CN105027413A

CN105027413A - 电力转换装置

Info

Publication number: CN105027413A
Application number: CN201480010311.4A
Authority: CN
Inventors: 堀内敬介; 原阳成; 桑野盛雄; 西原淳夫; 中津欣也
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: US20150382501A1; JP5978151B2; DE112014000746T5; WO2014132739A1; CN105027413B; JP2014166080A; US9585292B2

Abstract

本发明的目的在于实现功率半导体组件的冷却性能的提高和性能偏差的降低，本发明的电力转换装置包括：功率半导体组件(150)；第一流路形成体(2)；和第二流路形成体(20)，其形成收纳上述功率半导体组件(150)和上述第一流路形成体(2)的收纳空间(20a)，上述第一流路形成体(2)由第一侧壁部、第二侧壁部和底面部构成，上述第一侧壁部在与上述功率半导体组件(150)的一个面之间形成第一流路空间，上述第二侧壁部在与上述功率半导体组件(150)的另一个面之间形成第二流路空间，在上述收纳空间、上述第一流路空间和上述第二流路空间流动冷却介质。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及电力转换装置，尤其涉及用于混合动力汽车和电动汽车的电力转换装置。

背景技术

在电动汽车或者混合动力汽车中，搭载的部件的小型化和低成本化一直以来受到重视。将蓄电池的直流电流转换为电动机的交流电流的电力转换装置也不例外，要求小型化和低成本化，其结果是，因发热密度变大而需要提高冷却性能。

在构成电力转换装置的电子部件中发热量最大的部件为功率半导体组件。为了提高该功率半导体组件的冷却性能，除去热阻大的润滑脂且从半导体元件的两个面进行散热的两面冷却构造(专利文献1)是有效的。

但是，上述专利文献1记载的构造，将功率半导体组件与流路形成体分别成形，因此，考虑安装性还需要在凸缘部以外(尤其在散热片和流路壁面之间)设置间隙。即使提高嵌合公差减小间隙，因存在功率半导体组件自身的制造偏差，所以，存在在密封部以外部件彼此发生干涉的可能。尤其是在存在多个功率半导体组件的情况(密封部位为多个情况)下，提高嵌合公差减小间隙并不现实。因此，在将功率半导体组件与流路形成体分别成形的情况下，肯定形成带有偏差的有限的间隙，因此，不仅散热部周边流过本来用于冷却的冷却水，而且在该间隙也流过冷却水，从而绕过散热片部，存在无法充分发挥功率半导体组件的冷却性能的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-110143号

发明内容

发明想要解决的技术问题

本发明的技术问题在于实现功率半导体组件的冷却性能的提高和性能偏差的降低。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的电力转换装置包括：将直流电流转换为交流电流的功率半导体组件；第一流路形成体；和第二流路形成体，其形成收纳上述功率半导体组件和上述第一流路形成体的收纳空间，上述第一流路形成体包括：与上述功率半导体组件相对的第一侧壁部；隔着上述功率半导体组件与上述第一侧壁部相对的第二侧壁部；和跨上述功率半导体组件的底面并且将上述第一侧壁部与上述第二侧壁部连接的底面部，上述第一侧壁部在与上述功率半导体组件的一个面之间形成第一流路空间，上述第二侧壁部在与上述功率半导体组件的另一个面之间形成第二流路空间，在上述收纳空间、上述第一流路空间和上述第二流路空间中流动冷却介质。

发明效果

根据本发明，能够实现功率半导体组件的冷却性能的提高和性能偏差的降低。

附图说明

图1是通过2次锻造形成散热片部和凸缘部的制造方法。

图2是将散热片部摩擦搅拌接合于带凸缘的金属壳的情况下的制造方法。

图3是表示混合动力汽车的控制块的图。

图4是逆变器电路140、142的电路结构图。

图5是实施例1的电力转换装置200的立体图。

图6是实施例1的电力转换装置200的分解立体图。

图7是实施例1的电力转换装置200的从下表面观看的分解立体图。

图8(a)是功率半导体组件的立体图。

图8(b)是图8(a)的由截面B切断时的截面图。

图9(a)是图5的由截面A切断时的截面图。

图9(b)是图9(a)的局部放大图。

图10是实施例2的电力转换装置200的立体图。

图11是图10的由截面C切断从下方观看时的截面图。

图12是实施例3的电力转换装置200的立体图。

图13是表示实施例4的流路形成部件的结构的立体图。

图14是组装图13从侧面观看的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示通过锻造成形而得到的带散热片的金属壳的制造方法。图1(a)和(b)表示第一工序，图1(c)和(d)表示第二工序。第一工序是用于使原材料大致变形为散热底座形状的工序。作为原材料，可以使用铝和铜等的容易变形的金属或者粉末状的金属。第二工序是在第一工序中制成的样品的两侧形成散热片的工序，具有散热片成形用模具。此时，为了容易成形散热片，模具的X的部分需要有限长的宽度。该长度在图中为X，为大约5～10mm程度。

图2表示通过锻造和摩擦搅拌接合的组合而形成的带散热片的金属壳的制造方法。图2(a)和(b)为第一工序，与图1相同。在图2(c)和(d)所示的第二工序中，使用在第一工序中成形的样品上接合另外成形的散热片部的技术。例如在使用摩擦搅拌接合技术的情况下，为了确保接合面积，如图所示需要使用旋转用具。旋转用具的直径在图中为Y，最低需要10mm。

