專利名稱：電力變換裝置及電源模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及尋求小型化的電力變換裝置、例如適合使用于車輛的電力
變換裝置及電力變換裝置中使用的電源模塊(power module)。
背景技術：
為了將以往的電源模塊固定于電力變換裝置框體等，從與固定方向相 同方向用螺栓等緊固部件來固定，因此，在電源模塊的上表面需要確保工 具用空間。因此，電源模塊的各種結構部件為了不與工具干涉，避開上述 空間而安裝。因此，電源模塊的結構部件的安裝空間的有效應用受到限制。 作為實際的固定方法例子，詳細地公開于下述專利文獻l中。專利文獻1日本特開2007—282370號公報。
如上所述，在以往的電力變換裝置中，難以確保電源模塊內部的開關 元件的安裝面積，且難以減小電源模塊整體的大小。

發(fā)明內容
(1) 本發(fā)明的電力變換裝置，其具備框體，其具有冷卻套，該冷
卻套具有冷卻液體的流路；電源模塊，其在表面安裝有在直流電力和交流
電力之間進行電力變換的半導體電路，且在背面設置有在與冷卻液體之間
進行熱交換的散熱部；緊固裝置，其是將電源模塊固定于冷卻套，密封流
路的緊固裝置，其包括通過自電源模塊的表面?zhèn)鹊木o固操作將電源模塊緊 固于冷卻套的表面?zhèn)染o固部件及通過自電源模塊的背面?zhèn)鹊木o固操作將 電源模塊緊固于冷卻套的背面?zhèn)染o固部件，在與背面?zhèn)染o固部件相對的電 源模塊的表面區(qū)域配置有電源模塊的結構部件的至少一個例如輸入輸出 端子。
(2) 本發(fā)明的電源模塊，其特征在于，具備逆變器裝置，其在直流電力和交流電力之間進行電力變換；金屬基座，其在表面安裝有逆變器 裝置的開關元件，且在背面突出設置有散熱部；殼體構件，其以包圍開關 元件的方式設置于金屬基座的周緣；直流電力及交流電力的輸入輸出用端 子的至少一個端子，其設置于殼體構件的上表面；緊固部件，其為了將金 屬基座從其背面?zhèn)染o固于框體，設置于金屬基座的背面。
根據(jù)本發(fā)明可知，電源模塊的表面?zhèn)戎兄辽倥c背面?zhèn)染o固部件對置的 電源模塊的表面區(qū)域可以作為構成電源模塊的各種部件的設置區(qū)域來利 用。在所述設置區(qū)域例如可以具備各種電輸入輸出端子。其結果，能夠確 保進行電力變換的半導體電路的安裝面積，同時，能夠小型化電源模塊， 能夠小型化電力變換裝置整體。


圖1是表示雙動力汽車的控制模塊的圖。
圖2是用于說明逆變器裝置、逆變器裝置或逆變器裝置的電路結構的圖。
圖3是本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置的整體結構的外觀立體圖。 圖4是將本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置的整體結構分解為各結構 要件的立體圖。
圖5是在具有冷卻水流路的框體的鋁鑄造件上安裝了冷卻水入口配管 和出口配管的圖，(a)是框體的立體圖，(b)是框體的俯視圖，(c)是框 體的仰視圖。
圖6是框體的仰視圖的詳細圖。
圖7是電力變換裝置的剖視圖(圖6的A—A截面基準)。
圖8 (a)是與本實施方式有關的電源模塊的上方立體圖，圖8 (b)是
電源模塊的俯視圖。
圖9是與本實施方式有關的電源模塊300的直流端子的分解立體圖， (a)是省略了作為電源模塊的結構部件的金屬基座及三個上下臂串聯(lián)電
路中的一個的圖，(b)是金屬基座、電路配線圖案及絕緣基板的分解立體圖。
圖10 (a)是為了容易理解直流母線的結構，將電源模塊局部透明化的剖視圖，(b)是表示其要部的放大圖。
圖11 (a)是用于說明上下臂串聯(lián)電路的圖，(b)是用于說明電源模
塊的電流路徑的圖。
圖12是表示除去了半導體模塊部的電源模塊的圖，(a)是立體圖， (b)是(a)的D—D剖視圖。
圖13是用于說明與螺栓的螺栓頭嵌合的金屬基座的凹部的圖。 圖14是表示電容器模塊的外觀結構的立體圖。
圖15是表示填充樹脂等填充材料522之前的電容器模塊的狀態(tài)的立 體圖。
圖16是用于說明電容器單元的結構的圖。
圖17 (a)是在本實施方式的電力變換裝置200中，僅省去了電容器 模塊、直流側導體板及兩個電源模塊300的立體圖，(b)是直流側導體板 的分解立體圖。
圖18表示圖17所示的電源模塊和直流側導體板的連接部位的放大圖。
圖19是用于說明將電源模塊固定于冷卻套的螺栓的螺栓頭的變形例 的圖。
圖20是用于說明將電源模塊固定于冷卻套的螺栓的固定方法的變形 例的圖，(a)是電源模塊的俯視圖，(b)是(a)的E—E剖視圖。
圖21是用于說明在金屬基座304的四角、中間點全部中，擰緊緊固 螺栓，從冷卻套的背面用螺母緊固電源模塊的緊固構造的圖，(a)是電源 模塊的俯視圖，(b)是F—F剖視圖。
圖22是用于說明在金屬基座設置有螺栓孔304c的電源模塊的圖，(a) 是電源模塊的俯視圖，(b)是(a)的G—G剖視圖。
圖中9一冷卻部；IO —上部殼體；ll一金屬基座板；12 —框體；13 一冷卻水入口配管；14一冷卻水出口配管；16 —下部殼體；17 —交流終端 箱；18 —交流終端；19一冷卻水流路；20 —控制電路基板；21—連接器； 22 —驅動電路基板；23 —基板間連接器；43 —輔機用逆變器裝置；110_ 雙動力電動汽車；112—前輪；114一前輪車軸；116—前輪側DEF; 118 — 變速器；120 —發(fā)動機；122 —動力分配機構；123 130 —齒輪；136—電池；138 —直流連接器；140、 142 —逆變器裝置；144一逆變器電路；150
—上下臂的串聯(lián)電路；153 —上臂的集電極；154—上臂的柵電極端子；155 一上臂的信號用發(fā)射電極端子；156 —上臂的二極管；157 —正極(P)端 子；158 —負極(N)端子；159 —交流端子；163 —下臂的集電極；164 — 下臂的柵電極端子；165 —下臂的信號用發(fā)射電極端子；166—下臂的二極 管；169—中間電極；170 —控制部；172 —控制電路；174 —驅動電路；176 一信號線；180 —檢測部；182 —信號線；186 —交流電力線；188 —交流連 接器；192—電動發(fā)電機；194一電動發(fā)電機；195 —馬達(輔機用=空調、 油泵、冷卻泵)；200—電力變換裝置；300—電源模塊(半導體模塊)；302 一電源模塊殼體；304—金屬基座；305 —散熱片；306 —交流母線；308 — U相交流母線；310—V相交流母線；312—W相交流母線；314—葺流正 極端子；315 —正極導體板；316—直流負極端子；317—負極導體板；318 一絕緣紙；320—電源模塊控制端子；322 —芯片保護用樹脂或硅膠；324 —交流母線保持用(定位)銷；326—IGBT; 328 —上臂用IGBT; 329 — 導體；330—下臂用IGBT; 331 —導體；333 —導體；334—絕緣基板；335 一電感成分(等效電路)；337—導體；338—電流的流動；339 —接合部(直 流正極母線用)；340 —渦電流；341—接合部(直流負極母線用)；350、 360、 370 —螺栓；351、 361 —螺栓頭；380 —螺母；390 —管；400 —開口 部；401—入口孔；402 —開口部；403 —出口孔；404 —開口部；406 —貫 通孔；408 —隔壁；410 —支承部；412 —螺栓孔(電源模塊固定用)；414 一螺栓孔(電源模塊固定用)；416—螺栓孔(水路罩固定用)；418 —制冷 劑的流動(流入方向)；420 —罩；421 —制冷劑的流動(U折彎部)；422 一制冷劑的流動(流出方向)；500—電容器模塊；502—電容器殼體；504 一負極側電容器端子；505 —負極導體板；506 —正極側電容器端子；507 一正極導體板；508 —導電部件；509—開口部(端子固定用)；510 —直流 (電池)負極側連接端子部；511—開口部(端子固定用)；512—直流(電 池)正極側連接端子部；514—電容器單元；515 —薄膜電容器；516 —端 子；517—絕緣片；518 —端子；520_端子罩；522 —填充材料；532 —輔 機用正極端子；534—輔機用負極端子；600 —集電極電流；602 —接通時 柵電壓波形；604 —接通時集電極電壓波形；606 —接通時集電極電流波形；608 — 二極管；610—電感負荷；612 —環(huán)流；614—電流峰值；616 —對稱 ($，一)期間；618—電流的流動(正極側)；620—電流的流動(負極 側)；622 —接通時柵電壓波形；624 —接通時集電極電流波形；626—接通 時集電極電壓波形；628—電壓峰；700 —層疊導體板；702 —正極側導體 板；704 —負極側導體板；800、 802 —0型密封圈。
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時，詳細地說明本發(fā)明的實施方式的電力變換裝 置。本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置能夠適用于雙動力用汽車或純粹的 電動汽車，但作為代表例，使用圖l和圖2，說明將本實施方式的電力變
換裝置適用于雙動力汽車的情況下的控制結構和電力變換裝置的電路結 構。圖1是表示雙動力汽車的控制模塊的圖。
在本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置中，將在汽車搭載的車載電機系 統(tǒng)的車載用電力變換裝置、尤其是車輛驅動用電機系統(tǒng)中使用，搭載環(huán)境 或運行環(huán)境等非常嚴格的車輛驅動用逆變器裝置為例子進行說明。車輛驅 動用逆變器裝置作為控制車輛驅動用電動機的驅動的控制裝置，配備于車 輛驅動用電機系統(tǒng)，將從構成車載電源的車載電池或從車載發(fā)電裝置供給 的直流電力供給的直流電力變換為規(guī)定的交流電力，將得到的交流電力供 給于車輛驅動用電動機，控制車輛驅動用電動機的驅動。另外，車輛驅動 用電動機還具有作為發(fā)動機的功能，因此，車輛驅動用逆變器裝置還具有 根據(jù)運行模式，將車輛驅動用電動機產(chǎn)生的交流電力變換為直流電力的功 能。變換的直流電力供給于車載電池。
還有，本實施方式的結構最適合作為汽車或卡車等車輛驅動用電力變 換裝置，但還可以適用于這些以外的電力變換裝置、例如電車或船舶、航 空機等電力變換裝置、以及作為驅動工廠的設備的電動機的控制裝置使用 的工業(yè)用電力變換裝置、或家庭的太陽光發(fā)電系統(tǒng)或驅動家庭的電化產(chǎn)品 的電動機的控制裝置中使用之類的家庭用電力變換裝置。
