JP7208124B2 - 電力変換装置およびモータ一体型電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置およびモータ一体型電力変換装置 Download PDF

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Description

本発明は、電力変換装置およびモータ一体型電力変換装置に関する。
インバータやコンバータ等の電力変換装置は、複数の半導体素子のスイッチング動作によって直流電力と交流電力の電力変換を行っている。このような電力変換装置では、直流電源から半導体モジュールへ供給される電流を平滑化するコンデンサが、バスバーモジュールを介して半導体モジュールに電気的に接続されている。電力変換装置の小型化により、半導体モジュールとコンデンサが近接し、半導体モジュールからバスバーを経由してコンデンサに熱が伝導する。
特許文献１には、半導体モジュールの半導体端子とコンデンサのコンデンサ端子とを互いに直接接触させるとともに、冷却器に対して熱的に接触させる電力変換装置が開示されている。
特開２０１０－２５２４６０号公報
特許文献１に記載の装置は、半導体モジュールからバスバーモジュールを介してコンデンサに伝わる熱は考慮されていない。
本発明による電力変換装置は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、前記半導体モジュールを冷却する冷却器と、前記冷却器を前記半導体モジュールに押し付ける押付部材と、前記半導体モジュールとコンデンサとを電気的に接続するバスバーを絶縁部材で封止したバスバーモジュールと、前記半導体モジュールと前記冷却器と前記バスバーモジュールとを収納する筐体と、を備え、前記バスバーモジュールの一部が前記筐体の一部と前記押付部材とに接触する。
本発明によれば、半導体モジュールからバスバーモジュールを介してコンデンサに伝わる熱を抑制できる。
第１の実施形態に係わる電力変換装置の分解斜視図である。 第１の実施形態に係わる電力変換装置の斜視図である。 第１の実施形態に係わる電力変換装置の上面図である。 （Ａ）（Ｂ）第１の実施形態に係わる電力変換装置の断面図である。 第２の実施形態に係わる電力変換装置の上面図である。 （Ａ）（Ｂ）第２の実施形態に係わる電力変換装置の断面図である。 第３の実施形態に係わる電力変換装置の断面図である。 第４の実施形態に係わるモータ一体型電力変換装置の断面図である。 第５の実施形態に係わるモータ一体型電力変換装置の断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
［第１の実施形態]
図１から図４を参照して第１の実施形態に係わる電力変換装置１００を説明する。
図１は、本実施形態に係わる電力変換装置１００の分解斜視図である。図１に示すように、半導体モジュール１の一方の面に第１冷却器２Ａが、他方の面に第２冷却器２Ｂが当接される。半導体モジュール１は、シリコン(Si、ケイ素)を母材とするIGBTや、SiC(炭化ケイ素)を母材とするMOSFET等の半導体素子を内蔵する。第１冷却器２Ａおよび第２冷却器２Ｂは、その内部に冷却用流体(ロングライフクーラント等)を流す経路を形成し、アルミニウムや樹脂で構成される。半導体モジュール１の両面に配置された第１冷却器２Ａおよび第２冷却器２Ｂによって、半導体素子のスイッチング動作により発熱した半導体モジュール１を冷却する。
半導体モジュール１の端子はバスバーモジュール３内のバスバーと接続された端子と接続される。バスバーモジュール３は、バスバーを絶縁部材で封止したモジュールである。バスバーは、電気配線のための板状導体であり、銅やアルミニウムが用いられる。本実施形態では、半導体モジュール１とコンデンサ４の電気的接続に用いられる。絶縁部材は、電位の異なるバスバー間を絶縁する樹脂等の部材である。
コンデンサ４は、半導体モジュール１に隣接し、バスバーモジュール３の図示下方に設置される。コンデンサ４は、半導体素子のスイッチングに伴う電圧リプルを平滑化する部材であり、フィルムコンデンサや電解コンデンサが用いられる。
第２冷却器２Ｂの半導体モジュール１と当接する面の反対側の面（図示の上面）には、第２冷却器２Ｂを覆うように押付部材５が設けられる。押付部材５は、半導体モジュール１、第１冷却器２Ａ、および第２冷却器２Ｂを筐体６に押し付けて固定するための部材であり、アルミニウムや鉄等で構成される。押付部材５は、押付部材５と一体的に形成された突出部をバスバーモジュール３側とその反対側に計８個形成している。押付部材５は、突出部において、ボルト５Ａ、５Ｂにより筐体６の一部に固定される。
