WO2023162051A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2023162051A1
WO2023162051A1 PCT/JP2022/007424 JP2022007424W WO2023162051A1 WO 2023162051 A1 WO2023162051 A1 WO 2023162051A1 JP 2022007424 W JP2022007424 W JP 2022007424W WO 2023162051 A1 WO2023162051 A1 WO 2023162051A1
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WO
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power
bus bar
housing
power module
filter
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/007424
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English (en)
French (fr)
Inventor
渉哉 粟森
賢市郎 中嶋
雄太 沼倉
亮太 庄子
Original Assignee
日立Astemo株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立Astemo株式会社 filed Critical 日立Astemo株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • Patent Literature 1 cooling efficiency is improved by arranging cooling channels on both sides of a power module and arranging a capacitor unit 23 on the heat radiation surface on the opposite side of the power module in the channels to radiate heat. Disclosed is a configuration that allows
  • Patent Document 1 is expected to improve the cooling efficiency and suppress the size increase, it does not specifically specify how to attach the capacitor unit, and the problem of assembling the device remains. In view of this, it is an object of the present invention to provide a power conversion device that achieves both improved assemblability and maintenance of heat dissipation of the device.
  • a power conversion device includes a power module having a semiconductor device that converts DC power into AC power, and a cooling channel that cools the semiconductor device.
  • a metal housing member thermally connected to the cooling channel is provided, the housing member houses a plurality of smoothing capacitors for smoothing the DC power, and the plurality of smoothing capacitors are connected to the semiconductor. It is electrically connected to the semiconductor device via a DC bus bar that is connected to the device and inputs the DC power to the semiconductor device.
  • FIG. 1 is an overall exploded structural view of a power conversion device;
  • FIG. 2 is an exploded structural view of FIG. 1 in which some components such as a power module are housed in a housing;
  • FIG. It is a figure explaining the inside of the housing which accommodated some components, such as a 2nd DC bus bar and a power module. It is a figure explaining the unit of a DC circuit module. It is a figure explaining a noise filter.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating two DC busbars according to one embodiment of the present invention; It is the figure which looked at two DC bus bars of FIG. 6 from the B direction. It is the figure which looked at the DC circuit housing member of FIG. 4 from the A direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a power converter according to one embodiment of the present invention
  • FIG. It is the figure which looked at the component accommodated in the DC-circuit accommodating member from the upper opening direction.
  • FIG. 10 is a diagram that simplifies the structure of the cross-sectional view of the power converter of FIG. 9 according to one embodiment of the present invention; It is an electric circuit diagram of a power conversion device. This is a first modified example. This is a second modified example.
  • a power converter 100 (hereinafter referred to as an inverter 100) includes a first DC busbar 1, an EMC filter 2, a smoothing capacitor 3, a DC circuit housing member 4 (hereinafter referred to as a case 4), a second DC busbar 6, an AC busbar 7, an L-shaped AC busbar. 7a (hereinafter L-shaped AC busbar 7a), an AC sensor 8, a power module unit 9 (hereinafter power module 9), and a gate drive board 10 are housed inside a housing 11.
  • the MC (Motor Control) board 12 is arranged on the side of the housing 11 opposite to the side of the opening that accommodates the internal parts (outside of the bottom).
  • the cover 13 protects the MC board 12 by being placed outside the bottom of the housing 11 so as to cover the MC board 12 .
  • the housing 11 is made of metal such as aluminum or iron, and can be formed, for example, by casting such as aluminum die casting.
  • the housing 11 is formed in a box shape having a bottom and an open top. Further, the housing 11 not only accommodates the components of the inverter 100 but also functions as a cooling channel forming body in order to allow the coolant for cooling the power module 9 to flow throughout the housing 11 .
  • the coolant supplied from the outside of the housing 11 flows through the flow path formed in the housing 11 into the cooling flow path 15 (described later in FIG. 9) provided in the power module 9, and the semiconductor device 16 ( 9) is cooled.
  • the housing 11 is connected to the same potential as the earth potential (ground potential) through the assembled parts.
  • the MC board 12 is an electronic control board that is connected to the inverter 100 and controls the operation of a motor (described later in FIG. 12) driven by AC power.
  • the MC board 12 is arranged to face the power module 9 with the bottom of the housing 11 therebetween, and is thermally connected to the housing 11 via a heat conducting member 26 (described later in FIG. 13).
  • the first DC bus bar 1, EMC filter 2, smoothing capacitor 3, and case 4 are unitized and function as a DC circuit module 5 (hereinafter referred to as DC circuit body 5).
  • the L-shaped AC bus bar 7 a is an AC bus bar that is formed in an L shape along the inner wall of the housing 11 .
  • AC bus bar 7 is electrically connected to an AC power input/output unit (not shown) of power module 9 .
  • welding connection is used to connect the AC bus bar 7 and the power module 9, other connection methods may be used.
  • the second DC bus bar 6 is connected to a DC power input/output section (not shown) of the power module 9 .
  • the AC bus bar 7 is arranged at a position facing the second DC bus bar 6 with the power module 9 interposed therebetween.
  • the AC current sensor 8 has a circular shape with a penetrating center portion, and is arranged so that the AC bus bar 7 penetrates the center portion of the AC current sensor 8 in order to measure the current flowing through the AC bus bar 7 .
  • the AC bus bar 7 is connected to an L-shaped AC bus bar 7a.
  • the L-shaped AC bus bar 7a is gathered at one end of the long side of the housing 11 and protrudes (extends) upward.
  • the AC bus bar 7a is connected to a motor (not shown) at the portion extending upward, but this connection does not affect the connection position with the motor.
  • a case 4 which is a metal housing member, includes a plurality of smoothing capacitors 3 that form a DC circuit and smooth the DC power, an EMC filter (noise filter) 2 that removes high frequency noise from the DC power, and a plurality of smoothing capacitors 3. It accommodates a first DC bus bar 1 electrically connecting to the EMC filter 2 .
  • the first DC bus bar 1 , the EMC filter 2 , and the plurality of smoothing capacitors 3 are accommodated in the case 4 , so that they are integrated (unitized) as a DC circuit body 5 and function.
  • the case 4 is a housing member having two smoothing capacitor housing portions 4b for housing a plurality of smoothing capacitors 3 and a filter housing portion 4c for housing the EMC filter 2 constituting the noise filter circuit.
  • the same number of capacitors 3 are accommodated in each of the two smoothing capacitor accommodating portions 4b.
  • the first DC bus bar 1 is connected to an EMC filter 2 and a smoothing capacitor 3 housed in a case 4.
  • the first DC bus bar 1 has a convex portion 1a that protrudes downward.
  • the smoothing capacitor housing portion 4b on the left side in FIG. 4 is the first smoothing capacitor housing portion
  • a hole portion 4a is provided between the first smoothing capacitor housing portion 4b and the second smoothing capacitor housing portion 4b.
  • the capacitor accommodating portions 4b are arranged with the hole portion 4a therebetween.
  • the hole portion 4a has a penetrating structure so that the convex portion 1a of the first DC busbar 1 can be connected to the second DC busbar 6. As shown in FIG.
  • the case 4 is connected to the housing 11 and has the same potential as the ground potential. Therefore, the case 4 has a role of grounding the EMC filter 2, and also has a role of a shield against electromagnetic noise generated during switching in the switching-driven power module 9.
  • FIG. 1 A schematic diagram of an exemplary computing system.
