专利名称：功率堆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种最好是用作汽车旋转电机驱动设备的功率堆。
背景技术：
例如，以下先有技术文档1至4分别公开一种功率堆，包括交替层叠的冷却件和半导体元件，按照所述方法，所述半导体元件被夹在沿层叠方向布置的一对冷却件之间。半导体元件产生的热量由这些冷却件吸收。因此，先有技术文档1至4中所公开的功率堆可以避免半导体元件的热击穿。
1日本公开特许公报No.11-214599(1999)；2日本特许公报No.7-3846(1995)；3日本公开特许公报No.3-76256(1991)；4日本实用新型公告No.6-10696(1994)。
然而，上述先有技术文档1至4没有公开功率堆中半导体元件的布局。因此，按照所述先有技术文档1至4所公开的功率堆，当所述各半导体元件具有不同的发热率时，作为整体所述功率堆具有不良的冷却平衡。
更具体地说，各半导体元件的发热率取决于输出电功率、通电时间和受控目标装置的操作定时。这就是为什么半导体元件具有不同的发热率的原因。若在不考虑发热率上的差异的情况下确定半导体元件的布局，则作为一个整体所述功率堆将具有不希望有的偏差的发热率分布。之所以不希望具有不希望有的偏差的发热率分布，是因为在所述功率堆上会局部地出现冷却效率较高的部分和冷却效率较低的的部分。简而言之，作为一个整体所述功率堆具有不良的冷却平衡。
因此，在功率堆中半导体元件布局不适当的情况下，半导体元件有可能得不能充分的冷却。
发明内容
鉴于上文问题，本发明的一个目的是提供这样一种功率堆，它能够减少或者消除冷却效率的局部恶化，并相应地能够保证优异的冷却平衡。
为了达到上述及其他相关目的，本发明提供第一功率堆，它包括交替层叠的多个冷却管和多个半导体模块。多个冷却管中的每一个都包括分成冷却剂在其中流动的多个冷却通道的内部空间。在层叠方向上所述半导体模块的两面都与相邻的冷却管表面接触。半导体模块分类为其发热率相互不同的多个组。而且，以这样的方式布置所述各半导体模块，即，避免属于具有最高发热率的同一组的任何两个半导体模块彼此相邻，使得在层叠方向上冷却管道不会夹同一组的这些半导体模块之间。在这种情况下，″发热率″代表每单位时间的发热量。
本发明的第一功率堆包括多个冷却管道和多个半导体模块。半导体模块分类为在其发热率上相互不同的多个组。若冷却管道被夹在属于具有最高发热率的小组的一对半导体模块之间，则在同一时间从所述半导体模块传输至所述冷却管道的热量将局部变得较大。相应地，在对应于被夹在属于具有最高发热率的小组的半导体模块之间的部分，冷却效率将会恶化。
鉴于上文各点，本发明的第一功率堆采用避免冷却管道被布置在属于具有最高发热率的小组的一对半导体模块之间。因此，本发明的第一功率堆可以减少或者消除冷却效率的局部恶化。相应地，本发明的第一功率堆具有优异的冷却平衡。
按照第一功率堆，半导体模块的组最好按照各自半导体模块的受控目标装置进行分类。不同的受控目标装置的操作定时往往是不一致的。相应地，不同的受控目标装置的发热率不会一致。鉴于上文，所述布局采用按照受控目标装置的差异，把半导体模块分成多个组的办法。所述布局带来相对简单地完成半导体模块的分组的效果。
按照第一功率堆，半导体模块和所述冷却管最好分别具有在层叠方向上扁平的外形。这种布局带来保证所述半导体模块和所述冷却管道之间大的接触面积，亦即，大的热量传输面积的效果。另外，在层叠方向上功率堆的长度可以缩短。
按照第一功率堆，最好在层叠方向上按照基于分组的预定的图案重复地布置半导体模块。就是说，依据所述布置，多个属于不同组的半导体模块规则地按照预定的图案布置。这种布置的效果是通过在层叠方向上重复预定的图案来比较简单地获得理想的布局。理想的布局是避免任何一个冷却管道处在属于具有最高发热率的组的一对半导体模块之间。就是说，使相对简单地分配各自半导体模块的位置变成可能。特别是，在半导体模块的总数比较大的情况下，这时方便的。
按照第一功率堆，最好还包括控制电路板，后者具有多个所述半导体模块分别连接于其上的连接构件。而且，在所述层叠方向上这些连接构件按照与所述半导体模块的图案相同的图案重复布置。
依据这种布置，所述半导体模块的布局图案与所述连接构件的布局图案一致。因此，用于连接所述半导体模块和所述连接构件的布线工作可以简化。
另外，作为半导体模块布局图案的一个示例，在所述层叠方向上连续地布置属于同一组的半导体模块是可能的。在这样一种情况下，上述布置可以缩短所述控制电路板在层叠方向上的长度。更具体地说，可以在控制电路板上在层叠方向上相对紧密地布置属于同一组的半导体模块的连接构件。因此，与在层叠方向上交替地布置属于不同的组的半导体模块的情况相比，在层叠方向上连续地布置属于同一组的半导体模块可以带来缩短连接构件在层叠方向上的整个长度以及所述控制电路板在层叠方向上的长度的效果。
