DE112020000527T5

DE112020000527T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und herstellungsverfahren einer leistungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020000527T5
Application number: DE112020000527.5T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Seki; Ayumu Hatanaka; Naoya Suto
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US20220158566A1; CN113574787A; US11888408B2; JP7212143B2; WO2020195141A1; JPWO2020195141A1

Abstract

Eine negativseitige Sammelschiene 41 enthält einen Kondensatorverbindungsabschnitt und einen ersten und einen zweiten Abschnitt 271 eines negativen Anschlusses, die aus einem Harzabschnitt 44 freigelegt sind und mit einem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 eines ersten und eines zweiten Leistungshalbleitermoduls 30 verbunden sind. Ein Trennabschnitt 252b eines Gehäuses 252 ist mit einem vorstehenden Abschnitt 281 versehen, der zu einer Formsammelschiene 40 weiter als eine Oberseite 257 des ersten und des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30 vorsteht und an die Formsammelschiene 40 thermisch gekoppelt ist. Der vorstehende Abschnitt 281 ist zwischen einem Wurzelabschnitt 275 eines freigelegten Abschnitts, wo der erste Anschlussabschnitt einer negativen Elektrode 271 aus dem Harzabschnitt 44 freigelegt ist, und einem zweiten Wurzelabschnitt 275 eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite Anschlussabschnitt einer negativen Elektrode 271 aus dem Harzabschnitt 44 freigelegt ist, angeordnet. Auf diese Weise werden eine räumliche Entfernung und einen Kriechweg zwischen dem aus dem Harzabschnitt der Formsammelschiene freigelegten Abschnitt und dem Leistungshalbleitermodul groß gestaltet und wird der Temperaturanstieg eines Kondensators niedergehalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und ein Herstellungsverfahren der Leistungsumsetzungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs wie z. B. eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs ist derart konfiguriert, dass z. B. ein Dreiphasenleistungshalbleitermodul und ein Glättungskondensator, die eine Wechselrichterschaltung bilden, in einem Gehäuse untergebracht sind, das einen Strömungswegbildungskörper bildet. Ein Ein-/Ausgabe-Anschluss und ein Glättungskondensator eines Leistungshalbleitermoduls sind z. B. mit einer Formsammelschiene verbunden und ein Signalanschluss ist mit einer Steuerleiterplatte verbunden.
Als Beispiel einer derartigen Leistungsumsetzungsvorrichtung ist eine Struktur, in der eine Formsammelschiene auf einer gesamten ebenen Fläche eines Strömungswegbildungskörpers direkt montiert ist, bekannt. Ein Anschlussabschnitt, der mit dem Ein-/Ausgabe-Anschluss des Leistungshalbleitermoduls der Formsammelschiene verbunden ist, ist von einem Harzabschnitt auf der dem Strömungswegbildungskörper gegenüberliegenden Oberflächenseite freigelegt. Die Formsammelschiene und der Strömungswegbildungskörper sind in Kontakt miteinander angeordnet und eine Oberfläche in Kontakt mit dem Strömungswegbildungskörper der Formsammelschiene ist mit einem Harzabschnitt, der die Formsammelschiene bildet, abgedeckt. Es wird wie folgt beschrieben: Gemäß dieser Struktur wird Wärme, die vom Leistungshalbleitermodul zur Formsammelschiene übertragen wird, durch den Strömungswegbildungskörper derart gekühlt, dass die Temperatur der Sammelschiene abgesenkt werden kann (siehe z. B. PTL 1).
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-171343 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Struktur, die in PTL 1 beschrieben ist, ist die Formsammelschiene auf der gesamten ebenen Fläche des Strömungswegbildungskörpers direkt montiert und an den Strömungswegbildungskörper gekoppelt, um Wärme leiten zu können. Deshalb ist die räumliche Entfernung von der ebenen Fläche des Strömungswegbildungskörpers zu einem Wurzelabschnitt (im Folgenden dem freigelegten Wurzelabschnitt des Anschlussabschnitts), der von einem Harzabschnitt eines Sammelschienenanschlussabschnitts freigelegt ist, im Wesentlichen gleich der Dicke der Formsammelschiene. Ferner ist, da die Sammelschiene und der Strömungswegbildungskörper bei einer Position unmittelbar unter dem freigelegten Wurzelabschnitt des Anschlussabschnitts der Sammelschiene miteinander verbunden sind, die Entfernung entlang der ebenen Fläche des Strömungswegbildungskörpers im Kriechweg vom freigelegten Wurzelabschnitt des Anschlussabschnitts der Sammelschiene zum Strömungswegbildungskörper im Wesentlichen null. Deshalb ist auch der Kriechweg vom freigelegten Wurzelabschnitt des Anschlussabschnitts der Sammelschiene zum Strömungswegbildungskörper im Wesentlichen gleich der Dicke der Formsammelschiene. Das heißt, die räumliche Entfernung und der Kriechweg vom freigelegten Wurzelabschnitt des Anschlussabschnitts der Sammelschiene zum Strömungswegbildungskörper sind eine kurze Entfernung, die im Wesentlichen gleich der Dicke der Sammelschienenform ist. Aus diesem Grund bestand die Möglichkeit, dass die Temperatur der Sammelschiene aufgrund der Wärme, die durch das Leistungshalbleitermodul erzeugt wird, hoch ist, die Temperatur des Glättungskondensators steigt und die Temperatur des Glättungskondensators die Hitzebeständigkeitstemperatur überschreitet.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsumsetzungsvorrichtung geschaffen, die einen Kondensator, ein erstes Leistungshalbleitermodul und ein zweites Leistungshalbleitermodul, die jeweils einen Eingangsanschluss oder einen Ausgangsanschluss, der von einer Oberfläche vorsteht, besitzen, ein Gehäuse, das einen Kondensatoraufnahmeabschnitt, der den Kondensator aufnimmt, einen Halbleitermodulaufnahmeabschnitt, der das erste Leistungshalbleitermodul und das zweite Leistungshalbleitermodul aufnimmt, und einen Trennabschnitt, der zwischen dem ersten Leistungshalbleitermodul und dem zweiten Leistungshalbleitermodul vorgesehen ist, enthält, und ein Verbindungselement, in dem ein Harzabschnitt und ein Verbindungsleiter einteilig vorgesehen sind und das an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist, enthält. Der Verbindungsleiter enthält einen Kondensatorverbindungsabschnitt, der mit dem Kondensator verbunden ist, einen ersten Anschlussabschnitt, der vom Harzabschnitt freigelegt ist und mit dem Anschluss des ersten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, und einen zweiten Anschlussabschnitt, der mit dem Anschluss des zweiten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, wobei der Trennabschnitt des Gehäuses mit einem vorstehenden Abschnitt versehen ist, der zum Verbindungselement weiter als die eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls vorsteht und an das Verbindungselement thermisch gekoppelt ist, und der vorstehende Abschnitt an das Verbindungselement thermisch gekoppelt ist und zwischen einem ersten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der erste Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und einem zweiten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, angeordnet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren einer Leistungsumsetzungsvorrichtung geschaffen, wobei das Herstellungsverfahren ein Aufnehmen eines Kondensators in einen Kondensatoraufnahmeabschnitt eines Gehäuses und ein Aufnehmen auf beiden Seiten eines Trennabschnitts des Gehäuses eines ersten Leistungshalbleitermoduls und eines zweiten Leistungshalbleitermoduls, die jeweils einen Eingangsanschluss oder einen Ausgangsanschluss, der von einer Oberfläche vorsteht, besitzen, in einen Halbleitermodulaufnahmeabschnitt des Gehäuses, der mit dem Trennabschnitt versehen ist, und ein Anordnen an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls eines Verbindungselements, in dem ein Harzabschnitt und ein Verbindungsleiter einteilig vorgesehen sind, enthält und der Verbindungsleiter einen Kondensatorverbindungsabschnitt, der mit dem Kondensator verbunden ist, aufweist und einen ersten Anschlussabschnitt, der vom Harzabschnitt freigelegt ist und mit dem Anschluss des ersten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, und einen zweiten Anschlussabschnitt, der mit dem Anschluss des zweiten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, aufweist. Der Trennabschnitt ist mit einem vorstehenden Abschnitt, der zur Verbindungselementseite weiter als die eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls vorsteht, versehen und ist an das Verbindungselement thermisch gekoppelt und das Anordnen das Verbindungselement an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls enthält ein Anordnen des vorstehenden Abschnitts zwischen einem ersten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der erste Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und einem zweiten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und ein thermisches Koppeln des vorstehenden Abschnitts an das Verbindungselement.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine räumliche Entfernung und einen Kriechweg zwischen einem aus einem Harzabschnitt eines Verbindungselements freigelegten Abschnitt und einem Leistungshalbleitermodul groß gestaltet werden und kann ein Temperaturanstieg eines Kondensators niedergehalten werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schaltplans einer Leistungsumsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[2] 2 ist eine perspektivische Außenansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 2 veranschaulicht ist.
