CN104335471B - 逆变器装置 - Google Patents

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Abstract

逆变器装置具有：散热框体，其具有主面、散热片、第1凹部以及第2凹部，该散热片配置在所述主面的相反侧，该第1凹部与所述主面中的对应于所述散热片的区域相邻而设置，该第2凹部与所述主面中的对应于所述散热片的区域相邻而设置；半导体模块，其配置在所述主面中的与所述散热片对应的区域，具有二极管模块以及逆变器模块；浪涌电流抑制电阻，其由封装材料封装在所述第1凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间；以及再生电阻，其由所述封装材料封装在所述第2凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间。

Description

逆变器装置
技术领域
本发明涉及一种逆变器装置。
背景技术
在专利文献1中，记载有如下技术，即在电气装置中，针对在上部安装有发热量大的电气部件的框体，在框体内部的空腔侧设置多个散热片，将作为电磁噪声的产生源的电气部件配置在框体的内部，将框体上部的电气部件和框体内部的电气部件通过电线进行电连接。由此，根据专利文献1，能够实现发热量大的电气部件的散热良好，并且从作为电磁噪声的产生源的电气部件向外部辐射的电磁噪声较小的电气装置。
专利文献1：日本特开平10-51912号公报
发明内容
在专利文献1所记载的技术中，为了对来自框体上部的电气部件的热量进行散热，需要在框体内部设置多个散热片，并且，为了减小从作为电磁噪声的产生源的电气部件向外部辐射的电磁噪声，需要将框体设为箱型，并将作为电磁噪声的产生源的电气部件以不与多个散热片碰触的方式收容在其内部。因此，电气装置作为整体易于大型化，难以减小部件安装空间。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种能够减小部件安装空间的逆变器装置。
为了解决上述课题，实现目的，本发明的1个技术方案涉及的逆变器装置的特征在于，具有：散热框体，其具有主面、散热片、第1凹部以及第2凹部，该散热片配置在所述主面的相反侧，该第1凹部与所述主面中的对应于所述散热片的区域相邻而设置，该第2凹部与所述主面中的对应于所述散热片的区域相邻而设置；半导体模块，其配置在所述主面中的与所述散热片对应的区域，具有二极管模块以及逆变器模块；浪涌电流抑制电阻，其由封装材料封装在所述第1凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间；以及再生电阻，其由所述封装材料封装在所述第2凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间。
发明的效果
根据本发明，由于能够抑制散热框体的高度使其不会高于散热片前端的高度，因此能够减少部件安装空间。
附图说明
图1是示出实施方式1涉及的逆变器装置的结构的图。
图2是示出实施方式1涉及的逆变器装置的结构的图。
图3是示出实施方式2涉及的逆变器装置的结构的图。
图4是示出实施方式2涉及的逆变器装置的结构的图。
图5是示出实施方式3涉及的逆变器装置的结构的图。
图6是示出实施方式3涉及的逆变器装置的结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明涉及的逆变器装置的实施方式。另外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式1
使用图1说明实施方式1涉及的逆变器装置1的电路结构。图1是示出逆变器装置1的电路结构的图。
逆变器装置1具有：半导体模块10、平滑电容器C、电流检测器CT、控制部CTRL、浪涌电流抑制电阻20、继电器RL、再生电阻30、再生二极管D、再生晶体管TR、电压传感器SNS。半导体模块10具有二极管模块10a以及逆变器模块10b。
逆变器装置1将从电源PS供给的交流电力利用二极管模块10a变换为直流电力，利用平滑电容器C使直流电力平滑，并将平滑后的直流电力在逆变器模块10b中通过多个开关元件的开关动作而变换为交流电力，将变换后的交流电力供给至电动机M而驱动电动机M。
此时，为了有效地通过平滑电容器C进行平滑化，有时在平滑电容器C中使用大容量的电容器。因此，在电源PS接通时，有可能向逆变器模块10b流入大的浪涌电流，如果大的浪涌电流流入，则逆变器模块10b内的多个开关元件有可能劣化。
为了抑制该浪涌电流，在二极管模块10a和逆变器模块10b之间的P线上并联连接浪涌电流抑制电阻20以及继电器RL，控制部CTRL在电源PS接通时使继电器RL成为开路状态而由浪涌电流抑制电阻20消耗二极管模块10a的输出电流。即，浪涌电流抑制电阻20电连接在二极管模块10a和逆变器模块10b之间。例如，浪涌电流抑制电阻20的一端T21与二极管模块10a的P侧输出端子T11连接，浪涌电流抑制电阻20的另一端T22与逆变器模块10b的P侧输入端子T13连接。
