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电力转换装置

文献发布时间:2023-06-19 10:08:35


电力转换装置

相关申请的援引

本申请以2018年7月25日申请的日本专利申请号2018-139472号专利和2019年1月29日申请的日本专利申请号2019-13377号专利为基础,在此援引其记载内容作为参照。

技术领域

本发明涉及一种电力转换装置。

背景技术

专利文献1提出了一种电力转换装置。该电力转换装置包括半导体模块、冷却器以及电容器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利JP2015-95957A

发明内容

在电力转换装置中,在冷却器的一面侧配置有半导体模块,在沿厚度方向与一面相反的背面侧配置有电容器。然而,期望能在冷却半导体模块(半导体装置)的同时,使体格在与厚度方向正交的方向上进一步小型化。

本公开的目的在于提供一种能冷却半导体装置且使体格在与厚度方向正交的方向上小型化的电力转换装置。

根据本发明的一方式,电力转换装置包括:冷却器,该冷却器具有供制冷剂流通的流路,并具有一面和在厚度方向上与一面相反的背面;以及多个电源模块,该多个电源模块分别具有构成上下臂电路的半导体装置和在厚度方向上与半导体装置并排配置并与上下臂电路并联连接的电容器。在冷却器中的一面和背面这两面分别配置有电源模块。

根据本发明,在电力转换装置中,多个电源模块分别不仅具有构成上下臂电路的半导体装置,还具有与上下臂电路并联连接的电容器。这样,针对各电源模块,换言之针对各上下臂电路具有电容器。此外,在电源模块中,半导体装置和电容器在厚度方向上并排配置。通过将电源模块配置于冷却器的两面,能冷却半导体装置,且使体格在与厚度方向正交的方向上小型化。

附图说明

可以通过参照了附图的下述详细说明来更明确本公开的上述以及其他目的、特征以及优点。附图如下所述。

图1是示出了应用第一实施方式的电力转换装置的驱动系统的等效电路图。

图2是表示半导体装置的立体图。

图3是图2的沿III-III线的剖视图。

图4是从主端子一侧观察半导体装置的俯视图。

图5是相对于图2省略了密封树脂件的图。

图6是去掉引线框不需要的部分之前的立体图。

图7是表示IGBT和主端子的位置关系的俯视图。

图8是表示半导体装置的另一例的立体图。

图9是表示半导体装置的另一例的立体图。

图10是表示半导体装置的另一例的立体图。

图11是表示主端子的总电感的磁场解析结果的图。

图12是表示半导体装置的另一例的立体图。

图13是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。

图14是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。

图15是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。

图16是表示半导体装置的另一例的俯视图,是与图7对应的图。

图17是表示半导体装置的另一例的剖视图,是与图3对应的图。

图18是图17的沿XVIII-XVIII线的剖视图。

图19是表示半导体装置的另一例的半导体装置的剖视图。

图20是表示IGBT和主端子的位置关系的俯视图,是与图7对应的图。

图21是表示电源模块的俯视图。

图22是图21的沿XXII-XXII线的剖视图。

图23是从背面侧观察图21的俯视图。

图24是从A方向观察图21的俯视图。

图25是从B方向观察图21的俯视图。

图26是从C方向观察图21的俯视图。

图27是用于说明半导体装置、平滑电容器、各母线的连接的图。

图28是包括了配线的寄生电感的等效电路图。

图29是表示图27的另一例的示意图。

图30是表示第一实施方式的电力转换装置的分解立体图。

图31是电力转换装置的分解立体图。

图32是电力转换装置的立体图。

图33是电力转换装置的立体图。

图34是电力转换装置的立体图。

图35是电力转换装置的立体图。

图36是电力转换装置的俯视图。

图37是从壳体的底壁侧观察图36的俯视图。

图38是从D方向观察图36的俯视图。

图39是从E方向观察图36的俯视图。

图40是从F方向观察图36的俯视图。

图41是从G方向观察图36的俯视图。

图42是图36的沿XLII-XLII线的剖视图。

图43是图36的沿XLIII-XLIII线的剖视图。

图44是图36的沿XLIV-XLIV线的剖视图。

图45是表示冷却结构的俯视图。

图46是示出了冷却结构的示意性剖视图。

图47是示出了冷却结构的另一例的示意性剖视图。

图48是表示电源模块的配置的另一例的示意性俯视图。

图49是示出了第二实施方式的电力转换装置中的冷却结构的示意性剖视图。

图50是示出了第三实施方式的电力转换装置中的冷却结构的示意性剖视图。

图51是表示第四实施方式的电力转换装置的立体图。

图52是表示冷却器周边的立体图。

图53是表示冷却器周边的俯视图。

图54是表示冷却器的流路的图。

图55是图53的沿LVI-LVI线的剖视图。

图56是图53的沿LV-LV线的剖视图。

图57是表示流路的另一例的图。

图58是表示流路的另一例的图。

图59是表示发热体的另一例的剖视图。

具体实施方式

以下,参照附图对多个实施方式进行说明。在多个实施方式中,对功能上和/或结构上对应的部分标注相同的参照符号。以下,将冷却器230的热交换部233的厚度方向表示为Z方向,将与Z方向正交且多个电源模块110的排列方向表示为X方向。此外,将与Z方向和X方向这两个方向正交的方向表示为Y方向。只要没有特别限定,将沿着由X方向和Y方向规定的XY面的形状设为俯视形状。

(第一实施方式)

本实施方式的电力转换装置可以应用于例如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HV)等车辆。以下,对应用于混合动力汽车的例子进行说明。

(驱动系统)

首先,基于图1,对应用了电力转换装置的驱动系统的示意结构进行说明。

如图1所示,车辆的驱动系统1包括:直流电源2、电动发电机3、4以及在直流电源2与电动发电机3、4之间进行电力转换的电力转换装置5。

直流电源2是锂离子电池、镍氢电池等能充电放电的二次电池。电动发电机3、4是三相交流方式的旋转电机。电动发电机3作为由未图示的发动机驱动而发电的发电机(交流发电机)以及使发动机起动的电动机(起动器)发挥作用。电动发电机4作为车辆的行驶驱动源、即电动机发挥作用。此外,在再生期间作为发电机发挥作用。车辆包括发动机和电动发电机4作为行驶驱动源。

电力转换装置5包括:转换器6、逆变器7、8、控制电路部9、平滑电容器C2以及滤波电容器C3等。转换器6以及逆变器7、8是电力转换部。转换器6是将直流电压转换为数值不同的直流电压的DC-DC转换部,逆变器7、8是DC-AC转换部。这些电力转换部均包括具有上下臂电路10和电容器C1的并联电路11。

上下臂电路10具有开关元件Q1、Q2以及二极管D1、D2。在本实施方式中,将n通道型的IGBT用作开关元件Q1、Q2。上臂10U将用于回流的二极管D1反向并联连接到开关元件Q1。下臂10L将用于回流的二极管D2反向并联连接到开关元件Q2。另外,开关元件Q1、Q2不限于IGBT。例如,也可以采用MOSFET。也可以使用寄生二极管作为二极管D1、D2。

将上臂10U设为VH线12H侧,上臂10U和下臂10L在VH线与N线13之间串联连接。作为高电位侧的电力线的P线12除了VH线12H之外还具有VL线12L。VL线12L连接到直流电源2的正极端子。在VL线12L与VH线12H之间设有转换器6,VH线12H的电位在VL线12L的电位以上。N线13连接到直流电源2的负极,也被称为接地线。这样,上臂10U和下臂10L在电力线之间串联连接,以构成上下臂电路10。后述的半导体装置20构成一个臂。

另外,开关元件Q1的集电极与VH线12H连接,开关元件Q2的发射极与N线13连接。使开关元件Q1的发射极和开关元件Q2的集电极连接。

电容器C1的正极端子与构成上臂10U的开关元件Q1的集电极连接。电容器C1的负极端子与构成下臂10L的开关元件Q2的发射极连接。即,电容器C1与对应的上下臂电路10并联连接。并联电路11中,上下臂电路10与电容器C1并联连接。并联电路11具有共用配线11P、11N。上臂10U和电容器C1的正极端子的连接点经由共用配线11P连接到VH线12H。下臂10L和电容器C1的负极端子的连接点经由共用配线11N连接到N线13。

在本实施方式中,除了平滑电容器C2、滤波电容器C3以外,还设置有电容器C1。电容器C1只要具有供给在切换构成并联连接的上下臂电路10的开关元件Q1、Q2时所需的电荷的作用即可。由于切换会产生能量损耗(损失),使上下臂的两端之间的电压下降,因此,从并联连接的电容器C1供给不足的电荷。因此,电容器C1的电容被设为充分小于平滑电容器C2、滤波电容器C3的电容的值。例如,平滑电容器C2的电容为1000μF,电容器C1的电容为10μF~20μF。后述的电源模块110构成一个并联电路11。

滤波电容器C3连接到VL线12L与N线13之间。滤波电容器C3与直流电源2并联连接。滤波电容器C3去除例如来自直流电源2的电源噪声。由于滤波电容器C3配置于比平滑电容器C2更靠低电压侧的位置,因此也被称为低压侧电容器。另外,在N线13和VL线12L的至少一方,在直流电源2与滤波电容器C3之间设有未图示的系统主继电器(SMR)。

转换器6具有并联电路11和电抗器。本实施方式的转换器6构成为多相转换器、具体为两相转换器。转换器6具有两组并联电路11和针对各并联电路11设置的电抗器R1、R2。并联电路11在VH线12H与N线13之间并联连接。电抗器R1、R2的一端连接到VL线12L,另一端分别经由升压配线14连接到对应的并联电路11中的上臂10U和下臂10L的连接点。即,在VL线12L与对应的上下臂电路10的连接点之间配置有电抗器R1、R2。电抗器R1、R2在VL线12L与N线13之间彼此并联连接。

转换器6根据由控制电路部9进行的开关控制将直流电压转换为数值不同的直流电压。转换器6具有使从直流电源2供给的直流电压升压的作用。此外,还具有使用平滑电容器C2的电荷对直流电源2充电的降压作用。

平滑电容器C2连接到VH线12H与N线13之间。平滑电容器C2设于转换器6与逆变器7、8之间,并且与转换器6和逆变器7、8并联连接。平滑电容器C2例如使由转换器6升压后的直流电压平滑化,并存储该直流电压的电荷。平滑电容器C2的两端之间的电压成为用于驱动电动发电机3、4的直流的高电压。平滑电容器C2的两端之间的电压在滤波电容器C3的两端之间的电压以上。由于平滑电容器C2配置于比滤波电容器C3更靠高电压侧的位置,因此也被称为高压侧电容器。

逆变器7经由平滑电容器C2与转换器6连接。逆变器7具有三组并联电路11。即,逆变器7具有三相的上下臂电路10。U相的上下臂电路10的连接点与设于电动发电机3的定子的U相绕组连接。同样地,V相的上下臂电路10的连接点与电动发电机3的V相绕组连接。W相的上下臂电路10的连接点与电动发电机3的W相绕组连接。各相的上下臂电路10的连接点经由针对各相设置的输出配线15与对应的相的绕组连接。

逆变器7根据由控制电路部9进行的开关控制,将直流电压转换为三相交流电压,并向电动发电机3输出。由此,电动发电机3被驱动成产生规定的转矩。此外,逆变器7也可以根据由控制电路部9进行的开关控制将电动发电机3接收发动机的输出而发电的三相交流电压转换为直流电压,并向VH线12H输出。这样,逆变器7在转换器6与电动发电机3之间进行双向的电力转换。

同样地,逆变器8也经由平滑电容器C2与转换器6连接。逆变器8也具有三组并联电路11。即,逆变器8具有三相的上下臂电路10。U相的上下臂电路10的连接点与设于电动发电机4的定子的U相绕组连接。V相的上下臂电路10的连接点与电动发电机4的V相绕组连接。W相的上下臂电路10的连接点与电动发电机4的W相绕组连接。各相的上下臂电路10的连接点经由针对各相设置的输出配线15与对应的相的绕组连接。

逆变器8根据由控制电路部9进行的开关控制,将直流电压转换为三相交流电压,并向电动发电机4输出。由此,电动发电机3被驱动成产生规定的转矩。此外,逆变器8也可以根据由控制电路部9进行的开关控制将电动发电机4在车辆的再生制动时接收来自车轮的旋转力而发电的三相交流电压转换为直流电压,并向VH线12H输出。这样,逆变器8在转换器6与电动发电机4之间进行双向的电力转换。

控制电路部9生成用于使逆变器7、8的开关元件动作的驱动指令,并将该驱动指令向未图示的驱动电路部(驱动器)输出。控制电路部9基于从未图示的上级ECU输入的转矩请求、由各种传感器检测到的信号来生成驱动指令。

作为各种传感器,包括:对流过电动发电机3、4的各相的绕组的相电流进行检测的电流传感器;对电动发电机3、4的转子的旋转角进行检测的旋转角传感器;检测平滑电容器C2的两端电压即VH线12H的电压的电压传感器;检测滤波电容器C3的两端电压即VL线12L的电压的电压传感器;以及设于升压配线14并对流过电抗器R1、R2的电流进行检测的电流传感器等。电力转换装置5具有上述未图示的传感器。具体地,控制电路部9输出PWM信号作为驱动指令。控制电路部9构成为包括例如微型计算机(microcomputer)。

另外,驱动电路部基于来自控制电路部9的驱动指令生成驱动信号,并将该驱动信号向对应的上下臂电路10的开关元件Q1、Q2的栅极输出。由此,驱动开关元件Q1、Q2,即驱动接通、驱动断开。在本实施方式中,针对各上下臂电路10设置驱动电路部。

接着,在说明电力转换装置5之前,对上述构成要素即半导体装置20以及包括半导体装置20的电源模块110进行说明。

(半导体装置)

对能应用于本实施方式的电力转换装置5的半导体装置20的一例进行说明。以下所示的半导体装置20构成为形成上下臂电路10的一方,即一个臂。即,由两个半导体装置构成上下臂电路10。由于上述半导体装置20以构成一个臂的元件单位封装化,因此也被称为一合一型封装。半导体装置20对于上臂10U和下臂10L的基本结构相同,例如也可以是共用部件。

如图2~图7所示,半导体装置20包括:密封树脂件30、半导体芯片40、导电构件50、接线头60、主端子70以及信号端子80。另外,图5是相对于图2省略了密封树脂件30的图。图6示出了在密封树脂件30成型之后,且在去除系杆等引线框100不需要的部分之前的状态。图7是示出了半导体芯片40和主端子70的位置关系的俯视图,并且省略了密封树脂件30的一部分、导电构件50E和接线头60而示出。

在包括半导体装置20的电源模块110配置于后述的冷却器230的状态下,半导体芯片40的板厚方向与冷却器230的热交换部233的厚度方向即Z方向大致平行。此外,多个主端子70的排列方向和多个信号端子80的排列方向与多个电源模块110的排列方向即X方向大致平行。因此,在以下的说明中,也将半导体芯片40的板厚方向表示为Z方向,将主端子70、信号端子80的排列方向表示为X方向。

密封树脂件30由例如环氧类树脂制成。密封树脂件30例如通过传递模塑法成型。如图2~图4所示,密封树脂件30在平行于半导体芯片40的板厚方向的Z方向上具有一面31和与一面31相反的背面32。一面31和背面32例如是平坦面。密封树脂件30具有连接一面31和背面32的侧面。在本例中,密封树脂件30俯视呈大致矩形形状。

半导体芯片40中,在Si、SiC、GaN等的半导体基板上形成有元件。半导体装置20包括一个半导体芯片40。在半导体芯片40形成有构成一个臂的元件(开关元件和二极管)。即,作为元件,形成有RC(Reverse Conducting:反向导通)-IGBT。例如,当用作上臂10U时,形成于半导体芯片40的元件作为开关元件Q1和二极管D1发挥作用,而当用作下臂10L时,形成于半导体芯片40的元件作为开关元件Q2和二极管D2发挥作用。

元件呈立式结构,以使主电流沿Z方向流动。虽然省略了图示,但是元件具有栅极。栅极呈沟槽结构。如图3所示,半导体芯片40在Z方向的两面具有主电极。具体地,在一面侧具有集电极41作为主电极,在与一面相反的背面侧具有发射极42作为主电极。集电极41也兼作二极管的阴极电极,发射极42也兼作二极管的阳极电极。集电极41形成于一面的几乎整个表面上。发射极42形成于背面的一部分。

如图3和图7所示,半导体芯片40在形成有发射极42的背面具有信号用的电极即焊盘43。焊盘43形成于与发射极42不同的位置。焊盘43与发射极42电分离。焊盘43在Y方向上形成于与发射极42的形成区域相反一侧的端部。

在本例中,半导体芯片40具有五个焊盘43。具体地,作为五个焊盘43,用于栅极、用于检测发射极42的电位的开尔文发射器、用于电流读出、用于检测半导体芯片40的温度的温度传感器(热敏二极管)的阳极电位、用于检测半导体芯片40的温度的温度传感器(热敏二极管)的阴极电位。在俯视呈大致矩形的半导体芯片40中,五个焊盘43一起形成于Y方向的一端侧并且在X方向上排列形成。

导电构件50将半导体芯片40和主端子70电中继。即,起到作为主电极的配线的作用。在本例中,还起到使半导体芯片40(元件)的热量向半导体装置20的外部散热的作用。因此,导电构件50也被称为散热器。导电构件50通过至少使用Cu等金属材料而形成,以确保导电性和热传导性。

导电构件50以夹着半导体芯片40的方式成对设置。各导电构件50设置为在从Z方向投影观察时内置半导体芯片40。半导体装置20具有配置于半导体芯片40的集电极41侧的导电构件50C和配置于发射极42侧的导电构件50E作为一对导电构件50。导电构件50C使集电极41和后述的主端子70C电中继,导电构件50E使发射极42和后述的主端子70E电中继。

