CN105027412B - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是进一步提高电力变换装置的内部零件的连接可靠性。本发明的电力变换装置具备：将直流电流变换为交流电流的功率半导体模块；形成收纳上述功率半导体模块的收纳空间的壳体；利用熔焊连接而与上述功率半导体模块的交流端子连接的交流继电器母线；以及与马达的交流端子连接的交流端子块，上述交流继电器母线介由绝缘部件而支撑于上述壳体，上述交流端子块与上述交流继电器母线连接并支撑于上述壳体。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及用于将直流电力变换为交流电力或者将交流电力变换为直流电力的电力变换装置，特别是用于混合动力汽车或电动汽车的电力变换装置。
背景技术
电力变换装置一般具备接受直流电力而产生交流电力的逆变器电路和用于控制逆变器电路的控制电路。近年来要求电力变换装置小型化。特别是在混合动力汽车或电动汽车的领域希望能够在车室外的尤其是发动机室的尽量小的空间内搭载，并且为了提高在车辆上的搭载性而进一步要求小型化。
并且，具有用作驱动源的马达的运转时间或运转条件(高输出转矩条件)增加的倾向，同时也要求提高电力变换装置的可靠性。
在专利文献1(日本特开2011－134813号公报)及专利文献2(日本特开2011－172401号公报)中公开了提高电力变换装置尤其是焊接部的可靠性的一个例子。
但是，搭载于车辆的电力变换装置的振动条件苛刻，并需要进一步提高电力变换装置的内部零件的连接可靠性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011－134813号公报
专利文献2:日本特开2011－172401号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题是进一步提高电力变换装置的内部零件的连接可靠性。
用于解决课题的手段
本发明的电力变换装置具备：将直流电流变换为交流电流的功率半导体模块；形成收纳上述功率半导体模块的收纳空间的壳体；利用熔焊连接而与上述功率半导体模块的交流端子连接的交流继电器母线；与马达的交流端子连接的交流端子块，上述交流继电器母线介由绝缘部件而支撑于上述壳体，上述交流端子块与上述交流继电器母线连接并支撑于上述壳体。
发明的效果
根据本发明，能够进一步提高电力变换装置的内部零件的连接可靠性。
附图说明
图1是用于说明电力变换装置的结构的分解立体图。
图2是为了对电力变换装置的整体结构进行说明而使其分解为结构要素的立体图。
图3是为了说明流路形成体12而从底侧观察图4所示流路形成体12的图。
图4(a)是表示功率半导体模块300a的外观的立体图。
图4(b)是功率半导体模块300a的剖视图。
图5(a)是表示功率半导体模块300a的外观的立体图。
图5(b)是与图4(b)同样地在剖面D切断并从方向E观察时的剖视图。
图5(c)示出对翼片305加压而使薄壁部304A变形之前的剖视图。
图6(a)是表示从图5(a)所示的状态进一步拆除了模块盒304后的功率半导体模块300a的立体图。
图6(b)是与图4(b)、图5(b)同样地在剖面D切断并从方向E观察时的剖视图。
图7是从图6(a)所示的状态进一步拆除了第一封装树脂348和配线绝缘部608后的功率半导体模块300a的立体图。
图8是用于说明模块一次封装体302的组装工序的图。
图9(a)是电容器模块500的立体图。
图9(b)是用于说明电容器模块500的内部构造的分解立体图。
图10是在图1的A－A面剖切的电力变换装置200的剖视图。
图11是将盖8和控制电路基板20拆除并使驱动电路基板22、金属基底板11、交流端子块760及761分解的立体图。
图12是在图11的面B剖切的剖面立体图。
图13是在图1的F－F面剖切的电力变换装置200的剖视图。
图14(a)是交流侧中继导体802的立体图。
图14(b)是表示交流端子块760的外观的立体图。
图14(c)是表示交流继电器母线750的外观的立体图。
图15是为了对功率半导体模块300a～300c以及301a～301c的焊接连接部进行说明而将盖8、控制电路基板20、金属基底板11、驱动电路基板22、交流端子块760及761拆除的立体图。
具体实施方式
接下来参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的电力变换装置200主要用于混合动力汽车或电动汽车。该车辆***的一个例子记载于日本特开2011－217550号公报。另外，本实施方式的电力变换装置100也可以为了实现其效果而用于其它用途。例如也可以为了提高生产率或冷却性能而用于冰箱或空调的家电用逆变器。并且，也可以用于使用环境与车辆用逆变器类似的产业设备用逆变器。
图1表示作为本发明实施方式的电力变换装置200的分解立体图。图2是为了便于理解电力变换装置200的流路形成体12内部收纳的结构而使其分解的整体立体图。
电力变换装置200具有流路形成体12和盖8，该流路形成体12作为收纳后述的功率半导体模块300a～300c、功率半导体模块301a～301c、电容器模块500的盒体发挥功能且形成流路。另外，也可以采用在本实施方式的流路形成体12之外另设盒体，并将该流路形成体12收纳于盒体的结构。
盖8收纳构成电力变换装置200的电路零件而固定于流路形成体12。在盖8内侧的上部配置有实装控制电路的控制电路基板20。在盖8的上表面设置第一开口202、第三开口204a、第四开口204b以及第五开口205。并且在盖8的侧壁上设置第二开口203。
连接器21设于控制电路基板20且经由第一开口202突出于外部。负极侧电力线510和正极侧电力线512使直流连接器138与电容器模块500等电连接且经由第三开口203突出于外部。
交流端子块760介由交流继电器母线750与功率半导体模块300a～300c连接且经由第三开口204a突出于外部。交流端子块761介由交流继电器母线751与功率半导体模块301a～301c连接且经由第四开口204b突出于外部。辅助设备用功率模块350的交流输出端子352经由第五开口205突出于外部。