此外，如果从高速运转变为减速运转，则电动机M作为发电机而动作，因此有可能由于来自电动机M的再生电力而母线电压上升，如果母线电压上升，则逆变器装置1难以进行适当的电力变换动作。
为了抑制该母线电压的上升，在二极管模块10a和逆变器模块10b之间，在P线和N线之间连接再生二极管D以及再生晶体管TR，并在该再生二极管D与再生晶体管TR的中间节点和P线之间连接再生电阻30，控制部CTRL在利用电压传感器SNS检测出的逆变器模块10b的输入侧电压超过规定电压的情况下，使再生晶体管TR导通而由再生电阻30消耗来自电动机M的再生电力。即，再生电阻30电连接在二极管模块10a和逆变器模块10b之间。例如，再生电阻30的一端T31与二极管模块10a的P侧输出端子T11连接，再生电阻30的另一端T32经由再生二极管D而与逆变器模块10b的P侧输入端子T13连接，并经由再生晶体管TR而与逆变器模块10b的N侧输入端子T14连接。
如上所述，浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30电连接在半导体模块10中的二极管模块10a和逆变器模块10b之间，因此在安装时，优选配置在半导体模块10的附近。
下面，使用图2说明逆变器装置1的安装结构。图2是示出逆变器装置1的安装形式的图，图2(b)是示出逆变器装置1的安装结构的俯视图，图2(a)是用A-A线剖切图2(b)的俯视图的情况下的剖视图，图2(c)是用C-C线剖切图2(b)的俯视图的情况下的剖视图。
逆变器装置1具有散热框体40、半导体模块10、浪涌电流抑制电阻20、以及再生电阻30。
散热框体40收容浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30，并且在其主面40a上搭载有半导体模块10，多个散热片F1～F6与散热框体40的主体一体成型。浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30由封装材料51、52封装在散热框体40内。
具体而言，散热框体40如图2(a)～(c)所示，以大致长方体形状作为基本结构，并且形成有沿C-C线方向延伸的槽TR1～TR6和沿A-A线方向延伸的槽TR7。散热框体40例如通过铝压铸而一体成型为如图2(a)～(c)所示的形状。
更具体而言，散热框体40在主面40a的相反侧形成有槽TR1～TR6和槽TR7，在主面40a的相反侧配置有多个散热片F1～F6。在散热框体40的主面40a中，与散热片F1～F6对应的区域是区域40a1，在与该区域40a1相邻的区域40a2处设有第1凹部40b。在散热框体40中，包围第1凹部40b的壁部WL1经由槽TR7而与多个散热片F1～F6隔开。第1凹部40b具有与区域40a2对应的形状，例如形成为大致长方体形状。此外，在散热框体40的主面40a中，与散热片F1～F6对应的区域是区域40a1，在与该区域40a1相邻的区域40a3处，设有第2凹部40c。在散热框体40中，包围第2凹部40c的壁部WL2经由槽TR1而与多个散热片F1～F6隔开。第2凹部40c具有与区域40a3对应的形状，例如形成为大致长方体形状。
半导体模块10配置在散热框体40的主面40a中的与散热片F1～F6对应的区域40a1。由此，由半导体模块10中的多个开关元件的开关动作等产生的热量能够从主面40a中的区域40a1经由散热片F1～F6有效地散热。
浪涌电流抑制电阻20收容在第1凹部40b内，利用封装材料51封装在第1凹部40b内。封装材料51例如是具有导热性的胶合剂，将由浪涌电流抑制电阻20产生的热量向散热框体40的壁部WL1传递。由此，在浪涌电流抑制电阻20中产生的热量能够从封装材料51经由壁部WL1有效地散热。此外，壁部WL1与散热片F1～F6隔开，因此能够不与在半导体模块10中产生的热量的散热路径干涉，而对由浪涌电流抑制电阻20产生的热量进行散热。
再生电阻30收容在第2凹部40c内，利用封装材料52封装在第2凹部40c内。封装材料52例如是具有导热性的胶合剂，将由再生电阻30产生的热量向散热框体40的壁部WL2传递。由此，在再生电阻30中产生的热量能够从封装材料52经由壁部WL2有效地散热。此外，壁部WL2与散热片F1～F6隔开，因此能够不与在半导体模块10中产生的热量的散热路径干涉，而对在再生电阻30中产生的热进行散热。
此外，半导体模块10中作为二极管模块10a的输入端子Tr、Ts、Tt(图1)具有端子引脚P-Tr、P-Ts、P-Tt，端子引脚P-Tr、P-Ts、P-Tt经由印刷配线基板PCB与电源PS(参照图1)连接。半导体模块10中作为二极管模块10a的输出端子T11、T12(参照图1)具有端子引脚P-T11、P-T12，端子引脚P-T11经由印刷配线基板PCB与浪涌电流抑制电阻20的一端T21以及再生电阻30的一端T31(参照图1)连接。端子引脚P-T12经由印刷配线基板PCB与逆变器模块10b的N侧输入端子T14(参照图1)连接。
