JP6036585B2 - Power converter - Google Patents

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本発明は、変圧回路に接続した変圧バスバーと、インバータ回路に接続した交流出力バスバーとを有する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter having a transformer bus bar connected to a transformer circuit and an AC output bus bar connected to an inverter circuit.
例えば直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、半導体素子を内蔵した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールに接続した複数本のバスバーとを備えるものが知られている(下記特許文献1参照)。この電力変換装置では、上記半導体モジュールを用いて、直流電源の電圧を変圧する変圧回路と、変圧後の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とを構成してある。   For example, a power conversion device that performs power conversion between DC power and AC power is known that includes a plurality of semiconductor modules incorporating semiconductor elements and a plurality of bus bars connected to the semiconductor modules. (See Patent Document 1 below). In this power converter, the semiconductor module is used to form a transformer circuit that transforms the voltage of the DC power source and an inverter circuit that converts the transformed DC voltage into an AC voltage.
上記バスバーには、変圧回路を構成する半導体モジュールに接続した変圧バスバーと、インバータ回路を構成する半導体モジュールに接続した交流出力バスバーとがある。それぞれのバスバーには電流センサが取り付けられている。   The bus bar includes a transformer bus bar connected to the semiconductor module constituting the transformer circuit and an AC output bus bar connected to the semiconductor module constituting the inverter circuit. A current sensor is attached to each bus bar.
特開2010−115061号公報JP 2010-115061 A
しかしながら、上記電力変換装置は、変圧バスバーと交流出力バスバーとの2種類のバスバーのうち、一方のバスバーの温度が特に上昇しやすいという問題がある。すなわち、変圧回路とインバータ回路とは、流れる電流の量が互いに異なるため、変圧回路に接続した変圧バスバーと、インバータ回路に接続した交流出力バスバーとは、電流密度が互いに異なる。そのため、電流密度が高いバスバーは、抵抗熱がより多く発生して温度が上昇しやすい。バスバーの温度が上昇すると、このバスバーの電流を測定する電流センサに熱が伝わり、該電流センサの温度が上昇して寿命が短くなる。   However, the power conversion device has a problem that the temperature of one of the two types of bus bars, that is, the transformer bus bar and the AC output bus bar, is particularly likely to rise. That is, since the amount of flowing current is different between the transformer circuit and the inverter circuit, the current density is different between the transformer bus bar connected to the transformer circuit and the AC output bus bar connected to the inverter circuit. For this reason, a bus bar having a high current density is likely to generate more resistance heat and to rise in temperature. When the temperature of the bus bar rises, heat is transferred to the current sensor that measures the current of the bus bar, the temperature of the current sensor rises and the life is shortened.
また、上記電力変換装置は、電流密度が高くなりやすいバスバーの温度上昇を抑制するために、このバスバーの通電断面積を大きくしたり、電流センサの温度上昇を抑制するために、上記バスバーと電流センサとのクリアランスを拡大したりする必要がある。そのため、電力変化装置が大型化したり、製造コストが上昇したりしやすい。   In addition, the power converter is configured to increase the current cross-sectional area of the bus bar in order to suppress the temperature rise of the bus bar, which tends to increase the current density, and to suppress the current increase of the current sensor. It is necessary to increase the clearance with the sensor. For this reason, the power changing device is likely to be large and the manufacturing cost is likely to increase.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、電流密度が高いバスバーの温度上昇を抑制でき、製造コストの低減および小型化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can suppress an increase in the temperature of a bus bar having a high current density, and that can be reduced in manufacturing cost and reduced in size.
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出した複数の半導体モジュールと、
上記パワー端子に接続した複数本のバスバーとを備え、
上記複数の半導体モジュールは、各々の上記パワー端子を同一方向に向けた状態で積層されており、
上記半導体モジュールによって、直流電源の電圧を変圧する変圧回路と、変圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とを構成してあり、
上記複数本のバスバーは、それぞれの一部を封止した封止部材によって一体化されており、上記バスバーには、上記変圧回路を構成する上記半導体モジュールに接続した変圧バスバーと、上記インバータ回路を構成する上記半導体モジュールに接続した交流出力バスバーとがあり、上記変圧バスバーと上記交流出力バスバーとは、電流密度が互いに異なり、
上記パワー端子の突出方向から見たときに、上記変圧バスバーと上記交流出力バスバーとが、上記封止部材内において交差していることを特徴とする電力変換装置にある。
One aspect of the present invention is a plurality of semiconductor modules in which power terminals protrude from a body portion incorporating a semiconductor element;
A plurality of bus bars connected to the power terminal,
The plurality of semiconductor modules are stacked in a state where each of the power terminals faces in the same direction,
The semiconductor module constitutes a transformer circuit that transforms the voltage of the DC power supply and an inverter circuit that converts the transformed DC voltage into an AC voltage.
The plurality of bus bars are integrated by a sealing member that seals a part of each of the bus bars, and the bus bar includes a transformer bus bar connected to the semiconductor module constituting the transformer circuit, and the inverter circuit. There is an AC output bus bar connected to the semiconductor module to be configured, and the transformer bus bar and the AC output bus bar have different current densities,
When viewed from the protruding direction of the power terminal, the transformer bus bar and the AC output bus bar intersect each other in the sealing member.
上記電力変換装置においては、複数本のバスバーを封止部材によって封止し、一体化してある。そして、上記突出方向から見たときに、上記変圧バスバーと交流出力バスバーとが、封止部材内において交差するよう構成してある。
そのため、変圧バスバーと交流出力バスバーとを、封止部材内において互いに接近させることができる。したがって、これら2種類のバスバーのうち、電流密度が高く温度が相対的に高くなりやすいバスバーから、電流密度が低く温度が相対的に低くなりやすいバスバーへ、封止部材を介して熱が伝達されやすくなる。つまり、電流密度が高いバスバーを、電流密度が低いバスバーを使って冷却することが可能になる。そのため、電流密度が高いバスバーから電流センサに伝わる熱の量を低減でき、該電流センサの温度上昇を抑制することができる。したがって、電流センサの寿命が低下する不具合を抑制できる。
In the power converter, a plurality of bus bars are sealed with a sealing member and integrated. And when it sees from the said protrusion direction, the said transforming bus bar and the alternating current output bus bar are comprised so that it may cross | intersect in a sealing member.