  • the number of smoothing capacitors 3 for each smoothing capacitor accommodating portion 4b need not be limited to four as shown in FIG. Further, the number of filter capacitors 21 and 22 (described later in FIG. 5) mounted on the EMC filter 2 side may be reduced to increase the number of smoothing capacitors 3 accommodated. In addition, by reducing the number of elements in the filter capacitors 21 and 22, the length from the hole 4a to the EMC filter 2 (or the filter housing portion 4c) in the case 4 is reduced, thereby reducing the space required for housing. You can let it run. Further, the smoothing capacitor 3 is connected to the first DC bus bar 1 by welding, but this connection may be made by other methods such as caulking or screw fastening.
  • the case 4 is not limited to a bag-like structure such as the accommodating portions 4b and 4c shown in FIG. 4, and may be plate-shaped, for example.
  • the EMC filter 2 includes a first filter capacitor 21 , a second filter capacitor 22 , a core member 23 and a molded busbar 18 .
  • EMC filter 2 is provided between high-voltage battery 101 (described later in FIG. 12) and smoothing capacitor 3, and suppresses electromagnetic noise generated during power conversion operation (switching) of power module 9. .
  • the EMC filter 2 is connected to the first DC busbar 1. Although this connection is made by welding connection, it is not limited to this, and other methods such as caulking connection and screw fastening may be used.
  • the EMC filter 2 includes a positive bus bar 19 and a negative bus bar 20, which are DC bus bars that transmit DC power.
  • the first filter capacitor 21 has one end electrically connected to the positive busbar 19 and the other end electrically connected to the negative busbar 20 .
  • the second filter capacitor 22 has one end electrically connected to either the positive bus bar 19 or the negative bus bar 20, and the other end to the ground bus bar 17 for grounding to the ground potential.
  • the core member 23 is made of a magnetic material and absorbs electromagnetic noise of the current flowing through the busbars 19 and 20 of the EMC filter 2 .
  • the core member 23 has a hollow cylindrical shape, and the positive bus bar 19 and the negative bus bar 20, which are circuit parts of the EMC filter 2, pass through the central through hole. Therefore, the core member 23 is arranged to surround the two DC bus bars 19 and 20 .
  • the shape of the core member 23 and the shape of the resin forming the molded bus bar 18 are combined so that the core member 23 can be stored in the filter housing portion 4c. It is not necessary to limit to such a method.
  • the positive bus bar 19 and the negative bus bar 20 electrically connect the high voltage battery 101 and the power module 9 . Also, the positive bus bar 19 and the negative bus bar 20 have terminal portions for electrically connecting the first filter capacitor 21 and the second filter capacitor 22 . Although the connection between the positive bus bar 19 and the negative bus bar 20 and the first filter capacitor 21 and the second filter capacitor 22 is performed by welding in this embodiment, other methods such as caulking connection and screw fastening may be used.
  • the ground busbar 17 is connected to one terminal of the second filter capacitor 22 .
  • the ground busbar 17 is fixed to the case 4 by screwing, and is electrically connected to the same potential as the ground potential via the housing 11 that is fastened to the case 4 . From the standpoint of noise resistance, it is desirable that the connection position between the ground bus bar 17 and the case 4 be as close as possible to the fastening position between the case 4 and the housing 11 . Also, the ground bus bar 17 may be directly connected to the housing 11 instead of being indirectly connected to the housing 11 via the case 4 .
  • the EMC filter 2 is accommodated in the case 4 that is thermally connected to the cooling flow path 15 of the power module 9, so that heat can be transferred through the resin member filled in the gap. This improves the reliability of the device 100 and contributes to the reliability of the device 100 .
  • the first DC bus bar 1 is electrically connected to the second DC bus bar 6 via the convex portion 1a.
  • the EMC filter 2 and the smoothing capacitor 3 accommodated in the case 4 and the power module 9 are electrically connected.
  • this connection is by screw fastening, but it is not limited to this, and other methods such as caulking connection may be used.
  • the case 4 is made of metal such as aluminum or iron, and is formed by casting such as aluminum die casting.
  • the case 4 is formed in a bag shape having a bottom and an open top. Further, the bottom of the case 4 has a cooling channel contact portion 24 which is a protrusion for thermally contacting the cooling channel 15 of the power module 9 via a heat conducting member 26 .
  • the projection 1 a provided on the first DC bus bar 1 is fitted into the hole 4 a provided on the case 4 .
  • the projection 1a can be seen from the rear surface of the case 4 because the hole 4a has a penetrating structure. 6 and 7, the first DC bus bar 1 provided in the case 4 can be connected to the second DC bus bar 6 via the convex portion 1a.
  • the power module 9 Inside the housing 11 the power module 9 with associated cooling channels 15 is arranged horizontally to the bottom.
  • the power module 9 includes a semiconductor device 16 that converts DC power into AC power, and a pair of cooling channels 15 that sandwich the semiconductor device 16 .
  • the cooling channels 15 are not limited to being provided on both sides of the semiconductor device 16, and may be provided on only one side of the semiconductor device 16 (described later with reference to FIG. 14).
  • a smoothing capacitor 3 composed of a combination of packages for each element, a first DC bus bar 1 comprising a positive bus bar and a negative bus bar constituting a main circuit between the capacitor and the power module are stored.
  • a case 4 which is a fixed metal member, is arranged.
  • the gap between the bottom surface of the inner plate of the case 4 and the housing 11 attached to the power module 9 and functioning as a flow path forming body is filled with a resin heat-conducting member 26 (described later in FIG. 10).
  • the power module 9 is thermally connected.
  • the smoothing capacitor 3 and the EMC filter 2 mounted on the metallic case 4 are in indirect contact with the cooling flow path 15 via the case 4 and the heat conducting member 26 .
  • the DC circuit body 5 unitized by the case 4 solves the problem from the viewpoint of assembly, there is a problem in cooling performance because the housing 11 and the case 4 are separated, and the EMC filter 2 and the smoothing capacitor 3 may deteriorate or be destroyed due to self-heating or heat generated by adjacent busbars. Therefore, as described above, by applying a configuration in which the case 4 and the cooling channel 15 on the upper surface of the power module 9 are brought into contact with each other and thermally connected by the heat conducting member 26, the cooling performance is not impaired while the ease of assembly is not impaired. are also improving.
  • the cooling performance is ensured without impairing the heat radiation performance of the component parts of the DC circuit body 5, and the assembling performance is improved.
  • the gate drive board 10 is equipped with heat-generating components such as a transformer that converts high voltage.
  • the housing 11 is a flow path forming body through which a coolant for cooling the power module 9 flows, the temperature of the housing 11 is low among the components constituting the inverter 100 . Therefore, by filling the gap between the gate drive board 10 and the housing 11 with a thermally conductive member 26 to be described later and thermally connecting the gate drive board 10 and the housing 11 , the cooling performance of the gate drive board 10 is improved. In addition, reducing the risk of thermal failure of components mounted on the gate drive board 10 can contribute to improving the reliability of the inverter 100 (described later in FIG. 13).
  • a resin member (potting resin) 25 is provided between the first and second smoothing capacitor housing portions 4b and filter housing portions 4c (see FIG. 4) of the case 4 and the plurality of smoothing capacitors 3 and EMC filters 2. filled.
  • the resin member 25 is a resin member having thermal conductivity and electrical insulation, and hardens by being filled between the housing components of the case 4 described above, thereby fixing the relative positions of the housing components in the case 4. , the cooling water passage 15 of the power module 9 is indirectly thermally connected to improve the cooling performance.
  • the filling rate of the resin member 25 with respect to the volume of the accommodating portion of the case 4 is not specified, it is preferable that the filling rate is as high as possible from the viewpoint of cooling.
  • the fixing method is not limited to this method, and other methods such as screw fastening may be used.
  • the accommodating portions 4b and 4c provided in the case 4 are not limited to being used as the accommodating portions 4b and 4c for accommodating the smoothing capacitor 3 and the EMC filter 2, and may also function as accommodating portions for other components. good.
