JP4564989B2 - Power conversion apparatus and moving body equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、電動機に供給される電力を制御する電力変換装置及びそれを備えた移動体に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that controls electric power supplied to an electric motor and a mobile body including the same.

従来の電力変換装置としては、例えば特開平8−140363号公報,特開平11−89247号公報に記載されたものが知られている。前者の公報に記載されたものでは、半導体素子,スナバコンデンサ,直流母線,平滑コンデンサを順次、冷却体上に積層状に配置して配線距離の短縮し、配線インダクタンスを低減している。後者の公報に記載されたものでは、コンデンサとインバータ部との間の配線部を、第1乃至第3の板状導体と第1,第2の絶縁シートが交互に積層された構造とし、配線インダクタンスを低減している。   As conventional power converters, for example, those described in JP-A-8-140363 and JP-A-11-89247 are known. In the former publication, a semiconductor element, a snubber capacitor, a DC bus, and a smoothing capacitor are sequentially arranged in a laminated form on a cooling body to shorten a wiring distance and reduce a wiring inductance. In the latter publication, the wiring section between the capacitor and the inverter section has a structure in which the first to third plate conductors and the first and second insulating sheets are alternately laminated, and the wiring Inductance is reduced.

近年、電動機を駆動源とする移動体、例えば電気自動車,ハイブリッド自動車などの電動車両においては、低価格化,燃費向上,一充電あたりの走行距離の向上,装置の実装スペースの縮小化などのために、バッテリから供給された直流電力を交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置の小型化の検討が進められており、前述した従来の電力変換装置よりも更に小型化した電力変換装置の実現が望まれている。   In recent years, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles, which are driven by an electric motor, have been used to reduce costs, improve fuel consumption, improve the mileage per charge, and reduce the mounting space of the device. In addition, studies on downsizing of a power conversion device that converts DC power supplied from a battery into AC power and supplies it to an electric motor are underway, and a power conversion device that is further downsized than the above-described conventional power conversion device Realization of is desired.

また、電動車両においては、電動機のみによる車輪駆動時,電動機によるトルクアシスト時などの大トルク出力要求時に必要とされる大電流制御のために、電力変換装置のインダクタンスの低減の検討が進められており、前述した従来の電力変換装置よりも更にインダクタンスを低減することができる電力変換装置の実現が望まれている。しかも、上述した電力変換装置の小型化の観点から、小さな実装面積でインダクタンスを低減することができる電力変換装置の実現が望ましい。   In addition, in electric vehicles, studies are underway to reduce the inductance of power converters in order to control large currents that are required when a large torque output is required, such as when a wheel is driven only by an electric motor or when torque assist is performed by an electric motor. Therefore, it is desired to realize a power converter that can further reduce the inductance as compared with the above-described conventional power converter. Moreover, it is desirable to realize a power conversion device that can reduce inductance with a small mounting area from the viewpoint of downsizing the power conversion device described above.

本発明の代表的な目的は、小型化が図られた電力変換装置及びそれを備えた移動体を提供することにある。また、本発明の別の代表的な目的は、小型化及び低インダクタンス化の両立が図られた電力変換装置及びそれを備えた移動体を提供することにある。   A typical object of the present invention is to provide a power conversion device that is miniaturized and a mobile body including the same. Another representative object of the present invention is to provide a power conversion device that achieves both a reduction in size and a reduction in inductance, and a moving body including the power conversion device.

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、パワーモジュール部とコンデンサ回路部とを備え、前記パワーモジュール部は、四角形状を成しかつ電気伝導性を有して渦電流を流す放熱板と、U相用とV相用とW相用の正極接続部と負極接続部とを複数備え積層状態に配置された正極直流端子および負極直流端子と、第1半導体スイッチと第2半導体スイッチとをそれぞれ備えるU相用とV相用とW相用直列回路を有し、前記パワーモジュール部において、前記四角形状を成す放熱板の対向する2つの辺をそれぞれ左右の辺として前記左右の辺をつなぐ方向を左右方向とし、前記左右方向に垂直な方向の一つを一方とし他を他方と定義した場合に、前記U相用とV相用とW相用直列回路は前記左右方向に並べて配置されており、さらに各相の直列回路は左右方向に配置される第1列と第2列の2つの列に基づいて前記第1半導体スイッチを第1列に配置し、また前記第2半導体スイッチを第2列に配置し、また各相に直流電力を供給する前記正極接続部と前記負極接続部は前記第1と第2の半導体スイッチより前記一方の方であってさらに第1列の方にずれて配置されており、さらに前記第1列側に設けられた前記第1半導体スイッチは、第2列に配置された前記第2半導体スイッチより他方側にずれて配置され、さらに前記第2列に配置された前記第2半導体スイッチの他方側の位置に電気的な接続のための接続用導体板が設けられ、さらに前記接続用導体板は列に沿う方向において前記第1の半導体スイッチと部分的に重なっており、前記第1半導体スイッチと前記第2半導体スイッチとが前記接続用導体板を介して電気的に接続され、前記コンデンサ回路部は、直流電力を供給するための積層状の導体板と、直流電源から直流電力を受けるための電源端子と、複数のコンデンサとを有し、前記積層状の導体板はそれぞれ前記パワーモジュール部に直流電力を供給するための直流電力供給端子を備え、前記直流電力供給端子と前記電源端子との間に前記複数のコンデンサが接続されている、ことを特徴とする。In order to achieve the above object, a power conversion device according to the present invention includes a power module unit and a capacitor circuit unit, and the power module unit has a quadrangular shape and has electrical conductivity to generate an eddy current. A heat sink to be flown, a positive DC terminal and a negative DC terminal arranged in a laminated state including a plurality of positive electrode connection portions and negative electrode connection portions for U phase, V phase, and W phase, a first semiconductor switch, and a second semiconductor switch A series circuit for U-phase, V-phase, and W-phase each having a semiconductor switch, and in the power module unit, the two opposite sides of the rectangular heat sink are defined as the left and right sides, respectively. When the direction connecting the sides is defined as the left-right direction, one of the directions perpendicular to the left-right direction is defined as one and the other as the other, the U-phase, V-phase, and W-phase series circuits are Are arranged side by side, Further, the series circuit of each phase arranges the first semiconductor switch in the first column based on the two columns of the first column and the second column arranged in the left-right direction, and the second semiconductor switch is arranged in the second column. The positive electrode connecting portion and the negative electrode connecting portion arranged in a row and supplying DC power to each phase are shifted to the one side and further to the first row from the first and second semiconductor switches. The first semiconductor switch provided on the first column side is further shifted from the second semiconductor switch arranged on the second column to the other side, and further arranged on the second column. A connecting conductor plate for electrical connection is provided at a position on the other side of the second semiconductor switch, and the connecting conductor plate is partially connected to the first semiconductor switch in a direction along a row. Overlapping the first semiconductor switch and the front A second semiconductor switch is electrically connected via the connection conductor plate, and the capacitor circuit portion includes a laminated conductor plate for supplying DC power and a power source for receiving DC power from the DC power source. Each of the laminated conductor plates includes a DC power supply terminal for supplying DC power to the power module unit, and is provided between the DC power supply terminal and the power supply terminal. The plurality of capacitors are connected to each other.

本発明に係る電力変換装置は、好ましくは、前記第1の半導体スイッチと前記接続用導体板との間に左右方向の電気回路が形成され、前記接続用導体板に第2列に沿った方向の電気回路が形成され、前記第2列に沿った方向の電気回路を介して前記接続用導体板は前記第2の半導体スイッチと接続されている、ことを特徴とする。In the power conversion device according to the present invention, preferably, a left-right electrical circuit is formed between the first semiconductor switch and the connection conductor plate, and the connection conductor plate is in a direction along the second row. And the connecting conductor plate is connected to the second semiconductor switch through an electric circuit in a direction along the second row.

本発明に係る電力変換装置は、好ましくは、前記積層状に配置された導体板に前記複数のコンデンサが接続されると共に保持されていることを特徴とする。The power conversion device according to the present invention is preferably characterized in that the plurality of capacitors are connected to and held by the conductor plates arranged in the laminated shape.

本発明に係る電力変換装置は、好ましくは、前記積層状の導体板の端部に形成され、前記積層状の導体板の直流電力供給端子は前記積層状の導体板と一体に形成されており、前記直流電力供給端子が前記パワーモジュール部の前記正極直流端子および前記負極直流端子に直接接続されていることを特徴とする。The power conversion device according to the present invention is preferably formed at an end portion of the laminated conductor plate, and a DC power supply terminal of the laminated conductor plate is formed integrally with the laminated conductor plate. The DC power supply terminal is directly connected to the positive DC terminal and the negative DC terminal of the power module unit.

