电力转换装置的制作方法

本公开涉及包括电力转换器的电力转换装置。

背景技术：

电力转换器被安装在诸如电动汽车或者混合动力汽车的车辆中。该电力转换器是逆变器、转换器等。该逆变器将直流电转换成交流电。该转换器将直流电转换成不同电压的直流电。例如，JP-A-2015-073401公开了一种电力转换装置，其中逆变器和转换器被容纳在用作壳体的外壳中。

该电力转换器(诸如逆变器或者转换器)包括生成大量热量的诸如晶体管或者电抗器的热量生成组件。此处，该电力转换装置被配置为使得冷却剂(制冷剂)流道由分隔部和壳体的基板形成。该分隔部分隔两个电力转换器。该基板与该分隔部接触。此外，该电力转换装置被配置为使得配置任一电力转换器的热量生成组件接合到该基板。在本配置中，由该热量生成组件生成的热量通过该基板和该分隔部被传递给冷却剂，并且该热量生成组件因此被冷却。

在JP-A-2015-073401中的电力转换装置中，以下配置可以被用来冷却全部两个电力转换器。即，每个电力转换器的热量生成组件可以接合到分隔部、与该分隔部的基板等接触。当如此的配置被使用时，由该电力转换器的相应的热量生成组件生成的热量通过冷却剂相互干扰的现象的发生优选地被最大可能地抑制，以便提高该电力转换器的冷却性能。

技术实现要素：

因此期望提供一种能够提高由分隔部分隔开的全部两个电力转换器的冷却性能的电力转换装置。

本公开的示例性实施例提供了一种电力转换装置，该电力转换装置包括：第一电力转换器，该第一电力转换器执行电力转换；第二电力转换器，该第二电力转换器执行电力转换；壳体，该壳体容纳该第一电力转换器和该第二电力转换器；以及分隔部，该分隔部分隔被容纳在该壳体内的该第一电力转换器和该第二电力转换器，该分隔部形成冷却剂流过的冷却剂流道。该第一电力转换器包括第一热量生成组件。该第二电力转换器包括第二热量生成组件。在该第一热量生成组件以及该第二热量生成组件在垂直于该冷却剂流道的冷却剂流向的垂直方向上没有相互重叠的位置处，该第一热量生成组件以及该第二热量生成组件接合到该分隔部。

在如上所述的电力转换装置中，该第一电力转换器的该第一热量生成组件与该分隔部接触。因此，该第一热量生成组件生成的热量被传递给流过该冷却剂流道的冷却剂。以类似的方式，该第二电力转换器的第二热量生成组件与该分隔部接触。因此，该第二热量生成组件生成的热量被传递给流过该冷却剂流道的冷却剂。此时，该第一热量生成组件和该第二热量生成组件被放置成在垂直于该冷却剂流道的该冷却剂流向的垂直方向上没有相互重叠。因此，由每个热量生成组件生成的热量通过冷却剂相互干扰的现象的发生可以被抑制。即，同时来自垂直于该冷却剂流向的方向上的两侧的流入固定体积的冷却剂的热量可以被抑制。因此，从该热量生成组件至该冷却剂的热传递不易被限制，并且冷却性能被提高。

如上所述，根据以上所述的示例性实施例，两个电力转换器的相应的热量生成组件在偏移的位置处接合到分隔部，从而在垂直方向上没有相互重叠。因此，两个电力转换器的冷却性能可以都被提高。

附图说明

在附图中：

图1是根据实施例的电力转换装置的概览图；

图2是沿图1中线II-II所截取的截面图；

图3是沿图2中线III-III所截取的截面图；

图4是设置在图3中的分隔壁中的第一散热片和调整片的透视图；

图5是从冷却剂流道侧观察到的图2中基板的平面图；

图6是设置在图5中的基板中的第二散热片的透视图；

图7是根据本实施例的电力转换装置中的逆变器的电路图；

图8是图2中的分隔壁的外围的部分放大图；

图9是根据另一实施例的电力转换装置的概览图；

图10是根据另一实施例的壳体中的分隔壁的示意图；以及

图11是对应于图10中的分隔壁的基板的平面图。

具体实施方式

根据实施例的电力转换装置将参考附图在下文中描述。

除非另有说明，在本说明书的附图中，第一方向，即容纳电力转换器的壳体的长度方向(竖直方向)，由箭头X所指示。第二方向，即壳体的横向方向，由箭头Y所指示。垂直于该第一方向和该第二方向的第三方向由箭头Z所指示。