如图3、图5和图7所示,导电构件50C具有:在Z方向上厚壁的部分即主体部51C和比主体部51C薄壁的部分即延伸部52C。主体部51C具有基本恒定的平坦形状和基本恒定的厚度。主体部51C在Z方向上具有半导体芯片40侧的安装面53C和与安装面53C相反的散热面54C。延伸部52C在Y方向上从主体部51C的端部延伸。延伸部52C以使X方向的长度即宽度与主体部51C相同的方式在Y方向上延伸。延伸部52C的半导体芯片40侧的面与主体部51C的安装面53C大致共面,而与半导体芯片40相反的面被密封树脂件30密封。延伸部52C只要至少设于配置主端子70一侧的端部即可。在本例中,在主体部51C的两端分别设置延伸部52C。在图7中,用双点划线表示主体部51C和延伸部52C的边界。

如图3和图5所示,导电构件50E具有:在Z方向上厚壁的部分即主体部51E和比主体部51E薄壁的部分即延伸部52E。主体部51E具有基本恒定的平坦形状和基本恒定的厚度。主体部51E在Z方向上具有半导体芯片40侧的安装面53E和与安装面53E相反的散热面54E。延伸部52E在Y方向上从主体部51E的端部延伸。延伸部52E以使X方向的长度即宽度与主体部51E相同的方式在Y方向上延伸。延伸部52E的半导体芯片40侧的面与主体部51E的安装面53E大致共面,而与半导体芯片40相反的面被密封树脂件30密封。延伸部52E只要至少设于配置主端子70一侧的端部即可。在本例中,在主体部51E的两端分别设置延伸部52E。另外,在本例中,采用共用部件作为导电构件50C、50E。

半导体芯片40的集电极41经由焊锡90连接到导电构件50C的主体部51C的安装面53C。作为连接方法,不限于锡焊接合。导电构件50C的大部分被密封树脂件30覆盖。导电构件50C的散热面54C从密封树脂件30露出。散热面54C与一面31大致共面。导电构件50C的表面中的除了与焊锡90连接的连接部、散热面54C以及与主端子70相连的部分以外的部分被密封树脂件30覆盖。

接线头60夹在半导体芯片40与导电构件50E之间。接线头60呈大致长方体,其俯视形状(俯视呈大致矩形)与发射极42基本一致。由于接线头60位于半导体芯片40的发射极42和导电构件50E的导电、热传导路径的中途,因此为了确保导电性和热传导性,至少使用Cu等金属材料形成接线头60。接线头60与发射极42相对配置,并且经由焊锡91和发射极42连接。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。接线头60也可以构成为后述的引线框100的一部分。

半导体芯片40的发射极42经由焊锡92与导电构件50E的主体部51E的安装面53E电连接。具体地,导电构件50E和接线头60经由焊锡92连接。此外,发射极42和导电构件50E经由焊锡91、接线头60和焊锡92电连接。导电构件50E也大部分被密封树脂件30覆盖。导电构件50E的散热面54E从密封树脂件30露出。散热面54E与背面32大致共面。导电构件50E的表面中的除了与焊锡92连接的连接部、散热面54E以及与主端子70相连的部分以外的部分被密封树脂件30覆盖。

主端子70是用于将半导体装置20和外部设备电连接的外部连接端子中的流过主电流的端子。半导体装置20包括多个主端子70。主端子70与对应的导电构件50相连。可以通过对相同的金属构件进行加工,使主端子70和对应的导电构件50一体地设置,还可以通过连接使作为分体构件的主端子70与导电构件50相连。在本例中,如图6所示,主端子70和信号端子80一起构成为引线框100的一部分,并且是与导电构件50分体的构件。如图3所示,主端子70在密封树脂件30的内部与对应的导电构件50相连。

如图3和图4所示,各个主端子70从对应的导电构件50沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的一个侧面33向外部突出。主端子70在密封树脂件30的内外延伸。主端子70是与半导体芯片40的主电极电连接的端子。半导体装置20具有与集电极41电连接的主端子70C和与发射极42电连接的主端子70E作为主端子70。主端子70C也被称为集电极端子,主端子70E也被称为发射极端子。

主端子70C与导电构件50C相连。具体地,主端子70C经由焊锡93连接到延伸部52C之一的半导体芯片40侧的面。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。主端子70C从导电构件50C沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的侧面33向外部突出。主端子70E与导电构件50E相连。具体地,主端子70E经由焊锡94连接到延伸部52E之一的半导体芯片40侧的面。作为连接方法,不特别限定于锡焊接合。如图3和图4所示,主端子70E从导电构件50E沿与主端子70C相同的方向即Y方向延伸,并从与主端子70C相同的侧面33向外部突出。在后面详细说明主端子70C、70E。

信号端子80连接到对应的半导体芯片40的焊盘43。半导体装置20具有多个信号端子80。在本例中,信号端子80经由接合线95连接到对应的半导体芯片40的焊盘43。信号端子80在密封树脂件30的内部和接合线95连接。连接到各焊盘43的五个信号端子80分别沿Y方向延伸,并从密封树脂件30的与侧面33相反的侧面34向外部突出。信号端子80构成为引线框100的一部分。另外,也可以通过对相同的金属构件进行加工,使信号端子80和主端子70C一起与导电构件50C一体地设置。

另外,如图6所示,引线框100在切割前的状态下具有外周框部101和系杆102。主端子70和信号端子80中的每一个经由系杆102固定于外周框部101。在密封树脂件30成型后,去除外周框部101、系杆102等引线框100不需要的部分,从而使主端子70和信号端子80电气分离,进而获得半导体装置20。作为引线框100,可以采用厚度恒定的构件、或者局部厚度不同的异形构件。

在如上所述地构成的半导体装置20中,通过密封树脂件30将半导体芯片40、各导电构件50的一部分、接线头60、各主端子70的一部分、以及各信号端子80的一部分一体地密封。即,构成一个臂的元件被密封。因此,半导体装置20也被称为一合一型封装。

此外,导电构件50C的散热面54C与密封树脂件30的一面31大致共面。此外,导电构件50E的散热面54E与密封树脂件30的背面32大致共面。半导体装置20呈散热面54C、54E均从密封树脂件30露出的双面散热结构。例如,可以通过将导电构件50和密封树脂件30一起切削加工来形成上述半导体装置20。此外,也可以通过以使散热面54C、54E与使密封树脂件30成型的模具的型腔壁面接触的方式使密封树脂件30成型来形成半导体装置20。

接着,对主端子70详细说明。

主端子70具有多个主端子70C、70E的至少一方。主端子70C和主端子70E以使板面彼此没有相对而侧面彼此相对的方式在主端子70的板宽方向即X方向上排列配置。半导体装置20具有多个由相邻的主端子70C、70E形成的侧面相对部。板面是主端子70的表面中的主端子70的板厚方向上的面,侧面是连接板面的面并且是沿着主端子70的延伸方向的面。主端子70的其他表面是延伸方向上的两个端面,即突出前端面和后端面。只要构成侧面相对部的侧面的至少一部分在主端子70的板厚方向上相对即可。例如,也可以设置成在板厚方向上错开。但是,整个面相对会更有效。此外,相对是指,只要相对的面至少面对即可。面优选设为彼此大致平行,更优选完全平行的状态。

主端子70的侧面是面积比板面小的面。主端子70C、70E配置成互相相邻。由于彼此相邻,在分别具有多个主端子70C、70E的结构中,主端子70C和主端子70E交替地配置。主端子70C、70E按顺序配置。

如图7所示,通过在X方向上连续配置的三个以上的主端子70构成主端子组71。主端子70C、70E相邻配置,主端子组71包括主端子70C、70E这两者,并且构成为主端子70C、70E的至少一方为多个。构成主端子组71的各主端子70的至少一部分配置于规定的区域A1内。区域A1是在X方向上延长线EL1与延长线EL2之间的区域,上述延长线EL1从半导体芯片40的一方的端面44假想地延长,上述延长线EL2从与端面44相反的端面45假想地延长。在X方向上,延长线EL1、EL2之间的长度与半导体芯片40的宽度、即元件宽度一致。

在本例中,主端子70C、70E在全长上沿相同的方向(Y方向)延伸。主端子70俯视呈一条直线,且不具有向X方向延伸的部分。主端子70C的厚度比主体部51C薄,例如与延伸部52C的厚度基本相同。主端子70E的厚度比主体部51E薄,例如与延伸部52E的厚度基本相同。主端子70的厚度在全长上基本恒定,主端子70C、70E的厚度基本相同。主端子70的宽度W1在全长上基本恒定,主端子70C、70E的宽度相同。此外,对于所有主端子70,在X方向上相邻的主端子70的间隔P1也相同。间隔P1也被称为端子间间距。

各主端子70在密封树脂件30内具有两处弯曲部。由此,主端子70在ZY平面上呈大致曲柄状。在主端子70中,比弯曲部更靠前端的部分呈平板状,该平板状部分的一部分从密封树脂件30突出。如图3和图4所示,在从密封树脂件30突出的突出部分即平板状部分中,主端子70C、70E在Z方向上配置于基本相同的位置。此外,在平板状部分中,主端子70C、70E的板厚方向与Z方向大致一致。由此,主端子70C的侧面和主端子70E的侧面在Z方向的几乎整个区域上相对。此外,主端子70C、70E的平板状部分的延伸长度基本相同,并且在Y方向上配置于基本相同的位置。由此,主端子70C、70E的侧面在平板状部分中以几乎整个面相对。

如图2、图5~图7所示,半导体装置20包括奇数个主端子70、具体包括九个主端子70。其中四个是主端子70C,其余五个是主端子70E。主端子70C、70E在X方向上交替地配置,由此半导体装置20具有八个侧面相对部。在X方向两端配置有主端子70E,由除了两端的主端子70E之外的七个主端子70构成主端子组71。主端子组71由奇数个(7个)主端子70构成,具体由四个主端子70C和三个主端子70E构成。未构成主端子组71的两个主端子70E的各自的整体在X方向上配置于区域A的外侧。构成主端子组71的主端子70比未构成主端子组71的主端子70多。

构成主端子组71的七个主端子70中的位于两端的两个主端子70C各自的一部分在X方向上配置于区域A1内。其余五个主端子70各自的整体在X方向上配置于区域A1内。这样,构成主端子组71的一部分主端子70各自的整体配置于区域A1内,其余主端子70各自的一部分配置于区域A1内。尤其在本例中,构成主端子组71的多个(五个)主端子70各自的整体配置于区域A1内。

主端子70C、70E的宽度W1相同,并且对于所有主端子70,主端子70C、70E的间隔P1也相同。此外,奇数个主端子70中的在X方向上配置于正中间(中央)的主端子70E的宽度的中心位于穿过半导体芯片40的中心的中心线CL上。这样,主端子70C、70E配置为在X方向上相对于穿过半导体芯片40的中心的中心线CL线对称。另外,多个主端子70C配置为相对于中心线CL线对称,多个主端子70E配置为相对于中心线CL线对称。此外,构成主端子组71的奇数个主端子70也配置为相对于中心线CL线对称。中心线CL的延伸方向与Z方向和X方向正交。

接着,对半导体装置20的效果进行说明。

半导体装置20具有多个主端子70C、70E的至少一方,主端子70C、70E在X方向上相邻地配置。此外,相邻的主端子70C、70E的侧面彼此相对。在主端子70C、70E处,主电流的方向相反。这样,主端子70C、70E配置为使流过主电流时产生的磁通彼此抵消。因此,能减小电感。尤其在本例中,由于具有多个主端子70C、70E的侧面相对部,所以可以有效地减小电感。由于使多个相同类型的主端子70并排,因此可以减小电感。

此外,由连续配置的至少三个主端子70构成主端子组71。构成主端子组71的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40的两端面44、45延长的延长线EL1、EL2之间的区域A1内。即,多个侧面相对部配置于区域A1内。由此,能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径,具体能缩短电流路径。因此,能减小电感。

综上,根据半导体装置20,与以往相比能减小主电路配线的电感。另外,也可以是,多个主端子70以使侧面彼此相对的方式在X方向上排列配置,主端子70C、70E的至少一方为多个,由连续配置的至少三个主端子70构成主端子组71,在一部分中相同类型的主端子70连续配置。由此,由于主端子70C、70E的至少一方为多个且并排,因此能减小电感。此外,由于具有主端子组71,因此能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径。由此,能减小电感。因此,能起到等同于本例的效果。然而,如本例所示,将主端子70C、70E相邻配置时能通过抵消磁通的效果进一步减小电感。

在主端子组71中,在简化电流路径这方面,与仅一部分配置于区域A1的主端子70相比,更优选在X方向上整体配置于区域A1内的主端子70。根据本例,构成主端子组71的一部分主端子70各自的整体配置于区域A1内,其余主端子70各自的一部分配置于区域A1内。由于主端子组71包括对于简化电流路径更有效的主端子70,因此可以有效地减小电感。尤其在本例中,包括整体配置于区域内的多个主端子70。由于包括对于简化电流路径更有效的多个主端子70,因此可以有效地减小电感。

在本例中,主端子70的数量是奇数。在奇数的情况下,容易在X方向上具有对称性,并且可以抑制主端子70与半导体芯片40之间的电流路径的偏置。此外,无论从一面31侧观察还是从背面32侧观察,主端子70在X方向上的排列顺序均相同。因此,能提高半导体装置20的配置的自由度。

尤其在本例中,主端子70C、70E配置为在X方向上相对于半导体芯片40的中心线CL线对称。由此,半导体芯片40的主电流以相对于中心线CL线对称的方式流动。主电流在中心线CL的左右基本均匀地流动。因此,能进一步减小电感。此外,能抑制局部发热。

图8~图10示出了另一例。在图8~图10中,为了方便,省略了密封树脂件30和信号端子80的图示。在图8~图10中,为了方便,省略区域A1的图示,并示出了规定区域A1的延长线EL1、EL2。

在图8中,半导体装置20包括三个主端子70,具体包括一个主端子70C和两个主端子70E。即,具有两个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。配置于正中间的主端子70C整体在X方向上配置于区域A1,两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1。

在图9中,半导体装置20包括五个主端子70,具体包括两个主端子70C和三个主端子70E。即,具有四个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1,其余三个主端子70均整体配置于区域A1。

在图10中,半导体装置20包括七个主端子70,具体包括三个主端子70C和四个主端子70E。即,具有六个侧面相对部。此外,由所有主端子70构成主端子组71。两端的主端子70E各自的一部分配置于区域A1,其余五个主端子70均整体配置于区域A1。

图11示出了对半导体装置20包括的主端子的总电感进行磁场解析的结果。在该磁场解析(仿真)中,将导电构件50的X方向的长度(宽度)设为17mm,将主端子70的间隔P1设为1.0mm。此外,在构成上述半导体装置20的主端子70中,将宽度W1设为彼此相等。例如,在具有三个主端子70的结构的情况下,在图11中示为三个端子。在图11中,作为比较例示出了具有两个主端子的结构(两端子)。九端子是与图7所示的结构相同配置的结果。同样地,三端子、五端子和七端子是与图8~图10所示的结构相同配置的结果。

随着端子数量增加,每个端子的宽度变窄并且电感(自感)变大。然而,由于侧面相对部增加并且构成主端子组71的主端子70的数量也随着端子数量增加而增加到规定的端子数量,因此能减小电感。三端子、五端子和七端子如图8~图10所示,由所有主端子70构成主端子组71。即,所有主端子70配置于区域A1内。此外,如图7所示,对于九端子,由七个主端子70构成主端子组71。

根据图11的结果,显然,由于包括由三个以上主端子70构成的主端子组71,因此能在抑制体积增大的同时,使主端子的总电感小于比较例。认为这是因为在三端子以上的情况下,电感减小的效果超过了由于宽度减少导致的电感增加的效果,从而使电感减小。显然,尤其当设为包括由五个以上主端子70形成的主端子组71的结构时,与比较例相比能将电感减小到一半以下,即有效地减小电感。

另外,九端子包括构成主端子组71的七个主端子70和配置于区域A1的外部的两个主端子70。这样,虽然两个主端子70处于区域A1的外部,但是比未构成主端子组71的主端子70多的主端子70、即大部分主端子70配置于区域A1。此外,侧面相对部的数量也比七端子的侧面相对部多两个。因此,示出了比七端子低的电感。

根据本例,虽然示出了主端子70E配置于两端的结构、即主端子70E比主端子70C多的结构的例子,但是不限定于此。也可以构成为,在奇数个主端子70的情况下,使主端子70C比主端子70E多。

虽然示出了在所有主端子70中,从密封树脂件30突出的突出部分的长度相等的例子,但是不限定于此。考虑到与母线等的连接性,也可以使相邻的主端子70C、70E的突出部分的长度不同。在图12所示的另一例中,使主端子70C比主端子70E长。

在图13所示的另一例中,数量较少的主端子70C的截面积比数量较多的主端子70E的截面积大,由此,使主端子70C的总阻抗和主端子70E的总阻抗基本一致。因此,能抑制数量较少的主端子70C的发热。虽然在图13中,通过增加宽度来使主端子70C的截面积大于主端子70E的截面积,但是也可以使主端子70C的厚度比主端子70E厚。此外,也可以对宽度和厚度这二者进行调节。在图13中,使数量较少的主端子70C的延伸方向的长度比主端子70E的延伸方向的长度长。由于较长的一方的截面积更大,因此能确保主端子70的刚度。虽然在图12和图13中示出了七端子的例子,但是不限定于此。

虽然示出了在从密封树脂件30突出的突出部分中,相邻的主端子70C、70E在延伸方向的全长相对的例子,但是不限定于此。也可以构成为在突出部分的一部分处,侧面彼此没有相对。例如也可以构成为,在主端子70C、70E的至少一方中,突出前端部分弯曲,由此在突出前端部分处不相对。即使延伸长度相等,也能提高和母线等的连接性。然而,会使减小电感的效果降低。

