JP7124530B2 - power converter - Google Patents

Description

本発明は、直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter that converts a DC current into an AC current while transforming a voltage from a DC power supply.

上述した電力変換装置の一例が、例えば特許文献１に示されている。特許文献１の電力変換装置では、半導体素子を封止した複数の半導体モジュールと冷却管とを積層した積層体がケース内に収容される。積層体は、ケースの底面に固定されるとともに、その固定される側の反対側から、各半導体モジュールのパワー端子（正極端子、負極端子、交流端子）を突出させ、それらパワー端子を、バスバーを介してコンデンサやリアクトルなどに電気的に接続している。 An example of the power conversion device described above is disclosed in Patent Document 1, for example. In the power conversion device of Patent Literature 1, a laminated body obtained by laminating a plurality of semiconductor modules each sealing a semiconductor element and a cooling pipe is accommodated in a case. The laminate is fixed to the bottom surface of the case, and the power terminals (positive terminal, negative terminal, AC terminal) of each semiconductor module project from the side opposite to the fixed side. It is electrically connected to a capacitor, reactor, etc.

特許第６１１９４１９号公報Japanese Patent No. 6119419

ここで、電力変換装置は、車両などへの搭載性の向上を図るため、低背化や小型化の要求が高まっている。電力変換装置を低背化や小型化すると、半導体モジュール、コンデンサ、リアクトルなどの動作時に発熱する部品同士の間隔が狭まる。その結果、発熱する部品間において、相互に発熱の影響を受けやすくなり（熱干渉）、十分な放熱を行い難くなるという問題が生じる。 Here, there is an increasing demand for a power conversion device to be made low profile and small in order to improve mountability on a vehicle or the like. When a power conversion device is made low-profile or small-sized, the distance between components that generate heat during operation, such as semiconductor modules, capacitors, and reactors, is narrowed. As a result, there arises a problem that the heat-generating components become susceptible to heat generation (thermal interference), making it difficult to sufficiently dissipate heat.

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、電力変換装置を低背化や小型化しても、発熱部品間の熱干渉を抑制することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a power conversion device capable of suppressing heat interference between heat-generating components even when the power conversion device is made low-profile and small-sized. aim.

上記目的を達成するために、本発明による電力変換装置（５）は、直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換するものであって、
電力変換装置を構成する複数の電気部品を収容するケース（１００）と、
複数の電気部品の内、動作時に発熱する複数の発熱部品（１０２、１１０、１２０）を冷却する冷却機構と、を備え、
複数の発熱部品の内、少なくとも第１の発熱部品（１１０）と第２の発熱部品（１２０）は、ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、ケース内に配置されるとともに、それぞれの発熱部品から突出するパワー端子（１１４、１３０）を有し、
第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバー（１３６）をさらに備え、
第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向であり
第１の発熱部品は、パワー半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出する半導体モジュールであり、
第２の発熱部品は、リアクトルであり、
半導体モジュールは、パワー端子が突出する面と対向する面から突出する制御端子を有し、
リアクトルのパワー端子は、断面が長辺と短辺からなり、長辺に当たる面がバスバーの一端と接合されるとともに、短辺に当たる面が、半導体モジュールの制御端子と対向する向きに設けられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power conversion device (5) according to the present invention converts a DC current to an AC current while transforming a voltage from a DC power supply,
a case (100) that houses a plurality of electrical components that make up the power conversion device;
a cooling mechanism for cooling a plurality of heat-generating components (102, 110, 120) that generate heat during operation among the plurality of electrical components,
Among the plurality of heat-generating components, at least the first heat-generating component (110) and the second heat-generating component (120) are arranged in the case along a direction orthogonal to the depth direction of the case, and having power terminals (114, 130) protruding from the heat-generating component;
further comprising a bus bar (136) connecting power terminals of the first and second heat generating components;
The portion where the power terminal of the first heat-generating component protrudes and the portion where the power terminal of the second heat-generating component projects are provided on opposite sides of the center line in the depth direction of each heat-generating component. The direction of projection of the power terminal of the first heat-generating component is opposite to the direction of projection of the power terminal of the second heat-generating component.
The first heat-generating component is a semiconductor module in which a power terminal protrudes from a main body containing a power semiconductor element,
the second heat-generating component is a reactor,
The semiconductor module has control terminals protruding from a surface opposite to the surface from which the power terminals protrude,
The power terminal of the reactor has a cross section consisting of a long side and a short side, and the surface corresponding to the long side is joined to one end of the bus bar, and the surface corresponding to the short side is provided facing the control terminal of the semiconductor module. Characterized by

このように、本発明による電力変換装置は、動作時に発熱する複数の発熱部品を冷却する冷却機構を備えている。このため、動作時に第１および第２の発熱部品が発熱しても、その発熱自体を緩和することが可能になる。 Thus, the power converter according to the present invention includes a cooling mechanism that cools a plurality of heat-generating components that generate heat during operation. Therefore, even if the first and second heat generating components generate heat during operation, the heat generation itself can be mitigated.

上記のように、第１および第２の発熱部品は冷却機構によって冷却されるが、それでも動作時に発熱しなくなる訳ではない。一方の発熱部品で熱が発生すると、その熱は、伝熱しやすいパワー端子およびバスバーを通じて、他の発熱部品へ伝えられる。しかし、本発明による電力変換装置では、第１および第２の発熱部品のパワー端子の少なくとも一方は、互いに対向する側以外から突出するとともに、第１および第２の発熱部品のパワー端子の突出方向が異なるように設けられる。このため、第１および第２の発熱部品が、ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、前記ケース内に配置されていても、第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバーの長さを長く取ることが可能になる。その結果、第１および第２の発熱部品間における伝熱を抑えることができ、熱干渉を抑制することができる。 Although the first and second heat-generating components are cooled by the cooling mechanism as described above, this does not mean that they do not generate heat during operation. When heat is generated in one heat-generating component, the heat is transferred to the other heat-generating component through the power terminals and bus bars, which are easy to conduct heat. However, in the power converter according to the present invention, at least one of the power terminals of the first and second heat-generating components protrudes from a side other than the side facing each other, and the direction in which the power terminals of the first and second heat-generating components protrude is are provided differently. Therefore, even if the first and second heat generating components are arranged in the case along the direction perpendicular to the depth direction of the case, the power terminals of the first and second heat generating components can be connected. It is possible to increase the length of the busbar. As a result, heat transfer between the first and second heat generating components can be suppressed, and thermal interference can be suppressed.

さらに、本発明による電力変換装置では、第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向である。このため、それぞれのパワー端子からの輻射熱によるケース内部の局所的な温度上昇も抑えることができる。 Furthermore, in the power converter according to the present invention , the portion where the power terminal of the first heat generating component protrudes and the portion where the power terminal of the second heat generating component protrudes are located on the center line of each heat generating component in the depth direction. and the power terminals of the first heat-generating component and the power terminals of the second heat-generating component protrude in opposite directions. Therefore, local temperature rise inside the case due to radiant heat from each power terminal can be suppressed.

上記括弧内の参照番号は、本開示の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら発明の範囲を制限することを意図したものではない。 The reference numbers in parentheses above merely indicate an example of correspondence with specific configurations in the embodiments described later in order to facilitate the understanding of the present disclosure, and are not intended to limit the scope of the invention. It's not what I did.

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。 In addition, technical features described in each claim of the scope of claims other than the features described above will become apparent from the description of the embodiments and the accompanying drawings, which will be described later.

実施形態に係る電力変換装置が適用される車両の駆動システムの概略構成を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows schematic structure of the drive system of the vehicle with which the power converter device which concerns on embodiment is applied. 電力変換装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of a power converter. 図２におけるIII－III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2;

以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置を図面を参照して説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、たとえば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）などの車両に適用可能である。以下では、ハイブリッド自動車に適用される例について説明する。 A power converter according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The power converter according to this embodiment is applicable to vehicles such as electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HV). An example applied to a hybrid vehicle will be described below.