[4] 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem ein Kondensatormodul, ein Leistungshalbleitermodul und eine Formsammelschiene in einem Gehäuse, das in 3 veranschaulicht ist, untergebracht sind.
[5] 5 ist eine Querschnittansicht, die entlang der Linie V-V der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 2 veranschaulicht ist, genommen wurde.
[6] 6 ist eine Querschnittansicht eines Teilbereichs der Linie VI-VI der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 5 veranschaulicht ist.
[7] 7(A) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Umfangs eines Anschlussabschnitts des Leistungshalbleitermoduls, das in 5 veranschaulicht ist, und 7(B) ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Schaltung, die in ein Leistungshalbleitermodul 30 einbezogen ist, veranschaulicht.
[8] 8 ist eine Draufsicht von 4 auf das Gehäuse.
[9] 9(A) ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs IXa in 8 und 9(B) ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung von Anschlüssen des Leistungshalbleitermoduls 30 und Anschlussabschnitten von Sammelschienen in einem Bereich IXb in 9(A) veranschaulicht.
[10] 10 veranschaulicht einen Hauptteil von 6 und ist ein Diagramm zum Erläutern einer räumlichen Entfernung und eines Kriechwegs in der vorliegenden Ausführungsform.
[11] 11 veranschaulicht einen Hauptteil von 9(A) und ist ein Diagramm zum Erläutern einer Position in einer Ebene eines vorstehenden Abschnitts des Leistungshalbleitermoduls.
[12] 12 ist eine Draufsicht einer Montagestruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung und eines Motorgenerators.
[13] 13 ist eine Querschnittansicht, die entlang der Linie XIII-XIII von 12 genommen wurde.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Leistungsumsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schaltplans der Leistungsumsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auf ein Hybridfahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug angewendet werden. Ferner ist die Leistungsumsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs wie z. B. eines Personenkraftwagens oder eines Lastwagens geeignet und kann auch auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung außer diesen, z. B. eine Leistungsumsetzungsvorrichtung für einen elektrischen Zug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug oder dergleichen, eine Industrieleistungsumsetzungsvorrichtung, die als eine Steuervorrichtung für einen Elektromotor, der eine Fertigungsanlage antreibt, verwendet wird, oder eine Hausleistungsumsetzungsvorrichtung, die als eine Steuervorrichtung für einen Elektromotor, der ein Haus-Photovoltaikleistungserzeugungssystem oder elektrische Haushaltsgeräte antreibt, verwendet wird, angewendet werden.
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 enthält eine Wechselrichtervorrichtung 140 und ein Kondensatormodul 500 zum Glätten. Eine Batterie 136 ist mit der Wechselrichtervorrichtung 140 elektrisch verbunden. Das Kondensatormodul 500, das zwischen der Batterie 136 und der Wechselrichtervorrichtung 140 vorgesehen ist, glättet den Gleichstrom. Das Kondensatormodul 500 zum Glätten besitzt einen positivseitigen Kondensatoranschluss 506 und einen negativseitigen Kondensatoranschluss 504. Das Kondensatormodul 500 zum Glätten ist mittels eines Gleichstromverbinders 138 mit der Batterie 136 elektrisch verbunden. Die Wechselrichtervorrichtung 140 ist mittels eines positivseitigen Gleichstromanschlusses 314 mit dem positivseitigen Kondensatoranschluss 506 verbunden und ist mittels eines negativseitigen Gleichstromanschlusses 316 mit dem negativseitigen Kondensatoranschluss 504 verbunden.
Die Wechselrichtervorrichtung 140 enthält eine Wechselrichterschaltung 144 und eine Steuereinheit 170. Die Steuereinheit 170 enthält eine Treiberschaltung 174, die die Wechselrichterschaltung 144 antreibt und steuert, und eine Steuerschaltung 172, die ein Steuersignal mittels einer Signalleitung 176 zur Treiberschaltung 174 liefert. Ein Motorgenerator 192 ist mit einer Ausgangsseite der Wechselrichtervorrichtung 140 verbunden.
In der Wechselrichterschaltung 144 ist eine Reihenschaltung eines oberen und eines unteren Zweigs 150, die einen IGBT 328 und eine Diode 156, die als ein oberer Zweig arbeiten, und einen IGBT 330 und eine Diode 166, die als ein unterer Zweig arbeiten, enthält, für drei Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase), die Phasenwicklungen einer Ankerwicklung des Motorgenerators 192 entsprechen, vorgesehen. Hier ist IGBT eine Abkürzung eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate. Jede der Reihenschaltungen eines oberen und eines unteren Zweigs 150 besitzt einen Wechselstromanschluss 159, der mit einem Mittelpunktsabschnitt (einer Zwischenelektrode 169) der Reihenschaltung eines oberen und eines unteren Zweigs 150 verbunden ist. Der Wechselstromanschluss 159 ist durch einen ausgangsseitigen Wechselstromverbindungsleiter 231 mit einem Wechselstromverbinder 188 verbunden. Ferner ist der Wechselstromverbinder 188 durch einen Relais-Wechselstromverbindungsleiter 241 mit dem Motorgenerator 192 verbunden.
Eine Kollektorelektrode 153 des IGBT 328 des oberen Zweigs ist mittels eines positiven Elektrodenanschlusses 157 durch einen positivseitigen Gleichstromverbindungsleiter 221 mit dem positivseitigen Kondensatoranschluss 506 des Kondensatormoduls 500 elektrisch verbunden. Eine Emitterelektrode des IGBT 330 des unteren Zweigs ist mittels eines negativen Elektrodenanschlusses 158 durch einen negativseitigen Gleichstromverbindungsleiter 211 mit dem negativseitigen Kondensatoranschluss 504 des Kondensatormoduls 500 elektrisch verbunden.
Die Steuereinheit 170 enthält eine Treiberschaltung 174, die die Wechselrichterschaltung 144 antreibt und steuert, und eine Steuerschaltung 172, die ein Steuersignal mittels einer Signalleitung 176 zur Treiberschaltung 174 liefert. Der IGBT 328 und der IGBT 330 arbeiten in Reaktion auf ein Ansteuersignal, das von der Steuereinheit 170 ausgeben wird, und wandeln eine Gleichstromleistung, die von der Batterie 136 geliefert wird, in eine Dreiphasenwechselstromleistung um. Die umgewandelte Leistung wird zu einer Ankerwicklung des Motorgenerators 192 geliefert.
