JP2015136225A - power converter - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for suppressing a surge voltage effectively by devising the layout of a smoothing capacitor, in a power converter including a lamination unit that includes a voltage converter circuit and inverter circuit.SOLUTION: A power converter 2 includes a lamination unit 20 laminating a first power card PC7 for use in a voltage converter circuit, a second power card (PC1, or the like) for use in an inverter circuit, and a cooler. A first capacitor unit 31 is arranged contiguously to the lamination unit in the lamination direction, and a second capacitor unit 32 is arranged in a direction perpendicular to the lamination direction of the lamination unit. The first power card is located closer to the first capacitor unit than the second power card. The length L1 of a bus bar from the first power card PC7 to the first capacitor unit 31 is shorter than the length (L1+L2) of a bus bar from the first power card PC7 to the second capacitor unit 32.

Description

本明細書が開示する技術は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含む電力変換器に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a power converter including a voltage converter circuit and an inverter circuit.

電動車両には、バッテリの電力を交流電力に変換して走行用の３相交流モータに供給する電力変換器が搭載される。電力変換器には、バッテリの出力電圧を昇圧したり、３相交流モータからの回生電力を降圧したりする電圧コンバータ回路が備えられている。さらに、電力変換器には、電圧コンバータで昇圧されたバッテリの電力を交流電力に変換したり、３相交流モータからの回生電力を直流電力に変換するインバータ回路が備えられる。なお、本明細書における「電動車両」には、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車が含まれる。   The electric vehicle is equipped with a power converter that converts battery power into AC power and supplies it to a traveling three-phase AC motor. The power converter is provided with a voltage converter circuit that boosts the output voltage of the battery and steps down the regenerative power from the three-phase AC motor. Further, the power converter is provided with an inverter circuit that converts battery power boosted by the voltage converter into AC power, or converts regenerative power from the three-phase AC motor into DC power. The “electric vehicle” in this specification includes an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle.

電圧コンバータ回路とインバータ回路は主要なデバイスとしてスイッチング素子を備える。スイッチング素子を含む回路には、スイッチング動作に起因するサージ電圧（サージ電流）を吸収するためのコンデンサが接続される。そのようなコンデンサはスナバコンデンサと呼ばれる。特に、電動車両の駆動系に用いる電力変換器では、スイッチング素子に流れる電流が大きいため、サージ電圧も大きくなり、スナバコンデンサにも大容量が要求される。   The voltage converter circuit and the inverter circuit include a switching element as a main device. A capacitor for absorbing a surge voltage (surge current) resulting from the switching operation is connected to the circuit including the switching element. Such a capacitor is called a snubber capacitor. In particular, in a power converter used for a drive system of an electric vehicle, since a current flowing through a switching element is large, a surge voltage is increased, and a snubber capacitor is required to have a large capacity.

電力変換器のスナバコンデンサに関する技術として特許文献１や特許文献２の技術が知られている。特許文献１は、スナバコンデンサが発生する電磁ノイズから他のデバイスを保護する技術を開示している。その技術は、インバータ回路の入力側に接続される平滑コンデンサ、電圧コンバータが有するリアクトル、及び、スイッチング素子を冷却する冷却器でスナバコンデンサの少なくとも３方を囲む。平滑コンデンサ、リアクトル、及び、冷却器は、電磁ノイズにより誤動作の虞がある半導体素子と異なり、電磁ノイズが加わっても大きな影響がなく、特許文献１の技術はそれらのデバイスを磁気シールドとして活用する。   As a technique related to a snubber capacitor of a power converter, techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. Patent Document 1 discloses a technique for protecting other devices from electromagnetic noise generated by a snubber capacitor. The technology surrounds at least three sides of the snubber capacitor with a smoothing capacitor connected to the input side of the inverter circuit, a reactor included in the voltage converter, and a cooler that cools the switching element. The smoothing capacitor, the reactor, and the cooler are different from semiconductor elements that may malfunction due to electromagnetic noise, and are not affected greatly by the addition of electromagnetic noise. The technology of Patent Document 1 uses these devices as a magnetic shield. .

特許文献２では、一つのインバータをＵ相のインバータユニット、Ｖ相のインバータユニット、及び、Ｗ相のインバータユニットに分割し、夫々のユニット毎にスナバコンデンサを隣接配置する。スナバコンデンサとインバータの間の導電経路のインダクタンスが大きいほど、スナバコンデンサに加わるサージ電圧が大きくなる。特許文献２の技術は、インバータを小さなユニットに分割してサージ電圧の発生源であるスイッチング素子とスナバコンデンサの間の導電経路を短くすることで、導電経路のインダクタンスを低減し、スナバコンデンサに要求される容量を小さくする。容量が小さいほど、スナバコンデンサを小型化することができる。   In Patent Document 2, one inverter is divided into a U-phase inverter unit, a V-phase inverter unit, and a W-phase inverter unit, and a snubber capacitor is disposed adjacent to each unit. The greater the inductance of the conductive path between the snubber capacitor and the inverter, the greater the surge voltage applied to the snubber capacitor. The technology of Patent Document 2 requires a snubber capacitor by reducing the inductance of the conductive path by dividing the inverter into small units and shortening the conductive path between the switching element that is the source of surge voltage and the snubber capacitor. Reduce the capacity that is used. The smaller the capacitance, the smaller the snubber capacitor can be made.

特開２００７−１７４７６０号公報JP 2007-174760 A 特開Ｈ０７−１１１７８３号公報JP H07-111783 A

本明細書は、電圧コンバータ回路及びインバータ回路を含む積層ユニットを備えた電力変換器において、本来、スナバコンデンサとは異なる目的で備えられたコンデンサの一部をスナバコンデンサとしても活用できるようにコンデンサのレイアウトを工夫し、効率よくサージ電圧を吸収する電力変換器を提供する。   In this specification, in a power converter having a multilayer unit including a voltage converter circuit and an inverter circuit, a capacitor provided originally for a purpose different from a snubber capacitor can be used as a snubber capacitor. Provide a power converter that devise the layout and absorb the surge voltage efficiently.