在圖1中，雙動力電動汽車(以下，記載為"HEV") IIO為一個電動 車輛，具備兩個車輛驅動用系統(tǒng)。其中之一是將作為內燃機的發(fā)動機120 作為動力源的發(fā)動機系統(tǒng)。發(fā)動機系統(tǒng)主要用作HEV的驅動源。另一個是將電動發(fā)電機192、 194作為動力源的車載電機系統(tǒng)。車載電機系統(tǒng)主 要用作HEV的驅動源及HEV的電力產(chǎn)生源。電動發(fā)電機192、 194例如 為同步機或感應電機，根據(jù)運行方法，作為馬達來工作，也作為發(fā)電機來 工作，因此，在此，記載為電動發(fā)電機。
在車體的前部軸支承有前輪車軸114并使其能夠旋轉。在前輪車軸114 的兩端設置有一對前輪112。在車體的后部軸支承有后輪車軸(省略圖示) 并使其能夠旋轉。在后輪車軸的兩端設置有一對后輪。在本實施方式的 HEV中，采用將利用動力驅動的主輪作為前輪112，將連動的從動輪作為 后輪的、所謂的前輪驅動方式，但采用相反即后輪驅動方式也無妨。
在前輪車軸114的中央部設置有前輪側差速齒輪(以下，記載為"前 輪側DEF") 116。前輪車軸114與前輪側DEF116的輸出側機械地連接。 在前輪側DEF116的輸入側機械地連接變速器118的輸出軸。前輪側 DEF116是將由變速器118變速而傳遞的旋轉驅動力向左右的前輪車軸114 分配的差動式動力分配機構。在變速器118的輸入側機械地連接電動發(fā)電 機192的輸出側。在電動發(fā)電機192的輸入側經(jīng)由動力分配機構122機械 地連接發(fā)動機120的輸出側及電動發(fā)電機194的輸出側。還有，電動發(fā)電 機192、 194及動力分配機構122收容于變速器118的框體的內部。
電動發(fā)電機192、 194是在轉子具備永久磁鐵的同步機，通過利用逆 變器裝置140、 142控制向定子的電樞繞線供給的交流電力，控制電動發(fā) 電機192、 194的驅動。在逆變器裝置140、 142電連接電池136，在電池 136和逆變器裝置140、 142的相互之間能夠進行電力的賦予。
在本實施方式中，具備由電動發(fā)電機192及逆變器裝置140構成的 第一電動發(fā)電單元；由電動發(fā)電機194及逆變器裝置142構成的第二電動 發(fā)電單元這兩個，根據(jù)運行狀態(tài)，分開使用這些。即，利用來自發(fā)動機120 的動力驅動車輛的情況下，輔助車輛的驅動轉矩的情況下，將第二電動發(fā) 電單元作為發(fā)電單元，并利用發(fā)動機120的動力使其運行而發(fā)電，利用由 所述發(fā)電得到的電力，將第一發(fā)電單元作為電動單元來運行。另外，在相 同的情況下，輔助車輛的車速的情況下，將第一電動發(fā)電單元作為發(fā)電單 元，利用發(fā)動機120的動力使其運行而發(fā)電，利用由所述發(fā)電得到的電力， !將第二電動發(fā)電單元作為電動單元來運行。另外，在本實施方式中，通過利用電池136的電力將第一電動發(fā)電單 元作為電動單元來運行，從而僅利用電動發(fā)電機192的動力就能夠驅動車 輛。進而，在本實施方式中，通過將第一電動發(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120的動力或來自車輪的動力，使其運行而 發(fā)電，能夠進行電池136的充電。
電池136還作為用于驅動輔機用馬達195的電源來使用。作為輔機， 例如為驅動空調的壓縮機的馬達、或驅動控制用液壓泵的馬達，從電池136 向逆變器裝置43供給直流電力，在逆變器裝置43中變換為交流電力，供 給于馬達195。逆變器裝置43具有與逆變器裝置140、 142相同的功能， 控制向馬達195供給的交流的相位或頻率、電力。例如，通過相對于馬達 195的轉子的旋轉供給超前相位的交流電力，使得馬達195產(chǎn)生扭矩。另 一方面，通過產(chǎn)生滯后相位的交流電力，使馬達195作為發(fā)電機發(fā)揮作用， 馬達195進行再生制動狀態(tài)的運行。這樣的逆變器裝置43的控制功能與 逆變器裝置140、 142的控制功能相同。馬達195的電容比電動發(fā)電機192、 194的電容小，因此，逆變器裝置43的最大變換電力比逆變器裝置140、 142小，但逆變器裝置43的電路結構基本上與逆變器裝置140、 142的電 路結構相同。
逆變器裝置140、逆變器裝置142及逆變器裝置43以及電容器模塊 500處于電密接的關系。進而，在需要針對放熱的對策的方面通用。另外， 希望盡量減小裝置的體積而制作。從這些方面出發(fā)，以下具體敘述的電力 變換裝置將逆變器裝置140、 142及逆變器裝置43以及電容器模塊500內 置于電力變換裝置的框體內。通過該結構，能夠實現(xiàn)小型且可靠性高的裝 置。
另外，通過將逆變器裝置140、逆變器裝置142及逆變器裝置43以及 電容器模塊500內置于一個框體內，在配線的簡單化及噪聲對策方面具有 效果。另外，能夠減少電容器模塊500和逆變器裝置140、逆變器裝置142 及逆變器裝置43的連接電路的電感，能夠降低峰值電壓，并且，能夠實 現(xiàn)放熱的減少或散熱效率的提高。
其次，使用圖2，說明逆變器裝置140、逆變器裝置142或逆變器裝 置43的電路結構。還有，在圖1 圖2所示的實施方式中，將分別個別地
ii構成逆變器裝置140、逆變器裝置142或逆變器裝置43的情況作為例子而 進行說明。逆變器裝置140、逆變器裝置142或逆變器裝置43為相同的結 構，且發(fā)揮相同的作用，具有相同的功能，因此，在此，作為代表例，說 明逆變器裝置140。
本實施方式的電力變換裝置200具備逆變器裝置140和電容器模塊 500，逆變器裝置140具有作為半導體電路的逆變器電路144和控制部170。 另外，逆變器電路144具有多個由作為上臂工作的IGBT328 (絕緣柵型雙 極晶體管)及二極管156和作為下臂工作的IGBT330及二極管166構成的 上下臂串聯(lián)電路150 (在圖2的例子中為三個上下臂串聯(lián)電路150)，從各 自的上下臂串聯(lián)電路150的中點部分(中間電極169)通過交流端子159 與向電動發(fā)電機192的交流電力線(交流母線)186連接。另外，控制部 170具有驅動控制逆變器電路144的驅動電路174和經(jīng)由信號線176向 驅動電路174供給控制信號的控制電路172。
上臂和下臂的IGBT328、 330是開關用功率半導體元件，接受從控制 部170輸出的驅動信號而工作，將從電池136供給的直流電力變換為三相 交流電力。該變換的電力供給于電動發(fā)電機192的電樞繞線。
逆變器電路144由三相橋接電路構成，三相量的上下臂串聯(lián)電路150、 150、 150分別在與電池136的正極側和負極側電連接的直流正極端子314 和直流負極端子316之間電并聯(lián)連接。
在本實施方式中，例示了作為開關用功率半導體元件使用IGBT328、 330的情況。IGBT328、 330具備:集電極153、 163、發(fā)射電極(信號用 發(fā)射電極端子155、 165)、柵電極(柵電極端子154、 164)。 二極管156、 166如圖示所示地與IGBT328、 330的集電極153、 163和發(fā)射電極之間電 連接。二極管156、 166具備負極電極及正極電極這兩個電極，使從 IGBT328、 330的發(fā)射電極朝向集電極的方向成為順向地使負極電極與 IGBT328、 330的集電極電連接，正極電極與IGBT328、 330的發(fā)射電極 電連接。作為開關用功率半導體元件使用MOSFET (金屬氧化物半導體型 電場效果晶體管)也可，在這種情況下，不需要二極管156或二極管166。
上下臂串聯(lián)電路150對應于電動發(fā)電機192的電樞繞線的各相繞線， 設置為三相量。三個上下臂串聯(lián)電路150分別對應于U相、V相、W相，經(jīng)由連接IGBT328的發(fā)射電極和IGBT330的集電極163的中間電極169、 交流端子159形成向電動發(fā)電機192的U相、V相、W相。上下臂串聯(lián) 電路電并聯(lián)連接。上臂的IGBT328的集電極153經(jīng)由正極端子(P端子) 157與電容器模塊500的正極側電容器電極電連接，下臂的IGBT330的發(fā) 射電極經(jīng)由負極端子(N端子)158與電容器模塊500的負極側電容器電 極電連接(用直流母線連接)。相當于各臂的中點部分(上臂的IGBT328 的發(fā)射電極和下臂的IGBT330的集電極的連接部分)的中間電極169經(jīng)由 交流端子159及交流連接器188，與電動發(fā)電機192的電樞繞線的對應的 相繞線電連接。
電容器模塊500用于構成抑制通過IGBT328、 330的開關動作而產(chǎn)生 的直流電壓的變動的平滑電路。在電容器模塊500的正極側電容器電極經(jīng) 由直流連接器138電連接電池136的正極側，在電容器模塊500的負極側 電容器電極經(jīng)由直流連接器138電連接電池136的負極側。由此，電容器 模塊500在上臂IGBT328的集電極153和電池136的正極側之間、和下臂 IGBT330的發(fā)射電極和電池136的負極側之間連接，與電池136和上下臂 串聯(lián)電路150電并聯(lián)連接。
控制部170用于運行IGBT328、 330，具有基于來自其他控制裝置 或傳感器等的輸入信息，生成用于控制IGBT328、 330的開關時序的時序 信號的控制電路172;基于從控制電路172輸出的時序信號，生成用于開 關運行IGBT328、 330的驅動信號的驅動電路174。
控制電路172具備用于運算處理IGBT328、 330的開關時序的微型計 算機(以下，記載為"微機")。作為輸入信息，向微機輸入對電動發(fā)電機 192要求的目標扭矩值、從上下臂串聯(lián)電路150向電動發(fā)電機192的電樞 繞線供給的電流值、及電動發(fā)電機192的轉子的磁極位置。目標扭矩值是 基于從未圖示的上位的控制裝置輸出的指令信號的值。電流值是基于從電 流傳感器180輸出的檢測信號來檢測的值。磁極位置是基于從在電動發(fā)電 機192設置的旋轉磁極傳感器(未圖示)輸出的檢測信號來檢測的值。在 本實施方式中，將檢測三相的電流值的情況為例子進行說明，但檢測兩相 量的電流值也無妨。
控制電路172內的微機基于目標扭矩值運算電動發(fā)電機192的d、 q軸的電流指令值，基于該運算的d、 q軸的電流指令值和檢測的d、 q軸的 電流值的差分，運算d、 q軸的電壓指令值，基于檢測的磁極位置，將上 述運算的d、 q軸的電壓指令值變換為U相、V相、W相的電壓指令值。 還有，微機根據(jù)基于U相、V相、W相的電壓指令值的基本波(正弦波) 和輸送波(三角波)的比較生成脈沖狀調制波，將該生成的調制波作為 PWM (脈沖寬度調制)信號，向驅動電路174輸出。
