JP6075227B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュールと冷却器と電子部品とを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a semiconductor module, a cooler, and an electronic component.
半導体モジュールと冷却器とを積層してなる半導体積層ユニットと、コンデンサとを備えた電力変換装置において、半導体積層ユニットにおける冷却器によってコンデンサを冷却する構造としたものがある(特許文献1)。 There is a power conversion device including a semiconductor multilayer unit in which a semiconductor module and a cooler are stacked and a capacitor, and the capacitor is cooled by a cooler in the semiconductor multilayer unit (Patent Document 1).
特許文献1に開示された電力変換装置は、冷却器を、コンデンサのポッティング樹脂の表面(ポッティング面)又はコンデンサ端子に当接させている。これにより、半導体モジュールを冷却するための冷却器によって、コンデンサをも冷却できるよう構成されている。
In the power conversion device disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された電力変換装置では、コンデンサの冷却が不十分となるおそれがある。
However, in the power conversion device disclosed in
上記のような問題は、コンデンサに限らず、半導体モジュールに接続される電子部品(接続電子部品)を上記の冷却器で冷却しようとする場合には、同様に生じ得る。 The above problems are not limited to capacitors and may occur in the same manner when an electronic component (connected electronic component) connected to a semiconductor module is to be cooled by the above cooler.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、接続電子部品の冷却を効率的に行うことができる電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can efficiently cool connected electronic components.
本発明の第1の態様は、半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却する冷却器とを積層してなる半導体積層ユニットと、
上記半導体モジュールとバスバーを介して電気的に接続された接続電子部品と、を有し、
上記バスバーの一部は、上記冷却器に直接接触しない状態で上記接続電子部品と上記冷却器との間に配置されており、
上記接続電子部品は、コンデンサ素子であり、
該コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回して構成されたフィルムコンデンサ素子であって、巻回軸方向の端面の一方が上記冷却器を向くように配置されていることを特徴とする電力変換装置にある。
本発明の第2の態様は、半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却する冷却器とを積層してなる半導体積層ユニットと、
上記半導体モジュールとバスバーを介して電気的に接続された接続電子部品と、
該接続電子部品を収納する部品ケースと、を有し、
上記半導体積層ユニットは、上記部品ケースの外側面に上記冷却器を当接させた状態で配置されており、
上記バスバーの一部は、上記部品ケース内に配置されていると共に上記接続電子部品と上記冷却器との間に配置されており、
上記接続電子部品は、コンデンサ素子であり、
該コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回して構成されたフィルムコンデンサ素子であって、巻回軸方向の端面の一方が上記冷却器を向くように配置されていることを特徴とする電力変換装置にある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laminated unit formed by laminating a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module;
A connecting electronic component electrically connected via the semiconductor module and the bus bar ,
A part of the bus bar is disposed between the connection electronic component and the cooler without being in direct contact with the cooler ,
The connection electronic component is a capacitor element,
The capacitor element is a film capacitor element formed by winding a metallized film, and is arranged such that one end face in the winding axis direction faces the cooler. It is in.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laminated unit formed by laminating a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module;
A connection electronic component electrically connected to the semiconductor module via a bus bar;
A component case for storing the connection electronic component;
The semiconductor laminated unit is arranged in a state where the cooler is in contact with the outer surface of the component case,
A part of the bus bar is disposed in the component case and is disposed between the connection electronic component and the cooler,
The connection electronic component is a capacitor element,
The capacitor element is a film capacitor element formed by winding a metallized film, and is arranged such that one end face in the winding axis direction faces the cooler. It is in.
上記第2の態様の電力変換装置においては、半導体積層ユニットは、部品ケースの外側面に冷却器を当接させた状態で配置されている。ここで、部品ケースの外側面は、ポッティング面とは異なり、平面度を高くしやすい。それゆえ、冷却器と部品ケースとの間の接触面積を大きくしやすい。その結果、冷却器によって、上記接続電子部品を、上記部品ケースを介して効率的に冷却することができる。 In the power conversion device according to the second aspect , the semiconductor stacked unit is disposed in a state where the cooler is in contact with the outer surface of the component case. Here, unlike the potting surface, the outer surface of the component case tends to have high flatness. Therefore, it is easy to increase the contact area between the cooler and the component case. As a result, the connection electronic component can be efficiently cooled by the cooler via the component case.
