功率转换器的制作方法

1.本公开及一种功率转换器。


背景技术：

2.专利文献1(jp 2020-141540 a)公开了一种功率转换器，该功率转换器包括容纳用于功率转换的半导体元件的多个半导体模块以及其它电气设备，该功率转换器还包括被配置为冷却多个半导体模块和电气设备的多个冷却器。所述多个半导体模块和所述多个冷却器逐一彼此交替堆叠。其它电气设备也与冷却器接触。


技术实现要素：

3.在专利文献1的功率转换器中，半导体模块的端子在与半导体模块和冷却器的堆叠方向相交的方向上延伸。另外，在电连接半导体模块的端子与其它装置的连接构件周围形成不必要的空间。因此，专利文献1的功率转换器需要大的空间来容纳功率转换器。鉴于上述情况，本公开提供了一种具有小尺寸的功率转换器。
4.根据本公开的一个方面，功率转换器包括半导体模块、电容器和冷却器。半导体模块包括用于功率转换的半导体元件。半导体模块具有模块表面，在该模块表面上设置有电连接到半导体元件的输入端子。其中设置有电容器端子的电容器具有面向模块表面的电容器表面。冷却器设置在半导体模块和电容器之间。连接构件电连接输入端子和电容器端子。
5.在根据本公开的功率转换器中，半导体模块、冷却器和电容器彼此堆叠，半导体模块的输入端子面向冷却器，并且电容器端子也面向冷却器。因此，在端子周围没有形成不必要的空间。此外，由于用于电连接输入端子和电容器端子的连接构件可以沿着冷却器布置，因此在连接构件周围没有形成不必要的空间。因此，可以实现具有小尺寸的功率转换器。由于连接构件不从由半导体模块、冷却器和电容器形成的堆叠体突出，因此根据本公开的功率转换器可以有效地容纳在例如电动车辆的前隔室空间中。
6.冷却器可以包括从面向半导体模块的一侧穿过冷却器到达面向电容器的另一侧的凹槽或孔，并且当沿着半导体模块、冷却器和电容器的堆叠方向观察时，凹槽或孔可以与输入端子重叠。因此，冷却器可以有效地冷却半导体元件。
7.孔或凹槽可以填充有绝缘构件。因此，可以实现连接构件和冷却器之间的绝缘。此外，半导体模块和电容器可以固定到冷却器。
8.当沿着堆叠方向观察时，半导体元件可以位于半导体模块的中心区域周围，并且凹槽或孔可以设置在半导体元件的外部。通过将半导体元件布置在中心区域周围并将连接构件穿过的凹槽或孔设置在半导体元件外部的位置处，可以减小由于孔或凹槽对冷却效率(半导体元件的冷却效率)的影响。
9.输入端子可以包括正极输入端子和负极输入端子，并且电容器端子可以包括正极电容器端子和负极电容器端子。连接构件可包括电连接正极输入端子和正极电容器端子的正极连接构件以及电连接负极输入端子和负极电容器端子的负极连接构件。在这种情况
下，优选正极连接构件和负极连接构件彼此重叠。因此，在正极连接构件中产生的磁场和在负极连接构件中产生的磁场彼此抵消，因此可以减小连接构件的电感。如果正极连接构件的一部分和负极连接构件的一部分彼此重叠，则可以获得减小电感的效果。
10.包括在半导体模块中的半导体元件可以包括形成三相ac逆变器的六个开关元件。在这种情况下，优选的是，三相ac逆变器的输出端子布置在模块表面上，并且电连接到输出端子的输出构件布置在冷却器中。在输出端子周围没有形成不必要的空间，因此可以进一步减小功率转换器的尺寸。
11.下面将描述本文公开的技术细节和进一步的改进。
附图说明
12.图1是功率转换器的电路的示意性配置图。
13.图2是根据第一实施例的功率转换器的透视图。
14.图3是根据第一实施例的功率转换器的分解图。
15.图4是示出功率转换器的平面图。
16.图5是沿图4中的v-v线截取的功率转换器的横截面图。
17.图6是根据第二实施例的功率转换器的冷却器的透视图。
18.图7是根据第三实施例的功率转换器的连接构件的透视图。
具体实施方式
19.(第一实施例)
20.将参考附图描述根据第一实施例的功率转换器2。图1示出了功率转换器2的示意性配置图。功率转换器2包括半导体模块10、电容器20和冷却器30。半导体模块10包括六个开关元件14。六个开关元件14中的每一个是一种类型的半导体元件。六个开关元件14形成逆变器电路。半导体模块10将输入到输入端子(即，正极输入端子12a和负极输入端子12b)的dc电力转换为ac电力，并且从输出端子13输出ac电力。在下文中，为了便于说明，正极输入端子12a和负极输入端子12b可以统称为输入端子12。
