JP2014220915A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、半導体素子21A,21Bを有する半導体モジュール2A1,2A2,2Bと、半導体モジュール2A1,2A2,2Bに接触して、半導体モジュール2A1,2A2,2Bを冷却する冷却器4と、半導体素子21A,21Bの動作を制御する制御基板31を有し、冷却器4に接触して配置された制御回路部3と、半導体モジュール2A1,2A2,2B、冷却器4及び制御回路部3が積層方向Lに積層された状態を加圧する加圧手段5とを備えている。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1の電力変換装置においては、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器とが交互に複数積層され、複数の半導体モジュール及び冷却器に対して直交して制御回路部を配置することが記載されている。また、半導体モジュールにおける信号端子は、制御回路部に接続され、半導体モジュールにおける主電極端子は、バスバーによって電源回路等に接続されている。
該半導体モジュールに接触して、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体素子の動作を制御する制御基板を有し、上記半導体モジュールと上記冷却器との少なくとも一方に接触して、上記半導体モジュールと上記冷却器との積層方向に積層された制御回路部と、を備えることを特徴とする電力変換装置にある。
そして、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器に対して積層されることにより、制御回路部の両面にデッドスペースが形成されず、電力変換装置のサイズを可能な限り小型化することができる。また、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器に対して積層されることにより、制御回路部を保持するための部材が不要となる。そして、制御回路部が半導体モジュール及び冷却器とともに一体化されることにより、制御回路部の耐振性を確保することができる。
上記電力変換装置においては、上記制御回路部は、上記冷却器同士の間に挟まれていてもよく、上記半導体モジュール同士の間に挟まれていてもよく、上記冷却器と上記半導体モジュールとの間に挟まれていてもよく、上記半導体モジュール及び上記冷却器の積層方向の端部に配置されていてもよい。
この場合には、加圧手段によって、半導体モジュール、冷却器及び制御回路部の積層状態をより安定して維持することができる。
この場合には、制御回路部の積層状態をさらに安定して維持することができる。
この場合には、制御基板の基板制御端子を積層方向に対して直交する方向に引き出して、基板制御端子の接続をできるだけ小さなスペースで行うことができる。
この場合には、制御基板の基板制御端子と半導体素子の素子制御端子とを、積層方向に対して直交する同じ方向に引き出し、基板制御端子と素子制御端子とを可能な限り小さなスペースで接続することができる。
本例の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体素子21A,21Bを有する半導体モジュール2A1,2A2,2Bと、半導体モジュール2A1,2A2,2Bに接触して、半導体モジュール2A1,2A2,2Bを冷却する冷却器4と、半導体素子21A,21Bの動作を制御する制御基板31を有し、冷却器4に接触して配置された制御回路部3と、半導体モジュール2A1,2A2,2B、冷却器4及び制御回路部3が積層方向Lに積層された状態を加圧する加圧手段5とを備えている。
図7に示すごとく、本例の電力変換装置1は、半導体モジュール2A1,2A2,2Bの半導体素子(スイッチング素子)21を用いて、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路10を構成する。インバータ回路10においては、半導体素子21Aの他に、直流電源(バッテリー)13、直流電源13に生ずるノイズを除去するフィルタコンデンサ131、電源電圧を昇圧する昇圧回路14を構成する昇圧用半導体素子21B及びリアクトル15、直流電力から変換される交流電力の平滑化を行う平滑コンデンサ16が設けられている。
インバータ回路10は、駆動用半導体素子21Aによって、3相モータ(モータジェネレータ)12を駆動する3相ブリッジ回路11を形成している。3相ブリッジ回路11は、3相モータ12における3相のコイル121に合わせて、直列に接続された2つの駆動用半導体素子21Aが、平滑コンデンサ16に対して3組並列に接続されて構成されている。
本例の半導体モジュール2A1,2A2,2Bには、2つの3相ブリッジ回路11を形成するための2つの駆動用半導体モジュール2A1,2A2と、昇圧回路14を形成するための1つの昇圧用半導体モジュール2Bとがある。
2つの駆動用半導体モジュール2A1,2A2及び1つの昇圧用半導体モジュール2Bにおける各半導体素子21A,21Bは、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であり、IGBTは、トランジスタ212と、トランジスタ212をサージ電圧から保護するためのダイオード213とを用いて構成されている。
また、昇圧用半導体モジュール2Bにおいては、素子制御端子23Bは、素子内包部22の一方の側面201と、一方の側面201とは反対側に位置する他方の側面202とから引き出されている。一対の電源端子24Bは、素子内包部22の一方の側面201から引き出されており、中間端子25Bは、他方の側面202から引き出されている。
基板制御端子33は、基板本体部311から基板本体部311の側方に突出する突出部312にまとめて設けられている。突出部312は、基板本体部311から、積層方向Lに直交する方向における左右両側の端部に突出して形成されている。なお、突出部312は、左右両側の端部として、積層方向Lに直交する方向における一方の端部と、この一方の端部とは180°反対側に位置する他方の端部とから突出している。
また、突出部312は、積層方向Lに直交する方向における一方の端部と、この一方の端部とは90°位置が異なる端部とから突出していてもよい。
