JP5799843B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
上記パワー端子には、直流電源の正電極に接続される正極端子と、上記直流電源の負電極に接続される負極端子とがあり、
金属板からなり、上記正極端子に接続した正極バスバーと、上記負極端子に接続した負極バスバーとの一対のバスバーと、
上記正極バスバーおよび上記負極バスバーに接続し、上記半導体モジュールに加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
該コンデンサの放電電流が流れる放電抵抗とを備え、
該放電抵抗は、上記正極バスバーおよび上記負極バスバーに接続され、
上記半導体モジュールは冷却器によって冷却されており、
上記半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる冷媒流路が形成された複数の冷却管と、上記複数の半導体モジュールとを積層して積層体を構成してあり、上記複数の冷却管のうち、上記積層体の積層方向における一方の端部に位置する端部冷却管には、上記冷却管に上記冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷却管から上記冷媒を導出するための導出パイプとの一対のパイプが接続し、該一対のパイプは、上記パワー端子の突出方向と上記積層方向との双方に直交する幅方向における両端にて上記端部冷却管に接続しており、上記積層方向に隣り合う2つの上記冷却管は、上記幅方向における両端において連結管によって互いに連結され、上記複数の冷却管と、上記一対のパイプと、複数の上記連結管とによって上記冷却器が構成され、
上記一対のバスバーのうち少なくとも一方の上記バスバーは、上記積層方向に配列した複数の上記連結管に、上記突出方向に重なり合う位置に配されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
また、上記連結管には、上記幅方向における上記導入パイプを設けた側に取り付けられた導入側連結管と、上記導出パイプを設けた側に取り付けられた導出側連結管とがあり、上記バスバーは、上記積層方向に配列した複数の上記導入側連結管に、上記突出方向に重なり合う位置に配されていることが好ましい(請求項2)。
そのため、冷却器を使って冷却した半導体モジュールに、正極バスバーおよび負極バスバーが接続することになる。そのため、これらのバスバーを、半導体モジュールを介して、冷却器によって冷却することが可能になる。これにより、放電抵抗から発生した熱が、バスバーを伝わる際に冷却されやすくなり、コンデンサの温度上昇を抑制しやすくなる。
そのため、半導体モジュールと冷媒流路とが積層されているため、半導体モジュールを上記積層方向における両側から冷却することができ、半導体モジュールの冷却効率を上げることが可能となる。そのため、半導体モジュールに接続されている正極バスバーおよび負極バスバーも冷却しやすくなる。これにより、放電抵抗から発生した熱が、バスバーを伝わる際に冷却されやすくなり、コンデンサの温度上昇をより抑制しやすくなる。
この場合には、上記複数のパワー用接続端子と上記抵抗用接続端子とが一定のピッチで配設されているため、電力変換装置の製造時に、パワー用接続端子をパワー端子に接続する工程と、抵抗用接続端子を放電抵抗に接続する工程とを、連続して行うことができる。そのため、これらの接続工程を短時間で行うことが可能になる。また、これらの接続工程を別々の設備で行う必要がなくなり、1つの設備で行うことが可能となる。そのため、設備の数を少なくすることができ、電力変換装置の製造コストを低減できる。
この場合には、電力変換装置の製造時に、上記積層方向における一端に位置するパワー端子と、放電抵抗の端子とを、バスバーに同時に接続できる。そのため、接続工程に要する時間を短くすることができる。また、バスバーに、放電抵抗に接続するための専用の部位を設ける必要がなくなるため、バスバーを小型化できると共に、バスバーの製造コストを低減することができる。
この場合には、冷却器を使って、フレームを介して、放電抵抗を冷却することが可能になる。したがって、放電抵抗の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗からコンデンサへ伝わる熱を低減できる。そのため、コンデンサの温度上昇を抑制しやすくなる。
この場合には、放電抵抗は、抵抗収納穴の内面によって周囲を囲まれるため、放電抵抗から発生した熱が周囲に逃げやすくなる。そのため、放電抵抗の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗からコンデンサへ伝わる熱を低減できる。これにより、コンデンサの温度上昇をより効果的に抑制することが可能となる。
