KR20070116264A

KR20070116264A - 파워모듈

Info

Publication number: KR20070116264A
Application number: KR1020077024358A
Authority: KR
Inventors: 마코토 이마이; 마사하루 마츠이
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-12-07
Also published as: JP4581777B2; CN101147316A; WO2006101258A3; EP1861915B1; JP2006269780A; US7768149B2; CN101147316B; US20080136258A1; WO2006101258A2; EP1861915A2; KR100981335B1

Abstract

복수의 파워반도체디바이스(210)로 형성된 인버터 회로(151, 152)는 파워모듈(200)의 케이싱(280) 내에 저장된다. 상기 케이싱(280)의 일단부측(281)에 제공된 출력단자(220)는 한 인버터 회로(152)에 연결된다. 상기 케이싱(280)의 타단부측(282)에 제공된 출력단자(220)는 또다른 인버터 회로(152)에 연결된다. 버스바아(240)에 의해 반대쪽에 위치한 출력단자(220)와 전기 접속이 가능하도록 구성된 출력단자(230)가 각각의 일단부측(281)과 타단부측(282)에 더 제공된다. 버스바아(240)를 적절하게 배치함으로써, 두 인버터 회로(151, 152)로부터의 출력이 여하한의 일단부측(281) 및 타단부측(282)으로부터 제공될 수 있다. 전기 부하와의 위치 관계에 대한 회로 설계 시의 융통성과 배치를 위한 자유도의 개선을 가능하게 하는 출력단자의 구성이 실현될 수 있다.

Description

파워모듈{POWER MODULE}

본 발명은 파워모듈에 관한 것으로, 특히 케이싱(패키지) 내에 저장된 파워모듈에 관한 것이다.

하나의 패키지 내에 저장된 인버터 및 컨버터(파워반도체디바이스)와 같은 파워변환회로를 구성하는 반도체스위칭디바이스를 구비한 파워모듈이 채택된다. 이러한 파워모듈은 패키지 내에 통합된 방식으로 배치된 파워반도체디바이스를 구비하기 때문에, 다운-사이징 효과가 크다.

예를 들어, 일본특허공개공보 제2001-16870호에는 하나의 패키지에서 직류 파워를 교류 파워로 변환시키는 인버터회로의 모든 반도체스위칭디바이스를 구비한 파워모듈이 개시되어 있다. 이 파워모듈은 특히 하이브리드자동차 및 전기자동차와 같은 차량을 구동하기 위한 교류 모터의 전원으로서의 용도에 관한 것이다. 상기 공보에 개시된 파워모듈에 따르면, 차량 레이아웃에 대한 자유도가 증가될 수 있어, 와이어링에서 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장으로 야기되는 악영향이 인버터회로의 크기를 줄임으로써 억제될 수 있다.

적재 공간(저장능력)을 획득하면서도 승객의 편안함을 보장하기 위해서는, 차량 내의 각종 디바이스의 레이아웃의 제약이 더욱 엄격해진다. 그러므로, 상술된 하이브리드자동차 및 전기자동차 내의 전기 부하 뿐만 아니라, 교류 모터를 구동하기 위한 전원을 구성하는 파워모듈이 차량 내에 통합될 때에는 공간 및 배치 형태에 제한을 받기 쉽다.

이는 파워모듈의 출력단자와 교류 모터와 같은 전기 부하간의 위치 관계에 따라, 그들 간의 접속을 위한 버스바아와 와이어링의 배치 형태가 복잡해지고 및/또는 와이어링의 길이가 더욱 길어지는 문제점을 유발한다. 상기 관점에서, 파워모듈의 출력단자의 위치는 차량 레이아웃 제약에 따라 파워모듈과 전기 부하간의 위치 관계 및 배치 형태를 토대로 개별적으로 설계되어야만 한다.

