JP5932605B2

JP5932605B2 - Power converter

Info

Publication number: JP5932605B2
Application number: JP2012238485A
Authority: JP
Inventors: 徹也川島; 宮崎　英樹; 英樹宮崎; 鈴木　康介; 康介鈴木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: JP2014090562A; WO2014069168A1

Description

本発明は、バスバーの冷却及びコンデンサを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a bus bar cooling and a capacitor.

電気自動車やハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、モータに供給する電力を制御するために、一般的に、電力変換回路を備えた電力変換装置としてのインバータ装置が設けられている。このようなインバータ装置には、ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子を内蔵したパワーモジュールと、このパワーモジュールを駆動する駆動回路と、それらを制御する制御回路と、バッテリから供給される電力をモータへ供給する強電系の配線である薄板状のバスバーと、電流平滑化用のコンデンサと、が設けられている。バスバーは、例えば、バッテリから供給される電力の配線である直流バスバーと、モータへ供給する電力の配線である交流バスバーと、を備えている。 In an electric vehicle or a hybrid vehicle, a motor is mounted as a power source of the vehicle, and an inverter device as a power conversion device including a power conversion circuit is generally provided to control electric power supplied to the motor. It has been. In such an inverter device, a power module incorporating a power semiconductor element such as an IGBT, a drive circuit for driving the power module, a control circuit for controlling them, and power supplied from a battery are supplied to the motor. A thin-plate bus bar, which is a strong electric wiring, and a current smoothing capacitor are provided. The bus bar includes, for example, a DC bus bar that is a wiring of power supplied from a battery and an AC bus bar that is a wiring of power supplied to the motor.

従来、インバータ装置で発生する熱を冷却する技術として、例えば特許文献１には、コンデンサ素子の全体とコンデンサ素子に接続される幅広導体の一部とをモールド樹脂により封止するとともに、このモールド樹脂を収容するケースに、冷却用の冷媒が流れる流路形成体を一体に形成する構造が記載されている。 Conventionally, as a technique for cooling the heat generated in an inverter device, for example, in Patent Document 1, the entire capacitor element and a part of a wide conductor connected to the capacitor element are sealed with a mold resin. The structure which forms integrally the flow-path formation body into which the refrigerant | coolant for cooling flows in the case which accommodates is described.

また、コンデンサの温度上昇を低減する技術として、例えば特許文献２には、パワーモジュールとコンデンサの間に冷却器を配置して、コンデンサを冷却する構造が開示されている。 As a technique for reducing the temperature rise of a capacitor, for example, Patent Document 2 discloses a structure in which a condenser is disposed between a power module and a capacitor to cool the capacitor.

特開２０１２−１０５５４１号公報JP 2012-105541 A 特開２０１０−２５２４６１号公報JP 2010-252461 A

しかしながら、上述したような従来の構造では、モールド樹脂でコンデンサ素子の全体と幅広導体の一部とを封止する必要があるために、構造が複雑で製造も煩雑となる。また、電力変換回路に電力を供給する薄板状のバスバーは、電流が集中する狭窄部などで発熱し易く、このようなバスバーの放熱特性の向上が望まれている。 However, in the conventional structure as described above, it is necessary to seal the entire capacitor element and a part of the wide conductor with a mold resin, so that the structure is complicated and the manufacturing becomes complicated. Further, a thin plate-like bus bar that supplies power to the power conversion circuit easily generates heat in a constricted portion where current is concentrated, and it is desired to improve the heat dissipation characteristics of such a bus bar.

本発明は、簡素な構成でありながら、電力変換装置におけるバスバーの冷却性能を高めることを目的とするものである。また、本発明の他の目的は、電力変換装置におけるコンデンサを安定して支持し、耐振性を高めることである。 An object of the present invention is to improve the cooling performance of a bus bar in a power conversion device while having a simple configuration. Another object of the present invention is to stably support a capacitor in a power converter and improve vibration resistance.

そこで、本発明に係る電力変換装置は、電力変換回路に電力を供給する薄板状のバスバーと、上記電力変換回路に電気的に接続されたコンデンサと、上記バスバー及びコンデンサを収容するとともに、冷媒通路に隣接する冷却面が設けられた筐体と、上記コンデンサを支持するとともに、上記筐体に固定されるコンデンサ支持ケースと、を有し、上記コンデンサ支持ケースは、このコンデンサ支持ケースと冷却面との間にバスバーを挟み込んだ状態で、上記筐体に固定されていることを特徴としている。 Accordingly, a power converter according to the present invention accommodates a thin plate-like bus bar for supplying power to a power converter circuit, a capacitor electrically connected to the power converter circuit, the bus bar and the capacitor, and a refrigerant passage. And a capacitor support case that supports the capacitor and is fixed to the casing. The capacitor support case includes a capacitor support case, a cooling surface, and a capacitor support case. It is characterized in that the bus bar is sandwiched between and fixed to the casing.

本発明によれば、コンデンサを支持するコンデンサ支持ケースを利用した簡素な構成でありながら、バスバーを筐体の冷却面に押し付けて密着させることが可能であり、バスバーの冷却性能を向上することができる。また、コンデンサ支持ケースによってコンデンサを安定して支持することで、耐振性を向上することができる。 According to the present invention, while having a simple configuration using a capacitor support case for supporting a capacitor, the bus bar can be pressed and adhered to the cooling surface of the housing, and the cooling performance of the bus bar can be improved. it can. Moreover, vibration resistance can be improved by stably supporting the capacitor by the capacitor support case.

