KR20190072912A - Inverter structure for vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention provides an inverter structure for a vehicle which increases durability of a power module and prevents damage. The inverter structure for a vehicle comprises: a capacitor receiving direct current (DC) current from a high voltage battery; a power module having an input P terminal, an input N terminal, and an alternating current (AC) output terminal, and elastically connected with the capacitor to convert and output the DC current transferred from the capacitor into AC current; and a plurality of DC bus bars located between the capacitor and the power module and individually connected to the input P terminal and the input N terminal of the power module to allow the current to flow in different directions from each other, thereby reducing stray inductance.

Description

차량의 인버터 구조 {INVERTER STRUCTURE FOR VEHICLE}[0001] INVERTER STRUCTURE FOR VEHICLE [0002]

본 발명은 고전압배터리로부터 DC전류를 공급받아 평활한 후 캐패시터에 전달하고, 캐패시터에서는 DC전류를 3상의 AC전류로 상변환하는 인버터구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파워모듈과 캐패시터의 체결 시 파워모듈과 캐패시터 사이에서 전자기유도에 의해 발생되는 스트레이 인덕턴스를 저감할 수 있는 차량의 인버터 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter structure that receives a DC current from a high voltage battery and smooths it and transfers the smoothed capacitor to a capacitor, and a capacitor converts a DC current into an AC current of three phases. More particularly, To an inverter structure of a vehicle capable of reducing a stray inductance generated by electromagnetic induction between a module and a capacitor.

하이브리드 차량이나 전기자동차 등과 같이 전기모터를 구동원으로 이용하는 친환경 차량은 보통 전기모터를 구동하기 위한 에너지원으로 고전압배터리 등을 사용하며, 전력변환부품으로 모터에 전원을 제공하는 인버터와 차량용 12V 전원을 발생하기 위한 LDC(Low DC-DC Converter)를 사용한다. 여기서, 인버터는 전기모터와 고전압배터리 사이에서 고전압배터리의 직류전원을 3상 교류전원으로 변환시켜 구동모터 측으로 제공하도록 마련된 것이다.Eco-friendly vehicles, such as hybrid vehicles and electric vehicles, use an electric motor as a driving source. Generally, a high-voltage battery is used as an energy source for driving an electric motor. LDC (Low DC-DC Converter) is used. Here, the inverter is provided so as to convert the DC power of the high-voltage battery into the three-phase AC power between the electric motor and the high-voltage battery and supply the DC power to the drive motor side.

종래의 전기자동차는 단거리 및 시내 주행을 주목적으로 100kW 정도의 상대적으로 낮은 출력의 모델들이 주류를 이루었다. 즉, 고출력이 요구되지 않았기 때문에 전기자동차의 동력원인 모터는 보통 전륜에 1개가 사용되었고, 이에 따라 모터에 전류를 공급하는 인버터 또한 비교적 좁은 영역의 출력을 대응하도록 마련되었다.Conventional electric automobiles are predominantly driven by relatively low output models of about 100 kW for short-distance and city driving. That is, since a high output is not required, one motor, which is a power source of the electric vehicle, is normally used for the front wheel, and accordingly, the inverter that supplies current to the motor is also designed to cope with the output of a relatively narrow area.

그러나 최근 스포츠카 타입, SUV 타입 등의 다양한 전기자동차가 개발되면서 전기자동차에 요구되는 출력 사양이 다양해지고 있다. 구동모터의 크기 및 중량 한계 때문에 증대되는 출력 사양들을 모터 1개로만 대응하는 것은 불가능하며, 전륜과 후륜에 다수의 구동모터를 배치하는 전기자동차 모델도 개발되고 있다. 따라서 모터에 전류를 공급하는 인버터의 사양도 다양화되고 있다. 예를 들어, 전륜에는 200kW, 후륜에는 300kW의 모터가 배치되면 동일한 인버터로는 2개의 모터를 동시에 대응할 수 없다는 문제점이 발생한다.However, as a variety of electric vehicles such as a sports car type and an SUV type have recently been developed, the output specifications required for electric vehicles have been diversified. It is not possible to cope with the increased output specifications due to the size and weight limit of the drive motor only with one motor, and an electric vehicle model in which a plurality of drive motors are arranged in the front and rear wheels is also being developed. Therefore, the specification of the inverter that supplies current to the motor is also diversified. For example, when a motor of 200 kW is disposed on the front wheel and a motor of 300 kW is disposed on the rear wheel, there arises a problem that two motors can not be simultaneously accommodated by the same inverter.

한편, 평면에 구성되는 인버터는 일반적으로 하우징의 바닥면에 파워모듈, 캐패시터, LDC를 배치하고 그 상단에 제어보드가 위치하도록 마련된다. 발열이 심한 파워모듈과 LDC의 아래에는 냉각수가 흐르는 냉각유로 형성되어 과열로 인한 성능저하나 소자 소손 등을 방지한다.On the other hand, an inverter configured in a plane is generally arranged such that a power module, a capacitor, and an LDC are disposed on the bottom surface of the housing, and a control board is disposed on the top of the inverter. Below the power module and LDC, which have high heat generation, a cooling channel through which cooling water flows is formed to prevent performance degradation due to overheating, and to prevent the device from being damaged.

