專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將輸入電力變換為規(guī)定的電力進(jìn)行輸出的電力變換裝置， 特別是涉及在混合動(dòng)力電車中使用的用于進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
以往，為了驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電車等中使用的電動(dòng)機(jī)，使用了電力變換裝 置。電力變換裝置具有大電流流過的功率半導(dǎo)體，發(fā)熱大。因此，有效冷 卻電力變換裝置是重要的。在專利文獻(xiàn)l (特開2002-270748號(hào)公報(bào))中公開，在基板上，隔著 樹脂絕緣層連接內(nèi)部具有流通路的導(dǎo)體構(gòu)件，將該導(dǎo)體構(gòu)件作為電路圖案 的導(dǎo)體，在其上焊接了功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體模塊。此外，公開了各導(dǎo) 體構(gòu)件的流通路由絕緣配管連接，在絕緣配管中流通冷卻水而構(gòu)成的電力 變換裝置。[專利文獻(xiàn)l]特開2002-270748號(hào)公報(bào)可是，專利文獻(xiàn)l (特開2002-270748號(hào)公報(bào))中公開的電力變換裝 置，在基板之上設(shè)置各導(dǎo)體構(gòu)件，在各導(dǎo)體構(gòu)件之上配置各功率半導(dǎo)體元 件。因此，在這樣的結(jié)構(gòu)中，無法實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化。此外，特 別是關(guān)于裝配性的提高，沒有下任何工夫。進(jìn)而，冷卻控制基板和電容器 等電子部件的自由度低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于謀求電力變換裝置的小型化，并且提高電力變換裝 置的裝配性，提高電子部件冷卻的自由度。為了解決所述的課題，本發(fā)明的電力變換裝置的代表之一包括具有第一開關(guān)元件的第一功率半導(dǎo)體模塊；具有第二開關(guān)元件的第二功率半導(dǎo) 體模塊；具有用于冷卻所述第一功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通的第一通 路，并搭載所述第一功率半導(dǎo)體模塊的第一冷卻套；具有用于冷卻所述第 二功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通的第二通路，并搭載所述第二功率半導(dǎo)體 模塊的第二冷卻套；夾在所述第一冷卻套和所述第二冷卻套之間配置的電 子部件；用于連接所述第一冷卻套的所述第一通路和所述第二冷卻套的所 述第二通路的通路連接構(gòu)件。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能提供提高裝配性的電力變換裝置。此外，能謀求電力 變換裝置的小型化。此外，能提高電子部件冷卻的自由度。


圖1是使用本發(fā)明的電力變換裝置的代表性的混合動(dòng)力電車的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的電力變換裝置的代表性的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖3是實(shí)施例1的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。 圖4是從實(shí)施例1的電力變換裝置之上觀察的截面結(jié)構(gòu)圖。 圖5是通路連接構(gòu)件和冷卻套的連接部的分解放大圖。 圖6是實(shí)施例2的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。 圖7是本發(fā)明的電力變換裝置中內(nèi)置的DC-DC轉(zhuǎn)換器的放大結(jié)構(gòu)圖。 圖8是實(shí)施例4的電力變換裝置的截面結(jié)構(gòu)圖。 圖9是實(shí)施例3的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。 圖10是本發(fā)明的電力變換裝置中使用的代表性的功率半導(dǎo)體模塊的 構(gòu)造圖。符號(hào)的說明；100—電力變換裝置；101—功率半導(dǎo)體模塊；102—電容器模塊；201 一柵極基板；205—冷卻套；215—入口部；216—出口部；222—散熱片； 230—DC匯流條；240—通路連接構(gòu)件；244—控制基板；245—散熱板； 250—盒體；252—0型環(huán)；260—蓋；270—DC-DC轉(zhuǎn)換器；272—電抗器; 280—斜板。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。 (混合動(dòng)力汽車系統(tǒng))圖l表示代表性的混合動(dòng)力電車l的結(jié)構(gòu)。此外，圖2表示電力變換 裝置100、 300的電路結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的混合動(dòng)力電車(以下，稱作"HEV") l是一個(gè)電動(dòng)車輛， 具有2個(gè)車輛驅(qū)動(dòng)用系統(tǒng)。其一是將內(nèi)燃機(jī)即發(fā)動(dòng)機(jī)10作為動(dòng)力源的發(fā) 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主要作為HEV的驅(qū)動(dòng)源使用。另一個(gè)是將電動(dòng)發(fā) 電機(jī)30、 40作為動(dòng)力源的車載電機(jī)系統(tǒng)。