JP5629485B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体素子が収容された半導体モジュールと
半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device including a semiconductor module in which a semiconductor element is accommodated and a cooling device for cooling the semiconductor module.

半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む電力変換装置について、従来から各種提案されている。   Various types of power conversion devices including a semiconductor module and a cooling device for cooling the semiconductor module have been proposed.

たとえば、特開２００５−２３７１４１号公報に記載されたインバータは、パワーカードと、コンデンサと、制御基板と、パワーカード、コンデンサおよび制御基板を収容するケースとを備えている。ケースは、パワーカードを収容する収容部と、パワーカードの周囲に冷却媒体を循環させる循環経路部とを有する。パワーカードは、半導体素子と、この半導体素子の両面に設けられた放熱板とを含む。パワーカードは、パワーカードと収容部との隙間に充填された絶縁性樹脂によって固定されている。   For example, an inverter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-237141 includes a power card, a capacitor, a control board, and a case that houses the power card, the capacitor, and the control board. The case has a housing part that houses the power card, and a circulation path part that circulates the cooling medium around the power card. The power card includes a semiconductor element and a heat sink provided on both sides of the semiconductor element. The power card is fixed by an insulating resin filled in a gap between the power card and the accommodating portion.

このインバータを組み立てる際には、まず、収容部にパワーカードを収容し、隙間に絶縁性樹脂を充填し、パワーカードを収容部に固定する。その後、制御基板やコンデンサを取り付けて各配線を接合する。   When assembling this inverter, first, the power card is accommodated in the accommodating portion, the gap is filled with an insulating resin, and the power card is fixed to the accommodating portion. Then, a control board and a capacitor are attached and each wiring is joined.

特開２００５−７３３７３号公報に記載された電力変換装置は、半導体モジュールと、半導体モジュールの制御端子に接続された制御回路基板と、半導体モジュールの主電力端子が接続されたバスバーアッセンブリとを備える。バスバーアッセンブリのバスバーおよび主電力端子と、制御電極端子および接続端子とは、それぞれ、溶接、ビス止め、半田等によって接続されている。   The power conversion device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-73373 includes a semiconductor module, a control circuit board connected to a control terminal of the semiconductor module, and a bus bar assembly connected to a main power terminal of the semiconductor module. The bus bar and main power terminal of the bus bar assembly are connected to the control electrode terminal and the connection terminal by welding, screwing, soldering or the like, respectively.

特開平９−１６２０６１号公報に記載されたコンデンサは、基板に形成されたソケットハウジングに差し込むだけで基板との接続が可能となっている。   The capacitor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-162061 can be connected to the board simply by being inserted into a socket housing formed on the board.

特開２００６−１７４５６６号公報に記載された電流制御素子は、フィルムコンデンサ中にＩＧＢＴ素子とダイオード素子とを巻込んだものとなっている。   The current control element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-174666 includes an IGBT element and a diode element wound in a film capacitor.

特開２００１−２５７４３７号公報に記載されセラミック基板は、その上面にセラミックコンデンサ、パワーＩＣ等の電子部品が実装されている。このセラミック基板の下面には、接着剤を介してヒートシンクが接着されている。   A ceramic substrate described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-257437 has an electronic component such as a ceramic capacitor and a power IC mounted on the upper surface thereof. A heat sink is bonded to the lower surface of the ceramic substrate via an adhesive.

特開２００５−２３７１４１号公報JP 2005-237141 A 特開２００５−７３３７３号公報JP 2005-73373 A 特開平９−１６２０６１号公報JP-A-9-162061 特開２００６−１７４５６６号公報JP 2006-174466 A 特開２００１−２５７４３７号公報JP 2001-257437 A

特開２００５−２３７１４１号公報に記載されたインバータにおいて、パワーカードはケースに固定されているため、半導体素子が損傷した場合に、パワーカードのみを交換することができない。このため、インバータの略全体を交換する必要が生じるという問題がある。   In the inverter described in JP-A-2005-237141, since the power card is fixed to the case, when the semiconductor element is damaged, it is not possible to replace only the power card. For this reason, there is a problem that it is necessary to replace substantially the entire inverter.

また、上記インバータを組み立てる際には、パワー素子の固定および各配線の接合等を要し、インバータの組み立てに手間を要する。   Further, when assembling the inverter, it is necessary to fix the power element and join each wiring, and it takes time to assemble the inverter.

特開２００５−７３３７３号公報に記載された電力変換装置においては、バスバーアッセンブリのバスバーおよび主電力端子と、制御電極端子および接続端子とは、それぞれ、溶接、ビス止め、半田等によって接続されている。このため、半導体モジュールや半導体モジュールに接続されたバスバーモジュール等の機器が損傷した場合には、損傷した半導体モジュールおよび半導体モジュールに接続された機器のみを交換することが非常に困難なものとなっている。   In the power conversion device described in JP-A-2005-73373, the bus bar and main power terminal of the bus bar assembly, the control electrode terminal, and the connection terminal are connected by welding, screwing, soldering, or the like, respectively. . Therefore, when a device such as a semiconductor module or a bus bar module connected to the semiconductor module is damaged, it is very difficult to replace only the damaged semiconductor module and the device connected to the semiconductor module. Yes.

さらに、この電力変換装置では、半導体モジュールとバスバーモジュールとを溶接等により接合する必要があり、電力変換装置の組み立てが非常の困難なものとなっている。   Further, in this power conversion device, it is necessary to join the semiconductor module and the bus bar module by welding or the like, which makes it very difficult to assemble the power conversion device.

特開平９−１６２０６１号公報には、半導体素子とコンデンサとの接続に関して何ら記載されていない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-162061 does not describe any connection between a semiconductor element and a capacitor.

仮に、上記コンデンサの端子を受け可能であっても、電極に接続される端子部を半導体素子に形成することは困難であり、仮にこのような端子を半導体素子に形成できたとしても、半導体素子が大型化しやすい。   Even if the terminal of the capacitor can be received, it is difficult to form the terminal portion connected to the electrode in the semiconductor element. Even if such a terminal can be formed in the semiconductor element, the semiconductor element Is easy to enlarge.

特開２００６−１７４５６６号公報に記載された電流制御素子は、ＩＧＢＴ素子がフィルムコンデンサに巻き込まれており、ＩＧＢＴ素子の冷却を図ることが困難なものとなっている。   In the current control element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-174666, the IGBT element is wound around a film capacitor, and it is difficult to cool the IGBT element.

特開２００１−２５７４３７号公報に記載されたセラミック基板においては、セラミックコンデンサ、およびパワーＩＣ等の電子部品を半田等で接着する必要があり、組み立てが非常に困難なものとなっている。   In the ceramic substrate described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-257437, it is necessary to bond a ceramic capacitor and an electronic component such as a power IC with solder or the like, which makes it very difficult to assemble.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子の冷却を確保しつつ、電力変換装置を構成する部品を簡単に交換することができると共に、組み立ての作業の簡素化が図られた電力変換装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and its purpose is to easily replace the components constituting the power conversion device while ensuring the cooling of the semiconductor element, and to assemble it. It is providing the power converter device with which simplification of the operation | work was achieved.

本発明に係る電力変換装置は、電極を含む半導体素子および、外部に向けて突出し、電極に接続された第１端子部を含む半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却装置と、コンデンサを内部に含み、第１端子部を受け入れると共に、半導体モジュールに着脱可能に設けられたコンデンサモジュールと、コンデンサモジュール内に設けられると共に、コンデンサに接続され、第１端子部に着脱可能に接続される第２端子部とを備える。   A power conversion device according to the present invention includes a semiconductor element including an electrode, a semiconductor module including a first terminal portion that protrudes outward and connected to the electrode, a cooling device that cools the semiconductor module, and a capacitor inside. A capacitor module that is detachably provided in the semiconductor module and that receives the first terminal portion, and a second terminal that is provided in the capacitor module and connected to the capacitor and detachably connected to the first terminal portion. A part.

