JP6690478B2 - Power converter - Google Patents

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本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。特に、複数の冷却器が平行に配置されており、隣り合う冷却器の間に半導体モジュールが挟まれている積層ユニットを有する電力変換装置に関する。   The technique disclosed in the present specification relates to a power conversion device. In particular, the present invention relates to a power converter having a stacked unit in which a plurality of coolers are arranged in parallel and a semiconductor module is sandwiched between adjacent coolers.

上記した積層ユニットを備えた電力変換装置が例えば特許文献1に開示されている。各半導体モジュールは、1個乃至数個のスイッチング素子を収容している。半導体モジュールの本体からは、内部でスイッチング素子と導通している複数の端子(正極端子と負極端子)が延びている。複数の半導体モジュールの夫々の端子は、半導体モジュールと冷却器の積層方向に一例に並ぶことになる。正極端子群と負極端子群が2列に並ぶことになる。積層ユニットの隣には、コンデンサが配置されている。夫々の半導体モジュールの正極端子とコンデンサの一方の電極が正極バスバで接続され、夫々の半導体モジュールの負極端子とコンデンサの他方の電極が負極バスバで接続される。正極バスバと負極バスバは、夫々、板状の平板部(基部)を有しており、その平板部から、夫々の端子と接合される複数の枝部が延びている。正極バスバの平板部と負極バスバの平板部は近接して対向配置される。2枚の平板部を近接して対向配置することで、バスバのインダクタンスが低減される。   For example, Patent Document 1 discloses a power conversion device including the above-described laminated unit. Each semiconductor module contains one to several switching elements. From the main body of the semiconductor module, a plurality of terminals (a positive electrode terminal and a negative electrode terminal) internally connected to the switching element extend. The terminals of the plurality of semiconductor modules are arranged in the stacking direction of the semiconductor module and the cooler as an example. The positive electrode terminal group and the negative electrode terminal group are arranged in two rows. A capacitor is arranged next to the laminated unit. The positive electrode terminal of each semiconductor module and one electrode of the capacitor are connected by a positive electrode bus bar, and the negative electrode terminal of each semiconductor module and the other electrode of the capacitor are connected by a negative electrode bus bar. Each of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar has a plate-shaped flat plate portion (base portion), and a plurality of branch portions joined to the respective terminals extend from the flat plate portion. The flat plate portion of the positive electrode bus bar and the flat plate portion of the negative electrode bus bar are closely arranged to face each other. By arranging the two flat plate portions close to each other and facing each other, the inductance of the bus bar is reduced.

特開2014−110400号公報JP, 2014-110400, A

正極バスバは、一枚の平板部から複数の枝部が延びている。平板部が変形していると、各枝部と正極端子の相対位置がばらつき、両者を接続する作業が難しくなる。負極バスバについても同様である。本明細書は、平板部から複数の枝部が延びているバスバを有する電力変換装置に関し、バスバの平板部の変形を抑える技術を提供する。   The positive electrode bus bar has a plurality of branch portions extending from one flat plate portion. When the flat plate portion is deformed, the relative positions of the branch portions and the positive electrode terminal are varied, and the work of connecting the branch portions becomes difficult. The same applies to the negative electrode bus bar. The present specification relates to a power converter having a bus bar in which a plurality of branch portions extend from a flat plate portion, and provides a technique for suppressing deformation of the flat plate portion of the bus bar.

