CN112514234A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

电力转换装置(1)具有：内置有开关元件的半导体模块(2)；以及与半导体模块(2)的功率端子(21)连接的一对母线(3)。一对母线(3)具有：一部分在厚度方向(Z)上彼此相对配置的主体板部(31)；以及从本体板部(31)分支并供功率端子(21)连接的多个端子连接部(32)。一对母线(3)的至少一方具有以包括多个端子连接部(32)的一个的方式形成为环状的多个环状部(33)。

Description

电力转换装置

相关申请的援引

本申请以2018年7月31日申请的日本专利申请2018-144061号为基础，在此援引其记载内容。

技术领域

本公开涉及一种包括半导体模块和母线的电力转换装置。

背景技术

作为装设于混合动力汽车、电动汽车等的逆变器等电力转换装置，存在这样一种电力转换装置，包括：内置有开关元件的半导体模块；以及连接到半导体模块的功率端子的多个母线(参照专利文献1)。上述母线构成为与例如电容器等连接，并经由母线向半导体模块输入电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-109767号公报

发明内容

在电力转换装置中，随着近年来对小型化、高输出化的要求，期望开关速度的高速化、大电流化等。因此，进一步期望降低母线中的电感。

例如，在专利文献1所公开的电力转换装置中，在设于母线的端缘的连接端子连接有功率端子。因此，在连接端子的周围，容易限制电流路径，从而难以降低电感。

本公开提供一种能降低电感的电力转换装置。

本发明的一方式具有：半导体模块，该半导体模块内置有开关元件；以及

一对母线，该一对母线与上述半导体模块的功率端子连接，

一对上述母线具有：一部分在厚度方向上彼此相对配置的主体板部；以及从上述本体板部分支并供上述功率端子连接的多个端子连接部，

一对上述母线的至少一方具有以包括多个上述端子连接部的一个的方式形成为环状的多个环状部。

在上述电力转换装置中，上述一对母线的至少一方具有以包括上述多个端子连接部的一个的方式形成为环状的多个环状部。由此，能增加端子连接部的周围的电流路径，从而能降低母线的电感。

如上所述，根据上述方式，能提供一种可以降低电感的电力转换装置。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本公开的上述目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是实施方式一的电力转换装置的俯视说明图。

图2是相当于图1的II向视的、端子连接部和功率端子的连接部分的主视图。

图3是实施方式一的电容器和一对母线的立体图。

图4是从上方观察实施方式一的电容器和一对母线的俯视图。

图5是从下方观察实施方式一的电容器和一对母线的仰视图。

图6是相当于图4的VI-VI线向视截面的一对母线的剖视图。

图7是实施方式一的正极母线的一部分的俯视说明图。

图8是实施方式一的负极母线的一部分的俯视说明图。

图9是相当于图8的IX－IX线向视截面的端子连接部的剖视图。

图10是表示实施方式一的从X方向观察到的端子连接部的电流路径的说明图。

图11是表示实施方式一的从Z方向观察到的端子连接部的电流路径的说明图。

图12是实施方式二的一对母线的剖视图。

图13是实施方式二的电容器和一对母线的俯视图。

图14是实施方式三的电力转换装置的俯视说明图。

图15是相当于图14的XV－XV线向视截面的、端子连接部和功率端子的连接部分的剖视图。

图16是实施方式四的电力转换装置的俯视说明图。

具体实施方式

(实施方式一)

参照图1～图11，对电力转换装置的实施方式进行说明。

本方式的电力转换装置1如图1、图2所示，具有半导体模块2和一对母线3。半导体模块2内置有开关元件。一对母线3与半导体模块2的功率端子21连接。

如图3～图6所示，一对母线3具有主体板部31和多个端子连接部32。一对母线3中的主体板部31的一部分彼此在厚度方向Z上相对配置。多个端子连接部32从主体板部31分支。此外，如图1、图2所示，在端子连接部32连接有功率端子21。

如图3～图6所示，一对母线3的至少一方具有以包括多个端子连接部32的一个的方式形成为环状的多个环状部33。在本方式中，如图7、图8所示，一对母线3均分别具有多个环状部33。

