JP6115430B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
ハイブリッドカーや電気自動車には、DC−DCコンバータ等の電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置としては、特許文献1に示されたものがある。特許文献1の電力変換装置は、スイッチング素子等の半導体素子を内蔵した半導体モジュールを有する半導体ユニットと、半導体モジュールの動作を制御するための制御回路基板と、これらを収容するケースとを有している。 Power conversion devices such as DC-DC converters are used in hybrid cars and electric vehicles. As such a power converter, there exists a thing shown by patent document 1. FIG. The power conversion device of Patent Document 1 includes a semiconductor unit having a semiconductor module incorporating a semiconductor element such as a switching element, a control circuit board for controlling the operation of the semiconductor module, and a case for housing these. Yes.
ケースは、制御回路基板の外周縁に沿って配された外側固定部と、制御回路基板の内側に対向して配された内側固定部とを有しており、外側固定部と内側固定部とに制御回路基板を固定してある。このように、制御回路基板の外周縁に沿った部位のみでなく、内側の部位においても制御回路基板を固定することにより、固定点間の距離を短縮し、制御回路基板の振動抑制を図っている The case has an outer fixing portion disposed along the outer peripheral edge of the control circuit board, and an inner fixing portion disposed to face the inner side of the control circuit board. The outer fixing portion and the inner fixing portion The control circuit board is fixed on In this way, by fixing the control circuit board not only along the outer peripheral edge of the control circuit board but also at the inner part, the distance between the fixed points is shortened, and the vibration of the control circuit board is suppressed. Have
しかしながら、特許文献1に示された電力変換装置には以下の課題がある。
特許文献1の電力変換装置においては、制御回路基板を固定するケースの剛性が低いとケース自体が振動する。そのため、ケースの振動が制御回路基板へと伝達され、制御回路基板が振動することとなる。
However, the power conversion device disclosed in Patent Document 1 has the following problems.
In the power converter of Patent Document 1, the case itself vibrates if the rigidity of the case fixing the control circuit board is low. Therefore, the vibration of the case is transmitted to the control circuit board, and the control circuit board vibrates.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、制御回路基板の振動を効果的に抑制することの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 capable of effectively suppressing vibration of a control circuit board.
本発明の一態様は、半導体モジュールを有する半導体ユニットと、
上記半導体モジュールが有する制御端子と接続された制御回路基板と、
上記半導体ユニット及び上記制御回路基板を収容するケースとを有しており、
該ケースは、上記半導体ユニット及び上記制御回路基板を該制御回路基板の法線方向と直交した方向から囲うように形成された壁部と、上記制御回路基板の外周側を固定する外周固定部と、上記壁部の内側の空間を上記法線方向に並ぶ第1収容空間と第2収容空間とに分割する仕切り部とを有しており、
上記第1収容空間には、上記制御回路基板が配されており、
上記第2収容空間には、上記半導体ユニットが配されており、
上記仕切り部は、上記制御端子が挿通配置される連通孔と、上記仕切り部の法線方向から見て上記外周固定部よりも内側において上記制御回路基板を固定する内側固定ボスと、上記法線方向に突出して形成され上記内側固定ボスと上記壁部とを繋ぐリブとを有しており、
該リブは、上記連通孔によって部分的に分断されるように形成されていることを特徴とする電力変換装置にある。
One embodiment of the present invention is a semiconductor unit including a semiconductor module;
A control circuit board connected to a control terminal of the semiconductor module;
A housing for housing the semiconductor unit and the control circuit board;
The case includes a wall portion formed so as to surround the semiconductor unit and the control circuit board from a direction orthogonal to a normal direction of the control circuit board, and an outer peripheral fixing portion that fixes an outer peripheral side of the control circuit board. And a partition portion that divides the space inside the wall portion into a first accommodation space and a second accommodation space arranged in the normal direction,
The control circuit board is arranged in the first housing space,
Above the second accommodation space, and the semi-conductor unit is arranged,
The partition portion includes a communication hole through which the control terminal is inserted, an inner fixing boss that fixes the control circuit board inside the outer peripheral fixing portion when viewed from the normal direction of the partition portion, and the normal line It has a rib that protrudes in the direction and connects the inner fixed boss and the wall ,
The rib is formed in the power conversion device, wherein the rib is formed so as to be partially divided by the communication hole .