21.电容器20电连接到输入端子12。电容器20具有正极电容器端子21a和负极电容器端子21b。正极电容器端子21a和正极输入端子12a通过正极连接构件41彼此连接，并且负极电容器端子21b和负极输入端子12b通过负极连接构件42彼此连接。在下文中，为了便于说明，正极电容器端子21a及负极电容器端子21b可统称为电容器端子21。dc电源(未示出)通过汇流条90连接到电容器端子21。dc电源的电力通过汇流条90和连接构件(正极连接构件41和负极连接构件42)供应到半导体模块10。
22.半导体模块10(开关元件14)和电容器20产生热量。功率转换器2包括冷却半导体模块10和电容器20的冷却器30。冷却器30与半导体模块10和电容器20接触。
23.图2示出了功率转换器2的外部，并且图3示出了功率转换器2的分解图。为了便于解释，图中坐标系的+z方向被定义为“上”。
24.半导体模块10、冷却器30和电容器20以此顺序彼此堆叠。换言之，冷却器30布置在半导体模块10与电容器20之间。半导体模块10通过螺钉91固定到冷却器30，电容器20通过螺钉92固定到冷却器30。半导体模块10(开关元件14)用冷却器30的上表面冷却，并且电容
器20用冷却器30的下表面冷却。
25.半导体模块10具有板形，并且六个开关元件14设置在其中。在图2和图3中，两个开关元件由附图标记14表示，并且没有附图标记被分配给剩余的开关元件。输入端子12和输出端子13布置在半导体模块10的下表面10a上。
26.电容器20包括电容器元件22、正极电容器端子21a及负极电容器端子21b。正极电容器端子21a布置在电容器20的上表面20a上，并且负极电容器端子21b布置在电容器20的下表面上。
27.冷却器30在冷却器30的侧表面上具有制冷剂端口31a和31b。制冷剂从制冷剂端口31a供应。供应的制冷剂在冷却器30内扩散并冷却半导体模块10和电容器20。已经从半导体模块10和电容器20吸收热量的制冷剂从制冷剂端口31b排出。
28.冷却器30包括从面向半导体模块10的一侧穿过冷却器30到达面向电容器20的另一侧的凹槽32和33。凹槽32布置在面向输入端子12的位置处。正极连接构件41和负极连接构件42固定到输入端子12。正极连接构件41电连接半导体模块10的正极输入端子12a和电容器20的正极电容器端子21a。负极连接构件42电连接负极输入端子12b和负极电容器端子21b。
29.凹槽32填充有绝缘构件51。正极连接构件41和负极连接构件42中的每一个沿着绝缘构件51弯折成u形。正极电容器端子21a布置在电容器20的上表面上，并且正极连接构件41沿着绝缘构件51的三个表面延伸。因为负极电容器端子21b设置在电容器20的下表面上，负极连接构件42向下延伸超过正极连接构件41。
30.凹槽33布置在面向输出端子13的位置处。输出构件43固定到输出端子13。凹槽33填充有绝缘构件52。每个输出构件43沿着绝缘构件52的两个表面弯折成l形。输出端子13面向冷却器30，并且从功率转换器2的外部不可见，但是l形输出构件43暴露在功率转换器2的侧表面上。输出构件43与绝缘构件52一起固定到冷却器30。换句话说，输出构件43和绝缘构件52构成冷却器30的一部分。
31.图4示出了功率转换器2的平面图。图4对应于在半导体模块10、冷却器30和电容器20的堆叠方向上看到的视图。在图4中，两个开关元件由附图标记14表示，并且没有附图标记被分配给剩余的开关元件。
32.冷却器30具有凹槽32和33，并且如上所述，当在堆叠方向上观察时，凹槽32和输入端子12彼此重叠，并且凹槽33和输出端子13彼此重叠。凹槽32填充有绝缘构件51，并且凹槽33填充有绝缘构件52。此外，当在堆叠方向上观察时，六个开关元件14布置在半导体模块10的中心区域周围，并且输入端子12和输出端子13布置在开关元件14外部的位置处。
33.图5示出了沿图4中的v-v线截取的功率转换器2的横截面。图5示出了沿着穿过正极连接构件41的虚拟平面截取的功率转换器2的横截面。冷却器30的内部是中空的，并且制冷剂流过该中空部。从图5可以理解，冷却器30面向开关元件14，但是凹槽32和33分别设置在面向输入端子12和输出端子13的区域中。冷却器30位于面向开关元件14的区域中，因此可以有效地冷却开关元件14。换句话说，由于绝缘构件51和52在面向开关元件14的区域之外，因此可以在冷却开关元件14时减小绝缘构件51和52的影响。
