JP2022142594A - Power conversion device - Google Patents
Power conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022142594A JP2022142594A JP2021042821A JP2021042821A JP2022142594A JP 2022142594 A JP2022142594 A JP 2022142594A JP 2021042821 A JP2021042821 A JP 2021042821A JP 2021042821 A JP2021042821 A JP 2021042821A JP 2022142594 A JP2022142594 A JP 2022142594A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- power
- module
- conversion device
- capacitor module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 223
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.
近年、産業機械や車両(例えば、自動車、鉄道車両)において、省エネルギーの観点や精密な運転制御の観点から、動力源の電動化および電子制御化が急速に進展している。それに伴って、該動力源の電力制御を行うためのパワーモジュールや、該パワーモジュールを用いた電力を変換する電子回路装置について、改善の重要性が高まっている。 2. Description of the Related Art In recent years, in industrial machines and vehicles (for example, automobiles and railroad vehicles), the electrification and electronic control of power sources are rapidly progressing from the viewpoint of energy saving and precise operation control. Along with this, the importance of improving power modules for controlling the power of the power source and electronic circuit devices for converting power using the power modules is increasing.
例えば、車両の駆動装置は、電力変換装置により変換された電力がモータを駆動させる機能を有しているが、とりわけ自動車においては、車内にバッテリと電力変換装置とモータとを搭載した電動車両が一般的である。よって、車内のスペース拡大のため、電力変換装置は薄型にすることが望まれており、さらに電力変換装置の冷却性の向上も望まれている。 For example, a vehicle driving device has a function of driving a motor with electric power converted by a power conversion device. Common. Therefore, in order to expand the space inside the vehicle, it is desired to make the power conversion device thinner, and it is also desired to improve the cooling performance of the power conversion device.
このような観点を踏まえ、本願発明の背景技術として下記の特許文献1には、半導体チップに接続された板状導体が半導体チップの両面に熱的に接続されて、その両面から熱を放出できるように、かつそのうちの直流正極用板状導体と直流負極用板状導体との導体面同士が対向するように、構成されている電力回路装置が示されている。これにより、冷却性能の向上と配線インダクタンスに起因する作動時の損失の低減とを両立できる技術が開示されている。
Based on this point of view, as a background art of the present invention, the following
特許文献1に記載された従来の構造では、半導体モジュールを冷却する流路を平滑コンデンサに接触させる構造としている。しかし、さらなる小型化および搭載部品実装の容易化を目的にすると、平滑コンデンサ端子および主回路の結線構造の簡略化や固定部品数の低減が必要であり、同時に、振動の影響等による結線部の固定性の悪化が課題になる。
In the conventional structure described in
上記を鑑みて、本発明は、実装密度の向上と冷却性の向上とキャパシタ及びキャパシタ端子の振動防止と、を並立させた電力変換装置を提供することが目的である。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a power converter in which improvement in packaging density, improvement in cooling performance, and prevention of vibration of capacitors and capacitor terminals are achieved in parallel.
本発明の電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと、前記直流電力を平滑化するキャパシタモジュールと、前記パワーモジュールと前記キャパシタモジュールとを収納するケースと、前記ケース上に固定されるカバーと、を備え、前記キャパシタモジュールは、キャパシタセルと、前記キャパシタセルから延伸し、前記パワーモジュールと電気的に接続されるキャパシタ端子と、を有し、前記キャパシタモジュールにおいて、前記キャパシタモジュールが前記ケースと接触する面とは反対の面であり、前記カバーと対向面である上面では、前記キャパシタ端子が設けられている第1辺には第1凹部が形成され、前記キャパシタセルを間に挟んで前記第1辺と対向している第2辺には第2凹部が形成され、前記カバーは、前記第1凹部に嵌め合わされる第1凸部と、前記第2凹部に嵌め合わされる第2凸部と、が設けられており、前記上面において、前記第1凹部及び前記第2凹部以外の面は、前記カバーとは接触しない非接触領域を有する。 A power conversion device according to the present invention comprises: a power module for converting DC power into AC power; a capacitor module for smoothing the DC power; a case for housing the power module and the capacitor module; the capacitor module having a capacitor cell and a capacitor terminal extending from the capacitor cell and electrically connected to the power module; is the surface opposite to the surface in contact with the case, and on the upper surface, which is the surface facing the cover, a first concave portion is formed in the first side where the capacitor terminal is provided, and the capacitor cell is interposed between the capacitor cells. A second recess is formed on a second side facing the first side across the cover, and the cover includes a first protrusion fitted in the first recess and a first protrusion fitted in the second recess. A second convex portion is provided, and the surface of the upper surface other than the first concave portion and the second concave portion has a non-contact region that does not contact the cover.
本発明によれば、実装密度の向上と冷却性の向上とキャパシタ及びキャパシタ端子の振動防止と、を並立させた電力変換装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device in which improvement in packaging density, improvement in cooling performance, and prevention of vibration of capacitors and capacitor terminals are achieved in parallel.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. As such, the present invention is not necessarily limited to the locations, sizes, shapes, extents, etc., disclosed in the drawings.
(第1の実施形態および本発明の全体構成)
図1は、本発明の電力変換装置の電気回路図である。
(First embodiment and overall configuration of the present invention)
FIG. 1 is an electric circuit diagram of the power converter of the present invention.