上記電力変換装置において、上記仕切り部は、上記内側固定ボスと上記壁部とを繋ぐように形成された上記リブを備えている。そのため、上記制御回路基板の振動を抑制し、安定して保持することができる。 In the power conversion apparatus, the partition portion includes the rib formed so as to connect the inner fixed boss and the wall portion. Therefore, vibration of the control circuit board can be suppressed and stably held.
すなわち、上記仕切り部に上記リブを形成することにより、上記仕切り部における断面二次モーメントを効果的に増大することができる。したがって、上記仕切り部における剛性を向上し、該仕切り部の振動を効果的に抑制することができる。 That is, by forming the ribs in the partition part, it is possible to effectively increase the cross-sectional secondary moment in the partition part. Therefore, the rigidity in the partition part can be improved and vibration of the partition part can be effectively suppressed.
そして、上記リブは、上記内側固定ボスと上記壁部とを繋ぐように形成されているため、上記内側固定ボスが配された部位における振動を、特に効果的に抑制することができる。したがって、上記外周固定部に加え、上記内側固定ボスに上記制御回路基板を固定することにより、上記制御回路基板における振動の発生をより効果的に抑制することができる。 And since the said rib is formed so that the said inner side fixed boss | hub and the said wall part may be connected, the vibration in the site | part in which the said inner side fixed boss | hub was distribute | arranged can be suppressed especially effectively. Therefore, by fixing the control circuit board to the inner fixed boss in addition to the outer periphery fixing part, it is possible to more effectively suppress the occurrence of vibration in the control circuit board.
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、制御回路基板の振動を効果的に抑制し、安定して固定することができる。 As described above, according to the power conversion device, vibration of the control circuit board can be effectively suppressed and stably fixed.
上記電力変換装置において、上記法線方向から見たとき、上記リブは、上記内側固定ボスから上記壁部に向かって延びる直線に沿うように形成されていることが好ましい。この場合には、上記リブによる剛性向上効果を増大し、上記内側固定ボスが形成された部位の振動をより効果的に抑制することができる。 In the power converter, the rib is preferably formed along a straight line extending from the inner fixed boss toward the wall portion when viewed from the normal direction. In this case, the rigidity improvement effect by the rib can be increased, and the vibration of the portion where the inner fixed boss is formed can be more effectively suppressed.
(実施例1)
上記電力変換装置にかかる実施例について、図1及び図2を参照して説明する。
図1及び図2に示すごとく、電力変換装置1は、半導体モジュール21を有する半導体ユニット2と、半導体モジュール21が有する制御端子212と接続された制御回路基板3と、半導体ユニット2及び制御回路基板3を収容するケース4とを有している。
ケース4は、半導体ユニット2及び制御回路基板3を制御回路基板3の法線方向Zと直交した方向から囲うように形成された壁部42と、制御回路基板3の外周側を固定する外周固定部45と、壁部42の内側の空間を法線方向Zに並ぶ第1収容空間401と第2収容空間402とに分割する仕切り部43とを有している。
Example 1
The Example concerning the said power converter device is described with reference to FIG.1 and FIG.2.
As shown in FIGS. 1 and 2, the power conversion device 1 includes a
The case 4 includes a
第1収容空間401には、制御回路基板3が配されており、第2収容空間402には、半導体ユニット2が配されている。
仕切り部43は、制御端子212が挿通配置されるユニット側連通孔431と、法線方向Zから見て外周固定部45よりも内側において制御回路基板3を固定する内側固定ボス44と、法線方向Zに突出して形成された第1リブ461、第2リブ462、第3リブ463及び第4リブ464とを有している。
第1リブ461〜第4リブ464は、内側固定ボス44と壁部42とをそれぞれ繋ぐように形成されている。
The
The
The 1st rib 461-the
以下、さらに詳細に説明する。
図1及び図2に示すごとく、本例においては、半導体ユニット2における積層方向を前後方向X、仕切り部45の法線方向を法線方向Z、また、前後方向X及び法線方向Zの両方と直交する方向を横方向Yとして、以下説明する。
This will be described in more detail below.