根据上述的理由，即使使用2次锻造制法或使用摩擦搅拌接合技术，也无法避免在凸缘部与散热片部之间形成5～10mm程度的间隙。即使在例如无视批量生产性而在金属壳的成形方法中采用切削加工的情况下，也还是需要放入工具的间隙，所以在凸缘部与散热片部之间形成有5～10mm程度的间隙的情况没有改变。因此，在将散热片部与密封部分开了的功率半导体组件插入到流路形成体的开口部的结构中，在功率半导体组件的凸缘部与散热片部之间形成有间隙。

本发明在上述的“发明要解决的技术问题”中所提及的技术问题的基础上，还解决这样的技术问题。以下，参照附图对实施本发明的技术问题进行说明。

实施例1

图3是表示混合动力汽车(以下记为“HEV”)的控制块的图。发动机EGN和电动发电机MG1、电动发电机MG2产生车辆的行驶用转矩。另外，电动发电机MG1和电动发电机MG2具有不仅产生旋转转矩，还将从外部施加于电动发电机MG1或者电动发电机MG2的机械能转换为电力的作用。

电动发电机MG1、MG2例如为同步机或者感应机，如上所述，根据运转方法作为电动机也作为发电机动作。在将电动发电机MG1、MG2搭载于汽车的情况下，优选以小型获得高输出，优选使用钕等的磁铁的永磁型的同步电机。另外，永磁型的同步电机与感应电动机相比转子的发热少，从这个观点考虑，也优选在汽车中使用。

发动机EGN的输出侧和电动发电机MG2的输出转矩经由动力分配机构TSM被传递至电动发电机MG1，来自动力分配机构TSM的旋转转矩或者电动发电机MG1所产生的旋转转矩经由变速器TM和差速器DIF被传递至车轮。另一方面，再生制动的运转时，旋转转矩从车轮传递至电动发电机MG1，基于能够供给的旋转转矩产生交流电力。

产生的交流电力如后文所述，由电力转换装置200转换为直流电力，对高电压用的蓄电池136进行充电，被充电的电力之后又作为行驶能量来使用。另外，在高电压用的蓄电池136的蓄存的电力变少的情况下，能够将发动机EGN所产生的旋转能量通过电动发电机MG2转换为交流电力，接着，通过电力转换装置200将交流电力转换为直流电力，对蓄电池136进行充电。从发动机EGN向电动发电机MG2的机械能的传递通过动力分配机构TSM进行。

接着，说明电力转换装置200。升压电路600经由直流连接器138与蓄电池136电连接。蓄电池136的电压由升压电路600升压。升压后的电路201具有逆变器电路140、142。此外，电力转换装置200包括用于将供给到逆变器电路140的直流电力平滑化的电容器组件500。

在使电动发电机MG1作为电动机动作的情况下，逆变器电路140基于经由直流连接器138从蓄电池136供给的直流电力产生交流电力，将该交流电力经由交流连接器188供给到电动发电机MG1。由电动发电机MG1和逆变器电路140构成的结构作为第一电动发电单元动作。

同样，在使电动发电机MG2作为电动机动作的情况下，逆变器电路142基于经由直流连接器138从蓄电池136供给的直流电力产生交流电力，将该交流电力经由交流连接器198供给到电动发电机MG2。由电动发电机MG2和逆变器电路142构成的结构作为第二电动发电单元动作。

第一电动发电单元和第二电动发电单元，存在根据运转状态使双方作为电动机或者作为发电机运转的情况、或者将它们分开运转的情况。另外，也能够使一方不运转而停止。此外，在本实施方式中，通过蓄电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元动作，由此，能够仅通过电动发电机MG1的动力进行车辆的驱动。并且，在本实施方式中，使第一电动发电单元或者第二电动发电单元作为发电单元通过发动机120的动力或者来自车轮的动力动作而发电，由此能够进行蓄电池136的充电。

另外，虽然图3中省略，但是蓄电池136还能够作为用于驱动辅助用的电动机的电源使用。作为辅助用的电动机例如为驱动空气调节装置的压缩机的电动机、或者驱动控制用的油压泵的电动机。从蓄电池136将直流电力供给到辅助用功率半导体组件，辅助用功率半导体组件产生交流电力并将其供给到辅助用的电动机。辅助用功率半导体组件具有与逆变器电路140基本上相同的电路结构和作用，控制对辅助用的电动机供给的交流的相位和频率、电力。

电力转换装置200具有用于从上位的控制装置接收指令或者对上位的控制装置发送表示状态的数据的通信用的连接器21。控制电路172基于来自连接器21的指令运算电动发电机MG1和电动发电机MG2或者辅助用的电动机的控制量，并且，对于是作为电动机运转还是作为发电机运转进行运算。接着，控制电路172基于该演算结果产生控制脉冲，将该控制脉冲供给到驱动电路174和辅助用组件的驱动电路。驱动电路174基于供给来的控制脉冲，产生用于控制逆变器电路140、142的驱动脉冲。