本発明の実施例に係るインバータ装置が適用される電気自動車のシステム構成を示す構成図。The block diagram which shows the system configuration | structure of the electric vehicle to which the inverter apparatus which concerns on the Example of this invention is applied. 上記インバータ装置のインバータ回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the inverter circuit structure of the said inverter apparatus. 本発明の第１実施例に係るインバータ装置を示す図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the AA line of FIG. 4 which shows the inverter apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 上記第１実施例のインバータ装置を示す斜視図。The perspective view which shows the inverter apparatus of the said 1st Example. 上記第１実施例のインバータ装置を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the inverter apparatus of the said 1st Example. 上記第１実施例のインバータ装置の筐体を示す背面図。The rear view which shows the housing | casing of the inverter apparatus of the said 1st Example. 上記第１実施例のインバータ装置の筐体を示す斜視図。The perspective view which shows the housing | casing of the inverter apparatus of the said 1st Example. 上記第１実施例のインバータ装置の筐体を示す背面図。The rear view which shows the housing | casing of the inverter apparatus of the said 1st Example. 上記第１実施例の半導体モジュールを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the semiconductor module of the said 1st Example alone. 上記第１実施例のコンデンサ支持ケースを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the capacitor | condenser support case of the said 1st Example alone. 上記第１実施例のコンデンサ支持ケースを単体で示す背面図。The rear view which shows the capacitor | condenser support case of the said 1st Example alone. 上記第１実施例のコンデンサを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the capacitor | condenser of the said 1st Example alone. 上記第１実施例のＤＣバスバーを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the DC bus bar of the said 1st Example alone. 本発明の第２実施例に係るインバータ装置を示す図１５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the BB line of FIG. 15 which shows the inverter apparatus which concerns on 2nd Example of this invention. 上記第２実施例のインバータ装置を示す斜視図。The perspective view which shows the inverter apparatus of the said 2nd Example. 上記第２実施例のＤＣバスバーを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the DC bus bar of the said 2nd Example alone. 上記第２実施例のコンデンサ支持ケースを単体で示す斜視図。The perspective view which shows the capacitor | condenser support case of the said 2nd Example alone.

以下、本発明の好ましい実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施例に係る電力変換装置としてのインバータ装置４０が適用された電気自動車（以下「ＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示している。モータジェネレータ２０は、例えば永久磁石同期型の電動機であり、車両の走行用トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータ２０に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有している。つまり、モータジェネレータ２０は車両運転条件に応じてモータとしても発電機としても動作する。 FIG. 1 shows a control block of an electric vehicle (hereinafter referred to as “EV”) to which an inverter device 40 as a power conversion device according to an embodiment of the present invention is applied. The motor generator 20 is, for example, a permanent magnet synchronous motor, and has a function of converting mechanical energy applied from the outside to the motor generator 20 into electric power as well as generating driving torque for the vehicle. That is, the motor generator 20 operates as both a motor and a generator according to vehicle operating conditions.

モータジェネレータ２０が発生する回転トルクは、無段変速機等の変速機１８およびデファレンシャルギア１６を介して車輪１２に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪１２から回転トルクがモータジェネレータ２０に伝達され、この回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は、本実施例のインバータ装置４０により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ３０に充電される。充電された電力は再び走行エネルギー等に使用される。 Rotational torque generated by the motor generator 20 is transmitted to the wheels 12 via a transmission 18 such as a continuously variable transmission and a differential gear 16. On the other hand, during regenerative braking operation, rotational torque is transmitted from the wheel 12 to the motor generator 20, and AC power is generated based on this rotational torque. The generated AC power is converted into DC power by the inverter device 40 of the present embodiment, and the high voltage battery 30 is charged. The charged electric power is used again for traveling energy and the like.

インバータ装置４０は、バッテリ３０と直流ケーブル３２を介して電気的に接続されており、この直流ケーブル３２によってバッテリ３０と電力の授受が行われる。例えばモータジェネレータ２０をモータとして動作させる場合には、インバータ装置４０は直流ケーブル３２を介してバッテリ３０から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流ケーブル３４を介してモータジェネレータ２０へ電力を供給する。 The inverter device 40 is electrically connected to the battery 30 via a DC cable 32, and power is exchanged with the battery 30 through the DC cable 32. For example, when the motor generator 20 is operated as a motor, the inverter device 40 generates AC power based on the DC power supplied from the battery 30 via the DC cable 32 and supplies power to the motor generator 20 via the AC cable 34. Supply.

