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JP2018160995A - Power converter - Google Patents

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JP2018160995A
JP2018160995A JP2017057418A JP2017057418A JP2018160995A JP 2018160995 A JP2018160995 A JP 2018160995A JP 2017057418 A JP2017057418 A JP 2017057418A JP 2017057418 A JP2017057418 A JP 2017057418A JP 2018160995 A JP2018160995 A JP 2018160995A
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capacitor
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JP2017057418A
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Japanese (ja)
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崇 鷲見
Takashi Sumi
崇 鷲見
哲也 百武
Tetsuya Momotake
哲也 百武
直起 丸川
Naoki Marukawa
直起 丸川
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
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Abstract

【課題】本明細書は、コンデンサと半導体モジュールを接続するバスバに生じる応力を低減する電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置10は、積層ユニットとコンデンサと正極バスバ31を備えている。正極バスバ31は、コンデンサと夫々の半導体モジュールの端子22を電気的に接続する導体である。正極バスバ31は、コンデンサに接続されているとともにXY平面に平行に拡がっているベース板31aと、ベース板31aの積層ユニット側の縁から延びているとともにX方向に並んでいる複数の枝部31bと、夫々の枝部31bの先端からZ方向に延びているとともに端子22に向かって延びており、先端が端子22に接続されている複数の先端部31cを備えている。枝部31bの剛性が、ベース板31aの剛性よりも低く、かつ、先端部31cの剛性よりも低い。枝部31bの剛性を低くすることで、枝部31bに生じる応力が緩和される。【選択図】図5The present specification provides a power converter that reduces stress generated in a bus bar connecting a capacitor and a semiconductor module. A power converter includes a laminated unit, a capacitor, and a positive bus bar. The positive electrode bus bar 31 is a conductor that electrically connects the capacitor and the terminal 22 of each semiconductor module. The positive electrode bus bar 31 is connected to a capacitor and extends in parallel with the XY plane, and a plurality of branch portions 31b extending from the edge of the base plate 31a on the stacked unit side and arranged in the X direction. And a plurality of tip portions 31 c that extend in the Z direction from the tips of the respective branch portions 31 b and extend toward the terminal 22, and whose tips are connected to the terminal 22. The rigidity of the branch part 31b is lower than the rigidity of the base plate 31a and lower than the rigidity of the tip part 31c. By reducing the rigidity of the branch part 31b, the stress generated in the branch part 31b is relaxed. [Selection] Figure 5

Description

本明細書が開示する技術は、車両に搭載されており、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a power conversion device that is mounted on a vehicle and converts power supply power to drive power of a motor for traveling.

電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置は、電力変換用の半導体素子を収容した複数の半導体モジュールを備えていることが多い。半導体素子は、典型的には、電圧コンバータ回路やインバータ回路に用いられるスイッチング素子である。走行用のモータの駆動電力が流れる半導体モジュールは発熱量が大きい。複数の半導体モジュールを効果的に冷却する構造が例えば特許文献1に開示されている。特許文献1の電力変換装置は、複数の半導体モジュールと複数の冷却器を積層した構造を採用している。以下では、説明の便宜上、複数の半導体モジュールと複数の冷却器を積層したデバイスを積層ユニットと称する。   A power conversion device that converts power supply power to drive power for a motor for traveling often includes a plurality of semiconductor modules that contain semiconductor elements for power conversion. The semiconductor element is typically a switching element used in a voltage converter circuit or an inverter circuit. The semiconductor module through which the driving power of the running motor flows generates a large amount of heat. For example, Patent Document 1 discloses a structure for effectively cooling a plurality of semiconductor modules. The power conversion device of Patent Literature 1 employs a structure in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are stacked. Hereinafter, for convenience of description, a device in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are stacked is referred to as a stacked unit.

一方、電力変換装置は、直流電源から供給される電力を平滑化するコンデンサを備えている。平滑用のコンデンサはインバータ回路の前段に挿入されるため、コンデンサとインバータ回路の複数の半導体素子が電気的に接続されることになる。すなわち、積層ユニットの複数の半導体モジュールの端子とコンデンサが電気的に接続されることになる。   On the other hand, the power converter includes a capacitor that smoothes the power supplied from the DC power supply. Since the smoothing capacitor is inserted before the inverter circuit, the capacitor and the plurality of semiconductor elements of the inverter circuit are electrically connected. That is, the terminals of the plurality of semiconductor modules of the stacked unit and the capacitors are electrically connected.

特許文献1に開示されている電力変換装置では、細長い形状を有するコンデンサは、その長手方向を積層ユニットの積層方向に一致させて、積層ユニットに隣接して配置されている。コンデンサはバスバによって、積層ユニットの中の複数の半導体モジュールの夫々の端子と電気的に接続されている。なお、「バスバ」とは、大電力を低損失で伝送するための細長い金属板(あるいは金属棒)である。   In the power conversion device disclosed in Patent Document 1, the capacitor having an elongated shape is arranged adjacent to the multilayer unit with the longitudinal direction thereof coinciding with the stacking direction of the multilayer unit. The capacitor is electrically connected to each terminal of the plurality of semiconductor modules in the stacked unit by a bus bar. The “bus bar” is an elongated metal plate (or metal bar) for transmitting a large amount of power with low loss.

以下では、説明の便宜上、ケースに収容された積層ユニットにおける半導体モジュールと冷却器の積層方向をX方向とする直交XYZ座標系を定義する。積層ユニットとコンデンサの並び方向をY方向とする。直交XYZ座標系を用いると特許文献1の電力変換装置のコンデンサと積層ユニットとバスバの関係は次の通りである。積層ユニットとコンデンサはY方向で並んでいる。半導体モジュールの端子はZ方向に延びている。バスバは、連続した一枚の板材で作られているが、説明の都合上、ベース板と、複数の枝部と、複数の先端部に分けて説明する。ベース板は、コンデンサに接続されているとともにXY平面に平行に拡がっている部分である。複数の枝部は、ベース板の積層ユニットの縁から延びているとともにX方向に並んでいる。複数の先端部のそれぞれは、夫々の枝部の先端からZ方向に延びているとともに半導体モジュールの端子に向かって延びており、先端が半導体モジュールの端子に接続されている。   Hereinafter, for convenience of explanation, an orthogonal XYZ coordinate system is defined in which the stacking direction of the semiconductor module and the cooler in the stacking unit housed in the case is the X direction. The direction in which the multilayer unit and the capacitor are arranged is the Y direction. When the orthogonal XYZ coordinate system is used, the relationship among the capacitor, the multilayer unit, and the bus bar of the power conversion device of Patent Document 1 is as follows. The multilayer unit and the capacitor are arranged in the Y direction. The terminals of the semiconductor module extend in the Z direction. The bus bar is made of a single continuous plate material. For convenience of explanation, the bus bar will be described by dividing it into a base plate, a plurality of branch portions, and a plurality of tip portions. The base plate is a portion that is connected to the capacitor and extends parallel to the XY plane. The plurality of branch portions extend from the edge of the base plate stacking unit and are arranged in the X direction. Each of the plurality of tip portions extends in the Z direction from the tip of each branch portion and extends toward the terminal of the semiconductor module, and the tip is connected to the terminal of the semiconductor module.

特開2015−154558号公報JP2015-154558A

ところで、走行用のモータに駆動電力を供給する電力変換装置は車に搭載されるため、走行中に振動を受ける。さらに、例えば、電力変換装置はモータを収容するハウジングの上に支持されることがあるが、その場合、モータの振動も加わるため、電力変換装置は相当の振動を受けることになる。   By the way, since the power converter which supplies drive electric power to the motor for driving | running | working is mounted in a vehicle, it receives a vibration during driving | running | working. Furthermore, for example, the power converter may be supported on a housing that houses the motor. In this case, the motor is also subjected to vibration, and thus the power converter is subjected to considerable vibration.