本明細書が開示する技術は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と昇圧後の電力を交流に変換して走行用モータに供給するインバータ回路を含む電力変換器が対象である。本明細書が開示する電力変換器は、積層ユニット、第１及び第２コンデンサユニット、及び、バスバを備える。積層ユニットは、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容する第１パワーカードと、インバータ回路のスイッチング素子を収容する第２パワーカードと、複数の冷却器と、が積層されているデバイスである。電圧コンバータ回路の出力側（インバータ回路側）には、平滑コンデンサとして複数のコンデンサが接続されている。その複数のコンデンサのいくつかを収容するハードウエアを第１コンデンサユニットと称し、残りのコンデンサを収容するハードウエアを第２コンデンサユニットと称する。従って、別言すれば、電圧コンバータ回路の出力側に第１コンデンサユニットと第２コンデンサユニットが並列に接続されている。バスバは、第１、第２コンデンサユニットと第１、第２パワーカードを並列に接続する。そして、第１コンデンサユニットが積層ユニットの積層方向で隣接して配置されているとともに、第２コンデンサユニットが積層ユニットの積層方向と直交する方向で隣接して配置されている。また、積層ユニットにおいて、第１パワーカードが第２パワーカードよりも第１コンデンサユニットの近くに位置している。そして、バスバの第１パワーカードから第１コンデンサユニットまでの長さが、第１パワーカードから第２コンデンサユニットまでの長さよりも短くなっている。電気回路の観点で表現すると、電圧コンバータ回路のスイッチング素子（第１パワーカードのスイッチング素子）から第１コンデンサユニットのコンデンサまでの導電経路が、インバータ回路のスイッチング素子（第２パワーカードのスイッチング素子）から第２コンデンサユニットのコンデンサまでの導電経路よりも短い。   The technology disclosed in the present specification is intended for a power converter including a voltage converter circuit that boosts the voltage of a battery and an inverter circuit that converts the boosted power into an alternating current and supplies it to a traveling motor. The power converter disclosed in this specification includes a multilayer unit, first and second capacitor units, and a bus bar. The stacked unit is a device in which a first power card that houses a switching element of a voltage converter circuit, a second power card that houses a switching element of an inverter circuit, and a plurality of coolers are stacked. A plurality of capacitors as smoothing capacitors are connected to the output side (inverter circuit side) of the voltage converter circuit. Hardware that accommodates some of the plurality of capacitors is referred to as a first capacitor unit, and hardware that accommodates the remaining capacitors is referred to as a second capacitor unit. Therefore, in other words, the first capacitor unit and the second capacitor unit are connected in parallel to the output side of the voltage converter circuit. The bus bar connects the first and second capacitor units and the first and second power cards in parallel. The first capacitor unit is disposed adjacent in the stacking direction of the multilayer unit, and the second capacitor unit is disposed adjacent in the direction orthogonal to the stacking direction of the multilayer unit. In the laminated unit, the first power card is located closer to the first capacitor unit than the second power card. The length from the first power card to the first capacitor unit of the bus bar is shorter than the length from the first power card to the second capacitor unit. In terms of an electric circuit, the conductive path from the switching element of the voltage converter circuit (switching element of the first power card) to the capacitor of the first capacitor unit is the switching element of the inverter circuit (switching element of the second power card). Shorter than the conductive path from the capacitor to the capacitor of the second capacitor unit.

上記の電力変換器は、２つの着眼点に基づいている。一つの着眼点は、電圧コンバータ回路が電流の脈動を抑制するために備えている平滑コンデンサの一部にスナバコンデンサの機能を持たせることである。上記の電力変換器では、第１及び第２コンデンサユニットが平滑コンデンサに相当する。そして、次に述べるようにサージ電圧（サージ電流）を吸収する対象のスイッチング素子とバスバとコンデンサユニットのレイアウトを工夫することによって、一方のユニット（第１コンデンサユニット）にスナバコンデンサの機能を兼ねさせる。   The above power converter is based on two points of interest. One point is to provide a snubber capacitor function to a part of the smoothing capacitor provided in the voltage converter circuit to suppress the pulsation of the current. In the above power converter, the first and second capacitor units correspond to smoothing capacitors. Then, as described below, by devising the layout of the switching element, bus bar, and capacitor unit that absorb the surge voltage (surge current), one unit (first capacitor unit) also functions as a snubber capacitor. .

もう一つの着眼点は、サージ電圧（電流）を吸収する対象のスイッチング素子を選択する点である。前述したように、本明細書が対象とする電力変換器は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含む。いずれの回路もスイッチング素子を備える。ここで、スイッチング素子のキャリア周波数は、インバータ回路よりも電圧コンバータ回路の方が高い。これは次の理由による。キャリア周波数が高いほどスイッチング損失（即ち電力損失）が小さくなるが、逆にサージ電圧も大きくなる。インバータ回路にはモータが直結しており、そのキャリア周波数は、モータの耐電圧特性に制限されるが、電圧コンバータ回路にはモータが直結されていないので、電圧コンバータ回路の方がキャリア周波数を上げやすい。そこで、本明細書が開示する技術は、インバータ回路のスイッチング素子よりも電力損失の低減に寄与する電圧コンバータ回路のスイッチング素子のサージ電圧の吸収に着目する。   Another point of interest is the selection of a switching element that absorbs surge voltage (current). As described above, the power converter targeted by this specification includes a voltage converter circuit and an inverter circuit. Each circuit includes a switching element. Here, the carrier frequency of the switching element is higher in the voltage converter circuit than in the inverter circuit. This is due to the following reason. The higher the carrier frequency, the smaller the switching loss (ie, power loss), but the surge voltage also increases. A motor is directly connected to the inverter circuit, and the carrier frequency is limited by the withstand voltage characteristics of the motor. However, since the motor is not directly connected to the voltage converter circuit, the voltage converter circuit increases the carrier frequency. Cheap. Therefore, the technology disclosed in this specification focuses on absorption of surge voltage of the switching element of the voltage converter circuit that contributes to reduction of power loss more than the switching element of the inverter circuit.

なお、サージ電圧は、スイッチング素子と他のデバイスの間の導電経路の寄生インダクタンスに比例することが知られている。そして、大電流を扱う電力変換器では、バスバと呼ばれる細長い金属部材が導電経路として用いられる。即ち、バスバの寄生インダクタンスがサージ電圧の大きさを定める主要因の一つである。   It is known that the surge voltage is proportional to the parasitic inductance of the conductive path between the switching element and another device. In a power converter that handles a large current, an elongated metal member called a bus bar is used as a conductive path. That is, the parasitic inductance of the bus bar is one of the main factors that determines the magnitude of the surge voltage.

