JP2016040981A - Power conversion device and electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置および電動車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power converter and an electric vehicle.
車輪を駆動する駆動装置として内燃機関と電動モータとを併用するハイブリッド車の普及が進められている。また、車輪を駆動する駆動装置として電動モータのみを有する電気自動車の普及も進められている。 A hybrid vehicle using both an internal combustion engine and an electric motor as a driving device for driving wheels has been widely used. In addition, an electric vehicle having only an electric motor as a driving device for driving wheels has been widely used.
ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両は、電池から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータへ供給する電力変換装置を有している。電力変換装置は、例えば、直流電源と接続した直流電流供給ラインの高電位側と低電位側との間で直列に接続した一対のスイッチング素子を備える。一対のスイッチング素子の直列接続点は負荷と接続している。さらに、直流電流供給ライン間にコンデンサを接続すると、直流電流供給ラインの電位が変化することを抑制することができる。 An electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle has a power conversion device that converts DC power supplied from a battery into AC power and supplies the AC power to an electric motor. The power converter includes, for example, a pair of switching elements connected in series between a high potential side and a low potential side of a DC current supply line connected to a DC power supply. A series connection point of the pair of switching elements is connected to a load. Furthermore, if a capacitor is connected between the DC current supply lines, the potential of the DC current supply line can be suppressed from changing.
例えば、直流電力を3相交流電力に変換する電力変換装置は、各相のスイッチング素子対を有している。3相の電力変換装置において各相のスイッチング素子対と並列にコンデンサを接続することにより、コンデンサとスイッチング素子との間の配線距離が短くなり、インダクタンスを小さくすることが可能である。 For example, a power conversion device that converts DC power into three-phase AC power includes a pair of switching elements for each phase. By connecting a capacitor in parallel with each phase switching element pair in the three-phase power conversion device, the wiring distance between the capacitor and the switching element can be shortened, and the inductance can be reduced.
しかしながら、電力変換装置の相毎にコンデンサを接続する場合、スイッチング素子やコンデンサの配置設計によっては、コンデンサとスイッチング素子との間を接続する導電体の距離が長くなり、インダクタンスが大きくなって電力変換効率が低下することがあった。また、コンデンサとスイッチング素子との間を接続する導電体のインダクタンスが大きくなると、電直流電流供給ラインに重畳するサージ電圧が大きくなり、サージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えると、電力変換装置の故障の原因となる可能性があった。 However, when a capacitor is connected for each phase of the power conversion device, depending on the switching element and the layout design of the capacitor, the distance of the conductor connecting between the capacitor and the switching element becomes longer, and the inductance increases, resulting in power conversion. Efficiency may be reduced. Also, if the inductance of the conductor connecting the capacitor and the switching element increases, the surge voltage superimposed on the AC / DC current supply line increases, and if the surge voltage exceeds the breakdown voltage of the switching element, the power converter will fail. There was a possibility of causing.
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、信頼性の高い電力変換装置および電動車両を提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a highly reliable power conversion device and electric vehicle.
実施形態によれば、第1スイッチと、前記第1スイッチと電気的に直列接続した第2スイッチと、を含む第1スイッチ対と、第3スイッチと、前記第3スイッチと電気的に直列接続した第4スイッチと、を含む第2スイッチ対と、前記第1スイッチ対、および、前記第2スイッチ対と電気的に並列接続するとともに、第1方向において前記第1スイッチ対と前記第2スイッチ対との間に配置するコンデンサと、を備え、前記第1スイッチおよび前記第3スイッチのエミッタ端子と、前記第2スイッチおよび前記第4スイッチのエミッタ端子と、前記コンデンサの電極端子とは、前記第1方向と略直交した第2方向における一方側において、前記第1方向に並んで配置し、前記第1スイッチおよび前記第3スイッチのエミッタ端子と、前記第2スイッチおよび前記第4スイッチのコレクタ端子とは、前記第2方向における他方側において、前記第1方向に並んで配置していることを特徴とする電力変換装置が提供される。 According to the embodiment, a first switch pair including a first switch and a second switch electrically connected in series with the first switch, a third switch, and electrically connected in series with the third switch. A second switch pair including the fourth switch, the first switch pair, and the second switch pair electrically connected in parallel, and in the first direction, the first switch pair and the second switch A capacitor disposed between a pair, an emitter terminal of the first switch and the third switch, an emitter terminal of the second switch and the fourth switch, and an electrode terminal of the capacitor, One side of the second direction substantially orthogonal to the first direction, arranged side by side in the first direction, the emitter terminals of the first switch and the third switch, and the second The switch and the collector terminal of the fourth switch, the other side in the second direction, the power conversion apparatus characterized by being first arranged side by side in the direction are provided.
