JP6830162B2 - インバータモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、インバータモジュールに関する。
直流と複数相の交流との間で電力を変換するために、インバータ装置が用いられている。インバータ装置は、複数のスイッチング素子と正極バスバーと負極バスバーと複数の出力バスバーとがモジュール化されたインバータモジュールを含んで構成される場合がある。このようなインバータモジュールの一例が、例えば特開2007−329428号公報(特許文献1)に開示されている。
特許文献1のインバータモジュールでは、複数相の各相に対応する一対のスイッチング素子毎に、正極バスバーと負極バスバーとが互いに平行に延びるように配置され、それらの間を同一方向に延びるように、出力バスバーが配置されている。そして、そのような構成のインバータモジュールが複数相の相数分設けられて、インバータ装置が構成されている。
特許文献1では、上記の構成により、インバータ回路のインダクタンスを低減できることを効果として謳っているものの、その反面、複数のインバータモジュールが分離して設けられる分、全体としてのサイズが大きくなりやすいという欠点があった。
特開2007−329428号公報
全体としての小型化を図りやすいインバータモジュールの実現が望まれる。
本開示に係るインバータモジュールは、
直流と複数相の交流との間で電力を変換するためのインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子と、正極バスバーと、負極バスバーと、前記複数相の各相に対応する複数の出力バスバーと、を備えるインバータモジュールであって、
複数の前記スイッチング素子には、前記複数相の各相に対応する上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが含まれ、
各相に対応する前記上段側スイッチング素子と前記下段側スイッチング素子とは第一方向に並んで配置され、
複数の前記上段側スイッチング素子が前記第一方向に交差する第二方向に並んで配置されるとともに、複数の前記下段側スイッチング素子が前記第二方向に並んで配置され、
前記正極バスバーが、複数の前記上段側スイッチング素子の第一面に接する状態で前記第二方向に沿って配置され、
前記負極バスバーが、複数の前記下段側スイッチング素子の第一面とは反対側の第二面に接する状態で前記第二方向に沿って配置され、
前記複数相の各相に対応する出力バスバーが、対応する相の前記上段側スイッチング素子の前記第一面とは反対側の第二面に接し、かつ、対応する相の前記下段側スイッチング素子の前記第一面に接する状態で、前記第一方向に沿って配置され、
前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける厚み方向で前記上段側スイッチング素子に接する面とは反対側の上段出力反接合面部と、前記負極バスバーにおける厚み方向で前記下段側スイッチング素子に接する面とは反対側の負極反接合面部とが同一平面上に配置され、或いは、前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける厚み方向で前記下段側スイッチング素子に接する面とは反対側の下段出力反接合面部と、前記正極バスバーにおける厚み方向で前記上段側スイッチング素子に接する面とは反対側の正極反接合面部とが同一平面上に配置されている。
この構成によれば、複数のスイッチング素子が“2列×相数列”に整列して配置される。そして、複数の上段側スイッチング素子に対して1つの正極バスバーが接続され、複数の下段側スイッチング素子に対して1つの負極バスバーが接続され、各相において対をなす上段側スイッチング素子及び下段側スイッチング素子に対して出力バスバーが1つずつ接続される。複数のスイッチング素子、正極バスバー、負極バスバー、及び複数の出力バスバーが、必要最小限の個数でひとかたまり状に集約されて配置されるので、インバータモジュール全体としての小型化を図りやすくなるとともに、インバータモジュールの搭載性を高めることが容易となる。また、上段出力反接合面部と負極反接合面部、又は、下段出力反接合面部と正極反接合面部が、同一平面上に配置されるので、この点からも、インバータモジュール全体としての小型化を図りやすい。
本開示に係る技術のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。
第1実施形態に係るインバータユニットの回路ブロック図 インバータユニットの斜視図 インバータユニットの分解斜視図 インバータモジュールの分解斜視図 インバータモジュールの平面図 インバータモジュールの側面図 コンデンサモジュールの斜視図 インバータユニットの平面図 インバータユニットの正面図 インバータユニットの側面図 図9におけるXI−XI断面図 図9におけるXII−XII断面図 図9におけるXIII−XIII断面図 図8におけるXIV−XIV断面図 第2実施形態に係るインバータユニットの斜視図 インバータユニットの分解斜視図 インバータモジュールの側面図 別態様のインバータモジュールの平面図 別態様のインバータモジュールの平面図 別態様のインバータモジュールの平面図 別態様のインバータモジュールの側面図 別態様のインバータモジュールの側面図 別態様のインバータモジュールの側面図
〔第1実施形態〕
インバータモジュール及び当該インバータモジュールを備えるインバータユニットの第1実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のインバータユニット1及びインバータモジュール10は、例えば電気自動車やハイブリッド車において車両(車輪)の駆動力源として働く回転電機5を制御する回転電機制御システムに組み込まれて用いられる。本実施形態の回転電機5は、直流電源2を電力源とし、複数相(一例として、U相,V相,W相からなる3相)の交流で駆動される交流回転電機である。
図1に示すように、直流電源2と回転電機5との間にインバータ回路4が設けられている。インバータ回路4は、直流と複数相の交流との間で電力を変換する。インバータ回路4は、複数のスイッチング素子11を中核として構成されている。直流電源2とインバータ回路4との間にコンデンサ3が設けられている。コンデンサ3は、インバータ回路4の直流側の電圧を平滑化する。
複数のスイッチング素子11には、直流電源2の正極に接続される上段側スイッチング素子11Uと、直流電源2の負極に接続される下段側スイッチング素子11Lとが含まれる。各相(U相,V相,W相)において、上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとが直列に接続されて1つのアームが構成されるとともに、各アームの中間点が、回転電機5の各相のステータコイルに接続されている。なお、以下の説明及び添付図面(例えば図4等)において、U相用の上段側スイッチング素子11Uを符号「11Uu」と表し、V相用の上段側スイッチング素子11Uを符号「11Uv」と表し、W相用の上段側スイッチング素子11Uを符号「11Uw」と表す場合がある。同様に、U相用の下段側スイッチング素子11Lを符号「11Lu」と表し、V相用の下段側スイッチング素子11Lを符号「11Lv」と表し、W相用の下段側スイッチング素子11Lを符号「11Lw」と表す場合がある。
スイッチング素子11としては、高周波での動作が可能なパワー半導体素子を好適に用いることができる。好ましい一例として、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。或いは、SiC−MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)やSiC−SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN−MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)等を例示することもできる。図1には、スイッチング素子11としてIGBTが用いられる形態を例示している。
各スイッチング素子11には、整流用のダイオード12が並列に接続されている。本実施形態では、スイッチング素子11(11Uu,11Uv,11Uw,11Lu,11Lv,11Lw)は、それぞれ、ダイオード12を内蔵したチップ型素子で構成されている。スイッチング素子11とダイオード12とを含むチップ型素子は、正方形に近い形状(例えばアスペクト比が0.8〜1.2程度)の長方形状に形成されている。
インバータ回路4を構成する各スイッチング素子11の制御端子13(例えばIGBTのゲート端子)は、ドライブ回路7(DRV-CCT)を介してインバータ制御装置8(INV-CTRL)に接続されている。インバータ制御装置8は、例えば、より上位の車両制御装置9(VHL-CTRL)から提供される回転電機5の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行う。回転電機5の各相のステータコイルを流れる実電流は、電流センサSe1により検出され、回転電機5のロータの各時点での磁極位置は、回転センサSe2により検出される。インバータ制御装置8は、電流センサSe1及び回転センサSe2の検出結果を用いて電流フィードバック制御を実行し、各スイッチング素子11を個別にスイッチング制御する。