驅動電路174在驅動下臂的情況下，放大PWM信號，將其作為驅動 信號，向對應的下臂的IGBT330的柵電極輸出，在驅動上臂的情況下，將 PWM信號的基準電位的電平轉換為上臂的基準電位的電平后，放大PWM 信號，將其作為驅動信號，向對應的上臂的IGBT328的柵電極輸出。由此， 各IGBT328、 330基于輸入的驅動信號，開關運行。
另外，控制部170進行異常檢測(過電流、過電壓、過溫度等)，保 護上下臂串聯(lián)電路150。因此，向控制部170輸入傳感器信息。例如，從 各臂的信號用發(fā)射電極端子155、 165流向各IGBT328、 330的發(fā)射電極的 電流的信息輸入對應的驅動部(IC)。由此，各驅動部(IC)進行過電流 檢測，檢測到過電流的情況下停止對應的IGBT328、 330的開關動作，從 過電流保護對應的IGBT328、 330。從在上下臂串聯(lián)電路150設置的溫度 傳感器(未圖示)向微機輸入上下臂串聯(lián)電路150的溫度的信息。另外， 向微機輸入上下臂串聯(lián)電路150的直流正極側的電壓的信息。微機基于這 些信息進行過溫度檢測及過電壓檢測，檢測到過溫度或過電壓的情況下， 停止所有的IGBT328、 330的開關動作，從過溫度或過電壓保護上下臂串 聯(lián)電路150 (甚至包括該電路150的半導體模塊)。
按一定的順序切換逆變器電路144的上下臂的IGBT328、 330的導通 及隔斷動作，在該切換時，在電動發(fā)電機192的定子繞線產(chǎn)生的電流流過 包括二極管156、 166的電路。
上下臂串聯(lián)電路150如圖示所示，具備正端子(P端子、正極端子) 157、負端子(N端子、負極端子)158、與上下臂的中間電極169連接的 交流端子159、上臂的信號用端子(信號用發(fā)射電極)155、上臂的柵電極 端子154、下臂的信號用端子(信號用發(fā)射電極端子)165、下臂的柵端子 電極164。另外，電力變換裝置200在輸入側具有直流連接器138，在輸出側具有交流連接器188，通過各自的連接器138和188，分別與電池136 和電動發(fā)電機192連接。另外，也可以為作為產(chǎn)生向電動發(fā)電機輸出的三 相交流的各相的輸出的電路，在各相上并聯(lián)連接兩個上下臂串聯(lián)電路的電 路結構的電力變換裝置。
在圖3 圖7中，200表示電力變換裝置，IO表示上部殼體，11表示 金屬基座板，12表示框體，13表示冷卻水入口配管，14表示冷卻水出口 配管，420表示下罩，16表示下部殼體，17表示交流終端箱，18表示交 流終端，19A表示冷卻套，19表示冷卻套19A內的冷卻水流路，20表示 控制電路基板，保持控制電路172。 21表示用于與外部連接的連接器，22 表示驅動電路基板，保持驅動電路174。 300表示電源模塊(半導體模塊 部)，設置有兩個，在各自的電源模塊中內置有逆變器電路144。 700表示 層疊導體板，800表示O型密封圈，304表示金屬基座，188表示交流連 接器，314表示直流正極端子，316表示直流負極端子，500表示電容器模 塊，502表示電容器殼體，504表示正極側電容器端子，506表示負極側電 容器端子，514表示電容器單元。
圖3表示本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置的整體結構的外觀立體 圖。本實施方式的電力變換裝置200具有上表面或底面為大致長方形的 框體12;在框體12的短邊側的外周的一個設置的冷卻水入口配管13及冷 卻水出口配管14;用于堵塞框體12的上部開口的上部殼體10;用于堵塞 框體12的下部開口的下部殼體16。通過將框體12的底面或上表面的形狀 形成為大致長方形，使得向車輛的安裝變得容易，另外，具有容易生產(chǎn)的 效果。
在電力變換裝置200的長邊側的外周設置有使用于與電動發(fā)電機192 或194連接的兩組交流終端箱17。交流終端18是為了電連接電源模塊300 和電動發(fā)電機192、 194而使用。從電源模塊300輸出的交流電流經(jīng)由交 流終端18向電動發(fā)電機192、 194傳遞。
連接器21與在框體12內置的控制電路基板20連接。來自外部的各 種信號經(jīng)由連接器21向控制電路基板20傳遞。直流(電池)負極側連接 端子部510和直流(電池)正極側連接端子部512電連接電池136和電容 器模塊500。在此，在本實施方式中，連接器21設置于框體12的短邊側的外周面的一側。另一方面，直流(電池)負極側連接端子部510和直流
(電池)正極側連接端子部512設置于設置有連接器21的面的相反側的 短邊側的外周面。即，形成為連接器21和直流(電池)負極側連接端子 部510遠離的配置。由此，能夠減少從直流(電池)負極側連接端子部510 進入框體12，進而傳播至連接器21的噪聲，能夠提高基于控制電路基板 20的馬達的控制性。
圖4是將本發(fā)明的實施方式的電力變換裝置的整體結構分解為各結構 要件的立體圖。
如圖4所示，在框體12的中部左右設置有內部形成有冷卻水流路19 的冷卻套19A，在冷卻套19A的上表面沿流動的方向排列形成有兩組開口 400和402。以堵塞兩組開口 400和402的方式，兩個電源模塊300固定 于冷卻套19A的上表面。在各電源模塊300設置有用于散熱的散熱片305 (參照圖7)，各電源模塊300的散熱片305 (參照圖7)分別從冷卻套19A 的開口 400和402向冷卻水流路19中突出。電源模塊300固接于框體12 的結構在后敘述。
在冷卻套19A的下表面形成有用于容易進行鋁鑄造的開口部404，開 口部404被下罩420堵塞。另外，在冷卻套19A的下表面安裝有輔機用逆 變器裝置43。輔機用逆變器裝置43內置有與圖2所示的逆變器電路144 相同的電路，具有內置了構成逆變器電路144的功率半導體元件的電源模 塊。輔機用逆變器裝置43以使內置的電源模塊的放熱金屬面與冷卻水流 路19的卞表面對置的方式，固定于冷卻套19A的下表面。另外，在電源 模塊300和框體12之間設置有用于密封的O型密封圈800，并且，在下 罩420和框體12之間也設置有O型密封圈802。在本實施方式中，將密 封部件設為O型密封圈，但代替O型密封圈，使用樹脂件、液態(tài)密封件、 填料密封等也可，尤其在使用了液態(tài)密封件的情況下，能夠提高電力變換 裝置200的組裝性。
進而在冷卻套19A的下方設置有下部殼體16，在下部殼體16設置有 電容器模塊500。電容器模塊500以使其金屬制殼體的散熱面與下部殼體 16的底板內表面接觸的方式，固定于下部殼體16的底板內表面。通過該 結構，利用冷卻套19A的上表面和下表面，能夠效率良好地冷卻電源模塊300及逆變器裝置43，使得電力變換裝置整體小型化。
通過來自冷卻水入口配管13、 14的冷卻水流過冷卻水流路19，冷卻并排設置的兩個電源模塊300具有的散熱片，冷卻兩個電源模塊300整體。還同時冷卻在冷卻套19A的下表面設置的輔機用逆變器裝置43。
進而，通過使設置有冷卻水流路19的框體12冷卻，而冷卻在框體12的下部設置的下部殼體16，電容器模塊500的熱量經(jīng)由下部殼體16及框體12向冷卻水熱傳遞，冷卻電容器模塊500。
在電源模塊300的上方配置有用于電連接電源模塊300和電容器模塊500的層疊導體板700。該層疊導體板700橫跨兩個電源模塊300，在兩個電源模塊300的寬度方向上寬幅地構成。進而，層疊導體板700包括與電容器模塊500的正極側端子連接的正極側導體板702;與負極側端子連接的負極側導體板704;在正極側端子和負極側端子之間配置的絕緣部件。由此，能夠擴大層疊導體板700的層疊面積，因此，能夠實現(xiàn)從電源模塊300到電容器模塊500的寄生電感的降低。另外，能夠在將一個層疊導體板700載置于兩個電源模塊300后，進行層疊導體板700、電源模塊300和電容器模塊500的電連接，因此，即使在具備兩個電源模塊300的電力變換裝置的情況下，也能夠抑制其組裝工時。
在層疊導體板700的上方配置有控制電路基板20和驅動電路基板22。在驅動電路基板22搭載圖2所示的驅動電路174，在控制電路基板20搭載圖2所示的具有CPU的控制電路172。另外，在驅動電路基板22和控制電路基板20之間配置有金屬基座板11。金屬基座板11起到在兩個基板22、 20搭載的電路組的電磁屏蔽的功能，并且，具有釋放在驅動電路基板22和控制電路基板20產(chǎn)生的熱量，進行冷卻的作用。這樣，在框體12的中央部設置冷卻套19A,在其一側配置車輛驅動用電源模塊300，另外，在另一側配置輔機用逆變器裝置43，由此能夠在少的空間中效率良好地冷卻，能夠實現(xiàn)電力變換裝置整體的小型化。通過用鋁鑄造將冷卻套19A與框體12 —體地制作，冷卻套19A除了具有冷卻效果之外，還具有強化機械強度的效果。另外，利用鋁鑄造將框體12和冷卻套19A形成為一體成形結構，因此，熱傳導變得良好，提高冷卻效率。
在驅動電路基板22設置有穿過金屬基座板11，進行與控制電路基板說明書第14/35頁
20的電路組的連接的基板間連接器23。另外，在控制電路基板20設置有與外部電連接的連接器21。利用連接器21在與設置于電力變換裝置的外部的車載電池136即鋰電池模塊之間進行信號的傳送。從鋰電池模塊向控制電路基板20輸送表示電池狀態(tài)的信號或鋰電池的充電狀態(tài)等信號。圖2所示的信號線176 (在圖4中未圖示)與基板間連接器23連線，從控制電路基板20向驅動電路基板22傳遞逆變器電路的開關時序信號，驅動電路基板22產(chǎn)生柵驅動信號，施加于電源模塊的各自的柵電極。
在框體12的上端部和下端部形成有開口。這些開口是通過分別將上部殼體10和下部殼體16例如用螺釘或螺栓等緊固部件固定于框體12而被堵塞。在框體12的高度方向的中央形成有內部設置有冷卻水流路19的冷卻套19A。用電源模塊300覆蓋冷卻套19A的上表面開口，用下罩420覆蓋下表面開口，由此在冷卻套19A的內部形成冷卻水流路19。在組裝中途進行冷卻水流路19的漏水試驗。在漏水試驗合格的情況下，接著可以進行從框體12的上部和下部的開口安裝基板或電容器模塊500的作業(yè)。這樣，采用在框體12的中央配置冷卻套19A，接著可以進行從框體12的上端部和下端部的開口固定必要的部件的作業(yè)的結構，提高生產(chǎn)率。另外，可以首先完成冷卻水流路19，進行漏水試驗后安裝其他部件，從而提高生產(chǎn)率和可靠性雙方。
圖5是在具有冷卻套19A的框體12的鋁鑄造件安裝了冷卻水入口配管和出口配管的圖，圖5 (a)是框體12的立體圖，圖5 (b)是框體12的上表面圖，圖5(c)是框體12的下表面圖。如圖5所示，在框體12 —體地鑄造有在內部形成冷卻水流路19的冷卻套19A。在俯視的形狀為大致長方形的框體12的短邊的一側側面設置有用于取入冷卻水的冷卻水入口配管13和冷卻水出口配管14。
