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JP2019103380A - Electric power conversion device - Google Patents

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JP2019103380A JP2018120958A JP2018120958A JP2019103380A JP 2019103380 A JP2019103380 A JP 2019103380A JP 2018120958 A JP2018120958 A JP 2018120958A JP 2018120958 A JP2018120958 A JP 2018120958A JP 2019103380 A JP2019103380 A JP 2019103380A
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Abstract

【課題】アッパーケースとロアケースに分割されているケースにインバータとコンデンサが収容されている電力変換装置に関し、コンデンサの耐振動特性の悪化を防止する。【解決手段】電力変換装置2のケース50は、アッパーケース52とロアケース53に分割されている。インバータ13a、13bが、アッパーケース52に収容されている。インバータ13a、13bとコンデンサ60はバスバ30、40で接続されている。コンデンサ60は、ロアケース53に収容されている。アッパーケース52は、その内部空間52sからロアケース53の内部空間53sへ延びている突起55を有しており、コンデンサ60は、内部空間53sにて、突起55に締結されている。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration of vibration resistance characteristics of a capacitor in a power conversion device in which an inverter and a capacitor are housed in a case divided into an upper case and a lower case. A case 50 of a power conversion device 2 is divided into an upper case 52 and a lower case 53. The inverters 13a and 13b are housed in the upper case 52. The inverters 13a and 13b and the capacitor 60 are connected by bus bars 30 and 40. The capacitor 60 is housed in the lower case 53. The upper case 52 has a protrusion 55 extending from the internal space 52s to the internal space 53s of the lower case 53, and the capacitor 60 is fastened to the protrusion 55 at the internal space 53s. [Selection diagram] FIG. 5

Description

本明細書が開示する技術は、インバータとコンデンサを備えている電力変換装置に関する。   The technology disclosed herein relates to a power converter including an inverter and a capacitor.

インバータとコンデンサを備えた電力変換装置が特許文献1、2に開示されている。それらの電力変換装置は、電気自動車においてバッテリの直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換する。コンデンサは、インバータの直流端に入力される電流の脈動を平滑化するために備えられている。インバータとコンデンサは、バスバと呼ばれる金属板の導電部材で電気的に接続されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a power converter including an inverter and a capacitor. These power converters convert the DC power of the battery into AC power suitable for driving a motor in an electric vehicle. The capacitor is provided to smooth the pulsation of the current input to the DC end of the inverter. The inverter and the capacitor are electrically connected by a conductive member of a metal plate called a bus bar.

特許文献1、2の電力変換装置では、インバータとコンデンサは、水平方向に隣り合うように配置されている。他方、種々の事情から、ケースを上下に分割し、アッパーケースとロアケースの夫々に電気部分を収容・固定し、電気部品をバスバで接続することが行われることがある。特許文献3にそのような装置が例示されている。   In the power converters of Patent Documents 1 and 2, the inverter and the capacitor are arranged to be adjacent to each other in the horizontal direction. On the other hand, there are cases where the case is divided into upper and lower parts, electric parts are accommodated and fixed in each of the upper case and the lower case, and electric parts are connected by a bus bar, for various reasons. Patent Document 3 exemplifies such an apparatus.

特開2017−050486号公報JP 2017-050486 A 特開2015−126674号公報JP, 2015-126674, A 特開2017−121867号公報JP, 2017-121867, A

電気自動車の走行モータ用の電力変換装置では、大電力を扱うため、コンデンサの体格が大きい。例えば、ケースの水平方向の幅と高さの比を小さくしようとすると、インバータとコンデンサは水平方向で並べることができず、縦方向に並べることになる。インバータとコンバータの一方をアッパーケースに固定し、他方をロアケースに固定すると、両者をバスバで接続する組立性が悪化する。インバータとコンデンサの両者をアッパーケースに固定する場合、例えばコンデンサは、アッパーケースに固定され、かつ、ロアケースの内部空間に配置することになる。通常では、コンデンサの上端をアッパーケースに設けられた締結座に締結することになる。しかしながらそのような構造では、コンデンサが上端での片持ち支持になり、耐振動特性がよくない。本明細書は、アッパーケースとロアケースに分割されているケースにインバータとコンデンサが収容されている電力変換装置に関し、ケースの幅と高さの比を小さくすることと、コンデンサの耐振動特性の悪化を防止することの両立を図る技術を提供する。また、本明細書は、インバータとコンデンサを接続するバスバのインダクタンスを低減する技術も提供する。   In a power converter for a traction motor of an electric car, a large size of a capacitor is required to handle a large amount of power. For example, in order to reduce the ratio of the width and height in the horizontal direction of the case, the inverter and the capacitor can not be arranged horizontally, but are arranged vertically. If one of the inverter and the converter is fixed to the upper case and the other is fixed to the lower case, the assemblability of connecting the both with a bus bar deteriorates. When both the inverter and the capacitor are fixed to the upper case, for example, the capacitor is fixed to the upper case and disposed in the inner space of the lower case. Usually, the upper end of the capacitor is fastened to a fastening seat provided on the upper case. However, in such a structure, the capacitor is cantilevered at the upper end and the vibration resistance is not good. The present specification relates to a power conversion device in which an inverter and a capacitor are housed in a case divided into an upper case and a lower case, wherein the ratio of the width to the height of the case is reduced and the vibration resistance of the capacitor is deteriorated. Provide technology to achieve both prevention of The present specification also provides a technique for reducing the inductance of a bus bar connecting an inverter and a capacitor.

本明細書が開示する電力変換装置は、上下方向でアッパーケースとロアケースに分割されているケースと、インバータと、コンデンサを備えている。説明の便宜上、アッパーケースとロアケースの一方を第1分割ケースと称し、他方を第2分割ケースと称する。インバータは、第1分割ケースに収容・固定されている。コンデンサは、インバータと正極バスバ及び負極バスバで接続されている。第1分割ケースは、その内部空間から第2分割ケースの内部空間へと延びる締結部を備えている。コンデンサは、第2分割ケースの内部空間にて締結部に締結されている。即ち、コンデンサは、第2分割ケースの内部空間に収容されている。   The power conversion device disclosed in the present specification includes a case divided into an upper case and a lower case in the vertical direction, an inverter, and a capacitor. For convenience of explanation, one of the upper case and the lower case is referred to as a first divided case, and the other is referred to as a second divided case. The inverter is accommodated and fixed in the first divided case. The capacitor is connected to the inverter by a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar. The first divided case includes a fastening portion extending from the inner space thereof to the inner space of the second divided case. The capacitor is fastened to the fastening portion in the internal space of the second divided case. That is, the capacitor is accommodated in the internal space of the second divided case.

説明を理解し易くするために、アッパーケースが第1分割ケースであると仮定する。ロアケースが第2分割ケースに相当する。本明細書が開示する電力変換装置では、インバータはアッパーケースの内部空間に収容され、コンデンサはロアケースの内部空間に配置される。インバータとコンデンサを水平方向に並べなくて済むので、ケースの幅と高さの比を小さくすることができる。また、バスバで接続されるインバータとコンデンサはともにアッパーケースに固定される。それゆえ、アッパーケースとロアケースを接続する前に、インバータとコンデンサを接続することができ、組立性も良い。他方、コンデンサは、ロアケースの内部空間にて締結されている。それゆえ、コンデンサは、上下方向の略中央で締結されることが可能になり、耐振動特性が悪くならない。本明細書が開示する電力変換装置は、ケースの幅と高さの比を小さくすることと、コンデンサの耐振動特性の悪化を防止することの両立を図ることができる。   To make the description easier to understand, assume that the upper case is the first split case. The lower case corresponds to the second divided case. In the power conversion device disclosed in the present specification, the inverter is accommodated in the internal space of the upper case, and the capacitor is disposed in the internal space of the lower case. Since the inverter and the capacitor do not need to be arranged in the horizontal direction, the ratio of the width to the height of the case can be reduced. Further, both the inverter and the capacitor connected by the bus bar are fixed to the upper case. Therefore, the inverter and the capacitor can be connected before connecting the upper case and the lower case, and the assemblability is also good. On the other hand, the capacitor is fastened in the inner space of the lower case. Therefore, the capacitor can be fastened substantially at the center in the vertical direction, and the vibration resistance does not deteriorate. The power conversion device disclosed in the present specification can achieve both the reduction of the ratio of the width to the height of the case and the prevention of the deterioration of the vibration resistance of the capacitor.

正極バスバと負極バスバは、コンデンサからインバータへ向けて近接並走して延びているとよい。正極バスバと負極バスバが近接並走していると、一方のバスバに電流が流れたときに発生する誘導磁界が他方のバスバによって抑えられる。それゆえ、バスバの寄生インダクタンスが小さくなる。   The positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar may extend close to and in parallel from the capacitor to the inverter. When the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar are in close proximity and parallel, the induced magnetic field generated when current flows through one of the bus bars is suppressed by the other bus bar. Therefore, the parasitic inductance of the bus bar is reduced.

