CN114391219A - 电力转换器 - Google Patents

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Abstract

提供一种技术，谋求能在使多个电源模块的端子与电容器靠近的同时，容易地进行端子与母线的接合。电力转换器包括多个功率模块、电容器、正极母线、负极母线。各个功率模块在与电容器相对的侧面包括正极端子和负极端子。正极端子以及负极端子的前端与侧面平行。正极母线包括：与电容器的正电极(负电极)接合的正极底座板(负极底座板)；以及从正极底座板(负极底座板)弯折的正极凸缘(负极凸缘)。正极凸缘(负极凸缘)与功率模块的正极端子(负极端子)接合。正极凸缘和负极凸缘向与电容器分离的方向延伸。

Description

电力转换器
技术领域
本说明书公开的技术涉及一种包括对电力转换用的切换元件进行收纳的多个功率模块及电容器的电力转换器。
背景技术
已知包括收纳了电力转换用的切换元件的多个功率模块的电力转换器。例如，日本专利特开2011－151992号公报、日本专利特开2017－99140号公报(文献1)公开了这种电力转换器。
文献1的电力转换器也包括与多个功率模块连接的电容器。多个功率模块沿第一方向(X方向)层叠。各个功率模块在朝向与第一方向交叉的第二方向(Y方向)的侧面包括正极端子以及负极端子。电容器配置成在与第一方向及第二方向双方交叉的第三方向(Z方向)上与多个功率模块相邻。电容器的正电极与多个功率模块的正极端子经由正极母线连接，电容器的负电极与多个功率模块的负极端子经由负极母线连接。
发明内容
多个功率模块的端子(正极端子或负极端子)在功率模块的层叠方向上排列。若功率模块的端子与电容器靠近，则母线与端子的接合变难。因此，在文献1的电力转换器中，功率模块的端子设置于朝向第二方向的侧面，功率模块与电容器在第三方向上排列，端子远离电容器。本说明书提供一种技术，谋求能在使多个功率模块的端子与电容器靠近的同时，容易地进行端子与母线的接合。
本说明书公开的电力转换器包括多个功率模块、电容器、正极母线、负极母线。各个功率模块对电力转换用的切换元件进行收纳。多个功率模块沿第一方向(X方向)层叠。电容器在与第一方向(X方向)交叉的第二方向(Y方向)上配置于多个功率模块的旁边。
各个功率模块在与电容器相对的侧面具有正极端子和负极端子。正极端子在功率模块的内部与切换元件的正极连接，负极端子与切换元件的负极连接。正极端子和负极端子在与第一方向(X方向)及第二方向(Y方向)双方交叉的第三方向(Z方向)上排列。正极端子的前端和负极端子的前端与功率模块的侧面(设置有正极端子和负极端子的侧面)平行。
电容器在第三方向(Z方向)的一方的端面包括正电极，在另一方的端面包括负电极。
正极母线包括：正极底座板，所述正极底座板与正电极接合；以及正极凸缘，所述正极凸缘从正极底座板向第三方向(Z方向)弯折。正极凸缘与多个功率模块的正极端子接合。负极母线包括：负极底座板，所述负极底座板与负电极接合；以及负极凸缘，所述负极凸缘从负极底座板向第三方向(Z方向)弯折。负极凸缘与多个功率模块的负极端子接合。正极凸缘和负极凸缘在第三方向(Z方向)上向与电容器分离的方向延伸。
根据上述结构，电容器与设置有正极端子及负极端子的侧面相邻。电容器位于正极端子及负极端子的附近。
另一方面，正极凸缘与正极端子的接合部位在第三方向上位于电容器旁边，负极凸缘与负极端子的接合部位在相反一侧位于电容器旁边。正极端子的接合部位和负极端子的接合部位分别分散在电容器的两侧，因此，接合作业变得容易。本说明书公开的电力转换器能够谋求能在使多个功率模块的端子与电容器靠近的同时，容易地进行端子与母线的接合。
通过以下的“具体实施方式”对本说明书公开的技术的具体内容以及进一步改良进行说明。
附图说明
图1是包括第一实施例的电力转换器的电动汽车的电路图。
图2是电力转换器的立体图。
图3是电力转换器的分解图。
图4是电力转换器的剖视图。
