电力转换装置的制作方法

电力转换装置
相关申请的援引
1.本技术以2020年2月5日提交申请的日本专利申请第2020-018238号为基础，将其记载内容援引在此。
技术领域
2.本说明书中的公开涉及一种电力转换装置。


背景技术：

3.在专利文献1中公开了具有靠近电容器配置的母线的电力转换装置。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特开2016-82646号公报


技术实现要素：

5.专利文献1的电容器能够接受母线的散热。专利文献1的装置在抑制电容器的受热这一点上存在充分的改善余地，并且要求改进。
6.本说明书中的公开的目的是提供一种抑制母线的散热对电容器造成的热影响的电力转换装置。
7.本说明书中公开的多个方式采用互相不同的技术手段来实现各个目的。另外，权利要求书及其各项中记载的括号内的符号是作为一个方式表示与后述的实施方式中记载的具体元件的对应关系的一例，并不限定技术范围。
8.所公开的电力转换部中的一个包括：电力转换部，上述电力转换部进行电力转换，并且将电流供给至负载；电容器，上述电容器与电力转换部连接；母线模块，上述母线模块具有供电流流动的母线，并且通过绝缘性树脂对母线进行模制；以及壳体，上述壳体对电力转换部、电容器和母线模块进行收容，母线模块包括与母线模块一体地设置并通过固定件固定于壳体的被固定部，被固定部是在沿高度方向观察母线模块及电容器的情况下比母线更向电容器一侧突出的形状，并且位于母线与电容器之间。
9.根据该电力转换装置，母线模块具有比由电流引起的发热量较大的母线更向电容器一侧突出的被固定部。在沿高度方向观察母线模块和电容器的情况下，被固定部位于母线与电容器之间。因此，母线设置于以至少与被固定部的大小相当的量远离电容器的位置。电力转换装置具有母线的散热难以热传递到电容器的结构。这样，能够提供对母线的散热对电容器造成的热影响进行抑制的电力转换装置。
附图说明
10.图1是第一实施方式的电力转换装置的电路图。图2是表示第一实施方式的电力转
换装置的示意结构的图。图3是表示母线与周边设备的位置关系的图。
具体实施方式
11.以下，参照附图，对用于实施本公开的多个方式进行说明。在各方式，有时对与在先前的方式中说明的事项对应的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。在各方式中对结构的仅一部分进行说明的情况下，对于结构的其他部分能应用在先说明的其他方式。不仅是各实施方式中具体明确记载了可以组合的部分之间的组合，只要不对组合造成阻碍，即使没有明确记载，也可以将实施方式之间部分地进行组合。
12.＜第一实施方式＞参照图1至图3，对公开了电力转换装置的一例的第一实施方式进行说明。电力转换装置能够应用于装设于电动汽车或混合动力汽车等车辆的车载用电力转换装置。能够实现说明书所明示的目的的电力转换装置例如能够应用于逆变器装置、转换器装置等。该转换器装置包括交流输入直流输出的电源装置、直流输入直流输出的电源装置、交流输入交流输出的电源装置。在本实施方式中，作为电力转换装置的一例，以下对适用于逆变器装置的装置进行说明。
13.电力转换装置1包括逆变器电路200。如图1所示，逆变器电路200包括多个半导体模块2，从而构成电力转换部。通过使半导体模块2所包括的半导体元件20(igbt元件)接通、断开，将从直流电源100供给的直流电力转换为交流电力。车辆使用所得到的交流电力驱动三相交流电动机110来行驶。
14.直流电源100例如是多个二次电池。二次电池能够采用锂离子二次电池、镍氢二次电池以及有机自由基电池等。电力转换装置1包括在与直流电源100的正极连接的p母线和与直流电源100的负极连接的n母线之间并联连接的三相的电桥。各相的电桥包括在p母线与n母线之间串联连接的多个半导体元件20。
15.也可以说，逆变器电路200包括三个上下臂电路，上述上下臂电路具有串联连接的两个臂。逆变器电路200在输入侧连接有平滑电容器3，在输出侧连接有作为负载的三相交流电动机110。三个上下臂电路例如从平滑电容器3一侧开始设为u相、v相、w相。也可以说各上下臂电路的高电位侧的臂是上臂。也可以说低电位侧的臂是下臂。