インバータは、複数のパワーモジュールと複数の冷却器の積層体を含んでいる。一例のパワーモジュールは、スイッチング素子を収容しているパッケージと、パッケージから延びており正極バスバまたは負極バスバと接続されている複数の端子を備えていてよい。水平方向からみたときにパッケージとコンデンサの間には隙間が確保されている。即ち、水平方向からみたときにパッケージとコンデンサは上下方向で離れている。そのような配置によって、パワーモジュールの端子とコンデンサの間を直線的なバスバ(正極バスバと負極バスバ)で接続することができる。直線的なバスバを採用することで、バスバのインダクタンスが小さくなる。   The inverter includes a stack of power modules and coolers. An example power module may include a package containing a switching element, and a plurality of terminals extending from the package and connected to a positive electrode bus bar or a negative electrode bus bar. A gap is secured between the package and the capacitor when viewed from the horizontal direction. That is, when viewed from the horizontal direction, the package and the capacitor are vertically separated. With such an arrangement, the terminals of the power module and the capacitors can be connected by linear bus bars (positive and negative bus bars). Adopting a linear bus bar reduces the inductance of the bus bar.

また、複数のパワーモジュールの積層方向に直交する断面においてコンデンサは、横方向の長さが縦方向の長さよりも短く、正極バスバと負極バスバと接続される電極が、コンデンサの横方向の両側に配置されているとよい。正極バスバと負極バスバは並走することで、インダクタンスが小さくなる。コンデンサの電極の上記の配置によって、正極バスバと負極バスバが並走しない区間は、コンデンサの横方向の長さに相当する距離だけとなり、バスバのインダクタンスが小さくなる。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。   In the cross section orthogonal to the stacking direction of the plurality of power modules, the capacitor has a length in the horizontal direction shorter than that in the vertical direction, and electrodes connected to the positive bus bar and the negative bus bar are on both sides in the horizontal direction of the capacitor. It is good to be arranged. Since the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar run in parallel, the inductance is reduced. With the above arrangement of the electrodes of the capacitor, the section in which the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar do not run in parallel is only the distance corresponding to the lateral length of the capacitor, and the inductance of the bus bar is reduced. The details and further improvement of the technology disclosed in the present specification will be described in the following "Forms for Carrying Out the Invention".

第1実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a power system of an electric vehicle including a power conversion device according to a first embodiment. 積層ユニットとバスバとコンデンサのアセンブリの斜視図である。It is a perspective view of an assembly of a lamination | stacking unit, a bus bar, and a capacitor | condenser. 積層ユニットとバスバとコンデンサのアセンブリの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a lamination | stacking unit, a bus bar, and the assembly of a capacitor. 電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である(YZ平面でカット)。It is sectional drawing which shows the components layout in the case of a power converter device (cut in YZ plane). 電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である(XZ平面でカット)。It is sectional drawing which shows the components layout in the case of a power converter device (cut by XZ plane). 変形例の電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である(XZ平面でカット)。It is sectional drawing which shows the components layout in the case of the power converter device of a modification (cut by XZ plane). 第2実施例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アセンブリの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the capacitor | condenser of the power converter device of 2nd Example, a lamination | stacking unit, and assembly of a bus bar. 第2実施例の電力変換装置をYZ平面でカットした断面図である。It is sectional drawing which cut the power converter device of 2nd Example by YZ plane. コンデンサと積層ユニットとバスバのアセンブリの側面図である。It is a side view of an assembly of a capacitor, a lamination unit, and a bus bar. 第2変形例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アセンブリの側面図である。It is a side view of an assembly of a capacitor, a lamination unit, and a bus bar of a power converter of the 2nd modification.

(第1実施例)図面を参照して第1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は電気自動車に搭載され、バッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換するデバイスである。図1に、電力変換装置2を含む電気自動車100の電力系のブロック図を示す。電気自動車100は、2個の走行用モータ83a、83bを備えている。それゆえ、電力変換装置2は、2セットのインバータ回路13a、13bを備えている。2個のモータ83a、83bの出力は、ギアボックス85で合成されて車軸86(即ち駆動輪)へと伝達される。   (First Embodiment) The power converter of the first embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device according to the embodiment is a device that is mounted on an electric vehicle and converts the power of a battery into driving power of a traveling motor. FIG. 1 shows a block diagram of a power system of an electric vehicle 100 including the power conversion device 2. The electric vehicle 100 is provided with two traveling motors 83a and 83b. Therefore, the power conversion device 2 includes two sets of inverter circuits 13a and 13b. The outputs of the two motors 83a, 83b are combined in the gearbox 85 and transmitted to the axle 86 (i.e. the drive wheels).

電力変換装置2は、システムメインリレー82を介してバッテリ81と接続されている。電力変換装置2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セットのインバータ回路13a、13bを備えている。   Power converter 2 is connected to battery 81 via system main relay 82. The power conversion device 2 includes a voltage converter circuit 12 for boosting the voltage of the battery 81, and two sets of inverter circuits 13a and 13b for converting DC power after boosting to alternating current.

電圧コンバータ回路12は、バッテリ側の端子に印加された電圧を昇圧してインバータ側の端子に出力する昇圧動作と、インバータ側の端子に印加された電圧を降圧してバッテリ側の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能な双方向DC−DCコンバータである。説明の便宜上、以下では、バッテリ側(低電圧側)の端子を入力端18と称し、インバータ側(高電圧側)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 the battery side terminal and outputs it to the inverter side terminal, and reduces the voltage applied to the inverter side terminal and outputs it to the battery side terminal It is a bidirectional DC-DC converter capable of performing both step-down operations. For convenience of explanation, in the following, the terminal on the battery side (low voltage side) is referred to as the input end 18, and the terminal on the inverter side (high voltage side) is referred to as the 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 respectively referred to as an output positive electrode end 19a and an output negative electrode end 19b. The notations “input end 18” and “output end 19” are for convenience of explanation, and as described above, since the voltage converter circuit 12 is a bi-directional DC-DC converter, the output end Power may flow from 19 to the input end 18.

電圧コンバータ回路12は、2個のスイッチング素子9a、9bの直列回路、リアクトル7、フィルタコンデンサ5、各スイッチング素子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。リアクトル7は、一端が入力正極端18aに接続されており、他端は直列回路の中点に接続されている。フィルタコンデンサ5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。スイッチング素子9bが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子9aが主に降圧動作に関与する。図1の電圧コンバータ回路12はよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号8aが示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーモジュール8aに対応する。符号25a、25bは、パワーモジュール8aから延出している端子を示している。符号25aは、スイッチング素子9a、9bの直列回路の高電位側と導通している端子(正極端子25a)を示している。符号25bは、スイッチング素子9a、9bの直列回路の低電位側と導通している端子(負極端子25b)を表している。次に説明するように、正極端子25a、負極端子25bという表記は、他のパワーモジュールでも用いる。   The voltage converter circuit 12 is composed of a series circuit of two switching elements 9a and 9b, a reactor 7, a filter capacitor 5, and diodes connected in anti-parallel to the switching elements. One end of the reactor 7 is connected to the input positive end 18a, and the other end is connected to the middle point of the series circuit. The filter capacitor 5 is connected between the input positive end 18a and the input negative end 18b. The input negative electrode end 18 b is directly connected to the output negative electrode end 19 b. Switching element 9b mainly participates in the step-up operation, and switching element 9a mainly participates in the step-down operation. The voltage converter circuit 12 of FIG. 1 is well known and will not be described in detail. In addition, the circuit of the range of the dashed-lined rectangle which the code | symbol 8a shows corresponds to the power module 8a mentioned later. Reference numerals 25a and 25b indicate terminals extending from the power module 8a. The code | symbol 25a has shown the terminal (positive electrode terminal 25a) currently conduct | electrically_connected with the high electric potential side of the series circuit of switching element 9a, 9b. Reference numeral 25b represents a terminal (negative electrode terminal 25b) electrically connected to the low potential side of the series circuit of the switching elements 9a, 9b. As described below, the notation of the positive electrode terminal 25a and the negative electrode terminal 25b is also used in other power modules.

