JP5452633B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、コンデンサモジュールを備えた電力変換装置に係り、特に、パワー半導体素子のスイッチング時のサージ電圧を低減するに好適な、低インダクタンスな配線,端子接続構造と、高放熱構造の電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter provided with a capacitor module, and in particular, a low-inductance wiring, terminal connection structure, and a high heat dissipation structure power converter suitable for reducing a surge voltage during switching of a power semiconductor element. About.

近年、大電流のスイッチング可能なパワー半導体素子の開発が進み、これを用いた電力変換装置は、スイッチングにより効率よくモータ等の負荷に電力を供給することができる。このため、電車,自動車等の車載用電機システムのモータ駆動に幅広く利用され、特にハイブリッド自動車ではエンジンと電気モータを組み合わせて、モータの低回転からの高トルク,電池への回生エネルギーの貯蔵,アイドル・ストップシステムを加えることで、高燃費,CO2の削減を実現している。 In recent years, a power semiconductor device capable of switching a large current has been developed, and a power conversion device using the power semiconductor device can efficiently supply power to a load such as a motor by switching. For this reason, it is widely used for driving motors in in-vehicle electrical systems such as trains and automobiles, especially in hybrid cars, combining an engine and an electric motor, high torque from low motor rotation, regenerative energy storage in batteries, idle・ By adding a stop system, high fuel efficiency and CO 2 reduction have been achieved.

この電力変換装置に用いるコンデンサ素子は大容量化が求められており、複数のコンデンサ素子が用いられることが多い。複数のコンデンサ素子を集合体としてモジュール化される(特許文献1)。   Capacitor elements used in this power converter are required to have a large capacity, and a plurality of capacitor elements are often used. A plurality of capacitor elements are modularized as an aggregate (Patent Document 1).

車両の小型に伴い車載空間が小さくなる傾向にあり、複数の装置同士、又は装置内の部品間において熱伝達が発生しやすい環境になっている。上記複数のコンデンサ素子は、導電性の導体に接続される。特に、これら複数のコンデンサ素子や導体を熱から保護する必要性が高まっている。   The vehicle-mounted space tends to be reduced with the miniaturization of the vehicle, and an environment in which heat transfer is likely to occur between a plurality of devices or between components in the device is provided. The plurality of capacitor elements are connected to a conductive conductor. In particular, there is a growing need to protect these capacitor elements and conductors from heat.

特開2001−76967号公報JP 2001-76967 A

本発明は、複数のコンデンサ素子や導体を熱から保護することを目的とする。   An object of the present invention is to protect a plurality of capacitor elements and conductors from heat.

本発明のコンデンサモジュールのうち代表的な一つは、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子と接続される導体と、前記コンデンサ素子の全体を封止するとともに前記導体の一部を封止する第1のモールド樹脂と、前記第1のモールド樹脂の収納空間を形成するケースと、冷却冷媒を流すために流路を形成する流路形成体と、を備え、前記ケースは、前記流路形成体と一体に形成される。   A representative one of the capacitor modules according to the present invention includes a capacitor element, a conductor connected to the capacitor element, a first element that seals the entire capacitor element and a part of the conductor. A mold resin, a case that forms a storage space for the first mold resin, and a flow path forming body that forms a flow path for flowing a cooling refrigerant, the case being integrated with the flow path forming body. Formed.

本発明の構成によれば、複数のコンデンサ素子や導体を熱から保護することができる。   According to the configuration of the present invention, a plurality of capacitor elements and conductors can be protected from heat.

本発明の一実施形態による車載用電機システム搭載した車両の構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing the configuration of a vehicle equipped with an in-vehicle electric system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による車載用電機システムに用いる電力変換装置の主回路図である。It is a main circuit diagram of a power converter used for an in-vehicle electric machine system by one embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールの外観斜視図である。1 is an external perspective view of a capacitor module according to a first embodiment of the present invention. (a)本発明の第1の実施形態による電力変換装置の外観斜視図である。(b)(a)の電力変換装置の断面図である。(c)(b)の要部拡大図である。(d)(b)の一部断面拡大図である。(A) It is an external appearance perspective view of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention. (B) It is sectional drawing of the power converter device of (a). (C) It is a principal part enlarged view of (b). (D) It is a partial cross-section enlarged view of (b). 本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールの分解図である。1 is an exploded view of a capacitor module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールの主要部の斜視図および電流経路の説明図である。It is a perspective view of the principal part of the capacitor | condenser module by the 1st Embodiment of this invention, and explanatory drawing of an electric current path. (a)絶縁シートで絶縁をとった第1の実施形態の断面図である。(b)絶縁シートをコンデンサ素子CDS間に挿入した場合の第1の実施形態を示した図である。(A) It is sectional drawing of 1st Embodiment which took insulation with the insulating sheet. (B) It is the figure which showed 1st Embodiment at the time of inserting an insulating sheet between capacitor | condenser elements CDS. 本発明の第1の実施形態による電力変換装置のコンデンサモジュールとパワーモジュールの接続を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the connection of the capacitor | condenser module and power module of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention. (a)本発明の第1の実施形態による電力変換装置のコンデンサモジュールとパワーモジュールの接続を示す断面図である。(b)(a)の斜視図である。(c)(b)の一部構成を示した図である。(A) It is sectional drawing which shows the connection of the capacitor | condenser module and power module of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention. (B) It is a perspective view of (a). (C) It is the figure which showed the partial structure of (b). 本発明の第1の実施形態による電力変換装置のインダクタンス回路図であり、(a)オフ時の電流、(b)オン時の電流である。It is the inductance circuit diagram of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention, (a) The electric current at the time of OFF, (b) The electric current at the time of ON. 本発明の第2の実施形態によるコンデンサモジュールの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the capacitor module by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるコンデンサモジュールの分解図である。It is an exploded view of the capacitor module by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による電力変換装置のコンデンサモジュールとパワーモジュールの組図である。It is a set figure of a capacitor module and a power module of a power converter by a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による電力変換装置のコンデンサモジュールとパワーモジュールの分解図である。It is an exploded view of the capacitor | condenser module and power module of the power converter device by the 2nd Embodiment of this invention. (a)(b)本発明の第2の実施形態による電力変換装置のコンデンサモジュールとパワーモジュールの接続断面図である。(A) (b) It is a connection sectional view of a capacitor module and a power module of a power converter by a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態によるコンデンサモジュールの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the capacitor | condenser module by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態によるコンデンサモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the capacitor | condenser module by the 4th Embodiment of this invention. (a)本発明の第1の実施形態による電力変換装置のパワー半導体素子IGBTに流れる電流,電圧の概略波形である。(b)ダイオードに流れる電流,電圧の概略波形である。(A) It is a schematic waveform of the electric current and voltage which flow into the power semiconductor element IGBT of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention. (B) Schematic waveforms of current and voltage flowing through the diode.

以下、本発明の実施形態によるコンデンサモジュール,電力変換装置及び車載用電機システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a capacitor module, a power converter, and an in-vehicle electric system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

以下に説明する実施形態では、本発明のコンデンサモジュールが用いられる電力変換装置として、車載用電力変換装置を例にあげる。   In the embodiments described below, an in-vehicle power converter is taken as an example of a power converter that uses the capacitor module of the present invention.

なお、以下に説明する構成は、DC/DCコンバータや直流チョッパなどの直流−直流電力変換装置にも適用可能である。また、以下に説明する構成は、産業用や家庭用などの電力変換装置にも適用可能である。   The configuration described below can also be applied to a DC-DC power converter such as a DC / DC converter or a DC chopper. The configuration described below is also applicable to power converters for industrial use and home use.

図1は、本発明の実施形態によるコンデンサモジュールを使用した電力変換装置INVを用いて構成した車載用電機システムと、内燃機関のエンジンシステムを組み合わせたハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」と称する)のブロック図である。   FIG. 1 shows a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) in which an in-vehicle electric system configured using a power converter INV using a capacitor module according to an embodiment of the present invention and an engine system of an internal combustion engine are combined. FIG.

本実施形態のHEVは、前輪FRW,FLW,後輪RPW,RLW,前輪車軸FDS,後輪車軸RDS,デファレンシャルギアDEF、変速機T/M,エンジンENG,電動機MG1,MG2,電力変換装置INV,バッテリBAT,エンジン制御装置ECU,変速機制御装置TCU,電動機制御装置MCU、バッテリ制御装置BCU、車載用ローカルエリアネットワークLANを備える。   The HEV of the present embodiment includes front wheels FRW, FLW, rear wheels RPW, RLW, front wheel axle FDS, rear wheel axle RDS, differential gear DEF, transmission T / M, engine ENG, electric motors MG1, MG2, power converter INV, A battery BAT, an engine control unit ECU, a transmission control unit TCU, an electric motor control unit MCU, a battery control unit BCU, and a vehicle-mounted local area network LAN are provided.

本実施例では、駆動力は、エンジンENGと2つの電動機MG1,MG2で発生し、変速機T/M,デファレンシャルギアDEF,前輪車軸FDSを通じて前輪FRW,FLWに伝わる。   In this embodiment, the driving force is generated by the engine ENG and the two electric motors MG1 and MG2, and is transmitted to the front wheels FRW and FLW through the transmission T / M, the differential gear DEF, and the front wheel axle FDS.

変速機T/Mは、複数のギアから構成され、速度等の運転状態に応じてギア比を変えることができる装置である。   The transmission T / M is a device that includes a plurality of gears and can change a gear ratio according to an operation state such as a speed.

デファレンシャルギアDEFは、カーブなどで左右の車輪FRW,FLWに速度差があるときに、適切に左右に動力を分配する装置である。   The differential gear DEF is a device that appropriately distributes power to the left and right when there is a speed difference between the left and right wheels FRW and FLW due to a curve or the like.

エンジンENGは、インジェクタ,スロットバルブ,点火装置,吸排気バルブ(いずれも図示省略)などの複数のコンポーネントで構成される。インジェクタは、エンジンENGの気筒内に噴射する燃料を制御する燃料噴射弁である。スロットバルブは、エンジンENGの気筒内に供給される空気の量を制御する絞り弁である。点火装置は、エンジンENGの気筒内の混合気を燃焼させる火源である。吸排気バルブは、エンジンENGの気筒の吸気及び排気に設けられた開閉弁である。   The engine ENG includes a plurality of components such as an injector, a slot valve, an ignition device, and an intake / exhaust valve (all not shown). The injector is a fuel injection valve that controls the fuel injected into the cylinder of the engine ENG. The slot valve is a throttle valve that controls the amount of air supplied into the cylinder of the engine ENG. The ignition device is a fire source that burns the air-fuel mixture in the cylinder of the engine ENG. The intake / exhaust valves are open / close valves provided for intake and exhaust of the cylinders of the engine ENG.

電動機MG1,MG2は、三相交流同期式、つまり永久磁石回転電機である。   Electric motors MG1 and MG2 are three-phase AC synchronous, that is, permanent magnet rotating electric machines.

尚、電動機MG1,MG2としては、三相交流誘導式回転電機やリラクタンス式回転電機などのものを用いてもよい。   As the electric motors MG1 and MG2, a three-phase AC induction type rotating electric machine or a reluctance type rotating electric machine may be used.

電動機MG1,MG2は、回転する回転子と、回転磁界を発生する固定子からなる。   Electric motors MG1 and MG2 include a rotating rotor and a stator that generates a rotating magnetic field.

回転子は、鉄心の内部に複数の永久磁石を埋め込んだもの、もしくは、鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置して構成する。固定子は、電磁鋼板に銅線を巻回して構成する。   The rotor is configured by embedding a plurality of permanent magnets in the iron core or by arranging a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface of the iron core. The stator is formed by winding a copper wire around a magnetic steel sheet.

固定子の巻線に三相交流電流を流すことにより、回転磁界が発生し、回転子が生じるトルクにより電動機MG1,MG2を回転させることができる。   By flowing a three-phase alternating current through the stator winding, a rotating magnetic field is generated, and the motors MG1 and MG2 can be rotated by torque generated by the rotor.

電力変換装置INVは、パワー半導体のスイッチングにより、電動機MG1,MG2の電力を制御するものである。簡単に言えば、高圧バッテリBATの直流源を、電動機MG1,MG2に繋いだり(オン),切ったり(オフ)することで、電動機MG1,MG2を制御する。本実施例では、電動機MG1,MG2が三相交流モータであるので、スイッチング(オン,オフ)の時間幅の粗密により、三相交流電圧発生させ、電動機MG1,MG2の駆動力を制御する(PWM制御)。   The power converter INV controls the electric power of the electric motors MG1, MG2 by switching power semiconductors. In short, the motors MG1 and MG2 are controlled by connecting (on) and turning off (off) the DC source of the high voltage battery BAT to the motors MG1 and MG2. In the present embodiment, since the motors MG1 and MG2 are three-phase AC motors, three-phase AC voltages are generated by controlling the time width of switching (on and off) to control the driving force of the motors MG1 and MG2 (PWM) control).

電力変換装置INVは、スイッチング時に瞬時に電力を供給するコンデンサモジュールCM,スイッチングするパワーモジュールPMU,パワーモジュールのスイッチングを駆動回路装置DCU及び、スイッチングの時間幅の粗密を決める電動機制御装置MCUから構成する。   The power converter INV includes a capacitor module CM that instantaneously supplies power at the time of switching, a power module PMU that switches, a drive circuit unit DCU, and a motor control unit MCU that determines the density of the switching time width. .

コンデンサモジュールCM,パワーモジュールPMUは、図3以降に詳しく説明する。   The capacitor module CM and the power module PMU will be described in detail after FIG.

