JP7287300B2 - power converter - Google Patents
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Description
この明細書における開示は、電力変換装置に関する。 The disclosure in this specification relates to power converters.
特許文献1は、電力変換装置を開示している。電力変換装置は、冷媒が流通する流路を備え、間隔を有しつつ積層配置された複数の熱交換部と、熱交換部の積層方向において多段に配置された複数のモジュールを備えている。熱交換部とモジュールとが交互に配置されて積層体をなしている。モジュールは、半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体素子を有していないダミーモジュールを含んでいる。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Literature 1 discloses a power converter. A power converter includes a flow path through which a refrigerant flows, a plurality of heat exchange units arranged in layers with intervals therebetween, and a plurality of modules arranged in multiple stages in the stacking direction of the heat exchange units. The heat exchange units and modules are alternately arranged to form a laminate. The modules include semiconductor modules having semiconductor elements and dummy modules having no semiconductor elements. The contents of the prior art documents are incorporated by reference as descriptions of technical elements in this specification.
特許文献1の電力変換装置では、モジュールを構成する半導体モジュールとダミーモジュールの個数、配置について特に言及されていない。特許文献1の構成では、積層体の体格を変えずに、電力変換装置の出力を調整することができない。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。 In the power conversion device of Patent Document 1, there is no particular reference to the number and arrangement of semiconductor modules and dummy modules that constitute a module. With the configuration of Patent Document 1, the output of the power converter cannot be adjusted without changing the physical size of the laminate. Further improvements are required in the power conversion device in the above-mentioned viewpoints or in other viewpoints not mentioned.
開示されるひとつの目的は、積層体の体格を変えずに出力を調整できる電力変換装置を提供することにある。 One object of the disclosure is to provide a power converter capable of adjusting the output without changing the physical size of the laminate.
ここに開示された電力変換装置は、
冷媒が流通する流路をそれぞれ備え、間隔を有しつつ積層配置された複数の熱交換部(41)と、
熱交換部の積層方向に並ぶ数である段数が所定の複数段とされ、隣り合う熱交換部によりそれぞれが両面側から挟まれた複数のモジュール(30)と、
を備えており、
所定段のモジュールは、半導体素子(301)をそれぞれ有し、複数相の上下アーム回路(9)を構成する複数の半導体モジュール(300)と、半導体素子を有しておらず、積層方向において半導体モジュールと並んで配置されたダミーモジュール(310)と、を含み、
熱交換部と所定段のモジュールとが積層方向において交互に配置されて、積層体(100)をなしている。
The power conversion device disclosed here is
a plurality of heat exchange parts (41) each provided with a flow path through which a refrigerant flows and arranged in layers with intervals therebetween;
a plurality of modules (30) having a predetermined number of stages, which is the number of heat exchange sections arranged in a stacking direction, and sandwiched from both sides by adjacent heat exchange sections;
and
Modules in a predetermined stage include a plurality of semiconductor modules (300) each having a semiconductor element (301) and constituting a multi-phase upper and lower arm circuit (9), a dummy module (310) arranged alongside the module;
The heat exchange units and the modules of predetermined stages are alternately arranged in the stacking direction to form a stack (100).
そして、積層体は、上下アーム回路の相に対応し、互いに等しい段数のモジュールが配置されるように設定された複数の相領域(100U、100V、100W)を有し、
複数の相領域には、相領域に設定される段数よりも少ない段数であり、互いに等しい段数の半導体モジュールと、互いに等しい段数のダミーモジュールと、がそれぞれ配置され、
複数の相領域のそれぞれにおいて、複数の半導体モジュールが配置されて互いに並列接続され、
半導体モジュールのそれぞれは、出力端子(303S)を含む主端子(303)を複数有し、
相ごとに設けられて積層方向に並んで配置された端子部(81)を有する出力端子台(80)と、対応する相の半導体モジュールの出力端子と端子部とを電気的に接続するように相ごとに設けられたバスバー(90)と、をさらに備え、
各相のバスバーは、複数の出力端子と電気的に接続されたノード(N1)を有し、単一の端子部に接続されており、
各相のバスバーは、複数の端子部の積層方向中心に対して、線対称配置されている。
The laminate has a plurality of phase regions (100U, 100V, 100W) that correspond to the phases of the upper and lower arm circuits and are set so that the same number of modules are arranged,
In the plurality of phase regions, semiconductor modules having the same number of stages that are smaller than the number of stages set in the phase areas and dummy modules having the same number of stages are arranged, respectively ;
a plurality of semiconductor modules arranged and connected in parallel in each of the plurality of phase regions;
Each of the semiconductor modules has a plurality of main terminals (303) including an output terminal (303S),
An output terminal block (80) having terminal portions (81) provided for each phase and arranged side by side in the stacking direction is electrically connected to the output terminal and the terminal portion of the semiconductor module of the corresponding phase. and a bus bar (90) provided for each phase,
Each phase bus bar has a node (N1) electrically connected to a plurality of output terminals and is connected to a single terminal,
The busbars of each phase are arranged line-symmetrically with respect to the center of the plurality of terminal portions in the stacking direction .
開示された電力変換装置によれば、複数の相領域に互いに等しい段数のダミーモジュールが配置され、相領域の段数に対して半導体モジュールの足りない分が補われている。これにより、たとえば複数の相領域のすべての段に、半導体モジュールが配置される構成と同等の体格が維持される。この結果、積層方向において積層体の体格を変えることなく、出力を調整できる電力変換装置を提供することができる。 According to the disclosed power conversion device, the same number of stages of dummy modules are arranged in a plurality of phase regions, and the shortage of the semiconductor modules with respect to the number of stages of the phase regions is compensated. As a result, for example, a physical size equivalent to a configuration in which semiconductor modules are arranged in all stages of a plurality of phase regions is maintained. As a result, it is possible to provide a power conversion device capable of adjusting the output without changing the physical size of the stack in the stacking direction.
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。 The multiple aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. Reference numerals in parentheses described in the claims and this section are intended to exemplify the correspondence with portions of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope. Objects, features, and advantages disclosed in this specification will become clearer with reference to the following detailed description and accompanying drawings.
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び/又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下に示す電力変換装置は、回転電機を駆動源とする移動体に適用可能である。移動体は、たとえば電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、燃料電池車(FCV)などの車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。 A number of embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and/or structurally corresponding parts are provided with the same reference numerals. The power conversion device described below can be applied to a moving body that uses a rotating electrical machine as a drive source. Examples of mobile objects include vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and fuel cell vehicles (FCV), aircraft such as drones, ships, construction machinery, and agricultural machinery.