以下、実施形態の電力変換装置および電動車両について、図面を参照して説明する。
図1は、一実施形態の電力変換装置および電動車両の一構成例を説明する為の等価回路図である。
Hereinafter, a power conversion device and an electric vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram for explaining a configuration example of a power conversion device and an electric vehicle according to an embodiment.
本実施形態の電動車両は、電力変換装置と、モータ15と、モータ15の回転動力を車輪WLへ伝達する車軸と、を備えている。電力変換装置は、直流電源1と、コンデンサ2a〜2cと、半導体パッケージ3〜14と、を備えている。
The electric vehicle according to the present embodiment includes a power conversion device, a
本実施形態の電力変換装置は、直流電源1から供給された直流電力を3相交流電力に変換する。電力変換装置は、図示しない駆動回路からのゲート駆動信号に従って、半導体パッケージ3〜14のスイッチング素子が開閉することにより、モータ15へ3相交流電流を供給する3相双方向電力変換装置であって、各相に2対の半導体パッケージを備えている。
The power conversion device of the present embodiment converts DC power supplied from the
直流電源BTは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を含む。直流電源BTから出力された直流電力を出力するとともに、直流電源BTはモータ15が発電する電気エネルギーを充電する。
The DC power supply BT includes a storage battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. The DC power output from the DC power supply BT is output, and the DC power supply BT charges the electric energy generated by the
半導体パッケージ3〜14は例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(Field-Effect Transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、トランジスタなどの電気的に開閉制御可能なスイッチング素子と、ダイオードと、を含んでいる。スイッチング素子のゲートには図示しない駆動回路から駆動信号が入力される。スイッチング素子はコレクタが直流電流供給ラインの高電位側、エミッタが直流電流供給ラインの低電位側となるように接続している。ダイオードは、直流電流供給ラインの低電位側から高電位側へ向かう方向が順方向となるようにスイッチング素子と並列に接続している。
The
本実施形態の電力変換装置は、U相の半導体パッケージとして、互いに直列に接続した2対の半導体パッケージ3〜6を有している。すなわち、U相は、半導体パッケージ3(第1スイッチ)と、半導体パッケージ3と電気的に直列接続した半導体パッケージ4(第2スイッチ)と、を含む第1スイッチ対と、半導体パッケージ5(第3スイッチ)と、半導体パッケージ5と電気的に直列接続した半導体パッケージ6(第4スイッチ)と、を含む第2スイッチ対とを有している。
The power converter of this embodiment has two pairs of
半導体パッケージ3、4は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ5、6は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ3、4の直列接続点と、半導体パッケージ5、6の直列接続点とは、電力変換装置のU相端子128と電気的に接続している。
The
本実施形態の電力変換装置は、V相の半導体パッケージとして、直列に接続した2対の半導体パッケージ7〜10を有している。すなわち、V相は、半導体パッケージ7と、半導体パッケージ7と電気的に直列接続した半導体パッケージ8と、を含む第1スイッチ対と、半導体パッケージ9と、半導体パッケージ9と電気的に直列接続した半導体パッケージ10と、を含む第2スイッチ対とを有している。
The power conversion device of the present embodiment has two pairs of semiconductor packages 7 to 10 connected in series as V-phase semiconductor packages. That is, the V phase is a first switch pair including a semiconductor package 7 and a
半導体パッケージ7、8は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ9、10は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ7、8の直列接続点と、半導体パッケージ9、10の直列接続点とは、電力変換装置のV相端子129と電気的に接続している。
The
本実施形態の電力変換装置は、W相の半導体パッケージとして、直列に接続した2対の半導体パッケージ11〜14を有している。すなわち、W相は、半導体パッケージ11と、半導体パッケージ11と電気的に直列接続した半導体パッケージ12と、を含む第1スイッチ対と、半導体パッケージ13と、半導体パッケージ13と電気的に直列接続した半導体パッケージ14と、を含む第2スイッチ対とを有している。
The power converter of this embodiment has two pairs of
半導体パッケージ11、12は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ13、14は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ11、12の直列接続点と、半導体パッケージ13、14の直列接続点とは、電力変換装置のW相端子130と電気的に接続している。
The
コンデンサ2aは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ3、4(第1スイッチ対)、半導体パッケージ5、6(第2スイッチ対)および直流電源1と並列に接続している。コンデンサ2aは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体102aと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体103aとを備えている。
The
コンデンサ2bは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ7、8(第1スイッチ対)、半導体パッケージ9、10(第2スイッチ対)および直流電源1と並列に接続している。コンデンサ2bは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体102bと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体103bとを備えている。
The
コンデンサ2cは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ11、12(第1スイッチ対)、半導体パッケージ13、14(第2スイッチ対)および直流電源1と並列に接続している。コンデンサ2cは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体102cと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体103cとを備えている。
The
モータMは、電力変換装置から供給された電流によりトルクを発生する。モータMの出力軸には、負荷装置が接続されて発生したトルクが伝達される。また、モータMは、負荷装置の運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。モータMの回生運転による電力は電力変換装置で直流電力へ変換されて、直流電源BTに充電される。本実施形態では、モータMの出力軸には、車軸が接続されて発生したトルクが車軸を介して車輪WLへ伝達される。また、モータMは、車軸を介して伝達された車輪WLの運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。 The motor M generates torque by the current supplied from the power converter. Torque generated by connecting a load device is transmitted to the output shaft of the motor M. The motor M performs regenerative operation by converting the kinetic energy of the load device into electric power. The electric power generated by the regenerative operation of the motor M is converted into DC power by the power converter, and the DC power source BT is charged. In the present embodiment, the torque generated when the axle is connected to the output shaft of the motor M is transmitted to the wheel WL via the axle. Further, the motor M performs regenerative operation by converting the kinetic energy of the wheels WL transmitted through the axle to electric power.