＜車両の駆動システム＞
先ず、図１に基づき、電力変換装置５が適用される車両の駆動システム１の概略構成について説明する。図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３、４と、直流電源２とモータジェネレータ３、４との間で電力変換を行う電力変換装置５を備えている。 <Vehicle drive system>
First, based on FIG. 1, a schematic configuration of a vehicle drive system 1 to which the power converter 5 is applied will be described. As shown in FIG. 1, a vehicle drive system 1 includes a DC power supply 2, motor generators 3 and 4, and a power conversion device 5 that performs power conversion between the DC power supply 2 and the motor generators 3 and 4. there is

直流電源２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池である。モータジェネレータ３、４は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、図示しないエンジンにより駆動されて発電する発電機（オルタネータ）、及び、エンジンを始動させる電動機（スタータ）として機能する。モータジェネレータ４は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。また、回生時には発電機として機能する。車両は、走行駆動源として、エンジン及びモータジェネレータ４を備えている。 The DC power supply 2 is a chargeable/dischargeable secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery. The motor generators 3 and 4 are three-phase AC rotating electric machines. The motor generator 3 functions as a generator (alternator) that is driven by an engine (not shown) to generate electricity, and as an electric motor (starter) that starts the engine. The motor generator 4 functions as a vehicle driving source, that is, as an electric motor. It also functions as a generator during regeneration. The vehicle includes an engine and a motor generator 4 as a driving source.

＜電力変換装置の回路構成＞
次に、電力変換装置５の回路構成について説明する。図１に示すように、電力変換装置５は、コンバータ６と、インバータ７、８と、制御回路部９と、平滑コンデンサＣ１と、フィルタコンデンサＣ２などを備えている。コンバータ６及びインバータ７、８は、電力変換部である。コンバータ６は、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換部であり、インバータ７、８は、ＤＣ－ＡＣ変換部である。これら電力変換部は、上下アーム回路１０をそれぞれ備えている。 <Circuit Configuration of Power Converter>
Next, the circuit configuration of the power conversion device 5 will be described. As shown in FIG. 1, the power converter 5 includes a converter 6, inverters 7 and 8, a control circuit section 9, a smoothing capacitor C1, a filter capacitor C2, and the like. The converter 6 and inverters 7 and 8 are power converters. The converter 6 is a DC-DC converter that converts a DC voltage into DC voltages of different values, and the inverters 7 and 8 are DC-AC converters. These power converters have upper and lower arm circuits 10, respectively.

上下アーム回路１０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２を有している。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２として、ｎチャネル型のＩＧＢＴを採用している。上アーム１０Ｕは、スイッチング素子Ｑ１に、還流用のダイオードＤ１が逆並列に接続されてなる。下アーム１０Ｌは、スイッチング素子Ｑ２に、還流用のダイオードＤ２が逆並列に接続されてなる。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＩＧＢＴに限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。ダイオードＤ１、Ｄ２としては、寄生ダイオードを用いることもできる。 The upper and lower arm circuit 10 has switching elements Q1 and Q2 and diodes D1 and D2. In this embodiment, n-channel IGBTs are used as the switching elements Q1 and Q2. The upper arm 10U includes a switching element Q1 and a freewheeling diode D1 connected in antiparallel. The lower arm 10L includes a switching element Q2 and a freewheeling diode D2 connected in antiparallel. Note that the switching elements Q1 and Q2 are not limited to IGBTs. For example, MOSFETs can also be employed. Parasitic diodes can also be used as the diodes D1 and D2.

上アーム１０Ｕと下アーム１０Ｌは、上アーム１０ＵをＶＨライン１２Ｈ側として、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間で直列接続されている。高電位側の電力ラインであるＰライン１２は、上記したＶＨライン１２Ｈに加えて、ＶＬライン１２Ｌを有している。ＶＬライン１２Ｌは、直流電源２の正極端子に接続されている。ＶＬライン１２ＬとＶＨライン１２Ｈとの間にコンバータ６が設けられており、ＶＨライン１２Ｈの電位は、ＶＬライン１２Ｌの電位以上とされる。Ｎライン１３は、直流電源２の負極に接続されており、低電位側の電力ラインであって、接地ラインとも称される。このように、高電位側と低電位側の電力ライン間で上アーム１０Ｕと下アーム１０Ｌが直列接続されて、上下アーム回路１０が構成されている。後述する半導体モジュール１１０は、それぞれ、１つの上下アーム回路１０を含むものである。 The upper arm 10U and the lower arm 10L are connected in series between the VH line 12H and the N line 13 with the upper arm 10U on the VH line 12H side. The P line 12, which is a power line on the high potential side, has a VL line 12L in addition to the VH line 12H described above. The VL line 12L is connected to the positive terminal of the DC power supply 2 . A converter 6 is provided between the VL line 12L and the VH line 12H, and the potential of the VH line 12H is made equal to or higher than the potential of the VL line 12L. The N line 13 is connected to the negative electrode of the DC power supply 2, is a power line on the low potential side, and is also called a ground line. Thus, the upper arm circuit 10 is configured by connecting the upper arm 10U and the lower arm 10L in series between the power lines on the high potential side and the low potential side. Semiconductor modules 110 to be described later each include one upper and lower arm circuit 10 .

なお、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ電極がＶＨライン１２Ｈに接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ電極がＮライン１３に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のエミッタ電極と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ電極が接続されている。 A collector electrode of the switching element Q1 is connected to the VH line 12H, and an emitter electrode of the switching element Q2 is connected to the N line 13. An emitter electrode of the switching element Q1 and a collector electrode of the switching element Q2 are connected.

フィルタコンデンサＣ２は、ＶＬライン１２ＬとＮライン１３との間に接続されている。フィルタコンデンサＣ２は、直流電源２に並列に接続されている。フィルタコンデンサＣ２は、たとえば直流電源２からの電源ノイズを除去する。フィルタコンデンサＣ２は、平滑コンデンサＣ１よりも低電圧側に配置されるため、低圧側コンデンサとも称される。なお、Ｎライン１３及びＶＬライン１２Ｌの少なくとも一方には、直流電源２とフィルタコンデンサＣ２との間に、図示しないシステムメインリレー（ＳＭＲ）が設けられている。 Filter capacitor C2 is connected between VL line 12L and N line 13 . Filter capacitor C2 is connected in parallel with DC power supply 2 . Filter capacitor C2 removes power noise from DC power supply 2, for example. The filter capacitor C2 is also called a low voltage side capacitor because it is arranged on the lower voltage side than the smoothing capacitor C1. At least one of the N line 13 and the VL line 12L is provided with a system main relay (SMR) (not shown) between the DC power supply 2 and the filter capacitor C2.

コンバータ６は、上記した上下アーム回路１０と、リアクトルＲ１を有している。上下アーム回路１０は、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間に接続されている。リアクトルＲ１の一端はＶＬライン１２Ｌに接続され、他端は、昇圧配線１４を介して、上アーム１０Ｕ及び下アーム１０Ｌの接続点に接続されている。すなわち、ＶＬライン１２Ｌと上下アーム回路１０の接続点との間に、リアクトルＲ１が配置されている。 The converter 6 has the above-described upper and lower arm circuit 10 and a reactor R1. Upper and lower arm circuit 10 is connected between VH line 12H and N line 13 . One end of the reactor R1 is connected to the VL line 12L, and the other end is connected to the connection point of the upper arm 10U and the lower arm 10L via the boost wiring 14. As shown in FIG. That is, the reactor R1 is arranged between the VL line 12L and the connection point of the upper and lower arm circuits 10. As shown in FIG.

コンバータ６は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換する。コンバータ６は、直流電源２から供給される直流電圧を昇圧する機能を有している。また、平滑コンデンサＣ１の電荷を用いて直流電源２を充電する降圧機能も有している。 The converter 6 converts the DC voltage into DC voltages of different values according to switching control by the control circuit unit 9 . Converter 6 has a function of stepping up the DC voltage supplied from DC power supply 2 . It also has a step-down function of charging the DC power supply 2 using the charge of the smoothing capacitor C1.