電動機制御装置MCUは、総合制御装置GCUからの回転数指令n*,トルク指令値τ*を電動機MG1,MG2で実現するため、パワーモジュールPMUのスイッチングを決定する。このため演算するためのマイコン,データマップなどのメモリを搭載している。   The electric motor control unit MCU determines switching of the power module PMU in order to realize the rotational speed command n * and the torque command value τ * from the general control unit GCU with the electric motors MG1 and MG2. For this reason, a microcomputer and a data map memory for calculation are installed.

駆動回路装置DCUは、電動機制御装置MCUで決定されたPWM信号に基づいて、パワーモジュールPMUを駆動する。このため、パワーモジュールPMUを駆動に必要な、数A、数十Vの駆動能力を持つ回路を搭載する。また、高電位側のパワー半導体素子を駆動するために、制御信号を絶縁分離する回路を搭載している。   The drive circuit unit DCU drives the power module PMU based on the PWM signal determined by the motor control unit MCU. For this reason, a circuit having a driving capability of several A and several tens of V necessary for driving the power module PMU is mounted. In addition, in order to drive the power semiconductor element on the high potential side, a circuit for insulating and isolating the control signal is mounted.

バッテリBATは、直流電源で、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの電力密度の高い2次電池で構成する。電力変換装置INVを介して、電動機MG1,MG2に電力を供給し、または、逆に、電動機MG1,MG2の発電力を電力変換装置INVで変換して貯蔵する。   The battery BAT is a direct current power source and is configured by a secondary battery having a high power density such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery. Electric power is supplied to the electric motors MG1 and MG2 via the electric power conversion device INV, or conversely, the electric power generated by the electric motors MG1 and MG2 is converted by the electric power conversion device INV and stored.

変速機T/M,エンジンENG,電力変換装置INV,バッテリBATは、各々、変速機制御装置TCU,エンジン制御装置ECU,電動機制御装置MCU,バッテリ制御装置BCUで制御する。これらの制御装置は、車載用ローカルエリアネットワークLANにより、総合制御装置GCUに接続し、総合制御装置からの指令値に基づき統括するとともに、双方向の通信も可能である。各制御装置は、総合制御装置GCUの指令信号(指令値),各種センサ,他の制御装置の出力信号(各種パラメータ値),予め記憶装置に記憶されているデータやマップなどをもとに、機器を制御する。   Transmission T / M, engine ENG, power converter INV, and battery BAT are controlled by transmission control unit TCU, engine control unit ECU, electric motor control unit MCU, and battery control unit BCU, respectively. These control devices are connected to the general control device GCU via a vehicle-mounted local area network LAN, and are controlled based on command values from the general control device, and are capable of bidirectional communication. Each control device is based on the command signal (command value) of the general control device GCU, various sensors, output signals (various parameter values) of other control devices, data and maps stored in advance in the storage device, etc. Control the equipment.

例えば、総合制御装置GCUは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジンENGの運転効率が良くなるように、エンジンENG側の出力トルク値と第1の電動機MG1側の出力トルク値とに分配する。分配されたエンジンENG側の出力トルク値はエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ECUに、分配された第1の電動機MG1側の出力トルク値はモータトルク指令信号として電動機制御装置MCUに伝達され、各々、エンジンENG,電動機MG1を制御する。   For example, the general control unit GCU calculates the required torque value of the vehicle according to the accelerator depression amount based on the driver's acceleration request, and uses the required torque value to improve the engine ENG driving efficiency. The output torque value on the ENG side and the output torque value on the first electric motor MG1 side are distributed. The distributed output torque value on the engine ENG side is transmitted to the engine control unit ECU as an engine torque command signal, and the distributed output torque value on the first motor MG1 side is transmitted to the motor control unit MCU as a motor torque command signal. The engine ENG and the electric motor MG1 are controlled.

次に、ハイブリッド自動車の運転モードを説明する。   Next, the driving mode of the hybrid vehicle will be described.

まず、車両の発進時や低速走行時においては、主に電動機MG1を電動機として動作させ、電動機MG1で発生した回転駆動力を、変速機T/M及びデファレンシャルギアDEFを介して前輪車軸FDSに伝達する。これにより、前輪車軸FDSが電動機MG1の回転駆動力によって回転駆動されて前輪FRW、FLWが回転駆動し、車両が走行する、この時、電動機MG1には、バッテリBATからの出力電力(直流電力)が電力変換装置INVによって三相交流電力に変換し供給する。   First, when the vehicle starts or travels at a low speed, the electric motor MG1 is mainly operated as an electric motor, and the rotational driving force generated by the electric motor MG1 is transmitted to the front wheel axle FDS via the transmission T / M and the differential gear DEF. To do. As a result, the front wheel axle FDS is rotationally driven by the rotational driving force of the electric motor MG1, and the front wheels FRW and FLW are rotationally driven to drive the vehicle. At this time, the electric power MG1 has output power (DC power) from the battery BAT. Is converted into three-phase AC power by the power converter INV and supplied.

次に、車両の通常走行時(中速,高速走行時)においては、エンジンENGと電動機MG1を併用し、エンジンENGで発生した回転駆動力と、電動機MG1で発生した回転駆動力とを、変速機T/M及びデファレンシャルギアDFFを介して前輪車軸FDSに伝達する。これにより、前輪車軸FDSがエンジンENGと電動機MG1の回転駆動力によって回転駆動されて前輪FRW,FLWが回転駆動し、車両が走行する。また、エンジンENGで発生した回転駆動力の一部は、電動機MG2に供給する。この動力の分配により、電動機MG2は、エンジンENGで発生した回転駆動力の一部によって回転駆動され、発電機として動作し、発電する。電動機MG2によって発電された三相交流電力は電力変換装置INVに供給され、一旦直流電力に整流された後、再び三相交流電力に変換し、電動機MG1に供給する。これにより、電動機MG11は回転駆動力を発生する。   Next, during normal driving of the vehicle (medium speed and high speed driving), the engine ENG and the electric motor MG1 are used together, and the rotational driving force generated by the engine ENG and the rotational driving force generated by the electric motor MG1 are shifted. It is transmitted to the front wheel axle FDS via the machine T / M and the differential gear DFF. As a result, the front wheel axle FDS is rotationally driven by the rotational driving force of the engine ENG and the electric motor MG1, the front wheels FRW and FLW are rotationally driven, and the vehicle travels. A part of the rotational driving force generated by the engine ENG is supplied to the electric motor MG2. By this power distribution, the electric motor MG2 is rotationally driven by a part of the rotational driving force generated by the engine ENG, operates as a generator, and generates electric power. The three-phase AC power generated by the electric motor MG2 is supplied to the power converter INV, once rectified to DC power, then converted again to the three-phase AC power, and supplied to the electric motor MG1. Thereby, electric motor MG11 generates a rotational driving force.

次に、車両の加速時、特にエンジンENGに供給される空気量を制御するスロットル弁の開度が全開になる急加速時(例えば急勾配坂の登坂時で、アクセルの踏み込み量が大きい時)においては、前述した通常走行時の動作に加え、バッテリBATからの出力電力を電力変換装置INVによって三相交流電力に変換して電動機MG1に供給し、電動機MG1によって発生する回転駆動力を増加する。   Next, when the vehicle is accelerated, particularly when the throttle valve that controls the amount of air supplied to the engine ENG is fully opened (for example, when climbing a steep slope and the amount of accelerator depression is large) In addition to the above-described normal running operation, the output power from the battery BAT is converted into three-phase AC power by the power converter INV and supplied to the electric motor MG1 to increase the rotational driving force generated by the electric motor MG1. .

次に、車両の減速・制動時においては、前輪FRW,FLWの回動による駆動車軸DSFの回絵駆動力をデファレンシャルギアDFF,変速機T/Mを介して電動機MG1に供給して、電動機MG1を発電機として動作させ、発電させる、発電によって得られた三相交流電力(回生エネルギー)は、電力変換装置INVによって直流電力に整流され、バッテリBATに供給する。これにより、バッテリBATを充電する。車両の停止時は、基本的にはエンジンENG及び電動機MG1,MG2の駆動は停止するが、バッテリBATの残量が少ない場合には、エンジンENGを駆動して電動機MG2を発電機として動作させ、得られた発電電力を電力変換装置INVを介してバッテリBATを充電する。   Next, at the time of deceleration / braking of the vehicle, the rotation driving force of the driving axle DSF due to the rotation of the front wheels FRW, FLW is supplied to the electric motor MG1 via the differential gear DFF, the transmission T / M, and the electric motor MG1. The three-phase AC power (regenerative energy) obtained by power generation is operated as a generator and rectified into DC power by the power converter INV and supplied to the battery BAT. Thereby, the battery BAT is charged. When the vehicle is stopped, the driving of the engine ENG and the electric motors MG1, MG2 is basically stopped, but when the remaining amount of the battery BAT is low, the engine ENG is driven to operate the electric motor MG2 as a generator, The battery power BAT is charged via the power converter INV with the generated power.

なお、MG1,MG2の発電,駆動の役割は、特に限定されず、効率によっては、上述と逆の役割で動作する。   Note that the roles of power generation and driving of MG1 and MG2 are not particularly limited, and the MG1 and MG2 operate in a role opposite to that described above depending on efficiency.

本発明の実施形態による車載用電機システムの電力変換装置INVの大電流が流れる主回路の回路図を図2に示す。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。   FIG. 2 shows a circuit diagram of a main circuit through which a large current flows in the power converter INV of the in-vehicle electric system according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

本実施形態の電力変換装置INVは、スイッチング時に瞬時に電力を供給するコンデンサモジュールCM、スイッチングするパワーモジュールPMU,パワーモジュールPMUのスイッチング電力を供給する駆動回路装置DCU,電動機を制御するためにスイッチング波形を制御する電動機制御装置MCUから構成する。なお、図2では、第1の電動機MG1に対する電力変換装置INVの構成のみを示しているが、図1の電力変換装置INVは、第2の電動機MG2に対するパワーモジュールPMU,駆動回路装置DCUも備えており、それらの構成は、図2に示すものと同様である。   The power converter INV of this embodiment includes a capacitor module CM that instantaneously supplies power during switching, a power module PMU that switches, a drive circuit device DCU that supplies switching power of the power module PMU, and a switching waveform for controlling the motor. The motor control unit MCU controls the motor. 2 shows only the configuration of the power converter INV for the first motor MG1, the power converter INV of FIG. 1 also includes a power module PMU and a drive circuit unit DCU for the second motor MG2. Their configurations are the same as those shown in FIG.

パワーモジュールPMUは、スイッチング(オン,オフ)するパワー半導体素子Mpu,Mnu,Mpv,Mnv,Mpw,Mnwを用いて、3相交流出力のため3個(Au,Av,Aw)のブリッジ回路を構成する。   The power module PMU uses a power semiconductor element Mpu, Mnu, Mpv, Mnv, Mpw, Mnw to be switched (on, off) to form a three (Au, Av, Aw) bridge circuit for three-phase AC output. To do.

ブリッジ回路の両端は、接続する接続部3a,4aを通じて、コンデンサモジュールCMの接続部3b,4bと接続する。   Both ends of the bridge circuit are connected to the connection portions 3b and 4b of the capacitor module CM through the connection portions 3a and 4a to be connected.

ブリッジ回路の中点は、接続部24U,24V,24Wを通じて、電動機MG1の3相入力接続部(U接続部,V接続部,W接続部)に接続する。   The midpoint of the bridge circuit is connected to the three-phase input connection portion (U connection portion, V connection portion, W connection portion) of the electric motor MG1 through the connection portions 24U, 24V, 24W.

ブリッジ回路は、アームともよばれ、高電位を出力するパワー半導体素子を上アーム,低電位を出力するパワー半導体素子を下アームと呼ぶ。   The bridge circuit is also called an arm, and a power semiconductor element that outputs a high potential is called an upper arm, and a power semiconductor element that outputs a low potential is called a lower arm.

3個のブリッジ回路(Au,Av,Aw)のパワー半導体素子は、3相交流電圧を発生するように120°の位相差を持たせてスイッチング(オン,オフ)し、高電位側(上アーム)、低電位側(下アーム)の接続を切り替える。これにより、時間幅に粗密のあるパルス電圧波形の3相交流電圧を発生する。   The power semiconductor elements of the three bridge circuits (Au, Av, Aw) are switched (ON, OFF) with a phase difference of 120 ° so as to generate a three-phase AC voltage, and the high potential side (upper arm) ) Switch the connection on the low potential side (lower arm). As a result, a three-phase AC voltage having a pulse voltage waveform with a coarse and narrow time width is generated.

パワー半導体素子(Mpu,Mnu,Mpv,Mnv,Mpw,Mnw)は、大電流をスイッチングするために、外部からスイッチングを駆動電源が必要となる。このため、パワー半導体モジュールPMUに、スイッチングを駆動する駆動回路DCUを接続する。   The power semiconductor elements (Mpu, Mnu, Mpv, Mnv, Mpw, Mnw) require a driving power source for switching from the outside in order to switch a large current. Therefore, a drive circuit DCU that drives switching is connected to the power semiconductor module PMU.

また、駆動回路DCUには、電動機制御装置MCUを接続し、電動機制御装置MCUから、電動機の回転数,トルク応じたスイッチング時間幅,タイミング(パルス電圧の粗密幅)の信号を受ける。   In addition, an electric motor control unit MCU is connected to the drive circuit DCU, and signals of a switching time width and timing (pulse voltage coarse / fine width) according to the rotational speed and torque of the electric motor are received from the electric motor control unit MCU.

本実施例の回路図では、パワー半導体素子(Mpu,Mnu、Mpv,Mnv,Mpw,Mnw)として、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いている。このため、スイッチング時に電流が還流するパワー半導体素子のダイオードDpu,Dnu,Dpv,Dnv,Dpw,DnwをIGBTに逆並列に接続する。   In the circuit diagram of the present embodiment, IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are used as power semiconductor elements (Mpu, Mnu, Mpv, Mnv, Mpw, Mnw). For this reason, the diodes Dpu, Dnu, Dpv, Dnv, Dpw, and Dnw of the power semiconductor elements that return current when switching are connected in antiparallel to the IGBT.