按照第一功率堆，最好还包括用于把冷却剂均分地引入多个冷却管的入口管道和用于集中来自多个冷却管的完成热交换之后的冷却剂的出口管道。所述入口管道和所述出口管道基本上彼此平行地布置。而且，发热构件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之间。
按照这种布置，除半导体模块以外的发热构件插入在入口管道和出口管道之间。采用这种布置，发热构件可以有效地被冷却管(亦即，最靠近所述发热构件的冷却管)、入口管道和出口管道中的至少一冷却。
按照第一功率堆，最好在设置所述发热构件的前置分配段的预定位置上设置一个直段。在所述入口管道的前置分配段上设置直段，可以在冷却剂被分配到各冷却管之前有效地调节冷却剂的流量。相应地，这种布置产生抑制在所述前置分配段流动的冷却剂中出现的紊流的效果。按照这种布置，可以稳定把冷却剂分配到多个冷却管中的分配过程。因而各冷却管的冷却性能得以均衡化。相应地，这种布置可以实现一种具有优异的冷却平衡的功率堆。
按照第一功率堆，最好至少一个半导体模块是不产生热量的假模块。没有热量从假模块传输到冷却管。因此，例如，有可能在层叠方向上把假模块布置在冷却管的一面，而把半导体模块布置在所述冷却管的另一面。在这种情况下，冷却管具有一面与半导体模块的接触，因此可以有效的地吸收所述半导体模块产生的热量。按照这种布置，不必考虑从假模块向冷却管的热传递，因而可以对半导体模块的布局进行各种各样的改变或者修改。
另外，布置假模块使得有可能减少或者消除相邻的冷却管之间的间隙。因此，使抑制变形，诸如各冷却管的歪斜和翘曲成为可能。因而，这种布置可以改善半导体模块和冷却管之间的接触。
另外，为了达到上述及其他相关的目的，本发明提供第二功率堆，它包括交替层叠的多个冷却管和多个半导体模块。多个冷却管中的每一个都包括分成多个冷却剂在其中流动的冷却通道的内部空间。在层叠方向上所述半导体模块的两面都与相邻冷却管的表面接触。半导体模块被分类为在其发热率上相互不同的多个组。以这样的方式布置所述多个半导体模块，即，沿着冷却剂在冷却管中流动的方向布置至少两个半导体模块。而且，布置在上游侧的半导体模块的发热率不小于设置在下游侧的半导体模块的发热率。
在冷却过程中冷却剂的温度是上游侧低于下游侧。因此，冷却管的冷却能力是上游侧高于下游侧。若发热率较小的半导体模块设置在上游侧，而且发热率较大的半导体模块设置在在下游侧，则上游侧的冷却能力将过大，而下游侧的冷却能力将不足。简而言之冷却效率将不平衡。
鉴于上文，本发明的第二功率堆采取把发热率较大的半导体模块布置在上游侧，而把发热率较小的半导体模块布置在下游侧的布置。换句话说，设置在上游侧的半导体模块的发热率不小于设置在下游侧的半导体模块的发热率。相应地，本发明的第二功率堆带来减少冷却效率不平衡的效果。相应地，本发明的第二功率堆具有优异的冷却平衡。
按照第二功率堆，各组半导体模块最好按照所述半导体模块的受控目标装置进行分类。不同的受控目标装置的操作定时往往不一致。相应地，不同的受控目标装置的发热率不会一致。鉴于上文，所述布置按照受控目标装置的差异，采用把半导体模块分成多个组的办法。这种布置带来半导体模块的分组的完成相对简单的效果。
按照第二功率堆，半导体模块和冷却管最好分别具有在层叠方向上扁平的外形。这种布置带来保证所述半导体模块和所述冷却管道之间大的接触面积，亦即，大的热量传递面积的效果。另外，在层叠方向上功率堆的长度可以缩短。
按照所述第二功率堆，它最好还包括用于把冷却剂均分地引入多个冷却管的入口管道和用于集中来自多个冷却管的完成热交换之后的冷却剂的出口管道。所述入口管道和所述出口管道基本上彼此平行地设置。而且，发热构件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之间。
按照这种布置，除半导体模块以外的发热构件插入在入口管道和出口管道之间。采用这种布置，发热构件可以有效地被冷却管(亦即，最靠近所述发热构件的冷却管)、入口管道和出口管道中的至少一个冷却。
按照第二功率堆，在设置发热构件的前置分配段的预定的位置上最好设置一个直段。在入口管道的前置分配段上设置直段，使得可以在冷却剂被分配之前有效地调节冷却剂的流量。相应地，这种布置产生抑制在所述前置分配段流动的冷却剂中出现的紊流的效果。按照这种布置，可以稳定把冷却剂分配到多个冷却管中的分配过程。因而，各冷却管的冷却性能得以均衡化。相应地，这种布置可以实现一种具有优异的冷却平衡的功率堆。
