JP2004364427A

JP2004364427A - Inverter device and motor

Info

Publication number: JP2004364427A
Application number: JP2003160715A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nishi; 康彦西; Hitoshi Oyama; 仁尾山; Hideyuki Okamoto; 秀之岡本; Yutaka Komatsu; 裕小松; Hiroyuki Imanishi; 啓之今西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device reduced in electric resistance, simplified in constitution and reduced in size, and to provide a motor containing the inverter device. <P>SOLUTION: The inverter device comprises: a positive electrode conductor 1 that constitutes a positive electrode at a power supply side and a negative electrode conductor 2 that constitutes a negative electrode; three AC electrode conductors 3, 4 and 5 that constitute an AC electrode at an output side; three positive electrode side semiconductor switch elements 13, 14 and 15 that are directly sandwiched by the positive electrode conductor and one of the AC electrode conductors, and electrically connected with one another; and three negative electrode side semiconductor switch elements 23, 24 and 25 that are directly sandwiched by the negative electrode conductor and one of the three AC electrode conductors, and electrically connected with one another. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置および電動機に関し、より具体的には直流電源を交流に変換して自動車に搭載された電動機を駆動するインバータ装置およびそのインバータ装置を組み込んだ電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化防止のため、燃料電池などを用いた電動機を駆動装置とする自動車、いわゆる電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッドカー（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）の開発が進められている。電動機には実用性の点から交流電動機が用いられるので、各種の電池から供給される直流電力は、交流に変換しなければならない。このため電力用インバータ装置が用いられる。（たとえば、非特許文献１参照）
また、これらの直流交流変換装置には多くの導電接続部材およびそれら同士の接点が設けられる。導電接続部材にはブスバーなどが用いられ、これらの導電性接続には溶接材料を用いた溶接または大電流による昇温および加圧による圧接などが用いられてきた。しかし、近年、溶接材料も加圧も高温化も必要としない表面活性化接合法などの接合方法が注目を集めている（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
電気学会：電気工学ハンドブック第６版、ｐｐ．１７０７−１７０８
【０００４】
【非特許文献２】
高木秀樹、前田龍太郎、須賀唯知：溶接学会全国大会講演概要、第６９集（２００１−１０），Ｆ−３「表面活性化によるウェハ常温無加圧接合」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＥＶやＥＶの動力源となる電動機を駆動させるインバータは、出力が大きいため発熱が大きく、インバータ専用の冷却機構を備えている。このため、サイズや重量が大きくなり、かつ装置が複雑化して製造コストがかさむ問題があった。
【０００６】
本発明は、構成を簡単化し、部品点数等を低減することにより、小型化をはかったインバータ装置およびそのインバータ装置を配置された電動機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ装置は、電源側の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置である。このインバータ装置は、電源側において、正電極を構成する正電極導体および負電極を構成する負電極導体と、出力側において少なくとも２つの交流電極を構成する少なくとも２つの交流電極導体とを備える。また、正電極導体と、少なくとも２つの交流電極導体の一つとに各々、直接挟まれ、電気的に接続されている少なくとも２つの正極側半導体スイッチ素子を備える。そして、負電極導体と、少なくとも２つの交流電極導体の一つとに各々、直接挟まれ、電気的に接続されている少なくとも２つの負極側半導体スイッチ素子を備える。
【０００８】