一方、コンデンサと積層ユニットは夫々個別に電力変換装置のケースに固定されている。バスバは、コンデンサと積層ユニットをつないでおり、コンデンサと積層ユニットが個別に振動すると、バスバが変形して歪み(応力)が生じる。先に述べたように、バスバは、ベース板がコンデンサに連結され、複数の先端部の夫々が夫々の半導体モジュールの端子に接続され、ベース板の縁と先端部の間を枝部が連結する構造である。バスバの歪み(応力)は枝部に集中し、枝部がダメージを受けるおそれがある。本明細書は、上記したバスバを有する電力変換装置について、バスバの枝部に発生する応力を緩和する技術を提供する。   On the other hand, the capacitor and the multilayer unit are individually fixed to the case of the power converter. The bus bar connects the capacitor and the multilayer unit. When the capacitor and the multilayer unit vibrate individually, the bus bar is deformed and strain (stress) is generated. As described above, in the bus bar, the base plate is connected to the capacitor, each of the plurality of tip portions is connected to the terminal of each semiconductor module, and the branch portion is connected between the edge and the tip portion of the base plate. Structure. The distortion (stress) of the bus bar concentrates on the branch part, and the branch part may be damaged. The present specification provides a technique for relieving the stress generated in the branch portion of the bus bar for the power converter having the bus bar described above.

本明細書が開示する電力変換装置は、先に述べたように、コンデンサと積層ユニットとバスバを備える。コンデンサと積層ユニットとバスバは、電力変換装置のケースに収容されている。積層ユニットは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されたデバイスである。コンデンサは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層方向と交差する方向で積層ユニットに並んでいる。バスバは、コンデンサと夫々の半導体モジュールの端子を接続する導体である。先に述べたように、説明の便宜上、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層方向をX方向とし、積層ユニットとコンデンサの並び方向をY方向とする直交座標系を定義する。夫々の半導体モジュールの端子はZ方向に延びている。バスバは、一枚の連続した板で作られているが、説明の便宜上、ベース板と複数の枝部と複数の先端部に分けて説明する。ベース板は、コンデンサに接続されているとともに、コンデンサと積層ユニットの間でXY平面に平行に拡がっている。複数の枝部は、ベース板の積層ユニット側の縁から延びているとともに、X方向で並んでいる。複数の先端部の夫々は、夫々の枝部の先端からZ方向に延びているとともに半導体モジュールの端子に向かって延びており、先端が端子に接続されている。本明細書が開示する電力変換装置では、枝部の剛性が、ベース板の剛性よりも低く、かつ、先端部の剛性よりも低くなっている。枝部の剛性を下げることで、枝部に発生する応力を抑制することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   The power converter disclosed in this specification includes a capacitor, a multilayer unit, and a bus bar as described above. The capacitor, the multilayer unit, and the bus bar are accommodated in a case of the power conversion device. The stacked unit is a device in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are stacked. The capacitors are arranged in the stacked unit in a direction crossing the stacking direction of the plurality of semiconductor modules and the plurality of coolers. The bus bar is a conductor that connects the capacitor and the terminal of each semiconductor module. As described above, for convenience of explanation, an orthogonal coordinate system is defined in which the stacking direction of the plurality of semiconductor modules and the plurality of coolers is the X direction, and the alignment direction of the stacking unit and the capacitor is the Y direction. The terminals of each semiconductor module extend in the Z direction. The bus bar is made of a single continuous plate. For convenience of explanation, the bus bar will be described as being divided into a base plate, a plurality of branches, and a plurality of tips. The base plate is connected to the capacitor and extends parallel to the XY plane between the capacitor and the multilayer unit. The plurality of branch portions extend from the edge of the base plate on the laminated unit side and are arranged in the X direction. Each of the plurality of tip portions extends in the Z direction from the tip of each branch portion and extends toward the terminal of the semiconductor module, and the tip is connected to the terminal. In the power conversion device disclosed in this specification, the rigidity of the branch portion is lower than the rigidity of the base plate and lower than the rigidity of the tip portion. By reducing the rigidity of the branch part, the stress generated in the branch part can be suppressed. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換装置を含むハイブリッド車のエンジンコンパートメントの斜視図である。It is a perspective view of the engine compartment of the hybrid vehicle containing the power converter device of an Example. 実施例の電力変換装置を含むハイブリッド車の駆動系のブロック図である。It is a block diagram of the drive system of the hybrid vehicle including the power converter device of an Example. 電力変換装置の内部の部品レイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the component layout inside a power converter device. 積層ユニットとコンデンサとバスバのアセンブリの斜視図である。It is a perspective view of an assembly of a multilayer unit, a capacitor, and a bus bar. バスバの斜視図である。It is a perspective view of a bus bar. バスバの展開図である。It is an expanded view of a bus bar. 第1変形例のバスバの展開図である。It is an expanded view of the bus bar of a 1st modification. 第2変形例のバスバの展開図である。It is an expanded view of the bus bar of a 2nd modification. バスバの振動を抑制する構造を説明するケース断面図である。It is case sectional drawing explaining the structure which suppresses the vibration of a bus bar. バスバの振動を抑制する別の構造を説明するケース断面図である。It is a case sectional view explaining another structure which controls vibration of a bus bar.

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置10は、走行用の2個のモータ92a、92bとエンジン98の双方を備えたハイブリッド車100に搭載されている。図1に、ハイブリッド車100のエンジンコンパートメント90におけるデバイスの配置を示す。図1は、エンジンコンパートメント90を斜め上方からみた斜視図である。ハイブリッド車100のエンジンコンパートメント90は、車両前部に位置する。なお、図中の座標系は、X軸が車両前方を示しており、Z軸が車両上方を示しており、Y軸は車幅方向(車両の側方)を示している。後述するが、座標系のX軸は、電力変換装置10のケース内の半導体モジュールと冷却器の積層方向に相当する。また、Y方向は、半導体モジュールと冷却器の積層体(積層ユニット)とコンデンサの並び方向に相当する。Z軸は、半導体モジュールの端子の延設方向に相当する。   A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion apparatus 10 of the embodiment is mounted on a hybrid vehicle 100 that includes both two motors 92a and 92b for traveling and an engine 98. FIG. 1 shows the arrangement of devices in the engine compartment 90 of the hybrid vehicle 100. FIG. 1 is a perspective view of the engine compartment 90 as viewed obliquely from above. The engine compartment 90 of the hybrid vehicle 100 is located at the front of the vehicle. In the coordinate system in the figure, the X-axis indicates the front of the vehicle, the Z-axis indicates the upper side of the vehicle, and the Y-axis indicates the vehicle width direction (side of the vehicle). As will be described later, the X axis of the coordinate system corresponds to the stacking direction of the semiconductor module and the cooler in the case of the power conversion device 10. The Y direction corresponds to the direction in which the stacked body (stacked unit) of the semiconductor module and the cooler and the capacitor are arranged. The Z axis corresponds to the extending direction of the terminals of the semiconductor module.

エンジンコンパートメント90には、エンジン98、電力変換装置10、トランスアクスル91などが配置されている。エンジンコンパートメント90には他にも様々なデバイスが配置されているが、それらの説明は省略する。図1ではトランスアクスル91やエンジン98などは模式化して描いてある。   In the engine compartment 90, an engine 98, a power converter 10, a transaxle 91, and the like are arranged. Various other devices are arranged in the engine compartment 90, but the description thereof is omitted. In FIG. 1, the transaxle 91, the engine 98, and the like are schematically illustrated.

