JP6500735B2

JP6500735B2 - Power converter

Info

Publication number: JP6500735B2
Application number: JP2015200593A
Authority: JP
Inventors: 昌行杉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: JP2017073920A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。特に、複数の半導体モジュールと、複数の冷却器が平行に配置されており隣接する冷却器の間に夫々の半導体モジュールを挟んでいる積層冷却ユニットを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter. In particular, the present invention relates to a power conversion device including a plurality of semiconductor modules and a stacked cooling unit in which a plurality of coolers are disposed in parallel and sandwiching the respective semiconductor modules between adjacent coolers.

電圧コンバータやインバータなどの電力変換装置は発熱量の大きい複数のスイッチング素子を備える。複数のスイッチング素子は、一つあるいは数個ずつ半導体モジュールに収容されている。複数の半導体モジュールを効率よく冷却する構造として、複数の冷却器が平行に配置された積層冷却ユニットが知られている。積層冷却ユニットは、隣接する冷却器の間に各半導体モジュールを挟んでいる。そのような積層冷却ユニットを備えた電力変換装置が例えば特許文献１―４に開示されている。 A power converter such as a voltage converter or an inverter includes a plurality of switching elements that generate a large amount of heat. The plurality of switching elements are accommodated in the semiconductor module one by one or several. As a structure for efficiently cooling a plurality of semiconductor modules, a stacked cooling unit in which a plurality of coolers are arranged in parallel is known. The stacked cooling unit sandwiches each semiconductor module between adjacent coolers. For example, Patent Documents 1 to 4 disclose a power converter including such a stacked cooling unit.

大電力が流れる電力変換装置では、半導体モジュールの端子と他の部品は、バスバと呼ばれる細長金属板（細長金属棒）で接続される。スイッチング素子のスイッチングスピードの高速化に伴い、サージ電圧の抑制が課題となっている。サージ電圧は、スイッチング素子と導通している導電経路のインダクタンスを低減することで抑制できる。特許文献１、２では、バスバのインダクタンスを抑制する技術も提案されている。特許文献１の技術では、各半導体モジュールの正極端子に接続される平板状のバスバ（正バスバ）と、負極端子に接続される平板状のバスバ（負バスバ）を対向させる。正バスバと負バスバには互いに反対方向の電流が流れる。夫々のバスバの電流に起因する磁界が相殺し、インダクタンスが抑制される。特許文献２の技術では、正バスバが負極端子と接触せずに交差した後に正極端子と接続するように配置される。あるいは、負バスバが正極端子と接触せずに交差した後に負極端子と接続するように配置される。正極端子と負極端子と正バスバ（負バスバ）と半導体モジュール本体内のスイッチング素子によって、電流の高周波成分にとっての閉ループが形成される。電流の高周波成分の経路を短くすることで、スイッチング素子と導通している導電経路（バスバと端子）のインダクタンスを低減する。 In the power conversion device through which a large amount of power flows, the terminals of the semiconductor module and other parts are connected by an elongated metal plate (an elongated metal rod) called a bus bar. With the increase in switching speed of switching elements, suppression of surge voltage has become an issue. The surge voltage can be suppressed by reducing the inductance of the conductive path conducted to the switching element. In Patent Documents 1 and 2, a technique for suppressing the inductance of the bus bar is also proposed. In the technology of Patent Document 1, a flat bus bar (positive bus bar) connected to the positive electrode terminal of each semiconductor module and a flat bus bar (negative bus bar) connected to the negative electrode terminal are opposed. Current flows in the opposite direction to the positive bus bar and the negative bus bar. The magnetic fields resulting from the current of the respective bus bars cancel each other, and the inductance is suppressed. In the technique of Patent Document 2, the positive bus bar is disposed so as to be connected to the positive electrode terminal after crossing without contacting the negative electrode terminal. Alternatively, the negative bus bar is disposed so as to be connected to the negative electrode terminal after crossing without contacting the positive electrode terminal. A closed loop for the high frequency component of the current is formed by the positive electrode terminal, the negative electrode terminal, the positive bus bar (negative bus bar), and the switching element in the semiconductor module body. By shortening the path of the high frequency component of the current, the inductance of the conductive path (bus bar and terminal) conducting to the switching element is reduced.

特開２０１５−１３９２７０号公報JP, 2015-139270, A 特開２０１３−１９２４０３号公報JP, 2013-192403, A 特開２０１４−１１０４００号公報JP, 2014-110400, A 特開２０１４−０６０３０４号公報JP, 2014-060304, A

特許文献１の技術は正バスバと負バスバを接近させてインダクタンスを低減する。特許文献２の技術は、正極端子と負バスバ（あるいは、負極端子と正バスバ）を接近させてインダクタンスを低減する。いずれの技術も、極性の異なる導電部品（バスバまたは端子）を接近させてインダクタンスを低減する。極性の異なる導電部品を接近させると、短絡防止の配慮が必要となる。極性の異なる導電部品の間には、それらの間の電圧に応じた沿面距離を確保しなければならない。本明細書は、極性の同じ導電部品を使ってスイッチング素子と導通している導電経路（バスバと端子）のインダクタンスを低減する技術を提供する。 The technique of Patent Document 1 reduces the inductance by bringing the positive bus bar and the negative bus bar close to each other. The technique of Patent Document 2 reduces the inductance by bringing the positive electrode terminal and the negative bus bar (or the negative electrode terminal and the positive bus bar) close to each other. Both techniques approach conductive components (bus bars or terminals) of different polarity to reduce inductance. When conducting parts of different polarities are brought close, care must be taken to prevent short circuits. Between conductive parts of different polarity, a creepage distance corresponding to the voltage between them must be secured. The present specification provides a technique for reducing the inductance of a conductive path (bus bar and terminal) conducting to a switching element using conductive parts of the same polarity.

本明細書が開示する電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、それらを冷却する積層冷却ユニットと、バスバを備える。各半導体モジュールは、スイッチング素子を収容している本体と、本体内でそのスイッチング素子と導通しており本体の外へ延びている平板状の端子を備えている。積層冷却ユニットは、複数の冷却器が平行に配置されており、隣接する冷却器の間に各半導体モジュールを挟んでいる。バスバは、夫々の半導体モジュールの端子に接続されている。そのバスバは、ベース板と、接続部と、対向部を備えている。ベース板は、複数の貫通孔を有しているとともに各貫通孔に各半導体モジュールの端子が貫通している。接続部は、導電性を有しており、ベース板の貫通孔の縁から延びており、端子に接続されている。対向部は、ベース板の貫通孔の縁から接続部とは逆方向へ延びており、端子の平坦面から距離を隔てて平坦面に対向している。この電力変換装置では、対向部はバスバを介して端子と導通しているので対向部とバスバは同電位である。しかし、対向部自体は、端子と距離を隔てて対向している。高周波の電流は導体の表面を伝わる性質があるため、互いに対向している端子と対向部の夫々の表面を電流が流れる。それらの電流に起因する磁界が相殺し、バスバと端子のインダクタンスが低減される。本明細書が開示する技術は、端子に接続されているバスバにその端子と対向する対向部を設けることで、同電位の端子と対向部の間でインダクタンスを低減する。本明細書が開示する技術は、異極の導電部材同士を近接させることなくスイッチング素子に導通している導電経路（バスバと端子）のインダクタンスを低減する。 A power converter disclosed in the present specification includes a plurality of semiconductor modules, a stacked cooling unit that cools them, and a bus bar. Each semiconductor module includes a main body accommodating the switching element, and a flat plate-like terminal electrically connected to the switching element in the main body and extending out of the main body. In the stacked cooling unit, a plurality of coolers are arranged in parallel, and each semiconductor module is sandwiched between adjacent coolers. The bus bar is connected to the terminal of each semiconductor module. The bus bar includes a base plate, a connection portion, and an opposing portion. The base plate has a plurality of through holes and the terminals of the semiconductor modules pass through the through holes. The connection portion is conductive, extends from the edge of the through hole of the base plate, and is connected to the terminal. The facing portion extends from the edge of the through hole of the base plate in the opposite direction to the connecting portion, and faces the flat surface at a distance from the flat surface of the terminal . In this power conversion device, since the opposing part is electrically connected to the terminal through the bus bar, the opposing part and the bus bar have the same potential. However, the facing portion itself faces the terminal at a distance. Since the high frequency current has the property of being transmitted on the surface of the conductor, the current flows on the surfaces of the opposing terminal and the opposing portion. The magnetic fields resulting from those currents cancel each other, reducing the inductance of the bus bar and the terminals. The technology disclosed in the present specification reduces the inductance between the terminal of the same potential and the opposite portion by providing the bus bar connected to the terminal with the opposite portion facing the terminal. The technology disclosed in the present specification reduces the inductance of the conductive paths (bus bars and terminals) conducted to the switching elements without bringing the conductive members of different polarities close to each other.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The details and further improvement of the technology disclosed in the present specification will be described in the following "Forms for Carrying Out the Invention".

