JP6447287B2

JP6447287B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6447287B2
Application number: JP2015056681A
Authority: JP
Inventors: 青木　淳一; 淳一青木
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP2016178778A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来技術に係る電力変換装置は、単数または複数のスイッチング素子を１つのパッケージに納めた半導体モジュールや複数のコンデンサ素子を１つのパッケージに納めたコンデンサモジュールを有し、このコンデンサモジュールはケース体や筐体に収納され、半導体モジュールに接続される（例えば、特許文献１，２）。電力変換装置には、ケース体や筐体に収納されたコンデンサモジュールと半導体モジュール、さらには端子間を接続するバスバー、回路基板や電流検出器等の部品などを覆うように上側ケースが設けられる。

このような構造を有する電力変換装置では、コンデンサモジュールをコンデンサケースに収納する工程の後に、半導体モジュール及びコンデンサケース、バスバー、回路基板や電流検出器等の部品などを下側ケースに配置し上側ケースで覆う工程を経て、電力変換装置が組み立てられる。

特開２０１３−２２００２９号公報特開２０１４−０９６９０８号公報

しかしながら、従来技術に係る電力変換装置は、コンデンサケースと電力変換装置の上側ケースとを個別に設けることで部品点数が増大するとともに、各々のケースにコンデンサモジュールや半導体モジュールを収納する工程が必要となる。このように、部品点数の増加や組立工数の増大により、電力変換装置のコストが増大するおそれがある。

上記事情に鑑み、本発明は、電力変換装置の部品点数の低減や組立工数の低減に貢献する技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、スイッチング素子を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールを覆うカバーと、前記カバーに収納されるコンデンサモジュールと、を有し、前記カバーは、前記コンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子とを接続するための開口部と、を有することを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明のカバーは、スイッチング素子を有する半導体モジュールを覆うカバーであって、前記カバーは、前記半導体モジュールに接続されるコンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、前記コンデンサ保持部に保持されたコンデンサモジュールの端子と前記半導体モジュールの端子とを接続するための開口部と、を有することを特徴としている。

以上の発明によれば、電力変換装置の部品点数が低減し、電力変換装置の組立工数が低減する。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の要部分解斜視図である。図１に示した電力変換装置の回路図である。（ａ）本発明の実施形態に係るカバーの上斜視図、（ｂ）本発明の実施形態に係るカバーの下斜視図、（ｃ）図３（ｂ）に示したカバーのＡ方向断面図である。

本発明の実施形態に係る電力変換装置及びカバーについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、便宜上、ヒートシンクの半導体モジュールが設けられる面を上面として説明するが、上下方向は本発明をなんら限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の要部分解斜視図であり、図２は、電力変換装置１の要部回路図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る電力変換装置１は、半導体モジュール２と、コンデンサモジュール３と、図示しないバスバー、制御回路基板、ゲート駆動回路基板や電流検出器等の部品などを有する。

半導体モジュール２は、ヒートシンク４上に設けられる。半導体モジュール２は、単数または複数の半導体スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）やフリーホイールダイオード等の素子を複数組み合わせて封止樹脂で一つのパッケージに収めたモジュールである。例えば、半導体モジュール２が、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）出力の電力変換装置の場合、半導体モジュール２の上面の一端部側に各相の直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗが設けられ、半導体モジュール２の上面の他端部側に各相の交流側端子６ｕ，６ｖ，６ｗが設けられる。半導体モジュール２は、ケース７に覆われ、交流側端子６ｕ，６ｖ，６ｗに接続されたＡＣバスバー１４ｕ，１４ｖ，１４ｗは、ケース７の側板部７ｃを貫通して外部に導出され、モータなどの交流負荷（図示せず）に接続される。