電力変換装置は、インバータ101(制御回路103を含む)とキャパシタモジュール3とで構成され、車両に搭載されたバッテリ100から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータ200へ出力している。バッテリ100とインバータ101と並列につながれたキャパシタモジュール3は、バッテリ100から供給される直流電力を平滑化している。
The power conversion device is composed of an inverter 101 (including a control circuit 103) and a
インバータ101は、半導体素子23を2つ直列接続した半導体装置である1レグパワーモジュール104(以下パワーモジュール104)と、制御回路103と、のセット108を三相分備えている。なお、パワーモジュール104と制御回路103のセット108は、1相分のみを詳細に示し、他の2相分については図示を省略している。
The
パワーモジュール104の上下アームの半導体素子23は、制御回路103から出力される制御信号によって、スイッチングのON・OFFがそれぞれ切り替えられる。制御回路103から出力される制御信号は、信号配線を通じゲート抵抗105を介して、上下アームの半導体素子23にそれぞれ入力されている。
The
三相のパワーモジュール104は、それぞれ高圧側入力配線106と低圧側入力配線107とに並列に接続されている。また、三相のパワーモジュール104は、それぞれ上下アームで直列接続した半導体素子23の中間点で、モータ200の各相のステータ巻線と接続されている。また、パワーモジュール104と制御回路103との三相分のセット108は、それぞれスイッチングのON・OFFの切り替えをすることで、モータ200へ交流電力を出力している。
The three-
半導体素子23は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオードを組み合わせたものや、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)により構成される。
The
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置におけるキャパシタモジュールの斜視図である。なお、以降の説明ではこの斜視図上方向の面をキャパシタモジュール3の上面(第1の面)、下方向の面をキャパシタモジュール3の下面(第2の面)とする。また、図2では説明の都合上、パワーモジュール104とキャパシタモジュール3を収納するケース6の一部を図示するとともに、本来はキャパシタモジュール3の上面に設置されるカバーを省略している。
FIG. 2 is a perspective view of a capacitor module in the power converter according to the first embodiment of the invention. In the following description, the upper surface of the perspective view is the upper surface (first surface) of the
図1の電気回路図において、インバータ101の各パワーモジュール104では、半導体素子23のスイッチングのON・OFF切り替えの際に、急峻な電流の変化による電圧の変動が起こる。これを抑制するために、図2に示す長方形状のキャパシタモジュール3は、高圧側入力配線106および低圧側入力配線107に流れる電流を吸収して直流電力を平滑化したり、これらの直流配線を介して電流を各パワーモジュール104へと流したりする機能を持つ。
In the electric circuit diagram of FIG. 1 , in each
キャパシタモジュール3と接続されている高圧側入力配線106および低圧側入力配線107の一部は、図2においてキャパシタモジュール3から延伸したキャパシタ端子1に相当する。キャパシタ端子1は、キャパシタモジュール3の封止樹脂2から外部に突出しており、パワーモジュール104の絶縁基板12(図4に後述)と接続されている。
A part of the high voltage
キャパシタモジュール3の第1の面のうち、キャパシタ端子1が設けられている側の一辺に凹部4(第1凹部)が形成されている。また、同じ第1の面において、凹部4とは反対側の一辺に凹部5(第2凹部)が形成されている。この二つの凹部4,5は、第2の面から(ケース6から)の高さが同じである。
A concave portion 4 (first concave portion) is formed on one side of the first surface of the
図3は、本発明の第1の実施形態に係る、キャパシタモジュール3の断面図である。なお図3では、キャパシタモジュール3の断面とともに、キャパシタモジュール3の第1の面に取り付けられるカバー7の断面と、キャパシタモジュール3を収納するケース6の断面と、を示している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
キャパシタモジュール3の第1の面は、キャパシタモジュール3がケース6と接触する面(第2の面)とは反対の面であり、カバー7と対向する上面である。キャパシタモジュール3の内部にはキャパシタセル102(以下キャパシタ102)が設けられており、このキャパシタ102からキャパシタモジュール3の外部へとキャパシタ端子1が延伸している。
The first surface of the
キャパシタモジュール3の第2の面がケース6と接触することで、キャパシタモジュール3はケース6に設置されている。カバー7には、キャパシタモジュール3の封止樹脂2に形成されている凹部4,5にそれぞれ接触して嵌め合わされる凸部8(第1凸部),凸部9(第2凸部)が設けられている。凹部4と凹部5は、キャパシタ102を間に挟んで対向する位置に形成されている。
The
凸部8が凹部4にあたることで、キャパシタモジュール3のキャパシタ端子1付近が加圧される。また、凸部9が凹部5にあたることで、凸部8による凹部4の加圧と合わせてキャパシタモジュール3の両端の2辺が押され、第1の面全体で圧力がかかる。そのため、キャパシタモジュール3全体がケース6に押し付けられ、固定性が高まる。
The vicinity of the
キャパシタモジュール3がケース6と凸部8,9とに接触することで、キャパシタモジュール3から発生する熱がケース6に移動するとともに、凸部8,9を介してカバー7に移動して、放熱される仕組みになっている。これにより、キャパシタモジュール3が直流電流を平滑化する際に、キャパシタ102が、自身の損失により加熱されて高温になる懸念を解消できる。
Since the
非接触領域10は、キャパシタモジュール3の第1の面において、凹部4および凹部5を除いてカバー7とは接触しない領域である。この領域は従来技術であれば接触している領域であるが、接触状況によって2か所の凸部8,9と凹部4,5とが接触できなくなる可能性がある。そこで、凸部8,9と凹部4,5とを確実に接触できるようにするために、本発明ではこの領域に空気層である非接触領域10を設けて、凸部8,9と凹部4,5とが接触できない状態となるのを防いでいる。以上のように、キャパシタモジュール3が構成されていることで、固定性を維持しつつ固定用の部品の削減に貢献できるため、キャパシタモジュールおよび電力変換装置の小型化に貢献できる。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る、電力変換装置の断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the power converter according to the first embodiment of the present invention.