実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the electric power system of an electric vehicle containing the power converter device of an Example. 電力変換装置のケース内レイアウトを示す平面図である（カバーを外した状態）。It is a top view which shows the in-case layout of a power converter device (state which removed the cover). 積層ユニットと平滑コンデンサユニットとバスバのアセンブリの斜視図である。It is a perspective view of an assembly of a lamination | stacking unit, a smoothing capacitor unit, and a bus bar. バスバの斜視図である。It is a perspective view of a bus bar. バスバと端子の接続部分の断面図である。It is sectional drawing of the connection part of a bus bar and a terminal. 変形例のバスバと積層ユニットとコンデンサユニットのアセンブリの斜視図である。It is a perspective view of the assembly of the bus bar of a modification, a lamination | stacking unit, and a capacitor | condenser unit. 変形例のバスバと積層ユニットとコンデンサユニットのアセンブリの斜視図である（バスバを分解）。It is a perspective view of the assembly of the bus bar of a modification, a lamination | stacking unit, and a capacitor | condenser unit (a bus bar is disassembled). 変形例のバスバの拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the bus bar of a modification. 変形例のバスバと端子の接続部分の断面図である。It is sectional drawing of the connection part of the bus bar of a modification, and a terminal. 変形例のバスバと端子の接続部分の断面図である（第２変形例）。It is sectional drawing of the connection part of the bus bar of a modification, and a terminal (2nd modification). 変形例のバスバと端子の接続部分の断面図である（第３変形例）。It is sectional drawing of the connection part of the bus bar of a modification, and a terminal (3rd modification). 変形例のバスバと端子の接続部分の断面図である（第４変形例）。It is sectional drawing of the connection part of the bus bar of a modification, and a terminal (4th modification).

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は電気自動車に搭載されており、走行用モータの駆動電力を出力する。図１に、電力変換装置２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、２個の走行用モータ８３ａ、８３ｂを備える。それゆえ、電力変換装置２は、２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを備える。なお、２個のモータ８３ａ、８３ｂの出力は、動力分配機構８５で合成／分配されて車軸８６（即ち駆動輪）へと伝達される。 A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device of the embodiment is mounted on an electric vehicle and outputs driving power of a traveling motor. FIG. 1 shows a block diagram of a power system of an electric vehicle 100 including the power conversion device 2. The electric vehicle 100 includes two traveling motors 83a and 83b. Therefore, the power conversion device 2 includes two sets of inverter circuits 13a and 13b. The outputs of the two motors 83a and 83b are combined / distributed by the power distribution mechanism 85 and transmitted to the axle 86 (ie, drive wheels).

電力変換装置２は、システムメインリレー８２を介してバッテリ８１と接続されている。電力変換装置２は、バッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流に変換する２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを含む。 Power converter 2 is connected to battery 81 via system main relay 82. Power converter 2 includes a voltage converter circuit 12 for boosting the voltage of battery 81, and two sets of inverter circuits 13a and 13b for converting DC power after boosting to an alternating current.

電圧コンバータ回路１２は、一方の端子（低電圧端）に印加された電圧を昇圧して他方の端子（高電圧端）に出力する昇圧する動作と、他方の端子（高電圧端）に印加された電圧を降圧して一方の端子（低電圧端）に出力する降圧動作の双方を行うことできるいわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。説明の便宜上、以下では、低電圧端を入力端１８と称し、高電圧端を出力端１９と称する。また、入力端１８の正極と負極を夫々、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂと称する。出力端１９の正極と負極を夫々、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂと称する。「入力端１８」、「出力端１９」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであるので、出力端１９から入力端１８へ電力が流れる場合がある。 The voltage converter circuit 12 boosts the voltage applied to one terminal (low voltage terminal) and outputs it to the other terminal (high voltage terminal), and the voltage converter circuit 12 applies the other terminal (high voltage terminal) to the other terminal (high voltage terminal). It is a so-called bi-directional DC-DC converter capable of performing both of the step-down operation of stepping down the voltage and outputting it to one terminal (low voltage end). For convenience of explanation, the low voltage end is hereinafter referred to as the input end 18, and the high voltage end is referred to as the output end 19. Further, the positive electrode and the negative electrode of the input end 18 are referred to as an input positive electrode end 18a and an input negative electrode end 18b, respectively. The positive electrode and the negative electrode of the output end 19 are respectively referred to as an output positive electrode end 19a and an output negative electrode end 19b. The notations “input end 18” and “output end 19” are for convenience of explanation, and as described above, since the voltage converter circuit 12 is a bi-directional DC-DC converter, the output end Power may flow from 19 to the input end 18.

電圧コンバータ回路１２は、２個のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路、リアクトル７、フィルタコンデンサ５、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードで構成されている。直列回路の高電位側は出力正極端１９ａに接続されており、低電位側は出力負極端１９ｂに接続されている。リアクトル７は、一端が入力正極端１８ａに接続されており、他端は直列回路の中点に接続されている。フィルタコンデンサ５は、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂの間に接続されている。入力負極端１８ｂは、出力負極端１９ｂと直接に接続されている。 The voltage converter circuit 12 is configured of a series circuit of two switching elements T7 and T8, a reactor 7, a filter capacitor 5, and diodes connected in anti-parallel to the respective switching elements. The high potential side of the series circuit is connected to the output positive terminal 19a, and the low potential side is connected to the output negative terminal 19b. One end of the reactor 7 is connected to the input positive end 18a, and the other end is connected to the middle point of the series circuit. The filter capacitor 5 is connected between the input positive end 18a and the input negative end 18b. The input negative electrode end 18 b is directly connected to the output negative electrode end 19 b.

先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は、昇圧動作と降圧動作の双方を行うことができる。電圧コンバータ回路１２の昇圧動作とは、バッテリ８１の電圧を昇圧してインバータ回路１３ａ、１３ｂへ供給する動作である。電圧コンバータ回路１２の降圧動作とは、インバータ回路１３ａ、１３ｂから入力される直流電力（モータ８３ａ又は８３ｂが発生する回生電力）を降圧する動作である。なお、降圧された回生電力はバッテリ８１の充電に使われる。昇圧動作にはスイッチング素子Ｔ８が主に貢献し、降圧動作の場合はスイッチング素子Ｔ７が主に貢献する。図１の電圧コンバータ回路１２はよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号８ｇが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール８ｇに対応する。符号２５ａ、２５ｂは、半導体モジュール８ｇから延出している端子を示している。符号２５ａは、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路の高電位側の電極と接続されている端子（正極端子２５ａ）を示している。符号２５ｂは、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路の低電位側の電極と接続されている端子（負極端子２５ｂ）を表している。次に説明するように、正極端子２５ａ、負極端子２５ｂという表記は、他の半導体モジュールでも用いる。 As mentioned above, the voltage converter circuit 12 can perform both the step-up operation and the step-down operation. The boosting operation of the voltage converter circuit 12 is an operation of boosting the voltage of the battery 81 and supplying it to the inverter circuits 13a and 13b. The step-down operation of the voltage converter circuit 12 is an operation to step-down DC power (regenerated power generated by the motor 83a or 83b) input from the inverter circuits 13a and 13b. The reduced regenerative power is used to charge the battery 81. The switching element T8 mainly contributes to the step-up operation, and the switching element T7 mainly contributes to the step-down operation. The voltage converter circuit 12 of FIG. 1 is well known and will not be described in detail. A circuit within a dashed-lined rectangle indicated by reference numeral 8g corresponds to a semiconductor module 8g described later. The reference numerals 25a and 25b indicate terminals extending from the semiconductor module 8g. The code | symbol 25a has shown the terminal (positive electrode terminal 25a) connected with the electrode by the side of high electric potential of the series circuit of switching element T7, T8. The code | symbol 25b represents the terminal (negative electrode terminal 25b) connected with the electrode by the side of the low electric potential of the series circuit of switching element T7, T8. As described below, the notation of the positive electrode terminal 25a and the negative electrode terminal 25b is also used in other semiconductor modules.