按照第二功率堆，最好至少一个半导体模块是不产生热量的假模块。假模块不向冷却管传输热量。相应地，例如，在层叠方向上可以把假模块布置在冷却管的一面，而把半导体模块布置在所述冷却管的另一面。在这种情况下，冷却管具有与半导体模块所述面接触的一面，并且相应地可以有效地吸收所述半导体模块产生的热量。按照这种布置，不必考虑从假模块至冷却管的热传递，因而相应地可以对半导体模块的布局进行各种各样的改变或者修改。
另外，布置假模块使得有可能减少或者消除相邻的冷却管之间的间隙。因此，使抑制变形，诸如各冷却管的歪斜和翘曲成为可能。因而，这种布置可以改善半导体模块和冷却管之间的接触。
由上文可见，本发明可以提供一种能够避免冷却效率局部恶化并保证优异的冷却平衡的功率堆。
参照附图阅读以下的详细说明，本发明的上述及其他目的和优点将变得显而易见，附图中图1是表示利用按照本发明第一实施例的功率堆的电动发电机的驱动设备的电路图；图2是表示按照本发明第一实施例的功率堆的部分分解透视图；图3是透视图，表示按照本发明第一实施例的功率堆的装配好的状态；图4是部分剖开的透视图，表示按照本发明第一实施例的功率堆的冷却管；图5是分解透视图，表示按照本发明第一实施例的功率堆的第一开关模块；图6是剖面图，表示按照本发明第一实施例的、沿着层叠方向看到的功率堆；图7A是平面图，示意地表示按照本发明第一实施例的、沿着层叠方向看到的功率堆；图7B是平面图，示意地表示按照本发明第一实施例的功率堆的、沿着层叠方向看到的控制电路板；图8是部分分解的透视图，表示按照本发明第二实施例的功率堆；图9是透视图，表示按照本发明第二实施例的功率堆的装配好的状态；
图10是剖面图，表示按照本发明第二实施例的功率堆；图11是平面图，示意地表示按照本发明第二实施例的功率堆；图12是平面图，示意地表示按照本发明第三实施例的功率堆；图13是平面图，示意地表示按照本发明第四实施例的功率堆；图14是平面图，示意地表示按照本发明第五实施例的功率堆；以及图15是平面图，示意地表示按照本发明第六实施例的功率堆。
具体实施例方式
以下将参照
本发明推荐的实施例。
以下将要按照推荐的实施例说明本发明的功率堆。
第一实施例首先，将利用所述实施例的功率堆作为一个示例，说明一种MG(亦即，电动发电机)用的驱动设备。图1表示所述驱动设备的电路图。如图所示，驱动设备9包括电池组90、平滑电容器91和92、DC-DC(直流-直流)转换器93、第一逆变器电路94和第二逆变器电路95。
DC-DC转换器93包括电抗器930和多个转换器开关模块931。电抗器930的一端连接到随后将要更详细描述的高压侧转换器开关模块931和低压侧转换器开关模块931的连接点。电抗器930的另一端通过低压电力线VL连接到电池组90的高压端子。
每一个转换器开关模块931由一个IGBT(亦即，绝缘栅极双极晶体管)931a和续流二极管931b构成。每一个续流二极管931b与一个相关的IGBT 931a反向并联。总共六个转换器开关模块931分为三个高压侧转换器开关模块931和三个低压侧转换器开关模块931。高压侧转换器开关模块931分别连接到高压电力线VH1和VH2。另外，低压侧转换器开关模块931接地。
第一逆变器电路94包括多个(亦即，总共六个)第一开关模块940。第一开关模块940包括在本发明的半导体模块中。每一个第一开关模块940由IGBT 940a和续流二极管940b构成。每一个续流二极管940b反向设置，与关联的IGBT940a并联。
第二逆变器电路95包括多个(亦即，总共12个)第二开关模块950。第二开关模块950包括在本发明的半导体模块中。每一个第二开关模块950由IGBT 950a和续流二极管950b构成。每一个续流二极管950b反向设置，与关联的IGBT 950a并联。
利用所述实施例的功率堆的MG驱动设备按以下方法操作。在电驱动操作(亦即，功率运行操作)的情况下，低压侧转换器开关模块931的每一个IGBT 931a由PWM(脉宽调制)开关控制。当IGBT 931a导通时，电磁能量便存储在电抗器930中。
在所述状态下，当IGBT 931a截止时，电抗器930趋向于维持电流状态不变。因此，电流通过各自高压侧转换器开关模块931的续流二极管931b流向高压电力线VH1和VH2。重复所述操作，高DC电压便连续地施加于高压电力线VH1和VH2。
第一逆变器电路94把高压电力线VH1的高DC电压转换为三相AC电压，并把所述三相AC电压施加于MG 96a的定子线圈。类似地，第二逆变器电路95把高压电力线VH2的高DC电压转换为三相AC电压，并把所述三相AC电压施加于MG 96b的定子线圈。MG 96a和MG 96b包括在本发明的受控目标装置中。