從冷卻水入口配管13流入冷卻水流路19的冷卻水沿作為箭頭418的方向的長方形的長邊流動，在長方形的短邊的另一側的側面的跟前附近如箭頭421a及421b —樣折返，再次沿長方形的長邊向箭頭422的方向流動，從未圖示的出口孔向冷卻水出口配管14流出。在冷卻套19A的上表面開設有四個開口 400及402。開口 400在冷卻水的往路和返路分別設置有各一個。開口 402也相同。在開口 400、 402分別固定有電源模塊300，各電源模塊300的散熱用散熱片從各自的開口向冷卻水的流動中突出。在冷卻水的流動的方向即沿框體12的長邊的方向上排列的兩組電源模塊300例如經(jīng)由0型密封圈800等密封部件，將冷卻套19A的開口水密性地堵塞而被固定。
冷卻套19A橫截框體周壁12W的中段而與框體12 —體地成形。在冷卻套19A的上表面設置有四個開口 400及402，在下表面設置有一個開口部404。在開口 400及402的各自的周圍設置有電源模塊安裝面410S。將安裝面410S的開口 400和402之間的部分稱為支承部410。在相對于支承部410的冷卻水的出入口側的一方固定有一個電源模塊300，在相對于支承部410的冷卻水的折回側的一方固定有另一個電源模塊300。
圖5 (b)所示的螺栓孔412和螺栓貫通孔412A是為了將冷卻水出入口側的電源模塊300固定于安裝面410S而使用，通過該固定，密封開口400。螺栓孔414和螺栓貫通孔414A是為了將冷卻水折返側的電源模塊300固定于安裝面410S而使用，通過該固定密閉開口 402。這樣，以橫跨冷卻水流路19的往路和返路兩者的方式配置各電源模塊300，由此能夠將逆變器電路144以高密度層疊于金屬基座304上，因此，能夠進行電源模塊300的小型化，還對電力變換裝置200的小型化起到較大貢獻作用。
出入口側的電源模塊300通過來自冷卻水入口配管13的冷的冷卻水和由來自靠近出口側的放熱部件的熱量暖化的冷卻水被冷卻。另一方面，折回側的電源模塊300通過稍微暖化的冷卻水及比出口孔403附近的冷卻水稍冷狀態(tài)的冷卻水冷卻。其結果，折回冷卻通路和兩個電源模塊300的配置關系具有成為兩個電源模塊300的冷卻效率均衡的狀態(tài)的優(yōu)點。
支承部410是為了電源模塊300的固定而使用，用于開口 400或402的密閉所必要。進而，支承部410在框體12的強度強化方面具有大的效果。冷卻水流路19如上所述地為折回形狀，設置有隔開流路的往路和流路的返路的隔壁408，與支承部410 —體地制作該隔壁408。隔壁408是隔開流路的往路和流路的返路的部件，但具有提高框體12的機械強度的功能。另外，還具有將流路的返路內的冷卻水的熱量向流路的往路內的冷卻水熱傳遞，而均一化冷卻水的溫度的功能。若冷卻水的入口側和出口側的溫差大，則冷卻效率的不均變大。對于某種程度的溫差沒有辦法，但通
19過一體地制作該隔壁408和支承部410，具有抑制冷卻水的溫差的效果。
如以上的說明，冷卻套19A設置為在框體12的中段位置橫截框體12，因此，冷卻套19A作為框體12的強度部件來發(fā)揮功能。而且，支承部410及隔壁408作為冷卻套19A進而框體12的強度部件來發(fā)揮功能。
圖5 (c)表示冷卻套19A的背面，在與支承部410對應的背面形成有開口 404。該開口 404用于提高一體地成形利用框體的鑄造來形成的支承部410和框體12時的成品率。通過開口 404的形成，支承部410和冷卻水流路19的底部的雙重結構消失，容易鑄造，生產(chǎn)率提高。
另外，在冷卻水流路19的側部外側形成貫通孔406。隔著冷卻水流路19設置于兩側的電部件(電源模塊300及電容器模塊500)彼此經(jīng)由該貫通孔406連接。
框體12能夠與冷卻套19A作為一體構造而制造，因此，適合鑄造生產(chǎn)、尤其鋁鑄生產(chǎn)。
在冷卻套19A的上表面開口固定有電源模塊300，進而，在圖6中示出了在背面開口固定了下罩420的狀態(tài)。在框體12的長方形的一方的長邊側，交流電力線186及交流連接器188向框體12外突出。
在圖6中，在框體12的長方形的另一方的長邊側內部形成有貫通孔406，通過貫通孔406與電源模塊300連接的層疊導體板700的一部分可見。輔機用逆變器裝置43配置于連接有正極側連接端子部512的框體12的側面附近。另外，在該輔機用逆變器裝置43的下方(冷卻水流路19存在的一側的相反側)配置電容器模塊500。輔機用正極端子44和輔機用負極端子45向下方(配置有電容器模塊500的方向)突出，與電容器模塊500側的輔機用正極端子532和輔機用負極端子534分別連接。由此，從電容器模塊500到輔機用逆變器裝置43的配線距離變短，因此，能夠減少從電容器模塊500側的輔機用正極端子532及輔機用負極端子534經(jīng)由框體12進入控制電路基板20的噪聲。
另外，輔機用逆變器裝置43配置于冷卻水流路19和電容器模塊500的間隙，進而，輔機用逆變器裝置43的高度形成為與下罩420的高度相同的程度。因此，能夠冷卻輔機用逆變器裝置43，并且能夠抑制電力變換裝置200的高度的增加。另外，在圖6中，利用螺栓固定冷卻水入口配管13和冷卻水出口配
管14。在圖6的狀態(tài)下，能夠實施冷卻水流路19的漏水檢查。在該檢査中合格的產(chǎn)品上安裝上述輔機用逆變器裝置43，進而，安裝電容器模塊500。
圖7是電力變換裝置200的剖視圖(圖6的A—A截面基準)，基本的結構如基于圖3 圖6的上述說明。
在框體12的截面中的上下方向的中央部設置有利用鋁鑄制作為與框體12 —體的冷卻套19A (圖7的虛線部)，在冷卻套19A的上表面?zhèn)刃纬傻拈_口設置有電源模塊300 (圖7的單點劃線部)。相對于圖7的紙面，左側為冷卻水的往路19a，相對于圖7的紙面，右側為水路的折返側的返路19b。在往路19a及返路19b的上方如上所述地分別設置有開口，開口通過用于電源模塊300的散熱的金屬基座304橫跨往路19a及返路1%的兩者地被堵塞，在金屬基座304設置的散熱用片305在冷卻水的流動中從開口突出。另外，在冷卻水流路19的下表面?zhèn)裙潭ㄓ休o機用逆變器裝置43。
大致中央彎曲的板狀交流電力線186的一端與電源模塊300的交流端子159連接，其另一端從電力變換裝置200內部突出，形成交流連接器。正極側電容器端子504及負極側電容器端子506經(jīng)由貫通孔406 (圖7的雙點劃線部)與正極側導體板702及負極側導體板704分別電氣地及機械地連接。在與設置于框體12的冷卻水流路19內的冷卻水的流動方向大致垂直的方向上配置交流連接器188和正極側電容器端子504及負極側電容器端子506。因此，電配線整齊地配置，實現(xiàn)電力變換裝置200的小型化。層疊導體板700的正極側導體板702、負極側導體板704及交流電力線186向電源模塊300外突出而形成連接端子。因此，電連接構造非常簡單，另外，不使用其他連接導體，因此變得小型化。通過該結構，還提高生產(chǎn)率，也提高可靠性。.
進而，貫通孔406通過框體12內部的框體與冷卻水流路19隔離，且正極側導體板702及負極側導體板704與負極側電容器端子506及正極側電容器端子504的連接部存在于貫通孔406內，因此，提高可靠性。
在以上說明的冷卻結構中，將放熱量大的電源模塊300固定于冷卻套19A的一面，使電源模塊300的散熱片305向冷卻水流路19內突出，效率良好地冷卻電源模塊300。其次，用冷卻套19A的另一面冷卻放熱量大 的輔機用逆變器裝置43。進而，經(jīng)由框體12及下部殼體16冷卻放熱量其 次大的電容器模塊500。這樣，形成為對應于放熱量的多少的冷卻構造， 因此，能夠提高冷卻效率或可靠性，并且，能夠進一步小型化電力變換裝 置200。
進而，將輔機用逆變器裝置43固定于面向冷卻套19A的電容器模塊 500的底面，因此，作為輔機用逆變器裝置43的平滑用電容器使用電容器 模塊500時，具有配線距離變短的效果。另外，由于配線距離短，因此具 有能夠減小電感的效果。
在電源模塊300的上方配置有安裝了驅動電路174的驅動電路基板 22，進而，在驅動電路基板22的上方隔著提高散熱及電磁屏蔽的效果的 金屬基座板11配置有控制電路基板20。還有，在控制電路基板20搭載有 圖2所示的控制電路172。通過將上部殼體10固定于框體12，構成本實 施方式的電力變換裝置200。
如上所述，在控制電路基板20和電源模塊300之間配置有驅動電路 基板22，因此，從控制電路基板20向驅動電路基板22傳遞逆變器電路的 動作時序，基于此利用驅動電路基板22制作柵信號，向電源模塊300的 柵分別施加。這樣，沿電連接關系配置有控制電路基板20或驅動電路基 板22，因此，能夠簡單化電配線，實現(xiàn)電力變換裝置200的小型化。另外， 驅動電路基板22相對于控制電路基板20配置為比電源模塊300或電容器 模塊500更近的距離。因此，從驅動電路基板22到控制電路基板20的配 線距離比其他部件(電源模塊300等)和控制電路基板20的配線距離短。 從而，能夠抑制從直流正極側連接端子部512傳遞的電磁噪聲或IGBT328、 330的開關動作引起的電磁噪聲從驅動電路基板22進入至控制電路基板 20的配線。
在冷卻套19A的一面固定電源模塊300，在另一面固定輔機用逆變器 裝置43，由此利用流過冷卻水流路19的冷卻水同時冷卻電源模塊300和 輔機用逆變器裝置43。在這種情況下，電源模塊300中用于散熱的散熱片 與冷卻水流路19的冷卻水直接接觸，因此，冷卻效果更大。進而，'利用 流過冷卻水流路19的冷卻水冷卻框體12，并且，冷卻在框體12固定的下部殼體16及金屬基座板11。在下部殼體16固定電容器模塊500的金屬殼 體，因此，經(jīng)由下部殼體16和框體12利用冷卻水冷卻電容器模塊500。 進而，經(jīng)由金屬基座板11冷卻控制電路基板20或驅動電路基板22。下部 殼體16也由熱傳導性良好的材料形成，接受來自電容器模塊500的放熱， 向框體12傳導熱量，傳導的熱量通過冷卻水流路19的冷卻水來散熱。另 外，在冷卻套19A的下表面設置作為車內用空調、油泵、其他用途的泵用 使用的、比較小的電容的輔機用逆變器裝置43。自該輔機用逆變器裝置 43的放熱通過框體12的中間框體利用冷卻水流路19的冷卻水散熱。這樣， 在框體12的中央設置冷卻套19A,在冷卻套19A的一方即上方設置金屬 基座板11，在另一方即下方側設置下部殼體16，由此能夠根據(jù)放熱量， 效率良好地冷卻構成電力變換裝置200所需的部件。另外，通過在電力變 換裝置200的內部整齊地配置部件，能夠實現(xiàn)小型化。
發(fā)揮電力變換裝置的散熱功能的散熱體首先是冷卻水流路19，但此 外，金屬基座板11也發(fā)揮該功能。金屬基座板ll發(fā)揮電磁屏蔽功能，并 且，接受來自控制電路基板20或驅動電路基板22的熱量，向框體12傳 熱，通過冷卻水流路19的冷卻水來散熱。
這樣，本實施方式的電力變換裝置具有散熱體為三層的層疊體即所謂 的金屬基座板11、冷卻水流路19 (冷卻套19A)、下部殼體16的層疊構 造。這些散熱體鄰接于各自的放熱體(電源模塊300、控制電路基板20、 驅動電路基板22、電容器模塊500)而分層地設置。在分層構造的中央部 存在作為主要的散熱體的冷卻水流路19，金屬基座板11和下部殼體16通 過框體12向冷卻水流路19的冷卻水傳熱。在框體12內收容三個散熱體 (冷卻水流路19、金屬基座板11、下部殼體16)，提高散熱性并對薄型化、 小型化起到貢獻作用。
