CN108573939B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括半导体模块和多个冷却管道的堆叠的电力转换装置。所述冷却管道中的每一个都包括导电的第一和第二外壳板。所述外壳板中的每一个都包括流动路径限定部分和流动路径外周边，所述流动路径限定部分在所述外壳板之间限定冷却剂流动路径，并且所述流动路径外周边形成所述流动路径限定部分的圆周。所述外壳板中的至少一个的所述流动路径外周边具有形成于其上的外壳突出部，所述外壳突出部被搁置成与从所述半导体模块延伸的电源端子或控制端子重叠以消除如围绕所述电源端子或所述控制端子所产生的磁通量，由此减小所述电源端子或所述控制端子的电感。

Description

电力转换装置
背景
1.技术领域
本发明总体上涉及一种配备有半导体模块和冷却管道的电力转换器。
2.背景技术
通常，如逆变器或变流器等电力转换装置配备了其中安装有半导体器件的半导体模块。半导体模块通常被设计成具有延伸到模块本体外部的多个电源端子和多个控制端子。电源端子连接至汇流条。控制端子连接至控制电路板。这些安排形成了包括电源端子的电流环路以及包括控制端子的电流环路。
电流环路具有寄生电感。因此，期望减小电源端子或控制端子的电感以便降低半导体模块中的开关浪涌或开关损耗。
日本专利第一公开号2007-173372公开了一种电力转换装置，所述电力转换装置配备有半导体模块以及工作以冷却所述半导体模块的冷却管道。冷却管道中的每一个都具有中间板，所述中间板延伸到冷却管道外部以便提高降低电力转换装置中温升的效率。具体地，冷却管道中的每一个都具有一对外壳板以及布置在外壳板之间的中间板。中间板延伸到外壳板外部。
如以下所讨论的，上述电力转换装置仍具有改进空间。
中间板具有突出到外壳板外部并且在半导体模块堆叠的方向(此方向在下文中还将被称为堆叠方向)上与电源端子或控制端子重叠的部分。中间板的突出部用于减少电源端子或控制端子的电感并且用于最小化电力转换装置中的温升。具体地，电流流过电源端子的电流环路产生了磁通量，所述磁通量通过突出部并且随着时间而变化，由此产生在突出部中流动的涡电流。对涡电流进行引导以消除磁通量，由此减小电源端子的电感。在突出部被搁置成面向控制端子的情况下，同样提供了相同的有益优点。
然而，突出部由中间板的一部分形成，从而导致难以更靠近电源端子或控制端子来放置突出部，这可能导致电感的不充分减小。
中间板的大部分都布置在冷却管道内部。因而，中间板通常由薄板制成，这可能导致中间板的突出部缺少机械强度。因此，存在这样一种风险：在生产或维护电力转换装置时，突出部被不期望地变形，这对电力转换装置的突出部产生了不利影响。因此，电力转换装置的生产率仍然存在改进空间。
当突出部在与电源端子或控制端子延伸的方向不同的方向上延伸时，这并不确保电源端子或控制端子的电感减小并且还导致了增大电力转换装置的大小的因素。
发明内容
因此，本公开的目的是提供一种电力转换装置，所述电力转换装置被设计成增强电感减小、提高其生产率并且使能够减小其大小。
根据本发明的一个方面，提供了一种电力转换装置，包括：(a)半导体模块(2)，所述半导体模块包括其中安装有半导体器件(20)的模块本体(21)、从所述模块本体延伸的多个电源端子(22，22P，22N，22O)以及从所述模块本体延伸的多个控制端子(23，23G，23E)，所述模块本体具有主表面；以及(b)第一和第二冷却管道(3)，所述第一和第二冷却管道通过所述半导体模块而被堆叠在彼此上并且将所述模块本体的所述主表面固持在其之间。
所述电源端子在第一高度方向上从所述模块本体延伸，所述第一高度方向是与所述第一和第二冷却管道以及所述半导体模块堆叠的堆叠方向(X)垂直的高度方向(Z)之一。
所述控制端子在第二高度方向上从所述模块本体延伸，所述第二高度方向是所述高度方向(Z)之一。
所述第一和第二冷却管道中的每一个都包括第一和第二外壳板，所述第一和第二外壳板是导电的并且在所述堆叠方向上面向彼此。所述第一和第二外壳板在其之间形成了冷却剂流动路径(3)。
所述第一和第二外壳板中的每一个都包括流动路径限定部分(311)和流动路径外周边(312)，所述流动路径限定部分限定所述冷却剂流动路径，并且如在所述堆叠方向上观察的，所述流动路径外周边形成所述流动路径限定部分的外圆周。
所述第一和第二外壳板中的至少一个的所述流动路径外周边包括外壳突出部(32)，所述外壳突出部在所述高度方向上被定位在所述流动路径限定部分的侧面之一上。
所述外壳突出部具有为所述外壳突出部的外边缘与所述流动路径限定部分的外边缘之间距离的突出尺寸(ha，hb)，所述突出尺寸被选择为大于所述流动路径外周边的圆周侧部分(33)的突出尺寸(k)，所述圆周侧部分在垂直于所述高度方向和所述堆叠方向的横向方向(Y)上从所述流动路径限定部分向外突出。