好ましくは、上記半導体モジュールは、複数設けられ、コンデンサモジュールは、半導体モジュールごとに設けられる。   Preferably, a plurality of the semiconductor modules are provided, and a capacitor module is provided for each semiconductor module.

好ましくは、上記半導体モジュールおよび、半導体モジュールに接続されたコンデンサモジュールを収容する収容ケースをさらに備える、上記冷却装置は、収容ケースの表面に設けられる。好ましくは、上記第２端子部は、挿入される第１端子部によって押し退けられると共に、挿入された第１端子部に圧着する圧着片とされた。   Preferably, the cooling device further including a housing case for housing the semiconductor module and a capacitor module connected to the semiconductor module is provided on a surface of the housing case. Preferably, the second terminal portion is a crimp piece that is pushed away by the inserted first terminal portion and is crimped to the inserted first terminal portion.

本発明に係る電極変換装置は、他の局面では、電極を含む半導体素子、および電極に接続され、外部に向けて突出する第１端子部を含む半導体モジュールと、コンデンサおよびコンデンサに接続された第２端子部を含むコンデンサユニットと、第１端子部および第２端子部に接続されるバスバーユニットとを備える。上記バスバーユニットは、第１端子部と着脱可能に設けられた第３端子部と、第２端子部に着脱可能に設けられた第４端子部とを含む。   In another aspect, an electrode conversion device according to the present invention includes a semiconductor element including an electrode, a semiconductor module including a first terminal connected to the electrode and protruding toward the outside, and a capacitor connected to the capacitor and the capacitor. A capacitor unit including two terminal portions and a bus bar unit connected to the first terminal portion and the second terminal portion are provided. The bus bar unit includes a third terminal portion detachably provided on the first terminal portion and a fourth terminal portion detachably provided on the second terminal portion.

本発明に係る電力変換装置によれば、半導体素子の冷却を確保しつつ、電力変換装置を構成する部品を簡単に交換することができると共に、組み立ての作業の簡素化を図ることができる。   According to the power conversion device of the present invention, it is possible to easily replace the components constituting the power conversion device while ensuring the cooling of the semiconductor element, and to simplify the assembly work.

この発明に係る半導体ユニット（電力変換装置）１０を搭載したモータ駆動装置１００の回路図である。1 is a circuit diagram of a motor drive device 100 equipped with a semiconductor unit (power conversion device) 10 according to the present invention. 半導体ユニット１０の平面図である。2 is a plan view of a semiconductor unit 10. FIG. 半導体ユニット１０を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a semiconductor unit 10. FIG. 半導体モジュール６２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the semiconductor module 62 and the member located in the circumference | surroundings. 図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。It is sectional drawing in the VV line shown in FIG. 図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。It is sectional drawing in the VI-VI line of FIG. 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。It is sectional drawing in the VII-VII line of FIG. コンデンサモジュール５０の斜視図である。3 is a perspective view of a capacitor module 50. FIG. ケース４６を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of the capacitor module 50 with a case 46 removed. コンデンサモジュール５０の断面図である。3 is a cross-sectional view of a capacitor module 50. FIG. コンデンサモジュール５０Ａおよび半導体モジュール６２の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view showing a modification of capacitor module 50A and semiconductor module 62. 半導体ユニット１０の変形例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a modified example of the semiconductor unit 10. 半導体モジュール６２の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the semiconductor module 62. 図１３に示す半導体モジュール６２の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module 62 shown in FIG. 図１４に示すセラミックコンデンサ７３の配置態様と異なるセラミックコンデンサ７３の配置態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement | positioning aspect of the ceramic capacitor 73 different from the arrangement | positioning aspect of the ceramic capacitor 73 shown in FIG. 本実施の形態２に係る半導体ユニット１０の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a semiconductor unit 10 according to a second embodiment. バスバーユニット９０の斜視図である。3 is a perspective view of a bus bar unit 90. FIG. ケース９２内に配置され、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵに接続される圧着部８５Ｐ，８５Ｎとを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the crimping | compression-bonding part 85P and 85N which are arrange | positioned in the case 92 and are connected to bus-bar 40PU and 40NU. コンデンサモジュール５０の平面図である。3 is a plan view of a capacitor module 50. FIG. ケース５３の上面部を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の平面図である。4 is a plan view of the capacitor module 50 in a state where an upper surface portion of a case 53 is removed. FIG. 圧着部５７および圧着部５８を示す斜視図である。5 is a perspective view showing a crimping part 57 and a crimping part 58. FIG.

図１から図２１を用いて、本発明の実施の形態に係る電気機器について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。   An electrical apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In addition, when there are a plurality of embodiments below, it is planned from the beginning to appropriately combine the features of each embodiment unless otherwise specified.

（実施の形態１）
図１は、この発明に係る半導体ユニット（電力変換装置）１０を搭載したモータ駆動装置１００の回路図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive device 100 equipped with a semiconductor unit (power conversion device) 10 according to the present invention.

図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，３１と、制御装置３０とを備える。   Referring to FIG. 1, motor drive device 100 includes a battery B, capacitors C1 and C2, a boost converter 12, inverters 14 and 31, and a control device 30.

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、三相交流回転電機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２は、主として電動機として動作する。   Motor generators MG1 and MG2 are three-phase AC rotating electric machines. Although motor generators MG1 and MG2 can function as both a generator and an electric motor, motor generator MG1 mainly operates as a generator, and motor generator MG2 mainly operates as an electric motor.

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインＬＮ１に接続され、他方端はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインＬＮ１に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインＬＮ２に接続される。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。   Boost converter 12 includes a reactor L1, switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2. Reactor L1 has one end connected to power supply line LN1 of battery B, and the other end connected to an intermediate point between switching element Q1 and switching element Q2, that is, between the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2. The Switching elements Q1, Q2 are connected in series between power supply line LN1 and ground line LN2. The collector of switching element Q1 is connected to power supply line LN1, and the emitter of switching element Q2 is connected to ground line LN2. In addition, diodes D1 and D2 that flow current from the emitter side to the collector side are connected between the collector and emitter of the switching elements Q1 and Q2, respectively.

なお、本実施の形態においては、３つのダイオードＤ１および３つのスイッチング素子Ｑ１が並列に接続されている。また、３つのダイオードＤ２および３つのスイッチング素子Ｑ１が並列に接続されている。   In the present embodiment, three diodes D1 and three switching elements Q1 are connected in parallel. Three diodes D2 and three switching elements Q1 are connected in parallel.

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に並列に設けられる。   Inverter 14 includes a U-phase arm 15, a V-phase arm 16, and a W-phase arm 17. U-phase arm 15, V-phase arm 16, and W-phase arm 17 are provided in parallel between power supply line LN1 and ground line LN2.

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。   U-phase arm 15 includes switching elements Q3 and Q4 connected in series, V-phase arm 16 includes switching elements Q5 and Q6 connected in series, and W-phase arm 17 includes switching elements Q7 and Q7 connected in series. Consists of Q8. Further, diodes D3 to D8 that flow current from the emitter side to the collector side are connected between the collectors and emitters of the switching elements Q3 to Q8, respectively.

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。   An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor generator MG1. That is, motor generator MG1 is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to a neutral point, and the other end of U phase coil is at the intermediate point of switching elements Q3 and Q4, and V phase The other end of the coil is connected to the intermediate point of switching elements Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil is connected to the intermediate point of switching elements Q7 and Q8.

インバータ３１は、インバータ１４と同様の構成から成る。なお、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，３１に含まれるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。   The inverter 31 has the same configuration as the inverter 14. For example, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is applied to switching elements Q1-Q8 included in boost converter 12 and inverters 14, 31.

バッテリＢは、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池セルを多数直列に接続して構成される高電圧のバッテリである。なお、バッテリＢを、これらの２次電池以外に、キャパシタ、コンデンサあるいは燃料電池などで構成しても良い。   The battery B is a high voltage battery configured by connecting a large number of secondary battery cells such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries in series. The battery B may be composed of a capacitor, a capacitor, a fuel cell, or the like other than these secondary batteries.

コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。   Capacitor C1 smoothes the DC voltage supplied from battery B and supplies the smoothed DC voltage to boost converter 12.

昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってスイッチング素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。   Boost converter 12 boosts the DC voltage supplied from capacitor C1 and supplies the boosted voltage to capacitor C2. More specifically, when boosting converter 12 receives signal PWMC from control device 30, boosting converter 12 boosts the DC voltage according to the period during which switching element Q2 is turned on by signal PWMC, and supplies the boosted voltage to capacitor C2.

また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４および／またはインバータ３１から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。   Further, when boost converter 12 receives signal PWMC from control device 30, battery 12 is charged by stepping down the DC voltage supplied from inverter 14 and / or inverter 31 via capacitor C2.

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４，３１へ供給する。   Capacitor C 2 smoothes the DC voltage from boost converter 12 and supplies the smoothed DC voltage to inverters 14 and 31.

インバータ１４は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１に従ったトルクを発生するように駆動される。   When a DC voltage is supplied from battery B via capacitor C2, inverter 14 converts DC voltage into an AC voltage based on signal PWMI1 from control device 30 to drive motor generator MG1. Thereby, motor generator MG1 is driven to generate torque according to torque command value TR1.

また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。   Further, inverter 14 converts the AC voltage generated by motor generator MG1 into a DC voltage based on signal PWMI1 from control device 30 during regenerative braking of the hybrid vehicle equipped with motor drive device 100, and the converted DC The voltage is supplied to the boost converter 12 via the capacitor C2. Note that regenerative braking here refers to braking that involves regenerative power generation when the driver operating the hybrid vehicle performs a footbrake operation, or regenerative braking by turning off the accelerator pedal while the vehicle is running, although the footbrake is not operated. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while generating electricity.

インバータ３１は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２に従ったトルクを発生するように駆動される。   When a DC voltage is supplied from battery B via capacitor C2, inverter 31 converts DC voltage to an AC voltage based on signal PWMI2 from control device 30 to drive motor generator MG2. Thereby, motor generator MG2 is driven to generate torque according to torque command value TR2.

また、インバータ３１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。   Further, inverter 31 converts the AC voltage generated by motor generator MG2 into a DC voltage based on signal PWMI2 from control device 30 during regenerative braking of the hybrid vehicle equipped with motor drive device 100, and the converted DC The voltage is supplied to the boost converter 12 via the capacitor C2.

半導体ユニット１０は、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、インバータ３１と、コンデンサＣ２とを含む。なお、リアクトルＬは、比較的大きなモジュールであるため、半導体ユニット１０の外部に配置される。   Semiconductor unit 10 includes a boost converter 12, an inverter 14, an inverter 31, and a capacitor C2. Since the reactor L is a relatively large module, the reactor L is disposed outside the semiconductor unit 10.

図２は、半導体ユニット１０の平面図である。この図２に示すように、半導体ユニット１０は、複数の半導体モジュール６０〜６８と、半導体モジュール６０〜６８を冷却する冷却装置２０と、複数のコンデンサモジュール５０〜５２と含む。   FIG. 2 is a plan view of the semiconductor unit 10. As shown in FIG. 2, the semiconductor unit 10 includes a plurality of semiconductor modules 60 to 68, a cooling device 20 that cools the semiconductor modules 60 to 68, and a plurality of capacitor modules 50 to 52.

各半導体モジュール６０〜６８は、プレート状に形成されており、２つの対向する主表面を有する。各半導体モジュール６０〜６８は、互いに間隔をあけて配置されている。   Each of the semiconductor modules 60 to 68 is formed in a plate shape and has two opposing main surfaces. Each semiconductor module 60-68 is arrange | positioned at intervals.

半導体モジュール６０には、図１に示すＷ相アーム１７が収容されている。半導体モジュール６１には、Ｖ相アーム１６が収容され、半導体モジュール６２には、Ｕ相アーム１５が収容されている。そして、半導体モジュール６０、半導体モジュール６１および半導体モジュール６２によって、インバータ１４が構成されている。   The semiconductor module 60 accommodates the W-phase arm 17 shown in FIG. The V-phase arm 16 is accommodated in the semiconductor module 61, and the U-phase arm 15 is accommodated in the semiconductor module 62. The semiconductor module 60, the semiconductor module 61, and the semiconductor module 62 constitute the inverter 14.

半導体モジュール６０〜６２は、半導体モジュール６０〜６２下に配置されたコンデンサモジュール５０に接続されている。   The semiconductor modules 60 to 62 are connected to the capacitor module 50 disposed below the semiconductor modules 60 to 62.

半導体モジュール６３には、図１に示すインバータ３１のＷ相アームが収容され、半導体モジュール６４には、インバータ３１のＶ相アームが収容されている。半導体モジュール６５には、インバータ３１のＵ相アームが収容されている。そして、半導体モジュール６３〜６５によって、インバータ３１が構成されている。   The semiconductor module 63 accommodates the W-phase arm of the inverter 31 shown in FIG. 1, and the semiconductor module 64 accommodates the V-phase arm of the inverter 31. The semiconductor module 65 accommodates the U-phase arm of the inverter 31. The semiconductor module 63 to 65 constitutes the inverter 31.

半導体モジュール６３〜６５は、半導体モジュール６３〜６５下に配置されたコンデンサモジュール５１に接続されている。半導体モジュール６６，６７，６８の各々には、図１に示す１つのスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１および１つのスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２が収容されている。   The semiconductor modules 63 to 65 are connected to the capacitor module 51 disposed below the semiconductor modules 63 to 65. Each of the semiconductor modules 66, 67, 68 accommodates one switching element Q1 and diode D1 and one switching element Q2 and diode D2 shown in FIG.

半導体モジュール６６〜６８は、半導体モジュール６６〜６８下に配置されたコンデンサモジュール５２に接続されている。   The semiconductor modules 66 to 68 are connected to the capacitor module 52 disposed below the semiconductor modules 66 to 68.

冷却装置２０は、冷媒が供給される供給管２１と、供給管２１に接続された複数の冷却管２２と、各冷却管２２が接続された排出管２３とを含む。   The cooling device 20 includes a supply pipe 21 to which a refrigerant is supplied, a plurality of cooling pipes 22 connected to the supply pipe 21, and a discharge pipe 23 to which each cooling pipe 22 is connected.

各冷却管２２は、各半導体モジュール６０〜６８の主表面上を通るように配置されている。これにより、各半導体モジュール６０〜６８は、冷却管２２内を流れる冷媒によって冷却される。   Each cooling pipe 22 is disposed so as to pass over the main surface of each semiconductor module 60-68. Thereby, each of the semiconductor modules 60 to 68 is cooled by the refrigerant flowing in the cooling pipe 22.

図３は、半導体ユニット１０を模式的に示す斜視図である。この図３においては、冷却装置２０は省略されている。この図３に示すように、各半導体モジュール６０〜６８の上方には、制御基板２５が配置されている。なお、制御基板２５は、制御装置３０に設けられている。各半導体モジュール６０〜６８と制御基板２５とは複数の端子によって接続されている。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing the semiconductor unit 10. In FIG. 3, the cooling device 20 is omitted. As shown in FIG. 3, the control board 25 is disposed above the semiconductor modules 60 to 68. The control board 25 is provided in the control device 30. Each of the semiconductor modules 60 to 68 and the control board 25 are connected by a plurality of terminals.

また、各半導体モジュール６０〜６８は、端子によって、各コンデンサモジュール５０〜５２と接続されている。図４は、半導体モジュール６２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す正面図である。   The semiconductor modules 60 to 68 are connected to the capacitor modules 50 to 52 through terminals. FIG. 4 is a front view schematically showing the semiconductor module 62 and members located around the semiconductor module 62.

この図４に示すように、半導体モジュール６２内には、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ３、スイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ４が収容されている。   As shown in FIG. 4, the semiconductor module 62 houses a switching element Q3, a diode D3, a switching element Q4, and a diode D4.