일반적인 인버터는 하나의 파워모듈을 사용하여 전류를 변환하며 출력을 높이기 위해서는 고출력의 파워모듈을 사용하거나 파워모듈의 개수를 추가해야 한다. 파워모듈을 구성하는 스위치 소자의 특성 상 일정 이상의 고출력을 구현하기 어려우며 이에 따라 대부분의 인버터는 고출력 사양에 대응하기 위해 다수의 파워모듈을 병렬연결하고 있다. 그러나 파워모듈의 개수가 증가하면 캐패시터 1개에 복수의 파워모듈이 연결되면서 파워모듈과 캐패시터 접속부의 거리 증가뿐만 아니라 각 파워모듈들과 캐패시터와의 거리 차이도 문제가 되고 있다. 파워모듈과 캐패시터 접속부의 거리가 길어지면 스트레이 인덕턴스 또한 증가하며, 각 파워모듈들과 캐패시터와의 거리차이가 발생하면서 파워모듈 간의 스트레이 인덕턴스 불균형이 발생하여 특정 파워모듈에 부하가 걸려 파워모듈이 소손될 위험이 증가하는 문제가 발생된다.Typical inverters use a single power module to convert the current. To increase the output, use a high power module or add the number of power modules. It is difficult to realize a high output which is higher than a certain level due to the characteristics of the switching device constituting the power module. Therefore, most inverters connect a plurality of power modules in parallel in order to cope with high output specifications. However, when the number of power modules is increased, a plurality of power modules are connected to one capacitor, so that a distance between the power module and the capacitor connecting portion as well as a distance difference between each power module and the capacitor becomes a problem. When the distance between the power module and the capacitor connection increases, the stray inductance also increases. As a result, there is a difference in distance between each power module and the capacitor, and a stray inductance unbalance occurs between the power modules, There is a problem that the risk increases.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KR10-2012-0017545 (A)KR10-2012-0017545 (A)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하나의 캐패시터에 복수의 파워모듈이 연결되더라도 각 파워모듈과 캐패시터 접속부에서 발생되는 스트레이 인덕턴스를 저감하여 파워모듈의 내구성을 증대시키고 소손을 방지하는 차량의 인버터 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a power module for reducing the stray inductance generated at each power module and capacitor connection part, And the inverter structure of FIG.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 인버터 구조는 고전압배터리로부터 DC전류를 공급받는 캐패시터; 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단이 구비되고, 캐패시터와 전기적으로 연결되어 캐패시터로부터 전달받은 DC전류를 3상의 AC전류로 변환시켜 출력하는 파워모듈; 및 캐패시터와 파워모듈 사이에 위치되고, 파워모듈의 입력 P단 및 입력 N단에 각각 결합되어, 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 스트레이 인덕턴스가 저감되도록 하는 복수의 DC버스바;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter structure of a vehicle, including: a capacitor receiving a DC current from a high voltage battery; A power module having an input P stage, an input N stage, and an AC output stage, and converting the DC current received from the capacitor into an AC current of three phases and outputting the AC current; And a plurality of DC bus bars positioned between the capacitors and the power module and coupled to the input P-stage and the input N-stage of the power module, respectively, to allow current to flow in different directions, thereby reducing the stray inductance .

캐패시터에는 고전압배터리로부터 DC전류가 입력되는 입력단이 구비되고, 캐패시터의 파워모듈측에는 평활된 전류를 출력하는 복수의 출력단이 구비되며, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단과 캐패시터의 출력단이 각각 만나는 지점에는 전도체인 체결부재가 각각 구비될 수 있다.The capacitor includes a plurality of output terminals for receiving a DC current from the high voltage battery and a smoothing current on the power module side of the capacitor. The input P stage, the input N stage, and the AC output stage of the power module, Each of which is a conductor, may be provided.

파워모듈의 입력 P단 및 입력 N단과 캐패시터의 출력단 사이에는 체결홀이 형성된 DC버스바가 각각 구비되고, 캐패시터의 출력단에는 상방으로 연장된 체결부재가 각각 구비되며, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단에는 관통홀이 각각 형성되어 체결부재가 체결홀 및 관통홀에 각각 관통결합됨으로서, 캐패시터와 파워모듈이 전기적으로 연결될 수 있다.A DC bus bar having a coupling hole formed between an input P-stage and an input N-stage of the power module, and an output terminal of the capacitor, respectively, and coupling members extending upwardly are provided at output ends of the capacitor, And a through hole is formed in the AC output terminal, respectively, so that the coupling member is coupled to the coupling hole and the through hole, respectively, so that the capacitor and the power module can be electrically connected.

캐패시터와 파워모듈의 사이에는 캐패시터의 단자, 파워모듈의 단자 및 체결부재가 배치되는 단자대가 구비되고, 캐패시터와 파워모듈이 단자대 내에서 서로 체결되어 전기적으로 연결될 수 있다.Between the capacitor and the power module, a terminal of the capacitor, a terminal of the power module, and a terminal block where the coupling member is disposed are provided, and the capacitor and the power module can be coupled and electrically connected to each other in the terminal block.

단자대에는 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단의 단자가 캐패시터의 출력단과 각각 체결되도록 하는 비전도체인 단자대케이스가 구비되고, 단자대케이스는 단자와 1대 1 대응되도록 구역이 분할될 수 있다.The terminal block is provided with a terminal block case having a nonconducting potential to connect the input terminal P, the input N terminal and the AC output terminal of the power module to the output terminal of the capacitor, and the terminal block case can be divided into one- have.

파워모듈의 입력 P단과 체결되는 DC버스바 및 파워모듈의 입력 N단과 체결되는 DC버스바는 파워모듈의 입력 P단 및 파워모듈의 입력 N단이 위치되는 지점의 단자대케이스를 외측에서 감싸는 형상으로 설치될 수 있다.The DC bus bar to be connected to the input P-stage of the power module and the DC bus bar to be connected to the input N-stage of the power module are formed to surround the terminal block case at the position where the input P- Can be installed.

