电力转换装置的制作方法

本发明涉及电力转换装置。

背景技术：

在专利文献1中，公开了降低电力转换装置的电容器模块与功率半导体模块的直流端子的连接部的电感的构造。在专利文献1中，沿着电容器模块的外周形成有制冷剂流路，将位于电容器模块的直流端子的前端部的连接部按照在沿着制冷剂流路的方向上从两侧夹入功率半导体模块的层叠状态的直流端子的构造进行焊接连接。

专利文献1：日本特开2011-217550号公报

但是，在专利文献1的构造中，在电力转换装置的各种基板的外侧进行与各部件或连接器的紧固和布线，因此导致电力转换装置大型化。

另外，在专利文献1中公开了安装于电动汽车等的电力转换装置，但没有公开在将电力转换装置直接或经由其他部件安装于车辆驱动用马达时是如何与车辆驱动用马达的三相端子进行紧固的。而且，在对车辆驱动用马达和电力转换装置进行紧固的情况下，需要将用于检测车辆驱动用马达的温度的热敏电阻紧固于电力转换装置，也需要将用于检测车辆驱动用马达的转速的旋转角检测传感器紧固于电力转换装置。在专利文献1中，也没有公开这些紧固。另外，电力转换装置的内部的部件的配置有时会受到周围的部件等的配置的制约。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的之一在于，提供能够以小空间实现高效的布线和紧固的电力转换装置。

本发明的一个方式的电力转换装置具有：箱体，其具有底部、从所述底部立起的侧部、封闭所述侧部的上侧开口部的上部以及设置于所述底部的制冷剂流路；散热器，其收纳于所述箱体，配置于所述箱体的底部；电源基板，其收纳于所述箱体，配置于所述散热器的上方；电容器部，其收纳于所述箱体，配置于所述电源基板的上方；以及控制基板，其收纳于所述箱体，配置于所述电容器部的上方，所述电容器部具有电容器控制基板、安装于所述电容器控制基板之上的电解电容器以及在与所述电解电容器不同的位置安装于所述电容器控制基板之上的第一直流电极模块，用于将提供到所述电力转换装置的直流电力从设置于所述箱体的上部的直流电力输入部提供给所述电容器部的棒状部件从所述第一直流电极模块延伸、贯通所述控制基板而到达所述直流电力输入部。

根据本发明的电力转换装置，能够以小空间实现高效的布线和紧固。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的电力转换装置的外观的正面立体图。

