JP2019180113A - Power conversion device - Google Patents
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- H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
Abstract
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、ジェネレータ及びモータが収容される駆動装置ケースと、駆動装置ケースに搭載されるパワーコントロールユニットと、を備える車両用駆動ユニットが知られている(例えば、特許文献1参照)。この車両用駆動ユニットにおいて、パワーコントロールユニットは、ジェネレータ及びモータの各々に接続される2つのインバータ、2つのインバータを制御する制御部、及び電流センサなどを、ユニットケース内に備えている。駆動装置ケースの外形は円筒状に形成され、駆動装置ケースは、軸線方向が車幅方向となるように配置されている。ユニットケースの外形は箱状に形成され、ユニットケースは、車両の上下方向において駆動装置ケースの上面に載せ置かれるように配置されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle drive unit including a drive device case in which a generator and a motor are housed and a power control unit mounted on the drive device case is known (see, for example, Patent Document 1). In this vehicle drive unit, the power control unit includes two inverters connected to each of the generator and the motor, a control unit that controls the two inverters, a current sensor, and the like in the unit case. The outer shape of the drive device case is formed in a cylindrical shape, and the drive device case is arranged such that the axial direction is the vehicle width direction. The outer shape of the unit case is formed in a box shape, and the unit case is disposed so as to be placed on the upper surface of the drive device case in the vertical direction of the vehicle.
ところで、上記従来技術の一例に係る車両用駆動ユニットによれば、パワーコントロールユニットを構成する複数のコンポーネント(例えば、スイッチング素子モジュール、リアクトル、及びコンデンサなど)は積層配置され、各コンポーネントが階層ごとに区分けされて配置されている。これにより、複数のコンポーネントを相互に電気的に接続する接続線が長くなるという問題が生じる。
また、パワーコントロールユニットにおける複数のコンポーネントの積層方向は、駆動装置ケース及びユニットケースが積み重ねられる方向、つまり車両の上下方向と平行に設定されている。これにより、車両の上下方向における駆動ユニット全体の寸法が増大して、車両におけるスペース効率及びレイアウト性を向上させることができないおそれがある。
By the way, according to the vehicle drive unit according to the above-described prior art, a plurality of components (for example, a switching element module, a reactor, a capacitor, and the like) constituting the power control unit are stacked and each component is arranged for each layer. It is divided and arranged. Thereby, the problem that the connection line which electrically connects a some component mutually becomes long arises.
Further, the stacking direction of the plurality of components in the power control unit is set to be parallel to the direction in which the drive device case and the unit case are stacked, that is, the vertical direction of the vehicle. Thereby, the dimension of the whole drive unit in the up-down direction of a vehicle may increase, and there exists a possibility that the space efficiency and layout property in a vehicle cannot be improved.
本発明は、配線効率を向上させるとともに、他の機器に取り付けられる際のスペース効率及びレイアウト性を向上させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the power converter device which can improve the space efficiency and layout property at the time of attaching to other apparatuses while improving wiring efficiency.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子(例えば、実施形態でのハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WH、及びローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WL)から成る半導体モジュール(例えば、実施形態での半導体モジュール61U,61V,61W)と、前記半導体モジュールに電気的に接続されるコンデンサ(例えば、実施形態でのコンデンサユニット23)と、前記半導体モジュール及び前記コンデンサを接続する正極導電体(例えば、実施形態での正極バスバー50p,PI)及び負極導電体(例えば、実施形態での負極バスバー50n,NI)から成る導電体組(例えば、実施形態での導電体組67)と、を備え、前記コンデンサが配置される配置面(例えば、実施形態での配置面SA)に平行な方向(例えば、実施形態でのY軸方向)から見て、前記半導体モジュール及び前記コンデンサの相互の少なくとも一部は、前記配置面に対する直交方向(例えば、実施形態でのZ軸方向)における位置が重複するように配置され、前記導電体組は、前記正極導電体及び前記負極導電体が相互に向かい合った状態で、前記半導体モジュール及び前記コンデンサの前記直交方向における位置が重複する範囲(例えば、実施形態での位置が重複する範囲ZA)内において前記配置面に平行な方向に沿って延出して、前記半導体モジュールと前記コンデンサとの間を接続している。
