JP6039356B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HEV)等に搭載される電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device mounted on an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), or the like.

電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HEV)においては、バッテリの電力により走行用回転電機を駆動するための電力変換装置が搭載されている。電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の電力変換装置においては、居住スペースの確保などの観点から、装置の小型化に対する要求が強い。   In an electric vehicle (EV) and a hybrid vehicle (HEV), a power conversion device for driving a traveling rotating electrical machine by battery power is mounted. In power converters for electric vehicles or hybrid vehicles, there is a strong demand for downsizing of the device from the viewpoint of securing a living space.

また、電力性能やノイズ等を考慮すると、電力変換装置からモータへ電力を供給する配線は短いほど良く、電力変換装置はモータの近傍に配置するのが好ましく、例えば、モータの上下に配置される場合が多い。そのような配置の場合、車室空間確保のため、電力変換装置の上下方向の配置スペースを大きく取ることに制約を受けて、電力変換装置の高さ寸法をなるべく小さく抑える必要がある。   In consideration of power performance, noise, and the like, the shorter the wiring for supplying power from the power conversion device to the motor, the better. The power conversion device is preferably disposed in the vicinity of the motor, for example, disposed above and below the motor. There are many cases. In such an arrangement, it is necessary to keep the height dimension of the power conversion device as small as possible in order to secure a vehicle interior space, under the restriction of a large arrangement space in the vertical direction of the power conversion device.

電力変換装置の配置スペースを小さくする従来技術として、例えば、特許文献1には、モータステータの外周にパワー半導体モジュールやコンデンサを搭載し、機電一体型とすることで小型化を図る方法が開示されている。この特許文献1によれば、電力変換装置の冷却のための冷媒がパワー半導体モジュール側の冷媒流路を通流した後にコンデンサ側冷媒流路に流入することが記載されている。   As a conventional technique for reducing the arrangement space of the power conversion device, for example, Patent Document 1 discloses a method for reducing the size by mounting a power semiconductor module and a capacitor on the outer periphery of the motor stator and making it an electromechanical integrated type. ing. According to Patent Document 1, it is described that a refrigerant for cooling the power conversion device flows into the capacitor side refrigerant flow path after flowing through the refrigerant flow path on the power semiconductor module side.

特開2010−213447号公報JP 2010-213447 A

しかしながら、上記の特許文献1に示すように、モータステータの外周面側にパワー半導体モジュールやコンデンサを搭載する機電一体型の構成の場合、パワー半導体モジュールやコンデンサの構造、外形をモータの機種毎に設計する必要があること、及びレイアウト変更に対する自由度がない等の課題が生じる。また、上記の特許文献1では、複数のパワー半導体モジュールとコンデンサを電気的接続する直流側バスバーの配置構成について、電力損失並びに冷却性能からの観点での配慮がなされていない。   However, as shown in Patent Document 1 above, in the case of an electromechanically integrated configuration in which a power semiconductor module and a capacitor are mounted on the outer peripheral surface side of the motor stator, the structure and outer shape of the power semiconductor module and the capacitor are different for each motor model. There arise problems such as the need to design and the lack of flexibility in changing the layout. Moreover, in said patent document 1, consideration is not made | formed from the viewpoint of electric power loss and cooling performance about the arrangement configuration of the DC side bus bar which electrically connects a some power semiconductor module and a capacitor | condenser.

そこで、本発明は、上記の課題を解決するために、電力変換装置を機電一体型の構成とせずに、その高さ寸法をより薄くするとともに、冷却性能を向上させた電力変換装置を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a power conversion device that does not have an electromechanical integrated configuration, but has a thinner height and improved cooling performance. For the purpose.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電力変換装置、直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路をつ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれと対面する放熱部を有すると共に、当該放熱部同士を連結する薄肉部を有し、前記放熱部は、前記薄肉部の変形によって前記複数のパワー半導体モジュールの放熱面に当接されたことを特徴とする To achieve the above object, a power converting apparatus according to an embodiment of the present invention converts the plurality of capacitor elements to smooth the dc voltage, a DC current from said plurality of capacitor elements in the alternating current of a plurality of phases a plurality of power semiconductor modules one lifting an inverter circuit, and the bus bar for electrically connecting the plurality of capacitor elements and the plurality of power semiconductor modules, a DC positive electrode which protrudes from each of the plurality of power semiconductor module And the negative electrode terminal, wherein the plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row, and the plurality of capacitor elements are housed in the housing case. The plurality of power semiconductor modules are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row, and the bus bars are arranged in the plurality of power semiconductor modules. The first region and the plurality of arranged in the space between the arranged second region of the capacitor element Rutotomoni, same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules same column arrangement of the power semiconductor module Are formed along the same row arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the direct current positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the storage case, and the storage case and each of the plurality of power semiconductor modules The heat dissipation part has a thin part that connects the heat dissipating parts, and the heat dissipating part is brought into contact with the heat dissipating surfaces of the plurality of power semiconductor modules by deformation of the thin part. To do .

また、上記目的を達成するため、本発明の他形態に係る電力変換装置、直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列上の一方の側面の側であり且つ前記複数のコンデンサ素子の配置側とは反対側の前記一方の側面の側に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向に沿って立設し、更に、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの前記一方の側面の側から他方の側面の側に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該複数のパワー半導体モジュールと前記複数のコンデンサ素子との下面側にまで延在する延在部を形成したことを特徴とするIn order to achieve the above object, a power conversion device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of capacitor elements that smooth DC voltage, and a DC current from the plurality of capacitor elements is converted into a plurality of phases of AC current. A plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit, a bus bar for electrically connecting the plurality of capacitor elements and the plurality of power semiconductor modules, and a direct current positive electrode provided protruding from each of the plurality of power semiconductor modules And the negative electrode terminal , wherein the plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row, and the plurality of capacitor elements are housed in the housing case. Arranged along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules, the bus bar, The plurality of power semiconductor modules are disposed on the one side surface on the same row of the plurality of power semiconductor modules and on the one side surface side opposite to the arrangement side of the plurality of capacitor elements. Of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the direction of the one side surface, and further, the bus bar, A bent portion that bends from the one side surface to the other side surface of the plurality of power semiconductor modules is formed and extends to a lower surface side of the plurality of power semiconductor modules and the plurality of capacitor elements. The present invention is characterized in that an existing extension portion is formed .

本発明によれば、電力変換装置の電力損失の低減が可能であるために冷却性能を向上させることができ、さらに、電力変換装置の高さ寸法を小さくして薄型化を図ることができる。   According to the present invention, the power loss of the power conversion device can be reduced, so that the cooling performance can be improved. Further, the height of the power conversion device can be reduced and the thickness can be reduced.

本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロックを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the control block of the hybrid vehicle carrying the power converter device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本実施形態に係る電力変換装置における車両での配置場所を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement place in the vehicle in the power converter device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電力変換装置におけるインバータ回路を含めた電気回路の接続構成を示す図である。It is a figure which shows the connection structure of the electric circuit containing the inverter circuit in the power converter device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図である。It is an appearance perspective view of the power converter concerning this embodiment. 第1の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which removes a housing | casing from the power converter device which concerns on 1st Embodiment, and shows arrangement | positioning of a power semiconductor module unit, a capacitor | condenser module unit, and a bus-bar unit. 本実施形態に係る電力変換装置における各ユニット、流路形成体及び筐体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows each unit, the flow-path formation body, and housing | casing in the power converter device which concerns on this embodiment. 本実施形態に関するパワー半導体モジュールの端子構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the terminal structure of the power semiconductor module regarding this embodiment. 図7に示すA−A線の切断面におけるパワー半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor module in the cut surface of the AA line shown in FIG. 本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the built-in circuit structure of the power semiconductor module regarding this embodiment. 本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路の組立分解図である。It is an assembly exploded view of the built-in circuit of the power semiconductor module regarding this embodiment. 本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路の組立後の斜視図である。It is a perspective view after the assembly of the built-in circuit of the power semiconductor module regarding this embodiment. 本実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、流路形成体、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the power semiconductor module unit in the power converter device which concerns on this embodiment, a flow-path formation body, and a bus-bar unit. 本実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、流路形成体、バスバーユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the power semiconductor module unit in the power converter device which concerns on this embodiment, a flow-path formation body, and a bus-bar unit. 図12に示すB−B線の切断面におけるパワー半導体モジュールとそれを収納する金属製ケースの断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor module in the cut surface of the BB line shown in FIG. 12, and metal cases which accommodate it. 図14に示すパワー半導体モジュールの収納用金属ケースの変形構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the deformation | transformation structural example of the metal case for accommodation of the power semiconductor module shown in FIG. 本実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the capacitor | condenser unit in the power converter device which concerns on this embodiment, and a bus-bar unit. 本実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the capacitor | condenser unit and bus bar unit in the power converter device which concerns on this embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which removes a housing | casing from the power converter device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and shows arrangement | positioning of a power semiconductor module unit, a capacitor | condenser module unit, and a bus-bar unit. 第2の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the power semiconductor module unit, capacitor | condenser module unit, and bus-bar unit in the power converter device which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of a power semiconductor module unit, a capacitor | condenser module unit, and a bus-bar unit by removing a housing | casing from the power converter device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the power semiconductor module unit in the power converter device which concerns on 3rd Embodiment, a capacitor | condenser module unit, and a bus-bar unit. 本発明の第4の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び磁気干渉抑制部材の配置を示す斜視図である。It is a perspective view showing arrangement of a power semiconductor module unit, a capacitor module unit, a bus bar unit, and a magnetic interference suppression member in a power converter concerning a 4th embodiment of the present invention. 第4の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び磁気干渉抑制部材の配置を示す上視図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the power semiconductor module unit in a power converter device which concerns on 4th Embodiment, a capacitor | condenser module unit, a bus-bar unit, and a magnetic interference suppression member. 本発明の第5の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び冷却用の流路形成通路の配置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows arrangement | positioning of the power semiconductor module unit in a power converter device which concerns on the 5th Embodiment of this invention, a capacitor | condenser module unit, a bus-bar unit, and the flow-path formation path for cooling. 第5の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び流路形成体の配置と、冷却用の流路形成通路の配置とを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows arrangement | positioning of the power semiconductor module unit in a power converter device which concerns on 5th Embodiment, a capacitor | condenser module unit, a bus-bar unit, and a flow-path formation body, and arrangement | positioning of the flow-path formation channel | path for cooling.

本発明の第1〜第5の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下説明する。まず、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置について、図1〜図17を参照して説明する。なお、図1〜図4に示す構成は、本発明の第2〜第5の実施形態に係る電力変換装置においても共通する基盤的技術を示しており、第1の実施形態に限るものではない。また、本発明の第1〜第5の実施形態に係る電力変換装置は、HEV(hybrid electric vehicle、以下「HEV」と記述する)に限らず、プラグインハイブリッド自動車(plug−in hybrid electric vehicle、以下「PHEV」と記述する)あるいは電気自動車(electric vehicle、以下「EV」と記述する)等の車両に搭載される電力変換装置にも適用でき、さらには、建設機械等の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。   Hereinafter, power converters according to first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the power converter device which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS. The configurations shown in FIGS. 1 to 4 show the basic technology common to the power conversion devices according to the second to fifth embodiments of the present invention, and are not limited to the first embodiment. . The power conversion devices according to the first to fifth embodiments of the present invention are not limited to HEV (hybrid electric vehicle, hereinafter referred to as “HEV”), but also plug-in hybrid electric vehicles, It can be applied to power conversion devices mounted on vehicles such as “PHEV” or electric vehicles (hereinafter referred to as “EV”). The present invention can also be applied to a conversion device.

