DE112020003530T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und in einen motor integrierte leistungsumsetzungsvorrichtung - Google Patents

Leistungsumsetzungsvorrichtung und in einen motor integrierte leistungsumsetzungsvorrichtung Download PDF

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Takashi Hirao
Takeshi Tokuyama
Noriyuki Maekawa
Akira Matsushita
Toshiya Satoh
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Abstract

Wärme, die von einem Halbleitermodul zu einem Kondensator über ein Stromschienenmodul übertragen wird, wird nicht in Betracht gezogen. Die durch ein Halbleitermodul (1) erzeugte Wärme wird zu einem Stromschienenmodul (3) über einen Gleichstromanschluss (1A) des Halbleitermoduls (1) übertragen. Wie in Fig. 4(B) dargestellt, wird die zum Stromschienenmodul 3 übertragene Wärme dann zum Presselement 5 über den ringförmigen Leiter 8 und die Schraube 5A übertragen. Da das Presselement 5 mit dem zweiten Kühler 2B in engem Kontakt steht, wird die zum Presselement 5 übertragene Wärme durch den zweiten Kühler 2B gekühlt. Andererseits wird die zum konvexen Abschnitt 6A des Gehäuses 6 übertragene Wärme zum ersten Kühler 2A über das Gehäuse 6 übertragen und gekühlt. Folglich kann in der Konfiguration, in der ein Kondensator (4) mit dem Halbleitermodul (1) über das Stromschienenmodul (3) verbunden ist, die vom Halbleitermodul (1) zum Kondensator (4) übertragene Wärme unterdrückt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und eine in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung wie z. B. ein Wechselrichter oder ein Umsetzer führt eine Leistungsumsetzung zwischen Gleichstromleistung und Wechselstromleistung durch die Schaltoperationen von mehreren Halbleiterelementen durch. In einer solchen Leistungsumsetzungsvorrichtung ist ein Kondensator, der den Strom glättet, der von einer Gleichstromleistungsversorgung zu einem Halbleitermodul zugeführt wird, mit dem Halbleitermodul über ein Stromschienenmodul elektrisch verbunden. Aufgrund einer Verkleinerung der Leistungsumsetzungsvorrichtung liegen das Halbleitermodul und der Kondensator nahe beieinander und Wärme wird vom Halbleitermodul zum Kondensator über die Stromschiene geleitet.
  • PTL 1 offenbart eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, in der ein Halbleiteranschluss eines Halbleitermoduls und ein Kondensatoranschluss eines Kondensators in direkten Kontakt miteinander gebracht sind und mit einem Kühler in Wärmekontakt gebracht sind.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2010-252460 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der in PTL 1 beschriebenen Vorrichtung wird Wärme, die vom Halbleitermodul zum Kondensator über das Stromschienenmodul übertragen wird, nicht berücksichtigt.
  • Lösung für das Problem
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Halbleitermodul, das ein Halbleiterelement beinhaltet; einen Kühler, der das Halbleitermodul kühlt; ein Presselement, das den Kühler gegen das Halbleitermodul presst; ein Stromschienenmodul, in dem eine Stromschiene, die das Halbleitermodul und einen Kondensator elektrisch verbindet, mit einem Isolationselement abgedichtet ist; und ein Gehäuse, das das Halbleitermodul, den Kühler und das Stromschienenmodul aufnimmt, wobei ein Teil des Stromschienenmoduls mit dem Presselement und einem Teil des Gehäuses in Kontakt steht.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Wärme, die vom Halbleitermodul zum Kondensator über das Stromschienenmodul übertragen wird, zu unterdrücken.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in auseinandergezogener Anordnung.
