CN117597840A - 汇流条散热结构和逆变器设备 - Google Patents
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Abstract
在逆变器设备1中，一对汇流条P和N沿着彼此设置于平滑电容器2与功率半导体模块3之间，并且连接于平滑电容器2和功率半导体模块3。散热器5沿着汇流条P和N设置于汇流条P和N之间。绝缘构件6设置于汇流条P和散热器5之间以及汇流条N和散热器5之间。散热器5的一部分连接于其上安装有功率半导体模块3的壳体4。
Description
技术领域
本发明涉及应用于逆变器设备的汇流条(bus bar)散热结构。
背景技术
逆变器设备是将直流功率转换成交流功率以驱动电机等的设备。
用于平滑直流功率的平滑电容器安装于逆变器设备的直流功率部。通过诸如IGBT等功率半导体模块的开关动作来进行从直流功率到交流功率的转换。
汇流条(具体来说是正极侧的汇流条P和负极侧的汇流条N)通常用于平滑电容器与功率半导体模块之间的电连接。另外，与平滑电容器的正极连接的汇流条沿着与平滑电容器的负极连接的汇流条布置，由此实现电感的减小。
在常规情况下，在用于直流功率输入的汇流条P和汇流条N中，必须确保与例如逆变器设备的电压等相应的绝缘距离。为了在确保绝缘的同时节省空间，利用树脂将汇流条P和汇流条N一体模制成型并经由同时一体模制成型的套圈用螺钉固定到例如逆变器壳体。在直流功率输入汇流条中，必须设计横截面面积以使电流密度满足用于一体模制成型的树脂的耐热温度和内部气温的增加。
然而，由于直流功率输入汇流条位于平滑电容器与功率半导体模块之间，因此从结构的空间限制和平滑电容器的电感降低的角度来看，通常难以通过增加汇流条的横截面面积来抑制热量的产生。因此，需要对直流功率输入汇流条设置散热结构。作为直流功率输入汇流条的散热结构，例如可以引用专利文献1公开的对逆变器设备设置的散热结构。
现有技术参考文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2009-21445号公报
发明内容
在例如专利文献1公开的常规散热结构中，在汇流条P和汇流条N的下部需要具有大面积的散热器，而这对于减小逆变器设备的尺寸并不是优选的。
本发明是鉴于这样的技术问题而做出的，本发明的目的在于提高与逆变器设备的平滑电容器和功率半导体模块连接的汇流条的刚性和散热性能并且减小逆变器设备的尺寸。
因此，本发明的一个方面是一种汇流条散热结构，所述汇流条散热结构包括：一对汇流条，沿着彼此设置于平滑电容器与功率半导体模块之间，并且连接于所述平滑电容器和所述功率半导体模块；散热器，沿着所述一对汇流条设置于所述一对汇流条之间；绝缘构件，设置于所述一对汇流条中的一个汇流条与所述散热器之间以及所述一对汇流条中的另一个汇流条与所述散热器之间；以及壳体，所述功率半导体模块安装于所述壳体，其中，所述散热器包括：散热主体部，设置于所述一对汇流条之间；以及壳体侧固定支腿部，在所述散热主体部的一端侧紧固到所述壳体。
在本发明的一个方面，所述汇流条散热结构还包括用于将所述一对汇流条与所述散热器一体化的树脂构件。
在本发明的一个方面，所述汇流条散热结构还包括形成有固定孔的基板，其中，所述散热器还包括在所述散热主体部的另一端侧经由所述固定孔而紧固到所述基板的基板侧固定支腿部，并且其中，在所述基板的所述固定孔的周边设置有与在所述基板上安装的电子部件连接的图案。
本发明的一个方面是一种包括上述汇流条散热结构的逆变器设备。
根据以上的本发明，能够提高与逆变器设备的平滑电容器和功率半导体模块连接的汇流条的刚性和散热性能，并且能够减小逆变器设备的尺寸。
附图说明
图1是本发明第一实施例的逆变器设备中的汇流条散热结构的侧视图。
