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CN101636803A - 具有电容器的电气单元 - Google Patents

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Abstract

PCU(500)的内部被铝制的盒体(510)和底板(520)封闭。在PCU(500)内部的空间容纳有IPM(530)、控制基板(540)以及电容器(200)。IPM(530)被设置成与底板(520)的上表面抵接。控制基板(540)是安装有包括栅极驱动器、变压器等电子部件的控制电路的长方形的板，其被设置在IPM(530)的上方。电容器(200)被容纳在近似长方体的壳体(210)中。在电容器(200)的整个下表面设置有将热反射率高且热传导率高的铝作为材料的反射板(220)。

Description

具有电容器的电气单元
技术领域
本发明涉及具有电容器的电气单元，特别是涉及将电容器和不同于电容器的电子部件容纳在框体内部的电气单元。
背景技术
以马达为驱动源的电动汽车或混合动力车辆已被实用化。蓄电池的电力被升压或变换后被供应给马达。用于向马达供应电力的电子部件(例如构成逆变器的半导体元件)通常被容纳在框体中来进行保护。近年来，从确保空间的观点出发，已出现了将容纳用于向马达供应电力的电子部件的框体的尺寸缩小的需求。例如在日本专利文献特开2004-312925号公报中公开了缩小这种框体的尺寸的技术。
特开2004-312925号公报所公开的电气设备包括：逆变器电路、上部开口并在下部收纳逆变器电路的盒体、与逆变器电路连接的电容器、以及收纳电容器的壳体。收纳电容器的壳体与收纳逆变器电路的盒体的上部的外周面连接。在逆变器与电容器之间设置有逆变器控制基板。
根据特开2004-312925号公报所公开的电气设备，可通过收纳电容器的壳体来封闭收纳逆变器的壳体上部的开口部。因此，不需要设置仅用于封闭盒体开口部的部件并可从外部保护电容器、逆变器电路以及逆变器控制基板。由此，可省去仅用于封闭盒体开口部的部件的空间，能够减小电气设备的尺寸。
但是，在特开2004-312925号公报所公开的电气设备中，没有考虑来自逆变器电路等的热射线对电容器造成的影响。即，逆变器电路或安装在逆变器控制基板上的电路通过被通电而发热，从而放射热射线。如果放出的热射线被电容器吸收而导致电容器的温度上升，则可能会导致电容器的功能下降。尤其是，由于盒体的小型化，逆变器电路等与电容器的距离有进一步变短的倾向，从而来自逆变器电路等的热射线给电容器的温度上升带来的影响有进一步变大的倾向。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种将电容器和不同于电容器的电子部件容纳在框体内部的电气单元，该电气单元能够抑制电容器的温度上升。
本发明中的电气单元包括：电容器；容纳电容器的框体；电子部件，该电子部件被容纳在框体中，通过被通电来实现功能并发热；以及反射板，该反射板被设置在电子部件与电容器之间，对从电子部件放射的热量进行反射。
根据该发明，在框体内部容纳电容器和电子部件。该电子部件被通电而发热。在电子部件与电容器之间设置有反射板，该反射板对从电子部件放射的热量(热射线)进行反射。因此，即使在电子部件发热并放射出热射线的情况下，也能够抑制向电容器的方向放射出的热射线被电容器直接吸收。结果，能够提供将电容器和电子部件容纳在框体中并能够抑制电容器的温度上升的电气单元。
优选如下：反射板的材料使用热反射率高且热传导率高的材料。反射板在与电容器抵接的状态下与框体连接。
根据该发明，反射板的材料的热反射率高，且热传导率高。并且，反射板在与电容器抵接的状态下与框体连接。因此，能够通过反射板反射从电子部件放射的热射线，并能够将电容器的热量经由反射板积极地传到框体上。因此，能够进一步抑制电容器的温度上升。
进一步优选如下：反射板通过热传导率高的紧固部件而与框体连接。
根据该发明，反射板通过热传导率高的紧固部件而与框体连接。因此，能够将传递到反射板上的电容器的热量经由紧固部件而传到框体上。
进一步优选如下：反射板的材料是铝。
根据该发明，能够通过将热反射率高且热传导率高的铝作为材料的反射板来更多地反射来自电子部件的热射线，并且将电容器的热量更多地传递到框体上。
进一步优选如下：电容器与框体抵接。
根据该发明，由于电容器与框体抵接，因此电容器的热量被直接传递到框体上。因此，能够进一步抑制电容器的温度上升。
进一步优选如下：框体具有在外侧设置有制冷剂流路的壁面。
