CN103378745B - 功率转换设备 - Google Patents

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Abstract

功率转换设备包括多个半导体模块2p和2n，每个半导体模块具有主体段20，主体段中包括切换元件。在模块单元11中，设置正模块2p和负模块2n使得相应主体段20的主表面202和202彼此相对。正端子23、第一中间端子241、负端子25和第二中间端子242在与正模块2p和负模块2n彼此相对的X方向垂直的Z方向上突出。配置从第一端子23朝着第一中间端子241的第一矢量V1和从第二中间端子242朝着负端子25的第二矢量V2，使得在与X方向和Z方向垂直的Y方向上的这些矢量分量V12和V22彼此相反。

Description

功率转换设备
技术领域
本发明涉及一种包括具有半导体元件的多个半导体模块的功率转换设备。更具体而言，本发明涉及一种用于可以装配在车辆中的连续电流电动机的逆变器。
背景技术
在电动汽车、混合动力汽车等中装配有将来自功率源的直流功率转换成交流功率以对驱动电动机进行驱动的功率转换设备。功率转换设备通过适当控制在半导体模块内包括的半导体元件(切换元件)的关断和闭合来执行功率转换。然而，由于存在归结于内部电路中的布线等的电感，所以伴随切换元件的关断和闭合生成浪涌电压。这样的浪涌电压可能引起切换元件的故障。因此需要减少上述电感。
例如在JP-A-2010-287737中公开了一种功率转换设备，在该功率转换设备中，在电感导体上串联连接并且相互邻近设置两个半导体模块，从而电流流动的方向彼此相反。在该功率转换设备中，在电流流向半导体模块时，感应的电流在与流向半导体模块的电流的方向相反的方向上流向电感导体。在该功率转换设备中，认为可以减少归结于布线等的电感。
然而，在JP-A-2010-287737中公开的功率转换设备中，需要用于发送感应的电流的电感导体以减少电感。因此，由于部件数目增加、尺寸增加等而出现问题。此外，在使用感应的电流时，需要有助于在电感导体中对感应的电流进行感应的结构。需要复杂结构以减少电感。
因此一种能够用简单结构充分减少电感的功率转换设备是合乎期望的。
发明内容
根据本申请提供的一个方面的一种功率转换设备包括：各自具有板形主体段20的多个半导体模块2，板形主体段20在其中包括切换元件211。
多个半导体模块2由正模块2p和负模块2n组成。正模块2p连接到电源81的正侧，并且负模块2n连接到电源81的负侧。
在正模块2p中，形成正端子23和第一中间端子241从主体段20突出。正端子23连接到电源81。第一中间端子241连接到负模块2n。
在负模块2n中，形成负端子25和第二中间端子242从主体段20突出。负端子25连接到电源(81)。第二中间端子242连接到正模块2p。
第一中间端子241和第二中间端子242通过中间母线4c连接。
在由彼此相邻并且由中间母线4c相互串联和电连接的一个正模块2p和一个负模块2n组成的模块单元11中，设置正模块2p和负模块2n使得相应主体段20的主表面201和202彼此相对。
分别属于正模块2p的正端子23和第一中间端子241以及分别属于负模块2n的负端子25和第二中间端子242，在与正模块2p和负模块2n彼此相对的X方向垂直的Z方向上突出。
将第一矢量V1和第二矢量V2配置成使得在与X方向和Z方向二者垂直的Y方向上的相应矢量分量V12和V22的方向彼此相反。第一矢量V1是从正模块2p的正端子23朝着第一中间端子241。第二矢量V2是从负模块2n的第二中间端子242朝着负端子25(根据本发明的第一方面的功率转换设备)。
如上文描述的那样，在根据本发明的一个方面的功率转换设备中，布置模块单元的正模块和负模块使得相应主体段的主表面彼此相对。此外，在从Z方向查看模块单元时，配置从正模块的正端子朝着第一中间端子的第一矢量和从负模块的第二中间端子朝着负端子的第二矢量，使得在Y方向上的相应矢量分量的方向彼此相反。
因此，在执行切换元件的切换操作时，在其中电流流过形成为包括正模块、中间母线和负模块的闭合电路的实例中，流向正模块的电流和流向负模块的电流的方向在垂直方向上彼此相反。设置正模块和负模块以彼此相对。换而言之，从正模块的正端子经过主体段流向第一中间端子的电流和从负模块的第二中间端子经过主体段流向负端子的电流的方向在Y方向上彼此相反。
因而，可以充分减少在正模块与负模块之间出现的互感(称为“互感效果”)。因而，例如，不同于常规功率转换设备，不再需要用于发送感应的电流的电感导体。可以用简单结构充分实现电感的减少。具体而言，正模块和负模块被设置于其中具有更大面积的相应主体段的主表面彼此相对的状态中，或者换而言之使得正模块和负模块的相对面积大。因此，可以增强上述互感效果，并且可以实现电感的进一步减少。
在功率转换设备中，半导体模块的主体段的主表面是与板形主体段的厚度方向垂直的表面并且具有最大面积。
