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JP2019161019A - 電力変換装置 - Google Patents

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JP2019161019A
JP2019161019A JP2018045908A JP2018045908A JP2019161019A JP 2019161019 A JP2019161019 A JP 2019161019A JP 2018045908 A JP2018045908 A JP 2018045908A JP 2018045908 A JP2018045908 A JP 2018045908A JP 2019161019 A JP2019161019 A JP 2019161019A
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貴寛 采女
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貴寛 采女
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Abstract

【課題】ハイサイドアーム素子およびローサイドアーム素子の搭載面に平行な方向における電力変換装置全体の寸法を小型化することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、冷媒が流通する冷媒流路と、第1搭載面と、前記第1搭載面に平行な第2搭載面とを有する放熱部と、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが前記第1搭載面および前記第2搭載面に平行な第1方向に配列された素子列とを備え、前記第1方向における前記ハイサイドアーム素子の位置と前記ローサイドアーム素子の位置とがずれており、前記ハイサイドアーム素子が搭載される前記第1搭載面と、前記ローサイドアーム素子が搭載される前記第2搭載面とが、前記第1搭載面および前記第2搭載面に直交する第2方向に互いにずれて配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は、電力変換装置に関する。
従来、冷却液の導入口・排出口の接続部等の形状に改良を加えて、その接続部等における圧力損失を低減させる冷却器を備える半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この半導体装置の冷却器は、ケースの互いに対向する側壁で対角の位置に設けられた導入口及び排出口と、導入口に接続しケース内に形成された導入路と、排出口に接続しケース内に形成された排出路と、導入路と排出路の間の冷却用流路とを有している。
特開2015−079819号公報
ところで、上述した半導体装置では、複数の半導体素子をどのように配列すべきかについて十分に工夫されていない。従って、上述した半導体装置では、半導体装置全体が十分に小型化されていない。
上述した問題点に鑑み、本発明は、ハイサイドアーム素子およびローサイドアーム素子の搭載面に平行な方向における電力変換装置の寸法を小型化することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の一態様に係る電力変換装置は、冷媒が流通する冷媒流路と、第1搭載面と、前記第1搭載面に平行な第2搭載面とを有する放熱部と、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが前記第1搭載面および前記第2搭載面に平行な第1方向に配列された素子列とを備え、前記第1方向における前記ハイサイドアーム素子の位置と前記ローサイドアーム素子の位置とがずれており、前記ハイサイドアーム素子が搭載される前記第1搭載面と、前記ローサイドアーム素子が搭載される前記第2搭載面とが、前記第1搭載面および前記第2搭載面に直交する第2方向に互いにずれて配置されている。
(2)上記(1)に記載の電力変換装置は、正極側導電体と、出力側導電体と、負極側導電体とを備え、前記ハイサイドアーム素子の一方の面には、第1電極が配置され、前記ハイサイドアーム素子の他方の面には、第2電極が配置され、前記ローサイドアーム素子の一方の面には、第1電極が配置され、前記ローサイドアーム素子の他方の面には、第2電極が配置され、前記ハイサイドアーム素子及び前記ローサイドアーム素子は、前記第2方向に見たときに、前記出力側導電体と重なる位置に配置され、前記ハイサイドアーム素子の第1電極は、前記正極側導電体に電気的に接続され、前記ハイサイドアーム素子の第2電極は、前記出力側導電体の一方の面に電気的に接続され、前記ローサイドアーム素子の第1電極は、前記出力側導電体の他方の面に電気的に接続され、前記ローサイドアーム素子の第2電極は、前記負極側導電体に電気的に接続されてもよい。
(3)上記(2)に記載の電力変換装置では、前記ハイサイドアーム素子および前記正極側導電体は、前記出力側導電体の一方の面の側に配置され、前記ローサイドアーム素子および前記負極側導電体は、前記出力側導電体の他方の面の側に配置されてもよい。
(4)上記(2)または(3)に記載の電力変換装置では、前記放熱部は、前記第2方向において、前記正極側導電体を隔てて前記ハイサイドアーム素子の反対側に配置され、前記放熱部と前記正極側導電体との間には、電気絶縁処理が施され、前記放熱部は、前記第2方向において、前記出力側導電体を隔てて前記ローサイドアーム素子の反対側に配置され、前記放熱部と前記出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されていてもよい。
(5)上記(2)から(4)のいずれかに記載の電力変換装置は、他の放熱部を備え、前記第2方向において、前記他の放熱部は、前記負極側導電体を隔てて前記ローサイドアーム素子の反対側に配置され、前記他の放熱部と前記ローサイドアーム素子との間には、電気絶縁処理が施され、前記他の放熱部は、前記第2方向において、前記出力側導電体を隔てて前記ハイサイドアーム素子の反対側に配置され、前記他の放熱部と前記出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されていてもよい。
上記(1)に記載の電力変換装置では、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが第2(高さ)方向に互いにずれて配置される。そのため、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子との間の絶縁距離を第2方向で確保することができる。その結果、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが第1方向に互いにずれて配置されるものの、第1方向におけるハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子との間隔を小さくすることができる。従って、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが第2方向に互いにずれて配置されてない場合よりも、電力変換装置の第1方向寸法を小型化することができる。つまり、ハイサイドアーム素子およびローサイドアーム素子の搭載面に平行な第1方向における電力変換装置の寸法を小型化することができる。
上記(2)に記載の電力変換装置では、ハイサイドアーム素子が、出力側導電体に電気的に接続されると共に、ローサイドアーム素子も、出力側導電体に電気的に接続されている。つまり、ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とで、出力側導電体が共用されている。そのため、ハイサイドアーム素子用の出力側導電体とローサイドアーム素子用の出力側導電体とが別個に設けられる場合よりも、部品点数および組立工数を削減することができ、電力変換装置の寸法を小型化することができる。
上記(3)に記載の電力変換装置では、正極側導電体が出力側導電体の一方の面の側に配置され、負極側導電体が出力側導電体の他方の面の側に配置される。つまり、正極側導電体と負極側導電体とが第2方向に互いにずれて配置される。そのため、正極側導電体と負極側導電体との間の絶縁距離を第2方向で確保することができる。その結果、第1方向における正極側導電体と負極側導電体との間隔を小さくすることができる。従って、正極側導電体と負極側導電体とが第2方向に互いにずれて配置されてない場合よりも、電力変換装置の第1方向寸法を小型化することができる。