図1において、エンジンEGNおよびモータジェネレータMG1は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータMG1は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータMG1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する。モータジェネレータMG1は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータMG1を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が小さく、この観点でも自動車用として優れている。   In FIG. 1, engine EGN and motor generator MG1 generate vehicle running torque. Motor generator MG1 not only generates rotational torque but also has a function of converting mechanical energy applied from the outside to motor generator MG1 into electric power. The motor generator MG1 is, for example, a synchronous machine or an induction machine, and operates as a motor or a generator depending on the operation method as described above. When motor generator MG1 is mounted on an automobile, it is desirable to obtain a small and high output, and a permanent magnet type synchronous motor using a magnet such as neodymium is suitable. In addition, the permanent magnet type synchronous motor generates less heat in the rotor than the induction motor, and is excellent for automobiles from this viewpoint.

エンジンEGNの出力側の出力トルクは動力分配機構TSMを介してモータジェネレータMG1に伝達され、動力分配機構TSMからの回転トルクあるいはモータジェネレータMG1が発生する回転トルクは、トランスミッションTMおよびデファレンシャルギアDEFを介して車輪に伝達される。   The output torque on the output side of the engine EGN is transmitted to the motor generator MG1 via the power distribution mechanism TSM, and the rotation torque from the power distribution mechanism TSM or the rotation torque generated by the motor generator MG1 is transmitted via the transmission TM and the differential gear DEF. Transmitted to the wheels.

一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータMG1に伝達され、供給されてきた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後述する電力変換装置200により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ136を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。   On the other hand, during regenerative braking operation, rotational torque is transmitted from the wheels to motor generator MG1, and AC power is generated based on the supplied rotational torque. The generated AC power is converted into DC power by a power conversion device 200 described later, and the high-voltage battery 136 is charged, and the charged power is used again as travel energy.

次に、電力変換装置200について説明する。電力変換装置200に設けられたインバータ回路140は、バッテリ136と直流コネクタ138を介して電気的に接続されており、バッテリ136とインバータ回路140との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータMG1をモータとして動作させる場合には、インバータ回路140は直流コネクタ138を介してバッテリ136から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流コネクタ188を介してモータジェネレータMG1に供給する。モータジェネレータMG1とインバータ回路140からなる構成は電動発電ユニットとして動作する。 Next, the power conversion device 200 will be described. The inverter circuit 140 provided in the power converter 200 is electrically connected to the battery 136 via the DC connector 138, and power is exchanged between the battery 136 and the inverter circuit 140. When motor generator MG1 is operated as a motor, inverter circuit 140 generates AC power based on DC power supplied from battery 136 via DC connector 138, and supplies it to motor generator MG1 via AC connector 188. . The configuration including motor generator MG1 and inverter circuit 140 operates as a motor generator unit.

なお、本発明の実施形態では、バッテリ136の電力によって電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータMG1の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本発明の実施形態では、電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンEGNの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ136の充電ができる。   In the embodiment of the present invention, the vehicle can be driven only by the power of motor generator MG1 by operating the motor generator unit as an electric unit by the electric power of battery 136. Furthermore, in the embodiment of the present invention, the battery 136 can be charged by generating electric power by operating the motor generator unit as a power generation unit by the power of the engine EGN or the power from the wheels.

また、図1では省略したが、バッテリ136はさらに補機用のモータを駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ136から直流電力が補機用パワー半導体モジュールに供給され、補機用パワー半導体モジュールは交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワー半導体モジュールは、インバータ回路140と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。   Although omitted in FIG. 1, the battery 136 is also used as a power source for driving an auxiliary motor. The auxiliary motor is, for example, a motor for driving a compressor of an air conditioner or a motor for driving a control hydraulic pump. DC power is supplied from the battery 136 to the power semiconductor module for auxiliary machinery, and the power semiconductor module for auxiliary machinery generates AC power and supplies it to the motor for auxiliary machinery. The auxiliary power semiconductor module has basically the same circuit configuration and function as the inverter circuit 140, and controls the phase, frequency, and power of alternating current supplied to the auxiliary motor.

また、電力変換装置200は、インバータ回路140に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサ500を備えている。   Further, the power conversion device 200 includes a capacitor 500 for smoothing the DC power supplied to the inverter circuit 140.

電力変換装置200は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための信号用のコネクタ21を備えている。電力変換装置200は、信号用コネクタ21から入力される指令に基づいて制御回路172でモータジェネレータMG1の制御量を演算し、さらに、モータジェネレータMG1をモータとして運転するか発電機として運転するか演算する。電力変換装置200は、その演算結果に基づいて制御パルスを発生し、発生した制御パルスをドライバ回路174へ供給する。ドライバ回路174は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路140を制御するための駆動パルスを発生する。   The power conversion device 200 includes a signal connector 21 for receiving a command from a host control device or transmitting data representing a state to the host control device. Power conversion device 200 calculates a control amount of motor generator MG1 by control circuit 172 based on a command input from signal connector 21, and further calculates whether motor generator MG1 operates as a motor or a generator. To do. The power conversion device 200 generates a control pulse based on the calculation result, and supplies the generated control pulse to the driver circuit 174. The driver circuit 174 generates a driving pulse for controlling the inverter circuit 140 based on the supplied control pulse.

図2は、車両における電力変換装置200の配置場所を模式的に示したものである。車両前方方向からエンジンEGN、トランスミッションTMの順に配置され、電力変換装置200はトランスミッションTMの筐体下方に配置されている。トランスミッションTMのケース内前方(電力変換装置200の上方)には、モータジェネレータMG1が配置されている。ここで、省スペースの観点から、電力変換装置200の配置スペースは小さいほど良い。また、電力変換装置200からモータジェネレータMG1へ電力を供給する配線は短いほど良く、電力変換装置200はモータジェネレータMG1の近傍に配置するのが好ましい。   FIG. 2 schematically shows the location of the power conversion device 200 in the vehicle. The engine EGN and the transmission TM are arranged in this order from the front of the vehicle, and the power conversion device 200 is arranged below the casing of the transmission TM. A motor generator MG1 is arranged in front of the case of transmission TM (above power converter 200). Here, from the viewpoint of space saving, the smaller the arrangement space of the power conversion device 200, the better. The shorter the wiring for supplying power from power conversion device 200 to motor generator MG1, the better. Power conversion device 200 is preferably arranged in the vicinity of motor generator MG1.

このような事情のため、電力変換装置200は、図2に示すようなトランスミッションTMの下部のように狭いスペースに配置される場合が多く、電力変換装置200の小型化・薄型化が望まれている。なお、図2の配置は一例を示したものであり、トランスミッションTMのケース内エンジン側に設けたり、ベルハウジングに内蔵したりする。   Due to such circumstances, the power conversion device 200 is often arranged in a narrow space such as the lower part of the transmission TM as shown in FIG. 2, and the power conversion device 200 is desired to be reduced in size and thickness. Yes. The arrangement shown in FIG. 2 is an example, and is provided on the in-case engine side of the transmission TM or built in the bell housing.

次に、図3を用いてインバータ回路140の電気回路の構成を説明する。なお、スイッチング用パワー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。上アームとして動作するIGBT328及びダイオード156と、下アームとして動作するIGBT330及びダイオード166と、によって、上下アームの直列回路150が構成される。インバータ回路140は、この直列回路150が、出力しようとする交流電力のU相、V相、W相の3相に対応して備わったものである。   Next, the configuration of the electric circuit of the inverter circuit 140 will be described with reference to FIG. Note that an insulated gate bipolar transistor is used as the switching power semiconductor element, and is hereinafter abbreviated as IGBT. The IGBT 328 and the diode 156 that operate as the upper arm, and the IGBT 330 and the diode 166 that operate as the lower arm constitute the series circuit 150 of the upper and lower arms. The inverter circuit 140 is provided with the series circuit 150 corresponding to the three phases of the U phase, V phase, and W phase of the AC power to be output.

これらの3相は、本発明の実施形態ではモータジェネレータMG1の電機子巻線の3相の各相巻線に対応している。3相のそれぞれの上下アームの直列回路150においては、直列回路の中点部分である中間電極169は、交流端子159、交流バスバー802、交流コネクタ188を介してモータジェネレータMG1に接続されている。直列回路150から出力される交流電流は、中間電極169から上記経路によりモータジェネレータMG1へ出力される。   These three phases correspond to the three-phase windings of the armature winding of the motor generator MG1 in the embodiment of the present invention. In series circuit 150 of the upper and lower arms of each of the three phases, intermediate electrode 169, which is the middle portion of the series circuit, is connected to motor generator MG1 via AC terminal 159, AC bus bar 802, and AC connector 188. The alternating current output from series circuit 150 is output from intermediate electrode 169 to motor generator MG1 through the above path.

上アームのIGBT328のコレクタ電極153は、図3に示すように、直流正極端子157を介してコンデンサ500の正極側のコンデンサ端子506に電気的に接続されている。また、下アームのIGBT330のエミッタ電極は、直流負極端子158を介してコンデンサ500の負極側のコンデンサ端子504に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 3, the collector electrode 153 of the IGBT 328 of the upper arm is electrically connected to the capacitor terminal 506 on the positive electrode side of the capacitor 500 via the DC positive electrode terminal 157. The emitter electrode of the IGBT 330 of the lower arm is electrically connected to the capacitor terminal 504 on the negative electrode side of the capacitor 500 via the DC negative electrode terminal 158.

図1と図3に示すように、制御回路172は上位の制御装置から信号用コネクタ21を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路140の各相の直列回路150の上アームあるいは下アームを構成するIGBT328やIGBT330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174に供給する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the control circuit 172 receives a control command from the host control device via the signal connector 21, and based on this, the upper arm or the lower arm of the series circuit 150 of each phase of the inverter circuit 140. A control pulse that is a control signal for controlling the IGBT 328 and the IGBT 330 constituting the arm is generated and supplied to the driver circuit 174.

ドライバ回路174は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路150の上アームあるいは下アームを構成するIGBT328やIGBT330へ駆動パルスを供給する。IGBT328やIGBT330は、ドライバ回路174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136から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータMG1に供給される。   Based on the control pulse, the driver circuit 174 supplies a drive pulse to the IGBT 328 and the IGBT 330 constituting the upper arm or the lower arm of each phase series circuit 150. The IGBT 328 and the IGBT 330 perform conduction or cutoff operation based on the drive pulse from the driver circuit 174, and convert the DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. The converted electric power is supplied to motor generator MG1.

IGBT328は、コレクタ電極153と、信号用エミッタ電極155と、ゲート電極154とを備えている。また、IGBT330は、コレクタ電極163と、信号用のエミッタ電極165と、ゲート電極164とを備えている。ダイオード156は、コレクタ電極153とエミッタ電極155との間に電気的に接続されている。また、ダイオード166は、コレクタ電極163とエミッタ電極165との間に電気的に接続されている。   The IGBT 328 includes a collector electrode 153, a signal emitter electrode 155, and a gate electrode 154. The IGBT 330 includes a collector electrode 163, a signal emitter electrode 165, and a gate electrode 164. The diode 156 is electrically connected between the collector electrode 153 and the emitter electrode 155. The diode 166 is electrically connected between the collector electrode 163 and the emitter electrode 165.

スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ(以下略してMOSFETと記す)を用いてもよい、この場合はダイオード156やダイオード166は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子として、IGBTは直流電圧が比較的高い場合に適していて、MOSFETは直流電圧が比較的低い場合に適している。   As the switching power semiconductor element, a metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET) may be used. In this case, the diode 156 and the diode 166 are unnecessary. As a switching power semiconductor element, IGBT is suitable when the DC voltage is relatively high, and MOSFET is suitable when the DC voltage is relatively low.

コンデンサ500に関して、図3に示すように、正極側のコンデンサ端子506と負極側のコンデンサ端子504と正極側の電源端子509と負極側の電源端子508とが設けられている。バッテリ136からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ138を介して正極側の電源端子509や負極側の電源端子508に供給され、コンデンサ500の正極側のコンデンサ端子506および負極側のコンデンサ端子504から、インバータ回路140へ供給される。   As shown in FIG. 3, the capacitor 500 is provided with a positive capacitor terminal 506, a negative capacitor terminal 504, a positive power terminal 509, and a negative power terminal 508. The high-voltage DC power from the battery 136 is supplied to the positive-side power terminal 509 and the negative-side power terminal 508 via the DC connector 138, and the positive-side capacitor terminal 506 and the negative-side capacitor terminal 504 of the capacitor 500. To the inverter circuit 140.