此外，模块单元11的正模块2p的主体段20可以被配置成具有实现经由切换元件211在正端子23与第一中间端子241之间的电传导的传导段221和222。此外，模块单元11的负模块2n的主体段20可以被配置成具有实现经由切换元件211在负端子25与第二中间端子242之间的电传导的传导段221和222(根据本发明的第二方面的功率转换设备)。在这一实例中，流向正模块的传导段的电流和流向负模块的传导段的电流的方向可以在Y方向上彼此相对。可以充分实现上述互感效果。
这里，传导段221和222可以被配置成在主体段20的主表面201和202上至少部分地暴露(根据本发明的第三方面的功率转换设备)。在这一实例中，与其中未在主体段的主表面上暴露传导段的配置比较，可以相互更接近地放置相应电流在X方向上流过的、正模块和负模块的相应传导段。因此可以增强上述互感效果。此外，由于暴露传导段，也可以增强热辐射效果。
此外，模块单元11的正模块2p的主体段20可以被配置成具有在X方向上在切换元件211的两侧上布置的成对传导段221和222。传导段222连接到正端子23，并且传导段221连接到第一中间端子241。此外，负模块2n的主体段20可以被配置成具有在X方向上在切换元件211的两侧上设置的成对传导段221和222。传导段222连接到负端子25，并且传导段221连接到第二中间端子242(根据本发明的第四方面的功率转换设备)。在这一实例中，在X方向上在主体段的切换元件的两侧上或者换而言之在主体段的两个主表面侧上设置用作电流路径的成对传导段。因而，可以增加在正模块的传导段与负模块的传导段之间的相对面积。可以增强上述互感效果。
此外，在模块单元11的正模块2p和负模块2n的相应主体段20中，二极管212可以在Y方向上与切换元件211对准。可以设置正模块2p的切换元件211和负模块2n的二极管212以在X方向上彼此相对。另外，可以设置正模块2p的二极管212和负模块2n的切换元件211以在X方向上彼此相对(根据本发明的第五方面的功率转换设备)。在这一实例中，可以简化从正模块的正端子到负模块的负端子的电流路径。可以充分实现上述互感效果。可以如上文描述单独配置或者可以集成切换元件和二极管。
此外，在从Z方向查看模块单元11时，在正模块2p中，可以设置切换元件211和正端子23以在X方向上彼此相对。可以设置二极管212和第一中间端子241以在X方向上彼此相对。此外，在负模块2n中，可以设置切换元件211和第二中间端子242以在X方向上彼此相对。可以设置二极管212和负端子25以在X方向上彼此相对(根据本发明的第六方面的功率转换设备)。在这一实例中，可以进一步简化从正模块的正端子到负模块的负端子的电流路径。可以充分实现上述互感效果。
此外，功率转换设备可以被配置成包括多个模块单元11。在相互相邻的模块单元11中，可以设置一个模块单元11的正模块2p和另一模块单元11的负模块2n使得相应主体段20的主表面201和202彼此相对(根据本发明的第七方面的功率转换设备)。在这一实例中，在使流向一个模块单元的正模块的电流和流向另一模块单元的负模块的电流的方向在Y方向上彼此相反时，也可以实现在相互相邻的模块单元之间的互感效果。因而，可以实现电感的进一步减少。
此外，上述功率转换设备可以被配置成包括冷却器3，冷却器3具有用于发送冷却半导体模块2p和2n的冷却剂的冷却剂路径31。可以在X方向上交替地堆叠半导体模块2p和2n以及冷却剂路径31(根据本发明的第八方面的功率转换设备)。在这一实例中，可以通过流过冷却器的冷却剂路径的冷却剂从主体段的主表面侧高效冷却半导体模块。
如上文描述的那样，本申请提供的功率转换设备能够用简单结构充分地减少电感。
附图说明
图1示出根据第一实施例的功率转换设备的说明图(顶视图)；
图2示出根据第一实施例的半导体模块和冷却器的说明图；
图3示出根据第一实施例的半导体模块的说明图(前视图)；
图4示出根据第一实施例的模块单元的顶视图；
图5示出根据第一实施例在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流(i)的流动；
图6示出根据第一实施例在负模块2n的切换元件211从OFF切换成ON时电流(i)的流动；
图7示出根据第一实施例的功率转换电路的说明电路图；
图8示出根据第二实施例的模块单元的变更布置的顶视图；
图9示出根据第二实施例在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流(i)的流动；
图10示出根据第二实施例在负模块2n的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动；
图11示出根据第三实施例的模块单元的顶视图；
图12示出根据第三实施例在正模块2p的切换元件从OFF切换成ON时电流(i)的流动；
图13示出根据第三实施例在负模块的切换元件从OFF切换成ON时电流i的流动；
图14示出根据第四实施例在正模块2p的切换元件从OFF切换成ON时电流i的流动；
图15示出根据第五实施例的功率转换设备的部分说明图(顶视图)；并且
图16示出根据第六实施例的功率转换设备的说明图(顶视图)。
具体实施方式
下文将参照附图描述根据实施例的功率转换设备。
(第一实施例)