虽然连接器21等的端子的嵌合面的朝向会因车种不同而朝向多种方向，然而特别是在需要搭载于小型车辆的情况下，从发动机室内的尺寸制约或装配性等方面考虑而优选使嵌合面向上。例如在电力变换装置200配置于变速器TM上方的情况下，向变速器TM配置侧的相反侧突出而使作业性提高。
并且盖8是金属制，且作为收纳功率半导体模块300a～300c、301a～301c、驱动电路基板22、控制电路基板20、以及金属制的基底板11的盒体发挥功能。
并且连接器21经由第一开口202从盖8的收纳空间突出于盖8的外部。由此实装连接器21的控制电路基板20安装在基底板11上，因此即使从外部向连接器21施加物理的力，也能够抑制控制电路基板20上的负荷，因此可以提高包括耐久性在内的可靠性。
流路形成体12形成与流通冷却用冷媒的流路相连的开口部400a～400c以及开口部402a～402c。开口部400a～400c被***的功率半导体模块300a～300c封堵，并且开口部402d～402f被***的功率半导体模块301a～301c封堵。
流路形成体12在收纳功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c的空间的侧部，形成用于收纳电容器模块500的收纳空间405。
电容器模块500与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c的距离大致恒定，因此平滑电容器和功率半导体模块电路的电路常数在3相的各相中容易平衡，成为易于降低尖峰电压的电路结构。
通过使流路形成体12的流路主构造与流路形成体12一体地通过铝材的铸造进行制作，从而能够使流路在冷却效果基础上提高机械强度。并且通过铝铸造进行制作而使流路形成体12与流路成为一体构造，热传导良好而冷却效率提高。另外，通过将功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c固定于流路而完成流路并进行水路的漏水试验。在漏水试验合格的情况下，接下来能够进行安装电容器模块500、辅助设备用功率模块350、基板的作业。这样，构成为在电力变换装置200的底部配置流路形成体12，接下来从上方顺次进行固定电容器模块500、辅助设备用功率模块350、基板等必要零件的作业，生产性和可靠性提高。
驱动电路基板22在功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c或电容器模块500的上方配置。并且在驱动电路基板22与控制电路基板20之间配置基底板11。金属基底板11发挥驱动电路基板22及控制电路基板20上搭载的电路群的电磁屏蔽的功能，并且具有使驱动电路基板22和控制电路基板20产生的热散逸而冷却的作用。
还起到提高控制电路基板20的机械共振频率的作用。即能够以较短的间隔在基底板11上配置用于固定控制电路基板20的螺纹紧固部，缩短发生机械振动时的支撑点间距离并提高共振频率。例如相对于从变速箱传导的振动频率能够提高控制电路基板20的共振频率，因此不易受振动影响而可靠性提高。
图3是用于说明流路形成体12的说明图，是从下方观察图2所示流路形成体12的图。
在流路形成体12的一个侧壁12a上设置入口配管13和出口配管14。冷却用冷媒按照虚线所示流动方向417的方向流入，并且通过入口配管13流过沿着流路形成体12的一边形成的第一流路部19a。第二流路部19b介由折返流路部与第一流路部19a连接，并且形成为与第一流路部19a平行。第三流路部19c介由折返流路部与第二流路部19b连接，并且形成为与第二流路部19b平行。第四流路部19d介由折返流路部与第三流路部19c连接，并且形成为与第三流路部19c平行。第五流路部19e介由折返流路部与第四流路部19d连接，并且形成为与第四流路部19d平行。第六流路部19f介由折返流路部与第五流路部19e连接，并且形成为与第五流路部19e平行。即，第一流路部19a至第六流路部19f形成连为一体的蛇行流路。
第一流路形成体441形成第一流路部19a、第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d、第五流路部19e以及第六流路部19f。第一流路部19a、第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d、第五流路部19e以及第六流路部19f都形成为深度方向的尺寸比宽度方向大。
第七流路部19g与第六流路部19f相连，并且在与图4所示的电容器模块500的收纳空间405相对的位置上形成。第二流路形成体442形成该第七流路部19g和后述的第九流路部19i。第七流路部19g形成为宽度方向的尺寸比深度方向大。
第八流路部19h与第七流路部19g相连，并且在与后述的辅助设备用功率模块350相对的位置上形成。并且第八流路部19h与第九流路部19i连接。第三流路形成体444形成该第八流路部19h。该第八流路部19h形成为深度方向的尺寸比宽度方向大。第九流路部19i与第七流路部19g同样地，在与电容器模块500的收纳空间405相对的位置上形成。并且第九流路部19i与出口配管14连接。
在流路形成体12的下表面形成连为一体的开口部404。该开口部404被下罩420封堵。密封部件409设于下罩420与流路形成体12之间而保持气密性。
并且在下罩420上形成朝向远离流路形成体12的方向突出的凸部406a至406f。凸部406a至406f与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c对应地设置。即，凸部406a与第一流路部19a相对地形成。凸部406b与第二流路部19b相对地形成。凸部406c与第三流路部19c相对地形成。凸部406d与第四流路部19d相对地形成。凸部406e与第五流路部19e相对地形成。凸部406f与第六流路部19f相对地形成。
第七流路部19g的深度及宽度与第六流路部19f的深度及宽度相比变化较大。并且，第九流路部19i与第八流路部19h的深度及宽度相比变化较大。为了能够利用该较大的流路形状变更来进行冷却媒体的整流和流速管理，优选第二流路形成体442设置向第七流路部19g和第九流路部19i突出的直翼片(未图示)。
同样地，第八流路部19h的深度及宽度与第七流路部19g的深度及宽度相比变化较大。为了能够利用该较大的流路形状变更来进行冷却媒体的整流和流速管理，优选第三流路形成体444设置向第八流路部19h突出的直翼片(未图示)。但是在不妨碍冷却用冷媒的整流和流速管理的情况下则不限于此。