一方、インバータ回路140によって交流電力から変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子506や負極側のコンデンサ端子504からコンデンサ500に供給される。また、直流電力は、正極側の電源端子509や負極側の電源端子508から直流コネクタ138を介してバッテリ136に供給され、バッテリ136に蓄積される。   On the other hand, the DC power converted from AC power by the inverter circuit 140 is supplied to the capacitor 500 from the capacitor terminal 506 on the positive electrode side or the capacitor terminal 504 on the negative electrode side. Further, the DC power is supplied to the battery 136 from the positive power supply terminal 509 and the negative power supply terminal 508 via the DC connector 138 and accumulated in the battery 136.

制御回路172は、IGBT328及びIGBT330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。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータMG1に対して要求される目標トルク値、直列回路150からモータジェネレータMG1に供給される電流値、及びモータジェネレータMG1の回転子の磁極位置がある。   The control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for calculating the switching timing of the IGBT 328 and the IGBT 330. The input information to the microcomputer includes a target torque value required for the motor generator MG1, a current value supplied from the series circuit 150 to the motor generator MG1, and a magnetic pole position of the rotor of the motor generator MG1.

目標トルク値は、不図示の上位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、後述する電流センサモジュール180(図3を参照)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MG1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。本実施形態では、電流センサモジュール180は3相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、2相分の電流値を検出するようにし、演算により3相分の電流を求めても良い。   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 a current sensor module 180 (see FIG. 3) described later. 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 MG1. In this embodiment, the case where the current sensor module 180 detects three-phase current values is taken as an example. However, even if the current values for two phases are detected and the current for three phases is obtained by calculation, good.

制御回路172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MG1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174に出力する。   The microcomputer in the control circuit 172 calculates the d-axis and q-axis current command values of the motor generator MG1 based on the target torque value, the calculated d-axis and q-axis current command values, and the detected d The voltage command values for the d-axis and q-axis are calculated based on the difference between the current values for 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 174 as a PWM (pulse width modulation) signal.

ドライバ回路174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IGBT330のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路174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IGBT328のゲート電極にそれぞれ出力する。   When driving the lower arm, the driver circuit 174 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm. Further, when driving the upper arm, the driver circuit 174 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 328 respectively.

また、制御回路172内のマイコンは、異常検知(過電流、過電圧、過温度など)を行い、直列回路150を保護している。このため、制御回路172にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極155及び信号用のエミッタ電極165からは各IGBT328とIGBT330のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部(IC)に入力されている。これにより、各駆動部(IC)は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するIGBT328,IGBT330のスイッチング動作を停止させ、対応するIGBT328,IGBT330を過電流から保護する。   In addition, the microcomputer in the control circuit 172 detects abnormality (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the series circuit 150. For this reason, sensing information is input to the control circuit 172. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and IGBTs 330 is input to the corresponding drive units (ICs) from the signal emitter electrode 155 and the signal emitter electrode 165 of each arm. Thereby, each drive part (IC) detects an overcurrent, and when an overcurrent is detected, the switching operation of the corresponding IGBT 328 and IGBT 330 is stopped, and the corresponding IGBT 328 and IGBT 330 are protected from the overcurrent.

直列回路150に設けられた温度センサ(不図示)からは、直列回路150の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路150の直流正極側の電圧情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのIGBT328,IGBT330のスイッチング動作を停止させる。   Information on the temperature of the series circuit 150 is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the series circuit 150. In addition, voltage information on the DC positive side of the series circuit 150 is input to the microcomputer. The microcomputer performs over-temperature detection and over-voltage detection based on the information, and stops switching operations of all the IGBTs 328 and IGBTs 330 when an over-temperature or over-voltage is detected.

図4は電力変換装置200の外観斜視図である。本実施形態の電力変換装置200は、図2に示すような配置に対応するために、後述する構成を採用することによって電力変換装置200全体の高さ寸法を低く抑えている。筐体10は平面視形状が略矩形状の金属製ケースであり、側面には冷却媒体(例えば、冷却水などが用いられ、以下では冷媒と記す)を筐体内に流入させるための配管13と、冷媒を流出するための冷媒流出配管14が配設されている。符号508,509は、図3に示すように直流入力用の正負電源端子であり、802U,802V,802WはU相、V相、W相に対応した交流バスバー端子である。コネクタ21は、外部(例えば、上位制御装置)との接続のために設けられた信号用のコネクタである。 FIG. 4 is an external perspective view of the power converter 200. In order to correspond to the arrangement as shown in FIG. 2, the power conversion device 200 according to the present embodiment employs a configuration described later to keep the overall height of the power conversion device 200 low. The housing 10 is a metal case having a substantially rectangular shape in plan view, and a pipe 13 for flowing a cooling medium (for example, cooling water or the like, hereinafter referred to as a refrigerant) into the housing on the side surface. A refrigerant outflow pipe 14 is provided for flowing out the refrigerant . Reference numerals 508 and 509 are positive and negative power supply terminals for DC input as shown in FIG. 3, and 802U, 802V and 802W are AC bus bar terminals corresponding to the U phase, V phase and W phase. The connector 21 is a signal connector provided for connection to the outside (for example, a host control device).

「第1の実施形態」
次に、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置の構成について、図5と図6を用いて説明する。図5は第1の実施形態に係る電力変換装置200の内部構成の分解斜視図である。図5(a)は図4に示す上カバー3を省き、図5(b)は図4に示す筐体10を省いた図である。図6は図5(a)に示す回路基板20と制御回路172を省き、流路形成体12、コンデンサユニット4、パワー半導体モジュールユニット5ならびにバスバーユニット6の筐体10への組立分解図である。
“First Embodiment”
Next, the structure of the power converter device which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated using FIG. 5 and FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of the internal configuration of the power conversion device 200 according to the first embodiment. 5A is a diagram in which the upper cover 3 shown in FIG. 4 is omitted, and FIG. 5B is a diagram in which the housing 10 shown in FIG. 4 is omitted. FIG. 6 is an exploded view of the flow path forming body 12, the capacitor unit 4, the power semiconductor module unit 5, and the bus bar unit 6 into the housing 10 without the circuit board 20 and the control circuit 172 shown in FIG. .

筐体10内の図示右上側には、図2に示したインバータ回路140を設けたパワー半導体モジュールユニット5が、筐体10の長手方向に沿うように配置され、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体12内で冷却されている。一方、筐体10内の図示左下側には、コンデンサ500とU相、V相、W相に対応した交流バスバー中継部803U,803V,803Wを収納するコンデンサユニット4が、パワー半導体モジュールユニット5に対して並行に配置され、筐体10の床面に対し、接触して設置されている。 A case in which the power semiconductor module unit 5 provided with the inverter circuit 140 shown in FIG. 2 is arranged along the longitudinal direction of the casing 10 and a coolant channel is formed on the upper right side of the casing 10 in the figure. The flow path forming body 12 is cooled. On the other hand, in the illustrated lower left side of the housing 10, the capacitor 500 and the U-phase, V-phase, W-joints in alternating bus bar corresponding to the phase 803U, 803V, capacitor unit 4 for accommodating a 803W, the power semiconductor module unit 5 are arranged in parallel with each other and are placed in contact with the floor surface of the housing 10.

コンデンサユニット4およびパワー半導体モジュールユニット5の間にはバスバーユニット6が配置され、その上方には図4に示す信号用コネクタ21を取り付けた回路基板20が設置されている。回路基板20には、図3に示した制御回路172およびドライバ回路174が設置されている。上カバー3は、筐体10の開口部を覆うようにボルト固定されている。交流バスバー中継部803U,803V,803Wは、交流バスバーホルダ800に固定された交流バスバー端子802U,802V,802Wにねじ止めされるとともに、交流バスバーホルダ800に設置された電流センサモジュール180(図示せず)により各相を流れる電流が各々検出される。 A bus bar unit 6 is disposed between the capacitor unit 4 and the power semiconductor module unit 5, and a circuit board 20 having a signal connector 21 shown in FIG. The circuit board 20 is provided with the control circuit 172 and the driver circuit 174 shown in FIG. The upper cover 3 is bolted so as to cover the opening of the housing 10. AC bus bar in joints 803U, 803V, 803W is an AC bus bar holder 800 in a fixed AC busbar terminals 802U, 802V, while being screwed to 802W, AC bus bar holder 800 current sensor module 180 which is installed in (FIG. Current) flowing through each phase is detected.

パワー半導体モジュールユニット5は上下の両面冷却方式であり、搭載床面積を小さくすることで、コンデンサユニット4の搭載面積を広くして筐体10の床面を介した冷却能力を向上するとともに、流路形成体12により筐体10が冷却できる構造となっている。   The power semiconductor module unit 5 is an upper and lower double-sided cooling system, and by reducing the mounting floor area, the mounting area of the capacitor unit 4 is increased to improve the cooling capacity via the floor surface of the housing 10. The housing 10 can be cooled by the path forming body 12.

次に、第1の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュール300U〜300Wの詳細構成について、図7〜図11を用いて以下説明する。図3に示したように、インバータ回路140には、U,VおよびW相のそれぞれに関する直列回路150が設けられている。パワー半導体モジュール300UにはU相の直列回路150が設けられ、パワー半導体モジュール300VにはV相の直列回路150が設けられ、パワー半導体モジュール300WにはW相の直列回路150が設けられている。パワー半導体モジュール300U,300V,300Wはいずれも同一構造を有しており、ここではパワー半導体モジュール300Uを例に説明する。なお、本実施形態では、パワー半導体モジュール300はU,VおよびW相からなる3相を形成するモジュールを例示しているが、これに限らずパワー半導体モジュール300を2相形成のものとしてモータジェネレータMG1の回転磁界を構成してもよい。   Next, the detailed configuration of the power semiconductor modules 300U to 300W in the power conversion device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, the inverter circuit 140 is provided with a series circuit 150 for each of the U, V, and W phases. The power semiconductor module 300U is provided with a U-phase series circuit 150, the power semiconductor module 300V is provided with a V-phase series circuit 150, and the power semiconductor module 300W is provided with a W-phase series circuit 150. The power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W all have the same structure. Here, the power semiconductor module 300U will be described as an example. In the present embodiment, the power semiconductor module 300 exemplifies a module that forms three phases consisting of U, V, and W phases. However, the present invention is not limited to this, and the motor semiconductor generator 300 is assumed to have two phases. You may comprise the rotating magnetic field of MG1.

図7はパワー半導体モジュール300Uの斜視図であり、図8は図7のA−A線の切断断面を示す図である。図8に示すように、パワー半導体モジュール300Uは直列回路150を構成する半導体素子(IGBT328,330、ダイオード156,166)を、導体板315,320と導体板318,319に電気的に接合し(図9をも参照)、絶縁性のモールド樹脂348で封止したものである。   FIG. 7 is a perspective view of the power semiconductor module 300U, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 8, the power semiconductor module 300U electrically joins the semiconductor elements (IGBTs 328 and 330, diodes 156 and 166) constituting the series circuit 150 to the conductor plates 315 and 320 and the conductor plates 318 and 319 ( 9), and sealed with an insulating mold resin 348.

