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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und insbesondere auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Umsetzen von Gleichstrom, der für Fahrzeuge verwendet wird, in Wechselstrom oder zum Umsetzen von Wechselstrom in Gleichstrom.
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Hintergrund
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In den letzten Jahren erhöhen sich Spannungs-/Stromwerte einer Leistungsumsetzungsvorrichtung in Hybridautomobilen oder elektrischen Automobilen jährlich und die Leistungsumsetzungsvorrichtung ist auf ein Fahrzeug montiert und es ist auch erforderlich, dass sie sich verkleinert. In
JP 2012-58199 A (PTL 1) ist eine Vorrichtung darauf gerichtet, Wärmeerzeugung durch Sichern einer maximalen Querschnittsfläche einer Sammelschiene in einem begrenzten Raum zu reduzieren, aber es ist nicht ausreichend, um die Wärmemenge zu verarbeiten, die erzeugt wird, wenn ein großer Strom fließt.
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Ferner ist in
JP 2012-163454 A (PTL 2) eine Vorrichtung darauf gerichtet, thermische Effekte zu reduzieren, indem ein Hall-Element weg von einer wärme-erzeugenden Sammelschiene getan wird, aber es wird angenommen, dass ein erzeugtes elektromagnetisches Feld wegen Verformung einer Querschnittsgestalt der Sammelschiene gestört ist.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: JP 2012-58199 A
- PTL 2: JP 2012-163454 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Temperatur einer Sammelschiene, die durch einen Stromsensor dringt, weiter zu verringern.
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Lösung des Problems
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Um das Problem zu lösen, enthält eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine Sammelschiene zum Übertragen von Strom; einen Stromsensor, der ein Kernteil aufweist, um ein Durchgangsloch zum Durchdringen der Sammelschiene darin zu bilden; ein Basisteil, das innerhalb des Durchgangslochs des Kernteils angeordnet ist, um der Sammelschiene gegenüber zu liegen, und ein Wärmeübertragungselement, wobei das Basisteil ein ausgedehntes Teil aufweist, das von dem Durchgangsloch vorsteht und sich das ausgedehnte Teil zu dem Wärmeübertragungselement ausdehnt und das Wärmeübertragungselement thermisch kontaktiert.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wärmestrahlungseffizienz einer Sammelschiene, die durch einen Stromsensor dringt, zu verbessern.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer gesamten Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, von der ein Deckel (nicht dargestellt) entfernt ist.
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1.
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer gesamten Hauptschaltungsbaugruppe 2.
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4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2.
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5 stellt einen Querschnitt der Hauptschaltungsgruppe 2 dar, der in der Pfeilrichtung auf Ebene A in 3 betrachtet wird.
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6 ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2 bei Teil C in 5.
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7 ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2 in der Pfeilrichtung von 6.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Konkrete Beispiele der Inhalte der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung erläutert werden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beschreibung beschränkt und verschiedenartige Änderungen und Abwandlungen können durch Fachleute auf dem Gebiet innerhalb des Umfangs des technischen Geists, der in der Patentschrift offenbart ist, vorgenommen werden. Die gleichen Funktionen werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre wiederholte Beschreibung kann in allen Zeichnungen zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung ausgelassen sein.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer gesamten Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, von der ein Deckel (nicht dargestellt) entfernt ist. gemäß der vorliegenden Ausführungsform, von der ein Deckel (nicht dargestellt) entfernt ist. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer gesamten Hauptschaltungsbaugruppe 2. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2. 5 stellt einen Querschnitt der Hauptschaltungsgruppe 2 dar, der in der Pfeilrichtung auf Ebene A in 3 betrachtet wird. 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2 bei Teil C in 5. 7 ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptschaltungsbaugruppe 2 in der Pfeilrichtung von 6.
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Wie in 2 dargestellt, bringt ein Gehäuse 10 die Hauptschaltungsbaugruppe 2 und eine Relaissammelschiene 11 darin unter. Das Gehäuse 10 ist aus einem Metall wie einem Aluminiumdruckgussstück hergestellt, um Geräusche zu begrenzen und das Kühlleistungsvermögen zu verbessern. Die Hauptschaltungsbaugruppe 2 ist über die Relaissammelschiene 11 mit einer externen Schnittstelle 15 des Gehäuses 10 verbunden. Die Relaissammelschiene 11 ist als eine Gleichstromrelaissammelschiene 12, um eine unten beschriebene geformte Sammelschiene 200 und die externe Schnittstelle 15 weiterzuleiten, und eine Wechselstromsammelschiene 13, um eine unten beschriebene Wechselstromsammelschiene 201 und die externe Schnittstelle 15 weiterzuleiten, konfiguriert.
