DE112019002805T5

DE112019002805T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019002805T5
Application number: DE112019002805.7T
Authority: DE
Inventors: Taesung Kim; Hiroki Funato
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-02-25
Also published as: CN112335168A; WO2020008843A1; US11881791B2; JP6999034B2; CN112335168B; US20210273580A1; JPWO2020008843A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer zum Verringern eines Einflusses von sich von einem Schaltungskörper zu einer Treiberleiterplatte verbreitenden elektromagnetischem Rauschen fähigen Leistungsumwandlungsvorrichtung.Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schaltungskörper 6, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, eine Treiberleiterplatte 5, die den Schaltungskörper 6 antreibt, ein zwischen dem Schaltungskörper 6 und der Treiberleiterplatte 5 angeordnetes Basiselement 4 und ein Gehäuse 1, das den Schaltungskörper 6 und das Basiselement 4 aufnimmt. Das Basiselement 4 umfasst einen ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A, der einen Stromkanalraum 1C1 zwischen dem Schaltungskörper 6 und dem Basiselement 4 bildet, und einen sich vom Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A erstreckenden und mit einer Innenfläche des Gehäuses 1 verbundenen ersten Verlängerungsabschnitt 4B2.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt oder Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt, und insbesondere eine zum Montieren in ein Fahrzeug geeignete Leistungsumwandlungsvorrichtung.
Bisheriger Stand der Technik
Dem bisherigen Stand der Technik entspricht eine Leistungsumwandlungsvorrichtung wie in JP 2014-072938 A (PTL 1) beschrieben. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung von PTL 1 sind ein erster Stromweg-Bildungskörper, eine erste Bodenplatte, ein zweiter Stromweg-Bildungskörper, Leistungshalbleitermodule, ein Kondensatormodul, eine Treiberleiterplatte und eine Steuerleiterplatte in einem Gehäuse angeordnet und eine Abdeckung deckt die Innenseite des Gehäuses ab, in dem diese Komponenten aufgenommen sind (siehe Absatz 0015). Von diesen Komponenten ist die Steuerleiterplatte auf einer zweiten Bodenplatte montiert und die zweite Bodenplatte umfasst ein mit einem sich von der ersten Bodenplatte erstreckenden ersten Stützelement verbundenes erstes Befestigungsteil, ein mit einem sich vom zweiten Stromweg-Bildungskörper erstreckenden zweiten Stützelement verbundenes zweites Befestigungsteil und ein direkt mit dem Gehäuse verbundenes drittes Befestigungsteil (siehe Absatz 0020 bis 0024). In PTL 1 werden die Begriffe „erstes“, „zweites“ und „drittes“ nicht verwendet für das „erste Befestigungsteil“, „zweite Befestigungsteil“ und „dritte Befestigungsteil“; aber in der vorliegenden Beschreibung wurden die Begriffe „erstes“, „zweites“ und „drittes“ hinzugefügt, um jedes Befestigungsteil zu unterscheiden. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung fließt, da das dritte Befestigungsteil direkt mit dem Gehäuse verbunden ist, vom Leistungshalbleitermodul ausgestrahltes elektromagnetisches Rauschen durch die zweite Bodenplatte, das dritte Befestigungsteil und das Gehäuse zum Boden, wodurch die Steuerleiterplatte vor dem elektromagnetischen Rauschen geschützt wird (siehe Absatz 0024).
In der Leistungsumwandlungsvorrichtung von PTL 1 sind wie in 3 dargestellt das erste Befestigungsteil, das zweite Befestigungsteil und das dritte Befestigungsteil an fünf Stellen entlang eines äußeren Umfangs der zweiten Bodenplatte angeordnet; insbesondere ist das dritte Befestigungsteil an einer Ecke der rechteckigen zweiten Bodenplatte angeordnet.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-072938 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Ein Leistungshalbleitermodul umfasst einen Schaltungskörper (Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt), der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt. Elektromagnetisches Rauschen wird im Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt des Leistungshalbleitermoduls erzeugt und breitet sich vom Leistungshalbleitermodul oder einer Verbindungsverdrahtung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und einer um das Leistungshalbleitermodul angeordneten elektrischen Schaltungskomponente zur zweiten Bodenplatte und Steuerleiterplatte aus. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung von PTL 1 kann das sich zur Steuerleiterplatte ausbreitende elektromagnetische Rauschen durch die zweite Bodenplatte blockiert werden und das elektromagnetische Rauschen kann von der zweiten Bodenplatte durch das Gehäuse zum Boden fließen. In diesem Fall dient das Gehäuse als eine Bezugsmasse entsprechend dem Erdpotential.
Die zweite Bodenplatte, auf die Steuerleiterplatte montiert ist, steht in Kontakt mit dem Gehäuse an einer Ecke der rechteckigen Form. Daher ist in der zweiten Bodenplatte ein mit dem Gehäuse als Bezugsmasse verbundener Abschnitt auf einen schmalen Bereich (eine kleine Fläche) von einer Ecke begrenzt. Somit weist die Leistungsumwandlungsvorrichtung von PTL 1 eine Begrenzung im Verbessern der Wirkung des Verringerns von elektromagnetischem Rauschen auf.
