电力转换单元

技术领域

本发明涉及一种电力转换单元。

背景技术

电力转换单元在框体内具有由逆变器构成的进行直流电力与交流电力的转换的电力转换模块。电力转换模块具有进行直流电力以及交流电力的输入输出的母线(第1母线)，第1母线和外部设备所具有的母线(第2母线)在作为连接座的接线柱处紧固。

例如，JP2016-92931A所公开的电力转换单元与作为电动机的外部设备成为一体而构成，电力转换模块的第1母线与外部设备的第2母线在由树脂构成的接线柱上紧固。而且，接线柱通过螺栓等固定于将电力转换单元与外部设备隔开的金属框体。

发明内容

根据JP2016-92931A的技术，为了确保在接线柱上固定的母线与和接线柱的下部固定的金属框体之间的绝缘性，需要使接线柱大型化，以使母线与金属框体之间的距离变得足够大。另外，在电力转换单元内需要用于通过螺栓等使接线柱与金属框体紧固的空间，存在电力转换单元大型化的课题。

本发明是为了解决这样的课题而发明的，其目的在于实现电力转换单元的小型化。

本发明的一个方式的电力转换单元具有：电力转换模块，其进行直流与交流的电力转换；第1母线，其与电力转换模块连接，进行电力的输入输出；框体，其收容电力转换模块；以及接线柱，其进行第1母线与连接于外部设备的第2母线的连接。接线柱以及框体的至少一部分成为一体而由树脂形成。

附图说明

图1是第1实施方式的电力转换单元的分解斜视图。

图2是电力转换单元的剖面图。

图3是对比例的电力转换单元的剖面图。

图4是第2实施方式的电力转换单元的剖面图。

图5A是第3实施方式的电力转换单元的一部分的斜视图。

图5B是电力转换单元的剖面图。

图5C是电力转换单元的剖面图。

图6是第4实施方式的电力转换单元的剖面图。

图7是对比例的电力转换单元的剖面图。

图8是第1变形例的电力转换单元的剖面图。

图9是第2变形例的电力转换单元的剖面图。

具体实施方式

在本发明的实施方式中对电力转换单元进行说明。

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的电力转换单元的分解斜视图。在该图中，将从图的左侧向右侧的方向称为x轴，将从图的右后侧向左前侧的方向称为y轴，将从图的下侧向上侧的方向称为z轴。

电力转换单元100与外部设备200一起构成一体型的单元。例如，如果外部设备200是电动机，则由电力转换单元100和外部设备200构成电动机单元。

电力转换单元100具有：电力转换模块10；第1母线20，其与电力转换模块10的端子连接；框体30，其收容电力转换模块10；接线柱40，其进行母线彼此的连接；第2母线50，其与外部设备200的端子连接；以及屏蔽件60，其抑制电力转换单元100与外部设备200之间的噪声。

电力转换模块10由逆变器构成，进行直流电力与交流电力的转换。例如，电力转换模块10将从电池(未图示)输入的直流电力转换为交流电力，将转换后的交流电力向外部设备200输出。此外，尽管在该图中记载了2个输出侧的母线，但作为输出侧也可以具有大于或等于3个的母线。电力转换模块10的端子通过第1螺栓21A、21B的紧固而与第1母线20A、20B连接。另外，电力转换模块10固定于框体30的底部31的上表面。

框体30由树脂制的底部31和金属制的箱部32构成。底部31例如由聚酰胺等工程塑料树脂构成。箱部32由铝等金属材料通过压铸而制造。箱部32以将在底部31上设置的电力转换模块10、接线柱40覆盖的方式固定于底部31。

接线柱40为树脂制，与框体30的底部31成为一体而构成。接线柱40将在其上与电力转换模块10连接的第1母线20A、20B和与外部设备200连接的第2母线50A、50B，通过基于第2螺栓51A、51B的紧固而连接。

第1母线20A、20B以及第2母线50A、50B是由韧铜等构成的板状的金属部件。第2母线50A、50B构成为具有弯曲部的L字形。另外，第1母线20A、20B以及第2母线50A、50B在两端附近设置有在通过螺栓进行紧固时供螺栓穿过的螺栓孔。