本発明に係る電力変換装置は、好ましくは、前記パワーモジュール部に設けられた前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板との間に左右方向の電気回路が設けられ、前記接続用導体板に前記列方向の電気回路が形成され、前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板は前記左右方向の電気回路を介して接続され、前記接続用導体板と前記第1半導体スイッチとの接続は前記接続用導体板に形成された前記列方向の電気回路を介して行われることを特徴とする。In the power conversion device according to the present invention, preferably, an electric circuit in a left-right direction is provided between the first semiconductor switch provided in the power module unit and the connection conductor plate, and the connection conductor plate includes An electric circuit in the column direction is formed, the first semiconductor switch and the connection conductor plate are connected via the electric circuit in the left-right direction, and the connection between the connection conductor plate and the first semiconductor switch is the It is performed through the electric circuit in the row direction formed on the connecting conductor plate.

本発明に係る電力変換装置は、好ましくは、前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板とを接続するための前記左右方向の電気回路は左右方向に向いて配置されているワイヤボンディングであることを特徴とする。In the power conversion device according to the present invention, preferably, the electric circuit in the left-right direction for connecting the first semiconductor switch and the connection conductor plate is wire bonding arranged in the left-right direction. It is characterized by.

本発明によれば、主回路配線面積を縮小することができるので、電力変換装置を小型化することができる。また、本発明によれば、環状の電気的な経路と対向する渦電流を伝導性部材に流すことができるので、電力変換装置のインダクタンスを低減することができる。従って、本発明の電力変換装置が搭載された駆動システムを備えた移動体によれば、低価格化,燃費向上,一充電あたりの走行距離の向上,装置の実装スペースの縮小化を図ることができる。また、電動機のみによる車輪駆動時,電動機によるトルクアシスト時などの大トルク出力要求時に必要とされる大電流制御が可能となり、発進時などにおいて移動体をスムーズに走行させることができる。   According to the present invention, since the main circuit wiring area can be reduced, the power conversion device can be reduced in size. Further, according to the present invention, since the eddy current facing the annular electrical path can be passed through the conductive member, the inductance of the power converter can be reduced. Therefore, according to the moving body equipped with the drive system equipped with the power conversion device of the present invention, it is possible to reduce the price, improve the fuel consumption, improve the travel distance per charge, and reduce the mounting space of the device. it can. Further, it is possible to perform large current control required when a large torque output is requested, such as when a wheel is driven only by the electric motor or when torque assist is performed by the electric motor, and the moving body can be smoothly driven when starting.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。電力変換装置には、例えば交流電力を直流電力に変換する整流装置,直流電力を交流電力に変換するインバータ装置,整流装置とインバータ装置の組み合わせであって、入力された直流電力を所望の直流電力に変換するDC−DCコンバータ装置などがある。本発明の実施例では、電動機を唯一の駆動源とする電気自動車,電動機及び内燃機関を駆動源とするハイブリッド自動車,前後輪の一方を内燃機関で駆動し、前後輪の他方を電動機で駆動する電動四駆式自動車において、バッテリから出力された直流電力を交流電動機に変換して電動機に供給するインバータ装置を例にとり説明する。尚、以下に説明する本発明の実施例の構成は、インバータ装置に限らず、整流装置及びDC−DCコンバータなどにも適用できる。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The power conversion device includes, for example, a rectifier that converts AC power into DC power, an inverter device that converts DC power into AC power, a combination of the rectifier and the inverter device, and the input DC power is converted to a desired DC power. There is a DC-DC converter device that converts the signal into a DC-DC converter. In an embodiment of the present invention, an electric vehicle using an electric motor as the only drive source, a hybrid vehicle using an electric motor and an internal combustion engine as a drive source, one of the front and rear wheels is driven by the internal combustion engine, and the other of the front and rear wheels is driven by the motor. An explanation will be given by taking as an example an inverter device that converts DC power output from a battery into an AC motor and supplies the motor to the motor in an electric four-wheel drive vehicle. In addition, the structure of the Example of this invention demonstrated below is applicable not only to an inverter apparatus but to a rectifier, a DC-DC converter, etc.

図7は、本発明の実施例であるインバータ装置が適用される自動車の構成例を示す。本例の自動車100は、内燃機関であるエンジン53と、誘導電動機や同期電動機などの交流電動機54を駆動源とするハイブリッド自動車である。車体50の前部には、前輪51a,51bを端部に設けた車軸51eが回転可能に取り付けられている。車体50の後部には、後輪51c,51dを端部に設けた車軸51fが回転可能に取り付けられている。車軸51eには伝達機構を介してエンジン53が機械的に接続されている。エンジン53には、交流電動機54が機械的に接続されている。   FIG. 7 shows a configuration example of an automobile to which the inverter device according to the embodiment of the present invention is applied. The vehicle 100 of this example is a hybrid vehicle that uses an engine 53 that is an internal combustion engine and an AC motor 54 such as an induction motor or a synchronous motor as drive sources. An axle 51e having front wheels 51a and 51b provided at the ends is rotatably attached to the front portion of the vehicle body 50. An axle 51f provided with rear wheels 51c and 51d at its ends is rotatably attached to the rear portion of the vehicle body 50. An engine 53 is mechanically connected to the axle 51e via a transmission mechanism. An AC motor 54 is mechanically connected to the engine 53.

交流電動機54には、バッテリ57から出力された直流電力がインバータ装置55によって三相交流電力に変換され、電力線59を介して供給されている。インバータ装置55には、例えばエンジン制御装置(ECU)などの制御装置55から出力されたトルク指令信号や電流指令信号などが入力されている。制御装置55は、信号端子58を介して入力された自動車の運転状態信号,運転者からの発進,加速,減速,停止の各指令信号などに基づいてトルク指令値や電流指令値などを演算し、トルク指令信号や電流指令信号などとして出力する。トルク指令信号や電流指令信号を受けたインバータ装置55は、半導体素子のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御すべくPWM(Pluse Width Modulation)信号を発生して半導体素子のスイッチング動作を制御し、バッテリ57から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、交流電動機54に供給する。これにより、交流電動機54は駆動される。   To the AC motor 54, DC power output from the battery 57 is converted into three-phase AC power by the inverter device 55 and supplied via the power line 59. For example, a torque command signal or a current command signal output from a control device 55 such as an engine control unit (ECU) is input to the inverter device 55. The control device 55 calculates a torque command value, a current command value, and the like based on the driving state signal of the automobile input via the signal terminal 58, the start, acceleration, deceleration, and stop command signals from the driver. And output as a torque command signal or a current command signal. The inverter device 55 that receives the torque command signal and the current command signal generates a PWM (Pluse Width Modulation) signal to control the switching operation (on / off operation) of the semiconductor element, and controls the switching operation of the semiconductor element. The DC power supplied from the battery 57 is converted into three-phase AC power and supplied to the AC motor 54. As a result, the AC motor 54 is driven.

ハイブリッド自動車では、発進時及び低速走行時などの低負荷走行時、エンジン53による車輪駆動を停止し、交流電動機54のトルク(出力)のみで車輪駆動する。このため、交流電動機54のトルクはエンジン53,伝達装置52を介して車軸51eに駆動力として伝達され、前輪51a,51bを駆動する。加速時などの高負荷走行時では、エンジン53と交流電動機54の両方で車輪駆動する。このため、交流電動機54のトルクはエンジン53にトルクアシスト用として伝達される。減速時及び停止時では、エンジン53によって交流電動機54を駆動する。このため、交流電動機54は交流電力を発生する。発生した交流電力はインバータ装置55によって直流電力に変換され、バッテリ57に供給され充電される。   In the hybrid vehicle, the wheel drive by the engine 53 is stopped and the wheel drive is performed only by the torque (output) of the AC motor 54 when the vehicle is started at a low load such as at low speed. Therefore, the torque of the AC motor 54 is transmitted as driving force to the axle 51e via the engine 53 and the transmission device 52, and drives the front wheels 51a and 51b. During high-load running such as acceleration, wheels are driven by both the engine 53 and the AC motor 54. For this reason, the torque of the AC motor 54 is transmitted to the engine 53 for torque assist. The AC motor 54 is driven by the engine 53 at the time of deceleration and stop. For this reason, the AC motor 54 generates AC power. The generated AC power is converted into DC power by the inverter device 55 and supplied to the battery 57 for charging.

