後述する本発明の実施形態は製品化のために求められる多くのニーズに適用できるように検討されている。上述の「発明が解決しようとする課題」の欄に記載した内容は、ニーズの一つに対応したものであり、他のニーズに関する改良点を次に説明する。
Embodiments of the present invention, which will be described later, have been studied so that they can be applied to many needs for commercialization. The contents described in the above-mentioned "Problems to be Solved by the Invention" column correspond to one of the needs, and improvements regarding the other needs will be described below.
本発明に係るパワーモジュール及び電力変換装置の一つのニーズは、パワーモジュール及び電力変換装置の冷却性能を向上させながら、生産性を向上させることである。
One need for the power module and the power conversion device according to the present invention is to improve the productivity while improving the cooling performance of the power module and the power conversion device.
そこで本発明に係るパワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置は、それぞれの主面が対向する２枚のベース板と、前記２枚のベース板の間に配置された半導体回路部と、前記２枚のベース板に接続され、かつ前記半導体回路部を収納するための収納領域を形成する連結部材と、前記ベース板と前記半導体回路部との間に介装され、かつ当該ベース板と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、前記連結部材の剛性は、前記ベース板の剛性より小さいことを特徴とする。
Therefore, the power module according to the present invention and the power conversion device using the same include two base plates having their main surfaces facing each other, a semiconductor circuit unit arranged between the two base plates, and the two base plates. A connecting member that is connected to the base plate and forms a storage area for accommodating the semiconductor circuit unit, and is interposed between the base plate and the semiconductor circuit unit, and the base plate and the semiconductor circuit unit are interposed. It is characterized in that it includes an insulating member for ensuring electrical insulation with and the connecting member, and the rigidity of the connecting member is smaller than that of the base plate.
これにより、半導体回路部の両面を２枚のベース板のそれぞれを介して冷却することができ、放熱面積を大きくすることができる。さらに、連結部材の剛性はベース板の剛性より小さく設定されているため、半導体回路部を挟むように２枚のベース板を加圧することで、容易にパワーモジュールのケースを成形することができるとともに、半導体回路部と絶縁性部材とベース板が接続され、熱の交換が相互に可能な熱伝達経路を容易に形成することができる。
As a result, both sides of the semiconductor circuit portion can be cooled via each of the two base plates, and the heat dissipation area can be increased. Further, since the rigidity of the connecting member is set to be smaller than the rigidity of the base plate, the power module case can be easily formed by pressurizing the two base plates so as to sandwich the semiconductor circuit portion. , The semiconductor circuit portion, the insulating member, and the base plate are connected, and a heat transfer path capable of mutually exchanging heat can be easily formed.
本発明に係るパワーモジュール及び電力変換装置の他のニーズは、パワーモジュール及び電力変換装置の絶縁性を確保しながら、冷却性能を向上させることである。
Another need for the power module and the power converter according to the present invention is to improve the cooling performance while ensuring the insulation of the power module and the power converter.
そこで本発明に係るパワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置は、筒型のケースと、前記ケース内に形成された収納領域に収納された半導体回路部と、前記ケースの内壁と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、前記半導体回路部は前記ケースの内壁に挟まれて支持され、前記絶縁性部材は、前記ケースの内壁と前記半導体回路部の間に介装されるとともに、当該絶縁性部材は、熱処理により、当該半導体回路部と当該ケース内壁との接着力を向上させる材料であることを特徴とする。
Therefore, the power module according to the present invention and the power conversion device using the same include a tubular case, a semiconductor circuit unit housed in a storage area formed in the case, an inner wall of the case, and the semiconductor circuit unit. The semiconductor circuit unit is supported by being sandwiched between the inner wall of the case, and the insulating member is supported by the inner wall of the case and the semiconductor circuit unit. The insulating member is a material that is interposed between the semiconductor members and improves the adhesive force between the semiconductor circuit portion and the inner wall of the case by heat treatment.
これにより、半導体回路部とケース内壁との絶縁性を確保することができる。さらに、半導体回路部とケース内壁との接着力を向上させて、半導体回路部とケース内壁との間に剥離が発生することを抑制し、半導体回路部からケースまでの熱伝達経路の熱伝導率を低下させないようにしている。
As a result, the insulation between the semiconductor circuit portion and the inner wall of the case can be ensured. Further, the adhesive force between the semiconductor circuit part and the inner wall of the case is improved to suppress the occurrence of peeling between the semiconductor circuit part and the inner wall of the case, and the thermal conductivity of the heat transfer path from the semiconductor circuit part to the case is suppressed. I am trying not to reduce.
また、本発明の実施形態に係る電力変換装置の具体的な説明の前に、本実施形態に係るパワーモジュール及び電力変換装置の概略を説明する。
Further, before the specific description of the power conversion device according to the embodiment of the present invention, the outline of the power module and the power conversion device according to the present embodiment will be described.
本実施形態に係るパワーモジュールは、板状のパワー半導体の両側側面に設けられた両電極に板状の電気配線板を固着し、パワー半導体の両側から電力の流通及び熱エネルギーを放熱可能とし、更に電気配線板の一部とパワー半導体を樹脂で梱包し、樹脂の一部からパワー半導体近傍の両電気配線板の両放熱面を露出させ、この両放熱面と樹脂面が平坦な平面を形成し、形成された両平面に接着性のある絶縁層を形成する。さらに、形成した接着性の絶縁層と接着する２つの平面を持つ「ＣＡＮ」状の放熱ベースにパワー半導体，電気配線板及び樹脂の一部、接着性の両絶縁層が内蔵され、「ＣＡＮ」状の放熱ベースの外側には放熱用のフィン部を形成しパワー半導体の両側からフィン部を介して放熱可能とする。
In the power module according to the present embodiment, plate-shaped electric wiring plates are fixed to both electrodes provided on both side surfaces of the plate-shaped power semiconductor to enable power flow and heat energy to be dissipated from both sides of the power semiconductor. Furthermore, a part of the electric wiring board and the power semiconductor are packed with resin, and both heat radiating surfaces of both electric wiring boards near the power semiconductor are exposed from the part of the resin, and both the heat radiating surface and the resin surface form a flat flat surface. Then, an adhesive insulating layer is formed on both of the formed planes. Further, a power semiconductor, an electric wiring board, a part of resin, and both adhesive insulating layers are built in a "CAN" -shaped heat dissipation base having two planes to be adhered to the formed adhesive insulating layer, and "CAN". Fins for heat dissipation are formed on the outside of the heat-dissipating base, and heat can be dissipated from both sides of the power semiconductor via the fins.
本実施形態に係る電力変換装置は、電力変換装置のケースにフィン部を収納可能な冷却水路を有し、冷却水路の側面には前述のパワーモジュールが挿入できる挿入口が設けてあり、フ挿入口の周囲にはパワーモジュールに設けたフランジと勘合し冷却媒体の密閉構造が形成される。
The power conversion device according to the present embodiment has a cooling water channel capable of accommodating fins in the case of the power conversion device, and an insertion port into which the above-mentioned power module can be inserted is provided on the side surface of the cooling water channel. Around the mouth, a sealed structure of the cooling medium is formed by fitting with the flange provided on the power module.
また、本実施形態に係る電力変換装置は、挿入口とは反対側の冷却水路の開口部には水路全体を密閉する水路蓋が用意され、パワーモジュールと水路蓋により冷却媒体が流れる冷却ジャケットを構成し、パワーモジュールを冷却水路の中に没水して冷却する。パワーモジュールの電気配線板が突出した領域にパワー半導体を制御し負荷への電力供給を制御する回路が収納され、水冷ジャケットの下方の領域に電力平滑用のコンデンサや入力電圧を昇圧する回路を備えた。
Further, in the power conversion device according to the present embodiment, a water channel lid for sealing the entire water channel is prepared at the opening of the cooling water channel on the opposite side of the insertion port, and a cooling jacket through which the cooling medium flows is provided by the power module and the water channel lid. Configure and submerge the power module in the cooling channel to cool. A circuit that controls the power semiconductor and controls the power supply to the load is housed in the area where the electrical wiring board of the power module protrudes, and a capacitor for power smoothing and a circuit that boosts the input voltage are provided in the area below the water-cooled jacket. It was.
本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能である。ここでは、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の、制御構成と電力変換装置の回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
The power conversion device according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The power conversion device according to the embodiment of the present invention can be applied to a hybrid vehicle or a pure electric vehicle. Here, as a representative example, a control configuration and a circuit configuration of the power conversion device when the power conversion device according to the embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は、運転モードに応じて車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
The power conversion device according to the embodiment of the present invention is used for an in-vehicle power conversion device of an in-vehicle electric system mounted on an automobile, particularly a vehicle drive electric system, and has a very severe mounting environment and operating environment. An inverter device for use will be described as an example. The vehicle drive inverter device is provided in the vehicle drive electric system as a control device for controlling the drive of the vehicle drive electric motor, and uses the DC power supplied from the vehicle battery or the vehicle power generator that constitutes the vehicle power supply as a predetermined AC power. And the obtained AC power is supplied to the vehicle drive electric motor to control the drive of the vehicle drive electric motor. In addition, since the vehicle drive electric motor also has a function as a generator, the vehicle drive inverter device also has a function of converting the AC power generated by the vehicle drive electric motor into DC power according to the operation mode. ing. The converted DC power is supplied to the in-vehicle battery.
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置に対しても適用可能である。例えば、電車や船舶、航空機などの電力変換装置や、工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、あるいは、家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする、家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
The configuration of the present embodiment is optimal as a power conversion device for driving a vehicle such as an automobile or a truck, but it can also be applied to a power conversion device other than these. For example, power converters for trains, ships, aircraft, etc., industrial power converters used as control devices for electric motors that drive factory equipment, or electric motors that drive home solar power generation systems and home appliances. It can also be applied to household power converters used in the control devices of.
図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータＭＧ１ １９２，ＭＧ２ １９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源およびＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータＭＧ１ １９２，ＭＧ２ １９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。
FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle. In FIG. 1, a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) 110 is an electric vehicle and includes two vehicle driving systems. One of them is an engine system powered by an engine 120, which is an internal combustion engine. The engine system is mainly used as a drive source for the HEV110. The other is an in-vehicle electric system powered by the motor generators MG1 192 and MG2 194. The in-vehicle electric system is mainly used as a drive source of the HEV110 and a power generation source of the HEV110. The motor generators MG1 192 and MG2 194 are, for example, synchronous machines or induction machines, and operate as both motors and generators depending on the operation method. Therefore, they will be referred to as motor generators here.
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には一対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には一対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
A front wheel axle 114 is rotatably supported on the front portion of the vehicle body. A pair of front wheels 112 are provided at both ends of the front wheel axle 114. A rear wheel axle (not shown) is rotatably supported on the rear part of the vehicle body. A pair of rear wheels are provided at both ends of the rear wheel axle. The HEV of the present embodiment employs a so-called front-wheel drive system in which the main wheels driven by power are the front wheels 112 and the trailing wheels that are carried around are the rear wheels, but the opposite, that is, the rear-wheel drive system is adopted. You may adopt it.
前輪車軸１１４の中央部には、前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は、前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には、変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側には、モータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には、動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側およびモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。なお、モータジェネレータ１９２，１９４および動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
A front wheel side differential gear (hereinafter, referred to as “front wheel side DEF”) 116 is provided at the center of the front wheel axle 114. The front wheel axle 114 is mechanically connected to the output side of the front wheel side DEF 116. The output shaft of the transmission 118 is mechanically connected to the input side of the front wheel side DEF 116. The front wheel side DEF 116 is a differential power distribution mechanism that distributes the rotational driving force transmitted by shifting by the transmission 118 to the left and right front wheel axles 114. The output side of the motor generator 192 is mechanically connected to the input side of the transmission 118. The output side of the engine 120 and the output side of the motor generator 194 are mechanically connected to the input side of the motor generator 192 via the power distribution mechanism 122. The motor generators 192 and 194 and the power distribution mechanism 122 are housed inside the housing of the transmission 118.
モータジェネレータ１９２，１９４は回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることにより、モータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との間において電力の授受が可能である。
The motor generators 192 and 194 are synchronous machines equipped with permanent magnets in the rotor, and the AC power supplied to the armature windings of the stator is controlled by the inverter devices 140 and 142 to control the motor generators 192 and 194. Drive is controlled. A battery 136 is connected to the inverter devices 140 and 142, and electric power can be exchanged between the battery 136 and the inverter devices 140 and 142.
本実施形態では、ＨＥＶ１１０は、モータジェネレータ１９２およびインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４およびインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している状況において、車両の駆動トルクをアシストする場合には、第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の状況において車両の車速をアシストする場合には、第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
In the present embodiment, the HEV 110 includes two, a first electric power generation unit including a motor generator 192 and an inverter device 140, and a second electric power generation unit including a motor generator 194 and an inverter device 142, depending on the operating state. I use them properly. That is, in a situation where the vehicle is driven by the power from the engine 120, when the driving torque of the vehicle is assisted, the second electric power generation unit is used as a power generation unit and is operated by the power of the engine 120 to generate power, and the power is generated. The first electric power generation unit is operated as an electric unit by the electric power obtained by. Further, in the case of assisting the vehicle speed of the vehicle in the same situation, the first motor generator unit is used as a power generation unit and is operated by the power of the engine 120 to generate power, and the second motor power generation unit is generated by the power obtained by the power generation. Operate as an electric unit.
また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを、発電ユニットとしてエンジン１２０の動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
Further, in the present embodiment, by operating the first electric power generation unit as an electric unit by the electric power of the battery 136, the vehicle can be driven only by the power of the motor generator 192. Further, in the present embodiment, the battery 136 can be charged by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as the power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels to generate power.
