JP2021125978A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion device which can adjust an output without changing the physical constitution of a laminate.SOLUTION: The power conversion device includes: a plurality of heat exchange units 41; and modules 30 of predetermined stages, each of which is held from both sides by mutually neighboring heat exchange units. The modules of the predetermined stages include: a plurality of semiconductor modules 300; and dummy modules 310 arranged in juxtaposition with the semiconductor modules in the lamination direction. The heat exchange units and the modules of the predetermined stages are arranged alternately in the lamination direction, so as to form a laminate 100. The laminate corresponds to the phase of the upper and lower arm circuits, and includes a plurality of phase regions 100U, 100V, 100W which are set in a manner that modules having a mutually equal number of stages are arranged. In the plurality of phase regions, semiconductor modules of mutually equal number of stages being less than the number of stages which are set to the phase region are arranged, respectively, with the arrangement of the dummy modules of mutually equal number of stages.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この明細書における開示は、電力変換装置に関する。 The disclosure herein relates to a power converter.

特許文献1は、電力変換装置を開示している。電力変換装置は、冷媒が流通する流路を備え、間隔を有しつつ積層配置された複数の熱交換部と、熱交換部の積層方向において多段に配置された複数のモジュールを備えている。熱交換部とモジュールとが交互に配置されて積層体をなしている。モジュールは、半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体素子を有していないダミーモジュールを含んでいる。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Document 1 discloses a power conversion device. The power conversion device includes a flow path through which the refrigerant flows, and includes a plurality of heat exchange units arranged in layers with intervals, and a plurality of modules arranged in multiple stages in the stacking direction of the heat exchange units. Heat exchange units and modules are arranged alternately to form a laminated body. The module includes a semiconductor module having a semiconductor element and a dummy module having no semiconductor element. The contents of the prior art document are incorporated by reference as an explanation of the technical elements in this specification.

特開2011−125083号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-125083

特許文献1の電力変換装置では、モジュールを構成する半導体モジュールとダミーモジュールの個数、配置について特に言及されていない。特許文献1の構成では、積層体の体格を変えずに、電力変換装置の出力を調整することができない。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。 In the power conversion device of Patent Document 1, the number and arrangement of the semiconductor module and the dummy module constituting the module are not particularly mentioned. In the configuration of Patent Document 1, the output of the power conversion device cannot be adjusted without changing the physique of the laminated body. Further improvements are required in the power converter in the above-mentioned viewpoint or in other viewpoints not mentioned.

開示されるひとつの目的は、積層体の体格を変えずに出力を調整できる電力変換装置を提供することにある。 One object disclosed is to provide a power conversion device capable of adjusting the output without changing the physique of the laminate.

ここに開示された電力変換装置は、
冷媒が流通する流路をそれぞれ備え、間隔を有しつつ積層配置された複数の熱交換部(41)と、
熱交換部の積層方向に並ぶ数である段数が所定の複数段とされ、隣り合う熱交換部によりそれぞれが両面側から挟まれた複数のモジュール(30)と、
を備えており、
所定段のモジュールは、半導体素子(301)をそれぞれ有し、複数相の上下アーム回路(9)を構成する複数の半導体モジュール(300)と、半導体素子を有しておらず、積層方向において半導体モジュールと並んで配置されたダミーモジュール(310)と、を含み、
熱交換部と所定段のモジュールとが積層方向において交互に配置されて、積層体(100)をなしている。
The power converter disclosed herein is
A plurality of heat exchange units (41) that are provided with flow paths through which the refrigerant flows and are arranged in a laminated manner with intervals.
A plurality of modules (30), each of which is sandwiched from both sides by adjacent heat exchange portions, have a predetermined number of stages, which is the number of stages arranged in the stacking direction of the heat exchange portions.
Is equipped with
Each of the modules in the predetermined stage has a semiconductor element (301), and does not have a plurality of semiconductor modules (300) constituting a multi-phase upper and lower arm circuit (9) and a semiconductor element, and is a semiconductor in the stacking direction. Including a dummy module (310) arranged side by side with the module,
The heat exchange section and the modules of the predetermined stage are alternately arranged in the stacking direction to form a laminated body (100).

そして、積層体は、上下アーム回路の相に対応し、互いに等しい段数のモジュールが配置されるように設定された複数の相領域(100U、100V、100W)を有し、
複数の相領域には、相領域に設定される段数よりも少ない段数であり、互いに等しい段数の半導体モジュールと、互いに等しい段数のダミーモジュールと、がそれぞれ配置されている。
The laminate has a plurality of phase regions (100U, 100V, 100W) corresponding to the phases of the upper and lower arm circuits and set so that modules having the same number of stages are arranged.
In each of the plurality of phase regions, a semiconductor module having a number of stages smaller than the number of stages set in the phase region and having the same number of stages as each other and a dummy module having the same number of stages as each other are arranged.

開示された電力変換装置によれば、複数の相領域に互いに等しい段数のダミーモジュールが配置され、相領域の段数に対して半導体モジュールの足りない分が補われている。これにより、たとえば複数の相領域のすべての段に、半導体モジュールが配置される構成と同等の体格が維持される。この結果、積層方向において積層体の体格を変えることなく、出力を調整できる電力変換装置を提供することができる。 According to the disclosed power conversion device, dummy modules having the same number of stages as each other are arranged in a plurality of phase regions, and the shortage of the semiconductor modules is compensated for the number of stages in the phase region. As a result, for example, a physique equivalent to a configuration in which semiconductor modules are arranged in all stages of a plurality of phase regions is maintained. As a result, it is possible to provide a power conversion device capable of adjusting the output without changing the physique of the laminated body in the stacking direction.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。 The disclosed aspects herein employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope. The objectives, features, and effects disclosed herein will be made clearer by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.

第1実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the power conversion apparatus which concerns on 1st Embodiment. 電力変換装置を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the power conversion apparatus. 積層体を図2のX1方向から見た平面図である。It is a top view which looked at the laminated body from the X1 direction of FIG. 参考例を示す図である。It is a figure which shows the reference example. 変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification. 半導体モジュール、コンデンサモジュール、および出力端子台の接続構造を示す図である。It is a figure which shows the connection structure of a semiconductor module, a capacitor module, and an output terminal block. 第2実施形態に係る電力変換装置において、積層体周辺を示す図である。It is a figure which shows the periphery of the laminated body in the power conversion apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る電力変換装置において、積層体周辺を示す図である。It is a figure which shows the periphery of the laminated body in the power conversion apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る電力変換装置において、積層体と回路基板との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship between a laminated body and a circuit board in the power conversion apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る電力変換装置において、積層体周辺を示す図である。It is a figure which shows the periphery of the laminated body in the power conversion apparatus which concerns on 5th Embodiment.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び/又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下に示す電力変換装置は、回転電機を駆動源とする移動体に適用可能である。移動体は、たとえば電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、燃料電池車(FCV)などの車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In a plurality of embodiments, the functionally and / or structurally corresponding parts are assigned the same reference numerals. The power conversion device shown below can be applied to a mobile body driven by a rotating electric machine. The moving body is, for example, a vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), a fuel cell vehicle (FCV), a flying object such as a drone, a ship, a construction machine, or an agricultural machine.

(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、電力変換装置が適用される車両の駆動システムの概略構成について説明する。
(First Embodiment)
First, a schematic configuration of a vehicle drive system to which a power conversion device is applied will be described with reference to FIG.

<車両の駆動システム>
図1に示すように、車両の駆動システム1は、直流電源2と、モータジェネレータ3と、電力変換装置4を備えている。
<Vehicle drive system>
As shown in FIG. 1, the vehicle drive system 1 includes a DC power supply 2, a motor generator 3, and a power conversion device 4.

直流電源2は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ3は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ3は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。モータジェネレータ3は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置4は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で電力変換を行う。 The DC power supply 2 is a DC voltage source composed of a rechargeable secondary battery. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery. The motor generator 3 is a three-phase AC rotary electric machine. The motor generator 3 functions as a traveling drive source of the vehicle, that is, an electric motor. The motor generator 3 functions as a generator during regeneration. The power conversion device 4 performs power conversion between the DC power supply 2 and the motor generator 3.

<電力変換装置の回路構成>
次に、図1に基づき、電力変換装置4の回路構成について説明する。図1に示すように、電力変換装置4は、平滑コンデンサ5と、インバータ6と、制御回路16と、駆動回路17を備えている。
<Circuit configuration of power converter>
Next, the circuit configuration of the power conversion device 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the power conversion device 4 includes a smoothing capacitor 5, an inverter 6, a control circuit 16, and a drive circuit 17.

平滑コンデンサ5は、主として、直流電源2から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ5は、高電位側の電力ラインであるPライン7と低電位側の電力ラインであるNライン8との間に接続されている。Pライン7は直流電源2の正極に接続され、Nライン8は直流電源2の負極に接続されている。平滑コンデンサ5の正極は、直流電源2とインバータ6との間において、Pライン7に接続されている。同じく負極は、直流電源2とインバータ6との間において、Nライン8に接続されている。 The smoothing capacitor 5 mainly smoothes the DC voltage supplied from the DC power supply 2. The smoothing capacitor 5 is connected between the P line 7 which is the power line on the high potential side and the N line 8 which is the power line on the low potential side. The P line 7 is connected to the positive electrode of the DC power supply 2, and the N line 8 is connected to the negative electrode of the DC power supply 2. The positive electrode of the smoothing capacitor 5 is connected to the P line 7 between the DC power supply 2 and the inverter 6. Similarly, the negative electrode is connected to the N line 8 between the DC power supply 2 and the inverter 6.

インバータ6は、DC−AC変換回路である。インバータ6は、三相分の上下アーム回路9を備えて構成されている。上下アーム回路9のそれぞれは、出力ライン10を介して、モータジェネレータ3における対応する相の巻線3aに接続されている。具体的には、U相の上下アーム回路9Uは、出力ライン10を介してU相の巻線3aに接続されている。同様に、V相の上下アーム回路9VはV相の巻線3aに接続され、W相の上下アーム回路9WはW相の巻線3aに接続されている。 The inverter 6 is a DC-AC conversion circuit. The inverter 6 is configured to include a three-phase upper and lower arm circuit 9. Each of the upper and lower arm circuits 9 is connected to the winding 3a of the corresponding phase in the motor generator 3 via the output line 10. Specifically, the U-phase upper and lower arm circuit 9U is connected to the U-phase winding 3a via the output line 10. Similarly, the V-phase upper and lower arm circuit 9V is connected to the V-phase winding 3a, and the W-phase upper and lower arm circuit 9W is connected to the W-phase winding 3a.