インバータ回路１３ａは、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位側の端子（正極端子２５ａ）が電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａに接続されており、３セットの直列回路の低電位側の端子（負極端子２５ｂ）が電圧コンバータ回路１２の出力負極端１９ｂに接続されている。３セットの直列回路の中点から３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。３セットの直列回路の夫々が、後述する半導体モジュール８ａ、８ｂ、８ｃに対応する。 The inverter circuit 13a has a configuration in which three series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1 and T4, T2 and T5, T3 and T6). A diode is connected in reverse parallel to each switching element. The high potential terminal (positive terminal 25a) of the three sets of series circuits is connected to the output positive terminal 19a of the voltage converter circuit 12, and the low potential terminal (negative terminals 25b) of the three sets of series circuits is voltage The output negative terminal 19 b of the converter circuit 12 is connected. Three-phase alternating current (U phase, V phase, W phase) is output from the middle point of three sets of series circuits. Each of the three sets of series circuits corresponds to semiconductor modules 8a, 8b and 8c described later.

インバータ回路１３ｂの構成はインバータ回路１３ａと同じであるため、図１では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路１３ｂもインバータ回路１３ａと同様に、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している。各直列回路に対応するハードウエアを半導体モジュール８ｄ、８ｅ、８ｆと称する。 Since the configuration of the inverter circuit 13b is the same as that of the inverter circuit 13a, the illustration of the specific circuit is omitted in FIG. Similar to the inverter circuit 13a, the inverter circuit 13b also has a configuration in which three series circuits of two switching elements are connected in parallel. The hardware corresponding to each series circuit is referred to as semiconductor modules 8d, 8e, 8f.

インバータ回路１３ａ、１３ｂの入力端に平滑コンデンサ６が並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端１９に並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、電圧コンバータ回路１２の出力端１９から出力される電流の脈動を除去する。 The smoothing capacitor 6 is connected in parallel to the input terminals of the inverter circuits 13a and 13b. The smoothing capacitor 6 is, in other words, connected in parallel to the output 19 of the voltage converter circuit 12. The smoothing capacitor 6 eliminates the pulsation of the current output from the output end 19 of the voltage converter circuit 12.

スイッチング素子Ｔ１−Ｔ８は、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。また、ここでいうスイッチング素子は、電力変換に用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。 The switching elements T1 to T8 are transistors, and are typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Moreover, the switching element here is used for power conversion, and may be called a power semiconductor element.

図１において、破線８ａ−８ｇの夫々が半導体モジュールに相当する。電力変換装置２は、２個のスイッチング素子の直列回路を７セット備えている。ハードウエアとしては、２個のスイッチング素子の直列回路、およびこれに付随するダイオードが一つの半導体モジュールに収容されている。以下では、半導体モジュール８ａ−８ｇのいずれか一つを区別なく示すときには半導体モジュール８と表記する。 In FIG. 1, each of broken lines 8a to 8g corresponds to a semiconductor module. The power converter 2 includes seven sets of series circuits of two switching elements. As hardware, a series circuit of two switching elements and a diode associated therewith are accommodated in one semiconductor module. Hereinafter, any one of the semiconductor modules 8a to 8g will be denoted as the semiconductor module 8 when it is indicated without distinction.

図１において、符号３０が示す破線内の導電経路は、複数の半導体モジュール８の正極端子２５ａと平滑コンデンサ６を接続するバスバ（Ｐバスバ）に対応する。符号４０が示す破線内の導電経路は、複数の負極端子２５ｂと平滑コンデンサ６を接続するバスバ（Ｎバスバ）に対応する。Ｐバスバ３０、Ｎバスバ４０については後述する。 In FIG. 1, the conductive paths in the broken line indicated by reference numeral 30 correspond to bus bars (P bus bars) connecting the positive terminals 25 a of the plurality of semiconductor modules 8 and the smoothing capacitors 6. The conductive path in the broken line indicated by reference numeral 40 corresponds to a bus bar (N bus bar) connecting the plurality of negative terminals 25 b and the smoothing capacitor 6. The P bus bar 30 and the N bus bar 40 will be described later.

次に、電力変換装置２のハードウエア構成を説明する。図２に、電力変換装置２の平面図を示す。図２は、カバーを外した電力変換装置２の平面図であり、ケース９０の内部に収容された部品のレイアウトが示されている。ケース９０の中には、フィルタコンデンサユニット１０５、リアクトルユニット１０７、積層冷却ユニット２０、平滑コンデンサユニット１０６などが収容されている。積層冷却ユニット２０は複数の半導体モジュール８を収容している。これらの部品のほか、図示は省略するが、積層冷却ユニット２０の下方には回路基板が収容されている。ケース９０の中には他の部品も収容されているが、それらの図示と説明は省略する。 Next, the hardware configuration of the power conversion device 2 will be described. The top view of the power converter device 2 is shown in FIG. FIG. 2 is a plan view of the power conversion device 2 with the cover removed, showing the layout of parts housed inside the case 90. As shown in FIG. In the case 90, the filter capacitor unit 105, the reactor unit 107, the laminated cooling unit 20, the smoothing capacitor unit 106, and the like are accommodated. The stacked cooling unit 20 accommodates a plurality of semiconductor modules 8. In addition to these parts, a circuit board is accommodated below the laminated cooling unit 20, although not shown. Although other parts are also accommodated in the case 90, their illustration and description will be omitted.

フィルタコンデンサユニット１０５の中に、図１で示したフィルタコンデンサ５に相当するコンデンサ素子が収容されている。リアクトルユニットと１０７の中に、図１で示したリアクトル７に相当するリアクトルデバイスが収容されている。平滑コンデンサユニット１０６の中に、図１で説明した平滑コンデンサ６に相当するコンデンサ素子が収容されている。フィルタコンデンサ５、平滑コンデンサ６、リアクトル７には大電流が流れるため、それらに対応するハードウエアの体格が大きい。 In the filter capacitor unit 105, a capacitor element corresponding to the filter capacitor 5 shown in FIG. 1 is accommodated. In the reactor unit and 107, a reactor device corresponding to the reactor 7 shown in FIG. 1 is accommodated. In the smoothing capacitor unit 106, a capacitor element corresponding to the smoothing capacitor 6 described in FIG. 1 is accommodated. Since a large current flows in the filter capacitor 5, the smoothing capacitor 6, and the reactor 7, the size of the hardware corresponding to them is large.

平滑コンデンサユニット１０６に隣接して積層冷却ユニット２０が配置されている。積層冷却ユニット２０は、複数の冷却器２２が平行に配置されたユニットであり、隣接する冷却器２２の間に各半導体モジュール８を挟んでいる。図２、及び、以降の図では、複数の半導体モジュールのうち、一つのみに符号８を付し、他の半導体モジュールへは符号を省略した。冷却器２２についても同様である。 A laminated cooling unit 20 is disposed adjacent to the smoothing capacitor unit 106. The stacked cooling unit 20 is a unit in which a plurality of coolers 22 are arranged in parallel, and the respective semiconductor modules 8 are sandwiched between the adjacent coolers 22. In FIG. 2 and the subsequent drawings, only one of the plurality of semiconductor modules is given the reference numeral 8, and the reference numerals for the other semiconductor modules are omitted. The same applies to the cooler 22.

各半導体モジュール８には２個のスイッチング素子（半導体素子）が収容されている。積層冷却ユニット２０は、ケース９０に設けられた支持壁８９と、２本の支持柱８７の間に挿入されている。図示を省略しているが、支持柱８７と積層冷却ユニット２０の間には板バネが挿入されており、その板バネにより、積層冷却ユニット２０はその積層方向に加圧されつつ、ケース９０に支持される。積層方向の加圧によって半導体モジュール８と冷却器２２の密着性が高まり、冷却性能が向上する。また、積層冷却ユニット２０の一端には冷媒供給管２３と冷媒排出管２４が接続されており、それらの管の先端はケース９０を貫通し、ケース９０の外に開いている。冷媒供給管２３から供給された冷媒は全ての冷却器２２に分配される。冷媒は冷却器２２の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール８から熱を吸収する。冷却器２２を通過した冷媒は、冷媒排出管２４を通じて電力変換装置２の外へと排出される。半導体モジュール８は平板型（カード型）であり、それぞれの平坦面が冷却器２２によって冷却される。積層冷却ユニット２０は、隣接する冷却器２２の間に半導体モジュール８を挟み込む構造によって、各半導体モジュール８に収容されているスイッチング素子を効率よく冷却することができる。 Each semiconductor module 8 accommodates two switching elements (semiconductor elements). The stacked cooling unit 20 is inserted between a support wall 89 provided on the case 90 and two support columns 87. Although illustration is omitted, a plate spring is inserted between the support column 87 and the laminated cooling unit 20, and the laminated cooling unit 20 is pressed in the laminated direction by the plate spring to the case 90. Be supported. By the pressurization in the stacking direction, the adhesion between the semiconductor module 8 and the cooler 22 is enhanced, and the cooling performance is improved. Further, the refrigerant supply pipe 23 and the refrigerant discharge pipe 24 are connected to one end of the multi-layered cooling unit 20, and the tip of the pipe penetrates the case 90 and is opened to the outside of the case 90. The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 23 is distributed to all the coolers 22. The refrigerant absorbs heat from the adjacent semiconductor module 8 while passing through the inside of the cooler 22. The refrigerant that has passed through the cooler 22 is discharged out of the power conversion device 2 through the refrigerant discharge pipe 24. The semiconductor modules 8 are flat type (card type), and the respective flat surfaces are cooled by the cooler 22. The lamination | stacking cooling unit 20 can cool efficiently the switching element accommodated in each semiconductor module 8 by the structure which clamps the semiconductor module 8 between adjacent coolers 22. As shown in FIG.

