WO2023286255A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023286255A1
WO2023286255A1 PCT/JP2021/026696 JP2021026696W WO2023286255A1 WO 2023286255 A1 WO2023286255 A1 WO 2023286255A1 JP 2021026696 W JP2021026696 W JP 2021026696W WO 2023286255 A1 WO2023286255 A1 WO 2023286255A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit board
drive circuit
semiconductor module
conversion device
power converter
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/026696
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
総徳 錦見
高志 平尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Astemo Ltd
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 Hitachi Astemo Ltd filed Critical Hitachi Astemo Ltd
Priority to US18/562,411 priority Critical patent/US12695396B2/en
Priority to CN202180097690.5A priority patent/CN117296237A/zh
Priority to DE112021007333.8T priority patent/DE112021007333T5/de
Priority to PCT/JP2021/026696 priority patent/WO2023286255A1/ja
Priority to JP2023534555A priority patent/JP7551926B2/ja
Publication of WO2023286255A1 publication Critical patent/WO2023286255A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from DC input or output
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • Power converters using semiconductor modules in which semiconductor elements are encapsulated have high conversion efficiency, so they are widely used for consumer, automotive, railway, and substation equipment. Since this semiconductor element generates heat when energized, it is necessary to cool the semiconductor module. For this reason, the power converter is provided with a cooling member for cooling the semiconductor module in the vicinity of the semiconductor module. Further, the power conversion device needs to be provided with a drive circuit for driving the semiconductor element and a control circuit for controlling the drive circuit. In this case, it is required that the driving circuit and the control circuit be arranged so as not to be affected by noise caused by switching operation of the semiconductor element.
  • a control circuit unit is arranged in the uppermost layer inside the power converter, a driver circuit board is arranged under the control circuit unit, a power module package is arranged under the driver circuit board, and a power module package is arranged.
  • a power conversion device is disclosed in which a flow channel forming body is arranged between the lower cover and the lower cover.
  • the drive circuit and control circuit are susceptible to noise caused by switching operations of semiconductor elements.
  • a power converter comprises a semiconductor module in which a semiconductor element is encapsulated, a drive circuit board on which a drive circuit for driving the semiconductor element is mounted, and a control circuit on which a control circuit for controlling the drive circuit is mounted.
  • a power conversion device including a substrate and a first cooling member that cools the semiconductor module, wherein the power conversion device is partitioned into a first space and a second space by a partition wall of a housing.
  • the drive circuit board is arranged to face the semiconductor module with the first cooling member interposed therebetween, and in the second space, the control circuit board is arranged.
  • the present invention it is possible to suppress the influence of noise due to the switching operation of the semiconductor element on the driving circuit and the control circuit.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a power conversion device;
  • FIG. (A) and (B) are perspective views of a power converter.
  • 3A and 3B are exploded perspective views showing the cooling structure of the semiconductor module;
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing the semiconductor module before the control terminals are bent;
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing the semiconductor module after the control terminals are bent;
  • FIG. (A) and (B) are perspective views of a drive circuit board. It is a figure which shows the assembly process of (A)(B) power converter. It is a figure which shows the assembly process of (A)(B) power converter. It is the bottom view which looked at the power converter device from the downward direction. It is the top view which looked at the power converter device from upper direction.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of the power converter which shows the modification of a partition.
  • FIG. 1 is diagrams of a power converter showing a modification of the flow path.
  • FIG. 1 is diagrams showing installation forms 1 and 2 of current sensors.
  • FIG. 1 is diagrams showing installation modes 3 and 4 of current sensors. It is a circuit block diagram of a power converter device.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a power conversion device 1000 according to this embodiment.
  • Power converter 1000 is partitioned into first space 604 and second space 605 by partition wall 601 of housing 600 .
  • the housing 600 is composed of a partition wall 601 and side walls 602 formed around the partition wall 601 and closed by a lower cover 610 and an upper cover 620 .
  • the semiconductor module cooling structure includes a semiconductor module 100 and first and second cooling members 110 and 120 (see FIG. 3A) arranged on both sides of the semiconductor module 100 .
  • a semiconductor module 100 having such a cooling structure is installed in the first space 604 .
  • Also installed in the first space 604 are an AC busbar 300, a smoothing capacitor 400, an EMC (Electromagnetic Compatibility) filter 500, and a drive circuit board 700a.
  • EMC Electromagnetic Compatibility
  • the drive circuit board 700a is arranged facing the semiconductor module 100 with the first cooling member 110 interposed therebetween, and the smoothing capacitor 400 is located on the side of the semiconductor module 100 and the drive circuit board 700a. placed in the department.
  • control circuit board 700b is arranged at a position facing the smoothing capacitor 400 across the partition 601 when viewed from the direction perpendicular to the partition 601 of the housing 600. At least a part of the control circuit board 700b overlaps the driving circuit board 700a in a direction perpendicular to the main surface of the control circuit board 700b.
  • a wiring hole 609 is formed between the substrate 700b and the driving circuit substrate 700a for passing the connection wiring.
  • the partition walls 601 facing the drive circuit board 700 a except for the partition walls 601 in the overlapping region form the outer wall of the housing 600 .
  • a seal ring or a liquid seal is provided between the side wall 602 of the housing 600 and the lower cover 610 and the upper cover 620 to ensure the internal airtightness of the power converter 1000 .
  • the materials of the lower cover 610, the upper cover 620, and the housing 600 are mainly conductive metals, but other materials may be used.
  • the semiconductor module 100 is connected to a battery (not shown) via a smoothing capacitor 400 and an EMC filter 500, and DC power is supplied from the battery. Also, the semiconductor module 100 converts DC power into AC power by switching the semiconductor elements sealed in the semiconductor module 100 . DC power is supplied from a battery through DC input 608 . The converted AC power is connected to the AC bus bar 300 via an output line as an AC current output from the semiconductor module 100 .
  • the AC bus bar 300 is connected to a motor (not shown), and drives the motor with the output AC current.
  • a current sensor (not shown) is arranged in the vicinity of the output line between the semiconductor module 100 and the AC busbar 300 .
  • the capacitor element of the smoothing capacitor 400 is a capacitor element formed of a wound film or the like, has a function of storing electric charge, and is sealed and fixed inside a case made of a material such as plastic with a filler or the like.
  • the terminals of the smoothing capacitor 400 are members in the shape of round bars or flat plates made of a conductive material such as copper, and electrically connect the capacitor element and an external DC bus bar.
  • the flat terminal is formed so as to be substantially parallel to the upper surface of the capacitor element and exposed to the filling sealing surface.
  • the control terminals of the semiconductor elements led out from the semiconductor module 100 are connected to the drive circuit board 700a.
  • On the drive circuit board 700a electronic components that constitute a drive circuit that drives the semiconductor element are mounted.
  • the drive circuit inputs a control signal to a control terminal of the semiconductor element to switch the semiconductor element.
  • a coolant flows through the first and second cooling members 110 and 120 arranged on both sides of the semiconductor module 100 . Input/output from the channel 607 .
  • FIG. 2A and 2(B) are perspective views of the power converter 1000.
  • FIG. 2A is a perspective view of the power converter 1000 as seen from below
  • FIG. 2B is a perspective view of the power converter 1000 as seen from above.
  • an AC busbar 300 protrudes from the lower cover 610 of the power converter 1000 and is connected to a motor (not shown).
  • the lower cover 610 has mounting holes at its four corners for fixing the power converter 1000 to a motor or the like with screws.
  • one of the signal connectors 710 protrudes from the upper cover 620 of the power converter 1000 and is connected to an external control device (not shown).
  • the other end of the signal connector 710 is connected to electronic components such as a controller arranged on the control circuit board 700b.
  • one of the signal connectors 710 protrudes from the upper cover 620 , it may protrude from between the upper cover 620 and the side wall 602 of the housing 600 .
  • 3(A) and 3(B) are exploded perspective views showing the cooling structure of the semiconductor module 100 according to this embodiment.
  • 3A is an exploded perspective view showing the cooling structure
  • FIG. 3B is a plan view of the base plate 140.
  • the cooling structure of the semiconductor module 100 includes the semiconductor module 100, first and second cooling members 110 and 120 arranged on both sides of the semiconductor module 100, and a first cooling member
  • the base plate 140 faces the semiconductor module 100 with the 110 interposed therebetween, and the spring plate member 130 presses the second cooling member 120 toward the semiconductor module 100 .
  • the semiconductor module 100 is formed by encapsulating a semiconductor element. In this embodiment, an example in which three semiconductor modules are arranged in parallel will be described, but the number of semiconductor modules is an example. A plurality of arranged semiconductor modules may be collectively referred to as a semiconductor module 100 .
  • the first and second cooling members 110 and 120 are in close contact with both surfaces of the semiconductor module 100 via thermally conductive members such as thermally conductive grease and heat radiation sheets, so that the insides of the first and second cooling members 110 and 120 are allowed to pass through.
  • the semiconductor module 100 is cooled by the circulating coolant.
  • a control terminal 101 for inputting a control signal and an AC terminal 102 connected to the AC bus bar 300 are led out from the semiconductor module 100 .
  • the control terminal 101 straddles the first cooling member 110 and is connected to the drive circuit board 700a.
  • a DC terminal connected to a DC bus bar is led to the opposite side of the AC terminal 102 , and a smoothing capacitor 400 and an EMC filter 500 are connected to the DC bus bar.
  • the spring plate member 130 is integrally formed with a plurality of legs 131 .
  • a plurality of legs 131 extend on both side surfaces of second cooling member 120 , semiconductor module 100 and first cooling member 110 and are engaged with the end of base plate 140 . Thereby, the spring plate member 130 presses the second cooling member 120 toward the semiconductor module 100 .
  • second cooling member 120 , semiconductor module 100 and first cooling member 110 are pressed between spring plate member 130 and base plate 140 .
  • Two openings 134 are formed in the central portion of the spring plate member 130 .
  • the first cooling member 110 and the second cooling member 120 are connected by a waterway connection portion 121 .
  • the inlets of the first and second cooling members 110, 120 are connected to the third flow path that guides the coolant flowing in from the inlet flow path 606.
  • the outlet is connected to a fourth channel that directs coolant to outlet channel 607 .
  • FIG. 3B is a top view of the base plate 140.
  • the base plate 140 has mounting holes 141 for inserting screws at four corners. Screws are passed through the mounting holes 141 to fix the integrated structure composed of the semiconductor module 100 and the first and second cooling members 110 and 120 to the drive circuit board 700a.
  • the base plate 140 has positioning holes 142 .
  • the positioning hole 142 is used for positioning the protrusion provided on the drive circuit board 700 a and the positioning hole 142 when fixing the structure to the housing 600 .
  • a total of four legs 131 are further provided on both side surfaces of the semiconductor module 100 at predetermined intervals along the direction in which the semiconductor modules 100 are arranged.
  • a leg portion 131 is integrally formed extending toward the base plate 140 .
  • Each leg portion 131 is formed at a predetermined distance from the control terminal 101, the AC terminal 102, and the DC terminal led out from the semiconductor module 100 so as to maintain an insulating distance.