16.电流传感器5对臂的输出电流进行检测。电流传感器5将与臂的输出电流对应的电信号输出至控制装置。该电信号是反馈信号。反馈信号是相当于输出电流的信号。
17.电力转换装置1包括具有输入侧母线和输出侧母线的母线。电力转换装置1包括电力输入输出用的母线。该母线在电力转换装置1中包括与输入侧的端子部连接的导电性构件、与输出侧的端子部连接的导电性构件。该母线是在输入侧或输出侧与半导体模块2和电容器中的至少一个连接的导电性构件。这样的母线形成电力路径中的一个并发热，因此，向周围的部件散热。输入侧母线例如是p母线和n母线。
18.输出侧母线例如是设置于臂的输出电流向三相交流电动机110流动的电力路径的母线。电流传感器5对流过输出侧母线的输出电流进行检测。输出侧母线设置于将u相中的上臂及下臂的连接部21a与三相交流电动机110的绕组连接的电力路径。输出侧母线设置于将v相中的上臂及下臂的连接部21b与三相交流电动机110的绕组连接的电力路径。输出侧母线设置于将w相中的上臂及下臂的连接部21c与三相交流电动机110的绕组连接的电力路
径。
19.电力转换装置1包括收容多个电气部件的壳体10。电力转换装置1在壳体10中收纳电容器单元30。电容器单元30至少包括平滑电容器3和y电容器4。平滑电容器3与半导体模块2并联连接。y电容器4中的一个与正极配线连接，并且接地。y电容器4中的一个与负极配线连接，并且接地。在车辆中，y电容器4经由电力转换装置1的壳体接地与底盘等车体接地电连接。
20.在壳体10中收容有多个半导体模块2、平滑电容器3、y电容器4、电流传感器5、控制电路基板等。多个半导体模块2是进行电力转换并将电流供给至负载的电力转换部的一例。平滑电容器3以能通电的方式与半导体模块2连接。平滑电容器3、y电容器4作为电容器单元30一体地形成，并且固定在壳体10内。
21.壳体10的内部空间例如通过隔壁部划分为电容器收容空间和半导体模块收容空间。在半导体模块收容空间中，除了半导体模块2以外，还设置有控制电路基板等。
22.半导体模块2包括内置有半导体元件20的主体部和从主体部突出的功率端子及控制端子。半导体模块2也被称为功率模块。功率端子包括施加有直流电压的输入端子和与三相交流电动机110一侧的输出侧母线连接的输出端子。输入端子与电容器的端子连接，并且经由输入侧母线与直流电源100的输出部电连接。控制端子与控制电路基板连接。控制电路基板构成安装有对半导体元件20的动作进行控制的运算元件等电子部件的电路基板。半导体元件20的接通断开动作由控制电路基板控制。通过该控制，将从直流电源100供给的直流电力转换为交流电力。控制电路基板经由配线与向壳体10外部突出的连接器电连接。该连接器能够与设置于电力转换装置1外部的周边设备连接。
23.电容器单元30内置有在使与其他电气部件连接的端子露出的状态下进行树脂封闭的平滑电容器3和y电容器4。封闭的树脂例如由环氧树脂等热固性树脂构成。封闭树脂被填充在各电容器元件及端子与各电容器的收容部之间的间隙中。根据该结构，封闭树脂对电容器元件和端子等进行封闭。端子等的一部分从封闭树脂突出。电容器单元30通过螺栓、螺钉、铆钉等固定件，或是通过焊接结合、钎焊结合等结合方式固定于例如支承台。支承台一体地设置于壳体10，或是安装于壳体10。以下，平滑电容器3和y电容器4有时统称为电容器。
24.壳体10形成一个容器。壳体10是将多个壳体构件组合而形成的。壳体10由多个壳体构件构成。壳体10例如包括第一壳体构件和第二壳体构件。第一壳体构件、第二壳体构件是含有树脂材料而形成的树脂成型品。例如，第一壳体构件是将多个电气部件中的包括母线模块6在内的部件包围的下部壳体。壳体10以使母线模块6不在壳体10内移动的方式对母线模块6进行支承。在第一壳体构件中固定有母线模块6。例如，第二壳体构件是以对下部壳体的内部空间进行覆盖的方式安装于下部壳体的上部壳体。