단자대케이스에는 체결부재가 관통되기 위한 단자홀이 형성되고, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단의 단자에는 관통홀이 형성되며, DC버스바에는 체결홀이 형성되되, 단자홀, 관통홀 및 체결홀은 서로 연통되도록 배치되어 체결부재가 단자홀, 관통홀 및 체결홀에 동시에 관통결합될 수 있다.The terminal block case has a terminal hole through which the fastening member passes, a through hole is formed in a terminal of an input terminal P, an input terminal N, and an AC output terminal of the power module, a fastening hole is formed in a DC bus bar, The through hole and the fastening hole are arranged to communicate with each other so that the fastening member can be simultaneously penetrated into the terminal hole, the through hole and the fastening hole.

파워모듈의 AC출력단이 위치되는 단자대케이스의 단자홀에는 전도체인 인서트링이 구비되고, 인서트링에 체결부재가 관통결합될 수 있다.The terminal hole of the terminal block case where the AC output terminal of the power module is located is provided with an insert ring as a conductor, and the fastening member can be coupled to the insert ring.

DC버스바는 플레이트형상의 상면과, 상면의 일단부 모서리에서 하방으로 절곡되어 연장형성되는 측면과, 측면의 일단부 모서리에서 다시 상면과 동일한 방향으로 절곡되어 연장형성되는 하면을 포함하여 구성되되, 상면과 하면에는 체결부재와 체결되는 체결홀이 각각 형성될 수 있다.The DC bus bar includes a plate-shaped upper surface, a side surface extending from one end edge of the upper surface by being bent downward, and a lower surface extending from the edge of the one end surface of the side surface in the same direction as the upper surface. And a fastening hole for fastening the fastening member to the upper surface and the lower surface, respectively.

DC버스바는 입력 P단과 입력 N단에 체결 시, 입력 P단과 연결되는 DC버스바의 측면과 입력 N단과 연결되는 DC버스바의 측면이 마주보도록 배치됨으로써, 통전 시 서로 반대방향으로 전류가 흐르도록 설치될 수 있다.The DC bus bar is disposed so that the sides of the DC bus bar connected to the input P stage and the side surface of the DC bus bar connected to the input N stage are opposed to each other when the input P stage and the input N stage are coupled, .

파워모듈은 플레이트 형상으로서, 복수개가 구비되어 3열의 파워모듈유닛을 형성하고, 파워모듈유닛은 복수개가 상하방향으로 적층되며, 파워모듈유닛의 상측과 하측에는 파워모듈유닛에 면접촉되는 냉각기가 교번하여 배치되되, 상측 및 하측의 최외곽에는 냉각기가 위치될 수 있다.A plurality of power module units are stacked in a vertical direction. A plurality of power module units are stacked in the vertical direction. A cooler having a surface contact with the power module unit is alternately arranged on the upper and lower sides of the power module unit. And the cooler may be positioned at the outermost side of the upper side and the lower side.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 인버터 구조에 따르면, 파워모듈의 신뢰성 및 내구성을 향상시켜, 파워모듈의 소손 위험성을 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 그러므로 파워모듈에서 좀 더 높은 전류를 사용할 수 있기 때문에, 종래 대비하여 전력변환장치의 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the inverter structure of the vehicle constructed as described above, there is an advantage that the reliability and durability of the power module can be improved and the risk of burning of the power module can be reduced. Therefore, since a higher current can be used in the power module, there is an effect that the output of the power conversion device can be improved compared to the conventional one.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 인버터 구조를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 단자대를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 분해사시도.
도 5는 도 3의 단면도.
도 6은 도 3의 전류흐름을 단순화한 도면.
도 7은 본 발명과 종래의 스트레이 인덕턴스를 해석한 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a structure of an inverter of a vehicle according to an embodiment of the present invention; Fig.
Fig. 2 is an exploded perspective view of Fig. 1; Fig.
3 is a view showing a terminal block.
FIG. 4 is an exploded perspective view of FIG. 3; FIG.
5 is a sectional view of Fig. 3; Fig.
Figure 6 is a simplified version of the current flow of Figure 3;
7 is a graph showing an analysis of the present invention and conventional stray inductance.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 인버터 구조에 대하여 살펴본다.Hereinafter, an inverter structure of a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 인버터 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이다. 도 3은 단자대(500)를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 분해사시도이고, 도 5는 도 3의 단면도이며, 도 6은 도 3의 전류흐름을 단순화한 도면이다. 또한, 도 7은 본 발명과 종래의 스트레이 인덕턴스(Stray Inductance)를 해석한 그래프이다.FIG. 1 is a view showing an inverter structure of a vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 3, FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 3, and FIG. 6 is a simplified view of the current flow of FIG. 7 is a graph showing an analysis of the present invention and conventional stray inductance.

도 1 내지 도 2에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 인버터 구조는 고전압배터리(미도시)로부터 DC전류를 공급받는 캐패시터(100); 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)이 구비되고, 캐패시터(100)와 전기적으로 연결되어 캐패시터(100)로부터 전달받은 DC전류를 3상의 AC전류로 변환시켜 출력하는 파워모듈(300); 및 캐패시터(100)와 파워모듈(300) 사이에 위치되고, 파워모듈(300)의 입력 P단(310) 및 입력 N단(330)에 각각 결합되어, 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 스트레이 인덕턴스가 저감되도록 하는 복수의 DC버스바(530);를 포함한다.1 and 2, an inverter structure of a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention includes: a capacitor 100 receiving a DC current from a high voltage battery (not shown); An input P stage 310, an input N stage 330 and an AC output stage 350 and is connected to the capacitor 100 to convert the DC current received from the capacitor 100 into an AC current of three phases, A power module (300); And between the capacitor 100 and the power module 300 and coupled to the input P stage 310 and the input N stage 330 of the power module 300 to allow current to flow in different directions, And a plurality of DC bus bars 530 for reducing stray inductance.