图2是第一实施例的汇流条散热结构的平面图。
图3的(a)是第一实施例的汇流条散热结构的分解立体图，图3的(b)是示出该散热结构中的正极汇流条、负极汇流条、散热器和绝缘构件的布置关系的立体图，图3的(c)是从功率半导体模块侧观察到的散热结构的立体图，并且图3的(d)是从平滑电容器侧观察到的散热结构的立体图。
图4的(a)是第二实施例中的汇流条散热结构的平面图，并且图4的(b)是示出该散热结构中的正极汇流条、负极汇流条和散热器的布置关系的立体图。
具体实施方式
以下将参照着附图对本发明的实施例进行说明。
[第一实施例]
应用了作为图1所示的本发明的一个实施例的汇流条散热结构的逆变器设备1具备平滑电容器2、功率半导体模块3和一对汇流条P和N。
功率半导体模块3在平滑电容器2附近的位置以与平滑电容器2平行的方式被安装于壳体4。
作为汇流条中的一条的汇流条P对应于正极汇流条。作为汇流条中的另一条的汇流条P对应于负极汇流条。汇流条P和N沿着彼此设置于平滑电容器2和功率半导体模块3之间，并且连接于平滑电容器2和功率半导体模块3。
另外，如图1和图3所示，散热器5沿着汇流条P和N设置于汇流条P与N之间。此外，绝缘构件6设置于汇流条P与散热器5之间及汇流条N与散热器5之间。然后，用树脂构件7将汇流条P和N与散热器5一体化。
将参照着图3来说明汇流条P和N、散热器5、绝缘构件6和树脂构件7的具体模式的示例。
(汇流条P)
汇流条P由诸如铜和铝等公知的钢材制成，并且一体地具备汇流条P主体部P1、模块侧端子部P2和电容器侧端子部P3。
汇流条P主体部P1形成为折弯成曲柄(crank)状的矩形板状，以使电容器侧端子部P3与汇流条N的电容器侧端子部N3平行地布置。另外，汇流条P主体部P1形成有供树脂构件7(锁定主体部71)的突起部74穿过的通孔P4。
模块侧端子部P2由三个(三相)端子构成，该三个(三相)端子垂直于汇流条P主体部P1而突出并且通过诸如螺钉等固定件8被紧固到功率半导体模块3的端子架30。
电容器侧端子部P3由单个端子构成，该单个端子在汇流条P主体部P1的一端侧朝向与模块侧端子部P2相反的方向突出并且通过固定件8被紧固到平滑电容器2的端子架20。
(汇流条N)
类似于汇流条P，汇流条N由诸如铜和铝等公知的钢材制成，并且具备汇流条N主体部N1、模块侧端子部N2和电容器侧端子部N3。
汇流条N主体部N1形成为折弯的矩形板状，以使电容器侧端子部N3与汇流条P的电容器侧端子部P3平行地布置。另外，汇流条N主体部N1形成有供树脂构件71的突起部74穿过的通孔N4。
模块侧端子部N2由三个(三相)端子构成，该三个(三相)端子垂直于汇流条N主体部N1而突出，并且通过固定件8被紧固到功率半导体模块3的端子架30而与汇流条P的相应的三个模块侧端子部P2平行。
电容器侧端子部N3由单个端子构成，该单个端子在汇流条N主体部N1的一端侧朝向与模块侧端子部N2相同的方向突出，与于汇流条P的电容器侧端子部P3平行地布置并且通过固定件8被紧固到平滑电容器2的端子架20。
(散热器5)
散热器5由诸如铜钢、钢铁、铜合金和铝合金等公知的导热钢材制成，并且具备散热主体部51和壳体侧固定支腿部52。
散热主体部51形成为矩形板状，并且设置于汇流条P主体部P1与和汇流条N主体部N1之间。另外，散热主体部51形成有供树脂构件7的突起部74穿过的通孔53。
壳体侧固定支腿部52在散热主体部51的一侧通过固定件8被紧固到壳体4。
(绝缘构件6)
绝缘构件6由公知的树脂材料或导热绝缘材料制成，形成为矩形片状，并且设置于汇流条P与散热器5之间及汇流条N与散热器5之间。另外，绝缘构件6各自形成有供树脂构件7的相应突起部74穿过的通孔61。
(树脂构件7)