半導体モジュール６２は、スイッチング素子Ｑ３に接続され、制御基板２５に向けて突出する複数の制御端子４１Ｕと、スイッチング素子Ｑ４に接続された複数の制御端子４１Ｕとを含む。そして、複数の制御端子４１Ｕと制御基板２５とが接続されており、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４の駆動が制御されている。   The semiconductor module 62 includes a plurality of control terminals 41U connected to the switching element Q3 and projecting toward the control board 25, and a plurality of control terminals 41U connected to the switching element Q4. And the some control terminal 41U and the control board 25 are connected, and the drive of switching element Q3 and switching element Q4 is controlled.

半導体モジュール６２は、外部に向けて突出するバスバー（第１端子部）４０ＰＵと、外部に向けて突出するバスバー（第１端子部）４０ＮＵとを含む。   The semiconductor module 62 includes a bus bar (first terminal portion) 40PU protruding outward and a bus bar (first terminal portion) 40NU protruding outward.

バスバー４０ＰＵとバスバー４０ＮＵとは、いずれも、制御端子４１Ｕと反対側に設けられており、コンデンサモジュール５０に向けて突出している。   Each of the bus bar 40PU and the bus bar 40NU is provided on the side opposite to the control terminal 41U and protrudes toward the capacitor module 50.

図５は、図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。この図５に示すように、半導体モジュール６２は、板状に形成されたＰ電極板３１Ｐと、このＰ電極板３１Ｐと間隔をあけて配置されたＮ電極板３１Ｎと、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎと間隔をあけて配置された共通電極板３３と、共通電極板３３およびＰ電極板３１Ｐ間に配置されたスイッチング素子Ｑ３と、共通電極板３３およびＮ電極板３１Ｎ間に配置されたスイッチング素子Ｑ４とを含む。   5 is a cross-sectional view taken along line VV shown in FIG. As shown in FIG. 5, the semiconductor module 62 includes a P-electrode plate 31P formed in a plate shape, an N-electrode plate 31N spaced from the P-electrode plate 31P, and the P-electrode plates 31P and N The common electrode plate 33 arranged at a distance from the electrode plate 31N, the switching element Q3 arranged between the common electrode plate 33 and the P electrode plate 31P, and arranged between the common electrode plate 33 and the N electrode plate 31N Switching element Q4.

半導体モジュール６２は、Ｐ電極板３１Ｐ上に形成された半田３４と、この半田３４によって固定されたスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３上に形成された半田３５と、半田３５によって固定された銅スペーサ３６と、この銅スペーサ３６上に形成され、共通電極板３３に固定された半田３７とを含む。Ｎ電極板３１Ｎの上面上には、Ｐ電極板３１Ｐの上面上と同様に、半田によって固定されたスイッチング素子Ｑ４および銅スペーサが配置されている。   The semiconductor module 62 includes a solder 34 formed on the P electrode plate 31P, a switching element Q3 fixed by the solder 34, a solder 35 formed on the switching element Q3, and a copper spacer fixed by the solder 35. 36 and solder 37 formed on the copper spacer 36 and fixed to the common electrode plate 33. On the upper surface of the N electrode plate 31N, similarly to the upper surface of the P electrode plate 31P, a switching element Q4 and a copper spacer fixed by solder are disposed.

図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。この図６に示すように、共通電極板３３と、Ｐ電極板３１Ｐとの間には、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ３および銅スペーサが半田によって固定されている。   6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. As shown in FIG. 6, between the common electrode plate 33 and the P electrode plate 31P, a switching element Q3, a diode D3, and a copper spacer are fixed by solder.

図５および図６に示すように、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎと、共通電極板３３との間には、樹脂３９が充填されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, a resin 39 is filled between the P electrode plate 31 </ b> P and the N electrode plate 31 </ b> N and the common electrode plate 33.

共通電極板３３の対向する２つの主表面のうち、一方の主表面は、樹脂３９から露出している。Ｐ電極板３１Ｐの対向する２つの主表面のうち、一方の主表面が樹脂３９から露出している。Ｎ電極板３１Ｎの対向する２つの主表面のうち、一方の主表面が樹脂３９から露出している。そして、樹脂３９から露出した各主表面上に、図２に示す冷却管２２が配置されている。   Of the two main surfaces facing each other of the common electrode plate 33, one main surface is exposed from the resin 39. Of the two main surfaces of the P electrode plate 31P facing each other, one main surface is exposed from the resin 39. One of the two main surfaces of the N electrode plate 31N facing each other is exposed from the resin 39. The cooling pipe 22 shown in FIG. 2 is arranged on each main surface exposed from the resin 39.

図５および図６において、Ｐ電極板３１Ｐには、バスバー４０ＰＵが一体的に接続されている。そして、Ｎ電極板３１Ｎには、バスバー４０ＮＵが一体的に接続されている。
共通電極板３３には、中間電極１４Ｕが一体的に接続されている。なお、バスバー４０ＰＵは、Ｐ電極板３１Ｐよりも薄く形成されており、バスバー４０ＮＵもＮ電極板３１Ｎよりも薄くなるように形成されている。同様に中間電極１４Ｕは、共通電極板３３よりも薄くなるように形成されている。 5 and 6, the bus bar 40PU is integrally connected to the P electrode plate 31P. A bus bar 40NU is integrally connected to the N electrode plate 31N.
The intermediate electrode 14U is integrally connected to the common electrode plate 33. The bus bar 40PU is formed thinner than the P electrode plate 31P, and the bus bar 40NU is also formed thinner than the N electrode plate 31N. Similarly, the intermediate electrode 14 </ b> U is formed to be thinner than the common electrode plate 33.

バスバー４０ＮＵおよびバスバー４０ＰＵは、樹脂３９から突出しており、コンデンサモジュール５０に接続されている。なお、バスバー４０ＮＵは、図１に示すバスバー４０Ｎの一部を構成し、バスバー４０ＰＵは図１に示すバスバー４０Ｐの一部を構成する。   The bus bar 40NU and the bus bar 40PU protrude from the resin 39 and are connected to the capacitor module 50. The bus bar 40NU constitutes a part of the bus bar 40N shown in FIG. 1, and the bus bar 40PU constitutes a part of the bus bar 40P shown in FIG.

半導体モジュール６２には、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｕが形成されており、制御端子４１Ｕは、ボンディングワイヤ４２によってスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に接続されている。共通電極板３３に形成された中間電極１４Ｕは、図１に示すように、モータジェネレータＭＧ１に接続されており、Ｕ相コイルの端部に接続される。   The semiconductor module 62 is formed with a control terminal 41U protruding toward the control board 25, and the control terminal 41U is connected to the switching elements Q3 and Q4 by bonding wires 42. As shown in FIG. 1, intermediate electrode 14U formed on common electrode plate 33 is connected to motor generator MG1, and is connected to the end of the U-phase coil.

図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。この図７に示すように、半導体モジュール６１は、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｖと、コンデンサモジュール５０に向けて突出するバスバー４０ＮＶおよびバスバー４０ＰＶとを含む。   7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. As shown in FIG. 7, the semiconductor module 61 includes a control terminal 41 </ b> V that protrudes toward the control board 25, and a bus bar 40 </ b> NV and a bus bar 40 </ b> PV that protrude toward the capacitor module 50.

半導体モジュール６０は、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｗと、コンデンサモジュール５０に向けて突出するバスバー４０ＮＷおよびバスバー４０ＰＷとを含む。   The semiconductor module 60 includes a control terminal 41W protruding toward the control board 25, and a bus bar 40NW and a bus bar 40PW protruding toward the capacitor module 50.

各半導体モジュール６０〜６２の主表面上には、冷却管２２が配置されている。各半導体モジュール６０〜６２の主表面上には、セラミック絶縁基板４４が配置されている。このセラミック絶縁基板４４と、各半導体モジュール６０〜６２の主表面との間にはグリース４５が塗布されている。   A cooling pipe 22 is disposed on the main surface of each of the semiconductor modules 60 to 62. A ceramic insulating substrate 44 is disposed on the main surface of each of the semiconductor modules 60 to 62. Grease 45 is applied between the ceramic insulating substrate 44 and the main surfaces of the semiconductor modules 60 to 62.