在发电操作(亦即，再生操作)的情况下，每一个高压侧转换器开关模块931的IGBT 931a都受PWM开关控制。当所述IGBT 931a导通时，电流通过IGBT 931a和电抗器930从高压电力线流到电池组90。电磁能量存储在电抗器930中。
在这种状态下，当IGBT 931a截止时，电抗器930趋向于维持电流状态不变。因此，电流通过各自高压侧转换器开关模块931的续流二极管931b流向电池组90。重复所述操作，DC电压便连续地施加于电池组90。
接着，将说明第一开关模块的发热率和第二开关模块的发热率之间的关系。并联第一开关模块940的总数(亦即，总共六个)小于并联第二开关模块950的总数(亦即，总共12个)。因此每个第一开关模块940的发热率大于每个第二开关模块950的发热率。
另外，六个第一开关模块940在MG 96a时的操作定时彼此一致。类似地，12个第二开关模块950在操作MG 96b时的操作定时彼此一致。然而，MG 96a的操作定时与MG 96b的操作定时不一致。因此第一开关模块940的操作定时与第二开关模块950的操作定时不一致。因此，第一开关模块940的发热率处于最大值的时刻与第二开关模块950的发热率处于最大值的时刻不同。
接着，将说明按照所述实施例的功率堆的布局。图2表示按照所述实施例的功率堆的部分分解的透视图。图3表示装配好的功率堆的透视图。图4表示所述功率堆的冷却管的部分剖开的透视图。图5表示所述功率堆第一开关模块的分解透视图。图6是表示所述功率堆的沿着层叠方向看到的剖面图。
如这些附图所示，所述实施例的功率堆1包括多个冷却管2、多个第一开关模块940、多个第二开关模块950、入口管道4、出口管道5和控制电路板8。
冷却管2是铝构件，它具有沿着垂直于层叠方向的平面的扁平的矩形本体。入口端口20和出口端口21在所述冷却管2的两个纵向端都是敞开的。冷却管2内部空间由多个冷却肋23分隔成多个冷却通道22。每一个冷却通道22都在纵向延伸。入口端口20与出口端口21通过冷却通道22连通。冷却通道22，总共10个，设置成基本上彼此平行。
入口管道4由主入口管道40和多个连通入口管道41构成。每一个连通入口管道41都是短铝构件，具有可轴向延伸的圆柱形本体。连通入口管道41把彼此相邻的冷却管2的入口端口20连接起来。连通入口管道41，总共九个，设置成基本上在一条直线上。
主入口管道40是长形铝构件，具有轴向延伸的圆柱形本体。主入口管道40比每一个连通入口管道41长。主入口管道40的一端覆盖位于层叠方向的一端的冷却管2的入口端口20。与水混合的长寿命冷却剂(亦即，LLC)从热量辐射器10通过主入口管道40引入冷却管2。LLC被包含在本发明的冷却剂中。
出口管道5由主出口管道50和多个连通出口管道51构成。每一个连通出口管道51都是短铝构件，具有可轴向延伸圆柱形本体。每一个连通出口管道51连接彼此相邻的冷却管2的出口端口21。所述连通出口管道51，总共九个，都基本上设置在一条直线上。
主出口管道50是长铝构件，具有圆柱形本体。主出口管道50设置成基本上与主入口管道40平行。主出口管道50的一端覆盖位于层叠方向一端的冷却管2的出口端口21。完成热交换之后，LLC从所述冷却管2通过主出口管道50排至热量辐射器10。
第一开关模块940包括IGBT 940a(图5中用点线表示)、续流二极管940b(图5中用点线表示)、电极端子940c、信号端子940d、绝缘板940e和树脂模940f。树脂模940f是绝缘树脂构件，具有在层叠方向上扁平的矩形本体。两个IGBT 940a和续流二极管940b都嵌入和密封于树脂模940f中。电极端子940c，总共有两个，是铜板构件，从所述树脂模940f的上表面向外伸出。一个电极端子940c连接到由IGBT 940a和续流二极管940b(参见图1)构成的并联电路的高压侧。另一个电极端子940c连接到由IGBT 940a和续流二极管940b构成的并联电路的低压侧。信号端子940d，总共五个，是从树脂模940f的下表面向外伸出的铜引脚。信号端子940d连接到设置在控制电路板8上的相应的连接构件80。控制电路板8总共具有18个连接构件80，亦即，六个连接构件用于第一开关模块940，而12个连接构件用于第二开关模块950。不同的信号，诸如栅极和发射极信号和电流镜像信号通过信号端子940d从控制电路板8输入到IGBT 940a。绝缘板940e是陶瓷件，呈矩形平板形状。绝缘板940e，总共两个，在层叠方向上设置在树脂模940f的两个端面上。
第一开关模块940的布置类似于第二开关模块950的布置。因而，不再详细说明第二开关模块950的布置。