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) A power converter according to an aspect of the present invention includes a plurality of switching elements (for example, the high-side arm transistors UH, VH, and WH and the low-side arm transistors UL, VL, and WL in the embodiment). A semiconductor module (for example,
(2)上記(1)に記載の電力変換装置では、前記コンデンサから前記半導体モジュールに向かって延びる前記正極導電体(例えば、実施形態での正極バスバー50p)及び前記負極導電体(例えば、実施形態での負極バスバー50n)は、前記直交方向における位置が重複する範囲内において、相互に向かい合った状態で曲げられた曲げ部(例えば、実施形態での第1曲げ部72p,72n及び第2曲げ部73p,73n)を有してもよい。
(2) In the power conversion device according to (1), the positive electrode conductor (for example, positive
(3)上記(1)又は(2)に記載の電力変換装置では、前記コンデンサを構成する複数のコンデンサ素子(例えば、実施形態でのコンデンサ素子23a)は、前記配置面に平行な方向(例えば、実施形態でのX軸方向及びY軸方向)に配列されてもよい。
(3) In the power conversion device according to (1) or (2) above, a plurality of capacitor elements (for example, the
(4)上記(1)から(3)の何れか1つに記載の電力変換装置は、複数の前記半導体モジュールが積層されて成る積層体(例えば、実施形態での積層体64)と、前記積層体の積層方向における異なる位置において、前記複数の前記半導体モジュールの各々から前記コンデンサに向かって延びる、複数の相互に向かい合った前記正極導電体(例えば、実施形態での正極バスバーPI)及び前記負極導電体(例えば、実施形態での負極バスバーNI)と、を備えてもよい。
(4) In the power conversion device according to any one of (1) to (3), a stacked body in which a plurality of the semiconductor modules are stacked (for example, the
上記(1)によれば、半導体モジュール及びコンデンサは配置面に対する直交方向における位置が重複し、この直交方向における位置が重複する範囲内において、導電体組が配置面に平行な方向に延出することにより、電力変換装置の全体の厚さを抑えて形成することができるとともに、配線効率を向上させることができる。 According to the above (1), the positions of the semiconductor module and the capacitor in the direction orthogonal to the arrangement surface overlap, and the conductor set extends in a direction parallel to the arrangement surface within a range where the position in the orthogonal direction overlaps. As a result, it is possible to reduce the overall thickness of the power conversion device and improve the wiring efficiency.
上記(2)の場合、正極導電体及び負極導電体は相互に向かい合った曲げ部を有することにより、導電体組をコンデンサの外周に沿ってスペース効率よく配置することができる。
上記(3)の場合、コンデンサの全体の厚さを抑えて形成することができる。
上記(4)の場合、複数の半導体モジュールから成る積層体を備える場合であっても、電力変換装置の全体の厚さを抑えて形成することができるとともに、配線効率を向上させることができる。
In the case of (2) above, the positive electrode conductor and the negative electrode conductor have the bent portions facing each other, so that the conductor set can be arranged in a space-efficient manner along the outer periphery of the capacitor.
In the case of (3) above, the capacitor can be formed with a reduced thickness.
In the case of the above (4), even when a laminated body composed of a plurality of semiconductor modules is provided, the power converter can be formed while suppressing the overall thickness, and the wiring efficiency can be improved.
以下、本発明の電力変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a power conversion device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態による電力変換装置は、モータとバッテリとの間の電力授受を制御する。例えば、電力変換装置は、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。 The power converter according to the present embodiment controls power transfer between the motor and the battery. For example, the power conversion device is mounted on an electric vehicle or the like. The electric vehicle is an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or the like. An electric vehicle is driven using a battery as a power source. The hybrid vehicle is driven using a battery and an internal combustion engine as power sources. The fuel cell vehicle is driven using the fuel cell as a power source.