    • [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [3] 3 ist eine Draufsicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [4(A) und 4(B)] 4(A) und 4(B) sind Querschnittsansichten der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [5] 5 ist eine Draufsicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • [6(A) und 6(B)] 6(A) und 6(B) sind Querschnittsansichten der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • [7] 7 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • [8] 8 ist eine Querschnittsansicht einer in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
    • [9] 9 ist eine Querschnittsansicht einer in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend i mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen sind Beispiele zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung und sind wegen der Deutlichkeit der Beschreibung gegebenenfalls vereinfacht und mit Auslassungen. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden. Wenn nicht anders angegeben, kann jede Komponente Singular oder Plural sein.
  • Einige von Positionen, Größen, Formen, Bereichen und dergleichen der Komponenten, die in den Zeichnungen dargestellt sind, können wegen der Erleichterung des Verständnisses der Erfindung nicht tatsächliche Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen darstellen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen, die in den Zeichnungen offenbart sind, begrenzt.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in auseinandergezogener Anordnung. Wie in 1 dargestellt, steht ein erster Kühler 2A mit einer Oberfläche eines Halbleitermoduls 1 in Kontakt und ein zweiter Kühler 2B steht mit der anderen Oberfläche des Halbleitermoduls 1 in Kontakt. Das Halbleitermodul 1 beinhaltet ein Halbleiterelement wie z. B. einen IGBT unter Verwendung von Silizium (Si, Silizium) als Basismaterial oder einen MOSFET unter Verwendung von Siliziumcarbid (SiC) als Basismaterial. Der erste Kühler 2A und der zweite Kühler 2B bilden jeweils einen Pfad, durch den ein Kühlfluid (z. B. langlebiges Kühlmittel) strömt, und bestehen aus Aluminium oder Harz. Der erste Kühler 2A und der zweite Kühler 2B, die auf beiden Oberflächen des Halbleitermoduls 1 angeordnet sind, kühlen das Halbleitermodul 1, das durch die Schaltoperation des Halbleiterelements Wärme erzeugt hat.
  • Ein Anschluss des Halbleitermoduls 1 ist mit dem Anschluss verbunden, der mit einer Stromschiene in einem Stromschienenmodul 3 verbunden ist. Das Stromschienenmodul 3 ist ein Modul, in dem eine Stromschiene mit einem Isolationselement abgedichtet ist.
  • Die Stromschiene ist ein plattenartiger Leiter für eine elektrische Verdrahtung und Kupfer oder Aluminium wird für die Stromschiene verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Stromschiene für die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 1 und einem Kondensator 4 verwendet. Das Isolationselement ist ein Element wie z. B. ein Harz, das Stromschienen mit verschiedenen Potentialen voneinander isoliert.
  • Der Kondensator 4 liegt benachbart zum Halbleitermodul 1 und ist in 1 unter dem Stromschienenmodul 3 installiert. Der Kondensator 4 ist ein Element zum Glätten von Spannungswelligkeiten, die durch Umschalten des Halbleiterelements verursacht werden. Ein Filmkondensator oder ein elektrolytischer Kondensator wird als Kondensator 4 verwendet.
  • Ein Presselement 5 ist auf der Oberfläche (oberen Oberfläche in 1) des zweiten Kühlers 2B entgegengesetzt zur Oberfläche, die mit dem Halbleitermodul 1 in Kontakt steht, vorgesehen, um den zweiten Kühler 2B zu bedecken. Das Presselement 5 ist ein Element zum Pressen und Fixieren des Halbleitermoduls 1, des ersten Kühlers 2A und des zweiten Kühlers 2B gegen ein Gehäuse 6 und besteht aus Aluminium, Eisen oder dergleichen, Im Presselement 5 sind insgesamt acht vorstehende Abschnitte, die einteilig mit dem Presselement 5 ausgebildet sind, auf der Seite des Stromschienenmoduls 3 und der entgegengesetzten Seite ausgebildet. Das Presselement 5 ist an einem Teil des Gehäuses 6 durch Schrauben 5A und 5B an den vorstehenden Abschnitten fixiert.