  • the case 4 which is a metal housing member, is connected to the power module 9 in which the semiconductor device 16 and the cooling channel 15 are integrated via the heat conducting member 26 at the cooling channel contact portion 24 provided on the bottom surface. It is The power module 9 faces the first DC bus bar 1, the EMC filter 2, and the smoothing capacitor 3 with the case 4 in between.
  • components such as the EMC filter 2 and the smoothing capacitor 3 are mainly affected by the heat of the power module 9 because they are mounted in the same space.
  • the DC circuit body 5 and the power module 9 can be separated from each other.
  • Power modules 9 connected to motors 200 (described later in FIG. 12) that are mainly used for driving and power generation are arranged in the inverter 100 .
  • the power module 9 is connected to the first DC busbar 1 via the second DC busbar 6 . That is, smoothing capacitor 3 and EMC filter 2 are electrically connected to semiconductor device 16 via DC bus bars 1 and 6 .
  • the first DC bus bar 1 and the second DC bus bar 6 are wired using the space between the two power modules 9 . Further, as described above, in the first DC bus bar 1, the first and second smoothing capacitor accommodating portions 4b are arranged on both sides of the hole portion 4a of the case 4, respectively. By doing so, the busbar path leading from the smoothing capacitor 3 to the power module 9 can be made shorter than in the conventional art, thereby suppressing an increase in the inductance of the main circuit. In addition, along with this, it is possible to reduce the risk of damage due to an increase in surge voltage due to switching of the power module 9 and excessive breakdown voltage of the components (EMC filter 2, smoothing capacitor 3) of the power conversion device 100, and the reliability of the power conversion device 100. It can contribute to the improvement of sexuality.
  • the housing 11 forms a cooling channel 28 by functioning as a channel forming body that forms a channel, and by connecting the cooling channel 28 to the cooling channel 15 of the power module 9 , the cooling medium inside the housing 11 is is circulating.
  • a DC connector (not shown) is attached to the housing 11 and connected to a high voltage cable 106 (described later in FIG. 12) connected to the high voltage battery 101 via a separate connection bus bar (not shown).
  • DC power is supplied to the power converter 100 by being electrically connected to the first DC bus bar 1 , the EMC filter 2 , the smoothing capacitor 3 , and the case 4 , which are components of the DC circuit body 5 .
  • the form of connection with the high-voltage battery 101 does not have to be limited to this.
  • FIG. 12 A three-phase inverter circuit 110 included in the inverter 100 is connected in parallel with the battery 101 and the smoothing capacitor 3 and supplied with DC power from the battery 101 .
  • the DC power is smoothed by a smoothing capacitor 3 connected in parallel.
  • the smoothed DC power is converted to AC power by semiconductor device 16 and output to motor 200 .
  • the three-phase inverter circuit 110 has a three-phase one-leg inverter 108 that integrates the semiconductor device 16 and the control circuit 10 (gate drive board 10). A three-phase alternating current is output to the motor 200 .
  • FIG. 12 only one phase of the three-phase one-leg inverter 108 is shown, and illustration of the other two phases is omitted.
  • the current flowing through the upper arm element 23a and the lower arm element 23b of the semiconductor device 16 is switched ON/OFF by the control signal output from the control circuit 10 as described above. This converts DC power into AC power.
  • a control signal output from the control circuit 10 is input to the upper arm element 23a and the lower arm element 23b via the gate resistor 105 through the signal wiring.
  • the semiconductor device 16 is an IGBT (Insulated Gate) that operates as an upper arm.
  • Bipolar Transistor It has a switching element such as an insulated gate bipolar transistor) and a diode, and a switching element such as an IGBT operating as a lower arm and a diode.
  • the three-phase semiconductor device 16 is connected in parallel to the high-voltage side input wiring 106 and the low-voltage side input wiring 107, respectively.
  • the three-phase inverter circuit 110 is also connected to the three-phase stator winding 200a of the motor 200 at an intermediate point where the upper arm semiconductor element 23a and the lower arm semiconductor element 23b are connected in series.
  • the three-phase semiconductor device 16 is connected in parallel to the high-voltage side input wiring 106 and the low-voltage side input wiring 107. Further, by providing the signal wiring and signal wiring board (not shown) of the semiconductor device 16 and the control circuit 10, the signal A signal input from the control circuit 10 via wiring controls the upper arm semiconductor element 23a and the lower arm semiconductor element 23b, respectively, and functions as a three-phase inverter circuit 110, which is an electric circuit device. Further, a motor output terminal (not shown) is connected to the three-phase stator winding 200a of the motor 200, a smoothing capacitor 3 is connected to the high-voltage side input wiring 106 and the low-voltage side input wiring 107, and a DC voltage input terminal (not shown) is connected. ), the inverter 100 that converts DC power to AC power functions.
  • the smoothing capacitor 3 is connected between the high-voltage battery 101 and the semiconductor device 16 to smooth DC power and supply it to the semiconductor device 16 .
  • the smoothing capacitor 3 includes a plurality of packaged single elements, a plurality of elements may be incorporated into one package.
  • FIG. 13 is a view of mounting the gate drive substrate 10 and the MC substrate 12 on the embodiment described in FIG.
  • the MC board 12 transmits control signals to the gate drive board 10 in order to control the operation of the motor 200 .
  • the gate drive board 10 sends a drive control signal to the power module 9 based on the signal from the MC board 12 .
  • the gate drive board 10 and the MC board 12 are arranged to face the smoothing capacitor 3 with the power module 9 interposed therebetween, and are thermally connected to the housing 11 via the heat conducting member 26, so that the housing 11 supported.
  • the housing 11 is connected to the ground potential as described above. Also, the case 4 is electrically connected to the housing 11 .
  • a housing 11 has a wall between the power module 9 and the gate drive board 10 . Therefore, the housing 11 functions as a shield that absorbs noise from the power module 9 , reduces the risk of malfunction of the gate drive board 10 , and contributes to improving the reliability of the inverter 100 .
  • the MC board 12 is supported by the housing 11 by being thermally connected to the housing 11 via the heat conducting member 26 . As a result, the temperature of the housing 11 provided with the cooling flow path 15 for cooling the power module 9 is low, so that the MC board 12 can be cooled.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit) is mounted on the MC board 12, and the CPU generates heat when the inverter 100 is driven. , contributes to improving the reliability of the inverter 100 .
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 14 is a front view of a modification of inverter 100
  • FIG. 14B is a side view of a modification of inverter 100.
  • FIG. 14(a) and 14(b) in the inverter 100, the present invention can be applied even when the cooling water passages 15 of the power modules 9 are arranged on one side instead of both sides.
  • the power conversion device 100 includes a power module 9 having a semiconductor device 16 that converts DC power into AC power and a cooling channel 15 that cools the semiconductor device 16 .
  • the power conversion device 100 has a metal containing member 4 thermally connected to the cooling flow path 15 at the bottom surface via the heat conducting member 26, and the containing member 4 smoothes the DC power.
  • a plurality of smoothing capacitors 3 are accommodated.
  • the plurality of smoothing capacitors 3 are electrically connected to the semiconductor device 16 via DC bus bars 1 and 6 that are connected to the semiconductor device 16 and input DC power to the semiconductor device 16 .
  • the power module 9 has a first power module having a 3-phase AC output and a second power module having a 3-phase AC output independent of the first power module.
  • the busbar 6 passes through the space between the first power module and the second power module.
  • the housing member 4 has first and second smoothing capacitor housing portions 4b for housing a plurality of smoothing capacitors 3, and a hole portion 4a through which the DC busbar 1 penetrates the housing member 4.
  • the second smoothing capacitor accommodating portion 4b is arranged with the hole portion 4a interposed therebetween.