六个第一开关模块940和12个第二开关模块950中的两个插入在两个相邻的冷却管2之间。在第一开关模块940和第二开关模块950的细节布局方面，随后还将说明。
下文中将说明所述实施例的功率堆中LLC的流动。如图6所示，LLC从热量辐射器10被送到主入口管道40。然后主入口管道40的LLC被直接引入或者通过连通入口管道41被引入10个冷却管210的冷却通道22。其间，第一开关模块940和第二开关模块950由于上述电力驱动操作和发电操作产生大量热量。从第一开关模决940和第二开关模块950产生的热量通过各冷却管2的管壁传输给在冷却通道22中流动的LLC。从第一开关模块940和第二开关模块950接收热量之后，冷却通道22的LLC直接流入或者通过连通出口管道51流入主出口管道50。然后，主出口管道50的LLC排至热量辐射器10并在那里冷却，然后被再一次引入主入口管道40。就是说，LLC沿着热量辐射器10->入口管道4->冷却管2(亦即，冷却通道22)->出口管道5->热量辐射器10循环流动，从热量辐射器10延伸至功率堆1。因而LLC具有把第一开关模块940和第二开关模块950的温度维护在各自容许温度之内的功能。
接着将参照
按照实施例的功率堆的第一开关模块和第二开关模块的布局。图7A表示按照所述实施例的功率堆的示意的平面图。图7B表示按照所述实施例的功率堆的控制电路板的示意的平面图。
如图7A所示，第一开关模块940(用右升阴影线表示)和第二开关模块950(用左升阴影线表示)按照预定的图案在层叠方向上重复布置。
更具体地说，在从主入口管道40和主出口管道50向相反一侧前进的方向上，所述图案由第一开关模块940的一行(亦即，由两个第一开关模块940构成的一行)和两个第二开关模块950的两行(亦即，由两个第二开关模块950构成的两行)，重复三次。
采用图7A所示的第一开关模块940和第二开关模块950的上述布局，可以在层叠方向上避免使冷却管2从两侧被夹在两个第一开关模块940之间。更具体地说，冷却管2被夹在第一开关模块940和第二开关模块950之间，或者被夹在一对第二开关模块950之间。
另外，按照第一开关模块940和第二开关模块950的上述布局，在层叠方向上循环地布置第二开关模块950两个串行。如图7B所示，在层叠方向上彼此相邻的两个第二开关模块950的连接构件80之间的间隙相对较短。另一方面，在层叠方向上彼此相邻的第一开关模块940的连接构件80和第二开关模块950的连接构件80之间的间隙相对较长。因此，两行第二开关模块950的连接构件80(用左升阴影线表示)用的布局面积的面积宽度D2基本上与一行第一开关模块940的连接构件80(用右升阴影线表示)用的布局面积的面积宽度D1一致。
接着将说明按照本实施例的功率堆的功能和效果。
按照所述实施例的功率堆1，在层叠方向上没有一个冷却管2从两侧被夹在具有较大发热率的两个第一开关模块940之间(参见图7A)。因此，所述实施例可以减少或者消除发热率的局部增大。换句话说，减少或者消除冷却效率上的不平衡成为可能。相应地，所述实施例的功率堆1具有优异的冷却平衡。
另外，第一开关模块940、第二开关模块950和冷却管2分别具有在层叠方向上扁平的本体。因此，第一开关模块940和冷却管2之间的传热面积相对较大，而且第二开关模块950和冷却管2之间的传热面积也相对较大。另外，利用扁平外形的第一开关模块940、第二开关模块950和冷却管2使得有可能缩短功率堆1在层叠方向上的长度。
另外，按照所述实施例的功率堆1，第一开关模块940和第二开关模块950在层叠方向上按照由(第一开关模块940的)一行和(第二开关模块950的)两行构成的上述图案(参见图7A)重复布置。因而，所述实施例只要求在层叠方向上简单地重复所述图案，即可达到一个具有优异的冷却平衡的理想布局。
另外，按照所述实施例的功率堆1，第一开关模块940和第二开关模块950的上述图案与第一开关模块940的连接构件80和第二开关模块950的连接构件80的图案一致(参见图7A和7B)。因此，在装配和/或安装工作中，可以轻易完成信号端子940d和连接构件80的调整。
另外，如上所述，两行第二开关模块950的连接构件80用的布局面积的面积宽度D2基本上与一行第一开关模块940的连接构件80用的布局面积的面积宽度D1一致。因此，可以通过串行地布置属于同一组的两行半导体模块来减小面积宽度。因此，与一行第一开关模块940和一行第二开关模块950在层叠方向上交替地布置的情况相比，缩短了控制电路板8在层叠方向上的长度变成可能的。