また、本実施例の回路図では、各相の上(下)アームのパワー半導体素子は、1つで構成している(ダイオード入れると2つ)が、電流容量にあわせて、パワー半導体素子を並列接続する。   Further, in the circuit diagram of the present embodiment, the power semiconductor element of the upper (lower) arm of each phase is composed of one (two when a diode is inserted), but the power semiconductor element is arranged according to the current capacity. Connect in parallel.

本実施例の回路図では、パワー半導体素子としてIGBTを用いたが、MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いてもよい。この場合は、MOSFETの場合、還流用のダイオードが内蔵されているため、特にダイオードは必要としない。   In the circuit diagram of this embodiment, an IGBT is used as a power semiconductor element, but a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be used. In this case, in the case of a MOSFET, a diode for reflux is built in, so that no diode is particularly required.

パワーモジュールPMUは、ケースによって囲われ、ベースと呼ばれる金属板上に絶縁基板を介してパワー半導体素子を実装し、三相ブリッジ回路を形成するように、半導体チップ間,半導体チップと入力端子との間,半導体チップと出力端子との間をアルミワイヤや板状導体などの接続導体によって電気的に接続して構成する。ベースは、銅やアルミニウムなどの熱伝導性部材で構成し、スイッチングによるパワー半導体素子の発熱を冷却する。ベースの下面は空気或いは冷却水などの冷却媒体によって冷却する。冷却効率を向上させるために、冷媒との接触面積を増やすフィンなどを設ける。絶縁基板は、窒化アルミニウムなどの高熱伝導の絶縁部材を用いる。ベースと絶縁基板の間,絶縁基板とパワー半導体素子の間は、はんだなどの接合部材によって接合する。   The power module PMU is surrounded by a case, and a power semiconductor element is mounted on a metal plate called a base via an insulating substrate to form a three-phase bridge circuit, between the semiconductor chips, between the semiconductor chip and the input terminal. The semiconductor chip and the output terminal are electrically connected by a connection conductor such as an aluminum wire or a plate conductor. The base is made of a heat conductive member such as copper or aluminum, and cools the heat generated by the power semiconductor element due to switching. The lower surface of the base is cooled by a cooling medium such as air or cooling water. In order to improve the cooling efficiency, fins or the like that increase the contact area with the refrigerant are provided. As the insulating substrate, an insulating member having high thermal conductivity such as aluminum nitride is used. The base and the insulating substrate, and the insulating substrate and the power semiconductor element are joined by a joining member such as solder.

パワーモジュールPMUは、大電流をスイッチングする。このため、スイッチング時に、瞬時に電流が変化できる低インピーダンス回路が必要となる。高圧バッテリBATは、内部インピーダンスや、接続ケーブルのインダクタンスがあるため、インピーダンスが高く、パワーモジュールPMUと低インピーダンスの回路を構成することはできない。   The power module PMU switches a large current. For this reason, a low-impedance circuit that can change the current instantaneously at the time of switching is required. The high voltage battery BAT has an internal impedance and an inductance of the connection cable, and therefore has a high impedance, and a low impedance circuit cannot be configured with the power module PMU.

そこで、コンデンサモジュールCMは、電力変換装置INV内のパワーモジュールPMU近傍に設置,接続し、パワーモジュールPMUのスイッチング時に低インピーダンスの回路を構成する。つまり高周波では、コンデンサ自体は、コンデンサ容量C,周波数fとするとインピーダンスZ=1/(2×π×f×C)により、低インピーダンスとなる。しかし、コンデンサモジュール内部やパワーモジュール内部の配線の寄生インダクタンス、コンデンサモジュールとパワーモジュールの接続部の寄生インダクタンスは、瞬時に電流変化する高周波では、寄生インダクタンスL、周波数fでは、インピーダンスZ=2×π×f×Lで大きくなる。また、電流変化di/dtが大きくなると、この寄生インダクタンスLで発生する跳ね上がり電圧V=L×di/dtで大きくなる。   Therefore, the capacitor module CM is installed and connected in the vicinity of the power module PMU in the power converter INV, and constitutes a low impedance circuit when the power module PMU is switched. That is, at a high frequency, the capacitor itself has a low impedance due to the impedance Z = 1 / (2 × π × f × C) when the capacitor capacitance C and the frequency f are used. However, the parasitic inductance of the wiring inside the capacitor module and the power module, and the parasitic inductance of the connection portion between the capacitor module and the power module are the impedance Z = 2 × π at the parasitic inductance L and the frequency f at a high frequency where the current changes instantaneously. It becomes large by xf * L. Further, when the current change di / dt is increased, the jump voltage V generated by the parasitic inductance L is increased by V = L × di / dt.

本実施例のコンデンサモジュールCMは、内部の配線が低インダクタンスで、かつ、パワーモジュールPMUとの接続部も、応力緩和構造をもつ低インダクタンス接続を実現している。このため、パワー半導体モジュールのスイッチングを早く(di/dtを大きく)することができ、スイッチング時間が短い。つまり、大電流Iと大電圧Vがクロスする時間tが短く、発熱Q=I×V×tが小さい。この発熱Qが小さくなることで、パワー半導体素子の温度を下げることができ、パワー半導体素子の数を少なくすることができ、電力変換装置の小型化、低コスト化を実現できる。   In the capacitor module CM of this embodiment, the internal wiring has a low inductance, and the connection portion with the power module PMU also realizes a low inductance connection having a stress relaxation structure. For this reason, switching of the power semiconductor module can be accelerated (di / dt increased), and the switching time is short. That is, the time t when the large current I and the large voltage V cross each other is short, and the heat generation Q = I × V × t is small. By reducing the heat generation Q, the temperature of the power semiconductor element can be lowered, the number of power semiconductor elements can be reduced, and the power converter can be reduced in size and cost.

本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールCMについて図3〜図10及び、図19を用いて説明する。   The capacitor module CM according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 10 and FIG.

本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールCMの外観斜視図を図3に示す。コンデンサモジュールCMは、コンデンサ素子CDS,絶縁シート10,幅広導体8,9により構成する。   FIG. 3 shows an external perspective view of the capacitor module CM according to the first embodiment of the present invention. The capacitor module CM includes a capacitor element CDS, an insulating sheet 10, and wide conductors 8 and 9.

コンデンサ素子CDSは、絶縁シート10を介して積層した幅広導体8,9の積層体の上に載置して、幅広導体8,9の端部に形成した接続端子にて電気的に接続する。   The capacitor element CDS is placed on the laminated body of the wide conductors 8 and 9 laminated via the insulating sheet 10 and is electrically connected by connection terminals formed at the ends of the wide conductors 8 and 9.

パワーモジュールPMUとの接続端子を低インダクタンスでかつ、組み立て性よく形成するため、コンデンサ素子CDSを載置した平面を2回屈曲させた平面に、凸部の平面部を設け、凸部の側辺を境に屈曲した平面を形成し、この平面の端部を互いに反対方向に屈曲し、パワーモジュールPMUと接続する外部接続端子3b,4bを形成する。このように平面を2回屈曲することで、外部接続端子3b,4bのネジ止め用の穴の中心軸、3b-center,4b-centerが、コンデンサ素子CDSと干渉することなく、ネジ止め用の自動機を使った組み立てが可能となる。   In order to form a connection terminal with the power module PMU with low inductance and good assemblability, a flat surface portion of a convex portion is provided on a plane obtained by bending the plane on which the capacitor element CDS is placed twice, and the side of the convex portion is provided. A plane bent at the boundary is formed, and ends of the plane are bent in opposite directions to form external connection terminals 3b and 4b connected to the power module PMU. By bending the plane twice in this way, the center axis of the screw connection holes of the external connection terminals 3b and 4b, 3b-center and 4b-center can be used for screwing without interfering with the capacitor element CDS. Assembly using an automatic machine becomes possible.

高圧バッテリBATとの接続端子は、コンデンサ素子CDSを載置した平面部から屈曲した平面を形成し、端部に接続端子3c,4cを形成する。   The connection terminal with the high voltage battery BAT forms a flat surface bent from the flat surface on which the capacitor element CDS is placed, and the connection terminals 3c and 4c are formed at the ends.

本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールを金属容器に収納したときの外観図,断面図、及び、一部拡大図を図4(a),(b),(c),(d)に示す。   FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D are an external view, a cross-sectional view, and a partially enlarged view when the capacitor module according to the first embodiment of the present invention is housed in a metal container. Show.

ただし、外観図にはモールド樹脂は記載せず、樹脂の構成は断面図に示す。   However, the mold resin is not shown in the external view, and the configuration of the resin is shown in the cross-sectional view.

コンデンサ素子CDSは、絶縁シート10を介して積層した幅広導体8,9の積層体に載置して、幅広導体8,9の端部に形成した接続端子で電気的に接続する。また、絶縁シート10を介して積層した幅広導体8,9の積層体のコンデンサ素子CDSを載置した部分を、冷却用金属ケース12内に収納し、第1のモールド樹脂13aでモールドし、さらにその外側を第2のモールド樹脂13bの2層で封止している。図の冷却用金属ケース12は冷却配管17を備えた例を図示している。第1のモールド樹脂13aは、エポキシ樹脂のような耐湿性のあるものを使用し、コンデンサ素子CDSが吸湿による耐電圧寿命の低下を防止する。また、第2のモールド樹脂は、車載の温度変化による異種材料間の膨張収縮差が生じても、金属ケースと第1のモールド樹脂13aとの間の密着性を維持できるよう、ウレタンのような、弾力性のある樹脂を用いることが好ましい。このように、密着性を維持することで、コンデンサ素子CDSの発熱が金属ケースに伝熱し、コンデンサ素子CDSの放熱性を高めること可能となり、コンデンサ素子の薄膜樹脂の耐熱温度以下、耐電圧寿命の信頼性を高めることができる。例えば冷却水,金属ケースの温度が120℃の場合でも、ポリエチレンテレフタレート(PET)のフィルムコンデンサ素子の中心温度を、使用上限の130℃以下にすることが可能となる。   The capacitor element CDS is placed on a laminated body of wide conductors 8 and 9 laminated via an insulating sheet 10 and is electrically connected by connection terminals formed at end portions of the wide conductors 8 and 9. Further, the portion on which the capacitor element CDS of the laminated body of the wide conductors 8 and 9 laminated through the insulating sheet 10 is placed is housed in the cooling metal case 12, molded with the first mold resin 13a, The outside is sealed with two layers of the second mold resin 13b. The cooling metal case 12 in the figure shows an example in which a cooling pipe 17 is provided. As the first mold resin 13a, a material having moisture resistance such as an epoxy resin is used, and the capacitor element CDS prevents a decrease in withstand voltage life due to moisture absorption. In addition, the second mold resin is made of urethane or the like so that the adhesion between the metal case and the first mold resin 13a can be maintained even if an expansion / contraction difference between different types of materials due to a temperature change in the vehicle occurs. It is preferable to use an elastic resin. Thus, by maintaining the adhesion, heat generation of the capacitor element CDS can be transferred to the metal case, and the heat dissipation of the capacitor element CDS can be improved. Reliability can be increased. For example, even when the temperature of the cooling water and the metal case is 120 ° C., the center temperature of the polyethylene terephthalate (PET) film capacitor element can be made 130 ° C. or less, the upper limit of use.

コンデンサ素子CDSは、蒸着したフィルムを巻回して製作しているため、熱伝導に異方性がある。   Since the capacitor element CDS is manufactured by winding a deposited film, the heat conduction is anisotropic.

図5に巻き軸方向の長さCDS−Ax−L,巻き軸断面が楕円状の場合の長軸CDS−R−Lの長さを示す。つまり、巻回する軸方向CDS−Axが、径方向CDS−Radより熱伝導がよい。このため、より高温での使用を考慮するならば、コンデンサ素子として、巻き軸方向の長さCDS−Ax−Lを、巻き軸断面の直径CDS−R、もしくは、巻き軸断面が楕円状の場合の長軸CDS−R−Lよりも小さくし、コンデンサ容量は同じでも、中心からの熱伝導がよく、高放熱構造のコンデンサ素子CDSを用いることが好ましい。   FIG. 5 shows the length CDS-Ax-L in the winding axis direction and the length of the long axis CDS-RL when the winding shaft cross section is elliptical. That is, the axial direction CDS-Ax to be wound has better heat conduction than the radial direction CDS-Rad. For this reason, if consideration is given to use at a higher temperature, the length CDS-Ax-L in the winding axis direction, the diameter CDS-R of the winding shaft cross section, or the winding shaft cross section is elliptical as the capacitor element. It is preferable to use a capacitor element CDS having a high heat dissipation structure because the heat conduction from the center is good even though the capacitor capacity is the same.

また、巻き軸方向の長さCDS−Ax−Lを短くすることで、コンデンサ素子CDS,積層体の導体にできる寄生インダクタンスを小さくすることができる。図6の例で言うと、15−A,14−Bの電流経路が作る磁束面積、つまり、長方形の面積が小さくでき、寄生インダクタンスを小さくすることができる。   Further, by reducing the length CDS-Ax-L in the winding axis direction, it is possible to reduce the parasitic inductance that can be formed in the conductor of the capacitor element CDS and the laminated body. In the example of FIG. 6, the magnetic flux area formed by the current paths 15-A and 14-B, that is, the rectangular area can be reduced, and the parasitic inductance can be reduced.