各半導体モジュール８の本体２１に収容されている２個のスイッチング素子は、本体２１の内部で直列に接続されている。本体２１は、樹脂で作られたパッケージである。スイッチング素子の直列接続の高電位側の端子（正極端子２５ａ）、低電位側の端子（負極端子２５ｂ）、及び、中点の端子（中点端子２５ｃ）が、本体２１からＺ方向に延びている。正極端子２５ａ、負極端子２５ｂ、中点端子２５ｃはいずれも平板状である。正極端子２５ａ、負極端子２５ｂ、及び、中点端子２５ｃは、半導体モジュール８の本体２１の内部でスイッチング素子と導通している。また、正極端子２５ａ、負極端子２５ｂ、及び、中点端子２５ｃは、半導体モジュール８の本体２１の外へ延びている。複数の半導体モジュール８の正極端子２５ａは、積層冷却ユニット２０の冷却器２２の積層方向に並んでいる。積層方向は、図の座標系におけるＸ方向である。複数の半導体モジュール８の負極端子２５ｂ、中点端子２５ｃも同様に積層方向（Ｘ方向）に並んでいる。 The two switching elements accommodated in the main body 21 of each semiconductor module 8 are connected in series inside the main body 21. The main body 21 is a package made of resin. The high potential terminal (positive electrode terminal 25a), the low potential terminal (negative electrode terminal 25b), and the middle terminal (midpoint terminal 25c) of the series connection of the switching elements extend from the main body 21 in the Z direction. There is. The positive electrode terminal 25a, the negative electrode terminal 25b, and the middle point terminal 25c are all flat. The positive electrode terminal 25 a, the negative electrode terminal 25 b, and the middle point terminal 25 c are electrically connected to the switching element inside the main body 21 of the semiconductor module 8. The positive electrode terminal 25 a, the negative electrode terminal 25 b, and the middle point terminal 25 c extend outside the main body 21 of the semiconductor module 8. The positive electrode terminals 25 a of the plurality of semiconductor modules 8 are aligned in the stacking direction of the coolers 22 of the stacked cooling unit 20. The stacking direction is the X direction in the coordinate system of the figure. Likewise, the negative terminals 25b and the midpoint terminals 25c of the plurality of semiconductor modules 8 are arranged in the stacking direction (X direction).

図１の回路図を参照して説明したように、１個の半導体モジュール８は昇圧回路に用いられ、６個の半導体モジュール８は２セットのインバータ回路に用いられる。図１を参照して説明したように、複数の半導体モジュール８の正極端子２５ａは、Ｐバスバ３０により平滑コンデンサ６の一方の電極と接続され、負極端子２５ｂはＮバスバ４０により平滑コンデンサ６の他方の電極と接続される。半導体モジュール８の中点端子２５ｃには、交流出力を外部へ伝達するためのバスバが接続されているが、そのバスバと、そのバスバの先端に接続されているコネクタ端子台の図示は省略している。 As described with reference to the circuit diagram of FIG. 1, one semiconductor module 8 is used for a booster circuit, and six semiconductor modules 8 are used for two sets of inverter circuits. As described with reference to FIG. 1, the positive electrode terminals 25 a of the plurality of semiconductor modules 8 are connected to one electrode of the smoothing capacitor 6 by the P bus bar 30, and the negative electrode terminal 25 b is the other of the smoothing capacitor 6 by the N bus bar 40. Connected to the Although a bus bar for transmitting AC output to the outside is connected to the middle point terminal 25c of the semiconductor module 8, the illustration of the bus bar and the connector terminal block connected to the tip of the bus bar is omitted. There is.

先に述べたように、平滑コンデンサ６は、電圧コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂの間に並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、全ての半導体モジュール８と接続されることになる。Ｐバスバ３０とＮバスバ４０が、平滑コンデンサ６（平滑コンデンサユニット１０６）と複数の半導体モジュール８を電気的に接続している。Ｐバスバ３０は、ベース板３１と複数の枝部３２で構成されている。Ｐバスバ３０の構造については後に詳しく説明する。 As described above, the smoothing capacitor 6 is connected in parallel between the voltage converter circuit 12 and the inverter circuits 13a and 13b. The smoothing capacitor 6 is connected to all the semiconductor modules 8. The P bus bar 30 and the N bus bar 40 electrically connect the smoothing capacitor 6 (smoothing capacitor unit 106) and the plurality of semiconductor modules 8. The P bus bar 30 is composed of a base plate 31 and a plurality of branch portions 32. The structure of the P bus bar 30 will be described in detail later.

なお、各半導体モジュール８は、本体２１の端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃとは反対側に制御端子を備えており、その制御端子は不図示の回路基板と接続されている。制御端子は、スイッチング素子のゲート電極につながっており、回路基板は、スイッチング素子に与えるゲート信号を生成する。 Each semiconductor module 8 is provided with a control terminal on the opposite side of the terminals 25a, 25b, 25c of the main body 21, and the control terminal is connected to a circuit board (not shown). The control terminal is connected to the gate electrode of the switching element, and the circuit board generates a gate signal to be supplied to the switching element.

図３を参照して平滑コンデンサユニット１０６と積層冷却ユニット２０とＰバスバ３０の関係を説明する。なお、図３は、電力変換装置２において、平滑コンデンサユニット１０６と積層冷却ユニット２０とバスバのアセンブリを取り出した斜視図である。図３では、Ｎバスバ４０の図示は省略した。さらに、図４に、平滑コンデンサユニット１０６から露出している部分のＰバスバ３０の斜視図を示す。 The relationship between the smoothing capacitor unit 106, the laminated cooling unit 20, and the P bus bar 30 will be described with reference to FIG. 3 is a perspective view of the assembly of the smoothing capacitor unit 106, the laminated cooling unit 20, and the bus bar in the power conversion device 2. As shown in FIG. In FIG. 3, the illustration of the N bus bar 40 is omitted. Furthermore, FIG. 4 shows a perspective view of the P bus bar 30 in a portion exposed from the smoothing capacitor unit 106.

Ｐバスバ３０を、説明の都合上、ベース板３１と複数の枝部３２に分ける。ベース板３１は、平滑コンデンサユニット１０６から積層冷却ユニット２０へ向けて延びており、図中の座標系でＸＹ平面に広がっている板部材である。複数の枝部３２は、ベース板３１の積層冷却ユニット２０に近い端から延びており、途中でＹＺ平面と平行になるように折れ曲がっている。複数の枝部３２は、図中の座標系においてＸ方向に並んでいる。複数の枝部３２の夫々の先端が、対応する半導体モジュール８の正極端子２５ａに接合されている。図４では、夫々の半導体モジュール８から延びている正極端子２５ａを仮想線で描いてある。正極端子２５ａも平板状であり、その平坦面が平板状のＰバスバ３０の枝部３２の先端と接続されている。 The P bus bar 30 is divided into a base plate 31 and a plurality of branches 32 for convenience of explanation. The base plate 31 is a plate member extending from the smoothing capacitor unit 106 toward the laminated cooling unit 20 and extending in the XY plane in the coordinate system in the drawing. The plurality of branch portions 32 extend from the end of the base plate 31 close to the laminated cooling unit 20, and are bent halfway to be parallel to the YZ plane. The plurality of branches 32 are arranged in the X direction in the coordinate system in the drawing. The tips of the plurality of branch portions 32 are joined to the positive electrode terminal 25 a of the corresponding semiconductor module 8. In FIG. 4, positive terminals 25 a extending from the respective semiconductor modules 8 are drawn by imaginary lines. The positive electrode terminal 25 a is also flat, and its flat surface is connected to the tip of the branch portion 32 of the flat P-type bus bar 30.