各相の上下アーム回路9(9U、9V、9W)は、直列回路11を2つ備えて構成されている。2つの直列回路11は、Pライン7とNライン8との間にそれぞれ設けられており、互いに並列接続されている。直列回路11は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを、Pライン7とNライン8との間で直列接続して構成されている。本実施形態では、上記スイッチング素子として、nチャネル型のIGBT12、13を採用している。上アーム側のIGBT12において、コレクタがPライン7に接続されている。下アーム側のIGBT13において、エミッタがNライン8に接続されている。IGBT12のエミッタとIGBT13のコレクタとの接続点が、出力ライン10を介して対応する巻線3aに接続されている。 The upper and lower arm circuits 9 (9U, 9V, 9W) of each phase are configured to include two series circuits 11. The two series circuits 11 are provided between the P line 7 and the N line 8, respectively, and are connected in parallel to each other. The series circuit 11 is configured by connecting the switching element on the upper arm side and the switching element on the lower arm side in series between the P line 7 and the N line 8. In this embodiment, n-channel type IGBTs 12 and 13 are adopted as the switching element. In the IGBT 12 on the upper arm side, the collector is connected to the P line 7. In the IGBT 13 on the lower arm side, the emitter is connected to the N line 8. The connection point between the emitter of the IGBT 12 and the collector of the IGBT 13 is connected to the corresponding winding 3a via the output line 10.

IGBT12、13には、還流のため、ダイオード14、15がそれぞれ逆並列に接続されている。ダイオード14、15のアノードは、対応するIGBT12、13のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。上アームを構成するIGBT12およびダイオード14を、ひとつの半導体チップに構成してもよいし、異なる半導体チップに構成してもよい。下アームを構成するIGBT13およびダイオード15についても同様である。 Diodes 14 and 15 are connected to the IGBTs 12 and 13 in antiparallel, respectively, for reflux. The anodes of the diodes 14 and 15 are connected to the emitters of the corresponding IGBTs 12 and 13, and the cathode is connected to the collector. The IGBT 12 and the diode 14 constituting the upper arm may be configured on one semiconductor chip or may be configured on different semiconductor chips. The same applies to the IGBT 13 and the diode 15 constituting the lower arm.

インバータ6は、制御回路16によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ3へ出力する。これにより、モータジェネレータ3は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ6は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ3が発電した三相交流電圧を、制御回路16によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Pライン7へ出力する。このように、インバータ6は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で双方向の電力変換を行う。 The inverter 6 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage according to the switching control by the control circuit 16 and outputs the DC voltage to the motor generator 3. As a result, the motor generator 3 is driven so as to generate a predetermined torque. The inverter 6 converts the three-phase AC voltage generated by the motor generator 3 by receiving the rotational force from the wheels during the regenerative braking of the vehicle into a DC voltage according to the switching control by the control circuit 16 and outputs it to the P line 7. .. In this way, the inverter 6 performs bidirectional power conversion between the DC power supply 2 and the motor generator 3.

制御回路16は、IGBT12、13を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路17に出力する。制御回路16は、図示しない上位ECUから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線3aに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ3の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ5の両端電圧を検出する。電力変換装置4は、これらの図示しないセンサを備えている。制御回路16は、駆動指令としてPWM信号を出力する。制御回路16は、たとえばマイコン(マイクロコンピュータ)を備えて構成されている。ECUは、Electronic Control Unitの略称である。PWMは、Pulse Width Modulationの略称である。 The control circuit 16 generates a drive command for operating the IGBTs 12 and 13, and outputs the drive command to the drive circuit 17. The control circuit 16 generates a drive command based on a torque request input from a higher-level ECU (not shown) and signals detected by various sensors. Examples of various sensors include a current sensor, a rotation angle sensor, and a voltage sensor. The current sensor detects the phase current flowing through the winding 3a of each phase. The rotation angle sensor detects the rotation angle of the rotor of the motor generator 3. The voltage sensor detects the voltage across the smoothing capacitor 5. The power converter 4 includes these sensors (not shown). The control circuit 16 outputs a PWM signal as a drive command. The control circuit 16 is configured to include, for example, a microcomputer (microcomputer). ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit. PWM is an abbreviation for Pulse Width Modulation.

駆動回路17は、制御回路16の駆動指令に基づいて、対応するIGBT12、13のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路17は、駆動電圧の印加により、対応するIGBT11、12を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路17は、ドライバと称されることがある。本実施形態では、上下アーム回路9のひとつのアームに対して、ひとつの駆動回路17を設けている。すなわち、並列接続された2つのIGBT12に対してひとつの駆動回路17を設け、並列接続された2つのIGBT13に対してひとつの駆動回路を設けている。 The drive circuit 17 supplies a drive voltage to the gates of the corresponding IGBTs 12 and 13 based on the drive command of the control circuit 16. The drive circuit 17 drives the corresponding IGBTs 11 and 12 by applying a drive voltage, that is, on-drive and off-drive. The drive circuit 17 is sometimes referred to as a driver. In the present embodiment, one drive circuit 17 is provided for one arm of the upper and lower arm circuits 9. That is, one drive circuit 17 is provided for two IGBTs 12 connected in parallel, and one drive circuit is provided for two IGBTs 13 connected in parallel.

電力変換装置4が、制御回路16を備える例を示したが、これに限定されない。たとえば制御回路16の機能を上位ECUにもたせることで、制御回路16を備えない構成としてもよい。上下アーム回路9を構成するひとつのアームごとに駆動回路17を設ける例を示したが、これに限定されない。たとえば、ひとつの上下アーム回路9に対して、ひとつの駆動回路17を設けてもよい。 An example is shown in which the power conversion device 4 includes the control circuit 16, but the present invention is not limited to this. For example, by giving the function of the control circuit 16 to the upper ECU, the configuration may not include the control circuit 16. An example is shown in which the drive circuit 17 is provided for each arm constituting the upper and lower arm circuit 9, but the present invention is not limited to this. For example, one drive circuit 17 may be provided for one upper and lower arm circuit 9.

<電力変換装置の構造>
次に、図2および図3に基づき、電力変換装置4の構造について説明する。以下では、積層体100の積層方向をX方向と示す。X方向に直交し、主端子303の延設方向をZ方向と示す。X方向およびZ方向に直交する方向をY方向と示す。
<Structure of power converter>
Next, the structure of the power conversion device 4 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In the following, the stacking direction of the laminated body 100 will be referred to as the X direction. It is orthogonal to the X direction, and the extension direction of the main terminal 303 is indicated as the Z direction. The direction orthogonal to the X direction and the Z direction is referred to as the Y direction.

図2では、ケース20の内部を示すために、ケース20を断面で示し、その他の要素を平面で示している。図3は、積層体100をX1方向から見た平面図であり、便宜上、排出管43を省略して図示している。図2および図3では、明確化のために、モジュール30のうち、ダミーモジュール310にハッチングを施している。 In FIG. 2, in order to show the inside of the case 20, the case 20 is shown in cross section and the other elements are shown in a plane. FIG. 3 is a plan view of the laminated body 100 as viewed from the X1 direction, and the discharge pipe 43 is omitted for convenience. In FIGS. 2 and 3, the dummy module 310 of the modules 30 is hatched for clarification.

図2および図3に示すように、電力変換装置4は、ケース20と、複数のモジュール30と、冷却器40と、加圧部材50と、回路基板60と、コンデンサモジュール70と、出力端子台80を備えている。電力変換装置4は、上記要素以外にも、図示しない入力端子台やバスバーなどを備えている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the power converter 4 includes a case 20, a plurality of modules 30, a cooler 40, a pressurizing member 50, a circuit board 60, a capacitor module 70, and an output terminal block. It has 80. In addition to the above elements, the power conversion device 4 includes an input terminal block and a bus bar (not shown).

ケース20は、電力変換装置4を構成する他の要素を収容すべく、箱状をなしている。たとえば、ケース20はアルミダイカストによる成形体であり、略直方体状をなしている。ケース20は、複数の部材(たとえば2つ)を組み付けることで構成される。ケース20は、導入管42が挿通される貫通孔21と、排出管43が挿通される貫通孔22を有している。貫通孔21、22は、ケース20において共通の側面に設けられている。複数の部材によって内外を貫通する開口部が形成される場合、開口部が貫通孔21、22に相当する。 The case 20 has a box shape to accommodate other elements constituting the power conversion device 4. For example, the case 20 is a molded body made of aluminum die-cast and has a substantially rectangular parallelepiped shape. The case 20 is configured by assembling a plurality of members (for example, two). The case 20 has a through hole 21 through which the introduction pipe 42 is inserted and a through hole 22 through which the discharge pipe 43 is inserted. Through holes 21 and 22 are provided on a common side surface in the case 20. When an opening penetrating the inside and outside is formed by a plurality of members, the opening corresponds to the through holes 21 and 22.

貫通孔21の壁面と導入管42との間、貫通孔22の壁面と排出管43との間には、貫通孔21、22周りを水密にシールする図示しないシール部材が配置されている。シール部材として、グロメットなどの弾性部材、シール用の接着材などを用いることができる。 A sealing member (not shown) that watertightly seals around the through holes 21 and 22 is arranged between the wall surface of the through hole 21 and the introduction pipe 42, and between the wall surface of the through hole 22 and the discharge pipe 43. As the sealing member, an elastic member such as a grommet, an adhesive for sealing, or the like can be used.

ケース20は、支持部23を有している。支持部23は、X方向において、複数のモジュール30および熱交換部41による積層体100を支持している。本実施形態では、ケース20が、支持部23として、内面から突出する凸部を有している。支持部23は、たとえばケース20の底壁に設けられている。 The case 20 has a support portion 23. The support portion 23 supports the laminated body 100 by the plurality of modules 30 and the heat exchange portion 41 in the X direction. In the present embodiment, the case 20 has a convex portion protruding from the inner surface as the support portion 23. The support portion 23 is provided on the bottom wall of the case 20, for example.

モジュール30は、X方向において熱交換部41と交互に配置されている。モジュール30のそれぞれは、隣り合う熱交換部41の間に配置され、両面側から熱交換部41により挟まれている。複数のモジュール30は、間隔を有しつつX方向に沿って所定の複数段、配置されている。モジュール30は、半導体モジュール300と、ダミーモジュール310を含んでいる。本実施形態では、モジュール30の段数が9段に設定されている。なお、モジュール30の段数とは、積層方向に配置されたモジュール30の数である。 The modules 30 are arranged alternately with the heat exchange portions 41 in the X direction. Each of the modules 30 is arranged between adjacent heat exchange portions 41, and is sandwiched by the heat exchange portions 41 from both sides. The plurality of modules 30 are arranged in a predetermined plurality of stages along the X direction while having an interval. The module 30 includes a semiconductor module 300 and a dummy module 310. In this embodiment, the number of stages of the module 30 is set to nine. The number of stages of the module 30 is the number of modules 30 arranged in the stacking direction.

半導体モジュール300は、インバータ6(電力変換回路)を構成する。図3に示すように、半導体モジュール300は、インバータ6を構成する半導体素子301と、封止樹脂体302と、主端子303および信号端子304を有している。 The semiconductor module 300 constitutes an inverter 6 (power conversion circuit). As shown in FIG. 3, the semiconductor module 300 includes a semiconductor element 301 constituting the inverter 6, a sealing resin body 302, a main terminal 303, and a signal terminal 304.