バッテリ１３６は、さらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては、たとえばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータがあり、バッテリ１３６からインバータ装置４３に供給された直流電力は補機用の変換機４３で交流の電力に変換され、モータ１９５に供給される。補機用の変換機４３はインバータ装置１４０，１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。たとえば、モータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このような補機用の変換機４３の制御機能は、インバータ装置１４０，１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２，１９４の容量より小さいので、補機用の変換機４３の最大変換電力はインバータ装置１４０，１４２より小さいが、補機用の変換機４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０，１４２の回路構成と同じである。
The battery 136 is also used as a power source for driving the motor 195 for the auxiliary machine. As an auxiliary machine, for example, there is a motor that drives a compressor of an air conditioner or a motor that drives a hydraulic pump for control, and the DC power supplied from the battery 136 to the inverter device 43 is AC by the converter 43 for the auxiliary machine. It is converted into the electric power of the motor 195 and supplied to the motor 195. The converter 43 for auxiliary machines has the same functions as the inverter devices 140 and 142, and controls the phase, frequency, and power of the alternating current supplied to the motor 195. For example, the motor 195 generates torque by supplying AC power in a leading phase with respect to the rotation of the rotor of the motor 195. On the other hand, by generating AC power in a delayed phase, the motor 195 acts as a generator, and the motor 195 operates in a regenerative braking state. The control function of the converter 43 for such auxiliary equipment is the same as the control function of the inverter devices 140 and 142. Since the capacity of the motor 195 is smaller than the capacity of the motor generators 192 and 194, the maximum conversion power of the converter 43 for the auxiliary machine is smaller than the inverter devices 140 and 142, but the circuit configuration of the converter 43 for the auxiliary machine is basic. The circuit configuration is the same as that of the inverter devices 140 and 142.
インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とは、電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを電力変換装置２００の筐体内に内蔵している。この構成により、ハーネスの数を低減できると共に放射ノイズなどを低減しながら小型で信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
The inverter devices 140, 142 and 43 and the capacitor module 500 are electrically closely related. Furthermore, it is common that measures against heat generation are required. It is also desired to make the volume of the device as small as possible. From these points, the power conversion device 200 described in detail below includes the inverter devices 140, 142 and 43 and the capacitor module 500 in the housing of the power conversion device 200. With this configuration, it is possible to realize a compact and highly reliable power conversion device while reducing the number of harnesses and radiation noise.
また、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策において効果がある。また、コンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０，１４２および４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
Further, by incorporating the inverter devices 140, 142 and 43 and the capacitor module 500 in one housing, it is effective in simplifying the wiring and taking measures against noise. Further, the inductance of the connection circuit between the capacitor module 500 and the inverter devices 140, 142 and 43 can be reduced, the spike voltage can be reduced, heat generation can be reduced, and heat dissipation efficiency can be improved.
次に、図２を用いて電力変換装置２００の回路構成について説明する。図１に示したように、電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２と、補機用の変換装置４３と、コンデンサモジュール５００とを備えている。
Next, the circuit configuration of the power conversion device 200 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the power conversion device 200 includes inverter devices 140 and 142, a conversion device 43 for auxiliary equipment, and a capacitor module 500.
インバータ装置１４０，１４２は両面冷却型パワーモジュール３００を複数台接続して構成され３相ブリッジ回路を構成している。後述するように、各パワーモジュールは、パワー半導体素子とその接続配線や図６に示すような開口部を有し、開口面を除いて囲まれた缶状形状の放熱ベース３０４（以下、「ＣＡＮ状放熱ベーン」という）等を備えている。このＣＡＮ状放熱ベース３０４は、対抗した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納する冷却機である。また、補機用の変換機４３はインバータ装置や昇圧及び降圧回路を構成している。
The inverter devices 140 and 142 are configured by connecting a plurality of double-sided cooling type power modules 300 to form a three-phase bridge circuit. As will be described later, each power module has a power semiconductor element, its connection wiring, and an opening as shown in FIG. 6, and is surrounded by a can-shaped heat dissipation base 304 (hereinafter, “CAN”) except for the opening surface. It is equipped with a heat-dissipating vane. This CAN-shaped heat dissipation base 304 has an outer wall made of the same material that is continuous with both heat dissipation bases so as to cover the periphery of the opposing heat dissipation bases, and an opening is prepared in a part of the outer wall. A cooler that houses a power semiconductor in the opening. Further, the converter 43 for auxiliary equipment constitutes an inverter device and a step-up and step-down circuit.
各インバータ装置１４０，１４２は、制御部に設けられた２つのドライバ回路によって駆動制御される。図２では、２つのドライバ回路を合わせてドライバ回路１７４と表示している。各ドライバ回路は制御回路１７２により制御される。制御回路１７２は、スイッチング用パワー半導体素子のスイッチングタイミングを制御するためのスイッチング信号を生成する。
The inverter devices 140 and 142 are driven and controlled by two driver circuits provided in the control unit. In FIG. 2, the two driver circuits are collectively indicated as the driver circuit 174. Each driver circuit is controlled by the control circuit 172. The control circuit 172 generates a switching signal for controlling the switching timing of the switching power semiconductor element.
インバータ装置１４０は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相（符号Ｕ１で示す），Ｖ相（符号Ｖ１で示す），Ｗ相（符号Ｗ１で示す）のそれぞれに対して、正極側に接続される正極側半導体スイッチ部と、負極側に接続される負極側半導体スイッチ部とを備えている。正極側半導体スイッチ部と負極側半導体スイッチ部とで上下アーム直列回路構成される。正極側半導体スイッチ部は、スイッチング用パワー半導体素子である上アーム用ＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とダイオード１５６とを備えている。負極側半導体スイッチ部は、下アーム用ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６とを備えている。各上下アーム直列回路は、直流正極配線板３１４と直流負極配線板３１６との間に、電気的に並列接続されている。
The inverter device 140 is composed of a three-phase bridge circuit, and is connected to the positive electrode side for each of the U phase (indicated by the reference numeral U1), the V phase (indicated by the reference numeral V1), and the W phase (indicated by the reference numeral W1). It is provided with a positive electrode side semiconductor switch unit and a negative electrode side semiconductor switch unit connected to the negative electrode side. A series circuit of upper and lower arms is configured by the semiconductor switch portion on the positive electrode side and the semiconductor switch portion on the negative electrode side. The positive electrode side semiconductor switch unit includes an upper arm IGBT 328 (insulated gate type bipolar transistor) and a diode 156, which are power semiconductor elements for switching. The negative electrode side semiconductor switch portion includes an IGBT 330 for the lower arm and a diode 166. Each upper and lower arm series circuit is electrically connected in parallel between the DC positive electrode wiring board 314 and the DC negative electrode wiring board 316.
上アーム用ＩＧＢＴ３２８及び下アーム用ＩＧＢＴ３３０は、以下では、ＩＧＢＴ３２８，３３０と記述する。
The upper arm IGBT 328 and the lower arm IGBT 330 will be referred to as IGBTs 328 and 330 below.
ＩＧＢＴ３２８，３３０は、ドライバ回路１７４の１つのドライバ回路１７４Ａから出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。なお、Ｖ相およびＷ相については、符号３２８，３３０，１５６，１６６の表示を省略した。インバータ装置１４２のパワーモジュール３００は、インバータ装置１４０の場合と同様の構成であり、また、補機用の変換機４３はインバータ装置１４２と同様の構成を有しており、ここでは説明を省略する。
The IGBTs 328 and 330 operate by receiving a drive signal output from one driver circuit 174A of the driver circuit 174, and convert the DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. This converted power is supplied to the armature winding of the motor generator 192. For the V phase and the W phase, the indications of reference numerals 328, 330, 156, 166 are omitted. The power module 300 of the inverter device 142 has the same configuration as that of the inverter device 140, and the converter 43 for auxiliary equipment has the same configuration as the inverter device 142, and the description thereof will be omitted here. ..
本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８，３３０を用いて例示している。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極，エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子），ゲート電極（ゲート電極端子）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。
In this embodiment, IGBTs 328 and 330 are used as power semiconductor devices for switching. The IGBTs 328 and 330 include a collector electrode, an emitter electrode (emitter electrode terminal for signals), and a gate electrode (gate electrode terminal). Diodes 156 and 166 are electrically connected between the collector electrode and the emitter electrode of the IGBTs 328 and 330 as shown in the figure. The diodes 156 and 166 are provided with two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode, and the cathode electrode is attached to the collector electrode of the IGBT 328,330 so that the direction from the emitter electrode of the IGBT 328,330 to the collector electrode is forward. , The anode electrodes are electrically connected to the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330, respectively. A MOSFET (metal oxide semiconductor type field effect transistor) may be used as the switching power semiconductor element. In this case, the diode 156 and the diode 166 are unnecessary.
制御回路１７２は、車両側の制御装置やセンサ（例えば、電流センサ１８０）などからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。
The control circuit 172 generates a timing signal for controlling the switching timing of the IGBTs 328 and 330 based on the input information from the control device or the sensor (for example, the current sensor 180) on the vehicle side. The driver circuit 174 generates a drive signal for switching the IGBTs 328 and 330 based on the timing signal output from the control circuit 172.
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、およびモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が、入力情報として入力される。目標トルク値は、図示していない、上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
The control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter, referred to as “microcomputer”) for arithmetically processing the switching timing of the IGBTs 328 and 330. The target torque value required for the motor generator 192, the current value supplied from the upper and lower arm series circuit to the armature winding of the motor generator 192, and the magnetic pole position of the rotor of the motor generator 192 are input to the microcomputer. Entered as information. The target torque value is based on a command signal output from a higher-level control device (not shown). The current value is detected based on the detection signal output from the current sensor 180. The magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) provided in the motor generator 192. In the present embodiment, the case of detecting the current values of three phases will be described as an example, but the current values of two phases may be detected.
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。さらにマイコンは、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
The microcomputer in the control circuit 172 calculates the current command values of the d and q axes of the motor generator 192 based on the target torque value, and the calculated current command values of the d and q axes and the detected d and q are used. The voltage command values of the d and q axes are calculated based on the difference from the current value of the axes. Further, the microcomputer converts the calculated voltage command values of the d and q axes into voltage command values of U phase, V phase, and W phase based on the detected magnetic pole positions. Then, the microcomputer generates a pulse-shaped modulated wave based on the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangle wave) based on the U-phase, V-phase, and W-phase voltage command values, and this generated modulation. The wave is output to the driver circuit 174 as a PWM (pulse width modulation) signal.
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ドライバ回路１７４は、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
When driving the lower arm, the driver circuit 174 amplifies the PWM signal and outputs this as a drive signal to the gate electrode of the corresponding lower arm IGBT 330. On the other hand, when driving the upper arm, the driver circuit 174 shifts the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, then amplifies the PWM signal, and corresponds to this as a drive signal. Output to the gate electrode of the IGBT 328 of the upper arm, respectively. As a result, each IGBT 328, 330 performs a switching operation based on the input drive signal.
また、制御部は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路を保護している。このため、制御部にはセンシング情報が入力されている。たとえば、各アームの信号用エミッタ電極端子からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応するドライバ回路１７４に入力されている。これにより、ドライバ回路１７４は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。
In addition, the control unit detects abnormalities (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the upper and lower arm series circuits. Therefore, sensing information is input to the control unit. For example, information on the current flowing from the signal emitter electrode terminals of each arm to the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330 is input to the corresponding driver circuit 174. As a result, the driver circuit 174 detects an overcurrent, stops the switching operation of the corresponding IGBTs 328, 330 when the overcurrent is detected, and protects the corresponding IGBTs 328, 330 from the overcurrent. Information on the temperature of the upper and lower arm series circuit is input to the microcomputer from the temperature sensor (not shown) provided in the upper and lower arm series circuit. Further, information on the voltage on the DC positive electrode side of the upper and lower arm series circuit is input to the microcomputer. The microcomputer performs overtemperature detection and overvoltage detection based on the information, and when overtemperature or overvoltage is detected, stops the switching operation of all IGBTs 328 and 330, and overtemperatures or overvoltages the upper and lower arm series circuits. Protect from.
インバータ装置１４０の上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時にモータジェネレータ１９２の固定子巻線に発生する電流は、ダイオード１５６，１６６を含む回路を流れる。なお、本実施形態の電力変換装置２００では、インバータ装置１４０の各相に１つの上下アーム直列回路を設けたが、モータジェネレータへ出力する３相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に２つの上下アーム直列回路を並列接続するようにした回路構成の電力変換装置であってもよい。
The conduction and cutoff operations of the IGBTs 328 and 330 of the upper and lower arms of the inverter device 140 are switched in a certain order, and the current generated in the stator winding of the motor generator 192 at the time of this switching flows through the circuit including the diodes 156 and 166. In the power conversion device 200 of the present embodiment, one upper and lower arm series circuit is provided for each phase of the inverter device 140, but each of them is used as a circuit for generating the output of each phase of the three-phase AC output to the motor generator. A power conversion device having a circuit configuration in which two upper and lower arm series circuits are connected in parallel may be used.
各インバータ装置１４０，１４２に設けられた直流端子３１３は、共通の積層導体板７００に接続されている。積層導体板７００は、パワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成る正極側導体板７０２と負極側導体板７０４とで絶縁シート７０６（不図示）を挟持した、３層構造の積層配線板を構成している。積層導体板７００の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４は、コンデンサモジュール５００に設けられた積層配線板５０１の正極導体板５０７および負極導体板５０５にそれぞれ接続されている。正極導体板５０７および負極導体板５０５もパワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成り、絶縁シート５１７（不図示）を挟持した３層構造の積層配線板を構成している。
The DC terminals 313 provided in the inverter devices 140 and 142 are connected to a common laminated conductor plate 700. The laminated conductor plate 700 is a laminated wiring board having a three-layer structure in which an insulating sheet 706 (not shown) is sandwiched between a positive electrode side conductor plate 702 and a negative electrode side conductor plate 704 made of a conductive plate material wide in the power module arrangement direction. It is configured. The positive electrode side conductor plate 702 and the negative electrode side conductor plate 704 of the laminated conductor plate 700 are connected to the positive electrode side conductor plate 507 and the negative electrode side conductor plate 505 of the laminated wiring plate 501 provided in the capacitor module 500, respectively. The positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 are also made of a conductive plate material wide in the power module arrangement direction, and constitute a three-layer structure laminated wiring board sandwiching an insulating sheet 517 (not shown).
コンデンサモジュール５００には複数のコンデンサセル５１４が並列接続されており、コンデンサセル５１４の正極側が正極導体板５０７に接続され、負極側が負極導体板５０５に接続されている。コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成している。
A plurality of capacitor cells 514 are connected in parallel to the capacitor module 500, the positive electrode side of the capacitor cell 514 is connected to the positive electrode conductor plate 507, and the negative electrode side is connected to the negative electrode conductor plate 505. The capacitor module 500 constitutes a smoothing circuit for suppressing fluctuations in the DC voltage caused by the switching operation of the IGBTs 328 and 330.