平滑コンデンサＣ１は、ＶＨライン１２ＨとＮライン１３との間に接続されている。平滑コンデンサＣ１は、コンバータ６とインバータ７、８との間に設けられており、コンバータ６及びインバータ７、８と並列に接続されている。平滑コンデンサＣ１は、たとえばコンバータ６で昇圧された直流電圧を平滑化し、その直流電圧の電荷を蓄積する。平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧が、モータジェネレータ３、４を駆動するための直流の高電圧となる。平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧は、フィルタコンデンサＣ２の両端間の電圧以上とされる。平滑コンデンサＣ１は、フィルタコンデンサＣ２よりも高電圧側に配置されるため高圧側コンデンサとも称される。 Smoothing capacitor C1 is connected between VH line 12H and N line 13 . The smoothing capacitor C1 is provided between the converter 6 and the inverters 7, 8 and is connected in parallel with the converter 6 and the inverters 7, 8. Smoothing capacitor C1 smoothes the DC voltage boosted by converter 6, for example, and accumulates the charge of the DC voltage. The voltage across the smoothing capacitor C1 becomes a DC high voltage for driving the motor generators 3 and 4. FIG. The voltage across the smoothing capacitor C1 is greater than or equal to the voltage across the filter capacitor C2. The smoothing capacitor C1 is also called a high voltage side capacitor because it is arranged on the high voltage side of the filter capacitor C2.

インバータ７は、平滑コンデンサＣ１を介してコンバータ６に接続されている。インバータ７は、上記した上下アーム回路１０を３組有している。すなわち、インバータ７は、三相分の上下アーム回路１０を有している。Ｕ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３の固定子に設けられたＵ相巻線に接続されている。同様に、Ｖ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ３のＷ相巻線に接続されている。各相の上下アーム回路１０の接続点は、相ごとに設けられた出力配線１５を介して対応する相の巻線に接続されている。 Inverter 7 is connected to converter 6 via smoothing capacitor C1. The inverter 7 has three sets of the upper and lower arm circuits 10 described above. That is, the inverter 7 has upper and lower arm circuits 10 for three phases. A connection point of the U-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to a U-phase winding provided on the stator of the motor generator 3 . Similarly, the connection point of the V-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to the V-phase winding of the motor generator 3 . A connection point of the W-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to a W-phase winding of the motor generator 3 . The connection point of the upper and lower arm circuits 10 of each phase is connected to the winding of the corresponding phase via the output wiring 15 provided for each phase.

インバータ７は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ７は、エンジンの出力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、ＶＨライン１２Ｈへ出力することもできる。このように、インバータ７は、コンバータ６とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行なう。 Inverter 7 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage according to switching control by control circuit portion 9 and outputs the same to motor generator 3 . Thereby, the motor generator 3 is driven to generate a predetermined torque. Inverter 7 can also convert a three-phase AC voltage generated by motor generator 3 in response to the output of the engine into a DC voltage according to switching control by control circuit unit 9, and output the DC voltage to VH line 12H. Thus, inverter 7 performs bidirectional power conversion between converter 6 and motor generator 3 .

同様に、インバータ８も、平滑コンデンサＣ１を介してコンバータ６に接続されている。インバータ８も、上記した上下アーム回路１０を３組有している。すなわち、インバータ８は、三相分の上下アーム回路１０を有している。Ｕ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４の固定子に設けられたＵ相巻線に接続されている。Ｖ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相の上下アーム回路１０の接続点は、モータジェネレータ４のＷ相巻線に接続されている。各相の上下アーム回路１０の接続点は、相ごとに設けられた出力配線１５を介して対応する相の巻線に接続されている。 Similarly, inverter 8 is also connected to converter 6 via smoothing capacitor C1. The inverter 8 also has three sets of the upper and lower arm circuits 10 described above. That is, the inverter 8 has upper and lower arm circuits 10 for three phases. A connection point of the U-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to a U-phase winding provided on the stator of the motor generator 4 . A connection point of the V-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to a V-phase winding of the motor generator 4 . A connection point of the W-phase upper and lower arm circuits 10 is connected to a W-phase winding of the motor generator 4 . The connection point of the upper and lower arm circuits 10 of each phase is connected to the winding of the corresponding phase via the output wiring 15 provided for each phase.

インバータ８は、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ４へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ８は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ４が発電した三相交流電圧を、制御回路部９によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、ＶＨライン１２Ｈへ出力することもできる。このように、インバータ８は、コンバータ６とモータジェネレータ４との間で双方向の電力変換を行なう。 Inverter 8 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage and outputs the three-phase AC voltage to motor generator 4 in accordance with switching control by control circuit portion 9 . Thereby, the motor generator 3 is driven to generate a predetermined torque. Further, the inverter 8 converts the three-phase AC voltage generated by the motor generator 4 in response to the rotational force from the wheels during regenerative braking of the vehicle into a DC voltage according to the switching control of the control circuit unit 9, and converts it into a DC voltage. You can also output to Thus, inverter 8 performs bidirectional power conversion between converter 6 and motor generator 4 .

制御回路部９は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を備えて構成されている。制御回路部９は、インバータ７，８のスイッチング素子を動作させるための駆動指令を生成し、図示しない駆動回路部（ドライバ）に出力する。制御回路部９は、具体的には、駆動指令としてＰＷＭ信号を出力する。制御回路部９は、図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求や各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。 The control circuit section 9 is configured with, for example, a microcomputer. The control circuit unit 9 generates a drive command for operating the switching elements of the inverters 7 and 8, and outputs it to a drive circuit unit (driver) (not shown). Specifically, the control circuit unit 9 outputs a PWM signal as a drive command. The control circuit unit 9 generates a drive command based on a torque request input from a host ECU (not shown) and signals detected by various sensors.

各種センサとしては、モータジェネレータ３、４の各相の巻線に流れる相電流を検出する電流センサ、モータジェネレータ３、４の回転子の回転角を検出する回転角センサ、平滑コンデンサＣ１の両端電圧、すなわちＶＨライン１２Ｈの電圧を検出する電圧センサ、フィルタコンデンサＣ２の両端電圧、すなわちＶＬライン１２Ｌの電圧を検出する電圧センサ、昇圧配線１４に設けられ、リアクトルＲ１を流れる電流を検出する電流センサ、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサなどがある。電力変換装置５は、これらの図示しないセンサを有している。 The various sensors include a current sensor for detecting the phase current flowing through each phase winding of the motor generators 3 and 4, a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotors of the motor generators 3 and 4, and the voltage across the smoothing capacitor C1. a voltage sensor that detects the voltage of the VH line 12H, a voltage sensor that detects the voltage across the filter capacitor C2, that is, the voltage of the VL line 12L, a current sensor that is provided in the boost wiring 14 and detects the current flowing through the reactor R1, There is a temperature sensor or the like that detects the temperature of the reactor R1. The power conversion device 5 has these sensors (not shown).

なお、駆動回路部は、制御回路部９からの駆動指令に基づいて駆動信号を生成し、対応する上下アーム回路１０のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート電極に出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。本実施形態では、駆動回路部が上下アーム回路１０ごとに設けられている。 The drive circuit section generates a drive signal based on a drive command from the control circuit section 9 and outputs it to the gate electrodes of the switching elements Q1 and Q2 of the corresponding upper and lower arm circuits 10 . As a result, the switching elements Q1 and Q2 are driven, that is, turned on and turned off. In this embodiment, a drive circuit section is provided for each upper and lower arm circuit 10 .

＜電力変換装置の構造＞
次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る電力変換装置５の構造について説明する。図２は、電力変換装置５の横断面図であり、図３は、図２におけるIII－III線に沿った断面図である。なお、以下の説明において、電力変換装置５の深さ方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、複数の半導体モジュール１１０と冷却管１０６との積層方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。 <Structure of power converter>
Next, the structure of the power converter 5 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a cross-sectional view of the power conversion device 5, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG. In the following description, the depth direction of the power conversion device 5 is referred to as the Z direction, which is perpendicular to the Z direction, and the stacking direction of the plurality of semiconductor modules 110 and the cooling pipes 106 is referred to as the X direction. A direction orthogonal to both the Z direction and the X direction is indicated as the Y direction.

電力変換装置５は、図２、図３に示すように、主として、コンデンサユニット１０２、冷却管１０６と半導体モジュール１１０との積層体１０４、リアクトルユニット１２０、端子台１３４、および、制御回路基板１４０などから構成される。これらの構成部品が、ケース１００内に収容される。ケース１００は、アッパーカバー１００ａ、メインケース１００ｂ、ロアケース１００ｃ、ロアカバー１００ｄにより構成される。 2 and 3, the power conversion device 5 mainly includes a capacitor unit 102, a laminate 104 of a cooling pipe 106 and a semiconductor module 110, a reactor unit 120, a terminal block 134, a control circuit board 140, and the like. consists of These components are housed in case 100 . The case 100 is composed of an upper cover 100a, a main case 100b, a lower case 100c and a lower cover 100d.

