DE112015004503T5

DE112015004503T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015004503T5
Application number: DE112015004503.1T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Okubo; Kaname Sasaki; Satoru Shigeta; Kenichirou NAKAJIMA
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-11-30
Also published as: US10461656B2; CN107148731A; WO2016080068A1; JP6576360B2; CN107148731B; JPWO2016080068A1; US20170222570A1

Abstract

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zu schaffen, die eine Isolation sicherstellt und dennoch weiter miniaturisiert ist, ohne durch elektromagnetisches Rauschen beeinträchtigt zu sein. Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst ein Leistungshalbleitermodul, das einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umsetzt und einen positiven Gleichstromanschluss und einen negativen Gleichstromanschluss umfasst, und einen Harzabdeckungsabschnitt, der einen Isolationsabschnitt enthält, der zwischen dem positiven Gleichstromanschluss und den negativen Gleichstromanschluss angeordnet ist. Der Abdeckungsabschnitt hält ein Metallelement, das den positiven Gleichstromanschluss und den negativen Gleichstromanschluss abdeckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die Gleichstrom in Wechselstrom umsetzt oder umgekehrt, und insbesondere auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug montiert werden kann.
Stand der Technik
Wenn ein Hybridautomobil oder ein Elektroautomobil miniaturisiert wird, gibt es einen Bedarf an einer Miniaturisierung einer in diesen Fahrzeugen verwendeten Leistungsumsetzungsvorrichtung. Daher kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung durch Verringern von Toträumen durch Miniaturisieren von Komponenten, wie beispielsweise einem in der Leistungsumsetzungsvorrichtung verwendeten Leistungshalbleitermodul, und durch enges Anordnen der Komponenten (z. B. enges Anordnen einer Leiterplatte und des Leistungshalbleitermoduls) miniaturisiert werden.
In einem Fall, in dem die Komponenten miniaturisiert und eng angeordnet sind, werden notwendigerweise insbesondere die mit Strom versorgten Elemente vor einem fehlerhaften Betrieb der Leistungsumsetzungsvorrichtung und der Gefahr eines elektrischen Schlags geschützt und notwendigerweise unter Berücksichtigung eines Einflusses eines elektromagnetischen Rauschens und eines Isolationsabstands ausgebildet und angeordnet. PTL 1 offenbart eine Struktur, bei der ein Gestaltungsabstand zwischen einer Leiterplatte und dem Leistungshalbleitermodul erhöht ist, um den Isolationsabstand sicherzustellen.
Unter der Annahme der Montage an einem Fahrzeug besteht jedoch die Notwendigkeit, eine Miniaturisierung und eine Platzersparnis beispielsweise durch Verringern der Höhe der Rückfläche eines Gehäuses zu erreichen.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

PTL1: JP 5563383 B2

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zu schaffen, die eine Isolation sicherstellt und dennoch weiter miniaturisiert ist, ohne durch elektromagnetisches Rauschen beeinträchtigt zu sein.
Lösung des Problems
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst ein Leistungshalbleitermodul, das einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umsetzt und einen positiven Gleichstromanschluss und einen negativen Gleichstromanschluss umfasst, und einen Harzabdeckungsabschnitt, der einen Isolationsabschnitt enthält, der zwischen dem positiven Gleichstromanschluss und den negativen Gleichstromanschluss angeordnet ist. Der Abdeckungsabschnitt hält ein Metallelement, das den positiven Gleichstromanschluss und den negativen Gleichstromanschluss abdeckt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung können ein Leistungshalbleitermodul, das in einer Leistungsumsetzungsvorrichtung montiert ist, und eine Schaltungsplatine eng angeordnet werden und die Leistungsumsetzungsvorrichtung kann durch Verringern der Höhe der Rückfläche miniaturisiert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 darstellt.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von Komponenten zur Beschreibung der gesamten Konfiguration der in 1 dargestellten Leistungsumsetzungsvorrichtung 100.
3(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 300a.
3(b) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I, die in 3(a) dargestellt ist, bei Betrachtung aus einer Richtung J.
