CN102197579A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用电力转换装置，其具备：电力模块，其具有开关元件，通过开关元件的动作将直流电转换为用于向车辆驱动用电动机供给的交流电；电容器模块，其具有平滑用电容元件、用于接收直流电的输入侧电源端子以及用于向电力模块供给直流电的输出侧电源端子；以及用于除去噪声的噪声除去用电容器，其中，噪声除去用电容器内置于电容器模块内，并且在噪声除去用电容器的连接位置与电容器模块的输入侧电源端子之间的距离比噪声除去用电容器的连接位置与输出侧电源端子之间的距离近的位置上，将噪声除去用电容器与输入侧电源端子电连接。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置，尤其涉及混合动力机动车或电动机动车的驱动用的电力转换装置。
背景技术
为了实现电力转换装置的小型化，一直以来研究一种使构成该装置的组件模块化的技术。例如在日本特开2004-104860号公报(专利文献1)所示的技术中，提出一种将平滑用的薄膜电容器搭载在基板上，进而还将用于降低混入噪声的线性旁路电容器(1ine bypass condenser)以及放电电阻也搭载在同一基板上的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-104860号公报
然而，要求进一步降低混入电力转换装置的噪声的影响。
发明内容
根据本发明的第一方式，车辆用电力转换装置具备：电力模块(power module)，其具有开关元件，并通过开关元件的动作将直流电转换为用于向车辆驱动用电动机供给的交流电；电容器模块，其具有平滑用电容元件、用于接收直流电的输入侧电源端子以及用于向电力模块供给直流电的输出侧电源端子；以及用于除去噪声的噪声除去用电容器，其中，噪声除去用电容器内置于电容器模块内，并且在噪声除去用电容器的连接位置与输入侧电源端子之间的距离比噪声除去用电容器的连接位置与电容器模块的输出侧电源端子之间的距离近的位置上，将噪声除去用电容器与输入侧电源端子电连接。
根据本发明的第二方式，在第一方式的车辆用电力转换装置的基础上，优选输入侧电源端子隔着平滑用电容元件而与输出侧电源端子对置配置。
根据本发明的第三方式，在第一方式的车辆用电力转换装置的基础上，优选电容器模块具备板状导体，该板状导体通过正极侧导体和负极侧导体以层叠状态构成，且该板状导体将平滑用电容元件和输入侧电源端子电连接。
根据本发明的第四方式，在第三方式的车辆用电力转换装置的基础上，优选电容器模块具有用于至少收纳平滑用电容元件的壳体，板状导体在壳体的收纳部内与平滑用电容元件电连接，且以正极侧导体与负极侧导体的层叠状态从壳体的收纳部向壳体外部延伸设置，并且在该板状导体的前端形成有输出侧电源端子。
根据本发明的第五方式，在第一方式的车辆用电力转换装置的基础上，优选电容器模块具备：用于至少收纳平滑用电容元件和噪声除去用电容器的壳体；用于将平滑用电容元件和噪声除去用电容器密封在壳体内的密封材料。
根据本发明的第六方式，在第四或第五方式的车辆用电力转换装置的基础上，优选车辆用电力转换装置具备用于收纳电力模块、电容器模块以及噪声除去用电容器的金属制框体，金属制框体具备用于将电容器模块的壳体固定在该金属制框体上的固定部，噪声除去用电容器的从该噪声除去用电容器的接地侧端子延伸出的配线与固定部电连接。
根据本发明的第七方式，在第一方式的车辆用电力转换装置中，优选车辆用电力转换装置具备用于将积蓄于平滑用电容器模块中的电荷放电的放电电路部，该放电电路部隔着平滑用电容元件而与噪声除去用电容器对置配置。
根据上述，噪声除去用电容器难以受到电力模块等引起的开关时的影响，能够降低混入电力转换装置的噪声的影响。
发明效果
通过使用本发明的电力转换装置，能够降低混入噪声的影响。
附图说明
图1是表示混合动力机动车的控制块的图。
图2是说明变换器装置的电机电路构成的图。
图3是表示电力转换装置的外观的立体图。
图4是表示电力转换装置的内部结构的分解立体图。
图5是在具有冷却水流路的框体的铝铸造件上安装冷却水入口配管和出口配管的图，(a)是框体的立体图，(b)是框体的俯视图，(c)是框体的仰视图。
图6是框体的仰视图的详图。
图7是图6的A-A剖视图。
图8是表示电力模块的图，(a)是上方立体图，(b)是俯视图。
图9是本实施方式涉及的电力模块300的直流端子的分解立体图。
图10是为了容易理解直流母线的结构而将电力模块壳体302局部透明化后的剖视图。
图11是表示电力模块300内的电流的流动的图。
图12是表示本实施方式涉及的电容器模块500的外观结构的立体图。
图13是为了理解图12所示的电容器模块500的内部而示出填充树脂等填充材料522之前的状态的立体图。
图14是示意性地示出噪声过滤器用的电容器556、557以及放电电阻530的连接状态的图。
图15是电容器模块500周边的电路图。
图16是说明如本实施方式那样两个电力模块与共用的电容器模块连接的方式的图。
图17是在电容器模块500的简图中表示电流流动的图。
图18是在其它实施方式涉及的电容器模块500的简图中表示电流流动的图。
图19是以物理位置关系表示电容器模块500内部的电连接的图。
图20是以物理位置关系表示其它实施方式涉及的电容器模块500内部的电连接的图。
图21是图3的A截面的示意图。
图22是导电性部件570的外观立体图。
图23是导电性部件570的外观图。
图24是本实施方式涉及的绝缘罩540的外观立体图。
图25是其它实施方式涉及的绝缘纸535的外观立体图。
图26是其它实施方式涉及的绝缘罩545的外观立体图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式涉及的电力转换装置。本发明的实施方式涉及的电力转换装置可适用于混合动力用机动车或纯粹的电动机动车，但作为代表例，接合图1和图2说明将本发明的实施方式涉及的电力转换装置适用于混合动力机动车时的控制结构和电力转换装置的电路构成。图1是表示混合动力机动车的控制块的图。
在本发明的实施方式涉及的电力转换装置中，以搭载在机动车上的车载电机系统的车载用电力转换装置、尤其以用于车辆驱动用电机系统且搭载环境或动作环境等非常严格的车辆驱动用变换器装置为例进行说明。车辆驱动用变换器装置作为控制车辆驱动用电动机的驱动的控制装置而配置在车辆驱动用电机系统中，将由构成车载电源的车载蓄电池或车载发电装置供给的直流电转换为规定的交流电，并将得到的交流电向车辆驱动用电动机供给而控制车辆驱动用电动机的驱动。另外，由于车辆驱动用电动机也具有作为发动机的功能，因此车辆驱动用变换器装置还具有对应于运转模式将车辆驱动用电动机产生的交流电转换为直流电的功能。被转换后的直流电被向车载蓄电池供给。
此外，本实施方式的结构最适于作为机动车或卡车等的车辆驱动用电力转换装置，但也可以适用于除此以外的电力转换装置，例如电车或船舶及航空器等的电力转换装置、进而作为驱动工厂设备的电动机的控制装置使用的工业用电力转换装置、或者驱动家庭太阳能发电系统或家庭电气化产品的电动机的控制装置中使用的家用电力转换装置。
在图1中，混合动力电动机动车(以下记为“HEV”)110是一种电动车辆，具备两个车辆驱动用系统。一个是将作为内燃机的发动机120作为动力源的发动机系统。发动机系统主要作为HEV的驱动源使用。另一个是以电动发电机192、194作为动力源的车载电机系统。车载电机系统主要作为HEV的驱动源以及HEV的电力产生源使用。电动发电机192、194例如是同步机或感应机，根据运转方法的不同既可以作为电动机也可以作为发电机动作，因此，在此记为电动发电机。
在车身的前部将前轮车轴114轴支承为可以旋转。在前轮车轴114的两端设有一对前轮112。在车身的后部将后轮车轴(省略图示)轴支承为可以旋转。在后轮车轴的两端设有一对后轮。在本实施方式的HEV中，采用通过动力驱动的主轮为前轮112、被带动旋转的从轮为后轮的所谓的前轮驱动方式，但也可以相反，即，采用后轮驱动方式。
在前轮车轴114的中央部设有前轮侧差动齿轮(以下，记为“前轮侧DEF”)116。前轮车轴114机械性连接于前轮侧DEF116的输出侧。在前轮侧DEF116的输入侧机械性地连接有变速器118的输出轴。前轮侧DEF116是将由变速器118变速且传递的旋转驱动力向左右的前轮车轴114分配的差动式动力分配机构。在变速器118的输入侧机械性地连接着电动发电机192的输出侧。在电动发电机192的输入侧经动力分配机构122机械性地连接着发动机120的输出侧以及电动发电机194的输出侧。此外，电动发电机192、194以及动力分配机构122被收纳在变速器118的框体的内部。
电动发电机192、194是在转子上具备永磁铁的同步机，通过利用变换器装置140、142控制向定子的电枢绕组供给的交流电，来控制电动发电机192、194的驱动。在变换器装置140、142上电连接有蓄电池136，蓄电池136和变换器装置140、142相互间可以进行电力的授受。