树脂构件7由诸如聚苯硫醚(PPS)系树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)系树脂等耐热绝缘树脂制成，并且具备锁定主体部71、汇流条P锁定部72和电容器锁定部73。
锁定主体部71形成为其横截面呈L形板状，以便与汇流条P抵接并且可锁定至汇流条P、散热器5和汇流条N。另外如图3所示，锁定主体部71设置有穿过汇流条P、绝缘构件6、散热器5、绝缘构件6和汇流条N的通孔P4、61、53、61和N4的突起部74。
汇流条P锁定部72形成为板状，以便在锁定主体部71的一端可锁定至汇流条P。另外，在汇流条P锁定部72与锁定主体部71之间设置供汇流条P主体部P1和汇流条N主体部N1各自插入的一对凹槽75。
电容器锁定部73形成为板状，以便在靠近锁定主体部71另一端的部分可锁定至壳体4。另外，电容器锁定部73设置有待插入到平滑电容器2的外壳21中的插入孔22的突起部76。
(汇流条散热结构的组装)
将参照着图1至图3来说明本实施例的汇流条散热结构的组装过程的示例。
首先，如图1和图3的(a)所示，将绝缘构件6插置在汇流条P与散热器5之间以及汇流条N与散热器5之间，并且如图3的(b)所示地组装汇流条P和N、散热器5和绝缘构件6。
接下来如图3的(c)和图3的(d)所示，将汇流条P主体部P1和汇流条N主体部N1插入树脂构件7的凹槽75中。另外，将树脂构件7的突起部74插入汇流条P、绝缘构件6、散热器5、绝缘构件6和汇流条N的通孔P4、61、53、61和N4中。
然后，如图1所示，在树脂构件7的电容器锁定部73的突起部74被插入到平滑电容器2的外壳21的通孔22中的状态下，通过固定件8将汇流条P和N的模块侧端子部P2和N2紧固到功率半导体模块3的端子架30。另外，通过固定件8将散热器5的壳体侧固定支腿部52紧固到壳体4。此外，汇流条P和N的电容器侧端子部P3和N3各自通过固定件8与图2的导体11和12一起被紧固到平滑电容器2的端子架20，该导体11和12连接于逆变器设备1的直流电源部(未示出)。此时，通过树脂构件7将汇流条P和N、散热器5和绝缘构件6一体化。
另外，在本实施例中，绝缘构件6与树脂构件7分开地形成。由于树脂构件7具有绝缘性，因此可以采用绝缘构件6与树脂构件7预先一体模制成型的方式。根据该方式，相比于绝缘构件6与树脂构件7分开形成的构造，能够减少组装工序量。
(本实施例的效果)
根据上述汇流条散热结构，散热器5、汇流条P、N和绝缘构件6被一体化，由此在汇流条P、N处产生的热量能够经由散热器5的散热主体部51和壳体侧固定支腿部52消散到壳体4，并且一体化的汇流条P、N的刚性增加。
另外，通过以上的平滑电容器2与功率半导体模块3之间的一体化，能够在电流即将从汇流条P和N分流到功率半导体模块3之前且电流密度最高的位置的部分设置散热器5的壳体侧支腿部52。
此外，由于不需要如专利文献1的散热结构所示在汇流条P和汇流条N的下部设置具有大面积的散热器，因此能够减小逆变器设备的尺寸。另外，能够将一体化的汇流条P和N设置于具有低抗噪性的电子部件(后述的基板9和基板9上的电子部件)与功率半导体模块3之间。因此，从功率半导体模块3朝向图1中白色箭头所示方向产生的噪声的电场被汇流条P和N屏蔽，并且该噪声的磁场被散热器5屏蔽，由此抑制了电子部件发生故障。
因此，根据本实施例的汇流条散热结构，与逆变器设备1的平滑电容器2和功率半导体模块3连接的汇流条P和N的散热性能和刚性得以改善，并且逆变器设备1的尺寸能够减小。另外，还能够屏蔽从功率半导体模块3到其它电子部件的噪声。
[第二实施例]
图1的逆变器设备1具备基板9，在基板9上安装有诸如电容器和用于执行例如半导体功率模块的开关信号的生成的CPU等电子部件。在安装在基板9上的三相交流电容器(下文中称为“Y电容器”)中，有时需要其中性点接地(GND连接)。在常规情况下，通过用汇流条、线束(harness)等在基板9的接地端子与壳体4之间进行连接并且将壳体4接地，来使基板9的Y电容器接地。
