JP2020088881A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二重三相モータの給電用として使用される電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device used for supplying power to a dual three-phase motor.
従来の電力変換装置では、基板と、制御部品と、パワー部品と、筐体と、複数の半導体素子と、を備える。基板は、制御領域と、パワー領域と、を備える。制御部品は、基板の制御領域に実装される。パワー部品は、基板のパワー領域に実装される。基板は、筐体の底部から突出した基板固定部に固定される。放熱部が、筐体に取り付けられた基板のパワー領域と相対するように、筐体の底部から突出されている。半導体素子は、放熱部の隣り合う外側面に２つずつ取り付けられている。これにより、放熱部が半導体素子とパワー部品との間に配置されることになり、半導体素子とパワー部品との間の熱干渉が抑制され、放熱性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。 A conventional power conversion device includes a substrate, a control component, a power component, a housing, and a plurality of semiconductor elements. The substrate includes a control area and a power area. The control component is mounted on the control area of the board. The power component is mounted on the power region of the board. The board is fixed to a board fixing portion protruding from the bottom of the housing. The heat dissipation part is projected from the bottom part of the housing so as to face the power region of the substrate attached to the housing. Two semiconductor elements are attached to adjacent outer surfaces of the heat dissipation portion. As a result, the heat dissipation portion is arranged between the semiconductor element and the power component, thermal interference between the semiconductor element and the power component is suppressed, and heat dissipation is improved (for example, Patent Document 1). reference).
近年、この種の電力変換装置においては、半導体モジュールの過度の温度上昇を防止するために、半導体モジュールの温度をサーミスタなどにより検出し、検出温度に基づいて半導体モジュールの温度を制御する手法がとられている。 In recent years, in this type of power conversion device, in order to prevent an excessive temperature rise of the semiconductor module, a method of detecting the temperature of the semiconductor module with a thermistor or the like and controlling the temperature of the semiconductor module based on the detected temperature has been adopted. Has been.
従来の電力変換装置では、放熱部を半導体素子とパワー部品との間に配置することにより、放熱性を向上させている。そこで、従来の電力変換装置において、サーミスタを用いて半導体素子の温度を検出しようとすると、放熱部の隣り合う外側面のそれぞれにサーミスタを配置して、半導体素子の温度を検出することになる。この場合、１つのサーミスタは、外側面に配置された２つの半導体素子の温度のみを検出することになる。 In the conventional power converter, the heat dissipation portion is arranged between the semiconductor element and the power component to improve the heat dissipation performance. Therefore, in the conventional power converter, if the temperature of the semiconductor element is to be detected by using the thermistor, the thermistor is arranged on each of the adjacent outer surfaces of the heat dissipation portion to detect the temperature of the semiconductor element. In this case, one thermistor detects only the temperatures of the two semiconductor elements arranged on the outer side surface.
また、従来の電力変換装置は、二相モータの給電用として用いられている。そこで、従来の電力変換装置を、二相モータに比べて回転が滑らかな三相モータの給電用とした場合、６つの半導体素子を備えることになる。６つの半導体素子は、放熱部の隣り合う３つの外側面に２つずつ取り付けられる。サーミスタは、外側面のそれぞれに１つずつ配置され、２つの半導体素子の温度のみを検出することになる。すなわち、３つのサーミスタが必要となる。 Moreover, the conventional power converter is used for power supply of a two-phase motor. Therefore, when the conventional power conversion device is used for power supply of a three-phase motor, which has a smoother rotation than that of a two-phase motor, six semiconductor elements are provided. Two of the six semiconductor elements are attached to each of three adjacent outer surfaces of the heat dissipation portion. One thermistor is arranged on each of the outer side surfaces and detects only the temperatures of the two semiconductor elements. That is, three thermistors are required.
また、近年、自動車走行安全性の観点から、システムの冗長化のニーズが高まっており、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ用モータなどにおいては、巻線を二重化する手法が提案されている。 Further, in recent years, from the viewpoint of vehicle traveling safety, there is an increasing need for system redundancy, and in electric power steering devices, electric brake motors, etc., a method of doubling the windings has been proposed.
そこで、従来の電力変換装置が三相巻線を二重化するモータの給電用として適用された場合、半導体素子の個数は１２個となり、６つのサーミスタが必要となる。これにより、サーミスタの個数が多くなり、サーミスタの配置面積が大きくなるので、小型化が図れなくなる。 Therefore, when the conventional power converter is applied for power supply of a motor in which three-phase windings are duplicated, the number of semiconductor elements is 12, and 6 thermistors are required. As a result, the number of thermistors increases and the thermistor arrangement area increases, which makes it impossible to achieve miniaturization.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型の電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to obtain a small-sized power conversion device.
