电力变换装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电力变换装置，其包括层叠单元（10）、电抗器（8）、遮蔽板（24）和冷却剂通道（13a、13b、21、32）。在层叠单元中，容纳半导体元件的平板半导体模块（14）和平板冷却板（12）被层叠。遮蔽板被置入电抗器和电子部件之间。冷却剂通道向层叠单元供应冷却剂或者从那里排出冷却剂。冷却剂通道通过遮蔽板的内部。
【专利说明】电力变换装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力变换装置。
【背景技术】
[0002]电动车辆包括电力变换装置，电力变换装置将电池的直流电变换成适合于驱动用于车辆行驶的马达的交流电。一种典型的电力变换装置是逆变器或者电压变换器。因为电动车辆的电力变换装置以大功率操作，所以可以在电力变换装置中产生大量的热。同时，对于用于车辆的装置需求紧凑度。对于用于电动车辆的电力变换装置需求热控制和紧凑度这两者。
[0003]可以在电力变换装置的装置诸如半导体元件和电抗器中产生大量的热。半导体元件的实例包括功率晶体管诸如IGBT和功率元件诸如被与功率晶体管并联连接的飞轮二极管。电抗器连同半导体元件一起地构成电压变换电路。日本专利申请公报N0.2011-228426(JP2011-228426A)提出了电力变换装置，其紧凑地容纳半导体元件、电抗器，和冷却它们的冷却设备。电力变换装置的冷却设备具有多个冷却板，其被与包含半导体元件的多个平板半导体模块交替地层叠。这种层叠体将在下文中被称作“层叠单元”。层叠单元具有流过该多个冷却板的两个冷却剂通道。在JP2011-228426A的层叠单元中，与冷却剂通道线性地对准的冷却剂供应管道和冷却剂排出管道被连接到沿着层叠方向位于端部处的冷却板。冷却剂供应管道和冷却剂排出管道相互平行地延伸，并且电抗器被置放在管道之间。
[0004]此外，日本专利申请公报N0.2009-261125 (JP2009-261125A)公开了一项与层叠单元和电抗器的冷却有关的技术。JP2009-261125A的电力变换装置具有置放在上述冷却剂供应管道和冷却剂排出管道的附近的电抗器。附带说一句，电力变换装置包括用于平滑化电池的输出电流的大容量电容器。在JP2009-261125A的技术中，热接收板被置放在电抗器和电容器之间，并且热接收板的热被层叠单元的冷却板吸收。具体地，散热板介于层叠单元中的该一对冷却板之间，并且散热板和热接收板被热管连接到一起。电容器的热被热接收板吸收，接着通过热管传递到散热板，然后传递到冷却板。
【发明内容】
[0005]本发明涉及层叠单元和电抗器的冷却，并且提供一种能够减小电抗器的热对于其它电子部件的影响的电力变换装置。
[0006]本发明的第一方面提供一种电力变换装置，包括:层叠单元；电抗器；遮蔽部。在层叠单元中，平板半导体模块和平板冷却板被层叠。平板半导体模块容纳半导体元件。遮蔽部介于电抗器和电子部件之间。遮蔽部具有通过遮蔽部向层叠单元供应冷却剂或者从层叠单元排出冷却剂的冷却剂通道。以上构造允许利用流过冷却剂通道的冷却剂冷却遮蔽部并且减小电抗器的热对于位于遮蔽部的相对侧上的其它电子部件的影响。
[0007]在该电力变换装置中，冷却剂通道的一个部分可以与遮蔽部成一体。以上构造改进在构成冷却剂通道的冷却剂管道和遮蔽部之间的热传递效率。此外，一体成型提供在生产成本方面的优点。
[0008]在该电力变换装置中，遮蔽部可以包括被联接到一起的多个板。在该电力变换装置中，遮蔽部可以接触电抗器。在该电力变换装置中，遮蔽部接触层叠单元沿着层叠方向的端面。
[0009]在该电力变换装置中，电子部件可以是电容器模块和控制板。遮蔽板可以包括冷却块、上板和侧板。冷却块可以具有冷却剂通道，其通过冷却剂通道向层叠单元供应冷却剂或者从那里排出冷却剂。上板可以介于电抗器和控制板之间。侧板可以介于电抗器和电容器模块之间。在以上构造中，在层叠单元沿着层叠方向的端部处遮蔽部被冷却板冷却。因为这种遮蔽部能够向位于层叠单元的端部处的冷却板和冷却剂通道这两者传递热，所以电抗器能够被有效率地冷却。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中:
[0011]图1是根据本发明的一个实施例的电力变换装置的电气系统的框图；
[0012]图2是该实施例的电力变换装置的平面视图；
[0013]图3是沿着图2中的线II1-1II截取的截面视图；
[0014]图4是沿着图2中的线IV-1V截取的截面视图；
[0015]图5是示出根据该实施例在层叠单元、电抗器、冷却块，和电容器模块之间的位置关系的透视图；
[0016]图6是如从另一个角度看到的、根据该实施例的冷却块的透视图；并且
[0017]图7是如从又一个角度看到的、根据该实施例的冷却块的透视图。
【具体实施方式】
[0018]将参考附图描述实施例的电力变换装置2。电力变换装置2被安装在电动车辆50中并且将电池51的直流电变换成适合于马达驱动的交流电。将参考图1描述电动车辆50的电气系统(驱动系统)。电力变换装置2升高电池51的输出电压并且此后将直流电变换成交流电。换言之，电力变换装置2包括升压电路54和逆变电路55。升压电路54包括各种构件，诸如两个晶体管、两个二极管，和电抗器8。这些构件构成图1所示升压电路54。将不给出图1所示升压电路54的构造的详细说明。电动车辆50的电力变换装置2以大电流操作。因此，由半导体诸如晶体管和电抗器8产生大量的热。与升压电路54的其它构件相比较，电抗器8具有相对更大的尺寸。
[0019]用于平滑化电池51的输出电流的电容器52被连接到升压电路54的输入侧。用于平滑化升压电路54的输出电流的电容器53被连接到升压电路54的输出侧，即，逆变电路55的输入侧。因为大的电流流过电容器52、53，所以电容器具有大电容和大的物理体积。
[0020]逆变电路55的输出被供应到马达56。马达56的输出扭矩经由差动齿轮57而被传递到驱动轮58。虽然未在图1中示出，但是电力变换装置2包括控制升压电路54和逆变电路55的晶体管的控制电路。控制装置根据车辆速度或者加速器位置确定电池电压的升压比率或者逆变电路的输出频率并且产生与此相应的晶体管控制信号，即，PWM信号。[0021]除了升压电路54之外降压变换器59被连接到电池51。降压变换器59将电池51的电压减小为适合于辅助装置的电压并且将电压供应于辅助装置。“辅助装置”是用于以比存储用于行驶的电力的电池51的输出电压更低的电压操作的装置诸如室内灯或者汽车导航系统的总称。
[0022]将描述电力变换装置2的硬件构造。图2示出电力变换装置2的平面视图。附图标记3表示电力变换装置2的外罩。置放在外罩中的主要构件有电容器模块4、层叠单元10、电抗器8，和冷却块20。将在下面参考示出构件的布置的透视图(图5)和如从其它角度看到的冷却块20的透视图(图6和7)具体地描述冷却块20的构造。
[0023]电容器模块4包括在图1的电路上的电容器52、53。具体地,多个电容器兀件被聚集在电容器模块4中。其一个部分对应于上述电容器52，并且其余部分对应于电容器53。
[0024]层叠单元10是在其中集成利用电池的输出电流操作的半导体元件的装置。具体地，在层叠单元10中，是利用树脂成型的半导体元件的多个平板半导体模块14和多个平板冷却板12被一起地层叠。在单一半导体模块14中，在上述升压电路54和逆变电路55中包含的单一和成组的几个晶体管和二极管(见图1)每一个均是利用树脂成型的。冷却剂通过冷却板12的内部。冷却板12的两侧接触并且冷却半导体模块14。邻接的冷却板12被两个连接管道13a、13b连接。通过一个连接管道13a供应冷却剂并且通过另一个连接管道13b排出冷却剂。层叠单元10具有多个半导体模块、多个冷却板，和多个连接管道；然而，图2没有示出半导体模块、冷却板，和连接管道的某些部分的附图标记和符号。
[0025]层叠单兀10被置入并且支撑在外罩3的壁表面和冷却块20之间。板簧5被插入外罩3的壁表面和层叠单元10之间。层叠单元10沿着它的层叠方向被板簧5加压。沿着层叠方向的压力使得相互邻接的半导体模块14和冷却板12紧密地装配到一起。这增强了在半导体模块14和冷却板12之间的热传递效率。