トランスアクスル91は、走行用の2個のモータ92a、92bと、動力分配機構93とデファレンシャルギア94をまとめたデバイスである。動力分配機構93は、エンジン98の出力トルクとモータ92a、92bの出力トルクを合成/分配するギアセットである。動力分配機構93は、高トルクが要求されたときには、エンジン98の出力トルクとモータ92a、92bの出力トルクを合成してデファレンシャルギア94へ伝達する。また、動力分配機構93は、状況に応じて、エンジン98の出力トルクを分割してデファレンシャルギア94と一方のモータ92aへ伝達する。その場合、ハイブリッド車100は、エンジントルクで走行しながらモータ92aで発電する。なお、トランスアクスル91は、走行用の2個のモータ92a、92bを含んでいるので、その筐体はモータハウジングと呼んでもよい。   The transaxle 91 is a device in which two motors 92 a and 92 b for traveling, a power distribution mechanism 93 and a differential gear 94 are combined. The power distribution mechanism 93 is a gear set that combines / distributes the output torque of the engine 98 and the output torque of the motors 92a and 92b. When high torque is required, the power distribution mechanism 93 combines the output torque of the engine 98 and the output torque of the motors 92a and 92b and transmits the combined torque to the differential gear 94. Further, the power distribution mechanism 93 divides the output torque of the engine 98 according to the situation and transmits it to the differential gear 94 and the one motor 92a. In that case, the hybrid vehicle 100 generates electric power with the motor 92a while traveling with engine torque. Since the transaxle 91 includes two motors 92a and 92b for traveling, the casing may be called a motor housing.

エンジン98とトランスアクスル91は、車幅方向で隣り合うように連結されている。エンジン98とトランスアクスル91は、車両の構造強度を担保する2本のサイドメンバ97に懸架されている。なお、図1では、一方のサイドメンバは見えていない。   The engine 98 and the transaxle 91 are connected so as to be adjacent in the vehicle width direction. The engine 98 and the transaxle 91 are suspended by two side members 97 that secure the structural strength of the vehicle. In FIG. 1, one side member is not visible.

電力変換装置10は、2個のモータ92a、92bに駆動電力を供給するデバイスである。より詳しくは、電力変換装置10は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ92a、92bへ供給する。また、電力変換装置10は、モータ92a又は92bが発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧することもある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。   The power conversion apparatus 10 is a device that supplies driving power to the two motors 92a and 92b. More specifically, the power conversion device 10 boosts the power of a high-voltage battery (not shown), converts it to alternating current, and supplies it to the motors 92a and 92b. Further, the power conversion device 10 may convert AC power generated by the motor 92a or 92b into DC power, and may further step down the voltage. The high voltage battery is charged by the stepped down power.

電力変換装置10は、トランスアクスル91の上面との間に隙間を有して支持される。電力変換装置10は、その前側がフロントブラケット96によって支持されており、後側がリアブラケット95によって支持されている。   The power conversion device 10 is supported with a gap between the upper surface of the transaxle 91. The power converter 10 has a front side supported by a front bracket 96 and a rear side supported by a rear bracket 95.

電力変換装置10をトランスアクスル91の上方に配置するのは次の2つの利点を得るためである。一つは、電力変換装置10からモータ92a、92bへ電力を供給するパワーケーブルを短くできることである。もう一つは、前方衝突に対して電力変換装置10を保護するためである。トランスアクスル91の筐体は強度が高く、また体格が大きい。それゆえ、トランスアクスル91の上方の空間は、衝突に対して比較的に安全性が高い。   The reason why the power converter 10 is arranged above the transaxle 91 is to obtain the following two advantages. One is that the power cable for supplying power from the power converter 10 to the motors 92a and 92b can be shortened. The other is to protect the power conversion device 10 against a forward collision. The casing of the transaxle 91 is high in strength and large in size. Therefore, the space above the transaxle 91 is relatively safe against collisions.

ただし、トランスアクスル91の上部に支持されているデバイスには、車両の走行振動に加え、トランスアクスル91に内蔵されているモータ92a、92bの振動と、トランスアクスル91と連結されているエンジン98の振動が加わる。電力変換装置10に伝わる振動を低減するため、フロントブラケット96と電力変換装置10の間、及び、リアブラケット95と電力変換装置10の間には、防振ブッシュが挟まれている。防振ブッシュを採用しているが、トランスアクスル91を介して電力変換装置10に伝わる震動は完全には抑えられない。電力変換装置10は、振動によってそのケースに収容された部品、特に、後述するバスバに生じる応力を低減する構造を有している。バスバの耐振動構造については後に説明する。   However, the device supported on the upper part of the transaxle 91 includes the vibrations of the motors 92a and 92b built in the transaxle 91 and the engine 98 connected to the transaxle 91 in addition to the running vibration of the vehicle. Vibration is applied. In order to reduce vibration transmitted to the power conversion device 10, vibration-proof bushings are sandwiched between the front bracket 96 and the power conversion device 10 and between the rear bracket 95 and the power conversion device 10. Although the vibration-proof bushing is adopted, the vibration transmitted to the power converter 10 via the transaxle 91 cannot be completely suppressed. The power conversion device 10 has a structure that reduces stress generated in components housed in the case by vibration, particularly, a bus bar described later. The vibration resistant structure of the bus bar will be described later.

次に、電力変換装置10を含むハイブリッド車100の電力系について説明する。図2に実施例の電力変換装置10を含むハイブリッド車100の電力系のブロック図を示す。電力変換装置10は、バッテリ81の直流電力を、走行用のモータ92a、92bの駆動電力に変換するデバイスである。ハイブリッド車100は、2個の走行用のモータ92a、92bを備えるため、電力変換装置10は、2組のインバータ回路13a、13bを備える。   Next, the power system of the hybrid vehicle 100 including the power conversion device 10 will be described. FIG. 2 shows a block diagram of a power system of the hybrid vehicle 100 including the power conversion device 10 of the embodiment. The power converter 10 is a device that converts DC power of the battery 81 into driving power for the motors 92a and 92b for traveling. Since hybrid vehicle 100 includes two traveling motors 92a and 92b, power converter 10 includes two sets of inverter circuits 13a and 13b.

電力変換装置10は、バッテリ81の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路12と、昇圧後の直流電力を交流に変換する2組のインバータ回路13a、13bを備えている。   The power conversion apparatus 10 includes a voltage converter circuit 12 that boosts the voltage of the battery 81 and two sets of inverter circuits 13a and 13b that convert the boosted DC power into AC.

電圧コンバータ回路12は、一方の端子に印加された電圧を昇圧して他方の端子に出力する昇圧動作と、他方の端子に印加された電圧を降圧して一方の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能である。そのような電圧コンバータ回路は、双方向DC−DCコンバータ回路と呼ばれる。説明の便宜上、以下では、低電圧側(バッテリ側)の端子を入力端18と称し、高電圧側(インバータ回路側)の端子を出力端19と称する。また、入力端18の正極と負極を夫々、入力正極端18aと入力負極端18bと称する。出力端19の正極と負極を夫々、出力正極端19aと出力負極端19bと称する。「入力端18」、「出力端19」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路12は双方向DC−DCコンバータであるので、出力端19から入力端18へ電力が流れる場合がある。   The voltage converter circuit 12 boosts the voltage applied to one terminal and outputs it to the other terminal, and the voltage converter circuit 12 steps down the voltage applied to the other terminal and outputs it to one terminal. Can be done. Such a voltage converter circuit is called a bidirectional DC-DC converter circuit. For convenience of explanation, a terminal on the low voltage side (battery side) is hereinafter referred to as an input end 18, and a terminal on the high voltage side (inverter circuit side) is referred to as an output end 19. Further, the positive electrode and the negative electrode of the input end 18 are referred to as an input positive electrode end 18a and an input negative electrode end 18b, respectively. The positive electrode and the negative electrode of the output end 19 are referred to as an output positive electrode end 19a and an output negative electrode end 19b, respectively. The notations "input terminal 18" and "output terminal 19" are for convenience of explanation, and as described above, the voltage converter circuit 12 is a bidirectional DC-DC converter. In some cases, power flows from 19 to the input terminal 18.