所述外壳突出部被搁置成在所述堆叠方向上与所述电源端子或所述控制端子重叠。
如上所述，电力转换装置被设计成具有外壳突出部，所述外壳突出部在堆叠方向X上与电源端子或控制端子重叠。这使得外壳突出部在电流流过电源端子或控制端子时产生涡电流。涡电流用于消除由涡电流的电流环路产生的磁通量，由此引起面向外壳突出部的电源端子或和控制端子的电感减小。
外壳突出部由外壳板的一部分形成。这使得外壳突出部被布置成在堆叠方向上靠近电源端子或控制端子。
组成冷却管道的第一和第二外壳板中的每一个都被设计成具有相对大的厚度。因此，由外壳板的一部分制成的外壳突出部具有相对大的厚度，由此确保外壳突出部的期望机械强度。这使外壳突出部的不期望变形的风险最小化，这提高了电力转换装置的生产率。
外壳突出部离流动路径限定部分的突出尺寸被选择为大于圆周侧部分的突出尺寸。这使冷却管道在横向方向Y上的尺寸最小化。换言之，外壳突出部并不导致冷却管道在横向方向上的尺寸增大，由此便于容易地减小电力转换装置的大小。
如根据以上讨论而显而易见的，电力转换装置被设计成减小电源端子或控制端子的电感、提高其生产率并且使其大小很够减小。
括号中的符号表示权利要求书中的术语与稍后将描述的实施例中描述的术语之间的对应关系，但是不仅限于本公开中所提及的部件。
附图说明
从以下给出的详细说明中以及从本发明的优选实施例的附图中将更完整地理解本发明，然而，本发明的优选实施例不应视为将本发明限制于特定实施例，而是仅用于解释和理解的目的。
在附图中：
图1是部分侧视图，展示了根据第一实施例的电力转换装置；
图2是平面图，展示了第一实施例中的半导体模块和冷却器；
图3是平面图，展示了第一实施例中的半导体模块和冷却管道的堆叠；
图4是前视图，展示了第一实施例中的半导体模块和冷却管道；
图5是前视图，展示了第一实施例中的半导体模块；
图6是前视图，展示了第一实施例中的冷却管道；
图7是透视截面视图，展示了第一实施例中的冷却管道；
图8是电路图，部分地展示了第一实施例中的电力转换装置的电路结构；
图9是说明性视图，展示了在第一实施例中的半导体模块中产生的电流环路；
图10是前视图，展示了第二实施例中的半导体模块和冷却管道；
图11是电路图，部分地展示了第二实施例中的电力转换装置的电路结构；
图12是前视图，展示了第三实施例中的半导体模块和冷却管道；
图13是电路图，部分地展示了第三实施例中的电力转换装置的电路结构；
图14是部分截面视图，展示了第四实施例中的电力转换装置；
图15是前视图，展示了第四实施例中的半导体模块和冷却管道；
图16是部分截面视图，展示了第五实施例中的电力转换装置；
图17是部分截面视图，展示了第六实施例中的电力转换装置；
图18是部分截面视图，展示了第七实施例中的电力转换装置；
图19是部分截面视图，展示了电力转换装置的修改形式；并且
图20是部分截面视图，展示了电力转换装置的修改形式。
具体实施方式
第一实施例
现在参照附图，其中，贯穿多个视图，相似参考号将指代相似部件，具体地，对于图1至图9，示出了根据第一实施例的电力转换装置1。如图1至图3所示，电力转换装置1配备有半导体模块2和多个冷却管道(即，冷却管)3，所述多个冷却管道被堆叠以将半导体模块2中的每一个的相反表面固持在所述冷却管道之间。
如图2、图4和图5所示，半导体模块2中的每一个都配备有其中安装有半导体器件20的模块本体21、从模块本体21突出的多个电源端子22、以及从模块本体21突出的多个控制端子23。
电源端子22在电力转换装置1的高度方向Z中的同一高度方向上从模块本体21延伸。控制端子23在高度方向Z中的同一高度方向上从模块本体21延伸。
高度方向Z是垂直于堆叠方向X的方向，所述堆叠方向是冷却管道3和半导体2堆叠的方向。高度方向Z被定向为平行于电源端子22和控制端子23从模块本体21突出的方向(即，电源端子22和控制端子23的纵向方向)。垂直于堆叠方向X和高度方向Z两者的方向将被称为横向方向Y。横向方向Y和高度方向Z仅仅是为了方便起见而定义的，并且并不指定电力转换装置1的定向。电力转换装置1的定向可以根据其用途类型而改变。
如图2和图7所示，冷却管道3中的每一个都配备有一对外壳板31(所述外壳板在下文中还将被称为第一和第二外壳板)，所述外壳板面向彼此，换言之，在堆叠方向X上彼此相对，并且由导电材料制成。冷却管道3中的每一个都具有外壳板31之间的冷却剂流动路径30。如图2、图6和图7所示，外壳板31中的每一个都配备有流动路径限定部分311和流动路径外周边312。流动路径限定部分311限定了相邻外壳板31之间的冷却剂流动路径30。如从堆叠方向X上观察的，流动路径外周边312形成了流动路径限定部分311的外圆周。
