JP2019160968A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】必要な絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置全体の寸法を小型化することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、一方の面に、第1電極と、駆動信号が入力される第2電極とが配置されたスイッチング素子と、前記第1電極に対向する第1導電層と、第1電気絶縁層と、前記第1電気絶縁層を隔てて前記第1導電層の反対側に配置された第2導電層とを備える第1基板と、前記第2電極と駆動信号入力部とを接続する接続線とを備え、前記スイッチング素子の前記第1電極は、前記第1基板の前記第1導電層に電気的に接続されており、前記第1導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第2導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置する。【選択図】図1
Description
本発明は、電力変換装置に関する。
従来、ハイブリッドパワーコントロールユニットを含むハイブリッド車両が知られている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッドパワーコントロールユニットは、動作中に熱を発生するチップが内部に配置されたパワーモジュールと、パワーモジュールからの熱を冷却する冷却器とを含む。このハイブリッドパワーコントロールユニットには、チップとパワーモジュールとを接合するチップはんだ付け界面材料が設けられ、内部はんだ層を形成する。より低温のはんだ付け界面材料は、電力モジュールおよび冷却器を接着して外部はんだ層を形成する。
ところで、上述したハイブリッド車両では、必要な絶縁距離を確保しつつパワーモジュール全体を小型化するために、スイッチング素子の一方の面の第1電極に対して電気的に接続される部材と、スイッチング素子の一方の面の駆動信号が入力される第2電極に接続される接続線とを、どのように構成すべきかについて十分に工夫されていない。従って、上述したハイブリッド車両では、パワーモジュール全体が十分に小型化されていない。
上述した問題点に鑑み、本発明は、必要な絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の一態様に係る電力変換装置は、一方の面に、第1電極と、駆動信号が入力される第2電極とが配置されたスイッチング素子と、前記第1電極に対向する第1導電層と、第1電気絶縁層と、前記第1電気絶縁層を隔てて前記第1導電層の反対側に配置された第2導電層とを備える第1基板と、前記第2電極と駆動信号入力部とを接続する接続線とを備え、前記スイッチング素子の前記第1電極は、前記第1基板の前記第1導電層に電気的に接続されており、前記第1導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第2導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置する。
(2)上記(1)に記載の電力変換装置では、前記スイッチング素子の他方の面には、第3電極が配置され、前記第3電極に対向する第3導電層と、第2電気絶縁層と、前記第2電気絶縁層を隔てて前記第3導電層の反対側に配置された第4導電層とを備える第2基板を更に備え、前記第3電極は、前記第3導電層に電気的に接続されており、前記第3導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第4導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置してもよい。
(3)上記(2)に記載の電力変換装置では、前記第1導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第3導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置してもよい。
(4)上記(1)から(3)のいずれかに記載の電力変換装置は、前記第1導電層に電気的に接続される一方の面と、前記第1電極に電気的に接続される他方の面とを有するスペーサを更に備え、前記第1導電層の前記端部は、前記第1導電層の厚さ分以上、前記スペーサのうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも前記駆動信号入力部の側に位置してもよい。
上記(1)に記載の電力変換装置では、第1基板が、第1導電層と、第1電気絶縁層と、第1電気絶縁層を隔てて第1導電層の反対側に配置された第2導電層とを備える。第1導電層は、スイッチング素子の一方の面に配置された第1電極に電気的に接続される。駆動信号入力部は、スイッチング素子の一方の面に配置された第2電極に対して、接続線によって接続されている。第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部は、第2導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部よりも、駆動信号入力部から離れる側に位置する。
そのため、上記(1)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第2導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第1導電層と接続線との間の絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。詳細には、電力変換装置の寸法を、スイッチング素子の厚さ方向に小型化することができる。
つまり、上記(1)に記載の電力変換装置では、必要な絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。
そのため、上記(1)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第2導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第1導電層と接続線との間の絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。詳細には、電力変換装置の寸法を、スイッチング素子の厚さ方向に小型化することができる。
つまり、上記(1)に記載の電力変換装置では、必要な絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。
上記(2)に記載の電力変換装置では、第2基板が、第3導電層と、第2電気絶縁層と、第2電気絶縁層を隔てて第3導電層の反対側に配置された第4導電層とを備える。第3導電層は、スイッチング素子の他方の面に配置された第3電極に電気的に接続される。第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部は、第4導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部よりも、駆動信号入力部から離れる側に位置する。
そのため、上記(2)に記載の電力変換装置では、第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第4導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第3導電層と接続線との間の絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。詳細には、電力変換装置の寸法を、スイッチング素子の幅方向に小型化することができる。
そのため、上記(2)に記載の電力変換装置では、第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第4導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第3導電層と接続線との間の絶縁距離を確保しつつ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。詳細には、電力変換装置の寸法を、スイッチング素子の幅方向に小型化することができる。
上記(3)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部は、第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部よりも、駆動信号入力部から離れる側に位置する。
そのため、上記(3)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第1導電層と接続線との間の絶縁距離を確保することができる。
そのため、上記(3)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部と、第3導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部とが、駆動信号入力部から等距離に位置する場合よりも、第1導電層と接続線との間の絶縁距離を確保することができる。
上記(4)に記載の電力変換装置は、第1導電層と第1電極とを電気的に接続するスペーサを更に備える。上記(4)に記載の電力変換装置では、第1導電層のうちの駆動信号入力部の側の端部が、第1導電層の厚さ分以上、スペーサのうちの駆動信号入力部の側の端部よりも駆動信号入力部の側に位置する。
そのため、上記(4)に記載の電力変換装置では、スイッチング素子が発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。
そのため、上記(4)に記載の電力変換装置では、スイッチング素子が発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。