筐体６は、半導体モジュール１、第１冷却器２Ａ、第２冷却器２Ｂ、バスバーモジュール３、コンデンサ４、押付部材５を収納する。筐体６の底部には、収納される各部品の位置合わせ、およびボルト５Ａ、５Ｂの受け部として、凸部６Ａ、６Ｂが設けられる。凸部６Ａ、６Ｂは筐体６と一体的に設けてもよく、別体に設けてもよく、いずれの場合も筐体６の一部を成す。筐体６および凸部６Ａ、６Ｂの材料は熱伝導率が高いアルミニウムである。
図２は、本実施形態に係わる電力変換装置１００の斜視図である。
図２に示すように、筐体６には、半導体モジュール１、第１冷却器２Ａ、第２冷却器２Ｂ、バスバーモジュール３、コンデンサ４、押付部材５が収納される。筐体６には筐体６の上部を覆う蓋が設けられるが、図示を省略している。
電力変換装置１００は、半導体モジュール１内の複数の半導体素子のスイッチング動作、半導体素子のスイッチングに伴う電圧リプルを平滑化するコンデンサ４等の動作によって直流電力と交流電力とを相互に電力変換する。
図３は、本実施形態に係わる電力変換装置１００の上面図である。図１と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
半導体モジュール１は、本実施形態においては、３個有し、各々は、２個の直流端子１Ａ、１個の交流端子１Ｂを有する。２個の直流端子１Ａは、バスバーモジュール３内の負極のバスバーと正極のバスバーへそれぞれ接続され、さらに、それぞれのバスバーを介してコンデンサ４へ接続される。交流端子１Ｂは、電力変換装置１００の外部に設けられたモータと接続される。正極および負極のバスバーから導出された電源端子３Ａは、電力変換装置１００の外部に設けられた直流電源と接続される。
図４（Ａ）は、電力変換装置１００の断面図であり、図３に示すＸ-Ｘ’線における断面である。図４（Ｂ）は、電力変換装置１００の断面図であり、図３に示すＹ-Ｙ’線における断面である。
図４（Ａ）に示すように、半導体モジュール１の直流端子１Ａは、バスバーモジュール３内のバスバー３１と接続されている。バスバーモジュール３内の絶縁部材３２は、電位の異なるバスバー３１を絶縁する。
図４（Ｂ）に示すように、押付部材５は、ボルト５Ａ、５Ｂによって筐体６の凸部６Ａ、６Ｂに固定される。これにより、押付部材５は、第２冷却器２Ｂ、半導体モジュール１、第１冷却器２Ａを筐体６へ押し付ける。さらに、押付部材５は、筐体６の凸部６Ａとの間にバスバーモジュール３を挟み込む。すなわち、バスバーモジュール３の一部が筐体６の一部と押付部材との間に挟まれる。挟み込まれたバスバーモジュール３内であって、ボルト５Ａの周囲には環状導体８が配置される。なお、バスバーモジュール３の一部が筐体６の一部と押付部材５との間に挟まれる例で説明したが、バスバーモジュール３の一部が筐体６の一部と押付部材５とに接触していればよい。例えば、バスバーモジュール３と押付部材５を同一平面内に並設し、バスバーモジュール３の端面３Ｅと押付部材５の端面５Ｅを接触させる。そして、バスバーモジュール３と押付部材５をボルト５Ａによって筐体６の凸部６Ａに固定する。
半導体モジュール１で発生した熱は、図４（Ａ）に示すように、第１冷却器２Ａおよび第２冷却器２Ｂで冷却される。さらに、半導体モジュール１で発生した熱は、半導体モジュール１の直流端子１Ａを介して、バスバーモジュール３へ伝わる。そして、バスバーモジュール３へ伝わった熱は、図４（Ｂ）に示すように、環状導体８、ボルト５Ａを介して、押付部材５へ伝わる。なお、環状導体８は、バスバーモジュール３に内蔵され、ボルト５Ａを受ける導体である。環状導体８の材料は銅またはアルミニウムである。環状導体８を設けることで、ボルト締結部の熱抵抗を低減できるので、さらに放熱性を向上できる。押付部材５は、第２冷却器２Ｂと密着しているので、押付部材５へ伝わった熱は第２冷却器２Ｂで冷却される。一方、筐体６の凸部６Ａに伝わった熱は、筐体６を介して第１冷却器２Ａへ伝わって冷却される。
これにより、コンデンサ４がバスバーモジュール３を介して半導体モジュール１に接続される構成において、半導体モジュール１からバスバーモジュール３を介してコンデンサ４に伝わる熱を抑制できる。
［第２の実施形態]
図５、図６を参照して第２の実施形態に係わる電力変換装置２００を説明する。
図５は、本実施形態に係わる電力変換装置２００の上面図である。図３に示した第１の実施形態に係わる電力変換装置１００と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、図５に示すように、押付部材５’の形状が第１の実施形態とは相違しており、押付部材５’が直流端子１Ａに覆いかぶさる形状に形成されている。