所述一对外壳板31中的至少一个的流动路径外周边312可以被设计成具有在高度方向Z之一上延伸或突出的外壳突出部32。在此实施例中，如图4和图7清楚所示，外壳板31中的每一个都具有外壳板突出部32。具体地，外壳板31具有形成于流动路径限定部分311的在高度方向Z上彼此相对的侧面上的外壳突出部32。每对外壳板31都具有主表面在堆叠方向X上面向彼此的外壳突出部32。
如图6所示，作为流动路径限定部分311的外边缘(即，侧边缘)与外壳突出部32的外边缘(即，侧边缘)之间在高度方向Z上的尺寸或距离(所述尺寸或距离在下文中还将被称为突出尺寸)，外壳突出部32的宽度ha和hb被选择为大于冷却管道3的如图2中在堆叠方向X上限定的厚度d。宽度ha和hb中的每一个还被选择为大于流动路径外周边312的圆周侧部分33中的每一个的如在横向方向Y上限定的宽度k。圆周侧部分33中的每一个都是流动路径外周边312的在外壳突出部32的侧边缘之间延伸并且在横向方向Y上从流动路径限定部分311向外突出的部分。换言之，宽度k(所述宽度在下文中还将被称为突出尺寸)是圆周侧部分33的尺寸，即，流动路径限定部分311的外圆周与圆周侧部分33中的每一个的外边缘之间在横向方向Y上的距离。外壳突出部32中的每一个都被搁置成在堆叠方向X上与电源端子22或控制端子23重叠。
半导体模块2中的每一个都被设计成具有电源端子22和控制端子23，所述电源端子在高度方向Z之一上从所述半导体模块的主体延伸，并且所述控制端子在与电源端子22延伸的方向相反的方向上从所述主体延伸。外壳板31中的每一个都具有分别在相反方向(即，高度方向Z)上从所述外壳板延伸的外壳突出部32。具体地，外壳突出部32包括外壳突出部32a和外壳突出部32b(这些外壳突出部在下文中还将被称为第一和第二外壳突出部)。从外壳板31中的每一个的侧边缘中的一个侧边缘朝着电源端子22延伸的外壳突出部32a被搁置成在堆叠方向X上与电源端子22物理地重叠。从外壳板31中的每一个的侧边缘中的另一个侧边缘向控制端子23延伸的外壳突出部32b被搁置成在堆叠方向X上与控制端子23物理地重叠。
在本公开中，电源端子22在高度方向Z之一上从半导体模块2中的每一个的模块本体21延伸的方向还被称为上侧或向上方向，而与这种方向相反的方向还被称为下侧或向下方向。然而，仅为了方便起见而使用这些方向，而不论电力转换装置1在被实际使用时的定向如何。
外壳突出部32a中的每一个的宽度ha(换言之，外壳突出部32a在向上方向上延伸的距离)可以与外壳突出部32b中的每一个的宽度hb(换言之，外壳突出部32b在向下方向上延伸的距离)完全相同或不同。圆周侧部分33中的每一个的宽度k小于冷却管道3中的每一个在堆叠方向X上的厚度d。
如图3至图5清楚所示，半导体模块2中的每一个的电源端子22在横向方向Y上对齐。类似地，半导体模块2中的每一个的控制端子23在横向方向Y上对齐。相邻电源端子22在横向方向Y上被安排成彼此远离。换言之，在横向方向Y上在每两个相邻电源端子22之间存在孔隙空间或区域。外壳突出部32a在堆叠方向X上面向孔隙区域。换言之，外壳突出部32a中的每一个都在横向方向Y上连续延伸并且与在横向方向Y上成一直线地彼此间隔开的所有电源端子22重叠。
类似地，外壳突出部32b中的每一个都在横向方向Y上连续延伸并且与在横向方向Y上成一直线地彼此间隔开的所有控制端子23重叠。
在此实施例中，外壳突出部32中的每一个都不在高度方向Z上从冷却管道3之一的在横向方向Y上的整个长度延伸，但是从冷却管道3的长度的一部分延伸。替代性地，外壳突出部32中的每一个都可以被设计成在横向方向Y上沿着冷却管道3的整个长度连续延伸。
如图2和图7清楚所示，冷却管道3中的每一个都配备有插置在冷却管道的外壳板31之间的中间板34。中间板34在其端部部分处被外壳板31的流动路径外周边312牢固地固持。中间板34具有与外壳突出部32重叠的中间突出部341。
中间板34由具有两个相反主表面的平板制成。中间板34被外壳板31夹置在中间板的主表面处并且被焊接在一起。中间板34以及外壳板31中的每一个在其之间限定了冷却剂流动路径30。波纹状内翅片35布置在中间板34与对应外壳板31之间。
外壳板31、中间板34以及内翅片35各自由如铝合金板等金属板制成。中间板34的厚度小于外壳板31。例如，中间板34的厚度可以被选择为小于或等于外壳板31的厚度的一半。内翅片35的厚度也小于外壳板31的厚度。内翅片35的厚度可以被选择为小于或等于中间板34的厚度。
外壳板31、中间板34以及内翅片35通过钎焊或焊接被接合在一起。外壳板31和中间板34在流动路径外周边312处被接合在一起。外壳突出部32中的每一个以及中间突出部341中的相应中间突出部可以在其相反的整个表面处被接合在一起或者替代性地仅被搁置在彼此上而不接合在一起。当在堆叠方向X上观察时，流动路径外周边312与中间板34的接头围绕冷却剂流动路径30的整个圆周连续延伸。