コンデンサモジュール５００の積層配線板５０１は、電力変換装置２００の直流コネクタに接続された入力積層配線板２３０に接続されている。入力積層配線板２３０には、補機用の変換機４３にあるインバータ装置も接続されている。入力積層配線板２３０と積層配線板５０１との間には、ノイズフィルタが設けられている。ノイズフィルタには、筐体１２の接地端子と各直流電力ラインとを接続する２つコンデンサを備えていて、コモンモードノイズ対策用のＹコンデンサを構成している。
The laminated wiring board 501 of the capacitor module 500 is connected to the input laminated wiring board 230 connected to the DC connector of the power conversion device 200. The inverter device in the converter 43 for auxiliary equipment is also connected to the input laminated wiring board 230. A noise filter is provided between the input laminated wiring board 230 and the laminated wiring board 501. The noise filter includes two capacitors that connect the ground terminal of the housing 12 and each DC power line, and constitutes a Y capacitor for common mode noise countermeasures.
図４に示すように１９Ａは冷却水流路が形成された冷却ジャケットであって、冷却水入口配管１３から流入した冷却水は、矢印で示すようにＵ字形状に流れて往復し、冷却水出口配管１４から流出する。インバータ回路１４０，１４２は、冷却水の往復経路上に配置されており、いずれのインバータ回路においても、上アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の往路側に配置され、下アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の復路側に配置されている。
As shown in FIG. 4, 19A is a cooling jacket in which a cooling water flow path is formed, and the cooling water flowing in from the cooling water inlet pipe 13 flows in a U shape as shown by an arrow and reciprocates, and the cooling water outlet. It flows out from the pipe 14. The inverter circuits 140 and 142 are arranged on the reciprocating path of the cooling water. In any of the inverter circuits, the IGBT and the diode on the upper arm side are arranged on the outward path side of the cooling water channel, and the IGBT and the diode on the lower arm side are arranged. Is located on the return side of the cooling water channel.
図３〜図６において、２００は電力変換装置、１０は上部ケース、１１は金属ベース板、１２は筐体、１３は冷却水入口配管、１４は冷却水出口配管、１６は下部ケース、１７は交流ターミナルケース、１８は交流出力配線、１９は冷却水流路、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２は駆動回路基板でドライバ回路１７４を保持している。このように制御回路基板２０，制御回路１７２，駆動回路基板２２及びドライバ回路１７４から制御部は構成されている。３００はパワーモジュール（両面電極モジュール）で各インバータに３個設けられており、一方のパワーモジュール３００ではインバータ装置１４２が構成され、他方のパワーモジュール３００ではインバータ装置１４０が構成されている。７００は積層導体板、８００は液体シール、３０４はＣＡＮ状放熱ベース、３１４は直流正極配線板、３１６は直流負極配線板、５００はコンデンサモジュール、５０５は負極側導体板、５０７は正極側導体板、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。
In FIGS. 3 to 6, 200 is a power converter, 10 is an upper case, 11 is a metal base plate, 12 is a housing, 13 is a cooling water inlet pipe, 14 is a cooling water outlet pipe, 16 is a lower case, and 17 is. An AC terminal case, 18 is an AC output wiring, 19 is a cooling water flow path, and 20 is a control circuit board holding a control circuit 172. Reference numeral 21 denotes a connector for connecting to the outside, and 22 is a drive circuit board holding the driver circuit 174. In this way, the control unit is composed of the control circuit board 20, the control circuit 172, the drive circuit board 22, and the driver circuit 174. Reference numeral 300 denotes a power module (double-sided electrode module), three of which are provided in each inverter. One power module 300 constitutes an inverter device 142, and the other power module 300 constitutes an inverter device 140. 700 is a laminated conductor plate, 800 is a liquid seal, 304 is a CAN-like heat dissipation base, 314 is a DC positive electrode wiring plate, 316 is a DC negative electrode wiring plate, 500 is a capacitor module, 505 is a negative electrode side conductor plate, and 507 is a positive electrode side conductor plate. 514 represents a capacitor cell, respectively.
図３に、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の外観斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観部品としては、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられた冷却水入口配管１３（未記載）および冷却水出口配管１４と、筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１６とを備えている。筐体１２の底面側あるいは上面側の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また製造、特に量産し易い効果がある。
FIG. 3 shows an external perspective view of the power conversion device 200 according to the embodiment of the present invention. The exterior parts of the power conversion device 200 according to the present embodiment include a housing 12 having a substantially rectangular top or bottom surface and a cooling water inlet pipe 13 (not yet) provided on one of the outer circumferences on the short side side of the housing 12. A description), a cooling water outlet pipe 14, an upper case 10 for closing the upper opening of the housing 12, and a lower case 16 for closing the lower opening of the housing 12. By making the shape of the bottom surface side or the top surface side of the housing 12 substantially rectangular, it is easy to attach it to the vehicle, and there is an effect that it is easy to manufacture, especially mass-produce.
電力変換装置２００の長辺側の外周には、各モータジェネレータ１９２，１９４との接続に用いる交流ターミナルケース１７が設けられている。交流出力配線１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２，１９４とを電気的に接続するために用いられる。パワーモジュール３００から出力される交流電流は、交流出力配線１８を介して、モータジェネレータ１９２，１９４へ伝達される。
An AC terminal case 17 used for connecting to each of the motor generators 192 and 194 is provided on the outer circumference of the power conversion device 200 on the long side. The AC output wiring 18 is used to electrically connect the power module 300 and the motor generators 192 and 194. The alternating current output from the power module 300 is transmitted to the motor generators 192 and 194 via the alternating current output wiring 18.
コネクタ２１は、筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に接続されている。外部からの各種信号は、コネクタ２１を介して制御回路基板２０に伝送される。直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。ここで本実施形態では、コネクタ２１は、筐体１２の短辺側の外周面の一方側に設けられる。一方、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、コネクタ２１が設けられた面とは反対側の短辺側の外周面に設けられる。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することでき、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。図２の直流コネクタ１３８に、これら端子部５１０と５１２がある。
The connector 21 is connected to the control circuit board 20 built in the housing 12. Various signals from the outside are transmitted to the control circuit board 20 via the connector 21. The direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 and the direct current (battery) positive electrode side connection terminal portion 512 electrically connect the battery 136 and the capacitor module 500. Here, in the present embodiment, the connector 21 is provided on one side of the outer peripheral surface on the short side side of the housing 12. On the other hand, the direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 and the direct current (battery) positive electrode side connection terminal portion 512 are provided on the outer peripheral surface on the short side opposite to the surface on which the connector 21 is provided. That is, the connector 21 and the direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 are arranged apart from each other. As a result, it is possible to reduce the noise that penetrates from the direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 into the housing 12 and further propagates to the connector 21, and the controllability of the motor by the control circuit board 20 can be improved. The DC connector 138 of FIG. 2 has these terminal portions 510 and 512.
図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the embodiment of the present invention.
図４に示すように、筐体１２の中ほどには、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが設けられ、冷却ジャケット１９Ａの上部には流れの方向に並んで２組の開口４００と４０２が３列に形成され６個の開口部を構成している（図１０（ｂ）参照）。各パワーモジュール３００が冷却ジャケット１９Ａの上面に液状シール８００を介して固定されている。各パワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４には放熱のためのフィン３０５が対向するように設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ冷却ジャケット１９Ａの開口４００，４０２から冷却水流路１９中に突出している。突出したＣＡＮ状放熱ベース３０４と冷却ジャケット１９Ａの柱状の一部が冷却水路１９を左右に分離し、冷却媒体を分流させ対抗したフィン３０５部に別れて流れる。さらに、冷却水路１９は、６個のパワーモジュールを直列に並べて冷却できるようにＳ字状に蛇行して冷却ジャケット１９Ａ内に設けられる。
As shown in FIG. 4, a cooling jacket 19A in which a cooling water flow path 19 is formed is provided in the middle of the housing 12, and two sets of openings arranged in the flow direction are provided on the upper portion of the cooling jacket 19A. 400 and 402 are formed in three rows to form six openings (see FIG. 10B). Each power module 300 is fixed to the upper surface of the cooling jacket 19A via a liquid seal 800. The CAN-shaped heat dissipation base 304 of each power module 300 is provided with fins 305 for heat dissipation facing each other, and the fins 305 of each power module 300 are provided with cooling water flow paths 19 from openings 400 and 402 of the cooling jacket 19A, respectively. It protrudes inside. A part of the columnar column of the protruding CAN-shaped heat dissipation base 304 and the cooling jacket 19A separates the cooling water channel 19 into the left and right, and the cooling medium is shunted and flows separately into the opposing fins 305. Further, the cooling water channel 19 is provided in the cooling jacket 19A so as to meander in an S shape so that six power modules can be arranged in series and cooled.
冷却ジャケット１９Ａの下面には、開口４０４が冷却水路１９に沿って形成されており、開口４０４は下水路裏蓋４２０で塞がれている。また冷却ジャケット１９Ａの下面には補機用の変換機４３が取り付けられ冷却されている。補機用の変換機４３は、内蔵しているパワーモジュール等（図示なし）の放熱金属面が冷却ジャケット１９Ａの下面に対向するようにして、下水路裏蓋４２０の下面に固定されている。下水路裏蓋４２０と筐体１２との間には、液体シール８００が設けられている。本実施形態ではシール材を液体シールとしているが、液体シールの代わりに樹脂材，ゴム製オーリングやパッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。
An opening 404 is formed along the cooling water channel 19 on the lower surface of the cooling jacket 19A, and the opening 404 is closed by a sewage channel back cover 420. A converter 43 for auxiliary equipment is attached to the lower surface of the cooling jacket 19A to cool the jacket 19A. The converter 43 for auxiliary machines is fixed to the lower surface of the sewage channel back cover 420 so that the heat-dissipating metal surface of the built-in power module or the like (not shown) faces the lower surface of the cooling jacket 19A. A liquid seal 800 is provided between the sewage channel back cover 420 and the housing 12. In the present embodiment, the sealing material is a liquid seal, but a resin material, a rubber oaring, packing, or the like may be used instead of the liquid seal. In particular, when the liquid seal is used, the power conversion device 200 is assembled. The sex can be improved.
さらに冷却ジャケット１９Ａの下方には、下部ケース１６が設けられ、下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が設けられている。コンデンサモジュール５００は、その金属製ケースの放熱面が下部ケース１６の底板内面に接するように、下部ケース１６の底板内面に固定されている。この構造により、冷却ジャケット１９Ａの上面と下面とを利用して、パワーモジュール３００および補機用の変換機４３を効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。
Further, a lower case 16 is provided below the cooling jacket 19A, and a condenser module 500 is provided in the lower case 16. The capacitor module 500 is fixed to the inner surface of the bottom plate of the lower case 16 so that the heat radiating surface of the metal case is in contact with the inner surface of the bottom plate of the lower case 16. With this structure, the power module 300 and the converter 43 for auxiliary equipment can be efficiently cooled by utilizing the upper surface and the lower surface of the cooling jacket 19A, which leads to the miniaturization of the entire power converter.
さらに冷却ジャケット１９Ａが設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の下部に設けられた下部ケース１６が冷却される。その結果、コンデンサモジュール５００の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的に伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。
Further, the housing 12 provided with the cooling jacket 19A is cooled, so that the lower case 16 provided at the lower part of the housing 12 is cooled. As a result, the heat of the condenser module 500 is thermally conducted to the cooling water through the lower case 16 and the housing 12, and the condenser module 500 is cooled.
パワーモジュール３００の上方には、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、各パワーモジュール３００の入力端子３１３に跨って、各パワーモジュール３００を並列接続している。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される正極側導体板７０２（図２０参照）と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される負極側導体板７０４（図２０参照）と、導体板７０２，７０４間に配置される絶縁シート７０００によって構成される。この導体板５０５，５０７は、冷却ジャケット１９Ａの冷却水路１９が蛇行して作られた水路隔壁内を貫通するように配置されることにより、配線長を短くすることができることからパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
Above the power module 300, a laminated conductor plate 700 for electrically connecting the power module 300 and the capacitor module 500 is arranged. The laminated conductor plate 700 straddles the input terminal 313 of each power module 300 and connects each power module 300 in parallel. Further, the laminated conductor plate 700 includes a positive electrode side conductor plate 702 (see FIG. 20) connected to the positive electrode side conductor plate 507 of the capacitor module 500 and a negative electrode side conductor plate 704 (see FIG. 20) connected to the negative electrode side conductor plate 505 of the capacitor module 500. (See FIG. 20) and an insulating sheet 7000 arranged between the conductor plates 702 and 704. The conductor plates 505 and 507 are arranged so that the cooling water channel 19 of the cooling jacket 19A penetrates through the water channel partition wall formed in a meandering manner, so that the wiring length can be shortened. Therefore, the capacitor from the power module 300 It is possible to reduce the parasitic inductance up to the module 500.
積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置されている。駆動回路基板２２には図２に示すドライバ回路１７４が搭載され、制御回路基板２０には図２に示すＣＰＵを有する制御回路１７２が搭載されている。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０との間には金属ベース板１１が配置されている。金属ベース板１１は、両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に、駆動回路基板２２と制御回路基板２０とに発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体１２の中央部に冷却ジャケット１９Ａを設け、その一方の側にモータジェネレータ１９２，１９４駆動用のパワーモジュール３００を配置し、また他方の側に補機用のインバータ装置（パワーモジュール）４３を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。冷却ジャケット１９Ａを、筐体１２と一体にアルミ鋳造で作ることにより、冷却ジャケット１９Ａは冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造により筐体１２と冷却ジャケット１９Ａとを一体成形構造としたので熱伝導が良くなり、冷却ジャケット１９Ａから遠い位置にある駆動回路基板２２，制御回路基板２０およびコンデンサモジュール５００に対する冷却効率が向上する。
A control circuit board 20 and a drive circuit board 22 are arranged above the laminated conductor plate 700. The driver circuit 174 shown in FIG. 2 is mounted on the drive circuit board 22, and the control circuit 172 having the CPU shown in FIG. 2 is mounted on the control circuit board 20. Further, a metal base plate 11 is arranged between the drive circuit board 22 and the control circuit board 20. The metal base plate 11 functions as an electromagnetic shield for the circuits mounted on both the boards 22 and 20, and also has a function of releasing heat generated in the drive circuit board 22 and the control circuit board 20 to cool the metal base plate 11. There is. In this way, the cooling jacket 19A is provided in the central portion of the housing 12, the power module 300 for driving the motor generators 192 and 194 is arranged on one side thereof, and the inverter device (power module) for auxiliary equipment is arranged on the other side. ) 43 can be efficiently cooled in a small space, and the entire power conversion device can be miniaturized. By making the cooling jacket 19A integrally with the housing 12 by aluminum casting, the cooling jacket 19A has an effect of strengthening the mechanical strength in addition to the cooling effect. Further, since the housing 12 and the cooling jacket 19A are integrally molded by aluminum casting, heat conduction is improved, and the cooling efficiency for the drive circuit board 22, the control circuit board 20 and the capacitor module 500 located far from the cooling jacket 19A is improved. improves.