電圧コンバータ回路12は、4個のトランジスタ6a、6b、7a、7b、リアクトル4、フィルタコンデンサ3、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードで構成されている。2個のトランジスタ6a、7aは直列に接続されており、残りの2個のトランジスタ6b、7bも直列に接続されている。以下では、2個のトランジスタが直列に接続された回路を単に「直列接続回路」と称する場合がある。また、以下では、直列接続回路の高電位側のトランジスタ6a、6bを上アームトランジスタと称し、低電位側のトランジスタ7a、7bを下アームトランジスタと称することがある。   The voltage converter circuit 12 includes four transistors 6a, 6b, 7a, 7b, a reactor 4, a filter capacitor 3, and a diode connected in antiparallel to each transistor. The two transistors 6a and 7a are connected in series, and the remaining two transistors 6b and 7b are also connected in series. Hereinafter, a circuit in which two transistors are connected in series may be simply referred to as a “series connection circuit”. In the following, the high potential side transistors 6a and 6b of the series connection circuit may be referred to as upper arm transistors, and the low potential side transistors 7a and 7b may be referred to as lower arm transistors.

2組の直列接続回路は並列に接続されている。2組の直列接続回路の高電位側は出力正極端19aに接続されており、低電位側は出力負極端19bに接続されている。リアクトル4の一端が入力正極端18aに接続されており、他端は2組の直列接続回路のそれぞれの中点Qa、Qbに接続されている。フィルタコンデンサ3は、入力正極端18aと入力負極端18bの間に接続されている。入力負極端18bは、出力負極端19bと直接に接続されている。   The two sets of series connection circuits are connected in parallel. The high potential side of the two sets of series connection circuits is connected to the output positive end 19a, and the low potential side is connected to the output negative end 19b. One end of the reactor 4 is connected to the input positive terminal 18a, and the other end is connected to the middle points Qa and Qb of the two series connection circuits. The filter capacitor 3 is connected between the input positive terminal 18a and the input negative terminal 18b. The input negative electrode end 18b is directly connected to the output negative electrode end 19b.

4個のトランジスタ6a、6b、7a、7bは、不図示の回路基板に実装された駆動回路で駆動される。駆動回路は、2個の上アームトランジスタ6a、6bに対して、同じタイミングでオンオフさせる上アームスイッチング指令信号を供給する。また、駆動回路は、2個の下アームトランジスタ7a、7bに対して、同じタイミングでオンオフさせる下アームスイッチング指令信号を供給する。即ち、2個の上アームトランジスタ6a、6bは同じタイミングで同じ動作をするように駆動され、2個の下アームトランジスタ7a、7bも同じタイミングで同じ動作をするように駆動される。同じタイミングで同じ動作をすることを並列動作と称する。並列に接続された2組の直列接続回路を並列動作させることで、2組の直列接続回路はあたかも一つの直列接続回路のように動作するとともに、1個当たりのトランジスタの負荷を低減することができる。   The four transistors 6a, 6b, 7a and 7b are driven by a drive circuit mounted on a circuit board (not shown). The drive circuit supplies an upper arm switching command signal for turning on and off at the same timing to the two upper arm transistors 6a and 6b. The drive circuit supplies a lower arm switching command signal for turning on and off at the same timing to the two lower arm transistors 7a and 7b. That is, the two upper arm transistors 6a and 6b are driven to perform the same operation at the same timing, and the two lower arm transistors 7a and 7b are also driven to perform the same operation at the same timing. Performing the same operation at the same timing is called parallel operation. By operating in parallel two sets of series connection circuits connected in parallel, the two sets of series connection circuits operate as if they were one series connection circuit, while reducing the load on each transistor. it can.

図2において、符号8aが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール8aにて実現される。符号8bが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール8bにて実現される。半導体モジュールは、2個のトランジスタの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードを収容したパッケージである。半導体モジュール8aは、2個のトランジスタ6a、7aの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。半導体モジュール8bは、2個のトランジスタ6b、7bの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。   In FIG. 2, a circuit within a broken rectangle indicated by reference numeral 8 a is realized by a semiconductor module 8 a described later. A circuit in the range of a broken-line rectangle indicated by reference numeral 8b is realized by a semiconductor module 8b described later. The semiconductor module is a package containing a series connection circuit of two transistors and a diode connected in antiparallel to each transistor. The semiconductor module 8a accommodates a series connection circuit of two transistors 6a and 7a and a diode connected in antiparallel to each transistor. The semiconductor module 8b accommodates a series connection circuit of two transistors 6b and 7b and a diode connected in antiparallel to each transistor.

次に、インバータ回路13a、13bについて概説する。なお、図2では、インバータ回路13a、13bの具体的な回路構成の図示は省略しており、半導体モジュール8c−8h(後述)を破線矩形で模式的に表すだけにとどめている。半導体モジュール8c−8hの各々が、一つの直列接続回路に対応する。   Next, the inverter circuits 13a and 13b will be outlined. In FIG. 2, illustration of specific circuit configurations of the inverter circuits 13a and 13b is omitted, and only the semiconductor modules 8c-8h (described later) are schematically represented by broken-line rectangles. Each of the semiconductor modules 8c-8h corresponds to one series connection circuit.

インバータ回路13aは、2個のトランジスタの直列接続回路を3組備えている。各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。半導体モジュール8c、8d、8eが3組の直列接続回路に対応する。それゆえ、以下では、半導体モジュール8c−8eを用いてインバータ回路13aを説明する。3個の半導体モジュール8c−8eは並列に接続されている。3個の半導体モジュール8c−8eの高電位側と低電位側は、夫々、電圧コンバータ回路12の出力正極端19aと出力負極端19bに接続されている。夫々の半導体モジュールの中点から交流が出力される。   The inverter circuit 13a includes three sets of a series connection circuit of two transistors. A diode is connected in antiparallel to each transistor. The semiconductor modules 8c, 8d, and 8e correspond to three sets of series connection circuits. Therefore, hereinafter, the inverter circuit 13a will be described using the semiconductor modules 8c-8e. The three semiconductor modules 8c-8e are connected in parallel. The high potential side and the low potential side of the three semiconductor modules 8c-8e are connected to the output positive end 19a and the output negative end 19b of the voltage converter circuit 12, respectively. AC is output from the midpoint of each semiconductor module.

インバータ回路13bはインバータ回路13aと同じ構成を備えている。即ちインバータ回路13bは、3個の半導体モジュール8f、8g、8hを備えており、半導体モジュール8f、8g、8hの夫々が直列接続回路に相当する。夫々の直列接続回路の中点から交流が出力される。インバータ回路13a、13bの夫々の交流出力は、モータ92a、92bに供給される。なお、電圧コンバータ回路12の出力正極端19aと出力負極端19bの間には、平滑コンデンサ5が接続されている。インバータ回路13a、13bの半導体モジュール8c−8hは、電圧コンバータ回路12の半導体モジュール8a、8bと同じ構造である。   The inverter circuit 13b has the same configuration as the inverter circuit 13a. That is, the inverter circuit 13b includes three semiconductor modules 8f, 8g, and 8h, and each of the semiconductor modules 8f, 8g, and 8h corresponds to a series connection circuit. AC is output from the midpoint of each series connection circuit. The AC outputs of the inverter circuits 13a and 13b are supplied to the motors 92a and 92b. The smoothing capacitor 5 is connected between the output positive terminal 19a and the output negative terminal 19b of the voltage converter circuit 12. The semiconductor modules 8c-8h of the inverter circuits 13a, 13b have the same structure as the semiconductor modules 8a, 8b of the voltage converter circuit 12.

