JP7276028B2 - power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.
下記の特許文献1には、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載される電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、積層状に配列される複数の半導体モジュールと、コンデンサと、複数の半導体モジュールのそれぞれをコンデンサに電気的に接続するバスバモジュールと、を備えている。各半導体モジュールは、その正極端子がバスバモジュールの正極バスバによってコンデンサに接続され、その負極端子がバスバモジュールの負極バスバによってコンデンサに接続されている。
バスバモジュールを構成する正極バスバ及び負極バスバは、絶縁板を隔てて互いに並走するように積層されている。また、正極バスバ及び負極バスバのそれぞれには、各半導体モジュールの正極端子及び負極端子との接続のために使用される複数の貫通穴が複数の半導体モジュールの配列方向に間隔を空けて設けられている。複数の半導体モジュールは、正極バスバ及び負極バスバのそれぞれに設けられている複数の貫通穴を利用して、バスバモジュールに重ねて組付けられる。 The positive bus bar and the negative bus bar that constitute the bus bar module are laminated so as to run in parallel with each other with an insulating plate interposed therebetween. Further, in each of the positive bus bar and the negative bus bar, a plurality of through holes used for connection with the positive terminal and the negative terminal of each semiconductor module are provided at intervals in the arrangement direction of the plurality of semiconductor modules. there is A plurality of semiconductor modules are stacked and attached to the busbar module using a plurality of through holes provided in each of the positive and negative busbars.
この組付けについて説明すると、配列方向の最上流を1段目としたとき、先ず1段目の半導体モジュールの正極端子が正極バスバの複数の貫通穴の中で1段目の貫通穴に挿入され、この半導体モジュールの負極端子が負極バスバの複数の貫通穴の中で1段目の貫通穴に挿入される。また、2段目の半導体モジュールの正極端子が正極バスバの2段目の貫通穴に挿入され、この半導体モジュールの負極端子が負極バスバの2段目の貫通穴に挿入される。そして、最終段の半導体モジュールの正極端子が正極バスバの最終段の貫通穴に挿入され、この半導体モジュールの負極端子が負極バスバの最終段の貫通穴に挿入される。即ち、N段目の半導体モジュールを組付けるとき、この半導体モジュールの正極端子が正極バスバのN段目の貫通穴に挿入され、この半導体モジュールの負極端子が負極バスバのN段目の貫通穴に挿入される。 Assuming that the most upstream in the arrangement direction is the first stage, first, the positive terminal of the semiconductor module in the first stage is inserted into the through hole in the first stage among the plurality of through holes of the positive electrode busbars. , the negative terminal of this semiconductor module is inserted into the first through hole among the plurality of through holes of the negative bus bar. Also, the positive terminal of the semiconductor module in the second stage is inserted into the through hole of the second stage of the positive bus bar, and the negative terminal of this semiconductor module is inserted into the through hole of the second stage of the negative bus bar. The positive terminal of the semiconductor module at the final stage is inserted into the through hole of the final stage of the positive bus bar, and the negative terminal of this semiconductor module is inserted into the through hole of the final stage of the negative bus bar. That is, when the N-th semiconductor module is assembled, the positive terminal of this semiconductor module is inserted into the N-th through-hole of the positive bus bar, and the negative terminal of this semiconductor module is inserted into the N-th through-hole of the negative bus bar. inserted.
ところで、この種のバスバモジュールの設計においては、正極バスバや負極端子の貫通穴を極力小さくすることによってインダクタンスを低く抑えたいという要請がある。即ち、バスバモジュールのインダクタンスが上がるとサージ電圧が高くなるため、半導体モジュールの素子耐圧を上げるような対応が必要になりコスト面で不利である。 By the way, in the design of this type of busbar module, there is a demand to keep the inductance low by minimizing the through holes of the positive busbar and the negative electrode terminal. That is, as the inductance of the busbar module increases, the surge voltage also increases, so it is necessary to take measures to increase the element breakdown voltage of the semiconductor module, which is disadvantageous in terms of cost.
しかしながら、複数の半導体モジュールの組付け時の公差の影響によって、各半導体モジュールから突出している正極端子や負極端子の配列方向の位置がばらつくことがある。
そこで、各半導体モジュールの正極端子や負極端子の位置のばらつきを吸収できるように各貫通穴の配列方向の開口幅を広げるのが一般的であった。具体的には、公差の積み上げを勘案して、最終段の半導体モジュールの正極端子や負極端子を挿入可能な貫通穴の開口幅を基準開口幅とし、この基準開口幅に合わせて全ての貫通穴の開口幅が定められていた。
However, due to the influence of tolerance when assembling a plurality of semiconductor modules, the positions in the arrangement direction of the positive terminal and the negative terminal protruding from each semiconductor module may vary.
Therefore, it has been a common practice to widen the opening width of each through-hole in the arrangement direction so as to absorb variations in the positions of the positive terminal and the negative terminal of each semiconductor module. Specifically, in consideration of the accumulation of tolerances, the opening width of the through-hole into which the positive terminal and negative terminal of the semiconductor module in the final stage can be inserted is set as the reference opening width, and all the through-holes are opened according to this reference opening width. The opening width of the
最終段の半導体モジュールを基準にすると、それよりも上段側の半導体モジュールについては、正極端子や負極端子の端子幅に比べて貫通穴の開口幅が大きくなり過ぎる。そして、貫通穴の開口幅が大きくなることに伴って、端子の挿入に必要な空間以外の不要な開口面積が増えると、バスバモジュールのインダクタンスが上がる要因に成り得る。そこで、複数の貫通穴のそれぞれの開口幅は、各半導体モジュールの配列位置に応じて適正に設定されるのが好ましい。 When the semiconductor module at the final stage is used as a reference, the opening width of the through hole becomes too large compared to the terminal widths of the positive terminal and the negative terminal in the upper semiconductor module. As the opening width of the through hole increases, the unnecessary opening area other than the space necessary for inserting the terminal increases, which may cause the inductance of the busbar module to increase. Therefore, it is preferable that the opening width of each of the plurality of through holes is appropriately set according to the arrangement position of each semiconductor module.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、複数の半導体モジュールをコンデンサに電気的に接続するバスバモジュールのインダクタンスを下げることができる電力変換装置を提供しようとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a power conversion device capable of reducing the inductance of a busbar module that electrically connects a plurality of semiconductor modules to a capacitor.