コンデンサユニット１０２は、全体として、略直方体の形状を呈し、上述した平滑コンデンサＣ１およびフィルタコンデンサＣ２を含む。例えば、コンデンサユニット１０２は、複数のフィルムコンデンサをケース内に収容してなるものである。コンデンサユニット１０２は、ねじ締結などによってメインケース１００ｂに固定される。 Capacitor unit 102 has a generally rectangular parallelepiped shape as a whole, and includes smoothing capacitor C1 and filter capacitor C2 described above. For example, the capacitor unit 102 is formed by housing a plurality of film capacitors inside a case. The capacitor unit 102 is fixed to the main case 100b by screw fastening or the like.

図２、図３においては、コンデンサユニット１０２内のフィルタコンデンサＣ２の正極側端子（パワー端子）に接続されたバスバー１２８が、コンデンサユニット１０２のリアクトルユニット１２０側の側面から突出して、リアクトルユニット１２０内のリアクトルＲ１の一方のパワー端子１２６に接続されることしか図示していない。しかし、実際には、フィルタコンデンサＣ２の正極側端子以外の、平滑コンデンサＣ１およびフィルタコンデンサＣ２の各端子が、図示しないバスバーを介して、半導体モジュール１１０のパワー端子（正極端子、負極端子）などに接続される。それらのバスバーは、フィルタコンデンサＣ２の正極側端子に接続されたバスバーと同様に、コンデンサユニット１０２のリアクトルユニット１２０側（積層体１０４側）の側面から突出するように設けられる。バスバーは、銅などの導電性に優れる金属板材を、たとえばプレス加工して形成されたものである。 2 and 3, a bus bar 128 connected to the positive terminal (power terminal) of the filter capacitor C2 in the capacitor unit 102 protrudes from the side surface of the capacitor unit 102 on the side of the reactor unit 120 and extends into the reactor unit 120. Only one power terminal 126 of the reactor R1 is shown. However, actually, each terminal of the smoothing capacitor C1 and the filter capacitor C2 other than the positive terminal of the filter capacitor C2 is connected to the power terminal (positive terminal, negative terminal) of the semiconductor module 110 via a bus bar (not shown). Connected. These bus bars are provided to protrude from the side surface of capacitor unit 102 on the side of reactor unit 120 (the side of laminate 104), like the bus bar connected to the positive terminal of filter capacitor C2. The bus bar is formed by, for example, pressing a metal plate material having excellent conductivity such as copper.

積層体１０４を構成する各半導体モジュール１１０は、上述したように、１つの上下アーム回路１０を含むものである。すなわち、１つの半導体モジュール１１０は、上アーム１０Ｕを構成するスイッチング素子Ｑ１と還流用ダイオードＤ１、および下アーム１０Ｌを構成するスイッチング素子Ｑ２と還流用ダイオードＤ２とを内蔵している。上述したように、上下アーム回路１０は、コンバータ６とインバータ７、８とにおいてそれぞれ用いられる。コンバータ６およびインバータ７、８の上下アーム回路１０は、すべて、半導体モジュール１１０としてモジュール化されている。 Each semiconductor module 110 forming the laminate 104 includes one upper and lower arm circuit 10 as described above. That is, one semiconductor module 110 incorporates a switching element Q1 and a freewheeling diode D1 that form the upper arm 10U, and a switching element Q2 and a freewheeling diode D2 that form the lower arm 10L. As described above, upper and lower arm circuits 10 are used in converter 6 and inverters 7 and 8, respectively. Upper and lower arm circuits 10 of converter 6 and inverters 7 and 8 are all modularized as semiconductor modules 110 .

各々の半導体モジュール１１０は、上アーム１０Ｕおよび下アーム１０Ｌを構成する半導体チップを封止樹脂体によって封止したものである。この半導体モジュール１１０からは、図２、図３に示すように、Ｚ方向において対向する両端面から制御端子１１２とパワー端子１１４とが突出している。より具体的には、制御回路基板１４０に近い側の上面から複数の制御端子１１２が突出し、その上面と反対側の下面から複数のパワー端子１１４が突出する。 Each semiconductor module 110 is obtained by sealing a semiconductor chip forming an upper arm 10U and a lower arm 10L with a sealing resin body. As shown in FIGS. 2 and 3, the semiconductor module 110 has a control terminal 112 and a power terminal 114 protruding from opposite end faces in the Z direction. More specifically, a plurality of control terminals 112 protrude from the upper surface on the side closer to the control circuit board 140, and a plurality of power terminals 114 protrude from the lower surface opposite to the upper surface.

制御端子１１２として、各半導体モジュール１１０において、上アーム１０Ｕおよび下アーム１０Ｌからそれぞれ５本の制御端子１１２が突出している。これら５本の制御端子１１２は、ゲート電極用、エミッタ電極の電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、半導体チップの温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用とカソード電位用として用いられる。各々の半導体モジュール１１０から突出した制御端子１１２は、図３に示すように、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。 As the control terminals 112, in each semiconductor module 110, five control terminals 112 protrude respectively from the upper arm 10U and the lower arm 10L. These five control terminals 112 are for the gate electrode, the Kelvin emitter for detecting the potential of the emitter electrode, the current sensing, and the anode potential and cathode potential of the temperature sensor (temperature sensitive diode) for detecting the temperature of the semiconductor chip. used as The control terminals 112 protruding from each semiconductor module 110 are fastened to the control circuit board 140 while penetrating the control circuit board 140, as shown in FIG.

一方、パワー端子１１４としては、各々の半導体モジュール１１０において、３本のパワー端子１１４が突出している。これら３本のパワー端子は、ＶＨライン１２Ｈに接続される正極端子、Ｎライン１３に接続される負極端子、および、リアクトルＲ１やモータジェネレータ３、４の各相への出力配線１５に接続される交流端子である。 On the other hand, as the power terminals 114 , three power terminals 114 protrude from each semiconductor module 110 . These three power terminals are connected to the positive terminal connected to the VH line 12H, the negative terminal connected to the N line 13, and the output wiring 15 to each phase of the reactor R1 and the motor generators 3 and 4. It is an AC terminal.

冷却管１０６は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系材料を用いて形成される。例えば、一対のプレート（金属製薄板）の少なくとも一方を、プレス加工によってＸ方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、冷却管１０６として用いることが可能となる。 Cooling pipe 106 is formed using a metal material with excellent thermal conductivity, such as an aluminum-based material. For example, at least one of the pair of plates (thin metal plates) is processed into a shape bulging in the X direction by press working. After that, the outer peripheral edges of the pair of plates are fixed to each other by caulking or the like, and the entire circumference is joined to each other by brazing or the like. As a result, a channel through which a coolant can flow is formed between the pair of plates, and can be used as the cooling pipe 106 .

本実施形態では、動作時に発熱する半導体モジュール１１０を冷却するため、半導体モジュール１１０と冷却管１０６とを交互に積層して、積層体１０４を形成する。積層体１０４には、積層された複数の冷却管１０６の流路と連通する２本の冷却パイプ１０８が設けられる。図示しないポンプによって冷媒を一方の冷却パイプ１０８に供給することによって、積層された冷却管１０６内の流路に冷媒が流れる。これにより、積層体１０４の各々の半導体モジュール１１０が冷媒によって冷却される。 In this embodiment, in order to cool the semiconductor modules 110 that generate heat during operation, the semiconductor modules 110 and the cooling pipes 106 are alternately stacked to form the laminate 104 . The stack 104 is provided with two cooling pipes 108 that communicate with the flow paths of the plurality of stacked cooling pipes 106 . A pump (not shown) supplies a coolant to one of the cooling pipes 108 , causing the coolant to flow through the channels in the stacked cooling pipes 106 . Thereby, each semiconductor module 110 of the stacked body 104 is cooled by the coolant.