本明細書が開示する電力変換装置は、積層ユニットと、コンデンサユニットと、正極バスバと、負極バスバを備えている。積層ユニットは、複数の冷却器が並んで配置されており、隣り合う冷却器の間に、スイッチング素子を収容している半導体モジュールが挟まれているデバイスである。コンデンサユニットは、積層ユニットの隣りに配置されており、コンデンサ素子を収容しているとともにコンデンサ素子の周囲に充填材が充填されている。正極バスバは、複数の半導体モジュールの夫々の側面から延びている正極端子と接合しているとともに、コンデンサ素子の一方の電極と接続している。負極バスバは、夫々の半導体モジュールの側面から延びている負極端子と接合しているとともに、コンデンサ素子の他方の電極と接続している。複数の半導体モジュールの正極端子は、積層ユニットにおける冷却器と半導体モジュールの積層方向に沿って一列に並んでおり、複数の負極端子は、正極端子の列と平行に一列に並んでいる。正極バスバは、コンデンサユニットから半導体モジュールの側面に沿って延びている板状の正極バスバ平板部と、正極バスバ平板部から各正極端子へ向けて延びているとともに各正極端子と接続されている複数の正極枝部を備えている。負極バスバは、コンデンサユニットから正極バスバ平板部と平行に延びている板状の負極バスバ平板部と、負極バスバ平板部から各負極端子へ向けて延びているとともに各負極端子と接続されている複数の負極枝部を備えている。正極バスバ平板部と負極バスバ平板部は、夫々、積層方向の両端が直角に折り曲げられているとともにその折り曲げられた部分の一部がコンデンサユニットの充填材に埋設されている。   The power conversion device disclosed in this specification includes a laminated unit, a capacitor unit, a positive electrode bus bar, and a negative electrode bus bar. The laminated unit is a device in which a plurality of coolers are arranged side by side, and a semiconductor module containing a switching element is sandwiched between adjacent coolers. The capacitor unit is arranged next to the laminated unit, contains the capacitor element, and is filled with a filler around the capacitor element. The positive electrode bus bar is joined to a positive electrode terminal extending from each side surface of the plurality of semiconductor modules, and is also connected to one electrode of the capacitor element. The negative electrode bus bar is joined to the negative electrode terminal extending from the side surface of each semiconductor module and is also connected to the other electrode of the capacitor element. The positive electrode terminals of the plurality of semiconductor modules are arranged in a row along the stacking direction of the cooler and the semiconductor module in the laminated unit, and the plurality of negative electrode terminals are arranged in a row in parallel with the row of the positive electrode terminals. The positive electrode bus bar includes a plate-shaped positive electrode bus bar flat plate portion extending from the capacitor unit along the side surface of the semiconductor module, and a plurality of positive electrode bus bar flat plate portions extending from the positive electrode bus bar flat plate portion toward the positive electrode terminals and connected to the positive electrode terminals. Of the positive electrode branch part. The negative electrode bus bar includes a plate-shaped negative electrode bus bar flat plate portion extending from the capacitor unit in parallel with the positive electrode bus bar flat plate portion, and a plurality of negative electrode bus bar flat plate portions extending from the negative electrode bus bar flat plate portion toward the negative electrode terminals and connected to the negative electrode terminals. The negative electrode branch portion of Both ends of the positive electrode bus bar flat plate portion and the negative electrode bus bar flat plate portion are bent at right angles in the stacking direction, and a part of the bent portion is embedded in the filler of the capacitor unit.

上記の電力変換装置では、バスバの平板部の両端が直角に折り曲げられているので、平板部の剛性が向上し、変形し難くなる。その上、折り曲げられた部分の一部がコンデンサユニットの充填材に埋設されることで、平板部の両端がしっかりと保持される。この点も、平板部の変形防止に貢献する。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。   In the above power conversion device, since both ends of the flat plate portion of the bus bar are bent at right angles, the rigidity of the flat plate portion is improved and it becomes difficult to deform. In addition, by embedding a part of the bent portion in the filling material of the capacitor unit, both ends of the flat plate portion are firmly held. This point also contributes to prevention of deformation of the flat plate portion. Details of the technology disclosed in the present specification and further improvements will be described in the following “Description of Embodiments”.

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。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle including the power converter of an example. 積層ユニットとバスバ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 an assembly of a lamination unit, a bus bar, and a capacitor unit. 積層ユニットとバスバとコンデンサユニットのアセンブリの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of an assembly of a lamination unit, a bus bar, and a capacitor unit. 図2のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2.

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、バッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換するデバイスである。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、ギアボックス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 a device that is mounted on an electric vehicle and that converts the power of a battery into the drive 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 gear box 85 and transmitted to the axle 86 (that is, the 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を備えている。   The power conversion device 2 is connected to the battery 81 via the system main relay 82. The power conversion device 2 includes a voltage converter circuit 12 that boosts the voltage of the battery 81 and two sets of inverter circuits 13a and 13b that convert the boosted DC power into AC.