Therefore, the transformer bus bar and the AC output bus bar can be brought close to each other in the sealing member. Therefore, of these two types of bus bars, heat is transferred via a sealing member from a bus bar having a high current density and a temperature that tends to be relatively high to a bus bar having a low current density and a temperature that tends to be relatively low. It becomes easy. That is, a bus bar having a high current density can be cooled using a bus bar having a low current density. Therefore, the amount of heat transferred from the bus bar having a high current density to the current sensor can be reduced, and the temperature rise of the current sensor can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a problem that the lifetime of the current sensor is reduced.
また、上記電力変換装置は、電流密度が高いバスバーを冷却できるため、このバスバーと電流センサとのクリアランスを狭くすることができる。そのため、電力変換装置を小型化しやすい。また、上記電力変換装置は、電流密度が高くなりやすいバスバーの通電断面積を無理に大きくする必要がないため、バスバーを小型化できる。そのため、電力変換装置をより小型化できると共に、製造コストの低減が可能になる。   Moreover, since the said power converter device can cool a bus bar with a high current density, the clearance of this bus bar and a current sensor can be narrowed. Therefore, it is easy to reduce the size of the power conversion device. Further, the power conversion device does not need to forcibly increase the current cross-sectional area of the bus bar, which tends to increase the current density, and thus the bus bar can be reduced in size. Therefore, the power conversion device can be further downsized and the manufacturing cost can be reduced.
以上のごとく、本発明によれば、電流密度が高いバスバーの温度上昇を抑制でき、製造コストの低減および小型化が可能な電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power conversion device that can suppress an increase in temperature of a bus bar having a high current density, and that can be reduced in manufacturing cost and reduced in size.
実施例1における、電力変換装置の平面図。The top view of the power converter device in Example 1. FIG. 実施例1における、バスバーモジュールの一部透視斜視図。FIG. 3 is a partially transparent perspective view of the bus bar module in the first embodiment. 実施例1における、バスバーモジュールの拡大平面図。FIG. 3 is an enlarged plan view of the bus bar module in the first embodiment. 図1のIV-IV断面図。IV-IV sectional drawing of FIG. 図1のV-V断面図V-V cross section of Fig. 1 図1の要部拡大図。The principal part enlarged view of FIG. 実施例1における、電力変換装置の回路図。The circuit diagram of the power converter device in Example 1. FIG. 実施例2における、電力変換装置の要部拡大平面図。The principal part enlarged plan view of the power converter device in Example 2. FIG.
上記変圧バスバーと上記交流出力バスバーとが交差している部位において、上記変圧バスバーと上記交流出力バスバーとの少なくとも一方のバスバーは、その主表面が他方のバスバーに対向していることが好ましい。
この場合には、一方のバスバーの主表面が他方のバスバーに対向しているため、これら2種類のバスバーの間で熱の伝導が起きやすくなる。そのため、電流密度が高いバスバーの温度上昇を効果的に抑制できる。
なお、上記「主表面」とは、バスバーにおける該当箇所の面のうち最も面積が大きい面を意味する。
It is preferable that at least one bus bar of the transformer bus bar and the AC output bus bar is opposed to the other bus bar at a portion where the transformer bus bar and the AC output bus bar intersect.
In this case, since the main surface of one bus bar faces the other bus bar, heat conduction is likely to occur between these two types of bus bars. Therefore, the temperature rise of the bus bar having a high current density can be effectively suppressed.
The “main surface” means the surface having the largest area among the surfaces of the corresponding part in the bus bar.
(実施例1)
上記電力変換装置に係る実施例について、図1〜図7を用いて説明する。図1に示すごとく、本例の電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2と、複数本のバスバー4,5とを備える。半導体モジュール2は、半導体素子20(図7参照)を内蔵した本体部21と、該本体部21から突出したパワー端子22とを有する。バスバー4,5は、パワー端子22に接続している。また、本例では、複数の半導体モジュール2と複数の冷却管3とを交互に積層して、積層体10を構成してある。
Example 1
The Example which concerns on the said power converter device is described using FIGS. As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 of this example includes a plurality of semiconductor modules 2 and a plurality of bus bars 4 and 5. The semiconductor module 2 includes a main body portion 21 in which a semiconductor element 20 (see FIG. 7) is built, and a power terminal 22 protruding from the main body portion 21. The bus bars 4 and 5 are connected to the power terminal 22. In this example, the laminated body 10 is configured by alternately laminating a plurality of semiconductor modules 2 and a plurality of cooling pipes 3.
図7に示すごとく、半導体モジュール2によって、直流電源7の電圧を変圧する変圧回路11と、変圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路12とを構成してある。   As shown in FIG. 7, the semiconductor module 2 constitutes a transformer circuit 11 that transforms the voltage of the DC power source 7 and an inverter circuit 12 that converts the transformed DC voltage into an AC voltage.
図2、図6に示すごとく、複数本のバスバー4,5は、それぞれの一部を封止する封止部材6によって一体化されている。バスバー4,5には、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bに接続した変圧バスバー4と、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aに接続した交流出力バスバー5とがある。変圧バスバー4と交流出力バスバー5とは、電流密度が互いに異なる。
そして、パワー端子22の突出方向(Z方向)から見たときに、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とが、封止部材6内において交差するよう構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 6, the plurality of bus bars 4 and 5 are integrated by a sealing member 6 that seals a part of each. The bus bars 4 and 5 include a transformer bus bar 4 connected to the semiconductor module 2 b constituting the transformer circuit 11 and an AC output bus bar 5 connected to the semiconductor module 2 a constituting the inverter circuit 12. The transformer bus bar 4 and the AC output bus bar 5 have different current densities.