首先将根据图7描述功率转换设备1中的功率转换电路。如图7中所示，功率转换电路8由电源81(直流电源81)、电容器5、六个半导体模块2(三个正模块2p和三个负模块2n)等配置。在半导体模块2之中，正模块2p各自具有上臂侧切换元件211和与切换元件211反并联连接的上臂侧二极管212。此外，负模块2n各自具有下臂侧切换元件211和与切换元件211反并联连接的下臂侧二极管212。
正模块2p的切换元件211连接到正母线4a。负模块2n的切换元件211连接到负母线4b。中间母线4c连接到三相交流电动机82。作为由外部控制板(未示出)控制的半导体模块2的切换元件211的切换操作的结果，电源81的直流功率被转换成交流功率。使用交流功率来驱动三相交流电动机82。配置一对一个正模块2p和一个负模块2n为交互的一个单元11(下文称为“模块单元”)。功率转换设备1中具有三个模块单元11(11-1到11-3)。
接着将描述半导体模块。图3示出半导体模块2的外观(前视图)。如图3中所示，正模块2p和负模块2n各自具有切换元件211和二极管212。切换元件211由绝缘栅双极晶体管(IGBT)等组成。二极管212由与切换元件211反并联连接的续流二极管(free-wheelingdiode，FWD)等组成。在由绝缘树脂等组成的板形主体段20内包括切换元件211和二极管212。
如图3中所示，正模块2p具有正端子23和第一中间端子241。形成正端子23和第一中间端子241从主体段20突出。负模块2n具有负端子25和第二中间端子242。形成负端子25和第二中间端子242从主体段20突出。正端子23、第一中间端子241、负端子25和第二中间端子242都在相同方向上突出。
此外，正模块2p和负模块2n各自具有连接到外部控制电路板(未示出)的多个控制端子26。在与正端子23、负端子25、第一中间端子241和第二中间端子242相对的侧上提供多个控制端子26从主体段20突出。在控制电路板上形成控制电路，该控制电路控制半导体模块2中的切换元件211的切换操作。
接着将说明功率转换设备的结构。图1示出功率转换设备1的前视图。如图1中所示，半导体模块2(2n，2p)中分别具有包括切换元件211和二极管212的板形主体段20。正模块2p连接到电源81的正极，并且负模块2n连接到电源81的负极。
如图1中所示，在正模块2p中，形成正端子23和第一中间端子241从主体段20突出。正端子23连接到电源81的正极。第一中间端子241连接到负模块2n。在负模块2n中，形成负端子25和第二中间端子242从主体段20突出。负端子25连接到电源81的负极。第二中间端子242连接到正模块2p。第一中间端子241和第二中间端子242由中间母线4c连接。
如图1中所示，在由彼此相邻并且由中间母线4c连接的正模块2p和负模块2n组成的模块单元11中，设置正模块2p和负模块2n使得各个主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。这里，“主表面”是与板形主体段的厚度方向垂直的表面并且具有最大面积(见图3)。分别属于正模块2p的正端子23和第一中间端子241以及分别属于负模块2n的负端子25和第二中间端子242在与正模块2p和负模块2n彼此相对的X方向垂直的Z方向上突出。
也如图1中所示，功率转换设备1包括在壳(未示出)等中容纳的多个半导体模块2、冷却器3、多个母线(下文描述的正母线4a、负母线4b和中间母线4c)、电容器5等。冷却器3用来冷却半导体模块2。多个半导体模块2由三个正模块2p和三个负模块2n组成。
如图1中所示，正模块2p的正端子23连接到单个共同正母线4a。负模块2n的负端子25连接到单个共同负母线4b。正母线4a的一端连接到电容器5的正端子23。负母线4b的一端连接到电容器5的负端子25。电容器5的正端子23连接到电源81的正极，并且电容器5的负端子25连接到电源81的负极。
此外，正模块2p的第一中间端子241和负模块2n的第二中间端子242按每模块单元11地连接到单个共同中间母线4c。换而言之，第一中间端子241和第二中间端子242由中间母线4c连接。根据第一实施例，由于有三个模块单元11，所以也有三个中间母线4c。三个中间母线4c中的每个中间母线连接到功率转换设备1驱动的三相交流电动机82(见图7)的U相绕组、V相绕组和W相绕组(未示出)。
图2示出半导体模块11和用于半导体模块11的冷却器3的位置关系。如图2中所示，如下文所述通过中间母线4c串联地电连接的正模块2p和负模块2n配置单个模块单元11。根据第一实施例，有三个模块单元11(11-1到11-3)。在模块单元11中，以堆栈布置正模块2p和负模块2n使得相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。
此外，在彼此相邻的模块单元11中，以堆栈布置一个模块单元11的正模块2p和另一模块单元11的负模块2n使得相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。换而言之，布置正模块2p和负模块2n以交替地堆叠。在X方向上以行交替地布置正端子23和负端子25。在X方向上以行交替地布置第一中间端子241和第二中间端子242。
