CN112951818B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供实现耐振性的提高的功率转换装置。功率转换装置包括保持板(613)和引导构件(53)，该保持板(613)固定于支承壳体(6)、在与控制电路基板(5)的表面(501)之间具有隔着空间相对的具有弹性的保持片(616、617)，该引导构件(53)配置于所述空间，将从功率半导体元件(31、32)延伸出的中继端子(320)引导到设置于控制电路基板(5)的通孔(51)，引导构件(53)通过保持片(616、617)被安装并按压到控制电路基板(5)的表面(501)。

Description

功率转换装置
技术领域
本申请涉及功率转换装置。
背景技术
近年来，汽车为了提高燃油效率等环境性能，像电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车那样，除了现有的内燃机以外，利用了电气动力的车辆的开发以及向市场的投入正在急速推进。这样的汽车搭载有交流电动机，此外，为了将来自电池的直流电流提供给交流电动机，搭载了将直流转换为交流的功率转换装置。
在上述功率转换装置的框体内收纳有：功率半导体元件，该功率半导体元件构成进行直流与交流之间的功率转换的功率转换电路；发热的部件，该发热的部件构成对电压值进行转换的升压转换器和降压转换器等；水冷式散热器，该水冷式散热器对功率半导体元件和发热的部件进行冷却；控制电路基板，该控制电路基板具备驱动功率半导体元件的控制电路；以及用于抑制纹波电流的滤波电容器等。
在上述功率转换装置中，从功率半导体元件延伸的中继端子被插入到设置于控制电路基板的通孔，之后与设置于控制电路基板的导电体焊接接合，但在专利文献1中提出了如下功率转换装置：对控制电路基板设置具有用于将中继端子插入通孔的引导部的引导构件，以使得组装性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004－87605号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
搭载于车辆的功率转换装置传递因车辆行驶等而引起的振动，尤其在搭载于混合动力汽车的变速装置等车辆的驱动装置的情况下，发动机的振动也传递到功率转换装置，因此有可能产生如下问题：控制电路基板因振动而变形，导致控制电路基板与电子部件的焊接接合部产生裂纹，或者来自功率半导体元件等电子部件的中继端子因振动而断裂等。
本申请公开用于解决上述那样的问题的技术，其目的在于提供一种实现耐振性的提高的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请所公开的功率转换装置具有：
构成功率转换电路的多个功率半导体元件；以及对所述功率半导体元件进行驱动控制的控制电路基板，其特征在于，包括：
框体，该框体在内部具有散热器的冷却面；
支承壳体，该支承壳体设置在所述框体的内部，对所述功率半导体元件进行保持以利用所述散热器的所述冷却面来使所述功率半导体元件冷却，并且内置经由汇流条连接到所述功率半导体元件的直流输入端子和交流输出端子，将所述控制电路基板固定为与所述功率半导体元件的表面相对且平行；以及
保持板，该保持板固定于所述支承壳体，并在与所述控制电路基板之间具有经由空间而相对的具有弹性的保持片；以及
引导构件，该引导构件配置于所述空间，将从所述功率半导体元件延伸出的中继端子引导到设置于所述控制电路基板的通孔，
所述引导构件安装于所述控制电路基板的与所述功率半导体元件相对的表面，并被所述保持片所按压。
此外，本申请所公开的功率转换装置具有：
构成功率转换电路的多个功率半导体元件；以及对所述功率半导体元件进行驱动控制的控制电路基板，其特征在于，包括：
框体，该框体在内部具有散热器的冷却面；
支承壳体，该支承壳体设置在所述框体的内部，对所述功率半导体元件进行保持以利用所述散热器的所述冷却面来使所述功率半导体元件冷却，并且内置经由汇流条连接到所述功率半导体元件的直流输入端子和交流输出端子，将所述控制电路基板固定为与所述功率半导体元件的表面相对且平行；
屏蔽板，该屏蔽板配置在所述控制电路基板与所述功率半导体元件之间；
保持片，该保持片设置于所述屏蔽板并具有弹性；以及
引导构件，该引导构件配置在所述保持片与所述控制电路基板之间，将从所述功率半导体元件延伸出的中继端子引导到设置于所述控制电路基板的通孔，
所述引导构件安装于所述控制电路基板的与所述功率半导体元件相对的表面，并被所述保持片所按压。
发明效果
根据本申请所公开的功率转换装置，可得到实现耐振性的提高的功率转换装置。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的功率转换装置的纵向剖视图。
图2是实施方式1所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图。
图3是从图2所示的箭头A的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。
图4是实施方式2所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图。
图5是从图4所示的箭头B的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。
图6是实施方式3所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图。
图7是从图6所示的箭头C的方向观察到的简要俯视图。
图8是实施方式4所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图。
图9是从图8所示的箭头D的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。
图10是实施方式5所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图。
图11是从图10所示的箭头E的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本申请的实施方式所涉及的功率转换装置进行说明。各附图中，相同标号表示相同或相当部分。
实施方式1.