The transformer bus bar 4 and the AC output bus bar 5 are configured to intersect within the sealing member 6 when viewed from the protruding direction (Z direction) of the power terminal 22.
本例の電力変換装置1は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。   The power conversion device 1 of this example is a vehicle-mounted power conversion device to be mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
図7に示すごとく、本例の変圧回路11は、直流電源7の直流電圧を昇圧するための昇圧回路11aである。この昇圧回路11aによって昇圧した直流電圧を、インバータ回路12を使って交流電圧に変換し、三相交流モータ71を駆動するよう構成されている。また、本例の電力変換装置1は、回生回路13を有する。走行中の車両を制動する際に、発電機77を使って発電し、得られた交流電力を回生回路13によって直流電力に変換して、直流電源7を充電するよう構成されている。回生回路13も、上記半導体モジュール2によって形成されている。   As shown in FIG. 7, the transformer circuit 11 of this example is a booster circuit 11 a for boosting the DC voltage of the DC power supply 7. The DC voltage boosted by the booster circuit 11a is converted into an AC voltage using the inverter circuit 12, and the three-phase AC motor 71 is driven. Further, the power conversion device 1 of this example includes a regenerative circuit 13. When braking the running vehicle, the generator 77 is used to generate electric power, and the AC power obtained is converted into DC power by the regenerative circuit 13 to charge the DC power supply 7. The regenerative circuit 13 is also formed by the semiconductor module 2.
図6に示すごとく、回生回路13を構成する半導体モジュール2cに、回生バスバー8(8a〜8c)が接続している。本例では、これら3本の回生バスバー8(8a〜8c)と、上記変圧バスバー4と、3本の交流出力バスバー5(5a〜5c)とを、封止部材6によって封止し、バスバーモジュール60を構成してある。   As shown in FIG. 6, the regenerative bus bar 8 (8 a to 8 c) is connected to the semiconductor module 2 c constituting the regenerative circuit 13. In this example, these three regenerative bus bars 8 (8a to 8c), the above-described transformer bus bar 4, and the three AC output bus bars 5 (5a to 5c) are sealed by a sealing member 6, and a bus bar module 60 is configured.
本例における、変圧バスバー4の電流密度は、交流出力バスバー5の電流密度の1/4程度である。そのため、変圧バスバー4は抵抗熱があまり発生せず、温度が上昇しにくい。交流出力バスバー5は、電流密度が高いため、抵抗熱が発生して温度が上昇しやすい。また、回生バスバー8の電流密度は、交流出力バスバー5の半分程度である。そのため、回生バスバー8も、温度があまり高くならない。   In this example, the current density of the transformer bus bar 4 is about ¼ of the current density of the AC output bus bar 5. Therefore, the transformer bus bar 4 does not generate much resistance heat, and the temperature does not easily rise. Since the AC output bus bar 5 has a high current density, resistance heat is generated and the temperature easily rises. Further, the current density of the regenerative bus bar 8 is about half that of the AC output bus bar 5. For this reason, the temperature of the regenerative bus bar 8 does not become too high.
一方、本例の電力変換装置1は、図1、図4、図5に示すごとく、積層体10を収容するケース17を備える。このケース17に、平滑コンデンサ73と、昇圧用のリアクトル72と、フィルタコンデンサ78と、制御回路基板79が収容されている。   On the other hand, the power converter device 1 of this example includes a case 17 that houses the laminate 10 as shown in FIGS. 1, 4, and 5. The case 17 accommodates a smoothing capacitor 73, a boosting reactor 72, a filter capacitor 78, and a control circuit board 79.
また、半導体モジュール2は、それぞれ3本のパワー端子22と、制御端子23とを備える。図5、図6に示すごとく、パワー端子22には、直流電圧が加わる正極端子22aおよび負極端子22bと、交流端子22cとがある。正極端子22aおよび負極端子22bは、図示しない直流用バスバーを介して、平滑コンデンサ73に電気接続している。交流端子22cには、上記バスバー4,5,8が接続している。また、制御端子23は、制御回路基板79に接続している。この制御回路基板79によって、半導体モジュール2のスイッチング動作を制御している。   Each semiconductor module 2 includes three power terminals 22 and a control terminal 23. As shown in FIGS. 5 and 6, the power terminal 22 includes a positive terminal 22a and a negative terminal 22b to which a direct current voltage is applied, and an alternating current terminal 22c. The positive electrode terminal 22a and the negative electrode terminal 22b are electrically connected to the smoothing capacitor 73 via a DC bus bar (not shown). The bus bars 4, 5, and 8 are connected to the AC terminal 22c. The control terminal 23 is connected to the control circuit board 79. This control circuit board 79 controls the switching operation of the semiconductor module 2.
また、図1に示すごとく、ケース17内には、加圧部材18(板ばね)が設けられている。この加圧部材18を用いて、積層体10を積層方向(X方向)へ押圧し、ケース壁部170に押し当てている。これにより、半導体モジュール2と冷却管3との接触圧を確保しつつ、積層体10をケース17内に固定している。   Further, as shown in FIG. 1, a pressure member 18 (plate spring) is provided in the case 17. Using this pressing member 18, the laminate 10 is pressed in the stacking direction (X direction) and pressed against the case wall 170. Thereby, the laminated body 10 is fixed in the case 17 while ensuring a contact pressure between the semiconductor module 2 and the cooling pipe 3.