以下、本発明の電力変換装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
図1は第1実施形態の電力変換装置1の主要部の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。図2は図1中のスイッチング素子UHのみを抽出して示した図である。図3は第1実施形態の電力変換装置1の特徴を説明するための図である。図4は比較例の電力変換装置1の主要部の鉛直断面図である。
図1は第1実施形態の電力変換装置1の主要部の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。図2は図1中のスイッチング素子UHのみを抽出して示した図である。図3は第1実施形態の電力変換装置1の特徴を説明するための図である。図4は比較例の電力変換装置1の主要部の鉛直断面図である。
図1〜図3に示す例では、電力変換装置1が、スイッチング素子UHと、基板SAと、基板SBと、駆動信号入力部SHと、スペーサSPUHと、接続線WHとを備えている。
スイッチング素子UHは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のようなスイッチング素子である。
図2に示すように、スイッチング素子UHの一方(図2の上側)の面UHBには、電極UHB1と、駆動信号が入力される電極UHB2とが配置されている。スイッチング素子UHの他方(図2の下側)の面UHAには、電極UHA1が配置されている。
スイッチング素子UHは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のようなスイッチング素子である。
図2に示すように、スイッチング素子UHの一方(図2の上側)の面UHBには、電極UHB1と、駆動信号が入力される電極UHB2とが配置されている。スイッチング素子UHの他方(図2の下側)の面UHAには、電極UHA1が配置されている。
図1〜図3に示す例では、基板SAが、スイッチング素子UHの電極UHB1に対向する導電層SA2Aと、電気絶縁層SA1と、電気絶縁層SA1を隔てて導電層SA2Aの反対側に配置された導電層SA3とを備えている。スイッチング素子UHの電極UHB2は、例えばボンディングワイヤなどのような接続線WHによって、駆動信号入力部SHに接続されている。スイッチング素子UHの電極UHB1は、導電体で形成されたスペーサSPUHを介して基板SAの導電層SA2Aに電気的に接続されている。
図1〜図3に示す例では、基板SBが、スイッチング素子UHの電極UHA1に対向する導電層SB3Aと、電気絶縁層SB1と、電気絶縁層SB1を隔てて導電層SB3Aの反対側に配置された導電層SB2とを備えている。スイッチング素子UHの電極UHA1は、基板SBの導電層SB3Aに電気的に接続されている。
基板SA及び基板SBの各々は、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板である。すなわち、DCB基板は、セラミック基板と、セラミック基板の厚さ方向の両側に設けられる銅板とを備えて構成されている。両銅板は、セラミック基板を厚さ方向の両側から挟み込むとともに、セラミック基板によって電気的に絶縁されている。
基板SAの外側(図1の上側)と基板SBの外側(図1の下側)には、それぞれヒートシンクが配置されており(不図示)、該ヒートシンクによってスイッチング素子UHが冷却される。
図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHの電極UHA1が、電気絶縁層SB1と導電層SB3Aと導電層SB2とを有する基板SBの導電層SB3Aに電気的に接続されるが、他の例では、スイッチング素子UHの電極UHA1に電気的に接続される対象が、電気絶縁層SB1のような電気絶縁層と、導電層SB2のような、スイッチング素子UHの電極UHA1に電気的に接続されない導電層とを備えていなくてもよい。
基板SA及び基板SBの各々は、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板である。すなわち、DCB基板は、セラミック基板と、セラミック基板の厚さ方向の両側に設けられる銅板とを備えて構成されている。両銅板は、セラミック基板を厚さ方向の両側から挟み込むとともに、セラミック基板によって電気的に絶縁されている。
基板SAの外側(図1の上側)と基板SBの外側(図1の下側)には、それぞれヒートシンクが配置されており(不図示)、該ヒートシンクによってスイッチング素子UHが冷却される。
図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHの電極UHA1が、電気絶縁層SB1と導電層SB3Aと導電層SB2とを有する基板SBの導電層SB3Aに電気的に接続されるが、他の例では、スイッチング素子UHの電極UHA1に電気的に接続される対象が、電気絶縁層SB1のような電気絶縁層と、導電層SB2のような、スイッチング素子UHの電極UHA1に電気的に接続されない導電層とを備えていなくてもよい。
図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図1の右側)の端部SA2A1が、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SHの側(図1の右側)の端部SA3Aよりも、駆動信号入力部SHから離れる側(図1の左側)に位置する。そのため、図1に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離は、スイッチング素子UHの幅方向(図1の左右方向)に確保される。
一方、図4に示す比較例では、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図4の右側)の端部SA2A1と、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SHの側(図4の右側)の端部SA3Aとが、スイッチング素子UHの幅方向(図4の左右方向)に駆動信号入力部SHから等距離に位置する。そのため、図4に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を、スイッチング素子UHの厚さ方向(図4の上下方向)に確保する必要がある。また、図4に示す比較例では、スペーサSPUHが厚いため、電力変換装置1のインダクタンスLsが増加してしまう。
上述したように、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離がスイッチング素子UHの幅方向(図1の左右方向)に確保されるため、図4に示す比較例よりも、電力変換装置1全体の寸法を、スイッチング素子UHの厚さ方向(図1の上下方向)に小型化することができる。また、図1〜図3に示す例では、図4に示す比較例よりも、スペーサSPUHが薄いため、電力変換装置1のインダクタンスLsを抑制することができる。
つまり、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保しつつ、図4に示す比較例よりも、電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。
また、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA3の端部SA3Aを、駆動信号入力部SHの側(図1の右側)まで延ばすことができるため、高い冷却性能を確保することができる。
一方、図4に示す比較例では、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図4の右側)の端部SA2A1と、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SHの側(図4の右側)の端部SA3Aとが、スイッチング素子UHの幅方向(図4の左右方向)に駆動信号入力部SHから等距離に位置する。そのため、図4に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を、スイッチング素子UHの厚さ方向(図4の上下方向)に確保する必要がある。また、図4に示す比較例では、スペーサSPUHが厚いため、電力変換装置1のインダクタンスLsが増加してしまう。
上述したように、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離がスイッチング素子UHの幅方向(図1の左右方向)に確保されるため、図4に示す比較例よりも、電力変換装置1全体の寸法を、スイッチング素子UHの厚さ方向(図1の上下方向)に小型化することができる。また、図1〜図3に示す例では、図4に示す比較例よりも、スペーサSPUHが薄いため、電力変換装置1のインダクタンスLsを抑制することができる。
つまり、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保しつつ、図4に示す比較例よりも、電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。
また、図1〜図3に示す例では、基板SAの導電層SA3の端部SA3Aを、駆動信号入力部SHの側(図1の右側)まで延ばすことができるため、高い冷却性能を確保することができる。
図1〜図3に示す例では、スペーサSPUHの一方(図1の上側)の面が、基板SAの導電層SA2Aに電気的に接続されている。スペーサSPUHの他方(図1の下側)の面は、スイッチング素子UHの電極UHB1に電気的に接続されている。
図3に示すように、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図3の右側)の端部SA2A1は、スペーサSPUHのうちの駆動信号入力部SHの側(図3の右側)の端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に位置する。つまり、基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1は、スペーサSPUHの端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に突出している。