在本实施方式中，具备由电动发电机192及变换器装置140构成的第一电动发电单元和由电动发电机194及变换器装置142构成的第二电动发电单元这两个电动发电单元，根据运转状态而区分使用上述两个电动发电单元。也就是说，在由来自发动机120的动力驱动车辆的情况下，在对车辆的驱动转矩进行辅助时，以第二电动发电单元作为发电单元并利用发动机120的动力使其工作发电，通过由其发电而得到的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作。另外，在同样的情况下，在对车辆的车速进行辅助时以第一电动发电单元作为发电单元并利用发动机120的动力使其工作发电，通过由其发电而得到的电力使第二电动发电单元作为电动单元工作。
另外，在本实施方式中，通过利用蓄电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元而工作，从而能够仅通过电动发电机192的动力驱动车辆。并且，在本实施方式中，通过以第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元并利用发动机120的动力或来自车轮的动力使其工作发电，从而能够对蓄电池136进行充电。
蓄电池136还作为用于驱动辅机用的电动机195的电源使用。作为辅机，例如为驱动空气调节器的压缩机的电动机、或者驱动控制用的液压泵的电动机，从蓄电池136向变换器装置43供给直流电，通过变换器装置43将直流电转换为交流电并向电动机195供给。所述变换器装置43具有与变换器装置140、142同样的功能，控制向电动机195供给的交流的相位或频率、电力。例如通过供给相对于电动机195的转子的旋转超前相位(進み位相)的交流电，电动机195产生转矩。另一方面，通过产生滞后相位(遅れ位相)的交流电，电动机195作为发电机起作用，电动机195成为再生制动状态的运转。这样的变换器装置43的控制功能与变换器装置140、142的控制功能相同。由于电动机195的容量小于电动发电机192、194的容量，因此变换器装置43的最大转换电力小于变换器装置140、142，但变换器装置43的电路构成基本上与变换器装置140、142的电路构成相同。
变换器装置140、142以及变换器装置43和电容器模块500在电方面存在电密切的关系。并且应对发热的对策需要的方面相同。另外，希望尽可能小地制作装置的体积。从上述方面出发，以下详述的电力转换装置将变换器装置140、142以及变换器装置43和电容器模块500内置于电力转换装置的框体内。通过该结构，能够实现小型且可靠性高的装置。
另外，通过将变换器装置140、142以及变换器装置43和电容器模块500内置于一个框体内，从而在配线的简化以及噪声对策方面具有效果。而且可以降低电容器模块500与变换器装置140、142以及变换器装置43的连接电路的电感，能够降低峰值电压，并且可以实现发热的降低以及散热效率的提高。
下面结合图2，说明变换器装置140、142或变换器装置43的电路构成。此外，在图1、图2所示的实施方式中，以变换器装置140、142或变换器装置43分别单独构成的情况为例进行说明。变换器装置140、142或变换器装置43是同样的结构，起同样的作用，具有同样的功能，因此，在此，作为代表例，对变换器装置140进行说明。
本实施方式涉及的电力转换装置200具备变换器装置140和电容器模块500，变换器装置140具有变换器电路144和控制部170。另外，变换器电路144的构成如下：具有多个上下臂串联电路150(在图2的例子中示出三个上下臂串联电路150、150、150)，上下臂串联电路150由作为上臂动作的IGBT328(绝缘栅极型双极晶体管)及二极管156和作为下臂动作的IGBT330及二极管166构成，从各个上下臂串联电路150的中点部分(中间电极169)通过交流端子159而与朝向电动发电机192的交流电线(交流母线)186连接。另外，控制部170具有对变换器电路144进行驱动控制的驱动电路174以及经由信号线176向驱动电路174供给控制信号的控制电路172。
上臂和下臂的IGBT328、330是开关用电力半导体元件，接收从控制部170输出的驱动信号而动作，并将由蓄电池136供给的直流电转换为三相交流电。该被转换后的电力供给电动发电机192的电枢绕组。
变换器电路144由三相桥电路构成，三相的上下臂串联电路150、150、150分别电并联连接在与蓄电池136的正极侧和负极侧电连接的直流正极端子314与直流负极端子316之间。
在本实施方式中，例示了采用IGBT328、330作为开关用电力半导体元件的例子。IGBT328、330具备集电极153、163、发射电极(信号用发射电极端子155、165)以及栅电极(栅电极端子154、164)。在IGBT328、330的集电极153、163与发射电极之间如图所示电连接有二极管156、166。二极管156、166具备阴极电极以及阳极电极这两个电极，并且以从IGBT328、330的发射电极朝向集电极的方向成为顺方向的方式将阴极电极电连接于IGBT328、330的集电极，将阳极电极电连接于IGBT328、330的发射电极。也可以采用MOSFET(金属氧化物半导体型场效晶体管)来作为开关用电力半导体元件，在该情况下，不需要二极管156或二极管166。
上下臂串联电路150与电动发电机192的电枢绕组的各相绕组对应而设有三相。三个上下臂串联电路150、150、150分别经由连接IGBT328的发射电极和IGBT330的集电极163的中间电极169、交流端子159而形成朝向电动发电机192的U相、V相、W相。上下臂串联电路彼此电并联连接。上臂的IGBT328的集电极153经由正极端子(P端子)157与电容器模块500的正极侧电容器电极电连接(通过直流母线连接)，下臂的IGBT330的发射电极经由负极端子(N端子)158与电容器模块500的负极侧电容器电极电连接(通过直流母线连接)。位于各臂的中点部分(上臂的IGBT328的发射电极与下臂的IGBT330的集电极的连接部分)的中间电极169经由交流连接器188与电动发电机192的电枢绕组的对应的相绕组电连接。
电容器模块500是用于构成平滑电路的模块，该平滑电路对由IGBT328、330的开关动作而产生的直流电压的变动进行抑制。在电容器模块500的正极侧电容器电极经由直流连接器138而电连接蓄电池136的正极侧，在电容器模块500的负极侧电容器电极经由直流连接器138而电连接蓄电池136的负极侧。由此，电容器模块500连接在上臂IGBT328的集电极153与蓄电池136的正极侧之间和下臂IGBT330的发射电极与蓄电池136的负极侧之间，且相对于蓄电池136和上下臂串联电路150电并联连接。
控制部170用于使IGBT328、330动作，并具备控制电路172和驱动电路174，控制电路172基于来自其它的控制装置或传感器等的输入信息，生成用于控制IGBT328、330的开关时刻的时刻信号，驱动电路174基于从控制电路172输出的时刻信号，生成用于使IGBT328、330进行开关动作的驱动信号。
控制电路172具备用于对IGBT328、330的开关时刻进行运算处理的微型计算机(以下记为“微机”)。向微机输入作为输入信息的对电动发电机192要求的目标转矩值、从上下臂串联电路150向电动发电机192的电枢绕组供给的电流值以及电动发电机192的转子的磁极位置。目标转矩值是基于从未图示的上位的控制装置输出的指令信号的值。电流值是基于从电流传感器180输出的检测信号而检测出的值。磁极位置是基于从在电动发电机192上设置的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测出的磁极位置。在本实施方式中，以检测三相的电流值的情况为例进行说明，但也可以检测两相的电流值。
控制电路172内的微机基于目标转矩值来运算电动发电机192的d、q轴的电流指令值，基于该运算出的d、q轴的电流指令值与检测出的d、q轴的电流值之间的差量来运算d、q轴的电压指令值，并将该运算出的d、q轴的电压指令值基于检测出的磁极位置而转换为U相、V相、W相的电压指令值。然后，微机根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基波(正弦波)和载波(三角波)的比较，生成脉冲状的调制波，并将该生成的调制波作为PWM(脉冲宽度调制)信号向驱动电路174输出。
驱动电路174在驱动下臂时，将PWM信号放大，并将其作为驱动信号向对应的下臂的IGBT330的栅电极输出，在驱动上臂时，在将PWM信号的基准电位的电平转变为上臂的基准电位的电平后放大PWM信号，并将其作为驱动信号向对应的上臂的IGBT328的栅电极输出。由此，各IGBT328、330基于输入的驱动信号而进行开关动作。
另外，控制部170进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，保护上下臂串联电路150。为此，向控制部170输入传感信息。例如从各臂的信号用发射电极端子155、165将流向各IGBT328、330的发射电极的电流的信息向对应的驱动部(IC)输入。由此，各驱动部(IC)进行过电流检测，在检测到过电流时使对应的IGBT328、330的开关动作停止，保护对应的IGBT328、330不受过电流的影响。从在上下臂串联电路150上设置的温度传感器(未图示)将上下臂串联电路150的温度的信息输入给微机。另外，向微机输入上下臂串联电路150的直流正极侧的电压的信息。微机根据这些信息进行过温度检测以及过电压检测，在检测到过温度或过电压时，使所有的IGBT328、330的开关动作停止，保护上下臂串联电路150(进而保护包括该电路150在内的半导体模块)不受过温度或过电压的影响。