25.第一壳体构件例如一体地包括顶壁部、从顶壁部的周缘立设的侧壁部以及接合部。第一壳体构件的顶壁部相当于壳体10的顶部，在上方将半导体模块2、电流传感器5、控制电路基板等覆盖。第二壳体构件例如一体地包括底壁部、从底壁部的周缘立设的侧壁部以及接合部。第一壳体构件和第二壳体构件相互的接合部彼此结合而形成框体。第二壳体构件的底壁部相当于壳体10的底部，并且设置有母线模块6。
26.壳体10包括安装于车辆侧的设置构件的部分即被安装部。设置构件是车辆的底
盘、车体、装设于车辆的构件即车辆侧构件中的一个。设置构件是装设于车辆的电动机装置等功能部件即车辆侧构件中的一个。被安装部和设置构件通过螺栓、螺钉等固定件结合。
27.如图2所示，母线模块6设置于在高度方向(hd)上比电容器单元30、半导体模块2、电流传感器5低的位置。此外，母线模块6设置于在与高度方向正交的方向上不具有与电容器单元30重叠的部分的高度位置处。母线模块6设置于在与高度方向正交的方向上不具有与电流传感器5重叠的部分的高度位置处。此外，电容器单元30设置于在与高度方向正交的方向上不具有与半导体模块2或电流传感器5重叠的部分的高度位置处。电容器单元30设置于在高度方向上比半导体模块2或电流传感器5低的位置。
28.母线模块6包括作为输出侧母线或输入侧母线的母线7和内置有母线7的树脂部。母线模块6包括与母线模块6的树脂部一体地设置的被固定部。被固定部由与树脂部相同的材质形成。被固定部通过螺栓、螺钉等固定件8的紧固力固定于壳体10。树脂部例如含有具有绝缘性的树脂。树脂部除了电连接的端子部以外，对母线7进行封闭。多个端子部从树脂部突出。母线7插设到形成母线模块6的模具内，并且通过周围的树脂部分的固化与树脂部一体地成型，从而设置于母线模块6。
29.母线模块6形成为具有第一树脂模制部61、呈与第一树脂模制部61交叉的形状的第二树脂模制部62、以及连结部63。第一树脂模制部61呈沿着电容器单元30中的y电容器4一侧的侧壁30a延伸的形状。例如，如图3所示，电流传感器5在高度方向上以横跨第一树脂模制部61和y电容器4的方式重叠配置。为了抑制散热的影响，电流传感器5优选地处于在高度方向上不与母线7重叠的位置关系。第一树脂模制部61以使母线7的第一端子部71露出到外部的方式将母线7的一部分树脂模制并内置。在图2所示的示例中，第一端子部71通过在高度方向上延伸的母线51与电流传感器5的端子连接。第一端子部71是将从电力转换部输出的电力输入到母线模块6的输入端子部。第一端子部71是形成三相中的u相、v相、w相的每一个的电流路径的输入端子部。
30.第二树脂模制部62与第一树脂模制部61正交并在电容器单元30中沿着y电容器4和平滑电容器3所排列的侧壁30b延伸。第二树脂模制部62以使母线7的第二端子部72露出到外部的方式将母线7的一部分树脂模制并内置。第二端子部72是在母线模块6中向三相交流电动机110输出电流的输出端子部。第二端子部72是形成三相中的u相、v相、w相的每一个的电流路径的输出端子部。连结部63内置有将第一树脂模制部61内的母线的部分与第二树脂模制部62内的母线的部分相连的母线。母线7包括分别沿树脂模制部延伸并沿与该延伸方向正交的方向排列的三个母线。
31.在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，母线模块6呈沿着电容器单元30的外周缘的l字状。由于该形状，母线模块6的重心位于比第一树脂模制部61、第二树脂模制部62和连结部63更靠近电容器的位置。因此，根据其重量平衡，母线模块6在比连结部63更靠近电容器一侧(cs)的区域所包含的重心位置处进行支承是最稳定的。
32.图3表示沿高度方向(hd)观察母线模块6、电容器等的状态下的各部件的位置。为了对与母线模块6的位置关系进行说明，在图3中，电容器单元30和电流传感器5用双点划线表示，平滑电容器3和y电容器4用虚线表示。在图3中，电容器一侧(cs)表示位于比内置于第一树脂模制部61的母线7的部分更靠近电容器的位置的区域。在图3中，电容器一侧表示位于比内置于第二树脂模制部62的母线7的部分更靠近电容器的位置的区域。