冷却剂流动路径30被设计成具有如水等流过所述冷却剂流动路径的冷却介质。替代性地，冷却介质可以是如氨等自然冷却介质、混合有乙二醇防冻流体的水、如全氟三丁胺等碳氟化合物冷却介质、如HCFC-123或HFC-134a等碳氟化合物冷却介质、如甲醇或乙醇等酒精冷却介质或者如丙酮等基于酮的冷却介质。
如图1和图2清楚所示，绝缘体11被布置在冷却管道3中的每一个与半导体模块2之间。绝缘体11由具有较高热导率的陶瓷板制成。绝缘体11和冷却管道被堆叠在半导体模块2的相反主表面(即，模块本体21的相反主表面)中的每一个上。换言之，这两个相邻冷却管道3(所述冷却管道在下文中还将被称为第一和第二冷却管道)通过绝缘体11将半导体模块2中的每一个的模块本体21的主表面固持在其之间。绝缘体11可以被省略。半导体模块2具有暴露于其主表面的散热板24。绝缘体11通过油脂(未示出)被安装成与半导体模块2的散热板24所暴露于的主表面接触。冷却管道3通过油脂(未示出)被安排成与绝缘体11中的每一个接触。
如图3清楚所示，半导体模块2通过绝缘体11被进一步堆叠在半导体2和绝缘体11的上部组件上。具体地，冷却管道3、半导体模块2以及绝缘体11(在图3中未示出)被交替地堆叠成图3所示的形式。为了简化图示，图3省略了绝缘体11。
如图3清楚所示，使用在横向方向Y上彼此间隔开的连接管301在连接管的端部处将被布置为在堆叠方向X上彼此相邻的冷却管道3接合在一起。连接管301中的每一个都流体地连接在相邻冷却管道3的冷却剂流动路径30之间。
如上所述，冷却管道3以图3中所示的冷却管道组件的形式堆叠。冷却管道组件具有在堆叠方向X上彼此相反的端部。被安排在冷却管道组件的端部之一处的冷却管道3具有冷却介质入口302和冷却介质出口303。冷却管道3被物理地安排成彼此平行并且以此方式被接合在一起以形成冷却器300，在所述冷却器中，半导体模块2中的每一个都被布置在冷却管道中的对应的相邻两个之间。
如图1、图2和图4所示，半导体模块2的电源端子22在高度方向Z上突出到冷却管道3之上并且与布置在冷却管道3之上的汇流条13连接。控制端子23在高度方向Z上突出到冷却管道3之下并且与安装在冷却管道3下方的控制线路板12连接。如图1中可见，控制器电路板12具有主表面，所述主表面被定向成具有在高度方向Z上延伸的法线。控制器线路板12具有形成于其中的通孔，控制端子23插入所述通孔中并且然后使用例如焊接而接合到控制器电路板12。
电力转换装置1可以用作在dc电源与三相旋转电机之间执行电力转换的逆变器。在此实施例中，半导体模块2具有布置于其中的两个切换装置，如图8所示，所述切换装置作为串联连接的上臂切换装置2u和下臂切换装置2d而进行工作。
图8是示意性电路图，展示了旋转电机的每个相位的平滑电容器14、半导体模块2以及线圈15。平滑电容器14连接在高电位汇流条13P与低电位汇流条13N之间。线圈15连接至半导体模块2。图8中所表示的电容Cge表示切换装置2中的每一个的寄生电容。
半导体模块2中的每一个的切换装置2u和2d由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘双极型晶体管)制成。上臂切换装置2u和下臂切换装置2d中的每一个都具有与其反向并联连接的续流二极管。上臂切换装置2u与下臂切换装置2d之间的接头连接至旋转电机的电极之一。替代性地，切换装置2u和2d可以通过MOSFET(即，金属氧化物半导体场效应晶体管)来实现。
如图5所示，半导体模块2中的每一个都配备有三个电源端子22P、22N和22O，所述电源端子总体上也将由参考号22表示。如图8所示，电源端子22P电连接至上臂切换装置2u的集电极。电源端子22N电连接至下臂切换装置2d的发射极。电源端子22O电连接至上臂切换装置2u的发射极以及下臂切换装置2d的集电极。电源端子22P电连接至通往dc电源的正极端子的高电位汇流条13P。电源端子22N电连接至通往dc电源的负极端子的低电位汇流条13N。电源端子22O电连接至通往旋转电机的输出汇流条13O。
半导体模块2为上臂切换装置2u配备有控制端子23并且为下臂切换装置2d配备有控制端子23。具体地，控制端子23包括连接至切换装置2u和2d的栅极的控制端子23G以及连接至切换装置2u和2d的发射极的控制端子23E。
电力转换装置1工作以选择性地接通或断开切换装置2u和2d从而实现电力转换。这使受控电流在闭合环路中变化，如图8所示，所述闭合环路由串联连接的上臂切换装置2u和下臂切换装置2d以及平滑电容器14组成。因此，期望减小闭合环路中的电感。
具体地，如图8中可见，在闭合环路中变化的受控电流的交流分量I1在电源端子22P和电源端子22N中在相反方向上流动。如图9所示，这形成了包括被安排成彼此相邻的电源端子22P和电源端子22N的电流环路i1。
电流环路i1在堆叠方向X上产生了磁通量。如上所述，外壳突出部32面向电源端子22P和电源端子22N，由此使得在外壳突出部32中产生涡电流以消除由电流环路i1产生的磁通量，这导致电源端子22的电感减小。
