CN103390987B

CN103390987B - 逆变器装置

Info

Publication number: CN103390987B
Application number: CN201210140599.XA
Authority: CN
Inventors: 桑田塁
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: CN103390987A

Abstract

本发明提供一种装置，其改良了模块配置构造，使得能够避免在装载于散热器的多个功率集成模块相互间产生热干扰，并且用小面积的散热器即能够发挥高的冷却性能。所述逆变器装置的构成是，组合多个将开关电路部（SW）和二极管电路部（Di）左右排列地收纳于一个封装的功率集成模块（＃1、＃2）而组成逆变器电路，且将各模块排列设置装载于风冷式散热器（HS）上，在与电路形式配合地取舍选择模块的二极管电路部而构成逆变器电路的装置中，将模块沿着向散热器导引的冷却风的流向配置成前后两列，并且以各模块的开关电路部彼此前后不重合的方式排列，作为其方式例相对于一模块（＃1），将另一模块（＃2）的朝向反转180度地配置。

Description

逆变器装置

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置，其构成是组合多个将开关电路部和二极管电路部左右排列地收纳于一个封装（package）中的功率集成模块，且将各功率集成模块一并装载于风冷式散热器上。详细地说，涉及装载于上述散热器上的功率集成模块的模块配置构造。

背景技术

关于适用于各种产业领域的逆变器装置的功率半导体器件，通常在逆变器装置的变换器（converter）电路部和逆变器电路部分别选择单独的二极管模块、IGBT等开关元件模块，将其模块相互之间进行DC连接而构成逆变器装置的主电路，但最近由于模块的小型、紧凑化和成本降低化的市场要求，就较小容量的逆变器而言，将开关电路部和二极管电路部左右排列地收纳于一个封装中构成的功率集成模块（例如，参照专利文献1）的通用产品成为主流，价格方面，相比选择单独的二极管模块、IGBT等开关元件模块产品组成逆变器电路，总体的性能价格比（costperformance）提高。

另一方面，逆变器装置的用途和功能正在多样化，例如就电动机运行用的逆变器装置而言，已知有在其逆变器电路中使用PWM逆变器进行电源再生的电源再生型逆变器装置，另外，已知有共用变换器电路部，在DC连接器上并联连接多个逆变器电路部，对多台电动机进行运行控制的逆变器装置。

于是，发明人等开发了作为适用于较小容量的逆变器装置的功率半导体器件，采用产品价格便宜的上述的功率集成模块产品，并且通过组合多个该功率集成模块，与上述的电源再生型逆变器装置、多台电动机运转对应的逆变器装置。下面，图6～图8表示其构成。

首先，图6是电源再生型逆变器装置的电路图，组合两个上述功率集成模块，用DC连接器将其间连接，并且将组装在其中一个模块＃1上的开关电路部SW用于电源再生用的PWM逆变器，将其端子U、V、W与商用电源（三相）连接，另一个模块＃2将其开关电路部SW用于逆变器电路部，在其输出侧连接电动机M，构成逆变器的主电路。另外，在该逆变器装置中，组装在模块＃1、＃2的二极管电路部Di为“不使用”，其端子R、S、T不与主电路连接而为开放状态。另外，就所述的“不使用”而言，为了避免R、S、T的电位不定状态，也可以将R、S、T与N端子连接而固定在N电位（P电位也可）。

另外，在上述逆变器装置的构筑中使用的功率集成模块＃1、＃2，如图7（a）、（b）所示，将两个模块一并左右或前后排列地排列设置装载在风冷式散热器（散热翅片）HS的表面，使伴随逆变器装置的运行的各个模块的发热向散热器HS传热、扩散而进行冷却。另外，该散热器HS为在其背面侧形成有多列散热翅片的构造，沿着其散热翅片列利用风扇F向箭头方向导引冷却风，去除传热到散热器HS的模块＃1、＃2产生的热。