이러한 개별적인 전용 디자인의 요건은 예컨대 파워모듈이 장착되어야 하는 각 유형의 차량에 대한 디자인을 수정할 필요성을 초래할 것이다. 구성요소들이 공유될 수 없기 때문에 제작 비용을 낮추기가 어려울 것이다. 다시 말해, 배치 형태의 레이아웃의 엄격한 제약을 갖는 파워모듈에 있어서, 디바이스의 크기의 감소 이외에 파워가 출력되는 출력단자의 구성에 대해서도 전반적으로 레이아웃으로부터의 자유도를 증가시킬 필요가 있다. 하지만, 상술된 공보는 이러한 문제점에 관하여 전혀 언급하고 있지 않으며, 어떠한 대책이나 제안도 제공하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 전기 부하와의 위치 관계에 대한 회로 디자인의 융통성 및 배치 형태에 대한 자유도의 증가를 가능하게 하는 출력단자의 구성을 갖는 파워모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 파워모듈은 케이싱 내에 저장되고, 파워변환회로 및 복수의 출력단자를 포함한다. 상기 파워변환회로는 전력원으로부터 공급되는 공급 파워를 전기 부하로 공급될 공급 파워로 변환시킨다. 상기 복수의 출력단자는 케이싱 외부로부터 전기적으로 접촉가능하게 형성된다. 상기 파워변환회로는, 상기 공급 파워를 상기 전기 부하로 출력하기 위한 1이상의 출력단을 포함한다. 상기 복수의 출력 단자는, 상기 1이상의 출력단에 연결된 제1출력단자 및 각각의 상기 출력단에 직접 연결되지 않은 제2출력단자를 포함한다. 상기 제1 및 제2출력단자는 상기 케이싱의 주위의 돌출 프로파일 내에 배치된 버스바아에 의해 전기적으로 접속가능하게 배치된다.

상술된 파워모듈에 따르면, 상기 파워변환회로의 출력단에 각각 연결된 제1출력단자 이외에도, 상기 버스바아에 의해 제1출력단자에 전기적으로 접속가능하게 배치된 제2출력단자가 제공된다. 필요에 따라 버스바아를 배치함으로써, 제2출력단자를 이용하여 전기 부하에 파워가 공급될 수 있다. 상기 파워변환회로의 출력단보다 개수가 더 많은 복수의 출력 단자가 일 측으로부터 전기 부하로 접속가능하므로, 접속가능한 전기 부하를 배치하는 영역이 기다란 버스바아 또는 와이어링을 케이싱 외부에 제공하지 않고도 증가될 수 있다. 따라서, 상기 출력단자들의 배치 형태에 관한 디자인 융통성 및 파워모듈을 배치하기 위한 자유도가 개선될 수 있게 된다.

본 발명의 파워모듈에 있어서, 버스바아는 케이싱의 일단부측 및 타단부측에 각각 위치한 상기 제1출력단자와 상기 제2출력단자간에 전기 접속을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

상술된 전기 접속에 의하면, 파워변환회로의 동일한 출력단에 대해 상기 케이싱의 양 쪽으로부터 접촉이 가능하게 된다. 따라서, 파워모듈을 배치하기 위한 자유도 및 출력단자의 배치 형태에 관한 디자인 융통성이 더욱 개선될 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 파워모듈에 있어서, 제1출력단자 또는 상기 제1 및 제2출력단자 각각은 와이어 본딩에 의해 상기 파워변환회로의 출력단과 연결이 가능하도록 구성된다.

이에 따라, 파워모듈의 출력단자와 파워변환회로의 출력단간의 간단한 구성에 의해 전기 접속이 이루어질 수 있다. 특히, 와이어 본딩에 의해 제1 및 제2출력단자 각각의 전기 접속을 가능하게 함으로써, 상이한 파워변환회로가 동일한 출력단자의 배치 형태에 의해 수용될 수 있다. 따라서, 출력단자의 배치 형태에 관한 디자인 융통성이 더욱 개선될 수 있다.

대안적으로, 본 발명의 파워모듈에서는, 파워변환회로가 1이상의 파워반도체디바이스를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 파워모듈은 또한 상기 파워반도체디바이스 및 상기 출력단을 커버하도록 배치된 절연체를 더 포함한다. 상기 버스바아는 상기 절연체의 외측면에 배치된다.