駆動回路基板２２と制御回路基板２０には、金属ベース板１１を通り抜けて、各回路基板２０，２２の回路群の接続を行うフレキシブル配線２３が設けられている。このフレキシブル配線２３は、予め配線基板の中に積層された構造と配線基板の上部の配線パターンにはんだなどの接合材で固着された構造、さらには配線基板に予め設けたスルーホールにフレキシブル配線２３の電極を貫通させはんだなどの接合材で固着した構造であり、制御回路基板２０からインバータ回路のスイッチングタイミング信号がフレキシブル配線２３を介して駆動回路基板２２に伝達され、駆動回路基板２２はゲート駆動信号を発生してパワーモジュールのそれぞれのゲート電極に印加する。この様に、フレキシブル配線２３を用いることで、従来使用していたコネクタのヘッドが不要となり、配線基板の実装効率の改善，部品点数の削減が可能となり、インバータの小型化が実現できる。また、制御回路基板２０には外部との電気的接続を行うコネクタ２１に接続される。コネクタ２１を利用して、電力変換装置の外部に設けた車載バッテリ１３６、すなわちリチウム電池モジュールとの間で信号の伝送が行われる。リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が制御回路基板２０に送られてくる。
The drive circuit board 22 and the control circuit board 20 are provided with flexible wiring 23 that passes through the metal base plate 11 and connects the circuit groups of the circuit boards 20 and 22. The flexible wiring 23 has a structure that is laminated in advance in the wiring board, a structure that is fixed to the wiring pattern on the upper part of the wiring board with a bonding material such as solder, and further, the flexible wiring 23 is provided in a through hole provided in advance on the wiring board. The structure is such that the electrodes of the above are penetrated and fixed with a bonding material such as solder. The switching timing signal of the inverter circuit is transmitted from the control circuit board 20 to the drive circuit board 22 via the flexible wiring 23, and the drive circuit board 22 is gate-driven. A signal is generated and applied to each gate electrode of the power module. In this way, by using the flexible wiring 23, the head of the connector that has been conventionally used becomes unnecessary, the mounting efficiency of the wiring board can be improved, the number of parts can be reduced, and the size of the inverter can be realized. Further, the control circuit board 20 is connected to a connector 21 that makes an electrical connection with the outside. Using the connector 21, a signal is transmitted to and from an in-vehicle battery 136 provided outside the power conversion device, that is, a lithium battery module. A signal indicating the state of the battery and a signal such as the state of charge of the lithium battery are sent from the lithium battery module to the control circuit board 20.
筐体１２の上端部と下端部には開口が形成されている。これら開口は、それぞれ上部ケース１０と下部ケース１６を、例えばネジやボルト等の締結部品で筐体１２に固定することにより塞がれる。筐体１２の高さ方向のほぼ中央には、内部に冷却水流路１９が設けられる冷却ジャケット１９Ａが形成されている。冷却ジャケット１９Ａの上面開口を各パワーモジュール３００で覆い、下面開口を下水路裏蓋４２０で覆うことにより、冷却ジャケット１９Ａの内部に冷却水流路１９が形成される。組み立て途中に冷却水流路１９の水漏れ試験を行う。そして、水漏れ試験に合格した後に、筐体１２の上部と下部の開口から基板やコンデンサモジュール５００を取り付ける作業を行うことになる。このように筐体１２の中央に冷却ジャケット１９Ａを配置し、次に筐体１２の上端部と下端部の開口から必要な部品を固定する作業が行える構造を採用しており、生産性が向上する。また冷却水流路１９を最初に完成させ、水漏れ試験の後その他の部品を取り付けることが可能となり、生産性と信頼性の両方が向上する。
Openings are formed at the upper end and the lower end of the housing 12. These openings are closed by fixing the upper case 10 and the lower case 16 to the housing 12 with fastening parts such as screws and bolts, respectively. A cooling jacket 19A provided with a cooling water flow path 19 is formed in the substantially center of the housing 12 in the height direction. By covering the upper surface opening of the cooling jacket 19A with each power module 300 and covering the lower surface opening with the sewage channel back cover 420, the cooling water flow path 19 is formed inside the cooling jacket 19A. A water leak test of the cooling water flow path 19 is performed during assembly. Then, after passing the water leakage test, the work of attaching the substrate and the capacitor module 500 through the openings at the upper and lower parts of the housing 12 is performed. In this way, the cooling jacket 19A is placed in the center of the housing 12, and then the necessary parts can be fixed through the openings at the upper and lower ends of the housing 12, improving productivity. To do. In addition, the cooling water flow path 19 can be completed first, and other parts can be attached after the water leakage test, which improves both productivity and reliability.
図５において、３０４はつなぎ目の無いＣＡＮ状の放熱ベースであって、対向した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納する。３１４は直流正極配線板接続部、３１６は直流負極配線板接続部、３２０Ｕ／３２０Ｌはパワーモジュールの制御端子をそれぞれ表す。
In FIG. 5, 304 is a seamless CAN-shaped heat radiating base, and has an outer wall made of the same material without joints continuously with both heat radiating bases so as to cover the periphery of the facing heat radiating bases. An opening is prepared in a part of the opening, and the power semiconductor is stored in the opening. 314 represents a DC positive electrode wiring board connection portion, 316 represents a DC negative electrode wiring board connection portion, and 320U / 320L represents a control terminal of the power module.
本実施形態のパワーモジュール３００は、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣ，Ｃｕ−Ｃ，Ａｌ−Ｃなどからなるつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４と、外部接続端子３１４，３１６，３２０Ｕ，３２０Ｌで構成した電気配線板３３４とパワー半導体を樹脂材料３０２でモールドした両面電極モジュール３００Ａとから構成され（図６（ａ）参照）、負荷となるモータと接続するためのＵもしくはＶ又はＷ相の交流端子７０５を有している。
The power module 300 of the present embodiment is composed of a seamless CAN-shaped heat dissipation base 304 made of a metal material such as Cu, Al, AlSiC, Cu-C, Al-C, and external connection terminals 314, 316, 320U, 320L. It is composed of a double-sided electrode module 300A obtained by molding a power semiconductor with a resin material 302 and an electric wiring board 334 (see FIG. 6A), and is a U or V or W phase AC terminal for connecting to a motor as a load. Has 705.
本実施形態のパワーモジュール３００の特徴は、冷却媒体に直接接するつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４に耐水性能に乏しい電気部品である両面電極モジュール３００Ａを内蔵することで、水やオイルなどの冷却媒体が直接的に両面電極モジュール３００Ａに触れる事が無く、放熱ベースの構造に金属の接合部や樹脂などの接着材を使用しないつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を用いることで放熱ベース側から貫通して流入する冷却媒体を無くすことが可能となり、パワー半導体の高信頼化が可能となる。更には、パワー半導体が破壊した際に、放熱ベースの二次破壊による漏水のために生じる電力変換装置の信頼性低下を無くし、高信頼な電力変換装置を提供できる。
The feature of the power module 300 of the present embodiment is that the double-sided electrode module 300A, which is an electrical component having poor water resistance, is incorporated in the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304 that is in direct contact with the cooling medium to cool the cooling medium such as water or oil. Does not directly touch the double-sided electrode module 300A, and penetrates from the heat dissipation base side by using a seamless CAN-like heat dissipation base 304 that does not use metal joints or adhesives such as resin for the structure of the heat dissipation base. It is possible to eliminate the cooling medium that flows in, and it is possible to improve the reliability of the power semiconductor. Further, when the power semiconductor is destroyed, it is possible to eliminate the decrease in reliability of the power conversion device caused by water leakage due to the secondary destruction of the heat dissipation base, and to provide a highly reliable power conversion device.
図６（ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの断面図であり、図６（ｂ）は樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの斜影図である。図６（ａ）において、両面電極モジュール３００Ａには１組の電気配線板３３４間に上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６等がはんだ材や銀シートなどの金属接合材料３３７を介して直流正極配線板３１４にＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ側が固着され、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ側は金属接合材料３３７にて熱拡散板３３８が固着され、熱拡散板３３８は直流負極配線板３１６と金属接合材料３３７にて固着される。図７は、パワーモジュール３００に内蔵されるインバータ回路の１相分の回路構成を示しており、ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６で構成できるように電気配線板３３４の配線レイアウトを用意し、直流正極配線板３１４と直流負極配線板３１６を接続する上下アーム配線板３７０によって上下アームを接続する。尚、パワーモジュール３００に内蔵する回路として、インバータ回路を構成する３相分を搭載しても良いし、１相の上アームのみでも構わない。図６（ａ）に示すように各電気配線板３３４により上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６が挟まれ、樹脂材料３０２にて一体化される。樹脂材料３０２の一部からパワー半導体近傍の両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂを露出させ、放熱面３３４Ｂと樹脂材料３０２とにより、平坦な平面３３４Ｃを形成し、形成された両平面３３４Ｃに接着性のある絶縁層３３４Ａを形成することにより、絶縁性の向上と熱伝導性を改善できる。電気配線板３３４はＣｕ，Ａｌであっても良い。接着性のある絶縁層３３４Ａは、エポキシ樹脂に熱伝導性のフィラーを混ぜ合わせた薄い絶縁シートであってもよい、シート状にすることでグリースや接着剤などと比べ厚さを正確に決定できる他、ボイドの発生を低減でき、熱抵抗や絶縁性能のばらつきを大幅に低減できる。また、絶縁層として、セラミック板もしくはセラミック板の両側に接着材を塗布した接着基板であっても良い。この接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４を接着することでパワー半導体の両側から優れた放熱性の放熱ルートを構成可能となる。
FIG. 6A is a cross-sectional view of the resin-molded double-sided electrode module 300A which is a component of the power module 300, and FIG. 6B is an oblique shadow view of the resin-molded double-sided electrode module 300A. In FIG. 6A, in the double-sided electrode module 300A, IGBTs 328, 330 of the upper and lower arms, diodes 156/166, etc. are connected between one set of electric wiring plates 334 via a metal bonding material 337 such as a solder material or a silver sheet. The collector side of the IGBT 328, 330 is fixed to the positive electrode wiring plate 314, the heat diffusion plate 338 is fixed to the emitter side of the IGBT 328, 330 with the metal bonding material 337, and the heat diffusion plate 338 is the DC negative electrode wiring plate 316 and the metal bonding material 337. Is fixed at. FIG. 7 shows the circuit configuration for one phase of the inverter circuit built in the power module 300. The wiring layout of the electric wiring board 334 is prepared so that it can be configured by the IGBTs 328 and 330 and the diode 156/166, and the direct current is applied. The upper and lower arms are connected by the upper and lower arm wiring plates 370 that connect the positive electrode wiring plate 314 and the DC negative electrode wiring plate 316. As the circuit built in the power module 300, three phases constituting the inverter circuit may be mounted, or only one phase upper arm may be mounted. As shown in FIG. 6A, the IGBTs 328 and 330 of the upper and lower arms and the diode 156/166 are sandwiched between the electric wiring boards 334 and integrated with the resin material 302. The heat radiating surface 334B of both electric wiring boards 334 near the power semiconductor is exposed from a part of the resin material 302, and the heat radiating surface 334B and the resin material 302 form a flat flat surface 334C and adhere to both of the formed flat surfaces 334C. By forming the insulating layer 334A having a property, the insulating property and the thermal conductivity can be improved. The electric wiring board 334 may be Cu or Al. The adhesive insulating layer 334A may be a thin insulating sheet in which an epoxy resin is mixed with a thermally conductive filler. By forming the sheet, the thickness can be accurately determined as compared with grease or an adhesive. In addition, the generation of voids can be reduced, and variations in thermal resistance and insulation performance can be significantly reduced. Further, as the insulating layer, a ceramic plate or an adhesive substrate in which adhesives are applied to both sides of the ceramic plate may be used. By adhering the adhesive insulating layer 334A and the CAN-shaped heat dissipation base 304, it is possible to construct an excellent heat dissipation route from both sides of the power semiconductor.
本実施形態のパワーモジュール３００に内蔵される樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの特徴は、つなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４の内部側壁に両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂを接着性のある絶縁層３３４Ａを介して固着する接続構造を有していることから、パワー半導体周辺部である樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａを個別に形成し、パワー半導体の動作検証やパワー半導体と電気配線板３３４との接合部の検査を放熱ベースを介さずに実施できることからパワー半導体の高信頼化が可能となり電力変換装置の高信頼化が可能となる。
The feature of the resin mold type double-sided electrode module 300A built in the power module 300 of the present embodiment is that the heat dissipation surface 334B of both electric wiring boards 334 is an adhesive layer on the inner side wall of the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304. Since it has a connection structure that is fixed via 334A, the resin mold type double-sided electrode module 300A, which is the peripheral part of the power semiconductor, is individually formed to verify the operation of the power semiconductor and to connect the power semiconductor and the electric wiring board 334. Since the inspection of the joint can be performed without going through the heat dissipation base, the power semiconductor can be highly reliable and the power conversion device can be highly reliable.
また、言い換えると、本実施形態のＣＡＮ状放熱ベース３０４は、一面に開口部を有する有底の筒型形状のケースである。そして、ＣＡＮ状放熱ベース３０４内に形成された収納領域に、半導体回路部を構成する両面電極モジュール３００Ａを収納する。ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁と両面電極モジュール３００Ａとの電気的絶縁を確保するために絶縁性部材である絶縁層３３４Ａを備える。両面電極モジュール３００ＡはＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁に挟まれて支持される。さらに、絶縁層３３４Ａが、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁と両面電極モジュール３００Ａの間に介装されるとともに、後述するように熱処理により、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４内壁との接着力を向上させる材料で構成される。
In other words, the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the present embodiment is a bottomed tubular case having an opening on one surface. Then, the double-sided electrode module 300A constituting the semiconductor circuit portion is housed in the storage area formed in the CAN-shaped heat dissipation base 304. An insulating layer 334A, which is an insulating member, is provided to ensure electrical insulation between the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the double-sided electrode module 300A. The double-sided electrode module 300A is sandwiched and supported by the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304. Further, the insulating layer 334A is interposed between the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the double-sided electrode module 300A, and the adhesive force between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 is obtained by heat treatment as described later. Consists of materials that improve.