34.输入端子12和输出端子13设置在半导体模块10的下表面10a上，并且正极电容器端子21a设置在电容器20的上表面20a上。半导体模块10的下表面10a和电容器20的上表面
20a彼此面对，并且冷却器30插入其间。电连接正极输入端子12a和正极电容器端子21a的正极连接构件41沿着冷却器30(沿着冷却器30的绝缘构件51)延伸，而不会在正极连接构件41周围形成不必要的空间。在图5中，负极连接构件42由虚拟线绘制。负极电容器端子21b布置在电容器20的下表面上，并且负极连接构件42沿着冷却器30和电容器20延伸。在负极连接构件42周围也没有形成空间。因为在连接构件41和42周围没有形成空间，所以功率转换器2的尺寸小。此外，输出构件43也沿着冷却器30(绝缘构件52)延伸，以便不在输出构件43周围形成不必要的空间。输出构件43的布置也有助于减小功率转换器2的尺寸。
35.半导体模块10具有板形，并且冷却器30和电容器20具有扁平形状。由于半导体模块10、冷却器30和电容器20彼此堆叠，使得半导体模块10、冷却器30和电容器20的宽表面彼此面对，因此功率转换器2的外部具有大致长方体形状。此外，连接构件(正极连接构件41和负极连接构件42)和输出构件43沿着冷却器30布置，并且这些构件不从功率转换器2的长方体形状突出。由于包括连接构件41和42以及输出构件43的功率转换器2外部几乎是长方体，因此在容纳功率转换器2的容纳空间中没有形成空间。
36.绝缘构件51布置在连接构件41、42与冷却器30之间，绝缘构件52布置在输出构件43和冷却器30之间。绝缘构件51增强了连接构件41、42与冷却器30之间的绝缘。绝缘构件52增强了输出构件43与冷却器30之间的绝缘。
37.(第二实施例)
38.将描述根据第二实施例的功率转换器。在根据第二实施例的功率转换器中，冷却器130的形状不同于第一实施例中描述的功率转换器2的冷却器30的形状。冷却器130的透视图在图6中示出。冷却器130之外的设备未示出。冷却器130设置有孔132来代替第一实施例的凹槽32。孔132从面向半导体模块10的一侧到面向电容器20的另一侧穿过冷却器130。电连接输入端子和电容器端子的连接构件穿过孔132。该孔填充有绝缘构件。第二实施例的功率转换器的尺寸也可以很小。在第二实施例的功率转换器中，连接构件不外露，因此可以提高安全性。
39.(第三实施例)
40.将描述根据第三实施例的功率转换器。在第三实施例的功率转换器中，正极连接构件和负极构件与上述实施例不同。图7示出了正极连接构件141和负极连接构件142的透视图。除了正极连接构件141和负极连接构件142之外的构件未示出。
41.正极连接构件141包括扁平件部分141a，负极连接构件142包括扁平件部分142a。正极连接构件141和负极连接构件142横跨置于其间的绝缘板143彼此重叠。正极连接构件141的件部分141a与负极连接构件142重叠，并且负极连接构件142的件部分142a与正极连接构件141重叠。件部分141a和142a扩大了正极连接构件141和负极连接构件142的重叠区域。流过正极连接构件141的电流方向和流过负极连接构件142的电流方向彼此相反。在重叠区域中沿相反方向流动的电流抵消了由这些电流产生的磁场，从而减小了两个连接构件的电感。由于正极连接构件141的一部分和负极连接构件142的一部分彼此重叠，因此两者的电感减小。
42.描述关于实施例的技术要注意的点。实施例的开关元件14可以是半导体元件的一个示例。本文公开的技术可以应用于具有除开关元件14之外的半导体元件的功率转换器。
43.尽管上面已经详细描述了本公开的具体示例，但是这些仅仅是示例，并不限制本
说明书的范围。权利要求书中所描述的技术包含各种修改和上文所说明的特定实例的修改。另外，本说明书或附图中描述的技术元件单独或以各种组合表现出技术实用性，并且不限于提交时权利要求中描述的组合。另外，本说明书或附图中所示的技术可以同时实现多个目的，并且实现这些目的之一本身具有技术实用性。