本例では、ハイブリッド自動車について説明したが、図7の構成において、エンジン53を取り除き、駆動源を交流電動機54のみとすることにより、電動機を唯一の駆動源とする電気自動車とすることができる。また、図7の構成において、交流電動機54を車軸51fに伝達機構を介して機械的に接続する或いは電動機をもう一台用意し、その電動機を車軸51fに伝達機構を介して機械的に接続することにより、前輪をエンジン及び/又は交流電動機54で駆動し、後輪を交流電動機54或いはもう一台の電動機で駆動する電動四駆式自動車とすることができる。   In this example, the hybrid vehicle has been described. However, in the configuration of FIG. 7, the engine 53 is removed and only the AC motor 54 is used as the drive source, so that the electric vehicle can be configured as the only drive source. In the configuration of FIG. 7, the AC motor 54 is mechanically connected to the axle 51f via a transmission mechanism, or another motor is prepared, and the motor is mechanically connected to the axle 51f via the transmission mechanism. Thus, an electric four-wheel drive vehicle in which the front wheels are driven by the engine and / or the AC motor 54 and the rear wheels are driven by the AC motor 54 or another motor can be provided.

図5は、図7の自動車100に搭載されたインバータ装置55の回路構成を示す。インバータ装置55は、電解コンデンサ29を含むパワーモジュール部30と、パワーモジュール部30の備えた半導体素子のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御する制御部(図示省略)から構成されている。パワーモジュール部30の入力側には、直流電源であるバッテリ57が主回路配線33を介して電気的に接続されている。主回路配線33には、半導体素子のスイッチング動作による直流電圧の変動を抑制するための容量素子である電解コンデンサ29が電気的に並列接続されている。本例では、電解コンデンサについて例示したが、上記機能を果たすことができる容量素子であれば、電解コンデンサに限定される必要はない。パワーモジュール部30の出力側には、U相,V相,W相からなる三相の出力配線59を介して交流電動機54が電気的に接続されている。インバータ装置55では、バッテリ57から主回路配線33を介して供給された直流電力がパワーモジュール部30の半導体素子のスイッチング動作によって可変周波数及び可変電圧の三相交流電力に変換し、この三相交流電力を三相の出力配線59を介して交流電動機54に供給する。   FIG. 5 shows a circuit configuration of the inverter device 55 mounted on the automobile 100 of FIG. The inverter device 55 includes a power module unit 30 including an electrolytic capacitor 29 and a control unit (not shown) that controls a switching operation (on / off operation) of a semiconductor element included in the power module unit 30. A battery 57, which is a DC power supply, is electrically connected to the input side of the power module unit 30 via the main circuit wiring 33. The main circuit wiring 33 is electrically connected in parallel with an electrolytic capacitor 29 that is a capacitive element for suppressing fluctuations in the DC voltage due to the switching operation of the semiconductor element. In this example, the electrolytic capacitor is illustrated, but it is not necessary to be limited to the electrolytic capacitor as long as it is a capacitive element that can perform the above function. An AC motor 54 is electrically connected to the output side of the power module unit 30 via a three-phase output wiring 59 composed of a U phase, a V phase, and a W phase. In the inverter device 55, DC power supplied from the battery 57 through the main circuit wiring 33 is converted into three-phase AC power of variable frequency and variable voltage by switching operation of the semiconductor element of the power module unit 30, and this three-phase AC power is converted. Electric power is supplied to the AC motor 54 via the three-phase output wiring 59.

図6は、図5のパワーモジュール部30の回路構成を示す。バッテリと電気的に接続された正極直流端子3と負極直流端子2との間には、半導体スイッチ18aとダイオード19aとを並列接続した第1の回路と、半導体スイッチ18bとダイオード19bとを並列接続した第2の回路との直列回路が、半導体スイッチ18cとダイオード19cとを並列接続した第3の回路と、半体スイッチ18dとダイオード19dとを並列接続した第4の回路との直列回路が、半導体スイッチ18eとダイオード19eとを並列接続した第5の回路と、半体スイッチ18fとダイオード19fとを並列接続した第6の回路との直列回路がそれぞれ接続されており、三相ブリッジ回路が構成されている。第1の回路と第2の回路との間にはU相の出力端子4が、第3の回路と第4の回路との間にはV相の出力端子5が、第5の回路と第6の回路との間にはW相の出力端子6がそれぞれ電気的に接続されている。   FIG. 6 shows a circuit configuration of the power module unit 30 of FIG. A first circuit in which a semiconductor switch 18a and a diode 19a are connected in parallel, and a semiconductor switch 18b and a diode 19b are connected in parallel between the positive DC terminal 3 and the negative DC terminal 2 that are electrically connected to the battery. The series circuit of the second circuit is a series circuit of the third circuit in which the semiconductor switch 18c and the diode 19c are connected in parallel, and the fourth circuit in which the half switch 18d and the diode 19d are connected in parallel. A series circuit of a fifth circuit in which a semiconductor switch 18e and a diode 19e are connected in parallel and a sixth circuit in which a half switch 18f and a diode 19f are connected in parallel are connected to each other to form a three-phase bridge circuit. Has been. A U-phase output terminal 4 is provided between the first circuit and the second circuit, and a V-phase output terminal 5 is provided between the third circuit and the fourth circuit. A W-phase output terminal 6 is electrically connected to the circuit 6.

尚、20aは半導体スイッチ18aに設けられた制御端子、20bは半導体スイッチ18bに設けられた制御端子、20cは半導体スイッチ18cに設けられた制御端子、20dは半導体スイッチ18dに設けられた制御端子、20eは半導体スイッチ18eに設けられた制御端子、20fは半導体スイッチ18fに設けられた制御端子である。また、半導体スイッチ18a〜18fにおいては、上記制御端子と半導体スイッチの負極側の端子間電圧がスイッチング動作をさせるべく動作信号になる。このため、半導体スイッチ18a〜18fには、上記制御端子に加えて制御部のドライブ回路に接続するための負極側端子が設けられているが、本例では図示省略している。   20a is a control terminal provided in the semiconductor switch 18a, 20b is a control terminal provided in the semiconductor switch 18b, 20c is a control terminal provided in the semiconductor switch 18c, 20d is a control terminal provided in the semiconductor switch 18d, 20e is a control terminal provided in the semiconductor switch 18e, and 20f is a control terminal provided in the semiconductor switch 18f. Further, in the semiconductor switches 18a to 18f, the voltage between the control terminal and the negative terminal of the semiconductor switch becomes an operation signal to perform the switching operation. For this reason, the semiconductor switches 18a to 18f are provided with a negative electrode side terminal for connection to the drive circuit of the control unit in addition to the control terminal, which is not shown in the present example.

半導体スイッチ18a,18b,18c,18d,18e,18fは、例えばMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 或いはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) に代表されるパワー半導体素子によって構成されている。ここで、MOS−FETは素子構造にダイオードを含んでいるので、半導体スイッチとダイオードを1チップで構成することができる。このため、半導体スイッチをMOS−FETで構成した場合、別部品としてのダイオードの実装を省略することができる。また、MOS−FETでは、上述した制御端子をゲート端子と呼ぶ。   The semiconductor switches 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, and 18f are constituted by power semiconductor elements represented by, for example, a MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Here, since the MOS-FET includes a diode in the element structure, the semiconductor switch and the diode can be configured in one chip. For this reason, when the semiconductor switch is composed of a MOS-FET, mounting of a diode as a separate component can be omitted. In the MOS-FET, the above-described control terminal is called a gate terminal.

半導体スイッチ18a〜18fの制御端子20a〜20fそれぞれには、半導体スイッチ18a〜18fのスイッチング動作を制御すべくPWM制御信号電圧が制御部のドライブ回路から印加される。この印加されたPWM制御信号電圧により、半導体スイッチ18a〜18fのそれぞれはスイッチング動作時間、すなわちオン・オフ動作時間が制御される。この制御により、バッテリから供給された直流電力は各ブリッジ回路、すなわち第1,第2の回路からなるブリッジ回路においてU相の交流電力に、第3,第4の回路からなるブリッジ回路においてV相の交流電力に、第5,第6の回路からなるブリッジ回路においてW相の交流電力にそれぞれ変換される。この変換されたU相の交流電力はU相の出力端子4を介して、V相の交流電力はV相の出力端子5を介して、W相の交流電力はW相の出力端子6を介してそれぞれ交流電動機54に供給される。これにより、交流電動機54は駆動される。   A PWM control signal voltage is applied to the control terminals 20a to 20f of the semiconductor switches 18a to 18f from the drive circuit of the control unit in order to control the switching operation of the semiconductor switches 18a to 18f. With the applied PWM control signal voltage, each of the semiconductor switches 18a to 18f is controlled in switching operation time, that is, on / off operation time. With this control, the DC power supplied from the battery is changed to U-phase AC power in each bridge circuit, that is, the bridge circuit including the first and second circuits, and the V-phase in the bridge circuit including the third and fourth circuits. Are converted into W-phase AC power in a bridge circuit composed of the fifth and sixth circuits. The converted U-phase AC power is supplied via the U-phase output terminal 4, the V-phase AC power is supplied via the V-phase output terminal 5, and the W-phase AC power is supplied via the W-phase output terminal 6. Are supplied to the AC motor 54 respectively. As a result, the AC motor 54 is driven.