図2及び図3に示すように、インバータユニット1は、インバータモジュール10と、コンデンサモジュール20と、コンデンサケース30と、制御基板40とを備え、これらが一体化されて構成されている。インバータユニット1は、全体としてコンパクトな直方体状に形成された一体化ユニットとして構成されている。
インバータモジュール10は、インバータ回路4を構成する複数のスイッチング素子11を有するモジュールである。なお、上述したように本実施形態ではスイッチング素子11はダイオード12を内蔵したチップ型素子で構成されており、以下では、インバータモジュール10に関して「スイッチング素子11」と言う場合には、「チップ型素子」の意を含んでいるものとする。インバータモジュール10は、複数のスイッチング素子11に加え、正極バスバー14と、負極バスバー15と、複数の出力バスバーとを備えている。本実施形のように回転電機5が3相交流で駆動される構成の場合には、複数の出力バスバーとして、第一出力バスバー16、第二出力バスバー17、及び第三出力バスバー18が備えられる。例えば第一出力バスバー16がU相に対応し、第二出力バスバー17がV相に対応し、第三出力バスバー18がW相に対応するものとすることができる。正極バスバー14及び負極バスバー15は、それぞれ1本ずつ備えられている。
スイッチング素子11、正極バスバー14、負極バスバー15、出力バスバー16,17,18は、例えばモールド樹脂からなる本体部19に少なくとも部分的に埋め込まれた状態で一体化されている。本体部19からは、スイッチング素子11の制御端子13と、正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16,17,18のそれぞれの接続端子部分が突出している。なお、図4には、本体部19の内部におけるスイッチング素子11、制御端子13、正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16,17,18の様子を、分解斜視図的に示している。
図4及び図5に示すように、各相の上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとは、第一方向D1に並んで配置されている。U相用の上段側スイッチング素子11Uuと下段側スイッチング素子11Luとが第一方向D1に並んで配置され、V相用の上段側スイッチング素子11Uvと下段側スイッチング素子11Lvとが第一方向D1に並んで配置され、W相用の上段側スイッチング素子11Uwと下段側スイッチング素子11Lwとが第一方向D1に並んで配置されている。
各相の上段側スイッチング素子11U及び下段側スイッチング素子11Lは、第一方向D1に交差する第二方向D2に並んで配置されている。各相の上段側スイッチング素子11Uは、互いに同一平面上に配置されている。同様に、各相の下段側スイッチング素子11Lは、互いに同一平面上に配置されている。すなわち、U相用の上段側スイッチング素子11Uuと、V相用の上段側スイッチング素子11Uvと、W相用の上段側スイッチング素子11Uwとが、互いに同一平面上において、第二方向D2に並んで配置されている。それらに平行に、U相用の下段側スイッチング素子11Luと、V相用の下段側スイッチング素子11Lvと、W相用の下段側スイッチング素子11Lwとが、互いに同一平面上において、第二方向D2に並んで配置されている。さらに、本実施形態では、各相の上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとが、互いに同一平面上に配置されている。
こうして、インバータ回路4を構成する全て(本例では6つ)のスイッチング素子11は、同一平面上において、2列×3列のマトリクス状に配置されている。本実施形態では、第一方向D1と第二方向D2との交差角度が90°に設定されている。すなわち、第一方向D1と第二方向D2とが互いに直交している。なお、本実施形態では、第一方向D1及び第二方向D2の双方に直交する方向を「第三方向D3」と定義して以下の説明で用いる。なお、以下の説明では、第三方向D3における制御基板40側を「上」、その反対側を「下」と言う場合があるが、これらは、必ずしも鉛直方向における「上」や「下」と一致する訳ではない。
同一平面上において2列×3列に整列配置される6つのスイッチング素子11に対して、正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16,17,18は、それぞれ以下の態様で配置されている。正極バスバー14は、複数の上段側スイッチング素子11Uの下面に接する状態で第二方向D2に沿って配置されている。本実施形態では、各上段側スイッチング素子11Uの下面が、当該上段側スイッチング素子11Uの「第一面」に相当する。また、正極バスバー14における各上段側スイッチング素子11Uのそれぞれの下面(第一面)との接点となる複数の正極接合面部14Sが、共通の平坦面を有することによって互いに同一平面上に配置されている。そして、その正極接合面部14Sの上面に、各上段側スイッチング素子11Uの下面が接する状態で接合されている。正極バスバー14の第二方向D2の両端部は、中央部にある正極接合面部14Sに対して第三方向D3にオフセットされた状態で第二方向D2の外側に突出配置され、それぞれ正極端子部14Tとなっている。
負極バスバー15は、複数の下段側スイッチング素子11Lの上面に接する状態で第二方向D2に沿って配置されている。本実施形態では、各下段側スイッチング素子11Lの上面が、当該下段側スイッチング素子11Lの「第二面」に相当する。また、負極バスバー15における各下段側スイッチング素子11Lのそれぞれの上面(第二面)との接点となる複数の負極接合面部15Sが、凹凸状の接続部を介して接続されつつ互いに同一平面上に配置されている。そして、その負極接合面部15Sの下面に、各下段側スイッチング素子11Lの上面が接する状態で接合されている。負極バスバー15の第二方向D2の両端部は、中央部にある負極接合面部15Sに対して第三方向D3にオフセットされた状態で第二方向D2の外側に突出配置され、それぞれ負極端子部15Tとなっている。
このように、本実施形態では、正極バスバー14及び負極バスバー15は、それぞれ、第二方向D2の両側に端子部14T,15Tを有する。そして、正極バスバー14及び負極バスバー15は、第二方向D2の両側の端子部14T,15Tを介して、それぞれの両端部においてコンデンサ3(後述するコンデンサ素子23)に接続されている。
複数の出力バスバー16,17,18は、対応する相の上段側スイッチング素子11Uの上面に接し、かつ、対応する相の下段側スイッチング素子11Lの下面に接する状態で、第一方向D1に沿って配置されている。本実施形態では、各上段側スイッチング素子11Uの上面が、当該上段側スイッチング素子11Uの「第二面」に相当する。また、各下段側スイッチング素子11Lの下面が、当該上段側スイッチング素子11Uの「第一面」に相当する。
図6に示すように、第三出力バスバー18は、その延在方向である第一方向D1におけるW相用の下段側スイッチング素子11Lwと上段側スイッチング素子11Uwとの間の位置に、屈曲部18Bを有する。また、第三出力バスバー18は、第一方向D1における屈曲部18Bの両側に、下段出力接合面部18Lと上段出力接合面部18Uとを有する。下段出力接合面部18Lは、W相用の下段側スイッチング素子11Lwの下面(第一面)との接点となる部位であり、上段出力接合面部18Uは、W相用の上段側スイッチング素子11Uwの上面(第二面)との接点となる部位である。下段出力接合面部18Lと上段出力接合面部18Uとは互いに平行であり、かつ、上段出力接合面部18Uは下段出力接合面部18Lに対して上側にオフセットした位置に配置されている。こうして、第三出力バスバー18は、第二方向D2に見てクランク状に形成されている。屈曲部18Bにおける段差は、スイッチング素子11の厚みと、正極バスバー14(及び負極バスバー15)の厚みとの和に等しく設定される。また、上段出力接合面部18Uと下段出力接合面部18Lとのオフセット量は、スイッチング素子11の厚みに等しく設定される。なお、スイッチング素子11の厚みとは、スイッチング素子11とバスバー(14,15,18)とを接合するための接合層(図示せず)を含めた厚みとしている。
さらに本実施形態では、第三出力バスバー18における上段出力接合面部18Uが、負極バスバー15における負極接合面部15Sと同一平面上に配置されている。さらに、第三出力バスバー18における下段出力接合面部18Lが、正極バスバー14における正極接合面部14Sと同一平面上に配置されている。
図示は省略するが、第一出力バスバー16及び第二出力バスバー17に関しても同様である。第一出力バスバー16は、屈曲部16Bと下段出力接合面部16Lと上段出力接合面部16Uとを有し、第二方向D2に見てクランク状に形成されている。第一出力バスバー16の上段出力接合面部16Uが負極バスバー15の負極接合面部15Sと同一平面上に配置され、第一出力バスバー16の下段出力接合面部16Lが正極バスバー14の正極接合面部14Sと同一平面上に配置されている。第二出力バスバー17は、屈曲部17Bと下段出力接合面部17Lと上段出力接合面部17Uとを有し、第二方向D2に見てクランク状に形成されている。第二出力バスバー17の上段出力接合面部17Uが負極バスバー15の負極接合面部15Sと同一平面上に配置され、第二出力バスバー17の下段出力接合面部17Lが正極バスバー14の正極接合面部14Sと同一平面上に配置されている。