4(a) ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a darstellt, in dem ein Modulgehäuse 301, ein zweites Dichtungsharz 302 und ein Isolationselement 307 aus dem in 3(a) gezeigten Zustand entfernt sind.
4(b) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I, die in 4(a) dargestellt ist, bei Betrachtung aus einer Richtung J.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a veranschaulicht, in dem ein erstes Dichtungsharz 305 und ein Anschlussisolationsabschnitt 306 aus dem in 4(a) gezeigten Zustand entfernt sind.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a darstellt, in dem eine Leiterplatte 320 und eine Leiterplatte 321 aus dem in 5 gezeigten Zustand entfernt sind.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Abdeckungsabschnitts 700 darstellt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die den Abdeckungsabschnitt 700 darstellt, entlang einer in 7 gezeigten Linie A-A bei Betrachtung aus einer Richtung B.
9 ist eine Querschnittsansicht, die den Abdeckungsabschnitt 700 darstellt, entlang einer in 7 gezeigten Linie C-C bei Betrachtung aus einer Richtung D.
10 ist eine Darstellung der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100, in der eine Kühlmitteleinlasspumpe 210in, eine Kühlmittelauslasspumpe 210out, ein untere Gehäuseabdeckung 220, ein Kondensatormodul 230, eine Formsammelschiene 240, Gleichstrom-Eingangssammelschienen 250p und 250n, eine Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und eine obere Gehäuseabdeckung 270 aus dem in 1 dargestellten Zustand entfernt sind.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung des Abdeckungsabschnitts 700 veranschaulicht, wobei die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 zu 10 hinzugefügt ist und die Leistungssetzungsvorrichtung 100 entlang einer in 10 dargestellten Linie E-E aus einer Richtung F betrachtet ist.
12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung des Abdeckungsabschnitts 700 veranschaulicht, wobei die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 zu 10 hinzugefügt ist und die Leistungssetzungsvorrichtung 100 entlang einer in 10 dargestellten Linie G-G aus einer Richtung H betrachtet ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ferner werden dieselben Komponenten in den jeweiligen Zeichnungen mit denselben Symbolen bezeichnet und die redundante Beschreibung entfällt.
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird hauptsächlich in einem Hybridautomobil und einem Elektroautomobil verwendet. Ein Beispiel eines solchen Fahrzeugsystems ist in JP 2011-217550 A offenbart. Ferner kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform in einer anderen Anwendung verwendet werden, um den Effekt zu erreichen. Beispielsweise kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung in einem Haushaltswechselrichter eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage verwendet werden, um die Produktivität und die Kühlleistung zu verbessern. Zusätzlich kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung in einem industriellen Wechselrichter verwendet werden, dessen Einsatzumgebung ähnlich der eines Wechselrichters für Fahrzeuge ist.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Komponenten zum Beschreiben der gesamten Konfiguration der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 umfasst einen Gehäusekasten 200, eine Kühlmitteleinlasspumpe 210in, eine Kühlmittelauslasspumpe 210out, eine untere Gehäuseabdeckung 220, ein Kondensatormodul 230, Leistungshalbleitermodule 300a bis 300C, eine Formsammelschiene 240, die einen Stromstärkesensor enthält, eine Wechselstromleistungssammelschiene, eine positive Gleichstrom-Elektroden-Sammelschiene und eine negative Gleichstrom-Elektroden-Sammelschiene, Gleichstromleistungs-Eingangssammelschienen 250p und 250n, eine Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und eine obere Gehäuseabdeckung 270.
Der Gehäusekasten 200 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und weist einen kastenförmigen Quader auf, der ein Paar kurzseitiger Wandabschnitte und langseitiger Wandabschnitte aufweist. Zusätzlich nimmt der Gehäusekasten 200 das Kondensatormodul 230, die Leistungshalbleitermodule 300a bis 300c, die Formbusschiene 240, die Gleichstromleistungs-Eingangssammelschienen 250p und 250n und die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 auf.
Die Kühlmitteleinlasspumpe 210in und die Kühlmittelauslasspumpe 210out sind in den Gehäusekasten 200 eingesetzt und ein Kühlmittel wird ein- und ausgelassen.