図2は、一実施形態の電力変換装置における、半導体パッケージの外観の一例を示す斜視図である。なお、ここでは、半導体パッケージ3について外観の一例を示しているが、半導体パッケージ4〜14の外観も同様である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the appearance of the semiconductor package in the power conversion device according to the embodiment. In addition, although an example of the external appearance is shown about the
半導体パッケージ3は、例えば両面放熱型および垂直実装型の電力変換素子として構成されている。本実施形態の半導体パッケージ3は、第1導電体(コレクタ導電体)104と、第2導電体(エミッタ導電体)105と、複数の信号端子64と、外囲器500と、を備えている。
The
なお、以下の半導体パッケージの説明において、外囲器500から複数の信号端子64が延びた方向を高さ方向D1、外囲器500から第1導電体104および第2導電体105が突出した方向を長手方向D2、高さ方向D1と長手方向D2とに直交した方向を幅方向D3とする。高さ方向D1と長手方向D2と幅方向D3とは互いに直交している。
In the following description of the semiconductor package, the direction in which the plurality of signal terminals 64 extend from the
外囲器500は、例えば樹脂等により形成された絶縁体であって、半導体パッケージ3の半導体スイッチやダイオード等の構成部材を被覆および封止している。外囲器500は、ほぼ直方体形状に形成されている。外囲器500は、高さ方向D1において対向した上面74および底面(図示せず)、長手方向D2において対向した側面75、76、幅方向D3において対向し互いに平行な2つの側面72、73と、を有している。
The
外囲器500の上面74において、パーティングラインPLと側面72との間の部分は、パーティングラインPLから側面72に向かって底面側へ僅かに傾斜して延び、パーティングラインPLと側面73との間の部分は、パーティングラインPLから側面73に向かって底面側へ僅かに傾斜して延びている。
On the
第1導電体104は、パーティングラインPLの位置で外囲器500の一方の側面76から外囲器500の長手方向D2外方に突出している。第1導電体104の接触部104aは、側面76側へ直角に折り曲げられ、外囲器500の側面76と隙間を置いて対向している。また、接触部104aは、長手方向D2に対して略直角に折り曲げられ、外囲器500に対して、幅方向D3の略中央に位置している。
The
第2導電体105は、パーティングラインPLの位置で外囲器500の他方の側面75から外囲器500の長手方向D2外方に突出している。第2導電体105の接触部105aは、側面75側へ直角に折り曲げられ、外囲器500の側面75と隙間を置いて対向している。また、接触部105aは、長手方向D2に対して略直角に折り曲げられ、外囲器52に対して、積層方向Wの略中央に位置している。
The
信号端子64a〜64eは互いに間隔を置いて位置し、パーティングラインPLの位置で外囲器500から高さ方向D1に突出している。5本の信号端子64a〜64eは、互いに平行に延びている。信号端子64a〜64eは、高さ方向D1に沿って互いに平行に延び、それぞれ高さ方向D1に離間した2箇所で折曲げられている。信号端子64a〜64eの長手方向D2における幅は、外囲器500近傍よりも外囲器500から離れた部分方が小さくなっている。信号端子64a〜64eの先端の外面には導電膜が形成されている。
The
信号端子64a〜64eは、エミッタ分岐端子(コレクタ、エミッタ間電圧モニタ端子)(分岐信号端子)64a、電流(エミッタセンス電流)モニタ端子64b、ゲート(ゲート、エミッタ間電圧)端子64c、チップ温度モニタ端子64d、64eの5本の信号端子を含んでいる。
The
図3は、一実施形態の電力変換装置の平面図である。ここでは、後述する制御回路基板を分離した状態の電力変換装置を示している。
電力変換装置は、バスバーモジュール20を備えている。バスバーモジュール20は、マトリクス状に設けられた複数の開口を有する枠体と、枠体内に収容されたバスバー(図示せず)と、固定部21と、正極端子100と、負極端子101と、U相端子128と、V相端子129と、W相端子130と、を含む。
Drawing 3 is a top view of the power converter of one embodiment. Here, a power conversion device in a state in which a control circuit board described later is separated is shown.