そして、特許文献１に開示されているように、大電流を扱う電力変換器では、複数のスイッチング素子をいくつかの平板状のパワーカードに収容し、それらと複数の冷却器を交互に積層する構造が採用されることがある。ここで、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容したパワーカード（上記した第１パワーカード）と、インバータ回路のスイッチング素子を収容したパワーカード（上記した第２パワーカード）の積層ユニット上の並びに制約がないならば、第１パワーカードを上記した第１コンデンサユニット（スナバ機能を兼ねさせるコンデンサユニット）の近くに配置することができる。そこで、本明細書が開示する電力変換器では、バスバで並列に接続される第１／第２パワーカード、及び、第１／第２コンデンサユニットのうち、第１パワーカードと第１コンデンサユニットを近接配置することで、第１パワーカードと第１コンデンサユニットのバスバ（導電経路）を短くし、第１パワーカード（即ち、電圧コンバータ回路のスイッチング素子）のサージ電圧（電流）を第１コンデンサユニットに吸収させる。なお、第１コンデンサユニットを平板状の第１パワーカードと近接配置するには、第１コンデンサユニットを積層ユニットの積層方向で隣接配置するのがよい。一方、電力変換器全体のスペース効率を悪化させないために、第２コンデンサユニットは積層方向ではなく、積層方向に直交する方向で積層ユニットに隣接配置する。   As disclosed in Patent Document 1, in a power converter that handles a large current, a plurality of switching elements are housed in several flat power cards, and a plurality of coolers are alternately stacked. A structure may be adopted. Here, there is a restriction on the stack unit of the power card (the first power card described above) containing the switching elements of the voltage converter circuit and the power card (the second power card described above) containing the switching elements of the inverter circuit. If not, the first power card can be arranged near the first capacitor unit (capacitor unit having a snubber function). Therefore, in the power converter disclosed in the present specification, the first power card and the first capacitor unit among the first / second power card and the first / second capacitor unit connected in parallel by the bus bar are provided. By arranging them closely, the bus bar (conductive path) between the first power card and the first capacitor unit is shortened, and the surge voltage (current) of the first power card (that is, the switching element of the voltage converter circuit) is reduced to the first capacitor unit. To absorb. In order to dispose the first capacitor unit in proximity to the flat plate-shaped first power card, it is preferable to dispose the first capacitor unit adjacent in the stacking direction of the stacked units. On the other hand, in order not to deteriorate the space efficiency of the entire power converter, the second capacitor unit is disposed adjacent to the multilayer unit in a direction orthogonal to the stacking direction, not in the stacking direction.

このように本明細書が開示する技術は、本来の平滑コンデンサを物理的に分割し、その一方のコンデンサ（第１コンデンサユニット）を電圧コンバータ回路のスイッチング素子と近接するようにパワーカードとコンデンサユニットを配置する。そのような構成によって、電圧コンバータ用の専用のスナバコンデンサを不要とするとともに、効果的にサージ電圧（電流）を吸収することができる。即ち、スペース効率、コスト効率がよい電力変換器を実現できる。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。   As described above, the technology disclosed in the present specification physically divides an original smoothing capacitor, and a power card and a capacitor unit so that one capacitor (first capacitor unit) is in close proximity to a switching element of a voltage converter circuit. Place. Such a configuration eliminates the need for a dedicated snubber capacitor for the voltage converter and effectively absorbs the surge voltage (current). That is, a power converter with good space efficiency and cost efficiency can be realized. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換器を含む電動車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle containing the power converter of an Example. 電力変換器の筐体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 the housing | casing of a power converter. 電力変換器の筐体内部の部品レイアウトを示す側面図である。It is a side view which shows the component layout inside the housing | casing of a power converter.

図面を参照して実施例の電力変換器２を説明する。図１は、電力変換器を含む電動車両１００の電力系のブロック図である。符号２で示した破線で囲まれた領域内のブロック図が電力変換器２に相当する。電動車両１００は、２個の３相交流モータ（以下、モータ）８ａ、８ｂを備える。なお、２個のモータ８ａ、８ｂの出力は、動力分配機構９で合成／分配されて車軸１２（即ち駆動輪）へと伝達される。   A power converter 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an electric power system of an electric vehicle 100 including a power converter. A block diagram in a region surrounded by a broken line indicated by reference numeral 2 corresponds to the power converter 2. The electric vehicle 100 includes two three-phase AC motors (hereinafter referred to as motors) 8a and 8b. The outputs of the two motors 8a and 8b are combined / distributed by the power distribution mechanism 9 and transmitted to the axle 12 (that is, drive wheels).

電力変換器２は、システムメインリレー１３を介してバッテリ５と接続されている。電力変換器２は、バッテリ５の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路３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４ａ、４ｂを含む。２セットのインバータ回路４ａ、４ｂは、夫々モータ８ａ、８ｂに接続されている。なお、インバータ回路４ａ、４ｂは、車両の制動時にモータ８ａ、８ｂが発生した電力（回生電力）を直流に変換することもある。この場合、変換された電力は、電圧コンバータ回路３により降圧されバッテリに充電される。   The power converter 2 is connected to the battery 5 via the system main relay 13. The power converter 2 includes a voltage converter circuit 3 that boosts the voltage of the battery 5 and two sets of inverter circuits 4 a and 4 b that convert the boosted DC power into AC. The two sets of inverter circuits 4a and 4b are connected to motors 8a and 8b, respectively. The inverter circuits 4a and 4b may convert the electric power (regenerative electric power) generated by the motors 8a and 8b during braking of the vehicle into direct current. In this case, the converted electric power is stepped down by the voltage converter circuit 3 and charged to the battery.

電圧コンバータ回路３は、２個のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と、一端がその直列回路の中点に接続されており他端が高電位側の入力端に接続されているリアクトル７、及び、高電位側の入力端と低電位側の入力端の間に接続されているフィルタコンデンサ６、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。低電位側のラインは電圧コンバータ回路３の入力側と出力側で直接接続されており、これらは回路のグランド電位に保持される。   The voltage converter circuit 3 includes a series circuit of two switching elements T7 and T8, a reactor 7 having one end connected to the middle point of the series circuit and the other end connected to an input terminal on the high potential side, and The filter capacitor 6 is connected between the input terminal on the high potential side and the input terminal on the low potential side, and is composed of a diode connected in antiparallel to each switching element. The low potential side line is directly connected to the input side and the output side of the voltage converter circuit 3, and these are held at the ground potential of the circuit.

電圧コンバータ回路３はバッテリ５の電圧を昇圧してインバータ回路４ａ（４ｂ）へ供給する動作（昇圧動作）と、インバータ回路４ａ（４ｂ）側から入力される直流電力（モータ８ａ又は８ｂが発生する回生電力）を降圧してバッテリ５へ供給する動作（降圧動作）の双方を行うことができる。前者の場合はスイッチング素子Ｔ８が主に貢献し、後者の場合はスイッチング素子Ｔ７が主に貢献する。図１の電圧コンバータ回路はよく知られているので詳細な説明は省略する。このように電圧コンバータ回路３において電流はバッテリ側からインバータ回路側へ流れる場合とインバータ回路側からバッテリ側へ流れる場合があるが、説明の便宜上、電圧コンバータ回路３のバッテリ側の端子を入力端（入力側）と称し、電圧コンバータ回路３のインバータ回路側の端子を出力端（出力側）と称する。   The voltage converter circuit 3 boosts the voltage of the battery 5 and supplies it to the inverter circuit 4a (4b) (boost operation), and direct-current power input from the inverter circuit 4a (4b) (motor 8a or 8b is generated). Both the operation of stepping down the regenerative power and supplying it to the battery 5 (step-down operation) can be performed. In the former case, the switching element T8 mainly contributes, and in the latter case, the switching element T7 mainly contributes. The voltage converter circuit of FIG. 1 is well known and will not be described in detail. As described above, in the voltage converter circuit 3, the current may flow from the battery side to the inverter circuit side or from the inverter circuit side to the battery side. For convenience of explanation, the battery side terminal of the voltage converter circuit 3 is connected to the input terminal ( The terminal on the inverter circuit side of the voltage converter circuit 3 is called an output end (output side).