캐패시터(100)에 복수의 입력단(110)과 복수의 출력단(130)이 구비된다. 캐패시터(100)는 입력단(110)을 통해 고전압배터리로부터 DC전류를 공급받아 평활한 후 평활된 전류를 출력단(130)을 통해 파워모듈(300)로 출력한다.A plurality of input terminals 110 and a plurality of output terminals 130 are provided in the capacitor 100. The capacitor 100 receives a DC current from a high-voltage battery through an input terminal 110 and smoothes it, and outputs a smoothed current to the power module 300 through an output terminal 130.

파워모듈(300)은 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)이 구비되고, 캐패시터(100)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 캐패시터(100)로부터 전달받은 DC전류를 U,W,W상인 3상의 AC전류로 변환시켜 구동모터(미도시)로 출력한다. 파워모듈(300)은 플레이트 형상으로서, 복수개가 구비되어 3열의 파워모듈유닛(900)을 형성하고, 파워모듈유닛(900)은 복수개가 상하방향으로 적층된다. 본 명세서에서는 파워모듈(300)이 수평으로 3열, 파워모듈유닛(900)이 수평으로 3열씩 구비되어 3X3으로 구성된 것을 예를들어 도시하고 설명하나, 이러한 구성은 얼마든지 변경 가능할 것이다. 따라서, 파워모듈유닛(900)은 수직방향으로 동일한 위치에 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)의 단자가 위치하게 된다. 또한, 파워모듈유닛(900)의 상측과 하측에는 파워모듈유닛(900)에 면접촉되는 냉각기(700)가 파워모듈유닛(900)과 교번하여 배치되되, 상측 및 하측의 최외곽에는 냉각기(700)가 위치되어 파워모듈(300)을 냉각하게 된다.The power module 300 includes an input P stage 310, an input N stage 330 and an AC output stage 350 and is electrically connected to the capacitor 100. Thus, the DC current received from the capacitor 100 is converted into a three-phase AC current, which is a U, W, and W phase, and is output to a driving motor (not shown). The power module 300 is in the form of a plate, and a plurality of power modules 300 are provided to form three rows of power module units 900, and a plurality of power module units 900 are stacked in the vertical direction. In the present specification, the power module 300 is arranged horizontally in three columns and the power module unit 900 is horizontally arranged in three rows, and is configured to have 3X3, for example. Accordingly, the power module unit 900 has the terminals of the input P stage 310, the input N stage 330, and the AC output stage 350 at the same position in the vertical direction. Cooling units 700 are provided on the upper and lower sides of the power module unit 900 so as to be alternated with the power module unit 900. Cooling units 700 are disposed on the upper and lower outermost sides of the power module unit 900, Is positioned to cool the power module 300.

도 3 내지 도 6에 도시한 것처럼, 캐패시터(100)와 파워모듈(300)의 사이에는 단자대(500)가 구비된다. 단자대(500)에는 플라스틱과 같은 재질로 성형된 비전도체인 단자대케이스(590)가 구비되고, 단자대케이스(590)에 각각의 구성물이 고정되어 각 구성간의 불필요한 전류의 흐름이 절연된다. 단자대(500)에는 캐패시터(100)의 출력단(130) 및 체결부재(550)가 배치되고, 단자대케이스(590)에는 파워모듈(300)의 단자(310,330,350)가 배치된다. 특히, 단자대케이스(590)에는 DC버스바(530)와 인서트링(570)을 더 포함하여 구성된다. 그러므로 캐패시터(100)와 파워모듈(300)이 단자대(500) 특히, 단자대케이스(590) 내에서 서로 체결되어 전기적으로 연결되는 것이다. 단자대(500)에 구비되는 각 구성을 보다 상세하게 살펴보도록 한다.As shown in FIGS. 3 to 6, a terminal block 500 is provided between the capacitor 100 and the power module 300. The terminal block 500 is provided with a terminal block case 590 having a nonconductive shape formed of a material such as plastic and the components are fixed to the terminal block case 590 to isolate unnecessary current flow between the components. The output terminal 130 and the coupling member 550 of the capacitor 100 are disposed in the terminal block 500 and the terminals 310, 330 and 350 of the power module 300 are disposed in the terminal block case 590. In particular, the terminal block case 590 further includes a DC bus bar 530 and an insert ring 570. Therefore, the capacitor 100 and the power module 300 are connected and electrically connected to each other within the terminal block 500, particularly, the terminal block case 590. The configuration of the terminal block 500 will be described in more detail.

먼저, 단자대(500)는 캐패시터(100)에 구비되어 캐패시터(100)의 출력단(130)과 체결부재(550)가 구비된다. 단자대(500)는 단자대케이스(590)를 더 포함하는데, 단자대케이스(590)는 파워모듈(300)의 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)가 캐패시터(100)의 출력단(130)과 각각 1대1 대응되어 체결되도록 구역(510)이 분할된다. 구역(510)은 동일한 면적으로 분할되는 것이 바람직할 것이다. 단자대케이스(590)의 상면과 하면에는 단자홀(511)이 상하방향으로 관통형성된다.First, the terminal block 500 is provided in the capacitor 100, and the output terminal 130 of the capacitor 100 and the coupling member 550 are provided. The terminal block 500 further includes a terminal block case 590. The terminal block case 590 is connected to the input terminal P 310 of the power module 300 and the input N terminal 330 and the AC output terminal 350 of the capacitor 100 The zones 510 are divided into one to one correspondence with the output ends 130 of the respective zones. Zone 510 would preferably be divided by the same area. Terminal holes 511 are vertically formed in the top and bottom surfaces of the terminal block case 590.