(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、電力変換装置が適用される車両の駆動システムの概略構成について説明する。
(First embodiment)
First, based on FIG. 1, a schematic configuration of a vehicle drive system to which a power converter is applied will be described.
<車両の駆動システム>
図1に示すように、車両の駆動システム1は、直流電源2と、モータジェネレータ3と、電力変換装置4を備えている。
<Vehicle drive system>
As shown in FIG. 1 , a vehicle drive system 1 includes a DC power supply 2 , a
直流電源2は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ3は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ3は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。モータジェネレータ3は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置4は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で電力変換を行う。
The DC power supply 2 is a DC voltage source composed of a rechargeable secondary battery. Secondary batteries are, for example, lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries. The
<電力変換装置の回路構成>
次に、図1に基づき、電力変換装置4の回路構成について説明する。図1に示すように、電力変換装置4は、平滑コンデンサ5と、インバータ6と、制御回路16と、駆動回路17を備えている。
<Circuit Configuration of Power Converter>
Next, based on FIG. 1, the circuit configuration of the
平滑コンデンサ5は、主として、直流電源2から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ5は、高電位側の電力ラインであるPライン7と低電位側の電力ラインであるNライン8との間に接続されている。Pライン7は直流電源2の正極に接続され、Nライン8は直流電源2の負極に接続されている。平滑コンデンサ5の正極は、直流電源2とインバータ6との間において、Pライン7に接続されている。同じく負極は、直流電源2とインバータ6との間において、Nライン8に接続されている。
Smoothing capacitor 5 mainly smoothes the DC voltage supplied from DC power supply 2 . The smoothing capacitor 5 is connected between a
インバータ6は、DC-AC変換回路である。インバータ6は、三相分の上下アーム回路9を備えて構成されている。上下アーム回路9のそれぞれは、出力ライン10を介して、モータジェネレータ3における対応する相の巻線3aに接続されている。具体的には、U相の上下アーム回路9Uは、出力ライン10を介してU相の巻線3aに接続されている。同様に、V相の上下アーム回路9VはV相の巻線3aに接続され、W相の上下アーム回路9WはW相の巻線3aに接続されている。
The
各相の上下アーム回路9(9U、9V、9W)は、直列回路11を2つ備えて構成されている。2つの直列回路11は、Pライン7とNライン8との間にそれぞれ設けられており、互いに並列接続されている。直列回路11は、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを、Pライン7とNライン8との間で直列接続して構成されている。本実施形態では、上記スイッチング素子として、nチャネル型のIGBT12、13を採用している。上アーム側のIGBT12において、コレクタがPライン7に接続されている。下アーム側のIGBT13において、エミッタがNライン8に接続されている。IGBT12のエミッタとIGBT13のコレクタとの接続点が、出力ライン10を介して対応する巻線3aに接続されている。
The upper and lower arm circuits 9 ( 9 U, 9 V, 9 W) of each phase are configured with two
IGBT12、13には、還流のため、ダイオード14、15がそれぞれ逆並列に接続されている。ダイオード14、15のアノードは、対応するIGBT12、13のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。上アームを構成するIGBT12およびダイオード14を、ひとつの半導体チップに構成してもよいし、異なる半導体チップに構成してもよい。下アームを構成するIGBT13およびダイオード15についても同様である。
インバータ6は、制御回路16によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ3へ出力する。これにより、モータジェネレータ3は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ6は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ3が発電した三相交流電圧を、制御回路16によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Pライン7へ出力する。このように、インバータ6は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で双方向の電力変換を行う。
制御回路16は、IGBT12、13を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路17に出力する。制御回路16は、図示しない上位ECUから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線3aに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ3の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ5の両端電圧を検出する。電力変換装置4は、これらの図示しないセンサを備えている。制御回路16は、駆動指令としてPWM信号を出力する。制御回路16は、たとえばマイコン(マイクロコンピュータ)を備えて構成されている。ECUは、Electronic Control Unitの略称である。PWMは、Pulse Width Modulationの略称である。
The
駆動回路17は、制御回路16の駆動指令に基づいて、対応するIGBT12、13のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路17は、駆動電圧の印加により、対応するIGBT11、12を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路17は、ドライバと称されることがある。本実施形態では、上下アーム回路9のひとつのアームに対して、ひとつの駆動回路17を設けている。すなわち、並列接続された2つのIGBT12に対してひとつの駆動回路17を設け、並列接続された2つのIGBT13に対してひとつの駆動回路を設けている。
The
電力変換装置4が、制御回路16を備える例を示したが、これに限定されない。たとえば制御回路16の機能を上位ECUにもたせることで、制御回路16を備えない構成としてもよい。上下アーム回路9を構成するひとつのアームごとに駆動回路17を設ける例を示したが、これに限定されない。たとえば、ひとつの上下アーム回路9に対して、ひとつの駆動回路17を設けてもよい。
Although an example in which the
<電力変換装置の構造>
次に、図2および図3に基づき、電力変換装置4の構造について説明する。以下では、積層体100の積層方向をX方向と示す。X方向に直交し、主端子303の延設方向をZ方向と示す。X方向およびZ方向に直交する方向をY方向と示す。
<Structure of power converter>
Next, the structure of the
図2では、ケース20の内部を示すために、ケース20を断面で示し、その他の要素を平面で示している。図3は、積層体100をX1方向から見た平面図であり、便宜上、排出管43を省略して図示している。図2および図3では、明確化のために、モジュール30のうち、ダミーモジュール310にハッチングを施している。