図２は、上記インバータ装置に備えられる電力変換回路としてのインバータ回路４２の回路構成を示している。なお、この実施例では、半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下、略して「ＩＧＢＴ」と記す。このインバータ回路４２では、上アームとして動作するＩＧＢＴ５２及びダイオード５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ６２及びダイオード６６とで、上下アームの直列回路５０が構成されている。インバータ回路４２は、この直列回路５０を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応して備えている。 FIG. 2 shows a circuit configuration of an inverter circuit 42 as a power conversion circuit provided in the inverter device. In this embodiment, an insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor element, and will be abbreviated as “IGBT” hereinafter. In this inverter circuit 42, an IGBT 52 and a diode 56 that operate as an upper arm, and an IGBT 62 and a diode 66 that operate as a lower arm constitute a series circuit 50 of upper and lower arms. The inverter circuit 42 includes the series circuit 50 corresponding to three phases of the U phase, the V phase, and the W phase of the AC power to be output.

これらの三相は、この実施例ではモータジェネレータ２０の電機子巻線の三相の各相巻線に対応している。三相のそれぞれの上下アームの直列回路５０は、直列回路の中間電極６９から交流電流を出力する。この中間電極６９は、交流端子５９を介して、交流バスバー８６と接続され、さらに交流コネクタ８８を介して、モータジェネレータ２０の各相巻線に電気的に接続されている。 These three phases correspond to the three-phase windings of the armature winding of the motor generator 20 in this embodiment. The three-phase series circuit 50 of the upper and lower arms outputs an alternating current from the intermediate electrode 69 of the series circuit. The intermediate electrode 69 is connected to an AC bus bar 86 via an AC terminal 59 and further electrically connected to each phase winding of the motor generator 20 via an AC connector 88.

上アームのＩＧＢＴ５２のコレクタ電極は、正極端子５７を介して正極導体板９２に、また、下アームのＩＧＢＴ６２のエミッタ電極は、負極端子５８を介して負極導体板９４に電気的に接続されている。正極導体板９２および負極導体板９４はコンデンサ９０に電気的に接続されており、さらに直流コネクタ３８を介して、バッテリ３０に電気的に接続されている。 The collector electrode of the IGBT 52 of the upper arm is electrically connected to the positive electrode conductor plate 92 via the positive electrode terminal 57, and the emitter electrode of the IGBT 62 of the lower arm is electrically connected to the negative electrode conductor plate 94 via the negative electrode terminal 58. . The positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 are electrically connected to the capacitor 90, and are further electrically connected to the battery 30 via the DC connector 38.

制御回路７２は上位の制御装置から制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路４２を構成する各相の直列回路５０を構成する上アームのＩＧＢＴ５２や下アームのＩＧＢＴ６２を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路７４に供給する。 The control circuit 72 is a control signal for controlling the upper arm IGBT 52 and the lower arm IGBT 62 constituting the serial circuit 50 of each phase constituting the inverter circuit 42 based on the control command from the upper control device. A control pulse is generated and supplied to the driver circuit 74.

ドライバ回路７４は、上記制御パルスに基づき、各相のＩＧＢＴを制御するための駆動パルスを、ＩＧＢＴ５２の信号用エミッタ電極５５と、ゲート電極５４と、ＩＧＢＴ６２の信号用エミッタ電極６５と、ゲート電極６４と、へ供給する。各相のＩＧＢＴは、ドライバ回路７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ３０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータジェネレータ２０に供給する。 Based on the control pulse, the driver circuit 74 generates a drive pulse for controlling the IGBT of each phase by using the signal emitter electrode 55 of the IGBT 52, the gate electrode 54, the signal emitter electrode 65 of the IGBT 62, and the gate electrode 64. And supply to. Each phase IGBT performs conduction or cutoff operation based on the drive pulse from the driver circuit 74, converts the DC power supplied from the battery 30 into three-phase AC power, and supplies it to the motor generator 20.

制御回路７２は、ＩＧＢＴ５２及びＩＧＢＴ６２のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。 The control circuit 72 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for performing arithmetic processing on the switching timing of the IGBT 52 and the IGBT 62.

マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータ２０に対して要求される目標トルク値、直列回路５０からモータジェネレータ２０に供給される電流値、及びモータジェネレータ２０の回転子の磁極位置等がある。目標トルク値は、図示しないの上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ２０に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。 The input information to the microcomputer includes a target torque value required for the motor generator 20, a current value supplied from the series circuit 50 to the motor generator 20, a magnetic pole position of the rotor of the motor generator 20, and the like. The target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown). The current value is detected based on a detection signal from the current sensor 80. The magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) such as a resolver provided in the motor generator 20.

制御回路７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ２０のｄ軸、ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸、ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路７４に出力する。 The microcomputer in the control circuit 72 calculates current command values for the d-axis and q-axis of the motor generator 20 based on the target torque value, and the calculated d-axis and q-axis current command values and the detected d-axis. The voltage command values for the d-axis and q-axis are calculated based on the difference between the current values of the axes and q-axis, and the calculated voltage command values for the d-axis and q-axis are calculated based on the detected magnetic pole position. It is converted into voltage command values for phase, V phase, and W phase. Then, the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on a comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U phase, V phase, and W phase, and the generated modulation wave The wave is output to the driver circuit 74 as a PWM (pulse width modulation) signal.

ドライバ回路７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ６２のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ５２のゲート電極にそれぞれ出力する。 When driving the lower arm, the driver circuit 74 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 62 of the lower arm. Further, when driving the upper arm, the driver circuit 74 amplifies the PWM signal after shifting the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, and uses this as a drive signal as a corresponding upper arm. Are output to the gate electrodes of the IGBTs 52 respectively.