Die untere Gehäuseabdeckung 220 ist so montiert, dass sie eine untere Oberfläche 200a des Gehäusekastens abdeckt. Zusätzlich ist die obere Gehäuseabdeckung 270 so montiert, dass sie eine obere Oberfläche 200b des Gehäusekastens abdeckt, nachdem die jeweiligen Komponenten in dem Gehäusekasten 200 aufgenommen sind. Ein Abdeckungsabschnitt 700 ist auf einer oberen Seite der Leistungshalbleitermodule 300a bis 300c angeordnet.
Die in der Leistungsumsetzungsvorrichtung verwendeten Leistungshalbleiter 300a bis 300C werden unter Verwendung von 3 bis 5 beschrieben. Alle Leistungshalbleiter 300a bis 300C haben die gleiche Konfiguration und die Struktur des Leistungshalbleiters 300a wird als repräsentatives Beispiel beschrieben.
3(a) ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 300a dieser Ausführungsform. 3(b) ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300a dieser Ausführungsform entlang einer Linie I-I, die in
3(a) dargestellt ist, bei Betrachtung aus einer Richtung J. 4(a) ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a darstellt, in dem ein Modulgehäuse 301, ein zweites Dichtungsharz 302 und ein Isolationselement 307 aus dem in 3(a) gezeigten Zustand entfernt sind. 4(b) ist eine Querschnittsansicht entlang einer in 4(a) dargestellten Linie I-I bei Betrachtung aus der Richtung J. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a darstellt, in dem ein erstes Dichtungsharz 305 und ein Anschlussisolationsabschnitt 306 aus dem in 4(a) gezeigten Zustand entfernt sind. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die das Leistungshalbleitermodul 300a darstellt, in dem eine Leiterplatte 320 und eine Leiterplatte 321 aus dem in 5 gezeigten Zustand entfernt sind.
Wie in 6 gezeigt sind die Leistungshalbleiterelemente (ein IGBT 310, ein IGBT 311, eine Diode 312 und eine Diode 313), die eine Reihenschaltung von oberen und unteren Zweigen bilden, zwischen den Leiterplatten 320, 321, 322 und 323 angeordnet und sind an den Leiterplatten 320 bis 323 durch ein Lötmaterial befestigt. Der IGBT 310 und die Diode 312 bilden den oberen Zweig, und der IGBT 311 und die Diode 313 bilden den unteren Zweig.
Wie in 5 gezeigt ist ein Wechselstromanschluss 330 mit der Leiterplatte 323 verbunden, ein positiver Gleichstromanschluss 340p mit der Leiterplatte 322 verbunden und ein negativer Gleichstromanschluss 340n mit der Leiterplatte 321 verbunden.
Wie in 4(a) gezeigt sind die Leiterplatten 320 bis 323 durch das erste Dichtungsharz 305 in einem Zustand versiegelt, in dem die Wärmeabführungsoberfläche freiliegt. Das erste Dichtungsharz 305 hat eine Polyederform.
Wie in 3(b) gezeigt ist ein primärer Dichtungskörper 308 (siehe 4(a)), der durch das erste Dichtungsharz 305 abgedichtet ist, in das Modulgehäuse 301 eingesetzt und fügt das Isolationselement 307 ein, dass es thermisch auf die innere Oberfläche des Modulgehäuses 301, das als CAN-Typ-Kühler dient, gedrückt wird. Hierbei ist der CAN-Typ-Kühler ein zylindrischer Kühler, der ein Einsetzloch 303 in einer Oberfläche und den Boden in der anderen Oberfläche aufweist, wie es in 3(a) gezeigt ist. Eine Lücke, die in dem Modulgehäuse 301 verbleibt, ist mit dem zweiten Dichtungsharz 302 gefüllt.