尚、前述したように、交流電動機54はエンジンによって駆動される場合がある。この場合、交流電動機54はその駆動により三相交流電力を発生する。この発生した三相交流電力は回生電力として、各相に対応する出力端子を介してブリッジ回路に供給され、半導体スイッチ18a〜18fのスイッチング動作によって直流電力に変換される。変換された交流電力は正極直流端子3及び負極直流端子2を介してバッテリに供給される。バッテリは、供給された直流電力を充電する。   As described above, the AC motor 54 may be driven by the engine. In this case, the AC motor 54 generates three-phase AC power by driving. The generated three-phase AC power is supplied as regenerative power to the bridge circuit via the output terminal corresponding to each phase, and is converted into DC power by the switching operation of the semiconductor switches 18a to 18f. The converted AC power is supplied to the battery via the positive DC terminal 3 and the negative DC terminal 2. The battery charges the supplied DC power.

図4は、図5のインバータ装置55の回路構成を適用した実際のインバータ装置55の外観構成を示す。本例のインバータ装置55は、同一の密閉容器内にパワーモジュール部(電解コンデンサ29を除く)と制御部が収納され構成されている。密閉容器であるインバータケース1は、伝導性を有する放熱板7から形成された底壁のねじ止めによって、放熱部材である冷却フィン36の導体面上に固定されている。インバータケース1の対向する側壁の一方からは、板棒状の出力端子4〜6が突出しており、インバータケース1の外方に延伸している。出力端子4〜6は出力配線59(電力ケーブル)を介して交流電動機54と電気的に接続されている。   FIG. 4 shows an external configuration of an actual inverter device 55 to which the circuit configuration of the inverter device 55 of FIG. 5 is applied. The inverter device 55 of this example is configured such that a power module unit (excluding the electrolytic capacitor 29) and a control unit are housed in the same sealed container. The inverter case 1 which is a sealed container is fixed on the conductor surface of the cooling fin 36 which is a heat radiating member by screwing the bottom wall formed from the heat radiating plate 7 having conductivity. From one of the opposing side walls of the inverter case 1, plate-like output terminals 4 to 6 protrude and extend outward from the inverter case 1. The output terminals 4 to 6 are electrically connected to the AC motor 54 via an output wiring 59 (power cable).

インバータケース1の対向する側壁の他方からは平面板状の入力端子が突出しており、インバータケース1の外方に延伸している。入力端子は正極直流端子3と負極直流端子2が平面板状の絶縁部材9を介して積層されたものであり、その下層側に負極直流端子2が、その上層側に正極直流端子3がそれぞれ配置されている。負極直流端子2は正極直流端子3よりもインバータケース1の外方に延伸している。入力端子には、平面板状の導体板21と平面板状の導体板22とを平面板状の絶縁部材23を介して積層した積層体がねじ止めによって固定されている。導体板21,22と絶縁部材23の積層体には電解コンデンサ29が取り付けられており、導体板21,22それぞれに電気的に接続されている。また、導体板21,22と絶縁部材23の積層体には、バッテリ57が電気的に接続されている。   A planar plate-like input terminal protrudes from the other side of the opposing side wall of the inverter case 1 and extends outward from the inverter case 1. The input terminal is formed by laminating a positive DC terminal 3 and a negative DC terminal 2 with a flat plate-like insulating member 9 interposed therebetween. The negative DC terminal 2 is on the lower layer side, and the positive DC terminal 3 is on the upper layer side. Is arranged. The negative DC terminal 2 extends to the outside of the inverter case 1 more than the positive DC terminal 3. A laminated body in which a flat plate-like conductor plate 21 and a flat plate-like conductor plate 22 are laminated via a flat plate-like insulating member 23 is fixed to the input terminal by screwing. An electrolytic capacitor 29 is attached to the laminated body of the conductor plates 21 and 22 and the insulating member 23, and is electrically connected to the conductor plates 21 and 22, respectively. A battery 57 is electrically connected to the laminated body of the conductor plates 21 and 22 and the insulating member 23.

インバータケース1の上壁からは、インバータケース1内の制御部を構成する回路と電気的に接続された補助制御端子26が複数突出し、インバータケース1の外方に延伸している。補助制御端子26は、エンジン制御装置(ECU)などの上位制御装置と電気的に接続され、上位制御装置から出力されたトルク指令信号や電流指令信号などの受信或いは信号送信用として用いられるものである。制御部は、信号を入出力するインターフェース回路,例えば交流電動機54に供給される三相交流電力などを検出するセンサ回路,上位制御装置から出力されたトルク指令信号や電流指令信号などに基づいて演算処理を行い、PWM制御信号を出力する計算機,計算機から出力されたPWM制御信号を昇圧或いは降圧し、半導体スイッチをスイッチング動作させるべくドライブ信号として出力するドライブ回路,センサ回路,計算機及びインターフェース回路に駆動電力を供給する制御電源のそれぞれを構成する複数の電子部品が回路基板に実装され構成されている。   A plurality of auxiliary control terminals 26 electrically connected to a circuit constituting a control unit in the inverter case 1 protrude from the upper wall of the inverter case 1 and extend outward from the inverter case 1. The auxiliary control terminal 26 is electrically connected to a host controller such as an engine control unit (ECU), and is used for receiving or transmitting a torque command signal or a current command signal output from the host controller. is there. The control unit is operated based on an interface circuit that inputs and outputs signals, for example, a sensor circuit that detects three-phase AC power supplied to the AC motor 54, a torque command signal and a current command signal output from the host controller, etc. A computer that performs processing and outputs a PWM control signal, a PWM control signal output from the computer is stepped up or down, and is driven to a drive circuit, a sensor circuit, a computer, and an interface circuit that outputs a drive signal to switch the semiconductor switch. A plurality of electronic components constituting each of the control power supplies that supply electric power are mounted on the circuit board.

図1乃至図3は、本発明の第1実施例であるインバータ装置55のパワーモジュール部30内の配置構成を示す。インバータケース1の底壁は、伝導性を有する銅製或いはAl−SiC合金製の放熱板7によって形成されている。放熱板7の両端部の4箇所にはねじ止め用の穴が形成されている。インバータケース1の対向する側壁の一方からは出力端子4〜6がインバータケース1内に突出しており、インバータケース1の内方に延伸している。インバータケース1の対向する側壁の他方からは入力端子がインバータケース1内に突出しており、インバータケース1の内方に延伸している。   1 to 3 show an arrangement configuration in the power module section 30 of the inverter device 55 according to the first embodiment of the present invention. The bottom wall of the inverter case 1 is formed by a heat radiating plate 7 made of copper or Al—SiC alloy having conductivity. Screw holes are formed at four locations on both ends of the heat sink 7. Output terminals 4 to 6 project into the inverter case 1 from one of the opposing side walls of the inverter case 1 and extend inward of the inverter case 1. An input terminal protrudes into the inverter case 1 from the opposite side wall of the inverter case 1 and extends inward of the inverter case 1.

入力端子は、正極直流端子3と負極直流端子2が絶縁部材9を介して積層されたものであり、図3に示す如く櫛形状に構成されている。このため、インバータケース1内には櫛形状の入力端子の3つの櫛歯部が、インバータケース1外には櫛形状の入力端子の櫛本体部がそれぞれ突出している。入力端子の3つの櫛歯部の下層側に位置する負極直流端子2は、上層側に位置する正極直流端子3よりもインバータケース1の内方に延伸している。後述するワイヤ配線との接続部を確保するためである。   The input terminal is formed by laminating a positive DC terminal 3 and a negative DC terminal 2 with an insulating member 9 interposed therebetween, and is configured in a comb shape as shown in FIG. For this reason, three comb teeth of the comb-shaped input terminal protrude inside the inverter case 1, and the comb main body of the comb-shaped input terminal protrudes outside the inverter case 1. The negative DC terminal 2 located on the lower layer side of the three comb tooth portions of the input terminal extends inward of the inverter case 1 more than the positive DC terminal 3 located on the upper layer side. This is for securing a connecting portion with wire wiring to be described later.