如图1和2所示，根据本实施例的电力转换装置1包括第一电力转换器10、第二电力转换器20、和壳体30。

该第一电力转换器10是将直流电转换成交流电的逆变器。下文中，该第一电力转换器10也被称为逆变器10。该第二电力转换器20是将直流电转换成不同电压的直流电的转换器。下文中，该第二电力转换器20也被称为转换器20。逆变器10和转换器20都是执行电力转换的设备。该电力转换装置1适于通过逆变器10和转换器20的组合来安装在诸如电动汽车或者混合动力汽车的车辆中。

壳体30是容纳逆变器10、转换器20、和多个其他电子元件的盒形组件。该壳体30包括四个侧壁部31和分隔壁32。该分隔壁32分隔被四个侧壁部31环绕的内部空间。该壳体30是汽车组件，其被要求是轻质的并且具有高的尺寸精度。该壳体30通常由铝材料组成，并且通过铝压铸法制成。

该分隔壁32被配置为该壳体30的一部分。该分隔壁32是沿着垂直于所有四个侧壁部31的平面(由第一方向X和第二方向Y限定的平面)延伸的板形部分。因此，该壳体30的截面形状基本上是H形。

逆变器10包括层叠体，在该层叠体中多个半导体模块11和多个冷却管(冷却部)14在第一方向X上交替地层叠。该半导体模块11在其中包括半导体元件。冷却半导体模块11的冷却剂(制冷剂)流过冷却管14。该半导体模块11从两侧被该冷却管14夹住。该半导体模块11在其中包括开关元件(诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))和二极管(诸如续流二极管(FWD))。

多个冷却管14的相应的流入部被连接到从外部供给冷却剂的冷却剂供给头15。另外，多个冷却管14的相应的流出部被连接到将冷却剂排出到外部的冷却剂排出头16。因此，当该冷却剂流过该冷却管14中的冷却剂流道时，从该冷却剂供给头15流到该冷却管14的流入部的冷却剂将在第一方向X上被放置在该冷却剂管14两侧上的半导体模块11冷却。该冷却剂之后从该冷却管14的流出部排出到该冷却剂排出头16。

作为通过该冷却管14运送的冷却剂，例如可以使用诸如水或氨的自然冷却剂、与乙二醇基防冻溶液混合的水、诸如Fluorinert(注册商标)的氟碳基制冷剂、诸如HCFC-1123(2,2-二氯(dichloro)-1,1,1-三氟乙烷(trifluoroethane))或者HFC-134a(1,1,1,2-四氟乙烷(tetrafluoroethane))的氯氟烃基制冷剂、诸如甲醇或乙醇的醇基制冷剂、或者诸如丙酮的酮基制冷剂。

该半导体模块11包括控制端子12和电极端子13。该控制端子12被连接到控制电路板17。该电极端子13被连接到金属汇流条上(未显示)。控制该半导体模块11的开关元件的控制电流通过该控制端子12被输入到该半导体模块11。该半导体模块11的受控电力通过该电极端子13被输入到该半导体模块11以及从该半导体模块11输出。

逆变器10进一步包括作为配置下文所描述的逆变器电路10a的元件的电抗器18、电容器19等。该电抗器18配置升压电路的一部分，用于升高被输入到该半导体模块11的输入电压。该电抗器18是将电能转换成磁能的转换器。该电容器19被配置为平滑输入电压或者递增电压(stepped-up voltage)的平滑电容器。

如图2所示，该电抗器18被容纳在第一空间41中，以便被放置成在第一方向X的一侧靠近多个半导体模块11。如图1所示，该电容器19被容纳在该第一空间41中，以便相对于该多个半导体模块11和该电抗器18并排地放置。

如图2所示，分隔部39由该壳体30的板形分隔壁32和板形基板21组成。该基板21配置该转换器20的附连表面。该分隔部39将该壳体30的内部空间分隔成第一空间41和第二空间42。该第一空间41至少容纳逆变器10。该第二空间42至少容纳转换器20。该第一空间41和该第二空间42都被盖38覆盖。因此，该分隔部39被配置为分隔被容纳在该壳体30中的逆变器10和转换器20。