图1是实施方式1所涉及的功率转换装置的纵向剖视图。图1中，功率转换装置100具备固定于水冷式的散热器1的表面11的金属制的框体2。散热器1在内部形成有流路12，构成为冷却水在流路12内流通。
框体2的内部收纳有：埋设于树脂制的支承壳体6的功率半导体元件31、32；由轴套部91、92支承的滤波电容器4；由支承壳体6支承的控制电路基板5；由支承壳体6支承的屏蔽板8；以及一部分插入支承壳体6的汇流条120等。
功率半导体元件31、32是构成作为功率转换电路的逆变器电路的、例如成为三相桥式电路的U相、V相、W相的上臂开关元件以及U相、V相、W相下臂开关元件的6个功率半导体元件中的一部分。这里，设为功率半导体元件31构成U相的上臂开关元件，功率半导体元件32构成U相的下臂开关元件。未图示的其它功率半导体元件构成V相和W相的上臂开关元件和下臂开关元件。以下说明中，仅对功率半导体元件31、32进行了说明，但其它功率半导体元件也为同样的结构。
滤波电容器4连接在上述逆变器电路的直流端子间，对输入至逆变器电路的直流电流进行滤波。控制电路基板5的表面即安装面50安装有：功率半导体元件31、32；对未图示的其它功率半导体元件进行驱动控制的驱动电路；向驱动电路提供指令信号的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)71；以及半导体集成电路等电子部件72。
功率半导体元件31、32埋设于上述树脂制的支承壳体6。功率半导体元件31、32的背面在支承壳体6的背面露出，与散热器1的表面11相抵接。功率半导体元件31、32的背面从支承壳体6的背面以微小的尺寸突出到散热器1的表面侧。因此，支承壳体6的背面相对于散热器1的表面11隔着微小尺寸的间隙(未图示)相对。另外，功率半导体元件31、32的背面可以构成为与支承壳体6的背面成为同一平面，该情况下，支承壳体6的背面与散热器1的表面11抵接。
支承壳体6的侧缘部611、612形成为从支承壳体6的表面突出。此外，支承壳体6的表面固定有支承体621、622。支承体621、622可以与支承壳体6一体形成，可以分开形成。
控制电路基板5通过螺钉510、520固定于支承壳体6的侧缘部611、612。金属制的屏蔽板8配置在功率半导体元件31、32与控制电路基板5之间，并通过螺钉81、82固定于支承体621、622。对于控制电路基板5，屏蔽板8将从功率半导体元件31、32释放出的电磁噪声屏蔽。滤波电容器4通过螺钉41、42固定于轴套部91、92，该轴套部91、92固定在散热器1的表面。
支承壳体6的侧缘部611插入有上述逆变器的正极侧的直流端子110与负极侧的直流端子(未图示)。正极侧的直流端子110的一端从侧缘部611的外侧壁面露出到外部，另一端部贯通侧缘部611并连接至功率半导体元件31的端子311。此外，一端电连接至正极侧的直流端子110的汇流条120的一部分插入至支承壳体6的侧缘部611。汇流条120的另一端贯通侧缘部611并连接至功率半导体元件32的端子321。
支承壳体6的侧缘部612插入有上述逆变器的交流端子111。交流端子111的一端从侧缘部612的外侧壁面露出到外部，另一端部贯通侧缘部612并连接至功率半导体元件32的端子322。此外，一端电连接至交流端子111的汇流条(未图示)插入成型于支承壳体6的侧缘部612，该汇流条的另一端贯通侧缘部611并连接至功率半导体元件31的端子(未图示)。
直流侧的汇流条120从逆变器的直流端子110经由功率半导体元件32电连接至逆变器的交流端子111。此外，插入至支承壳体6的侧缘部612的交流侧的汇流条(未图示)从逆变器的交流端子111经由功率半导体元件31电连接至逆变器的直流端子110。
从滤波电容器4延伸的正极侧的汇流条121与设置于支承壳体6的侧缘部611的正极侧的直流端子110电连接，并通过螺钉43固定于侧缘部611。此外，从滤波电容器4延伸的负极侧的汇流条122与设置于支承壳体6的侧缘部611的负极侧的直流端子(未图示)电连接，并通过螺钉(未图示)固定于侧缘部611。从功率半导体元件31、32延伸的中继端子310、320如后述那样，经由设置于控制电路基板5的通孔与设置于控制电路基板5的导电体电连接。
实施方式1所涉及的功率转换装置如上述那样，将功率半导体元件31、32排列在散热器1的表面11，并配置为使对功率半导体元件31、32进行驱动控制的控制电路基板5与功率半导体元件31、32相对。此外，将从功率半导体元件31、32延伸的中继端子310、320与控制电路基板5电连接，并且在散热器1与控制电路基板5之间设置插入有直流侧的汇流条120的支承壳体6，该直流侧的汇流条120用于从直流端子110经由功率半导体元件32电连接至交流端子111，与控制电路基板5中的安装面50相对地配置滤波电容器4，并将该滤波电容器4固定在设置于散热器1的轴套部91、92。此外，利用螺钉43将从滤波电容器4延伸的正极侧的汇流条121与支承壳体的侧缘部611的直流端子110相连结来进行电连接。通过构成为上述那样，从而能将各结构构件高效地收纳在金属制的框体2的内部。