また、第三出力バスバー18は、第一方向D1における屈曲部18Bの両側に、下段出力反接合面部18Zと上段出力反接合面部18Yとを有する。下段出力反接合面部18Zは、第三出力バスバー18の下段側スイッチング素子11Lwに接する側の部分における厚み方向(第三方向D3)で下段出力接合面部18Lとは反対側(下面側)の部位である。上段出力反接合面部18Yは、第三出力バスバー18の上段側スイッチング素子11Uwに接する側の部分における厚み方向(第三方向D3)で上段出力接合面部18Uとは反対側(上面側)の部位である。下段出力反接合面部18Zと上段出力反接合面部18Yとは互いに平行であり、かつ、上段出力反接合面部18Yは下段出力反接合面部18Zに対して上側にオフセットした位置に配置されている。
下段出力反接合面部18Zは、正極バスバー14における厚み方向(第三方向D3)で正極接合面部14Sとは反対側(下面側)の正極反接合面部14Xと同一平面上に配置されている。また、上段出力反接合面部18Yは、負極バスバー15における厚み方向(第三方向D3)で負極接合面部15Sとは反対側(上面側)の負極反接合面部15Xと同一平面上に配置されている。
図示は省略するが、第一出力バスバー16及び第二出力バスバー17に関しても同様である。第一出力バスバー16は、屈曲部16Bと下段出力反接合面部16Zと上段出力反接合面部16Yとを有する。第一出力バスバー16の下段出力反接合面部16Zが正極バスバー14の正極反接合面部14Xと同一平面上に配置され、第一出力バスバー16の上段出力反接合面部16Yが負極バスバー15の負極反接合面部15Xと同一平面上に配置されている。第二出力バスバー17は、屈曲部17Bと下段出力反接合面部17Zと上段出力反接合面部17Yとを有する。第二出力バスバー17の下段出力反接合面部17Zが正極バスバー14の正極反接合面部14Xと同一平面上に配置され、第二出力バスバー17の上段出力反接合面部17Yが負極バスバー15の負極反接合面部15Xと同一平面上に配置されている。
こうして、複数のスイッチング素子11、正極バスバー14、負極バスバー15、及び複数の出力バスバー16,17,18が、図6に示すように、スイッチング素子11、正極バスバー14(及び負極バスバー15)、及び第三出力バスバー18(及び出力バスバー16,17)の合計厚みの範囲内に全て収まるように配置されている。よって、インバータモジュール10全体としての小型化を図りやすい。さらに、下段出力反接合面部18Zと正極反接合面部14Xとが同一平面上に配置され、上段出力反接合面部18Yと負極反接合面部15Xとが同一平面上に配置されているので、少なくともいずれかを冷却面とすることで、冷却面積を広く確保することができ、冷却性能を向上させることができる。
複数の出力バスバー16,17,18の第一方向D1における下段出力接合面部16L,17L,18Lとは反対側の端部は、上向きに屈曲されて、当該部位は端子部16T,17T,18Tとなっている。端子部16T,17T,18Tは、回転電機5の各相のステータコイルから延びる回転電機接続バスバー90が接続される端子である。本実施形態では、端子部16T,17T,18Tは、第一方向D1において、上段側スイッチング素子11Uに対して下段側スイッチング素子11Lとは反対側に配置されている。それに伴い、端子部16T,17T,18Tは、第一方向D1において、正極バスバー14に対して負極バスバー15とは反対側に配置されている。
図4〜図6に示すように、下段側スイッチング素子11Lの制御端子13は、当該下段側スイッチング素子11Lに接続された出力バスバー16,17,18と第三方向視で重複する位置において、負極バスバー15に対して第一方向D1に隣接する位置に配置されている。なお、2つの部材の配置に関して「ある方向視で重複する」とは、その視線方向に平行な仮想直線を当該仮想直線に直交する各方向に移動させた場合に、当該仮想直線が2つの部材の双方に交わる領域が少なくとも一部に存在することを指す。
下段側スイッチング素子11Lの制御端子13は、第一方向D1において、負極バスバー15に対して正極バスバー14や端子部16T,17T,18Tとは反対側に隣接する位置に配置されている。そして、下段側スイッチング素子11Lの制御端子13は、負極バスバー15の側面に対して所定間隔を隔てた状態で、第三方向D3に沿って上方に延びるように配置されている。さらに、各相用の下段側スイッチング素子11Lu,11Lv,11Lwの制御端子13は、全体として、第二方向D2に沿って一直線上に並ぶように整列配置されている。
一方、上段側スイッチング素子11Uの制御端子13は、正極バスバー14と第三方向視で重複する位置において、当該上段側スイッチング素子11Uに接続された出力バスバー16,17,18に対して第二方向D2に隣接する位置に配置されている。複数の上段側スイッチング素子11Uの制御端子13のうちの少なくとも1つ(本例ではU相用及びV相用の計2つ)は、互いに隣接する第一出力バスバー16と第二出力バスバー17との間、又は、互いに隣接する第二出力バスバー17と第三出力バスバー18との間に配置されている。そして、上段側スイッチング素子11Uの制御端子13は、対応する出力バスバー16,17,18の側面に対して所定間隔を隔てた状態で、第三方向D3に沿って上方に延びるように配置されている。さらに、各相用の上段側スイッチング素子11Uu,11Uv,11Uwの制御端子13は、それぞれ第一方向D1に沿って整列した状態で、互いに平行に配置されている。
コンデンサモジュール20は、コンデンサ3を構成する複数のコンデンサ素子23を有するモジュールである。図7に示すように、コンデンサモジュール20は、第一高さH1の第一部分21と、第二高さH2の第二部分22とを有する。第二高さH2は、第一高さH1よりも高い。なお、第一高さH1及び第二高さH2は、後述する支持板28(図14を参照)の支持面Sからの第三方向D3に沿う高さである。本実施形態では、第一部分21は1箇所に集約して設けられているのに対して、第二部分22は2箇所に分かれて設けられている。2つの第二部分22は、第一部分21に対して、第二方向D2の両側に配置されている。本実施形態では、第二方向D2が「配列方向」に相当し、第三方向D3が「高さ方向」に相当する。また、第二方向D2及び第三方向D3の双方に直交する第一方向D1が「幅方向」に相当する。なお、本実施形態では第三方向D3(高さ方向)は支持板28の支持面Sに直交する方向であり、必ずしも鉛直方向と一致する訳ではない。
コンデンサモジュール20を構成する複数のコンデンサ素子23は、それぞれ直方体状に形成されている。コンデンサ素子23は、辺に沿う長さが最も長い最長辺23Lと、辺に沿う長さが最も短い最短辺と、辺に沿う長さが最短辺よりも長く最長辺23Lよりも短い中間辺23Mとを有する、1の頂点から延びる3辺の長さが互いに異なる直方体状に形成されている。複数のコンデンサ素子23は、互いに同一形状に形成されている。コンデンサ素子23は、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)等のプラスチックフィルムを巻回して構成されたもの(フィルムコンデンサ)を用いることができる。但しそのような構成に限定されることなく、積層型のコンデンサ素子23や他の形式のコンデンサ素子23を用いても良い。複数のコンデンサ素子23は、支持板28(図14を参照)に支持された状態で配列されている。
本実施形態では、コンデンサモジュール20は5つのコンデンサ素子23を含んで構成されている。全て(本例では5つ)のコンデンサ素子23は、その最短辺が複数のコンデンサ素子23の配列方向である第二方向D2に沿う姿勢で配置されている。コンデンサモジュール20の第一部分21は、最長辺23Lが第一方向D1に沿う第一姿勢で配置された、複数のコンデンサ素子23のうちの一部(本例では3つのコンデンサ素子23)で構成されている。コンデンサモジュール20の第一部分21の第一高さH1は、コンデンサ素子23の中間辺23Mの長さに等しい。また、コンデンサモジュール20の第一部分21の第一方向D1に沿う長さ(奥行)は、コンデンサ素子23の最長辺23Lの長さに等しい。
一方、コンデンサモジュール20の第二部分22は、最長辺23Lが第三方向D3に沿う第二姿勢で配置された、複数のコンデンサ素子23のうちの一部(本例では残余の2つのコンデンサ素子23の1つずつ)で構成されている。コンデンサモジュール20の第二部分22の第二高さH2は、コンデンサ素子23の最長辺23Lの長さに等しい。また、コンデンサモジュール20の第二部分22の第一方向D1に沿う長さ(奥行)は、コンデンサ素子23の中間辺23Mの長さに等しい。