另外，如上所述，MG 96a的操作定时与MG 96b的操作定时不一致。因此，第一开关模块940中的发热率为最大的时间不同于第二开关模块950中的发热率为最大的时间。因此，使避免冷却管2接收由布置在层叠方向上两侧的第一开关模块940和第二开关模块950产生的大的热量变成可能。在这方面，本实施例的功率堆1可以减少或者消除冷却效率的不平衡。
第二实施例第二实施例不同于第一实施例之处在于，图1所示电抗器930和逆变器开关模块931设置在功率堆中。下文中仅仅就所述差异说明本实施例。
图8示出按照所述实施例的功率堆1的部分分解的透视图。对应于这些图2所示的组件或者部分用相同标号标示。图9表示功率堆1a装配好的状态的透视图。对应于图3所示组件或者部分用相同的标号标示。图10表示功率堆1a的剖面图。对应于图6所示的组件或者部分用相同的标号标示。
例如，正如从图10和图6之间比较可以明白的，所述实施例的功率堆1a的主入口管道40和主出口管道50比第一实施例所公开的功率堆1的主入口管道和主出口管道长。电抗器壳体930a，是铝壳体，具有盒子形状，支持在主入口管道40和主出口管道50之间。更具体地说，电抗器壳体930a在纵向两端具有主入口管道孔930b和主出口管道孔930c。当把电抗器壳体930a与功率堆1a安装或者装配在一起时，主入口管道40插入主入口管道孔930b，而主出口管道50插入主出口管道孔930c。因而，电抗器壳体930a可以可靠地跨坐在主入口管道40的轴向延伸部分和主出口管道50的轴向延伸部分之间。如图10所示，主入口管道40具有要容纳在主入口管道孔930b中的直段S。类似地，主出口管道50具有要容纳在主出口管道孔930c中的直段S。电抗器930固定在电抗器壳体930a中。电抗器930包括在本发明的发热构件中。
转换器开关模块931，与电抗器930合作，与第一开关模块940和第二开关模块950一起布置在冷却管2的间隙中。转换器开关模块931包括在本发明的半导体模块中。每一个转换器开关模块931都具有类似于图5所示的第一开关模块940的布置。如图1所示，总共设置了六个转换器开关模块931。因此，按照本实施例，冷却管2的数量从第一实施例的10个增加到总共13个。
图11表示按照所述实施例的功率堆1a的示意的平面图。对应于图7A所示的组件或者部分用相同的标号和相同的阴影线标示。如图所示，第一开关模块940、第二开关模块950和转换器开关模块931(用横阴影线表示)按照预定的图案在层叠方向上重复布置。更具体地说，在从主入口管道40和主出口管道50向相反一侧前进方向上，所述图案由一行第一开关模块940、两行第二开关模块950和一行转换器开关模块931组成，重复三次。
本实施例的功率堆1a产生基本上与第一实施例的功率堆1的相同的功能和效果。另外，按照所述实施例的功率堆1a，电抗器930沿着它的三个边被主入口管道40、冷却管2和主出口管道50包围。因而，电抗器930可以得到有效的冷却。
在冷却能力方面，其中布置电抗器930的U-形空间的冷却能力在容纳第一开关模块940、第二开关模块950和转换器开关模块931的冷却管2的间隙的冷却能力之下。
然而，电抗器930的发热率小于第一开关模块940、第二开关模块950和转换器开关模块931的发热率。另外，电抗器930的容许温度高于第一开关模块940、第二开关模块950和转换器开关模块931的容许温度。因此，上述U-形空间的冷却能力足以避免或者消除电抗器930的热击穿。这样，所述实施例的1a可以有效地利用入口管道4的前置分配段和出口管道5的后合并段之间延伸的无用空间。因而，与另外设置电抗器930用的专用空间的情况相比，可以减少功率堆需要的安装空间。另外，与另外设置电抗器930用的专用空间的情况相比，可以减少所需部件的数量。
另外，按照所述实施例的功率堆1a，主入口管道40具有要装入主入口管道孔930b中的直段S，而主出口管道50具有要装入主出口管道孔930c中的直段S(参见图10)。
因此，有可能调节LLC在前置分配段(亦即，13个冷却管2用的入口处)中的流量。因此，有可能减少或者消除出现在流动于前置分配段中的LLC中的紊流。另外，有可能调节LLC在后合并段(亦即，13个冷却管2用的出口处)中的流量。因此，有可能减少或者消除出现在流动于后合并段中的LLC中的紊流。所述实施例的功率堆1a具有大的LLC流通量。就是说，LLC在各冷却管2的所述冷却通道22中的流动速率增大。因此，可以增大每单位时间从各冷却管2传递到LLC的热量。
第三实施例第三实施例不同于第二实施例之处在于所述第一开关模块、第二开关模块和转换器开关模块的布局。下文中仅仅就所述差异说明本实施例。