  • the power converter 100 further includes a noise filter 2 electrically connected to the smoothing capacitor 3 and the semiconductor device 16 via the DC busbars 1 and 6 to remove high frequency noise from the DC power.
  • the housing member 4 has a filter housing portion 4 c housing the noise filter 2 and first and second smoothing capacitor housing portions 4 b housing the smoothing capacitors 3 . By doing so, the components of the DC circuit body 5 can be arranged without impairing the ease of assembly.
  • a resin member 25 is filled between the filter accommodating portion 4c and the noise filter 2 and between the first and second smoothing capacitor accommodating portions 4b and the plurality of smoothing capacitors 3, respectively.
  • the noise filter 2 includes a DC bus bar that transmits DC power, a magnetic core member 23 that surrounds the DC bus bar, and a filter capacitor that is connected to the DC bus bar.
  • the DC bus bar has a positive bus bar 19 and a negative bus bar 20
  • the filter capacitor has a first filter capacitor 21 and a second filter capacitor 22 .
  • the first filter capacitor 21 has one end connected to the positive bus bar 19 and the other end connected to the negative bus bar 20
  • the second filter capacitor 22 has one end connected to either the positive bus bar 19 or the negative bus bar 20. The other end is grounded to the ground potential.
  • the power conversion device 100 includes a gate drive board 10 that sends a control signal to the semiconductor device 16, and a housing 11 that is a channel forming body that forms a cooling channel.
  • the gate drive board 10 is supported by the housing 11 by connecting the housing 11 with the heat conducting member 26 . This contributes to the improvement of the cooling performance of the gate drive board 10 and reduces the risk of thermal failure of the components mounted on the gate drive board 10, thereby contributing to the improvement of the reliability of the power converter 100. can.
  • the housing 11 is connected to ground potential, and the housing member 4 is electrically connected to the housing 11 .
  • the electronic control board 12 is arranged to face the plurality of smoothing capacitors 3 with the power module 9 therebetween, and is arranged to face the power module 9 with the housing 11 therebetween.
  • 11 is connected by a heat conducting member 26 to be supported by the housing 11 .
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
  • first DC bus bar 1a convex portion 2 EMC filter (noise filter) 3 smoothing capacitor 4 DC circuit housing member (case) 4a hole portion 4b (first and second) smoothing capacitor accommodating portion 4c filter accommodating portion 5 DC circuit module (DC circuit body) 6 Second DC bus bar (power module connection side) 7 AC bus bar 7a L-shaped AC bus bar 8 AC current sensor 9 power module unit 10 gate drive board 11 housing (flow path forming body) 12 MC (Motor Control) substrate 13 Cover 14 DC connector 15 Cooling channel (power module side) 16 semiconductor device 17 ground bus bar 18 molded bus bar 19 positive bus bar 20 negative bus bar 21 first filter capacitor 22 second filter capacitor 23 core member 24 cooling channel contact portion 25 resin member (potting resin) 26 heat conduction member 27 heat transfer 28 cooling channel 100 power converter

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Abstract

電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する半導体装置と、前記半導体装置を冷却する冷却流路と、を有するパワーモジュールを備える電力変換装置であって、熱伝導部材を介して、底面で前記冷却流路と熱的に接続されている金属製の収容部材を有し、前記収容部材は、前記直流電力を平滑化する複数の平滑コンデンサを収容し、前記複数の平滑コンデンサは、前記半導体装置と接続されて前記直流電力を前記半導体装置に入力する直流バスバを介して、前記半導体装置と電気的に接続されている。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する。
　電力変換装置の設計においては、複数の標準部品の組み合わせにより、これらの仕様の差異をカバーする部品共通化の思想がある。しかし、複数の部品を装置内に組み込んで組み立てることは、単一の部品の組み込みに比べて組立性が劣る。また、高出力かつ小型化が求められる電力変換装置では、駆動時に発生する熱の冷却が課題となっている。これらの点を鑑みると、装置の内部構造の複雑化は各部の適切な放熱を妨げ、熱による部品の劣化や寿命短縮につながる可能性があるため、信頼性の低下に関わる。よって、内部構造を簡素化しつつ、組立性を維持できる装置が求められている。