In FIG. 2, the
図2および図3に示すように、電力変換装置4は、ケース20と、複数のモジュール30と、冷却器40と、加圧部材50と、回路基板60と、コンデンサモジュール70と、出力端子台80を備えている。電力変換装置4は、上記要素以外にも、図示しない入力端子台やバスバーなどを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ケース20は、電力変換装置4を構成する他の要素を収容すべく、箱状をなしている。たとえば、ケース20はアルミダイカストによる成形体であり、略直方体状をなしている。ケース20は、複数の部材(たとえば2つ)を組み付けることで構成される。ケース20は、導入管42が挿通される貫通孔21と、排出管43が挿通される貫通孔22を有している。貫通孔21、22は、ケース20において共通の側面に設けられている。複数の部材によって内外を貫通する開口部が形成される場合、開口部が貫通孔21、22に相当する。
The
貫通孔21の壁面と導入管42との間、貫通孔22の壁面と排出管43との間には、貫通孔21、22周りを水密にシールする図示しないシール部材が配置されている。シール部材として、グロメットなどの弾性部材、シール用の接着材などを用いることができる。
Between the wall surface of the through
ケース20は、支持部23を有している。支持部23は、X方向において、複数のモジュール30および熱交換部41による積層体100を支持している。本実施形態では、ケース20が、支持部23として、内面から突出する凸部を有している。支持部23は、たとえばケース20の底壁に設けられている。
The
モジュール30は、X方向において熱交換部41と交互に配置されている。モジュール30のそれぞれは、隣り合う熱交換部41の間に配置され、両面側から熱交換部41により挟まれている。複数のモジュール30は、間隔を有しつつX方向に沿って所定の複数段、配置されている。モジュール30は、半導体モジュール300と、ダミーモジュール310を含んでいる。本実施形態では、モジュール30の段数が9段に設定されている。なお、モジュール30の段数とは、積層方向に配置されたモジュール30の数である。
The
半導体モジュール300は、インバータ6(電力変換回路)を構成する。図3に示すように、半導体モジュール300は、インバータ6を構成する半導体素子301と、封止樹脂体302と、主端子303および信号端子304を有している。
The
半導体素子301は、半導体基板に素子が形成されてなる。半導体素子301は、半導体チップと称されることがある。半導体モジュール300は、2つの半導体素子301を備えている。半導体素子301のひとつには、IGBT12およびダイオード14が形成され、他のひとつには、IGBT13およびダイオード15が形成されている。半導体素子301のそれぞれにおいて、一面にはコレクタが形成され、裏面にはエミッタおよび信号用のパッドが形成されている。2つの半導体素子301は、共通構造である。半導体素子301は、板厚方向がX方向と略平行となるように配置されている。
A
封止樹脂体302は、2つの半導体素子301を一体的に封止している。封止樹脂体302は、たとえばエポキシ系樹脂を材料とし、トランスファモールド、ポッティング等により成形されている。
The sealing
主端子303および信号端子304は、外部接続用の端子である。主端子303は、半導体素子301の主電極に、電気的に接続されている。主端子303は、正極端子303Pと、負極端子303Nと、出力端子303Sを有している。正極端子303Pは、IGBT12のコレクタに接続されている。正極端子303Pは、図示しない正極側のバスバーを介して、コンデンサモジュール70の正極端子に接続されている。負極端子303Nは、IGBT13のエミッタに接続されている。負極端子303Nは、図示しない負極側のバスバーを介して、コンデンサモジュール70の負極端子に接続されている。出力端子303Sは、IGBT12、13の接続点に接続されている。出力端子303Sは、対応する相の出力バスバーを介して、出力端子台80に接続されている。
The
主端子303(303P、303N、303S)は、封止樹脂体302の互いに共通する側面から同じ側に突出している。主端子303は、Z方向に延設されている。主端子303の突出部分は、正極端子303P、負極端子303N、出力端子303Sの順にY方向に並んで配置されている。信号端子304は、半導体素子301のパッドに、電気的に接続されている。信号端子304は、主端子303とは反対の方向に延設されている。
The main terminals 303 (303P, 303N, 303S) protrude from the common side surface of the sealing
図示を省略するが、半導体モジュール300は、上アーム側の半導体素子301を挟む一対のヒートシンクと、下アーム側の半導体素子301を挟む一対のヒートシンクを備えている。ヒートシンクは、はんだ等の接合材を介して、対応する半導体素子301の主電極に接続されている。半導体素子301を挟む一対のヒーシンクのひとつはコレクタに接続され、他のひとつはエミッタに接続されている。ヒートシンクにおいて、たとえば半導体素子側の実装面とは反対の面は、封止樹脂体302から露出している。上アーム側の半導体素子301のエミッタに接続されたヒートシンクと、下アーム側の半導体素子301のコレクタに接続されたヒートシンクとが、封止樹脂体302内で電気的に接続されている。
Although not shown, the
主端子303は、ヒートシンクに連なっている。主端子303は、ヒートシンクを介して、主電極に接続されている。たとえば主端子303とヒートシンクとは、共通の金属部材(リードフレーム)として提供される。
The
上記した半導体モジュール300は、ひとつの直列回路11を構成している。したがって、2つの半導体モジュール300により、一相分の上下アーム回路9が構成される。電力変換装置4は、三相の上下アーム回路9(インバータ6)に対応して6つの半導体モジュール300を備えている。具体的には、U相の上下アーム回路9Uを構成する2つの半導体モジュール300Uと、V相の上下アーム回路9Vを構成する2つの半導体モジュール300Vと、W相の上下アーム回路9Wを構成する2つの半導体モジュール300Wを備えている。6つの半導体モジュール300は、X方向に沿って並んでおり、モジュール30の9段中、6段を占めている。各相の半導体モジュール300U、300V、300Wが2段ずつ占めている。
The
ダミーモジュール310は、上下アーム回路9、すなわちインバータ6(電力変換回路)を構成しないモジュールである。ダミーモジュール310は、半導体素子301を有していない。ダミーモジュール310は、所定段のモジュール30において、半導体モジュール300が配置されない空きを埋めるモジュールである。ダミーモジュール310のX方向の長さ、すなわち厚みは、半導体モジュール300の厚みとほぼ同じである。
The
ダミーモジュール310は、隣り合う熱交換部41の間に介在し、熱交換部41の間に間隔を設ける。このように、スペーサとして機能するものであれば、ダミーモジュール310として採用することができる。たとえば、金属ブロック体、樹脂などの絶縁体を採用してもよい。本実施形態では、ダミーモジュール310として、熱交換部41と同材料を用いて略直方体状に形成された金属ブロック体を採用している。
The
電力変換装置4は、3つのダミーモジュール310を備えている。3つのダミーモジュール310は、半導体モジュール300とともにX方向に沿って並んでおり、9段のモジュール30中、3段を示している。
The
冷却器40は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系の材料を用いて形成されている。冷却器40は、熱交換部41と、導入管42と、排出管43と、固定部材44を有している。熱交換部41は、ケース20に収容されている。熱交換部41は、全体として扁平形状の管状体となっている。熱交換部41は、たとえば、一対のプレート(金属製薄板)の少なくとも一方を、プレス加工によってX方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、熱交換部41として用いることが可能となる。
熱交換部41は、X方向において間隔を有しつつ積層配置されている。熱交換部41は、モジュール30のそれぞれを両面側から挟むように、複数のモジュール30と交互に積層されている。熱交換部41は、9段配置のモジュール30をそれぞれ挟むように、10段配置とされている。半導体モジュール300と熱交換部41との間には、図示しない絶縁部材が介在している。絶縁部材は、熱交換部41と半導体モジュール300とを電気的に分離している。絶縁部材としては、たとえば、セラミック板、グリスやゲル状の熱伝導部材、およびそれらの組み合わせを採用することができる。ダミーモジュール310は配線機能を有していない。よって、ダミーモジュール310と熱交換部41との間には、絶縁部材を配置してもよいし、配置しなくてもよい。