33.母线模块6的被固定部包括第一被固定部64和第二被固定部65。如图3所示，优选的是，被固定部未设置在母线模块6的外周缘中的位于与电容器一侧相反的一侧的母线一侧(bs)的相反侧缘部61b、62b。
34.第一被固定部64是在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下比母线7更向电容器一侧突出的形状。第一被固定部64设置于第一树脂模制部61中的位于电容器一侧的电容器侧缘部61a。第一被固定部64在第一树脂模制部61中设置有一个或多个。第一被固定部64在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，位于母线7与电容器之间。根据该结构，内置于第一树脂模制部61的母线7的部分以至少与第一被固定部64的大小相当的量远离电容器。
35.第二被固定部65是在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下比母线7更向电容器一侧突出的形状。第二被固定部65设置于第二树脂模制部62中的位于电容器一侧的电容器侧缘部62a。第二被固定部65在第二树脂模制部62中设置有一个或多个。第二被固定部65在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，位于母线7与电容器之间。根据该结构，内置于第二树脂模制部62的母线7的部分以至少与第二被固定部65的大小相当的量远离电容器。
36.在壳体10中，在与第一被固定部64和第二被固定部65相当的位置处形成有内径比固定件8的轴部的外径稍微小的孔部或凹部。该孔部或凹部是固定件8的下孔。在该孔部或凹部中，通过拧入形成于固定件8的轴部的外螺纹而形成内螺纹。另外，也可以构成为在壳体10中，在与第一被固定部64和第二被固定部65对应的位置处形成有内螺纹。该内螺纹形成为能够与形成于固定件8的轴部的外螺纹螺合。壳体10与第一被固定部64或第二被固定部65通过使插通于各被固定部的固定件8的外螺纹与壳体10的内螺纹螺合而结合。
37.对第一实施方式的电力转换装置1所带来的作用效果进行说明。电力转换装置1包括：电力转换部；与电力转换部连接的电容器；以及母线模块6，上述母线模块具有母线7并通过绝缘性树脂对母线7进行模制。电力转换装置1包括对电力转换部、电容器及母线模块6进行收容的壳体10。母线模块6包括与母线模块6一体地设置并通过固定件8固定于壳体10的被固定部。被固定部是在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下比母线7更向电容器一侧突出的形状。被固定部还位于母线7与电容器之间。
38.根据该电力转换装置1，母线模块6具有比由电流引起的发热量较大的母线7更向电容器一侧突出的被固定部。在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，被固定部位于母线7与电容器之间。因此，母线7设置于以至少与被固定部的大小相当的量远离电容器的位置。因此，电力转换装置1具有母线7的散热难以热传递到电容器的结构。这样，电力转换装置1能够抑制母线7的散热对电容器造成的热影响。
39.在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，被固定部未设置在母线模块6的外周缘中的位于与电容器一侧相反的一侧的相反侧缘部61b、62b。被固定部设置于位于电容器一侧的电容器侧缘部61a、62a。根据该结构，能够将母线模块6以将被固定部设置于相反侧缘部61b、62b所需的空间相当的量设置于远离电容器的位置。由此，能够使母线7与电容器的距离进一步远离，因此，能够提供母线7的散热难以热传递到电容器的电力转换装置1。
40.母线模块6所具有的母线7是对作为负载的三相交流电动机110中的各相的绕组与