虽然示出了在主端子70的数量为奇数的情况下,构成主端子组71的主端子70的数量也为奇数的例子,但是不限定于此。也可以由偶数个(四个以上)主端子70构成主端子组71。

半导体装置20只要包括至少一个半导体芯片40即可。例如也可以在包括多个半导体芯片40且上述半导体芯片40在主端子70C、70E之间互相并联连接的结构中,对各半导体芯片40应用上述主端子70的配置。

也可以是,构成主端子组71的所有主端子70各自的整体配置于区域A1内。在图14所示的另一例中,由七个主端子70中的五个主端子70构成主端子组71。此外,构成主端子组71的五个主端子70各自的整体配置于区域A1内。由此,能进一步简化与半导体芯片40的主电极之间的电流路径。

也可以包括偶数个(四个以上)主端子70。在图15所示的另一例中,半导体装置20分别包括两个主端子70C、70E。主端子70C和主端子70E交替配置。四个主端子70的宽度W1和厚度分别彼此相等。即,与延伸方向正交的截面积彼此相等。此外,四个主端子70的Y方向的延伸长度也彼此相等。此外,由所有主端子70构成主端子组71。配置于两端的两个主端子70C、70E的各自的一部分在X方向上配置于区域A1内。配置于正中间的两个主端子70C、70E的各自的整体在X方向上配置于区域A1内。

即使设为上述结构,由于具有多个主端子70C、70E的侧面相对部,因此也能有效地减小电感。此外,由于具有主端子组71,因此能简化构成主端子组71的主端子70与半导体芯片40的主电极之间的电流路径,从而减小电感。综上,与以往相比能减小主电路配线的电感。图11也示出了四端子的结果。根据图11的结果,显然,在四端子的情况下,也能在抑制体积增大的同时,使主端子的总电感小于比较例。

在图15中,由于主端子组71由所有主端子70构成,因此能有效地减小电感。另外,当主端子70的数量是偶数时,只要由连续配置的三个以上主端子70构成主端子组71即可。因此,也可以构成为在包括四个主端子70的结构中,由三个主端子70构成主端子组71,其余一个主端子70配置于区域A1的外部。这样,在主端子70的数量是偶数的情况下,也可以由奇数个(三个以上)主端子70构成主端子组71。

当主端子70的数量是偶数时,主端子70C和主端子70E的数量相同,因此流过主端子70C和主端子70E的主电流相等,由此能抑制发热不均。在图15所示的示例中,主端子70C、70E的延伸长度相等,并且截面面积也相等,由此,使主端子70C和主端子70E的阻抗基本相等。因此,能有效地抑制发热不均。

偶数的数量不限定于四个。只要是四个以上的偶数即可。例如也可以构成为包括六个主端子70,或者构成为包括八个主端子70。与奇数个相同地,也可以使相邻的主端子70C、70E的突出部分的长度不同。此外,也可以使主端子70C、70E中的突出部分的长度较长的一方的截面积比较短的一方的截面积大。由此,能确保刚度。此外,能使主端子70C和主端子70E的阻抗一致。也可以构成为在突出部分的一部分处,侧面彼此没有相对。

也可以是,作为引线框的一部分,还包括与主端子70C、70E的至少一方一起设置的连结部,在主端子70C、70E的至少一方中,通过连结部使相同的主端子彼此连结。在图16所示的另一例中,半导体装置20包括五个主端子70,具体包括两个主端子70C和三个主端子70E。此外,引线框100具有将主端子70E彼此连结的连结部96。对于从密封树脂件30突出的长度,主端子70E的突出长度比主端子70C长,并且连结部96将主端子70E的突出前端部分连结。连结部96在X方向上延伸,在Y方向上与主端子70C分开设置。连结部96在Z方向上配置于与主端子70C、70E的突出部分相同的位置。

这样,当通过连结部96将电位相同的主端子70(主端子70E)连结时,能减少与母线等的连接点。即,能提高连接性。尤其在图16中,将数量较多的主端子70E连结。由此,在相同的引线框100包括主端子70C、70E以及连结部96的结构中,能进一步减少连接点。另外,也可以代替主端子70E,通过连结部96将主端子70C连结。也可以将主端子70C、70E中数量较少的一方连结。主端子70的数量和配置不限定于图16所示的例子。当仅在主端子70C、70E的一方设置连结部96时,也可以将连结部96设于与主端子70C、70E的突出部分相同的平面。也可以与包括偶数个主端子70的结构进行组合。

此外,也可以通过连结部将各主端子70C、70E连结。在图17和图18所示的另一例中,导电构件50C、50E具有主体部51C、51E,不具有延伸部52C、52E。此外,在相同的引线框配置有导电构件50C、主端子70C和信号端子80。此外,在与包括主端子70C的引线框不同的引线框配置有导电构件50E和主端子70E。主端子70C、70E从对应的导电构件50C、50E延伸。图18是沿着图17的XVIII-XVIII的半导体装置20的剖视图。

在图17和图18中,在主端子70C侧的引线框设有连结部96C,在主端子70E侧的引线框设有连结部96E。然后,通过连结部96C使主端子70C彼此在突出前端部处连结。此外,通过连结部96E使主端子70E彼此在突出前端部处连结。主端子70C、70E在突出部分具有弯曲部,由此,使连结部96C、96E在Z方向上分开。即,连结部96C、96E在Z方向上配置于互相不同的位置。因此,即使延伸长度相同,也能通过连结部96C、96E将主端子70C、70E分别连结。此外,能进一步减少连接点的数量。

在图19和图20所示的另一例中,半导体装置20包括彼此并联连接的多个半导体芯片40。具体地,作为半导体芯片40包括半导体芯片40a和半导体芯片40b。另外,图19是与图20所示的XIX-XIX线对应的半导体装置20的剖视图。半导体芯片40a、40b的集电极41连接到相同的导电构件50C的安装面53C。此外,半导体芯片40a、40b的发射极42经由单独配置的接线头60连接到相同的导电构件50E的安装面53E。在本实施方式中,两个半导体芯片40a、40b呈彼此基本相同的俯视形状、具体呈俯视大致矩形形状,并且具有彼此基本相同的大小和基本相同的厚度。半导体芯片40a、40b在Z方向上位于基本相同的高度,并且在X方向上横向排列配置。

如图20所示,通过在X方向上连续配置的两个以上的主端子70构成主端子组72。半导体装置20具有与半导体芯片40a对应的主端子组72a和与半导体芯片40b对应的主端子组72b作为主端子组72。构成主端子组72a的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40a的两端面44a、45a延长的延长线EL1a、EL2a之间的区域A1a内。此外,构成主端子组72b的主端子70各自的至少一部分在X方向上配置于从半导体芯片40b的两端面44b、45b延长的延长线EL1b、EL2b之间的区域A1b内。

半导体装置20包括五个主端子70。具体地,包括两个主端子70C和三个主端子70E。主端子70的宽度W1和厚度彼此相等,间隔P1也全部相等。此外,正中间的主端子70E配置于区域A1a、A1b的外部。主端子组72a由在X方向上配置于比正中间的主端子70E更靠半导体芯片40a侧的位置的两个主端子70C、70E构成,主端子组72b由配置于比正中间的主端子70E更靠半导体芯片40b侧的位置的两个主端子70C、70E构成。

此外,构成主端子组72a的主端子70C、70E各自的整体配置于区域A1a。同样地,构成主端子组72b的主端子70C、70E各自的整体配置于区域A1b。此外,五个主端子70配置为相对于穿过两个半导体芯片40的元件中心的中心线CLm线对称。元件中心是指半导体芯片40a、40b的排列方向上正中间的中央位置,中心线CLm是与排列方向正交且穿过元件中心的假想线。

这样,在多个半导体芯片40并联连接的半导体装置20中,主端子70C和主端子70E交替地配置。此外,相邻的主端子70C、70E的侧面彼此相对。这样,由于具有多个、具体为四个主端子70C和主端子70E的侧面相对部,因此能有效地减小电感。此外,构成主端子组72a的主端子70C、70E各自的至少一部分配置于区域A1a。因此,能简化构成主端子组72a的主端子70C、70E与半导体芯片40a的主电极之间的电流路径,由此能减小电感。同样地,构成主端子组72b的主端子70C、70E各自的至少一部分配置于区域A1b。因此,能简化构成主端子组72b的主端子70C、70E与半导体芯片40b的主电极之间的电流路径,由此能减小电感。综上,与以往相比能减小主电路配线的电感。

此外,奇数个主端子70配置为相对于两个半导体芯片40的中心线CLm线对称。换言之,侧面相对部线对称地配置。因此,半导体芯片40a、40b的主电流以相对于中心线CLm线对称的方式流动。即,半导体芯片40a侧的电感和半导体芯片40b侧的电感基本相等。这样,通过使电感一致,能抑制电流不均衡。

虽然示出了两个半导体芯片40并联连接的例子,但是不限定于此。也可以应用于三个以上的半导体芯片40并联连接的结构。主端子70的数量也不作特别限定。各个主端子组72只要由包括主端子70C、70E的两个以上主端子70构成即可。例如,也可以包括七个主端子70,且主端子组72a、72b分别由三个主端子70构成。也可以将图16~图18所示的连结部96(86C、86E)组合。

虽然示出了开关元件和二极管一体地形成于相同的半导体芯片40的例子,但是不限定于此。也可以将开关元件和二极管设于不同芯片。虽然作为双面散热结构的半导体装置20,示出了包括接线头60的例子,但是不限定于此。也可以构成为不包括接线头60。例如,也可以代替接线头60,在导电构件50E设置朝向发射极42突出的凸部。虽然示出了散热面54C、54E从密封树脂件30露出的例子,但是也可以构成为不从密封树脂件30露出。例如也可以通过未图示的绝缘构件覆盖散热面54C、54E。也可以在使绝缘构件贴合于散热面54C、54E的状态下,使密封树脂件30成型。

(电源模块)

对能应用于本实施方式的电力转换装置5的电源模块110的一例进行说明。电源模块110构成一组并联电路11。

如图21~图27所示,电源模块110包括:半导体装置20、冷却器120、电容器C1、P母线130、N母线140、输出母线150、驱动基板160、外部连接端子170以及保护构件180。图21、图23~图26是俯视图,但是为了容易理解保护构件180的内部元件,用实线表示内部元件。图27是用于说明半导体装置20、电容器C1和各母线130、140、150的连接的示意图。

半导体装置20为一合一型封装结构。电源模块110包括两个半导体装置20。半导体装置20中的一个构成上臂10U,另一个构成下臂10L。即,作为半导体装置20包括构成上臂10U的半导体装置20U和构成下臂10L的半导体装置20L。半导体装置20U、20L的基本结构彼此基本相同。半导体装置20U、20L分别具有七个主端子70,具体具有三个主端子70C和四个主端子70E。主端子70C、70E在X方向上交替配置。以下,将半导体装置20U包括的构成上臂10U的半导体芯片40表示为半导体芯片40U,将半导体装置20L包括的构成下臂10L的半导体芯片40表示为半导体芯片40L。

半导体装置20L为与图12所示的结构相同的结构。构成为主端子70C的从密封树脂件30突出的长度比主端子70E的从密封树脂件30突出的长度长。半导体装置20U为与半导体装置20L相反的结构。构成为主端子70E的从密封树脂件30突出的长度比主端子70C的从密封树脂件30突出的长度长。这样,在半导体装置20U中主端子70E较长,在半导体装置20L中主端子70C较长。半导体装置20U的主端子70C和半导体装置20L的主端子70E的长度相同,半导体装置20U的主端子70E和半导体装置20L的主端子70C的长度相同。

半导体装置20U、20L具有规定的间隙并且在X方向上排列配置。即,在与半导体芯片40的板厚方向即Z方向正交的方向上排列配置。半导体装置20U、20L配置为在Z方向上密封树脂件30的一面31彼此处于同侧,且背面32彼此处于同侧。半导体装置20U、20L的一面31彼此为在Z方向上大致共面的位置关系,并且背面彼此为在Z方向上大致共面的位置关系。

在各个半导体装置20U、20L中,信号端子80的从密封树脂件30突出的突出部分呈大致L字形。信号端子80的突出部分具有一个大致90度的弯曲部。在信号端子80的突出部分中,从密封树脂件30的根部到弯曲部在Y方向上延伸,从弯曲部到突出前端在Z方向上延伸并向电容器C1的相反侧延伸。

冷却器120主要冷却半导体装置20。使用热传导性优异的金属材料例如铝类材料形成冷却器120。冷却器120具有供给管121、排出管122和热交换部123。由于冷却器120设于电源模块110,因此冷却器120也被称为模块内冷却器。

热交换部123由一对板124、125构成。使用俯视大致矩形形状的金属薄板来形成板124、125。板124、125的至少一方呈由于冲压加工而在Z方向上膨出的形状,例如浅底的锅底形状。在本例中,板124呈锅底形状。此外,板124、125的外周缘部彼此通过铆接等固定,并且通过钎焊等在整个外周互相接合,由此,在板124、125之间形成有流路126。

热交换部123整体上呈扁平形状的管状体。冷却器120具有两个热交换部123,热交换部123在Z方向上配置为两级。两个半导体装置20U、20L以在X方向上排列配置的状态被两个热交换部123夹持。两个热交换部123配置成使板124彼此相对。热交换部123中的一个配置于半导体装置20的一面31侧,而热交换部123中的另一个配置于背面32侧。在散热面54C、54E从密封树脂件30露出的结构中,在半导体装置20与热交换部123的板124之间配置有油脂、陶瓷板、树脂材料等电绝缘构件。

供给管121是在其内部形成有流路的筒状体,并在Z方向上延伸。供给管121相对于俯视大致矩形的热交换部123配置于X方向上的一方的端部并配置于Y方向上的主端子70侧的端部。此外,供给管121与各热交换部123连接,供给管121的流路与热交换部123的流路126连通。在Z方向上,供给管121的一端开口,另一端连接到第二级热交换部123。第一级热交换部123的流路126在向供给管121延伸的中途与供给管121的流路相连。另外,第一级热交换部123位于靠近供给管121和排出管122的开口端的一侧,第二级热交换部123位于远离供给管121和排出管122的开口端的一侧。供给管121的从开口端起的一部分向保护构件180的外部突出。

排出管122是在其内部形成有流路的筒状体,并在Z方向上延伸。排出管122相对于俯视大致矩形的热交换部123配置于X方向上的与供给管121相反的端部并配置于Y方向上的信号端子80侧的端部。然后,排出管122与各热交换部123连接,且排出管122的流路与热交换部123的流路126连通。排出管122在Z方向上在供给管121的同侧开口。与开口端相反的端部连接到第二级热交换部123。第一级热交换部123的流路126在向排出管122延伸的中途与排出管122的流路相连。排出管122的从开口端起的一部分向保护构件180的外部突出。

如图26中的双点划线的箭头所示,从供给管121流入的制冷剂在热交换部123内的流路126中流动,从排出管122排出。供给管121和排出管122设于俯视大致矩形形状的对角位置处。这样,通过设于对角位置处,能在X方向和Y方向上有效地对配置于供给管121与排出管122之间的半导体芯片40U、40L进行冷却。另外,虽然未图示,但是也可以在热交换部123的流路126内配置内翅片。内翅片是弯曲形成为波形的金属板。通过配置内翅片,能促进板124、125与在流路126中流动的制冷剂之间的热传递。

作为流过流路126的制冷剂,可以使用水、氨等相变的制冷剂、以及乙二醇类等非相变的制冷剂。冷却器120主要冷却半导体装置20。然而,除了冷却作用,还可以具有在环境温度较低时加热的作用。在这种情况下,冷却器120被称为温度调节器。此外,制冷剂被称为热介质。

电容器C1只要配置于电源模块110包括的一组半导体装置20U、20L附近且至少具有供给切换时所需的电荷的作用即可。因此,电容器C1的电容设为例如10~20μF。电容器C1呈大致长方体形状。电容器C1呈扁平形状,且厚度即Z方向上的长度相对于X方向上的长度和Y方向上的长度足够短。这样,使电容器C1小型化。作为电容器C1,例如可以使用薄膜电容器。

在本例中,俯视呈与Y方向相比X方向更长的长方形。在Z方向上投影观察时,电容器C1的大部分配置于与冷却器120的热交换部123重叠的位置。在上述投影观察时,与半导体装置20U、20L的大部分、具体为除了主端子70的突出部分和信号端子80的突出部分的部分重叠。因此,电容器C1在Z方向上与半导体装置20U、20L并排配置。俯视为长方形的电容器C1的X方向的两端部分配置于未与冷却器120重叠的位置,即配置于冷却器120的外侧。

电容器C1配置成在与半导体装置20之间夹着热交换部123。电容器C1相对于热交换部123配置于与半导体装置20相反的一侧。在本例中,电容器C1相对于第一级热交换部123配置于与半导体装置20相反的一侧。即,配置于供给管121和排出管122的开口端侧。电容器C1在Z方向上配置于比供给管121和排出管122的开口端靠近半导体装置20的位置。电容器C1在Z方向上在热交换部123侧的面上具有用于与外部连接的未图示的正极端子,且在与正极端子相反的面上具有未图示的负极端子。

P母线130、N母线140和输出母线150是包含了导电性优异的金属例如铜的金属板材。在本例中,各母线中厚度基本均匀。P母线130、N母线140和输出母线150设为彼此基本相同的厚度。作为金属板材,也可以使用局部厚度不同的异形条。P母线130、N母线140和输出母线150与冷却器120电气分离。

P母线130具有连接部131、共用配线部132和并联配线部133。连接部131是与电容器C1的正极端子连接的部分。在本例中,在Z方向上投影观察时,与电容器C1重叠的部分整体为连接部131。另外,虽然未图示,但是也可以在X方向或者Y方向上投影观察时的与电容器C1重叠的部分即电容器C1的侧面设置连接部131。