The
導入管42および排出管43のそれぞれは、ケース20の内外にわたって配置されている。導入管42および排出管43のそれぞれは、ひとつの部材により構成されてもよいし、複数の部材を連結してなる構成としてもよい。導入管42および排出管43は、熱交換部41のそれぞれに連結されている。図示しないポンプによって冷媒を導入管42に供給することにより、積層された熱交換部41内の流路に冷媒が流れる。これにより、積層体100を構成する半導体モジュール300のそれぞれが、冷媒によって冷却される。ダミーモジュール310も冷媒によって冷却される。熱交換部41のそれぞれを流れた冷媒は、排出管43を介して排出される。冷媒としては、水やアンモニアなどの相変化する冷媒や、エチレングリコール系などの相変化しない冷媒を用いることができる。
Each of the
固定部材44は、導入管42および排出管43のそれぞれを、ケース20に固定している。本実施形態において、固定部材44は、貫通孔21、22の形成されたケース20の側壁と熱交換部41(積層体100)との間に設けられている。固定部材44としては、たとえばクランプを採用することができる。固定部材44(クランプ)は、管ごとに設けられている。固定部材44は、管を跨いだ状態で、ケース20にねじ締結されている。
A fixing
上記したように、モジュール30と熱交換部41とがX方向において交互に配置され、積層体100をなしている。積層体100は、X方向に多段に配置された複数のモジュール30と、モジュール30それぞれの両側面を挟むように多段に配置された複数の熱交換部41を有している。熱交換部41が、積層体100においてX方向の両端をなしている。図3に示すように、積層体100は、インバータ6(すなわち上下アーム回路9)の相に対応する複数の相領域を有している。相領域とは、相ごとに割り振られたモジュール30の配置領域である。積層体100は、U相領域100Uと、V相領域100Vと、W相領域100Wを有している。以下では、相領域100U、100V、100Wと示すことがある。
As described above, the
3つの相領域100U、100V、100Wは、互いに等しい段数のモジュール30が配置されるように設定されている。相領域100U、100V、100Wには、それぞれ3段のモジュール30が配置されている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれは、隣り合う熱交換部41間に形成されるモジュール配置用の隙間を3つ(3段)提供する。加圧部材50側から、U相領域100U、V相領域100V、W相領域100Wの順に設定されている。
The three
U相領域100Uにおいて、3つのモジュール30は、加圧部材50側から、半導体モジュール300U、半導体モジュール300U、ダミーモジュール310の順に配置されている。同様に、V相領域100Vにおいて、加圧部材50側から、半導体モジュール300V、半導体モジュール300V、ダミーモジュール310の順に配置されている。W相領域100Wにおいて、加圧部材50側から、半導体モジュール300W、半導体モジュール300W、ダミーモジュール310の順に配置されている。いずれの相領域100U、100V、100Wにおいても、半導体モジュール300、半導体モジュール300、ダミーモジュール310の並びとなっている。
In the
加圧部材50は、弾性部材51と、支持部材52と、当接プレート53を有している。弾性部材51は、ケース20において貫通孔21、22の形成された側壁とは反対の側壁(以下、対向壁と示す)と、積層体100との間に設けられている。本実施形態では、弾性部材51として、湾曲形成された板ばねを採用している。弾性部材51としては、金属製のばね以外に、ゴムなどの弾性変形により加圧力を発生するものを採用することができる。
The
支持部材52は、弾性部材51とケース20の対向壁との間に設けられている。加圧部材50は、2本の支持部材52を有している。2本の支持部材52は、Y方向において離間して設けられている。2本の支持部材52により、弾性部材51の両端が支持されている。弾性部材51は、Y方向の中央において積層体100を押圧する。支持部材52は、たとえばケース20の底壁に固定されている。弾性部材51は、ケース20の底壁から浮いた位置に支持されている。
The
当接プレート53は、平板状をなしている。当接プレート53は、弾性部材51と積層体100との間に配置されている。当接プレート53は、積層体100の一端をなす熱交換部41に面接触している。積層体100の他端をなす熱交換部41が支持部23によって支持された状態で、弾性部材51は、当接プレート53を介して積層体100を押圧している。これにより、モジュール30が熱交換部41によって挟持される。また、積層体100が、ケース20内において所定の位置に保持される。
The
回路基板60は、図示を省略するが、樹脂などの絶縁基材に配線が配置された配線基板、配線基板に実装された電子部品、コネクタなどを備えている。実装された電子部品と配線により回路が構成されている。回路基板60には、上記した制御回路16および駆動回路17が構成されている。回路基板60は、Z方向の平面視において、積層体100(モジュール30)と重なる位置に配置されている。回路基板60に、半導体モジュール300の信号端子304が接続されている。
Although not shown, the
コンデンサモジュール70は、ケース20に固定されている。コンデンサモジュール70は、図示しないコンデンサ素子を有している。コンデンサ素子として、たとえばフィルムコンデンサ素子を採用することができる。コンデンサ素子は、たとえば樹脂または金属を用いて形成されたコンデンサケースに収容され、この収容状態で、樹脂封止されている。コンデンサケースに収容されるコンデンサ素子の数は特に限定されない。ひとつのみでもよいし、複数でもよい。
コンデンサ素子の電極には、図示しないコンデンサバスバーが接続されている。正極側のコンデンサバスバーには正極端子が連なっており、負極側のコンデンサバスバーには負極端子が連なっている。上記したように、コンデンサモジュール70の正極端子は、バスバーを介して正極端子303Pに接続されている。コンデンサモジュール70の負極端子は、バスバーを介して負極端子303Nに接続されている。コンデンサバスバーのそれぞれには、半導体モジュール300との接続用の端子とは別に、コンデンサ素子を直流電源2に接続するための入力端子が連なっている。入力端子は、図示しない入力端子台を介して、直流電源2に接続される。入力端子台は、ケース20に形成された図示しない開口部を通じて、直流電源2との電気的な接続が可能となっている。
A capacitor bus bar (not shown) is connected to the electrodes of the capacitor element. A positive electrode terminal is connected to the capacitor bus bar on the positive electrode side, and a negative electrode terminal is connected to the capacitor bus bar on the negative electrode side. As described above, the positive terminal of the
出力端子台80は、ケース20に固定されている。出力端子台80は、モータジェネレータ3と電力変換装置4とを電気的に接続する。出力端子台80は、図示しないバスバーを介して、半導体モジュール300の出力端子303Sに接続されている。出力端子台80は、ハウジングに保持された各相の出力端子を有している。出力端子台80は、ケース20に形成された図示しない開口部を通じて、モータジェネレータ3の巻線3aとの電気的な接続が可能となっている。
The
本実施形態では、コンデンサモジュール70と出力端子台80との間に、積層体100が配置されている。コンデンサモジュール70は、Y方向において、正極端子303P側に配置されている。出力端子台は、Y方向において、出力端子303S側に配置されている。
In this embodiment, the laminate 100 is arranged between the
<第1実施形態のまとめ>
図4は、上記構成の電力変換装置4において、相領域100U、100V、100Wのすべての段に半導体モジュール300を配置した参考例を示している。9段配置のモジュール30が、すべて半導体モジュール300である。U相領域100Uには、3つの半導体モジュール300Uが配置されている。3つの半導体モジュール300Uは互いに並列接続されて、U相の上下アーム回路9Uを構成している。同様に、V相領域100Vには、3つの半導体モジュール300Vが配置されている。3つの半導体モジュール300Vは互いに並列接続されて、V相の上下アーム回路9Vを構成している。W相領域100Wには、3つの半導体モジュール300Wが配置されている。3つの半導体モジュール300Wは互いに並列接続されて、W相の上下アーム回路9Wを構成している。