체결부재(550)는 전도체로서, 파워모듈(300)의 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)과 캐패시터(100)의 출력단(130)이 각각 만나는 지점에 각각 구비된다. 체결부재(550)는 바형상의 스터드인 것을 도시하고 예를들어 설명하나, 체결부재(550)는 볼트 등일 수도 있을 것이다. 체결부재(550)는 단자홀(511)에 관통된 후 최종적으로는 너트(551)에 의해 체결된다.The coupling member 550 is connected to the input P stage 310, the input N stage 330 and the AC output stage 350 of the power module 300 and the output stage 130 of the capacitor 100, Respectively. Although the fastening member 550 is a bar-shaped stud and will be described by way of example, the fastening member 550 may be a bolt or the like. The fastening member 550 is passed through the terminal hole 511 and finally is fastened by a nut 551. [

캐패시터(100)의 출력단(130)과 파워모듈(300)의 입력 P단(310) 및 입력 N단(330)이 만나는 지점에는 DC버스바(530)가 구비된다. DC버스바(530)는 보다 상세하게는 캐패시터(100)와 파워모듈(300) 사이에 위치하는 단자대케이스(590)에 구비되고, 파워모듈(300)의 입력 P단(310) 및 입력 N단(330)에 각각 결합되어 전류의 인가 시 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 전자기유도에 의해 형성되는 자기장이 서로 상쇄되도록 하여 스트레이 인덕턴스가 저감되도록 한다. 특히, DC버스바(530)는 플레이트형상의 상면(531)과, 상면(531)의 일단부 모서리에서 하방으로 절곡되어 연장형성되는 측면(533)과, 측면(533)의 일단부 모서리에서 다시 상면(531)과 동일한 방향으로 절곡되어 연장형성되는 하면(535)을 포함하여 구성되되, 상면(531)과 하면(535)에는 체결부재(550)와 체결되는 체결홀(537)이 각각 형성된다. 즉, DC버스바(530)는 "ㄷ"자 형상인 것이다. A DC bus bar 530 is provided at a point where the output stage 130 of the capacitor 100 meets the input P stage 310 and the input N stage 330 of the power module 300. The DC bus bar 530 is provided in a terminal block case 590 located between the capacitor 100 and the power module 300. The DC bus bar 530 is connected to the input P stage 310 and the input N stage (330) so that currents flow in different directions when a current is applied, so that the magnetic fields formed by the electromagnetic induction are offset from each other, thereby reducing the stray inductance. More specifically, the DC bus bar 530 includes a plate-like upper surface 531, a side surface 533 extending downwardly from the edge of one end of the upper surface 531 and extending from the edge at one end of the side surface 533 And a lower surface 535 which is bent and extended in the same direction as the upper surface 531. The upper surface 531 and the lower surface 535 are each formed with a fastening hole 537 to be fastened to the fastening member 550 . In other words, the DC bus bar 530 is a "C"

특히, DC버스바(530)는 입력 P단(310)과 입력 N단(330)에 체결 시, 입력 P단(310)과 연결되는 DC버스바(530)의 측면(533)과 입력 N단(330)과 연결되는 DC버스바(530)의 측면(533)이 마주보도록 배치됨으로써, 서로 측면(533)이 가장 인접하여 배치되고, 통전 시 서로 반대방향으로 전류가 흘러 전자기유도에 의해 형성된 자기장이 상쇄되어 스트레이 인덕턴스가 저감되도록 하는 것이다. 입력 P단(310)과 연결되는 DC버스바(530)와 입력 N단(330)과 연결되는 DC버스바(530)는 단자대케이스(590) 구역(510)의 격벽(591)을 기준으로 서로 대칭으로 설치되는 것이다. 파워모듈(300)의 입력 P단(310)과 체결되는 DC버스바(530) 및 파워모듈(300)의 입력 N단(330)과 체결되는 DC버스바(530)는 파워모듈(300)의 입력 P단(310) 및 파워모듈(300)의 입력 N단(330)이 위치되는 지점의 단자대케이스(590)를 외측에서 감싸는 형상으로 설치되어 DC버스바(530)의 측면(533)끼리 보다 인접하여 설치된다. 특히, DC버스바(530)는 하나의 금형을 이용하여 생산한 후 서로 반대가 되도록 조립하여 사용할 수 있어 생산비를 절감할 수 있고, 생산효율을 증대할 수 있는 효과가 있다.The DC bus bar 530 is connected to the input P stage 310 and the input N stage 330. The DC bus bar 530 is connected to the input P stage 310 and the side 533 of the DC bus bar 530, The side faces 533 of the DC bus bar 530 connected to the bus bars 330 are disposed to face each other so that the side faces 533 are disposed closest to each other and a current flows in opposite directions when energized, So that the stray inductance is reduced. The DC bus bar 530 connected to the input P stage 310 and the DC bus bar 530 connected to the input N stage 330 are connected to each other with respect to the partition wall 591 of the terminal block case 590 zone 510 It is installed symmetrically. The DC bus bar 530 fastened to the input P end 310 of the power module 300 and the DC bus bar 530 fastened to the input N end 330 of the power module 300 are connected to the power module 300 The input terminal P 310 and the input N terminal 330 of the power module 300 are disposed so as to surround the terminal block case 590 from the outside so that the side surfaces 533 of the DC bus bar 530 Respectively. Particularly, the DC bus bar 530 can be manufactured by using one mold and then assembled so as to be opposite to each other, so that the production cost can be reduced and the production efficiency can be increased.