半导体模块10中作为逆变器模块10b的输入端子T 13、T14(参照图1)具有端子引脚P-T13、P-T14，端子引脚P-T13经由印刷配线基板PCB与浪涌电流抑制电阻20的另一端T22(参照图1)连接，并且经由印刷配线基板PCB以及再生二极管D(参照图1)与再生电阻30的另一端T32(参照图1)连接。半导体模块10中作为逆变器模块10b的输出端子Tu、Tv、Tw具有端子引脚P-Tu、P-Tv、P-Tw，端子引脚P-Tu、P-Tv、P-Tw经由印刷配线基板PCB与电动机M(参照图1)连接。
另外，图2所示的端子引脚的配置是一个例示，本发明不限于图2所示的情况。此外，图1中所示的平滑电容器C、继电器RL、再生二极管D、再生晶体管TR、以及电压传感器SNS在图2中没有图示，但例如可以是安装在印刷配线基板PCB上，也可以是安装在与印刷配线基板PCB相邻的位置处。
此处，考虑假设将在主面上配置有半导体模块10的散热框体形成为箱型，并在其内部安装有浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的情况。在该情况下，为了对来自散热框体主面上的半导体模块10的热量进行散热，需要在散热框体内部设置多个散热片，并且需要将浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30以不与多个散热片碰触的方式收容。因此，逆变器装置作为整体易于大型化，难以减小部件安装空间。
相对于此，在实施方式1中，浪涌电流抑制电阻20由封装材料51封装在第1凹部40b内，再生电阻30由封装材料52封装在第2凹部40c内，其中，该第1凹部40b与主面40a中的对应于散热片F1～F6的区域相邻而设置，该第2凹部与主面40a中的对应于散热片F1～F6的区域相邻而设置。由此，能够抑制散热框体40的高度H(参照图2(a))使其不会高于散热片F1～F6的前端的高度，因此能够减小部件安装空间。
或者，考虑假设将浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30安装在印刷配线基板PCB上的情况。在该情况下，为了固定位置、电阻线断开时的保护，这些电阻需要收纳在陶瓷或金属的壳体中并利用胶合剂进行封装。由此，浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的制造成本容易变高，有可能逆变器装置的制造成本也变高。
相对于此，在实施方式1中，将浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30埋入第1凹部40b内以及第2凹部40c内，不需要为了保护内置的电阻而覆盖的陶瓷或铝的框体，因此能够价廉地得到再生电阻、浪涌电流抑制电阻的功能。由此，能够减少浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的制造成本，能够减少逆变器装置的制造成本。此外，由于将浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30埋入第1凹部40b内以及第2凹部40c内，因此无需通过固定螺钉等进行安装，能够削减装配工时。
此外，在实施方式1中，电连接于二极管模块10a和逆变器模块10b之间的浪涌电流抑制电阻20封装在位于与半导体模块10相邻的位置处的第1凹部40b内，电连接于二极管模块10a和逆变器模块10b之间的再生电阻30封装在位于与半导体模块10相邻的位置处的第2凹部40c内。由此，能够容易地将浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30各自与二极管模块10a以及逆变器模块10b之间的配线长度设为较短。
此外，在实施方式1中，散热框体40例如通过铝压铸而一体成型。散热片F1～F6与散热框体40一体化，因此也无需将散热片F1～F6连接至散热框体40，能够削减装配工时。
或者，考虑假设将在主面上配置有半导体模块10的散热框体形成为箱型，并在其内部设置多个散热片，在散热片之间利用导热性的固定材料来固定浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30而进行安装的情况。在该情况下，在由半导体模块10产生的热量从散热框体的主面经由散热片进行散热时，在浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30中产生的热量容易发生干涉，例如有可能生成与从散热框体的主面朝向散热片的方向相反方向的热流，难以对于半导体模块10、浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的每一个都进行有效的散热。
