本發(fā)明涉及將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力或?qū)⒔涣麟娏D(zhuǎn)換為直流電力的電力轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及適于搭載于車輛上的電力轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

謀求混合動力汽車或電動汽車的小型化的同時，要求用于這些的電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化。因此，通過使用于電力轉(zhuǎn)換裝置的功率半導體模塊等的各部件的小型化、各部件的配置距離靠近、如使電路基板與功率半導體模塊的配置距離靠近而產(chǎn)生的無信號區(qū)的削減，可實現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化。

可是，在進行各部件的小型化、配置距離靠近的情況下，尤其涉及流經(jīng)電力的部件，由于必須防止電力轉(zhuǎn)換裝置的誤操作與觸電的危險，因此需要為考慮了電磁干擾的影響、絕緣距離的形狀、配置。在專利文獻1中，構(gòu)成為，為了確保絕緣距離將電路基板與功率半導體模塊的配置距離分離的結(jié)構(gòu)。

可是，在以向車輛上的搭載為前提的基礎上，需要如機箱的低背面化而產(chǎn)生的小型化、省空間化。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第5563383號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明的課題是提供一種不受電磁干擾的影響且確保絕緣的、可進一步小型化的電力轉(zhuǎn)換裝置。

用于解決課題的方法

涉及本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置其特征為：具備將直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流并且具有直流正極端子以及直流負極端子的功率半導體模塊、具有配置于上述直流正極端子以及直流負極端子之間的絕緣部的樹脂制的罩部，上述罩部保持覆蓋上述直流正極端子和上述直流負極端子的金屬制部件。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠使搭載于電力轉(zhuǎn)換裝置上的功率半導體模塊與電路基板靠近，可實現(xiàn)由低背面化而帶來的的電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化。

附圖說明

圖1是電力轉(zhuǎn)換裝置100的外觀立體圖。

圖2是為了說明圖1所示的電力轉(zhuǎn)換裝置100的整體結(jié)構(gòu)而分解為構(gòu)成元件的立體圖。

圖3(a)是功率半導體模塊300a的立體圖。

圖3(b)是在通過圖3(a)所示的i-i的平面上剖開、從方向j觀察的剖視圖。

圖4(a)是表示從圖3(a)所示的狀態(tài)中拆下模塊殼體301、第二密封樹脂302以及絕緣部件307的功率半導體模塊300a的立體圖。

圖4(b)是在通過圖4(a)所示的i-i的平面上剖開、從方向j觀察的剖視圖。

圖5是表示從圖4(a)所示的狀態(tài)中拆下第一密封樹脂305以及端子絕緣部306的功率半導體模塊300a的立體圖。

圖6是表示從圖5所示的狀態(tài)中將導體板320以及導體板321分離的功率半導體模塊300a的立體圖。

圖7是罩部700的外觀立體圖。

圖8是在圖7所示的a-a平面上剖開罩部700、從b方向觀察的剖視圖。

圖9是在圖7所示的c-c平面上剖開罩部700、從d方向觀察的剖視圖。

圖10是從圖1所示的狀態(tài)中拆下冷卻水流入用導管210in、冷卻水流出用導管210out、機箱下部罩220、電容器模塊230、模制匯流條240、直流輸入?yún)R流條250p以及250n、控制-驅(qū)動電路基板260、機箱上部罩270的電力轉(zhuǎn)換裝置100的圖。

圖11是在圖10中追加控制-驅(qū)動電路基板260、在通過圖10所示的e-e的平面上剖開電力轉(zhuǎn)換裝置100并從f方向觀察的罩部700附近的放大剖視圖。

圖12是在圖10中追加控制-驅(qū)動電路基板260、在圖10所示的g-g平面上剖開電力轉(zhuǎn)換裝置100并從h方向觀察的罩部700附近的放大剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，關(guān)于涉及本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的實施方式進行說明。并且，在各圖中相同要素標注相同的符號，重復的說明省略。