파워모듈(300)의 입력 P단(310), 입력 N단(330) 및 AC출력단(350)의 단자는 플레이트 형상이고, 단자(310,330,350)에는 관통홀(370)이 형성되어 체결부재(550)에 의해 관통체결된다. 파워모듈(300)의 입력 P단(310) 및 입력 N단(330)은 단자대케이스(590)에서 DC버스바(530)에 의해 적층된 파워모듈유닛(900)끼리 전기적으로 연결되고, AC출력단(350)에는 단자대케이스(590)의 단자홀(511)에 전도체인 인서트링(570)이 구비되어 적층된 파워모듈유닛(900)끼리 전기적으로 연결된다. 인서트링(570)은 특히, 단자대케이스(590)의 단자홀(511)에 압입되어 조립되는 것이 바람직할 것이다.The terminals of the input P stage 310, the input N stage 330 and the AC output stage 350 of the power module 300 are plate-shaped and the through holes 370 are formed in the terminals 310, 330 and 350, As shown in Fig. The input P stage 310 and the input N stage 330 of the power module 300 are electrically connected between the power module units 900 stacked by the DC bus bar 530 in the terminal block case 590, An insert ring 570 as a conductor is provided in the terminal hole 511 of the terminal block case 590 to electrically connect the stacked power module units 900 to each other. The insert ring 570 is preferably press-fitted into the terminal hole 511 of the terminal block case 590 and assembled.

따라서, 단자대케이스(590)는 캐패시터(100)와 파워모듈(300) 사이에 복수개가 적층되어 구비된다. 최하면에는 캐패시터(100)에 설치된 전도체인 단자대(500)가 구비되고, 단자대(500)에는 캐패시터(100)의 출력단(130)이 안착되며, 출력단(130)에 상하방향으로 체결부재(550)가 형성된다. 여기에, 단자대케이스(590)가 구비되어 적층되는데 단자대케이스(590)에는 DC버스바(530) 또는 인서트링(570)이 조립된 후 캐패시터(100)의 단자(310,330,350)가 적층된다. 특히, 단자대케이스(590)의 단자홀(511), DC버스바(530)의 체결홀(537) 및 파워모듈(300)의 단자의 관통홀(370)은 서로 연통되도록 배치되어 체결부재(550)가 단자홀(511), 관통홀(370) 및 체결홀(537)에 동시에 관통결합됨으로써, 캐패시터(100)와 파워모듈(300)이 전기적으로 연결되는 것이다. 체결부재(550)의 최상단에는 너트(551)가 체결되어 체결을 공고히 한다.Therefore, a plurality of terminal block cases 590 are stacked between the capacitor 100 and the power module 300. The output terminal 130 of the capacitor 100 is mounted on the terminal block 500 and the coupling member 550 is mounted on the output terminal 130 in the vertical direction, . The DC bus bar 530 or the insert ring 570 is assembled to the terminal block case 590 and then the terminals 310, 330 and 350 of the capacitor 100 are stacked. Particularly, the terminal hole 511 of the terminal block case 590, the fastening hole 537 of the DC bus bar 530 and the through hole 370 of the terminal of the power module 300 are arranged to communicate with each other, The capacitor 100 and the power module 300 are electrically connected to each other through the terminal hole 511, the through hole 370 and the connection hole 537 at the same time. At the uppermost end of the fastening member 550, a nut 551 is fastened to secure the fastening.

본 발명에서는 파워모듈(300)의 AC출력단(350)과 단자대케이스(590)의 인서트링(570)이 접촉되어 형성되는 전류흐름은 일반적인 통전흐름과 동일하다. 반면, 파워모듈(300)의 입력 P단(310)과 DC버스바(530) 및 입력 N단(330)과 버스바가 각각 접촉되어 형성되는 전류는 DC버스바(530)가 대칭형으로 형성되어 서로 형상으로 형성됨으로써, 서로 다른 방향으로 흐르되, 서로 근접한 지점에서 흐른다.In the present invention, the current flow formed by contacting the AC output terminal 350 of the power module 300 and the insert ring 570 of the terminal block case 590 is the same as a general current flow. The current formed by the input P stage 310 of the power module 300, the DC bus bar 530 and the input N stage 330 and the bus bar are in contact with each other and the DC bus bar 530 is formed symmetrically, So that they flow in different directions and flow at a point close to each other.

통상적으로 스트레이 인덕턴스는 전류가 변할 때 발생하는 전자기유도에 의해 형성되는 저항성분이다. 그러나 본 발명에서처럼, 전류를 서로 반대되는 방향으로 흐르게 하면 역방향의 자기장이 형성되고, 특히 근접해 있는 자기장은 서로 상쇄된다. 따라서, 단자대(500)의 입력 P단(310)과 연결된 DC버스바(530)와 입력 N단(330)과 연결된 DC버스바(530)에서는 서로 반대되는 방향으로 흐르는 전류에서 자기장이 발생되되, 서로 근접하여 위치됨으로써, 서로 상쇄되어 결과적으로 스트레이 인덕턴스가 저감되는 효과가 있는 것이다.The stray inductance is typically a resistance component formed by electromagnetic induction that occurs when the current changes. However, as in the present invention, when currents are caused to flow in mutually opposite directions, a reverse magnetic field is formed, and in particular, the nearby magnetic fields cancel each other. A magnetic field is generated at the currents flowing in opposite directions in the DC bus bar 530 connected to the input P stage 310 of the terminal block 500 and the DC bus bar 530 connected to the input N stage 330, And the stray inductance is reduced as a result.

이러한 내용은 도 7에서 구체적으로 확인할 수 있다. 도 7은 본 발명과 종래의 스트레이 인덕턴스를 해석한 그래프이다.This can be confirmed in detail in Fig. 7 is a graph showing an analysis of the present invention and conventional stray inductance.