　下記の特許文献１では、パワーモジュールの両面に冷却流路を配置し、流路におけるパワーモジュールとは反対側の放熱面には、コンデンサユニット２３を配置して放熱することで、冷却効率を向上させる構成が開示されている。
特開２０１９－１６１７９７号公報
　特許文献１は、冷却効率の向上や大型化の抑制は望めるものの、コンデンサユニットの取り付けについては具体的に明示されておらず、装置の組立性についての課題が残る。これを鑑みて、本発明は、組立性向上と装置の放熱性維持とを両立する電力変換装置を提供することが目的である。
　電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する半導体装置と、前記半導体装置を冷却する冷却流路と、を有するパワーモジュールを備える電力変換装置であって、熱伝導部材を介して、底面で前記冷却流路と熱的に接続されている金属製の収容部材を有し、前記収容部材は、前記直流電力を平滑化する複数の平滑コンデンサを収容し、前記複数の平滑コンデンサは、前記半導体装置と接続されて前記直流電力を前記半導体装置に入力する直流バスバを介して、前記半導体装置と電気的に接続されている。
　組立性向上と装置の放熱性維持とを両立する電力変換装置を提供できる。
電力変換装置の全体分解構造図である。 図１においてパワーモジュール等の一部の構成部品をハウジングに収容した分解構造図である。 第２ＤＣバスバやパワーモジュール等の一部の構成部品を収容したハウジングの内部を説明する図である。 直流回路モジュールのユニットを説明する図である。 ノイズフィルタを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る、２つのＤＣバスバを説明する図である。 図６の２つのＤＣバスバをＢ方向から見た図である。 図４の直流回路格納部材をＡ方向から見た図である。 本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の断面図である。 直流回路格納部材に収容した構成部品を上部開口方向から見た図である。 本発明の一実施形態に係る、図９の電力変換装置の断面図の構造を簡略化した図である。 電力変換装置の電気回路図である。 第１変形例である。 第２変形例である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
（一実施形態および全体構成）
（図１、図２）
　電力変換装置１００（以下インバータ１００）は、第１ＤＣバスバ１、ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３、直流回路格納部材４（以下ケース４）、第２ＤＣバスバ６、ＡＣバスバ７、Ｌ字形状のＡＣバスバ７ａ（以下Ｌ字ＡＣバスバ７ａ）、ＡＣセンサ８、パワーモジュールユニット９（以下パワーモジュール９）、ゲートドライブ基板１０をハウジング１１の内部に収容して備えている。ＭＣ（Motor Control）基板１２はハウジング１１において上記の内部部品を収容する開口側とは反対側（底部の外部側）に配置される。カバー１３は、ＭＣ基板１２を覆うように、ハウジング１１の底部の外部側に配置されることで、ＭＣ基板１２を保護している。
　ハウジング１１は、アルミニウムや鉄などの金属により形成されており、例えば、アルミダイキャスト等の鋳造により形成することができる。ハウジング１１は、底部を有し、上部が開口されたボックス状に形成されている。また、ハウジング１１は、インバータ１００の構成部品の収容だけでなく、パワーモジュール９を冷却する冷媒をハウジング１１内全体に流すため、冷却流路形成体としての機能を備えている。これにより、ハウジング１１の外部から供給される冷媒が、ハウジング１１内に形成される流路を介して、パワーモジュール９に備わる冷却流路１５（図９で後述）に流れ、半導体装置１６（図９で後述）を冷却している。また、ハウジング１１は組付けられている部品を介して、対地電位（グランド電位）と同電位に接続されている。
　ＭＣ基板１２は、インバータ１００に接続され、交流電力によって駆動されるモータ（図１２で後述）の動作を制御する電子制御基板である。ＭＣ基板１２は、ハウジング１１の底部を間にしてパワーモジュール９と対向して配置されており、ハウジング１１と熱伝導部材２６（図１３に後述）を介して熱的に接続されている。これにより、ＭＣ基板１２の冷却性確保および耐ノイズ性向上が期待でき、インバータ１００の信頼性向上に貢献できる。
　第１ＤＣバスバ１、ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３、ケース４は、直流回路モジュール５（以下ＤＣ回路体５）としてユニット化され機能している。Ｌ字ＡＣバスバ７ａは、ハウジング１１の内壁に沿ってＬ字形状に形成されているＡＣバスバである。
（図３）
　ＡＣバスバ７は、パワーモジュール９の交流電力入出力部（図示なし）と電気的に接続される。なお、ＡＣバスバ７とパワーモジュール９との接続には溶接接続が用いられているが、接続手法はこれ以外の方法を用いてもよい。第２ＤＣバスバ６は、パワーモジュール９の直流電力入出力部（図示なし）に接続されている。ＡＣバスバ７は、第２ＤＣバスバ６とは、パワーモジュール９を間にして対向する位置に配置されている。
　また、ＡＣ電流センサ８は、中心部が貫通した円形状であり、ＡＣバスバ７に流れる電流を計測するため、ＡＣ電流センサ８の中心部をＡＣバスバ７が貫通するように配置されている。また、ＡＣバスバ７は、Ｌ字ＡＣバスバ７ａと接続されている。なお、この接続はねじ締結の手法がとられているが、この接続の手法に限定しなくてもよい。また、図示している部品数についても、これに限定しなくてもよい。
　Ｌ字ＡＣバスバ７ａは、ハウジング１１の長辺側の一端に集約され、上部方向に突出（延長）している。なお、ＡＣバスバ７ａは上部方向に延長している部分においてモータ（図示なし）と接続されるが、この接続はモータとの接続位置には影響しない。
（図４）
　金属製の収容部材であるケース４は、直流回路を構成し直流電力を平滑化する複数の平滑コンデンサ３、直流電力から高周波ノイズを除去するＥＭＣフィルタ（ノイズフィルタ）２、複数の平滑コンデンサ３とＥＭＣフィルタ２とを電気的に接続する第１ＤＣバスバ１を収容している。第１ＤＣバスバ１、ＥＭＣフィルタ２、複数の平滑コンデンサ３がケース４に収容されることで、ＤＣ回路体５として一体化（ユニット化）して機能している。
　ケース４は、複数の平滑コンデンサ３を収容する２つの平滑コンデンサ収容部４ｂと、ノイズフィルタ回路を構成するＥＭＣフィルタ２を収容するフィルタ収容部４ｃと、を有する収容部材である。２つの平滑コンデンサ収容部４ｂには、それぞれ同数のコンデンサ３が収容されている。
　第１ＤＣバスバ１は、ケース４に収容されたＥＭＣフィルタ２と平滑コンデンサ３と接続されている。第１ＤＣバスバ１は、下方向に突形状の形成されている凸部１ａを有している。また、ケース４において、２つの平滑コンデンサ収容部４ｂのうち、図４の左側の平滑コンデンサ収容部４ｂを第１の平滑コンデンサ収容部、図４の右側の平滑コンデンサ収容部４ｂを第２の平滑コンデンサ収容部とすると、第１の平滑コンデンサ収容部４ｂと第２の平滑コンデンサ収容部４ｂとの間には穴部４ａが設けられており、第１の平滑コンデンサ収容部４ｂと第２の平滑コンデンサ収容部４ｂはそれぞれ穴部４ａを間に挟んで配置されている。穴部４ａは、第１ＤＣバスバ１の凸部１ａが第２ＤＣバスバ６と接続できるようにするために、貫通構造になっている。
　ケース４は、ハウジング１１と接続されることで対地電位と同電位である。そのため、ケース４は、ＥＭＣフィルタ２に対するグランド接地の役割を有し、また、スイッチング駆動するパワーモジュール９において、スイッチング時に発生する電磁ノイズの遮蔽シールドとしての役割を有する。
　このように、ケース４に平滑コンデンサ３とＥＭＣフィルタ２とをユニット化させて収容することで、クラスタ状に集合したキャパシタ（クラスタＣＡＰ）を利用するなど個別部品化をした場合であっても、ケース４を設置するだけで組立性を損なわずに配置できる。
　なお、平滑コンデンサ収容部４ｂに対する平滑コンデンサ３の個数は図４に示すような４つずつに限らなくてもよい。また、ＥＭＣフィルタ２側に搭載するフィルタコンデンサ２１，２２（図５で後述）の素子数を減少させ、平滑コンデンサ３の収容数を増大させてもよい。また、フィルタコンデンサ２１，２２の素子数を減少させることにより、ケース４において、穴部４ａからＥＭＣフィルタ２（またはフィルタ収容部４ｃ）までの長さを縮小して、収容に必要なスペースを減少させるようにしてもよい。また、平滑コンデンサ３は、第１ＤＣバスバ１との接続を溶接接続としているが、この接続はカシメ接続、ねじ締結など他の手法としてもよい。
