裝備有半導體模塊的功率轉換器的製作方法
2023-05-07 06:09:41 2
專利名稱：裝備有半導體模塊的功率轉換器的製作方法
裝備有半導體模塊的功率轉換器技術領域
本公開內容涉及裝備有如下器件的功率轉換器半導體模塊，所述半導體模塊中的每個半導體模塊具有多個功率端子，並且所述半導體模塊中的每個半導體模塊中包括至少一個半導體元件；以及多個母線，所述多個母線連接至每個半導體模塊的多個功率端子。
背景技術：
作為用於AC-DC功率轉換的一種類型的功率轉換器，存在裝備有多個半導體模塊的已知功率轉換器，所述多個半導體模塊中的每個半導體模塊中包括至少一個半導體元件，在日本公開特許公報No. 2010-115061中公開了該種類型的功率轉換器的一個示例。
在與日本公開特許公報No. 2011-172469對應的美國專利申請公開 No. 2011/0261600中公開了該種類型的功率轉換器的另一個示例。發明內容
如果使用這些已知的用於AC-DC功率轉換的功率轉換器來驅動AC負載例如AC電機，則需要用於測量作為輸出電流供給對應的AC電負載的交流電流的電流傳感器。考慮到容易地製造這樣的功率轉換器，存在將這樣的電流傳感器容易地附接至功率轉換器的需要。
考慮到以上闡述的情況，本公開內容的一個方面設法提供一種如下功率轉換器 其中的每個功率轉換器裝備有用於測量作為其輸出電流供給AC負載的交流電流的電流傳感器，並被設計成滿足以上闡述的需要。
具體地，本公開內容的可替代的方面旨在提供一種這樣的功率轉換器其中的每個功率轉換器裝備有用於運載輸出電流的AC母線，並被設計成使得電流傳感器在功率轉換器的製造期間被容易地附接至AC母線，從而改善功率轉換器的可制性。
根據本公開內容的第一示例性方面，提供了一種用於直流(DC)電源與交流(AC) 負載之間的功率轉換的功率轉換器。該功率轉換器包括多個半導體模塊，每個半導體模塊包括半導體元件和封裝該半導體元件的封裝本體。半導體元件具有從封裝本體突出的功率端子。功率轉換器包括致冷劑所流經的多個致冷劑通路。多個半導體模塊和多個致冷劑通路被堆疊以構成堆疊的轉換單元。功率轉換器包括一組母線，各母線電連接至多個半導體模塊中的各半導體模塊的功率端子中對應的至少一個功率端子。該組母線包括電連接至 DC電源的正端子的正母線；電連接至DC電源的負端子的負母線；以及電連接至AC負載的多個AC母線。功率轉換器包括絕緣支座,該絕緣支座圍繞堆疊的轉換單元的至少一部分， 該組母線固定地安裝在絕緣支座上；以及端子保持器，該端子保持器具有安裝表面，所述多個AC母線中的每個AC母線的一端作為端子安裝在該安裝表面上。功率轉換器包括電流傳感器，該電流傳感器具有通孔並構造成測量流經所述多個AC母線中的至少一個AC母線的至少一部分的電流。電流傳感器附接至端子保持器，同時所述多個AC母線中的至少一個AC 母線的該至少一部分安裝在電流傳感器的通孔中。
根據本公開內容的第二示例性方面，提供了一種用於直流(DC)電源與交流(AC) 負載之間的功率轉換的功率轉換器。該功率轉換器包括多個半導體模塊，每個半導體模塊包括半導體元件和封裝該半導體元件的封裝本體。半導體元件具有從封裝本體突出的功率端子。功率轉換器包括致冷劑所流經的多個致冷劑通路。多個半導體模塊和多個致冷劑通路被堆疊以構成堆疊的轉換單元。功率轉換器包括一組母線，各母線電連接至多個半導體模塊中的各半導體模塊的功率端子中對應的至少一個功率端子。該組母線包括電連接至 DC電源的正端子的正母線；電連接至DC電源的負端子的負母線；以及電連接至AC負載的多個AC母線。功率轉換器包括模製樹脂母線保持器，該模製樹脂母線保持器設計為與該組母線分立的分立構件並包括絕緣支座和端子保持器，該模製樹脂母線保持器通過整體模製絕緣支座和端子保持器來構造。該絕緣支座圍繞堆疊的轉換單元的至少一部分。該組母線固定地安裝在絕緣支座上。該端子保持器具有安裝表面，所述多個AC母線中的每個AC母線的一端作為端子安裝在該安裝表面上。功率轉換器包括電流傳感器，該電流傳感器具有通孔並構造成測量流經所述多個AC母線中的至少一個AC母線的至少一部分的電流。電流傳感器附接至端子保持器，同時所述多個AC母線中的至少一個AC母線的該至少一部分安裝在電流傳感器的通孔中。