このような樹脂モールドは、2回に分けてモールドを実施することで可能となる。1回目は、金属ケースではなく、第1樹脂モールド用のケースを用いて、第1の樹脂をモールドする。第1樹脂モールド用のケースは、第1樹脂が剥離しやすいような材料、例えばテフロン(登録商標)で製作し、抜き勾配や、割り型とすることで、容易に取り出すことが可能となる。このとき、コンデンサ素子CDSは完全に第1の樹脂でモールドすることが必要で、また、金属ケースとの絶縁するために、コンデンサ素子CDS載置した幅広導体8,9も第1の樹脂でモールドするのが好ましい。   Such a resin mold becomes possible by carrying out the molding in two steps. The first time, the first resin is molded using a case for the first resin mold instead of the metal case. The case for the first resin mold can be easily taken out by manufacturing it with a material such as Teflon (registered trademark) that allows the first resin to be easily peeled off, and using a draft or split mold. At this time, the capacitor element CDS needs to be completely molded with the first resin, and the wide conductors 8 and 9 on which the capacitor element CDS is mounted are also molded with the first resin in order to insulate from the metal case. It is preferable to do this.

2回目は、金属ケースをモールド型として、第2の樹脂をモールドする。このとき、樹脂の硬化により、金属ケースが変形しないように、第2の樹脂の厚みを調節するとよい。また、絶縁の信頼性を高めるために、絶縁シートを金属ケース12と、コンデンサモジュールCMの間に挿入し、第2の樹脂をモールドしてもよい。   Second, the second resin is molded using the metal case as a mold. At this time, the thickness of the second resin may be adjusted so that the metal case does not deform due to the curing of the resin. Further, in order to increase the reliability of insulation, an insulating sheet may be inserted between the metal case 12 and the capacitor module CM, and the second resin may be molded.

図4(b)に対して、図7(a)に金属ケース12とコンデンサモジュールCMの平板導体9の間に絶縁シート10aを挿入し、絶縁を強化した実施例の断面図を示す。本実施例では、コンデンサモジュールCMの接続端子3bが、接続ネジなどの関係で金属表面が露出するため、金属ケース12に段差を付けて絶縁距離を設けているのに加え、絶縁シート10aを挿入し、沿面距離により絶縁を確保している。   FIG. 7A is a cross-sectional view of an embodiment in which an insulation sheet 10a is inserted between the metal case 12 and the flat conductor 9 of the capacitor module CM to enhance insulation, as compared to FIG. 4B. In the present embodiment, since the metal surface of the connection terminal 3b of the capacitor module CM is exposed due to a connection screw or the like, an insulating sheet 10a is inserted in addition to providing a metal step 12 with a step and providing an insulation distance. Insulation is ensured by the creepage distance.

金属ケースの内側は、凸凹を設けることで、第2の樹脂との密着性を向上させ、冷却性の信頼性をあげることができる(図示せず)。   By providing irregularities on the inner side of the metal case, it is possible to improve the adhesion with the second resin and increase the reliability of cooling (not shown).

このように、樹脂モールドすることで、コンデンサ素子CDSが水路をもつ金属ケースに囲まれ、コンデンサ素子CDSを両側の金属ケースから冷却する両面冷却が実現できる。また、コンデンサ素子CDSと積層幅広導体の接続箇所の信頼性,コンデンサCDSと積層幅広導体の密着によるコンデンサの冷却性,耐湿性の向上することができる。   Thus, by resin molding, the capacitor element CDS is surrounded by a metal case having a water channel, and double-sided cooling in which the capacitor element CDS is cooled from the metal cases on both sides can be realized. Further, the reliability of the connection portion between the capacitor element CDS and the laminated wide conductor, the cooling performance of the capacitor and the moisture resistance due to the close contact between the capacitor CDS and the laminated wide conductor can be improved.

積層体の断面図を示す図4(c)(d)を用い、インダクタンス低減効果を説明する。   The inductance reduction effect will be described with reference to FIGS. 4C and 4D showing cross-sectional views of the laminate.

幅広導体8と幅広導体9が絶縁シート10を介して積層した積層体の断面に流れる電流を破線で示す。電流80,81の方向が互いに対向する向きとなり、この電流がつくる磁場の方向が逆になり低インダクタンスが実現できる。つまり、幅広導体8,9の寄生インダクタンスを67−N,67−Pとすると、インダクタンスの磁気的な結合が生じ、低インダクタンスが実現できる。パワーモジュールPMUとの接続端子3b、4bの直前まで低インダクタンス配線とすることができる。   The current flowing through the cross section of the laminate in which the wide conductor 8 and the wide conductor 9 are laminated via the insulating sheet 10 is indicated by a broken line. The directions of the currents 80 and 81 are opposite to each other, and the direction of the magnetic field generated by the currents is reversed, so that a low inductance can be realized. That is, when the parasitic inductances of the wide conductors 8 and 9 are 67-N and 67-P, the magnetic coupling of the inductances occurs, and a low inductance can be realized. Low-inductance wiring can be provided until just before the connection terminals 3b and 4b to the power module PMU.

本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールCMの分解図を図5に示す。   FIG. 5 shows an exploded view of the capacitor module CM according to the first embodiment of the present invention.

図5では、7個のコンデンサ素子CDSの隣り合うコンデンサ素子の電極の極性が交互になるように、コンデンサ素子CDSとの接続端子を配置している。ここで、本実施形態では、コンデンサ素子CDSとして、金属を蒸着したフィルムを積層巻きし、金属吹き付けにより巻き軸方向の両面に電極11を形成したフィルムコンデンサを用いている。つまり、本実施形態のコンデンサは、電極11が両側面に対向するようなコンデンサである。   In FIG. 5, the connection terminals with the capacitor element CDS are arranged so that the polarities of the electrodes of the adjacent capacitor elements of the seven capacitor elements CDS are alternated. Here, in this embodiment, as the capacitor element CDS, a film capacitor in which a film on which a metal is deposited is laminated and wound, and the electrodes 11 are formed on both surfaces in the winding axis direction by metal blowing is used. That is, the capacitor of this embodiment is a capacitor in which the electrode 11 faces both side surfaces.

コンデンサ素子CDSを載置する積層体は、幅広導体8,絶縁シート10,幅広導体9からなる。   The laminated body on which the capacitor element CDS is placed includes a wide conductor 8, an insulating sheet 10, and a wide conductor 9.

幅広導体8は、複数のコンデンサ素子CDSを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体8は、円筒形状の複数のコンデンサを並置した場合は、その長手方向の幅、以上の幅広の導体となる。幅広導体8の上面には、コンデンサ素子CDSの電極11と接続するための立ち上がり部14が設ける。例えば、図示のように、7個のコンデンサ素子CDSから構成する場合、立ち上がり部14は、7個形成する。また、その配置は、図示のように、一番奥のコンデンサ素子CDS−Aと接続する立ち上がり部14−Aは、コンデンサ素子CDS−Aの紙面の下側の電極11に接続する位置に設け、奥から2番目のコンデンサ素子CDS−Bに接続される立ち上がり部14−Bは、コンデンサ素子CDS−Bの紙面の上側の電極11に接続する位置に設ける。このように、立ち上がり部14を千鳥状に交互に配置する。   The wide conductor 8 has an area where all of the plurality of capacitor elements CDS can be placed. That is, the wide conductor 8 is a conductor having a width larger than the width in the longitudinal direction when a plurality of cylindrical capacitors are juxtaposed. On the upper surface of the wide conductor 8, a rising portion 14 for connecting to the electrode 11 of the capacitor element CDS is provided. For example, as shown in the figure, in the case of being constituted by seven capacitor elements CDS, seven rising portions 14 are formed. Further, as shown in the drawing, the rising portion 14-A connected to the innermost capacitor element CDS-A is provided at a position connected to the lower electrode 11 of the capacitor element CDS-A. The rising portion 14-B connected to the second capacitor element CDS-B from the back is provided at a position connected to the upper electrode 11 on the paper surface of the capacitor element CDS-B. Thus, the rising parts 14 are alternately arranged in a staggered manner.

幅広導体9も、幅広導体8と同様に、複数のコンデンサ素子CDSを全て載置できる面積を有している。すなわち、幅広導体9は、円筒形状の複数のコンデンサ素子CDSを並置した場合のその長手方向の幅以上の幅広の導体とする。幅広導体9の上面にも同様に、コンデンサ素子CDSの電極11と接続するための立ち上がり部15を設ける。幅広導体8と幅広導体9を積層した状態では、立ち上がり部15は、幅広導体8に形成された貫通穴16を貫通して、幅広導体8の上部に突出する。図示のように、7個のコンデンサ素子CDSでは、立ち上がり部15は、立ち上がり部14と同様に7個形成する。また、その配置は、図示のように、一番奥のコンデンサ素子CDS−Aに接続する立ち上がり部15Aは、コンデンサ素子CDSの上側の電極11に接続する位置に設け、奥から2番目のコンデンサCDS−Bに接続する立ち上がり部15−Bは、コンデンサ素子CDSの下側電極11に接続する位置に設け、立ち上がり部15を千鳥状とする。したがって、1個のコンデンサ素子CDSについてみると、一方の端面の電極11に幅広導体8の立ち上がり部14を接続し、他方の端面の電極11には幅広導体9の立ち上がり部15を接続する。コンデンサモジュールCMを構成する複数のコンデンサCDSは、幅広導体8と幅広導体9に対して並列接続する。積層幅広導体8,9とコンデンサ素子CDSの側面電極11は、はんだ等により電気的に固着する。   As with the wide conductor 8, the wide conductor 9 also has an area where all of the plurality of capacitor elements CDS can be placed. That is, the wide conductor 9 is a conductor that is wider than the width in the longitudinal direction when a plurality of cylindrical capacitor elements CDS are juxtaposed. Similarly, a rising portion 15 for connecting to the electrode 11 of the capacitor element CDS is provided on the upper surface of the wide conductor 9. In a state where the wide conductor 8 and the wide conductor 9 are laminated, the rising portion 15 penetrates the through hole 16 formed in the wide conductor 8 and protrudes above the wide conductor 8. As shown in the figure, in the seven capacitor elements CDS, seven rising portions 15 are formed in the same manner as the rising portions 14. Further, as shown in the drawing, the rising portion 15A connected to the innermost capacitor element CDS-A is provided at a position connected to the upper electrode 11 of the capacitor element CDS, and the second capacitor CDS from the back is provided. The rising portion 15-B connected to −B is provided at a position connected to the lower electrode 11 of the capacitor element CDS, and the rising portions 15 are staggered. Accordingly, in the case of one capacitor element CDS, the rising portion 14 of the wide conductor 8 is connected to the electrode 11 on one end face, and the rising portion 15 of the wide conductor 9 is connected to the electrode 11 on the other end face. The plurality of capacitors CDS constituting the capacitor module CM are connected in parallel to the wide conductor 8 and the wide conductor 9. The laminated wide conductors 8 and 9 and the side electrode 11 of the capacitor element CDS are electrically fixed by solder or the like.

コンデンサ素子CDSの接続用端子である立ち上がり部14,15は、積層幅広導体8,9の一部を切り抜き、幅広導体面から立体的に立ち上げて形成する。これにより、接続部材を新たに用いることなく、コンデンサ素子CDSと幅広積層導体8,9の接続ができ、はんだ付け箇所を減らし、工数低減,コスト低減になるほか、接続部の信頼性向上,電気抵抗低減,放熱性向上になる。   The rising portions 14 and 15 which are connection terminals of the capacitor element CDS are formed by cutting out part of the laminated wide conductors 8 and 9 and rising up three-dimensionally from the wide conductor surface. As a result, the capacitor element CDS and the wide laminated conductors 8 and 9 can be connected without using a new connection member, the number of soldering points can be reduced, man-hours can be reduced, and costs can be reduced. Reduces resistance and improves heat dissipation.

コンデンサ素子CDSの電極の極性が千鳥状に交互し、絶縁距離がとれない場合、コンデンサ素子CDSの電極間の絶縁が必要となる。図7(b)に絶縁シートをコンデンサ素子CDS間に挿入した実施例を示す。コンデンサ素子間に絶縁シート10bを挿入し、異極間の絶縁を確保する。また、図7(b)では、コンデンサ素子CDSと幅広導体8の間にも絶縁シート10cを挿入している。これにより、幅広導体8とコンデンサ素子CDS間の絶縁を確実に確保することができる。   When the polarities of the electrodes of the capacitor element CDS alternate in a staggered manner and the insulation distance cannot be taken, insulation between the electrodes of the capacitor element CDS is necessary. FIG. 7B shows an embodiment in which an insulating sheet is inserted between the capacitor elements CDS. An insulating sheet 10b is inserted between the capacitor elements to ensure insulation between different poles. In FIG. 7B, an insulating sheet 10 c is also inserted between the capacitor element CDS and the wide conductor 8. Thereby, the insulation between the wide conductor 8 and the capacitor | condenser element CDS can be ensured reliably.

積層した幅広導体8,9は、抵抗が小さく、熱伝導が小さい銅材を用いる。なお、軽量化が要求される場合は、アルミ材を用い、その表面にニッケル等をメッキすれば、はんだ接続が可能となる。積層幅広導体8,9の厚さは1mmとしている。   The laminated wide conductors 8 and 9 are made of a copper material having a low resistance and a low thermal conductivity. When weight reduction is required, solder connection is possible by using an aluminum material and plating the surface thereof with nickel or the like. The thickness of the laminated wide conductors 8 and 9 is 1 mm.

絶縁シート10としては、可能な限り薄いものが望ましく、電力変換装置内の環境温度が最大120℃であれば、ポリプロピレン(PP)や、ポリエチレン(PET)の1mm以下の0.2mm,0.4mm程度で、容易に形状が変形でき、モールド樹脂と密着性がいいものを用いる。絶縁シート10が薄いほど幅広導体8,9を近接して積層することができるため、インダクタンスを小さくすることができる。もちろん、使用温度範囲が高い場合には、耐熱性の高い絶縁シートを用いる。電流容量が低い電力変換装置INVであれば、積層幅広導体8,9の代わりに、絶縁シート10の両面に金属をプリントしたものを用いることで、プリントした金属を幅広導体としてもよい。この場合は、接続導体を別途用意し接続する。   The insulating sheet 10 is desirably as thin as possible. If the environmental temperature in the power converter is 120 ° C. at the maximum, 0.2 mm or 0.4 mm of polypropylene (PP) or polyethylene (PET) 1 mm or less. Use a material that can be easily deformed and has good adhesion to the mold resin. As the insulating sheet 10 is thinner, the wide conductors 8 and 9 can be stacked closer to each other, so that the inductance can be reduced. Of course, when the operating temperature range is high, an insulating sheet with high heat resistance is used. In the case of the power conversion device INV having a low current capacity, the printed metal may be used as the wide conductor by using a metal printed on both surfaces of the insulating sheet 10 instead of the laminated wide conductors 8 and 9. In this case, a connection conductor is separately prepared and connected.

