CN116133322A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于得到一种功率转换装置，能抑制冷却性能的下降，并提高组装性。汇流条组件(30)从多个半导体模块(20)接受的热量从多个第1汇流条冷却柱(32b)传递到多个第1接受部(11f)和流路形成部(11c)，并由冷却器(10)来散热。滤波电容器(50)中产生的热量从多个第1电容器冷却柱(51b)传递到多个第2接受部(11g)，并由冷却器(10)来散热。

Description

功率转换装置

技术领域

本公开涉及功率转换装置。

背景技术

现有的功率转换装置中，水路形成体中形成有冷却水的流路。水路形成体的第1表面配置有功率模块。此外，水路形成体的第2表面配置有电容器模块。第2表面是夹着流路与第1表面相反侧的面(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-176297号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

上述那样的现有功率转换装置中，第1表面配置有功率模块，第2表面配置有电容器模块。因此，在组装功率转换装置时，需要使水路形成体翻转，组装性降低。

本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种功率转换装置，能抑制冷却性能的下降，并使组装性提高。

用于解决技术问题的技术手段

本公开所涉及的功率转换装置包括：半导体模块；使半导体模块的输入电压平滑化的滤波电容器；将半导体模块、滤波电容器和电源中的至少2点间电连接的汇流条组件；以及冷却器，半导体模块、滤波电容器和汇流条组件在冷却器上从冷却器侧起按照半导体模块、汇流条组件和滤波电容器的顺序叠加，滤波电容器和汇流条组件中的至少任一方即冷却柱介在体与冷却器中的至少任一方设有冷却柱，该冷却柱将冷却柱介在体的热量传递到冷却器。

发明效果

根据本公开的功率转换装置，能抑制冷却性能的下降，并使组装性提高。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的立体图。

图2是示出图1的功率转换装置的分解立体图。

图3是示出图2的冷却器主体的立体图。

图4是示出将图2的多个半导体模块搭载于冷却器的状态的立体图。

图5是图4的冷却器和多个半导体模块所构成的组装体的剖视图。

图6是示出在图4的多个半导体模块上搭载了图2的汇流条组件的状态的立体图。

图7是图6的冷却器、多个半导体模块和汇流条组件所构成的组装体的剖视图。

图8是示出图2的滤波电容器的立体图。

图9是图1的功率转换装置的剖视图。

图10是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的变形例的剖视图。

图11是示出实施方式2所涉及的功率转换装置的立体图。

图12是图11的功率转换装置的剖视图。

图13是实施方式3所涉及的功率转换装置的剖视图。

图14是实施方式4所涉及的功率转换装置的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式进行说明。

实施方式1

图1是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的立体图。图2是示出图1的功率转换装置的分解立体图。实施方式1的功率转换装置100将交流电提供给混合动力车或电动车的驱动用电动机。但功率转换装置100的用途并没有特别限定。

此外，实施方式1的功率转换装置100利用逆变器将电池的直流电转换为交流电，以驱动包含驱动用电动机在内的旋转电机。此外，实施方式1的功率转换装置100利用转换器将从发电机输出的交流电转换为直流电，以对电池进行充电。

图中，功率转换装置100具有冷却器10、多个半导体模块20、汇流条组件30、控制基板40和滤波电容器50。

多个半导体模块20、汇流条组件30、控制基板40和滤波电容器50配置在冷却器10上。此外，多个半导体模块20、汇流条组件30、控制基板40和滤波电容器50从冷却器10侧起按照多个半导体模块20、汇流条组件30、控制基板40和滤波电容器50的顺序叠加。

冷却器10例如由铝或铝合金所构成。此外，冷却器10具有冷却器主体11和冷却器上板12。冷却器上板12是矩形的平板。

控制基板40具有未图示的驱动电路和未图示的控制电路。驱动电路对多个半导体模块20进行驱动。控制电路对驱动电路进行控制。

另外，图2中示出1块控制基板40，但考虑到功能性、布局性、生产性等，控制基板40可以分割为多个基板。此外，控制基板40可以配置在与图2不同的位置。例如，控制基板40可以相对于滤波电容器50配置在汇流条组件30的相反侧。