圖8 (a)是與本實施方式有關的電源模塊300的上方立體圖，圖8 (b) 是該電源模塊300的俯視圖。圖9是與本實施方式有關的電源模塊300的 直流端子的分解立體圖。圖10是為了容易理解直流母線的結構，將電源 模塊殼體302的一部分透明化的剖視圖。圖9 (a)是省略了作為電源模塊 300的結構部件的金屬基座304及三個上下臂串聯(lián)電路中的一個的圖。圖 9 (b)是金屬基座304、電路配線圖案及絕緣基板334的分解立體圖。
23在圖8 (a)中，302表示電源模塊殼體，304表示金屬基座，305表示 散熱片(參照圖IO)， 314a表示直流正極端子連接部，316a表示直流負極 端子連接部，318表示絕緣紙(參照圖9)， 320U/320L表示電源模塊的控 制端子，328表示上臂用IGBT， 330表示下臂用IGBT， 156/166表示二極 管，334表示絕緣基板(參照圖IO)， 334k表示絕緣基板334上的電路配 線圖案(參照圖IO)， 334r表示絕緣基板334下的電路配線圖案(參照圖 10)， 337表示將電路配線圖案334r接合于金屬基座304的焊錫。
電源模塊300主要包括例如包括樹脂材料的電源模塊殼體302內的 配線的半導體模塊部；由金屬材料例如Cu、 Al、 AlSiC等構成的金屬基座 304;與外部的連接端子(直流正極端子314或控制端子320U等)。還有， 作為與外部連接的端子，電源模塊300具有用于與馬達連接的U、 V、 W相的交流端子159;與電容器模塊500連接的直流正極端子314及直流 負極端子316 (參照圖9)。
半導體模塊部在絕緣基板334上設置有上下臂的IGBT328、 330、 二 極管156/166等，并被樹脂或硅膠(未圖示)保護。絕緣基板334可以為 陶瓷基板，進而可以為薄的絕緣片。
圖8 (b)是表示在金屬基座304固接的熱傳導性良好的陶瓷構成的絕 緣基板334上以具體為何種配置來設置上下臂串聯(lián)電路的配置結構圖。圖 8 (b)所示的IGBT328、 330和二極管327、 332為分別并聯(lián)連接兩個芯片 構成上臂、下臂，增加能夠與上下臂通電的電流電容。
如圖9所示，在電源模塊300內置的直流端子313具有夾著絕緣紙318， 與直流負極端子316、直流正極端子314的層疊結構(圖9的虛線部)。直 流負極端子316、直流正極端子314的端部向相互相反方向彎曲，形成用 于電連接層疊導體板700和電源模塊300的負極連接部316a及正極連接 部314a。通過分別設置兩個與層疊導體板700的連接部314a及316a，從 負極連接部316a及正極連接部314a到三個上下臂串聯(lián)電路的平均距離變 得大致相等，因此，能夠減少電源模塊300內的寄生電感的不均。
層疊直流正極端子314、絕緣紙318、直流負極端子316而組成時， 負極連接部316a和正極連接部314a形成為相互相反方向彎曲的構造。絕 緣紙318沿負極連接部316a彎曲，確保正極、負極的端子的絕緣沿面距離。絕緣紙318在需要耐熱時，使用復合了聚酰亞胺或間位芳族聚酰胺纖 維、提高了追蹤性的聚酯等的片。另外，考慮針孔等缺陷，提高可靠性時 重疊兩張。另外，為了防止破壞、或破裂，在角部設置圓弧部，或使端子 的邊緣不與絕緣紙接觸地將沖裁時的面設為面向絕緣紙的方向。在本實施 例中，作為絕緣物使用了絕緣紙，但作為其他例子，在端子涂敷絕緣物也
可。為了減少寄生電感，例如，600V耐壓的電源模塊時，將正極、負極 之間的距離設為0.5mm以下，絕緣紙的厚度設為其一半以下。
直流正極端子314及直流負極端子316具有用于與電路配線圖案334k 連接的連接端314k、 316k。各自的連接端314k、 316k相對于各相(U、 V、 W相)設置有兩個。由此，如后所述，能夠與按各相的臂每一個形成了兩 個小回路電流路徑的電路配線圖案連接。另外，各連接端314k、 316k為 了向電路配線圖案334k的方向突出，且形成與電路配線圖案334k的接合 面，其前端部彎曲。連接端314k、 316k和電路配線圖案334k經(jīng)由焊錫等 連接或利用超聲波焊接來直接連接金屬之間。
電源模塊300尤其金屬基座304根據(jù)溫度循環(huán)而膨脹及收縮。由于該 膨脹及收縮，連接端314k、 316k和電路配線圖案334k的連接部可能發(fā)生 龜裂或破裂。因此，在本實施方式的電源模塊300中，如圖9所示，通過 層疊直流正極端子314和直流負極端子316而形成的層疊平面部319與搭 載了絕緣基板334的一側的金屬基座304的平面大致平行。由此，層疊平 面部319能夠進行與由所述膨脹及收縮產(chǎn)生的金屬基座304的彎曲對應的 彎曲動作。因此，可以使在層疊平面部319—體地形成的連接端314k、316k 的剛性相對于金屬基座304的彎曲小。從而，能夠緩和在連接端314k、316k 和電路配線圖案334k的接合面的垂直方向上施加的應力，能夠防止該接 合面的龜裂或破裂。
還有，本實施方式的層疊平面部319為了能夠對應于金屬基座304的 寬度方向及進深方向的兩者的彎曲進行彎曲動作，將層疊平面部319的寬 度方向的長度設為130mm，進深方向的長度設為10mm，加大進深方向的 長度。另外，直流正極端子314和直流負極端子316的各自的層疊平面部 319的厚度為了容易進行彎曲動作，設定為比較薄的lmm。
如圖10所示，金屬基座304為了向流過冷卻水流路19的冷卻水效率良好地散熱，在絕緣基板334的相反側具有散熱片305。金屬基座304在 其一面安裝有構成逆變器電路的IGBT或二極管，在金屬基座304的外周 具備樹脂制電源模塊殼體302。在金屬基座304的另一面通過釬焊突出設 置有散熱片305。利用鍛造一體地成形金屬基座304和散熱片305也可。 在該制造方法中，能夠提高電源模塊300的生產(chǎn)率，并且，能夠提高從金 屬基座304向散熱片305的傳熱效率，能夠提高IGBT及二極管的散熱性。 另外，通過用維氏硬度60以上的材料制造金屬基座304，能夠抑制由溫度 循環(huán)產(chǎn)生的金屬基座304的棘輪變形，能夠提高金屬基座304和框體12 的密封性。進而，如圖10 (a)所示，與上下臂分別對應地設置有兩組散 熱片組305G，這些散熱片組305G從往返的冷卻水流路19的上方的開口 400、 402向水路內突出。金屬基座304的散熱片組305G周圍的金屬面是 為了封閉在冷卻套19設置的開口 400、 402而使用。
還有，本實施方式的散熱片305的形狀為銷型，但作為其他實施方式， 可以為沿冷卻水的流動方向形成的筆直型。在將散熱片305的形狀設為筆 直型的情況下，能夠減少用于使冷卻水流動的壓力，另一方面，在使用了 銷型的散熱片的情況下，能夠提高冷卻效率。
在金屬基座304的一面固定絕緣基板334，在絕緣基板334上利用焊 錫337固定具有上臂用的IGBT328和上臂用的二極管156、及下臂用的 IGBT330或下臂用的二極管166的芯片。
如圖11 (a)所示，上下臂串聯(lián)電路150具備:上臂電路151、下臂電 路152、用于將這些上下臂電路151、 152連線的端子370、及用于輸出交 流電力的交流端子159。另外，如圖11 (b)所示，上臂電路151是在金 屬基座304上設置形成了電路配線圖案334k的絕緣基板334，在電路配線 圖案334k上安裝IGBT328、 二極管156而構成。
IGBT328及二極管156的背面?zhèn)鹊碾姌O和電路配線圖案334k利用焊 錫接合。絕緣基板334的電路配線圖案面的相反側的面(背面)形成沒有
圖案的所謂的e圖案(《夕"夕 一 > )。該絕緣基板334的背面的e圖案
和金屬基座304利用焊錫接合。下臂電路152也與上臂相同地，具備在 金屬基座304上配置的絕緣基板334、在該絕緣基板334上配線的電路配 線圖案334k、在該電路配線圖案334k上安裝的IGBT330和二極管166。IGBT330及二極管166的背面?zhèn)鹊碾姌O也利用焊錫與電路配線圖案 334k接合。還有，本實施方式的各相的各臂并聯(lián)連接兩組將IGBT328和 二極管156并聯(lián)連接了的一組電路部而構成。要求的電路部的組數(shù)是根據(jù) 向馬達192通電的電流量來確定。在需要比向本實施方式的馬達192通電 的電流大的電流的情況下，將電路部并聯(lián)連接三組或其以上而構成。相反， 能夠以小的電流驅動馬達的情況下，在各相的各臂中，僅由一組構成電路 部。
使用圖11 (b)說明電源模塊300的電流路徑。以下示出在電源模塊 300的上臂電路151流過的電流的路徑。
(1)從未圖示的直流正極端子314流向連接導體部371U， (2)從連 接導體部371U經(jīng)由元件側連接導體部372U流向上臂用IGBT328及上臂 用二極管156的一側電極(與元件側連接導體部372U連接一側的電極)， (3)從上臂用IGBT328及上臂用二極管156的另一側電極經(jīng)由絲336流 向連接導體部373U， (4)從連接導體部373U經(jīng)由接線端子370的連接部 374U、 374D流過連接導體部371D。還有，如上所述，上臂是并聯(lián)連接兩 組將IGBT328和二極管156并聯(lián)連接了的電路部而構成。從而，在上述(2) 的電流路徑中，電流在元件側連接導體部372U分支為兩個，分支的電流 分別流向兩組電路部。
以下，示出在電源模塊300的下臂電路152流過的電流路徑。
(1)從連接導體部371D經(jīng)由元件側連接導體部372D流向下臂用 IGBT330及上臂用二極管166的一側電極(與元件側連接導體部372D連 接一側的電極)，(2)從下臂用IGBT330及下臂用二極管166的另一側電 極經(jīng)由絲336流向連接導體部373D, (3)從連接導體部373D流向未圖示 的直流負極端子316。還有，與上臂相同地，下臂是并聯(lián)連接了兩組將 IGBT330和二極管166并聯(lián)連接了的電路部而構成，因此，在上述(l) 的電流路徑中，電流在連接導體部371D分支為兩個，分支的電流分別流 向兩組電路部。
在此，用于連接上臂電路的IGBT328 (及二極管156)和未圖示的直 流正極端子314的連接導體部371U配置于絕緣基板334的一邊的大致中 央部附近。還有，IGBT328 (及二極管156)安裝于作為配設有連接導體部371U的絕緣基板334的一側的相反側的另一邊側的附近。另外，在本 實施方式中，配備兩個的連接導體部373U夾著所述連接導體部371U，且 以一列地配置于絕緣基板334的一邊側。
