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成規(guī)定的電力后輸出的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
作為有關(guān)電力變換裝置的背景技術(shù)，例如專利文獻(xiàn)1所示的逆變器裝 置已經(jīng)廣為人知。在專利文獻(xiàn)1中公開了一種實(shí)現(xiàn)變換器的小型化的技術(shù)， 其通過基臺作媒介，按照幵關(guān)元件功率模塊、平滑電容器及控制組件的順 序，將它們疊加配置在機(jī)殼內(nèi)。
專利文獻(xiàn)1中具體記載的是制動力的控制技術(shù)。
專利文獻(xiàn)l: JP特開2003 — 199363號公報
近幾年來，對于控制汽車搭載的車輛驅(qū)動用電動機(jī)的驅(qū)動的電力變換 裝置，提出了近一步降低成本的要求。這是為了通過電力變換裝置的低成 本化，實(shí)現(xiàn)車輛搭載的電動驅(qū)動系統(tǒng)的低成本化，使車輛驅(qū)動的電動化更 加普及。從而近一步減少對地球環(huán)境的影響，近一步降低燃料消耗率。
可是，將半導(dǎo)體芯片小型化后，半導(dǎo)體芯片的發(fā)熱就要增加。這樣， 從半導(dǎo)體模塊向電力變換裝置的內(nèi)部排放的熱量增加后，電力變換裝置的 內(nèi)部溫度就要上升。因此，在將包含半導(dǎo)體模塊的電力變換裝置構(gòu)成部件 配置在一個機(jī)殼內(nèi)的電力變換裝置中，必須考慮給半導(dǎo)體模塊以外的電力 變換裝置構(gòu)成部件帶來的熱影響。另外，在上述背景技術(shù)中，也沒有考慮 這些情況。這樣，在通過半導(dǎo)體芯片的小型化實(shí)現(xiàn)電力變換裝置的小型化 之際，需要減少半導(dǎo)體模塊給半導(dǎo)體模塊以外的電力變換裝置構(gòu)成部件帶 來的熱影響。
另外，半導(dǎo)體芯片的發(fā)熱，還起因于半導(dǎo)體的開關(guān)動作時的損耗。因 此，進(jìn)一步減少半導(dǎo)體的開關(guān)動作時的損耗，抑制來自半導(dǎo)體芯片的發(fā)熱 后，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體芯片的小型化。為了進(jìn)一步減少半導(dǎo)體的開關(guān)動作時 的損耗，進(jìn)一步減少與半導(dǎo)體模塊電連接的電容器和半導(dǎo)體模塊之間的連 接導(dǎo)體中的阻抗，至關(guān)重要。這樣，在通過半導(dǎo)體芯片的小型化實(shí)現(xiàn)電力 變換裝置的小型化之際，需要減少半導(dǎo)體模塊給半導(dǎo)體模塊以外的電力變 換裝置構(gòu)成部件帶來的熱影響
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠減少半導(dǎo)體模塊給半導(dǎo)體模塊以外的構(gòu)成部件帶來 的熱影響的電力變換裝置。
在這里，本發(fā)明的特征在于在收納構(gòu)成電力變換用的主電路的半導(dǎo) 體模塊、與主電路電連接的電容器、向主電路供給進(jìn)行電力變換動作的驅(qū) 動信號的驅(qū)動電路、向驅(qū)動電路供給旨在供給驅(qū)動信號的控制信號的控制 電路的殼體內(nèi)部，構(gòu)成具備制冷劑流路而且由熱傳導(dǎo)性部件形成旨在形成 腔的周壁的冷卻腔，至少將半導(dǎo)體模塊收納在該冷卻腔的內(nèi)部，至少將電 容器及控制電路配置在冷卻腔的外部。采用本發(fā)明后，因?yàn)閷雽?dǎo)體模塊收納在由熱傳導(dǎo)性部件形成周壁的 冷卻腔中，所以即使來自半導(dǎo)體模塊的散熱量增加，也能夠抑制將該熱向 冷卻腔的外部散發(fā)，至少能夠抑制對于電容器及控制電路而言的熱影響。 這樣，采用本發(fā)明后，能夠減少半導(dǎo)體模塊給半導(dǎo)體模塊以外的構(gòu)成部件 帶來的熱影響。
圖1是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖2是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的上部平面圖。 圖3是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。 圖4是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。 圖5是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。 圖6是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。 圖7是表示第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的電氣性的電路結(jié)構(gòu)的電 路圖。
圖8是表示采用第1實(shí)施例的電力變換裝置組件的混合動力電動汽車
的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖9是表示第2實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖10是表示第3實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11是表示第4實(shí)施例的電力變換裝置組件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12是表示采用第4實(shí)施例的電力變換裝置組件的混合動力電動汽