图4是升压后的电路201中的逆变器电路140、142的电路的结构图。此外，2个逆变器电路140、142无论电路结构还是动作均非常类似，具有仅利用1个电动发电机MG1使之作为电动机也作为发电机动作的控制方法，因此，以下以逆变器电路140为主进行说明。另外，以下作为半导体元件使用绝缘栅型双极晶体管，以下简称为IGBT。

由上臂的IGBT328和二极管156以及下臂的IGBT330和二极管166构成上下臂串联电路150。逆变器电路140与要输出的交流电力的U相、V相、W相的3相对应地具备该上下臂串联电路150。

这些3相在本实施方式中与电动发电机MG1的电机绕组的3相的各相绕组对应。3相各自的上下臂串联电路150从作为串联电路的中点部分的中间电极169输出交流电流。该中间电极169通过交流端子159与作为向电动发电机MG1去的交流电力线即交流总线802连接。

上臂的IGBT328的集电极153经由正极端子157与电容器组件500的正极侧的电容器端子506电连接。另外，下臂的IGBT330的发射极经由负极端子158与电容器组件500的负极侧的电容器端子504电连接。

如上所述，控制电路172从上位的控制装置经由连接器21接收控制指令。基于该控制指令，产生用于对构成逆变器电路140的各相的上下臂串联电路150的上臂或者下臂所包括的IGBT328和IGBT330进行控制的控制信号即控制脉冲，并将其供给到驱动电路174。

驱动电路174基于上述控制脉冲，将用于对构成各相的上下臂串联电路150的上臂或者下臂的IGBT328和IGBT330进行控制的驱动脉冲供给到各相的IGBT328和IGBT330。IGBT328和IGBT330基于来自驱动电路174的驱动脉冲，进行导通或者截止动作，将从蓄电池136供给的直流电力转换为三相交流电力。该转换后的电力被供给到电动发电机MG1。

上臂的IGBT328包括集电极153、信号用发射极155和栅极电极154。另外，下臂的IGBT330包括集电极163、信号用的发射极165和栅极电极164。上臂的二极管156电连接到集电极153与发射极155之间。另外，二极管166电连接到集电极163与发射极165之间。

作为开关用功率半导体元件可以使用金属氧化物半导体型电场效应晶体管(以下简称为MOSFET)，在该情况下，不需要二极管156和二极管166。作为开关用功率半导体元件，IGBT适合于直流电压比较高的情况，MOSFET适合于直流电压比较低的情况。

电容器组件500包括多个正极侧的电容器端子506、多个负极侧的电容器端子504、正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508。来自蓄电池136的高电压的直流电力经由直流连接器138被供给到正极侧的电源端子509、负极侧的电源端子508，从电容器组件500的正极侧的电容器端子506和负极侧的电容器端子504向逆变器电路140供给。

另一方面，从交流电力通过逆变器电路140和逆变器电路142转换后的直流电力，从正极侧的电容器端子506和负极侧的电容器端子504供给到电容器组件500，从正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508经由直流连接器138供给到蓄电池136，蓄积在蓄电池136。

控制电路172包括用于对IGBT328和IGBT330的开关进行运算处理的微型计算机(以下称为微处理器)。作为对微处理器的输入信息，具有对电动发电机MG1要求的目标转矩值、从上下臂串联电路150向电动发电机MG1供给的电流值和电动发电机MG1的转子的磁极位置。

目标转矩值是基于从未图示的上位的控制装置输出的指令信号的值。电流值是基于电流传感器180的检测信号而检测的值。磁极位置是基于从设置在电动发电机MG1的解码器等的旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测到的值。本实施方式中，以电流传感器180检测3相的电流值的情况为例，但是，也可以检测2个相的电流值，通过运算求出3个相的电流。

控制电路172内的微处理器基于目标转矩值运算电动发电机MG1的d轴、q轴的电流指令值。接着，上述微处理器基于该演算出的d轴、q轴的电流指令值和检测出的d轴、q轴的电流值的差，运算d轴、q轴的电压指令值。接着，上述微处理器基于检测出的磁极位置，将该运算出的d轴、q轴的电压指令值转换为U相、V相、W相的电压指令值。接着，上述微处理器根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)与搬送波(三角波)的比较，生成脉冲状的调制波。接着，上述微处理器将该生成的调制波作为PWM(脉冲宽度调制)信号输出到驱动电路174。

驱动电路174在驱动下臂的情况下，将使PWM信号放大后的驱动信号输出到对应的下臂的IGBT330的栅极电极。另外，驱动电路174在驱动上臂的情况下，使PWM信号的基准电位的电平移位到上臂的基准电位的电平之后将PWM信号放大，将它们作为驱动信号，分别输出到对应的上臂的IGBT328的栅极电极。

另外，控制电路172内的微处理器进行异常检测(过电流、过电压、过温度等)，保护上下臂串联电路150。因此，控制电路172被输入检测信息。例如，从各臂的信号用的发射极155和信号用的发射极165流到各IGBT328和IGBT330的发射极的电流的信息被输入到对应的驱动部(IC)。由此，各驱动部(IC)进行过电流检测，在被检测出过电流的情况下使对应的IGBT328、IGBT330的开关动作停止，保护对应的IGBT328、IGBT330不受过电流的影响。