共用配线部132从连接部131的Y方向的一端延伸。共用配线部132是P母线130中的作为共用配线11P发挥作用的部分。由此,形成于电源模块110内的一组上下臂电路10和电容器C1以共用的方式与VH线12H连接,而不是分别单独与VH线12H连接。共用配线部132与连接部131相比,X方向的长度即宽度更窄。共用配线部132在X方向上与连接部131的中央部分相连。共用配线部132与连接部131大致共面,并沿Y方向延伸。共用配线部132的一部分向保护构件180的外部突出。

并联配线部133至少作为使电容器C1的正极端子和上下臂电路10的上臂10U电连接的配线、即作为使上下臂电路10和电容器C1并联连接的配线发挥作用。此外在本例中,还作为使上臂10U和共用配线11P即共用配线部132电连接的配线发挥作用。并联配线部133相对于连接部131从与共用配线部132相反的端部延伸。

并联配线部133与连接部131相比,宽度更窄。并联配线部133以恒定的宽度延伸。并联配线部133相对于中心线CL1向一方偏移配置,以不会在X方向上跨过使电容器C1二等分的中心线CL1(参照图23)。并联配线部133在半导体装置20U、20L的排列方向上,在半导体装置20U(半导体芯片40U)一侧与连接部131相连。

并联配线部133呈大致L字形。并联配线部133具有:从与连接部131的边界部沿着Y方向延伸的平行部134;以及相对于平行部134弯曲且沿着Z方向延伸的弯曲部135。因此,平行部134也被称为Y方向延伸部。弯曲部135也被称为Z方向延伸部。平行部134在Y方向上延伸并且向与共用配线部132相反的一侧延伸。平行部134与连接部131大致共面,并沿Y方向延伸。

在Z方向上投影观察时,平行部134与半导体装置20U的七个主端子70C、70E各自的至少一部分重叠。平行部134延伸到与半导体装置20U的主端子70C的突出前端基本相同的位置,并且在投影观察时与三个主端子70C的突出部分整体重叠。四个主端子70E延伸到比平行部134远离电容器C1的位置。

弯曲部135在Z方向上向与电容器C1相反的一侧延伸。弯曲部135的板厚方向与Y方向大致平行。在本例中,弯曲部135整体为在Y方向上与输出母线150相对的相对部135a。相对部135a和输出母线150的板厚方向的面即板面彼此相对。在相对部135a的前端即并联配线部133的延伸的前端形成有凸部136以连接半导体装置20U的主端子70C。凸部136针对各主端子70C设置。主端子70C在配置于对应的凸部136的前端面的状态下通过激光焊接等接合。当如上所述地设置凸部136时,主端子70E穿过没有设置凸部136的凹陷的部分,因此,能防止P母线130和主端子70E的接触。

N母线140具有连接部141、共用配线部142和并联配线部143。连接部141是与电容器C1的负极端子连接的部分。在本例中,在Z方向上投影观察时,与电容器C1重叠的部分整体为连接部141。另外,与连接部131同样地,也可以在X方向或者Y方向上投影观察时的与电容器C1重叠的部分即电容器C1的侧面设置连接部141。电容器C1和配置于电容器C1的两面的连接部131、141与冷却器120电气分离。在包括连接部131、141的电容器C1与冷却器120之间夹着电绝缘构件。

共用配线部142从连接部141的Y方向的一端延伸。共用配线部142是N母线140中的作为共用配线11N发挥作用的部分。由此,形成于电源模块110内的一组上下臂电路10和电容器C1以共用的方式与N线13连接,而不是分别单独与N线13连接。共用配线部142与连接部141相比宽度更窄,与共用配线部132宽度基本相同。共用配线部142在X方向上与连接部141的中央部分相连。共用配线部142与连接部141大致共面,并沿Y方向延伸。共用配线部132的一部分向保护构件180的外部突出。

在Z方向投影观察时,共用配线部132、142基本一致。共用配线部132、142在Z方向上以具有与电容器C1的厚度大致相等的间隔的方式相对配置。由此,能减小主电路配线的电感。

并联配线部143至少作为使电容器C1的负极端子和上下臂电路10的下臂10L电连接的配线、即作为使上下臂电路10和电容器C1并联连接的配线发挥作用。此外在本例中,还作为使下臂10L和共用配线11N即共用配线部142电连接的配线发挥作用。并联配线部143相对于连接部141从与共用配线部142相反的端部延伸。

并联配线部143与连接部141相比,宽度更窄。并联配线部143以恒定的宽度延伸。并联配线部143以不跨过电容器C1的中心线CL1的方式相对于中心线CL1配置于与并联配线部133相反的一侧。并联配线部143在半导体装置20U、20L的排列方向上,在半导体装置20L(半导体芯片40L)一侧与连接部141相连。

并联配线部143呈大致L字形。并联配线部143具有:从与连接部141的边界部沿着Y方向延伸的平行部144;以及相对于平行部144弯曲且沿着Z方向延伸的弯曲部145。平行部144在Y方向上延伸并且向与共用配线部142相反的一侧延伸。平行部144与连接部141大致共面,并沿Y方向延伸。平行部134、144以具有能确保电绝缘的间隔的方式在X方向上横向排列配置。平行部134、144的侧面彼此相对。由此,能减小主电路配线的电感。

在Z方向上投影观察时,平行部144与半导体装置20L的七个主端子70C、70E各自的至少一部分重叠。平行部144延伸到与半导体装置20L的主端子70E的突出前端基本相同的位置,并且在投影观察时与四个主端子70E的突出部分整体重叠。三个主端子70C延伸到比平行部144远离电容器C1的位置。半导体装置20U的主端子70C和半导体装置20L的主端子70E的突出前端在Y方向上处于基本相同的位置,由此,使平行部134、144的延伸的前端也处于彼此基本相同的位置。

弯曲部145在Z方向上向与电容器C1相反的一侧延伸。弯曲部145的板厚方向与Y方向大致平行。弯曲部145的延伸的前端处于与P母线130的弯曲部135的延伸的前端基本相同的位置。弯曲部135、145也以具有能确保电绝缘的间隔的方式在X方向上横向排列配置。弯曲部135、145的侧面彼此相对。由此,能减小主电路配线的电感。

在本例中,N母线140处于在Z方向上比P母线130远离半导体装置20的位置。此外,弯曲部145的一部分为在Y方向上与输出母线150相对的相对部145a。相对部145a和输出母线150的板面彼此相对。在相对部145a的前端即并联配线部143的延伸的前端形成有凸部146以连接半导体装置20L的主端子70E。凸部146针对各主端子70E设置。主端子70E在配置于对应的凸部146的前端面的状态下通过激光焊接等接合。当如上所述地设置凸部146时,主端子70C穿过没有设置凸部146的凹陷的部分,因此,能防止N母线140和主端子70C的接触。

通过并联配线部133和半导体装置20U的主端子70C使电容器C1的正极和上臂10U的集电极连接,通过并联配线部143和半导体装置20L的主端子70E使电容器C1的负极和下臂10L的发射极连接。这样,通过并联配线部133和半导体装置20U的主端子70C以及并联配线部143和半导体装置20L的主端子70E使上下臂电路10与电容器C1并联连接,从而构成并联电路11。此外,构成为通过共用配线部132、142,使并联电路与电力线即VH线12H、N线13连接。

输出母线150是用于将上臂10U和下臂10L的连接点连接到电动发电机的三相绕组的母线。输出母线150也被称为O母线。输出母线150在Y方向上配置于主端子70侧而不配置于信号端子80侧。输出母线150将板厚方向设为Y方向,以不具有弯曲部的方式在X方向上延伸。输出母线150构成输出配线15的至少一部分。另外,也可以在输出母线150的周边配置未图示的电流传感器。

输出母线150具有Z方向的长度即宽度较宽的宽幅部151和宽度比宽幅部151窄的窄幅部152。窄幅部152与宽幅部151的一端相连,并与宽幅部151大致共面,在X方向上延伸。宽幅部151的整体配置于保护构件180的内部,窄幅部152的一部分配置于保护构件180的内部,其余一部分向保护构件180的外部突出。

宽幅部151设置成在X方向上与并联配线部143的远离中心线CL1的端部和并联配线部133的远离中心线CL1的端部的范围基本一致。在X方向上,在宽幅部151的前端配置有供给管121。宽幅部151设置成在Y方向上与弯曲部135、145之间具有规定的间隔。规定的间隔是指,例如在半导体装置20U中,与从主端子70C、70E的突出前端之间的长度减去输出母线150的板厚而得到的长度基本一致。宽幅部151在Z方向上设于从与电容器C1重叠的位置到构成第二级热交换部123的板125的范围。

在宽幅部151形成有多个通孔153。在该通孔153插入有半导体装置20U的主端子70E和半导体装置20L的主端子70C。在插入状态下,主端子70通过激光焊接等与宽幅部151(输出母线150)连接。此外,以避开通孔153的方式构成与P母线130相对的相对部154p和与N母线140相对的相对部154n。输出母线150的相对部154p和P母线130的相对部135a在Y方向上以具有规定的间隔的方式相对,输出母线150的相对部154n和N母线140的相对部145a在Y方向上以具有规定的间隔的方式相对。

由于存在供给管121,因此并联配线部143与并联配线部133相比宽度更窄。由此,相对部145a与相对部135a相比宽度更窄。然而,在电容器C1中,将负极端子配置于热交换部123的相反侧,从而增加了相对部145a的延伸长度,使相对部145a与相对部135a相比Z方向(延伸方向)的长度更长。由此,相对部135a和相对部154p的相对面积与相对部145a和相对部154n的相对面积基本相等。能在X方向上抑制体积增大,并且减小电感。

驱动基板160是通过在印刷基板安装有未图示的电子部件形成的。在驱动基板160形成有从控制电路部9输入有驱动指令的驱动电路部(驱动器)。驱动基板160相当于电路基板。驱动基板160俯视呈大致矩形形状。在本例中,驱动基板160的大小在X方向上与冷却器120的热交换部123基本一致,在Y方向上比热交换部123长。在Z方向上投影观察时,驱动基板160设置成与半导体装置20U、20L的大部分重叠。具体地,设置成与除了主端子70的一部分之外的部分重叠。在Y方向上,主端子70的一部分、弯曲部135、145、输出母线150配置成没有与驱动基板160重叠。此外,在主端子70的相反侧,共用配线部132、142向驱动基板160的外侧突出。

在驱动基板160连接有半导体装置20的信号端子80。在本例中,在驱动基板160形成有未图示的多个通孔,在各通孔插入安装信号端子80。由此,从形成于驱动基板160的驱动电路部通过信号端子80输出驱动信号。信号端子80在X方向上排列配置。多个信号端子80在驱动基板160的Y方向的一方的端部附近,以在X方向上排成一列的方式插入安装。

外部连接端子170是用于将形成有控制电路部9的后述的控制基板290和驱动基板160电连接的端子。在驱动基板160连接有多个外部连接端子170。在本例中,在驱动基板160形成有未图示的多个通孔,在各通孔插入安装外部连接端子170。外部连接端子170的一部分将控制电路部9的驱动指令向驱动基板160的驱动电路部传递。

外部连接端子170呈大致L字形。外部连接端子170具有一个大致90度的弯曲部。外部连接端子170中,从与驱动基板160连接的连接部到弯曲部的部分沿Z方向延伸,从弯曲部到前端的部分向Y方向的共用配线部132、142侧延伸。此外,从前端起规定范围的部分向保护构件180的外部突出。

保护构件180对构成电源模块110的其他元件进行保护。保护构件180呈电源模块110的外轮廓。作为保护构件180,可以使用将其他元件一体地密封的密封树脂件、预先成型的壳体等。在壳体的情况下,为了提高保护性,也可以一起使用灌封构件等。在本例中,采用密封树脂件作为保护构件180。密封树脂件是通过使用环氧树脂等树脂材料而成型的构件,也被称为模塑树脂、树脂成型件。密封树脂件例如通过传递模塑法成型。

保护构件180在Z方向上具有一面181以及与一面181相反的背面182。一面181和背面182为与Z方向正交的平面。本例的保护构件180呈大致方锥梯形形状。因此,保护构件180具有四个侧面183~186。当将一面181设为基准面时,任意侧面183~186均成为和一面181所成的角度为锐角的倾斜面。

构成电源模块110的元件从一面181侧朝向背面182依次配置为N母线140的连接部141、电容器C1、P母线130的连接部131、第一级热交换部123、半导体装置20、第二级热交换部123、驱动基板160。供给管121和排出管122从一面181向保护构件180的外部突出。没有任何构件从背面182突出。另外,虽然未图示,但是从一面181侧朝向背面182依次配置为驱动基板160、第一级热交换部123、半导体装置20、第二级热交换部123、N母线140的连接部141、电容器C1、P母线130的连接部131。

P母线130和N母线140的共用配线部132、142在Y方向上从信号端子80侧的侧面183向保护构件180的外部突出。外部连接端子170也从侧面183突出。如图21所示,在X方向上,在半导体装置20U侧的外部连接端子170与半导体装置20L侧的外部连接端子170之间配置有共用配线部132、142。此外,如图22所示,外部连接端子170在靠近背面182的位置突出,共用配线部132、142在靠近一面181的位置突出。没有任何构件从与侧面183相反的侧面184即主端子70侧的侧面184突出。输出母线150的窄幅部152在X方向上从半导体装置20U侧的侧面185向保护构件180的外部突出。没有任何构件从与侧面185相反的侧面186即半导体装置20L侧的侧面突出。

这样,仅供给管121和排出管122从保护构件180的一面181突出。因此,在一面181侧配置与电源模块110分体的冷却器,由此来冷却电源模块110时,容易将分体的冷却器和供给管121、排出管122连接。由于共用配线部132、142和输出母线150从不同的侧面突出,因此能简化与电力线、三相绕组的连接。

此处,伴随上下臂电路10的切换而产生的电涌随着每单位时间的电流变化量(电流变化率)变大、或者随着配线电感变大而变大。通过在电源模块110中减小配线电感实现了电涌的减小。以下,对电源模块110的结构中的减小配线电感来实现电涌减小的结构进行说明。

图28是从图1的等效电路图提取逆变器7、平滑电容器C2和电动发电机3而示出的电路图,并图示了电路的配线电感。如图28中的点划线所示,如上所述,各相的电源模块110在P线12与N线13之间并联连接。

此外,将在P线12中的连接有各相的电源模块110之间的部分产生的配线电感称为相间上电感L2P。具体地,在P线12中的与U相的共用配线部132连接的连接部位和与V相的共用配线部132连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间上电感L2P。此外,在P线12中的与V相的共用配线部132连接的连接部位和与W相的共用配线部132连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间上电感L2P。此外,将与相间上电感L2P成比例地产生的阻抗称为相间上阻抗。

此外,将在N线13中的连接有各相的电源模块110之间的部分产生的配线电感称为相间下电感L2N。具体地,在N线13中的与U相的共用配线部142连接的连接部位和与V相的共用配线部142连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间下电感L2N。此外,在N线13中的与V相的共用配线部142连接的连接部位和与W相的共用配线部142连接的连接部位的相间部分产生的配线电感是相间下电感L2N。此外,将与相间下电感L2N成比例地产生的阻抗称为相间下阻抗。

将电源模块110的内部中的从电容器C1的正极端子到上臂10U的电气路径的配线电感称为相内上电感L1P。具体地,在P母线130的平行部134和弯曲部135处产生的配线电感是相内上电感L1P。此外,将形成相内上电感L1P的部分的配线称为上配线11Pa,将与相内上电感L1P成比例地产生的阻抗称为相内上阻抗。

将电源模块110的内部中的从电容器C1的负极端子到下臂10L的电气路径的配线电感称为相内下电感L1N。具体地,在N母线140的平行部144和弯曲部145处产生的配线电感是相内下电感L1N。此外,将形成相内下电感L1N的部分的配线称为下配线11Na,将与相内下电感L1N成比例地产生的阻抗称为相内下阻抗。

虽然在图28中,以逆变器7为例说明各阻抗,但是对于逆变器8和转换器6,各阻抗也如下所述地对应。即,将设于各相中的第一相的电源模块110设为第一电源模块,将设于第二相的电源模块110设为第二电源模块。此外,第一电源模块中的从电容器C1的正极端子到上臂10U的电气路径的阻抗相当于相内上阻抗。从第一电源模块的电容器C1的正极端子到第二电源模块的上臂10U的电气路径的阻抗相当于相间上阻抗。第一电源模块中的从电容器C1的负极端子到下臂10L的电气路径的阻抗相当于相内下阻抗。从第一电源模块的电容器C1的负极端子到第二电源模块的下臂10L的电气路径的阻抗相当于相间下阻抗。

此外,形成相间上电感L2P的配线长度比形成相内上电感L1P的配线长度长。因此,相间上电感L2P大于相内上电感L1P,相间上阻抗大于相内上阻抗。形成相间下电感L2N的配线长度比形成相内上电感L1P的配线长度长。因此,相间下电感L2N大于相内下电感L1N,相间下阻抗大于相内下阻抗。另外,相间上电感L2P和相间下电感L2N均比相内上电感L1P与相内下电感L1N相加的值大。

图28的箭头Y1表示在由V相的并联电路11形成的闭环电路中,电涌电压被电容器C1吸收的路径。上述电涌电压是在V相的开关元件Q1、Q2接通、断开时产生的。在U相和W相中也同样地,如箭头Y1所示,电涌电压被电容器C1吸收。这样,在同一相内产生和吸收的电涌电压在以下的说明中也被称为自电涌电压。

闭环电路是由并联电路11形成,并且依次与电容器C1的正极端子、上配线11Pa、上下臂电路10、下配线11Na和电容器C1的负极端子串联连接的不包括电力线的电路。闭环电路也可以说是如上所述地吸收电涌电压的路径,以及从电容器C1向开关元件Q1、Q2供给切换开关元件Q1、Q2时所需的电荷的路径。