[0026]图3示出沿着图2中的线II1-1II截取的截面，并且图4示出沿着图2中的线IV-1V截取的截面。由图3和4中的附图标记33表示的长方形代表控制板。在控制板33中实现升压电路54和逆变电路55的控制电路。图2没有示出控制板33，在电抗器8和外罩3之间的支撑结构。如在图4中所示，冷却块20对应于上板23和侧板24的联接片段。上板23位于电抗器8和在电抗器8上方的控制板33之间。侧板24位于电抗器8和在电抗器8的横向侧上的电容器模块4之间。上板23和侧板24与由铝形成的冷却块20集成。因此，上板23和侧板24被流过通道Rl的冷却剂冷却。上板23阻挡电抗器8的热从而防止电抗器8的热影响控制板33。类似地，侧板24阻挡电抗器8的热从而防止电抗器8的热影响电容器模块4。冷却块20、上板23和侧板24被视为遮蔽部。关于侧板24见图3。冷却块20对应于上板23和侧板24的联接片段。冷却块20被视为“遮蔽部”的一个部分；然而，为了说明方便起见将使用“块”的表述。
[0027]设置在电抗器8的上表面上的突起8a接触上板23。电抗器8的热经由突起8a主动地被上板23吸收(B卩，冷却块20经由突起8a和上板23吸收热)。上板23被突起8a固定到电抗器8。S卩，冷却块20经由上板23和突起8a而被固定到电抗器8。
[0028]冷却块20被电抗器8支撑，并且电抗器8被固定到外罩3。冷却块20支撑层叠单元10沿着层叠方向的一端。具体地，冷却块20直接地接触位于层叠单元10的一个端部片段中的冷却板12a并且由此支撑层叠单元10。在冷却块20的内部中形成冷却剂的通道。从外侧供应的冷却剂首先流过在外罩3下面的空间(在下面描述)，接着冷却块20并且移动到层叠单元10。在冷却层叠单元中的半导体模块14之后的冷却剂再次流过冷却块20和然后在外罩3下面的空间并且被排出到外罩的外侧。冷却块20由铝或者铜形成并且将与其接触的电抗器8的热传递到冷却剂。换言之，冷却块20冷却电抗器8。如上所述，冷却块20还是“遮蔽部”的一个部分。
[0029]将参考图3和4描述冷却剂的通道。冷却剂被从冷却剂供应开口 6供应并且被从冷却剂排出开口 7排出。如在图3和4中所示，外罩3被划分成是上空间和下空间的两个空间。图2示出上空间中的构件布置。降压变换器59被置放在下空间中，并且冷却剂通过围绕降压变换器59的空间R2流动。冷却剂供应开口 6被连接到下空间R2，并且从冷却剂供应开口 6进入的冷却剂首先冷却空间R2中的降压变换器59。冷却剂接着通过将外罩3的上空间和下空间连接到一起的连接孔31移动到上空间。冷却剂管道32的一端被连接到连接孔31，并且冷却剂管道32的另一端被连接到形成冷却块20的一个部分的肘管21。已经移动到上空间的冷却剂流过冷却剂管道32和肘管21并且移动到冷却块20的内部。冷却剂通道Rl形成在冷却块20的内部中。冷却剂通道Rl在冷却块20的一个表面(在下面描述的单元支撑表面20a)上打开。层叠单元10紧密地装配在单元支撑表面20a上。冷却剂通道Rl被连接到在层叠单元10的端部片段中的冷却板12a的开口(见图2)。已经流过冷却剂通道Rl的冷却剂流入层叠单元10的冷却板12a中并且接着经由连接管道13a分布到在层叠单元10中包含的所有的冷却板12。图3中的参考符号R3表示冷却板12中的冷却剂通道。
[0030]已经流过冷却块20的冷却剂被供应到层叠单元10。已经流过冷却板12的冷却剂再次返回冷却块20。已经返回冷却块20的冷却剂通过形成冷却块20的部分的肘管22移动到下空间。在图4中由参考符号3a表示的片段代表在下空间中返回的冷却剂流过的通道。由参考符号3a表示的片段被称作“排出通道”。已经返回下空间的冷却剂流过排出通道3a并且通过冷却剂排出开口 7排出到外罩的外侧。
[0031]如上所述，在电力变换装置2中，进入的冷却剂冷却外罩3的下侧上的降压变换器59并且接着移动到冷却块20。冷却剂冷却冷却块20中的电抗器8并且阻挡电抗器8的热从而防止热影响控制板33和电容器模块4。遮蔽部(上板23，侧板24，和冷却块20)有助于热阻挡。冷却剂此后移动到层叠单元10并且冷却半导体模块14中的半导体元件。如上所述，在电力变换装置2中，允许冷却剂移动到各种位置，由此冷却多个构件。
[0032]接着将详细地描述是遮蔽部一部分的冷却块20的构造。图5是示出层叠单元10、电抗器8、冷却块20，和电容器模块4的布置的透视图。图5利用虚线示出被冷却块20覆盖并且在电抗器8中难以看到的片段，从而易于理解在冷却块20和电抗器8之间的位置关系。通过隐藏线移除隐蔽其它构件。如具体地图5所示，侧板24位于电抗器8和电容器模块4之间。