符号ＰＣ７が示す破線矩形の範囲の回路が、ハードウエアとして、後述するパワーカードＰＣ７に対応する。符号Ｐｔ、Ｎｔは、パワーカードＰＣ７から延出している端子であって、夫々、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路の高電位側の電極と接続されている端子（正極端子Ｐｔ）と、低電位側の電極と接続されている端子（負極端子Ｎｔ）を表している。次に説明するように、正極端子Ｐｔ、負極端子Ｎｔという呼称は、他のパワーカードでも用いる。   The circuit in the range of the broken rectangle indicated by the symbol PC7 corresponds to a power card PC7 described later as hardware. Symbols Pt and Nt are terminals extending from the power card PC7, and are respectively connected to a high potential side electrode (positive electrode terminal Pt) of the series circuit of the switching elements T7 and T8, and a low potential. The terminal (negative electrode terminal Nt) connected with the electrode of the side is represented. As will be described below, the names positive electrode terminal Pt and negative electrode terminal Nt are also used for other power cards.

インバータ回路４ａ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（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。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Ｐｔ）が電圧コンバータ回路３の高電位側の出力端に接続されており、３セットの直列回路の低電位側の端子（負極端子Ｎｔ）は電圧コンバータ回路３の低電位側の出力端に接続されている。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、ハードウエアとして、後述するパワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３に対応する。   The inverter circuit 4a has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1 and T4, T2 and T5, T3 and T6). A diode is connected in antiparallel to each switching element. The terminals on the high potential side (positive terminal Pt) of the three sets of series circuits are connected to the output terminal on the high potential side of the voltage converter circuit 3, and the terminals on the low potential side (negative terminal Nt) of the three sets of series circuits. Is connected to the output terminal on the low potential side of the voltage converter circuit 3. Three-phase alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) is output from the midpoint of the three sets of series circuits. Each of the three sets of series circuits corresponds to power cards PC1, PC2, and PC3 described later as hardware.

インバータ回路４ｂの構成はインバータ回路４ａ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４ｂもインバータ回路４ａ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。各直列回路に対応するハードウエアのモジュールをパワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６と称する。   Since the configuration of the inverter circuit 4b is the same as that of the inverter circuit 4a, a specific circuit is not shown in FIG. Similarly to the inverter circuit 4a, the inverter circuit 4b has a configuration in which three sets of series circuits of switching elements are connected in parallel. The hardware modules corresponding to each series circuit are referred to as power cards PC4, PC5, and PC6.

スイッチング素子Ｔ１からＴ８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。あるいは、将来的には異なるタイプのスイッチング素子が電力変換器に用いられるかもしれない。また、ここでいうスイッチング素子は、大電流の電力を変換すること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。   The switching elements T1 to T8 are transistors, typically IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but may be other transistors, for example, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Alternatively, different types of switching elements may be used in the power converter in the future. The switching element here is used to convert a large amount of electric power, and is sometimes called a power semiconductor element.

スイッチング素子Ｔ１からＴ８は、不図示のコントローラから供給されるＰＷＭ信号で駆動される。良く知られているように、ＰＷＭ信号は、キャリアと呼ばれる三角波あるいはのこぎり波のパルス波を基本として生成される。キャリアの周波数がスイッチング素子のスイッチングの基本周期に対応しており、キャリア周波数が高いほど、スイッチングの基本周期が短くなる。よく知られているように、キャリア周波数が高いほど電力損失が小さくなる。従ってキャリア周波数は高い方が好ましいが、キャリア周波数が高くなるほどサージ電圧が大きくなる。他方、図１によく示されているように、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６にはモータ８ａ、８ｂが直結している。それゆえ、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６に対するキャリア周波数は、モータ８ａ、８ｂの耐電圧特性で制限を受ける。これに対して、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８はモータ８ａ、８ｂに直結していないので、モータの耐電圧による制限を受けない。それゆえ、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のキャリア周波数は、インバータ回路のスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のキャリア周波数よりも高くできる余地がある。実施例の電力変換器２では、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のキャリア周波数は、インバータ回路のスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のキャリア周波数よりも高い。   The switching elements T1 to T8 are driven by a PWM signal supplied from a controller (not shown). As is well known, the PWM signal is generated on the basis of a triangular wave or a sawtooth pulse wave called a carrier. The carrier frequency corresponds to the basic switching period of the switching element, and the higher the carrier frequency, the shorter the basic switching period. As is well known, the higher the carrier frequency, the smaller the power loss. Accordingly, a higher carrier frequency is preferable, but the surge voltage increases as the carrier frequency increases. On the other hand, as well shown in FIG. 1, motors 8a and 8b are directly connected to switching elements T1 to T6 of inverter circuits 4a and 4b. Therefore, the carrier frequency for the switching elements T1-T6 of the inverter circuits 4a, 4b is limited by the withstand voltage characteristics of the motors 8a, 8b. On the other hand, since the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 are not directly connected to the motors 8a and 8b, they are not limited by the withstand voltage of the motor. Therefore, there is room for the carrier frequency of the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 to be higher than the carrier frequency of the switching elements T1 to T6 of the inverter circuit. In the power converter 2 of the embodiment, the carrier frequency of the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 is higher than the carrier frequency of the switching elements T1 to T6 of the inverter circuit.

電圧コンバータ回路３の出力側（電圧コンバータ回路の出力側とインバータ回路４ａ、４ｂの入力側の間）には、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２が並列に接続されている。回路上は、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２と分けて記述する必要がないが、後述するようにハードウエアとして平滑コンデンサを２個のユニット（第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２）で構成するため、これに合わせて回路図上でも２個のコンデンサで表している。第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２は、電圧コンバータ回路３が出力する電流の脈動を抑制するために挿入されている。   A first smoothing capacitor C1 and a second smoothing capacitor C2 are connected in parallel to the output side of the voltage converter circuit 3 (between the output side of the voltage converter circuit and the input side of the inverter circuits 4a and 4b). Although it is not necessary to describe the first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2 separately on the circuit, the smoothing capacitor is composed of two units (a first capacitor unit 31 and a second capacitor unit) as hardware as will be described later. 32), it is represented by two capacitors on the circuit diagram accordingly. The first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2 are inserted in order to suppress the pulsation of the current output from the voltage converter circuit 3.

符号３１が示す破線が、第１平滑コンデンサＣ１のハードウエアに相当する。第１平滑コンデンサＣ１は、大きな容量を確保するために複数のコンデンサ素子を並列して実現される。第１平滑コンデンサＣ１を実現する複数のコンデンサ素子を収容したユニットを第１コンデンサユニット３１と称する。   A broken line indicated by reference numeral 31 corresponds to the hardware of the first smoothing capacitor C1. The first smoothing capacitor C1 is realized by paralleling a plurality of capacitor elements in order to ensure a large capacity. A unit accommodating a plurality of capacitor elements that realize the first smoothing capacitor C1 is referred to as a first capacitor unit 31.

