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公開番号2024161572
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-19
出願番号2024140012,2023552753
出願日2024-08-21,2022-09-05
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241112BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】インダクタンスを低減できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体モジュール(30)は、上アームモジュール(30H)と、上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュール(30L)を含む。冷却器(40)の熱交換部(41)は、積層方向において上アームモジュールおよび下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、半導体モジュールとともに積層体(45)をなしている。コンデンサモジュール(50)は、積層方向において積層体の一端側に配置されている。コンデンサモジュールと半導体モジュールとを電気的に接続する電源バスバー(61)は、熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延びている。
【選択図】図15
特許請求の範囲【請求項１】
上下アーム回路（１０）の上アーム（１０Ｈ）を構成する上アームモジュール（３０Ｈ）と、前記上下アーム回路の下アーム（１０Ｌ）を構成し、前記上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュール（３０Ｌ）と、を含む複数の半導体モジュール（３０）と、
前記積層方向において前記上アームモジュールおよび前記下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、複数の前記半導体モジュールとともに積層体（４５）をなす複数の熱交換部（４１）を有する冷却器（４０）と、
前記積層方向において前記積層体の一端側に配置されたコンデンサ（５０）と、
前記コンデンサと前記半導体モジュールとを電気的に接続し、前記熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように前記積層方向に延びた電源バスバー（６１）を含む複数のバスバー（６０）と、を備え、
前記電源バスバーは、前記コンデンサの正極と前記上アームモジュールとを電気的に接続する正極バスバー（６１Ｐ）と、前記コンデンサの負極と前記下アームモジュールとを電気的に接続する負極バスバー（６１Ｎ）と、を含み、
複数の前記バスバーは、前記上アームモジュールと前記下アームモジュールとを電気的に接続し、前記積層方向において前記コンデンサから遠ざかる側に延びる出力バスバー（６２）を含む、電力変換装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記上アームモジュールおよび前記下アームモジュールの一方である第１半導体モジュールは、他方である第２半導体モジュールよりも、前記積層方向において前記コンデンサから離れており、
前記第１半導体モジュールに接続された前記電源バスバーである第１電源バスバーと、前記第２半導体モジュールに接続された前記電源バスバーである第２電源バスバーおよび前記出力バスバーの少なくとも一方とは、互いに板面が対向して前記積層方向に延びている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
複数の前記半導体モジュールは、半導体素子（３２）と、前記半導体素子を封止する封止体（３１）と、前記半導体素子に電気的に接続され、前記封止体から外部に突出して対応する前記バスバーに接続された複数の主端子（３５）と、をそれぞれ有し、
複数の前記主端子は、前記積層方向において前記半導体素子の表面に接続された第１主端子（３５Ｅ）と、前記半導体素子の裏面に接続された第２主端子（３５Ｃ）と、を含み、
共通の前記半導体モジュールにおいて、前記第１主端子の突出部分と前記第２主端子の突出部分とは、前記積層方向に直交する一方向に並んでいる、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
複数の前記半導体モジュールは、多相の前記上下アーム回路を構成する複数の前記上アームモジュールおよび複数の前記下アームモジュールを含み、
複数の前記上アームモジュールおよび複数の前記下アームモジュールのそれぞれは、前記一方向に並んで配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記下アームモジュールは、前記上アームモジュールに対して前記半導体素子の表裏面が反転するように配置され、前記第１主端子と前記第２主端子との並びが前記上アームモジュールとは逆である、請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
複数の前記主端子の突出部分は、屈曲部（３５１）をそれぞれ有し、
前記屈曲部よりも突出先端側の部分の板面が、対応する前記バスバーの板面と対向している、請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
各主端子の突出部分において、前記封止体側の端部から前記屈曲部までの長さが、前記屈曲部から突出先端までの長さよりも短い、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１電源バスバーは、前記コンデンサに接続された基部（６６）と、前記基部に接続され、前記積層方向に延びる部分を含む延設部（６７）と、を有し、
