case and the upper case of the power conversion device, and requires a process of storing the capacitor module and the semiconductor module in each case. Become. As described above, the cost of the power conversion device may increase due to an increase in the number of parts and an increase in the number of assembly steps.

上記事情に鑑み、本発明は、電力変換装置の部品点数の低減や組立工数の低減に貢献する技術を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique that contributes to a reduction in the number of parts of an electric power converter and a reduction in the number of assembly steps.

上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、スイッチング素子を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールを覆うカバーと、前記カバーに収納されるコンデンサモジュールと、を有し、前記カバーは、前記コンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子とを接続するための開口部と、を有することを特徴としている。   The power conversion device of the present invention that achieves the above object includes a semiconductor module having a switching element, a cover that covers the semiconductor module, and a capacitor module that is housed in the cover, and the cover includes the capacitor module. And a capacitor holding portion for holding the semiconductor module, and an opening for connecting the terminal of the semiconductor module and the terminal of the capacitor module.

また、上記目的を達成する本発明のカバーは、スイッチング素子を有する半導体モジュールを覆うカバーであって、前記カバーは、前記半導体モジュールに接続されるコンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、前記コンデンサ保持部に保持されたコンデンサモジュールの端子と前記半導体モジュールの端子とを接続するための開口部と、を有することを特徴としている。   The cover of the present invention that achieves the above object is a cover that covers a semiconductor module having a switching element, and the cover includes a capacitor holding section that holds a capacitor module connected to the semiconductor module, and the capacitor holding And an opening for connecting the terminal of the capacitor module held by the portion and the terminal of the semiconductor module.

以上の発明によれば、電力変換装置の部品点数が低減し、電力変換装置の組立工数が低減する。   According to the above invention, the number of parts of a power converter device reduces and the assembly man-hour of a power converter device reduces.

本発明の実施形態に係る電力変換装置の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the power converter device which concerns on embodiment of this invention. 図1に示した電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device shown in FIG. (a)本発明の実施形態に係るカバーの上斜視図、(b)本発明の実施形態に係るカバーの下斜視図、(c)図3(b)に示したカバーのA方向断面図である。(A) Top perspective view of the cover according to the embodiment of the present invention, (b) Bottom perspective view of the cover according to the embodiment of the present invention, (c) Cross-sectional view in the A direction of the cover shown in FIG. is there.

本発明の実施形態に係る電力変換装置及びカバーについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、便宜上、ヒートシンクの半導体モジュールが設けられる面を上面として説明するが、上下方向は本発明をなんら限定するものではない。   A power converter and a cover according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the embodiment, for the sake of convenience, the surface on which the semiconductor module of the heat sink is provided is described as the upper surface, but the vertical direction does not limit the present invention at all.

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の要部分解斜視図であり、図2は、電力変換装置1の要部回路図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of main parts of a power conversion device 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of main parts of the power conversion device 1.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る電力変換装置1は、半導体モジュール2と、コンデンサモジュール3と、図示しないバスバー、制御回路基板、ゲート駆動回路基板や電流検出器等の部品などを有する。   As shown in FIG. 1, a power conversion device 1 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor module 2, a capacitor module 3, components such as a bus bar, a control circuit board, a gate drive circuit board, and a current detector (not shown). Have