鑑於參照附圖的以下描述將進一步理解本公開內容的各個方面的以上和/或其他的特徵和/或優點。本公開內容的各個方面可以在適用的情況下包括或排除不同的特徵和/或優點。另外，本公開內容的各個方面可以在適用的情況下組合其他實施方式的一個或多個特徵。不應當將具體實施方式
的特徵和/或優點的描述解釋為限制其他實施方式或權利要求。
根據參照附圖的實施方式的以下描述，本公開內容的其他方面將變得明顯，在附圖中
圖I為根據本公開內容的第一實施方式的去除了正母線和負母線的功率轉換器的俯視圖2為根據第一實施方式的功率轉換器的俯視圖3為圖I中示出的功率轉換器的堆疊的轉換單元和方環框架的俯視圖4為沿圖I的線D-D截取的橫截面示意圖5為根據第一實施方式的功率轉換器的電路圖6為根據本公開內容的第二實施方式的功率轉換器的模製樹脂母線保持器和一組母線的俯視圖7為根據第二實施方式的去除了正母線和負母線的功率轉換器的俯視圖8為根據第二實施方式的功率轉換器的俯視圖9為沿圖8的線A-A截取的橫截面示意圖10為模製樹脂母線保持器的其上安裝有圖6中示出的AC母線的部分的放大視圖11為沿圖10的線B-B截取的橫截面示意圖12為根據第二實施方式的功率轉換器的電路圖13為根據第一實施方式的改型的半導體模塊的立體圖14為根據本公開內容的第三實施方式的功率轉換器的模製樹脂母線保持器的其上安裝有圖6中示出的AC母線的部分的放大視圖15為根據本公開內容的第四實施方式的功率轉換器的模製樹脂母線保持器的其上安裝有圖6中示出的AC母線的部分的放大視圖；並且
圖16為沿圖15的線C-C截取的橫截面示意圖。
具體實施方式
將在後文中參照附圖對本公開內容的實施方式進行描述。在這些實施方式中，為避免冗餘描述省略或簡化了具有相同附圖標記的相同部分。
第一實施方式
在後文中將參照圖I至圖4對根據本公開內容的第一實施方式的功率轉換器I的結構的示例進行描述。
參照圖I和圖2，功率轉換器I包括簡稱為框架的方環框架6、堆疊的轉換單元 10、絕緣支座90、一組母線103、端子保持器97、和電流傳感器5。
參照圖1，框架6由金屬構成，並且具有第一對側壁6a和6b以及第二對側壁6c 和6d。側壁6b比側壁6a厚。框架6中具有由側壁6a至6d限定的內中空室。
堆疊的轉換單元10包括多個半導體模塊2和多個致冷劑流動通路12——即致冷劑流道，所述多個半導體模塊2和多個致冷劑流動通路12交替地堆疊成使得致冷劑流動通路位於堆疊的轉換單元10的頂部和位於堆疊的轉換單元10的底部。多個致冷劑流動通路 12用來冷卻多個半導體模塊2。
具體地，參照圖I和圖3，堆疊的轉換單元10包括多個冷卻管道120，所述多個冷卻管道120中限定多個致冷劑流動通路12。堆疊的轉換單元10包括多個第一連接管道18a 和多個第二連接管道18b。所述多個第一連接管道18a中的每個第一連接管道可連通地連接在對應的相鄰的冷卻管道120的第一端之間。類似地，所述多個第二連接管道18b中的每個第二連接管道可連通地連接在對應的相鄰的冷卻管道120的與其第一端相反的第二端之間。
堆疊的轉換單元10被布置在框架6的內中空空間中，使得堆疊方向平行於該對側壁6c和6d並且每個致冷劑流動通路12的縱向方向——即流向——平行於該對側壁6a和 6b。也可將堆疊方向稱為X方向，並且也可將每個致冷劑流動通路12的縱向方向稱為垂直於X方向的Y方向(見圖I)。