根据该发明，框体的壁面通过制冷剂流路而被冷却，因此能够将从电子部件放到框体内部的热量更多地传递到框体上。由此，能够抑制框体内部的温度上升，因此能够抑制电容器的温度上升。
进一步优选如下：电子部件是与壁面的内侧抵接的半导体元件。
根据该发明，半导体元件的热量经由壁面而被传递至制冷剂流路，因此能够降低从半导体元件放到框体内部的热量。由此，能够进一步抑制框体内部的温度上升，因此能够进一步抑制电容器的温度上升。
进一步优选如下：电气单元包括与壁面的内侧抵接的半导体元件。电子部件是安装在基板上并控制半导体元件的电子部件，所述半导体元件比半导体元件被设置在框体的内侧。
根据该发明，能够通过反射板来反射从比半导体元件设置在框体的内侧并控制半导体元件的电子部件放射的热射线。
附图说明
图1是搭载有本实施例涉及的PCU的混合动力车辆的马达驱动用电路图；
图2、图3是示出本发明实施例涉及的PCU的图；
图4是本发明实施例涉及的PCU的截面图；
图5是示出本发明实施例涉及的PCU中的热量的流动的图；
图6是本发明实施例的第一变形例涉及的PCU的截面图；
图7是本发明实施例的第二变形例涉及的PCU的截面图；
图8是本发明实施例的第三变形例涉及的PCU的截面图。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明的实施例。在以下的说明中，对于相同的部件标注相同的标号。它们的名称和功能也相同。因此，不重复详细的说明。
参考图1来说明搭载有本实施例涉及的电力控制单元(以下也称为PCU(Power Control Unit)500的混合动力车辆的马达驱动用电路。搭载PCU 500的车辆不限于混合动力车辆，也可以是电动车辆。另外，本发明涉及的电力控制单元不限于搭载在车辆上。
该马达驱动用电路包括：升压变换器100、电容器200、逆变器用IPM 300A和300B、以及电动发电机400A、400B。
升压变换器100包括升压用IPM 110以及电抗器120。升压用IPM110包括两个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)和两个二极管，所述两个二极管与各IGBT分别并联连接，以使电流从IGBT的发射极侧向集电极侧流动。电抗器120的一端与行驶用蓄电池的电源线连接，其另一端与升压用IPM 110的两个IGBT的中间点连接。
升压变换器100基于来自没有图示的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)的指令信号来接通或断开(通电或切断)升压用IPM 110的各IGBT的栅极，由此将从行驶用蓄电池供应而来的直流电压升压后供应给电容器200。另外，在混合动力车辆再生制动的期间，升压变换器100将由驱动车辆用的电动发电机400A、400B发电并通过逆变器用IPM300A、300B而变换的直流电压降压后供应给行驶用蓄电池。升压变换器100和各IGBT可采用公知技术，因此这里不重复更加详细的说明。
电容器200对从升压变换器100供应而来的直流电力的电压进行平滑化，并将该平滑后的直流电力供应给逆变器用IPM 300A、300B。电容器200通过通电而发热。
逆变器用IPM 300A、300B包括六个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极性晶体管)和六个二极管，所述六个二极管与各IGBT分别并联连接，以使电流从IGBT的发射极侧向集电极侧流动。逆变器用IPM 300A、300B基于来自ECU的指令信号来接通或断开(通电或切断)各IGBT的栅极，由此将从行驶用蓄电池供应而来的电流从直流电流变换为交流电流后供应给电动发电机400A、400B。另外，逆变器用IPM300A、300B和IGBT可采用公知技术，因此这里不重复更加详细的说明。
构成升压用IPM 110和逆变器用IPM 300A、300B的各IGBT通过接通或断开(通电或切断)栅极而发热。在以下的说明中，将升压用IPM110和逆变器用IPM 300A、300B还记为被设置成一个组件的IPM 530。升压用IPM 110和逆变器用IPM 300A、300B不限于必须设置成一个组件。IPM 530的发热量大于电容器200的发热量。
参考图2～图4来说明本实施例涉及的PCU 500。如图2所示，PCU500的内部通过铝制的盒体510和底板520被封闭。
盒体510是下方敞开的近似长方体的框体。盒体510的下方的外周面与底板520通过螺栓(没有图示)固定以使彼此相抵接。