类似地，如图8清楚所示，电流I2从对应切换装置2u和2d的栅极流过控制端子23到达发射极。换言之，电流从控制端子23G流到半导体模块2中并且然后离开控制端子23E。如图9所示，这产生了通过控制端子23的电流环路i2。如上所述，外壳突出部32被安排成面向控制端子23，由此使如在外壳突出部32中产生的涡电流消除如由电流环路i2在控制端子23中产生的磁通量，这导致电源端子23的电感减小。
以下将对如由以上实施例提供的有益优点进行描述。
如上所述，电力转换装置1被设计成具有在堆叠方向X上与电源端子22和控制端子23重叠的外壳突出部32。如已经描述的，这使外壳突出部32在电流流过电源端子22和控制端子23时产生涡电流。涡电流用于消除由电流环路产生的磁通量，由此导致面向外壳突出部32的电源端子22和控制端子23的电感减小。
外壳突出部32由冷却管道3中的每一个的外壳板31的部分形成。换言之，外壳突出部32在堆叠方向X上被安排成靠近电源端子22和控制端子23。组成冷却管道3的外壳板31中的每一个都被设计成具有相对大的厚度。因此，由外壳板31的部分制成的外壳板突出部32具有相对大的厚度，由此确保外壳突出部32的期望机械强度。这使外壳突出部32的不期望变形的风险最小化，这提高了电力转换装置1的生产率。
如上所述，如图6所示，作为流动路径限定部分311的外侧壁与外壳突出部32的外边缘之间的尺寸或距离，外壳突出部32的宽度ha和hb被选择为大于流动路径外周边312的圆周侧部分33中的每一个的宽度k。这使冷却管道3在横向方向Y上的尺寸最小化。换言之，外壳突出部32并不导致冷却管道3在横向方向Y上的尺寸增大，由此便于容易地减小电力转换装置1的大小。
外壳板31具有外壳突出部32，所述外壳突出部两者都在相反的高度方向Z上延伸。上部外壳突出部32a被搁置成在堆叠方向X上与电源端子22重叠，而下部外壳突出部32b被搁置成在堆叠方向X上与控制端子23重叠。
形成一对的外壳板31两者都配备有主表面在堆叠方向X上面向彼此的外壳突出部32。这使冷却管道3的外壳突出部32中的每一个都能够在堆叠方向X上被安排成靠近半导体模块2中的每一个的任一侧上的电源端子22或控制端子23。
冷却管道3中的每一个都配备有中间板34，所述中间板被牢固地固持在所述一对外壳板31的流动路径外周边312之间，由此提高冷却管道3的冷却能力并且增强冷却管道3的机械强度。
中间板34配备有中间突出部341，所述中间突出部的主表面被搁置在外壳突出部32上或与其重叠，由此增强外壳突出部32的机械强度。
外壳突出部32的宽度ha和hb大于冷却管道3在堆叠方向X上的厚度d。这增强了外壳突出部32减小电源端子22和控制端子23的电感的能力。
流动路径外周边312的圆周侧部分33中的每一个的宽度k小于冷却管道3的厚度d，由此使冷却管道3在横向方向Y上的尺寸能够减小。这便于容易地减小电力转换装置1的大小。
如根据以上讨论而明显的，电力转换装置1被设计成减小电源端子22和/或控制端子23的电感、提高其生产率并且使其大小很够减小。
第二实施例
图10和图11展示了根据第二实施例的电力转换装置1，在所述电力转换装置中，半导体模块2中的每一个都具有安装于其中的单个切换装置。
半导体模块2配备有两个电源端子22。电力转换装置1的半导体模块2中的一些各自具有安装于其中的上臂切换装置2u，而其他半导体模块2各自具有安装于其中的下臂切换装置2d。
其中安装有上臂切换装置2u的半导体模块2中的每一个都配备有电源端子22，所述电源端子包括电源端子22P和电源端子22O。电源端子22P连接至高电位汇流条13P。电源端子22O连接至输出汇流条13O。其中安装有下臂切换装置2d的半导体模块2中的每一个都配备有电源端子22，所述电源端子包括连接至低电位汇流条13N的电源端子(未示出)以及连接至输出汇流条13O的电源端子(未示出)。半导体模块2全都具有基本上相同的结构。
以下将对由具有上臂切换装置2u的半导体模块2实现的电感减小进行描述。现在，考虑和第一实施例中一样的在如图11所示的由上臂切换装置2u、与上臂切换装置2u串联连接的下臂切换装置2d以及平滑电容器14组成的闭合环路中变化的受控电流的交流分量I1。交流分量I1在电源端子22P处进入上臂半导体模块2并且然后离开电源端子22O。交流分量I1在被安排成彼此相邻的电源端子22P和电源端子22O中在彼此相反的方向上流动。如图10所示，这产生了包括电源端子22P和22O的电流环路i1。
外壳突出部32a被定向成在堆叠方向X上与电源端子22P和22O重叠。这使涡电流在外壳突出部32a中产生以消除如在电流环路i1中产生的磁通量，这导致电源端子22的电感减小。