电力转换部进行连接的三个母线。三个母线在母线模块6的内部沿着被固定部向电容器一侧突出的方向排列配置。根据该结构，能够将把三相交流电动机110与电力转换部的输出部连接的输出侧的母线设置于远离电容器的位置。因此，能够提供对从输出侧的母线向电容器的热传递进行缓和的电力转换装置1。
41.母线模块6形成为具有：第一端子部71露出到外部的第一树脂模制部61；第二端子部72露出的第二树脂模制部62；以及将第一树脂模制部61与第二树脂模制部62连结的连结部63。第二树脂模制部62在与第一树脂模制部61的延设方向交叉的方向上延伸。母线模块6的重心位于比第一树脂模制部61、第二树脂模制部62及连结部63更靠近电容器的位置。
42.根据该结构，第一树脂模制部61和第二树脂模制部62以相互交叉的方式延伸，并且通过连结部63连结。此外，由于母线模块6的重心位于被固定部所处一侧且比母线模块6更靠近电容器的位置，因此，对母线模块6的振动进行抑制的效果较高。因此，在车辆等移动体上装设有电力转换装置1的情况下，能够提供能抑制共振的母线模块6。
43.母线模块6形成为具有第一树脂模制部61、第二树脂模制部62和连结部63。被固定部包括第一被固定部64和第二被固定部65。第一被固定部64在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，位于内置于第一树脂模制部61的母线的部分与电容器之间。第二被固定部65在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，位于内置于第二树脂模制部62的母线的部分与电容器之间。
44.根据该结构，内置于第一树脂模制部61的母线的部分设置于以至少与第一被固定部64的大小相当的量远离电容器的位置处。此外，内置于第二树脂模制部62的母线的部分设置于以至少与第二被固定部65的大小相当的量远离电容器的位置处。因此，能够提供在第一树脂模制部61和第二树脂模制部62这两者中具有与电容器分离的母线7的母线模块6。
45.电容器包括平滑电容器3和y电容器4。y电容器4在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，设置在比平滑电容器3更接近母线模块6的区域。根据该结构，将温度上升比平滑电容器3小且到耐热温度为止存在余量的y电容器4设置在热严格的环境中。由此，能够提供能对耐热比电容器4差的平滑电容器3的受热量进行抑制的电力转换装置1。
46.y电容器4在沿高度方向观察母线模块6和电容器的情况下，设置在比平滑电容器3更接近母线模块6的区域且与第一树脂模制部61和第二树脂模制部62这两者相邻的位置处。由此，能够实现使耐热差的平滑电容器3在第一树脂模制部61和第二树脂模制部62这两者中从内置的母线的部分分离的结构。因此，能够提供能进一步对电容器的受热量进行抑制的电力转换装置1。
47.电容器与母线模块6以不在与高度方向正交的方向上重叠的方式设置。根据该结构，电容器与母线模块6以高度位置不同且其全部在与高度方向正交的方向上不重叠的方式设置。因此，能够将电容器在高度方向上与作为发热部的母线7远离地设置。电容器与母线7在被固定部的突出方向和高度方向这两个方向上分离，因此，能够进一步抑制母线7的散热对电容器造成的热影响。
48.＜其他实施方式＞本说明书的公开不限定于例示的实施方式。本公开包括例示的实施方式和本领域技术人员基于其进行的变形方式。例如，公开不限定于实施方式中所示的部件、要素的组合，可以进行各种变形来实施。公开可以以各种组合来实现。本公开可以具有能追加到实施
方式的追加部分。公开包含省略了实施方式的部件、要素的结构。公开包括一个实施方式与另一实施方式之间的部件、要素的替换或组合。公开的技术范围不限于实施方式的记载。公开的技术范围应理解为由权利要求书的记载表示，并且还包括与权利要求书的记载等同的意味和范围内的所有变形。
49.能够实现说明书中公开的目的的电力转换装置，对于母线模块6和各电气部件的高度方向上的位置关系，不限于图2所示的结构。例如，母线模块6也可以构成为设置于在高度方向(hd)上比电容器单元30、半导体模块2、电流传感器5更高的位置。