  • the base plate 140 has two first locking portions 143 and six second locking portions 144 for locking with the clip portion 135 provided at the tip of the leg portion 131 of the spring plate member 130 .
  • the first engaging portion 143 engages and positions the clip portion 135 of the leg portion 131 of the spring plate member 130 , and has a U-shape that matches the cross-sectional shape of the leg portion 131 . are arranged at two diagonal points of the .
  • the second locking portion 144 engages with the clip portion 135 of the leg portion 131 of the spring plate member 130 .
  • the base plate 140 is provided with a control terminal opening 145 for passing the control terminal 101 led out from the semiconductor module 100 toward the drive circuit board 700a.
  • the spring plate member 130 includes a pressurizing portion 132 that contacts the second cooling member 120 and a bent portion 133 that connects the pressurizing portion 132 and the leg portion 131 .
  • the pressure part 132 is formed in the central part of the spring plate member 130 along the arrangement direction of the semiconductor modules 100 .
  • the bent portions 133 are formed on both sides of the central portion of the spring plate member 130 along the arrangement direction of the semiconductor modules 100 .
  • a pressurizing portion 132 in the central portion of the spring plate member 130 protrudes toward the central portion of the second cooling member 120 and abuts the central portion of the second cooling member 120 .
  • Bent portions 133 positioned on both sides of the central portion of spring plate member 130 are structured to be separated from both sides of the central portion of second cooling member 120 .
  • the tip of the leg portion 131 is bent to form a clip portion 135 .
  • the spring plate member 130 is made of a material such as stainless steel, and when an external force is applied, a restoring force acts to generate a pressing force.
  • the pressurizing portion 132 of the spring plate member 130 is pressed against the central portion of the second cooling member 120 to lock the clip portion 135 of the leg portion 131 of the spring plate member 130 to the base plate 140 . Then, the second cooling member 120 , the semiconductor module 100 , the first cooling member 110 and the base plate 140 are pressed against each other by the pressing force of the bent portion 133 .
  • the central portion of the second cooling member 120 is uniformly pressed by the pressing portion 132 at the central portion of the spring plate member 130 along the arrangement direction of the semiconductor modules 100 , and surface pressure is applied to the central portion of the semiconductor module 100 .
  • the first and second cooling members 110 and 120 can be evenly pressed against both surfaces of the semiconductor module 100 .
  • the adhesiveness to the thermally conductive member such as thermally conductive grease applied to both surfaces of the semiconductor module 100 is increased, and the cooling performance for the semiconductor module 100 can be maintained satisfactorily.
  • the spring plate member 130 having the pressurizing portion 132 and the bent portion 133 can be configured to be thin, the cooling structure can be miniaturized.
  • the leg portion 131 has a thin plate shape integrally formed with the spring plate member 130, it can be arranged along the side surface of the semiconductor module 100, and the cooling structure can be miniaturized.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing one semiconductor module 100 before the control terminal 101 is bent.
  • FIG. 4A is an external perspective view
  • FIG. 4B is a top view.
  • One semiconductor module 100 is illustrated in FIG.
  • One of the semiconductor modules 100 is configured by connecting two semiconductor elements in series corresponding to, for example, the U-phase upper and lower arms.
  • the semiconductor elements are, for example, IGBTs and diodes.
  • the other two of the semiconductor module 100 are semiconductor elements corresponding to the upper and lower arms of the V-phase and W-phase.
  • the semiconductor module 100 before bending the plurality of control terminals 101 is arranged horizontally along the surface of the semiconductor module 100 perpendicular to the arrangement direction A, with the U-phase AC terminals 300u and the upper and lower terminals 300u.
  • Direct-current terminals 103 connected to both ends of the arm are led out straight to opposite sides.
  • control terminals 101uu and 101ul connected to the gate electrodes of the two semiconductor elements are led straight out on opposite sides.
  • Each of the control terminals 101uu and 101ul has a plurality of control terminals.
  • FIG. 4B is a top view of one semiconductor module 100.
  • the top surface of the semiconductor module 100 has a cooling surface 101b for cooling the semiconductor elements that generate heat. 120 are in close contact with each other via a heat conducting member.
  • the semiconductor module 100 also has a cooling surface 101a on its lower surface, and a first cooling member 110 is in close contact with the cooling surface 101a via a heat-conducting member.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing one of the semiconductor modules 100 after the control terminals 101 are bent.
  • FIG. 5A is an external perspective view
  • FIG. 5B is a top view.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those in FIGS.
  • the control terminals 101uu and 101ul are bent downward in the figure from the horizontal direction shown in FIGS. .
  • the plurality of control terminals 101 are bent downward and connected to the drive circuit board 700a.
  • FIG. 6(A) and 6(B) are perspective views of the drive circuit board 700a.
  • FIG. 6A is a perspective view of the front surface
  • FIG. 6B is a perspective view of the back surface.
  • the arrangement of the connectors is illustrated, and the wiring patterns and electronic components on the drive circuit board 700a are omitted.
  • control connectors 701 to which the control terminals 101 of the semiconductor module 100 are connected are arranged on the surface of the drive circuit board 700a corresponding to the positions of the control terminals 101 of the semiconductor module 100. is provided. Furthermore, a signal connector 702 is provided on the surface of the drive circuit board 700a to which a signal line for deriving a detection signal from a current sensor arranged near the output line between the semiconductor module 100 and the AC bus bar 300 is connected. .
  • a control connector 703 to which a control line between the drive circuit board 700a and the control circuit board 700b is connected is provided on the rear surface of the drive circuit board 700a.
  • the drive circuit board 700a is fixed to the partition wall 601 with screws or the like, and a plurality of holes are provided in the drive circuit board 700a around and in the center for this purpose.
  • FIG. 7(A) and 7(B) are diagrams showing the assembly process of the power conversion device 1000.
  • FIG. 7A shows the first step
  • FIG. 7B shows the second step.
  • the EMC filter 500 is arranged in the first space 604 . If necessary, potting is performed between the EMC filter 500 and the housing 600 in order to improve cooling performance. Potting is a process of applying and curing a transparent polyurethane resin obtained by chemically reacting a polyol as a main agent and an isocyanate as a curing agent.
  • the partition wall 601 includes a third channel 630 that guides the coolant flowing from the inlet channel 606 to the inlets 633 of the first and second cooling members 110 and 120, and the first and second cooling members 110 and 120.
  • a fourth channel 640 is formed leading from the outlet 644 of to the outlet channel 607 . That is, the third channel 630 is formed by forming a recess in the partition wall 601 and between this recess and the channel cover 631 (see FIG. 10). Similarly, the fourth channel 640 is formed by forming a recess in the partition wall 601 and is formed between this recess and the channel cover 631 .
  • a wiring hole 609 is formed in the partition wall 601 .
  • the smoothing capacitor 400 is arranged in the first space 604 . If necessary, potting is performed between the smoothing capacitor 400 and the housing 600 in order to improve cooling performance.
  • FIG. 8A and 8B are diagrams showing the assembly process of the power conversion device 1000.
  • FIG. FIG. 8A shows the third step
  • FIG. 8B shows the fourth step.
  • the driving circuit board 700a is arranged in the first space 604.
  • the drive circuit board 700 a is fixed to the partition wall 601 by passing screws through screw holes provided at a plurality of locations around and in the center of the drive circuit board 700 a. Since the drive circuit board 700a is directly fixed to the partition wall 601 that constitutes the housing 600 with screws or the like, the rigidity of the drive circuit board 700a can be kept high compared to the case where the drive circuit board 700a is fixed by interposing another part. . Therefore, vibration, deformation, etc. can be reduced against external forces such as vibration.
  • a control connector 703 provided on the rear surface of the drive circuit board 700a is connected to the control circuit board 700b through a wiring hole 609. As shown in FIG.
  • the semiconductor module 100 is arranged in the first space 604 .
  • a structure composed of the integrated semiconductor module 100 and the first and second cooling members 110 and 120 is assembled. It is fixed to the drive circuit board 700a.
  • Control terminals 101 led out from the semiconductor module 100 are connected to six control connectors 701 provided on the drive circuit board 700a.
  • FIG. 9 is a bottom view of the power conversion device 1000 viewed from below, showing a state in which the lower cover 610 is removed.
  • the EMC filter 500, the smoothing capacitor 400, the semiconductor module 100, the drive circuit board 700a, and the AC bus bar 300 are installed in the first space 604 of the housing 600, and each terminal is connected. They are connected by welding or the like.
  • Refrigerant flows into the first and second cooling members 110 and 120 arranged on both sides of the semiconductor module 100 from the inlet flow path 606 and passes through the first and second cooling members 110 and 120 to cool the semiconductor module 100. cooled from both sides.
  • the coolant flows out from the outlet channel 607 and is circulated again from the inlet channel 606 by a pump (not shown).
  • the drive circuit board 700a is affected by noise due to switching operations of the semiconductor elements in the semiconductor module 100, but the first cooling member 110 exists between the drive circuit board 700a and the semiconductor module 100.
  • This first cooling member 110 can also serve as a noise shield plate, and can suppress the influence of noise. Furthermore, additional parts such as a shielding plate become unnecessary, leading to cost reduction.
  • the drive circuit board 700a is sandwiched between the first cooling member 110 and the partition wall 601 of the housing 600 at the top and bottom, and is surrounded by the third channel 630 and the fourth channel 640 (see FIG. 7A). ), it is less likely to be affected by the semiconductor module 100 and other heat-generating components, and an increase in the temperature of the electronic components on the drive circuit board 700a can be suppressed.
  • FIG. 10 is a top view of the power conversion device 1000 as viewed from above, showing a state in which the upper cover 620 and the control circuit board 700b therebelow are removed.
  • the partition wall 601 of the housing 600 is formed with a third channel 630 and a fourth channel 640 .
  • a third channel 630 is formed by forming a recess in the partition wall 601 and between this recess and the channel cover 631 .
  • the fourth channel 640 is formed by forming a recess in the partition wall 601 and is formed between this recess and the channel cover 631 .
  • the channel cover 631 and the partition wall 601 are joined by friction stir welding. It should be noted that a general seal ring or liquid seal may be used to screw the channel cover 631 .
  • the partition wall 601 is provided with a cooling pedestal 632 for the control circuit board 700b.
  • the cooling pedestal 632 and the control circuit board 700b come into contact with each other, and the electronic components arranged on the control circuit board 700b are cooled through the cooling pedestal 632.
  • the partition wall 601 is formed with the third flow path 630 and the fourth flow path 640, the partition wall 601 is cooled, and the cooling heat is transferred to the control circuit board 700b through the cooling pedestal 632 provided on the partition wall 601. can be transmitted.
  • control circuit board 700b is fixed on the partition wall 601 with screws or the like. Since the control circuit board 700b is directly fixed to the partition wall 601 forming the housing 600 with screws or the like, it is possible to keep the control circuit board 700b highly rigid as compared to the case where it is fixed via another part. . Therefore, vibration, deformation, etc. can be reduced against external forces such as vibration.
  • a control connector 703 provided on the rear surface of the drive circuit board 700a is connected to the control circuit board 700b through a wiring hole 609. As shown in FIG. A detection signal from the current sensor inputted to the signal connector 702 of the drive circuit board 700a is connected to the control connector 703 via the wiring pattern on the drive circuit board 700a, and transmitted from the control connector 703 to the control circuit board 700b. be done.