类似地，具有下臂切换装置2d的半导体模块2产生了包括这两个电源端子22的电流环路i2。外壳突出部32b与外壳突出部32a以相同的方式起作用以减小控制端子23的电感。
其他安排与第一实施例中的安排完全相同，并且此处将省略对其的详细解释。在第二和接下来的实施例中，如在前述实施例中采用的相同参考号指代相同部件，除非另有规定。
和第一实施例中一样，第二实施例的电力转换装置1有能力减小电源端子22和/或控制端子23的电感，并且还基本上提供如第一实施例中的有益优点。第三实施例
图12和图13展示了第三实施例的电力转换装置1，在所述电力转换装置中，半导体模块2中的每一个都具有安装于其中的单个切换装置，并且半导体模块2中的每两个都在横向方向Y上被安排成彼此相邻。
电力转换装置1还具有冷却管道3，所述冷却管道中的每两个在堆叠方向X上固持在横向方向Y上被布置成彼此相邻的这两个半导体模块2。
半导体模块2中在横向方向Y上被安排成彼此相邻的两个分别具有串联连接的上臂切换装置2u和下臂切换装置2d。相邻半导体模块2被安排成具有连接至输出汇流条13O并且在横向方向Y上被布置成彼此靠近的电源端子22O。通往高电位汇流条13P的电源端子22P和通往低电位汇流条13N的电源端子22N中的每一个都被定位在电源端子22O之一的外部。换言之，电源端子22O、22P和22N在横向方向Y上对齐。
考虑和第一实施例中一样的在如图13所示的由上臂切换装置2u、与上臂切换装置2u串联连接的下臂切换装置2d以及平滑电容器14组成的闭合环路中变化的受控电流的交流分量I1。交流分量I1流出上臂半导体模块2的电源端子22P并且然后进入上臂半导体模块2的电源端子22O。随后，交流分量I1流出下臂半导体模块2的电源端子22O并且然后进入下臂半导体模块2的电源端子22N。因此，交流分量I1在上臂半导体模块2的电源端子22P和电源端子22O中在彼此相反的方向上流动。类似地，交流分量I1在上臂半导体模块2的电源端子22O和下臂半导体模块2的电源端子22O中在彼此相反的方向上流动。进一步地，交流分量I1在下臂半导体模块2的电源端子22O和电源端子22N中在彼此相反的方向上流动。如图12清楚所示，这产生了电流环路i11、i12和i13，所述电流环路中的每一个都包括相邻电源端子22。
外壳突出部32被安排成在堆叠方向X上与所有这四个电源端子22重叠。因此，在外壳突出部32中产生涡电流以消除由电流环路i11、i12和i13产生的磁通量，由此减小电源端子22的电感。
和第一实施例中一样，第三实施例的电力转换装置1有能力减小电源端子22和/或控制端子23的电感，并且还基本上提供如第一实施例中的有益优点。第四实施例
图14和图15展示了根据第四实施例的电力转换装置1，在所述电力转换装置中，外壳突出部32中的每一个都具有在堆叠方向X上朝着半导体模块2之一膨出的部分321。当在堆叠方向X上观察时，膨胀部分321中的每一个都与电源端子22或控制端子23相重叠。
膨胀部分321形成于从外壳板31向上延伸的外壳突出部32a和从外壳板31向下延伸的外壳突出部32b中的每一个上。膨胀部分321还形成于冷却管道3中的每一个的在堆叠方向X上彼此重叠的外壳突出部中的两个上。当从中间板34观察时，外壳突出部32中在堆叠方向X上彼此重叠的每两个外壳突出部的膨胀部分321在相反方向上膨胀。换言之，每对外壳突出部32的膨胀部分321朝着在堆叠方向X上通过冷却管道3被布置成彼此相邻的这两个半导体模块2升高。
膨胀部分321中的每一个都包括垂直于堆叠方向X延伸的平坦壁322。平坦壁322中的每一个都面向电源端子22或控制端子23或者在堆叠方向X上与其重叠。
如图14中可见，中间板34的中间突出部341中的每一个都被布置于在堆叠方向X上彼此重叠的膨胀部分321中的两个之间。在膨胀部分321与中间突出部341之间产生了孔隙空间(即，空气室)。孔隙空间与冷却剂流动路径30流体隔离，使得没有任何冷却介质在孔隙空间中流动。
外壳板31中的每一个与中间板34的接头在流动路径限定部分311与膨胀部分321之间连续延伸。外壳突出部32中的每一个都具有在高度方向Z上形成于膨胀部分321外部并且被放置成与中间突出部341的表面接触的端部。外壳突出部32的端部无需直接接合到中间突出部341并且可以替代性地被布置成远离中间突出部341。
膨胀部分321中的每一个都被设计成在堆叠方向X上朝着半导体模块2突出到绝缘体11之外。换言之，外壳突出部32中的每一个都在堆叠方向X上与流动路径限定部分311的面向半导体模块2的表面齐平，也就是说，在高度方向Z上与流动路径限定部分311的表面对齐或者被布置成离半导体模块2比离流动路径限定部分311的表面更远。为了以另一种方式解释这种情况，外壳突出部32被形成为：在堆叠方向X上不在流动路径限定部分311之外更靠近半导体模块2。
其他安排与第一实施例中的安排完全相同。