インバータケース1内に突出した出力端子4〜6及び入力端子の3つの櫛歯部は、放熱板7上にインバータケース1によって電気的に絶縁支持されて対角状に配設されている。インバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部の延伸方向側と対向すると共に、出力端子4と隣り合う部分には絶縁基板15aが配設されている。出力端子4の延伸方向側と対向すると共に、インバータケース1の左側及び中央に位置する入力端子の櫛歯部と隣り合う部分には絶縁基板15bが配設されている。インバータケース1の中央に位置する入力端子の櫛歯部の延伸方向側と対向すると共に、出力端子4,5と隣り合う部分には絶縁基板15cが配設されている。出力端子5の延伸方向側と対向すると共に、インバータケース1の中央及び右側に位置する入力端子の櫛歯部と隣り合う部分には絶縁基板15dが配設されている。インバータケース1の右側に位置する入力端子の櫛歯部の延伸方向側と対向すると共に、出力端子5,6と隣り合う部分には絶縁基板15eが配設されている。出力端子6の延伸方向側と対向すると共に、インバータケース1の右側に位置する入力端子の櫛歯部と隣り合う部分には絶縁基板15fが配設されている。   The output terminals 4 to 6 projecting into the inverter case 1 and the three comb-tooth portions of the input terminal are diagonally arranged on the heat sink 7 by being electrically insulated and supported by the inverter case 1. An insulating substrate 15a is disposed in a portion adjacent to the output terminal 4 while facing the extending direction side of the comb tooth portion of the input terminal located on the left side of the inverter case 1. An insulating substrate 15b is disposed at a portion adjacent to the comb-tooth portion of the input terminal that is opposite to the extending direction side of the output terminal 4 and is located on the left side and the center of the inverter case 1. An insulating substrate 15c is disposed at a portion adjacent to the output terminals 4 and 5 while facing the extending direction side of the comb tooth portion of the input terminal located at the center of the inverter case 1. An insulating substrate 15d is disposed in a portion facing the extending direction side of the output terminal 5 and adjacent to the comb-tooth portion of the input terminal located at the center and the right side of the inverter case 1. An insulating substrate 15e is disposed on a portion adjacent to the output terminals 5 and 6 while facing the extending direction side of the comb teeth of the input terminal located on the right side of the inverter case 1. An insulating substrate 15f is disposed at a portion adjacent to the comb-teeth portion of the input terminal that faces the extending direction side of the output terminal 6 and is located on the right side of the inverter case 1.

絶縁基板15a上には基板導体パターン12aが形成されている。基板導体パターン12a上には半導体スイッチ13aが実装され、基板導体パターン12aと電気的に接続されている。基板導体パターン12aには、ワイヤ配線14aを介してインバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部の負極直流端子2が電気的に接続されている。半導体スイッチ13aにはワイヤ配線14bを介して出力端子4が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12a is formed on the insulating substrate 15a. A semiconductor switch 13a is mounted on the board conductor pattern 12a and is electrically connected to the board conductor pattern 12a. The substrate conductor pattern 12a is electrically connected to the negative DC terminal 2 of the comb tooth portion of the input terminal located on the left side of the inverter case 1 via the wire wiring 14a. The output terminal 4 is electrically connected to the semiconductor switch 13a via the wire wiring 14b.

絶縁基板15b上には基板導体パターン12bが形成されている。基板導体パターン12b上には半導体スイッチ13bが実装され、基板導体パターン12bと電気的に接続されている。基板導体パターン12bには、ワイヤ配線14cを介して出力端子4が電気的に接続されている。半導体スイッチ13bには、ワイヤ配線14dを介してインバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部の正極直流端子3が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12b is formed on the insulating substrate 15b. A semiconductor switch 13b is mounted on the board conductor pattern 12b and is electrically connected to the board conductor pattern 12b. The output terminal 4 is electrically connected to the board conductor pattern 12b via the wire wiring 14c. The positive electrode DC terminal 3 of the comb tooth portion of the input terminal located on the left side of the inverter case 1 is electrically connected to the semiconductor switch 13b via the wire wiring 14d.

半導体スイッチ13a,13b、基板導体パターン12a,12b、ワイヤ配線14a,14b,14c,14dによる電気的な接続は、U相分のブリッジ回路を構成しており、インバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部から供給された直流電力が、半導体スイッチ13a,13bのスイッチング動作によりU相の交流電力に変換され、出力端子4から出力され、交流電動機54のU相に供給される。   The electrical connection by the semiconductor switches 13a and 13b, the board conductor patterns 12a and 12b, and the wire wirings 14a, 14b, 14c, and 14d constitutes a bridge circuit for the U phase, and the input located on the left side of the inverter case 1 The DC power supplied from the comb-tooth portion of the terminal is converted into U-phase AC power by the switching operation of the semiconductor switches 13 a and 13 b, output from the output terminal 4, and supplied to the U-phase of the AC motor 54.

絶縁基板15c上には基板導体パターン12cが形成されている。基板導体パターン12c上には半導体スイッチ13cが実装され、基板導体パターン12cと電気的に接続されている。基板導体パターン12cには、ワイヤ配線14eを介してインバータケース1の中央に位置する入力端子の櫛歯部の負極直流端子2が電気的に接続されている。半導体スイッチ13cにはワイヤ配線14fを介して出力端子5が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12c is formed on the insulating substrate 15c. A semiconductor switch 13c is mounted on the board conductor pattern 12c and is electrically connected to the board conductor pattern 12c. The substrate conductor pattern 12c is electrically connected to the negative DC terminal 2 of the comb-tooth portion of the input terminal located at the center of the inverter case 1 via the wire wiring 14e. The output terminal 5 is electrically connected to the semiconductor switch 13c via the wire wiring 14f.

絶縁基板15d上には基板導体パターン12dが形成されている。基板導体パターン12d上には半導体スイッチ13dが実装され、基板導体パターン12dと電気的に接続されている。基板導体パターン12dには、ワイヤ配線14gを介して出力端子5が電気的に接続されている。半導体スイッチ13dには、ワイヤ配線14hを介してインバータケース1の中央に位置する入力端子の櫛歯部の正極直流端子3が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12d is formed on the insulating substrate 15d. A semiconductor switch 13d is mounted on the board conductor pattern 12d and is electrically connected to the board conductor pattern 12d. The output terminal 5 is electrically connected to the substrate conductor pattern 12d through the wire wiring 14g. The positive electrode DC terminal 3 of the comb-tooth portion of the input terminal located in the center of the inverter case 1 is electrically connected to the semiconductor switch 13d through the wire wiring 14h.

半導体スイッチ13c,13d、基板導体パターン12c,12d、ワイヤ配線14e,14f,14g,14hによる電気的な接続は、V相分のブリッジ回路を構成しており、インバータケース1の中央に位置する入力端子の櫛歯部から供給された直流電力が、半導体スイッチ13c,13dのスイッチング動作によりV相の交流電力に変換され、出力端子5から出力され、交流電動機54のV相に供給される。   The electrical connections of the semiconductor switches 13c and 13d, the board conductor patterns 12c and 12d, and the wire wirings 14e, 14f, 14g, and 14h constitute a V-phase bridge circuit, and the input located at the center of the inverter case 1 The DC power supplied from the comb-tooth portion of the terminal is converted into V-phase AC power by the switching operation of the semiconductor switches 13 c and 13 d, output from the output terminal 5, and supplied to the V-phase of the AC motor 54.

絶縁基板15e上には基板導体パターン12eが形成されている。基板導体パターン12e上には半導体スイッチ13eが実装され、基板導体パターン12eと電気的に接続されている。基板導体パターン12eには、ワイヤ配線14iを介してインバータケース1の右側に位置する入力端子の櫛歯部の負極直流端子2が電気的に接続されている。半導体スイッチ13eにはワイヤ配線14jを介して出力端子6が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12e is formed on the insulating substrate 15e. A semiconductor switch 13e is mounted on the board conductor pattern 12e and is electrically connected to the board conductor pattern 12e. The negative electrode DC terminal 2 of the comb-tooth portion of the input terminal located on the right side of the inverter case 1 is electrically connected to the substrate conductor pattern 12e via the wire wiring 14i. The output terminal 6 is electrically connected to the semiconductor switch 13e via the wire wiring 14j.

絶縁基板15f上には基板導体パターン12fが形成されている。基板導体パターン12f上には半導体スイッチ13fが実装され、基板導体パターン12fと電気的に接続されている。基板導体パターン12fには、ワイヤ配線14kを介して出力端子6が電気的に接続されている。半導体スイッチ13fには、ワイヤ配線14lを介してインバータケース1の右側に位置する入力端子の櫛歯部の正極直流端子3が電気的に接続されている。   A substrate conductor pattern 12f is formed on the insulating substrate 15f. A semiconductor switch 13f is mounted on the board conductor pattern 12f and is electrically connected to the board conductor pattern 12f. The output terminal 6 is electrically connected to the substrate conductor pattern 12f via the wire wiring 14k. The positive DC terminal 3 of the comb-tooth portion of the input terminal located on the right side of the inverter case 1 is electrically connected to the semiconductor switch 13f via the wire wiring 141.