因此，图4示出的本实施例的散热器5在第一实施例的散热器5的状态下还具备基板侧固定支腿部54，基板侧固定支腿部54经由形成于基板9的固定孔而紧固到基板9和平滑电容器2的外壳21。
基板侧固定支腿部54在散热主体部51的另一端侧(基板9侧)设置于与壳体侧固定支腿部52相反的方向，并且通过导电性固定件8经由基板9的固定孔而紧固到基板9和平滑电容器2的外壳21。基板9设置有图案，安装在基板9上的诸如CPU和Y电容器等电子部件连接于该图案。此外，该图案还设置于固定孔的周边(固定件8所抵接的部分)。
根据上述汇流条散热结构，作为散热器5的一部分的基板侧固定支腿部54经由基板9的固定孔而紧固到平滑电容器2的外壳21，并且位于汇流条P和N附近的基板9上的Y电容器的接地端子经由散热器5电连接于壳体4。然后，该壳体4接地，由此确保基板9的Y电容器接地。
因此，根据上述第二实施例的汇流条散热结构，除了第一实施例的汇流条散热结构的工作效果之外，还能够确保基板9内部部件的接地。另外，不再需要根据常规技术的用于将基板的接地端子与壳体4连接的汇流条和线束。
另外，第一实施例和第二实施例的汇流条散热结构也能够应用于将平滑电容器2以外的直流电源(例如电池)与功率半导体模块3连接的汇流条。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种汇流条散热结构，包括：
一对汇流条，沿着彼此设置于平滑电容器与功率半导体模块之间，并且连接于所述平滑电容器和所述功率半导体模块；
散热器，沿着所述一对汇流条设置于所述一对汇流条之间；
绝缘构件，设置于所述一对汇流条中的一个汇流条与所述散热器之间以及该一对汇流条中的另一个汇流条与所述散热器之间；
壳体，所述功率半导体模块安装于所述壳体；以及
形成有固定孔的基板，
其中，所述散热器包括：
散热主体部，设置于所述一对汇流条之间；
壳体侧固定支腿部，在所述散热主体部的一端侧紧固到所述壳体；以及
基板侧固定支腿部，在所述散热主体部的另一端侧经由所述固定孔而紧固到所述基板，并且
其中，在所述基板的所述固定孔的周边设置有与在所述基板上安装的电子部件连接的图案。
2.根据权利要求1所述的汇流条散热结构，还包括用于将所述一对汇流条与所述散热器一体化的树脂构件。
3.一种逆变器设备，包括根据权利要求1或2所述的汇流条散热结构。
Claims (4)
1.一种汇流条散热结构，包括：
一对汇流条，沿着彼此设置于平滑电容器与功率半导体模块之间，并且连接于所述平滑电容器和所述功率半导体模块；
散热器，沿着所述一对汇流条设置于所述一对汇流条之间；
绝缘构件，设置于所述一对汇流条中的一个汇流条与所述散热器之间以及所述一对汇流条中的另一个汇流条与所述散热器之间；以及
壳体，所述功率半导体模块安装于所述壳体，
其中，所述散热器包括：
散热主体部，设置于所述一对汇流条之间；以及
壳体侧固定支腿部，在所述散热主体部的一端侧紧固到所述壳体。
2.根据权利要求1所述的汇流条散热结构，还包括用于将所述一对汇流条与所述散热器一体化的树脂构件。
3.根据权利要求1或2所述的汇流条散热结构，还包括形成有固定孔的基板，
其中，所述散热器还包括在所述散热主体部的另一端侧经由所述固定孔而紧固到所述基板的基板侧固定支腿部，并且
其中，在所述基板的所述固定孔的周边设置有与在所述基板上安装的电子部件连接的图案。
4.一种逆变器设备，包括根据权利要求1至3中任一项所述的汇流条散热结构。
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