此外,闭环电路是不包括共用配线11P、11N的电路。换言之,P母线130分支为形成上配线11Pa的图28中的双点划线所示的部分和形成共用配线11P的部分。P母线130的共用配线11P也被称为将P线12和上配线11Pa连接的上电力配线。N母线140分支为形成下配线11Na的图28中的双点划线所示的部分和形成共用配线11N的部分。N母线140的共用配线11N也被称为将N线13和下配线11Na连接的下电力配线。

图28中的箭头Y2表示V相中产生的自电涌电压从V相的闭环电路通过电力线向W相的闭环电路传递时的路径。这样,使多个上下臂电路10彼此发生干涉的电涌电压在以下的说明中也被称为干涉电涌电压。和在V相与W相之间传递的干涉电涌电压相同地,在V相与U相之间、W相与U相之间也会产生干涉电涌电压。不过,由于相间上电感L2P远远大于相内上电感L1P,因此几乎不会产生从另一相向自相传递的干涉电涌电压,该干涉电涌电压远远小于自电涌电压。

另外,当向并联连接的上下臂电路10供给电荷时,瞬间从平滑电容器C2向电容器C1供给电荷。由此,成为电容器C1能再次供给电荷的状态。

接着,对电源模块110的效果进行说明。

电源模块110包括:上下臂电路10、电容器C1、上配线11Pa、下配线11Na、作为上电力配线的共用配线11P以及作为下电力配线的共用配线11N。上配线11Pa将电容器C1的正极端子和上臂10U连接,下配线11Na将电容器C1的负极端子和下臂10L连接。共用配线11P、11N将上配线11Pa和下配线分别与电力线连接。

因此,电源模块110形成不包括电力线的闭环电路。因此,当从电容器C1供给切换上下臂电路10时所需的电荷时,电荷供给路径不包括电力线。因此,能缩短上述路径的配线、即缩短上配线11Pa和下配线11Na。另一方面,当与本实施方式相反地去除了电容器C1时,从平滑电容器C2供给切换时所需的电荷。在这种情况下,由于从平滑电容器C2向上下臂电路10供给电荷的电气路径包括了电力线,因此无法充分缩短该电气路径。

综上,根据电源模块110,与去除了电容器C1的情况相比,能更容易缩短作为产生电涌电压的主要原因之一的配线的长度。因此,能减小与自电涌电压相关的配线电感L1P、L1N,进而能减小在上下臂电路10中产生的自电涌电压。并且,由于闭环电路不包括电力线,因此使自电涌电压难以与电力线叠加。因此,能够抑制自电涌电压通过电力线与其他上下臂电路10发生干涉的情况。

此外,能如上所述地减小电涌电压的电源模块110分别设于各相。因此,能促进对上下臂电路10彼此通过电力线与自电涌电压相互干涉进行抑制。

此外,在本例中,上臂10U具有多个与上配线11Pa连接的主端子70C,下臂10L具有多个与下配线11Na连接的主端子70E。因此,能作用成在互相相邻的主端子70C、70E彼此之间使自电涌电压相互抵消,从而减小相内上电感L1P和相内下电感L1N。因此,促进了自电涌电压的减小。

此外,在本例中,包括了将上臂10U具有的主端子70E和下臂10L具有的主端子70C连接的输出母线150(即输出配线15)。输出母线150具有与上配线11Pa和下配线11Na相对的相对部154p、154n。因此,能在输出母线150的相对部154p、154n与上配线11Pa、下配线11Na之间,作用成使自电涌电压相互抵消,从而能减小相内上电感L1P和相内下电感L1N。因此,促进了自电涌电压的减小。尤其在本例中,在包括了一合一型封装结构的半导体装置20的结构中,在Y方向上,使P母线130和N母线140与输出母线150相对。此外,在Y方向上投影观察时,输出母线150和半导体装置20重叠,在Y方向上,在半导体芯片40U与输出母线150之间配置有P母线130的相对部135a。同样地,在Y方向上,在半导体芯片40L与输出母线150之间配置有N母线140的相对部145a。因此,从P母线130经由半导体芯片40U到输出母线150的电流路径和从输出母线150经由半导体芯片40L到N母线140的电流路径如图23中的双点划线的箭头所示。因此,与使构成上下臂电路10的两个半导体芯片封装化为一个的二合一封装相比,能缩小电流回路的面积。由此,能进一步减小自电涌电压。

此外,在本例中,相间上阻抗比相内上阻抗大。此外,相间下阻抗比相内下阻抗大。因此,如图28的箭头Y2所示,能抑制电涌电压跨过各相的闭环电路传递而发生干涉。

此外,在本例中,包括与上下臂电路10并联连接并使电力线的电压平滑化的平滑电容器C2。由此,能抑制电力线的电压波动。此外,由于能从平滑电容器C2瞬间向电容器C1供给电荷,因此能抑制电容器C1的电容。由此,能实现电容器C1的小型化。

虽然示出了使用两个一合一型封装结构的半导体装置20作为半导体装置20的例子,但是不限定于此。也可以使用以构成形成上下臂电路10的两个臂(上臂10U和下臂10L)的元件单位进行封装化而成的二合一封装结构的半导体装置。

主端子70的配置也不限定于上述示例。在一合一型封装的情况下,只要各具有至少一个主端子70C、70E即可。也可以将处于相同电位的主端子70分割成多个。例如也可以将主端子70C分割成多个。能通过多根并排来减小分割后的主端子整体的电感。在二合一型封装的情况下,只要使输出端子具有至少各一个上臂10U侧的主端子70C和下臂10L侧的主端子70E即可。

在图27所示的例子中,共用配线部132、142相对于连接部131、141向与平行部134、144相反的一侧延伸。与此相对,如图29所示,共用配线部132、142相对于连接部131、141向与平行部134、144相同的一侧延伸。此外,也可以使上臂10U和下臂10L的共用配线部132、142延伸的方向不同。例如,共用配线部132、142不必彼此相对配置。

虽然在图27所示的例子中,上臂10U和下臂10L具有多个主端子70C、70E,但是只要具有一个主端子70C、70E即可。此外,虽然在图27所示的例子中,主端子70C和主端子70E交替地并排配置,但是也可以是多个主端子70C并排配置,或者也可以是多个主端子70E并排配置。

也可以与图27所示的例子相反,使相间上阻抗比相内上阻抗小。此外,也可以使相间下阻抗比相内下阻抗大。

作为电源模块110的另一例,也可以去除电源模块110包括的冷却器120、驱动基板160和保护构件180的至少一个。此外,也可以是去除了平滑电容器C2的电力转换装置5。电容器C1也可以构成为配置于保护构件180的外部。冷却器120的结构不限定于上述示例。也可以构成为使构成上下臂电路10的半导体装置20的一部分插入冷却器120内的流路126并浸渍于制冷剂。也可以在上述结构中,将电容器C1配置于冷却器120上,并将电容器C1和半导体装置20连接。能通过浸渍从双面侧冷却半导体装置20并且抑制电涌电压。

(电力转换装置)

如图30~图44所示,电力转换装置5包括:构成外壳的壳体210和盖220;冷却器230;多个电源模块110;输入端子台240;输出端子台250;电抗器260;电容器单元270;母线280;以及控制基板290。图30和图31是分解立体图。在图30和图31中,为了方便,省略了后述的通孔217a、217b。此外,省略了供电源模块110的冷却器120的供给管121和排出管122安装的孔。在图32~图35所示的立体图中,用实线图示了收容于壳体210和盖220的元件。在图36~图41所示的俯视图中,也用实线图示了收容于壳体210和盖220的元件。

在组装壳体210和盖220而构成的外壳的内部空间收容有其他元件各自的至少一部分。可以构成为,作为壳体210和盖220的结构材料,均采用金属材料、均采用树脂材料、一方采用金属材料另一方采用树脂材料。在本例中,壳体210和盖220均使用金属材料,具体为铝类材料,通过压铸法而成型。

壳体210呈一面敞开的箱状。壳体210具有:将X方向设为长度方向的俯视呈大致长方形的底壁211;以及与底壁211的四边分别相连的侧壁212~215。侧壁212~215相对于底壁211在Z方向上立设,并以包围底壁211的内表面的方式设置成俯视大致矩形环状。

如图30、图31以及图36等所示,在X方向的侧壁212形成有安装部216。安装部216具有贯通侧壁212的通孔216a。输入端子台240在插入通孔216a的状态下固定于壳体210。通孔216a在ZY截面上呈大致8字形。即,通孔216a呈在Y方向上横向排列的两个通孔连接成一个的形状。

安装部216具有收容直流电源2侧的端子部的至少一部分的收容部216b。收容部216b呈筒状,从侧壁212的外表面在X方向延伸。收容部216b设置成在从X方向投影观察时,在筒内部内置通孔216a。直流电源2的端子部在固定于收容部216b的状态下,与输入端子台240的端子部电连接。收容部216b与例如直流电源2侧的端子部的罩壳嵌合。包括通孔216a的安装部216在Y方向上设于侧壁212的比中央部分靠近一端侧的位置,具体设于侧壁215侧的区域。

如图32~图34等所示,在与侧壁212相反的侧壁213形成有通孔217a、217b。在通孔217a插通有冷却器230的供给管231,在供给管231与通孔217a的开口周围之间形成有未图示的防水密封部。在通孔217b插通有冷却器230的排出管232,在排出管232与通孔217b的开口周围之间形成有未图示的防水密封部。

两个通孔217a、217b在Z方向上位于相同的位置并且在Y方向上互相分开设置。通孔217a在Y方向上设于侧壁213的比中央部分靠近一端侧的位置,具体设于侧壁214侧的区域。通孔217b相对于侧壁213的中央部分设于另一端侧,具体设于侧壁215侧的区域。

如图31和图35等所示,在Y方向的侧壁214形成有开口部218。开口部218在Y方向上贯通侧壁214,并且是与Z方向相比在X方向上更长的长孔。开口部218是为了将输出端子台250的端子和作为负载的电动发电机3、4的三相绕组连接而设置的。开口部218在X方向上形成于靠近侧壁213的位置。另外,在与侧壁214相反的侧壁215没有形成通孔等。

盖220呈底部比壳体210浅的箱状。盖220具有:将X方向设为长度方向的俯视呈大致长方形的底壁221;与底壁221的四边分别相连的侧壁222~225;以及凸缘部226。底壁221在Z方向上与壳体210的底壁211相对。侧壁222~225相对于底壁221在Z方向上立设,并以包围底壁221的内表面的方式设置成俯视大致矩形环状。侧壁222~侧壁225与壳体210的侧壁212~侧壁215对应。例如,侧壁223在X方向上设于侧壁213侧,侧壁224在Y方向上设于侧壁214侧。

凸缘部226是盖220的外周缘部,与侧壁222~225的与底壁221相反的端部相连。凸缘部226在Y方向上从侧壁222~225向与收容空间相反的外侧延伸。在凸缘部226和壳体210中的侧壁212~215的端部、具体为和与底壁211相反的端部相对的状态下,使壳体210和盖220通过紧固等组装。在壳体210与盖220的外周缘部之间夹着未图示的密封构件例如O形环、固化前为液态的粘接材料等,从而形成防水密封部。

在盖220处形成有凹部227。凹部227设置成使控制基板290与后述的连接器291对应。凹部227设置成包括侧壁223,并且侧壁223的开口部分与呈箱状的盖220的一面侧的开口部分相连。这样,凹部227不仅在一面开口,还在侧壁223开口。凹部227向远离底壁211的方向凹陷。凹部227在侧壁223上提供俯视呈大致梯形的开口空间。凹部227在Y方向上设于侧壁223的比中央部分靠近侧壁224侧的区域。在从Z方向投影观察时,侧壁223上的凹部227的开口部分设于与通孔217a重叠的位置。

冷却器230主要对构成电力转换装置5的外壳内的元件进行冷却。使用例如热传导性优异的金属材料例如铝类材料形成冷却器230。如图30和图31等所示,冷却器230具有供给管231、排出管232以及热交换部233。冷却器230的大部分配置于壳体210内,一部分从壳体210向外突出。

供给管231是在其内部形成有流路的筒状体,并在X方向上延伸。供给管231相对于Z方向为厚度方向的平板状的热交换部233设于Y方向上的一方的一端侧,具体设于壳体210的侧壁215侧。供给管231的一端开口,另一端与热交换部233连接。此外,供给管231的流路与热交换部233的流路234连通。供给管231的一部分通过设于壳体210的侧壁213的通孔217a向壳体210的外部突出。在供给管231与通孔217a的壁面之间,通过未图示的密封构件形成有防水密封部。

排出管232是在其内部形成有流路的筒状体,并在X方向上延伸。排出管232在Y方向上设于与供给管231分开的位置、具体设于壳体210的侧壁214侧。排出管232的一端开口,另一端在供给管231的同侧与热交换部233连接。此外,排出管232的流路与热交换部233的流路234连通。排出管232的一部分通过设于壳体210的侧壁213的通孔217b向壳体210的外部突出。在排出管232与通孔217b的壁面之间,通过未图示的密封构件形成有防水密封部。

热交换部233在内部具有供制冷剂流动的流路234。在流路234的一方的端部连接有供给管231,在与供给管231相反的端部连接有排出管232。从供给管231流入的制冷剂在热交换部233内的流路234中流通,从排出管232排出。热交换部233在Z方向上具有一面233a以及与一面233a相反的背面233b。在本例中,电力转换装置5包括多个电源模块110,在一面233a和背面233b分别配置有电源模块110。电力转换装置5包括:配置于一面233a的电源模块110;以及配置于背面233b的电源模块110。这样,在热交换部233的双面分别配置有电源模块110。电源模块110与热交换部233相邻配置。

热交换部233呈平板状。热交换部233的Z方向上的长度即厚度至少在流路234的形成部分中基本恒定。在本例中,Z方向的长度远远小于与Z方向正交的方向上的最小长度即X方向的最小长度以及Y方向的最小长度。即,呈薄板状。

热交换部233在壳体210内配置于除了输入端子台240和输出端子台250以外的大部分区域。如图30和图37等所示,热交换部233具有缺口部235。由此,热交换部233呈大致U字形。大致U字形的热交换部233包括的两个臂在X方向上延伸。此外,以使热交换部233的U字形的两端侧在X方向上处于侧壁212侧的方式将冷却器230收容于壳体210。即,热交换部233的两个臂配置成在Y方向上排列。供给管231和排出管232不在U字形的端部处与臂连接而在与端部相反的一侧与臂连接,并从侧壁213向外部突出。供给管231与热交换部233的一个臂连接,排出管232与另一个臂连接。

在热交换部233的两个臂中的与供给管231连接的臂配置有电源模块110。在与排出管232连接的臂配置有电抗器260和电容器单元270。这样,在本例中,构成为通过冷却器230(热交换部233)来冷却电源模块110、电抗器260以及电容器单元270。另外,热交换部233(冷却器230)被多个支承部236支承成距壳体210的底壁211规定高度。此外,热交换部233在支承状态下,通过螺栓紧固等固定于壳体210。

作为流过流路234的制冷剂,可以使用水、氨等相变的制冷剂、以及乙二醇类等非相变的制冷剂。制冷剂例如在散热器中被冷却,并向冷却器230供给。冷却器230主要对构成电力转换装置5的元件、具体为电源模块110、电抗器260以及电容器单元270进行冷却。然而,除了冷却作用,还可以具有在环境温度较低时加热的作用。在这种情况下,冷却器230被称为温度调节器。此外,制冷剂被称为热介质。

本例的电力转换装置5包括八个电源模块110。各电源模块110与上述结构(参照图21~图26)基本相同,但是考虑到与其他元件的连接性等,在一部分设置弯曲部或者使长度不同。八个电源模块110中,两个构成转换器6,其余六个构成逆变器7、8。八个电源模块110中,四个为一组在X方向上以规定间隔配置,并且在Z方向上将上述组配置成两级。以下,也将配置于盖220的底壁221侧的组称为上级,将配置于壳体210的底壁211侧的组称为下级。

上级包括:构成转换器6的第一相的电源模块110;以及构成逆变器7的三相(U、V、W)的三个电源模块110。以下,也将转换器6的第一相称为转换器6a,将第二相称为转换器6b。上级的电源模块110配置于呈大致U字形的热交换部233的一个臂并配置于一面233a上。具体地,从侧壁213侧起,按照逆变器7的U相、V相、W相、转换器6a的顺序配置四个电源模块110。

下级包括:构成转换器6b的电源模块110;以及构成逆变器8的三相(U、V、W)的三个电源模块110。下级的电源模块110配置于呈大致U字形的热交换部233的与上级相同的臂并配置于背面233b上。具体地,从侧壁213侧起,按照逆变器8的U相、V相、W相、转换器6b的顺序配置四个电源模块110。

如图37所示,各电源模块110配置成,使保护构件180的侧面183即P母线和N母线140的共用配线部132、142以及外部连接端子170突出的面位于壳体210的侧壁215侧,并使侧面184位于侧壁214侧。此外,上级的电源模块110和下级的电源模块110配置成从Z方向投影观察时互相重叠。即,四对电源模块110夹着热交换部233。

如图44所示,电源模块110均配置成使保护构件180的一面181处于热交换部233侧。电源模块110通过粘接、紧固等固定方法固定于热交换部233。上级的四个输出母线150以具有规定间隔的方式在X方向上并排配置。下级的四个输出母线150也以具有和上级相同间隔的方式在X方向上并排配置。在上下方向成对的电源模块110配置成以Y方向为轴二次对称。因此,在上级和下级处,输出母线150的位置在X方向上错开。在上下方向成对的电源模块110中,输出母线150的突出位置在上级中处于保护构件180的X方向上的一端侧,在下级中处于与上级相反的端部侧。因此,在相邻的一对中,上级的输出母线150和下级的输出母线150在X方向上靠近配置。