車載電機(jī)系統(tǒng)主要作為HEV的 驅(qū)動(dòng)源和HEV的電力產(chǎn)生源使用。在車體(省略圖示)的前部可旋轉(zhuǎn)地軸支承前輪車軸3。在前輪車軸 3的兩端設(shè)置1對(duì)前輪2。在車體的后部可旋轉(zhuǎn)地軸支承后輪車軸(省略 圖示)。在后輪車軸的兩端設(shè)置1對(duì)后輪(省略圖示)。在本實(shí)施例的HEV 中，采用了由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的主輪設(shè)為前輪2，跟隨旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)輪設(shè)為后輪的 所謂的前輪驅(qū)動(dòng)方式，但是也可以與之相反，即采用后輪驅(qū)動(dòng)方式。在前輪車軸3的中央部設(shè)置前輪側(cè)差速齒輪(以下記述為"前輪側(cè) DEF")4。前輪車軸3與前輪側(cè)DEF4的輸出側(cè)機(jī)械地連接。在前輪側(cè)DEF4 的輸入側(cè)機(jī)械地連接變速器20的輸出軸。前輪側(cè)DEF4是將由變速器20 變速而傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力分配到左右的前輪車軸3的差動(dòng)式動(dòng)力分配機(jī) 構(gòu)。在變速器20的輸入側(cè)機(jī)械地連接電動(dòng)發(fā)電機(jī)30的輸出側(cè)。在電動(dòng)發(fā) 電機(jī)30的輸入側(cè)通過動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)50機(jī)械地連接發(fā)動(dòng)機(jī)10的輸出側(cè)和 電動(dòng)發(fā)電機(jī)40的輸出側(cè)。再有，電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40和動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)50收納在變速器20的盒 體的內(nèi)部。動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)50是由齒輪51 58構(gòu)成的差動(dòng)機(jī)構(gòu)。齒輪53 56是 錐齒輪，齒輪51、 52、 57、 58是正齒輪。電動(dòng)發(fā)電機(jī)30的動(dòng)力直接傳遞 給變速器20。電動(dòng)發(fā)電機(jī)30的軸與齒輪57為同軸。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對(duì)電動(dòng) 發(fā)電機(jī)30沒有驅(qū)動(dòng)電力的供給時(shí)，傳遞給齒輪57的動(dòng)力原封不動(dòng)傳遞到 變速器20的輸入側(cè)。如果通過發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作驅(qū)動(dòng)齒輪51，發(fā)動(dòng)機(jī)IO的動(dòng)力就從齒輪51到齒輪52，接著從齒輪52到齒輪54和齒輪56，接著 從齒輪54和齒輪56分別傳遞到齒輪58，最終傳遞給齒輪57。如果通過 電動(dòng)發(fā)電機(jī)40的工作驅(qū)動(dòng)齒輪53，電動(dòng)發(fā)電機(jī)40的旋轉(zhuǎn)就從齒輪53到 齒輪54和齒輪56，接著從齒輪54和齒輪56分別傳遞到齒輪58，最終傳 遞給齒輪57。再有，作為動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)50，也可以代替所述差動(dòng)機(jī)構(gòu)，使用行星齒 輪機(jī)構(gòu)等其他機(jī)構(gòu)。電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40是在轉(zhuǎn)子上具有永磁鐵的同步機(jī)，對(duì)定子的電樞 線圈31、 41供給的交流電力由電力變換裝置100、 300控制，由此控制驅(qū) 動(dòng)。在電力變換裝置IOO、 300上電連接電池60，在電池60和電力變換裝 置IOO、 300相互間能進(jìn)行電力的授受。在本實(shí)施例中，具有由電動(dòng)發(fā)電機(jī)30和電力變換裝置100構(gòu)成的第 一電動(dòng)發(fā)電單元、由電動(dòng)發(fā)電機(jī)40和電力變換裝置300構(gòu)成的第二電動(dòng) 發(fā)電單元這2個(gè)發(fā)電單元，按照運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，分開使用它們。g卩，通過來自 發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，在輔助車輛的驅(qū)動(dòng)扭矩時(shí)，將第二電動(dòng)發(fā) 電單元作為發(fā)電單元，通過發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力工作而發(fā)電，通過由該發(fā)電 取得的電力，使第一電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元工作。此外，在同樣的時(shí) 候，輔助車輛的車速的時(shí)候，將第一電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元，通過發(fā) 動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力工作而發(fā)電，通過由該發(fā)電取得的電力，使第二電動(dòng)發(fā)電 單元作為電動(dòng)單元工作。