次に、図３〜図１２を参照して、本実施例のインバータ装置４０の構成について説明する。このインバータ装置４０は、上記のインバータ回路４２を構成する半導体素子を内蔵する３つの半導体モジュール５００（５００ａ，５００ｂ，５００ｃ）と、バッテリ３０からインバータ回路４２へ電力を供給する薄板状のＤＣバスバー９６と、インバータ回路４２に電気的に接続されて、電力を一時的に蓄積する電流平滑化用のコンデンサ９０と、上記の半導体モジュール５００，ＤＣバスバー９６及びコンデンサ９０等を収容する筐体１１０と、この筐体１１０に固定されて、コンデンサ９０を支持するコンデンサ支持ケース１４０と、を有している。 Next, the configuration of the inverter device 40 of this embodiment will be described with reference to FIGS. The inverter device 40 includes three semiconductor modules 500 (500a, 500b, and 500c) that incorporate the semiconductor elements constituting the inverter circuit 42, and a thin plate-like DC bus bar 96 that supplies power from the battery 30 to the inverter circuit 42. A current smoothing capacitor 90 that is electrically connected to the inverter circuit 42 and temporarily stores power; a housing 110 that houses the semiconductor module 500, the DC bus bar 96, the capacitor 90, and the like; A capacitor support case 140 that is fixed to the casing 110 and supports the capacitor 90 is provided.

筐体１１０は、２つの面が開放された箱形の形状をなしており、絶縁性の合成樹脂材料により一体的に形成されている。この筐体１１０には、図７にも示すように、半導体モジュール５００を収容する半導体収容部が設けられている。また、図８にも示すように、水路カバー１１８が固定される筐体１１０の壁部の外面側には凹部（１１４）が凹設されており、この凹部によって、冷却用の冷媒（冷却水）が通流する冷媒通路１１４が水路カバー１１８との間に形成されている。水路カバー１１８は、図示せぬビス等の固定具により筐体１１０に固定されている。この水路カバー１１８には、冷媒通路１１４へ冷媒を導入する冷媒入口１１２と、冷媒通路１１４から冷媒を排出する冷媒出口１１３と、が設けられている。この冷媒通路１１４は、後述する半導体モジュール５００，コンデンサ９０及びＤＣバスバー９６の設置位置に対応して設けられるとともに、半導体モジュール５００側へ冷媒を流すための貫通孔１１９が形成されている。 The casing 110 has a box shape with two open surfaces, and is integrally formed of an insulating synthetic resin material. As shown in FIG. 7, the housing 110 is provided with a semiconductor housing portion that houses the semiconductor module 500. Further, as shown in FIG. 8, a concave portion (114) is formed on the outer surface side of the wall portion of the casing 110 to which the water channel cover 118 is fixed, and this concave portion allows a cooling refrigerant (cooling water). ) Is formed between the water channel cover 118 and the refrigerant passage 114. The water channel cover 118 is fixed to the housing 110 by a fixing tool such as a screw (not shown). The water channel cover 118 is provided with a refrigerant inlet 112 for introducing the refrigerant into the refrigerant passage 114 and a refrigerant outlet 113 for discharging the refrigerant from the refrigerant passage 114. The refrigerant passage 114 is provided corresponding to the installation positions of the semiconductor module 500, the capacitor 90, and the DC bus bar 96, which will be described later, and a through hole 119 for flowing the refrigerant to the semiconductor module 500 side is formed.

第１，第２，第３半導体モジュール５００ａ〜５００ｃは、筐体１１０の半導体収容部１２０にそれぞれ収容・支持されており、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上下アームの直列回路５０（図２参照）を内蔵している。図９は、一つの半導体モジュール５００を単体で示す斜視図である。各半導体モジュール５００には、上下アームの直列回路５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ５２、ＩＧＢＴ６２、ダイオード５６、ダイオード６６）が内部に封止され、外部接続端子である正極端子５７，負極端子５８及び交流端子５９の他、図２に示す上アームゲート端子５４，上アームエミッタ端子５５，下アームゲート端子６４，及び下アームエミッタ端子６５などの制御信号用の接続端子７０が設けられている。交流端子５９は、それぞれ第１，第２，第３交流バスバー８６（図２参照）に接続されている。 The first, second, and third semiconductor modules 500a to 500c are housed and supported in the semiconductor housing portion 120 of the housing 110, respectively, and series circuits 50 of U-phase, V-phase, and W-phase upper and lower arms (see FIG. 2). FIG. 9 is a perspective view showing a single semiconductor module 500 as a single unit. In each semiconductor module 500, power semiconductor elements (IGBT 52, IGBT 62, diode 56, diode 66) constituting the series circuit 50 of the upper and lower arms are sealed inside, and a positive terminal 57, a negative terminal 58, which are external connection terminals, and In addition to the AC terminal 59, there are provided control signal connection terminals 70 such as the upper arm gate terminal 54, the upper arm emitter terminal 55, the lower arm gate terminal 64, and the lower arm emitter terminal 65 shown in FIG. The AC terminal 59 is connected to the first, second, and third AC bus bars 86 (see FIG. 2), respectively.