  • Das Gehäuse 6 nimmt das Halbleitermodul 1, den ersten Kühler 2A, den zweiten Kühler 2B, das Stromschienenmodul 3, den Kondensator 4 und das Presselement 5 auf. Konvexe Abschnitte 6A und 6B sind am Boden des Gehäuses 6 als Ausrichtung der aufzubewahrenden Komponenten und als Aufnahmeabschnitte der Schrauben 5A und 5B vorgesehen. Die konvexen Abschnitte 6A und 6B können einteilig mit dem Gehäuse 6 vorgesehen sein oder können separat vorgesehen sein und bilden in beiden Fällen einen Teil des Gehäuses 6. Das Material des Gehäuses 6 und der konvexen Abschnitte 6A und 6B ist Aluminium mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 2 dargestellt, nimmt das Gehäuse 6 das Halbleitermodul 1, den ersten Kühler 2A, den zweiten Kühler 2B, das Stromschienenmodul 3, den Kondensator 4 und das Presselement 5 auf. Das Gehäuse 6 ist mit einem Deckel versehen, der den oberen Abschnitt des Gehäuses 6 bedeckt, ist jedoch nicht dargestellt.
  • Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 setzt Gleichstromleistung und Wechselstromleistung durch die Schaltoperationen von mehreren Halbleiterelementen im Halbleitermodul 1 und die Operation des Kondensators 4 oder dergleichen, der Spannungswelligkeiten glättet, die das Umschalten der Halbleiterelemente begleiten, gegenseitig um.
  • 3 ist eine Draufsicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dieselben Abschnitte wie jene in 1 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Halbleitermodule 1 enthalten. Jedes der Halbleitermodule umfasst zwei Gleichstromanschlüsse 1A und einen Wechselstromanschluss 1B. Die zwei Gleichstromanschlüsse 1A sind jeweils mit einer Stromschiene der negativen Elektrode und einer Stromschiene der positiven Elektrode im Stromschienenmodul 3 verbunden und sind ferner mit dem Kondensator 4 über die jeweiligen Stromschienen verbunden. Der Wechselstromanschluss 1B ist mit einem Motor verbunden, der außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 vorgesehen ist. Die Leistungsversorgungsanschlüsse 3A, die von der positiven und negativen Stromschiene herausgeführt sind, sind mit einer Gleichstromleistungsversorgung verbunden, die außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 vorgesehen ist.
  • 4(A) ist eine Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 und ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X', die in 3 dargestellt ist. 4(B) ist eine Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 und ist ein Querschnitt entlang der Linie Y-Y', die in 3 dargestellt ist.
  • Wie in 4(A) dargestellt, ist der Gleichstromanschluss 1A des Halbleitermoduls 1 mit einer Stromschiene 31 im Stromschienenmodul 3 verbunden. Ein Isolationselement 32 in dem Stromschienenmodul 3 isoliert die Stromschienen 31 mit unterschiedlichen Potentialen.
  • Wie in 4(B) dargestellt, ist das Presselement 5 an den konvexen Abschnitten 6A und 6B des Gehäuses 6 durch Schrauben 5A und 5B fixiert. Folglich presst das Presselement 5 den zweiten Kühler 2B, das Halbleitermodul 1 und den ersten Kühler 2A gegen das Gehäuse 6. Ferner fügt das Presselement 5 das Stromschienenmodul 3 zwischen das Presselement 5 und den konvexen Abschnitt 6A des Gehäuses 6 ein. Das heißt, ein Teil des Stromschienenmoduls 3 ist zwischen einen Teil des Gehäuses 6 und das Presselement eingefügt. Ein ringförmiger Leiter 8 ist um die Schraube 5A in dem eingefügten Stromschienenmodul 3 angeordnet. Obwohl ein Beispiel, in dem ein Teil des Stromschienenmoduls 3 zwischen einen Teil des Gehäuses 6 und das Presselement 5 eingefügt ist, beschrieben wurde, reicht es aus, dass ein Teil des Stromschienenmoduls 3 mit einem Teil des Gehäuses 6 und dem Presselement 5 in Kontakt steht. Das Stromschienenmodul 3 und das Presselement 5 sind beispielsweise nebeneinander in derselben Ebene angeordnet und eine Endoberfläche 3E des Stromschienenmoduls 3 und eine Endoberfläche 5E des Presselements 5 sind miteinander in Kontakt gebracht. Das Stromschienenmodul 3 und das Presselement 5 sind dann am konvexen Abschnitt 6A des Gehäuses 6 mit der Schraube 5A fixiert.
