CN110138235A - 逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于抑制电容器的冷却不足。逆变器(10)具备散热器(11)、功率基板(20)、控制基板、及电容器基板(50)。逆变器(10)具备多个功率元件。多个功率元件分成6个功率元件群而配置。在各功率元件群中，各功率元件排列成一列。各功率元件群隔开间隔地排列。逆变器(10)具备将功率基板(20)与电容器基板(50)电连接的隔件(40)。隔件(40)具备主体(41)与传热部(42)。传热部(42)在功率元件排列的方向上配置在比功率元件群更靠外侧且从电容器基板(50)的板厚方向观察时不与电容器(54)重叠的位置。

Description

逆变器
技术领域
本发明涉及一种逆变器。
背景技术
作为将直流电力转换为交流电力并输出的逆变器，例如记载在专利文献1中。
专利文献1记载的逆变器具备：功率基板，安装着功率元件；电容器基板，安装着电容器；控制基板；及散热部，固定有功率基板。另外，逆变器具备设置在功率基板与电容器基板之间的隔件。隔件连接功率基板与电容器基板。隔件也作为使热从电容器基板向功率基板传导的传热路径发挥功能。由此，经由功率基板，使电容器基板的热向散热部传导。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]实用新型登记第3173512号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
且说，如果产生电容器的冷却不足，则电容器的性能有可能会劣化。
本发明的目的在于提供一种能够抑制电容器的冷却不足的逆变器。
[解决问题的技术手段]
解决所述问题的逆变器具备：功率基板，隔开间隔地排列有多个功率元件群，所述功率元件群由多个功率元件排列而成；控制基板，在所述功率基板的板厚方向上与所述功率基板隔开间隔地配置，且安装着控制所述功率元件的电子零件；电容器基板，配置在所述功率基板与所述控制基板之间，且安装着多个电容器；散热部，固定有所述功率基板；及隔件，将所述功率基板与所述电容器基板电连接；且所述隔件具备：主体，配置在相邻的所述功率元件群彼此之间；及传热部，在所述功率元件排列的方向上设置在比所述功率元件群更靠外侧且从所述电容器基板的板厚方向观察时不与所述电容器重合的位置。
据此，电容器基板的热经由隔件的主体及隔件的传热部向功率基板传导。由于除了主体以外，传热部也能用作传热路径，所以与隔件只是主体的情况相比，热容易从电容器基板向功率基板传导。尤其，传热部在功率元件排列的方向上设置在比功率元件群更靠外侧且从电容器基板的板厚方向观察时不与电容器重合的位置，因此，与隔件只是主体的情况相比，能够扩大传热路径。由于容易经由功率基板使电容器基板的热向散热部传导，所以能够抑制安装在电容器基板的电容器的冷却不足。
关于所述逆变器，也可为所述多个电容器汇集配置在比所述功率元件排列的方向上的所述电容器基板的中心更靠一端侧，且所述传热部设置在所述电容器基板的一端与所述功率基板之间。
在将电容器汇集在电容器基板的一端侧的情况下，容易因电容器的重量而导致载荷集中在电容器基板的一端侧。结果，电容器基板的一端侧变得容易挠曲。通过将传热部设置在电容器基板的一端与功率基板之间，能够在电容器基板容易挠曲的位置支撑电容器基板，从而抑制电容器基板挠曲。
关于所述逆变器，也可具备用来将所述隔件固定在所述功率基板的固定螺钉。
据此，能够通过固定螺钉的紧固力使隔件密接于功率基板及电容器基板。
[发明的效果]
根据本发明，能够抑制电容器的冷却不足。
附图说明
图1是逆变器的分解立体图。
图2是功率基板的俯视图。
图3是隔件的立体图。
图4是表示省略了控制基板的状态的逆变器的立体图。
图5是表示省略了控制基板的状态的逆变器的俯视图。
图6是表示逆变器的图4的6-6线剖视图。
图7是比较例的逆变器的剖视图。
具体实施方式
以下，对逆变器的一实施方式进行说明。此外，本实施方式的逆变器搭载在电池式的工业车辆(叉车等)。逆变器将从电池输入的直流电力转换为交流电力(三相交流)，并输出到三相电动机。由此，三相电动机驱动。