半導體模塊2中的每個半導體模塊包括封裝半導體元件的長方體封裝本體29。半導體模塊2中的每個半導體模塊構造成使得其功率端子20沿垂直於X方向和Y方向的Z 方向從封裝本體29的一個頂面突出，使得功率端子20的突出端在Z方向上位於框架6的內中空空間上方。多個控制端子21 (見圖5)沿Z方向從半導體模塊2的每個半導體模塊的封裝本體29的與其頂面相反的底面突出。
參照圖I，半導體模塊2的每個半導體模塊構造成使得一對封裝本體29彼此組合但可以彼此分開。
半導體模塊2的每個半導體模塊的功率端子20包括正端子20a、負端子20b、和一對AC端子20c。
絕緣支座90具有大致U形，並且包括基部部分90a以及從該基部部分90a連續地延伸的一對腿部分90b和90c。絕緣支座90在框架6的頂端面上被安裝成圍繞堆疊的轉換單元10。具體地，基部部分90a的每個端在側壁6a和6b中的對應的側壁的一端的頂端面上定位為靠近框架6的側壁6d。腿部分90b和90c中的每個腿部分位於側壁6a和6b中的對應的側壁的頂端面上。例如,如圖3所示，在側壁6a和6b中的每個側壁的所述一端的頂端面中形成有內螺紋48，並且在側壁6b的另一端的頂端面中形成有內螺紋48。通過將與內螺紋48對準的螺栓49擰到內螺紋48中，絕緣支座90被固定地安裝在框架6的頂端面上。
該組母線103包括多個AC母線94、正母線31、和負母線32。在該實施方式中， AC母線94的數量為3個，該數量是根據功率轉換器I的AC負載所需要的輸出電流的數量來預先確定的。
AC母線94在側壁6d的頂端面和框架6的內中空空間上方被布置為在X方向上排成一行，使得AC母線94的中間部分封閉在絕緣支座90的基部部分90a中。AC母線94的從基部部分90a向側壁6d延伸的第一端在Y方向上從側壁6d向外突出。AC母線94中的每個AC母線的與對應的第一端相反的從基部部分90a朝側壁6c延伸的第二端通過焊接等與多個半導體模塊2中的對應的半導體模塊的一對AC端子20c接合。
參照圖2，正母線31包括具有大致U形的基部部分300、和從基部部分300的內底側突出的梳狀突出部310。正母線31通過螺栓320螺紋安裝在絕緣支座90的腿部分90b 和90c上，使得梳狀突出部310被焊接到相應的半導體模塊2的正端子20a。
類似地，負母線32包括具有大致U形的基部部分300、和從基部部分300的內底側突出的梳狀突出部310。負母線32通過螺栓320螺紋安裝在絕緣支座90的腿部分90b和 90c上，以便於梳狀突出部310焊接到相應的半導體模塊2的負端子20b。正母線31和負母線32電連接至DC電源70的相應的正端子71和負端子72 (見後續描述的圖5)。
端子保持器97由樹脂製成，並且具有大致長方體形狀。端子保持器97的一側通過螺栓971螺紋安裝在側壁6d的外面上，同時端子保持器97的頂側在Z方向上高於側壁 6d的頂端面。AC母線94從側壁6d突出的突出部分的尖端用作AC母線94的端子98，並且 AC母線94的端子98安裝在端子保持器97的頂側的對應的一端上；端子保持器97的頂側的這一端高於其頂側的剩餘部分。AC母線94的端子電連接至功率轉換器I的AC負載。
端子保持器97具有形成在其頂側的剩餘部分中的長方體凹槽970 (見圖4)。電流傳感器5可拆卸地安裝在凹槽970中以固定至凹槽970。端子保持器97中也形成有與其底側和凹槽970連通的通路970a ;作為一組線的線纜54從電流傳感器5經由通路970a被抽出以電連接至與半導體模塊2的多個控制端子21電連接的控制板19。
使用霍爾效應電流傳感器作為電流傳感器5。霍爾效應電流傳感器用來產生其電導體兩端的電壓差即霍爾電壓，該霍爾電壓橫向於導體中的電流和垂直於該電流的磁場。