電圧コンバータ回路12は、バッテリ側の端子に印加された電圧を昇圧してインバータ側の端子に出力する昇圧動作と、インバータ側の端子に印加された電圧を降圧してバッテリ側の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能な双方向DC−DCコンバータである。説明の便宜上、以下では、バッテリ側(低電圧側)の端子を入力端18と称し、インバータ側(高電圧側)の端子を出力端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 the terminal on the battery side and outputs it to the terminal on the inverter side, and lowers the voltage applied to the terminal on the inverter side and outputs it to the terminal on the battery side. It is a bidirectional DC-DC converter capable of performing both step-down operation. For convenience of description, the terminal on the battery side (low voltage side) is referred to as the input terminal 18, and the terminal on the inverter side (high voltage side) is referred to as the output terminal 19 below. 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 referred to as an output positive electrode end 19a and an output negative electrode end 19b, respectively. The expressions "input end 18" and "output end 19" are provided for the sake of convenience of description. As described above, the voltage converter circuit 12 is a bidirectional DC-DC converter. 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9a、9b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。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。スイッチング素子9bが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子9aが主に降圧動作に関与する。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8a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8aに対応する。符号25a、25bは、半導体モジュール8a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9a、9bの直列回路の高電位側と導通している端子(正極端子25a)を示している。符号25bは、スイッチング素子9a、9bの直列回路の低電位側と導通している端子(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。   The voltage converter circuit 12 is composed of a series circuit of two switching elements 9a and 9b, a reactor 7, a filter capacitor 5, and a diode connected in antiparallel to each switching element. The reactor 7 has one end connected to the input positive electrode end 18a and the other end connected to the midpoint of the series circuit. The filter capacitor 5 is connected between the input positive electrode end 18a and the input negative electrode end 18b. The input negative electrode end 18b is directly connected to the output negative electrode end 19b. The switching element 9b is mainly involved in the step-up operation, and the switching element 9a is mainly involved in the step-down operation. The voltage converter circuit 12 shown in FIG. 1 is well known, and a detailed description thereof will be omitted. The circuit in the range of the broken line rectangle indicated by reference numeral 8a corresponds to the semiconductor module 8a described later. Reference numerals 25a and 25b indicate terminals extending from the semiconductor module 8a. Reference numeral 25a indicates a terminal (positive electrode terminal 25a) that is electrically connected to the high potential side of the series circuit of the switching elements 9a and 9b. Reference numeral 25b represents a terminal (negative electrode terminal 25b) that is electrically connected to the low potential side of the series circuit of the switching elements 9a and 9b. As described below, the notations of the positive electrode terminal 25a and the negative electrode terminal 25b are 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。スイッチング素子9cと9d、スイッチング素子9eと9f、スイッチング素子9gと9hがそれぞれ直列回路を構成している。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8b、8c、8dに対応する。   The inverter circuit 13a has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel. The switching elements 9c and 9d, the switching elements 9e and 9f, and the switching elements 9g and 9h form series circuits, respectively. A diode is connected in antiparallel to each switching element. The high-potential side 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 side terminal (negative terminal 25b) of the three sets of series circuit is the voltage. It is connected to the negative output terminal 19b of the converter circuit 12. Three-phase alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) is output from the middle point of the three sets of series circuits. Each of the three sets of series circuits corresponds to semiconductor modules 8b, 8c, and 8d 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。3セットの直列回路の高電位側の端子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。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8e、8f、8g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 a specific circuit is omitted in FIG. Similarly to the inverter circuit 13a, the inverter circuit 13b also has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel. The high potential side terminals of the three sets of series circuits are connected to the output positive terminal 19a of the voltage converter circuit 12, and the low potential side terminals of the three sets of series circuits are connected to the output negative terminal 19b of the voltage converter circuit 12. Has been done. The hardware corresponding to each series circuit is referred to as semiconductor modules 8e, 8f, 8g.

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. In other words, the smoothing capacitor 6 is connected in parallel to the output terminal 19 of the voltage converter circuit 12. The smoothing capacitor 6 removes the pulsation of the output current of the voltage converter circuit 12.

スイッチング素子9a−9h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 9a-9h are transistors, typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). The switching element here is used for power conversion and is sometimes 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、直列回路を構成する2個のスイッチング素子、および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が一つのパッケージに収容されている。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-8g corresponds to a semiconductor module. The power conversion device 2 includes seven sets of series circuits of two switching elements. As hardware, two switching elements forming a series circuit and a diode connected in antiparallel to each switching element are housed in one package. In the following, when any one of the semiconductor modules 8a to 8g is shown without distinction, it is referred to as a semiconductor module 8.

7個の半導体モジュール(7セットの直列回路)の高電位側の端子(正極端子25a)が平滑コンデンサ6の正極電極に接続され、低電位側の端子(負極端子25b)が平滑コンデンサ6の負極電極に接続される。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の正極電極を相互に接続するバスバ(正極バスバ)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の負極電極を相互に接続するバスバ(負極バスバ)に対応する。次に、複数の半導体モジュール8と正極バスバ30、負極バスバ40の構造について説明する。   The high potential side terminal (positive electrode terminal 25a) of the seven semiconductor modules (seven sets of series circuits) is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor 6, and the low potential side terminal (negative electrode terminal 25b) is the negative electrode of the smoothing capacitor 6. Connected to the electrodes. In FIG. 1, the conductive path within the broken line indicated by reference numeral 30 corresponds to a bus bar (positive electrode bus bar) that connects the positive electrode terminals 25a of the plurality of semiconductor modules 8 and the positive electrode of the smoothing capacitor 6 to each other. The conductive path in the broken line indicated by reference numeral 40 corresponds to a bus bar (negative electrode bus bar) that connects the plurality of negative electrode terminals 25b and the negative electrode of the smoothing capacitor 6 to each other. Next, the structures of the plurality of semiconductor modules 8, the positive electrode bus bar 30, and the negative electrode bus bar 40 will be described.

図2に電力変換装置2のハードウエアの斜視図を示す。なお、図2では、電力変換装置2のハウジングと一部の部品の図示を省略している。複数の半導体モジュール8(8a−8g)は、複数の冷却器22とともに積層ユニット20を構成している。半導体モジュール8a−8gは全て同じ形状であるので、図2と後述する図3では、代表して左端の半導体モジュールにのみ、符号8を付し、他の半導体モジュールには符号を省略した。また、図2と後述する図3では、左端の2個の冷却器にのみ、符号22を付し、他の冷却器には符号を省略した。   FIG. 2 shows a perspective view of the hardware of the power conversion device 2. Note that, in FIG. 2, the housing of the power conversion device 2 and a part of the components are not shown. The plurality of semiconductor modules 8 (8a-8g) form a laminated unit 20 together with the plurality of coolers 22. Since all of the semiconductor modules 8a to 8g have the same shape, in FIG. 2 and FIG. 3 described later, only the leftmost semiconductor module is represented by the reference numeral 8 and the other semiconductor modules are omitted. Further, in FIG. 2 and FIG. 3 described later, the reference numeral 22 is attached only to the two leftmost coolers, and the reference numerals are omitted for the other coolers.