The power conversion device includes a
バスバーモジュール20の複数の開口は、バスバーモジュール20と後述するケース26とが積層した積層方向D4に開通している。本実施形態では、積層方向D4と略直交するとともに互いに直交した2つの方向を行方向(第2方向)D5および列方向(第1方向)D6として、9つの開口が3行3列のマトリクス状に配置している。
The plurality of openings of the
半導体パッケージ3〜14は、図2の高さ方向D1が図3の積層方向D4と略一致し、図2の長手方向D2が図3の行方向D5と略一致し、図2の幅方向D3が図3の列方向D6と略一致するように並んでいる。
In the
列方向(線A−Aと略平行な方向)D6に並んだ3つの開口には、各列に各相の第1スイッチ対、第2スイッチ対、およびコンデンサがそれぞれ収容される。列方向D6において、コンデンサ2a〜2cは、第1スイッチ対と第2スイッチ対との間にそれぞれ配置している。列方向D6に並んだ3つの開口のうち、1行目および3行目の開口には、それぞれ直列に接続した1対の半導体パッケージが配置している。
The three openings arranged in the column direction (direction substantially parallel to the line AA) D6 accommodate the first switch pair, the second switch pair, and the capacitor of each phase in each column. In the column direction D6, the
固定部21は、バスバーモジュール20の枠体の複数の位置に設けられ、後述するケース26および制御回路基板SBをねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、バスバーモジュール20は平面視で略矩形状の外形であって、固定部21は、バスバーモジュール20の外周の4つの角のそれぞれから外側に向かって突出するとともに、列方向D6に延びる外周の部分から外側に向かって突出している。
The fixing
正極端子100と負極端子101とは、例えば直流電源BTの正極および負極と電気的に接続する配線やケーブル等の導電手段をねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、正極端子100と負極端子101とは、バスバーモジュール20の行方向D5に延びる一方の外周の部分から外側に向かって突出している。
The
U相端子128、V相端子129、および、W相端子130は、例えば、モータMの各相電流入力端子に接続する配線やケーブルなどの導電手段をねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、U相端子128、V相端子129、および、W相端子130は、バスバーモジュール20の行方向D5に延びる他方の外周の部分から外側に向かって突出している。
The
次に、U相の半導体パッケージ3〜6、および、コンデンサ2aの配置について説明する。
U相の半導体パッケージ3〜6、および、コンデンサ2aは、直流電流供給ラインと電気的に接続する導電体104、107、108、111、および導電体102a、103aが、線A−Aと略直交した方向(行方向D5)における一方側に配置し、U相端子128と電気的に接続する導電体105、106、109、110が、線A−Aと略直交した方向(行方向D5)における他方側に配置している。
Next, the arrangement of the
In the
すなわち、半導体パッケージ3(第1スイッチ)および半導体パッケージ5(第3スイッチ)のコレクタ端子(導電体104、108)と、半導体パッケージ4(第2スイッチ)および半導体パッケージ6(第4スイッチ)のエミッタ端子(導電体107、111)と、コンデンサの電極端子(導電体102a、103a)とは、行方向(第2方向)D5における一方側において、列方向(第1方向)D6に並んで配置している。
That is, collector terminals (
また、半導体パッケージ3(第1スイッチ)および半導体パッケージ5(第3スイッチ)のエミッタ端子(導電体105、109)と、半導体パッケージ4(第2スイッチ)および半導体パッケージ6(第4スイッチ)のコレクタ端子(導電体106、110)とは、行方向(第2方向)D5における他方側において、列方向(第1方向)D6に並んで配置している。
Also, emitter terminals (
コンデンサ2aは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を覆う略直方体の絶縁体とを備えている。コンデンサ2aの導電体102a、103aは、絶縁体の1つの面から該面に対して略垂直な方向に突出している。導電体102a、103aは、絶縁体の該面と距離を置いた位置で、該面と略平行な方向において互いに逆方向に屈曲して延びている。
The
コンデンサ2aは、導電体102a、103aが突出した面が、開口の線A−Aと略平行な面と対向するように配置している。導電体102a、103aは、列方向D6に並んで、バスバーモジュール20の枠体に設けられた凹部に保持されている。コンデンサ2aは、導電体102a、103aがバスバーモジュール20の凹部に係合することにより位置決めされる。
The
直列に接続した一対の半導体パッケージ3、4は、コンデンサ2aの列方向D6における一方側の開口に配置し、直列に接続した一対の半導体パッケージ5、6は、コンデンサ2aの列方向D6における他方側の開口に配置している。
The pair of