各半導体モジュール2A1,2A2,2B及び制御回路部3は、冷却器4の間に挟持されている。すなわち、各半導体モジュール2A1,2A2,2B及び制御回路部3は、冷却器4と交互に配置されることによって、冷却器4の間に挟持されている。制御回路部3は、第1の駆動用半導体モジュール2A1と第2の駆動用半導体モジュール2A2との間に、冷却器4を介して積層されている。なお、制御回路部3は、第1の駆動用半導体モジュール2A1又は第2の駆動用半導体モジュール2A2と、昇圧用半導体モジュール2Bとの間に、冷却器4を介して積層することもできる。
また、加圧プレート5は、加圧弾性体51を用いずに、ベース部材52に対してボルト521を締め付けて取り付けることもできる。また、電力変換装置1においては、加圧プレート5及び加圧弾性体52を用いずに、各半導体モジュール2A1,2A2,2B、冷却器4及び制御回路部3を積層方向Lに積層して保持することもできる。
また、制御回路部3が半導体モジュール2A1,2A2,2B及び冷却器4に対して積層されることにより、制御回路部3を保持するための部材が不要となる。そして、制御回路部3が半導体モジュール2A1,2A2,2B及び冷却器4とともに一体化されることにより、制御回路部3の耐振性を確保することができる。
また、制御回路部3が半導体モジュール2A1,2A2,2B及び冷却器4に対して積層されることにより、冷却器4によって、半導体モジュール2A1,2A2,2Bを冷却するとともに制御回路部3も冷却することができる。
2A1,2A2,2B 半導体モジュール
21A,21B 半導体素子
3 制御回路部
4 冷却器
5 加圧手段
Claims (9)
- 半導体素子(21A,21B)を有する半導体モジュール(2A1,2A2,2B)と、
該半導体モジュール(2A1,2A2,2B)に接触して、該半導体モジュール(2A1,2A2,2B)を冷却する冷却器(4)と、
上記半導体素子(21A,21B)の動作を制御する制御基板(31)を有し、上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)と上記冷却器(4)との少なくとも一方に接触して、上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)と上記冷却器(4)との積層方向(L)に積層された制御回路部(3)と、を備えることを特徴とする電力変換装置(1)。 - 上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)、上記冷却器(4)及び上記制御回路部(3)が上記積層方向(L)に積層された状態を加圧する加圧手段(5)を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置(1)。
- 上記制御回路部(3)は、上記制御基板(31)の基板本体部(311)を内包する基板内包部(32)を有し、上記制御基板(31)の基板制御端子(33)を上記基板内包部(32)の外部に引き出して形成されており、
上記基板内包部(32)が上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)及び上記冷却器(4)とともに上記加圧手段(5)によって加圧されていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置(1)。 - 上記基板制御端子(33)は、上記積層方向(L)に対して直交する方向に引き出されていることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置(1)。
- 上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)は、上記半導体素子(21A,21B)の素子本体部(211)を内包する素子内包部(22)を有し、上記半導体素子(21A,21B)の素子制御端子(23A,23B)を上記素子内包部(22)の外部に引き出して形成されており、
上記素子内包部(22)が上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)及び上記冷却器(4)とともに上記加圧手段(5)によって加圧され、上記素子制御端子(23A,23B)が、上記基板制御端子(33)が引き出された方向と同じ方向に引き出されて、該基板制御端子(33)に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置(1)。 - 上記基板制御端子(33)と上記素子制御端子(23A,23B)とは、上記積層方向(L)に直交する方向における左右両側に引き出されており、かつ、上記積層方向(L)に対して直交する方向における左右両側において接続されていることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置(1)。
- 複数個の上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)、複数個の上記冷却器(4)、及び1つの上記制御回路部(3)が、上記加圧手段(5)によって挟み込まれて積層されており、
上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)及び上記制御回路部(3)は、上記冷却器(4)の間に挟持されており、
上記制御回路部(3)は、上記複数個の半導体モジュール(2A1,2A2,2B)におけるいずれかの半導体モジュール(2A1,2A2,2B)と他の半導体モジュール(2A1,2A2,2B)との間に、上記冷却器(4)を介して積層されていることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。 - 上記制御回路部(3)の上記基板内包部(32)は、上記制御基板(31)の基板本体部(311)を内包するとともに、上記冷却器(4)に熱的に接触するモールド樹脂であることを特徴とする請求項3〜6に記載の電力変換装置(1)。
- 電源電圧を昇圧して上記半導体素子(21A,21B)を駆動するための昇圧回路(14)に用いられるリアクトル(15)が、上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)、上記冷却器(4)及び上記制御回路部(3)とともに上記積層方向(L)に積層されており、
上記加圧手段(5)は、加圧弾性体(51)を介して、上記半導体モジュール(2A1,2A2,2B)、上記冷却器(4)及び上記制御回路部(3)を、上記リアクトル(15)との間に挟み込むための加圧プレート(5)によって構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
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