  • the control circuit board 700b is separated from the high-voltage semiconductor module 100 and the drive circuit board 700a with the partition wall 601 of the housing 600 interposed therebetween. Further, the control circuit board 700b faces the smoothing capacitor 400 across the partition 601 when viewed from the direction perpendicular to the partition 601 of the housing 600. are placed at positions spaced apart in the horizontal direction along the
  • the electronic components on the control circuit board 700b are susceptible to noise caused by the switching operation of semiconductor elements, but the partition wall 601 of the housing 600 also serves as a shielding plate that shields noise, so noise caused by the switching operation and the like is easily affected. can suppress the influence of Furthermore, since the control circuit board 700b is arranged horizontally along the partition wall 601 away from the positions of the semiconductor module 100 and the drive circuit board 700a, the influence of noise can be suppressed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of power converter 1000 showing a modification of partition 601 .
  • This cross-sectional view corresponds to the cross-section along line XX' shown in FIG.
  • the transformer 705 is mounted on the drive circuit board 700a on the side opposite to the first cooling member 110. to be placed.
  • the partition wall 601 of the housing 600 is formed with a protrusion that accommodates the transformer 705 in the first space 604 .
  • the convex portion is formed so as to cover the transformer 705 according to the height of the transformer 705 .
  • FIG. 12(A) and 12(B) are diagrams of the power conversion device 1000 showing a modification of the flow path.
  • FIG. 12(A) is a top view of the power conversion device 1000 from above, showing a state in which the upper cover 620 and the control circuit board 700b therebelow are removed.
  • FIG. 12(B) is a cross-sectional view of the power conversion device 1000, taken along line Y-Y' shown in FIG. 12(A).
  • This modification is characterized in that a seventh flow path 670 (third cooling member) for cooling the smoothing capacitor 400 is provided.
  • a fifth flow path 650 that guides the coolant flowing from the inlet flow path 606' to the inlets 633 of the first and second cooling members 110, 120, and the first and second cooling members 110, 120
  • a sixth channel 660 is formed leading from the outlet 644 of the members 110 , 120 to a seventh channel 670 .
  • the seventh flow path 670 is provided between the smoothing capacitor 400 and the partition wall 601, as shown in FIG. 12(B).
  • the fifth channel 650 is formed by forming a recess in the partition wall 601 and between the recess and the channel cover 631 .
  • the sixth channel 660 is also formed by forming a recess in the partition wall 601 and between this recess and the channel cover 631 .
  • the coolant flows from the inlet channel 606' through the fifth channel 650 and through the first and second cooling members 110, 120 in the direction of arrow A in the figure. After that, it flows through the sixth flow path 660 and the seventh flow path 670 in the direction of the arrow B in the drawing to reach the outlet flow path 607'.
  • the smoothing capacitor 400 can be cooled.
  • Control circuit board 700b arranged to face smoothing capacitor 400 is also cooled. Furthermore, since the housing 600 is also cooled, the cooling effect inside the power conversion device 1000 is enhanced, the temperature influence of the components is reduced, and the reliability is improved.
  • FIG. 13(A) and 13(B) are diagrams showing installation forms 1 and 2 of the current sensor 301.
  • FIG. 13(A) shows the installation mode 1
  • FIG. 13(B) shows the installation mode 2.
  • Both are side views seen from the arrangement direction of the semiconductor modules 100.
  • FIG. 13(A) and 13(B) are diagrams showing installation forms 1 and 2 of the current sensor 301.
  • FIG. 13(A) shows the installation mode 1
  • FIG. 13(B) shows the installation mode 2.
  • Both are side views seen from the arrangement direction of the semiconductor modules 100.
  • the current sensor 301 is installed near the output line 180 between the semiconductor module 100 and the AC busbar 300, and is connected to the drive circuit board 700a.
  • the current sensor 301 comprises a U-shaped core 302 and an IC 303 that measures the magnitude of the magnetic field generated in the core 302 .
  • the core 302 is arranged on the boss 680 projecting from the housing 600, the IC 303 is arranged on the U-shaped portion of the core 302, and the detection line from the IC 303 is connected to the drive circuit board 700a. connected to.
  • the core 302 is arranged on the drive circuit board 700a, the IC 303 is arranged in the U-shaped portion of the core 302, and the detection line from the IC 303 is connected to the drive circuit board 700a.
  • FIG. 14(A) and 14(B) are diagrams showing installation modes 3 and 4 of the current sensor 301.
  • FIG. 14A shows the installation mode 3
  • FIG. 14B shows the installation mode 4.
  • FIG. Both are side views seen from the arrangement direction of the semiconductor modules 100.
  • FIG. 14A shows the installation mode 3
  • FIG. 14B shows the installation mode 4.
  • FIG. Both are side views seen from the arrangement direction of the semiconductor modules 100.
  • the drive circuit board 700a is installed on a boss 680 protruding from the housing 600, and a space is provided between the drive circuit board 700a and the housing 600.
  • the core 302 is arranged in the housing 600
  • the IC 303 is arranged in the U-shaped portion of the core 302
  • the detection line from the IC 303 is connected to the drive circuit board 700a.
  • An installation form 4 shown in FIG. 14(B) shows an installation example in which the output line 180 from the semiconductor module 100 is led out in the direction opposite to the position of the drive circuit board 700a.
  • a core 302 is arranged on a boss 680 projecting from the housing 600, an IC 303 is arranged on the U-shaped portion of the core 302, and a detection line from the IC 303 is connected to the drive circuit board 700a.
  • the current sensor circuit that receives the detection signal from the IC 303 of the current sensor 301 can be included in the drive circuit board 700a, so that the size and cost of the current sensor 301 can be reduced.
  • the current sensor 301 is installed on the drive circuit board 700a or the like, members for installation of the current sensor 301 can be omitted.
  • the core 302 of the current sensor 301 is heavy, it is installed on the housing 600, the boss 680 projecting from the housing 600, and the drive circuit board 700a, so that the stability of installation of the current sensor 301 can be increased.
  • a detection signal from the current sensor 301 installed on the drive circuit board 700a is transmitted to the control connector 703 through the wiring pattern on the drive circuit board 700a, and transmitted from the control connector 703 to the control circuit board 700b.
  • FIG. 15 is a circuit configuration diagram of the power converter 1000.
  • Power converter 1000 converts DC power supplied from battery 2000 via DC input unit 608 into AC power, and outputs AC current to AC bus bar 300 .
  • the output alternating current is supplied to the motor 3000 to drive the motor 3000 .
  • a power conversion device 1000 includes an EMC filter 500, a smoothing capacitor 400, a semiconductor module 100, and a drive circuit board 700a. Note that the first and second cooling members 110 and 120, the third flow path 630, the fourth flow path 640, etc. arranged on both sides of the semiconductor module 100 are omitted from the illustration.
  • the EMC filter 500 is connected to positive and negative wires from the battery 2000 .
  • the EMC filter 500 includes a magnetic filter core 501 surrounding DC wiring including positive and negative wiring, an X capacitor 502 and a Y capacitor 503 connected to the DC wiring in the preceding stage of the filter core 501, and a filter core 501. It also has a Y capacitor 504 connected to the DC wiring in the subsequent stage. Y capacitors 503 and 504 are connected between the positive wiring and GND and between the negative wiring and GND. Y capacitors 503, 504 and filter core 501 reduce common mode noise. X capacitor 502 reduces normal mode noise. In order to suppress high-voltage conduction noise in a wide frequency band, generally two capacitors with different capacitances connected in parallel are used.
  • the smoothing capacitor 400 is connected to positive wiring and negative wiring from the EMC filter 500 .
  • the smoothing capacitor 400 suppresses the ripple voltage and ripple current generated in the DC wiring, which is a busbar connected to a high DC voltage during the switching operation of the semiconductor elements in the semiconductor module 100, thereby smoothing the DC current applied to the semiconductor module 100. Smooth the voltage.
  • the semiconductor module 100 is connected to positive wiring and negative wiring (DC bus bar) from the smoothing capacitor 400 .
  • the semiconductor module 100 has semiconductor elements encapsulated within the semiconductor module 100 .
  • An insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor device, and is hereinafter referred to as an IGBT.
  • the IGBT 10T and diode 10D operating as the upper arm and the IGBT 10T and diode 10D operating as the lower arm form a series circuit of the upper and lower arms.
  • One semiconductor module 100 comprises a series circuit of the upper and lower arms.
  • the overall semiconductor module 100 includes three semiconductor modules 100 corresponding to three phases of AC power, ie, U-phase, V-phase, and W-phase.
  • the collector electrode of the IGBT 10T on the upper arm is electrically connected to the positive terminal of the smoothing capacitor 400 via the positive terminal.
  • the emitter electrode of the IGBT 10T on the lower arm is electrically connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 400 via the negative terminal.
  • the three semiconductor modules 100 are used to form an inverter circuit, and the series circuits of the upper and lower arms of each of the three phases output alternating current from the alternating current bus bar 300 from the intermediate electrode, which is the middle point of the series circuit. .
  • a current sensor 301 is provided near the output line of each phase of the AC bus bar 300 .
  • a metal oxide semiconductor field effect transistor hereinafter referred to as MOSFET may be used as the semiconductor element. In this case, the diode 10D becomes unnecessary.
  • the drive circuit board 700a is mounted with electronic parts that make up the drive circuit
  • the control circuit board 700b is mounted with electronic parts that make up the control circuit.
  • the control circuit receives control instructions from a higher-level control device via a signal connector 710 .
  • the control circuit includes a microcomputer (hereinafter referred to as "microcomputer") for arithmetic processing of the switching timing of the IGBT 10T.
  • a current value detected by the current sensor 301 and a magnetic pole position from a rotating magnetic pole sensor (not shown) such as a resolver provided in the motor 3000 are input to the microcomputer.
  • the current value detected by the current sensor 301 is transmitted to the control circuit board 700b through the wiring pattern on the drive circuit board 700a.
  • the microcomputer generates a control pulse for controlling the IGBT 10T constituting the upper arm or lower arm of the series circuit of each phase constituting the inverter circuit based on the current value, the magnetic pole position, and the target torque value from the upper controller. and supplied to the drive circuit on the drive circuit board 700a.
  • the drive circuit on the drive circuit board 700a supplies the IGBT 10T of each phase with a drive pulse for driving the IGBT 10T constituting the upper arm or the lower arm of the series circuit of each phase based on the control pulse generated by the control circuit.
  • the drive circuit may use a transformer 705 (see FIG. 11) for voltage conversion in order to drive the IGBT 10T.
  • the IGBT 10T conducts or cuts off based on a drive pulse from the drive circuit, converts the DC power supplied from the battery 2000 into three-phase AC power, and drives the motor 3000 with the converted power.
  • the power conversion device 1000 includes a semiconductor module 100 in which a semiconductor element is sealed, a drive circuit board 700a on which a drive circuit for driving the semiconductor element is mounted, and a control circuit on which a control circuit for controlling the drive circuit is mounted.
  • a power conversion device 1000 including a circuit board 700 b and a first cooling member 110 for cooling a semiconductor module 100 , wherein the power conversion device 1000 is separated by a partition wall 601 of a housing 600 between a first space 604 and a second space 604 .
  • a drive circuit board 700a is arranged in the first space 604 to face the semiconductor module 100 with the first cooling member 110 interposed therebetween, and a control circuit board 700b is arranged in the second space 605. is placed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are not impaired. . Moreover, it is good also as a structure which combined the above-mentioned embodiment and several modifications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