涉及本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置100是主要使用于混合動力汽車、電動汽車的裝置。其車輛系統(tǒng)的一例記載于日本特開2011-217550號公報中。并且，涉及本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置100為了實現(xiàn)其效果也可用于其他用途。例如可以使用于將生產(chǎn)性提高、冷卻性能提高作為目的的冰箱、空調(diào)的家電用轉(zhuǎn)換器。還可以使用于使用環(huán)境與車輛用轉(zhuǎn)換器類似的工業(yè)設備用轉(zhuǎn)換器中。

圖2是為了說明涉及本實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置100的整體結(jié)構(gòu)而分解為構(gòu)成要素的立體圖。

電力轉(zhuǎn)換裝置100由機箱殼體200、冷卻水流入用導管210in、冷卻水流出用導管210out、機箱下部罩220、電容器模塊230、功率半導體模塊300a至300c、內(nèi)置有電流傳感器、交流電力用匯流條、直流正極電力用匯流條與直流負極用匯流條的模制匯流條240、直流電力輸入?yún)R流條250p以及250n、控制-驅(qū)動電路基板260、機箱上部罩270等構(gòu)成。

機箱殼體200是由如鋁合金構(gòu)成、具備一對短邊壁部和長邊壁部的箱狀長方體。另外，機箱殼體200收納電容器模塊230、功率半導體模塊300a至300c、模制匯流條240、直流電力輸入?yún)R流條250p以及250n、控制-驅(qū)動電路基板260等。

冷卻水流入用導管210in以及冷卻水流出用導管210out插入機箱殼體200，供冷卻介質(zhì)流入或流出。

機箱下部罩220以覆蓋機箱殼體下面200a的方式組裝。另外，機箱上部罩270在機箱殼體200中收納各部件之后以覆蓋機箱殼體上面200b的方式組裝。罩部700配置于功率半導體模塊300a至300c的上方。

使用圖3至圖5說明使用于電力轉(zhuǎn)換裝置中的功率半導體300a至300c。上述功率半導體300a至300c無論哪一個都是相同的結(jié)構(gòu)，作為代表說明功率半導體300a的結(jié)構(gòu)。

圖3(a)是本實施方式中的功率半導體模塊300a的立體圖。圖3(b)是將本實施方式中的功率半導體模塊300a在通過圖3(a)所示的i-i的平面上剖開、從方向j觀察的剖視圖。圖4(a)是表示從圖3(a)所示的狀態(tài)中拆除模塊殼體301、第二密封樹脂302以及絕緣部件307的功率半導體模塊300a的立體圖。圖4(b)是在通過圖4(a)所示的i-i的平面上剖開、從方向j觀察的剖視圖。圖5是表示從圖4(a)所示的狀態(tài)中拆除第一密封樹脂305以及端子絕緣部306的功率半導體模塊300a的立體圖。圖6是表示從圖5所示的狀態(tài)中將導體板320以及導體板321分離的功率半導體模塊300a的立體圖。

如圖6所示，構(gòu)成上支路與下支路的串聯(lián)電路的功率半導體元件(igbt310、igbt311、二極管312、二極管313)被導體板320、321、322以及323夾持，該導體板320至323通過焊錫材料被固定。igbt310與二極管312構(gòu)成上支路，igbt311與二極管313構(gòu)成下支路。

如圖5所示，交流端子330與導體板323連接，直流正極端子340p與導體板322連接，直流負極端子340n與導體板321連接。

如圖4(a)所示，導體板320至323在其散熱面露出的狀態(tài)下通過第一密封樹脂305密封。第一密封樹脂305具備多面形狀。

如圖3(b)所示，通過第一密封樹脂305密封的一次密封體308(參照圖4(a))插入模塊殼體301中并夾持絕緣部件307，熱壓裝于作為can型冷卻器的模塊殼體301的內(nèi)面。在此，所謂的can型冷卻器是如圖3(a)所示、為一面具有插入孔303、另一面具有底的筒形狀的冷卻器。在留存于模塊殼體301內(nèi)部的空隙中填充第二密封樹脂302。