本発明の一態様は、
配列方向(X1)の上段側から下段側に向けて重ねて組付けられる複数の半導体モジュール(4)と、コンデンサ(11,12)と、上記複数の半導体モジュールのそれぞれを上記コンデンサに電気的に接続するバスバモジュール(30,130,230)と、を備え、
上記バスバモジュールは、上記コンデンサの正極に電気的に接続される正極バスバ(31)と、上記コンデンサの負極に電気的に接続される負極バスバ(34)と、を有し、上記コンデンサを収容するコンデンサケース(13)から上記正極バスバと上記負極バスバが延出しており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのいずれにも、上記配列方向に沿って複数の開口部(32,35)が設けられ、上記正極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子(4b)が貫通して上記正極バスバに接合され、上記負極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの負極端子(4c)が貫通して上記負極バスバに接合されており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバの少なくとも一方を対象バスバとしたとき、上記対象バスバは、上記複数の開口部のうち最上段の開口部を除く各開口部の上記配列方向の開口幅(D1,D2)が当該開口部よりも上段の開口部の上記開口幅以上であり、且つ上記複数の開口部の中に上記配列方向の上段側の一方の開口部の上記開口幅よりも下段側の他方の開口部の上記開口幅の方が大きい互いに隣接する2つの開口部を含むように構成されており、
上記対象バスバは、上記複数の開口部のそれぞれの上記開口幅が上記配列方向について徐々に大きくなるように構成されている、電力変換装置(1,101,201)、
にある。
また、本発明の別態様は、
配列方向(X1)の上段側から下段側に向けて重ねて組付けられる複数の半導体モジュール(4)と、コンデンサ(11,12)と、上記複数の半導体モジュールのそれぞれを上記コンデンサに電気的に接続するバスバモジュール(30,130,230)と、を備え、
上記バスバモジュールは、上記コンデンサの正極に電気的に接続される正極バスバ(31)と、上記コンデンサの負極に電気的に接続される負極バスバ(34)と、を有し、上記コンデンサを収容するコンデンサケース(13)から上記正極バスバと上記負極バスバが延出しており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのいずれにも、上記配列方向に沿って複数の開口部(32,35)が設けられ、上記正極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子(4b)が貫通して上記正極バスバに接合され、上記負極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの負極端子(4c)が貫通して上記負極バスバに接合されており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバの少なくとも一方を対象バスバとしたとき、上記対象バスバは、上記複数の開口部のうち最上段の開口部を除く各開口部の上記配列方向の開口幅(D1,D2)が当該開口部よりも上段の開口部の上記開口幅以上であり、且つ上記複数の開口部の中に上記配列方向の上段側の一方の開口部の上記開口幅よりも下段側の他方の開口部の上記開口幅の方が大きい互いに隣接する2つの開口部を含むように構成されており、
上記バスバモジュールの上記正極バスバ及び上記負極バスバは、上記コンデンサケースから互いに異なる延出長(L)で並走しながら延出し且つ電気絶縁性を有する絶縁板(38)を介して積層方向(Z)に積層されたプレート部材であり、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのうち上記延出長が相対的に短い方のバスバを第1バスバ(31)とし上記延出長が相対的に長い方のバスバを第2バスバ(34)としたとき、少なくとも上記第1バスバが上記対象バスバとされ、上記第2バスバのうち上記積層方向について上記第1バスバと重なる重なり部(34b)には、上記第1バスバの上記複数の開口部のそれぞれにそれぞれが連通する複数の連通穴(37)が設けられており、上記複数の連通穴のそれぞれは、上記配列方向の穴幅(D3)が上記第1バスバの上記複数の開口部のうち当該連通穴に連通する開口部の上記開口幅に一定値(C)を加えた値となるように構成されている、電力変換装置(1,101,201)、
にある。
One aspect of the present invention is
A plurality of semiconductor modules (4) assembled in layers from the upper stage side to the lower stage side in the arrangement direction (X1), capacitors (11, 12), and each of the plurality of semiconductor modules electrically connected to the capacitor. a bus bar module (30, 130, 230) to be connected,
The busbar module has a positive electrode busbar (31) electrically connected to the positive electrode of the capacitor and a negative electrode busbar (34) electrically connected to the negative electrode of the capacitor, and accommodates the capacitor. The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend from the capacitor case (13),
Both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are provided with a plurality of openings (32, 35) along the arrangement direction, and the plurality of openings (32, 35) of the positive electrode bus bar are respectively connected to the plurality of semiconductor modules. The positive terminal (4b) of the plurality of semiconductor modules penetrates and is joined to the positive electrode bus bar, and the negative terminal (4c) of each of the plurality of semiconductor modules penetrates through each of the plurality of openings of the negative electrode bus bar and connects to the negative electrode bus bar. are joined,
When at least one of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar is a target bus bar, the target bus bar has an opening width (D1, D2 ) is equal to or larger than the opening width of the upper opening, and one of the openings lower than the opening width of the upper opening in the arrangement direction of the plurality of openings The opening is configured to include two adjacent openings with a larger opening width ,
a power conversion device (1, 101, 201) , wherein the target bus bar is configured such that the opening width of each of the plurality of openings gradually increases in the arrangement direction;
It is in.
Another aspect of the present invention is
A plurality of semiconductor modules (4) assembled in layers from the upper stage side to the lower stage side in the arrangement direction (X1), capacitors (11, 12), and each of the plurality of semiconductor modules electrically connected to the capacitor. A bus bar module (30, 130, 230) to be connected,
The busbar module has a positive electrode busbar (31) electrically connected to the positive electrode of the capacitor and a negative electrode busbar (34) electrically connected to the negative electrode of the capacitor, and accommodates the capacitor. The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend from the capacitor case (13),
Both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are provided with a plurality of openings (32, 35) along the arrangement direction, and the plurality of openings (32, 35) of the positive electrode bus bar are respectively connected to the plurality of semiconductor modules. The positive terminal (4b) of the plurality of semiconductor modules penetrates and is joined to the positive electrode bus bar, and the negative terminal (4c) of each of the plurality of semiconductor modules penetrates through each of the plurality of openings of the negative electrode bus bar and connects to the negative electrode bus bar. are joined,
When at least one of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar is a target bus bar, the target bus bar has an opening width (D1, D2 ) is equal to or larger than the opening width of the upper opening, and one of the openings lower than the opening width of the upper opening in the arrangement direction of the plurality of openings The opening is configured to include two adjacent openings with a larger opening width,
The positive bus bar and the negative bus bar of the bus bar module extend in parallel from the capacitor case with different extension lengths (L), and extend in the stacking direction (Z ) is a plate member laminated to
Of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar, the bus bar with a relatively shorter extension length is a first bus bar (31), and the bus bar with a relatively longer extension length is a second bus bar (34). At least the first bus bar is the target bus bar, and the overlapping portion (34b) of the second bus bar that overlaps the first bus bar in the stacking direction includes the plurality of openings of the first bus bar. and each of the plurality of communication holes has a hole width (D3) in the arrangement direction that is the same as that of the plurality of openings of the first bus bar. A power conversion device (1, 101, 201) configured to have a value obtained by adding a constant value (C) to the opening width of the opening communicating with the communication hole,
It is in.
上記の電力変換装置において、バスバモジュールは、配列方向に組付けられる複数の半導体モジュールのそれぞれをコンデンサに電気的に接続するためのものである。バスバモジュールの正極バスバには、配列方向に沿って設けられた複数の開口部のそれぞれを複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子が貫通した状態で接合されており、これにより正極バスバがコンデンサの正極に電気的に接続されている。同様に、バスバモジュールの負極バスバには、配列方向に沿って設けられた複数の開口部のそれぞれを複数の半導体モジュールのそれぞれの負極端子が貫通した状態で接合されており、これにより負極バスバがコンデンサの負極に電気的に接続されている。 In the power conversion device described above, the busbar module is for electrically connecting each of the plurality of semiconductor modules assembled in the arrangement direction to the capacitor. The positive electrode busbar of the busbar module is joined to the positive electrode busbar in a state in which the positive electrode terminals of the plurality of semiconductor modules pass through each of the plurality of openings provided along the array direction. is electrically connected to Similarly, the negative bus bar of the bus bar module is joined to the negative bus bar in a state in which the negative terminals of the plurality of semiconductor modules pass through the plurality of openings provided along the arrangement direction. It is electrically connected to the negative terminal of the capacitor.
ここで、正極バスバ及び負極バスバの少なくとも一方である対象バスバにおいて、複数の開口部のうち最上段の開口部を除く各開口部の開口幅が当該開口部よりも上段の開口部の開口幅以上であり、しかも複数の開口部の中に上段側の一方の開口部の開口幅よりも下段側の他方の開口部の上記開口幅の方が大きい互いに隣接する2つの開口部が含まれるようになっている。即ち、対象バスバは、互いに隣接する2つの開口部の全てについて一方の開口部の開口幅よりも他方の開口部の開口幅の方が大きく複数の開口部の開口幅が配列方向に徐々に大きくなるように構成されているか、或いは複数の開口部の中に開口幅が同一であり且つ配列方向に連続して設けられた複数の開口部を含むように構成されている。 Here, in the target bus bar, which is at least one of the positive bus bar and the negative bus bar, the opening width of each of the plurality of openings excluding the uppermost opening is equal to or greater than the opening width of the upper opening. In addition, the plurality of openings include two adjacent openings in which the width of the other opening on the lower side is larger than the opening width of the other opening on the upper side. It's becoming That is, in the target bus bar, the opening width of one of the two openings adjacent to each other is larger than the opening width of the other opening, and the opening widths of the plurality of openings are gradually increased in the arrangement direction. Alternatively, a plurality of openings having the same opening width and provided continuously in the arrangement direction are included in the plurality of openings.