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の構成を模式的に示す図であり、モータ12の軸方向から見て、モータ12の一部を破断し、電力変換装置1の一部を省略して示す図である。図2は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の車両10における搭載例を示す図である。図3は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1を搭載する車両10の一部の構成を示す図である。なお、以下において、3次元空間で互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸の各軸方向は、各軸に平行な方向である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a
<車両>
図2及び図3に示すように、車両10は、電力変換装置1に加えて、バッテリ11(BATT)と、走行駆動用のモータ12(MOT)と、を備えている。
バッテリ11は、例えば、車両10の動力源である高圧のバッテリである。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。
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。モータ12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てもよい。モータ12には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ12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。
<Vehicle>
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
The
図1に示すように、モータ12は、ハウジング14と、シャフト15と、ロータ16と、ステータ17と、第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19と、を備えている。モータ12は、例えば、インナーロータ型である。ハウジング14は、シャフト15を軸心Oの軸周りに回転可能に支持するとともに、ロータ16及びステータ17を内部に収容している。シャフト15は、ハウジング14の内部においてロータ16に取り付けられるとともに、ハウジング14の外部において他の機器に接続されている。
ロータ16は、シャフト15に固定されるロータコアと、ロータコアに装着される界磁用の複数の永久磁石と、を備えている。ステータ17は、ハウジング14に固定されるステータコアと、ロータ16を回転させる回転磁界を発生させるための3相のステータ巻線と、を備えている。モータ12の3相のステータ巻線は、電力変換装置1の3相コネクタ1bに接続されている。
As shown in FIG. 1, the
The
第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19はハウジング14に設けられている。第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19は、例えば、ハウジング14に固定される配管又はハウジング14に形成される管状部位などである。第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19の各々の内部空間は、電力変換装置1の冷却用の冷媒が流通する各流路を形成している。第1冷媒流通部18の流路は、ハウジング14に形成される冷媒流入口18aに通じている。第2冷媒流通部19の流路は、ハウジング14に形成される冷媒流出口19aに通じている。第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19の各々は、後述する電力変換装置1の第1連結部65及び第2連結部66の各々に接続されている。
The first
図1及び図2に示すように、X軸方向はモータ12の軸心Oの方向と平行である。モータ12は、例えば、軸心Oの方向が車両10の左右方向と平行になるようにして、車両10の前後方向後方の車体後部に配置されている。例えば、車両10の左右方向はX軸方向と平行であり、車両10の前後方向はY軸方向と平行であり、車両10の上下方向はZ軸方向と平行である。さらに、車両10の左右方向左方はX軸方向の正方向であり、車両10の前後方向前方はY軸方向の正方向であり、車両10の上下方向上方はZ軸方向の正方向である。モータ12は、例えば、リヤパネル10dの後方に設けられる車体後部の動力搭載室10eに配置されている。バッテリ11は、例えば、ダッシュボードロアパネル10aよりも後方に設けられる車室10cにおけるフロアパネルの下方に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the X-axis direction is parallel to the direction of the axis O of the
<電力変換装置>
電力変換装置1は、例えば、モータ12のハウジング14に取り付けられている。電力変換装置1は、例えば、車両10の上下方向におけるモータ12の上方側に配置されている。
図3に示すように、電力変換装置1は、パワーモジュール21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27と、電子制御ユニット28(MOT ECU)と、ゲートドライブユニット29(G/D)と、を備えている。
<Power conversion device>
The
As shown in FIG. 3, the
パワーモジュール21は、例えば、1つの電力変換回路部31を備えている。電力変換回路部31は、3相コネクタ1bによってモータ12の3相のステータ巻線に接続されている。電力変換回路部31は、バッテリ11から入力される直流電力を3相交流電力に変換する。電力変換回路部31は、モータ12から入力される3相交流電力を直流電力に変換してもよい。電力変換回路部31によって変換された直流電力は、バッテリ11に供給することが可能である。
The
電力変換回路部31は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備えている。例えば、スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、又はMOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームU相トランジスタUH,ULと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームV相トランジスタVH,VLと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームW相トランジスタWH,WLとが、それぞれブリッジ接続されている。
The power
ハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHは、コレクタが正極バスバーPIに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバー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。
ローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLは、エミッタが負極バスバーNIに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバー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。
なお、各正極バスバーPI,50p同士の接続及び各負極バスバーNI,50n同士の接続には、例えば、ボルト締結よりも小型であるとともに、絶縁部位の熱損傷を抑制するように、レーザ溶接又はクリップによる接続などが採用されている。
Each of the transistors UH, VH, and WH of the high side arm has a collector connected to the positive bus bar PI to constitute a high side arm. In each phase, each positive electrode bus bar PI of the high side arm is connected to the positive
Each of the transistors UL, VL, WL of the low side arm constitutes a low side arm with the emitter connected to the negative bus bar NI. In each phase, each negative bus bar NI of the low side arm is connected to the
In addition, the connection between the positive electrode bus bars PI, 50p and the connection between the negative electrode bus bars NI, 50n are, for example, laser welding or clip so as to be smaller than the bolt fastening and suppress thermal damage of the insulating portion. Connection by is adopted.