このような構成により、コンデンサモジュール20の周辺には、当該コンデンサモジュール20の外径の凹凸によって形成された2種類の空間(凹状空間P1,窪み空間P2)が存在する。凹状空間P1は、第一部分21と第二部分22との高さの差(第三方向D3の長さの差)によって形成される空間である。凹状空間P1は、第一姿勢のコンデンサ素子23よりも上方であって、第二姿勢で対向する2つのコンデンサ素子23によって第二方向D2に挟まれた空間として形成されている。窪み空間P2は、第一部分21と第二部分22との奥行の差(第一方向D1の長さの差)によって形成される空間である。窪み空間P2は、第一姿勢のコンデンサ素子23に対して第二方向D2に隣接するとともに第二姿勢のコンデンサ素子23に対して第一方向D1に隣接し、全体として第三方向D3に沿って延びる空間として形成されている。
本実施形態では、これらのうち、凹状空間P1を利用してインバータモジュール10が配置されている(図14を参照)。すなわち、インバータモジュール10が、コンデンサモジュール20の第一部分21と第二部分22との高さの差によって形成される凹状空間P1に配置されている。インバータモジュール10は、第二方向視でコンデンサモジュール20の第二部分22(第二姿勢のコンデンサ素子23)と重複するとともに、第三方向視でコンデンサモジュール20の第一部分21(第一姿勢のコンデンサ素子23)と重複するように配置されている。この点に関しては、コンデンサケース30の構造とも絡めて後述する。
図11及び図12に示すように、コンデンサモジュール20の第二部分22(第二姿勢のコンデンサ素子23)の第三方向D3に沿う側面(第一方向D1の両側面)に、正電極24と負電極25とが設けられている。第二姿勢のコンデンサ素子23の第一方向D1の両側面のうちの一方に正電極24が設けられ、他方に負電極25が設けられている。そして、コンデンサモジュール20の正極端子26が、第二部分22における第二方向視で第一部分21(第一姿勢のコンデンサ素子23)と重複しない位置で正電極24から離れるように形成されている。また、コンデンサモジュール20の負極端子27が、第二部分22における第二方向D2視で第一部分21と重複しない位置で負電極25から離れるように形成されている。本実施形態では、正極端子26及び負極端子27は、いずれも、図3に示すように、第二部分22の上端部(第一部分21からの突出端部)で正電極24又は負電極25から離れるように形成されている。
コンデンサモジュール20の2つの第二部分22のそれぞれにおいて、正極端子26と負極端子27とは、同じ第二方向D2の位置において、第一方向D1に隣接して配置されている。コンデンサモジュール20の正極端子26には、コンデンサケース30の天井部35に形成された開口部を介して、インバータモジュール10の正極バスバー14の正極端子部14Tが接続される。また、コンデンサモジュール20の負極端子27には、コンデンサケース30の天井部35に形成された開口部を介して、インバータモジュール10の負極バスバー15の負極端子部15Tが接続される。
コンデンサケース30は、コンデンサモジュール20を収容するケースである。図3及び図11〜図13等に示すように、コンデンサケース30は、コンデンサモジュール20の四方を取り囲む第一側壁31、第二側壁32、第三側壁33、及び第四側壁34と、コンデンサモジュール20上方を覆う天井部35とを有する箱型に形成されている。本実施形態のコンデンサケース30は、冷媒を流通させる冷媒流路36をさらに有している。冷媒流路36は、主にインバータモジュール10に含まれるスイッチング素子11を冷却するための冷媒(例えば冷却水)が流れる流路(冷却水路)であり、コンデンサケース30の内部に形成されている。コンデンサケース30は、熱伝導率が高い材料(例えば銅やアルミニウム等)で形成されている。コンデンサケース30における冷媒流路36が形成された部位によってヒートシンク38(図14を参照)が構成されており、コンデンサケース30は、冷却装置としても機能することができるようになっている。
図3及び図11に示すように、冷媒流路36は、流入流路36Iと冷却流路36Cと排出流路36Oとを含む。流入流路36Iは、第三方向D3に沿って延びるように第二側壁32に形成されている。排出流路36Oは、第三方向D3に沿って延びるように第一側壁31に形成されている。冷却流路36Cは、流入流路36Iの下流側に連通するとともに排出流路36Oの上流側に連通し、第一方向D1及び第二方向D2の双方に沿って面状に広がるように、天井部35に形成されている。図11及び図14に示すように、冷却流路36Cには、複数の柱状(図示の例では細長い円柱状)のフィン37が設けられている。複数のフィン37は、冷却流路36Cのほぼ全域に設けられ、互いに僅かずつ隙間を空けた状態で規則的に(図示の例では六角格子状に)配列されている。
上述したように、コンデンサモジュール20の周辺には、当該コンデンサモジュール20の外径の凹凸によって形成された2種類の空間(凹状空間P1,窪み空間P2)が存在する。本実施形態では、これらの凹状空間P1及び窪み空間P2を利用して冷媒流路36が配置されている。すなわち、冷媒流路36が、コンデンサモジュール20の第一部分21と第二部分22との高さの差によって形成される凹状空間P1と、コンデンサモジュール20の第一部分21と第二部分22との奥行の差によって形成される窪み空間P2とに配置されている。
具体的には、図12に示すように、冷媒流路36を構成する流入流路36Iが、2つの窪み空間P2のうちの一方において、当該窪み空間P2に沿って配置されている。流入流路36Iは、第一方向視でコンデンサモジュール20の第二部分22と重複するとともに、第二方向視でコンデンサモジュール20の第二部分22と重複するように配置されている。また、図14に示すように、冷媒流路36を構成する冷却流路36Cが、凹状空間P1に配置されている。冷却流路36Cは、第二方向視でコンデンサモジュール20の第二部分22と重複するとともに、第三方向視でコンデンサモジュール20の第一部分21と重複するように配置されている。冷却流路36Cは、凹状空間P1において、コンデンサモジュール20の第一部分21とインバータモジュール10との間に配置されている。冷却流路36C(ヒートシンク38)の上面は平坦面に形成されており、そこにインバータモジュール10が固定されている。インバータモジュール10は、絶縁樹脂シート(図示せず)等を介して、ヒートシンク38の上面に固定されている。
図2及び図8〜図10等に示すように、第一側壁31における第三側壁33及び第四側壁34とのそれぞれの境界部の下端部に取付部31Mが設けられているとともに、第二側壁32における第三側壁33及び第四側壁34とのそれぞれの境界部の下端部に取付部32Mが設けられている。これらの取付部31M,32Mは、コンデンサケース30に収容された状態のコンデンサモジュール20を他部材に取り付けるための部位である。インバータユニット1が独立して流通する場合には、例えばコンデンサケース30の下部に固定される底部カバー39(図14を参照)が「他部材」であると良い。また、インバータユニット1が車載される場合には、当該車両の一部が「他部材」であって良く、その場合においてさらに車両の一部と底部カバー39とコンデンサケース30とが共締めされる場合には、当該車両の一部及び底部カバー39が「他部材」であって良い。
図8及び図13等を参照して理解できるように、第二側壁32の取付部32Mは、コンデンサモジュール20の第一部分21と第二部分22との奥行の差によって形成される窪み空間P2に配置されている。
なお、図12及び図13に示すように、冷媒流路36を構成する排出流路36Oや、第一側壁31の取付部31Mは、窪み空間P2には配置されていない。排出流路36Oや取付部31Mは、第一方向D1の一方側(図12における下側)において同一平面状に配置されたコンデンサモジュール20の側面に対してそれよりも外側に隣接して配置されている。第二方向視で排出流路36Oと重複する位置には、回転電機5の各相のステータコイルから延びる3本の回転電機接続バスバー90が、第一側壁31に沿う状態で、第二方向D2に沿って一列に並んで配置されている。
制御基板40は、ドライブ回路7やインバータ制御装置8を構成する機能部を実装した基板である。制御基板40は、インバータモジュール10を上方から覆う状態で、コンデンサケース30に固定されている。
〔第2実施形態〕
インバータモジュール及びインバータユニットの第2実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、インバータモジュール10に含まれる正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16〜18の具体的構造が第1実施形態とは異なっている。以下、本実施形態のインバータモジュール10及びインバータユニット1について、主に第1実施形態との相違点について説明する。なお、特に明記しない点に関しては、第1実施形態と同様であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図15に示すように、本実施形態のインバータモジュール10では、本体部19から大きく突出するのはスイッチング素子11の制御端子13だけとなっている。正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16〜18は、それぞれ、例えばモールド樹脂からなる本体部19に大部分が埋もれている。
