CN217935444U - 电力转换装置、马达模块及车辆 - Google Patents

Abstract

提供一种电力转换装置、马达模块及车辆。电力转换装置具备：具有正极的第一端子及负极的第二端子的半导体模块；具有正极的第三端子及负极的第四端子的电容器模块；连接半导体模块的第一端子和电容器模块的第三端子的第一母线；以及连接半导体模块的第二端子和电容器模块的第四端子的第二母线，所述第一母线具有：与所述第一端子连接的第一连接片；与所述第三端子连接的第二连接片；以及连结所述第一连接片和所述第二连接片的第一连结部，所述第二母线具有：与所述第二端子连接的第三连接片；与所述第四端子连接的第四连接片；以及连结所述第三连接片和所述第四连接片的第二连结部，所述第一连结部的第一面和所述第二连结部的第二面彼此相对设置。

Description

电力转换装置、马达模块及车辆

技术领域

本实用新型涉及电力转换装置、马达模块及车辆。

背景技术

以往，利用通过开关元件的开关控制将从电源提供的直流电力转换为交流电力的逆变器等电力转换装置。电力转换装置具备：具有开关元件的半导体模块；以及使从电源提供的直流电压平滑化的电容器模块。

在电力转换装置中，半导体模块的端子和电容器模块的端子经由母线(电极板)连接。例如，在专利文献1中公开了一种电力转换装置，其通过正极母线连接功率模块的直流正极端子和电容器的直流正极端子，通过负极母线连接功率模块的直流负极端子和电容器的直流负极端子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4452952号公报

实用新型内容

但是，在以往的专利文献1等所公开的电力转换装置中，连接功率模块的正极端子与电容器的正极端子的正极母线和连接功率模块的负极端子与电容器的负极端子的负极母线平行地并列配置。在这种情况下，由于各母线的电感，等效串联电感(EquivalentSeries Inductance：以下称为ESL)增加，存在马达的效率降低的问题。

因此，本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种能够实现连接半导体模块的端子和电容器模块的端子时的ESL的降低的电力转换装置、马达模块及车辆。

本实用新型的电力转换装置的一个方式具备：半导体模块，其具有正极的第一端子及负极的第二端子，将从直流电源提供的直流电力转换为交流电力；电容器模块，其具有与所述第一端子相对的正极的第三端子及与所述第二端子相对的负极的第四端子，使从所述直流电源提供的直流电压平滑化；第一母线，其连接所述半导体模块的所述第一端子和所述电容器模块的所述第三端子；以及第二母线，其连接所述半导体模块的所述第二端子和所述电容器模块的所述第四端子，所述第一母线具有与所述第一端子连接的第一连接片、与所述第三端子连接的第二连接片以及连结所述第一连接片和所述第二连接片的第一连结部，所述第二母线具有与所述第二端子连接的第三连接片、与所述第四端子连接的第四连接片以及连结所述第三连接片和所述第四连接片的第二连结部，所述第一连结部的第一面和所述第二连结部的第二面彼此相对地设置。

实用新型效果

根据本实用新型，由于将供方向彼此相反的电流流过的第一母线的第一面及第二母线的第二面彼此相对地设置，因此第一母线与第二母线之间的互感增加，能够降低第一母线及第二母线的自感。由此，能够降低第一母线和第二母线的有效电感，能够抑制ESL的增加。

附图说明

图1是示意性地示出第一实施方式的车辆及马达模块的结构的框图。

图2是第一实施方式的电力转换装置的立体图。

图3是第一实施方式的电力转换装置的分解立体图。

图4是示出第一实施方式的电力转换装置的半导体模块的端子与电容器模块的端子的连接结构的图。

图5是第一实施方式的半导体模块的俯视图。

图6是第一实施方式的电容器模块的俯视图。

图7A是第一实施方式的P极用母线的立体图。

图7B是第一实施方式的P极用母线的立体图。

图8是第二实施方式的电力转换装置的立体图。

图9是第二实施方式的电力转换装置的分解立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的优选实施方式进行详细说明。