これにより、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との絶縁性を確保することができる。さらに、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との接着力を向上させて、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との間に剥離が発生することを抑制し、両面電極モジュール３００ＡからＣＡＮ状放熱ベースまでの熱伝達経路の熱伝導率を低下させないようにしている。
As a result, the insulation between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base can be ensured. Further, the adhesive force between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base is improved to suppress the occurrence of peeling between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base, and the double-sided electrode module 300A to CAN. The thermal conductivity of the heat transfer path to the heat dissipation base is not reduced.
また、言い換えると、本実施形態のＣＡＮ状放熱ベース３０４は、放熱面を形成する２枚のベース板が対向して配置され、それらは外周湾曲部３０４Ａによって連結されている。つまり、外周湾曲部３０４Ａは、２枚のベース板の連結部材として機能する。さらに、絶縁層３３４Ａが、２枚のベース板と外周湾曲部３０４Ａとによって形成される収納領域の内壁と両面電極モジュール３００Ａの間に介装される。ここで、前述の外周湾曲部３０４Ａの剛性は、前記２枚のベース板の剛性より小さくなるように設定される。もしくは、前述の外周湾曲部３０４Ａの厚さは、前記２枚のベース板の厚さより小さくなるように設定される。
In other words, in the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the present embodiment, two base plates forming a heat dissipation surface are arranged so as to face each other, and they are connected by an outer peripheral curved portion 304A. That is, the outer peripheral curved portion 304A functions as a connecting member of the two base plates. Further, the insulating layer 334A is interposed between the inner wall of the storage area formed by the two base plates and the outer peripheral curved portion 304A and the double-sided electrode module 300A. Here, the rigidity of the outer peripheral curved portion 304A is set to be smaller than the rigidity of the two base plates. Alternatively, the thickness of the outer peripheral curved portion 304A is set to be smaller than the thickness of the two base plates.
これにより、半導体回路部の両面を２枚のベース板のそれぞれを介して冷却することができ、放熱面積を大きくすることができる。さらに、連結部材の剛性はベース板の剛性より小さく設定されているため、半導体回路部を挟むように２枚のベース板を加圧することで、容易にパワーモジュールのケースを成形することができるとともに、半導体回路部と絶縁性部材とベース板が接続され、熱の交換が相互に可能な熱伝達経路を容易に形成することができる。
As a result, both sides of the semiconductor circuit portion can be cooled via each of the two base plates, and the heat dissipation area can be increased. Further, since the rigidity of the connecting member is set to be smaller than the rigidity of the base plate, the power module case can be easily formed by pressurizing the two base plates so as to sandwich the semiconductor circuit portion. , The semiconductor circuit portion, the insulating member, and the base plate are connected, and a heat transfer path capable of mutually exchanging heat can be easily formed.
なお、本実施形態では、２枚のベース板の連結部材として機能する外周湾曲部３０４Ａは、ベース板と一体に形成されているが、溶接等により別部材として２枚のベース板に接合するようにしてもよい。その場合も、外周湾曲部３０４Ａの剛性もしくは厚さは、前記２枚のベース板の剛性もしくは厚さより小さく設定される。
In the present embodiment, the outer peripheral curved portion 304A that functions as a connecting member of the two base plates is integrally formed with the base plate, but is joined to the two base plates as a separate member by welding or the like. It may be. Even in that case, the rigidity or thickness of the outer peripheral curved portion 304A is set to be smaller than the rigidity or thickness of the two base plates.
図８（ａ）は、当該パワーモジュール３００の断面図を示し、図８（ｂ）は当該パワーモジュール３００の側面図を示す。図８（ａ）において、両面電極モジュール３００Ａがつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４に内蔵され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４内に接着性のある絶縁層３３４Ａにて固着され一体構造を構成しており、図８（ｂ）で示すように、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側側面には両面電極モジュール３００Ａの両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂに対抗してピン状のフィン３０５が形成され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周を覆うようにピン状のフィン３０５が配置され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４とピン状のフィン３０５が同一材料で一体成型され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の耐防食性や樹脂接着性能を向上するため全体表面がアルマイト処理され、冷却水路内を流れる冷却媒体に各フィン３０５が接することでパワー半導体の両側面から放熱を可能とし、パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートを並列化することで熱抵抗が大幅に低減でき、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型化が可能となる。
FIG. 8A shows a cross-sectional view of the power module 300, and FIG. 8B shows a side view of the power module 300. In FIG. 8A, the double-sided electrode module 300A is built in the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304, and is fixed to the CAN-shaped heat dissipation base 304 by an adhesive insulating layer 334A to form an integrated structure. As shown in FIG. 8B, pin-shaped fins 305 are formed on the outer side surface of the CAN-shaped heat dissipation base 304 against the heat dissipation surface 334B of both electric wiring plates 334 of the double-sided electrode module 300A, and CAN-shaped heat dissipation is provided. Pin-shaped fins 305 are arranged so as to cover the outer periphery of the base 304, and the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the pin-shaped fins 305 are integrally molded with the same material to improve the corrosion resistance and resin adhesion performance of the CAN-shaped heat dissipation base 304. In order to improve, the entire surface is alumite-treated, and each fin 305 contacts the cooling medium flowing in the cooling water channel to enable heat dissipation from both sides of the power semiconductor and parallelize the heat transfer route from the power semiconductor to the cooling medium. As a result, the thermal resistance can be significantly reduced, and the power semiconductor and the power conversion device can be miniaturized.
図９（ａ）は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４と樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａを一体化する組立フロー及び断面図を示す。図９（ａ）において、ＣＡＮ状放熱ベース３０４には放熱面３３４Ｂと接着するＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着部の厚さを外周湾曲部３０４Ａよりも厚くする構造によって、（１）ＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部から内部に両面電極モジュール３００Ａを配置し、（２）次に両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂを覆う接着性のある絶縁層３３４ＡがＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁に固着されるようにＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側から加圧し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させ、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の隙間を無くすと共に放熱面３３４Ｂと接続されるＣＡＮ状放熱ベース３０４を接着し固定することが可能となり、パワー半導体から生じた発熱を両面電極モジュール３００Ａの両側面に設けた接着性のある絶縁層３３４Ａを介してＣＡＮ状放熱ベース３０４に熱伝達することで、パワー半導体の両側から放熱可能となり、パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートが並列した２つのルートに分割されたことで熱抵抗が大幅に低減でき、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型が可能となる。
FIG. 9A shows an assembly flow and a cross-sectional view in which the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the resin mold type double-sided electrode module 300A are integrated. In FIG. 9A, the CAN-shaped heat radiating base 304 has a structure in which the thickness of the bonded portion of the CAN-shaped heat radiating base 304 that adheres to the heat radiating surface 334B is thicker than that of the outer peripheral curved portion 304A. The double-sided electrode module 300A is arranged inside from the opening of the 304, and (2) the adhesive insulating layer 334A covering the heat radiating surface 334B of the double-sided electrode module 300A is fixed to the inner side wall of the CAN-shaped heat radiating base 304. As described above, pressure is applied from the outside of the CAN-shaped heat dissipation base 304 to deform the outer peripheral curved portion 304A of the CAN-shaped heat dissipation base 304, eliminating the gap between the adhesive insulating layer 334A and the CAN-shaped heat dissipation base 304 and connecting to the heat dissipation surface 334B. The CAN-shaped heat dissipation base 304 is bonded and fixed, and the heat generated from the power semiconductor is transferred to the CAN-shaped heat dissipation base 304 via the adhesive insulating layers 334A provided on both side surfaces of the double-sided electrode module 300A. By heat transfer, heat can be dissipated from both sides of the power semiconductor, and the heat transfer route from the power semiconductor to the cooling medium is divided into two parallel routes, which can significantly reduce the thermal resistance and reduce the size of the power semiconductor. And the power conversion device can be made smaller.
図９（ｂ）は、両面電極モジュール３００Ａとつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を一体に接続する組立フロー及び断面図を示す。図９（ｂ）において、ＣＡＮ状放熱ベース３０４には放熱面３３４Ｂと接着するＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着部の厚さを外周湾曲部３０４Ａよりも厚くする構造によって、（１）ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側を両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂと接続される面を並行に移動し内部空間を拡大するように変形させ、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させると共にＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部を広げ、（２）次にＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部から内部に両面電極モジュール３００Ａが配置され、次に両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂを覆う接着性のある絶縁層３３４ＡがＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁に固着されるようにＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側から加圧し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させ、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の隙間を無くすと共に放熱面３３４Ｂと接続されるＣＡＮ状放熱ベース３０４の放熱フィン部の変形を十分に小さく接着し固定することが可能となり、パワー半導体から生じた発熱を両面電極モジュール３００Ａの両側面に設けた接着性のある絶縁層３３４Ａを介してＣＡＮ状放熱ベース３０４に熱伝達することで、パワー半導体の両側から放熱可能となり、パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートが並列した２つのルートに分割されたことで熱抵抗が大幅に低減でき、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型が可能となる。
FIG. 9B shows an assembly flow and a cross-sectional view for integrally connecting the double-sided electrode module 300A and the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304. In FIG. 9B, the CAN-shaped heat radiating base 304 has a structure in which the thickness of the bonded portion of the CAN-shaped heat radiating base 304 that adheres to the heat radiating surface 334B is thicker than that of the outer peripheral curved portion 304A. The inside of the 304 is deformed so as to expand the internal space by moving the surface connected to the heat radiating surface 334B of the double-sided electrode module 300A in parallel, and the outer peripheral curved portion 304A of the CAN-shaped heat radiating base 304 is deformed and the CAN-shaped heat radiating base is deformed. The opening of 304 is widened, and (2) the double-sided electrode module 300A is then arranged inside from the opening of the CAN-shaped heat dissipation base 304, and then the adhesive insulating layer 334A covering the heat dissipation surface 334B of the double-sided electrode module 300A. Is pressed from the outside of the CAN-shaped heat dissipation base 304 so as to be fixed to the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304, deforms the outer peripheral curved portion 304A of the CAN-shaped heat dissipation base 304, and has an adhesive insulating layer 334A and a CAN shape. It is possible to eliminate the gaps in the heat dissipation base 304 and to bond and fix the heat dissipation fins of the CAN-like heat dissipation base 304 connected to the heat dissipation surface 334B with sufficiently small deformation, and the heat generated from the power semiconductor can be transferred to the double-sided electrode module 300A. By transferring heat to the CAN-like heat dissipation base 304 via the adhesive insulating layer 334A provided on both side surfaces of the power semiconductor, heat can be dissipated from both sides of the power semiconductor, and the heat transfer routes from the power semiconductor to the cooling medium are arranged in parallel. By dividing into two routes, the thermal resistance can be significantly reduced, and the power semiconductor can be miniaturized and the power conversion device can be miniaturized.
図９（ｃ）は、両面電極モジュール３００Ａとつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を一体に接続する組立フローと図９（ｂ）に対する断面図である。図９（ｃ）は、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁を固着する組立工程を示す。ＣＡＮ状放熱ベース３０４のフィン３０５部を過熱ヒータ３０６などが内蔵されたプレス機３０７にて加圧し接着する。その際、両面電極モジュール３００Ａ周囲を真空にすることで接着性のある絶縁層３３４Ａの界面に生じるボイドなどの空気溜まりを排出することができる。更に高温で数時間焼くことで接着剤の硬化を促進させることができる。これらにより、絶縁層３３４Ａの絶縁寿命等の信頼性を改善できることから、小型で高信頼な電力変換装置を提供できる。
FIG. 9C is an assembly flow for integrally connecting the double-sided electrode module 300A and the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304, and is a cross-sectional view with respect to FIG. 9B. FIG. 9C shows an assembly step of fixing the adhesive insulating layer 334A and the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304. The fins 305 of the CAN-shaped heat dissipation base 304 are pressed and bonded by a press machine 307 incorporating a superheater 306 or the like. At that time, by creating a vacuum around the double-sided electrode module 300A, air pools such as voids generated at the interface of the adhesive insulating layer 334A can be discharged. Curing of the adhesive can be accelerated by baking at a higher temperature for several hours. As a result, reliability such as the insulation life of the insulating layer 334A can be improved, so that a compact and highly reliable power conversion device can be provided.
また、本実施形態に係るパワーモジュール３００のように、パワーモジュール３００の両側側壁から加圧することにより、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と両面電極モジュール３００Ａとを接合する場合、絶縁層３３４Ａは、接着性を有するものが望ましい。または、絶縁層３３４Ａは、前述の過熱ヒータ３０６による温度変化を利用して、熱硬化するような材料を用いることが望ましい。これにより、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をプレス機３０７による成形工程と、絶縁層３３４Ａによる接着工程を同時に又は速やかに行うことできる。
Further, when the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the double-sided electrode module 300A are joined by applying pressure from both side walls of the power module 300 as in the power module 300 according to the present embodiment, the insulating layer 334A is formed. Those having adhesiveness are desirable. Alternatively, it is desirable to use a material for the insulating layer 334A that is thermosetting by utilizing the temperature change caused by the above-mentioned superheater 306. Thereby, the forming step of the CAN-shaped heat radiating base 304 by the press machine 307 and the bonding step by the insulating layer 334A can be performed simultaneously or quickly.
ここで、本実施形態に係るパワーモジュール３００に好適な絶縁層３３４Ａについて説明する。本実施形態に係る絶縁層３３４Ａは、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と両面電極モジュール３００Ａとの電気的絶縁性を確保するとともに、これらの接着性を確保することが求められる。しかし、両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂは、図６（ｂ）に示されるように、電気配線や樹脂材料３０２等により形成される。そのため、電気配線と樹脂材料３０２との境目に凹凸が出来てしまい、絶縁層３３４Ａとの接着性が低下するおそれがある。その結果、絶縁層３３４Ａと両面電極モジュール３００Ａとの間に空気等が侵入し、パワーモジュール３００の熱伝達率が非常に低下するおそれがある。
Here, the insulating layer 334A suitable for the power module 300 according to the present embodiment will be described. The insulating layer 334A according to the present embodiment is required to secure the electrical insulation between the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the double-sided electrode module 300A, and to secure the adhesiveness between them. However, the heat radiating surface 334B of the double-sided electrode module 300A is formed of electrical wiring, a resin material 302, or the like, as shown in FIG. 6B. Therefore, the boundary between the electric wiring and the resin material 302 may be uneven, and the adhesiveness with the insulating layer 334A may be lowered. As a result, air or the like may enter between the insulating layer 334A and the double-sided electrode module 300A, and the heat transfer coefficient of the power module 300 may be significantly reduced.