図16に、本体部19の内部におけるスイッチング素子11、制御端子13、正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16〜18の様子を、分解斜視図的に示している。この図に示すように、複数の上段側スイッチング素子11Uの下面に接する状態で第二方向D2に沿って配置される正極バスバー14は、その両端部(第二方向D2の両端部)が、上方に向けて屈曲されている。また、複数の下段側スイッチング素子11Lの上面に接する状態で第二方向D2に沿って配置される負極バスバー15は、その両端部(第二方向D2の両端部)が、下方に向けて屈曲されている。さらに、下段側スイッチング素子11Lの下面に接するとともに上段側スイッチング素子11Uの上面に接する状態で第一方向D1に沿って配置される各相の出力バスバー16,17,18は、その上段側スイッチング素子11Uに接する側の部分の端部が、下方に向けて屈曲されている。
正極バスバー14は上面に正極接合面部14Sを有しており、この正極接合面部14Sに上段側スイッチング素子11Uの下面(第一面)が接合されている。図17に示すように、正極バスバー14における厚み方向(第三方向D3)で正極接合面部14Sとは反対側(下面側)の正極反接合面部14Xは、第一基準面R1上に配置されている。本実施形態では、第一基準面R1は、ヒートシンク38の上面である。また、負極バスバー15は下面に負極接合面部15Sを有しており、この負極接合面部15Sに下段側スイッチング素子11Lの上面(第二面)が接合されている。負極バスバー15における厚み方向(第三方向D3)で負極接合面部15Sとは反対側(上面側)の負極反接合面部15Xは、第一基準面R1とは異なる第二基準面R2上に配置されている。本実施形態では、第二基準面R2は、第一基準面R1よりも上方に規定される仮想面であり、第一基準面R1に平行な面として規定されている。
また、第三出力バスバー18は、上面に下段出力接合面部18Lを有しているとともに下面に上段出力接合面部18Uを有しており、下段出力接合面部18LにW相用の下段側スイッチング素子11Lwの下面(第一面)が接合され、上段出力接合面部18UにW相用の上段側スイッチング素子11Uwの上面(第二面)が接合されている。第三出力バスバー18の下段側スイッチング素子11Lwに接する側の部分における厚み方向(第三方向D3)で下段出力接合面部18Lとは反対側(下面側)の下段出力反接合面部18Zは、第一基準面R1上に配置されている。第三出力バスバー18の上段側スイッチング素子11Uwに接する側の部分における厚み方向(第三方向D3)で上段出力接合面部18Uとは反対側(上面側)の上段出力反接合面部18Yは、第二基準面R2上に配置されている。
こうして、本実施形態では、第三出力バスバー18における下段出力反接合面部18Zと、正極バスバー14における正極反接合面部14Xとが、同一平面上に配置されている。これらは、共通の第一基準面R1上に配置されている。さらに、第三出力バスバー18における上段出力反接合面部18Yと、負極バスバー15における負極反接合面部15Xとが、同一平面上に配置されている。これらは、共通の第二基準面R2上に配置されている。このように、下段出力反接合面部18Zと正極反接合面部14Xとの組、下段出力接合面部18Lと正極接合面部14Sとの組、上段出力接合面部18Uと負極接合面部15Sとの組、及び上段出力反接合面部18Yと負極反接合面部15Xとの組、の各組が、それぞれ同一平面上に配置されている。
そして、負極バスバー15における下方に向けて屈曲された第二方向D2の両側の端部は、第一基準面R1上に配置されている。負極バスバー15の両端部は、第三出力バスバー18における下段出力反接合面部18Zと同一平面上に配置されているとともに、正極反接合面部14Xとも同一平面上に配置されている。また、第三出力バスバー18において下方に向けて屈曲された上段側スイッチング素子11Uwに接する側の部分の端部は、第一基準面R1上に配置されている。第三出力バスバー18の上段側スイッチング素子11Uwに接する側の部分の端部は、正極反接合面部14X及び下段出力反接合面部18Zと同一平面上に配置されている。
図示は省略するが、第一出力バスバー16及び第二出力バスバー17に関しても同様である。すなわち、第一出力バスバー16における下段出力反接合面部16Zと、正極バスバー14における正極反接合面部14Xとが、同一平面上(共通の第一基準面R1上)に配置されている。第一出力バスバー16における上段出力反接合面部16Yと、負極バスバー15における負極反接合面部15Xとが、同一平面上(共通の第二基準面R2上)に配置されている。第一出力バスバー16の上段側スイッチング素子11Uuに接する側の部分の屈曲された端部は、第一基準面R1上に配置されて、正極反接合面部14X及び下段出力反接合面部16Zと同一平面上に配置されている。
また、第二出力バスバー17における下段出力反接合面部17Zと、正極バスバー14における正極反接合面部14Xとが、同一平面上(共通の第一基準面R1上)に配置されている。第二出力バスバー17における上段出力反接合面部17Yと、負極バスバー15における負極反接合面部15Xとが、同一平面上(共通の第二基準面R2上)に配置されている。第二出力バスバー17の上段側スイッチング素子11Uvに接する側の部分の屈曲された端部は、第一基準面R1上に配置されて、正極反接合面部14X及び下段出力反接合面部17Zと同一平面上に配置されている。
このような構成では、下段側スイッチング素子11Lよりも上方に配置される負極バスバー15は、屈曲された両端部により、ヒートシンク38の上面に接触している。このため、インバータ回路4の動作時に下段側スイッチング素子11Lが発熱しても、その熱は、負極バスバー15にこもることなくヒートシンク38側へと移動する。よって、負極バスバー15を効率的に冷却することができる。各相の出力バスバー16〜18の下段側スイッチング素子11Lに接する側の部分は、全体的にヒートシンク38の上面に接触しているので、当該部分も、効率的に冷却することができる。
また、各相の出力バスバー16〜18における上段側スイッチング素子11Uに接する側の部分も、屈曲された端部により、ヒートシンク38の上面に接触している。このため、インバータ回路4の動作時に下段側スイッチング素子11L及び上段側スイッチング素子11Uが発熱しても、その熱は、出力バスバー16〜18にこもることなくヒートシンク38側へと移動する。よって、出力バスバー16〜18を効率的に冷却することができる。正極バスバー14は、全体的にヒートシンク38の上面に接触しているので、正極バスバー14も効率的に冷却することができる。
こうして、正極バスバー14と出力バスバー16〜18との間に接合された上段側スイッチング素子11U、及び、負極バスバー15と出力バスバー16〜18との間に接合された下段側スイッチング素子11Lを、効率的に冷却することができる。すなわち、全てのスイッチング素子11を効率的に冷却することができる。
正極バスバー14における上方に向けて屈曲された第二方向D2の両側の端部は、第二基準面R2上に配置されている。正極バスバー14の両端部は、第三出力バスバー18における上段出力反接合面部18Yと同一平面上(第二基準面R2上)に配置されているとともに、負極反接合面部15Xとも同一平面上に配置されている。図示は省略するが、第一出力バスバー16及び第二出力バスバー17に関しても同様である。
このような構成では、上述した、負極バスバー15の両端部や出力バスバー16〜18の上段側スイッチング素子11Uに接する側の部分の端部がヒートシンク38の上面に接触する構成とも絡んで、インバータユニット1の製造時におけるスイッチング素子11の保護を図ることができる。この点について説明すると、コンデンサケース30のヒートシンク38の上面にインバータモジュール10を固定する際には、平板状の治具を用いて上方からインバータモジュール10を押圧して圧着する場合がある。このような場合には、第一基準面R1が支持面となり、第二基準面R2が押圧面となるが、上記構成を備えていることで、正極バスバー14、負極バスバー15、及び出力バスバー16〜18における屈曲された各端部が押圧荷重を受けることになる。よって、スイッチング素子11には押圧荷重がかかりにくくなるので、スイッチング素子11を保護しながらインバータユニット1を製造することができる。
〔その他の実施形態〕
(1)上記の第1実施形態では、正極バスバー14及び負極バスバー15がそれぞれ第二方向D2の両側に端子部14T,15Tを有する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図18に示すように、正極バスバー14及び負極バスバー15が、それぞれ、第二方向D2の一方の側だけに端子部14T,15Tを有しても良い。この場合、図示するように、正極端子部14Tが第二方向D2の一方側に配置され、負極端子部15Tが第二方向D2の他方側に配置されても良い。或いは、図示は省略するが、正極端子部14T及び負極端子部15Tが第二方向D2の同じ側に配置されても良い。
(2)上記の各実施形態では、各相の上段側スイッチング素子11Uの制御端子13が、対応する出力バスバー16,17,18に対して第二方向D2の同じ側に配置されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図19に示すように、各相の上段側スイッチング素子11Uの制御端子13のうちの一部が、第二方向D2において、対応する出力バスバー16,17,18に対して他の制御端子13とは反対側に配置されても良い。