　ケース４は、ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３を搭載できるのであれば、図４に示すような収容部４ｂ，４ｃのような袋状の構造に限らず、例えば板形状であってもよい。
（図５）
　ＥＭＣフィルタ２は、第１フィルタコンデンサ２１、第２フィルタコンデンサ２２、コア部材２３、モールドバスバ１８を備えている。ＥＭＣフィルタ２は、高電圧バッテリ１０１（図１２で後述）と平滑コンデンサ３との間に設けられており、パワーモジュール９の電力変換動作時（スイッチング時）に発生する電磁ノイズを抑制している。
　ＥＭＣフィルタ２は、第１ＤＣバスバ１と接続されている。なお、この接続は溶接接続としているが、これに限らず、カシメ接続、ねじ締結など他の手法であってもよい。
　ＥＭＣフィルタ２は、直流電力を伝達する直流バスバである正極バスバ１９と負極バスバ２０とを備えている。第１フィルタコンデンサ２１は、一端を正極バスバ１９と、他端を負極バスバ２０と電気的に接続されている。第２フィルタコンデンサ２２は、一端を正極バスバ１９または負極バスバ２０のどちらか一方と、他端をグランド電位に接地するための接地バスバ１７と電気的に接続されている。
　コア部材２３は、磁性体材料によって構成され、ＥＭＣフィルタ２のバスバ１９，２０に流れる電流の電磁ノイズを吸収している。コア部材２３は中空の円筒型形状であり、ＥＭＣフィルタ２の回路部である正極バスバ１９および負極バスバ２０が、中央の貫通穴を通過する。そのため、この２つの直流バスバ１９，２０をコア部材２３が囲むように配置されている。本実施形態では、コア部材２３の形状と、モールドバスバ１８を構成する樹脂の形状とを合わせて、フィルタ収容部４ｃにコア部材２３を格納できるようにしているが、コア部材２３の設置方法はこのような方法に限らなくてもよい。
　正極バスバ１９、負極バスバ２０は、高電圧バッテリ１０１とパワーモジュール９とを電気的に接続する。また、正極バスバ１９、負極バスバ２０は、第１フィルタコンデンサ２１、第２フィルタコンデンサ２２を電気的に接続するための端子部を備えている。なお、正極バスバ１９、負極バスバ２０と第１フィルタコンデンサ２１、第２フィルタコンデンサ２２との接続は、本実施形態では溶接としているが、カシメ接続、ねじ締結など他の手法としてもよい。
　接地バスバ１７は、第２フィルタコンデンサ２２の一方の端子に接続される。接地バスバ１７は、ケース４にねじ締結により固定され、ケース４と締結されているハウジング１１を介してグランド電位と同電位に電気的に接続されている。なお、接地バスバ１７とケース４の接続位置については、耐ノイズ性の観点から、ケース４とハウジング１１との締結位置のなるべく近くであればあるほど望ましい。また、接地バスバ１７は、ケース４を介したハウジング１１との間接接続ではなく、ハウジング１１に直接接続してもよい。
　ＥＭＣフィルタ２は、パワーモジュール９の冷却流路１５と熱的に接続されたケース４に収容されることで、その間隙に充填された樹脂部材を介して熱を移動させることができるため、放熱性が向上し、かつ装置１００の信頼性に貢献できる。
（図６、図７）
　２つのＤＣバスバ１，６について説明する。第１ＤＣバスバ１は、凸部１ａを介して第２ＤＣバスバ６と電気的に接続されている。これにより、ケース４に収容されたＥＭＣフィルタ２および平滑コンデンサ３とパワーモジュール９とを電気的に接続する。なお、この接続は本実施形態ではねじ締結による接続としているが、これに限らずカシメ接続など他の手法としてもよい。
（図８）
　ケース４は、アルミニウムや鉄などの金属により形成されており、例えば、アルミダイキャスト等の鋳造により形成されている。ケース４は、底部を有し、上部が開口された袋状に形成されている。また、ケース４の底部には、パワーモジュール９が有する冷却流路１５と熱伝導部材２６を介して熱的に接触させるための突起部である冷却流路接触部２４を有している。
　第１ＤＣバスバ１とケース４とを接続することで、第１ＤＣバスバ１に設けられている凸部１ａがケース４に設けられている穴部４ａに嵌合される。図８に図示するように、穴部４ａが貫通構造になっていることで、ケース４の裏面から凸部１ａが見えていることがわかる。これにより、図６，図７で前述したように凸部１ａを介してケース４に備えた第１ＤＣバスバ１が、第２ＤＣバスバ６に接続できる。
（図９）
　ハウジング１１の内部には、冷却流路１５が付随するパワーモジュール９が底部に対して水平に配置されている。パワーモジュール９は、直流電力を交流電力に変換する半導体装置１６と、半導体装置１６を挟む一対の冷却流路１５から構成される。なお、冷却流路１５については、半導体装置１６の両面に備える構成に限らず、半導体装置１６の片面のみに設置する構成であってもよい（図１４で後述）。
　パワーモジュール９の上側には、１素子ごとのパッケージの組み合わせで構成される平滑コンデンサ３、コンデンサ－パワーモジュール間の主回路を構成する正極バスバと負極バスバを備える第１ＤＣバスバ１、これらを格納・固定する金属製の部材であるケース４が配置される。このケース４の内部プレート底面と、パワーモジュール９に付属し流路形成体の機能を有するハウジング１１との間隙を、樹脂の熱伝導部材２６（図１０で後述）で充填することでケース４とパワーモジュール９とを熱的に接続する。これにより、金属製のケース４に搭載された平滑コンデンサ３やＥＭＣフィルタ２は、ケース４および熱伝導部材２６を介して冷却流路１５に間接的に接触している。
　また、ケース４によってユニット化されたＤＣ回路体５は組立性の観点で課題解決をしているが、ハウジング１１とケース４が別体となっていることで冷却性に課題があり、ＥＭＣフィルタ２や平滑コンデンサ３それぞれの自己発熱や近接するバスバからのあおり熱により、劣化や破壊の懸念がある。そこで前述したように、ケース４とパワーモジュール９の上面の冷却流路１５とを、熱伝導部材２６で接触させて熱的に接続する構成を適用することで、組立性を損なわずかつ冷却性能も向上させている。
　このようにすることで、ＤＣ回路体５の構成部品の放熱性を損なわず冷却性を確保し、組立性を向上させる。また組立性を考慮し、かつ主回路インダクタンスの低減効果を目的としたバスバ経路の短縮によって起こる発熱についても抑制できる。
　ゲートドライブ基板１０は、高電圧を変換するトランスなどの発熱部品を搭載する。一方で、ハウジング１１は、パワーモジュール９を冷却する冷媒を流している流路形成体であるため、インバータ１００を構成する部品の中でも温度が低い。そこで、後述の熱伝導部材２６をゲートドライブ基板１０とハウジング１１の間隙に充填しつつ熱的に接続することで、ゲートドライブ基板１０の冷却性の改善に貢献させる。また、ゲートドライブ基板１０の搭載部品が熱によって故障するリスクを低減させることで、インバータ１００としての信頼性向上に貢献できる（図１３で後述）。
（図１０）
　ケース４が有する第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂおよびフィルタ収容部４ｃ（図４参照）と、複数の平滑コンデンサ３およびＥＭＣフィルタ２との間には、樹脂部材（ポッティング樹脂）２５が充填されている。
　樹脂部材２５は、熱伝導性および電気絶縁性を有する樹脂部材であり、前述したケース４の収容部品の間に充填されることで硬化するため、ケース４における収容部品の相対的位置を固定し、パワーモジュール９の冷却水路１５と間接的に熱接続していることで、冷却性も向上させている。なお、ケース４の収容部体積に対する樹脂部材２５の充填率については規定しないが、冷却の観点から充填率はなるべく高い方が好ましい。
　なお、樹脂部材２５によってケース４の収容部品が固定されているが、この固定方法に限らず、ねじ締結による固定などの他の手法を用いてもよい。また、ケース４が備える収容部４ｂ，４ｃは、平滑コンデンサ３とＥＭＣフィルタ２とを収容する収容部４ｂ，４ｃとして用いることに限らず、その他の部品の収容部としての機能を有してもよい。
（図１１）
　パワーモジュール９等の電力変換装置１００の構成部品は、ハウジング１１に対して一方向（図１１の上方向）からの組付けが実現できるため、回転作業が不要となり、組立作業が容易となる。また、放熱性能が重視されるパワーモジュール９側の冷却流路１５と、ケース４としての強度や仕様に応じたカスタマイズ性が重視されるＤＣ回路体５とを別部品として構成することで、装置１００内の各構成部品の共通化とレイアウト最適設計の自由度の向上とを両立できる。
　金属製の収容部材であるケース４は、底面に設けられている冷却流路接触部２４において、熱伝導部材２６を介して半導体装置１６と冷却流路１５が一体となったパワーモジュール９と接続されている。パワーモジュール９は、ケース４を間にして、第１ＤＣバスバ１、ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３と対向している。