图2是电力转换装置的背面立体图。

图3是电力转换装置的俯视图。

图4是从下方观察电力转换装置的立体图。

图5示出了从图2的状态卸下了dc输入部的罩部件后的状态。

图6是顶罩的立体图。

图7是示出从图1的状态卸下了顶罩后的状态的立体图。

图8是示出与图7相同的状态的从不同的方向观察的立体图。

图9是示出从图7的状态卸下了壳体主体后的状态的立体图。

图10是示出从图8的状态卸下了壳体主体后的状态的立体图。

图11是示出与图10相同的状态的从与图10不同的方向观察的立体图。

图12是示出从图10的状态卸下了逆变器控制基板后的状态的立体图。

图13是示出从图12的状态卸下了连接器模块和dc电流传感器后的状态的立体图。

图14是示出与图13相同的状态的从与图13不同的方向观察的立体图。

图15是示出从图13的状态卸下了马达传感器后的状态的立体图。

图16是示出从图13的状态卸下了电容器部和柔性基板后的状态的立体图。

图17是示出与图16相同的状态的从与图16不同的方向观察的立体图。

图18是示出从图16的状态卸下了马达电流传感器后的状态的立体图。

图19是示出从图18的状态卸下了三相端子后的状态的立体图。

图20是示出与图19相同的状态的从与图19不同的方向观察的立体图。

图21是从下方观察图19的状态的立体图。

图22是散热器的立体图。

图23是第一直流电极模块的立体图。

图24是第二直流电极模块的立体图。

图25是从左侧面上方观察壳体主体的立体图。

图26是从右侧面上方观察壳体主体的立体图。

图27是连接器模块的立体图。

图28是示出从图27的状态卸下了三相端子后的状态的立体图。

图29是模块主体的立体图。

图30是电力转换装置的内部部件的展开立体图。

标号说明

10：逆变器装置；12：顶罩；14：壳体主体；16：信号连接器；18：箱体；24：箱体的底部；28：三相端子；30：连接器模块；40：马达电流传感器；43：电源基板；44：mosfet；50：电容器部；51：逆变器控制基板；70：散热器；80：第一直流电极模块；90：第二直流电极模块。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的电力转换装置(逆变器装置)进行说明。另外，本发明的范围不限于以下的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意地变更。此外，在以下的附图中，为了易于理解各结构，有时使各构造中的比例尺和数量等与实际的构造中的比例尺和数量等不同。

在附图中，适当地示出xyz坐标系作为三维正交坐标系。在xyz坐标系中，z轴方向是铅垂方向，是图1和图2中的逆变器装置的高度方向。x轴方向是与z轴方向垂直的方向。在图1和图2中，x轴方向是电力转换装置10的宽度方向(左右方向)。y轴方向是与x轴方向和z轴方向双方垂直的方向。

在以下的说明中，以电力转换装置的高度方向(z轴方向)作为上下方向。有时相对于某个对象将z轴方向的正侧(+z侧)称为“上侧”，有时相对于某个对象将z轴方向的负侧(-z侧)称为“下侧”。另外，“前后方向”、“上侧”以及“下侧”仅是用于说明的名称，并不限定实际的位置关系和方向。在本实施方式中，将从z轴方向的上方(+z侧)来观察-z侧的情况称为俯视观察的情况。

图1是示出本实施方式的电力转换装置10的外观的正面立体图。电力转换装置10例如配置于汽车的发动机室内的一个驱动用马达(未图示)之上。

如图1所示，外观上看，电力转换装置10具有顶罩12和壳体主体14。在壳体主体14的右侧面14a安装有信号连接器(signalconnector)16。信号连接器16接收来自车辆的信号。另外，在壳体主体14的右侧面14a中的信号连接器16附近设置有出口开口部22b，该出口开口部22b用于供对电力转换装置10进行冷却的制冷剂导入电力转换装置10内。顶罩12设置于壳体主体14之上，由顶罩12和壳体主体14形成了电力转换装置10的箱体18。顶罩12借助螺栓20固定于壳体主体14。制冷剂是冷却水、冷却油等。冷却水例如是llc(longlifecoolant：长效冷却液)。

在顶罩12设置有第一dc输入部19和第二dc输入部20。向第一dc输入部19和第二dc输入部输入例如来自汽车的电池(未图示)的直流电流(例如，48v)。例如，第一dc输入部19为+，第二dc输入部20为-(gnd)。

第一dc输入部19具有罩部件19a和第一电极部19b。罩部件19a是包围第一电极部19b的部件。第二dc输入部20具有罩部件20a和第二电极部20b。罩部件20a是包围第二电极部20b的部件。罩部件19a和20a安装于支承板23。支承板23固定于顶罩12。也可以将dc输入部19、20称为dc连接器部。

在图1中，z方向是箱体18的高度方向，x方向是箱体18的宽度方向，y方向是箱体18的长度方向。

图2是电力转换装置10的背面立体图。在图2中，示出了电力转换装置10的左侧面、背面以及上表面。在壳体主体14的左侧面14b设置有对电力转换装置10进行冷却的制冷剂(冷却水、冷却油等)的入口开口部22a。标号14c表示壳体主体14的背面。

图3是电力转换装置10的俯视图。图4是从下方观察电力转换装置10的立体图。

如图4所示，连接器模块安装部29从壳体主体14的底面14d向下方延伸。并且，连接器模块30安装于连接器模块安装部29。连接器模块30是与位于电力转换装置10的下方的马达(未图示)连接的部件。关于连接器模块30的构造，后面使用图27～图29来描述。另外，壳体主体14的底面14d也是箱体18的底部24。由于入口开口部22a设置于壳体主体14的左侧面14b与底面14e的连接部分，因此也可以说，入口开口部22a设置于壳体主体14的底面14e(箱体18的底部24)。同样地，由于出口开口部22b设置于壳体主体14的右侧面14a与底面14e的连接部分，因此，也可以说，出口开口部22b设置于壳体主体14的底面14e(箱体18的底部24)。