このような構成によれば、複数の半導体モジュールを配列方向の上段側から下段側に向けて重ねて組付けるときの公差の積み上げによる影響を考慮して最終段の半導体モジュールに対応した開口部の基準開口幅に合わせて全ての開口部の開口幅を定める場合に比べて、一部の開口部の開口幅をその下段側に隣接する別の開口部の開口幅よりも相対的に小さくすることが可能になる。即ち、互いに隣接する2つの開口部のうち下段側の開口部の開口幅を基準開口幅に合わせた場合、上段側の開口部の開口幅を基準開口幅よりも小さくすることができる。これにより、対象バスバの全ての開口部の開口幅を基準開口幅に合わせて一定にする場合に比べて不要な開口面積を減らすことで、バスバモジュールのインダクタンスを下げることができる。 According to such a configuration, the opening corresponding to the semiconductor module in the last stage is designed in consideration of the effect of stacking tolerances when a plurality of semiconductor modules are stacked and assembled from the upper stage to the lower stage in the arrangement direction. To make the opening width of a part of openings relatively smaller than the opening width of another opening adjacent to the lower side, compared to the case where the opening widths of all openings are determined according to the reference opening width. becomes possible. That is, when the opening width of the lower opening of two adjacent openings is matched with the reference opening width, the opening width of the upper opening can be made smaller than the reference opening width. As a result, the inductance of the busbar module can be reduced by reducing the unnecessary opening area compared to the case where the opening widths of all the openings of the target busbar are made constant according to the reference opening width.
以上のごとく、上記態様によれば、複数の半導体モジュールをコンデンサに電気的に接続するバスバモジュールのインダクタンスを下げることができる電力変換装置を提供できる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a power conversion device capable of reducing the inductance of a busbar module that electrically connects a plurality of semiconductor modules to a capacitor.
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 It should be noted that the symbols in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the corresponding relationship with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. not a thing
以下、電力変換装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of a power conversion device will be described below with reference to the drawings.
なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、半導体モジュールの厚み方向を第1方向として矢印Xで示し、半導体モジュールにおいて正極端子と負極端子の並置方向を第2方向として矢印Yで示し、第1方向Xと第2方向Yの両方に直交する方向を第3方向として矢印Zで示すものとする。また、第1方向Xのうちの一方向を複数の半導体モジュールの組付け時の配列方向X1とし、配列方向X1の最上流を、説明の便宜上、「1段目」という。 In the drawings of this specification, unless otherwise specified, the thickness direction of the semiconductor module is indicated by arrow X as the first direction, and the direction in which the positive terminal and the negative terminal are juxtaposed in the semiconductor module is indicated by arrow Y as the second direction. A direction orthogonal to both the first direction X and the second direction Y is indicated by an arrow Z as a third direction. Also, one of the first directions X is defined as an arrangement direction X1 when assembling a plurality of semiconductor modules, and the most upstream position in the arrangement direction X1 is called "first stage" for convenience of explanation.
(実施形態1)
図1に示されるように、実施形態1の電力変換装置1は、ケース2と、半導体積層ユニット3と、制御回路基板7と、リアクトル8と、コンデンサ装置10と、放電抵抗基板24と、を備えている。ケース2には、半導体積層ユニット3と、制御回路基板7と、リアクトル8と、コンデンサ装置10と、放電抵抗基板24と、を含む複数の要素が収容されている。ケース2は、熱伝導性の良い金属材料、所謂「熱引き」の良い金属材料によって構成されている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
この電力変換装置1は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流の電源電力を駆動用モータの駆動に必要な交流電力に変換するインバータとして用いられる。
This
半導体積層ユニット3は、いずれも本体部に半導体素子5を内蔵した複数の半導体モジュール4と、冷却器6と、を備えている。この半導体積層ユニット3において、複数の半導体モジュール4と冷却器6の複数の冷却管6aとが第1方向Xに交互に積層配置されている。
The
冷却器6は、各半導体モジュール4を冷却する冷却媒体(以下、単に「冷媒」という。)が流れる複数の冷却管6aと、複数の冷却管6aのそれぞれの冷媒入口部に連通する流入ヘッダー管6bと、複数の冷却管6aのそれぞれの冷媒出口部に連通する流出ヘッダー管6dと、を有する。流入ヘッダー管6b及び流出ヘッダー管6dはいずれも、第1方向Xに延びている。図1では、冷却管6aが1つのみ示されている。
The
冷却器6において、冷媒は流入ヘッダー管6bを上流側から下流側へと第1方向Xに流れつつ各冷却管6aの冷媒入口部に分流し、各冷却管6aを第2方向Yに流れた後、各冷却管6aの冷媒出口部から合流して流出ヘッダー管6dを上流側から下流側へと流れるようになっている。
In the
典型的な冷媒として、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒などを使用することができる。 Typical refrigerants include water mixed with ethylene glycol-based antifreeze, natural refrigerants such as water and ammonia, fluorocarbon-based refrigerants such as Fluorinert, Freon-based refrigerants such as HCFC123 and HFC134a, and alcohol-based refrigerants such as methanol and alcohol. , a ketone-based refrigerant such as acetone, or the like can be used.