通過將這樣的電路圖案及安裝圖案即絕緣基板334上的電路配線圖案 形成為大致T字形狀的配線圖案和大致T字的縱棒(371U)的兩側的兩 個配線圖案(371U)，從連接端371U、 373U安裝端子，使得IGBT328的 開關時的過渡性電流路徑成為圖11 (b)的箭頭350 (虛線)所示的M字 狀電流路徑即兩個小回路電流路徑(箭頭方向為下臂接通時)。在該兩個 小回路電流路徑的周邊產(chǎn)生圖11 (b)的箭頭350H方向(實線)的磁場 350H。利用該磁場350H，在絕緣基板334的下方配置的金屬基座304感 應出感應電流、所謂的渦電流340。該渦電流340產(chǎn)生消除所述磁場350H 的方向的磁場340H，從而，能夠減少在上臂電路中產(chǎn)生的寄生電感。
上述兩個小回路電流是在絕緣基板334上流過的電流之間相互消除之 類的兩個U折彎電流。因此，如圖ll (b)的磁場350H所示，在電源模 塊300的內部能夠產(chǎn)生更小的回路磁場，因此，能夠減少寄生電感。進而， 在開關時產(chǎn)生的磁場回路小，能夠將磁場回路閉困在電源模塊內部，因此， 減少向電源模塊外的框體的感應電流，還能夠能夠防止控制電路基板上的 電路的誤操作或向電力變換裝置的外部的電磁噪聲。
下臂電路也具有與所述上臂電路相同的電路配線圖案及安裝圖案。 即，.用于連接下臂電路的IGBT330 (及二極管166)和未圖示的直流負極 端子316的連接導體部371D配置于絕緣基板334的一邊的大致中央部附 近。還有，IGBT330 (及二極管166)安裝于與配設有連接導體部371D的 絕緣基板334的一邊側的相反的另一邊側的附近。另外，在本實施方式中， 配備兩個的連接導體部373D夾著所述連接導體部371D，且以一列地配置 于絕緣基板334的一邊側。
通過形成為這樣的電路配線圖案及安裝圖案，在下臂電路側也起到減 少所述寄生電感的效果。還有，在本實施方式中，各相的各臂的電流路徑 的入口例如由夾在兩個連接導體部373U的連接導體部371U構成， 一方 電流路徑的出口成為兩個連接導體部373U。但是，即使這些入口和出口 相反，在各相的各臂中也形成所述小回路電流路徑。因此，與所述相同地，能夠實現(xiàn)各相的各臂的寄生電感的減少及電磁噪聲的防止。
參照圖12，詳細說明將電源模塊300緊固于框體12的構造。圖12是 表示除去半導體模塊部的電源模塊300的圖，(a)是立體圖，(b)是圖12 (a)的D—D剖視圖。
本實施方式的電力變換裝置具備在內部形成冷卻水流路19的冷卻 套19A;電源模塊300。冷卻套19A—體地設置于框體12。電源模塊300 具備金屬基座304。在金屬基座304的表面安裝有包括在直流電力和交流 電力之間進行電力變換的逆變器電路144的半導體裝置140，在背面突出 設置有向冷卻水流路19突出的散熱片305。在冷卻套19A形成有冷區(qū)水 流路19的開口 400、 402。以封閉開口 400、 402的方式，用表面?zhèn)染o固裝 置BLT1及背面?zhèn)染o固裝置BLT2將電源模塊300固接于冷卻套19A即框 體12。通過用金屬基座304封閉開口 400、 402，形成冷卻水流路19。表 面?zhèn)染o固裝置BLT1將電源模塊300從其表面緊固于冷卻套19A。背面?zhèn)?緊固裝置BLT2從冷卻套19A的背面將電源模塊300緊固于框體12。在與 背面?zhèn)染o固裝置BLT2相對的電源模塊300的表面區(qū)域即殼體構件302的 上表面區(qū)域配設有電源模塊300的各種結構部件，在該實施方式中，配設 有交流端子159、直流正極端子連接部314a和直流負極端子連接部316a。
說明基于表面?zhèn)染o固裝置BLT1的電源模塊的緊固。表面?zhèn)染o固裝置 BLT1包括螺栓360和螺栓孔412、 414。如上所述，使用在框體12的電源 模塊安裝面410S設置的螺栓孔412、 414 (參照圖5 (b))，將電源模塊300 固定于冷卻套19A即框體12。螺栓孔是指刻設有嫘紋的螺紋孔。如圖12 (a)所示，在電源模塊殼體302的四角設置有缺欠部302b，在金屬基座 304的四角設置的螺栓貫通孔304b露出。將電源模塊300載置于框體12 的安裝面410S，從框體12的上方開口側使用工具經(jīng)由金屬基座304的螺 栓貫通孔304b將螺栓360螺合于安裝面410S的螺栓孔412 (414)，將電 源模塊300緊固于安裝面410S。電源模塊殼體302的四角的缺欠部302b 形成為用于用工具對螺栓頭361進行旋轉操作所需的形狀。
說明基于背面?zhèn)染o固裝置BLT2的電源模塊的緊固。背面?zhèn)染o固裝置 BLT2包括螺栓350和未圖示的螺母。如圖12 (a)所示，在電源模塊300 中，從金屬基座304的背面突出設置有螺栓350。螺栓350貫通在開口 400、
29402的周圍的安裝面410S設置的貫通孔412A、 414A。如圖11、圖12 (b) 及圖13所示，在金屬基座304設置有螺栓350的螺栓頭351卡合的卡合 凹部304a。另外，如圖12 (b)所示，在電源模塊殼體302設置有螺栓350 的螺栓頭351卡合的矩形形狀的卡合凹部302a。在將電源模塊殼體302接 合于金屬基座304后，將螺栓頭351收容于電源模塊殼體302內的凹部302a 中。螺栓350的螺栓頭351為矩形形狀，螺栓頭351與在電源模塊殼體302 設置的矩形形狀的凹部302a和在金屬基座304設置的矩形形狀的凹部 304a卡合。該卡合構造是螺栓350的止轉機構。在使螺栓350貫通螺栓貫 通孔412A、 414A后，從框體12 (冷卻套19A)的底面?zhèn)葘⑽磮D示的螺母 螺合于螺栓350，將金屬基座304緊固于框體12。還有，利用電源模塊殼 體302的凹部302a防止螺栓350向上方脫離。
如上所述，通過對電源模塊300，從框體12的上方緊固操作螺栓360 而固接于框體12,接著，倒置框體12的上下，對電源模塊300，將螺母 螺合于從冷卻套19A的背面?zhèn)韧怀龅穆菟?50，而固接于框體12。能夠通 過采用這樣的緊固構造，如圖12 (b)所示，在電源模塊緊固用螺栓頭351 的上方即電源模塊殼體32的上表面(金屬基座304的周緣)設置用于與 馬達連接的U、 V、 W相的交流端子159，從而能夠小型化電源模塊300。
以下，參照圖14 圖16的同時，說明本實施方式的電容器模塊500 的詳細構造。圖14是表示與本實施方式有關的電容器模塊的外觀結構的 立體圖。圖15是為了明確圖14所示的電容器模塊500的內部，示出填充 樹脂等填充材料522前的狀態(tài)的立體圖。圖16是表示進而作為電容器模 塊500的詳細結構的將電容器單元514固定于層疊導體的結構的圖。
在圖14 圖16中，500表示電容器模塊，502表示電容器殼體，504 表示負極側電容器端子，506表示正極側電容器端子，510表示直流(電 池)負極側連接端子部，512表示直流(電池)正極側連接端子部，532 表示輔機用正極端子，534表示輔機用負極端子，514表示電容器單元。
如圖14及圖16所述，由負極導體板505和正極導體板507構成的層 疊導體板為多組，在本實施方式中為四組，與直流(電池)負極側連接端 子部510和直流(電池)正極側連接端子部512電并聯(lián)連接。在負極導體 板505和正極導體板507設置有多個用于使多個電容器單元514的正極和負極分別并聯(lián)連接的端子516和端子518。
如圖16所示，作為電容器模塊500的蓄電部的單位構造體的電容器 單元514由將在一面蒸鍍了鋁等金屬的薄膜層疊兩張并巻繞，將兩張金屬 薄膜分別作為正極、負極的薄膜電容器515構成。對正極、負極的電極而 言，巻繞的軸面分別成為正極、負極電極，噴射錫等導電體508而制造。
另外，如圖16所示，負極導體板505和正極導體板507由薄板狀寬 幅導體構成，采用經(jīng)由絕緣片517層疊的層疊結構降低寄生電感。在層疊 導體的端部設置有用于與電容器單元的電極508連接的端子516、 518。端 子516、 518利用焊錫或焊接，與兩個電容器單元514的電極508電連接。 使基于焊錫裝置的軟釬焊作用或基于焊接機的焊接作業(yè)容易進行地，另外 使電容器單元的檢查容易地，即與端子516、 518連接的電極面成為單元 的外側地配置電容器單元，并且，設計導體板的結構，構成一個電容器單 元組。通過使用這樣的電容器單元組，增減電容器單元組的數(shù)量，由此能 夠與要求的電容器電容對應。其結果，能夠在各種各樣的電容器模塊使用 通用的電容器單元，能夠形成為適合批量生產(chǎn)的電容器模塊。為了減少寄 生電感，另外，為了散熱，優(yōu)選分別設置多個端子516、 518。
在作為薄板狀寬幅導體的負極導體板505和正極導體板507的一方的 端部設置有用于與層疊導體板700連接的負極側電容器端子504和正極側 電容器端子506。在負極導體505和正極導體507的另一方的端部設置有 與接受電池電力的端子連接的直流負極側連接端子510和直流正極側連接 端子512。
圖15所示的電容器模塊500是將兩個電容器單元作為一個單位的電 容器單元組以縱向配置四列，總計八個的電容器單元514構成。作為與電 容器模塊500的外部的連接端子，使用與層疊導體板700連接的四對正負 電容器端子504、 506、接受電池電力的直流正負極側連接端子510及512、 向輔機用逆變器的電源模塊供電的輔機用正負極端子532及534。在正負 電容器端子504、 506形成有開口部509、 511，為了能夠螺栓固定電源模 塊300的直流正負極端子316、 314，在開口部509、 511的背側焊接有螺 母。
電容器殼體502具備端子罩520，確定端子的位置，并且，形成為與電力變換裝置的框體絕緣。另外，電容器殼體502中用于單元組的定位的
分隔物設置于單元組和單元組之間。作為電容器殼體502的材料使用熱傳
導性優(yōu)越的材料，在電容器單元組和電容器單元組之間的分隔物中埋入散 熱用熱傳導性良好的材料也可。
在電容器模塊500中，由于在電容器單元內部的薄膜上蒸鍍的金屬薄 膜、內部導體(端子)的電阻，在開關時流過脈動電流的情況下放熱。為 了電容器單元的耐濕，對電容器單元、內部導體(端子)，用樹脂浸滲(模 壓)電容器殼體502。因此，電容器單元或內部導體形成為經(jīng)由樹脂與電 容器殼體502密接的狀態(tài)，形成為電容器單元的放熱容易向殼體傳遞的結 構。進而，在本構造中，由于直接連接負極導體板505、正極導體板507、 電容器單元的508和端子516、 518，因此，電容器單元的放熱向負極、正 極導體直接傳遞，利用寬幅導體形成為向模壓樹脂容易傳熱的構造。因此， 如圖7所示，從電容器殼體502向下部殼體16良好地傳熱，從下部殼體 16向框體12進而冷卻水流路19良好地傳熱，能夠確保放熱性。
如圖15所示，在本實施方式中，以縱向配置四列負極導體板505及 正極導體板507的層疊構造構成電容器模塊。將這些四列的負極導體505 及正極導體507作為一體的寬幅導體板，將所有的電容器單元514連接于 該寬幅導體板的結構也可。由此，能夠削減部件件數(shù)，能夠提高生產(chǎn)率， 并且，能夠大致均等地使用所有電容器單元514的 靜電電容，能夠延長電 容器模塊500整體的部件壽命。進而，通過使用寬幅導體板，能夠減少寄 生電感。