  • Die durch das Halbleitermodul 1 erzeugte Wärme wird durch den ersten Kühler 2A und den zweiten Kühler 2B gekühlt, wie in 4(A) dargestellt. Ferner wird die durch das Halbleitermodul 1 erzeugte Wärme zum Stromschienenmodul 3 über den Gleichstromanschluss 1A des Halbleitermoduls 1 übertragen. Wie in 4(B) dargestellt, wird die zum Stromschienenmodul 3 übertragene Wärme dann zum Presselement 5 über den ringförmigen Leiter 8 und die Schraube 5A übertragen. Der ringförmige Leiter 8 ist ein Leiter, der in das Stromschienenmodul 3 eingebaut ist und die Schraube 5A aufnimmt. Das Material des ringförmigen Leiters 8 ist Kupfer oder Aluminium. Das Vorsehen des ringförmigen Leiters 8 macht es möglich, den Wärmewiderstand des Schraubenbefestigungsabschnitts zu verringern und daher die Wärmeableitungseigenschaft zu verbessern. Da das Presselement 5 mit dem zweiten Kühler 2B in engem Kontakt steht, wird die zum Presselement 5 übertragene Wärme durch den zweiten Kühler 2B gekühlt. Andererseits wird die zum konvexen Abschnitt 6A des Gehäuses 6 übertragene Wärme zum ersten Kühler 2A über das Gehäuse 6 übertragen und gekühlt.
  • Folglich kann in der Konfiguration, in der der Kondensator 4 mit dem Halbleitermodul 1 über das Stromschienenmodul 3 verbunden ist, die vom Halbleitermodul 1 zum Kondensator 4 über das Stromschienenmodul 3 übertragene Wärme unterdrückt werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben.
  • 5 ist eine Draufsicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dieselben Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 dargestellt, ist die Form eines Presselements 5' von jener der ersten Ausführungsform verschieden und ein Presselement 5' ist so ausgebildet, dass es einen Gleichstromanschluss 1A bedeckt.
  • 6(A) ist eine Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 und ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X', die in 5 dargestellt ist. 6(B) ist eine Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 und ist ein Querschnitt entlang der Linie Y-Y', die in Fig .5 dargestellt ist. Dieselben Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 4(A) und 4(B) dargestellt ist, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • Wie in 6(A) dargestellt, ist das Presselement 5' in einer Form ausgebildet, die den Gleichstromanschluss 1A bedeckt, und steht mit dem Gleichstromanschluss 1A und einem Stromschienenmodul 3 über eine Isolationsplatte 7 in Kontakt. Die Isolationsplatte 7 ist eine wärmeleitfähige Platte mit einer elektrischen Isolationsfunktion.
  • Wie in 6(B) dargestellt, ist das Presselement 5 an konvexen Abschnitten 6A und 6B eines Gehäuses 6 mit Schrauben 5A und 5B fixiert. Ein ringförmiger Leiter 8 ist um die Schraube 5A angeordnet.
  • Die durch das Halbleitermodul 1 erzeugte Wärme wird durch einen ersten Kühler 2A und einen zweiten Kühler 2B gekühlt, wie in 6(A) dargestellt. Ferner wird die durch das Halbleitermodul 1 erzeugte Wärme zum Stromschienenmodul 3 und zur Isolationsplatte 7 über den Gleichstromanschluss 1A des Halbleitermoduls 1 übertragen.