複数の半導体モジュール4は、組付けの順番が予め定められており、この組付け時に配列方向X1の上段側から下段側に向けて重ねて組付けられる。この場合、配列方向X1は、各半導体モジュール4の直方体形状の本体部分の厚み方向に沿った方向となる。
なお、配列方向X1を複数の半導体モジュール4の組付け方向ということもできる。また、配列方向X1の上段側を配列方向X1の上流側といい、配列方向X1の下段側を配列方向X1の下流側ということもできる。
The order of assembly of the plurality of
Note that the arrangement direction X1 can also be called the mounting direction of the plurality of
各半導体モジュール4の第1方向Xの両側の被冷却面4eは、冷却器6の2つの冷却管6aによって第1方向Xの両側面から挟持される。また、最下段の冷却管6aが加圧手段としてのバネ部材9(図4参照)から押し付け荷重を受けることによって、各半導体モジュール4の被冷却面4eに2つの冷却管6aの冷却面を密着させることができる。このとき、バネ部材9から最も遠い位置に配列された最上段の半導体モジュール4を基準として、複数の半導体モジュール4の全体が配列方向X1の逆方向へ押し縮められる。
The
各半導体モジュール4は、複数の制御端子4aと、正極端子4bと、負極端子4cと、交流端子4dと、を有する。複数の制御端子4aはいずれも、各半導体モジュール4の本体部分から第3方向Zの上方へ突出している。正極端子4bと負極端子4cと交流端子4dはいずれも、各半導体モジュール4の本体部分から第3方向Zの下方へ突出している。即ち、複数の制御端子4aは、別の3つの端子4b,4c,4dと逆方向に突出している。
Each
制御回路基板7は、複数の半導体モジュール4のそれぞれの複数の制御端子4aに電気的に接続されている。この制御回路基板7は、半導体モジュール4に供給された直流電力を交流電力に変換するために、この半導体モジュール4に内蔵されている半導体素子5のスイッチング動作(オンオフ動作)を制御するように構成されている。半導体素子5として典型的には、IGBT(すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(すなわち、MOS型電界効果トランジスタ)等の任意のスイッチング素子が使用される。
The
リアクトル8は、半導体積層ユニット3の下方に配置されている。このリアクトル8は、通電部8aを通じて通電されることにより磁束を発生するコイル(「インダクタ」ともいう。)を有し、このコイルを利用して電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する機能を有する。
The
コンデンサ装置10は、電源(後述のバッテリB)と電力供給機器としての半導体モジュール4との間の通電回路(後述のインバータ回路17)に設けられている。このコンデンサ装置10は、フィルタコンデンサ11と2つの平滑コンデンサ12と、フィルタコンデンサ11及び複数の平滑コンデンサ12を収容するコンデンサケース13と、を備えている。フィルタコンデンサ11及び2つの平滑コンデンサ12(以下、単に「コンデンサ11,12」という。)は、同様のコンデンサ素子からなる。このコンデンサ装置10は、「コンデンサモジュール」或いは「コンデンサアッシ」とも称呼される。
The
コンデンサケース13は、収容開口14を有する有底箱状のケースであり、複数の固定部16を介してケース2に固定されている。コンデンサ11,12は、コンデンサケース13の収容開口14を通じて収容された状態でポッティング樹脂によって封止されている。このため、収容開口14の開口面14aを、ポッティング樹脂によって形成されるポッティング面ということもできる。
The
コンデンサ装置10は、半導体モジュール4に電力を供給するために、コンデンサ11,12と半導体モジュール4とを電気的に接続するバスバモジュール30を備えている。
The
バスバモジュール30は、いずれもコンデンサケース13から延出した正極バスバ31及び負極バスバ34と、電気絶縁性を有する絶縁板38を有する。正極バスバ31は、コンデンサ11,12の正極に電気的に接続されている。負極バスバ34は、コンデンサ11,12の負極に電気的に接続されている。
The
正極バスバ31及び負極バスバ34はいずれも、第3方向Zを厚み方向として平滑コンデンサ12からコンデンサケース13の収容開口14を通じて互いに異なる延出長(第2方向Yの寸法)で並走し、且つ絶縁板38を介して積層方向である第3方向Zに積層されたプレート部材として構成されている。正極バスバ31は、正極バスバ31及び負極バスバ34のうち上記の延出長が相対的に短い方の第1バスバである。これに対して、負極バスバ34は、正極バスバ31及び負極バスバ34のうち上記の延出長が相対的に長い方の第2バスバである。
Both the
各半導体モジュール4から突出した正極端子4bは、正極バスバ31に第3方向Zに貫通するように設けられた複数の開口部(後述の、複数の開口部32)に挿入された状態で溶接等によって正極バスバ31に接合されている。同様に、各半導体モジュール4から突出した負極端子4cは、負極バスバ34に第3方向Zに貫通するように設けられた複数の開口部(後述の、複数の開口部35)に挿入された状態で溶接等によって負極バスバ34に接合されている。
The
コンデンサケース13の側壁13aから第3方向Zの上方へ突出するように基板固定部15が設けられている。基板固定部15には放電抵抗基板24が取付けられており、放電抵抗基板24には、コンデンサ装置10に蓄積された電荷を放電するための放電抵抗25が設けられている。放電抵抗基板24は、コンデンサ11,12との熱干渉を抑制するためにコンデンサケース13の収容開口14の第2方向Yの投影面から外れた位置に設けられるのが好ましい。
A
また、基板固定部15から第3方向Zの上方へ突出するように電圧検出端子26が設けられている。この電圧検出端子26は、放電抵抗基板24と制御回路基板7との間に延在しており、コンデンサ11,12の電圧を検出する機能を果たす。この電圧検出端子26は、コンデンサ11,12が電磁ノイズの影響を受けるのを抑制するために、コンデンサケース13から突出するように構成されているのが好ましい。
A
ここで、上記の電力変換装置1の電気回路について詳細に説明する。
Here, the electric circuit of the
図2に示されるように、電力変換装置1のインバータ回路17において、複数の半導体モジュール4のそれぞれに内蔵されている半導体素子5のスイッチング動作(オンオフ動作)が制御回路基板7によって制御されて、バッテリBの直流電力が交流電力に変換される。
As shown in FIG. 2, in the
複数の半導体モジュール4は、複数(図2では2つ)の半導体モジュール4Aと、複数(図2では6つ)の半導体モジュール4Bと、に分類される。なお、半導体モジュール4の数や、半導体モジュール4Aと半導体モジュール4Bのそれぞれの数についてはこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。
The
本実施形態では、リアクトル8と、フィルタコンデンサ11と、半導体モジュール4Aとによって、インバータ回路17の昇圧部18が構成されている。この昇圧部18は、バッテリBの電圧を昇圧する機能を有する。フィルタコンデンサ11は、後述の一対の電源入力端子20から入力された電流に含まれるノイズ電流を除去するためのコンデンサである。フィルタコンデンサ11は、バッテリBに対して電気的に複数の平滑コンデンサ12の上流側に設けられている。
In this embodiment, the
一方で、コンデンサ12と半導体モジュール4Bによって、インバータ回路17の変換部19が構成されている。この変換部19は、昇圧部18で昇圧された後の直流電力を三相(すなわち、U相、V相、W相)の交流電力に変換する機能を有する。コンデンサ12は、昇圧部18で昇圧された後の電圧を平滑化するためのコンデンサである。変換部19で得られた交流電力によって、車両走行用の三相交流モータMが駆動される。
On the other hand, the
また、放電抵抗25は、フィルタコンデンサ11及び平滑コンデンサ12と並列に設けられている。これにより、電力変換装置1の停止時等にコンデンサ11,12の内部電荷が放電抵抗25を介して放電される。
Also, the
ここで、半導体モジュール4Aは、半導体モジュール4Bに比べて作動している時間が長く、仕様上の通電負荷が半導体モジュール4Bよりも高い高負荷半導体モジュールである。これに対して、半導体モジュール4Bは、半導体モジュール4Aに比べて作動している時間が短く、仕様上の通電負荷が半導体モジュール4Aよりも低い低負荷半導体モジュールである。
Here, the
なお、上記のインバータ回路17を構成する各要素の数や配置については、図2に示されるものに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。例えば、半導体モジュール4A及び半導体モジュール4Bのそれぞれの数は、図2のものに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。
It should be noted that the number and arrangement of the respective elements constituting the
図3に示されるように、高負荷半導体モジュールである半導体モジュール4Aは、低負荷半導体モジュールである半導体モジュール4Bよりも配列方向X1の上段側に配列されている。
As shown in FIG. 3, the
コンデンサ装置10のコンデンサケース13は、第1方向Xが長手方向となるように構成されている。そして、コンデンサ11,12が第1方向Xに並置された状態でコンデンサケース13に収容されている。即ち、2つの平滑コンデンサ12が第1方向Xについて互いに隣接して配置され、2つの平滑コンデンサ12の一方とフィルタコンデンサ11が第1方向Xについて互いに隣接して配置されている。
The
コンデンサ装置10は、バッテリB(図2参照)に電気的に接続される一対の電源入力端子20と、一対の電源入力端子20に入力された電力を、リアクトル8を含む他の電子機器に供給するための一対の電源供給端子21と、を備えている。
The
一対の電源入力端子20のうちの一方が正極側端子20pであり、一対の電源入力端子20のうちの他方が負極側端子20nである。これに対して、一対の電源供給端子21のうちの一方が正極側端子21pであり、一対の電源供給端子21のうちの他方が負極側端子21nである。
One of the pair of power
正極側端子20pは屈曲板状のバスバ22の一端部22aによって構成されており、負極側端子20nは屈曲板状のバスバ23の一端部23aによって構成されている。一方で、正極側端子21pはバスバ22の他端部22bによって構成されており、負極側端子21nはバスバ23の他端部23bによって構成されている。バスバ23は、一端部23aと他端部23bとの間の領域がコンデンサケース13のポッティング樹脂に埋設されている。