如图6所示，端子连接部32在厚度方向Z上立设于主体板部31。以下，将主体板部31的厚度方向Z简称为Z方向。

如图9所示，端子连接部32在与主体板部31之间的立起弯曲部34的外侧面具有将主体板部31的主面311和端子连接部32的端子配置面321之间连接的曲面部341。此外，功率端子21的前端和端子连接部32的前端彼此朝向相同的方向。另外，曲面部341例如形成为曲率半径为母线3的板厚以上。

在本方式中，功率端子21的前端和端子连接部32的前端朝向Z方向上的同侧。此外，一对母线3这两者的端子连接部32朝向Z方向上相同的方向。为了方便，将上述端子连接部32的突出方向称为上侧，将其相反侧称为下侧。

如图10所示，端子连接部32的从端子配置面321的法线方向X观察的形状是以沿着厚度方向Z的中心线C为基准的线对称形状。以下，也将端子配置面321的法线方向X简称为X方向。此外，将与X方向和Z方向这两者正交的方向称为Y方向。

端子连接部32在设于Y方向的两处的脚部322以与立起弯曲部34连续的方式立设于Z方向的上侧。两个脚部322在上侧互相连结，并构成一个端子连接部32。端子连接部32的上端部形成为大致梯形，并在Y方向的两侧分别具有倾斜端缘323，在两个倾斜端缘323之间具有前端缘324。

如图1所示，电力转换装置1具有在X方向上排列的多个半导体模块2。各半导体模块2具有：内置有开关元件的模块主体部20；以及从模块主体部20突出的多个功率端子21。如图1、图2所示，多个功率端子21的突出方向朝向Z方向的上侧。功率端子21具有板状，并且其厚度方向朝向X方向。

功率端子21在X方向上以与母线3的端子连接部32重叠的状态连接到端子连接部32。功率端子21和端子连接部32在端子连接部32的前端缘324处焊接。

电力转换装置1具有与多个半导体模块2电连接的电容器4。电容器4作为使输入半导体模块2的直流电压平滑化的平滑电容器发挥作用。母线3将电容器4和多个半导体模块2连接。作为一对母线3，存在正极母线3P和负极母线3N。正极母线3P是将电容器4和多个半导体模块2的正极的功率端子21连接的母线3。负极母线3N是将电容器4和多个半导体模块2的负极的功率端子21连接的母线3。

一对母线3各自的一端与电容器4的一对电极分别连接。即，在设于电容器4的内部的电容器元件(省略图示)的一对电极分别连接有正极母线3P和负极母线3N。此外，如图3所示，一对母线3以彼此在厚度方向Z上重叠的状态从电容器4的浇注封装面41向Y方向突出。

如图3～图6所示，母线3的主体板部31形成为平板状，且彼此的一部分在Z方向上重叠。此外，在一对母线3的主体板部31之间夹着绝缘板11，以实现彼此的电绝缘。绝缘板11例如由树脂成型体等形成。正极母线3P配置于绝缘板11的上表面侧，负极母线3N配置于绝缘板11的下表面侧。

母线3在主体板部31的Y方向上的与电容器4相反一侧的端缘附近设置多个端子连接部32。两个母线3的Y方向上的与电容器4相反一侧的端缘(以下，称为板端缘319)的位置互相不同。在本方式中，负极母线3N比正极母线3P更向与电容器4相反的一侧延伸。

负极母线3N在比正极母线3P的板端缘319靠近Y方向上的与电容器4相反一侧的位置具有多个端子连接部32。另一方面，正极母线3P在与负极母线3N重叠的部分形成有多个端子连接部32。伴随于此，如图5、图6、图8所示，在负极母线3N的主体板部31的与正极母线3P的端子连接部32重叠的部位附近设置有在Z方向上贯通的贯通孔312。以贯通该贯通孔312的方式配置有半导体模块2的正极的功率端子21(参照图10)。

如图4、图5所示，在任意的母线3中，多个端子连接部32均在X方向上排列并配置为一条直线状。多个端子连接部32在Y方向的两侧互相连结。即，在多个端子连接部32的Y方向的两侧形成有主体板部31。换言之，主体板部31具有：配置于比端子连接部32靠近电容器4侧的位置的大面积部317；以及配置于板端缘319侧的连结部318。