図６（Ａ）は、電力変換装置２００の断面図であり、図５に示すＸ-Ｘ’線における断面である。図６（Ｂ）は、電力変換装置２００の断面図であり、図５に示すＹ-Ｙ’線における断面である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示した第１の実施形態に係わる電力変換装置１００と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６（Ａ）に示すように、押付部材５’が直流端子１Ａに覆いかぶさる形状に形成され、押付部材５’は、絶縁シート７を介して、直流端子１Ａ、さらにバスバーモジュール３と接触している。絶縁シート７は電気的な絶縁機能を有する伝熱性のシートである。
図６（Ｂ）に示すように、押付部材５’は、ボルト５Ａ、５Ｂによって筐体６の凸部６Ａ、６Ｂに固定される。ボルト５Ａの周囲には環状導体８が配置される。
半導体モジュール１で発生した熱は、図６（Ａ）に示すように、第１冷却器２Ａおよび第２冷却器２Ｂで冷却される。さらに、半導体モジュール１で発生した熱は、半導体モジュール１の直流端子１Ａを介して、バスバーモジュール３および絶縁シート７へ伝わる。絶縁シート７へ伝わった熱は、押付部材５’を介して第２冷却器２Ｂへ伝わり、ここで冷却される。また、バスバーモジュール３へ伝わった熱は、図５（Ｂ）に示すように、環状導体８、ボルト５Ａを介して、押付部材５’へ伝わり、第２冷却器２Ｂで冷却される。一方、筐体６の凸部６Ａに伝わった熱は、筐体６を介して第１冷却器２Ａへ伝わって冷却される。
これにより、コンデンサ４がバスバーモジュール３を介して半導体モジュール１に接続される構成において、半導体モジュール１からバスバーモジュール３を介してコンデンサ４に伝わる熱をより効率よく抑制できる。
［第３の実施形態]
図７を参照して第３の実施形態に係わる電力変換装置３００を説明する。
図７は、本実施形態に係わる電力変換装置３００の断面図であり、図３に示すＹ-Ｙ’線における断面に相当する。図４に示した第１の実施形態に係わる電力変換装置１００と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、図７に示すように、押付部材５と第２冷却器２Ｂとの間に熱伝導材９を設けた。熱伝導材９は、例えば、グリースや放熱シートである。熱伝導材９は、押付部材５と第２冷却器２Ｂとの間の接触熱抵抗を低減する。これにより、バスバーモジュール３から押付部材５へ伝わった熱が第２冷却器２Ｂでより効率的に冷却される。なお、本実施形態は、第１の実施形態のみならず、第２の実施形態にも適用することができる。
［第４の実施形態]
図８を参照して第４の実施形態に係わるモータ一体型電力変換装置８００を説明する。
図８は、モータ一体型電力変換装置８００の断面図である。図８に示すように、モータ一体型電力変換装置８００は、電力変換装置１００とモータ２０を一体的に構成したものである。なお、図８に示す電力変換装置１００は、図３に示すＹ-Ｙ’線における断面に相当し、図４に示した第１の実施形態に係わる電力変換装置１００と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
モータ一体型電力変換装置８００は、電力変換装置１００と一体的に構成され、押付部材５の反対側に、バスバーモジュール３及び第１冷却器２Ａおよび第２冷却器２Ｂを挟んで配置されるモータ２０とを備える。電力変換装置１００は、直流電源を三相交流電力に変換してモータ２０を駆動する。
モータ２０は、回転子２１、固定子２２、モータ筐体２３、冷媒Ｗの入り口パイプ２４、冷媒Ｗの出口パイプ２５を備える。
モータ２０を駆動するために固定子２２に電流が流れることで、固定子２２が発熱する。固定子２２はモータ筐体２３内を流れる冷媒Ｗで冷却されるが、装置全体の高さを低く抑えるために、電力変換装置１００付近のモータ筐体２３内の流路が途絶している。そのため、固定子２２の発熱が電力変換装置１００の筐体６に伝わる虞がある。この場合、バスバーモジュール３からモータ２０側の第１冷却器２Ａへ放熱する経路が固定子２２からの伝熱経路Ｍと重なり、放熱しづらくなるが、本実施形態では、モータ２０から見て半導体モジュール１の反対側の第２冷却器２Ｂにもバスバーモジュール３からの放熱経路が確保されるため、バスバーモジュール３を十分に放熱できる。すなわち、モータ一体型電力変換装置８００であっても、バスバーモジュール３を十分放熱することが可能であり、コンデンサ４に伝わる熱をより効率よく抑制できる。
なお、本実施形態では第１の実施形態で示した電力変換装置１００を例に説明したが、第１の実施形態のみならず、第２の実施形態で示した電力変換装置２００、第３の実施形態で示した電力変換装置３００を用いてもよい。
［第５の実施形態]
図９を参照して第５の実施形態に係わるモータ一体型電力変換装置９００を説明する。