本発明者の鋭意研究において、スペーサSPUHの端部SPUH1に対する基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1の、駆動信号入力部SHの側(図3の右側)への突出量が小さすぎると、熱抵抗が大きくなってしまい、その結果、スイッチング素子UHが発生する熱の広がりが阻害されてしまうことが見いだされた。
その点に鑑み、図1〜図3に示す例では、スペーサSPUHの端部SPUH1に対する基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1の駆動信号入力部SHの側(図3の右側)への突出量Xが、導電層SA2Aの厚さtSA2A以上の値に設定されている。すなわち、基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1は、導電層SA2Aの厚さtSA2A分以上、スペーサSPUHの端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に位置する。つまり、図3中のスペーサSPUHの端部SPUH1の上端位置PSPと導電層SA2Aの端部SA2A1の上端位置PSAとを結ぶ直線と、スペーサSPUHの上面とがなす角度θが、45°以下の値に設定されている。
そのため、図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHが発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHが発生する熱は、スペーサSPUH、基板SAを介して拡散される。
図3に示すように、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図3の右側)の端部SA2A1は、スペーサSPUHのうちの駆動信号入力部SHの側(図3の右側)の端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に位置する。つまり、基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1は、スペーサSPUHの端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に突出している。
本発明者の鋭意研究において、スペーサSPUHの端部SPUH1に対する基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1の、駆動信号入力部SHの側(図3の右側)への突出量が小さすぎると、熱抵抗が大きくなってしまい、その結果、スイッチング素子UHが発生する熱の広がりが阻害されてしまうことが見いだされた。
その点に鑑み、図1〜図3に示す例では、スペーサSPUHの端部SPUH1に対する基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1の駆動信号入力部SHの側(図3の右側)への突出量Xが、導電層SA2Aの厚さtSA2A以上の値に設定されている。すなわち、基板SAの導電層SA2Aの端部SA2A1は、導電層SA2Aの厚さtSA2A分以上、スペーサSPUHの端部SPUH1よりも駆動信号入力部SHの側(図3の右側)に位置する。つまり、図3中のスペーサSPUHの端部SPUH1の上端位置PSPと導電層SA2Aの端部SA2A1の上端位置PSAとを結ぶ直線と、スペーサSPUHの上面とがなす角度θが、45°以下の値に設定されている。
そのため、図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHが発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。図1〜図3に示す例では、スイッチング素子UHが発生する熱は、スペーサSPUH、基板SAを介して拡散される。
図1〜図3に示す電力変換装置1が(例えばU相などの)ハイサイドに適用される場合には、基板SBの導電層SB3Aが、正極側導電体(Pバスバー)に電気的に接続され、基板SAの導電層SA2Aが、出力側導電体(出力バスバー)に電気的に接続される。
図1〜図3に示す電力変換装置1が(例えばU相などの)ローサイドに適用される場合には、基板SBの導電層SB3Aが、出力側導電体(出力バスバー)に電気的に接続され、基板SAの導電層SA2Aが、負極側導電体(Nバスバー)に電気的に接続される。
図1〜図3に示す電力変換装置1が(例えばU相などの)ローサイドに適用される場合には、基板SBの導電層SB3Aが、出力側導電体(出力バスバー)に電気的に接続され、基板SAの導電層SA2Aが、負極側導電体(Nバスバー)に電気的に接続される。
<第2実施形態>
以下、本発明の電力変換装置1の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第2実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明の電力変換装置1の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第2実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
図5は第2実施形態の電力変換装置1の一例の分解斜視図である。
図5に示す例では、電力変換装置1が、ハイサイドスイッチング素子UHと、ローサイドスイッチング素子ULと、基板SAと、基板SBと、ハイサイド駆動信号入力部SHと、ローサイド駆動信号入力部SLと、ハイサイドスペーサSPUHと、ローサイドスペーサSPULと、ハイサイド接続線WH(図6(A)参照)と、ローサイド接続線WL(図6(B)参照)とを備えている。
図5に示す例では、電力変換装置1が、ハイサイドスイッチング素子UHと、ローサイドスイッチング素子ULと、基板SAと、基板SBと、ハイサイド駆動信号入力部SHと、ローサイド駆動信号入力部SLと、ハイサイドスペーサSPUHと、ローサイドスペーサSPULと、ハイサイド接続線WH(図6(A)参照)と、ローサイド接続線WL(図6(B)参照)とを備えている。
図6は第2実施形態の電力変換装置1の主要部の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。詳細には、図6(A)は電力変換装置1のハイサイドの主要部の鉛直断面を示す図である。図6(B)は電力変換装置1のローサイドの主要部の鉛直断面を示す図である。図7は図6(B)中のローサイドスイッチング素子ULのみを抽出して示した図である。
図5〜図7に示す例では、スイッチング素子ULが、スイッチング素子UHと同様に、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のようなスイッチング素子である。
図7に示すように、スイッチング素子ULの一方(図7の上側)の面ULBには、電極ULB1と、駆動信号が入力される電極ULB2とが配置されている。スイッチング素子ULの他方(図7の下側)の面ULAには、電極ULA1が配置されている。
図7に示すように、スイッチング素子ULの一方(図7の上側)の面ULBには、電極ULB1と、駆動信号が入力される電極ULB2とが配置されている。スイッチング素子ULの他方(図7の下側)の面ULAには、電極ULA1が配置されている。
図5〜図7に示す例では、基板SAが、スイッチング素子UHの電極UHB1に対向する導電層SA2Aと、スイッチング素子ULの電極ULB1に対向する導電層SA2Bと、電気絶縁層SA1と、電気絶縁層SA1を隔てて導電層SA2A、SA2Bの反対側に配置された導電層SA3とを備えている。
スイッチング素子UHの電極UHB2は、例えばボンディングワイヤなどのような接続線WHによって、駆動信号入力部SHに接続されている。スイッチング素子UHの電極UHB1は、スペーサSPUHを介して基板SAの導電層SA2Aに電気的に接続されている。
スイッチング素子ULの電極ULB2は、例えばボンディングワイヤなどのような接続線WLによって、駆動信号入力部SLに接続されている。スイッチング素子ULの電極ULB1は、スペーサSPULを介して基板SAの導電層SA2Bに電気的に接続されている。
スイッチング素子UHの電極UHB2は、例えばボンディングワイヤなどのような接続線WHによって、駆動信号入力部SHに接続されている。スイッチング素子UHの電極UHB1は、スペーサSPUHを介して基板SAの導電層SA2Aに電気的に接続されている。
スイッチング素子ULの電極ULB2は、例えばボンディングワイヤなどのような接続線WLによって、駆動信号入力部SLに接続されている。スイッチング素子ULの電極ULB1は、スペーサSPULを介して基板SAの導電層SA2Bに電気的に接続されている。
図5〜図7に示す例では、基板SBが、スイッチング素子UHの電極UHA1に対向する導電層SB3Aと、スイッチング素子ULの電極ULA1に対向する導電層SB3Bと、電気絶縁層SB1と、電気絶縁層SB1を隔てて導電層SB3A、SB3Bの反対側に配置された導電層SB2とを備えている。
スイッチング素子UHの電極UHA1は、基板SBの導電層SB3Aに電気的に接続されている。スイッチング素子ULの電極ULA1は、基板SBの導電層SB3Bに電気的に接続されている。
基板SAの導電層SA2Aと、基板SBの導電層SB3Bとは、接続部(図示せず)を介して電気的に接続されている。
スイッチング素子UHの電極UHA1は、基板SBの導電層SB3Aに電気的に接続されている。スイッチング素子ULの電極ULA1は、基板SBの導電層SB3Bに電気的に接続されている。
基板SAの導電層SA2Aと、基板SBの導電層SB3Bとは、接続部(図示せず)を介して電気的に接続されている。