如上所述，第四实施例中的外壳突出部32具有膨胀部分321，使得相比于在以上实施例中，外壳突出部32被定位成更靠近电源端子22或控制端子23。这增强了电源端子22和控制端子23的电感的减小。
如上所述，外壳突出部32在堆叠方向X上与流动路径限定部分311的面向半导体模块2的表面齐平或者在堆叠方向X上被布置成离半导体模块2比离流动路径限定部分311的表面更远，由此确保外壳突出部32与电源端子22或控制端子23之间的所需绝缘程度。
第四实施例的电力转换装置1还基本上提供了如第一实施例中的有益优点。
第五实施例
图16展示了根据第五实施例的电力转换装置1，在所述电力转换装置中，外壳板31中的每一个都仅具有上部外壳突出部32。换言之，外壳板31仅配备有在堆叠方向X上面向电源端子22的外壳突出部32，但是不具有面向控制端子23的外壳突出部32。
其他安排与第一实施例中的安排完全相同，并且此处将省略对其的详细解释。
外壳板31在高度方向Z上仅配备有上部外壳突出部32，由此便于容易地减小电力转换装置1的大小或重量。外壳突出部32被搁置成与较大电流所流过的电源端子22重叠，从而确保由电源端子22的电感的减小实现的有益效果。
第五实施例的电力转换装置1还基本上提供了如第一实施例中的有益优点。
第六实施例
图17展示了根据第六实施例的电力转换装置1，在所述电力转换装置中，冷却管道3中的每一个的这两个外壳板31中仅一个具有外壳突出部32。
冷却管道3中的每一个的所述一对外壳板31之一被设计成不具有外壳突出部32。具体地，在半导体模块2中的每一个保留在其之间的这两个相邻冷却管道3之一(所述冷却管道在下文中还将被称为第一冷却管道)(即，在图17的示例中的冷却管道3中的右侧冷却管道)中，外壳板31中更靠近半导体模块2的一个(即，图17中的外壳板31中的左侧外壳板)具有外壳突出部32。换言之，在通过半导体模块2之一(其还将被称为第一半导体模块)被布置成彼此相邻的冷却管道3中的每两个之一的外壳板31中，更靠近第一半导体模块2的一个(其在下文中还将被称为第一外壳板或内部外壳板)具有外壳突出部32。
换言之，在冷却管道3之一(即，图17中的冷却管道3中的左侧冷却管道，其在下文中还将被称为第二冷却管道)的外壳板31中，更远离第一半导体模块2的一个(其在下文中还将被称为第二外壳板或外部外壳板)具有外壳突出部32。中间板34中的每一个都被成形为不具有图16所示的中间突出部341。
其他安排与第五实施例中的安排完全相同，并且此处将省略对其的详细解释。
此实施例的冷却管道3的构型减小了冷却管道3的材料重量或成本。
第六实施例的电力转换装置1还基本上提供了如第五实施例中的有益优点。
第七实施例
图18展示了根据第七实施例的电力转换装置1，所述电力转换装置是图16中的第五实施例的修改形式，并且在所述电力转换装置中，中间板34中的每一个都被成形为不具有中间突出部341。
冷却管道3中的每一个的这两个外壳板31都具有上部外壳突出部32。然而，中间板34不具有中间突出部341。冷却管道3中的每一个的外壳板31被搁置成通过相当于中间板34的厚度的气隙在堆叠方向X上彼此重叠或面向彼此。
其他安排与第五实施例中的安排完全相同，并且此处将省略对其的详细解释。
此实施例的冷却管道3的中间突出部的不存在减小了冷却管道3的材料重量或成本。
第七实施例的电力转换装置1还基本上提供了如第五实施例中的有益优点。
虽然已经就优选实施例而言公开了本发明以便促进更好地理解本发明，但是应当理解的是，在不背离本发明的原理的情况下，可以采用各种方式来使本发明具体化。因此，应当将本发明理解为包括所有可能实施例以及可以在不背离如在所附权利要求书中阐述的本发明的原理的情况下具体化的对所示出实施例的所有修改。
例如，冷却管道3中的每一个都可以被设计成不具有中间板34。
在图14所示的第四实施例中的冷却管道3中的每一个的外壳突出部32配备有在堆叠方向X上彼此重叠的膨胀部分321，然而，但是如图19所示，外壳突出部32中仅一个可以被设计成具有膨胀部分321。具体地，在汇流条13被布置在电源端子22与外壳突出部32之间的情况下，通常需要在汇流条13与外壳突出部32之间保持足够空间以便确保其之间的所需电绝缘程度。因此，为了减小电源端子22的电感，外壳突出部32中更靠近电源端子22的与汇流条13相反的侧的一个外壳突出部可以被成形为具有膨胀部分321以将外壳突出部32放置为更靠近电源端子22。
在图19的示例中，上部外壳突出部32a和下部外壳突出部32b中的每一个都具有朝着堆叠方向X中的仅一个方向的膨胀部分321，然而，但是下部外壳突出部32b可以被成形为具有在堆叠方向X两者上都升高的膨胀部分321。