セラミック絶縁基板４４上には冷却管２２が配置されており、セラミック絶縁基板４４と冷却管２２との間にはグリース４３が塗布されている。   The cooling pipe 22 is disposed on the ceramic insulating substrate 44, and the grease 43 is applied between the ceramic insulating substrate 44 and the cooling pipe 22.

なお、図４等に示される中間電極１４Ｕおよび各半導体モジュール６１，６０の中間電極は、端子台に接続され、この端子台には、モータジェネレータＭＧ１の各コイルに接続されている。同様に、図２に示す半導体モジュール６３〜６５および半導体モジュール６６〜６８も構成されている。   Note that the intermediate electrode 14U and the intermediate electrodes of the semiconductor modules 61 and 60 shown in FIG. 4 and the like are connected to a terminal block, and this terminal block is connected to each coil of the motor generator MG1. Similarly, the semiconductor modules 63 to 65 and the semiconductor modules 66 to 68 shown in FIG. 2 are also configured.

図８は、コンデンサモジュール５０の斜視図である。この図８に示すように、コンデンサモジュール５０は、内部に複数のコンデンサを収容するケース４６を備えている。   FIG. 8 is a perspective view of the capacitor module 50. As shown in FIG. 8, the capacitor module 50 includes a case 46 for accommodating a plurality of capacitors therein.

ケース４６の表面のうち、各半導体モジュール６０〜６２が配置される上面には、複数の穴部４７Ｐ，４７Ｎが形成されている。なお、この図８に示す例においては、３つの穴部４７Ｐが間隔をあけて形成されており、穴部４７Ｎも間隔をあけて３つ形成されている。   A plurality of holes 47P and 47N are formed on the upper surface of the case 46 where the semiconductor modules 60 to 62 are disposed. In the example shown in FIG. 8, three hole portions 47P are formed at intervals, and three hole portions 47N are also formed at intervals.

そして、穴部４７Ｐは、図７に示すバスバー４０ＰＵ，４０ＰＶ，４０ＰＷのいずれかを受け入れ、穴部４７Ｎは、バスバー４０ＮＵ，４０ＮＶ，４０ＮＷのいずれかを受け入れる。   And the hole part 47P receives either bus bar 40PU, 40PV, 40PW shown in FIG. 7, and the hole part 47N receives either bus bar 40NU, 40NV, 40NW.

図９は、ケース４６を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の斜視図である。この図９に示すように、コンデンサモジュール５０は、複数のフィルムコンデンサ７０と、フィルムコンデンサ７０の一方の端部に配置された電極板７１Ｐと、フィルムコンデンサ７０の他方の端部に配置された電極板７１Ｎとを含む。電極板７１Ｎおよび電極板７１Ｐは、各フィルムコンデンサ７０を並列接続している。   FIG. 9 is a perspective view of the capacitor module 50 with the case 46 removed. As shown in FIG. 9, the capacitor module 50 includes a plurality of film capacitors 70, an electrode plate 71 </ b> P disposed at one end of the film capacitor 70, and electrodes disposed at the other end of the film capacitor 70. Plate 71N. The electrode plate 71N and the electrode plate 71P connect the film capacitors 70 in parallel.

電極板７１Ｎには間隔を隔てて複数の圧着片７２Ｎが形成され、電極板７１Ｐにも、間隔をあけて複数の圧着片７２Ｐが形成されている。なお、圧着片７２Ｐは、電極板７１Ｐの一部を折り曲げることで形成された屈曲片７４Ｐに形成されている。同様に、圧着片７２Ｎは、電極板７１Ｎの一部を折り曲げて形成された屈曲片７４Ｎに形成されている。   A plurality of crimping pieces 72N are formed on the electrode plate 71N at intervals, and a plurality of crimping pieces 72P are also formed on the electrode plate 71P at intervals. The crimping piece 72P is formed on a bent piece 74P formed by bending a part of the electrode plate 71P. Similarly, the crimping piece 72N is formed on a bent piece 74N formed by bending a part of the electrode plate 71N.

図１０は、コンデンサモジュール５０の断面図である。この図１０に示すように、平板状に形成されたバスバー４０ＰＵの主表面と対向するように屈曲片７４Ｐが配置されている。そして、圧着片７２Ｐがバスバー４０ＰＵの主表面に向けて張り出し、バスバー４０ＰＵと圧着片７２Ｐとが接触している。同様に、屈曲片７４Ｎは、バスバー４０ＮＵと対向するように配置されており、圧着片７２Ｎがバスバー４０ＮＵに向けて張り出している。そして、圧着片７２Ｎとバスバー４０ＮＵとが接触している。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the capacitor module 50. As shown in FIG. 10, bent piece 74P is arranged to face the main surface of bus bar 40PU formed in a flat plate shape. Then, the crimping piece 72P projects toward the main surface of the bus bar 40PU, and the bus bar 40PU and the crimping piece 72P are in contact with each other. Similarly, the bent piece 74N is disposed so as to face the bus bar 40NU, and the crimping piece 72N projects toward the bus bar 40NU. The crimping piece 72N and the bus bar 40NU are in contact with each other.

なお、圧着片７２Ｐおよび圧着片７２Ｎの高さ方向の中央部には、バスバー４０ＰＵおよびバスバー４０ＮＵに向けて張り出す腹部が形成されている。そして、バスバー４０ＰＵが穴部４７Ｐ内に挿入されていない状態では、穴部４７Ｐと圧着片７２Ｐとを平面視すると、圧着片７２Ｐの腹部は穴部４７Ｐ内に位置している。   An abdomen that protrudes toward the bus bar 40PU and the bus bar 40NU is formed at the center in the height direction of the crimp piece 72P and the crimp piece 72N. When the bus bar 40PU is not inserted into the hole 47P and the hole 47P and the crimping piece 72P are viewed in plan, the abdomen of the crimping piece 72P is located in the hole 47P.

このため、バスバー４０ＰＵが穴部４７Ｐ内に挿入されると、バスバー４０ＰＵは、圧着片７２Ｐを押しのけ、圧着片７２Ｐが弾性変形する。そして、圧着片７２Ｐの腹部が、バスバー４０ＰＵに圧着し、電極板７１Ｐとバスバー４０ＰＵとが電気的に接続される。   For this reason, when the bus bar 40PU is inserted into the hole 47P, the bus bar 40PU displaces the crimping piece 72P, and the crimping piece 72P is elastically deformed. Then, the abdomen of the crimping piece 72P is crimped to the bus bar 40PU, and the electrode plate 71P and the bus bar 40PU are electrically connected.

同様に、圧着片７２Ｎも、電極板７１Ｎとの付根部から先端部側に向かうにつれて、
ケース４６の内方に向けて突出するように形成されている。この圧着片７２Ｎは、ケース４６の内方に向けて張り出す腹部と、この腹部の先端部側に形成され、挿入されたバスバー４０ＮＵから離れるように湾曲する反り部とを含む。 Similarly, the crimping piece 72N also goes from the root part with the electrode plate 71N toward the tip part side,
It is formed so as to protrude inward of the case 46. The crimping piece 72N includes an abdomen projecting inward of the case 46, and a warped part that is formed on the distal end side of the abdomen and curves away from the inserted bus bar 40NU.

そして、バスバー４０ＮＵが挿入されていない状態で、穴部４７Ｎおよび圧着片７２Ｎとを平面視すると、圧着片７２Ｎの腹部が穴部４７Ｎ内に位置している。   Then, when the hole 47N and the crimping piece 72N are viewed in plan with the bus bar 40NU not inserted, the abdomen of the crimping piece 72N is located in the hole 47N.

このため、バスバー４０ＮＵが穴部４７Ｎ内に挿入されると、バスバー４０ＮＵが圧着片７２Ｎを押しのける。そして、圧着片７２Ｎが弾性変形し、圧着片７２Ｎがバスバー４０ＮＵに圧着し、バスバー４０ＮＵと電極板７１Ｎとが電気的に接続される。   For this reason, when the bus bar 40NU is inserted into the hole 47N, the bus bar 40NU pushes the crimping piece 72N. Then, the crimping piece 72N is elastically deformed, the crimping piece 72N is crimped to the bus bar 40NU, and the bus bar 40NU and the electrode plate 71N are electrically connected.