大面积部317具有由比较宽的面积形成为板状的部分并具有一对母线3的重叠部分。连结部318是沿着板端缘319在X方向上连续形成的部分，将在X方向上排列的多个端子连接部32连结。端子连接部32形成于大面积部317与连结部318之间并与这两者连接。由此，如图7、图8所示，在母线3形成有多个环状部33。

即，环状部33由在X方向上彼此相邻的两个端子连接部32、大面积部317的一部分以及连结部318的一部分形成为环状地连续的部位。此外，配置于X方向的一端的环状部33具有一个端子连接部32、大面积部317的一部分以及连结部318的一部分。此外，该环状部33由于包括相对于端子连接部32在X方向上排列并形成于大面积部317与连结部318之间的并行部316而形成为环状。

环状部33的内侧为在Z方向上贯通的开口部330。以贯通该开口部330的方式配置各功率端子21。尤其是，正极的功率端子21配置成在Z方向上贯通负极母线3N的贯通孔312和正极母线3P的开口部330这两者。

接着，对本实施方式的作用效果进行说明。

在上述电力转换装置1中，一对母线3的至少一方具有以包括多个端子连接部32的一个的方式形成为环状的多个环状部33。由此，能增加端子连接部32的周围的电流路径，从而降低母线3的电感。

即，如图10、图11所示，由于环状部33形成为包括端子连接部32，因此能使电流i从端子连接部32的两侧流入。即，作为流入端子连接部32的电流i的路径，可以确保端子连接部32中的来自大面积部317的电流路径和来自连结部318的电流路径这两个路径。因此，能实现电感的降低。

此外，由于端子连接部32在Y方向的两侧分别与大面积部317、连结部318连接，因此能容易将焊接时的热量向Y方向的两侧分散并释放。上述热量的路径的方向与图10、图11所示的箭头i的方向相反。

此外，通过设置连结部318而使端子连接部32成为双支承梁结构，从而能提高母线3的刚度。

此外，由于母线3具有多个环状部33，因此能将各功率端子21插通于各环状部33的内侧的开口部330。由此，在组装母线3和半导体模块2时，容易使端子连接部32和功率端子21对准。其结果是，能提高电力转换装置1的生产率。

此外，负极母线3N具有多个贯通孔312。由此，能在较宽的范围中使一对母线3在Z方向上重合并且容易将正极的功率端子21和负极的功率端子21这两者连接到各母线3。

此外，一对母线3这两者分别具有多个环状部33。由此，能在一对母线3中实现电感的降低，从而能进一步减少开关损耗。

端子连接部32在厚度方向Z上立设于主体板部31。由此，能容易且可靠地将立设于Z方向的功率端子21与端子连接部32连接。

端子连接部32在立起弯曲部34的外侧面具有曲面部341。此外，功率端子21的前端和端子连接部32的前端朝向相同的方向、即朝向Z方向的上侧。由此，在使功率端子21从下侧靠近端子连接部32并使端子连接部32和功率端子21重合时，能将曲面部341作为导向面发挥作用。因此，能更加顺利地进行半导体模块2和母线3的组装作业。

端子连接部32的从X方向观察的形状是以中心线C以基准的线对称形状。由此，能使端子连接部32的热量均匀地向Y方向的两侧释放。即，当在端子连接部32的前端缘324处进行和功率端子21的焊接时，容易使上述热量向Y方向的两侧均匀地释放。其结果是，能有效地散热，并且进一步有效地抑制对半导体模块2的热负荷。

如上所述，根据本实施方式，能提供一种可以降低电感的电力转换装置。

(实施方式二)

如图12、图13所示，本实施方式是母线3具有端缘弯曲部35的电力转换装置1的方式。

多个环状部33在与厚度方向Z正交的方向上并排配置成一条直线状。在本方式中，多个环状部33在X方向上并排配置成一条直线状。母线3在沿着多个环状部33的排列方向即X方向的端缘处具有向厚度方向Z弯曲的端缘弯曲部35。

即，端缘弯曲部35形成于连结部318中的远离端子连接部32的一侧的端缘。此外，端缘弯曲部35在X方向上连续形成。

此外，端缘弯曲部35从母线3的主体板部31向Z方向的上侧突出。

其它结构与实施方式一相同。另外，若无特别指出，实施方式二以后的实施方式所使用的符号中、与之前实施方式使用的符号相同的符号表示与之前实施方式相同的构成要素等。

在本方式中，能提高连结部318的刚度，并进一步提高母线3的刚度。由此，能提高母线3与功率端子21之间的连接可靠性。

除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。

(实施方式三)