参照图4至图8对逆变器电路中使用的功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c的详细结构进行说明。上述功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c均为相同构造，作为代表对功率半导体模块300a的构造进行说明。
图4(a)是本实施方式的功率半导体模块300a的立体图。图4(b)是将本实施方式的功率半导体模块300a在剖面D切断并从方向E观察时的剖视图。
图5是为了便于理解而表示从图4所示的状态将螺丝309和第二封装树脂351拆除了的功率半导体模块300a的图。图5(a)是立体图，图5(b)是与图4(b)同样地在剖面D切断并从方向E观察时的剖视图。并且，图5(c)示出了对翼片305加压而使薄壁部304A变形之前的剖视图。
图6是表示从图5所示状态进一步将模块盒304拆除了的功率半导体模块300a的图。图6(a)是立体图，图6(b)是与图4(b)、图5(b)同样地在剖面D切断并从方向E观察时的剖视图。
图7是从图6所示状态进一步将第一封装树脂348和配线绝缘部608拆除了的功率半导体模块300a的立体图。图8是用于说明模块一次封装体302的组装工序的图。
如图6和图7所示，构成上下臂的串联电路的功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)被导体板315、导体板318或者被导体板320、导体板319从两面夹持固定。导体板315等以其散热面露出的状态被第一封装树脂348封装，在该散热面上热压接绝缘部件333。如图6所示，第一封装树脂348具有多面体形状(这里为大致长方体形状)。
由第一封装树脂348封装而成的模块一次封装体302***模块盒304中并夹持绝缘部件333，且热压接在CAN型冷却器即模块盒304的内面上。这里所谓CAN型冷却器是在一面具有***口306而在另一面具有底的呈筒形状的冷却器。在模块盒304内部残存的空隙中填充第二封装树脂351。
模块盒304由具有导电性的部件例如铝合金材料(Al、AlSi、AlSiC、Al－C等)构成。***口306由凸缘304B围绕其外周。并且如图4(a)所示，分别以相对的状态配置具有比其它面宽的面的第一散热面307A和第二散热面307B，并以与这些散热面相对的方式配置有各功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)。
与该相对的第一散热面307A和第二散热面307B相连的3个面，以比该第一散热面307A和第二散热面307B窄的宽度构成密闭的面，在剩余一边的面上形成***口306。模块盒304的形状不必为精确的长方体，角部可以如图4(a)所示形成曲面。
通过采用这种形状的金属制盒体，即使将模块盒304***水或油等冷媒流动的流路内，也能够利用凸缘304B确保对冷媒的密封，因此能够以简易的结构防止冷却媒体侵入模块盒304的内部。并且，在相对的第一散热面307A和第二散热面307B上分别均匀地形成翼片305。在第一散热面307A和第二散热面307B的外周上还形成有厚度极薄的薄壁部304A。薄壁部304A的厚度极薄地形成为通过对翼片305加压而会简单地变形的程度，因此***模块一次封装体302后的生产率提高。
通过如上所述将导体板315等介由绝缘部件333热压接于模块盒304的内壁，从而能够减小导体板315等与模块盒304的内壁之间的空隙，使功率半导体元件产生的热高效地向翼片305传导。进而通过使绝缘部件333具备某种程度的厚度和柔软性，从而能够利用绝缘部件333吸收所产生的热应力，适用于温度变化剧烈的车辆用电力变换装置。
在模块盒304的外面设有用于与电容器模块500电连接的金属制的直流正极配线315A和直流负极配线319A，在其顶端部分别形成有直流正极端子315B和直流负极端子319B。并且，在电动发电机上设有用于供给交流电力的金属制的交流配线320A，在其顶端形成有交流端子320B。在本实施方式中如图7所示，直流正极配线315A与导体板315连接，直流负极配线319A与导体板319连接，交流配线320A与导体板320连接。
在模块盒304的外面还设有用于与驱动电路电连接的金属制的信号配线324U、324L，在其顶端部分别形成有信号端子325U、信号端子325L。在本实施方式中如图7所示，信号配线324U与IGBT328连接，信号配线324L与IGBT328连接。
直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L，在利用由树脂材料成形的配线绝缘部608相互绝缘的状态下，作为辅助模塑体600一体地成型。配线绝缘部608也作为用于支撑各配线的支撑部件发挥作用，其所采用的树脂材料适用具有绝缘性的热固性树脂或者热塑性树脂。由此，能够确保直流正极配线315A、直流负极配线319A、交流配线320A、信号配线324U和信号配线324L之间的绝缘性，实现高密度配线。
辅助模塑体600与模块一次封装体302在连接部370上进行金属接合之后，利用螺丝309固定于模块盒304，该螺丝309贯通在配线绝缘部608上设置的螺丝孔。在连接部370上的模块一次封装体302与辅助模塑体600的金属接合中可以采用例如TIG焊接等。
直流正极配线315A和直流负极配线319A以将配线绝缘部608夹持于其间并相对的状态相互积层而呈大致平行地延伸的形状。通过采用这样的配置和形状，从而在功率半导体元件的开关动作时瞬间地流动的电流会相对且逆向地流动。由此，电流产生的磁场发生相互抵消的作用，利用该作用可实现低电感化。并且，交流配线320A、信号端子325U、325L也朝向与直流正极配线315A和直流负极配线319A同样的方向延伸。
模块一次封装体302与辅助模塑体600利用金属接合进行连接的连接部370，被第二封装树脂351封装在模块盒304内。由此，能够在连接部370与模块盒304之间稳定地确保必要的绝缘距离，从而与未封装时相比能够实现功率半导体模块300a的小型化。
