CN109817458B

CN109817458B - 电力转换装置

Info

Publication number: CN109817458B
Application number: CN201810902385.9A
Authority: CN
Inventors: 西村健吾; 石桥诚司; 野口雅弘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: US10715031B2; CN109817458A; JP2019097245A; US20190157967A1; JP6516817B1

Abstract

一种具有电容器模块的电力转换装置，实现低噪声、低振动、且小型化、低成本化。电力转换装置包括功率模块和电容器模块，电容器模块具有：多个电容器元件，多个上述电容器元件具有平坦的卷绕面；外饰壳体；树脂填充剂；以及限制点，在外饰壳体内配置有间隔物和至少一个电容器元件，其中，上述间隔物在与多个电容器元件中的至少一个电容器元件所具有的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用，以隔着间隔物的方式在平坦的卷绕面的大致正面配置有限制点。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及装设于汽车等的车载用的电力转换装置，尤其涉及包括构成逆变器等电力转换部的功率模块的电力转换装置。

背景技术

电容器模块是在混合动力汽车、电动汽车等中使用的、电力转换装置的主要结构部件。电容器模块由卷绕有金属化膜的多个电容器元件构成。此外，卷绕了金属化膜的多个电容器元件收容于壳体，并以在电容器的周围填充树脂的方式而被固定。

当电流在电容器元件中流通时，电容器模块蓄积电荷。此外，因由所蓄积的电荷产生的库仑引力，而使得电容器元件发生振动。尤其，通过使交流电在电容器元件中流通，在所卷绕的金属化膜彼此之间会产生库仑力，而使得膜彼此接触。因此，会产生由脉动电流引起的振动。

在金属化膜卷绕成扁平形状的电容器中，平坦的卷绕面与呈圆弧状的两个端部相比更容易振动(例如，参照专利文献1)。

此外，因电流在电容器元件中流通时会引起振动，使得上述振动会经由电容器壳体传递至金属壳体，有时会产生振动声。尤其，因在电容器元件中流通的电流变成大电流，或是因电流间歇性地流通，使得振动会变大，从而存在产生较大的振动声的问题。

针对上述这种问题，存在如下现有技术：在至少一组彼此相邻的电容器元件之间设置间隙，且在间隙中配置间隔物以提高刚性(例如，参照专利文献2)。在上述现有技术中，通过将间隔物配设成与外饰壳体中相对的一对侧壁相连，从而抑制电容器模块的振动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-084370号公报

专利文献2：日本专利特开2010-219259号公报

然而，在现有技术中存在以下这样的技术问题。

在金属化膜卷绕成扁平形状的电容器中，平坦的卷绕面与呈圆弧状的两个端部相比更容易振动。因而，专利文献1所示的现有的装置需要以如下方式装设电容器元件：使卷绕成扁平形状的平坦的卷绕面朝向壳体的开口面，来收容于树脂壳体，并且使上述开口面朝向车外方向。因而，在专利文献1中存在装设布局受到明显限制的技术问题。

此外，在专利文献2所示的现有的装置中，通过使用间隔物，实施提高电容器模块整体刚性的振动措施。因而，在专利文献2的现有技术中，对于1阶模式等低频(小于2kHz)措施来说是有效的。

然而，电力转换装置的转换频率一般在2kHz以上。此外，人类的听觉在3kHz附近的频带也能最敏感地听到。因此，专利文献2存在对于高频的振动(噪声)措施来说效果甚微的技术问题。

此外，申请人研究的结果是掌握了如下的机制：在金属化膜卷绕成扁平形状的电容器中，来自平坦的卷绕面的振动会经由树脂填充剂和限制点而传递至框体，使得框体振动，从而产生噪声。由此，在抑制噪声时，与平坦的卷绕面之间的位置关系和从平坦的卷绕面连接至限制部的连接方法成为技术问题。

发明内容

本发明为解决现有的电力转换装置中的上述这样的技术问题而作，其目的在于在具有电容器模块的电力转换装置中实现低噪声、低振动，并且小型化、低成本化。

本发明的电力转换装置包括：功率模块，上述功率模块具有进行电力转换的开关元件；以及电容器模块，上述电容器模块具有平滑用电容器，上述平滑用电容器对供给至功率模块的电源电压的变动进行抑制，平滑用电容器由多个电容器元件构成，多个所述电容器元件通过将金属化膜卷绕成扁平形状而具有平坦的卷绕面，电容器模块还具有：外饰壳体，上述外饰壳体将多个电容器元件收容在内侧；树脂填充剂，上述树脂填充剂在外饰壳体内被填充到多个电容器元件的周围；以及电容器模块与电力转换装置的限制点，在外饰壳体内配置有间隔物和至少一个电容器元件，其中，上述间隔物在与多个电容器元件中的至少一个电容器元件所具有的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用，隔着间隔物在平坦的卷绕面的大致正面配置有限制点。