図5〜図7に示す例では、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図6(A)の右側)の端部SA2A1が、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SHの側(図6(A)の右側)の端部SA3Aよりも、駆動信号入力部SHから離れる側(図6(A)の左側)に位置する。そのため、図6(A)に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離は、スイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)に確保される。
基板SAの導電層SA2Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA2B1が、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA3Bよりも、駆動信号入力部SLから離れる側(図6(B)の右側)に位置する。そのため、図6(B)に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離は、スイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)に確保される。
上述したように、図5〜図7に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離がスイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)に確保され、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離がスイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)に確保されるため、電力変換装置1全体の寸法を、スイッチング素子UH、ULの厚さ方向(図6(A)および図6(B)の上下方向)に小型化することができる。
基板SAの導電層SA2Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA2B1が、基板SAの導電層SA3のうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA3Bよりも、駆動信号入力部SLから離れる側(図6(B)の右側)に位置する。そのため、図6(B)に双方向矢印で示すように、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離は、スイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)に確保される。
上述したように、図5〜図7に示す例では、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離がスイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)に確保され、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離がスイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)に確保されるため、電力変換装置1全体の寸法を、スイッチング素子UH、ULの厚さ方向(図6(A)および図6(B)の上下方向)に小型化することができる。
図5〜図7に示す例では、スペーサSPULの一方(図6(B)の上側)の面が、基板SAの導電層SA2Bに電気的に接続されている。スペーサSPULの他方(図6(B)の下側)の面は、スイッチング素子ULの電極ULB1に電気的に接続されている。
図6(B)に示すように、基板SAの導電層SA2Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA2B1は、スペーサSPULのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に位置する。つまり、基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1は、スペーサSPULの端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に突出している。
図5〜図7に示す例では、スペーサSPULの端部SPUL1に対する基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1の駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)への突出量が、導電層SA2Bの厚さ以上の値に設定されている。すなわち、基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1は、導電層SA2Bの厚さ分以上、スペーサSPULの端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に位置する。
そのため、図5〜図7に示す例では、スイッチング素子ULが発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。
図6(B)に示すように、基板SAの導電層SA2Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SA2B1は、スペーサSPULのうちの駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)の端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に位置する。つまり、基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1は、スペーサSPULの端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に突出している。
図5〜図7に示す例では、スペーサSPULの端部SPUL1に対する基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1の駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)への突出量が、導電層SA2Bの厚さ以上の値に設定されている。すなわち、基板SAの導電層SA2Bの端部SA2B1は、導電層SA2Bの厚さ分以上、スペーサSPULの端部SPUL1よりも駆動信号入力部SLの側(図6(B)の左側)に位置する。
そのため、図5〜図7に示す例では、スイッチング素子ULが発生する熱の広がりが阻害されてしまうおそれを抑制することができる。
図5〜図7に示す例では、基板SBの導電層SB3Aが、正極側導電体(Pバスバー)に電気的に接続される。基板SAの導電層SA2Aと、基板SBの導電層SB3Bとが、出力側導電体(出力バスバー)に電気的に接続される。基板SAの導電層SA2Aは、負極側導電体(Nバスバー)に電気的に接続される。
<第3実施形態>
以下、本発明の電力変換装置1の第3実施形態について説明する。
第3実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第2実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第3実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第2実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明の電力変換装置1の第3実施形態について説明する。
第3実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第2実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第3実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第2実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
図8は第3実施形態の電力変換装置1のハイサイドの主要部の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。図9は第3実施形態の電力変換装置1のローサイドの主要部の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。
図6(A)に示す第2実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Aの右端部の位置と、導電層SB2の右端部の位置とが一致している。
一方、図8に示す第3実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における基板SBの導電層SB3Aの右端部SB3A1の位置と、導電層SB2の右端部SB2Aの位置とが異なっている。
一方、図8に示す第3実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における基板SBの導電層SB3Aの右端部SB3A1の位置と、導電層SB2の右端部SB2Aの位置とが異なっている。
詳細には、図8に示す例では、基板SBの導電層SB3Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図8の右側)の端部SB3A1は、導電層SB2のうちの駆動信号入力部SHの側(図8の右側)の端部SB2Aよりも、駆動信号入力部SHから離れる側(図8の左側)に位置する。
そのため、図8に示す例では、スイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Aの右端部の位置と、導電層SB2の右端部の位置とが一致している図6(A)に示す例よりも、基板SBの導電層SB3Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保しつつ、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。つまり、図8に示す例では、図6(A)に示す例よりも、駆動信号入力部SHをスイッチング素子UHの電極UHB2に近づけることができる。