この構成により、上記の各電極導体に半導体スイッチ素子が、直接挟まれて接触し、電気的に接続される。これは半導体スイッチ素子が各導体に実装されることを意味する。このため、半導体素子の電気的接続が簡単化され、部品点数を減らすことができる。この結果、半導体スイッチ素子と電極との接続に、たとえばボンディングが不要となり電気抵抗を減らすことができる。また、導体に、直接、接続することにより、小型化され多種多様な場所にインバータ装置を組み込むことが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面により、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のインバータ装置を示す図である。このインバータ装置１０では、電源側の正電極導体１、負電極導体２および出力側の３相の交流電極導体３，４，５を、すべてバスバーで形成している。バスバーは銅板またはそれにニッケルめっき、または錫めっきを施した板状の導体であり、大電流を印加するラインに用いられる場合が多い。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態では、６つの半導体スイッチ素子（以下、半導体素子）１３，１４，１５，２３，２４，２５をバスバーに、直接、実装させる点に特徴を有する。すなわち、半導体素子はバスバーに挟まれ、半導体素子のソースとドレインとに、それぞれ直接、バスバーを接触させ電気的に導通させる。ゲート端子部分にはバスバーに切れ込みを入れて、別の制御用配線を接続する。
【００１２】
図２は、６つの半導体素子のうち左上の半導体素子１３を示す図である。この半導体素子１３は、電源側の正極用バスバー１にドレイン電極１３Ｄを直接、接触させ、出力側の３相交流電極の１つの電極、たとえばＵ電極のバスバーにソース電極１３Ｓを直接、接触させている。半導体素子の電極を、直接、外部の印加電極を形成するバスバーに接触するとは、ワイヤーやリード線などを用いることなく、バスバーの表面に半導体素子の電極を接触させて、電気的な導通を確保することをさす。
【００１３】
図１および図２では、半導体素子１３は、水平の半導体基板の上に形成された半導体層に交差する方向に電流が流れる、いわゆる縦型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることを考えている。しかし、後に示すように、半導体素子１３は縦型ＦＥＴに限定されず、横型ＦＥＴであってもよい。
【００１４】
図３は、図１に示すインバータ装置の回路図である。この回路図によれば、直流電源側の正電極と負電極との間に、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相交流の出力電極を配置して、その間を半導体スイッチ１３，１４，１５，２３，２４，２５で接続している。上記図１に示すインバータ装置では、直流電源の正電極導体１と出力側の３相交流の電極３，４，５とに、アッパー側のスイッチ素子１３，１４，１５が挟まれ、また、直流電源の負電極導体２と出力側の３相交流の電極３，４，５とに、アッパー側のスイッチ素子２３，２４，２５が挟まれ、それぞれのスイッチ素子がバスバーに実装されている。
【００１５】
燃料電池等の正電極は正電極導体のバスバー１に、また負電極は負電極導体のバスバー２にそれぞれ接続され、３相交流の電極３，４，５は、たとえば自動車を駆動する３相交流電動機の入力部に接続される。スイッチの制御信号は半導体スイッチまたはＦＥＴの表面に設けられたゲート電極に印加されるが、上述したように、バスバーに切れ込みを入れて、制御用配線をゲート端子に電気的に接続すればよい。また、従来通りにゲート電極からワイヤボンディングなどで制御用配線を接続しても、ゲート電極には電流は微小しか流れないため特に問題はない。
【００１６】
図４は、半導体スイッチを横型ＦＥＴで構成した場合のインバータ装置の部分を示す図である。図４に示す半導体スイッチ１３，２３は、ともに半導体基板の上に形成された半導体層の面に沿うように電流を流す、いわゆる横型の電界効果トランジスタである。それぞれのトランジスタ１３，２３のソース１３Ｓ，２３Ｓおよびドレイン１３Ｄ，２３Ｄの間に、図示していないゲート電極を配置してソースドレイン間の電流の移動の遮断を制御して、電流のスイッチングを行なうことが可能となる。
【００１７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２のインバータ装置を示す図である。本実施の形態では、半導体素子がバスバーに実装されている部分を封止樹脂９により封止し、バスバーの他の端部を封止樹脂９から突き出させて、コネクタのピンの機能をもたせる点に特徴がある。したがって、このインバータ装置はコネクタ３０の態様で、発電機または蓄電器と、電動機との間に配置される。
【００１８】
図６は、３相交流に対応したウォータジャケット３３および上記コネクタ３０が取り付けられた電動機５０を示す斜視図である。また、図７は、図６に示す電動機の模式的な断面図である。ウォータジャケットｕ，ｖ，ｗは、図５の３相交流の出力端子３，４，５に対応しており、ジャケット挿入部３５に差し込まれ、冷却水を冷却対象部分Ｆの範囲に流動させてこの範囲を所定温度以下に保つ。図７に示す電動機５０は、永久磁石同期モータであり、固定子５３、永久磁石５１および回転子５２により回転力を得ている。コネクタ３０はウォータジャケットが指し込まれる位置Ｓ１１に配置されている。図７に示す電動機では、コネクタはジャケット挿入部３５に組み込まれている。
【００１９】
上記のように、バスバーにコネクタ端子の機能をもたせて、着脱可能とすることにより、小型化を図りつつ故障修理時の交換などのメンテネンス性を高めることが可能となる。
【００２０】
（実施の形態３）
図８および図９は、本発明の実施の形態３におけるインバータ装置（コネクタ）を搭載した電動機を示す図である。図８は、コネクタを電動機の内部に組み込んだ場合を、また図９はコネクタを電動機の傍に配置した場合を示す図である。
【００２１】
図８を参照して、コネクタ３０は、Ｓ１の部分に取り付けられる。このＳ２の部分は、電動機用にウォータジャケットから冷却水が供給され流動する部分であり、この冷却によりインバータ装置を含むコネクタ３０は冷却され、コネクタ専用の冷却系統を設ける必要がない。
【００２２】
また、図９に示すように、インバータ装置のコネクタを電動機のそばに設置する場合、半導体スイッチで発生する熱はバスバーを通して電動機に伝達される。この熱は、上述の、電動機のコイルで発生する熱を冷却する冷却機構により冷却される。電動機５０は出力が大きいので、その冷却機構の能力は非常に大きくされている。このため、バスバーを熱伝達路として半導体スイッチの熱は電動機の冷却機構によって冷却されることになる。この結果、電動機内部にコネクタを配置する場合と同様に、インバータ装置専用の冷却装置を設ける必要がなくなる。
【００２３】
電動機の動作温度は、通常、１８０℃〜２００℃程度なので、スイッチ素子には、高温での動作が可能なＳｉＣを用いるのがよい。