ケース７は、ヒートシンク４に螺設され、電力変換装置１の外部から半導体モジュール２を保護するとともに、直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗや交流側端子６ｕ，６ｖ，６ｗの露出を防止している。ケース７は、開口部７ａを有する箱体であり、天板部７ｂと側板部７ｃ（図１では側板部７ｃが４面の形態例を示している）とを有する。ケース７の開口部７ａ側の端部四隅には、ケース７をヒートシンク４に螺設するための貫通孔７ｄが形成される。また、ケース７の天板部７ｂには、半導体モジュール２の直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗと、コンデンサモジュール３のバスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗと、を接続するための天板開口部７ｅが形成されている。図３（ａ）に示すように、ケース７の天板部７ｂには蓋８が螺設され、この蓋８により天板開口部７ｅが閉塞される。なお、ケース７の側板部７ｃには、後に詳細に説明するコンデンサモジュール３のバスバー１０ｐ，１０ｎの貫通孔７ｆやＡＣバスバー１４ｕ，１４ｖ，１４ｗの貫通孔７ｇが形成される。

図３（ｂ）に示すように、ケース７の内周部には、コンデンサ保持部９が設けられる。コンデンサ保持部９には、コンデンサモジュール３が収納される。コンデンサ保持部９は、例えば、ケース７の内周側の天板部７ｂから立設する収納壁９ａにより形成される。すなわち、収納壁９ａにより、天板部７ｂを底板とする有底直方体形状のコンデンサ保持部９が形成される。なお、コンデンサ保持部９の所定の位置にコンデンサ素子を配置し、バスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗを天板部７ｂの反対側に突出させた状態で封止樹脂をコンデンサ保持部９に充填してコンデンサモジュール３となる。また、ケース７の内周部であって収納壁９ａの外周部分には、半導体モジュール２を動作させるために必要な部品（例えば、半導体モジュール２を駆動する駆動回路基板、駆動基板を制御する制御回路基板、電流検出器、バスバー及びコネクタ等）が収納される。

コンデンサモジュール３は、例えば、直方体形状のフィルムコンデンサや筒形状の電解コンデンサ等のコンデンサ素子を有し、半導体モジュール２に入力される直流電圧を平滑化する。図３（ｂ）では、封止樹脂に埋設されており図示されていないが、コンデンサモジュール３は、直流電圧源（図示せず）が接続される直流入力端子を有し、この直流入力端子に接続されるバスバー１０ｐ，１０ｎがコンデンサ保持部９の樹脂封止面から突出して設けられる。バスバー１０ｐ，１０ｎは、ケース７の貫通孔７ｆを貫通して外部に導出され、直流電圧源に接続される。また、コンデンサモジュール３は、半導体モジュール２の直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗに接続される半導体モジュール側接続端子（図示せず）を有し、この半導体モジュール側接続端子に接続されるバスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗが樹脂封止面から突出して設けられる。なお、コンデンサモジュール３が、複数のコンデンサ素子を有する場合、複数のコンデンサ素子の正極電極を並列接続された正極バスバーと、複数のコンデンサ素子の負極電極と並列接続された負極バスバーと、がコンデンサ保持部９の樹脂封止面から突出し、これら正極バスバー１１ｐｕ，１１ｐｖ，１１ｐｗ，と負極バスバー１１ｎｕ，１１ｎｖ，１１ｎｗが半導体モジュール２の直流側端子の正極５ｐｕ，５ｐｖ，５ｐｗ，または負極５ｎｕ，５ｎｖ，５ｎｗにそれぞれ接続されることとなる。

［電力変換装置１の組立方法］
電力変換装置１の組立方法について、図１及び図３を参照して詳細に説明する。なお、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示したケース７のＡ方向断面図であるが、説明の便宜上、図１に示した半導体モジュール２が記載されている。

まず、図３（ｂ）に示すように、ケース７のコンデンサ保持部９にコンデンサ素子を収納し、バスバー１０ｐ，１０ｎをコンデンサ素子の直流入力端子に、バスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗをコンデンサ素子の半導体モジュール側接続端子に、それぞれ一端を接続し他端をコンデンサ保持部９の開口端部から突出させた状態で、コンデンサ保持部９に封止樹脂を充填してコンデンサモジュール３とする。封止樹脂の硬化後、ケース７内の空いている空間に収まるように回路基板や電流検出器等の部品を取り付ける。

