CN115516748A - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼顾提高小型化和冷却效率、提高了可靠性的电力转换装置。电力转换装置具备：电力转换电路部，其将直流电力转换为交流电力；流路形成体，其用于使冷却所述电力转换电路部的制冷剂流动；滤波电路部，其抑制传递所述直流电力的布线的电噪声；以及滤波壳体部，其收纳所述滤波电路部，所述滤波壳体部与所述流路形成体一体形成，在所述滤波壳体部与所述滤波电路部之间填充有第1树脂。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及一种电力转换装置。

背景技术

电力转换装置高速地进行用于进行直流交流的电力转换的开关动作，由此成为电磁噪声的发生源。为了抑制这种情况，以往通过电磁噪声对策(EMC对策)来进行配置噪声滤波电路的对策。

但是，为了执行该对策，在电力转换装置中需要配置构成噪声滤波电路的电容器或磁芯等部件的空间。进一步地，需要考虑由于汇流条或噪声滤波电路构成部件发热而对其他构成部件的劣化或破坏也产生影响的情况。因此，要求提高将噪声滤波器的部件的温度抑制在容许范围内的冷却性能。

作为本申请发明的背景技术，已知有下述的专利文献1。在专利文献1中，公开了噪声滤波组合体20A具有树脂构件22，隔着由硅类材料等构成的柔软的绝缘片26固定在外壳7的底部7a上的构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2019/064833号

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1的构成中，在实现电力转换装置的小型化的情况下，担心构成部件的固定性，作为电力转换装置的可靠性有可能降低。因此，使电力转换装置小型化，同时提高构成部件的冷却效率，提高电力转换装置的可靠性成为课题。

解决问题的技术手段

本发明的电力转换装置具有：电力转换电路部，其将直流电力转换为交流电力；流路形成体，其用于使冷却所述电力转换电路部的制冷剂流动；滤波电路部，其抑制传递所述直流电力的布线的电噪声；以及滤波壳体部，其收纳所述滤波电路部，所述滤波壳体部与所述流路形成体一体形成，在所述滤波壳体部与所述滤波电路部之间填充有第1树脂。

发明的效果

根据本发明，能够提供兼顾小型化和冷却效率的提高、提高了可靠性的电力转换装置。

附图说明

图1是表示电力转换装置的整体构成的图。

图2是图1的电力转换装置的说明图。

图3是图2的电力转换装置的分解图。

图4是图1的连接器周边的图。

图5是表示配置在滤波壳体部的模制汇流条的图。

图6是滤波壳体部的内部的分解图。

图7是模制汇流条(滤波电路)的分解图。

图8是表示本发明的第1实施方式的电力转换装置的构造的截面图。

图9是说明滤波壳体部内的电容器的配置的图。

图10是说明滤波壳体部的芯周边的内壁面的图。

图11是本发明的第2实施方式的电力转换装置的分解图。

图12是图11的模制汇流条的说明。

具体实施方式

下面，使用图1～图10说明本发明的第1实施方式的电力转换装置的构成。

(第1实施方式以及电力转换装置的构成)

图1是电力转换装置的整体构成。电力转换装置1收纳在外壳2中，通过连接器23与外壳2成为一体并固定。关于连接器23周边，在图4中详细叙述。

外壳2接地至接地电位，形成为具有底部且上部开口的盒状。在外壳2的内部形成有用于收纳电力转换装置1的空间。外壳2由铝或铁等金属形成，例如可以通过铝压铸等铸造来形成整体构造。另外，虽然未图示，但与电力转换装置1连接的高电压电池配置在外壳2的外部，从图2中后述的滤波壳体部3的外部与模制汇流条4电连接。

图2是图1的电力转换装置1的说明图。另外，箭头R是在后述的图3的说明时使用的视觉方向。

电力转换装置1具备滤波壳体部3、模制汇流条4、将直流电力转换为交流电力的功率半导体模块9、流路形成体10、平滑电容器11、Y电容器13和DC模制汇流条14。滤波壳体部3具有与流路形成体10成为一体的形状，流路形成体10全部收纳在外壳2的内部。