半導体モジュール５００の周囲には、冷媒が冷媒通路１１４から貫通孔１１９を通して流れるように構成されており、この冷媒によって、パワー半導体素子で発生する熱が主として半導体モジュール５００の第１放熱面５０２ａ及び第２放熱面５０２ｂ（図９参照）から放熱されるように構成されている。なお、冷媒との接触面積を大きくするため、放熱面５０２ａ、５０２ｂに柱状あるいは板状の放熱フィンを設けるように構成しても良い。 Around the semiconductor module 500, a refrigerant is configured to flow from the refrigerant passage 114 through the through hole 119, and heat generated in the power semiconductor element by the refrigerant mainly causes the first heat dissipation surface 502 a and the second heat radiation surface 502 a of the semiconductor module 500. 2 The heat radiating surface 502b (see FIG. 9) is configured to radiate heat. In addition, in order to increase the contact area with the refrigerant, columnar or plate-shaped heat radiation fins may be provided on the heat radiation surfaces 502a and 502b.

冷媒通路１１４が形成された筐体１１０の壁部の内面は冷却面１１６（図７参照）として構成されており、この冷却面１１６上に、絶縁部材１３０を介して薄板状のＤＣバスバー９６が配置されている。つまり、絶縁部材１３０を介してＤＣバスバー９６が冷却面１１６に接するように配置されている。ＤＣバスバー９６は、板状をなす正極導体板９２と負極導体板９４との間に、同じく薄板状の絶縁部材１３２を挟み込んだ三層構造をなしており、半導体モジュール５００の配置位置を迂回するように、コンデンサ９０の設置位置に対応して配置されている。 An inner surface of the wall portion of the housing 110 in which the refrigerant passage 114 is formed is configured as a cooling surface 116 (see FIG. 7), and a thin plate-like DC bus bar 96 is formed on the cooling surface 116 via an insulating member 130. Has been placed. That is, the DC bus bar 96 is disposed so as to be in contact with the cooling surface 116 through the insulating member 130. The DC bus bar 96 has a three-layer structure in which a thin plate-like insulating member 132 is sandwiched between a plate-like positive electrode conductor plate 92 and a negative electrode conductor plate 94, and bypasses the arrangement position of the semiconductor module 500. As described above, the capacitor 90 is disposed corresponding to the installation position.

ＤＣバスバー９６を構成する正極導体板９２は、半導体モジュール５００ａ〜５００ｃの正極端子５７と電気的に接続されており、また、負極導体板９４は、半導体モジュール５００ａ〜５００ｃの負極端子５８と電気的に接続されている。 The positive conductor plate 92 constituting the DC bus bar 96 is electrically connected to the positive terminals 57 of the semiconductor modules 500a to 500c, and the negative conductor plate 94 is electrically connected to the negative terminals 58 of the semiconductor modules 500a to 500c. It is connected to the.

ＤＣバスバー９６の外観図を図１３に示す。ＤＣバスバー９６を構成する正極導体板９２および負極導体板９４は、配線インダクタンスの低減を目的として、絶縁紙や樹脂などを挟んで互いに密着させ、積層状に構成されることが望ましい。正極導体板９２と負極導体板９４は、バッテリ３０に接続されるバッテリ側電極９２ａ、９２ｂと電気的に接続されている。また、ＤＣバスバー９６には、多数の接続用穴９８ａ、９８ｂが設けられており、ネジ止め等によって、個々のコンデンサ９０の電極と電気的に接続されている。 An external view of the DC bus bar 96 is shown in FIG. It is desirable that the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 constituting the DC bus bar 96 are in close contact with each other with insulating paper or resin sandwiched therebetween for the purpose of reducing wiring inductance. The positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94 are electrically connected to battery side electrodes 92 a and 92 b connected to the battery 30. The DC bus bar 96 is provided with a large number of connection holes 98a and 98b, and is electrically connected to the electrodes of the individual capacitors 90 by screws or the like.

更に、ＤＣバスバー９６には、組付け作業性の向上を図るために、位置決め用の凹部９９が設けられている。この凹部９９に、後述するコンデンサ支持ケース１４０の裏面側に設けられた凸部９９ａを嵌合させることで、両者の位置決めがなされる。 Further, the DC bus bar 96 is provided with a positioning recess 99 in order to improve the assembling workability. The convex part 99a provided in the back surface side of the capacitor | condenser support case 140 mentioned later is fitted by this concave part 99, and both are positioned.

そして本実施例では、後述するように、コンデンサ９０を支持するコンデンサ支持ケース１４０を筐体１１０にネジやボルトなどの固定具１５０（図３参照）により固定することで、ＤＣバスバー９６がコンデンサ支持ケース１４０の底壁部と筐体１１０の冷却面１１６との間に挟み込まれて、このＤＣバスバー９６が冷却面１１６に押さえ付けられて密着した状態で保持・固定されるようになっている。 In this embodiment, as will be described later, the capacitor support case 140 that supports the capacitor 90 is fixed to the casing 110 with a fixing tool 150 (see FIG. 3) such as a screw or a bolt, so that the DC bus bar 96 supports the capacitor. The DC bus bar 96 is sandwiched between the bottom wall portion of the case 140 and the cooling surface 116 of the housing 110 so that the DC bus bar 96 is pressed against and closely attached to the cooling surface 116.