The positive
一対の電源入力端子20である正極側端子20p及び負極側端子20nは、外部のバッテリB(図2参照)の正極側及び負極側のそれぞれに電気的に接続され、且つ正極側端子21p及び負極側端子21nのそれぞれに電気的に接続されている。一対の電源供給端子21である正極側端子21p及び負極側端子21nは、リアクトル8に電気的に接続されており、一対の電源入力端子20に入力された電力をリアクトル8に供給可能に構成されている。
A
一対の電源入力端子20及び一対の電源供給端子21は、フィルタコンデンサ11及び複数の平滑コンデンサ12のそれぞれに電気的に接続されており、且つ複数の平滑コンデンサ12よりもフィルタコンデンサ11に近い位置に設けられている。
A pair of power
図4に示されるように、冷却器6の複数の冷却管6aの中で高負荷半導体モジュールである半導体モジュール4Aを冷却する冷却管6aを冷却管6Aとし、低負荷半導体モジュールである半導体モジュール4Bを冷却する冷却管6aを冷却管6Bとしたとき、冷却管6Aの冷媒入口部が冷却管6Bの冷媒入口部よりも流入ヘッダー管6bの流入口6cに近い位置に接続されている。即ち、冷却器6は、流入ヘッダー管6bを流れる冷媒が冷却管6Bよりも前に冷却管6A流入するように構成されている。
As shown in FIG. 4, among the plurality of cooling
図5に示されるように、バスバモジュール30の正極バスバ31は、第3方向Zの平面視が略矩形をなす本体部31aを有し、この本体部31aには配列方向X1に沿って複数(本実施形態では8つ)の開口部32が設けられている。各開口部32は、正極バスバ31の本体部31aを第3方向Zに貫通する貫通穴として構成されている。
As shown in FIG. 5, the
そして、正極バスバ31の複数の開口部32のそれぞれを複数の半導体モジュール4のそれぞれの正極端子4bが貫通している。また、正極バスバ31の本体部31aには、各開口部32を貫通した正極端子4bに接合される接合片33が設けられている。この接合片33は、各開口部32の開口縁から第3方向Zの上方へ延びるように構成されている(図6参照)。
The
同様に、バスバモジュール30の負極バスバ34は、第3方向Zの平面視が略矩形をなす本体部34aを有し、この本体部34aには配列方向X1に沿って複数(本実施形態では8つ)の開口部35が設けられている。各開口部35は、負極バスバ34の本体部34aを第3方向Zに貫通する貫通穴として構成されている。
Similarly, the
そして、負極バスバ34の複数の開口部35のそれぞれを複数の半導体モジュール4のそれぞれの負極端子4cが貫通している。また、負極バスバ34の本体部34aには、各開口部35を貫通した負極端子4cに接合される接合片36が設けられている。この接合片36は、各開口部35の開口縁から第3方向Zの上方へ延びるように構成されている(図7参照)。
また、負極バスバ34の本体部34aは、第3方向Zについて正極バスバ31と重なる重なり部34bと、第3方向Zについて正極バスバ31と重ならない非重なり部34cと、に区分される。この負極バスバ34の重なり部34bには、正極バスバ31の複数の開口部32のそれぞれにそれぞれが連通する複数の連通穴37が設けられている。
Further, the
図5及び図6に示されるように、絶縁板38は、第3方向Zについて正極バスバ31の本体部31aと負極バスバ34の重なり部34bとの間に介在する介在部38aを有する。絶縁板38の介在部38aには、貫通穴39aを取り囲むように立設する筒状の複数の筒部39が設けられている。絶縁板38の各筒部39が負極バスバ34の各連通穴37に挿入されている。また、正極バスバ31の各接合片33は、各連通穴37に挿入された筒部39で区画される貫通穴39aを貫通した状態で、各半導体モジュール4の正極端子4bに接合されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the insulating
図5及び図7に示されるように、負極バスバ34の各接合片36は、各開口部35を貫通した状態で、各半導体モジュール4の負極端子4cに接合されている。
As shown in FIGS. 5 and 7 , each
図6及び図8に示されるように、対象バスバとしての正極バスバ31は、複数の開口部32のそれぞれの開口幅D1が互いに異なるように構成されている。具体的には、この正極バスバ31は、複数の開口部32のそれぞれの開口幅D1が配列方向X1について徐々に大きくなるように、即ち配列方向X1に段階的に拡張されるように構成されている。
As shown in FIGS. 6 and 8, the
図6に示されるように、バスバモジュール30の正極バスバ31のうち配列方向X1の1段目から3つの開口部32について、それぞれの開口幅D1を順にD1(1st)、D1(2nd)、D1(3rd)としたとき、D1(1st)<D1(2nd)<D1(3rd)の関係が成り立ち、この関係と同様の関係が最下段である8段目まで続いている。従って、このときの開口幅D1(1st)が最小の開口幅D1である。
As shown in FIG. 6, for the three
正極バスバ31は、複数の開口部32のうち最上段である1段目の開口部32を除く任意の各開口部32の配列方向X1の開口幅D1が当該開口部32よりも上段の開口部32の開口幅D1以上であり、しかも複数の開口部32の中に配列方向X1の上段側の一方の開口部32の開口幅D1よりも下段側の他方の開口部32の方の開口幅D1が大きい互いに隣接する2つの開口部32,32が少なくとも含まれるように構成されている。
The positive
ここで、1段目の開口部32の開口幅D1(1st)を基準にして、各半導体モジュール4の組付け毎の公差Tを使用することによって、各開口部32の開口幅D1を設定することができる。公差Tは、一定値であっても可変値であってもよい。例えば、公差Tを一定値としたとき、1段目の開口部32の開口幅D1(1st)に公差Tを加算した値を2段目の開口部32の開口幅D1(2nd)に設定し、2段目の開口部32の開口幅D1(2nd)に公差Tを加算した値を3段目の開口部32の開口幅D1(3rd)に設定することができる。
Here, the opening width D1 of each
バスバモジュール30の負極バスバ34のうち配列方向X1の1段目から3つの連通穴37について、それぞれの配列方向X1の穴幅D3を順にD3(1st)、D3(2nd)、D3(3rd)としたとき、D3(1st)<D3(2nd)<D3(3rd)の関係が成り立ち、この関係と同様の関係が最下段である8段目まで続いている。従って、このときの穴幅D3(1st)が最小の穴幅D3である。
Regarding the three
複数の連通穴37のそれぞれは、配列方向X1の穴幅D3が正極バスバ31の複数の開口部32のうち当該連通穴37に連通する開口部32の開口幅D1に一定値Cを加えた値となるように構成されている。即ち、穴幅D3(1st)は開口幅D1(1st)に一定値Cを加えた値であり、穴幅D3(2nd)は開口幅D1(2nd)に一定値Cを加えた値であり、穴幅D3(3rd)は開口幅D1(3rd)に一定値Cを加えた値である。これにより、負極バスバ34の複数の連通穴37の穴幅D3の大小関係が、正極バスバ31の開口部32の開口幅D1の大小関係に応じて定まる。
Each of the plurality of communication holes 37 has a hole width D3 in the arrangement direction X1 of the
なお、ここでいう一定値Cとして、典型的には、筒部39の配列方向X1の筒幅に、筒部39と連通穴37との間の配列方向X1の隙間を加算した値を使用することができる。
As the constant value C mentioned here, typically, a value obtained by adding the gap in the arrangement direction X1 between the
更に、配列方向X1の1段目から3つの絶縁板38の貫通穴39aについて、それぞれの配列方向X1の穴幅D4を順にD4(1st)、D4(2nd)、D4(3rd)としたとき、D4(1st)<D4(2nd)<D4(3rd)の関係が成り立ち、この関係と同様の関係が最下段である8段目まで続いている。従って、このときの穴幅D4(1st)が最小の穴幅D4である。
Furthermore, regarding the through
図7及び図8に示されるように、対象バスバとしての負極バスバ34は、複数の開口部35のそれぞれの開口幅D2が互いに異なるように構成されている。具体的には、この負極バスバ34は、複数の開口部35のそれぞれの開口幅D2が配列方向X1について徐々に大きくなるように、即ち配列方向X1に段階的に拡張されるように構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
図7に示されるように、バスバモジュール30の負極バスバ34のうち配列方向X1の1段目から3つの開口部35について、それぞれの開口幅D2を順にD2(1st)、D2(2nd)、D2(3rd)としたとき、D2(1st)<D2(2nd)<D2(3rd)の関係が成り立ち、この関係と同様の関係が最下段である8段目まで続いている。従って、このときの開口幅D2(1st)が最小の開口幅D2である。
As shown in FIG. 7, for three
負極バスバ34は、複数の開口部35のうち最上段である1段目の開口部35を除く任意の各開口部35の配列方向X1の開口幅D2が当該開口部35よりも上段の開口部35の開口幅D2以上であり、しかも複数の開口部35の中に配列方向X1の上段側の一方の開口部35の開口幅D2よりも下段側の他方の開口部35の方の開口幅D2が大きい互いに隣接する2つの開口部35,35が少なくとも含まれるように構成されている。
The negative
ここで、1段目の開口部35の開口幅D2(1st)を基準にして上記の公差Tを使用することによって、各開口部35の開口幅D25を設定することができる。例えば、1段目の開口部35の開口幅D2(1st)に公差Tを加算した値を2段目の開口部35の開口幅D2(2nd)に設定し、2段目の開口部35の開口幅D2(2nd)に上記の公差Tを加算した値を3段目の開口部35の開口幅D2(3rd)に設定することができる。
Here, the opening width D25 of each
図8に示されるように、バスバモジュール30は、第2方向Yの長さを延出長Lとしたとき、正極バスバ31の延出長Lである延出長L1と、負極バスバ34の延出長Lである延出長L2と、の間に、L1<L2の関係が成り立つように構成されている。
As shown in FIG. 8, the
上述の実施形態1によれば、以下のような作用効果を奏する。 According to the first embodiment described above, the following operational effects are obtained.