Ｐバスバ３０の各枝部３２の先端から対向部３３が延びている。対向部３３は、各半導体モジュール８の正極端子２５ａに対して設けられている。対向部３３は、枝部３２の正極端子２５ａと接合している面とは反対の面に接合されている。対向部３３は、正極端子２５ａの延設方向に沿って、Ｐバスバ３０から半導体モジュール８の本体２１に向かって延びている。対向部３３は平板状であり、正極端子２５ａの平坦面に近接してこれと対向している。対向部３３は、正極端子２５ａの平坦面から距離を隔てて平坦面に対向している。対向部３３はＰバスバ３０と同じく銅で作られており、導電性である。従って、対向部３３は、Ｐバスバ３０を介して正極端子２５ａと導通しており、正極端子２５ａと同電位である。ただし、対向部３３は、距離を隔てて正極端子２５ａと対向しており、対向部３３自体は正極端子２５ａに直接には触れていない。次に、対向部３３の機能について説明する。 An opposing portion 33 extends from the tip of each branch portion 32 of the P bus bar 30. The facing portion 33 is provided to the positive electrode terminal 25 a of each semiconductor module 8. The opposing portion 33 is joined to the surface of the branch portion 32 opposite to the surface joined to the positive electrode terminal 25 a. The facing portion 33 extends from the P bus bar 30 toward the main body 21 of the semiconductor module 8 along the extending direction of the positive electrode terminal 25 a. The facing portion 33 is flat and is close to and opposed to the flat surface of the positive electrode terminal 25a. The facing portion 33 faces the flat surface at a distance from the flat surface of the positive electrode terminal 25a. The facing portion 33 is made of copper like the P bus bar 30 and is conductive. Therefore, the facing portion 33 is electrically connected to the positive electrode terminal 25a through the P bus bar 30, and has the same potential as the positive electrode terminal 25a. However, the facing portion 33 faces the positive electrode terminal 25a at a distance, and the facing portion 33 itself does not directly touch the positive electrode terminal 25a. Next, the function of the facing portion 33 will be described.

対向部３３は、Ｐバスバ３０と正極端子２５ａが有するインダクタンス（寄生インダクタンス）を低減する目的で備えられている。対向部３３には、近接している正極端子２５ａを流れる電流が発する磁界によって渦電流が発生する。その渦電流に起因する磁界は正極端子２５ａを流れる電流に起因する磁界を相殺する。この相殺によってインダクタンスが低減される。これに加えて、渦電流とは別に、対向部３３の表面を流れる電流に起因する磁界が、対向部３３と対向する正極端子２５ａの表面を流れる電流に起因する磁界を相殺することによってもインダクタンスが低減される。図５に、一つの半導体モジュール８の正極端子２５ａとそれに接続するＰバスバ３０（枝部３２）のＸＺ平面における断面を示す。スイッチング素子のスイッチング動作に起因して生じる高周波電流は導体の表面を伝わることが知られている。図５に示した矢印は高周波電流の伝播経路を示している。半導体モジュール８の本体２１の内部で生じた高周波電流は、正極端子２５ａの表面を伝わり、Ｐバスバ３０の表面を介して対向部３３の表面へと伝わる。対向部３３の表面へと伝播した高周波電流は図の紙面奥側でＰバスバ３０の表面へと戻り、さらには平滑コンデンサ６へと伝わる。図５の矢印Ａ１とＡ２が示すように、正極端子２５ａの表面を伝わる高周波電流の向きＡ１と対向部３３の表面を伝わる高周波電流の向きＡ２は互いに逆方向である。なお、電流の向きは紙面に垂直な方向の成分、及び、対向部３３からＰバスバ３０に戻る成分も有するが、高周波電流の少なくとも一部は対向部３３の表面と正極端子２５ａの表面で互いに逆向きとなる。電流が互いに逆向きであるので、互いの電流に起因して生じる磁界の向きも逆向きとなり、磁界の一部は相殺される。電流に起因して生じる磁界の一部が相殺されることで、Ｐバスバ３０と正極端子２５ａのインダクタンスが低減される。別言すれば、対向部３３は、半導体モジュール８の近傍でスイッチング素子に導通している導電経路（Ｐバスバ３０と正極端子２５ａ）の寄生インダクタンスを低減する。Ｎバスバ４０も同様の対向部を備えており、Ｐバスバ３０に関する上記の説明は、Ｎバスバ４０についても成立する。枝部の構成や平滑コンデンサユニット１０６との接続関係についても、Ｎバスバ４０はＰバスバ３０と同様の構造を備えている。 The facing portion 33 is provided for the purpose of reducing the inductance (parasitic inductance) of the P bus bar 30 and the positive electrode terminal 25a. In the facing portion 33, an eddy current is generated by the magnetic field generated by the current flowing through the adjacent positive electrode terminal 25a. The magnetic field resulting from the eddy current cancels out the magnetic field resulting from the current flowing through the positive electrode terminal 25a. This cancellation reduces the inductance. In addition to this, the magnetic field resulting from the current flowing on the surface of the facing portion 33 separates the magnetic field resulting from the current flowing on the surface of the positive electrode terminal 25a facing the facing portion 33 separately from the eddy current. Is reduced. FIG. 5 shows a cross section in the XZ plane of the positive electrode terminal 25a of one semiconductor module 8 and the P bus bar 30 (branch portion 32) connected thereto. It is known that the high frequency current generated due to the switching operation of the switching element travels on the surface of the conductor. Arrows shown in FIG. 5 indicate propagation paths of high frequency current. The high frequency current generated inside the main body 21 of the semiconductor module 8 is transmitted to the surface of the positive electrode terminal 25 a and transmitted to the surface of the facing portion 33 through the surface of the P bus bar 30. The high frequency current propagated to the surface of the facing portion 33 returns to the surface of the P bus bar 30 at the back side in the drawing, and is further transmitted to the smoothing capacitor 6. As shown by arrows A1 and A2 in FIG. 5, the direction A1 of the high frequency current transmitted on the surface of the positive electrode terminal 25a and the direction A2 of the high frequency current transmitted on the surface of the facing portion 33 are opposite to each other. Although the direction of the current also has a component in the direction perpendicular to the paper surface and a component returning from the facing portion 33 to the P bus bar 30, at least a part of the high frequency current is mutually different on the surface of the facing portion 33 and the surface of the positive electrode terminal 25a. It will be in the opposite direction. Since the currents are opposite to each other, the directions of the magnetic fields generated due to the currents are also opposite, and part of the magnetic field is canceled. By partially canceling the magnetic field generated due to the current, the inductance of P bus bar 30 and positive electrode terminal 25a is reduced. In other words, the facing portion 33 reduces the parasitic inductance of the conductive path (the P bus bar 30 and the positive electrode terminal 25 a) conducted to the switching element in the vicinity of the semiconductor module 8. The N bus bar 40 is also provided with a similar facing portion, and the above description of the P bus bar 30 also holds true for the N bus bar 40. The N bus bar 40 also has the same structure as the P bus bar 30 with regard to the configuration of the branches and the connection relationship with the smoothing capacitor unit 106.

渦電流の発生によるインダクタンス低減効果は、対向部３３と正極端子２５ａが導通していなくとも得られる。一方、スイッチング動作に起因して生じる高周波電流が正極端子２５ａの表面と対向部３３の表面を流れることによって得られるインダクタンス低減効果は、正極端子２５ａと対向部３３が導通していることで得られる。 The inductance reduction effect due to the generation of the eddy current can be obtained even if the facing portion 33 and the positive electrode terminal 25a are not conducted. On the other hand, the inductance reduction effect obtained by the high frequency current generated due to the switching operation flowing through the surface of the positive electrode terminal 25a and the surface of the facing portion 33 is obtained by conduction between the positive electrode terminal 25a and the facing portion 33. .

次に、図６−図９を参照してバスバの変形例（第１変形例）を説明する。図６は、変形例のＰバスバ１３０とＮバスバ１４０と積層冷却ユニット２０と平滑コンデンサユニット１０６のアセンブリを示している。図７は、変形例のＰバスバ１３０とＮバスバ１４０を積層冷却ユニット２０及び平滑コンデンサユニット１０６から分離した分解図を示している。なお、図７において、Ｐバスバ１３０の電極接続部１３９、及び、Ｎバスバ１４０の電極接続部１４９は、本来は平滑コンデンサユニット１０６の中に挿通される部分である。これらの電極接続部１３９、１４９が、平滑コンデンサユニット１０６の中でコンデンサ素子の電極と接続している。図８は、アセンブリの部分拡大図である。図９は、図中の座標系におけるＸＺ平面と平行な平面で正極端子２５ａとその周辺をカットした断面図である。 Next, a modification (first modification) of the bus bar will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows an assembly of the P bus bar 130, the N bus bar 140, the laminated cooling unit 20, and the smoothing capacitor unit 106 according to a modification. FIG. 7 shows an exploded view in which the P bus bar 130 and the N bus bar 140 of the modified example are separated from the laminated cooling unit 20 and the smoothing capacitor unit 106. Note that in FIG. 7, the electrode connection portion 139 of the P bus bar 130 and the electrode connection portion 149 of the N bus bar 140 are portions that are originally inserted into the smoothing capacitor unit 106. These electrode connection portions 139 and 149 are connected to the electrodes of the capacitor element in the smoothing capacitor unit 106. FIG. 8 is a partially enlarged view of the assembly. FIG. 9 is a cross-sectional view in which the positive electrode terminal 25 a and the periphery thereof are cut in a plane parallel to the XZ plane in the coordinate system in the drawing.