半導体素子301は、半導体基板に素子が形成されてなる。半導体素子301は、半導体チップと称されることがある。半導体モジュール300は、2つの半導体素子301を備えている。半導体素子301のひとつには、IGBT12およびダイオード14が形成され、他のひとつには、IGBT13およびダイオード15が形成されている。半導体素子301のそれぞれにおいて、一面にはコレクタが形成され、裏面にはエミッタおよび信号用のパッドが形成されている。2つの半導体素子301は、共通構造である。半導体素子301は、板厚方向がX方向と略平行となるように配置されている。 The semiconductor element 301 is formed by forming an element on a semiconductor substrate. The semiconductor element 301 is sometimes referred to as a semiconductor chip. The semiconductor module 300 includes two semiconductor elements 301. The IGBT 12 and the diode 14 are formed in one of the semiconductor elements 301, and the IGBT 13 and the diode 15 are formed in the other one. In each of the semiconductor elements 301, a collector is formed on one surface, and an emitter and a signal pad are formed on the back surface. The two semiconductor elements 301 have a common structure. The semiconductor element 301 is arranged so that the plate thickness direction is substantially parallel to the X direction.

封止樹脂体302は、2つの半導体素子301を一体的に封止している。封止樹脂体302は、たとえばエポキシ系樹脂を材料とし、トランスファモールド、ポッティング等により成形されている。 The sealing resin body 302 integrally seals the two semiconductor elements 301. The sealing resin body 302 is made of, for example, an epoxy resin, and is molded by transfer molding, potting, or the like.

主端子303および信号端子304は、外部接続用の端子である。主端子303は、半導体素子301の主電極に、電気的に接続されている。主端子303は、正極端子303Pと、負極端子303Nと、出力端子303Sを有している。正極端子303Pは、IGBT12のコレクタに接続されている。正極端子303Pは、図示しない正極側のバスバーを介して、コンデンサモジュール70の正極端子に接続されている。負極端子303Nは、IGBT13のエミッタに接続されている。負極端子303Nは、図示しない負極側のバスバーを介して、コンデンサモジュール70の負極端子に接続されている。出力端子303Sは、IGBT12、13の接続点に接続されている。出力端子303Sは、対応する相の出力バスバーを介して、出力端子台80に接続されている。 The main terminal 303 and the signal terminal 304 are terminals for external connection. The main terminal 303 is electrically connected to the main electrode of the semiconductor element 301. The main terminal 303 has a positive electrode terminal 303P, a negative electrode terminal 303N, and an output terminal 303S. The positive electrode terminal 303P is connected to the collector of the IGBT 12. The positive electrode terminal 303P is connected to the positive electrode terminal of the capacitor module 70 via a bus bar on the positive electrode side (not shown). The negative electrode terminal 303N is connected to the emitter of the IGBT 13. The negative electrode terminal 303N is connected to the negative electrode terminal of the capacitor module 70 via a bus bar on the negative electrode side (not shown). The output terminal 303S is connected to the connection points of the IGBTs 12 and 13. The output terminal 303S is connected to the output terminal block 80 via the output bus bar of the corresponding phase.

主端子303(303P、303N、303S)は、封止樹脂体302の互いに共通する側面から同じ側に突出している。主端子303は、Z方向に延設されている。主端子303の突出部分は、正極端子303P、負極端子303N、出力端子303Sの順にY方向に並んで配置されている。信号端子304は、半導体素子301のパッドに、電気的に接続されている。信号端子304は、主端子303とは反対の方向に延設されている。 The main terminals 303 (303P, 303N, 303S) project to the same side from the side surfaces common to each other of the sealing resin body 302. The main terminal 303 extends in the Z direction. The protruding portions of the main terminal 303 are arranged side by side in the Y direction in the order of the positive electrode terminal 303P, the negative electrode terminal 303N, and the output terminal 303S. The signal terminal 304 is electrically connected to the pad of the semiconductor element 301. The signal terminal 304 extends in the direction opposite to that of the main terminal 303.

図示を省略するが、半導体モジュール300は、上アーム側の半導体素子301を挟む一対のヒートシンクと、下アーム側の半導体素子301を挟む一対のヒートシンクを備えている。ヒートシンクは、はんだ等の接合材を介して、対応する半導体素子301の主電極に接続されている。半導体素子301を挟む一対のヒーシンクのひとつはコレクタに接続され、他のひとつはエミッタに接続されている。ヒートシンクにおいて、たとえば半導体素子側の実装面とは反対の面は、封止樹脂体302から露出している。上アーム側の半導体素子301のエミッタに接続されたヒートシンクと、下アーム側の半導体素子301のコレクタに接続されたヒートシンクとが、封止樹脂体302内で電気的に接続されている。 Although not shown, the semiconductor module 300 includes a pair of heat sinks that sandwich the semiconductor element 301 on the upper arm side and a pair of heat sinks that sandwich the semiconductor element 301 on the lower arm side. The heat sink is connected to the main electrode of the corresponding semiconductor element 301 via a bonding material such as solder. One of the pair of heat sinks sandwiching the semiconductor element 301 is connected to the collector, and the other one is connected to the emitter. In the heat sink, for example, the surface opposite to the mounting surface on the semiconductor element side is exposed from the sealing resin body 302. The heat sink connected to the emitter of the semiconductor element 301 on the upper arm side and the heat sink connected to the collector of the semiconductor element 301 on the lower arm side are electrically connected in the sealing resin body 302.

主端子303は、ヒートシンクに連なっている。主端子303は、ヒートシンクを介して、主電極に接続されている。たとえば主端子303とヒートシンクとは、共通の金属部材(リードフレーム)として提供される。 The main terminal 303 is connected to the heat sink. The main terminal 303 is connected to the main electrode via a heat sink. For example, the main terminal 303 and the heat sink are provided as a common metal member (lead frame).

上記した半導体モジュール300は、ひとつの直列回路11を構成している。したがって、2つの半導体モジュール300により、一相分の上下アーム回路9が構成される。電力変換装置4は、三相の上下アーム回路9(インバータ6)に対応して6つの半導体モジュール300を備えている。具体的には、U相の上下アーム回路9Uを構成する2つの半導体モジュール300Uと、V相の上下アーム回路9Vを構成する2つの半導体モジュール300Vと、W相の上下アーム回路9Wを構成する2つの半導体モジュール300Wを備えている。6つの半導体モジュール300は、X方向に沿って並んでおり、モジュール30の9段中、6段を占めている。各相の半導体モジュール300U、300V、300Wが2段ずつ占めている。 The above-mentioned semiconductor module 300 constitutes one series circuit 11. Therefore, the two semiconductor modules 300 constitute the upper and lower arm circuits 9 for one phase. The power conversion device 4 includes six semiconductor modules 300 corresponding to the three-phase upper and lower arm circuits 9 (inverter 6). Specifically, the two semiconductor modules 300U that form the U-phase upper and lower arm circuit 9U, the two semiconductor modules 300V that form the V-phase upper and lower arm circuit 9V, and the W-phase upper and lower arm circuit 9W are formed. It is equipped with two semiconductor modules 300W. The six semiconductor modules 300 are arranged along the X direction and occupy 6 of the 9 stages of the module 30. The semiconductor modules 300U, 300V, and 300W of each phase occupy two stages each.

ダミーモジュール310は、上下アーム回路9、すなわちインバータ6(電力変換回路)を構成しないモジュールである。ダミーモジュール310は、半導体素子301を有していない。ダミーモジュール310は、所定段のモジュール30において、半導体モジュール300が配置されない空きを埋めるモジュールである。ダミーモジュール310のX方向の長さ、すなわち厚みは、半導体モジュール300の厚みとほぼ同じである。 The dummy module 310 is a module that does not form the upper and lower arm circuits 9, that is, the inverter 6 (power conversion circuit). The dummy module 310 does not have the semiconductor element 301. The dummy module 310 is a module that fills the space in which the semiconductor module 300 is not arranged in the module 30 of the predetermined stage. The length, that is, the thickness of the dummy module 310 in the X direction is substantially the same as the thickness of the semiconductor module 300.

ダミーモジュール310は、隣り合う熱交換部41の間に介在し、熱交換部41の間に間隔を設ける。このように、スペーサとして機能するものであれば、ダミーモジュール310として採用することができる。たとえば、金属ブロック体、樹脂などの絶縁体を採用してもよい。本実施形態では、ダミーモジュール310として、熱交換部41と同材料を用いて略直方体状に形成された金属ブロック体を採用している。 The dummy module 310 is interposed between the adjacent heat exchange units 41, and a space is provided between the heat exchange units 41. As described above, if it functions as a spacer, it can be adopted as a dummy module 310. For example, an insulator such as a metal block body or a resin may be adopted. In the present embodiment, as the dummy module 310, a metal block body formed in a substantially rectangular parallelepiped shape using the same material as the heat exchange unit 41 is adopted.

電力変換装置4は、3つのダミーモジュール310を備えている。3つのダミーモジュール310は、半導体モジュール300とともにX方向に沿って並んでおり、9段のモジュール30中、3段を示している。 The power conversion device 4 includes three dummy modules 310. The three dummy modules 310 are arranged along the X direction together with the semiconductor module 300, and show three stages in the nine-stage module 30.

冷却器40は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系の材料を用いて形成されている。冷却器40は、熱交換部41と、導入管42と、排出管43と、固定部材44を有している。熱交換部41は、ケース20に収容されている。熱交換部41は、全体として扁平形状の管状体となっている。熱交換部41は、たとえば、一対のプレート(金属製薄板)の少なくとも一方を、プレス加工によってX方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、熱交換部41として用いることが可能となる。 The cooler 40 is formed by using a metal material having excellent thermal conductivity, for example, an aluminum-based material. The cooler 40 has a heat exchange unit 41, an introduction pipe 42, a discharge pipe 43, and a fixing member 44. The heat exchange unit 41 is housed in the case 20. The heat exchange unit 41 has a flat tubular body as a whole. The heat exchange unit 41 processes, for example, at least one of a pair of plates (thin metal plates) into a shape bulging in the X direction by press working. After that, the outer peripheral edges of the pair of plates are fixed to each other by caulking or the like, and are joined to each other by brazing or the like on the entire circumference. As a result, a flow path through which the refrigerant can flow is formed between the pair of plates, and the refrigerant can be used as the heat exchange unit 41.