そこで、絶縁層３３４Ａは、電気配線と樹脂材料３０２との境目に凹凸を埋められるような、柔らかい、つまりヤング率が低い絶縁材料を用いることが望ましい。
Therefore, for the insulating layer 334A, it is desirable to use an insulating material that is soft, that is, has a low Young's modulus so that unevenness can be filled in the boundary between the electric wiring and the resin material 302.
一方で、ヤング率が低い絶縁材料は、電気的絶縁性を確保するための材料とは異なる不純物を多く含むことになり、電気的絶縁性が十分に確保できないおそれがある。そこで、本実施形態に係る絶縁層３３４Ａは、さらに、不純物が少ない、つまりヤング率が高い絶縁材料を、前述のヤング率が低い絶縁材料と、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁との間に備える。つまり、絶縁層３３４Ａは、ヤング率が異なる絶縁材料による多層形状を為す。これにより、熱伝達率の低下を抑制するとともに、電気的絶縁性も確保することができる。
On the other hand, an insulating material having a low Young's modulus contains a large amount of impurities different from the material for ensuring the electrical insulating property, and there is a possibility that the electrical insulating property cannot be sufficiently secured. Therefore, the insulating layer 334A according to the present embodiment further provides an insulating material having a small amount of impurities, that is, a high Young's modulus, between the above-mentioned insulating material having a low Young's modulus and the inner side wall of the CAN-like heat dissipation base 304. .. That is, the insulating layer 334A has a multi-layered shape made of insulating materials having different Young's modulus. As a result, it is possible to suppress a decrease in the heat transfer coefficient and secure electrical insulation.
さらに、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁は、図１２にて後述する理由により凹凸形状を為すことが求められる。この場合には、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と絶縁層３３４Ａとの熱伝達率の低下を抑えるために、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁側に前述のヤング率が低い絶縁材料を備える。つまり、絶縁層３３４Ａは、上層と下層にヤング率が低い絶縁材料を用い、中間層にヤング率が高い絶縁材料を用いる。これにより、図１２のような実施形態であっても、熱伝達率の低下を抑制するとともに、電気的絶縁性も確保することができる。
Further, the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 is required to have an uneven shape for the reason described later in FIG. In this case, in order to suppress a decrease in the heat transfer coefficient between the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the insulating layer 334A, the above-mentioned insulating material having a low Young's modulus is provided on the inner side wall side of the CAN-shaped heat dissipation base 304. That is, as the insulating layer 334A, an insulating material having a low Young's modulus is used for the upper layer and the lower layer, and an insulating material having a high Young's modulus is used for the intermediate layer. As a result, even in the embodiment as shown in FIG. 12, it is possible to suppress a decrease in the heat transfer coefficient and secure electrical insulation.
図１０は、冷却ジャケット１９Ａを有する筐体１２のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取り付けた図であり、図１０（ａ）は冷却ジャケット１９Ａの斜視図、図１０（ｂ）は筐体１２の上面図、図１０（ｃ）は筐体１２の断面図である。図１０に示す如く、筐体１２には、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが一体に鋳造されている。平面視形状が略長方形である筐体１２の短辺の一方側側面には、冷却水を取り入れるための冷却水入口配管１３と冷却水入口配管１４とが設けられている。
10A and 10B are views in which a cooling water inlet pipe and an outlet pipe are attached to an aluminum casting of a housing 12 having a cooling jacket 19A, FIG. 10A is a perspective view of the cooling jacket 19A, and FIG. 10B is a perspective view. A top view of the housing 12, FIG. 10 (c) is a cross-sectional view of the housing 12. As shown in FIG. 10, a cooling jacket 19A having a cooling water flow path 19 formed therein is integrally cast in the housing 12. A cooling water inlet pipe 13 and a cooling water inlet pipe 14 for taking in cooling water are provided on one side surface of the short side of the housing 12 having a substantially rectangular shape in a plan view.
図１０（ａ）において、冷却水入口配管１３から冷却水流路１９に流入した冷却水は、矢印４１８の方向である長方形の長辺に沿って２つに分かれて流れ、長方形の短辺の他方側の側面の手前近傍のコーナー部１９Ｃで矢印４２１ａのように折り返し、再び長方形の長辺に沿って矢印４２２の方向に２つに分かれて流れ、更に長方形の長辺に沿って流れ矢印４２１ｂのように折り返し、下冷却水路蓋４２０に設けた出口配管に流入し折り返して出口孔から冷却水入口配管１４へ流出する（図１０（ｂ）参照）。冷却ジャケット１９Ａの上面には６つの開口４００が空けられている。各パワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４がそれぞれの開口から冷却水の流れの中に突出し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４と冷却ジャケット１９Ａの柱状の分流境界１９Ｂで冷却水を２分割し圧力損失を低減でき、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａ曲面とすることでも冷却水を２分割し圧力損失を低減でき、６個のパワーモジュールを直列に並べて冷却するようにＳ字状に流路を蛇行させても圧力損失の上昇を低減でき冷却効率を改善できる。各パワーモジュール３００は、例えば液体シール８００などのシール材を介して冷却ジャケット１９Ａの開口を水密に塞ぐように固定される。
In FIG. 10A, the cooling water flowing into the cooling water flow path 19 from the cooling water inlet pipe 13 is divided into two along the long side of the rectangle in the direction of arrow 418, and flows in two, and the other of the short sides of the rectangle. Fold back as shown by arrow 421a at the corner 19C near the front of the side surface, flow again in two directions along the long side of the rectangle in the direction of arrow 422, and then flow along the long side of the rectangle. It is folded back in this way, flows into the outlet pipe provided in the lower cooling water channel lid 420, is folded back, and flows out from the outlet hole to the cooling water inlet pipe 14 (see FIG. 10B). Six openings 400 are opened on the upper surface of the cooling jacket 19A. The CAN-shaped heat dissipation base 304 of each power module 300 protrudes into the flow of cooling water from each opening, and the cooling water is divided into two at the columnar diversion boundary 19B of the CAN-shaped heat radiation base 304 and the cooling jacket 19A to reduce the pressure loss. The cooling water can be divided into two to reduce the pressure loss by making the outer peripheral curved portion 304A curved surface of the CAN-shaped heat dissipation base 304, and the flow path meanders in an S shape so as to arrange six power modules in series and cool them. Even if it is made, the increase in pressure loss can be reduced and the cooling efficiency can be improved. Each power module 300 is fixed so as to watertightly close the opening of the cooling jacket 19A via a sealing material such as a liquid seal 800.
図１０（ｂ）において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形されている。冷却ジャケット１９Ａの上面には６つの開口４００が、下面には１つの開口４０４が設けられている。開口４００および４０２のそれぞれの周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。螺子穴４１２は、パワーモジュールを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴である（図１１参照）。このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することがき、パワーモジュール３００を冷却ジャケットに加圧固定するネジの本数を低減でき組立性が改善できるとともに、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュールのＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジのサイズを低減できることから、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。また、モジュール固定冶具３０４Ｃには、回路基板２０，２２や金属ベース板１１を固定する台座３０４Ｄが設けられている。
In FIG. 10B, the cooling jacket 19A is integrally molded with the housing 12 across the middle stage of the housing peripheral wall 12W. The upper surface of the cooling jacket 19A is provided with six openings 400, and the lower surface is provided with one opening 404. A power module mounting surface 410S is provided around each of the openings 400 and 402. The screw hole 412 is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C for pressurizing the power module to the mounting surface 410S to the cooling jacket 19A (see FIG. 11). With this module fixing jig 304C, a plurality of power modules 300 can be pressurized to the cooling jacket 19A, the number of screws for pressurizing and fixing the power module 300 to the cooling jacket can be reduced, the assembling property can be improved, and the cooling jacket 19A can be made smaller. Since the size of the flange of the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the power module can be reduced, the cooling jacket 19A, the housing 12, and the power module 300 can be miniaturized, which greatly contributes to the miniaturization of the power conversion device 200. The power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the shunted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced. Further, the module fixing jig 304C is provided with a pedestal 304D for fixing the circuit boards 20 and 22 and the metal base plate 11.
図１０（ｃ）において、往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成され（図１０（ａ）参照）、冷却水流路１９とパワーモジュール３００とで交互に挟まれ、冷却ジャケット１９Ａ内に配置され、冷却水流路１９を挟んで両側に設置される電気部品（パワーモジュール３００およびコンデンサモジュール５００）同士が、この貫通穴４０６を介して電気的に接続でき、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される正極側導体板７０２（図１８参照）と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される負極側導体板７０４（図１８参照）を短縮できることから配線インダクタンスを低減でき、パワー半導体の損失やサージ電圧の低減に寄与し、冷却システムの小型化やノイズの低減が可能である。
In FIG. 10 (c), a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall of the reciprocating cooling water flow path 19 (see FIG. 10 (a)), and the cooling water flow path 19 and the power module 300 are formed. Electrical components (power module 300 and condenser module 500) that are alternately sandwiched, arranged in the cooling jacket 19A, and installed on both sides of the cooling water flow path 19 are electrically connected to each other through the through hole 406. It is possible to shorten the positive conductor plate 702 (see FIG. 18) connected to the positive conductor plate 507 of the capacitor module 500 and the negative conductor plate 704 (see FIG. 18) connected to the negative conductor plate 505 of the capacitor module 500. Since this is possible, the wiring inductance can be reduced, which contributes to the reduction of power semiconductor loss and surge voltage, and the cooling system can be miniaturized and noise can be reduced.
図１１は、本実施形態に関するパワーモジュール３００と冷却ジャケット１９Ａとのシール部を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a sealing portion between the power module 300 and the cooling jacket 19A according to the present embodiment.
図１１において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形され、冷却ジャケット１９Ａの上面には開口４００が、下面には冷却水路の開口４０４が設けられている。開口４００の周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。開口部４０４の周囲には、下冷却水路蓋４２０との勘合部４２０Ａが設けられ液状シール材８００にてシールされており、螺子穴４１２は、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴であり、このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することができることから、取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ間に予め塗布された液状シール材を潰すと共に加圧し、冷却媒体が取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００間を通り抜けて漏れることを止められると共に、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧固定するネジの本数を低減でき組立性が改善できるとともに、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジ３００Ｂのサイズを低減できることから、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。尚、液状シール材はゴムオーリングなどでも同様の効果が得られる。
In FIG. 11, the cooling jacket 19A is integrally molded with the housing 12 across the middle stage of the housing peripheral wall 12W, and an opening 400 is provided on the upper surface of the cooling jacket 19A and an opening 404 of a cooling water channel is provided on the lower surface. There is. A power module mounting surface 410S is provided around the opening 400. A fitting portion 420A with the lower cooling water channel lid 420 is provided around the opening 404 and sealed with a liquid sealing material 800, and the screw hole 412 presses the flange 300B of the power module 300 on the mounting surface 410S. This is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C to the cooling jacket 19A, and since a plurality of power modules 300 can be pressurized to the cooling jacket 19A by this module fixing jig 304C, the mounting surface 410S and the power module 300 The liquid sealing material previously applied between the flanges 300B is crushed and pressurized to prevent the cooling medium from leaking through between the mounting surface 410S and the power module 300, and the power module 300 is pressed and fixed to the cooling jacket 19A. Since the number of screws to be screwed can be reduced, the assemblability can be improved, the size of the cooling jacket 19A can be reduced, and the size of the flange 300B of the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the power module 300 can be reduced, the cooling jacket 19A, the housing 12, and the power module can be reduced. The miniaturization of 300 becomes possible, which greatly contributes to the miniaturization of the power converter 200. The power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the shunted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced. The same effect can be obtained with a liquid sealing material such as rubber O-ring.
図１２（ａ）は、本実施形態に関する第２のパワーモジュール３００の断面図であり、図１２（ｂ）は第２のパワーモジュール３００の側面図である。
FIG. 12A is a cross-sectional view of the second power module 300 according to the present embodiment, and FIG. 12B is a side view of the second power module 300.
前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をＣＡＮ状放熱ベース３０４を形成する時に同質材料にて同時に作り込まずに、後からＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側に熱伝導性に優れた樹脂フィン３０５Ａを接着してフィンを形成した点と樹脂製のフィン３０５Ａが脱落しないようにＣＡＮ状放熱ベース３０４の表面に凹凸３０５Ｂを設け、凹凸３０５Ｂと樹脂製のフィン３０５Ａが機械的に勘合する点である。
The difference from the above embodiment is that the fins 305 provided on the outer cooling surface of the CAN-shaped heat radiating base 304 are not simultaneously made of the same material when forming the CAN-shaped heat radiating base 304, and the CAN-shaped heat radiating base 304 is later formed. Concavo-convex 305B is provided on the surface of the CAN-shaped heat dissipation base 304 so that the fins are formed by adhering resin fins 305A having excellent thermal conductivity to the outside and the resin fins 305A do not fall off. This is the point where the fin 305A fits mechanically.
本発明によれば、フィン３０５を別に形成できることから、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をジュースの缶の如く形成することが可能であり、生産性が改善できる。また、凹凸３０５Ｂを設けたことで樹脂製のフィン３０５ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着性能が改善され、脱落などの信頼性低下を避けることができると共に、樹脂製のフィン３０５ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の熱伝達に関わる面積を増加させることができパワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型か並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
According to the present invention, since the fins 305 can be formed separately, the CAN-like heat dissipation base 304 can be formed like a can of juice, and the productivity can be improved. Further, by providing the uneven 305B, the adhesive performance between the resin fin 305A and the CAN-shaped heat dissipation base 304 is improved, and it is possible to avoid deterioration of reliability such as dropping off, and the resin fin 305A and the CAN-shaped heat dissipation base 304 are provided. The area related to heat transfer of 304 can be increased, the thermal resistance of the power module 300 can be reduced, and the power module can be miniaturized or the power conversion device can be miniaturized.
図１３（ａ）は、本実施形態に関する第３のパワーモジュール３００の断面図であり、図１３（ｂ）は第３のパワーモジュール３００の側面図である。
13 (a) is a cross-sectional view of the third power module 300 according to the present embodiment, and FIG. 13 (b) is a side view of the third power module 300.