(3)上記の第1実施形態では、上段側スイッチング素子11Uが第一方向D1において下段側スイッチング素子11Lよりも出力バスバー16,17,18の端子部16T,17T,18Tに近い位置に配置されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、下段側スイッチング素子11Lが上段側スイッチング素子11Uよりも端子部16T,17T,18Tに近い位置に配置されても良い。この場合、例えば図20及び図21に示すように、上段側スイッチング素子11Uの制御端子13及び下段側スイッチング素子11Lの制御端子13が、それぞれ、正極バスバー14又は負極バスバー15に対して第一方向D1に隣接する位置に配置されると良い。図示するように、上段側スイッチング素子11Uの制御端子13と下段側スイッチング素子11Lの制御端子13とが、互いに平行に、第一方向D1において正極バスバー14及び負極バスバー15を挟んで互いに反対側に配置されても良い。或いは、上段側スイッチング素子11Uの制御端子13が、正極バスバー14に対して第一方向D1に隣接する位置に配置され、下段側スイッチング素子11Lの制御端子13が、当該下段側スイッチング素子11Lに接続された出力バスバー16,17,18に対して第二方向D2に隣接する位置に配置されても良い。
(4)上記の第2実施形態では、出力バスバー16〜18の上段側スイッチング素子11Uに接する側の部分の端部だけが屈曲されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図22に示すように、下段側スイッチング素子11Lに接する側の部分の端部も含め、出力バスバー16〜18の第一方向D1の両端部が屈曲されても良い。この場合、出力バスバー16〜18の下段側スイッチング素子11Lに接する側の部分の端部は、第二基準面R2上に位置するように設けられ、負極反接合面部15X及び上段出力反接合面部18Yと同一平面上に配置されると好適である。このようにすれば、当該屈曲された端部によっても圧着固定時の押圧荷重を受けることができるので、スイッチング素子11をより確実に保護することができる。
(5)上記の第2実施形態では、第一基準面R1がヒートシンク38の上面であり、第二基準面R2が第一基準面R1よりも上方に規定される仮想面である構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図23に示すように、第二基準面R2がヒートシンク38の上面であり、第一基準面R1が第二基準面R2よりも上方に規定される仮想面であっても良い。このような構成でも、同様に、全てのスイッチング素子11を効率的に冷却することができるとともに、インバータモジュール10の圧着固定時にスイッチング素子11を保護することができる。
(6)上記の各実施形態では、各相の上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとが互いに同一平面上に配置されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば各相の上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとが第三方向D3における互いに異なる位置に、段違い状に配置されても良い。この場合、出力バスバー16,17,18は、屈曲部16B,17B,18Bを有することなく、第二方向視で平板状に形成されても良い。また、各相の上段側スイッチング素子11Uと下段側スイッチング素子11Lとが互いに同一平面上に配置される構成において、制御端子13の形状を調整することで、出力バスバー16,17,18を第二方向視で平板状に形成しても良い。
(7)上記の各実施形態では、スイッチング素子11がダイオード12を内蔵したチップ型素子で構成されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えばスイッチング素子11とダイオード12とが、互いに独立した別々の素子で構成されても良い。
(8)上記の各実施形態では、「幅方向」としての第一方向D1と「配列方向」としての第二方向D2とが直交している構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、第一方向D1と第二方向D2とが斜めに交差しても良い。
(9)上記の各実施形態では、同一形状のコンデンサ素子23の一部が第一姿勢で配置され、他の一部が第二姿勢で配置されることで、コンデンサモジュール20が高さの異なる第一部分21と第二部分22とを有する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば高さだけが異なる2種の大きさのコンデンサ素子23を用いることで、コンデンサモジュール20が第一部分21と第二部分22とを有するように構成しても良い。このように、コンデンサモジュール20の第一部分21と第二部分22とが、第一方向D1に沿う奥行長さが等しく設定されても良い。
(10)上記の各実施形態では、コンデンサモジュール20が第一方向D1の一方側において同一平面状に配置され、第一方向D1の他方側に2つの窪み空間P2が設けられる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば第二姿勢のコンデンサ素子23が第一姿勢のコンデンサ素子23の中間部に配置されて、コンデンサモジュール20の四隅に窪み空間P2が設けられても良い。この場合、冷媒流路36を構成する排出流路36Oや第一側壁31の取付部31Mも、窪み空間P2に配置されると良い。
(11)上記の各実施形態では、コンデンサモジュール20の正極端子26や負極端子27が、第二部分22の上端部で正電極24又は負電極25から離れるように形成されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、正極端子26及び負極端子27は、インバータモジュール10に近い位置でコンデンサモジュール20の正電極24又は負電極25から離れていることが望ましい。例えば正極端子26や負極端子27が、第二部分22における第一部分21よりも上方であって上端部よりも下方の位置で正電極24又は負電極25から離れるように形成されても良い。言い換えると、正極端子26及び負極端子27は、第二部分22における第二方向視(配列方向視)で第一部分21と重複しない位置で正電極24又は負電極25から離れるように形成されると良い。或いは、正極端子26及び負極端子27は、第二方向視(配列方向視)で第一部分21と重複する位置で正電極24又は負電極25から離れるように形成されても良い。
(12)上記の各実施形態では、冷媒流路36が凹状空間P1と窪み空間P2とに配置され、かつ、凹状空間P1に冷媒流路36を構成する冷却流路36Cと共にインバータモジュール10が配置された構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば少なくとも凹状空間P1にインバータモジュール10が配置されていれば、冷媒流路36は必ずしも凹状空間P1及び窪み空間P2の両方には配置されなくても良い。
(13)上述した各実施形態(上記の各実施形態及びその他の実施形態を含む;以下同様)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
〔実施形態の概要〕
以上をまとめると、本開示に係るインバータモジュールは、好適には、以下の各構成を備える。
直流と複数相の交流との間で電力を変換するためのインバータ回路(4)を構成する複数のスイッチング素子(11)と、正極バスバー(14)と、負極バスバー(15)と、前記複数相の各相に対応する複数の出力バスバー(16,17,18)と、を備えるインバータモジュール(10)であって、
複数の前記スイッチング素子(11)には、前記複数相の各相に対応する上段側スイッチング素子(11U)と下段側スイッチング素子(11L)とが含まれ、
各相に対応する前記上段側スイッチング素子(11U)と前記下段側スイッチング素子(11L)とは第一方向(D1)に並んで配置され、
複数の前記上段側スイッチング素子(11U)が前記第一方向(D1)に交差する第二方向(D2)に並んで配置されるとともに、複数の前記下段側スイッチング素子(11L)が前記第二方向(D2)に並んで配置され、
前記正極バスバー(14)が、複数の前記上段側スイッチング素子(11U)の第一面に接する状態で前記第二方向(D2)に沿って配置され、
前記負極バスバー(15)が、複数の前記下段側スイッチング素子(11L)の第一面とは反対側の第二面に接する状態で前記第二方向(D2)に沿って配置され、
前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)が、対応する相の前記上段側スイッチング素子(11U)の前記第一面とは反対側の第二面に接し、かつ、対応する相の前記下段側スイッチング素子(11L)の前記第一面に接する状態で、前記第一方向(D1)に沿って配置され、