各相においてハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHのエミッタは、接続点TIにおいてローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLのコレクタに接続されている。
電力変換回路部31の各相において接続点TIを形成する入出力バスバー51は入出力端子Q1に接続されている。入出力端子Q1は、3相コネクタ1bに接続されている。電力変換回路部31の各相の接続点TIは、入出力バスバー51、入出力端子Q1、及び3相コネクタ1bを介してモータ12の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
In each phase, the emitters of the transistors UH, VH, WH of the high side arm are connected to the collectors of the transistors UL, VL, WL of the low side arm at the connection point TI.
The input /
The bridge circuit includes a diode connected in a forward direction from the emitter to the collector between the collectors and emitters of the transistors UH, UL, VH, VL, WH, and WL.
電力変換回路部31は、ゲートドライブユニット29から各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。電力変換回路部31は、バッテリ11から入力される直流電力を3相交流電力に変換し、モータ12の3相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、3相のステータ巻線に交流のU相電流、V相電流、及びW相電流を通電する。電力変換回路部31は、モータ12の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン(導通)/オフ(遮断)駆動によって、モータ12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してもよい。
The power
コンデンサユニット23は、平滑コンデンサ41と、ノイズフィルタ43と、を備えている。
平滑コンデンサ41は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、電力変換回路部31の複数の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間に接続されている。平滑コンデンサ41は、電力変換回路部31の各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WL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。
The
The smoothing
ノイズフィルタ43は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、電力変換回路部31の複数の正極バスバーPI及び負極バスバーNI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、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、電力変換回路部31の複数の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間に接続されている。
The
The
第1電流センサ25は、電力変換回路部31の各相の接続点TIを成し、入出力端子Q1と接続される入出力バスバー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27は、抵抗器24と直流コネクタ1aとの間に配置され、バッテリ11の出力電流を検出する。
第1電流センサ25及び第2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。
The first
Each of the first
電子制御ユニット28は、モータ12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1電流センサ25の電流検出値とモータ12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してもよい。制御信号は、電力変換回路部31の各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WL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。
The
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、電力変換回路部31の各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WL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。
The
図4は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の斜視図である。図5は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1の一部を拡大して示す斜視図である。図6は、図4に示すA−A線の位置でX−Z平面により切断した断面図である。図7は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1においてゲートドライブユニット29の回路基板29aを省略してZ軸方向から見た図である。図8は、本発明の実施形態に係る電力変換装置1においてゲートドライブユニット29の回路基板29aを省略してX軸方向から見た図である。
図1及び図4に示すように、電力変換装置1は、複数の半導体モジュール61と、複数の冷却体62と、複数の管状部材63と、を備えている。複数の半導体モジュール61及び複数の冷却体62は、交互に積層されて積層体64を形成している。積層体64において、複数の冷却体62は、複数の管状部材63によって積層方向に接続されている。例えば、積層方向はZ軸方向である。
FIG. 4 is a perspective view of the