<第一实施例>

[车辆1及马达模块10的结构]

图1是示意性地示出第一实施方式的车辆1及马达模块10的结构的框图。

车辆1例如是混合动力汽车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力汽车(PHV：Plug-in Hybrid Vehicle)或电动汽车(EV：Electric Vehicle)等，主要具备马达模块10和直流电源30等。直流电源30例如由电池构成，向电力转换装置100A提供规定的电力。

马达模块10具备马达20和电力转换装置100A。马达20具有例如U相、V相及W相的三相绕组，与电力转换装置100A连接。电力转换装置100A具备控制电路110、驱动电路120和逆变器130。

控制电路110包括中央处理单元(CPU：Central Processing Unit)等处理器。控制电路110使用矢量控制来控制马达20，将表示输出电压矢量的信号(以下称为输出电压矢量信号)输出到驱动电路120。

驱动电路120是栅极驱动器，根据来自控制电路110的输出电压矢量信号，生成控制构成逆变器130的开关元件的接通和断开的控制信号，并提供给逆变器130。

逆变器130例如将从直流电源30提供的直流电力转换为三相交流电力，并将转换后的交流电力提供至马达20，由此驱动马达20。另外，逆变器130构成后述的半导体模块202的一部分。

[电力转换装置100A的结构]

图2是第一实施方式的电力转换装置100A的立体图。图3是第一实施方式的电力转换装置100A的分解立体图。图4是示出第一实施方式的电力转换装置100A的半导体模块202的输入侧端子部270与电容器模块300的输出侧端子部370的连接结构的图。图5是第一实施方式的半导体模块202的俯视图。图6是第一实施方式的电容器模块300的俯视图。

如图2～图4等所示，电力转换装置100A具备：包含上述逆变器130的半导体模块202；电容器模块300；P(Positive：正)极用母线400；以及N(Negative：负)极用母线500。半导体模块202在电容器模块300的上方隔开用于确保与电容器模块300的绝缘距离的空间而层叠。另外，也可以在半导体模块202与电容器模块300之间的空间设置用于冷却半导体模块202等的冷却水路。设置于半导体模块202的输入侧端子部270和设置于电容器模块300的输出侧端子部370经由导电性的P极用母线400及N极用母线500连接。由此，半导体模块202与电容器模块300电连接。

(半导体模块202的结构)

如图2～图4所示，半导体模块202具有U相、V相、W相这三相的开关元件等，通过开关控制将从直流电源30(参照图1)提供的直流电力转换为三相的交流电力而提供至马达20(参照图1)。开关元件例如使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等。另外，半导体模块202以与俯视为长方形的底板200接触的方式安装。在底板200的上表面上形成有许多翅片206。在半导体模块202的下方设置有基板204。通过设置在半导体模块202的与基板204相对的面上的多个销(未图示)，半导体模块202与基板204连接。

另外，半导体模块202具备输出侧端子部240和输入侧端子部270。输出侧端子部240在包含半导体模块202的长边的侧面202a上露出设置在半导体模块202的外侧，与驱动车辆1(参照图1)的齿轮等的马达20连接。输入侧端子部270在半导体模块202的与输出侧端子部240相反一侧的侧面202b上露出地设置在半导体模块202的外侧，与电容器模块300的输出侧端子部370连接。

如图2及图5等所示，输出侧端子部240具有U相用端子210、V相用端子220和W相用端子230。U相用端子210与马达20的U相的配线部连接。V相用端子220与马达20的V相的配线部连接。W相用端子230与马达20的W相的配线部连接。U相用端子210、V相用端子220及W相用端子230隔开规定的间隔设置在半导体模块202的侧面202a的长度方向的三个部位。

如图2和图5等所示，输入侧端子部270具有正极的P极端子(第一端子)250和负极的N极端子(第二端子)260。P极端子250与电容器模块300的后述的P极端子350连接。N极端子260与电容器模块300的后述的N极端子360连接。成对的P极端子250及N极端子260按半导体模块202的开关元件的U相、V相、W相的每一相设置，并设置在半导体模块202的侧面202b的六个部位。这些P极端子250及N极端子260沿着侧面202b的长度方向以极性交替且隔开规定间隔的方式设置。