模塊殼體301由具有電力傳導性的部件、如鋁合金材料(al、alsi、alsic、al-c等)構(gòu)成。插入口303通過凸緣304圍繞其外周。另外，如圖3(a)以及圖3(b)所示，以具有比另一面寬的面的第一散熱面360a以及第二散熱面360b分別對置的狀態(tài)配置，與這些散熱面對置地配置各功率半導體元件(igbt310、igbt311、二極管312、二極管313)。另外，在第一散熱面360a以及第二散熱面360b形成散熱片361。

與該對置的第一散熱面360a和第二散熱面360b連接的三個面構(gòu)成以比該第一散熱面360a以及第二散熱面360b狹窄的寬度而密閉的面，在剩余的一側(cè)面上形成插入口303。模塊殼體301的形狀不需要是準確的長方體，也可以為如圖3(a)所示的角度形成曲面。

如圖5所示，在模塊殼體301外設置用于電力化地與電容器模塊230連接的直流正極端子340p以及直流負極端子340n。還設置用于向電動發(fā)電機供給交流電力的交流端子330。

在模塊殼體301外還設置用于電力化地與控制-驅(qū)動電路基板260連接的門極端子350以及門極端子351。在本實施方式中，門極端子350與igbt310連接，門極端子351與igbt311連接。

如圖4(a)所示，直流正極端子340p、直流負極端子340n、交流端子330、門極端子350以及門極端子351以通過由樹脂材料成形的端子絕緣部306而相互絕緣的狀態(tài)，作為輔助模制體370一體化地形成。端子絕緣部306也可作為用于支撐各端子的支撐部件而起作用，用于這些的樹脂材料適合選用具有絕緣性的熱固化性樹脂或熱可塑性樹脂。

輔助模制體370在一次密封體308與連接部375上金屬接合之后，通過貫通設置于端子絕緣部306的螺紋孔的螺釘380被固定于模塊殼體301。在連接部375中的一次密封體308與輔助模制體370的金屬接合上能使用如tig焊接等。

直流正極端子340p與直流負極端子340n以夾持端子絕緣部306而對置的狀態(tài)相互層疊，形成大致并行地延伸的形狀。通過為這樣的配置以及形狀，功率半導體元件的開關(guān)動作時瞬間流動的電流對置且逆向地流動。由此，形成電流作用的磁場相互抵消的作用，通過該作用而使低電感化成為可能。并且，交流端子330、門極端子350以及門極端子351也向與直流正極端子340p以及直流負極端子340n相同的方向延伸。

使用圖7至圖9說明使用于電力轉(zhuǎn)換裝置中的罩部700的結(jié)構(gòu)。圖7是罩部700的外觀立體圖。圖8是在圖7所示的a-a平面上剖開罩部700、從b方向觀察的剖視圖。圖9是在圖7所示的平面上剖開罩部700、從d方向觀察的剖視圖。

金屬制部件750由能夠遮蔽電磁干擾的部件、如鋁合金材料等構(gòu)成。另外，金屬制部件750固定于罩部700。在本實施方式中，金屬制部件750被向罩部700的嵌入模保持，但也可以通過鉚接、螺栓固定等固定、保持。而且，金屬制部件750從罩部700露出一部分，形成螺栓固定用貫通孔751。

罩部700由絕緣制部件、如樹脂材料(pbt、ppt等)等構(gòu)成。在本實施方式中，罩部700以避讓配置門極端子350的位置的方式形成凹部720。由此，擴大覆蓋功率半導體模塊的直流正極端子340p以及直流負極端子340n的區(qū)域，擴大電磁干擾遮蔽區(qū)域。