图2是实施方式1所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图，图3是从图2所示的箭头A的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。在图2和图3中，控制电路基板5形成有通孔51，该通孔51供从功率半导体元件32延伸的中继端子320插入。通孔51的数量与位置根据从功率半导体元件32延伸的中继端子320的数量与位置来设定。另外，通孔51的数量可以比中继端子320的数量要多。
在作为控制电路基板5中的与功率半导体元件相对的表面的反安装面501配置有引导构件53，该引导构件53具有用于引导中继端子320向通孔51的插入的、以研钵形状陷入的引导部531。引导构件53在引导部531的中央部具有贯通孔532。贯通孔532配置为与控制电路基板5的通孔51连通。另外，引导构件53的引导部531的形状并不限于研钵状，也可以是方形锥、三角锥等锥形状，这些形状也能得到相同的效果。
对引导构件53进一步进行详细说明。如图3所示那样，一个引导构件53包括：形成为长方体、排列在引导构件53的长度方向上的10个引导部531；以及设置于该引导部531的中央部的10个贯通孔532。实施方式1中，在形成为矩形状的控制电路基板5的4个边部中的固定在支承壳体6的侧缘部611、612的相对的2个边部中的一个边部502附近，2个引导构件53沿着边部502排列在纵向上进行配置。此外，虽未图示，但在控制电路基板5的上述相对的2个边部中的另一个边部附近也同样地配置有2个引导构件53。
如图2和图3所示，由具有弹性的金属板构成的保持板613使其贯通孔614被螺钉520所贯通，并通过螺钉520与控制电路基板5一起固定于支承壳体6的侧缘部612。保持板613包括：具有贯通孔614的主体部615；以及分别从该主体部615延伸的保持片616、617。从保持板613的主体部615延伸的保持片616、617如图2所示，形成为从主体部615向反控制电路基板侧弯曲。
上述2个引导构件53中的一方使其长度方向的中央部被夹持在保持板613的保持片616与控制电路基板5的反安装面501之间，由此被控制电路基板5的反安装面501所保持。同样地，上述2个引导构件53中的另一方使其长度方向的中央部被夹持在保持板613的保持片617与控制电路基板5的反安装面501之间，由此被控制电路基板5的反安装面501所保持。
从保持板613的主体部615弯曲的保持片616、617相对于控制电路基板5的反安装面501隔着引导构件53的厚度尺寸以下的尺寸的空间相对。引导构件53通过保持板613的保持片616、617的弹性，被牢固地按压在控制电路基板5的反安装面501上，从控制电路基板5的反安装面501的脱落得以防止。利用保持板613的保持片616、617的弹性，引导构件53可以容易地安装在控制电路基板5的反安装面501与保持片616、617之间。
从功率半导体元件32的侧面部延伸出的中继端子320在控制电路基板5的方向上直角地弯曲，其前端部被引导到上述引导构件53中的形成为以研钵状陷入的引导部531的壁面，被插入至引导构件53的贯通孔532，并且贯通控制电路基板5的通孔51，从而从控制电路基板5的安装面50垂直地突出。
从控制电路基板5的安装面50突出的中继端子320的前端部通过焊接接合部503与控制电路基板5的安装面50上所形成的导电体(未图示)电气接合和机械性接合。另外，图2、图3中虽未图示，但从功率半导体元件31的侧面部延伸出的中继端子310也与上述中继端子320同样地，通过焊接接合部与控制电路基板5的安装面50上所形成的其它导电体电气接合和机械性接合。
根据实施方式1所涉及的功率转换装置，在具有弹性的保持板的保持片与控制电路基板的反安装面之间对引导构件进行保持，因此能抑制控制电路基板的振动。其结果是，控制电路基板不会发生变形，不会产生像现有功率转换装置那样的问题，即：在控制电路基板与电子部件的焊接接合部中产生裂纹，或者因振动而导致来自电子部件的中继端子发生断裂等。此外，引导构件安装在控制电路基板的反安装面，因此也不会缩小控制电路基板的安装面的面积。此外，也能得到基于引导构件的组装性提高的效果。
实施方式2.