具體地，電流傳感器5具有使得能夠被安裝在端子保持器97的凹槽970中的長方體形狀。
電流傳感器5具有穿過其的兩個通孔50 ;通孔50分別與三個AC母線94中的兩個AC母線對準，以便於兩個AC母線94安裝在相應的通孔50中。在該結構下，電流傳感器5用來測量正從功率轉換器I經由兩個AC母線94中的每個AC母線向AC負載提供的輸出電流的測量值，並將給AC負載的輸出電流的測量值輸出至控制板19。具體地，形成在控制板19上的控制電路用來使用給AC負載的輸出電流的測量值來控制半導體模塊2的切換操作從而將施加在正端子20a與負端子20b之間的DC電壓轉換成期望的AC電壓，並且將交流電流作為輸出電流提供至AC負載。
另外，參照圖3，堆疊的轉換單元10定位成鄰接側壁6b的內面61b以在堆疊的轉換單元10的頂側IOa與側壁6a的內面6a之間提供空間。
功率轉換器I設置有位於該空間中的一對極子13以抵接在側壁6a的Y方向端中的每個端的內面6a上。功率轉換器I也設置有布置在堆疊的轉換單元10的頂側IOa與每個極子13之間的板簧14 ;板簧14將堆疊的轉換單元10迫壓到側壁6b的內面61b從而將堆疊的轉換單元10固定至框架6。
另外，功率轉換器I設置有致冷劑入口管道15，該致冷劑入口管道15可連通地聯接至底部冷卻管道12a的第一端並穿過側壁6b向外突出。功率轉換器I也設置有致冷劑排出管道16，該致冷劑排出管道16可連通地聯接至底部冷卻管道12a的第二端並穿過側壁6b向外突出。當經由致冷劑入口管道15將致冷劑17引入到底部冷卻管道120a中時， 致冷劑17經由第一收集管道18a和第二收集管道18b流動穿過所有冷卻管道120，並從致冷劑排出管道16排出。這冷卻了堆疊的轉換單元10的半導體模塊2。
圖5示意性地示出了根據該實施方式的功率轉換器I的電路圖的示例。參照圖5， 在該實施方式中，使用三相AC電機73作為功率轉換器I的AC負載。為此，對應於AC電機 73的相的數量將堆疊的轉換單元10中的半導體模塊2的數量設置成三個，並且三個半導體模塊2中的每個半導體模塊包括一對高壓側IGBT元件22a和低壓側IGBT元件22b，即一對上臂IGBT元件22a和下臂IGBT元件22b。
具體地，半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的集電極與電連接至DC電源70的正端子71上的正母線31電連接。半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的柵極電連接至控制板19。
類似地，半導體模塊2中的每個半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的發射極與電連接至DC電源70的負端子72的負母線32電連接。半導體模塊2中的每個半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的柵極電連接至控制板19。
半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的發射極電連接至半導體模塊2中的對應的半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的集電極，並且每對高壓側IGBT 元件22a和低壓側IGBT元件22b的連接點電連接至三相AC電機7的三相定子繞組中的對應的定子繞組。在圖5中，例如，附圖標記C表示用於對從DC電源70輸出的DC電壓進行平滑的平滑電容器。附圖標記D表示分別以反並聯方式電連接至IGBT 22的續流二極體。
如上所述，功率轉換器I的控制電路將從DC電源71提供並施加在正端子20a和負端子20b上的DC電壓轉換成期望的AC電壓，並將交流電流作為輸出電流提供至AC電機 73。