模制汇流条4收纳在与流路形成体10成为一体的滤波壳体部3的内部，与功率半导体模块9电连接。模制汇流条4具备第1电容器6、第2电容器7、磁性体磁芯构件8(以下称为磁芯8)、以及EMC滤波电路和放电电阻等的电子部件(无附图标记)。详细情况在后面叙述。

图3是电力转换装置1的分解图，是从图2所示的箭头R方向观察电力转换装置1的图。

流路形成体10由铝或铁等金属形成，例如可以通过铝压铸等铸造来形成。

流路形成体10成为将功率半导体模块9收纳在内部的结构，为了收纳功率半导体模块9而具备功率半导体模块安装口26。功率半导体模块安装口26设置在流路形成体10的一个侧面部上，与功率半导体模块9的模块数量相应地配置。

流路形成体10在内部具备收纳功率半导体模块9的收纳部，该收纳部是从功率半导体模块安装口26沿着大致水平方向向流路形成体10的内部深处延伸的形状。如图2所示，功率半导体模块9通过未图示的固定构件以输入输出端子部向流路形成体10的外侧突出的状态固定在流路形成体10的内部。

流路形成体10为了分别收容平滑电容器11和Y电容器13，具备平滑电容器收容部24和Y电容器收容部25。在后述的电力转换电路部的构成部件即平滑电容器11和Y电容器13与其收容部之间的空隙中填充有灌封树脂15(以下称为树脂15)并固化。由此，在后述的流路形成体10内流动的制冷剂经由树脂15释放从这些电力转换电路部的构成部件产生的热。

树脂15是热传导性的树脂，能够抑制平滑电容器11和Y电容器13的振动，与后述的接地汇流条5一起有助于电路构成部件相对于电力转换装置1的固定。因此，能够削减螺钉等固定所需的专用部件的数量，还能够削减设置该部件所需的固定用空间。

DC模制汇流条14以由流路形成体10保持的方式相对于功率半导体模块安装口26和平滑电容器11的连接端子所存在的面平行延伸地配置。另外，DC模制汇流条14与功率半导体模块9和平滑电容器11电连接。另外，DC模制汇流条14由绝缘性的树脂模制而成。

对电力转换装置1所具备的电力转换电路部(未图示)进行说明。电力转换电路部具有作为上臂而动作的IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等开关元件及二极管、和作为下臂而动作的IGBT等开关元件及二极管。上臂的开关元件和下臂的开关元件将直流电力转换为交流电力。

电力转换电路部具备将直流电力转换为交流电力的功率半导体模块9；使供给到功率半导体模块9的直流电力平滑化的平滑电容器11；以及Y电容器13而构成。平滑电容器11连接在高电压电池和功率半导体模块9之间，使直流电力平滑化并供给到功率半导体模块9。即，平滑电容器11电连接高电压电池和电力转换电路部。Y电容器13连接在功率半导体模块9和接地电位之间，抑制功率半导体模块9产生的噪声。

图4是图1的连接器23周边的图。另外，图4是将电力转换装置1收纳在外壳2中，从外壳2的上部的开口面侧观察连接器23周边时的图。

连接器23通过紧固构件28固定在外壳2上。连接器汇流条27与连接器23电连接。另外，与滤波壳体部3成为一体的模制汇流条4与连接器汇流条27电连接。由此，滤波壳体部3经由模制汇流条4、连接器汇流条27、连接器23和紧固构件28与外壳2电连接。

连接器23通过设置在外壳2的侧面的开口部与配置在外壳2的外部的高电压电池电连接。另外，连接器23也与功率半导体模块9电连接。由此，连接器汇流条27、模制汇流条4等汇流条构件也同样地经由连接器23与功率半导体模块9电连接。

图5是表示配置在滤波壳体部的模制汇流条的图。

滤波壳体部3设置有将模制汇流条4收纳在内部的空间。在内部的空间的一部分中具有作为模制汇流条4的一部分的磁芯8的收容部，磁芯8的收容部是沿着磁芯8的圆周形状的圆形的底面。