X方向に隣り合う2つの冷却管3同士は、X方向とZ方向との双方に直交する幅方向(Y方向)における両端にて、連結管19によって連結されている。また、複数の冷却管3のうち、X方向における一端に位置する冷却管3には、冷媒16を導入するための導入管14と、冷媒16を導出するための導出管15とを接続してある。導入管14から冷媒16を導入すると、冷媒16は連結管19を通って全ての冷却管3内を流れ、導出管15から導出する。これにより、半導体モジュール2を冷却するよう構成されている。   Two cooling pipes 3 adjacent to each other in the X direction are connected by connecting pipes 19 at both ends in the width direction (Y direction) orthogonal to both the X direction and the Z direction. In addition, among the plurality of cooling pipes 3, the cooling pipe 3 positioned at one end in the X direction is connected with an introduction pipe 14 for introducing the refrigerant 16 and an outlet pipe 15 for leading out the refrigerant 16. is there. When the refrigerant 16 is introduced from the introduction pipe 14, the refrigerant 16 flows through all the cooling pipes 3 through the connecting pipe 19 and is led out from the outlet pipe 15. Thereby, the semiconductor module 2 is configured to be cooled.
図6に示すごとく、複数の半導体モジュール2のうち、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aは、X方向において、導入管14及び導出管15から最も離れた位置に配されている。また、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bは、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aよりも、導入管14及び導出管15に近い位置に配されている。そして、回生回路13を構成する半導体モジュール2cは、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bよりも、導入管14及び導出管15に近い位置に配されている。   As shown in FIG. 6, among the plurality of semiconductor modules 2, the semiconductor module 2 a constituting the inverter circuit 12 is arranged at a position farthest from the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 in the X direction. Further, the semiconductor module 2 b constituting the transformer circuit 11 is arranged closer to the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 than the semiconductor module 2 a constituting the inverter circuit 12. The semiconductor module 2 c constituting the regenerative circuit 13 is arranged closer to the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 than the semiconductor module 2 b constituting the transformer circuit 11.
一方、本例では図1に示すごとく、交流出力バスバー5a〜5cに、導電板51をそれぞれ接続してある。そして、ケース17のコネクタ挿入孔171(図5参照)から図示しないコネクタを挿入して、このコネクタを導電板51に接続するよう構成されている。導電板51には、電流センサ52を取り付けてある。電流センサ52を用いて、交流出力バスバー5に流れる電流を検出している。   On the other hand, in this example, as shown in FIG. 1, conductive plates 51 are connected to the AC output bus bars 5a to 5c, respectively. Then, a connector (not shown) is inserted from the connector insertion hole 171 (see FIG. 5) of the case 17, and this connector is connected to the conductive plate 51. A current sensor 52 is attached to the conductive plate 51. A current flowing through the AC output bus bar 5 is detected using the current sensor 52.
また、回生バスバー8にも同様に、導電板81を接続してある。この導電板81に、図示しないコネクタを接続するよう構成されている。導電板81には、電流センサ82を取り付けてある。この電流センサ82を用いて、回生バスバー8を流れる電流を検出している。   Similarly, a conductive plate 81 is connected to the regenerative bus bar 8. A connector (not shown) is connected to the conductive plate 81. A current sensor 82 is attached to the conductive plate 81. Using this current sensor 82, the current flowing through the regenerative bus bar 8 is detected.
図2に示すごとく、交流出力バスバー5は、半導体モジュール2のパワー端子22に接続するモジュール接続側部分53と、導電板51に接続する導電板接続側部分55と、これらモジュール接続側部分53および導電板接続側部分55を繋ぐ連結部54とを備える。連結部54は、封止部材6によって封止されている。   As shown in FIG. 2, the AC output bus bar 5 includes a module connection side portion 53 connected to the power terminal 22 of the semiconductor module 2, a conductive plate connection side portion 55 connected to the conductive plate 51, the module connection side portion 53, and And a connecting portion 54 that connects the conductive plate connection side portions 55. The connecting portion 54 is sealed by the sealing member 6.
モジュール接続側部分53の主面S4は、X方向に直交している。連結部54は、封止部材6中において、斜め方向に延出するよう折り曲げられている。また、導電板接続側部分55は、連結部54からZ方向に突出し、その先端550がY方向に突出している。この先端550に、上述した導電板51をボルト締結するよう構成されている。   The main surface S4 of the module connection side portion 53 is orthogonal to the X direction. The connecting portion 54 is bent in the sealing member 6 so as to extend in an oblique direction. Further, the conductive plate connection side portion 55 protrudes from the connecting portion 54 in the Z direction, and the tip 550 protrudes in the Y direction. The conductive plate 51 described above is bolted to the tip 550.
回生バスバー8も同様の構造をしている。すなわち、本例の回生バスバー8は、半導体モジュール2のパワー端子22に接続するモジュール接続側部分83と、導電板81に接続する導電板接続側部分85と、これらモジュール接続側部分83および導電板接続側部分85を繋ぐ連結部84とを備える。連結部84は、封止部材6によって封止されている。   The regenerative bus bar 8 has the same structure. That is, the regenerative bus bar 8 of this example includes a module connection side portion 83 connected to the power terminal 22 of the semiconductor module 2, a conductive plate connection side portion 85 connected to the conductive plate 81, the module connection side portion 83 and the conductive plate. And a connecting portion 84 that connects the connection side portions 85. The connecting portion 84 is sealed by the sealing member 6.