IPM 530、控制基板540以及电容器200被容纳在由盒体510和底板520形成的PCU 500内部的空间中。
IPM 530被设置成与底板520的上表面抵接。IPM 530也可以被设置成经由散热板(没有图示)而与底板520的上表面抵接。
控制基板540是用于安装包括栅极驱动器、变压器等电子部件的控制电路的长方形的板，其被设置在IPM 530的上方。控制基板540通过连接线532与IPM 530电连接。安装在控制基板540上的控制电路基于来自ECU的指令信号而生成用于控制IPM 530的各IGBT的接通或断开的控制信号并向IPM 530发送该控制信号。基于该控制信号来控制IPM 530，由此控制电动发电机400A、400B的输出。安装在控制基板540上的控制电路通过被通电而发热。如果安装在控制基板540上的电子部件是通过通电而发热的电子部件，那么不限于是IPM 530的控制电路。
电容器200被容纳在近似长方体的壳体210中。在壳体210侧面的外侧设置有座面部212，固定螺栓214将贯穿座面部212。如后面所述，固定螺栓214被紧固至从盒体510上表面的内侧向下突出的突出部512(参考图4)。由此，电容器200被固定在盒体510上，电容器200的位置比控制基板540靠上。固定螺栓214的材料使用热传导率高的金属(例如铝)。
通过连接从电容器200的下表面向下突出的汇流条216和设置在IPM530的侧面上的连接端子534，电容器200和IPM 530被电连接。
图3是从图2的箭头A的方向观看电容器200和盒体510的图。如图3所示，在电容器200的壳体210的内部填充树脂制的灌封材料230，电容器元件主体(没有图示)被埋在该灌封材料230的内部。
在灌封材料230的比电容器元件主体靠下的一侧埋入了近似长方形的反射板220。由此，反射板220与电容器200抵接，并且被设置在安装于控制基板540上的控制电路与电容器元件主体之间。反射板220被设置在电容器200的整个下表面。反射板220的材料可使用热反射率高且热传导率高的铝。另外，反射板220的材料只要是热反射率高且热传导率高的材料即可，不特别限定于铝。在反射板220的四个角上设置有向灌封材料230的外侧突出的端部222。
图4是以图3的点划线所示的面截取PCU 500时的截面图。如图4所示，固定螺栓214经由壳体210的座面部212和反射板220的端部222而被紧固至从盒体510上表面的内侧向下突出的突出部512。由此，壳体210的座面部212与盒体510抵接。固定螺栓214的头部与反射板220抵接。固定螺栓214的轴部与盒体510抵接。
设置有冷却片524的冷却液通路522被设置在底板520的内部。冷却液(以下也记为LLC(Long Life Coolant，长效冷却液))在冷却液通路522中流动。LLC在沿冷却液通路522流动时从冷却片524等吸收从IPM530和盒体510传来的热量。即，IPM 530和盒体510的热量被放到在冷却液通路522中流动的LLC中。LLC通过电动水泵(没有图示)而在散热器(没有图示)与冷却液通路522之间循环。LLC的热量经由散热器(没有图示)而被放到外部气体中。
对基于以上构造的、本实施例涉及的PCU 500内部的热量的流动进行说明。
电容器200、IPM 530以及控制基板540被容纳在PCU 500的内部。IPM 530和安装在控制基板540上的控制电路通过被通电而发热。将热反射率高的铝作为材料的反射板220被设置在安装于控制基板540上的控制电路与电容器元件主体之间。
因此，即使在IPM 530和安装在控制基板540上的控制电路发热而放射热射线的情况下，如图5的箭头B所示，向电容器200的方向放射的热射线被反射板220反射，从而抑制了被电容器元件主体直接吸收。由此，能够抑制电容器200的温度上升，因此能够抑制电容器200的功能下降。
另外，盒体510下方的外周面与设置有冷却液通路522的底板520抵接。因此盒体510通过底板520而被冷却。反射板220的端部222经由以热传导率高的金属作为材料的固定螺栓214而与如上冷却的盒体510的突出部512连接。热传导率高的反射板220被埋在灌封材料230中以使其与电容器200抵接。因此，如图5的箭头C所示，能够使电容器200的热量从与电容器200抵接的反射板220经由固定螺栓214积极地传递至盒体510。由此，能够进一步抑制电容器200的温度上升。
另外，设置在电容器200的壳体210上的座面部212与盒体510的突出部512直接抵接。因此，如图5的箭头D所示，电容器200的热量经由座面部212直接传递到盒体510。因此，能够进一步抑制电容器200的温度上升。