此外，在本實(shí)施例中，通過電池60的電力，使第一電動(dòng)發(fā)電單元作 為電動(dòng)單元工作，只通過電動(dòng)發(fā)電機(jī)30的動(dòng)力，就能驅(qū)動(dòng)車輛。進(jìn)而，在本實(shí)施例中，將第一電動(dòng)發(fā)電單元或第二電動(dòng)發(fā)電單元作為 發(fā)電單元，通過來自發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力或來自車輪的動(dòng)力工作而發(fā)電，能 進(jìn)行電池60的充電。(電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu))下面，參照?qǐng)D2說明電力變換裝置100、 300的電路結(jié)構(gòu)。再有，在本實(shí)施例中，以分別獨(dú)立地構(gòu)成電力變換裝置100、 300的 情形為例進(jìn)行說明，但是也可以將電力變換裝置100、 300匯總為一個(gè)， 作為一個(gè)變換裝置單元而構(gòu)成。另外，在本實(shí)施例中，為了容易區(qū)別電力系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)，電力系統(tǒng) 用實(shí)線圖示，信號(hào)系統(tǒng)用虛線圖示。電力變換裝置100、 300具有功率半導(dǎo)體模塊101、電容器模塊102 和控制裝置103。功率半導(dǎo)體模塊101構(gòu)成電力變換用主電路，具有多個(gè)開關(guān)用功率半 導(dǎo)體元件。多個(gè)開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件接收從控制裝置103輸出的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)而工作，將從電池60供給的直流電力變換為三相交流電力。變換后的電力提供給電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40的電樞線圈31、 41。電力變 換用主電路由三相橋接電路構(gòu)成，三相的串聯(lián)電路分別在電池60的正極 側(cè)和負(fù)極側(cè)之間電性并聯(lián)。串聯(lián)電路也稱作支路，由上支路側(cè)的開關(guān)用功 率半導(dǎo)體元件和下支路側(cè)的開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件構(gòu)成。在本實(shí)施例中，作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，使用IGBT (絕緣柵極 雙極型晶體管)111。 IGBT111具有集電極、發(fā)射極、柵極這3個(gè)電極。 在IGBTlll的集電極和發(fā)射極之間電連接有二極管112。 二極管112具有 陰極和陽極這2個(gè)電極，從IGBT111的發(fā)射極向集電極的方向成為順方向 地在IGBTlll的集電極上電連接陰極，在IGBTlll的發(fā)射極上電連接陽 極。作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，也可以代替IGBTlll，使用MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管)。MOSFET具有漏極、源極和柵極 這3個(gè)電極。再有，MOSFET在源極和漏極之間具有從漏極向源極的方向成為順方 向的寄生二極管。因此，沒必要如IGBT那樣設(shè)置外帶的二極管112。與電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40的電樞線圈31、 41的各相線圈對(duì)應(yīng)，設(shè)置三相 (合計(jì)6支路)的支路。上支路側(cè)的IGBTlll的發(fā)射極和下支路側(cè)的 IGBTlll的集電極通過中間電極120電串聯(lián)，由此分別構(gòu)成三個(gè)相。各相 的上支路側(cè)的IGBTlll的集電極通過正極側(cè)電極130與電容器模塊102 的正極側(cè)電容器電極171電連接。此外，各相的下支路側(cè)的IGBTlll的發(fā) 射極通過負(fù)極側(cè)電極140與電容器模塊102的負(fù)極側(cè)電容器電極172電連 接。位于各支路的中點(diǎn)部分(上支路側(cè)的IGBTlll的發(fā)射極和下支路側(cè)的IGBTlll的集電極的連接部分)的中間電極120與電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40的 電樞線圈31、 41的對(duì)應(yīng)的相線圈電連接。在本實(shí)施例中，雖然后面詳細(xì) 描述，但是在此，l相(2支路)由一個(gè)電路裝置(半導(dǎo)體裝置)110構(gòu)成。 電容器模塊102用于將由于IGBT111的開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的直流電壓的 變動(dòng)平滑化。在電容器模塊102的正極側(cè)電容器電極171上電連接電池60 的正極側(cè)。此外，在電容器模塊102的負(fù)極側(cè)電容器電極172上電連接電 池60的負(fù)極側(cè)。由此，電容器模塊102在功率半導(dǎo)體模塊101的直流側(cè) (輸入側(cè))和電池60之間，相對(duì)于功率半導(dǎo)體模塊101的直流側(cè)(三相 各自的正極側(cè)電極130和負(fù)極側(cè)電極140之間)和電池60，分別電并聯(lián)連 接。
控制裝置103用于使IGBTlll工作，具有根據(jù)來自其他控制裝置或 傳感器等的輸入信息，生成用于控制IGBTlll的開關(guān)定時(shí)的定時(shí)信號(hào)的控 制電路；根據(jù)從控制電路輸出的定時(shí)信號(hào)，生成用于使IGBTlll開關(guān)動(dòng)作 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路。