(电容器模块300的结构)

如图2～图4所示，电容器模块300例如具有薄膜电容器，将从直流电源提供的直流电压平滑化后提供至半导体模块202。薄膜电容器例如由单体或多个构成，被收纳在俯视为长方形的电容器模块壳体302内。

如图2及图6所示，电容器模块300具有输入侧端子部340和输出侧端子部370。输入侧端子部340在包含电容器模块壳体302的短边的侧面302a上露出地设置在电容器模块壳体302的外侧，与装设于车辆1的直流电源30连接。输出侧端子部370在包含电容器模块壳体302的长边的侧面302b上露出地设置在电容器模块壳体302的外侧，与半导体模块202的直流侧的输入侧端子部270连接。

输入侧端子部340具有电源用P极端子320和电源用N极端子330。电源用P极端子320与直流电源30的正极连接。电源用N极端子330与直流电源30的负极连接。

输出侧端子部370具有正极的P极端子(第三端子)350和负极的N极端子(第四端子)360。P极端子350与半导体模块202的P极端子250连接。N极端子360与半导体模块202的N极端子260连接。P极端子350及N极端子360设置在与半导体模块202的P极端子250及N极端子260相对的位置，设置在电容器模块壳体302的侧面302b的六个部位。这些P极端子350及N极端子360沿着电容器模块壳体302的侧面302b的长度方向以极性交替且隔开规定间隔的方式安装。

(P极用母线400及N极用母线500的结构)

图7A及图7B是第一实施方式的P极用母线400的立体图。另外，P极用母线400和N极用母线500在结构上在本实施方式中相同，使用相同的母线。因此，使P极用母线400和N极用母线500的附图通用化，在图7A及图7B中用括号示出表示N极用母线500的各构成要素的符号。

如图7A及图7B所示，P极用母线400具有第一连接片410、第二连接片420、将第一连接片410与第二连接片420连接的连结部(第一连结部)430。P极用母线400例如通过将平板弯折加工成侧视呈コ字状(大致U字状)而形成。在该情况下，第一连接片410和第二连接片420构成相互平行(第一方向)延伸的水平部，连结部430构成在与第一连接片410和第二连接片420正交的正交方向(第二方向)上延伸的垂直部。

如图4及图7A等所示，第一连接片410通过螺母600及未图示的螺栓紧固在半导体模块202的P极端子250的下表面。第二连接片420通过螺母600及未图示的螺栓连接在电容器模块300的P极端子350的上表面。由此，半导体模块202的P极端子250和电容器模块300的P极端子350经由P极用母线400电连接。另外，在上述的例子中，说明了用一张平板形成P极用母线400的例子，但也可以通过焊接或紧固部件等连接多张平板而形成。

如图7A及图7B所示，N极用母线500具有第一连接片(第三连接片)510、第二连接片(第四连接片)520、将第一连接片510与第二连接片520连结的连结部(第二连结部)530。N极用母线500例如通过将平板弯折加工成侧视时为コ字状(大致U字状)而形成。在这种情况下，第一连接片510和第二连接片520构成相互平行延伸的水平部，连结部530构成在与第一连接片510和第二连接片520正交的方向上延伸的垂直部。

如图4及图7A所示，第一连接片510通过螺母600及未图示的螺栓紧固在半导体模块202的N极端子260的下表面。第二连接片520通过螺母600及未图示的螺栓连接在电容器模块300的N极端子360的上表面。由此，半导体模块202的N极端子260和电容器模块300的N极端子360经由N极用母线500电连接。另外，在本实施方式中，说明了用一张平板形成N极用母线500的例子，但也可以通过焊接或紧固部件等连接多张平板来形成。

如图4及图7A等所示，侧视呈コ字状的P极用母线400及N极用母线500配置成P极用母线400的开口侧和N极用母线500的开口侧朝向彼此相反的方向。另外，P极用母线400的连结部430的外表面(第一面)430a和相邻的N极用母线500的连结部530的外表面(第二面)530a彼此面对(相对)配置。