　これにより、従来では、同じ空間に搭載していたことで、パワーモジュール９の熱の影響を主にＥＭＣフィルタ２や平滑コンデンサ３などの部品が受けるために、放熱効率に問題があったが、本発明によってケース４を用いることで、ＤＣ回路体５とパワーモジュール９で別に分けることができたため、組立性が維持され、かつ放熱性を損なわない。
　インバータ１００内には、それぞれが駆動および発電に主に用いられるモータ２００（図１２で後述）に接続されるパワーモジュール９が配置されている。パワーモジュール９は、第２ＤＣバスバ６を介して第１ＤＣバスバ１が接続されている。つまり、平滑コンデンサ３とＥＭＣフィルタ２とは、直流バスバ１および６を介して、半導体装置１６と電気的に接続されている。
　第１ＤＣバスバ１および第２ＤＣバスバ６は、２つのパワーモジュール９の間の空間を利用して配線されている。また、前述したように第１ＤＣバスバ１において、ケース４の穴部４ａの両側にそれぞれ第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂが配置されている。このようにすることで、平滑コンデンサ３からパワーモジュール９へつながるバスバ経路を、従来よりも短くすることができるため、主回路のインダクタンスの増加を抑制できる。またこれに伴い、パワーモジュール９のスイッチングに伴うサージ電圧の増大や、電力変換装置１００の構成部品（ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３）の耐圧超過による破損リスクも低減でき、電力変換装置１００の信頼性向上に貢献できる。
　ハウジング１１は、流路を形成する流路形成体の役割を持つことで、冷却流路２８を形成し、冷却流路２８をパワーモジュール９の冷却流路１５に接続することで、内部に冷媒を循環させている。また、ハウジング１１には、高電圧バッテリ１０１に接続された高電圧ケーブル１０６（図１２で後述）と接続されるＤＣコネクタ（図示なし）が取り付けられ、別体の接続バスバ（図示なし）を介してＤＣ回路体５の構成部品である第１ＤＣバスバ１、ＥＭＣフィルタ２、平滑コンデンサ３、ケース４と電気的に接続されることにより、電力変換装置１００に直流電力が供給される。なお、高電圧バッテリ１０１との接続形態についてはこれに限定しなくてもよい。
（図１２）
　インバータ１００が備える三相インバータ回路１１０は、バッテリ１０１と平滑コンデンサ３と並列に接続され、バッテリ１０１から直流電力が供給されている。並列につながれた平滑コンデンサ３によって直流電力は平滑化される。平滑化された直流電力は、半導体装置１６によって交流電力に変換され、モータ２００へ出力される。
　三相インバータ回路１１０は、半導体装置１６と制御回路１０（ゲートドライブ基板１０）とを纏めた三相の１レグインバータ１０８を有しており、それぞれスイッチングのＯＮ・ＯＦＦの切り替えをすることで、モータ２００へ三相交流を出力している。なお、図１２では、三相の１レグインバータ１０８のうち１相分のみを示し、他の２相分については図示を省略している。
　半導体装置１６の上アーム素子２３ａ、下アーム素子２３ｂに流れる電流は、制御回路１０から出力される制御信号によって、前述したスイッチングのＯＮ・ＯＦＦが切り替えられている。これにより、直流電力を交流電力に変換している。制御回路１０から出力される制御信号は、信号配線を通じゲート抵抗１０５を介して上アーム素子２３ａ、下アーム素子２３ｂにそれぞれ入力されている。
　半導体装置１６は、上アームとして動作するＩＧＢＴ(Insulated Gate
Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子およびダイオードと、下アームとして動作するＩＧＢＴ等のスイッチング素子およびダイオードとを有する。
　３相の半導体装置１６は、高圧側入力配線１０６と低圧側入力配線１０７とにそれぞれ並列に接続されている。また、三相インバータ回路１１０は、上アーム半導体素子２３ａ、下アーム半導体素子２３ｂとそれぞれ直列接続した中間点において、モータ２００の三相ステータ巻線２００ａと接続されている。
　３相の半導体装置１６は、高圧側入力配線１０６と低圧側入力配線１０７に並列接続され、さらに、半導体装置１６の信号配線と信号配線板（図示なし）と制御回路１０を備えることで、信号配線を介した制御回路１０からの信号入力により、上アーム半導体素子２３ａ、下アーム半導体素子２３ｂそれぞれが制御され、電気回路装置である三相インバータ回路１１０として機能している。さらに、モータ出力端子（図示なし）とモータ２００の三相ステータ巻線２００ａとが接続され、高圧側入力配線１０６と低圧側入力配線１０７に平滑コンデンサ３が接続され、直流電圧入力端子（図示なし）にバッテリ１０１が接続されることで、直流電力を交流電力に変換するインバータ１００が機能している。
　平滑コンデンサ３は、高電圧バッテリ１０１と半導体装置１６との間に接続され、直流電力を平滑化し半導体装置１６に供給する。なお、平滑コンデンサ３は、単一の素子ごとにパッケージ化されたものを複数搭載しているが、複数の素子をひとつのパッケージに組み込む形態であってもよい。
（第１変形例）
（図１３）
　図１３は、図１１で説明した実施形態にゲートドライブ基板１０とＭＣ基板１２を搭載した図である。ＭＣ基板１２はモータ２００の動作を制御するため、ゲートドライブ基板１０に対して制御信号を送信している。ゲートドライブ基板１０は、ＭＣ基板１２からの信号に基づいてパワーモジュール９へ駆動用の制御信号を送っている。ゲートドライブ基板１０およびＭＣ基板１２は、パワーモジュール９を間にして平滑コンデンサ３と対向して配置されており、ハウジング１１とは熱伝導部材２６を介して熱的に接続されることで、ハウジング１１に支持される。
　ハウジング１１は、前述したようにグランド電位に接続されている。また、ケース４は、ハウジング１１と電気的に接続されている。ハウジング１１はパワーモジュール９とゲートドライブ基板１０との間に壁面を配置している。そのため、ハウジング１１はパワーモジュール９からのノイズを吸収するシールドとして機能し、ゲートドライブ基板１０の誤動作のリスクを低減し、インバータ１００の信頼性向上に貢献している。
　ＭＣ基板１２は、熱伝導部材２６を介してハウジング１１に熱的に接続されることで、ハウジング１１に支持されている。これにより、パワーモジュール９を冷却する冷却流路１５を備えているハウジング１１の温度が低くなっていることで、ＭＣ基板１２を冷却することができる。ＭＣ基板１２上にはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが搭載されており、インバータ１００の駆動時にはＣＰＵが発熱するため、冷却することでＣＰＵ等の基板搭載部品の熱による故障リスクを低減させ、インバータ１００の信頼性向上に貢献している。
（第２変形例）
（図１４）
　図１４（ａ）はインバータ１００の変形例の正面図、図１４（ｂ）はインバータ１００の変形例の側面図である。図１４（ａ）（ｂ）に示すように、インバータ１００において、パワーモジュール９の冷却水路１５を両面でなく片面に配置する場合でも、本発明は適用できる。
　以上本発明を説明したが、上述した効果だけでなく機種を跨いだ構成部品共通化にも対応できる。また、上記では２機のモータ２００の入出力を制御するデュアルタイプのパワーモジュール９が２つ平行に配置されている構成で説明をしたが、この配置方法に限らなくても本発明を適用できる。
　以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）電力変換装置１００は、直流電力を交流電力に変換する半導体装置１６と、半導体装置１６を冷却する冷却流路１５と、を有するパワーモジュール９を備えている。また、電力変換装置１００は、熱伝導部材２６を介して、底面で冷却流路１５と熱的に接続されている金属製の収容部材４を有し、収容部材４は、直流電力を平滑化する複数の平滑コンデンサ３を収容する。複数の平滑コンデンサ３は、半導体装置１６と接続されて直流電力を半導体装置１６に入力する直流バスバ１，６を介して、半導体装置１６と電気的に接続されている。このようにしたことで、組立性向上と装置の放熱性維持とを両立する電力変換装置１００を提供できる。
（２）パワーモジュール９は、３相の交流出力を有する第１のパワーモジュールと、第１のパワーモジュールとは独立した３相の交流出力を有する第２のパワーモジュールと、を有し、直流バスバ６は、第１のパワーモジュールと第２のパワーモジュールとの間の空間を通る。このようにしたことで、平滑コンデンサ３からパワーモジュール９へつながるバスバ経路を、従来よりも短くすることができるため、主回路のインダクタンスの増加を抑制できる。