前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をＣＡＮ状放熱ベース３０４を形成する時に同質材料にて同時に作り込まずに、後からＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側に、予め複数のフィン３０５が形成された板状のフィンベース３０５Ｃをロウ材などの金属接続材もしくは樹脂接着剤で固着し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４にフィンを設けた点である。
The difference from the above embodiment is that the fins 305 provided on the outer cooling surface of the CAN-shaped heat radiating base 304 are not simultaneously made of the same material when forming the CAN-shaped heat radiating base 304, and the CAN-shaped heat radiating base 304 is used later. A plate-shaped fin base 305C on which a plurality of fins 305 are formed in advance is fixed to the outside with a metal connecting material such as a brazing material or a resin adhesive, and fins are provided on the CAN-shaped heat radiating base 304.
本発明によれば、フィン３０５を別に形成できることから、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をジュースの缶の如く形成することが可能であり、生産性が改善できる。また、フィンベース３０５Ｂは、鍛造などの工法により製造されたＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣ，Ｃｕ−Ｃ，Ａｌ−Ｃなどの金属製でもよいし、高熱伝導樹脂などの有機材料でも形成できることから、フィン３０５部の形状を同心円のピン形状から楕円などの形状に可能であり、フィン３０５部の表面積を増大できることから熱伝達に関わる面積を増加させることができパワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型か並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
According to the present invention, since the fins 305 can be formed separately, the CAN-like heat dissipation base 304 can be formed like a can of juice, and the productivity can be improved. Further, the fin base 305B may be made of a metal such as Cu, Al, AlSiC, Cu-C, Al-C manufactured by a method such as forging, or may be formed of an organic material such as a high thermal conductive resin. The shape of the part can be changed from a concentric pin shape to an elliptical shape, and since the surface area of the fin 305 part can be increased, the area related to heat transfer can be increased and the thermal resistance of the power module 300 can be reduced. It is possible to reduce the size of the power module and the power conversion device.
図１４（ａ）は、本実施形態に関する第４のパワーモジュール３００の断面図であり、図１４（ｂ）は第４のパワーモジュール３００の側面図である。
FIG. 14A is a cross-sectional view of the fourth power module 300 according to the present embodiment, and FIG. 14B is a side view of the fourth power module 300.
前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をストレートフィン３０５Ｄとした点であり、ＣＡＮ状放熱ベース３０４と同一部材で一体成型された点である。
The difference from the above embodiment is that the fin 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat dissipation base 304 is a straight fin 305D, and is integrally molded with the same member as the CAN-shaped heat dissipation base 304.
本発明によれば、フィン３０５をストレート形状とすることで、製造を容易にすると共に冷却流路に発生する圧力損失を低減できることからパワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型か並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
According to the present invention, the straight shape of the fin 305 facilitates manufacturing and reduces the pressure loss generated in the cooling flow path, so that the thermal resistance of the power module 300 can be reduced and the power module can be made smaller. In addition, the power conversion device can be miniaturized.
図１５（ａ）は、本実施形態に関する第５のパワーモジュール３００の断面図であり、図１５（ｂ）は第５のパワーモジュール３００の側面図である。
15 (a) is a cross-sectional view of the fifth power module 300 according to the present embodiment, and FIG. 15 (b) is a side view of the fifth power module 300.
前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるピン形状のフィン３０５のレイアウトに粗密を設け、パワー半導体の近傍に位置するフィン３０５を流れる冷却媒体の流速が上昇するように、パワー半導体から遠いフィン３０５の間隔を縮小し、パワー半導体近傍のフィン３０５の間隔を拡大して配置した点である。
The difference from the above embodiment is that the layout of the pin-shaped fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat dissipation base 304 is provided with coarseness and density, and the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 located in the vicinity of the power semiconductor increases. As described above, the distance between the fins 305 far from the power semiconductor is reduced, and the distance between the fins 305 near the power semiconductor is increased.
本発明によれば、パワー半導体近傍のフィン３０５を流れる冷却媒体の流速を高めることができることから、パワー半導体近傍の熱伝達率を高めることが可能となり、冷却媒体とパワー半導体の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型か並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
According to the present invention, since the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 near the power semiconductor can be increased, the heat transfer coefficient near the power semiconductor can be increased, and the thermal resistance between the cooling medium and the power semiconductor can be reduced. The realization makes it possible to reduce the size of the power module and the power conversion device.
図１６（ａ）は、本実施形態に関する第６のパワーモジュール３００の断面図であり、図１６（ｂ）は第６のパワーモジュール３００の側面図である。
16 (a) is a cross-sectional view of the sixth power module 300 according to the present embodiment, and FIG. 16 (b) is a side view of the sixth power module 300.
前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるピン形状のフィン３０５のレイアウトに粗密を設け、パワー半導体の近傍に位置するフィン３０５を流れる冷却媒体の流速が上昇するように、パワー半導体から遠いフィン３０５の間隔を縮小し、パワー半導体近傍のフィン３０５の間隔を拡大し、さらにパワー半導体近傍のフィン３０５の形状を楕円状とした楕円フィン３０５Ｅにした点である。
The difference from the above embodiment is that the layout of the pin-shaped fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat dissipation base 304 is provided with coarseness and density, and the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 located in the vicinity of the power semiconductor increases. As described above, the distance between the fins 305 far from the power semiconductor is reduced, the distance between the fins 305 near the power semiconductor is increased, and the shape of the fins 305 near the power semiconductor is made into an elliptical fin 305E.
本発明によれば、パワー半導体近傍のフィン３０５を流れる冷却媒体の流速を高めることができることから、パワー半導体近傍の熱伝達率を高めることが可能となり、さらにパワー半導体近傍のフィン３０５を楕円状としたことでフィン３０５の表面積が増加し熱伝達率を高めることが可能となり冷却媒体とパワー半導体の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型か並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
According to the present invention, since the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 near the power semiconductor can be increased, the heat transfer coefficient near the power semiconductor can be increased, and the fins 305 near the power semiconductor are made elliptical. As a result, the surface area of the fin 305 can be increased, the heat transfer coefficient can be increased, the thermal resistance of the cooling medium and the power semiconductor can be reduced, and the power module can be miniaturized or the power conversion device can be miniaturized.
図１７は、本実施形態に関するパワーモジュール３００と冷却ジャケット１９Ａとのシール部を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a sealing portion between the power module 300 and the cooling jacket 19A according to the present embodiment.
図１７において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形され、冷却ジャケット１９Ａの上面には開口４００が、下面には冷却水路の開口４０４が設けられている。開口４００の周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。開口部４０４の周囲には、下冷却水路蓋４２０との勘合部４２０Ａが設けられ液状シール材８００にてシールされており、螺子穴４１２は、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴であり、このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することができることから、取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ間に予め塗布された液状シール材を潰すと共に加圧し、冷却媒体が取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００間を通り抜けて漏れることを止められると共に、パワーモジュール３００を冷却ジャケットに加圧固定するネジの本数を低減でき組立性が改善できるとともに、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ部をテーパー状に傾斜を設けることでシールド面積を維持しながらもフランジ３００Ｂの幅を低減できることから、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュールのＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジ３００Ｂのサイズを低減でき、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。尚、液状シール材８００はゴム製オーリングなどでも同様の効果が得られる。
In FIG. 17, the cooling jacket 19A is integrally molded with the housing 12 across the middle stage of the housing peripheral wall 12W, and an opening 400 is provided on the upper surface of the cooling jacket 19A and an opening 404 of a cooling water channel is provided on the lower surface. There is. A power module mounting surface 410S is provided around the opening 400. A fitting portion 420A with the lower cooling water channel lid 420 is provided around the opening 404 and sealed with a liquid sealing material 800, and the screw hole 412 presses the flange 300B of the power module 300 on the mounting surface 410S. This is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C to the cooling jacket 19A, and since a plurality of power modules 300 can be pressurized to the cooling jacket 19A by this module fixing jig 304C, the mounting surface 410S and the power module 300 The liquid sealing material applied in advance between the flanges 300B is crushed and pressurized to prevent the cooling medium from passing through between the mounting surface 410S and the power module 300 and leaking, and the power module 300 is pressed and fixed to the cooling jacket. The number of screws can be reduced and the assemblability can be improved, and the width of the flange 300B can be reduced while maintaining the shield area by providing the flange 300B portion of the power module 300 with a tapered inclination. Therefore, the cooling jacket 19A is compact. The size of the flange 300B of the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the power module can be reduced, and the cooling jacket 19A, the housing 12, and the power module 300 can be miniaturized, which greatly contributes to the miniaturization of the power conversion device 200. The power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the shunted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced. The same effect can be obtained with the liquid sealing material 800 using a rubber O-ring or the like.
図１８は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子の接続構造を示した断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a connection structure of input / output terminals of the power module 300 according to the present embodiment.
図１８において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成され、冷却水流路１９を挟んで設置されるコンデンサモジュール５００とこの貫通穴４０６を介して電気的に接続でき、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５がパワーモジュール３００近傍の貫通穴４０６を介して配置され、パワーモジュール３００から伸びた各電気配線板３３４が正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５と近接配置され、各電気配線板３３４もしくは正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５の一部に予めロウ材７０６を配置し、配置したロウ材７０６を介して各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５が対抗して配置され、ロウ材を挟んだ各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５間に電流を流通し、ロウ材７０６及び各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５を加熱し、ロウ材７０６を溶融して各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５及び出力配線７０５を接続している。
In FIG. 18, a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall portion of the cooling water flow path 19 reciprocating in an S shape, and the capacitor module 500 installed across the cooling water flow path 19 and the through hole. It can be electrically connected via 406, and the positive conductor plate 507 of the capacitor module 500 and the negative conductor plate 505 of the capacitor module 500 are arranged through the through hole 406 in the vicinity of the power module 300, and each extends from the power module 300. The electric wiring plate 334 is arranged close to the positive side conductor plate 507, the negative side conductor plate 505, and the output wiring 705, and is part of each electric wiring plate 334 or the positive side conductor plate 507, the negative side conductor plate 505, and the output wiring 705. The brazing material 706 is arranged in advance, and each of the electric wiring plates 334 and the positive conductor plate 507 and the negative side conductor plate 505 and the output wiring 705 are arranged so as to oppose each other via the arranged brazing material 706. A current flows between the electric wiring plate 334, the positive conductor plate 507, the negative conductor plate 505, and the output wiring 705, and the brazing material 706, each electric wiring plate 334, the positive conductor plate 507, the negative conductor plate 505, and the output. The wiring 705 is heated, the brazing material 706 is melted, and each electric wiring plate 334 is connected to the positive side conductor plate 507, the negative side conductor plate 505, and the output wiring 705.
本発明によれば、ボルトなどの締め付けエリアを使わずにパワー配線の電気的な接続を可能とすることから電力配線エリアを小型化でき電力変換装置の小型化を実現し、ボルトを使わないことから組立時の時間を短縮でき組立性を改善できることからコストの削減に寄与できる。
According to the present invention, since it is possible to electrically connect the power wiring without using a tightening area such as a bolt, the power wiring area can be miniaturized, the power conversion device can be miniaturized, and no bolt is used. Therefore, the time required for assembly can be shortened and the assembling property can be improved, which contributes to cost reduction.
図１９は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子の接続構造を示した断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a connection structure of input / output terminals of the power module 300 according to the present embodiment.
図１９において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成され、冷却水流路１９を挟んで設置されるコンデンサモジュール５００とこの貫通穴４０６を介して電気的に接続でき、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５がパワーモジュール３００近傍にこの貫通穴４０６を介して配置され、パワーモジュール３００から伸びた各電気配線板３３４が正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５と近接配置され、各電気配線板３３４もしくは正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５の一部を加圧し、所定の接続点で各導体板をアーク溶接７０７もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点を構成している。
In FIG. 19, a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall of the cooling water flow path 19 reciprocating in an S shape, and the capacitor module 500 installed across the cooling water flow path 19 and the through hole. It can be electrically connected via 406, and the positive electrode conductor plate 507 of the capacitor module 500 and the negative electrode conductor plate 505 of the capacitor module 500 are arranged in the vicinity of the power module 300 via the through hole 406 and extend from the power module 300. Each electric wiring plate 334 is arranged close to the positive electrode side conductor plate 507, the negative electrode side conductor plate 505, and the output wiring 705, and each electric wiring plate 334 or the positive electrode side conductor plate 507, the negative electrode side conductor plate 505, and a part of the output wiring 705. Is pressurized, and each conductor plate is fixed by arc welding 707, microtig welding, laser welding, or the like at a predetermined connection point to form an electrical connection point.
本発明によれば、ボルトなどの締め付けエリアを使わずにパワー配線の電気的な接続を可能とすることから電力配線エリアを小型化でき電力変換装置の小型化を実現し、ボルトを使わないことから組立時の時間を短縮でき組立性を改善できることからコストの削減に寄与できる。
According to the present invention, since it is possible to electrically connect the power wiring without using a tightening area such as a bolt, the power wiring area can be miniaturized, the power conversion device can be miniaturized, and no bolt is used. Therefore, the time required for assembly can be shortened and the assembling property can be improved, which contributes to cost reduction.
図２０は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子と接続される電力配線構造を示した断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a power wiring structure connected to the input / output terminals of the power module 300 according to the present embodiment.
図２０において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成され、冷却水流路１９を挟んで設置されるコンデンサモジュール５００とこの貫通穴４０６を介して電気的に接続でき、パワーモジュール３００近傍に用意したこの貫通穴４０６を介し、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される正極側導体板７０２と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される負極側導体板７０４が配置され、パワーモジュール３００の各電気配線板３３４と正極側導体板７０２と負極側導体板７０４をそれぞれ電気的に接続する電力配線と出力配線７０５を樹脂を介して積層してなる電力配線ユニット７０１をパワーモジュール３００の電気配線板３３４が配置された上部に配置し、所定の接続点で各導体板をアーク溶接７０７もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
In FIG. 20, a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall of the cooling water flow path 19 reciprocating in an S shape, and the capacitor module 500 installed across the cooling water flow path 19 and this through hole. The positive electrode side conductor plate 702, which can be electrically connected via the 406 and is connected to the positive electrode conductor plate 507 of the capacitor module 500, and the negative electrode conductor plate of the capacitor module 500 via the through hole 406 prepared in the vicinity of the power module 300. The negative electrode side conductor plate 704 connected to the 505 is arranged, and the power wiring and the output wiring 705 that electrically connect each electric wiring plate 334 of the power module 300, the positive electrode side conductor plate 702, and the negative electrode side conductor plate 704 are resin. The electric power wiring unit 701 laminated via the above is arranged on the upper part where the electric wiring plate 334 of the power module 300 is arranged, and each conductor plate is subjected to arc welding 707 or microtig welding and laser welding at a predetermined connection point. It is fixed and constitutes an electrical connection point. Further, the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the inverter device 200 may be configured by inserting the power module 300 into the housing 12 after finishing the power module 300 in advance by attaching the power module 300 to the power wiring unit 701.