車的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖中20、 30—半導(dǎo)體模塊；50—電容器；70、 71—驅(qū)動電路基板； 74—控制電路基板；110、 120、 160—逆變器裝置。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖，講述本發(fā)明的實(shí)施例。
在以下講述的實(shí)施例中，作為本發(fā)明適用的電力變換裝置，以熱循環(huán) 及動作環(huán)境等特別嚴(yán)酷的車載用逆變器裝置為例進(jìn)行講述。車載用逆變器 裝置，是作為控制車載電動機(jī)的驅(qū)動的控制裝置，具備車載電機(jī)系統(tǒng)，將 由構(gòu)成車載電源的車載電瓶供給的直流電力變換成規(guī)定的交流電力，將獲 得的交流電力供給車載電動機(jī)，從而控制車載電動機(jī)驅(qū)動的裝置。
下面，參照圖1 圖8，講述本發(fā)明的第l實(shí)施例。
首先，使用圖8講述本實(shí)施例的混合動力電動汽車。
本實(shí)施例的混合動力電動汽車(以下稱作"HEV")，是一種電動車輛， 具備兩個驅(qū)動系統(tǒng)。 一個是將內(nèi)燃機(jī)——發(fā)動機(jī)104作為動力源的發(fā)動機(jī) 系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)主要作為HEV的驅(qū)動源使用。另一個是將電動發(fā)電機(jī) 130、 140作為動力源的車載電力系統(tǒng)。車載電力系統(tǒng)主要作為HEV的驅(qū) 動源及的HEV電力發(fā)生源使用。
在車體(未圖示)的前端部，前輪車軸102被可以旋轉(zhuǎn)地支承。在前 輪車軸102的兩端，設(shè)置著一對前輪IOI。在車體的后端部，雖然沒有繪 出，但是兩端設(shè)置著一對后輪的后輪車軸被可以旋轉(zhuǎn)地支承。在本實(shí)施例 的HEV中，采用所謂前輪驅(qū)動方式，即將前輪101作為被動力驅(qū)動的主 動輪、將未圖示的后輪作為跟著旋轉(zhuǎn)的從動輪。但是也可以采用相反的方 式即后輪驅(qū)動方式。
在前輪車軸102的中央部，設(shè)置著前輪側(cè)差動齒輪(以下稱作"前輪 側(cè)DEF") 103。前輪車軸102與前輪側(cè)DEF103的輸出側(cè)機(jī)械性地連接。 前輪側(cè)DEF103的輸入側(cè)與變速器105的輸出軸機(jī)械性地連接。前輪側(cè) DEF103，是差動式動力分配機(jī)構(gòu)，將被變速器105變速后傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動力，分配給左右的前輪車軸102。變速器105的輸入側(cè)與電動發(fā)電機(jī)130 的輸出側(cè)機(jī)械性地連接。電動發(fā)電機(jī)130的輸入側(cè)，通過動力分配機(jī)構(gòu)150 作媒介，與發(fā)動機(jī)104的輸出側(cè)及電動發(fā)電機(jī)140的輸出側(cè)機(jī)械性地連接。
此外，電動發(fā)電機(jī)130、 140及動力分配機(jī)構(gòu)150，收納在變速器105 的殼體的內(nèi)部。
電動發(fā)電機(jī)130，是在轉(zhuǎn)子中具備勵磁用的永久磁鐵的同步機(jī)，向定 子的電樞線圈供給的交流電力，被逆變器裝置110控制，從而控制其驅(qū)動。 電動發(fā)電機(jī)140也是和電動發(fā)電機(jī)130同樣的同步機(jī)，其驅(qū)動被逆變器裝 置120控制。逆變器裝置110、 120與電瓶106電連接，可以由電瓶106
向逆變器裝置110、 120供給的電力，也可以由逆變器裝置110、 120向電 瓶106的供給電力。
在本實(shí)施例中，具備兩個電動發(fā)電單元——由電動發(fā)電機(jī)130及逆變 器裝置110構(gòu)成的第一電動發(fā)電單元和由電動發(fā)電機(jī)140及逆變器裝置 120構(gòu)成的第二電動發(fā)電單元，并按照運(yùn)行狀態(tài)分別使用它們。就是說在 利用來自發(fā)動機(jī)104的動力驅(qū)動車輛的情況下，輔助車輛的驅(qū)動力矩時， 將第二電動發(fā)電單元作為發(fā)電單元，利用發(fā)動機(jī)104的動力使其發(fā)電，再 利用發(fā)電后獲得的電力使第一電動發(fā)電單元作為電動單元動作。另外，在 同樣的情況下，輔助車輛的車速時，將第一電動發(fā)電單元作為發(fā)電單元， 利用發(fā)動機(jī)104的動力使其發(fā)電，再利用發(fā)電后獲得的電力使第二電動發(fā) 電單元作為電動單元動作。
另外，在本實(shí)施例中，利用電瓶106的電力使第一電動發(fā)電單元作為 電動單元動作后，能夠只利用電動發(fā)電機(jī)130的動力驅(qū)動車輛。
進(jìn)而，在本實(shí)施例中，將第一電動發(fā)電單元或第二電動發(fā)電單元作為 發(fā)電單元，利用發(fā)動機(jī)104的動力或來自車輪的動力，使其動作發(fā)電后， 能夠給電瓶106充電。