図９は、モータ一体型電力変換装置９００の断面図である。図９に示すように、モータ一体型電力変換装置９００は、電力変換装置４００とモータ２０を一体的に構成したものである。なお、図９に示す電力変換装置４００は、図３に示すＹ-Ｙ’線における断面に相当し、図４に示した第１の実施形態に係わる電力変換装置１００と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
電力変換装置４００は、図９に示すように、コンデンサ４と筐体６の間に断熱部材１２を配置し、さらに、ボルト５Ａ、５Ｂによって押付部材５が取り付けられる筐体６の凸部６Ａ、６Ｂを断熱部材１２によって構成する。その他の構成は電力変換装置１００と同様である。なお、第２の実施形態で示した電力変換装置２００、第３の実施形態で示した電力変換装置３００において、電力変換装置４００に示したと同様の断熱部材１２を設けてもよい。
モータ２０は、第４の実施形態で示した構成と同様であり、同一箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
バスバーモジュール３から第１冷却器２Ａまでの伝熱経路の熱抵抗が小さいと、バスバーモジュール３が受ける熱を第１冷却器２Ａに放熱しやすくなる反面、固定子２２の発熱の影響も受けやすくなる。そこで、本実施形態では、第１冷却器２Ａとバスバーモジュール３との間の熱抵抗が、第２冷却器２Ｂとバスバーモジュール３との間の熱抵抗よりも大きくした。これにより、バスバーモジュール３が受ける熱は主に第２冷却器２Ｂに放熱するようにすることで、モータ一体型電力変換装置９００におけるバスバーモジュール３のさらなる温度低減が可能となる。
固定子２２からバスバーモジュール３の伝熱経路に断熱部材１２を配置することで、当該経路の熱抵抗を増加させる。断熱部材１２の材料は、樹脂等である。
さらに、押付部材５と電力変換装置４００の筐体６との間に断熱部材１２を設けることで、具体的には、ボルト５Ａ、５Ｂによって押付部材５が取り付けられる筐体６の凸部６Ａ、６Ｂを断熱部材１２によって構成することで、押付部材５を経由してバスバーモジュール３に固定子２２からの熱が伝わることを抑制できる。
さらに、モータ２０とコンデンサ４の間に断熱部材１２を設けることで、固定子２２からのコンデンサ４への熱伝導を抑制できる。
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１００、２００、３００、４００は、半導体素子を内蔵する半導体モジュール１と、半導体モジュール１を冷却する冷却器２Ａ、２Ｂと、冷却器２Ａ、２Ｂを半導体モジュール１に押し付ける押付部材５、５’と、半導体モジュール１とコンデンサ４とを電気的に接続するバスバー３１を絶縁部材３２で封止したバスバーモジュール３と、半導体モジュール１と冷却器２Ａ、２Ｂとバスバーモジュール３とを収納する筐体６と、を備え、バスバーモジュール３の一部が筐体６の一部と押付部材５、５’とに接触する。これにより、半導体モジュールからバスバーモジュールを介してコンデンサに伝わる熱を抑制できる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
１・・・半導体モジュール、１Ａ・・・直流端子、１Ｂ・・・交流端子、２Ａ・・・第１冷却器、２Ｂ・・・第２冷却器、３・・・バスバーモジュール、３Ａ・・・電源端子、４・・・コンデンサ、５、５’・・・押付部材、５Ａ、５Ｂ・・・ボルト、６・・・筐体、６Ａ、６Ｂ・・・凸部、７・・・絶縁シート、８・・・環状導体、９・・・熱伝導材、２０・・・モータ、２１・・・回転子、２２・・・固定子、２３・・・モータ筐体、２４・・・入り口パイプ、２５・・・出口パイプ、３１・・・バスバー、３２・・・絶縁部材、１００、２００、３００、４００・・・電力変換装置。

Claims (8)

  1. 半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
    前記冷却器を前記半導体モジュールに押し付ける押付部材と、
    前記半導体モジュールとコンデンサとを電気的に接続するバスバーを絶縁部材で封止したバスバーモジュールと、
    前記半導体モジュールと前記冷却器と前記バスバーモジュールとを収納する筐体と、を備え、
    前記バスバーモジュールの一部が前記筐体の一部と前記押付部材とに接触する電力変換装置。
  2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記バスバーモジュールの一部が前記筐体の一部と前記押付部材との間に挟まれる電力変換装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