上記(4)に記載の電力変換装置では、放熱部が第2方向において正極側導電体を隔ててハイサイドアーム素子の反対側に配置され、放熱部と正極側導電体との間には、電気絶縁処理が施されている。そのため、放熱部と正極側導電体との間の電気絶縁性を確保しつつ、放熱部によってハイサイドアーム素子を冷却することができる。
また、上記(4)に記載の電力変換装置では、放熱部が第2方向において出力側導電体を隔ててローサイドアーム素子の反対側に配置され、放熱部と出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されている。そのため、放熱部と出力側導電体との間の電気絶縁性を確保しつつ、放熱部によってローサイドアーム素子を冷却することができる。
上記(5)に記載の電力変換装置は、他の放熱部を備えている。そのため、他の放熱部が備えられていない場合よりも、冷却性能を向上させることができる。
また、上記(5)に記載の電力変換装置は、他の放熱部が第2方向において負極側導電体を隔ててローサイドアーム素子の反対側に配置され、他の放熱部とローサイドアーム素子との間には、電気絶縁処理が施されている。そのため、他の放熱部と負極側導電体との間の電気絶縁性を確保しつつ、他の放熱部によってローサイドアーム素子を冷却することができる。
また、上記(5)に記載の電力変換装置は、他の放熱部が第2方向において出力側導電体を隔ててハイサイドアーム素子の反対側に配置され、他の放熱部と出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されている。そのため、他の放熱部と出力側導電体との間の電気絶縁性を確保しつつ、他の放熱部によってハイサイドアーム素子を冷却することができる。
第1実施形態の電力変換装置の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。 図1中の放熱部のみを抽出して示した図である。 図1中のU相ハイサイドアーム素子、U相ローサイドアーム素子、V相ハイサイドアーム素子、V相ローサイドアーム素子、W相ハイサイドアーム素子、W相ローサイドアーム素子のみを抽出して示した図である。 図1中のU相出力側導電体、V相出力側導電体、W相出力側導電体のみを抽出して示した図である。 図1に示す第1実施形態の電力変換装置の一例の概略的な斜視図である。 第1実施形態の電力変換装置の他の例を示す図である。 図6(A)に示す電力変換装置の3面図である。 図6および図7に示す放熱部中の冷媒の流れを示す図である。 第3実施形態の電力変換装置の一例を示す図である。 図9(A)に示す電力変換装置の3面図である。 図9および図10に示す放熱部中の冷媒の流れを示す図である。 第1から第3実施形態の電力変換装置を適用可能な車両の一部の一例を示す図である。
以下、本発明の電力変換装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
図1は第1実施形態の電力変換装置1の概略的な鉛直断面の一例を示す図である。図2は図1中の放熱部WJAのみを抽出して示した図である。図3は図1中のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLのみを抽出して示した図である。図4は図1中のU相出力側導電体(U相出力バスバー)51U、V相出力側導電体(V相出力バスバー)51V、W相出力側導電体(W相出力バスバー)51Wのみを抽出して示した図である。図5は図1に示す第1実施形態の電力変換装置1の一例の概略的な斜視図である。
図1〜図5に示す例では、電力変換装置1が、放熱部WJAと、U相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLと、U相正極側導電体(U相Pバスバー)PIUと、V相正極側導電体(V相Pバスバー)PIVと、W相正極側導電体(W相Pバスバー)PIWと、U相負極側導電体(U相Nバスバー)NIUと、V相負極側導電体(V相Nバスバー)NIVと、W相負極側導電体(W相Nバスバー)NIWと、U相出力側導電体(U相出力バスバー)51Uと、V相出力側導電体(V相出力バスバー)51Vと、W相出力側導電体(W相出力バスバー)51Wと、U相ハイサイドゲート信号線GUHと、U相ローサイドゲート信号線GULと、V相ハイサイドゲート信号線GVHと、V相ローサイドゲート信号線GVLと、W相ハイサイドゲート信号線GWHと、W相ローサイドゲート信号線GWLと、U相ハイサイドスペーサSPUHと、U相ローサイドスペーサSPULと、V相ハイサイドスペーサSPVHと、V相ローサイドスペーサSPVLと、W相ハイサイドスペーサSPWHと、W相ローサイドスペーサSPWLと、U相ハイサイドヒートパイプHPUHと、U相ローサイドヒートパイプHPULと、V相ハイサイドヒートパイプHPVHと、V相ローサイドヒートパイプHPVLと、W相ハイサイドヒートパイプHPWHと、W相ローサイドヒートパイプHPWLとを備えている。
図1〜図5に示す例では、放熱部WJAが、U相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、および、W相ローサイドアーム素子WLを冷却する。放熱部WJAは、冷媒が流通する冷媒流路WJA1UH、WJA1UL、WJA1VH、WJA1VL、WJA1WH、WJA1WLを備えている。
冷媒流路WJA1UHを流通する冷媒は、主にU相ハイサイドアーム素子UHを冷却する。冷媒流路WJA1ULを流通する冷媒は、主にU相ローサイドアーム素子ULを冷却する。冷媒流路WJA1VHを流通する冷媒は、主にV相ハイサイドアーム素子VHを冷却する。冷媒流路WJA1VLを流通する冷媒は、主にV相ローサイドアーム素子VLを冷却する。冷媒流路WJA1WHを流通する冷媒は、主にW相ハイサイドアーム素子WHを冷却する。冷媒流路WJA1WLを流通する冷媒は、主にW相ローサイドアーム素子WLを冷却する。
図2に示すように、放熱部WJAは、搭載面WJA2UHと、搭載面WJA2ULと、搭載面WJA2VHと、搭載面WJA2VLと、搭載面WJA2WHと、搭載面WJA2WLとを備えている。搭載面WJA2UH、WJA2UL、WJA2VH、WJA2VL、WJA2WH、WJA2WLは、互いに平行である。
図1、図2および図5に示すように、搭載面WJA2UHには、U相ハイサイドアーム素子UHが搭載される。搭載面WJA2ULには、U相ローサイドアーム素子ULが搭載される。搭載面WJA2VHには、V相ハイサイドアーム素子VHが搭載される。搭載面WJA2VLには、V相ローサイドアーム素子VLが搭載される。搭載面WJA2WHには、W相ハイサイドアーム素子WHが搭載される。搭載面WJA2WLには、W相ローサイドアーム素子WLが搭載される。
図1〜図5に示す例では、ハイサイドアーム素子UH、VH、WHおよびローサイドアーム素子UL、VL、WLが、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)等のようなスイッチング素子である。
図3に示すように、U相ハイサイドアーム素子UHは、一方の面UHAと、他方の面UHBとを備えている。一方の面UHAには、電極UHA1が配置されている。他方の面UHBには、電極UHB1と、ゲート電極UHB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、U相正極側導電体PIUは、U相ハイサイドアーム素子UHの電極UHA1に電気的に接続されている。U相出力側導電体51Uは、U相ハイサイドスペーサSPUHを介してU相ハイサイドアーム素子UHの電極UHB1に電気的に接続されている。U相ハイサイドゲート信号線GUHは、U相ハイサイドアーム素子UHのゲート電極UHB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、U相ハイサイドアーム素子UHの電極UHB1は、U相出力側導電体51Uの一方の面51UAに対向して配置されている。つまり、U相ハイサイドアーム素子UHは、高さ方向に見たときに、U相出力側導電体51Uと重なる位置に配置されている。また、U相ハイサイドアーム素子UHおよびU相正極側導電体PIUは、U相出力側導電体51Uの一方の面51UAの側に配置されている。