<Summary of the first embodiment>
FIG. 4 shows a reference example in which
このように、各相の上下アーム回路9(9U、9V、9W)を3並列の構成とすると、電流容量が大きくなる。よって、負荷であるモータジェネレータ3の大電流駆動が可能となる。参考例のインバータ6は、言うなれば出力範囲が広いタイプである。
In this way, when the upper and lower arm circuits 9 (9U, 9V, 9W) of each phase are arranged in three parallel configurations, the current capacity increases. Therefore, the
本実施形態では、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、2つの半導体モジュール300が配置されている。すなわち、各相の上下アーム回路9が2並列の構成となっている。2並列であるため、3並列よりも電流容量が小さくなり、通電電流能力が低くなる。よって、3並列よりも出力範囲が狭くなる。参考例ほどの大電流を必要としないモータジェネレータ3(負荷)に好適となる。
In this embodiment, two
そして、半導体モジュール300の並列数を減らした分、ダミーモジュール310で補っている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。これにより、参考例と同等の体格が維持される。この結果、積層方向(X方向)において積層体100の体格を変えずに、出力を調整できる電力変換装置4を提供することができる。積層体100の体格を変えずに、複数ラインナップを揃えることができる。積層体100の体格を変えないため、複数ラインナップにおいて、積層体100を構成する冷却器40、加圧部材50やバスバーなどの、積層体100の周辺部品を共通化することができる。これにより、複数ラインナップにおいて、部品点数を低減することができる。また、製造工程を簡素化することもできる。
The reduced number of
なお、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、2つの半導体モジュール300とひとつのダミーモジュール310が配置される例を示したが、これに限定されない。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつの半導体モジュール300と2つのダミーモジュール310が配置された構成としてもよい。各相の上下アーム回路9がひとつの直列回路11のみにより構成されるため、図2および図3に示した構成よりも電流容量が小さくなり、出力範囲がさらに狭くなる。本実施形態の電力変換装置4によれば、負荷側の要求に応じて並列数を調整しつつ、積層体100の体格を一定に維持することができる。
Although an example in which two
図5に示す変形例のように、相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、2つの半導体モジュール300の間に、ひとつのダミーモジュール310を配置してもよい。ダミーモジュール310が介在するため、並列接続すべき2つの半導体モジュール300が積層方向において離れる。これにより、配線インダクタンスが増加する。
As in the modification shown in FIG. 5, one
たとえば、出力端子303Sと出力端子台80とを電気的に接続する出力バスバー90の長さ、すなわち出力側の電流経路が長くなる。特に、出力端子303S間の経路が長くなり、出力端子303Sから接続点であるノードN1までの経路が長くなる。同様に、電源端子である正極端子303P、303Nとコンデンサモジュール70とを電気的に接続する電源バスバー91それぞれの長さも長くなる。図5では、便宜上、正極側の電源バスバー91のみを示している。特に、正極端子303P間の経路が長くなり、正極端子303Pから接続点であるノードN2までの経路が長くなる。図示しない負極側の電源バスバーについても同様である。このように、平滑コンデンサ5との間に形成される電流経路である主回路のインダクタンスが増加する。
For example, the length of the
本実施形態では、図2および図3に示したように、相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、2つの半導体モジュール300が隣り合って配置され、ダミーモジュール310が積層方向の端部に配置されている。半導体モジュール300の間にダミーモジュール310が介在しないため、図6に示すように、出力バスバー90の長さ、すなわち出力側の電流経路を短くすることができる。特に、出力端子303S間の経路、出力端子303SからノードN1までの経路を短くすることができる。同様に、電源バスバー91の長さ、すなわち主回路側の電流経路も短くすることができる。特に、正極端子303P間の経路、正極端子303PからノードN2までの経路を短くすることができる。図示しない負極側の電源バスバーについても同様である。以上により、並列接続によるインダクタンスの増加を抑制することができる。たとえば、出力電流の低下、スイッチングサージ(サージ電圧)の発生などを抑制することができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, in each of the
相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、3段のモジュール30が配置される例を示したが、これに限定されない。4以上の段数にしてもよい。たとえば、相領域100U、100V、100Wを4段配置とし、少なくとも1段を半導体モジュール300、残りの段をダミーモジュール310としてもよい。積層体100を構成するモジュール30の段数も9に限定されない。
Although an example in which three stages of
相領域100U、100V、100Wのそれぞれにおいて、支持部23側の端部にダミーモジュール310を配置する例を示したが、これに限定されない。加圧部材50側の端部に、ダミーモジュール310を配置してもよい。
Although an example in which the
(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、モジュール30が9段配置されて積層体100をなし、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに3段のモジュール30が配置される例を示した。これに代えて、相領域100U、100V、100Wのそれぞれに2段のモジュール30を配置してもよい。
(Second embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be used. In the preceding embodiment, an example in which nine
図7は、本実施形態の電力変換装置4において積層体100の周辺を示す図であり、図6に対応している。積層体100は、6段配置されたモジュール30と、熱交換部41とを交互に積層して構成されている。積層体100の相領域100U、100V、100Wには、それぞれ2段のモジュール30が配置されている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれには、ひとつの半導体モジュール300と、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。それ以外の構成は、先行実施形態の構成(たとえば図6参照)と同様である。
FIG. 7 is a diagram showing the periphery of the laminate 100 in the
<第2実施形態のまとめ>
相領域100U、100V、100Wのそれぞれに2つの半導体モジュール300を配置した場合、各相の上下アーム回路9は2並列となる。これに対し、本実施形態では、半導体モジュール300をひとつずつ減らして並列接続を解消した分、ダミーモジュール310で補っている。相領域100U、100V、100Wのそれぞれに、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。2並列に対して電流容量は小さくなる。
<Summary of Second Embodiment>
When two
これにより、2並列の場合と同等の体格が維持される。この結果、積層体100の体格を変えずに、出力を調整できる電力変換装置4を提供することができる。積層体100の体格を変えずに、複数ラインナップを揃えることができる。積層体100の体格を変えないため、複数ラインナップにおいて、積層体100を構成する冷却器40や積層体100の周辺部品を共通化することができる。