控制電路由微型運(yùn)算機(jī)(以下稱作"微機(jī)")構(gòu)成。微機(jī)中，作為輸 入信息，輸入有對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40要求的目標(biāo)扭矩值、從功率半導(dǎo)體 模塊101對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40的電樞線圈31、 41供給的電流值、電動(dòng)發(fā) 電機(jī)30、 40的轉(zhuǎn)子的磁極裝置。
目標(biāo)扭矩值是基于從上級(jí)控制裝置輸出的指令信號(hào)的值。電流值是根 據(jù)從電流傳感器194輸出的檢測信號(hào)而檢測出的值。磁極位置是根據(jù)從設(shè) 置在電動(dòng)發(fā)電機(jī)30、 40上的旋轉(zhuǎn)磁極傳感器32、 42輸出的檢測信號(hào)而檢 測出的值。在本實(shí)施例中，以檢測2相的電流值的情形為例進(jìn)行說明，但 是也可以檢測三相的電流值。
微機(jī)根據(jù)目標(biāo)扭矩值，運(yùn)算d、 q軸的電流指令值，根據(jù)該運(yùn)算出的d、 q軸的電流指令值和檢測出的d、 q軸的電流值的差量，運(yùn)算d、 q軸的電 壓指令值，根據(jù)檢測出的磁極位置，將該運(yùn)算出的d、 q軸的電壓指令值 變換為U相、V相、W相的電壓指令值。然后，微機(jī)根據(jù)基于U相、V 相、W相的電壓指令值的基波(正弦波)和載波(三角波)的比較，生成 脈沖狀的調(diào)制波，將該生成的調(diào)制波作為PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)輸 出給驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路而言，與各相的上下支路對(duì)應(yīng)，從微機(jī)輸出6個(gè)PWM信號(hào)。作為從微機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)，也可以使用矩形波信號(hào)等 其他信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)電路由將多個(gè)電路部件集成為一個(gè)的集成電路即所謂的IC -(Integrated Circuit)構(gòu)成。在本實(shí)施例中，以相對(duì)于各相的上下支路分別 設(shè)置1個(gè)IC的情形(linl)為例進(jìn)行說明，但是也可以與各相對(duì)應(yīng)，設(shè)置 1個(gè)IC (2inl)，或者與全部支路對(duì)應(yīng)，設(shè)置1個(gè)IC (6inl)。
驅(qū)動(dòng)電路在驅(qū)動(dòng)下支路時(shí)，放大PWM信號(hào)，將它作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)向?qū)?應(yīng)的下支路的IGBTlll的柵極輸出，在驅(qū)動(dòng)上支路時(shí)，將PWM信號(hào)的基 準(zhǔn)電位的電平移動(dòng)到上支路的基準(zhǔn)電位的電平后，放大PWM信號(hào)，將它 作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)向?qū)?yīng)的上支路的IGBTlll的柵極輸出。由此，各IGBTlll 根據(jù)輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
此外，控制裝置103進(jìn)行異常檢測(過電流、過電壓、過溫度等)， 保護(hù)功率半導(dǎo)體模塊101。因此，在控制裝置103中輸入有感測信息。例 如，從各支路的傳感器引線163對(duì)控制裝置103輸入流到各IGBTlll的發(fā) 射極的電流信息。由此，控制裝置103進(jìn)行過電流檢測，在檢測到過電流 時(shí)，停止對(duì)應(yīng)的IGBTlll的開關(guān)動(dòng)作，保護(hù)對(duì)應(yīng)的IGBTlll免受過電流 的影響。
從設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊101中的溫度傳感器104對(duì)微機(jī)輸入功率半 導(dǎo)體模塊101的溫度信息。此外，對(duì)微機(jī)輸入功率半導(dǎo)體模塊101的直流 正極側(cè)的電壓信息。微機(jī)根據(jù)這些信息，進(jìn)行過溫度檢測和過電壓檢測， 檢測到過溫度或過電壓時(shí)，停止全部的IGBTlll的開關(guān)動(dòng)作，保護(hù)功率半 導(dǎo)體模塊101免受過溫度或過電壓的影響。 (功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu))
圖10是本實(shí)施例的電力變換裝置中使用的代表性的功率半導(dǎo)體模塊 101的構(gòu)造圖。包含半導(dǎo)體芯片(IGBTlll、 二極管112)和其端子的連接 來表示。
功率半導(dǎo)體模塊101在由銅等構(gòu)成的金屬底板944的一方搭載樹脂殼 體946。此外，在樹脂殼體946的內(nèi)部，在金屬底板944上安裝多個(gè)IGBT111 和二極管112。
多個(gè)IGBTlll和二極管112的組為了進(jìn)行PWM控制，分為U相、V