如图14、图15所示，本方式是在母线3设有使半导体模块2的输出端子21A贯通的贯通窗部36的方式。

即，除了输入有直流电力的功率端子21P、21N之外，半导体模块2还具有输出交流电力的输出端子21A。此外，在本方式中，输出端子21A向与功率端子21P、21N相同的方向即Z方向的上侧突出。此外，输出端子21A配置于比功率端子21P、21N靠近电容器4的一侧的位置。因此，在母线3形成贯通窗部36以使上述输出端子21A不会与母线3发生干涉。

如图15所示，贯通窗部36在一对母线3这两者上分别形成多个。此外，一对母线3配置成使贯通窗部36彼此在Z方向上重叠。输出端子21A配置成贯通在该Z方向上重叠配置的贯通窗部36。此外，构成为在输出端子21A与贯通窗部36的内周缘之间设有空隙，以保持输出端子21A和母线3的电绝缘。

此外，在两个母线3的Z方向的上侧，输出端子21A和输出母线(省略图示)连接。输出母线与旋转电机等的交流负载电连接。

其它结构与实施方式一相同。

在本方式中，能有效地防止输出端子21A和母线3发生干涉。此外，由于能将输出端子21A配置于靠近电容器4的一侧，因此能实现省空间化，从而容易实现电力转换装置1的小型化。

除此以外，具有与实施方式一相同的作用效果。

(实施方式四)

如图16所示，本方式是使电容器4和母线3的位置关系与实施方式一不同的方式。

即，母线3配置于在X方向上与电容器4相邻的位置。即，母线3从电容器4向X方向突出。

一对母线3配置成使主体板部31的一部分彼此在Z方向上重合的状态。此外，配置成使负极母线3N的主体板部31的一部分比正极母线3P向Y方向的一方突出。在负极母线3N中，在Z方向上不会与正极母线3P重叠的部位设置多个端子连接部32。

此外，多个半导体模块2的层叠方向是X方向，半导体模块2的主面和电容器4在X方向上相对。但是，也可以在半导体模块2的主面与电容器4之间配置有其他的部件。

其它结构与实施方式一相同。

在本方式中，也能得到与实施方式一相同的作用效果。

除了上述实施方式之外，还可以采用对各实施方式进行各种变形的方式。

例如，也可以构成为使一对母线3的极性及功率端子21的极性相反。即，也可以考虑替换正极母线3P和负极母线3N，使两者的位置关系和形状相反。

此外，也可以构成为仅在一对母线中的一方设有多个环状部。

本公开并不限定于上述各实施方式，能在不脱离本发明思想的范围中应用于各种实施方式。

虽然根据实施方式对本公开进行了记述，但是应当理解为本公开并不限定于该实施方式、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (6)

1.一种电力转换装置(1)，具有：

半导体模块(2)，该半导体模块内置有开关元件；以及

一对母线(3)，该一对母线与所述半导体模块的功率端子(21)连接，

一对所述母线具有：一部分在厚度方向(Z)上彼此相对配置的主体板部(31)；以及从所述本体板部分支并供所述功率端子连接的多个端子连接部(32)，

一对所述母线的至少一方具有以包括多个所述端子连接部的一个的方式形成为环状的多个环状部(33)。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

一对所述母线这两者分别具有多个所述环状部。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述端子连接部在所述厚度方向上立设于所述主体板部。

4.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，

所述端子连接部在与所述主体板部之间的立起弯曲部(34)的外侧面具有将所述主体板部的主面(311)和所述端子连接部的端子配置面(321)之间连接的曲面部(341)，所述功率端子的前端和所述端子连接部的前端朝向彼此相同的方向。

5.如权利要求3或4所述的电力转换装置，其特征在于，

所述端子连接部的从端子配置面(321)的法线方向(X)观察到的形状是以沿着所述厚度方向的中心线(C)为基准的线对称形状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

多个所述环状部在与所述厚度方向正交的方向上并排配置成一条直线状，所述母线在沿着多个所述环状部的排列方向的端缘处具有向所述厚度方向弯曲的端缘弯曲部(35)。

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