この場合には、冷却器の近くに放電抵抗を配置できるため、冷却器を使って放電抵抗を冷却することが可能になる。そのため、放電抵抗の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗からコンデンサへ伝わる熱を低減できる。そのため、コンデンサの温度上昇を抑制しやすくなる。
この場合には、冷却器を使って、フレーム及び絶縁樹脂体を通じて放電抵抗を冷却できる。したがって、放電抵抗の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗からコンデンサへ伝わる熱を低減できる。そのため、コンデンサの温度上昇を抑制しやすくなる。また、放電抵抗を搭載した絶縁樹脂体は、正極バスバーと負極バスバーとの絶縁を図るための部材でもあり、一つで二つの機能を有している。そのため、電力変換装置の部品点数を低減でき、製造コストを下げることが可能になる。
この場合には、上記正極接続部と、上記負極接続部と、上記抵抗接続部とが、冷却器に対して上記突出方向における同一方向側に位置しているため、電力変換装置の製造時において、これらの接続部を溶接等によって接続する際に、同一方向から全ての接続部の接続作業を行うことが可能になる。そのため、接続部ごとに、電力変換装置の向きを変える必要がなくなり、電力変換装置を製造しやすくなる。
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図1〜図8を使って説明する。図1、図2に示すごとく、本例の電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2と、正極バスバー3と、負極バスバー4と、コンデンサ5と、放電抵抗6とを備える。
半導体モジュール2は、半導体素子を封止した本体部20を有する。この本体部20から複数のパワー端子21が突出している。パワー端子21には、直流電源(図示しない)の正電極に接続される正極端子21aと、直流電源の負電極に接続される負極端子21bと、交流負荷に接続される交流端子21cとがある。
コンデンサ5は、正極バスバー3および負極バスバー4に接続し、半導体モジュール2に加わる電圧を平滑化している。
放電抵抗6には、コンデンサ5の放電電流が流れる。放電抵抗6は、正極バスバー3および負極バスバー4に接続されている。
電極面531には正側接続端子51が接続している。正側接続端子51は、第1部分51aと、第2部分51bと、第3部分51cと、第4部分51dと、第5部分51eとからなる。第1部分51aは、正側の電極面531に接続している。第2部分51bは、第1部分51aの、Y方向における半導体モジュール2側の端部からZ方向に立設し、コンデンサケース55の開口端縁550を超える位置まで延びている。第3部分51cは、第2部分51bからY方向に延び、開口端縁550を跨いでいる。第4部分51dは、第3部分51cからZ方向における底部510側に延びている。また、第5部分51eは、第4部分51dから、Y方向における半導体モジュール2側に延出している。この第5部分51eは、ボルト57によって、正極バスバー3に締結されている。
したがって、電力変換装置1を使用している間は、放電抵抗6に放電電流が常に流れ続け、放電抵抗6は常に発熱する。
図1に示すごとく、本例においては、平滑用のコンデンサ5を接続した正極バスバー3および負極バスバー4に、放電抵抗6を接続してある。それゆえ、正極バスバー3及び負極バスバー4を通じてコンデンサ5の放電電流を放電抵抗6へ流すことができる。そして、放電電流が流れて放電抵抗6が発熱しても、コンデンサ5の温度が上昇しにくくなる。すなわち、放電抵抗6から発生した熱は正極バスバー3及び負極バスバー4に伝わり、その熱の多くは正極バスバー3及び負極バスバー4から放熱される。また、正極バスバー3および負極バスバー4は金属板からなり、熱容量が大きいため、放電抵抗6から発生した熱がこれらのバスバー3,4に伝わっても、バスバー3,4の温度はあまり上昇しない。そのため、バスバー3,4に接続されたコンデンサ5の温度も上昇しにくい。
このようにすると、冷却器7を使って冷却した半導体モジュール2に、正極バスバー3および負極バスバー4が接続することになる。そのため、これらのバスバー3,4を、半導体モジュール2を介して、冷却器7によって冷却することが可能になる。これにより、放電抵抗6から発生した熱が、バスバー3,4を伝わる際に冷却されやすくなり、コンデンサ5の温度上昇をより抑制しやすくなる。