图3是示出图2的冷却器主体11的立体图。冷却器主体11具有底部11a、侧壁部11b、流路形成部11c、散热翅片11e、多个块状的第1接受部11f和多个块状的第2接受部11g。

底部11a呈矩形的平板状。侧壁部11b呈矩形的框状。此外，侧壁部11b从底部11a的周缘起相对于底部11a呈直角地突出。

流路形成部11c在侧壁部11b的内侧从底部11a向与侧壁部11b相同的方向突出。流路形成部11c形成有槽状的制冷剂流路11d。

未图示的制冷剂流过制冷剂流路11d。实施方式1中，使用水作为制冷剂。即，实施方式1的冷却器10是水冷式冷却器。散热翅片11e面向制冷剂流路11d。

多个第1接受部11f和多个第2接受部11g分别从底部11a向与流路形成部11c相同的方向突出。此外，多个第1接受部11f和多个第2接受部11g分别配置在侧壁部11b与流路形成部11c之间。

各第1接受部11f与流路形成部11c相邻。多个第2接受部11g相对于多个第1接受部11f更远离流路形成部11c来配置。此外，从底部11a起的各第2接受部11g的突出量比从底部11a起的各第1接受部11f的突出量要大。

图4是示出将图2的多个半导体模块20搭载于冷却器10的状态的立体图。冷却器上板12经由未图示的密封构件接合到流路形成部11c。作为密封构件，例如使用垫圈。此外，冷却器上板12也可以通过FSW(Friction Stir Welding：摩擦搅拌焊接)或电子束焊接接合到流路形成部11c。

通过将冷却器上板12安装于流路形成部11c，从而制冷剂流路11d包含在冷却器10内。

多个半导体模块20分别搭载在冷却器上板12上。各半导体模块20内置了未图示的功率半导体元件。功率半导体元件例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。

各半导体模块20因高速开关动作而发热。各半导体模块20中所产生的热量经由冷却器上板12传递到在制冷剂流路11d中流动的制冷剂。

图5是图4的冷却器10和多个半导体模块20所构成的组装体的剖视图，示出了与图4的XZ平面平行的截面。作为模块散热体的第1散热体61介于各半导体模块20与冷却器上板12之间。作为各第1散热体61的材料，使用导热性优异的材料，例如油脂、焊料、粘合剂、填隙料或化合物。

图6是示出在图4的多个半导体模块20上搭载了图2的汇流条组件30的状态的立体图。图7是图6的冷却器10、多个半导体模块20和汇流条组件30所构成的组装体的剖视图，示出了与图6的XZ平面平行的截面。

汇流条组件30具有多个钣金构件31和保持构件32。保持构件32由树脂所构成。多个钣金构件31和保持构件32通过插入成型而一体化。由此，多个钣金构件31由保持构件32所保持。

多个钣金构件31将未图示的直流电源、多个半导体模块20、滤波电容器50和未图示的外部设备电连接。外部设备中包含旋转电机和空调。

保持构件32具有平板状的保持构件主体32a和多个棒状的第1汇流条冷却柱32b。保持构件主体32a与多个半导体模块20中的冷却器上板12的相反侧的面相对。

多个第1汇流条冷却柱32b从保持构件主体32a向底部11a突出。此外，多个第1汇流条冷却柱32b将汇流条组件30的热量传递到冷却器10。即，汇流条组件30是有多个第1汇流条冷却柱32b存在于向冷却器10的散热路径中的冷却柱介在体。