半導体モジュール2は、ヒートシンク4上に設けられる。半導体モジュール2は、単数または複数の半導体スイッチング素子(例えば、IGBTやMOSFET等)やフリーホイールダイオード等の素子を複数組み合わせて封止樹脂で一つのパッケージに収めたモジュールである。例えば、半導体モジュール2が、3相(U相,V相,W相)出力の電力変換装置の場合、半導体モジュール2の上面の一端部側に各相の直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwが設けられ、半導体モジュール2の上面の他端部側に各相の交流側端子6u,6v,6wが設けられる。半導体モジュール2は、ケース7に覆われ、交流側端子6u,6v,6wに接続されたACバスバー14u,14v,14wは、ケース7の側板部7cを貫通して外部に導出され、モータなどの交流負荷(図示せず)に接続される。   The semiconductor module 2 is provided on the heat sink 4. The semiconductor module 2 is a module in which a single or a plurality of semiconductor switching elements (for example, IGBT, MOSFET, etc.) and a plurality of elements such as free wheel diodes are combined in a single package with a sealing resin. For example, when the semiconductor module 2 is a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output power converter, the DC-side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv of each phase are provided on one end of the upper surface of the semiconductor module 2. , 5pw, 5nw are provided, and the AC side terminals 6u, 6v, 6w of the respective phases are provided on the other end portion side of the upper surface of the semiconductor module 2. The semiconductor module 2 is covered with the case 7, and the AC bus bars 14u, 14v, 14w connected to the AC side terminals 6u, 6v, 6w pass through the side plate portion 7c of the case 7 and are led out to the outside. Connected to an AC load (not shown).

ケース7は、ヒートシンク4に螺設され、電力変換装置1の外部から半導体モジュール2を保護するとともに、直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwや交流側端子6u,6v,6wの露出を防止している。ケース7は、開口部7aを有する箱体であり、天板部7bと側板部7c(図1では側板部7cが4面の形態例を示している)とを有する。ケース7の開口部7a側の端部四隅には、ケース7をヒートシンク4に螺設するための貫通孔7dが形成される。また、ケース7の天板部7bには、半導体モジュール2の直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwと、コンデンサモジュール3のバスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwと、を接続するための天板開口部7eが形成されている。図3(a)に示すように、ケース7の天板部7bには蓋8が螺設され、この蓋8により天板開口部7eが閉塞される。なお、ケース7の側板部7cには、後に詳細に説明するコンデンサモジュール3のバスバー10p,10nの貫通孔7fやACバスバー14u,14v,14wの貫通孔7gが形成される。   The case 7 is screwed to the heat sink 4 to protect the semiconductor module 2 from the outside of the power conversion device 1, and the DC side terminals 5 pu, 5 nu, 5 pv, 5 nv, 5 pw, 5 nw and the AC side terminals 6 u, 6 v, 6 w Prevents exposure. The case 7 is a box having an opening 7a, and includes a top plate portion 7b and a side plate portion 7c (in FIG. 1, the side plate portion 7c shows an example of four surfaces). Through holes 7 d for screwing the case 7 to the heat sink 4 are formed at the four corners on the opening 7 a side of the case 7. Further, on the top plate portion 7b of the case 7, the DC side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, 5nw of the semiconductor module 2, the bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, 11nw of the capacitor module 3, A top plate opening 7e for connecting the two is formed. As shown in FIG. 3A, a lid 8 is screwed on the top plate portion 7 b of the case 7, and the top plate opening 7 e is closed by the lid 8. In the side plate portion 7c of the case 7, through holes 7f of the bus bars 10p, 10n of the capacitor module 3 and through holes 7g of the AC bus bars 14u, 14v, 14w, which will be described in detail later, are formed.