图5是第二实施例的电力转换器的剖视图。
具体实施方式
(第一实施例)参照附图，对第一实施例的电力转换器进行说明。第一实施例的电力转换器是装设于电动汽车的设备。电力转换器将电池的电力转换为行驶用马达的驱动电力。图1示出包括电力转换器2的电动汽车100的电力***的框图。
电动汽车100包括电池82、电力转换器2、行驶用的两个马达83a、83b。马达83a、83b的输出轴与齿轮组85连结。齿轮组85还与车轴86连结。齿轮组85将马达83a、83b的输出扭矩合成并传递至车轴86。
电力转换器2将电池82的输出电力(直流电力)转换成马达83a、83b的驱动电力(交流电力)。电力转换器2的输入正极端18a连接有电池82的正极，输入负极端18b连接有电池82的负极。
输入端18连接有电容器6。为了对输入电流(输入电压)的脉动进行抑制而设置电容器6。电力转换器2的输入正极端18a通过电力供给正母线61与电容器6的正电极6a连接，输入负极端18b通过电力供给负母线62与电容器6的负电极6b连接。母线是内部电阻较小的导电部件，典型地，利用金属棒制作。
电力转换器2包括两个逆变器电路13a、13b。逆变器电路13a、13b各自的直流端与电容器6并联连接。逆变器电路13a的交流端与马达83a连接，逆变器电路13b的交流端与马达83b连接。
逆变器电路13a具有将三组两个切换元件的串联电路以并联的方式连接的结构。切换元件9a和9b、切换元件9c和9d、切换元件9e和9f分别构成串联电路。各切换元件以逆并联的方式连接有二极管。
当串联电路的切换元件9a、9b交替地接通、断开时，从串联电路的中点输出交流电。分别从三组串联电路输出交流电。符号8a所示的虚线矩形的范围的电路与后述的功率模块8a对应。符号17a、17b表示从功率模块8a延伸出的端子。符号17a表示与切换元件9a、9b的串联电路的高电位侧导通的端子(正极端子17a)。符号17b表示与切换元件9a、9b的串联电路的低电位侧导通的端子(负极端子17b)。如以下说明的那样，正极端子17a、负极端子17b的标记也用于其他功率模块。
虽在图1未示出，但功率模块8a还包括中点端子17c。中点端子17c与切换元件9a、9b的串联电路的中点导通。在后文中使用图3对正极端子17a、负极端子17b、中点端子17c进行说明。此外，以下，有时将正极端子17a、负极端子17b、中点端子17c一并统称为端子17。
切换元件9c、9d的串联电路(以及与各切换元件以逆并联的方式连接的二极管)构成功率模块8b。切换元件9e、9f的串联电路(以及与各切换元件以逆并联的方式连接的二极管)构成功率模块8c。功率模块8b、8c的结构与功率模块8a的结构相同。与功率模块8a同样地，功率模块8b、8c也包括分别与两个切换元件的串联电路的高电位侧、低电位侧、中点导通的正极端子17a、负极端子17b、中点端子17c(中点端子17c未图示)。
切换元件9a-9f是晶体管，典型地有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)，也可以是其他晶体管，例如MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。此外，在此所说的切换元件用于电力转换，有时也称为功率半导体元件。
逆变器电路13b具有与逆变器电路13a相同的结构，包括三个功率模块8d-8f。功率模块8d-8f各自的结构与功率模块8a相同，因此，简化描绘功率模块8d-8f及其连接关系。
在图1中，虚线8a-8f分别相当于功率模块。电力转换器2包括六组两个切换元件的串联电路。作为硬件，构成串联电路的两个切换元件以及与各切换元件以逆并联的方式连接的二极管收纳于一个封装件(功率模块的封装件)。以下，在无区别地表示功率模块8a-8f中的任一个时，标记为功率模块8。