    前記押付部材は絶縁シートを介して前記半導体モジュールの主端子に接触する電力変換装置。
  4. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
    前記冷却器は、前記半導体モジュールと前記筐体との間に配置される第１冷却器と、前記押付部材と前記半導体モジュールとの間に配置される第２冷却器と、により構成される電力変換装置。
  5. 請求項４に記載の電力変換装置において、
    前記第２冷却器と前記押付部材との間に熱伝導材を設けた電力変換装置。
  6. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置と、
    前記電力変換装置と一体的に構成され、前記押付部材の反対側に、前記バスバーモジュール及び前記冷却器を挟んで配置されるモータとを備えたモータ一体型電力変換装置。
  7. 請求項６に記載のモータ一体型電力変換装置であって、
    前記冷却器は、前記半導体モジュールと前記モータとの間に配置される第１冷却器と、前記押付部材と前記半導体モジュールとの間に配置される第２冷却器と、により構成されるモータ一体型電力変換装置。
  8. 請求項７に記載のモータ一体型電力変換装置であって、
    前記第１冷却器と前記バスバーモジュールとの間の熱抵抗が、前記第２冷却器と前記バスバーモジュールとの間の熱抵抗よりも大きいモータ一体型電力変換装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6921282B1 (ja) * 2020-07-17 2021-08-18 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP7191157B1 (ja) 2021-06-07 2022-12-16 三菱電機株式会社 スイッチング装置
DE102022132755A1 (de) 2022-12-09 2024-06-20 Valeo Eautomotive Germany Gmbh Invertermodul für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010166700A (ja) 2009-01-15 2010-07-29 Denso Corp 電子機器
JP2015128138A (ja) 2013-11-27 2015-07-09 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2015201957A (ja) 2014-04-08 2015-11-12 株式会社ジェイテクト モータ制御装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5326760B2 (ja) 2009-04-14 2013-10-30 株式会社デンソー 電力変換装置
JP5492599B2 (ja) * 2010-02-26 2014-05-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転電機システム
CN104335472A (zh) * 2012-05-28 2015-02-04 三菱电机株式会社 半导体装置
JP6394262B2 (ja) * 2014-10-14 2018-09-26 株式会社デンソー 電力変換装置
MX368087B (es) * 2015-05-26 2019-09-19 Nissan Motor Aparato giratorio electrico mecanicamente-electricamente integrado.
JP7432322B2 (ja) * 2019-08-27 2024-02-16 株式会社Subaru モータ装置
JP7405671B2 (ja) * 2020-03-30 2023-12-26 日立Astemo株式会社 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010166700A (ja) 2009-01-15 2010-07-29 Denso Corp 電子機器
JP2015128138A (ja) 2013-11-27 2015-07-09 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2015201957A (ja) 2014-04-08 2015-11-12 株式会社ジェイテクト モータ制御装置

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