상술된 파워모듈에 따르면, 파워변환회로를 덮힌 상태로 구성하는 출력단 및 파워반도체디바이스에 의해 버스바아의 제공 및 파워모듈의 부착이 수행될 수 있다. 따라서, 절연이 보장되어 손상이 방지될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 파워모듈이 케이싱에 저장되고, 파워변환회로 및 복수의 출력단자를 포함한다. 상기 파워변환회로는 전력원으로부터 공급되는 공급 파워를 전기 부하로 공급될 공급 파워로 변환시킨다. 복수의 출력단자는 상기 케이싱 외부로부터 전기적으로 접촉가능하게 구성된다. 상기 파워변환회로는 상기 공급 파워를 상기 전기 부하로 출력하기 위한 복수의 출력단을 포함한다. 복수의 출력단자는 케이싱의 일단부측에 위치한 제1출력단자그룹, 및 상기 케이싱의 타단부측에 위치한 제2출력단자그룹으로 분할되어 배치된다. 상기 제1 및 제2출력단자그룹 중 하나 이상은 상기 파워변환회로의 상기 복수의 출력단에 전기적으로 접속된다.

상술된 파워모듈에 따르면, 상기 케이싱의 일단부측에 배치된 제1출력단자그룹 및 케이싱의 타단부측에 배치된 제2출력단자그룹 중 여하한의 것에 의해 파워변환회로의 복수의 출력단들로부터 공급 파워가 출력될 수 있다. 그러므로, 접속가능한 전기 부하를 배치하는 영역이 긴 버스바아 및/또는 와이어링을 케이싱 외부에 제공하지 않고도 증가될 수 있다. 다시 말해, 파워모듈을 배치하기 위한 자유도와 출력단자의 배치 형태에 관한 디자인 융통성이 개선될 수 있다.

본 발명의 파워모듈에 있어서, 상기 제1 및 제2출력단자그룹은 상기 케이싱의 주위의 돌출 프로파일 내에 배치된 버스바아에 의해 서로 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.

상기 버스바아에는 상술된 파워모듈에서의 최단 거리가 제공될 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 파워모듈은 차량구동원으로서의 기능을 하는 교류모터를 포함하는 차량에 탑재되고, 상기 파워변환회로는 상기 전기 부하로서의 기능을 하는 상기 교류모터를 구동하기 위해 상기 전력원으로서의 기능을 하는 2차전지로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터를 포함하는 것이 바람직하다.

차량의 원동력원으로서 교류 모터를 포함하는 하이브리드자동차 또는 전기자동차와 같은 차량에 통합된 상술된 파워모듈에 의하면, 교류 모터에 파워를 공급하기 위한 인버터를 포함하는 파워모듈에 대하여, 배치 형태에 대한 자유도 및 출력단자의 배치 형태에 관한 디자인 융통성이 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 파워모듈이 탑재된 장치를 예시화하는 하이브리드자동차의 구성의 개략적인 블럭도;

도 2는 도 1에 도시된 PCU(Power Control Unit)의 전기회로도;

도 3은 스위칭디바이스를 포함하는 도 2의 파워모듈의 평면도;

도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 파워모듈의 단면도;

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 파워모듈의 구성의 제1 및 제2예시의 평면도;

도 7은 종래의 출력단자의 구성을 갖는 파워모듈과 전기 부하(모터제너레이터)간의 접속을 기술하기 위한 도면;

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈과 전기 부하(모터제너레이터)간의 접속을 기술하기 위한 도면; 및

도 9는 차량에 탑재된 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈의 일 예시의 개 략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소들은 동일한 도면 부호가 할당되며, 그 상세한 설명을 반복하지는 않기로 한다.

도 1은 본 발명의 파워모듈이 탑재된 장치로서 예시화된 하이브리드자동차의 구성의 개략적인 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 하이브리드자동차(100)는 배터리(10), PCU(파워제어유닛)(20), 파워출력장치(30), DG(차동기어)(40), 전륜(50L, 50R), 후륜(60L, 60R), 앞좌석(70L, 70R) 및 뒷좌석(80)을 포함한다.

"전력원"으로서 식별되는 배터리(10)는 예컨대 니켈-수소 또는 리튬-이온 2차전지로 형성된다. 배터리(10)는 PCU(20)에 직류 전압을 공급하며, PCU(20)로부터 직류 전압에 의해 충전된다. 배터리(10)는 예컨대 뒷좌석(80)의 후방측에 배치된다.

파워출력장치(30)는 대시보드(90)의 전방측에 위치한 엔진룸(95)에 배치된다. PCU(20)는 파워출력장치(30)에서 모터제너레이터(MG1, MG2)에 전기적으로 접속된다. 파워출력장치(30)는 DG(40)에 결합된다.