如图7所示，在连接部370的辅助模块600侧排成一列地配置：辅助模块侧直流正极连接端子315C、辅助模块侧直流负极连接端子319C、辅助模块侧交流连接端子320C、辅助模块侧信号连接端子326U和辅助模块侧信号连接端子326L。另一方面，在连接部370的模块一次封装体302侧沿着具有多面体形状的第一封装树脂348的一个面排成一列地配置：元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L。采用这样在连接部370上将各端子排成一列的构造，从而易于通过传递模塑来制造模块一次封装体302。
这里，对将从模块一次封装体302的第一封装树脂348向外侧延出的部分按照其种类视为一个端子时的各端子的位置关系进行说明。在以下的说明中，将由直流正极配线315A(包含直流正极端子315B和辅助模块侧直流正极连接端子315C)和元件侧直流正极连接端子315D构成的端子称为正极侧端子，将由直流负极配线319A(包含直流负极端子319B和辅助模块侧直流负极连接端子319C)和元件侧直流负极连接端子315D构成的端子称为负极侧端子，将由交流配线320A(包含交流端子320B和辅助模块侧交流连接端子320C)和元件侧交流连接端子320D构成的端子称为输出端子，将由信号配线324U(包含信号端子325U和辅助模块侧信号连接端子326U)和元件侧信号连接端子327U构成的端子称为上臂用信号端子，将由信号配线324L(包含信号端子325L和辅助模块侧信号连接端子326L)和元件侧信号连接端子327L构成的端子称为下臂用信号端子。
上述各端子都从第一封装树脂348和第二封装树脂351经由连接部370而突出，从该第一封装树脂348突出的各突出部分(元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D、元件侧信号连接端子327U和元件侧信号连接端子327L)，如上所述沿着具有多面体形状的第一封装树脂348的一个面排成一列。并且，正极侧端子和负极侧端子从第二封装树脂351以积层状态突出，并延出到模块盒304之外。通过采用这种结构，在利用第一封装树脂348封装功率半导体元件来制造模块一次封装体302时的合模时，能够防止在功率半导体元件与该端子的连接部分上产生过大的应力或产生模具间隙。并且，利用积层的正极侧端子和负极侧端子中分别流过的相反方向的电流，能够产生相互抵消的方向的磁通而实现低电感化。
在辅助模块600侧，辅助模块侧直流正极连接端子315C、辅助模块侧直流负极连接端子319C分别形成于与直流正极端子315B、直流负极端子319B相反侧的直流正极配线315A、直流负极配线319A的顶端部。并且，辅助模块侧交流连接端子320C在交流配线320A上形成于与交流端子320B相反侧的顶端部。辅助模块侧信号连接端子326U、326L在信号配线324U、324L上分别形成于与信号端子325U、325L相反侧的顶端部。
另一方面，在模块一次封装体302侧，元件侧直流正极连接端子315D、元件侧直流负极连接端子319D、元件侧交流连接端子320D分别形成于导体板315、319、320。并且，元件侧信号连接端子327U、327L利用键合线371分别与IGBT328、330连接。
如图8所示，直流正极侧的导体板315以及交流输出侧的导体板320、和元件侧信号连接端子327U以及327L，以与共通的系杆372相连的状态一体地加工为处于大致同一平面状的配置。在导体板315上固定上臂侧的IGBT328的集电极和上臂侧的二极管156的负极。在导体板320上固定下臂侧的IGBT330的集电极和下臂侧的二极管166的负极。在IGBT328、330和二极管155、166上，将导体板318和导体板319配置为大致同一平面状。在导体板318上固定上臂侧的IGBT328的发射极和上臂侧的二极管156的正极。在导体板319上固定下臂侧的IGBT330的发射极和下臂侧的二极管166的正极。各功率半导体元件分别介由金属接合材料160固定于在各导体板上设置的元件固定部322。金属接合材料160是例如焊料或银片及包含微细金属粒的低温烧结接合材料等。
各功率半导体元件为板状的扁平构造，该功率半导体元件的各电极形成于表背面。如图8所示，功率半导体元件的各电极被导体板315和导体板318或者导体板320和导体板319夹持。即，导体板315和导体板318成为隔着IGBT328和二极管156大致平行地相对的积层配置。同样地，导体板320和导体板319成为隔着IGBT330和二极管166大致平行地相对的积层配置。并且，导体板320与导体板318介由中间电极329连接。通过该连接将上臂电路和下臂电路电连接而形成上下臂串联电路。如上所述，在导体板315与导体板318之间夹入IGBT328和二极管156，并且在导体板320与导体板319之间夹入IGBT330和二极管166，将导体板320与导体板318介由中间电极329连接。其后，将IGBT328的控制电极328A与元件侧信号连接端子327U利用键合线371进行连接，并且将IGBT330的控制电极330A与元件侧信号连接端子327L利用键合线371进行连接。
图9(a)是电容器模块500的立体图。图9(b)是用于说明电容器模块500的内部构造的分解立体图。积层导体板501通过由板状的宽幅导体形成的负极导体板505及正极导体板507、以及绝缘片550而构成，该绝缘片550被负极导体板505和正极导体板507所夹持。积层导体板501相对于各相的上下臂的串联电路中流通的电流使磁通彼此抵消，因此关于在上下臂的串联电路中流通的电流实现低电感化。
负极侧的电源端子508和正极侧的电源端子509以从积层导体板501的长度方向的一边立起的状态形成，并分别与正极导体板507和负极导体板505连接。辅助设备用电容器端子516、517以从积层导体板501的长度方向的一边立起的状态形成，并分别与正极导体板507和负极导体板505连接。
中继导体部530以从积层导体板501的长度方向的一边立起的状态形成。电容器端子503a～503c从中继导体部530的端部突出，并与各功率半导体模块300a～300c对应地形成。并且，电容器端子503d～503f也从中继导体部530的端部突出，并与各功率半导体模块301a～301c对应地形成。中继导体部530和电容器端子503a～503c都以夹持绝缘片550的积层状态构成，关于在上下臂的串联电路150中流通的电流则实现低电感化。并且，中继导体部530构成为完全不形成妨碍电流的流通的贯通孔等，或者尽量少地形成。
