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公開番号2025120534
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024015361
出願日2024-02-05
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250808BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】配線インダクタンスを抑制し、かつコンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、コンデンサモジュールと、冷却器と、筐体と、を備える。コンデンサモジュールは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を収容するコンデンサケースと、コンデンサケースから外部に延出する正極側バスバと、コンデンサケースから外部に延出する負極側バスバと、放熱用金属体と、を有する。放熱用金属体は、コンデンサ素子と熱的に接続された基部と、コンデンサケースから外部に延出する延出部と、を有する。延出部は、隣り合う半導体モジュールのうち一方の半導体モジュールの正極側モジュールバスバに電気的に接続された正極側バスバと、他方の半導体モジュールの負極側モジュールバスバに電気的に接続された負極側バスバとの間に設けられて筐体に熱的に接続されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子、前記スイッチング素子に電気的に接続された正極側モジュールバスバ、および前記スイッチング素子に電気的に接続された負極側モジュールバスバを有する複数の半導体モジュールと、
コンデンサモジュールと、
前記スイッチング素子を冷却する冷却器と、
前記冷却器に接する筐体と、を備え、
前記コンデンサモジュールは、
コンデンサと、
前記コンデンサを収容するコンデンサケースと、
前記コンデンサと電気的に接続され、前記コンデンサケースから外部に延出して前記正極側モジュールバスバと電気的に接続された正極側バスバと、
前記コンデンサと電気的に接続され、前記コンデンサケースから外部に延出して前記負極側モジュールバスバと電気的に接続された負極側バスバと、
前記コンデンサの熱を伝える放熱用金属体と、を有し、
前記放熱用金属体は、前記コンデンサケース内に設けられて前記コンデンサと熱的に接続された基部と、少なくとも一部が前記コンデンサケースから外部に延出する延出部と、を有し、
複数の前記半導体モジュールは、前記コンデンサモジュールに対向して配列され、
前記半導体モジュールの前記正極側モジュールバスバおよび前記負極側モジュールバスバに、それぞれ前記正極側バスバおよび前記負極側バスバが電気的に接続され、
前記延出部は、隣り合う前記半導体モジュールのうち一方の前記半導体モジュールの前記正極側モジュールバスバに電気的に接続された前記正極側バスバと、他方の前記半導体モジュールの前記負極側モジュールバスバに電気的に接続された前記負極側バスバとの間に設けられて前記筐体に熱的に接続されている、
電力変換装置。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記延出部は、複数の前記半導体モジュールの配列方向の両端に位置する前記半導体モジュールおよびこれに隣り合う前記半導体モジュールに接続される前記正極側バスバおよび前記負極側バスバより前記配列方向の内側の位置に設けられている、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
二系統のインバータを有する二重三相インバータであり、
二系統の前記インバータは、前記コンデンサモジュールを共用する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記コンデンサは複数のコンデンサ素子から構成され、複数の前記コンデンサ素子のすべては、入力電力を平滑化する機能を有する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンデンサは複数のコンデンサ素子から構成され、複数の前記コンデンサ素子の一部は、電磁ノイズ低減のためのフィルタ用コンデンサ素子であり、
前記延出部は、前記フィルタ用コンデンサ素子に最も近い位置に配置される前記半導体モジュールに隣り合う前記半導体モジュールに電気的に接続される前記正極側バスバおよび前記負極側バスバより、前記半導体モジュールの配列方向の内側の位置に設けられている、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コンデンサモジュールは、入力電力を授受する入力端子を有し、
前記フィルタ用コンデンサ素子は、前記複数のコンデンサ素子のうち、最も前記入力端子に近い位置に設けられている、
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電力変換装置を構成する前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子である、