前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)における厚み方向で前記上段側スイッチング素子(11U)に接する面(16U,17U,18U)とは反対側の上段出力反接合面部(16Y,17Y,18Y)と、前記負極バスバー(15)における厚み方向で前記下段側スイッチング素子(11L)に接する面(15S)とは反対側の負極反接合面部(15X)とが同一平面上に配置され、或いは、前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)における厚み方向で前記下段側スイッチング素子(11L)に接する面(16L,17L,18L)とは反対側の下段出力反接合面部(16Z,17Z,18Z)と、前記正極バスバー(14)における厚み方向で前記上段側スイッチング素子(11U)に接する面(14S)とは反対側の正極反接合面部(14X)とが同一平面上に配置されている。
この構成によれば、複数のスイッチング素子(11)が“2列×相数列”に整列して配置される。そして、複数の上段側スイッチング素子(11U)に対して1つの正極バスバー(14)が接続され、複数の下段側スイッチング素子(11L)に対して1つの負極バスバー(15)が接続され、各相において対をなす上段側スイッチング素子(11U)及び下段側スイッチング素子(11L)に対して出力バスバー(16,17,18)が1つずつ接続される。複数のスイッチング素子(11)、正極バスバー(14)、負極バスバー(15)、及び複数の出力バスバー(16,17,18)が、必要最小限の個数でひとかたまり状に集約されて配置されるので、インバータモジュール(10)全体としての小型化を図りやすくなるとともに、インバータモジュール(10)の搭載性を高めることが容易となる。また、上段出力反接合面部(16Y,17Y,18Y)と負極反接合面部(15X)、又は、下段出力反接合面部(16Z,17Z,18Z)と正極反接合面部(14X)が、同一平面上に配置されるので、この点からも、インバータモジュール(10)全体としての小型化を図りやすい。
一態様として、
前記第一方向(D1)と前記第二方向(D2)とが互いに直交していることが好ましい。
この構成によれば、正極バスバー(14)、負極バスバー(15)、及び複数の出力バスバー(16,17,18)を、全体として直交格子状に配置することが可能となる。そのため、インバータモジュール(10)を全体として矩形状の配置領域に配置しやすい形状とすることができるとともに、その平面視形状を小型化することが容易となる。よって、インバータモジュール(10)の搭載性をさらに高めることが容易となる。
一態様として、
複数の前記上段側スイッチング素子(11U)が互いに同一平面上に配置され、
複数の前記下段側スイッチング素子(11L)が互いに同一平面上に配置され、
前記正極バスバー(14)における、複数の前記上段側スイッチング素子(11U)のそれぞれの前記第一面との接点となる複数の正極接合面部(14S)が、互いに同一平面上に配置され、
前記負極バスバー(15)における、複数の前記下段側スイッチング素子(11L)のそれぞれの前記第二面との接点となる複数の負極接合面部(15S)が、互いに同一平面上に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、正極バスバー(14)や負極バスバー(15)の形状を簡略化しやすい。また、このことによって、正極バスバー(14)や負極バスバー(15)の長さを短くしやすく、インダクタンスを低くしやすい。
一態様として、
前記複数相の各相に対応する前記上段側スイッチング素子(11U)と前記下段側スイッチング素子(11L)とが互いに同一平面上に配置され、
前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)における、前記上段側スイッチング素子(11U)の前記第二面との接点となる上段出力接合面部(16U,17U,18U)が、前記負極接合面部(15S)と同一平面上に配置され、前記下段側スイッチング素子(11L)の前記第一面との接点となる下段出力接合面部(16L,17L,18L)が、前記正極接合面部(14S)と同一平面上に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、モジュール全体を平面的に配置することが容易となる。そのため、インバータモジュール(10)のさらなる小型化を図りやすくなるとともに、インバータモジュール(10)の搭載性をさらに高めることが容易となる。また、例えばヒートシンク等の冷却装置が併設される場合に、当該冷却装置とインバータモジュール(10)との接触面積を広くすることが容易となる。よって、インバータモジュール(10)を効率的に冷却することが容易となる。
一態様として、
前記下段出力反接合面部(16Z,17Z,18Z)と前記正極反接合面部(14X)とが共通の第一基準面(R1)上に配置され、
前記負極バスバー(15)の端部が、前記第一基準面(R1)上に位置するように設けられていることが好ましい。
この構成によれば、例えば第一基準面(R1)に冷却装置が設けられる場合に、正極バスバー(14)や複数の出力バスバー(16,17,18)だけでなく、負極バスバー(15)の端部をも冷却装置に接触させることができる。よって、正極バスバー(14)、負極バスバー(15)、及び複数の出力バスバー(16,17,18)を効率的に冷却することができ、複数のスイッチング素子(11)を効率的に冷却することができる。
一態様として、
前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)における前記上段出力接合面部(16U,17U,18U)が設けられた側の部分の端部が、前記第一基準面(R1)上に位置するように設けられていることが好ましい。
この構成によれば、複数の出力バスバー(16,17,18)における下段側スイッチング素子(11L)に接する部分だけでなく、上段側スイッチング素子(11U)に接する部分の端部をも冷却装置に接触させることができる。よって、複数の出力バスバー(16,17,18)をさらに効率的に冷却することができ、複数のスイッチング素子(11)をさらに効率的に冷却することができる。また、この構成では、例えば冷却装置にインバータモジュール(10)を圧着固定する際に、負極バスバー(15)の端部や複数の出力バスバー(16,17,18)の端部によって押圧荷重を受けることができる。よって、インバータユニット等のより上位の装置にインバータモジュール(10)を組み込む際に、スイッチング素子(11)には押圧荷重がかかりにくくなるので、スイッチング素子(11)の保護を図ることができる。
一態様として、
前記上段出力反接合面部(16Z,17Z,18Z)と前記負極反接合面部(15X)とが共通の第二基準面(R2)上に配置され、
前記正極バスバー(14)の端部が、前記第二基準面(R2)上に位置するように設けられていることが好ましい。
この構成によれば、例えば第二基準面(R2)に冷却装置が設けられる場合に、負極バスバー(15)や複数の出力バスバー(16,17,18)だけでなく、正極バスバー(14)の端部をも冷却装置に接触させることができる。よって、正極バスバー(14)、負極バスバー(15)、及び複数の出力バスバー(16,17,18)を効率的に冷却することができ、複数のスイッチング素子(11)を効率的に冷却することができる。
一態様として、
前記複数相の各相に対応する出力バスバー(16,17,18)における前記下段出力接合面部(16L,17L,18L)が設けられた側の部分の端部が、前記第二基準面(R2)上に位置するように設けられていることが好ましい。
この構成によれば、複数の出力バスバー(16,17,18)における上段側スイッチング素子(11U)に接する部分だけでなく、下段側スイッチング素子(11L)に接する部分の端部をも冷却装置に接触させることができる。よって、複数の出力バスバー(16,17,18)をさらに効率的に冷却することができ、複数のスイッチング素子(11)をさらに効率的に冷却することができる。また、この構成では、例えば冷却装置にインバータモジュール(10)を圧着固定する際に、正極バスバー(14)の端部や複数の出力バスバー(16,17,18)の端部によって押圧荷重を受けることができる。よって、インバータユニット等のより上位の装置にインバータモジュール(10)を組み込む際に、スイッチング素子(11)には押圧荷重がかかりにくくなるので、スイッチング素子(11)の保護を図ることができる。
一態様として、
前記上段側スイッチング素子(11U)及び前記下段側スイッチング素子(11L)のそれぞれが、整流用のダイオード(12)を内蔵したチップ型素子であることが好ましい。
このようなチップ型素子は、外形が正方形に近い形状であることが多い。そのため、複数の上段側スイッチング素子(11U)と下段側スイッチング素子(11L)とを上記のように配置する場合に、効率的に配置することが容易となる。よって、インバータモジュール(10)の全体の小型化を図りやすくなるとともに、インバータモジュール(10)の搭載性を高めることが容易となる。
一態様として、
前記上段側スイッチング素子(11U)及び前記下段側スイッチング素子(11L)のうちのいずれか一方のスイッチング素子の制御端子(13)が、前記正極バスバー(14)及び前記負極バスバー(15)のうちのいずれか当該スイッチング素子(11)が接する方のバスバーに対して前記第一方向(D1)に隣接する位置に配置され、