This maintains the same physique as in the case of two parallels. As a result, it is possible to provide the
(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、出力バスバー90の相互の位置関係について特に言及しなかった。これに代えて、各相の出力バスバー90を、所定の位置関係を満たすように配置してもよい。
(Third Embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be used. In the preceding embodiment, no particular reference was made to the mutual positional relationship of the
図8は、本実施形態の電力変換装置4において積層体100の周辺を示す図であり、図6に対応している。図8に示すように、出力端子台80は、出力バスバー90が接続される端子部81を有している。端子部81は、相ごとに設けられている。三相に対応する3つの端子部81は、所定の間隔を有して積層方向に並んでいる。
FIG. 8 is a diagram showing the periphery of the laminate 100 in the
図中の一点鎖線は、積層方向において、3つの端子部81の中心CLを示している。中心CLが積層方向中心に相当する。中心CLは、3つの端子部81の積層方向(X方向)における中心位置を通り、Y方向に平行な仮想線である。出力バスバー90は、中心CLに対して、線対称配置されている。図8に示す例では、中心CLが、6段配置された半導体モジュール300の積層方向の中心と略一致している。それ以外の構成は、先行実施形態の構成(たとえば図6参照)と同様である。
A dashed-dotted line in the drawing indicates the center CL of the three
<第3実施形態のまとめ>
本実施形態では、各相の出力バスバー90を、端子部81の中心CLに対して線対称となるように配置している。これにより、各相の出力バスバー90の配線長を互いにほぼ等しくし、三相でのインダクタンスばらつきを抑制することができる。したがって、三相での出力ばらつきを抑制することができる。たとえば、モータジェネレータ3に回転ムラが生じるのを抑制することができる。
<Summary of Third Embodiment>
In the present embodiment, the
相領域100U、100V、100Wに配置されるモジュール30の構成は、図8に示す例に限定されない。たとえば、第2実施形態に示した構成(図7参照)に適用してもよい。相領域100U、100V、100Wのそれぞれが2段配置であっても、上記した線対称配置を採用することで、三相でのインダクタンスばらつきを抑制することができる。
The configuration of the
(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、回路基板60と半導体モジュール300(信号端子304)の位置関係について特に言及しなかった。これに代えて、回路基板60と半導体モジュール300とを、所定の位置関係を満たすようにしてもよい。
(Fourth embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be used. In the preceding embodiment, no particular reference was made to the positional relationship between the
図9は、本実施形態の電力変換装置4において、積層体100を構成するモジュール30と回路基板60との位置関係を示す図である。図9では、便宜上、積層体100のうち、モジュール30のみを図示している。回路基板60は、複数の固定部61を有している。固定部61は、回路基板60におけるケース20に固定された部分である。回路基板60は、たとえばねじ締結によりケース20に固定されており、固定部61は締結部である。図6に示すように、積層体100の周囲に複数の固定部61が設けられている。一点鎖線は、積層体100において、任意の固定部61を直線的に結ぶ仮想線を示している。図9では、積層体と重なる仮想線のみを図示している。
FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the
積層体100は、先行実施形態(たとえば図6参照)同様、9段配置されたモジュール30を有している。図示を省略するが、相領域100U、100V、100Wのそれぞれには、2つの半導体モジュール300と、ひとつのダミーモジュール310が配置されている。Z方向からの平面視において、複数の仮想線が交差する交差点と重なるモジュール30は、半導体モジュール300とされている。図9では、2つのモジュール30が交差点上に設けられている。交差点上のモジュール30は、相領域100V側の半導体モジュール300Uと、相領域100W側の半導体モジュール300Vである。ダミーモジュール310は、交差点と重ならない位置に設けられている。それ以外の構成は、先行実施形態の構成と同様である。
The laminate 100 has
<第4実施形態のまとめ>
半導体モジュール300の信号端子304は、回路基板60に接続されている。信号端子304の接続点も、固定部61同様、回路基板60の固定点として機能する。ダミーモジュール310は、信号端子304を有していない。半導体モジュール300に代えてダミーモジュール310を配置すると、信号端子304と回路基板60との接続点が減少する。固定点間の距離が長くなると、回路基板60の一次共振の周波数が低くなり、外部から印加された振動によって回路基板60が振動しやすくなる。このため、振動に対する回路基板60の耐性が低下する虞がある。
<Summary of the fourth embodiment>
A
本実施形態では、固定部61間を結ぶ仮想線の交差点上に、半導体モジュール300を配置している。これにより、交差点と重なる位置またはその近傍に、信号端子304と回路基板60との接続点が形成される。複数の仮想線において、固定部61の間に信号端子304による接続点が配置される。これにより、回路基板60の固定点間の距離が短くなり、回路基板60が振動し難くなる。したがって、先行実施形態に記載の効果を奏しつつ、振動に対する回路基板60の耐性低下を抑制することができる。本実施形態に記載の構成は、先行実施形態に記載の構成のそれぞれとの組み合わせが可能である。
In this embodiment, the
(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、回路基板60の振動に対する耐性低下を抑制する配置を示した。積層体100の振動に対する耐性低下を抑制するように、モジュール30を所定の配置としてもよい。
(Fifth embodiment)
This embodiment is a modification based on the preceding embodiment, and the description of the preceding embodiment can be used. In the previous embodiment, the arrangement for suppressing deterioration of resistance to vibration of the
図10は、本実施形態の電力変換装置4において、積層体100の周辺を示す図である。図10では、図6に対して、支持部23および加圧部材50を追加している。支持部23は積層体100の一端を支持し、加圧部材50は弾性変形の反力により積層体100の他端を押圧する。このような挟持構造では、外部から振動が印加されると、加圧部材50(弾性部材51)が弾性変形するため、積層体100の両端付近において応力が高くなる。端部から離れるほど応力が低くなる。
FIG. 10 is a diagram showing the periphery of the laminate 100 in the
本実施形態では、積層体100を構成する9段配置のモジュール30において、積層方向端部に、半導体モジュール300を配置している。具体的には、支持部23側の端部と、加圧部材50側の端部の両方に、半導体モジュール300を配置している。モジュール30の両端を除く段に、ダミーモジュール310を配置している。図10では、相領域100Wにおいて、加圧部材50側から、ダミーモジュール310、半導体モジュール300W、半導体モジュール300Wの順に配置している。相領域100Wにおけるモジュール30の配置以外は、先行実施形態(図6参照)の構成と同様である。