相对于此，在实施方式1中，将第1凹部40b包围的壁部WL1经由槽TR7与多个散热片F1～F6隔开。由此，能够不与在半导体模块10中产生的热的散热路径发生干涉而对在浪涌电流抑制电阻20中产生的热进行散热。此外，将第2凹部40c包围的壁部WL2经由槽TR1与多个散热片F1～F6隔开。由此，能够不与在半导体模块10中产生的热的散热路径发生干涉而对在再生电阻30中产生的热进行散热。因此，易于针对半导体模块10、浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的每一个进行有效的散热。
实施方式2
下面，对实施方式2涉及的逆变器装置1i进行说明。下面，以与实施方式1不同的部分为中心进行说明。
在实施方式1中，没有特别考虑浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的温度，但在实施方式2中，设为能够监视浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的温度。
具体而言，如图3所示，逆变器装置1i还具有温度传感器(第1温度传感器)61i以及温度传感器(第2温度传感器)62i。图3是示出逆变器装置1i的电路结构的图。温度传感器61i对浪涌电流抑制电阻20的温度进行检测，并将检测结果向控制部CTRL供给。温度传感器62i对再生电阻30的温度进行检测，并将检测结果向控制部CTRL供给。控制部CTRL根据温度传感器61i的检测结果和温度传感器62i的检测结果，例如通过对浪涌电流抑制电阻20的温度和规定的第1阈值进行比较，对再生电阻30的温度和规定的第2阈值进行比较等，而判断浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30中的至少一者是否发生异常发热。控制部CTRL在浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30中的至少一者发生异常发热的情况下，通过使电源PS断开等，而使逆变器装置1i停止。由此，能够抑制浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的至少一者的烧毁等。
此外，逆变器装置1i的安装结构如图4所示，在以下方面与实施方式1不同。图4是示出逆变器装置1i的安装结构的图。
温度传感器61i与浪涌电流抑制电阻20一起收容在第1凹部40b内，与浪涌电流抑制电阻20一起利用封装材料51封装在第1凹部40b内。由此，温度传感器61i能够检测浪涌电流抑制电阻20的温度。此外，温度传感器61i的未图示的配线经由印刷配线基板PCB与控制部CTRL(参照图3)连接。温度传感器61i例如是热敏电阻、测温电阻体、以及热电偶等。
温度传感器62i与再生电阻30一起收容在第2凹部40c内，与再生电阻30一起利用封装材料52封装在第2凹部40c内。由此，温度传感器62i能够检测再生电阻30的温度。此外，温度传感器62i的未图示的配线经由印刷配线基板PCB与控制部CTRL(参照图3)连接。温度传感器62i例如是热敏电阻、测温电阻体以及热电偶等。
如上所述，在实施方式2中，温度传感器61i与浪涌电流抑制电阻20一起利用封装材料51封装在第1凹部40b内，温度传感器62i与再生电阻30一起利用封装材料52封装在第2凹部40c内。由此，能够抑制部件安装空间的增大，并且能够监视浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30的温度。
实施方式3
下面，对实施方式3涉及的逆变器装置1j进行说明。下面，以与实施方式1不同的部分为中心进行说明。
在实施方式1中经由印刷配线基板PCB进行了半导体模块10和浪涌电流抑制电阻20之间的电连接以及半导体模块10和再生电阻30之间的电连接，但在实施方式3中，半导体模块10和浪涌电流抑制电阻20之间的电连接以及半导体模块10和再生电阻30之间的电连接不经由印刷配线基板PCB。
具体而言，如图5所示，在逆变器装置1j中，半导体模块10j除了包含二极管模块10a以及逆变器模块10b之外，还包含再生二极管D、再生晶体管TR、以及电压传感器SNS。由此，在半导体模块10j中，能够作为用于与浪涌电流抑制电阻20的一端T21以及另一端T22直接连接的端子，而设置端子T111j以及端子T131j，能够作为用于与再生电阻30的一端T31以及另一端T32直接连接的端子，而设置端子T112j以及端子T132j。
此外，逆变器装置1j的安装结构如图6所示，在以下方面与实施方式1不同。图6是示出逆变器装置1j的安装结构的图。