如图2中所示，冷却器3具有用作冷却剂流过的冷却剂路径的多个冷却管31。冷却剂冷却半导体模块2。在X方向上交替地布置半导体模块2和冷却管31。每个半导体模块2在X方向上从两侧由冷却管31夹在中间。
在X方向上彼此相邻的冷却管31在两个端部中由可变形连接管32连接。冷却剂入口管33和冷却剂排放管34连接到在多个冷却管31之中的在X方向上设置于一端上的冷却管31的两个端部。冷却剂入口管33用来从外界引入冷却剂。冷却剂排放管34用来向外界排放冷却剂。
在冷却器3中，已经从外界向冷却剂入口管33中引入的冷却剂穿过在冷却剂入口管33侧上的连接管33，并且流过每个冷却管31。流过每个冷却管31的冷却剂执行与半导体模块2的热交换。在执行热交换之后，冷却剂穿过在冷却剂排放管34侧上的连接管32并且从冷却剂排放管34向外排放。
作为流过冷却器3的冷却剂，例如可以使用自然冷却剂、比如水或者氨气、与基于乙二醇的防冻溶液混合的水，基于碳氟化合物的冷却剂、比如氟素化学品(Fluorinert)，基于氟利昂的冷却剂、比如HCFC123或者HCFC134a，基于乙醇的冷却剂、比如甲醇或者乙醇或者基于酮的冷却剂、比如丙酮。
下文将更具体描述模块单元11中的正端子2p和负端子2n。图4示出模块单元11的顶视图。在图4中，仅示出主体段20、正端子23、第一中间端子241、负端子25和第二中间端子242。
如图4中所示，在从Z方向查看模块单元11(正模块2p和负模块2n)时，起点为正模块2p的正端子23并且终点为第一中间端子241的矢量是第一矢量V1。此外，起点为负模块2n的第二中间端子242并且终点为负端子25的矢量是第二矢量V2。
第一矢量V1在X方向上的矢量分量是V11，并且在Y方向上的矢量分量是V12。第二矢量V2在X方向上的矢量分量是V21，并且在Y方向上的矢量分量是V22。在这一实例中，第一矢量V1在Y方向上的矢量分量V12和第二矢量V2在Y方向上的矢量分量V22的方向彼此相反。
图5和图6是模块单元11的正模块2p和负模块2n以及在其之间提供的冷却管31的图，这些图示出在与Z方向垂直的方向上截取的X-Y横截面。
如图5和图6中所示，正模块2p和负模块2n的每个主体段20如上文描述的那样具有切换元件211和二极管212。在Y方向上对准切换元件211和二极管212。设置正模块2p的切换元件211和负模块2n的二极管212以在X方向上彼此相对。设置正模块2p的二极管212和负模块2n的切换元件211以在X方向上彼此相对。
正模块2p的主体段20具有成对传导段221和222。提供成对传导段221和222以实现经由切换元件211在正端子23与第一中间端子241之间的电传导。负模块2n的主体段20具有成对传导段221和222。提供成对传导段221和222以实现经由切换元件211在负端子25与第二中间端子242之间的电传导。成对传导段221和222被设置于切换元件211和二极管222在X方向上的两侧上并且电连接切换元件211和二极管222。此外，从主体段20的主表面201和202至少部分暴露成对传导段221和222。
如图5和图6中所示，在正模块2p的主体段20中，在切换元件211和二极管212在Y方向上的两侧上设置正端子23和第一中间端子241。正端子23被设置于靠近负模块2n的位置并且连接到一个传导段222。第一中间端子241被设置于远离负模块2n的位置并且连接到另一传导段221。
此外，在正模块2p的主体段20中，在Y方向上的不同位置设置正端子23和第一中间端子241。正端子23在X方向上与切换元件211对准。第一中间端子241在X方向上与二极管212对准。
如图5和图6中所示，在负模块2n的主体段20中，在切换元件211和二极管212在Y方向上的两侧上设置负端子25和第二中间端子242。负端子25被设置于远离正模块2p的侧上并且连接到一个传导段222。第二中间端子242被设置于靠近正模块2p的侧上并且连接到另一传导段221。
此外，在负模块2n的主体段20中，在Y方向上不同的位置设置负端子25和第二中间端子242。负端子25在X方向上与二极管212对准。第二中间端子242在X方向上与切换元件211对准。
(第一实施例的操作效果)
接着，将描述根据第一实施例的功率转换设备1实现的操作效果。如上文描述的那样，在根据第一实施例的功率转换设备1中，设置模块单元11的正模块2p和负模块2n使得相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。此外，在从Z方向查看模块单元11时，(在正模块2p中从正端子23朝着第一中间端子241的)第一矢量V1在Y方向上的矢量分量V12和(在负模块2n中从中间端子242朝着负端子25的)第二矢量V2在Y方向上的矢量分量V22的方向彼此相反。
因此在执行切换元件211的切换操作时，在其中电流流过形成为包括正模块2p、中间母线4c和负模块2n的闭合电路的实例中，可以使流过正模块2p的电流和流过负模块2n的电流的方向在Y方向上彼此相反。设置正模块2p和负模块2n以彼此相对。换而言之，从正模块2p的正端子23经过主体段20流向第一中间端子241的电流的方向和从负模块2n的第二中间端子242经过主体段20流向负端子25的电流的方向在Y方向上彼此相反。
