CN113541507A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

一种电力转换装置，在包括弯折部的母线中，磁性体芯体能够穿过弯折部，能够实现小型化以及低成本化。电力转换装置包括：功率模块，该功率模块对电力进行转换；板状的母线，该母线与功率模块的电力端子连接；以及磁性体芯体，该磁性体芯体呈筒状且包围母线，并且具有缺口部，母线在磁性体芯体的配置部位的一侧以及另一侧中的一者或两者处具有弯折部，弯折部被弯折成多段，并设置成能够使磁性体芯体穿过。

Description

电力转换装置

技术领域

本申请涉及一种电力转换装置。

背景技术

如电动汽车或混合动力汽车那样，在使用马达作为驱动源的电动车中装设有多个电力转换装置。作为电力转换装置，可列举出将商用的交流电源转换成直流电源并向高压电池充电的充电器、将高压电池的直流电源转换为辅助设备用电池的电压(例如12V)的直流/直流转换器和将来自电池的直流电力转换为流向马达的交流电力的逆变器等。对于装设于电动汽车或混合动力车等电动车的电力转换装置，由于空间效率的提高、电动化导致的装设设备的增加等，要求其小型化。此外，为了抑制电动化导致的车辆成本的增加，也要求使电力转换装置低成本化。

作为电力转换装置的逆变器所包括的输出用的母线与作为电动机的马达的输入端子连接。通过经由母线的逆变器与马达的连接，在逆变器与马达之间构成电流回路，电力经由逆变器从电池被供给至马达。对在母线中流动的电流进行测定，并根据测定出的电流值，进行施加至马达的电压、频率的反馈控制。通过反馈控制，控制马达的转速以及转矩。

对于在母线中流动的电流的测定，采用电流传感器。电流传感器例如由C字状的磁性体芯体以及霍尔IC等磁传感器构成，其中，C字状的所述磁性体芯体设置成包围母线并且具有缺口部，所述磁传感器是设置于磁性体芯体的缺口部。磁传感器与逆变器所包括的控制基板连接，对由于在母线中流动的电流而在缺口部产生的磁通进行检测。作为具有上述结构的电流传感器，公开了一种中继母线装置，该中继母线装置是使电流传感器与中继母线一体化而成的，该中继母线将马达与逆变器的电力端子连接(例如，参照专利文献1)。电流传感器由磁性体芯体和磁传感器构成，其中，所述磁性体芯体被嵌入通过树脂一体成型而设置于长条状的中继母线周围的树脂板，所述磁传感器装设于基板并配置于磁性体芯体的缺口部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-170984号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献1中，由于在树脂成型时使中继母线一体地模制成型于树脂板，因此，作为组装有电流传感器的中继母线装置，能够小型化。然而，由于装设磁性体芯体以及磁传感器所需的空间大，并且组装中继母线装置所需的部件个数多，因此，存在难以使电力转换装置小型化以及低成本化的技术问题。

此外，在逆变器的电力端子和马达的输入端子位于同一平面的情况下，能够使磁性体芯体从在一方向上延伸出来的长条状的中继母线的端部穿过，从而将磁性体芯体配置于预先确定的位置。然而，在逆变器的电力端子和马达的输入端子不位于同一平面的情况下，当使用包括非长条状的弯折部的母线时，存在难以进行穿过了弯折部的磁性体芯体的配置这样的技术问题。

因而，本申请的目的是得到一种电力转换装置，在包括弯折部的母线中，磁性体芯体能够穿过弯折部，并能够小型化以及低成本化。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请公开的电力转换装置包括：功率模块，所述功率模块对电力进行转换；板状的母线，所述母线与功率模块的电力端子连接；以及磁性体芯体，所述磁性体芯体呈筒状且包围母线，并且具有缺口部，母线在磁性体芯体的配置部位的一侧以及另一侧中的一者或两者处具有弯折部，弯折部被弯折成多段，并设置成能够使磁性体芯体穿过。