接下來，將在後文中對如何製造根據該實施方式的功率轉換器I進行描述。
首先，準備堆疊的轉換單元10、框架6、絕緣支座90、和端子保持器97。接下來， 使用螺栓49將絕緣支座90固定地安裝在框架6的頂端面上，並且通過焊接等將AC母線94的第二端接合到相應的半導體模塊2的AC端子20c。
其後，沿圖I中示出的Y方向靠近框架6來放置端子保持器97，同時使電流傳感器5安裝在槽970中，以便於AC母線94的端子98插入到電流傳感器5的對應的通孔50 中。然後，通過螺栓971將端子保持器97固定至側壁6d的外面，從而完成功率轉換器I的製造。
接下來，在後文中將對通過根據該實施方式的功率轉換器I的結構實現的技術效果進行描述。
功率轉換器I被構造成使得凹槽970形成在用於保持AC母線94的端子98的端子保持器97的頂側中。該構造使電流傳感器5能夠在功率轉換器I的製造期間被容易地安裝在凹槽970中，使AC母線94中的兩個AC母線安裝在電流傳感器5的通孔50中。這使得可以改善功率轉換器I的可制性。
另外，在功率轉換器I的結構下，可以去除用於將電流傳感器附接至AC母線94的任何分立構件，從而改善功率轉換器I的節約空間的特徵。
而且，電流傳感器5被設計為與絕緣構件90和端子保持器97分立的分立構件，從而電流傳感器5被可拆卸地安裝在形成於端子保持器97中的凹槽970中。這將使電流傳感器5在發生故障時能夠用新的電流傳感器來替換。
第二實施方式
在後文中將參照圖6至圖13對根據本公開內容的第二實施方式的功率轉換器IA 進行描述。
根據第二實施方式的功率轉換器IA的結構和/或功能與功率轉換器I不同之處在於以下各點。所以，在後文中將主要描述不同點。
參照圖6至圖8，功率轉換器IA包括一組母線3、模製樹脂母線保持器4、和電流傳感器5A ;通過整體模製絕緣支座40和端子保持器41來構造模製樹脂母線保持器4。
絕緣支座40具有大致U形，並且包括基部部分403以及從該基部部分403連續地延伸的一對腿部分401和402。絕緣支座40在框架6的頂端面上被安裝成圍繞堆疊的轉換單元10。換句話說，堆疊的轉換單元10沿X方向位於腿部分401和402之間。
基部部分403的每個端在側壁6a和6b中的對應的側壁的一端的頂端面上定位為靠近框架6的側壁6d。腿部分401和402中的每個腿部分位於側壁6a和6b中的對應的側壁的頂端面上。就是說，基部部分403連續地連接腿部分401的一端481和腿部分402的一端491。在腿部分401的另一端482與腿部分402的另一端492之間不存在樹脂連接器。 例如,如圖3所示，在側壁6a和6b中的每個側壁的一端的頂端面中形成有內螺紋48，並且在側壁6b的另一端的頂端面中形成有內螺紋48。通過將與內螺紋48對準的螺栓49擰到內螺紋48中，絕緣支座40被固定地安裝在框架6的頂端面上。
端子保持器41從絕緣支座40的基部部分403沿與腿部分401和402從側壁6d 向外延伸的延伸方向相反的方向連續地延伸。
該組母線3被設計為與模製樹脂母線保持器4分立的分立構件。就是說，該組母線3未被封閉在模製樹脂母線保持器4中。
具體地，該組母線3包括多個AC母線33、正母線31、和負母線32。在該實施方式中，AC母線33的數量為3個，該數量是根據功率轉換器IA的AC負載所需要的輸出電流的數量來預先確定的。
參照圖6和圖10，AC母線33 (33a、33b以及33c)中的每個AC母線包括端子部分 330、引線部分331、和接頭部分332 ;引線部分的寬度比端子部分330的寬度窄。
AC母線33的端子部分330中的每個端子部分被固定地安裝在基部部分403和端子保持器41上，同時在基部部分403和端子保持器41上沿Y方向延伸。AC母線33的端子部分330也在X方向上被對準。