Nachfolgend wird das Leistungshalbleitermodul, das einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, als ein Schaltungskörper bezeichnet und eine Platte, die den Schaltungskörper antreibt, wird als eine Treiberleiterplatte bezeichnet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer zum Verringern eines Einflusses von sich von einem Schaltungskörper zu einer Treiberleiterplatte verbreitenden elektromagnetischem Rauschen fähigen Leistungsumwandlungsvorrichtung.
Technische Lösung
Zum Erfüllen der zuvor beschriebenen Aufgabe ist in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Kontaktabschnitt, der in Kontakt mit einer Innenfläche eines Gehäuses steht, in einem Basiselement angeordnet, das eine Treiberleiterplatte stützt, wodurch die Kontaktlänge oder Kontaktfläche des Kontaktabschnitts vergrößert und das Fließen von elektromagnetischem Rauschen vom Basiselement zum Gehäuse erleichtert wird. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Einfluss von sich vom Schaltungskörper zur Treiberleiterplatte ausbreitendem elektromagnetischen Rauschen verringert werden.
Andere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen wie die zuvor beschriebenen gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor.
Figurenliste

[1] 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Aussehens einer Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 zeigt eine Perspektivansicht eines Leistungshalbleitermoduls 6 der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einem Basiselement 4 aus betrachtet.
[4] 4 zeigt eine Draufsicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine obere Abdeckung 2, eine Steuerleiterplatte 5 und das Basiselement 4 entfernt sind und das Innere eines Gehäuses 1 von oben in 1 dargestellt ist.
[5] 5 zeigt eine Perspektivansicht des Basiselements 4 der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Stromumwandlungsvorrichtung aus betrachtet.
[6] 6 zeigt eine Explosionsperspektivansicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In 1 bis 6 wie nachfolgend beschrieben sind die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine sich überschneidende Beschreibung wird verzichtet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist für eine in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen verwendete Vorrichtung vorgesehen und kann ebenfalls eine in anderen Geräten verwendete Vorrichtung sein, etwa ein Hausgeräte-Wechselrichter in einem Kühlschrank oder einer Klimaanlage oder ein Wechselrichter in Industrieausrüstung.
1 zeigt eine Perspektivansicht eines Aussehens einer Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 stellt einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 1 dar. In der folgenden Beschreibung basiert beim Bezeichnen und Beschreiben einer Richtung von oben nach unten die Richtung von oben nach unten auf einer Richtung von oben nach unten in 1 und entspricht nicht notwendigerweise eine Richtung von oben nach unten in einem Zustand, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 montiert ist.
Wie in 2 dargestellt nimmt ein Gehäuse 1 ein Leistungshalbleitermodul 6, eine Treiberleiterplatte (Steuerleiterplatte) 5, eine elektrische Peripherie-Schaltungskomponente des Leistungshalbleitermoduls 6 und dergleichen auf und ein oberes Ende des Gehäuses 1 ist von einer oberen Abdeckung (ersten Abdeckung) 2 und abgedeckt und ein unteres Ende des Gehäuses 1 ist von einer unteren Abdeckung (zweiten Abdeckung) 3 abgedeckt.
Wie in 1 dargestellt sind ein Ausgangsrohr-Verbindungsabschnitt 1C3 und ein Eingangsrohr-Verbindungsabschnitt (nicht dargestellt) für ein Kühlmedium jeweils an Seitenflächen des Gehäuses 1 angeordnet. Der Eingangsrohr-Verbindungsabschnitt ist an der Seitenfläche gegenüber der Seitenfläche angeordnet, an welcher der Ausgangsrohr-Verbindungsabschnitt 1C3 angeordnet ist. Das Kühlmedium wird in die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch den Eingangsrohr-Verbindungsabschnitt zugeführt, nach außen von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch den Ausgangsrohr-Verbindungsabschnitt 1C3 abgeführt und zirkuliert innerhalb und außerhalb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100.
Das Gehäuse 1 weist eine Öffnung 1E auf und WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C sind durch die Öffnung 1E eingeführt und ragen von der Innenseite des Gehäuses 1 zur Außenseite hervor. Die WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C sind Verdrahtungselemente (leitende Elemente), die einen Wechselstrom ausgeben, die WS-Sammelschiene 12A ist mit einer U-Phase verknüpft, die WS-Sammelschiene 12B ist mit einer V-Phase verknüpft und die WS-Sammelschiene 12C ist mit einer W-Phase verknüpft. Die WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C sind mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden und führen eine WS-Leistungsübertragung mit dem Motor durch.
Ferner weist das Gehäuse 1 eine weitere Öffnung 1F auf und ein GS-Pluselektrodenanschluss 8A und ein GS-Minuselektrodenanschluss 8B sind durch die Öffnung 1F eingeführt und ragen von der Innenseite des Gehäuses 1 zur Außenseite hervor. Der GS-Pluselektrodenanschluss 8A und der GS-Minuselektrodenanschluss 8B sind mit einer Batterie verbunden und führen eine GS-Stromübertragung durch.
