CN107466442B - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的为既维持高性能的电力变换装置，又实现电力变换装置的高度的降低。本发明的电力变换装置具备第一功率半导体模块、第二功率半导体模块、第三功率半导体模块、以及传递或检测U相、V相、W相交流电流的交流电路体，在将沿着上述第一功率半导体模块和上述第二功率半导体模块的排列方向的方向定义为第一列的情况下，上述第三功率半导体模块和上述交流电路体沿作为与上述第一列平行的方向的第二列配置，上述交流电路体配置于空间，该空间在与上述第一列成直角的方向上与上述第二功率半导体模块对置，并且在与上述第二列平行的方向上与上述第三功率半导体模块对置。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及将直流电力变换成交流电力，或者将交流电力变换成直流电力的电力变换装置，特别涉及适于搭载于车辆的电力变换装置。

背景技术

混合动力车、电动车设有对驱动用马达进行驱动及控制的电力变换装置。该电力变换装置配置于车辆的各种位置，但是，根据配置部位，要求在电力变换装置的高度方向上缩小、要求在电力变换装置的宽度方向上缩小。就前者的代表性的壳体而言，电力变换装置配置于驾驶员座椅、副驾驶座椅正下。

日本特开2013－027218号公报(专利文献1)通过将三个功率半导体模块排成一列而实现了电力变换装置的高度的降低。

日本特开2013－233052号公报(专利文献2)记载的电力变换装置将两个功率半导体模块排成一列，并且将剩余的一个功率半导体模块配置于两个功率半导体模块的上方。

在专利文献1及专利文献2记载的电力变换装置中，未充分考虑既维持高性能的电力变换装置，又实现电力变换装置的高度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－027218号公报

专利文献2：日本特开2013－233052号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的电力变换装置既维持高性能的电力变换装置，又实现电力变换装置的高度的降低。

用于解决课题的方案

本发明的电力变换装置具备输出U相交流电流的第一功率半导体模块、输出V相交流电流的第二功率半导体模块、输出W相交流电流的第三功率半导体模块、以及传递或检测上述U相交流电流、上述V相相交流电流、上述W相交流电流的交流电路体，在将沿着上述第一功率半导体模块和上述第二功率半导体模块的排列方向的方向定义为第一列的情况下，上述第三功率半导体模块和上述交流电路体沿作为与上述第一列平行的方向的第二列配置，上述交流电路体配置于空间，该空间在与上述第一列成直角的方向上与上述第二功率半导体模块对置，并且在与上述第二列平行的方向上与上述第三功率半导体模块对置。

发明的效果

根据本发明，能够既维持高性能的电力变换装置，又实现电力变换装置的高度的降低。

附图说明

图1是本实施方式的电力变换装置的内部部件中与交流电路体150、第一交流中继母线杆104、第二交流中继母线杆105、第三交流中继母线杆106、以及其它部件相关的分解立体图。

图2是图1所示的电力变换装置的内部部件的立体图。

图3是本实施方式的电力变换装置的内部部件的分解立体图。

图4是图3所示的电力变换装置的内部部件的立体图。

图5是第一功率半导体模块101的外观立体图。

图6是除去了密封树脂331的电路体330的分解立体图。

具体实施方式

使用附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是本实施方式的电力变换装置的内部部件中与交流电路体150、第一交流中继母线杆104、第二交流中继母线杆105、第三交流中继母线杆106、以及其它部件相关的分解立体图。图2是图1所示的电力变换装置的内部部件的立体图。图3是本实施方式的电力变换装置的内部部件的分解立体图。图4是图3所示的电力变换装置的内部部件的立体图。

如图3所示，作为倒相电路，设置第一功率半导体模块101、第二功率半导体模块102以及第三功率半导体模块103。例如，第一功率半导体模块101为了输出U相交流电流而具备构成倒相电路的U相的上臂及下臂的多个开关元件。同样地，第二功率半导体模块102为了输出V相交流电流而具备构成倒相电路的V相的上臂及下臂的多个开关元件。第三功率半导体模块103为了输出W相交流电流而具备构成倒相电路的W相的上臂及下臂的多个开关元件。

图5是第一功率半导体模块101的外观立体图。第一功率半导体模块101通过正极端子311和负极端子312输入输出直流电力。交流端子313输出交流电力。信号端子314及315接受来自驱动电路的控制信号。

密封树脂331密封正极端子311的一部分、负极端子312的一部分、信号端子314及315的一部分、以及开关元件。壳体341收纳密封树脂331的一部分。

壳体341具备：形成有第一鳍片343a的第一散热基座部344a；与该第一散热基座部344a对置配置且形成有第二鳍片343b的第二散热基座部344b；以及连接第一散热基座部344a和第二散热基座部344b的框体342。