符号３２が示す破線が、第２平滑コンデンサＣ２のハードウエアに相当する。第１平滑コンデンサＣ１と同様に、第２平滑コンデンサＣ２も複数のコンデンサ素子を並列して実現される。第２平滑コンデンサＣ２を実現する複数のコンデンサ素子を収容したユニットを第２コンデンサユニット３２と称する。   A broken line indicated by reference numeral 32 corresponds to the hardware of the second smoothing capacitor C2. Similar to the first smoothing capacitor C1, the second smoothing capacitor C2 is also realized by paralleling a plurality of capacitor elements. A unit accommodating a plurality of capacitor elements that realize the second smoothing capacitor C2 is referred to as a second capacitor unit 32.

図１に破線ＰＣ１からＰＣ７で囲んだように、電力変換器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、２個のスイッチング素子の直列回路、およびこれに付随するダイオードが一つのパッケージに収容されている。具体的には、２個のスイッチング素子とダイオードが樹脂で封止されており、その樹脂パッケージの内部でスイッチング素子が直列に接続されているとともに、各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続されている。また、半導体基板にスイッチング素子とダイオードがペアで作り込まれているデバイスもある。そのような樹脂パッケージを本明細書ではパワーカードと称する。即ち、電力変換器２は、７個のパワーカードＰＣ１からＰＣ７を備える。前述したように、図１において各パワーカードに付されている符号Ｐｔは、２個のスイッチング素子の直列回路の高電位側の電極に接続されている正極端子を表しており、符号Ｎｔは、低電位側の電極に接続されている負極端子を表している。   As surrounded by broken lines PC1 to PC7 in FIG. 1, the power converter 2 includes seven sets of series circuits of two switching elements. As hardware, a series circuit of two switching elements and an associated diode are accommodated in one package. Specifically, two switching elements and a diode are sealed with resin, the switching elements are connected in series inside the resin package, and a diode is connected to each switching element in antiparallel. Yes. There are also devices in which switching elements and diodes are built in pairs on a semiconductor substrate. Such a resin package is referred to as a power card in this specification. That is, the power converter 2 includes seven power cards PC1 to PC7. As described above, the reference symbol Pt attached to each power card in FIG. 1 represents the positive terminal connected to the high potential side electrode of the series circuit of two switching elements, and the reference symbol Nt is The negative terminal connected to the low potential side electrode is shown.

図１において、符号１４が示す破線内の導電経路は、複数のパワーカードの正極端子Ｐｔと第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２を相互に接続するＰバスバ（高電位側のバスバ）に対応し、符号１５が示す破線内の導電経路は、複数のパワーカードの負極端子Ｎｔと第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２を相互に接続するＮバスバ（低電位側のバスバ）に対応する。   In FIG. 1, the conductive path in the broken line indicated by reference numeral 14 is connected to the P bus bar (high potential side bus bar) that connects the positive terminal Pt, the first capacitor unit 31 and the second capacitor unit 32 of the plurality of power cards. Correspondingly, the conductive path in the broken line indicated by reference numeral 15 corresponds to the N bus bar (low potential side bus bar) that connects the negative terminal Nt of the plurality of power cards, the first capacitor unit 31 and the second capacitor unit 32 to each other. To do.

次に、電力変換器２の筐体内の部品レイアウトを説明する。大電流を扱うスイッチング素子は発熱量も多い。複数のスイッチング素子を効率よく冷却するため、電力変換器２は、スイッチング素子を収容した７個のパワーカードＰＣ１からＰＣ７と複数の冷却器２１を交互に積層した積層ユニット２０を備える。積層ユニット２０は、コンデンサ等の他の部品と共に筐体２７内に収容されている。図２、図３に積層ユニット２０を含む電力変換器２の部品レイアウトを示す。図２は、電力変換器２の筐体２７の内部の部品レイアウトを示す平面図（カバーを外した状態）を示しており、図３は、筐体２７だけを断面で表し、内部の部品を側面図として表している。なお、以下では、図１のリアクトル７については図示と説明を省略する。   Next, the component layout in the housing of the power converter 2 will be described. Switching elements that handle large currents generate a large amount of heat. In order to efficiently cool a plurality of switching elements, the power converter 2 includes a stacked unit 20 in which seven power cards PC1 to PC7 and a plurality of coolers 21 that accommodate the switching elements are alternately stacked. The laminated unit 20 is accommodated in the housing 27 together with other components such as a capacitor. 2 and 3 show component layouts of the power converter 2 including the laminated unit 20. FIG. 2 is a plan view showing a component layout inside the casing 27 of the power converter 2 (with the cover removed). FIG. 3 shows only the casing 27 in cross section, and shows the internal components. It is shown as a side view. In the following, the illustration and description of the reactor 7 in FIG. 1 are omitted.

積層ユニット２０は、７枚のパワーカードＰＣ１からＰＣ７と８枚の冷却器２１を交互に積層したものであり、各パワーカードはその両側を冷却器２１で挟まれている。複数の冷却器２１の内部は冷媒が通る空洞である。各冷却器２１の長手方向（図中のＹ軸方向）の両側に孔が設けられており、隣接する冷却器２１が連結管２５ａ、２５ｂで連結されている。図中で積層方向（Ｘ軸方向）の左端に位置する冷却器２１には冷媒供給管２３と冷媒排出管２４が接続されている。冷媒供給管２３から供給された冷媒は、連結管２５ａを通じて全ての冷却器２１に分配される。冷媒は、各冷却器２１の内部を通過する間に隣接するパワーカードの熱を吸収し、他方の連結管２５ｂを通じて冷媒排出管２４へと送られる。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。   The stacking unit 20 is formed by alternately stacking seven power cards PC1 to PC7 and eight coolers 21, and each power card is sandwiched between the coolers 21 on both sides. The inside of the plurality of coolers 21 is a cavity through which the refrigerant passes. Holes are provided on both sides in the longitudinal direction (Y-axis direction in the drawing) of each cooler 21, and adjacent coolers 21 are connected by connecting pipes 25a and 25b. In the figure, a refrigerant supply pipe 23 and a refrigerant discharge pipe 24 are connected to the cooler 21 located at the left end in the stacking direction (X-axis direction). The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 23 is distributed to all the coolers 21 through the connection pipe 25a. The refrigerant absorbs the heat of the adjacent power card while passing through the inside of each cooler 21, and is sent to the refrigerant discharge pipe 24 through the other connecting pipe 25b. The refrigerant is a liquid, for example, water or LLC (Long Life Coolant).