Ein Signalsteckverbinder 11 ragt nach oben von der oberen Abdeckung 2 hervor. Der Signalsteckverbinder 11 ist an der Treiberleiterplatte 5 befestigt, läuft durch eine in der oberen Abdeckung 2 ausgebildete Öffnung 2A und ragt von der Innenseite des Gehäuses 1 zur Außenseite hervor.
Der Signalsteckverbinder 11 ist mit einer im Fahrzeug angeordneten Host-Steuervorrichtung verbunden, um das Senden und Empfangen eines Signals durchzuführen.
Wie in 2 dargestellt ist das Gehäuse 1 durch eine erste Trennwand 1A und eine zweite Trennwand 1B in einen ersten Raum (erste Aufnahmekammer) 1X, einen zweiten Raum (zweite Aufnahmekammer) 1Y und einen dritten Raum (dritte Aufnahmekammer) 1Z unterteilt. Ferner ist der erste Raum 1X durch ein Basiselement 4 in einen oberen Raum 1X1 und einen unteren Raum 1X2 unterteilt.
Im ersten Raum 1X sind das Basiselement 4, die Treiberleiterplatte 5, das Leistungshalbleitermodul (Schaltungskörper) 6 und ein Stromsensor 10 als aufgenommene Hauptkomponenten aufgenommen. Die Treiberleiterplatte 5 ist im oberen Raum 1X1 angeordnet. Das Leistungshalbleitermodul 6 und der Stromsensor 10 sind im unteren Raum 1X2 angeordnet. Somit stellt der obere Raum 1X2 einen Aufnahmeraum (eine Aufnahmekammer) für die Treiberleiterplatte 5 dar und der untere Raum 1X2 stellt einen Aufnahmeraum (eine Aufnahmekammer) für das Leistungshalbleitermodul 6 und den Stromsensor 10 dar.
Das Basiselement 4, das den oberen Raum 1X1 und den unteren Raum 1X2 unterteilt, ist so befestigt, dass Befestigungsabschnitte 4C an einer Vielzahl von jeweils im Gehäuse 1 angeordneten gehäuseseitigen Basiselement-Befestigungsabschnitten 1D befestigt sind. Als ein spezifisches Befestigungsverfahren kann eine Befestigung mit einer Schraube verwendet werden. Das Basiselement 4 ist so befestigt, dass ein äußerer Umfangsrand des Basiselements 4 in Kontakt mit einer Innenfläche des Gehäuses 1 und einem oberen Ende der zweiten Trennwand 1B steht, wenn an den gehäuseseitigen Basiselement-Befestigungsabschnitten 1D befestigt.
Die im oberen Raum 1X1 angeordnete Treiberleiterplatte 5 ist auf dem Basiselement 4 montiert und Befestigungsabschnitte 5A sind an einer Vielzahl von jeweils auf dem Basiselement 4 angeordneten basiselementseitigen Plattenstützabschnitten 4D befestigt. Die Vielzahl von basiselementseitigen Plattenstützabschnitten 4D ist als konvexe Abschnitte ausgebildet, die nach oben von einer oberen Fläche des Basiselements 4 hervorragen. Als ein spezifisches Befestigungsverfahren kann eine Befestigung mit einer Schraube verwendet werden. Somit wird die Treiberleiterplatte 5 direkt vom Basiselement 4 gestützt.
Im unteren Raum 1X2 ist das Leistungshalbleitermodul 6 in der Mitte in einer Links-Rechts-Richtung in 2 angeordnet und der Stromsensor 10 ist in einem Raum am rechten Ende in der Links-Rechts-Richtung in 2 angeordnet. Im Querschnitt von 2 ist eine Stromkanalwand 1A1 auf der ersten Trennwand 1A des Gehäuses 1 ausgebildet und eine Stromkanalwand 4E ist auf dem Basiselement 4 im Mittelabschnitt in der Richtung von links nach rechts ausgebildet. Die Stromkanalwand 1A1 ist so ausgebildet, dass sie nach oben (zum Basiselement 4 hin) von der ersten Trennwand 1A hervorragt. Die Stromkanalwand 4E ist so ausgebildet, dass sie nach unten (zur ersten Trennwand 1A hin) vom Basiselement 4 hervorragt. Ein erster Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A ist auf der Stromkanalwand 4E des Basiselements 4 und einer Innenseite der Stromkanalwand 4E ausgebildet. Ein zweiter Stromkanal-Bildungsabschnitt 1A2 ist auf einer Innenseite der Stromkanalwand 1A1 der ersten Trennwand 1A ausgebildet.
Die Richtung von links nach rechts in 2 ist eine Richtung entlang einer Plattenfläche des Basiselements 4 und einer Wandfläche der ersten Trennwand 1A und ist parallel zur Plattenfläche des Basiselements 4 und Wandfläche der ersten Trennwand 1A.