図3(b)に示すように、ケース7の内周部には、コンデンサ保持部9が設けられる。コンデンサ保持部9には、コンデンサモジュール3が収納される。コンデンサ保持部9は、例えば、ケース7の内周側の天板部7bから立設する収納壁9aにより形成される。すなわち、収納壁9aにより、天板部7bを底板とする有底直方体形状のコンデンサ保持部9が形成される。なお、コンデンサ保持部9の所定の位置にコンデンサ素子を配置し、バスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwを天板部7bの反対側に突出させた状態で封止樹脂をコンデンサ保持部9に充填してコンデンサモジュール3となる。また、ケース7の内周部であって収納壁9aの外周部分には、半導体モジュール2を動作させるために必要な部品(例えば、半導体モジュール2を駆動する駆動回路基板、駆動基板を制御する制御回路基板、電流検出器、バスバー及びコネクタ等)が収納される。   As shown in FIG. 3B, a capacitor holding portion 9 is provided on the inner peripheral portion of the case 7. The capacitor module 3 is accommodated in the capacitor holding unit 9. The capacitor holding part 9 is formed by, for example, a storage wall 9a standing from a top plate part 7b on the inner peripheral side of the case 7. That is, a bottomed rectangular parallelepiped capacitor holding portion 9 having the top plate portion 7b as a bottom plate is formed by the storage wall 9a. It should be noted that the capacitor element is arranged at a predetermined position of the capacitor holding portion 9, and the sealing resin is placed in the capacitor holding portion in a state where the bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, and 11nw are projected to the opposite side of the top plate portion 7b 9 is filled into the capacitor module 3. In addition, an inner peripheral portion of the case 7 and an outer peripheral portion of the storage wall 9a are components necessary for operating the semiconductor module 2 (for example, a drive circuit board for driving the semiconductor module 2 and a control for controlling the drive board). Circuit boards, current detectors, bus bars, connectors, etc.) are housed.

コンデンサモジュール3は、例えば、直方体形状のフィルムコンデンサや筒形状の電解コンデンサ等のコンデンサ素子を有し、半導体モジュール2に入力される直流電圧を平滑化する。図3(b)では、封止樹脂に埋設されており図示されていないが、コンデンサモジュール3は、直流電圧源(図示せず)が接続される直流入力端子を有し、この直流入力端子に接続されるバスバー10p,10nがコンデンサ保持部9の樹脂封止面から突出して設けられる。バスバー10p,10nは、ケース7の貫通孔7fを貫通して外部に導出され、直流電圧源に接続される。また、コンデンサモジュール3は、半導体モジュール2の直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwに接続される半導体モジュール側接続端子(図示せず)を有し、この半導体モジュール側接続端子に接続されるバスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwが樹脂封止面から突出して設けられる。なお、コンデンサモジュール3が、複数のコンデンサ素子を有する場合、複数のコンデンサ素子の正極電極を並列接続された正極バスバーと、複数のコンデンサ素子の負極電極と並列接続された負極バスバーと、がコンデンサ保持部9の樹脂封止面から突出し、これら正極バスバー11pu,11pv,11pw,と負極バスバー11nu,11nv,11nwが半導体モジュール2の直流側端子の正極5pu,5pv,5pw,または負極5nu,5nv,5nwにそれぞれ接続されることとなる。   The capacitor module 3 includes a capacitor element such as a rectangular parallelepiped film capacitor or a cylindrical electrolytic capacitor, for example, and smoothes a DC voltage input to the semiconductor module 2. In FIG. 3B, although not illustrated, the capacitor module 3 has a DC input terminal to which a DC voltage source (not shown) is connected, and is connected to the DC input terminal. The bus bars 10p and 10n to be connected are provided so as to protrude from the resin sealing surface of the capacitor holding portion 9. The bus bars 10p and 10n are led out through the through hole 7f of the case 7 and connected to a DC voltage source. The capacitor module 3 has a semiconductor module side connection terminal (not shown) connected to the DC side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, and 5nw of the semiconductor module 2, and the semiconductor module side connection terminal includes Connected bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, and 11nw are provided so as to protrude from the resin sealing surface. When the capacitor module 3 includes a plurality of capacitor elements, the positive electrode bus bar in which the positive electrodes of the plurality of capacitor elements are connected in parallel and the negative electrode bus bar in which the negative electrodes of the plurality of capacitor elements are connected in parallel are held by the capacitor. The positive electrode bus bars 11 pu, 11 pv, 11 pw and the negative electrode bus bars 11 nu, 11 nv, 11 nw protrude from the resin sealing surface of the portion 9, and the positive poles 5 pu, 5 pv, 5 pw of the DC side terminal of the semiconductor module 2, or the negative electrodes 5 nu, 5 nv, 5 nw Will be connected to each.