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Ein Leistungshalbleitermodul 201, das in 4 dargestellt ist, weist eine Wechselrichterschaltung auf, um Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umzusetzen. Drei Leistungshalbleitermodule 203 sind vorgesehen und geben jeweils U-Phasen-Wechselstrom, V-Phasen-Wechselstrom und W-Phasen-Wechselstrom aus.
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Kondensatormodule 204, die in 4 dargestellt sind, glätten Gleichstromleistung, die den Leistungshalbleitermodulen 203 zugeführt wird. Rauschunterdrückungskondensatoren 205 unterdrücken Rauschen in Gleichstrom, der in die Gleichstromrelaissammelschiene 12 gemischt ist. Das Verbindungsteil zwischen den Rauschunterdrückungskondensatoren 205 und der geformten Sammelschiene 200 ist näher bei der Gleichstromsammelschiene 12 angeordnet als das Verbindungsteil zwischen den Kondensatormodulen 204 und der geformten Sammelschiene 200, um die Rauschunterdrückungsfunktion zu verbessern.
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Die geformte Sammelschiene 200 umfasst eine metallische Sammelschiene, um die Leistungshalbleitermodule 203 und die die Kondensatormodule 204 elektrisch zu verbinden, und ein Formmaterial, das die Sammelschiene bedeckt.
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Ein Strömungskanalgestalter 208, der in 4 dargestellt ist, bildet einen Raum, um die Leistungshalbleitermodule 203 darin unterzubringen, einen Raum, um die Kondensatormodule 204 darin unterzubringen, und einen Strömungskanal, um Kühlmittel strömen zu lassen. Der Strömungskanalgestalter 208 ist gebildet, um hauptsächlich die Leistungshalbleitermodule 203 zu kühlen, und kann unter den Kondensatormodulen gebildet sein, um die Kondensatormodule 204 zu kühlen.
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Wie in 4 dargestellt, umfasst die Hauptschaltungsbaugruppe 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzermodul 21, um eine Gleichstromleistungsspannung zu erhöhen oder zu erniedrigen. Das Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzermodul ist auf dem Strömungskanalgestalter 208 befestigt, der von der Stirnfläche verschieden ist, auf der die Leistungshalbleitermodule 203 und die Kondensatormodule 204 angeordnet sind, und somit kann das Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzermodul 21 eine Wärmestrahlungsstirnfläche ausreichend sichern.
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Eine Basisplatte 202, die in 4 dargestellt ist, ist auf dem Strömungskanalgestalter 208 befestigt, um die Leistungshalbleitermodule 203 auf dem Strömungskanalgestalter 208 zu befestigen.
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Ein Stromsensor 30, der in 4 dargestellt ist, detektiert eine Wechselstromausgabe von den Leistungshalbleitermodulen 203. Wie in 6 dargestellt, umfasst der Stromsensor 30 ein Kernteil 302, ein Hall-Element 303, um einen Wechselstrom zu detektieren, und einen Stromsensorkasten 301, um das Kernteil 302 und das Hall-Element 303 darin unterzubringen. Der Stromsensorkasten 301 ist aus einem isolierenden Harz hergestellt. Das Kernteil 302 ist ein magnetischer Körper, das aus Ferrit oder einem Siliziumstahl hergestellt ist und kreisförmig gebildet ist, um einen Raum als Durchgangsloch 304 zu umgeben. Das Hall-Element 303 ist in einem Spalt des Kernteils 302 angeordnet und detektiert einen magnetischen Fluss, der sich abhängig von dem Strom ändert, der durch das Durchgangsloch 304 geht.
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Die Wechselstromsammelschiene 201, die in 4 und 6 dargestellt ist, ist mit den Leistungshalbleitermodulen 203 verbunden, dehnt sich zu dem Stromsensor 30 aus und dringt ferner durch das Kernteil 302.