另外，在P极用母线400及N极用母线500中，P极用母线400的连结部430的外表面430a与N极用母线500的连结部530的外表面530a隔开规定的间隙平行地设置。在P极用母线400的外表面430a与N极用母线500的外表面530a之间的间隙中，设置有可靠地防止P极用母线400与N极用母线500短路的绝缘部件700。绝缘部件700例如由板状、片状或薄膜状构成。作为绝缘部件700的材料，可以使用树脂材料等公知的材料。另外，在确保P极用母线400与N极用母线500之间的一定间隔的情况下，也可以采用不设置绝缘部件700的结构。

另外，如图4所示，P极用母线400的连结部430的长度方向的长度L1和N极用母线500的连结部530的长度方向的长度L2设定为相同或大致相同。由此，能够使在P极用母线400中流动的电流的电路长度与电流向与P极用母线400相反的方向流动的N极用母线500的电路长度为相同的长度，能够降低P极用母线400及N极用母线500的有效电感。

如上所述，在第一实施方式中，将供方向彼此相反的电流流过的P极用母线400的外表面430a及N极用母线500的外表面530a设置在接近的位置且彼此相对的位置。由此，P极用母线400与N极用母线500之间的互感增加，能够以消除P极用母线400及N极用母线500中的自感的方式发挥作用。其结果，能够降低P极用母线400及N极用母线500的有效电感，能够抑制ESL的增加。

另外，根据第一实施方式，通过将P极用母线400及N极用母线500形成为侧视呈コ字状，并且隔开规定的间隔平行地配置P极用母线400和N极用母线500，能够实现半导体模块202的输入侧端子部270和电容器模块300的输出侧端子部370的电连接，并且能够将P极用母线400和N极用母线500配置在接近的位置。由此，能够有效地降低P极用母线400及N极用母线500中的自感。

<第二实施例>

在第一实施方式中，说明了在电力转换装置100A中在电容器模块300的上侧配置半导体模块202的例子。与此相对，在第二实施方式中，在电力转换装置100B中，在电容器模块300的下侧配置半导体模块202。另外，在第二实施方式的电力转换装置100B中，对于与第一实施方式的电力转换装置100A实质上相同的构成要素，通过附加相同的符号而省略重复说明。

图8是第二实施方式的电力转换装置100B的立体图。图9是第二实施方式的电力转换装置100B的分解立体图。另外，关于P极用母线400及N极用母线500，由于使用与第一实施方式相同的母线，因此参照图7A及图7B进行说明。另外，在图8及图9中，为了方便，省略了绝缘部件700。

如图7A、图8及图9等所示，电力转换装置100B具备半导体模块202、电容器模块300、P极用母线(第一母线)400和N极用母线(第二母线)500。在第二实施方式中，电容器模块300在半导体模块202的上方隔开用于确保与半导体模块202的绝缘距离的空间而层叠。另外，也可以在半导体模块202与电容器模块300之间的空间设置用于冷却半导体模块202等的冷却水路。设置于半导体模块202的输入侧端子部270和设置于电容器模块300的输出侧端子部370经由P极用母线400及N极用母线500连接。

半导体模块202具有输入侧端子部270。输入侧端子部270具有正极的P极端子250和负极的N极端子260。

电容器模块300具有输入侧端子部340和输出侧端子部370。输入侧端子部340具有电源用P极端子320和电源用N极端子330。输出侧端子部370具有P极端子350和N极端子360。

半导体模块202的P极端子250和电容器模块300的P极端子350经由P极用母线400连接。另外，半导体模块202的N极端子260和电容器模块300的N极端子360经由N极用母线500连接。由此，半导体模块202与电容器模块300电连接。

如图7A及图8所示，从侧面观察呈コ字状的P极用母线400及N极用母线500配置成P极用母线400的开口侧和N极用母线500的开口侧朝向彼此相反的方向。另外，P极用母线400的连结部430的外表面430a和相邻的N极用母线500的连结部530的外表面530a彼此面对地配置。