図9は、パワー半導体モジュール300の内蔵回路構成を示す回路図であり、図10は実装形態を示す組立分解図であり、図11が組立後の形態である。上アーム側のIGBT328のコレクタ電極と上アーム側のダイオード156のカソード電極は、導体板315に金属接合材160(たとえば、SnやZnやBiを主体としたはんだ合金による溶融接合、酸化銀や酸化銅や銀を主体とした微粒子による焼結接合、図10を参照)を介して接続する。導体板315には直流正極端子157が接続されている。IGBT328のエミッタ電極と上アーム側のダイオード156のアノード電極は、導体板318に金属接合材160を介して接続する。図3に示すIGBT328のゲート電極154には、3つの信号端子325Uが並列に金属ワイヤを介して電気的に接続する(図7では端子325Uが3つ示され、図9では端子325Uが2つ示されていて端子数が異なるが、制御用の端子として種々利用されることもあり、端子数が異なることも有り得る)。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a built-in circuit configuration of the power semiconductor module 300, FIG. 10 is an exploded view showing a mounting form, and FIG. 11 is a form after assembly. The collector electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the cathode electrode of the diode 156 on the upper arm side are connected to the conductor plate 315 by a metal bonding material 160 (for example, fusion bonding with a solder alloy mainly composed of Sn, Zn, or Bi, silver oxide or oxidation). The connection is made through sintered bonding with fine particles mainly composed of copper or silver (see FIG. 10). A DC positive terminal 157 is connected to the conductor plate 315. The emitter electrode of the IGBT 328 and the anode electrode of the diode 156 on the upper arm side are connected to the conductor plate 318 via the metal bonding material 160. Three signal terminals 325U are electrically connected in parallel through metal wires to the gate electrode 154 of the IGBT 328 shown in FIG. 3 (three terminals 325U are shown in FIG. 7 and two terminals 325U are shown in FIG. 9). Although it is shown and the number of terminals is different, various terminals may be used as control terminals, and the number of terminals may be different).

一方、下アーム側のIGBT330のコレクタ電極と下アーム側のダイオード166のカソード電極は、導体板320に金属接合材160を介して接続する。導体板320は、中間電極169(図3をも参照)によって導体板318に金属接合材160を介して接続されるとともに、交流端子159が接続されている。IGBT330のエミッタ電極と下アーム側のダイオード166のアノード電極は、導体板319に金属接合材160を介して接続する。導体板319には、直流負極端子158が接続されている。IGBT330のゲート電極164には、3つの信号端子325Lが並列に金属ワイヤを介して電気的に接続する(図示せず)。パワー半導体モジュール300の組立後の状態を図8と図11に示す。   On the other hand, the collector electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and the cathode electrode of the diode 166 on the lower arm side are connected to the conductor plate 320 via the metal bonding material 160. The conductor plate 320 is connected to the conductor plate 318 via the metal bonding material 160 by the intermediate electrode 169 (see also FIG. 3), and to the AC terminal 159. The emitter electrode of the IGBT 330 and the anode electrode of the diode 166 on the lower arm side are connected to the conductor plate 319 via the metal bonding material 160. A DC negative terminal 158 is connected to the conductor plate 319. Three signal terminals 325L are electrically connected in parallel to the gate electrode 164 of the IGBT 330 via metal wires (not shown). The state after the power semiconductor module 300 is assembled is shown in FIGS.

図11に示す状態から、タイバー372を挟んでトランスファーモールド成型した後、タイバー372を切り離し、図7に示すように、また、信号端子325U,325Lと他の信号端子336U,336Lと直流正極端子157、直流負極端子158、交流端子159(図3を参照)が一部露出した状態で、図8と図9に示す導体板315,318,318,320で挟まれたパワー半導体素子を絶縁性モールド樹脂348(図8を参照)で覆う。このとき、パワー半導体素子を挟持した導体板315,318,319,320の外側の面は放熱面として機能するため、図8に示すように絶縁性モールド樹脂348から露出させておく。   From the state shown in FIG. 11, transfer molding is performed with the tie bar 372 sandwiched, and then the tie bar 372 is separated, and as shown in FIG. The power semiconductor element sandwiched between the conductive plates 315, 318, 318, and 320 shown in FIGS. 8 and 9 with the DC negative terminal 158 and the AC terminal 159 (see FIG. 3) partially exposed is insulatively molded. Cover with resin 348 (see FIG. 8). At this time, since the outer surfaces of the conductor plates 315, 318, 319, and 320 sandwiching the power semiconductor element function as heat dissipation surfaces, they are exposed from the insulating mold resin 348 as shown in FIG.

トランスファーモールド用の絶縁性モールド樹脂348としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、SiO,Al,AlN,BNなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体板315,320,318,319に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュール300の寿命をのばすことが可能となる。 As the insulating mold resin 348 for transfer molding, for example, a resin based on a novolak, polyfunctional, or biphenyl epoxy resin can be used, such as SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, or BN. Ceramics, gel, rubber, or the like is included, and the thermal expansion coefficient is brought close to the conductor plates 315, 320, 318, 319. As a result, the difference in thermal expansion coefficient between the members can be reduced, and the thermal stress generated as the temperature rises in the usage environment is greatly reduced, so that the life of the power semiconductor module 300 can be extended.

次に、第1の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット5の詳細構成について、図12〜図14を用いて以下説明する。図12と図13は、パワー半導体モジュールユニット5と、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体12と、バスバーユニット6と、を示す図であり、図12は当該図に示されたパワー半導体モジュールユニット5等の各種構成体の斜視図であり、図13は当該図に示されたパワー半導体モジュールユニット5等の各種構成体の分解斜視図である。また、図14は図12に示すB−B線の切断面を示す図である。   Next, the detailed configuration of the power semiconductor module unit 5 in the power conversion device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 12 and 13 are views showing the power semiconductor module unit 5, the flow path forming body 12 which is a case in which a refrigerant flow path is formed, and the bus bar unit 6. FIG. 12 is shown in the figure. FIG. 13 is an exploded perspective view of various components such as the power semiconductor module unit 5 shown in the drawing. FIG. 14 is a view showing a cut surface of line BB shown in FIG.

パワー半導体モジュールユニット5は、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wとこれらパワー半導体モジュールを収納する金属製のケース304を備えている。   The power semiconductor module unit 5 includes power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W and a metal case 304 that houses these power semiconductor modules.

流路形成体12は、図13に示すように、冷媒流路120内に設置した部品を冷却する冷却器として機能するものであり、金属製(例えば、アルミ)の直方体形状であって、長手方向の一端には冷媒流入用の配管13(図4を参照)が設けられ、反対側の端面には冷媒排出用の配管14が設けられている。流路形成体12の側面には、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wを収納した金属製ケース304を冷媒流路120内に挿入するための流路形成体開口120Aが形成されている。金属製ケース304には、その開口部側にフランジ307を備え、Oリングなどのシール材を介して流路形成体開口120Aにフランジ307を設置する。 As shown in FIG. 13, the flow path forming body 12 functions as a cooler that cools components installed in the refrigerant flow path 120, has a rectangular parallelepiped shape made of metal (for example, aluminum), and has a longitudinal shape. A refrigerant inflow pipe 13 (see FIG. 4) is provided at one end in the direction, and a refrigerant discharge pipe 14 is provided at the opposite end face. On the side surface of the flow path forming body 12, a flow path forming body opening 120A for inserting the metal case 304 containing the power semiconductor modules 300U, 300V, 300W into the refrigerant flow path 120 is formed. The metal case 304 is provided with a flange 307 on the opening side, and the flange 307 is installed in the flow path forming body opening 120A via a sealing material such as an O-ring.

図13に示すように、金属製ケース304は、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wに冷媒が浸入しないCAN型の水密構造となっている。CAN型とは、一面に設けられた挿入口を有する有底筒状のケースである。つまり、金属製ケース(収納ケース)304は、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wを挿入する開口部以外に開口を設けない構造であり、挿入口の部分にはフランジ307が設けられている。また、フランジ307の挿入口側には、バスバーユニット6を固定するためのネジ穴と流路形成体12が設けられ、挿入口からは、端子類が引出せるようになっている。   As shown in FIG. 13, the metal case 304 has a CAN-type watertight structure in which no refrigerant enters the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W. The CAN type is a bottomed cylindrical case having an insertion port provided on one surface. That is, the metal case (storage case) 304 has a structure in which no opening is provided other than the opening into which the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W are inserted, and a flange 307 is provided at the insertion opening. Further, a screw hole for fixing the bus bar unit 6 and the flow path forming body 12 are provided on the insertion port side of the flange 307, and terminals can be drawn out from the insertion port.

図13と図14に示すように、金属製ケース304は扁平なケースであり、表裏両面には収納するパワー半導体モジュールの放熱面である導体板315,318,319,320に投影した位置に放熱ベース部305と冷却フィン306とを備えている。また、金属製ケース304の各放熱ベース部305の周囲には、図14の断面図に示すように、薄肉部304Aと厚肉部304Cを備え、放熱ベース部305を反対側の放熱ベース部方向(図14で上下方向)へ押圧した際に、薄肉部304Aのみが変形することで、一対の放熱ベース部305の間に各半導体モジュールがそれぞれの厚さに合わせて挟持できる構造となっている。   As shown in FIGS. 13 and 14, the metal case 304 is a flat case, and heat is radiated to the positions projected on the conductor plates 315, 318, 319, and 320 which are the heat radiating surfaces of the power semiconductor module to be housed on both the front and back surfaces. A base portion 305 and cooling fins 306 are provided. Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 14, the metal case 304 is provided with a thin portion 304A and a thick portion 304C around the heat dissipation base portion 305, and the heat dissipation base portion 305 is directed to the opposite heat dissipation base portion. When pressed in the vertical direction (FIG. 14), only the thin portion 304A is deformed, so that each semiconductor module can be sandwiched between the pair of heat dissipation base portions 305 in accordance with the respective thicknesses. .

このとき、導体板315,318,319,320と放熱ベース部305の間には、絶縁層333を介して絶縁が確保される。絶縁層333は、高熱伝導な絶縁性のセラミックスを高含有した樹脂を用いる。これにより、放熱ベース部305と導体板315,318,319,320が隙間無く接着される。   At this time, insulation is ensured between the conductor plates 315, 318, 319, 320 and the heat dissipation base portion 305 via the insulating layer 333. As the insulating layer 333, a resin containing a high amount of insulating ceramics having high thermal conductivity is used. Thereby, the heat radiating base portion 305 and the conductor plates 315, 318, 319, and 320 are bonded without any gap.

金属製ケース304は、薄肉部304Aとフィン306を備えた放熱ベース部305と、厚肉部304Bを備えたフランジ307と、をそれぞれ鍛造、鋳造することで作製し、レーザ溶接や摩擦攪拌接合により一体化する。   The metal case 304 is produced by forging and casting a thin base portion 304A, a heat radiation base portion 305 having a fin 306, and a flange 307 having a thick portion 304B, respectively, by laser welding or friction stir welding. Integrate.

押圧によるパワー半導体モジュールの収納よりも先に金属製ケース304を一体化する場合には、押圧によるパワー半導体モジュールの収納時に金属製ケース304全体に反り変形ができないように、図14に示すように各パワー半導体モジュールの間に、さらに厚肉部304Cを設ける。   When the metal case 304 is integrated prior to the storage of the power semiconductor module by pressing, as shown in FIG. 14, the entire metal case 304 is not warped and deformed when the power semiconductor module is stored by pressing. A thick portion 304C is further provided between each power semiconductor module.

これに対して、薄肉部304Aとフィン306を備えた放熱ベース部305と、各パワー半導体モジュールと、を絶縁層333により接続してから、厚肉部304Bを備えたフランジ307を取り付ける際には、図15に示すように、各パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの間の厚肉部304Cは不要となる。図15は図14に示すパワー半導体モジュールの収納用金属ケースの変形構成例を示す断面図である。上述した一体化の際に、薄肉部304Aが設けられこの部分が変形し応力を受け持つことで、絶縁層333に発生する応力を低減することが可能となる。   On the other hand, when attaching the flange 307 provided with the thick part 304B after connecting the heat radiation base part 305 provided with the thin part 304A and the fin 306 and each power semiconductor module by the insulating layer 333. As shown in FIG. 15, the thick portion 304C between the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W is not necessary. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a modified configuration example of the metal case for housing the power semiconductor module shown in FIG. When the above-described integration is performed, the thin portion 304A is provided, and this portion is deformed to handle the stress, whereby the stress generated in the insulating layer 333 can be reduced.