このようにすると、冷却器7の近くに放電抵抗6を配置できるため、冷却器7を使って放電抵抗6を冷却することが可能になる。そのため、放電抵抗6の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗6からコンデンサ5へ伝わる熱を低減できる。そのため、コンデンサ5の温度上昇を抑制しやすくなる。
このようにすると、冷却器7を使って、フレーム8及び絶縁樹脂体30を通じて放電抵抗6を冷却できる。したがって、放電抵抗6の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗6からコンデンサ5へ伝わる熱を低減できる。そのため、コンデンサ5の温度上昇を抑制しやすくなる。また、放電抵抗6を搭載した絶縁樹脂体30は、正極バスバー3と負極バスバー4との絶縁を図るための部材でもあり、一つで二つの機能を有している。そのため、電力変換装置1の部品点数を低減でき、製造コストを下げることが可能になる。
このようにすると、電力変換装置1の製造時において、これらの接続部11,12,13を溶接等によって接続する際に、同一方向から全ての接続部11,12,13の接続作業を行うことが可能になる。そのため、接続部11,12,13ごとに、電力変換装置1の向きを変える必要がなくなり、電力変換装置1を製造しやすくなる。
このようにすると、半導体モジュール2を積層方向(X方向)における両側から冷却することができ、半導体モジュール2の冷却効率を上げることが可能となる。そのため、半導体モジュール2に接続されている正極バスバー3および負極バスバー4も冷却しやすくなる。これにより、放電抵抗6から発生した熱が、バスバー3,4を伝わる際に冷却されやすくなり、コンデンサ5の温度上昇をより抑制しやすくなる。
本例は、放電抵抗6の取り付け構造を変更した例である。図9に示すごとく、本例の電力変換装置1は、実施例1と同様に、積層体10及びコンデンサ5を固定するための金属製のフレーム8を備える。本例では、放電抵抗6を絶縁樹脂体30に搭載せず、フレーム8に直接、搭載した。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
その他、実施例1と同様の作用効果を備える。
本例は、放電抵抗の固定方法を変更した例である。本例では図12に示すごとく、フレーム8に、Z方向へ開口する抵抗収納穴85を形成した。そして図10、図11に示すごとく、この抵抗収納穴85に放電抵抗6を収納した。放電抵抗6は、抵抗収納穴85の内面850に接触している。
本例では、端子61を上記形状とすることにより、負極バスバーの抵抗用接続端子46に端子61が接触することを防止している。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
このようにすると、放電抵抗6は、抵抗収納穴85の内面850によって周囲を囲まれるため、放電抵抗6から発生した熱が周囲に逃げやすくなる。そのため、放電抵抗6の温度が上昇しにくくなり、放電抵抗6からコンデンサ5へ伝わる熱を低減できる。これにより、コンデンサ5の温度上昇をより効果的に抑制することが可能となる。
このようにすると、電力変換装置1の製造時に、パワー用接続端子39,49をパワー端子21に接続する工程と、抵抗用接続端子36,46を放電抵抗6に接続する工程とを、連続して行うことができる。そのため、これらの接続工程を短時間で行うことが可能になる。また、これらの接続工程を1つの設備で行うことができるため、設備の数を減らすことができ、電力変換装置1の製造コストを低減することが可能になる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、バスバー3,4の形状を変更した例である。図14に示すごとく、本例のバスバー3,4は、パワー端子21に接続するための複数のパワー用接続端子39,49を備える。そして、複数のパワー用接続端子39,49のうちX方向における一端に位置するパワー用接続端子39a,49aには、放電抵抗6の端子61,62がパワー端子21と共に接続している。
このようにすると、電力変換装置1の製造時に、X方向における一端に位置する正極端子21aと、放電抵抗6の正側の端子61とを、正極バスバー3に同時に接続できる。また、同様に、X方向における一端に位置する負極端子21bと、放電抵抗6の負側の端子62とを、負極バスバー4に同時に接続できる。そのため、接続工程に要する時間を短くすることができる。また、バスバー3,4に、放電抵抗6に接続するための専用の部位を設ける必要がなくなるため、バスバー3,4を小型化できると共に、バスバー3,4の製造コストを低減することができる。
2 半導体モジュール
21 パワー端子
21a 正極端子
21b 負極端子
3 正極バスバー
4 負極バスバー
5 コンデンサ
6 放電抵抗
7 冷却器
8 フレーム
Claims (9)