变换器电路144的上下臂的IGBT328、330的导通以及切断动作以一定的顺序切换，该切换时的电动发电机192的定子绕组的电流流过通过二极管156、166制成的电路。
上下臂串联电路150如图所示，具备：Positive端子(P端子、正极端子)157、Negative端子(N端子158、负极端子)、来自上下臂的中间电极169的交流端子159、上臂的信号用端子(信号用发射电极端子)155、上臂的栅电极端子154、下臂的信号用端子(信号用发射电极端子)165以及下臂的栅极端子电极164。另外，电力转换装置200在输入侧具有直流连接器138，在输出侧具有交流连接器188，从而电力转换装置200通过各连接器138和188分别与蓄电池136和电动发电机192连接。另外，作为产生向电动发电机输出的三相交流的各相的输出的电路，可以是在各相并联连接两个上下臂串联电路的电路构成的电力转换装置。
在图3～图7中，200是电力转换装置，10是上部壳体，11是金属基底板，12是框体，13是冷却水入口配管，14是冷却水出口配管，420是罩，16是下部壳体，17是交流接线柱壳体，18是交流接线柱，19是冷却水流路，20是控制电路基板，其保持控制电路172。21是用于与外部连接的连接器，22是驱动电路基板，其保持驱动电路174。300是电力模块(半导体模块部)，且设有两个，在各个电力模块中内置有变换器电路144。700是平板层叠母线，800是O形环，304是金属基底，188是交流连接器，314是直流正极端子，316是直流负极端子，500是电容器模块，502是电容器壳体，504是正极侧电容器端子，506是负极侧电容器端子，514是电容器单元(condenser cell)。
图3表示本发明的实施方式涉及的电力转换装置的整体结构的外观立体图。本实施方式涉及的电力转换装置200的外观是将上表面或底面为大致长方形的框体12、在所述框体12的短边侧的一个外周上设置的冷却水入口配管13以及冷却水出口配管14、用于堵塞所述框体12的上部开口的上部壳体10以及用于堵塞所述框体12的下部开口的下部壳体16固定而形成的。通过使框体12的仰视图或俯视图中的形状呈大致长方形，具有向车辆安装容易，并且容易生产的效果。
在所述电力转换装置200的长边侧的外周设有用于辅助与电动发电机192、194连接的两组交流接线柱壳体17。交流接线柱18将电力模块300和电动发电机192、194电连接，从而将从该电力模块300输出的交流电流向该电动发电机192、194传递。
连接器21与内置在框体12内的控制电路基板20连接，将来自外部的各种信号传送给该控制电路基板20。直流电源侧的负极侧连接端子部510和直流电源侧的正极侧连接端子部512将蓄电池136和电容器模块500电连接。在此，在本实施方式中，连接器21设置在所述框体12的短边侧的外周面的一侧。另一方面，直流电源侧的负极侧连接端子部510和直流电源侧的正极侧连接端子部512设置在与设有所述连接器21的面相反侧的短边侧的外周面上。即，连接器21和直流电源侧的负极侧连接端子部510分离配置。由此，可以降低从直流电源侧的负极侧连接端子部510侵入框体12、进而传播到连接器21的噪声，可以提高基于控制电路基板20的电动机的控制性。
图4是将本发明的实施方式涉及的电力转换装置的整体构成分解为各构成要素的立体图。
如图4所示，在框体12的大致中部设有冷却水流路19，在该冷却水流路19的上部形成有在流动方向上排列的两组开口400和402。以所述两组开口400和402分别由电力模块300堵塞的方式将两个电力模块300固定在所述冷却水流路19的上表面。在各电力模块300设有用于散热的散热片305，各电力模块300的散热片305分别从所述冷却水流路19的开口400和402突出到冷却水的水流中。
在所述冷却水流路19的下侧形成有为了容易进行铝铸造的开口404，所述开口404由罩420堵塞。另外，在所述冷却水流路19的下侧安装有辅机用的变换器装置43。所述辅机用的变换器装置43具有内置了与图2所示的变换器电路144同样的电路且内置了构成所述变换器电路144的电力半导体元件的电力模块。辅机用的变换器装置43以使所述内置的所述电力模块的散热金属面与所述冷却水流路19的下表面对置的方式固定在所述冷却水流路19的下表面。另外，在电力模块300和框体12之间设有用于密封的O形环800，并且在罩420与框体12之间也设有O形环802。在本实施方式中，虽然以O形环作为密封件，但也可以代替O形环，而使用树脂件、液状密封件、填充件等，尤其在使用液状密封件时可以提高电力转换装置200的组装性。
并且，在所述冷却水流路19的下部设有起到散热作用的下部壳体16，在所述下部壳体16将电容器模块500以电容器模块500的由金属材料构成的壳体的散热面与所述下部壳体16的面对置方式固定在所述下部壳体16的面上。根据该结构，可以利用冷却水流路19的上表面和下表面有效地冷却，可使电力转换装置整体小型化。
通过使来自冷却水入口配管13、冷却水出口配管14的冷却水在冷却水流路19中流动，对并设的两个电力模块300所具有的散热片冷却，从而冷却所述两个电力模块300整体。将在冷却水流路19的下表面设置的辅机用的变换器装置43也同时冷却。
进而通过对设有冷却水流路19的框体12进行冷却，从而冷却在框体12下部设置的下部壳体16，通过该冷却，将电容器模块500的热量经由下部壳体16以及框体12热传导给冷却水，冷却电容器模块500。
在电力模块300的上方配置有用于对该电力模块300和电容器模块500进行电连接的层叠导体板700。该层叠导体板700跨两个电力模块300而在两个电力模块300的宽度方向上构成为宽幅。并且，层叠导体板700由与电容器模块500的正极侧端子连接的正极侧导体板702、与负极侧端子连接的负极侧导体板704以及配置在该正极侧端子与该负极侧端子之间的绝缘部件构成。由此，可以扩大层叠导体板700的层叠面积，从而可以实现从电力模块300到电容器模块500的寄生电感的降低。另外，在将一个层叠导体板700载置在两个电力模块300上后，可以进行层叠导体板700、电力模块300以及电容器模块500的电连接，因此即使是具备两个电力模块300的电力转换装置，也可以抑制其组装工时数。
在层叠导体板700的上方配置有控制电路基板20和驱动电路基板22，在驱动电路基板22搭载有图2所示的驱动电路174，在控制电路基板20搭载有图2所示的具有CPU的控制电路172。另外，在驱动电路基板22与控制电路基板20之间配置有金属基底板11，金属基底板11起到搭载于两基板22、20上的电路组的电磁屏蔽的功能，并且还具有散发驱动电路基板22和控制电路基板20产生的热量而进行冷却的作用。如此，在框体19的中央部设置冷却水流路19，在其一侧配置车辆驱动用的电力模块300，而且在另一侧配置辅机用的电力模块43，从而能够以小空间有效地冷却，可以使电力转换装置整体小型化。另外，通过铝材的铸造将框体中央部的冷却水流路19的主结构和框体12制作成一体，从而冷却水流路19除了冷却效果外，还具有增强机械强度的效果。另外，通过以铝铸造制作而使框体12和冷却水流路19成为一体结构，热传导变好，冷却效率提高。
在驱动电路基板22上设有穿过金属基底板11而与控制电路基板20的电路组进行连接的基板间连接器23。另外，在控制电路基板20上设有进行与外部的电连接的连接器21。通过连接器21进行与电力转换装置外的、例如作为蓄电池136而搭载在车上的锂电池模块之间的信号传送，从锂电池模块送来表示电池状态的信号或锂电池的充电状态等的信号。为了与在所述控制电路基板20上保持的控制电路172进行信号的授受而设有所述基板间连接器23，虽然省略了图示，但设有图2所示的信号线176，经由该信号线176和基板间连接器23从控制电路基板20将变换器电路的开关时刻的信号向驱动电路基板22传递，在驱动电路基板22产生作为驱动信号的栅极驱动信号，并分别施加于电力模块的栅电极。
在框体12的上部和下部形成有开口，例如用螺丝等将上部壳体10和下部壳体16固定在框体12上，从而分别堵塞这些开口。在框体12的中央设有冷却水流路19，在所述冷却水流路19固定电力模块300、罩420。由此，完成冷却水流路19，进行水路的漏水试验。在漏水试验合格的情况下，接着可以进行从所述框体12的上部和下部的开口安装基板、电容器模块500的作业。这样尝试在中央配置冷却水流路19，接着可进行从所述框体12的上部和下部的开口固定必要部件的作业的结构，使生产率提高。另外，可以最初完成冷却水流路19，在漏水试验后安装其它部件，使生产率和可靠性两者提高。
图5是在具有冷却水流路19的框体12的铝铸造件上安装冷却水入口配管和出口配管的图，图5(A)是框体12的立体图，图5(B)是框体12的俯视图，图5(C)是框体12的仰视图。如图5所示，框体12和在所述框体12的内部设置的冷却水流路19被一体铸造。框体12的上表面或下表面尝试大致长方形的形状，在长方形的短边的一侧框体侧面设有用于取入冷却水的冷却水入口配管13，在相同的侧面设有冷却水入口配管14。