図3に示すように、U相ローサイドアーム素子ULは、一方の面ULAと、他方の面ULBとを備えている。一方の面ULAには、電極ULA1が配置されている。他方の面ULBには、電極ULB1と、ゲート電極ULB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、U相出力側導電体51Uは、U相ローサイドアーム素子ULの電極ULA1に電気的に接続されている。U相負極側導電体NIUは、U相ローサイドスペーサSPULを介してU相ローサイドアーム素子ULの電極ULB1に電気的に接続されている。U相ローサイドゲート信号線GULは、U相ローサイドアーム素子ULのゲート電極ULB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、U相ローサイドアーム素子ULの電極ULA1は、U相出力側導電体51Uの他方の面51UBに対向して配置されている。つまり、U相ローサイドアーム素子ULは、高さ方向に見たときに、U相出力側導電体51Uと重なる位置に配置されている。また、U相ローサイドアーム素子ULおよびU相負極側導電体NIUは、U相出力側導電体51Uの他方の面51UBの側に配置されている。
図3に示すように、V相ハイサイドアーム素子VHは、一方の面(図3の下側の面)と、他方の面(図3の上側の面)とを備えている。V相ハイサイドアーム素子VHの一方の面には、電極VHA1が配置されている。V相ハイサイドアーム素子VHの他方の面には、電極VHB1と、ゲート電極VHB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、V相正極側導電体PIVは、V相ハイサイドアーム素子VHの電極VHA1に電気的に接続されている。V相出力側導電体51Vは、V相ハイサイドスペーサSPVHを介してV相ハイサイドアーム素子VHの電極VHB1に電気的に接続されている。V相ハイサイドゲート信号線GVHは、V相ハイサイドアーム素子VHのゲート電極VHB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、V相ハイサイドアーム素子VHの電極VHB1は、V相出力側導電体51Vの一方の面51VAに対向して配置されている。また、V相ハイサイドアーム素子VHおよびV相正極側導電体PIVは、V相出力側導電体51Vの一方の面51VAの側に配置されている。
図3に示すように、V相ローサイドアーム素子VLは、一方の面(図3の下側の面)と、他方の面(図3の上側の面)とを備えている。V相ローサイドアーム素子VLの一方の面には、電極VLA1が配置されている。V相ローサイドアーム素子VLの他方の面には、電極VLB1と、ゲート電極VLB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、V相出力側導電体51Vは、V相ローサイドアーム素子VLの電極VLA1に電気的に接続されている。V相負極側導電体NIVは、V相ローサイドスペーサSPVLを介してV相ローサイドアーム素子VLの電極VLB1に電気的に接続されている。V相ローサイドゲート信号線GVLは、V相ローサイドアーム素子VLのゲート電極VLB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、V相ローサイドアーム素子VLの電極VLA1は、V相出力側導電体51Vの他方の面51VBに対向して配置されている。また、V相ローサイドアーム素子VLおよびV相負極側導電体NIVは、V相出力側導電体51Vの他方の面51VBの側に配置されている。
図3に示すように、W相ハイサイドアーム素子WHは、一方の面(図3の下側の面)と、他方の面(図3の上側の面)とを備えている。W相ハイサイドアーム素子WHの一方の面には、電極WHA1が配置されている。W相ハイサイドアーム素子WHの他方の面には、電極WHB1と、ゲート電極WHB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、W相正極側導電体PIWは、W相ハイサイドアーム素子WHの電極WHA1に電気的に接続されている。W相出力側導電体51Wは、W相ハイサイドスペーサSPWHを介してW相ハイサイドアーム素子WHの電極WHB1に電気的に接続されている。W相ハイサイドゲート信号線GWHは、W相ハイサイドアーム素子WHのゲート電極WHB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、W相ハイサイドアーム素子WHの電極WHB1は、W相出力側導電体51Wの一方の面51WAに対向して配置されている。また、W相ハイサイドアーム素子WHおよびW相正極側導電体PIWは、W相出力側導電体51Wの一方の面51WAの側に配置されている。
図3に示すように、W相ローサイドアーム素子WLは、一方の面(図3の下側の面)と、他方の面(図3の上側の面)とを備えている。W相ローサイドアーム素子WLの一方の面には、電極WLA1が配置されている。W相ローサイドアーム素子WLの他方の面には、電極WLB1と、ゲート電極WLB2とが配置されている。
図1、図3および図5に示すように、W相出力側導電体51Wは、W相ローサイドアーム素子WLの電極WLA1に電気的に接続されている。W相負極側導電体NIWは、W相ローサイドスペーサSPWLを介してW相ローサイドアーム素子WLの電極WLB1に電気的に接続されている。W相ローサイドゲート信号線GWLは、W相ローサイドアーム素子WLのゲート電極WLB2に電気的に接続されている。
図1、図4および図5に示すように、W相ローサイドアーム素子WLの電極WLA1は、W相出力側導電体51Wの他方の面51WBに対向して配置されている。また、W相ローサイドアーム素子WLおよびW相負極側導電体NIWは、W相出力側導電体51Wの他方の面51WBの側に配置されている。
図1、図2および図5に示すように、放熱部WJAの搭載面WJA2UHは、高さ方向において、U相正極側導電体PIUを隔ててU相ハイサイドアーム素子UHの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2UHとU相正極側導電体PIUとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJAの搭載面WJA2ULは、高さ方向において、U相出力側導電体51Uを隔ててU相ローサイドアーム素子ULの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2ULとU相出力側導電体51Uとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJAの搭載面WJA2VHは、高さ方向において、V相正極側導電体PIVを隔ててV相ハイサイドアーム素子VHの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2VHとV相正極側導電体PIVとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJAの搭載面WJA2VLは、高さ方向において、V相出力側導電体51Vを隔ててV相ローサイドアーム素子VLの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2VLとV相出力側導電体51Vとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJAの搭載面WJA2WHは、高さ方向において、W相正極側導電体PIWを隔ててW相ハイサイドアーム素子WHの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2WHとW相正極側導電体PIWとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJAの搭載面WJA2WLは、高さ方向において、W相出力側導電体51Wを隔ててW相ローサイドアーム素子WLの反対側に配置されている。また、放熱部WJAの搭載面WJA2WLとW相出力側導電体51Wとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
図1〜図5に示す例では、U相ハイサイドヒートパイプHPUHが、高さ方向において、U相出力側導電体51Uを隔ててU相ハイサイドアーム素子UHの反対側に配置されている。U相ローサイドヒートパイプHPULは、高さ方向において、U相負極側導電体NIUを隔ててU相ローサイドアーム素子ULの反対側に配置されている。
V相ハイサイドヒートパイプHPVHは、高さ方向において、V相出力側導電体51Vを隔ててV相ハイサイドアーム素子VHの反対側に配置されている。V相ローサイドヒートパイプHPVLは、高さ方向において、V相負極側導電体NIVを隔ててV相ローサイドアーム素子VLの反対側に配置されている。
W相ハイサイドヒートパイプHPWHは、高さ方向において、W相出力側導電体51Wを隔ててW相ハイサイドアーム素子WHの反対側に配置されている。W相ローサイドヒートパイプHPWLは、高さ方向において、W相負極側導電体NIWを隔ててW相ローサイドアーム素子WLの反対側に配置されている。