図4は、キャパシタモジュール3とパワーモジュール104を備えた電力変換装置の断面図である。パワーモジュール104は、主回路配線(図示せず)を備えた絶縁基板12と、パワーモジュール104で変換した電力を外部へ出力するAC出力配線19と、接続されている。ケース6には、AC出力配線19を支えている配線キャップ20が備えられている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a power converter including the
回路体であるパワーモジュール104は、リードフレーム13、ワイヤ14a,14b、半導体素子23、封止樹脂15を含んで構成され、キャパシタモジュール3で平滑化された直流電力を交流電力に変換している。
A
パワーモジュール104は、リードフレーム13と接続するワイヤ14aと、リードフレーム13上にある半導体素子23に接続するワイヤ14bと、を介して、絶縁基板12の主回路配線と接続されている。
The
封止樹脂15は、半導体素子23とリードフレーム13とワイヤ14a,14bと絶縁基板12と、のそれぞれの接続部分を封止する役割を持つモールド材である。
The sealing
キャパシタ端子1は、絶縁基板12の主回路配線とはんだ(図示せず)を介して接続されている。これにより、キャパシタモジュール3内のキャパシタセル102とパワーモジュール104とが電気的に接続されている。この接続部分は、封止樹脂15等でモールドされていないことによる固定性への懸念があるが、本発明によって、カバー7に凸部8と凸部9との両方を備えているため、キャパシタモジュール3の固定性を高められる。この構成であれば、車両のホイールに実装される電力変換装置であっても、この接続部に対しての回転応力も抑制でき、接続部が寸断されることを防止できる。
The
なお、凸部8、9と凹部4、5(図2参照)の寸法差によって起こる密着性の不均一さを解消するため、凸部8、9と凹部4、5のそれぞれの嵌合部分の間に、伸縮性と伝熱性とを持つ接着材(放熱部材)を挟んで密着性の補強を行ってもよい。また同様に、キャパシタモジュール3とカバー7との間の非接触領域10にも、伸縮性と伝熱性とを持つ接着材を挟んで密着性の補強を行っても良い。
In addition, in order to eliminate the non-uniform adhesion caused by the dimensional difference between the
パワーモジュール104とケース6との間には、流路形成体17が形成されている。リードフレーム13は、伝熱性の絶縁層であるグリス16aを介して流路形成体17に対して熱的に接続することで、半導体素子23が発生する熱を放熱している。流路形成体17は、内部に流れている冷媒18を用いてパワーモジュール104の発生熱を放熱する役割を持つ。
A channel forming body 17 is formed between the
ケース6とカバー7は、それぞれの両端部で接触しており、カバー7側の熱はケース6へ移動する。流路形成体17は、ケース6との間に伸縮性と伝熱性とを持つ接着剤であるグリス16bを有しており、このグリス16bを介してカバー7からケース6に移動した熱も冷却している。
Both ends of the
図5は、図4の上面図である。 5 is a top view of FIG. 4. FIG.
複数のキャパシタモジュール3a~3cの各キャパシタ端子1a~1cは、一列に並べてケース6内に配置されている。3つのキャパシタモジュール3a~3cのうち、中央のキャパシタモジュール3bは、左右をキャパシタモジュール3a、3cに囲まれている。詳細は後述するが、このとき、中央のキャパシタモジュール3bとキャパシタモジュール3a、3cとで寸法差がある場合に、カバー7(図示せず)に形成された凸部がキャパシタモジュール3bの凹部に接触しない可能性があるため、図8や図9の変形例の構造を用いて、できる限り中央のキャパシタモジュール3bの凹部に凸部が接触しやすくしている。
The
図6は、図5のキャパシタモジュール周辺のねじ締結部を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a screw fastening portion around the capacitor module in FIG. 5. FIG.