Der IGBT 328 enthält die Kollektorelektrode 153, eine Gate-Elektrode 154 und eine Signalemitterelektrode 155. Der IGBT 330 enthält eine Kollektorelektrode 163, eine Signalemitterelektrode 165 und eine Gate-Elektrode 164. Die Diode 156 ist zum IGBT 328 elektrisch parallelgeschaltet. Die Diode 166 ist zum IGBT 330 elektrisch parallelgeschaltet. Als ein Leistungshalbleiterelement zum Schalten kann ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet werden. Allerdings sind in diesem Fall die Diode 156 und die Diode 166 unnötig.
Die Steuerschaltung 172 enthält einen Mikrocomputer (der im Folgenden als „Mikrocomputer“ beschrieben wird) zum Berechnen eines Schaltzeitpunkts der IGBTs 328 und 330. Ein Drehmomentsollwert, der für den Motorgenerator 192 erforderlich ist, ein Stromwert, der von der Reihenschaltung eines oberen und eines unteren Zweigs 150 zur Ankerwicklung des Motorgenerators 192 geliefert wird, und eine Magnetpolposition eines Rotors des Motorgenerators 192 werden als Eingabeinformationen in den Mikrocomputer eingegeben. Der Drehmomentsollwert verwendet ein Anweisungssignal, das von einer übergeordneten Steuervorrichtung (die nicht gezeigt ist) ausgeben wird, als Grundlage. Der aktuelle Wert wird auf der Grundlage eines Detektionssignals, das von einem Stromsensor 180 mittels einer Signalleitung 182 ausgeben wird, detektiert. Die Magnetpolposition wird auf der Grundlage eines Detektionssignals detektiert, das von einem Drehmagnetpolsensor (der nicht gezeigt ist), der im Motorgenerator 192 vorgesehen ist, ausgeben wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall, in dem Stromwerte von drei Phasen detektiert werden, als Beispiel beschrieben. Allerdings können Stromwerte von zwei Phasen detektiert werden.
2 ist eine perspektivische Außenansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 2 veranschaulicht ist.
Wie in 2 veranschaulicht ist, besitzt die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 eine im Wesentlichen rechteckige parallelepipedförmige Einhausung, die eine Abdeckung 251, ein Gehäuse 252 und eine Wasserpfadabdeckung 253 enthält. Jede der Abdeckung 251, des Gehäuses 252 und der Wasserpfadabdeckung 253 ist aus Metall wie z. B. einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Wie in 3 veranschaulicht ist, sind sechs Leistungshalbleitermodule 30, das Kondensatormodul 500, eine Formsammelschiene 40, ein Metallelement 50, eine Steuerleiterplatte 70, eine Platinenbasis 81, der Stromsensor 180 und ein Wechselstromanschlusselement 60 in einem Raum untergebracht, der durch die Abdeckung 251 und das Gehäuse 252 gebildet ist. Im Gehäuse 252 sind ein Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601, der die sechs Leistungshalbleitermodule 30 aufnimmt, und ein Kondensatormodulaufnahmeabschnitt 602, der das Kondensatormodul 500 aufnimmt, gebildet. Im Gehäuse 252 ist ein Strömungsweg (der nicht gezeigt ist) zum Kühlen der sechs Leistungshalbleitermodule 30, die im Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 untergebracht sind, gebildet und das Gehäuse 252 besitzt eine Funktion als ein Strömungswegbildungskörper.
Die Wasserpfadabdeckung 253 deckt eine Unterseite auf der der Seite der Abdeckung 251 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 252 ab und ist am Gehäuse 252 in einer wasserdichten Weise angebracht. Eine Ein-/Ausgabe-Leitung (die nicht gezeigt ist) ist in die Wasserpfadabdeckung 253 eingesetzt und ein Kältemittel wie z. B. Kühlwasser wird über die Wasserpfadabdeckung 253 zum Strömungsweg des Gehäuses 252 geliefert.
Der Stromsensor 180 und das Wechselstromanschlusselement 60 sind an der Stirnflächenseite einer Seitenfläche der Abdeckung 251 angebracht.
Jedes der Leistungshalbleitermodule 30 besitzt ein Modulgehäuse 31 (siehe 6) und einen Anschlussabschnitt 33 (siehe 7) und ein Dichtungsmaterial 82 (siehe auch 6) ist um den Außenumfang des Modulgehäuses 31 gewickelt. Das Metallelement 50 ist über sämtlichen Leistungshalbleitermodulen 30 angeordnet. Das Metallelement 50 ist mit sechs Öffnungen 51 versehen, durch die die Anschlussabschnitte 33 der Leistungshalbleitermodule 30 eingesetzt sind.
Die Formsammelschiene 40 ist an dem Kondensatormodul 500, das im Kondensatormodulaufnahmeabschnitt 602 des Gehäuses 252 untergebracht ist, und dem Leistungshalbleitermodul 30, das im Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 untergebracht ist, angeordnet. Die Formsammelschiene 40 enthält eine große Anzahl von Verbindungsanschlussabschnitten 270 (siehe 9).
Die Steuerleiterplatte 70 ist auf der Innenseite der Abdeckung 251 angeordnet. Ein elektronisches Bauteil, das die Steuereinheit 170, die in 1 veranschaulicht ist, bildet, ist an der Steuerleiterplatte 70 montiert. Die Steuerleiterplatte 70 wird durch die Platinenbasis 81 gehalten. Die Platinenbasis 81 ist an einem Vorsprungsabschnitt, der am Gehäuse 252 vorgesehen ist, durch ein Befestigungselement (das nicht gezeigt ist) befestigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem ein Kondensatormodul, ein Leistungshalbleitermodul und eine Formsammelschiene in dem Gehäuse, das in 3 veranschaulicht ist, untergebracht sind, und 5 ist eine Querschnittansicht, die entlang der Linie V-V der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 2 veranschaulicht ist, genommen wurde. Allerdings sind in 5 die Abdeckung 251, die Steuerleiterplatte 70, die Platinenbasis 81 und das Isolationsmaterial 46, die in 1 veranschaulicht sind, nicht veranschaulicht.
Wie oben beschrieben ist, ist die Formsammelschiene 40 durch das Befestigungselement über dem Kondensatormodul 500, das im Gehäuse 252 untergebracht ist, und über dem Leistungshalbleitermodul 30 am Gehäuse 252 befestigt. Das Metallelement 50 ist zwischen dem Leistungshalbleitermodul 30 und der Formsammelschiene 40 angeordnet (siehe 6). Das Kondensatormodul 500 enthält mehrere Kondensatorelemente 501 (in 3 sind zwölf veranschaulicht).