インバータ回路13aは、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。スイッチング素子9cと9d、スイッチング素子9eと9f、スイッチング素子9gと9hがそれぞれ直列回路を構成している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。3セットの直列回路の高電位側の端子(正極端子25a)が電圧コンバータ回路12の出力正極端19aに接続されており、3セットの直列回路の低電位側の端子(負極端子25b)が電圧コンバータ回路12の出力負極端19bに接続されている。3セットの直列回路の中点から3相交流(U相、V相、W相)が出力される。3セットの直列回路の夫々が、後述するパワーモジュール8b、8c、8dに対応する。   The inverter circuit 13a has a configuration in which three series circuits of two switching elements are connected in parallel. Switching elements 9c and 9d, switching elements 9e and 9f, and switching elements 9g and 9h constitute a series circuit, respectively. A diode is connected in reverse parallel to each switching element. The high potential terminal (positive terminal 25a) of the three sets of series circuits is connected to the output positive terminal 19a of the voltage converter circuit 12, and the low potential terminal (negative terminals 25b) of the three sets of series circuits is voltage The output negative terminal 19 b of the converter circuit 12 is connected. Three-phase alternating current (U phase, V phase, W phase) is output from the middle point of three sets of series circuits. Each of the three sets of series circuits corresponds to power modules 8b, 8c and 8d described later.

インバータ回路13bの構成はインバータ回路13aと同じであるため、図1では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路13bもインバータ回路13aと同様に、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。3セットの直列回路の高電位側の端子が電圧コンバータ回路12の出力正極端19aに接続されており、3セットの直列回路の低電位側の端子が電圧コンバータ回路12の出力負極端19bに接続されている。各直列回路に対応するハードウエアをパワーモジュール8e、8f、8gと称する。   Since the configuration of the inverter circuit 13b is the same as that of the inverter circuit 13a, the illustration of the specific circuit is omitted in FIG. Similar to the inverter circuit 13a, the inverter circuit 13b also has a configuration in which three series circuits of two switching elements are connected in parallel. The high potential side terminal of the three sets of series circuits is connected to the output positive terminal 19a of the voltage converter circuit 12, and the low potential side terminal of the three sets of series circuits is connected to the output negative terminal 19b of the voltage converter circuit 12. It is done. The hardware corresponding to each series circuit is referred to as power modules 8e, 8f, 8g.

インバータ回路13a、13bの入力端に平滑コンデンサ6が並列に接続されている。平滑コンデンサ6は、別言すれば、電圧コンバータ回路12の出力端19に並列に接続されている。平滑コンデンサ6は、電圧コンバータ回路12とインバータ回路13a、13bの間を流れる電流の脈動を除去する。   The smoothing capacitor 6 is connected in parallel to the input terminals of the inverter circuits 13a and 13b. The smoothing capacitor 6 is, in other words, connected in parallel to the output 19 of the voltage converter circuit 12. The smoothing capacitor 6 eliminates the pulsation of the current flowing between the voltage converter circuit 12 and the inverter circuits 13a and 13b.

スイッチング素子9a−9hは、トランジスタであり、典型的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、他のトランジスタ、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよい。また、ここでいうスイッチング素子は、電力変換に用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。パワーモジュール8e−8gに含まれているスイッチング素子も同様である。   The switching elements 9a to 9h are transistors and are typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Moreover, the switching element here is used for power conversion, and may be called a power semiconductor element. The same applies to the switching elements included in the power modules 8e-8g.

図1において、破線8a−8gの夫々がパワーモジュールに相当する。電力変換装置2は、2個のスイッチング素子の直列回路を7セット備えている。ハードウエアとしては、直列回路を構成する2個のスイッチング素子、および各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードが一つのパッケージに収容されている。以下では、パワーモジュール8a−8gのいずれか一つを区別なく示すときにはパワーモジュール8と表記する。   In FIG. 1, each of broken lines 8 a to 8 g corresponds to a power module. The power converter 2 includes seven sets of series circuits of two switching elements. As hardware, two switching elements constituting a series circuit and diodes connected in antiparallel to the respective switching elements are accommodated in one package. Below, when showing any one of power modules 8a-8g indifferently, it describes with the power module 8. FIG.

7個のパワーモジュール(7セットの直列回路)の高電位側の端子(正極端子25a)が平滑コンデンサ6の正極電極に接続され、低電位側の端子(負極端子25b)が平滑コンデンサ6の負極電極に接続される。図1において、符号30が示す破線内の導電経路は、複数のパワーモジュール8の正極端子25aと平滑コンデンサ6の正極電極を相互に接続するバスバ(正極バスバ)に対応する。符号40が示す破線内の導電経路は、複数の負極端子25bと平滑コンデンサ6の負極電極を相互に接続するバスバ(負極バスバ)に対応する。次に、複数のパワーモジュール8と正極バスバ30、負極バスバ40の構造について説明する。   The terminal (positive electrode terminal 25a) on the high potential side of the seven power modules (the series circuit of seven sets) is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor 6, and the terminal (negative electrode terminal 25b) on the low potential side is the negative electrode of the smoothing capacitor 6. Connected to the electrode. In FIG. 1, the conductive paths in the broken line indicated by reference numeral 30 correspond to bus bars (positive bus bars) connecting the positive terminals 25 a of the plurality of power modules 8 and the positive electrodes of the smoothing capacitors 6 to each other. The conductive path in the broken line indicated by reference numeral 40 corresponds to a bus bar (negative electrode bus bar) which mutually connects the plurality of negative electrode terminals 25 b and the negative electrode of the smoothing capacitor 6. Next, the structures of the plurality of power modules 8, the positive electrode bus bar 30, and the negative electrode bus bar 40 will be described.

図2に電力変換装置2の一部のハードウエアの斜視図を示す。図2は、バスバ30、40で接続された積層ユニット20とコンデンサ60のアセンブリの斜視図である。積層ユニットと20は、先に述べたパワーモジュール8(8a−8g)と複数の冷却器22を積層したデバイスである。コンデンサ60は、図1の平滑コンデンサ6に相当するコンデンサ素子を封止したデバイスである。   FIG. 2 shows a perspective view of part of the hardware of the power conversion device 2. FIG. 2 is a perspective view of an assembly of the stacked unit 20 and the capacitor 60 connected by the bus bars 30, 40. As shown in FIG. The stacking unit 20 is a device in which the power module 8 (8a-8g) described above and a plurality of coolers 22 are stacked. The capacitor 60 is a device in which a capacitor element corresponding to the smoothing capacitor 6 of FIG. 1 is sealed.

複数のパワーモジュール8(8a−8g)は、複数の冷却器22とともに積層ユニット20を構成している。パワーモジュール8a−8gは全て同じ形状であるので、図2と後述する図3では、代表して左端のパワーモジュールにのみ、符号8を付し、他のパワーモジュールには符号を省略した。また、図2と後述する図3では、左端の2個の冷却器にのみ、符号22を付し、他の冷却器には符号を省略した。   The plurality of power modules 8 (8 a-8 g) constitute a stacked unit 20 together with the plurality of coolers 22. Since all of the power modules 8a-8g have the same shape, in FIG. 2 and FIG. 3 described later, only the leftmost power module is represented by the reference numeral 8 and the other power modules are omitted. Moreover, in FIG. 2 and FIG. 3 mentioned later, the code | symbol 22 was attached | subjected only to two coolers of the left end, and the code | symbol was abbreviate | omitted to the other cooler.

積層ユニット20は、図1のインバータ回路13a、13bの主要部品をほとんど含んでいる。それゆえ、積層ユニット20は、「インバータ」と換言してもよい。それゆえ、図2と図3では、積層ユニット20の符号にかっこ書きで13a、13bと付記してある。   The stacked unit 20 almost includes the main components of the inverter circuits 13a and 13b of FIG. Therefore, the stacked unit 20 may be referred to as an "inverter". Therefore, in FIG. 2 and FIG. 3, the reference numerals of the stacked unit 20 are appended with 13a and 13b in parentheses.

図の座標系について説明する。図中の座標系のZ軸の正方向が、電力変換装置2の「上」に相当する。即ち、図2(及び後述する図3)は、積層ユニット20とコンデンサ60のアセンブリを斜め下からみた図である。   The coordinate system of a figure is demonstrated. The positive direction of the Z axis of the coordinate system in the figure corresponds to the “upper” of the power conversion device 2. That is, FIG. 2 (and FIG. 3 described later) is a view of the assembly of the laminated unit 20 and the capacitor 60 as viewed obliquely from below.

積層ユニット20は、複数のカードタイプの冷却器22が平行に配置されているとともに、隣り合う冷却器22の間にカードタイプのパワーモジュール8が挟まれているデバイスである。カードタイプのパワーモジュール8は、その幅広面を冷却器22に対向させて積層されている。先に述べたように、パワーモジュール8は、スイッチング素子を収容しているパッケージ108を有している。パッケージ108は樹脂で作られている。各パワーモジュール8のパッケージ108の一つの側面(下面)から3個の端子(正極端子25a、負極端子25b、中点端子25c)が延びている。図2と後述する図3では、積層ユニット20の左端に位置するパワーモジュール8の端子にのみ符号25a、25b、25cを付し、残りのパワーモジュール8には端子を示す符号を省略した。   The stacked unit 20 is a device in which a plurality of card type coolers 22 are arranged in parallel, and the card type power module 8 is sandwiched between the adjacent coolers 22. The card type power module 8 is stacked with its wide side facing the cooler 22. As mentioned earlier, the power module 8 comprises a package 108 containing switching elements. The package 108 is made of resin. Three terminals (a positive electrode terminal 25a, a negative electrode terminal 25b, and a middle point terminal 25c) extend from one side surface (lower surface) of the package 108 of each power module 8. In FIG. 2 and FIG. 3 described later, only the terminals of the power module 8 located at the left end of the stacked unit 20 are denoted by reference numerals 25a, 25b and 25c, and the remaining power modules 8 are omitted from reference numerals indicating terminals.