半導体装置11は、ケース6の角部にねじ締結部であるねじ穴21a~21dを形成している。以下に、ねじ穴21a~21dの形成位置の決め方について説明する。
In the
まず、キャパシタモジュール3bの中心点から、紙面横方向に分割線22a、紙面縦方向に分割線22bを定義する。さらに、分割線22aに対して所定の等距離の位置に直線24a,24bを、分割線22bに対して所定の等距離の位置に直線24c,24dを、定義する。また、それぞれのキャパシタモジュール3a~3cの中心位置から等距離であり、互いに対向する辺のうち横方向の辺でありキャパシタ端子1が設けられている側を第1辺、第1辺に対向する辺を第2辺、第1辺と第2辺とに直角に接している縦方向の辺を第3辺,第4辺と、それぞれ定義する。直線24a~24dは、第1辺~第4辺にそれぞれ平行である。
First, from the center point of the
3つのキャパシタモジュール3a~3cにそれぞれ形成されている凹部4a~4cおよび凹部5a~5cは、直線24a、24b上に形成されている。キャパシタモジュール3a~3cにおいて、それぞれの中心点からの紙面上下方向の封止樹脂2の厚みが一様であれば、凹部4a~4cと凹部5a~5cの紙面上下方向のそれぞれの幅は等しくなる。
次に、直線24a,24bから平行で所定の等距離の位置に直線25a(第1直線),25b(第2直線)を、直線24c,24dから所定の等距離の位置に直線26a(第3直線),26b(第4直線)を、定義する。このとき、直線25bと直線26aと直線26bとは、ケース6の壁部上に定義される。
Next,
ケース6において、第1直線から第4直線のうち、いずれか2つの直線によって形成される交点上で、ケース6とカバー7(図6では図示せず)を固定するためのねじ穴21a~21dを形成する。
In
ケース6上に固定されるカバー7には、3つのキャパシタモジュール3a~3cにそれぞれ形成されている凹部4a~4cおよび凹部5a~5cに接触する一定の高さの凸部8,9が、ケース6の壁部に接触しないように形成されている。また、カバー7には、ねじ穴21a~21dのねじ締結に対応できるように、ねじ穴21a~21dと重なる位置に貫通孔を設けている。
A
このようにすることで、ケース6とカバー7をねじ穴21a~21dと貫通孔を通じて、均等な締結力でねじ締結した場合、キャパシタモジュール3bの凹部4bと凹部5bにかかる力は等しくなり、ケース6とカバー7を固定したときに、キャパシタモジュール3bの固定性が高まる。また、これに伴い、3つのキャパシタモジュール3a~3cにそれぞれ接続されているキャパシタ端子1a~1cの振動を防止し、キャパシタ端子1a~1cと絶縁基板12とのそれぞれの接続部の寸断を回避することができるため、電力変換装置の安定性と信頼性が向上する。
By doing so, when the
なお、カバー7に設けられる凸部8,9は一続きにつながっている形状にする必要はなく、凹部4a~4cおよび凹部5a~5cの形状やサイズ、位置に対応させて、途中で途切れている形状にしてもよい。
It should be noted that the
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置におけるキャパシタモジュールの断面図である。なお、図7の断面図は、図6の分割線22aを断線とした断面図である。
(Second embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a capacitor module in a power converter according to a second embodiment of the invention. Note that the cross-sectional view of FIG. 7 is a cross-sectional view in which the
本実施形態において、キャパシタモジュール3a~3cは、直線24a,24b(図6参照)上に設けられている凹部4a~4cおよび凹部5a~5cと、それに対応するカバー7に設けられた凸部によって、図6の紙面上下方向への応力に対応した固定がなされている。しかし、紙面左右方向においての振動によってキャパシタモジュール3a~3cのズレや接続部の寸断等の可能性があるため、横揺れの振動を抑えるための構造を設ける必要がある。
In this embodiment, the
キャパシタモジュール3a~3cの間にはそれぞれ隙間27があり、その隙間27に嵌め合わされるように、本実施形態ではカバー7に凸部28(第3凸部)がさらに形成されている。凸部28は、図6の上下方向においてキャパシタモジュール3a~3cの辺と同じ長さの凸部である。この凸部28は、図6の左右方向に形成されている凸部8,9と接続する形状でもよい。このようにすることで、キャパシタモジュール3a~3cは紙面左右方向への振動を凸部28により防ぐことができる。
A
(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係る、キャパシタモジュールの断面図である。なお、キャパシタモジュール3Bの断面図は、図6の直線24aを断線とした断面図である。
(Third Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view of a capacitor module according to a third embodiment of the invention. The cross-sectional view of the capacitor module 3B is a cross-sectional view taken along the
図8は、キャパシタモジュール3a~3cにおいて、たとえば、カバー7の変形により、中央のキャパシタモジュール3bに対して凸部8(9)の嵌め合わせが悪く、力が加わらないケースを防止するため、中央のキャパシタモジュール3bに対応した凸部8bの高さ(凸部の長さ)が、キャパシタモジュール3aおよび3cの凸部8aの高さよりも大きく形成されている。
FIG. 8 shows that, in the
これにより、凸部8bに対応する中央のキャパシタモジュール3bの凹部4bは嵌め合わされているが、凸部8aはキャパシタモジュール3aおよび3cのそれぞれの凹部4a、4cには完全に嵌め合わされていない。この状態で、カバー7をねじ締結等でケース6と締結すると、カバー7は凸部8bを中心として変形するため、完全に嵌め合わされていない凸部8aと凹部4a、4cとのそれぞれの間隔が狭まり接触する。このようにすることで、中央のキャパシタモジュール3bをより強く固定しつつ、キャパシタモジュール3a~3cすべての固定性が高まる。
As a result, the
(第4の実施形態)
図9は、本発明の第4の実施形態に係る、キャパシタモジュールの断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a capacitor module according to a fourth embodiment of the invention.
キャパシタモジュール3aおよび3cのそれぞれの凹部は、本実施形態では、凹部4dと凹部4eのように、キャパシタモジュール3bの凹部4よりも深く形成されている。言い換えれば、中央に配置されるキャパシタモジュール3bの凹部の深さは、キャパシタモジュール3aおよび3cのそれぞれの凹部4d,4eの深さよりも小さい。
In this embodiment, the recesses of
このようにすることで、第3実施形態(図8)と同様に、カバー7がケース6と締結されるときに、カバー7がキャパシタモジュール3bの凹部に嵌め合わされる凸部を中心に変形する。よって、完全に嵌め合わされていない凸部8と凹部4d、4eとの間隔が狭まり接触することで、中央のキャパシタモジュール3bをより強く固定しつつ、キャパシタモジュール3a~3cすべての固定性が高まる。
By doing so, similarly to the third embodiment (FIG. 8), when the
なお、図8および図9に示した例では、キャパシタモジュール3a~3cの3つの構成の場合で説明したが、これに限らず3つ以上のキャパシタモジュール3でありかつ奇数個で並列方向に複数配置した形態であれば、同様に効果を奏することができる。
In the example shown in FIGS. 8 and 9, the case of the three
(第5の実施形態)
図10は、本発明の第5の実施形態に係る、電力変換装置の上面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a top view of a power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.