接著，使用圖7，講述本實(shí)施例的逆變器裝置IIO、 120的電氣性的電 路結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的逆變器裝置110、 120，以合成一個的形態(tài)，作為一個逆變 器裝置組件構(gòu)成。在逆變器裝置組件中，設(shè)置著逆變器裝置iio的半導(dǎo)體 模塊20、逆變器裝置120的半導(dǎo)體模塊30、電容器50、在逆變器裝置110 的電路驅(qū)動基板70上安裝的驅(qū)動電路92、在逆變器裝置120的電路驅(qū)動 基板71上安裝的驅(qū)動電路94、驅(qū)動在控制驅(qū)動基板74上安裝的控制電路 和在連接器基板72上安裝的連接器73及電容器50的放電電路(未圖示) 的驅(qū)動電路91和電流傳感器95、 96。
此外，在本實(shí)施例中，為了易于區(qū)別電源系統(tǒng)和信號系統(tǒng)，分別用實(shí) 線表示電源系統(tǒng)，用虛線表示信號系統(tǒng)。
半導(dǎo)體模塊20、 30，構(gòu)成對應(yīng)的逆變器裝置110、 120的電力變換用 主電路，具備多個開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體模塊20、 30，接收對應(yīng) 的驅(qū)動電路92、 94輸出的驅(qū)動信號后動作，將高壓電瓶HBA等供給的直 流電力變換成三相交流電力，將該電力供給對應(yīng)的電動發(fā)電機(jī)130、 140 的電樞繞組。主電路是三相橋式電路，三相的串聯(lián)電路在電瓶I06的正極 側(cè)和負(fù)極側(cè)之間電氣性地并聯(lián)后構(gòu)成。
串聯(lián)電路又稱作"臂"，由上臂側(cè)開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件和下臂側(cè)開 關(guān)用功率半導(dǎo)體元件電氣性串聯(lián)后構(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 (絕緣柵極型雙極性晶體管)21。 IGBT21具備集 電極、發(fā)射極及柵極等三個電極。在IGBT21的集電極和發(fā)射極之間，電 氣性地連接著二極管38。 二極管38具備陰極和陽極的2個電極，其陰極 與IGBT21的集電極電連接，其陽極與IGBT21的發(fā)射極電連接，從而使 從IGBT21的發(fā)射極朝著集電極的方向成為正向。
作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，還可以使用MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo) 體型場效應(yīng)晶體管)。MOSFET具備漏極、源極及柵極等三個電極。此外， 因?yàn)镸OSFET在源極和漏極之間具有從漏極朝著源極的方向成為正向的 寄生二極管，所以不需要如IGBT那樣另外設(shè)置二極管。
各相的臂由IGBT21的源極和IGBT21的漏極電氣性地串聯(lián)而成。此 外，在本實(shí)施例中，只繪出一個各相的各上下臂的IGBT，但是也有多個 IGBT21電氣性地并聯(lián)而成的情況。在本實(shí)施例中，如后文所述，各相的 各上下臂由三個IGBT構(gòu)成。
各相的各上下臂的IGBT21的漏極與電瓶106的正極側(cè)電連接，各相
的各上下臂的IGBT21的源極與電瓶106的負(fù)極側(cè)電連接。各相的各臂的 中點(diǎn)(上臂側(cè)IGBT的源極和下臂側(cè)IGBT的漏極的連接部分)，與對應(yīng)的 電動發(fā)電機(jī)130、 140的對應(yīng)的相的電樞繞組電連接。
驅(qū)動電路92、 94構(gòu)成對應(yīng)的逆變器裝置110、 120的驅(qū)動部分，根據(jù) 控制電路93輸出的控制信號(控制值)，產(chǎn)生旨在驅(qū)動IGBT21的驅(qū)動信 號。在各自的電路中產(chǎn)生的驅(qū)動信號，向?qū)?yīng)的半導(dǎo)體模塊20、 30輸出。 驅(qū)動電路92、 94是由在一個電路中集成與各相的各上下臂對應(yīng)的多個電 路的所謂6inl式集成電路構(gòu)成的部件。作為與各相的各上下臂對應(yīng)的電路，
具備接口電路、柵極電路、異常檢出電路等。
控制電路93構(gòu)成逆變器裝置110、 120的控制部，由演算旨在使多個 開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件動作(接通*斷開)的控制信號(控制值)的微機(jī) 構(gòu)成。來自上位控制裝置的轉(zhuǎn)矩指令信號(轉(zhuǎn)矩指令值)、來自電流傳感 器95、 96及電動發(fā)電機(jī)130、 "O搭載的旋轉(zhuǎn)傳感器的檢知信號(傳感器 值)，輸入控制電路93?？刂齐娐?3根據(jù)這些輸入信號，演算控制信號(控 制值)，向驅(qū)動電路92、 94輸出。
連接器73，是為了在逆變器裝置110、 120的內(nèi)部和外部的控制裝置 之間進(jìn)行電連接的部件。
電容器50，是為了抑制IGBT21的動作產(chǎn)生的直流電壓的變動而構(gòu)成 平滑電路的部件，與半導(dǎo)體模塊20、 30的直流側(cè)電氣性地并聯(lián)。
驅(qū)動電路91是旨在驅(qū)動為了對電容器50蓄積的電荷進(jìn)行放電而設(shè)置 的放電電路(未圖示)的部件。
接著，使用圖1 圖6，講述上述逆變器裝置IIO、 120的實(shí)際結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的逆變器裝置組件，具備在下部殼體13上安裝第2底座12、