[電力変換装置1の組立方法]
電力変換装置1の組立方法について、図1及び図3を参照して詳細に説明する。なお、図3(c)は、図3(b)に示したケース7のA方向断面図であるが、説明の便宜上、図1に示した半導体モジュール2が記載されている。
[Assembly method of power conversion device 1]
A method for assembling the power conversion apparatus 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3C is a cross-sectional view in the A direction of the case 7 shown in FIG. 3B. For convenience of explanation, the semiconductor module 2 shown in FIG. 1 is shown.

まず、図3(b)に示すように、ケース7のコンデンサ保持部9にコンデンサ素子を収納し、バスバー10p,10nをコンデンサ素子の直流入力端子に、バスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwをコンデンサ素子の半導体モジュール側接続端子に、それぞれ一端を接続し他端をコンデンサ保持部9の開口端部から突出させた状態で、コンデンサ保持部9に封止樹脂を充填してコンデンサモジュール3とする。封止樹脂の硬化後、ケース7内の空いている空間に収まるように回路基板や電流検出器等の部品を取り付ける。   First, as shown in FIG. 3B, the capacitor element is housed in the capacitor holding portion 9 of the case 7, the bus bars 10p, 10n are connected to the DC input terminals of the capacitor elements, and the bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, 11 nw is connected to the semiconductor module side connection terminal of the capacitor element, one end is connected to each other, and the other end is projected from the opening end of the capacitor holding portion 9. And After the sealing resin is cured, components such as a circuit board and a current detector are attached so as to fit in an empty space in the case 7.

次に、図1に示すように、ヒートシンク4上に熱交換可能な状態で設けられた半導体モジュール2にケース7を仮置きする。ケース7をヒートシンク4上に設けると、図3(c)に示すように、コンデンサモジュール3の半導体モジュール側接続端子に接続されたバスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwが、半導体モジュール2の直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwと対向する位置に設けられることなる。ケース7を仮置きした状態で、ケース7の天板開口部7eから、バスバー11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nwと半導体モジュール2の直流側端子5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nwとを接続し、蓋8を天板部7bに螺設する。   Next, as shown in FIG. 1, the case 7 is temporarily placed on the semiconductor module 2 provided on the heat sink 4 in a heat exchangeable state. When the case 7 is provided on the heat sink 4, as shown in FIG. 3C, the bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, and 11nw connected to the semiconductor module side connection terminals of the capacitor module 3 are connected to the semiconductor module 2. Are provided at positions facing the DC side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, 5nw. With the case 7 temporarily placed, the bus bars 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, 11nw and the direct current side terminals 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, 5nw of the semiconductor module 2 from the top plate opening 7e of the case 7 And the lid 8 is screwed to the top plate portion 7b.

最後に、ケース7の四隅に設けられた貫通孔7dを挿通してヒートシンク4にねじ12を螺着して、ケース7をヒートシンク4に固定する。   Finally, the case 7 is fixed to the heat sink 4 by inserting through holes 7 d provided at the four corners of the case 7 and screwing screws 12 into the heat sink 4.

以上のような、本発明の実施形態に係る電力変換装置1によれば、ケース7とコンデンサモジュール3を収納する収納壁9a(すなわち、コンデンサ保持部9)とを一体化することで、電力変換装置1の組立工数を削減し、電力変換装置1の部品点数を削減することができる。すなわち、ケース7の天板部7bをコンデンサ保持部9の天板部とすることで、コンデンサモジュール3を収納するためのコンデンサケースと電力変換装置1の回路に必要な部品を収納するためのケース7とを一体化することができる。その結果、電力変換装置1を低コスト化することができる。   According to the power conversion device 1 according to the embodiment of the present invention as described above, the case 7 and the storage wall 9a (that is, the capacitor holding portion 9) that stores the capacitor module 3 are integrated, thereby converting the power. The number of assembly steps of the device 1 can be reduced, and the number of parts of the power conversion device 1 can be reduced. That is, by using the top plate portion 7 b of the case 7 as the top plate portion of the capacitor holding portion 9, a capacitor case for housing the capacitor module 3 and a case for housing components necessary for the circuit of the power converter 1. 7 can be integrated. As a result, the power converter 1 can be reduced in cost.