收纳在滤波壳体部3中的模制汇流条4、第1电容器6和第2电容器7分别设置成与滤波壳体部3的底面(图5的纸面里侧)接触。在模制汇流条4与电容器6、7之间的间隙中填充树脂15并固化。由此，模制汇流条4的一部分与第1电容器6、第2电容器7和磁芯构件8一起被树脂15固定。模制汇流条4的一部分通过第1电容器6的上部(纸面跟前侧)。另外，如果能够考虑滤波壳体部3的空间，则也可以收纳模制汇流条4以外的部件。

图6是滤波壳体部的内部的分解图。另外，箭头S是在图8的说明时使用的视觉方向。

第1电容器6和第2电容器7作为模制汇流条4的一部分而具有滤波电路的功能。第1电容器6以长边方向与滤波壳体部3的长边方向平行的方式配置。另外，第2电容器7以长边方向与滤波壳体部3的短边方向平行的方式配置。磁芯8保持在模制汇流条4上，并以相对于后述的滤波壳体部3的圆形状的底面成为同心圆的方式收容。

第1电容器6、第2电容器7和磁芯8都是具有抑制噪声的效果的滤波电路，但存在发热的问题。在电力转换装置1中使用的以模制汇流条4为代表的汇流条在流过电流时，由于汇流条材料的电阻而产生热损失，热从连接部分向第1电容器6和第2电容器7移动。此时，第1电容器6和第2电容器7有可能因移动热而破坏或劣化，为了维持噪声抑制功能，需要抑制该热。即，收容在滤波壳体部3中的模制汇流条4因电流流动而发热，因此需要将该热积极地传递到滤波壳体部3的壁面。因此，要求经由树脂15的热传导进行的散热。

树脂15填充在模制汇流条4、磁芯构件8、第1电容器6、第2电容器7与滤波壳体部3之间并固化。由此，使从模制汇流条4以及第1电容器6和第2电容器7产生的热经由树脂15热传导到滤波壳体部3。这样，通过在与滤波壳体部3成为一体的流路形成体10内流动的制冷剂，冷却模制汇流条4、第1电容器6及第2电容器7。

该树脂15是具有热传导性和电绝缘性的树脂构件，不仅提高冷却效率，而且固定设置在滤波壳体部3上的模制汇流条4的相对位置。另外，没有规定树脂15相对于滤波壳体部3的收容部的体积的填充率，但从有效地进行冷却的观点出发，优选树脂15的填充率高。

图7是模制汇流条4的分解图。

模制汇流条4作为抑制传递直流电力的布线的噪声的滤波电路部，设置在高电压电池与平滑电容器11之间。电力转换电路部在电力转换动作时产生的电磁噪声被磁芯8、第1电容器6以及第2电容器7抑制。

模制汇流条4由正极汇流条18、负极汇流条19、接地汇流条5、第1电容器6、第2电容器7、磁芯8构成，它们分别沿滤波壳体部3的内壁配置。模制汇流条4具有作为构成噪声滤波器的一个部件的接地汇流条5，通过用树脂将后述的正极汇流条18及负极汇流条19中的至少一方和其周围模制密封，从而确保各相的汇流条间的绝缘且部件一体化。这里使用的绝缘性树脂是与填充在滤波壳体部3中的树脂15不同的第2树脂。由此，模制汇流条4可靠地保持绝缘，其构成部件也被一体地保持。

另外，为了避免将正极汇流条18和负极汇流条19以零散的状态收容在滤波壳体部3中时组装变得繁杂的情况，一体地集中用第2树脂模制固定而作为模制汇流条4。这样，滤波壳体部3内的组装性提高。进一步地，由于能够通过将汇流条部分作为嵌入构件的嵌入成型来形成，所以组装作业变得容易。

另外，模制汇流条4将正极汇流条18、负极汇流条19、接地汇流条5一体化，但也可以是仅将其中的一个或两个作为嵌入构件而与第2树脂一体成型的方法。另外，也可以使这些汇流条为独立件，分别成型为相互分离的一个构件。

如上所述，第1电容器6和第2电容器7抑制流至滤波电路部4的电流的电磁噪声。第1电容器6和第2电容器7以长边方向相对于正极汇流条18和负极汇流条19的连接端子面成为垂直的方式配置。