在第2底座12上安裝第1底座11、在第1底座11上安裝上部殼體10后 形成的殼體(變換器殼體)。殼體是在整體上帶著圓弧的立方體狀的容器。 殼體的構(gòu)成部件全部由鋁制的熱傳導(dǎo)性部件構(gòu)成。
殼體的內(nèi)部，在上下二個方向上，被板狀的第1底座11和Ji字形的 第2底座12分離成2個，形成全周(周壁、上壁、下壁)都被熱傳導(dǎo)性 部件包圍的兩個冷卻腔。在形成兩個冷卻腔的交界壁的第1底座11及第2 底座12中，形成旨在使制冷劑(冷卻水)流動的兩個制冷劑流路28。采 用以上的方法構(gòu)成殼體后，兩個冷卻腔就被熱性隔開，能夠抑制一個冷卻 腔對另一個冷卻腔的熱影響。
在殼體上部的冷卻腔中，收納殼體的縱向長、橫向短的尺寸的半導(dǎo)體 模塊20、 30，從而使它們在殼體的橫向上并列，而且配置在制冷劑流路 28的上部。這樣，半導(dǎo)體模塊20、30就與制冷劑流路28熱性連接，IGBT21 動作后產(chǎn)生的熱被制冷劑冷卻。因此，能夠抑制半導(dǎo)體模塊20、 30散發(fā) 的熱對下部的冷卻腔的影響。
在殼體的縱向的一側(cè)的側(cè)端面，設(shè)置著與制冷劑流路28的一側(cè)連通 的入口配管15和與制冷劑流路28的另一側(cè)連通的出口配管16。制冷劑流 路28的每一個都從殼體的縱向的一側(cè)朝著另一側(cè)平行延伸，在殼體的縱 向的另一側(cè)的端部互相連通。就是說，U字形地形成制冷劑流路28。
在第1底座11的每一個形成制冷劑流路28的部位上，設(shè)置著傳熱板 23。傳熱板23是沿著制冷劑流路28從殼體的縱向的一側(cè)朝著另一側(cè)延伸 的長方形的部件，是構(gòu)成制冷劑流路28的一個面的板狀部件。這樣，傳 熱板23就被流過制冷劑流路28的制冷劑直接冷卻。傳熱板23由鋁制或 銅制的熱傳導(dǎo)性部件構(gòu)成，在該制冷劑流路28側(cè)的面上，設(shè)置著向制冷 劑流路28內(nèi)部突出的冷卻散熱片(未圖示)。這樣，能夠增加利用制冷劑 的冷卻面積，提高利用制冷劑的冷卻效果。
在傳熱板23的各自的上面，沿著傳熱板23的外周緣，直立設(shè)置模塊 外殼24。模塊外殼24朝著殼體的縱向，將傳熱板23的上面上的區(qū)域分割 成三個區(qū)域，形成按照各相收納IGBT21和二極管38的收納腔。
在模塊外殼24的縱向延伸的側(cè)壁、即位于和半導(dǎo)體模塊20、 30相對 側(cè)的側(cè)壁上，在每個收納腔中對應(yīng)地設(shè)置直流正極側(cè)模塊端子26及直流 負(fù)極側(cè)模塊端子33。直流正極側(cè)模塊端子26及直流負(fù)極側(cè)模塊端子33， 從模塊外殼24的側(cè)壁朝著上方突出。在與直流正極側(cè)模塊端子26及直流 負(fù)極側(cè)模塊端子33的突出側(cè)相反的一側(cè)，到達(dá)收納腔的內(nèi)部，其表面露 出模塊外殼24的表面。這樣，在各收納腔的內(nèi)部，形成直流正極側(cè)模塊 電極36及直流負(fù)極側(cè)模塊電極37。
在模塊外殼24的縱向延伸的側(cè)壁、即位于和半導(dǎo)體模塊20、 30相對 側(cè)的相反側(cè)的側(cè)壁上，在每個收納腔中對應(yīng)地設(shè)置交流模塊端子27。交流 模塊端子27從模塊外殼24的側(cè)壁朝著上方突出。在與交流模塊端子27 的突出側(cè)相反的一側(cè)，到達(dá)收納腔的內(nèi)部，其表面露出模塊外殼24的表 面。這樣，在各收納腔的內(nèi)部，形成交流模塊電極35。
在各收納腔的傳熱板23的上面，朝著殼體的縱向(長邊方向)，并列 設(shè)置兩個絕緣基板22。在各絕緣基板22的上面，朝著殼體的縱向，并列 設(shè)置兩個板狀的布線部件39。在各收納腔的兩個絕緣基板22的一側(cè)設(shè)置 的布線部件39—側(cè)，與直流正極側(cè)模塊電極36電連接。在各收納腔的兩 個絕緣基板22的另一側(cè)設(shè)置的布線部件39 —側(cè)，與直流負(fù)極側(cè)模塊電極 37電連接。在各收納腔的兩個絕緣基板22上設(shè)置的布線部件39另一側(cè)， 與交流模塊電極35電連接。這些電連接利用導(dǎo)電性的金屬絲29進(jìn)行。
在各收納腔的兩個絕緣基板22上設(shè)置的布線部件39的一側(cè)的上面， 朝著殼體的橫向(短邊方向)，并列安裝著三個IGBT21和二極管38，它 們朝著殼體的縱向排列。這樣，分別構(gòu)成各相的上下臂。IGBT21和二極 管38，與和交流模塊電極35電連接的布線部件39電連接。IGBT21的柵
電極，與連接器25電連接。這些電連接利用導(dǎo)電性的金屬絲29進(jìn)行。在 模塊外殼24的傳熱板23的上面的形成三個區(qū)域的四個側(cè)壁上，分別設(shè)置 連接器25。
在模塊外殼24的上部，設(shè)置板狀的模塊殼蓋34。模塊殼蓋34覆蓋模 塊外殼24的上部開口部，構(gòu)成堵住收納腔的上壁，由和模塊外殼24相同 的絕緣樹脂形成。在模塊殼蓋34的上面，設(shè)置布線薄片3K與布線薄片 31電連接的布線連接器32。布線薄片31與從在模塊殼蓋34上設(shè)置的貫 通孔朝上方突出的連接器25電連接。布線連接器32利用被未圖示的布線 與電路驅(qū)動基板70、 71的驅(qū)動電路92、 94電連接。
在殼體的下部的冷卻腔內(nèi)，收納電容器50、電路驅(qū)動基板70、 71、 控制基板74及連接器基板72。