ii相、W相。在本圖中，關(guān)于各支路，以并聯(lián)連接安裝2組的IGBT111和 二極管112。這是為了流通只用單一的半導(dǎo)體芯片無法流過的量的大電流。 此外，關(guān)于各相，安裝有連接在作為直流端子的正極端子側(cè)的上支路、連 接在作為直流端子的負(fù)極端子側(cè)的下支路的2組的IGBT111和二極管112。 因此，在本圖的功率半導(dǎo)體模塊101中，IGBT111和二極管112的組合計(jì) 存在12組。
成為直流端子的正極端子IT1P和負(fù)極端子IT1N在樹脂殼體的內(nèi)部具 有隔著絕緣片948的層疊構(gòu)造。通過具有這樣的層疊構(gòu)造，能降低直流布 線部的電感。
此外，這些直流端子通過接合線950與IGBT111或二極管112電連接。 可是，也能代替接合線950，使用金屬板連接。通過使用金屬板，與使用 接合線950的時(shí)候相比，能一邊維持可靠性， 一邊流過大電流。此外，能 降低布線部的電感。
此外，為了對(duì)功率半導(dǎo)體模塊輸入來自柵極基板的控制信號(hào)，設(shè)置柵 極管腳952。柵極管腳952與各IGBT111的柵極端子連接。
IGBT111和二極管112搭載在氮化鋁(A1N)等的絕緣基板956上。 氮化鋁(A1N)具有良好的熱傳導(dǎo)性，所以優(yōu)選使用。此外，也能代替氮 化鋁(A1N)，使用氮化硅(SiN)。氮化硅(SiN)韌性高，所以能較薄地 形成絕緣基板956。
在絕緣基板956上，在金屬底板944側(cè)，用鍍鎳的銅等形成全面圖案， 在芯片(IGBTlll、 二極管112)側(cè)用鍍鎳的銅等形成布線圖案。在絕緣 基板956的兩面粘貼金屬，從而成為能夠進(jìn)行芯片和金屬底板944的釬焊， 并且用金屬夾著絕緣基板956的多層構(gòu)造。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，防止在溫度變化時(shí)由于熱膨脹系數(shù)的差而引起變 形。采用該多層構(gòu)造的結(jié)果，如果使絕緣基板956變薄，則在開關(guān)時(shí)，按 照芯片952側(cè)的布線圖案中流通的電流變化，在金屬底板944側(cè)的全面圖 案上感應(yīng)的渦電流增多。作為結(jié)果，能降低絕緣基板956上的布線圖案的 寄生電感，有助于功率半導(dǎo)體模塊101的低電感化。
在樹脂殼體946的內(nèi)部設(shè)置硅酮樹脂(沒有圖示)，由硅酮樹脂覆蓋 IGBTlll、 二極管112和接合線950。再有，也能代替硅酮樹脂，使用松香(resin)。通過在其上覆蓋樹脂蓋(沒有圖示)，功率半導(dǎo)體模塊101完 成。在樹脂蓋上搭載后面描述的柵極基板201。
(實(shí)施例1)
圖3表示實(shí)施例1的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。此外，圖4表示本 實(shí)施例的電力變換裝置的從上觀察的截面結(jié)構(gòu)圖。
首先，說明本實(shí)施例的電力變換裝置100的結(jié)構(gòu)。
柵極基板201具有用于驅(qū)動(dòng)控制IGBT或MOSFET等開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng) 電路。
功率半導(dǎo)體模塊101具有多個(gè)開關(guān)元件，這些開關(guān)元件根據(jù)來自柵極 基板201的控制信號(hào)，控制導(dǎo)通和斷開。通過這樣的控制，施加在上支路 的開關(guān)元件和下支路的開關(guān)元件之間的直流電壓向U相、V相、W相的 三相的交流電壓變換。
冷卻套205為了冷卻發(fā)熱量多的開關(guān)元件，具有水等制冷劑流過的通 路。在2個(gè)冷卻套205中的一方上設(shè)置成為來自外部的制冷劑的入口的流 路入口部215，此外在另一方上設(shè)置成為向外部的出口的流路出口部216。
在本實(shí)施例的電力變換裝置100中，柵極基板201、功率半導(dǎo)體模塊 101、冷卻套205分別設(shè)置2個(gè)?？墒?，如果分別具有多個(gè)，就不局限于2 個(gè)，也可以設(shè)置3個(gè)以上。
電容器模塊102組合多個(gè)電容器而構(gòu)成。電容器模塊102具有金屬殼 體220，在該金屬殼體220的內(nèi)部設(shè)置多個(gè)電容器。此外，在金屬殼體220 的表面，在與冷卻套205接觸的接觸部，為了有效地釋放基于電容器模塊 102的發(fā)熱，設(shè)置散熱片222。在本實(shí)施例中，2個(gè)冷卻套205與金屬殼體 220的兩面接觸，所以在金屬殼體220的兩面設(shè)置散熱片222。
DC匯流條(busbar) 230電連接功率半導(dǎo)體模塊101的直流端子(正 極端子和負(fù)極端子)和電容器模塊102的直流端子(正極端子和負(fù)極端子) 之間。連接在正極端子上的正極匯流條和連接在負(fù)極端子上的負(fù)極匯流條 分別采用隔著絕緣體層疊的結(jié)構(gòu)，從而能降低DC匯流條230的電感。
通路連接構(gòu)件240連接2個(gè)冷卻套205的各通路之間。通路連接構(gòu)件 240連接在2個(gè)冷卻套205上，由此完成制冷劑通路。通路連接構(gòu)件240由鋁等金屬形成。特別是為了防止振動(dòng)引起的影響，優(yōu)選用金屬等硬質(zhì)構(gòu) 件形成?？墒牵拱惭b容易性優(yōu)先時(shí)，也能使用作為軟質(zhì)原材料的橡膠管等。
控制基板244具有用于根據(jù)來自外部的上級(jí)控制裝置的指令，對(duì)柵極 基板201傳遞控制信號(hào)的控制電路?？刂苹?44由形成控制電路的印刷 電路板構(gòu)成。此外，為了釋放控制電路的發(fā)熱，根據(jù)需要，具有由鋁等金 屬構(gòu)成的散熱板245。這時(shí)，成為在散熱板245上搭載安裝了控制電路的 印刷電路板的二層構(gòu)造。
盒體250由鋁等金屬構(gòu)成，柵極基板201、功率半導(dǎo)體模塊IOI、冷 卻套205、通路連接構(gòu)件240、 DC匯流條230及控制基板244的各構(gòu)成要 素收納在該盒體250的內(nèi)部。此外，蓋260由鋁等金屬構(gòu)成，固定在盒體 250上。