各第1汇流条冷却柱32b通过第1紧固件33紧固到对应的第1接受部11f。作为各第1紧固件33，使用螺钉。

各第1汇流条冷却柱32b与流路形成部11c的侧面相接。多个第1汇流条冷却柱32b可以由与保持构件主体32a不同的材料、例如金属来构成。

作为冷却柱散热体的第2散热体62介于各第1汇流条冷却柱32b与对应的第1接受部11f之间。作为各第2散热体62的材料，使用导热性优异的材料，例如油脂、焊料、粘合剂、填隙料或化合物。

汇流条组件30从多个半导体模块20接受的热量从多个第1汇流条冷却柱32b传递到多个第1接受部11f和流路形成部11c，并由冷却器10来散热。

图8是示出图2的滤波电容器50的立体图。图9是图1中的功率转换装置100的剖视图，示出了与图1的XZ平面平行的截面。

滤波电容器50使多个半导体模块20的输入电压平滑化。此外，滤波电容器50具有壳体51、未图示的电容器元件和多个电容器汇流条52。壳体51由合成树脂所构成。

电容器元件设置在壳体51内。作为电容器元件，使用卷绕型薄膜电容器。卷绕型薄膜电容器扁平化为长圆形。电容器元件通过在壳体51内填充环氧树脂从而被密封在壳体51内。

多个电容器汇流条52连接到电容器元件。此外，各电容器汇流条52突出到壳体51外，与对应的钣金构件31相连接。

壳体51具有平板状的壳体主体51a和多个棒状的第1电容器冷却柱51b。壳体主体51a与控制基板40中的汇流条组件30相反侧的面相对。

多个第1电容器冷却柱51b从电容器主体51a向底部11a突出。此外，多个第1电容器冷却柱51b将滤波电容器50的热量传递到冷却器10。即，滤波电容器50是有多个第1电容器冷却柱51b存在于向冷却器10的散热路径中的冷却柱介在体。

由此，实施方式1中，汇流条组件30和滤波电容器50双方都是冷却柱介在体。

各第1电容器冷却柱51b通过第2紧固件53紧固到对应的第2接受部11g。作为各第2紧固件53，使用螺钉。

多个第1电容器冷却柱51b可以由与壳体主体51a不同的材料、例如金属来构成。

作为冷却柱散热体的第3散热体63介于各第1电容器冷却柱51b与对应的第2接受部11g之间。作为各第3散热体63的材料，使用导热性优异的材料，例如油脂、焊料、粘合剂、填隙料或化合物。

滤波电容器50中产生的热量从多个第1电容器冷却柱51b传递到多个第2接受部11g，并由冷却器10来散热。

这样的功率转换装置100中，多个半导体模块20、滤波电容器50和汇流条组件30在冷却器10上按照上述顺序叠加。即，多个半导体模块20、滤波电容器50和汇流条组件30相对于冷却器10层叠在相同侧。

因此，能将多个半导体模块20、汇流条组件30和滤波电容器50搭载在冷却器10上，而不使冷却器10翻转。

此外，滤波电容器50设有多个第1电容器冷却柱51b。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量顺畅地传递到冷却器10，并利用冷却器10来散热。

此外，汇流条组件30设有多个第1汇流条冷却柱32b。因此，能将汇流条组件30所接受的热量顺畅地传递到冷却器10，并利用冷却器10来散热。

因此，实施方式1的功率转换装置100中，能抑制冷却性能的下降，并使组装性提高。

此外，第1散热体61存在于各半导体模块20与冷却器10的接合面即热边界面。由此，热边界面的空气层被替换为第1散热体61。因此，能将各半导体模块20中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

此外，第2散热体62存在于各第1汇流条冷却柱32b与冷却器10的接合面即热边界面。由此，热边界面的空气层被替换为第2散热体62。因此，能将汇流条组件30所接受的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

此外，第3散热体63存在于各第1电容器冷却柱51b与冷却器10的接合面即热边界面。由此，热边界面的空气层被替换为第3散热体63。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