積層ユニット２０内のパワーカードＰＣ１からＰＣ７までの配列について説明する。電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を含むパワーカードＰＣ７は、全てのパワーカードの中で、積層ユニット２０の図中右端に配置されている。インバータ回路のスイッチング素子（素子Ｔ１からＴ６及びインバータ回路４ｂのスイッチング素子）を含むその他のパワーカードＰＣ１からＰＣ６は、パワーカードＰＣ７より図中左側に配置されている。別言すれば、パワーカードＰＣ７は積層ユニット２０の積層方向（Ｘ軸方向）における端に位置する冷却器２１に隣接している。   The arrangement from the power cards PC1 to PC7 in the laminated unit 20 will be described. The power card PC7 including the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 is disposed at the right end of the laminated unit 20 in the figure among all the power cards. Other power cards PC1 to PC6 including switching elements of the inverter circuit (elements T1 to T6 and switching elements of the inverter circuit 4b) are arranged on the left side in the figure from the power card PC7. In other words, the power card PC7 is adjacent to the cooler 21 located at the end of the stacking unit 20 in the stacking direction (X-axis direction).

電力変換器２に備えられた各種のコンデンサのレイアウトについて説明する。積層ユニット２０の積層方向と直交する方向（Ｙ軸方向）には、第２コンデンサユニット３２が配置されている。第２コンデンサユニット３２は、前述したように、図１における第２平滑コンデンサＣ２に相当する。第２コンデンサユニット３２のＸ軸方向の長さは、積層ユニット２０のＸ軸方向の長さとほぼ同じである。   The layout of various capacitors provided in the power converter 2 will be described. A second capacitor unit 32 is arranged in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the stacking direction of the stacked unit 20. As described above, the second capacitor unit 32 corresponds to the second smoothing capacitor C2 in FIG. The length of the second capacitor unit 32 in the X-axis direction is substantially the same as the length of the multilayer unit 20 in the X-axis direction.

積層ユニット２０の図中右端の冷却器２１の外側には第１コンデンサユニット３１が配置されている。第１コンデンサユニット３１はその冷却器２１に接している。第１コンデンサユニット３１は、図１における第１平滑コンデンサＣ１に相当する。第１コンデンサユニット３１（第１平滑コンデンサＣ１）は、積層方向（Ｘ軸方向）において積層ユニット２０に隣接配置されている。より詳しくは、第１コンデンサユニット３１（第１平滑コンデンサＣ１）は、積層方向において冷却器２１を間に挟んでパワーカードＰＣ７に隣接配置されている。   A first capacitor unit 31 is disposed outside the cooler 21 at the right end of the multilayer unit 20 in the drawing. The first capacitor unit 31 is in contact with the cooler 21. The first capacitor unit 31 corresponds to the first smoothing capacitor C1 in FIG. The first capacitor unit 31 (first smoothing capacitor C1) is disposed adjacent to the multilayer unit 20 in the stacking direction (X-axis direction). More specifically, the first capacitor unit 31 (first smoothing capacitor C1) is disposed adjacent to the power card PC7 with the cooler 21 interposed therebetween in the stacking direction.

電力変換器２は、さらに、第３コンデンサユニット３３を備える。第３コンデンサユニット３３は、積層方向において、第１コンデンサユニット３１の外側に壁を挟んで配置されている。第３コンデンサユニット３３は、図１の回路図におけるフィルタコンデンサ６に相当する。   The power converter 2 further includes a third capacitor unit 33. The third capacitor unit 33 is disposed on the outside of the first capacitor unit 31 with a wall in the stacking direction. The third capacitor unit 33 corresponds to the filter capacitor 6 in the circuit diagram of FIG.

また、積層ユニット２０は、第１コンデンサユニット３１と共に、積層方向の一端を板バネ２６を介して筐体２７の壁面に支持されており、他方を筐体２７の別の壁面に支持されている。板バネ２６は積層ユニット２０及び第１コンデンサユニット３１をその方向に加圧している。この板バネ２６の荷重により、各々の冷却器２１の側面は各パワーカードＰＣ１からＰＣ７及び第１コンデンサユニット３１と密着することになる。パワーカードＰＣ１からＰＣ７と第１コンデンサユニット３１は、冷却器２１と密着することによって効率よく冷却される。   In addition to the first capacitor unit 31, the multilayer unit 20 has one end in the stacking direction supported by the wall surface of the housing 27 via the leaf spring 26, and the other supported by another wall surface of the housing 27. . The leaf spring 26 pressurizes the laminated unit 20 and the first capacitor unit 31 in that direction. Due to the load of the leaf spring 26, the side surface of each cooler 21 comes into close contact with each power card PC 1 to PC 7 and the first capacitor unit 31. The power cards PC1 to PC7 and the first capacitor unit 31 are efficiently cooled by being in close contact with the cooler 21.

各種コンデンサと各パワーカードを接続するバスバについて説明する。図１に示したように、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２は、各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の夫々に並列に接続される。前述したように第１平滑コンデンサＣ１は第１コンデンサユニット３１に対応し、第２平滑コンデンサＣ２は第２コンデンサユニット３２に対応する。図２に示すように、ハードウエア構成としては、第１及び第２コンデンサユニット３１、３２の高電位側の端子とパワーカードＰＣ１からＰＣ７の正極端子ＰｔがＰバスバ１４により電気的に接続されている。同様に第１及び第２コンデンサユニット３１、３２の低電位側の端子とパワーカードＰＣ１からＰＣ７の負極端子ＮｔがＮバスバ１５により電気的に接続されている。ここで、Ｐバスバ１４及びＮバスバ１５は、細長の金属板であり、ケーブルの導電部材よりも内部抵抗が小さく、さらに耐熱性も高く、大電力を輸送するのに適している導電部材である。   A bus bar for connecting various capacitors and power cards will be described. As shown in FIG. 1, the first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2 are connected in parallel to each of the power cards PC1 to PC7. As described above, the first smoothing capacitor C1 corresponds to the first capacitor unit 31, and the second smoothing capacitor C2 corresponds to the second capacitor unit 32. As shown in FIG. 2, the hardware configuration is such that the high potential side terminals of the first and second capacitor units 31 and 32 and the positive terminals Pt of the power cards PC1 to PC7 are electrically connected by the P bus bar 14. Yes. Similarly, the low potential side terminals of the first and second capacitor units 31 and 32 and the negative terminals Nt of the power cards PC 1 to PC 7 are electrically connected by the N bus bar 15. Here, the P bus bar 14 and the N bus bar 15 are elongated metal plates, and are conductive members that have lower internal resistance and higher heat resistance than a cable conductive member, and are suitable for transporting large power. .