本実施形態と図5に示した第1の実施形態との違いは、キャパシタ端子1と絶縁基板12との接続の向きが異なるキャパシタモジュール3dが、キャパシタモジュール3a~3cとは別に、ケース6に配置されている点である。キャパシタモジュール3dにおいて、キャパシタ端子1dが突出している辺には凹部4fが設けられ、その対向する辺に凹部5fが設けられている。この凹部4f,5fは、凹部4a~4c及び凹部5a~5cとは垂直方向に形成され、凹部4f,5fに嵌め合わせて接触するように、カバー7に凸部が設けられる。このようにすることで、ケース6に異なる向きで絶縁基板12に接続されたキャパシタ端子1dに対しての振動を抑制し、キャパシタモジュール3dの安定性を向上させることができる。
A difference between this embodiment and the first embodiment shown in FIG. It is the point where it is arranged. In the
(第6の実施形態)
図11は、第6の実施形態に係る、電力変換装置の断面図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view of a power converter according to the sixth embodiment.
本実施形態と図4の電力変換装置に示す実施形態との違いは、パワーモジュール104Eの絶縁基板12との接続をワイヤ14a,14bではなくリードフレーム13bにした上で、リードフレーム13bは伝熱性の絶縁層であるグリス16cを介して、新たに設けた流路形成体17bと熱的に接続している点である。流路形成体17bの内部に流れる冷媒18により、パワーモジュール104Eは両面から冷却される。
The difference between this embodiment and the embodiment shown in the power conversion apparatus of FIG. It is thermally connected to the newly provided flow path forming body 17b through the
また、流路形成体17bおよびキャパシタモジュール3Eとカバー7との間に、伸縮性のある放熱部材29をそれぞれ設ける。これにより、キャパシタモジュール3Eにおけるカバー7とキャパシタモジュール3との凸部・凹部の接触を保ちつつ、キャパシタモジュール3からの流路形成体17bへのカバー7を介した放熱性能を高めることができる。
Further, elastic
(第7の実施形態)
図12は、第7実施形態に係る、キャパシタモジュールの断面図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view of a capacitor module according to a seventh embodiment;
本実施形態のキャパシタモジュール3Fと図3のキャパシタモジュール3との違いは、まずキャパシタ102がキャパシタモジュール3Fの内部で2つに同寸法で分かれている点である。さらに、2つのキャパシタ102の間に、それぞれのキャパシタ102同士が対向する面と平行で所定の等距離である中線30を定義し、キャパシタモジュール3Fにおける中線30の第1面付近には、第2凹部5Fおよび第2凸部9Fが形成されている。
The difference between the
このようにしたので、キャパシタ102が複数でキャパシタモジュール3Fの一相分を担う場合、カバー7の凸部8および9Fによるキャパシタモジュール3Fの固定はキャパシタモジュール3Fの両端ではなく、キャパシタ102同士の間(キャパシタモジュール3Fの真ん中)に凸部9Fおよび凹部の嵌め合わせによって固定することで、安定性を高めることができる。また、キャパシタモジュール3Fのケース6への固定方法(カバー7に設ける凸部9Fの形成)の選択肢も増える。
Thus, when a plurality of
以上説明した本発明の第1~第7の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first to seventh embodiments of the present invention described above, the following effects are obtained.