熱交換部41は、X方向において間隔を有しつつ積層配置されている。熱交換部41は、モジュール30のそれぞれを両面側から挟むように、複数のモジュール30と交互に積層されている。熱交換部41は、9段配置のモジュール30をそれぞれ挟むように、10段配置とされている。半導体モジュール300と熱交換部41との間には、図示しない絶縁部材が介在している。絶縁部材は、熱交換部41と半導体モジュール300とを電気的に分離している。絶縁部材としては、たとえば、セラミック板、グリスやゲル状の熱伝導部材、およびそれらの組み合わせを採用することができる。ダミーモジュール310は配線機能を有していない。よって、ダミーモジュール310と熱交換部41との間には、絶縁部材を配置してもよいし、配置しなくてもよい。 The heat exchange portions 41 are laminated and arranged with an interval in the X direction. The heat exchange section 41 is alternately laminated with a plurality of modules 30 so as to sandwich each of the modules 30 from both sides. The heat exchange units 41 are arranged in 10 stages so as to sandwich the modules 30 in 9 stages. An insulating member (not shown) is interposed between the semiconductor module 300 and the heat exchange unit 41. The insulating member electrically separates the heat exchange unit 41 and the semiconductor module 300. As the insulating member, for example, a ceramic plate, a grease or gel-like heat conductive member, and a combination thereof can be adopted. The dummy module 310 does not have a wiring function. Therefore, an insulating member may or may not be arranged between the dummy module 310 and the heat exchange unit 41.

導入管42および排出管43のそれぞれは、ケース20の内外にわたって配置されている。導入管42および排出管43のそれぞれは、ひとつの部材により構成されてもよいし、複数の部材を連結してなる構成としてもよい。導入管42および排出管43は、熱交換部41のそれぞれに連結されている。図示しないポンプによって冷媒を導入管42に供給することにより、積層された熱交換部41内の流路に冷媒が流れる。これにより、積層体100を構成する半導体モジュール300のそれぞれが、冷媒によって冷却される。ダミーモジュール310も冷媒によって冷却される。熱交換部41のそれぞれを流れた冷媒は、排出管43を介して排出される。冷媒としては、水やアンモニアなどの相変化する冷媒や、エチレングリコール系などの相変化しない冷媒を用いることができる。 Each of the introduction pipe 42 and the discharge pipe 43 is arranged inside and outside the case 20. Each of the introduction pipe 42 and the discharge pipe 43 may be composed of one member, or may be configured by connecting a plurality of members. The introduction pipe 42 and the discharge pipe 43 are connected to each of the heat exchange units 41. By supplying the refrigerant to the introduction pipe 42 by a pump (not shown), the refrigerant flows through the flow path in the stacked heat exchange portions 41. As a result, each of the semiconductor modules 300 constituting the laminated body 100 is cooled by the refrigerant. The dummy module 310 is also cooled by the refrigerant. The refrigerant flowing through each of the heat exchange units 41 is discharged through the discharge pipe 43. As the refrigerant, a phase-changing refrigerant such as water or ammonia or a non-phase-changing refrigerant such as ethylene glycol can be used.

固定部材44は、導入管42および排出管43のそれぞれを、ケース20に固定している。本実施形態において、固定部材44は、貫通孔21、22の形成されたケース20の側壁と熱交換部41(積層体100)との間に設けられている。固定部材44としては、たとえばクランプを採用することができる。固定部材44(クランプ)は、管ごとに設けられている。固定部材44は、管を跨いだ状態で、ケース20にねじ締結されている。 The fixing member 44 fixes each of the introduction pipe 42 and the discharge pipe 43 to the case 20. In the present embodiment, the fixing member 44 is provided between the side wall of the case 20 in which the through holes 21 and 22 are formed and the heat exchange portion 41 (laminated body 100). As the fixing member 44, for example, a clamp can be adopted. The fixing member 44 (clamp) is provided for each pipe. The fixing member 44 is screwed to the case 20 while straddling the pipe.

上記したように、モジュール30と熱交換部41とがX方向において交互に配置され、積層体100をなしている。積層体100は、X方向に多段に配置された複数のモジュール30と、モジュール30それぞれの両側面を挟むように多段に配置された複数の熱交換部41を有している。熱交換部41が、積層体100においてX方向の両端をなしている。図3に示すように、積層体100は、インバータ6(すなわち上下アーム回路9)の相に対応する複数の相領域を有している。相領域とは、相ごとに割り振られたモジュール30の配置領域である。積層体100は、U相領域100Uと、V相領域100Vと、W相領域100Wを有している。以下では、相領域100U、100V、100Wと示すことがある。 As described above, the modules 30 and the heat exchange portions 41 are alternately arranged in the X direction to form the laminated body 100. The laminated body 100 has a plurality of modules 30 arranged in multiple stages in the X direction, and a plurality of heat exchange portions 41 arranged in multiple stages so as to sandwich both side surfaces of each of the modules 30. The heat exchange section 41 forms both ends in the X direction of the laminated body 100. As shown in FIG. 3, the laminated body 100 has a plurality of phase regions corresponding to the phases of the inverter 6 (that is, the upper and lower arm circuits 9). The phase region is an arrangement region of the module 30 allocated for each phase. The laminated body 100 has a U-phase region 100U, a V-phase region 100V, and a W-phase region 100W. In the following, it may be referred to as a phase region of 100U, 100V, 100W.

3つの相領域100U、100V、100Wは、互いに等しい段数のモジュール30が配置されるように設定されている。相領域100U、100V、100Wには、それぞれ3段のモジュール30が配置されている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれは、隣り合う熱交換部41間に形成されるモジュール配置用の隙間を3つ(3段)提供する。加圧部材50側から、U相領域100U、V相領域100V、W相領域100Wの順に設定されている。 The three phase regions 100U, 100V, and 100W are set so that modules 30 having the same number of stages are arranged. Three-stage modules 30 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. Each of the phase regions 100U, 100V, and 100W provides three (three stages) gaps for module arrangement formed between adjacent heat exchange portions 41. From the pressure member 50 side, the U-phase region 100U, the V-phase region 100V, and the W-phase region 100W are set in this order.

U相領域100Uにおいて、3つのモジュール30は、加圧部材50側から、半導体モジュール300U、半導体モジュール300U、ダミーモジュール310の順に配置されている。同様に、V相領域100Vにおいて、加圧部材50側から、半導体モジュール300V、半導体モジュール300V、ダミーモジュール310の順に配置されている。W相領域100Wにおいて、加圧部材50側から、半導体モジュール300W、半導体モジュール300W、ダミーモジュール310の順に配置されている。いずれの相領域100U、100V、100Wにおいても、半導体モジュール300、半導体モジュール300、ダミーモジュール310の並びとなっている。 In the U-phase region 100U, the three modules 30 are arranged in the order of the semiconductor module 300U, the semiconductor module 300U, and the dummy module 310 from the pressure member 50 side. Similarly, in the V-phase region 100V, the semiconductor module 300V, the semiconductor module 300V, and the dummy module 310 are arranged in this order from the pressurizing member 50 side. In the W phase region 100W, the semiconductor module 300W, the semiconductor module 300W, and the dummy module 310 are arranged in this order from the pressure member 50 side. In any of the phase regions 100U, 100V, and 100W, the semiconductor module 300, the semiconductor module 300, and the dummy module 310 are arranged.

加圧部材50は、弾性部材51と、支持部材52と、当接プレート53を有している。弾性部材51は、ケース20において貫通孔21、22の形成された側壁とは反対の側壁(以下、対向壁と示す)と、積層体100との間に設けられている。本実施形態では、弾性部材51として、湾曲形成された板ばねを採用している。弾性部材51としては、金属製のばね以外に、ゴムなどの弾性変形により加圧力を発生するものを採用することができる。 The pressure member 50 has an elastic member 51, a support member 52, and a contact plate 53. The elastic member 51 is provided between the side wall (hereinafter referred to as an opposing wall) opposite to the side wall on which the through holes 21 and 22 are formed in the case 20 and the laminated body 100. In the present embodiment, a curved leaf spring is used as the elastic member 51. As the elastic member 51, in addition to the metal spring, a member that generates a pressing force by elastic deformation such as rubber can be adopted.

支持部材52は、弾性部材51とケース20の対向壁との間に設けられている。加圧部材50は、2本の支持部材52を有している。2本の支持部材52は、Y方向において離間して設けられている。2本の支持部材52により、弾性部材51の両端が支持されている。弾性部材51は、Y方向の中央において積層体100を押圧する。支持部材52は、たとえばケース20の底壁に固定されている。弾性部材51は、ケース20の底壁から浮いた位置に支持されている。 The support member 52 is provided between the elastic member 51 and the facing wall of the case 20. The pressurizing member 50 has two support members 52. The two support members 52 are provided apart from each other in the Y direction. Both ends of the elastic member 51 are supported by the two support members 52. The elastic member 51 presses the laminated body 100 at the center in the Y direction. The support member 52 is fixed to the bottom wall of the case 20, for example. The elastic member 51 is supported at a position floating from the bottom wall of the case 20.

当接プレート53は、平板状をなしている。当接プレート53は、弾性部材51と積層体100との間に配置されている。当接プレート53は、積層体100の一端をなす熱交換部41に面接触している。積層体100の他端をなす熱交換部41が支持部23によって支持された状態で、弾性部材51は、当接プレート53を介して積層体100を押圧している。これにより、モジュール30が熱交換部41によって挟持される。また、積層体100が、ケース20内において所定の位置に保持される。 The contact plate 53 has a flat plate shape. The contact plate 53 is arranged between the elastic member 51 and the laminated body 100. The contact plate 53 is in surface contact with the heat exchange portion 41 forming one end of the laminated body 100. The elastic member 51 presses the laminate 100 via the contact plate 53 in a state where the heat exchange portion 41 forming the other end of the laminate 100 is supported by the support portion 23. As a result, the module 30 is sandwiched by the heat exchange unit 41. Further, the laminated body 100 is held in a predetermined position in the case 20.

回路基板60は、図示を省略するが、樹脂などの絶縁基材に配線が配置された配線基板、配線基板に実装された電子部品、コネクタなどを備えている。実装された電子部品と配線により回路が構成されている。回路基板60には、上記した制御回路16および駆動回路17が構成されている。回路基板60は、Z方向の平面視において、積層体100(モジュール30)と重なる位置に配置されている。回路基板60に、半導体モジュール300の信号端子304が接続されている。 Although not shown, the circuit board 60 includes a wiring board in which wiring is arranged on an insulating base material such as resin, electronic components mounted on the wiring board, a connector, and the like. The circuit is composed of mounted electronic components and wiring. The control circuit 16 and the drive circuit 17 described above are configured on the circuit board 60. The circuit board 60 is arranged at a position overlapping the laminated body 100 (module 30) in a plan view in the Z direction. The signal terminal 304 of the semiconductor module 300 is connected to the circuit board 60.

コンデンサモジュール70は、ケース20に固定されている。コンデンサモジュール70は、図示しないコンデンサ素子を有している。コンデンサ素子として、たとえばフィルムコンデンサ素子を採用することができる。コンデンサ素子は、たとえば樹脂または金属を用いて形成されたコンデンサケースに収容され、この収容状態で、樹脂封止されている。コンデンサケースに収容されるコンデンサ素子の数は特に限定されない。ひとつのみでもよいし、複数でもよい。 The capacitor module 70 is fixed to the case 20. The capacitor module 70 has a capacitor element (not shown). As the capacitor element, for example, a film capacitor element can be adopted. The capacitor element is housed in a capacitor case formed of, for example, resin or metal, and is sealed with resin in this housed state. The number of capacitor elements housed in the capacitor case is not particularly limited. There may be only one or multiple.