半导体模块10j中作为端子T111j、T131j(参照图5)而具有端子引脚P-T111j、P-T131j，端子引脚P-T111j、P-T131j从半导体模块10j延伸至第1凹部40b内而与浪涌电流抑制电阻20的两端T21、T22(参照图5)连接。
半导体模块10j中作为端子T112j以及端子T132j(参照图5)而具有端子引脚P-T112j、P-T132j，端子引脚P-T112j、P-T132j从半导体模块10j延伸至第2凹部40c内而与再生电阻30的两端T31、T32(参照图5)连接。
如上所述，在实施方式3中，端子引脚P-T111j、P-T131j从半导体模块10j延伸至第1凹部40b内而与浪涌电流抑制电阻20的两端连接，端子引脚P-T112j、P-T132j从半导体模块10j延伸至第2凹部40c内而与再生电阻30的两端连接。由此，能够容易地减小散热框体40的俯视方向的宽度W，能够进一步减小部件安装空间。
此外，在实施方式3中，能够减少浪涌电流抑制电阻20以及再生电阻30各自与二极管模块10a以及逆变器模块10b之间的配线数量，能够进一步削减装配工时。
工业实用性
如以上所述，本发明涉及的逆变器装置在半导体模块的安装中是有用的。
标号的说明
1、1i、1j 逆变器装置
10、10j 半导体模块
10a 二极管模块
10b 逆变器模块
20 浪涌电流抑制电阻
30 再生电阻
40 散热框体
40a 主面
40b 第1凹部
40c 第2凹部
51、52 封装材料
61i、62i 温度传感器
F1～F6 散热片

Claims (6)

1.一种逆变器装置，其特征在于，具有：
电阻；
散热框体，其在设置于主面的第1区域处的凹部内收容所述电阻，并对所述电阻的热量进行散热；以及
半导体模块，其与所述主面中的第2区域热接触，具有二极管模块以及逆变器模块，且所述电阻电连接于该二极管模块和该逆变器模块之间，
所述散热框体具有：
散热片，其在所述主面的相反侧设置于与所述第2区域对应的位置；以及
壁部，其经由槽与所述散热片隔开，并以包围所述凹部的方式设置在对应于所述第1区域的位置，
在所述散热框体中，在所述第1区域中与所述第2区域在第1侧相邻的第1部分处形成第1凹部，在所述第1区域中与所述第2区域在第2侧相邻的第2部分处形成第2凹部，
所述电阻包含：
第1电阻，其收容在所述第1凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间；以及
第2电阻，其收容在所述第2凹部内，且电连接于所述二极管模块和所述逆变器模块之间，
所述壁部包含：
第1壁部，其经由沿与所述散热片交叉的方向延伸的槽与所述散热片隔开，并以包围所述第1凹部的方式设置在所述第2区域的所述第1侧所对应的位置；以及
第2壁部，其经由在沿所述散热片的方向上延伸的槽与所述散热片隔开，并以包围所述第2凹部的方式设置在所述第2区域的所述第2侧所对应的位置，
所述第1电阻是能够消耗所述二极管模块的输出电流的浪涌电流抑制电阻，所述第2电阻是能够消耗由所述逆变器装置驱动的电动机的再生电力的再生电阻，
所述散热框体具有多个第2槽，这些第2槽用于形成多个所述散热片，
所述多个第2槽的每一个沿下述方向延伸，即与在沿所述散热片的方向上延伸的槽相同的方向，
在沿所述散热片的方向上延伸的槽的宽度大于所述多个第2槽的每一个的宽度。
2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第1电阻由导热性的第1封装材料封装在所述第1凹部内，
所述第2电阻由导热性的第2封装材料封装在所述第2凹部内。
3.根据权利要求2所述的逆变器装置，其特征在于，还具有：
第1温度传感器，其由所述第1封装材料与所述第1电阻一起封装在所述第1凹部内，对所述第1电阻的温度进行检测；以及
第2温度传感器，其由所述第2封装材料与所述第2电阻一起封装在所述第2凹部内，对所述第2电阻的温度进行检测。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器装置，其特征在于，
所述半导体模块还具有：
与所述二极管模块连接的第1端子引脚；
与所述逆变器模块连接的第2端子引脚；
与所述二极管模块连接的第3端子引脚；以及
与所述逆变器模块连接的第4端子引脚，
所述第1端子引脚以及所述第2端子引脚从所述半导体模块延伸至所述第1凹部内而与所述第1电阻的两端电连接，
所述第3端子引脚以及所述第4端子引脚从所述半导体模块延伸至所述第2凹部内而与所述第2电阻的两端电连接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器装置，其特征在于，
所述第1以及第2凹部形成为大致长方体形状。
6.根据权利要求5所述的逆变器装置，其特征在于，
所述散热框体通过铝压铸而一体成型。
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