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公開番号2024048494
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-09
出願番号2022154433
出願日2022-09-28
発明の名称スイッチングモジュールおよびインバータ
出願人マツダ株式会社
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】平滑コンデンサを小型化または省略する。
【解決手段】スイッチングモジュール120は、各上アーム用スイッチング素子30Uの入力側電極30aに密接する正極側導電体51、各下アーム用スイッチング素子30Lの出力側電極30bと接続される負極側導電体52、および、各下アーム用スイッチング素子30Lの入力側電極30aに密接する出力用導電体53の各々が上面に密接され、かつ、導電性を有する所定の放熱部材42に下面が密接される電気絶縁部材140を備える。正極側導電体51に接続された正極側導電層61の各々と、負極側導電体52に接続された負極側導電層62の各々とが電気絶縁層60を介して対向することにより、電気絶縁部材140の内部に、正極側主線21と負極側主線22との間に介在する電荷の蓄積が可能な蓄電構造63が設けられている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリの正極および負極の各々と接続される正極側主線および負極側主線、前記正極側主線と前記負極側主線との間に当該正極側主線の側から順に直列に接続された上アーム用スイッチング素子および下アーム用スイッチング素子を有する複数のハーフブリッジ回路、および、前記ハーフブリッジ回路の各々における前記上アーム用スイッチング素子と前記下アーム用スイッチング素子との間に接続された複数の出力線を具備してスイッチング制御が行われるスイッチングモジュールであって、
前記上アーム用スイッチング素子の各々の下面に設けられている入力側電極に密接して前記正極側主線を構成する正極側導電体と、
前記下アーム用スイッチング素子の各々の出力側電極と接続され、前記負極側主線を構成している負極側導電体と、
前記下アーム用スイッチング素子の各々の下面に設けられている入力側電極に密接して前記出力線の各々を構成する出力用導電体と、
前記正極側導電体、前記負極側導電体、および、前記出力用導電体の各々が上面に密接されるとともに、導電性を有する所定の放熱部材に下面が密接される電気絶縁部材と、
を備え、
前記電気絶縁部材が、
前記正極側導電体に接続された複数の正極側導電層と、
前記負極側導電体に接続された複数の負極側導電層と、
を含み、
前記正極側導電層の各々と前記負極側導電層の各々とが電気絶縁層を介して対向することにより、前記電気絶縁部材の内部に、前記正極側主線と前記負極側主線との間に介在する電荷の蓄積が可能な蓄電構造が設けられている、スイッチングモジュール。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記正極側導電層および前記負極側導電層の各々は、前記電気絶縁部材の上下の面に平行した状態で交互に拡がるように形成されていて、当該正極側導電層および当該負極側導電層の各々が、前記電気絶縁層を介して前記電気絶縁部材の厚み方向に対向することによって前記蓄電構造が構成されている、スイッチングモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記上アーム用スイッチング素子および前記下アーム用スイッチング素子の各々が、前記電気絶縁部材の上面の中央側に集約配置されていて、
前記蓄電構造が前記電気絶縁部材の外縁部分に設けられている、スイッチングモジュール。
【請求項４】
請求項２に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記蓄電構造は、少なくとも前記下アーム用スイッチング素子の各々が設置されている中点部位と前記放熱部材との間に介在するように設けられている、スイッチングモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記蓄電構造は電気絶縁部材の全面にわたる範囲に設けられている、スイッチングモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記正極側導電層および前記負極側導電層の各々は、
前記電気絶縁層を介して前記電気絶縁部材の上面および下面の各々と対向して拡がる正極側平行層および負極側平行層の各々と、
前記正極側平行層および前記負極側平行層の各々と直交するとともに前記電気絶縁部材のいずれか一方の端面に平行して交互に延びるように形成される複数の正極側直交層および複数の負極側直交層の各々と、
を含み、
前記正極側直交層および前記負極側直交層の各々が、前記電気絶縁部材の厚み方向と直交した辺方向に、前記電気絶縁層を介して対向することによって前記蓄電構造が構成されている、スイッチングモジュール。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記蓄電構造は、少なくとも前記下アーム用スイッチング素子の各々が設置されている中点部位と前記放熱部材との間に介在するように設けられている、スイッチングモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記中点部位は、前記電気絶縁層を介して正極側平行層または前記負極側平行層と対向している、スイッチングモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記蓄電構造は電気絶縁部材の全面にわたる範囲に設けられている、スイッチングモジュール。
【請求項１０】
請求項１～５いずれか１つに記載のスイッチングモジュールにおいて、
前記電気絶縁部材は、酸化アルミニウムよりも比誘電率が高い高誘電率材料と、酸化アルミニウムよりも熱伝導率が高い高熱伝導材料とが所定の比率で混合されているセラミック材料からなる、スイッチングモジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、スイッチング制御が行われるスイッチングモジュールおよびインバータに関し、特に、車載向けの用途に好適なスイッチングモジュールおよびインバータに関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の電動化が著しい。自動車の電動化は、駆動用の高電圧なバッテリから供給される直流電力を用いてインバータを制御し、それによりモータを駆動することで実現される。この時、インバータでは電力損失が発生する。
【０００３】
その電力損失の軽減は、自動車の電動化において必須の課題である。すなわち、インバータで用いられているスイッチングモジュールの効率を改善することが求められている。
【０００４】
そこで、スイッチングモジュールには、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）などの、改良された半導体デバイスが採用されている。それにより、スイッチング制御が高速化されている。
【０００５】
しかし、スイッチング制御を高速化すると、その周期的な電圧変化に起因して、高周波数の電流が流れ、高調波ノイズが発生するという問題がある。
【０００６】
高調波ノイズには、電気配線を経由してバッテリへ流れる電流（ノーマルモード電流）と、電気配線とともに浮遊容量（寄生容量）および接地（アース）を経由して流れる電流（コモンモード電流）が公知である。これらにより、電磁ノイズ（ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズ）が発生する。
【０００７】
これら電磁ノイズは、近接する電気機器の誤動作、通信障害などの原因となる。従って、スイッチング制御を高速化するためには、これら電磁ノイズの抑制は避けられない。
【０００８】
インバータのＤＣリンクには、ノーマルモードノイズを抑制する平滑コンデンサが設置されている。
【０００９】
すなわち、平滑コンデンサは、スイッチングモジュールへ蓄電した電力を供給する。これにより、バッテリから供給される電力のプラスとマイナスの間での高周波インピーダンスは低減される。バッテリへ流れる高周波数の電流は、実質的に平滑コンデンサを経由して流れる。従って、平滑コンデンサの設置により、ノーマルモードノイズを抑制できる。
【００１０】
コモンモードノイズを抑制する技術についても提案されている。例えば、特許文献１には、ハーフブリッジ回路（２つのスイッチング素子を直列に接続した回路）で発生するコモンモードノイズを低減する技術が開示されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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