コンデンサ素子の電極には、図示しないコンデンサバスバーが接続されている。正極側のコンデンサバスバーには正極端子が連なっており、負極側のコンデンサバスバーには負極端子が連なっている。上記したように、コンデンサモジュール70の正極端子は、バスバーを介して正極端子303Pに接続されている。コンデンサモジュール70の負極端子は、バスバーを介して負極端子303Nに接続されている。コンデンサバスバーのそれぞれには、半導体モジュール300との接続用の端子とは別に、コンデンサ素子を直流電源2に接続するための入力端子が連なっている。入力端子は、図示しない入力端子台を介して、直流電源2に接続される。入力端子台は、ケース20に形成された図示しない開口部を通じて、直流電源2との電気的な接続が可能となっている。 A capacitor bus bar (not shown) is connected to the electrode of the capacitor element. The positive electrode terminal is connected to the capacitor bus bar on the positive electrode side, and the negative electrode terminal is connected to the capacitor bus bar on the negative electrode side. As described above, the positive electrode terminal of the capacitor module 70 is connected to the positive electrode terminal 303P via the bus bar. The negative electrode terminal of the capacitor module 70 is connected to the negative electrode terminal 303N via a bus bar. In addition to the terminals for connecting to the semiconductor module 300, each of the capacitor bus bars has an input terminal for connecting the capacitor element to the DC power supply 2. The input terminal is connected to the DC power supply 2 via an input terminal block (not shown). The input terminal block can be electrically connected to the DC power supply 2 through an opening (not shown) formed in the case 20.

出力端子台80は、ケース20に固定されている。出力端子台80は、モータジェネレータ3と電力変換装置4とを電気的に接続する。出力端子台80は、図示しないバスバーを介して、半導体モジュール300の出力端子303Sに接続されている。出力端子台80は、ハウジングに保持された各相の出力端子を有している。出力端子台80は、ケース20に形成された図示しない開口部を通じて、モータジェネレータ3の巻線3aとの電気的な接続が可能となっている。 The output terminal block 80 is fixed to the case 20. The output terminal block 80 electrically connects the motor generator 3 and the power conversion device 4. The output terminal block 80 is connected to the output terminal 303S of the semiconductor module 300 via a bus bar (not shown). The output terminal block 80 has output terminals for each phase held in the housing. The output terminal block 80 can be electrically connected to the winding 3a of the motor generator 3 through an opening (not shown) formed in the case 20.

本実施形態では、コンデンサモジュール70と出力端子台80との間に、積層体100が配置されている。コンデンサモジュール70は、Y方向において、正極端子303P側に配置されている。出力端子台は、Y方向において、出力端子303S側に配置されている。 In this embodiment, the laminate 100 is arranged between the capacitor module 70 and the output terminal block 80. The capacitor module 70 is arranged on the positive electrode terminal 303P side in the Y direction. The output terminal block is arranged on the output terminal 303S side in the Y direction.

<第1実施形態のまとめ>
図4は、上記構成の電力変換装置4において、相領域100U、100V、100Wのすべての段に半導体モジュール300を配置した参考例を示している。9段配置のモジュール30が、すべて半導体モジュール300である。U相領域100Uには、3つの半導体モジュール300Uが配置されている。3つの半導体モジュール300Uは互いに並列接続されて、U相の上下アーム回路9Uを構成している。同様に、V相領域100Vには、3つの半導体モジュール300Vが配置されている。3つの半導体モジュール300Vは互いに並列接続されて、V相の上下アーム回路9Vを構成している。W相領域100Wには、3つの半導体モジュール300Wが配置されている。3つの半導体モジュール300Wは互いに並列接続されて、W相の上下アーム回路9Wを構成している。
<Summary of the first embodiment>
FIG. 4 shows a reference example in which the semiconductor module 300 is arranged in all stages of the phase regions 100U, 100V, and 100W in the power conversion device 4 having the above configuration. The modules 30 arranged in 9 stages are all semiconductor modules 300. Three semiconductor modules 300U are arranged in the U-phase region 100U. The three semiconductor modules 300U are connected in parallel to each other to form a U-phase upper and lower arm circuit 9U. Similarly, three semiconductor modules 300V are arranged in the V-phase region 100V. The three semiconductor modules 300V are connected in parallel to each other to form a V-phase upper and lower arm circuit 9V. Three semiconductor modules 300W are arranged in the W phase region 100W. The three semiconductor modules 300W are connected in parallel to each other to form a W-phase upper and lower arm circuit 9W.

このように、各相の上下アーム回路9(9U、9V、9W)を3並列の構成とすると、電流容量が大きくなる。よって、負荷であるモータジェネレータ3の大電流駆動が可能となる。参考例のインバータ6は、言うなれば出力範囲が広いタイプである。 In this way, if the upper and lower arm circuits 9 (9U, 9V, 9W) of each phase are configured in three parallel configurations, the current capacity becomes large. Therefore, it is possible to drive the motor generator 3, which is a load, with a large current. The inverter 6 of the reference example is, so to speak, a type having a wide output range.

本実施形態では、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、2つの半導体モジュール300が配置されている。すなわち、各相の上下アーム回路9が2並列の構成となっている。2並列であるため、3並列よりも電流容量が小さくなり、通電電流能力が低くなる。よって、3並列よりも出力範囲が狭くなる。参考例ほどの大電流を必要としないモータジェネレータ3(負荷)に好適となる。 In this embodiment, two semiconductor modules 300 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. That is, the upper and lower arm circuits 9 of each phase are configured in parallel. Since there are two parallels, the current capacity is smaller than that of three parallels, and the energizing current capacity is lower. Therefore, the output range is narrower than that of 3 parallels. It is suitable for the motor generator 3 (load) that does not require as large a current as the reference example.

そして、半導体モジュール300の並列数を減らした分、ダミーモジュール310で補っている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。これにより、参考例と同等の体格が維持される。この結果、積層方向(X方向)において積層体100の体格を変えずに、出力を調整できる電力変換装置4を提供することができる。積層体100の体格を変えずに、複数ラインナップを揃えることができる。積層体100の体格を変えないため、複数ラインナップにおいて、積層体100を構成する冷却器40、加圧部材50やバスバーなどの、積層体100の周辺部品を共通化することができる。これにより、複数ラインナップにおいて、部品点数を低減することができる。また、製造工程を簡素化することもできる。 The dummy module 310 supplements the reduction in the number of parallel semiconductor modules 300. One dummy module 310 is arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. As a result, the same physique as the reference example is maintained. As a result, it is possible to provide the power conversion device 4 capable of adjusting the output without changing the body shape of the laminated body 100 in the stacking direction (X direction). A plurality of lineups can be prepared without changing the physique of the laminated body 100. Since the physique of the laminated body 100 is not changed, peripheral parts of the laminated body 100 such as a cooler 40, a pressure member 50, and a bus bar constituting the laminated body 100 can be shared in a plurality of lineups. As a result, the number of parts can be reduced in a plurality of lineups. In addition, the manufacturing process can be simplified.

なお、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、2つの半導体モジュール300とひとつのダミーモジュール310が配置される例を示したが、これに限定されない。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつの半導体モジュール300と2つのダミーモジュール310が配置された構成としてもよい。各相の上下アーム回路9がひとつの直列回路11のみにより構成されるため、図2および図3に示した構成よりも電流容量が小さくなり、出力範囲がさらに狭くなる。本実施形態の電力変換装置4によれば、負荷側の要求に応じて並列数を調整しつつ、積層体100の体格を一定に維持することができる。 An example in which two semiconductor modules 300 and one dummy module 310 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W is shown, but the present invention is not limited to this. One semiconductor module 300 and two dummy modules 310 may be arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. Since the upper and lower arm circuits 9 of each phase are composed of only one series circuit 11, the current capacity is smaller than the configurations shown in FIGS. 2 and 3, and the output range is further narrowed. According to the power conversion device 4 of the present embodiment, the physique of the laminated body 100 can be maintained constant while adjusting the number of parallels according to the request on the load side.

図5に示す変形例のように、相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、2つの半導体モジュール300の間に、ひとつのダミーモジュール310を配置してもよい。ダミーモジュール310が介在するため、並列接続すべき2つの半導体モジュール300が積層方向において離れる。これにより、配線インダクタンスが増加する。 As in the modified example shown in FIG. 5, one dummy module 310 may be arranged between the two semiconductor modules 300 in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. Since the dummy module 310 is interposed, the two semiconductor modules 300 to be connected in parallel are separated from each other in the stacking direction. This increases the wiring inductance.

たとえば、出力端子303Sと出力端子台80とを電気的に接続する出力バスバー90の長さ、すなわち出力側の電流経路が長くなる。特に、出力端子303S間の経路が長くなり、出力端子303Sから接続点であるノードN1までの経路が長くなる。同様に、電源端子である正極端子303P、303Nとコンデンサモジュール70とを電気的に接続する電源バスバー91それぞれの長さも長くなる。図5では、便宜上、正極側の電源バスバー91のみを示している。特に、正極端子303P間の経路が長くなり、正極端子303Pから接続点であるノードN2までの経路が長くなる。図示しない負極側の電源バスバーについても同様である。このように、平滑コンデンサ5との間に形成される電流経路である主回路のインダクタンスが増加する。 For example, the length of the output bus bar 90 that electrically connects the output terminal 303S and the output terminal block 80, that is, the current path on the output side becomes long. In particular, the path between the output terminals 303S becomes long, and the path from the output terminal 303S to the node N1 which is the connection point becomes long. Similarly, the lengths of the power bus bars 91 that electrically connect the positive electrode terminals 303P and 303N, which are the power supply terminals, and the capacitor module 70 are also increased. In FIG. 5, for convenience, only the power bus bar 91 on the positive electrode side is shown. In particular, the path between the positive electrode terminals 303P becomes long, and the path from the positive electrode terminal 303P to the node N2 which is the connection point becomes long. The same applies to the power bus bar on the negative electrode side (not shown). In this way, the inductance of the main circuit, which is the current path formed between the smoothing capacitor 5 and the smoothing capacitor 5, increases.

本実施形態では、図2および図3に示したように、相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、2つの半導体モジュール300が隣り合って配置され、ダミーモジュール310が積層方向の端部に配置されている。半導体モジュール300の間にダミーモジュール310が介在しないため、図6に示すように、出力バスバー90の長さ、すなわち出力側の電流経路を短くすることができる。特に、出力端子303S間の経路、出力端子303SからノードN1までの経路を短くすることができる。同様に、電源バスバー91の長さ、すなわち主回路側の電流経路も短くすることができる。特に、正極端子303P間の経路、正極端子303PからノードN2までの経路を短くすることができる。図示しない負極側の電源バスバーについても同様である。以上により、並列接続によるインダクタンスの増加を抑制することができる。たとえば、出力電流の低下、スイッチングサージ(サージ電圧)の発生などを抑制することができる。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, two semiconductor modules 300 are arranged next to each other in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W, and the dummy module 310 is arranged at the end in the stacking direction. Has been done. Since the dummy module 310 does not intervene between the semiconductor modules 300, the length of the output bus bar 90, that is, the current path on the output side can be shortened as shown in FIG. In particular, the route between the output terminals 303S and the route from the output terminal 303S to the node N1 can be shortened. Similarly, the length of the power bus bar 91, that is, the current path on the main circuit side can be shortened. In particular, the path between the positive electrode terminals 303P and the path from the positive electrode terminal 303P to the node N2 can be shortened. The same applies to the power bus bar on the negative electrode side (not shown). As described above, it is possible to suppress an increase in inductance due to parallel connection. For example, it is possible to suppress a decrease in output current and the occurrence of a switching surge (surge voltage).