半導体素子が封止された半導体モジュールと、前記半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された駆動回路基板と、前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御回路基板と、前記半導体モジュールを冷却する第１の冷却部材と、を備えた電力変換装置であって、前記電力変換装置は、筐体の隔壁によって第１空間と第２空間に区分され、前記第１空間には、前記駆動回路基板が前記第１の冷却部材を間にして前記半導体モジュールと対向して配置され、前記第２空間には、前記制御回路基板が配置される電力変換装置。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する。
　半導体素子が封止された半導体モジュールによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。この半導体素子は通電により発熱するため、半導体モジュールを冷却する必要がある。このため、電力変換装置には、半導体モジュールの近傍に半導体モジュールを冷却する冷却部材が設けられている。また、電力変換装置には、半導体素子を駆動する駆動回路や、駆動回路を制御する制御回路を設ける必要がある。この場合に、駆動回路や制御回路は半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を受けないように配置することが要求される。
　特許文献１には、電力変換装置内部の最上層に制御回路部が配置され、制御回路部の下部にドライバ回路基板が配置され、ドライバ回路基板の下にパワーモジュールパッケージが配置され、パワーモジュールパッケージの下で下部カバーとの間に流路形成体が配置される電力変換装置が開示されている。
日本国特開２０１８－１２１４５７号公報
　特許文献１の装置では、駆動回路や制御回路が半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を受け易い。
　本発明による電力変換装置は、半導体素子が封止された半導体モジュールと、前記半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された駆動回路基板と、前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御回路基板と、前記半導体モジュールを冷却する第１の冷却部材と、を備えた電力変換装置であって、前記電力変換装置は、筐体の隔壁によって第１空間と第２空間に区分され、前記第１空間には、前記駆動回路基板が前記第１の冷却部材を間にして前記半導体モジュールと対向して配置され、前記第２空間には、前記制御回路基板が配置される。
　本発明によれば、駆動回路や制御回路に対する半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を抑制することができる。
電力変換装置の分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）電力変換装置の斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）半導体モジュールの冷却構造を示す分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）制御端子を折り曲げる前の半導体モジュールを示す図である。 （Ａ）（Ｂ）制御端子を折り曲げた後の半導体モジュールを示す図である。 （Ａ）（Ｂ）駆動回路基板の斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）電力変換装置の組立工程を示す図である。 （Ａ）（Ｂ）電力変換装置の組立工程を示す図である。 電力変換装置を下方から見た下面図である。 電力変換装置を上方から見た上面図である。 隔壁の変形例を示す電力変換装置の断面図である。 （Ａ）（Ｂ）流路の変形例を示す電力変換装置の図である。 （Ａ）（Ｂ）電流センサの設置形態１、２を示す図である。 （Ａ）（Ｂ）電流センサの設置形態３、４を示す図である。 電力変換装置の回路構成図である。
　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。
　同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
　図１は、本実施形態にかかる電力変換装置１０００の分解斜視図である。
　電力変換装置１０００は、筐体６００の隔壁６０１によって第１空間６０４と第２空間６０５に区分される。筐体６００は、隔壁６０１と該隔壁６０１の周囲に形成された側壁６０２よりなり、下部カバー６１０と上部カバー６２０によって閉塞される。
　詳細は後述するが、半導体モジュール冷却構造は、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０（図３（Ａ）参照）を備える。このような冷却構造を備えた半導体モジュール１００は、第１空間６０４に設置される。第１空間６０４には、さらに、交流バスバ３００、平滑コンデンサ４００、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）フィルタ５００、駆動回路基板７００ａが設置される。
　第１空間６０４には、駆動回路基板７００ａが、第１の冷却部材１１０を間にして半導体モジュール１００と対向して配置され、さらに、平滑コンデンサ４００は、半導体モジュール１００および駆動回路基板７００ａの側部に配置される。
　第２空間６０５には、制御回路基板７００ｂが、筐体６００の隔壁６０１に垂直な方向から見て、隔壁６０１を隔てて平滑コンデンサ４００と対向する位置に配置される。そして、制御回路基板７００ｂは、その少なくとも一部の領域が駆動回路基板７００ａに対して制御回路基板７００ｂの主面に垂直な方向に重なる位置に配置され、重なる領域の隔壁６０１には、制御回路基板７００ｂと駆動回路基板７００ａとの間で接続配線を通す配線孔６０９が形成されている。重なる領域の隔壁６０１以外の駆動回路基板７００ａと対向する隔壁６０１は筐体６００の外壁を形成している。
　筐体６００の側壁６０２と下部カバー６１０、上部カバー６２０との間は、シールリング又は液状シールが設けられ、電力変換装置１０００の内部気密を確保している。下部カバー６１０、上部カバー６２０、筐体６００の材料は主に導電性金属であるがその他の材料を用いてもよい。
　半導体モジュール１００は、平滑コンデンサ４００、ＥＭＣフィルタ５００を介して、図示省略したバッテリに接続され、バッテリより直流電力が供給される。また、半導体モジュール１００は、半導体モジュール１００内に封止された半導体素子をスイッチング動作させることにより、直流電力を交流電力に変換する。直流電力はバッテリより直流入力部６０８を介して供給される。変換された交流電力は、半導体モジュール１００から出力される交流電流は出力線を介して交流バスバ３００へ接続される。交流バスバ３００は図示省略したモータへ接続され、出力された交流電流によりモータを駆動する。なお、半導体モジュール１００と交流バスバ３００との出力線の近傍には図示省略した電流センサが配置されている。
　平滑コンデンサ４００のキャパシタ素子は、巻回されたフィルムなどで形成されたキャパシタ素子であり、電荷を蓄える機能を持ち、プラスチックなどの素材でできたケース内部に、充填剤などによって封止固定されている。また、平滑コンデンサ４００の端子は、例えば銅などの導電性材料で形成された丸棒や平板などの形状の部材であり、キャパシタ素子と外部の直流バスバとを電気的に接続する。本実施形態では、平板状の端子がキャパシタ素子上面と略平行となるように、充填封止面と露出して形成されている。
　半導体モジュール１００より導出された半導体素子の制御端子は駆動回路基板７００ａに接続される。駆動回路基板７００ａ上には、半導体素子を駆動する駆動回路を構成する電子部品が搭載されている。駆動回路は、半導体素子の制御端子に制御信号を入力して、半導体素子をスイッチング動作させる。半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０には、冷媒が流通しているが、この冷媒は筐体６００の側壁６０２に設けられた入口流路６０６、出口流路６０７より入出力される。
　図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、電力変換装置１０００の斜視図である。図２（Ａ）は、電力変換装置１０００を下方から見た斜視図であり、図２（Ｂ）は、電力変換装置１０００を上方から見た斜視図である。
　図２（Ａ）に示すように、電力変換装置１０００の下部カバー６１０から交流バスバ３００が突出し、図示省略したモータへ接続される。下部カバー６１０は四隅に電力変換装置１０００をビスでモータ等へ固定するための取付穴が設けられている。
　図２（Ｂ）に示すように、電力変換装置１０００の上部カバー６２０から信号コネクタ７１０の一方が突出し、図示省略した外部の制御装置へ接続される。信号コネクタ７１０の他方は、制御回路基板７００ｂ上に配置されたコントローラ等の電子部品に接続されている。なお、信号コネクタ７１０の一方を上部カバー６２０から突出させたが、上部カバー６２０と筐体６００の側壁６０２との間から突出させてもよい。
　図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、本実施形態にかかる半導体モジュール１００の冷却構造を示す分解斜視図である。図３（Ａ）は、冷却構造を示す分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、ベース板１４０の平面図である。
　図３（Ａ）に示すように、半導体モジュール１００の冷却構造は、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０と、第１の冷却部材１１０を挟んで半導体モジュール１００と対向するベース板１４０と、第２の冷却部材１２０を半導体モジュール１００に向かって押圧するばね板部材１３０とにより構成される。
　半導体モジュール１００は、半導体素子を封止してなるもので、本実施形態では３個の半導体モジュールを並列に配列した例で説明するが、半導体モジュールの個数は一例である。なお、複数個配列した半導体モジュールを総称して半導体モジュール１００と称する場合がある。
　第１および第２の冷却部材１１０、１２０は、熱伝導グリスや放熱シートなどの熱伝導部材を介して半導体モジュール１００の両面に密着され、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の内部を流通する冷媒により、半導体モジュール１００が冷却される。
　半導体モジュール１００からは、制御信号を入力する制御端子１０１と、交流バスバ３００に接続される交流端子１０２が導出されている。制御端子１０１は、第１の冷却部材１１０を跨いで、駆動回路基板７００ａに接続される。交流端子１０２の反対側には直流バスバに接続される直流端子が導出され、直流バスバには、平滑コンデンサ４００やＥＭＣフィルタ５００に接続される。
　ばね板部材１３０は、複数の脚部１３１が一体的に形成されている。そして、複数の脚部１３１は、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、および第１の冷却部材１１０の両側面に延在して、ベース板１４０の端部に係止される。これにより、ばね板部材１３０は、第２の冷却部材１２０を半導体モジュール１００に向かって押圧する。換言すれば、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、および第１の冷却部材１１０が、ばね板部材１３０とベース板１４０との間で押圧される。ばね板部材１３０の中央部には２個の開口部１３４が形成されている。第１の冷却部材１１０と第２の冷却部材１２０とは水路接続部１２１で接続されている。なお、後述するように、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の入り口は、入口流路６０６から流入する冷媒を導く第３流路に、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の出口は、冷媒を出口流路６０７まで導く第４流路に接続される。
　図３（Ｂ）は、ベース板１４０の上面図である。
　ベース板１４０は、ビスを挿入する取付穴１４１を４隅に有する。ビスを取付穴１４１に通して、一体となった半導体モジュール１００、第１および第２の冷却部材１１０、１２０からなる構造体を、駆動回路基板７００ａへ固定する。
　ベース板１４０は、位置決め穴１４２を有する。この位置決め穴１４２は、構造体を筐体６００へ固定する際に、駆動回路基板７００ａに設けられた突部と位置決め穴１４２を嵌合する位置決めとして使用する。
　本実施形態では、ばね板部材１３０の四隅から各１本、計４本の脚部１３１が、さらに、半導体モジュール１００の両側面に半導体モジュール１００の配列方向に沿って所定間隔で計４本の脚部１３１が、ベース板１４０へ向けて延在して一体的に形成されている。各脚部１３１は、半導体モジュール１００から導出される制御端子１０１、交流端子１０２および直流端子と離間して絶縁距離を保つ位置に所定間隔で形成される。