図1に示すように、U相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULとは、第1方向D1(図1の左右方向)に配列されてU相素子列を構成する。V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLとは、第1方向D1に配列されてV相素子列を構成する。W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとは、第1方向D1に配列されてW相素子列を構成する。
図1および図2に示すように、U相ハイサイドアーム素子UHが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2UHと、U相ローサイドアーム素子ULが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2ULとは、第1方向D1に直交する高さ方向DH(図1および図2の上下方向)であって、搭載面WJA2UHおよび搭載面WJA2ULに直交する高さ方向DHに互いにずれて配置されている。そのため、U相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの間の絶縁距離を、高さ方向で確保することができる。
図1に示すように、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHの位置とU相ローサイドアーム素子ULの位置とがずれている。
図1〜図5に示す例では、上述したように、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHの位置とU相ローサイドアーム素子ULの位置とがずれているものの、U相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの間の絶縁距離が高さ方向で確保される。そのため、図1に示すように、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの間隔を小さくすることができる。
詳細には、図1に示す例では、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHの左端部とU相ローサイドアーム素子ULの右端部とが一致させられている。
図1および図2に示すように、V相ハイサイドアーム素子VHが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2VHと、V相ローサイドアーム素子VLが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2VLとは、高さ方向DHに互いにずれて配置されている。
図1に示すように、第1方向D1におけるV相ハイサイドアーム素子VHの位置とV相ローサイドアーム素子VLの位置とがずれている。
詳細には、図1に示す例では、第1方向D1におけるV相ハイサイドアーム素子VHの左端部とV相ローサイドアーム素子VLの右端部とが一致させられている。また、第1方向D1におけるV相ローサイドアーム素子VLの左端部とU相ハイサイドアーム素子UHの右端部とが一致させられている。
図1および図2に示すように、W相ハイサイドアーム素子WHが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2WHと、W相ローサイドアーム素子WLが搭載される放熱部WJAの搭載面WJA2WLとは、高さ方向DHに互いにずれて配置されている。
図1に示すように、第1方向D1におけるW相ハイサイドアーム素子WHの位置とW相ローサイドアーム素子WLの位置とがずれている。
詳細には、図1に示す例では、第1方向D1におけるW相ハイサイドアーム素子WHの左端部とW相ローサイドアーム素子WLの右端部とが一致させられている。また、第1方向D1におけるW相ローサイドアーム素子WLの左端部とV相ハイサイドアーム素子VHの右端部とが一致させられている。
そのため、図1〜図5に示す例では、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの間隔、第1方向D1におけるV相ハイサイドアーム素子VHとV相ローサイドアーム素子VLとの間隔、第1方向D1におけるW相ハイサイドアーム素子WHとW相ローサイドアーム素子WLとの間隔、第1方向D1におけるU相ハイサイドアーム素子UHとV相ローサイドアーム素子VLとの間隔、および、第1方向D1におけるV相ハイサイドアーム素子VHとW相ローサイドアーム素子WLとの間隔が設けられる場合よりも、第1方向D1における電力変換装置1の寸法を小型化することができる。
また、図1〜図5に示す例では、U相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとで、U相出力側導電体51Uが共用され、V相ハイサイドアーム素子VHとV相ローサイドアーム素子VLとで、V相出力側導電体51Vが共用され、W相ハイサイドアーム素子WHとW相ローサイドアーム素子WLとで、W相出力側導電体51Wが共用されている。そのため、ハイサイドアーム素子用の出力側導電体とローサイドアーム素子用の出力側導電体とが別個に設けられる場合よりも、部品点数および組立工数を削減することができ、電力変換装置1の全体の寸法を小型化することができる。
また、図1〜図5に示す例では、U相正極側導電体PIUとU相負極側導電体NIUとが高さ方向DHに互いにずれて配置され、V相正極側導電体PIVとV相負極側導電体NIVとが高さ方向DHに互いにずれて配置され、W相正極側導電体PIWとW相負極側導電体NIWとが高さ方向DHに互いにずれて配置される。そのため、第1方向D1における電力変換装置1の寸法を小型化しつつ、U相正極側導電体PIUとU相負極側導電体NIUとの間の絶縁距離、V相正極側導電体PIVとV相負極側導電体NIVとの間の絶縁距離、および、W相正極側導電体PIWとW相負極側導電体NIWとの間の絶縁距離を高さ方向DHで確保することができる。
また、図1〜図5に示す例では、放熱部WJAの搭載面WJA2UHとU相正極側導電体PIUとの間、放熱部WJAの搭載面WJA2ULとU相出力側導電体51Uとの間、放熱部WJAの搭載面WJA2VHとV相正極側導電体PIVとの間、放熱部WJAの搭載面WJA2VLとV相出力側導電体51Vとの間、放熱部WJAの搭載面WJA2WHとW相正極側導電体PIWとの間、および、放熱部WJAの搭載面WJA2WLとW相出力側導電体51Wとの間に、電気絶縁処理が施されている。そのため、必要な電気絶縁性を確保しつつ、U相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WHおよびW相ローサイドアーム素子WLを冷却することができる。
図6は第1実施形態の電力変換装置1の他の例を示す図である。詳細には、図6(A)は放熱部WJAが組み付けられた後における電力変換装置1の斜視図である。図6(B)は放熱部WJAが組み付けられる前における電力変換装置1の斜視図である。
図7は図6(A)に示す電力変換装置1の3面図である。詳細には、図7(A)は図6(A)に示す電力変換装置1を図6(A)の左手前側から見た電力変換装置1の左側面図である。図7(B)は図6(A)に示す電力変換装置1を図6(A)の右手前側から見た電力変換装置1の正面図である。図7(C)は図6(A)に示す電力変換装置1を図6(A)の上側から見た電力変換装置1の平面図である。
図8は図6および図7に示す放熱部WJA中の冷媒の流れを示す図である。
図1〜図5に示す例では、電力変換装置1が、U相ハイサイドヒートパイプHPUHと、U相ローサイドヒートパイプHPULと、V相ハイサイドヒートパイプHPVHと、V相ローサイドヒートパイプHPVLと、W相ハイサイドヒートパイプHPWHと、W相ローサイドヒートパイプHPWLとを備えている。
一方、図6〜図8に示す例では、電力変換装置1が、それらを備えていない。
図6〜図8に示す例では、放熱部WJAが、冷媒流路入口部WJA1INと、冷媒流路出口部WJA1OUTとを備えている。
冷媒流路入口部WJA1INから放熱部WJA内に流入した冷媒は、冷媒流路WJA1UH、WJA1UL、WJA1VH、WJA1VL、WJA1WH、WJA1WLを流れ、冷媒流路出口部WJA1OUTを介して放熱部WJA外に流出する。
<第2実施形態>
以下、本発明の電力変換装置1の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第2実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