Wie in 5 gezeigt ist, enthält die Formsammelschiene 40 einen Harzabschnitt 44, eine negativseitige Sammelschiene 41, eine positivseitige Sammelschiene 42 und eine wechselstromseitige Sammelschiene 43. Das heißt, die Formsammelschiene 40 ist ein Element, das durch Einspritzgießen unter Verwendung der negativseitigen Sammelschiene 41, der positivseitigen Sammelschiene 42 und der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 als Einsatzelement gebildet ist. Die negativseitige Sammelschiene 41, die positivseitige Sammelschiene 42 und die wechselstromseitige Sammelschiene 43 entsprechen dem negativseitigen Gleichstromverbindungsleiter 211, dem positivseitigen Gleichstromverbindungsleiter 221 bzw. dem ausgangsseitigen Wechselstromverbindungsleiter 231 in 1. Die negativseitige Sammelschiene 41 und die positivseitige Sammelschiene 42 sind mit jedem der Kondensatorelemente 501, die im Kondensatormodulaufnahmeabschnitt 602 untergebracht sind, verbunden. Ferner sind die negativseitige Sammelschiene 41, die positivseitige Sammelschiene 42 und die wechselstromseitige Sammelschiene 43 mit den Anschlussabschnitten 33 der Leistungshalbleitermodule 30 verbunden. Es ist festzuhalten, dass der Anschlussabschnitt 33 mehrere Stromversorgungsanschlüsse und mehrere Signalanschlüsse enthält, die später genau beschrieben werden.
Wie in 5 veranschaulicht ist, sind der Stromsensor 180 und das Wechselstromanschlusselement 60 am Gehäuse 252 angebracht. Eine Relais-Wechselstromsammelschiene 61 (siehe auch 13) ist am Wechselstromanschlusselement 60 angebracht. Die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 entspricht dem Relais-Wechselstromverbindungsleiter 241 von 1. Die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 verläuft in der Nähe des Stromsensors 180 und ist mit der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 verbunden.
Jede der negativseitigen Sammelschiene 41 und der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 besitzt mehrere freigelegte Abschnitte 41a und 43a (siehe 4), die aus dem Harzabschnitt 44 freigelegt sind. Wie in 4 gezeigt ist, ist jeder des freigelegten Abschnitts 41a der negativseitigen Sammelschiene 41 und des freigelegten Abschnitts 43a der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 aus einer Oberseite 44a des Harzabschnitts 44 zur Innenseite ausgespart. Mit anderen Worten liegt eine Lücke zwischen der Oberseite 44a des Harzabschnitts 44 und dem freigelegten Abschnitt 41a der negativseitigen Sammelschiene 41 oder dem freigelegten Abschnitt 43a der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 vor. Dagegen sind die Ober- und die Unterseite der positivseitigen Sammelschiene 42 und eine Unterseite der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 mit dem Harzabschnitt 44 abgedeckt.
7(A) ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Umfangs eines Anschlussabschnitts des Leistungshalbleitermoduls, das in 5 veranschaulicht ist, und 7(B) ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Schaltung, die in das Leistungshalbleitermodul 30 einbezogen ist, veranschaulicht.
Das Leistungshalbleitermodul 30 weist den Anschlussabschnitt 33 auf, der nach außen aus dem Modulgehäuse 31 vorsteht. Der Anschlussabschnitt 33 enthält mehrere Stromversorgungsanschlüsse und mehrere Signalanschlüsse, die unten beschrieben sind.
Wie in 7(B) veranschaulicht ist, bezieht das Leistungshalbleitermodul 30 zwei der IGBTs 328 und 330 und zwei der Dioden 156 und 166 ein. Der IGBT 328 und die Diode 156 bilden eine Schaltung eines oberen Zweigs. Der IGBT 330 und die Diode 166 bilden eine Schaltung eines unteren Zweigs.
Ein positivseitiger Gleichstromanschluss 101 ist mit der Kollektorelektrode 153 des IGBT 328 und der Kathodenelektrode der Diode 156 verbunden. Ein negativseitiger Gleichstromanschluss 103 ist mit der Emitterelektrode 165 des IGBT 330 und der Anodenelektrode der Diode 166 verbunden. Der positivseitige Gleichstromanschluss 101 ist derart gebildet, dass er als Abzweiganschlüsse 101a und 101b in zwei verzweigt ist, und ist im Leistungshalbleitermodul 30 elektrisch verbunden. Der negativseitige Gleichstromanschluss 103 ist derart gebildet, dass er als Abzweiganschlüsse 103a und 103b in zwei verzweigt ist, und ist im Leistungshalbleitermodul 30 elektrisch verbunden.
Mit einem Verbindungspunkt, bei dem die Emitterelektrode 155 des IGBT 328 und die Kollektorelektrode 163 des IGBT 330 verbunden sind, ist ein Verbindungspunkt der Anodenelektrode der Diode 156 und der Kathodenelektrode der Diode 166 verbunden und ist außerdem ein Wechselstromausgangsanschluss 102 verbunden.
Die Gate-Elektroden 154 und 164 der IGBTs 328 und 330 sind mit den Gate-Anschlüssen 111 bzw. 121 als Signalanschlüsse verbunden und die Emitterelektroden 155 und 165 der IGBTs 328 und 330 sind mit den Emitteranschlüssen 112 bzw. 122 als Signalanschlüsse verbunden.
Die Gate-Anschlüsse 111 und 121 und die Emitteranschlüsse 112 und 122 sind mit der Steuereinheit 170 verbunden (siehe 1).
Es ist festzuhalten, dass in 7(A) vier Signalanschlüsse 113 und 123 bis 125, die in 7(B) nicht veranschaulicht sind, Anschlüsse für Sensorsignale zum Detektieren eines Überstroms und einer Übertemperatur der IGBTs 328 und 330 sind.
6 ist eine Querschnittansicht eines Teilbereichs der Linie VI-VI der Leistungsumsetzungsvorrichtung, die in 5 veranschaulicht ist.
Das Gehäuse 252 ist mit einem Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 versehen, der das Leistungshalbleitermodul 30 aufnimmt. Im Gehäuse 252 ist im Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 ein Trennabschnitt 252b vorgesehen. Das Leistungshalbleitermodul 30 ist auf beiden Seiten des Trennabschnitts 252b des Halbleitermodulaufnahmeabschnitts 601 untergebracht. Das Leistungshalbleitermodul 30 enthält das Modulgehäuse 31, das aus Metall, das mehrere Wärmeabfuhrlamellen 31a besitzt, hergestellt ist. Im Modulgehäuse 31 ist ein Bestandteil 32 elektronischer Komponenten untergebracht, in dem die IGBTs 328 und 330 und die Dioden 156 und 166 (6 veranschaulicht lediglich den IGBT 328) durch Harz integriert sind. Ferner ist im Modulgehäuse 31 eine Anschlussanordnung 34 untergebracht, die den Anschlussabschnitt 33, der in 7 veranschaulicht ist, aufweist. Der Bestandteil 32 elektronischer Komponenten und die Anschlussanordnung 34 sind im Modulgehäuse 31 durch Harz 36, mit dem das Modulgehäuse 31 gefüllt ist, befestigt.
Das Metallelement 50 ist auf dem Leistungshalbleitermodul 30 angeordnet. Das Metallelement 50 ist durch ein Befestigungselement (das nicht gezeigt ist) am Gehäuse 252 befestigt und drückt und befestigt das Leistungshalbleitermodul 30 gegen die Wasserpfadabdeckung 253, die an einem Bodenabschnitt des Gehäuses 252 befestigt ist. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, ist das Metallelement 50 bevorzugt derart gebildet, dass es eine geriffelte Querschnittform besitzt, um Elastizität aufzuweisen, und derart, dass bewirkt wird, dass es das Leistungshalbleitermodul 30 mit der Federkraft des Metallelements 50 gegen die Wasserpfadabdeckung 253 drückt.
Es ist festzuhalten, dass auch eine Struktur, in der das Leistungshalbleitermodul 30 am Bodenabschnitt des Gehäuses 252 gehalten wird, eingesetzt werden kann.