Das Leistungshalbleitermodul 6 ist so angeordnet, dass es zwischen der Stromkanalwand 1A1 und der Stromkanalwand 4E angeordnet ist und dass eine untere Fläche des Leistungshalbleitermoduls 6 zur ersten Trennwand 1A des Gehäuses 1 zeigt sowie eine obere Fläche des Leistungshalbleitermoduls 6 zum Basiselement 4 zeigt. Dadurch wird ein erster Stromkanalabschnitt (erster Stromkanalraum) 1C1 zwischen der oberen Fläche des Leistungshalbleitermoduls 6 und einer unteren Fläche des Basiselements 4 ausgebildet und ein zweiter Stromkanalabschnitt (zweiter Stromkanalraum) 1C2 wird zwischen der unteren Fläche des Leistungshalbleitermoduls 6 und einer oberen Fläche der ersten Trennwand 1A ausgebildet. Der erste Stromkanalabschnitt 1C1 und der zweite Stromkanalabschnitt 1C2 sind mit dem Ausgangsrohr-Verbindungsabschnitt 1C3 und dem Eingangsrohr-Verbindungsabschnitt, angeordnet auf den Seitenflächen des Gehäuses 1, verbunden und das Kühlstrom strömt im ersten Stromkanalabschnitt 1C1 und zweiten Stromkanalabschnitt 1C2 durch den Eingangsrohr-Verbindungsabschnitt und Ausgangsrohr-Verbindungsabschnitt 1C3.
Die Stromumwandlungsvorrichtung 100 umfasst einen Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, und die Treiberleiterplatte 5, die den Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C antreibt. In der vorliegenden Ausführungsform kann, da eine Steuerschaltung auf der Steuerleiterplatte 5 montiert ist, die Treiberleiterplatte 5 als eine Steuerleiterplatte bezeichnet werden.
Das Leistungshalbleitermodul 6 empfängt von einem GS-Pluselektrodenanschluss 8A und einem GS-Minuselektrodenanschluss 8B über eine Filterschaltung 8 und einen Glättungskondensator 9 gelieferte GS-Leistung und wandelt die GS-Leistung in WS-Leistung im Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C um. Die Filterschaltung 8 ist im zweiten Raum (in der zweiten Aufnahmekammer) 1Y des Gehäuses 1 angeordnet und der Glättungskondensator 9 ist im dritten Raum (in der dritten Aufnahmekammer) 1Z des Gehäuses 1 angeordnet. Der zweite Raum 1Y stellt einen Aufnahmeraum (eine Aufnahmekammer) für die Filterschaltung 8 dar und der dritte Raum 1Z stellt einen Aufnahmeraum (eine Aufnahmekammer) für den Glättungskondensator 9 dar.
Eine GS-Sammelschiene 14 ist auf einer unteren Fläche der ersten Trennwand 1A des Gehäuses 1 angeordnet.
Das heißt die GS-Sammelschiene 14 ist auf einer Fläche der ersten Trennwand 1A angeordnet, die zum Glättungskondensator 9 zeigt. Die GS-Sammelschiene 14 umfasst zwei GS-Sammelschienen, eine Pluselektroden-GS-Sammelschiene und eine Minuselektroden-GS-Sammelschiene. Der Glättungskondensator 9 ist elektrisch mit der GS-Sammelschiene 14 verbunden und ein nach oben gebogener Anschlussabschnitt 14A ist mit einem GS-Anschluss 6G des Leistungshalbleitermoduls 6 verbunden. Somit verbindet die GS-Sammelschiene 14 das Leistungshalbleitermodul 6, den Glättungskondensator 9 und die Filterschaltung 8 miteinander und überträgt einen vom GS-Pluselektrodenanschluss 8A und GS-Minuselektrodenanschluss 8B gelieferten Strom an das Leistungshalbleitermodul 6.
Wie zuvor beschrieben umfasst das Gehäuse 1 die Filterschaltung 8 umfassend die GS-Anschlüsse 8A und 8B, den Glättungskondensator 9, das Basiselement 4, die Treiberleiterplatte 5, das Leistungshalbleitermodul 6, den Stromsensor 10, die GS-Sammelschiene 14 und die WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C. Die GS-Anschlüsse 8A und 8B und die WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C sind teilweise zur Außenseite des Gehäuses freiliegend und sind elektrisch mit einer externen Vorrichtung verbunden.
Die obere Abdeckung 2 verschließt die Öffnung an der oberen Seite des Gehäuses 1, um die Komponenten im Gehäuse 1 als ein Deckel zu schützen. Der Signalsteckverbinder 11 sendet und empfängt ein Signal nach und von außen und überträgt das Signal an die Treiberleiterplatte 5. Die WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C empfangen WS-Leistung vom Leistungshalbleitermodul 6 und übertragen die WS-Leistung an den Motor.
Die Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls 6 ist in Bezug auf 3 zusammen mit 2 beschrieben. 3 zeigt eine Perspektivansicht des Leistungshalbleitermoduls 6 der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vom Basiselement 4 aus betrachtet.