図1〜図8に示す第1実施形態の電力変換装置1は、U相の構成要素、V相の構成要素およびW相の構成要素である3相分の構成要素を有するが、第2実施形態の電力変換装置1は、例えばU相の構成要素のような、1相分の構成要素のみを有する。
つまり、第2実施形態の電力変換装置1は、例えば、冷媒が流通する冷媒流路WJA1UH、WJA1UL(図1参照)と、搭載面WJA2UH(図2参照)と、搭載面WJA2UHに平行な搭載面WJA2UL(図2参照)とを有する放熱部WJA(図1および図2参照)と、ハイサイドアーム素子UH(図1参照)と、ローサイドアーム素子UL(図1参照)とが、第1方向D1(図1参照)に配列された素子列とを備える。
第2実施形態の電力変換装置1では、例えば、ハイサイドアーム素子UHが搭載される搭載面WJA2UHと、ローサイドアーム素子ULが搭載される搭載面WJA2ULとが、第1方向D1に直交する高さ方向DH(図1の上下方向)であって、搭載面WJA2UHおよび搭載面WJA2ULに直交する高さ方向DHに互いにずれて配置されている。第1方向D1(図1の左右方向)におけるハイサイドアーム素子UHの位置とローサイドアーム素子ULの位置とがずれている。
<第3実施形態>
以下、本発明の電力変換装置1の第3実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
第3実施形態の電力変換装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様に構成されている。従って、第3実施形態の電力変換装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の電力変換装置1と同様の効果を奏することができる。
図1〜図8に示す第1実施形態の電力変換装置1は、放熱部WJAを備えているが、第2実施形態の電力変換装置1は、放熱部WJAの他に、放熱部WJBを備えている。
図9は第3実施形態の電力変換装置1の一例を示す図である。詳細には、図9(A)は放熱部WJAと放熱部WJBとが組み付けられた後における電力変換装置1の斜視図である。図9(B)は放熱部WJAと放熱部WJBとが組み付けられる前における電力変換装置1の斜視図である。
図10は図9(A)に示す電力変換装置1の3面図である。詳細には、図10(A)は図9(A)に示す電力変換装置1を図9(A)の左手前側から見た電力変換装置1の左側面図である。図10(B)は図9(A)に示す電力変換装置1を図9(A)の右手前側から見た電力変換装置1の正面図である。図10(C)は図9(A)に示す電力変換装置1を図9(A)の上側から見た電力変換装置1の平面図である。
図11は図9および図10に示す放熱部WJB中の冷媒の流れを示す図である。
図9〜図11に示す例では、放熱部WJBが、U相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、および、W相ローサイドアーム素子WLを、放熱部WJAの反対側から冷却する。放熱部WJBは、冷媒が流通する冷媒流路WJB1UH、WJB1UL、WJB1VH、WJB1VL、WJB1WH、WJB1WLを備えている。
また、放熱部WJBは、冷媒流路入口部WJB1INと、冷媒流路出口部WJB1OUTとを備えている。
冷媒流路入口部WJB1INから放熱部WJB内に流入した冷媒は、冷媒流路WJB1UH、WJB1UL、WJB1VH、WJB1VL、WJB1WH、WJB1WLを流れ、冷媒流路出口部WJB1OUTを介して放熱部WJB外に流出する。
冷媒流路WJB1UHを流通する冷媒は、主にU相ハイサイドアーム素子UHを冷却する。冷媒流路WJB1ULを流通する冷媒は、主にU相ローサイドアーム素子ULを冷却する。冷媒流路WJB1VHを流通する冷媒は、主にV相ハイサイドアーム素子VHを冷却する。冷媒流路WJB1VLを流通する冷媒は、主にV相ローサイドアーム素子VLを冷却する。冷媒流路WJB1WHを流通する冷媒は、主にW相ハイサイドアーム素子WHを冷却する。冷媒流路WJB1WLを流通する冷媒は、主にW相ローサイドアーム素子WLを冷却する。
図10(B)に示すように、放熱部WJBは、高さ方向において、U相負極側導電体NIUを隔ててU相ローサイドアーム素子ULの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとU相負極側導電体NIUとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJBは、高さ方向において、U相出力側導電体51Uを隔ててU相ハイサイドアーム素子UHの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとU相出力側導電体51Uとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJBは、高さ方向において、V相負極側導電体NIVを隔ててV相ローサイドアーム素子VLの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとV相負極側導電体NIVとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJBは、高さ方向において、V相出力側導電体51Vを隔ててV相ハイサイドアーム素子VHの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとV相出力側導電体51Vとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJBは、高さ方向において、W相負極側導電体NIWを隔ててW相ローサイドアーム素子WLの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとW相負極側導電体NIWとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
放熱部WJBは、高さ方向において、W相出力側導電体51Wを隔ててW相ハイサイドアーム素子WHの反対側に配置されている。また、放熱部WJBとW相出力側導電体51Wとの間には、例えばアルマイト処理などのような電気絶縁処理が施されている。
図9〜図11に示す例では、放熱部WJBが備えられているため、放熱部WJBが備えられていない場合よりも、冷却性能を向上させることができる。
また、図9〜図11に示す例では、放熱部WJBとU相負極側導電体NIUとの間、放熱部WJBとU相出力側導電体51Uとの間、放熱部WJBとV相負極側導電体NIVとの間、放熱部WJBとV相出力側導電体51Vとの間、放熱部WJBとW相負極側導電体NIWとの間、および、放熱部WJBとW相出力側導電体51Wとの間に、電気絶縁処理が施されているため、放熱部WJAのみならず、放熱部WJBによっても、必要な電気絶縁性を確保しつつ、U相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WHおよびW相ローサイドアーム素子WLを冷却することができる。
<適用例>
以下、本発明の電力変換装置1の適用例について添付図面を参照しながら説明する。
図12は第1から第3実施形態の電力変換装置1を適用可能な車両10の一部の一例を示す図である。
図12に示す例では、第1実施形態の電力変換装置1と、第2実施形態の電力変換装置1とが車両10に適用される。
詳細には、図12に示す電力変換装置1が、図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1を2つ含むと共に、第2実施形態の電力変換装置1を1つ含んでいる。
図12に示す例では、車両10が、電力変換装置1に加えて、バッテリ11(BATT)と、走行駆動用の第1モータ12(MOT)、発電用の第2モータ13(GEN)とを備えている。
バッテリ11は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ11は、電力変換装置1の直流コネクタ1aに接続される正極端子PB及び負極端子NBを備えている。正極端子PB及び負極端子NBは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