In the present embodiment, the
<第5実施形態のまとめ>
上記したように、半導体モジュール300の主端子303は、バスバー90、91を介してコンデンサモジュール70や出力端子台80に接続されている。モジュール30の端部に半導体モジュール300を配置することで、外部振動印加時に応力が高くなる部分に、主端子303による固定点を設けることができる。固定点を設けることで、積層体100が振動し難くなる。したがって、ダミーモジュール310を配置しつつ、振動に対する積層体100の耐性低下を抑制することができる。特に図10に示す例では、モジュール30の両端を半導体モジュール300にするため、振動に対する積層体100の耐性低下を、より効果的に抑制することができる。
<Summary of the fifth embodiment>
As described above, the
モジュール30の両端を半導体モジュール300にする例を示したが、これに限定されない。先行実施形態(たとえば図2参照)に示したように、モジュール30の両端のひとつを半導体モジュール300とし、他のひとつをダミーモジュール310としてもよい。半導体モジュール300を配置した端部側に固定点を設けることができるため、両端をダミーモジュール310にする構成に較べて、振動に対する積層体100の耐性低下を抑制することができる。
Although an example in which
上記したように、冷却器40を構成する導入管42および排出管43は、固定部材44によりケース20に固定されている。すなわち、積層方向において支持部23側には、固定部材44により固定点が存在する。このため、加圧部材50側の端部のほうが、支持部23側の端部よりも応力が高くなる。端部の一方のみに半導体モジュール300を設ける場合、加圧部材50側の端部に設けるとよい。
As described above, the
本実施形態に記載の構成は、先行実施形態に記載の構成のそれぞれとの組み合わせが可能である。 The configurations described in this embodiment can be combined with each of the configurations described in the preceding embodiments.
(他の実施形態)
この明細書及び図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び/又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び/又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び/又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The disclosure in this specification, drawings, etc. is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure encompasses the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art. For example, the disclosure is not limited to the combinations of parts and/or elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure encompasses omitting parts and/or elements of the embodiments. The disclosure encompasses permutations or combinations of parts and/or elements between one embodiment and another. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. The disclosed technical scope is indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and range of equivalents to the description of the claims.
明細書及び図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書及び図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書及び図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification, drawings, etc. is not limited by the description in the claims. The disclosure in the specification, drawings, etc. encompasses the technical ideas described in the claims, and further extends to technical ideas that are more diverse and broader than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the specification, drawings, etc., without being bound by the scope of claims.
制御回路16及び駆動回路17は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)を含む。ハードウェアプロセッサは、下記(i)、(ii)、又は(iii)により提供することができる。
(i)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、プログラム及び/又はデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。 (i) a hardware processor may be a hardware logic circuit; In this case, the computer is provided by digital circuits containing a large number of programmed logic units (gate circuits). A digital circuit may include a memory that stores programs and/or data. Computers may be provided by analog circuits. Computers may be provided by a combination of digital and analog circuits.
(ii)ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、たとえばCPUと称される。メモリは、記憶媒体とも称される。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラム及び/又はデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。 (ii) the hardware processor may be at least one processor core executing a program stored in at least one memory; In this case, the computer is provided by at least one memory and at least one processor core. A processor core is called a CPU, for example. Memory is also referred to as storage medium. A memory is a non-transitory and tangible storage medium that non-temporarily stores "programs and/or data" readable by a processor.
(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、又は共通のチップの上に配置される。 (iii) The hardware processor may be a combination of (i) above and (ii) above. (i) and (ii) are located on different chips or on a common chip.