また、上記第2の態様の電力変換装置において、上記バスバーの一部は、部品ケース内に配置されていると共に接続電子部品と冷却器との間に配置されている。これにより、バスバーが冷却器によって冷却されやすくなり、バスバーを介して上記接続電子部品の冷却が効率的に行われることとなる。また、バスバーと冷却器とを直接接触させていないので漏電のおそれはない。 In the power conversion device of the second aspect, a part of the bus bar is disposed in the component case and is disposed between the connection electronic component and the cooler. Accordingly, the bus bar is easily cooled by the cooler, and the connection electronic component is efficiently cooled via the bus bar. Moreover, since the bus bar and the cooler are not in direct contact, there is no fear of electric leakage.
以上のごとく、本発明によれば、接続電子部品の冷却を効率的に行うことができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power conversion device that can efficiently cool connected electronic components.
上記電力変換装置は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、電源電力を駆動用モータの駆動に必要な駆動用電力に変換することに用いることができる。 The power conversion device is, for example, an inverter device that converts DC power into AC power, and is mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, and converts power supply power to drive power necessary for driving a drive motor. Can be used.
(実施例1)
上記電力変換装置の実施例につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体モジュール21と半導体モジュール21を冷却する冷却器22とを積層してなる半導体積層ユニット2と、半導体モジュール21とバスバー3を介して電気的に接続された接続電子部品としてのコンデンサ素子4と、コンデンサ素子4を収納する部品ケース5と、を備える。半導体積層ユニット2は、部品ケース5の外側面50に冷却器22を当接させた状態で配置されている。バスバー3の一部は、部品ケース5内に配置されていると共にコンデンサ素子4と冷却器22との間に配置されている。
Example 1
Examples of the power conversion device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
半導体積層ユニット2は、冷却器22を半導体モジュール21の主面に当接させてなる。そして、冷却器22における半導体モジュール21と反対側の面を部品ケース5に当接させている。半導体モジュール21は、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子を内蔵してなる。また、半導体モジュール21は、半導体モジュール21と冷却器22との積層方向Xに直交する方向の一方(上方)に突出する主電極端子211を備える。この方向を、適宜「高さ方向Z」という。さらに、積層方向Xと高さ方向Zとの双方に直交する方向を、適宜「横方向Y」という。また、本明細書において、主電極端子211の突出方向を上方として説明するが、上下は特に限定されるものではなく、上下の表現は便宜的なものである。主電極端子211は、バスバー3を介してコンデンサ素子4と電気的に接続されている。
The semiconductor stacked
部品ケース5は、同図に示すごとく、矩形形状の底部51とその各辺から上方に起立した4つの壁部52とからなる。部品ケース5は、高さ方向Zの上方に開放した開口部53を有する。部品ケース5内には、コンデンサ素子4が配置されており、その周囲にはエポキシ等からなるポッティング樹脂8が充填されている。
As shown in the figure, the
コンデンサ素子4は、図3に示すごとく、金属化フィルムを巻回して構成されたフィルムコンデンサ素子であって、巻回軸方向の一方の端面40が冷却器22を向くように配置されている。また、コンデンサ素子4の巻回軸方向における両側の端面40には、それぞれバスバー3が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
コンデンサ素子4と冷却器22との間に配置されたバスバー3の一部は、図1、図2に示すごとく、その主面が冷却器22を向くように配置されている。つまり、部品ケース5内において、コンデンサ素子4における冷却器22側の端面40に接続されたバスバー3は、その主面の法線方向が積層方向Xを向くように配されている。バスバー3における部品ケース5内に配された部分は、コンデンサ素子4と共にポッティング樹脂8に埋設されている。そして、バスバー3におけるコンデンサ素子4と接続された部分と、冷却器3が接触した壁部52との間は、ポッティング樹脂8が介在している。また、バスバー3は、コンデンサ素子4との接続部から部品ケース5の開口部53側へ延設され、その一部がポッティング樹脂8から露出している。そして、バスバー3は、主電極端子211側に屈曲され、主電極端子211に当接する部分からさらに上方へ向かって屈曲している。そして、この部分が主電極端子211と重なり、溶接等によって接続されている。
A part of the
なお、コンデンサ素子4の巻回軸方向における冷却器22と反対側の端面40に接続されたバスバー3も、その一部がポッティング樹脂8から露出して半導体モジュール21における他方の主電極端子211に接続されている。
A part of the
半導体積層ユニット2は、部品ケース5の外側面50に冷却器22を当接させた状態で配置されている。また、冷却器22が当接した外側面50の四隅には、柱状の支持部6が立設されている。そして、支持部6は、外側面50に垂直な方向に延びるように、部品ケース5と一体的に形成されている。
The semiconductor laminated
半導体積層ユニット2の積層方向Xにおいて、部品ケース5と反対側の端部には、固定用部材7が設けられている。固定用部材7は、上述の4本の支持部6の先端部61に固定されている。すなわち、固定用部材7の四隅に形成された孔部にそれぞれネジ62を通し、それらのネジ62を支持部6の先端部61に設けられたネジ孔に螺合することにより、固定用部材7を4本の支持部6に固定してある。また、固定用部材7は、ネジ62を締め付けることにより、半導体積層ユニット2を部品ケース5に押圧する。それにより、半導体モジュール21と冷却器22とが圧接され、また、冷却器22が外側面50に圧接される。そして、半導体積層ユニット2は、外側面50と固定用部材7との間で狭持される。