根据本发明的电力转换装置，具有如下的结构：通过以夹着间隔物的方式将限制点配置在电容器元件的平坦的卷绕面的大致正面，来抑制平坦的卷绕面的振动。其结果是，在具有电容器模块的电力转换装置中，能实现低噪声、低振动，并且能小型化、低成本化。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的电容器模块的结构例的俯视图。

图2是将本发明实施方式1的外饰壳体固定于框体的结构例示为第一限制结构的剖视图。

图3是将本发明实施方式1的汇流条固定于框体的结构例示为第二限制结构的剖视图。

图4是将本发明实施方式1中的、使用汇流条将电容器模块固定于功率模块的结构例示为第三限制结构的剖视图。

图5是表示将本发明实施方式1的电容器模块装设于电力转换装置的一例的说明图。

图6是本发明实施方式1的电力转换装置的电路图的一例。

图7是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆的具体例的说明图。

图8是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆内的收纳箱的具体例的说明图。

图9是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆内的驱动装置的具体例的说明图。

(符号说明)

1电容器模块；11～17电容器元件；21Y电容器元件；31固定用腿；31a螺栓插通孔；41、42汇流条；41a、42a螺栓插通孔；51树脂填充剂；52外饰壳体；53框体；53a、53b固定用承接部；61、61a～61e螺栓；91车辆；92收纳箱；93驱动装置；100电力转换装置；101功率模块；101a固定用承接部；102控制电路部；103冷却构件。

具体实施方式

使用图1～图9对本发明实施例的电容器模块及使用了上述电容器模块的电力转换装置进行详细说明。

实施方式1

图1是表示本发明实施方式1的电容器模块的结构例的俯视图。图1所示的电容器模块1是通过将电容器元件11～17和树脂填充剂51配置在外饰壳体52的内部而构成的，其中，上述电容器元件11～17是将金属化膜卷绕而构成的，上述树脂填充剂51填充在上述电容器元件11～17周围。外饰壳体52固定于框体53。即，电容器模块1被框体53限制。

电容器元件11～17构成为将在树脂膜(电介质)的表面蒸镀金属层而成的金属化膜进行卷绕之后，通过冲压使上述金属化膜在与卷绕轴方向平行的两个平面内变得扁平。如图1所示，包括这种结构的电容器元件11～17以使卷绕轴方向朝向壳体开口面的方式在外饰壳体52内配置有多个。另外，在图1所示的电容器模块1内，除了安装有电容器元件11～17之外，还安装有用于去除噪声的Y电容器元件21。

此外，构成电容器元件11～17的金属化膜如上所述以将金属层蒸镀于树脂膜的表面的方式构成。作为上述树脂膜，例如能列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)等。此外，作为金属层的金属，能列举出铝、锌、锡、铜以及它们的合金等。

此外，在电容器元件11～17的卷绕轴方向的两个端面喷镀有喷涂金属。上述喷涂金属成为电容器元件11～17的电极。

此外，在电容器元件13～15的上端面和下端面配置有一对汇流条42，这一对汇流条42与多个电容器元件13～15的电极连接。汇流条42通过树脂填充剂51，与电容器元件13～15一起被模塑在外饰壳体52的内部。此外，汇流条41通过树脂填充剂51与Y电容器元件21一起被模塑在外饰壳体52的内部。

树脂填充剂51例如由环氧类或聚氨酯类的树脂形成。

外饰壳体52例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等树脂或是铝等金属形成。

框体53例如由铝等金属形成。

为了将外饰壳体52固定于框体53，如之前的图1所示，使用多个固定用腿31。图2是将本发明实施方式1的外饰壳体52固定于框体53的结构例示为第一限制结构的剖视图。如图2所示，固定用腿31与外装壳体52的主体部成型为一体。此外，固定用腿31在上下方向上设有用于供螺栓61插通的螺栓插通孔31a。