次に、図１に示すように、ヒートシンク４上に熱交換可能な状態で設けられた半導体モジュール２にケース７を仮置きする。ケース７をヒートシンク４上に設けると、図３（ｃ）に示すように、コンデンサモジュール３の半導体モジュール側接続端子に接続されたバスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗが、半導体モジュール２の直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗと対向する位置に設けられることなる。ケース７を仮置きした状態で、ケース７の天板開口部７ｅから、バスバー１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗと半導体モジュール２の直流側端子５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗとを接続し、蓋８を天板部７ｂに螺設する。

最後に、ケース７の四隅に設けられた貫通孔７ｄを挿通してヒートシンク４にねじ１２を螺着して、ケース７をヒートシンク４に固定する。

以上のような、本発明の実施形態に係る電力変換装置１によれば、ケース７とコンデンサモジュール３を収納する収納壁９ａ（すなわち、コンデンサ保持部９）とを一体化することで、電力変換装置１の組立工数を削減し、電力変換装置１の部品点数を削減することができる。すなわち、ケース７の天板部７ｂをコンデンサ保持部９の天板部とすることで、コンデンサモジュール３を収納するためのコンデンサケースと電力変換装置１の回路に必要な部品を収納するためのケース７とを一体化することができる。その結果、電力変換装置１を低コスト化することができる。

また、ケース７と収納壁９ａとを同一樹脂で成型加工することで、電力変換装置１の生産性がさらに向上し、電力変換装置１を低コスト化することができる。

以上、本発明の電力変換装置及びカバーについて、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明の電力変換装置及びカバーは、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に含まれる。

例えば、電力変換装置の構成は、実施形態に限定されるものではなく、スイッチング素子の数や構成等は、電力変換装置の使用目的に応じて適宜設計変更される。

１…電力変換装置
２…半導体モジュール
３…コンデンサモジュール
４…ヒートシンク
５ｐｕ，５ｎｕ，５ｐｖ，５ｎｖ，５ｐｗ，５ｎｗ…直流側端子
６ｕ，６ｖ，６ｗ…交流側端子
７…ケース（カバー）
７ａ…開口部、７ｂ…天板部、７ｃ…側板部、７ｄ…貫通孔、７ｅ…天板開口部（開口部）、７ｆ，７ｇ…貫通孔
８…蓋
９…コンデンサ保持部
９ａ…収納壁
１０ｐ，１０ｎ…バスバー
１１ｐｕ，１１ｎｕ，１１ｐｖ，１１ｎｖ，１１ｐｗ，１１ｎｗ…バスバー
１２，１３…ねじ
１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ…ＡＣバスバー

Claims

スイッチング素子を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールを覆うカバーと、
前記カバーに収納されるコンデンサモジュールと、を有し、
前記カバーは、
前記コンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、
前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子とを接続するための開口部と、を有し、
前記コンデンサ保持部は、前記カバーの天板部の内周側から立設する収納壁を備え、前記コンデンサ保持部の天板部と前記カバーの天板部を一体化した
ことを特徴とする電力変換装置。
前記開口部は、前記カバーが前記半導体モジュールを覆うように備えられたときに、前記半導体モジュールが備えられた面と向かい合う面で、且つ前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子の接続部と対向する位置に形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
スイッチング素子を有する半導体モジュールを覆うカバーであって、
前記カバーは、前記半導体モジュールに接続されるコンデンサモジュールを保持するコンデンサ保持部と、
前記コンデンサ保持部に保持されたコンデンサモジュールの端子と前記半導体モジュールの端子とを接続するための開口部と、を有し、
前記コンデンサ保持部は、前記カバーの天板部の内周側から立設する収納壁を備え、前記コンデンサ保持部の天板部と前記カバーの天板部を一体化した
ことを特徴とするカバー。
前記開口部は、前記カバーが前記半導体モジュールを覆うように備えられたときに、前記半導体モジュールが備えられた面と向かい合う面で、且つ前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサモジュールの端子の接続部と対向する位置に形成された
ことを特徴とする請求項３に記載のカバー。
前記カバーを樹脂で一体成型する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のカバー。