如图1所示，逆变器10具备作为散热部的散热器11。散热器11为铝系金属或铜等的金属制。散热器11具备板状的固定部12、及从固定部12的板厚方向的一面突出的散热片13。
逆变器10具备功率基板20、控制基板60、及电容器基板50。控制基板60在功率基板20的板厚方向上与功率基板20隔开间隔地配置。电容器基板50配置在功率基板20与控制基板60之间。功率基板20的板厚方向、控制基板60的板厚方向及电容器基板50的板厚方向一致。可以说散热器11及3个基板20、50、60呈层状配置。
逆变器10具备多个功率元件24、2个输入端子25、3个输出端子35、2个隔件40、及排针46。功率元件24、输入端子25、输出端子35、隔件40及排针46安装在功率基板20。本实施方式的功率元件24为MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor，金属氧化物硅场效应晶体管)。此外，作为功率元件24，也可以使用MOSFET以外的开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管)。多个功率元件24分成6个功率元件群G1、G2、G3、G4、G5、G6而配置。也就是说，各功率元件群G1、G2、G3、G4、G5、G6包括多个功率元件24。在各功率元件群G1～G6中，各功率元件24排列成一列。以下，将构成各功率元件群G1～G6的功率元件24排列的方向设为第1方向。
各功率元件群G1～G6隔开间隔地排列。如果详细地进行说明，则各功率元件群G1～G6排列在沿着功率基板20的板厚方向的面的方向中与第1方向交叉的方向上。以下，将各功率元件群G1～G6的排列方向设为第2方向。各功率元件群G1～G6构成逆变器10中的三相的上下臂。
功率基板20固定在固定部12的板厚方向的两面中设置着散热片13的面的相反面。本实施方式的功率基板20为绝缘金属基板(IMS基板)，是在金属制的基底设置绝缘层而获得。
如图2所示，功率基板20具备电连接功率元件24的多个导体图案21、22、23。导体图案21、22、23相互隔开间隔地排列配置在第2方向上。导体图案21、22、23包含连接于输入端子25的2个导体图案21、连接于输出端子35的3个导体图案22、及连接于隔件40的2个导体图案23。在各导体图案21、22、23连接着功率元件24。
导体图案21隔着各功率元件群G1～G6而配置。导体图案22配置在相邻的功率元件群G1～G6彼此之间。导体图案23配置在功率元件群G2、G3与功率元件群G4、G5之间。导体图案22与导体图案23交替地配置。
各导体图案23具备：第1部位23A，在功率元件群G2、G3与功率元件群G4、G5之间沿第1方向延伸；及第2部位23B，比功率元件群G2、G3与功率元件群G4、G5向第1方向突出。第2部位23B在第1方向上设置在比功率元件群G1～G6更靠外侧。
功率基板20具备沿板厚方向贯通的多个第1插通孔H1与多个第2插通孔H2。第1插通孔H1设置在功率基板20中配置着导体图案21、22、23的部分。第1插通孔H1在配置着导体图案21的部分及配置着导体图案22的部分分别各设置着2个。第1插通孔H1在配置着第1部位23A的部分设置着2个，在配置着第2部位23B的部分设置着1个。
如图1所示，2个输入端子25与3个输出端子35在第2方向上隔开间隔地排列。2个输入端子25隔着各功率元件群G1～G6而配置。也就是说，输入端子25在第2方向上比功率元件群G1～G6更靠功率基板20的外缘而配置。3个输出端子35配置在2个输入端子25彼此之间。输入端子25具备基部26、从基部26突出的柱状部27、及从柱状部27的周面突出的基座部28。输出端子35具备基部36及从基部36突出的柱状部37。输入端子25及输出端子35为铝系金属或铜等的金属制。在输入端子25连接电池。在输出端子35连接三相电动机。排针46在第1方向上比功率元件群G1～G6更靠功率基板20的外缘而配置。
2个隔件40在第2方向上隔开间隔地排列。各隔件40配置在输出端子35彼此之间。隔件40为铝系金属或铜等的金属制。