第1モータ12は、バッテリ11から供給される電力によって回転駆動力(力行動作)を発生させる。第2モータ13は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させる。ここで、第2モータ13には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されている。例えば、第1モータ12及び第2モータ13の各々は、3相交流のブラシレスDCモータである。3相は、U相、V相、及びW相である。第1モータ12及び第2モータ13の各々は、インナーロータ型である。第1モータ12及び第2モータ13は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための3相のステータ巻線を有する固定子とをそれぞれ備えている。第1モータ12の3相のステータ巻線は、電力変換装置1の第1の3相コネクタ1bに接続されている。第2モータ13の3相のステータ巻線は、電力変換装置1の第2の3相コネクタ1cに接続されている。
図12に示す電力変換装置1は、パワーモジュール21と、リアクトル22と、コンデンサユニット23と、抵抗器24と、第1電流センサ25と、第2電流センサ26と、第3電流センサ27と、電子制御ユニット28(MOT GEN ECU)と、ゲートドライブユニット29(G/D VCU ECU)とを備えている。
パワーモジュール21は、第1電力変換回路部31と、第2電力変換回路部32と、第3電力変換回路部33とを備えている。
図12に示す例では、第1電力変換回路部31が、1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1によって構成される。1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の出力側導電体51U、51V、51Wは、まとめられて、第1の3相コネクタ1bに接続されている。すなわち、第1電力変換回路部31を構成する1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の出力側導電体51U、51V、51Wは、第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の3相のステータ巻線に接続されている。
第1電力変換回路部31を構成する1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の正極側導電体PIU、PIV、PIWは、まとめられて、バッテリ11の正極端子PBに接続されている。
第1電力変換回路部31を構成する1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の負極側導電体NIU、NIV、NIWは、まとめられて、バッテリ11の負極端子NBに接続されている。
つまり、第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換する。
図12に示す例では、第2電力変換回路部32が、2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1によって構成される。2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の出力側導電体51U、51V、51Wは、まとめられて、第2の3相コネクタ1cに接続されている。すなわち、第1電力変換回路部31を構成する2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の出力側導電体51U、51V、51Wは、第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の3相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32を構成する2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の正極側導電体PIU、PIV、PIWは、まとめられて、バッテリ11の正極端子PBと、第1電力変換回路部31を構成する1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の正極側導電体PIU、PIV、PIWとに接続されている。
第2電力変換回路部32を構成する2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の負極側導電体NIU、NIV、NIWは、まとめられて、バッテリ11の負極端子NBと、第1電力変換回路部31を構成する1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1の負極側導電体NIU、NIV、NIWとに接続されている。
第2電力変換回路部32は、第2モータ13から入力される3相交流電力を直流電力に変換する。第2電力変換回路部32によって変換された直流電力は、バッテリ11及び第1電力変換回路部31の少なくとも一方に供給することが可能である。
図12に示す第1電力変換回路部31のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLは、1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLに対応している。
図12に示す第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLは、2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLに対応している。
図12に示す例では、第1電力変換回路部31のU相ハイサイドアーム素子UHの電極UHA1(図3参照)、V相ハイサイドアーム素子VHの電極VHA1(図3参照)、W相ハイサイドアーム素子WHの電極WHA1(図3参照)、および、第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UHの電極UHA1(図3参照)、V相ハイサイドアーム素子VHの電極VHA1(図3参照)、W相ハイサイドアーム素子WHの電極WHA1(図3参照)が、正極バスバーPIに接続されている。正極バスバーPIは、コンデンサユニット23の正極バスバー50pに接続されている。
第1電力変換回路部31のU相ローサイドアーム素子ULの電極ULB1(図3参照)、V相ローサイドアーム素子VLの電極VLB1(図3参照)、W相ローサイドアーム素子WLの電極WLB1(図3参照)、および、第2電力変換回路部32のU相ローサイドアーム素子ULの電極ULB1(図3参照)、V相ローサイドアーム素子VLの電極VLB1(図3参照)、W相ローサイドアーム素子WLの電極WLB1(図3参照)が、負極バスバーNIに接続されている。負極バスバーNIは、コンデンサユニット23の負極バスバー50nに接続されている。
図12に示す例における第1電力変換回路部31のU相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの接続点TIは、1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相出力側導電体51Uに対応する。図12に示す例における第1電力変換回路部31のV相ハイサイドアーム素子VHとV相ローサイドアーム素子VLとの接続点TIは、1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のV相出力側導電体51Vに対応する。図12に示す例における第1電力変換回路部31のW相ハイサイドアーム素子WHとW相ローサイドアーム素子WLとの接続点TIは、1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のW相出力側導電体51Wに対応する。
1つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相出力側導電体51Uと、V相出力側導電体51Vと、W相出力側導電体51Wとは、図12に示す例における第1バスバー51に対応する。
図12に示す例における第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UHとU相ローサイドアーム素子ULとの接続点TIは、2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相出力側導電体51Uに対応する。図12に示す例における第2電力変換回路部32のV相ハイサイドアーム素子VHとV相ローサイドアーム素子VLとの接続点TIは、2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のV相出力側導電体51Vに対応する。図12に示す例における第2電力変換回路部32のW相ハイサイドアーム素子WHとW相ローサイドアーム素子WLとの接続点TIは、2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のW相出力側導電体51Vに対応する。