インバータ回路13a、13bの合計6個の半導体モジュール8c−8hと、電圧コンバータ回路12の2個の半導体モジュール8a、8bは、平滑コンデンサ5と並列に接続されている。より具体的には、合計8個の半導体モジュール8a−8hに収容された直列接続回路の高電位側と低電位側が平滑コンデンサ5と接続される。合計8個の半導体モジュール8a−8hと平滑コンデンサ5は、バスバと呼ばれる金属部材により接続される。次に、バスバを含む、電力変換装置10のハードウエア構造について説明する。   A total of six semiconductor modules 8 c-8 h of the inverter circuits 13 a, 13 b and two semiconductor modules 8 a, 8 b of the voltage converter circuit 12 are connected in parallel with the smoothing capacitor 5. More specifically, the high-potential side and the low-potential side of the series connection circuit accommodated in a total of eight semiconductor modules 8a-8h are connected to the smoothing capacitor 5. A total of eight semiconductor modules 8a-8h and the smoothing capacitor 5 are connected by a metal member called a bus bar. Next, the hardware structure of the power conversion device 10 including the bus bar will be described.

図3は、電力変換装置10の平面図である。図3は、カバーを外した電力変換装置10の平面図であり、ケース40の内部に収容された部品のレイアウトが示されている。ケース40の中には、フィルタコンデンサユニット103、リアクトルユニット104、積層ユニット20、平滑コンデンサユニット105などが収容されている。   FIG. 3 is a plan view of the power conversion device 10. FIG. 3 is a plan view of the power conversion device 10 with the cover removed, and shows the layout of components housed in the case 40. In the case 40, a filter capacitor unit 103, a reactor unit 104, a multilayer unit 20, a smoothing capacitor unit 105, and the like are accommodated.

フィルタコンデンサユニット103の中に、図2で示したフィルタコンデンサ3に相当するコンデンサ素子が収容されている。リアクトルユニット104の中に、図2で示したリアクトル4に相当するリアクトルデバイスが収容されている。平滑コンデンサユニット105の中に、図2で説明した平滑コンデンサ5に相当するコンデンサ素子が収容されている。フィルタコンデンサ3、平滑コンデンサ5、リアクトル4には大電流が流れるため、それらに対応するハードウエアは体格が大きい。   A capacitor element corresponding to the filter capacitor 3 shown in FIG. 2 is accommodated in the filter capacitor unit 103. The reactor unit 104 accommodates a reactor device corresponding to the reactor 4 shown in FIG. A capacitor element corresponding to the smoothing capacitor 5 described with reference to FIG. Since a large current flows through the filter capacitor 3, the smoothing capacitor 5, and the reactor 4, the hardware corresponding to them has a large physique.

平滑コンデンサユニット105に隣接して積層ユニット20が配置されている。積層ユニット20は、複数の半導体モジュール8a−8hと複数の冷却器44が積層されたユニットである。図3では右端の2個の冷却器だけに符号44を付しており、残りの冷却器の符号は省略している。半導体モジュール8a−8hの夫々は、先に述べたように、2個のトランジスタの直列接続回路と各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容したパッケージである。複数の半導体モジュール8a−8hと複数の冷却器44は、一つずつ交互に積層されている。半導体モジュール8a−8hのそれぞれは、トランジスタの直列接続回路の高電位側と接続している正極端子22、低電位側と接続している負極端子23、中点と接続している中点端子24を備えている。図3では、左端の半導体モジュール8aと右端の半導体モジュール8hにのみ、正極端子、負極端子、中点端子を示す符号22、23、24を付しており、他の半導体モジュール8b−8gには、それらの符号を省略した。   A laminated unit 20 is disposed adjacent to the smoothing capacitor unit 105. The stacked unit 20 is a unit in which a plurality of semiconductor modules 8a-8h and a plurality of coolers 44 are stacked. In FIG. 3, only the rightmost two coolers are denoted by reference numeral 44, and the remaining coolers are omitted. Each of the semiconductor modules 8a-8h is a package containing a series connection circuit of two transistors and a diode connected in antiparallel to each transistor, as described above. The plurality of semiconductor modules 8a-8h and the plurality of coolers 44 are alternately stacked one by one. Each of the semiconductor modules 8a-8h includes a positive terminal 22 connected to the high potential side of the series connection circuit of transistors, a negative terminal 23 connected to the low potential side, and a midpoint terminal 24 connected to the midpoint. It has. In FIG. 3, only the semiconductor module 8a at the left end and the semiconductor module 8h at the right end are denoted by reference numerals 22, 23, and 24 indicating the positive terminal, the negative terminal, and the middle terminal, and the other semiconductor modules 8b-8g These symbols are omitted.

説明の便宜上、複数の半導体モジュール8a−8hと複数の冷却器44の積層方向をX軸とし、積層ユニット20と平滑コンデンサユニット105の並び方向をY軸とする直交座標系を定義する。半導体モジュール8a−8hの端子22、23、24は、Z方向に延びている。   For convenience of explanation, an orthogonal coordinate system is defined in which the stacking direction of the plurality of semiconductor modules 8a-8h and the plurality of coolers 44 is defined as the X axis and the alignment direction of the stacked unit 20 and the smoothing capacitor unit 105 is defined as the Y axis. The terminals 22, 23, 24 of the semiconductor modules 8a-8h extend in the Z direction.

積層ユニット20は、ケース40に設けられた支持壁43と、2本の支持柱45の間に挿入されている。図示を省略しているが、支持柱45と積層ユニット20の間には板バネが挿入されており、その板バネにより、積層ユニット20はその積層方向に加圧されつつ、ケース40に支持されている。積層方向の加圧によって半導体モジュール8a−8hと冷却器44の密着性が高まり、冷却性能が向上する。また、積層ユニット20の一端には冷媒供給管41と冷媒排出管42が接続されており、それらの管はケース40を貫通している。冷媒供給管41から供給された冷媒は各冷却器44に分配される。冷媒は各冷却器44の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール8a−8hから熱を吸収する。冷却器44を通過した冷媒は、冷媒排出管42を通じて電力変換装置10の外へと排出される。   The stacked unit 20 is inserted between a support wall 43 provided in the case 40 and the two support pillars 45. Although not shown, a leaf spring is inserted between the support pillar 45 and the laminated unit 20, and the laminated unit 20 is supported by the case 40 while being pressed in the laminating direction by the leaf spring. ing. The pressure in the stacking direction increases the adhesion between the semiconductor modules 8a-8h and the cooler 44, and the cooling performance is improved. In addition, a refrigerant supply pipe 41 and a refrigerant discharge pipe 42 are connected to one end of the laminated unit 20, and these pipes penetrate the case 40. The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 41 is distributed to each cooler 44. The refrigerant absorbs heat from the adjacent semiconductor modules 8a-8h while passing through the inside of each cooler 44. The refrigerant that has passed through the cooler 44 is discharged out of the power converter 10 through the refrigerant discharge pipe 42.