第1电容器6的一端与正极汇流条18电连接，另一端与负极汇流条19电连接。第2电容器7的一端与正极汇流条18或负极汇流条19连接，另一端通过接地汇流条5接地至接地电位。

第2电容器7通过与滤波壳体部3连接而与接地至接地电位的金属性的外壳2连接。由此，将滤波壳体部3作为接地电位。另外，由于能够通过与滤波壳体部3的连接来实现第2电容器7与接地电位的连接，因此安装作业性变得容易。进一步地，通过将滤波壳体部3与接地至接地电位的金属制外壳2的连接点设置在第2电容器7的附近，从布线长度的观点出发，在电磁噪声对策上进行了良好的配置。

磁芯8是磁性体材料，具有在内周具备贯通孔的中空的圆筒型的形状。正极汇流条18和负极汇流条19是通过磁芯8的中央的贯通孔的构成，通过该构成实现与模制汇流条4的一体固定。通过以包围正极汇流条18和负极汇流条19的方式配置的磁芯8的构成，磁芯8吸收流至汇流条的电流的电磁噪声，从而抑制电磁噪声。贯通了磁芯8的正极汇流条18和负极汇流条19与DC模制汇流条14电连接。另外，在DC模制汇流条14上也固定有Y电容器13的GND汇流条(无附图标记)。

正极汇流条18和负极汇流条19通过上述连接分别与第1电容器6、第2电容器7和DC模制汇流条14电连接。另外，正极汇流条18和负极汇流条19也与上述的连接器汇流条27电连接。正极汇流条18和负极汇流条19具备用于与第1电容器6和第2电容器7电连接的端子部。另外，该连接方法只要是利用焊接的连接、铆接连接、利用螺钉紧固的连接等一般的电连接，则可以是任何方法。

对接地汇流条5进行说明。接地汇流条5与第2电容器7的一个端子连接。接地汇流条5通过螺钉紧固而固定在滤波壳体部3的边缘面上，经由滤波壳体部3与和流路形成体10紧固的外壳2的接地电位以同电位电连接。此外，接地汇流条5也可以直接连接到外壳2。由此，实现第2电容器7与接地电位的连接。在接地汇流条5与滤波壳体部3的连接中使用螺钉等紧固元件。由此，具有模制汇流条4的位置固定的功能，有助于提高构成部件的耐振性。

图8是本发明的第1实施方式的电力转换装置1的截面图。另外，图8是从图6所示的箭头S方向观察电力转换装置1的图。

如上所述，电力转换装置1是流路形成体10与滤波壳体部3成为一体而小型化的构成。流路形成体10在与其具备的功率半导体模块9之间具有制冷剂流路16，使制冷剂流入而冷却。进一步地，填充在滤波壳体部3中并固化的树脂15使模制汇流条4和电容器6、7固定。由此，将从模制汇流条4和电容器6、7产生的热经由树脂15、滤波壳体部3和流路形成体10向制冷剂流路16内的制冷剂释放。由此，能够兼顾电力转换装置1的小型化和冷却效率的提高，能够提高可靠性。

在图8中，模制汇流条4是示意性的L形截面图。L字的上面侧(纸面上侧)需要分别与电容器6、7的端子焊接，但该部分不能期待向与流路形成体10一体形成的滤波壳体散热。在想要使该汇流条部分的发热散热的情况下，需要有意地设置沿着壁面的部分。将这样的为了散热而沿着内周壁面延伸的部分沿着滤波壳体部3的边缘面平行地配置。电容器6、电容器7、磁性体磁芯8、模制汇流条4浸渍并固定在灌封树脂15中，能够提高EMC对策部件的冷却效果以及由此带来的电力转换装置的可靠性。

另外，在本实施方式中如上述那样配置，但也可以使第1电容器6及第2电容器7的长边方向平行或具有角度地配置。另外，第1电容器6和第2电容器7的底面配置成与滤波壳体部3的底面接触，但也可以配置成接触各个电容器的侧面。另外，在图6、7中，各搭载两个第1电容器和第2电容器，但个数也可以是一个。

另外，也可以采用将熔融状态的树脂15注入并填充到电容器6、7与滤波壳体部3的电容器收容部部分之间并固化的方法，也可以将电容器6、7沉入到预先注入到电容器收容部分的熔融状态的树脂15中，然后使树脂15固化，由此来固定电容器6、7。