另一方面，图8是以组合4个功率集成模块＃1～＃4而使4台电动机并列运行的逆变器装置为例子的电路图，在该例子中，将组装在模块＃1的二极管电路部Di作为共用的变换器与商业用电源连接，在相同模块＃1的开关电路部SW的输出侧连接有电动机M。另外，将模块＃2～＃4并联连接于从模块＃1引出的DC连接器的+侧母线P和-侧母线N之间，在此基础上，与模块＃1同样地，在其开关电路部SW的输出侧连接有电动机M。另外，在该逆变器装置中，组装于模块＃2～＃4的各模块的二极管电路部Di为“不使用”，其端子R、S、T为开放状态。

现有技术文献

专利文献

专利文件1：日本特开2008-42124号公报（图7-图9）

发明内容

发明要解决的课题

但是，在将上述的功率集成模块＃1、＃2一并排列设置装载在散热器HS上的情况下，在使模块＃1、＃2的各模块以与向散热器HS送风的冷却风的流向（箭头）成正交的方式在左右方向上一致地横向并排排列在散热器HS上的图7（a）的配置构造中，除造成散热器HS的需要宽度尺寸D变大、散热器大形化和成本增加外，与功率集成模块一同装载该散热器的逆变器装置的组件外形尺寸也大型化。并且，对于各模块＃1、＃2，在使以图6所述的方式组装在模块上的二极管电路部Di为“不使用”而组成逆变器电路的情况下，二极管电路部Di无元件的发热，所以对散热器HS的散热面积的利用率也变低。

另外，如图7（b）所示，在使模块＃1、＃2在横向上一致而前后排列的布局中，散热器HS的所需宽度尺寸缩小了，但为了减少前列的（冷却风的上游侧）的模块＃1对于排列在后列（冷却风的下游侧）的模块＃2的热干扰，在前列和后列的模块相互间需要确保间隔距离L1，其结果是，散热器HS的所需长度尺寸L大型化，除此之外，因组装在各模块＃1、＃2的二极管电路部Di(“不使用”)无元件的发热，所以在散热器的利用率中也存在和图7（a）同样的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种逆变器装置，在上述的逆变器装置（参照图6、图8）中，着眼于组装在功率集成模块的“不使用”电路部的元件不会发热的情况，本发明的逆变器装置以此为基础改良了模块配置构造，使得能够避免一并排列设置装载于散热器上的多个模块相互间的热干扰，并且用小面积的散热器即能够发挥高的冷却性能。

用于解决上述课题的方法

为实现上述目的，根据本发明提供一种逆变器装置，其构成是：组合多个将开关电路部和二极管电路部左右排列地收纳于一个封装中的功率集成模块而组成逆变器电路，且将各功率集成模块一并排列设置装载于风冷式散热器，

关于各个功率集成模块，与逆变器装置的电路形式配合地取舍选择二极管电路部而构成逆变器电路，

将上述各功率集成模块沿着向散热器导引的冷却风的送风方向配置成前后两列，并且以各模块的开关电路部彼此前后不重合的方式偏置排列（第一方面）。具体而言，以如下方式构成。

（1）相对于排列设置装载于散热器的一个功率集成模块，将另一个功率集成模块的朝向反转180度，以各模块的开关电路部不在前后相同位置彼此重合的方式配置（第二方面）；

（2）相对于排列设置装载于散热器的一个功率集成模块，将另一个功率集成模块的朝向转变90度，以各模块的开关电路部不在前后相同位置彼此重合的方式配置（第三方面）；

（3）将分为前后列地排列设置装载于散热器的多个功率集成模块，在左右方向上偏移半个长度地排列成锯齿状（第4方面）。

发明的效果

根据上述结构，分为前后列地排列设置装载于散热器的功率集成模块的伴随逆变器装置的运行而发热的开关电路部，彼此在向散热器导引的冷却风的流向上前后不重合，而左右偏移地配置。由此，避免了在模块相互间的发热电路部彼此的热干扰，并且能够使在模块内部的通电电路部产生的发热传热到散热器，对各模块高效地进行均等冷却，除此之外，与现有的模块配置构造相比，缩小了散热器所需面积而能够实现逆变器装置的小型化、紧凑化。

