电力转换装置的制作方法

[0001]
本发明涉及电力转换装置。
[0002]
本申请基于2019年7月24日在日本提出的日本特愿2019-135860号要求优先权，在此引用其内容。


背景技术：

[0003]
在电动汽车等车辆中，在蓄电池与电机之间设置有电力转换装置(pcu：power control unit，电力控制单元)。这样的电力转换装置具备多个半导体功率芯片、收容这些功率芯片的功率模块壳体。在功率模块壳体中，内包有成为通电路径的汇流条。在日本特开2017-184384号公报中公开了具备用于检测在这样的汇流条中流动的电流的电流传感器的电力转换装置。
[0004]
发明要解决的课题
[0005]
但是，上述那样的电流传感器具备磁性体芯。例如，如日本特开2017-184384号公报所示，该磁性体芯的整体由密封材料模制。然而，在这样对磁性体芯的整体进行模制的情况下，由制造功率模块时的回流焊(reflow)工序、高温环境下的动作时等的热伸缩引起的应力较强地作用于磁性体芯。磁性体芯形成为一端与另一端隔着间隙相向配置的c形。在磁性体芯中，将一端与另一端之间的距离保持恒定在维持检测特性方面是重要的。如上所述，若由功率模块壳体的热伸缩引起的应力较强地作用于磁性体芯，则磁性体芯的一端与另一端之间的距离有可能发生变化。因此，有可能导致电流传感器的检测特性意外地变化。


技术实现要素：

[0006]
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于，在电流传感器的磁性体芯固定于功率模块壳体的电力转换装置中，防止因回流焊工序、高温环境下的动作时等的功率模块壳体的热伸缩而导致电流传感器的检测特性意外地变化。
[0007]
用于解决课题的手段
[0008]
本发明采用以下的方案作为用于解决上述问题的手段。
[0009]
第一方案采用如下结构：一种电力转换装置，具备：汇流条，所述汇流条供电流流动；电流传感器，所述电流传感器具有包围所述汇流条的磁性体芯；以及功率模块壳体，所述功率模块壳体具有收容所述磁性体芯的收容凹部，所述电力转换装置具备埋设固定件，所述埋设固定件埋设所述收容凹部的一部分并且在使所述磁性体芯的一部分露出的状态下将所述磁性体芯固定于所述功率模块壳体。
[0010]
第二方案在上述第一方案中，采用如下结构：所述磁性体芯形成为一端与另一端隔着间隙相向配置的环形形状，所述埋设固定件内包所述磁性体芯的所述一端和所述另一端。
[0011]
第三方案在上述第二方案中，采用如下结构：所述功率模块壳体具有汇流条保持部，所述汇流条保持部从所述收容凹部的底面朝向所述收容凹部的入口开口竖立设置并且
内包所述汇流条，所述磁性体芯在所述汇流条保持部被插入到所述一端与所述另一端之间的间隙中的状态下被固定。
[0012]
第四方案在上述第三方案中，采用如下结构：所述磁性体芯与所述汇流条保持部的前端面抵接。
[0013]
第五方案在上述第四方案中，采用如下结构：所述汇流条保持部的前端面利用粘接剂固定于所述磁性体芯。
[0014]
第六方案在上述第三～第五方案中的任一方案中，采用如下结构：所述埋设固定件在从收容凹部的底面朝向所述收容凹部的入口开口的方向上，使所述汇流条保持部的内包有所述汇流条的区域的至少一部分露出而埋设所述收容凹部的一部分。
[0015]
发明效果
[0016]
在本发明的上述各方案中，在功率模块壳体的收容凹部内收容有磁性体芯。另外，该磁性体芯通过埋设收容凹部的一部分的埋设固定件固定于功率模块壳体。在此，在上述各方案中，埋设固定件仅埋设收容凹部的一部分，磁性体芯的一部分露出。即，在上述各方案中，在收容凹部的内部设置有使磁性体芯露出的空隙。通过设置这样的空隙，从而能够抑制功率模块壳体进行了热伸缩的情况下的应力被传递到磁性体芯，能够防止磁性体芯的形状变形。因此，根据上述各方案，在电流传感器的磁性体芯固定于功率模块壳体的电力转换装置中，能够防止因回流焊工序、高温环境下的动作时等的功率模块壳体的热伸缩而导致电流传感器的检测特性意外地变化。
附图说明
[0017]
图1是表示本发明一实施方式中的电力转换装置的概略结构的分解立体图。
[0018]
图2是包括本发明一实施方式中的电力转换装置的电流传感器在内的示意性的局部剖视图。
[0019]
图3a是表示将磁性体芯安装于功率模块壳体的工序的示意图。