从设置在上下臂串联电路150的温度传感器(未图示)将上下臂串联电路150的温度的信息输入到微处理器。另外，微处理器被输入上下臂串联电路150的直流正极侧的电压的信息。微处理器基于这些信息进行过温度检测和过电压检测，在检测出过温度或者过电压的情况下使所有的IGBT328、IGBT330的开关动作停止。

以下，使用图5～图9说明本实施方式中的电力转换装置200的概略结构。

图5是本实施方式的电力转换装置200的立体图。图5是将壳体上盖(未图示)取下的状态的立体图。电力转换装置200包括收纳图3和图4中所示的电力转换装置200的结构部件的壳体20。收纳于壳体20中的结构部件中的驱动电路基板174a和控制电路基板172a配置在壳体20内上方。上述的驱动电路174安装于驱动电路基板174a。上述的控制电路172安装于控制电路基板172a。

壳体20配置有用于对该壳体20导入冷却介质的入口配管30a和用于导出冷却介质的出口配管30b。

在本实施方式的电力转换装置200中，说明仅利用1个电动发电机MG1使之作为电动机也作为发电机进行动作的例子，即以仅一个逆变器电路140作为例子进行说明，但是如图3～4所示，还能够追加逆变器电路142。本构造的俯视时的形状为大致长方形，由此具有向车辆和电动发电机的安装变得容易的效果。另外，能够使从壳体下盖22至壳体上盖(未图示)的全部部件为层叠结构，因此具有容易生产的效果。

图6是本实施方式的电力转换装置200的分解立体图。在壳体20内收纳构成图4的逆变器电路140的功率半导体组件150a和电容器组件500。本实施方式的电力转换装置200所使用的功率半导体组件150a为具有上下臂的开关元件的2合1功率半导体组件。

在壳体20形成有组件收纳空间20a。上述功率半导体组件150a收纳于组件收纳空间20a。此时，也同时收纳有将功率半导体组件150a夹入的流路形成部件2。流路形成部件2包括：与功率半导体组件150a相对的第一侧壁部；隔着功率半导体组件150a与第一侧壁部相对的第二侧壁部；和跨功率半导体组件150a的底面且连接第一侧壁部与第二侧壁部的底面部。

另外，在本实施方式中，为了使流路简化，使组件收纳空间20a为一个开口部。本实施方式的流路形成部件2为保持3个功率半导体组件150a的结构。

流路形成部件2收纳于组件收纳空间20a，与壳体20一起形成流动冷却介质的流路。即，流路形成部件2作为第一流路形成体发挥作用，壳体20作为第二流路形成体发挥作用。壳体20在作为流路形成体发挥作用的同时，也作为保持构成电力转换装置200的部件的构造部件发挥作用。

在本实施方式中，将用于形成仅功率半导体组件周边的流路的流路形成部件2预先从与冷却介质行进方向相同的方向安装到功率半导体组件150a，之后，将流路形成部件2和3个功率半导体组件150a一起插入组件收纳空间20a。

壳体20的组件收纳空间20a由盖5封闭。在盖5与组件收纳空间20a之间配置有密封材料1。在盖5形成有用于使功率半导体组件150a的配线贯通的开口部5a。

在盖5的上方设置有保持输出侧交流总线159a的交流端子台189。如后文所述，功率半导体组件150a的功率半导体组件侧交流端子159b(参照图8(a))与输出侧交流总线159a连接。另外，功率半导体组件150a的正极端子157b(参照图8(a))与电容器侧正极总线157a连接。功率半导体组件150a的负极端子158b(参照图8(a))与电容器侧负极总线158a连接。

另外，在壳体20配置有由多个电容器单体501构成的电容器组件500。

图7是本实施方式的电力转换装置200的从下表面观看的分解立体图。电力转换装置200的下表面由下盖22封闭。在下盖22与壳体20之间设置有密封材料8。

在壳体20形成有收纳功率半导体组件150a和流路形成部件2的组件收纳空间20a、电容器组件下游路20b、入口流路20c和出口流路20d。入口流路20c与入口配管30a相连。电容器组件下游路20b与入口流路20c相连。组件收纳空间20a与电容器组件下游路20b相连。出口流路20d与组件收纳空间20a相连。出口配管30b与出口流路20d相连。组件收纳空间20a收纳功率半导体组件150a和流路形成部件2，也作为流动冷却介质的流路发挥作用。

冷却介质从入口配管30a导入，从入口侧冷却介质行进方向23a依次沿着回转部冷却介质行进方向23b、电容器组件下冷却介质行进方向23c、功率半导体组件跟前分支前冷却介质行进方向23d、功率半导体组件之后分支后冷却介质行进方向23e、功率半导体组件后合流后冷却介质行进方向23f、出口侧冷却介质行进方向23g等各冷却介质行进方向流动。

流路形成部件2所形成的流路构成为在功率半导体组件150a的两面侧并列。本实施方式中，该并列流路为3组件并列，因此6流路并列。此外，冷却介质隔着壳体流过电容器组件500下部，也将电容器组件冷却。