AC母線33中的每個AC母線的引線部分331被定位成在Z方向上低於該每個AC 母線的端子部分330，並從基部部分403朝側壁6c延伸，且通過焊接等被接合至多個半導體模塊2中對應的一個半導體模塊的一對AC端子20c。
AC母線33中的每個AC母線的接頭部分332在Z方向上延伸並接合端子部分330 和引線部分331。
參照圖8，正母線31包括具有大致U形的基部部分300、和從基部部分300的內底側突出的梳狀突出部310。正母線31通過插入腿部分401和402中的螺栓320和螺母47 而螺紋安裝在絕緣支座40的腿部分401和402上，並且梳狀突出部310被焊接到相應的半導體模塊2的正端子20a。在圖8中用附圖標記11示出了正母線31與相應的半導體模塊 2的正端子20a之間的焊接部分。
類似地，負母線32包括具有大致U形的基部部分300、和從基部部分300的內底側突出的梳狀突出部310。負母線32通過插入腿部分401和402中的螺栓320和螺母47 螺紋而安裝在絕緣支座40的腿部分401和402上，並且梳狀突出部310被焊接到相應的半導體模塊2的負端子20b。正母線31和負母線32電連接至DC電源70的相應的正端子71 和負端子72 (見後續描述的圖12)。
絕緣支座40的基部部分403具有與AC母線33中的每個AC母線的接頭部分332 相對並靠近正母線31與相應的半導體模塊2的正端子20a之間的焊接部分11來定位的側面43。
參照圖8，每個半導體模塊2的正端子20a被定位成比對應的AC母線33的端子部分330更靠近側壁6b。從而，AC母線33中的每個AC母線在連接部分332處彎曲，使得引線部分331比端子部分330更靠近側壁6b (見圖7);這使連接部分332朝側壁6b延伸以覆蓋絕緣支座40的基部部分403的側面43的至少一部分，從而免受由在正母線31與相應的半導體模塊2的正端子20a之間進行的焊接所引起的輻射熱。
端子保持器41具有大致長方體形狀，並沿Y方向具有處於其頂側的邊緣上的三個安裝部分42。AC母線33的端子部分330的與引線部分側相反的第一端330a用作AC母線 33的端子，並且AC母線33的端子330a被安裝在端子保持器41的安裝部分42的對應的一端上。AC母線33的端子330a電連接至功率轉換器IA的AC負載。
參照圖9至圖11，端子保持器41具有沿Y方向形成在其頂側的中間部分中的長方體凹槽44。電流傳感器5A被固定地安裝在凹槽44中，使得與安裝部分42相比，電流傳感器5A固定地定位成更靠近絕緣支座40。端子保持器41中也形成有與其底側和凹槽44連通的一對通路44a ;其中的每個為一組線的一對線纜54從電流傳感器5A經由相應的通路 44a被抽出以電連接至與半導體模塊2的多個控制端子21電連接的控制板19。
將霍爾效應電流傳感器作為電流傳感器5A用在與第一實施方式中的測量相同的測量中。具體地，電流傳感器5A具有使得能夠被安裝在端子保持器41的凹槽44中的長方體樹脂封裝件53。
電流傳感器5A包括兩個霍爾元件51和與這兩個霍爾元件51電連接的兩個電路板52，兩個霍爾元件51和兩個電路板52被封閉在樹脂封裝件53中。霍爾元件51具有穿過其的相應的通孔50 ;通孔50分別與三個AC母線33中的兩個AC母線(33a和33b)對準， 使得兩個AC母線33a和33b的端子部分330被安裝在相應的通孔50中。線纜54電連接在控制板19與電流傳感器5A的電路板52之間。
通過該結構，電流傳感器5A用來測量正從功率轉換器IA經由兩個AC母線33a和 33b中的每個AC母線向AC負載提供的輸出電流的測量值，並將給AC負載的輸出電流的測量值輸出至控制板19。具體地，形成在控制板19上的控制電路通過使用給AC負載的輸出電流的測量值來控制半導體模塊2的切換操作，從而將施加在正端子20a與負端子20b之間的DC電壓轉換成期望的AC電壓，並且將交流電流作為輸出電流提供至AC負載。