图9是说明滤波壳体部3内的电容器6、7的配置的图。

滤波壳体部3与流路形成体10一体形成，上部(纸面跟前侧)开口，是具有包围该开口部的边缘面的袋状空间，形成有收纳构成作为滤波电路部的模制汇流条4的部件的空间。

第1电容器6和第2电容器7在各自的电容器的配置之间被作为滤波壳体部3的一部分的第1隔壁20分开。另外，在磁芯8与第2电容器7之间也同样设置有第2隔壁21。第1隔壁20和第2隔壁21是滤波壳体部3的一部分。由此，电容器6、7与滤波壳体部3接近的面增加，从电容器6、7产生的热向相对低温的滤波壳体部3热移动22，能够提高冷却性能。另外，通过将隔壁设置在电容器6、7的一部分周围，也能够提高电容器6、7的固定性。另外，也可以不必设置用于固定电容器6、7的第1隔壁20和第2隔壁21。

图10是说明滤波壳体部3的收容磁芯8的内壁面17的立体图。

如上所述，磁芯8通过吸收流至贯通磁芯8的模制汇流条4的电流的变动来抑制电磁噪声，但此时自发热并温度上升。因此，需要提高磁芯8周围的冷却性能。

内壁面17是滤波壳体部3的一部分，沿着磁芯8的外表面的形状弯曲成圆形圆周面。另外，在磁芯8与内壁面17之间填充有上述树脂15并固化(未图示)。由此，在收纳有模制汇流条4时，滤波壳体部3的内壁面17与磁芯8的外周部的距离成为固定，能够使填充有树脂15时的树脂的厚度变薄且均匀化。由此，能够使磁芯构件8的热高效地向温度相对低的滤波壳体部3移动，能够提高磁芯8的冷却性能。另外，也可以采用通过将内壁面17的形状形成为沿着磁芯8更接近的形状来提高冷却效率的构成。

根据以上说明的本发明的第1实施方式，起到以下的作用效果。

(1)电力转换装置1具备：电力转换电路部，其将直流电力转换为交流电力；流路形成体10，其用于使冷却电力转换电路部的制冷剂流动；滤波电路部4，其抑制传递直流电力的布线的电噪声；以及滤波壳体部3，其收纳滤波电路部4，滤波壳体部3与流路形成体10一体形成，在滤波壳体部3与滤波电路部4之间填充有第1树脂15。由此，能够提供兼顾小型化和冷却效率的提高，提高了可靠性的电力转换装置。

(2)电力转换装置1的滤波电路部4具备：正极汇流条18和负极汇流条19；磁性体的磁芯构件8，其以包围正极汇流条18和负极汇流条19的方式配置；第1电容器6，其一端与正极汇流条18连接，另一端与负极汇流条19连接；以及第2电容器7，其一端与正极汇流条18和负极汇流条19连接，另一端接地至接地电位，正极汇流条18、负极汇流条19、磁芯构件8、第1电容器6、第2电容器7沿着滤波壳体部3的内壁面配置。这样，能够兼顾电力转换装置1的小型化和冷却效率的提高。

(3)电力转换装置1的滤波壳体部3具有沿着磁芯构件8的外表面的形状的内壁面17。这样，能够提高容易发热的磁芯8的冷却效率。

(4)电力转换装置1的滤波壳体部3具有将第1电容器6与第2电容器7之间隔开的第1隔壁20。这样，能够提高容易受到发热影响的电容器部分的冷却效率。

(5)电力转换装置1的滤波壳体部3具有将第2电容器7与磁芯构件8之间隔开的第2隔壁21。这样，能够兼顾提高容易受到发热影响的电容器部分的冷却效率和提高容易发热的汇流条部分的冷却效率。

(6)电力转换装置1具备接地至接地电位的金属制的外壳2，滤波壳体部3与外壳2电连接，第2电容器7与滤波壳体部3电连接。这样，能够提高组装性，并且有助于整体构成的小型化。