前記上段側スイッチング素子(11U)及び前記下段側スイッチング素子(11L)のうちのいずれか他方のスイッチング素子の制御端子(13)が、当該スイッチング素子(11)が接する前記出力バスバー(16,17,18)に対して前記第二方向(D2)に隣接する位置に配置されていることが好ましい。
或いは、一態様として、
前記上段側スイッチング素子(11U)及び前記下段側スイッチング素子(11L)の制御端子(13)が、それぞれ、前記正極バスバー(14)及び前記負極バスバー(15)のうちのいずれか当該スイッチング素子(11)が接する方のバスバーに対して前記第一方向(D1)に隣接する位置に配置されていることが好ましい。
これらの構成によれば、複数の出力バスバー(16,17,18)が第一方向(D1)に沿って配置され、正極バスバー(14)及び負極バスバー(15)が第二方向(D2)に沿って配置される構成において、各スイッチング素子(11)の制御端子(13)を、各バスバーを避けつつコンパクトに配置することができる。よって、インバータモジュール(10)の全体を小型化することができる。
一態様として、
前記正極バスバー(14)及び前記負極バスバー(15)が、それぞれの両端部においてコンデンサ(3)に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、正極バスバー(14)及び負極バスバー(15)が一方の端部だけでコンデンサ(3)に接続されている構成に比べて、複数のスイッチング素子(11)のそれぞれとコンデンサ(3)との有効配線長を短くすることができ、インダクタンスを低減することができる。よって、スイッチング損失を小さく抑えることが可能となる。
本開示に係るインバータモジュールは、上述した各効果のうち、少なくとも1つを奏することができれば良い。
1 インバータユニット
4 インバータ回路
10 インバータモジュール
11 スイッチング素子
11U 上段側スイッチング素子
11L 下段側スイッチング素子
12 ダイオード
13 制御端子
14 正極バスバー
14S 正極接合面部
14X 正極反接合面部
14T 正極端子部
15 負極バスバー
15S 負極接合面部
15X 負極反接合面部
15T 負極端子部
16 第一出力バスバー(出力バスバー)
17 第二出力バスバー(出力バスバー)
18 第三出力バスバー(出力バスバー)
16U 上段出力接合面部
16Y 上段出力反接合面部
17U 上段出力接合面部
17Y 上段出力反接合面部
18U 上段出力接合面部
18Y 上段出力反接合面部
16L 下段出力接合面部
16Z 下段出力反接合面部
17L 下段出力接合面部
17Z 下段出力反接合面部
18L 下段出力接合面部
18Z 下段出力反接合面部
20 コンデンサモジュール
21 第一部分
22 第二部分
23 コンデンサ素子
23L 最長辺
24 正電極
25 負電極
26 正極端子
27 負極端子
30 コンデンサケース
31M 取付部
32M 取付部
36 冷媒流路
38 ヒートシンク
R1 第一基準面
R2 第二基準面
S 支持面
D1 第一方向(幅方向)
D2 第二方向(配列方向)
D3 第三方向(高さ方向、厚み方向)
H1 第一高さ
H2 第二高さ
P1 凹状空間
P2 窪み空間

Claims (12)

  1. 直流と複数相の交流との間で電力を変換するためのインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子と、正極バスバーと、負極バスバーと、前記複数相の各相に対応する複数の出力バスバーと、を備えるインバータモジュールであって、
    複数の前記スイッチング素子には、前記複数相の各相に対応する上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが含まれ、
    各相に対応する前記上段側スイッチング素子と前記下段側スイッチング素子とは第一方向に並んで配置され、
    複数の前記上段側スイッチング素子が前記第一方向に交差する第二方向に並んで配置されるとともに、複数の前記下段側スイッチング素子が前記第二方向に並んで配置され、
    前記正極バスバーが、複数の前記上段側スイッチング素子の第一面に接する状態で前記第二方向に沿って配置され、
    前記負極バスバーが、複数の前記下段側スイッチング素子の第一面とは反対側の第二面に接する状態で前記第二方向に沿って配置され、
    前記複数相の各相に対応する出力バスバーが、対応する相の前記上段側スイッチング素子の前記第一面とは反対側の第二面に接し、かつ、対応する相の前記下段側スイッチング素子の前記第一面に接する状態で、前記第一方向に沿って配置され、
    前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける厚み方向で前記上段側スイッチング素子に接する面とは反対側の上段出力反接合面部と、前記負極バスバーにおける厚み方向で前記下段側スイッチング素子に接する面とは反対側の負極反接合面部とが同一平面上に配置され、或いは、前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける厚み方向で前記下段側スイッチング素子に接する面とは反対側の下段出力反接合面部と、前記正極バスバーにおける厚み方向で前記上段側スイッチング素子に接する面とは反対側の正極反接合面部とが同一平面上に配置されているインバータモジュール。
  2. 前記第一方向と前記第二方向とが互いに直交している請求項1に記載のインバータモジュール。
  3. 複数の前記上段側スイッチング素子が互いに同一平面上に配置され、
    複数の前記下段側スイッチング素子が互いに同一平面上に配置され、
    前記正極バスバーにおける、複数の前記上段側スイッチング素子のそれぞれの前記第一面との接点となる複数の正極接合面部が、互いに同一平面上に配置され、
    前記負極バスバーにおける、複数の前記下段側スイッチング素子のそれぞれの前記第二面との接点となる複数の負極接合面部が、互いに同一平面上に配置されている請求項1又は2に記載のインバータモジュール。
  4. 前記複数相の各相に対応する前記上段側スイッチング素子と前記下段側スイッチング素子とが互いに同一平面上に配置され、
    前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける、前記上段側スイッチング素子の前記第二面との接点となる上段出力接合面部が、前記負極接合面部と同一平面上に配置され、前記下段側スイッチング素子の前記第一面との接点となる下段出力接合面部が、前記正極接合面部と同一平面上に配置されている請求項3に記載のインバータモジュール。
  5. 前記下段出力反接合面部と前記正極反接合面部とが共通の第一基準面上に配置され、
    前記負極バスバーの端部が、前記第一基準面上に位置するように設けられている請求項1から4のいずれか一項に記載のインバータモジュール。
  6. 前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける前記上段側スイッチング素子の前記第二面との接点となる上段出力接合面部が設けられた側の部分の端部が、前記第一基準面上に位置するように設けられている請求項5に記載のインバータモジュール。
  7. 前記上段出力反接合面部と前記負極反接合面部とが共通の第二基準面上に配置され、
    前記正極バスバーの端部が、前記第二基準面上に位置するように設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載のインバータモジュール。
  8. 前記複数相の各相に対応する出力バスバーにおける前記下段側スイッチング素子の前記第一面との接点となる下段出力接合面部が設けられた側の部分の端部が、前記第二基準面上に位置するように設けられている請求項7に記載のインバータモジュール。
  9. 前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子のそれぞれが、整流用のダイオードを内蔵したチップ型素子である請求項1から8のいずれか一項に記載のインバータモジュール。
  10. 前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子の制御端子が、前記正極バスバー及び前記負極バスバーのうちのいずれか当該スイッチング素子が接する方のバスバーに対して前記第一方向に隣接する位置に配置され、
    前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング素子の制御端子が、当該スイッチング素子が接する前記出力バスバーに対して前記第二方向に隣接する位置に配置されている請求項1から9のいずれか一項に記載のインバータモジュール。
  11. 前記上段側スイッチング素子及び前記下段側スイッチング素子の制御端子が、それぞれ、前記正極バスバー及び前記負極バスバーのうちのいずれか当該スイッチング素子が接する方のバスバーに対して前記第一方向に隣接する位置に配置されている請求項1からのいずれか一項に記載のインバータモジュール。
  12. 前記正極バスバー及び前記負極バスバーが、それぞれの両端部においてコンデンサに接続されている請求項1から11のいずれか一項に記載のインバータモジュール。
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