图4是实施方式2所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图，图5是从图4所示的箭头B的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。在图4和图5中，由防振橡胶构成的防振构件618被插入到保持板613的保持片616、617与引导构件53之间。进一步详细而言，防振构件618通过将保持板613的保持片616、617埋设在内部从而被保持片616、617所保持，并构成为覆盖引导构件53的周缘部。
根据实施方式2所涉及的功率转换装置，引导构件53经由防振构件618安装在成为控制电路基板5的第2表面的反安装面501上，因此具有如下效果：能进一步提高安装于控制电路基板5的电子部件和中继端子、以及功率转换装置的耐振性。
实施方式2所涉及的功率转换装置的其它结构与上述实施方式1所涉及的功率转换装置相同。
实施方式3.
图6是实施方式3所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图，图7是从图6所示的箭头C的方向观察到的简要俯视图。在图6和图7中，安装在控制电路基板5的表面即安装面50上的由防振橡胶构成的绝缘性防振构件619包围了焊接接合部503与中继端子320的前端部，上述焊接接合部503将来自功率半导体元件32的中继端子320与控制电路基板5的导电体电连接。由具有弹性的金属板构成的按压板700通过螺钉520，与控制电路基板5和保持板613一起固定于支承壳体6的侧缘部612。
按压板700在主体部703的两端部具备插入至绝缘性防振构件619的按压片701、702。通过按压板700的按压片701，绝缘性防振构件619被按压到控制电路基板5的安装面50。
实施方式3所涉及的功率转换装置的其它结构与上述实施方式2的功率转换装置的结构相同。
根据实施方式3所涉及的功率转换装置，在控制电路基板的安装有引导构件53的表面、以及相对于该表面成为背面的表面分别设有防振构件618和绝缘性防振构件619，因此，具有能更进一步提高安装于控制电路基板5的电子部件和中继端子、以及功率转换装置的耐振性的效果。
实施方式4.
图8是实施方式4所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图，图9是从图8所示的箭头D的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。在图8和图9中，在功率半导体元件32与控制电路基板5之间安装有对从功率半导体元件32释放的电磁噪声进行屏蔽的金属制的屏蔽板8，屏蔽板8设有与屏蔽板8一体形成的一对保持片801、802。
在保持片801、802与作为控制电路基板5的第2表面的反安装面501之间分别设有引导构件53。各个引导构件53通过保持片801、802的弹性被按压并保持于控制电路基板5的反安装面501。其它结构与实施方式1的功率转换装置相同。
根据实施方式4所涉及的功率转换装置，相对于实施方式1，通过对屏蔽板设置保持片，无需额外设置保持板，就能得到与实施方式1的功率转换装置相同的耐振效果。
实施方式5.