另一方面，框体53在与设于外饰壳体52侧的固定用腿31处的螺栓插通孔31a相对应的位置形成有固定用承接部53a。固定用承接部53a在上下方向上形成有供螺栓61螺合的螺纹孔。

图3是将本发明实施方式1的汇流条41固定于框体53的结构例示为第二限制结构的剖视图。在此，汇流条41发挥将电容器模块1与框体53相连的接地用汇流条的作用。此外，如图3所示，汇流条41设有用于供螺栓61插通的螺栓插通孔41a。

另一方面，框体53在与设于汇流条41的螺栓插通孔41a对应的位置处形成有固定用承接部53b。固定用承接部53b是与固定用承接部53a相同的结构，其形成有供螺栓61螺合的螺纹孔。

通过使用图2所示的第一限制结构和图3所示的第二限制结构，能将电容器模块1限制在框体53中。之前的图1中所例示的电容器模块1在五个部位处具有固定用腿31。接着，将这种电容器模块1装设于框体53中。在上述状态下，将螺栓61插通于固定用腿31的螺栓插通孔31a中，并且与固定用承接部53a的螺纹孔螺合。

此外，之前的图1中所例示的电容器模块1在一个部位处具有汇流条41。因而，在电容器模块1装设于框体53的状态下，将螺栓61插通于汇流条41的螺栓插通孔41a，并且与固定用承接部53b的螺纹孔螺合。其结果是，在图1的示例中，通过设于五个部位处的第一限制结构和设于一个部位处的第二限制结构，将电容器模块1螺合于框体53。

此外，电容器模块1最终作为电力转换装置的构成要素被组装。因而，还能使用将电容器模块1与构成电力转换装置一部分的功率模块连接的汇流条42，对电容器模块1的位置进行限制。

图4是将本发明实施方式1中的、使用汇流条将电容器模块1固定于功率模块101的结构例示为第三限制结构的剖视图。图4所示的两根汇流条42各自的一端连接到形成于电容器元件11的卷绕轴方向的两个端面的电极。此外，两根汇流条42各自的另一端设有用于供螺栓61插通的螺栓插通孔42a。

另一方面，功率模块101在与设于汇流条42的螺栓插通孔42a对应的位置处形成有固定用承接部101a。固定用承接部101a形成有供螺栓61螺合的螺纹孔。因而，在图4的示例中，通过设于两个部位处的第三限制结构将电容器模块1螺合于功率模块101。其结果是，通过使用第三限制结构，对电容器模块1进行限制，能抑制振动。另外，关于上述第三限制结构，在后述的实施方式2中，对具体的应用例进行说明。

图5是表示将本发明实施方式1的电容器模块1装设于电力转换装置的一例的说明图。图5所示的电力转换装置100具有：功率模块101，上述功率模块101构成电力转换装置的一部分；控制电路部102，上述控制电路部102对功率模块101进行控制；汇流条42，上述汇流条42供通过功率模块101转换后的电力输入、输出；以及冷却构件103，上述冷却构件103用于对功率模块101进行冷却。

此外，电容器模块1被组装，以作为将输入到汇流条42的间歇电流转换为平滑的直流电流的平滑用电容器。图6是本发明实施方式1的电力转换装置的电路图的一例。图6所示的多个平滑用电容器11、14、16和Y电容器21形成为图1所示的那种电容器模块1。

另外，如图5所示，与电容器模块1对应的框体53还起到电力转换装置100的框体的作用。

在图5中，通过第一限制结构或第二限制结构，并使用螺栓61a将电容器模块1紧固于框体53。此外，通过第三限制结构，并使用螺栓61b将电容器模块1紧固于功率模块101。

此外，在图5中，使用螺栓61c将框体53紧固于作为电力转换装置100一部分的冷却构件103。因而，通过使用图5那样的多个限制结构将电容器模块1与电力转换装置100固定，从而能抑制电容器模块1的振动。

另外，在以上的说明中，通过将树脂填充剂51用作在与平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用的间隔物，并将固定用腿31或汇流条41、42设为限制点，从而抑制了电容器元件的振动。因而，根据图1的A部对上述具体结构进行说明。

图1的A部处配置有树脂填充剂51，以作为在与电容器元件12的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用的间隔物。即，A部相当于如下的示例：在对平坦的卷绕面使用作为发挥梁的作用的间隔物的树脂填充剂51的基础上，将汇流条42配置成限制点。