そのため、図8に示す例では、スイッチング素子UHの幅方向(図6(A)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Aの右端部の位置と、導電層SB2の右端部の位置とが一致している図6(A)に示す例よりも、基板SBの導電層SB3Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保しつつ、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。つまり、図8に示す例では、図6(A)に示す例よりも、駆動信号入力部SHをスイッチング素子UHの電極UHB2に近づけることができる。
また、図8に示す例では、基板SAの導電層SA2Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図8の右側)の端部SA2A1は、基板SBの導電層SB3Aのうちの駆動信号入力部SHの側(図8の右側)の端部SB3A1よりも、駆動信号入力部SHから離れる側(図8の左側)に位置する。
そのため、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における基板SAの導電層SA2Aの右端部の位置と基板SBの導電層SB3Aの右端部の位置とが一致している場合よりも、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保することができる。
そのため、スイッチング素子UHの幅方向(図8の左右方向)における基板SAの導電層SA2Aの右端部の位置と基板SBの導電層SB3Aの右端部の位置とが一致している場合よりも、基板SAの導電層SA2Aと接続線WHとの間の絶縁距離を確保することができる。
図6(B)に示す第2実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Bの左端部の位置と、導電層SB2の左端部の位置とが一致している。
一方、図9に示す第3実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における基板SBの導電層SB3Bの左端部SB3B1の位置と、導電層SB2の左端部SB2Bの位置とが異なっている。
一方、図9に示す第3実施形態の電力変換装置1では、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における基板SBの導電層SB3Bの左端部SB3B1の位置と、導電層SB2の左端部SB2Bの位置とが異なっている。
詳細には、図9に示す例では、基板SBの導電層SB3Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図9の左側)の端部SB3B1は、導電層SB2のうちの駆動信号入力部SLの側(図9の左側)の端部SB2Bよりも、駆動信号入力部SLから離れる側(図9の右側)に位置する。
そのため、図9に示す例では、スイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Bの左端部の位置と、導電層SB2の左端部の位置とが一致している図6(B)に示す例よりも、基板SBの導電層SB3Bと接続線WLとの間の絶縁距離を確保しつつ、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。つまり、図9に示す例では、図6(B)に示す例よりも、駆動信号入力部SLをスイッチング素子ULの電極ULB2に近づけることができる。
そのため、図9に示す例では、スイッチング素子ULの幅方向(図6(B)の左右方向)における基板SBの導電層SB3Bの左端部の位置と、導電層SB2の左端部の位置とが一致している図6(B)に示す例よりも、基板SBの導電層SB3Bと接続線WLとの間の絶縁距離を確保しつつ、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。つまり、図9に示す例では、図6(B)に示す例よりも、駆動信号入力部SLをスイッチング素子ULの電極ULB2に近づけることができる。
また、図9に示す例では、基板SAの導電層SA2Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図9の左側)の端部SA2B1は、基板SBの導電層SB3Bのうちの駆動信号入力部SLの側(図9の左側)の端部SB3B1よりも、駆動信号入力部SLから離れる側(図9の右側)に位置する。
そのため、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における基板SAの導電層SA2Bの左端部の位置と基板SBの導電層SB3Bの左端部の位置とが一致している場合よりも、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離を確保することができる。
そのため、スイッチング素子ULの幅方向(図9の左右方向)における基板SAの導電層SA2Bの左端部の位置と基板SBの導電層SB3Bの左端部の位置とが一致している場合よりも、基板SAの導電層SA2Bと接続線WLとの間の絶縁距離を確保することができる。
<適用例>
以下、本発明の電力変換装置1の適用例について添付図面を参照しながら説明する。
図10は第1から第3実施形態の電力変換装置1を適用可能な車両10の一部の一例を示す図である。
以下、本発明の電力変換装置1の適用例について添付図面を参照しながら説明する。
図10は第1から第3実施形態の電力変換装置1を適用可能な車両10の一部の一例を示す図である。
第1実施形態の電力変換装置1が図10に示す例に適用される場合には、14個の第1実施形態の電力変換装置1が図10に示す車両10に用いられる。
第2または第3実施形態の電力変換装置1が図10に示す例に適用される場合には、7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が図10に示す車両10に用いられる。
第2または第3実施形態の電力変換装置1が図10に示す例に適用される場合には、7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が図10に示す車両10に用いられる。
図10に示す例では、車両10が、電力変換装置1に加えて、バッテリ11(BATT)と、走行駆動用の第1モータ12(MOT)、発電用の第2モータ13(GEN)とを備えている。
バッテリ11は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ11は、電力変換装置1の直流コネクタ1aに接続される正極端子PB及び負極端子NBを備えている。正極端子PB及び負極端子NBは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
バッテリ11は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ11は、電力変換装置1の直流コネクタ1aに接続される正極端子PB及び負極端子NBを備えている。正極端子PB及び負極端子NBは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
第1モータ12は、バッテリ11から供給される電力によって回転駆動力(力行動作)を発生させる。第2モータ13は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させる。ここで、第2モータ13には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されている。例えば、第1モータ12及び第2モータ13の各々は、3相交流のブラシレスDCモータである。3相は、U相、V相、及びW相である。第1モータ12及び第2モータ13の各々は、インナーロータ型である。第1モータ12及び第2モータ13は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための3相のステータ巻線を有する固定子とをそれぞれ備えている。第1モータ12の3相のステータ巻線は、電力変換装置1の第1の3相コネクタ1bに接続されている。第2モータ13の3相のステータ巻線は、電力変換装置1の第2の3相コネクタ1cに接続されている。
図10に示す電力変換装置1は、パワーモジュール21と、リアクトル22と、コンデンサユニット23と、抵抗器24と、第1電流センサ25と、第2電流センサ26と、第3電流センサ27と、電子制御ユニット28(MOT GEN ECU)と、ゲートドライブユニット29(G/D VCU ECU)とを備えている。
パワーモジュール21は、第1電力変換回路部31と、第2電力変換回路部32と、第3電力変換回路部33とを備えている。
パワーモジュール21は、第1電力変換回路部31と、第2電力変換回路部32と、第3電力変換回路部33とを備えている。
14個の第1実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31が、6個の図1〜図3に示す第1実施形態の電力変換装置1によって構成される。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31が、3個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1によって構成される。詳細には、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のU相を構成する。他の1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のV相を構成する。残りの1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のW相を構成する。