參照圖10，AC母線33的端子部分330的與第一端(端子)330a相反的第二端330b 形成有穿過其的螺栓插入孔391。通過將螺栓390穿過螺栓插入孔391擰到已插入端子保持器41中的對應的螺母391中，端子部分330的第二端330b被固定地安裝在絕緣支座40 的基部部分403上。
類似地，參照圖10，端子保持器41設置有插入其中的螺母46。AC母線33的端子部分330的端子(第一端)330a形成有穿過其的螺栓插入孔331。當AC負載的三個連接端子(未示出)被安裝在端子部分330的端子330a上時，使螺母46與對應的螺母插入孔 331對準，穿過螺栓插入孔331和AC負載的連接端子將螺栓(未示出)擰到螺母46中，使得AC負載的連接端子電連接至AC母線330的端子330a。
圖12示意性地示出了根據該實施方式的功率轉換器I的電路圖的示例。參照圖 5，在該實施方式中，使用三相AC電機73作為功率轉換器I的AC負載。為此，對應於AC電機73的相的數量將堆疊的轉換單元10中的半導體模塊2的數量設置成三個，並且三個半導體模塊2中的每個半導體模塊包括一對高壓側IGBT元件22a和低壓側IGBT元件22b，即一對上臂IGBT元件22a和下臂IGBT元件22b。
具體地，半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的集電極與電連接至DC電源70的正端子71上的正母線31電連接。半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的柵極電連接至控制板19。
類似地，半導體模塊2中的每個半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的發射極與電連接至DC電源70的負端子72上的負母線32電連接。半導體模塊2中的每個半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的柵極電連接至控制板19。
半導體模塊2中的每個半導體模塊的高壓側IGBT元件22a的發射極電連接至半導體模塊2中的對應的半導體模塊的低壓側IGBT元件22b的集電極，並且每對高壓側IGBT 元件22a和低壓側IGBT元件22b的連接點電連接至三相AC電機7的三相定子繞組中的對應的定子繞組。
如上所述，功率轉換器IA的控制電路將從DC電源71提供並施加在正端子20a和負端子20b上的DC電壓轉換成期望的AC電壓，並將交流電流作為輸出電流提供至AC電機 73。
接下來，除了通過功率轉換器I的結構實現的技術效果之外，在後文中還將對通過根據該實施方式的功率轉換器IA的結構實現的技術效果進行描述。
功率轉換器IA包括通過整體模製絕緣支座40和端子保持器41來構造的模製樹脂母線保持器4。該構造能夠使絕緣支座40和端子保持器41使用單個模具來形成。這與使絕緣支座40和端子保持器41分立的情況相比，削減了製造絕緣支座40和端子保持器41 所需要的模具的數量，從而減少了製造功率轉換器IA所需要的工作量和成本。
功率轉換器IA被構造成使得AC母線33和模製樹脂母線保持器4被分別設計為分立構件且AC母線33中的兩個母線33a和33b被安裝在電流傳感器5A的相應的通孔50 中。該構造使電流傳感器5A能夠在功率轉換器IA的製造期間被容易地附接至AC母線33。
具體地，AC母線33與模製樹脂母線保持器4的分立使電流傳感器5A能夠在功率轉換器IA的製造期間被預先安裝在模製樹脂母線保持器4的端子保持器41的凹槽44中。 在將電流傳感器5A安裝在模製樹脂母線保持器4的端子保持器41中之後，在功率轉換器 IA的製造期間將AC母線33中的兩個母線33a和33b插入到電流傳感器5A的相應的通孔 50中。