另一方面,P母线130和N母线140的共用配线部132、142设于穿过X方向上的中心并平行于Y方向的中心线上。共用配线部132、142配置成相对于该中心线线对称。电源模块110的除了输出母线150的突出部分之外的部分配置成相对于中心线线对称。在上下方向上成对的电源模块110中,上级中的共用配线部132、142和下级中的共用配线部132、142在从Z方向投影观察时重叠。对于包括电源模块110的流路的冷却结构的细节在后面描述。

输入端子台240具有:用于将直流电源2和电力转换装置5电连接的正极端子241和负极端子242;以及保持上述端子241、242的罩壳243。正极端子241和负极端子242例如作为用于将从直流电源2供给的直流电压输入电力转换装置5的端子发挥作用。正极端子241和负极端子242也可以分别由一个导电构件(例如母线)构成,也可以分别由电连接的多个导电构件构成。输入端子台240设于俯视呈大致矩形形状的壳体210的四角之一的附近。具体地,输入端子台240配置于由侧壁212、215形成的角落部的附近。输入端子台240配置于底壁211上。输入端子台240在Z方向上从底壁211配置到比热交换部233的一面233a靠近盖220的位置。

正极端子241与直流电源2的正极电连接,负极端子242与直流电源2的负极电连接。使用电绝缘材料例如树脂材料来形成罩壳243。在本例中,由树脂材料构成的罩壳243与正极端子241和负极端子242一体地成型。正极端子241和负极端子242在从和直流电源2连接的一侧起至少一部分的范围中,在Z方向上位于相同的位置并在Y方向上以具有规定间隔的方式并排配置。

罩壳243具有电源连接部244a、244b和母线固定部245。电源连接部244a、244b是从和直流电源2连接的连接端起规定范围的部分。电源连接部244a以使正极端子241从电源连接部244a的一端露出的方式覆盖正极端子241。由此,能将正极端子241和直流电源2的正极电连接。电源连接部244b以使负极端子242从电源连接部244b的一端露出的方式覆盖负极端子242。由此,能将负极端子242和直流电源2的负极电连接。

电源连接部244a、244b分别呈大致圆柱状并且在Y方向上连接成一个。由此,罩壳243的外表面与通孔216a对应并呈大致8字形。在电源连接部244a、244b的前端部分配置于通孔216a的状态下,在电源连接部244a、244b的外表面与壳体210中的通孔216a的壁面之间配置有未图示的密封构件,从而形成防水密封部。

母线固定部245在X方向上与电源连接部244a、244b相连,且整体收容于壳体210内。母线固定部245是供一部分母线280固定的部分,并具有平坦的装设面以容易固定母线280。在本例中,具有供后述的VL母线281固定的装设面245a和供N母线282固定的装设面245b。母线固定部245呈大致长方体状,并在Z方向上在同侧设有装设面245a、245b。装设面245a、245b在Y方向上排列,并且设置成使Z方向的位置错开。即,母线固定部245的母线280的固定面侧呈台阶形状。装设面245b设置成比装设面245a远离盖220的底壁221。装设面245a、245b均位于比热交换部233的一面233a靠近盖220的位置。

输出端子台250具有:与电源模块110连接的多个端子251;保持上述端子的罩壳252;以及用于将输出端子台250固定于壳体210内的支承部253。端子251也可以由一个导电构件(例如母线)构成,也可以由电连接的多个导电构件构成。输出端子台250配置于侧壁214旁边。输出端子台250与侧壁214的几乎整个区域相对。输出端子台250配置于由侧壁212、213、214形成的区域。输出端子台250设置成在Y方向上与上级的电源模块110、热交换部233、下级的电源模块110相对。即,上级和下级的电源模块110各自的至少一部分在从Y方向投影观察时与输出端子台250重叠。此外,在输出端子台250的旁边配置有电源模块110。由此,能缩短端子251和输出母线150的配线长度。

在本例中,输出端子台250与电源模块110的个数对应地,具有八个端子251。八个端子中,两个端子与构成转换器6的两个电源模块110对应,其余六个端子与构成逆变器7、8的六个电源模块110对应。与转换器6对应的端子251例如作为将电抗器260和电源模块110连接的端子发挥作用。此外,也可以作为用于监控后述的IL电流的端子发挥作用。与逆变器7、8对应的端子251作为用于对作为负载的电动发电机3、4输出期望的交流电压的端子发挥作用。因此,和输出母线150一起相当于图1所示的输出配线15。

使用电绝缘材料例如树脂材料来形成罩壳252。在本例中,由树脂材料构成的罩壳252与端子251一体地成型。罩壳252呈X方向为长度方向的大致长方体形状。罩壳252(输出端子台250)经由分别配置于Y方向两端的支承部253固定于壳体210。在罩壳252封入有未图示的电流传感器。设于与转换器6对应的端子251的电流传感器对流过升压配线14的电流(IL电流)进行检测。设于与逆变器7、8对应的端子251的电流传感器检测相电流。电流传感器的检测信号经由母线等导电构件向控制基板290输出。当将电流传感器设于电源模块110(输出母线150)时,不必在罩壳252设置电流传感器。

端子251具有第一连接部251a和第二连接部251b。在Y方向上,第一连接部251a从罩壳252的一面突出,第二连接部251b在与一面相反的背面露出。第一连接部251a和第二连接部251b在罩壳252的内部电连接。

第一连接部251a从罩壳252的一面突出,在Y方向上延伸。在第一连接部251a连接有电源模块110的输出母线150(窄幅部152)。罩壳252在电源模块110侧的一面具有突起部252a。罩壳252具有五个突起部252a。突起部252a在Z方向上具有规定的高度地向Y方向突出。第一连接部251a从突起部252a突出。

与上级的输出母线150连接的第一连接部251a分别从侧壁213侧设于四个突起部252a。与下级的输出母线150连接的第一连接部251a分别从侧壁214侧设于四个突起部252a。在最靠近侧壁213的突起部252a仅设有与上级的输出母线150,具体为与逆变器7的U相的输出母线150对应的第一连接部251a。在最靠近侧壁212的突起部252a仅设有与下级的输出母线150,具体为与转换器6b的输出母线150对应的第一连接部251a。

第二连接部251b在罩壳252中从与第一连接部251a相反的面即与侧壁214相对的面露出。八个第二连接部251b中,Y方向上的侧壁213侧的六个第二连接部251b与构成逆变器7、8的各相的输出母线150电连接。上述第二连接部251b面向设于侧壁214的开口部218。由此,能通过开口部218与电动发电机3、4的三相绕组电连接。其余两个即侧壁212侧的两个第二连接部251b可以用作例如检测IL电流的电流传感器的输出部。在壳体210中的开口部218的周围和输出端子台250相对的部分夹着未图示的密封构件,从而形成防水密封部。

电抗器260构成转换器6的电抗器R1、R2。电抗器260配置于热交换部233的两个臂中的与电源模块110不同的臂。在本例中,具有两个电抗器260,一个构成电抗器R1,其余一个构成电抗器R2。R1侧的电抗器260配置于热交换部233的一面233a上,R2侧的电抗器260配置于背面233b上。电抗器260通过螺栓紧固等固定于热交换部233。R1侧的电抗器260和R2侧的电抗器260在从Z方向投影观察时为基本一致的配置。电抗器260在X方向上和电容器单元270并排配置。电抗器260配置于侧壁212侧。在Y方向上,在电抗器260和电容器单元270与输出端子台250之间配置有电源模块110。

电抗器260分别具有第一端子261和第二端子262作为外部连接端子。第一端子261是与直流电源2的正极和滤波电容器C3的正极电连接的端子。第二端子262是与构成转换器6的电源模块110的输出母线150电连接的端子。电抗器260的主体部呈Y方向为长边的俯视大致长方形。此外,第一端子261和第二端子262从与侧壁212相对的长边以板厚方向为Y方向地突出。

电容器单元270构成平滑电容器C2和滤波电容器C3。电容器单元270将例如滤波电容器收容于壳体内。电容器单元270配置于热交换部233的两个臂中的与电抗器260相同的臂。电容器单元270通过螺栓紧固等固定于热交换部233。

在本例中,电容器单元270分别配置于热交换部233的一面233a和背面233b。以下,也将一面233a侧称为上级,将背面233b称为下级。在上级侧的电容器单元270设有平滑电容器C2的一部分和滤波电容器C3,在下级侧的电容器单元270设有平滑电容器C2。上级侧的电容器单元270和下级侧的电容器单元270在从Z方向投影观察时为基本一致的配置。电容器单元270相对于电抗器260配置于侧壁213侧。

电容器单元270具有正极端子271和负极端子272作为外部连接端子。正极端子271是与VH线12H电连接的端子。负极端子272是与N线13电连接的端子。电容器单元270呈X方向为长度方向的俯视大致长方形。此外,正极端子271和负极端子272从与侧壁214相对的长边的中央部分以板厚方向为Z方向地突出。正极端子271和负极端子272与电源模块110的共用配线部132、142从在Y方向上相互面对的面突出。正极端子271和负极端子272与电源模块110的共用配线部132、142在Y方向上以互相靠近的方式延伸。此外,正极端子271和负极端子272在Z方向上互相相对。由此,能减小主电路配线的电感。

如图42和图43所示,正极端子271和负极端子272在Z方向上配置于比电源模块110的共用配线部132、142远离热交换部233的位置。具体地,在上级中,从靠近热交换部233的一面233a的一侧起依次配置N母线140的共用配线部142、P母线130的共用配线部132、负极端子272、以及正极端子271。对于下级也相同地,从靠近热交换部233的背面233b的一侧起依次配置N母线140的共用配线部142、P母线130的共用配线部132、负极端子272、以及正极端子271。

除了正极端子271和负极端子272之外,电容器单元270还具有未图示的外部连接端子。该外部连接端子是与VL线12L电连接的端子。

母线280将构成电力转换装置5的其他元件之间电连接。母线280通过对铜等导电性优异的金属板材加工、例如冲压加工而形成。母线280具有VL母线281、N母线282、IL母线283以及VH母线284。各母线280收容于壳体210内。

VL母线281构成VL线12L。VL母线281将输入端子台240的正极端子241和电抗器260连接,并且将正极端子241和电容器单元270连接。VL母线281如图36所示,以使板厚方向大致平行于Z方向的方式配置于输入端子台240的装设面245a。VL母线281在上述配置状态下,通过螺栓紧固与正极端子241电连接。VL母线281分支成多个。

分支后的一个VL母线281相对于固定到输入端子台240的固定部分以使板厚方向为X方向的方式弯曲,并与R1侧的电抗器260的第一端子261连接。分支后的另一个VL母线281具有:从固定到输入端子台240的固定部分沿着R1侧的电抗器260的长边向侧壁215侧延伸的Y方向延伸部;以及在R1侧的电抗器260的短边与侧壁215之间沿X方向延伸并与电容器单元270连接的X方向延伸部。Y方向延伸部在与X方向延伸部的边界的近前处具有弯曲部分,通过该弯曲部使板厚方向切换为X方向。X方向延伸部的板厚方向与Y方向大致平行。分支后的其他VL母线281从Y方向延伸部的弯曲部分向Z方向的底壁211侧延伸,并与R2侧的电抗器260的第一端子261连接。

N母线282构成N线13。N母线282如图35和36所示,以使板厚方向大致平行于Z方向的方式配置于输入端子台240的装设面245b。N母线282在上述配置状态下,通过螺栓紧固与负极端子242电连接。N母线282如图37和图41所示,从固定到输入端子台240的固定部分使板厚方向相同地向Y方向的侧壁214侧延伸。接着,N母线282在从Z方向投影观察时与热交换部233的缺口部235重叠的区域中,以使板厚方向大致平行于Y方向的方式弯曲。

N母线282中的使板厚方向大致平行于Y方向的弯曲部如图37所示,在X方向上延伸到比构成转换器6a、6b的电源模块110的共用配线部142(N母线140)靠近侧壁212的位置。N母线282的弯曲部延伸到比构成逆变器7、8的U相的电源模块110的共用配线部142(N母线140)靠近侧壁213的位置。N母线282的弯曲部如图42和图43所示,在Z方向上设置于从上级的负极端子272到下级的负极端子272之间。这样,N母线282在Z方向上具有规定宽度地在X方向上延伸。

此外,在N母线282的弯曲部连接有电容器单元270的负极端子272的每一个和电源模块110的共用配线部142的每一个。这样,在从Z方向投影观察时与缺口部235重叠的区域中,N母线282与电容器单元270和电源模块110连接。即,N线13与平滑电容器C2、滤波电容器C3以及各上下臂电路10的共用配线11N连接。

IL母线283构成升压配线14。IL母线283将电抗器260的第二端子262和构成转换器6的电源模块110的输出母线150连接。在本例中,如图30所示,包括两个IL母线283。一个IL母线283在一面233a侧将R1侧的电抗器260的第二端子262和构成转换器6a的电源模块110的输出母线150连接。另一个IL母线283在背面233b侧将R2侧的电抗器260的第二端子262和构成转换器6b的电源模块110的输出母线150连接。

IL母线283至少具有:从与第二端子262连接的连接部分向电源模块110侧延伸的第一延伸部;相对于第一延伸部弯曲并向Y方向的侧壁212侧延伸的第二延伸部;以及从第二延伸部沿着侧壁212向侧壁214侧延伸的第三延伸部。IL母线283既可以直接和输出母线150连接,也可以经由端子251与输出母线150连接。

VH母线284构成VH线12H。如图37等所示,VH母线284配置于从Z方向投影观察时与缺口部235重叠的区域。VH母线284以使板厚方向大致平行于Y方向的方式,配置于与缺口部235重叠的区域。如图37所示,VH母线284在X方向上延伸到比构成转换器6a、6b的电源模块110的共用配线部132(P母线130)靠近侧壁212的位置。VH母线284延伸到比构成逆变器7、8的U相的电源模块110的共用配线部132(P母线130)靠近侧壁213的位置。如图42和图43所示,VH母线284在Z方向上设置于从上级的正极端子271到下级的正极端子271之间。这样,VH母线284在Z方向上具有规定宽度地在X方向上延伸。

此外,在VH母线284连接有电容器单元270的正极端子271的每一个和电源模块110的共用配线部132的每一个。这样,在从Z方向投影观察时与缺口部235重叠的区域中,VH母线284与电容器单元270和电源模块110连接。即,VH线12H与平滑电容器C2、各上下臂电路10的共用配线11P连接。

在本例中,从Y方向投影观察时,VH母线284内置有N母线282的弯曲部。即,N母线282的弯曲部整体在Y方向上与VH母线284相对。由此,能减小主电路配线的电感。在Y方向上,N母线282的弯曲部配置于电抗器260和电容器单元270侧,VH母线284配置于电源模块110侧。因此,在电源模块110中,共用配线部142的从侧面183突出的长度比共用配线部132长。此外,在电容器单元270中,正极端子271比负极端子272长。

在控制基板290上形成有控制电路部9。控制基板290是通过在印刷基板安装有电子部件形成的。控制基板290包括微型计算机作为电子部件。连接器291也安装于控制基板290。控制电路部9通过连接器291与上级ECU等电连接。上述连接器291也被称为低压连接器。

控制基板290(印刷基板)呈X方向为长度方向的俯视大致长方形。在X方向上,控制基板290是与从侧壁212的内表面到侧壁213的内表面的长度相比基本相同或者稍短的长度。控制基板290在Y方向上向侧壁214侧偏移地配置。控制基板290设置成在Y方向上与输出端子台250、电源模块110以及热交换部233的缺口部235重叠,且与电抗器260和电容器单元270不重叠。如图44等所示,控制基板290收容于盖220。

连接器291安装于X方向的端部,具体安装于侧壁213侧的端部附近。连接器291插入安装于控制基板290。连接器291在组装好壳体210和盖220的状态下,从在凹部227与壳体210之间形成的开口部突出。在连接器291的罩壳与壳体210、盖220相对的部分夹着未图示的密封构件,从而形成防水密封部。

在控制基板290连接有电源模块110的外部连接端子170。外部连接端子170插入安装于控制基板290。如图37所示,外部连接端子170在从Z方向投影观察时与缺口部235重叠的区域安装于控制基板290。即,外部连接端子170安装于Y方向的一端侧,具体安装于侧壁215侧的端部附近。如图34和图37等所示,电源模块110的外部连接端子170从侧面183向Y方向突出,以大致90度的角度弯曲并向盖220的底壁221侧延伸。即,从侧面183突出的部分呈大致L字形。由于控制基板290配置于盖220侧,因此下级的电源模块110的外部连接端子170的延伸长度比上级的电源模块110的外部连接端子170的延伸长度长。下级的外部连接端子170插通缺口部235。下级的外部连接端子170的弯曲部分位于比上级的外部连接端子170的弯曲部分靠近电抗器260、电容器单元270的位置,以使上级、下级的外部连接端子170彼此不会发生干涉。由此,在控制基板290中,外部连接端子170的安装位置在Y方向上为两级。基板端部侧是下级的安装位置。

接着,基于图45和图46对冷却结构进行说明。图45是表示冷却器和电源模块、电抗器以及电容器单元的配置的示意图。图46是示出了流路的示意性剖视图。在图46中,为了方便,将电源模块110包括的半导体装置20设为一个。

如图45所示,冷却器230的热交换部233俯视呈大致U字形。在热交换部233的U字形的一方的臂233c配置有电源模块110。此外,在另一个臂233d配置有电抗器260和电容器单元270。臂233c的X方向上的长度比臂233d的X方向上的长度长,臂233d的Y方向上的长度比臂233c的Y方向上的长度长。在各臂233c、233d中,X方向为长度方向。冷却器230的热交换部233在内部具有流路234。除了缺口部235之外,热交换部233还在内部具有分隔部237、238。