また、変圧バスバー4は、半導体モジュール2のパワー端子22に接続するモジュール接続側部分40と、該モジュール接続側部分40に連なり上記積層方向(X方向)に延びる積層方向延出部41と、該積層方向延出部41から上記幅方向(Y方向)に延びる幅方向延出部42と、該幅方向延出部42からX方向における交流出力バスバー5側に延びるリアクトル接続部43とを有する。積層方向延出部41は、その主表面S1がZ方向に直交する第1部分41aと、主表面S2がY方向に直交する第2部分41bとを有する。Z方向から見たときに、変圧バスバー4の第1部分41aと、交流出力バスバー5の連結部54とが交差するよう構成されている。   The transformer bus bar 4 includes a module connection side portion 40 connected to the power terminal 22 of the semiconductor module 2, a stacking direction extending portion 41 extending in the stacking direction (X direction) connected to the module connection side portion 40, and It has the width direction extension part 42 extended in the said width direction (Y direction) from the lamination direction extension part 41, and the reactor connection part 43 extended from this width direction extension part 42 to the alternating current output bus-bar 5 side in a X direction. The extending portion 41 in the stacking direction has a first portion 41a whose main surface S1 is orthogonal to the Z direction and a second portion 41b whose main surface S2 is orthogonal to the Y direction. When viewed from the Z direction, the first portion 41a of the transformer bus bar 4 and the connecting portion 54 of the AC output bus bar 5 are configured to intersect each other.
幅方向延出部42の主面S3は、X方向に直交している。また、リアクトル接続部43の先端430には、図4に示すごとく、リアクトル72の端子720が接続する。リアクトル接続部43には、電流センサ44が取り付けられている。   The main surface S3 of the width direction extending portion 42 is orthogonal to the X direction. Further, as shown in FIG. 4, a terminal 720 of the reactor 72 is connected to the tip 430 of the reactor connection portion 43. A current sensor 44 is attached to the reactor connection portion 43.
本例の作用効果について説明する。図1に示すごとく、本例では、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とを封止部材6によって封止し、一体化してある。そして、Z方向から見たときに、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とが、封止部材6内において交差するよう構成してある。
そのため、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とを封止部材6において互いに接近させることができる。したがって、電流密度が高く温度が高くなりやすい交流出力バスバー5から、電流密度が低く温度が低くなりやすい変圧バスバー4へ、封止部材6を介して熱伝達されやすくなる。つまり、温度が相対的に高くなりやすい交流出力バスバー5を、温度が相対的に低くなりやすい変圧バスバー4を使って冷却することが可能になる。そのため、交流出力バスバー5から電流センサ52に伝わる熱の量を低減でき、該電流センサ52の温度上昇を抑制することが可能になる。したがって、電流センサ52の寿命が低下する不具合を抑制できる。
The effect of this example will be described. As shown in FIG. 1, in this example, the transformer bus bar 4 and the AC output bus bar 5 are sealed by a sealing member 6 and integrated. Then, the transformer bus bar 4 and the AC output bus bar 5 are configured to intersect within the sealing member 6 when viewed from the Z direction.
Therefore, the transformer bus bar 4 and the AC output bus bar 5 can be brought close to each other in the sealing member 6. Therefore, heat is easily transferred via the sealing member 6 from the AC output bus bar 5 whose current density is high and the temperature tends to be high to the transformer bus bar 4 whose current density is low and the temperature is likely to be low. That is, the AC output bus bar 5 whose temperature tends to be relatively high can be cooled using the transformer bus bar 4 whose temperature tends to be relatively low. Therefore, the amount of heat transferred from the AC output bus bar 5 to the current sensor 52 can be reduced, and the temperature rise of the current sensor 52 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a problem that the life of the current sensor 52 is reduced.
また、本例の電力変換装置1は、電流密度が高い交流出力バスバー5を冷却できるため、この交流出力バスバー5と電流センサ52とのクリアランスを狭くすることができる。そのため、電力変換装置1を小型化しやすくなる。また、本例の電力変換装置1は、交流出力バスバー5の通電断面積を無理に大きくする必要がないため、交流出力バスバー5を小型化できる。そのため、電力変換装置1をより小型化できると共に、製造コストの低減が可能になる。   Moreover, since the power converter device 1 of this example can cool the alternating current output bus bar 5 with a high current density, the clearance between the alternating current output bus bar 5 and the current sensor 52 can be narrowed. Therefore, it becomes easy to reduce the size of the power conversion device 1. Moreover, since the power converter device 1 of this example does not need to increase the energization cross-sectional area of the AC output bus bar 5 forcibly, the AC output bus bar 5 can be reduced in size. Therefore, the power converter 1 can be further downsized and the manufacturing cost can be reduced.
また、本例では図2に示すごとく、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とが交差している部位において、変圧バスバー4の主表面S1は、交流出力バスバー5に対向している。
そのため、交流出力バスバー5から発生した熱を、変圧バスバー4が受け取りやすくなる。したがって、交流出力バスバー5の温度上昇をより効果的に抑制できる。
Further, in this example, as shown in FIG. 2, the main surface S <b> 1 of the transforming bus bar 4 faces the alternating current output bus bar 5 at a portion where the transforming bus bar 4 and the alternating current output bus bar 5 intersect.
Therefore, the transformer bus bar 4 can easily receive the heat generated from the AC output bus bar 5. Therefore, the temperature rise of the AC output bus bar 5 can be more effectively suppressed.
また、上記構成にすると、上記主表面S1をY方向に直交させた場合と比較して、変圧バスバー4と交流出力バスバー5とが交差している部位における、封止部材6のZ方向長さを短くすることができる。そのため、バスバーモジュール60をより小型化することが可能になる。   In addition, with the above configuration, the length of the sealing member 6 in the Z direction at a portion where the transforming bus bar 4 and the AC output bus bar 5 intersect as compared with the case where the main surface S1 is orthogonal to the Y direction. Can be shortened. Therefore, the bus bar module 60 can be further downsized.