发明效果

根据本申请公开的电力转换装置，电力转换装置所包括的母线在磁性体芯体的配置部位的一侧以及另一侧中的一者或两者处具有弯折部，弯折部被弯折成多段，并设置成能够使磁性体芯体穿过，因此，磁性体芯体能够穿过弯折部，并且能够使电力转换装置小型化以及低成本化。

附图说明

图1是表示实施方式1的电力转换装置的结构的分解立体图。

图2是实施方式1的电力转换装置的母线和磁性体芯体的侧视图。

图3是实施方式1的电力转换装置的电流传感器部的剖视图。

图4是实施方式1的电力转换装置的电流传感器部的另一剖视图。

图5是实施方式1的电力转换装置的母线的主要部分的侧视图。

图6是实施方式2的电力转换装置的母线和磁性体芯体的剖视图。

图7是比较例的电力转换装置的母线的主要部分的侧视图。

图8是比较例的电力转换装置的母线的主要部分的侧视图。

符号说明

1 平滑电容器；

1a P母线；

1b N母线；

2 功率模块；

2a 输入端子P；

2b 输入端子N；

2c U相端子；

2d 信号端子；

3 功率模块；

3a 输入端子P；

3b 输入端子N；

3c V相端子；

3d 信号端子；

4 功率模块；

4a 输入端子P；

4b 输入端子N；

4c W相端子；

4d 信号端子；

5 散热器；

5a 装设面；

6 基座；

7 控制基板；

8 PN端子台；

9 母线；

9a U相母线；

9b V相母线；

9c W相母线；

9d 一部分；

9e 一部分；

10 连接部位；

10a 焊接部；

11 紧固部位；

11a 紧固孔；

12 磁性体芯体；

12a 缺口部；

12b 开口端部；

13 磁传感器；

14 电流传感器部；

15 树脂；

16 支承件；

17 弯折部；

17a 弯曲部；

17b 弯曲部；

100 电力转换装置；

101 电力转换装置；

102 母线；

103 弯折部；

103a 角部；

104 弯折部；

105 磁性体芯体；

105a 开口端部。

具体实施方式

以下，基于附图对本申请实施方式的电力转换装置进行说明。另外，在各图中，对相同或相当的构件、部位标注相同符号来进行说明。

实施方式1

图1是表示实施方式1的电力转换装置100的结构的分解立体图， 图2是电力转换装置100的作为母线9的V相母线9b以及磁性体芯体12的侧视图，图3是电力转换装置100的电流传感器部14的剖视图，图4是电力转换装置100的电流传感器部14的另一剖视图，图5是电力转换装置100的母线9的主要部分的侧视图。图2是将树脂15拆除后示出的图，其中，树脂15是使母线9的一部分与磁性体芯体12一体化而成的。进行电力转换的电力转换装置100装设并用于将马达作为一个驱动源的电动汽车或混合动力汽车等车辆。此处的电力转换装置100将从车载电池供给的直流电力转换成三相电力，并将转换后的三相交流电力供给至作为负载的马达。

＜电力转换装置100的结构概况＞

如图1所示，电力转换装置100包括平滑电容器1、三个功率模块2、3、4、散热器5以及控制基板7。电力转换装置100还包括将功率模块2、3、4每一个与马达(未图示)连接的三根母线9、配置于每一个母线9的磁性体芯体12以及连接至控制基板7的磁传感器13。通过磁性体芯体12和磁传感器13构成电流传感器部14。图1中，仅能看到安装至控制基板7的磁传感器13的端子部分，无法看到配置于磁性体芯体12的缺口部12a的磁传感器13的主体部分。三个功率模块2、3、4并排地设置于板状的散热器5的一个面即装设面5a，通过散热器5进行冷却。平滑电容器1、散热器5的另一个面以及PN端子台8与未图示的其他部件一起例如通过螺栓组装至基座6，基座6被安装至车辆。三根母线9以及电流传感器部14的每一个均具有相同的结构。