通过采用这种构成，在对应各相设置的功率半导体模块300a～300c之间于开关时产生的回流电流容易流向中继导体部530，而不容易流向积层导体板501侧。因此，能够降低回流电流引起的积层导体板501的发热。
并且在本实施方式中，负极导体板505、正极导体板507、电池负极侧端子508、电池正极侧端子509、中继导体部530及电容器端子503a～503f由一体成形的金属制板材构成，对在上下臂的串联电路中流通的电流具有降低电感的效果。
电容器单元514在积层导体板501下方设有多个。在本实施方式中，三个电容器单元514沿着积层导体板501的长度方向的一边排成一列，并且另外三个电容器单元514沿着积层导体板501的长度方向的另一边排成一列，共设置6个电容器单元。
沿着积层导体板501的长度方向的各边排列的电容器单元514以图9(a)所示的虚线AA为边界对称排列。由此，在将利用电容器单元514平滑化的直流电流向功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c供给时，能够使电容器端子503a～503c与电容器端子503d～503f之间的电流平衡均匀化，实现积层导体板501的电感降低。并且，能够防止电流在积层导体板501上局部地流通，因此能够使热平衡均匀化而也使耐热性提高。
电容器单元514是电容器模块500的蓄电部的单位构造体，采用积层卷绕两张在单面上蒸镀铝等金属而成的薄膜并将两张金属薄膜分别作为正极、负极的薄膜电容器。电容器单元514的电极是分别以卷绕的轴面为正极、负极的电极并喷涂锡等导电体来制造。
电容器盒502具备用于收纳电容器单元514的收纳部511，收纳部511的上表面及下表面呈大致长方形状。电容器盒502设置用于使固定单元例如螺钉贯通的孔520a～520h，该固定单元用于将电容器模块500固定于流路形成体12。本实施方式的电容器盒502为了提高热传导性而由高热传导性的树脂构成，但是也可以由金属等构成。
并且，在将积层导体板501和电容器单元514收纳于电容器盒502之后，除了电容器端子503a～503f、负极侧的电源端子508、以及正极侧的电源端子509之外，以覆盖积层导体板501的方式在电容器盒502内填充填充材料551。
在本实施方式中，沿着电容器模块500的收纳部511的长度方向设有第七流路部19g和第九流路部19i(参照图3)，冷却效率提高。并且，电容器单元514以该电容器单元514的电极面的一方与收纳部511的形成长度方向边的内壁相对的方式配置。收纳部511的形成长度方向边的内壁形成为与第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d、第五流路部19e、第六流路部19f相对。由此，容易向薄膜的卷绕轴的方向传热，因此热易于介由电容器单元514的电极面逸散至电容器盒502。
并且，噪声滤波器用电容器单元515a与正极导体板507连接，将在正极与接地之间产生的规定噪声除去。噪声滤波器用电容器单元515b与负极导体板505连接，将在负极与接地之间产生的规定噪声除去。噪声滤波器用电容器单元515a、515b设定为容量比电容器单元514小。并且噪声滤波器用电容器单元515a、515b比电容器端子503a～503f靠近负极侧的电源端子508以及正极侧的电源端子509配置。由此，能够在前期将混入负极侧的电源端子508以及正极侧的电源端子509的规定噪声除去，减小噪声对功率半导体模块的影响。
图10是在图1的A－A面剖切的电力变换装置200的剖视图。
功率半导体模块300b收纳于图3所示的第二流路部19b内。模块盒304的外壁与在第二流路部19b内流通的冷却用冷媒直接接触。其它的功率半导体模块300a、300c以及功率半导体模块301a至301c也与功率半导体模块300b同样地收纳于各流路部的内部。
功率半导体模块300b配置在电容器模块500的侧部。电容器模块的高度540形成为比功率半导体模块的高度360小。这里，电容器模块的高度540是从电容器盒502的底面部到电容器端子503b的高度，功率半导体模块的高度360是从模块盒304的底面部到信号端子325U的顶端的高度。
并且第二流路形成体442设置第七流路部19g和第九流路部19i，上述第七流路部19g和第九流路部19i配置在电容器模块500下部。即第七流路部19g和第九流路部19i沿着功率半导体模块300b的高度方向与电容器模块500并列配置。该第七流路部的高度443比功率半导体模块的高度360与电容器模块的高度540之差小。并且，第七流路部的高度443也可以与功率半导体模块的高度360和电容器模块的高度540之差相同，第七流路部19g与第九流路部19i的高度相同。
并且另一方面，功率半导体模块300b与电容器模块500能够在同一面上进行固定、连接作业，因此能够提高装配性。
并且另一方面，通过将电容器模块的高度540抑制为比功率半导体模块的高度360低，能够将第七流路部19g配置于电容器模块500下部，因此也能够进行电容器模块500的冷却。并且，由于电容器模块500上部和功率半导体模块300b上部的高度处于较近距离，因此能够抑制电容器端子503b在电容器模块500的高度方向上变长的情况。
并且另一方面，通过将第七流路部19g和第九流路部19i配置于电容器模块500下部，能够避免在电容器模块500的侧部配置冷却流路的情况，并使电容器模块500与功率半导体模块300b靠近，从而能够抑制电容器模块500与功率半导体模块300b的配线距离增大的情况。
并且驱动电路基板22搭载生成驱动电路的驱动电源的变压器24。该变压器24的高度形成为比驱动电路基板22上搭载的电路零件的高度大。驱动电路基板22与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c之间的空间中配置信号端子325U、直流正极端子315B。另一方面，在驱动电路基板22与电容器模块500之间的空间中配置变压器24。由此，能够有效地利用驱动电路基板22与电容器模块500之间的空间。并且在驱动电路基板22的与配置变压器24的面相反侧的面上实装高度一致的电路零件，从而能够抑制驱动电路基板22与金属基底板11的距离。