本発明によれば、各電力配線を樹脂で積層して一体化することで溶接部近傍の熱容量を増大させ、溶接時の温度上昇によるパワーモジュール３００の温度上昇を極力低減できる他、溶接点からパワーモジュール３００の距離を近づけてもパワーモジュール３００の温度上昇を招かない他、溶接点の位置合わせを筐体１２に用意した規準点１２Ａ用いて、電力配線ユニットとパワーモジュール３００の位置を固定でき、溶接時の位置ズレを低減でき高信頼な電気接続点を形成可能となる。
According to the present invention, the heat capacity in the vicinity of the welded portion can be increased by laminating and integrating each electric power wiring with a resin, and the temperature rise of the power module 300 due to the temperature rise during welding can be reduced as much as possible, and from the welding point. In addition to not causing the temperature of the power module 300 to rise even if the distance of the power module 300 is reduced, the positions of the power wiring unit and the power module 300 can be fixed by using the reference point 12A prepared in the housing 12 for the alignment of the welding points. , Positional deviation during welding can be reduced and a highly reliable electrical connection point can be formed.
ここで、正極導体板７０２と負極導体板７０４との間に絶縁シート７０００を挟んだ構造としてもよい。これにより導体板間の距離が短くなり、導体部品を小型化できる。
Here, the structure may be such that the insulating sheet 7000 is sandwiched between the positive electrode conductor plate 702 and the negative electrode conductor plate 704. As a result, the distance between the conductor plates is shortened, and the conductor parts can be miniaturized.
図２１は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子とコンデンサ構造を示した断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing an input / output terminal and a capacitor structure of the power module 300 according to the present embodiment.
図２１において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置され、パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニットがパワーモジュール３００の上部に配置され、電力配線ユニット７０１と冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置し、コンデンサ５１４と電気配線板３３４の接続部を電力配線ユニット７０１と冷却水流路１９の間に設け、電気配線板３３４にコンデンサ５１４の電気接続端子と勘合する引き出し部３１４Ｂ，３１６Ｂを構成し、この引き出し部３１４Ｂとパワーモジュール３００の各電気配線板３３４を所定の接続点でアーク溶接７０７もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４，５００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
In FIG. 21, each power module 300 is arranged at a predetermined position in a cooling water flow path 19 that reciprocates in an S shape, and a power wiring unit connected to an electric wiring plate 334 of the power module 300 is arranged above the power module 300. A capacitor 514 is arranged between the power wiring unit 701 and the cooling water flow path 19, and a connection portion between the capacitor 514 and the electric wiring board 334 is provided between the power wiring unit 701 and the cooling water flow path 19, and the electric wiring board 334 has a connection portion. Drawer portions 314B and 316B that mesh with the electrical connection terminals of the capacitor 514 are configured, and the outlet portion 314B and each electrical wiring plate 334 of the power module 300 are connected by arc welding 707 or microtig welding and laser welding at a predetermined connection point. It is fixed and constitutes an electrical connection point. Further, the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the power module 300 and the capacitors 514 and 500 are attached to the power wiring unit 701 in advance to complete the wiring, and then the inverter device 200 is configured by inserting it into the housing 12. You may.
本発明によれば、電力配線ユニットと冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置したことで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４の配線距離が大幅に低減できることから、配線インダクタンスが低減でき、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できることからパワーモジュールの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
According to the present invention, by arranging the capacitor 514 between the power wiring unit and the cooling water flow path 19, the wiring distance between the power module 300 and the capacitor 514 can be significantly reduced, so that the wiring inductance can be reduced and the power semiconductor can be reduced. Since the surge voltage generated during switching can be reduced, and the switching loss and noise generated in the power semiconductor can be reduced, the power module can be miniaturized, and the power converter can be made compact and highly reliable.
図２２は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子とコンデンサ構造を示した断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the input / output terminals and the capacitor structure of the power module 300 according to the present embodiment.
図２２において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置され、パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニットがパワーモジュール３００の上部に配置され、電力配線ユニットと冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置し、電力配線ユニットに内蔵されたパワーモジュール３００の負電極及び正電極と接続される電力配線と、コンデンサ５１４の電気接続端子を接続し、コンデンサ５１４と電力配線ユニットを一体化した構造であり、各電力配線の所定の接続点でアーク溶接７０７もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４，５００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４，５００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
In FIG. 22, each power module 300 is arranged at a predetermined position in the cooling water flow path 19 that reciprocates in an S shape, and the power wiring unit connected to the electric wiring plate 334 of the power module 300 is arranged above the power module 300. A capacitor 514 is arranged between the power wiring unit and the cooling water flow path 19, and the power wiring connected to the negative electrode and the positive electrode of the power module 300 built in the power wiring unit and the electric connection terminal of the capacitor 514 are connected. It has a structure in which a capacitor 514 and a power wiring unit are integrated by being connected, and are fixed by arc welding 707, microtig welding, laser welding, or the like at a predetermined connection point of each power wiring to form an electrical connection point. Further, the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the power module 300 and the capacitors 514 and 500 are attached to the power wiring unit 701 in advance to complete the wiring, and then the inverter device 200 is configured by inserting it into the housing 12. You may. Further, the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the power module 300 and the capacitors 514 and 500 are attached to the power wiring unit 701 in advance to complete the wiring, and then the inverter device 200 is configured by inserting it into the housing 12. You may.
本発明によれば、電力配線ユニットにコンデンサ５１４を一体化することで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４の配線距離が大幅に低減できることから、配線インダクタンスが低減でき、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できることからパワーモジュールの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
According to the present invention, by integrating the capacitor 514 into the power wiring unit, the wiring distance between the power module 300 and the capacitor 514 can be significantly reduced, so that the wiring inductance can be reduced and the surge voltage generated when the power semiconductor is switched. Since it is possible to reduce the switching loss and noise generation of the power semiconductor, the power module can be miniaturized, and the power converter can be made compact and highly reliable.
図２３は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の固定方法とコンデンサ構造を示した断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a fixing method and a capacitor structure of the power module 300 according to the present embodiment.
図２３において、Ｓ字状に往復した冷却水路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧して固定するモジュール固定冶具３０４Ｃがパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ上部に配置される。モジュール固定冶具３０４Ｃにはパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂと点で接するように突起３０４Ｂが設けられ、この突起３０４Ｂがフランジ３００Ｂの上面を加圧する。そのため、加圧した圧力がフランジ３００Ｂの冷却ジャケット１９Ａに均一に分散され、液状シールを均一に押し潰し、モジュール固定冶具３０４Ｃの変形による加圧力の不均一を低減できる。
In FIG. 23, each power module 300 is arranged at a predetermined position in the cooling water channel 19 reciprocating in an S shape, and the module fixing jig 304C for pressurizing and fixing the power module 300 to the cooling water channel 19 is the flange 300B of the power module 300. Placed at the top. The module fixing jig 304C is provided with a protrusion 304B so as to make a point contact with the flange 300B of the power module 300, and the protrusion 304B pressurizes the upper surface of the flange 300B. Therefore, the pressurized pressure is uniformly dispersed in the cooling jacket 19A of the flange 300B, the liquid seal is uniformly crushed, and the non-uniformity of the pressing force due to the deformation of the module fixing jig 304C can be reduced.
パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニット７０１がパワーモジュール３００の上部に配置される。冷却ジャケット１９Ａは、冷却水路１９と並行に電力配線ユニット７０１の一部に収納されたコンデンサ５１４を収納できる開口部を設け、直接的に、又は冷却ジャケット１９Ａの内壁を介して冷却水によりコンデンサ５１４を冷却する。また、パワーモジュール３００の負電極及び正電極と接続される電力配線と、コンデンサ５１４の電気接続端子とを接続し、コンデンサ５１４と電力配線ユニット７０１が一体化されている。そして、各電力配線の所定の接続点でアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４，５００を取り付け、配線が完了した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
A power wiring unit 701 connected to the electric wiring board 334 of the power module 300 is arranged above the power module 300. The cooling jacket 19A is provided with an opening capable of accommodating the condenser 514 housed in a part of the power wiring unit 701 in parallel with the cooling water channel 19, and the condenser 514 is provided by the cooling water directly or through the inner wall of the cooling jacket 19A. To cool. Further, the power wiring connected to the negative electrode and the positive electrode of the power module 300 and the electric connection terminal of the capacitor 514 are connected, and the capacitor 514 and the power wiring unit 701 are integrated. Then, it is fixed by arc welding, micro TIG welding, laser welding, or the like at a predetermined connection point of each electric power wiring to form an electric connection point 707. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the power module 300 and the capacitors 514 and 500 are attached to the power wiring unit 701 in advance, and after finishing the wiring, the inverter device 200 is inserted into the housing 12. May be configured.
本発明によれば、電力配線ユニット７０１にコンデンサ５１４を一体化することで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４を効率よく冷却できる。さらに、それぞれを接続する配線距離が低減できることから、配線インダクタンスの低減が可能となり、コンデンサ５１４のリップル電流の許容値を改善でき、パワー半導体がスイッチングした時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できる。その結果、パワーモジュールの小型化，コンデンサの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
According to the present invention, the power module 300 and the capacitor 514 can be efficiently cooled by integrating the capacitor 514 into the power wiring unit 701. Furthermore, since the wiring distance for connecting each can be reduced, the wiring inductance can be reduced, the allowable value of the ripple current of the capacitor 514 can be improved, the surge voltage generated when the power semiconductor is switched, and the power semiconductor can be reduced. Switching loss and generation of noise can be reduced. As a result, the power module can be miniaturized and the capacitor can be miniaturized, and the power converter can be made compact and highly reliable.
図２４は、本実施形態に関するパワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４の製造方法を示した工程フロー図である。
FIG. 24 is a process flow chart showing a method of manufacturing the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the power module 300 according to the present embodiment.
図２４において、（１）の第一工程ではＣＡＮ状放熱ベース３０４の原材料を凡そ放熱ベース形状に変形するための工程であり、金型９０１に用意したＣＡＮ状の穴に原材料を入れ、原材料はアルミや銅などの変形しやすい金属もしくは粉末状の金属であり、また金型９００にはパワー半導体の収納部となる開口部を形成する９００Ｂと冷却ジャケット１９Ａと勘合するフランジを形成する窪み９００Ａが形成されており、金型９００と金型９０１が勘合するようにプレスを行うと一次成型ＣＡＮ状冷却材９０３が形成され、次に（２）の第二工程では第一工程で作成した一次成型ＣＡＮ状冷却材９０３にフィンを形成する工程であり、フィン成形型９０２Ａ，９０２Ｂにはピン状のフィンを形成する穴９０４が複数設けられ、一次成型ＣＡＮ状冷却材９０３が金型９０１と同形状の金型に挿入され、両側にフィン成形型９０２Ａ，９０２Ｂを配置してプレスすると、ＣＡＮ状放熱ベース３０４のフィン３０５部と薄肉な形状と成る外周湾曲部３０４Ａが形成され、フィン成形型９０２Ａ，９０２Ｂの間から残材が突出する。最後に、形成されたフィン３０５部の高さと突出した残材を削除して完成する。
In FIG. 24, the first step of (1) is a step of transforming the raw material of the CAN-shaped heat radiation base 304 into a heat radiation base shape, and the raw material is put into the CAN-shaped hole prepared in the mold 901, and the raw material is used. It is a easily deformable metal such as aluminum or copper or a powdery metal, and the mold 900 has a 900B that forms an opening that serves as a storage part for power semiconductors and a recess 900A that forms a flange that fits with the cooling jacket 19A. When the die 900 and the die 901 are pressed so as to fit into each other, the primary molding CAN-like coolant 903 is formed, and then in the second step of (2), the primary molding prepared in the first step is performed. This is a step of forming fins on the CAN-shaped cooling material 903. The fin molding molds 902A and 902B are provided with a plurality of holes 904 for forming pin-shaped fins, and the primary molding CAN-shaped cooling material 903 has the same shape as the mold 901. When the fin forming dies 902A and 902B are arranged on both sides and pressed, the fins 305 of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the outer peripheral curved portion 304A having a thin shape are formed, and the fin forming dies 902A, The residual material protrudes from between 902B. Finally, the height of the formed fins 305 and the protruding residual material are removed to complete the process.
完成後には、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の表面を洗浄したり、化学研磨などにより表面粗さを低減する加工を行っても良い。
After completion, the surface of the CAN-like heat dissipation base 304 may be cleaned, or processing may be performed to reduce the surface roughness by chemical polishing or the like.
本発明によれば、対抗した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納するＣＡＮ状放熱ベース３０４を２回のプレス工程にて簡単に製作できる手法であり、溶接などのつなぎ目を持つＣＡＮ状放熱ベースと比べ金属腐食や冷却水の圧力などによる変形時の信頼性及び強度を長年保つことが可能であり、溶接時の熱応力の発生やその残留応力による変形が無く、内蔵したパワー半導体及び接着性の絶縁層となる絶縁シート３３４Ａの厚さの不均一化や破れなどを無くすことができ、溶接用のフランジなどによるフィンの大形化も無く、高信頼で小型な両面冷却パワーモジュール３００を構成でき、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
According to the present invention, both heat dissipation bases have an outer wall made of the same material without any joint so as to cover the periphery of the opposing heat dissipation bases, and an opening is prepared in a part of the outer wall. It is a method that can easily manufacture the CAN-shaped heat dissipation base 304 that houses the power semiconductor in two pressing processes. Compared to the CAN-shaped heat dissipation base that has a joint such as welding, when it is deformed due to metal corrosion or the pressure of cooling water. It is possible to maintain the reliability and strength of the product for many years, and there is no deformation due to the generation of thermal stress during welding or its residual stress, and the built-in power semiconductor and the insulation sheet 334A, which is an adhesive insulating layer, are not thick. Uniformity and tearing can be eliminated, fins are not enlarged due to welding flanges, etc., a highly reliable and compact double-sided cooling power module 300 can be configured, and a compact and highly reliable power converter can be realized. ..