外部接続端子4c,3cの曲げは、組み立て後に曲げると、組み立てが容易になる。   If the external connection terminals 4c and 3c are bent after the assembly, the assembly becomes easy.

本発明の第1の実施形態によるコンデンサモジュールの主要部の斜視図および電流経路の説明図を図6に示す。   FIG. 6 shows a perspective view of a main part of the capacitor module according to the first embodiment of the present invention and an explanatory diagram of a current path.

幅広導体8の端部には、1個の接続部4cと、3個の接続部4bが形成されている。また、幅広導体9の端部には、1個の接続部3cと、3個の接続部3bが形成されている。接続部3c,4cは、高圧バッテリBATからのバスバー、ケーブル接続するために用いる。接続部3b,4bは、それぞれ、パワーモジュールのU相アーム,V相アーム,W相アームと接続するために用いる。   One connection portion 4c and three connection portions 4b are formed at the end of the wide conductor 8. In addition, one connection portion 3 c and three connection portions 3 b are formed at the end of the wide conductor 9. The connection portions 3c and 4c are used for connecting a bus bar and a cable from the high voltage battery BAT. Connection portions 3b and 4b are used to connect to the U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm of the power module, respectively.

幅広導体8,絶縁シート10,幅広導体9の積層体の上に、コンデンサCDSを接続固定した状態を示している。コンデンサ素子CDS−Aの右側面の電極11−Aには、幅広導体9の立ち上がり部15−Aが接続され、コンデンサ素子CDS−Bの右側面の電極11−Bには、幅広導体8の立ち上がり部14−Bが接続される。   A state in which the capacitor CDS is connected and fixed on the laminated body of the wide conductor 8, the insulating sheet 10, and the wide conductor 9 is shown. The rising portion 15-A of the wide conductor 9 is connected to the electrode 11-A on the right side of the capacitor element CDS-A, and the rising of the wide conductor 8 is connected to the electrode 11-B on the right side of the capacitor element CDS-B. Part 14-B is connected.

このように、コンデンサ素子CDSを配置接続することにより、積層体の幅広導体に流れる電流が打ち消しあい、低インダクタンスを実現することができる。   In this way, by arranging and connecting the capacitor elements CDS, the currents flowing through the wide conductors of the multilayer body cancel each other, and a low inductance can be realized.

次に、本発明の第1の実施形態による電力変換装置INVのコンデンサモジュールCMとパワーモジュールPMUの接続を示す分解図を図8に示す。   Next, FIG. 8 shows an exploded view showing the connection between the capacitor module CM and the power module PMU of the power converter INV according to the first embodiment of the present invention.

図8に示すコンデンサモジュールCMは、図3〜図6にて説明したものである。冷却配管を備えた金属ケースのコンデンサモジュールCM,パワーモジュールPMUがあり、パワーモジュールPMUは、冷却配管を備えた金属ケース12の、側面からネジ止めする。   The capacitor module CM shown in FIG. 8 has been described with reference to FIGS. There are a metal case capacitor module CM and a power module PMU with a cooling pipe, and the power module PMU is screwed from the side of the metal case 12 with a cooling pipe.

本実施例のパワーモジュールPMUは、銅ベース20を直接冷媒で冷却する、直接冷却方式のパワーモジュールの例を示している。このため、金属ケース12の側面には、冷却水路28が露出しており、冷却水の漏れを防ぐOリング29がある(図4(a))。パワーモジュールPMUは、U相アーム,V相アーム,W相アームがあり、それぞれに両端電極(4a−U,3a−U,4a−V,3a−V,4a−W,3a−W)をもつ。このため、本実施例のコンデンサモジュールCMの接続部は、3対の4b、3bの接続端子をもつ。パワーモジュールPMUは、制御するためのスイッチング素子として、パワー半導体素子Mを搭載している。   The power module PMU of the present embodiment shows an example of a direct cooling type power module that directly cools the copper base 20 with a refrigerant. For this reason, the cooling water channel 28 is exposed on the side surface of the metal case 12, and there is an O-ring 29 that prevents leakage of the cooling water (FIG. 4A). The power module PMU has a U-phase arm, a V-phase arm, and a W-phase arm, each having both end electrodes (4a-U, 3a-U, 4a-V, 3a-V, 4a-W, 3a-W). . For this reason, the connection part of the capacitor module CM of the present embodiment has three pairs of 4b and 3b connection terminals. The power module PMU includes a power semiconductor element M as a switching element for control.

コンデンサモジュールCMの接続部3b,4bは、ネジを挿入可能な貫通穴を設け、この穴位置をパワーモジュールPMUの接続部3a,4aと同じにし、ネジで電気的、機械的に接続する。本実施例では、コンデンサ素子CDSの載置した平面を2回屈曲することで、外部接続端子3b,4bのネジ止め用の穴の中心軸、3b-center,4b-centerが、コンデンサ素子CDSと干渉することがなく、貫通穴に上部からネジを挿入することが可能となり、自動機での組み立てが簡単になる。また、ネジの頭が飛び出しても、異極の電極に対して絶縁距離が取れている。   The connection portions 3b and 4b of the capacitor module CM are provided with through holes into which screws can be inserted. The positions of the holes are the same as the connection portions 3a and 4a of the power module PMU, and are electrically and mechanically connected with screws. In the present embodiment, the plane on which the capacitor element CDS is placed is bent twice so that the center axes of the screw holes for the external connection terminals 3b and 4b, 3b-center and 4b-center, are connected to the capacitor element CDS. Without interfering, it is possible to insert a screw into the through hole from the top, and the assembly with an automatic machine becomes easy. In addition, even if the head of the screw protrudes, an insulation distance is maintained with respect to the electrode having a different polarity.

なお、コンデンサモジュールCMの接続部数は、パワーモジュールPMUの接続部数に合わせて変更ができ、特に3対にこだわらないことは、言うまでもない。   Needless to say, the number of connection parts of the capacitor module CM can be changed according to the number of connection parts of the power module PMU, and is not particularly limited to three pairs.

本発明の第1の実施形態による電力変換装置INVのコンデンサモジュールCMの接続端子とパワーモジュールPMUの接続端子の接続断面図、斜視図を図9(a)に示す。ただし、ネジや、ナットは省略する。   FIG. 9A shows a connection cross-sectional view and a perspective view of the connection terminal of the capacitor module CM and the connection terminal of the power module PMU of the power converter INV according to the first embodiment of the present invention. However, screws and nuts are omitted.

図9(a)に示す実施例では、パワーモジュールPMUの接続端子3a−U,4a−Uは、端部において互いに反対方向に屈曲し、それぞれコンデンサモジュールCMの接続端子3b,4bと向き合い接続する。このとき、コンデンサモジュールCMの接続部の絶縁物10と、パワーモジュールPMUの絶縁物10−PMUが互いに向き合う形で重なることで、接続部の絶縁を維持する。このとき、パワーモジュールPMUの接続端子の片方に段差4a−U−Cを設け、パワーモジュールのPMUの絶縁物10−PMUが、接続端子4a−U,3a−Uの接続面よりも凹ますことにより、接続部の絶縁物10,10−PMUに応力が加わらず、絶縁信頼性を確保することができる。   In the embodiment shown in FIG. 9A, the connection terminals 3a-U and 4a-U of the power module PMU are bent in opposite directions to each other at the ends, and face to face and connect to the connection terminals 3b and 4b of the capacitor module CM, respectively. . At this time, the insulator 10 in the connection part of the capacitor module CM and the insulator 10-PMU of the power module PMU overlap with each other so that the insulation of the connection part is maintained. At this time, a step 4a-UC is provided on one side of the connection terminal of the power module PMU, and the insulator 10-PMU of the power module PMU is recessed from the connection surface of the connection terminals 4a-U and 3a-U. Thus, stress is not applied to the insulators 10 and 10-PMU in the connection portion, and insulation reliability can be ensured.

パワーモジュールPMUの接続端子3a−U,4a−Uと、コンデンサモジュールCMの接続端子3b,4bとを接続したときに、それぞれ、その手前の折り曲げ部から延在する方向が同一方向になる構成をとる。   When the connection terminals 3a-U and 4a-U of the power module PMU and the connection terminals 3b and 4b of the capacitor module CM are connected, the directions extending from the bent portions in front of the connection terminals 3a-U and 4a-U are the same direction. Take.

図9(a)で、点線81と点線80は、それぞれ、幅広導体8,接続端子4b,接続端子4a−Uと、接続端子3a−U,接続端子3b,幅広導体9を流れる電流の経路を示している。このとき、接続部4b,4a−U上の電流をみると、電流方向が逆方向となり、打ち消しあっていることがわかる。つまり、コンデンサモジュールCMの接続部4bのインダクタンス62−Pと、パワーモジュールPMUの接続部のインダクタンス57−Nに、上述の互いに逆方向に電流が流れることで、電流による磁束が打ち消しあい、低インダクタンスの接続が実現できる。   In FIG. 9A, dotted lines 81 and 80 represent current paths flowing through the wide conductor 8, the connection terminal 4 b, the connection terminal 4 a -U, the connection terminal 3 a -U, the connection terminal 3 b, and the wide conductor 9, respectively. Show. At this time, when the currents on the connection portions 4b and 4a-U are seen, it can be seen that the current directions are opposite and cancel each other. That is, the current flows in the opposite direction to the inductance 62-P of the connection portion 4b of the capacitor module CM and the inductance 57-N of the connection portion of the power module PMU, thereby canceling out the magnetic flux due to the current and reducing the low inductance. Connection can be realized.

さらに、積層体の端部において互いに反対方向に屈曲した端子接続面を、積層体の導体面に直交射影したときにできる各辺が重なるか、又は、1辺を残りの1辺に直交射影したときに重なるように形成することで、接続端子の近傍の積層体に流れる電流が、積層面で絶縁物を挟んで対向するように流れ、互いの電流による磁束が打ち消しあい、低インダクタンスの接続が実現できる。   Furthermore, the terminal connection surfaces that are bent in opposite directions at the end of the multilayer body overlap each other when orthogonally projected onto the conductor surface of the multilayer body, or one side is orthogonally projected onto the remaining one side. When they are formed so as to overlap, the current flowing in the laminated body near the connection terminal flows so as to oppose each other with the insulator sandwiched between the laminated surfaces, and the magnetic flux due to each other's currents cancels each other, resulting in a low-inductance connection. realizable.

図9(b)にコンデンサモジュールCMの接続部の斜視図を示す。図9(b)では、積層体の導体を見やすくするため、絶縁シートを省いている。   FIG. 9B is a perspective view of the connection portion of the capacitor module CM. In FIG. 9B, the insulating sheet is omitted in order to make the conductors of the laminated body easier to see.

コンデンサモジュールCMの接続端子面は4b−U−s,3b−U−s,積層体の積層平面(導体面,絶縁シート面)は89L−sとなり、直交射影したときにできる各辺は4b−U−pl,3b−U−plとなる。   The connection terminal surfaces of the capacitor module CM are 4b-Us, 3b-Us, the lamination plane (conductor surface, insulating sheet surface) of the laminate is 89 L-s, and each side formed when orthogonally projected is 4b- U-pl, 3b-U-pl.

図9(c)に、積層体の積層面(導体面、絶縁シート面)89L−s,直交射影した4b−U−pl,3b−U−plの関係のみを図示する。この場合、さらに、3b−U−plを4b−U−plに直交射影すると、重なる。このような配置をとると、積層体の導体に絶縁物を挟んで対向する電流81,80が対向するように流れ、寄生インダクタンス67−P,67−Nのインダクタンス結合が強くなり、低インダクタンスが実現できる。この例では、理解しやすくするため、接続端子面4b−U−s,3b−U−sが積層体の平面89L−sに垂直とし、直交投射すると辺(線)になるとした。接続端子面4b−U−s,3b−U−sが垂直でない場合は、接続端子面4b−U−s、3b−U−sを延長し、積層体の平面89L−sと交わる線を3b−U−pl′,4b−U−pl′とすればよい。   FIG. 9C illustrates only the relationship of the laminated surface (conductor surface, insulating sheet surface) 89L-s, orthogonally projected 4b-U-pl, 3b-U-pl of the laminated body. In this case, if 3b-U-pl is further orthogonally projected to 4b-U-pl, they overlap. With such an arrangement, the currents 81 and 80 facing each other with the insulator sandwiched between the conductors of the laminate flow so that the inductance coupling of the parasitic inductances 67-P and 67-N becomes strong, and the low inductance is reduced. realizable. In this example, for easy understanding, it is assumed that the connection terminal surfaces 4b-Us and 3b-Us are perpendicular to the plane 89L-s of the laminated body and become sides (lines) when orthogonally projected. When the connection terminal surfaces 4b-Us and 3b-Us are not vertical, the connection terminal surfaces 4b-U-s and 3b-Us are extended, and a line intersecting with the plane 89L-s of the laminated body is 3b. -U-pl ', 4b-U-pl'.

上記のインダクタンス低減効果を、回路図でまとめて説明する。   The inductance reduction effect will be described collectively with a circuit diagram.

本発明の第1の実施形態による電力変換装置INVのインダクタンス回路図を図10に示す。   FIG. 10 shows an inductance circuit diagram of the power converter INV according to the first embodiment of the present invention.