框体342经由连接部305而与第一散热基座部344a连接。第二散热基座部344b也同样地与框体342连接。

第一鳍片343a及第二鳍片343b、第一散热基座部344a及第二散热基座部344b优选由热传递良好的材料、例如纯铝材料、纯铜、铜合金等形成。框体342优选由生产率高且具有刚性的材料、例如铝压铸件材料、硬铝等形成。

通过FSW、硬钎焊而接合连接部305，对框体342和第一散热基座部344a、框体342和第二散热基座部344b进行密封。此外，在此，密封也可以通过O形环、粘接剂。

图6是除去了密封树脂331的电路体330的分解立体图。电路体330构成倒相电路的上臂及下臂，且具备上臂侧半导体元件323和下臂侧半导体元件324。

上臂侧半导体元件323由IGBT321U和二极管322U构成。IGBT321U及二极管322U经由焊锡360而与正极侧导体板334及第一中间导体板335连接。

IGBT321U经由接合线363而与信号端子314连接，经由信号端子314而从驱动电路接受控制信号。

下臂侧半导体元件324由IGBT321L和二极管322L构成。IGBT321L及二极管322L经由焊锡360而与第二中间导体板336和负极侧导体板337连接。

IGBT321L经由接合线363而与信号端子315连接，经由信号端子315而从驱动电路接受控制信号。

IGBT321U及IGBT321L也可以使用金属氧化物半导体型场效应晶体管(以下简记为MOSFET)。

第一中间导体板335经由焊锡361而与第二中间导体板336连接。负极侧导体板337具备中间直流负极端子316。中间直流负极端子316经由焊锡362而与负极端子312连接。

正极侧导体板334与正极端子311连接。第二中间导体板336与交流端子313连接。交流端子313也可以形成于第一中间导体板335。正极侧导体板334、第一中间导体板335、第二中间导体板336以及负极侧导体板337由铜等形成。

如图3所示，交流电路体150由交流母线杆107、电流传感器109、以及端子台110构成。交流母线杆107与第一交流中继母线杆104、第二交流中继母线杆105以及第三交流中继母线杆106的每一个连接。端子台110配置于与交流母线杆107和第一交流中继母线杆104等的连接部对置的位置，承受连接时的应力、使连接部的热向后述的流路形成体100传递。电流传感器109以贯通交流母线杆107的方式构成。

流路形成体100形成：收纳第一功率半导体模块101的第一收纳部112；收纳第二功率半导体模块102的第二收纳部113；以及收纳第三功率半导体模块103的第三收纳部114。在本实施方式中，这些第一收纳部112、第二收纳部113以及第三收纳部114兼顾用于流通制冷剂的流路空间，但是也可以构成为使流通制冷剂的配管与第一收纳部112接触。

第一压板117将第一功率半导体模块101及第二功率半导体模块102推压于流路形成体100。第二压板118将第三功率半导体模块103推压于流路形成体100。

在配置有第一压板117及第二压板118的空间与配置有第一交流中继母线杆104、第二交流中继母线杆105以及第三交流中继母线杆106的空间之间配置绝缘构件119。绝缘构件119具有对第一压板117等和第一交流中继母线杆104等进行绝缘的功能，并且具有将在第一交流中继母线杆104等产生的热经由第一压板117等向流路形成体100传递的功能。

将直流电力平滑化的电容器116收纳于形成于流路形成体100的电容器收纳部140。

第一直流母线杆115a与电容器116连接。本实施方式的第一直流母线杆115a包括正极侧母线杆、负极侧母线杆、以及配置于这些正极侧母线杆与负极侧母线杆之间的绝缘层。

第二直流母线杆115b与第一直流母线杆115a和第一功率半导体模块101等连接。本实施方式的第二直流母线杆115b与第一直流母线杆115a同样，包括正极侧母线杆、负极侧母线杆、以及配置于这些正极侧母线杆与负极侧母线杆之间的绝缘层。

连接部115d由第一直流母线杆115a的端子和第二直流母线杆115b的端子构成。在从箭头A的方向观察的情况下，该连接部115以比第一直流母线杆115a的宽度及第二直流母线杆115b的宽度小的宽度形成。由此，在第一功率半导体模块101、第二功率半导体模块102以及第三功率半导体模块103彼此流通的开关时的回流电流容易流至第二直流母线杆115b。另外，能够抑制向去除来自电源端子115c的噪声的噪声去除用电容器141混入第一功率半导体模块101等的开关噪声。

另外，直流母线杆分成第一直流母线杆115a和第二直流母线杆115b两个，且经由连接部115d而互相连接，因此容易吸收从电容器116到第一功率半导体模块101等的连接公差。

若将三个功率半导体模块排成一列而配置，则三个功率半导体模块的长边尺寸反映为电力变换装置的框体的尺寸，因此，电力变换装置的预定一方向的尺寸变大，配置效率也降低，因此，作为结果，存在导致电力变换装置大型化的问题。