平滑电容器1使从车载电池(未图示)供给的直流电力平滑，并被供给至功率模块2、3、4的每一个。平滑电容器1包括三个P母线1a以及三个N母线1b。各P母线1a与功率模块2、3、4各自具有的输入端子P 2a、3a、4a连接。各N母线1b与功率模块2、3、4各自具有输入端子N2b、3b、4b连接。平滑后的直流电力经由P母线1a以及N母线1b被供给至功率模块2、3、4。

功率模块2、3、4将平滑后的直流电力转换成三相交流电力，并输出至马达。功率模块2、3、4每一个在内部具有进行电力转换的半导体元件。功率模块2、3、4的相向的两侧侧面的每一个包括从装设面5a沿垂直方向延伸出来的多个信号端子2d、3d、4d。控制基板7具有对功率模块2、3、4的动作进行控制的电路。控制基板7与装设面6a相向地配置。信号端子2d、3d、4d被连接至控制基板7。

功率模块2、3、4在一个侧面包括输入端子P 2a、3a、4a以及输入端子N 2b、3b、4b。此外，功率模块2、3、4在另一个侧面包括作为电力端子的U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c。U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c的每一个将转换后的三相交流电力的各相(U相、V相、W相)的电力输出。功率模块2、3、4所包括的各个端子均由导电材料形成。

板状的母线9包括U相母线9a、V相母线9b、W相母线9c，其中，所述U相母线9a、所述V相母线9b、所述W相母线9c通过作为一个前端部分的连接部位10而与U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c的每一个连接。U相母线9a、V相母线9b、W相母线9c通过作为另一个前端部分的紧固部位11而与设置于马达的输入端子(未图示)连接。三相交流电力经由板状的母线9被供给至马达。连接部位10具有例如5mm左右的直线状部分，且设置成与U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c具有相同的形状。连接部位10与U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c例如通过TIG焊接连接，连接部位10与U相端子2c、V相端子3c、W相端子4c经由焊接部10a连接。当进行焊接时，需要利用夹具抓住两者的直线状部分，并使两者的待焊接的端面接触。若直线状部分短，则可能无法焊接，或者即使焊接，也存在质量不佳的风险，因此，通过设置直线状部分，能够提高电力转换装置100的生产率。在紧固部位11设置有紧固孔11a，马达的输入端子与紧固孔11a例如通过螺钉紧固。

如图2所示，磁性体芯体12配置于使V相母线9b的弯折部17穿过的位置。在功率模块2、3、4的电力端子与马达的输入端子不位于同一平面的情况下，并非设置在一方向上延伸出来的长条状的母线，而是设置为将电力端子与输入端子连接而进行了弯折后的母线9。筒状且具有缺口部12a的磁性体芯体12被设置成包围各母线9。如图1所示，磁传感器13连接至与缺口部12a相向设置的控制基板7。磁传感器13配置于缺口部12a。磁性体芯体12与母线9的磁性体芯体12的配置部位通过树脂15被一体化。由于磁性体芯体12与母线9通过树脂15被一体化，因此，不需要将磁性体芯体12安装至母线9的夹具，能够使电力转换装置100小型化。此外，由于通过树脂15使多个母线9与多个磁性体芯体12一体化，因此，能够通过容易的安装作业将母线9和磁性体芯体12收纳至电力转换装置100的内部，并能够提高电力转换装置100的生产率。

＜电流传感器部14的结构＞

对电流传感器部14进行说明。图3是在处于将磁传感器13配置于缺口部12a的状态的图1的A-A剖切位置处进行剖切后的电流传感器部14的剖视图，图4是在处于将磁传感器13配置于缺口部12a的状态的图1的B-B剖切位置处进行剖切后的电流传感器部14的剖视图。尽管图3和图4示出的是设置于V相母线9b的电流传感器部14，但是，关于设置于U相母线9a以及W相母线9c的电流传感器部14，也是相同的结构。