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Wie in 3 und 4, ist eine Anschlussplatte 209 über den Stromsensor 30 gegenüber von den Leistungshalbleitermodulen 203 angeordnet. Ein Teil der Gleichstromsammelschiene 201, die durch das Kernteil 302 dringt, ist zwischen der Anschlussplatte 209 und der Wechselstromrelaissammelschiene 13 eingefügt und somit ist die Wechselstromsammelschiene 201 mit der Wechselstromrelaissammelschiene 13 verbunden und die Wechselstromsammelschiene 201 wird auf der Anschlussplatte 209 getragen. Ferner ist die Anschlussplatte 209 eine harzgeformte Komponente und bildet eine Schraubenmutter, um die Wechselstromsammelschiene 201 zu befestigen.
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Ein Vorsprung 220, der in 3 und 4 dargestellt ist, trägt die Anschlussplatte 209. Der Vorsprung 220 ist mit dem Strömungskanalgestalter 208 verbunden, um mit dem Strömungskanalgestalter 208 thermisch verbunden zu sein. Dadurch wird die Wechselstromsammelschiene 201 über die Anschlussplatte 209 und den Vorsprung 220 durch das Kühlmittel gekühlt, das durch den Strömungskanalgestalter 208 strömt.
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Eine Temperaturumgebung, in der die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 für einen Antriebsmotor in einem Hybridautomobil oder elektrischem Automobil verwendet wird, ist so streng und die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 muss weiter verkleinert werden. Die Wechselstromsammelschiene 201 zum Übertragen von Strom, der durch den Antriebsmotor fließt, erzeugt größtenteils Wärme. Auf der anderen Seite haben das Kernteil 302, durch das die Wechselstromsammelschiene 201 dringt, das Hall-Element 303 und der Stromsensorkasten 301 einen niedrigeren Wärmewiderstand als andere Komponenten in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1. Somit ist die Querschnittsfläche der Wechselstromsammelschiene 201 erhöht, um die Wärmeerzeugung in der Wechselstromsammelschiene 201 zu begrenzen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 muss jedoch verkleinert werden und eine Zunahme der Querschnittsfläche der Wechselstromsammelschiene 201 ist beschränkt.
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Zum Beispiel ist die wärmebeständige Temperatur des Hall-Elements 303 ungefähr 125°C, die wärmebeständige Temperatur des aus Harz hergestellten Stromsensorkastens 301 ist 120°C, die Atmosphärentemperatur, bei der die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 angeordnet ist, ist 105°C, der Strömungskanalgestalter 208, der eine Kühlungsstruktur aufweist, weist im Allgemeinen eine Wasserkühlungsstruktur auf und die Temperatur seines Kühlmittels ist 85°C. Die Temperatur im Innenraum der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 oder in der Nähe der Wechselstromsammelschiene 201 ist wegen der Atmosphärentemperatur (105°C), bei der die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 angeordnet ist, erhöht. Die Wärme der Wechselstromsammelschiene 201 wird an den Stromsensor 30 übertragen und der Stromsensor 30 hat eine erhöhte Temperatur, indem nur Wärme der Wechselstromsammelleitung 201 in den Innenraum der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 abstrahlt wird. Deshalb wird ein ”Temperaturgradient” zwischen dem Innenraum der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 und dem Stromsensor 30 reduziert und die Wärmestrahlung des Stromsensors 30 ist nicht ausreichend.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Wechselstrom, der durch die Wechselstromsammelschiene 201 fließt, so hoch wie ungefähr 500 A und die Temperatur der Wechselstromsammelschiene 201, die durch das Durchgangsloch 304 des Stromsensors 30 dringt, nimmt auf ungefähr 160°C zu.
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Somit ist, wie in 6 und 7 dargestellt, ein Basisteil 206 innerhalb des Durchgangslochs 304 des Kernteils 302 in dem Stromsensor 30 angeordnet, um der AC-Sammelschiene 201 gegenüberzuliegen. Ferner weist das Basisteil 206 ein ausgedehntes Teil 207 auf, das von dem Durchgangsloch 304 vorsteht. Dann dehnt sich das ausgedehnte Teil 207 zu dem Strömungskanalgestalter 208 aus und kontaktiert den Strömungskanalgestalter 208 thermisch.