圖17 (a)是在本實施方式的電力變換裝置200中，僅省去電容器模 塊500、層疊導體板700及兩個電源模塊300的立體圖。圖17 (b)是層 疊導體板700的分解立體圖。
如圖17 (a)所示，兩個電源模塊300將各自的交流端子159對齊在 一側而并列設置。在這些交流端子159的相反側設置有與兩個電源模塊 300和電容器模塊500的電連接部。該兩個電源模塊300和電容器模塊500 的電連接是利用平板上的層疊導體板700來進行。
在下部殼體16上固定的電容器殼體502內收容有多個電容器單元514 ,(未圖示)，電容器模塊500的正極側電容器端子504及負極側電容器端子506沿電容器殼體502的一長邊排列。正極側電容器端子504及負極側 電容器端子506的上端部的正極連接部及負極連接部504c、 506b配置于 比電容器單元514的上表面突出的位置。
與電源模塊300連接的層疊導體板700配置為覆蓋兩個電源模塊300。 還有，正極側電容器端子504及負極側電容器端子506形成為從電容器殼 體502的開口面豎起的構造的L字構造，該L字構造的正極側電容器端子 504及負極側電容器端子506的上端部的正極連接部506b及負極連接部 504c在電力變換裝置200的組裝時，與層疊導體板700直接抵接，利用螺 栓連接。
如圖17 (b)所示，該層疊導體板700包括平板狀的正極側導體板702 及負極側導體板704和夾在這些正極側導體板702和負極側導體板704的 絕緣片706。 g卩，層疊導體板700形成為層疊構造，因此，能夠實現(xiàn)減少 從電源模塊300到電容器模塊500的寄生電感。
如圖17 (a)及圖8 (b)所示，多個上臂控制端子320U靠近電源模 塊300的A邊側(參照圖8 (b))的中央部附近而配置。g卩，使U相控制 銷靠近V相控制銷，使W相控制銷靠近V相控制銷，在電源模塊300的 A邊側的中央部附近以一列配置上臂控制端子320U。還有，層疊導體板 700具有用于貫通該多個上臂控制端子320U的通孔705，在該通孔705的 兩肋部也層疊正極側導體板702和負極側導體板704。通過這些結構，能 夠擴大負極側導體板704和正極側導體板702的層疊面積，進而，能夠實 現(xiàn)減少從電源模塊300到電容器模塊500的寄生電感。
在圖8 (b)所示的電源模塊300的A邊側的中央部附近即上臂控制 端子320U附近配置小螺釘321。在該小螺釘321固定被安裝了驅動電路 174的驅動電路基板22，并且，使上臂控制端子320U貫通在驅動電路基 板22形成的孔。然后，利用焊接等接合驅動電路基板22上的端子和臂控 制端子320U。通過這樣的結構，上臂控制端子320U和驅動電路基板22 上的端子的接合部成為相對于小螺釘321近的距離，因此，提高車輛行駛 時的耐振動性。
驅動電路基板22配置于層疊導體板700的上方。因此，如圖17 (b) 所示，層疊導體板700在驅動電路基板22側具備負極側導體板704，另一方面，在電源模塊300側具備正極側導體板702。由此，在成為高電壓的 正極導體板702和驅動電路基板22之間存在有低電壓的負極導體板704 及絕緣片706，能夠防止驅動電路基板22觸及高電壓。
如圖17 (b)所示，正極側導體板702橫跨兩個電源模塊300的上方 而配置，進而，將兩個電源模塊300和電容器模塊500連線。同樣，負極 導體板704橫跨兩個電源模塊300的上方而配置，進而，將兩個電源模塊 300和電容器模塊500連線。由此，層疊導體板700變得寬幅，因此，能 夠減少從電源模塊300到電容器模塊500的寄生電感。另外，相對于一個 電源模塊，電容器模塊500的連接部位存在四組，因此，能夠減少寄生電 感。另外，通過在兩個電源模塊300之間共有化從兩個電源模塊300到電 容器模塊500的連接導體，能夠減少電力變換裝置200整體部件件數(shù)，能 夠提高生產(chǎn)率。
如圖8所示，在電源模塊300中，將正極連接部314a和負極連接部 316a作為一組，在電源模塊300的一邊側配置一組連接部314a、 316a，在 其相反側的一邊配置另一組連接部314a、 316a。層疊導體板700橫跨這些 兩組連接部314a、 316a的上方而配置，進而，利用螺栓與各連接部314a、 316a連接。由此，從電容器模塊500供給的直流電流不會集中在一組連接 部314a、 316a側，即直流電流在兩組連接部314a、 316a分散，因此，能 夠減少從電源模塊300到電容器模塊500的電感。
如上所述，在電容器模塊500內置有多個電容器單元514。在本實施 方式中，用兩個電容器單元514構成電容器單元組，設置有四組該電容器 單元組。進而，具備與各組對應的寬幅導體(正極導體板507及負極導體 板505)。如圖15所示，負極側電容器端子504及正極側電容器端子506 一個一個地與各自的寬幅導體連接。在本實施方式中，將這些所有的負極 側電容器端子504及正極側電容器端子506與一組的層疊導體板700電連 接。由此，成為所有的電容器單元514與兩個電源模塊300電連接的關系， 能夠大致均等地使用所有的電容器單元514的靜電電容，能夠延長電容器 模塊500整體的部件壽命。另外，通過使用該一組的層疊導體板700，能 夠將電容器模塊500內部按由兩個電容器單元514構成的每一電容器單元 組分割而構成，能夠根據(jù)馬達192的電流電容，容易地變更構成電容器單元組的電容器單元514的單位數(shù)。
構成層疊導體板700的正極側導體板702和負極側導體板704為了減 少寄生電感，優(yōu)選這些的間隙距離盡量小。例如，在層疊導體板700存在 用于將電源模塊300和電容器模塊500連線的彎曲結構部的情況下，在所 述彎曲結構部產(chǎn)生比平板部大的間隙距離，導致寄生電感變大。
因此，本實施方式的電源模塊300的正極側連接部314a、負極側連接 部316a及電容器模塊500的正極側連接部504c、負極側連接部506b配置 于大致同一平面上。由此，能夠使用平板狀的層疊導體板700，因此，能 夠減小正極側導體板702和負極側導體板704的間隙距離，能夠減少寄生 電感。
圖18 (a)是表示圖17所示的電源模塊300和層疊導體板700的連接 部位380 (參照圖17 (a))的放大圖。
如圖18 (a)所示，負極側連接部316a及正極側連接部314a將直流 正極端子314及直流負極端子316的端部向相反方向彎曲而構成，將層疊 的層疊導體板700的負極導體板704、正極導體板702分別與這些負極側 連接部316a及正極側連接部314a連接。由此，在IGBT328、 330的開關 時瞬間流過的負極側的電流成為如圖18 (a)所示的電流路徑382，因此， 在負極導體板的連接部704a和負極側連接部316a之間形成U折彎電流。 從而，消除在負極側導體板704的連接部704a的周圍產(chǎn)生的磁通和在負 極側連接部316a的周圍產(chǎn)生的磁通，因此，能夠實現(xiàn)電感的減少。
另一方面，正極導體板的連接部702a的電流通過圖18 (a)所示的電 流路徑384。在該正極導體板的連接部702a的上方配置有負極導體板704， 因此，正極導體板的連接部702a的電流方向和負極導體板704的電流方 向成為相反方向，消除由各自的電流產(chǎn)生的磁通。其結果，能夠減少正極 導體板的連接部702a的寄生電感。
另外，如圖18 (a)所示，絕緣紙318和絕緣片706分別配置為具有 在上下方向上重疊的區(qū)域。進而，配置為在利用螺栓等將層疊導體板700 固定于負極側連接部316a及正極側連接部314a的情況下，絕緣紙318和 絕緣片706具有沒有被層疊導體板700和正極側連接部314a夾住的區(qū)域 即沒有被施加壓縮應力的區(qū)域。由此，能夠確保連接部中的正極和負極之
35間的絕緣、具體來說正極側連接部314a和負極導體板704的絕緣。
圖18 (b)表示層疊導體板700的連接部位390的放大圖(參照圖17 (a))。
如圖18 (b)所示，電容器模塊500的正極側連接部506b及負極側連 接部504c分別向相反方向彎曲，在各自的上表面分別連接層疊導體板700 的正極導體板702及負極導體板704。由此，在IGBT328、 330的開關時 流過的負極側的電流成為如圖18 (b)所示的電流路徑392那樣，因此， 在負極導體板704的連接部704c和電容器模塊500的負極側連接部504c 之間形成U折彎電流。從而，消除在負極導體板704的連接部704a的周 圍產(chǎn)生的磁通和在負極側連接部504c的周圍產(chǎn)生的磁通，因此，能夠減 少電感。
同樣，在IGBT328、 330的開關時產(chǎn)生瞬時流動的正極側的電流通過 圖16 (b)所示的電流路徑394。 g卩，在正極導體板的連接部702b和電容 器模塊500的正極側連接部506b之間形成U折彎電流。從而，消除在正 極側導體板702的連接部702b的周圍產(chǎn)生的磁通和在正極側連接部506b 的周圍產(chǎn)生的磁通，因此，能夠減少電感。
另外，如圖18 (b)所示，絕緣片517和絕緣片706分別配置為具有 在上下方向上重疊的區(qū)域。進而，配置為在利用螺栓等將層疊導體板700 固定于電容器模塊500的正極側連接部506b及負極側連接部504c的情況 下，絕緣片517和絕緣片706配置為具有不被層疊導體板700和正極側連 接部506b夾住的區(qū)域即沒有被施加壓縮應力的區(qū)域。由此，能夠確保連 接部中的正極和負極之間的絕緣具體來說正極側連接部506b和負極導體 板704的絕緣。
根據(jù)以上說明的實施方式可知，得到如下的作用效果。 (l)利用表面?zhèn)染o固裝置BLT1將電源模塊300從其表面緊固于冷卻 套19A。然后，將框體12的上下倒置，將螺母螺合于從冷卻套19A的背 面突出的螺栓350，用背面?zhèn)染o固裝置BLT2將電源模塊300緊固于框體 12。在與背面?zhèn)染o固裝置BLT2相對的電源模塊300的表面即殼體構件302 的上表面配設有電源模塊300的各種結構部件，在本實施方式中，配設有 交流端子159、直流正極端子連接部314a和直流負極端子連接部316a。從而，能夠實現(xiàn)電源模塊300的小型化。
(2) 利用表面?zhèn)染o固裝置BLT1將電源模塊300從框體12的上方固 定，然后，倒置框體的上下，從框體12的下方利用背面?zhèn)染o固裝置BLT2 將電源模塊300固接于框體12。從而，即使小型化電源模±央，也不會對電 力變換裝置的組裝性產(chǎn)生影響。
(3) 電源模塊300包括在上表面安裝逆變器裝置140，具有從背面 向冷卻水流路19突出的散熱片305的金屬基座304 (基底板)，表面?zhèn)染o 固裝置BLT1在金屬基座304的四角將金屬基座304從表面?zhèn)裙探佑诳蝮w 12。背面?zhèn)染o固裝置BLT2在金屬基座304的周緣中間點將金屬基座304 從背面?zhèn)裙探佑诳蝮w12。這樣，金屬基座304不僅在其四角，而且在周緣 的中間點也緊固。因此，能夠充分地增大金屬基座304的周緣的緊固力， 金屬基座304不會由于冷卻水流路內的水壓而變形。