図１２はコンデンサ９０を単体で示す斜視図である。コンデンサ９０の直方体形状の同一形状をなしており、その下端部には電極９１ａ、９１ｂが設けられている。各電極９１ａ、９１ｂは、図３にも示すように、コンデンサ支持ケース１４０に貫通形成された格子状のケース本体１４２を挿通して、正極導体板９２および負極導体板９４にそれぞれ電気的に接続されている。 FIG. 12 is a perspective view showing the capacitor 90 alone. The capacitor 90 has the same rectangular parallelepiped shape, and electrodes 91a and 91b are provided at the lower end thereof. As shown in FIG. 3, the electrodes 91a and 91b are electrically connected to the positive electrode conductor plate 92 and the negative electrode conductor plate 94, respectively, through a grid-like case body 142 formed through the capacitor support case 140. Has been.

図１０〜図１１は、バスバー支持部材兼コンデンサ支持ケース１４０を単体で示す斜視図である。コンデンサ支持ケース１４０は、個々のコンデンサ９０を収容・保持するように内部が格子部１４１により格子状に区画されたボックス形状のケース本体１４２と、このケース本体１４２の外壁部よりも側方へ張り出した複数のボス部１４３と、を有しており、合成樹脂材料により一体的に形成されている。ケース本体１４２には、格子部により格子状に区画された部分にそれぞれコンデンサ９０が嵌合・保持される。なお、コンデンサ９０はコンデンサ支持ケース１４０に対して固定されていることが望ましく、固定具を用いて固定され、あるいはコンデンサ支持ケース１４０内をモールド樹脂で充填することにより固定するようにしても良い。 10 to 11 are perspective views showing the bus bar supporting member / capacitor supporting case 140 alone. The capacitor support case 140 includes a box-shaped case main body 142 whose interior is partitioned into a lattice shape by a lattice portion 141 so as to accommodate and hold the individual capacitors 90, and projects outward from the outer wall portion of the case main body 142. And a plurality of boss portions 143, which are integrally formed of a synthetic resin material. Capacitors 90 are fitted and held in the case body 142 at portions partitioned by a lattice portion in a lattice shape. The capacitor 90 is preferably fixed to the capacitor support case 140, and may be fixed by using a fixture, or may be fixed by filling the capacitor support case 140 with a mold resin.

図３〜図５に示すように、複数のボス部１４３は、ケース本体１４２の三方にわたって適宜間隔毎に設けられており、かつ、ＤＣバスバー９６の側縁部よりも側方へ張り出している。この第１実施例では、コンデンサ９０の周囲に延在するＤＣバスバー９６の側縁部よりも側方へボス部１４３を張り出させるように、一部のボス部１４３が延長部１４４を介してケース本体１４２から大きく側方へ延在している。そして、これら複数のボス部１４３を筐体１１０の底壁部にビスやボルト等の固定具１５０を用いて締結することによって、コンデンサ支持ケース１４０が筐体１１０に堅牢に固定されるととともに、このコンデンサ支持ケース１４０の底壁部によってＤＣバスバー９６が筐体１１０の冷却面１１６に押し付けられた状態で、ＤＣバスバー９６が筐体１１０に固定・保持される。 As shown in FIGS. 3 to 5, the plurality of boss portions 143 are provided at appropriate intervals over the three sides of the case main body 142, and project outward from the side edge of the DC bus bar 96. In the first embodiment, a part of the boss parts 143 are extended via the extension part 144 so that the boss part 143 protrudes to the side rather than the side edge part of the DC bus bar 96 extending around the capacitor 90. The case main body 142 extends to the side. Then, by fastening the plurality of bosses 143 to the bottom wall portion of the housing 110 using a fixing tool 150 such as a screw or a bolt, the capacitor support case 140 is firmly fixed to the housing 110, In a state where the DC bus bar 96 is pressed against the cooling surface 116 of the casing 110 by the bottom wall portion of the capacitor support case 140, the DC bus bar 96 is fixed and held on the casing 110.

以上のように本実施例によれば、筐体１１０にコンデンサ９０を安定的に支持・固定するためのコンデンサ支持ケース１４０を利用し、このコンデンサ支持ケース１４０の底壁部と筐体１１０の冷却面１１６との間にＤＣバスバー９６を挟み込んで、このＤＣバスバー９６を冷却面１１６に押さえ付けて密着させるようにしたために、コンデンサ支持ケース１４０を利用した簡素な構造でありながら、ＤＣバスバー９６の発熱による温度上昇を有効に抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, the capacitor support case 140 for stably supporting and fixing the capacitor 90 to the casing 110 is used, and the bottom wall portion of the capacitor support case 140 and the cooling of the casing 110 are used. Since the DC bus bar 96 is sandwiched between the surface 116 and the DC bus bar 96 is pressed against the cooling surface 116 so as to be in close contact with the surface 116, the DC bus bar 96 has a simple structure using the capacitor support case 140. A temperature rise due to heat generation can be effectively suppressed.