图5示出了从图2的状态卸下了罩部件19a和20a后的状态。图6是顶罩12的立体图。图6示出了从顶罩12卸下了支承板23后的状态。顶罩12具有大致平坦的上表面部12a、从上表面部12a向斜下方延伸的第一外周部12b以及从第一外周部12b向下方延伸的第二外周部12c。在顶罩12的上表面部12a设置有高度小的凸部13。俯视时，凸部13为长方形。在凸部13设置有供第一电极部19b通过的第一开口25以及供第二电极部20b通过的第二开口26。

图7是示出从图1的状态卸下了电力转换装置10的顶罩12后的状态的立体图。图8是示出与图7相同状态的从不同方向观察的立体图。

如图7和图8所示，俯视时，逆变器控制基板51具有长方形的形状。逆变器控制基板51在长方形的一边51a被第一直流电极模块80的两个第一支承部件81、82从下方支承。另外，像后面使用图11所描述的那样，第一直流电极模块80在长方形的对置边51b被两个第二支承部91、92从下方支承。

逆变器控制基板51在上表面的大致中央具有变压器54。变压器54进行辅助电源12v电路区域(gnd)与马达驱动用48v电路区域(gnd)的绝缘，制作控制电源。例如，变压器54从辅助电源12v生成对微型计算机等进行控制的控制电压。

另外，逆变器控制基板51在上表面的右缘具有上侧连接器55a，在下表面的右缘具有下侧连接器55b。沿z方向观察时，下侧连接器55b位于上侧连接器55a的下方。下侧连接器55b与缆线61连接。缆线61从下侧连接器55b延伸至信号连接器16。来自车辆的信号由信号连接器16接收，经由缆线61发送到下侧连接器55b。下侧连接器55b是用于将该信号送到电力转换装置10的内部的连接器。另外，缆线61也可以与上侧连接器55a连接。缆线61与下侧连接器55b连接还是与上侧连接器55a连接是考虑将顶罩12安装于壳体主体14时的间隙(clearance)等而决定的。在图7中示出了两个连接器(上侧连接器55a和下侧连接器55b)，但也可以在逆变器控制基板51仅设置有一个连接器。

逆变器控制基板51在向前方与元件54隔开规定的距离的位置具有第一开口部52和第二开口部53。第一电极部19b通过第一开口部52而向下延伸，第二电极部20b通过第二开口部53而向下延伸。

在箱体18之中收纳有连接器模块30的一部分、逆变器控制基板51、电容器部50以及马达电流传感器40。电容器部50位于逆变器电路用控制基板51的下方。有时将电容器部50称为薄膜电容器。马达电流传感器40设置于壳体主体14的前表面14d与第一支承部81、82之间。马达电流传感器40是在y方向上具有规定的宽度的长方体形状的部件。

壳体主体14的右侧面14a具有大致直角三角形的形状。该直角三角形的斜边随着从背面14c朝向前表面14d而向下倾斜。

另外，在箱体18之中也收纳有后述的电源基板43和散热器70，电源基板43和散热器70位于电容器部50的下方。

图9是示出从图7的状态卸下了壳体主体14后的状态的立体图。图10是示出从图8的状态卸下了壳体主体14后的状态的立体图。图11是示出与图10相同的状态的从与图10不同的方向观察的立体图。

如图9所示，在电容器部50的控制基板59上设置有多个切口部59a、59b、59c。切口部59a是螺栓紧固作业用的切口部。切口部59b用于使得俯视时缆线61不会突出到电容器控制基板59的外侧。切口部59c是螺栓紧固作业用的切口部。如后所述，俯视时，电容器控制基板51具有大致矩形的形状。

在图9～图11中，示出了位于电容器部50的下方的电源基板43和散热器70的一部分。俯视时，逆变器控制基板51比电容器部50稍小。另外，俯视时，电容器部50比电源基板43稍小。连接器模块30位于比马达电流传感器40稍靠下方的位置。电容器部50具有多个圆柱状的电解电容器57以及载置电解电容器57的电容器控制基板59。如图11所示，在电源基板43之上设置有第二直流电极模块90。后面使用图24来描述第二直流电极模块90的详细内容。