【００２４】
バスバーへの半導体素子の接合は、従来のはんだや銀ろうを用いてもよいし、表面活性化接合法を用いてもよい。
【００２５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、バスバーの表面およびＳｉＣ基板表面を、真空中で不活性ガスビームにより、電極部となる領域を清浄化し、かつ活性化する。ここでは、アルゴンイオンビームにより、とくにＳｉＣ基板の電極部となる領域をパターニングするように活性化する。活性化された領域は、互いに接触するほど近接すると原子間力により結合が誘起され、上記の場合、ＳｉＣ基板の電極部とバスバーとが活性化された状態で近づけられ、結合がなされる。
【００２６】
この結合では、加圧および加熱を要しないため、ＳｉＣ半導体装置が熱や圧力により劣化することがない。したがって、インバータ装置を形成したＳｉＣ基板を用いて上記接合が可能となる。この結果、能率よくインバータ装置または上記コネクタを形成することができる。さらに、高温での剥離が防止され、電気抵抗を小さくすることができる。
【００２７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のインバータ装置および電動機を用いることにより、構成を簡単化し部品点数を減らし小型化できる。このため、サイズ、重量を減らすことが可能となり、コスト的に有利なインバータ装置および電動機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータ装置を示す図である。
【図２】半導体スイッチを示す図である。
【図３】インバータ装置の回路図である。
【図４】横型ＦＥＴでインバータ装置を構成した図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるインバータ装置を示す図である。
【図６】図５のインバータ装置（コネクタ）を搭載した電動機を示す図である。
【図７】図６の電動機の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３における電動機を示す図である。
【図９】図８の電動機の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１電源側の正電極導体（バスバー）、２電源側の負電極導体（バスバー）、３，４，５出力側の交流電極導体（バスバー）、９封止樹脂、１０インバータ装置、１３，１４，１５，２３，２４，２５半導体スイッチ素子、１３Ｓソース電極、１３Ｄドレイン電極、３０コネクタ（インバータ装置）、３３ウォータジャケット、３５ウォータジャケット挿入部、５１永久磁石、５２回転子、５３固定子、Ｆ冷却水流動範囲、Ｓ１コネクタ配置位置（電動機内）、Ｓ２コネクタ配置位置（電動機近傍）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter device and an electric motor, and more specifically, to an inverter device that drives a motor mounted on an automobile by converting a DC power supply into an alternating current, and a motor incorporating the inverter device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In order to prevent global warming, automobiles using a motor using a fuel cell or the like as a drive device, so-called electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) are being developed. Since an AC motor is used for the motor from the viewpoint of practicality, DC power supplied from various batteries must be converted to AC. Therefore, a power inverter device is used. (For example, see Non-Patent Document 1)
In addition, these DC / AC converters are provided with many conductive connecting members and their contacts. A bus bar or the like is used for the conductive connecting member, and welding using a welding material or pressure contact by heating and pressurization by a large current has been used for these conductive connections. However, in recent years, a joining method such as a surface activated joining method that does not require a welding material and neither pressurization nor high temperature has attracted attention (for example, see Non-Patent Document 2).
[0003]
[Non-patent document 1]
The Institute of Electrical Engineers of Japan: Handbook of Electrical Engineering, 6th edition, pp. 1707-1708
[0004]
[Non-patent document 2]
Hideki Takagi, Ryutaro Maeda, Yuchichi Suga: Summary of Lectures at the National Meeting of the Japan Welding Society, Vol. 69 (2001-10), F-3 "Non-pressure bonding of wafers at room temperature by surface activation"