Ein Strömungsweg, durch den Kältemittel wie z. B. Kühlwasser strömt, ist im Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601, in den das Leistungshalbleitermodul 30 aufgenommen ist, gebildet. Das Dichtungsmaterial 82 ist zwischen dem Modulgehäuse 31 und dem Gehäuse 252 angeordnet und das Modulgehäuse 31 und das Gehäuse 252 besitzen eine wasserdichte Struktur.
Die Formsammelschiene 40 ist über dem Metallelement 50 mit einer Lücke vom Metallelement 50 angeordnet. Das heißt, ein Raum ist zwischen dem Metallelement 50 und der Formsammelschiene 40 vorgesehen.
Der Anschlussabschnitt 33 des Leistungshalbleitermoduls 30 ist durch die Öffnung 51 des Metallelements 50 eingesetzt und verläuft nach oben. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, sind die Gate-Anschlüsse 111 und 121, die Emitteranschlüsse 112 und 122 und die Signalanschlüsse 113 und 123 bis 125, die Signalanschlüsse des Anschlussabschnitts 33 sind, mit einer Verdrahtung (die nicht gezeigt ist), die auf der Steuerleiterplatte 70 mittels der Platinenbasis 81 vorgesehen ist, verbunden. Der positivseitige Gleichstromanschluss 101 und der negativseitige Gleichstromanschluss 103, die Stromversorgungsanschlüsse sind, und der Wechselstromausgangsanschluss 102, der ein Ausgangsanschluss ist, des Anschlussabschnitts 33 sind mit der Formsammelschiene 40 verbunden.
8 ist eine Draufsicht von 4 auf das Gehäuse, 9(A) ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs IXa von 8 und 9(B) ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls 30 und des Anschlussabschnitts der Sammelschienen in einem Bereich lXb von 9(A) zeigt.
Wie in 8 veranschaulicht ist, sind die Leistungshalbleitermodule 30 mit dem Trennabschnitt 252b (siehe 6) des Gehäuses 252 zwischen ihnen eingeklemmt einander zugewandt als Paar angeordnet und sind drei Halbleitermodulpaare im Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 untergebracht.
Die negativseitige Sammelschiene 41 besitzt einen Hauptkörperabschnitt 261, der sich auf dem Kondensatormodul 500 erstreckt, und einen Ausdehnungsabschnitt 262, der sich zwischen den Leistungshalbleitermodulen 30 jedes Paares der Leistungshalbleitermodule 30 erstreckt. Die Elemente eines Paares der Leistungshalbleitermodule 30 sind nahe zueinander angeordnet und eine Entfernung zwischen den Elementen eines Paares der Leistungshalbleitermodule 30 ist klein. Aus diesem Grund ist die Breite des Ausdehnungsabschnitts 262 (die Länge in der Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung) kleiner als die Breite des Hauptkörperabschnitts 261.
Obwohl es nicht veranschaulicht ist, besitzt die positivseitige Sammelschiene 42 eine ähnliche Konfiguration und enthält einen Hauptkörperabschnitt, der sich auf dem Kondensatormodul 500 erstreckt, und einen Ausdehnungsabschnitt, der sich zwischen den Leistungshalbleitermodulen 30 jedes Paares der Leistungshalbleitermodule 30 erstreckt und die Breite besitzt, die kleiner als die des Hauptkörperabschnitts ist.
Ferner enthält die wechselstromseitige Sammelschiene 43 auch einen Ausdehnungsabschnitt 264, der sich zwischen den Leistungshalbleitermodulen 30 jedes Paares der Leistungshalbleitermodule 30 erstreckt, und einen Hauptkörperabschnitt 263, der auf der Außenseite eines Raums zwischen den Leistungshalbleitermodulen 30 jedes Paares der Leistungshalbleitermodule 30 vorgesehen ist.
Wie in 9(A) und 9(B) gezeigt ist, sind zwei Paare negativseitiger Anschlussabschnitte 271 an der negativseitigen Sammelschiene 41 gebildet und sind zwei Paare positivseitiger Anschlussabschnitte 272 an der positivseitigen Sammelschiene 42 gebildet. Zwei Paare der negativseitigen Anschlussabschnitte 271 sind mit den Abzweiganschlüssen 103a und 103b des negativseitigen Gleichstromanschlusses 103 des Leistungshalbleitermoduls 30 z. B. durch Schweißen verbunden. Zwei Paare der positivseitigen Anschlussabschnitte 272 sind mit den Abzweiganschlüssen 101a und 101b des positivseitigen Gleichstromanschlusses 101 des Leistungshalbleitermoduls 30 z. B. durch Schweißen verbunden.
Ferner ist ein Paar wechselstromseitiger Anschlussabschnitte 273 an der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 gebildet. Ein Paar wechselstromseitige Anschlussabschnitte 273 ist mit dem Wechselstromausgangsanschluss 102 des Leistungshalbleitermoduls 30 z. B. durch Schweißen verbunden.
Zwei Paare der negativseitigen Anschlussabschnitte 271, der positivseitigen Anschlussabschnitte 272 und der wechselstromseitigen Anschlussabschnitte 273 bilden den Verbindungsanschlussabschnitt 270 der Formsammelschiene 40. Ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen der Anschlussabschnitte 271, 272 und 273 ist im Isolationsmaterial 46 vorgesehen (siehe 3) und jeder der Anschlussabschnitte 271, 272 und 273 jedes der Verbindungsanschlussabschnitte 270 ist durch das Isolationsmaterial 46 in einem Zustand, in dem es im Aufnahmeraum des Isolationsmaterials 46 untergebracht ist, abgedeckt.
Eine Verbindungsstruktur zwischen der Formsammelschiene 40 und dem Anschlussabschnitt 33 des Leistungshalbleitermoduls 30 wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Im Folgenden wird als ein Repräsentant eine Verbindungsstruktur zwischen der negativseitigen Sammelschiene 41 und dem Abzweiganschluss 103a des negativseitigen Gleichstromanschlusses 103 des Leistungshalbleitermoduls 30 beschrieben. Allerdings wird im Folgenden der Abzweiganschluss 103a einfach als der negativseitige Gleichstromanschluss 103 bezeichnet.
Die negativseitigen Anschlussabschnitte 271 der negativseitigen Sammelschiene 41 sind in einem Endabschnitt in der Breitenrichtung (einer Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung) des Ausdehnungsabschnitts 262 aus dem Harzabschnitt 44 freigelegt und sind in einem Wurzelabschnitt 275 in einer Neigungsrichtung gebogen. Der negativseitige Anschlussabschnitt 271 ist in einem Kopfabschnitt mit dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des Leistungshalbleitermoduls 30 verbunden.
Es ist festzuhalten, dass in der Beschreibung oberhalb die Verbindungsstruktur zwischen dem negativseitigen Anschlussabschnitt 271 der negativseitigen Sammelschiene 41 und dem Abzweiganschluss 103a des negativseitigen Gleichstromanschlusses 103 des Leistungshalbleitermoduls 30 beschrieben ist. Allerdings ist die Verbundstruktur zwischen dem negativseitigen Anschlussabschnitt 271 der negativseitigen Sammelschiene 41 und dem Abzweiganschluss 103b des negativseitigen Gleichstromanschlusses 103 auch dieselbe, die oben beschrieben ist. Ferner sind die Verbindungsstruktur zwischen dem positivseitigen Anschlussabschnitt 272 der positivseitigen Sammelschiene 42 und dem Abzweiganschluss 101a und dem Abzweiganschluss 101b des positivseitigen Gleichstromanschlusses 101 des Leistungshalbleitermoduls 30 und die Verbindungsstruktur zwischen dem wechselstromseitigen Anschlussabschnitt 273 der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 und dem Wechselstromausgangsanschluss 102 des Leistungshalbleitermoduls 30, das in 9(B) gezeigt ist, auch dieselben wie die, die oben beschrieben sind.