列方向D6におけるコンデンサ2aの一方側において、半導体パッケージ3は、半導体パッケージ4よりもコンデンサ2aの近傍に配置している。コンデンサ2aの導電体102aと、半導体パッケージ3の第1導電体104と、半導体パッケージ4の第2導電体107とは、列方向D6に並んで配置している。半導体パッケージ3の第2導電体105と、半導体パッケージ4の第1導電体106とは、列方向D6に並んで配置している。
On one side of the
半導体パッケージ3の第1導電体104および第2導電体105は、バスバーモジュール20の枠体に設けられた凹部に保持されている。半導体パッケージ4の第1導電体106および第2導電体107は、バスバーモジュール20の枠体に設けられた凹部に保持されている。
The
列方向D6におけるコンデンサ2aの他方側において、半導体パッケージ5は、半導体パッケージ6よりもコンデンサ2aの近傍に配置している。コンデンサ2aの導電体103aと、半導体パッケージ5の第1導電体108と、半導体パッケージ6の第2導電体111とは、列方向D6に並んで配置している。半導体パッケージ5の第2導電体109と、半導体パッケージ6の第1導電体110とは、列方向D6に並んで配置している。
On the other side of the
半導体パッケージ5の第1導電体108および第2導電体109は、バスバーモジュール20の枠体に設けられた凹部に保持されている。半導体パッケージ6の第1導電体110および第2導電体111は、バスバーモジュール20の枠体に設けられた凹部に保持されている。
The
図示しないバスバーは導電性材料により形成され、複数の半導体パッケージ3〜14の第1導電体および第2導電体104〜127と、コンデンサ2a〜2cの導電体102a〜102c、103a〜103cとを電気的に接続する。また、バスバーは、複数の半導体パッケージ3〜14とコンデンサ2a〜2cとを、正極端子100と、負極端子101と、U相端子128と、V相端子129と、W相端子130とに電気的に接続する。
A bus bar (not shown) is formed of a conductive material, and electrically connects the first and
図4は、一実施形態の電力変換装置における、U相の半導体パッケージとコンデンサとの電気的接続構造の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an electrical connection structure between a U-phase semiconductor package and a capacitor in the power conversion device according to the embodiment.
本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ2aの導電体102a、103aと、上アーム(高電位側)の半導体パッケージ3、5の第1導電体104、108と、下アーム(低電位側)の半導体パッケージ4、6の第2導電体107、111とが、行方向D5における一方側に配置される。また、上アームの半導体パッケージ3、5の第2導電体105、109と、下アームの半導体パッケージ4、6の第1導電体106、110とが、行方向D5における他方側に配置される。上記のように配置することにより、コンデンサ2aと、半導体パッケージ3〜6とを接続する導電体の距離が長くなることを抑制することができる。
In the power conversion device of this embodiment, the
例えば、列方向D6に沿って半導体パッケージ3〜6が配置し、コンデンサ2aが、列方向D6の端に配置される場合、半導体パッケージ3、4とコンデンサ2aとの間を接続する導電体の距離、あるいは、半導体パッケージ5、6とコンデンサ2aとの間を接続する導電体の距離が長くなってしまう。
For example, when the
これに対し本実施形態では、コンデンサ2aは、2対の半導体パッケージの間に配置しているとともに、コンデンサ2aの導電体102a、103aと接続する半導体パッケージ3〜6の導電体104、107、108、111は、行方向D5の一方側において列方向D6に並んで配置している。また、負荷と接続する半導体パッケージ3〜6の導電体105、106、109、110は、行方向D5の他方側において列方向D6に並んで配置している。
On the other hand, in the present embodiment, the
したがって、バスバーモジュール20の枠体の内部に、例えば、コンデンサ2aの導電体102aと第1導電体104、108とを電気的に接続する第1バスバーBB1と、導電体103aと第2導電体107、111とを電気的に接続する第2バスバーBB2と、第1導電体106、110と第2導電体105、109とを電気的に接続する第3バスバーBB3とを設けることにより、バスバーBB1〜BB3の距離が長くなることを抑制しつつU相のコンデンサ2aと半導体パッケージ3〜6とを接続することができる。これらのバスバーBB1〜BB3は互いに絶縁され、例えば、列方向D6に沿って略直線状に延びる板状の導電体であって、導電体102a、103aおよび導電体104〜111に接触することにより電気的に接続する。
Therefore, for example, the first bus bar BB1 that electrically connects the
さらに、上述の第1バスバーBB1は正極端子100と電気的に接続し(あるいは一体に形成され)、第2バスバーBB2は負極端子101と電気的に接続し(あるいは一体に形成され)、第3バスバーBB3はU相端子128と電気的に接続し(あるいは一体に形成され)ている。
Further, the first bus bar BB1 is electrically connected (or formed integrally) with the