ここでは、急激に変化する電流、それにより発生する電圧を説明するため、抵抗成分は省略し、インダクタンス成分を主に記述する。また、パワーモジュールPMUは、U相の1アーム(Au)のみを記述し、上アーム,下アームのパワー半導体スイッチング素子Mpu,Dpuは、代表して1素子とする。   Here, in order to describe the rapidly changing current and the voltage generated thereby, the resistance component is omitted and the inductance component is mainly described. The power module PMU describes only one U-phase arm (Au), and the upper and lower arm power semiconductor switching elements Mpu and Dpu are representatively one element.

寄生インダクタンスの同一符号は、図4,図9と同一部分を示している。寄生インダクタンス53は、高圧バッテリBATと電力変換装置INVの間を接続するケーブルやバスバーのインダクタンスを示している。寄生インダクタンス55は、電力変換装置INVとMG1の間の接続するケーブルとバスバーの寄生インダクタンスを示している。インダクタンス54は、電動機MG1の界磁巻き線の一部のインダクタンスを示している。   The same reference numerals of the parasitic inductances indicate the same parts as those in FIGS. The parasitic inductance 53 indicates the inductance of the cable or bus bar that connects the high-voltage battery BAT and the power converter INV. The parasitic inductance 55 indicates the parasitic inductance of the cable and bus bar to be connected between the power converters INV and MG1. An inductance 54 indicates the inductance of a part of the field winding of the electric motor MG1.

パワーモジュールPMUには、高電位側と低電位側の接続端子に、寄生インダクタンス57−P,57−Nがある。また、内部の寄生インダクタンス56もあり、接続端子近くの積層体の導体面の寄生インダクタンスを、56P,56Nとする。   The power module PMU has parasitic inductances 57-P and 57-N at the connection terminals on the high potential side and the low potential side. There is also an internal parasitic inductance 56, and the parasitic inductance of the conductor surface of the multilayer body near the connection terminal is set to 56P and 56N.

コンデンサモジュールCMには、瞬時に電力を供給,吸収する複数のコンデンサ素子CDS−A,CDS−B、各々のコンデンサ素子CDSが載置された幅広導体の寄生インダクタンス61−A,61−B、積層体の幅広導体の寄生インダクタンス67−P,67−Nがあり、接続端子には寄生インダクタンス62−P,62−Nがある。なお、ここでは、コンデンサはCDS−A,CDS−Bの2つのみを記載する。   The capacitor module CM includes a plurality of capacitor elements CDS-A and CDS-B that instantaneously supply and absorb power, parasitic conductors 61-A and 61-B of a wide conductor on which each capacitor element CDS is mounted, and a multilayer structure. There are parasitic inductances 67-P and 67-N of the wide conductors of the body, and there are parasitic inductances 62-P and 62-N at the connection terminals. Here, only two capacitors, CDS-A and CDS-B, are described.

今、パワーモジュールPMUの上アームのパワー半導体素子Mpuがオンからオフになるときの電流変化を考える。上アームのパワー半導体素子Mpuがオンのときに流れる電流経路は、電流経路64となる。インダクタンス54,55は大きいため、ここを流れる電流は、スイッチング時に急激に変化できない。そのため、オフ時は下アームのパワー半導体素子(Dnu)を通る電流経路65となる。ここで、急激に電流変化した回路を考えると、電流経路66で電流が流れたことと同じになる。この電流経路66の閉回路に存在する寄生インダクタンスを低くすることで、スイッチング時の跳ね上がり電圧低減,スイッチングスピードアップによるパワー半導体素子の発熱低減することができる。   Consider a current change when the power semiconductor element Mpu of the upper arm of the power module PMU is turned off from on. A current path that flows when the power semiconductor element Mpu of the upper arm is on is a current path 64. Since the inductances 54 and 55 are large, the current flowing here cannot change abruptly during switching. For this reason, when off, the current path 65 passes through the power semiconductor element (Dnu) of the lower arm. Here, considering a circuit in which the current changes suddenly, it is the same as the current flowing in the current path 66. By reducing the parasitic inductance existing in the closed circuit of the current path 66, it is possible to reduce the jumping voltage during switching and to reduce the heat generation of the power semiconductor element by increasing the switching speed.

なお、本説明のスイッチングは、上アームのパワー半導体素子(Mpu)がオンからオフとなる場合を説明したが、上アームのパワー半導体素子(Mpu)がオフからオンの場合でも、下アームのパワー半導体素子(Dnu)は逆にオンからオフになるため、電流方向は逆となるが電流経路66で電流が流れる。また、下アームのパワー半導体素子(Mnu)のスイッチング時でも、同様に、電流方向は逆になるときもあるが電流経路66が流れることがわかる。   The switching in the present description has been described for the case where the power semiconductor element (Mpu) of the upper arm is switched from on to off. However, the power of the lower arm is maintained even when the power semiconductor element (Mpu) of the upper arm is switched from off to on. Since the semiconductor element (Dnu) is turned from on to off, the current direction is reversed, but a current flows through the current path 66. Similarly, it can be seen that the current path 66 flows even when the power semiconductor element (Mnu) of the lower arm is switched, although the current direction is sometimes reversed.

まず、第1の低インダクタンスの効果は、図9に示したコンデンサモジュールCMとパワーモジュールPMUの接続構造による。   First, the effect of the first low inductance is due to the connection structure of the capacitor module CM and the power module PMU shown in FIG.

図9に示すように、コンデンサモジュールCMの接続部4b,パワーモジュールPMUの接続部4aに、電流方向が逆方向に打ち消しあい、コンデンサモジュールCMの接続部4bのインダクタンス62−Pと、パワーモジュールPMUの接続部4aのインダクタンス57−Nのインダクタンスが結合し、低インダクタンスとなる。   As shown in FIG. 9, the current direction cancels out in the opposite direction to the connection part 4b of the capacitor module CM and the connection part 4a of the power module PMU, and the inductance 62-P of the connection part 4b of the capacitor module CM and the power module PMU Inductance 57-N of the connecting portion 4a is coupled, resulting in a low inductance.

さらに、積層体の端部において互いに反対方向に屈曲した接続端子を、図9(a),(b)のように形成することで、接続端子の近傍の積層体に流れる電流が、積層面で絶縁物を挟んで対向するように流れ、コンデンサモジュールCMの積層体の幅広導体の寄生インダクタンス67−P,67−Nが接続端子近傍で小さくすることできる。   Furthermore, by forming connection terminals that are bent in opposite directions at the ends of the stacked body as shown in FIGS. 9A and 9B, the current flowing through the stacked body in the vicinity of the connection terminals is It flows so that it may oppose on both sides of an insulator, and the parasitic inductance 67-P and 67-N of the wide conductor of the laminated body of the capacitor module CM can be reduced in the vicinity of the connection terminal.

さらに、コンデンサモジュールの接続端子は、図9のように積層体に凸部を設け、凸部の側辺を境に屈曲した積層体の平面を形成し、この平面の端部を互いに反対方向に屈曲し、パワーモジュールPMUと接続する外部接続端子3b,4bを形成し、外部から接続部のネジ止めなどの組み立てが可能な構造を実現している。   Furthermore, as shown in FIG. 9, the connection terminals of the capacitor module are provided with a convex portion on the multilayer body, forming a plane of the multilayer body bent at the side of the convex portion, and end portions of the plane in opposite directions. The external connection terminals 3b and 4b that are bent and connected to the power module PMU are formed, and a structure that enables assembly such as screwing of the connection portion from the outside is realized.

第2の低インダクタンスの効果は、図6に示したコンデンサ素子CDSと積層幅広導体8,9の千鳥接続による。   The effect of the second low inductance is due to the staggered connection of the capacitor element CDS and the laminated wide conductors 8 and 9 shown in FIG.

図6のように、コンデンサ素子CDS−A,CDS−Bが載置された、幅広導体8,9の電流68−A,電流68−Bは、互いに逆方向となる。このことで、コンデンサ素子CDS−A,CDS−B直下の幅広導体8のインダクタンス61−A,幅広導体9のインダクタンス61−Bに対して、電流68−A,電流68−Bが逆方向に流れ、インダクタンスが結合により、低インダクタンスとなる。つまり、図10の寄生インダクタンス61−A,61−Bが結合し低インダクタンスとなる。   As shown in FIG. 6, the currents 68-A and 68-B of the wide conductors 8 and 9 on which the capacitor elements CDS-A and CDS-B are placed are in opposite directions. As a result, the current 68-A and the current 68-B flow in the opposite directions with respect to the inductance 61-A of the wide conductor 8 and the inductance 61-B of the wide conductor 9 just below the capacitor elements CDS-A and CDS-B. The inductance becomes a low inductance due to the coupling. That is, the parasitic inductances 61-A and 61-B in FIG.

以上、本発明により、組み立てやすく、絶縁性も考慮した低インダクタンスの接続端子構造を持ち、冷却構造を兼ね備えた、省スペースなコンデンサモジュールを実現し、これを用いた小型,高パワー密度のインバータ、これを用いた車載用電機システムを提供することができる。   As described above, the present invention realizes a space-saving capacitor module having a connection terminal structure with low inductance that is easy to assemble and also takes insulation into account, and also has a cooling structure. An in-vehicle electric system using this can be provided.

本実施例では、コンデンサモジュールCMと、パワーモジュールPMUと直接接続を実現しているため、接続箇所の低減によるインダクタンスを低減している。例えば仮に、耐圧600Vの電源接続部の絶縁距離が沿面距離で8mm必要であった場合、1mmは約1nHのインダクタンス増加となるため、1箇所の接続をなくすことで、8nHのインダクタンスを低減することができる。   In the present embodiment, since the direct connection with the capacitor module CM and the power module PMU is realized, the inductance due to the reduction of the connection location is reduced. For example, if the insulation distance of the power connection portion with a withstand voltage of 600 V is 8 mm in terms of creepage distance, 1 mm increases the inductance by about 1 nH, so the inductance of 8 nH can be reduced by eliminating one connection. Can do.

本発明の第1の実施形態による電力変換装置INVのパワー半導体素子IGBTに流れる電流,電圧の概略波形を図19(a)、ダイオードに流れる電流,電圧の概略波形を図19(b)に示す。   FIG. 19A shows a schematic waveform of the current and voltage flowing in the power semiconductor element IGBT of the power converter INV according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 19B shows a schematic waveform of the current and voltage flowing in the diode. .

図19(a)のように、電流波形はオンスイッチングで急激(数ギガA/s)に立ち上がり、数十マイクロ秒のほぼ平坦な電流(数100Hz)が流れ、オフスイッチングで急激(数ギガA/s)に立下る。   As shown in FIG. 19A, the current waveform suddenly rises (several giga A / s) by on-switching, almost flat current (several hundred Hz) of several tens of microseconds flows, and suddenly by off-switching (several giga A). / S).

図19(a)で平坦に見える電流は、数100Hzの低周波であるが、数十マイクロ秒に波形を拡大して見ているため、平坦に見える。   The current that appears flat in FIG. 19A is a low frequency of several hundred Hz, but it looks flat because the waveform is enlarged in several tens of microseconds.

図19(a)の波形を、図8のパワーモジュールPMUの上アームのIGBT(M)、図10の回路図のIGBT(Mpu)の波形とする。   The waveform of FIG. 19A is assumed to be the waveform of IGBT (M) of the upper arm of the power module PMU of FIG. 8 and IGBT (Mpu) of the circuit diagram of FIG.

図19(b)の波形を、図8のパワーモジュールPMUの下アームのダイオード、図10の回路図のダイオード(Dnu)の波形とする。   The waveform in FIG. 19B is the waveform of the lower arm diode of the power module PMU in FIG. 8 and the diode (Dnu) in the circuit diagram in FIG.

上アームのIGBT(Mpu)のオンスイッチング(TR)の期間は、上アームのIGBT(Mpu)のオンのスピードにより電流は増加し、電圧は、ほぼゼロ(実際は導通損失があるため数V)となる。上アームのIGBT(Mpu)の電圧がほぼゼロとなったとき、パワーモジュールPMUの下アームのダイオード(Dnu)に電圧が加わり、下アームのダイオード(Dnu)がオフをはじめる。このとき、下アームのダイオード(Dnu)には、オフ時に発生する高周波のリカバリー電流、図19(b)の回路図の電流66Rのダイオードの逆方向の電流が流れる。このリカバリー電流は、ダイオードの半導体内に逆方向電圧による空乏層が広がり始めてから、半導体内のキャリアが消滅するまで続く。このリカバリー電流により、通電した電流以上の貫通電流がIGBT(Mpu)に流れる。このリカバリー電流は、ダイオード内の半導体のキャリアーの消滅スピードによるため、小電流ほど、低温ほど、急激に減少する。   During the on-switching (TR) period of the upper arm IGBT (Mpu), the current increases with the speed of the upper arm IGBT (Mpu) being turned on, and the voltage is almost zero (actually, there is a conduction loss, which is several volts). Become. When the voltage of the upper arm IGBT (Mpu) becomes almost zero, a voltage is applied to the lower arm diode (Dnu) of the power module PMU, and the lower arm diode (Dnu) starts to turn off. At this time, a high-frequency recovery current generated at the time of OFF and a current in the reverse direction of the diode of the current 66R in the circuit diagram of FIG. 19B flow through the diode (Dnu) of the lower arm. This recovery current continues from the beginning of the depletion layer due to the reverse voltage in the semiconductor of the diode until the carriers in the semiconductor disappear. By this recovery current, a through current greater than the energized current flows to the IGBT (Mpu). Since this recovery current depends on the disappearance speed of semiconductor carriers in the diode, it decreases more rapidly as the current decreases and the temperature decreases.