有時為了有效地冷卻電源模塊300，將冷卻水流路19內的水壓設定為 某種程度高的壓力。因此，在僅通過螺栓緊固電源模塊300的金屬基座304 的四角的情況下水密性不能充分時，需要用螺栓固定金屬基座304的周緣 的中間點。采用與金屬基座的四角的緊固相同地，從電源模塊上方螺栓緊 固中間點的方式的情況下，在金屬基座周緣不能配置電源模塊的各種結構 部件，導致電源模塊大型化。另外，由于要求的電力電容而電源模塊大型 的情況下，即使冷卻水流路內的壓力為低壓，也需要螺栓緊固金屬基座的 周緣的中間點，改善水密性。在這種情況下，也如本發(fā)明一樣，采用將電 源模塊300從框體12的下方緊固的構造的情況下，能夠小型化電源模塊 300。
(4) 金屬基座304的四角也可以用與周緣中間點相同的螺栓350、螺 母來緊固。但是，成為在將電源模塊300僅定位于冷卻套19A的安裝面 410S的狀態(tài)下，即不緊固電源模塊的狀態(tài)下倒置框體12的上下，從冷卻 套19A的背面進行緊固操作的作業(yè)步驟，可能導致電源模塊300下落。從 而，需要在不倒置框體12的上下的情況下，從框體下方螺合，作業(yè)性差。 與這樣的電源模塊固接方式相比，基于上述實施方式的電源模塊固接方式 的組裝作業(yè)性非常優(yōu)越。
(5) 將螺栓350的螺栓頭351的形狀形成為矩形形狀，將其與電源模塊殼體302的凹部302a及金屬基座304的凹部304a卡合。從而，能夠 將螺栓350的止轉機構和防止脫落形成為簡單的結構。 將以上的實施方式可以如下所述地變形。
(1) 在以上的實施方式中，為了防止螺栓350的旋轉，將螺栓頭351 卡合的凹部302a、 304a設置于電源模塊殼體302及金屬基座304，但設置 于任一方均可。
(2) 只要是能夠防止使螺母旋轉時的螺栓350的旋轉，螺栓頭351 的形狀就不限定于矩形形狀。例如，如圖19所示，將螺栓350的螺栓頭 351形成為六邊形形狀也可。在這種情況下，與螺栓頭351嵌合的金屬基 座304的凹部304a的形狀也可以為六邊形形狀。
(3) 只要是能夠防止螺母的旋轉操作引起的螺栓350的旋轉，其止 轉機構就不限定于在電源模塊殼體302及金屬基座304中的至少一方設置 與螺栓頭351卡合的凹部。例如，如圖20所示，利用一體成形或焊接一 體化金屬基座304和螺栓350，由此使螺栓350不旋轉也可。在此，圖20
(a) 是電源模塊300的俯視圖，圖20 (b)是圖20 (a)的E—E剖視圖。
(4) 在以上的實施方式中，從冷卻套19A的背面?zhèn)葍H緊固金屬基座 304的周緣中間點，但如圖21所示，在金屬基座304的四角也設置止轉的 螺栓350，從冷卻套19A的背面?zhèn)染o固也可。圖21 (a)是電源模塊300 的俯視圖，圖21 (b)是圖21 (a)的F—F剖視圖。從背面?zhèn)葍H緊固金屬 基座304的四角也可。
(5) 如圖22所示，在金屬基座304刻設螺栓孔304c，使未圖示的螺 栓從冷卻套19A的下方貫通所述螺栓孔304c并螺合，將電源模塊300固 定于冷卻套19A也可。在此，圖22(a)是電源模塊300的俯視圖，圖22
(b) 是圖22 (a)的G—G剖視圖。
(6) 在框體12的中段一體地設置了冷卻套19A，但冷卻套19A的設 置位置也不限定于實施方式?？梢詾榕c框體12成獨立體。
(7) 在冷卻套19A形成了劃分為往路和返路的U字形轉彎流路，但
冷卻水流路可以為單方向流路。此外，冷卻水也可以為其他冷卻液體。
(8) 實施方式的電力變換裝置具備一對電源模塊300，但也可以將本
發(fā)明適用于具有一個電源模塊的電力變換裝置。在這種情況下，在冷卻套19A設置一個開口即可。
(9) 金屬基座104的背面的散熱部可以為省略了散熱片305的平面 狀。另外，將散熱部暴露于冷卻液體中直接冷卻，但省略冷卻套19A的開 口，將散熱部與冷卻套19A的表面接觸，間接地冷卻的方式也可以適用本 發(fā)明。
(10) 用表面?zhèn)染o固部件緊固電源模塊殼體302的中間點也可。
(11) 將金屬基座104在其周緣緊固，但在金屬基座104的中央部緊 固于冷卻套19A也可。
(12) 代替背面?zhèn)染o固裝置或表面?zhèn)染o固裝置，利用鉚接將金屬基座 104從背面?zhèn)燃?或表面?zhèn)染o固于冷卻套19A也可。
(13) 將輸入輸出端子一體地設置于作為殼體構件的電源模塊殼體 302也可。例如，在電源模塊殼體302埋設輸入輸出端子也可。
(14) 不限于強電系的輸入輸出端子，將弱電系的控制端子設置于電 源模塊殼體302等殼體構件也可。
(15) 從電源模塊殼體302的附近的金屬基座304豎立設置作為輸入 輸出端子的電極，被覆電源模塊殼體302的上表面地將其彎曲也可。
(16) 電源模塊的結構部件不限定于電力系或控制系的輸入輸出端 子，可以為構成電源模塊所需的其他構件。例如，電源模塊殼體302本身 也是電源模塊的結構部件。
還可以組合實施方式和變形例的一個或多個。還可以將變形例進行各 種組合。
以上的說明終究是一例，本發(fā)明當然不限定于上述實施方式的結構。
權利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具備框體，其具有冷卻套；電源模塊，其在表面安裝有在直流電力和交流電力之間進行電力變換的半導體電路，且在背面設置有散熱部；緊固裝置，其是將所述電源模塊固定于所述冷卻套的緊固裝置，包括通過從所述電源模塊的表面?zhèn)鹊木o固操作將所述電源模塊緊固于所述冷卻套的表面?zhèn)染o固部件，以及通過從所述電源模塊的背面?zhèn)鹊木o固操作將所述電源模塊緊固于所述冷卻套的背面?zhèn)染o固部件，在與所述背面?zhèn)染o固部件相對的所述電源模塊的表面區(qū)域配置有所述電源模塊的結構部件的至少一個。
2. 根據(jù)權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述冷卻套具有冷卻液體的流路和用于在所述散熱部和所述冷卻液體之間進行熱交換的開口，利用所述電源模塊密封所述開口 ， 所述散熱部經(jīng)由所述開口暴露于所述流路。
3. 根據(jù)權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電源模塊包括金屬基座，在所述金屬基座的表面安裝有所述半導體電路，并且，從所述背面突出設置有作為所述散熱部的散熱片，所述背面?zhèn)染o固部件配置為在所述半導體電路的周圍將所述金屬基座緊固于所述冷卻套，所述電源模塊的結構部件配置于所述半導體電路的周圍。
4. 根據(jù)權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電源模塊包括金屬基座，在所述金屬基座的表面安裝有所述半導體電路，并且，從所述背面突出設置有作為所述散熱部的散熱片，所述背面?zhèn)染o固部件配置為將所述金屬基座以其周緣緊固于所述冷 卻套，所述電源模塊的結構部件配置于所述電源模塊的周緣。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述開口由所述金屬基座封閉，所述表面?zhèn)染o固部件是通過從所述電源模塊的表面?zhèn)鹊木o固操作將 所述金屬基座固接于所述冷卻套的螺栓或螺栓及螺母，所述背面?zhèn)染o固部件是將所述金屬基座通過從背面?zhèn)鹊木o固操作固 接于所述冷卻套的螺栓或螺栓及螺母。
6. 根據(jù)權利要求3或4所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述背面?zhèn)染o固部件是從所述金屬基座的背面突出有螺紋部并被阻止了旋轉的多個螺栓和在所述電源模塊的背面?zhèn)嚷莺嫌谒龆鄠€螺栓的 螺母。
7. 根據(jù)權利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述金屬基座設置有卡合部，所述卡合部與所述螺栓的頭部卡合而阻止所述螺栓的旋轉。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電源模塊還包括殼體構件，所述殼體構件以包圍所述半導體電路的方式設置于所述金屬基座的周緣，在所述殼體構件設置有與所述螺栓的頭部卡合的卡合部。
9. 根據(jù)權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電源模塊的結構部件是以包圍所述半導體電路的方式設置的殼體構件。
10. 根據(jù)權利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述殼體構件的上表面設置有輸入輸出用端子電極。
11. 根據(jù)權利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述輸入輸出端子是交流電力及直流電力用端子。
12. 根據(jù)權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述框體的中段設置有所述冷卻套，隔著所述冷卻套，在所述框體的上方空間設置有安裝了對所述半導體電路進行控制的電路的基板，隔著 所述冷卻套，在所述框體的下方空間設置有使對所述半導體電路施加的直 流成分平滑化的平滑電容器。
13. —種電源模塊，其特征在于，具備半導體電路，其包括在直流電力和交流電力之間進行電力變換的逆變 器電路；金屬基座，其在表面安裝有所述逆變器電路的開關元件，且在背面設置有散熱部；殼體構件，其以包圍所述半導體電路的方式設置于所述金屬基座的周緣；輸入輸出用端子的至少一個端子，其設置于所述殼體構件的上表面； 背面?zhèn)染o固部件，其為了將所述金屬基座從其背面?zhèn)染o固于所述框體 而設置于所述金屬基座的背面。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠小型化的電力變換裝置及電源模塊。利用表面?zhèn)染o固裝置(BLT1)將電源模塊(300)的四角從其表面緊固于冷卻套(19A)。然后，倒置框體(12)的上下，將螺母螺合于從冷卻套(19A)的背面突出的螺栓(350)，將電源模塊(300)緊固于框體(12)。即，利用背面?zhèn)染o固裝置(BLT2)將電源模塊(300)的周緣中間點從背面?zhèn)染o固于冷卻套(19A)。在與螺栓(350)相對的電源模塊殼體(302)的上表面配設電源模塊(300)的交流端子(159)、直流正極端子連接部(314a)和直流負極端子連接部(316a)。從而，能夠實現(xiàn)電源模塊(300)的小型化。
文檔編號H02M7/48GK101640494SQ20091014204
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2008年7月29日
發(fā)明者堀內敬介, 鈴木英世, 錦見總德, 雪田篤 申請人:株式會社日立制作所