　ベース板１４０は、ばね板部材１３０の脚部１３１の先端に設けられたクリップ部１３５と係止する第１係止部１４３を２箇所、第２係止部１４４を６箇所有する。第１係止部１４３は、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５と係止および位置決めを行うもので、脚部１３１の断面形状に合わせたコの字形状を有し、ベース板１４０の対角２箇所に配置される。第２係止部１４４は、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５と係止を行う。また、ベース板１４０には、半導体モジュール１００より導出される制御端子１０１を、駆動回路基板７００ａへ向けて通すために、制御端子開口１４５が設けられている。
　ばね板部材１３０は、第２の冷却部材１２０と当接する加圧部１３２と、加圧部１３２と脚部１３１を繋ぐ屈曲部１３３とを備える。加圧部１３２は、半導体モジュール１００の配列方向に沿ってばね板部材１３０の中央部に形成されている。屈曲部１３３は、半導体モジュール１００の配列方向に沿ってばね板部材１３０の中央部の両側に形成されている。ばね板部材１３０の中央部にある加圧部１３２は、第２の冷却部材１２０の中央部に向けて突出し、第２の冷却部材１２０の中央部と当接する構造である。ばね板部材１３０の中央部の両側に位置する屈曲部１３３は、第２の冷却部材１２０の中央部の両側と離間する構造である。脚部１３１の先端は折り曲げられ、クリップ部１３５が形成されている。
　ばね板部材１３０は、ステンレス鋼などの材料で形成され、外力が加わると復元力が作用することにより押圧力を生じる。ばね板部材１３０の加圧部１３２を第２の冷却部材１２０の中央部へ当接して押圧して、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５をベース板１４０に係止する。すると、屈曲部１３３の押圧力により、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、第１の冷却部材１１０およびベース板１４０が圧接される。
　半導体モジュール１００の配列方向に沿ったばね板部材１３０の中央部の加圧部１３２によって、第２の冷却部材１２０の中央部が均一に押圧され、半導体モジュール１００の中央部に面圧がかかる。中央部に面圧がかかることにより、半導体モジュール１００の両面に対して第１および第２の冷却部材１１０、１２０を均等に押し当てることができる。これにより、半導体モジュール１００の両面に塗布される熱伝導グリスなどの熱伝導部材との密着性が上昇し、半導体モジュール１００に対する冷却性能を良好に維持できる。そして、加圧部１３２と屈曲部１３３とを有するばね板部材１３０は、厚さを薄く構成できるので、冷却構造を小型化することが可能になる。さらに、脚部１３１は、ばね板部材１３０と一体的に形成された薄板形状であるので、半導体モジュール１００の側面に沿って配置することができ、冷却構造を小型化することが可能になる。
　図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、制御端子１０１を折り曲げる前の半導体モジュール１００の１個を示す図である。図４（Ａ）は、外観斜視図であり、図４（Ｂ）は、上面図である。
　図４（Ａ）では１個の半導体モジュール１００を図示するが、半導体モジュール１００は配列方向Ａに隣接して３個を配置してなる。半導体モジュール１００の１個は、例えばＵ相の上下アームに対応する半導体素子が２個直列に接続して構成される。半導体素子は、例えばＩＧＢＴ、ダイオードよりなる。半導体モジュール１００の他の２個は、Ｖ相およびＷ相の上下アームに対応する半導体素子である。
　図４（Ａ）にように、複数本の制御端子１０１を折り曲げる前の半導体モジュール１００は、配列方向Ａと直行する半導体モジュール１００の面に沿った水平方向に、Ｕ相の交流端子３００ｕと上下アームの両端に接続される直流端子１０３が互いに反対側に真っ直ぐ導出されている。さらに、２個の半導体素子のゲート電極にそれぞれ接続される制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌが互いに反対側に真っ直ぐ導出されている。制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌはそれぞれ複数本の制御端子を有する。
　図４（Ｂ）は、半導体モジュール１００の１個の上面図であるが、半導体モジュール１００の上面には、発熱した半導体素子を冷却する冷却面１０１ｂがあり、冷却面１０１ｂに第２の冷却部材１２０が熱伝導部材を介して密着される。なお、図示省略するが、半導体モジュール１００の下面には、同様に冷却面１０１ａがあり、冷却面１０１ａに第１の冷却部材１１０が熱伝導部材を介して密着されている。
　図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、制御端子１０１を折り曲げた後の半導体モジュール１００の１個を示す図である。図５（Ａ）は、外観斜視図であり、図５（Ｂ）は、上面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）と同一箇所には同一の符号を付してその説明を簡潔に行う。
　制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌは、第１の冷却部材１１０を跨いで、駆動回路基板７００ａに接続するために、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す水平方向から、図示下方向に折り曲げられる。その結果、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、複数本の制御端子１０１は下方向に折り曲げられ、駆動回路基板７００ａに接続される。
　図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、駆動回路基板７００ａの斜視図である。図６（Ａ）は、表面の斜視図であり、図６（Ｂ）は、裏面の斜視図である。コネクタの配置を図示したもので、駆動回路基板７００ａ上の配線パターンや電子部品は図示を省略している。
　図６（Ａ）に示すように、駆動回路基板７００ａの表面には、半導体モジュール１００の制御端子１０１が接続される６個の制御コネクタ７０１が半導体モジュール１００の制御端子１０１の位置に対応して設けられている。さらに駆動回路基板７００ａの表面には、半導体モジュール１００と交流バスバ３００との出力線の近傍に配置された電流センサからの検出信号を導出する信号線が接続される信号コネクタ７０２が設けられている。
　図６（Ｂ）に示すように、駆動回路基板７００ａの裏面には、駆動回路基板７００ａと制御回路基板７００ｂとの間の制御線が接続される制御コネクタ７０３が設けられている。駆動回路基板７００ａは隔壁６０１にビスなどで固定されるが、駆動回路基板７００ａにはそのための穴が駆動回路基板７００ａの周囲及び中央部に複数個所設けられている。
　図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、電力変換装置１０００の組立工程を示す図である。図７（Ａ）は、第１工程を、図７（Ｂ）は、第２工程を示す。
　図７（Ａ）に示す第１工程では、ＥＭＣフィルタ５００を第１空間６０４に配置する。必要に応じて、ＥＭＣフィルタ５００と筐体６００との間には、冷却性を向上させるため、ポッティングを行う。ポッティングとは、主剤となるポリオールと硬化剤のイソシアネートとを化学反応させた透明なポリウレタン樹脂を塗布し硬化させる加工である。
　なお、隔壁６０１には、入口流路６０６から流入する冷媒を第１および第２の冷却部材１１０、１２０の入り口６３３まで導く第３流路６３０と、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の出口６４４から出口流路６０７まで導く第４流路６４０が形成されている。すなわち、第３流路６３０は、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１(図１０参照)との間に形成される。第４流路６４０も同様に、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。また、隔壁６０１には、配線孔６０９が形成されている。
　図７（Ｂ）に示す第２工程では、平滑コンデンサ４００を第１空間６０４に配置する。必要に応じて、平滑コンデンサ４００と筐体６００との間には、冷却性を向上させるため、ポッティングを行う。
　図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、電力変換装置１０００の組立工程を示す図である。図８（Ａ）は、第３工程を、図８（Ｂ）は、第４工程を示す。
　図８（Ａ）に示す第３工程では、駆動回路基板７００ａを第１空間６０４に配置する。具体的には、駆動回路基板７００ａの周囲及び中央部に複数個所設けられているビス用の穴にビスを通して隔壁６０１に固定する。駆動回路基板７００ａは、筐体６００を構成する隔壁６０１にビスなどで直接固定されるので、別部品を介在して固定する場合と比較して、駆動回路基板７００ａの剛性を高く保つことができる。このため、振動等の外力に対し振れや変形等を小さくできる。駆動回路基板７００ａの裏面に設けられている制御コネクタ７０３は、配線孔６０９を介して制御回路基板７００ｂと接続される。
　図８（Ｂ）に示す第４工程では、半導体モジュール１００を第１空間６０４に配置する。半導体モジュール１００のベース板１４０の４隅に設けられている取付穴１４１にビスを挿入して、一体となった半導体モジュール１００、第１および第２の冷却部材１１０、１２０からなる構造体を、駆動回路基板７００ａへ固定する。そして、半導体モジュール１００より導出している制御端子１０１を、駆動回路基板７００ａ上に設けられている６個の制御コネクタ７０１に接続する。
　図９は、電力変換装置１０００を下方から見た下面図であり、下部カバー６１０を取り除いた状態を示す。
　前述した第１工程～第４工程により、筐体６００の第１空間６０４には、ＥＭＣフィルタ５００、平滑コンデンサ４００、半導体モジュール１００、駆動回路基板７００ａ、交流バスバ３００が設置され、各々の端子が溶接等により接続される。半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０には、入口流路６０６より冷媒が流入し、第１および第２の冷却部材１１０、１２０を通り、半導体モジュール１００を両面から冷却する。そして、冷媒は出口流路６０７より流出し、図示省略したポンプにより、入口流路６０６より再び流入して循環される。
　駆動回路基板７００ａは、半導体モジュール１００内の半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を受けるが、駆動回路基板７００ａと半導体モジュール１００の間には第１の冷却部材１１０が存在する。この第１の冷却部材１１０がノイズ遮蔽板の役割を兼ねることができ、ノイズの影響を抑制できる。さらに、遮蔽板などの追加部品が不要になりコスト低減につながる。また、駆動回路基板７００ａは、上下を第１の冷却部材１１０と筐体６００の隔壁６０１との間に挟まれ、周囲を第３流路６３０と第４流路６４０（図７（Ａ）参照）とに囲まれているため、半導体モジュール１００やその他の発熱部品の影響を受けにくくなり、駆動回路基板７００ａ上の電子部品の温度の上昇を抑制できる。
　図１０は、電力変換装置１０００を上方から見た上面図であり、上部カバー６２０とその下の制御回路基板７００ｂを取り除いた状態を示す。
　図１０に示すように、筐体６００の隔壁６０１には、第３流路６３０と第４流路６４０が形成されている。第３流路６３０は、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。第４流路６４０も同様に、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。流路カバー６３１と隔壁６０１は摩擦撹拌接合される。なお、一般的なシールリングや液状シールを使用し流路カバー６３１をねじ止めする構造にしても良い。
　隔壁６０１には、制御回路基板７００ｂの冷却用台座６３２が設けられている。制御回路基板７００ｂを隔壁６０１にビスなどで固定した場合に、冷却用台座６３２と制御回路基板７００ｂが接触し、冷却用台座６３２を介して制御回路基板７００ｂ上に配置された電子部品を冷却する。隔壁６０１には、第３流路６３０および第４流路６４０が形成されているので、隔壁６０１が冷却され、隔壁６０１に設けられた冷却用台座６３２を介して制御回路基板７００ｂへ冷却熱を伝達することができる。
　図示省略するが、隔壁６０１の上には、制御回路基板７００ｂが隔壁６０１にビスなどで固定される。制御回路基板７００ｂは、筐体６００を構成する隔壁６０１にビスなどで直接固定されるので、別部品を介在して固定する場合と比較して、制御回路基板７００ｂの剛性を高く保つことができる。このため、振動等の外力に対し振れや変形等を小さくできる。駆動回路基板７００ａの裏面に設けられている制御コネクタ７０３は、配線孔６０９を介して制御回路基板７００ｂと接続される。なお、駆動回路基板７００ａの信号コネクタ７０２に入力された電流センサからの検出信号は、駆動回路基板７００ａ上の配線パターンを介して制御コネクタ７０３に接続され、制御コネクタ７０３から制御回路基板７００ｂへ伝達される。