Ｐバスバ１４には、積層方向に伸びる本体から各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の正極端子Ｐｔに接続するための枝部が積層方向と交差する方向に伸びている。この枝部が、各パワーカードの正極端子Ｐｔに、例えば溶接により接合されている。また、Ｐバスバ１４の積層方向における一端は第１コンデンサユニット３１の高電位側の端子に接続されている。Ｐバスバ１４は、第１コンデンサユニット３１との接続箇所で第２コンデンサユニット３２へ向かってＬ字に屈曲しており、その先端で第２コンデンサユニット３２に接続している。Ｎバスバ１５も、Ｐバスバ１４と同様に、積層方向に伸びる本体から各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の負極端子Ｎｔに接続するための枝部が積層方向と交差する方向に伸びている。この枝部が、各パワーカードの負極端子Ｎｔに接合されている。また、Ｎバスバの積層方向における一端は第１コンデンサユニット３１の低電位側の端子に接続されている。Ｎバスバ１５も、第１コンデンサユニット３１との接続箇所で第２コンデンサユニット３２へ向かってＬ字に屈曲しており、その先端で第２コンデンサユニット３２に接続している。   In the P bus bar 14, branch portions for connecting from the main body extending in the stacking direction to the positive terminal Pt of each power card PC 1 to PC 7 extend in a direction crossing the stacking direction. This branch is joined to the positive terminal Pt of each power card by, for example, welding. One end of the P bus bar 14 in the stacking direction is connected to a terminal on the high potential side of the first capacitor unit 31. The P bus bar 14 is bent in an L shape toward the second capacitor unit 32 at a connection point with the first capacitor unit 31, and is connected to the second capacitor unit 32 at the tip thereof. Similarly to the P bus bar 14, the N bus bar 15 extends from the main body extending in the stacking direction in a direction intersecting with the stacking direction from the power card PC 1 to the negative terminal Nt of the PC 7. This branch is joined to the negative terminal Nt of each power card. One end of the N bus bar in the stacking direction is connected to a terminal on the low potential side of the first capacitor unit 31. The N bus bar 15 is also bent in an L shape toward the second capacitor unit 32 at a connection point with the first capacitor unit 31, and is connected to the second capacitor unit 32 at the tip thereof.

パワーカードＰＣ７と第１コンデンサユニット３１及び第２コンデンサユニット３２のレイアウトについて説明する。電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を収容するパワーカードＰＣ７は、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子（Ｔ１−Ｔ６）を収容するいずれのパワーカードよりも第１コンデンサユニット３１の近くに位置している。特に、第１コンデンサユニット３１は、平板状のパワーカードと冷却器２１との積層ユニット２０の積層方向で一枚の冷却器２１を挟んで隣接している。これに対して第２コンデンサユニット３２は、積層方向と交差する方向で積層ユニット２０と隣接している。図２によく示されているように、Ｐバスバ１４（Ｎバスバ１５）のパワーカードＰＣ７から第１コンデンサユニット３１までの長さＬ１は、Ｐバスバ１４（Ｎバスバ１５）のパワーカードＰＣ７から第２コンデンサユニット３２までの長さ（Ｌ１＋Ｌ２）よりも短い。このことは、図１のブロック図を使って表現すれば、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第１平滑コンデンサＣ１までの導電経路の長さが、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第２平滑コンデンサＣ２までの導電経路の長さよりも短いことに相当する。   The layout of the power card PC7, the first capacitor unit 31, and the second capacitor unit 32 will be described. The power card PC7 that accommodates the switching elements T7, T8 of the voltage converter circuit 3 is located closer to the first capacitor unit 31 than any of the power cards that accommodate the switching elements (T1-T6) of the inverter circuits 4a, 4b. ing. In particular, the first capacitor unit 31 is adjacent to each other with the single cooler 21 in the stacking direction of the stacked unit 20 of the flat power card and the cooler 21. On the other hand, the second capacitor unit 32 is adjacent to the multilayer unit 20 in a direction crossing the stacking direction. As well shown in FIG. 2, the length L1 from the power card PC7 of the P bus bar 14 (N bus bar 15) to the first capacitor unit 31 is from the power card PC7 of the P bus bar 14 (N bus bar 15). It is shorter than the length (L1 + L2) up to two capacitor units 32. If this is expressed using the block diagram of FIG. 1, the length of the conductive path from the switching elements T7, T8 of the voltage converter circuit 3 to the first smoothing capacitor C1 is the second smoothing from the switching elements T7, T8. This corresponds to being shorter than the length of the conductive path to the capacitor C2.

上記の導電経路の長さの相違により、次の利点が得られる。コンデンサとスイッチング素子の間に発生する寄生インダクタンスは、その導電距離が短いほど小さくなる。実施例の電力変換器２では、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第１平滑コンデンサＣ１までの導電経路がスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第２平滑コンデンサＣ２までの導電経路より短い。そのため、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８と第１平滑コンデンサＣ１との間の寄生インダクタンスは、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８と第２平滑コンデンサＣ２との間の寄生インダクタンスより小さくなる。第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２はともにスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と並列に接続されているが、極めて高周波のサージ電圧（サージ電流）は、寄生インダクタンスの小さい第１平滑コンデンサＣ１に集中して流れる。別言すれば、サージ電圧（サージ電流）は、第１平滑コンデンサＣ１で吸収される。即ち、第１平滑コンデンサＣ１がスナバコンデンサの役割を果たす。   Due to the difference in the length of the conductive paths, the following advantages are obtained. The parasitic inductance generated between the capacitor and the switching element becomes smaller as the conduction distance is shorter. In the power converter 2 of the embodiment, the conductive path from the switching elements T7, T8 to the first smoothing capacitor C1 is shorter than the conductive path from the switching elements T7, T8 to the second smoothing capacitor C2. Therefore, the parasitic inductance between the switching elements T7, T8 and the first smoothing capacitor C1 is smaller than the parasitic inductance between the switching elements T7, T8 and the second smoothing capacitor C2. Both the first and second smoothing capacitors C1 and C2 are connected in parallel with the series circuit of the switching elements T7 and T8, but an extremely high frequency surge voltage (surge current) is applied to the first smoothing capacitor C1 having a small parasitic inductance. Concentrate and flow. In other words, the surge voltage (surge current) is absorbed by the first smoothing capacitor C1. That is, the first smoothing capacitor C1 serves as a snubber capacitor.

さらにまた、電力変換器２では、スナバコンデンサとして機能する第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット３１）と近接配置するスイッチング素子（パワーカード）として、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６ではなく、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を選定している。前述したように、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の方がスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６よりもキャリア周波数が高い。キャリア周波数が高いほどサージ電圧（サージ電流）も大きくなる。そこで、スナバコンデンサを兼ねる第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット３１）で、大きいサージ電圧を吸収することによって、スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のサージを吸収する専用のスナバコンデンサの容量を小さくすることができる。第１平滑コンデンサＣ１は、平滑コンデンサとして本来必要な容量（第１及び第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の総容量）の一部であるので、第１及び第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の総容量を変えることなく、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のスナバコンデンサとして必要な容量を第１平滑コンデンサＣ１に確保することができる。すなわち、スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のための専用のスナバコンデンサの容量を小さくできるほど、コストとサイズを抑制することができる。   Furthermore, in the power converter 2, as a switching element (power card) arranged close to the first smoothing capacitor C1 (first capacitor unit 31) functioning as a snubber capacitor, in the switching elements T1-T6 of the inverter circuits 4a, 4b The switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 are selected. As described above, the switching elements T7 and T8 have a higher carrier frequency than the switching elements T1 to T6. The higher the carrier frequency, the greater the surge voltage (surge current). Accordingly, the first smoothing capacitor C1 (first capacitor unit 31) that also serves as a snubber capacitor absorbs a large surge voltage, thereby reducing the capacity of the dedicated snubber capacitor that absorbs the surge of the switching elements T1-T6. it can. Since the first smoothing capacitor C1 is a part of the capacity originally required as a smoothing capacitor (the total capacity of the first and second smoothing capacitors C1 and C2), the total capacity of the first and second smoothing capacitors C1 and C2 is reduced. Without changing, the first smoothing capacitor C1 can have a capacity necessary for the snubber capacitors of the switching elements T7 and T8. That is, the cost and size can be reduced as the capacity of the dedicated snubber capacitor for the switching elements T1-T6 can be reduced.