具体而言，在执行切换元件211的切换操作时，流到功率转换设备1中的电路的电流的流动和大小改变。这时，考虑在功率转换设备1中形成的闭合电路，流向闭合电路的电流的方向和大小改变。根据第一实施例，将考虑形成为包括正模块2p、中间母线4c和负模块2n的闭合电路A(见图7)来描述这一点。
例如，在正模块2p的切换元件211(上臂侧)从ON切换成OFF时，循环电流在维持三相交流电动机82的电流的方向上流过负模块2n的二极管212(下臂侧)。循环电流是在负模块2n的二极管212(下臂侧)的正向方向上流动的电流。接着，在正模块2p的切换元件211(上臂侧)从OFF切换成ON时，恢复电流流向负模块2n的二极管212(下臂侧)。恢复电流是指在电流已经在二极管212的正向方向上流动之后施加反向电压时在二极管212的反向方向上流动的电流。
前述图5示出在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。电流i指示由于切换元件211的切换操作而接连改变的交流分量。电流i依次从正模块2p的正端子23经过传导段222、切换元件211、传导段221流向第一中间端子241。然后，电流i流过中间母线4c(未示出)并且依次从负模块2n的第二中间端子242、传导段221、二极管212、传导段222流向负端子255。这里考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段221的电流的方向和流向负模块2n的传导段221的电流i的方向彼此相反。
前述图6也以与图5相似的方式示出在负模块2n的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。电流i依次从正模块2p的正端子23经过传导段222、二极管212、传导段221流向第一中间端子241。然后，电流i流过中间母线4c(未示出)并且依次从负模块2n的第二中间端子242经过传导段221、切换元件211、传导段222流向负端子25。这里，考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段222的电流i的方向和流向负模块2n的传导段222的电流i的方向彼此相反。
因此，可以充分实现减少在正模块2p与负模块2n之间出现的互感这样的效果(互感效果)。因而，例如不同于常规功率转换设备，不再需要用于发送感应的电流的电感导体。可以用简单结构充分实现减少电感。具体而言，正模块2p和负模块2n被设置于其中具有更大面积的相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对的状态中，或者换而言之使得正模块2p和负模块2n的相对面积大。因此可以增强上述互感效果并且可以更多地实现进一步减少电感。
此外，根据第一实施例，模块单元11的正模块2p的主体段20具有实现经由切换元件211在正端子23与第一中间端子241之间的电传导的传导段221和222。负模块2n的主体段20具有实现经由切换元件211在负端子25与第二中间端子242之间的电传导的传导段221和222。因此，流过正模块2p的传导段221和222的电流以及流过负模块2n的传导段221和222的电流的方向可以在Y方向上彼此相反。可以充分实现上述互感效果。
此外，在主体段20的主表面201和202上至少部分暴露传导段221和222。因此，与其中未在主体段20的主表面201和202上暴露传导段221和222的配置比较，可以相互更接近地放置相应电流在X方向上流过的、正模块2p和负模块2n的相应传导段221和222。因此，可以增强上述互感效果。此外，由于暴露传导段221和222，也可以增强热辐射效果。
模块单元11的正模块2p的主体段20具有设置于切换元件211在X方向上的两侧上的成对传导段221和222。传导段222连接到正端子23，并且传导段221连接到第一中间端子241。此外，负模块2n的主体段20具有设置于切换元件211在X方向上的两侧上的成对传导段221和222。传导段222连接到负端子25，并且传导段222连接到第二中间端子242。因此，在主体段20的切换元件211在X方向上的两侧上或者换而言之在主体段20的两个主表面201和202上设置用作电流路径的成对传导段221和222。因而，可以增加在正模块2p的传导段221和222与负模块2n的传导段221和222之间的相对面积。可以增强上述互感效果。
在模块单元11的正模块2p和负模块2n的相应主体段20中，二极管212在Y方向上与切换元件211对准。设置正模块2p的切换元件211和负模块2n的二极管212以在X方向上彼此相对。设置正模块2p的二极管212和负模块2n的切换元件211以在X方向上彼此相对。因而，可以简化从正模块2p的正端子23到负模块2n的负端子25的电流路径。可以充分实现上述互感效果。