In the stacking direction X of the semiconductor stacked
なお、図示を省略したが、電力変換装置1は、コンデンサ素子4を収納した部品ケース5と半導体積層ユニット2とを有する構造体を、装置ケース内に収容して構成されている。
Although not shown, the
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の電力変換装置1は、半導体積層ユニット2が、部品ケース5の外側面50に冷却器22を当接させた状態で配置されている。ここで、部品ケース5の外側面50は、ポッティング面81とは異なり、平面度を高くしやすい。それゆえ、冷却器22と部品ケース5との間の接触面積を大きくしやすい。その結果、冷却器22によって、コンデンサ素子4を、部品ケース5を介して効率的に冷却することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the
また、バスバー3の一部は、部品ケース5内に配置されていると共にコンデンサ素子4と冷却器22との間に配置されている。これにより、バスバー3が冷却器22によって冷却されやすくなり、バスバー3を介してコンデンサ素子4の冷却が効率的に行われることとなる。また、バスバー3と冷却器22とを直接接触させていないので漏電のおそれはない。
A part of the
また、コンデンサ素子4と冷却器22との間に配置されたバスバー3の一部は、その主面が冷却器22を向くように配置されている。これにより、バスバー3の冷却が効率的に行われる。その結果、バスバー3を介したコンデンサ素子4の冷却をより効率的に行うことができる。
Further, a part of the
また、フィルムコンデンサ素子であるコンデンサ素子4は、巻回軸方向の端面40の一方が冷却器22を向くように配置されている。これにより、冷却器22とコンデンサ素子4全体との伝熱距離を短くすることができ、一層効率的にコンデンサ素子4を冷却することができる。
Further, the
以上のごとく、本例によれば、コンデンサ素子の冷却を効率的に行うことができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power conversion device that can efficiently cool a capacitor element.
(実施例2)
本例は、図4に示すごとく、部品ケース5内に複数のコンデンサ素子4を収納した例である。バスバー3は、上記複数のコンデンサ素子4を互いに接続する部分が、コンデンサ素子4と冷却器2との間に配置されている。本例において、複数のコンデンサ素子4は、平滑コンデンサ素子41及びフィルタコンデンサ素子42である。平滑コンデンサ素子41は、インバータ回路部に入力される直流電圧を平滑化させるものであり、フィルタコンデンサ素子42は、リプル電流を吸収して直流電源の電流を安定化させるものである。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 4, a plurality of
図4においては、2つのコンデンサ素子4は、高さ方向Zに並んで配置されているが、これらは横方向Yに並んで配置されていてもよい。
また、平滑コンデンサ素子41の冷却器22と反対側の面の電極に接続されたバスバー(図示略)は、半導体モジュール21の主電極端子211に接続されている。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
In FIG. 4, the two
A bus bar (not shown) connected to the electrode on the surface opposite to the cooler 22 of the smoothing
Others are the same as in the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の場合には、バスバー3を介して複数のコンデンサ素子4を効率的に冷却することができる。その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the plurality of
(実施例3)
本例は、図5に示すごとく、半導体積層ユニット2が、複数の半導体モジュール21と複数の冷却器22とを交互に積層してなる例である。積層方向Xの一端に配された冷却器22が部品ケース5に面接触しており、積層方向Xの他端側に配された加圧部材23によって、積層方向Xに加圧されると共に部品ケース5に押し付けられている。
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 5, the
積層方向Xに隣り合う冷却器22は、その横方向Yの両端部付近において連結管(図示略)によって互いに連結されている。連結管は、積層方向Xに変形可能に構成されている。隣り合う一対の冷却器22の間には、半導体モジュール21が狭持される状態で配されている。
The
加圧部材23は、弾性部材によって構成することができ、例えば、ゴム、弾性樹脂、板バネ、コイルばね、又はこれらの内の複数を組み合わせたものから形成することができる。加圧部材23は半導体積層ユニット2と固定用部材7との間に介設されている。自由状態における加圧部材23の積層方向Xの厚さは、冷却器22と固定用部材7との幅よりも若干大きい。加圧部材23は、ネジ62を締め付けることにより、固定用部材7と冷却器22とにより圧縮される。これにより、加圧部材23に反力が生じて、半導体積層ユニット2が積層方向Xに加圧され、積層された半導体モジュール21と冷却器22、及び冷却管22と部品ケース5、とが密着させられる。
The pressurizing
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の場合には、冷却器22と半導体モジュール21及び部品ケース5との間の接触圧を確保して、これらの間の接触面積を確保することができる。その結果、半導体モジュール21及びコンデンサ素子4の冷却を効率的に行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the contact pressure between the cooler 22 and the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例4)
本例は、図6に示すごとく、部品ケース5が金属製であって、部品ケース5とバスバー3との間には、絶縁体82が介在している例である。
すなわち、具体的には、外側面50に冷却器22が当接した壁部52の内側面に絶縁体82が塗布されている。絶縁体82は、放熱グリス等の熱伝導性に優れた樹脂からなる。また、絶縁体82として、樹脂に代えて、セラミック板等を配置してもよい。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 6, the
Specifically, the