　制御回路基板７００ｂは、筐体６００の隔壁６０１を挟んで、強電系の半導体モジュール１００や駆動回路基板７００ａと分離されている。さらに、制御回路基板７００ｂは、筐体６００の隔壁６０１に垂直な方向から見て、隔壁６０１を隔てて平滑コンデンサ４００と対向する位置、すなわち、半導体モジュール１００や駆動回路基板７００ａとは隔壁６０１に沿う水平な方向に離れる位置に配置される。制御回路基板７００ｂ上の電子部品は、半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を受け易いが、筐体６００の隔壁６０１がノイズを遮蔽する遮蔽板の役割を兼ねているためスイッチング動作等によるノイズの影響を抑制することができる。さらに、制御回路基板７００ｂを半導体モジュール１００や駆動回路基板７００ａの位置とは隔壁６０１に沿う水平な方向に離れた位置に配置しているので、ノイズの影響を抑制することができる。
　図１１は、隔壁６０１の変形例を示す電力変換装置１０００の断面図である。この断面図は、図９に示すＸ－Ｘ’線における断面に相当する。
　駆動回路基板７００ａに、背の高い電子部品、例えば電圧変換用のトランス７０５を設置する必要がある場合には、トランス７０５は、駆動回路基板７００ａにおいて第１の冷却部材１１０とは反対側の面に配置する。この場合、筐体６００の隔壁６０１には、トランス７０５を第１空間６０４に収容する凸部が形成される。凸部は、トランス７０５の背の高さに応じて、トランス７０５を覆うように形成される。
　図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、流路の変形例を示す電力変換装置１０００の図である。図１２（Ａ）は、電力変換装置１０００を上方から見た上面図であり、上部カバー６２０とその下の制御回路基板７００ｂを取り除いた状態を示す。図１２（Ｂ）は、電力変換装置１０００の断面図であり、図１２（Ａ）に示すＹ－Ｙ’線における断面である。この変形例では、平滑コンデンサ４００の冷却用の第７流路６７０（第３の冷却部材）を設けた点が特徴である。
　図１２（Ａ）に示すように、入口流路６０６’から流入する冷媒を第１および第２の冷却部材１１０、１２０の入り口６３３まで導く第５流路６５０と、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の出口６４４から第７流路６７０まで導く第６流路６６０が形成されている。第７流路６７０は、図１２（Ｂ）に示すように、平滑コンデンサ４００と隔壁６０１との間に設けられる。第５流路６５０は、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。第６流路６６０も同様に、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。
　冷媒は、入口流路６０６’から第５流路６５０を経て、図中矢印Ａ方向に、第１および第２の冷却部材１１０、１２０を流れる。その後、第６流路６６０を経て、図中矢印Ｂ方向に、第７流路６７０を流れ、出口流路６０７’へ至る。
　このように流路を形成することにより、平滑コンデンサ４００を冷却できる。そして、平滑コンデンサ４００と対向して配置されている制御回路基板７００ｂも冷却される。さらに、筐体６００も冷却されるので、電力変換装置１０００の内部の冷却効果が高まり、部品の温度影響が軽減でき信頼性が向上する。
　図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、電流センサ３０１の設置形態１、２を示す図である。図１３（Ａ）は、設置形態１を、図１３（Ｂ）は、設置形態２を示す。いずれも半導体モジュール１００の配列方向から見た側面図である。
　電流センサ３０１は、半導体モジュール１００と交流バスバ３００との出力線１８０の近傍に設置され、駆動回路基板７００ａと接続される。電流センサ３０１は、Ｕ字型のコア３０２と、コア３０２に発生する磁場の大きさを測定するＩＣ３０３よりなる。
　図１３（Ａ）に示す設置形態１では、筐体６００から突設したボス６８０にコア３０２を配置し、コア３０２のＵ字部にＩＣ３０３を配置し、ＩＣ３０３からの検出線を駆動回路基板７００ａに接続している。
　図１３（Ｂ）に示す設置形態２では、駆動回路基板７００ａ上にコア３０２を配置し、コア３０２のＵ字部にＩＣ３０３を配置し、ＩＣ３０３からの検出線を駆動回路基板７００ａに接続している。
　図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、電流センサ３０１の設置形態３、４を示す図である。図１４（Ａ）は、設置形態３を、図１４（Ｂ）は、設置形態４を示す。いずれも半導体モジュール１００の配列方向から見た側面図である。
　図１４（Ａ）に示す設置形態３では、筐体６００から突設したボス６８０に駆動回路基板７００ａを設置して、駆動回路基板７００ａと筐体６００との間に空間を設ける。この空間であって、筐体６００にコア３０２を配置し、コア３０２のＵ字部にＩＣ３０３を配置し、ＩＣ３０３からの検出線を駆動回路基板７００ａに接続している。
　図１４（Ｂ）に示す設置形態４では、半導体モジュール１００からの出力線１８０が駆動回路基板７００ａの位置とは反対方向に導出される場合の設置例を示す。筐体６００から突設したボス６８０にコア３０２を配置し、コア３０２のＵ字部にＩＣ３０３を配置し、ＩＣ３０３からの検出線を駆動回路基板７００ａに接続している。
　設置形態１から設置形態４によれば、電流センサ３０１のＩＣ３０３からの検出信号を受けた電流センサ回路を駆動回路基板７００ａ内に含めることができるため電流センサ３０１の小型化とコスト低減が可能となる。また、駆動回路基板７００ａ等に電流センサ３０１を設置するので、電流センサ３０１の設置のための部材等が省略できる。さらに、電流センサ３０１のコア３０２は重量があるが、筐体６００や筐体６００から突設したボス６８０、駆動回路基板７００ａに設置するので電流センサ３０１の設置の安定性を増すことができる。なお、駆動回路基板７００ａに設置された電流センサ３０１からの検出信号は、駆動回路基板７００ａ上の配線パターンを介して制御コネクタ７０３へ伝達され、制御コネクタ７０３から制御回路基板７００ｂへ伝達される。
　図１５は、電力変換装置１０００の回路構成図である。
　電力変換装置１０００は、バッテリ２０００より直流入力部６０８を介して供給された直流電力を交流電力に変換し、交流バスバ３００へ交流電流を出力する。出力された交流電流はモータ３０００へ供給され、モータ３０００を駆動する。
　電力変換装置１０００は、ＥＭＣフィルタ５００、平滑コンデンサ４００、半導体モジュール１００、駆動回路基板７００ａを備える。なお、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０、第３流路６３０、第４流路６４０等は図示を省略する。
　ＥＭＣフィルタ５００は、バッテリ２０００からの正極配線及び負極配線に接続される。ＥＭＣフィルタ５００は、正極配線及び負極配線を含む直流配線を囲んだ磁性体のフィルタコア５０１と、フィルタコア５０１の前段において直流配線と接続されるＸコンデンサ５０２、Ｙコンデンサ５０３と、フィルタコア５０１の後段において直流配線と接続されるＹコンデンサ５０４とを備えている。Ｙコンデンサ５０３、５０４は、正極配線とGNDとの間、および負極配線とGNDとの間に接続される。Ｙコンデンサ５０３、５０４とフィルタコア５０１は、コモンモードノイズを低減する。Ｘコンデンサ５０２は、ノーマルモードノイズを低減する。幅広い周波数帯域での高電圧伝導ノイズを抑制するため、一般的には、並列接続される容量が異なる２つのコンデンサが用いられる。
　平滑コンデンサ４００は、ＥＭＣフィルタ５００からの正極配線及び負極配線に接続される。平滑コンデンサ４００は、半導体モジュール１００内の半導体素子のスイッチング動作時に、直流高電圧と接続するバスバである直流配線において発生するリプル電圧やリプル電流を抑制することにより、半導体モジュール１００に印加される直流電圧を平滑化する。
　半導体モジュール１００は、平滑コンデンサ４００からの正極配線及び負極配線（直流バスバ）に接続される。半導体モジュール１００は、半導体モジュール１００内に封止された半導体素子を有する。半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用いており、以下、ＩＧＢＴと称す。上アームとして動作するＩＧＢＴ１０Ｔ及びダイオード１０Ｄと、下アームとして動作するＩＧＢＴ１０Ｔ及びダイオード１０Ｄとで、上下アームの直列回路が構成される。１個の半導体モジュール１００は、この上下アームの直列回路を備える。全体の半導体モジュール１００は、３個の半導体モジュール１００を交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分に対応して備える。上アームのＩＧＢＴ１０Ｔのコレクタ電極は、正極端子を介して平滑コンデンサ４００の正極側の端子に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ１０Ｔのエミッタ電極は、負極端子を介して平滑コンデンサ４００の負極側の端子に電気的に接続されている。そして、３個の半導体モジュール１００を用いて、インバータ回路を構成し、３相のそれぞれの上下アームの直列回路は、直列回路の中点部分である中間電極から交流電流を交流バスバ３００より出力する。交流バスバ３００の各相の出力線の近傍には電流センサ３０１が設けられる。なお、半導体素子として金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴと称す）を用いてもよい。この場合はダイオード１０Ｄが不要となる。
　駆動回路基板７００ａには、駆動回路を構成する電子部品が、制御回路基板７００ｂには、制御回路を構成する電子部品が搭載されている。制御回路は、上位の制御装置から信号コネクタ７１０を介して制御指令を受ける。制御回路は、ＩＧＢＴ１０Ｔのスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには、電流センサ３０１により検出された電流値と、モータ３０００に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）からの磁極位置が入力される。なお、図示省略したが、電流センサ３０１により検出された電流値は、駆動回路基板７００ａ上の配線パターンを介して制御回路基板７００ｂへ伝達される。マイコンは、電流値、磁極位置、および上位の制御装置からの目標トルク値に基づいて、インバータ回路を構成する各相の直列回路の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ１０Ｔを制御する制御パルスを生成し、駆動回路基板７００ａ上の駆動回路に供給する。
　駆動回路基板７００ａ上の駆動回路は、制御回路で生成された制御パルスに基づき、各相の直列回路の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ１０Ｔを駆動する駆動パルスを各相のＩＧＢＴ１０Ｔに供給する。なお、駆動回路はＩＧＢＴ１０Ｔを駆動するために、電圧変換用のトランス７０５（図１１参照）を用いる場合がある。ＩＧＢＴ１０Ｔは、駆動回路からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ２０００から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力でモータ３０００を駆動する。
　以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１０００は、半導体素子が封止された半導体モジュール１００と、半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された駆動回路基板７００ａと、駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御回路基板７００ｂと、半導体モジュール１００を冷却する第１の冷却部材１１０と、を備えた電力変換装置１０００であって、電力変換装置１０００は、筐体６００の隔壁６０１によって第１空間６０４と第２空間６０５に区分され、第１空間６０４には、駆動回路基板７００ａが、第１の冷却部材１１０を間にして半導体モジュール１００と対向して配置され、第２空間６０５には、制御回路基板７００ｂが配置される。これにより、駆動回路や制御回路に対する半導体素子のスイッチング動作等によるノイズの影響を抑制することができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
　１００・・・半導体モジュール、１０１・・・制御端子、１０１ｂ・・・冷却面、１０２・・・交流端子、１１０・・・第１の冷却部材、１２０・・・第２の冷却部材、１３０・・・ばね板部材、１３１・・・脚部、１３５・・・クリップ部、１４０・・・ベース板、１４１・・・取付穴、１４２・・・位置決め穴、１４３・・・第１係止部、１４４・・・第２係止部、１４５・・・制御端子開口、１８０・・・出力線、３００・・・交流バスバ、３０１電流センサ、４００・・・平滑コンデンサ、５００・・・ＥＭＣフィルタ、５０１・・・フィルタコア、５０２・・・Ｘコンデンサ、５０３・・・Ｙコンデンサ、６００・・・筐体、６０１・・・隔壁、６０２・・・側壁、６０３・・・配置穴、６０４・・・第１空間、６０５・・・第２空間、６０６、６０６’・・・入口流路、６０７、６０７’・・・出口流路、６０９・・・配線孔、６１０・・・下部カバー（第１蓋）、６２０・・・上部カバー（第２蓋）、６３０・・・第３流路、６３１・・・流路カバー、６３２・・・冷却用台座、６４０・・・第４流路、６５０・・・第５流路、６６０・・・第６流路、６７０・・・第７流路、７００ａ・・・駆動回路基板、７００ｂ・・・制御回路基板、７０５・・・トランス、７１０・・・信号コネクタ、１０００・・・電力変換装置、２０００・・・バッテリ、３０００・・・モータ、１０Ｔ・・・ＩＧＢＴ、１０Ｄ・・・ダイオード。