此外，在从Z方向查看模块单元11时，在正模块2p中，切换元件211和正端子23在X方向上对准。二极管212和第一中间端子241在X方向上对准。此外，在负模块2n中，切换元件211和第二中间端子242在X方向上对准。此外，二极管212和负端子25在X方向上对准。因而，可以进一步简化从正模块2p的正端子23到负模块2n的负端子25的电流路径。可以充分实现上述互感效果。
此外，功率转换设备1包括多个模块单元11。在彼此相邻的模块单元11中，设置一个模块单元11的正模块2p和另一模块单元11的负模块2n使得相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。因此使流向一个模块单元11的正模块2p的电流和流向另一模块单元11的负模块2n的电流的方向在Y方向上彼此相反。也可以实现在彼此相邻的模块单元11之间的互感效果。因而可以更多地实现电感的进一步减少。
此外，功率转换设备1包括具有冷却管(冷却剂路径)31的冷却器3，这些冷却管(冷却剂路径)用于发送冷却半导体模块2的冷却剂。在X方向上交替地堆叠半导体模块2和冷却管31。因而，可以通过流过冷却器3的冷却管31的冷却剂从主体段20的主表面201和202侧高效地冷却半导体模块2。
如上文描述的那样，根据第一实施例，可以提供能够用简单结构充分减少电感的功率转换设备1。
(第二实施例)
接着，将使用图8至图10来说明功率转换设备的第二实施例。第二实施例是模块单元11的变更例子，主要是负模块2n的负端子25和第二中间端子242的布置。图8示出模块单元11的变更布置的顶视图。
如图8中所示，根据第二实施例，在负模块2n的主体段20中，在正模块2p附近的侧上设置负端子25。在远离正模块2p的侧上设置第二中间端子242。此外，第一矢量V1在Y方向上的矢量分量V12和第二矢量V2在Y方向上的矢量分量V22彼此相反。其它基本配置与根据第一实施例的相似。
(第二实施例的操作效果)
接着将描述根据第二实施例的功率转换设备的操作效果。图9示出在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的电流。如图9中所示，电流i从正模块2p的正端子23经过中间母线4c(未示出)流向负模块2n的负端子25。这里，考虑在Y方向上的电流i，流向正模块2p的传导段221的电流i和流向负模块2n的传导段222的电流i的方向彼此相反。
图10示出在负模块2n的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。电流i如图10中所示从正模块2p的正端子23经过中间母线4c(未示出)流向负模块2n的负端子25。这里，考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段222的电流i和流向负模块2n的传导段221的电流i的方向彼此相反。
因此，也根据第二实施例，以与根据上述第一实施例的方式相似的方式，可以充分实现在正模块2p与负模块2n之间的互感效果。因而，可以用简单结构充分实现电感的减少。其它基本操作效果与根据第一实施例的功率转换设备1的相似。
(第三实施例)
接着，将使用图11至图13来说明功率转换设备的第三实施例。第三实施例是模块单元11的又一修改。图11示出第三实施例的模块单元11的顶视图。
如图11中所示，第一矢量V1仅有在Y方向上的矢量分量V12并且第二矢量V2仅有在Y方向上的矢量分量V22，而没有在X方向上的矢量分量V11和V21。第一矢量V1在Y方向上的矢量分量V12和第二矢量V2在Y方向上的矢量分量V22彼此相反。其它基本配置与根据第一实施例的相似。
如图12和图13中所示，根据第三实施例，正模块2p的主体段20除了在切换元件211和二极管212在X方向上的两侧上设置的成对传导段221和222之外还具有在主表面202上暴露并且连接到传导段221的传导段223。
在正模块2p的主体段20中，在X方向上的相同位置设置正端子23和第一中间端子241。负端子23连接到传导段222，并且第一中间端子241连接到传导段223。此外，正端子23在X方向上与切换元件211对准。
如图12和图13中所示，负模块2n的主体段20除了在切换元件211和二极管212在Y方向上的两侧上设置的成对传导段221和222之外还具有在主表面201上暴露并且连接到传导段222的传导段223。
在负模块2n的主体段20中，在X方向上的相同位置设置负端子25和第二中间端子242。负端子25连接到传导段223，并且第二中间端子242连接到传导段221。此外，负端子25在X方向上与二极管212对准。
(第三实施例的操作效果)
接着将描述根据第三实施例的功率转换设备的操作效果。图12示出在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。如图12中所示，电流i从正模块2p的正端子23经过中间母线4c(未示出)流向负模块2n的负端子25。这里，考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段221的电流i和流向负模块2n的传导段221和222的电流i的方向彼此相反。