ここで、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wは、それぞれの直流正極端子157、直流負極端子158、信号端子325U,325L、交流端子159(図9を参照)が、溶接やろう接によりバスバーユニット6の正極端子中継部509a、負極端子中継部508a、信号端子中継部340、交流端子中継部804U,804V,804W(図13を参照)に接合され位置決めされている。その後、金属製ケース304に絶縁333を介して収納した後に、バスバーユニット6との各接続部も含めた金属製ケース304の残りの空間に絶縁性の封止樹脂351(図13では省略、図14を参照)を封止することでパワー半導体モジュールユニット5が完成するとともに、さらに絶縁信頼性を向上することができる。 Here, each of the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W has a DC positive terminal 157, a DC negative terminal 158, signal terminals 325U and 325L, and an AC terminal 159 (see FIG. 9) that are connected to the bus bar unit 6 by welding or brazing. The positive terminal relay unit 509a, the negative terminal relay unit 508a, the signal terminal relay unit 340, and the AC terminal relay units 804U, 804V, and 804W (see FIG. 13) are joined and positioned. Thereafter, after being accommodated in the metal case 304 via the insulating layer 333, an insulating sealing resin 351 (omitted in FIG. 13) is left in the remaining space of the metal case 304 including each connection portion with the bus bar unit 6. The power semiconductor module unit 5 is completed by sealing (see FIG. 14), and the insulation reliability can be further improved.

絶縁性封止樹脂351としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂に対してはSiO,Al,AlN,BNなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を金属製ケース304や各半導体モジュールに近づける。これにより、絶縁層333と金属製ケース304や各半導体モジュール間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュールの寿命をのばすことが可能となる。 As the insulating sealing resin 351, for example, a resin based on a novolac-based, polyfunctional, or biphenyl-based epoxy resin can be used. In addition, the epoxy resin contains ceramics such as SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, and BN, rubber, and the like, and the thermal expansion coefficient is brought close to the metal case 304 and each semiconductor module. As a result, the difference in thermal expansion coefficient between the insulating layer 333 and the metal case 304 and each semiconductor module can be reduced, and the thermal stress generated as the temperature rises in the usage environment is greatly reduced. It is possible to extend.

次に、第1の実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット4の詳細構成について、図16と図17を用いて以下説明する。図16と図17はバスバーユニット6とコンデンサユニット4を示す図であり、図16は当該図に示された構成体の斜視図であり、図17は当該図に示された構成体の分解斜視図である。   Next, a detailed configuration of the capacitor unit 4 in the power conversion device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 16 and 17. 16 and 17 are views showing the bus bar unit 6 and the capacitor unit 4, FIG. 16 is a perspective view of the component shown in the figure, and FIG. 17 is an exploded perspective view of the component shown in the figure. FIG.

図17に示すように、コンデンサユニット4は、コンデンサ正極接続端子500pとコンデンサ負極接続端子500nとから成るコンデンサバスバーと、複数のコンデンサ素子500aと、交流バスバー中継部803U,803V,803Wと、で構成されている。コンデンサバスバーのコンデンサ正極接続端子500pとコンデンサ負極接続端子500nは、バスバーユニット6の正極端子中継部509b、負極端子中継部508bと溶接やろう接により電気的接合されている。電気的接合前のコンデンサ素子500aと交流バスバー中継部803U,803V,803Wは、ベース(絶縁性台座)19(図5(b)を参照)をガイドとして仮固定し、筐体10床面に接触できるようにしている。各コンデンサ素子や各交流バスバーと筐体床面間には、隙間を減らし放熱性を向上するとともに、絶縁を確保するための樹脂を設置している。また、ベース(絶縁性台座)19自体で絶縁を確保してもよい。この場合、導電性で高放熱なグリスや樹脂を設置できる。 As shown in FIG. 17, the capacitor unit 4, a capacitor bus bar comprising a capacitor positive electrode connection terminal 500p and the capacitor negative connection terminal 500n, and 500a plurality of capacitor elements, AC bus bar in joints 803U, 803V, and 803W, It consists of The capacitor positive electrode connection terminal 500p and the capacitor negative electrode connection terminal 500n of the capacitor bus bar are electrically joined to the positive electrode terminal relay portion 509b and the negative electrode terminal relay portion 508b of the bus bar unit 6 by welding or brazing. Electrical connection prior to the capacitor element 500a and the AC bus bar in joints 803U, 803V, 803W is based (insulating base) 19 (see FIG. 5 (b)) to temporarily fix the guide housing 10 floor surface To be able to touch. Between each capacitor element or each AC bus bar and the floor of the housing, a resin is installed to reduce gaps and improve heat dissipation and to ensure insulation. Insulation may be secured by the base (insulating base) 19 itself. In this case, conductive and high heat dissipation grease or resin can be installed.

コンデンサユニット4は、バスバーユニット6を仮想境界面としてパワー半導体モジュールユニット5と対称となる位置に配置されている。この配置により、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wと複数のコンデンサ素子500aは、正極側バスバー509’と負極側バスバー508’とからなるバスバー501を介して近接配置されるため(コンデンサ素子とパワー半導体モジュールとの間に流れる電流はバスバー501で直結されているため)、バスバー501で発生する抵抗損失を抑制し発熱量を低減することが可能となる。さらには、バスバーユニット6が介在することによって、パワー半導体モジュール300からコンデンサ素子500aへの伝熱を抑制できることより、コンデンサ素子の温度上昇を低減することが可能であり、コンデンサの信頼性及び寿命を向上させる効果がある。   The capacitor unit 4 is disposed at a position symmetrical to the power semiconductor module unit 5 with the bus bar unit 6 as a virtual boundary surface. With this arrangement, the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W and the plurality of capacitor elements 500a are disposed close to each other via the bus bar 501 including the positive side bus bar 509 ′ and the negative side bus bar 508 ′ (the capacitor element and the power semiconductor). Since the current flowing between the modules is directly connected by the bus bar 501), it is possible to suppress the resistance loss generated in the bus bar 501 and reduce the heat generation amount. Furthermore, by interposing the bus bar unit 6, heat transfer from the power semiconductor module 300 to the capacitor element 500a can be suppressed, so that the temperature rise of the capacitor element can be reduced, and the reliability and life of the capacitor can be reduced. There is an effect to improve.

また、コンデンサ素子500aは、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wに備えたそれぞれの交流端子159に接続され且つパワー半導体モジュールユニット5と反対側へ直線状に延伸したU,V,W相の交流バスバー802の中継部803U,803V,803Wの間に並列に配置している。この並列配置により、電力変換装置200の高さ寸法を低くすることができる。さらに、コンデンサユニット4及びU,V,W相の交流バスバーの中継部803U,803V,803Wを筐体10の床面に近接させられることより放熱性を向上することができる。   Capacitor element 500a is connected to each AC terminal 159 provided in power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W, and is a U, V, and W phase AC bus bar that extends linearly to the opposite side of power semiconductor module unit 5. The relay units 803U, 803V, and 803W of 802 are arranged in parallel. With this parallel arrangement, the height dimension of the power conversion device 200 can be reduced. Furthermore, heat dissipation can be improved by allowing the capacitor unit 4 and the relay portions 803U, 803V, and 803W of the U, V, and W-phase AC bus bars to be close to the floor surface of the housing 10.

また、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wと同数個あるいは倍数個となるように配置させると良い。これにより、各コンデンサ素子500aから各パワー半導体モジュール300U,300V,300Wへ供給する電力が略均等に分配され、特定のコンデンサからの電力過剰供給が抑制されるため、コンデンサの信頼性及び寿命を向上させる効果がある。   Further, the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W may be arranged in the same number or multiples. As a result, the power supplied from each capacitor element 500a to each power semiconductor module 300U, 300V, 300W is substantially evenly distributed, and excessive power supply from a specific capacitor is suppressed, improving the reliability and life of the capacitor. There is an effect to make.

次に、第1の実施形態に係る電力変換装置におけるバスバーユニット6の詳細構成について、図13と図17を用いて以下説明する。図13と図17に示すように、バスバーユニット6は、パワー半導体モジュールユニット5のパワー半導体モジュール300U,300V,300Wを収納する金属製ケース304の開口部側に対し、平行に積層された1対の正極導体板(正極側バスバー)509’と負極導体板(負極側バスバー)508’とを備えている。   Next, the detailed configuration of the bus bar unit 6 in the power conversion device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 13 and 17. As shown in FIG. 13 and FIG. 17, the bus bar unit 6 is a pair of layers stacked parallel to the opening side of the metal case 304 that houses the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W of the power semiconductor module unit 5. Positive electrode conductor plate (positive electrode side bus bar) 509 'and negative electrode conductor plate (negative electrode side bus bar) 508'.

正極導体板509’は、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの各直流正極端子157(図3と図9を参照)方向に引き出された正極端子中継部509aと、コンデンサ500の正極接続端子500p方向に引き出された正極端子中継部509bと、を有し、筐体10の開口側(図面上方)に折れ曲がっている。負極導体板508’も同様に、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの各直流負極端子158とコンデンサ500の負極接続端子500n方向に引き出された負極端子中継部508aと負極端子中継部508bと、を有し、筐体10の開口側に折れ曲がっている。   The positive electrode conductor plate 509 ′ is connected to the positive electrode terminal relay portion 509a drawn in the direction of each DC positive electrode terminal 157 (see FIGS. 3 and 9) of the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W, and the positive electrode connection terminal 500p direction of the capacitor 500. And is bent to the opening side (upward in the drawing) of the housing 10. Similarly, the negative electrode conductor plate 508 ′ includes the DC negative terminals 158 of the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W, the negative terminal relay portion 508a and the negative terminal relay portion 508b drawn in the direction of the negative electrode connection terminal 500n of the capacitor 500. And bent toward the opening side of the housing 10.

また、バスバーユニット6には、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの各交流端子159や交流バスバー中継部803U,803V,803Wに接続する交流端子中継部804U,804V,804Wと、信号端子325U,325L(図8と図9を参照)を中継する信号端子中継部340と、がそれぞれ形成されている(図13を参照)。バスバーユニット6は、図示するように扁平な形状をしており、絶縁性樹脂550を用いて射出成型や圧着成型されることで、バスバーに繋がるそれぞれの連結端子が一体成型されている。   The bus bar unit 6 includes AC terminal relays 804U, 804V, 804W connected to the AC terminals 159 of the power semiconductor modules 300U, 300V, 300W, AC bus bar relay units 803U, 803V, 803W, and signal terminals 325U, 325L. A signal terminal relay unit 340 for relaying (see FIG. 8 and FIG. 9) is formed (see FIG. 13). The bus bar unit 6 has a flat shape as shown in the figure, and each connection terminal connected to the bus bar is integrally molded by injection molding or pressure molding using the insulating resin 550.

以上説明したように、本発明の実施形態では、電力変換装置を構成するパワー半導体モジュール300、コンデンサユニット4を筐体10(例.金属製ケース)の床面に対して同一平面状に配置して薄型化することができた。この配置に対して、パワー半導体モジュールユニット5からの引き出される直流正極端子157,直流負極端子158とコンデンサから引き出されるコンデンサ500の正極接続端子500p,負極接続端子500nを、バスバーユニット6における負極導体板508’,正極導体板509’の面において略同一平面上に揃え、さらに、U,V,W各相を連絡する負極導体板508’,正極導体板509’を積層(薄板状の正負極導体板を互いの面が対面するように積層配置)できるようにした。 As described above, in the embodiment of the present invention, the power semiconductor module 300 and the capacitor unit 4 constituting the power converter are arranged on the same plane with respect to the floor surface of the housing 10 (eg, a metal case). Can be made thinner. For this arrangement, the DC positive terminal 157 drawn from the power semiconductor module unit 5, the DC negative terminal 158 and positive electrode connection terminal 500p of the capacitor 500 drawn from the capacitor, a negative electrode connection terminal 500n, a negative that put the bus bar unit 6 align generally coplanar electrode conductor plate 508 ', positive busbar 509' in the plane of the further stack U, V, negative conductor plate 508 you contact W phase ', positive busbar 509' (the sheet The positive and negative electrode conductor plates can be laminated so that their surfaces face each other.