As shown in FIGS. 1 and 4, the
複数の半導体モジュール61の各々は、例えば、電力変換回路部31におけるハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子によって形成される素子列を備えている。例えば、複数の半導体モジュール61は、U相、V相、及びW相の各半導体モジュール61U,61V,61Wである。U相の半導体モジュール61Uは、電力変換回路部31におけるハイサイドアーム及びローサイドアームU相トランジスタUH,ULの素子列を備えている。V相の半導体モジュール61Vは、電力変換回路部31におけるハイサイドアーム及びローサイドアームV相トランジスタVH,VLの素子列を備えている。W相の半導体モジュール61Wは電力変換回路部31におけるハイサイドアーム及びローサイドアームW相トランジスタWH,WLの素子列を備えている。
Each of the plurality of
例えば、各半導体モジュール61U,61V,61Wにおいて、各相の素子列は、電気的絶縁性の樹脂材料を用いたモールド成型によって形成される樹脂モールド体(図示略)の内部に一体的に固定されている。各相の素子列において、ハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタは、例えば、X軸及びY軸によるX−Y平面に平行な平面内においてX軸方向に並んで配置されている。
各半導体モジュール61U,61V,61Wにおいて、冷却体62に接触する冷却面(図示略)は樹脂モールド体の表面から外部に露出している。各半導体モジュール61U,61V,61Wの冷却面は、例えば、樹脂モールド体の内部において各素子列に接続される絶縁基板に設けられる導電体の表面である。絶縁基板は、例えば、DCB(Direct Copper Bonding)基板である。DCB基板は、セラミックス基板と、セラミックス基板の厚さ方向の両面に設けられる2つの銅板とを備えている。2つ銅板は、セラミックス基板を厚さ方向の両側から挟み込むとともに、セラミックス基板によって電気的に絶縁されている。
For example, in each of the
In each of the
各半導体モジュール61U,61V,61Wにおいて、各素子列に接続される正極バスバーPI、負極バスバーNI、入出力バスバー51、及び制御電極61aは、樹脂モールド体の外部に突出している。例えば、Z軸方向に積層された3相の半導体モジュール61U,61V,61Wの各々において、Z軸方向(つまり積層方向)における異なる位置から、正極バスバーPI及び負極バスバーNIはY軸方向の負方向側に突出し、入出力バスバー51及び制御電極61aはY軸方向の正方向側に突出している。Y軸方向の正方向側における各樹脂モールド体の外部において、制御電極61aは、ゲートドライブユニット29の回路基板29aに接続されている。入出力バスバー51は、ゲートドライブユニット29の回路基板29aを貫通して、入出力端子Q1及び3相コネクタ1bに接続されている。
In each of the
複数の冷却体62の各々の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。各冷却体62の内部には、冷媒が流通する流路が形成されている。各冷却体62の流路と、複数の冷却体62を積層方向(つまりZ軸方向)に接続する複数の管状部材63(例えば、冷媒供給管63a及び冷媒排出管63b)の内部流路とは、相互に通じている。
各冷却体62は、各半導体モジュール61が搭載される搭載面を備えている。各冷却体62は、厚さ方向における搭載面の反対側の内面(つまり、冷媒の流路を形成する壁面の一部)上にヒートシンクとして機能する複数のフィン(図示略)を備えている。
The external shape of each of the plurality of cooling
Each cooling
複数の冷却体62を積層方向に接続する冷媒供給管63a及び冷媒排出管63bは、積層方向に直交するX軸方向において、複数の半導体モジュール61を間に挟んで、相互の反対側(つまり、X軸方向における積層体64の両側)に配置されている。冷媒供給管63a及び冷媒排出管63bは、例えば、Z軸方向の負方向側において、積層体64の端部を成す冷却体62の端面から外方に向かって突出している。
The
電力変換装置1は、冷媒供給管63a及び冷媒排出管63bに連結される第1連結部65及び第2連結部66を備えている。
第1連結部65は、冷媒供給管63aとモータ12の第1冷媒流通部18とを連結している。第2連結部66は、冷媒排出管63bとモータ12の第2冷媒流通部19とを連結している。例えば、第1連結部65及び第2連結部66の各々の外形は、管状に形成されている。第1連結部65及び第2連結部66の各々は、積層体64とモータ12との間において、Z軸方向に延びるように形成されている。
第1連結部65及び第2連結部66の各々の内部に形成される各連結流路と、冷媒供給管63a及び冷媒排出管63bの各内部流路と、第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19の各流路とは、相互に通じている。
The
The first connecting
Each connection flow path formed inside each of the
電力変換装置1を冷却する冷媒は、先ず、モータ12のハウジング14に形成された冷媒流入口18aから第1冷媒流通部18の流路内に流入する。次に、冷媒は、第1冷媒流通部18の流路から、第1連結部65の連結流路と、冷媒供給管63aの内部流路と、各冷却体62の流路とに、順次に流れる。次に、冷媒は、各冷却体62の流路から、冷媒排出管63bの内部流路と、第2連結部66の連結流路と、第2冷媒流通部19の流路とに、順次に流れる。次に、冷媒は、モータ12のハウジング14に形成された冷媒流出口19aから外部に流出する。
The refrigerant that cools the
コンデンサユニット23は、複数のコンデンサ素子23aによって構成されている。各コンデンサ素子23aの外形は、例えば、円柱状に形成されている。複数のコンデンサ素子23aは、所定の配置面SA上において配置面SAに平行な方向(例えば、X軸方向及びY軸方向)に配列されている。例えば、複数のコンデンサ素子23aの各々は、中心軸の方向を配置面SAに対する直交方向に平行として、配置面SAに平行な方向に配列されている。配置面SAは、例えば、X−Y平面に平行な平面である。