As shown in FIGS. 1 and 2, in this example, the stacking direction in the
また、前後方向Xにおいて、冷媒導入管221及び冷媒排出管222の先端側を前方とし、反対側を後方とする。また、法線方向Zにおいて、第1収容空間401が配された側を上方とし、反対側を下方とする。
In the front-rear direction X, the front ends of the
本例の電力変換装置1は、例えば、ハイブリッド自動車等において、直流電源から、三相交流モータ(図示略)に通電する駆動電流(U相、V相、W相)を生成するための装置である。
図1及び図2に示すごとく、電力変換装置1は、半導体モジュール21を備えた半導体ユニット2と、半導体ユニット2と共に電力変換回路を構成する補助電子部品としてのリアクトル61、平滑コンデンサ62、フィルタコンデンサ63及び電流センサ64と、半導体ユニット2及び補助電子部品と接続された制御回路基板3と、これらを収容するケース4とを有している。
The power conversion apparatus 1 of this example is an apparatus for generating a drive current (U phase, V phase, W phase) for energizing a three-phase AC motor (not shown) from a DC power source in, for example, a hybrid vehicle. is there.
As shown in FIGS. 1 and 2, the power conversion device 1 includes a
図1及び図2に示すごとく、半導体ユニット2は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュール21と、半導体モジュール21を冷却する冷却器22とを備えている。
半導体モジュール21は、スイッチング素子を有する本体部211と、本体部211から上方に向かって延びる複数の制御端子212と、本体部211から下方に向かって延びる複数の主電極端子213とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
半導体ユニット2を構成す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。本例の半導体モジュール21における本体部211は、平板状をなしており、2つのスイッチング素子を樹脂モールドして形成されている。
本体部211から上方に延びるよう形成された制御端子212は、制御回路基板3と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
本体部211から下方に延びるよう形成された主電極端子213は、図示しないバスバーと接続されている。
The
A
The
図1及び図2に示すごとく、冷却器22は、半導体モジュール21と熱交換をする熱交換部221と、熱交換部221へ冷媒を循環させるための冷媒導入管221及び冷媒排出管222を有している。本例において、熱交換部221は、アルミニウム等の金属によって形成された複数の冷却管224によって構成されており、内部に冷媒を流通する冷媒流路を有している。複数の熱交換部221は、半導体モジュール21を両面から挟持するように配されており、隣り合う熱交換部221は、前後方向Xの両端部付近において連結管223によって、互いに連結されている。そして、熱交換部221と半導体モジュール21とが交互に積層されることによって、半導体ユニット2が形成されている。半導体ユニット2は、板バネからなる付勢部材5によって、前方に配された壁部42に押圧して固定されている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
冷媒導入管221及び冷媒排出管222は、半導体ユニット2の前端部に配された熱交換部221の前面から、前方に向かって突出すると共に、ケース4の壁部42に形成された配管挿通孔421にそれぞれ挿通するように設けられている。
The
冷却器22において、冷媒導入管221から導入された冷媒は、適宜連結管223を通り、各熱交換部221に分配されると共にその長手方向(前後方向X)に流通する。そして、各熱交換部221を流れる間に、冷媒は半導体モジュール21との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、下流側の連結管223を通り、冷媒排出管222に導かれ排出される。冷媒としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート(登録商標)等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
In the cooler 22, the refrigerant introduced from the
本例において、補助電子部品としては、リアクトル61、平滑コンデンサ62、フィルタコンデンサ63及び電流センサ64がある。平滑コンデンサ62、フィルタコンデンサ63及び電流センサ64は、上方に立設すると共に制御回路基板3と接続された接続端子65をそれぞれ備えている。
In this example, the auxiliary electronic components include a
図1及び図2に示すごとく、ケース4は、上方及び下方に開口したケース本体41と、ケース本体41の上端部を覆うように配されるケース蓋体47と、ケース本体41の下端部を覆うように配されるケース底部48とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the case 4 includes a case
ケース本体41は、半導体ユニット2、制御回路基板3及び補助電子部品を囲うように形成された壁部42と、制御回路基板3の外周側を固定する外周固定部45と、壁部42の内側の空間を法線方向Zに並ぶ第1収容空間401と第2収容空間402とに分割する仕切り部43とを有している。
壁部42は、半導体ユニット2、制御回路基板3及び補助電子部品に対して、制御回路基板3の法線方向Zと直交した方向に配された4つの壁面からなる四角筒状をなしている。