如图3所示，隔件40具备矩形板状的主体41、及设置在主体41的长度方向的一端的圆筒状的传热部42。主体41具备基部45及从基部45突出的2个接触部43。2个接触部43在主体41的板厚方向上突出。2个接触部43与传热部42沿主体41的长度方向排列配置。隔件40具备在主体41的板厚方向上贯通隔件40的隔件孔44。隔件孔44设置在主体41中具备各接触部43的部分、及传热部42。
隔件40具备与功率基板20接触的第1接触面47A、47B、及与电容器基板50接触的第2接触面48A、48B。主体41的板厚方向的两面中设置着接触部43的面的相反面为第1接触面47A，传热部42的轴线方向的两端面中的一个面为第1接触面47B。各接触部43的前端面为第2接触面48A，传热部42的轴线方向的两端面中第1接触面47B的相反面为第2接触面48B。各接触面47A、47B、48A、48B通过切削加工而平滑化。
如图2所示，隔件40的主体41与导体图案23的第1部位23A重合。隔件40的传热部42与导体图案23的第2部位23B重合。由此，第1接触面47A、47B电连接于功率基板20(导体图案23)。
隔件40的主体41配置在功率元件群G1～G6的相邻的功率元件群G2、G3与功率元件群G1～G6的相邻的功率元件群G4、G5之间。隔件40的传热部42在功率元件24排列的方向即第1方向上配置在比功率元件群G1～G6更靠外侧。
如图4及图5所示，逆变器10具备安装在电容器基板50的多个电容器54。在电容器基板50中，沿着第1方向的两缘55、56中的一个缘55配置着多个电容器54。较之电容器基板50的第1方向上的中心C1，各电容器54汇集配置在一端58侧。此外，一端58在电容器基板50中为缘55侧的端部。如果以电容器基板50的第1方向上的中心C1将电容器基板50分成两部分，则在一个区域配置着电容器54，在另一个区域未配置电容器54。此外，电容器基板50在沿着缘55的部分的一部分具备未设置电容器54的非配置区域57。电容器54呈圆柱状，且以轴线方向与电容器基板50的板厚方向一致的方式配置。可以说电容器54竖立设置在电容器基板50。
如图1及图5所示，电容器基板50具备导体图案52。电容器基板50具备输出孔53。输出端子35的柱状部37插通输出孔53。电容器基板50具备沿板厚方向贯通的第3插通孔H3。第3插通孔H3设置在包含非配置区域57的多个部位。第3插通孔H3设置为与第1插通孔H1数量相同。第3插通孔H3彼此的间隔与第1插通孔H1彼此的间隔相同。第3插通孔H3与第1插通孔H1在电容器基板50的板厚方向上相向地配置。
如图4～图6所示，电容器基板50与输入端子25的基部26、输出端子35的基部36及隔件40重叠地配置。电容器基板50以非配置区域57与隔件40的传热部42相向的方式配置。可以说从电容器基板50的板厚方向观察时，传热部42配置在不与电容器54重叠的位置。隔件40的第2接触面48A、48B与电容器基板50接触。经由输入端子25的基部26及隔件40而电容器基板50与功率基板20电连接。
如图1所示，控制基板60具备沿板厚方向贯通的3个输出孔61。输出端子35的柱状部37插通输出孔61。控制基板60具备供排针46插入的通孔62。控制基板60具备沿板厚方向贯通的多个第4插通孔H4。
逆变器10具备安装在控制基板60的多个电子零件63、电流传感器65及连接部67。电子零件63构成控制各功率元件群G1～G6的多个功率元件24的控制电路。通过利用控制电路控制各功率元件群G1～G6来进行电力转换。
通过将排针46插入到通孔62来进行控制基板60与功率基板20的连接。电流传感器65设置在3个输出端子35中的2个。电流传感器65具备磁芯66与未图示的霍尔元件。连接部67是供连接控制逆变器10的控制装置(上位控制装置)与逆变器10的连接器插入的母连接器。
逆变器10具备为了将控制基板60固定在散热器11而设置的托架70。托架70具备板状的主体71、及在主体71的板厚方向上突出的多个紧固凸台72。通过紧固凸台72，维持功率基板20与控制基板60的间隔。托架70为铝系金属或铜等的金属制。
逆变器10具备配置在托架70与控制基板60之间的热传导部件91、及配置在托架70与电容器基板50之间的介置热传导部件92。热传导部件91及介置热传导部件92的配置部位以成为电流集中的部位或成为发热元件的电子零件63的附近的方式规定。热传导部件91使热从控制基板60向托架70传导。介置热传导部件92使热从电容器基板50向托架70传导。