从所述冷却水入口配管13流入冷却水流路19的冷却水沿箭头418的方向即长方形的长边流动，在长方形的短边的另一侧的侧面的跟前附近如箭头421a以及421b那样折回，再次沿着长方形的长边向箭头422的方向流动，并从未图示的出口孔流出。在冷却水流路19的去侧和回侧分别形成有各两个开口400和402。在所述开口分别固定电力模块300，各电力模块300的散热用的散热片从各个开口突出到冷却水的水流中。在所述框体12的流动方向即沿长边的方向排列固定电力模块300，并使支承部410和框体一体成形，使得能够通过该固定由所述各电力模块300例如利用O形环800等完全堵塞冷却水流路19的开口。该支承部410位于框体12的大致中央，相对于支承部410在冷却水的出入口侧的一方固定有一个电力模块300，另外，相对于所述支承部410在冷却水的折回侧的一方固定有另一个电力模块300。图5(B)所示的螺钉孔412用于将所述出入口侧的电力模块300固定于冷却水流路19，通过该固定而密闭开口400。另外螺钉孔414用于将所述折回侧的电力模块300固定于冷却水流路19，通过该固定密闭开口402。如此，通过以跨冷却水流路19的去侧和回侧双方的方式配置电力模块300，从而能够以高密度将变换器电路144集成在金属基底304的上面，因此可以实现电力模块300的小型化，也非常有助于电力转换装置200的小型化。
所述出入口侧的电力模块300被来自冷却水入口配管13的冷的冷却水以及靠近出口侧并由来自发热部件的热量加温后的冷却水冷却。另一方面，所述折回侧的电力模块300被稍微加温了的冷却水以及比靠近出口孔403的冷却水稍冷的状态的冷却水冷却。结果是，折回冷却通路和两个电力模块300的配置关系有形成两个电力模块300的冷却效率均衡的状态的优点。
所述支承部410用于固定电力模块300，在密闭开口400、402时需要。并且，所述支承部410对框体12的强度的强化也有很大效果。冷却水流路19如上所述为折回的形状，设有隔开去侧流路和回侧流路的隔壁408，该隔壁408与所述支承部410一体制作。隔壁408除了简单地隔开去侧流路和回侧流路的作用以外，还具有提高框体的机械强度的作用。另外起到作为折回通路间的热量的传递通路的作用，起到使冷却水的温度均匀化的作用。若冷却水的入口侧与出口侧的温度差大，则冷却效率的不均变大。虽然某种程度的温度差是无法避免的，但通过该隔壁408与所述支承部410一体制作，具有抑制冷却水的温度差的效果。
图5(C)表示所述冷却水流路19的背面，在与所述支承部410对应的背面形成有开口404。该开口404用于提高通过框体的铸造而形成的所述支承部410和框体12的一体结构的成品率。通过形成开口404，在铸造件中，所述支承部410与冷却水流路19的底部的双层结构消失，容易铸造，生产率提高。
另外，在所述冷却水流路19的侧部形成贯通孔406。夹着所述冷却水流路19而设置在两侧的电部件(电力模块300以及电容器模块500)彼此经由该贯通孔406连接。
另外，框体12由于作为冷却水流路19和框体12的一体结构而制造，因此铸造生产中尤其适于铝压铸生产。
图6表示在冷却水流路19的上面开口固定电力模块300，并在背面开口固定罩420的状态。在框体12的长方形的一方的长边侧，交流电线186以及交流连接器188向框体12的外部突出。
在图6中，在框体12的长方形的另一方的长边侧内部形成有所述贯通孔406，通过所述贯通孔406可看到与电力模块300连接的层叠导体板700的一部分。辅机用变换器装置43被配置于连接有直流正极侧连接端子部512的框体12的侧面的附近。另外，在该辅机用变换器装置43的下方(具有冷却水流路19一侧的相反侧)配置电容器模块500。辅机用正极端子44和辅机用辅机端子45向下方(配置有电容器模块500的方向)突出，并分别与电容器模块500侧的辅机用正极端子532和辅机用辅机端子534连接。由此，从电容器模块500到辅机用变换器装置43的配线距离变短，因此可以降低从电容器模块500侧的辅机用正极端子532以及辅机用辅负极端子534经由金属制的框体12侵入控制电路基板20的噪声。
另外，辅机用变换器装置43配置在冷却水流路19与电容器模块500的间隙中，并且该辅机用变换器装置43的高度和罩420的高度相同。因此，可以冷却辅机用变换器装置43并且抑制电力转换装置200的高度的增加。
另外，在图6中由螺钉固定冷却水入口配管13和冷却水出口配管14。在图6的状态下可以实施冷却水流路19的漏水检查。在检查合格的产品上安装上述辅机用变换器装置43，进而安装电容器模块500。
图7是电力转换装置200的剖视图(图6的A-A截面基准)，基本结构是基于图3～图6已经说明的那样。
在框体12的截面中上下方向的中央部设有与框体12一体地由铝压铸制作的冷却水流路19(图7的虚线部)，在形成于冷却水流路19的上面侧的开口设有电力模块300(图7的点划线部)。相对于图7的纸面左侧是冷却水的去侧的去路19a，相对于纸面右侧是水路的折回侧的回路19b。去路19a以及回路19b如上述那样分别设有开口，所述开口被电力模块300的散热用的金属基底304以跨去路19a以及回路19b双方的方式堵塞，在所述金属基底304上设置的散热用的散热片305从所述开口突出到冷却水的水流中。另外，在冷却水流路19的下表面侧固定有辅机用的变换器装置43。
大致中央弯曲的板状的交流电线186的一端与电力模块300的交流端子159连接，另一端从电力转换装置200的内部突出而形成交流连接器。正极侧电容器端子504以及负极侧电容器端子506经由贯通孔406(图7的双点划线)分别与正极侧导体板702以及负极侧导体板704电及机械性连接。在框体12的大致中央配置在长方形的长边方向往复的冷却水流路19，在与所述冷却水的流动方向大致垂直的方向上配置有交流连接器188和正极侧电容器端子504以及负极侧电容器端子506。因此，电气配线配置得整齐，使电力转换装置200小型化。由于层叠导体板700的正极侧导体板702以及负极侧导体板704、进而交流侧电线186向电力模块300的外部突出而形成连接端子，因此结构非常简单，而且由于未使用其它的连接导体，所以实现小型化。根据该结构，生产率提高，可靠性也提高。
进而所述贯通孔406通过框体12内部的框状体与所述冷却水流路19隔绝，且正极侧导体板702以及负极侧导体板704与正极侧电容器端子506以及负极侧电容器端子504的连接部存在于该贯通孔406内，因此可靠性提高。
将发热量大的电力模块300固定于冷却水流路19的一方的面上，并且电力模块300的散热片305从冷却水流路19的开口突出到水路内而有效冷却，通过冷却水流路19的另一方的面冷却发热量第二大的辅机用变换器装置43，进而通过框体12以及下部壳体16冷却发热量第三大的电容器模块500。如此，由于形成对应于散热量的多少的冷却结构，因此冷却效率和可靠性提高，并且可以使电力转换装置200进一步小型化。
进而，由于将辅机用变换器装置43固定于冷却水流路19的电容器模块500的侧面，因此可以使用电容器模块500作为辅机用变换器装置43的平滑用电容器，在该情况下，具有配线距离变短的效果。另外，由于配线距离短，因此具有能够减小电感的效果。
在电力模块300的上方配置安装有驱动电路174的驱动电路基板22，进而在驱动电路基板22的上方隔着提高散热以及电磁屏蔽效果的金属基底板11而配置有控制电路基板20。而且，控制电路基板20上搭载有图2所示的控制电路172。通过将上部壳体10固定于框体12，构成本实施方式涉及的电力转换装置200。
如上所述，由于在控制电路基板20与电力模块300之间配置驱动电路基板22，因此从控制电路基板20向驱动电路基板22传递变换器电路的动作时刻，基于此，驱动电路基板22制作栅极信号，并分别施加于电力模块300的栅极。如此，由于按照电连接关系来配置控制电路基板20和驱动电路基板22，因此可以简化电配线，使电力转换装置200小型化。另外，驱动电路基板22与电力模块300、电容器模块500之间的距离被配置成比控制电路基板20与电力模块300、电容器模块500之间的距离更近。因此，从驱动电路基板22到驱动电路基板20的配线距离比其它的部件(电力模块300等)与控制电路基板20的配线距离短。因此，能够抑制从直流正极侧连接端子部512传递的电磁噪声或IGBT328、330的开关动作引起的电磁噪声向从驱动电路基板22到驱动电路基板20的配线侵入。
通过在冷却水流路19的一方的面固定电力模块300，在另一方的面固定辅机用变换器装置43，从而由冷却水流路19同时冷却电力模块300和辅机用变换器装置43。在该情况下，由于电力模块300的散热用的散热片与冷却水流路19的冷却水直接接触，所以冷却效果更大。并且，通过用冷却水流路19冷却框体12，在框体12固定下部壳体16、金属基底板11，从而经由下部壳体16、金属基底板11冷却。由于在下部壳体16固定有电容器模块500的金属壳体，所以经由下部壳体16和框体12冷却电容器模块500。进而经由金属基底板11冷却驱动电路基板20、驱动电路基板22。并且，下部壳体16也由导热性良好的材料制成，接受来自电容器模块500的发热，将热量传导给框体12，通过冷却水流路19的冷却水散热。另外，在冷却水流路19的下部罩15侧即另一侧配置作为车内用空调、油泵、其它用途的泵用而采用的较小容量的辅机用变换器装置43。来自该辅机用变换器装置43的发热通过所述框体12的中间框状体而利用冷却水流路19的冷却水散热。如此，通过在中央设置冷却水流路19，在一方设置金属基底板11，在另一方设置下部壳体16，能够根据发热量而对构成电力转换装置200所需的部件进行高效冷却。另外，在电力转换装置200的内部整齐配置部件，能够实现小型化。