因此，在本实施方式中，如图1及图2所示，在将沿着第一功率半导体模块101和第二功率半导体模块102的排列方向的方向定义为第一列151的情况下，第三功率半导体模块103和交流电路体150沿作为与第一列151平行的方向的第二列152配置。另外，交流电路体150配置于空间108，该空间108为在与第一列151成直角的方向上与第二功率半导体模块102对置，并且在与第二列152平行的方向上与第三功率半导体模块103对置。

由此，能够实现电力变换装置的长边方向及高度方向的小型化。另外，具有第一功率半导体模块101、第二功率半导体模块102以及第三功率半导体模块103的每一个到交流电路体150的配线距离均匀化的倾向，提高交流配线的配线效率，有助于电力变换装置的小型化。另外，提高交流配线的配线效率能够实现交流配线的发热量的降低。

另外，本实施方式的流路形成体100形成有：以第一功率半导体模块101被流路夹持的方式进行收纳的第一收纳部112；以第二功率半导体模块102被流路夹持的方式进行收纳的第二收纳部113；以及以第三功率半导体模块103被流路夹持的方式进行收纳的第三收纳部114。由此，交流电路体150配置于被第一收纳部112、第二收纳部113以及第三收纳部114包围的位置，因此能够大幅提高交流电路体150的冷却性能。

特别地，构成交流电路体150的部件中的电流传感器109由于需要优先远离热源，因此配置于被第一收纳部112、第二收纳部113以及第三收纳部114包围的位置。另外，交流母线杆107为了增大与流路形成体100的热接触，从流路形成体100的预定的一面以沿着另一面的方式弯曲。交流母线杆107的一部分从被第一收纳部112、第二收纳部113以及第三收纳部114包围的位置突出，形成端子。

符号说明

100—流路形成体，101—第一功率半导体模块，102—第二功率半导体模块，103—第三功率半导体模块，104—第一交流中继母线杆，105—第二交流中继母线杆，106—第三交流中继母线杆，107—交流母线杆，108—空间，109—电流传感器，110—端子台，112—第一收纳部，113—第二收纳部，114—第三收纳部，115a—第一直流母线杆，115b—第二直流母线杆，115d—连接部，116—电容器，117—第一压板，118—第二压板，119—绝缘构件，140—电容器收纳部，140、141—噪声去除用电容器，150—交流电路体，151—第一列，152—第二列，305—连接部，311—正极端子，312—负极端子，313—交流端子，314—信号端子，315—信号端子，316—中间直流负极端子，321L—IGBT，321U—IGBT，322L—二极管，322U—二极管，323—上臂侧半导体元件，324—下臂侧半导体元件，330—电路体，331—密封树脂，333—绝缘片，334—正极侧导体板，335—第一中间导体板，336—第二中间导体板，337—负极侧导体板，341—壳体，342—框体，343a—第一鳍片，343b—第二鳍片，344a—第一散热基座部，344b—第二散热基座部，350—密封部，351—密封构件，360—焊锡，361—焊锡，362—焊锡，363—接合线。

Claims (4)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：

输出U相、V相以及W相交流电流的三个功率半导体模块，该三个功率半导体模块包括：输出U相交流电流的第一功率半导体模块；输出V相交流电流的第二功率半导体模块；以及输出W相交流电流的第三功率半导体模块；以及

交流电路体，其传递或检测上述U相交流电流、上述V相交流电流以及上述W相交流电流，

上述三个功率半导体模块及上述交流电路体配置于以两行两列划分的四个区域的每一个区域，

上述交流电路体包括：对上述U相交流电流、上述V相交流电流以及上述W相交流电流中的至少两个进行检测的电流传感器；以及对传递上述U相交流电流、上述V相交流电流以及上述W相交流电流的交流母线杆进行支撑的端子台。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

在将沿着上述第一功率半导体模块和上述第二功率半导体模块的排列方向的方向定义为第一列的情况下，

上述第三功率半导体模块和上述交流电路体沿作为与上述第一列平行的方向的第二列而配置，

上述交流电路体配置于空间，该空间在与上述第一列成直角的方向上与上述第二功率半导体模块对置，并且在与上述第二列平行的方向上与上述第三功率半导体模块对置。

3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，

具备形成流通制冷剂的流路的流路形成体，

上述流路形成体形成：将上述第一功率半导体模块以被上述流路夹持的方式进行收纳的第一收纳部；将上述第二功率半导体模块以被上述流路夹持的方式进行收纳的第二收纳部；以及将上述第三功率半导体模块以被上述流路夹持的方式进行收纳的第三收纳部。

4.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，上述交流母线杆配置为至少一部分收纳于上述空间。