附图说明

图1是表示将本发明的实施例1的逆变器装置的功率集成模块排列设置装载在散热器上的模块配置构造的示意图；

图2是表示将本发明的实施例2的逆变器装置的功率集成模块排列设置装载在散热器上的模块配置构造的示意图；

图3是表示将本发明的实施例3的逆变器装置的功率集成模块排列设置装载在散热器上的模块配置构造的示意图；

图4是表示将本发明的实施例4的逆变器装置的功率集成模块排列设置装载在散热器上的模块配置构造的示意图；

图5是表示采用了图2的模块配置构造的逆变器组件的装配构造的透视影像图；

图6是组合两个功率集成模块而构成的电源再生型逆变器装置的电路图；

图7是表示将与图6的逆变器电路对应的功率集成模块排列设置装载在散热器上的现有的模块配置构造的图，（a）、（b）分别是不同的模块配置构造的示意图；

图8是表示组合多个功率集成模块，使电动机排列（并联，并列）运行的逆变器装置的电路图。

符号说明

＃1～＃4功率集成模块

SW开关电路部

Di二极管电路部

HS散热器

F风扇

M电动机

具体实施方式

下面，基于图1～图6表示的各实施例，对本发明的实施方式进行说明。另外，在实施例的图中，对与图7对应的同一部件添加相同的符号，省略其说明。

实施例1

首先，图1表示与本发明第一方面和第二方面的实施例1的模块配置构造图。该实施例1适用于图6的电源再生型逆变器装置，排列设置装载于散热器HS的两个功率集成模块＃1、＃2，沿着向散热器HS导引的冷却风的流向（箭头）前后列排列地配置为横向姿势，在此基础上，相对于配置于冷却风的上游侧的前列的模块＃1，配置于下游侧的后列的模块＃2将方向反转180度地设置。

根据上述的模块配置构造，模块＃1的开关电路部SW和模块＃2的二极管电路部Di、及模块＃1的二极管电路部Di和＃2的开关电路部SW分别前后彼此相对。

因此，沿散热器HS的散热翅片列通过了模块＃1的开关电路部SW（有发热）的区域的冷却风（箭头），流过模块＃2的二极管电路部Di（因“不使用”而无发热）的区域。另外，通过了模块＃1的二极管电路部Di（因“不使用”而无发热）的区域的冷却风，流过模块＃2的开关电路部SW（有发热）的区域。由此，能够避免伴随逆变器装置的运行而发热的模块＃1和模块＃2的开关电路部SW相互间的热干扰，使各模块的发热传热到散热器HS而有效地进行冷却。

并且，该散热器HS的所需面积与图7（a）的模块配置构造相比，宽度尺寸变小，另外与图7（b）相比，长度尺寸L变小，由此能够小型、紧凑地构成逆变器装置。

实施例2

接着，图2表示本发明第三方面的实施例2的模块配置构造。在该实施例中，将配置于散热器HS的前列（冷却风的上游侧）的模块＃1配置为左右朝向，配置于后列的模块＃2将方向旋转90度，纵向配置于模块＃1中的二极管电路部Di的背后。

根据该模块配置构造，与上述实施例1同样地能够避免伴随逆变器装置的运行而发热的模块＃1、＃2的开关电路部SW相互间的热干扰，并且与上述实施例1同样地使各模块的发热传热到散热器HS而有效地进行冷却。

另外，与实施例1的模块配置构造（参照图1）相比，该实施例2的散热器HS的所需长度尺寸稍微增大，但优点是对连接模块＃1和模块＃2之间的DC连接器的导体棒（conductivebars），能够以短距离进行配线。即，功率集成模块产品，从其封装周缘引出的P、N端子被配置于二极管电路部侧的角部。因此，如用图5所示的表示逆变器组件的装配构造的透视影像图判明的那样，通过如图2所示的方式配置模块＃1和＃2，能够将在模块相互间进行配线的DC连接器的+侧母线P和-侧母线N以短距离进行配线。要注意的是这点，在实施例1的模块配置构造（参照图1）中，为了使连接各模块的P、N端子之间的DC连接器的导体棒围绕在模块外侧，配线的长度加长。另外，在图5的图中，UC表示逆变器装置的组件箱，C表示与DC连接器连接的平滑电容器，Pt表示印制电路板，T表示端子台，组件箱（unitcase）UC将风扇F设置为向上的纵向姿势，并且朝向散热器HS的散热翅片地向组件箱UC的内部吹送冷却风。