在电力转换模块10以及接线柱40设置有能够与第1螺栓21A、21B以及第2螺栓51A、51B螺合的螺合槽。

在第1母线20A、20B中，以穿过设置于图中左部的螺栓孔的方式设置的第1螺栓21A、21B与电力转换模块10的螺合槽螺合，由此，第1母线20A、20B被紧固于电力转换模块10。第1母线20A、20B的图右侧(x轴正方向侧)的端部与第2母线50A、50B的图左侧(x轴负方向侧)的端部以在两者设置的螺栓孔重叠的方式层叠。而且，使第2螺栓51A、51B穿过重叠配置的第1母线20A、20B的螺栓孔和第2母线50A、50B的螺栓孔，与接线柱40的螺合槽螺合。这样，第1母线20A、20B与第2母线50A、50B被紧固。

屏蔽件60是铁、铝等金属制的，通过将冲压方法和熔接适当组合而制造。屏蔽件60以将底部31的下表面覆盖的方式固定，遮断在电力转换模块10与外部设备200之间传播的噪声。在屏蔽件60设有开口61A、61B，第2母线50A、50B穿过开口61A、61B而到达外部设备200侧。

在外部设备200具有在上表面(z轴正方向侧的面)具有开口的凹部201。在凹部201内，第2母线50A、50B与外部设备200电连接。

图2是沿第1母线20A以及第2母线50A的电力转换单元100的xz平面的剖面图。

根据该图，L字形的第2母线50A穿过屏蔽件60的开口61A而延伸至外部设备200的凹部201内。而且，第2母线50A通过第3螺栓203与在凹部201内设置的连接端子202紧固且电连接。

作为对比例，对接线柱40和框体30的底部31分体形成的例子进行说明。

图3是对比例的电力转换单元100的xz平面的剖面图。接线柱40与底部31是分体的，底部31与箱部32同样地由金属构成。

如该图所示，接线柱40具有具备螺栓孔的凸缘41。而且，第4螺栓70穿过凸缘41的孔，与设于底部31的螺合槽螺合，由此，接线柱40被固定于底部31。通过形成这样的结构，电力转换单元100在x轴方向上以在通过第4螺栓70进行紧固中使用的凸缘41的宽度加长。

虽然未图示，但在电力转换模块10的输入侧也另外设置有接线柱。该接线柱与接线柱40以及底部31成为一体而由树脂构成。

根据这样构成的第1实施方式，能够得到下面的效果。

在第1实施方式的电力转换单元100中，与电力转换模块10连接的第1母线20A、20B和与外部设备200连接的第2母线50A、50B在接线柱40上连接。而且，接线柱40和框体30的底部31这两者成为一体而由树脂形成。

如图3所示的对比例所示，在底部31与接线柱40分体构成的情况下，为了将接线柱40固定于底部31，接线柱40必须具有在通过第4螺栓70进行的紧固中使用的凸缘41。因此，电力转换单元100的尺寸以凸缘41的宽度(x轴方向)变大。

与此相对，在本实施方式中，接线柱40与底部31成为一体而形成。因此，不需要如对比例那样对接线柱40与底部31进行紧固的结构即凸缘41，能够使电力转换单元100小型化。并且，由于不需要接线柱40的凸缘41中的通过第4螺栓70进行的紧固，因此通过结构的简化而能够降低部件成本以及制造成本。

另外，通过对底部31进行树脂化，与底部31是金属制的情况相比，在接线柱40上紧固的第1母线20A、20B以及第2母线50A、50B与底部31之间的距离变得足够大，可以不考虑绝缘性，因此能够使接线柱40小型化。另外，通过由树脂构成底部31，从而能够实现底部31的薄壁形成以及轻量化。

(第2实施方式)

在第1实施方式中，示出了接线柱40配置于相对于框体30的底部31设置电力转换模块10的一侧即底部31的上表面侧(z轴正方向侧)、且框体30的箱部32的内部的例子。在第2实施方式中，说明接线柱40配置于相对于底部31设置外部设备200的一侧即底部31的下表面侧(z轴负方向侧)、且箱部32的外部的例子。

图4是第2实施方式的电力转换单元100的xz平面的剖面图。

接线柱40在相对于底部31设置外部装置200的一侧(z轴负侧)与底部31成为一体而设置。而且，屏蔽件60的剖面具有与接线柱40大致相等的开口62。接线柱40穿过屏蔽件60的开口62，位于外部设备200的凹部201内。