통상적으로 전력변환장치의 출력 증대를 위하여 복수의 파워모듈(300)을 캐패시터(100)에 연결하면 물리적인 연결거리가 길어지고, 각 파워모듈(300) 간의 연결거리가 달라져 스트레이 인덕턴스가 증가하고 스트레이 인덕턴스 간의 불균형이 발생한다. 본 명세서에서는 파워모듈(300) 간 연결하는 단자대케이스(590)에 대칭되는 "ㄷ"자 형상의 DC버스바(530)를 삽입하여, 서로 반대방향으로 흐르는 전류들의 자기장 상쇄를 이용해 스트레이 인덕턴스를 저감한다. Generally, when a plurality of power modules 300 are connected to the capacitor 100 for the purpose of increasing the output of the power conversion device, the physical connection distance becomes long, the connection distance between the power modules 300 becomes different, and the stray inductance increases, There is an imbalance between the inductances. In the present specification, a "? "Shaped DC bus bar 530 symmetrical to the terminal block case 590 connected between the power modules 300 is inserted to reduce the stray inductance by using magnetic field cancellation of currents flowing in mutually opposite directions do.

종래의 구조와 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 구조의 스트레이 인덕턴스를 해석해보면 1층 파워모듈(300)과 2층 파워모듈(300) 간의 스트레이 인덕턴스가 2.88nH에서 1.59nH로 45% 저감되며, 1층 파워모듈(300)과 3층 파워모듈(300) 간의 스트레이 인덕턴스는 6.89nH에서 2.74nH로 60% 저감되는 것을 볼 수 있다. 또한, 파워모듈(100)의 각 층간 스트레이 인덕턴스의 차이도 종래의 구조가 2.88nH와 6.89nH의 차이인 4.01nH 발생하는데 비하여, 본 발명에서는 1.55nH로 71%가량 감소하는 것을 볼 수 있다.Analysis of the stray inductance of the inverter structure according to the conventional structure and the embodiment of the present invention shows that the stray inductance between the first layer power module 300 and the second layer power module 300 is reduced by 45% from 2.88 nH to 1.59 nH, The stray inductance between the first layer power module 300 and the third layer power module 300 is reduced by 60% from 6.89 nH to 2.74 nH. In addition, the difference in the stray inductance between the respective layers of the power module 100 is 4.01 nH, which is the difference between the conventional structure of 2.88 nH and 6.89 nH, but is reduced to about 1.55 nH by 71% in the present invention.

스트레이 인덕턴스는 파워모듈(300)의 스위칭 동작 시 전류가 급격히 변화하면 피크(Peak) 전압을 발생시켜 파워모듈(300)을 소손시키는 원인이 된다. 따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 차량의 인버터 구조에 의하면, 파워모듈(300)의 신뢰성 및 내구성을 향상시켜, 파워모듈(300)의 소손 위험성을 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 그러므로 파워모듈(300)에서 좀 더 높은 전류를 사용할 수 있기 때문에, 종래 대비하여 전력변환장치의 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The stray inductance causes a peak voltage when the current of the power module 300 is suddenly changed during the switching operation of the power module 300, thereby causing the power module 300 to be destroyed. Therefore, according to the inverter structure of the vehicle of the present invention as described above, the reliability and durability of the power module 300 can be improved, and the risk of burning of the power module 300 can be reduced. Therefore, since a higher current can be used in the power module 300, there is an effect that the output of the power conversion device can be improved compared with the conventional one.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100 : 캐패시터 110 : 입력단
130 : 출력단 300 : 파워모듈
310 : 입력 P단 330 : 입력 N단
350 : AC출력단 370 : 관통홀
500 : 단자대 510 : 구역
511 : 단자홀 530 : DC버스바
531 : 상면 533 : 측면
535 : 하면 537 : 체결홀
550 : 체결부재 570 : 인서트링
590 : 단자대케이스 591 : 격벽
700 : 냉각기 900 : 파워모듈유닛
100: capacitor 110: input terminal
130: Output stage 300: Power module
310: input P stage 330: input N stage
350: AC output terminal 370: through hole
500: Terminal block 510: Zone
511: terminal hole 530: DC bus bar
531: upper surface 533: side surface
535: lower surface 537: fastening hole
550: fastening member 570: insert ring
590: Terminal block case 591:
700: Cooler 900: Power module unit

Claims (11)