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An inverter that drives an electric motor serving as a power source of an HEV or an EV generates a large amount of heat due to a large output, and includes a cooling mechanism dedicated to the inverter. For this reason, there has been a problem that the size and weight are increased, and the apparatus is complicated, and the manufacturing cost is increased.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inverter device that is reduced in size by simplifying the configuration and reducing the number of parts and the like, and an electric motor in which the inverter device is arranged.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inverter device of the present invention is an inverter device that converts DC power on the power supply side into AC power. This inverter device includes a positive electrode conductor constituting a positive electrode and a negative electrode conductor constituting a negative electrode on a power supply side, and at least two AC electrode conductors constituting at least two AC electrodes on an output side. The semiconductor device further includes at least two positive-electrode-side semiconductor switching elements directly sandwiched and electrically connected to the positive electrode conductor and one of the at least two AC electrode conductors. And it is provided with at least two negative electrode side semiconductor switch elements directly sandwiched and electrically connected to the negative electrode conductor and one of the at least two AC electrode conductors.
[0008]
With this configuration, the semiconductor switch element is directly sandwiched between and contacts each of the electrode conductors, and is electrically connected. This means that the semiconductor switch element is mounted on each conductor. Therefore, the electrical connection of the semiconductor element is simplified, and the number of components can be reduced. As a result, for example, the bonding between the semiconductor switch element and the electrode is not required, and the electric resistance can be reduced. Also, by directly connecting to the conductor, the inverter device can be miniaturized and incorporated in various places.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing an inverter device according to Embodiment 1 of the present invention. In this inverter device 10, the positive electrode conductor 1, the negative electrode conductor 2 on the power supply side, and the three-phase AC electrode conductors 3, 4, and 5 on the output side are all formed by bus bars. The bus bar is a copper plate or a plate-shaped conductor plated with nickel or tin, and is often used for a line to which a large current is applied.