この発明による電力変換装置は、インバータ用上アームとインバータ用下アームとが直列に接続された状態で絶縁性樹脂により封止された６つの半導体モジュールを備え、上記６つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向に互いに離れて、２列３行に配列され、温度センサが、２列３行に配列された上記６つの半導体モジュールの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに配置されている。 A power conversion device according to the present invention includes six semiconductor modules sealed with an insulating resin in a state where an inverter upper arm and an inverter lower arm are connected in series, and the six semiconductor modules are connected in series. The inverter upper arm and the inverter lower arm connected to each other are arranged in 2 rows and 3 lines so as to be separated from each other in the arrangement direction and in the direction orthogonal to the arrangement direction. The semiconductor modules are arranged in each of two intersecting regions between columns and rows of the six semiconductor modules arranged in three rows.
この発明によれば、２つの温度センサで６つの半導体モジュールの温度を検出することができるので、温度センサの個数が削減され、小型化が図られる。 According to the present invention, since the temperatures of the six semiconductor modules can be detected by the two temperature sensors, the number of temperature sensors can be reduced and the size can be reduced.
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の主要回路図である。
Embodiment 1.
1 is a main circuit diagram of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
図１において、電力変換装置１００は、電力を制御するためのスイッチング回路を有する装置である。例えば、電動車両に搭載されているモータ駆動用インバータ、高電圧から低電圧に変換する降圧コンバータ、外部電源設備に接続して車載電池を充電する充電器などの電動パワーコンポーネントが、この電力変換装置１００に該当する。
In FIG. 1, the
モータ１は、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相コイルをＹ結線した第１三相巻線２と、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相コイルをＹ結線した第２三相巻線３と、を有する二重三相モータである。 The motor 1 is a double motor having a first three-phase winding 2 in which U1, V1, and W1 phase coils are Y-connected and a second three-phase winding 3 in which U2, V2, and W2 phase coils are Y-connected. It is a three-phase motor.
インバータ４は、第１三相巻線２の給電用としての第１インバータ５と、第２三相巻線３の給電用としての第２インバータ６と、を有する。 The inverter 4 has a first inverter 5 for feeding the first three-phase winding 2 and a second inverter 6 for feeding the second three-phase winding 3.
第１インバータ５は、Ｕ１相上アーム１１Ｕ１と、Ｕ１相下アーム１２Ｕ１と、Ｖ１相上アーム１３Ｖ１と、Ｖ１相下アーム１４Ｖ１と、Ｗ１相上アーム１５Ｗ１と、Ｗ１相下アーム１６Ｗ１とが、ブリッジ接続されて構成されている。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１とＵ１相下アーム１２Ｕ１との接続部がＵ１の相コイルの給電端に接続されている。Ｖ１相上アーム１３Ｖ１とＶ１相下アーム１４Ｖ１との接続部がＶ１の相コイルの給電端に接続されている。Ｗ１相上アーム１５Ｗ１とＷ１相下アーム１６Ｗ１との接続部がＷ１の相コイルの給電端に接続されている。平滑コンデンサ７が、第１インバータ５に並列に接続されている。
In the first inverter 5, the U1-phase upper arm 11U1, the U1-phase lower arm 12U1, the V1-phase upper arm 13V1, the V1-phase lower arm 14V1, the W1-phase upper arm 15W1, and the W1-phase lower arm 16W1 are bridged. Connected and configured. The connecting portion between the U1-phase upper arm 11U1 and the U1-phase lower arm 12U1 is connected to the feeding end of the U1-phase coil. The connecting portion between the V1-phase upper arm 13V1 and the V1-phase lower arm 14V1 is connected to the power supply end of the V1-phase coil. The connecting portion between the W1-phase upper arm 15W1 and the W1-phase lower arm 16W1 is connected to the power supply end of the W1-phase coil. The
第２インバータ６は、Ｕ２相上アーム２１Ｕ２と、Ｕ２相下アーム２２Ｕ２と、Ｖ２相上アーム２３Ｖ２と、Ｖ２相下アーム２４Ｖ２と、Ｗ２相上アーム２５Ｗ２と、Ｗ２相下アーム２６Ｗ２とが、ブリッジ接続されて構成されている。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２とＵ２相下アーム２２Ｕ２との接続部がＵ２の相コイルの給電端に接続されている。Ｖ２相上アーム２３Ｖ２とＶ２相下アーム２４Ｖ２との接続部がＶ２の相コイルの給電端に接続されている。Ｗ２相上アーム２５Ｗ２とＷ２相下アーム２６Ｗ２との接続部がＷ２の相コイルの給電端に接続されている。平滑コンデンサ７が、第２インバータ６に並列に接続されている。