半導体スイッチ13e,13f、基板導体パターン12e,12f、ワイヤ配線14i,14j,14k,14lによる電気的な接続は、W相分のブリッジ回路を構成しており、インバータケース1の右側に位置する入力端子の櫛歯部から供給された直流電力が、半導体スイッチ13e,13fのスイッチング動作によりW相の交流電力に変換され、出力端子6から出力され、交流電動機54のW相に供給される。   The electrical connections of the semiconductor switches 13e and 13f, the board conductor patterns 12e and 12f, and the wire wirings 14i, 14j, 14k, and 14l constitute a W-phase bridge circuit, and are located on the right side of the inverter case 1. The DC power supplied from the comb-tooth portion of the terminal is converted into W-phase AC power by the switching operation of the semiconductor switches 13 e and 13 f, output from the output terminal 6, and supplied to the W-phase of the AC motor 54.

尚、本実施例では、半導体スイッチとしてMOS−FETを用いた場合について説明したが、半導体スイッチとしてIGBTを用いた場合においても上述したように構成することができる。また、半導体スイッチとしてMOS−FETを用いた場合、ワイヤ配線が接続されている面がソース電極面、基板導体パターンと接続されている面がドレイン電極面である。ソース電極面と同じ面上には、半導体スイッチのスイッチング動作信号(オン・オフ動作信号)などを受信するゲート電極面が形成されている。   In the present embodiment, the case where a MOS-FET is used as a semiconductor switch has been described. However, even when an IGBT is used as a semiconductor switch, it can be configured as described above. When a MOS-FET is used as the semiconductor switch, the surface connected to the wire wiring is the source electrode surface, and the surface connected to the substrate conductor pattern is the drain electrode surface. On the same surface as the source electrode surface, a gate electrode surface that receives a switching operation signal (ON / OFF operation signal) of the semiconductor switch is formed.

絶縁基板15aと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24aが設けられており、ワイヤ配線16aを介して半導体スイッチ13aのゲート電極面と電気的に接続されている。絶縁基板15bと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24bが設けられており、ワイヤ配線16bを介して半導体スイッチ13bのゲート電極面と電気的に接続されている。   A drive circuit board connection terminal 24a electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15a. The semiconductor switch 13a is connected via a wire wiring 16a. Is electrically connected to the gate electrode surface. A drive circuit board connection terminal 24b that is electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15b, and the semiconductor switch 13b is connected via a wire wiring 16b. Is electrically connected to the gate electrode surface.

絶縁基板15cと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24cが設けられており、ワイヤ配線16cを介して半導体スイッチ13cのゲート電極面と電気的に接続されている。絶縁基板15dと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24dが設けられており、ワイヤ配線16dを介して半導体スイッチ13dのゲート電極面と電気的に接続されている。   A drive circuit board connection terminal 24c electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15c, and the semiconductor switch 13c is connected via a wire wiring 16c. Is electrically connected to the gate electrode surface. A drive circuit board connection terminal 24d electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15d, and the semiconductor switch 13d is connected via a wire wiring 16d. Is electrically connected to the gate electrode surface.

絶縁基板15eと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24eが設けられており、ワイヤ配線16eを介して半導体スイッチ13eのゲート電極面と電気的に接続されている。絶縁基板15fと対向するインバータケース1の側面には、図示省略した制御部のドライブ回路に電気的に接続されたドライブ回路基板接続端子24fが設けられており、ワイヤ配線16fを介して半導体スイッチ13fのゲート電極面と電気的に接続されている。   A drive circuit board connection terminal 24e electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15e, and the semiconductor switch 13e is connected via the wire wiring 16e. Is electrically connected to the gate electrode surface. A drive circuit board connection terminal 24f electrically connected to a drive circuit of a control unit (not shown) is provided on the side surface of the inverter case 1 facing the insulating board 15f, and the semiconductor switch 13f is connected via a wire wiring 16f. Is electrically connected to the gate electrode surface.

尚、本実施例では、半導体スイッチのゲート電極面を2個、ドライブ回路基板接続端子を3個とした場合について説明したが、半導体スイッチに電流検出,温度検出等の機能が付加されている場合、ゲート電極面の数は増える。また、電圧検出,温度検出などを実施する場合、ゲート電極面数の増加に応じてドライブ回路基板接続端子の数も増える。   In this embodiment, the case where the semiconductor switch has two gate electrode surfaces and three drive circuit board connection terminals has been described. However, the semiconductor switch has functions such as current detection and temperature detection. The number of gate electrode surfaces increases. Further, when performing voltage detection, temperature detection, or the like, the number of drive circuit board connection terminals increases as the number of gate electrode surfaces increases.

本実施例によれば、絶縁基板15a〜15f,櫛形状の入力端子の3つの櫛歯部及び出力端子4〜6を市松模様状となるように交互に並べてインバータケース1内の放熱板7上に配設したので、絶縁基板15a〜15f上に余分な基板導体パターンを設けることなく、半導体スイッチ13a〜13fと櫛形状の入力端子の3つの櫛歯部及び出力端子4〜6との間を直接、ワイヤ配線で電気的に接続することができ、ワイヤ配線接続箇所を削減することができる。これにより、主回路配線面積を縮小し、パワーモジュール部30を小型化することができる。従って、インバータ装置55を小型化することができる。   According to the present embodiment, the insulating substrates 15a to 15f, the three comb-tooth portions of the comb-shaped input terminals, and the output terminals 4 to 6 are alternately arranged in a checkered pattern on the heat sink 7 in the inverter case 1. Therefore, without providing an extra substrate conductor pattern on the insulating substrates 15a to 15f, between the semiconductor switches 13a to 13f and the three comb teeth portions of the comb-shaped input terminals and the output terminals 4 to 6 are provided. It can be directly electrically connected by wire wiring, and the number of wire wiring connection locations can be reduced. Thereby, the main circuit wiring area can be reduced and the power module unit 30 can be reduced in size. Therefore, the inverter device 55 can be reduced in size.

ここで、主回路配線とは、入力端子と、電解コンデンサと、入力端子の負極直流端子と正極直流端子との間に半導体スイッチによるブリッジ回路を構成する配線と、入力端子の負極直流端子と正極直流端子との間に電解コンデンサを接続する配線で構成される回路配線をいう。   Here, the main circuit wiring is an input terminal, an electrolytic capacitor, a wiring that forms a bridge circuit by a semiconductor switch between a negative DC terminal and a positive DC terminal of the input terminal, a negative DC terminal and a positive electrode of the input terminal Circuit wiring composed of wiring that connects an electrolytic capacitor to a DC terminal.

半導体スイッチとして低オン抵抗な半導体スイッチを使用する場合、主回路配線における損失と半導体スイッチのオン抵抗値による損失が同じ程度になる。このため、上述のように主回路配線抵抗で大きな割合を占めるワイヤ配線接続箇所を削減することは、電力変換の高効率化に効果がある。また、ワイヤ配線接続箇所の削減は、ワイヤ配線の接続工数の削減にもつながるので、生産コストの削減にも効果がある。   When a semiconductor switch having a low on-resistance is used as the semiconductor switch, the loss in the main circuit wiring and the loss due to the on-resistance value of the semiconductor switch are approximately the same. For this reason, as described above, reducing wire wiring connection locations that occupy a large proportion of the main circuit wiring resistance is effective in increasing the efficiency of power conversion. In addition, the reduction in the number of wire wiring connection locations also leads to a reduction in the number of wire wiring connection man-hours, which is effective in reducing production costs.

また、本実施例では、負極直流端子2,正極直流端子3及び出力端子4〜6と基板導体パターン12a〜12fとの接続をワイヤ配線14a,14c,14e,14g,14i,14kで行ったが、それを半田接合或いは超音波接合を用いて薄い板状導体で行ってもよい。薄い板状導体による接続によれば、接続工数をワイヤ配線接続よりも更に削減することができる。また、薄い板状導体による接続面積をワイヤ配線総断面積より大きくすることができるので、配線抵抗を低減することができる。   In the present embodiment, the negative DC terminal 2, the positive DC terminal 3 and the output terminals 4 to 6 and the substrate conductor patterns 12a to 12f are connected by the wire wirings 14a, 14c, 14e, 14g, 14i, and 14k. It may be performed with a thin plate-like conductor using solder bonding or ultrasonic bonding. According to the connection using the thin plate-like conductor, the connection man-hour can be further reduced as compared with the wire wiring connection. Moreover, since the connection area by a thin plate-shaped conductor can be made larger than a wire wiring total cross-sectional area, wiring resistance can be reduced.