以上のとおり、実施例の電力変換器は、電圧コンバータ回路のスイッチング素子に対して専用のスナバコンデンサを設ける必要がない。また、実施例の電力変換器は、インバータ回路のスイッチング素子について専用のスナバコンデンサを不要とするのではなく、インバータ回路のスイッチング素子よりもキャリア周波数が高い電圧コンバータのスイッチング素子について専用のスナバコンデンサを不要にすることで、サージ電圧を吸収するための構成に関して優れた費用対効果を有する。   As described above, the power converter according to the embodiment does not require a dedicated snubber capacitor for the switching element of the voltage converter circuit. In addition, the power converter of the embodiment does not require a dedicated snubber capacitor for the switching element of the inverter circuit, but has a dedicated snubber capacitor for the switching element of the voltage converter having a higher carrier frequency than the switching element of the inverter circuit. By making it unnecessary, it has an excellent cost-effectiveness with regard to the configuration for absorbing the surge voltage.

また、第１平滑コンデンサＣ１が積層ユニット２０の積層方向における端に位置する冷却器２１に接触しているため、第１平滑コンデンサＣ１を冷却することができる。このことも、第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット）をパワーカードＰＣ７に隣接配置する利点の一つである。   Moreover, since the 1st smoothing capacitor C1 is contacting the cooler 21 located in the end in the lamination direction of the lamination | stacking unit 20, the 1st smoothing capacitor C1 can be cooled. This is also one of the advantages of arranging the first smoothing capacitor C1 (first capacitor unit) adjacent to the power card PC7.

電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を収容するパワーカードＰＣ７が、第１パワーカードの一例に相当する。また、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６を収容するパワーカードＰＣ１−ＰＣ６が、第２パワーカードの一例に相当する。   The power card PC7 that accommodates the switching elements T7 and T8 of the voltage converter circuit 3 corresponds to an example of a first power card. The power cards PC1-PC6 that accommodate the switching elements T1-T6 of the inverter circuits 4a, 4b correspond to an example of a second power card.

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.

２：電力変換器
３：電圧コンバータ回路
４ａ、４ｂ：インバータ回路
５：バッテリ
６：フィルタコンデンサ
７：リアクトル
８ａ、８ｂ：モータ
９：動力分配機構
１２：車軸
１３：システムメインリレー
１４：Ｐバスバ
１５：Ｎバスバ
２０：積層ユニット
２１：冷却器
２３：冷媒供給管
２４：冷媒排出管
２５ａ、２５ｂ：連結管
２６：板バネ
２７：筐体
３１：第１コンデンサユニット
３２：第２コンデンサユニット
３３：第３コンデンサユニット
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８：スイッチング素子
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６：パワーカード（第２パワーカード）
ＰＣ７：パワーカード（第１パワーカード）
Ｃ１：第１平滑コンデンサ
Ｃ２：第２平滑コンデンサ
Ｐｔ：正極端子
Ｎｔ：負極端子
Ｌ１：第１コンデンサユニットとパワーカードＰＣ７を接続するバスバの長さ
Ｌ２：第１コンデンサユニットと第２コンデンサユニットを接続するバスバの長さ 2: Power converter 3: Voltage converter circuit 4a, 4b: Inverter circuit 5: Battery 6: Filter capacitor 7: Reactor 8a, 8b: Motor 9: Power distribution mechanism 12: Axle 13: System main relay 14: P bus bar 15: N bus bar 20: laminated unit 21: cooler 23: refrigerant supply pipe 24: refrigerant discharge pipe 25a, 25b: connecting pipe 26: leaf spring 27: housing 31: first capacitor unit 32: second capacitor unit 33: third Capacitor units T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8: switching elements PC1, PC2, PC3, PC4, PC5, PC6: power card (second power card)
PC7: Power card (first power card)
C1: first smoothing capacitor C2: second smoothing capacitor Pt: positive terminal Nt: negative terminal L1: length of bus bar connecting the first capacitor unit and the power card PC7 L2: connecting the first capacitor unit and the second capacitor unit Bus bar length

Claims (1)

バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と昇圧後の電力を交流に変換して走行用モータに供給するインバータ回路を含む電力変換器であり、
前記電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容する第１パワーカードと、前記インバータ回路のスイッチング素子を収容する第２パワーカードと、複数の冷却器と、が積層されている積層ユニットと、
前記電圧コンバータ回路の出力側に並列に接続されている２つのコンデンサを夫々収容している第１コンデンサユニット及び第２コンデンサユニットと、
前記第１コンデンサユニットと前記第２コンデンサユニットと前記第１パワーカードと前記第２パワーカードを接続しているバスバと、を備えており、
前記第１コンデンサユニットが前記積層ユニットの積層方向で隣接して配置されているとともに、前記第２コンデンサユニットが前記積層ユニットの積層方向と直交する方向で隣接して配置されており、
前記第１パワーカードが前記第２パワーカードよりも前記第１コンデンサユニットの近くに位置しており、
前記バスバの前記第１パワーカードから前記第１コンデンサユニットまでの長さが、前記バスバの前記第１パワーカードから前記第２コンデンサユニットまでの長さよりも短い、
ことを特徴とする電力変換器。 A power converter that includes a voltage converter circuit that boosts the voltage of the battery and an inverter circuit that converts the boosted power to alternating current and supplies it to the traveling motor;
A first power card that houses the switching elements of the voltage converter circuit, a second power card that houses the switching elements of the inverter circuit, and a plurality of coolers,
A first capacitor unit and a second capacitor unit respectively containing two capacitors connected in parallel to the output side of the voltage converter circuit;
A bus bar connecting the first capacitor unit, the second capacitor unit, the first power card, and the second power card;
The first capacitor unit is disposed adjacent in the stacking direction of the multilayer unit, and the second capacitor unit is disposed adjacent in a direction orthogonal to the stacking direction of the multilayer unit,
The first power card is located closer to the first capacitor unit than the second power card;
The length of the bus bar from the first power card to the first capacitor unit is shorter than the length of the bus bar from the first power card to the second capacitor unit.
A power converter characterized by that.

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