在本實施方式中，罩部700為了確保與靠近功率半導體模塊的直流正極端子340p與直流負極端子340n的門極端子351的絕緣距離，形成門極端子用絕緣部710。還具備用于確保直流正極端子340p與直流負極端子340n的絕緣距離的絕緣部701。

使用圖10至圖12說明使用于電力轉(zhuǎn)換裝置100中的罩部700的配置以及效果。圖10是從圖1所示的狀態(tài)中拆下冷卻水流入用導管210in、冷卻水流出用導管210out、機箱下部罩220、電容器模塊230、模制匯流條240、直流輸入?yún)R流條250p以及250n、控制-驅(qū)動電路基板260、機箱上部罩270的電力轉(zhuǎn)換裝置100的圖。圖11是在圖10中追加控制-驅(qū)動電路基板260且在圖10所示的e-e的平面上剖開電力轉(zhuǎn)換裝置100、從f方向觀察的罩部700附近的放大大剖視圖。圖12是在圖10中追加控制-驅(qū)動電路基板260、在圖10所示的g-g平面上剖開電力轉(zhuǎn)換裝置100、從h方向觀察的罩部700附近的放大剖視圖。

向功率半導體模塊300a至300b的直流正極端子340p以及直流負極端子340n通電的電流在每次開關(guān)時電流方向都會變化。由此，在直流正極端子340p以及直流負極端子340n的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的磁通的方向也會變化。由于此時的磁通方向變化，因此連鎖性地產(chǎn)生磁場與電場。該磁場與電場的連鎖性的波成為電磁干擾。另外，此時，直流正極端子340p與直流負極端子340n的距離越脫離，越產(chǎn)生大的磁通變化。

若磁通變化，則電感也會變化。因此，若磁通變化量大，則電感的變化量也會變大。即，可以說從電感變化量變大的直流正極端子340p以及直流負極端子340n產(chǎn)生電磁干擾。

若在導體附近磁場急劇變化，則以貫通導體的磁通為軸，在導體上產(chǎn)生渦電流，產(chǎn)生的渦電流在消除基礎磁通的方向上產(chǎn)生磁通。由于在消除該基礎磁通的方向上產(chǎn)生磁通，因此能遮蔽電磁干擾。

在消除基礎磁通的方向上產(chǎn)生磁通也可以說降低電感。即，通過用金屬制部件750覆蓋電感變化量變大的直流正極端子340p以及直流負極端子340n，降低電感變化量而遮蔽電磁干擾。

若直流正極端子340p以及直流負極端子340n分別接近其他導體，則不能絕緣而短路。為了確保覆蓋直流正極端子340p以及直流負極端子340n的金屬制部件750的絕緣，用絕緣制部件的罩部700保持金屬制部件750。另外，罩部700為了也確保與靠近直流正極端子340p以及直流負極端子340n的金屬制部件750以外的其他導體的絕緣，在直流正極端子340p、直流負極端子340n以及靠近的金屬制部件750以外的其他導體之間具備絕緣部。

在本實施方式中，在與靠近直流正極端子340p與直流負極端子340n的門極端子351之間具備用于確保絕緣距離的絕緣部710，還具備用于確保直流正極端子340p與直流負極端子340n的絕緣距離的絕緣部701。

在金屬制部件750中產(chǎn)生渦電流時，在金屬制部件750內(nèi)電位變動且?guī)щ?。在帶電狀態(tài)下的金屬制部件750靠近其他導體等的情況下產(chǎn)生靜電放電，成為誤操作、短路的原因。另外，帶電的物體吸附灰塵等的異物，成為短路、漏電的原因。

由于這些原因，金屬制部件750需要防止帶電。因此，金屬制部件750需要一部分具備電力化導通地固定。在本實施方式中，金屬制部件750如圖10所示，固定于機箱殼體200上。由此，能夠使金屬制部件750內(nèi)的電位向機箱殼體200逃離，能夠防止金屬制部件750的帶電。