Der Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C umfasst ein Schaltelement, etwa einen Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder eine Diode. Ferner kann der Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C einen Leiterrahmen, der einen durch das Schaltelement fließenden Strom überträgt, und einen Harzabdichtkörper 6D, der den Leiterrahmen und das Schaltelement abdichtet, umfassen. Der Leiterrahmen ist vom Harzabdichtkörper 6D freiliegend und stellt den GS-Anschluss 6G und einen WS-Anschluss 6F dar (3).
Das Leistungshalbleitermodul 6 umfasst den Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C, eine erste Rippenbasis 6A und eine zweite Rippenbasis 6B. Der Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C umfasst einen Signalanschluss 6E, der ein Treibersignal von der Treiberleiterplatte 5 empfängt. Zwischen erster Rippenbasis 6A und zweiter Rippenbasis 6B ist der Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C angeordnet und äußere Flächen der ersten Rippenbasis 6A und der zweiten Rippenbasis 6B kommen in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium. Das heißt eine obere Fläche der ersten Rippenbasis 6A ist im ersten Stromkanalabschnitt 1C1 freiliegend und eine untere Fläche der zweiten Rippenbasis 6B ist im zweiten Stromkanalabschnitt 1C2 freiliegend.
Das Leistungshalbleitermodul 6 umfasst den mit der GS-Sammelschiene 14 verbundenen GS-Anschluss 6G, den mit den WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C verbundenen WS-Anschluss 6F und den mit der Treiberleiterplatte 5 verbundenen Signalanschluss 6E. Die Zahl von jeweils den GS-Sammelschienen 14, GS-Anschlüssen 6G, WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C, WS-Anschlüssen 6F und Signalanschlüssen 6E ist mehrfach.
Die erste Rippenbasis 6A und die zweite Rippenbasis 6B umfassen eine Wärmeverteilungsrippe 6H und die Wärmeverteilungsrippe 6H verteilt vom Leistungshalbleitermodul 6 erzeugte Wärme an eine Kühlwasserdurchführung umfassend den ersten Stromkanalabschnitt 1C1 und den zweiten Stromkanalabschnitt 1C2.
Eine interne Konfiguration des Gehäuses 1 und eine elektrische Verdrahtung des Leistungshalbleitermoduls 6 ist in Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt eine Draufsicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die obere Abdeckung 2, die Steuerleiterplatte 5 und das Basiselement 4 entfernt sind und das Innere des Gehäuses 1 von oben in 1 dargestellt ist.
Im Gehäuse 1 sind die Befestigungsabschnitte (Basiselement-Befestigungsabschnitte) 1D, die das Basiselement 4 befestigen, und ein Kontaktabschnitt 1G, der in Kontakt mit einem äußeren Umfangsabschnitt (äußeren Randabschnitt) des Basiselements 4 steht, angeordnet. Der Kontaktabschnitt 1G stellt einen Basiselement-Empfangsabschnitt dar, der das Basiselement 4 aufnimmt. Das Gehäuse 1 weist eine rechteckige Außenform auf einer in 4 dargestellten Ebene dar. Der Kontaktabschnitt 1G ist an einer inneren Umfangsseite eines äußeren Umfangswandabschnitts (Seitenwandabschnitts) 1H mit der rechteckigen Form ausgebildet. Der Kontaktabschnitt 1G ist über einem gesamten Umfang des äußeren Umfangswandabschnitts 1H entlang der inneren Umfangsfläche des äußeren Umfangswandabschnitts 1H ausgebildet.
Die Befestigungsabschnitte 1D sind an einer Vielzahl von Positionen der Innenseite im Vergleich zum Kontaktabschnitt 1G angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform steht, da die Befestigungsabschnitte 1D an wenigstens vier Ecken des äußeren Umfangswandabschnitts 1H und in der Mitte der zweiten Trennwand 1B angeordnet sind, das Basiselement 4 in engem Kontakt mit oberen Rändern des Kontaktabschnitts 1G und der zweiten Trennwand 1B, wenn das Basiselement 4 an den Befestigungsabschnitten 1D befestigt ist.
Die Filterschaltung 8 ist elektrisch mit der GS-Sammelschiene 14 über die Anschlüsse 8C und 8D im Filterschaltungs-Aufnahmeraum 1Y verbunden. Somit ist die Filterschaltung 8 elektrisch mit dem Glättungskondensator 9 über die GS-Sammelschiene 14 verbunden.
Der Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C des Leistungshalbleitermoduls 6 ist elektrisch mit der GS-Sammelschiene 14 und dem Glättungskondensator 9 im Leistungshalbleitermodul-Aufnahmeraum 1X2 verbunden.
Die zweite Trennwand 1B des Gehäuses 1 stellt eine Filterabschirmwand zwischen dem Leistungshalbleitermodul 6 und der Filterschaltung 8 dar. Da die Filterschaltung 8 vom Leistungshalbleitermodul 6 durch die zweite Trennwand 1B und das Basiselement 4 abgeschirmt ist, kann ein Ausbreiten von im Leistungshalbleitermodul 6 erzeugtem elektromagnetischem Rauschen zur Filterschaltung 8 verhindert werden.