图8(a)是本实施方式的功率半导体组件150a的立体图。图8(b)是图8(a)的截面B中的截面图。

在各个功率半导体组件150a设置有与金属壳40的两面金属接合的散热部7。

功率半导体组件150a是将上述的上下臂串联电路150收纳于金属壳40内，隔着绝缘层进行传递模塑而得到的。金属壳40为了实现低成本化，也能够进行罐形的成形、散热片部7和箱体部40a的锻造，形成一体型的容器。

功率半导体组件150a包括功率半导体组件侧正极端子157b、功率半导体组件侧负极端子158b、功率半导体组件侧交流端子159b、控制引脚、信号引脚、温度输出引脚等160。功率半导体组件侧正极端子157b与电容器侧正极总线157a连接，构成图4的正极端子157。功率半导体组件侧负极端子158b与电容器侧正极总线158a连接，构成图4的负极端子158。功率半导体组件侧交流端子159b与输出侧交流总线159a连接，构成图4的交流端子159。控制引脚、信号引脚、温度输出引脚等160经由驱动电路基板174a与控制电路基板172连接，交换栅极信号、发射极信号和功率半导体内置温度传感器的信息。

另外，金属壳40包括保持散热部7的部位40a和在侧面与密封材料接触的部位40b。与密封材料接触的部位40b例如在使用O形环那样的密封材料的情况下，被实施O形环用的槽加工，为了不损伤害O形环而具有曲面。由此，在盖5设置具有凹部的盖开口部5a，使用组件与盖间的密封材料6(参照图9)，能够实现高密封性。

在功率半导体组件150a的一个面形成有第一散热部7a，在另一个面形成有第二散热部7b。在与功率半导体元件相对的区域为了提高散热性而形成有散热片。在本实施方式中，使散热部7的散热片形状为针状散热片，但是也可以为其他的形状，例如笔直散热片和波纹散热片。

图9(a)是图5的由截面A切断的截面图。功率半导体组件150a配置成由流路形成部件2包围，该流路形成部件2收纳于形成在壳体20的组件收纳空间20a。在壳体20的下部，下盖22隔着密封材料8配置。在壳体20的上部，盖5隔着密封材料1配置。

在盖5的上方配置有电容器侧正极总线157a和电容器侧负极总线158a。另外，在电容器侧正极总线157a和电容器侧负极总线158a的进一步上方配置有驱动电路基板174a，与控制引脚、信号引脚、温度输出引脚等160连接。

图9(b)是用于说明功率半导体组件150a、流路形成部件2、盖5的配置关系的图9(a)的拡大图。

在盖5形成有在组件收纳空间20a侧形成的凹部5b和从该凹部5b的底面贯通至盖5的上表面的开口5a。

功率半导体组件150a形成为该功率半导体组件150a的端子(157b、158b、159b、160)突出的凸缘部配置在凹部5b内。在功率半导体组件150a的侧面与密封材料接触的部位40b配置有密封材料6。该功率半导体组件150a的端子从开口5a突出到组件收纳空间20a之外。

流路形成部件2包括第一侧壁部25a、第二侧壁部25b和底面部26。第一侧壁部25a形成为与功率半导体组件150a的第一散热部7a相对。第二侧壁部25b形成为与功率半导体组件150a的第二散热部7b相对。底面部26形成为跨功率半导体组件150a的底面并且连接第一侧壁部7a与第二侧壁部7b。

在第一侧壁部25a与功率半导体组件150a的第一散热部7a之间形成有第一散热部侧流路27a。在第二侧壁部25b与功率半导体组件150a的第二散热部7b之间形成有第二散热部侧流路27b。

第一侧壁部25a和第二侧壁部25b具有凸部25c。凸部25c形成在没有形成图1和图2所示的那样的散热片的区域，由此形成为使冷却介质高效地流过散热片的形成区域。因此，凸部25c在第一侧壁部25a侧，形成于形成有散热片的第一散热部侧流路27a的侧部。在此所谓的侧部是指，沿着与冷却介质的流动的方向垂直的方向与第一散热部侧流路27a相邻，且该垂直的方向与功率半导体组件150a的主面平行。换言之，功率半导体组件150a以跨形成于第一侧壁部25a的凸部25c和第一散热部侧流路27a的方式彼此相对配置。

凸部25c形成于形成有散热片的第一散热部侧流路27a与功率半导体组件150a的凸缘部之间。另外，在本实施例中，凸部25c也形成于第一散热部侧流路27a与底面部26之间。另外，凸部25c与第一侧壁部25a侧同样地也形成于第二侧壁部25b与功率半导体组件150a之间。

流路形成部件2的底面部26形成为与功率半导体组件150a的底面接触。由此，功率半导体组件150a形成为由盖5和流路形成部件2挟持的结构，所以耐振動性提高。

作为构成流路形成部件2的材料适合使用弹性体。作为弹性体，采用具有耐热性(－40℃～100℃)和耐药品性(不容易溶解于冷却介质(乙二醇水溶液和丙二醇水溶液))的材料。例如采用橡胶、发泡体(海绵状)的部件、高温时热膨胀的材料、与液体反应而膨胀的材料。橡胶具体而言优选有机硅类/EPDM类/丁基类的橡胶。发泡体(海绵状)的材料具体而言优选耐热性的聚乙烯/聚氨酯/EPDM/丁基橡胶/有机硅。与液体反应而膨胀的材料，具有氯丁二烯橡胶等。