上記の電力変換装置1において、バスバモジュール30は、配列方向X1に組付けられる複数の半導体モジュール4のそれぞれをコンデンサ11,12に電気的に接続するためのものである。バスバモジュール30の正極バスバ31には、配列方向X1に沿って設けられた複数の開口部32のそれぞれを複数の半導体モジュール4のそれぞれの正極端子4bが貫通した状態で接合されており、これにより正極バスバ31がコンデンサ11,12の正極に電気的に接続されている。同様に、バスバモジュール30の負極バスバ34には、配列方向X1に沿って設けられた複数の開口部35のそれぞれを複数の半導体モジュール4のそれぞれの負極端子4cが貫通した状態で接合されており、これにより負極バスバ34がコンデンサ11,12の負極に電気的に接続されている。
In the
ここで、正極バスバ31は、互いに隣接する2つの開口部32の全てについて上段側の一方の開口部32の開口幅D1よりも下段側の他方の開口部32の開口幅D1の方が大きく複数の開口部32の開口幅D1が配列方向X1に徐々に大きくなるように構成されている。同様に、負極バスバ34は、互いに隣接する2つの開口部35の全てについて上段側の一方の開口部35の開口幅D2よりも下段側の他方の開口部35の開口幅D2の方が大きく複数の開口部35の開口幅D2が配列方向X1に徐々に大きくなるように構成されている。
In the positive
このような構成によれば、複数の半導体モジュール4を配列方向X1の上段側から下段側に向けて重ねて組付けるときの公差の積み上げによる影響を考慮して最終段の半導体モジュール4に対応した開口部32,35の基準開口幅に合わせて全ての開口部32,35の開口幅D1,D2を定める場合に比べて、一部の開口部32,35の開口幅D1,D2をその下段側に隣接する別の開口部32,35の開口幅D1,D2よりも相対的に小さくすることが可能になる。即ち、最終段の半導体モジュール4に対応した開口部32,35の開口幅D1,D2に比べて、それよりも上段側の半導体モジュール4に対応した開口部32,35の開口幅D1,D2を小さくすることができる。これにより、正極バスバ31及び負極バスバ34のそれぞれにおいて、全ての開口部32,35の開口幅D1,D2を一定にする場合に比べて不要な開口面積を減らすことで、インダクタンスの低減を図ることができる。
According to such a configuration, the
このとき、正極バスバ31においては、上段側の開口部32ほど開口幅D1が小さいため上段側の方がインダクタンスを低く抑えることができる。このため、正極バスバ31の複数の開口部32の中で1段目の開口部32の周辺のインダクタンスが最も小さい。同様に、負極バスバ34においては、上段側の開口部35ほど開口幅D2が小さいため上段側の方がインダクタンスを低く抑えることができる。このため、負極バスバ34の複数の開口部35の中で1段目の開口部35の周辺のインダクタンスが最も小さい。
At this time, in the positive
また、正極バスバ31の複数の開口部32のそれぞれの開口幅D1が配列方向X1について徐々に大きくなるように構成されているため、複数の半導体モジュール4の組付け時の公差の積み上げを考慮した上でインダクタンスの低減を図るのに最適な開口幅D1の設定が可能になる。同様に、負極バスバ34の複数の開口部35のそれぞれの開口幅D2が配列方向X1について徐々に大きくなるように構成されているため、複数の半導体モジュール4の組付け時の公差の積み上げを考慮した上でインダクタンスの低減を図るのに最適な開口幅D2の設定が可能になる。
In addition, since the opening width D1 of each of the plurality of
上述の実施形態1によれば、複数の半導体モジュール4をコンデンサ11,12に電気的に接続するバスバモジュール30のインダクタンスを下げることができる電力変換装置1を提供できる。
According to the first embodiment described above, it is possible to provide the
また、上記の電力変換装置1によれば、負極バスバ34の複数の連通穴37の穴幅D3の大小関係を正極バスバ31の開口部32の開口幅D1の大小関係に応じて定めることによって、複数の連通穴37における不要な開口領域を減らすことができる。この場合、正極バスバ31の非開口部分と負極バスバ34の非開口部分とが並走する並走部分の面積、即ち第3方向Zについて正極バスバ31と負極バスバ34が重なる部分の面積を増やすことができる。これにより、バスバモジュール30のインダクタンスを下げる効果をより高めることができる。
Further, according to the
また、上記の電力変換装置1によれば、冷却器6の冷却管6Aの冷媒入口部を冷却管6Bの冷媒入口部よりも流入ヘッダー管6bの流入口6cに近い位置に接続することによって、高負荷半導体モジュールである半導体モジュール4Aを優先して冷却することができる。しかも、この半導体モジュール4Aは、正極バスバ31と負極バスバ34のそれぞれにおいてインダクタンスの低減効果が最も高い1段目に割り当てられたものである。これにより、半導体モジュール4Aの半導体素子5としてチップサイズが小さい安価なものを使用することが可能になる。
Further, according to the
なお、実施形態1にかかるバスバモジュール30に特に関連する変形例(変形例1)として、正極バスバ31と負極バスバ34のいずれか一方を対象バスバとして、正極バスバ31の複数の開口部32のそれぞれの開口幅D1が配列方向X1に徐々に大きくなるバスバ構造と、負極バスバ34の複数の開口部35のそれぞれの開口幅D2が配列方向X1に徐々に大きくなるバスバ構造と、のいずれか一方のバスバ構造のみを採用することもできる。
As a modification (modification 1) particularly related to the
以下、上記の実施形態1に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態1の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。 Other embodiments related to the first embodiment will be described below with reference to the drawings. In other embodiments, the same reference numerals are given to the same elements as those of the first embodiment, and the description of the same elements will be omitted.