Die WS-Anschlüsse 6F des Leistungshalbleitermoduls 6 sind mit den WS-Sammelschienen 12A, 12B und 12C verbunden und sind elektrisch mit einem externen Motor durch den im Gehäuse 1 aufgenommenen Stromsensor 10 verbunden. Der Stromsensor 10 ist elektrisch mit der Treiberleiterplatte 5 verbunden und sendet und empfängt ein Signal zum Steuern des Motors an die und von der Treiberleiterplatte 5. Hierzu ist der Stromsensor 10 mit einem Sensorverbindungskabel (nicht dargestellt) ausgestattet und das Sensorverbindungskabel ist elektrisch mit der Treiberleiterplatte 5 durch einen Ausschnittabschnitt 4H (siehe 5) des Basiselements 4 verbunden.
Das Basiselement 4 ist nachfolgend in Bezug auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine Perspektivansicht des Basiselements 4 der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Stromumwandlungsvorrichtung aus betrachtet.
Ein Kontaktabschnitt 4G, der in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt 1G (gehäuseseitigen Kontaktabschnitt) des Gehäuses 1 steht, ist am äußeren Umfangsrand des Basiselements 4 angeordnet. Der Kontaktabschnitt 4G stellt einen basiselementseitigen Kontaktabschnitt dar, der in Kontakt mit dem gehäuseseitigen Kontaktabschnitt 1G steht. Der zuvor beschriebene Ausschnittabschnitt 4H ist im äußeren Umfangsrand des Basiselements 4 ausgebildet. Der Ausschnittabschnitt 4H stellt einen Ausschnittabschnitt dar, durch den das Sensorverbindungskabel läuft. In der vorliegenden Ausführungsform ist ausschließlich der Ausschnittabschnitt 4H ein Abschnitt, der nicht in Kontakt mit dem gehäuseseitigen Kontaktabschnitt 1G steht. Zu anderen Zwecken kann ein Abschnitt, der nicht in Kontakt mit dem gehäuseseitigen Kontaktabschnitt 1G steht, ferner vorhanden sein. Um aber eine Kontaktfläche mit dem gehäuseseitigen Kontaktabschnitt 1G größer zu gestalten, sind die Zahl von Nichtkontaktabschnitten und die Fläche des Nichtkontaktabschnitts vorzugsweise so klein wie möglich. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verhältnis der Länge des Nichtkontaktabschnitts zur Länge des äußeren Umfangrands des Basiselements 4 kleiner als 1/10(10%).
Ferner ist im Basiselement 4 der erste Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A in der Mitte des Basiselements 4 in einer ersten Richtung parallel zur Plattenfläche des Basiselements 4 angeordnet und sich vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A in der ersten Richtung erstreckende zweite Verlängerungsabschnitte 4B1 sind an gegenüberliegenden Seiten des ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A in der ersten Richtung angeordnet. Ferner erstrecken sich ein erster Verlängerungsabschnitt 4B2 und ein dritter Verlängerungsabschnitt 4B3 jeweils von den zweiten Verlängerungsabschnitten 4B1 in der ersten Richtung zu einer Richtung hin vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A weg. Der erste Verlängerungsabschnitt 4B2 ist ein sich oberhalb des Stromsensors 10 erstreckender Abschnitt und der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 ist ein sich oberhalb der Filterschaltung 8 erstreckender Abschnitt.
Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 4F, in welche die Signalanschlüsse 6E eingeführt sind, ist im zweiten Verlängerungsabschnitt 4B1 angeordnet. Äußere Umfangsrandabschnitte des Basiselements 4 im ersten Verlängerungsabschnitt 4B2 und dritten Verlängerungsabschnitt 4B3 stellen einen Teil des basiselementseitigen Kontaktabschnitts 4G dar. Von äußeren Umfangsrandabschnitten 4G des ersten Verlängerungsabschnitts 4B2, des zweiten Verlängerungsabschnitts 4B1 und des dritten Verlängerungsabschnitts 4B3 stellen an gegenüberliegenden Enden in einer zweiten Richtung parallel zur Plattenfläche des Basiselements 4 und orthogonal zur ersten Richtung angeordnete äußere Umfangsrandabschnitte ebenfalls einen Teil des basiselementseitigen Kontaktabschnitts 4G dar.
Der erste Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A, der zweite Verlängerungsabschnitt 4B1, der erste Verlängerungsabschnitt 4B2 und der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 sind integral ausgebildet, so dass das Basiselement 4 eine vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Ferner stellt ein mit dem Bezugszeichen 4K bezeichneter Abschnitt 4K einen Filterabschirmwand-Kontaktabschnitt dar, der in Kontakt mit der zweiten Trennwand (Filterabschirmwand) 1B, dargestellt in 4, steht.