作为被基板21所覆盖的分隔壁32的凹部的结果，分隔部39形成该冷却剂流过的冷却剂流道50。即，在该分隔部39中，该分隔壁32和该基板21被放置成在该第三方向Z上跨越该冷却剂流道50的两侧上基本上互相平行。当该分隔壁32是第一分隔壁时，该基板21作为第二分隔壁。该分隔部39沿着该分隔壁32和该基板21的延伸表面延伸。作为分隔壁32的该凹部被该基板21覆盖的配置的结果，具有该冷却剂流道50的分隔部39可以被相对容易地构造。

该基板21由与组成该壳体30的铝材料类似的铝材料组成。在该基板21通过诸如液态密封垫或橡胶的密封部件(未显示)接触该分隔壁32的情况下，该基板21通过紧固螺栓23被固定到该壳体30上。因此，确保了该冷却剂流道50的气密性。该冷却剂流道50被配置成使得在第三方向Z上的流道高度Za被基本上固定。

该分隔壁32具有热量接收表面32a和散热表面32b。该热量接收表面32a面向容纳该逆变器10的该第一空间41。该电抗器18(也被称为第一热量生成组件18a)接合到该热量接收表面32a。该电抗器18是该逆变器10的热量生成组件，并且较之其他组件生成更大的热量即，该第一热量生成组件18a与该分隔壁32的热量接收表面32a接触。该热量接收表面32a被配置为该第一热量生成组件18a的接合面。该散热表面32b是分隔壁32的两个表面中的在与热量接收表面32a相对的侧上的表面。该散热表面32b被配置为该分隔壁32的凹部的底表面。该散热表面32b分隔该冷却剂流道50，并且总是与在该冷却剂流道50中沿冷却剂流向D流动的冷却剂接触。

该基板21具有热量接收表面21a和散热表面21b。配置该转换器20的第二热量生成组件24接合到该热量接收表面21a。即，该第二热量生成组件24与该基板21的该热量接收表面21a接触。该热量接收表面21a被配置为该第二热量生成组件24的接合面。该第二热量生成组件24包括较之其他组件生成更大热量的晶体管25、扼流线圈26、以及滤波电容器27。该晶体管25的功能是逐步降低直流电。该扼流线圈26去除来自被该晶体管25逐步降低的直流电的纹波电流。该滤波电容器27去除来自被该晶体管25逐步降低的直流电的噪声电压。该散热表面21b是该基板21的两个表面中的在与热量接收表面21a相对的侧上的表面。该散热表面21b分隔该冷却剂流道50，并且总是与在冷却剂流道50中沿冷却剂流向D流动的冷却剂接触。

在该第一热量生成组件18a以及该第二热量生成组件24在第三方向Z(下文中也称为垂直方向Z)上没有相互重叠的位置处，该第一热量生成组件18a以及该第二热量生成组件24各自接合到该分隔部39，该第三方向Z垂直于该冷却剂流道50的冷却剂流向D。换句话说，该第一热量生成组件18a和该第二热量生成组件24在该冷却剂流向D上彼此偏移的位置处各自接合到该分隔部39。可替代地，该第一热量生成组件18a和该第二热量生成组件24在不会相互重叠(当在第三方向Z上从一侧向另一侧观察时)的位置处各自接合到该分隔部39。在这种情况下，该垂直方向Z也被定义为相对于该分隔部39的接合面(该分隔壁32的热量接收表面32a和该基板21的热量接收表面21a)的正交方向(垂直方向)，或者相对于沿着该冷却剂流道50延伸的虚拟平面P的正交方向(垂直方向)。

如图3所示，冷却剂供给管36经由连接管16a连接到以上所述冷却剂排出头16。根据本实施例，用于冷却该半导体模块11的冷却剂在该冷却剂流道50中被直接使用。该冷却剂流道50也可以根据需要与该半导体模块11的冷却剂流道分开。