[0011]
As shown in FIG. 1, this embodiment is characterized in that six semiconductor switch elements (hereinafter, semiconductor elements) 13, 14, 15, 23, 24, and 25 are directly mounted on a bus bar. That is, the semiconductor element is sandwiched between the bus bars, and the source and the drain of the semiconductor element are brought into direct contact with the bus bar, respectively, to thereby electrically conduct. A cut is made in the bus bar at the gate terminal, and another control wiring is connected.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing the upper left semiconductor element 13 of the six semiconductor elements. In the semiconductor element 13, the drain electrode 13D is brought into direct contact with the positive electrode bus bar 1 on the power supply side, and the source electrode 13S is brought into direct contact with one of the three-phase AC electrodes on the output side, for example, the bus bar of the U electrode. I have. Contacting the electrodes of a semiconductor element directly with the bus bar that forms an external applied electrode means that the electrodes of the semiconductor element are brought into contact with the surface of the bus bar without using wires or lead wires, thereby ensuring electrical continuity. To do.
[0013]
1 and 2, the semiconductor element 13 uses a so-called vertical field effect transistor (FET) in which a current flows in a direction crossing a semiconductor layer formed on a horizontal semiconductor substrate. Are thinking. However, as described later, the semiconductor element 13 is not limited to a vertical FET, and may be a horizontal FET.
[0014]
FIG. 3 is a circuit diagram of the inverter device shown in FIG. According to this circuit diagram, U, V, W three-phase AC output electrodes are arranged between the positive electrode and the negative electrode on the DC power supply side, and the semiconductor switches 13, 14, 15, 23, 24 and 25 are connected. In the inverter device shown in FIG. 1, the upper-side switching elements 13, 14, 15 are sandwiched between the positive electrode conductor 1 of the DC power supply and the three-phase AC electrodes 3, 4, 5 on the output side. The upper switch elements 23, 24, 25 are sandwiched between the negative electrode conductor 2 of the power supply and the three-phase AC electrodes 3, 4, 5 on the output side, and the respective switch elements are mounted on the bus bar.
[0015]
The positive electrode of a fuel cell or the like is connected to a bus bar 1 of a positive electrode conductor, and the negative electrode is connected to a bus bar 2 of a negative electrode conductor. The three-phase AC electrodes 3, 4, and 5 are connected to, for example, a three-phase AC Connected to the input of the motor. The control signal of the switch is applied to the gate electrode provided on the surface of the semiconductor switch or the FET. However, as described above, it is sufficient to cut the bus bar and electrically connect the control wiring to the gate terminal. Further, even if the control wiring is connected from the gate electrode by wire bonding or the like as in the conventional case, only a small amount of current flows through the gate electrode, and there is no particular problem.
[0016]
FIG. 4 is a diagram showing a part of the inverter device when the semiconductor switch is constituted by a lateral FET. Each of the semiconductor switches 13 and 23 shown in FIG. 4 is a so-called horizontal field effect transistor in which a current flows along the surface of a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate. Switching of current by arranging a gate electrode (not shown) between the source 13S, 23S and the drain 13D, 23D of each of the transistors 13, 23 to control interruption of current flow between the source and drain. Becomes possible.
[0017]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram illustrating an inverter device according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, the portion where the semiconductor element is mounted on the bus bar is sealed with the sealing resin 9 and the other end of the bus bar is protruded from the sealing resin 9 so as to have the function of the pin of the connector. There is a feature. Therefore, this inverter device is arranged in the form of the connector 30 between the electric generator or the electric storage device and the electric motor.
[0018]
FIG. 6 is a perspective view showing the electric motor 50 to which the water jacket 33 compatible with three-phase alternating current and the connector 30 are attached. FIG. 7 is a schematic sectional view of the electric motor shown in FIG. The water jackets u, v, and w correspond to the three-phase AC output terminals 3, 4, and 5 in FIG. 5, and are inserted into the jacket insertion portion 35 to allow the cooling water to flow to the area of the portion F to be cooled. This range is kept below a predetermined temperature. The electric motor 50 shown in FIG. 7 is a permanent magnet synchronous motor, and a rotating force is obtained by a stator 53, a permanent magnet 51, and a rotor 52. The connector 30 is arranged at a position S11 into which the water jacket is inserted. In the electric motor shown in FIG. 7, the connector is incorporated in the jacket insertion portion 35.