為了盡可能遮蔽電磁干擾，遮蔽成為發(fā)生基的直流正極端子340p以及直流負極端子340n的金屬制部件750的區(qū)域越寬越好。在本實施方式中，金屬制部件750以及罩部700以避讓配置門極端子350的方式形成凹部，擴大覆蓋功率半導體模塊的直流正極端子340p以及直流負極端子340n的區(qū)域。由此，擴大電磁干擾遮蔽區(qū)域。

搭載驅(qū)動功率半導體模塊的驅(qū)動電路的驅(qū)動電路基板以及電路元件存在由于電磁干擾而導致誤操作的可能性。因此，需要保護這些部件免受來自電子干擾產(chǎn)生源的干擾。在本實施方式中，控制-驅(qū)動電路基板260具備驅(qū)動功率半導體模塊300a至300c的驅(qū)動電路，配置于隔著罩部700的與功率半導體模塊300a至300c對置的位置，而且，控制-驅(qū)動電路基板260在配置罩部700的側(cè)的面上搭載電路元件261。通常，在這樣的情況下，由于控制-驅(qū)動電路基板260以及所搭載的電路元件261、成為電磁干擾源的功率半導體模塊的直流正極端子340p以及直流負極端子340n之間的距離靠近，因此產(chǎn)生誤操作的可能性高。

可是，在本實施方式中，由于在控制-驅(qū)動電路基板260以及所搭載的電路元件261、成為電磁干擾源的功率半導體的直流正極端子340p以及直流負極端子340n之間夾持罩部700，因此能夠遮蔽電磁干擾且能夠使控制-驅(qū)動電路基板260以及所搭載的電路元件261與功率半導體模塊的直流正極端子340p以及直流負極端子340n靠近。由此，電力轉(zhuǎn)換裝置的低背面化成為可能，電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化成為可能。

在電力轉(zhuǎn)換裝置上搭載功率半導體模塊，但根據(jù)情況，搭載數(shù)量有時增大。在本實施方式中，相對于電力轉(zhuǎn)換裝置100搭載u相功率半導體模塊300a、v相功率半導體模塊300b、w相功率半導體模塊300c共計3個。由于電磁干擾從各功率半導體模塊300a至300c的直流正極端子340p以及直流負極端子340n產(chǎn)生，因此需要遮蔽各功率半導體模塊300a至300c的電磁干擾。在本實施方式中，罩部700以同時覆蓋u相功率半導體模塊300a、v相功率半導體模塊300b、w相功率半導體模塊300c的直流正極端子340p以及直流負極端子340n的方式構(gòu)成。

由此，能夠無間隙地遮蔽從各功率半導體模塊300a至300c的直流正極端子340p以及直流負極端子340n產(chǎn)生的電磁干擾

符號說明

100—電力轉(zhuǎn)換裝置，200—機箱殼體，200a—機箱殼體下面，200b—機箱殼體上面，210in—冷卻水流入用導管，210out—冷卻水流出用導管，220—機箱下部罩，230—電容器模塊，240—模制回流條，250p—直流輸入回流條，250n—直流輸入?yún)R流條，260—控制-驅(qū)動電路基板，261—電路元件，270—機箱上部罩，300a—u相功率半導體模塊，300b—v相功率半導體模塊，300c—w相功率半導體模塊，301—模塊殼體，302—第二密封樹脂，303—插入口，304—凸緣，305—第一密封樹脂，306—端子絕緣部，307—絕緣部件，308—一次密封體，310—igbt，311—igbt，312—二極管，313—二極管，320—導體板，321—導體板，322—導體板，323—導體板，330—交流端子，340p—直流正極端子，340n—直流負極端子，350—門極端子，351—門極端子，360a—第一散熱面，360b—第二散熱面，361—散熱片，370—輔助模制體，375—連接部，380—螺釘，700—罩部，701—絕緣部，710—門極端子用絕緣部，720—凹部，750—金屬制部件，751—螺栓固定用貫通孔。