图12是示出从图10的状态卸下了逆变器控制基板51后的状态的立体图。另外，标号56表示dc电流传感器。dc电流传感器56安装于逆变器控制基板51的下表面，因此虽然是与逆变器控制基板51一同被卸下的部件，但由于在图10中未图示，因此在图12中进行了图示。dc电流传感器56在中央具有孔，该孔供第一电极部19b通过。

图13是示出从图12的状态卸下了连接器模块30和dc电流传感器56后的状态的立体图。图14是示出与图13相同的状态的从与图13不同的方向观察的立体图。图15是示出从图13的状态卸下了马达电流传感器40和柔性基板58后的状态的立体图。图16是示出从图13的状态卸下了电容器部50和柔性基板58后的状态的立体图。另外，在图16中示出了贯通马达电流传感器40的三相端子28。三相端子28由u相用端子28a、v相用端子28b以及w相用端子28c构成。也可以将三相端子28称为马达汇流条。图17是示出与图16相同的状态的从与图16不同的方向观察的立体图。图18是示出从图16的状态卸下了马达电流传感器40后的状态的立体图。图19是示出从图18的状态卸下了三相端子28后的状态的立体图。图20是示出与图19相同的状态的从与图19不同的方向观察的立体图。图21是从下方观察图19的状态的立体图。图22是示出从图19的状态卸下了电源基板43后的状态的立体图，示出了散热器70。

柔性基板58将对马达进行驱动的三相逆变器功率元件的驱动信号从控制基板发送给电源基板。另外，柔性基板58将48v区域的电压或电流从电源基板发送给控制基板。此外，柔性基板58将马达驱动用的三相电流和电压的各传感信号发送给控制基板。

如图12、图13以及图15所示，第一直流电极模块80设置于电容器控制基板59之上。图23是第一直流电极模块80的立体图。第一直流电极模块80具有两个柱状的第一支承部81、82以及将第一支承部81、82在底部连起来的连结部83。

第1直流电极模块80的连结部83具有：第一部分84，其沿着电容器控制基板59的一边59a延伸并且从该一边59a向电容器控制基板59的内侧延伸；以及第二部分85，其与第一部分84相连。第二部分85位于比第一部分84靠电容器控制基板59的内侧的位置。俯视时，第二部分85具有椭圆形形状，第二部分85的高度大于第一部分84的高度。连结部83具有四个端部(第一端部83a、第二端部83b、第三端部83c、第四端部83d)。第一部分84具有第一端部83a和第二端部83b。第二部分85具有第三端部83c和第四端部83d。第一支承部81和82从连结部83的第一部分84沿z方向延伸。

第一端部83a和第二端部83b具有供用于将第一直流电极模块80固定于电容器控制基板59的螺栓86通过的孔。第三端部83c具有供第一电极部件19b的下部插入的孔。第四端部83d具有供第二电极部件20b的下部插入的孔。两个第一支承部81和82之间的距离用l1来表示。两个第一支承部81、82位于第一端部83a与第二端部83b之间。

图24是第二直流电极模块90的立体图。第二直流电极模块90具有两个柱状的第二支承部91、92以及将第二支承部91和92在底部连起来的连结部93。连结部93的两端93a、93b设置有供用于将第二直流电极模块90固定于电源基板43的螺栓96通过的孔。两个第二支承部分91和92之间的距离用l2来表示。第二支承部91和92从连结部93沿z方向延伸。两个第二支承部91和92之间的距离l2小于两个第一支承部81和82之间的距离l1。

如图14所示，在电容器控制基板59上也设置有切口部59d、59e。切口部59d是用于供柔性基板58在z方向上通过的切口部。切口部59e是螺栓紧固作业用的切口部。柔性基板58在第二直流电极模块90的第二支承部分91与92之间延伸。沿z方向延伸的柔性基板58的下端与电源基板43连接，柔性基板58的上端与逆变器控制基板51连接。柔性基板58将信号从逆变器控制基板51发送给电源基板43。