四个功率模块(四组串联电路)的高电位侧的端子(正极端子17a)与电容器6的正电极6a连接，低电位侧的端子(负极端子17b)与电容器6的负电极6b连接。在图1中，符号30所示的虚线内的导电路径对应于将多个功率模块8的正极端子17a与电容器6的正电极6a连接的母线(正极母线30)。符号40所示的虚线内的导电路径对应于将多个负极端子17b与电容器6的负电极6b连接的母线(负极母线40)。接着，对多个功率模块8和正极母线30、负极母线40的结构进行说明。
图2示出电力转换器2的硬件的立体图。图2是通过正极母线30及负极母线40连接的层叠单元20和电容器6的组装件的立体图，电力转换器2的其余部件省略图示。层叠单元20是将先前描述的功率模块8(8a-8f)和多个冷却器21层叠的设备。图3示出电力转换器2的分解图。图3是先前描述的组装件的分解图，在图3中也省略了电力转换器2的其余部件的图示。图中的坐标系的X方向相当于功率模块8(8a-8f)的层叠方向。在后面的附图中，X方向也相当于层叠方向。
参照图2和图3对电力转换器2的硬件、尤其是上述组装件进行说明。多个功率模块8(8a-8f)与多个冷却器21一起构成层叠单元20。功率模块8a-8f全部为相同形状，因此，在图2中，作为代表，仅对左端的功率模块标注符号8，对其他功率模块省略了符号。在图2中，作为代表，仅对左端的冷却器标注符号21，对其余冷却器省略了符号。
多个功率模块8与多个冷却器21逐个地交替层叠。功率模块8为扁平形状，其宽度大的面与冷却器21抵接。
图中的左端的冷却器21设置有制冷剂供给口22a及制冷剂排出口22b。相邻的冷却器21彼此通过两个连结管23a、23b连接。在图2、图3中，仅对左端的连结管23a、23b标注符号，其余连结管省略了符号。冷却器21的内部形成为空洞(制冷剂流路)，连结管23a、23b使相邻的冷却器21的制冷剂流路连通。
一方的连结管23a在从层叠方向观察时位于与制冷剂供给口22a重叠的位置。另一方的连结管23b在从层叠方向观察时位于与制冷剂排出口22b重叠的位置。制冷剂供给口22a和制冷剂排出口22b连接有未图示的制冷剂循环装置。从制冷剂供给口22a供给的制冷剂穿过一方的连结管23a分配至所有冷却器21。制冷剂在穿过冷却器21期间，从相邻的功率模块8吸收热量。吸收了热量的制冷剂穿过另一方的连结管23b及制冷剂排出口22b从层叠单元20排出。从各功率模块8的两侧对各功率模块8进行冷却，因此，层叠单元20对功率模块8的冷却性能较高。
功率模块8的主体是对切换元件和二极管进行收纳的封装件。封装件是通过树脂制作的。正极端子17a、负极端子17b及中点端子17c从各功率模块8的封装件的一个小宽度面(日文：幅狭面)即侧面81延伸。在图2和图3中，仅对左端的功率模块8的侧面标注符号81，对于其余功率模块8的相同侧面，省略了符号。在图中，与中点端子17c连接的母线省略了图示。
在与多个功率模块8的层叠方向(图中的X方向)正交的Y方向上，在多个功率模块8的旁边配置有电容器6。换言之，电容器6以与多个功率模块8的侧面81相对的方式配置。三个端子17(正极端子17a、负极端子17b、中点端子17c)从功率模块8的、与电容器6相对的侧面81延伸。三个端子17沿图中的坐标系的Z方向排列。此外，三个端子17分别是利用大宽度板(日文：幅広板)制作的，前端的大宽度面(日文：幅広面)与侧面81平行。
电容器6在朝向+Y方向的端面设置有正电极6a，并且在朝向相反方向(－Y方向)的端面设置有负电极6b。电容器6以正电极6a和负电极6b朝向Y方向的姿势配置。
正极母线30具有与电容器6的正电极6a相对的正极底座板31以及从正极底座板31朝－Z方向呈L字弯折的正极凸缘32。正极底座板31与电容器6的正电极6a接合。正极凸缘32相对于多个功率模块8的正极端子17a的前端的平坦面平行。各个正极端子17a与延长板19的一端接合。延长板19的另一端与正极母线30的正极凸缘32接合。换言之，多个功率模块8的正极端子17a分别经由延长板19与正极母线30的正极凸缘32接合。