如图3和4所示，分隔壁32设有竖立部33以形成冷却剂流道50。该竖立部33在第二方向Y上从该散热表面32b的中心位置向该基板21竖直地设置，并且在第一方向X上以细长形状延伸。因此，冷却剂流道50被配置以使得从该冷却剂供给管36流入的冷却剂流过该竖立部33的一侧上的一半区域，作出U形转弯，并且流过另一侧上的剩余一半区域。该冷却剂之后从冷却剂排放管37被排出。在本配置中，存在一个U形转弯点。该竖立部33的尖端部33a接触该基板21的散热表面21b且在其之间没有间隙。该竖立部33具有与该冷却剂流道50的流道高度Za相似的竖立高度。

该冷却剂流道50被配置为包括被布置以形成上流侧的第一区段51、第二区段52、第三区段53、以及第四区段54的流道。该第一区段51是其中冷却剂在第一方向X上向一侧线性流动的区段。该第二区段52是其中冷却剂流动从而作出从该第一方向X中的一侧向另一侧的U形转弯的区段。该第三区段53和该第四区段54都是其中冷却剂在与该第一区段51中相反的方向上线性流动的区段。因此，该冷却剂流道50是被配置以使得该流道的方向改变的转向流道。因此，与没有改变流道方向而线性形成的冷却剂流道相比，该流道可以被延伸并且高的冷却剂流率可以被设置。

在对应于冷却剂流道50的第二区段52的区域中，该分隔壁32包括多个第一散热片34(例如，根据本实施例的三个第一散热片34)。该第一散热片34在垂直方向Z上从散热表面32b上的与经过该第一散热组件18a的冷却剂流道50相对的位置(即，该第一热量生成组件18a正下方的位置)向该冷却剂流道50延伸。另外，该第一散热片34的延伸的尖端部34a与基板21的散热表面21b接触且在其之间没有间隙。在这种情况下，该第一散热片34具有与该冷却剂流道50的流道高度Za相似的竖立高度。

该第一散热片34形成为具有均匀板厚度并且沿着该冷却剂流向D延伸的弯曲的板形。该第一散热片34的功能是增加该分隔壁32和冷却剂之间的接触面积(该第一热量生成组件18a正下方的散热表面32b的散热区域)。另外，在该第二区段52中，该流道以相当于三个第一散热片34的板厚度的量变窄。因此，该第一散热片34的功能是增加该冷却剂的流率。由于这些功能，可以增加从该分隔壁32释放的热量。

此外，该第一散热片34沿着该冷却剂流向D延伸。因此，该第一散热片34的功能是保持被施加到该冷却剂流的流道阻力较低。由于该功能，冷却剂在调整该流动时可以被平滑地供给。可以设置单个或多个第一散热片34。

在对应于该冷却剂流道50的该第三区段53的区域中，该分隔壁32包括多个调整片35(例如，根据本实施例的两个调整片35)。该调整片35从该散热表面32b向该基板21延伸。该调整片35的延伸的尖端部35a与该基板21的散热表面21b接触。

该调整片35的功能是，通过调整该冷却剂流以及用与该第一散热片34相似的方式增加与该冷却剂的接触面积来防止在冷却剂流道50中形成气穴。可以设置一个或多个调整片35。可替代地，当对调整该冷却剂流的需求较低时，该调整片35可以被省略。

如图5和6所示，在对应于该冷却剂流道50的第一区段51和该第四区段54的区域中，该分隔壁32包括多个第二散热片22(例如，根据本实施例的两个第二散热片22)。该第二散热片22在垂直方向Z上从散热表面21b上的与经过该第二热量生成组件24的冷却剂流道50相对的位置(即，该第二热量生成组件24正下方的位置)向该冷却剂流道50延伸。另外，该第二散热片22的延伸的尖端部22a接触该分隔壁32的散热表面32b且在其之间没有间隙。在这种情况下，该第二散热片22，以与该第一散热片34相似的方式，具有与该冷却剂流道50的流道高度Za相似的竖立高度。因此，该电力转换装置1的尺寸在该垂直方向Z上可以保持较小。

该第二散热片22形成为具有均匀板厚度并且沿着该冷却剂流向D延伸的板形。该第二散热片22的功能是增加该基板21和冷却剂之间的接触面积(该第二热量生成组件24正下方的散热表面21b的散热区域)。另外，在该第一区段51和该第四区段54中，该流道以相当于两个第二散热片22的板厚度的量变窄。因此，该第二散热片22的功能是增加该冷却剂的流率。由于这些功能，由该基板21释放的热量可以被增加。此外，该第二散热片22沿着该冷却剂流向D延伸。因此，该第二散热片22的功能是保持被施加到该冷却剂流的流道阻力较低。由于该功能，冷却剂在调整该流动时可以被平滑地供给。可以设置单个或多个第二散热片22。