第1電力変換回路部31の出力側導電体(出力バスバー)51は、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、第1の3相コネクタ1bに接続されている。すなわち、第1電力変換回路部31の出力側導電体51は、第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の3相のステータ巻線に接続されている。
第1電力変換回路部31の正極側導電体(Pバスバー)PIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の正極端子PBに接続されている。
第1電力変換回路部31の負極側導電体(Nバスバー)NIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の負極端子NBに接続されている。
つまり、第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換する。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31が、3個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1によって構成される。詳細には、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のU相を構成する。他の1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のV相を構成する。残りの1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第1電力変換回路部31のW相を構成する。
第1電力変換回路部31の出力側導電体(出力バスバー)51は、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、第1の3相コネクタ1bに接続されている。すなわち、第1電力変換回路部31の出力側導電体51は、第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の3相のステータ巻線に接続されている。
第1電力変換回路部31の正極側導電体(Pバスバー)PIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の正極端子PBに接続されている。
第1電力変換回路部31の負極側導電体(Nバスバー)NIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の負極端子NBに接続されている。
つまり、第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換する。
14個の第1実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第2電力変換回路部32が、6個の図1〜図3に示す第1実施形態の電力変換装置1によって構成される。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第2電力変換回路部32が、3個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1によって構成される。詳細には、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のU相を構成する。他の1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のV相を構成する。残りの1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のW相を構成する。
第2電力変換回路部32の出力側導電体(出力バスバー)52は、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、第2の3相コネクタ1cに接続されている。すなわち、第2電力変換回路部32の出力側導電体52は、第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の3相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32の正極側導電体(Pバスバー)PIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の正極端子PBと、第1電力変換回路部31の正極側導電体PIとに接続されている。
第2電力変換回路部32の負極側導電体(Nバスバー)NIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の負極端子NBと、第2電力変換回路部32の負極側導電体NIとに接続されている。
第2電力変換回路部32は、第2モータ13から入力される3相交流電力を直流電力に変換する。第2電力変換回路部32によって変換された直流電力は、バッテリ11及び第1電力変換回路部31の少なくとも一方に供給することが可能である。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第2電力変換回路部32が、3個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1によって構成される。詳細には、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のU相を構成する。他の1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のV相を構成する。残りの1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1が、第2電力変換回路部32のW相を構成する。
第2電力変換回路部32の出力側導電体(出力バスバー)52は、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、第2の3相コネクタ1cに接続されている。すなわち、第2電力変換回路部32の出力側導電体52は、第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の3相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32の正極側導電体(Pバスバー)PIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の正極端子PBと、第1電力変換回路部31の正極側導電体PIとに接続されている。
第2電力変換回路部32の負極側導電体(Nバスバー)NIは、U相、V相およびW相の3相分まとめられて、バッテリ11の負極端子NBと、第2電力変換回路部32の負極側導電体NIとに接続されている。
第2電力変換回路部32は、第2モータ13から入力される3相交流電力を直流電力に変換する。第2電力変換回路部32によって変換された直流電力は、バッテリ11及び第1電力変換回路部31の少なくとも一方に供給することが可能である。
14個の第1実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLが、6個の図1〜図3に示す第1実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UHによって構成される。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31のスイッチング素子UH、ULが、1つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成され、第1電力変換回路部31のスイッチング素子VH、VLが、2つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成され、第1電力変換回路部31のスイッチング素子WH、WLが、3つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成される。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第1電力変換回路部31のスイッチング素子UH、ULが、1つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成され、第1電力変換回路部31のスイッチング素子VH、VLが、2つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成され、第1電力変換回路部31のスイッチング素子WH、WLが、3つ目の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成される。
図10に示す例では、第1電力変換回路部31のU相スイッチング素子UH、V相スイッチング素子VH、W相スイッチング素子WH、および、第2電力変換回路部32のU相スイッチング素子UH、V相スイッチング素子VH、W相スイッチング素子WHが、正極側導電体PIに接続されている。正極側導電体PIは、コンデンサユニット23の正極バスバー50pに接続されている。
第1電力変換回路部31のU相スイッチング素子UL、V相スイッチング素子VL、W相スイッチング素子WL、および、第2電力変換回路部32のU相スイッチング素子UL、V相スイッチング素子VL、W相スイッチング素子WLが、負極側導電体NIに接続されている。負極側導電体NIは、コンデンサユニット23の負極バスバー50nに接続されている。
第1電力変換回路部31のU相スイッチング素子UL、V相スイッチング素子VL、W相スイッチング素子WL、および、第2電力変換回路部32のU相スイッチング素子UL、V相スイッチング素子VL、W相スイッチング素子WLが、負極側導電体NIに接続されている。負極側導電体NIは、コンデンサユニット23の負極バスバー50nに接続されている。