(1)電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュール104と、直流電力を平滑化するキャパシタモジュール3と、パワーモジュール104とキャパシタモジュール3とを収納するケース6と、ケース6上に固定されるカバー7と、を備える。このキャパシタモジュール3は、キャパシタセル102と、キャパシタセル102から延伸し、パワーモジュール104と電気的に接続されるキャパシタ端子1と、を有し、キャパシタモジュール3において、キャパシタモジュール3がケース6と接触する面とは反対の面であり、カバー7と対向面である上面では、キャパシタ端子1が設けられている第1辺には第1凹部4が形成され、キャパシタセル102を間に挟んで第1辺と対向している第2辺には第2凹部5が形成され、カバー7は、第1凹部4に嵌め合わされる第1凸部8と、第2凹部5に嵌め合わされる第2凸部9と、が設けられており、上面において、第1凹部4及び第2凹部5以外の面は、カバー7とは接触しない非接触領域10を有する。このようにしたことで、実装密度の向上と冷却性の向上とキャパシタ102及びキャパシタ端子1の振動防止と、を並立させた電力変換装置を提供できる。
(1) The power converter includes a
(2)電力変換装置が有する複数のキャパシタモジュール3a~3cの各キャパシタ端子1は一列に並べて配置され、キャパシタモジュール3a~3cは長方形状であり、それぞれのキャパシタモジュール3a~3cの中心位置から等距離であり互いに対向する第1辺24aと第2辺24bと、第1辺24aと第2辺24bとに直角に接している第3辺24cと第4辺24dと、が設けられる。さらに、第1辺24aと第2辺24bとからそれぞれ平行で所定の等距離である直線を第1直線25aと第2直線25b、第3辺24cと第4辺24dとからそれぞれ平行で所定の等距離である直線を第3直線26aと第4直線26b、と定義する。これらの直線のうち、第2直線25bと第3直線26aと第4直線26bとは、ケース6の壁部上にあり、第1直線25aから第4直線26bのうちいずれか2つの直線によって形成される交点上で、ケース6とカバー7を固定するためのねじ締結部が形成されている。このようにしたことで、キャパシタモジュール3a~3cの固定性が高まる。
(2) Each
(3)電力変換装置が有する複数のキャパシタモジュール3a~3cは一列に並べて配置され、カバー7は、それぞれのキャパシタモジュール3a~3cの間隙27に対して嵌め合わされる第3凸部28が設けられている。このようにしたことで、縦揺れだけでなく横揺れにも対応した振動対策を施した電力変換装置を提供できる。
(3) A plurality of
(4)キャパシタモジュール3を3つ以上の奇数個で一列に並べて複数配置した場合、並列方向の配置のうち、中央に配置される中央キャパシタモジュール3bの当該第1凸部8bおよび当該第2凸部のそれぞれの高さは、中央キャパシタモジュール3b以外のキャパシタモジュール3の当該第1凸部8および第2凸部9のそれぞれの高さよりも大きい。このようにしたことで、中央のキャパシタモジュール3bをより強く固定しつつ、ケース6に設置されるキャパシタモジュール3すべての固定性が高まる。
(4) When an odd number of three or
(5)キャパシタモジュール3を3つ以上の奇数個で一列に並べて複数配置した場合、並列方向の配置のうち、中央に配置される中央キャパシタモジュール3bの当該第1凹部および当該第2凹部のそれぞれの深さは、中央キャパシタモジュール3b以外のキャパシタモジュール3の当該第1凹部4d,4eおよび当該第2凹部のそれぞれの深さよりも小さい。このようにしたことで、中央のキャパシタモジュール3bをより強く固定しつつ、ケース6に設置されるキャパシタモジュール3すべての固定性が高まる。
(5) When an odd number of three or
(6)パワーモジュール104とケース6との間には第1流路形成体17が形成されている。このようにしたことで、パワーモジュール104から伝達される熱を放熱できる。
(6) A first flow path forming body 17 is formed between the
(7)第1流路形成体17とケース6との間には、伸縮性の放熱部材16bが備えられている。このようにしたことで、ケース6から伝達される熱を放熱できる。
(7) Between the first flow path forming body 17 and the
(8)パワーモジュール104Eとカバー7との間には第2流路形成体17bが形成されている。このようにしたことで、パワーモジュール104から伝達される熱を、その両面に設けた流路形成体17a,17bで放熱できる。
(8) A second flow path forming body 17b is formed between the
(9)第2流路形成体17bとカバー7との間には、伸縮性の放熱部材29が備えられている。このようにしたことで、カバー7から伝達される熱を放熱できる。
(9) A stretchable
(10)非接触領域10には、伸縮性の放熱部材29が備えられている。このようにしたことで、キャパシタモジュール3Eから伝達される熱を、カバー7を介して流路形成体17bに伝えて放熱できる。
(10) The
(11)パワーモジュール104Eと第1流路形成体17aとの間には、伝熱性の絶縁層16a,16cが備えられている。このようにしたことで、パワーモジュール104Eを第1流路形成体17aによって冷却できる。
(11) Heat conductive insulating
(12)パワーモジュール104Eと第1流路形成体17aおよび第2流路形成体17bとの間には、伝熱性の絶縁層16a,16cがそれぞれ備えられている。このようにしたことで、パワーモジュール104Eを第1流路形成体17aと第2流路形成体17bとによって両面冷却できる。
(12) Heat conductive insulating
(13)第1凹部と第1凸部との間、および第2凹部と第2凸部との間には、伸縮性の放熱部材(接着剤)がそれぞれ備えられている。このようにしたことで、カバー7とキャパシタモジュール3の密着性の補強ができる。
(13) A stretchable heat dissipation member (adhesive) is provided between the first concave portion and the first convex portion and between the second concave portion and the second convex portion, respectively. By doing so, the adhesion between the
(14)キャパシタモジュール3Fは、その内部に同寸法である2つのキャパシタセル102を備え、2つのキャパシタセル102の間に、それぞれのキャパシタセル102同士が対向する面と平行で所定の等距離である中線30を定義し、キャパシタモジュール3Fにおいて、第2凹部5Fは中線30上に形成されている。このようにしたことで、キャパシタモジュール3Fの固定方法の選択肢が増え、設計要求に対応できる。
(14) The
(15)ケース6内には、第1凹部4a~4c及び第2凹部5a~5cとは垂直方向に形成される第3凹部4f及び第4凹部5fを有する別体のキャパシタモジュール3dが備えられている。このようにしたことで、別体で異なる向きで搭載されているキャパシタモジュール3dがあっても、絶縁基板12に接続されたキャパシタ端子3dに対しての振動が抑制され、キャパシタモジュール1dの安定性が確保される。
(15) A
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
1・・・キャパシタ端子
2・・・封止樹脂(キャパシタモジュール)
3、3a~3d、3A~3F・・・キャパシタモジュール
4、4a、4b、4c、4d、4e・・・(第1)凹部
4f・・・(第3)凹部
5、5a、5b、5c・・・(第2)凹部
5f・・・(第4)凹部
6・・・ケース
7・・・カバー
8、8a、8b・・・(第1)凸部
9・・・(第2)凸部
10・・・非接触領域
12・・・絶縁基板
13・・・リードフレーム
14a、14b・・・ワイヤ
15・・・封止樹脂(パワーモジュール)
16a、16b、16c・・・グリス
17、17a、17b・・・流路形成体
18・・・冷媒
19・・・AC出力配線
20・・・配線キャップ
21a、21b、21c、21d・・・ねじ穴
22a、22b・・・分割線
23・・・半導体素子
24a・・・直線(第1辺)
24b・・・直線(第2辺)
24c・・・直線(第3辺)
24d・・・直線(第4辺)
25a・・・第1直線
25b・・・第2直線
26a・・・第3直線
26b・・・第4直線
27・・・間隙
28・・・(第3)凸部
29・・・放熱部材
30・・・中線
102・・・キャパシタセル
104、104E・・・1レグパワーモジュール
1: Capacitor terminal 2: Sealing resin (capacitor module)
3, 3a to 3d, 3A to