(実施形態2)
図9及び図10に示されるように、実施形態2の電力変換装置101は、バスバモジュール130の構造が実施形態1の電力変換装置1のものと相違している。
(Embodiment 2)
As shown in FIGS. 9 and 10, the
図9に示されるように、バスバモジュール130の正極バスバ31のうち配列方向X1の1段目から3つの開口部32の開口幅D1について、D1(1st)<D1(2nd)=D1(3rd)の関係が成り立つようになっている。そして、それ以降は、特に図示しないものの、開口幅D1が配列方向X1について徐々に大きくなる関係が最下段である8段目まで続いている。
As shown in FIG. 9, for the opening widths D1 of the three
この場合、1段目の開口部32を除く任意の各開口部32の開口幅D1が当該開口部32よりも上段の開口部32の開口幅D1以上であり、しかも複数の開口部32の中に上段側の一方の開口部32の開口幅D1よりも下段側の他方の開口部32の方の開口幅D1が大きい互いに隣接する2つの開口部32,32が少なくとも含まれている。
In this case, the opening width D1 of each
また、バスバモジュール130の負極バスバ34のうち配列方向X1の1段目から3つの連通穴37の穴幅D3について、D3(1st)<D3(2nd)=D3(3rd)の関係が成り立つようになっている。そして、それ以降は、特に図示しないものの、穴幅D3が配列方向X1について徐々に大きくなる関係が最下段である8段目まで続いている。
Further, the hole widths D3 of the three communicating
更に、配列方向X1の1段目から3つの絶縁板38の貫通穴39aの穴幅D4について、D4(1st)<D4(2nd)<D4(3rd)の関係が成り立つようになっている。そして、それ以降は、特に図示しないものの、穴幅D4が配列方向X1について徐々に大きくなる関係が最下段である8段目まで続いている。
Further, the hole widths D4 of the through
図10に示されるように、バスバモジュール130の負極バスバ34のうち配列方向X1の1段目から3つの開口部35の開口幅D2について、D2(1st)<D2(2nd)<D2(3rd)の関係が成り立つようになっている。そして、それ以降は、特に図示しないものの、開口幅D2が配列方向X1について徐々に大きくなる関係が最下段である8段目まで続いている。
As shown in FIG. 10, for the opening widths D2 of the three
この場合、1段目の開口部35を除く任意の各開口部35の開口幅D2が当該開口部35よりも上段の開口部35の開口幅D2以上であり、しかも複数の開口部35の中に上段側の一方の開口部35の開口幅D2よりも下段側の他方の開口部35の方の開口幅D2が大きい互いに隣接する2つの開口部35,35が少なくとも含まれている。
In this case, the opening width D2 of each
その他の構成は、実施形態1と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
上述の実施形態2によれば、バスバモジュール130の正極バスバ31において、複数の開口部32のうちの一部である互いに隣接する2つの開口部32,32の開口幅D1を同じにすることができる。同様に、バスバモジュール130の負極バスバ34において、複数の開口部35のうちの一部である互いに隣接する2つの開口部35,35の開口幅D2を同じにすることができる。
According to the second embodiment described above, in the
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。 In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
なお、実施形態2にかかるバスバモジュール130に特に関連する変形例(変形例2)として、正極バスバ31において開口幅D1が同一である3つ以上の開口部32が配列方向X1に並置されるバスバ構造や、正極バスバ31において開口幅D1が同一である2つの開口部32が複数箇所に配置されるバスバ構造を採用することができる。同様に、負極バスバ34において開口幅D2が同一である3つ以上の開口部35が配列方向X1に並置されるバスバ構造や、負極バスバ34において開口幅D2が同一である2つの開口部35が複数箇所に配置されるバスバ構造を採用することができる。
As a modification (modification 2) particularly related to the
(実施形態3)
図11に示されるように、実施形態3の電力変換装置201は、バスバモジュール230の構造が実施形態1の電力変換装置1のものと相違している。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 11, the
バスバモジュール230において、正極バスバ31の各開口部232は、正極バスバ31の本体部31aを第3方向Zに貫通するとともに第2方向Yの一端側が切り欠かれた切り欠き穴として構成されている。同様に、負極バスバ34の各開口部235は、負極バスバ34の本体部34aを第3方向Zに貫通するとともに第2方向Yの一端側が切り欠かれた切り欠き穴として構成されている。
In the
その他の構成は、実施形態1と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
上述の実施形態3のバスバモジュール230によれば、実施形態1のバスバモジュール30に比べて、正極バスバ31及び負極バスバ34の軽量化を図ることができ、また負極バスバ34の開口部235に半導体モジュール4の負極端子4cを貫通させる操作が容易になる。
According to the
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。 In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
なお、実施形態3にかかるバスバモジュール230に特に関連する変形例(変形例3)として、正極バスバ31の開口部232と、負極バスバ34の開口部235のうちのいずれか一方を切り欠き穴にしたバスバ構造を採用することができる。また、別の変形例(変形例4)として、変形例3にかかるバスバ構造を、実施形態2にかかるバスバモジュール130に適用して、正極バスバ31の開口部32と、負極バスバ34の開口部35のうちの少なくとも一方を切り欠き穴にすることもできる。
As a modification (modification 3) particularly related to the
本発明は、上述の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上述の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。 The present invention is not limited to the exemplary embodiments described above, and various applications and modifications are conceivable without departing from the scope of the present invention. For example, it is also possible to implement the following forms that apply the above-described embodiments.
上述の実施形態では、正極バスバ31の延出長L1が負極バスバ34の延出長L2を下回る場合について例示したが、これに代えて、正極バスバ31の延出長L1が負極バスバ34の延出長L2を上回るようなバスバ構造を採用することもできる。
In the above-described embodiment, the case where the extension length L1 of the positive
上述の実施形態では、配列方向X1の上段側から下段側に向けて重ねて組付けられる8つの半導体モジュール4について例示したが、半導体モジュール4の数は8つに限定されるものではなく、電力変換装置の仕様などに応じて半導体モジュール4の数を適宜に変更することができる。
In the above-described embodiment, the eight
上述の実施形態では、冷却器6の複数の冷却管6aのうち冷却管6Aの冷媒入口部が冷却管6Bの冷媒入口部よりも流入ヘッダー管6bの流入口6cに近い位置に接続される場合について例示したが、各冷却管6aと流入ヘッダー管6bの流入口6cとの位置関係はこれに限定されるものではなく、必要に応じてこの位置関係を適宜に変更することもできる。
In the above-described embodiment, the refrigerant inlet of the
1,101,201…電力変換装置、4…半導体モジュール、4A…半導体モジュール(高負荷半導体モジュール)、4B…半導体モジュール(低負荷半導体モジュール)、4b…正極端子、4c…負極端子、6…冷却器、6a,6A,6B…冷却管、6b…流入ヘッダー管、6c…流入口、6d…流出ヘッダー管、11…フィルタコンデンサ(コンデンサ)、12…平滑コンデンサ(コンデンサ)、13…コンデンサケース、30,130,230…バスバモジュール、31…正極バスバ(対象バスバ、第1バスバ)、32,232…開口部、34…負極バスバ(対象バスバ、第2バスバ)、34b…重なり部、35,235…開口部、37…連通穴、C…一定値、D1,D2…開口幅、D3…穴幅、L,L1,L2…延出長、X1…配列方向、Y…積層方向
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記バスバモジュールは、上記コンデンサの正極に電気的に接続される正極バスバ(31)と、上記コンデンサの負極に電気的に接続される負極バスバ(34)と、を有し、上記コンデンサを収容するコンデンサケース(13)から上記正極バスバと上記負極バスバが延出しており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのいずれにも、上記配列方向に沿って複数の開口部(32,35)が設けられ、上記正極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子(4b)が貫通して上記正極バスバに接合され、上記負極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの負極端子(4c)が貫通して上記負極バスバに接合されており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバの少なくとも一方を対象バスバとしたとき、上記対象バスバは、上記複数の開口部のうち最上段の開口部を除く各開口部の上記配列方向の開口幅(D1,D2)が当該開口部よりも上段の開口部の上記開口幅以上であり、且つ上記複数の開口部の中に上記配列方向の上段側の一方の開口部の上記開口幅よりも下段側の他方の開口部の上記開口幅の方が大きい互いに隣接する2つの開口部を含むように構成されており、
上記対象バスバは、上記複数の開口部のそれぞれの上記開口幅が上記配列方向について徐々に大きくなるように構成されている、電力変換装置(1,101,201)。 A plurality of semiconductor modules (4) assembled in layers from the upper stage side to the lower stage side in the arrangement direction (X1), capacitors (11, 12), and each of the plurality of semiconductor modules electrically connected to the capacitor. a bus bar module (30, 130, 230) to be connected,
The busbar module has a positive electrode busbar (31) electrically connected to the positive electrode of the capacitor and a negative electrode busbar (34) electrically connected to the negative electrode of the capacitor, and accommodates the capacitor. The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend from the capacitor case (13),
Both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are provided with a plurality of openings (32, 35) along the arrangement direction, and the plurality of openings (32, 35) of the positive electrode bus bar are respectively connected to the plurality of semiconductor modules. The positive terminal (4b) of the plurality of semiconductor modules penetrates and is joined to the positive electrode bus bar, and the negative terminal (4c) of each of the plurality of semiconductor modules penetrates through each of the plurality of openings of the negative electrode bus bar and connects to the negative electrode bus bar. are joined,
When at least one of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar is a target bus bar, the target bus bar has an opening width (D1, D2 ) is equal to or larger than the opening width of the upper opening, and one of the openings lower than the opening width of the upper opening in the arrangement direction of the plurality of openings The opening is configured to include two adjacent openings with a larger opening width ,
A power conversion device (1, 101, 201), wherein the target bus bar is configured such that the opening width of each of the plurality of openings gradually increases in the arrangement direction.