此外，多个第2接受部11g相对于多个第1接受部11f更远离流路形成部11c来配置。然后，各第1接受部11f连接有对应的第1汇流条冷却柱32b，各第2接受部11g连接有对应的第1电容器冷却柱51b。因此，能使功率转换装置100的组装性提高。

此外，多个第1接受部11f和多个第2接受部11g分别从底部11a突出。因此，能使各第1汇流条冷却柱32b和各第1电容器冷却柱51b向冷却器10的连接变得容易。

另外，各第1汇流条冷却柱32b可以连接到底部11a或侧壁部11b。

此外，各第1电容器冷却柱51b可以连接到底部11a或侧壁部11b。

这里，图10是示出实施方式1所涉及的功率转换装置100的变形例的剖视图，示出了与图5相当的截面。变形例中的冷却器上板12的中央设有矩形的孔12a。

各半导体模块20固定有散热器21。散热器21具有散热器基部21a和散热翅片21b。散热器基部21a固定到半导体模块20。此外，散热器基部21a重叠在孔12a的边缘部处的冷却器上板12的上表面，并固定于冷却器上板12。

未图示的密封部件介于冷却器上板12与散热器基部21a之间。散热翅片21b通过孔12a，相对于冷却器上板12更向底部11a侧突出。散热翅片11e和第1散热体61被省略。

即使是上述那样的变形例的结构，也能得到实施方式1的功率转换装置100所涉及的效果。

实施方式2

接着，图11是示出实施方式2所涉及的功率转换装置100的立体图。图12是图11中的功率转换装置100的剖视图，示出了与图11的XZ平面平行的截面。

实施方式2的汇流条组件30中的保持构件32还具有多个棒状的第2汇流条冷却柱32c。

多个第2汇流条冷却柱32c与多个第1汇流条冷却柱32b平行地从保持构件主体32a向底部11a突出。此外，多个第2汇流条冷却柱32c将汇流条组件30的热量传递到冷却器10。

各第2汇流条冷却柱32c经由第2散热体62与底部11a接触。此外，各第2汇流条冷却柱32c与流路形成部11c的侧面相接。多个第2汇流条冷却柱32c可以由与保持构件主体32a不同的材料、例如金属来构成。

汇流条组件30接受到的热量从多个第1汇流条冷却柱32b和多个第2汇流条冷却柱32c传递到冷却器10，并由冷却器10来散热。

实施方式2的滤波电容器50中的壳体51还具有多个棒状的第2电容器冷却柱51c。

多个第2电容器冷却柱51c与多个第1电容器冷却柱51b平行地从壳体主体51a向底部11a突出。此外，多个第2电容器冷却柱51c将滤波电容器50的热量传递到冷却器10。

各第2电容器冷却柱51c经由第3散热体63与底部11a接触。多个第2电容器冷却柱51c可以由与壳体主体51a不同的材料、例如金属来构成。

滤波电容器50中产生的热量从多个第1电容器冷却柱51b和多个第2电容器冷却柱51c传递到冷却器10，并由冷却器10来散热。

实施方式2中的其它结构与实施方式1相同。

这样的功率转换装置100中，多个第2汇流条冷却柱32c设置于汇流条组件30。因此，能将汇流条组件30所接受的热量更顺畅地传递到冷却器10，并通过冷却器10来散热，能使冷却性能提高。

此外，多个第2电容器冷却柱51c设置于滤波电容器50。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，并通过冷却器10来散热，能使冷却性能提高。

此外，多个第2汇流条冷却柱32c和多个第2电容器冷却柱51c分别与底部11a接触，但并未与冷却器10螺钉紧固。因此，汇流条组件30和滤波电容器50相对于冷却器10的固定部位不会增加，抑制了组装性的下降。

另外，底部11a可以设有向与流路形成部11c相同的方向突出的块状的第3接受部。第2汇流条冷却柱32c可以与第3接受部而非底部11a接触。

此外，第2汇流条冷却柱32c可以与第1汇流条冷却柱32b和侧壁部11b中的至少任一方接触。

此外，底部11a可以设有向与流路形成部11c相同的方向突出的块状的第4接受部。第2电容器冷却柱51c可以与第4接受部而非底部11a接触。

此外，第2电容器冷却柱51c可以与第1电容器冷却柱51b和侧壁部11b中的至少任一方接触。

实施方式3.