このため、下アームのダイオード(Dnu)には、急激なリカバリー電流による跳ね上がり電圧が発生し、それは、並列接続している下アームのIGBT(Mnu)にも加わる(ダイオードの波形は図示せず)。本実施例の構造では、電流経路66Rの回路が、低インダクタンスであるため、このダイオードのリカバリー電流による下アームの跳ね上がり電圧が低減できる。   For this reason, a jumping voltage due to an abrupt recovery current is generated in the lower arm diode (Dnu), which is also applied to the lower arm IGBT (Mnu) connected in parallel (the diode waveform is not shown). . In the structure of this embodiment, since the circuit of the current path 66R has a low inductance, the jumping voltage of the lower arm due to the recovery current of the diode can be reduced.

このリカバリー電流は、ダイオードの半導体の構造によるため、外部制御では、コントロールできない。このため、もっぱら、半導体製造時に、キャリアーの消滅スピードをコントロールするための、半導体の格子欠陥を作りコントロールしていた。ただし、キャリアーの消滅スピードを遅くすると、ダイオード内にキャリアーが長く存在するため、損失(発熱)が大きくなるデメリットも生じる。つまり、このリカバリー電流のスピードは、ダイオードの半導体素子が決まれば、駆動回路DCUなどの外部回路でコントロールできない。   Since this recovery current depends on the semiconductor structure of the diode, it cannot be controlled by external control. For this reason, semiconductor lattice defects have been created and controlled exclusively to control the disappearance speed of carriers during semiconductor manufacturing. However, if the carrier annihilation speed is slowed down, the carrier exists in the diode for a long time, so there is a disadvantage that loss (heat generation) becomes large. That is, the speed of this recovery current cannot be controlled by an external circuit such as the drive circuit DCU once the semiconductor element of the diode is determined.

しかし、本実施例の構造を用いると、電流経路66Rの回路が、低インダクタンスであるため、コントロールできないリカバリー電流に対しても、下アームの跳ね上がり電圧を抑制することが可能となる。このため、本実施例は、零下の温度となる過酷な車載環境で、跳ね上がり電圧を抑制した、高信頼の電力変換装置及び、車載電機システムに適している。   However, when the structure of the present embodiment is used, the circuit of the current path 66R has a low inductance, so that it is possible to suppress the jumping voltage of the lower arm even for a recovery current that cannot be controlled. For this reason, the present embodiment is suitable for a highly reliable power conversion device and an in-vehicle electric system in which a jumping voltage is suppressed in a severe in-vehicle environment where the temperature is below zero.

上アームが完全にオン状態(TP)の期間は、コンデンサモジュールCMから低周波の電流が、図10(a)の回路図の電流経路64で流れる。この電流は、数百Hz程度の低周波で、上記のオンスイッチング(TR)の期間のリカバリー電流ほどでないため、コンデンサモジュールとパワーモジュール、及び、その接続部の寄生インダクタンスにより、跳ね上がり電圧は生じない。スイッチング時間(TR,TS)の1μs未満に比べ、オン期間(TP)は数10μsと長いため、コンデンサモジュールCMの発熱は、このオン期間(TP)に流れる電流量により決まる。このため、コンデンサモジュール内のコンデンサ素子CDSが多いほど、発熱が均等に分担され、また、コンデンサ素子CDSの構造が冷却がよい構造ほど、コンデンサ素子CDSの寿命が向上する。   During a period in which the upper arm is completely on (TP), a low-frequency current flows from the capacitor module CM through the current path 64 in the circuit diagram of FIG. Since this current has a low frequency of about several hundred Hz and is not as high as the recovery current during the on-switching (TR) period, a jumping voltage does not occur due to the parasitic inductance of the capacitor module, the power module, and the connection portion thereof. . Since the ON period (TP) is as long as several tens of μs as compared with the switching time (TR, TS) of less than 1 μs, the heat generation of the capacitor module CM is determined by the amount of current flowing during the ON period (TP). For this reason, the more capacitor elements CDS in the capacitor module, the more equally the heat generation, and the better the cooling of the capacitor element CDS, the longer the life of the capacitor element CDS.

上アームがオフスイッチング(TS)の期間は、パワーモジュールPMUの電流が急激にゼロになる。このとき、図10(a)の回路図の電流経路66で高周波の電流が流れる。このため、図19(a)の波形のように、上アームのIGBTには、この電流変化により、電源電圧以上の跳ね上がり電圧が生じる。本実施例の構造では、電流経路66は、低インダクタンス回路を実現しているため、跳ね上がり電圧を抑制することができる。このため、スイッチングスピードをアップし、スイッチング時の損失を減らし、小型の半導体素子使用が可能となり、小型高信頼の車載用電機システムを実現することができる。   During the period when the upper arm is off-switching (TS), the current of the power module PMU suddenly becomes zero. At this time, a high-frequency current flows through the current path 66 in the circuit diagram of FIG. For this reason, as shown in the waveform of FIG. 19A, a jumping voltage higher than the power supply voltage is generated in the IGBT of the upper arm due to this current change. In the structure of this embodiment, since the current path 66 realizes a low inductance circuit, the jumping voltage can be suppressed. For this reason, the switching speed is increased, the loss at the time of switching is reduced, and a small semiconductor element can be used, so that a small and highly reliable in-vehicle electric system can be realized.

以上、本実施形態によれば、組み立てやすく、絶縁性も考慮した低インダクタンスの接続端子構造を持ち、冷却構造を兼ね備えた、省スペースなコンデンサモジュールが実現できる。また、これを用い、冷却構造の小型化はもちろん、跳ね上がり電圧を抑制、発熱損失を低減する低インダクタンスの実装、つまり、電磁気的な一体構造をもつインバータが実現可能となる。さらに、小型で高パワー密度のインバータを用いた車載用電機システムを実現することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to realize a space-saving capacitor module that has a connection terminal structure with low inductance that is easy to assemble and also takes insulation into account, and also has a cooling structure. Further, by using this, not only the cooling structure can be downsized, but also a low-inductance mounting that suppresses the jumping voltage and reduces the heat loss, that is, an inverter having an electromagnetic integrated structure can be realized. Furthermore, it is possible to realize an in-vehicle electric system using a small and high power density inverter.

次に、図11〜図16を用いて、本発明の第2の実施形態によるコンデンサモジュールCM及び電力変換装置INVの構成について説明する。   Next, configurations of the capacitor module CM and the power conversion device INV according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施例により、図1の電動機システムにおいて、2つの電動機MG1,MG2を制御する電力変換装置INVを、低インダクタンスかつ応力緩和構造で小型に実現できる。   According to the present embodiment, in the electric motor system of FIG. 1, the power converter INV that controls the two electric motors MG1 and MG2 can be realized in a small size with a low inductance and a stress relaxation structure.

図11は、本発明の第2の実施形態によるコンデンサモジュールの構成を示す斜視図である。図12は、本発明の第2の実施形態によるコンデンサモジュールの分解図である。図13は、本発明の第2の実施形態による電力変換装置INVのコンデンサモジュールCMとパワーモジュールPMUの組図である。図14は本発明の第2の実施形態による電力変換装置INVのコンデンサモジュールCMとパワーモジュールPMUの分解図である。なお、同一符号は、同一部分を示している。   FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a capacitor module according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is an exploded view of the capacitor module according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a set diagram of the capacitor module CM and the power module PMU of the power converter INV according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is an exploded view of the capacitor module CM and the power module PMU of the power converter INV according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol has shown the same part.

図11,図12に示すように、本実施例では、2つのコンデンサモジュールCM1,CM2が組み合わさっている。これを図13,図16に示す、冷却配管17をもつ金属ケース12に樹脂モールドして一体化し、パワーモジュールPMU1,2を、側面の冷却流路に取り付ける。コンデンサモジュールCM1、CM2の基本的な構成は、図4〜図10に示したコンデンサモジュールCMと同様である。   As shown in FIGS. 11 and 12, in this embodiment, two capacitor modules CM1 and CM2 are combined. This is integrated with a metal case 12 having a cooling pipe 17 shown in FIGS. 13 and 16 by resin molding, and the power modules PMU1 and 2 are attached to the cooling channels on the side surfaces. The basic configuration of the capacitor modules CM1 and CM2 is the same as that of the capacitor module CM shown in FIGS.

本実施例の特徴は、コンデンサモジュールCM1,CM2の2つを、1つの金属ケース12に樹脂モールドにより一体化し、2つのパワーモジュールPMU1,PMU2と、組み立てが容易な、低インダクタンスの接続端子を備えたところである。この構造をとることで、2つのパワーモジュールの冷却流路で囲まれた中心にコンデンサのあるインバータを実現することができる。   The feature of this embodiment is that two capacitor modules CM1 and CM2 are integrated into one metal case 12 by resin molding, and two power modules PMU1 and PMU2 and a low-inductance connection terminal that is easy to assemble are provided. That's right. By adopting this structure, it is possible to realize an inverter having a capacitor at the center surrounded by the cooling flow paths of the two power modules.

さらに、2つのコンデンサモジュールを上下に積み重ね、コンデンサ素子CDSが両側の水路をもつ金属ケースに囲まれ、コンデンサ素子CDSを両側の金属ケースから冷却する両面冷却が実現できる。   Furthermore, two capacitor modules are stacked one above the other so that the capacitor element CDS is surrounded by a metal case having water channels on both sides, and double-sided cooling can be realized in which the capacitor element CDS is cooled from the metal cases on both sides.

また、コンデンサモジュールCM1,CM2は、高圧バッテリBAT用の接続端子3c−1または4c−1と3c−2または4c−2が重なり、接続穴も重なる配置をとり、高圧バッテリBATに接続されたケーブル等の接続端子を、共締めしたときに、コンデンサモジュールCM1,CM2を電気的に接続する構造をとることである。これにより、コンデンサモジュールCM1,CM2を予め接続することが無くなり、2つのコンデンサモジュールをCM1,CM2を分割してつくることができる。   Further, the capacitor modules CM1 and CM2 are arranged such that the connection terminals 3c-1 or 4c-1 and 3c-2 or 4c-2 for the high voltage battery BAT are overlapped and the connection holes are also overlapped, and the cables are connected to the high voltage battery BAT. In other words, the capacitor modules CM1 and CM2 are electrically connected when the connection terminals such as the above are fastened together. Thus, the capacitor modules CM1 and CM2 are not connected in advance, and two capacitor modules can be formed by dividing CM1 and CM2.

コンデンサモジュールCM1、CM2の接続構造について、図11のc−c′−c″−c′′′平面,d−d′−d″−d′′′平面の断面図を図15(a),(b)に示す。   Regarding the connection structure of the capacitor modules CM1 and CM2, FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the plane cc′-c ″ -c ′ ″ and the plane dd′-d ″ -d ′ ″ of FIG. Shown in (b).

図15(a)に示すように、コンデンサモジュールCM1は、積層体から、導体CM1−8が飛び出しており、導体CM1−8,絶縁シートCM1−10,導体CM1−9が階段状になっている。コンデンサモジュールCM2は、積層体から、導体CM2−9が飛び出しており、導体CM2−9,絶縁シートCM2−10,導体CM1−8が階段状になっている。これらを、導体CM1−8と導体CM2−8,絶縁シートCM1−10と絶縁シートCM2−10,導体CM1−9と導体CM2−9、が重なるように配置する。   As shown in FIG. 15A, in the capacitor module CM1, the conductor CM1-8 protrudes from the laminate, and the conductor CM1-8, the insulating sheet CM1-10, and the conductor CM1-9 are stepped. . In the capacitor module CM2, the conductor CM2-9 protrudes from the laminated body, and the conductor CM2-9, the insulating sheet CM2-10, and the conductor CM1-8 are stepped. These are arranged so that the conductor CM1-8 and the conductor CM2-8, the insulating sheet CM1-10 and the insulating sheet CM2-10, and the conductor CM1-9 and the conductor CM2-9 overlap.

また、図15(b)に示すように、CM1−4c,CM2−4cが重なるように配置し、BATに接続されたケーブル等の接続端子を、共締めしたときに、コンデンサモジュールCM1,CM2を電気的に接続する構造をとる。このような、接続形状をとることで、コンデンサモジュールCM1とコンデンサモジュールCM2が低インダクタンスの接続が実現できる。   Further, as shown in FIG. 15B, when the CM1-4c and CM2-4c are arranged so as to overlap each other and the connection terminals such as cables connected to the BAT are tightened together, the capacitor modules CM1 and CM2 are connected. Uses an electrical connection structure. By adopting such a connection shape, the capacitor module CM1 and the capacitor module CM2 can be connected with low inductance.

第2の実施例の回路図を図16に示す。   A circuit diagram of the second embodiment is shown in FIG.

2つの電動機MG1,MG2を制御するため2つのパワーモジュールPMU1,PMU2、2つのコンデンサモジュールCM1,CM2で構成した図13の電力変換装置INVの回路図を示している。   FIG. 14 shows a circuit diagram of the power converter INV of FIG. 13 configured by two power modules PMU1, PMU2 and two capacitor modules CM1, CM2 for controlling the two electric motors MG1, MG2.

なお、コンデンサモジュールCM1,CM2とパワーモジュールPMU1,PMU2の接続部の寄生インダクタンスを主に記述し、その他の寄生インダクタンスは省略する。パワーモジュール内のパワー半導体素子のブリッジ回路で構成した3相アームAu,Av,Awは、ボックスで表示する。また、駆動回路DCUなどの制御回路は省略する。その他の同一符号は、同一部分を示している。   In addition, the parasitic inductance of the connection part of the capacitor modules CM1, CM2 and the power modules PMU1, PMU2 is mainly described, and other parasitic inductances are omitted. Three-phase arms Au, Av, and Aw configured by a bridge circuit of power semiconductor elements in the power module are displayed as boxes. Further, control circuits such as the drive circuit DCU are omitted. The other same reference numerals indicate the same parts.