相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、3段のモジュール30が配置される例を示したが、これに限定されない。4以上の段数にしてもよい。たとえば、相領域100U、100V、100Wを4段配置とし、少なくとも1段を半導体モジュール300、残りの段をダミーモジュール310としてもよい。積層体100を構成するモジュール30の段数も9に限定されない。 An example is shown in which the three-stage module 30 is arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W, but the present invention is not limited to this. The number of stages may be 4 or more. For example, the phase regions 100U, 100V, and 100W may be arranged in four stages, at least one stage may be the semiconductor module 300, and the remaining stages may be the dummy module 310. The number of stages of the module 30 constituting the laminated body 100 is also not limited to 9.

相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、支持部23側の端部にダミーモジュール310を配置する例を示したが、これに限定されない。加圧部材50側の端部に、ダミーモジュール310を配置してもよい。 An example of arranging the dummy module 310 at the end on the support portion 23 side in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W has been shown, but the present invention is not limited to this. The dummy module 310 may be arranged at the end on the pressure member 50 side.

(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、モジュール30が9段配置されて積層体100をなし、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに3段のモジュール30が配置される例を示した。これに代えて、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに2段のモジュール30を配置してもよい。
(Second Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the prior embodiment, an example is shown in which the modules 30 are arranged in nine stages to form the laminated body 100, and the modules 30 in three stages are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. Instead of this, the two-stage module 30 may be arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W.

図7は、本実施形態の電力変換装置4において積層体100の周辺を示す図であり、図6に対応している。積層体100は、6段配置されたモジュール30と、熱交換部41とを交互に積層して構成されている。積層体100の相領域100U、100V、100Wには、それぞれ2段のモジュール30が配置されている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれには、ひとつの半導体モジュール300と、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。それ以外の構成は、先行実施形態の構成(たとえば図6参照)と同様である。 FIG. 7 is a diagram showing the periphery of the laminated body 100 in the power conversion device 4 of the present embodiment, and corresponds to FIG. The laminated body 100 is configured by alternately laminating the modules 30 arranged in six stages and the heat exchange portions 41. Two-stage modules 30 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W of the laminated body 100. One semiconductor module 300 and one dummy module 310 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. Other configurations are the same as those of the preceding embodiment (see, for example, FIG. 6).

<第2実施形態のまとめ>
相領域100U、100V、100Wのそれぞれに2つの半導体モジュール300を配置した場合、各相の上下アーム回路9は2並列となる。これに対し、本実施形態では、半導体モジュール300をひとつずつ減らして並列接続を解消した分、ダミーモジュール310で補っている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。2並列に対して電流容量は小さくなる。
<Summary of the second embodiment>
When two semiconductor modules 300 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W, the upper and lower arm circuits 9 of each phase are in parallel. On the other hand, in the present embodiment, the semiconductor modules 300 are reduced one by one to eliminate the parallel connection, and the dummy modules 310 are used to compensate. One dummy module 310 is arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. The current capacity is smaller than that of two parallels.

これにより、2並列の場合と同等の体格が維持される。この結果、積層体100の体格を変えずに、出力を調整できる電力変換装置4を提供することができる。積層体100の体格を変えずに、複数ラインナップを揃えることができる。積層体100の体格を変えないため、複数ラインナップにおいて、積層体100を構成する冷却器40や積層体100の周辺部品を共通化することができる。 As a result, the same physique as in the case of two parallels is maintained. As a result, it is possible to provide the power conversion device 4 whose output can be adjusted without changing the physique of the laminated body 100. A plurality of lineups can be prepared without changing the physique of the laminated body 100. Since the body shape of the laminated body 100 is not changed, the cooler 40 constituting the laminated body 100 and the peripheral parts of the laminated body 100 can be shared in a plurality of lineups.

(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、出力バスバー90の相互の位置関係について特に言及しなかった。これに代えて、各相の出力バスバー90を、所定の位置関係を満たすように配置してもよい。
(Third Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the prior embodiment, the mutual positional relationship of the output bus bars 90 was not particularly mentioned. Alternatively, the output bus bars 90 of each phase may be arranged so as to satisfy a predetermined positional relationship.

図8は、本実施形態の電力変換装置4において積層体100の周辺を示す図であり、図6に対応している。図8に示すように、出力端子台80は、出力バスバー90が接続される端子部81を有している。端子部81は、相ごとに設けられている。三相に対応する3つの端子部81は、所定の間隔を有して積層方向に並んでいる。 FIG. 8 is a diagram showing the periphery of the laminated body 100 in the power conversion device 4 of the present embodiment, and corresponds to FIG. As shown in FIG. 8, the output terminal block 80 has a terminal portion 81 to which the output bus bar 90 is connected. The terminal portion 81 is provided for each phase. The three terminal portions 81 corresponding to the three phases are arranged in the stacking direction with a predetermined interval.

図中の一点鎖線は、積層方向において、3つの端子部81の中心CLを示している。中心CLが積層方向中心に相当する。中心CLは、3つの端子部81の積層方向(X方向)における中心位置を通り、Y方向に平行な仮想線である。出力バスバー90は、中心CLに対して、線対称配置されている。図8に示す例では、中心CLが、6段配置された半導体モジュール300の積層方向の中心と略一致している。それ以外の構成は、先行実施形態の構成(たとえば図6参照)と同様である。 The alternate long and short dash line in the figure indicates the central CL of the three terminal portions 81 in the stacking direction. The center CL corresponds to the center in the stacking direction. The center CL is a virtual line that passes through the center positions of the three terminal portions 81 in the stacking direction (X direction) and is parallel to the Y direction. The output bus bar 90 is arranged line-symmetrically with respect to the center CL. In the example shown in FIG. 8, the center CL substantially coincides with the center in the stacking direction of the semiconductor modules 300 arranged in six stages. Other configurations are the same as those of the preceding embodiment (see, for example, FIG. 6).

<第3実施形態のまとめ>
本実施形態では、各相の出力バスバー90を、端子部81の中心CLに対して線対称となるように配置している。これにより、各相の出力バスバー90の配線長を互いにほぼ等しくし、三相でのインダクタンスばらつきを抑制することができる。したがって、三相での出力ばらつきを抑制することができる。たとえば、モータジェネレータ3に回転ムラが生じるのを抑制することができる。
<Summary of the third embodiment>
In the present embodiment, the output bus bars 90 of each phase are arranged so as to be line-symmetric with respect to the center CL of the terminal portion 81. As a result, the wiring lengths of the output bus bars 90 of each phase can be made substantially equal to each other, and the inductance variation in the three phases can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress output variation in three phases. For example, it is possible to suppress the occurrence of rotational unevenness in the motor generator 3.

相領域100U、100V、100Wに配置されるモジュール30の構成は、図8に示す例に限定されない。たとえば、第2実施形態に示した構成(図7参照)に適用してもよい。相領域100U、100V、100Wのそれぞれが2段配置であっても、上記した線対称配置を採用することで、三相でのインダクタンスばらつきを抑制することができる。 The configuration of the module 30 arranged in the phase regions 100U, 100V, 100W is not limited to the example shown in FIG. For example, it may be applied to the configuration shown in the second embodiment (see FIG. 7). Even if each of the phase regions 100U, 100V, and 100W has a two-stage arrangement, the inductance variation in the three phases can be suppressed by adopting the above-mentioned line-symmetrical arrangement.

(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、回路基板60と半導体モジュール300(信号端子304)の位置関係について特に言及しなかった。これに代えて、回路基板60と半導体モジュール300とを、所定の位置関係を満たすようにしてもよい。
(Fourth Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the prior embodiment, the positional relationship between the circuit board 60 and the semiconductor module 300 (signal terminal 304) is not particularly mentioned. Instead of this, the circuit board 60 and the semiconductor module 300 may satisfy a predetermined positional relationship.

図9は、本実施形態の電力変換装置4において、積層体100を構成するモジュール30と回路基板60との位置関係を示す図である。図9では、便宜上、積層体100のうち、モジュール30のみを図示している。回路基板60は、複数の固定部61を有している。固定部61は、回路基板60におけるケース20に固定された部分である。回路基板60は、たとえばねじ締結によりケース20に固定されており、固定部61は締結部である。図6に示すように、積層体100の周囲に複数の固定部61が設けられている。一点鎖線は、積層体100において、任意の固定部61を直線的に結ぶ仮想線を示している。図9では、積層体と重なる仮想線のみを図示している。 FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the module 30 constituting the laminated body 100 and the circuit board 60 in the power conversion device 4 of the present embodiment. In FIG. 9, for convenience, only the module 30 of the laminated body 100 is shown. The circuit board 60 has a plurality of fixing portions 61. The fixing portion 61 is a portion of the circuit board 60 fixed to the case 20. The circuit board 60 is fixed to the case 20 by, for example, screwing, and the fixing portion 61 is a fastening portion. As shown in FIG. 6, a plurality of fixing portions 61 are provided around the laminated body 100. The alternate long and short dash line indicates an imaginary line that linearly connects arbitrary fixed portions 61 in the laminated body 100. In FIG. 9, only the virtual line overlapping the laminated body is shown.

積層体100は、先行実施形態(たとえば図6参照)同様、9段配置されたモジュール30を有している。図示を省略するが、相領域100U、100V、100Wのそれぞれには、2つの半導体モジュール300と、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。Z方向からの平面視において、複数の仮想線が交差する交差点と重なるモジュール30は、半導体モジュール300とされている。図9では、2つのモジュール30が交差点上に設けられている。交差点上のモジュール30は、相領域100V側の半導体モジュール300Uと、相領域100W側の半導体モジュール300Vである。ダミーモジュール310は、交差点と重ならない位置に設けられている。それ以外の構成は、先行実施形態の構成と同様である。 The laminated body 100 has modules 30 arranged in nine stages as in the previous embodiment (see, for example, FIG. 6). Although not shown, two semiconductor modules 300 and one dummy module 310 are arranged in each of the phase regions 100U, 100V, and 100W. The module 30 that overlaps the intersection where a plurality of virtual lines intersect in a plan view from the Z direction is referred to as a semiconductor module 300. In FIG. 9, two modules 30 are provided on the intersection. The modules 30 on the intersection are a semiconductor module 300U on the phase region 100V side and a semiconductor module 300V on the phase region 100W side. The dummy module 310 is provided at a position that does not overlap with the intersection. Other configurations are the same as those of the prior embodiment.