図2の回路図を参照して説明したように、全ての半導体モジュール8a−8hの高電位側(正極端子22)が互いに接続されるとともに、低電位側(負極端子23)が互いに接続される。そして、全ての半導体モジュール8a−8hの高電位側(正極端子22)と低電位側(負極端子23)の間に平滑コンデンサ5(平滑コンデンサユニット105)が並列に接続される。全ての半導体モジュール8a−8hの正極端子22は、正極バスバ31によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット105の一方の電極に接続される。全ての半導体モジュール8a−8hの負極端子23は負極バスバ32によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット105の他方の電極に接続される。なお、バスバとは、小さい内部抵抗で電力を伝える金属板(又は金属棒)を意味する。   As described with reference to the circuit diagram of FIG. 2, the high potential side (positive terminal 22) of all the semiconductor modules 8a-8h are connected to each other, and the low potential side (negative terminal 23) is connected to each other. . The smoothing capacitor 5 (smoothing capacitor unit 105) is connected in parallel between the high potential side (positive electrode terminal 22) and the low potential side (negative electrode terminal 23) of all the semiconductor modules 8a-8h. The positive terminals 22 of all the semiconductor modules 8 a to 8 h are connected to each other by the positive bus bar 31 and are connected to one electrode of the smoothing capacitor unit 105. The negative terminals 23 of all the semiconductor modules 8 a to 8 h are connected to each other by the negative bus bar 32 and to the other electrode of the smoothing capacitor unit 105. The bus bar means a metal plate (or metal bar) that transmits power with a small internal resistance.

半導体モジュール8c−8hはインバータ回路に用いられ、それらの中点端子24から交流が出力される。半導体モジュール8c−8hの中点端子24は、出力用バスバ33に接続されており、出力用バスバ33の一端は、電力変換装置10の出力端子46を構成している。   The semiconductor modules 8c-8h are used in an inverter circuit, and an alternating current is output from the midpoint terminal 24 thereof. The midpoint terminal 24 of the semiconductor module 8c-8h is connected to the output bus bar 33, and one end of the output bus bar 33 constitutes the output terminal 46 of the power converter 10.

図2の回路図を参照して説明したように、半導体モジュール8a、8bは並列に接続され、電圧コンバータ回路12で用いられる。半導体モジュール8a、8bの正極端子22は正極バスバ31によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール8c−8hと同様に平滑コンデンサユニット105の一方の電極に接続される。半導体モジュール8a、8bの負極端子23は、負極バスバ32によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール8c−8hと同様に平滑コンデンサユニット105の他方の電極に接続される。   As described with reference to the circuit diagram of FIG. 2, the semiconductor modules 8 a and 8 b are connected in parallel and used in the voltage converter circuit 12. The positive terminals 22 of the semiconductor modules 8a and 8b are connected to each other by the positive bus bar 31 and are connected to one electrode of the smoothing capacitor unit 105 in the same manner as the other semiconductor modules 8c-8h. The negative terminals 23 of the semiconductor modules 8a and 8b are connected to each other by the negative bus bar 32 and connected to the other electrode of the smoothing capacitor unit 105 in the same manner as the other semiconductor modules 8c to 8h.

半導体モジュール8a、8bの中点端子24は、中点接続バスバ34によって相互に接続されるとともに、リアクトルユニット104の一方の端子に接続される。こうして、半導体モジュール8a、8bの正極端子22同士、負極端子23同士、中点端子24同士が接続される。リアクトルユニット104の他方の端子は、バスバ35により、フィルタコンデンサユニット103の一方の電極に接続される。バスバ35の一方の端は、電力変換装置10の入力端47(正極端)を構成している。フィルタコンデンサユニット103の他方の電極にはバスバ36が接続されており、そのバスバ36に一方の端が、入力端47(負極端)を構成している。   The midpoint terminals 24 of the semiconductor modules 8 a and 8 b are connected to each other by a midpoint connection bus bar 34 and to one terminal of the reactor unit 104. Thus, the positive terminals 22, the negative terminals 23, and the midpoint terminals 24 of the semiconductor modules 8 a and 8 b are connected. The other terminal of the reactor unit 104 is connected to one electrode of the filter capacitor unit 103 by the bus bar 35. One end of the bus bar 35 constitutes an input end 47 (positive electrode end) of the power conversion device 10. A bus bar 36 is connected to the other electrode of the filter capacitor unit 103, and one end of the bus bar 36 constitutes an input end 47 (negative electrode end).

図4−図6を参照して平滑コンデンサユニット105と積層ユニット20と正極バスバ31の関係を説明する。なお、図4は、電力変換装置10において、平滑コンデンサユニット105と積層ユニット20と正極バスバ31のみを取り出した斜視図である。なお、図4では、負極バスバ32の図示は省略した。図5に、平滑コンデンサユニット105から露出している部分の正極バスバ31の斜視図を示す。正極バスバ31は、一枚の金属板から形成されている。図6に、平滑コンデンサユニット105から露出している部分の正極バスバ31の展開図を示す。図4では、半導体モジュール8a−8hを半導体モジュール8と表記する。図4では、左端の半導体モジュールと冷却器にのみ、符号8、44を付し、他の半導体モジュールと冷却器には符号を省略した。また、左端の半導体モジュール8にのみ、夫々の端子を示す符号22、23、24を付し、他の半導体モジュールの端子には符号を省略した。図2以降の図では、座標系のX方向が、半導体モジュール8a−8hと冷却器44の積層方向を示している。   The relationship among the smoothing capacitor unit 105, the multilayer unit 20, and the positive electrode bus bar 31 will be described with reference to FIGS. 4 is a perspective view in which only the smoothing capacitor unit 105, the multilayer unit 20, and the positive electrode bus bar 31 are taken out from the power conversion device 10. FIG. In FIG. 4, the negative electrode bus bar 32 is not shown. FIG. 5 is a perspective view of a portion of the positive electrode bus bar 31 exposed from the smoothing capacitor unit 105. The positive electrode bus bar 31 is formed from a single metal plate. FIG. 6 is a development view of the positive electrode bus bar 31 in a portion exposed from the smoothing capacitor unit 105. In FIG. 4, the semiconductor modules 8 a to 8 h are denoted as the semiconductor module 8. In FIG. 4, reference numerals 8 and 44 are attached only to the leftmost semiconductor module and the cooler, and reference numerals are omitted for the other semiconductor modules and the cooler. Further, only the semiconductor module 8 at the left end is provided with reference numerals 22, 23, and 24 indicating the respective terminals, and the reference numerals are omitted for the terminals of the other semiconductor modules. 2 and the subsequent drawings, the X direction of the coordinate system indicates the stacking direction of the semiconductor modules 8a-8h and the cooler 44.

説明の都合上、正極バスバ31を、ベース板31aと複数の枝部31bと複数の先端部31cに分ける。図4では、枝部31bは隠れて見えない。ベース板31aは、平滑コンデンサユニット105から積層ユニット20へ向けて延びており、XY平面に広がっている板部材である。複数の枝部31bは、ベース板31aの積層ユニット20に近い端から延びている。複数の枝部31bは、X方向に並んでいる。なお、図5と図6において符号31dが示す破線が、「ベース板31aの積層ユニット20に近い側の端」を示している。複数の枝部31bの夫々に、先端部31cが続いている。先端部31cは、枝部31bの先端から図中の座標系のZ方向に直角に折れ曲がって延びているとともに、半導体モジュール8の正極端子22へ向かって延びている。そして、複数の先端部31cの夫々が複数の半導体モジュール8の夫々の正極端子22に接合されている。先端部31cと正極端子22は、ハンダで接合されている。   For convenience of explanation, the positive electrode bus bar 31 is divided into a base plate 31a, a plurality of branch portions 31b, and a plurality of tip portions 31c. In FIG. 4, the branch part 31b is hidden and cannot be seen. The base plate 31a is a plate member that extends from the smoothing capacitor unit 105 toward the multilayer unit 20 and extends in the XY plane. The plurality of branch portions 31b extend from the end of the base plate 31a close to the stacked unit 20. The plurality of branch portions 31b are arranged in the X direction. 5 and FIG. 6, the broken line 31d indicates “the end of the base plate 31a on the side close to the laminated unit 20”. Each of the plurality of branch portions 31b has a tip portion 31c. The distal end portion 31 c extends from the distal end of the branch portion 31 b so as to be bent at a right angle in the Z direction of the coordinate system in the drawing, and extends toward the positive electrode terminal 22 of the semiconductor module 8. Each of the plurality of tip portions 31 c is joined to each positive electrode terminal 22 of the plurality of semiconductor modules 8. The tip 31c and the positive terminal 22 are joined by solder.