また、図6に示すごとく、本例では、複数の冷却管3のうちX方向における一端に位置する冷却管3aに、導入管14と導出管15とを取り付けてある。X方向に隣り合う冷却管3同士は、Y方向における両端部にて、互いの間に冷媒16が流れるよう連結されている。そして、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bは、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aよりも、X方向において導入管14および導出管15に近い位置に配されている。
このようにすると、温度が高くなりやすい交流出力バスバー5を、変圧バスバー4を使って、より冷却しやすくなる。すなわち、上述のように冷却管3aに導入管14および導出管15を取り付け、X方向に隣り合う冷却管3同士を連結した場合、導入管14から冷媒16を導入すると、冷媒16は、連結した部位を通って複数の冷却管3に分かれて流れ、導出管15から導出する。そのため、導入管14及び導出管15に近い冷却管3ほど冷媒16の圧力損失が低く、冷媒16が速く流れ、冷却効率が高くなる。したがって、導入管及び導出管に近い位置に、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bを配置することにより、この半導体モジュール2bの冷却効率を高めることができ、該半導体モジュール2bに接続する変圧バスバー4も効率的に冷却することができる。そのため、温度が高くなりやすい交流出力バスバー5から、変圧バスバー4へ熱伝導が起きやすくなり、交流出力バスバー5をより効果的に冷却することが可能になる。
Further, as shown in FIG. 6, in this example, the introduction pipe 14 and the outlet pipe 15 are attached to the cooling pipe 3 a located at one end in the X direction among the plurality of cooling pipes 3. The cooling pipes 3 adjacent to each other in the X direction are connected so that the refrigerant 16 flows between them at both ends in the Y direction. And the semiconductor module 2b which comprises the transformer circuit 11 is distribute | arranged to the position close | similar to the inlet tube 14 and the derivation | leading-out pipe 15 in the X direction rather than the semiconductor module 2a which comprises the inverter circuit 12.
If it does in this way, it becomes easy to cool the alternating current output bus bar 5 which tends to become high temperature using the transformation bus bar 4. That is, when the introduction pipe 14 and the outlet pipe 15 are attached to the cooling pipe 3a as described above and the cooling pipes 3 adjacent to each other in the X direction are connected, when the refrigerant 16 is introduced from the introduction pipe 14, the refrigerant 16 is connected. It flows into the plurality of cooling pipes 3 through the portion and is led out from the outlet pipe 15. Therefore, the cooling pipe 3 closer to the introduction pipe 14 and the outlet pipe 15 has a lower pressure loss of the refrigerant 16, the refrigerant 16 flows faster, and the cooling efficiency becomes higher. Therefore, by arranging the semiconductor module 2b constituting the transformer circuit 11 at a position close to the introduction pipe and the lead-out pipe, the cooling efficiency of the semiconductor module 2b can be increased, and the transformer bus bar 4 connected to the semiconductor module 2b. Can also be cooled efficiently. Therefore, heat conduction is likely to occur from the AC output bus bar 5 where the temperature is likely to rise to the transformer bus bar 4, and the AC output bus bar 5 can be cooled more effectively.
また、図6に示すごとく、本例の変圧バスバー4は、積層方向延出部41と、幅方向延出部42と、リアクトル接続部43とを備える。積層方向延出部41は、X方向に延出しており、Z方向から見たときに交流出力バスバー5と交差している。幅方向延出部42は、積層方向延出部41からY方向に延出している。リアクトル接続部43は、幅方向延出部42からX方向における交流出力バスバー5側に延出している。リアクトル接続部43の先端にリアクトル72が接続される。
このようにすると、交流出力バスバー5と変圧バスバー4とのノイズ干渉を抑制しやすくなる。すなわち、変圧バスバー4には、連結部54と略平行であり該連結部54と誘導結合しやすい部位(幅方向延出部42)が形成されている。そのため、仮に幅方向延出部42を連結部54に近い位置に形成したとすると、幅方向延出部42を流れる電流によって該幅方向延出部42の周囲に発生した交流磁界を受けて、連結部54にノイズ電流が誘起されやすくなる。また、連結部54に交流電流が流れると、その周囲に交流磁界が発生するため、この影響を受けて、幅方向延出部42にもノイズ電流が誘起されやすくなる。しかしながら、本例では、幅方向延出部42に連なるリアクトル接続部43をX方向における交流出力バスバー5側に延出できるほど、幅方向延出部42を交流出力バスバー5から遠ざけてある。そのため、幅方向延出部42と連結部54とが誘導結合しにくくなり、これらにノイズ電流が発生しにくくなる。
As shown in FIG. 6, the transformer bus bar 4 of this example includes a stacking direction extending portion 41, a width direction extending portion 42, and a reactor connecting portion 43. The stacking direction extending portion 41 extends in the X direction and intersects the AC output bus bar 5 when viewed from the Z direction. The width direction extending part 42 extends from the stacking direction extending part 41 in the Y direction. Reactor connecting portion 43 extends from width extending portion 42 to the AC output bus bar 5 side in the X direction. A reactor 72 is connected to the tip of the reactor connection portion 43.
This makes it easier to suppress noise interference between the AC output bus bar 5 and the transformer bus bar 4. That is, the transformer bus bar 4 is formed with a portion (width extending portion 42) that is substantially parallel to the connecting portion 54 and easily inductively coupled to the connecting portion 54. Therefore, assuming that the width direction extending portion 42 is formed at a position close to the connecting portion 54, an AC magnetic field generated around the width direction extending portion 42 by the current flowing in the width direction extending portion 42 is received, A noise current is likely to be induced in the connecting portion 54. Further, when an alternating current flows through the connecting portion 54, an alternating magnetic field is generated around the connecting portion 54. Therefore, a noise current is easily induced also in the width direction extending portion 42 due to this influence. However, in this example, the width direction extension part 42 is kept away from the AC output bus bar 5 so that the reactor connection part 43 connected to the width direction extension part 42 can be extended to the AC output bus bar 5 side in the X direction. As a result, the width-direction extending portion 42 and the connecting portion 54 are less likely to be inductively coupled, and noise current is less likely to be generated in these.