这样，在A部中，针对金属化膜卷绕成扁平形状的电容器元件12的平坦的卷绕面的振动，在平坦的卷绕面的大致正面，隔着作为间隔物的树脂填充剂51配置由汇流条42构成的限制点。其结果是，能抑制电容器元件12的振动，并能实现低噪声、低振动且小型的电力转换装置。

另外，在本发明中，上述这种发挥梁的作用的间隔物并不局限于树脂填充剂51。因而，参照之前的图1对树脂填充剂51之外的间隔物进行说明。

图1的B部配置有电容器元件13，以作为在与电容器元件11的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用的间隔物。在此，电容器元件11的平坦的卷绕面与作为间隔物的电容器元件13的平坦的卷绕面处于彼此正交的位置关系。即，B部相当于如下的示例：在与平坦的卷绕面作为隔着发挥梁的作用的间隔物的电容器元件13的基础上，将固定用腿31配置成限制点。

这样，B部也与A部同样地，针对金属化膜卷绕成扁平形状的电容器元件11的平坦的卷绕面的振动，在将与电容器元件11正交配置的电容器元件13作为间隔物设于平坦的卷绕面的大致正面的基础上，配置由固定用腿31构成的限制点。其结果是，能抑制电容器元件11的振动，并能实现低噪声、低振动且小型的电力转换装置。

此外，图1的C部配置有为了去除噪声而装设的Y电容器元件21，以作为在与电容器元件17的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用的间隔物。即，C部相当于如下的示例：在与平坦的卷绕面隔着作为发挥梁的作用的间隔物的Y电容器元件21的基础上，将固定用腿31配置成限制点。

这样，C部也与B部同样地，针对金属化膜卷绕成扁平形状的电容器元件17的平坦的卷绕面的振动，在将与电容器元件17正交配置的Y电容器元件21作为间隔物设于平坦的卷绕面的大致正面的基础上，配置由固定用腿31构成的限制点。其结果是，能抑制电容器元件17的振动，并能实现低噪声、低振动且小型的电力转换装置。

如上所述，根据实施方式1，包括如下结构：针对金属化膜卷绕成扁平形状的电容器元件的平坦的卷绕面的振动，在将间隔物配置成与平坦的卷绕面正交的基础上，设置限制点。其结果是，尤其能抑制电容器元件在平坦的卷绕面方向上的振动。

即，本实施方式1中示出的间隔物是树脂填充剂的一部分、电容器元件、Y电容器元件中的任一个，无需刻意配置新的其它构件作为间隔物。因而，不存在部件数增加的问题，不会导致制造工时数的增加、成本上升和尺寸变大。

换言之，实施方式1的电容器模块通过以在电容器元件之间设置间隙并填充树脂的方式或以将电容器元件配置成与平坦的卷绕面正交的方式进行适当的布局设计，从而构成间隔物。此外，包括如下结构：经由上述间隔物将固定用腿或汇流条作为限制点以将电容器模块与框体紧固在一起。

其结果是，能在不增加部件数的情况下抑制电容器模块的振动。因而，关于具有电容器模块的电力转换装置，能实现低噪声、低振动，并且能小型化、低成本化。

实施方式2

在本实施方式2中，对将之前的实施方式1的电力转换装置装设于车辆的应用例进行具体说明。

图7是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆的具体例的说明图。图7所示的车辆91包括蓄电池等高电压装置的收纳箱92和内置了马达的驱动装置93。在图7的示例中，收纳箱92装设于车辆91的中央下部处。此外，在图7的示例中，驱动装置93装设于车辆91的前方处。

图8是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆91内的收纳箱92的具体例的说明图。在图8中，电容器模块1的外饰壳体52隔着冷却构件103通过螺栓61d紧固于收纳箱92。

为了减少装设空间或通过减少部件数实现成本减少，例如，如图8所示，电力转换装置100安装于蓄电池等高电压装置的收纳箱92。在这种情况下，存在如下的技术问题：从外饰壳体52传来的振动会传播到车辆91内的收纳箱92，而成为噪声源。此外，电力转换装置100根据配置在车辆91内的部位不同，存在噪声(振动)会传递至乘客这样的技术问题。

针对这种技术问题，通过使用实施方式1中说明的电力转换装置100，能使具有电容器模块1的电力转换装置100低噪声化、低振动化。其结果是，能使装设了电力转换装置100的车辆自身也实现低噪声化、低振动化。