枝部31bは、ベース板31aと先端部31cをつなぐ部分である。枝部31bは、その剛性が、ベース板31aの剛性よりも低く、かつ、先端部31cの剛性よりも低い。ここでの剛性は、Z軸方向の曲げ剛性、X軸回りの捩り剛性、Y軸回りの捩り剛性を意味する。図6に示すように、正極バスバ31では、展開図における枝部31bの幅が小さく、これによって、曲げ剛性に関係する断面二次モーメント、及び、捩り剛性に関係する断面積が小さくなる。断面二次モーメントと断面積が小さいので、曲げ剛性、捩り剛性が共に小さくなる。   The branch part 31b is a part that connects the base plate 31a and the tip part 31c. The branch part 31b has a rigidity lower than that of the base plate 31a and lower than that of the tip part 31c. The rigidity here means bending rigidity in the Z-axis direction, torsional rigidity around the X axis, and torsional rigidity around the Y axis. As shown in FIG. 6, in the positive electrode bus bar 31, the width of the branch portion 31b in the developed view is small, and thereby the cross-sectional secondary moment related to the bending rigidity and the cross-sectional area related to the torsional rigidity are reduced. Since the secondary moment and the cross-sectional area are small, both the bending rigidity and the torsional rigidity are reduced.

正極バスバ31は、ベース板31aが平滑コンデンサユニット105に拘束され、複数の先端部31cが積層ユニット20に拘束される。電力変換装置10は、モータ92a、92bを収容したトランスアクスル91の上に固定されており、様々なモードの振動を受ける。平滑コンデンサユニット105と積層ユニット20が振動すると、両者に拘束されている正極バスバ31も様々なモードで変形する。変形箇所に応力が生じる。特に、ベース板31aと先端部31cをつないでいる枝部31bに応力が集中し易い。実施例の電力変換装置10では、正極バスバ31の枝部31bの剛性を低く抑えることで、枝部31bに発生する応力を抑制している。   In the positive electrode bus bar 31, the base plate 31 a is restrained by the smoothing capacitor unit 105, and the plurality of tip portions 31 c are restrained by the laminated unit 20. The power conversion apparatus 10 is fixed on a transaxle 91 that houses motors 92a and 92b, and receives vibrations in various modes. When the smoothing capacitor unit 105 and the multilayer unit 20 vibrate, the positive electrode bus bar 31 constrained by both is also deformed in various modes. Stress is generated at the deformed part. In particular, the stress tends to concentrate on the branch part 31b connecting the base plate 31a and the tip part 31c. In the power conversion device 10 of the embodiment, the stress generated in the branch portion 31b is suppressed by suppressing the rigidity of the branch portion 31b of the positive bus bar 31 to be low.

図7と図8を参照して、正極バスバの変形例を説明する。図7は、第1変形例のバスバ131の展開図である。正極バスバ131は、X軸の正方向の端が、ケース40の内部でケースの中央付近に位置する(図3を参照)。ケースの中央付近は、正極バスバ131のZ軸方向の振動の腹に相当する。変形例の正極バスバ131では、X軸の正方向における端に近い枝部131b1、131b2、131b3が、この順序で順番に長くなっている。振動の腹に近い枝部131b1、131b2、131b3の長さを長くすることで、断面二次モーメントが小さくなり、Z軸方向の曲げ剛性がより一層小さくなる。変形例の正極バスバ131は、Z軸方向の振動の腹に相当する部分の枝部131b1、131b2、131b3の曲げ剛性を他の位置の枝部131bよりも小さくし、枝部への応力集中を効果的に緩和する。   A modification of the positive bus bar will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a development view of the bus bar 131 of the first modification. The positive bus bar 131 has an end in the positive direction of the X-axis located inside the case 40 and near the center of the case (see FIG. 3). The vicinity of the center of the case corresponds to the antinode of the positive bus bar 131 in the Z-axis direction. In the positive electrode bus bar 131 of the modification, the branch portions 131b1, 131b2, 131b3 close to the end in the positive direction of the X axis are longer in this order. By increasing the length of the branch portions 131b1, 131b2, 131b3 close to the vibration antinode, the sectional moment of inertia is reduced, and the bending rigidity in the Z-axis direction is further reduced. In the positive electrode bus bar 131 of the modified example, the bending rigidity of the branch portions 131b1, 131b2, 131b3 corresponding to the antinodes of vibration in the Z-axis direction is made smaller than that of the branch portions 131b at other positions, and stress concentration on the branch portions is reduced. Relieve effectively.

図8は、第2変形例の正極バスバ231の展開図である。正極バスバ231では、夫々の枝部231bとベース板31aとの境界付近に貫通孔231eを設けている。貫通孔231eを設けることで、枝部231bの断面二次モーメントと断面積が小さくなる。その結果、枝部231bの曲げ剛性と捩り剛性が小さくなる。   FIG. 8 is a development view of the positive electrode bus bar 231 of the second modified example. In the positive electrode bus bar 231, a through hole 231e is provided in the vicinity of the boundary between each branch portion 231b and the base plate 31a. By providing the through-hole 231e, the cross-sectional secondary moment and the cross-sectional area of the branch portion 231b are reduced. As a result, the bending rigidity and torsional rigidity of the branch portion 231b are reduced.

上記の実施例では、正極バスバについて詳しく説明した。負極バスバについても同様の構造により、枝部の剛性が低くなっている。   In the above embodiment, the positive electrode bus bar has been described in detail. With respect to the negative electrode bus bar, the rigidity of the branch portion is low due to the same structure.

次に、電力変換装置のケース内の部品を活用してバスバの振動(バスバに発生する応力)を抑える技術について説明する。図9は、電力変換装置10aのケース140の断面図である。図9では、ケース140には断面を示すハッチングを施したが、他の部品(リアクトルユニット104と積層ユニット20)には断面を示すハッチングを省略した。この例では、ケース140は、上ケース141と下ケース142に分かれており、ケース140の内部空間を中板140cが上空間と下空間に区画している。リアクトルユニット104と積層ユニット20と平滑コンデンサユニット105とフィルタコンデンサユニット103(図9では不図示)が上空間に配置されている。正極バスバ31と、図示を省略しているが負極バスバも上空間に収容される。下空間には、説明を省略した電圧コンバータユニット等が収容される。   Next, a technique for suppressing vibration of the bus bar (stress generated in the bus bar) by utilizing the components in the case of the power conversion device will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of the case 140 of the power conversion device 10a. In FIG. 9, the case 140 is hatched to show a cross section, but the other parts (reactor unit 104 and laminated unit 20) are not shown to have a cross section. In this example, the case 140 is divided into an upper case 141 and a lower case 142, and an inner plate 140c divides the internal space of the case 140 into an upper space and a lower space. Reactor unit 104, laminated unit 20, smoothing capacitor unit 105, and filter capacitor unit 103 (not shown in FIG. 9) are arranged in the upper space. Although not shown, the positive electrode bus bar 31 and the negative electrode bus bar are also accommodated in the upper space. In the lower space, a voltage converter unit or the like not described is accommodated.