In the second inverter 6, the U2-phase upper arm 21U2, the U2-phase lower arm 22U2, the V2-phase upper arm 23V2, the V2-phase lower arm 24V2, the W2-phase upper arm 25W2, and the W2-phase lower arm 26W2 are bridged. Connected and configured. The connecting portion between the U2-phase upper arm 21U2 and the U2-phase lower arm 22U2 is connected to the feeding end of the U2 phase coil. The connecting portion between the V2-phase upper arm 23V2 and the V2-phase lower arm 24V2 is connected to the power supply end of the V2-phase coil. A connecting portion between the W2-phase upper arm 25W2 and the W2-phase lower arm 26W2 is connected to the power feeding end of the W2-phase coil. The
ここで、各アームは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子である。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１、Ｖ１相上アーム１３Ｖ１およびＷ１相上アーム１５Ｗ１が第１インバータ用上アームである。Ｕ１相下アーム１２Ｕ１、Ｖ１相下アーム１４Ｖ１およびＷ１相下アーム１６Ｗ１が第１インバータ用下アームである。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２、Ｖ２相上アーム２３Ｖ２およびＷ２相上アーム２５Ｗ２が第２インバータ用上アームである。Ｕ２相下アーム２２Ｕ２、Ｖ２相下アーム２４Ｖ２およびＷ２相下アーム２６Ｗ２が第２インバータ用下アームである。 Here, each arm is a semiconductor switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The U1 phase upper arm 11U1, the V1 phase upper arm 13V1 and the W1 phase upper arm 15W1 are the first inverter upper arms. The U1-phase lower arm 12U1, the V1-phase lower arm 14V1 and the W1-phase lower arm 16W1 are the first inverter lower arm. The U2-phase upper arm 21U2, the V2-phase upper arm 23V2, and the W2-phase upper arm 25W2 are the second inverter upper arms. The U2-phase lower arm 22U2, the V2-phase lower arm 24V2 and the W2-phase lower arm 26W2 are the second inverter lower arm.
ここで、電力変換装置の動作について説明する。電力変換装置は、図示されていないが、第１インバータ５および第２インバータ６の各アームのスイッチングを制御する制御装置を備える、バッテリ８は、端子電圧が１２Ｖ又は４８Ｖの車載用バッテリである。そして、バッテリ８の端子電圧がバスバーを介して第１インバータ５および第２インバータ６に供給される。制御装置は、第１インバータ５および第２インバータ６の各アームのスイッチングを制御する。バッテリ８の直流は、第１インバータ５および第２インバータ６により交流に変換されて、第１三相巻線２および第２三相巻線３に供給される。これにより、モータ１が回転駆動される。
Here, the operation of the power converter will be described. Although not shown, the power converter includes a control device that controls switching of each arm of the first inverter 5 and the second inverter 6, and the
つぎに、電力変換装置１００における半導体モジュールの取付構造について図２を参照しつつ説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
Next, the mounting structure of the semiconductor module in the
電力変換装置１００では、直列接続されたＵ１相上アーム１１Ｕ１とＵ１相下アーム１２Ｕ１とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール１０Ｕとなっている。直列接続されたＶ１相上アーム１３Ｖ１とＶ１相下アーム１４Ｖ１とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール１０Ｖとなっている。直列接続されたＷ１相上アーム１５Ｗ１とＷ１相下アーム１６Ｗ１とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール１０Ｗとなっている。直列接続されたＵ２相上アーム２１Ｕ２とＵ２相下アーム２２Ｕ２とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール２０Ｕとなっている。直列接続されたＶ２相上アーム２３Ｖ２とＶ２相下アーム２４Ｖ２とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール２０Ｖとなっている。直列接続されたＷ２相上アーム２５Ｗ２とＷ２相下アーム２６Ｗ２とが絶縁性樹脂により封止されて、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール２０Ｗとなっている。
In the
半導体モジュール１０Ｕは、矩形平板状に形成されている。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１とＵ１相下アーム１２Ｕ１とが、半導体モジュール１０Ｕの長さ方向に１列に並んで半導体モジュール１０Ｕ内に収容されている。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１のソースとＵ１相下アーム１２Ｕ１のドレインとの接続部に電気的に接続された出力端子１０ｏが、半導体モジュール１０Ｕの一方の側面から突出している。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１およびＵ１相下アーム１２Ｕ１のゲートに電気的に接続された信号端子１０ｓが、半導体モジュール１０Ｕの一方の側面から突出している。これらの端子は、半導体モジュール１０Ｕから突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール１０Ｕの上面側に延び出ている。Ｕ１相上アーム１１Ｕ１のドレインに電気的に接続された電源端子１０ｅおよびＵ１相下アーム１２Ｕ１のソースに電気的に接続されたマイナス側端子１０ｇは、半導体モジュール１０Ｕの他方の側面から突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール１０Ｕの上面側に延び出ている。