2つ目の図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1のU相出力側導電体51Uと、V相出力側導電体51Vと、W相出力側導電体51Wとは、図12に示す例における第2バスバー52に対応する。
図12に示す例では、第1電力変換回路部31の第1バスバー51が、第1入出力端子Q1に接続されている。第1入出力端子Q1は、第1の3相コネクタ1bに接続されている。第1電力変換回路部31の各相の接続点TIは、第1バスバー51、第1入出力端子Q1、及び第1の3相コネクタ1bを介して第1モータ12の各相のステータ巻線に接続されている。
第2電力変換回路部32の第2バスバー52は、第2入出力端子Q2に接続されている。第2入出力端子Q2は、第2の3相コネクタ1cに接続されている。第2電力変換回路部32の各相の接続点TIは、第2バスバー52、第2入出力端子Q2、及び第2の3相コネクタ1cを介して第2モータ13の各相のステータ巻線に接続されている。
図12に示す例では、第1電力変換回路部31のU相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとが、フライホイールダイオードを備えている。
同様に、第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとが、フライホイールダイオードを備えている。
図12に示す例では、ゲートドライブユニット29が、第1電力変換回路部31のU相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとにゲート信号を入力する。
同様に、ゲートドライブユニット29は、第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとにゲート信号を入力する。
第1電力変換回路部31は、バッテリ11から第3電力変換回路部33を介して入力される直流電力を3相交流電力に変換し、第1モータ12の3相のステータ巻線に交流のU相電流、V相電流、及びW相電流を供給する。第2電力変換回路部32は、第2モータ13の回転に同期がとられた第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UHと、U相ローサイドアーム素子ULと、V相ハイサイドアーム素子VHと、V相ローサイドアーム素子VLと、W相ハイサイドアーム素子WHと、W相ローサイドアーム素子WLとのオン(導通)/オフ(遮断)駆動によって、第2モータ13の3相のステータ巻線から出力される3相交流電力を直流電力に変換する。
図12に示す例では、第3電力変換回路部33が、上述した第2実施形態の電力変換装置1によって構成される。
第3電力変換回路部33は、電圧コントロールユニット(VCU)である。第3電力変換回路部33は、1相分のハイサイドアーム素子S1と、ローサイドアーム素子S2とを備えている。
ハイサイドアーム素子S1の正極側の電極は、正極バスバーPVに接続されている。正極バスバーPVは、コンデンサユニット23の正極バスバー50pに接続されている。ローサイドアーム素子S2の負極側の電極は、負極バスバーNVに接続されている。負極バスバーNVは、コンデンサユニット23の負極バスバー50nに接続されている。コンデンサユニット23の負極バスバー50nは、バッテリ11の負極端子NBに接続されている。ハイサイドアーム素子S1の負極側の電極は、ローサイドアーム素子S2の正極側の電極に接続されている。ハイサイドアーム素子S1と、ローサイドアーム素子S2とは、フライホイールダイオードを備えている。
第3電力変換回路部33のハイサイドアーム素子S1とローサイドアーム素子S2との接続点を構成する第3バスバー53は、リアクトル22の一端に接続されている。リアクトル22の他端は、バッテリ11の正極端子PBに接続されている。リアクトル22は、コイルと、コイルの温度を検出する温度センサとを備えている。温度センサは、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
第3電力変換回路部33は、ゲートドライブユニット29からハイサイドアーム素子S1のゲート電極とローサイドアーム素子S2のゲート電極とに入力されるゲート信号に基づき、ハイサイドアーム素子S1とローサイドアーム素子S2とのオン(導通)/オフ(遮断)を切り替える。
第3電力変換回路部33は、昇圧時において、ローサイドアーム素子S2がオン(導通)及びハイサイドアーム素子S1がオフ(遮断)に設定される第1状態と、ローサイドアーム素子S2がオフ(遮断)及びハイサイドアーム素子S1がオン(導通)に設定される第2状態とを交互に切り替える。第1状態では、順次、バッテリ11の正極端子PB、リアクトル22、ローサイドアーム素子S2、バッテリ11の負極端子NBへと電流が流れ、リアクトル22が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第2状態では、リアクトル22に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル22の両端間に起電圧(誘導電圧)が発生する。リアクトル22に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ11の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第3電力変換回路部33の正極バスバーPVと負極バスバーNVとの間に印加される。
第3電力変換回路部33は、回生時において、第2状態と、第1状態とを交互に切り替える。第2状態では、順次、第3電力変換回路部33の正極バスバーPV、ハイサイドアーム素子S1、リアクトル22、バッテリ11の正極端子PBへと電流が流れ、リアクトル22が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第1状態では、リアクトル22に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル22の両端間に起電圧(誘導電圧)が発生する。リアクトル22に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間の電圧よりも低い降圧電圧がバッテリ11の正極端子PBと負極端子NBとの間に印加される。
コンデンサユニット23は、第1平滑コンデンサ41と、第2平滑コンデンサ42と、ノイズフィルタ43と、を備えている。
第1平滑コンデンサ41は、バッテリ11の正極端子PBと負極端子NBとの間に接続されている。第1平滑コンデンサ41は、第3電力変換回路部33の回生時におけるハイサイドアーム素子S1及びローサイドアーム素子S2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。第2平滑コンデンサ42は、正極バスバー50p及び負極バスバー50nを介して、複数の正極バスバーPI及び負極バスバーNI、並びに正極バスバーPV及び負極バスバーNVに接続されている。第2平滑コンデンサ42は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLのオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。第2平滑コンデンサ42は、第3電力変換回路部33の昇圧時におけるハイサイドアーム素子S1及びローサイドアーム素子S2のオン/オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
ノイズフィルタ43は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。ノイズフィルタ43は、直列に接続される2つのコンデンサを備えている。2つのコンデンサの接続点は、車両10のボディグラウンド等に接続されている。
抵抗器24は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32の各々の正極バスバーPI及び負極バスバーNI間、並びに第3電力変換回路部33の正極バスバーPV及び負極バスバーNV間に接続されている。
第1電流センサ25は、第1電力変換回路部31の各相の接続点TIを成し、第1入出力端子Q1と接続される第1バスバー51に配置され、U相、V相、及びW相の各々の電流を検出する。第2電流センサ26は、第2電力変換回路部32の各相の接続点TIを成すとともに第2入出力端子Q2と接続される第2バスバー52に配置され、U相、V相、及びW相の各々の電流を検出する。第3電流センサ27は、第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2の接続点を成すとともにリアクトル22と接続される第3バスバー53に配置され、リアクトル22に流れる電流を検出する。