コンデンサモジュールCM1、CM2には、高圧バッテリBATから、DCバスバーDC−busにより、直流電圧が入力される。回路図上の寄生インダクタンスDC−bus−LP,DC−bus−LNは、DCバスバーDC−busの高電位側(正極),低電位側(負極)のバスバーの寄生インダクタンスを示している。ノイズ防止用のコモンモードチョークフィルタCFは、コンデンサモジュールCM1,CM2とケーブルの間にある。   A DC voltage is input from the high voltage battery BAT to the capacitor modules CM1 and CM2 by a DC bus bar DC-bus. Parasitic inductances DC-bus-LP and DC-bus-LN on the circuit diagram indicate the parasitic inductances of the high-potential side (positive electrode) and low-potential side (negative electrode) bus bars of the DC bus bar DC-bus. The common mode choke filter CF for preventing noise is located between the capacitor modules CM1 and CM2 and the cable.

コンデンサモジュールCM1とパワーモジュールPMU1の接続部には、高電位側の寄生インダクタンスCM1−62P,PMU1−57P,低電位側の寄生インダクタンスCM1−62N,PMU1−57Nがあり、スイッチング時に流れる電流66−Aに対して、高電位側,低電位側で各々が磁気的に結合し、低インダクタンス配線を実現している。   The connection between the capacitor module CM1 and the power module PMU1 has high-side parasitic inductances CM1-62P and PMU1-57P and low-potential side parasitic inductances CM1-62N and PMU1-57N. On the other hand, the high potential side and the low potential side are magnetically coupled to each other to realize a low inductance wiring.

また、コンデンサモジュールCM2とパワーモジュールPMU2の接続部には、高電位側の寄生インダクタンスCM2−62P,PMU2−57P,低電位側の寄生インダクタンスCM2−62N,PMU2−57Nがあり、スイッチング時に流れる電流66−Bに対して、高電位側,低電位側で各々が磁気的に結合し、低インダクタンス配線を実現している。また、コンデンサモジュールCM1とコンデンサモジュールCM2の接続部の寄生インダクタンスCM1−63P(CM1−63N)とCM2−63P(CM2−63N)は、図15(b)のように、コンデンサモジュールCM2からコンデンサモジュールCM1へスイッチング時に流れる電流64−Bが対向するように流れることで、電流が作る磁場が打ち消しあい、インダクタンスが結合し、低インダクタンスとなる。これにより、パワーモジュールPMU1のみが動作しているときは、コンデンサモジュールCM1,CM2の両方とも低インダクタンスで接続されていることから、コンデンサモジュールCM1,CM2の両方からPMU1へ電力を供給することができる。   Further, the connection portion between the capacitor module CM2 and the power module PMU2 has high-side parasitic inductances CM2-62P and PMU2-57P and low-side parasitic inductances CM2-62N and PMU2-57N. With respect to -B, the high potential side and the low potential side are magnetically coupled to each other to realize a low inductance wiring. Further, the parasitic inductances CM1-63P (CM1-63N) and CM2-63P (CM2-63N) at the connection between the capacitor module CM1 and the capacitor module CM2 are changed from the capacitor module CM2 to the capacitor module CM1 as shown in FIG. When the current 64-B that flows at the time of switching is flowed so as to face each other, the magnetic field created by the current cancels out, the inductance is combined, and the inductance becomes low. Thus, when only the power module PMU1 is operating, both the capacitor modules CM1 and CM2 are connected with low inductance, so that power can be supplied from both the capacitor modules CM1 and CM2 to the PMU1. .

以上説明したように、本実施形態によれば、2つの電動機MG1,MG2を制御する電力変換装置INVを用いた車載電機システムにおいて、2つのパワーモジュールPMU1,PMU2で用いるコンデンサを、2つの低インダクタンスのコンデンサモジュールCM1,CM2で構成し、電力変換装置INVを小型で実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the in-vehicle electric system using the power converter INV that controls the two electric motors MG1 and MG2, the capacitors used in the two power modules PMU1 and PMU2 are provided with two low inductances. The power conversion device INV can be realized with a small size.

以上、本実施形態によれば、2つの電動機を制御する電力変換装置を用いた車載電機システムにおいて、冷却構造の小型化はもちろん、跳ね上がり電圧を抑制、発熱損失を低減する低インダクタンスの実装、つまり、電磁気的な一体構造をもつ電力変換装置が実現可能となる。また、小型で高パワー密度のインバータを用いた車載用電機システムを実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the in-vehicle electric machine system using the power conversion device that controls the two electric motors, not only the cooling structure is downsized but also the low inductance implementation that suppresses the jumping voltage and reduces the heat loss. Thus, a power conversion device having an electromagnetic integral structure can be realized. In addition, it is possible to realize an in-vehicle electric system using a small and high power density inverter.

次に、本発明の第3の実施形態によるコンデンサモジュールの構成を図17に示す。なお、図4と同一符号は、同一部分を示している。   Next, FIG. 17 shows a configuration of a capacitor module according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 4 indicate the same parts.

本実施形態では、コンデンサモジュールCMの基本的な構成は、図4〜図9に示したコンデンサモジュールCMと同様である。本実施例の特徴は、図4に比べ、コンデンサ素子CDSの載置方向を変えた点である。コンデンサ素子CDSは、蒸着したフィルムを巻回して製作しているため、熱伝導に異方性がある。つまり、巻回する軸方向CDS−Axが、径方向CDS−Radより熱伝導がよい。   In the present embodiment, the basic configuration of the capacitor module CM is the same as that of the capacitor module CM shown in FIGS. The feature of this embodiment is that the mounting direction of the capacitor element CDS is changed as compared with FIG. Since the capacitor element CDS is manufactured by winding a deposited film, the heat conduction is anisotropic. That is, the axial direction CDS-Ax to be wound has better heat conduction than the radial direction CDS-Rad.

このため本実施例によれば、ケース12の上面が、コンデンサ素子CDS軸方向CDS−Axとなり、上面で伝熱のよい接続ができる。このため、本実施形態によれば、コンデンサ素子の巻き軸方向の面、つまり、電極面CM2−11−A,CM2−11−Bを金属ケース12に近接させることができ、高放熱構造を実現することができる。この結果、コンデンサ素子CDSの寿命を向上させることが可能になる。   For this reason, according to the present embodiment, the upper surface of the case 12 becomes the capacitor element CDS axial direction CDS-Ax, and a connection with good heat transfer can be made on the upper surface. For this reason, according to this embodiment, the surface in the winding axis direction of the capacitor element, that is, the electrode surfaces CM2-11-A and CM2-11-B can be brought close to the metal case 12, thereby realizing a high heat dissipation structure. can do. As a result, the life of the capacitor element CDS can be improved.

次に、本発明の第4の実施形態によるコンデンサモジュールの断面図を図18に示す。本実施形態は、実施例3の構造の変形例である。   Next, FIG. 18 shows a cross-sectional view of a capacitor module according to a fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is a modification of the structure of the third embodiment.

本実施形態のような構造を採用した場合においても、コンデンサ素子の巻き軸方向の面、つまり、電極面を金属ケース12に近接させることができ、高放熱構造を実現することができる。この結果、コンデンサ素子CDSの寿命を向上させることが可能になる。   Even when the structure as in the present embodiment is adopted, the surface in the winding axis direction of the capacitor element, that is, the electrode surface can be brought close to the metal case 12, and a high heat dissipation structure can be realized. As a result, the life of the capacitor element CDS can be improved.

以上、実施例3及び4の構成によれば、2つの電動機を制御する電力変換装置を用いた車載電機システムにおいて、2つのパワーモジュールに用いるコンデンサを、2つの低インダクタンスのコンデンサモジュールで構成し、組み立てやすく、絶縁性も考慮した低インダクタンスの接続端子構造を持ち、冷却構造を兼ね備えた、省スペースなコンデンサモジュールが実現できる。   As described above, according to the configurations of the third and fourth embodiments, in the in-vehicle electric system using the power conversion device that controls the two electric motors, the capacitors used for the two power modules are configured by the two low-inductance capacitor modules, A space-saving capacitor module that has a low-inductance connection terminal structure that is easy to assemble and also takes insulation into account and that also has a cooling structure can be realized.

また、これを用い、冷却構造の小型化はもちろん、跳ね上がり電圧を抑制、発熱損失を低減する低インダクタンスの実装、つまり、電磁気的な一体構造をもつ電力変換装置INVが実現可能となる。また、小型で高パワー密度のインバータを用いた車載用電機システムを実現することができる。   Further, by using this, it is possible to realize a power conversion device INV having a low inductance mounting that suppresses a jumping voltage and reduces heat loss, that is, an electromagnetic integral structure, as well as downsizing the cooling structure. In addition, it is possible to realize an in-vehicle electric system using a small and high power density inverter.

以上のとおり、上記実施例1乃至4によれば、小型かつ組み立て性の良い電力変換装置において、スイッチング時のサージ電圧を効果的に低減する低インダクタンスの電力変換装置を実現することができ、ひいては、小型で高性能の車載電機システムを提供することが可能になる。   As described above, according to the first to fourth embodiments, it is possible to realize a low-inductance power converter that effectively reduces a surge voltage during switching in a small-sized and easy-to-assemble power converter. Therefore, it is possible to provide a small and high-performance on-vehicle electric system.

3a,4a…パワーモジュール接続部、3b,4b…コンデンサモジュール接続部、8,9…幅広導体、10…絶縁シート、11…コンデンサ素子電極、CDS…コンデンサ素子、PMU…パワーモジュール、12…金属ケース、13a…第1のモールド樹脂、13b…第2のモールド樹脂、14,15…立ち上がり部、16…貫通穴、17…冷却配管、19…絶縁基板、20…銅ベース、21…ケース、23…接続ネジ、27…筐体、28…冷却水路、29…Oリング、30…Oリング溝、31…冷却フィン。   3a, 4a ... power module connection part, 3b, 4b ... capacitor module connection part, 8, 9 ... wide conductor, 10 ... insulating sheet, 11 ... capacitor element electrode, CDS ... capacitor element, PMU ... power module, 12 ... metal case , 13a: first mold resin, 13b: second mold resin, 14, 15 ... rising portion, 16 ... through hole, 17 ... cooling pipe, 19 ... insulating substrate, 20 ... copper base, 21 ... case, 23 ... Connection screw, 27 ... housing, 28 ... cooling channel, 29 ... O-ring, 30 ... O-ring groove, 31 ... cooling fin.

Claims (7)

コンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子と接続される導体と、
前記コンデンサ素子の全体を封止するとともに前記導体の一部を封止する第1のモールド樹脂と、
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記第1のモールド樹脂の収納空間及び前記パワーモジュールを冷却する冷却水路を一体に形成する金属ケースと
前記第1モールド樹脂に固定された絶縁シートと、を備え、
前記導体は、前記金属ケースの前記収納空間と繋がる開口から突出し、かつ当該金属ケースの外壁に沿って前記パワーモジュールまで延ばされ、
前記絶縁シートは、前記金属ケースの前記収納空間と繋がる開口から突出し、かつ前記金属ケースの外壁と前記導体との間の空間に配置される電力変換装置。
A capacitor element;
A conductor connected to the capacitor element;
A first mold resin for sealing the entire capacitor element and sealing a part of the conductor;
A power module that converts direct current to alternating current;
Metal to case you are integrally formed cooling channel for cooling the first spatial and said power module housed in the mold resin,
An insulating sheet fixed to the first mold resin ,
The conductor protrudes from an opening connected to the storage space of the metal case, and extends to the power module along the outer wall of the metal case,
The said insulating sheet protrudes from the opening connected with the said storage space of the said metal case, and is a power converter device arrange | positioned in the space between the outer wall of the said metal case, and the said conductor.
請求項1に記載された電力変換装置であって、
前記第1のモールド樹脂と前記金属ケースとの間に配置されるとともに当該第1のモールド樹脂を当該金属ケースに保持する第2のモールド樹脂を備え、
前記第1のモールド樹脂は、前記第2のモールド樹脂よりも耐湿性の高い樹脂材料により構成される電力変換装置
The power conversion device according to claim 1,
A second molding resin which holds the first molding resin while being disposed between the first mold resin and the front Symbol metal to case to those said metal to case,
The first molding resin, the second power converter that consists by high moisture resistance resin material than the mold resin.
請求項1又は2に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記第1のモールド樹脂は、抜き勾配が形成される電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1 or 2,
It said first mold resin, a power conversion apparatus draft is Ru is formed.
請求項1ないし3に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
記金属ケースは、前記収納空間を形成する当該金属ケースの内壁に凹凸を設ける電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
Before Symbol metal to case, the person the metal to case power converter Ru irregularities on the inner wall of which forms the housing space.
請求項1ないし4に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記コンデンサ素子は、蒸着されたフィルムを巻回されて形成され、かつ前記コンデンサ素子の巻軸方向の長さが巻軸方向の楕円形の断面の長軸の長さよりも小さく形成される電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4,
The capacitor element is formed by winding the deposited film, and the power lengths of the winding axis direction of the capacitor element Ru is smaller than the length of the major axis of the elliptical cross-section in the winding axis direction conversion apparatus.
請求項1ないし5に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記導体は、第1幅広導体と、絶縁部材と、前記絶縁部材を挟んで前記第1幅広導体を対向する位置に配置される第2幅広導体とにより構成される電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5,
The conductor includes a first wide conductor, the insulating member and the insulating member interposed therebetween power converter that consists by a second wide conductor disposed in a position facing said first wide conductor.
請求項1ないし6に記載されたいずれかの電力変換装置であって、The power conversion device according to any one of claims 1 to 6,
前記金属ケースは、前記パワーモジュールが配置される面より凹んだ段差部を形成し、  The metal case forms a stepped portion that is recessed from the surface on which the power module is disposed,
前記導体は、前記段差部によって形成された凹み部と対向するように形成される電力変換装置。  The power converter is formed so that the conductor is opposed to a recess formed by the stepped portion.
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