図１３に示すように、ＤＣバスバー９６の中でも、半導体モジュール５００との接続部やバッテリ３０との接続部９２ａ、９２ｂなどの狭窄部では、特に電流の集中により発熱が増大するが、本実施例では、このような狭窄部を含む形で冷媒通路１１４及び冷却面１１６が幅広く形成されており、この冷却面１１６にＤＣバスバー９６を押し付けて密着させる構造となっているために、狭窄部を含めてＤＣバスバー９６を効率よく効果的に冷却することができる。また、ＤＣバスバー９６を挟んでコンデンサ９０も放熱されることから、比較的温度耐性の低いコンデンサ９０の過昇温を抑制し、コンデンサ９０を保護することができる。 As shown in FIG. 13, among the DC bus bars 96, heat generation increases especially in the constricted portions such as the connection portions with the semiconductor module 500 and the connection portions 92a and 92b with the battery 30, due to current concentration. Then, the refrigerant passage 114 and the cooling surface 116 are widely formed so as to include such a narrowed portion, and since the DC bus bar 96 is pressed and adhered to the cooling surface 116, the narrowed portion is included. Thus, the DC bus bar 96 can be efficiently and effectively cooled. In addition, since the capacitor 90 is also radiated with the DC bus bar 96 in between, excessive temperature rise of the capacitor 90 with relatively low temperature resistance can be suppressed, and the capacitor 90 can be protected.

また、本実施例では、コンデンサ支持ケース１４０の格子状に区画された部分に同一形状のコンデンサ９０をそれぞれ支持するようにしたために、個々のコンデンサ９０を安定して支持することができ、コンデンサ９０の耐振性能や信頼性を高めることができるとともに、コンデンサ９０の搭載個数の変更による容量シリーズ化への対応も容易に行うことができ、かつ、コンデンサ９０等の部品の標準化といった効果も期待できる。 Further, in this embodiment, since the capacitors 90 having the same shape are respectively supported on the grid support portions of the capacitor support case 140, the individual capacitors 90 can be stably supported. The vibration resistance performance and reliability of the capacitor 90 can be improved, and it is possible to easily cope with the series of capacitors by changing the number of mounted capacitors 90, and the effect of standardizing parts such as the capacitor 90 can be expected.

更に、本実施例では、複数のコンデンサ９０を支持するコンデンサ支持ケース１４０がＤＣバスバー９６を冷却面に押し付ける機能を兼用していることから、部品点数が少なく形状の自由度も高い。従って、インバータの外形，搭載位置，各種コネクタの位置関係等の要求により設計に変更が生じる場合であっても、自由度の高い設計が可能である。 Furthermore, in the present embodiment, the capacitor support case 140 that supports the plurality of capacitors 90 also functions to press the DC bus bar 96 against the cooling surface, so that the number of parts is small and the degree of freedom in shape is high. Therefore, even when the design is changed due to demands such as the outer shape of the inverter, the mounting position, and the positional relationship between various connectors, a design with a high degree of freedom is possible.

次に、図１４〜図１７を参照して、本発明の第２実施例について説明する。なお、この第２実施例は第１実施例の変形例であるために、第１実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略し、主に第１実施例と異なる部分について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the second embodiment is a modification of the first embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate, and the first embodiment is mainly described. A different part from an example is demonstrated.

この第２実施例では、第１実施例と異なり、コンデンサ９０と半導体モジュール５００とがチャンネル形状をなす筐体１１０内に隔壁部１２１を挟んで対向するように直列に配列され、この隔壁部１２１に、冷媒が流れる冷媒通路１１４が形成された構造となっている。つまり、隔壁部１２１の側面に水路カバー１１８が固定されることで内部に冷媒通路１１４が形成されている。この隔壁部１２１には、冷媒通路１１４へ冷媒を導入する冷媒入口１１２と、冷媒通路１１４から冷媒を排出する冷媒出口１１３と、半導体モジュール５００へ冷媒を通流させるための貫通孔１１９が形成されている。 In the second embodiment, unlike the first embodiment, the capacitor 90 and the semiconductor module 500 are arranged in series so as to face each other with a partition wall 121 interposed in a channel-shaped casing 110. In addition, a refrigerant passage 114 through which the refrigerant flows is formed. That is, the coolant passage 114 is formed inside by fixing the water channel cover 118 to the side surface of the partition wall 121. The partition wall 121 is formed with a refrigerant inlet 112 for introducing the refrigerant into the refrigerant passage 114, a refrigerant outlet 113 for discharging the refrigerant from the refrigerant passage 114, and a through hole 119 for allowing the refrigerant to flow to the semiconductor module 500. ing.

そして、冷媒通路１１４に隣接する筐体１１０の水路カバー１１８の冷却面１１６上に、第１実施例と同様に、ＤＣバスバー９６がコンデンサ支持ケース１４０によって押し付けられた状態で保持されている。 The DC bus bar 96 is held on the cooling surface 116 of the water channel cover 118 of the casing 110 adjacent to the refrigerant passage 114 in a state of being pressed by the capacitor support case 140 as in the first embodiment.

なお、この第２実施例においても、上記の第１実施例と同様の作用効果が得られることに加え、コンデンサ９０と半導体モジュール５００とを直列に配置することで、コンパクトな構成とすることができる。 In the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the capacitor 90 and the semiconductor module 500 can be arranged in series to form a compact configuration. it can.