[0020]
图3b是表示将磁性体芯安装于功率模块壳体的工序的示意图。
[0021]
图3c是表示将磁性体芯安装于功率模块壳体的工序的示意图。
[0022]
附图标记说明
[0023]
1电力转换装置、2智能功率模块、3电容器、4主体壳体、10功率模块、10a功率模块壳体、10b汇流条、10c水套、11电路基板、13电流传感器、13a磁性体芯、13a1一端、13a2另一端、13b霍尔传感器、20收容凹部、21底面、22入口开口、23汇流条保持部、24第一侧面、25第二侧面、26前端面、27霍尔传感器插入孔、30粘接剂、40埋设固定件、k空隙、s间隙
具体实施方式
[0024]
以下，参照附图对本发明的电力转换装置的一实施方式进行说明。
[0025]
图1是表示本实施方式的电力转换装置1的概略结构的分解立体图。本实施方式的电力转换装置1搭载于电动汽车等车辆，设置在未图示的电机(负荷)与蓄电池之间。如图1所示，这样的本实施方式的电力转换装置1具备智能功率模块2、电容器3以及主体壳体4。
[0026]
智能功率模块2具备功率模块10、电路基板11以及电流传感器13(参照图2)等。功率模块10具备：具有功率半导体元件的未图示的多个功率芯片、保持这些功率芯片的功率
模块壳体10a、与功率芯片连接的汇流条10b(参照图3a、图3b以及图3c)以及冷却用的水套10c等。电路基板11层叠于功率模块10，具备驱动功率芯片的驱动电路等。电流传感器13是检测在汇流条10b中流动的电流的传感器。关于包括该电流传感器13在内的部位的详细结构，在后面进行说明。
[0027]
电容器3与智能功率模块2连接。电容器3相对于功率模块10配置在与配置有电路基板11的一侧相反的一侧。主体壳体4是收容智能功率模块2和电容器3的壳体，具备上部壳体4a、中央壳体4b以及下部壳体4c。这些上部壳体4a、中央壳体4b以及下部壳体4c以能够在功率模块10与电路基板11的层叠方向上分割的方式连接。上部壳体4a从电路基板11侧覆盖智能功率模块2，与中央壳体4b连接。中央壳体4b内置有电抗器，并且覆盖智能功率模块2的周围。下部壳体4c设置有用于将智能功率模块2与电机连接的连接器，并紧固于中央壳体4b。
[0028]
该电力转换装置1具备由功率芯片、电容器3以及电抗器等构成的升降压电路、逆变器电路。电力转换装置1将从蓄电池供给的电力转换为三相交流电并向电机供给，或者将来自电机的再生电力向蓄电池回送。
[0029]
图2是设置有电流传感器13的部位处的电力转换装置1的示意性的剖视图。电力转换装置1具备设置于功率模块10的多个汇流条10b。因此，电流传感器13也设置于多个部位。如图2所示，各个电流传感器13具备磁性体芯13a和霍尔传感器13b。
[0030]
磁性体芯13a由磁性体形成，如图2所示，形成为一端13a1与另一端13a2隔着间隙s相向配置的c形的环形形状。该磁性体芯13a以从与电流汇流条10b的方向正交的方向包围汇流条10b的方式配置。霍尔传感器13b配置在磁性体芯13a的一端13a1与另一端13a2之间(即间隙s)。该霍尔传感器13b安装于电路基板11，将在磁性体芯13a的一端13a1与另一端13a2之间产生的磁场转换为电信号并输出。
[0031]
如图2所示，在本实施方式的电力转换装置1中，功率模块壳体10a具有收容磁性体芯13a的收容凹部20。该收容凹部20是从功率模块壳体10a的与电路基板11相反的一侧的表面朝向电路基板11侧凹陷的凹部。即，收容凹部20形成为底面21位于电路基板11侧且具有朝向与电路基板11相反的一侧开口的入口开口22的形状。该收容凹部20的深度尺寸(从底面21到入口开口22的距离尺寸)比磁性体芯13a的高度尺寸大。该收容凹部20具有能够收容磁性体芯13a的整体的容积。
[0032]
另外，如图2所示，在本实施方式的电力转换装置1中，功率模块壳体10a具备从收容凹部20的底面21朝向入口开口22竖立设置的汇流条保持部23。汇流条10b的正反面朝向沿着电路基板11的表面的方向。汇流条保持部23内包汇流条10b。另外，汇流条保持部23具有板状的形状。在与汇流条10b中的电流的流动方向正交的截面(图2所示的截面)上，汇流条保持部23的沿着电路基板11的表面的方向上的宽度尺寸比汇流条保持部23的高度尺寸(从底面21朝向入口开口22的方向上的尺寸)小。