図6に示すように、複数のコンデンサ素子23aの各々は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nに接続されている。例えば、各コンデンサ素子23aの正極側の接続端はZ軸方向の正方向側の端部に設けられ、負極側の接続端はZ軸方向の負方向側の端部に設けられている。これにより、正極バスバー50pは、複数のコンデンサ素子23aをZ軸方向の正方向側から覆うように、複数のコンデンサ素子23aのZ軸正方向側端部に跨って配置されている。負極バスバー50nは、複数のコンデンサ素子23aをZ軸方向の負方向側から覆うように、複数のコンデンサ素子23aのZ軸負方向側端部に跨って配置されている。正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、例えば、コンデンサユニット23のX軸負方向側端部23AからX軸方向の負方向側に引き出されるとともに、コンデンサユニット23のX軸負方向側端部23Aの表面に沿って曲げられることによって、互いにX軸方向で対向するように形成されている。
The
As shown in FIG. 6, each of the plurality of
図1、図4、及び図5に示すように、積層体64を構成する複数の半導体モジュール61U,61V,61Wは、所定の配置面SB上に積層して配置されている。所定の配置面SBは、例えば、配置面SAつまりX−Y平面に平行な平面である。
コンデンサユニット23と、複数の半導体モジュール61(61U,61V,61W)から成る積層体64とは、相互の配置面SA,SBに平行な方向に並んで配置されている。積層体64の積層方向は、配置面SBに対する直交方向に平行であるとともに、上述したようにZ軸方向に平行である。配置面SBに平行な方向、例えばY軸方向から見て、コンデンサユニット23及び積層体64の相互の少なくとも一部は、相互の配置面SA,SBに対する直交方向(つまりZ軸方向)における位置が重複するように配置されている。例えば、コンデンサユニット23及び積層体64の各々のZ軸方向における厚さは、ほぼ同一の厚さに形成されている。これにより、Y軸方向から見て、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の相互の少なくとも一部(例えば、ほぼ全体)は重なり合っている。
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the plurality of
The
また、相互の配置面SA,SBに平行な方向において、コンデンサユニット23及び積層体64に隣り合うように直流コネクタ1a又は3相コネクタ1bが配置されている。例えば、直流コネクタ1aは、積層体64に対してX軸方向の正方向側に配置されるとともに、コンデンサユニット23に対して積層体64と共にY軸方向の正方向側に配置されている。
ゲートドライブユニット29の回路基板29aは、例えば、第1部位29a1と、第1部位29a1の法線方向に屈曲した第2部位29a2と、を備えている。第1部位29a1は、コンデンサユニット23及び積層体64に対してZ軸方向の正方向側に積層されるように、配置面SA,SB(つまりX−Y平面)に平行に配置されている。第2部位29a2は、積層体64に対してY軸方向の正方向側に並ぶように、X−Z平面に平行に配置されている。
Further, the
The
各半導体モジュール61U,61V,61Wの正極バスバーPI及び負極バスバーNIと、コンデンサユニット23の正極バスバー50p及び負極バスバー50nとは、同極同士で接続されて、導電体組67を形成している。
図7及び図8に示すように、各半導体モジュール61U,61V,61Wの正極バスバーPI及び負極バスバーNIは、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の位置が重複する範囲ZA内において、各配置面SA,SBに平行な方向に沿ってコンデンサユニット23に向かって延びている。例えば、各正極バスバーPI及び負極バスバーNIは、Z軸方向において電気的絶縁部材68を間に挟んで相互に向かい合った状態で、各半導体モジュール61U,61V,61WからY軸方向の負方向に延びている。例えば、各半導体モジュール61U,61V,61Wの外部において、負極バスバーNIのY軸方向の長さは、電気的絶縁部材68のY軸方向の長さよりも長く形成され、正極バスバーPIのY軸方向の長さは、電気的絶縁部材68のY軸方向の長さよりも短く形成されている。これにより、Y軸方向の負方向側において、電気的絶縁部材68は正極バスバーPIの先端よりも突出する部位を有し、負極バスバーNIは電気的絶縁部材68の先端よりも突出する部位を有している。
The positive electrode bus bar PI and negative electrode bus bar NI of each
As shown in FIGS. 7 and 8, the positive bus bar PI and the negative bus bar NI of each
コンデンサユニット23の正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の位置が重複する範囲ZA内において、各配置面SA,SBに平行な方向に沿って積層体64に向かって延びている。例えば、正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、電気的絶縁部材69を間に挟んで相互に向かい合った状態で、Y軸方向に延びている。
正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、各半導体モジュール61U,61V,61Wに向かって突出するとともに、各半導体モジュール61U,61V,61Wの正極バスバーPI及び負極バスバーNIに接続される3つの正極接続部71p及び負極接続部71nを備えている。
正極接続部71pは、第1曲げ部72p及び第2曲げ部73pを備え、負極接続部71nは、第1曲げ部72n及び第2曲げ部73nを備えている。
The positive
The positive
The positive
例えば、正極接続部71p及び負極接続部71nは、X軸方向において電気的絶縁部材69を間に挟んで相互に向かい合った状態で、Y軸方向の正方向に延びている。各第1曲げ部72p,72nは、電気的絶縁部材69を間に挟んで相互に向かい合った状態で、正極接続部71p及び負極接続部71nの各々から、コンデンサ素子23aの外周に沿うように、X軸方向の正方向に曲げられている。各第2曲げ部73p,73nは、電気的絶縁部材69を間に挟んで相互に向かい合った状態で、各第1曲げ部72p,72nからY軸方向の正方向に曲げられている。