另外，第1母线20A构成为具有弯曲部的L字形。在凹部201内，第1母线20A以及第2母线50A通过第2螺栓51与接线柱40紧固。

通过这样构成的第2实施方式能够得到下面的效果。

根据第2实施方式的电力转换单元100，电力转换模块10与接线柱40相对于底部31配置于彼此相反侧，即箱部32的外部。因此，与图2所示的第1实施方式相比，能够在底部31的厚度方向(z轴方向)的投影面中，将电力转换模块10与接线柱40在长度方向(x轴方向)上接近配置，因此能够实现电力转换单元100的小型化。

根据第2实施方式的电力转换单元100，在底部31的下表面(z轴负方向侧的面)设置的接线柱40在电力转换单元100与外部设备200的一体单元被构成的情况下，收容于外部设备200的凹部201。在组装这种一体单元的情况下，在将底部31与箱部32连接而构成了框体30的状态下，能够使用第2螺栓51将第1母线20与连接于外部设备200的第2母线50紧固。因此，在使电力转换单元100与外部设备200连接时，由于框体30已经组装，因此能够防止垃圾、灰尘等异物混入电力转换单元100内，并且操作变得容易，能够简化制造工序。

(第3实施方式)

在第1实施方式以及第2实施方式中，说明了在第1母线10A与第1母线10B之间以及在第2母线50A与第2母线50B之间不设置任何部件的例子。在第3实施方式中，对在两者之间设置由树脂构成的绝缘部件的例子进行说明。

图5A是第3实施方式的电力转换单元100的一部分的斜视图。

图5B是从y轴正方向侧观察电力转换单元100的图。

图5C是从x轴正方向侧观察电力转换单元100的图。

如这些图所示，在底部31的xy方向的面内的角部设置有在z轴方向上延伸的切口33。以与切口33的y轴方向的内表面共面的方式设置接线柱40。

第1母线20A通过将等宽度且具有弯曲部的板状部件在弯曲部折弯而构成，具有在x轴方向上延伸的第1母线20Ax、在y轴方向上延伸的第1母线20Ay、在z轴方向上延伸的第1母线20Az、以及在xz面方向上设置的第1母线紧固部20Af。在第1母线紧固部20Af设置有供第2螺栓51A穿过的螺栓孔。

第1母线20B具有在x轴方向上延伸的第1母线20Bx、在y轴方向上延伸的第1母线20By、在z轴方向上延伸的第1母线20Bz、以及在xz面方向上设置的第1母线紧固部20Bf。在第1母线紧固部20Bf设置有供第2螺栓51B穿过的孔。

第1母线紧固部20Af与第2母线50A通过第2螺栓51A紧固。另外，第1母线紧固部20Bf与第2母线50B通过第2螺栓51B紧固。

在第1母线20A与第1母线20B之间设置有壁部80。壁部80与底部31以及接线柱40成为一体而由树脂构成。壁部80具有在x轴方向上延伸的壁部80x、在y轴方向上延伸的壁部80y、和在z轴方向上延伸的壁部80z。

通过在x轴方向上延伸且在z轴方向上具有高度的壁部80x，使在y轴方向上相邻的第1母线20Ax与第1母线20Bx绝缘。通过在y轴方向上延伸且在z轴方向上具有高度的壁部80y，使在x轴方向上相邻的第1母线20Ay与第1母线20By(未图示)绝缘。通过在z轴方向上延伸且在y轴方向上具有宽度的壁部80z，使在x轴方向上相邻的第1母线20Az与第1母线20Bz绝缘。

通过这样构成的第3实施方式能够得到下面的效果。

根据第3实施方式的电力转换单元100，设置与接线柱40以及框体30的底部31成为一体而形成的壁部80。壁部80使第1母线20A与第1母线20B之间、以及第2母线50A与第2母线50B之间绝缘。通过这样构成，与不具有壁部80的情况相比，能够降低由于冲击、非意图的导电性部件的附着等而导致第1母线20A与第1母线20B、以及第2母线50A与第2母线50B接触的可能性。

并且，由于壁部80与底部31以及接线柱40一体地由树脂形成，因此配置的自由度高。因此，不限于基于第2螺栓51A、51B的紧固点附近，还能够在电力转换模块10与接线柱40之间的期望的位置配置壁部80。

并且，通过第2螺栓51A、51B进行的紧固是在第2螺栓51A、51B相对于接线柱40被向y轴负方向按压的状态下进行的。但是，由于接线柱40进一步与壁部80成为一体而构成，因此提高了接线柱40的强度，从而能够减少制造不良。具体地，通过使接线柱40与在y轴方向上具有宽度的壁部80z成为一体，从而能够提高接线柱40的y轴方向的强度。