PCU(20)는 배터리(10)로부터 직류 전압을 상승시키고, 상승된 직류 전압을 교류 전압으로 변환시켜, 파워출력장치(30)에서 모터제너레이터(MG1, MG2)를 구동 및 제어하게 된다. 다시 말해, PCU(20)는 배터리(10)로부터의 직류 전력을 교류 전 력으로 변환시켜, 모터제너레이터(MG1, MG2)를 구동하게 된다. PCU(20)는 모터제너레이터(MG1, MG2)에 의해 발생되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리(10)를 충전하게 된다.

파워출력장치(30)는 엔진 및/또는 모터제너레이터(MG1, MG2)에 의한 원동력을 DG(40)를 통해 전륜(50L, 50R)으로 전달하여 이를 구동시키게 된다. 파워출력장치(30)는 또한 전륜(50L, 50R)을 통해 모터제너레이터(MG1, MG2)의 회전에 의한 파워를 발생시켜, 상기 발생된 파워를 PCU(20)에 제공하게 된다. 다시 말해, 모터제너레이터(MG1, MG2)는 차량의 원동력원으로서의 기능을 하는 "교류 모터"의 역할을 담당한다.

DG(40)는 파워를 파워출력장치(30)로부터 전륜(50L, 50R)으로 전달하고, 전륜(50L, 50R)의 회전력을 파워출력장치(30)에 전달한다.

도 2는 도 1의 PCU(20)의 전기회로도이다.

도 2를 참조하면, PCU(20)는 모터제너레이터(MG1, MG2) 각각에 대응하는 인버터회로(151, 152)를 포함한다.

U상아암(153), V상아암(154) 및 W상아암(155)이 인버터회로(151)를 구성한다. U상아암(153), V상아암(154) 및 W상아암(155)은 전원선(101)과 접지선(102) 사이에 병렬로 접속된다.

전원선(101)은 입력을 위한 PCU 단자(201)를 통해 배터리(10)의 양전극에 전기적으로 접속된다. 접지선(102)은 입력을 위한 PCU 단자(202)를 통해 배터리(10)의 음전극에 전기적으로 접속된다. 상술된 바와 같이, 전원선(101) 및 접지선(102) 상으로의 출력을 위하여, 배터리(10)로부터 PCU 단자(201, 202)로 인가되는 직류 전압을 상승 또는 감소하기 위해 컨버터회로가 PCU(20)에 배치되는 구성이 취해질 수도 있다.

U상아암(153)은 직렬 연결된 파워용 반도체스위칭디바이스(이하, 간단히 스위칭디바이스라고 함)(Q1, Q2)로 형성된다. V상아암(154)은 직렬 연결된 스위칭디바이스(Q3, Q4)로 형성된다. W상아암(155)은 직렬 연결된 스위칭디바이스(Q5, Q6)로 형성된다. 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류를 도통하는 다이오드(D1~D6)는 스위칭디바이스(Q1~Q6)의 콜렉터 및 이미터를 가로질러 접속된다. 스위칭디바이스(Q1~Q6)는 도시되지 않은 제어장치로부터의 게이트 신호에 응답하여 턴 온/오프, 즉 스위칭 제어된다. 본 실시예의 스위칭디바이스로는, 예컨대 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 채택된다.

각각의 상아암(153~155)의 중간점은 모터제너레이터(MG1)를 구동하기 위한 U상전압, V상전압 및 W상전압이 출력되는 출력단(161~163)에 각각 대응한다. 출력단(161~163)은 모터제너레이터(MG1)의 U상코일(170U), V상코일(170B) 및 W상코일(170W)에 각각 전기적으로 접속된다. 모터제너레이터(MG1)는 중립점(N1)에 공통으로 연결된 U상코일(170U), V상코일(170V) 및 W상코일(170W)로 형성된 3상영구자석모터이다.

인버터회로(152)는 인버터회로(151)와 유사한 구성을 가진다. 인버터회로(152)의 각각의 상아암의 중간점은 모터제너레이터(MG2)를 구동하기 위한 U상전압, V상전압 및 W상전압이 출력되는 각각의 출력단(171~173)에 대응한다. 출력 단(171~173)은 출력을 위한 PCU 단자(221~223)를 통해 모터제너레이터(MG2)의 U상코일(180U), V상코일(180V) 및 W상코일(180W)에 각각 전기적으로 접속된다. 모터제너레이터(MG2)는 모터제너레이터(MG1)와 마찬가지로, 중립점(N2)에 공통으로 연결된 U상코일(180U), V상코일(180V) 및 W상코일(180W)로 형성된 3상영구자석모터이다.