通过使流路形成部件2为海绵状的部件，能够将真空壳体的海绵状部件在安装时切开封口，使空气混入而将其与功率半导体组件的间隙充填。在高温时热膨胀的材料、与液体反应而膨胀的材料也同样，能够通过在安装后膨胀而将间隙填埋。

如以上说明的方式，本实施方式的电力转换装置200具有收纳部件并作为流路形成体发挥作用的壳体20，上述壳体20形成收纳功率半导体组件150a的组件收纳空间20a。收纳于组件收纳空间20a的功率半导体组件150a配置成由作为第二流路形成体的流路形成部件2包围。流路形成部件2在与功率半导体组件150a的一个面之间形成第一散热部侧流路27a，在与功率半导体组件150a的另一个面之间形成第二散热部侧流路27b。

如上所述，使为了将功率半导体组件150a冷却而流过的冷却介质流过形成于壳体20的组件收纳空间20a，并且流过由作为第二流路形成体的流路形成部件2形成的第一散热部侧流路27a和第二散热部侧流路27b。通过设置流路形成部件2，能够填埋在功率半导体组件150a与组件收纳空间20a之间产生的间隙。由此，冷却介质以不迂回到间隙的方式流动，因此功率半导体组件的冷却性能得到提高。

而且，流路形成部件2具有如上述方式形成于冷却介质流路的侧部的凸部25c。由此，流过与需要优先冷却的功率半导体元件相对的散热片形成区域的冷却介质量变多，因此功率半导体组件的冷却性能得到提高。

而且，在覆盖组件收纳空间20a的盖5上设置有凹部5b。功率半导体组件150a中，该功率半导体组件150a的一部分配置在凹部5b内，在该凹部5b内由密封材料6密封。在这样的侧面密封方法中，例如在将盖5螺栓紧固于壳体20的情况下，密封材料6与螺栓的按压力无关地在侧面紧贴，因此，不需要在功率半导体组件150a周围的流路设置螺栓，具有降低螺栓个数的效果。

并且，即使在因功率半导体组件制造时的偏差和安装偏差而导致上下方向的尺寸变小的情况下，密封材料6也总是在侧面紧贴，能够防止向外部泄露液体。

在此，通过在盖5设置凹部，能够避免在厚板的侧面进行密封。在使用厚板的情况下，难以轻量化，重心变高，因此即使采用耐震结构也存在问题。通过设置凹部，仅使必须的部位具有刚性，能够实现轻量化。

如本实施方式的那样，在具有供功率半导体组件150a的端子插入的开口5a的盖5设置凹部5b，由此该凹部5b发挥作为功率半导体组件150a插入时的定位的作用。另外，在凹部5b内配置功率半导体组件150a的凸缘部，由此，功率半导体组件150a不仅在上下方向上而且在左右方向上也被固定，由此能够提高耐振动性、可靠性。

而且，通过利用弹性体形成流路形成部件2，即使在功率半导体组件的制造时产生制造偏差，也能够吸收该偏差而将功率半导体组件之间的间隙填埋。所以，能够抑制在内部的局部空间产生旁通流，冷却性能得到提高。另外，能够抑制功率半导体组件的冷却性能的偏差这一点也有助于冷却性能的提高。

另外，信号引脚160与控制电路基板172的金属连接部、与上述的正极端子157b、负极端子158b、交流端子159b金属接合的部位，需要考虑由于汽车潜在具有的振动而成为连接不良。本实施例的侧面密封方法中，利用由弹性体形成的流路形成部件2覆盖功率半导体组件，能够提高耐振动性。

驱动电路基板174a和控制电路基板172a与金属制的壳体20热连接，所以热能够通过热传导率高的金属部件散热到流路内的冷却介质。另外，驱动电路基板174a和控制电路基板172a如图5～6所示能够形成为一体。

在控制电路基板172a设置有连接器(未图示)。连接器与外部的控制装置连接，在设置于控制电路基板172a的控制电路172与上位的控制装置等的外部的控制装置之间进行信号传递。

此外，电容器侧的正极总线157a和负极总线158a在流过大电流时发热，因此，需要使得热不进入功率半导体组件150a。所以，通过使总线与功率半导体组件固定用的盖5热接触，能够抑制热进入功率半导体组件150a。在盖5为金属材料的情况下，隔着绝缘层热接触，但是盖的材质也能够为树脂那样的绝缘材料。

另外，在上述得实施方式中，以搭载于电动汽车和混合动力汽车的车载用的电力转换装置为例进行了说明，但是当为将功率半导体组件浸入于冷却介质中的冷却构造的电力转换装置时，能够同样适用本发明。

实施例2

使用图10和图11说明第二实施方式中的电力转换装置200的概略结构。图10是将实施例1中的流路形成部件2变更为第一流路形成部件2a和第二流路形成部件2b的变形例。除此之外的结构与实施例1中的结构相同，因此省略详细的说明。

第一流路形成部件2a与将实施例1中的流路形成部件2安装于功率半导体组件150a时同样地，从与冷却介质行进方向相同的方向安装在功率半导体组件150a。在此，在实施例1中，流路形成部件2安装成保持全部3个功率半导体组件150a，但在本实施方式中，第一流路形成部件2a安装3个功率半导体组件150a中的相邻的2个功率半导体组件150a。