The case
The
仕切り部43は、壁部42の内周に形成された空間に、制御回路基板3と平行となるように形成されており、法線方向Zにおいて、上方に配された第1収容空間401と、下方に配された第2収容空間402とを形成している。本例においては、第1収容空間401に制御回路基板3が収容され、第2収容空間402に半導体ユニット2及び補助電子部品が配されている。尚、第2収容空間402において、前方側の横方向Yにおける略中央位置に半導体ユニット2が配されており、半導体ユニット2の後方側に並んでリアクトル61が配されている。また、横方向Yにおいて、平滑コンデンサ62と電流センサ64とが、半導体ユニット2及びリアクトル61を挟むように配されており、電流センサ64とリアクトル61のさらに後方側の位置にフィルタコンデンサ63が配されている。
The
仕切り部43には、半導体ユニット2の上方に形成され制御端子212を挿通するユニット側連通孔431と、平滑コンデンサ62、フィルタコンデンサ63及び電流センサ64の上方に形成され接続端子65をそれぞれ挿通する部品側連通孔432とが貫通形成されている。尚、フィルタコンデンサ63の上方には、部品側連通孔432が2つ形成されている。
また、仕切り部43の上面には、制御回路基板3を固定するための複数の外周固定部45及び内側固定ボス44と、内側固定ボス44と壁部42とを繋ぐように形成された第1リブ461〜第4リブ464とが形成されている。
The
Further, on the upper surface of the
複数の外周固定部45は、壁部42の内周面に沿うように配されおり、上方に向かって突出して形成されている。外周固定部45は、上端面に開口したネジ穴を有しており、ネジ穴に固定ネジを螺合することで、制御回路基板3を固定可能に構成されている。
The plurality of outer peripheral fixing
内側固定ボス44は、仕切り部43におけるユニット側連通孔431の後方に隣接した位置でかつ、横方向Yの略中央位置において、上方に向かって立設している。内側固定ボス44は、上端面に開口したネジ穴を有しており、ネジ穴に固定ネジを螺合することで、制御回路基板3を固定可能に構成されている。尚、本例においては、内側固定ボス44を1つとしたがこれに限るものではなく、複数の内側固定ボス44を設けてもよい。
The inner fixed
第1リブ461〜第4リブ464は、仕切り部43の上面において、内側固定ボス44と壁部42の内周面とを結ぶ直線に沿うように形成されている。尚、本例においては、第1リブ461〜第4リブ464の4つのリブを形成したがこれに限るものではなく、リブの数は適宜変更することができる。
The
第1リブ461は、内側固定ボス44から前後方向Xに沿って、後方側に配された壁部42の内周面と繋ぐと共に、リアクトル61及びフィルタコンデンサ63の上方を通るように形成されている。尚、第1リブ461は、フィルタコンデンサ63と対向して形成された部品側連通孔432において部分的に分断されている。
第2リブ462は、内側固定ボス44と、横方向Yにおける平滑コンデンサ62が配された側でかつ後方側に配された壁部42の角とを繋ぐと共に、リアクトル61と平滑コンデンサ62の上方を通るように形成されている。
The
The
第3リブ463は、電流センサ64上に配された部品側連通孔432とフィルタコンデンサ63上に配された部品側連通孔432との間を通じて、横方向Yにおける電流センサ64が配された側の壁部42と、内側固定ボス44とを繋ぐように形成されている。また、第3リブ463は、リアクトル61及び電流センサ64の上方を通るように形成されている。
第4リブ464は、内側固定ボス44と、横方向Yにおける平滑コンデンサ62が配された側に配された壁部42とを繋ぐように形成されている。第4リブ464は、ユニット側連通孔431によって部分的に分断されている。
The
The
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置1において、仕切り部43は、内側固定ボス44と壁部42とを繋ぐように形成された第1リブ461〜第4リブ464を備えている。そのため、制御回路基板3の振動を抑制し、安定して保持することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the power conversion device 1, the
すなわち、仕切り部43に第1リブ461〜第4リブ464を形成することにより、仕切り部43における断面二次モーメントを効果的に増大することができる。したがって、仕切り部43における剛性を向上し、仕切り部43の振動を効果的に抑制することができる。
That is, by forming the
そして、第1リブ461〜第4リブ464は、内側固定ボス44と壁部42とを繋ぐように形成されているため、内側固定ボス44が配された部位における振動を、特に効果的に抑制することができる。したがって、外周固定部45に加え、内側固定ボス44に制御回路基板3を固定することにより、制御回路基板3における振動の発生をより効果的に抑制することができる。
And since the 1st rib 461-the
電力変換装置1において、法線方向Zから見たとき、第1リブ461〜第4リブ464は、内側固定ボス44から壁部42に向かって延びる直線に沿うように形成されている。そのため、リブによる剛性向上効果を増大し、内側固定ボス44が形成された部位の振動をより効果的に抑制することができる。
In the power conversion device 1, when viewed from the normal direction Z, the
また、半導体ユニット2は、半導体モジュール21を冷却するための冷却器22を備えており、冷却器22と仕切り部43とは熱的に接触している。そのため、仕切り部43を冷却器22によって冷却することができる。これにより、仕切り部43によって、電力変換装置1の内部を冷却することができる。
The
また、第2収容空間402には、半導体ユニット2と共に電力変換回路を構成する補助電子部品が配されており、法線方向Zから見たとき、第1リブ461〜第4リブ464の少なくとも一部は、補助電子部品と重なるように形成されている。そのため、仕切り部43のリブを設けた部位における断面積を増大させることができる。したがって、リブを設けた部位における熱伝導性能を向上し、補助電子部品を効果的に冷却することができる。