Im Trennabschnitt 252b des Gehäuses 252 ist ein vorstehender Abschnitt 281 gebildet, der zur Formsammelschiene 40 weiter als eine Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 vorsteht. Eine Lücke ist zwischen dem Metallelement 50 und der Formsammelschiene 40 vorgesehen und in 6 ist der vorstehende Abschnitt 281 als weiter vorstehend als eine Oberseite des Metallelements 50 veranschaulicht. Allerdings muss der vorstehende Abschnitt 281 nicht weiter vorstehen als die Oberseite des Metallelements 50.
Ein Wärmeleitmaterial 282 wie z. B. ein Wärmeleitfett oder Wärmeleitblech ist zwischen dem vorstehenden Abschnitt 281 und der Formsammelschiene 40 angeordnet und das Gehäuse 252 und die Formsammelschiene 40 sind wärmeleitend gekoppelt, d. h. thermisch gekoppelt. Der vorstehende Abschnitt 281 ist zwischen den Elementen eines Paares der Leistungshalbleitermodule 30, die mit dem Trennabschnitt 252b zwischen ihnen eingeklemmt angeordnet sind, angeordnet. Es ist festzuhalten, dass die thermische Kopplung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 281 und der Formsammelschiene 40 eine Struktur besitzen kann, in der der vorstehende Abschnitt 281 und die Formsammelschiene 40 ohne das zwischen ihnen angeordnete Wärmeleitmaterial 282 in direkten Kontakt miteinander gebracht werden.
11 veranschaulicht einen Hauptteil von 9(A) und ist ein Diagramm zum Erläutern einer Position in einer Ebene des vorstehenden Abschnitts des Leistungshalbleitermoduls.
Wie in 11 veranschaulicht ist, verläuft der vorstehende Abschnitt 281 des Leistungshalbleitermoduls 30 parallel zum Anschlussabschnitt 33 zwischen dem Anschlussabschnitt 33 eines der Leistungshalbleitermodule 30 und dem Anschlussabschnitt 33 des Weiteren der Leistungshalbleitermodule 30 und ist derart angeordnet, dass er in einer Draufsicht mit dem Ausdehnungsabschnitt 262 der negativseitigen Sammelschiene 41 und dem Ausdehnungsabschnitt 264 der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 überlappt.
In der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 besitzt das Leistungshalbleitermodul 30 aufgrund einer Wärmeerzeugung der Leistungshalbleiterelemente wie z. B. der IGBTs 328 und 330 eine hohe Temperatur und ist mittels der Formsammelschiene 40 wärmeleitend zum Kondensatormodul 500. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass die Temperatur der Kondensatorelemente 501 des Kondensatormoduls 500 derart zunimmt, dass sie die Hitzebeständigkeitstemperatur überschreitet.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform besitzt eine Struktur, in der eine räumliche Entfernung und ein Kriechweg zwischen dem Gehäuse 252 und der Formsammelschiene 40 groß gestaltet sind, derart, dass Wärme, die zum Kondensatormodul 500 übertragen wird, niedergehalten werden kann.
Dies wird unten beschrieben.
10 veranschaulicht einen Hauptteil von 6 und ist ein Diagramm zum Erläutern einer räumlichen Entfernung und eines Kriechwegs in der vorliegenden Ausführungsform.
Es ist festzuhalten, dass in 10 das Leistungshalbleitermodul 30 auf der linken Seite als ein erstes Leistungshalbleitermodul 30a bezeichnet wird und das Leistungshalbleitermodul 30 auf der rechten Seite als ein zweites Leistungshalbleitermodul 30b bezeichnet wird.
Der vorstehende Abschnitt 281 ist bei einem oberen Ende des Trennabschnitts 252b des Gehäuses 252 vorgesehen. Eine Oberseite 281a des vorstehenden Abschnitts 281 steht weiter zur Formsammelschiene 40 vor als die Oberseiten 257 des ersten und des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b. Deshalb ist eine räumliche Entfernung Cl zwischen dem Wurzelabschnitt 275, wo der negativseitige Anschlussabschnitt 271 vom Harzabschnitt 44 der Formsammelschiene 40 freigelegt ist, und jedem des ersten und des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30a und 30b größer als die räumliche Entfernung im Falle der Struktur, in der die Formsammelschiene 40 auf der Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 durch den vorstehenden Abschnitt 281, der von der Oberseite 257 jedes des ersten und des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b vorsteht, direkt angeordnet ist.
Ferner ist, wie in 10 veranschaulicht ist, der vorstehende Abschnitt 281, der am Trennabschnitt 252b des Gehäuses 252 vorgesehen ist, zwischen dem ersten Leistungshalbleitermodul 30a und dem zweiten Leistungshalbleitermodul 30b angeordnet. Der Kriechweg ist die Summe einer horizontalen Entfernung entlang einer Unterseite 40a der Formsammelschiene 40 vom vorstehenden Abschnitt 281 zum Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 und einer Entfernung in einer Richtung senkrecht zur horizontalen Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der vorstehende Abschnitt 281 zwischen dem zweiten negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30a und dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b. Deshalb ist die Entfernung in der horizontalen Richtung des Kriechwegs nicht null. Dagegen ist in der Struktur, in der die Formsammelschiene 40 auf der Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 direkt angeordnet ist, die Entfernung in der horizontalen Richtung des Kriechwegs im Wesentlichen null.
Deshalb ist ein Kriechweg Cr1 vom vorstehenden Abschnitt 281 des Gehäuses 252 zum Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30a größer als der Kriechweg im Falle der Struktur, in der die Formsammelschiene 40 auf der Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 direkt angeordnet ist. Ferner ist ein Kriechweg Cr2 vom vorstehenden Abschnitt 281 des Gehäuses 252 zum Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b größer als der Kriechweg im Falle der Struktur, in der die Formsammelschiene 40 auf der Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 direkt angeordnet ist.
Wie oben beschrieben ist, können in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die räumliche Entfernung und der Kriechweg zwischen dem Wurzelabschnitt 275, wo der negativseitige Anschlussabschnitt 271 der Formsammelschiene 40 vom Harzabschnitt 44 freigelegt ist, und dem Leistungshalbleitermodul 30 im Vergleich zu denen in der herkömmlichen Struktur groß gestaltet werden. Aus diesem Grund kann die Wärme, die vom Leistungshalbleitermodul 30 zur Formsammelschiene 40 übertragen wird, verringert werden. Auf diese Weise wird die Wärmemenge, die vom Leistungshalbleitermodul 30 über die Formsammelschiene 40 zum Kondensatorelement 501 übertragen wird, verringert und es kann verhindert werden, dass das Kondensatorelement 501 eine hohe Temperatur aufweist.
Der vorstehende Abschnitt 281 ist bevorzugt in der Nähe des Zentrums zwischen dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30a und dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b angeordnet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Kriechweg Cr1 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 281 des Gehäuses 252 und dem Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30a im Wesentlichen gleich dem Kriechweg Cr2 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 281 des Gehäuses 252 und dem Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b gestaltet werden kann. Allerdings muss, solange der Kriechweg Cr1 und der Kriechweg Cr2 den Kriechweg, der z. B. in der internationalen Norm wie z. B. IEC60243-1 definiert ist, erfüllen, die Position des vorstehenden Abschnitts 281 nicht in der Nähe des Zentrums zwischen dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30a und dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30b liegen.