図10に示す例では、第1電力変換回路部31のU相スイッチング素子UHとU相スイッチング素子ULとの接続点TIと、V相スイッチング素子VHとV相スイッチング素子VLとの接続点TIと、W相スイッチング素子WHとW相スイッチング素子WLとの接続点TIとが、出力側導電体51に接続されている。
第2電力変換回路部32のU相スイッチング素子UHとU相スイッチング素子ULとの接続点TIと、V相スイッチング素子VHとV相スイッチング素子VLとの接続点TIと、W相スイッチング素子WHとW相スイッチング素子WLとの接続点TIとは、出力側導電体52に接続されている。
第2電力変換回路部32のU相スイッチング素子UHとU相スイッチング素子ULとの接続点TIと、V相スイッチング素子VHとV相スイッチング素子VLとの接続点TIと、W相スイッチング素子WHとW相スイッチング素子WLとの接続点TIとは、出力側導電体52に接続されている。
図10に示す例では、第1電力変換回路部31の出力側導電体51が、第1入出力端子Q1に接続されている。第1入出力端子Q1は、第1の3相コネクタ1bに接続されている。第1電力変換回路部31の各相の接続点TIは、出力側導電体51、第1入出力端子Q1、及び第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の各相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32の出力側導電体52は、第2入出力端子Q2に接続されている。第2入出力端子Q2は、第2の3相コネクタ1cに接続されている。第2電力変換回路部32の各相の接続点TIは、出力側導電体52、第2入出力端子Q2、及び第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の各相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32の出力側導電体52は、第2入出力端子Q2に接続されている。第2入出力端子Q2は、第2の3相コネクタ1cに接続されている。第2電力変換回路部32の各相の接続点TIは、出力側導電体52、第2入出力端子Q2、及び第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の各相のステータ巻線に接続されている。
図10に示す例では、第1電力変換回路部31のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれが、フライホイールダイオードを備えている。
同様に、第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれが、フライホイールダイオードを備えている。
同様に、第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれが、フライホイールダイオードを備えている。
図10に示す例では、ゲートドライブユニット29が、第1電力変換回路部31のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれにゲート信号を入力する。
同様に、ゲートドライブユニット29は、第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれにゲート信号を入力する。
第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換し、第1モータ12の3相のステータ巻線に交流のU相電流、V相電流、及びW相電流を供給する。第2電力変換回路部32は、第2モータ13の回転に同期がとられた第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれのオン(導通)/オフ(遮断)駆動によって、第2モータ13の3相のステータ巻線から出力される3相交流電力を直流電力に変換する。
同様に、ゲートドライブユニット29は、第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれにゲート信号を入力する。
第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換し、第1モータ12の3相のステータ巻線に交流のU相電流、V相電流、及びW相電流を供給する。第2電力変換回路部32は、第2モータ13の回転に同期がとられた第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれのオン(導通)/オフ(遮断)駆動によって、第2モータ13の3相のステータ巻線から出力される3相交流電力を直流電力に変換する。
14個の第1実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1、S2が、2個の図1〜図3に示す第1実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UHによって構成される。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1、S2が、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成される。
第3電力変換回路部33は、電圧コントロールユニット(VCU)である。第3電力変換回路部33は、1相分のハイサイドのスイッチング素子S1と、ローサイドのスイッチング素子S2とを備えている。
7個の第2または第3実施形態の電力変換装置1が、図10に示す車両10に用いられる場合には、第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1、S2が、1個の図5〜図9に示す第2または第3実施形態の電力変換装置1のスイッチング素子UH、ULによって構成される。
第3電力変換回路部33は、電圧コントロールユニット(VCU)である。第3電力変換回路部33は、1相分のハイサイドのスイッチング素子S1と、ローサイドのスイッチング素子S2とを備えている。
スイッチング素子S1の正極側の電極は、正極バスバーPVに接続されている。正極バスバーPVは、コンデンサユニット23の正極バスバー50pに接続されている。スイッチング素子S2の負極側の電極は、負極バスバーNVに接続されている。負極バスバーNVは、コンデンサユニット23の負極バスバー50nに接続されている。コンデンサユニット23の負極バスバー50nは、バッテリ11の負極端子NBに接続されている。スイッチング素子S1の負極側の電極は、スイッチング素子S2の正極側の電極に接続されている。スイッチング素子S1と、スイッチング素子S2とは、フライホイールダイオードを備えている。
第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1とスイッチング素子S2との接続点を構成するバスバー53は、リアクトル22の一端に接続されている。リアクトル22の他端は、バッテリ11の正極端子PBに接続されている。リアクトル22は、コイルと、コイルの温度を検出する温度センサとを備えている。温度センサは、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
第3電力変換回路部33は、ゲートドライブユニット29からスイッチング素子S1のゲート電極とスイッチング素子S2のゲート電極とに入力されるゲート信号に基づき、スイッチング素子S1とスイッチング素子S2とのオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。
第3電力変換回路部33は、昇圧時において、スイッチング素子S2がオン(導通)及びスイッチング素子S1がオフ(遮断)に設定される第1状態と、スイッチング素子S2がオフ(遮断)及びスイッチング素子S1がオン(導通)に設定される第2状態とを交互に切り替える。第1状態では、順次、バッテリ11の正極端子PB、リアクトル22、スイッチング素子S2、バッテリ11の負極端子NBへと電流が流れ、リアクトル22が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第2状態では、リアクトル22に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル22の両端間に起電圧(誘導電圧)が発生する。リアクトル22に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ11の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第3電力変換回路部33の正極バスバーPVと負極バスバーNVとの間に印加される。
第3電力変換回路部33は、回生時において、第2状態と、第1状態とを交互に切り替える。第2状態では、順次、第3電力変換回路部33の正極バスバーPV、スイッチング素子S1、リアクトル22、バッテリ11の正極端子PBへと電流が流れ、リアクトル22が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第1状態では、リアクトル22に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル22の両端間に起電圧(誘導電圧)が発生する。リアクトル22に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間の電圧よりも低い降圧電圧がバッテリ11の正極端子PBと負極端子NBとの間に印加される。
コンデンサユニット23は、第1平滑コンデンサ41と、第2平滑コンデンサ42と、ノイズフィルタ43と、を備えている。