第二直流电极模块80的第二支承部件91和92贯通电容器控制基板59向上方延伸。

如图16所示，电源基板43具有多个半导体元件(mosfet)44以及载置该半导体元件44的板部45。第二直流电极模块90沿着电源基板43的板部45的一边45a设置。三相端子28具有l字形状，l字的一边与电源基板43的板部45平行地延伸，通过马达电流传感器40固定于板部45。l字的另一边与电源基板43的板部45垂直地延伸。板部45的下表面与散热器70的上表面72(图22)接触。如图22所示，散热器70的上表面72具有周部72a和从周部72a隆起的隆起部72b。隆起部72b与板部45的下表面接触。在mosfet44的上方配置有电容器控制基板59。mosfet44是为了驱动马达而将直流电流变为交流电流的部件。

如图18所示，三相端子28的上端(28au、28bu、28cu)借助螺栓46固定于电源基板43。有时将标号28au、28bu及28cu统称为28u。

如图21所示，散热器70具有散热片71。更详细地说，从散热器70的下表面(底面)74向下方延伸出多个散热片71。如后所述，散热片71形成为与冷却水接触。利用冷却水对散热片71进行冷却，从而对电源基板43进行冷却。也可以将散热片45称为散热部。

图25是从壳体主体14的左侧面14ba的上方观察的立体图。图26是从壳体主体14的右侧面14a的上方观察的立体图。

如图25和图26所示，壳体主体14具有将右侧面14a的后端部和左侧面14b的后端部连起来的背面14c，并且具有将右侧面14a的前端部与左侧面14b的前端部连起来的前表面14d。背面14c的高度大于前表面14d的高度。在本实施方式中，有时将壳体主体14的右侧面14a、左侧面14b、背面14c以及前表面14d统称为壳体主体14的侧面部(周部)15。侧面部15从壳体主体14的底面14e立起，在侧面部15的上方形成(定义)了上侧开口部15a。上侧开口部15a被顶罩12封住(封闭)。

为了向电力转换装置10提供冷却水，在壳体主体14的左侧面14b设置有制冷剂入口开口部22a。制冷剂入口开口部22a与设置于壳体主体14的底部24的第一流路18a连接。

在壳体主体14的内部中的配置散热器70的区域设置有凹陷部27。第一流路18a延伸至凹陷部27。

凹陷部27在与第一流路18a连接的部位具有入口凹部27a。入口凹部27a是从凹陷部27的底面(平面部)27b向下方形成的凹部。凹陷部27具有规定的深度。凹陷部27在壳体主体14的右侧面14a附近具有出口凹部27c。出口凹部27c是从凹陷部27的底面27b向下方形成的凹部。出口凹部27c位于凹陷部27的下游端。

从制冷剂入口开口部22a通过第一管路18a流动来的冷却水进入到入口凹部27a，然后积存于凹陷部27的平面部27b。由于俯视时平面部27b比入口凹部27a(或第一流路18a)宽，因此冷却水的流速会变慢，能够形成冷却水在平面部27b低速流动或滞留的状态。

从制冷剂入口开口部22a通过第一管路18a流动来的冷却水在从入口凹部27a向凹陷部27的平面部27b流动时，会与凹陷部27的角部c碰撞而导致流动的方向大幅改变，像图26的箭头a那样向平面部27b扩展。然后，冷却水朝向出口凹部27c流动。

散热器70的散热片71位于凹陷部27。通过利用凹陷部27的冷却水对散热器70的散热片71进行冷却而高效地进行散热器70的散热。凹陷部27的深度稍大于散热片71的高度。出口凹部27c的下端与第二流路18b连接。第二流路18b是设置于壳体主体14的底部的管路。第二流路18b延伸至壳体主体14的右侧面14a的出口开口部22b。在凹陷部27中对散热器70进行冷却后的冷却水从凹陷部27向出口凹部27c流动，通过第二流路18b而到达出口开口部22b。

可以将从设置于箱体18的底部24的入口开口部22a、第一流路18a、凹陷部27(入口凹部27a、平面部27b、出口凹部27c)、第二流路18b、直至出口开口部22b的供冷却水所通过的路径统称为冷却流路。在本实施方式中，冷却流路设置于箱体18的底部24。