なお、半導体モジュール１０Ｖ，１０Ｗは、半導体モジュール１０Ｕと同様に構成されているので、その説明は省略する。
The semiconductor module 10U is formed in a rectangular flat plate shape. The U1-phase upper arm 11U1 and the U1-phase lower arm 12U1 are housed in the semiconductor module 10U side by side in a line in the length direction of the semiconductor module 10U. The output terminal 10o electrically connected to the connection between the source of the U1-phase upper arm 11U1 and the drain of the U1-phase lower arm 12U1 projects from one side surface of the semiconductor module 10U. The signal terminal 10s electrically connected to the gates of the U1-phase upper arm 11U1 and the U1-phase lower arm 12U1 projects from one side surface of the semiconductor module 10U. After protruding from the semiconductor module 10U, these terminals are bent at a right angle and extend to the upper surface side of the semiconductor module 10U. The
Since the
半導体モジュール２０Ｕは、矩形平板状に形成されている。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２とＵ２相下アーム２２Ｕ２とが、半導体モジュール２０Ｕの長さ方向に１列に並んで半導体モジュール２０Ｕ内に収容されている。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２のソースとＵ２相下アーム２２Ｕ２のドレインとの接続部に電気的に接続された出力端子２０ｏが、半導体モジュール１０Ｕの他方の側面から突出している。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２およびＵ２相下アーム２２Ｕ２のゲートに電気的に接続された信号端子２０ｓが、半導体モジュール２０Ｕの他方の側面から突出している。これらの端子は、半導体モジュール２０Ｕから突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール２０Ｕの上面側に延び出ている。Ｕ２相上アーム２１Ｕ２のドレインに電気的に接続された電源端子２０ｅおよびＵ２相下アーム２２Ｕ２のソースに電気的に接続されたマイナス側端子２０ｇは、半導体モジュール２０Ｕの一方の側面から突出した後、直角に曲げられて、半導体モジュール２０Ｕの上面側に延び出ている。
なお、半導体モジュール２０Ｖ，２０Ｗは、半導体モジュール２０Ｕと同様に構成されているので、その説明は省略する。
The semiconductor module 20U is formed in a rectangular flat plate shape. The U2-phase upper arm 21U2 and the U2-phase lower arm 22U2 are housed in the semiconductor module 20U side by side in a row in the length direction of the semiconductor module 20U. The output terminal 20o electrically connected to the connection between the source of the U2-phase upper arm 21U2 and the drain of the U2-phase lower arm 22U2 projects from the other side surface of the semiconductor module 10U. A signal terminal 20s electrically connected to the gates of the U2-phase upper arm 21U2 and the U2-phase lower arm 22U2 projects from the other side surface of the semiconductor module 20U. After protruding from the semiconductor module 20U, these terminals are bent at a right angle and extend to the upper surface side of the semiconductor module 20U. After the
The
ヒートシンク３０は、銅、アルミなどの良熱伝導材料を用いて作製され、矩形平板状の基部３０ａと、基部３０ａの裏面から垂直に突出して、一定のピッチで複数配列された薄肉の放熱フィン３０ｂと、を備える。
The
半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、下面を基部３０ａに向けて、モジュールの長さ方向を一致させて、かつモジュール間に隙間を確保して、基部３０ａの長さ方向に１列に並んで、基部３０ａの固定面である表面上に配置される。半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、信号端子１０ｓおよび出力端子１０ｏを基部３０ａの幅方向一側に向けて、基部３０ａの表面上の幅方向一側の領域に配置される。１列目に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ、１０Ｗのうちの隣り合う半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖは、ねじ３１により基部３０ａに締め付け固定された第１板ばね３２ａの弾性力により、基部３０ａに固定される。１列目に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ、１０Ｗのうちの残る半導体モジュール１０Ｗは、ねじ３１により基部３０ａに締め付け固定された第２板ばね３２ｂの弾性力により、基部３０ａに固定される。なお、第１板ばね３２ａ、第２板ばね３２ｂおよびねじ３１が固定部材である。
The