Das Modulgehäuse 301 umfasst ein leitfähiges Element (beispielsweise ein Aluminiumlegierungsmaterial aus Al, Al Si, AlSiC oder Al-C). Das Einsetzloch 303 ist so ausgebildet, dass der Außenumfang von einem Flansch 304 umgeben ist. Zusätzlich sind wie in 3(a) und 3(b) gezeigt eine erste Wärmeabführungsoberfläche 360A und eine zweite Wärmeabführungsoberfläche 360B mit einer Oberfläche, die breiter als die andere Oberfläche ist, so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Die jeweiligen Leistungshalbleiterelemente (der IGBT 310, der IGBT 311, die Diode 312 und die Diode 313) sind so angeordnet, dass sie diesen Wärmeabführungsoberflächen zugewandt sind. Zusätzlich sind in der ersten Warmeabführungsoberfläche 360A und in der zweiten Wärmeabführungsoberfläche 360B Rippen 361 ausgebildet.
Drei Oberflächen, die mit der ersten Wärmeabführungsoberfläche 360A und der zweiten Wärmeabführungsoberfläche 360B, die einander gegenüberliegen, verbunden sind, bilden eine Dichtungsfläche mit einer schmalen Breite durch die erste Wärmeabführungsoberfläche 360A und die zweite Wärmeabführungsoberfläche 360B und das Einsetzloch 303 ist in der anderen Oberfläche ausgebildet. Die Form des Modulgehäuses 301 ist nicht notwendigerweise ein exakter Quader und kann eine gekrümmte Fläche mit einem Winkel bilden, wie es in 3(a) dargestellt ist.
Wie in 5 gezeigt sind neben dem Modulgehäuse 301 der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n für die elektrische Verbindung mit dem Kondensatormodul 230 vorgesehen. Zusätzlich ist der Wechselstromanschluss 330 vorgesehen, um eine Wechselstromleistung an einen Motorgenerator zu liefern.
Neben dem Modulgehäuse 301 sind weiterhin ein Gateanschluss 350 und ein Gateanschluss 351 für die elektrische Verbindung mit der Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist der Gateanschluss 350 mit dem IGBT 310 verbunden und der Gateanschluss 351 mit dem IGBT 311 verbunden.
Wie in 4(a) gezeigt sind der positive Gleichstromanschluss 340p, der negative Gleichstromanschluss 340n, der Wechselstromanschluss 330 und der Gateanschluss 350 und der Gateanschluss 351 einteilig als ein Hilfsformkörper 370 in einem Zustand ausgebildet, in dem er durch den Anschlussisolationsabschnitt 306, der aus einem Harzmaterial hergestellt ist isoliert ist. Der Anschlussisolationsabschnitt 306 wird auch als Trägerelement zum Tragen der jeweiligen Anschlüsse verwendet. Als Harzmaterial wird ein isolierendes duroplastisches Harz oder ein isolierendes thermoplastisches Harz mit einer Isolierung verwendet.
Der Hilfsformkörper 370 wird an dem Modulgehäuse 301 durch eine Schraube 380 befestigt, die durch ein Schraubenloch hindurchgeht, das in dem Anschlussisolationsabschnitt 306 bereitgestellt ist, nachdem er mit dem primären Dichtungskörper 308 und einem Verbindungsabschnitt 375 metallisch verbunden ist. Ein TIG-Schweißen kann beispielsweise als metallische Verbindung zwischen dem primären Dichtungskörper 308 und dem Hilfsformkörper 370 in dem Verbindungsabschnitt 375 verwendet werden.
Der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n sind miteinander in einem Zustand gestapelt, in dem sie einander zugewandt sind, wobei der Anschlussisolationsabschnitt 306 dazwischen angeordnet ist, und sind in einer Form ausgebildet, die sich im Wesentlichen parallel ausdehnt. Mit solch einer Gestaltung und Form kommt es dazu, dass der Strom zu dem Zeitpunkt eines Schaltvorgangs des Leistungshalbleiterelements sofort in eine Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung fließt. Daher werden die durch den Strom erzeugten Magnetfelder aufgehoben und somit kann durch eine solche Reaktion eine niedrige Induktivität verwirklicht werden. Ferner erstrecken sich auch der Wechselstromanschluss 330, der Gateanschluss 350 und der Gateanschluss 351 in die gleiche Richtung wie die der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n.