このように、バスバー４０ＰＵおよびバスバー４０ＮＵとを穴部４７Ｐおよび穴部４７Ｎに挿入することで、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とを電気的に接続することができ、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵと、圧着片７２Ｐ，７２Ｎとを溶接する必要がない。   Thus, by inserting the bus bar 40PU and the bus bar 40NU into the hole 47P and the hole 47N, the semiconductor module 62 and the capacitor module 50 can be electrically connected, and the bus bars 40PU and 40NU and the crimping piece There is no need to weld 72P and 72N.

このため、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とは、互いに着脱可能に設けられており、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とを電気的に接続した状態であっても、半導体モジュール６２からコンデンサモジュール５０を取り外すことができる。   For this reason, the semiconductor module 62 and the capacitor module 50 are provided so as to be detachable from each other, and even if the semiconductor module 62 and the capacitor module 50 are electrically connected, the capacitor module 50 is removed from the semiconductor module 62. Can be removed.

つまり、本実施の形態に係る半導体ユニット１０は、共通電極板３３またはＰ電極板３１Ｐに接続されたバスバー４０ＮＵ，４０ＰＵを含む半導体モジュール６２と、半導体モジュール６２を冷却する冷却装置２０と、フィルムコンデンサ７０およびフィルムコンデンサ７０に電気的に接続された圧着片７２Ｐ，７２Ｎを含み、半導体モジュール６２に着脱可能に設けられたコンデンサモジュール５０とを含む。   That is, the semiconductor unit 10 according to the present embodiment includes a semiconductor module 62 including bus bars 40NU and 40PU connected to the common electrode plate 33 or the P electrode plate 31P, a cooling device 20 that cools the semiconductor module 62, and a film capacitor. 70 and a crimping piece 72P, 72N electrically connected to the film capacitor 70, and a capacitor module 50 detachably provided on the semiconductor module 62.

そして、この半導体ユニット１０によれば、たとえば、コンデンサモジュール５０や半導体モジュール６２が劣化若しくは損傷した場合には、劣化等したコンデンサモジュール５０や半導体モジュール６２のみを交換することができる。   According to the semiconductor unit 10, for example, when the capacitor module 50 or the semiconductor module 62 is deteriorated or damaged, only the deteriorated capacitor module 50 or the semiconductor module 62 can be replaced.

さらに、各半導体モジュール６２のバスバーをコンデンサモジュール５０の穴部４７Ｎ，４７Ｐに挿入することで、半導体ユニット１０を組み立てることができ、半導体ユニット１０を簡単に組み立てることができる。すなわち、溶接工程等を省略することができ、製造工程の低減を図ることができる。   Furthermore, by inserting the bus bar of each semiconductor module 62 into the holes 47N and 47P of the capacitor module 50, the semiconductor unit 10 can be assembled and the semiconductor unit 10 can be easily assembled. That is, a welding process etc. can be skipped and a manufacturing process can be reduced.

図１１は、コンデンサモジュール５０および半導体モジュール６２の変形例を示す斜視図である。この図１１に示すように、半導体モジュール６２ごとにコンデンサモジュール５０Ａを接続するようにしてもよい。コンデンサモジュール５０Ａ内には、フィルムコンデンサが１つ収容されている。このため、特定のフィルムコンデンサが劣化した場合には、そのフィルムコンデンサが収容されたコンデンサモジュール５０Ａを交換することで、半導体ユニット１０を修繕することができる。   FIG. 11 is a perspective view showing a modified example of the capacitor module 50 and the semiconductor module 62. As shown in FIG. 11, a capacitor module 50 </ b> A may be connected to each semiconductor module 62. One film capacitor is accommodated in the capacitor module 50A. For this reason, when a specific film capacitor deteriorates, the semiconductor unit 10 can be repaired by exchanging the capacitor module 50A in which the film capacitor is accommodated.

なお、図１２に示すように、半導体モジュール６２およびコンデンサモジュール５０Ａを樹脂ケース４８内に収容し、半導体モジュール６２およびコンデンサモジュール５０Ａをユニット化してもよい。なお、樹脂ケース４８内にはポッティング材が充填されている。   As shown in FIG. 12, the semiconductor module 62 and the capacitor module 50A may be accommodated in the resin case 48, and the semiconductor module 62 and the capacitor module 50A may be unitized. The resin case 48 is filled with a potting material.

この場合、図２に示す冷却管２２は、樹脂ケース４８の表面上に配置され、コンデンサモジュール５０Ａと、半導体モジュール６２とを冷却することができる。   In this case, the cooling pipe 22 shown in FIG. 2 is disposed on the surface of the resin case 48, and can cool the capacitor module 50A and the semiconductor module 62.

図１３は、半導体モジュール６２の変形例を示す平面図である。この図１３に示す例においては、フィルムコンデンサの代わりに、セラミックコンデンサ７３が採用されている。図１４は、図１３に示す半導体モジュール６２の断面図である。この図１４に示すように、セラミックコンデンサ７３は、半導体モジュール６２のＰ電極板３１Ｐと、Ｎ電極板３１Ｎと接続されている。   FIG. 13 is a plan view showing a modification of the semiconductor module 62. In the example shown in FIG. 13, a ceramic capacitor 73 is employed instead of the film capacitor. FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor module 62 shown in FIG. As shown in FIG. 14, the ceramic capacitor 73 is connected to the P electrode plate 31P and the N electrode plate 31N of the semiconductor module 62.

この半導体ユニット１０によれば、バスバー等の接続配線を省略することができ、インダクタンスの低減および寄生インダクタンスの低減を図ることができる。これに伴い、半導体ユニット１０の性能向上を図ることができる。図１５は、図１４に示すセラミックコンデンサ７３の配置態様と異なるセラミックコンデンサ７３の配置態様を示す模式図である。この図１５に示す例においては、セラミックコンデンサ７３をＰ電極板３１ＰとＮ電極板３１Ｎとの間に配置し、セラミックコンデンサ７３、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎは直列に接続されている。Ｐ電極板３１Ｐおよびセラミックコンデンサ７３はブロック電極で接続され、Ｎ電極板３１Ｎとセラミックコンデンサ７３ともブロック電極で接続されている。このように、セラミックコンデンサ７３を配置することで、セラミックコンデンサ７３がショート故障した場合においても、半導体モジュール６２の信頼性を確保することができる。   According to the semiconductor unit 10, connection wiring such as a bus bar can be omitted, and inductance and parasitic inductance can be reduced. Accordingly, the performance of the semiconductor unit 10 can be improved. FIG. 15 is a schematic diagram showing an arrangement mode of ceramic capacitors 73 different from the arrangement mode of ceramic capacitors 73 shown in FIG. In the example shown in FIG. 15, a ceramic capacitor 73 is disposed between a P electrode plate 31P and an N electrode plate 31N, and the ceramic capacitor 73, the P electrode plate 31P, and the N electrode plate 31N are connected in series. P electrode plate 31P and ceramic capacitor 73 are connected by a block electrode, and N electrode plate 31N and ceramic capacitor 73 are also connected by a block electrode. Thus, by arranging the ceramic capacitor 73, the reliability of the semiconductor module 62 can be ensured even when the ceramic capacitor 73 has a short circuit failure.

（実施の形態２）
図１６から図２１を用いて、本発明の実施の形態２に係る半導体ユニット１０について説明する。なお、図１６から図２１に示す構成のうち、上記図１から図１３に示す構成と同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。 (Embodiment 2)
The semiconductor unit 10 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Of the configurations shown in FIGS. 16 to 21, configurations that are the same as or correspond to the configurations shown in FIGS. 1 to 13 may be given the same reference numerals and explanation thereof may be omitted.