  • Die zur Isolationsplatte 7 übertragene Wärme wird zum zweiten Kühler 2B über das Presselement 5' übertragen und hier gekühlt. Wie in 5(B) dargestellt, wird die zum Stromschienenmodul 3 übertragene Wärme zum Presselement 5' über den ringförmigen Leiter 8 und die Schraube 5A übertragen und durch den zweiten Kühler 2B gekühlt. Andererseits wird die zum konvexen Abschnitt 6A des Gehäuses 6 übertragene Wärme zum ersten Kühler 2A über das Gehäuse 6 übertragen und gekühlt.
  • In der Konfiguration, in der der Kondensator 4 mit dem Halbleitermodul 1 über das Stromschienenmodul 3 verbunden ist, kann folglich die vom Halbleitermodul 1 zum Kondensator 4 über das Stromschienenmodul 3 übertragene Wärme effizienter unterdrückt werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 beschrieben.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und entspricht einem Querschnitt entlang der Linie Y-Y', die in 3 dargestellt ist. Dieselben Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, ist ein wärmeleitfähiges Material 9 zwischen einem Presselement 5 und einem zweiten Kühler 2B vorgesehen. Das wärmeleitfähige Material 9 ist beispielsweise Fett oder eine Wärmeableitungsplatte. Das wärmeleitfähige Material 9 verringert den Kontaktwärmewiderstand zwischen dem Presselement 5 und dem zweiten Kühler 2B. Folglich wird die von einem Stromschienenmodul 3 zum Presselement 5 übertragene Wärme durch den zweiten Kühler 2B effizienter gekühlt. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform nicht nur auf die erste Ausführungsform, sondern auch auf die zweite Ausführungsform angewendet werden kann.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Eine in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung 800 gemäß der vierten Ausführungsform wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht der in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung 800. Wie in 8 dargestellt, ist die in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung 800 derart konfiguriert, dass eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 in einen Motor 20 integriert ist. Es ist zu beachten, dass die in 8 dargestellte Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 einem Querschnitt entlang der in 3 dargestellten Linie Y-Y' entspricht. Dieselben Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • Die in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung 800 umfasst die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 und den Motor 20, der einteilig mit der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 konfiguriert ist und auf der entgegengesetzten Seite zu einem Presselement 5 angeordnet ist, um ein Stromschienenmodul 3, einen ersten Kühler 2A und einen zweiten Kühler 2B mit dem Presselement 5 einzufügen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 setzt eine Gleichstromleistungsversorgung in eine Dreiphasen-Wechselstromleistung um, um den Motor 20 anzutreiben.
  • Der Motor 20 umfasst einen Rotor 21, einen Stator 22, ein Motorgehäuse 23, ein Einlassrohr 24 für ein Kühlmittel W und ein Auslassrohr 25 für das Kühlmittel W.
  • Wenn ein Strom durch den Stator 22 fließt, um den Motor 20 anzutreiben, erzeugt der Stator 22 Wärme. Der Stator 22 wird durch das Kühlmittel W gekühlt, das durch das Motorgehäuse 23 fließt. Der Strömungspfad im Motorgehäuse 23 nahe der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 ist unterbrochen, um die Höhe der ganzen Vorrichtung niedrig zu halten. Folglich besteht eine Möglichkeit, dass die durch den Stator 22 erzeugte Wärme zum Gehäuse 6 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 übertragen wird. In diesem Fall überlappt der Pfad zum Ableiten von Wärme vom Stromschienenmodul 3 zum ersten Kühler 2A auf der Seite des Motors 20 mit dem Wärmeübertragungspfad M vom Stator 22, was zu einer Schwierigkeit beim Ableiten von Wärme führt. Da in der vorliegenden Ausführungsform der Wärmeableitungspfad vom Stromschienenmodul 3 auch im zweiten Kühler 2B auf der entgegengesetzten Seite des Halbleitermoduls 1 zum Motor 20 sichergestellt wird, kann jedoch die Wärmeableitung für das Stromschienenmodul 3 ausreichend erreicht werden. Das heißt, selbst in der in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung 800 ist es möglich, Wärme vom Stromschienenmodul 3 ausreichend abzuleiten, und es ist möglich, Wärme, die zum Kondensator 4 übertragen wird, effizienter zu unterdrücken.