（３）収容部材４は、複数の平滑コンデンサ３を収容する第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂと、直流バスバ１が収容部材４を貫通する穴部４ａ、を有し、第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂは、穴部４ａを間に挟んで配置されている。このようにしたことで、収容部材４を設置するだけで組立性を損なわずに配置できる。
（４）電力変換装置１００は、直流バスバ１，６を介して平滑コンデンサ３及び半導体装置１６と電気的に接続され、直流電力から高周波ノイズを除去するノイズフィルタ２を更に備える。収容部材４は、ノイズフィルタ２を収容するフィルタ収容部４ｃと、平滑コンデンサ３を収容する第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂと、を有する。このようにしたことで、組立性を損なわずにＤＣ回路体５の部品を配置できる。
（５）フィルタ収容部４ｃとノイズフィルタ２との間、および第１及び第２の平滑コンデンサ収容部４ｂと複数の平滑コンデンサ３との間には、樹脂部材２５がそれぞれ充填される。このようにしたことで、ケース４における収容部品の相対的位置を固定し、冷却性も向上させている。
（６）ノイズフィルタ２は、直流電力を伝達する直流バスバと、直流バスバを囲むように配置される磁性体のコア部材２３と、直流バスバに接続されるフィルタコンデンサと、を備える。直流バスバは、正極バスバ１９と負極バスバ２０を有し、フィルタコンデンサは、第１フィルタコンデンサ２１と第２フィルタコンデンサ２２を有する。第１フィルタコンデンサ２１は、一端が正極バスバ１９に接続され、他端が負極バスバ２０に接続され、第２フィルタコンデンサ２２は、一端が正極バスバ１９または負極バスバ２０のどちらか一方に接続され、他端がグランド電位に接地される。このようにしたことで、電力変換装置１００において、パワーモジュール９の電力変換動作時（スイッチング時）に発生する電磁ノイズを抑制している。
（７）電力変換装置１００は、半導体装置１６に制御信号を送るゲートドライブ基板１０と、冷却流路を形成する流路形成体であるハウジング１１と、を備え、ゲートドライブ基板１０は、パワーモジュール９を間にして複数の平滑コンデンサ３と対向して配置され、ゲートドライブ基板１０は、ハウジング１１との間を熱伝導部材２６によって接続することで、ハウジング１１に支持される。このようにしたことで、ゲートドライブ基板１０の冷却性の改善に貢献させ、ゲートドライブ基板１０の搭載部品が熱によって故障するリスクを低減させることで、電力変換装置１００としての信頼性向上に貢献できる。
（８）交流電力により駆動されるモータ２００の動作を制御する電子制御基板１２をさらに備える。ハウジング１１はグランド電位に接続され、収容部材４は、ハウジング１１と電気的に接続される。電子制御基板１２は、パワーモジュール９を間にして複数の平滑コンデンサ３と対向して配置され、かつ、ハウジング１１を間にしてパワーモジュール９と対向して配置され、電子制御基板１２は、ハウジング１１との間を熱伝導部材２６によって接続することで、ハウジング１１に支持される。このようにしたことで、冷却流路１５と接続しているハウジング１１経由でＭＣ基板１２を冷却し、ＭＣ基板１２上のＣＰＵ等の基板搭載部品の熱による故障リスクを低減させ、電力変換装置１００の信頼性向上に貢献している。
　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
１　第１ＤＣバスバ
　１ａ　凸部
２　ＥＭＣフィルタ（ノイズフィルタ）
３　平滑コンデンサ
４　直流回路格納部材（ケース）
　４ａ　穴部
　４ｂ　（第１及び第２の）平滑コンデンサ収容部
　４ｃ　フィルタ収容部
５　直流回路モジュール（ＤＣ回路体）
６　第２ＤＣバスバ（パワーモジュール接続側）
７　ＡＣバスバ
　７ａ　Ｌ字形状のＡＣバスバ
８　ＡＣ電流センサ
９　パワーモジュールユニット
１０　ゲートドライブ基板
１１　ハウジング（流路形成体）
１２　ＭＣ（Motor Control）基板
１３　カバー
１４　ＤＣコネクタ
１５　冷却流路（パワーモジュール側）
１６　半導体装置
１７　接地バスバ
１８　モールドバスバ
１９　正極バスバ
２０　負極バスバ
２１　第１フィルタコンデンサ
２２　第２フィルタコンデンサ
２３　コア部材
２４　冷却流路接触部
２５　樹脂部材（ポッティング樹脂）
２６　熱伝導部材
２７　熱移動
２８　冷却流路
１００　電力変換装置

Claims (8)

  1. 　直流電力を交流電力に変換する半導体装置と、前記半導体装置を冷却する冷却流路と、を有するパワーモジュールを備える電力変換装置であって、
    　熱伝導部材を介して、底面で前記冷却流路と熱的に接続されている金属製の収容部材を有し、
    　前記収容部材は、前記直流電力を平滑化する複数の平滑コンデンサを収容し、
    　前記複数の平滑コンデンサは、前記半導体装置と接続されて前記直流電力を前記半導体装置に入力する直流バスバを介して、前記半導体装置と電気的に接続されている
    　電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置において、
    　前記パワーモジュールは、３相の交流出力を有する第１のパワーモジュールと、前記第１のパワーモジュールとは独立した３相の交流出力を有する第２のパワーモジュールと、を有し、
    　前記直流バスバは、前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールとの間の空間を通る
    　電力変換装置。
  3. 　請求項２に記載の電力変換装置において、
    　前記収容部材は、前記複数の平滑コンデンサを収容する第１及び第２の平滑コンデンサ収容部と、前記直流バスバが前記収容部材を貫通する穴部、を有し、
    　前記第１及び第２の平滑コンデンサ収容部は、前記穴部を間に挟んで配置されている
    　電力変換装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
    　前記直流バスバを介して前記平滑コンデンサ及び前記半導体装置と電気的に接続され、前記直流電力から高周波ノイズを除去するノイズフィルタを更に備え、
    　前記収容部材は、前記ノイズフィルタを収容するフィルタ収容部と、前記複数の平滑コンデンサを収容する前記第１及び第２の平滑コンデンサ収容部と、を有する
    　電力変換装置。
  5. 　請求項４に記載の電力変換装置において、
    　前記フィルタ収容部と前記ノイズフィルタとの間、および前記第１及び第２の平滑コンデンサ収容部と前記複数の平滑コンデンサとの間には、樹脂部材がそれぞれ充填される
    　電力変換装置。
  6. 　請求項４または５に記載の電力変換装置において、
    　前記ノイズフィルタは、前記直流電力を伝達する前記直流バスバと、前記直流バスバを囲むように配置される磁性体のコア部材と、前記直流バスバに接続されるフィルタコンデンサと、を備え、
    　前記直流バスバは、正極バスバと負極バスバを有し、
    　前記フィルタコンデンサは、第１フィルタコンデンサと第２フィルタコンデンサを有し、
    　第１フィルタコンデンサは、一端が前記正極バスバに接続され、他端が前記負極バスバに接続され、第２フィルタコンデンサは、一端が前記正極バスバまたは前記負極バスバのどちらか一方に接続され、他端がグランド電位に接地される
    　電力変換装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
    　前記半導体装置に制御信号を送るゲートドライブ基板と、
    　前記冷却流路を形成する流路形成体であるハウジングと、を備え、
    　前記ゲートドライブ基板は、前記パワーモジュールを間にして前記複数の平滑コンデンサと対向して配置され、
    　前記ゲートドライブ基板は、前記ハウジングとの間を前記熱伝導部材によって接続することで、前記ハウジングに支持される
    　電力変換装置。
  8. 　請求項７に記載の電力変換装置において、
    　前記交流電力により駆動されるモータの動作を制御する電子制御基板をさらに備え、
    　前記ハウジングはグランド電位に接続され、
    　前記収容部材は、前記ハウジングと電気的に接続され、
    　前記電子制御基板は、前記パワーモジュールを間にして前記複数の平滑コンデンサと対向して配置され、かつ、前記ハウジングを間にして前記パワーモジュールと対向して配置され、
    　前記電子制御基板は、前記ハウジングとの間を前記熱伝導部材によって接続することで、前記ハウジングに支持される
    　電力変換装置。
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