- 半導体素子を封止した本体部からパワー端子が突出した複数の半導体モジュールを有する電力変換装置であって、
上記パワー端子には、直流電源の正電極に接続される正極端子と、上記直流電源の負電極に接続される負極端子とがあり、
金属板からなり、上記正極端子に接続した正極バスバーと、上記負極端子に接続した負極バスバーとの一対のバスバーと、
上記正極バスバーおよび上記負極バスバーに接続し、上記半導体モジュールに加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
該コンデンサの放電電流が流れる放電抵抗とを備え、
該放電抵抗は、上記正極バスバーおよび上記負極バスバーに接続され、
上記半導体モジュールは冷却器によって冷却されており、
上記半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる冷媒流路が形成された複数の冷却管と、上記複数の半導体モジュールとを積層して積層体を構成してあり、上記複数の冷却管のうち、上記積層体の積層方向における一方の端部に位置する端部冷却管には、上記冷却管に上記冷媒を導入するための導入パイプと、上記冷却管から上記冷媒を導出するための導出パイプとの一対のパイプが接続し、該一対のパイプは、上記パワー端子の突出方向と上記積層方向との双方に直交する幅方向における両端にて上記端部冷却管に接続しており、上記積層方向に隣り合う2つの上記冷却管は、上記幅方向における両端において連結管によって互いに連結され、上記複数の冷却管と、上記一対のパイプと、複数の上記連結管とによって上記冷却器が構成され、
上記一対のバスバーのうち少なくとも一方の上記バスバーは、上記積層方向に配列した複数の上記連結管に、上記突出方向に重なり合う位置に配されていることを特徴とする電力変換装置。 - 上記連結管には、上記幅方向における上記導入パイプを設けた側に取り付けられた導入側連結管と、上記導出パイプを設けた側に取り付けられた導出側連結管とがあり、上記バスバーは、上記積層方向に配列した複数の上記導入側連結管に、上記突出方向に重なり合う位置に配されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、上記正極バスバーおよび上記負極バスバーは、上記パワー端子に接続した複数のパワー用接続端子と、該複数のパワー用接続端子に対して上記積層方向に隣接する位置に設けられ上記放電抵抗に接続した抵抗用接続端子とをそれぞれ有し、上記複数のパワー用接続端子と上記抵抗用接続端子とが、上記積層方向において一定のピッチで配設されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、上記正極バスバーおよび上記負極バスバーは、上記パワー端子に接続するための複数のパワー用接続端子を備え、該複数のパワー用接続端子のうち上記積層方向における一端に位置するパワー用接続端子には、上記放電抵抗の端子が上記パワー端子と共に接続していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールと上記冷却器とを固定する金属製のフレームを備え、該フレームは上記冷却器によって冷却され、上記フレームに上記放電抵抗が取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5に記載の電力変換装置において、上記フレームは、上記突出方向に開口した抵抗収納穴を有し、該抵抗収納穴に上記放電抵抗が収納されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記突出方向から見た場合に、上記放電抵抗の少なくとも一部が上記冷却器と重複していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールと上記冷却器とを固定する金属製のフレームを備え、該フレームは上記冷却器によって冷却され、上記正極バスバーと上記負極バスバーとの間に介在して両者の絶縁を図ると共に上記フレームに固定された絶縁樹脂体に、上記放電抵抗が搭載されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置において、複数の上記正極端子および複数の上記負極端子は、上記本体部からそれぞれ同一方向に突出しており、上記正極端子と上記正極バスバーとを接続した正極接続部と、上記負極端子と上記負極バスバーとを接続した負極接続部と、上記バスバーと上記放電抵抗とを接続した抵抗接続部とは、上記冷却器に対して、上記突出方向における同一方向側に位置していることを特徴とする電力変換装置。
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