接着，图13是实施方式3所涉及的功率转换装置100的剖视图，示出了相当于与图1的XZ平面平行的截面的截面。

实施方式3的功率转换装置100还具有金属制的冷却板54。作为冷却板54的材料，例如使用铜或铝。

冷却板54具有平板部54a和一对脚部54b。平板部54a与壳体主体51a中的与控制基板40相对的面接触。

各脚部54b从平板部54a向底部11a突出，并与底部11a接触。作为第1冷却板散热体的第4散热体64介于各脚部54b与底部11a之间。作为各第4散热体64的材料，使用导热性优异的材料，例如油脂、焊料、粘合剂、填隙料或化合物。

作为第2冷却板散热体的第5散热体65介于平板部54a与壳体主体51a之间。作为第5散热体65的材料，使用导热性优异的材料，例如油脂、焊料、粘合剂、填隙料或化合物。

冷却板54经由第4散热体64与冷却器10相连接。此外，冷却板54经由第5散热体65与滤波电容器50相连接。即，实施方式3中的冷却板连接体是滤波电容器50。

滤波电容器50中产生的热量从多个第1电容器冷却柱51b和冷却板54传递到冷却器10，并由冷却器10来散热。

实施方式3中的其它结构与实施方式1相同。

这样的功率转换装置100中，在滤波电容器50与冷却器10之间设有冷却板54。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，并通过冷却器10来散热，能使冷却性能提高。

此外，第4散热体64存在于各脚部45b与底部11a的接合面即热边界面。由此，热边界面的空气层被替换为第4散热体64。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

此外，第5散热体65存在于平板部54a与壳体主体51a的接合面即热边界面。由此，热边界面的空气层被替换为第5散热体65。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

此外，冷却板54由金属所构成。因此，能将滤波电容器50中所产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

另外，底部11a可以设有向与流路形成部11c相同的方向突出的第5接受部。冷却板54可以与第5接受部而非底部11a接触。此外，冷却板54可以通过紧固件紧固于第5接受部。

此外，冷却板54可以与第1电容器冷却柱51b和侧壁部11b中的至少任一方接触。

此外，实施方式3的功率转换装置100可以设有实施方式2所示的第2电容器冷却柱51c。该情况下，冷却板54可以与第2电容器冷却柱51c相接触。

此外，在控制基板40并未配置在滤波电容器50与汇流条组件30之间的情况下，平板部54a可以夹在滤波电容器50与汇流条组件30之间。即，冷却板连接体可以是滤波电容器50和汇流条组件30双方。

实施方式4.

接着，图14是实施方式4所涉及的功率转换装置100的剖视图，示出了相当于与图1的XZ平面平行的截面的截面。

实施方式4中，冷却板54的至少一部分嵌入到壳体51内。图14的示例中，冷却板54整个嵌入到壳体51内。此外，冷却板54在与多个电容器汇流条52之间隔开间隔地配置在壳体51内。此外，冷却板54通过在壳体51内填充环氧树脂从而与壳体51一体化。

实施方式4中的其它结构与实施方式3相同。

这样的功率转换装置100中，冷却板54嵌入到壳体51，因此，能将滤波电容器50中产生的热量更顺畅地传递到冷却器10，以使冷却性能提高。

另外，实施方式4中，可以仅将冷却板54的一部分嵌入到壳体51。

此外，实施方式3、4中，可以与冷却板54分开地在作为冷却板连接体的汇流条组件30与冷却器10之间设置金属制的冷却板。

此外，实施方式1～4中，汇流条冷却柱的数量和电容器冷却柱的数量都没有特别限定。

此外，实施方式1～4中，汇流条冷却柱可以作为冷却器10的一部分设置于冷却器10。该情况下，汇流条冷却柱从底部11a向汇流条组件30突出，并直接或经由散热体与汇流条组件30相接。