(第4实施方式)

在第1实施方式至第3实施方式中，对电力转换模块10被空气冷却的例子进行了说明，但不限于此。在第4实施方式中，对在框体30的底部31等设置制冷剂流路，通过制冷剂对电力转换模块10进行冷却的例子进行说明。

图6是第4实施方式的电力转换单元100的xz平面的剖面图。

如该图所示，框体30的底部31以及接线柱40具有成为一体而构成的制冷剂的流路90。更详细而言，在底部31设置第1流路91和第2流路92，该第1流路91在z方向上具有厚度并且在xy平面方向上设置，该第2流路92以在接线柱40以及底部31处在z轴方向上延伸的方式设置。流路90与和框体30以及接线柱40的外部连通的流入口(未图示)以及流出口(未图示)连接，构成为能够经由流入口以及流出口而与设置于外部的冷却装置(未图示)对制冷剂进行循环。通过这样构成流路90，经由底部31的上表面对电力转换模块10进行冷却，并且经由接线柱40对第1母线20A、20B以及第2母线50A、50B进行冷却。

图7是对比例的电力转换单元100的剖面图。在该对比例中，与图3所示的对比例同样地，底部31作为金属的分体而设置。由于底部31是金属制的，因此难以在内部设置第1流路91。因此，在底部31的上表面(z轴正方向侧的面)以与电力转换模块10的底面接触的方式形成开口、槽，将该开口、槽用作第1流路91。在电力转换模块10与底部31的界面，为了防止制冷剂的泄漏而以包围流路90的方式设置密封部件93。与此相对，在本实施方式中，通过在成为一体而构成的底部31以及接线柱40的内部设置第1流路91，从而不需要密封部件93。

通过这样构成的第4实施方式，能够得到下面的效果。

根据第4实施方式所示的电力转换单元100，底部31与接线柱40成为一体而由树脂形成，由此与底部31由金属构成的情况相比，在底部31以及接线柱40的内部设置流路90变得比较容易。

另外，与底部31具有在上表面开口的第1流路91的图7的对比例相比，不需要密封部件93，能够简化结构。另外，不需要使流路90与电力转换模块10接触，能够提高流路90的设计自由度。

另外，从外部设备200传递的热在经由第2母线50到达作为精密设备的电力转换模块10之前，在接线柱40处被冷却。因此，能够将容许极限温度高的高性能的电力转换单元100与发热量大的高输出的外部设备200组合，能够提高由电力转换单元100与外部设备200构成的单元的性能。

(第1变形例)

在第4实施方式中，在框体30的底部31以及接线柱40具有成为一体而构成的流路90，但不限于此。在第1变形例中，对流路90的其他结构进行说明。

图8是第1变形例的电力转换单元100的xz平面的剖面图。

根据该图，与图6所示的第4实施方式相比，省略了在接线柱40内设置的第2流路92。由于在底部31设置的第1流路91延伸设置至接线柱40附近，因此与底部31一体形成的接线柱40被冷却，抑制了第1母线20A、20B的温度上升。

根据这样的第1变形例的电力转换单元100，即使不在接线柱40内设置图6所示的第2流路92，接线柱40也被延伸设置至接线柱40附近的第1流路91冷却。因此，能够简化接线柱40的结构，并且能够通过切断电力转换单元100与外部设备200之间的热传导来提高一体型单元的性能。

(第2变形例)

在第1变形例中，对接线柱40不具有第2流路82的例子进行了说明。在第2变形例中，对接线柱40不具有第2流路82的情况下的其他结构进行说明。

图9是第2变形例的电力转换单元100的xz平面的剖面图。

根据该图，与图8所示的第1变形例相比，在接线柱40内设置有到达第1流路81内的金属体93。

根据这样的第2变形例的电力转换单元100，由于金属体93设置于接线柱40内，因此与如图6所示设置第2流路92的情况相比，接线柱40的强度提高，因此，能够抑制在通过第2螺栓51A进行紧固时的变形。并且，由导热率高的金属构成的金属体93到达第1流路91，由此，接线柱40经由金属体93被冷却，因此能够抑制第1母线20A、20B的温度上升，能够提高一体型单元的性能。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式表示的只不过是本发明的应用例的一部分，并不旨在将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。另外，上述实施方式能够适当地组合。