電容器50配置在第2底座12的中央(被n字形的兩條腿包圍的區(qū)域) 的下方側(cè)，從而與半導(dǎo)體模塊20、 30的直流側(cè)鄰近配置。電容器50由殼 體的高度方向的斷面形狀為長圓形狀的4個電解電容器構(gòu)成。4個電解電 容器，在殼體的縱向和橫向上各并列配置兩個，從而使其縱向和殼體的縱 向朝著相同的方向，通過保持帶52作媒介，收納在電容器外殼51的內(nèi)部。 電容器外殼51是上部敞開的熱傳導(dǎo)性容器，外殼上部的凸緣部和第2底 座12的Ji字形的兩條腿的下端部接觸。這樣，能夠熱性連接電容器50和 制冷劑流路28，利用制冷劑冷卻電容器50。
各電解電容器，具備貫通堵塞電容器外殼53的上部的開口部的電容 器蓋54的正極側(cè)電容器端子57及負(fù)極側(cè)電容器端子58。正極側(cè)電容器端 子57及負(fù)極側(cè)電容器端子58是板狀的元件，面向橫向地相對，從橫向夾 住與電容器蓋54 —體形成的板狀的絕緣部件55。在電容器外殼53內(nèi)收納 4個電解電容器之際，使在橫向上互相鄰接的元件彼此的縱向位置不同地 設(shè)置電容器端子。
驅(qū)動電路基板70配置在半導(dǎo)體模塊20側(cè)的第2底座12的下方側(cè)的 被兀字形腿中的一條和第2底座12的凸緣部包圍的區(qū)域。驅(qū)動電路基板 71配置在半導(dǎo)體模塊30側(cè)的第2底座12的下方側(cè)的被字形腿中的另一 條和第2底座12的凸緣部包圍的區(qū)域。驅(qū)動電路基板70、 71與第2底座 12熱性連接。這樣，能夠使制冷劑流路28和驅(qū)動電路基板70、 71熱性連 接，能夠利用制冷劑冷卻驅(qū)動電路基板70、 71。
控制電路基板74與電容器外殼53的橫向的一側(cè)(半導(dǎo)體模塊30側(cè)) 的側(cè)面相對地設(shè)置?？刂齐娐坊?4與第2底座12熱性連接。這樣，能 夠使制冷劑流路28和控制電路基板74熱性連接，能夠利用制冷劑冷卻控 制電路基板74。
連接器基板72與電容器外殼53的橫向的另一側(cè)(半導(dǎo)體模塊20偵D 的側(cè)面相對地設(shè)置。連接器基板72與第2底座12熱性連接。這樣，能夠 使制冷劑流路28和連接器基板72熱性連接，能夠利用制冷劑冷卻連接器 基板72。連接器73從殼體的縱向的另一側(cè)的側(cè)端面向外部突出。
電容器50和半導(dǎo)體模塊20、 30被直流側(cè)連接導(dǎo)體40電連接。直流 側(cè)連接導(dǎo)體40是在第1底座11的中央部及第2底座12的中央部設(shè)置的 長孔(朝殼體的縱向長的孔)，通過貫通殼體的高度方向的貫通孔作媒介， 延伸到上下的冷卻腔。
直流側(cè)連接導(dǎo)體40是通過絕緣薄片43作媒介，在殼體的橫向上層疊 朝著殼體的縱向延伸的板狀的直流正極側(cè)匯流條45和朝著殼體的縱向延 伸的板狀的直流負(fù)極側(cè)匯流條44，與直流正極側(cè)匯流條45 —體形成直流 正極側(cè)模塊端子42和正極側(cè)電容器端子46，而且與直流負(fù)極側(cè)匯流條44 一體形成直流負(fù)極側(cè)模塊端子41和正極側(cè)電容器端子47的層疊結(jié)構(gòu)的布 線部件。采用這種結(jié)構(gòu)后，能夠使半導(dǎo)體模塊20、 30和電容器50之間成 為低阻抗，能夠抑制IGBT21進(jìn)行開關(guān)動作時的損耗引起的發(fā)熱。
正極側(cè)電容器端子46及正極側(cè)電容器端子47在電容器端子突出的位 置中，從直流正極側(cè)匯流條45及直流負(fù)極側(cè)匯流條44的下部朝著下方延 伸，面向殼體的橫向地從殼體的橫向上夾住電容器端子，和同極的電容器 端子相對后，利用螺釘?shù)裙潭▎卧?，固定在同極的電容器端子上，從而和 同極的電容器端子電氣性地連接。采用這種布線結(jié)構(gòu)后，能夠使從直流正 極側(cè)匯流條45及直流負(fù)極側(cè)匯流條44到各電容器端子為止的布線部分的 正極側(cè)和負(fù)極側(cè)也互相相對，能夠獲得阻抗更低的布線部件，能夠進(jìn)一步 抑制IGBT21進(jìn)行開關(guān)動作時的損耗引起的發(fā)熱。
在殼體的縱向的另一側(cè)端部，設(shè)置著直流端子80。直流端子80具備 直流正極側(cè)外部端子82、直流負(fù)極側(cè)外部端子81、直流正極側(cè)連接端子 86、直流負(fù)極側(cè)連接端子85、連接直流正極側(cè)外部端子82和直流正極側(cè) 連接端子86的直流正極側(cè)匯流條84、連接直流負(fù)極側(cè)外部端子81和直流 負(fù)極側(cè)連接端子85的直流負(fù)極側(cè)匯流條83。
直流正極側(cè)外部端子82及直流負(fù)極側(cè)外部端子81，與通過安裝在殼 體的縱向的另一側(cè)的側(cè)端面設(shè)置的貫通孔17上的連接器作媒介延伸的外 部電纜電連接。直流正極側(cè)匯流條84和直流負(fù)極側(cè)匯流條83朝著半導(dǎo)體 模塊20、 30 —側(cè)延伸，以便面向殼體的橫向地相對。直流正極側(cè)連接端 子86與直流正極側(cè)模塊端子33、 42電連接，直流負(fù)極側(cè)連接端子86與
直流負(fù)極側(cè)模塊端子26、 41電連接。
在上部外殼10的上面設(shè)置的孔18，是對直流正極側(cè)外部端子82及直 流負(fù)極側(cè)外部端子81和外部電纜進(jìn)行連接作業(yè)時使用的孔，不進(jìn)行該作 業(yè)時用蓋子堵上。