正極端子25aと負極端子25bは、先に述べたように、パワーモジュール8に収容されている直列回路の高電位側の端子と低電位側の端子である。中点端子25cは、直列回路の中点と導通している端子である。別言すれば、3個の端子25a−25cは、いずれも、パワーモジュール8の内部でスイッチング素子と導通している。3個の端子25a−25cは、パワーモジュール8の幅広面と交差する一側面(下面)から図中のZ軸負方向(即ち下方)に延びている(図2は、積層ユニット20を斜め下から見た図であることに留意)。正極端子25aなどが設けられている一側面の反対側の面(上面)からは、複数の制御端子27が図中のZ軸正方向(即ち上方)に延びている。制御端子27は、パワーモジュール8に内蔵されているスイッチング素子のゲート電極と導通しているゲート端子、及び、パワーモジュール8に内蔵されている温度センサや電流センサと導通している信号端子などである。   The positive electrode terminal 25 a and the negative electrode terminal 25 b are, as described above, the high potential terminal and the low potential terminal of the series circuit accommodated in the power module 8. The midpoint terminal 25c is a terminal electrically connected to the midpoint of the series circuit. In other words, each of the three terminals 25 a-25 c is electrically connected to the switching element inside the power module 8. The three terminals 25a-25c extend from the side surface (bottom surface) intersecting the wide surface of the power module 8 in the negative Z-axis direction (that is, downward) in the figure (FIG. Note that it is a view from A plurality of control terminals 27 extend in the Z-axis positive direction (that is, upward) in the drawing from the surface (upper surface) opposite to one side surface on which the positive electrode terminal 25a and the like are provided. The control terminal 27 is a gate terminal electrically connected to the gate electrode of the switching element incorporated in the power module 8, and a signal terminal electrically connected to a temperature sensor or current sensor incorporated in the power module 8. is there.

図中の右端の冷却器22には、冷媒供給口28と冷媒排出口29が設けられている。隣接する冷却器22同士は、2個の連結管23で接続されている。一方の連結管23は、積層方向からみて冷媒供給口28と重なるように位置している。図2、図3では隠れて見えないが、他方の連結管は、積層方向からみて冷媒排出口29と重なるように位置している。冷媒供給口28と冷媒排出口29には、不図示の冷媒循環装置が接続される。冷媒供給口28から供給される冷媒は、一方の連結管23を通じて全ての冷却器22に分配される。冷媒は冷却器22を通る間に隣接するパワーモジュール8から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、他方の連結管と冷媒排出口29を通じて積層ユニット20から排出される。各パワーモジュール8は、その両側から冷却されるので、積層ユニット20は冷却性能が高い。   A refrigerant supply port 28 and a refrigerant discharge port 29 are provided in the cooler 22 at the right end in the figure. Adjacent coolers 22 are connected by two connecting pipes 23. One of the connection pipes 23 is positioned so as to overlap the refrigerant supply port 28 as viewed in the stacking direction. Although not hidden in FIGS. 2 and 3, the other connecting pipe is positioned so as to overlap with the refrigerant discharge port 29 when viewed from the stacking direction. A refrigerant circulation device (not shown) is connected to the refrigerant supply port 28 and the refrigerant discharge port 29. The refrigerant supplied from the refrigerant supply port 28 is distributed to all the coolers 22 through one connecting pipe 23. The refrigerant absorbs heat from the adjacent power module 8 while passing through the cooler 22. The refrigerant that has absorbed heat is discharged from the stacked unit 20 through the other connecting pipe and the refrigerant outlet 29. Since each power module 8 is cooled from its both sides, the stacked unit 20 has high cooling performance.

各パワーモジュール8の3個の端子25a−25cはいずれも平板状である。複数のパワーモジュール8の正極端子25aは、隣接するパワーモジュール8の正極端子25aの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数のパワーモジュール8の負極端子25bも、隣接するパワーモジュール8の負極端子25bの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数のパワーモジュール8の中点端子25cも同様である。複数のパワーモジュール8の正極端子25a、負極端子25b、中点端子25cは、3列に並んでいる。   All three terminals 25a-25c of each power module 8 are flat form. The positive electrode terminals 25 a of the plurality of power modules 8 are arranged in a line in the stacking direction so as to face the flat surfaces of the positive electrode terminals 25 a of the adjacent power modules 8. The negative terminals 25 b of the plurality of power modules 8 are also arranged in a line in the stacking direction so as to face the flat surfaces of the negative terminals 25 b of the adjacent power modules 8. The same applies to the midpoint terminals 25 c of the plurality of power modules 8. The positive electrode terminals 25a, the negative electrode terminals 25b, and the middle point terminals 25c of the plurality of power modules 8 are arranged in three rows.

先に述べたように、コンデンサ60は、電気自動車100の走行用モータの駆動電力が流れるので体格が大きい。コンデンサ60は、積層ユニット20の冷却器22とパワーモジュール8の積層方向(図中のX方向)に長尺であり、積層ユニット20の斜め下方(図2、図3では斜め上方)に並んでいる。コンデンサ60のケースの中には、コンデンサ素子61(図3参照)が収容されている。積層ユニット20とコンデンサ60は、正極バスバ30と負極バスバ40で接続されている。なお、正極バスバ30と負極バスバ40の間には絶縁板48が挟まれている。コンデンサ60の長手方向の両端には、コンデンサ60をケースへ取り付けるためのタブ62が設けられている。   As described above, the capacitor 60 has a large physical size because the driving power of the traveling motor of the electric vehicle 100 flows. The capacitor 60 is long in the stacking direction (X direction in the figure) of the cooler 22 and the power module 8 of the stacked unit 20, and is lined up diagonally below the stacked unit 20 (slant upper in FIG. 2 and FIG. 3). There is. In the case of the capacitor 60, a capacitor element 61 (see FIG. 3) is accommodated. The stacked unit 20 and the capacitor 60 are connected by the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40. An insulating plate 48 is sandwiched between the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40. At both ends in the longitudinal direction of the capacitor 60, tabs 62 for attaching the capacitor 60 to the case are provided.

図3に、正極バスバ30と負極バスバ40と積層ユニット20とコンデンサ素子61(コンデンサ60)のアセンブリの分解斜視図を示す。図3では、コンデンサ60のケースを省略し、内部のコンデンサ素子61を描いてある。コンデンサ素子61は、図1の平滑コンデンサ6に相当する。   FIG. 3 shows an exploded perspective view of an assembly of the positive electrode bus bar 30, the negative electrode bus bar 40, the laminated unit 20, and the capacitor element 61 (capacitor 60). In FIG. 3, the case of the capacitor 60 is omitted, and the internal capacitor element 61 is drawn. The capacitor element 61 corresponds to the smoothing capacitor 6 of FIG.

複数のパワーモジュール8の正極端子25aとコンデンサ素子61の正極61aが正極バスバ30で接続され、複数の負極端子25bとコンデンサ素子61の負極61bが負極バスバ40で接続される。   The positive electrode terminals 25 a of the plurality of power modules 8 and the positive electrode 61 a of the capacitor element 61 are connected by the positive electrode bus bar 30, and the plurality of negative electrode terminals 25 b are connected with the negative electrode 61 b of the capacitor element 61 by the negative electrode bus bar 40.

正極バスバ30は、板状の平板部31、複数の正極端子孔32、及び、複数の枝部33を備えている。図3では、左端の正極端子孔32と枝部33にのみ符号を付し、他の正極端子孔と枝部には符号を省略した。後に説明する負極バスバ40と絶縁板48でも同様である。   The positive electrode bus bar 30 includes a plate-like flat plate portion 31, a plurality of positive electrode terminal holes 32, and a plurality of branch portions 33. In FIG. 3, only the leftmost positive electrode terminal hole 32 and the branch portion 33 are denoted by reference numerals, and the other positive electrode terminal holes and the branch portions are omitted from reference numerals. The same applies to the negative electrode bus bar 40 and the insulating plate 48 described later.