例えば、正極側の第2曲げ部73pのY軸方向の長さは、電気的絶縁部材69のY軸方向の長さよりも長く形成され、負極側の第2曲げ部73nのY軸方向の長さは、電気的絶縁部材69のY軸方向の長さよりも短く形成されている。これにより、Y軸方向の正方向側において、電気的絶縁部材69は負極側の第2曲げ部73nの先端よりも突出する部位を有し、正極側の第2曲げ部73pは電気的絶縁部材69の先端よりも突出する部位を有している。
For example, the positive
For example, the length in the Y-axis direction of the second
図8に示すように、各半導体モジュール61U,61V,61WからY軸方向の負方向に延びる正極バスバーPI及び負極バスバーNIの各々と、コンデンサユニット23からY軸方向の正方向に延びる正極バスバー50p及び負極バスバー50nの各第2曲げ部73p,73nとは、各配置面SA,SBに対する直交方向(つまりZ軸方向)で重なり合って接続されている。
As shown in FIG. 8, each of positive electrode bus bar PI and negative electrode bus bar NI extending from each
上述したように、本実施形態の電力変換装置1によれば、Y軸方向から見て、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の相互の少なくとも一部は重なり合っていることにより、電力変換装置1の全体の厚さを抑えて形成することができる。また、コンデンサユニット23を構成する複数のコンデンサ素子23aは、所定の配置面SA上において配置面SAに平行な方向(例えば、X軸方向及びY軸方向)に配列されていることにより、コンデンサユニット23のZ軸方向における厚さが増大することを抑制することができる。
また、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の位置が重複する範囲ZA内において、各正極バスバーPI,50p及び負極バスバーNI,50nが各配置面SA,SBに平行な方向に延出することにより、コンデンサユニット23と各半導体モジュール61U,61V,61Wとを効率よく接続することができる。
As described above, according to the
Further, in the range ZA where the positions of the
また、正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、コンデンサ素子23aの外周に沿うように曲げられた第1曲げ部72p,72nを備えることにより、正極バスバー50p及び負極バスバー50nをスペース効率よく配置することができる。
また、正極バスバー50p及び負極バスバー50nは、相互に向かい合った状態で曲げられた第1曲げ部72p,72n及び第2曲げ部73p,73nを有することにより、互いに向かい合っていない部位での長さの増大を抑制しながら、互いに向かい合った配置状態で各半導体モジュール61U,61V,61Wに向かって引き出されている。これにより、相互の磁束の打ち消し作用及び互いに向かい合っていない部位の長さの増大抑制によって、各半導体モジュール61U,61V,61Wとコンデンサユニット23との間における浮遊インダクタンスの増加を抑制することができる。
また、複数の半導体モジュール61から成る積層体64を備える場合であっても、各半導体モジュール61から延びる正極バスバーPI及び負極バスバーNIは、Z軸方向におけるコンデンサユニット23及び積層体64の位置が重複する範囲ZA内において、積層方向における異なる位置からコンデンサユニット23に向かって延びているので、電力変換装置1の全体の厚さを抑えて形成することができるとともに、配線効率を向上させることができる。
Moreover, the positive
Further, the positive
Even in the case of including the stacked
また、積層体64における冷媒の流路と、モータ12の第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19の流路とは、第1連結部65及び第2連結部66によって連結されるので、例えば、電力変換装置1とモータ12の各々で独立した冷却系を備える場合に比べて、冷却系が複雑になることを抑制し、冷却系をコンパクトに形成することができる。
Further, the flow path of the refrigerant in the
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、モータ12及び電力変換装置1は、車両10の前後方向後方の車体後部に配置されるとしたが、これに限定されない。
モータ12及び電力変換装置1は、車両10における適宜の位置、例えば図2に示すダッシュボードロアパネル10aの前方に設けられる車体前部の動力搭載室10bなどに配置されてもよい。
Hereinafter, modifications of the embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the
The
なお、上述した実施形態において、電力変換装置1は、車両10の上下方向におけるモータ12の上方側に配置されているとしたが、これに限定されない。
電力変換装置1は、モータ12に対する適宜の位置、例えば車両10の上下方向におけるモータ12の下方側などに配置されてもよい。
In the above-described embodiment, the
The
なお、上述した実施形態において、電力変換装置1を冷却する冷媒とモータ12を冷却する冷媒とが同一である場合には、第1冷媒流通部18及び第2冷媒流通部19の代わりに、予めモータ12に設けられるモータ冷却系の冷媒流通部を用いてもよい。
この場合には、電力変換装置1及びモータ12を一体的に冷却することができ、冷却系の構成に必要とされる部品点数を削減して、コンパクトな冷却系を構成することができる。
In the above-described embodiment, when the refrigerant that cools the
In this case, the
なお、上述した実施形態において、電力変換装置1は車両10に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
In addition, in embodiment mentioned above, although the