なお、以上の説明においてU相の半導体パッケージ3〜6およびコンデンサ2aの、配置および電気的接続構造について説明したが、V相およびW相についても同様の構成である。
In the above description, the arrangement and the electrical connection structure of the
上記のように、本実施形態では、コンデンサ2a〜2cの配置位置を中心とし、行方向D5に対して半導体パッケージの対を線対称の位置となるように配置している。例えば本実施形態では、U相について、コンデンサ2aに近い位置に上側アームの半導体パッケージ3、5が配置され、コンデンサ2aから遠位置に下側アームの半導体パッケージ4、6が配置されているとともに、上側アームの半導体パッケージ3、5の第1導電体104、108と、下側アームの半導体パッケージ4、6の第2導電体107、111と、コンデンサ2aの導電体102a、103aとが行方向D5における同じ側に位置し列方向D6に並んで配置している。
As described above, in the present embodiment, the pair of semiconductor packages is arranged in a line-symmetric position with respect to the row direction D5 with the arrangement position of the
すなわち、本実施形態によれば、コンデンサ2aと半導体パッケージ3〜6との間の導電体の距離が長くなることを抑制することができる。その結果、コンデンサ2aと半導体パッケージとの間を接続する導電体のインダクタンスが大きくなることが抑制され、電力変換効率を改善することができる。また、直流電流供給ラインに印加されるサージ電圧が大きくなることが抑制され、電力変換装置の故障を回避することができる。
That is, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in the distance of the conductor between the
また、コンデンサ2aの配置位置を中心とし、行方向D5に対して半導体パッケージの対を線対称の位置となるように配置することにより、U相の2つの半導体パッケージ対の一方に偏って電流が流れることを回避することができる。
Further, by arranging the semiconductor package pair so as to be in a line-symmetrical position with respect to the row direction D5 with the arrangement position of the
図5は、図3に示す線A−Aにおける電力変換装置の断面の一例を示す図である。
電力変換装置は、冷却フィンプレート24と、ケース26と、を含む冷却器を更に備えている。冷却器は、複数の半導体パッケージ3〜14と、コンデンサ2a〜2cと、バスバーモジュール20と、を支持している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a cross section of the power conversion device along line AA illustrated in FIG. 3.
The power conversion device further includes a cooler including a cooling
ケース26は例えばアルミニウムで形成され、コンデンサ2aが収容される第1凹部23Aと、冷却媒体の流路となる第2凹部23Bと、を有している。第1凹部23Aは、第2凹部23Bよりも積層方向D4の幅が大きい。第1凹部23Aには、コンデンサ2aが例えば接着剤により固定される。
The
第2凹部23Bには、列方向D6において第1凹部23Aの両側に1つずつ設けられている。第2凹部23Bは、冷却フィンプレート24の周囲を支持する受け部23Cが設けられている。
One
冷却フィンプレート24は例えばアルミニウムで形成されている。冷却フィンプレート24は受け部23Cに固定され、第2凹部23Bの開口を閉じている。冷却フィンプレート24によって閉じられた第2凹部23B内の空間は、冷却媒体の流路25となる。冷却フィンプレート24の流路25側の面は、流路が流れる方向に沿って延びた凸部を有し、冷却媒体と接触する面積が大きくなるように構成されている。冷却フィンプレート24の外部に露出した面は、ケース26の上面26Uと略同一平面上に位置する。
The cooling
冷却フィンプレート24の上には半導体パッケージ3〜6が配置している。冷却フィンプレート24と半導体パッケージ3〜6との間には、図示しない絶縁体(絶縁シートや接着剤等)が配置している。
コンデンサ2aは、半導体パッケージ3〜6よりも体格が大きいため、半導体パッケージ3〜6よりも低い位置でケース26に固定して、電力変換装置が大型化することを回避している。
Since the
また、コンデンサ2aと半導体パッケージ3、6との間には、バスバーモジュール20の枠が配置している。このことにより、半導体パッケージ3、6が動作することにより生じる熱が、コンデンサ2aに伝達することを抑制することができる。
A frame of the
図6は、一実施形態の電力変換装置における、制御回路基板の一構成例を説明するための平面図である。 FIG. 6 is a plan view for explaining a configuration example of a control circuit board in the power conversion device according to the embodiment.