Ｐバスバ１３０の平板状のベース板１３１には複数の貫通孔１３１ａが設けられている。各貫通孔１３１ａに各半導体モジュール８の正極端子２５ａが貫通している。各貫通孔１３１ａの縁から接続部１３２が延びている。接続部１３２は、正極端子２５ａに沿って、半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びている。Ｐバスバ１３０の各接続部１３２が、対応する正極端子２５ａと接続される。また、各貫通孔１３１ａの縁から対向部１３３が延びている。対向部１３３は、接続部１３２とは反対に、半導体モジュール８の本体２１へ向かう方向へ延びている（図９参照）。図９によく示されているように、対向部１３３はＰバスバ１３０を介して正極端子２５ａと導通しているが、対向部１３３は距離を隔てて正極端子２５ａと対向しており、対向部１３３そのものは正極端子２５ａと直接には接していない。対向部１３３は、正極端子２５ａと直接に接することなく、正極端子２５ａの平坦面に近接してこれと対向している。図９のレイアウトにおいても、正極端子２５ａの表面を流れる高周波電流のＺ方向成分（端子延設方向成分）と対向部１３３の表面を流れる高周波電流のＺ方向成分は互いに逆向きとなる。夫々の高周波電流に起因する磁界の一部が相殺する。その結果、Ｐバスバ１３０と正極端子２５ａのインダクタンスが低減される。 A plurality of through holes 131 a are provided in the flat base plate 131 of the P bus bar 130. The positive electrode terminal 25a of each semiconductor module 8 penetrates through each through hole 131a. Connecting portions 132 extend from the edge of each through hole 131a. The connection portion 132 extends in the direction away from the main body 21 of the semiconductor module 8 along the positive electrode terminal 25 a. Each connection portion 132 of the P bus bar 130 is connected to the corresponding positive terminal 25a. Moreover, the opposing part 133 is extended from the edge of each through-hole 131a. The opposite portion 133 extends in the direction toward the main body 21 of the semiconductor module 8 opposite to the connection portion 132 (see FIG. 9). As well shown in FIG. 9, the opposing portion 133 is electrically connected to the positive electrode terminal 25a through the P bus bar 130, but the opposing portion 133 is opposed to the positive electrode terminal 25a at a distance, and the opposing portion 133 itself is not in direct contact with the positive electrode terminal 25a. The facing portion 133 is close to the flat surface of the positive electrode terminal 25a and is opposed thereto without being in direct contact with the positive electrode terminal 25a. Also in the layout of FIG. 9, the Z-direction component (terminal extension direction component) of the high-frequency current flowing on the surface of the positive electrode terminal 25a and the Z-direction component of the high-frequency current flowing on the surface of the facing portion 133 are opposite to each other. A portion of the magnetic field resulting from each high frequency current cancels out. As a result, the inductance of P bus bar 130 and positive electrode terminal 25a is reduced.

Ｎバスバ１４０にも対向部１４３が備えられており、その役割は、Ｐバスバ１３０の対向部１３３と同様である。Ｎバスバ１４０について概説する。Ｎバスバ１４０のベース板１４１には複数の貫通孔１４１ａが設けられており、各貫通孔１４１ａに各半導体モジュール８の負極端子２５ｂが貫通している。貫通孔１４１ａの周囲の構造はＰバスバ１３０の貫通孔１３１ａの周囲の構造と同じである。即ち、貫通孔１４１ａの縁から接続部１４２が延びており、その接続部１３２が負極端子２５ｂと接続している。また、貫通孔１４１ａの縁から対向部１４３が延びている。対向部１４３は負極端子２５ｂの延設方向（図中のＺ方向）に沿って、半導体モジュール８の本体２１に向かって延びている。対向部１４３は、距離を隔てて負極端子２５ｂと近接して対向している。Ｎバスバ１４０の対向部１４３も、Ｐバスバ１３０の対向部１３３と同様に、Ｎバスバ１４０と負極端子２５ｂのインダクタンスの低減に貢献する。 The N bus bar 140 is also provided with the facing portion 143, and the role thereof is the same as that of the facing portion 133 of the P bus bar 130. The N bus bar 140 is outlined. The base plate 141 of the N bus bar 140 is provided with a plurality of through holes 141a, and the negative electrode terminals 25b of the semiconductor modules 8 pass through the through holes 141a. The structure around the through hole 141 a is the same as the structure around the through hole 131 a of the P bus bar 130. That is, the connection portion 142 extends from the edge of the through hole 141a, and the connection portion 132 is connected to the negative electrode terminal 25b. In addition, the facing portion 143 extends from the edge of the through hole 141a. The facing portion 143 extends toward the main body 21 of the semiconductor module 8 along the extending direction (the Z direction in the drawing) of the negative electrode terminal 25 b. The facing portion 143 is close to and opposed to the negative electrode terminal 25 b at a distance. Similar to the facing portion 133 of the P bus bar 130, the facing portion 143 of the N bus bar 140 also contributes to the reduction of the inductance of the N bus bar 140 and the negative electrode terminal 25b.

図８、図９に示されているように、Ｎバスバ１４０の平板状のベース板１４１には別の貫通孔１４１ｂが設けられており、その貫通孔１４１ｂを正極端子２５ａが貫通している。Ｐバスバ１３０のベース板１３１とＮバスバ１４０のベース板１４１も対向している。Ｐバスバ１３０とＮバスバ１４０には互いに逆向きの電流が流れるので、夫々のバスバのベース板１３１、１４１が対向していることで、互いの電流に起因する磁界が相殺する。夫々のバスバのベース板１３１、１４１が対向していることもインダクタンス低減に貢献する。 As shown in FIG. 8 and FIG. 9, another through hole 141b is provided in the flat base plate 141 of the N bus bar 140, and the positive electrode terminal 25a penetrates the through hole 141b. The base plate 131 of the P bus bar 130 and the base plate 141 of the N bus bar 140 also face each other. Since currents in opposite directions flow through the P bus bar 130 and the N bus bar 140, the base plates 131 and 141 of the respective bus bars oppose each other, so that the magnetic fields resulting from the currents cancel each other. The fact that the base plates 131 and 141 of the respective bus bars face each other also contributes to the reduction of the inductance.

また、前述したように、接続部１３２は、正極端子２５ａに沿って、半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びており、対向部１３３は、接続部１３２とは反対に、本体２１へ向かう方向へ延びている（図９参照）。接続部１３２と正極端子２５ａは溶接により接続される。接続部１３２が本体２１から遠ざかる方向に延びていることは、接続部１３２が本体２１へ向かう方向に延びている場合と比較して、接続部１３２を正極端子２５ａに溶接する作業が容易である。また、接続部１３２が本体２１から遠ざかる方向に延びており、対向部１３３が本体２１へ向かう方向へ延びているので、接続部１３２の溶接の際に対向部１３３が邪魔をすることがない。 Further, as described above, the connection portion 132 extends in the direction away from the main body 21 of the semiconductor module 8 along the positive electrode terminal 25 a, and the opposite portion 133 is directed to the main body 21 opposite to the connection portion 132. It extends in the direction (see FIG. 9). The connection part 132 and the positive electrode terminal 25a are connected by welding. The fact that the connecting portion 132 extends away from the main body 21 facilitates the work of welding the connecting portion 132 to the positive electrode terminal 25 a as compared with the case where the connecting portion 132 extends in the direction toward the main body 21. . Further, since the connecting portion 132 extends in the direction away from the main body 21 and the opposing portion 133 extends in the direction toward the main body 21, the opposing portion 133 does not disturb when welding the connecting portion 132.