电力转换装置的起到散热功能的散热体第一是冷却水流路19，但除此以外金属基底板11也具有该功能(为了起到散热功能而设有金属基底板11)。金属基底板11起到电磁屏蔽功能，并且接受来自控制电路基板20、驱动电路基板22的热量，将热量传导给框体12，通过冷却水流路19的冷却水散热。
如此，本实施方式涉及的电力转换装置的散热体形成三层的层叠体，也就是说，是金属基底板11、冷却水流路19、下部壳体16这样的层叠结构，这些散热体与各个发热体(电力模块300、控制电路基板20、驱动电路基板22、电容器模块500)相邻且分层设置。成为在层叠结构的中央部存在主要的散热体即冷却水流路19，且金属基底板11和下部壳体16通过框体12向冷却水流路19的冷却水传导热量的结构。在框体12内收容三个散热体(冷却水流路19、金属基底板11、下部壳体16)，从而散热性提高，并且有助于薄型化、小型化。
另外，本实施方式涉及的电容元件514为了提高集成效率而构成为从两端压溃圆柱状元件的侧面，使其截面成为椭圆状。在本实施方式中，截面的椭圆形状中形成长径侧的圆柱侧面与电容器壳体502的底部对置配置。由此，电容元件514与电容器壳体502的接触面积增大，能够有效冷却电容元件514，并且能够降低电力转换装置200的高度。
在如本实施方式那样将电容器模块500配置于电力转换装置200的最下部时，由于电容元件514产生的热量能够经电容器壳体502以及下部壳体16向外部散热，因此电容元件514的该配置对于提高散热性尤其有效。
图8(a)是本实施方式相关的电力模块300的上方立体图，图8(b)是该电力模块300的俯视图。图9是本实施方式相关的电力模块300的直流端子的分解立体图。图10是为了容易理解直流母线的结构而将电力模块壳体302局部透明化后的剖视图。图9(a)是将电力模块300的构成部件即金属基底304以及三个上下臂串联电路之中的一个抽出后的图。图9(b)是金属基底304、电路配线图案以及绝缘基板334的分解立体图。
302表示电力模块壳体，304表示金属基底，305表示散热片(参考图10)，314表示直流正极端子，316表示直流负极端子，318表示绝缘纸(参考图9)，320U/320L表示电力模块的控制端子，328表示上臂用的IGBT，330表示下臂用的IGBT，156/166表示二极管，334表示绝缘基板(参考图10)，334k表示绝缘基板334上的电路配线图案(参考图10)，334r表示绝缘基板334下的电路配线图案337(参考图10)。
电力模块300大致划分而包括：含有例如树脂材料的电力模块壳体302内的配线的半导体模块部；由金属材料例如Cu、Al、AlSiC等构成的金属基底304；以及与外部连接的连接端子(直流正极端子314、控制端子320U等)。而且，作为与外部连接的端子，电力模块300具有用于与电动机连接的U、V、W相的交流端子159、与电容器模块500连接的直流正极端子314以及直流负极端子316。
另外，所述半导体模块部在绝缘基板334上设有上下臂的IGBT328、330、二极管156/166等，并用树脂或硅凝胶(未图示)进行保护。绝缘基板334也可以是陶瓷基板，进而也可以是薄的绝缘片。
图8(b)是表示在固接于金属基底304上的由导热性良好的陶瓷构成绝缘基板334上具体以怎样的配置设置上下臂串联电路的配置结构图和表示其功能的说明图。图8(b)所示的IGBT328、330和二极管327、332分别并联连接两个芯片而构成上臂、下臂，来增加在上下臂可以通电的电流容量。
如图9所示，在电力模块300中内置的直流端子313构成直流负极端子316、直流正极端子314夹着绝缘纸318的层叠结构(图9的虚线部)。另外，使直流负极端子316、直流正极端子314的端部相互向相反方向弯曲，形成用于将层叠导体板700和电力模块300电连接的负极连接部316a以及正极连接部314a。通过设置两个与层叠导体板700连接的连接部314a(或者316a)，使从负极连接部316a以及正极连接部314a到三个上下臂串联电路的平均距离大致相等，因此可以减少电力模块300内的寄生电感的不均。
另外，在层叠组装直流正极端子314、绝缘纸318以及直流负极端子316时，构成将负极连接部316a和正极连接部314a相互向相反方向弯曲的结构。绝缘纸318沿负极连接部316a弯曲，确保正极、负极的端子的绝缘沿面距离。在需要耐热时，绝缘纸318采用复合了聚酰亚胺或间位系芳族聚酰胺(メタ系アラミド)纤维、提高抗漏电性的聚酯等的片。另外，在考虑压倒(ピンフオ一ル)等缺陷、提高可靠性时，将两片重合。另外，为了防止破损、开裂，在角部设置圆角，或不使端子的棱角接触绝缘纸，使冲裁时的任一面成为面向绝缘纸的方向。在本实施例中，虽然使用绝缘纸作为绝缘物，但作为其它例子，也可以在端子上涂覆绝缘物。为了降低寄生电感，例如在600V耐压的电力模块的情况下，使正极、负极间的距离为0.5mm以下，使绝缘纸的厚度为其一半以下。
另外，直流正极端子314以及直流负极端子316具有用于与电路配线图案334K连接的连接端314K、316K。各个连接端314K、316K相对于各相(U、V、W相)存在有两个。由此，如后所述，可以与在各相的每个臂上形成了两个小环形电流路径的电路配线图案连接。另外，各连接端314K、316K朝向电路配线图案334K的方向突出，且为了形成与电路配线图案334K的接合面而其前端部弯曲。连接端314K、316K与电路配线图案334K经由焊料等连接，或者通过超声波焊接将金属彼此直接连接。
电力模块300、尤其金属基底304由于温度循环而膨胀及收缩。通过其膨胀及收缩，连接端314K、316K和电路配线图案334K的连接部可能够产生龟裂或断裂。因此，在本实施方式涉及的电力模块300中，如图9所示，通过层叠直流正极端子314和直流负极端子316而形成的层叠平面部319构成为相对于搭载有绝缘基板334的一侧的金属基底304的平面大致平行。由此，层叠平面部319可以进行与因上述的膨胀及收缩而产生的金属基底304的弯曲相对应的弯曲动作。因此，一体形成于层叠平面部319的连接端314K、316K的刚性能够相对于金属基底304的弯曲变小。因此，能够缓和施加在连接端314K、316K与电路配线图案334K的接合面的垂直方向上的应力，能够防止该接合面的龟裂或断裂。
此外，本实施方式涉及的层叠平面部319的宽度方向的长度为130mm，进深方向的长度为10mm，加大进深方向的长度，以能够与金属基底304的宽度方向以及进深方向这两方的弯曲相对应而进行弯曲动作。另外，直流正极端子314和直流负极端子316的各自的层叠平面部319的厚度设定得较薄，为1mm，使得容易进行弯曲动作。
如图10所示，金属基底304在绝缘基板334的相反侧具有散热片的形状305，使得浸在冷却水流路中而有效地向冷却水散热。另外，金属基底304在其一方的面上安装构成变换器电路的IGBT或二极管，在该金属基底304的外周具备树脂制的电力模块壳体302。在金属基底304的另一方的面通过钎焊而形成散热片305，或者通过锻造将金属基底304和散热片305一体成型。通过锻造将金属基底304和散热片305一体成型，从而能够提高电力模块300的生产率，并且能够提高从金属基底304到散热片305的导热率，可以提高IGBT以及二极管的散热性。另外，通过使金属基底304的维氏硬度在60以上，能够抑制由于温度循环而产生的金属基底304的棘轮变形(ラチエツト变形)，能够提高金属基底304和框体12的密封性。进而，如图10(a)所示，分别对应于上下臂而设有散热片305，这些散热片305从往复的冷却水流路19的开口突出到水路内。金属基底304的散热片305周边的金属面用于封闭在所述冷却水流路19设置的开口。
此外，本实施方式的散热片305的形状是销型，但作为其它实施方式，也可以是沿冷却水的流动方向形成的直线型。在散热片305形状采用直线型的情况下，能够降低用于使冷却水流动的压力，另一方面，在使用销型的情况下，可以提高冷却效率。
在金属基底304的一方的面上固定绝缘基板334，在绝缘基板334上通过焊料337在其之上固定上臂用的IGBT328、上臂用的二极管156以及下臂用的IGBT330、下臂用的二极管166的芯片。
如图11(a)所示，上下臂串联电路150具备上臂电路151、下臂电路152、用于连接上下臂电路151、152的端子370以及用于输出交流电的交流端子159。另外，如图11(b)所示，上臂电路151在金属基底304上具备形成有电路配线图案的绝缘基板334，并且在该电路配线图案334k上具备IGBT328、二极管156。