半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、下面を基部３０ａに向けて、モジュールの長さ方向を一致させて、かつモジュール間に隙間を確保して、基部３０ａの長さ方向に１列に並んで、基部３０ａの表面上に配置される。半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、信号端子２０ｓおよび出力端子２０ｏを基部３０ａの幅方向他側に向けて、基部３０ａの表面上の幅方向他側の領域に配置される。２列目に配列された半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ、２０Ｗのうちの隣り合う半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖは、ねじ３１により基部３０ａに締め付け固定された第１板ばね３２ａの弾性力により、基部３０ａに固定される。２列目に配列された半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ、２０Ｗのうちの残る半導体モジュール２０Ｗは、ねじ３１により基部３０ａに締め付け固定された第２板ばね３２ｂの弾性力により、基部３０ａに固定される。
The
半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗとは、基部３０ａの幅方向に離れて、同相のモジュール同士が基部３０ａの幅方向に相対して、基部３０ａに表面上に２列に平行に配列されている。すなわち、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗとは、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向に互いに離れて、基部３０ａの表面上に２列３行に配列されている。そして、温度センサであるサーミスタ９は、２列３行に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ、２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに、ねじ３３により基部３０ａに締め付け固定されている。なお、ねじ３３が固定部材である。
The
サーミスタ９の端子、および半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの信号端子１０ｓ、２０ｓは、制御装置に接続される。電源端子１０ｅ，２０ｅおよびマイナス側端子１０ｇ，２０ｇは、バッテリ８にバスバーなどを介して電気的に接続される。さらに、出力端子１０ｏ，２０ｏは、モータ１の第１三相巻線２および第２三相巻線３の給電端子にバスバーなどを介して電気的に接続される。
The terminals of the thermistor 9 and the signal terminals 10s, 20s of the
ここで、図示されていないが、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、セラミック製の絶縁基板、グリースを介してヒートシンク３０の基部３０ａの表面上に配置されている。また、ねじ３１，３３、第１板ばね３２ａ、第２板ばね３２ｂおよびサーミスタ９は、２列３行に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの外形境界線内に配置されている。なお、外形境界線とは、ヒートシンク３０の基部３０ａの表面に垂直な方向から見たときに、２列３行に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの外周部を結んだ長方形の線である。
Here, although not shown, the
このように構成された電力変換装置１００は、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの電源端子１０ｅ，２０ｅ、マイナス側端子１０ｇ，２０ｇ、出力端子１０ｏおよび信号端子１０ｓ，２０ｓの延び出し方向が、放熱フィン３０ｂのヒートシンク３０の裏面からの突出方向と平行、かつ逆方向となっている。そして、放熱フィン３０ｂの突出方向が天方向を向くように設置される。半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗで発生した熱は、基部３０ａを介して放熱フィン３０ｂに伝達される。そして、放熱フィン３０ｂに伝達された熱は、放熱フィン３０ｂ間を流通する空気との間で熱交換される。これにより、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗで発生した熱が、効果的に放熱される。
The
実施の形態１によれば、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に１列に並んで、かつ互いに離れて配置された第１インバータ５と、２ｉｎ１タイプの半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが、直列に接続された上アームと下アームとの配列方向に１列に並んで、かつ互いに離れて配置された第２インバータ６と、を備える。第１インバータ５と第２インバータ６とは、同相の半導体モジュールが互いに離れて、かつ相対して、２列３行に配列されてヒートシンク３０の基部３０ａの表面上に設置されている。さらに、サーミスタ９は、２列３行に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに設置されている。これにより、１つのサーミスタ９は、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，２０Ｕ，２０Ｖの４相の温度を検出することができる。もう１つのサーミスタ９は、半導体モジュール１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｖ，２０Ｗの４相の温度を検出することができる。したがって、電力変換装置１００を二重三相のモータ１の給電用として適用しても、サーミスタ９の個数が２つですみ、小型化が図られるとともに、低コスト化が図られる。
According to the first embodiment, the 2 in 1
サーミスタ９は、４つの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，２０Ｕ，２０Ｖ、又は半導体モジュール１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｖ，２０Ｗに囲まれた領域内に設置される。これにより、上アームおよび下アームを構成する半導体スイッチング素子の温度とサーミスタ９による検出温度との差が少なくなり、過熱保護時の温度マージンを減らすことができる。さらに、半導体スイッチング素子自身の小型化が可能となり、低コスト化が図られる。さらに、サーミスタ９の大きさに合わせて、２列３行に配列された第１インバータ５および第２インバータ６の列間および行間のスペースを調整できる。これにより、サーミスタ９の設置スペースを最適化でき、小型化が図られる。
The thermistor 9 is installed in four
第１板ばね３２ａは、２つの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖおよび２つの半導体モジュール２０Ｕ，２０Ｖのそれぞれを基部３０ａに固定しているので、部品点数を削減できる。
Since the
なお、上記実施の形態１では、サーミスタ９がねじ３３によりヒートシンク３０の基部３０ａに締め付け固定されているが、サーミスタ９は、溶接により基部３０ａに固定されてもよい。さらに、サーミスタ９は、半導体モジュールと同様に、板ばねとねじとにより固定されてもよい。