次に、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置の構成と作用乃至効果との関係について以下説明する。本実施形態における上述した構成により、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの直流正極端子157,直流負極端子158と各コンデンサ素子500aの正極接続端子500p,負極接続端子500nとの距離が短くなって抵抗損失を低減できる。さらに、負極導体板508’と正極導体板509’の積層化によるインダクタンスの低減効果で、電力変換装置回路のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制でき、回路の高速スイッチング化により損失を低減できる。また、電力変換装置を構成するパワー半導体モジュールユニット5とコンデンサユニット4に対して、上述した構成と配置を有するバスバーユニット6を設置したことで、電力変換装置の薄型化を図りつつ、インバータ回路140からの発熱量を低減できるようにした。 Next, the relationship between the configuration and operation or effect of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention will be described below. With the configuration described above in the present embodiment, the power semiconductor module 300 U, 300 V, DC positive terminal 157 of the 300 W, positive Gokuse' connection terminals 500p of the capacitor elements 500a and the DC negative terminal 158, the distance between the negative electrode connection terminal 500n shorter Resistance loss can be reduced. Furthermore, in the effect of reducing the inductance by stacking the 'positive busbar 509 and' negative conductor plate 508, can be suppressed surge voltage generated during switching of the power converter circuit, the loss can be reduced by high-speed switching of the circuit . In addition, by installing the bus bar unit 6 having the above-described configuration and arrangement with respect to the power semiconductor module unit 5 and the capacitor unit 4 constituting the power converter, the inverter circuit 140 can be made thin while reducing the thickness of the power converter. The amount of heat generated from can be reduced.

電力変換装置の中で最も発熱が大きいパワー半導体モジュールユニット5に対し、最も冷却能力の高い水冷方式を採用しつつ、上下両面からパワー半導体モジュールユニット5を冷却させることで、パワー半導体モジュールユニット5や冷却流路の設置底面積を減少できる。また、コンデンサ素子500aと負極導体板508’,正極導体板509’とを筐体10(金属製ケース)との設置底面から冷却でき、放熱面が薄型化により広く取れるので、コンデンサ素子500aとバスバー501の温度上昇を抑制でき信頼性が向上する。このように、電力変換装置の薄型化を図りつつ信頼性を高めることが可能となる。 To the power semiconductor module unit 5 generates heat most is large in the power conversion device, while adopting a high water cooling most cooling capacity by cooling the power semiconductor module unit 5 from the top and bottom surfaces, the power semiconductor module unit 5 Ya The installation bottom area of the cooling channel can be reduced. The capacitor element 500a and the negative electrode conductor plate 508 ', the positive electrode conductor plate 509' can be cooled and the installation bottom surface of the housing 10 (metal case), since the heat dissipation surface is taken widely by thinning, the capacitor element 500a and a bus bar The temperature rise of 501 can be suppressed and the reliability is improved. In this way, it is possible to improve the reliability while reducing the thickness of the power conversion device.

本実施形態では、図12と図13に示すように流路形成体12下に設けたベース18(図5(b)にはベース18が示されていて、図5(b)が筐体10を取り除いた図示構造であるので、ベース18は筐体10とは別物)にガイド溝を設け、パワー半導体モジュールユニット5やバスバーユニット6を嵌め込むことで、流路形成体12による筐体10の冷却や筐体10によるバスバーユニット6の冷却効率を向上できる構造とした。また、コンデンサユニット4についても、図5(b)に示したように、ベース(絶縁性台座)19を設置して筐体10と各部材の接触をより確実にできる。ベース18やベース19への各ユニットの設置や各ユニットの引き出し端子の向きがフランジ307の開口方向に揃えていることで、筐体10へ各部材を収納する組み立てが容易となり、生産性が向上する。また、ベース18やベース19を採用することで、冷却性能を向上する放熱グリスや放熱樹脂シートを各部材の底面に設置しやすくなる効果がある。   In this embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, a base 18 provided under the flow path forming body 12 (the base 18 is shown in FIG. 5B, and FIG. The base 18 is provided with a guide groove in a separate structure from the housing 10, and the power semiconductor module unit 5 and the bus bar unit 6 are fitted into the structure. The cooling and the cooling efficiency of the bus bar unit 6 by the housing 10 can be improved. As for the capacitor unit 4, as shown in FIG. 5B, a base (insulating pedestal) 19 can be installed to ensure contact between the housing 10 and each member. Installation of each unit on the base 18 and the base 19 and the orientation of the lead terminal of each unit are aligned with the opening direction of the flange 307, so that the assembly of housing each member in the housing 10 is facilitated and the productivity is improved. To do. Further, by adopting the base 18 or the base 19, there is an effect that it is easy to install the heat dissipating grease and the heat dissipating resin sheet for improving the cooling performance on the bottom surface of each member.

また、パワー半導体モジュールユニット5の水密性の金属製ケース304は、水密性を確保するためのフランジ307を有しており、流路形成体12の流路形成体開口120Aにシールを介して設置される。本実施形態では、U,V,W相の直列回路を構成するパワー半導体モジュール300U,300V,300W毎に金属製ケース304を一つずつ三つ用意せず、一つのケースに内蔵する構造とした。この内蔵構造により、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの間隔に存在するフランジ307(パワー半導体モジュール300U,300V,300W毎のフランジ)を省略でき、フランジ307の面積を小さくできるとともに、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wの並置間隔を最小に配置可能となる。 Further, watertight metal case 304 of the power semiconductor module unit 5 has a flange 3 07 to ensure water-tightness, a seal in the flow path forming member opening 120A of the passage forming body 12 Installed. In the present embodiment, three metal cases 304 are not prepared for each of the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W constituting the series circuit of U, V, and W phases, and the structure is built in one case. did. This internal structure, the power semiconductor module 300 U, 300 V, a flange 307 that exist in the interval of 300W can be omitted (the power semiconductor module 300 U, 300 V, the flange per 300W), it is possible reduce the area of the flange 307, the power semiconductor module It becomes possible to arrange the juxtaposition intervals of 300 U, 300 V, and 300 W to the minimum.

また、複数のパワー半導体モジュール300U,300V,300Wを一つの金属製ケース304に収納する際に、一対の負極導体板508’,正極導体板509’を有するバスバーユニット6に連結していることで(バスバーユニットを予めパワー半導体モジュール300U,300V,300Wに連結した状態で金属製ケース304に収納する)、金属製ケース304内の平面方向に対し、パワー半導体モジュール300U,300V,300Wを所定位置に配置可能となる。ここで、連結していない状態で収納されたパワー半導体モジュール300U,300V,300Wにおいては、連結のための配線のスペースを要するので、これとの対比において、パワー半導体モジュール300U,300V,300W同士の間隔を最小にでき、上述したバスバーの長手方向長さを短くできるので、その分だけ損失を低減できる効果が大きくなる。また、上述した各コンデンサ素子500aとの対称性も高まりコンデンサ500の信頼性も向上する。 Further, linked plurality of power semiconductor modules 300 U, 300 V, a 300W when housed in a metal case 304, a pair of the negative electrode conductor plate 5 08 ', positive busbar 509' to the bus bar unit 6 with (The bus bar unit 6 is stored in the metal case 304 in a state where the bus bar unit 6 is connected to the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W in advance), and the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W are mounted in the plane direction in the metal case 304. It can be arranged at a predetermined position. Here, in the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W housed in a non-connected state, a wiring space for connection is required. In contrast, the power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W are connected to each other. Since the distance can be minimized and the length of the bus bar in the longitudinal direction can be shortened, the effect of reducing the loss can be increased accordingly. In addition, the symmetry with each of the capacitor elements 500a described above is increased, and the reliability of the capacitor 500 is improved.

金属製ケース304に収納する複数のパワー半導体モジュール毎に金属製ケース304の周囲に薄肉部304Aを設けることで、パワー半導体モジュールの厚さにあわせ薄肉部304Aが変形して放熱ベース部305の間隔を制御できるので、絶縁層333を絶縁に必要な最小厚さに設定でき、放熱性を高めることが可能となる。一方で、薄肉部304Aを設けたことでフランジ307は押圧時に変形しないので、高い水密信頼性を有する。   By providing a thin portion 304A around the metal case 304 for each of the plurality of power semiconductor modules housed in the metal case 304, the thin portion 304A is deformed according to the thickness of the power semiconductor module, and the interval between the heat dissipation base portions 305 is increased. Therefore, the insulating layer 333 can be set to a minimum thickness necessary for insulation, and heat dissipation can be improved. On the other hand, since the flange 307 is not deformed when pressed by providing the thin portion 304A, it has high watertight reliability.

パワー半導体モジュール300U,300V,300Wをその長手方向に対して複数に分割して配置する構造とした。分割せずに一体化するものに比べて、絶縁性モールド樹脂
(トランスファーモールド法)348(図8と図14を参照)での封止時や絶縁層333での収納時の昇降温で発生する熱応力を小さくすることができる。これにより、反りなどの熱変形を極力小さくでき、絶縁層333の厚みばらつきによる熱抵抗の増加や冷却フィン306と流路形成体12の冷媒流路120(図13を参照)を成す内壁との隙間ばらつきによる熱伝達率減少を抑制でき信頼性を向上できる。
The power semiconductor modules 300U, 300V, and 300W are divided into a plurality of parts in the longitudinal direction. Compared to those that are integrated without being divided, the temperature rises and falls when sealed with an insulating mold resin (transfer mold method) 348 (see FIGS. 8 and 14) or when stored with the insulating layer 333. Thermal stress can be reduced. As a result, thermal deformation such as warpage can be minimized, and an increase in thermal resistance due to variation in the thickness of the insulating layer 333 and between the cooling fin 306 and the inner wall forming the refrigerant flow path 120 (see FIG. 13) of the flow path forming body 12. Reduction in heat transfer coefficient due to gap variation can be suppressed and reliability can be improved.

「第2の実施形態」
次に、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置について、図18と図19を参照して説明する。図18はパワー半導体モジュールユニット5とコンデンサユニット4とバスバーユニット6を組み合わせた構成の斜視図であり、図19はその分解斜視図である。
“Second Embodiment”
Next, a power converter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 18 and FIG. 18 is a perspective view of a configuration in which the power semiconductor module unit 5, the capacitor unit 4, and the bus bar unit 6 are combined, and FIG. 19 is an exploded perspective view thereof.

第2の実施形態において、パワー半導体モジュールユニット5及び交流バスバー802は第1の実施形態と同様である。第2の実施形態の特徴は、正極導体板509’と負極導体板508’とから成るバスバー501が積層した状態で筐体10の床面に近接するようにコンデンサユニット4側に屈曲伸長していることである。   In the second embodiment, the power semiconductor module unit 5 and the AC bus bar 802 are the same as those in the first embodiment. A feature of the second embodiment is that the bus bar 501 including the positive electrode conductor plate 509 ′ and the negative electrode conductor plate 508 ′ is bent and extended toward the capacitor unit 4 so as to be close to the floor surface of the housing 10 in a stacked state. It is that you are.

複数のコンデンサ素子500aは交流バスバー中継部803の間に並列に配置され、コンデンサ素子500aの正極接続端子500p及び負極接続端子500nは筐体10の床面と垂直を成す向きでバスバー501と接続されている。これにより、バスバー501は筐体10の広い床面を介して放熱させることが可能となる。また、コンデンサ素子500aと交流バスバー中継部803は床面敷設のバスバー501を介して間接的に筐体10へ放熱させることが可能である。さらに、バスバー501の正極導体板509’と負極導体板508’の積層対向面積を増加させられることによって、第1の実施形態よりもインダクタンスの低減効果を大きくすることができる。   The plurality of capacitor elements 500a are arranged in parallel between the AC bus bar relay unit 803, and the positive electrode connection terminal 500p and the negative electrode connection terminal 500n of the capacitor element 500a are connected to the bus bar 501 in a direction perpendicular to the floor surface of the housing 10. ing. As a result, the bus bar 501 can dissipate heat through the wide floor surface of the housing 10. Further, the capacitor element 500a and the AC bus bar relay portion 803 can be indirectly radiated to the casing 10 via the bus bar 501 installed on the floor. Furthermore, by increasing the stacking facing area of the positive electrode conductor plate 509 ′ and the negative electrode conductor plate 508 ′ of the bus bar 501, it is possible to increase the inductance reduction effect as compared with the first embodiment.