Eine Struktur des Abdeckungsabschnitts 700, der in der Leistungsumsetzungsvorrichtung verwendet wird, wird unter Verwendung von 7 bis 9 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild des Abdeckungsabschnitts 700 darstellt. 8 ist eine Querschnittsansicht des Abdeckungsabschnitts 700 entlang einer Linie A-A, die in 7 gezeigt ist, bei Betrachtung aus einer Richtung B. 9 ist eine Querschnittsansicht des Abdeckungsabschnitts 700 entlang einer Linie C-C, die in 7 gezeigt ist, bei Betrachtung aus einer Richtung D.
Ein Metallelement 750 ist aus einem Material hergestellt, das ein elektromagnetisches Rauschen abschirmen kann, beispielsweise einem Aluminiumlegierungsmaterial. Zusätzlich ist das Metallelement 750 an dem Abdeckungsabschnitt 700 befestigt. In dieser Ausführungsform wird das Metallelement 750 durch eine Einsetzausformung in dem Abdeckungsabschnitt 700 gehalten und kann durch einen Schnappverschluss oder eine Schraubbefestigung fixiert und gehalten werden. Ferner ist das Metallelement 750 teilweise von dem Abdeckungsabschnitt 700 freigelegt und bildet ein Schraubenbefestigungsdurchgangsloch 751.
Der Abdeckungsabschnitt 700 ist aus einem isolierenden Element, beispielsweise einem Harzmaterial (PBT oder PPT), hergestellt. In dieser Ausführungsform ist der Abdeckungsabschnitt 700 mit einem konkaven Abschnitt 720 ausgebildet, um die Position zu vermeiden, an der der Gateanschluss 350 angeordnet ist. Daher ist der Bereich, der den positiven Gleichstromanschluss 340p und den negativen Gleichstromanschluss 340n des Leistungshalbleitermoduls abdeckt, vergrößert und ein elektromagnetischer Rauschabschirmungsbereich ist vergrößert.
In dieser Ausführungsform ist der Abdeckungsabschnitt 700 mit einem Gateanschlussisolationsabschnitt 710 ausgebildet, um einen Isolationsabstand zwischen dem positiven Gleichstromanschluss 340p des Leistungshalbleitungsmoduls und dem Gateanschluss 351, der nahe dem negativen Gleichstromanschluss 340n angeordnet ist, sicherzustellen. Zusätzlich ist ein Isolationsabschnitt 701 bereitgestellt, um einen Isolationsabstand zwischen dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n sicherzustellen.
Die Gestaltung und die Wirkung des Abdeckungsabschnitts 700, der in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 verwendet wird, werden unter Verwendung von 10 bis 12 beschrieben. 10 ist eine Darstellung der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100, in der eine Kühlmitteleinlasspumpe 210in, eine Kühlmittelauslasspumpe 210out, eine untere Gehäuseabdeckung 220, ein Kondensatormodul 230, eine Formbusschiene 240, Gleichstrom-Eingangssammelschienen 250p und 250n, eine Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und eine obere Gehäuseabdeckung 270 von dem in 1 gezeigten Zustand entfernt sind. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung des Abdeckungsabschnitts 700 darstellt, wobei die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 zu 10 hinzugefügt ist und die Leistungssetzungsvorrichtung 100 entlang einer in 10 dargestellten Linie E-E aus einer Richtung F betrachtet ist. 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Umgebung des Abdeckungsabschnitts 700 darstellt, wobei die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 zu 10 hinzugefügt ist und die Leistungssetzungsvorrichtung 100 entlang einer in 10 dargestellten Linie G-G aus einer Richtung H betrachtet ist.
Der Strom, der zu dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 34 der Leistungshalbleitermodule 300a und 300b fließt, variiert bei jedem Schalten in der Stromrichtung. Daher ändert sich die Richtung des magnetischen Flusses, der innerhalb des positiven Gleichstromanschlusses 340p und des negativen Gleichstromanschlusses 340n erzeugt wird. Da die Richtung des magnetischen Flusses zu diesem Zeitpunkt variiert, werden das Magnetfeld und das elektrische Feld in Folge erzeugt. Eine Folge von Schwingungen des Magnetfeldes und des elektrischen Feldes wird zu dem elektromagnetischen Rauschen. Zusätzlich wird zu diesem Zeitpunkt die Änderung des magnetischen Flusses erhöht, da der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n durch den Abstand getrennt sind.