In addition, auxiliary electronic components that constitute a power conversion circuit together with the
以上のごとく、本例の電力変換装置1によれば、制御回路基板3の振動を効果的に抑制し、安定して固定することができる。
As described above, according to the power conversion device 1 of this example, the vibration of the
尚、実施例1に示したリブ及び内側固定ボスの位置、数、形状は、一例を示すものであり、必要に応じて適宜変更することができる In addition, the position, the number, and the shape of the rib and the inner fixed boss shown in the first embodiment are examples, and can be appropriately changed as necessary.
1 電力変換装置
2 半導体モジュール
21 半導体ユニット
212 制御端子
22 冷却器
3 制御回路基板
4 ケース
402 第2収容空間
42 壁部
43 仕切り部
44 内側固定ボス
45 外周固定部
461、462、463、464 リブ
61、62、63、64 補助電子部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
上記半導体モジュール(21)が有する制御端子(212)と接続された制御回路基板(3)と、
上記半導体ユニット(2)及び上記制御回路基板(3)を収容するケース(4)とを有しており、
該ケース(4)は、上記半導体ユニット(2)及び上記制御回路基板(3)を該制御回路基板(3)の法線方向と直交した方向から囲うように形成された壁部(42)と、上記制御回路基板(3)の外周側を固定する外周固定部(45)と、上記壁部(42)の内側の空間を上記法線方向に並ぶ第1収容空間(401)と第2収容空間(402)とに分割する仕切り部(43)とを有しており、
上記第1収容空間(401)には、上記制御回路基板(3)が配されており、
上記第2収容空間(402)には、上記半導体ユニット(2)が配されており、
上記仕切り部(43)は、上記制御端子(212)が挿通配置される連通孔(431)と、上記仕切り部(43)の法線方向から見て上記外周固定部(45)よりも内側において上記制御回路基板(3)を固定する内側固定ボス(44)と、上記法線方向に突出して形成され上記内側固定ボス(44)と上記壁部(42)とを繋ぐリブ(464)とを有しており、
該リブ(464)は、上記連通孔(431)によって部分的に分断されるように形成されていることを特徴とする電力変換装置(1)。 A semiconductor unit (2) having a semiconductor module (21);
A control circuit board (3) connected to a control terminal (212) of the semiconductor module (21);
A case (4) for housing the semiconductor unit (2) and the control circuit board (3);
The case (4) includes a wall (42) formed so as to surround the semiconductor unit (2) and the control circuit board (3) from a direction perpendicular to the normal direction of the control circuit board (3). An outer periphery fixing portion (45) for fixing the outer peripheral side of the control circuit board (3), and a first accommodation space (401) and a second accommodation in which the space inside the wall portion (42) is aligned in the normal direction. A partition (43) that is divided into a space (402),
The control circuit board (3) is arranged in the first housing space (401),
Above the second accommodation space (402), and the semi-conductor unit (2) is arranged,
The partition part (43) is located on the inner side of the communication hole (431) through which the control terminal (212) is inserted and the outer periphery fixing part (45) when viewed from the normal direction of the partition part (43). An inner fixed boss (44) for fixing the control circuit board (3), and a rib ( 464) formed so as to protrude in the normal direction and connect the inner fixed boss (44) and the wall (42). Have
The rib ( 464) is formed so as to be partially divided by the communication hole (431 ).
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