また、ケース7と収納壁9aとを同一樹脂で成型加工することで、電力変換装置1の生産性がさらに向上し、電力変換装置1を低コスト化することができる。   Further, by molding the case 7 and the storage wall 9a with the same resin, the productivity of the power conversion device 1 can be further improved, and the cost of the power conversion device 1 can be reduced.

以上、本発明の電力変換装置及びカバーについて、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明の電力変換装置及びカバーは、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に含まれる。   As described above, the power conversion device and the cover of the present invention have been described in detail by showing specific embodiments. However, the power conversion device and the cover of the present invention are not limited to the embodiments, and the features of the invention are described. Design changes can be made as appropriate without departing from the scope of the invention, and the design changes are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、電力変換装置の構成は、実施形態に限定されるものではなく、スイッチング素子の数や構成等は、電力変換装置の使用目的に応じて適宜設計変更される。   For example, the configuration of the power conversion device is not limited to the embodiment, and the number and configuration of the switching elements are appropriately changed in design according to the purpose of use of the power conversion device.

1…電力変換装置
2…半導体モジュール
3…コンデンサモジュール
4…ヒートシンク
5pu,5nu,5pv,5nv,5pw,5nw…直流側端子
6u,6v,6w…交流側端子
7…ケース(カバー)
7a…開口部、7b…天板部、7c…側板部、7d…貫通孔、7e…天板開口部(開口部)、7f,7g…貫通孔
8…蓋
9…コンデンサ保持部
9a…収納壁
10p,10n…バスバー
11pu,11nu,11pv,11nv,11pw,11nw…バスバー
12,13…ねじ
14u,14v,14w…ACバスバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter 2 ... Semiconductor module 3 ... Capacitor module 4 ... Heat sink 5pu, 5nu, 5pv, 5nv, 5pw, 5nw ... DC side terminal 6u, 6v, 6w ... AC side terminal 7 ... Case (cover)
7a: Opening portion, 7b: Top plate portion, 7c: Side plate portion, 7d ... Through hole, 7e ... Top plate opening portion (opening portion), 7f, 7g ... Through hole 8 ... Lid 9 ... Capacitor holding portion 9a ... Storage wall 10p, 10n ... bus bar 11pu, 11nu, 11pv, 11nv, 11pw, 11nw ... bus bar 12, 13 ... screw 14u, 14v, 14w ... AC bus bar

Claims (3)

スイッチング素子を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールを覆うカバーと、
前記カバーに収納されるコンデンサモジュールと、を有し、
前記カバーは、
前記コンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、
前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子とを接続するための開口部と、を有する
ことを特徴とする電力変換装置。
A semiconductor module having a switching element;
A cover covering the semiconductor module;
A capacitor module housed in the cover,
The cover is
A capacitor holding unit for holding the capacitor module;
An electric power conversion device comprising: an opening for connecting a terminal of the semiconductor module and a terminal of the capacitor module.
スイッチング素子を有する半導体モジュールを覆うカバーであって、
前記カバーは、前記半導体モジュールに接続されるコンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、
前記コンデンサ保持部に保持されたコンデンサモジュールの端子と前記半導体モジュールの端子とを接続するための開口部と、を有する
ことを特徴とするカバー。
A cover covering a semiconductor module having a switching element,
The cover includes a capacitor holding unit that holds a capacitor module connected to the semiconductor module;
A cover comprising: a capacitor module terminal held by the capacitor holding part; and an opening for connecting the semiconductor module terminal.
前記カバーを樹脂で一体成型する
ことを特徴とする請求項2に記載のカバー。
The cover according to claim 2, wherein the cover is integrally formed of resin.
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