IGBT328以及二极管156通过钎焊接合其背面侧的电极和电路配线图案334k。形成有电路配线图案的绝缘基板334的与电路配线图案面相反的面(背面)形成有没有图案的所谓整面图案(ベタパタ一ン)。该绝缘基板的背面的整面图案和金属基底304通过焊料接合。下臂电路152也与上臂同样，具备：配置于金属基底304上的绝缘基板334、在该绝缘基板334上配线的电路配线图案334k、在该电路配线图案334k上安装的IGBT330以及二极管166。
另外，IGBT330以及二极管166的背面侧的电极也通过钎焊与电路配线图案334k接合。此外，本实施方式中的各相的各臂构成为以并联连接IGBT328和二极管156的电路部为一组，而并联连接两组该电路部。将该电路并联连接几组由对电动机192的通电的电流量决定，在需要比对本实施方式涉及的电动机192通电的电流大的大电流的情况下，将电路部并联连接三组或三组以上。相反，在能够以小电流驱动电动机的情况下，各相的各臂仅由一组构成电路部。
使用图11(b)说明电力模块300的电流路径。以下表示在电力模块300的上臂电路中流动的电流的路径。电流在如下路径中流动，即，(1)从未图示的直流正极端子314到连接导体部371U、(2)从连接导体部371U经由元件侧连接导体部372U到上臂用IGBT328及上臂用二极管156的一侧电极(与元件侧连接导体部372U连接的一侧的电极)、(3)从上臂用IGBT328及上臂用二极管156的另一侧电极经由电线336到连接导体部373U、(4)从连接导体部373U经由连接端子370的连接部374U、374D到连接导体部371D。此外，如前所述，上臂构成为将并联连接IGBT328和二极管156的电路部连接成两组并联。因此，在上述(2)的电流路径中，电流在元件侧连接导体部372U分支为两支，该分支后的电流分别流向两组电路部。
另外，以下表示在电力模块300的下臂电路流动的电流路径。电流在如下路径中流动，即，(1)从连接导体部371D经由元件侧连接导体部372D到下臂用IGBT330及上臂用二极管166的一侧电极(与元件侧连接导体部372D连接的一侧的电极)、(2)从下臂用IGBT330及上臂用二极管166的另一侧电极经由电线336到连接导体部373D、(3)从连接导体部373D到未图示的直流负极端子316。此外，与上臂同样，由于下臂构成为将并联连接IGBT330和二极管166的电路部连接成两组并联，因此，在上述(1)的电流路径中，电流在元件侧连接导体部371D分支为两支，该分支后的电流分别流向两组电路部。
在此，用于连接上臂电路IGBT328(以及二极管156)和未图示的直流正极端子314的连接导体部371U配置于绝缘基板334的一边的大致中央部附近。而且，IGBT328(以及二极管156)被安装于配置有连接导体部371U的绝缘基板334的所述一边侧的相反侧即另一边侧的附近。另外，在本实施方式中，设置有两个的连接导体部373U夹着所述的连接导体部371U且在绝缘基板334的所述一边侧配置成一列。
通过将这样的电路图案以及安装图案、即将绝缘基板334上的电路配线图案为大致T字形状的配线图案和在大致T字的纵棒(371U)的两侧配置的两个配线图案(373U)，并从连接端371U、373U安装端子，从而IGBT328的开关时的过渡性的电流路径为图11(b)的箭头350(虚线)所示那样的M字状的电流路径、即两个小环形电流路径(箭头方向为下臂接通时)。在该两个小环形电流路径的周边产生图11(b)的箭头350H方向(实线)的磁场350H。通过该磁场350H，在配置于绝缘基板334下方的金属基底304感应出感应电流、即所谓的涡流340。该涡流340产生抵消所述的磁场350H的方向的磁场340H，能够降低在上臂电路产生的寄生电感。
另外，上述的两个小环形电流可以形成两个将在绝缘基板334上流动的电流彼此相互抵消那样的掉头(U turn)电流。因此，如图9(b)的磁场350H所示，由于在电力模块300的内部可以产生更小的环形磁场，所以可以降低寄生电感。进而，在开关时产生的磁场环小，能够在电力模块内部封入磁场环，因此，可以降低向电力模块外的框体的感应电流，也能够防止控制基板的误动作、向电力转换装置的外部的电磁噪声。
下臂电路侧也成为与上述的上臂同样的电路配线图案以及安装图案。即，用于连接下臂电路的IGBT330(以及二极管166)和未图示的直流负极端子316的连接导体部371D被配置于绝缘基板334的一边的大致中央部附近。而且，IGBT330(以及二极管166)被安装于配置有连接导体部371D的绝缘基板334的一边侧的相反的另一边侧的附近。另外，在本实施方式中，两个连接导体部373D夹着所述的连接导体部371D且在绝缘基板334的一边侧配置成一列。
通过形成这样的电路配线图案以及安装图案，在下臂电路侧也起到降低所述的寄生电感的效果。此外，在本实施方式中，各相的各臂的电路路径的入口例如为由两个连接导体部373U夹着的连接导体部371U，另一方面，电流路径的出口为所述两个连接导体部373U。但是，这些入口和出口即使变颠倒，在各相的各臂中也形成上述的小环形电流路径。因此，与上面说明同样，可以实现各相的各臂的寄生电感的降低以及防止电磁噪声。
对于本实施方式的电容器模块500的详细结构，结合图12以及图13进行以下说明。图12是表示本实施方式涉及的电容器模块500的外观结构的立体图。图13是为了理解图12所示的电容器模块500的内部而表示填充树脂等填充材料(密封材材)522之前的状态的立体图。
在图12以及图13中，500表示电容器模块，502表示电容器壳体，504表示负极侧电容器端子，506表示正极侧电容器端子，510表示直流负极侧连接端子部，512表示直流正极侧连接端子部，514表示电容元件。
如图4所示，本实施方式涉及的电容器模块500配置于框体12的下部，且被搭载在下部壳体16的上部。电容器壳体502通过螺栓559A～559D将四角固定在下部壳体16上。所述的电容器壳体502与下部壳体16经由未图示的散热性润滑脂接触。由此，可以将电容元件514的发热经由电容器壳体502及散热性润滑脂向金属制的下部壳体16释放。另外，利用散热性润滑脂的粘接力，能够抑制车辆的振动传递给电容器壳体502。
螺栓孔549是用于供将下部壳体16固定在框体12上用的螺栓贯通的孔。螺栓孔548A～548C是用于供将电力转换装置200固定于车身侧用的螺栓贯通的孔。
一个正极端子立起部526和一个负极端子立起部524为一组，四组层叠母线沿电容器模块500的长度方向的边侧形成。这些立起的前端被向彼此打开的方向折弯，形成正极侧电容器端子506A～506D以及负极侧电容器端子504A～504D。另外，绝缘罩540A～540D分别夹装在四组层叠母线之间，确保端子与立起部的正负极间的沿面距离。
如图13(a)所示，多组、在本实施方式中为四组的由负极导体板505和正极导体板507构成的层叠导体板相对于直流(蓄电池)负极侧连接端子部510和直流(蓄电池)正极侧连接端子部512电并联连接。在所述负极导体板505和正极导体板507设有多个用于分别并联连接多个电容元件514的正极和负极的端子516和端子518。
如图13(b)所示的、作为电容器模块500的蓄电部的单位结构体的电容元件514由薄膜电容器515构成，薄膜电容器515是将两片在单面蒸镀有铝等金属后的薄膜层叠并卷绕，并且分别将两片金属作为正极、负极的电容器。正极、负极的电极是卷绕的轴面分别为正极、负极的电极508，喷上锡等导电体而制造。
另外，负极导体板505和正极导体板507由薄板状的宽幅导体构成，夹着未图示的绝缘纸而采取层叠结构，降低寄生电感。在层叠导体的端部设置有用于与电容元件514的电极508连接的端子516、518。端子516、518通过钎料或焊接与两个电容元件514的电极508电连接。为了使钎料装置或焊接机的作业容易进行且容易检查，采取连接面位于外侧的电容器单元配置、导体结构，构成以附加的两个电容器单元作为一个电容器单元组的单位。通过制作这种单元组，可以根据电容器容量进行增减，适于量产。为了降低寄生电感，或者为了散热，也可以设置多个端子516、518。
另外，将负极导体板505和正极导体板507的薄板状的宽幅导体的端部弯曲，构成用于与直流侧导体板700连接的负极侧电容器端子504、正极侧电容器端子506(参考图12)。另外，将负极导体板505和正极导体板507的薄板状的宽幅导体的端部弯曲，分别与电容器模块内的配线母线585、586连接。在配线母线585、586的端部形成有与接收蓄电池电力的端子连接的直流负极侧连接端子部510、直流正极侧连接端子部512。
如图13所示，电容器模块500由两个元件组配置成纵向四列的合计八个电容器单元514构成。电容器模块500的与外部连接的连接端子存在着四对与直流侧导体板700连接的正负电容器端子504、506以及接收蓄电池电力的直流负极侧连接端子部510、512。在正负电容器端子504、506上形成埋入了螺母的开口部509、511，以能够与电力模块300的直流正负极端子316、314螺纹紧固。
