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名古屋大学は「宏光MINI EV」(上汽通用五菱汽車)のインバーターを分解・調査した。部品統合化が低コストを大きく手助けしたことは前半の記事で見た通りだ。後半の記事では、回路設計や防振機構などで見られた設計力の高さと、部品選定のメリハリについて見ていこう。

 この三相インバーターの設計力の高さは、回路設計や防振機構の細やかな点にも表れていた。パワー回路部などがある下部ケースを見てみよう。

 パワー回路部は2層構造になっている(図8)。1層目には主に平滑用のアルミ電解コンデンサーやドライブICなどが載り、2層目には主に電力変換用のパワー半導体が載る。

図8 パワー半導体は下部ケースに載る
図8 パワー半導体は下部ケースに載る
下部ケースの内側を眺めたところ。2層の基板があり、1層目には平滑用のアルミ電解コンデンサー22個などが、2層目には肝心のパワー半導体などが載る。(写真:山本真義)
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 電力は直流入力端子から流入し、1層目のアルミ電解コンデンサーで直流平滑される(図9)。その後、直流入力カラーを介して2層目基板に送られ、三相パワー半導体群で交流に変換される。この交流電力は、インバーター構造の3本の支柱としても機能している交流出力端子ポールによって上部ケースのAC用電流センサーに送られる。最後に三相出力電流端子によってインバーターの外に出ていく。

図9 ケース間を電力が行き来する
図9 ケース間を電力が行き来する
インバーター内の電力の流れ。バッテリーから直流電力が入力され、ケース下部内のアルミ電解コンデンサーで平滑化。パワー半導体で交流電力に変換する。ケース上部に送出して、電流センサーが検出したのち、モーターに出力する。(図:山本真義)
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 これらの回路も非常に良く考えられている。例えば直流入力端子部のDCバスバーの構造だ。3枚の絶縁樹脂板に2枚のバスバー配線を挟み込み、基板に垂直に立てて実装されていた(図8)。これは低インダクタンス化を実現するためだとみられる。

 2層目のパワー半導体の配置も興味深い(図10)。パワー半導体は、三相インバーターのスイッチとして6並列化され、計36個ある。基板に広く分散して配置されていた。これは均等な熱分散を実現するためだと考えられる。熟練した設計者が本設計に携わっていたようだ。

図10 パワー半導体は2層目の基板に載る
図10 パワー半導体は2層目の基板に載る
下部ケースの2層目の基板の表面。耐圧150VのInfineon Technologies製のMOSが6並列36個載っている。放熱性向上のため、分散して配置されていた。(写真:山本真義)
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 搭載されていたパワー半導体は、ドイツInfineon Technologies製のSi MOSFET「IPB072N15N3」(図11)。耐圧が150V、定格電流が100Aだ。

(a)Infineon製の一般市販品を使用
(a)Infineon製の一般市販品を使用
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(b)セル部の断面構造
(b)セル部の断面構造
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図11 Infineonのパワー半導体を使用
インバーターに搭載されていたInfineon Technologies製Si MOSFETのパッケージ外観とセル部の断面構造。パッケージタイプは「PG-TO263-3」である(a)。ゲート構造はストライプ状のトレンチゲートとなっており、トレンチ内にフィールドシールド(電解遮へい)とゲートがPoly-Si(多結晶シリコン)で形成されている(b)。(写真:山本真義)