고전압배터리로부터 DC전류를 공급받는 캐패시터;
입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단이 구비되고, 캐패시터와 전기적으로 연결되어 캐패시터로부터 전달받은 DC전류를 3상의 AC전류로 변환시켜 출력하는 파워모듈; 및
캐패시터와 파워모듈 사이에 위치되고, 파워모듈의 입력 P단 및 입력 N단에 각각 결합되어, 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 스트레이 인덕턴스가 저감되도록 하는 복수의 DC버스바;를 포함하는 차량의 인버터 구조.
A capacitor receiving a DC current from the high voltage battery;
A power module having an input P stage, an input N stage, and an AC output stage, and converting the DC current received from the capacitor into an AC current of three phases and outputting the AC current; And
And a plurality of DC bus bars located between the capacitors and the power module and coupled to the input P-stage and the input N-stage of the power module, respectively, so that the stray inductance is reduced by allowing current to flow in different directions. Inverter structure.
청구항 1에 있어서,
캐패시터에는 고전압배터리로부터 DC전류가 입력되는 입력단이 구비되고, 캐패시터의 파워모듈측에는 평활된 전류를 출력하는 복수의 출력단이 구비되며, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단과 캐패시터의 출력단이 각각 만나는 지점에는 전도체인 체결부재가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method according to claim 1,
The capacitor includes a plurality of output terminals for receiving a DC current from the high voltage battery and a smoothing current on the power module side of the capacitor. The input P stage, the input N stage, and the AC output stage of the power module, And a coupling member, which is a conductor, is provided at a point where each of the coupling members is located.
청구항 1에 있어서,
파워모듈의 입력 P단 및 입력 N단과 캐패시터의 출력단 사이에는 체결홀이 형성된 DC버스바가 각각 구비되고, 캐패시터의 출력단에는 상방으로 연장된 체결부재가 각각 구비되며, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단에는 관통홀이 각각 형성되어 체결부재가 체결홀 및 관통홀에 각각 관통결합됨으로서, 캐패시터와 파워모듈이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method according to claim 1,
A DC bus bar having a coupling hole formed between an input P-stage and an input N-stage of the power module, and an output terminal of the capacitor, respectively, and coupling members extending upwardly are provided at output ends of the capacitor, And the AC output terminal is formed with a through hole, respectively, so that the coupling member is coupled to the coupling hole and the through hole, respectively, so that the capacitor and the power module are electrically connected to each other.
청구항 1에 있어서,
캐패시터와 파워모듈의 사이에는 캐패시터의 단자, 파워모듈의 단자 및 체결부재가 배치되는 단자대가 구비되고, 캐패시터와 파워모듈이 단자대 내에서 서로 체결되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method according to claim 1,
Wherein a terminal of the capacitor, a terminal of the power module, and a terminal block in which the coupling member is disposed are provided between the capacitor and the power module, and the capacitor and the power module are electrically connected to each other in the terminal block.
청구항 4에 있어서,
단자대에는 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단의 단자가 캐패시터의 출력단과 각각 체결되도록 하는 비전도체인 단자대케이스가 구비되고, 단자대케이스는 단자와 1대 1 대응되도록 구역이 분할되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method of claim 4,
The terminal block is provided with a terminal block case having a nonconducting potential for connecting the input terminal P, the input N terminal, and the AC output terminal of the power module to the output terminal of the capacitor, and the terminal block case is divided into a one- Characterized in that the inverter structure of the vehicle.
청구항 4에 있어서,
파워모듈의 입력 P단과 체결되는 DC버스바 및 파워모듈의 입력 N단과 체결되는 DC버스바는 파워모듈의 입력 P단 및 파워모듈의 입력 N단이 위치되는 지점의 단자대케이스를 외측에서 감싸는 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method of claim 4,
The DC bus bar to be connected to the input P-stage of the power module and the DC bus bar to be connected to the input N-stage of the power module are formed to surround the terminal block case at the position where the input P- Wherein the inverter is mounted on the vehicle.
청구항 4에 있어서,
단자대케이스에는 체결부재가 관통되기 위한 단자홀이 형성되고, 파워모듈의 입력 P단, 입력 N단 및 AC출력단의 단자에는 관통홀이 형성되며, DC버스바에는 체결홀이 형성되되, 단자홀, 관통홀 및 체결홀은 서로 연통되도록 배치되어 체결부재가 단자홀, 관통홀 및 체결홀에 동시에 관통결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method of claim 4,
The terminal block case has a terminal hole through which the fastening member passes, a through hole is formed in a terminal of an input terminal P, an input terminal N, and an AC output terminal of the power module, a fastening hole is formed in a DC bus bar, Wherein the through hole and the fastening hole are arranged so as to communicate with each other so that the fastening member is simultaneously penetrated through the terminal hole, the through hole and the fastening hole.
청구항 7에 있어서,
파워모듈의 AC출력단이 위치되는 단자대케이스의 단자홀에는 전도체인 인서트링이 구비되고, 인서트링에 체결부재가 관통결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method of claim 7,
Characterized in that the terminal hole of the terminal block case where the AC output terminal of the power module is located is provided with an insert ring as a conductor, and a fastening member is coupled to the insert ring.
청구항 1에 있어서,
DC버스바는 플레이트형상의 상면과, 상면의 일단부 모서리에서 하방으로 절곡되어 연장형성되는 측면과, 측면의 일단부 모서리에서 다시 상면과 동일한 방향으로 절곡되어 연장형성되는 하면을 포함하여 구성되되, 상면과 하면에는 체결부재와 체결되는 체결홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method according to claim 1,
The DC bus bar includes a plate-shaped upper surface, a side surface extending from one end edge of the upper surface by being bent downward, and a lower surface extending from the edge of the one end surface of the side surface in the same direction as the upper surface. And a fastening hole to be fastened to the fastening member is formed on the upper surface and the lower surface, respectively.
청구항 9에 있어서,
DC버스바는 입력 P단과 입력 N단에 체결 시, 입력 P단과 연결되는 DC버스바의 측면과 입력 N단과 연결되는 DC버스바의 측면이 마주보도록 배치됨으로써, 통전 시 서로 반대방향으로 전류가 흐르도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method of claim 9,
The DC bus bar is disposed so that the sides of the DC bus bar connected to the input P stage and the side surface of the DC bus bar connected to the input N stage are opposed to each other when the input P stage and the input N stage are coupled, And wherein the inverter is installed in the vehicle.
청구항 1에 있어서,
파워모듈은 플레이트 형상으로서, 복수개가 구비되어 3열의 파워모듈유닛을 형성하고, 파워모듈유닛은 복수개가 상하방향으로 적층되며, 파워모듈유닛의 상측과 하측에는 파워모듈유닛에 면접촉되는 냉각기가 교번하여 배치되되, 상측 및 하측의 최외곽에는 냉각기가 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 인버터 구조.
The method according to claim 1,
A plurality of power module units are stacked in a vertical direction. A plurality of power module units are stacked in the vertical direction. A cooler having a surface contact with the power module unit is alternately arranged on the upper and lower sides of the power module unit. And a cooler is disposed on the outermost side of the upper side and the lower side of the inverter.
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