第1平滑コンデンサ41は、バッテリ11の正極端子PBと負極端子NBとの間に接続されている。第1平滑コンデンサ41は、第3電力変換回路部33の回生時におけるスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極側導電体PI及び負極側導電体NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。第2平滑コンデンサ42は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、複数の正極側導電体PI及び負極側導電体NI、並びに正極バスバーPV及び負極バスバーNVに接続されている。第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれのオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。第2平滑コンデンサ42は、第3電力変換回路部33の昇圧時におけるスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極側導電体PI及び負極側導電体NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。第2平滑コンデンサ42は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、複数の正極側導電体PI及び負極側導電体NI、並びに正極バスバーPV及び負極バスバーNVに接続されている。第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれのオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。第2平滑コンデンサ42は、第3電力変換回路部33の昇圧時におけるスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
ノイズフィルタ43は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極側導電体PI及び負極側導電体NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。ノイズフィルタ43は、直列に接続される2つのコンデンサを備えている。2つのコンデンサの接続点は、車両10のボディグラウンド等に接続されている。
抵抗器24は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極側導電体PI及び負極側導電体NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。
抵抗器24は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極側導電体PI及び負極側導電体NI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。
第1電流センサ25は、第1電力変換回路部31の各相の接続点TIを成し、第1入出力端子Q1と接続される出力側導電体51に配置され、U相、V相、及びW相の各々の電流を検出する。第2電流センサ26は、第2電力変換回路部32の各相の接続点TIを成すとともに第2入出力端子Q2と接続される出力側導電体52に配置され、U相、V相、及びW相の各々の電流を検出する。第3電流センサ27は、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の接続点を成すとともにリアクトル22と接続されるバスバー53に配置され、リアクトル22に流れる電流を検出する。
第1電流センサ25、第2電流センサ26、及び第3電流センサ27の各々は、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
第1電流センサ25、第2電流センサ26、及び第3電流センサ27の各々は、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
電子制御ユニット28は、第1モータ12及び第2モータ13の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット28は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPU等のプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、及びタイマー等の電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。なお、電子制御ユニット28の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路であってもよい。例えば、電子制御ユニット28は、第1電流センサ25の電流検出値と第1モータ12に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット29に入力する制御信号を生成する。例えば、電子制御ユニット28は、第2電流センサ26の電流検出値と第2モータ13に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット29に入力する制御信号を生成する。制御信号は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれをオン(導通)/オフ(遮断)駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
ゲートドライブユニット29は、電子制御ユニット28から受け取る制御信号に基づいて、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WH、WLのそれぞれを実際にオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の各々をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33の昇圧時における昇圧電圧指令又は第3電力変換回路部33の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の比率である。
ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33のスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の各々をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33の昇圧時における昇圧電圧指令又は第3電力変換回路部33の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の比率である。
図10に示す例では、第1から第3実施形態の電力変換装置1が車両10に適用されるが、他の例では、例えばエレベータ、ポンプ、ファン、鉄道車両、空気調和機、冷蔵庫、洗濯機などのような車両10以外のものに対して第1から第3実施形態の電力変換装置1を適用してもよい。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…電力変換装置、UH…スイッチング素子、UHA…面、UHA1…電極、UHB…面、UHB1…電極、UHB2…電極、UL…スイッチング素子、ULA…面、ULA1…電極、ULB…面、ULB1…電極、ULB2…電極、SA…基板、SA1…電気絶縁層、SA2A…導電層、SA2A1…端部、tSA2A…厚さ、X…突出量、PSA…上端位置、SA2B…導電層、SA2B1…端部、SA3…導電層、SA3A…端部、SA3B…端部、SB…基板、SB1…電気絶縁層、SB2…導電層、SB2A…端部、SB2B…端部、SB3A…導電層、SB3A1…端部、SB3B…導電層、SB3B1…端部、SH…駆動信号入力部、SL…駆動信号入力部、SPUH…スペーサ、SUH1…端部、PSP…上端位置、SPUL…スペーサ、SPUL1…端部、WH…接続線、WL…接続線、10…車両
Claims (4)
- 一方の面に、第1電極と、駆動信号が入力される第2電極とが配置されたスイッチング素子と、
前記第1電極に対向する第1導電層と、第1電気絶縁層と、前記第1電気絶縁層を隔てて前記第1導電層の反対側に配置された第2導電層とを備える第1基板と、
前記第2電極と駆動信号入力部とを接続する接続線とを備え、
前記スイッチング素子の前記第1電極は、前記第1基板の前記第1導電層に電気的に接続されており、
前記第1導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第2導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置する、
電力変換装置。 - 前記スイッチング素子の他方の面には、第3電極が配置され、
前記第3電極に対向する第3導電層と、第2電気絶縁層と、前記第2電気絶縁層を隔てて前記第3導電層の反対側に配置された第4導電層とを備える第2基板を更に備え、
前記第3電極は、前記第3導電層に電気的に接続されており、
前記第3導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、前記第4導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部は、
前記第3導電層のうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも、前記駆動信号入力部から離れる側に位置する、
請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第1導電層に電気的に接続される一方の面と、前記第1電極に電気的に接続される他方の面とを有するスペーサを更に備え、
前記第1導電層の前記端部は、
前記第1導電層の厚さ分以上、
前記スペーサのうちの前記駆動信号入力部の側の端部よりも前記駆動信号入力部の側に位置する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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