Ferner ist die Position der Oberseite 281a des vorstehenden Abschnitts 281 bevorzugt derart eingestellt, dass die räumliche Entfernung Cl vom Wurzelabschnitt 275 des negativseitigen Anschlussabschnitts 271 zur Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 auch die räumliche Entfernung, die in der internationalen Norm wie z. B. IEC60243-1 definiert ist, erfüllt.
Es ist festzuhalten, dass in der Beschreibung oberhalb die Verbindungsstruktur zwischen dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des Leistungshalbleitermoduls 30 und dem negativseitigen Anschlussabschnitt 271 der negativseitigen Sammelschiene 41 veranschaulicht ist. Allerdings gilt dasselbe für eine Verbindungsstruktur zwischen dem positivseitigen Gleichstromanschluss 101 des Leistungshalbleitermoduls 30 und dem positivseitigen Anschlussabschnitt 272 der positivseitigen Sammelschiene 42 und eine Verbindungsstruktur zwischen dem wechselstromseitigen Anschlussabschnitt 273 der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 und dem Wechselstromausgangsanschluss 102 des Leistungshalbleitermoduls 30.
12 ist eine Draufsicht einer Montagestruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung und des Motorgenerators und 13 ist eine Querschnittansicht, die entlang der Linie XIII-XIII von 12 genommen wurde. Allerdings ist der Motorgenerator in 12 nicht veranschaulicht. Es ist festzuhalten, dass im Folgenden eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 3 bis 5 vorgenommen wird.
Der Stromsensor 180 und das Wechselstromanschlusselement 60 sind an einem Seitenabschnitt auf der Seite angebracht, auf der das Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 des Gehäuses 252 gebildet ist. Mehrere Relais-Wechselstromsammelschienen 61 sind am Wechselstromanschlusselement 60 angebracht. Die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 entspricht dem Relais-Wechselstromverbindungsleiter 241 von 1.
Die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 ist mit dem Motorgenerator 192 elektrisch verbunden. Die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 ist in der Nähe des Stromsensors 180 eingesetzt und mit der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 verbunden. Das Wechselstromanschlusselement 60, an dem die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 angebracht ist, ist wärmeleitend an das Gehäuse 252 gekoppelt, d. h. thermisch gekoppelt.
Der Motorgenerator 192 erzeugt, wenn er angetrieben wird, viel Wärme. Die Wärme, die durch den Motorgenerator 192 erzeugt wird, wird mittels der Relais-Wechselstromsammelschiene 61 thermisch zur Formsammelschiene 40 geleitet. Wenn die Temperatur der Relais-Wechselstromsammelschiene 61 hoch ist, wird Wärme mittels der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 geleitet und erreichen elektronische Bauteile in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 wie z. B. dem Kondensatormodul 500 eine hohe Temperatur.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, da die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 an das Gehäuse 252 thermisch gekoppelt ist, die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 durch die Kühlstruktur, zu der das Kältemittel mittels des Gehäuses 252 geliefert wird, gekühlt und es ist möglich, zu verhindern, dass die elektronischen Bauteile in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 wie z. B. das Kondensatormodul 500, das mit der Formsammelschiene 40 verbunden ist, eine hohe Temperatur erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die unten beschriebenen Wirkungen erhalten.
(1) Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 enthält das Kondensatormodul 500, das erste und das zweite Leistungshalbleitermodul 30, das Gehäuse 252, das den Kondensatormodulaufnahmeabschnitt 602 und den Halbleitermodulaufnahmeabschnitt 601 besitzt, und die Formsammelschiene 40, die den Harzabschnitt 44 und die negativseitige Sammelschiene 41 besitzt.
Die negativseitige Sammelschiene 41 enthält einen Kondensatorverbindungsabschnitt, der mit dem Kondensatorelement 501, das das Kondensatormodul 500 bildet, verbunden ist, und den ersten negativseitigen Anschlussabschnitt 271, der mit dem negativseitigen Gleichstromanschluss 103 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30 verbunden ist, und den zweiten negativseitigen Anschlussabschnitt 271, der mit dem negativseitigen Anschlussabschnitt 271 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30 verbunden ist, die vom Harzabschnitt 44 freigelegt sind. Der Trennabschnitt 252b des Gehäuses 252 ist mit dem vorstehenden Abschnitt 281 versehen, der zur Formsammelschiene 40 vorsteht als die Oberseiten 257 des ersten Leistungshalbleitermoduls 30 und des zweiten Leistungshalbleitermoduls 30 und an die Formsammelschiene 40 thermisch gekoppelt ist. Der vorstehende Abschnitt 281 ist zwischen dem Wurzelabschnitt 275 eines freigelegten Abschnitts, wo der erste negativseitige Anschlussabschnitt 271 vom Harzabschnitt 44 freigelegt ist, und dem Wurzelabschnitt 275 eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite negativseitige Anschlussabschnitt 271 vom Harzabschnitt 44 freigelegt ist, angeordnet. Aus diesem Grund ist es möglich, eine räumliche Entfernung und einen Kriechweg vom Wurzelabschnitt 275, wo der negativseitige Anschlussabschnitt 271 vom Harzabschnitt 44 der negativseitigen Sammelschiene 41 freigelegt ist, zum Leistungshalbleitermodul 30 groß zu gestalten. Das heißt, es ist möglich, die räumliche Entfernung und den Kriechweg zwischen dem vom Harzabschnitt 44 der Formsammelschiene 40 freigelegten Abschnitt und dem Leistungshalbleitermodul 30 groß zu gestalten, um den Temperaturanstieg des Kondensators niederzuhalten. Auf diese Weise wird Wärme, die vom Leistungshalbleitermodul 30 zur Formsammelschiene 40 übertragen wird, verringert und es kann verhindert werden, dass das Kondensatorelement 501, das mit der Formsammelschiene 40 verbunden ist, eine hohe Temperatur erreicht.
(2) Ein Raum ist zwischen der Oberseite 257 des Leistungshalbleitermoduls 30 und der Formsammelschiene 40 vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, eine räumliche Entfernung und einen Kriechweg vom Wurzelabschnitt 275, wo der negativseitige Anschlussabschnitt 271 vom Harzabschnitt 44 freigelegt ist, zum Leistungshalbleitermodul 30 groß zu gestalten.
(3) Die Formsammelschiene 40 enthält die wechselstromseitige Sammelschiene 43 und der vorstehende Abschnitt 281 überlappt in einer Draufsicht auf den vorstehenden Abschnitt 281 mit einem Teil der wechselstromseitigen Sammelschiene 43. Wie oben beschrieben ist, ist auch der wechselstromseitige Anschlussabschnitt 273 der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 auf eine zum negativseitigen Anschlussabschnitt 271 der negativseitigen Sammelschiene 41 ähnliche Weise gebildet. Aus diesem Grund wird Wärme, die vom Leistungshalbleitermodul 30 zur wechselstromseitigen Sammelschiene 43 der Formsammelschiene 40 übertragen wird, verringert und es kann verhindert werden, dass das Kondensatorelement 501, das mit der Formsammelschiene 40 verbunden ist, eine hohe Temperatur erreicht.
(4) Ferner ist die Relais-Wechselstromsammelschiene 61, die mit der wechselstromseitigen Sammelschiene 43 verbunden ist, enthalten und die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 ist an das Gehäuse 252 thermisch gekoppelt. Aus diesem Grund wird Wärme, die durch eine externe Vorrichtung wie z. B. den Motorgenerator 192 und dergleichen, der mit der Relais-Wechselstromsammelschiene 61 verbunden ist, erzeugt wird, durch die Kühlstruktur mittels des Gehäuses 252, an das die Relais-Wechselstromsammelschiene 61 thermisch gekoppelt ist, gekühlt und es ist möglich, zu verhindern, dass die elektronischen Bauteile in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 wie z. B. das Kondensatormodul 500, das mit der Formsammelschiene 40 verbunden ist, eine hohe Temperatur erreichen.