配置在3个功率半导体150a中的另外2个功率半导体组件150a之间的功率半导体组件150a中，第一流路形成部件2a安装至该功率半导体组件150a的中央。而且，第二流路形成部件2b配置成相对于上述功率半导体组件150a的上述中央与第一流路形成部件2a点对称。

图11是从下方观看图10的截面C的情况下的截面图。3个功率半导体组件150a中的任一个功率半导体组件150a由第一流路形成部件2a挟持。配置在3个功率半导体组件150a中的另外2个之间的功率半导体组件150a由第一流路形成部件2a和第二流路形成部件2b挟持。3个功率半导体组件150a中的剩余的1个功率半导体组件150a由第二流路形成部件2b挟持。

第一流路形成部件2a形成将形成于第一的功率半导体组件150a的侧部的2个流路与形成于第二功率半导体组件150a的侧部的2个流路连结的连结流路。第二流路形成部件2b也同样地形成将形成于第二功率半导体组件150a的侧部的2个流路与形成于第三的功率半导体组件150a的侧部的2个流路连结的连结流路。

在实施例1中，流向3个功率半导体组件150a的冷却介质在分支为6个的流路中并列地流动，但是在本实施例中，在流路中流动的冷却介质在分支为2个的流路中流动。换言之，在实施例1中，3个功率半导体组件150a被并列地冷却，但在本实施方式中，被串联地(依次)冷却。

对于使用能够容许较大的压力损失的大型泵的冷却介质循环系统，由于降低流量分支数量，因此在每一个组件中流动的冷却介质的流量变大，其结果是，热传递率变大，因此，能够提高冷却性能。

本实施方式中，通过仅将实施例1中的流路形成部件2变更为不同体的第一流路形成部件2a和第二流路形成部件2b，就能够如上述方式控制冷却性能。因此，具有不需要对电力转换装置的部件整体进行设计变更的工序的效果。

另外，由于加工控制变得复杂的功率半导体组件周边的流路由弹性体形成，因此还能够抑制加工成本。

实施例3

使用图12说明第三的实施方式中的电力转换装置200的概略结构。

图12是将3个功率半导体组件150a收纳于各自不同的组件收纳空间20a的变形例。

在本实施方式中，在壳体20形成有组件收纳空间20a。3个组件收纳空间20a串联地连接，形成从入口配管30a至出口配管30b的冷却介质流路。实施例1和实施例2的将3个功率半导体组件150a收纳于1个组件收纳空间20a这一点与本实施例不同。

与实施例1和实施例2同样地，在组件收纳空间20a中以安装有流路形成部件2c的状态下收纳有功率半导体组件150a。在本实施方式中，相对于3个功率半导体组件150a各自安装有流路形成部件2c。

在本实施方式中，需要在壳体20设置三个组件收纳空间20a，但是能够使流路形成部件2c形成为小型，所以流路形成部件2c自身的制造性增加。另外，将3个功率半导体组件全部安装于流路形成部件，所以不需要插入组件收纳空间，因此组装性也提高。

在本实施方式中，与实施例2同样采用在功率半导体组件部成为2分支的流路结构。另外，本构造不使用盖5，组件其自身设置凸缘部3并在凸缘底面设置O形环来进行密封。作为功率半导体组件的密封方法，可以不如本实施方式的方式采用侧面密封而采用凸缘底面密封。

实施例4

在实施例3中，使流路形成部件2c相对于1个功率半导体组件150a为一个，但是，如图13和图14所示的那样，也可以组合多个部件。本实施方式表示利用多个部件的组合来形成流路形成部件的变形例。

图13是表示将多个流路形成部件组合，填埋散热部以外的间隙的情况的构造的分解立体图。图14是将图13所示的多个流路形成部件组合，从侧面观看时的图。

在本实施方式中，流路形成部件包括上部隔离件2d、下部隔离件2e、侧面部件2f。上部隔离件2d配置在功率半导体组件150a的散热片与凸缘部之间。下部隔离件2e为收纳功率半导体组件150a的底面那样的凹部所形成的部件，隔着功率半导体组件150a的散热片形成区域配置在与上部隔离件2d的配置区域相反的一侧的区域。上部隔离件2d具有与在图9(b)中说明的凸部2c相当的作用。另外，下部隔离件2e具有与在图9(b)中说明的凸部2c和底面部26相当的作用。侧面部件2f配置在与功率半导体组件150a的散热部7相对的位置，在该侧面部件2f与功率半导体组件之间形成流过冷却介质的流路。

本实施方式的上部隔离件2d、下部隔离件2e由橡胶材料形成。另外，侧面部件2f为具有板簧结构的金属制部件。板簧结构如图13所示，具有椭圆形和凹凸形等。板簧结构形成为侧面部件2f向功率半导体组件150a的散热片施力。