在殼體內(nèi)部的橫向的兩端上，分別配置三相的交流匯流條60。交流匯 流條60通過在第1底座11及第2底座12的殼體的橫向的端部上設(shè)置的 上下方向(殼體的高度方向)的貫通孔作媒介，從下部的冷卻腔向上部的 冷卻腔延伸。在位于上部的冷卻腔的交流匯流條60的一端側(cè)，形成交流 側(cè)模塊端子61，面向殼體的橫向，與交流側(cè)模塊端子27相對，利用螺釘 等固定單元，固定在交流側(cè)模塊端子27上，從而和交流側(cè)模塊端子27電 氣性地連接。在位于下部的冷卻腔的交流匯流條60的另一端側(cè)，形成和 到達(dá)電動發(fā)電機(jī)130、 140的外部電纜的外部連接端子62，被端子支架63 保持。
此外，符號14是為了將逆變器裝置組件的殼體固定在變速器105的 殼體或發(fā)動機(jī)104及變速器105的殼體上的安裝腿，采用SUS等剛體，確 保強(qiáng)度。另外還采用彎曲形狀，使其具有彈性，以便抑制來自變速器105 及發(fā)動機(jī)104的振動。
在以上講述的本實(shí)施例中，由于在逆變器裝置組件的殼體內(nèi)，形成四 周被熱傳導(dǎo)性部件包圍的冷卻腔，將半導(dǎo)體模塊20、 30收納在該腔中， 所以隨著IGBT21的小型化，即使IGBT21的發(fā)熱增加，來自半導(dǎo)體模塊 20、 30的散熱增加，也能夠抑制將該熱向冷卻腔的外部排放，能夠降低對 于電容器50等逆變器裝置的其它的構(gòu)成部件的熱影響。
下面，參照圖9，講述本發(fā)明的第2實(shí)施例。
本實(shí)施例是第1實(shí)施例的改良例，對于相同的構(gòu)成要素，賦予相同的 符號，不再贅述。
本實(shí)施例和第1實(shí)施例不同的部分，是在收納半導(dǎo)體模塊20、 30的 冷卻腔的上部，形成外周都被上部外殼10和第2上部外殼19包圍的第3 冷卻腔，將集驅(qū)動電路基板、控制電路基板和連接器基板于一身的基板97 收納在其中。
半導(dǎo)體模塊20、 30的布線薄板和基板97被布線部件98電連接。
電容器50的電容器外殼被省略，由第2底座12的n字形的腿代替。 因此，第2底座12的it字形的腿延伸到下部外殼13的底部為止地形成。
另外，安裝腿采用中空結(jié)構(gòu)，與交流外部端子62電連接的電力電纜 64通過其中后，被引導(dǎo)到變速器105的殼體內(nèi)。這樣，容易將電力電纜 64引導(dǎo)到變速器105的殼體內(nèi)，能夠使電力電纜64和電動發(fā)電機(jī)130、 140連接。
在本實(shí)施例中，也和上例同樣，隨著IGBT21的小型化，即使IGBT21 的發(fā)熱增加，來自半導(dǎo)體模塊20、 30的散熱增加，也能夠抑制將該熱向 冷卻腔的外部排放，能夠降低對于電容器50等逆變器裝置的其它的構(gòu)成 部件的熱影響。
下面，參照圖IO，講述本發(fā)明的第3實(shí)施例。
本實(shí)施例是第1實(shí)施例的改良例，對于相同的構(gòu)成要素，賦予相同的 符號，不再贅述。
本實(shí)施例和第1實(shí)施例不同的部分，是在收納半導(dǎo)體模塊20、 30的
冷卻腔中， 一起收納驅(qū)動電路基板70、 71和交流匯流條60、端子支架63。
另外，在收納半導(dǎo)體模塊20、 30的冷卻腔的下方，利用第2底座12 形成第2冷卻腔，進(jìn)而在其下方，利用第2底座12形成兩個第3冷卻腔。 在第2冷卻腔中，收納電容器50;在一個第3冷卻腔中，收納控制電路基 板74;在另一個第3冷卻腔中，收納連接器基板72。電容器50成為臥式， 朝著殼體的橫向分成兩個后被收納。這樣，直流側(cè)連接導(dǎo)體40也被分為 半導(dǎo)體模塊20側(cè)和半導(dǎo)體模塊30側(cè)后構(gòu)成。此外，雖然直流側(cè)連接導(dǎo)體 40的結(jié)構(gòu)和第1實(shí)施例同樣，但是各端子的彎曲方法卻有一部分變化。另 外，在直流側(cè)連接導(dǎo)體40中一體形成直流正極側(cè)外部端子82和直流負(fù)極 側(cè)外部端子8。
此外，符號99是將驅(qū)動電路基板70電路驅(qū)動基板71、布線薄片31 電連接的連接器布線。
在本實(shí)施例中，也和上例同樣，隨著IGBT21的小型化，即使IGBT21 的發(fā)熱增加，來自半導(dǎo)體模塊20、 30的散熱增加，也能夠抑制將該熱向 冷卻腔的外部排放，能夠降低對于電容器50等逆變器裝置的其它的構(gòu)成 部件的熱影響。
下面，參照圖11及圖12，講述本發(fā)明的第4實(shí)施例。
本實(shí)施例是第1實(shí)施例的改良例，對于相同的構(gòu)成要素，賦予相同的 符號，不再贅述。
本實(shí)施例和第1實(shí)施例不同的部分，是后輪201也被電動發(fā)電機(jī)160 驅(qū)動。因此，在本實(shí)施例中，具備一組逆變器裝置150。電動發(fā)電機(jī)160 的動力被減速器204減速后，傳遞給后輪側(cè)差動齒輪203，再由后輪側(cè)差 動齒輪203傳遞給后輪車軸202。就是說，在本實(shí)施例中，構(gòu)成四輪驅(qū)動
式的混合汽車。逆變器裝置150與電瓶106連接。將電動發(fā)電機(jī)160作為 電動機(jī)使用時，由電瓶106向逆變器裝置150供給電力；將電動發(fā)電機(jī)160 作為發(fā)電機(jī)使用時，由逆變器裝置150向電瓶106供給電力。
逆變器裝置150的結(jié)構(gòu)，在將第3實(shí)施例的逆變器裝置組件作為在殼 體的橫向中央切斷后獲得的左半側(cè)的結(jié)構(gòu)的同時，還如第2實(shí)施例的逆變 器裝置組件那樣，在收納半導(dǎo)體模塊30的冷卻腔的上部形成第3冷卻腔， 將集驅(qū)動電路基板、控制電路基板和連接器基板于一身的基板97收納在 射。