图12表示按照所述实施例的功率堆1b的示意的平面图。对应于图11所示的组件或者部分用相同标号和相同阴影线标示。如图所示，在LLC的流动方向上(参见图10)，所有第二开关模块950(总共12个)都设置在冷却管2的下游侧。转换器开关模块931设置在六个设置在电抗器930附近的第二开关模块950上游侧。另外，第一开关模块940设置在剩余六个设置在远离电抗器930的第二开关模块950的上游侧。
冷却管2冷却通道中的LLC温度上游侧比下游侧低。因此，冷却管2的冷却能力是上游侧高于下游侧。鉴于上文，所述实施例的功率堆1b采用在上游侧具有较大发热率的转换器开关模块931和第一开关模块940的布置，而在下游侧布置具有较小的发热率的第二开关模块950。所述实施例的功率堆1b可以在冷却效率上减少或者消除不平衡。因此，所述实施例的功率堆1b具有优异的冷却平衡。
第四实施例第四实施例不同于第一实施例之处在于，第二开关模块用假模块替换。下文中仅仅就所述差异说明本实施例。
图13表示按照所述实施例的功率堆1c的示意的平面图。对应于图7a所示的组件或者部分用相同标号和相同阴影线标示。如图所示，按照所述实施例的功率堆1c，总共10个第一开关模块940和总共8个假模块97在层叠方向上交替地布置。每一个假模块97具有基本上与第一开关模块940外形相同的外形。
本实施例的功率堆1c产生与第一实施例的功率堆的相同功能和效果。另外，假模块97不产生热量。因此，冷却管2仅仅接收来自设置第一开关模块940的一个方向的热量。因此，所述实施例的功率堆1c具有较高冷却效率。
另外，每一个冷却管2都紧密地保持在假模块97和第一开关模块940之间，因为冷却管2的装配是在层叠方向上从一侧或者两侧加压的。因此，若不设置假模块97，则所述压力不会完全作用在冷却管2的整个装配件上。因此，将难以在第一开关模块940和冷却管2之间保证足够的传热面积。
另外，若不设置假模块97，则对应于假模块97的间隙将留在两个相邻的冷却管2之间。因此，当经受上述压力时，冷却管2可能向所述间隙变形。因此，在这种情况下，也将难以保证在第一开关模块940和冷却管2之间的足够的传热面积。
另一方面，所述实施例的功率堆1c配备有假模块97，当从层叠方向两侧施加压力时，可以把所述压力传输到冷却管2的装配件的任何地方。另外，使避免冷却管变形成为可能。因此，可以在第一开关模块940和冷却管2之间保证足够的传热面积。
第五实施例第五实施例不同于第一实施例之处在于，一行第一开关模块由三个开关模块构成，而一行第二开关模块由三个开关模块构成。下文中仅仅就所述差异说明本实施例。
图14表示按照所述实施例的功率堆1d的示意的平面图。对应于图7a所示的组件或者部分用相同标号和相同阴影线标示。如图所示，所述实施例的功率堆1d包括在冷却管2的纵向延伸的一行第一开关模块940，由总共三个第一开关模块940排列而成。另外，所述实施例的功率堆1d包括一行第二开关模块950，在冷却管2的纵向延伸，由总共三个第二开关模块950排列而成。
所述实施例的功率堆1d产生与第一实施例的功率堆的相同的功能和效果。另外，所述实施例的功率堆1d产生缩短在层叠方向上的长度的效果，因为三个开关模块排成一单行。另外，所需的冷却管2的总数可以减少。
第六实施例所述第六实施例不同于第五实施例之处在于，把第一开关模块和第二开关模块排在同一行。下文中仅仅就所述差异说明本实施例。
图15表示按照所述实施例的功率堆1e的示意的平面图。对应于图14所示的组件或者部分用相同标号标示。如图所示，按照所述实施例的功率堆1e，两个相邻的冷却管2之间的间隙用三个开关模块的组合填充，亦即，用设置在上游侧的第一开关模块940、设置在中间位置的第二开关模块950和设置在下游侧的另一个第二开关模块950填充。
如上所述，冷却管2的冷却通道中的LLC温度，上游侧比下游侧低。因此，冷却管2的冷却能力，上游侧比下游侧高。
鉴于上文，所述实施例的功率堆1e采用一种在上游侧布置发热率较大的第一开关模块940，而在中间位置和下游侧，布置发热率较小的第二开关模块950的布局。所述实施例的功率堆1e可以减少或者消除冷却效率上的不平衡。因此，所述实施例的功率堆1e具有优异的冷却平衡。另外，所述实施例的功率堆1e可以产生在所述层叠方向上缩短长度的效果，因为设置三个开关模块排成一单行。另外，所需的冷却管2的总数可以减少。
其它的修改尽管已经根据不同的实施例说明了本发明的功率堆，但是本发明不局限于上述实施例，而且可以作不同的修改。
例如，按照上述实施例，每个第一开关模块940、第二开关模块950和转换器开关模块931都由IGBT和续流二极管构成。然而，本发明的半导体元件不限于IGBT和续流二极管。例如，可以使用功率MOS(亦即，金属氧化物半导体)、GTO(亦即，门电路关断晶闸管)等等。例如，最好在半导体模块中设置功率MOS。