도 3은 인버터회로(151, 152)를 구성하는 스위칭디바이스가 완전히 저장되는 파워모듈(200)의 평면도이다.

도 3을 참조하면, 인버터회로(151, 152)를 구성하는 복수의 파워반도체디바이스(210)가 파워모듈(200)의 케이싱(280)에 형성된다. 파워반도체디바이스(210)는 일반적으로 각각의 인버터회로(151, 152)를 구성하는 다이오드(D1~D6) 및 스위칭디바이스(Q1~Q6)를 나타낸다.

복수의 출력단자(220, 230)는 절연체로 형성된 케이싱(280)의 일단부측(281)과 타단부측(282)에 각각 정렬된다. 각각의 출력단자는 도체(통상적으로, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속)로 형성되며, 파워모듈(200) 외부로부터 전기적으로 접촉가능하다.

출력단자(220)는 파워반도체디바이스(210)의 전극과의 전기 접속을 가능하게 하는 구성을 가진다. 출력단자(230)는 파워반도체디바이스(210)의 전극과 직접 접속가능하지 않지만, 출력단자(230)가 케이싱(280) 외부로부터 전기적으로 접속될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일단부측(281)에 배치된 출력단자(220)는 인버터회로(151)의 출력단(161~163)(도 2) 각각에 전기적으로 접속되는 반면, 타단부 측(282)에 배치된 출력단자(220)는 인버터회로(152)의 출력단(171~173)(도 2) 각각에 전기적으로 접속된다.

또한, 필요에 따라서는, 케이싱(280)의 상부 영역에 배치된 버스바아(240), 즉 소정의 방향에서 본(도 3의 상단면) 케이싱(280)의 주위의 돌출 프로파일에 배치된 버스바아(240)에 의해, 일단부측(281)에 위치한 출력단자(230)와 타단부측(282)에 위치한 출력단자(220) 사이에 전기 접속이 이루어질 수 있다. 따라서, 일단부측(281)에 정렬된 출력단자(230)는 인버터회로(152)의 출력단(171~173)에 전기적으로 접속될 수 있다. 다시 말해, 인버터회로(152)의 출력 파워는 일단부측(281)에 위치한 출력단자로부터 출력될 수 있다.

도 3에 예시되지는 않았지만, 버스바아(240)에 의하여 일단부측(282)에 위치한 출력단자(230)와 일단부측(281)에 위치한 출력단자(220)간에 전기 접속이 이루어질 수 있다. 이러한 버스바아(240)을 제공하면, 타단부측(282)에 정렬된 출력단자(230)를 인버터회로(151)의 출력단자(161~163)에 전기적으로 접속시킬 수 있다. 다시 말해, 인버터회로(151)의 출력 파워는 타단부측(282)에 위치한 출력단자로부터 출력될 수 있다.

따라서, 필요에 따라 버스바아(240)를 제공함으로써, 본 실시예의 파워모듈에서는, 여하한의 일단부측(281)과 타단부측(282)으로부터의 인버터회로(151, 152) 양자 모두로부터 파워가 출력될 수 있다.

버스바아(240)가 배치되는 영역 아래에는, 파워반도체디바이스(250) 및 출력단(도시안됨)을 커버하기 위하여 절연체(250)가 배치된다.

도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 도 4의 단면도를 참조하면, 방사판(260) 상에 형성된 절연기판(270) 상에 파워반도체디바이스(210)가 놓여진다. 파워반도체디바이스(210)의 전극은 절연기판(270) 상에 와이어링 패턴(도시안됨)과 적절하게 연결되어, 도 2에 도시된 인버터회로(151, 152)의 전기회로의 구성이 실현되게 된다. 절연기판(270) 상의 출력단(161~163, 171~173)에 대응하는 노드들은 본딩 와이어(255)에 의해 도체판(220#)에 연결된다. 상술된 노드들과 도체판(220#)간의 연결은 와이어 본딩으로 국한되지 아니하며, 와이어 본딩 이외의 방식으로 출력단과 도체판간에 전기 접속이 이루어질 수 있다.