图13示出在负模块2n的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。如图13中所示，电流i从正模块2p的正端子23经过中间母线4c(未示出)流向负模块2n的负端子25。这里，考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段221和222的电流i以及流向负模块2n的传导段222的电流i的方向彼此相反。
因此，也根据第三实施例，以与根据上述第一实施例的方式相似的方式，可以充分实现在正模块2p与负模块2n之间的互感效果。因而，可以用简单结构充分实现电感减少。其它基本操作效果与根据第一实施例的相似。
(第四实施例)
另外，将使用图14来说明功率转换设备的第四实施例。第四实施例是模块单元11的又一变更配置。如图14中所示，根据第四实施例，在正模块2p和负模块2n的主体20内嵌入半导体元件段21，其中与切换元件211和二极管212整体地配置半导体元件段21。其它基本配置与根据第一实施例的相似。
(第四实施例的操作效果)
接着将描述根据第四实施例的功率转换设备实现的操作效果。图14示出在正模块2p的切换元件211从OFF切换成ON时电流i的流动。在负模块2n的切换端子211从OFF切换成ON时电流i的流动也相似。如图14中所示，电流i从正模块2p的正端子23经过中间母线4c(未示出)流向负模块2n的负端子25。这里，考虑在Y方向上流动的电流i，流向正模块2p的传导段221和222的电流i以及流向负模块2n的传导段221和222的电流i的方向彼此相反。
因此也根据第四实施例，以与根据上述第一实施例的方式相似的方式，可以充分实现在正模块2p与负模块2n之间的互感效果。因而，可以用简单结构充分实现电感的减少。其它基本操作效果与根据第一实施例的功率转换设备1的相似。
(第五实施例)
接着将使用图15来说明功率转换设备的第五实施例。第五实施例是模块单元11的配置的其它例子。如图15中所示，根据第五实施例，相互并联连接模块单元11。正模块2p和负模块2n形成单个模块单元11。具体而言，一个模块单元11的正模块2p的第一中间端子241和负模块2n的第二中间端子242由单个共同中间母线4c连接到另一模块单元11的正模块2p的第一中间端子241和负模块2n的第二中间端子242。
此外，设置一个模块单元11的正模块2p和另一模块单元11的负模块2n使得相应主体段20的主表面201和主表面202彼此相对。在图15中，仅示出连接到三相交流电动机82的U相绕组的中间母线4c。然而连接到三相交流电动机82的其它V相绕组和W相绕组的其它中间母线4c(未示出)也具有相似配置。其它基本配置与根据第一实施例的其它基本配置相似。
根据第五实施例，以与根据第一实施例的上述功率转换设备1相似的方式，可以实现在模块单元11内的正模块2p与负模块2n之间的互感效果。此外，可以更多地实现在相互相邻的模块单元11之间或者换而言之在一个模块单元11的正模块2p与另一模块单元11的负模块2n之间的互感效果。因此可以实现电感的进一步减少。其它基本操作效果与根据第一实施例的功率转换设备1的相似。
(第六实施例)
接着将使用图16来说明功率转换设备的第六实施例。第六实施例是功率转换设备1的配置的例子。如图16中所示，根据第六实施例的功率转换设备1驱动两个三相交流电动机82(未示出)。在电容器5的两侧上设置多个半导体模块2、冷却器3、多个母线(正母线4a、负母线4b和中间母线4c)等。
设置于电容器5的一侧上的半导体模块2的第一中间端子241和第二中间端子242连接到中间母线4c，中间母线4c分别连接到一个三相交流电动机82的电极。设置于电容器5的另一侧上的半导体模块2的第一中间端子241和第二中间端子242连接到中间母线4c，中间母线4c分别连接到另一三相交流电动机82的电极。
设置于电容器5中一个上的冷却器3的冷却剂排放管34和设置于电容器5的另一侧上的冷却器3的冷却剂入口管33由连接管35连接。设置于电容器5的两侧上的半导体模块2、冷却器3、母线等的其它基本配置与根据第一实施例的相似。
根据第六实施例，在电容器5的两侧上堆叠半导体模块2。因此，可以有效使用空间。因而，可以使功率转换设备1更紧凑。其它基本操作效果与根据第一实施例的功率转换设备1的相似。

Claims (10)

1.一种功率转换设备，其中所述功率转换设备提供各自具有板形主体段(20)的多个半导体模块(2)，所述板形主体段(20)在其中包括切换元件(211)，所述功率转换设备包括：
所述多个半导体模块(2)由正模块(2p)和负模块(2n)组成，所述正模块(2p)连接到电源(81)的正侧，并且所述负模块(2n)连接到所述电源(81)的负侧；
在所述正模块(2p)中，正端子(23)和第一中间端子(241)被形成为从所述板形主体段(20)突出，所述正端子(23)连接到所述电源(81)，并且所述第一中间端子(241)连接到所述负模块(2n)；
在所述负模块(2n)中，负端子(25)和第二中间端子(242)被形成为从所述板形主体段(20)突出，所述负端子(25)连接到所述电源(81)，并且所述第二中间端子(242)连接到所述正模块(2p)；