平板部31の一端に接続バスバ63の一端が接続される。接続バスバ63の他端がコンデンサ素子61の正極61aが接続される。正極バスバ30の平板部31には、複数の正極端子孔32が設けられており、各正極端子孔32の縁から枝部33が、平板部31と直交する方向に延びている。各正極端子孔32を各パワーモジュール8の正極端子25aが通り、それぞれの正極端子25aとそれぞれの枝部33が溶接にて接合される。   One end of the connection bus bar 63 is connected to one end of the flat plate portion 31. The other end of the connection bus bar 63 is connected to the positive electrode 61 a of the capacitor element 61. A plurality of positive electrode terminal holes 32 are provided in the flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30, and the branch portions 33 extend in the direction orthogonal to the flat plate portion 31 from the edge of each positive electrode terminal hole 32. The positive electrode terminals 25a of the power modules 8 pass through the positive electrode terminal holes 32, and the positive electrode terminals 25a and the branch portions 33 are joined by welding.

負極バスバ40は、板状の平板部41、複数の負極端子孔42、複数の枝部43、及び、複数の正極端子孔44を備えている。平板部41の一端が、コンデンサ素子61の負極61bに接続される。負極バスバ40の平板部41には、複数の負極端子孔42が設けられており、各負極端子孔42の縁から枝部43が、平板部41と直交する方向に延びている。各負極端子孔42を各パワーモジュール8の負極端子25bが通り、その負極端子25bと枝部43が接合される。   The negative electrode bus bar 40 includes a plate-like flat plate portion 41, a plurality of negative electrode terminal holes 42, a plurality of branch portions 43, and a plurality of positive electrode terminal holes 44. One end of the flat plate portion 41 is connected to the negative electrode 61 b of the capacitor element 61. A plurality of negative electrode terminal holes 42 are provided in the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40, and the branch portions 43 extend in the direction orthogonal to the flat plate portion 41 from the edge of each negative electrode terminal hole 42. The negative electrode terminal 25b of each power module 8 passes through each negative electrode terminal hole 42, and the negative electrode terminal 25b and the branch portion 43 are joined.

正極バスバ30と負極バスバ40の間に絶縁板48が挟まれている。絶縁板48は、正極バスバ30と負極バスバ40の間を絶縁する。絶縁板48には複数の貫通孔49がもうけられている。   An insulating plate 48 is sandwiched between the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40. The insulating plate 48 insulates between the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40. The insulating plate 48 is provided with a plurality of through holes 49.

正極バスバ30、絶縁板48、負極バスバ40を重ねると、負極バスバ40の複数の正極端子孔44の夫々と、絶縁板48の複数の貫通孔49の夫々が重なり、それらの貫通孔を、パワーモジュール8の正極端子25aと、正極バスバ30の枝部33が通過する。正極端子25aと枝部33は、負極バスバ40の正極端子孔44には触れておらず、両者は絶縁されている。   When the positive electrode bus bar 30, the insulating plate 48, and the negative electrode bus bar 40 are overlapped, each of the plurality of positive electrode terminal holes 44 of the negative electrode bus bar 40 and each of the plurality of through holes 49 of the insulating plate 48 overlap. The positive electrode terminal 25 a of the module 8 and the branch 33 of the positive electrode bus bar 30 pass through. The positive electrode terminal 25a and the branch part 33 do not touch the positive electrode terminal hole 44 of the negative electrode bus bar 40, and both are insulated.

正極バスバ30の平板部31と、負極バスバ40の平板部41は、共に板状であり、相互に近接対向する。正確には、平板部31と平板部41は、絶縁板48を挟んで積層されている。正極バスバ30の平板部31と負極バスバ40の平板部41は、コンデンサ60(コンデンサ素子61)から積層ユニット20へ向けて近接並走して延びている。一方のバスバに電流が流れると、その電流に起因してバスバの周囲に磁界が発生する。磁界の大きさとバスバのインダクタンスには正の相関がある(磁界が大きいほど、インダクタンスも大きくなる)。正極バスバ30の平板部31と負極バスバ40の平板部41が対向していると、一方のバスバの磁界によって他方のバスバに渦電流が生じる。渦電流の発生は、一方のバスバの磁界を弱める。磁界が弱まるということは、インダクタンスが小さくなることを意味する。バスバの平板部31、41を近接並走させることで、バスバのインダクタンスを小さくすることができる。   The flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 and the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 both have a plate shape and face each other in close proximity. To be precise, the flat plate portion 31 and the flat plate portion 41 are stacked with the insulating plate 48 interposed therebetween. The flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 and the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 extend close to and parallel to the stacked unit 20 from the capacitor 60 (capacitor element 61). When a current flows in one of the bus bars, a magnetic field is generated around the bus bar due to the current. There is a positive correlation between the magnitude of the magnetic field and the inductance of the bus bar (the larger the magnetic field, the larger the inductance). When the flat plate portion 31 of the positive electrode bus bar 30 and the flat plate portion 41 of the negative electrode bus bar 40 face each other, an eddy current is generated in the other bus bar by the magnetic field of one of the bus bars. The generation of the eddy current weakens the magnetic field of one of the bus bars. The fact that the magnetic field is weakened means that the inductance is reduced. The inductance of the bus bar can be reduced by causing the flat portions 31 and 41 of the bus bar to approach each other closely.

図4、図5を参照して、電力変換装置2のケース内部の部品レイアウトを説明する。図4は、図中の座標系でX軸正側のケース50の側板をカットした断面図である。図5は、Y軸負側のケース50の側板をカットした断面図である。電力変換装置2のケース50は、上下方向でアッパーケース52とロアケース53に分割されている。ロアケース53は、アッパーケース52の下に位置する。アッパーケース52は上側と下側がともに開口しており、上側の開口はアッパーカバー51で塞がれる。アッパーケース52とロアケース53は、ほぼ同じ高さを有しており、ケース50の内部空間を上下にほぼ二分している。アッパーケース52とロアケース53は、ボルト57で締結される。図4、図5の矢印線CLがアッパーケース52とロアケース53の境界を示している。   The component layout inside the case of the power converter 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a cross-sectional view of the side plate of the case 50 on the X axis positive side cut in the coordinate system in the drawing. FIG. 5 is a cross-sectional view in which the side plate of the case 50 on the Y-axis negative side is cut. The case 50 of the power conversion device 2 is divided into an upper case 52 and a lower case 53 in the vertical direction. The lower case 53 is located below the upper case 52. The upper case 52 is open at both the upper and lower sides, and the upper opening is closed by the upper cover 51. The upper case 52 and the lower case 53 have substantially the same height, and divide the inner space of the case 50 into upper and lower portions substantially. Upper case 52 and lower case 53 are fastened by bolts 57. Arrow lines CL in FIGS. 4 and 5 indicate boundaries between the upper case 52 and the lower case 53.

アッパーケース52には、制御基板66と積層ユニット20とコンデンサ60が固定されている。ロアケース53には、リアクトル70が固定されている。リアクトル70は、図1のリアクトル7に対応する。   The control board 66, the laminated unit 20 and the capacitor 60 are fixed to the upper case 52. The reactor 70 is fixed to the lower case 53. The reactor 70 corresponds to the reactor 7 of FIG.

アッパーケース52には、その内部空間52sを上下に分割する中仕切521が設けられており、中仕切521の上側に制御基板66が固定され、その下側に積層ユニット20が固定される。制御基板66には、図1のスイッチング素子9a−9h、及び、パワーモジュール8e−8gに埋設されているスイッチング素子を制御する回路が実装されている。制御基板66には、複数のパワーモジュール8の夫々から延びる制御端子27が接続されている。積層ユニット20は、中仕切521の下側に固定されている。積層ユニット20は、中仕切521から立設する支持壁522とアッパーケース52の内壁の間に、板バネ67とともに挟まれている。板バネ67によって、複数のパワーモジュール8と複数の冷却器22は、積層方向に荷重を受けつつアッパーケース52に収容されている。積層方向の荷重によって、隣接するパワーモジュール8と冷却器22が密着し、冷却性能が向上する。   The upper case 52 is provided with a middle partition 521 which divides the internal space 52s up and down, the control board 66 is fixed on the upper side of the middle partition 521, and the stacking unit 20 is fixed on the lower side. On the control board 66, circuits for controlling the switching elements embedded in the switching elements 9a to 9h and the power modules 8e to 8g of FIG. 1 are mounted. A control terminal 27 extending from each of the plurality of power modules 8 is connected to the control board 66. The stacking unit 20 is fixed to the lower side of the middle partition 521. The stacked unit 20 is sandwiched between a support wall 522 erected from the inner partition 521 and the inner wall of the upper case 52 together with a plate spring 67. The plurality of power modules 8 and the plurality of coolers 22 are accommodated in the upper case 52 by the plate spring 67 while receiving a load in the stacking direction. The load in the stacking direction brings the adjacent power modules 8 and the cooler 22 into close contact, and the cooling performance is improved.