また、本実施例によれば、負極直流端子2と正極直流端子3との間に挟まれる絶縁部材9を、負極直流端子2のワイヤ配線との接合面の前まで挟み込むようにしたので、負極直流端子2と正極直流端子3における配線インダクタンスを低減することができる。   Further, according to the present embodiment, the insulating member 9 sandwiched between the negative DC terminal 2 and the positive DC terminal 3 is sandwiched to the front of the bonding surface of the negative DC terminal 2 with the wire wiring. Wiring inductance at the DC terminal 2 and the positive DC terminal 3 can be reduced.

また、本実施例によれば、インバータケース1内における出力端子4〜6,櫛形状の入力端子及び絶縁基板15a〜15fの配置構成によって、インダクタンスを低減している。すなわちインバータ装置においては、半導体スイッチのスイッチング動作(オン・オフ動作)の切り替わりの際、主回路配線の電流値が大きく変化する。このため、主回路配線には、主回路配線と電解コンデンサの合計のインダクタンスと主回路配線における電流量の時間微分値の積によって決定される電圧(跳ね上り電圧)が生じる。この跳ね上り電圧は、半導体スイッチのスイッチング動作の切り替わりの際、半導体スイッチに電源電圧と共に瞬時的に印加される。跳ね上り電圧が増加し、半導体スイッチのスイッチング動作の切り替わりの際に印加される電圧が素子耐圧を越えると、絶縁破壊に至る可能性があるので、インバータ装置の正常動作には、跳ね上り電圧を抑制する必要がある。従って、跳ね上り電圧の要因となるインダクタンスの低減が必要になる。このインダクタンスの低減は、インバータ装置の大電流化するにあたっては特に重要な課題となる。   Further, according to the present embodiment, the inductance is reduced by the arrangement configuration of the output terminals 4 to 6 and the comb-shaped input terminals and the insulating substrates 15 a to 15 f in the inverter case 1. That is, in the inverter device, when the switching operation (ON / OFF operation) of the semiconductor switch is switched, the current value of the main circuit wiring greatly changes. For this reason, a voltage (a jumping voltage) determined by the product of the total inductance of the main circuit wiring and the electrolytic capacitor and the time differential value of the current amount in the main circuit wiring is generated in the main circuit wiring. This jump voltage is instantaneously applied to the semiconductor switch together with the power supply voltage when the switching operation of the semiconductor switch is switched. If the jumping voltage increases and the voltage applied when switching the switching operation of the semiconductor switch exceeds the element withstand voltage, there is a possibility of dielectric breakdown. It is necessary to suppress it. Therefore, it is necessary to reduce the inductance that causes the jumping voltage. This reduction in inductance is a particularly important issue in increasing the current of the inverter device.

そこで、本実施例では、例えばインバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部の正極直流端子3→ワイヤ配線14d→半導体チップ13b→基板導体パターン12b→ワイヤ配線14c→出力導体4→ワイヤ配線14b→半導体チップ13a→基板導体パターン12a→ワイヤ配線14a→インバータケース1の左側に位置する入力端子の櫛歯部の負極直流端子2のように、放熱板7上にループ状の電流経路を形成している。これにより、電流量が時間変化した際、放熱板7にループ状の電流経路に対向した渦電流が流れるので、渦電流との電磁干渉によって電流経路のインダクタンスを低減することができる。   Therefore, in this embodiment, for example, the positive DC terminal 3 of the comb tooth portion of the input terminal located on the left side of the inverter case 1 → wire wiring 14d → semiconductor chip 13b → substrate conductor pattern 12b → wire wiring 14c → output conductor 4 → wire A loop-like current path is formed on the heat sink 7 such as the wiring 14b → the semiconductor chip 13a → the substrate conductor pattern 12a → the wire wiring 14a → the negative DC terminal 2 of the comb teeth of the input terminal located on the left side of the inverter case 1. Forming. As a result, when the amount of current changes with time, an eddy current facing the loop-shaped current path flows through the heat radiating plate 7, so that the inductance of the current path can be reduced by electromagnetic interference with the eddy current.

また、電流経路のインダクタンスは、電流経路のループ面積が小さい程低減される。本実施例では、絶縁基板15a〜15f,櫛形状の入力端子の3つの櫛歯部及び出力端子4〜6を市松模様状となるように交互に並べてインバータケース1内の放熱板7上に配設し、各相毎に放熱板7上にループ状の電流経路が形成されるように電気的に接続したので、ループ状の電流経路の面積を最小にすることができる。   Further, the inductance of the current path is reduced as the loop area of the current path is smaller. In the present embodiment, the insulating substrates 15a to 15f, the three comb-tooth portions of the comb-shaped input terminals, and the output terminals 4 to 6 are alternately arranged in a checkered pattern on the heat sink 7 in the inverter case 1. Since it is electrically connected so that a loop-shaped current path is formed on the heat sink 7 for each phase, the area of the loop-shaped current path can be minimized.

また、跳ね上り電圧の問題に対して、耐圧の高い半導体スイッチを使用する対策があるが、耐圧を高くした場合、半導体スイッチはオン状態での抵抗値が大きくなる傾向がある。特に電源電圧が低く、半導体スイッチに大電流が流れるシステムでは、オン状態での半導体スイッチでの損失の割合が大きくなるため、インダクタンスの低減による跳ね上り電圧を抑制を、耐圧のより低い半導体スイッチで可能にすることができる。その効果、発熱低減による温度上昇の抑制に伴う寿命信頼性向上、或いは冷却コストの低減及び冷却装置の小型化などの効果を得ることができる。   In addition, there is a measure to use a semiconductor switch with a high breakdown voltage for the problem of jumping voltage, but when the breakdown voltage is increased, the semiconductor switch tends to have a large resistance value in the ON state. In particular, in systems where the power supply voltage is low and a large current flows through the semiconductor switch, the ratio of loss in the semiconductor switch in the ON state increases, so the jumping voltage due to inductance reduction can be suppressed by using a semiconductor switch with a lower withstand voltage. Can be possible. It is possible to obtain effects such as an improvement in lifetime reliability accompanying suppression of temperature rise due to reduced heat generation, a reduction in cooling cost, and a reduction in size of the cooling device.

また、上述した本実施例の配置構成によれば、半導体スイッチのゲート電極面と接続するワイヤ配線、例えばワイヤ配線16aの配線方向と、その近傍にあるワイヤ配線14bの配線方向をほぼ90度、すなわち直交させることができるので、ワイヤ配線14bに流れる電流によって生じる電磁ノイズを軽減させることができる。   In addition, according to the arrangement configuration of the above-described embodiment, the wire wiring connected to the gate electrode surface of the semiconductor switch, for example, the wiring direction of the wire wiring 16a and the wiring direction of the wire wiring 14b in the vicinity thereof are approximately 90 degrees, That is, since it can be made orthogonal, the electromagnetic noise produced by the electric current which flows into the wire wiring 14b can be reduced.

図8は、本発明の第2実施例であるインバータ装置のパワーモジュール部内の配置構成を示す。前例においては三相交流電力変換用のインバータ装置について説明した。本実施例のインバータ装置は単相交流電力変換用のものであり、前例の三相交流電力変換用のインバータ装置の1相分(U相)の構成と全く同様に構成されている。従って、前例と同様の符号を付し、その説明を省略する。尚、本実施例においては、入力端子を構成する正極直流端子3及び負極直流端子2の形状が、出力端子と同様の板棒状のもので形成されている。本実施例によれば、前例と同様にインバータ装置を小型化することができると共に、インダクタンスを低減することができる。   FIG. 8 shows an arrangement configuration in the power module section of the inverter device according to the second embodiment of the present invention. In the previous example, the inverter device for three-phase AC power conversion has been described. The inverter device of the present embodiment is for single-phase AC power conversion, and is configured in exactly the same way as the configuration of one phase (U phase) of the inverter device for three-phase AC power conversion of the previous example. Therefore, the same reference numerals as those in the previous example are attached, and the description thereof is omitted. In the present embodiment, the positive DC terminal 3 and the negative DC terminal 2 constituting the input terminal are formed in the same bar shape as the output terminal. According to the present embodiment, the inverter device can be reduced in size as in the previous example, and the inductance can be reduced.