制御回路基板SBは、半導体パッケージ3〜14の信号端子64a〜64eが挿入される孔HL1と、バスバーモジュール20にねじ止めするためのネジ孔HL2と、を備えている。
The control circuit board SB includes a hole HL1 into which the
制御回路基板SBに形成された回路と、半導体パッケージ3〜14内の半導体素子とは、信号端子64a〜64eの先端が孔HL1に挿入されて接触することにより電気的に接続する。したがって、半導体パッケージ3〜14の制御回路は、制御回路基板SBの孔HL1の周辺に形成される。
The circuit formed on the control circuit board SB and the semiconductor elements in the
ここで、上側アームの半導体パッケージ3、5、7、9、11、13の制御回路と、下側アームの半導体パッケージ4、6、8、10、12、14の制御回路とが、互いに絶縁されていなければならない。そのため、制御回路基板SB上では、上側アームの半導体パッケージ3、5、7、9、11、13の制御回路を形成するエリアAR1と、下側アームの半導体パッケージ4、6、8、10、12、14の制御回路を形成するエリアAR2との間には絶縁距離をおく必要がある。
Here, the control circuit of the
本実施形態では、上側アームの半導体パッケージ3、5、7、9、11、13が列方向D6の中央側に配置し、下側アームの半導体パッケージ4、6、8、10、12、14は列方向D6において外側に配置している。このため、上側アームの半導体パッケージ3、5、7、9、11、13の制御回路は、半導体パッケージ3、5、7、9、11、13の信号端子64a〜64eが挿入される孔HL1周辺およびコンデンサ2a〜2cと対向したエリアAR2に形成することができる。
In the present embodiment, the
下側アームの半導体パッケージ4、6、8、10、12、14の制御回路は、列方向D6におけるエリアAR2の両側において、半導体パッケージ4、6、8、10、12、14の信号端子64a〜64eが挿入される孔HL1周辺のエリアAR1に形成することができる。
The control circuits of the lower
例えば、列方向D6に沿って、上側アームの半導体パッケージと下側アームの半導体パッケージが交互に配置される場合、制御回路基板SBのエリアAR1とエリアAR2とを列方向D6に沿って交互に設けることとなる。このため、コンデンサ2a〜2cと対向した部分にエリアAR1とエリアAR2との絶縁距離を設けることとなる。
For example, when the upper arm semiconductor package and the lower arm semiconductor package are alternately arranged along the column direction D6, the areas AR1 and AR2 of the control circuit board SB are alternately provided along the column direction D6. It will be. For this reason, the insulation distance of area AR1 and area AR2 will be provided in the
これに対し、本実施形態では、エリアAR2を制御回路基板SBの中央部分に分離することなく設けることができるため、制御回路を実装可能な領域を広くとることができ、回路設計の自由度を向上させることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the area AR2 can be provided without being separated in the central portion of the control circuit board SB, so that the area where the control circuit can be mounted can be widened, and the degree of freedom in circuit design is increased. Can be improved.
なお、本実施形態では、コンデンサ2a〜2cの近傍に上側アームの半導体パッケージ3、5、7、9、11、13を配置する例について説明したが、下側アームの半導体パッケージ4、6、8、10、12、14を列方向D6においてコンデンサ2a〜2cの両側に配置するようにしても構わない。列方向D6においてコンデンサ2a〜2cを半導体パッケージ対の間に配置し、コンデンサ2a〜2cおよび半導体パッケージ3〜14の配置位置および導電体の方向が、コンデンサ2a〜2cを中心として行方向D5に対して線対称となっていれば同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the example in which the upper
図7は、図3に示す線A−Aにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of a cross section of the power conversion device taken along line AA illustrated in FIG. 3.
In the following description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この例では、バスバーモジュール20と、ケース26との構成が上述の実施形態と異なっている。すなわち、上述の実施形態では、半導体パッケージ3、5とコンデンサ2aとの間にバスバーモジュール20の枠体の一部が配置されていたが、図7に示す例では、ケース26は第1凹部23Aと第2凹部23Bとの間において、積層方向D4に突出した隔壁27を有している。隔壁27は、半導体パッケージ3、5とコンデンサ2aとの間配置している。隔壁27が積層方向D4に延びた端部の位置は、少なくとも、コンデンサ2aの上面の位置よりも低くいことが望ましい。
In this example, the configuration of the
この例のように、半導体パッケージ3、5とコンデンサ2aとの間に、バスバーモジュール20の枠体の一部に代えて、ケース26の隔壁27が配置している場合であっても、半導体パッケージ3、5からコンデンサ2aへ熱が伝わることを抑制することができる。
Even if the
図8は、図3に示す線A−Aにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
この例では、図7に示す例に対して、冷却フィンプレート24の構成が更に異なっている。すなわち、図8に示す例では、冷却フィンプレート24は、上側アームの半導体パッケージ3、5と下側アームの半導体パッケージ4、6との間に延びた隔壁24Aを更に有している。このように、冷却フィンプレート24の隔壁24Aを更に設けることにより、半導体パッケージ3〜6の冷却性能を更に向上させることができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of a cross section of the power conversion device taken along line AA illustrated in FIG. 3.