絶縁体82は、コンデンサ素子4、バスバー3、ポッティング樹脂8を部品ケース5内に配置する前に予め壁部52の内側面に配設する。
なお、絶縁体82は、部品ケース5の内側面の全面に形成してもよい。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
The
The
Others are the same as in the first embodiment. Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の場合には、部品ケース5が金属製であるため、部品ケース5を介したコンデンサ素子4の冷却を効率的に行うことができる。また、金属製の部品ケース5とバスバー3との間に絶縁体82を介在させていることにより、漏電を確実に防止することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
なお、実施例1〜4においては、冷却器22を、部品ケース5における壁部52の外側面50に当接させているが、底部51の外側面50に当接させてもよい。この場合は、コンデンサ素子4と底部51との間にバスバー3が配置されるようにする。
In the first to fourth embodiments, the cooler 22 is brought into contact with the
1 電力変換装置
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却器
3 バスバー
4 コンデンサ素子(接続電子部品)
5 部品ケース
50 外側面
DESCRIPTION OF
5
Claims (8)
上記半導体モジュール(21)とバスバー(3)を介して電気的に接続された接続電子部品(4)と、を有し、
上記バスバー(3)の一部は、上記冷却器(22)に直接接触しない状態で上記接続電子部品と上記冷却器(22)との間に配置されており、
上記接続電子部品(4)は、コンデンサ素子であり、
該コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回して構成されたフィルムコンデンサ素子であって、巻回軸方向の端面の一方が上記冷却器(22)を向くように配置されていることを特徴とする電力変換装置(1)。 A semiconductor laminated unit (2) formed by laminating a semiconductor module (21) and a cooler (22) for cooling the semiconductor module (21);
A connecting electronic component (4) electrically connected via the semiconductor module (21) and the bus bar (3) ;
A part of the bus bar (3) is disposed between the connection electronic component and the cooler (22) without being in direct contact with the cooler (22) ,
The connection electronic component (4) is a capacitor element,
The capacitor element is a film capacitor element formed by winding a metallized film, wherein one end face in the winding axis direction is arranged to face the cooler (22). Power converter (1).
上記半導体モジュール(21)とバスバー(3)を介して電気的に接続された接続電子部品(4)と、
該接続電子部品(4)を収納する部品ケース(5)と、を有し、
上記半導体積層ユニット(2)は、上記部品ケース(5)の外側面(50)に上記冷却器(22)を当接させた状態で配置されており、
上記バスバー(3)の一部は、上記部品ケース(5)内に配置されていると共に上記接続電子部品と上記冷却器(22)との間に配置されており、
上記接続電子部品(4)は、コンデンサ素子であり、
該コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回して構成されたフィルムコンデンサ素子であって、巻回軸方向の端面の一方が上記冷却器(22)を向くように配置されていることを特徴とする電力変換装置(1)。 A semiconductor laminated unit (2) formed by laminating a semiconductor module (21) and a cooler (22) for cooling the semiconductor module (21);
A connection electronic component (4) electrically connected to the semiconductor module (21) via the bus bar (3);
A component case (5) for housing the connecting electronic component (4);
The semiconductor laminated unit (2) is arranged in a state where the cooler (22) is in contact with the outer surface (50) of the component case (5),
A part of the bus bar (3) is disposed in the component case (5) and is disposed between the connection electronic component and the cooler (22),
The connection electronic component (4) is a capacitor element,
The capacitor element is a film capacitor element formed by winding a metallized film, wherein one end face in the winding axis direction is arranged to face the cooler (22). Power converter (1).
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- 2013-06-27 JP JP2013134428A patent/JP6075227B2/en active Active
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JP2016082811A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 株式会社デンソー | Power conversion device |
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