如本实施方式的那样，将用于填埋间隙的流路形成部件分为多个，由此能够降低流路形成部件单体的制造成本。

上述的各实施方式可以各自单独或者组合使用。能够使各自的实施方式中的效果单独或者协同起作用。另外，只要不违背本发明的特征，本发明不限于上述实施方式。

附图标记说明

1：盖与壳体的密封材料

2：流路形成部件

2a：第一流路形成部件

2b：第二流路形成部件

2c：毎个组件的流路形成部件

2d：上部隔离件

2e：下部隔离件

2f：侧面部件

3：组件凸缘部

5：盖

5a：盖开口部

5b：凹部

6：组件与盖间的密封材料

7：散热部

7a：第一散热部

7b：第二散热部

7c：整体凸缘

8：下盖与壳体间的密封材料

20：壳体

20a：组件收纳空间

20b：电容器组件下游路

20c：入口流路

20d：出口流路

21：连接器

22：下盖

23：冷却介质行进方向

23a：进入侧冷却介质行进方向

23b：回转部冷却介质行进方向

23c：电容器组件下冷却介质行进方向

23d：功率半导体组件跟前分支前冷却介质行进方向

23e：功率半导体组件之后分支后冷却介质行进方向

23f：功率半导体组件后合流后冷却介质行进方向

23g：输出侧冷却介质行进方向

25a：第一侧壁部

25b：第二侧壁部

25c：凸部

26：底面部

27a：第一散热部侧流路

27b：第二散热部侧流路

30a：入口配管

30b：出口配管

40：金属壳

40a：保持散热部7的部位

40b：在侧面与密封材料接触的部位

120：发动机

130：厚壁部

131：薄壁部

136：蓄电池

138：直流连接器

140、142：逆变器电路

144：散热片组

150：上下臂串联电路

150a：2合1功率半导体组件

153：上臂的IGBT的集电极

154：栅极电极

155：信号用发射极

156：上臂的二极管

157：正极端子

157a：电容器侧正极总线

157b：功率半导体组件侧正极端子

158：负极端子

158a：电容器侧负极总线

158b：功率半导体组件侧负极端子

159：交流端子

159a：输出侧交流总线

159b：功率半导体组件侧交流端子

160：控制引脚、信号引脚、温度输出引脚等

163：下臂的IGBT的集电极

164：栅极电极

165：信号用的发射极

166：下臂的二极管

169：中间电极

172：控制电路

172a：控制电路基板

174：驱动电路

174a：驱动电路基板

174b：驱动电路基板开口部

180：电流传感器

188：交流连接器

189：交流端子台

198：交流连接器

200：电力转换装置

328：上臂的IGBT

330：下臂的IGBT

500：电容器组件

501：电容器单体

504：负极侧的电容器端子

506：正极侧的电容器端子

508：负极侧的电源端子

509：正极侧的电源端子

Claims

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

将直流电流转换为交流电流的功率半导体组件；

第一流路形成体；和

第二流路形成体，其形成收纳所述功率半导体组件和所述第一流路形成体的收纳空间，

所述第一流路形成体包括：与所述功率半导体组件相对的第一侧壁部；隔着所述功率半导体组件与所述第一侧壁部相对的第二侧壁部；和跨所述功率半导体组件的底面并且将所述第一侧壁部与所述第二侧壁部连接的底面部，

所述第一侧壁部在与所述功率半导体组件的一个面之间形成第一流路空间，

所述第二侧壁部在与所述功率半导体组件的另一个面之间形成第二流路空间，

在所述收纳空间、所述第一流路空间和所述第二流路空间中流动冷却介质。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述功率半导体组件具有：与所述第一侧壁部相对的第一散热部；与所述第二侧壁部相对且隔着该功率半导体组件与所述第一散热部相对的第二散热部；和配置在所述第一散热部与所述第二散热部之间的功率半导体元件，

所述第一散热部具有形成散热片的区域和没有形成散热片的区域，

所述第一流路空间形成在与所述形成散热片的区域相对的区域，

所述第一侧壁部具有凸部，

所述凸部在与所述没有形成散热片的区域相对的区域向所述第一散热部突出。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一流路形成体形成为所述底面部与所述功率半导体组件的所述底面接触。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

包括覆盖所述收纳空间的盖，

所述盖具有凹部和形成于所述凹部的底面的开口部，

所述功率半导体组件的端子贯通所述开口部，

所述功率半导体组件配置成该功率半导体组件的一部分固定在所述凹部内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述功率半导体组件具有第一功率半导体组件和第二功率半导体组件，

所述第二功率半导体组件隔着所述第二侧壁部与所述第一功率半导体组件相对配置，

所述第一流路形成体具有隔着所述第二功率半导体组件与所述第二侧壁部相对的第三侧壁部，

所述第二侧壁部在与所述第二功率半导体组件的一个面之间形成第三流路空间，

所述第三侧壁部在与所述第二功率半导体组件的另一个面之间形成第四流路空间，

所述第一流路形成体形成连结流路空间，

所述第一流路形成体形成为所述连结流路空间与所述第一流路空间、所述第二流路空间、所述第三流路空间和所述第四流路空间连结。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一流路形成体由弹性体形成。

7.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：

所述弹性体为有机硅类/EPDM类/丁基类/氯丁二烯类的橡胶。

8.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：

所述弹性体为聚乙烯类/聚氨酯类/EPDM类/丁基橡胶类/有机硅类的发泡体。

9.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述第一流路形成体形成为所述第一侧壁部和所述第二侧壁部中的一者或者两者向所述功率半导体组件施力的板簧结构。