図１６は、本実施の形態２に係る半導体ユニット１０の斜視図である。なお、この図１６において、冷却装置２０は図示されていない。この図１６に示すように、半導体ユニット１０は、半導体モジュール６０〜６２等の複数の半導体モジュールと、内部にコンデンサが収容されたコンデンサモジュール５０と、バスバーユニット９０とを備えている。   FIG. 16 is a perspective view of the semiconductor unit 10 according to the second embodiment. In FIG. 16, the cooling device 20 is not shown. As shown in FIG. 16, the semiconductor unit 10 includes a plurality of semiconductor modules such as semiconductor modules 60 to 62, a capacitor module 50 in which capacitors are accommodated, and a bus bar unit 90.

半導体モジュール６２のバスバー（第１端子部）４０ＰＵ，４０ＮＵは、バスバーユニット９０に接続されている。同様に、他の半導体モジュールのバスバー４０ＰＶ，４０ＮＶ，４０ＰＷ，４０ＮＷがバスバーユニット９０に接続されている。   The bus bars (first terminal portions) 40PU and 40NU of the semiconductor module 62 are connected to the bus bar unit 90. Similarly, bus bars 40PV, 40NV, 40PW, and 40NW of other semiconductor modules are connected to the bus bar unit 90.

バスバーユニット９０は、コンデンサモジュール５０に向けて突出し、コンデンサモジュール５０内に設けられた端子部に接続される複数の端子部８０ＰＵ，８０ＰＶ，８０ＰＷ，８０ＮＵ，８０ＮＶ，８０ＮＷを含む。   The bus bar unit 90 protrudes toward the capacitor module 50 and includes a plurality of terminal portions 80PU, 80PV, 80PW, 80NU, 80NV, and 80NW connected to terminal portions provided in the capacitor module 50.

図１７は、バスバーユニット９０の斜視図である。この図１７に示すように、バスバーユニット９０は、内部にバスバーや配線等が収容されたケース９２と、ケース９２からコンデンサモジュール５０に向けて突出する複数の端子部８０ＮＵ，８０ＰＵとを備える。   FIG. 17 is a perspective view of the bus bar unit 90. As shown in FIG. 17, the bus bar unit 90 includes a case 92 in which a bus bar, wiring, and the like are accommodated, and a plurality of terminal portions 80NU and 80PU protruding from the case 92 toward the capacitor module 50.

ケース９２の上面には、図１６に示す半導体モジュール６０〜６８が配置され、ケース９２の上面には、各半導体モジュール６０〜６８のバスバーを受け入れる穴部８４が複数形成されている。   The semiconductor modules 60 to 68 shown in FIG. 16 are arranged on the upper surface of the case 92, and a plurality of holes 84 for receiving the bus bars of the semiconductor modules 60 to 68 are formed on the upper surface of the case 92.

図１８は、ケース９２内に配置され、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵに接続される圧着部８５Ｐ，８５Ｎとを示す斜視図である。   FIG. 18 is a perspective view showing the crimping portions 85P and 85N that are arranged in the case 92 and connected to the bus bars 40PU and 40NU.

この図１８に示すように、ケース９２内には、配線８１および配線８３と、配線８１および配線８３間に配置された絶縁板８２とを含む。   As shown in FIG. 18, the case 92 includes a wiring 81 and a wiring 83 and an insulating plate 82 disposed between the wiring 81 and the wiring 83.

配線８３には、圧着部（第３端子部）８５Ｐが形成されており、配線８１には、圧着部（第３端子部）８５Ｎが形成されている。   A crimping portion (third terminal portion) 85P is formed on the wiring 83, and a crimping portion (third terminal portion) 85N is formed on the wiring 81.

圧着部８５Ｐは配線８３の一部を切り欠き、配線８３から張り出すように湾曲させることで形成されている。そして、図１７に示す穴部８４に図１６に示すバスバー４０ＰＵが挿入されると、圧着部８５Ｐは、バスバー４０ＰＵによって、配線８３側に押しのけられる。圧着部８５Ｐは、弾性変形可能に形成されており、バスバー４０ＰＵによって押しのけられると、その弾性力によって、バスバー４０ＰＵに圧着する。これにより、バスバー４０ＰＵと圧着部８５Ｐとが電気的に接続される。   The crimping portion 85 </ b> P is formed by cutting out a part of the wiring 83 and bending it so as to protrude from the wiring 83. When the bus bar 40PU shown in FIG. 16 is inserted into the hole 84 shown in FIG. 17, the crimping portion 85P is pushed toward the wiring 83 by the bus bar 40PU. The crimping portion 85P is formed to be elastically deformable, and when it is pushed away by the bus bar 40PU, it is crimped to the bus bar 40PU by its elastic force. Thereby, bus bar 40PU and crimping | compression-bonding part 85P are electrically connected.

圧着部８５Ｎは、配線８１の一部を切り欠き、配線８１および配線８３から張り出すように、湾曲させることで形成されている。絶縁板８２および配線８３には、穴部が形成されており、圧着部８５Ｎは、この穴部をとおり、配線８３より外方向に張り出すように形成されている。   The crimping portion 85N is formed by cutting out a part of the wiring 81 and bending it so as to protrude from the wiring 81 and the wiring 83. A hole is formed in the insulating plate 82 and the wiring 83, and the crimping portion 85N is formed so as to protrude outward from the wiring 83 through the hole.

この圧着部８５Ｎも、弾性変形可能に形成されており、穴部８４から挿入されバスバー４０ＮＵによって、配線８３側に押しのけられる。これにより、圧着部８５Ｎは、挿入されたバスバー４０ＮＵに圧着する。   This crimping portion 85N is also formed to be elastically deformable, and is inserted from the hole portion 84 and pushed away to the wiring 83 side by the bus bar 40NU. Thereby, the crimping | compression-bonding part 85N crimps | bonds to the inserted bus bar 40NU.

なお、図１８において、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵと接続される端子部として機能する圧着部８５Ｐおよび圧着部８５Ｎについて説明したが、バスバーユニット９０内には、他のバスバー４０ＰＶ等と圧着する圧着部が設けられている。   In FIG. 18, the crimping part 85P and the crimping part 85N functioning as terminal parts connected to the bus bars 40PU and 40NU have been described. However, the bus bar unit 90 has a crimping part for crimping with another bus bar 40PV or the like. It has been.

配線８３には、コンデンサモジュール５０に向けて突出する端子部（第４端子部）８０ＰＵが形成されており、配線８１には、コンデンサモジュール５０に向けて突出する端子部（第４端子部）８０ＮＵが形成されている。   A terminal part (fourth terminal part) 80PU protruding toward the capacitor module 50 is formed in the wiring 83, and a terminal part (fourth terminal part) 80NU protruding toward the capacitor module 50 is formed in the wiring 81. Is formed.

図１９は、コンデンサモジュール５０の平面図であり、この図１９に示すように、コンデンサモジュール５０は、複数のコンデンサを収容するケース５３を含む。このケース５３の上面側には、バスバーユニット９０が配置され、ケース５３の上面には、複数の穴部５４が形成されている。穴部５４は、図１８に示す端子部８０ＮＵ，８０ＰＵを受け入れる。   FIG. 19 is a plan view of the capacitor module 50. As shown in FIG. 19, the capacitor module 50 includes a case 53 that houses a plurality of capacitors. A bus bar unit 90 is disposed on the upper surface side of the case 53, and a plurality of holes 54 are formed on the upper surface of the case 53. The hole 54 receives the terminal portions 80NU and 80PU shown in FIG.

図２０は、ケース５３の上面部を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の平面図である。この図２０に示すように、コンデンサモジュール５０内には、複数のフィルムコンデンサ７０と、このフィルムコンデンサ７０の正極に接続された電極５５と、フィルムコンデンサ７０の負極に接続された電極５６とを含む。   FIG. 20 is a plan view of the capacitor module 50 with the top surface of the case 53 removed. As shown in FIG. 20, the capacitor module 50 includes a plurality of film capacitors 70, an electrode 55 connected to the positive electrode of the film capacitor 70, and an electrode 56 connected to the negative electrode of the film capacitor 70. .