図2は、電力変換装置2の斜視図であるが、積層ユニット20、正極バスバ30、負極バスバ40、及び、コンデンサユニット60のアセンブリのみを描いてあり、他の部品は図示を省略した。積層ユニット20は、複数のカードタイプの冷却器22が平行に配置されているとともに、隣り合う冷却器22の間にカードタイプの半導体モジュール8が挟まれているデバイスである。カードタイプの半導体モジュール8は、その幅広面を冷却器22に対向させて積層されている。各半導体モジュール8の一つの側面80aから3個の端子(正極端子25a、負極端子25b、中点端子25c)が延びている。図2と後述する図3では、積層ユニット20の左端に位置する半導体モジュール8の端子にのみ符号25a、25b、25cを付し、残りの半導体モジュール8には端子を示す符号を省略した。   Although FIG. 2 is a perspective view of the power conversion device 2, only the assembly of the laminated unit 20, the positive electrode bus bar 30, the negative electrode bus bar 40, and the capacitor unit 60 is drawn, and other parts are omitted. The laminated unit 20 is a device in which a plurality of card-type coolers 22 are arranged in parallel and a card-type semiconductor module 8 is sandwiched between adjacent coolers 22. The card-type semiconductor module 8 is stacked with its wide surface facing the cooler 22. Three terminals (a positive electrode terminal 25a, a negative electrode terminal 25b, a midpoint terminal 25c) extend from one side surface 80a of each semiconductor module 8. In FIG. 2 and FIG. 3 described later, reference numerals 25a, 25b, and 25c are attached only to the terminals of the semiconductor module 8 located at the left end of the laminated unit 20, and the remaining semiconductor modules 8 are omitted from the reference numerals indicating the terminals.

正極端子25aと負極端子25bは、先に述べたように、半導体モジュール8に収容されている直列回路の高電位側の端子と低電位側の端子である。中点端子25cは、直列回路の中点と導通している端子である。別言すれば、3個の端子25a−25cは、いずれも、半導体モジュール8の内部でスイッチング素子と導通している。3個の端子25a−25cは、半導体モジュール8の幅広面と交差する一側面80aから図中のZ軸正方向に延びている。一側面80aの反対側の側面から複数の制御端子が図中のZ軸負方向に延びている。制御端子は、半導体モジュール8に内蔵されているスイッチング素子のゲート電極と導通しているゲート端子、及び、半導体モジュール8に内蔵されている温度センサや電流センサと導通している信号端子などである。   As described above, the positive electrode terminal 25a and the negative electrode terminal 25b are the high potential side terminal and the low potential side terminal of the series circuit housed in the semiconductor module 8. The midpoint terminal 25c is a terminal that is electrically connected to the midpoint of the series circuit. In other words, all of the three terminals 25a-25c are electrically connected to the switching elements inside the semiconductor module 8. The three terminals 25a-25c extend from one side surface 80a intersecting the wide surface of the semiconductor module 8 in the Z-axis positive direction in the drawing. A plurality of control terminals extend in the Z-axis negative direction in the figure from the side surface opposite to the one side surface 80a. The control terminals are, for example, a gate terminal electrically connected to a gate electrode of a switching element built in the semiconductor module 8 and a signal terminal electrically connected to a temperature sensor or a current sensor built in the semiconductor module 8. .

以下、説明の便宜上、積層ユニット20における冷却器22と半導体モジュール8の積層方向を単純に「積層方向」と称する。図中のX方向が積層方向に相当する。   Hereinafter, for convenience of description, the stacking direction of the cooler 22 and the semiconductor module 8 in the stacking unit 20 will be simply referred to as the “stacking direction”. The X direction in the figure corresponds to the stacking direction.

図中の右端の冷却器22には、冷媒供給口28と冷媒排出口29が設けられている。隣接する冷却器22同士は、2個の連結管で接続されている。一方の連結管は、積層方向からみて冷媒供給口28と重なるように位置している。他方の連結管は、積層方向からみて冷媒排出口29と重なるように位置している。冷媒供給口28と冷媒排出口29には、不図示の冷媒循環装置が接続される。冷媒供給口28から供給される冷媒は、一方の連結管を通じて全ての冷却器22に分配される。冷媒は冷却器22を通る間に隣接する半導体モジュール8から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、他方の連結管と冷媒排出口29を通じて積層ユニット20から排出される。各半導体モジュール8は、その両側から冷却されるので、積層ユニット20は冷却性能が高い。   A coolant supply port 28 and a coolant discharge port 29 are provided in the cooler 22 at the right end in the figure. Adjacent coolers 22 are connected to each other by two connecting pipes. One of the connecting pipes is positioned so as to overlap the refrigerant supply port 28 when viewed in the stacking direction. The other connecting pipe is located so as to overlap with the refrigerant discharge port 29 when viewed in the stacking direction. A refrigerant circulating device (not shown) is connected to the refrigerant supply port 28 and the refrigerant discharge port 29. The refrigerant supplied from the refrigerant supply port 28 is distributed to all the coolers 22 through one connecting pipe. The coolant absorbs heat from the adjacent semiconductor module 8 while passing through the cooler 22. The refrigerant that has absorbed the heat is discharged from the laminated unit 20 through the other connecting pipe and the refrigerant discharge port 29. Since each semiconductor module 8 is cooled from both sides thereof, the laminated unit 20 has high cooling performance.