さらに、本実施形態では、冷媒が、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間を流れるように構成されている。上述した積層体１０４の冷却管１０６と、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの密閉空間に冷媒を流すために、例えば、積層体１０４に設けた一方の冷却パイプ１０８を、ケース１００外部に設けたコネクタ（図示せず）によって、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間に連通させてもよい。または、ケース１００内において、積層体１０４における流路とロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間とを連通させてもよい。あるいは、積層体１０４の冷媒流路と、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される空間を独立した２系統とし、図示しないポンプから、２系統へそれぞれ冷媒を供給してもよい。このように、本実施形態に係る電力変換装置５は、冷媒を、積層体１０４の冷却管１０６およびロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間を流動させる冷却機構を備えている。 Furthermore, in the present embodiment, the refrigerant is configured to flow through the sealed space formed between the lower case 100c and the lower cover 100d. In order to allow the coolant to flow through the cooling pipe 106 of the laminate 104 and the sealed space between the lower case 100c and the lower cover 100d, for example, one cooling pipe 108 provided in the laminate 104 is connected to a connector provided outside the case 100 ( (not shown) to communicate with the space formed between the lower case 100c and the lower cover 100d. Alternatively, in the case 100, the flow path in the laminate 104 and the space formed between the lower case 100c and the lower cover 100d may be communicated. Alternatively, the coolant channel of the laminate 104 and the space formed between the lower case 100c and the lower cover 100d may be provided as two independent systems, and coolant may be supplied to each of the two systems from a pump (not shown). As described above, the power converter 5 according to the present embodiment includes a cooling mechanism that causes the coolant to flow through the cooling pipe 106 of the laminate 104 and the closed space formed between the lower case 100c and the lower cover 100d.

積層体１０４とメインケース１００ｂに設けられた第１仕切壁１１８との間には、弾性部材１１６が設けられている。この弾性部材１１６によって積層体１０４がメインケース１００ｂの内壁に押圧される。この結果、積層体１０４は、ケース１００内の一定の位置に保持される。 An elastic member 116 is provided between the laminate 104 and a first partition wall 118 provided in the main case 100b. The elastic member 116 presses the laminate 104 against the inner wall of the main case 100b. As a result, the laminate 104 is held at a fixed position within the case 100 .

リアクトルユニット１２０は、コンデンサユニット１０２と同様に、全体として、略直方体の形状を呈し、リアクトルＲ１を含むものである。リアクトルユニット１２０は、ロアケース１００ｃに設けられた第２仕切壁１２２と、第３仕切壁１２４とに挟持された状態で、ケース１００に固定される。 Reactor unit 120, like capacitor unit 102, has a generally rectangular parallelepiped shape as a whole and includes a reactor R1. Reactor unit 120 is fixed to case 100 while being sandwiched between a second partition 122 and a third partition 124 provided in lower case 100c.

リアクトルユニット１２０は、パワー端子として、第１端子１２６及び第２端子１３０をそれぞれ有している。第１端子１２６は、フィルタコンデンサＣ２の正極端子とバスバー１２８を介して電気的に接続される端子である。第２端子１３０は、コンバータ６を構成する半導体モジュール１１０のパワー端子（交流端子）と、後述する端子台１３４に形成されたバスバー１３６を介して電気的に接続される端子である。 The reactor unit 120 has a first terminal 126 and a second terminal 130 as power terminals. The first terminal 126 is a terminal electrically connected to the positive terminal of the filter capacitor C2 via the bus bar 128 . The second terminal 130 is a terminal electrically connected to a power terminal (AC terminal) of the semiconductor module 110 constituting the converter 6 via a bus bar 136 formed on a terminal block 134 to be described later.

図３に示すように、第１端子１２６および第２端子１３０は、第２および第３仕切壁１２２、１２４との間のリアクトルユニット１２０の上面から、Ｚ方向に沿って制御回路基板１４０に向かって突出している。第１端子１２６および第２端子１３０の突出高さは、図３に示すように、積層体１０４の半導体モジュール１１０の上面よりも低くなっている。従って、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０をＸ方向に投影した場合、半導体モジュール１１０の上面から突出する制御端子１１２と、リアクトルユニット１２０の上面から突出する第１端子１２６および第２端子１３０とが重ならない位置関係となっている。 As shown in FIG. 3, the first terminal 126 and the second terminal 130 extend from the upper surface of the reactor unit 120 between the second and third partition walls 122 and 124 toward the control circuit board 140 along the Z direction. protruding. The protrusion height of the first terminal 126 and the second terminal 130 is lower than the upper surface of the semiconductor module 110 of the laminate 104, as shown in FIG. Therefore, when the first terminal 126 and the second terminal 130 of the reactor unit 120 are projected in the X direction, the control terminal 112 protruding from the upper surface of the semiconductor module 110 and the first terminal 126 and the second terminal 126 protruding from the upper surface of the reactor unit 120 are projected. The positional relationship is such that the two terminals 130 do not overlap each other.

また、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、図２に示すように、ともに断面が略長方形となっている。その略長方形の断面の長辺に当たる面が、第１端子１２６および第２端子１３０における主面として、上述したバスバー１２８、１３６の一端と接合される。第１端子１２６および第２端子１３０は、ともに、それぞれの主面の方向がＸ方向と平行となり、Ｙ方向に平行な方向である、積層体１０４の各半導体モジュール１１０の制御端子１１２の配列方向と直交するように、リアクトルユニット１２０に設けられている。 Moreover, as shown in FIG. 2, both the first terminal 126 and the second terminal 130 of the reactor unit 120 have a substantially rectangular cross section. A surface corresponding to a long side of the substantially rectangular cross section is joined to one end of the above-described busbars 128 and 136 as a main surface of first terminal 126 and second terminal 130 . The main surfaces of the first terminals 126 and the second terminals 130 are parallel to the X direction, and parallel to the Y direction. is provided in reactor unit 120 so as to be orthogonal to .

さらに、リアクトルユニット１２０には、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサが設けられている。その温度センサに接続された接続端子１３２が、リアクトルユニット１２０の上面から、Ｚ方向に沿って伸びている。温度センサの接続端子１３２は、図３に示すように、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。 Further, reactor unit 120 is provided with a temperature sensor that detects the temperature of reactor R1. A connection terminal 132 connected to the temperature sensor extends from the upper surface of the reactor unit 120 along the Z direction. The connection terminal 132 of the temperature sensor is fastened to the control circuit board 140 while passing through the control circuit board 140, as shown in FIG.

リアクトルユニット１２０を挟持する第２仕切壁１２２および第３仕切壁１２４は、図２および図３に示すように、内部に空洞１２２ａ、１２４ａが形成されている。リアクトルユニット１２０が載置されるロアケース１００ｃの下方部分には、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に隙間１２５が形成されている。第２仕切壁１２２の空洞１２２ａと第３仕切壁１２４の空洞１２４ａとは、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間の隙間１２５を介して連通されている。さらに、図示していないが、ロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間の隙間１２５は、コンデンサユニット１０２が載置されるロアケース１００ｃの下方部分まで延びており、コンデンサユニット１０２は図示しない放熱シート等を介してロアケース１００ｃに当接している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the second partition wall 122 and the third partition wall 124 sandwiching the reactor unit 120 have cavities 122a and 124a formed therein. A gap 125 is formed between the lower case 100c and the lower cover 100d in the lower portion of the lower case 100c on which the reactor unit 120 is mounted. The cavity 122a of the second partition wall 122 and the cavity 124a of the third partition wall 124 communicate with each other through a gap 125 between the lower case 100c and the lower cover 100d. Furthermore, although not shown, the gap 125 between the lower case 100c and the lower cover 100d extends to the lower portion of the lower case 100c on which the capacitor unit 102 is placed, and the capacitor unit 102 is mounted via a heat radiation sheet or the like (not shown). are in contact with the lower case 100c.