また、上記実施の形態１では、第１板ばね３２ａ、第２板ばね３２ｂおよびねじ３１を半導体モジュールの固定部材として用いているが、半導体モジュールの固定手段は、これに限定されず、例えば、皿ばねとねじとを用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、同相の半導体モジュール同士、例えば半導体モジュール１０Ｕ，２０Ｕが列間で相対するように、６つの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが２列３行に配列されているが、異なる相の半導体モジュールが列間で相対するように、６つの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗが２列３行に配列されてもよい。
In the first embodiment, the thermistor 9 is fastened and fixed to the
In the first embodiment, the
In the first embodiment, the six
また、上記実施の形態１では、２ｉｎ１タイプの半導体モジュールを用いているが、６ｉｎ１タイプの半導体モジュールを用いてもよい。６ｉｎ１タイプの第１半導体モジュールは、３相の直列に接続された第１インバータ用上アームと第１インバータ用下アームとが、直列接続された第１インバータ用上アームと第１インバータ用下アームとの配列方向に１列に並んで、かつ互いに離れて配置され、絶縁性樹脂により封止されて構成され、第１インバータとなる。６ｉｎ１タイプの第２半導体モジュールは、３相の直列に接続された第２インバータ用上アームと第２インバータ用下アームとが、直列接続された第２インバータ用上アームと第２インバータ用下アームとの配列方向に１列に並んで、かつ互いに離れて配置され、絶縁性樹脂により封止されて構成され、第２インバータとなる。このように構成された第１インバータおよび第２インバータは、互いに離れて平行に並んで、ヒートシンク３０の基部３０ａの表面上に２列に設置される。すなわち、６つの直列に接続された上アームと下アームとが、２列３行に配列されて、ヒートシンク３０の基部３０ａの表面上に設置される。そして、サーミスタ９が、２列３行に配列された直列接続された上アームと下アームとの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに設置される。
Further, although the 2 in 1 type semiconductor module is used in the first embodiment, a 6 in 1 type semiconductor module may be used. The 6-in-1 type first semiconductor module includes a first inverter upper arm and a first inverter lower arm in which a first inverter upper arm and a first inverter lower arm connected in series of three phases are connected in series. Are arranged in a line in the arrangement direction of and, are arranged apart from each other, and are sealed with an insulating resin to form a first inverter. The 6-in-1 type second semiconductor module includes a second inverter upper arm and a second inverter lower arm in which a three-phase serially connected second inverter upper arm and second inverter lower arm are connected in series. Are arranged in a line in the arrangement direction of and, are arranged apart from each other, and are sealed by an insulating resin to form a second inverter. The first inverter and the second inverter thus configured are installed in two rows on the surface of the
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の第２インバータ周りを示す要部断面図である。
Embodiment 2.
FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the periphery of the second inverter of the power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
図３において、電源ライン３８およびグランドライン３９が絶縁基板４０の両面に形成されている。電源ライン３８およびグランドライン３９は、銅板をプレス成形したバスバーである。絶縁基板４０は、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの基部３０ａと反対側に配置される。そして、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの電源端子１０ｅ，２０ｅおよびマイナス側端子１０ｇ，２０ｇが、電源ライン３８およびグランドライン３９に、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、半田接合などにより電気的に接続される。平滑コンデンサ７から引き出された端子７ａが、絶縁基板４０の半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗと反対側から電源ライン３８およびグランドライン３９に、ＴＩＧ溶接、半田接合などにより電気的に接続される。
In FIG. 3, the
ここで、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗから突出する電源端子１０ｅ，２０ｅおよびマイナス側端子１０ｇ，２０ｇの延び出し方向が、平滑コンデンサ７から突出する端子７ａの延び出し方向と一致している場合の平滑コンデンサ７の配置について検討する。この場合、まず、基部３０ａの大面積化が必要となる。平滑コンデンサ収納穴が、基部３０ａの半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの設置領域の外側に形成される。そして、平滑コンデンサ７が、端子７ａの延び出し方向を上方に向けて、平滑コンデンサ収納穴内に収納される。さらに、絶縁基板４０が、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗおよび平滑コンデンサ７の上部に設置される。そして、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの電源端子１０ｅ，２０ｅおよびマイナス側端子１０ｇ、２０ｇが電源ライン３８およびグランドライン３９に、ＴＩＧ溶接、半田接合などにより電気的に接続される。さらに、平滑コンデンサ７の端子７ａが電源ライン３８およびグランドライン３９にＴＩＧ溶接、半田接合などにより電気的に接続される。その結果、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗと平滑コンデンサ７とが、基部３０ａの表面の面方向に並んで設置され、電力変換装置の大型化をもたらす。
Here, the extending directions of the