Das Basiselement 4 besteht aus Metall und die Stromkanalwand 4E besteht ebenfalls aus Metall. Die erste Rippenbasis 6A des Leistungshalbleitermoduls 6 besteht ebenfalls aus Metall und die Stromkanalwand 4E ist so angeordnet, dass sie in Kontakt mit einem Stromkanal-Bildungsabschnitt 6A1 der ersten Rippenbasis 6A steht. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gehäuse 1 ebenfalls aus Metall und die Stromkanalwand 1A1 besteht ebenfalls aus Metall. Die zweite Rippenbasis 6B des Leistungshalbleitermoduls 6 besteht ebenfalls aus Metall und ist so angeordnet, dass sie in Kontakt mit einem Stromkanal-Bildungsabschnitt (einem Abschnitt entsprechend dem Stromkanal-Bildungsabschnitt 6A1 der ersten Rippenbasis 6A) der zweiten Rippenbasis 6B steht.
Elektromagnetisches Rauschen vom Leistungshalbleitermodul 6 wird vom Metallstromkanal-Bildungsabschnitt 6A1 zur Stromkanalwand 4E des Basiselements 4 übertragen. Das zur Stromkanalwand 4E übertragene elektromagnetische Rauschen wird in das Gehäuse 1 über den äußeren Umfangsrandabschnitt 4G des Basiselements 4 eingeführt. Ferner wird das zur Stromkanalwand 4E übertragene elektromagnetische Rauschen in das Gehäuse 1 über den gehäuseseitigen Basiselement-Befestigungsabschnitt 1D und die zweite Trennwand (Filterabschirmwand) 1B eingeführt.
Ferner wird die vom Leistungshalbleitermodul 6 erzeugte Wärme an das Kühlmedium in der vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A und zweiten Stromkanal-Bildungsabschnitt 1A2 gebildeten Kühlwasserdurchführung abgegeben. Ferner gibt ein Heizelement 5B auf der Treiberleiterplatte 5 Wärme an das Kühlmedium in der vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt 4A gebildeten Kühlwasserdurchführung über einen auf dem Basiselement 4 angeordneten Wärmeableitungsabschnitt 7 ab.
Die Konfiguration der Stromumwandlungsvorrichtung 100 ist nachfolgend in Bezug auf 5 zusammen mit 2 beschrieben. 6 zeigt eine Explosionsperspektivansicht der Stromumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Ausführungsform wie in 5 dargestellt werden die Treiberleiterplatte 5, das Basiselement 4, das Leistungshalbleitermodul 6, die Filterschaltung 8 und der Stromsensor 10 in das Gehäuse 1 durch die Öffnung des Gehäuses 1, die zur oberen Abdeckung 2 zeigt, eingeführt und montiert. Die GS-Sammelschiene 14 und der Glättungskondensator 9 wiederum werden in das Gehäuse 1 durch eine Öffnung des Gehäuses 1, die zu einer unteren Abdeckung 3 zeigt, eingeführt und montiert.
Der äußere Umfangsrand des Basiselements 4 steht in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt (Basiselement-Aufnahmeabschnitt) 1G des Gehäuses 1 und das Basiselement 4 deckt das Leistungshalbleitermodul 6, die Filterschaltung 8 und den Stromsensor 10 von oben ab, so dass das Basiselement 4 als eine auf der Innenseite der oberen Abdeckung 2 angeordnete Zwischenabdeckung dient. Die obere Abdeckung 2 deckt die Treiberleiterplatte 5 und das Basiselement 4 von oben ab und verschließt die Öffnung auf der Oberseite des Gehäuses 1. Die untere Abdeckung 3 verschließt die Öffnung an der unteren Seite des Gehäuses 1, um den Glättungskondensator 9 zu schützen.
Nachfolgend sind die Aktionen und Wirkungen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform steht der äußere Umfangsrandabschnitt 4G des Basiselements 4 in Kontakt mit dem Gehäuse 1 und das Basiselement 4 dient als eine Abschirmwand, die einen Aufnahmebereich für das Leistungshalbleitermodul 6 (Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C9 und einen Aufnahmebereich für die Treiberleiterplatte 5 abtrennt. Das Basiselement 4 verringert einen Einfluss von Rauschen vom Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C auf die Treiberleiterplatte 5. An einer Seite des Basiselements 4, die zum Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C zeigt, ist der erste Stromkanal-Bildungsabschnitt 4E, der den Stromkanalraum 1C1 ausbildet, angeordnet. Das Basiselement 4 umfasst den Wärmeableitungsabschnitt 7, der das Heizelement 5B auf der Treiberleiterplatte 5 kühlt.
Die GS-Anschlüsse 8A und 8B empfangen GS-Leistung von einer Batterie (nicht dargestellt) und übertragen die GS-Leistung zur Filterschaltung 8. Die Filterschaltung 8 entfernt in der von einer GS-Stromversorgung gelieferten GS-Leistung enthaltenes elektromagnetisches Rauschen und überträgt die GS-Leistung zum Glättungskondensator 9.