Wenn die Variation des Magnetfeldes auftritt, variiert die Induktivität. Wenn daher der Betrag der Variation des magnetischen Flusses erhöht wird, wird der Betrag der Variation der Induktivität erhöht. Mit anderen Worten kann man sagen, dass das elektromagnetische Rauschen von dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n dort erzeugt wird, wo der Betrag der Variation der Induktivität erhöht ist.
Wenn das Magnetfeld in der Nähe des Leiters stark variiert, wird ein Wirbelstrom an dem Leiter in einer Achse des magnetischen Flusses erzeugt, der durch den Leiter verläuft, und der erzeugte Wirbelstrom verursacht den magnetischen Fluss in einer Richtung, in der der magnetische Basisfluss aufgehoben wird. Da der magnetische Fluss in einer Richtung erzeugt wird, in der der magnetische Grundfluss aufgehoben wird, wird das elektromagnetische Rauschen abgeschirmt.
Die Erzeugung des magnetischen Flusses in einer Richtung, in der der magnetische Basisfluss aufgehoben wird, bedeutet, dass die Induktivität verringert wird. Mit anderen Worten sind der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n dort, wo die Induktivität stark variiert, durch das Metallelement 750 abgedeckt und das elektromagnetische Rauschen wird durch Verringern des Betrags der Variation der Induktivität abgeschirmt.
Bei Annäherung an einen weiteren Leiter werden der positive Gleichstromanschluss 340p und der negative Gleichstromanschluss 340n jeweils kurzgeschlossen, da keine Isolierung vorliegt. Das Metallelement 750 wird durch den Abdeckungsabschnitt 700, der aus einem isolierenden Element hergestellt ist, gehalten, um die Isolierung in Bezug auf das Metallelement 750, das den positiven Gleichstromanschluss 340p und den negativen Gleichstromanschluss 340n abdeckt, sicherzustellen. Zusätzlich umfasst der Abdeckungsabschnitt 700 einen Isolationsabschnitt zwischen dem positiven Gleichstromanschluss 340p, dem negativen Gleichstromanschluss 340n und einem Leiter, der sich von dem sich nähernden Metallelement 750 unterscheidet, um auch die Isolation in Bezug auf den Leiter sicherzustellen, der sich von dem Metallelement 750 unterscheidet und sich dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n nähert.
In dieser Ausführungsform ist ein Isolationsabschnitt 710 vorgesehen, um den Isolationsabstand in Bezug auf den Gateanschluss 351, der sich dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n nähert, sicherzustellen. Zusätzlich ist ein Isolationsabschnitt 701 vorgesehen, um den Isolationsabstand zwischen dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n sicherzustellen.
Wenn der Wirbelstrom in dem Metallelement 750 erzeugt wird, wird das Potential in dem Metallelement 750 geändert und geladen. In einem Fall, in dem sich das geladene Metallelement 750 dem anderen Leiter nähert, tritt eine elektrostatische Entladung auf und verursacht einen fehlerhaften Betrieb oder einen Kurzschluss. Darüber hinaus zieht ein geladenes Objekt Fremdkörper wie etwa Staub an und verursacht einen Kurzschluss oder einen Leckstrom.
Daher wird notwendigerweise verhindert, dass das Metallelement 750 geladen wird. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit, das Metallelement 750 zu fixieren, während es teilweise einen Leitungsabschnitt aufweist. In dieser Ausführungsform ist das Metallelement 750 an dem Gehäusekasten 200 befestigt, wie es in 10 dargestellt ist. Daher kann das Potential in dem Metallelement 750 in den Gehäusekasten 200 austreten und somit kann verhindert werden, dass das Metallelement 750 geladen wird.