16a, 16b, 16c Grease 17, 17a, 17b Flow
24b... straight line (second side)
24c... straight line (third side)
24d... straight line (fourth side)
25a First
Claims (15)
前記直流電力を平滑化するキャパシタモジュールと、
前記パワーモジュールと前記キャパシタモジュールとを収納するケースと、
前記ケース上に固定されるカバーと、を備え、
前記キャパシタモジュールは、
キャパシタセルと、
前記キャパシタセルから延伸し、前記パワーモジュールと電気的に接続されるキャパシタ端子と、を有し、
前記キャパシタモジュールにおいて、前記キャパシタモジュールが前記ケースと接触する面とは反対の面であり、前記カバーと対向面である上面では、前記キャパシタ端子が設けられている第1辺には第1凹部が形成され、前記キャパシタセルを間に挟んで前記第1辺と対向している第2辺には第2凹部が形成され、
前記カバーは、前記第1凹部に嵌め合わされる第1凸部と、前記第2凹部に嵌め合わされる第2凸部と、が設けられており、
前記上面において、前記第1凹部及び前記第2凹部以外の面は、前記カバーとは接触しない非接触領域を有する
電力変換装置。 a power module that converts DC power into AC power;
a capacitor module that smoothes the DC power;
a case that houses the power module and the capacitor module;
a cover fixed on the case,
The capacitor module is
a capacitor cell;
a capacitor terminal extending from the capacitor cell and electrically connected to the power module;
In the capacitor module, the upper surface, which is the surface opposite to the surface in contact with the case and faces the cover, has a first recess on the first side where the capacitor terminals are provided. a second recess is formed in a second side facing the first side with the capacitor cell interposed therebetween;
The cover is provided with a first protrusion that fits into the first recess and a second protrusion that fits into the second recess,
In the upper surface, a surface other than the first recess and the second recess has a non-contact region that does not contact the cover. Power conversion device.
前記キャパシタモジュールを複数有し、
複数の前記キャパシタモジュールは一列に並べて配置され、
前記キャパシタモジュールは長方形状であり、それぞれの前記キャパシタモジュールの中心位置から等距離であり互いに対向する前記第1辺と前記第2辺と、前記第1辺と前記第2辺とに直角に接している第3辺と第4辺と、が設けられ、
前記第1辺と前記第2辺とからそれぞれ平行で所定の等距離である直線を第1直線と第2直線、前記第3辺と前記第4辺とからそれぞれ平行で所定の等距離である直線を第3直線と第4直線、と定義すると、
前記第2直線と前記第3直線と前記第4直線とは、前記ケースの壁部上にあり、
前記第1直線から前記第4直線のうちいずれか2つの直線によって形成される交点上で、前記ケースと前記カバーを固定するためのねじ締結部が形成されている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
Having a plurality of the capacitor modules,
the plurality of capacitor modules are arranged in a row,
The capacitor module has a rectangular shape, and the first side and the second side are equidistant from the center position of each capacitor module and face each other, and the first side and the second side are in contact with each other at right angles. a third side and a fourth side are provided,
A straight line that is parallel and equidistant from the first side and the second side is a straight line that is parallel and equidistant from the first side and the second side, and a straight line is parallel and equidistant from the third side and the fourth side. If the straight lines are defined as the 3rd straight line and the 4th straight line,
the second straight line, the third straight line and the fourth straight line are on the wall of the case;
A power conversion device, wherein a screw fastening portion for fixing the case and the cover is formed on an intersection formed by any two of the first straight line to the fourth straight line.
前記複数のキャパシタモジュールを複数有し、
複数の前記キャパシタモジュールは一列に並べて配置され、
前記カバーは、それぞれの前記キャパシタモジュールの間隙に対して嵌め合わされる第3凸部が設けられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
Having a plurality of the plurality of capacitor modules,
the plurality of capacitor modules are arranged in a row,
The power conversion device, wherein the cover is provided with a third projection that fits into the gap of each of the capacitor modules.
前記キャパシタモジュールを3つ以上の奇数個で一列に並べて複数配置した場合、
前記並列方向の配置のうち、中央に配置される中央キャパシタモジュールの当該第1凸部および当該第2凸部のそれぞれの高さは、前記中央キャパシタモジュール以外の前記キャパシタモジュールの当該第1凸部および当該第2凸部のそれぞれの高さよりも大きい
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
When an odd number of three or more of the capacitor modules are arranged in a row,
In the arrangement in the parallel direction, the heights of the first protrusions and the second protrusions of the central capacitor module arranged in the center are equal to the heights of the first protrusions of the capacitor modules other than the central capacitor module. and greater than the height of each of the second protrusions.