电容器模块500在开关时的脉动电流的作用下，因蒸镀在电容元件内部的薄膜上的金属薄膜、内部导体(端子)的电阻而发热。为了使电容元件耐湿，电容器单元、内部导体(端子)通过树脂模制在电容器壳体502中(参考图12)。因此，电容器单元和内部导体经由树脂形成与电容器壳体502密接的状态，形成电容器单元的发热容易传递给壳体的结构。进而，在本结构中，由于将负极导体板505、正极导体板507和电容元件的电极508以及端子516、518直接连接，因此电容器单元的发热直接向负极、正极导体传递，形成通过宽幅导体容易向模制树脂传递热量的结构。因此，热量良好地从电容器壳体502向下部壳体16、并从下部壳体16向框体12进而向冷却水流路19传递，能够确保散热性。
在本实施方式中，如图13所示，负极导体板505及正极导体板507是独立配置成纵向四列的结构，但也可以是将所述的四列的负极导体板505及正极导体板507作为一体的宽幅导体板，并将所有的电容器单元514与该宽幅导体板连接的结构。由此，可以削减部件数量，可以提高生产率，并且可以大致均等地使用所有的电容器单元514的静电容量，可以延长电容器模块500整体的部件寿命。进而，通过使用宽幅导体板，可以降低寄生电感。
图14是示意性地表示噪声过滤器用的电容器556、557以及放电电阻530的连接状态的图。
作为电力转换装置200的主电路的主要部件，可以举出电力模块300、用于平滑化的电容器模块500、电容器556、557(噪声除去用电容器模块)以及放电电阻530。这些部件在电力转换装置200内的构成部件中属于尺寸大的种类，给实现电力转换装置的小型化方面带来很多的阻碍。另外，即使能够小型化，还可能出现冷却性能下降、配线电感以及混入噪声增加等违背事项。以下说明在抑制冷却性能下降、配线电感或混入噪声增加的同时，实现电力转换装置整体的小型化的结构。
图14以及图15表示电容器模块500如何与电力模块300或蓄电池136电连接。另外，图16是说明如本实施方式那样将两个电力模块与共用的电容器模块连接的方式的图。如前所述，电容器模块500除了用于平滑化的散热器元件514外，还包括放电电阻530以及电容器556、557。电容元件514的作用在于，使加在直流电路部分的脉动电压、脉动电流平滑化，将稳定的电力供给电力模块300。另一方面，电容器557、556具有噪声除去功能。
在将这些功能最大限度活用的位置上配置各个部件，将它们一体化、即模块化而实现小型化。电容元件514、放电电阻530以及电容器556、557相当于图15中由虚线围起来的部分。
电容器557、556被配置成与和蓄电池136连接的直流侧正极端子部以及直流侧负极侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)相邻。另外，电容器557、556具备用于与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)连接的连接位置即端子556A、557A(第二直流电源端子，图14)。而且，以该端子556A、557A(第二直流电源端子)与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)间的距离比该端子556A、557A(第二直流电源端子)与正负极侧电容器端子504、506间的距离短的方式配置电容器557、556。
在图14的例子中，从端子556A、557A(第二直流电源端子)向正负极侧电容器端子504、506的连接经过从端子556A、557A(第二直流电源端子)到直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)的连接而进行，因此，当然端子556A、557A(第二直流电源端子)与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)间的距离比端子556A、557A(第二直流电源端子)与正负极侧电容器端子504、506间的距离短。
另一方面，所述电容器556、557的一方的端子556B、557B(图14)与接地端子558连接而接地。如图12所示，接地端子558在由螺栓559B向框体12固定时被共同紧固。也就是说，电容器556、557的接地以及电容器模块500向框体12的固定被共用化。
结合图17说明上述结构的作用效果。图17是在电容器模块500的简图中表示电流流动的图。来自蓄电池136的电流从直流侧输入端子部512、510进入电容器模块500，通过平滑用的电容元件组515并经由正负极电容器端子506、504送给电力模块300。即，平滑化了的电力被输送给电力模块。
另一方面，电容器557、556以及该电容器557、556的端子(第二直流电源端子)被配置于直流侧输入端子部512、510的附近，从而可以有效除去来自电源的噪声。尤其通过上述结构，受到电力模块300开关时的影响，而电容器557、556作为脉动平滑用电容器的一部分而起作用，能够防止不发挥噪声除去功能。另外，能够抑制电容器557、556作为脉动平滑用电容器的一部分起作用而引起的电容器557、556自身的发热。此外，从电容器557、556延伸的配线552、554为使用板状导体并夹着绝缘层的层叠结构，能够实现配线的低电感化。
图18是表示电容器557、556和直流侧输入端子部512、510以及正负极侧电容器端子504、506的位置关系所涉及的其它实施方式的图。
图18的实施方式与图17的实施方式的不同点在于，直流侧输入端子部512、510隔着电容元件组515配置在与正负极侧电容器端子504、506相反的一侧。另外，电容器557、556以及该电容器557、556的端子(第二直流电源端子)与图17的实施方式同样被配置于直流侧输入端子部512、510的附近。具体地说，电容器557、556具备用于与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)连接的端子(第二直流电源端子)，并以该端子(第二直流电源端子)与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)间的距离比该端子(第二直流电源端子)与正负极侧电容器端子504、506间的距离短的方式配置电容器557、556。
通过这样的结构，电容器557、556更不容易受到电力模块300开关时的影响，电容器557、556的大多数的容量可以用作除去噪声，可以降低混入电力转换装置的噪声的影响。
以下，对本实施方式涉及的放电电阻530的配置进行说明。
如图12以及图14所示，在电容器壳体502的外壁的侧部配置有放电电阻530。在本实施方式中，放电电阻530被配置于电容器模块500的侧部，但只要是不会对电容器模块内部带来热影响的部位，也可以配置在其它的部位。例如，也可以在填充材料522的露出面的上方，以几毫米左右浮起的状态搭载放电电阻530。若这样配置，则在不减少电容元件514的搭载区域的情况下，可实现电力转换装置的宽度方向的小型化。
本实施方式中的放电电阻530与电容器模块500的位置关系如图12所示。放电电阻530固定于下部壳体16。此时，固定方法可以使用托架等，也可以将粘接剂等涂敷在放电电阻530与下部壳体16之间。即，只要在放电电阻530与下部壳体16之间形成放电电阻530的产生热量的传递路径即可。
并且，在将放电电阻530配置于电容器模块500的侧部时，在放电电阻530和电容元件514之间的空间存在着电容器壳体502的一部分以及填充材料522的一部分。即，由于形成放电电阻530的产生热难以传递给电容元件514的结构，因此能够将放电电阻530的热量向下散热，同时在放电电阻530与电容元件514之间隔热。
该放电电阻500具备正极及负极各一根的引线531、532，它们与电容元件514电连接。
在本实施方式中，如图14所示，放电电阻530在电容器壳体502中被配置于形成有直流侧输入端子部512、510的一侧的相反侧。根据这种配置，使发热源即放电电阻530远离电容元件514或直流侧输入端子部512、510，因此在电力转换装置200整体上观察时，由于热量不会集中于一极，因此可以使热平衡平均化。
图19是以物理位置关系表示电容器模块500内部的电连接的图。从该图可知，由于电容器557、556的端子(第二直流电源端子)与直流侧输入端子部512、510(第一直流电源端子)间的距离比该端子(第二直流电源端子)与正负极侧电容器端子504、506间的距离短，因此难以受到电力模块300的开关时的影响。
另外，除去接收来自蓄电池136的电力的直流侧输入端子部512、510发出的噪声的电容器557、556以及用于将电容元件514的电荷放电的放电电阻530构成一个模块。通过将这样在功能性上具有密切的关联性的部件模块化，能够降低各部件的配线距离，能够实现低电感化且实现小型化。
此外，图20是表示将负极导体505以及正极导体507做成一体的宽幅导体板，并将所有的电容器单元514与该宽幅导体板连接的结构时的电连接关系的图。即使这种结构，也如图19所示那样进行各部件的模块化，起到与图19同样的作用效果。
图21是图3的A截面的示意图。在冷却水流路19的正下方固定辅机用变换器装置43。电容器模块500除了对电动机驱动用的电力模块300外，还对与该电容器模块500电并联连接的辅机用变换器装置43提供相同的平滑化功能。