实施例3

接着，作为本发明的实施例3，图3表示适用于图6的逆变器装置的第四方面的模块配置构造。在该实施例3中，前后列排列地装载于散热器HS上的两个功率集成模块＃1、＃2在相同的左右方向上一致，在此基础上，在向散热器HS的散热翅片列导引的冷却风的流向（箭头），将模块＃1和＃2沿左右方向偏移半个长度（pitch）地排列。

因此，在该模块配置构造中，模块＃2的开关电路部SW（有发热）与前列的模块＃1的二极管电路部Di（因“不使用”而无发热）的背后彼此相对。由此，与上述实施例1、2同样地，能够避免模块＃1和＃2之间的热干扰，并且能够使模块＃1和＃2的开关电路部SW的发热有效地传热到散热器HS而进行冷却。

实施例4

接着，作为本发明的实施例4，图4表示适用于图8的逆变器装置的第四方面的模块配置构造。在该实施例4中，如图示所示，将4个功率集成模块＃1～＃4前后分成两列地排列设置于散热器HS上后，与上述实施例3同样地将排在前列的模块和排在后列的模块在左右方向上各偏移半个长度地排列成锯齿状，各模块的开关电路部SW彼此前后不重合。

另外，在图8的逆变器装置中，将与商业用电源连接的、组装于输入侧的功率集成模块＃1的二极管电路部Di作为公用变换器使用，对其他的模块＃2～＃4经由DC连接器进行供电，在逆变器装置运行时，模块＃1的二极管电路部Di通电并发热。

于是，在该实施例中设定为，将模块＃1配置于散热器HS的右端侧（后列的右端），冷却风向二极管电路部Di的区域流动。

Claims

1.一种逆变器装置，组合多个将开关电路部和二极管电路部左右排列地收纳于一个封装中的功率集成模块而组成逆变器电路，且将各功率集成模块一并排列设置装载于风冷式散热器上，其中，所述开关电路部是将6个开关元件全桥连接而构成的，所述二极管电路部是将6个二极管元件全桥连接而构成的，所述逆变器装置的特征在于：

将使所述二极管电路部为不使用的多个功率集成模块组合而构成逆变器装置的电路，

将所述各功率集成模块在向散热器导引的冷却风的送风方向上配置成前后两列，并且以各功率集成模块的开关电路部彼此前后不重合的方式偏置排列。

2.一种逆变器装置，组合多个将开关电路部和二极管电路部左右排列地收纳于一个封装中的功率集成模块而组成逆变器电路，且将各功率集成模块一并排列设置装载于风冷式散热器上，其中，所述开关电路部是将6个开关元件全桥连接而构成的，所述二极管电路部是将6个二极管元件全桥连接而构成的，所述逆变器装置的特征在于：

将使所述二极管电路部为不使用的功率集成模块和使用所述二极管电路部的功率集成模块组合而构成逆变器装置的电路，

3.如权利要求1或者2所述的逆变器装置，其特征在于：

相对于排列设置装载于散热器的一个功率集成模块，将另一个功率集成模块的朝向反转180度，以各功率集成模块的开关电路部不在前后相同位置彼此重合的方式配置。

4.如权利要求1或者2所述的逆变器装置，其特征在于：

相对于排列设置装载于散热器的一个功率集成模块，将另一个功率集成模块的朝向转变90度，以各功率集成模块的开关电路部不在前后相同位置彼此重合的方式配置。

5.如权利要求1或者2所述的逆变器装置，其特征在于：

将分为前后列地排列设置装载于散热器的多个功率集成模块，在左右方向上偏移半个长度地排列成锯齿状。