[0019]
As described above, by providing the bus bar with the function of a connector terminal so that the bus bar can be attached and detached, it is possible to improve the maintainability such as replacement at the time of repairing a failure while reducing the size.
[0020]
(Embodiment 3)
FIGS. 8 and 9 show a motor equipped with an inverter device (connector) according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a case where the connector is incorporated inside the electric motor, and FIG. 9 is a diagram showing a case where the connector is arranged near the electric motor.
[0021]
Referring to FIG. 8, connector 30 is attached to the portion of S1. The portion of S2 is a portion where the cooling water is supplied from the water jacket and flows for the electric motor. By this cooling, the connector 30 including the inverter device is cooled, and there is no need to provide a cooling system dedicated to the connector.
[0022]
Further, as shown in FIG. 9, when the connector of the inverter device is installed near the electric motor, heat generated by the semiconductor switch is transmitted to the electric motor through the bus bar. This heat is cooled by the cooling mechanism that cools the heat generated in the coil of the electric motor. Since the output of the electric motor 50 is large, the capacity of the cooling mechanism is very large. For this reason, the heat of the semiconductor switch is cooled by the cooling mechanism of the motor using the bus bar as a heat transfer path. As a result, it is not necessary to provide a cooling device dedicated to the inverter device as in the case where the connector is arranged inside the electric motor.
[0023]
Since the operating temperature of the motor is usually about 180 ° C. to 200 ° C., it is preferable to use SiC that can operate at a high temperature as the switch element.
[0024]
For joining the semiconductor element to the bus bar, a conventional solder or silver solder may be used, or a surface activated joining method may be used.
[0025]
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment of the present invention, the surface of the bus bar and the surface of the SiC substrate are cleaned and activated with an inert gas beam in a vacuum to form a region serving as an electrode portion. Here, activation is performed by an argon ion beam so as to pattern a region to be an electrode portion of the SiC substrate. When the activated regions are close to each other so as to come into contact with each other, a bond is induced by an atomic force. In the above case, the electrode portion of the SiC substrate and the bus bar are brought close to each other in an activated state, and a bond is formed.
[0026]
This bonding does not require pressurization and heating, so that the SiC semiconductor device does not deteriorate due to heat or pressure. Therefore, the above-described bonding can be performed using the SiC substrate on which the inverter device is formed. As a result, the inverter device or the connector can be efficiently formed. Further, peeling at a high temperature is prevented, and the electric resistance can be reduced.
[0027]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0028]
【The invention's effect】
By using the inverter device and the electric motor of the present invention, the configuration can be simplified, the number of parts can be reduced, and the size can be reduced. For this reason, it is possible to reduce the size and weight, and it is possible to provide an inverter device and an electric motor that are cost-effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an inverter device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a semiconductor switch.
FIG. 3 is a circuit diagram of the inverter device.
FIG. 4 is a diagram in which an inverter device is configured by a lateral FET.
FIG. 5 is a diagram showing an inverter device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a motor equipped with the inverter device (connector) of FIG. 5;
FIG. 7 is a sectional view of the electric motor of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing an electric motor according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a modification of the electric motor of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
1 Positive electrode conductor (bus bar) on the power supply side, 2 negative electrode conductor (bus bar) on the power supply side, 3, 4, 5 AC electrode conductor (bus bar) on the output side, 9 sealing resin, 10 inverter device, 13, 14, 15, 23, 24, 25 semiconductor switch element, 13S source electrode, 13D drain electrode, 30 connector (inverter device), 33 water jacket, 35 water jacket insertion part, 51 permanent magnet, 52 rotor, 53 stator, F cooling Water flow range, S1 connector arrangement position (inside motor), S2 connector arrangement position (near motor).