도체판(220#)은 볼트(225)에 의하여 케이싱(280)의 외측프레임 상에 제공되는 너트(230#)에 체결된다. 이에 따라, 도체판(220#)은 인버터회로(151, 152)로부터의 출력을 제공하는 출력단자(220)(도 3)로서의 기능을 한다.

출력단(161~163, 171~173)과 와이어-본딩되는 도체판(220#)과 연결되지 않게 설정된 너트(230#)는 도 3의 출력단자(230)를 구성한다.

버스바아(240)는 볼트(225)에 의하여 출력단자(220)와 체결되고, 또한 볼트(235)에 의하여 너트(230#)와 체결된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 버스바아(240)에 의해 출력단자들(220, 230)간에 전기 접속이 이루어진다.

절연체(250)는 파워모듈(200)의 표면에 위치한 파워반도체디바이스(210), 절연기판(270) 상의 와이어링 패턴, 본딩 와이어(255) 등을 밀봉하도록 예컨대 젤형 재료로 형성되어, 절연을 보장하면서 손상을 막게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 버스바아(240-1~240-3)에 의하여 타단부측(282)에 서, 케이싱(280)의 일단부측(281)에 제공된 출력단자들(230a, 230b, 230c)을 출력단자(220x, 220y, 220z)에 각각 전기적으로 접속함으로써, 케이싱(280)의 어느 측으로부터의 인버터회로(251, 252) 양자 모두로부터 출력이 제공될 수 있다. 다시 말해, 모터제너레이터(MG1, MG2)가 케이싱(280)의 일단부측(281)에 모두 배치되는 경우에도, 와이어링의 길이를 증가시키지 않으면서, 전기 부하로서 식별되는 모터제너레이터(MG1, MG2)와 파워모듈(200)간에 전기 접속이 이루어질 수 있다.

또한, 두 모터제너레이터(MG1, MG2)가 케이싱(280)의 타단부측(282)에 배치되면, 와이어링의 길이를 증가시키지 않으면서, 전기 부하로서 식별되는 모터제너레이터(MG1, MG2)와 파워모듈(200)간에 전기 접속이 이루어질 수 있다. 이러한 구성은 버스바아(240-1~240-3)에 의하여 일단부측(281)에 위치한 출력단자들(220a, 220b, 220c)에 케이싱(280)의 타단부측(282)에 위치한 출력단자(230x, 230y, 230z)를 각각 전기적으로 접속함으로써 실현될 수도 있다.

본 발명의 파워모듈(200)에 따르면, 케이싱(280)의 상부 영역에서의 버스바아(240)의 적절한 배치 형태가 파워모듈(200)의 어느 측으로부터 전기 부하로서 식별된 모터제너레이터(MG1, MG2)에 파워를 공급하도록 한다. 다시 말해, 파워모듈(200)의 출력단자의 디자인은 전기 부하(모터제너레이터(MG1, MG2))와의 포지셔닝 관계에 관계없이 공통으로 공유될 수 있다. 따라서, 파워모듈(200)의 디자인 융통성 뿐만 아니라 그 레이아웃에 대한 자유도가 개선될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈에 있어서, 각각의 출력단자는 도 6에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩에 의해 내부파워반도체디바이스(210)에 연결가능한 출력단자(220)로서 제공될 수 있다. 이러한 경우에 도체판(220#)은 각각의 출력단자에 대응하여 배치되지만, 각각의 출력단자와 파워모듈의 회로소자들간의 접속 관계에 대한 자유도가 개선된다.

따라서, 인버터회로(151, 152) 이외의 파워변환회로가 파워모듈(200) 상에 탑재되는 경우에도, 출력단자(220)와 케이싱(280)의 디자인의 공통 사용을 허용할 가능성이 있다. 다시 말해, 도 6의 파워모듈(200#)은, 파워모듈(200#)에 통합된 파워변환회로가 상이한 경우에도, 복수의 출력단자(220)가 배치되는 케이싱(280)의 디자인을 공통으로 사용되도록 한다. 따라서, 파워모듈의 회로 디자인의 융통성이 더욱 개선될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈을 배치하기 위한 높은 자유도를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 종래의 출력단자 구성을 갖는 파워모듈의 일측에 위치한 모터제너레이터(MG1, MG2)에 파워를 공급하기 위한 와이어링 구성을 나타낸다.