上記バスバモジュールは、上記コンデンサの正極に電気的に接続される正極バスバ(31)と、上記コンデンサの負極に電気的に接続される負極バスバ(34)と、を有し、上記コンデンサを収容するコンデンサケース(13)から上記正極バスバと上記負極バスバが延出しており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのいずれにも、上記配列方向に沿って複数の開口部(32,35)が設けられ、上記正極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子(4b)が貫通して上記正極バスバに接合され、上記負極バスバの上記複数の開口部のそれぞれを上記複数の半導体モジュールのそれぞれの負極端子(4c)が貫通して上記負極バスバに接合されており、
上記正極バスバ及び上記負極バスバの少なくとも一方を対象バスバとしたとき、上記対象バスバは、上記複数の開口部のうち最上段の開口部を除く各開口部の上記配列方向の開口幅(D1,D2)が当該開口部よりも上段の開口部の上記開口幅以上であり、且つ上記複数の開口部の中に上記配列方向の上段側の一方の開口部の上記開口幅よりも下段側の他方の開口部の上記開口幅の方が大きい互いに隣接する2つの開口部を含むように構成されており、
上記バスバモジュールの上記正極バスバ及び上記負極バスバは、上記コンデンサケースから互いに異なる延出長(L)で並走しながら延出し且つ電気絶縁性を有する絶縁板(38)を介して積層方向(Z)に積層されたプレート部材であり、
上記正極バスバ及び上記負極バスバのうち上記延出長が相対的に短い方のバスバを第1バスバ(31)とし上記延出長が相対的に長い方のバスバを第2バスバ(34)としたとき、少なくとも上記第1バスバが上記対象バスバとされ、上記第2バスバのうち上記積層方向について上記第1バスバと重なる重なり部(34b)には、上記第1バスバの上記複数の開口部のそれぞれにそれぞれが連通する複数の連通穴(37)が設けられており、上記複数の連通穴のそれぞれは、上記配列方向の穴幅(D3)が上記第1バスバの上記複数の開口部のうち当該連通穴に連通する開口部の上記開口幅に一定値(C)を加えた値となるように構成されている、電力変換装置(1,101,201)。 A plurality of semiconductor modules (4) assembled in layers from the upper stage side to the lower stage side in the arrangement direction (X1), capacitors (11, 12), and each of the plurality of semiconductor modules electrically connected to the capacitor. a bus bar module (30, 130, 230) to be connected,
The busbar module has a positive electrode busbar (31) electrically connected to the positive electrode of the capacitor and a negative electrode busbar (34) electrically connected to the negative electrode of the capacitor, and accommodates the capacitor. The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend from the capacitor case (13),
Both the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are provided with a plurality of openings (32, 35) along the arrangement direction, and the plurality of openings (32, 35) of the positive electrode bus bar are respectively connected to the plurality of semiconductor modules. The positive terminal (4b) of the plurality of semiconductor modules penetrates and is joined to the positive electrode bus bar, and the negative terminal (4c) of each of the plurality of semiconductor modules penetrates through each of the plurality of openings of the negative electrode bus bar and connects to the negative electrode bus bar. are joined,
When at least one of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar is a target bus bar, the target bus bar has an opening width (D1, D2 ) is equal to or larger than the opening width of the upper opening, and one of the openings lower than the opening width of the upper opening in the arrangement direction of the plurality of openings The opening is configured to include two adjacent openings with a larger opening width,
The positive bus bar and the negative bus bar of the bus bar module extend in parallel from the capacitor case with different extension lengths (L) and extend in the stacking direction ( Z ) is a plate member laminated to
Of the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar, the bus bar with a relatively shorter extension length is a first bus bar (31), and the bus bar with a relatively longer extension length is a second bus bar (34). At least the first bus bar is the target bus bar, and the overlapping portion (34b) of the second bus bar that overlaps the first bus bar in the stacking direction includes the plurality of openings of the first bus bar. and each of the plurality of communication holes has a hole width (D3) in the arrangement direction that is the same as that of the plurality of openings of the first bus bar. A power conversion device (1, 101, 201) configured to have a value obtained by adding a constant value (C) to the opening width of the opening communicating with the communication hole.
上記複数の半導体モジュールには、仕様上の通電負荷が異なる高負荷半導体モジュール(4A)と低負荷半導体モジュール(4B)が含まれ、上記高負荷半導体モジュールが上記低負荷半導体モジュールよりも上記配列方向の上段側に配列されており、
上記冷却器の上記複数の冷却管の中で上記高負荷半導体モジュールを冷却する冷却管(6A)の上記冷媒入口部が上記低負荷半導体モジュールを冷却する冷却管(6B)の上記冷媒入口部よりも上記流入ヘッダー管の流入口(6c)に近い位置に接続されている、請求項1または3に記載の電力変換装置。 a plurality of cooling pipes (6a) through which a coolant for cooling the plurality of semiconductor modules flows; an inflow header pipe (6b) communicating with a coolant inlet portion of each of the plurality of cooling pipes; a cooler (6) having an outflow header pipe (6d) communicating with the refrigerant outlet;
The plurality of semiconductor modules include a high-load semiconductor module (4A) and a low-load semiconductor module (4B) having different energized loads in specifications, and the high-load semiconductor module is arranged in the arrangement direction more than the low-load semiconductor module. are arranged on the upper side of the
Among the plurality of cooling pipes of the cooler, the coolant inlet portion of the cooling pipe (6A) for cooling the high-load semiconductor module is connected to the coolant inlet portion of the cooling pipe (6B) for cooling the low-load semiconductor module. 4. The power conversion device according to claim 1 or 3 , wherein is connected to a position close to the inflow port (6c) of the inflow header pipe.
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