下面，說明本實(shí)施例的電力變換裝置100的裝配方法。 首先，將柵極基板201搭載在功率半導(dǎo)體模塊101上。這時(shí)，功率半 導(dǎo)體模塊101的柵極管腳952與柵極基板201的控制信號(hào)輸出部電連接。 將搭載了柵極基板201的功率半導(dǎo)體模塊101搭載在冷卻套205上。 盡管在冷卻套205上形成有制冷劑的通路，但是在搭載功率半導(dǎo)體模塊 101之前，通路未完成。即，成為搭載功率半導(dǎo)體模塊101的側(cè)面向外部 露出的狀態(tài)。因此，通過在冷卻套205上搭載功率半導(dǎo)體模塊101，露出 部由功率半導(dǎo)體模塊101覆蓋，完成通路。在本實(shí)施例中，具有采用了上 述構(gòu)造的直接冷卻構(gòu)造，但是并不特別局限于此，也可以使用具有單獨(dú)完
成通路的構(gòu)造的冷卻套。
此外，功率半導(dǎo)體模塊101和冷卻套205之間由O型環(huán)252 (參照?qǐng)D
5)密封?？墒?，密封方法并不局限于此，也可以由液狀密封材料或焊接
等進(jìn)行密封。
在電容器模塊102的金屬殼體220的兩面設(shè)置散熱片222。隔著該散 熱片222，使2個(gè)冷卻套205與金屬殼體220的兩面接觸。冷卻套205具 有支柱228，夾入位于上下的支柱228而收納電容器模塊102。這時(shí)，冷 卻套205和電容器模塊102的金屬殼體220之間由多個(gè)螺釘固定。可是， 固定方法并不局限于此，也可以代替螺釘緊固，通過焊接等固定。其結(jié)果，2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊101設(shè)置成，各功率半導(dǎo)體模塊101上 設(shè)置的開關(guān)元件的主面大致平行。即，通過縱向配置2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊 101，在其間設(shè)置制冷劑流過的通路和電容器模塊102的結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)電 力變換裝置IOO的小型化。
DC匯流條230配置在電容器模塊102的上部。DC匯流條230具有正 極匯流條和負(fù)極匯流條，分別電連接電容器模塊102的直流端子(正極端 子和負(fù)極端子)和功率半導(dǎo)體模塊101的直流端子(正極端子和負(fù)極端子) 之間。這些匯流條和端子的連接部由螺釘固定。可是，也可以通過焊接等 方法固定。
接著，將通路連接構(gòu)件240連接在2個(gè)冷卻套205上。圖5表示通路 連接構(gòu)件240和冷卻套205的連接部的分解放大圖。
通路連接構(gòu)件240在與冷卻套205連接的前端部具有凸緣248。此外， 在通路連接構(gòu)件240和冷卻套205之間存在0型環(huán)252。隔著該0型環(huán) 252，凸緣248與冷卻套205接觸。然后，用螺釘256將凸緣248緊固在 冷卻套205上，從而可靠地固定通路連接構(gòu)件240和冷卻套205。再有， 在本圖中，采用通過螺釘256固定通路連接構(gòu)件240和冷卻套205的結(jié)構(gòu)， 但是也能代替它，通過焊接等固定。
接著，將所述裝配的構(gòu)成部件放入盒體250的內(nèi)部。這些構(gòu)成部件在 盒體250的內(nèi)部由緊固螺釘?shù)裙潭ā?br> 在DC匯流條230的上部，將控制基板244固定在盒體250的內(nèi)部。 控制基板244具有用于將基于控制電路的發(fā)熱釋放的散熱板245，該散熱 板245配置在盒體250的內(nèi)部形成的架部262上。散熱板245和架部262 使用螺釘?shù)裙潭ā?br> 最后，將蓋260通過緊固螺釘固定在盒體250上，從而完成電力變換 裝置100。
根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本實(shí)施例，能實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化，能 提高裝配性。
(實(shí)施例2)
圖6表示實(shí)施例2的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，所以省略關(guān)于與實(shí)施例1相同 的部分的說明。
本實(shí)施例的電力變換裝置在實(shí)施例1的電力變換裝置具有的各構(gòu)成部
件的基礎(chǔ)上，還具有DC-DC轉(zhuǎn)換器270。 DC-DC轉(zhuǎn)換器270為了將規(guī)定 的直流電壓升壓或降壓而設(shè)置。如圖6所示，在DC-DC轉(zhuǎn)換器270上貫 通通路連接構(gòu)件240，成為能有效冷卻來自DC-DC轉(zhuǎn)換器270的發(fā)熱的 結(jié)構(gòu)。
由于DC-DC轉(zhuǎn)換器270也發(fā)熱，所以在電力變換裝置100中內(nèi)置 DC-DC轉(zhuǎn)換器270時(shí)，通過與通路連接構(gòu)件240接觸，能提高DC-DC轉(zhuǎn) 換器270的散熱效率。
圖7表示DC-DC轉(zhuǎn)換器270的放大結(jié)構(gòu)圖。
DC-DC轉(zhuǎn)換器270具有電抗器272、搭載了控制電路的控制電路基板 274。電抗器272由樹脂密封。此外，密封了電抗器272的樹脂具有通過 覆蓋通路連接構(gòu)件240的一部分，與通路連接構(gòu)件240—體化的結(jié)構(gòu)。在 DC-DC轉(zhuǎn)換器270中，因?yàn)閬碜噪娍蛊?72的發(fā)熱大，所以采用由電抗 器272的密封樹脂覆蓋通路連接構(gòu)件的一體結(jié)構(gòu)，在通路連接構(gòu)件240中 能有效冷卻DC-DC轉(zhuǎn)換器270的發(fā)熱。
再有，在本圖中，通路連接構(gòu)件240由樹脂覆蓋，但是并不特別局限 于這樣的構(gòu)造。也可以將DC-DC轉(zhuǎn)換器270原封不動(dòng)地固定在通路連接 構(gòu)件240上。