電極５５には、圧着部（第２端子部）５８が形成されており、電極５６にも、圧着部（第２端子部）５８が接続されている。   A crimping part (second terminal part) 58 is formed on the electrode 55, and a crimping part (second terminal part) 58 is also connected to the electrode 56.

図２１は、圧着部５７および圧着部５８を示す斜視図である。この図２１に示すように、圧着部５７は、電極５５からケース５３の内方に向けて張り出すように湾曲している。   FIG. 21 is a perspective view showing the crimping part 57 and the crimping part 58. As shown in FIG. 21, the crimping portion 57 is curved so as to protrude from the electrode 55 toward the inside of the case 53.

そして、図１９に示す穴部５４から端子部８０ＰＵが挿入されると、端子部８０ＰＵによって電極５５側に押しのけられるように変形する。これにより、圧着部５７は、挿入された端子部８０ＰＵに圧着される。   And when terminal part 80PU is inserted from the hole part 54 shown in FIG. 19, it will deform | transform so that it may push away to the electrode 55 side by terminal part 80PU. Thereby, the crimping | compression-bonding part 57 is crimped | bonded by the inserted terminal part 80PU.

同様に、圧着部５８も、穴部５４から端子部８０ＮＵが挿入されると、この端子部８０ＮＵによって、電極５６側に押しのけられる。圧着部５８は、端子部８０ＮＵによって押しのけられると、挿入された端子部８０ＮＵに圧着する。   Similarly, when the terminal portion 80NU is inserted from the hole portion 54, the crimping portion 58 is pushed toward the electrode 56 side by the terminal portion 80NU. When the crimping portion 58 is pushed away by the terminal portion 80NU, the crimping portion 58 is crimped to the inserted terminal portion 80NU.

なお、この図２０に示すように、コンデンサモジュール５０内には、図１６に示す端子部８０ＮＶ〜８０ＰＷに対応する圧着部が設けられている。   As shown in FIG. 20, the capacitor module 50 is provided with crimping portions corresponding to the terminal portions 80NV to 80PW shown in FIG.

本実施の形態に係る半導体ユニット１０によれば、端子部８０ＮＵ〜８０ＰＷをコンデンサモジュール５０の穴部５４に挿入することで、バスバーユニット９０とコンデンサモジュール５０とを接続することができる。   According to the semiconductor unit 10 according to the present embodiment, the bus bar unit 90 and the capacitor module 50 can be connected by inserting the terminal portions 80NU to 80PW into the holes 54 of the capacitor module 50.

さらに、各半導体モジュール６０〜６８のバスバーを穴部８４に挿入することで、各半導体モジュール６０〜６８とバスバーユニット９０とを接続することができる。   Furthermore, the semiconductor modules 60 to 68 and the bus bar unit 90 can be connected by inserting the bus bars of the semiconductor modules 60 to 68 into the holes 84.

このため、半導体ユニット１０を簡単に組み立てることができる。
さらに、一部の半導体モジュールが損傷した場合や、バスバーユニット９０、コンデンサモジュール５０が損傷した場合には、損傷したモジュールのみを交換することができる。 For this reason, the semiconductor unit 10 can be assembled easily.
Furthermore, when some semiconductor modules are damaged, or when the bus bar unit 90 and the capacitor module 50 are damaged, only the damaged modules can be replaced.

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。   Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.

本発明は、電力変換装置に適用することができ、特に、半導体素子が収容された半導体モジュールと半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む電力変換装置に好適である。   The present invention can be applied to a power conversion device, and is particularly suitable for a power conversion device including a semiconductor module containing a semiconductor element and a cooling device for cooling the semiconductor module.

１０ 半導体ユニット、１２ 昇圧コンバータ、１４，３１ インバータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ 中間電極、２０ 冷却装置、２１ 供給管、２２ 冷却管、２３ 排出管、２５ 制御基板、３０ 制御装置、３１ インバータ、３３ 共通電極板、３６ 銅スペーサ、３９ 樹脂、４０ＰＵ，４０ＮＵ，４０ＰＶ，４０ＮＶ，４０ＰＷ，４０ＮＷ バスバー、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ 制御端子、４２ ボンディングワイヤ、４３ グリース、４４ セラミック絶縁基板、４５ グリース、４６ ケース、４７Ｐ，４７Ｎ 穴部、４８ 樹脂ケース、５０，５０Ａ コンデンサモジュール、５３ ケース、５４ 穴部、５５，５６ 電極、５７，５８ 圧着部、６６，６７，６８ 半導体モジュール、７０ フィルムコンデンサ、７２Ｐ，７２Ｎ 圧着片、７３ セラミックコンデンサ、８０ＰＵ，８０ＰＶ，８０ＰＷ，８０ＮＵ，８０ＮＶ，８０ＮＷ 端子部。   10 Semiconductor unit, 12 Boost converter, 14, 31 Inverter, 14U, 14V, 14W Intermediate electrode, 20 Cooling device, 21 Supply tube, 22 Cooling tube, 23 Discharge tube, 25 Control board, 30 Control device, 31 Inverter, 33 Common Electrode plate, 36 Copper spacer, 39 Resin, 40PU, 40NU, 40PV, 40NV, 40PW, 40NW Busbar, 41U, 41V, 41W Control terminal, 42 Bonding wire, 43 Grease, 44 Ceramic insulating substrate, 45 Grease, 46 case, 47P , 47N hole, 48 resin case, 50, 50A capacitor module, 53 case, 54 hole, 55, 56 electrode, 57, 58 crimping part, 66, 67, 68 semiconductor module, 70 film capacitor, 72P, 72N crimping piece , 3 ceramic capacitor, 80PU, 80PV, 80PW, 80NU, 80NV, 80NW terminal unit.

Claims (5)

電極を含む半導体素子および、外部に向けて突出し、前記電極に接続された第１端子部を含む半導体モジュールと、
前記半導体モジュールを冷却する冷却装置と、
コンデンサを内部に含み、前記第１端子部を挿入可能な穴部が設けられることによって、前記半導体モジュールに着脱可能に設けられたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュール内に設けられると共に、前記コンデンサに接続され、前記穴部に挿入された前記第１端子部と着脱可能に電気的に接続されるように構成された第２端子部と、
を備えた、電力変換装置。 A semiconductor element including an electrode, and a semiconductor module including a first terminal portion protruding outward and connected to the electrode;
A cooling device for cooling the semiconductor module;
A capacitor module which is provided in the semiconductor module in a detachable manner by including a capacitor inside and providing a hole portion into which the first terminal portion can be inserted ;
A second terminal portion provided in the capacitor module, connected to the capacitor, and configured to be detachably electrically connected to the first terminal portion inserted into the hole ;
A power conversion device comprising: 前記半導体モジュールは、複数設けられ、
前記コンデンサモジュールは、前記半導体モジュールごとに設けられた、請求項１に記載の電力変換装置。 A plurality of the semiconductor modules are provided,
The power converter according to claim 1, wherein the capacitor module is provided for each of the semiconductor modules. 前記半導体モジュールおよび、前記半導体モジュールに接続された前記コンデンサモジュールを収容する収容ケースをさらに備え、
前記冷却装置は、前記収容ケースの表面に設けられた、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。 The semiconductor module, and further comprising a housing case for housing the capacitor module connected to the semiconductor module,
The power converter according to claim 1, wherein the cooling device is provided on a surface of the housing case. 前記第２端子部は、前記穴部に挿入される前記第１端子部によって押し退けられると共に、挿入された前記第１端子部に圧着する圧着片とされた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。 The said 2nd terminal part was pushed away by the said 1st terminal part inserted in the said hole part, and was used as the crimping | compression-bonding piece crimped | bonded to the said 1st terminal part inserted. The power conversion apparatus of crab. 前記冷却装置は、前記半導体モジュールの主表面上に対応して配置され、The cooling device is disposed corresponding to the main surface of the semiconductor module,
前記第１端子部は、前記半導体モジュールの前記主表面とは異なる面から突出するように形成される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力変換装置。5. The power converter according to claim 1, wherein the first terminal portion is formed so as to protrude from a surface different from the main surface of the semiconductor module.
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