コンデンサ60は、積層ユニット20の斜め下に配置されている。コンデンサ60は、アッパーケース52の内側面から出ている突起55の下端にボルト56で締結されている。突起55は、アッパーケース52の内側面から延びており、途中で下方に屈曲している。突起55は、アッパーケース52の内部空間52sからロアケース53の内部空間53sへと延びており、その下端はロアケース53の内部空間53sの中に達している。コンデンサ60は、アッパーケース52に支持されているが、ロアケース53の内部空間53sに収容されており、ロアケース53の内部空間53sにて、アッパーケース52の突起55に締結されている。コンデンサ60の側面のタブ62がボルト56で突起55の下端に締結されている。コンデンサ60は、長手方向の両端がボルト56で突起55に締結されている。   The capacitor 60 is disposed obliquely below the stacked unit 20. The capacitor 60 is fastened to the lower end of the protrusion 55 extending from the inner side surface of the upper case 52 by a bolt 56. The protrusion 55 extends from the inner side surface of the upper case 52, and is bent downward halfway. The protrusion 55 extends from the inner space 52s of the upper case 52 to the inner space 53s of the lower case 53, and the lower end thereof reaches the inner space 53s of the lower case 53. The capacitor 60 is supported by the upper case 52, but is accommodated in the internal space 53s of the lower case 53, and is fastened to the projection 55 of the upper case 52 in the internal space 53s of the lower case 53. The tab 62 on the side of the capacitor 60 is fastened to the lower end of the projection 55 with a bolt 56. Both ends in the longitudinal direction of the capacitor 60 are fastened to the projection 55 by bolts 56.

電力変換装置2のケース50における上記した部品レイアウトの利点について説明する。上記したように、コンデンサ60は、アッパーケース52の突起55に締結されているが、ロアケース53に収容されている。積層ユニット20は、アッパーケース52に収容されている。体格の大きい積層ユニット20とコンデンサ60を、アッパーケース52とロアケース53に別々に収容しているので、ケース50の高さと幅(Y軸方向の長さ)の比を小さくすることができる。   The advantages of the above-described component layout in the case 50 of the power conversion device 2 will be described. As described above, the capacitor 60 is fastened to the projection 55 of the upper case 52, but is accommodated in the lower case 53. The stacked unit 20 is housed in the upper case 52. Since the stacked unit 20 and the capacitor 60 having a large physical size are separately accommodated in the upper case 52 and the lower case 53, the ratio of the height to the width (length in the Y-axis direction) of the case 50 can be reduced.

また、コンデンサ60は、ロアケース53の内部空間53sにて突起55の下端にボルト56で締結されている。ケース50は、図4に示されているように、高さと幅(ケース50のY方向の長さ)の比が1に近い。それゆえ、積層ユニット20とコンデンサ60を水平方向に並べて配置することができない。また、積層ユニット20とコンデンサ60は、正極バスバ30と負極バスバ40で接続されているため、積層ユニット20をアッパーケース52に固定しコンデンサ60をロアケース53に固定すると組立効率が悪くなる。積層ユニット20とコンデンサ60は、共にアッパーケース52に固定するか、共にロアケース53に固定することが望ましい。仮にコンデンサ60をその上端でアッパーケース52に固定すると、コンデンサ60は上端を片持ち支持されることになる。そうすると、片持ちの支持箇所からコンデンサ60の重心Gまでの距離が長くなる。電力変換装置2は車両に搭載されるため、走行中に強い振動を受ける。コンデンサ60の締結箇所(片持ち支持の締結箇所)から重心Gまでの距離が長いと、図中のY方向の振動に対してコンデンサ60の耐振動特性がよくない。   In addition, the capacitor 60 is fastened to the lower end of the projection 55 with a bolt 56 in the internal space 53 s of the lower case 53. In the case 50, as shown in FIG. 4, the ratio of the height to the width (the length in the Y direction of the case 50) is close to one. Therefore, the stacked unit 20 and the capacitor 60 can not be arranged side by side in the horizontal direction. Further, since the stacked unit 20 and the capacitor 60 are connected by the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40, assembling efficiency is degraded when the stacked unit 20 is fixed to the upper case 52 and the capacitor 60 is fixed to the lower case 53. It is desirable that both the stacked unit 20 and the capacitor 60 be fixed to the upper case 52 or both be fixed to the lower case 53. If the capacitor 60 is temporarily fixed to the upper case 52 at its upper end, the capacitor 60 is supported at its upper end in a cantilever manner. Then, the distance from the support point of the cantilever to the center of gravity G of the capacitor 60 becomes long. Since the power conversion device 2 is mounted on a vehicle, it receives strong vibration during traveling. When the distance from the fastening point of the capacitor 60 (the fastening point of the cantilever support) to the center of gravity G is long, the vibration resistance of the capacitor 60 is not good against the vibration in the Y direction in the figure.

第1実施例の電力変換装置2においては、コンデンサ60のタブ62は、上下方向でコンデンサ60のほぼ中央に位置している。コンデンサ60の締結箇所(タブ62)は、上下方向でコンデンサ60の重心Gに近い。図4の長さdHが、重心Gと締結箇所(タブ62)の高さ方向の距離を示している。距離dHは、コンデンサ60の重心Gから上端までの距離よりもはるかに短い。それゆえ、実施例の電力変換装置2では、図中のY方向の振動に対してコンデンサ60の耐振動特性が良い。   In the power converter 2 of the first embodiment, the tab 62 of the capacitor 60 is located approximately at the center of the capacitor 60 in the vertical direction. The fastening point (tab 62) of the capacitor 60 is close to the center of gravity G of the capacitor 60 in the vertical direction. The length dH in FIG. 4 indicates the distance in the height direction between the center of gravity G and the fastening point (tab 62). The distance dH is much shorter than the distance from the center of gravity G of the capacitor 60 to the upper end. Therefore, in the power conversion device 2 of the embodiment, the vibration resistance of the capacitor 60 is good with respect to the vibration in the Y direction in the drawing.

なお、パワーモジュール8のパッケージ108とコンデンサ60の間には隙間dLが確保されている。別言すれば、パッケージ108とコンデンサ60は、図中のXY平面の方向(即ち水平方向)からみたときに、隙間dLを挟んで上下に離れて配置されている。それゆえ、パワーモジュール8の正極端子25aとコンデンサ60の間で正極バスバ30は直線状となることができる。同様に負極端子25bとコンデンサ60の間で負極バスバ40は直線状となることができる。パワーモジュール8とコンデンサ60の間でバスバ(正極バスバ30、負極バスバ40)が直線的になることも、バスバの寄生インダクタンスを抑制することに貢献する。   A gap dL is secured between the package 108 of the power module 8 and the capacitor 60. In other words, the package 108 and the capacitor 60 are vertically separated from each other across the gap dL when viewed from the direction of the XY plane (that is, the horizontal direction) in the drawing. Therefore, the positive electrode bus bar 30 can be linear between the positive electrode terminal 25 a of the power module 8 and the capacitor 60. Similarly, the negative electrode bus bar 40 can be linear between the negative electrode terminal 25 b and the capacitor 60. The fact that the bus bars (positive bus bars 30 and negative bus bars 40) are linear between the power module 8 and the capacitor 60 also contributes to suppressing the parasitic inductance of the bus bars.

(変形例)図6に変形例の電力変換装置2aの断面図を示す。図6は、図5に対応する断面図であり、ケース50aの図中のY軸負側の側板をカットした断面図である。なお、図6は、ロアケースを外した図であり、コンデンサ60もアッパーケース52aから外した状態を示している。   (Modification) FIG. 6 shows a cross-sectional view of a power conversion device 2a of a modification. FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 5, and is a cross-sectional view of the case 50a in which the side plate on the Y-axis negative side in the figure is cut. FIG. 6 is a view in which the lower case is removed, and the capacitor 60 is also removed from the upper case 52a.

アッパーケース52aの内側には、下端がアッパーケース52aの内部空間52sに位置する突起55aが設けられている。コンデンサ60は、スペーサ58を挟んでボルト56で突起55aに締結される。スペーサ58は円筒であり、その内部をボルト56が通る。スペーサ58の下端がコンデンサ60の締結箇所となり、図6に仮想線VLで示すように、締結箇所は、アッパーケース52aの内部空間52sよりも下方に位置する。即ち、この変形例の場合も、コンデンサ60は、ロアケースの内部空間に収容されるとともに、ロアケースの内部空間にてスペーサ58を介してアッパーケース52aから延びる突起55aに固定される。変形例の電力変換装置2aにおける部品配置も、先に説明した電力変換装置2の部品配置と同じ効果を奏する。   Inside the upper case 52a, a projection 55a whose lower end is located in the internal space 52s of the upper case 52a is provided. The capacitor 60 is fastened to the projection 55 a by the bolt 56 with the spacer 58 interposed therebetween. The spacer 58 is a cylinder through which a bolt 56 passes. The lower end of the spacer 58 is a fastening point of the capacitor 60, and the fastening point is located lower than the internal space 52s of the upper case 52a, as shown by a virtual line VL in FIG. That is, also in the case of this modification, the capacitor 60 is accommodated in the inner space of the lower case, and is fixed to the projection 55a extending from the upper case 52a via the spacer 58 in the inner space of the lower case. The component arrangement in the power conversion device 2a of the modification also has the same effect as the component arrangement of the power conversion device 2 described above.