以上のごとく、本例によれば、電流密度が高いバスバーの温度上昇を抑制でき、製造コストの低減および小型化が可能な電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide a power conversion device that can suppress the temperature rise of a bus bar having a high current density, and that can be reduced in manufacturing cost and reduced in size.
なお、本例では、交流出力バスバー5の方が変圧バスバー4よりも電流密度が高くなっているが、これが逆になっても良い。すなわち、変圧バスバー4の方が交流出力バスバー5よりも電流密度が高くなるよう構成されていても良い。   In this example, the AC output bus bar 5 has a higher current density than the transformer bus bar 4, but this may be reversed. That is, the transformer bus bar 4 may be configured to have a higher current density than the AC output bus bar 5.
また、本例では、図2に示すごとく、交流出力バスバー5と変圧バスバー4とが交差している部位において、変圧バスバー4のみが、その主面S1を交流出力バスバー5に対向させているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、交流出力バスバー5の主面を変圧バスバー4に対向させてもよい。また、変圧バスバー4の主面を交流出力バスバー5に対向させ、かつ交流出力バスバー5の主面を変圧バスバー4に対向させても良い。   In this example, as shown in FIG. 2, only the transforming bus bar 4 has its main surface S <b> 1 opposed to the ac output bus bar 5 at the portion where the ac output bus bar 5 and the transforming bus bar 4 intersect. However, the present invention is not limited to this. That is, the main surface of the AC output bus bar 5 may be opposed to the transformer bus bar 4. Further, the main surface of the transformer bus bar 4 may be opposed to the AC output bus bar 5, and the principal surface of the AC output bus bar 5 may be opposed to the transformer bus bar 4.
また、本例では図6に示すごとく、Z方向から見たときに変圧バスバー4と交流出力バスバー5とが交差しており、回生バスバー8と変圧バスバー4とは交差していないが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、Z方向から見たときに、回生バスバー8と交流出力バスバー5とが両方とも、変圧バスバー4と交差するよう構成してもよい。このようにすれば、変圧バスバー4を使って、交流出力バスバー5と回生バスバー8とを両方とも冷却することが可能になる。   In this example, as shown in FIG. 6, when viewed from the Z direction, the transforming bus bar 4 and the AC output bus bar 5 intersect, and the regenerative bus bar 8 and the transforming bus bar 4 do not intersect. Is not limited to this. That is, when viewed from the Z direction, both the regenerative bus bar 8 and the AC output bus bar 5 may intersect with the transforming bus bar 4. In this way, it is possible to cool both the AC output bus bar 5 and the regenerative bus bar 8 using the transformer bus bar 4.
(実施例2)
本例は、各回路11〜13をそれぞれ構成する半導体モジュール2と、導入管14および導出管15との位置関係を変更した例である。図8に示すごとく、本例では、導入管14および導出管15を、X方向におけるリアクトル接続部43側に位置する冷却管3bに取り付けてある。そして、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aを、導入管14および導出管15に最も近い位置に配してある。また、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bを、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aよりも、導入管14および導出管15から遠い位置に設けてある。さらに、回生回路13を構成する半導体モジュール2cを、変圧回路11を構成する半導体モジュール2bよりも、導入管14および導出管15から遠い位置に設けてある。また、本例では実施例1と同様に、交流出力バスバー5は、変圧バスバー4よりも電流密度が高くなっている。
(Example 2)
In this example, the positional relationship between the semiconductor module 2 that constitutes each of the circuits 11 to 13 and the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 is changed. As shown in FIG. 8, in this example, the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 are attached to the cooling pipe 3b located on the reactor connecting portion 43 side in the X direction. The semiconductor module 2 a constituting the inverter circuit 12 is arranged at a position closest to the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15. Further, the semiconductor module 2 b constituting the transformer circuit 11 is provided at a position farther from the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 than the semiconductor module 2 a constituting the inverter circuit 12. Further, the semiconductor module 2 c constituting the regenerative circuit 13 is provided at a position farther from the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15 than the semiconductor module 2 b constituting the transformer circuit 11. In this example, as in the first embodiment, the AC output bus bar 5 has a higher current density than the transformer bus bar 4.
上記構成にすると、インバータ回路12を構成する半導体モジュール2aの冷却効率を高めることができる。すなわち、導入管14および導出管15に近い冷却管3は、冷媒16の圧力損失が少なく、冷媒16の速度が速いため、冷却効率が高い。そのため、インバータ回路12用の半導体モジュール2aを導入管14および導出管15に近い位置に設けることにより、この半導体モジュール2aの冷却効率を高めることができる。そのため、この半導体モジュール2aに接続した交流出力バスバー5を冷却しやすくなる。   With the above configuration, the cooling efficiency of the semiconductor module 2a constituting the inverter circuit 12 can be increased. That is, the cooling pipe 3 close to the introduction pipe 14 and the outlet pipe 15 has high cooling efficiency because the pressure loss of the refrigerant 16 is small and the speed of the refrigerant 16 is high. Therefore, the cooling efficiency of the semiconductor module 2a can be increased by providing the semiconductor module 2a for the inverter circuit 12 at a position close to the introduction pipe 14 and the lead-out pipe 15. Therefore, it becomes easy to cool the AC output bus bar 5 connected to the semiconductor module 2a.
その他は、実施例1と同様である。また、本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。   Others are the same as in the first embodiment. Moreover, among the symbols used in the drawings relating to this example, the same symbols as those used in the first embodiment represent the same components as those in the first embodiment unless otherwise indicated.