所述第一中间端子(241)和第二中间端子(242)由中间母线(4c)连接；
在由彼此相邻并且由所述中间母线(4c)连接的所述正模块(2p)和所述负模块(2n)组成的模块单元(11)中，所述正模块(2p)和所述负模块(2n)被设置成使得各个板形主体段(20)的主表面(201，202)彼此相对；
分别属于所述正模块(2p)的所述正端子(23)和所述第一中间端子(241)以及分别属于所述负模块(2n)的所述负端子(25)和所述第二中间端子(242)在与所述正模块(2p)和所述负模块(2n)彼此相对的X方向垂直的Z方向上突出；并且
第一矢量(V1)和第二矢量(V2)被配置为使得在与所述X方向和所述Z方向二者垂直的Y方向上的相应矢量分量(V12，V22)的方向彼此相反，其中所述第一矢量(V1)从所述正模块(2p)的所述正端子(23)朝向所述第一中间端子(241)，并且所述第二矢量(V2)从所述负模块(2n)的所述第二中间端子(242)朝向所述负端子(25)。
2.根据权利要求1所述的功率转换设备，其中：
所述模块单元(11)的所述正模块(2p)的所述板形主体段(20)被配置成具有能够实现经由所述切换元件(211)在所述正端子(23)与所述第一中间端子(241)之间的电传导的传导段(221，222)；并且
所述模块单元(11)的所述负模块(2n)的所述板形主体段(20)被配置成具有能够实现经由所述切换元件(211)在所述负端子(25)与所述第二中间端子(242)之间的电传导的传导段(221，222)。
3.根据权利要求2所述的功率转换设备，其中所述传导段(221，222)被配置成在所述板形主体段(20)的所述主表面(201，202)上至少部分地暴露。
4.根据权利要求2或者3所述的功率转换设备，其中：
所述模块单元(11)的所述正模块(2p)的所述板形主体段(20)的传导段(221，222)是成对的且设置在所述切换元件(211)的所述X方向上的两侧上，其中所述正模块(2p)的所述板形主体段(20)的成对的所述传导段(221，222)中的第一传导段(222)连接到所述正端子(23)并且所述正模块(2p)的所述板形主体段(20)的成对的所述传导段(221，222)中的第二传导段(221)连接到所述第一中间端子(241)；并且
所述负模块(2n)的所述板形主体段(20)的传导段(221，222)是成对的且设置在所述切换元件(211)的所述X方向上的两侧上，其中所述负模块(2n)的所述板形主体段(20)的成对的传导段(221，222)中的所述第一传导段(222)连接到所述负端子(25)并且所述负模块(2n)的所述板形主体段(20)的成对的传导段(221，222)中的所述第二传导段(221)连接到所述第二中间端子(242)。
5.根据权利要求4所述的功率转换设备，其中：
在所述模块单元(11)的所述正模块(2p)和所述负模块(2n)的各个所述板形主体段(20)中，二极管(212)在所述Y方向上与所述切换元件(211)对准；
所述正模块(2p)的所述切换元件(211)和所述负模块(2n)的所述二极管(212)被设置成在所述X方向上彼此相对；并且
所述正模块(2p)的所述二极管(212)和所述负模块(2n)的所述切换元件(211)被设置成在所述X方向上彼此相对。
6.根据权利要求5所述的功率转换设备，其中：
在所述正模块(2p)中，所述切换元件(211)和所述正端子(23)被设置成在所述X方向上彼此相对，所述二极管(212)和所述第一中间端子(241)被设置成在所述X方向上彼此相对，并且
在所述负模块(2n)中，所述切换元件(211)和所述第二中间端子(242)被设置成在所述X方向上彼此相对，而且，所述二极管(212)和所述负端子(25)被设置成在所述X方向上彼此相对。
7.根据权利要求6所述的功率转换设备，其中所述功率转换设备被配置成包括彼此相邻的多个模块单元(11)，一个模块单元(11)的所述正模块(2p)和另一模块单元(11)的所述负模块(2n)被设置成使得各个所述板形主体段(20)的所述主表面(201，202)彼此相对。
8.根据权利要求7所述的功率转换设备，其中所述功率转换设备被配置成包括冷却器(3)，所述冷却器(3)具有用于传送冷却所述半导体模块(2、2p，2n)的冷却剂的冷却剂路径(31)，其中在所述X方向上交替地堆叠所述半导体模块(2p，2n)以及所述冷却剂路径(31)。
9.根据权利要求1所述的功率转换设备，其中所述功率转换设备被配置成包括彼此相邻的多个模块单元(11)，一个模块单元(11)的所述正模块(2p)和另一模块单元(11)的所述负模块(2n)被设置成使得各个所述板形主体段(20)的所述主表面(201，202)彼此相对。
10.根据权利要求1所述的功率转换设备，其中所述功率转换设备被配置成包括冷却器(3)，所述冷却器(3)具有用于传送冷却所述半导体模块(2、2p，2n)的冷却剂的冷却剂路径(31)，其中在所述X方向上交替地堆叠所述半导体模块(2p，2n)和所述冷却剂路径(31)。
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