(第2実施例)図7−図9を参照して第2実施例の電力変換装置2bを説明する。第2実施例の電力変換装置2bは、正極バスバ130と負極バスバ140の形状と、コンデンサ素子161(コンデンサ160)の構造が第1実施例の電力変換装置2と異なる。その他の構造は第1実施例の電力変換装置2と同じであるので説明は省略する。   Second Embodiment A power converter 2b according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 7-9. The power conversion device 2b of the second embodiment differs from the power conversion device 2 of the first embodiment in the shapes of the positive electrode bus bar 130 and the negative electrode bus bar 140 and the structure of the capacitor element 161 (capacitor 160). The other structure is the same as that of the power conversion device 2 of the first embodiment, so the description will be omitted.

図7は、電力変換装置2bのバスバとコンデンサ素子161と積層ユニット20の分解斜視図である。積層ユニット20は図3のものと同一である。コンデンサ素子161は、図中のX方向からみたときに横方向の長さWが縦方向の長さLよりも短い。別言すれば、コンデンサ素子161は、パワーモジュール8の積層方向(図中のX方向)と交差する断面における横方向の長さWが縦方向の長さLよりも短い。この点は、第1実施例の電力変換装置2のコンデンサ素子61と同じである。ただし、コンデンサ素子161は、電極161a、161bが、コンデンサ素子161の横方向を向く側面に配置されている。なお、第1実施例におけるコンデンサ素子61は、電極61a、61bが、コンデンサ素子61の上面と下面に配置されている。コンデンサ素子161の正極161aに、正極バスバ130の電極接合部35が接合されており、負極161bに負極バスバ140の電極接合部45が接合されている。   FIG. 7 is an exploded perspective view of the bus bar, the capacitor element 161, and the stacked unit 20 of the power conversion device 2b. The lamination unit 20 is identical to that of FIG. The capacitor element 161 has a length W in the lateral direction shorter than a length L in the vertical direction when viewed in the X direction in the drawing. In other words, in the capacitor element 161, the lateral length W in the cross section intersecting the stacking direction (the X direction in the figure) of the power module 8 is shorter than the longitudinal length L. This point is the same as the capacitor element 61 of the power conversion device 2 of the first embodiment. However, in the capacitor element 161, the electrodes 161a and 161b are disposed on the side surface of the capacitor element 161 facing in the lateral direction. In the capacitor element 61 in the first embodiment, the electrodes 61 a and 61 b are disposed on the upper surface and the lower surface of the capacitor element 61. The electrode bonding portion 35 of the positive electrode bus bar 130 is bonded to the positive electrode 161 a of the capacitor element 161, and the electrode bonding portion 45 of the negative electrode bus bar 140 is bonded to the negative electrode 161 b.

図9に、第2実施例の電力変換装置2bのコンデンサ160と積層ユニット20とバスバのアセンブリの側面図を示す。図9では、コンデンサ160のケースは仮想線で示してあり、コンデンサ160の内部構造は断面を示してある。   FIG. 9 is a side view of an assembly of the capacitor 160, the laminated unit 20, and the bus bar of the power conversion device 2b of the second embodiment. In FIG. 9, the case of capacitor 160 is shown in phantom and the internal structure of capacitor 160 is shown in cross section.

パワーモジュール8のパッケージ108とコンデンサ160の間には隙間dLが確保されている。即ち、別言すれば、パッケージ108とコンデンサ160は、図中のXY平面の方向(即ち水平方向)からみたときに、隙間dLを挟んで上下に離れて配置されている。第1実施例の電力変換装置2と同様に、パワーモジュール8の正極端子25aとコンデンサ160の間で正極バスバ130は直線状となることができる。負極端子25bとコンデンサ160の間で負極バスバ140も直線状となることができる。そして、端子25a、25bとコンデンサ160の間で正極バスバ130と負極バスバ140は近接並走している。この近接並走により、バスバのインダクタンスが小さくなる。   A gap dL is secured between the package 108 of the power module 8 and the capacitor 160. That is, in other words, the package 108 and the capacitor 160 are vertically separated from each other across the gap dL when viewed from the direction of the XY plane (that is, the horizontal direction) in the drawing. Similar to the power converter 2 of the first embodiment, the positive electrode bus bar 130 can be linear between the positive electrode terminal 25a of the power module 8 and the capacitor 160. The negative electrode bus bar 140 can also be linear between the negative electrode terminal 25 b and the capacitor 160. The positive electrode bus bar 130 and the negative electrode bus bar 140 are in close proximity and run between the terminals 25 a and 25 b and the capacitor 160. This close parallel running reduces the inductance of the bus bar.

コンデンサ素子161の電極161a、161bは、コンデンサ素子161の横方向を向く側面に配置されている。先に述べたように正極バスバと負極バスバは、近接並走しているとインダクタンスが小さくなる。図9に示すように、第2実施例の電力変換装置2bの場合、正極バスバ130と負極バスバ140は、電極接合部35、45を除くと、コンデンサ素子161の上側でのみ並走していない。即ち、バスバ130、140は、距離Wの非並走区間を有している。   The electrodes 161 a and 161 b of the capacitor element 161 are disposed on side surfaces of the capacitor element 161 facing in the lateral direction. As described above, the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar have a smaller inductance when they run close to each other. As shown in FIG. 9, in the case of the power conversion device 2 b of the second embodiment, the positive electrode bus bar 130 and the negative electrode bus bar 140 do not run parallel only on the upper side of the capacitor element 161 except for the electrode junctions 35 and 45. . That is, the bus bars 130 and 140 have non-parallel running sections of the distance W.

図10に変形例の電力変換装置のアセンブリの側面図を示す。図10の変形例の場合、コンデンサ素子261は、上側と下側に電極261a、261bを有している。この場合、正極バスバ230と負極バスバ140は、電極接合部を除くと、コンデンサ素子261の側方に非並走区間を有する。即ち、図10の変形例の場合、距離Lの非並走区間を有している。一方、図9に示した電力変換装置2bでは、コンデンサ素子161、261は、横方向の長さWが縦方向の長さLよりも短い。従って、図9の構造、即ち、電極161a、161bが上側と下側に配置されているコンデンサ素子161を採用することで、バスバの非並走区間を短くすることができる。この点も、バスバのインダクタンスを小さくすることに貢献する。   FIG. 10 shows a side view of the assembly of the power converter of the modification. In the case of the modified example of FIG. 10, the capacitor element 261 has the electrodes 261a and 261b on the upper side and the lower side. In this case, the positive electrode bus bar 230 and the negative electrode bus bar 140 have non-parallel running sections on the sides of the capacitor element 261 except for the electrode junctions. That is, in the case of the modification of FIG. 10, it has the non-parallel running section of the distance L. On the other hand, in the power conversion device 2b shown in FIG. 9, in the capacitor elements 161 and 261, the length W in the lateral direction is shorter than the length L in the vertical direction. Therefore, the non-parallel running section of the bus bar can be shortened by adopting the structure of FIG. 9, that is, employing the capacitor element 161 in which the electrodes 161a and 161b are disposed on the upper side and the lower side. This point also contributes to reducing the inductance of the bus bar.

電力変換装置2、2a、2bのその他の特徴について説明する。図4、図5に示すように、アッパーケース52とロアケース53は、ボルト57で固定されている。ボルト57は、下側から取り付けられる。この特徴は、ケース全体の体積を大きくすることなく、アッパーケース52の基板66を収容する空間の体積を大きくすることに寄与する。   Other features of the power conversion devices 2, 2a, 2b will be described. As shown in FIGS. 4 and 5, the upper case 52 and the lower case 53 are fixed by bolts 57. The bolt 57 is attached from the lower side. This feature contributes to increasing the volume of the space for housing the substrate 66 of the upper case 52 without increasing the volume of the entire case.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図1で示したように、インバータ回路13a、13bを構成する主要部品は積層ユニット20に収容されている。それゆえ、積層ユニット20を「インバータ」と呼ぶこことができる。ケース50のアッパーケース52は、バスバ30、40で接続されているインバータ13a、13b(積層ユニット20)とコンデンサ60を固定している。インバータ13a、13b(積層ユニット20)はアッパーケース52に収容されており、コンデンサ60はロアケース53に収容されている。コンデンサ60は、アッパーケース52から延びており、ロアケース53の内部空間53sに達している突起55の下端に締結されている。   Points to note regarding the technology described in the embodiment will be described. As shown in FIG. 1, main components constituting the inverter circuits 13 a and 13 b are accommodated in the stacked unit 20. Therefore, the stacked unit 20 can be called an "inverter". The upper case 52 of the case 50 fixes the inverters 13a, 13b (laminated unit 20) and the capacitor 60 connected by the bus bars 30, 40. The inverters 13 a and 13 b (laminated units 20) are accommodated in the upper case 52, and the capacitor 60 is accommodated in the lower case 53. The capacitor 60 extends from the upper case 52 and is fastened to the lower end of the protrusion 55 reaching the internal space 53s of the lower case 53.