<第4実施形態のまとめ>
半導体モジュール300の信号端子304は、回路基板60に接続されている。信号端子304の接続点も、固定部61同様、回路基板60の固定点として機能する。ダミーモジュール310は、信号端子304を有していない。半導体モジュール300に代えてダミーモジュール310を配置すると、信号端子304と回路基板60との接続点が減少する。固定点間の距離が長くなると、回路基板60の一次共振の周波数が低くなり、外部から印加された振動によって回路基板60が振動しやすくなる。このため、振動に対する回路基板60の耐性が低下する虞がある。
<Summary of Fourth Embodiment>
The signal terminal 304 of the semiconductor module 300 is connected to the circuit board 60. The connection point of the signal terminal 304 also functions as a fixing point of the circuit board 60 like the fixing portion 61. The dummy module 310 does not have a signal terminal 304. When the dummy module 310 is arranged instead of the semiconductor module 300, the number of connection points between the signal terminal 304 and the circuit board 60 is reduced. When the distance between the fixed points becomes long, the frequency of the primary resonance of the circuit board 60 becomes low, and the circuit board 60 tends to vibrate due to the vibration applied from the outside. Therefore, the resistance of the circuit board 60 to vibration may decrease.

本実施形態では、固定部61間を結ぶ仮想線の交差点上に、半導体モジュール300を配置している。これにより、交差点と重なる位置またはその近傍に、信号端子304と回路基板60との接続点が形成される。複数の仮想線において、固定部61の間に信号端子304による接続点が配置される。これにより、回路基板60の固定点間の距離が短くなり、回路基板60が振動し難くなる。したがって、先行実施形態に記載の効果を奏しつつ、振動に対する回路基板60の耐性低下を抑制することができる。本実施形態に記載の構成は、先行実施形態に記載の構成のそれぞれとの組み合わせが可能である。 In the present embodiment, the semiconductor module 300 is arranged at the intersection of the virtual lines connecting the fixed portions 61. As a result, a connection point between the signal terminal 304 and the circuit board 60 is formed at or near the intersection. In a plurality of virtual lines, connection points by signal terminals 304 are arranged between the fixed portions 61. As a result, the distance between the fixed points of the circuit board 60 is shortened, and the circuit board 60 is less likely to vibrate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the resistance of the circuit board 60 to vibration while achieving the effects described in the preceding embodiment. The configurations described in this embodiment can be combined with each of the configurations described in the preceding embodiments.

(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、回路基板60の振動に対する耐性低下を抑制する配置を示した。積層体100の振動に対する耐性低下を抑制するように、モジュール30を所定の配置としてもよい。
(Fifth Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be incorporated. In the preceding embodiment, the arrangement that suppresses the decrease in resistance to vibration of the circuit board 60 is shown. The modules 30 may be arranged in a predetermined manner so as to suppress a decrease in resistance to vibration of the laminated body 100.

図10は、本実施形態の電力変換装置4において、積層体100の周辺を示す図である。図10では、図6に対して、支持部23および加圧部材50を追加している。支持部23は積層体100の一端を支持し、加圧部材50は弾性変形の反力により積層体100の他端を押圧する。このような挟持構造では、外部から振動が印加されると、加圧部材50(弾性部材51)が弾性変形するため、積層体100の両端付近において応力が高くなる。端部から離れるほど応力が低くなる。 FIG. 10 is a diagram showing the periphery of the laminated body 100 in the power conversion device 4 of the present embodiment. In FIG. 10, a support portion 23 and a pressure member 50 are added to FIG. The support portion 23 supports one end of the laminated body 100, and the pressure member 50 presses the other end of the laminated body 100 by the reaction force of elastic deformation. In such a sandwiching structure, when vibration is applied from the outside, the pressure member 50 (elastic member 51) is elastically deformed, so that the stress increases near both ends of the laminated body 100. The farther away from the end, the lower the stress.

本実施形態では、積層体100を構成する9段配置のモジュール30において、積層方向端部に、半導体モジュール300を配置している。具体的には、支持部23側の端部と、加圧部材50側の端部の両方に、半導体モジュール300を配置している。モジュール30の両端を除く段に、ダミーモジュール310を配置している。図10では、相領域100Wにおいて、加圧部材50側から、ダミーモジュール310、半導体モジュール300W、半導体モジュール300Wの順に配置している。相領域100Wにおけるモジュール30の配置以外は、先行実施形態(図6参照)の構成と同様である。 In the present embodiment, in the 9-stage module 30 constituting the laminated body 100, the semiconductor module 300 is arranged at the end in the stacking direction. Specifically, the semiconductor module 300 is arranged at both the end portion on the support portion 23 side and the end portion on the pressure member 50 side. The dummy module 310 is arranged on the stage excluding both ends of the module 30. In FIG. 10, in the phase region 100W, the dummy module 310, the semiconductor module 300W, and the semiconductor module 300W are arranged in this order from the pressure member 50 side. Except for the arrangement of the module 30 in the phase region 100W, the configuration is the same as that of the preceding embodiment (see FIG. 6).

<第5実施形態のまとめ>
上記したように、半導体モジュール300の主端子303は、バスバー90、91を介してコンデンサモジュール70や出力端子台80に接続されている。モジュール30の端部に半導体モジュール300を配置することで、外部振動印加時に応力が高くなる部分に、主端子303による固定点を設けることができる。固定点を設けることで、積層体100が振動し難くなる。したがって、ダミーモジュール310を配置しつつ、振動に対する積層体100の耐性低下を抑制することができる。特に図10に示す例では、モジュール30の両端を半導体モジュール300にするため、振動に対する積層体100の耐性低下を、より効果的に抑制することができる。
<Summary of the fifth embodiment>
As described above, the main terminal 303 of the semiconductor module 300 is connected to the capacitor module 70 and the output terminal block 80 via the bus bars 90 and 91. By arranging the semiconductor module 300 at the end of the module 30, a fixed point by the main terminal 303 can be provided at a portion where the stress becomes high when external vibration is applied. By providing the fixed point, the laminated body 100 is less likely to vibrate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the resistance of the laminated body 100 to vibration while arranging the dummy module 310. In particular, in the example shown in FIG. 10, since both ends of the module 30 are semiconductor modules 300, it is possible to more effectively suppress a decrease in the resistance of the laminate 100 to vibration.

モジュール30の両端を半導体モジュール300にする例を示したが、これに限定されない。先行実施形態(たとえば図2参照)に示したように、モジュール30の両端のひとつを半導体モジュール300とし、他のひとつをダミーモジュール310としてもよい。半導体モジュール300を配置した端部側に固定点を設けることができるため、両端をダミーモジュール310にする構成に較べて、振動に対する積層体100の耐性低下を抑制することができる。 An example in which both ends of the module 30 are semiconductor modules 300 has been shown, but the present invention is not limited to this. As shown in the prior embodiment (see, for example, FIG. 2), one of both ends of the module 30 may be a semiconductor module 300, and the other one may be a dummy module 310. Since a fixed point can be provided on the end side where the semiconductor module 300 is arranged, it is possible to suppress a decrease in the resistance of the laminated body 100 to vibration as compared with a configuration in which both ends are made of a dummy module 310.

上記したように、冷却器40を構成する導入管42および排出管43は、固定部材44によりケース20に固定されている。すなわち、積層方向において支持部23側には、固定部材44により固定点が存在する。このため、加圧部材50側の端部のほうが、支持部23側の端部よりも応力が高くなる。端部の一方のみに半導体モジュール300を設ける場合、加圧部材50側の端部に設けるとよい。 As described above, the introduction pipe 42 and the discharge pipe 43 constituting the cooler 40 are fixed to the case 20 by the fixing member 44. That is, a fixing point exists on the support portion 23 side in the stacking direction by the fixing member 44. Therefore, the stress at the end portion on the pressure member 50 side is higher than that at the end portion on the support portion 23 side. When the semiconductor module 300 is provided on only one of the end portions, it is preferable to provide the semiconductor module 300 on the end portion on the pressure member 50 side.

本実施形態に記載の構成は、先行実施形態に記載の構成のそれぞれとの組み合わせが可能である。 The configurations described in this embodiment can be combined with each of the configurations described in the preceding embodiments.

(他の実施形態)
この明細書及び図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び/又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び/又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び/又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
Disclosure in this specification, drawings and the like is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes exemplary embodiments and modifications by those skilled in the art based on them. For example, disclosure is not limited to the parts and / or element combinations shown in the embodiments. Disclosure can be carried out in various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiment. The disclosure includes those in which the parts and / or elements of the embodiment are omitted. Disclosures include replacement or combination of parts and / or elements between one embodiment and another. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. Some technical scopes disclosed are indicated by the claims description and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims statement.

明細書及び図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書及び図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書及び図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 Disclosure in the description, drawings, etc. is not limited by the description of the scope of claims. The disclosure in the description, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further covers a wider variety of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the description, drawings, etc. without being bound by the description of the claims.

制御回路16及び駆動回路17は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)を含む。ハードウェアプロセッサは、下記(i)、(ii)、又は(iii)により提供することができる。 The control circuit 16 and the drive circuit 17 are provided by a control system including at least one computer. The control system includes at least one processor (hardware processor) which is hardware. The hardware processor can be provided by the following (i), (ii), or (iii).

(i)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、プログラム及び/又はデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。 (I) The hardware processor may be a hardware logic circuit. In this case, the computer is provided by a digital circuit that includes a large number of programmed logic units (gate circuits). Digital circuits may include memory for storing programs and / or data. Computers may be provided by analog circuitry. Computers may be provided by a combination of digital and analog circuits.

(ii)ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、たとえばCPUと称される。メモリは、記憶媒体とも称される。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラム及び/又はデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。 (Ii) A hardware processor may be at least one processor core that executes a program stored in at least one memory. In this case, the computer is provided by at least one memory and at least one processor core. The processor core is referred to as, for example, a CPU. Memory is also referred to as a storage medium. A memory is a non-transitional and substantive storage medium that non-temporarily stores "programs and / or data" that can be read by a processor.

(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、又は共通のチップの上に配置される。 (Iii) The hardware processor may be a combination of the above (i) and the above (ii). (I) and (ii) are arranged on different chips or on a common chip.

すなわち、制御回路16及び駆動回路17が提供する手段及び/又は機能は、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組み合わせにより提供することができる。 That is, the means and / or functions provided by the control circuit 16 and the drive circuit 17 can be provided by hardware only, software only, or a combination thereof.

電力変換回路(インバータ6)を構成するスイッチング素子は、IGBT12、13に限定されない。たとえば、MOSFETを用いてもよい。 The switching elements constituting the power conversion circuit (inverter 6) are not limited to the IGBTs 12 and 13. For example, MOSFET may be used.