Claims

電源側の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、
前記電源側において、正電極を構成する正電極導体および負電極を構成する負電極導体と、
前記交流電力側において少なくとも２つの交流電極を構成する少なくとも２つの交流電極導体と、
前記正電極導体と、前記少なくとも２つの交流電極導体の一つとに各々、直接挟まれ、電気的に接続されている少なくとも２つの正極側半導体スイッチ素子と、
前記負電極導体と、前記少なくとも２つの交流電極導体の一つとに各々、直接挟まれ、電気的に接続されている少なくとも２つの負極側半導体スイッチ素子とを備える、インバータ装置。An inverter device that converts DC power on the power supply side into AC power,
On the power supply side, a positive electrode conductor constituting a positive electrode and a negative electrode conductor constituting a negative electrode,
At least two AC electrode conductors constituting at least two AC electrodes on the AC power side;
The positive electrode conductor, and at least two positive-electrode-side semiconductor switch elements that are directly sandwiched and electrically connected to one of the at least two AC electrode conductors, respectively.
An inverter device comprising: at least two negative-electrode-side semiconductor switch elements directly sandwiched and electrically connected to the negative electrode conductor and one of the at least two AC electrode conductors.

前記交流電力側に３相交流電力の３つの交流電極導体を有し、前記正電極導体と前記３つの交流電極導体の一つとに各々挟まれ、電気的に接続されている３つの正極側半導体スイッチ素子と、前記負電極導体と前記３つの交流電極導体の一つとに各々挟まれ、電気的に接続されている３つの負極側半導体スイッチ素子とを備える、請求項１に記載のインバータ装置。Three positive electrode-side semiconductors having three AC electrode conductors of three-phase AC power on the AC power side, each being sandwiched between the positive electrode conductor and one of the three AC electrode conductors and electrically connected thereto; 2. The inverter device according to claim 1, further comprising: a switch element; and three negative-electrode-side semiconductor switch elements that are respectively sandwiched and electrically connected to the negative electrode conductor and one of the three AC electrode conductors. 3.

前記正電極導体、負電極導体、および少なくとも２つの交流電極導体のうちの少なくとも１つが銅板から構成されるバスバーである、請求項１または２に記載のインバータ装置。3. The inverter device according to claim 1, wherein at least one of the positive electrode conductor, the negative electrode conductor, and the at least two AC electrode conductors is a bus bar made of a copper plate.

前記半導体スイッチ素子の少なくとも一つが、前記正電極導体または負電極導体、および交流電極導体のうちの１つ、の少なくとも一方と表面活性化接合法により接合されている、請求項１〜３のいずれかに記載のインバータ装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the semiconductor switch elements is joined to at least one of the positive electrode conductor or the negative electrode conductor and one of the AC electrode conductors by a surface activation joining method. An inverter device according to any of the above.

前記半導体素子が配置された部分を樹脂で封止して、前記正電極導体および負電極導体はその封止樹脂から露出されて電源側コネクタピンを構成し、前記出力側の交流電極導体はその封止樹脂から露出されて出力側コネクタピンを構成する、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。The portion where the semiconductor element is arranged is sealed with resin, the positive electrode conductor and the negative electrode conductor are exposed from the sealing resin to form a power supply side connector pin, and the output side AC electrode conductor is The inverter device according to any one of claims 1 to 4, wherein the inverter device is exposed from the sealing resin to form an output-side connector pin.

前記半導体スイッチ素子を構成する半導体素子がＳｉＣを用いた半導体素子である、請求項１〜５のいずれかに記載のインバータ装置。The inverter device according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor element constituting the semiconductor switch element is a semiconductor element using SiC.

前記請求項１〜６のいずれかに記載のインバータ装置が配置された電動機。An electric motor in which the inverter device according to claim 1 is arranged.

前記インバータ装置はそのインバータ装置のための冷却機構を備えず、電動機に内蔵された冷却機構により冷却される、請求項７に記載の電動機。The electric motor according to claim 7, wherein the inverter device is not provided with a cooling mechanism for the inverter device, and is cooled by a cooling mechanism built in the motor.