前記キャパシタモジュールを3つ以上の奇数個で一列に並べて複数配置した場合、
前記並列方向の配置のうち、中央に配置される中央キャパシタモジュールの当該第1凹部および当該第2凹部のそれぞれの深さは、前記中央キャパシタモジュール以外の前記キャパシタモジュールの当該第1凹部および当該第2凹部のそれぞれの深さよりも小さい
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
When an odd number of three or more of the capacitor modules are arranged in a row,
In the arrangement in the parallel direction, the depths of the first recesses and the second recesses of the central capacitor module arranged in the center are the same as the depths of the first recesses and the second recesses of the capacitor modules other than the central capacitor module. A power conversion device that is smaller than the depth of each of the two recesses.
前記パワーモジュールと前記ケースとの間には第1流路形成体が形成されている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
A power conversion device, wherein a first flow path forming body is formed between the power module and the case.
前記第1流路形成体と前記ケースとの間には、伸縮性の放熱部材が備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 6,
A power conversion device, wherein a stretchable heat dissipation member is provided between the first flow path forming body and the case.
前記パワーモジュールと、前記第1流路形成体との間には、伝熱性の絶縁層が備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 6,
A power conversion device, wherein a heat conductive insulating layer is provided between the power module and the first flow path forming body.
前記パワーモジュールと前記カバーとの間には第2流路形成体が形成されている
電力変換装置。 The power converter according to claim 6,
A power conversion device, wherein a second flow path forming body is formed between the power module and the cover.
前記第2流路形成体と前記カバーとの間には、伸縮性の放熱部材が備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 9,
A power conversion device, wherein a stretchable heat dissipation member is provided between the second flow path forming body and the cover.
前記パワーモジュールと前記第1流路形成体および前記第2流路形成体との間には、伝熱性の絶縁層がそれぞれ備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 9,
A power conversion device, wherein a heat conductive insulating layer is provided between the power module and the first flow path forming body and the second flow path forming body, respectively.
前記非接触領域には、伸縮性の放熱部材が備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
The power conversion device, wherein the non-contact area is provided with a stretchable heat dissipation member.
前記第1凹部と前記第1凸部との間、および前記第2凹部と前記第2凸部との間には、伸縮性の放熱部材がそれぞれ備えられている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
A power conversion device, wherein a stretchable heat dissipation member is provided between the first concave portion and the first convex portion and between the second concave portion and the second convex portion.
前記キャパシタモジュールは、その内部に2つの前記キャパシタセルを備え、
2つの前記キャパシタセルの間に、それぞれの前記キャパシタセル同士が対向する面と平行で所定の等距離である中線を定義し、
前記キャパシタモジュールにおいて、前記第2凹部は前記中線上に形成されている
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
the capacitor module includes two of the capacitor cells therein;
defining a median line between two of the capacitor cells that is parallel to the planes of the capacitor cells facing each other and is a predetermined equidistant distance;
The power conversion device, wherein the second recess is formed on the midline in the capacitor module.
前記第1凹部及び前記第2凹部とは垂直方向に形成される第3凹部及び第4凹部を有する別体の前記キャパシタモジュールを備える
電力変換装置。 The power converter according to claim 1,
A power converter comprising the separate capacitor module having a third recess and a fourth recess formed in a direction perpendicular to the first recess and the second recess.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021042821A JP2022142594A (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021042821A JP2022142594A (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power conversion device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022142594A true JP2022142594A (en) | 2022-09-30 |
Family
ID=83420606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021042821A Pending JP2022142594A (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power conversion device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022142594A (en) |
-
2021
- 2021-03-16 JP JP2021042821A patent/JP2022142594A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5289348B2 (en) | Automotive power converter | |
JP5120604B2 (en) | Semiconductor module and inverter device | |
JP5351107B2 (en) | Capacitor cooling structure and inverter device | |
JP6263311B2 (en) | Power converter | |
JP2007209184A (en) | Power converter | |
WO2019123818A1 (en) | Power converter | |
JP6075227B2 (en) | Power converter | |
JP2017188998A (en) | Power conversion device | |
JP5664472B2 (en) | Power converter | |
JP2015099846A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
JP6422592B2 (en) | Power converter | |
WO2013111234A1 (en) | Power conversion device | |
WO2013105166A1 (en) | Power conversion apparatus | |
JP6945671B2 (en) | Power converter | |
JP2009246063A (en) | Cooling structure of power module and semiconductor device using same | |
JPWO2013145508A1 (en) | Power converter | |
JP6934992B1 (en) | Power converter | |
JP2012151342A (en) | Semiconductor device | |
JPWO2020174584A1 (en) | Semiconductor devices, semiconductor device manufacturing methods and power conversion devices | |
WO2013084417A1 (en) | Power conversion apparatus | |
JP2018181919A (en) | Semiconductor device and power conversion device | |
JP2022142594A (en) | Power conversion device | |
JP2016149836A (en) | Electric power conversion system | |
JP2021082804A (en) | Semiconductor module | |
JP2015079773A (en) | Cooling device of electronic component and heat source machine of refrigeration cycle device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230704 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240311 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240625 |