另外，由于IPM 530与底板520抵接，因此在IPM 530中产生的热量大多被传递给在设置于底板520内部的冷却液通路522中流动的LLC。因此，能够降低从IPM 530放到PCU 500内部的热量。另外，由于如上述那样盒体510被底板520冷却，因此从IPM 530放到PCU 500内部的热量更多地被传递到盒体510上。由此，PCU 500内部的温度上升得以抑制，因此能够抑制电容器200的温度上升。
如上所述，根据本实施例中的PCU，在IPM和控制IPM的控制电路与电容器之间设置以热反射率高的铝作为材料的反射板。因此，从IPM和控制电路放射出的热射线被反射板反射，从而抑制了被电容器直接吸收。由此，能够抑制电容器的温度上升，因此能够抑制电容器的功能下降。
<第一变形例>
在本实施例中，对埋入到灌封材料230中的反射板220进行了说明。与此相对，作为本实施例的第一变形例，也可以如图6所示，设置未被埋入灌封材料230中并覆盖电容器200的整个下表面的反射板1220。由此，由于反射板1220的下方没有灌封材料230，因此与反射板220相比，能够进一步抑制热射线被电容器元件主体直接吸收。而且，由于不需要将反射板1220埋入灌封材料230中，因此能够容易地将反射板1220设置在电容器200的下表面。
<第二变形例>
在本实施例中，对具有经由固定螺栓214而连接到盒体510上的端部222的反射板220进行了说明。与此相对，作为本实施例的第二变形例，也可以如图7所示，设置反射板2220，该反射板2220具有经由固定螺栓214与盒体510连接、并且被延长为与盒体510侧面的内侧抵接的端部2222。由此，反射板2220与比设置在盒体510的上表面上的突出部512更靠近底板520(冷却液通路522)的盒体510的侧面抵接，因此能够更加积极地将电容器200的热量传递到盒体510上。由此，能够进一步抑制电容器200的温度上升。
<第三变形例>
在本实施例中，对壳体210上表面的外侧没有与盒体510上表面的内侧抵接的电容器200进行了说明。与此相对，作为本实施例的第三变形例，也可以如图8所示，在壳体210与盒体510的上表面之间填充热传导率比空气高的树脂制的灌封材料240。由此，与壳体210和盒体510的上表面之间是空气的情况相比，从壳体210传递到盒体510的热量将会变多。因此，能够进一步抑制电容器200的温度上升。
应认为此次公开的实施例在所有方面均仅为例示而不是用来限制的。本发明的范围通过权利要求书而非上述说明来表示，其中将包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。

Claims (8)

1.一种电气单元，包括：
电容器(200)；
容纳所述电容器(200)的框体(510，520)；
电子部件(530，540)，该电子部件(530，540)被容纳在所述框体(510、520)中，通过被通电来实现功能并发热；以及
反射板(220、1220、2220)，该反射板(220、1220、2220)被设置在所述电子部件与所述电容器(200)之间，对从所述电子部件放射的热量进行反射。
2.如权利要求1所述的电气单元，其中，
所述反射板(220、1220、2220)的材料使用热反射率高且热传导率高的材料，
所述反射板(220、2220)在与所述电容器(200)抵接的状态下与所述框体(510)连接。
3.如权利要求2所述的电气单元，其中，
所述反射板(220、1220、2220)通过热传导率高的紧固部件(214)而与所述框体(510)连接。
4.如权利要求1所述的电气单元，其中，
所述反射板(220、1220、2220)的材料是铝。
5.如权利要求1所述的电气单元，其中，
所述电容器(200)与所述框体(510)抵接。
6.如权利要求1所述的电气单元，其中，
所述框体(520)具有在外侧设置有制冷剂流路(522)的壁面。
7.如权利要求6所述的电气单元，其中，
所述电子部件是与所述壁面的内侧抵接的半导体元件(530)。
8.如权利要求6所述的电气单元，其中，
所述电气单元中具有与所述壁面的内侧抵接的半导体元件(530)，
所述电子部件是安装在基板上并控制所述半导体元件(530)的电子部件(540)，所述基板被设置在所述框体(510、520)的比所述半导体元件(530)更靠内侧的位置。
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