另外，在P极用母线400及N极用母线500中，P极用母线400的外表面430a与N极用母线500的外表面530a隔开规定的间隙平行地设置。在P极用母线400的外表面430a与N极用母线500的外表面530a之间的间隙中，能够设置防止P极用母线400与N极用母线500短路的绝缘部件700。

如上所述，根据第二实施方式，也能够起到与第一实施方式相同的作用效果。例如，通过将供方向彼此相反的电流流过的P极用母线400的外表面430a及N极用母线500的外表面530a设置在接近的位置且彼此相对的位置，P极用母线400与N极用母线500之间的互感增加，能够以消除P极用母线400及N极用母线500中的自感的方式发挥作用。其结果，能够降低P极用母线400及N极用母线500的有效电感，能够抑制ESL的增加。

以上，参照附图对本实用新型的实施方式进行了详述，但具体的结构不限于该实施方式，也包含不脱离本实用新型的要旨的范围的设计等。另外，本说明书中记载的效果只不过是示例，并不限定于此，另外也可以具有其他效果。

例如，在上述实施方式中，说明了将P极用母线400、N极用母线500及绝缘部件700分别组装到半导体模块202及电容器模块300的例子，但并不限定于此。例如，也可以将P极用母线400、N极用母线500及绝缘部件700作为一组而准备三相，通过将它们预先收纳、固定在壳体内的规定位置而构成为单一的单元。由此，能够将P极用母线400、N极用母线500及绝缘部件700一并配置在最佳位置。其结果，能够简单地进行半导体模块202的输入侧端子部270及电容器模块300的输出侧端子部370的连接作业，能够谋求减轻作业负担。

附图标记

1…车辆；10…马达模块；100A、100B…电力转换装置；202…半导体模块；250…P极端子；260…N极端子；270…输入侧端子部；300…电容器模块；350…P极端子；360…N极端子；370…输出侧端子部；400…P极用母线(第一母线)；410…第一连接片；420…第二连接片；430…连结部；430a…外表面；500…N极用母线；510…第一连接片；520…第二连接片；530…连结部；530a…外表面。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其特征在于，具备：

半导体模块，该半导体模块具有正极的第一端子和负极的第二端子，且将从直流电源提供的直流电力转换为交流电力；

电容器模块，该电容器模块具有与所述第一端子相对的正极的第三端子和与所述第二端子相对的负极的第四端子，且对从所述直流电源提供的直流电压进行平滑化；

第一母线，该第一母线连接所述半导体模块的所述第一端子和所述电容器模块的所述第三端子；以及

第二母线，该第二母线连接所述半导体模块的所述第二端子和所述电容器模块的所述第四端子，

所述第一母线具有：

第一连接片，该第一连接片与所述第一端子连接；

第二连接片，该第二连接片与所述第三端子连接；以及

第一连结部，该第一连结部连接所述第一连接片和所述第二连接片，

所述第二母线具有：

第三连接片，该第三连接片与所述第二端子连接；

第四连接片，该第四连接片与所述第四端子连接；以及

第二连结部，该第二连结部连结所述第三连接片和所述第四连接片，

所述第一连结部的第一面和所述第二连结部的第二面彼此相对设置。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第一母线由平板构成，

所述第一连接片和所述第二连接片在第一方向上彼此平行地设置，

所述第一连结部沿与所述第一方向正交的第二方向延伸设置，

所述第二母线由平板构成，

所述第三连接片和所述第四连接片在所述第一方向上彼此平行地设置，

所述第二连结部沿所述第二方向延伸设置。

3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第一连结部的所述第一面与所述第二连结部的所述第二面隔开间隔平行地设置。

4.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，

在所述第一连结部的所述第一面与所述第二连结部的所述第二面之间设置有绝缘部件。

5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，

所述第一连结部在所述第二方向上的长度与所述第二连结部在所述第二方向上的长度相同。

6.一种马达模块，其特征在于，具备权利要求1～5中任一项所述的电力转换装置。

7.一种车辆，其特征在于，具备权利要求6所述的马达模块。

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