(7)电力转换装置1具备连接第2电容器7和滤波壳体部3的接地汇流条5，正极汇流条18和负极汇流条19中的至少一方和接地汇流条5由第2树脂构件一体地模制密封，滤波壳体部3具有包围开口部的边缘面，接地汇流条5固定在边缘面上。这样，能够提高构成部件的固定性。

另外，以上的说明只是一个例子，在解释发明时，对上述实施方式的记载事项和技术方案的记载事项的对应关系没有任何限定或约束。例如，也可以是图11所示的第2实施方式的电力转换装置1A那样的构成。

(第2实施方式)

图11所示的电力转换装置1A的基本构成与第1实施方式所示的电力转换装置相同。与第1实施方式在结构上的不同点在于，滤波壳体部3A的收容部直至流路形成体10A的Y电容器13A的收容部为止是连续的。树脂15A填充在从滤波壳体部3A到Y电容器的收容部为止成为一体的收容部中并固化。由此，不需要分开树脂15A的填充部位。另外，与第1实施方式同样地，通过树脂15A固定噪声滤波电路构成部件，从而不需要固定所需的追加部件。进一步地，经由树脂15A，热移动22到温度相对低的流路形成体10A，进而通过在流路形成体10A的内部流动的制冷剂，能够同样地提高冷却性能。

图12是装填在图11的电力转换装置1A中的模制汇流条4A。这样，即使在正极汇流条18、负极汇流条19、接地汇流条5A的位置与第1实施方式的电力转换装置1不同、并且其他形状不同的情况下，如图11所示，树脂15A的填充状况也不会改变。因此，能够得到与第1实施方式相同的效果。

以上，在不脱离发明的技术思想的范围内，能够删除、置换成其他构成、追加其他构成，其方式也包含在本发明的范围内。

符号说明

1…电力转换装置，2…外壳，3、3A…滤波壳体部，4、4A…模制汇流条，5、5A…接地汇流条，6、6A…第1电容器，7、7A…第2电容器，8、8A…磁性体磁芯构件，9、9A…功率半导体模块，10、10A…流路形成体，11…平滑电容器，13、13A…Y电容器，14、14A…DC模制汇流条，15、15A…第1树脂，16…制冷剂流路，17…内壁面，18…正极汇流条，19…负极汇流条，20…第1隔壁，21…第2隔壁，22…热移动，23…连接器，24…平滑电容器收容部，25…Y电容器收容部，26…功率半导体模块安装口，27…连接器汇流条，28…紧固构件。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其特征在于，具备：

电力转换电路部，其将直流电力转换为交流电力；

流路形成体，其用于使冷却所述电力转换电路部的制冷剂流动；

滤波电路部，其抑制传递所述直流电力的布线的电噪声；以及

滤波壳体部，其收纳所述滤波电路部，

所述滤波壳体部与所述流路形成体一体形成，

在所述滤波壳体部与所述滤波电路部之间填充有第1树脂。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述滤波电路部具备：正极汇流条及负极汇流条；磁性体的磁芯构件，其以包围所述正极汇流条及负极汇流条的方式配置；第1电容器，其一端与所述正极汇流条连接，另一端与所述负极汇流条连接；以及第2电容器，其一端与所述正极汇流条及所述负极汇流条连接，另一端接地至接地电位，

所述正极汇流条、所述负极汇流条、所述磁芯构件、所述第1电容器、所述第2电容器分别沿着所述滤波壳体部的内壁面配置。

3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述滤波壳体部具有沿着所述磁芯构件的外表面的形状的所述内壁面。

4.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述滤波壳体部具有将所述第1电容器与所述第2电容器之间隔开的第1隔壁。

5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述滤波壳体部具有将所述第2电容器与所述磁芯构件之间隔开的第2隔壁。

6.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

具备：金属制的外壳，其接地至所述接地电位，

所述滤波壳体部与所述外壳电连接，

所述第2电容器与所述滤波壳体部电连接。

7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于，

具备：接地汇流条，其连接所述第2电容器和所述滤波壳体部，

所述正极汇流条及所述负极汇流条中的至少一方和所述接地汇流条由第2树脂构件一体地模制密封，

所述滤波壳体部具有包围开口部的边缘面，所述接地汇流条固定在所述边缘面上。

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