「第3の実施形態」
次に、本発明の第3の実施形態に係る電力変換装置について、図20と図21を参照して説明する。図20はパワー半導体モジュールユニット5とコンデンサユニット4とバスバーユニット6を組み合わせた構成の斜視図であり、図21はその分解斜視図である。第3の実施形態において、パワー半導体モジュールユニット5は第1の実施形態と同様である。
“Third Embodiment”
Next, the power converter device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 20 and FIG. 20 is a perspective view of a configuration in which the power semiconductor module unit 5, the capacitor unit 4, and the bus bar unit 6 are combined, and FIG. 21 is an exploded perspective view thereof. In the third embodiment, the power semiconductor module unit 5 is the same as that of the first embodiment.

第3の実施形態の特徴は、正極導体板509’と負極導体板508’とから成るバスバー501は、積層した状態で、金属製ケース304のフランジ307に対向するように立設する構造を有するとともに、パワー半導体モジュールユニット5の流路形成体12及びコンデンサ素子500の底面に沿うように、かつ、筐体10の床面に近接するように屈曲伸長した構造である。複数のコンデンサ素子500aは、コンデンサ素子の正極接続端子500p及び負極接続端子500nが筐体10の床面と垂直を成す向きでバスバー501と接続されている。   A feature of the third embodiment is that a bus bar 501 including a positive electrode conductor plate 509 ′ and a negative electrode conductor plate 508 ′ is erected so as to face the flange 307 of the metal case 304 in a stacked state. In addition, the power semiconductor module unit 5 has a structure that is bent and extended so as to be along the flow path forming body 12 of the power semiconductor module unit 5 and the bottom surface of the capacitor element 500 and close to the floor surface of the housing 10. The plurality of capacitor elements 500 a are connected to the bus bar 501 in such a direction that the positive electrode connection terminal 500 p and the negative electrode connection terminal 500 n of the capacitor element are perpendicular to the floor surface of the housing 10.

上述した構成により、バスバー501は、流路形成体12及び筐体10を介して放熱させることが可能となる。また、コンデンサ素子500aは流路形成体12の近傍に隣接して配置させることより、コンデンサ素子500aの放熱を容易にすることができ、バスバー501を介して間接的に筐体10へ放熱させることも可能である。   With the configuration described above, the bus bar 501 can dissipate heat through the flow path forming body 12 and the housing 10. Further, by disposing the capacitor element 500a adjacent to the vicinity of the flow path forming body 12, the capacitor element 500a can easily dissipate heat and indirectly dissipate heat to the housing 10 via the bus bar 501. Is also possible.

そして、パワー半導体モジュールユニット5を収納した金属製ケース304のフランジ307側(フランジ307側にパワー半導体モジュール300の各種端子が配列されている)が、筐体10の側面近傍に配置されることより、交流バスバー802の長さは短縮できる(具体的には、交流バスバー端子802U,V,Wに連結される交流バスバー中継部803U,V,Wを短くできる)。これにより、交流バスバー802の抵抗損失が低減することより発熱を抑制する効果である。さらに、上述した底面配置されたバスバー501の正極導体板509’と負極導体板508’の積層対向面積を増加させられることより、低インダクタンスの効果を有する。   Then, the flange 307 side (the various terminals of the power semiconductor module 300 are arranged on the flange 307 side) of the metal case 304 housing the power semiconductor module unit 5 is disposed in the vicinity of the side surface of the housing 10. The length of the AC bus bar 802 can be shortened (specifically, the AC bus bar relay units 803U, V, and W connected to the AC bus bar terminals 802U, V, and W can be shortened). Thereby, it is the effect which suppresses heat_generation | fever from the resistance loss of the alternating current bus bar 802 reducing. Furthermore, since the stacked opposing area of the positive electrode conductor plate 509 ′ and the negative electrode conductor plate 508 ′ of the bus bar 501 arranged on the bottom surface can be increased, the effect of low inductance is obtained.

「第4の実施形態」
次に、本発明の第4の実施形態に係る電力変換装置について、図22と図23を参照して説明する。図22はパワー半導体モジュールユニット5とコンデンサユニット4とバスバーユニット6と磁気干渉抑制部材とを組み合わせた構成の斜視図であり、図23はその上視図である。
“Fourth Embodiment”
Next, the power converter device which concerns on the 4th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 22 and FIG. 22 is a perspective view of a configuration in which the power semiconductor module unit 5, the capacitor unit 4, the bus bar unit 6, and the magnetic interference suppressing member are combined, and FIG. 23 is a top view thereof.

第4の実施形態の特徴は、第1の実施形態との比較において、バスバー501の正極導体板509’と負極導体板508’に加えて、導体もしくは磁性体の薄板555を設けている点にある。なお、この薄板555は磁気シールドの機能を奏しているものであるので、第1の実施形態の外に、第2と第3の実施形態に対しても同様に磁気シールドを為す薄板555を設けてもよい。   The feature of the fourth embodiment is that a conductor or magnetic thin plate 555 is provided in addition to the positive conductor plate 509 ′ and the negative conductor plate 508 ′ of the bus bar 501 in comparison with the first embodiment. is there. Since this thin plate 555 functions as a magnetic shield, in addition to the first embodiment, a thin plate 555 for providing a magnetic shield is also provided in the second and third embodiments. May be.

第4の実施形態において、薄板555は、バスバーユニット6に備えられた信号端子中継部340と正極導体板509’又は負極導体板508’との間に設けられている。また、薄板555は、筐体10もしくは筐体10と電気的に接続された流路形成体12Aまたは金属製ケース304に(図5をも参照)、ネジなどにより接続させてもよい。これにより、大電力を扱うバスバー501と低電圧を扱う制御信号端子である信号端子中継部340との磁気干渉を抑制でき、誤動作を防ぐことができる。また、この磁気干渉はスイッチング速度が高速であるほど影響が大きくなる。本実施形態の採用によって、磁気干渉を抑制するため、高速スイッチングが可能となり電力変換装置の損失を低減させる効果を有している。   In the fourth embodiment, the thin plate 555 is provided between the signal terminal relay portion 340 provided in the bus bar unit 6 and the positive conductor plate 509 ′ or the negative conductor plate 508 ′. Further, the thin plate 555 may be connected to the housing 10 or the flow path forming body 12A or the metal case 304 electrically connected to the housing 10 (see also FIG. 5) by screws or the like. Thereby, magnetic interference between the bus bar 501 that handles high power and the signal terminal relay unit 340 that is a control signal terminal that handles low voltage can be suppressed, and malfunction can be prevented. In addition, the influence of this magnetic interference increases as the switching speed increases. By adopting this embodiment, since magnetic interference is suppressed, high-speed switching is possible, and the power converter has an effect of reducing loss.

「第5の実施形態」
次に、本発明の第5の実施形態に係る電力変換装置について、図24と図25を参照して説明する。図24は、本発明の第5の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び冷却用の流路形成通路の配置を示す概略斜視図であり、図25は第5の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び流路形成体の配置と、冷却用の流路形成通路の配置とを示す分解斜視図である。
“Fifth Embodiment”
Next, the power converter device which concerns on the 5th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 24 and FIG. FIG. 24 is a schematic perspective view showing the arrangement of the power semiconductor module unit, the capacitor module unit, the bus bar unit, and the cooling flow path forming passage in the power conversion device according to the fifth embodiment of the present invention. It is a disassembled perspective view which shows arrangement | positioning of the power semiconductor module unit in a power converter device which concerns on 5th Embodiment, a capacitor | condenser module unit, a bus-bar unit, and a flow-path formation body, and arrangement | positioning of the flow-path formation channel | path for cooling.

第5の実施形態の特徴は、図5と図6に示す第1の実施形態における、パワー半導体モジュールユニット5に対し流路形成体12を用いて水冷している構成に対して、流路形成体12に加えて、筐体10の床面に流路15(冷媒流入配管13と冷媒流出配管14と流路形成体12に繋がる流路)を形成することで、バスバーユニット6とコンデンサユニット4を水冷できる構成とすることにある。この構成により、バスバーユニット6とコンデンサユニット4に対する筐体10床面での冷却性能を向上できるとともに、筐体10を介してモータに設置する場合にモータからの伝熱を冷却水により防止できるため、電力変換装置を近接して設置することが可能となる。また、筐体10を介してモータを冷却することも可能となる。ここで、ユニット5,4,6を載置するベース18の下方に流路15が形成され、この流路15と流路形成体12内の流路を経由して、冷媒流入配管13と冷媒流出配管14間で冷媒が流れることとなる。   A feature of the fifth embodiment is that a flow path is formed with respect to a configuration in which the power semiconductor module unit 5 is water-cooled using the flow path forming body 12 in the first embodiment shown in FIGS. In addition to the body 12, the bus bar unit 6 and the capacitor unit 4 are formed by forming a flow path 15 (flow path connected to the refrigerant inflow pipe 13, the refrigerant outflow pipe 14, and the flow path forming body 12) on the floor surface of the housing 10. Is configured to be water-cooled. With this configuration, the cooling performance on the floor surface of the housing 10 with respect to the bus bar unit 6 and the capacitor unit 4 can be improved, and heat transfer from the motor can be prevented by the cooling water when installed on the motor via the housing 10. It becomes possible to install the power converters close to each other. In addition, the motor can be cooled via the housing 10. Here, a flow path 15 is formed below the base 18 on which the units 5, 4, and 6 are placed, and the refrigerant inflow pipe 13 and the refrigerant are passed through the flow path 15 and the flow path in the flow path forming body 12. The refrigerant flows between the outflow pipes 14.

また、パワー半導体モジュールユニット5により冷却水が温度上昇するため、冷却水の上流側(冷媒流入配管13)をコンデンサユニット4側にすることで、コンデンサユニットに対する冷却性能を高めている。   Further, since the temperature of the cooling water rises by the power semiconductor module unit 5, the cooling performance for the capacitor unit is enhanced by setting the upstream side of the cooling water (refrigerant inflow pipe 13) to the capacitor unit 4 side.

以上説明したように、本発明の各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の技術的特徴を損なわない限り、本発明は上述した各実施形態の構成に何ら限定されるものではない。   As described above, each embodiment of the present invention may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments as long as the technical features of the present invention are not impaired.