このため、上述した冷却機構によって、冷媒を、積層体１０４の冷却管１０６およびロアケース１００ｃとロアカバー１００ｄとの間に形成される密閉空間内を流動させたとき、その冷媒によって、半導体モジュール１１０に加え、リアクトルユニット１２０およびコンデンサユニット１０２も冷却される。特に、リアクトルユニット１２０に関しては、リアクトルユニット１２０を挟持する第２仕切壁１２２および第３仕切壁１２４にそれぞれ冷媒が流れる空洞１２２ａ、１２４ａを設けているので、より効果的にリアクトルユニット１２０を冷却することができる。 Therefore, when the cooling mechanism described above causes the coolant to flow in the sealed space formed between the cooling pipe 106 of the laminate 104 and the lower case 100c and the lower cover 100d, the coolant is added to the semiconductor module 110. , reactor unit 120 and condenser unit 102 are also cooled. In particular, regarding the reactor unit 120, since the second partition wall 122 and the third partition wall 124 that sandwich the reactor unit 120 are provided with cavities 122a and 124a through which the coolant flows, the reactor unit 120 can be cooled more effectively. be able to.

端子台１３４は、複数の半導体モジュール１１０のパワー端子に接続される複数のバスバー１３６や複数の端子、これらを保持するハウジング、ハウジング内に設けられ、各半導体モジュール１１０のパワー端子に流れる電流を検出する電流センサなどを備えている。端子台１３４には、モータジェネレータ３、４と接続するための接続端子が設けられている。図示しないケース１００の開口部を介して、端子台１３４の接続端子が、モータジェネレータ３，４の三相巻線と接続される。 The terminal block 134 includes a plurality of bus bars 136 connected to the power terminals of the plurality of semiconductor modules 110, a plurality of terminals, a housing that holds them, and a terminal block 134 provided in the housing to detect current flowing through the power terminals of each semiconductor module 110. It is equipped with a current sensor, etc. The terminal block 134 is provided with connection terminals for connecting to the motor generators 3 and 4 . The connection terminals of terminal block 134 are connected to the three-phase windings of motor generators 3 and 4 through an opening of case 100 (not shown).

制御回路基板１４０には、上記した、制御回路部９や、駆動回路部が形成されている。すなわち、制御回路基板１４０は、プリント基板にマイコンを含む各種の電子部品が実装されたものである。制御回路基板１４０には、上位ＥＣＵなどと接続するためのコネクタも実装されている。 The control circuit board 140 is formed with the control circuit section 9 and the driving circuit section described above. That is, the control circuit board 140 is a printed circuit board on which various electronic components including a microcomputer are mounted. The control circuit board 140 is also mounted with a connector for connecting with a host ECU or the like.

＜電力変換装置の技術的特徴＞
次に、本実施形態に係る電力変換装置５の技術的特徴について説明する。搭載性の向上などのため、電力変換装置５を低背化や小型化しようとすると、半導体モジュール１１０を有する積層体１０４、コンデンサユニット１０２、リアクトルユニット１２０などの動作時に発熱する部品同士の間隔が狭まることになる。その結果、発熱する部品間において、相互に発熱の影響を受けやすくなり（熱干渉）、それぞれ、十分な放熱を行い難くなるという問題が生じる。 <Technical features of the power converter>
Next, technical features of the power converter 5 according to this embodiment will be described. When it is attempted to reduce the height and size of the power conversion device 5 in order to improve mountability, etc., the distance between components that generate heat during operation, such as the laminate 104 having the semiconductor module 110, the capacitor unit 102, and the reactor unit 120, increases. will be narrowed. As a result, there arises a problem that the heat-generating components become susceptible to heat generation (thermal interference), making it difficult for the heat-generating components to dissipate heat sufficiently.

このような問題に対して、本実施形態に係る電力変換装置５では、動作時に発熱する複数の発熱部品（半導体モジュール１１０、リアクトルＲ１、コンデンサＣ１、Ｃ２）を冷却する冷却機構を備えている。このため、動作時にこれらの発熱部品が発熱しても、その発熱自体を緩和することができる。 To address such a problem, the power converter 5 according to this embodiment includes a cooling mechanism that cools a plurality of heat-generating components (semiconductor module 110, reactor R1, capacitors C1 and C2) that generate heat during operation. Therefore, even if these heat-generating components generate heat during operation, the heat generation itself can be mitigated.

ただし、冷却機構によって発熱部品を冷却しても、動作時に発熱しなくなる訳ではない。例えば、発熱部品としての半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０とはパワー端子およびバスバーを通じて接続されており、一方の発熱部品が発熱すると、その熱は、伝熱しやすいパワー端子およびバスバーを通じて、他の発熱部品へ伝えられる。しかし、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０およびリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０の少なくとも一方は、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０とが互いに対向する側以外から突出するとともに、それぞれのパワー端子１１４、１３０の突出方向が異なるように設けられる。より具体的には、バスバーを介して相互に接続される半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０は、逆方向に突出している。ただし、必ずしも逆方向に突出させる必要はなく、例えば、リアクトルユニット１２０のパワー端子を、電力変換装置５の深さ方向（Ｚ方向）に沿った面を有する側面から突出させてもよい。 However, even if the heat-generating component is cooled by the cooling mechanism, it does not mean that heat is not generated during operation. For example, the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 as heat-generating components are connected through power terminals and busbars, and when one heat-generating component generates heat, the heat is transferred to the other heat-generating components through power terminals and busbars, which are easy to conduct heat. be conveyed to However, in the power converter 5 according to the present embodiment, at least one of the power terminals 114 and 130 of the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 projects from a side other than the side where the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 face each other. In addition, the power terminals 114 and 130 are provided so that their protruding directions are different. More specifically, power terminals 114 and 130 of semiconductor module 110 and reactor unit 120, which are connected to each other via a bus bar, protrude in opposite directions. However, the power terminals of the reactor unit 120 do not necessarily have to protrude in the opposite direction.

その結果、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のパワー端子１１４、１３０を接続するバスバーの長さを長く取ることが可能になる。その結果、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０との間における伝熱を抑えることができ、熱干渉を抑制することができる。 As a result, it is possible to increase the length of the bus bar that connects the power terminals 114 and 130 of the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 . As a result, heat transfer between semiconductor module 110 and reactor unit 120 can be suppressed, and thermal interference can be suppressed.

さらに、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のそれぞれのパワー端子１１４、１３０の少なくとも一方は、互いに対向する側以外から突出するとともに、それぞれのパワー端子１１４、１３０が異なる方向に突出するので、それぞれのパワー端子１１４、１３０からの輻射熱によるケース１００内部の局所的な温度上昇も抑えることができる。 Furthermore, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, at least one of the power terminals 114 and 130 of the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 protrudes from a side other than the sides facing each other, and the power terminals 114 and 130 project in different directions, local temperature rise inside the case 100 due to radiant heat from the respective power terminals 114 and 130 can be suppressed.

このようなパワー端子の突出方向の関係は、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０だけに限られない。例えば、上述したように、半導体モジュール１１０とコンデンサユニット１０２のそれぞれのパワー端子の突出方向も異なっているので、同様の効果を奏することができる。さらに、コンデンサユニット１０２からのパワー端子の突出方向が、半導体モジュール１１０のパワー端子の突出方向と逆方向となるように、Ｘ－Ｙ平面（Ｚ方向に直交する平面）を持つ、コンデンサユニット１０２の上面からパワー端子を突出させてもよい。なお、複数の発熱部品のうち、半導体モジュール１１０と比較して、リアクトルユニット１２０及びコンデンサユニット１０２の発熱は小さいため、リアクトルユニット１２０とコンデンサユニット１０２のパワー端子は、それぞれ突出方向を同一方向としても構わない。 Such a relationship in the direction in which the power terminals protrude is not limited to semiconductor module 110 and reactor unit 120 . For example, as described above, since the power terminals of the semiconductor module 110 and the capacitor unit 102 project in different directions, similar effects can be obtained. Further, the capacitor unit 102 has an XY plane (a plane perpendicular to the Z direction) so that the power terminals project from the capacitor unit 102 in the opposite direction to the power terminals of the semiconductor module 110. A power terminal may protrude from the top surface. Among the plurality of heat-generating components, since the reactor unit 120 and the capacitor unit 102 generate less heat than the semiconductor module 110, the power terminals of the reactor unit 120 and the capacitor unit 102 may project in the same direction. I do not care.

リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２の側面からパワー端子を突出させる場合には、その突出部位を、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のＺ方向における中心線を基準とし、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４から離れる側に設けることが好ましい。つまり、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４は、半導体モジュール１１０のＺ方向における中心線よりも、図３において下側に設けられているので、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のパワー端子は、それぞれのＺ方向における中心線よりも上側に設けることが好ましい。この場合、一方の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、他方の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品のＺ方向における中心線を挟んで反対側に設けられることになる。これにより、半導体モジュール１１０のパワー端子１１４と、リアクトルユニット１２０および／またはコンデンサユニット１０２のパワー端子とを接続するバスバーの長さを、極力、長く取ることが可能になる。なお、図２、３に示す構成では、一方の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、他方の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品のＺ方向における中心線を挟んで反対側に設けられている。 When the power terminals protrude from the side surfaces of reactor unit 120 and/or capacitor unit 102 , the protruding portion is set with respect to the center line of reactor unit 120 and/or capacitor unit 102 in the Z direction, and the power of semiconductor module 110 is determined. It is preferable to provide it on the side away from the terminal 114 . That is, since the power terminals 114 of the semiconductor module 110 are provided below the center line of the semiconductor module 110 in the Z direction in FIG. is preferably provided above the center line in the Z direction. In this case, the portion from which the power terminal of one heat generating component protrudes and the portion from which the power terminal of the other heat generating component protrudes are provided on opposite sides of the center line in the Z direction of each heat generating component. Become. As a result, the length of the bus bar that connects the power terminal 114 of the semiconductor module 110 and the power terminals of the reactor unit 120 and/or the capacitor unit 102 can be made as long as possible. In the configurations shown in FIGS. 2 and 3, the portion where the power terminal of one heat-generating component protrudes and the portion where the power terminal of the other heat-generating component protrudes are located across the center line of each heat-generating component in the Z direction. It's on the other side.

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０が、第２仕切壁１２２，第３仕切壁１２４、およびリアクトルユニット１２０が載置されるケース１００の内面の３面から冷却される。逆に言えば、本実施形態に係る電力変換装置５では、半導体モジュール１１０とリアクトルユニット１２０のパワー端子を同じ側の下面から同じ方向に突出させていないので、リアクトルユニット１２０の下面も冷却対象とすることができる。このように、冷却機構は、半導体モジュール１１０からパワー端子１１４が突出する下面と同じ側のリアクトルユニット１２０の下面も冷却するので、ケース１００内部の局所的な温度上昇をより効果的に抑えることができる。 In addition, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, the reactor unit 120 is cooled from three surfaces: the second partition wall 122, the third partition wall 124, and the inner surface of the case 100 on which the reactor unit 120 is mounted. . Conversely, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, the power terminals of the semiconductor module 110 and the reactor unit 120 do not protrude in the same direction from the bottom surface of the same side, so the bottom surface of the reactor unit 120 is also a cooling object. can do. In this way, the cooling mechanism also cools the lower surface of the reactor unit 120 on the same side as the lower surface where the power terminal 114 protrudes from the semiconductor module 110, so that the local temperature rise inside the case 100 can be suppressed more effectively. can.

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０から突出するパワー端子（第１端子１２６および第２端子１３０）をＸ方向に投影した場合、半導体モジュール１１０の上面から突出する制御端子１１２とは重ならない位置関係となっている。つまり、半導体モジュール１１０の制御端子１１２と、リアクトルユニット１２０のパワー端子とは、Ｚ方向において、異なる高さ範囲に設けられている。このため、リアクトルユニット１２０のパワー端子に電流が流れることで発生する磁束によるノイズ成分が、半導体モジュール１１０の制御端子１１２に到達しにくくなる。その結果、半導体モジュール１１０の制御端子１１２を介して送信される各種の信号に、リアクトルユニット１２０由来のノイズが重畳されにくくすることができる。 Further, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, when the power terminals (the first terminal 126 and the second terminal 130) projecting from the reactor unit 120 are projected in the X direction, the control terminal projecting from the upper surface of the semiconductor module 110 112 are positioned so as not to overlap each other. That is, the control terminal 112 of the semiconductor module 110 and the power terminal of the reactor unit 120 are provided in different height ranges in the Z direction. Therefore, it becomes difficult for the noise component due to the magnetic flux generated by the current flowing through the power terminal of the reactor unit 120 to reach the control terminal 112 of the semiconductor module 110 . As a result, it is possible to prevent noise from the reactor unit 120 from being superimposed on various signals transmitted via the control terminal 112 of the semiconductor module 110 .

さらに、本実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、それぞれの主面の方向（Ｘ方向）が、ともに、積層体１０４の各半導体モジュール１１０の制御端子１１２の配列方向（Ｙ方向）と直交するように、リアクトルユニット１２０に設けられている。換言すれば、リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０は、主面と直交する側面が、複数の半導体モジュール１１０のそれぞれの制御端子１１２と対向する向きに設けられている。 Furthermore, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, the first terminal 126 and the second terminal 130 of the reactor unit 120 are arranged such that the main surface direction (X direction) of each semiconductor module 110 of the laminate 104 is the same as that of each semiconductor module 110 are provided in the reactor unit 120 so as to be orthogonal to the arrangement direction (Y direction) of the control terminals 112 of the . In other words, the first terminal 126 and the second terminal 130 of the reactor unit 120 are provided so that the side surfaces perpendicular to the main surface face the respective control terminals 112 of the plurality of semiconductor modules 110 .

リアクトルユニット１２０の第１端子１２６および第２端子１３０に電流が流れたとき、その電流によって発生する磁束は、その多くが主面から放射される。本実施形態では、第１端子１２６および第２端子１３０の主面と直交する側面が、複数の半導体モジュール１１０の制御端子１１２と対向しているので、半導体モジュール１１０の制御端子１１２へ向かう磁束の量を少なくすることができる。従って、この点からも、半導体モジュール１１０の制御端子１１２を介して送信される各種の信号に、リアクトルユニット１２０由来のノイズが重畳されにくくすることができる。 When a current flows through first terminal 126 and second terminal 130 of reactor unit 120, most of the magnetic flux generated by the current is radiated from the main surface. In the present embodiment, the side surfaces of the first terminals 126 and the second terminals 130 perpendicular to the main surfaces face the control terminals 112 of the plurality of semiconductor modules 110 , so that the magnetic flux directed to the control terminals 112 of the semiconductor modules 110 can be reduced. Therefore, also from this point, it is possible to prevent noise from the reactor unit 120 from being superimposed on various signals transmitted via the control terminal 112 of the semiconductor module 110 .

また、本実施形態による電力変換装置５では、リアクトルＲ１の温度を検出する温度センサに接続された接続端子１３２が、制御回路基板１４０を貫通した状態で、制御回路基板１４０に締結される。このように、温度センサと制御回路基板との接続のためにハーネス等を用いていないので、組付けが容易になるとともに、製造コストを低減することができる。 Further, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, the connection terminal 132 connected to the temperature sensor that detects the temperature of the reactor R1 is fastened to the control circuit board 140 while passing through the control circuit board 140 . Since no harness or the like is used to connect the temperature sensor and the control circuit board in this manner, assembly is facilitated and manufacturing costs can be reduced.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能なものである。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modifications without departing from the gist of the present invention. is.

例えば、上述した実施形態では、複数の発熱部品を冷却するための冷却機構として、冷媒を用いた水冷機構を採用した。しなしながら、冷却機構として、空冷機構を用いてもよい。 For example, in the above-described embodiments, a water cooling mechanism using a refrigerant is adopted as a cooling mechanism for cooling a plurality of heat-generating components. However, an air cooling mechanism may be used as the cooling mechanism.

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、端子台１３４に設けられたバスバー１３６を用いて、リアクトルユニット１２０と半導体モジュール１１０のパワー端子を接続した。しかしながら、端子台１３４から独立したバスバーによって、リアクトルユニット１２０と半導体モジュール１１０のパワー端子を接続してもよい。 Moreover, in the power conversion device 5 according to the above-described embodiment, the power terminals of the reactor unit 120 and the semiconductor module 110 are connected using the bus bar 136 provided on the terminal block 134 . However, the power terminals of reactor unit 120 and semiconductor module 110 may be connected by a bus bar independent of terminal block 134 .