Um das elektromagnetische Rauschen so weit wie möglich abzuschirmen, kann die Fläche des Metallelements 750 in der Breite erhöht werden, um den positiven Gleichstromanschluss 340p und den negativen Gleichstromanschluss 340n abzuschirmen, wo das elektromagnetische Rauschen erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform sind das Metallelement 750 und der Abdeckungsabschnitt 700 mit dem konkaven Abschnitt 720 ausgebildet, um die Position zu vermeiden, an der der Gateanschluss 350 angeordnet ist, und der Bereich zum Abdecken des positiven Gleichstromanschlusses 340p und des negativen Gleichstromanschlusses 340n des Leistungshalbleitermodul ist breit ausgebildet. Daher wird die elektromagnetische Rauschabschirmfläche erhöht.
Es ist wahrscheinlich, dass eine Treiber-Leiterplatte mit einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Leistungshalbleitermoduls und eines Schaltungselements durch das elektromagnetische Rauschen fehlerhaft betrieben wird. Daher besteht die Notwendigkeit, diese Komponenten vor der Quelle des elektromagnetischen Rauschens zu schützen. In dieser Ausführungsform enthält die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 eine Ansteuerschaltung, die die Leistungshalbleitermodule 300a bis 300C ansteuert und an einer Position angeordnet ist, die den Leistungshalbleitermodulen 300a bis 300c gegenüberliegt, wobei der Abdeckungsabschnitt 700 dazwischen angeordnet ist. Ferner enthält die Steuer-Treiber-Schaltungsplatte 260 ein Schaltungselement 261, das in der Oberfläche auf einer Seite angebracht ist, an der der Abdeckungsabschnitt 700 angeordnet ist. Im Allgemeinen wird in einem solchen Fall der Abstand von der Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und dem montierten Schaltungselement 261 zu dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n des Leistungshalbleitermoduls, das als eine elektromagnetische Rauschquelle fungiert, geschlossen und somit besteht die hohe Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Betriebs.
Jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Abdeckungsabschnitt 700 zwischen der Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und dem montierten Schaltungselement 261 und dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n des Leistungshalbleitermoduls, das als eine elektromagnetisches Rauschquelle fungiert, angeordnet. Daher können die Steuer-Treiber-Schaltungsplatine 260 und das montierte Schaltungselement 261 in der Nähe des positiven Gleichstromanschlusses 340p und des negativen Gleichstromanschlusses 340n des Leistungshalbleitermoduls angeordnet sein, während das elektromagnetische Rauschen abgeschirmt wird. Mit dieser Konfiguration kann die Höhe der Rückfläche der Leistungsumsetzungsvorrichtung reduziert werden und die Leistungsumsetzungsvorrichtung kann miniaturisiert werden.
Das Leistungshalbleitermodul ist in der Leistungsumsetzungsvorrichtung montiert und die Anzahl der Montierungen kann in einigen Fällen erhöht sein. In dieser Ausführungsform ist die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 mit insgesamt drei Modulen (dem U-Phasen-Leistungshalbleitermodul 300a, dem V-Phasen-Leistungshalbleitermodul 300b und dem W-Phasen-Leistungshalbleitermodul 300c) montiert. Da das elektromagnetische Rauschen von dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n jedes der Leistungshalbleitermodule 300a bis 300c erzeugt wird, besteht die Notwendigkeit, das elektromagnetische Rauschen jedes der Leistungshalbleitermodule 300a bis 300c abzuschirmen. Bei dieser Ausführungsform ist der Abdeckungsabschnitt 700 zum gleichzeitigen Abdecken der positiven Gleichstromanschlüsse 340p und der negativen Gleichstromanschlüsse 340n des U-Phasen-Leistungshalbleitermoduls 300a, des V-Phasen-Leistungshalbleitermoduls 300b und des W-Phasen-Leistungshalbleitermoduls 300c ausgelegt. Daher ist es möglich, das von dem positiven Gleichstromanschluss 340p und dem negativen Gleichstromanschluss 340n jedes der Leistungshalbleitermodule 300a bis 300c erzeugte elektromagnetische Rauschen ohne eine Lücke abzuschirmen.