実施の形態２では、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗから突出した電源端子１０ｅ，２０ｅおよびマイナス側端子１０ｇ，２０ｇの延び出し方向が、平滑コンデンサ７から突出した端子７ａの延び出し方向と対向している。そこで、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗと平滑コンデンサ７とを、絶縁基板４０を挟んで配置できる。これにより、平滑コンデンサ７の取り付けが、２列３行に配列された半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの配列状態に何ら影響を及ぼさないので、電力変換装置の大型化を抑制できる。
In the second embodiment, the extending directions of the
平滑コンデンサ７は、絶縁基板４０を挟んで半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗと相対するように配置されている。これにより、半導体モジュール１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの上部空間を有効に活用でき、電力変換装置の小型化が図られる。
The smoothing
電源ライン３８とグランドライン３９との一部が平行となっているので、寄生インダクタンスが低くなり、半導体スイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制できる。これにより、耐圧の低い半導体スイッチング素子を使用することができ、低コスト化が図られる。
Since the
なお、上記実施の形態２では、銅板をプレス成形したバスバーからなる電源ライン３８およびグランドライン３９が貼り付けられた絶縁基板４０を用いているが、絶縁基板４０に代えて厚銅基板を用いてもよい。
In the second embodiment, the insulating
ここで、実施の形態１，２による電力変換装置は、例えば、電動パワーステアリング、電動ブレーキの二重三相モータの給電用として適用できる。電動ブレーキの二重三相モータは、前輪の左右に１つずつ配置される。そこで、電力変換装置を電動ブレーキの二重三相モータの給電用として用いる場合、電力変換装置も前輪の左右に１つずつ配置されることになる。 Here, the power converters according to the first and second embodiments can be applied, for example, for power supply of a dual three-phase motor for electric power steering and electric braking. The two-phase three-phase motor of the electric brake is arranged one on each side of the front wheels. Therefore, when the power conversion device is used for supplying power to the dual three-phase motor of the electric brake, the power conversion devices are also arranged one on each side of the front wheels.
なお、上記各実施の形態では、同じインバータを構成する３つの半導体モジュールが同じ列に配列されているが、同じインバータを構成する３つの半導体モジュールは、必ずしも同じ列に配列されなくてもよい。例えば、３つの半導体モジュール１０Ｕ，２０Ｖ，１０Ｗが１列目に配列され、３つの半導体モジュール２０Ｕ，１０Ｖ，２０Ｗが２列目に配列されてもよい。
また、上記各実施の形態では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置について説明しているが、電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換する用途に適用できる。
In each of the above embodiments, the three semiconductor modules that form the same inverter are arranged in the same column, but the three semiconductor modules that form the same inverter do not necessarily have to be arranged in the same column. For example, the three
Further, in each of the above-described embodiments, the power conversion device that converts DC power into AC power is described, but the power conversion device can be applied to the purpose of converting AC power into DC power.
５ 第１インバータ、６ 第２インバータ、７ 平滑コンデンサ、７ａ 端子、９ サーミスタ（温度センサ）、１０Ｕ、１０Ｖ，１０Ｗ，２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ 半導体モジュール、１１Ｕ１ Ｕ１相上アーム、１２Ｕ１ Ｕ１相下アーム、１３Ｖ１ Ｖ１相上アーム、１４Ｖ１ Ｖ１相下アーム、１５Ｗ１ Ｗ１相上アーム、１６Ｗ１ Ｗ１相下アーム、２１Ｕ２ Ｕ２相上アーム、２２Ｕ２ Ｕ２相下アーム、２３Ｖ２ Ｖ２相上アーム、２４Ｖ２ Ｖ２相下アーム、２５Ｗ２ Ｗ２相上アーム、２６Ｗ２ Ｗ２相下アーム、３０ ヒートシンク、３０ａ 基部、３０ｂ 放熱フィン、３１ ねじ（固定部材）、３２ａ 第１板ばね（固定部材）、３２ｂ 第２板ばね（固定部材）、３３ ねじ（固定部材）、３８ 電源ライン（バスバー）、３９ グランドライン（バスバー）。 5 1st inverter, 6 2nd inverter, 7 smoothing capacitor, 7a terminal, 9 thermistor (temperature sensor), 10U, 10V, 10W, 20U, 20V, 20W semiconductor module, 11U1 U1 phase upper arm, 12U1 U1 phase lower arm, 13V1 V1 phase upper arm, 14V1 V1 phase lower arm, 15W1 W1 phase upper arm, 16W1 W1 phase lower arm, 21U2 U2 phase upper arm, 22U2 U2 phase lower arm, 23V2 V2 phase upper arm, 24V2 V2 phase lower arm, 25W2 W2 Phase upper arm, 26W2 W2 phase lower arm, 30 heat sink, 30a base, 30b radiating fin, 31 screw (fixing member), 32a first plate spring (fixing member), 32b second plate spring (fixing member), 33 screw ( (Fixing member), 38 power line (bus bar), 39 ground line (bus bar).