<连接器模块的构造>

图27是连接器模块30的立体图。图28是示出从图27的状态卸下了三相端子28后的状态的立体图。

如图27和图28所示，连接器模块30具有模块主体32、安装于模块主体32的周部的o形环33、位于比o形环33靠下方的位置的热敏电阻用端子34、马达旋转角检测传感器用端子35以及位于比o形环33靠上方的位置的ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)用端子36。图29是模块主体32的立体图。热敏电阻用端子34和马达旋转角检测传感器用端子35在模块主体32之中与ecu用端子36电连接。模块主体32具有平坦的上表面32a。热敏电阻是温度传感器。ecu对驱动用马达进行控制。

模块主体32的长度方向与箱体18的宽度方向相同。在模块主体32高度方向上的大致中央具有用于安装o形环33的槽33a。槽33a是沿水平方向延伸的环状的槽。当电力转换装置10安装于马达时，连接器模块30的比o形环33靠下方的部分浸在油中。o形环33防止该油到达比o形环33靠上方的位置。o形环33是密封材料的一例。

三相端子28的下端28l(28au、28bu、28cu)是与马达连接的端子。三相端子28的上端28u(28au、28bu、28cu)是与马达连接的端子。

模块主体32在比o形环33靠下方的位置具有用于设置热敏电阻用端子34和马达旋转角检测传感器用端子35的开口部37。另外，模块主体32在比o形环33靠下方并且开口部37旁边的位置具有用于使三相端子28的下端28l露出的凹部31a、31b、31c。

模块主体32在左右两端具有向上方向延伸的第一圆柱状部分38和第二圆柱状部分39。如图8所示，第一圆柱状部分38和第二圆柱状部分39是用于从下方对马达电流传感器40进行支承并进行固定的支承部件。从第一圆柱状部分38沿模块主体32的长度方向(箱体18的宽度方向)延伸的凸缘部38a和从第二圆柱状部分39沿模块主体32的长度方向延伸的凸缘部39a是供用于将模块主体32固定于箱体18的底部24的紧固器具(螺栓)插入的部分。第二圆柱状部分39和ecu用端子36设置于模块主体32的上表面32a。

模块主体32和三相端子28能够通过一体成型(嵌件模制)来制造。模块主体32例如是树脂成型品。在成型工序中形成于模块主体32的所谓熔接线成型为位于比o形环33(或用于安装o形环33的槽33a)靠上方(+z方向)的位置。

<基于电力转换装置的电力转换>

向第一dc输入部19和第二dc输入部20提供例如48v的直流电压。该直流电压(输入电压)经由第一电极部19b和第二电极部20b提供给电容器部50。此时，由dc电流传感器56来检测在第一电极部19b中流动的电流。然后，输入电压经由第1直流电极模块80提供给电容器部50(电容器控制基板51)。电容器部分50与第二直流电极模块90连接。来自电容器部50的电流经由第二直流电极模块90提供给电源基板43。通过电源基板43的mosfet44的动作而被转换为期望的交流电流，提供给三相端子28。然后，从三相端子28向马达提供三相交流电流。

图30是电力转换装置10的内部部件的展开图。在图30中，未示出箱体18和连接器模块30。如图30所示，电力转换装置10的部件以层叠构造配置于箱体18之中。即，在散热器70的上方设置有电源基板43，在电源基板43的上方设置有电容器部50，在电容器部50的上方设置有逆变器控制基板51。通过采用这样层叠构造，能够容易地组装电力转换装置10的部件。

<实施方式的效果>

在本实施方式中，作为从电容器部50向上方延伸的棒状部件的第一电极部19b和第二电极部20b贯通逆变器控制基板51而延伸至箱体上部的dc输入部19、20，因此不需要用于将提供给电力转换装置10的直流电力向电容器部50提供的布线。因此，能够与该布线的量对应地，削减空间，有助于电力转换装置50的小型化。

另外，在本实施方式的电力转换装置10中，也能够采用以下的结构。

各部件的安装不限于螺栓紧固。

箱体18具有可分割为顶罩12和壳体主体14的双构件构造，但也可以具有其他构造(例如，三构件构造)。

此外，上述所说明的各结构能够在相互不矛盾的范围内适当地组合。