1 電力変換装置
11 変圧回路
12 インバータ回路
2 半導体モジュール
20 半導体素子
21 本体部
22 パワー端子
3 冷却管
4 変圧バスバー
5 交流出力バスバー
6 封止部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 11 Transformer circuit 12 Inverter circuit 2 Semiconductor module 20 Semiconductor element 21 Main-body part 22 Power terminal 3 Cooling pipe 4 Transformer bus bar 5 AC output bus bar 6 Sealing member

Claims (4)

  1. 半導体素子(20)を内蔵した本体部(21)からパワー端子(22)が突出した複数の半導体モジュール(2)と、
    上記パワー端子(22)に接続した複数本のバスバー(4,5)とを備え、
    上記複数の半導体モジュール(2)は、各々の上記パワー端子(22)を同一方向に向けた状態で積層されており、
    上記半導体モジュール(2)によって、直流電源(7)の電圧を変圧する変圧回路(11)と、変圧した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路(12)とを構成してあり、
    上記複数本のバスバー(4,5)は、それぞれの一部を封止した封止部材(6)によって一体化されており、上記バスバー(4,5)には、上記変圧回路(11)を構成する上記半導体モジュール(2)に接続した変圧バスバー(4)と、上記インバータ回路(12)を構成する上記半導体モジュール(2)に接続した交流出力バスバー(5)とがあり、上記変圧バスバー(4)と上記交流出力バスバー(5)とは、電流密度が互いに異なり、
    上記パワー端子(22)の突出方向から見たときに、上記変圧バスバー(4)と上記交流出力バスバー(5)とが、上記封止部材(6)内において交差していることを特徴とする電力変換装置。
    A plurality of semiconductor modules (2) having power terminals (22) protruding from a main body (21) containing a semiconductor element (20);
    A plurality of bus bars (4, 5) connected to the power terminal (22);
    The plurality of semiconductor modules (2) are stacked with the power terminals (22) facing in the same direction,
    The semiconductor module (2) constitutes a transformer circuit (11) that transforms the voltage of the DC power supply (7) and an inverter circuit (12) that converts the transformed DC voltage into an AC voltage,
    The plurality of bus bars (4, 5) are integrated by a sealing member (6) that seals a part of each of the bus bars (4, 5), and the transformer circuit (11) is connected to the bus bars (4, 5). There is a transformer bus bar (4) connected to the semiconductor module (2) to be configured, and an AC output bus bar (5) connected to the semiconductor module (2) to constitute the inverter circuit (12). 4) and the AC output bus bar (5) have different current densities,
    When viewed from the protruding direction of the power terminal (22), the transformer bus bar (4) and the AC output bus bar (5) intersect in the sealing member (6). Power conversion device.
  2. 上記変圧バスバー(4)と上記交流出力バスバー(5)とが交差している部位において、上記変圧バスバー(4)と上記交流出力バスバー(5)との少なくとも一方のバスバーは、その主表面が他方のバスバーに対向していることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置(1)。   At a portion where the transformer bus bar (4) and the AC output bus bar (5) intersect, at least one of the transformer bus bar (4) and the AC output bus bar (5) has a main surface on the other side. The power conversion device (1) according to claim 1, wherein the power conversion device (1) faces the bus bar.
  3. 上記複数の半導体モジュール(2)と、該半導体モジュール(2)を冷却する複数の冷却管(3)とを積層してあり、該複数の冷却管(3)のうち上記半導体モジュール(2)の積層方向における一端に位置する上記冷却管(3a)には、冷媒(16)を導入するための導入管(14)と、上記冷媒(16)を導出するための導出管(15)とが取り付けられ、上記積層方向に隣り合う上記冷却管(3)同士は、互いの間に上記冷媒(16)が流れるよう連結されており、上記変圧バスバー(4)は上記交流出力バスバー(5)よりも上記電流密度が低く、上記変圧回路(11)を構成する上記半導体モジュール(2)は、上記インバータ回路(12)を構成する上記半導体モジュール(2)よりも、上記積層方向において上記導入管(14)および上記導出管(15)に近い位置に配されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置(1)。   The plurality of semiconductor modules (2) and a plurality of cooling pipes (3) for cooling the semiconductor module (2) are stacked, and the semiconductor modules (2) of the plurality of cooling pipes (3) are stacked. The cooling pipe (3a) located at one end in the stacking direction is attached with an introduction pipe (14) for introducing the refrigerant (16) and a lead-out pipe (15) for leading out the refrigerant (16). The cooling pipes (3) adjacent to each other in the stacking direction are connected so that the refrigerant (16) flows between them, and the transformer bus bar (4) is more than the AC output bus bar (5). The semiconductor module (2) constituting the transformer circuit (11) has a lower current density and the introduction pipe (14) in the stacking direction than the semiconductor module (2) constituting the inverter circuit (12). And power converter according to claim 1 or claim 2, characterized in that arranged at a position closer to the outlet pipe (15) (1).
  4. 上記変圧バスバー(4)は、上記複数の半導体モジュール(2)の積層方向に延出し上記突出方向から見たときに上記交流出力バスバー(5)と交差する積層方向延出部(41)と、該積層方向延出部(41)に連なり上記積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に延出する幅方向延出部(42)と、該幅方向延出部(42)から上記積層方向における上記交流出力バスバー(5)側へ延出しその先端にリアクトル(72)が接続するリアクトル接続部(43)とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置(1)。   The transformer bus bar (4) extends in the stacking direction of the plurality of semiconductor modules (2), and extends in the stacking direction (41) intersecting with the AC output bus bar (5) when viewed from the projecting direction. From the width direction extending portion (41), the width direction extending portion (42) extending in the width direction perpendicular to both the stacking direction and the protruding direction is connected to the stack direction extending portion (41), and the width direction extending portion (42). The reactor connection part (43) which extends to the said alternating current output bus-bar (5) side in the said lamination direction and to which the reactor (72) connects is provided in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The power converter (1) described.
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