如图7所示，上述的逆变器10配置逆变器电路10a，该逆变器电路10a是将直流电源B1供给的直流电转换为交流电的电力转换电路。在该逆变器电路10a中，多个该半导体模块11的开关操作(ON/OFF操作)被控制电路板17控制。

根据本实施例，电抗器18和两个半导体模块11a配置作为该电力转换电路的逆变器电路10a的升压单元10b。该电抗器18是使用电感器的无源元件。该升压单元10b的功能是通过该半导体模块11a的开关操作(ON/OFF操作)升高该直流电源B1的电压。

同时，电容器19和六个半导体模块11b配置作为该电力转换电路的逆变器电路10a的转换单元10c。该转换单元10c的功能是通过半导体模块11b的开关操作(ON/OFF操作)将被升压单元10b逐步增加的直流电转换成交流电。用于运行车辆的三相交流电电机M由转换单元10c获取的交流电驱动。

转换器20连接到直流电源B1。该转换器20被用来逐步减小直流电供给B1的电压，并且向具有比该直流电源B1更低电压的辅助电池B2充电。辅助电池B2用作安装在车辆上的各种设备的电源。

此处将描述根据本实施例的工作效果。

如图8所示，当该电力转换装置1处于运行状态时，该分隔部39(该分隔壁32和该基板21)被流过冷却剂流道50的冷却剂冷却。因此，与该分隔部39接触的设备和空气可以被冷却。另外，来自该逆变器10和该转换器20间的电磁噪声的干扰可以被防止。

下文将详细描述接触该分隔部39的设备的冷却。由该逆变器10的该第一热量生成组件18a生成的热量被具有高热导性的分隔壁32的热量接收表面32a接收，并且从该散热表面32b被释放。作为从该散热表面32b至该冷却剂流道50中的冷却剂的热传递的结果，该第一热量生成组件18a被持续地冷却。此时，该第一热量生成组件18a正下方的散热表面32b的高温区域32c具有相对高的温度。

以相似的方式，同样在该转换器20中，该第二热量生成组件24生成的热量也被具有高热导性的基板21的热量接收表面21a接收，并且从该散热表面21b被释放。作为从该散热表面21b至该冷却剂流道50中的冷却剂的热传递的结果，该第二热量生成组件24被持续地冷却。此时，该第二热量生成组件24正下方的散热表面21b的高温区域21c具有相对高的温度。因此，在该分隔壁32的高温区域32c和该基板21的高温区域21c中，处于特别高的温度的热量流入该冷却剂。

在如此的情况下，第一热量生成组件18a和第二热量生成组件24应被设置为使其在该垂直方向Z上相互重叠，同时来自该垂直方向Z的两侧的(即，来自该高温区域32c和该高温区与21c的)热量以集中的方式流入固定体积的冷却剂。然而，每次可以流入固定体积的冷却剂的流入热量是被限制的。因此，难以使来自该高温区域32c和该高温区与21c两者的热量同时且平滑地流入冷却剂。即，由一个热量生成组件生成的热量和冷却剂间的热传递容易被其他热量生成组件中生成的热量影响。

因此，根据本实施例，该第一热量生成组件18a和该第二热量生成组件24被设置为在垂直方向Z上没有相互重叠。换句话说，该第一热量生成组件18a正下方的高温区域32c和该第二热量生成组件24正下方的高温区域21c被配置成在冷却剂流向D上彼此分开。在这种情况下，如图2所示，穿过该第一热量生成组件18a的垂直方向Z上的虚拟线L穿过远离该第二热量生成组件24的位置。

在本配置中，可以避免同时来自高温区域32c和高温区域21c的热量以集中的方式流入固定体积的冷却剂的情况。即，同时来自该垂直方向Z两侧的流入固定体积的冷却剂的热量可以被抑制。例如，当该冷却剂流过图8中冷却剂流向D1中的该冷却剂流道50时，上流侧上的该高温区域21c和下流侧上的该高温区域32c之间的热量干扰不会轻易发生。因此，包括该第一热量生成组件18a的逆变器10和包括该第二热量生成组件24的转换器20的冷却性能被提高。