電力変換装置10aでは、リアクトルユニット104は、締結箇所104cにて上ケース141の天板141aに締結されているとともに、締結箇所104a、104bの二カ所で中板140cに締結されている。リアクトルユニット104と積層ユニット20と平滑コンデンサユニット105とフィルタコンデンサユニット103(不図示)を収容しているケース140の天板141aと中板140cがリアクトルユニット104を介して相互に締結されることで、ケース140(上ケース141)の剛性が高まり、正極バスバ31(及び負極バスバ)の振動が抑えられる。   In the power converter 10a, the reactor unit 104 is fastened to the top plate 141a of the upper case 141 at the fastening point 104c, and is fastened to the middle plate 140c at the two fastening points 104a and 104b. The top plate 141a and the middle plate 140c of the case 140 that accommodates the reactor unit 104, the multilayer unit 20, the smoothing capacitor unit 105, and the filter capacitor unit 103 (not shown) are fastened to each other via the reactor unit 104. The rigidity of the case 140 (upper case 141) is increased, and the vibration of the positive electrode bus bar 31 (and the negative electrode bus bar) is suppressed.

図10は、電力変換装置10bのケース240の断面図である。図10では、ケース240には断面を示すハッチングを施したが、他の部品(平滑コンデンサユニット105と積層ユニット20)には断面を示すハッチングを省略した。この例では、ケース240は、上ケース241と下ケース242に分かれており、ケース240の内部空間を中板240cが上空間と下空間に区画している。平滑コンデンサユニット105と積層ユニット20とリアクトルユニット104(図10では不図示)とフィルタコンデンサユニット103(図10では不図示)が上空間に配置されている。正極バスバ31と、図示を省略しているが負極バスバも上空間に収容される。下空間には、説明を省略した電圧コンバータユニットなどが収容される。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the case 240 of the power conversion device 10b. In FIG. 10, the case 240 is hatched to show a cross section, but the other parts (smoothing capacitor unit 105 and multilayer unit 20) are not shown to have a cross section. In this example, the case 240 is divided into an upper case 241 and a lower case 242, and an inner plate 240c divides the internal space of the case 240 into an upper space and a lower space. The smoothing capacitor unit 105, the multilayer unit 20, the reactor unit 104 (not shown in FIG. 10), and the filter capacitor unit 103 (not shown in FIG. 10) are arranged in the upper space. Although not shown, the positive electrode bus bar 31 and the negative electrode bus bar are also accommodated in the upper space. In the lower space, a voltage converter unit or the like not described is accommodated.

電力変換装置10bでは、平滑コンデンサユニット105の上下に突起105a、105bが設けられている。下の突起105aは中板240cに設けられた溝に嵌合しており、上の突起105bは上ケース241の天板241aに設けられた溝に嵌合している。リアクトルユニット104(不図示)と積層ユニット20と平滑コンデンサユニット105とフィルタコンデンサユニット103(不図示)を収容しているケース240の天板241aと中板240cが平滑コンデンサユニット105を介して相互に連結されることで、ケース240(上ケース241)の剛性が高くなり、正極バスバ31(及び負極バスバ)の振動が抑えられる。   In the power conversion device 10b, protrusions 105a and 105b are provided above and below the smoothing capacitor unit 105. The lower protrusion 105a is fitted in a groove provided in the middle plate 240c, and the upper protrusion 105b is fitted in a groove provided in the top plate 241a of the upper case 241. The top plate 241a and the middle plate 240c of the case 240 housing the reactor unit 104 (not shown), the multilayer unit 20, the smoothing capacitor unit 105, and the filter capacitor unit 103 (not shown) are mutually connected via the smoothing capacitor unit 105. By being connected, the rigidity of the case 240 (upper case 241) is increased, and the vibration of the positive electrode bus bar 31 (and the negative electrode bus bar) is suppressed.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

3:フィルタコンデンサ
4:リアクトル
5:平滑コンデンサ
6a、6b、7a、7b:トランジスタ
8a−8h:半導体モジュール
10、10a、10b:電力変換装置
12:電圧コンバータ回路
13a、13b:インバータ回路
20:積層ユニット
22:正極端子
23:負極端子
24:中点端子
31、131、231:正極バスバ
31a:ベース板
31b、131b、131b1、131b2、131b3、231b:枝部
31c:先端部
32:負極バスバ
40、140、240:ケース
41:冷媒供給管
42:冷媒排出管
43:支持壁
44:冷却器
45:支持柱
81:バッテリ
90:エンジンコンパートメント
91:トランスアクスル
92a、92b:モータ
93:動力分配機構
94:デファレンシャルギア
95:リアブラケット
96:フロントブラケット
97:サイドメンバ
98:エンジン
100:ハイブリッド車
103:フィルタコンデンサユニット
104:リアクトルユニット
104a、104b、104c:締結箇所
105:平滑コンデンサユニット
105a、105b:突起
140c、240c:中板
141、241:上ケース
141a、241a:天板
142、242:下ケース
231e:貫通孔
3: Filter capacitor 4: Reactor 5: Smoothing capacitors 6a, 6b, 7a, 7b: Transistors 8a-8h: Semiconductor modules 10, 10a, 10b: Power converter 12: Voltage converter circuits 13a, 13b: Inverter circuit 20: Multilayer unit 22: positive electrode terminal 23: negative electrode terminal 24: middle point terminals 31, 131, 231: positive electrode bus bar 31a: base plates 31b, 131b, 131b1, 131b2, 131b3, 231b: branch 31c: tip 32: negative electrode bus bars 40, 140 240: Case 41: Refrigerant supply pipe 42: Refrigerant discharge pipe 43: Support wall 44: Cooler 45: Support column 81: Battery 90: Engine compartment 91: Transaxle 92a, 92b: Motor 93: Power distribution mechanism 94: Differential Gear 95: Rear bracket 96: Front bracket 97: Side member 98: Engine 100: Hybrid vehicle 103: Filter capacitor unit 104: Reactor unit 104a, 104b, 104c: Fastening location 105: Smoothing capacitor unit 105a, 105b: Projection 140c, 240c: Middle plates 141, 241: Upper case 141a, 241a: Top plate 142, 242: Lower case 231e: Through hole

Claims (1)

車両に搭載されており、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置であり、
前記電力変換装置のケースに収容されており、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層ユニットと、
前記ケース内で、前記複数の半導体モジュールと前記複数の冷却器の積層方向と交差する方向で前記積層ユニットと並んでいるコンデンサと、
夫々の前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサを電気的に接続しているバスバと、を備えており、
前記積層方向をX方向とし、前記積層ユニットと前記コンデンサの並び方向をY方向とする直交座標系を定義したときに、
前記半導体モジュールの前記端子はZ方向に延びており、
前記バスバは、前記コンデンサに接続されているとともにXY平面に平行に拡がるベース板と、当該ベース板の前記積層ユニット側の縁から延びているとともにX方向に並んでいる複数の枝部と、夫々の前記枝部の先端からZ方向に延びているとともに前記端子に向かって延びており先端が前記端子に接続されている先端部と、
を備えており、
前記枝部の剛性が、前記ベース板の剛性よりも低く、かつ、前記先端部の剛性よりも低い、電力変換装置。
It is a power conversion device that is mounted on a vehicle and converts power supply power into drive power for a motor for traveling,
Housed in the case of the power converter, a stacked unit in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of coolers are stacked,
In the case, a capacitor aligned with the stacked unit in a direction intersecting the stacking direction of the plurality of semiconductor modules and the plurality of coolers,
A bus bar electrically connecting the terminals of each of the semiconductor modules and the capacitor;
When defining an orthogonal coordinate system in which the stacking direction is the X direction and the stacking unit and the capacitor are arranged in the Y direction,
The terminals of the semiconductor module extend in the Z direction;
The bus bar is connected to the capacitor and extends in parallel with the XY plane, and a plurality of branches extending from the edge of the base plate on the laminated unit side and arranged in the X direction, respectively. A distal end portion extending in the Z direction from the distal end of the branch portion and extending toward the terminal, the distal end being connected to the terminal;
With
The power conversion device, wherein the branch portion has a rigidity lower than that of the base plate and lower than that of the distal end portion.
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