负极母线40具有与电容器6的负电极6b相对的负极底座板41以及从负极底座板41朝+Z方向呈L字弯折的负极凸缘42。负极底座板41与电容器6的负电极6b接合。负极凸缘42与多个功率模块8的负极端子17b的前端相对，并与负极端子17b接合。
正极母线30的正极凸缘32和负极母线40的负极凸缘42向与电容器6分离的方向延伸。换言之，正极凸缘32和负极凸缘42向相互分离的方向延伸。
图4示出电力转换器2的剖视图。图4是以与多个功率模块8的层叠方向(X方向)正交的平面将电力转换器2切开的剖视图。在图4中，还图示了对层叠单元20等部件进行收纳的外壳50。在图4中，省略了与功率模块8的中点端子17c连接的母线以及其他若干部件的图示。
层叠单元20固定于外壳50的分隔板53。层叠单元20的下方配置有基板54。基板54通过螺栓52固定于外壳。多个控制端子从功率模块8的下表面延伸，控制端子与基板54连接。基板54安装有收纳于功率模块8的切换元件的控制电路。
如先前描述的那样，功率模块8的负极端子17b与负极母线40的负极凸缘42接合，正极端子17a与延长板19的一端接合。延长板19在Z方向上延伸，另一端与正极母线30的正极凸缘32接合。正极母线30的正极底座板31与电容器6的正电极6a连接，负极母线40的负极底座板41与电容器6的负电极6b接合。换言之，正极端子17a经由延长板19及正极母线30与电容器6的正电极6a连接，负极端子17b经由负极母线40与电容器6的负电极6b连接。
正极母线30及负极母线40与电容器6相比进一步向上方延伸。在Y方向上，电容器6的旁边配置有母线模块60。母线模块60相对于电容器6配置于与功率模块8相反的一侧。母线模块60是板。母线模块60通过螺栓51固定于外壳50。
母线模块60安装有电力供给正母线61、电力供给负母线62。正极母线30的前端与电力供给正母线61接合，负极母线40的前端与电力供给负母线62接合。如先前描述的那样，电力供给正母线61、电力供给负母线62是将电力转换器2的输入端18(参见图1)与电容器6连接的母线。如图4中详细所示，电容器6与正极母线30及负极母线40接合，并由该正极母线30及负极母线40支承。正极母线30及负极母线40的一端(上端)经由母线模块60支承于外壳50。正极母线30及负极母线40的另一端(下端)经由层叠单元20的多个功率模块8支承于外壳50。电容器6自身未直接与外壳50接触，而是经由母线30、40等间接地支承于外壳50。电容器6虽未直接与外壳50接触，但两侧被正极母线30和负极母线40支承，因此，耐振动特性良好。
对上述结构的优点进行说明。电容器6以与正极端子17a及负极端子17b相对的方式配置。因此，电容器6与正极端子17a及负极端子17b变近，能够使正极端子17a及负极端子17b变短。此外，正极母线30的正极凸缘32以与电容器6分离的方式延伸，负极母线40的负极凸缘42在相反一侧以与电容器6分离的方式延伸。能够使正极凸缘32与正极端子17a的接合以及负极凸缘42与负极端子17b的接合容易地进行。正极凸缘32与正极端子17a经由延长板19接合。
另外，也可以是，正极端子17a与正极凸缘32不经由延长板19而接合，负极端子17b与负极凸缘42经由延长板19接合。
如图2、图3所示，多个功率模块8与电容器6在沿Y方向观察时重叠。
多个功率模块8与电容器6收纳于外壳50。多个功率模块8固定于外壳50。外壳50还固定有板状的母线模块60。母线模块60在与多个功率模块8相反一侧与电容器6相邻。正极母线30及负极母线40的上端固定于母线模块60。正极母线30及负极母线40的下端固定于多个功率模块8。电容器6经由正极母线30、负极母线40、功率模块8、母线模块60支承于外壳50。母线模块60对电容器6进行支承，因此，也能称为支承板。
母线模块60安装有将电源的电力供给至电容器6的电力供给正母线61及电力供给负母线62。正极母线30与电力供给正母线61接合，负极母线40与电力供给负母线62接合。