[0033]
该汇流条保持部23被插入到磁性体芯13a的间隙s中。汇流条保持部23的前端部配置在由磁性体芯13a包围的区域中。另外，汇流条保持部23在配置在由磁性体芯13a包围的区域中的部位处内包汇流条10b。因此，如图2所示，汇流条10b配置在由磁性体芯13a包围的区域中。
[0034]
这样的汇流条保持部23具有：与内包的汇流条10b的一方的表面平行的第一侧面
24、与汇流条10b的另一方的表面平行的第二侧面25、以及朝向入口开口22侧的前端面26。如图2所示，本实施方式的电力转换装置1具备将磁性体芯13a固定于汇流条保持部23的粘接剂30。在第一侧面24相向配置有磁性体芯13a的一端13a1。另外，在第二侧面25相向配置有磁性体芯13a的另一端13a2。另外，在前端面26经由粘接剂30接合有磁性体芯13a的中途部位。
[0035]
需要说明的是，前端面26在磁性体芯13a的一端13a1与另一端13a2之间的中央部与磁性体芯13a的内壁面抵接。在这样的本实施方式的电力转换装置1中，磁性体芯13a通过将中途部位与前端面26抵接，从而在收容凹部20内被定位。
[0036]
另外，如图2所示，在汇流条保持部23设置有朝向电路基板11侧开口的霍尔传感器插入孔27。该霍尔传感器插入孔27设为通过磁性体芯13a的一端13a1与另一端13a2之间的间隙s的深度尺寸。上述霍尔传感器13b被插入到这样的霍尔传感器插入孔27中。
[0037]
另外，如图2所示，本实施方式的电力转换装置1具备埋设固定件40，该埋设固定件40埋设收容凹部20的一部分并且将磁性体芯13a相对于功率模块壳体10a进行固定。如图2所示，该埋设固定件40以与收容凹部20的底面21接触的状态配置在收容凹部20的底部。在本实施方式中，埋设固定件40的从收容凹部20的底面21起的高度尺寸(从底面21朝向入口开口22的方向上的尺寸)为收容凹部20的深度尺寸的三分之一左右。这样，由于埋设固定件40仅埋设收容凹部20的一部分，因此，在本实施方式的电力转换装置1中，在收容凹部20的内部的一部分设置有空隙k。磁性体芯13a的一部分在该空隙k中露出。
[0038]
如图2所示，这样的埋设固定件40内包磁性体芯13a的一端13a1和另一端13a2。另一方面，埋设固定件40在从收容凹部20的底面21朝向收容凹部20的入口开口22的方向上，使汇流条保持部23的内包有汇流条10b的区域的至少一部分露出。该埋设固定件40埋设收容凹部20的一部分。在本实施方式中，汇流条10b配置在比汇流条保持部23的高度方向上的中央靠前端部侧的位置。在该高度方向上，内包有汇流条10b的汇流条保持部23的一部分在收容凹部20内的空隙k露出。即，在本实施方式中，汇流条保持部23的内包有汇流条10b的部位未被埋设固定件40覆盖，在空隙k露出。因此，能够更高效地将汇流条10b的热向外部排出。
[0039]
这样的埋设固定件40由耐热温度比回流焊工序中的温度高的绝缘材料形成，优选由杨氏模量比功率模块壳体10a的形成材料低的材料形成。通过使埋设固定件40的形成材料的杨氏模量比功率模块壳体10a的形成材料低，从而能够降低在功率模块壳体10a热变形的情况下作用于磁性体芯13a的应力。
[0040]
图3a、图3b以及图3c是表示将磁性体芯13a安装于功率模块壳体10a的工序的示意图。如图3a所示，在将磁性体芯13a安装于功率模块壳体10a的情况下，以收容凹部20的入口开口22面向上方的方式配置功率模块壳体10a。此后，如图3b所示，向汇流条保持部23的前端面26供给软化状态的粘接剂30，向收容凹部20供给软化状态的埋设固定件40。此后，如图3c所示，将磁性体芯13a以间隙s朝向下方的状态下插入到收容凹部20中。此时，使磁性体芯13a的中途部位隔着粘接剂30与汇流条保持部23的前端面26抵接。接着，通过使粘接剂30和埋设固定件40固化，从而将磁性体芯13a接合于功率模块壳体10a。
[0041]
这样，磁性体芯13a配置于收容凹部20的功率模块壳体10a此后通过对功率芯片等进行软钎焊的回流焊工序。
[0042]