Es ist festzuhalten, dass die oben beschriebene Ausführungsform die Formsammelschiene 40 veranschaulicht, wobei die positivseitige und die negativseitige Sammelschiene 42, 41 und die wechselstromseitige Sammelschiene 43 im Harzabschnitt 44 spritzgegossen werden. Allerdings können statt des Einspritzgießens die positivseitige und die negativseitige Sammelschiene 42 und 41 und die wechselstromseitige Sammelschiene 43 durch Befestigungselemente wie z. B. eine Schraube und einen Stift am Harzabschnitt 44 befestigt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Leistungsumsetzschaltung veranschaulicht, die sechs Leistungshalbleitermodule 30, die eine Funktion als eine Dreiphasenzweigschaltung besitzen, enthält. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auf die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200, die ein Leistungshalbleitermodul 30 oder drei Leistungshalbleitermodule 30 enthält, angewendet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Wechselrichtervorrichtung unter Verwendung der IGBTs 328 und 330 als die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 veranschaulicht. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Wechselrichterschaltung unter Verwendung eines Thyristors, eines Gate-Ausschaltthyristors (GT0) oder dergleichen statt der IGBTs 328 und 330 angewendet werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Wechselrichtervorrichtung beschränkt, die eine Gleichstrom/WechselstromUmsetzung durchführt, und kann auch auf weitere Leistungsumsetzungsvorrichtungen wie z. B. einen Matrixumsetzer, der eine Wechselstromumsetzung durchführt, angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Weitere Modi, die als im Umfang des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung erachtet werden, sind auch im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

30: Leistungshalbleitermodul
30a: Erstes Leistungshalbleitermodul
30b: Zweites Leistungshalbleitermodul
40: Formsammelschiene (Verbindungselement)
41: Negativseitige Sammelschiene (Verbindungsleiter)
42: Positivseitige Sammelschiene (Verbindungsleiter)
43: Wechselstromseitige Sammelschiene (Verbindungsleiter)
44: Harzabschnitt
50: Metallelement
200: Leistungsumsetzungsvorrichtung
211: Negativseitiger Gleichstromverbindungsleiter
221: Positivseitiger Gleichstromverbindungsleiter
231: Ausgangsseitiger Wechselstromverbindungsleiter
241: Relais-Wechselstromverbindungsleiter
252: Gehäuse
252b: Trennabschnitt
257: Oberseite (eine Oberfläche)
271: Negativseitiger Anschlussabschnitt
272: Positivseitiger Anschlussabschnitt
273: Wechselstromseitiger Anschlussabschnitt
275: Wurzelabschnitt
281: Vorstehender Abschnitt
500: Kondensatormodul
501: Kondensatorelement (Kondensator)
601: Halbleitermodulaufnahmeabschnitt
602: Kondensatormodulaufnahmeabschnitt
Cl: Räumliche Entfernung
Cr1: Kriechweg
Cr2: Kriechweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014171343 A [0004]

Claims

Leistungsumsetzungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Kondensator; ein erstes Leistungshalbleitermodul und ein zweites Leistungshalbleitermodul, die jeweils einen Eingangsanschluss oder einen Ausgangsanschluss besitzen, der von einer Oberfläche vorsteht; ein Gehäuse, das einen Kondensatoraufnahmeabschnitt, der den Kondensator aufnimmt, einen Halbleitermodulaufnahmeabschnitt, der das erste Leistungshalbleitermodul und das zweite Leistungshalbleitermodul aufnimmt, und einen Trennabschnitt, der zwischen dem ersten Leistungshalbleitermodul und dem zweiten Leistungshalbleitermodul vorgesehen ist, enthält; und ein Verbindungselement, in dem ein Harzabschnitt und ein Verbindungsleiter einteilig vorgesehen sind und das an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist, wobei der Verbindungsleiter einen Kondensatorverbindungsabschnitt, der mit dem Kondensator verbunden ist, einen ersten Anschlussabschnitt, der vom Harzabschnitt freigelegt ist und mit dem Anschluss des ersten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, und einen zweiten Anschlussabschnitt, der mit dem Anschluss des zweiten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, enthält, der Trennabschnitt des Gehäuses mit einem vorstehenden Abschnitt versehen ist, der zum Verbindungselement weiter als die eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls vorsteht und an das Verbindungselement thermisch gekoppelt ist, und der vorstehende Abschnitt an das Verbindungselement thermisch gekoppelt ist und zwischen einem ersten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der erste Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und einem zweiten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls und dem Verbindungselement ein Raum vorgesehen ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: ein Metallelement, das an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls vorgesehen ist, wobei der Raum zwischen dem Metallelement und dem Verbindungselement vorgesehen ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsleiter einen positivseitigen Gleichstromverbindungsleiter und einen negativseitigen Gleichstromverbindungsleiter enthält und der vorstehende Abschnitt in einer Draufsicht auf den vorstehenden Abschnitt mit einem Teil des positivseitigen Gleichstromverbindungsleiters oder einem Teil des negativseitigen Gleichstromverbindungsleiters überlappt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsleiter einen ausgangsseitigen Wechselstromverbindungsleiter enthält und der vorstehende Abschnitt in einer Draufsicht auf den vorstehenden Abschnitt mit einem Teil des ausgangsseitigen Wechselstromverbindungsleiters überlappt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner Folgendes umfasst: einen Relais-Wechselstromverbindungsleiter, der mit dem ausgangsseitigen Wechselstromverbindungsleiter verbunden ist, wobei der Relais-Wechselstromverbindungsleiter an das Gehäuse thermisch gekoppelt ist.
Herstellungsverfahren einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes umfasst: Aufnehmen eines Kondensators in einen Kondensatoraufnahmeabschnitt eines Gehäuses und Aufnehmen auf beiden Seiten eines Trennabschnitts des Gehäuses eines ersten Leistungshalbleitermoduls und eines zweiten Leistungshalbleitermoduls, die jeweils einen Eingangsanschluss oder einen Ausgangsanschluss besitzen, der von einer Oberfläche in einem Halbleitermodulaufnahmeabschnitt des Gehäuses, das mit dem Trennabschnitt versehen ist, vorsteht; und Anordnen an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls eines Verbindungselements, wobei ein Harzabschnitt und ein Verbindungsleiter einteilig vorgesehen sind und der Verbindungsleiter einen Kondensatorverbindungsabschnitt, der mit dem Kondensator verbunden ist, besitzt und einen ersten Anschlussabschnitt, der vom Harzabschnitt freigelegt ist und mit dem Anschluss des ersten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, und einen zweiten Anschlussabschnitt, der mit dem Anschluss des zweiten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, besitzt, wobei der Trennabschnitt mit einem vorstehenden Abschnitt versehen ist, der zum Verbindungselement weiter als die eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls vorsteht und an das Verbindungselement thermisch gekoppelt ist, und das Anordnen das Verbindungselement an der einen Oberfläche des ersten Leistungshalbleitermoduls und des zweiten Leistungshalbleitermoduls ein Anordnen des vorstehenden Abschnitts zwischen einem ersten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der erste Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und einem zweiten Wurzelabschnitt eines freigelegten Abschnitts, wo der zweite Anschlussabschnitt vom Harzabschnitt freigelegt ist, und ein thermisches Koppeln des vorstehenden Abschnitts an das Verbindungselement enthält.