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、電気自動車の駆動用モータとインバータを一体化したシステムに本発明を適用しているが、同様にして、ハイブリッド自動車や、モータとインバータを別々に構成したシステムへ本発明を適用することも可能である。 As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes. For example, in the above embodiment, the present invention is applied to a system in which a drive motor and an inverter for an electric vehicle are integrated. Similarly, the present invention is applied to a hybrid vehicle and a system in which a motor and an inverter are separately configured. It is also possible to apply.

１２…車輪、１６…デファレンシャルギア、１８…変速機、２０…モータジェネレータ、３０…バッテリ、３２…直流ケーブル、３４…交流ケーブル、３８…直流コネクタ、４０…インバータ装置、４２…インバータ回路、５０…上下アームの直列回路、５２…上アームのＩＧＢＴ、５４…上アームゲート電極、５５…上アームエミッタ電極、５６…上アームのダイオード、５７…正極端子、５８…負極端子、５９…交流端子、６２…下アームのＩＧＢＴ、６４…下アームゲート電極、６５…下アームエミッタ電極、６６…下アームのダイオード、６９…中間電極、７０…制御信号用端子、７２…制御回路、７４…ドライバ回路、８０…電流センサ、８６…交流バスバー、８８…交流コネクタ、９０…コンデンサ、９１ａ…コンデンサ正極端子、９１ｂ…コンデンサ負極端子、９２…正極導体板、９２ａ…正極導体板のバッテリ側電極、９４…負極導体板、９４ａ…負極導体板のバッテリ側電極、９６…ＤＣバスバー、９８ａ、９９ｂ…コンデンサ接続端子、９９…凹部、９９ａ…凸部、１１０…筐体、１１２…冷媒入口、１１３…冷媒出口、１１４…冷媒通路、１１６…バスバー冷却面、１１８…冷媒通路カバー、１３０、１３２…絶縁部材、１４０…コンデンサ支持ケース、１５０…固定部材、５００…半導体モジュール、５００ａ…Ｕ相半導体モジュール、５００ｂ…Ｖ相半導体モジュール、５００ｃ…Ｗ相半導体モジュール、５０２ａ…半導体モジュールの第１放熱面、５０２ｂ…半導体モジュールの第２放熱面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Wheel, 16 ... Differential gear, 18 ... Transmission, 20 ... Motor generator, 30 ... Battery, 32 ... DC cable, 34 ... AC cable, 38 ... DC connector, 40 ... Inverter device, 42 ... Inverter circuit, 50 ... Series of upper and lower arms, 52 ... IGBT of upper arm, 54 ... upper arm gate electrode, 55 ... upper arm emitter electrode, 56 ... upper arm diode, 57 ... positive terminal, 58 ... negative terminal, 59 ... AC terminal, 62 IGBT of lower arm, 64 ... Lower arm gate electrode, 65 ... Lower arm emitter electrode, 66 ... Lower arm diode, 69 ... Intermediate electrode, 70 ... Control signal terminal, 72 ... Control circuit, 74 ... Driver circuit, 80 ... Current sensor, 86 ... AC bus bar, 88 ... AC connector, 90 ... Capacitor, 91a ... Capacitor positive terminal 91b: Capacitor negative terminal, 92 ... Positive electrode conductor plate, 92a ... Battery side electrode of positive electrode conductor plate, 94 ... Negative electrode conductor plate, 94a ... Battery side electrode of negative electrode conductor plate, 96 ... DC bus bar, 98a, 99b ... Capacitor connection Terminal 99, concave portion 99 a, convex portion 110, housing 112, refrigerant inlet, 113 refrigerant outlet, 114 refrigerant passage, 116 bus bar cooling surface 118 refrigerant cover, 130, 132 insulating member, 140 ... capacitor support case, 150 ... fixing member, 500 ... semiconductor module, 500a ... U phase semiconductor module, 500b ... V phase semiconductor module, 500c ... W phase semiconductor module, 502a ... first heat dissipation surface of the semiconductor module, 502b ... semiconductor Module second heat dissipation surface

Claims

A thin bus bar for supplying power to the power conversion circuit;
A capacitor electrically connected to the power conversion circuit;
A housing provided with a cooling surface that accommodates the bus bar and the condenser and is adjacent to the refrigerant passage through which the refrigerant flows;
A capacitor support case that supports the capacitor and is fixed to the housing;
Have
The capacitor support case is integrally formed with an extension extending laterally from the bottom wall of the capacitor support case,
The capacitor support case is fixed to the casing with a bus bar sandwiched between an extension of the capacitor support case and a cooling surface of the casing.

The power converter according to claim 1, wherein a thin plate-like insulating member is interposed between the bus bar and the cooling surface.

The power converter according to claim 1 or 2, wherein a plurality of capacitors having the same shape are supported on the capacitor support case.

The power converter according to claim 3, wherein the capacitor support case is partitioned in a lattice shape so as to support the plurality of capacitors.

The capacitor support case has a plurality of boss portions projecting laterally from the side edge portion of the bus bar, and the plurality of boss portions and the housing are fixed by a plurality of fixtures. The power converter according to claim 1, wherein the bus bar is held in a state of being pressed against the cooling surface.

The power converter according to claim 1, wherein the capacitor support case and the bus bar are provided with a convex portion and a concave portion for positioning to be fitted to each other.