Bezugszeichenliste

100 ... Leistungsumsetzungsvorrichtung, 200 ... Gehäusekasten 200a ... untere Oberfläche des Gehäusekastens, 200b ... obere Oberfläche des Gehäusekastens, 210in ... Kühlmitteleinlasspumpe, 210out ... Kühlmittelauslasspumpe, 220 ... untere Gehäuseabdeckung, 230 ... Kondensatormodul, 240 ... Formsammelschiene, 250p ... Gleichstrom-Eingangssammelschiene, 250n ... Gleichstrom-Eingangssammelschiene, 260 Steuer-Treiber-Schaltungsplatine, 261 ... Schaltungselement, 270 obere Gehäuseabdeckung, 300a ... U-Phasen-Leistungshalbleitermodul, 300b ... V-Phasen-Leistungshalbleitermodul, 300c W-Phasen-Leistungshalbleitermodul, 301... Modulgehäuse, 302 ... Zweites Dichtungsharz, 303 ... Einsetzloch, 304 ... Flansch, 305 ... Erstes Dichtungsharz, 306 ... Anschlussisolationsabschnitt, 307 ... Isolationselement, 308 ... Primärer Dichtungskörper, 310 ... IGBT, 311 ... IGBT, 312 ... Diode, 313 ... Diode, 320 ... Leiterplatte, 321 ... Leiterplatte, 322 ... Leiterplatte, 323 ... Leiterplatte, 330 ... Wechselstromanschluss, 340p ... Positiver Gleichstromanschluss, 340n ... Negativer Gleichstromanschluss, 350 ... Gateanschluss, 351 ... Gateanschluss, 360A ... Erste Wärmeabführungsoberfläche, 360B ... Zweite Wärmeabführungsoberfläche, 361... Rippe, 370 ... Hilfsformkörper, 375 ... Verbindungsabschnitt, 380 Schraube, 700 ... Abdeckungsabschnitt, 701... Isolationsabschnitt, 710 ... Gateanschlussisolationsabschnitt, 720 Konkaver Abschnitt, 750 Metallelement, 751 ... Schraubenbefestigungsdurchgangsloch

Claims

Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: ein Leistungshalbleitermodul, das einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umsetzt und einen positiven Gleichstromanschluss und einen negativen Gleichstromanschluss umfasst; und einen Abdeckungsabschnitt, der einen ersten Isolationsabschnitt umfasst, wobei der erste Isolationsabschnitt in Bezug auf einen weiteren Leiter angeordnet ist, der sich jeweils dem positiven Gleichstromanschluss und dem negativen Gleichstromanschluss nähert, wobei der Abdeckungsabschnitt ein Metallelement hält, das den positiven Gleichstromanschluss und den negativen Gleichstromanschluss abdeckt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abdeckungsabschnitt einen ersten Isolationsabschnitt umfasst, der zwischen dem positiven Gleichstromanschluss und dem negativen Gleichstromanschluss angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Teil des Metallelements an einem Gehäuse fixiert ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Leistungshalbleiterelement und einen Gateanschluss, der ein Signal zum Steuern des Leistungshalbleiterelements überträgt, umfasst, wobei der positive Gleichstromanschluss, der negative Gleichstromanschluss und der Gateanschluss in die gleiche Richtung vorstehen und wobei der Abdeckungsabschnitt einen konkaven Abschnitt ausbildet, in dem der Gateanschluss angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der umfasst: eine Treiber-Schaltungsplatine, in der eine Ansteuerschaltung montiert ist, um das Leistungshalbleitermodul anzusteuern, wobei die Treiber-Schaltungsplatine an einer Position angeordnet ist, an der sie dem Leistungshalbleitermodul zugewandt ist, wobei der Abdeckungsabschnitt dazwischen angeordnet ist, und wobei die Treiber-Schaltungsplatine ein Schaltungselement umfasst, das in einer Oberfläche auf einer Seite, auf der der Abdeckungsabschnitt angeordnet ist, montiert ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Leistungshalbleitermodul mehrere Leistungshalbleitermodule umfasst und wobei das Metallelement dazu ausgelegt ist, einen positiven Gleichstromanschluss und einen negativen Gleichstromanschluss der mehreren Leistungshalbleitermodule abzudecken.