包括缺口部12a的C字状的磁性体芯体12被设置成包围V相母线9b。V相母线9b的长边一侧与磁性体芯体12的缺口部12a相向。设置于缺口部12a的磁传感器13被连接至与缺口部12相向设置的控制基板7。磁传感器13通过支承件16保持，支承件16配置于控制基板7。磁传感器13是对由于在V相母线9b中流动的电流而在缺口部12a产生的磁通进行检测的磁电转换元件，例如是霍尔IC。磁传感器13将与磁通对应的电气信号从连接至控制基板7的磁传感器13的端子输出至控制基板7。除了包括缺口部12a的磁性体芯体12的侧壁部分以外，磁性体芯体12以及V相母线9b的磁性体芯体12的配置部位通过树脂15一体化。为了使磁性体芯体12与V相树脂9b一体化，设置树脂15的部位不限于图3和图4所示的部位，例如，也可进一步减少树脂15而实现轻量化。

由于磁传感器13被直接连接至与缺口部12a相向设置的控制基板7，因此，能够设置成使磁传感器13与控制基板7接近，因而能够使电力转换装置100小型化。此外，由于能够设置成使磁性体芯体12与控制基板7接近，因此，能够使电力转换装置100小型化。此外，由于母线9的长边一侧与磁性体芯体12的缺口部12a相向，因此，能够抑制在磁性体芯体12的内侧的母线9的周围产生多余的空间，能够使电力转换装置100小型化。

尽管在本实施方式中使用了C字状的磁性体芯体12，但是磁性体芯体12的形状不限于此，也可以是圆形或椭圆形等其他形状。

＜比较例＞

在对本申请的主要部分即母线9的形状进行说明之前，使用图7和图8，对比较例进行说明。图7、图8是将比较例的电力转换装置101的母线102的弯折部103、104放大并示出的侧视图。如图2所示，磁性体芯体12配置于使母线9的弯折部17穿过的位置，在将磁芯体芯体12设置至配置部位之后，通过树脂15使磁性体芯体12与母线9一体化。因而，在树脂成型之前，不得不预先在配置部位处使磁性体芯体12穿过。

图7所示的虚线表示将弯折部103设置成直角的比较例。在将弯折部103设置成直角的情况下，当磁性体芯体12接近弯折部103时，磁性体芯体12的内壁的开口端部12b与弯折部103的角部103a接触。因此，磁性体芯体12无法穿过弯折部103。虽然也能够在将磁性体芯体12设置至配置部位后形成弯折部103，但是，当进行弯折加工时，存在使磁性体芯体12破损的可能性，因此，在配置磁性体芯体12之后进行弯折加工的情况下，电力转换装置100的生产率会变差。

图7所示的实线表示将弯折部104设置成圆弧状的例子。图7所示的点划线是在磁性体芯体12的内壁的开口端部12b穿过弯折部104时描绘的轨迹。通过呈圆弧状形成弯曲圆角，从而磁性体芯体12能够穿过弯折部104。但是，为了使磁性体芯体12穿过，不得不增大弯折部104的弯曲圆角，母线102的直线状部分变短。若将弯折部103的直线状部分的长度设为A，将弯折部104的直线状部分的长度设为B，则A＞B。若母线102的直线状部分变短，则例如在通过TIG焊接的方式将母线102的连接部位10与功率模块的电力端子连接的情况下所需的直线状部分的长度会不足。因而，需要进一步延长母线102的直线状部分，其结果是，母线102的长度变长，电力转换装置100大型化，电力转换装置100的成本增加。