另外，電力電纜64如第2實(shí)施例的逆變器裝置組件那樣，通過中空 結(jié)構(gòu)的安裝腿14，被引導(dǎo)到變速器105的殼體內(nèi)。
另外，作為逆變器裝置150的結(jié)構(gòu)，可以原封不動地使用將第1 第 3實(shí)施例的逆變器裝置組件作為在殼體的橫向中央切斷后獲得的左半側(cè)或 右半側(cè)的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，也和上例同樣，隨著IGBT21的小型化，即使IGBT21 的發(fā)熱增加，來自半導(dǎo)體模塊20、 30的散熱增加，也能夠抑制將該熱向 冷卻腔的外部排放，能夠降低對于電容器50等逆變器裝置的其它的構(gòu)成 部件的熱影響。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于在殼體的內(nèi)部具有半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊構(gòu)成電力變換用的主電路；電容器，該電容器與所述主電路電連接；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路向所述主電路供給用于使所述電力變換進(jìn)行動作的驅(qū)動信號；控制電路，該控制電路向所述驅(qū)動電路供給用于進(jìn)行所述驅(qū)動信號的供給的控制信號；以及冷卻腔，該冷卻腔具備制冷劑流路，所述冷卻腔，由熱傳導(dǎo)性部件形成腔壁，在所述冷卻腔的內(nèi)部，至少收納所述半導(dǎo)體模塊，在所述冷卻腔的外部，至少配置所述電容器及所述控制電路。
2、 如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于在所述冷卻腔 的下部，配置所述制冷劑流路；所述電容器，配置在所述冷卻腔的下方，并由所述制冷劑流路與所述 半導(dǎo)體模塊熱性隔開，而與所述制冷劑流路熱性連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體的 內(nèi)部，所述冷卻腔配置在最上部。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于所述控制 電路，在與所述制冷劑流路熱性連接的狀態(tài)下，配置在所述冷卻腔的上方。
5、 如權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于所述控制 電路，在與所述制冷劑流路熱性連接的狀態(tài)下，配置在所述冷卻腔的下方。
6、 如權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于所述控制電路， 配置在所述電容器的下方。
7、 如權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于所述驅(qū)動電路， 在與所述制冷劑流路熱性連接的狀態(tài)下，和所述控制電路一起配置在所述 冷卻腔的上方。
8、 如權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于所述驅(qū)動電路， 在與所述制冷劑流路熱性連接的狀態(tài)下，和所述控制電路一起配置在所述 冷卻腔的下方。
9、 如權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于所述驅(qū)動電路，在與所述制冷劑流路熱性連接的狀態(tài)下，收納在所述冷卻腔內(nèi)。
10、 一種電力變換裝置，其特征在于在殼體的內(nèi)部具有 半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊具備用于將輸入的電力變換成規(guī)定的電力后輸出的開關(guān)用半導(dǎo)體元件；平滑用電容器，該平滑用電容器與所述半導(dǎo)體元件電連接；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路根據(jù)控制信號，向所述半導(dǎo)體元件供給用于驅(qū) 動所述半導(dǎo)體元件的驅(qū)動信號；以及控制電路，該控制電路向所述驅(qū)動電路供給所述控制信號，在所述殼體的內(nèi)部，形成其它腔，所述其它腔，具備制冷劑流路，而且是由熱傳導(dǎo)性部件來形成構(gòu)成腔 的隔壁的隔熱腔，從而抑制從腔內(nèi)向腔外的散熱，在所述隔熱腔的內(nèi)部，至少收納所述半導(dǎo)體模塊， 在所述隔熱腔的外部，至少配置所述平滑電容器及所述控制電路。
11、 如權(quán)利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于在所述隔熱 腔的下部，配置所述制冷劑流路；所述電容器，配置在所述隔熱腔的下方，并由所述制冷劑流路與所述 半導(dǎo)體模塊熱性隔開，而與所述制冷劑流路熱性連接。
12、 如權(quán)利要求11所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體 的內(nèi)部，所述隔熱腔配置在最上部。