Claims (12)

  1. 　半導体素子が封止された半導体モジュールと、
    　前記半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された駆動回路基板と、
    　前記駆動回路を制御する制御回路が搭載された制御回路基板と、
    　前記半導体モジュールを冷却する第１の冷却部材と、を備えた電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置は、筐体の隔壁によって第１空間と第２空間に区分され、
    　前記第１空間には、前記駆動回路基板が前記第１の冷却部材を間にして前記半導体モジュールと対向して配置され、
    　前記第２空間には、前記制御回路基板が配置される電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記隔壁と該隔壁の周囲に形成された側壁よりなる前記筐体と、
    　前記隔壁との間に前記第１空間を形成する第１蓋と、
    　前記隔壁との間に前記第２空間を形成する第２蓋と、を備える電力変換装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記半導体モジュールに印加される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサを備え、
    　前記平滑コンデンサは、前記半導体モジュールおよび前記駆動回路基板の側部に配置され、
    　前記制御回路基板は、前記筐体の前記隔壁に垂直な方向から見て、前記隔壁を隔てて前記平滑コンデンサと対向する位置に配置される電力変換装置。
  4. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記制御回路基板は、その少なくとも一部の領域が前記駆動回路基板に対して前記制御回路基板の主面に垂直な方向に重なる位置に配置される電力変換装置。
  5. 　請求項４に記載の電力変換装置であって、
    　前記隔壁には、前記領域に前記制御回路基板と前記駆動回路基板との間で接続配線を通す配線孔が形成されている電力変換装置。
  6. 　請求項４に記載の電力変換装置であって、
    　前記領域を含まない前記駆動回路基板と対向する前記隔壁は前記筐体の外壁を形成する電力変換装置。
  7. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記半導体モジュールを挟んで前記第１の冷却部材と反対側に配置される第２の冷却部材を備える電力変換装置。
  8. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記筐体は、前記平滑コンデンサを冷却する第３の冷却部材を備える電力変換装置。
  9. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記筐体は、前記第１の冷却部材に接続される入口流路及び出口流路を有し、
    　前記駆動回路基板は、前記入口流路と前記出口流路との間に配置される電力変換装置。
  10. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記半導体モジュールが出力する電流を検出する電流センサを備え、
    　前記電流センサは、前記駆動回路基板と接続される電力変換装置。
  11. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記駆動回路基板は、電圧変換用のトランスを有し、
    　前記トランスは、前記駆動回路基板において前記第１の冷却部材とは反対側の面に配置される電力変換装置。
  12. 　請求項１１に記載の電力変換装置であって、
    　前記隔壁には、前記トランスを前記第１空間に収容する凸部が形成される電力変換装置。
PCT/JP2021/026696 2021-07-15 2021-07-15 電力変換装置 Ceased WO2023286255A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/562,411 US12695396B2 (en) 2021-07-15 2021-07-15 Power conversion device with partition for cooling and noise suppression
CN202180097690.5A CN117296237A (zh) 2021-07-15 2021-07-15 功率变换装置
DE112021007333.8T DE112021007333T5 (de) 2021-07-15 2021-07-15 Leistungsumsetzungsvorrichtung
PCT/JP2021/026696 WO2023286255A1 (ja) 2021-07-15 2021-07-15 電力変換装置
JP2023534555A JP7551926B2 (ja) 2021-07-15 2021-07-15 電力変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/026696 WO2023286255A1 (ja) 2021-07-15 2021-07-15 電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023286255A1 true WO2023286255A1 (ja) 2023-01-19