图8所示的比较例示出了将弯折部103设置成直角且将磁性体芯体105的内径扩大的情况。图8所示的虚线是在磁性体芯体105的内壁的开口端部105a穿过弯折部103时描绘的轨迹。在将磁芯体芯体105的内径扩大的情况下，即使弯折部103被设置成直角，磁性体芯体105也能够穿过弯折部103。但是，伴随着磁性体芯体105的内径的扩大，磁性体芯体105的外形也会扩大，因此，磁性体105会大型化。因此，电力转换装置100会大型化。此外，由于母线102与磁性体芯体105的距离扩大，因此，漏磁通变多，根据缺口部12a产生的磁通对在母线102中流动的电流进行检测的电流传感器的检测精度降低。

＜母线9的形状＞

对母线9的形状进行说明。母线9在磁通体芯体12的配置部位的一侧以及另一侧中的一者或者两者处具有弯折部17，弯折部17被弯折成多段，设置成能够使磁性体芯体12穿过。在本实施方式中，如图5所示，在磁性体芯体12的配置部位的一侧具有弯折部17。此外，在弯折部17中，弯折部17的一侧的母线9的一部分9d与弯折部17的另一侧的母线9的一部分9e成直角，一侧的母线9的一部分9d与另一侧的母线9的一部分9e之间被弯折成两段。被弯折的部位是弯曲部17a和弯曲部17b。弯曲部17a与弯曲部17b之间呈直线状。弯折部17和弯折部17的一侧的母线9的一部分9d所成的角度与弯折部17和弯折部17的另一侧的母线9的一部分9e所成的角度相同。在母线9的、相对于磁性体芯体12的配置部位隔着弯折部17的一侧，设置有与电力端子连接的连接部位10。在本实施方式中，虽然在一侧设置与电力端子连接的连接部位10，但不限于此，也可在另一侧设置连接部位10。

图5所示的虚线示出了将弯折部103设置成直角的情况，图5所示的点划线是磁性体芯体12的内部的开口端部12b穿过弯折部17时描绘的轨迹。由于弯折部17以能够供磁性体芯体12穿过的方式被弯折成多段，因此，磁性体芯体12能够在不扩大磁性体芯体12的内径的情况下穿过弯折部17。此外，由于在弯折部17未设置大的弯曲圆角，因此，磁性体芯体12能够在母线9的直线状部分不被缩短的情况下穿过弯折部17，能够容易地对母线102的连接部位10与功率模块的电力端子进行焊接。由于母线9的直线状部分未被缩短，因此，通过TIG焊接将母线9与功率模块的电力端子连接的情况下所需的直线状部分的长度不会变得不足，不需要延长母线9的长度，电力转换装置100不会变得大型化，电力转换装置100的成本不会增加。

由于一侧的母线9的一部分9d与另一侧的母线9的一部分9e成直角，因此，在配置有磁性体芯体12的部位的母线9延伸出来的方向上，能够使母线9小型化。此外，一侧的母线9的一部分9d与另一侧的母线9的一部分9e之间被弯折成两段，因此，弯折的部位是最小的结构，能够制作生产率高的母线9。此外，由于弯折部17和弯折部17的一侧的母线9的部分9d所成的角度与弯折部17和弯折部17的另一侧的母线9的部分9e所成的角度是相同的，因此，磁性体芯体12容易穿过弯折部17。在相对于磁性体12的配置部位隔着弯折部17的一侧设置有与电力端子连接的连接部位10，构成为母线9的末端，因此，能够缩短母线9的长度，并能够使电力转换装置100小型化。此外，由于使磁性体芯体12穿过至母线9的配置部位的距离变短，因此，能够提高电力转换装置100的生产率。

如上所述，在实施方式1的电力转换装置100中，电力转换装置100所包括的母线9在磁性体芯体12的配置部位的一侧具有弯折部17，弯折部17被弯折成多段，并设置成能够供磁性体芯体12穿过，因此，磁性体芯体12能够容易地穿过弯折部17。此外，由于磁性体芯体12能够在不使母线9以及磁性体芯体12大型化的情况下穿过弯折部17，因此，能够使电力转换装置100小型化并低成本化。此外，由于磁性体芯体12与母线9通过树脂15一体化，因此，不需要将磁性体芯体12安装至母线9的夹具，能够使电力转换装置100小型化。此外，由于多个母线9与多个磁性体芯体12通过树脂15一体化，因此，能够通过容易的安装作业收纳至电力转换装置100的内部，能够以低成本制造电力转换装置100。