在以上那样的本实施方式的电力转换装置1中，具备：供电流流动的汇流条10b、具有包围汇流条10b的磁性体芯13a的电流传感器13、以及具有收容磁性体芯13a的收容凹部20的功率模块壳体10a。并且，在本实施方式的电力转换装置1中，具备埋设固定件40，该埋设固定件40埋设收容凹部20的一部分并且以磁性体芯13a的一部分露出的状态将磁性体芯13a固定于功率模块壳体10a。
[0043]
在这样的本实施方式的电力转换装置1中，埋设固定件40仅埋设收容凹部20的一部分，磁性体芯13a的一部分露出。即，在本实施方式的电力转换装置1中，在收容凹部20的内部设置有使磁性体芯13a露出的空隙k。通过设置这样的空隙k，从而能够抑制功率模块壳体10a进行了热伸缩的情况下的应力被传递到磁性体芯13a，能够防止磁性体芯13a的形状变形。因此，根据本实施方式的电力转换装置1，能够防止因回流焊工序、高温环境下的动作时等的功率模块壳体10a的热伸缩而导致电流传感器13的检测特性意外地变化。
[0044]
另外，在本实施方式的电力转换装置1中，磁性体芯13a形成为一端13a1与另一端13a2隔着间隙s相向配置的环形形状，埋设固定件40内包磁性体芯13a的一端13a1和另一端13a2。因此，一端13a1和另一端13a2由埋设固定件40固定，能够更可靠地抑制从一端13a1到另一端13a2的距离尺寸发生变化。
[0045]
另外，在本实施方式的电力转换装置1中，功率模块壳体10a具有汇流条保持部23，该汇流条保持部23从收容凹部20的底面21朝向收容凹部20的入口开口22竖立设置并且内包汇流条10b，磁性体芯13a在汇流条保持部23被插入到一端13a1与另一端13a2之间的间隙s中的状态下被固定。因此，即便在收容凹部20的内部设置有空隙k的情况下，也能够可靠地插通于由汇流条10b和磁性体芯13a包围的区域。
[0046]
另外，在本实施方式的电力转换装置1中，磁性体芯13a与汇流条保持部23的前端面26抵接。因此，通过使磁性体芯13a与汇流条保持部23的前端面26抵接，从而能够对磁性体芯13a进行定位。因此，根据本实施方式的电力转换装置1，能够容易地进行磁性体芯13a在收容凹部20内的定位。
[0047]
另外，在本实施方式的电力转换装置1中，汇流条保持部23的前端面26利用粘接剂30固定于磁性体芯13a。因此，能够防止磁性体芯13a因功率模块壳体10a的热变形等而从汇流条保持部23分离，能够防止磁性体芯13a意外地移动。
[0048]
另外，在本实施方式的电力转换装置1中，埋设固定件40在从收容凹部20的底面21朝向收容凹部20的入口开口22的方向上，使汇流条保持部23的内包有汇流条10b的区域的至少一部分露出而埋设收容凹部20的一部分。因此，能够将在汇流条10b产生的热通过空隙k高效地向电力转换装置1的外部排出。
[0049]
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但不言而喻本发明并不限定于上述实施方式。在上述实施方式中示出的各结构部件的各形状、组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够基于设计要求等进行各种变更。
[0050]
例如，在上述实施方式中，对汇流条保持部23的前端面26经由粘接剂30与磁性体芯13a接合的结构进行了说明。但是，本发明并不限于此。也可以采用汇流条保持部23的前端面26不使用粘接剂30而与磁性体芯13a抵接的结构。
[0051]
另外，在上述实施方式中，对磁性体芯13a的一端13a1的全部和另一端13a2的全部内包于埋设固定件40的结构进行了说明。但是，本发明并不限于此。例如，也可以采用仅磁
性体芯13a的一端13a1以及另一端13a2的一部分内包于埋设固定件40的结构。
[0052]
另外，在上述实施方式中，对仅使汇流条保持部23的保持汇流条10b的部位的一部分在空隙k露出的结构进行了说明。但是，本发明并不限于此，也可以采用汇流条保持部23的保持汇流条10b的部位的全部在汇流条保持部23的高度方向上在空隙k露出的结构。即，也可以采用从与汇流条保持部23的高度方向正交的方向观察时，汇流条10b与埋设固定件40不重叠的结构。
[0053]
工业实用性
[0054]
根据本发明，在电流传感器的磁性体芯固定于功率模块壳体的电力转换装置中，能够防止因回流焊工序、高温环境下的动作时等的功率模块壳体的热伸缩而导致电流传感器的检测特性意外地变化。