前記第１電源バスバーの延設部は、前記主端子の突出部分、前記第２電源バスバーにおける前記積層方向の延設部分の少なくとも一部、および前記出力バスバーにおける前記積層方向の延設部分の少なくとも一部を覆うように配置されている、請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１電源バスバーの延設部は、前記積層方向において前記上アームモジュールと前記下アームモジュールとの間に設けられたスリット（６７１）と、前記一方向において前記スリットに隣接し、前記出力バスバーにおける前記積層方向の延設部分と並走する並走部（６７２）と、前記積層方向において前記コンデンサ側で前記スリットに隣接し、前記並走部から前記一方向に延びて前記第２電源バスバーと対向する対向部（６７３）と、前記積層方向において前記対向部とは反対側で前記スリットに隣接し、前記並走部から前記一方向に延びて対応する前記主端子に接続された接続部（６７４）と、を有する、請求項８に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、２０２１年１０月６日に日本に出願された特許出願第２０２１－１６５０００号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
続きを表示（約 2,400 文字）【技術分野】
【０００２】
この明細書における開示は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、電力変換装置を開示している。この電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、冷却器と、コンデンサと、複数のバスバーを備えている。冷却器は、半導体モジュールのそれぞれを両面側から挟むように多段に配置された複数の熱交換部を有している。複数のバスバーは、コンデンサと半導体モジュールとを電気的に接続する電源バスバーを含んでいる。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００６－２９５９９７号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１では、半導体モジュールのそれぞれが、一相分の上下アーム回路を構成している。このような半導体モジュールは、内部に上アームを構成する半導体素子と下アームを構成する半導体素子を有しており、これら半導体素子は積層方向に直交する一方向に並んで配置されている。このため、半導体モジュール内においてＰＮ電流ループが大きくなる。また、コンデンサが、半導体モジュールと熱交換部との積層体に対して、積層方向に直交する一方向に配置されている。半導体モジュールとコンデンサとの間には、熱交換部に対して冷媒を導入または排出するパイプが配置されている。このため、冷却器のパイプを跨いで電源バスバーを配策しなければならず、電源バスバーが長くなる。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
【０００６】
開示されるひとつの目的は、インダクタンスを低減できる電力変換装置を提供することにある。
【０００７】
ここに開示された電力変換装置は、
上下アーム回路の上アームを構成する上アームモジュールと、上下アーム回路の下アームを構成し、上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュールと、を含む複数の半導体モジュールと、
積層方向において上アームモジュールおよび下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、複数の半導体モジュールとともに積層体をなす複数の熱交換部を有する冷却器と、
積層方向において積層体の一端側に配置されたコンデンサと、
コンデンサと半導体モジュールとを電気的に接続し、熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延びた電源バスバーを含む複数のバスバーと、を備え、
電源バスバーは、コンデンサの正極と上アームモジュールとを電気的に接続する正極バスバーと、コンデンサの負極と下アームモジュールとを電気的に接続する負極バスバーと、を含み、
複数のバスバーは、上アームモジュールと下アームモジュールとを電気的に接続し、積層方向においてコンデンサから遠ざかる側に延びる出力バスバーを含む。
【０００８】
開示された電力変換装置によれば、複数の半導体モジュールを上アームモジュールと下アームモジュールとに分けるとともに、上アームモジュールと下アームモジュールとを積層方向に並ぶ配置としている。これにより、ＰＮ電流ループを小さくすることができる。また、コンデンサを積層体に対して積層方向に配置し、電源バスバーを熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延設している。これにより、電源バスバー長、つまり電流経路を短くすることができる。この結果、インダクタンスを低減できる電力変換装置を提供することができる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る電力変換装置の回路構成および駆動システムを示す図である。
電力変換装置を示す斜視図である。
反対側から見た斜視図である。
分解斜視図である。
ケース内の構造を示す斜視図である。
半導体モジュールを示す斜視図である。
半導体素子、基板の表面金属体、および主端子の配置を示す平面図である。
積層体を示す平面図である。
半導体モジュール、冷却器、およびコンデンサの配置を示す平面図である。
図９のX-X線に沿う断面図である。
積層体とバスバーの配置を示す平面図である。
負極バスバーの延設部を接続する前の状態を示す斜視図である。
負極バスバーの延設部を接続した後の状態を示す斜視図である。
ＰＮ電流ループを示す図である。
電源バスバー長の短縮を示す図である。
電流経路を示す図である。
電流経路を示す図である。
第２実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。
半導体モジュールを示す斜視図である。
第３実施形態に係る電力変換装置において、積層体とバスバーの配置を示す平面図である。
負極バスバーの延設部を接続する前の状態を示す斜視図である。
負極バスバーの延設部を接続した後の状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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