此外，汇流条冷却柱可以设置于冷却器10和汇流条组件30双方。

此外，实施方式1～4中，电容器冷却柱可以作为冷却器10的一部分设置于冷却器10。该情况下，电容器冷却柱从底部11a向滤波电容器50突出，并直接或经由散热体与滤波电容器50相接。

此外，电容器冷却柱可以设置于冷却器10和滤波电容器50双方。

此外，冷却柱介在体可以仅为滤波电容器50。即，可以省略汇流条冷却柱。

此外，冷却柱介在体可以仅为汇流条组件30。即，可以省略电容器冷却柱。

此外，作为冷却柱的材料，例如可以使用铝。

此外，制冷剂不限于水，可以是水以外的流体。

此外，汇流条组件30将半导体模块20、滤波电容器50和电源中的至少2点间电连接即可。

标号说明

10  冷却器

11  冷却器主体

11a 底部

11c 流路形成部

11d 制冷剂流路

11f 第1接受部

11g 第2接受部

20  半导体模块

30  汇流条组件(冷却柱介在体)

32b 第1汇流条冷却柱

32c 第2汇流条冷却柱

50  滤波电容器(冷却柱介在体、冷却板连接体)

51b 第1电容器冷却柱

51c 第2电容器冷却柱

54  冷却板

61  第1散热体(模块散热体)

62  第2散热体(冷却柱散热体)

63  第3散热体(冷却柱散热体)

64  第4散热体(第1冷却板散热体)

65  第5散热体(第2冷却板散热体)

100 功率转换装置。

Claims (9)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

半导体模块；

使所述半导体模块的输入电压平滑化的滤波电容器；

将所述半导体模块、所述滤波电容器和电源中的至少2点间电连接的汇流条组件；以及

冷却器，

所述半导体模块、所述滤波电容器和所述汇流条组件在所述冷却器上从所述冷却器侧起按照所述半导体模块、所述汇流条组件和所述滤波电容器的顺序叠加，

所述滤波电容器和所述汇流条组件中的至少任一方即冷却柱介在体与所述冷却器中的至少任一方设有冷却柱，该冷却柱将所述冷却柱介在体的热量传递到所述冷却器。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

模块散热体介于所述半导体模块与所述冷却器之间。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却柱设置于所述冷却柱介在体，

冷却柱散热体介于所述冷却柱与所述冷却器之间。

4.如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却器具有冷却器主体，

所述冷却器主体具有：

平板状的底部；

从所述底部突出并形成制冷剂流路的流路形成部；

从所述底部向与所述流路形成部相同的方向突出的第1接受部；以及

从所述底部向与所述流路形成部相同的方向突出并且相对于所述第1接受部更远离所述流路形成部来配置的第2接受部，

所述汇流条组件和所述滤波电容器分别是所述冷却柱介在体，

所述汇流条组件设有作为所述冷却柱的汇流条冷却柱，

所述滤波电容器设有作为所述冷却柱的电容器冷却柱，

所述汇流条冷却柱连接到所述第1接受部，

所述电容器冷却柱连接到所述第2接受部。

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，

还具备冷却板，该冷却板连接到所述滤波电容器和所述汇流条组件中的至少任一方即冷却板连接体，并且连接到所述冷却器。

6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

第1冷却板散热体介于所述冷却板与所述冷却器之间。

7.如权利要求5或6所述的功率转换装置，其特征在于，

第2冷却板散热体介于所述冷却板与所述冷却板连接体之间。

8.如权利要求5或6所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却板的至少一部分嵌入到所述冷却板连接体内。

9.如权利要求5至8中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却板为金属制。

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