在第一实施例中，如图2至图4所示，半导体模块2中的每一个的电源端子22在横向方向Y上被安排成一条直线，然而，但是如图20所示，所述电源端子可以替代性地在横向方向Y上被安排成彼此不成一条直线，换言之，在堆叠方向X上彼此偏移。具体地，在图20的修改中，半导体模块2中的每一个的电源端子22在横向方向Y上被排列成彼此相邻，但是在堆叠方向X上彼此偏移。例如，如图20所示，电源端子22P和电源端子22N在堆叠方向X上以给定间隔被布置成彼此远离。电源端子22O可以在横向方向Y上与电源端子22P对齐。这些安排导致电源端子22中的每一个与外壳突出部32中的相邻外壳突出部之间的间隔减小。

Claims (9)

1.一种电力转换装置，包括：
半导体模块(2)，所述半导体模块包括安装有半导体器件(20)的模块本体(21)、从所述模块本体延伸的多个电源端子(22，22P，22N，22O)、以及从所述模块本体延伸的多个控制端子(23，23G，23E)，所述模块本体具有主表面；以及
第一和第二冷却管道(3)，所述第一和第二冷却管道通过所述半导体模块而彼此堆叠并且将所述模块本体的所述主表面保持在其之间，
其中，所述电源端子在第一高度方向上从所述模块本体延伸，所述第一高度方向是与将所述第一和第二冷却管道以及所述半导体模块堆叠的堆叠方向(X)垂直的高度方向(Z)之一，
所述控制端子在第二高度方向上从所述模块本体延伸，所述第二高度方向是所述高度方向(Z)之一，
所述第一和第二冷却管道中的每一个都包括第一和第二外壳板，所述第一和第二外壳板是导电的并且在所述堆叠方向上彼此相对，所述第一和第二外壳板在其之间形成冷却剂流动路径(30)，
所述第一和第二外壳板中的每一个都包括：流动路径限定部分(311)，所述流动路径限定部分限定所述冷却剂流动路径；以及流动路径外周边(312)，从所述堆叠方向上观察，所述流动路径外周边(312)形成所述流动路径限定部分的外圆周，
所述第一和第二外壳板中的至少一个的所述流动路径外周边包括外壳突出部(32)，所述外壳突出部在所述高度方向上位于所述流动路径限定部分的一个侧面，
所述外壳突出部具有为所述外壳突出部的外边缘与所述流动路径限定部分的外边缘之间距离的突出尺寸(ha，hb)，所述突出尺寸被选择为大于所述流动路径外周边的圆周侧部分(33)的突出尺寸(k)，所述圆周侧部分在垂直于所述高度方向和所述堆叠方向的横向方向(Y)上从所述流动路径限定部分向外突出，并且
所述外壳突出部被设置成在所述堆叠方向上与所述电源端子或所述控制端子重叠，
所述外壳突出部具有膨胀部分(321)，所述膨胀部分朝向所述半导体模块升高，所述膨胀部分在所述堆叠方向上与所述电源端子或所述控制端子重叠。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述半导体模块的所述电源端子中的每一个以及所述控制端子中的每一个在所述高度方向上从所述模块本体延伸并彼此远离，其中，所述外壳突出部在所述电源端子延伸的方向上从所述流动路径限定部分延伸并且被放置成在所述堆叠方向上与所述电源端子重叠。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述第一和第二外壳板中的至少一个的所述流动路径外周边包括在所述高度方向上突出并彼此远离的第一外壳突出部和第二外壳突出部，所述第一外壳突出部被放置成在所述堆叠方向上与所述电源端子重叠，所述第二外壳突出部被放置成在所述堆叠方向上与所述控制端子重叠。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述第一和第二外壳板的所述流动路径外周边包括在所述堆叠方向上面向彼此的外壳突出部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电力转换装置，其中，所述第一和第二冷却管道中的每一个都配备有中间板(34)，所述中间板被设置在所述第一和第二外壳板中，所述中间板由所述第一和第二外壳板的所述流动路径外周边保持。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其中，所述中间板具有与所述外壳突出部重叠的中间突出部(341)。
7.如权利要求1至4和权利要求6中任一项所述的电力转换装置，其中，所述外壳突出部的所述突出尺寸(ha，hb)大于所述第一和第二冷却管道的定义在所述堆叠方向上的厚度(d)。
8.如权利要求1至4和权利要求6中任一项所述的电力转换装置，其中，所述流动路径外周边的所述圆周侧部分的所述突出尺寸(k)小于所述第一和第二冷却管道在所述堆叠方向上的厚度(d)。
9.如权利要求1至4和权利要求6中任一项所述的电力转换装置，其中，所述外壳突出部在所述堆叠方向上基本上与所述流动路径限定部分的面向所述半导体模块的表面齐平，或者所述外壳突出部在所述堆叠方向上位于与所述半导体模块的距离比与所述流动路径限定部分的所述表面的距离更远的位置。
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