如图1及图6所示，逆变器10具备用来将功率基板20、控制基板60及电容器基板50固定在散热器11的多个螺钉S1、S2、S3、以及绝缘性的轴环C。多个螺钉S1、S2、S3包含第1螺钉S1、第2螺钉S2及第3螺钉S3。
多个第1螺钉S1插通轴环C以及电容器基板50的第3插通孔H3与功率基板20的第1插通孔H1，并紧固在散热器11的固定部12。由此，第1螺钉S1将功率基板20与电容器基板50紧固在一起。也就是说，散热器11被固定在功率基板。另外，多个第1螺钉S1中的一部分第1螺钉S1插通第3插通孔H3、第1插通孔H1以及隔件40的隔件孔44。插通隔件孔44的第1螺钉S1成为用来将隔件40与功率基板20固定的固定螺钉。
多个第2螺钉S2插通控制基板60的第4插通孔H4中的一部分第4插通孔H4及功率基板20的第2插通孔H2并紧固在散热器11的固定部12。由此，第2螺钉S2将控制基板60与功率基板20紧固在一起。
多个第3螺钉S3插通控制基板60的第4插通孔H4中的一部分第4插通孔H4，并紧固在输入端子25的基座部28及托架70。
接下来，对逆变器10的作用进行说明。
当为了使三相电动机驱动而使逆变器10驱动时，功率元件24、电子零件63及导体图案21、22、23、52发热。功率元件24及功率基板20中发出的热从功率基板20向散热器11传导。
电容器54及电容器基板50中发出的热经由输入端子25、输出端子35及隔件40向功率基板20传导。传导到功率基板20的热向散热器11传导。能够经由功率基板20使电容器基板50的热向散热器11传导。本实施方式的隔件40由于具备主体41与传热部42，所以将主体41及传热部42的两者作为传热路径而热从电容器基板50向功率基板20传导。
如图7所示，比较例的逆变器100的隔件110的形状与实施方式的逆变器10不同。在比较例的逆变器100中，隔件110具备主体41，且不具备传热部42。在该情况下，使电容器基板50的热向功率基板20传导的隔件40的传热路径只成为主体41。在隔件40的传热路径只是主体41的情况下，隔件40与电容器基板50及功率基板20的接触面积较少，除此以外，隔件110的热容量也变少。因此，在比较例的逆变器100中，经由隔件110传导到功率基板20的热量比实施方式的逆变器10少。
另外，隔件40也作为将电容器54与功率元件24电连接的通电路径发挥功能。如图6中箭头Y1所示，实施方式的逆变器10除了主体41以外，传热部42也成为通电路径。传热部42在第1方向上比主体41更靠电容器54而配置。因此，如图7中箭头Y2所示，与不设置比较例的逆变器100中的传热部42而仅主体41成为通电路径的情况相比，实施方式的逆变器10中的从电容器54到功率元件24的通电路径变短。
实施方式的逆变器10中，使电容器54汇集在电容器基板50的一端58侧。如果像这样配置电容器54，则会因电容器54的重量而导致载荷集中在电容器基板50的一端58侧，从而重心位置比电容器基板50的中心C1更靠一端58侧。这样一来，电容器基板50的一端58容易因振动或冲击等而挠曲，从而电容器54容易脱落。为了抑制电容器54的脱落，也考虑在电容器54的根部设置充填树脂而将电容器54固定在电容器基板50。然而，在该情况下，增加了设置充填树脂的工夫，也增加了充填树脂的成本。
像本实施方式这样，通过将传热部42配置在功率基板20与电容器基板50的一端58之间，能够利用传热部42支撑电容器基板50，从而抑制电容器基板50的挠曲。
因此，根据所述实施方式，可获得以下效果。
(1)隔件40具备主体41与传热部42。传热部42在第1方向上配置在比功率元件群G1～G6更靠外侧且从电容器基板50的板厚方向观察时不与电容器54重叠的位置。除了主体41以外，传热部42也能设为传热路径，因此，容易使电容器基板50的热向功率基板20传导。尤其，传热部42在第1方向上设置在比功率元件群G1～G6更靠外侧且从电容器基板50的板厚方向观察时不与电容器54重合的位置，因此，与比较例的逆变器100中的隔件40只是主体41的情况相比，能够扩大实施方式的逆变器10中的传热路径。因此，能够抑制产生电容器54的冷却不足，从而能够抑制电容器54的性能劣化。