도 7의 종래의 파워모듈(200P)에서는, 모터제너레이터(MG1)에 대응하는 출력단에 연결된 출력단자(220)가 케이싱(280)의 일단부측(281)에 배치되는 반면, 모터제너레이터(MG2)에 대응하는 출력단에 연결된 출력단자(220)는 케이싱(280)의 타단부측(282)에 배치된다.

일측에서 모터제너레이터(MG1, MG2)와 PCU(20)간의 접속을 수립하도록 지향하는 출력용 PCU 단자(211~213, 221~223)를 배치하기 위하여, PCU(20)의 PCU 단자(211~213, 221~223)와 파워모듈(200)의 출력단자(220)간의 접속을 위한 버스바아 또는 비교적 긴 와이어링이 파워모듈(200) 외부에 배치되어야 한다.

이와는 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈(200)은, 상술된 바와 같이, 버스바아(240)의 적절한 배치 형태와 출력단자(220, 230)의 배치 형태에 의하여, 모터제너레이터(MG1, MG2) 양자 모두의 출력이 PCU(20)의 어느 측으로부터 제공되기 쉽도록 할 수 있다.

예컨대, 도 8a에 도시된 구성에 따르면, 버스바아(240)의 배치 형태는 파워모듈(200)의 일단부측(281)에 위치한 출력단자(220, 230)로부터의 출력이 도 8a의 도면에서 파워모듈(200)(PCU(20))의 우측에 위치한 모터제너레이터(MG1, MG2)로 제공되도록 한다.

또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 버스바아(240)의 배치 형태를 수정함으로써, 파워모듈(200)의 타단부측(282)에 위치한 출력단자(220, 230)로부터의 출력이 도면에서 파워모듈(200)(PCU(20))의 좌측에 위치한 모터제너레이터(MG1, MG2)에 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시에에 따른 파워모듈(200)에서는, 출력용 PCU 단자(211~213, 221~223)가 파워모듈(200) 외부의 버스바아 또는 긴 와이어링을 제공하지 않고도, 모터제너레이터(MG1, MG2)의 배치된 위치에 대응하여 제공될 수 있다.

도 9는 차량에 탑재된 본 실시예의 파워모듈의 일 예시를 보여준다.

도 9를 참조하면, 파워모듈(200)은 PCU(20)(도 1)의 구성요소로서 엔진룸(95)에 배치된다. 여기서는, 모터제너레이터(MG1, MG2) 양자 모두가 차량의 전진 방향으로 볼 때, 엔진룸(95)의 후방측에 위치한 것으로 가정한다.

그러므로, 모터제너레이터(MG1, MG2)를 향하는 출력단자(211~213, 221~223)는 도면 상의 상부측에 위치하여야 한다.

엔진과 또다른 장치간의 레이아웃 제약을 반영하면, 자동차 타입에 따라 위치(96) 또는 위치(97)에서의 장착이 요구될 수도 있다. 다시 말해, 동일한 구성의 파워모듈(200)을 포함하여 형성된 PCU(20)가 자동차 타입에 따라 여하한의 위치(96) 및 위치(97)에 장착되어야 하는 경우가 있을 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 파워모듈(200)에 의하면, PCU(20)(파워모듈(200))는 도 8b에 도시된 바와 같이 버스바아(240)의 배치 형태를 통해 위치(96)에 배치될 수 있다. PCU(20)(파워모듈(200))가 위치(97)에 배치되어야 하는 경우, 도 8a에 도시된 버스바아(240)의 배치 형태가 적절하다. 다시 말해, 모터제너레이터(MG1, MG2)를 향하는 출력단자들은, 공통 디자인의 파워모듈(200)이 채택되는 경우에도, 파워모듈(200) 외부의 버스바아의 배치 형태를 복잡하게 만들지 않으면서, PCU(20)의 어느 측에도 제공될 수 있다. 구체적으로는, 버스바아(240)의 배치 방식을 수정함으로써, 파워모듈(200)을 포함하여 형성된 PCU(20)는 두 위치(96, 97)에 탑재될 수 있다. 이에 따라, 파워모듈(200)(PCU(20))의 융통성 및 배치 형태에 대한 자유도가 개선될 수 있다. 이는 공통 디자인을 갖는 파워모듈(200)이 적용될 수 있는 자동차 타입의 범위를 증가시켜, 구성요소들의 공통 사용으로 인한 비용 감소의 장점을 가능하게 한다.