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。 The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…電力変換装置、10…車両、11…バッテリ、12…モータ、14…ハウジング、18a…冷媒流入口、19a…冷媒流出口、21…パワーモジュール、22…リアクトル、23…コンデンサユニット(コンデンサ)、23a…コンデンサ素子、29…ゲートドライブユニット、29a…回路基板、31…電力変換回路部、50p…正極バスバー(正極導電体)、50n…負極バスバー(正極導電体)、51…入出力バスバー、61U,61V,61W…半導体モジュール、62…冷却体、64…積層体、65…第1連結部、66…第2連結部、67…導電体組、72p,72n…第1曲げ部、73p,73n…第2曲げ部、NI…負極バスバー(負極導電体)、PI…正極バスバー(正極導電体)、UH,VH,WH…ハイサイドアームの各トランジスタ(スイッチング素子)、UL,VL,WL…ローサイドアームの各トランジスタ(スイッチング素子)、SA…配置面、SB…配置面、ZA…Z軸方向における位置が重複する範囲
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体モジュールに電気的に接続されるコンデンサと、
前記半導体モジュール及び前記コンデンサを接続する正極導電体及び負極導電体から成る導電体組と、
を備え、
前記コンデンサが配置される配置面に平行な方向から見て、前記半導体モジュール及び前記コンデンサの相互の少なくとも一部は、前記配置面に対する直交方向における位置が重複するように配置され、
前記導電体組は、前記正極導電体及び前記負極導電体が相互に向かい合った状態で、前記半導体モジュール及び前記コンデンサの前記直交方向における位置が重複する範囲内において前記配置面に平行な方向に沿って延出して、前記半導体モジュールと前記コンデンサとの間を接続している、
ことを特徴とする電力変換装置。 A semiconductor module comprising a plurality of switching elements;
A capacitor electrically connected to the semiconductor module;
A conductor set comprising a positive electrode conductor and a negative electrode conductor connecting the semiconductor module and the capacitor;
With
When viewed from a direction parallel to the arrangement surface on which the capacitor is arranged, at least a part of the semiconductor module and the capacitor is arranged such that positions in the direction orthogonal to the arrangement surface overlap,
The conductor set is along a direction parallel to the arrangement surface within a range in which the positions of the semiconductor module and the capacitor in the orthogonal direction overlap in a state where the positive electrode conductor and the negative electrode conductor face each other. Extending between the semiconductor module and the capacitor,
The power converter characterized by the above-mentioned.
前記直交方向における位置が重複する範囲内において、相互に向かい合った状態で曲げられた曲げ部を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The positive electrode conductor and the negative electrode conductor extending from the capacitor toward the semiconductor module are:
In a range where the positions in the orthogonal direction overlap, the bent portions are bent in a state of facing each other.
The power conversion apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The plurality of capacitor elements constituting the capacitor are arranged in a direction parallel to the arrangement surface.
The power converter according to claim 1 or 2, wherein
前記積層体の積層方向における異なる位置において、前記複数の前記半導体モジュールの各々から前記コンデンサに向かって延びる、複数の相互に向かい合った前記正極導電体及び前記負極導電体と、
を備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の電力変換装置。 A laminate formed by laminating a plurality of the semiconductor modules;
A plurality of mutually facing positive and negative electrode conductors extending from each of the plurality of semiconductor modules toward the capacitor at different positions in the stacking direction of the stacked body;
Comprising
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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