(2)通过将隔件40的传热部42配置在功率基板20与电容器基板50的一端58之间来抑制电容器基板50的挠曲。由此，能够抑制电容器54的脱落。因此，无须为了抑制电容器54的脱落而利用充填树脂等将电容器54固定在电容器基板50。
(3)通过第1螺钉S1将隔件40固定。通过第1螺钉的紧固力，隔件40密接于功率基板20及电容器基板50。因此，能够使接触电阻降低。
(4)传热部42不仅作为传热路径发挥功能，也作为通电路径发挥功能。通过设置传热部42，从电容器54到功率元件24的通电路径变短，从而能够使电感降低。
(5)隔件40在第2方向上比各输入端子25更靠功率基板20的中心而配置。由于热容易充满在功率基板20的第2方向上的中心位置，所以通过将隔件40靠近第2方向上的功率基板20的中心而配置，能够提高容易充满热的位置上的散热性。
此外，实施方式也可以像以下那样变更。
○隔件40也可以利用第1螺钉S1以外的部件固定。例如，隔件40也可以通过焊料等接合剂而固定在功率基板20及电容器基板50。
○电容器54也可以不汇集在比中心C1更靠一端58侧。也就是说，也可以在隔着电容器基板50的中心C1的两侧配置电容器54。此外，在该情况下，隔着中心C1配置在一侧的电容器54的数量与配置在另一侧的电容器54的数量既可以相同，也可以不同。在电容器54的数量不同的情况下，也可以在第1方向上在重心位置所偏向的方向设置传热部42。也就是说，也可以在电容器基板50容易挠曲的位置设置传热部42。
○隔件40的传热部42也可以设置在主体41的长度方向的两端。在该情况下，各传热部42在第1方向上配置在比功率元件群G1～G6更靠外侧。
○托架70只要能够将控制基板60固定在散热器11，则可为任意形状。另外，托架70也可为树脂等绝缘性的材料制。
○也可以不设置热传导部件91及介置热传导部件92。
○作为散热部，也可为不具有散热片13的散热板等。此外，作为散热部，也可以通过气体状的制冷剂进行冷却，还可以通过液状的制冷剂进行冷却。
○各基板20、50、60可为绝缘金属基板或印刷基板等任意基板。
○逆变器10也可以不搭载在工业车辆。
○也可以在电容器基板50与散热器11(或功率基板20)之间且电容器基板50的一端58侧夹入绝缘性的传热部件。在该情况下，传热部件设置在从电容器基板50的板厚方向观察时不与传热部42重叠的位置。由此，除了基于主体41及传热部42的热传导以外，还将传热部件作为传热路径而热从电容器基板50向散热器11(或功率基板20)传导。另外，由于能够使传热部件作为缓冲件发挥功能，所以能够进一步抑制电容器基板50的挠曲。
[符号的说明]
S1 第1螺钉(固定螺钉)
G1～G6 功率元件群
10 逆变器
11 散热器(散热部)
20 功率基板
24 功率元件
40 隔件
41 主体
42 传热部
50 电容器基板
54 电容器
60 控制基板
63 电子零件

Claims (3)

1.一种逆变器，具备：
功率基板，隔开间隔地排列有多个功率元件群，所述功率元件群由多个功率元件排列而成；
控制基板，在所述功率基板的板厚方向上与所述功率基板隔开间隔地配置，且安装着控制所述功率元件的电子零件；
电容器基板，配置在所述功率基板与所述控制基板之间，且安装着多个电容器；
散热部，固定有所述功率基板；及
隔件，将所述功率基板与所述电容器基板电连接；且
所述隔件具备：
主体，配置在相邻的所述功率元件群彼此之间；及
传热部，在所述功率元件排列的方向上设置在比所述功率元件群更靠外侧且从所述电容器基板的板厚方向观察时不与所述电容器重合的位置。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其中
所述多个电容器汇集配置在比所述功率元件排列的方向上的所述电容器基板的中心更靠一端侧，且
所述传热部设置在所述电容器基板的一端与所述功率基板之间。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器，具备用来将所述隔件固定在所述功率基板的固定螺钉。
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