图9是表示将本发明实施方式2的电容器模块装设于车辆91内的驱动装置93的具体例的说明图。在图9中，电容器模块1的外饰壳体52隔着冷却构件103通过螺栓61e紧固于驱动装置93。

为了减少装设空间或通过减少部件数来减少成本，例如，如图9所示，电力转换装置100安装于内置了马达的驱动装置93。在这种情况下，存在如下的技术问题：从外饰壳体52传来的振动传播到车辆91内的驱动装置93，而成为噪声源。此外，电力转换装置100根据配置于车辆91内的部位不同，存在噪声(振动)会传递至乘客这样的技术问题。

Claims

1.一种电力转换装置，包括：

功率模块，所述功率模块具有进行电力转换的开关元件；以及

电容器模块，所述电容器模块具有平滑用电容器，所述平滑用电容器对供给至所述功率模块的电源电压的变动进行抑制，

其特征在于，

所述平滑用电容器由多个电容器元件构成，多个所述电容器元件通过将金属化膜卷绕成扁平形状而具有平坦的卷绕面，

所述电容器模块还具有：

外饰壳体，所述外饰壳体将多个所述电容器元件收容在内侧；

树脂填充剂，所述树脂填充剂在所述外饰壳体内被填充到多个所述电容器元件的周围；以及

所述电容器模块与所述电力转换装置的限制点，

在所述外饰壳体内配置有间隔物和至少一个电容器元件，所述间隔物在与多个所述电容器元件中的至少一个电容器元件所具有的平坦的卷绕面正交的方向上发挥梁的作用，

隔着所述间隔物在所述平坦的卷绕面的正面配置有所述限制点。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

多个所述电容器元件配置成卷绕轴方向朝向所述外饰壳体的开口面。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是填充到所述至少一个电容器元件周围的所述树脂填充剂。

4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

5.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是与所述至少一个电容器元件相邻的电容器元件，

相邻的所述电容器元件以自身的平坦的卷绕面与所述至少一个电容器元件的平坦的卷绕面正交的方式，配置在所述至少一个电容器元件与所述限制点之间。

6.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是填充到所述至少一个电容器元件周围的所述树脂填充剂和与所述至少一个电容器元件相邻的电容器元件，

7.如权利要求1至4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述限制点包括由固定用腿构成的结构，所述固定用腿为了将所述外饰壳体固定于所述电力转换装置的框体而设于所述外饰壳体。

8.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，

9.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，

10.如权利要求1至4、8、9中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述限制点包括由第一汇流条构成的结构，所述第一汇流条与所述至少一个电容器元件连接，

所述第一汇流条是使所述电容器模块与所述功率模块相连的汇流条。

11.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，

12.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，

13.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，

14.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电容器模块还具有Y电容器元件，所述Y电容器元件被设置用于去除输入到所述功率模块或从所述功率模块输出的电力的噪声，

所述间隔物是与所述至少一个电容器元件相邻的所述Y电容器元件，

相邻的所述Y电容器元件以与所述至少一个电容器元件的平坦的卷绕面正交的方式，配置在所述至少一个电容器元件与所述限制点之间。

15.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是填充到所述至少一个电容器元件周围的所述树脂填充剂和与所述至少一个电容器元件相邻的所述Y电容器元件，

16.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是与所述至少一个电容器元件相邻的电容器元件和与所述至少一个电容器元件相邻的所述Y电容器元件，

相邻的所述电容器元件以自身的平坦的卷绕面与所述至少一个电容器元件的平坦的卷绕面正交的方式，配置在所述至少一个电容器元件与所述限制点之间，

17.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述间隔物是填充到所述至少一个电容器元件周围的所述树脂填充剂、与所述至少一个电容器元件相邻的电容器元件和与所述至少一个电容器元件相邻的所述Y电容器元件，

18.如权利要求14所述的电力转换装置，其特征在于，

所述限制点包括由第二汇流条构成的结构，所述第二汇流条与所述Y电容器元件连接，

所述第二汇流条是使所述电容器模块与所述外饰壳体相连的接地用汇流条。

19.如权利要求15所述的电力转换装置，其特征在于，

20.如权利要求16所述的电力转换装置，其特征在于，

21.如权利要求17所述的电力转换装置，其特征在于，

22.如权利要求1至4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置的框体是对所述功率模块进行冷却的冷却构件。