すなわち、制御回路16及び駆動回路17が提供する手段及び/又は機能は、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組み合わせにより提供することができる。
That is, the means and/or functions provided by
電力変換回路(インバータ6)を構成するスイッチング素子は、IGBT12、13に限定されない。たとえば、MOSFETを用いてもよい。
The switching elements forming the power conversion circuit (inverter 6) are not limited to the
ひとつの半導体モジュール300が、IGBT12を構成する半導体チップと、IGBT13を構成する半導体チップを備える例を示した。すなわち、ひとつの半導体モジュール300により、ひとつの直列回路11が形成される例を示した。しかしながら、この例に限定されない。ひとつの直列回路11を2つの半導体モジュール300にて構成してもよい。上アーム側のIGBT12を備える半導体モジュール300と、下アーム側のIGBT13を備える半導体モジュール300とをY方向に並べて配置し、共通する一対の熱交換部41により両側から挟む構造としてもよい。この場合、モジュール30は二列配置となる。
An example in which one
ひとつのモータジェネレータ3に対応する半導体モジュール300を積層体100に含む例を示したが、これに限定されない。たとえば2つのモータジェネレータに対応する半導体モジュール300を積層体100に含むようにしてもよい。
Although an example in which the
電力変換装置4は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するDC-DC変換回路である。コンバータは、直流電源2と平滑コンデンサ5との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した直列回路11を備えて構成される。この場合、積層体100は、コンバータの直列回路11を構成する半導体モジュール300と、インバータ6を構成する半導体モジュール300を含むことになる。
The
さらに電力変換装置4は、直流電源2からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源2とコンバータとの間に設けられる。
Furthermore, the
積層体100、コンデンサモジュール70、および出力端子台80の配置は、上記した例に限定されない。たとえばコンデンサモジュール70を、積層体100に対して回路基板60とは反対側に配置してもよい。
The arrangement of the laminate 100, the
加圧部材50側から、U相領域100U、V相領域100V、W相領域100Wの順とする例を示したが、相の順番はこれに限定されない。
An example in which the order of the
1…駆動システム、2…直流電源、3…モータジェネレータ、3a…巻線、4…電力変換装置、5…平滑コンデンサ、6…インバータ、7…Pライン、8…Nライン、9、9U、9V、9W…上下アーム回路、10…出力ライン、11…直列回路、12、13…IGBT、14、15…ダイオード、16…制御回路、17…駆動回路、20…ケース、21、22…貫通孔、23…支持部、30…モジュール、300、300U、300V、300W…半導体モジュール、301…半導体素子、302…封止樹脂体、303…主端子、303P…正極端子、303N…負極端子、303S…出力端子、304…信号端子、310…ダミーモジュール、40…冷却器、41…熱交換部、42…導入管、43…排出管、44…固定部材、50…加圧部材、51…弾性部材、52…支持部材、53…当接プレート、60…回路基板、61…固定部、70…コンデンサモジュール、80…出力端子台、81…端子部、90…出力バスバー、91…電源バスバー、100…積層体、100U…U相領域、100V…V相領域、100W…W相領域、N1、N2…ノード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Drive system, 2... DC power supply, 3... Motor generator, 3a... Winding, 4... Power converter, 5... Smoothing capacitor, 6... Inverter, 7... P line, 8... N line, 9, 9U, 9V , 9W... Upper and lower arm circuits, 10... Output line, 11... Series circuit, 12, 13... IGBT, 14, 15... Diode, 16... Control circuit, 17... Drive circuit, 20... Case, 21, 22... Through hole, 23 Supporting
Claims (4)
前記熱交換部の積層方向に並ぶ数である段数が所定の複数段とされ、隣り合う前記熱交換部によりそれぞれが両面側から挟まれた複数のモジュール(30)と、を備え、
所定段の前記モジュールは、半導体素子(301)をそれぞれ有し、複数相の上下アーム回路(9)を構成する複数の半導体モジュール(300)と、前記半導体素子を有しておらず、前記積層方向において前記半導体モジュールと並んで配置されたダミーモジュール(310)と、を含み、
前記熱交換部と所定段の前記モジュールとが前記積層方向において交互に配置されて、積層体(100)をなしており、
前記積層体は、前記上下アーム回路の相に対応し、互いに等しい段数の前記モジュールが配置されるように設定された複数の相領域(100U、100V、100W)を有し、
前記複数の相領域には、前記相領域に設定される段数よりも少ない段数であり、互いに等しい段数の前記半導体モジュールと、互いに等しい段数の前記ダミーモジュールと、がそれぞれ配置され、
前記複数の相領域のそれぞれにおいて、複数の前記半導体モジュールが配置されて互いに並列接続され、
前記半導体モジュールのそれぞれは、出力端子(303S)を含む主端子(303)を複数有し、
相ごとに設けられて前記積層方向に並んで配置された複数の端子部(81)を有する出力端子台(80)と、対応する相の前記半導体モジュールの前記出力端子と前記端子部とを電気的に接続するように相ごとに設けられた複数のバスバー(90)と、をさらに備え、
各相の前記バスバーは、複数の前記出力端子と電気的に接続されたノード(N1)を有し、単一の前記端子部に接続されており、
各相の前記バスバーは、複数の前記端子部の積層方向中心に対して、線対称配置されている電力変換装置。 a plurality of heat exchange parts (41) each provided with a flow path through which a refrigerant flows and arranged in layers with intervals therebetween;
A plurality of modules (30) each having a predetermined number of stages, which is the number of stages arranged in the stacking direction of the heat exchange parts, and sandwiched from both sides by the adjacent heat exchange parts,
The modules in a predetermined stage include a plurality of semiconductor modules (300) each having a semiconductor element (301) and constituting a multi-phase upper and lower arm circuit (9), and a plurality of semiconductor modules (300) which do not have the semiconductor element, and which are stacked in the stack. a dummy module (310) oriented side by side with the semiconductor module;
The heat exchanging parts and the modules at predetermined stages are alternately arranged in the stacking direction to form a stack (100),
The laminate has a plurality of phase regions (100U, 100V, 100W) that correspond to the phases of the upper and lower arm circuits and are set so that the modules of the same number of stages are arranged,
In the plurality of phase regions, the semiconductor modules having the same number of stages as the number of stages set in the phase areas and the dummy modules having the same number of stages are arranged, respectively ;
a plurality of the semiconductor modules are arranged and connected in parallel in each of the plurality of phase regions;
Each of the semiconductor modules has a plurality of main terminals (303) including an output terminal (303S),
an output terminal block (80) having a plurality of terminal portions (81) provided for each phase and arranged side by side in the stacking direction; a plurality of bus bars (90) provided for each phase so as to be connected in a symmetrical manner,
the bus bar of each phase has a node (N1) electrically connected to a plurality of the output terminals and is connected to the single terminal portion;
The power conversion device , wherein the bus bars of each phase are arranged line-symmetrically with respect to the center of the plurality of terminal portions in the stacking direction .
前記電力変換装置は、前記信号端子が接続される回路基板(60)と、前記回路基板および前記積層体を収容するケース(20)と、をさらに備え、
前記回路基板は、前記ケースに対する固定部(61)を複数有し、
任意の前記固定部を結ぶ仮想線同士の交差点であって、前記モジュールと重なる前記交差点上に、前記半導体モジュールが配置されている請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 The semiconductor module has a signal terminal (304),
The power conversion device further includes a circuit board (60) to which the signal terminals are connected, and a case (20) that houses the circuit board and the laminate,
The circuit board has a plurality of fixing portions (61) for the case,
3. The power converter according to claim 1 , wherein the semiconductor module is arranged on an intersection of imaginary lines connecting arbitrary fixed portions and overlapping with the module.
前記電力変換装置は、前記積層体の一端を支持する支持部(23)と、前記積層体の他端側を弾性変形の反力により押圧する加圧部材(50)と、をさらに備え、
所定段の前記モジュールにおいて、前記積層方向の端部の少なくとも一方には前記半導体モジュールが配置されている請求項1~3いずれか1項に記載の電力変換装置。 The semiconductor module has a plurality of main terminals (303),
The power conversion device further includes a support portion (23) that supports one end of the laminate, and a pressure member (50) that presses the other end of the laminate by a reaction force of elastic deformation,
The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor module is arranged at least one of the ends in the stacking direction of the modules in a predetermined stage.
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