Family

ID=84918803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/026696 Ceased WO2023286255A1 (ja) 2021-07-15 2021-07-15 電力変換装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12695396B2 (ja)
JP (1) JP7551926B2 (ja)
CN (1) CN117296237A (ja)
DE (1) DE112021007333T5 (ja)
WO (1) WO2023286255A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4440262A1 (en) * 2023-03-31 2024-10-02 XPT EDS (Hefei) Co., Ltd. Motor controller, and electric motor and vehicle comprising same
WO2025125221A1 (de) * 2023-12-11 2025-06-19 Voith Patent Gmbh Umrichter zur stromversorgung eines e-motors und antriebseinheit

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7343026B1 (ja) * 2022-10-17 2023-09-12 富士電機株式会社 電力変換装置
CN118156962B (zh) * 2024-05-10 2024-07-05 深圳市星汉激光科技股份有限公司 半导体激光设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118753A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Hitachi Ltd 電力変換装置
JP2010245910A (ja) * 2009-04-08 2010-10-28 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置及びそれを用いた車載用電機システム
JP2013074669A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Keihin Corp 半導体装置
WO2018179773A1 (ja) * 2017-03-30 2018-10-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3676719B2 (ja) * 2001-10-09 2005-07-27 株式会社日立製作所 水冷インバータ
JP2007185026A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Hitachi Ltd 電力変換装置
US10321585B2 (en) * 2008-07-29 2019-06-11 Hitachi, Ltd. Power conversion apparatus and electric vehicle
JP4657329B2 (ja) * 2008-07-29 2011-03-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置および電動車両
JP5557585B2 (ja) * 2010-04-26 2014-07-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP5417314B2 (ja) * 2010-12-27 2014-02-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5455887B2 (ja) * 2010-12-27 2014-03-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5249365B2 (ja) * 2011-01-26 2013-07-31 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5591396B2 (ja) * 2011-03-04 2014-09-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体モジュール、および半導体モジュールの製造方法
JP5403089B2 (ja) * 2011-05-26 2014-01-29 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5651552B2 (ja) * 2011-07-22 2015-01-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5508357B2 (ja) * 2011-07-29 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
US9048721B2 (en) 2011-09-27 2015-06-02 Keihin Corporation Semiconductor device
JP5855899B2 (ja) * 2011-10-27 2016-02-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ及び電力変換装置
JP5738794B2 (ja) * 2012-03-30 2015-06-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5738817B2 (ja) * 2012-09-14 2015-06-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5789576B2 (ja) * 2012-09-14 2015-10-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP6072492B2 (ja) * 2012-10-09 2017-02-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 コンデンサモジュール及び電力変換装置
WO2015053142A1 (ja) * 2013-10-09 2015-04-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 ドライバ基板および電力変換装置
JP2018121457A (ja) 2017-01-26 2018-08-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP7551927B2 (ja) * 2021-07-15 2024-09-17 日立Astemo株式会社 電力変換装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118753A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Hitachi Ltd 電力変換装置
JP2010245910A (ja) * 2009-04-08 2010-10-28 Hitachi Automotive Systems Ltd 電力変換装置及びそれを用いた車載用電機システム
JP2013074669A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Keihin Corp 半導体装置
WO2018179773A1 (ja) * 2017-03-30 2018-10-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4440262A1 (en) * 2023-03-31 2024-10-02 XPT EDS (Hefei) Co., Ltd. Motor controller, and electric motor and vehicle comprising same
WO2025125221A1 (de) * 2023-12-11 2025-06-19 Voith Patent Gmbh Umrichter zur stromversorgung eines e-motors und antriebseinheit

Also Published As

Publication number Publication date
JP7551926B2 (ja) 2024-09-17
JPWO2023286255A1 (ja) 2023-01-19
US20240223100A1 (en) 2024-07-04
US12695396B2 (en) 2026-07-28
CN117296237A (zh) 2023-12-26
DE112021007333T5 (de) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5422466B2 (ja) 電力変換装置
CN103283138B (zh) 电力转换装置
US9713292B2 (en) DC-DC converter and power conversion apparatus
JP5422468B2 (ja) 電力変換装置
US9247675B2 (en) Power converter
JP7551926B2 (ja) 電力変換装置
JP6383408B2 (ja) コンバータ及び電力変換装置
CN102859682B (zh) 功率模块和功率模块制造方法
CN103733496B (zh) 电力转换装置
JP6429889B2 (ja) 電力変換装置
CN107408554B (zh) 电力转换装置
CN103339847A (zh) 车辆用电力变换装置
CN103733495A (zh) 电力变换装置
WO2012090381A1 (ja) 電力変換装置
JP6228888B2 (ja) パワー半導体モジュール
WO2011040153A1 (ja) 半導体装置、パワー半導体モジュール、およびパワー半導体モジュールを備えた電力変換装置
JP6161550B2 (ja) 電力変換装置
CN113574787B (zh) 功率转换装置和功率转换装置的制造方法
JP5978324B2 (ja) 電力変換装置
JP7551927B2 (ja) 電力変換装置
JP5687786B2 (ja) 電力変換装置
CN113328605B (zh) 功率转换装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21950192

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023534555

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180097690.5

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112021007333

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18562411

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21950192

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 18562411

Country of ref document: US