(第二实施例)图5示出第二实施例的电力转换器2a的剖视图。第二实施例的电力转换器2a的正极母线30a的正极底座板31及负极母线40a的负极底座板41较短。正极底座板31覆盖电容器6的正电极6a的下部，负极底座板41覆盖负电极6b的下部。电容器6的正电极6a的上部与另一正极母线35接合，负电极6b的上部与另一负极母线45连接。另一正极母线35的上部与母线模块60的电力供给正母线61接合，另一负极母线45的上部与母线模块60的电力供给负母线62接合。
对在实施例中说明的技术有关的注意点进行说明。母线模块60相当于支承板的一例。图中的坐标系的X方向、Y方向、Z方向分别与第一方向、第二方向、第三方向对应。
以上，对本发明的具体示例进行了说明，但这些仅为例示，并非对权利要求书进行限定。权利要求书记载的技术包括将以上例示的具体示例进行各种变形、改变而得的内容。本说明书或是附图中说明的技术要素单独地发挥技术有用性，或是通过各种组合来发挥技术有用性，不限于申请时的权利要求书记载的组合。此外，本说明书或附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的的情况本身具有技术有用性。

Claims (5)

1.一种电力转换器，其特征在于，包括：
多个功率模块，多个所述功率模块对电力转换用的切换元件进行收纳，且沿第一方向层叠；
电容器，所述电容器在与第一方向交叉的第二方向上配置于多个所述功率模块的旁边；以及
正极母线和负极母线，所述正极母线和负极母线将多个所述功率模块与所述电容器连接，
在各所述功率模块的、与所述电容器相对的侧面设置有正极端子和负极端子，所述正极端子和所述负极端子在与所述第一方向及所述第二方向双方交叉的第三方向上排列，
所述正极端子的前端以及所述负极端子的前端与所述侧面平行，
所述电容器在所述第三方向的一方的端面包括正电极，在另一方的端面包括负电极，
所述正极母线包括：正极底座板，所述正极底座板与所述正电极接合；以及正极凸缘，所述正极凸缘从所述正极底座板向所述第三方向弯折，且与多个所述功率模块的所述正极端子接合，
所述负极母线包括：负极底座板，所述负极底座板与所述负电极接合；以及负极凸缘，所述负极凸缘从所述负极底座板向所述第三方向弯折，且与多个所述功率模块的所述负极端子接合，
所述正极凸缘和所述负极凸缘在所述第三方向上向与所述电容器分离的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的电力转换器，其特征在于，
多个所述功率模块与所述电容器在沿所述第二方向观察时重叠。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换器，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳对多个所述功率模块及所述电容器进行收纳；以及
支承板，所述支承板支承于所述外壳，且在所述第二方向上在与所述功率模块相反的一侧配置于所述电容器的旁边，
所述正极母线或是与所述正电极连接的另一正极母线固定于所述支承板，
所述负极母线或是与所述负电极连接的另一负极母线固定于所述支承板，
所述电容器经由所述支承板、所述功率模块、所述正极母线以及所述负极母线支承于所述外壳。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力转换器，其特征在于，
所述支承板安装有将电源的电力供给至所述电容器的电力供给正母线以及电力供给负母线，所述正极母线与所述电力供给正母线接合，所述负极母线与所述电力供给负母线接合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力转换器，其特征在于，
所述正极端子与所述正极凸缘经由在所述第三方向上延伸的延长板接合，或是所述负极端子与所述负极凸缘经由在所述第三方向上延伸的延长板接合。
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