図１０−図１２を参照して、バスバのさらに別の変形例を説明する。図１０−図１２は、バスバと端子の接続部分の断面図である。図１０の変形例（第２変形例）は、図９のＰバスバ１３０に絶縁層１３５を加えたものである。絶縁層１３５は、対向部１３３と正極端子２５ａの間に挟まれている。絶縁層１３５は、対向部１３３と正極端子２５ａの間の隙間を一定に保つために挿入されている。先に述べたように、対向部１３３と正極端子２５ａは同電位であるが、対向部１３３と正極端子２５ａが直接に接触してしまうと、夫々の表面に互いに逆向きの電流が流れなくなるのでインダクタンス低減効果が低下してしまう。絶縁層１３５は、対向部１３３と正極端子２５ａが直接に接することなく、狭い間隔を保持して対向するように備えられている。Ｎバスバ１４０の対向部と負極端子の間にも絶縁層が挟まれていてもよい。 Still another modification of the bus bar will be described with reference to FIGS. 10 to 12 are cross-sectional views of the connection portion of the bus bar and the terminal. A modification (second modification) of FIG. 10 is obtained by adding an insulating layer 135 to the P bus bar 130 of FIG. The insulating layer 135 is sandwiched between the facing portion 133 and the positive electrode terminal 25a. The insulating layer 135 is inserted in order to keep the gap between the facing portion 133 and the positive electrode terminal 25a constant. As described above, although the opposing portion 133 and the positive electrode terminal 25a have the same potential, when the opposing portion 133 and the positive electrode terminal 25a are in direct contact, currents in opposite directions no longer flow on the respective surfaces. The inductance reduction effect is reduced. The insulating layer 135 is provided so as to face each other while maintaining a narrow gap without directly contacting the facing portion 133 and the positive electrode terminal 25a. An insulating layer may be sandwiched also between the facing portion of the N bus bar 140 and the negative electrode terminal.

極性の異なる導電部材を対向させてインダクタンスを低減する構造との対比を説明する。今、正極端子２５ａと極性の異なる導電部材、例えば、Ｎバスバ１４０から延びている対向部が正極端子２５ａと絶縁層を隔てて対向している構造を想定する。絶縁層を隔てているので、正極端子２５ａとＮバスバ１４０の対向部が短絡することはない。ただし、極性の異なる部材が近接配置される場合には、両者の電位差に応じた沿面距離を両者の間に確保しなければならない。実施例の電力変換装置の場合には、同電位の部材同士を近接させるので、沿面距離を考慮しないで済むという利点がある。 The contrast with a structure in which conductive members having different polarities face each other to reduce the inductance will be described. Now, it is assumed that the positive electrode terminal 25a and a conductive member having a different polarity, for example, a facing portion extending from the N bus bar 140, face the positive electrode terminal 25a with the insulating layer therebetween. Since the insulating layer is separated, the opposing portion of the positive electrode terminal 25a and the N bus bar 140 does not short circuit. However, when members having different polarities are disposed close to each other, a creeping distance corresponding to the potential difference between the two must be secured between them. In the case of the power conversion device of the embodiment, members having the same potential are brought close to each other, so that there is an advantage that the creeping distance may not be taken into consideration.

図１１の変形例（第３変形例）のＰバスバ２３０は、対向部２３３の構造が第１変形例のＰバスバ１３０と異なる。Ｐバスバ２３０は、ベース板１３１を有している。ベース板１３１には、複数の貫通孔１３１ａが設けられており、各貫通孔１３１ａに各半導体モジュール８の正極端子２５ａが通じている。各貫通孔１３１ａの縁から接続部１３２が延びている。接続部１３２は、半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びている。また、各貫通孔１３１ａの縁から対向部２３３が延びている。対向部２３３は、正極端子２５ａの延設方向に沿って、Ｐバスバ２３０のベース板１３１から本体２１へ向かって延びている。対向部２３３は、正極端子２５ａに直接に接することなく、距離を隔てて正極端子２５ａと対向している。 The P bus bar 230 of the modification (third modification) of FIG. 11 is different from the P bus bar 130 of the first modification in the structure of the facing portion 233. The P bus bar 230 has a base plate 131. The base plate 131 is provided with a plurality of through holes 131a, and the positive electrode terminals 25a of the semiconductor modules 8 are in communication with the through holes 131a. Connecting portions 132 extend from the edge of each through hole 131a. The connection portion 132 extends in a direction away from the main body 21 of the semiconductor module 8. Moreover, the opposing part 233 is extended from the edge of each through-hole 131a. The facing portion 233 extends from the base plate 131 of the P bus bar 230 toward the main body 21 along the extending direction of the positive electrode terminal 25 a. The facing portion 233 faces the positive electrode terminal 25a at a distance without being in direct contact with the positive electrode terminal 25a.

対向部２３３も、第１変形例の対向部１３３と同様に、インダクタンスを低減する。対向部２３３は、ベース板１３１の貫通孔１３１ａを塞いでいた部分の一部が折り曲げられて形成されている。貫通孔１３１ａと対向部２３３は、ベース板１３１の材料である金属板をプレス加工して作られる。貫通孔１３１ａと対向部２３３を１回のプレス加工で形成することができるので、第３変形例のＰバスバ２３０は低コストで製造することができる。図示は省略しているが、Ｎバスバ１４０の対向部も同様に作られている。 Similarly to the facing portion 133 of the first modification, the facing portion 233 also reduces the inductance. The facing portion 233 is formed by bending a part of the portion closing the through hole 131 a of the base plate 131. The through hole 131 a and the facing portion 233 are formed by pressing a metal plate which is a material of the base plate 131. Since the through hole 131a and the facing portion 233 can be formed by a single pressing process, the P bus bar 230 of the third modification can be manufactured at low cost. Although illustration is omitted, the opposite portion of the N bus bar 140 is also made in the same manner.

図１２の変形例（第４変形例）のＰバスバ３３０は、対向部３３３の構造が第１変形例のＰバスバ１３０と異なる。Ｐバスバ３３０は、ベース板１３１を有している。ベース板１３１には、複数の貫通孔１３１ａが設けられており、各貫通孔１３１ａに各半導体モジュール８の正極端子２５ａが貫通している。各貫通孔１３１ａの縁から接続部１３２が延びている。接続部１３２は、半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びている。また、各貫通孔１３１ａの縁から対向部３３３が延びている。対向部３３３は、正極端子２５ａの延設方向に沿って延びている。対向部３３３は、先の第１変形例と異なり、半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びている。対向部３３３は、正極端子２５ａに直接に接することなく、距離を隔てて正極端子２５ａに近接してこれと対向している。 The P bus bar 330 of the modification (fourth modification) of FIG. 12 is different from the P bus bar 130 of the first modification in the structure of the facing portion 333. The P bus bar 330 has a base plate 131. The base plate 131 is provided with a plurality of through holes 131 a, and the positive electrode terminals 25 a of the semiconductor modules 8 pass through the through holes 131 a. Connecting portions 132 extend from the edge of each through hole 131a. The connection portion 132 extends in a direction away from the main body 21 of the semiconductor module 8. Moreover, the opposing part 333 is extended from the edge of each through-hole 131a. The facing portion 333 extends along the extending direction of the positive electrode terminal 25a. Unlike the first modification, the facing portion 333 extends away from the main body 21 of the semiconductor module 8. The opposing portion 333 is adjacent to the positive electrode terminal 25a at a distance and opposed to the positive electrode terminal 25a without being in direct contact with the positive electrode terminal 25a.

先に述べたように、高周波電流は導体の表面を伝播する。正極端子２５ａと対向する対向部３３３の表面を流れる高周波電流の一部の成分は、正極端子２５ａの表面を伝播する高周波電流の向きと異なる。向きが異なる電流が発生する磁界の一部が相殺する。電流に起因して発生する磁界の一部が相殺されることで、正極端子２５ａとＰバスバ３３０のインダクタンスが低減される。半導体モジュール８の本体２１から遠ざかる方向に延びている対向部３３３は、第１−第３実施例の対向部ほどではないが、インダクタンス低減効果が期待できる。図示は省略しているが、Ｎバスバ１４０の対向部も同様に作られている。 As mentioned earlier, high frequency current propagates on the surface of the conductor. The component of a part of the high frequency current flowing on the surface of the facing portion 333 facing the positive electrode terminal 25a is different from the direction of the high frequency current propagating on the surface of the positive electrode terminal 25a. Some of the magnetic fields generated by currents of different directions cancel out. By partially offsetting the magnetic field generated due to the current, the inductance of positive electrode terminal 25a and P bus bar 330 is reduced. Although the facing portion 333 extending in the direction away from the main body 21 of the semiconductor module 8 is not as large as the facing portion in the first to third embodiments, an inductance reduction effect can be expected. Although illustration is omitted, the opposite portion of the N bus bar 140 is also made in the same manner.