此外，由于磁传感器13被直接连接至与缺口部12a相向设置的控制基板7，因此，磁传感器13与控制基板7接近，在磁传感器13与控制基板7之间没有配线，能够使电力转换装置100小型化。此外，由于母线9的长边一侧与磁性体芯体12的缺口部12a相向，因此，能够抑制在磁性体芯体12的内侧的母线9的周围产生多余的空间，磁性体芯体12的厚度变薄，能够使电力转换装置100小型化。

实施方式2

对实施方式2的电力转换装置100进行说明。图6是实施方式2的电力转换装置100的母线9和磁性体芯体12的剖视图。实施方式2的电力转换装置100构成为母线9具有两个弯折部17的结构。

母线9在磁性体芯体12的配置部位的一侧以及另一侧这两者处具有弯折部17，弯折部17被弯折成多段，并设置成能够使磁性体芯体12穿过。弯折部17与实施方式1相同地被弯折成两段，但弯折的段数不限于两段。例如，也可在弯折的部位的中央设置进一步弯折的部位。通过在中央设置微小的弯曲部，图5中的点划线所示的轨迹与和轨迹相向的弯折部17的间隔变得更均匀，因此，磁性体芯体12能够更容易地穿过弯折部17。此外，母线9也可以是还设置有弯折部17的结构。

如上所述，在实施方式2的电力转换装置100中，电力转换装置100所包括的母线9在磁性体芯体12的配置部位的一侧以及另一侧这两者处具有弯折部17，弯折部17被弯折成多段，并设置成能够使磁性体芯体12穿过，因此，能够使磁性体芯体12从母线9的两侧配置至磁性体芯体12的配置部位。由于能够从母线9的两侧配置磁性体芯体12，电力转换装置100的生产自由度提高，从而能够提高生产率，因此，能够以低成本制造电力转换装置100。

此外，本申请记载有各种各样的例示的实施方式和实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种各样的特征、方式以及功能并不局限于应用于特定的实施方式，能单独或以各种组合的方式应用于实施方式。

因此，未被例示的无数变形例被设想在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，另外，还包含将至少一个构成要素抽出并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

Claims (8)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

功率模块，所述功率模块对电力进行转换；

板状的母线，所述母线与所述功率模块的电力端子连接；以及

磁性体芯体，所述磁性体芯体呈筒状且包围所述母线，并且具有缺口部，

所述母线在所述磁性体芯体的配置部位的一侧以及另一侧中的一者或两者处具有弯折部，

所述弯折部被弯折成多段，并设置成能够使所述磁性体芯体穿过。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

在所述弯折部中，所述弯折部的一侧的所述母线的一部分与所述弯折部的另一侧的所述母线的一部分成直角，一侧的所述母线的一部分与另一侧的所述母线的一部分之间被弯折成两段。

3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述弯折部和所述弯折部的一侧的所述母线的一部分所成的角度与所述弯折部和所述弯折部的另一侧的所述母线的一部分所成的角度相同。

4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

在所述母线的、相对于所述磁性体芯体的配置部位隔着所述弯折部的一侧或另一侧，设置有与所述电力端子连接的连接部位。

5.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述磁性体芯体与所述母线的所述磁性体芯体的配置部位通过树脂一体化。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述母线的、与所述电力端子连接的连接部位是直线状的，所述母线与所述电力端子通过焊接部连接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置包括控制基板，所述控制基板具有对所述功率模块的动作进行控制的电路，

设置于所述磁性体芯体的所述缺口部的磁传感器被连接至与所述缺口部相向设置的所述控制基板。

8.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，

所述母线的长边一侧与所述磁性体芯体的所述缺口部相向。

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