分隔部237设于臂233c。分隔部237在X方向上延伸,并将臂233c内的流路234在Y方向上划分为两个区域。分隔部237将流路234划分成与供给管231的流路相连的上游侧区域234a;以及与排出管232的流路相连的下游侧区域234b。供给管231相对于热交换部233在与U字形的两端相反的一侧与热交换部233连接。在臂233c处,上游侧区域234a和下游侧区域234b在X方向上延伸。上游侧区域234a在一端与供给管231的流路相连,而另一端在臂233c的前端侧为终点。下游侧区域234b在臂233c的前端侧为终点,而另一端与臂233d侧相连。在臂233c中,上游侧区域234a与下游侧区域234b相比,Y方向的长度即宽度更宽。

分隔部238设于臂233d。分隔部238从U字形的与两端相反的一侧的壁面向X方向延伸。通过设置分隔部238,使臂233d内的流路234(下游侧区域234b)成为折返结构。排出管232相对于热交换部233在与U字形的两端相反的一侧与热交换部233连接。排出管232的流路与折返结构的终端即流路234的终端相连。这样,由于在臂233d中采用了使用分隔部238的流路234(下游侧区域234b)的折返结构,因此能抑制制冷剂在臂233d内的流路234内偏移地流动,并且有效地冷却电抗器260和电容器单元270。

在臂233c、233d之间设有缺口部235。缺口部235与分隔部238相同地发挥作用。通过缺口部235和分隔部238使流路234的下游侧区域234b呈蜿蜒形状。这样,通过采用蜿蜒形状,能冷却在X方向上排列的所有电源模块110,并且也有效地冷却电抗器260、电容器单元270。此外,由于电抗器260和电容器单元270隔着缺口部235与电源模块110相对,因此能有效地冷却并且简化包括了母线280的连接结构。

多个电源模块110在臂233c上从供给管231侧起按照构成逆变器7、8的U相、V相、W相、转换器6的顺序配置。具体地,多个电源模块110在一面233a上从供给管231侧起按照构成逆变器7的U相、V相、W相、转换器6a的顺序配置。此外,多个电源模块110在背面233b上从供给管231侧起按照构成逆变器8的U相、V相、W相、转换器6b的顺序配置。多个电源模块110沿着臂233c中制冷剂的流动方向并排配置。在图45中,用实线箭头表示制冷剂的流动。

此外,电抗器260和电容器单元270在臂233d上沿X方向并排配置。具体地,在一面233a上从排出管232侧起依次配置电容器单元270、R1侧的电抗器260。此外,在背面233b上从排出管232侧起依次配置电容器单元270、R2侧的电抗器260。

在本例中,电源模块110具有冷却器120。电源模块110呈图22所示的结构。即,从保护构件180的一面181侧起依次配置电容器C1、第一级的热交换部123、半导体装置20、第二级的热交换部123、驱动基板160。如图46所示,上游侧区域234a和下游侧区域234b经由电源模块110的流路126连通。通过流路234的上游侧区域234a、流路126以及流路234的下游侧区域234b形成一个流路。因此,在流路126、234中流过相同的制冷剂。

电源模块110分别配置于热交换部233的一面233a和背面233b。电源模块110包括的冷却器120的供给管121和排出管122从保护构件180的一面181向Z方向突出。在热交换部233的一面233a侧和背面233b侧,针对各电源模块110设有用于安装供给管121和排出管122的通孔233e、233f。

在本例中,供给管121插入与上游侧区域234a相连的通孔233e,在供给管121的流路与流路234(上游侧区域234a)相连的状态下,使供给管121和热交换部233连接。供给管121和热交换部233的连接部通过环状的弹性构件(例如O形环)、固化前为液态的密封材料以及焊接等液密地密封。同样地,排出管122插入与下游侧区域234b相连的通孔233f,在排出管122的流路与流路234(下游侧区域234b)相连的状态下,使排出管122和热交换部233连接。排出管122和热交换部233的连接部也被液密地密封。

通过上述结构,使制冷剂如下所示地流动。从冷却器230的供给管231供给到流路234的制冷剂如图45所示,在上游侧区域234a中朝向臂233c的前端(U字形前端)流动。接着,制冷剂从上游侧区域234a通过电源模块110的流路126向下游侧区域234b流动。由此,冷却电源模块110的元件例如半导体装置20和电容器C1。

具体地,制冷剂从上游侧区域234a通过供给管121分别向两级的热交换部123流动,并从排出管122向下游侧区域234b排出。供给管121和排出管122相对于俯视大致矩形形状的热交换部123设于对角位置处。此外,供给管121在X方向上处于比排出管122靠近供给管231的位置。因此,制冷剂如图45和图46的虚线箭头所示,在热交换部123内的流路126中流动。

从流路126流入下游侧区域234b的制冷剂从臂233c的部分绕过缺口部235,向臂233d侧流动。接着,在下游侧区域234b中沿着分隔部238流动,在臂233d的前端侧折返并从排出管232排出。这样,通过在臂233d侧,使制冷剂在流路234中流动,从而冷却电抗器260和电容器单元270。

接着,对本实施方式的电力转换装置5的效果进行说明。

电力转换装置5包括冷却器230以及构成电力转换部的多个电源模块110。各电源模块110不仅具有构成上下臂电路10的半导体装置20,还具有与上下臂电路10并联连接的电容器C1。这样,针对各电源模块110换言之针对各上下臂电路10具有电容器C1。此外,在电源模块110中,将半导体装置20和电容器C1在Z方向上并排配置。

此外,将上述结构的电源模块110配置于冷却器230(热交换部233)的一面233a和背面233b这两面。配置于各个面的电源模块110被冷却器230冷却。因此,能冷却半导体装置20并且使电力转换装置5的体格在与Z方向正交的方向上小型化。此外,与在冷却器的一面配置半导体装置、在背面配置电容器并将半导体装置和电容器并联连接的结构相比,可以在半导体装置的附近配置电容器。因此,能使连接半导体装置和电容器的配线的电感减少,进而抑制电涌电压。

此外,在冷却器230中,热交换部233的Z方向的长度即厚度比与Z方向正交的X方向的最小长度、Y方向的最小长度短。这样,冷却器230呈厚度较薄的扁平形状。因此,难以在流路234内在厚度方向上产生制冷剂的温度分布,具体地难以在一面233a侧的表层和背面233b侧的表层处产生温度差。由此,能有效地冷却配置于两面的各电源模块110。

此外,电源模块110还包括冷却器120。冷却器120的流路126以使制冷剂从冷却器230的流路234经由流路126回到流路234的方式与流路234连结。这样,能使制冷剂从冷却器230流入电源模块110内的冷却器120,从而在电源模块110内冷却半导体装置20。半导体装置20配置于冷却器120的一面。冷却器120配置成比冷却器230靠近半导体装置20。因此,能够有效地冷却半导体装置20。此外,在冷却器120中,在与半导体装置20相反的一侧配置有电容器C1。因此,还能有效地冷却电容器C1。另外,冷却器230相当于第一冷却器、流路234相当于第一流路、冷却器120相当于第二冷却器、流路126相当于第二流路。

此外,冷却器230的流路234被划分成上游侧区域234a和下游侧区域234b。此外,电源模块110的流路126将上游侧区域234a和下游侧区域234b连接。由此,使制冷剂容易流入冷却器120的流路126一侧。因此,能更有效地冷却半导体装置20、电容器C1。

另外,也可以像图47所示的其他例那样,对于具有没有被划分的流路234的热交换部233配置电源模块110,并连接流路126。图47和图46对应。然而,考虑到电源模块110的体格,在制冷剂的流动方向上,使流路126的截面积比流路234小。冷却器230的流路234是多个电源模块110共用的主流路,冷却器120的流路126是副流路。因此,优选采用如本例所示那样,使制冷剂容易流入冷却器120侧的结构。

例如虽然省略了图示,但是也可以是冷却器230具有将上游侧区域234a和下游侧区域234b连接的连结区域,并使该连结区域的截面积比上游侧区域234a、下游侧区域234b小。由于具有连结区域,因此提高了从上游侧区域234a流入下游侧区域234b的阻力,从而容易流入冷却器120侧。然而,本例示出的方式更有效。

此外,冷却器120的热交换部123为两级配置。即,冷却器120在Z方向上分支成两级。冷却器120(热交换部123)例如设置有内翅片等,使导热系数比冷却器230(热交换部233)高。此外,通过两级的热交换部123夹持半导体装置20,对于热交换部123的两级中的至少一级,在与半导体装置20相反的一侧配置有电容器C1。由此,能通过两级的热交换部123从Z方向上的两面侧冷却半导体装置20。因此,能够更加有效地冷却半导体装置20。此外,能通过热交换部123来冷却电容器C1。尤其在本例中,在靠近冷却器230的第一级的热交换部123与热交换部233之间配置有电容器C1。因此,能有效地冷却电容器C1。

此外,电容器C1相对于热交换部123的两级中的一级配置于与半导体装置20相反的一侧,驱动基板160相对于热交换部123的两级中的另一级配置于与半导体装置20相反的一侧。此外,在驱动基板160连接有半导体装置20的信号端子80。由此,能使与Z方向正交的方向上的体格小型化并且冷却驱动基板160。此外,能缩短信号端子80。由于能以短距离将半导体装置20和驱动基板160连接,因此能抑制开关元件Q1、Q2的接通断开时刻的延迟。此外,能提高抗噪声性。

此外,电力转换装置5包括构成逆变器7、8的多个电源模块110和具备平滑电容器C2的电容器单元270。此外,平滑电容器C2的电容比各电源模块110包括的电容器C1的电容大。这样,由于和电容器C1分开地包括平滑电容器C2,因此电容器C1只要具有供给在切换构成并联连接的上下臂电路10的开关元件Q1、Q2时所需的电荷的作用即可。因此,能缩小电容器C1的体格。此外,由于包括平滑电容器C2,因此能抑制直流电压的波动。尤其在本例中,电容器C1和上下臂电路10经由共用配线11P、11N与作为电力线的VH线12H和N线13连接。具体地,电容器C1和上下臂电路10经由共用配线部132、142与VH母线284和N母线282连接。因此,还能抑制电涌电压。另外,电容器C1相当于第一电容器,平滑电容器C2相当于第二电容器。

此外,构成平滑电容器C2的电容器单元270分别配置于冷却器230的热交换部233的两面。这样,在Z方向上,在电容器270之间配置有冷却器230。因此,能使体格在与Z方向正交的方向上小型化,并且能有效地冷却包括平滑电容器C2的电容器单元270。

此外,冷却器230具有缺口部235,该缺口部235对配置有电源模块110的区域和配置有包括平滑电容器C2的电容器单元270的区域进行划分。由此,能在热交换部233的两面配置电源模块110和电容器单元270,并且使构成N线13的N母线282、构成VH线12H的VH母线284与电源模块110、电容器单元270的连接简化。由此,也能减小主电路配线的电感。此外,能简化电源模块110与控制基板290的连接,例如以短距离将它们连接。

此外,电力转换装置5包括构成转换器6的电抗器260和电源模块110。此外,电抗器260和电容器单元270在与Z方向正交的一方向上并排配置。这样,电抗器260和电容器单元270配置于彼此附近。由此,能使电力转换装置5的体格小型化。此外,能缩短VL母线281,由此减少铜损。

此外,电抗器260和电容器单元270在多个电源模块110的排列方向即X方向上并排配置。通过如上所述地使排列方向一致,能使电力转换装置5的体格小型化。此外,在Y方向上,电抗器260和电容器单元270与电源模块110相对。各个电源模块110在从Y方向投影观察时与电抗器260和电容器单元270的至少一方重叠。能缩短电源模块110与电抗器260、电容器单元270之间的距离,并能缩短从电源模块110经由IL母线283、N母线282和VH母线284到电容器单元270的连接距离。由此,能减少铜损。

此外,采用包括多个电抗器R1、R2的多相转换器作为转换器6。此外,R1侧的电抗器260配置于热交换部233的一面233a上,R2侧的电抗器260配置于背面233b上。即,在冷却器230的两面配置有电抗器260。因此,能使与Z方向正交的方向上的体格小型化并且有效地冷却电抗器260。

此外,电源模块110配置于流路234的上游侧,电抗器260和电容器单元270配置于流路234的比电源模块110靠近下游侧的位置。由此,不仅能有效地冷却电源模块110,还能有效地冷却电抗器260、电容器单元270。此外,能通过比每单位时间的温度变化较小的电抗器260和电容器单元270温度低的制冷剂来有效地冷却每单位时间的温度变化较大的电源模块110、具体为有效地冷却形成有开关元件Q1、Q2的半导体芯片40。

另外,应用于电力转换装置5的电源模块110不限定于本例所示的结构。例如也可以采用包括二合一型封装结构的半导体装置20的电源模块110。此外,也可以对主端子70的配置采用除了示例之外的结构。

虽然示出了在电源模块110中,将半导体装置20配置于两级的热交换部123之间的例子,但是不限定于此。也可以将电容器C1配置于两级的热交换部123之间,将半导体装置20配置于热交换部233与第一级的热交换部123之间。然而,当构成为在与冷却器230之间夹持保护构件180时,优选在两级的热交换部123之间冷却每单位时间的温度变化较大的半导体装置20。

多个电源模块110的配置不限定于上述示例。例如在图48所示的另一例中,将构成逆变器7的一部分电源模块110配置于热交换部233的一面233a上,将其余电源模块110配置于背面233b上,此外,将构成逆变器8的一部分电源模块110配置于热交换部233的一面233a上,将其余电源模块110配置于背面233b上。具体地,在一面233a上配置构成转换器6a、逆变器7的U相和V相、逆变器8的W相的四个电源模块110。在背面233b上配置构成转换器6b、逆变器7的W相、逆变器8的U相和V相的四个电源模块110。

虽然示出了在电源模块110中,将半导体装置20设于冷却器230一侧的例子,但是不限定于此。也可以将电容器C1配置于热交换部123、233之间。然而,优选在热交换部123、233之间冷却每单位时间的温度变化较大的半导体装置20。

也可以不经由输出端子台250的端子251而直接将构成转换器6的电源模块110的输出母线150和IL母线283连接。即,也可以在输出端子台250设置逆变器7、8用的端子251。

(第二实施方式)

本实施方式可以参照先前实施方式。因此,对于与先前实施方式所示的驱动系统1、电力转换装置5、半导体装置20、以及电源模块110共用的部分,省略说明。

如图49所示,在本实施方式中,在电源模块110包括的冷却器120中,热交换部123为一级配置。图49和图46对应。在本实施方式中,也在冷却器230的热交换部233中的一面233a和背面233b这两面配置电源模块110。此外,半导体装置20配置于热交换部123、233之间,与半导体装置20并联连接的电容器C1相对于热交换部123配置于与半导体装置20相反的一侧。此外,电源模块110构成为不包括驱动基板160。除此之外的结构与先前实施方式(例如参照图46)相同。

这样,在本实施方式中,也将半导体装置20和电容器C1在Z方向上并排配置。此外,将上述结构的电源模块110配置于冷却器230(热交换部233)的一面233a和背面233b这两面。因此,能冷却半导体装置20并且使电力转换装置5的体格在与Z方向正交的方向上小型化。

此外,在相同的电源模块110中,半导体装置20配置成比电容器C1靠近热交换部233。因此,能通过冷却器230的热交换部233有效地冷却半导体装置20。

此外,与先前实施方式相同,冷却器230(热交换部233)呈厚度较薄的扁平形状。由于难以在Z方向上产生制冷剂的温度差,因此能有效地冷却配置于两面的各电源模块110。

此外,半导体装置20配置于热交换部123、233之间。因此,能通过热交换部123、233从Z方向上的两面侧冷却半导体装置20。由此,能够更加有效地冷却半导体装置20。也能通过热交换部123冷却电容器C1。

另外,热交换部233不特别限定于图49所示的结构。例如也可以采用如图47所示,具有没有被划分的流路234的结构、具有连结区域的结构。

虽然示出了在电源模块110中,将半导体装置20设于冷却器230侧的例子,但是不限定于此。也可以将电容器C1配置于热交换部123、233之间。然而,优选在热交换部123、233之间冷却每单位时间的温度变化较大的半导体装置20。

(第三实施方式)

本实施方式可以参照先前实施方式。因此,对于与先前实施方式所示的驱动系统1、电力转换装置5、半导体装置20、以及电源模块110共用的部分,省略说明。

如图50所示,在本实施方式中,电源模块110不包括冷却器120和驱动基板160。在本实施方式中,也在冷却器230的热交换部233中的一面233a和背面233b这两面配置电源模块110。此外,半导体装置20配置于冷却器230侧。此外,冷却器230的热交换部233没有被划分成上游和下游。除此之外的结构与先前实施方式(例如参照图46)相同。

这样,在本实施方式中,也将半导体装置20和电容器C1在Z方向上并排配置。此外,将上述结构的电源模块110配置于冷却器230(热交换部233)的一面233a和背面233b这两面。因此,能冷却半导体装置20并且使电力转换装置5的体格在与Z方向正交的方向上小型化。

此外,在相同的电源模块110中,半导体装置20配置成比电容器C1靠近热交换部233。因此,能通过冷却器230的热交换部233有效地冷却半导体装置20。

此外,与先前实施方式相同,冷却器230(热交换部233)呈厚度较薄的扁平形状。由于难以在Z方向上产生制冷剂的温度差,因此能有效地冷却配置于两面的各电源模块110。

虽然示出了在电源模块110中,将半导体装置20设于冷却器230侧的例子,但是不限定于此。也可以将电容器C1设于冷却器230一侧。然而,优选将每单位时间的温度变化较大的半导体装置20设于冷却器230侧来进行冷却。

(第四实施方式)

本实施方式是以先前的实施方式为基础方式的变形例。在上述实施方式中,示出了除了电源模块110之外的发热体的一个面被热交换部233冷却的例子。代替于此,本实施方式中构成为发热体的多个面被热交换部233冷却。