実施例で説明した構造の特徴のいくつかを列挙する。対向部３３（１３３−３３３）は、正極端子２５ａの延設方向に沿って、半導体モジュール８の本体２１へ向かって延びているとよい。電流の高周波成分は、正極端子２５ａの表面では本体２１から先端に向かって伝わる。一方、正極端子２５ａと対向している対向部３３（１３３―３３３）の表面においては、電流の高周波成分は本体２１へ向かう方向に流れる。即ち、正極端子２５ａの表面を伝わる電流の方向と対向部３３（１３３―３３３）の表面を伝わる電流の方向が互いに逆向きとなる。従って、端子表面を伝わる電流に起因する磁界と対向部の表面を伝わる電流に起因する電流が効果的に相殺し、インダクタンスが低減される。Ｎバスバに備えられている対向部と負極端子についても同様である。 Some of the features of the structures described in the examples are listed. The facing portion 33 (133-333) may extend toward the main body 21 of the semiconductor module 8 along the extending direction of the positive electrode terminal 25a. The high frequency component of the current is transmitted from the main body 21 toward the tip on the surface of the positive electrode terminal 25a. On the other hand, the high frequency component of the current flows in the direction toward the main body 21 on the surface of the facing portion 33 (133-333) facing the positive electrode terminal 25a. That is, the direction of the current transmitted on the surface of the positive electrode terminal 25a and the direction of the current transmitted on the surface of the facing portion 33 (133-333) are opposite to each other. Therefore, the magnetic field due to the current transmitted on the terminal surface and the current due to the current transmitted on the surface of the opposite part effectively cancel each other, reducing the inductance. The same applies to the opposite part and the negative electrode terminal provided in the N bus bar.

さらにＰバスバ２３０は、次の構造を備えている。Ｐバスバ２３０は、ベース板１３１と、接続部１３２を備える。ベース板１３１は、複数の貫通孔１３１ａを有しているとともに各貫通孔に正極端子２５ａが貫通している。接続部１３２は、各貫通孔の縁から正極端子２５ａに沿って本体２１から遠ざかる方向に延びているとともに正極端子２５ａと接続されている。対向部２３３は貫通孔の縁から端子の延設方向に沿って本体へ向かって延びている。その対向部２３３は、ベース板の貫通孔を塞いでいた部分が折り曲げられて形成されている。この構造は、対向部を低コストで実現できる利点がある。 Furthermore, the P bus bar 230 has the following structure. The P bus bar 230 includes a base plate 131 and a connection portion 132. The base plate 131 has a plurality of through holes 131 a and the positive electrode terminal 25 a passes through each through hole. The connection portion 132 extends from the edge of each through hole along the positive electrode terminal 25 a in a direction away from the main body 21 and is connected to the positive electrode terminal 25 a. The facing portion 233 extends from the edge of the through hole toward the main body along the extending direction of the terminal. The opposing portion 233 is formed by bending a portion which blocks the through hole of the base plate. This structure has an advantage that the facing portion can be realized at low cost.

実施例とその変形例の技術に関する留意点を述べる。実施例の電力変換装置は、半導体モジュール８の正極端子２５ａ（負極端子２５ｂ）と同電位の対向部３３（１３３−３３３）を使ってバスバと正極端子２５ａ（負極端子２５ｂ）のインダクタンス（寄生インダクタンス）を低減する。正極端子（あるいはＰバスバ）と異なる電位の導電体を近接させてインダクタンスを低減する場合、短絡が生じないように、正極端子（あるいはＰバスバ）とその導電体が接触しないようは配慮が必要である。本明細書が開示する技術は、正極端子（あるいはＰバスバ）と同電位の導電体（対向部）を用いる。それゆえ、仮に接触しても、インダクタンス低減効果は小さくなるが、極性の異なる部材の短絡を生じることはない。本明細書が開示する技術は、正極端子（あるいはＰバスバ）と異なる電位の導電体を使ってインダクタンスを低減する技術と比較して、実現が容易である。 Points to be noted regarding the technology of the embodiment and its modification will be described. The power conversion device of the embodiment uses the opposing portion 33 (133-333) having the same potential as the positive electrode terminal 25a (negative electrode terminal 25b) of the semiconductor module 8 and the inductance (parasitic inductance) of the bus bar and the positive electrode terminal 25a (negative electrode terminal 25b) Reduce). When reducing the inductance by bringing a conductor of a potential different from the positive terminal (or P bus bar) close to reduce the inductance, it is necessary to take care that the positive terminal (or P bus bar) does not contact the conductor. is there. The technology disclosed herein uses a conductor (opposite portion) having the same potential as the positive electrode terminal (or P bus bar). Therefore, even if contact is made, the inductance reduction effect is reduced, but short-circuiting of members with different polarities does not occur. The technology disclosed in the present specification is easy to implement as compared to the technology of reducing the inductance by using a conductor of a potential different from that of the positive electrode terminal (or P bus bar).

また、本明細書が開示する技術は、バスバから対向部を延ばすという簡単な構造で実現できる。その構造は、狭い空間で実現できる。それゆえ、本明細書が開示する技術は、隣接する半導体モジュールの端子間の隙間が狭い積層冷却ユニットを有する電力変換装置に好適な技術である。 In addition, the technology disclosed in the present specification can be realized with a simple structure of extending the opposite part from the bus bar. The structure can be realized in a narrow space. Therefore, the technology disclosed in the present specification is a technology suitable for a power conversion device having a stacked cooling unit in which the gap between the terminals of adjacent semiconductor modules is narrow.

第１−第４変形例のバスバは、ベース板に設けられた貫通孔の縁から接続部が延びており、接続部が延びている縁とは反対側の縁から対向部が延びている。対向部は、接続部と同じ側で縁から延びていても良い。 In the bus bar of the first to fourth modifications, the connecting portion extends from the edge of the through hole provided in the base plate, and the opposite portion extends from the edge opposite to the edge where the connecting portion extends. The opposite part may extend from the edge on the same side as the connection.

実施例では中点端子２５ｃに接続されるバスバについては説明を省略した。中点端子２５ｃに接続されるバスバに対向部を設けてもよい。 In the embodiment, the description of the bus bar connected to the midpoint terminal 25c is omitted. An opposing portion may be provided on the bus bar connected to the midpoint terminal 25c.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of application. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of the purposes itself has technical utility.

２：電力変換装置
５：フィルタコンデンサ
６：平滑コンデンサ
７：リアクトル
８、８ａ−８ｇ：半導体モジュール
１２：電圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
２０：積層冷却ユニット
２１：本体
２２：冷却器
２５ａ：正極端子
２５ｂ：負極端子
２５ｃ：中点端子
３０、１３０、２３０、３３０：Ｐバスバ
３１、１３１：ベース板
３２：枝部
３３、１３３、１４３、２３３、３３３：対向部
４０、１４０：Ｎバスバ
１００：電気自動車
１０５：フィルタコンデンサユニット
１０６：平滑コンデンサユニット
１０７：リアクトルユニット
１３１ａ：貫通孔
１３２、１４２：接続部
１３５：絶縁層
１３９、１４９：電極接続部
１４１：ベース板
１４１ａ、１４１ｂ：貫通孔
Ｔ１−Ｔ８：スイッチング素子 2: Power converter 5: Filter capacitor 6: Smoothing capacitor 7: Reactor 8, 8a-8g: Semiconductor module 12: Voltage converter circuit 13a, 13b: Inverter circuit 20: Multilayer cooling unit 21: Main body 22: Cooler 25a: Positive electrode Terminal 25b: negative electrode terminal 25c: middle point terminal 30, 130, 230, 330: P bus bar 31, 131: base plate 32: branch portion 33, 133, 143, 233, 333: opposing portion 40, 140: N bus bar 100: Electric car 105: filter capacitor unit 106: smoothing capacitor unit 107: reactor unit 131a: through hole 132, 142: connection portion 135: insulating layer 139, 149: electrode connection portion 141: base plate 141a, 141b: through hole T1-T8 : Switching element

Claims

A main body containing a switching element, and a plurality of semiconductor modules each including a flat plate-like terminal electrically connected to the switching element in the main body and extending to the outside of the main body;
A stacked cooling unit in which a plurality of coolers are arranged in parallel and sandwiching the semiconductor module between adjacent coolers;
A bus bar connected to the terminals of each of the semiconductor modules;
Equipped with
The bus bar is
A base plate having a plurality of through holes and through which the terminals of each semiconductor module pass through each through hole;
A connecting portion extending from an edge of the through hole and connected to the terminal;
A conductive counter portion extending from the edge of the through hole in the opposite direction to the connection portion and facing the flat surface at a distance from the flat surface of the terminal ;
A power converter device.

The connecting portion extends in a direction away from the body along the extending direction of the terminal, the facing portion extends toward the front Stories body along the extending direction, to claim 1 Power converter as described.

Before SL facing portion, said a said through-hole was not blocked portion is folded portion of the base plate, power converter according to claim 2.