图11是将盖8和控制电路基板20拆除并使驱动电路基板22、基底板11、交流端子块760、761分解的整体立体图。
驱动电路基板22配置在功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c的上部。金属基底板11夹持驱动电路基板22而与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c在相反侧配置。
驱动电路基板22形成供交流母线763贯通的贯通孔22a至22c。驱动电路基板22形成供交流母线763贯通的贯通孔22d至22f。
在本实施方式中，电流传感器180a嵌合于贯通孔22a，电流传感器180b嵌合于贯通孔22b，电流传感器180c嵌合于贯通孔22c，电流传感器180d嵌合于贯通孔22d，电流传感器180e嵌合于贯通孔22e，电流传感器180f嵌合于贯通孔22f。
通过在驱动电路基板22上设置贯通孔22a～22f，能够将电流传感器直接配置于驱动电路基板22，能够简化形成交流端子块760、761的交流母线763的配线而促进小型化。
并且电流传感器180a等配置在驱动电路基板22与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c之间的空间中。功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c具有直流正极端子315B等，这些直流正极端子315B等需要在与驱动电路基板22之间确保充分的绝缘距离。
通过在用于确保该绝缘距离的空间内配置电流传感器180a等，能够将电力变换装置内的空间共用为绝缘空间及电流传感器的配置空间。因而促进电力变换装置的小型化。
基底板11在与贯通孔22a～22c相对的位置形成贯通孔11a，并在与贯通孔22d～22f相对的位置形成贯通孔11b。并且如图1所示，盖8在与贯通孔11a相对的位置形成第三开口204a，并形成交流连接器188。并且盖8在与贯通孔11b相对的位置形成第四开口204b，并形成交流连接器188。
由此，即使在交流连接器188与功率半导体模块301a～301c之间配置驱动电路基板22的情况下，也能够抑制形成交流端子块760、761的交流母线763的配线复杂化，实现电力变换装置200的小型化。
并且，贯通孔22a～22c沿着交流母线763的配列方向设于驱动电路基板22。并且驱动电路基板22具备长方形状，其以电容器模块500的长度方向的边为一边，并以电容器模块500的宽度方向的边与功率半导体模块300a～300c以及301a～301c的长度方向的边之和为另一边。
由此，贯通孔22a～22c沿着驱动电路基板22的一边配置，因此即使具有多个贯通孔也能够确保大范围的电路配线面积。
如图1所示，控制电路基板20与形成第一开口202的盖8的一面相对地配置。另外，连接器21直接实装于控制电路基板20，并且经由形成在盖8上的第一开口202突出于外部。由此，能够有效地利用电力变换装置200内部的空间。
并且，实装连接器21的控制电路基板20固定于基底板11，因此即使从外部向连接器21施加物理的力，也能够抑制控制电路基板20上的负荷，从而提高包含耐久性在内的可靠性。
图12是在图11的面B剖切的剖面立体图。连接部23a是功率半导体模块300a的信号端子325U与驱动电路基板22的连接部。连接部23b是功率半导体模块300a的信号端子325L与驱动电路基板22的连接部。连接部23a、23b由焊料形成。
基底板11的贯通孔11a形成到与连接部23a、23b相对的位置。由此，能够在驱动电路基板22固定于基底板11的状态下，经由金属基底板11的贯通孔11a进行连接部23a、23b的连接作业。
并且控制电路基板20配置为在从电力变换装置200的上表面投影时，控制电路基板20的投影部不与贯通孔11a的投影部重叠。由此，能够避免控制电路基板20对连接部23a、23b的连接作业造成干涉，并且能够减小来自连接部23a、23b的电磁噪声对控制电路基板20的影响。
在本实施方式中，驱动电路基板22以与功率半导体模块300a等以及电容器模块500相对的方式较大地形成。在这种情况下，交流端子320B也相对于电容器模块500配置在比直流正极端子315B远的位置。并且控制端子325L配置在直流正极端子315B与交流端子320B之间。并且连接部23b配置在与控制端子325L相对的位置。
由此，贯通孔22b在驱动电路基板22上配置于比驱动电路25靠近驱动电路基板22的边沿的一侧。因此，能够抑制因形成贯通孔22b而导致驱动电路基板22强度降低的情况，并使抗振性能提高。
图13是在图1的F－F面剖切的电力变换装置200的剖视图。交流继电器母线751和交流端子块761都支撑于作为壳体发挥功能的流路形成体12。因此，在安装马达的交流连接器188时施加的荷载介由交流端子块761按照虚线所示的箭头方向755的方向朝向流路形成体12进行应力分散。并且，在交流端子块761上没有散尽的荷载，则从交流母线763介由交流继电器母线751按照双点划线所示的箭头方向756的方向朝向流路形成体12进行应力分散。
由此，在马达的交流连接器188安装时施加的荷载到达交流焊接连接部751a之前，能够以两个阶段进行应力分散而尽量消除焊接部上产生的应力。
并且，交流继电器母线751与功率半导体模块301a的交流端子320B焊接连接。并且，交流端子块761与马达的交流连接器188连接，并且与交流继电器母线751连接。由此，仅通过形成交流端子块761的交流母线763的形状变更，便能够维持降低焊接部上产生的应力的效果，并易于采用能够使马达的交流连接器188的输出方向成为功率半导体模块301a的上表面方向和侧面方向中的任一个的构造。
金属制的支撑部件803从流路形成体12突出并且与流路形成体12连接。金属基底板11支撑于支撑部件803的顶端部。流路形成体12电接地。漏电流的流向804表示以从驱动电路基板22到金属基底板11、支撑部件803、进而到流路形成体12的顺序流动的漏电流的流动方向。并且，漏电流的流向805表示以从控制电路基板20到金属基底板11、支撑部件803、进而到流路形成体12的顺序流动的漏电流的流动方向。由此，能够高效地使控制电路基板20和驱动电路基板22的漏电流流向接地。