(實(shí)施例3)
圖9表示實(shí)施例3的電力變換裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。 本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，所以省略關(guān)于與實(shí)施例1相同 的部分的說明。
本實(shí)施例的電力變換裝置100具有斜板280。斜板280具有2個(gè)金屬 板，這2個(gè)金屬板由中央部282固定。以中央部為基準(zhǔn)，2個(gè)金屬板能變 更其間隔地構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，作為加強(qiáng)件使用的斜板280連接在2個(gè)冷卻套205上。 通過使用該斜板280，能提高各構(gòu)成物的固定強(qiáng)度，所以能提高對(duì)振動(dòng)的耐性。本實(shí)施例的電力變換裝置100的裝配方法在直到裝配柵極基板201、 功率半導(dǎo)體模塊101、冷卻套205、 DC匯流條230和通路連接構(gòu)件240與 實(shí)施例l相同。安裝了上述構(gòu)成要素后，通過緊固螺釘?shù)葘⑿卑?80固定在2個(gè)冷卻 套205上。然后，放入盒體250的內(nèi)部，搭載具有散熱板245的控制基板 244，將蓋260固定在盒體250上的方面與實(shí)施例1相同。根據(jù)本實(shí)施例的電力變換裝置，能實(shí)現(xiàn)小型化和提高裝配性，進(jìn)而能 提高耐振性。(實(shí)施例4)圖8表示實(shí)施例4的電力變換裝置的截面結(jié)構(gòu)圖。成為從具有制冷劑 的入口部215和制冷劑的出口部216的側(cè)面觀察，透視了電力變換裝置100 的內(nèi)部的圖。這里，省略關(guān)于與上述實(shí)施例相同的部分的說明，只說明與 上述實(shí)施例不同的部分。在本實(shí)施例中，作為在2個(gè)冷卻套205之間配置的電子部件，代替電 容器模塊102，采用了 DC-DC轉(zhuǎn)換器270。由支柱228支承的DC-DC轉(zhuǎn)換器270具有在其相對(duì)的兩面，用2個(gè) 冷卻套205夾入的結(jié)構(gòu)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能更有效地冷卻DC-DC轉(zhuǎn)換 器270。電容器模塊102在夾著DC-DC轉(zhuǎn)換器270的冷卻套205的上方，配 置在盒體250中設(shè)置的架部261上。從功率半導(dǎo)體模塊101的上部延伸的 DC匯流條230向配置電容器模塊102的上方延伸，與電容器模塊102電 連接。與電容器模塊102相比，更優(yōu)先DC-DC轉(zhuǎn)換器270的散熱效率時(shí)， 更希望采用本實(shí)施例那樣的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)施例的電力變換裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化及提高裝配性，并且 能提高電子部件冷卻的自由度。以上，根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明的內(nèi)容，但是本發(fā)明的范圍并不 特別局限于此，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想范圍的范圍內(nèi)能適宜變更。例如，在上述實(shí)施例中，通過縱向配置2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊，實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化，但是也可以代替它，采用橫向配置2個(gè)功率半導(dǎo)體 模塊，在同一平面上配置2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)。此外，在上述實(shí)施例中，說明了作為配置在2個(gè)冷卻套之間的電子部 件，采用電容器模塊或者DC-DC轉(zhuǎn)換器的情形。但是，也可以代替它， 在2個(gè)冷卻套之間配置其它電子部件。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，包括具有第一開關(guān)元件的第一功率半導(dǎo)體模塊；具有第二開關(guān)元件的第二功率半導(dǎo)體模塊；第一冷卻套，其具有用于冷卻所述第一功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通的第一通路，并搭載有所述第一功率半導(dǎo)體模塊；第二冷卻套，其具有用于冷卻所述第二功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通的第二通路，并搭載有所述第二功率半導(dǎo)體模塊；夾在所述第一冷卻套和所述第二冷卻套之間配置的電子部件；用于連接所述第一冷卻套的所述第一通路和所述第二冷卻套的所述第二通路的通路連接構(gòu)件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于 所述電子部件是電容器模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于 所述電容器模塊具有多個(gè)電容器，所述多個(gè)電容器的正極端子及負(fù)極端子分別與外部直流電源的正極 端子及負(fù)極端子連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于還具有DC匯流條，該DC匯流條用于電連接所述第一功率半導(dǎo)體模 塊及所述第二功率半導(dǎo)體模塊與所述電容器模塊之間， 所述DC匯流條搭載在所述電容器模塊上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于 還具有控制基板，該控制基板搭載有用于控制所述第一開關(guān)元件及所述第二開關(guān)元件的控制電路，所述控制基板配置在所述DC匯流條上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于 所述控制基板包括金屬板、搭載在該金屬板上并且形成有所述控制電路的印刷電路板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于 還具有盒體，所述控制基板的所述金屬板與所述盒體連接，由此向該盒體釋放基于 所述控制電路的發(fā)熱。