第1電流センサ25、第2電流センサ26、及び第3電流センサ27の各々は、信号線によって電子制御ユニット28に接続されている。
電子制御ユニット28は、第1モータ12及び第2モータ13の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット28は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPU等のプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、及びタイマー等の電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。なお、電子制御ユニット28の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路であってもよい。例えば、電子制御ユニット28は、第1電流センサ25の電流検出値と第1モータ12に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット29に入力する制御信号を生成する。例えば、電子制御ユニット28は、第2電流センサ26の電流検出値と第2モータ13に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット29に入力する制御信号を生成する。制御信号は、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLをオン(導通)/オフ(遮断)駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
ゲートドライブユニット29は、電子制御ユニット28から受け取る制御信号に基づいて、第1電力変換回路部31及び第2電力変換回路部32のU相ハイサイドアーム素子UH、U相ローサイドアーム素子UL、V相ハイサイドアーム素子VH、V相ローサイドアーム素子VL、W相ハイサイドアーム素子WH、W相ローサイドアーム素子WLを実際にオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33のハイサイドアーム素子S1及びローサイドアーム素子S2の各々をオン(導通)/オフ(遮断)駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット29は、第3電力変換回路部33の昇圧時における昇圧電圧指令又は第3電力変換回路部33の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、ハイサイドアーム素子S1及びローサイドアーム素子S2の比率である。
上述した例では、図12に示す車両10に対して、図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1が2つ適用されると共に、第2実施形態の電力変換装置1が1つ適用されている。
他の例では、図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1を適用する代わりに、図6〜図8に示す第1実施形態の電力変換装置1を適用してもよい。あるいは、図1〜図5に示す第1実施形態の電力変換装置1を適用する代わりに、図9〜図12に示す第3実施形態の電力変換装置1を適用してもよい。
図12に示す例では、第1から第3実施形態の電力変換装置1が車両10に適用されるが、他の例では、例えばエレベータ、ポンプ、ファン、鉄道車両、空気調和機、冷蔵庫、洗濯機などのような車両10以外のものに対して第1から第3実施形態の電力変換装置1を適用してもよい。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…電力変換装置、WJA…放熱部、WJA1UH…冷媒流路、WJA1UL…冷媒流路、WJA1VH…冷媒流路、WJA1VL…冷媒流路、WJA1WH…冷媒流路、WJA1WL…冷媒流路、WJA1IN…冷媒流路入口部、WJA1OUT…冷媒流路出口部、WJA2UH…搭載面、WJA2UL…搭載面、WJA2VH…搭載面、WJA2VL…搭載面、WJA2WH…搭載面、WJA2WL…搭載面、UH…ハイサイドアーム素子、UHA…面、UHA1…電極、UHB…面、UHB1…電極、UHB2…ゲート電極、UL…ローサイドアーム素子、ULA…面、ULA1…電極、ULB…面、ULB1…電極、ULB2…ゲート電極、VH…ハイサイドアーム素子、VHA1…電極、VHB1…電極、VHB2…ゲート電極、VL…ローサイドアーム素子、VLA1…電極、VLB1…電極、VLB2…ゲート電極、WH…ハイサイドアーム素子、WHA1…電極、WHB1…電極、WHB2…ゲート電極、WL…ローサイドアーム素子、WLA1…電極、WLB1…電極、WLB2…ゲート電極、PIU…正極側導電体、PIV…正極側導電体、PIW…正極側導電体、51U…出力側導電体、51V…出力側導電体、51W…出力側導電体、NIU…負極側導電体、NIV…負極側導電体、NIW…負極側導電体、10…車両

Claims (5)

  1. 冷媒が流通する冷媒流路と、第1搭載面と、前記第1搭載面に平行な第2搭載面とを有する放熱部と、
    ハイサイドアーム素子とローサイドアーム素子とが前記第1搭載面および前記第2搭載面に平行な第1方向に配列された素子列とを備え、
    前記第1方向における前記ハイサイドアーム素子の位置と前記ローサイドアーム素子の位置とがずれており、
    前記ハイサイドアーム素子が搭載される前記第1搭載面と、前記ローサイドアーム素子が搭載される前記第2搭載面とが、前記第1搭載面および前記第2搭載面に直交する第2方向に互いにずれて配置されている、
    電力変換装置。
  2. 正極側導電体と、
    出力側導電体と、
    負極側導電体とを備え、
    前記ハイサイドアーム素子の一方の面には、第1電極が配置され、
    前記ハイサイドアーム素子の他方の面には、第2電極が配置され、
    前記ローサイドアーム素子の一方の面には、第1電極が配置され、
    前記ローサイドアーム素子の他方の面には、第2電極が配置され、
    前記ハイサイドアーム素子及び前記ローサイドアーム素子は、前記第2方向に見たときに、前記出力側導電体と重なる位置に配置され、
    前記ハイサイドアーム素子の第1電極は、前記正極側導電体に電気的に接続され、
    前記ハイサイドアーム素子の第2電極は、前記出力側導電体の一方の面に電気的に接続され、
    前記ローサイドアーム素子の第1電極は、前記出力側導電体の他方の面に電気的に接続され、
    前記ローサイドアーム素子の第2電極は、前記負極側導電体に電気的に接続される、
    請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記ハイサイドアーム素子および前記正極側導電体は、前記出力側導電体の一方の面の側に配置され、
    前記ローサイドアーム素子および前記負極側導電体は、前記出力側導電体の他方の面の側に配置される、
    請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記放熱部は、前記第2方向において、前記正極側導電体を隔てて前記ハイサイドアーム素子の反対側に配置され、
    前記放熱部と前記正極側導電体との間には、電気絶縁処理が施され、
    前記放熱部は、前記第2方向において、前記出力側導電体を隔てて前記ローサイドアーム素子の反対側に配置され、
    前記放熱部と前記出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されている、
    請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
  5. 他の放熱部を備え、
    前記他の放熱部は、前記第2方向において、前記負極側導電体を隔てて前記ローサイドアーム素子の反対側に配置され、
    前記他の放熱部と前記ローサイドアーム素子との間には、電気絶縁処理が施され、
    前記他の放熱部は、前記第2方向において、前記出力側導電体を隔てて前記ハイサイドアーム素子の反対側に配置され、
    前記他の放熱部と前記出力側導電体との間には、電気絶縁処理が施されている、
    請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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