图14(a)是由交流端子块760和交流继电器母线750构成的交流侧中继导体802的立体图。图14(b)是交流端子块760的立体图。图14(c)是交流继电器母线750的立体图。
交流端子块760与交流端子块761为相同构造，因此作为代表使用交流端子块760进行说明。并且，交流继电器母线750和交流继电器母线751也是相同构造，因此作为代表使用交流端子块750进行说明。
如图14(b)所示，交流端子块760一体地形成交流母线763和树脂制块体762。如图14(a)所示，交流母线763在其下部与交流继电器母线750利用螺丝等机械地连接。
并且，交流母线763的上部763a安装交流连接器188并机械地连接。这样，交流母线763使两端利用螺丝等机械地连接，因此能够选择无焊接性的廉价的材料。
如图14(c)所示，交流继电器母线750一体地形成继电器母线753和绝缘部件752。如后述的图15所示，继电器母线753的一端与功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c焊接连接。因此，继电器母线753需要采用具有焊接性的材料。并且，继电器母线753和交流母线763利用第一紧固部件771而连接，该第一紧固部件771穿过在继电器母线753上形成的贯通孔755。
此时，贯通孔755是沿着交流端子块760和交流继电器母线750的配置方向形成长径的椭圆形状。由此，能够容许交流端子块760与交流继电器母线750的组装的公差变化。由此，能够使马达的交流连接器188的安装面的公差变化保持为最小，并且能够使焊接部上产生的应力降低为最小限度。
进而交流继电器母线750一体形成了继电器母线753和绝缘部件752。并且，交流端子块760、761一体形成了交流母线763和树脂制块体762。
图15是为了对功率半导体模块300a～300c以及301a～301c的焊接连接部进行说明而将盖8、控制电路基板20、金属基底板11、驱动电路基板22、交流端子块760、761拆除了的立体图。
继电器母线753与功率半导体模块301a的交流端子320B利用焊接连接进行连接而形成交流焊接连接部750a、751a。即，继电器母线753由于进行焊接连接而需要选择具有焊接性的材料。另一方面，如图14(a)所示，交流母线763与继电器母线753仅为机械式连接。因此，交流母线763能够选择不具有焊接性的材料。
由此，交流母线763与继电器母线753相比材料选择的自由度较高，因此能够通过选择廉价的材料来抑制材料成本。并且，通过使继电器母线753的体积比交流母线763的体积小，从而能够进一步抑制成本。
进而还需要确保交流焊接连接部750a、751a具有包含针对振动或冲击的强度在内的可靠性。因此，优选继电器母线753与交流端子320B的厚度尽量相同。即，虽然继电器母线753的材料及厚度的选择存在限制，但是交流母线763进行焊接连接的材料及厚度的选择没有限制，能够提高设计自由度。
对电容器端子503a与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780a。
对电容器端子503b与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780b。
对电容器端子503c与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780c。
对电容器端子503d与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780d。
对电容器端子503e与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780e。
对电容器端子503f与直流正极端子315B以及直流负极端子319B的接合部进行焊接连接而形成直流焊接连接部780f。
此时，形成直流焊接连接部780a至780f的电容器模块500、功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c都安装在流路形成体12上。即电容器模块500、功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c固定在形成为一体的基座(流路形成体12)上。由此，能够将直流焊接连接部780a至780f的振动时的共振点频率保持为较高，从而能够提高焊接部的可靠性。
并且，对继电器母线753与功率半导体模块300a的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部750a。
对继电器母线753与功率半导体模块300b的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部750b。
对继电器母线753与功率半导体模块300c的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部750c。
对继电器母线753与功率半导体模块301a的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部751a。
对继电器母线753与功率半导体模块301b的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部751b。
对继电器母线753与功率半导体模块301c的接合部进行焊接连接而形成交流焊接连接部751c。
此时，形成交流焊接连接部750a～750c以及751a～751c的交流继电器母线750、751安装在流路形成体12上，如前所述功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c都安装在流路形成体12上。即交流继电器母线750、751、功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c固定在形成为一体的基座(流路形成体12)上。由此，交流焊接连接部750a～750c以及751a～751c能够与直流焊接连接部780a至780f同样地将振动时的共振点频率保持为较高，因此能够提高焊接部的可靠性。