Der Glättungskondensator 9 absorbiert einen pulsierenden Strom von GS-Leistung zum Verringern einer pulsierenden Komponente und somit Glätten des Stroms. Die GS-Sammelschiene 14 verbindet den Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C und den Glättungskondensator 9 miteinander. Das Leistungshalbleitermodul 6 und das Gehäuse 1 bilden den Stromkanalraum 1C2. Daher ist der zweite Stromkanal-Bildungsabschnitt 1A2 in der ersten Trennwand 1A des Gehäuses 1 ausgebildet.
Die Filterschaltung 8, die einen Gleichstrom zum Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C leitet, weist eine hohe Impedanz in Bezug auf einen Hochfrequenzstrom auf und dient als ein Tiefpassfilter, wodurch in der GS-Leistung enthaltenes elektromagnetisches Rauschen entfernt wird. Der sich vom Basiselement 4 erstreckende dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 steht in Kontakt mit der zweiten Trennwand 1B des Gehäuses 1, blockiert zwischen der Filterschaltung 8 und dem Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C und bildet den Filterschaltungsbereich (zweiter Raum oder zweite Aufnahmekammer) 1Y. Der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 dient als eine Abschirmwand, die den Filterschaltungsbereich 1Y bildet, und verringert einen Einfluss von elektromagnetischem Rauschen vom Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C auf die Filterschaltung 8.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Verlängerungsabschnitt 4B2 und der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3, die elektromagnetisches Rauschen vom äußeren Umfangsrandabschnitt 4G des Basiselements 4 zur Masse über das Gehäuse 1, das eine Aufnahme darstellt, abführt, angeordnet. Der erste Verlängerungsabschnitt 4B2 und der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 stehen in direktem Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 1. Insbesondere umfassen der erste Verlängerungsabschnitt 4B2 und der dritte Verlängerungsabschnitt 4B3 jeweils den am gehäuseseitigen Basiselement-Befestigungsabschnitt 1D des Gehäuses 1 durch ein Befestigungselement befestigten Befestigungsabschnitt 4C und den Kontaktabschnitt 4G, der sich vom Befestigungsabschnitt 4C unterscheidet und in Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 1 steht. Somit kann ein Einfluss von elektromagnetischem Rauschen vom Stromumwandlungs-Schaltungsabschnitt 6C auf die Treiberleiterplatte 5 verringert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst verschiedene modifizierte Beispiele. Beispielsweise wurden die zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausführlich beschrieben, um die vorliegende Erfindung auf eine einfach nachvollziehbare Weise zu beschrieben und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die mit allen Konfigurationen beschränkt. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform kann mit eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und eine Konfiguration einer Ausführungsform kann mit einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich kann ein Teil der Konfiguration von jeder Ausführungsform mit einer anderen Konfiguration hinzugefügt werden, kann gelöscht werden und kann durch eine andere Konfiguration ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1A2: zweiter Stromkanal-Bildungsabschnitt
1C2: Stromkanalraum
6: Schaltungskörper
5: Treiberleiterplatte
4: Basiselement
4A: erster Stromkanal-Bildungsabschnitt
4B1: zweiter Verlängerungsabschnitt
4B2: erster Verlängerungsabschnitt
4B3: dritter Verlängerungsabschnitt
4C: Befestigungsabschnitt
4G: Kontaktabschnitt
4F: Durchgangsloch
6E: Signalanschluss
8: Filterschaltung
1Y: Raum, in dem die Filterschaltung angeordnet ist
100: Leistungsumwandlungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014072938 A [0002, 0004]

Claims

Leistungsumwandlungsvorrichtung, umfassend: einen Schaltungskörper, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt; eine Treiberleiterplatte, die den Schaltungskörper antreibt; ein zwischen dem Schaltungskörper und der Treiberleiterplatte angeordnetes Basiselement; und ein Gehäuse, das den Schaltungskörper und das Basiselement aufnimmt, wobei das Basiselement einen ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt, der einen Stromkanalraum zwischen dem Schaltungskörper und dem Basiselement bildet, und einen sich vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt erstreckenden und mit einer Innenfläche des Gehäuses verbundenen ersten Verlängerungsabschnitt umfasst.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Verlängerungsabschnitt einen am Gehäuse durch ein Befestigungselement befestigten Befestigungsabschnitt und einen Kontaktabschnitt, der sich vom Befestigungsabschnitt unterscheidet und in Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses steht, umfasst.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schaltungskörper einen Signalanschluss umfasst, der ein Treibersignal von der Treiberleiterplatte empfängt, das Basiselement einen sich vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt zur Nähe des Signalanschlusses erstreckenden zweiten Verlängerungsabschnitt umfasst, und ein Durchgangsloch, durch welches der Signalanschluss verläuft, im zweiten Verlängerungsabschnitt gebildet ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen zweiten Stromkanal-Bildungsabschnitt umfasst, der einen Stromkanalraum zwischen dem Schaltungskörper und dem Gehäuse bildet.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Filterschaltung, die den Gleichstrom durchleitet, wobei das Basiselement einen sich vom ersten Stromkanal-Bildungsabschnitt erstreckenden dritten Verlängerungsabschnitt umfasst, um die Treiberleiterplatte und einen Raum, in dem die Filterschaltung angeordnet ist, zu trennen.