各半導体モジュール8の3個の端子25a−25cはいずれも平板状である。複数の半導体モジュール8の正極端子25aは、隣接する半導体モジュール8の正極端子25aの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数の半導体モジュール8の負極端子25bも、隣接する半導体モジュール8の負極端子25bの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数の半導体モジュール8の中点端子25cも同様である。複数の半導体モジュール8の正極端子25a、負極端子25b、中点端子25cは、3列に並んでいる。   Each of the three terminals 25a to 25c of each semiconductor module 8 has a flat plate shape. The positive electrode terminals 25a of the plurality of semiconductor modules 8 are arranged in a line in the stacking direction so as to face the flat surfaces of the positive electrode terminals 25a of the adjacent semiconductor modules 8. The negative electrode terminals 25b of the plurality of semiconductor modules 8 are also arranged in a line in the stacking direction so as to face the flat surfaces of the negative electrode terminals 25b of the adjacent semiconductor modules 8. The same applies to the midpoint terminals 25c of the plurality of semiconductor modules 8. The positive electrode terminals 25a, the negative electrode terminals 25b, and the midpoint terminals 25c of the plurality of semiconductor modules 8 are arranged in three rows.

積層ユニット20の横にコンデンサユニット60が配置されている。コンデンサユニット60は、積層ユニット20の冷却器22と半導体モジュール8の積層方向(図中のX方向)に長尺であり、積層方向と交差する方向で積層ユニットと並んでいる。コンデンサユニット60のケースの中には、2個のコンデンサ素子61(後述)が収容されている。正極バスバ30は、複数の半導体モジュール8の夫々の正極端子25aと、コンデンサユニット60の中のコンデンサ素子を接続する導体であり、負極バスバ40は、複数の半導体モジュール8の夫々の負極端子25bとコンデンサユニット60の中のコンデンサ素子を接続する導体である。   A capacitor unit 60 is arranged next to the laminated unit 20. The capacitor unit 60 is long in the stacking direction of the cooler 22 of the stacking unit 20 and the semiconductor module 8 (X direction in the drawing), and is aligned with the stacking unit in a direction intersecting the stacking direction. Two capacitor elements 61 (described later) are accommodated in the case of the capacitor unit 60. The positive electrode bus bar 30 is a conductor that connects the positive electrode terminals 25a of the plurality of semiconductor modules 8 and the capacitor element in the capacitor unit 60, and the negative electrode bus bar 40 is the negative electrode terminals 25b of the plurality of semiconductor modules 8. It is a conductor for connecting the capacitor element in the capacitor unit 60.

図3に、正極バスバ30と負極バスバ40と積層ユニット20とコンデンサ素子61(コンデンサユニット60)のアセンブリの分解斜視図を示す。なお、図2のコンデンサユニット60には、2個のコンデンサ素子61が収容されている。図3では、コンデンサユニット60のケースを省略し、内部のコンデンサ素子61を描いてある。詳しくは後述するが、コンデンサユニット60のケースの中でコンデンサ素子61の周囲は充填材で満たされている。コンデンサ素子61は、図1の平滑コンデンサ6に相当する。   FIG. 3 shows an exploded perspective view of an assembly of the positive electrode bus bar 30, the negative electrode bus bar 40, the laminated unit 20, and the capacitor element 61 (capacitor unit 60). The capacitor unit 60 of FIG. 2 accommodates two capacitor elements 61. In FIG. 3, the case of the capacitor unit 60 is omitted and the internal capacitor element 61 is drawn. As will be described later in detail, the periphery of the capacitor element 61 in the case of the capacitor unit 60 is filled with a filler. The capacitor element 61 corresponds to the smoothing capacitor 6 in FIG.

複数の半導体モジュール8の正極端子25aとコンデンサ素子61の正極電極61aが正極バスバ30で接続され、複数の負極端子25bとコンデンサ素子61の負極電極61bが負極バスバ40で接続される。   The positive electrode terminals 25a of the plurality of semiconductor modules 8 and the positive electrode electrode 61a of the capacitor element 61 are connected by the positive electrode bus bar 30, and the plurality of negative electrode terminals 25b and the negative electrode electrode 61b of the capacitor element 61 are connected by the negative electrode bus bar 40.