另外，按照上述实施例，假模块97具有与第一开关模块940的外形基本上相同的外形。然而，只要假模块97充分地填充两个相邻的冷却管2之间的间隙，对假模块97的外形不作具体限制。
另外，例如，按照第一实施例，所述开关模块分类为两组，一组由六个发热率较大的第一开关模块940构成，另一组由12个发热率较小的第二开关模块950构成。然而，每组安排的开关模块数量不局限于特定数目。例如，可以使用由只有一个半导体模块构成的组。
另外，按照第二和第三实施例，电抗器930由主入口管道40、冷却管2和主出口管道50冷却。然而，可以这样改变所述布置，以便利用这些构件中的至少一个来冷却电抗器930。另外，安排在冷却管2纵向延伸单一行中半导体模块的数量不局限于特定数目。
另外，如第二实施例所示分类的组数是三或更大的情况下，不必总是交替布置所有组的开关模块。例如，可以交替布置两个具有不同的发热率的组。
权利要求
1.一种功率堆，它包括交替地层叠的多个冷却管和多个半导体模块，其中，所述多个冷却管中的每个都包括分隔成多个冷却剂在其中流动的冷却通道的内空间，在层叠方向上所述半导体模块的两个表面与相邻的冷却管的表面接触，所述多个半导体模块被分类为其发热率彼此不同的多个组，以及以这样的方式布置所述多个半导体模块，即，避免属于具有最高发热率的同一组的一对半导体模块彼此相邻，使得任何一个冷却管在所述层叠方向上不夹在相同组的所述一对半导体模块之间。
2.如权利要求1所述的功率堆，其中所述半导体模块组是按照所述半导体模块的受控目标装置来分类的。
3.如权利要求1所述的功率堆，其中所述半导体模块和所述冷却管分别具有在层叠方向上扁平的外形。
4.如权利要求1所述的功率堆，其中在层叠方向上按照基于所述组的预定的图案重复地布置所述半导体模块。
5.如权利要求4所述的功率堆，其中还包括控制电路板，所述控制电路板具有所述多个半导体模块分别连接到其上的多个连接构件，其中，在层叠方向上按照与所述半导体模块的图案相同的图案重复地布置所述连接构件。
6.如权利要求1所述的功率堆，其中还包括用于把所述冷却剂等分地引入所述多个冷却管的入口管道和用于集中来自所述多个冷却管的完成热交换之后的所述冷却剂的出口管道，其中，所述入口管道和所述出口管道设置成基本上彼此平行，并且发热构件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之间。
7.如权利要求6所述的功率堆，其中在所述发热构件所在的所述前置分配段的预定的位置上设置一个直段。
8.如权利要求1所述的功率堆，其中至少一个所述半导体模块是不产生热量的假模块。
9.一种功率堆，它包括交替地层叠的多个冷却管和多个半导体模块，其中，所述多个冷却管中的每一个包括分隔成多个冷却剂在其中流动的冷却通道的内部空间，在层叠方向上所述半导体模块的两个表面都与相邻的冷却管的表面接触，所述多个半导体模块分类为其发热率彼此不同的多个组，以及以这样的方式布置所述多个半导体模块，即，至少两个半导体模块沿着所述冷却剂在冷却管中流动的方向设置，而且设置在上游侧的半导体模块的发热率不小于设置在下游侧的半导体模块的发热率。
10.如权利要求9所述的功率堆，其中所述组是按照所述半导体模块的受控目标装置分类的。
11.如权利要求9所述的功率堆，其中所述半导体模块和所述冷却管分别具有在层叠方向扁平的外形。
12.如权利要求9所述的功率堆，其中还包括用于把所述冷却剂均分地引入所述多个冷却管的入口管道和用于集中来自所述多个冷却管的完成热交换之后的所述冷却剂的出口管道，其中所述入口管道和所述出口管道设置成基本上彼此平行，而且发热构件插入在所述入口管道的前置分配段和所述出口管道的后合并段之间。
13.如权利要求12所述的功率堆，其中在布置所述发热构件的所述前置分配段的预定的位置上设置一个直段。
14.如权利要求9所述的功率堆，其中至少一个所述半导体模块是不产生热量的假模块。
全文摘要
一种功率堆包括交替层叠的冷却管和半导体模块。每一个冷却管包括分隔成多个冷却剂在其中流动的冷却通道的内部空间。在层叠方向上半导体模块的两个表面都与相邻的冷却管的表面接触。半导体模块分类为其发热率彼此不同的多个组。而且属于发热率最高的同一组的任意两个半导体模块被彼此隔开，以便在层叠方向上冷却管都不被夹在这些半导体模块之间。
文档编号H05K7/20GK1700454SQ200510076308
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者保井秀彦, 石山弘 申请人:株式会社电装