图10是实施方式5所涉及的功率转换装置的一部分的纵向放大剖视图，图11是从图10所示的箭头E的方向观察到的X-X线的位置处的简要俯视图。在图10和图11中，与屏蔽板一体形成的保持片801、802的前端部插入至由防振橡胶构成的防振构件618。防振构件618包围了引导构件53，该引导构件53插入至保持片801、802与作为控制电路基板5的第2表面的反安装面501之间。实施方式5所涉及的功率转换装置的其它结构与上述实施方式4的结构相同。
根据实施方式5所涉及的功率转换装置，引导构件53经由防振构件618安装在成为控制电路基板5的第2表面的反安装面501上，因此具有如下效果：能进一步提高安装于控制电路基板5的电子部件和中继端子、以及功率转换装置的耐振性。
虽然本申请描述了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中描述的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合地应用于实施方式。
因此，在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，假设包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
标号说明
100 功率转换装置
1 散热器
11 散热器的表面
12 流路
2 框体
31、32 功率半导体元件
310、320 中继端子
311、321、322 端子
310、320 中继端子
4 滤波电容器
5 控制电路基板
50 安装面
501 反安装面
502 边部
503 焊接接合部
51 通孔
53 引导构件
531 引导部
532 贯通孔
41、42、43、510、520、81、82 螺钉
6 支承壳体
611、612 侧缘部
613 保持板
614 贯通孔
615、703 主体部
616、617 保持片
618 防振构件
619 绝缘性防振构件
621、622 支承体
71 CPU
72 电子部件
700 按压板
701 按压片
8 屏蔽板
801、802 保持片
91、92 轴套部
110 直流端子
111 交流端子
120、121、122 汇流条。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，具有：构成功率转换电路的多个功率半导体元件；以及对所述功率半导体元件进行驱动控制的控制电路基板，其特征在于，该功率转换装置包括：
框体，该框体在内部具有散热器的冷却面；
支承壳体，该支承壳体设置在所述框体的内部，对所述功率半导体元件进行保持以利用所述散热器的所述冷却面来使所述功率半导体元件冷却，并且内置经由汇流条连接到所述功率半导体元件的直流输入端子和交流输出端子，将所述控制电路基板固定为与所述功率半导体元件的表面相对且平行；
保持板，该保持板固定于所述支承壳体，并在与所述控制电路基板之间具有隔着空间而相对的具有弹性的保持片；以及
引导构件，该引导构件配置于所述空间，将从所述功率半导体元件延伸出的中继端子引导到设置于所述控制电路基板的通孔，
所述引导构件安装于所述控制电路基板的与所述功率半导体元件相对的表面，并被所述保持片所按压。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述汇流条由直流侧的汇流条和交流侧的汇流条构成，
所述直流侧的汇流条的一部分插入至所述支承壳体，并连接至所述功率转换电路的直流端子与所述功率半导体元件，
所述交流侧的汇流条的一部分插入至所述支承壳体，并连接至所述功率转换电路的交流端子与所述功率半导体元件，
具备配置在所述框体内、与所述功率转换电路的所述直流端子相连接的滤波电容器，
所述控制电路基板的表面与所述滤波电容器的表面相对且平行地配置，
所述直流侧的汇流条和所述交流侧的汇流条配置为相对于所述控制电路基板平行地延伸。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述引导构件经由防振构件安装在所述控制电路基板的表面。
4.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述引导构件经由防振构件安装在所述控制电路基板的表面。
5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述中继端子在所述控制电路基板的相对于安装有所述引导构件的表面成为背面侧的表面上，通过焊接接合部与所述控制电路基板电连接，
包括：覆盖所述焊接接合部的绝缘性防振构件；
以及具有按压片的按压板，所述按压片将所述绝缘性防振构件按压到成为所述控制电路基板的所述背面侧的表面并具有弹性。
6.一种功率转换装置，具有：构成功率转换电路的多个功率半导体元件；以及对所述功率半导体元件进行驱动控制的控制电路基板，其特征在于，该功率转换装置包括：
框体，该框体在内部具有散热器的冷却面；
支承壳体，该支承壳体设置在所述框体的内部，对所述功率半导体元件进行保持以利用所述散热器的所述冷却面来使所述功率半导体元件冷却，并且内置经由汇流条连接到所述功率半导体元件的直流输入端子和交流输出端子，将所述控制电路基板固定为与所述功率半导体元件的表面相对且平行；
屏蔽板，该屏蔽板配置在所述控制电路基板与所述功率半导体元件之间；
保持片，该保持片设置于所述屏蔽板并具有弹性；以及
引导构件，该引导构件配置在所述保持片与所述控制电路基板之间，将从所述功率半导体元件延伸出的中继端子引导到设置于所述控制电路基板的通孔，
所述引导构件安装于所述控制电路基板的与所述功率半导体元件相对的表面，并被所述保持片所按压。
7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，
所述汇流条由直流侧的汇流条和交流侧的汇流条构成，
所述直流侧的汇流条的一部分插入至所述支承壳体，并连接至所述功率转换电路的直流端子与所述功率半导体元件，
所述交流侧的汇流条的一部分插入至所述支承壳体，并连接至所述功率转换电路的交流端子与所述功率半导体元件，
具备配置在所述框体内、与所述功率转换电路的所述直流端子相连接的滤波电容器，
所述控制电路基板与所述滤波电容器的表面相对且平行地配置，
所述直流侧的汇流条和所述交流侧的汇流条配置为相对于所述控制电路基板平行地延伸，
所述屏蔽板相对于所述控制电路基板平行地配置。
8.如权利要求6或7所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述保持片与所述引导构件之间配置有防振构件。
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