この発明による電力変換装置は、インバータ用上アームとインバータ用下アームとが直列に接続された状態で絶縁性樹脂により封止された６つの半導体モジュールを備え、上記６つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向である列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向である行方向に互いに離れて、２列３行に配列され、温度センサが、２列３行に配列された上記６つの半導体モジュールの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに配置されている。 A power conversion device according to the present invention includes six semiconductor modules sealed with an insulating resin in a state where an inverter upper arm and an inverter lower arm are connected in series, and the six semiconductor modules are connected in series. apart from each other in the column direction is a direction of arrangement of the connected under arm on the arm and the inverter the inverter, and apart from each other in the row direction is a direction orthogonal to the array direction, 2 columns and three rows in the array The temperature sensors are arranged in each of the two intersecting regions between the columns and the rows of the six semiconductor modules arranged in two columns and three rows.
Claims (9)
上記６つの半導体モジュールは、直列に接続された上記インバータ用上アームと上記インバータ用下アームとの配列方向に互いに離れて、かつ当該配列方向と直交する方向に互いに離れて、２列３行に配列され、
温度センサが、２列３行に配列された上記６つの半導体モジュールの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに配置されている電力変換装置。 The semiconductor device includes six semiconductor modules sealed with an insulating resin in a state where the upper arm for the inverter and the lower arm for the inverter are connected in series,
The six semiconductor modules are arranged in two columns and three rows separated from each other in the arrangement direction of the inverter upper arm and the inverter lower arm connected in series and separated from each other in the direction orthogonal to the arrangement direction. Arranged,
A power conversion device in which temperature sensors are arranged in each of two intersecting regions between columns and rows of the six semiconductor modules arranged in two columns and three rows.
上記６つの半導体モジュールの端子の延び出し方向が、上記放熱フィンの突出方向と平行、かつ逆方向である請求項５記載の電力変換装置。 The radiating fins vertically project from the surface of the heat sink opposite to the fixed surface,
The power conversion device according to claim 5, wherein the extending directions of the terminals of the six semiconductor modules are parallel to and opposite to the projecting direction of the heat radiation fins.
上記平滑コンデンサの端子の延び出し方向と、上記６つの半導体モジュールの電源端子およびマイナス側端子の延び出し方向とが、対向している請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 Further equipped with a smoothing capacitor,
The electric power according to any one of claims 1 to 6, wherein the extending directions of the terminals of the smoothing capacitor and the extending directions of the power supply terminals and the negative side terminals of the six semiconductor modules are opposed to each other. Converter.
上記電源用バスバーと上記グランド用バスバーとの一部が平行に配置されている請求項７記載の電力変換装置。 The terminals of the smoothing capacitor and the power supply terminals and the minus side terminals of the six semiconductor modules are electrically connected via a power supply bus bar and a ground bus bar,
The power converter according to claim 7, wherein a part of the power source bus bar and the ground bus bar are arranged in parallel.
３つの直列接続された第２インバータ用上アームおよび第２インバータ用下アームが絶縁性樹脂で封止され、３つの上記直列接続された第２インバータ用上アームおよび第２インバータ用下アームが、上記直列接続された第２インバータ用上アームおよび第２インバータ用下アームの配列方向に、互いに離れて、１列に配列されている第２半導体モジュールと、を備え、
３つの上記直列接続された第１インバータ用上アームおよび第１インバータ用下アームと、３つの上記直列接続された第２インバータ用上アームおよび第２インバータ用下アームとは、２列３行に配列されており、
温度センサが、２列３行に配列された３つの上記直列接続された第１インバータ用上アームおよび第１インバータ用下アームと、３つの上記直列接続された第２インバータ用上アームおよび第２インバータ用下アームとの列間と行間との２つの交差領域のそれぞれに配置されている電力変換装置。 Three series-connected first inverter upper arms and first inverter lower arms are sealed with an insulating resin, and three series-connected first inverter upper arms and first inverter lower arms, First semiconductor modules that are arranged in a line in a direction apart from each other in the arrangement direction of the first inverter upper arm and the first inverter lower arm that are connected in series;
Three series-connected second inverter upper arms and second inverter lower arms are sealed with an insulating resin, and three series-connected second inverter upper arms and second inverter lower arms are A second semiconductor module arranged in a line in the array direction of the upper arm for the second inverter and the lower arm for the second inverter connected in series apart from each other;
The three serially connected upper arms for the first inverter and the lower arm for the first inverter and the three serially connected upper arms for the second inverter and the lower arm for the second inverter are arranged in two columns and three rows. Are arranged,
The temperature sensors are arranged in two columns and three rows, and the three inverter upper arms and the first inverter lower arms are connected in series, and the three second inverter upper arms and the second inverter are connected in series. A power conversion device arranged in each of two intersecting regions between a column with the lower arm for the inverter and a column.
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