13、 一種電力變換裝置，其特征在于在殼體的內(nèi)部具有 半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊利用半導(dǎo)體元件的開關(guān)動作，將輸入的電力變換成規(guī)定的電力后輸出；電容器，該電容器在所述半導(dǎo)體元件的直流側(cè)構(gòu)成平滑電路；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路向所述半導(dǎo)體元件供給用于使所述半導(dǎo)體元件 動作的驅(qū)動信號；以及控制電路，該控制電路向所述驅(qū)動電路供給用于生成所述驅(qū)動信號的 控制信號，所述殼體的內(nèi)部，被分離成多個部分，所述殼體的被分離的內(nèi)部中的一個部分，由熱傳導(dǎo)性部件包圍而形 成，并具備制冷劑流路，而且至少收納所述半導(dǎo)體模塊，所述殼體的被分離的內(nèi)部的其余部分，至少收納所述電容器及所述控 制電路。
14、 如權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體 的被分離的內(nèi)部中的一個部分的下部，形成所述殼體的被分離的內(nèi)部中的 其余部分的一個部分；在所述殼體的被分離的內(nèi)部中的一個部分與所述殼體的被分離的內(nèi) 部中的其余部分的一個部分之間，配置所述制冷劑流路；所述電容器，收納于所述殼體的被分離的內(nèi)部中的其余部分的一個部 分中，并由所述制冷劑流路與所述半導(dǎo)體模塊熱性隔開，而與所述制冷劑 流路熱性連接。
15、 如權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體 的內(nèi)部，所述殼體的被分離的內(nèi)部中的一個部分形成在最上部。
16、 如權(quán)利要求l、 10、 13任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于 應(yīng)用于將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)作為車輛的驅(qū)動源，使所述內(nèi)燃機(jī)及所述電動機(jī)輸出的動力通過變速器傳遞給車軸，而且在所述變速器的殼體的內(nèi)部 配置所述電動機(jī)的混合動力汽車中時，隔著熱傳導(dǎo)性小于所述熱傳導(dǎo)性部 件的剛體，配置在所述變速器的殼體上或所述變速器的殼體上和所述內(nèi)燃 機(jī)的殼體上。
17、 如權(quán)利要求16所述的電力變換裝置，其特征在于具有將所述半導(dǎo)體模塊與所述電動機(jī)電連接的布線部件， 所述剛體為中空，所述布線部件穿過所述中空的部分，到達(dá)所述變速器的殼體的內(nèi)部， 與所述電動機(jī)連接。
18、 一種電力變換裝置，其特征在于在殼體的內(nèi)部具有-半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊構(gòu)成電力變換用的主電路； 電容器，該電容器與所述主電路電連接；驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路向所述主電路供給用于使所述電力變換進(jìn)行動 作的驅(qū)動信號；控制電路，該控制電路向所述驅(qū)動電路供給用于進(jìn)行所述驅(qū)動信號的 供給的控制信號；以及布線部件，該布線部件將所述電容器與所述半導(dǎo)體模塊之間電連接， 所述半導(dǎo)體模塊與所述電容器接近配置，所述布線部件，由隔著絕緣部件層疊了與正極側(cè)板狀布線端子一體形 成的正極側(cè)板狀布線導(dǎo)體和與負(fù)極側(cè)板狀布線端子一體形成的負(fù)極側(cè)板 狀布線導(dǎo)體所構(gòu)成，所述電容器，具備隔著絕緣部件層疊了正極側(cè)板狀電容器端子和負(fù)極 側(cè)板狀電容器端子的電容器端子，所述電容器和所述布線部件中，由所述正極側(cè)板狀布線端子和所述負(fù) 極側(cè)板狀布線端子夾住所述電容器端子，并使同極彼此相對，而且由該夾 住的方向?qū)⑺鲭娙萜鞫俗?、所述正極側(cè)板狀布線端子及所述負(fù)極側(cè)板狀 布線端子固定而連接。
19、 如權(quán)利要求18所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體 的內(nèi)部，形成有具備制冷劑流路的冷卻腔；所述冷卻腔，由熱傳導(dǎo)性部件形成用于形成腔的周壁； 所述冷卻腔的內(nèi)部，至少收納所述半導(dǎo)體模塊。
20、 如權(quán)利要求19所述的電力變換裝置，其特征在于在所述冷卻 腔的下部，配置所述制冷劑流路；所述電容器，配置在所述冷卻腔的下方，并由所述制冷劑流路與所述 半導(dǎo)體模塊熱性隔開，而與所述制冷劑流路熱性連接。
21、 如權(quán)利要求20所述的電力變換裝置，其特征在于在所述殼體 的內(nèi)部，所述冷卻腔配置在最上部。
全文摘要
電力變換裝置，在收納構(gòu)成電力變換用的主電路的半導(dǎo)體模塊(20、30)、與主電路電連接的電容器(50)、具備向主電路供給進(jìn)行電力變換動作的驅(qū)動信號的驅(qū)動電路的驅(qū)動電路基板(70、71)、具備向驅(qū)動電路供給旨在供給驅(qū)動信號的控制信號的控制電路的控制電路基板(74)的殼體內(nèi)部，構(gòu)成具備制冷劑流路(28)而且由熱傳導(dǎo)性部件形成旨在形成腔的周壁的冷卻腔，至少將半導(dǎo)體模塊(20、30)收納在該冷卻腔的內(nèi)部，至少將電容器(50)及控制電路基板(74)配置在冷卻腔的外部。能夠減少半導(dǎo)體模塊給半導(dǎo)體模塊以外的構(gòu)成部件帶來的熱影響。
文檔編號H02M7/48GK101371429SQ200780002520
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者中村卓義, 中津欣也, 齋藤隆一, 船戶祐樹, 須賀卓 申請人:株式會社日立制作所