지금까지, 3상 모터인 모터제너레이터(MG1, MG2)가 본 발명의 파워모듈의 전 기 부하로서 식별되는 교류 모터의 통상적인 예시들로 취해지는 본 발명의 실시예를 설명하였다. 본 발명의 적용예는 이러한 경우로 국한되지 아니하며, 본 발명은 전기 부하의 형태에 의존하지 않고도 임의의 전기 부하로서 채택된 파워모듈에도 적용가능하다. 본 발명의 파워모듈은 본 실시예에 설명된 하이브리드자동차에 대한 탑재 적용예로 국한되지 아니하며, 다양한 타입의 자동차, 시스템, 장치 등에 대한 탑재에 채택될 수도 있다.

지금까지 본 발명을 상세히 기술 및 예시하였으나, 본 발명은 단지 예시의 방법을 통해 기술한 하나의 예시로서 이것으로 제한되는 것은 결코 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다는 점은 자명하다.

Claims

케이싱(280)에 저장된 파워모듈(200)에 있어서,

전력원으로부터 공급되는 공급 파워를 전기 부하로 공급될 공급 파워로 변환시키는 파워변환회로(151, 152), 및

상기 케이싱 외부로부터 전기적으로 접촉가능한 복수의 출력 단자(220, 230)를 포함하여 이루어지고,

상기 파워변환회로는 상기 공급 파워를 상기 전기 부하로 출력하기 위한 1이상의 출력단(161~163, 171~173)을 포함하며,

상기 복수의 출력 단자는,

상기 1이상의 출력단에 연결된 제1출력단자(230), 및

각각의 상기 출력단에 직접 연결되지 않은 제2출력단자(220)를 포함하고,

상기 제1 및 제2출력단자는 상기 케이싱의 주위의 돌출 프로파일 내에 배치된 버스바아(240)에 의해 전기적으로 접속가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제1항에 있어서,

상기 버스바아는, 상기 케이싱의 일단부측 및 타단부측(281, 282)에 각각 위치한 상기 제1출력단자와 상기 제2출력단자(220, 230)간에 전기 접속을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제1항에 있어서,

상기 제1출력단자는 와이어 본딩에 의해 상기 파워변환회로(151, 152)의 출력단(161~163, 171~173)과 연결이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2출력단자(220, 230)는 각각 와이어 본딩에 의해 상기 파워변환회로의 출력단자(161~163, 171~173)와 연결이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제1항에 있어서,

상기 파워변환회로(151, 152)는 1이상의 파워반도체디바이스(210)를 포함하고,

상기 파워모듈은 상기 파워반도체디바이스 및 상기 출력단을 커버하도록 배치된 절연체(250)를 더 포함하여 이루어지며,

상기 버스바아(240)는 상기 절연체의 외측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
케이싱(280)에 저장된 파워모듈(200)에 있어서,

전력원으로부터 공급되는 공급 파워를 전기 부하로 공급될 공급 파워로 변환시키는 파워변환회로(151, 152), 및

상기 케이싱 외부로부터 전기적으로 접촉가능한 복수의 출력 단자(220, 230)를 포함하여 이루어지고,

상기 파워변환회로(151, 152)는 상기 공급 파워를 상기 전기 부하로 출력하기 위한 복수의 출력단(161~163, 171~173)을 포함하며,

상기 복수의 출력 단자는 상기 케이싱의 일단부측(281)에 위치한 제1출력단자그룹(220a~220c, 230a~230c), 및 상기 케이싱의 타단부측(282)에 위치한 제2출력단자그룹(220x~220z, 230x~230z)으로 분할되어 배치되고,

상기 제1 및 제2출력단자그룹 중 하나 이상은 상기 파워변환회로의 상기 복수의 출력단(161~163, 171~173)에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2출력단자그룹은 상기 케이싱의 주위의 돌출 프로파일 내에 배치된 버스바아(240)에 의해 서로 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 파워모듈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 파워모듈은 차량구동원으로서의 기능을 하는 교류모터(MG1, MG2)를 포 함하는 차량(100)에 탑재되고,

상기 파워변환회로는, 상기 전기 부하로서의 기능을 하는 상기 교류모터를 구동하기 위해 상기 전력원으로서의 기능을 하는 2차전지(10)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터(151, 152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워모듈.