本発明の第1実施例であるインバータ装置のパワーモジュール部内の配置構成を示す平面図。The top view which shows the arrangement configuration in the power module part of the inverter apparatus which is 1st Example of this invention. 図1のII−II矢視断面図。II-II arrow sectional drawing of FIG. 図1のインバータ装置のパワーモジュール部内の配置構成を示す平面図であって、インバータケースを取り除いたときにおける配置構成を示す。It is a top view which shows the arrangement configuration in the power module part of the inverter apparatus of FIG. 1, Comprising: The arrangement configuration when an inverter case is removed is shown. 図1のインバータ装置の外観構成を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance structure of the inverter apparatus of FIG. インバータ装置の回路構成を示すブロック図。The block diagram which shows the circuit structure of an inverter apparatus. 図5のインバータ装置のパワーモジュール部の回路構成を示すブロック図。The block diagram which shows the circuit structure of the power module part of the inverter apparatus of FIG. ハイブリッド自動車の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of a hybrid vehicle. 本発明の第2実施例であるインバータ装置のパワーモジュール部内の配置構成を示す平面図。The top view which shows the arrangement configuration in the power module part of the inverter apparatus which is 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…インバータケース、2…負極直流端子、3…正極直流端子、4〜6…出力端子、7…放熱底板、8…ネジ穴、9…絶縁部材、12a〜12f…導体パターン、13a〜13f…半導体スイッチ、14a〜14l…ワイヤ配線、15a〜15f…絶縁基板、16a〜16f…ワイヤ配線、18a〜18f…半導体スイッチ、19a〜19f…ダイオード、20…制御端子、21,22…導体板、23…絶縁部材、24a〜24f…ドライブ回路基板接続端子、26…制御補助端子、29…電解コンデンサ、30…パワーモジュール部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter case, 2 ... Negative DC terminal, 3 ... Positive DC terminal, 4-6 ... Output terminal, 7 ... Radiation bottom plate, 8 ... Screw hole, 9 ... Insulating member, 12a-12f ... Conductor pattern, 13a-13f ... Semiconductor switch, 14a-14l ... wire wiring, 15a-15f ... insulating substrate, 16a-16f ... wire wiring, 18a-18f ... semiconductor switch, 19a-19f ... diode, 20 ... control terminal, 21,22 ... conductor plate, 23 DESCRIPTION OF SYMBOLS Insulating member, 24a-24f ... Drive circuit board connection terminal, 26 ... Control auxiliary terminal, 29 ... Electrolytic capacitor, 30 ... Power module part.

Claims (6)

パワーモジュール部とコンデンサ回路部とを備え、Power module part and capacitor circuit part,
前記パワーモジュール部は、四角形状を成しかつ電気伝導性を有して渦電流を流す放熱板と、U相用とV相用とW相用の正極接続部と負極接続部とを複数備え積層状態に配置された正極直流端子および負極直流端子と、第1半導体スイッチと第2半導体スイッチとをそれぞれ備えるU相用とV相用とW相用直列回路を有し、The power module section has a quadrangular shape and a heat radiating plate that has electrical conductivity and allows an eddy current to flow therethrough, and a plurality of positive phase connection portions and negative polarity connection portions for U phase, V phase, and W phase. A series circuit for U-phase, V-phase, and W-phase, each including a positive DC terminal and a negative DC terminal arranged in a stacked state, and a first semiconductor switch and a second semiconductor switch;
前記パワーモジュール部において、前記四角形状を成す放熱板の対向する2つの辺をそれぞれ左右の辺として前記左右の辺をつなぐ方向を左右方向とし、前記左右方向に垂直な方向の一つを一方とし他を他方と定義した場合に、前記U相用とV相用とW相用直列回路は前記左右方向に並べて配置されており、さらに各相の直列回路は左右方向に配置される第1列と第2列の2つの列に基づいて前記第1半導体スイッチを第1列に配置し、また前記第2半導体スイッチを第2列に配置し、また各相に直流電力を供給する前記正極接続部と前記負極接続部は前記第1と第2の半導体スイッチより前記一方の方であってさらに第1列の方にずれて配置されており、さらに前記第1列側に設けられた前記第1半導体スイッチは、第2列に配置された前記第2半導体スイッチより他方側にずれて配置され、さらに前記第2列に配置された前記第2半導体スイッチの他方側の位置に電気的な接続のための接続用導体板が設けられ、さらに前記接続用導体板は列に沿う方向において前記第1の半導体スイッチと部分的に重なっており、前記第1半導体スイッチと前記第2半導体スイッチとが前記接続用導体板を介して電気的に接続され、In the power module unit, two sides facing each other of the rectangular heat sink are defined as left and right sides, the direction connecting the left and right sides is defined as the left-right direction, and one of the directions perpendicular to the left-right direction is defined as one. When the other is defined as the other, the U-phase, V-phase, and W-phase series circuits are arranged side by side in the left-right direction, and each phase series circuit is arranged in the left-right direction. The first semiconductor switch is arranged in the first column based on the two columns, and the second column, the second semiconductor switch is arranged in the second column, and the positive electrode connection supplies DC power to each phase. And the negative electrode connection portion are arranged on one side of the first and second semiconductor switches and further shifted toward the first row, and further provided on the first row side. Before one semiconductor switch is placed in the second row A connecting conductor plate for electrical connection is provided at a position on the other side of the second semiconductor switch arranged on the other side of the second semiconductor switch and further arranged on the second row, The connecting conductor plate partially overlaps the first semiconductor switch in the direction along the row, and the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are electrically connected via the connecting conductor plate. ,
前記コンデンサ回路部は、直流電力を供給するための積層状の導体板と、直流電源から直流電力を受けるための電源端子と、複数のコンデンサとを有し、前記積層状の導体板はそれぞれ前記パワーモジュール部に直流電力を供給するための直流電力供給端子を備え、前記直流電力供給端子と前記電源端子との間に前記複数のコンデンサが接続されている、ことを特徴とする電力変換装置。The capacitor circuit unit includes a laminated conductor plate for supplying DC power, a power supply terminal for receiving DC power from a DC power source, and a plurality of capacitors, each of the laminated conductor plates being A power converter comprising a DC power supply terminal for supplying DC power to a power module unit, wherein the plurality of capacitors are connected between the DC power supply terminal and the power supply terminal.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第1の半導体スイッチと前記接続用導体板との間に左右方向の電気回路が形成され、前記接続用導体板に第2列に沿った方向の電気回路が形成され、前記第2列に沿った方向の電気回路を介して前記接続用導体板は前記第2の半導体スイッチと接続されている、ことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
A horizontal electric circuit is formed between the first semiconductor switch and the connecting conductor plate, and an electric circuit in a direction along a second row is formed on the connecting conductor plate. The power converter according to claim 1, wherein the connecting conductor plate is connected to the second semiconductor switch through an electric circuit extending along the direction.
請求項1あるいは請求項2の内の一に記載の電力変換装置において、
前記積層状に配置された導体板に前記複数のコンデンサが接続されると共に保持されていることを特徴とする電力変換装置。
The power converter according to claim 1 or 2, wherein:
The power converter according to claim 1, wherein the plurality of capacitors are connected to and held by the conductive plates arranged in a stacked manner.
請求項1乃至請求項3の内の一に記載の電力変換装置において、In the power converter according to any one of claims 1 to 3,
前記積層状の導体板の端部に形成され、前記積層状の導体板の直流電力供給端子は前記積層状の導体板と一体に形成されており、前記直流電力供給端子が前記パワーモジュール部の前記正極直流端子および前記負極直流端子に直接接続されていることを特徴とする電力変換装置。The laminated conductor plate is formed at an end of the laminated conductor plate, the DC power supply terminal of the laminated conductor plate is formed integrally with the laminated conductor plate, and the DC power supply terminal of the power module unit The power conversion device is directly connected to the positive DC terminal and the negative DC terminal.
請求項1乃至請求項4の内の一に記載の電力変換装置において、In the power converter according to one of claims 1 to 4,
前記パワーモジュール部に設けられた前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板との間に左右方向の電気回路が設けられ、前記接続用導体板に前記列方向の電気回路が形成され、前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板は前記左右方向の電気回路を介して接続され、前記接続用導体板と前記第1半導体スイッチとの接続は前記接続用導体板に形成された前記列方向の電気回路を介して行われることを特徴とする電力変換装置。A horizontal electric circuit is provided between the first semiconductor switch provided in the power module section and the connecting conductor plate, and an electric circuit in the column direction is formed on the connecting conductor plate, 1 semiconductor switch and the connecting conductor plate are connected via the electric circuit in the left-right direction, and the connection between the connecting conductor plate and the first semiconductor switch is in the row direction formed on the connecting conductor plate. A power conversion device characterized by being performed via an electric circuit.
請求項5に記載の電力変換装置において、The power conversion device according to claim 5,
前記第1半導体スイッチと前記接続用導体板とを接続するための前記左右方向の電気回路は左右方向に向いて配置されているワイヤボンディングであることを特徴とする電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the left-right electrical circuit for connecting the first semiconductor switch and the connecting conductor plate is wire bonding arranged in the left-right direction.
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