  • Obwohl die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht wurde, kann nicht nur die Leistungsumsetzungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform, sondern auch die in der zweiten Ausführungsform beschriebene Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 oder die in der dritten Ausführungsform beschriebene Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 verwendet werden.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • Eine in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung 900 gemäß der fünften Ausführungsform wird mit Bezug auf 9 beschrieben.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht der in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung 900. Wie in 9 dargestellt, ist die in einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung 900 derart konfiguriert, dass eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 400 in einen Motor 20 integriert ist. Es ist zu beachten, dass die Leistungsumsetzungsvorrichtung 400, die in 9 dargestellt ist, einem Querschnitt entlang der in 3 dargestellten Linie Y-Y' entspricht. Dieselben Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf eine Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • Wie in 9 dargestellt, ist die Leistungsumsetzungsvorrichtung 400 derart konfiguriert, dass ein Wärmeisolationselement 12 zwischen einem Kondensator 4 und einem Gehäuse 6 angeordnet ist und konvexe Abschnitte 6A und 6B des Gehäuses 6, an denen ein Presselement 5 mit Schrauben 5A und 5B befestigt ist, vom Wärmeisolationselement 12 ausgebildet sind. Andere Konfigurationen sind zu jenen der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 ähnlich. Die in der zweiten Ausführungsform beschriebene Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 und die in der dritten Ausführungsform beschriebene Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 können jeweils mit dem Wärmeisolationselement 12 ähnlich zu dem in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 400 beschriebenen versehen sein.
  • Der Motor 20 weist dieselbe Konfiguration wie die in der vierten Ausführungsform beschriebene auf. Dieselben Abschnitte sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf die Beschreibung von ihnen wird verzichtet.
  • Wenn der Wärmewiderstand des Wärmeübertragungspfades von einem Stromschienenmodul 3 zu einem ersten Kühler 2A klein ist, wird die durch das Stromschienenmodul 3 empfangene Wärme leicht zum ersten Kühler 2A abgeleitet. Andererseits wird das Stromschienenmodul 3 leicht durch die durch einen Stator 22 erzeugte Wärme beeinflusst. Folglich ist in der vorliegenden Ausführungsform der Wärmewiderstand zwischen dem ersten Kühler 2A und dem Stromschienenmodul 3 größer gemacht als der Wärmewiderstand zwischen einem zweiten Kühler 2B und dem Stromschienenmodul 3. Folglich wird die durch das Stromschienenmodul 3 empfangene Wärme hauptsächlich zu einem zweiten Kühler 2B abgeleitet. Dies macht es möglich, die Temperatur des Stromschienenmoduls 3 in der in einen Motor integrierten Leistungsumsetzungsvorrichtung 900 weiter zu verringern.
  • Das Anordnen des Wärmeisolationselements 12 im Wärmeübertragungspfad des Stromschienenmoduls 3 vom Stator 22 erhöht den Wärmewiderstand des Pfades. Das Material des Wärmeisolationselements 12 ist ein Harz oder dergleichen.
  • Ferner ist es möglich, die Übertragung von Wärme vom Stator 22 zum Stromschienenmodul 3 über das Presselement 5 durch Vorsehen des Wärmeisolationselements 12 zwischen dem Presselement 5 und dem Gehäuse 6 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 400, insbesondere durch Ausbilden der konvexen Abschnitte 6A und 6B des Gehäuses 6, an denen das Presselement 5 mit den Schrauben 5A und 5B befestigt ist, unter Verwendung des Wärmeisolationselements 12 zu unterdrücken.
  • Ferner kann das Vorsehen des Wärmeisolationselements 12 zwischen dem Motor 20 und dem Kondensator 4 die Wärmeleitung vom Stator 22 zum Kondensator 4 unterdrücken.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die folgenden Betriebseffekte erhalten werden.