正極バスバ30は、板状の電極部39、板状の平板部31、及び、複数の正極端子孔32、及び、複数の枝部33を備えている。電極部39が、コンデンサ素子61の正極電極61aに接続される。正極バスバ30の平板部31には、複数の正極端子孔32が設けられており、各正極端子孔32の縁から枝部33がZ方向に延びている。各正極端子孔32を各半導体モジュール8の正極端子25aが通り、その正極端子25aと枝部33が溶接にて接合される。   The positive electrode bus bar 30 includes a plate-shaped electrode portion 39, a plate-shaped flat plate portion 31, a plurality of positive electrode terminal holes 32, and a plurality of branch portions 33. The electrode portion 39 is connected to the positive electrode 61a of the capacitor element 61. The flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 is provided with a plurality of positive electrode terminal holes 32, and a branch portion 33 extends from the edge of each positive electrode terminal hole 32 in the Z direction. The positive electrode terminal 25a of each semiconductor module 8 passes through each positive electrode terminal hole 32, and the positive electrode terminal 25a and the branch portion 33 are joined by welding.

負極バスバ40は、板状の電極部49、板状の平板部41、複数の負極端子孔42、及び、複数の枝部43を備えている。電極部49が、コンデンサ素子61の負極電極61bに接続される。負極バスバ40の平板部41には、複数の負極端子孔42が設けられており、各負極端子孔42の縁から枝部43がZ方向に延びている。各負極端子孔42を各半導体モジュール8の負極端子25bが通り、その負極端子25bと枝部43が接合される。   The negative electrode bus bar 40 includes a plate-shaped electrode portion 49, a plate-shaped flat plate portion 41, a plurality of negative electrode terminal holes 42, and a plurality of branch portions 43. The electrode portion 49 is connected to the negative electrode 61b of the capacitor element 61. The flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 is provided with a plurality of negative electrode terminal holes 42, and a branch portion 43 extends in the Z direction from the edge of each negative electrode terminal hole 42. The negative electrode terminal 25b of each semiconductor module 8 passes through each negative electrode terminal hole 42, and the negative electrode terminal 25b and the branch part 43 are joined.

負極バスバ40は、正極バスバ30の積層ユニット20とは反対側に位置している。負極バスバ40には、複数の正極端子孔45が設けられており、各正極端子孔45を、半導体モジュール8の正極端子25aと、正極バスバ30の枝部33が通過する。正極バスバ30の平板部31と、負極バスバ40の平板部41は、共に板状であり、相互に近接対向する。一方のバスバに電流が流れると、その電流に起因してバスバの周囲に磁界が発生する。磁界の大きさとバスバのインダクタンスには正の相関がある(磁界が大きいほど、インダクタンスも大きくなる)。正極バスバ30と負極バスバ40の平板部が対向していると、一方のバスバの磁界によって他方のバスバに渦電流が生じる。渦電流の発生は、一方のバスバの磁界を弱める。磁界が弱まるということは、インダクタンスが小さくなることを意味する。バスバの平板部31、41を近接配置することで、バスバのインダクタンスを小さくすることができる。   The negative electrode bus bar 40 is located on the opposite side of the positive electrode bus bar 30 from the laminated unit 20. A plurality of positive electrode terminal holes 45 are provided in the negative electrode bus bar 40, and the positive electrode terminal 25 a of the semiconductor module 8 and the branch portion 33 of the positive electrode bus bar 30 pass through each positive electrode terminal hole 45. The flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 and the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 are both plate-shaped, and closely face each other. When a current flows through one of the bus bars, a magnetic field is generated around the bus bar due to the current. There is a positive correlation between the magnitude of the magnetic field and the inductance of the bus bar (the larger the magnetic field, the larger the inductance). When the flat plate portions of the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40 face each other, an eddy current is generated in the other bus bar by the magnetic field of one bus bar. The generation of the eddy current weakens the magnetic field of one bus bar. The weakening of the magnetic field means that the inductance becomes small. By arranging the flat plate portions 31 and 41 of the bus bar close to each other, the inductance of the bus bar can be reduced.

正極バスバ30の平板部31の積層方向(X方向)の両端は、直角に折り曲げられている。直角に折り曲げられた部分を補強リブ37、38と称する。負極バスバ40の平板部41の積層方向(X方向)の両端も、直角に折り曲げられている。直角に折り曲げられた部分を補強リブ47、48と称する。先に述べたように、コンデンサ素子61は、ケース68(図4参照)に収容されるとともに、ケース68の中で充填材に埋設される。従って、正極バスバ30の一部と負極バスバ40の一部もコンデンサユニット60のケース68の中で充填材に埋設される。当然、電極部39、49は、充填材に埋設されることになる。正極バスバ30の平板部31の一部31aも充填材に埋設され、負極バスバ40の平板部41の一部41aも充填材に埋設される。符号31b、41bが示す箇所は、平板部31、41のなかでコンデンサユニット60から露出する露出部である。   Both ends of the flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 in the stacking direction (X direction) are bent at right angles. The portions bent at right angles are called reinforcing ribs 37 and 38. Both ends of the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 in the stacking direction (X direction) are also bent at right angles. The portions bent at right angles are called reinforcing ribs 47 and 48. As described above, the capacitor element 61 is housed in the case 68 (see FIG. 4) and is embedded in the filler in the case 68. Therefore, part of the positive electrode bus bar 30 and part of the negative electrode bus bar 40 are also embedded in the filler in the case 68 of the capacitor unit 60. Naturally, the electrode parts 39 and 49 are embedded in the filling material. Part 31a of the flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 is also embedded in the filling material, and part 41a of the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 is also embedded in the filling material. The portions indicated by reference numerals 31b and 41b are exposed portions of the flat plate portions 31 and 41 that are exposed from the capacitor unit 60.