In this example, the configuration of the cooling
図9は、図3に示す線A−Aにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
この例では、半導体パッケージ3〜6を固定する接着剤29と、コンデンサ2aを固定する接着剤30との硬化温度が異なっている。例えば、コンデンサ2aは、半導体パッケージ3〜6に比べて耐熱温度が低いときには、接着剤30として半導体パッケージ3〜6の固定に用いる接着剤29と同じものを用いると、コンデンサ2aが耐熱温度以上となり不具合の原因となると考えられる。そのため、コンデンサ2aを固定する接着剤30は、半導体パッケージ3〜6の固定に用いる接着剤29よりも硬化温度が低いものを採用することが望ましい。このことにより、更に信頼性の高い電力変換装置および電動車両を提供することが可能となる。
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the cross section of the power conversion device taken along line AA illustrated in FIG. 3.
In this example, the curing temperature of the adhesive 29 for fixing the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…直流電源、2a〜2c…コンデンサ、3〜14…半導体パッケージ、15…モータ、20…バスバーモジュール、21…固定部、23A…第1凹部、23B…第2凹部、23C…受け部、24…冷却フィンプレート、24A…隔壁、26…ケース、27…隔壁、100…正極端子、101…負極端子、102a〜102c…導電体(電極端子)、103a〜103c…導電体(電極端子)、104〜127…導電体(エミッタ端子、コレクタ端子)D5…行方向(第2方向)、D6…列方向(第1方向)、SB…制御回路基板。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第3スイッチと、前記第3スイッチと電気的に直列接続した第4スイッチと、を含む第2スイッチ対と、
前記第1スイッチ対、および、前記第2スイッチ対と電気的に並列接続するとともに、第1方向において前記第1スイッチ対と前記第2スイッチ対との間に配置するコンデンサと、を備え、
前記第1スイッチおよび前記第3スイッチのコレクタ端子と、前記第2スイッチおよび前記第4スイッチのエミッタ端子と、前記コンデンサの電極端子とは、前記第1方向と略直交した第2方向における一方側において、前記第1方向に並んで配置し、
前記第1スイッチおよび前記第3スイッチのエミッタ端子と、前記第2スイッチおよび前記第4スイッチのコレクタ端子とは、前記第2方向における他方側において、前記第1方向に並んで配置していることを特徴とする電力変換装置。 A first switch pair including a first switch and a second switch electrically connected in series with the first switch;
A second switch pair including a third switch and a fourth switch electrically connected in series with the third switch;
A capacitor that is electrically connected in parallel with the first switch pair and the second switch pair and disposed between the first switch pair and the second switch pair in a first direction;
The collector terminals of the first switch and the third switch, the emitter terminals of the second switch and the fourth switch, and the electrode terminal of the capacitor are on one side in a second direction substantially orthogonal to the first direction. And arranged side by side in the first direction,
The emitter terminals of the first switch and the third switch and the collector terminals of the second switch and the fourth switch are arranged side by side in the first direction on the other side in the second direction. The power converter characterized by this.
前記第2スイッチは前記第1スイッチよりも前記第1方向における前記コンデンサの近くに配置し、かつ、前記第4スイッチは前記第3スイッチよりも前記第1方向における前記コンデンサの近くに配置していることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The first switch is disposed closer to the capacitor in the first direction than the second switch, and the third switch is disposed closer to the capacitor in the first direction than the fourth switch. Or
The second switch is disposed closer to the capacitor in the first direction than the first switch, and the fourth switch is disposed closer to the capacitor in the first direction than the third switch. The power converter according to claim 1, wherein:
前記冷却器は前記コンデンサを収容する凹部を有している請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電力変換装置。 A cooler that supports the first switch pair, the second switch pair, and the capacitor and includes a cooling medium flow path therein;
The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooler includes a concave portion that accommodates the capacitor.
前記第1スイッチおよび第3スイッチの前記コレクタ端子と正極とが電気的に接続し、前記第2スイッチおよび第4スイッチの前記エミッタ端子と負極とが電気的に接続した直流電源と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとの直列接続点、および、前記第3スイッチと前記第4スイッチとの直列接続点に電気的に接続したモータと、
前記モータの動力を車輪に伝達する車軸と、を備えたことを特徴とする電動車両。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 6,
A DC power source in which the collector terminal and the positive electrode of the first switch and the third switch are electrically connected, and the emitter terminal and the negative electrode of the second switch and the fourth switch are electrically connected;
A motor electrically connected to a series connection point of the first switch and the second switch, and a series connection point of the third switch and the fourth switch;
An electric vehicle comprising: an axle that transmits power of the motor to wheels.
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