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于 所述電容器模塊由金屬殼體在其周圍包圍，在與所述第一冷卻套接觸的接觸面，在所述金屬殼體上設(shè)置有散熱片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于還具有DC-DC轉(zhuǎn)換器，所述通路連接構(gòu)件貫通所述DC-DC轉(zhuǎn)換器而配置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于 所述DC-DC轉(zhuǎn)換器具有電抗器， 所述電抗器由樹脂密封，密封了所述電抗器的所述樹脂覆蓋所述通路連接構(gòu)件的一部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于所述第一冷卻套上設(shè)置有在所述第一通路中流通的制冷劑的入口部， 所述第二冷卻套上設(shè)置有在所述第二通路中流通的制冷劑的出口部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于所述電子部件是DC-DC轉(zhuǎn)換器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于還具有電容器模塊，在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器和所述電容器模塊之間設(shè)置有DC匯流條，該 DC匯流條用于連接所述第一功率半導(dǎo)體模塊及所述第二功率半導(dǎo)體模塊 的直流端子與該電容器模塊的直流端子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于 所述第一開關(guān)元件的主面和所述第二開關(guān)元件的主面相互大致平行地配置。
15. —種電力變換裝置，其特征在于，包括 具有第一開關(guān)元件的第一功率半導(dǎo)體模塊；具有第二開關(guān)元件的第二功率半導(dǎo)體模塊；第一冷卻套，其具有用于冷卻所述第一功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通的第一通路，并搭載有所述第一功率半導(dǎo)體模塊；第二冷卻套，其具有用于冷卻所述第二功率半導(dǎo)體模塊的制冷劑流通 的第二通路，并搭載有所述第二功率半導(dǎo)體模塊；為了連接所述第一冷卻套的所述第一通路和所述第二冷卻套的所述 第二通路而設(shè)置了凸緣的通路連接構(gòu)件；設(shè)置在所述通路連接構(gòu)件與所述第一冷卻套及所述第二冷卻套的連 接部的O型環(huán)，隔著所述0型環(huán)，將所述通路連接構(gòu)件的所述凸緣與所述第一冷卻套 及所述第二冷卻套螺紋緊固。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電力變換裝置，其特征在于-所述第一開關(guān)元件的主面和所述第二開關(guān)元件的主面相互大致平行地配置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電力變換裝置，其特征在于 在所述第一冷卻套與所述第二冷卻套之間配置有具有金屬殼體的電容器模塊。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電力變換裝置，其特征在于所述第一冷卻套及所述第二冷卻套與所述電容器模塊的所述金屬殼 體通過螺釘固定。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電力變換裝置，其特征在于所述通路連接構(gòu)件由金屬構(gòu)件構(gòu)成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電力變換裝置，其特征在于所述通路連接構(gòu)件由橡膠管構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型、提高裝配性且提高電子部件冷卻的自由度的電力變換裝置。本發(fā)明的電力變換裝置(100)包括具有多個(gè)開關(guān)元件的至少2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊(101)；具有用于冷卻多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊(101)的制冷劑通路，并搭載有功率半導(dǎo)體模塊(101)的至少2個(gè)冷卻套(205)；夾在至少2個(gè)冷卻套(205)之間配置的電容器模塊(102)；用于連接設(shè)置在至少2個(gè)冷卻套(205)上的制冷劑通路的通路連接構(gòu)件(240)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101252307SQ20081000406
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月19日
發(fā)明者中村卓義, 中津欣也, 宮崎英樹, 齋藤隆一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所