補強リブ37、38、47、48の一部37a、38a、47a、48aも、充填材に埋設される。図4に、図2のII−II線に沿った断面図を示す。図4の断面図は、積層方向において積層ユニット20の手前でコンデンサユニット60をカットした断面である。図4では、半導体モジュール8(積層ユニット20)の一部の図示を省略した。図4に示すように、補強リブ37、47の一部37a、47aが、充填材69に埋設されている。図4では見えないが、反対側で補強リブ37、48の一部38a、48aも、充填材69に埋設されている。グレーの塗りつぶしが充填材69を示している。充填材69は、例えば、シリコン含有のポッティング材である。   Part 37a, 38a, 47a, 48a of the reinforcing ribs 37, 38, 47, 48 is also embedded in the filling material. FIG. 4 shows a sectional view taken along the line II-II in FIG. The cross-sectional view of FIG. 4 is a cross-section of the capacitor unit 60 cut in front of the laminated unit 20 in the laminating direction. In FIG. 4, illustration of a part of the semiconductor module 8 (laminated unit 20) is omitted. As shown in FIG. 4, parts 37 a and 47 a of the reinforcing ribs 37 and 47 are embedded in the filling material 69. Although not visible in FIG. 4, parts 38 a and 48 a of the reinforcing ribs 37 and 48 on the opposite side are also embedded in the filling material 69. The gray fill indicates the filler material 69. The filler 69 is, for example, a potting material containing silicon.

正極バスバ30の補強リブ37、38の効果を説明する。図3によく示されているように、正極バスバ30は1個の平板部31から複数の枝部33が一列に延びている。各枝部33に各半導体モジュール8の正極端子25aが接続される。平板部31が変形していると、各枝部33と各正極端子25aの相対位置がばらつき、各枝部33と各正極端子25aの接合作業に要するコストが嵩む。また、各枝部33と各正極端子25aは、接合時にチャックにより挟まれるが、各枝部33と各正極端子25aの相対位置がばらついていると、全ての正極端子25aと枝部33の組をチャックで挟む結果、平板部31の変形が大きくなる。平板部31の変形により、平板部31の一部が半導体モジュール8の本体に近づくと、バスバと半導体モジュールとの間の絶縁性能が低下してしまう。正極バスバ30の補強リブ37、38は、平板部31の剛性を高め、平板部31の変形を小さくする。補強リブ37、38の一部がコンデンサユニット60の充填材69に埋設されていることも、補強リブ37、38がしっかりと固定されることになるので、平板部31の剛性を高めることに貢献する。負極バスバ40の平板部41の補強リブ47、48についても同様の利点が得られる。   The effect of the reinforcing ribs 37 and 38 of the positive electrode bus bar 30 will be described. As shown in FIG. 3, the positive electrode bus bar 30 includes a single flat plate portion 31 and a plurality of branch portions 33 extending in a line. The positive terminal 25a of each semiconductor module 8 is connected to each branch 33. When the flat plate portion 31 is deformed, the relative positions of the branch portions 33 and the positive electrode terminals 25a vary, and the cost required for the work of joining the branch portions 33 and the positive electrode terminals 25a increases. Further, each branch portion 33 and each positive electrode terminal 25a are sandwiched by a chuck at the time of joining, but if the relative positions of each branch portion 33 and each positive electrode terminal 25a are varied, all the positive electrode terminals 25a and the branch portions 33 are combined. As a result of being sandwiched by the chucks, the flat plate portion 31 is greatly deformed. Due to the deformation of the flat plate portion 31, when a part of the flat plate portion 31 approaches the main body of the semiconductor module 8, the insulation performance between the bus bar and the semiconductor module deteriorates. The reinforcing ribs 37 and 38 of the positive electrode bus bar 30 increase the rigidity of the flat plate portion 31 and reduce the deformation of the flat plate portion 31. The fact that the reinforcing ribs 37, 38 are partly embedded in the filling material 69 of the capacitor unit 60 also means that the reinforcing ribs 37, 38 are firmly fixed, which contributes to increasing the rigidity of the flat plate portion 31. To do. Similar advantages can be obtained with the reinforcing ribs 47 and 48 of the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の正極バスバ30の平板部31と枝部33が、夫々、請求項の「正極バスバ平板部」と「正極枝部」の一例に相当する。実施例の負極バスバ40の平板部41と枝部43が、夫々、請求項の「負極バスバ平板部」と「負極枝部」の一例に相当する。   Points to be noted regarding the technique described in the embodiment will be described. The flat plate portion 31 and the branch portion 33 of the positive electrode bus bar 30 of the embodiment correspond to an example of the “positive electrode bus bar flat portion” and the “positive electrode branch portion” of the claims, respectively. The flat plate portion 41 and the branch portion 43 of the negative electrode bus bar 40 of the embodiment correspond to an example of the “negative electrode bus bar flat portion” and the “negative electrode branch portion” of the claims, respectively.