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Dadurch wird die Wärme der Wechselstromsammelmaschine 201 an das Basisteil 206 übertragen und wird über das ausgedehnte Teil 207 weiter an den Strömungskanalgestalter 208 übertragen. Die Zuverlässigkeit für Wärme des Stromsensors 30 kann verbessert werden. Als ein weiterer Effekt kann die Querschnittsfläche der Wechselstromsammelschiene 201 reduziert werden und somit kann die Größe des Kernteils 302 in dem Stromsensors 30 reduziert werden, wodurch die Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 verkleinert wird.
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Die Wechselstromsammelschiene 201 wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet, aber die vorliegende Erfindung kann auf Sammelschienen zum Übertragen von Strom mit einer großen Wärmeerzeugung angewendet werden.
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Ferner kann das Basisteil 206 einteilig mit dem Stromsensor 30 sein, um dadurch einen Stromsensormodulkörper des Stromsensors 30 und des Basisteils 206 zu bilden. In diesem Fall ist das Basisteil 206 in dem Stromsensormodulkörper mit dem ausgedehnten Teil 207, der von dem Strömungskanalgestalter 208 vorsteht, thermisch verbunden.
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Ferner dient der Strömungskanalgestalter 208 als Wärmeübertragungselement gemäß der vorliegenden Erfindung, aber das Gehäuse 10 kann als Wärmeübertragungselement dienen. In diesem Fall umfasst das Gehäuse 10 das ausgedehnte Teil 207 und das Basisteil 206.
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Das Basisteil 206, das ausgedehnte Teil 207 und der Strömungskanalgestalter 208 sind einteilig gebildet, um den Wärmewiderstand auf dem Wärmeübertragungsweg gemäß der vorliegenden Erfindung zu reduzieren, aber die jeweiligen Komponenten können als separate Elemente konfiguriert sein und können mechanisch verbunden sein, um miteinander thermisch verbunden zu sein.
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Ein Spalt ist zwischen dem inneren Umfang des Kernteils 203 und der Wechselstromsammelschiene 201 vorgesehen, um einen isolierenden Abstand zwischen dem Kernteil 302 in dem Stromsensor 30 und der Wechselstromsammelschiene 201 zu sichern. Somit ist der Stromsensorkasten 301 aus Harz hergestellt und das Kernteil 302 ist durch Spritzpresswerkzeug oder dergleichen eingebettet, um dadurch darin das Kernteil 302 zu enthalten. Dadurch kann der Spalt zwischen dem inneren Umfang des Kernteils 302 und der Wechselstromsammelschiene 201 verkleinert werden und die Größe des Kernteils 302 kann reduziert werden. Das Kernteil 302 ist jedoch empfindlich auf thermische Effekte durch die Wechselstromsammelschiene 201.
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Deshalb ist das Basisteil 206, das der Wechselstromsammelschiene 201 gegenüberliegt, in dem Stromsensorkasten 301 eingebettet und das ausgedehnte Teil 207, das mit dem Basisteil 206 verbunden ist, kontaktiert den Strömungskanalgestalter 208 thermisch, wodurch die Temperatur der Wechselstromsammelschiene 201 verringert wird. Ferner ist das Basisteil 206 in dem Stromsensor 30 durch Spritzpresswerkzeug oder dergleichen eingebettet, was zu einer Reduzierung der Montageschritte führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 ... Leistungsumsetzungsvorrichtung, 2 ... Hauptschaltungsbaugruppe, 10 ... Gehäuse, 11 ... Relaissammelschiene, 12 ... Gleichstromrelaissammelschiene, 13 ... Wechselstromrelaissammelschiene, 15 ... externe Schnittstelle, 12 ... Wechselstrom/Wechselstrom-Umsetzermodul, 200 ... geformte Sammelschiene, 201 ... Wechselstromsammelschiene, 202 ... Basisplatte, 203 ... Leistungshalbleitermodul, 204 ... Kondensatormodul, 205 ... Rauschunterdrückungskondensator, 206 ... Basisteil, 207 ... ausgedehntes Teil, 208 ... Kühlungsgestalter, 209 ... Anschlussplatte, 220 ... Vorsprung, 30 ... Stromsensor, 301 ... Stromsensorkasten, 302 ... Kernteil, 303 ... Hall-Element, 304 ... Durchgangsloch