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、リアクトルユニット１２０の冷却面を３面としたが、その冷却面は１面であっても、２面であってもよい。あるいは、パワー端子を突出させる上面以外の５面を冷却面としてもよい。 Further, in the power converter 5 according to the above-described embodiment, the reactor unit 120 has three cooling surfaces, but the number of the cooling surfaces may be one or two. Alternatively, five surfaces other than the top surface from which the power terminals protrude may be used as cooling surfaces.

また、上述した実施形態に係る電力変換装置５では、ケース１００を、アッパーカバー１００ａ、メインケース１００ｂ、ロアケース１００ｃ、ロアカバー１００ｄの４つの部品で構成したが、ケース１００を構成する部品は３つであっても、２つであってもよい。あるいは、５つ以上の部品で構成してもよい。 Further, in the power conversion device 5 according to the above-described embodiment, the case 100 is composed of the four parts of the upper cover 100a, the main case 100b, the lower case 100c, and the lower cover 100d, but the case 100 is composed of three parts. There may be one or two. Alternatively, it may be composed of five or more parts.

また、本実施形態に係る電力変換装置５では、コンバータ６は、１組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０を備えるものであったが、複数組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０を備えてもよい。複数組のリアクトルＲ１と上下アーム回路１０が設けられる場合、それらは互いに並列接続される。そして、モータジェネレータ３，４を駆動するために平滑コンデンサＣ１に充電する必要がある電圧の大きさに応じて、駆動する組の数が切り替えられる。この場合、リアクトルユニット１２０は、複数のリアクトルを積層した状態で内蔵する。その際、複数のリアクトル間に、半導体モジュール１１０と同様に、冷却管を介在させてもよい。そして、積層された複数のリアクトルのパワー端子は、リアクトルユニットから同じ方向に突出する。 Further, in the power conversion device 5 according to the present embodiment, the converter 6 includes one set of the reactor R1 and the upper and lower arm circuits 10, but may include a plurality of sets of the reactor R1 and the upper and lower arm circuits 10. . When multiple sets of reactors R1 and upper and lower arm circuits 10 are provided, they are connected in parallel with each other. The number of sets to be driven is switched according to the magnitude of the voltage required to charge the smoothing capacitor C1 in order to drive the motor generators 3 and 4. FIG. In this case, reactor unit 120 incorporates a plurality of reactors in a stacked state. At that time, cooling pipes may be interposed between the reactors, similarly to the semiconductor module 110 . The power terminals of the stacked reactors protrude in the same direction from the reactor unit.

１：駆動システム、２：直流電源、３、４：モータジェネレータ、５：電力変換装置、６：コンバータ、７、８：インバータ、９：制御回路部、１０：上下アーム回路、１０Ｌ：下アーム、１０Ｕ：上アーム、１２：Ｐライン、１３：Ｎライン、１４：昇圧配線、１５：出力配線、１００：ケース、１００ａ：アッパーカバー、１００ｂ：メインケース、１００ｃ：ロアケース、１００ｄ：ロアカバー、１０２：コンデンサユニット、１０４：積層体、１０６：冷却管、１０８：冷却パイプ、１１０：半導体モジュール、１１２：制御端子、１１４：パワー端子、１１６：弾性部材、１１８：第１仕切壁、１２０：リアクトルユニット、１２２：第２仕切壁、１２４：第３仕切壁、１３４：端子台、１４０：制御回路基板 1: drive system, 2: DC power supply, 3, 4: motor generator, 5: power converter, 6: converter, 7, 8: inverter, 9: control circuit unit, 10: upper and lower arm circuit, 10L: lower arm, 10U: upper arm, 12: P line, 13: N line, 14: boost wiring, 15: output wiring, 100: case, 100a: upper cover, 100b: main case, 100c: lower case, 100d: lower cover, 102: capacitor Unit 104: Laminate 106: Cooling pipe 108: Cooling pipe 110: Semiconductor module 112: Control terminal 114: Power terminal 116: Elastic member 118: First partition wall 120: Reactor unit 122 : second partition wall 124: third partition wall 134: terminal block 140: control circuit board

Claims (5)

直流電源による電圧を変圧しつつ、直流電流を交流電流に変換する電力変換装置（５）であって、
前記電力変換装置を構成する複数の電気部品を収容するケース（１００）と、
前記複数の電気部品の内、動作時に発熱する複数の発熱部品（１０２、１１０、１２０）を冷却する冷却機構と、を備え、
前記複数の発熱部品の内、少なくとも第１の発熱部品（１１０）と第２の発熱部品（１２０）は、前記ケースの深さ方向と直交する方向に沿って、前記ケース内に配置されるとともに、それぞれの発熱部品から突出するパワー端子（１１４、１３０）を有し、
前記第１および第２の発熱部品のパワー端子を接続するバスバー（１３６）をさらに備え、
前記第１の発熱部品のパワー端子が突出する部位と、前記第２の発熱部品のパワー端子が突出する部位とは、各々の発熱部品の深さ方向における中心線を挟んで反対側に設けられ、前記第１の発熱部品のパワー端子の突出方向と前記第２の発熱部品のパワー端子の突出方向とが逆方向であり
前記第１の発熱部品は、パワー半導体素子を内蔵した本体部からパワー端子が突出する半導体モジュールであり、
前記第２の発熱部品は、リアクトルであり、
前記半導体モジュールは、前記パワー端子が突出する面と対向する面から突出する制御端子（１１２）を有し、
前記リアクトルのパワー端子は、断面が長辺と短辺からなり、長辺に当たる面が前記バスバーの一端と接合されるとともに、短辺に当たる面が、前記半導体モジュールの前記制御端子と対向する向きに設けられる電力変換装置。 A power conversion device (5) that converts a DC current to an AC current while transforming a voltage from a DC power supply,
a case (100) housing a plurality of electrical components that constitute the power conversion device;
a cooling mechanism for cooling a plurality of heat-generating components (102, 110, 120) that generate heat during operation among the plurality of electrical components;
Among the plurality of heat-generating components, at least a first heat-generating component (110) and a second heat-generating component (120) are arranged in the case along a direction perpendicular to the depth direction of the case. , having power terminals (114, 130) protruding from their respective heat-generating components;
further comprising a bus bar (136) connecting power terminals of the first and second heat generating components;
The portion where the power terminal of the first heat-generating component protrudes and the portion where the power terminal of the second heat-generating component protrudes are provided on opposite sides of the center line in the depth direction of each heat-generating component. , a direction in which the power terminal of the first heat-generating component protrudes is opposite to a direction in which the power terminal of the second heat-generating component protrudes.
The first heat-generating component is a semiconductor module in which a power terminal protrudes from a main body portion containing a power semiconductor element,
the second heat-generating component is a reactor,
The semiconductor module has a control terminal (112) protruding from a surface opposite to the surface from which the power terminal protrudes,
The power terminal of the reactor has a cross section consisting of long sides and short sides, and the surface corresponding to the long side is joined to one end of the bus bar, and the surface corresponding to the short side faces the control terminal of the semiconductor module. A power converter provided . 前記半導体モジュールは、複数の半導体モジュールが積層された積層体（１０４）として前記ケース内に配置され、前記複数の半導体モジュールから同じ方向にパワー端子が突出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 2. The semiconductor module according to claim 1 , wherein the semiconductor module is arranged in the case as a laminate (104) in which a plurality of semiconductor modules are stacked, and power terminals protrude in the same direction from the plurality of semiconductor modules. power converter. 前記リアクトルは、複数のリアクトルが積層された積層体として、前記ケース内に配置され、前記複数のリアクトルから同じ方向にパワー端子が突出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1 or 2 , wherein the reactor is arranged in the case as a laminate in which a plurality of reactors are laminated, and power terminals protrude in the same direction from the plurality of reactors. Device. 前記冷却機構は、前記第１の発熱部品からパワー端子が突出する面と同じ側の前記第２の発熱部品の面も冷却することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置。 4. The electric power according to any one of claims 1 to 3 , wherein the cooling mechanism also cools a surface of the second heat-generating component on the same side as a surface from which the power terminal protrudes from the first heat-generating component. conversion device. 前記半導体モジュールの前記制御端子と、前記リアクトルの前記パワー端子とは、前記ケースの深さ方向において、異なる高さ範囲に設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the control terminal of the semiconductor module and the power terminal of the reactor are provided in different height ranges in the depth direction of the case .

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