ひとつの半導体モジュール300が、IGBT12を構成する半導体チップと、IGBT13を構成する半導体チップを備える例を示した。すなわち、ひとつの半導体モジュール300により、ひとつの直列回路11が形成される例を示した。しかしながら、この例に限定されない。ひとつの直列回路11を2つの半導体モジュール300にて構成してもよい。上アーム側のIGBT12を備える半導体モジュール300と、下アーム側のIGBT13を備える半導体モジュール300とをY方向に並べて配置し、共通する一対の熱交換部41により両側から挟む構造としてもよい。この場合、モジュール30は二列配置となる。 An example is shown in which one semiconductor module 300 includes a semiconductor chip constituting the IGBT 12 and a semiconductor chip constituting the IGBT 13. That is, an example is shown in which one series circuit 11 is formed by one semiconductor module 300. However, it is not limited to this example. One series circuit 11 may be composed of two semiconductor modules 300. The semiconductor module 300 having the IGBT 12 on the upper arm side and the semiconductor module 300 having the IGBT 13 on the lower arm side may be arranged side by side in the Y direction and sandwiched from both sides by a common pair of heat exchange portions 41. In this case, the modules 30 are arranged in two rows.

ひとつのモータジェネレータ3に対応する半導体モジュール300を積層体100に含む例を示したが、これに限定されない。たとえば2つのモータジェネレータに対応する半導体モジュール300を積層体100に含むようにしてもよい。 An example in which the semiconductor module 300 corresponding to one motor generator 3 is included in the laminated body 100 has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the semiconductor module 300 corresponding to the two motor generators may be included in the laminate 100.

電力変換装置4は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するDC−DC変換回路である。コンバータは、直流電源2と平滑コンデンサ5との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した直列回路11を備えて構成される。この場合、積層体100は、コンバータの直列回路11を構成する半導体モジュール300と、インバータ6を構成する半導体モジュール300を含むことになる。 The power conversion device 4 may further include a converter as a power conversion circuit. The converter is a DC-DC conversion circuit that converts a DC voltage into a DC voltage having a different value. The converter is provided between the DC power supply 2 and the smoothing capacitor 5. The converter is configured to include, for example, a reactor and the series circuit 11 described above. In this case, the laminate 100 includes the semiconductor module 300 that constitutes the series circuit 11 of the converter and the semiconductor module 300 that constitutes the inverter 6.

さらに電力変換装置4は、直流電源2からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源2とコンバータとの間に設けられる。 Further, the power conversion device 4 may include a filter capacitor that removes power supply noise from the DC power supply 2. The filter capacitor is provided between the DC power supply 2 and the converter.

積層体100、コンデンサモジュール70、および出力端子台80の配置は、上記した例に限定されない。たとえばコンデンサモジュール70を、積層体100に対して回路基板60とは反対側に配置してもよい。 The arrangement of the laminate 100, the capacitor module 70, and the output terminal block 80 is not limited to the above example. For example, the capacitor module 70 may be arranged on the side opposite to the circuit board 60 with respect to the laminate 100.

加圧部材50側から、U相領域100U、V相領域100V、W相領域100Wの順とする例を示したが、相の順番はこれに限定されない。 An example is shown in which the order is U-phase region 100U, V-phase region 100V, and W-phase region 100W from the pressure member 50 side, but the order of the phases is not limited to this.

1…駆動システム、2…直流電源、3…モータジェネレータ、3a…巻線、4…電力変換装置、5…平滑コンデンサ、6…インバータ、7…Pライン、8…Nライン、9、9U、9V、9W…上下アーム回路、10…出力ライン、11…直列回路、12、13…IGBT、14、15…ダイオード、16…制御回路、17…駆動回路、20…ケース、21、22…貫通孔、23…支持部、30…モジュール、300、300U、300V、300W…半導体モジュール、301…半導体素子、302…封止樹脂体、303…主端子、303P…正極端子、303N…負極端子、303S…出力端子、304…信号端子、310…ダミーモジュール、40…冷却器、41…熱交換部、42…導入管、43…排出管、44…固定部材、50…加圧部材、51…弾性部材、52…支持部材、53…当接プレート、60…回路基板、61…固定部、70…コンデンサモジュール、80…出力端子台、81…端子部、90…出力バスバー、91…電源バスバー、100…積層体、100U…U相領域、100V…V相領域、100W…W相領域、N1、N2…ノード 1 ... Drive system, 2 ... DC power supply, 3 ... Motor generator, 3a ... Winding, 4 ... Power converter, 5 ... Smoothing capacitor, 6 ... Inverter, 7 ... P line, 8 ... N line, 9, 9U, 9V , 9W ... Upper and lower arm circuit, 10 ... Output line, 11 ... Series circuit, 12, 13 ... IGBT, 14, 15 ... Diode, 16 ... Control circuit, 17 ... Drive circuit, 20 ... Case, 21, 22 ... Through hole, 23 ... Support, 30 ... Module, 300, 300U, 300V, 300W ... Semiconductor module, 301 ... Semiconductor element, 302 ... Encapsulating resin body, 303 ... Main terminal, 303P ... Positive terminal, 303N ... Negative terminal, 303S ... Output Terminal, 304 ... Signal terminal, 310 ... Dummy module, 40 ... Cooler, 41 ... Heat exchange part, 42 ... Introduction pipe, 43 ... Discharge pipe, 44 ... Fixing member, 50 ... Pressurizing member, 51 ... Elastic member, 52 ... Support member, 53 ... Contact plate, 60 ... Circuit board, 61 ... Fixed part, 70 ... Capacitor module, 80 ... Output terminal block, 81 ... Terminal part, 90 ... Output bus bar, 91 ... Power bus bar, 100 ... Laminate , 100U ... U phase region, 100V ... V phase region, 100W ... W phase region, N1, N2 ... Nodes

Claims (7)

冷媒が流通する流路をそれぞれ備え、間隔を有しつつ積層配置された複数の熱交換部(41)と、
前記熱交換部の積層方向に並ぶ数である段数が所定の複数段とされ、隣り合う前記熱交換部によりそれぞれが両面側から挟まれた複数のモジュール(30)と、
を備え、
所定段の前記モジュールは、半導体素子(301)をそれぞれ有し、複数相の上下アーム回路(9)を構成する複数の半導体モジュール(300)と、前記半導体素子を有しておらず、前記積層方向において前記半導体モジュールと並んで配置されたダミーモジュール(310)と、を含み、
前記熱交換部と所定段の前記モジュールとが前記積層方向において交互に配置されて、積層体(100)をなしており、
前記積層体は、前記上下アーム回路の相に対応し、互いに等しい段数の前記モジュールが配置されるように設定された複数の相領域(100U、100V、100W)を有し、
前記複数の相領域には、前記相領域に設定される段数よりも少ない段数であり、互いに等しい段数の前記半導体モジュールと、互いに等しい段数の前記ダミーモジュールと、がそれぞれ配置されている電力変換装置。
A plurality of heat exchange units (41) that are provided with flow paths through which the refrigerant flows and are arranged in a laminated manner with intervals.
A plurality of modules (30), each of which is sandwiched from both sides by the adjacent heat exchange portions, have a predetermined number of stages, which is the number of stages arranged in the stacking direction of the heat exchange portions.
With
The module in the predetermined stage has a plurality of semiconductor modules (300) each having a semiconductor element (301) and constituting a plurality of phase upper and lower arm circuits (9), and the above-mentioned stacking without the semiconductor element. Includes a dummy module (310) arranged side by side with the semiconductor module in the direction.
The heat exchange unit and the module in a predetermined stage are alternately arranged in the stacking direction to form a laminated body (100).
The laminate has a plurality of phase regions (100U, 100V, 100W) corresponding to the phases of the upper and lower arm circuits and set so that the modules having the same number of stages as each other are arranged.
A power conversion device in which the semiconductor modules having the same number of stages as the number of stages set in the phase region and the dummy modules having the same number of stages are arranged in the plurality of phase regions. ..
前記複数の相領域のそれぞれにおいて、複数の前記半導体モジュールが配置されて互いに並列接続されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein in each of the plurality of phase regions, a plurality of the semiconductor modules are arranged and connected in parallel to each other. 前記ダミーモジュールは、前記複数の相領域のそれぞれにおいて前記積層方向の端部に配置されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the dummy module is arranged at an end portion in the stacking direction in each of the plurality of phase regions. 前記複数の相領域のそれぞれには、前記半導体モジュールがひとつのみ位置されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein only one semiconductor module is located in each of the plurality of phase regions. 前記半導体モジュールは、出力端子(303S)を含む主端子(303)を複数有し、
前記電力変換装置は、出力端子台(80)と、各相の前記半導体モジュールの前記出力端子のそれぞれと、前記出力端子台とを電気的に接続する複数のバスバー(90)と、をさらに備え、
前記複数のバスバーは、
前記バスバーが接続される複数の端子部(81)を有し、
前記複数の端子部の積層方向中心に対して、線対称配置されている請求項1〜4いずれか1項に記載の電力変換装置。
The semiconductor module has a plurality of main terminals (303) including an output terminal (303S), and has a plurality of main terminals (303).
The power conversion device further includes an output terminal block (80), each of the output terminals of the semiconductor module in each phase, and a plurality of bus bars (90) that electrically connect the output terminal block. ,
The plurality of bus bars
It has a plurality of terminal portions (81) to which the bus bar is connected, and has a plurality of terminals (81).
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, which is arranged line-symmetrically with respect to the center of the plurality of terminal portions in the stacking direction.
前記半導体モジュールは、信号端子(304)を有し、
前記電力変換装置は、前記信号端子が接続される回路基板(60)と、前記回路基板および前記積層体を収容するケース(20)と、をさらに備え、
前記回路基板は、前記ケースに対する固定部(61)を複数有し、
任意の前記固定部を結ぶ仮想線同士の交差点であって、前記モジュールと重なる前記交差点上に、前記半導体モジュールが配置されている請求項1〜5いずれか1項に記載の電力変換装置。
The semiconductor module has a signal terminal (304) and has a signal terminal (304).
The power conversion device further includes a circuit board (60) to which the signal terminals are connected, and a case (20) for accommodating the circuit board and the laminate.
The circuit board has a plurality of fixing portions (61) to the case.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor module is arranged at an intersection of virtual lines connecting arbitrary fixed portions and which overlaps with the module.
前記半導体モジュールは、主端子(303)を複数有し、
前記電力変換装置は、前記積層体の一端を支持する支持部(23)と、前記積層体の他端側を弾性変形の反力により押圧する加圧部材(50)と、をさらに備え、
所定段の前記モジュールにおいて、前記積層方向の端部の少なくとも一方には前記半導体モジュールが配置されている請求項1〜6いずれか1項に記載の電力変換装置。
The semiconductor module has a plurality of main terminals (303) and has a plurality of main terminals (303).
The power conversion device further includes a support portion (23) that supports one end of the laminated body, and a pressure member (50) that presses the other end side of the laminated body by a reaction force of elastic deformation.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor module is arranged at at least one of the ends in the stacking direction in the module of a predetermined stage.
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