如图51所示,在本实施方式的电力转换装置5中,也在组装壳体210和盖220而构成的外壳的内部空间收容有其他元件各自的至少一部分。冷却器230的大部分配置于壳体210内,一部分具体为供给管231和排出管232各自的一部分从壳体210向外部突出。图51中,简化电力转换装置5并示出。

使用铝等金属材料来形成热交换部233。热交换部233有时被称为冷却外壳。如图52和图53所示,热交换部233包括主体部2330和支承部2331。如图52~图56所示,在主体部2330设有流路234。在图53和图54中,为了方便,省略了栓部2343进行图示。在图55和图56中,为了方便,简单示出了电抗器260、电源模块110。

在主体部2330配置有所有电源模块110。电源模块110在主体部2330中分别配置于一面233a和背面233b。在本实施方式中,在主体部2330的一面233a侧配置有构成转换器6的元件。

具体地,配置有构成转换器6a、6b的两个电源模块110和两个电抗器260(R1、R2)。在一面233a侧配置有与配置于一面233a的电源模块110不同的发热体即电抗器260。在与背面233b相反的一侧配置有电抗器260。在主体部2330的背面233b侧配置有与逆变器7、8的各相对应的六个电源模块110。

主体部2330具有基部2330a、凸部2330b以及被插入部2330c。基部2330a呈X方向为长度方向的俯视大致长方形。凸部2330b从基部2330a向Z方向突出。凸部2330b在一面233a侧设于基部2330a的一部分。在主体部2330中,在基部2330a上设有凸部2330b的部分是厚壁部,在基部2330a上没有设置凸部2330b的部分是薄壁部。

凸部2330b也呈X方向为长度方向的俯视大致长方形。凸部2330b设置成包括基部2330a的四角之一。凸部2330b在X方向上向俯视呈大致长方形的基部2330a的两个短边中的一方偏移地设置。在X方向上,凸部2330b的一个侧面与基部2330a的一个侧面大致共面且相连,成为热交换部233的侧面233g。基部2330a的另一个侧面成为与侧面233g相反的侧面233h。凸部2330b在Y方向上向基部2330a的两个长边中的一方偏移地设置。凸部2330b的侧面的一部分和突出前端面成为一面233a的一部分。

被插入部2330c是设于主体部2330的凹部。在被插入部2330c插入配置有发热体的至少一部分。本实施方式的被插入部2330c是有底的孔部。被插入部2330c设于从Z方向俯视观察时与凸部2330b重叠的位置。被插入部2330c贯通凸部2330b,并到达基部2330a的中途。被插入部2330c也呈X方向为长度方向的俯视大致矩形形状。

在被插入部2330c插入配置有作为发热体的两个电抗器260。在本实施方式中,在一个被插入部2330c内,两个电抗器260(R1、R2)并排配置。在被插入部2330c内,电抗器260在X方向上排列。电抗器260均配置成长度方向为X方向。两个电抗器260呈互相基本相同的结构,并配置成从X方向投影观察时几乎整个区域互相重叠(重合)。

在Z方向上,电抗器260的大部分配置于被插入部2330c内,其余一部分从被插入部2330c突出。也可以是,电抗器260的配置于被插入部2330c内的部分的表面的一部分在与被插入部2330c的壁面之间具有间隙。也可以在该间隙配置未图示的热传导构件(例如热传导凝胶)。由此,与没有配置热传导构件的结构相比,能更加有效地冷却电抗器260。也可以根据需要使热传导构件具有电绝缘性。

构成转换器6的两个电源模块110如图52、图55等所示,在基部2330a中配置于没有设置凸部2330b的区域。电源模块110配置于两个电抗器260的排列方向的延长线上。两个电抗器260和两个电源模块110沿着X方向配置。在X方向上,一个电源模块110配置成在与凸部2330b之间具有微小的间隙。

配置于一面233a侧的电源模块110均俯视呈大致长方形。电源模块110配置成以Y方向为长度方向。电源模块110在Y方向上的一端侧具有输出母线150,并在另一端侧具有共用配线部132、142。

配置于背面233b侧的电源模块110也配置成以Y方向为长度方向。六个电源模块110以Y方向为长度方向,在X方向上并排配置。在配置于一面233a侧的电抗器260和电源模块110的正下方区域配置有六个电源模块110。

流路234被划分成上游侧区域234a和下游侧区域234b。上游侧区域234a和下游侧区域234b在配置于一面233a侧的电源模块110和电抗器260的排列方向上延伸。流路234从侧面233g朝向相反的侧面233h延伸。电抗器260在与排列方向正交的方向上配置于流路234的上游侧区域234a与下游侧区域234b之间。此外,电抗器260的一个侧面260a被在流路234的上游侧区域234a中流动的制冷剂冷却,与侧面260a相反的侧面260b被在下游侧区域234b中流动的制冷剂冷却。电抗器260被配置于两侧面260a、260b侧的热交换部233(主体部2330)夹持。

在本实施方式中,从Z方向俯视观察时,上游侧区域234a和下游侧区域234b以大致平行于电源模块110和电抗器260的排列方向即X方向的方式延伸。在Y方向上,在上游侧区域234a与下游侧区域234b之间配置有电抗器260。在上游侧区域234a与下游侧区域234b之间设有被插入部2330c。在Y方向上,上游侧区域234a设于支承部2331侧。

上游侧区域234a和下游侧区域234b分别具有延伸部2340和连接部2341、2342。延伸部2340沿着X方向延伸。延伸部2340包括第一延伸部2340a和第二延伸部2340b。上游侧区域234a的延伸部2340和下游侧区域234b的延伸部2340设于从Y方向投影观察时互相重叠的位置。换言之,在ZX平面上配置于相同的位置。

第一延伸部2340a设于凸部2330b。第一延伸部2340a的一端在侧面233g开口。在该开口端处,在上游侧区域234a中连接有供给管231,在下游侧区域234b中连接有排出管232。与开口端相反的端部是封闭的。也可以将第一延伸部2340a设置成在凸部2330b中的与侧面233g相反的侧面233i不开口。也可以将第一延伸部2340a设置成在侧面233i开口,并被后述的栓部2343封闭状态。对于其他封闭的部分也相同。

如图55所示,在凸部2330b中在夹着被插入部2330c的一方侧设有上游侧区域234a的第一延伸部2340a,在另一方侧设有下游侧区域234b的第一延伸部2340a。此外,在上游侧区域234a的第一延伸部2340a与下游侧区域234b的第一延伸部2340a之间配置有电抗器260。

第二延伸部2340b设于比第一延伸部2340a靠近背面233b的位置。第二延伸部2340b设于基部2330a。第二延伸部2340b设置成从Z方向投影观察时与第一延伸部2340a重叠。第二延伸部2340b的两端是封闭的。在本实施方式中,第二延伸部2340b在侧面233g开口,在X方向上延伸到侧面233h的近前。此外,侧面233g侧的端部被栓部2343封闭。第二延伸部2340b延伸到比配置于一面233a侧并靠近侧面233h的一侧的电源模块110靠近侧面233h的位置。第二延伸部2340b比第一延伸部2340a延伸得长。

如图55所示,在基部2330a中在夹着被插入部2330c的一方侧设有上游侧区域234a的第二延伸部2340b,在另一方侧设有下游侧区域234b的第二延伸部2340b。此外,在上游侧区域234a的第二延伸部2340b与下游侧区域234b的第二延伸部2340b之间配置有电抗器260。如图56等所示,在上游侧区域234a的第二延伸部2340b和下游侧区域234b的第二延伸部2340b的正上方配置有电源模块110。电源模块110配置成,从Z方向投影观察时,长度方向的一端侧与上游侧区域234a的第二延伸部2340b重叠,长度方向的另一端侧与下游侧区域234b的第二延伸部2340b重叠。

连接部2341将流路234的相同区域侧的不同延伸部2340彼此连结。连接部2341在Z方向上延伸。连接部2341包括第一连接部2341a和第二连接部2341b。上游侧区域234a的连接部2341和下游侧区域234b的连接部2341设于从Y方向投影观察时互相重叠的位置。换言之,在ZX平面上配置于相同的位置。连接部2341设于从Z方向投影观察时与延伸部2340重叠的位置。

第一连接部2341a设于第一延伸部2340a的开口端侧,第二连接部2341b设于第一延伸部2340a的封闭端侧。第一连接部2341a的一端在凸部2330b的突出前端面开口,并被栓部2343封闭。第一连接部2341a在一端侧与第一延伸部2340a连结,在另一端侧与第二延伸部2340b连结。对于第二连接部2341b也同样。

如图54所示,连接部2342是在流路234中与电源模块110包括的冷却器120的流路126连接的部分。连接部2342设置成与电源模块110分别对应。连接部2342设于与电源模块110的供给管121和排出管122重叠的位置。连接部2342在Z方向上延伸。连接部2342的一端在主体部2330的基部2330a的表面开口,另一端与第二延伸部2340b连结。与转换器6的电源模块110对应的连接部2342在一面233a开口。与逆变器7、8的电源模块对应的连接部2342在背面233b开口。

图53所示的双点划线的箭头和图54所示的实线的箭头表示制冷剂的流动。当从供给管231向流路234的上游侧区域234a导入制冷剂时,制冷剂按照第一延伸部230a→第一连接部2340a和第二连接部2340b→第二延伸部2340b→连接部2342→电源模块110的顺序流动。接着,在电源模块110内流动的制冷剂在下游侧区域234b中按照连接部2342→第二延伸部2340b→第一连接部2340a和第二连接部2340b→第一延伸部2340a的顺序流动,从排出管232排出。

支承部2331与主体部2330一体地相连。支承部2331从主体部2330向Y方向延伸。支承部2331从凸部2330b侧的长边向Y方向延伸。在支承部2331的一面233a和背面233b的至少一方配置有例如构成电力转换装置5的元件的一部分。在本实施方式中,配置有未图示的电容器单元270。电容器单元270配置于支承部2331的至少背面233b上,通过螺栓紧固等固定于支承部2331。电容器单元270被支承部2331冷却。

在本实施方式中,电源模块110和除了该电源模块110之外的发热体即电抗器260配置于冷却器230的热交换部233中的一面233a侧。电源模块110和电抗器260在X方向上并排配置。流路234的上游侧区域234a和下游侧区域234b在电源模块110和电抗器260的排列方向上延伸。电抗器260在与排列方向正交的方向上配置于流路234的上游侧区域234a与下游侧区域234b之间。此外,电抗器260的一个侧面260a被在上游侧区域234a中流动的制冷剂冷却,与侧面260a相反的侧面260b被在下游侧区域234b中流动的制冷剂冷却。

这样,由于在作为发热体的电抗器260的两侧面260a、260b侧设有流路234,因此能从两侧面260a、260b侧冷却电抗器260。因此,与从一个面冷却电抗器260的结构相比,能有效地冷却电抗器260。此外,当冷却性能相等时,与从一个面冷却的结构相比,能使体格在与Z方向正交的方向上小型化。

尤其在本实施方式中,上游侧区域234a和下游侧区域234b沿着X方向延伸。此外,如图53所示,配置于上游侧区域234a与下游侧区域234b之间的电抗器260的宽度W10比电源模块110的宽度W11窄。因此,能有效地冷却电抗器260并且尤其能使体格在Y方向上小型化。

在本实施方式中,在上游侧区域234a的第一延伸部2340a与下游侧区域234b的第一延伸部2340a之间配置有电抗器260。通过第一延伸部2340a夹持电抗器260。因此,能通过在第一延伸部2340a中流动的制冷剂从两侧面260a、260b侧有效地冷却电抗器260。此外,在上游侧区域234a的第二延伸部2340b与下游侧区域234b的第二延伸部2340b之间配置有电抗器260。通过第二延伸部2340b夹持电抗器260。因此,能通过在第二延伸部2340b中流动的制冷剂从两侧面260a、260b侧有效地冷却电抗器260。

另外,在热交换部233中,不仅流路234周边,远离流路234的部分也会被在流路234中流动的制冷剂冷却。因此,对于远离流路234的部分也能发挥热交换的作用。电抗器260还会被例如位于电抗器260的底面侧的主体部2330冷却。

在本实施方式中,在上游侧区域234a的第二延伸部2340b和下游侧区域234b的第二延伸部2340b的正上方配置有电源模块110。因此,能通过在第二延伸部2340b中流动的制冷剂有效地冷却电源模块110。

在本实施方式中,在主体部2330设有凸部2330b,在凸部2330b设有被插入部2330c。由此,能增大热交换部233和电抗器260的相对面积,尤其能增大热交换部233和侧面260a、260b的相对面积。因此,能抑制与Z方向正交的方向上的体格增大并且有效地冷却电抗器260。

在本实施方式中,在基部2330a设置被插入部2330c。由此,能将电抗器260配置成比配置于一面233a侧的电源模块110靠近背面233b。因此,能增大相对面积从而有效地冷却电抗器260,并且抑制Z方向的体格增大。

在本实施方式中,构成转换器6的电源模块110和电抗器260均配置于一面233a侧。因此,能简化电源模块110和电抗器260的连接结构,例如缩短连接距离(配线长度)。

流路234的上游侧区域234a和下游侧区域234b的结构不限定于示例。例如在图57所示的例子中,下游侧区域234b包括一个延伸部2340。延伸部2340具有:Z方向的宽度较宽的宽幅部2340c;以及与宽幅部2340c相连并且宽度比宽幅部2340c窄的窄幅部2340d。另外,上游侧区域234a也是相同的结构。

窄幅部2340d相当于第二延伸部2340b中的设于基部2330a的部分。宽幅部2340c是在主体部2330中去除了第一延伸部2340a、第二延伸部2340b、第一连接部2341a、第二连接部2341b之间的部分并一体化的结构。即,去除了划分出的部分而成为一个宽幅部2340c。由此,能进一步增加和电抗器260相对的流路234的面积,从而能高效地冷却电抗器260。

例如在图58所示的例子中,下游侧区域234b也包括一个延伸部2340。延伸部2340相当于第二延伸部2340b。上游侧区域234a也是相同的结构。由于通过延伸部2340夹持电抗器260,因此能从两侧面260a、260b冷却电抗器260。

虽然示出了上游侧区域234a和下游侧区域234b的结构相同的例子,但是不限定于此。即,也可以使上游侧区域234a和下游侧区域234b的结构不同。

虽然示出了热交换部233包括支承部2331的例子,但是也可以构成为不包括支承部2331。在这种情况下,电容器单元270也配置于主体部2330。在本实施方式中,在Y方向上,支承部2331与上游侧区域234a侧相连。由此,即使没有在支承部2331设置流路234,也能有效地冷却配置于支承部2331的元件。

也可以构成为热交换部233不具有凸部2330b。例如也可以构成为,主体部2330仅具有基部2330a,在基部2330a设有被插入部2330c。

被插入部2330c也可以仅设于凸部2330b。当在凸部2330b的突出前端面和一个侧面开口时,被插入部2330c被提供为缺口。

虽然作为发热体示出了电抗器260的例子,但是不限定于此。例如也可以如图59所示,从侧面270a、270b的两侧冷却作为发热体的电容器单元270。在图59中,为了方便,简单示出了电容器单元270。也可以将电抗器260和电容器单元270作为发热体。也可以将电抗器260、电容器单元270以及电源模块110沿着X方向配置成一排。

虽然示出了电源模块110和发热体配置于一面233a侧的例子,但是不限定于此。只要配置于一面233a和背面233b的至少一方即可。例如也可以配置于一面233a和背面233b这二者。

作为发热体,也可以采用除了构成转换器6的电源模块110之外的电源模块110,具体地采用构成逆变器7、8的电源模块110。即,也可以将发热量不同的电源模块作为发热体。也可以相对于构成逆变器7、8的电源模块110,将构成转换器6的电源模块110作为发热体。

也可以采用母线作为发热体。例如,也可以采用VL母线281、VH母线284。

虽然示出了划分出上游侧区域234a和下游侧区域234b的例子,但是不限定于此。例如也可以应用于上游侧区域234a和下游侧区域234b一体地相连的大致U字形的流路234。

在电力转换装置5中,也可以构成为使电源模块110的一部分插入冷却器230的流路234并浸渍于制冷剂。例如,也可以在Y方向上,仅使电源模块110的一部分浸渍。具体地,也可以构成为使从侧面184到半导体装置20和电容器C1的配置部分浸渍,而侧面183没有被浸渍。在这种情况下,对于输出母线150,只要以从侧面183突出的方式在保护构件180内拉绕即可。

虽然示出了电力转换装置5包括多相的转换器6、用于电动发电机3、4的逆变器7、8、平滑电容器C2以及滤波电容器C3的例子,但是不限定于此。电力转换装置5只要至少包括冷却器230、以及分别配置于冷却器230的两面并构成电力转换部的电源模块110即可。因此,也可以采用仅包括冷却器230和构成转换器6的电源模块110的结构、或者对该结构追加了电抗器260、IL母线283的结构。作为转换器6,不限定于多相,也可以是单层。此外,也可以是仅包括冷却器230和构成逆变器8的电源模块110的结构、或者对该结构追加了包括平滑电容器C2的电容器单元270、构成P线12的母线、N母线282的结构。也可以构成为通过使电容器C1也具有使直流电压平滑化的作用而不包括平滑电容器C2。在这种情况下,在三相逆变器中,各并联电路11的电容器C1的电容例如为300μF左右。

以上,例示了本发明的一方式的电力转换装置的实施方式、结构、形态,但是本发明的实施方式、结构、形态不限定于上述的各实施方式、各结构、各形态。例如,对于将不同的实施方式、结构、形态分别公开的技术部分适当组合而得到的实施方式、结构、形态,也包含于本公开的实施方式、结构、形态的范围。

相关技术
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06120112430733