[0033]图6是如从另一个方向看到的冷却块20的透视图。图6是如从图5的视点的基本相反的方向看到的冷却块20的透视图。单元支撑表面20a是平坦的并且支撑层叠单元
10。即，在层叠单元10沿着层叠方向的端部片段中的冷却板12a直接地接触单元支撑表面20a。冷却剂通道Rl和R4的端部片段在单元支撑表面20a上打开。该开口与位于层叠单元10的端部处的冷却板12a的端面上的开口连通。从层叠单元10排出的冷却剂流过冷却剂通道R4。
[0034]图7是如从又一个视点看到的冷却块20的透视图。图7对应于如从后侧看到的冷却块20的视图。三个肋条25被设置在上板23的后侧上并且增强上板23。
[0035]将描述关于在该实施例中描述的技术需要指出的要点。在本说明书中公开的技术特别地由遮蔽板表征。遮蔽板包括冷却块20、上板23和侧板24。特征之一如下。冷却剂流过冷却块20，并且冷却块20接触并且冷却电抗器8。同时，冷却块20被与上板23、侧板24集成。上板23和侧板24在电抗器8和其它电子部件之间延伸并且由此减小电抗器8的热对于其它电子部件的影响。其它电子部件的典型实例有控制板33和电容器模块4。特别地，电容器并不具有高的耐热性，并且在本说明书中公开的遮蔽部因此是有效的。冷却块20对应于该多个板(上板23、侧板24)的联接片段并且用作遮蔽部的一部分。
[0036]冷却剂通道形成在是遮蔽部一部分的冷却块20的内部中。换言之，向层叠单元10供应或者从那里排出的冷却剂的通道流过遮蔽部的内部。
[0037]根据本发明的冷却剂通道包括冷却剂供应管道13a、冷却剂排出管道13b、肘管21，和冷却剂管道32并且用作冷却剂流过那里的管道的总称。根据本发明的冷却剂通道的一个部分可以被与遮蔽部一体地形成。例如，能够通过利用铝注射成型等一体地制造该冷却剂通道部分和遮蔽部。另外，“遮蔽板”不限于简单的平板。
[0038]在前面，已经详细描述了本发明的具体实例。然而，那些实例仅仅是示意性的而不限制权利要求。在权利要求中叙述的技术包括上述具体实例的修改和变化。在本说明书和附图中描述的技术元件以其自身或者以各种组合提供技术有用性并且不限于在该申请中的权利要求中叙述的组合。此外，在本说明书或者附图中例示的技术能够同时地实现多个目的，并且在那些目的中的单个目的的实现提供技术有用性。
【权利要求】
1.一种电力变换装置，其特征在于包括: 层叠单元(10)，在所述层叠单元(10)中，平板形半导体模块(14)和平板形冷却板(12)被层叠起来，所述平板形半导体模块容纳半导体元件； 电抗器(8);和 遮蔽部(20、23、24)，所述遮蔽部(20、23、24)介于所述电抗器和电子部件(4，33)之间，所述遮蔽部具有冷却剂通道(Rl )，所述冷却剂通道(Rl)通过所述遮蔽部向所述层叠单元供应冷却剂或者从所述层叠单元排出冷却剂。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置， 其中，所述冷却剂通道的一部分与所述遮蔽部形成为一体。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置， 其中，所述遮蔽部接触所述层叠单元的在层叠方向上的端面。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的电力变换装置， 其中，所述遮蔽部包括被联接到一起的多个板。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的电力变换装置， 其中，所述遮蔽部接触所述电抗器。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的电力变换装置， 其中，所述电子部件是电容器模块(4 )和控制板(33 )，并且 所述遮蔽部是冷却块(20)，所述冷却块包括上板(23)和侧板(24)，所述冷却块具有向所述层叠单元供应冷却剂或者从所述层叠单元排出冷却剂的所述冷却剂通道，所述上板介于所述电抗器和所述控制板之间，并且所述侧板介于所述电抗器和所述电容器模块之间。
【文档编号】H05K7/20GK103929070SQ201410014582
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】马场隆介, 森元丰, 井村仁史 申请人:丰田自动车株式会社