在本实施方式中，直流侧输入端子部512、510设置在电容器模块500上，并且，在电容器模块500的附近配置辅机用变换器装置43。作为承担它们的电连接的部件，在本实施方式中，采用图22所示的导电性部件570。
如图22所示，该导电性部件570由负极侧导电性部件571、正极侧导电性部件572、绝缘纸581、负极侧树脂托架582以及正极侧树脂托架583构成。负极侧导电性部件571以及正极侧导电性部件572在从图22的(A)方向观察时，呈+(正号)型的形状。另外，在负极侧导电性部件571以及正极侧导电性部件572的纵向形成的部件向同一方向折弯成L字型。
负极侧导电性部件571和正极侧导电性部件572夹着绝缘纸581以层叠状态构成，因此实现配线电感的降低。另外，正极侧树脂托架583形成为对除了在其前端形成的端子部分以外的部分进行覆盖，因此可以防止正极侧导电性部件572与金属制的框体12的电接触。
如图23(b)所示，负极侧导电性部件571的折弯部件为负极侧直流输入端子573以及负极侧直流输出端子574。另一方面，正极侧导电性部件572的弯曲成L字型的部件为正极侧直流输入端子577以及正极侧直流输出端子578。
从蓄电池136对正极侧直流输入端子577以及负极侧直流输入端子573供给电力。该电力的一部分供给到电力转换装置200内。另一方面，剩余电力不向电力转换装置200内供给，而从正极侧直流输出端子578以及负极侧直流输出端子574输出。该输出的电力通过未图示的电线向车室内的空调用变换器等其它的变换器供给。即，导电性部件570除了作为向电力转换装置200供给电力的端子的功能外，还起着从蓄电池136向空调用变换器供给电力的中继点的功能。根据这样的结构，可以缩短从蓄电池136到空调用变换器的电线(从电力转换装置200到空调用变换器为止的距离)，容易进行车室内的电线的配线作业。
在负极侧导电性部件571以及正极侧导电性部件572的横向形成的部件中的左侧的部件的前端向下方延伸，而形成用于与辅机用变换器装置43连接的端子。
在负极侧导电性部件571以及正极侧导电性部件572的横向形成的部件中的右侧的部件的前端向下方延伸，并且该向下方延伸的部件被向与所述负极侧直流输入端子573、负极侧直流输出端子574以及正极侧直流输入端子577、正极侧直流输出端子578的弯曲方向相反的一侧折弯。进而将被折弯的部件的前端向铅直且下方方向折弯，使其端部与直流侧输入端子部512、510连接。
在图21(a)所示的电力转换装置的情况下，电容器模块500的直流侧输入端子部512、510向铅直上方突出，且辅机用变换器装置43的端子向铅直下方突出。当要将本实施方式涉及的导电性部件570连接于这样的端子时，电力转换装置的高度增加与端子的高度相应的高度。
因此，本实施方式涉及的电力转换装置如图21(b)所示，电容器模块500的直流侧输入端子部512、510在两个部位折弯，直流侧输入端子部512、510的前端部位于电容器壳体502的侧部。另外，辅机用变换器装置43的端子也在两个部位折弯，该端子的前端部位于辅机用变换器装置43的侧部。
所述直流侧输入端子部512、510和辅机用变换器装置43的端子与导电性部件570连接，从而可以在辅机用变换器装置43以及电容器模块500的侧部配置与蓄电池136连接的连接端子。由此，可以抑制电力转换装置的高度方向的增加。
此外，直流侧输入端子部512、510可以形成为从电容器模块壳体502的侧壁直接突出，同样辅机用变换器装置43的端子也可以直接形成在辅机用变换器装置43的侧壁上。
图24是第一实施方式涉及的绝缘罩540的外观立体图。绝缘罩540为大致长方形。上部立起部541、侧部立起部542、543在绝缘罩主面544的外缘且在该绝缘罩主面544的铅垂方向上设置。在绝缘罩主面544的下方的外缘不存在立起部。绝缘罩540从不存在该立起部的部位插入到负极端子立起部524与正极端子立起部526之间。
插入的绝缘罩540通过上部立起部541卡挂在正极侧电容器端子506上，并固定在负极端子立起部524与正极端子立起部526之间。此外，上部立起部541朝向正极侧电容器端子506侧。由此，能够覆盖正极侧电容器端子506的露出部分，能够确保该端子的绝缘。
本实施方式的电容器模块500中以层叠状态形成负极端子立起部524和正极端子立起部526，来降低从该电容器模块500到电力模块300的配线电感。但是，所述负极端子立起部524与正极端子立起部526之间需要确保绝缘。因此，第一实施方式涉及的绝缘罩540的上部立起部541、侧部立起部542、543确保负极端子立起部524与正极端子立起部526之间的沿面距离，来实现绝缘。
如本实施方式涉及的绝缘罩540那样，通过在成型绝缘罩540时同时形成上部立起部541等，从而不需要折弯绝缘纸等的作业，作业性提高。另外，即使在框体12内壁与负极端子立起部524等之间的距离短的情况下，本实施方式涉及的绝缘罩540的侧部立起部543也不会与框体12内壁干涉。
图25是第二实施方式涉及的绝缘纸535的外观立体图。本实施方式涉及的绝缘纸535与第一实施方式涉及的绝缘罩540的不同之处在于，不存在上部立起部541、侧部立起部542、543，存在用于确保绝缘用的沿面距离的绝缘纸上部536以及绝缘纸侧部537。
而且，绝缘纸上部536向正极侧电容器端子506侧折弯。由此，能够覆盖正极侧电容器端子506的露出部分，能够确保该端子的绝缘。
通过本实施方式涉及的绝缘纸535能够抑制成本，确保绝缘。
图26是第三实施方式涉及的绝缘罩545的外观立体图。本实施方式涉及的绝缘罩545与第一实施方式涉及的绝缘罩540的不同之处点在于，形成有向与侧部立起部543的立起方向相反的方向立起的侧部立起部544。
框体12侧的负极端子立起部524被侧部立起部544覆盖，能够确保框体12内壁与负极端子立起部524之间的绝缘。
此外，在第一到第三实施方式的任一种实施方式的情况下，都通过对框体12的内壁、尤其对负极端子立起部524和正极端子立起部526附近的内壁实施绝缘用的处理，从而可以确保绝缘。作为绝缘处理的具体的例子，列举有氧化铝膜(alumite)处理、将绝缘片贴在框体12内壁等。
上述说明了各种实施方式以及变形例，但本发明不限于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑到的其它方式也包含在本发明的范围内。
下面的优先权基础申请的公开内容以引用文方式引用于此。
日本国专利申请2008年第277591号(2008年10月29日申请)。

Claims (7)

1.一种车辆用电力转换装置，其具备：
电力模块，其具有开关元件，并通过所述开关元件的动作将直流电转换为用于向车辆驱动用电动机供给的交流电；
电容器模块，其具有平滑用电容元件、用于接收直流电的输入侧电源端子以及用于向所述电力模块供给直流电的输出侧电源端子；以及
用于除去噪声的噪声除去用电容器，
所述噪声除去用电容器内置于所述电容器模块内，并且在所述噪声除去用电容器的连接位置与所述电容器模块的所述输入侧电源端子之间的距离比所述噪声除去用电容器的连接位置与所述输出侧电源端子之间的距离近的位置上，将所述噪声除去用电容器与所述输入侧电源端子电连接。
2.如权利要求1所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述输入侧电源端子隔着所述平滑用电容元件而与所述输出侧电源端子对置配置。
3.如权利要求1所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述电容器模块具备板状导体，该板状导体通过正极侧导体和负极侧导体以层叠状态构成，且该板状导体将所述平滑用电容元件和所述输入侧电源端子电连接。
4.如权利要求3所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述电容器模块具有用于至少收纳所述平滑用电容元件的壳体，
所述板状导体在所述壳体的收纳部内与所述平滑用电容元件电连接，且以所述正极侧导体与所述负极侧导体的层叠状态从所述壳体的收纳部向壳体外部延伸设置，并且在该板状导体的前端形成有所述输出侧电源端子。
5.如权利要求1所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述电容器模块具备：用于至少收纳所述平滑用电容元件和所述噪声除去用电容器的壳体；用于将所述平滑用电容元件和所述噪声除去用电容器密封在所述壳体内的密封材料。
6.如权利要求4或5所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述车辆用电力转换装置具备用于收纳所述电力模块、所述电容器模块以及所述噪声除去用电容器的金属制框体，
所述金属制框体具备用于将所述电容器模块的所述壳体固定在该金属制框体上的固定部，
所述噪声除去用电容器的从该噪声除去用电容器的接地侧端子延伸出的配线与所述固定部电连接。
7.如权利要求1所述的车辆用电力转换装置，其中，
所述车辆用电力转换装置具备用于将积蓄于所述平滑用电容器模块中的电荷放电的放电电路部，
该放电电路部隔着所述平滑用电容元件而与所述噪声除去用电容器对置配置。
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