3:上カバー、4:コンデンサユニット、5:パワー半導体モジュールユニット、6:バスバーユニット、10:筐体(金属製ケース)、12,12A:流路形成体、13:冷媒流入配管、14:冷媒流出配管、15:流路、18:ベース、19:絶縁性台座(ベース)、20:回路基板、21:信号用コネクタ、120:冷媒流路、120A:流路形成体開口、136:バッテリ、138:直流コネクタ、188:交流コネクタ、140:インバータ回路、150:直列回路、156,166:ダイオード、157:直流正極端子、158:直流負極端子、159:交流端子、172:制御回路、174:ドライバ回路、180:電流センサモジュール、188:交流コネクタ、
200:電力変換装置、300U,300V,300W:パワー半導体モジュール、304:金属製ケース(収納ケース)、304A:薄肉部、304B,304C:厚肉部、305:放熱ベース部、306:冷却フィン、307:フランジ、315,318,319,320:導体板、325L,325U:信号端子、328,330:IGBT、333:絶縁層、340:信号端子中継部、348:絶縁性モールド樹脂、351:絶縁性封止樹脂、
500:コンデンサ、500a:コンデンサ素子、500p:正極接続端子、500n:負極接続端子、501:バスバー、504:負極側コンデンサ端子、506:正極側コンデンサ端子、508:負極側電源端子、508a,508b:負極端子中継部、508’:負極側バスバー(負極導体板)、509:正極側電源端子、509a,509b:正極端子中継部、509’:正極側バスバー(正極導体板)、550:絶縁性樹脂、555:磁気干渉抑制部材、
800:交流バスバーホルダ、802:交流バスバー、802U,802V,802W:交流バスバー端子、803U,803V,803W:交流バスバー中継部、804U,804V,804W:交流端子中継部、
EGN:エンジン、MG1:モータジェネレータ、TSM:動力分配機構、TM:トランスミッション、DEF:ディファレンシャルギ
3: upper cover, 4: capacitor unit, 5: power semiconductor module unit, 6: bus bar unit, 10: housing (metal case), 12, 12A: flow path forming body, 13: refrigerant inflow pipe, 14: refrigerant Outflow piping, 15: flow path, 18: base, 19: insulating base (base), 20: circuit board, 21: signal connector, 120: refrigerant flow path, 120A: flow path forming body opening, 136: battery, 138: DC connectors 188: AC connector, 140: inverter circuit, 150: series circuits, 156 and 166: diode, 157: DC positive terminal, 158: DC negative terminal, 159: AC terminal, 172: control circuit, 174 : Driver circuit, 180: current sensor module, 188: AC connector,
200: power converter, 300 U, 300 V, 300 W: power semiconductor module, 304: metals case made (storage case), 304A: thin portion, 304B, 304C: thick portion, 305: radiator base unit, 306: cooling fin , 307: flange, 315,318,319,320: conductors plate, 325L, 325U: signal terminals, 328, 330: IGBT, 333: insulating layer, 340: signal terminal repeater unit, 348: insulating molding resin, 351 : Insulating sealing resin,
500: capacitor, 500a: capacitor element, 500p: a positive electrode connection terminal, 500n: negative connection terminal, 501: bus bars, 504: negative electrode side capacitor terminal, 506: positive electrode side capacitor terminal, 508: negative electrode side power supply terminal, 508a, 508b: negative electrode terminal relay portion, 508 ′: negative electrode side bus bar (negative electrode conductor plate), 509: positive electrode side power supply terminal, 509a, 509b: positive electrode terminal relay portion, 509 ′: positive electrode side bus bar (positive electrode conductor plate), 550: insulation Resin, 555: magnetic interference suppressing member,
800: AC bus bar holder, 802: AC bus bar, 802U, 802V, 802W: AC bus bar terminal, 803U, 803V, 803W: AC bus bar relay unit, 804U, 804V, 804W: AC terminal relay unit,
EGN: Engine, MG1: the motor generator, TSM: power distribution mechanism, TM: Transmission, DEF: Differential gearing

Claims (10)

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路をつ複数のパワー半導体モジュールと、前複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれと対面する放熱部を有すると共に、当該放熱部同士を連結する薄肉部を有し、
前記放熱部は、前記薄肉部の変形によって前記複数のパワー半導体モジュールの放熱面に当接されたことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing the DC voltage, prior SL and a plurality of the plurality of power semiconductor modules one lifting an inverter circuit for converting direct current to alternating current of a plurality of phases from the capacitor element, and prior Symbol plurality of capacitor elements includes a bus bar for electrically connecting the plurality of power semiconductor module, and a DC positive and negative terminals provided projected from each of the previous SL plurality of power semiconductor modules,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar, the plurality of power semiconductor modules are disposed in the space between the same column arranged first region and arranged second regions of the plurality of capacitor elements Rutotomoni, the plurality of power semiconductor It is formed along the same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the same column arrangement direction of the module ,
The storage case has a heat dissipating part facing each of the plurality of power semiconductor modules, and has a thin part that connects the heat dissipating parts,
The heat radiating portion, the plurality of power semiconductor modules that is in contact with the heat radiating surface features to power conversion apparatus of the deformation of the thin portion.
請求項1記載の電力変換装置において、
前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と、前記バスバーと、を覆う筐体を備え、
前記バスバーは、前記第1の領域と前記第2の領域との間の空間から前記筐体と前記複数のコンデンサ素子との間の空間に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該筐体と当該複数のコンデンサ素子との間の空間に延在する延在部を形成したことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
A housing that covers the plurality of power semiconductor modules housed in the housing case, the plurality of capacitor elements, and the bus bar;
The bus bar are both to form a bent portion that is bent toward the space between the space and the housing and the plurality of capacitor elements between the first region and the second region, the housing a power conversion apparatus characterized by forming the extending portion that extends in the space between said plurality of capacitor elements.
請求項1記載の電力変換装置において、
前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールの収納空間を隔てる隔壁を有し、
前記隔壁は、前記薄肉部よりも肉厚の肉厚部で形成されたことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1 ,
The storage case has a partition that separates the storage spaces of the plurality of power semiconductor modules ,
The power conversion device according to claim 1, wherein the partition wall is formed with a thick portion thicker than the thin portion .
直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記複数のパワー半導体モジュールに制御信号を印加する制御信号端子と前記バスバーとの間に金属製シールド板を設けたことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing a DC voltage; a plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit for converting a DC current from the plurality of capacitor elements into a plurality of phases of AC current; the plurality of capacitor elements; and the plurality of the plurality of capacitor elements. A bus bar that electrically connects the power semiconductor module, and a direct current positive electrode and a negative electrode terminal provided so as to protrude from each of the plurality of power semiconductor modules,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar is arranged in a space between a first region of the plurality of power semiconductor modules arranged in the same row and a second region of the plurality of capacitor elements, and the plurality of power semiconductors It is formed along the same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the same column arrangement direction of the module,
A power conversion device , wherein a metal shield plate is provided between a control signal terminal for applying a control signal to the plurality of power semiconductor modules and the bus bar .
直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
変換された前記複数相の交流電流を出力する交流バスバーを備え、
前記交流バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールから突出する交流端子と接続されるバスバー中継導体板を有し、
前記バスバー中継導体板は、並べて配置された前記複数のコンデンサ素子の間に配置されたことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing a DC voltage; a plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit for converting a DC current from the plurality of capacitor elements into a plurality of phases of AC current; the plurality of capacitor elements; and the plurality of the plurality of capacitor elements. A bus bar that electrically connects the power semiconductor module, and a direct current positive electrode and a negative electrode terminal provided so as to protrude from each of the plurality of power semiconductor modules,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar is arranged in a space between a first region of the plurality of power semiconductor modules arranged in the same row and a second region of the plurality of capacitor elements, and the plurality of power semiconductors It is formed along the same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the same column arrangement direction of the module,
An AC bus bar that outputs the converted AC current of the plurality of phases;
The AC bus bar has a bus bar relay conductor plate connected to an AC terminal protruding from the plurality of power semiconductor modules,
The power conversion device, wherein the bus bar relay conductor plate is disposed between the plurality of capacitor elements arranged side by side .
請求項5記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーには、前記第1の領域と前記第2の領域との空間を繋ぐ貫通孔が形成され、
前記バスバー中継導体板は、前記交流端子から前記貫通孔を通って前記空間まで延設された出力端である交流バスバー端子と接続されたことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 5 , wherein
The AC bus bar is formed with a through hole that connects the space between the first region and the second region,
The power conversion device, wherein the bus bar relay conductor plate is connected to an AC bus bar terminal that is an output end extending from the AC terminal through the through hole to the space .
請求項5又は記載の電力変換装置において、
前記複数のコンデンサ素子と前記交流バスバーとを保持する絶縁性台座を備えたことを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 5 or 6,
A power conversion device comprising an insulating base for holding the plurality of capacitor elements and the AC bus bar .
直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記複数のパワー半導体モジュールを収納した前記収納ケースの外側に冷媒流路を流すための流路形成体が当該収納ケースを覆うように形成され、
前記流路形成体に冷媒流入配管と冷媒流出配管とが接続されたことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing a DC voltage; a plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit for converting a DC current from the plurality of capacitor elements into a plurality of phases of AC current; the plurality of capacitor elements; and the plurality of the plurality of capacitor elements. A bus bar that electrically connects the power semiconductor module, and a direct current positive electrode and a negative electrode terminal provided so as to protrude from each of the plurality of power semiconductor modules,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar is arranged in a space between a first region of the plurality of power semiconductor modules arranged in the same row and a second region of the plurality of capacitor elements, and the plurality of power semiconductors It is formed along the same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the same column arrangement direction of the module,
A flow path forming body for flowing a coolant flow path outside the storage case storing the plurality of power semiconductor modules is formed so as to cover the storage case;
A power conversion device, wherein a refrigerant inflow pipe and a refrigerant outflow pipe are connected to the flow path forming body .
直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第1の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第2の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と、前記バスバーと、を覆う筐体を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールを収納した前記収納ケースの外側に冷媒流路を流すための流路形成体が当該収納ケースを覆うように形成され、
前記筐体に設けられた冷媒流入配管からの冷媒が当該筐体の下面に設けた流路と前記流路形成体内の流路とを経由して当該筐体に設けられた冷媒流出配管から流出されることを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing a DC voltage; a plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit for converting a DC current from the plurality of capacitor elements into a plurality of phases of AC current; the plurality of capacitor elements; and the plurality of the plurality of capacitor elements. A bus bar that electrically connects the power semiconductor module, and a direct current positive electrode and a negative electrode terminal provided so as to protrude from each of the plurality of power semiconductor modules,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar is arranged in a space between a first region of the plurality of power semiconductor modules arranged in the same row and a second region of the plurality of capacitor elements, and the plurality of power semiconductors It is formed along the same column arrangement direction of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the same column arrangement direction of the module,
A housing that covers the plurality of power semiconductor modules housed in the housing case, the plurality of capacitor elements, and the bus bar;
A flow path forming body for flowing a coolant flow path outside the storage case storing the plurality of power semiconductor modules is formed so as to cover the storage case;
The refrigerant from the refrigerant inflow pipe provided in the casing flows out from the refrigerant outflow pipe provided in the casing through the flow path provided in the lower surface of the casing and the flow path in the flow path forming body. The power converter characterized by the above-mentioned .
直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列上の一方の側面の側であり且つ前記複数のコンデンサ素子の配置側とは反対側の前記一方の側面の側に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向に沿って立設し、
更に、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの前記一方の側面の側から他方の側面の側に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該複数のパワー半導体モジュールと前記複数のコンデンサ素子との下面側にまで延在する延在部を形成したことを特徴とする電力変換装置。
A plurality of capacitor elements for smoothing a DC voltage; a plurality of power semiconductor modules having an inverter circuit for converting a DC current from the plurality of capacitor elements into a plurality of phases of AC current; the plurality of capacitor elements; and the plurality of the plurality of capacitor elements. A bus bar that electrically connects the power semiconductor module, and a direct current positive electrode and a negative electrode terminal provided so as to protrude from each of the plurality of power semiconductor modules ,
The plurality of power semiconductor modules are housed in a housing case and arranged adjacent to each other on the same plane and in the same row,
The plurality of capacitor elements are arranged side by side along a direction parallel to the arrangement direction of the same row of the plurality of power semiconductor modules stored in the storage case,
The bus bar is disposed on one side surface on the same row of the plurality of power semiconductor modules and on the one side surface side opposite to the arrangement side of the plurality of capacitor elements. Standing along the direction of the one side surface of the plurality of power semiconductor modules so as to face the DC positive electrode and the negative electrode terminal respectively provided in the direction of the one side surface of the power semiconductor module,
Further, the bus bar forms a bent portion that bends from the one side surface side to the other side surface side of the plurality of power semiconductor modules, and the plurality of power semiconductor modules, the plurality of capacitor elements, A power conversion device , characterized in that an extension portion extending to the lower surface side of the battery is formed .
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