実施例の電力変換装置2は、上下方向でアッパーケース52とロアケース53に分割されているケース50を備えている。積層ユニット20とコンデンサ60は、アッパーケース52に固定されている。コンデンサ60はアッパーケース52の内部空間52sからロアケース53の内部空間53sへと延びる突起55の下端にボルト56で固定されている。コンデンサ60は、アッパーケース52に締結されているが、ロアケース53の内部空間53sに収容されている。コンデンサ60は、ロアケース53の内部空間53sにて、上下方向のほぼ中心(タブ62)で締結されている。それゆえ、横方向の振動に対して耐振動性が良い。   The power conversion device 2 of the embodiment includes a case 50 divided into an upper case 52 and a lower case 53 in the vertical direction. The stacked unit 20 and the capacitor 60 are fixed to the upper case 52. The capacitor 60 is fixed to the lower end of the projection 55 extending from the inner space 52s of the upper case 52 to the inner space 53s of the lower case 53 by a bolt 56. The capacitor 60 is fastened to the upper case 52, but is accommodated in the inner space 53 s of the lower case 53. The capacitor 60 is fastened in the inner space 53s of the lower case 53 substantially at the center (tab 62) in the vertical direction. Therefore, vibration resistance is good against lateral vibration.

仮に、図4、図5のケース50(図6のケース50a)の上下を逆にしても、コンデンサ60の耐振動特性について同じ効果が得られる。図4、図5のケース50の上下を逆にすると、アッパーケース52がロアケースに相当し、ロアケース53がアッパーケースに相当することになる。従って、実施例の技術は、次のように表現することができる。電力変換装置は、アッパーケースとロアケースに分割されているケースを備えている。アッパーケースとロアケースの一方を第1分割ケースと称し、他方を第2分割ケースと称する。積層ユニット20とコンデンサ60は、正極バスバ30と負極バスバ40で接続されており、共に第1分割ケースに固定されている。積層ユニット20は、第1分割ケースの内部空間に収容されており、コンデンサ60は、第2分割ケースに収容されている。コンデンサ60は、第2ケースの内部空間にて、第1ケースの内部空間から延びる突起55に締結される。   Even if the upper and lower sides of the case 50 (case 50a of FIG. 6) of FIGS. 4 and 5 are reversed, the same effect can be obtained as to the vibration resistance of the capacitor 60. When the case 50 in FIGS. 4 and 5 is turned upside down, the upper case 52 corresponds to the lower case, and the lower case 53 corresponds to the upper case. Therefore, the technique of the embodiment can be expressed as follows. The power converter includes a case divided into an upper case and a lower case. One of the upper case and the lower case is referred to as a first divided case, and the other is referred to as a second divided case. The stacked unit 20 and the capacitor 60 are connected by the positive electrode bus bar 30 and the negative electrode bus bar 40, and both are fixed to the first divided case. The stacked unit 20 is accommodated in the internal space of the first divided case, and the capacitor 60 is accommodated in the second divided case. The capacitor 60 is fastened to the protrusion 55 extending from the inner space of the first case in the inner space of the second case.

実施例の電力変換装置2(2b)では、積層ユニット20がコンデンサ60(160)の上側に配置されており、パッケージ108とコンデンサ60(160)は、隙間dLを隔てて離れている。そして、パワーモジュール8とコンデンサ60(160)の間で正極バスバ30(130)と負極バスバ40(140)が直線的に並走している。この特徴が、バスバのインダクタンスを小さくすることに貢献する。積層ユニットがコンデンサの下側に配置されており、パッケージ108とコンデンサが隙間dLを隔てて離れていても、同じ効果が得られる。隙間dLは、小さい距離であればよい。   In the power conversion device 2 (2b) of the embodiment, the stacked unit 20 is disposed on the upper side of the capacitor 60 (160), and the package 108 and the capacitor 60 (160) are separated by the gap dL. The positive electrode bus bar 30 (130) and the negative electrode bus bar 40 (140) run in parallel in a straight line between the power module 8 and the capacitor 60 (160). This feature contributes to reducing the inductance of the bus bar. The same effect can be obtained even if the stacked unit is disposed on the lower side of the capacitor and the package 108 and the capacitor are separated by the gap dL. The gap dL may be a small distance.

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。   As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of application. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of the purposes itself has technical utility.

2、2a、2b:電力変換装置
5:フィルタコンデンサ
6:平滑コンデンサ
7、70:リアクトル
8、8a−8g:パワーモジュール
9a−9h:スイッチング素子
12:電圧コンバータ回路
13a、13b:インバータ回路(インバータ)
20:積層ユニット(インバータ)
22:冷却器
23:連結管
27:制御端子
30、130:正極バスバ
31、41:平板部
32、44:正極端子孔
33、43:枝部
40、140:負極バスバ
42:負極端子孔
48:絶縁板
49:貫通孔
50、50a:ケース
51:アッパーカバー
52、52a:アッパーケース
52s、53s:内部空間
53:ロアケース
55、55a:突起
56、57:ボルト
58:スペーサ
60、160:コンデンサ
62:タブ
66:制御基板
67:板バネ
100:電気自動車
2, 2a, 2b: power converter 5: filter capacitor 6: smoothing capacitor 7, 70: reactor 8, 8a-8g: power module 9a-9h: switching element 12: voltage converter circuit 13a, 13b: inverter circuit (inverter)
20: Stacking unit (inverter)
22: cooler 23: connecting pipe 27: control terminal 30, 130: positive electrode bus bar 31, 41: flat plate portion 32, 44: positive electrode terminal hole 33, 43: branch 40, 140: negative electrode bus bar 42: negative electrode terminal hole 48: Insulating plate 49: through hole 50, 50a: case 51: upper cover 52, 52a: upper case 52s, 53s: internal space 53: lower case 55, 55a: projection 56, 57: bolt 58: spacer 60, 160: capacitor 62: Tab 66: Control board 67: Flat spring 100: Electric car

Claims (4)

アッパーケースとロアケースに分割されているケースと、
前記アッパーケースと前記ロアケースの一方である第1分割ケースに収容されているとともに当該第1分割ケースに固定されているインバータと、
前記インバータと正極バスバ及び負極バスバで接続されており、前記アッパーケースと前記ロアケースの他方である第2分割ケースの内部空間に配置されているコンデンサと、
を備えており、
前記第1分割ケースは、その内部空間から前記第2分割ケースの内部空間へ延びている締結部を備えており、
前記コンデンサは、前記第2分割ケースの内部空間にて前記締結部に締結されている、電力変換装置。
Case divided into upper case and lower case,
An inverter housed in a first divided case, which is one of the upper case and the lower case, and fixed to the first divided case;
A capacitor which is connected to the inverter by a positive electrode bus bar and a negative electrode bus bar and which is disposed in an inner space of a second divided case which is the other of the upper case and the lower case;
Equipped with
The first divided case includes a fastening portion extending from the inner space thereof to the inner space of the second divided case.
The power conversion device, wherein the capacitor is fastened to the fastening portion in an internal space of the second divided case.
前記正極バスバと前記負極バスバが前記コンデンサから前記インバータへ向けて近接並走して延びている、請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar extend in close parallel running toward the inverter from the capacitor. 前記インバータは、複数のパワーモジュールと複数の冷却器の積層体を含んでおり、
夫々の前記パワーモジュールは、スイッチング素子を収容しているパッケージと、前記パッケージから延びており前記正極バスバまたは前記負極バスバと接続されている複数の端子を備えており、
水平方向からみたときに前記パッケージと前記コンデンサの間には隙間が確保されている、請求項1又は2に記載の電力変換装置。
The inverter includes a stack of a plurality of power modules and a plurality of coolers,
Each of the power modules includes a package accommodating a switching element, and a plurality of terminals extending from the package and connected to the positive electrode bus bar or the negative electrode bus bar.
The power conversion device according to claim 1, wherein a gap is secured between the package and the capacitor when viewed in a horizontal direction.
前記複数のパワーモジュールの積層方向に直交する断面において前記コンデンサは、横方向の長さが縦方向の長さよりも短く、前記正極バスバ及び前記負極バスバと接続される電極が、前記コンデンサの横方向を向く側面に配置されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。   In the cross section orthogonal to the stacking direction of the plurality of power modules, the capacitor has a length in the horizontal direction shorter than a length in the vertical direction, and electrodes connected to the positive bus bar and the negative bus bar are in the horizontal direction of the capacitor. The power converter according to any one of claims 1 to 3, which is disposed on the side facing the direction.
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