如上所述，根据本实施例，两个电力转换器10和20的相应的热量生成组件18和24接合到该分隔部39以使得它们的位置相互偏移，从而在该垂直方向Z上没有相互重叠。因此，该两个电力转换器10和20的冷却性能可以被提高。

另外，作为通过该第一散热片34和该第二散热片22所提高的散热性能和所增加的冷却剂的流率，以及作为通过被配置为转弯流道的冷却剂流道50所增加的冷却剂的流率的结果，两个电力转换器10和20的冷却性能可以被进一步提高。

本公开不限于以上所描述的典型实施例。多种应用和修改可以不背离本公开的客体被考虑。例如，以上所述的实施例被应用的以下实施例也是可能的。

根据以上所述的实施例，在示例中，如图2所示的电力转换装置1中，由该壳体30的分隔壁32和与该壳体30分离的基板21来配置分隔部39。然而，可以由单个或多个元件来配置分隔部39。例如，如图9所示的电力转换装置101中，可以由壳体30本身的分隔壁32来配置分隔部39。电力转换装置101因该基板21被省略而不同于电力转换装置1。用作分隔部39的分隔壁32，除了该热量接收表面32a和该散热表面32b之外，还具有热量接收表面32d和散热表面32e。第二热量生成组件24接合到热量接收表面32d。散热表面32e将冷却剂流道50分隔，并且总是与流过冷却剂流道50的冷却剂接触。因此，电力转换装置101中组件的数量可以被减少。

该电力转换装置101具有与该电力转换装置1相似的其他配置和工作效果。

根据以上所述的实施例，在示例中，该分隔壁32中设有第一散热片34，基板21中设有第二散热片22，从而提高冷却性能。然而，至少该第一散热片34和该第二散热片22中的一个可以被省略。如图10和11所示的另一个实施例中，该第一散热片34和该第二散热片22都被省略。在图10和11中，与图3和图5所示的元件相同的元件以相同的附图标记示出。对这些相同元件的说明被省略。

由图10所示的壳体130的分隔壁132和图11所示的基板121来配置分隔部39。在该分隔壁132中，在该第二方向Y中的竖立部33的位置从图3所示的位置改变。因此，上流侧区域50a中的冷却剂流道50的流道截面区域被配置为比下流侧区域50b中的流道截面区域更小。因此，较之下流区域50b，在上流区域50a中冷却剂流道50中冷却剂的流率变得更高。

在垂直方向Z上经过上流侧区域50a的分隔壁32的热量接收表面32a上的位置处接合第一热量生成组件18a。同时，在垂直方向Z上经过上流侧区域50a的基板121的热量接收表面21a上的位置处接合第二热量生成组件24。换句话说，该分隔部39被配置成冷却剂的流率在冷却剂流道50的其中第一热量生成组件18a和第二热量生成组件24在垂直方向Z上重叠的区域中变得相对较高。在本配置中，在未使用散热片的情况下，可以增加冷却剂的流率。

根据以上所述的实施例，提供了示例，其中第一散热片34和第二散热片22都具有与冷却剂流道50的流道高度Za相似的竖立高度。然而，也可以使用其中第一散热片34和第二散热片22的竖立高度中的至少一个低于冷却剂流道50的流道高度Za的配置。

根据以上所述的实施例，在示例中，一个U形转弯点存在于冷却剂流道50中。然而，可以根据需要设置两个或者更多个U形转弯点。另外，该冷却剂流道50中的转弯流道的形状可以是U形之外的其他形状，诸如L形。此外，该冷却剂流道50可以被配置为以最少改变在该流道的方向上线性地延伸。

根据以上所述的实施例，提供了作为第一热量生成组件1的示例的逆变器10的电抗器18。该转换器20的电容器25、扼流线圈26、和滤波电容器27被提供作为第二热量生成组件24的示例。然而，第一热量生成组件18a和第二热量生成组件24可以视需要进行各种改变。例如，电容器19或者去除包含在由直流电源B1供给的电流中的噪声电流的滤波电容器也可以是第一热量生成组件18a。

根据以上所述的实施例，在示例中，基板21和121以及该壳体30和130都由铝材料组成。然而，替代铝材料，可以使用具有高热导性的其他金属材料或者除金属材料之外的材料。