    • (1) Jede der Leistungsumsetzungsvorrichtungen 100, 200, 300 und 400 umfasst das Halbleitermodul 1, das das Halbleiterelement beinhaltet, die Kühler 2A und 2B, die das Halbleitermodul 1 kühlen, die Presselemente 5 und 5', die die Kühler 2A und 2B gegen das Halbleitermodul 1 pressen, das Stromschienenmodul 3, in dem die Stromschiene 31, die das Halbleitermodul 1 und den Kondensator 4 elektrisch verbindet, mit dem Isolationselement 32 abgedichtet ist, und das Gehäuse 6, das das Halbleitermodul 1, die Kühler 2A und 2B und das Stromschienenmodul 3 aufnimmt. Ein Teil des Stromschienenmoduls 3 steht mit einem Teil des Gehäuses 6 und den Presselementen 5 und 5' in Kontakt. Dies macht es möglich, die Wärme, die vom Halbleitermodul zum Kondensator über das Stromschienenmodul übertragen wird, zu unterdrücken.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt und andere Formen, die innerhalb des Schutzbereichs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind auch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Außerdem können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitermodul
    1A
    Gleichstromanschluss
    1B
    Wechselstromanschluss
    2A
    erster Kühler
    2B
    zweiter Kühler
    3
    Stromschienenmodul
    3A
    Leistungsversorgungsanschluss
    4
    Kondensator
    5, 5'
    Presselement
    5A, 5B
    Schraube
    6
    Gehäuse
    6A, 6B
    konvexer Abschnitt
    7
    Isolationsplatte
    8
    ringförmiger Leiter
    9
    wärmeleitfähiges Material
    20
    Motor
    21
    Rotor
    22
    Stator
    23
    Motorgehäuse
    24
    Einlassrohr
    25
    Auslassrohr
    31
    Stromschiene
    32
    Isolationselement
    100, 200, 300, 400
    Leistungsumsetzungsvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010252460 A [0004]

Claims (8)

  1. Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: ein Halbleitermodul, das ein Halbleiterelement beinhaltet; einen Kühler, der das Halbleitermodul kühlt; ein Presselement, das den Kühler gegen das Halbleitermodul presst; ein Stromschienenmodul, in dem eine Stromschiene, die das Halbleitermodul und einen Kondensator elektrisch verbindet, mit einem Isolationselement abgedichtet ist; und ein Gehäuse, das das Halbleitermodul, den Kühler und das Stromschienenmodul aufnimmt, wobei ein Teil des Stromschienenmoduls mit dem Presselement und einem Teil des Gehäuses in Kontakt steht.
  2. Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Stromschienenmoduls zwischen einen Teil des Gehäuses und das Presselement eingefügt ist.
  3. Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Presselement mit einem Hauptanschluss des Halbleitermoduls über eine Isolationsplatte in Kontakt steht.
  4. Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühler einen ersten Kühler, der zwischen dem Halbleitermodul und dem Gehäuse angeordnet ist, und einen zweiten Kühler, der zwischen dem Presselement und dem Halbleitermodul angeordnet ist, umfasst.
  5. Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein wärmeleitfähiges Material zwischen dem zweiten Kühler und dem Presselement vorgesehen ist.
  6. In einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: die Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2; und einen Motor, der einteilig mit der Leistungsumsetzungsvorrichtung konfiguriert ist und auf einer entgegengesetzten Seite zum Presselement angeordnet ist, um das Stromschienenmodul und den Kühler mit dem Presselement einzufügen.
  7. In einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kühler einen ersten Kühler, der zwischen dem Halbleitermodul und dem Motor angeordnet ist, und einen zweiten Kühler, der zwischen dem Presselement und dem Halbleitermodul angeordnet ist, umfasst.
  8. In einen Motor integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Wärmewiderstand zwischen dem ersten Kühler und dem Stromschienenmodul größer ist als ein Wärmewiderstand zwischen dem zweiten Kühler und dem Stromschienenmodul.
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