流路形成体12还具有用于冷却功率半导体模块300a～300c以及301a～301c的第一流路形成体441(参照图3)。交流继电器母线750、751安装在功率半导体模块300a～300c以及功率半导体模块301a～301c的附近。即，流路形成体441与交流继电器母线750、751极为靠近地设置。由此，从交流连接器188发出的热如图13所示，按照虚线所示的箭头方向755的方向从交流母线763向继电器母线753传导。进而从交流连接器188发出的热介由绝缘部件752被流路形成体12的流路形成体441冷却。
此时，通过使继电器母线753的厚度形成为比交流端子320B的厚度大，从而能够使从交流连接器188发出的热积极地散热，因此能够提高功率半导体模块300a～300c以及301a～301c的包含耐热性在内的耐久性。但是，当焊接连接的各母线的厚度显著不同时，则可能因焊接连接后的振动或冲击而导致包含强度在内的耐久性恶化或焊接性恶化，因此在本实施方式中将焊接连接的各母线的厚度之差抑制在30％以下。但是，解决上述问题的情况不限于此。
符号说明
8-盖；11-基底板；11a～11b-贯通孔；12-流路形成体；12a～12d-侧壁；13-入口配管；14-出口配管；19a-第一流路部；19b-第二流路部；19c-第三流路部；19d-第四流路部；19e-第五流路部；19f-第六流路部；19g-第七流路部；19h-第八流路部；19i-第九流路部；20-控制电路基板；21-连接器；22-驱动电路基板；22a～22f-贯通孔；23a-连接部；23b-连接部；24-变压器；138-直流连接器；156、166-二极管；200-电力变换装置；202-第一开口；203-第二开口；204a-第三开口；204b-第四开口；205-第五开口；300a～300c、301a～301c-功率半导体模块；302-模块一次封装体；304-模块盒；304A-薄壁部；304B-凸缘；305-翼片；306-***口；307A-第一散热面；307B-第二散热面；309-螺丝；315-导体板；315A-直流正极配线；315B-直流正极端子；315C-辅助模块侧直流正极连接端子；315D-元件侧直流正极连接端子；318、319、320-导体板；319A-直流负极配线；319B-直流负极端子；319C-辅助模块侧直流负极连接端子；319D-元件侧直流负极连接端子；320A-交流配线；320B-交流端子；320C-辅助模块侧交流连接端子；320D-元件侧交流连接端子；322-元件固定部；324U、324L-信号配线；325L、325U-信号端子；326L、326U-辅助模块侧信号连接端子；327L、327U-元件侧信号连接端子；328、330-IGBT；328A、330A-控制电极；329-中间电极；333-绝缘部件；348-第一封装树脂；350-辅助设备用功率模块；351-第二封装树脂；360-功率半导体模块的高度；370-连接部；371-键合线；372-系杆；400a～400c-开口部；402a～402c-开口部；404-开口部；405-收纳空间；406a～406f-凸部；409-密封部件；417-流动方向；420-下罩；441-第一流路形成体；442-第二流路形成体；444-第三流路形成体；500-电容器模块；501-积层导体板；502-电容器盒；503a～503f-电容器端子；505-负极导体板；507-正极导体板；508-负极侧的电源端子；509-正极侧的电源端子；510-负极侧电力线；511-收纳部；512-正极侧电力线；514-电容器单元；515a、515b-噪声滤波器用电容器单元；516、517-辅助设备用电容器端子；520a～520h-孔；530-中继导体部；540-电容器模块的高度；550-绝缘片；551-填充材料；600-辅助模塑体；608-配线绝缘部；750-交流继电器母线；751-交流继电器母线；750a～750c-交流焊接连接部；751a～751c-交流焊接连接部；752-绝缘部件；753-继电器母线；755-贯通孔；760、761-交流端子块；762-树脂制块体；763-交流母线。

Claims (4)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
将直流电流变换为交流电流的功率半导体模块；
形成收纳上述功率半导体模块的收纳空间的壳体；
利用熔焊连接而与上述功率半导体模块的交流端子连接的交流继电器母线；
与马达的交流端子连接的交流端子块；
输出向上述功率半导体模块传递的驱动信号的驱动电路基板；以及
用于检测上述交流电流的电流传感器，
上述交流继电器母线介由绝缘部件而支撑于上述壳体，
上述交流端子块具有利用机械式连接而与上述交流继电器母线连接的交流母线并支撑于上述壳体，
上述驱动电路基板配置在与上述功率半导体模块的直流端子或上述交流端子相对的位置，
上述电流传感器在上述驱动电路基板与上述功率半导体模块之间的空间中设置于上述交流母线，
在上述交流继电器母线形成第一贯通孔，
上述第一贯通孔呈沿着上述交流端子块和上述交流继电器母线的配置方向形成长径的椭圆形状，
上述交流端子块利用穿过上述第一贯通孔的第一紧固部件而与上述交流继电器母线连接，
在上述电流传感器形成第二贯通孔，
上述驱动电路基板配置在上述交流端子块与上述交流继电器母线之间，
还在上述驱动电路基板形成第三贯通孔，
上述电流传感器被配置为该电流传感器的上述第二贯通孔与上述第三贯通孔相对，
上述交流母线穿过上述第二贯通孔和上述第三贯通孔而与上述交流继电器母线连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
上述交流端子块具有支撑该交流母线的树脂制块体，
上述交流继电器母线由不同于上述交流母线的金属材料构成，
并且上述交流继电器母线的体积比上述交流母线的体积小。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
上述交流继电器母线的厚度形成为比上述功率半导体模块的上述交流端子的厚度大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
具备支撑上述驱动电路基板的基底板，
上述基底板支撑于上述壳体，
上述交流端子块支撑于上述基底板。
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