請求項１に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力へ変換する電圧型インバータ等の電力変換装置は、さまざまな機器に搭載されている。近年では、電気自動車、ハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両が普及している。そのため、車体の軽量化および車内空間確保のために、電力変換装置の小型化への要求は高く、電力変換装置の高出力密度化が進んでいる。なかでも、電力変換装置内で電力を平滑化するために設置されるコンデンサは、電力変換装置に占める容積割合が高いため、小型化に関する多くの技術が提案されている。
【０００３】
コンデンサの小型化を実現するための主要課題の一つに、コンデンサの冷却性の向上がある。例えば、特許文献１では、コンデンサ端子はコンデンサケースから突出し、冷却ボードと熱的に接続されている。これにより、コンデンサモジュールは、冷却ボードを介して電力変換装置の筐体に熱的に接続されている。
【０００４】
コンデンサジュールに溜め込まれた熱や、コンデンサモジュール自身で発生した熱は、コンデンサ端子から冷却ボードを経て筐体に伝えられる。筐体は周囲の空気や冷却媒体によって冷却されるため、コンデンサモジュールより温度が低くなっている。コンデンサモジュールと筐体との温度の差によって、コンデンサモジュールの熱は筐体に効率よく移動する。そのため、コンデンサの冷却性を高めることができる。よって、コンデンサのサイズを抑え、小型の電力変換装置を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５６４７６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電力変換装置においては、コンデンサモジュールの一面からコンデンサ端子を突出させ、放熱用部材を介して筐体壁に熱的に接続することでコンデンサモジュールの冷却を行うことができる。
しかしながら、放熱用部材を介した冷却は放熱経路が長いため熱抵抗が大きい。そのため、コンデンサモジュール内部のコンデンサ素子を十分に放熱することができず、コンデンサ素子が高温になる可能性があった。
前記電力変換装置では、損失低減などの観点より、配線インダクタンスを抑制することが求められている。
【０００７】
本開示は、配線インダクタンスを抑制でき、かつコンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る電力変換装置の一つの態様は、スイッチング素子、前記スイッチング素子に電気的に接続された正極側モジュールバスバ、および前記スイッチング素子に電気的に接続された負極側モジュールバスバを有する複数の半導体モジュールと、コンデンサモジュールと、前記スイッチング素子を冷却する冷却器と、前記冷却器に接する筐体と、を備え、前記コンデンサモジュールは、コンデンサと、前記コンデンサを収容するコンデンサケースと、前記コンデンサと電気的に接続され、前記コンデンサケースから外部に延出して前記正極側モジュールバスバと電気的に接続された正極側バスバと、前記コンデンサと電気的に接続され、前記コンデンサケースから外部に延出して前記負極側モジュールバスバと電気的に接続された負極側バスバと、前記コンデンサの熱を伝える放熱用金属体と、を有し、前記放熱用金属体は、前記コンデンサケース内に設けられて前記コンデンサと熱的に接続された基部と、少なくとも一部が前記コンデンサケースから外部に延出する延出部と、を有し、複数の前記半導体モジュールは、前記コンデンサモジュールに対向して配列され、前記半導体モジュールの前記正極側モジュールバスバおよび前記負極側モジュールバスバに、それぞれ前記正極側バスバおよび前記負極側バスバが電気的に接続され、前記延出部は、隣り合う前記半導体モジュールのうち一方の前記半導体モジュールの前記正極側モジュールバスバに電気的に接続された前記正極側バスバと、他方の前記半導体モジュールの前記負極側モジュールバスバに電気的に接続された前記負極側バスバとの間に設けられて前記筐体に熱的に接続されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、配線インダクタンスを抑制でき、かつコンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係る電力変換装置の電気回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の天面視図である。
図３におけるＡ－Ａ’線間断面図である。
図３におけるＢ－Ｂ’線間断面図である。
図４におけるＣ－Ｃ’線間断面図である。
実施の形態１における電力変換装置の配線インダクタンスの定義について説明するための回路図である。
実施の形態１に係る電力変換装置の各パワーモジュールに対応する配線インダクタンスの解析結果を示した図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の電気回路図である。
実施の形態２に係る電力変換装置の天面視図である。
【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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