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。   Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and achieving the one object among them 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
9a−9h:スイッチング素子
12:電圧コンバータ回路
13a、13b:インバータ回路
20:積層ユニット
22:冷却器
25a:正極端子
25b:負極端子
25c:中点端子
30:正極バスバ
31、41:平板部
32、45:正極端子孔
33、43:枝部
39、49:電極部
40:負極バスバ
42:負極端子孔
60:コンデンサユニット
61:コンデンサ素子
61a:正極電極
61b:負極電極
68:ケース
69:充填材
81:バッテリ
82:システムメインリレー
83a、83b:モータ
85:ギアボックス
100:電気自動車
2: Power converter 5: Filter capacitor 6: Smoothing capacitor 7: Reactor 8, 8a-8g: Semiconductor module 9a-9h: Switching element 12: Voltage converter circuit 13a, 13b: Inverter circuit 20: Laminated unit 22: Cooler 25a : Positive electrode terminal 25b: Negative electrode terminal 25c: Midpoint terminal 30: Positive electrode bus bar 31, 41: Flat plate portion 32, 45: Positive electrode terminal hole 33, 43: Branch portion 39, 49: Electrode portion 40: Negative electrode bus bar 42: Negative electrode terminal hole 60: Capacitor unit 61: Capacitor element 61a: Positive electrode 61b: Negative electrode 68: Case 69: Filler 81: Battery 82: System main relays 83a and 83b: Motor 85: Gear box 100: Electric vehicle

Claims (1)

複数の冷却器が並んで配置されており、隣り合う前記冷却器の間に、スイッチング素子を収容している半導体モジュールが挟まれている積層ユニットと、
前記積層ユニットの隣りに配置されており、コンデンサ素子を収容しているとともに前記コンデンサ素子の周囲に充填材が充填されているコンデンサユニットと、
複数の前記半導体モジュールの夫々の側面から延びている正極端子と接合しているとともに、前記コンデンサ素子の一方の電極と接続している正極バスバと、
夫々の前記半導体モジュールの前記側面から延びている負極端子と接合しているとともに、前記コンデンサ素子の他方の電極と接続している負極バスバと、
を備えており、
複数の前記半導体モジュールの前記正極端子は、前記冷却器と前記半導体モジュールの積層方向に沿って一列に並んでおり、複数の前記負極端子は、前記正極端子の列と平行に一列に並んでおり、
前記正極バスバは、前記コンデンサユニットから前記半導体モジュールの前記側面に沿って延びている板状の正極バスバ平板部と、当該正極バスバ平板部から各前記正極端子へ向けて延びているとともに各前記正極端子と接続されている複数の正極枝部と、を備えており、
前記負極バスバは、前記コンデンサユニットから前記正極バスバ平板部と平行に延びている板状の負極バスバ平板部と、当該負極バスバ平板部から各前記負極端子へ向けて延びているとともに各前記負極端子と接続されている複数の負極枝部とを備えており、
前記正極バスバ平板部と前記負極バスバ平板部は、夫々、前記積層方向の両端が直角に折り曲げられているとともに当該折り曲げられた部分の一部が前記コンデンサユニットの充填材に埋設されている、電力変換装置。
A plurality of coolers are arranged side by side, between adjacent coolers, a laminated unit in which a semiconductor module containing a switching element is sandwiched,
A capacitor unit, which is arranged next to the laminated unit, contains a capacitor element and is filled with a filler around the capacitor element,
A positive electrode bus bar joined to a positive electrode terminal extending from each side surface of the plurality of semiconductor modules and connected to one electrode of the capacitor element,
A negative electrode bus bar connected to the negative electrode terminal extending from the side surface of each of the semiconductor modules and connected to the other electrode of the capacitor element,
Is equipped with
The positive electrode terminals of the plurality of semiconductor modules are arranged in a row along a stacking direction of the cooler and the semiconductor module, and the plurality of negative electrode terminals are arranged in a row in parallel with the row of the positive electrode terminals. ,
The positive electrode bus bar has a plate-shaped positive electrode bus bar flat plate portion extending from the capacitor unit along the side surface of the semiconductor module, and the positive electrode bus bar flat plate portion extending from the positive electrode bus bar flat plate portion toward the positive electrode terminals and the positive electrodes. A plurality of positive electrode branch portions connected to the terminals,
The negative electrode bus bar is a plate-shaped negative electrode bus bar flat plate portion extending from the capacitor unit in parallel with the positive electrode bus bar flat plate portion, and the negative electrode bus bar flat plate portion extends from the negative electrode bus bar flat plate portion toward the negative electrode terminals and the negative electrode terminals. And a plurality of negative electrode branch portions connected to
The positive electrode bus bar flat plate portion and the negative electrode bus bar flat plate portion are each bent at right angles at both ends in the stacking direction, and a part of the bent portion is embedded in the filler of the capacitor unit. Converter.
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