具體地，如果在將電流傳感器5A附接至AC母線33之前將AC母線33的一部分封閉在模製樹脂母線保持器4中，那麼將存在將電流傳感器5A附接至模製樹脂母線保持器4 的AC母線33的需求。
然而，功率轉換器IA的構造消除了將電流傳感器5A附接至已與模製樹脂母線保持器4成一體的AC母線33的需要。這使得可以在模製樹脂母線保持器4的端子保持器4 而不產生任何幹擾的情況下更容易地將電流傳感器5A附接至AC母線33。
AC母線33中的每個AC母線在連接部分332處彎曲，使得引線部分331比端子部分330更靠近側壁6b ;這使連接部分332朝側壁6b延伸以保護絕緣支座40的基部部分403 的側面43的至少一部分，免受通過在正母線31與相應的半導體模塊2的正端子20a之間進行的焊接所引起的輻射熱。為此，可以防止基部部分403的側面43的至少一部分受到熱損害或被熔化。
如上所述，本公開內容提供了功率轉換器I和1A，其中的每個功率轉換器使電流傳感器5能夠被更容易地安裝在AC母線中，從而具有改善的可制性和改善的節約空間的特徵。
在第一實施方式和第二實施方式中的每個實施方式中，堆疊的轉換單元10包括交替地堆疊的半導體模塊2和致冷劑流動通路12(冷卻管道120)，但本公開內容不限於此。 具體地，如圖13所示，半導體模塊28包括封裝半導體元件的長方體封裝本體29、以及具有第一對大側壁27a和27b和第二對小側壁27c和27d的方環框架27。側壁27a和27b中的每個側壁的縱向長度比封裝本體29的頂面和底面中的每個面的縱向長度長。封裝本體29 的頂面和底面被安裝在第一對側壁27a和27b上，同時確保在封裝本體29的每個側面與第二對側壁27c和27d中的對應的側壁之間的通路12A。在每個半導體模塊28的封裝本體 29的兩側的通路12A用作致冷劑流動通路12。具體地，在X方向上堆疊半導體模塊28以構成堆疊的轉換單元。在該堆疊的轉換單元的情況下，在X方向上連續地堆疊封裝本體29， 並且也在X方向上連續地堆疊致冷劑流動通路12。
第三實施方式
在後文中將參照圖14對根據本公開內容的第三實施方式的功率轉換器IB進行描述。根據第三實施方式的功率轉換器IB的結構和/或功能根據以下各點而不同於功率轉換器I。所以，在後文中將主要描述不同點。
在功率轉換器IB中，AC母線33的端子部分330的第二端330b形成有穿過其的通孔339。絕緣支座40的基部部分403的頂面設置有突出部45。突出部45與相應的通孔 339對準。從而，AC母線330被固定地安裝在模製樹脂母線保持器4的絕緣支座40上同時突出部45分別安裝在通孔339中。
功率轉換器IB的構造在不使用螺栓和螺母——例如被示出為螺栓390和螺母 392——的情況下將AC母線33固定至模製樹脂母線保持器4。從而，與製造功率轉換器I 和IA所需要的部件的數量相比，可以削減製造功率轉換器IB所需要的部件的數量，從而減少了製造功率轉換器IB所需要的工作量和成本。
第四實施方式
在後文中將參照圖15對根據本公開內容的第四實施方式的功率轉換器IC進行描述。根據第四實施方式的功率轉換器IC的結構和/或功能與功率轉換器I的不同之處在於以下各點。所以，在後文中將主要描述不同點。
電流傳感器5B的特徵在於被封閉在模製樹脂母線保持器4的端子保持器41中。 另外，在與電流傳感器5A的結構相同的結構中，電流傳感器5B包括兩個霍爾元件51以及與這兩個霍爾元件51電連接的兩個電路板52。霍爾元件51具有穿過其的相應的通孔50 ； 通孔50分別與三個AC母線33中的兩個AC母線(33a和33b)對準，使得兩個AC母線33a 和33b的端子部分330被安裝在相應的通孔50中。線纜54電連接在控制板19與電流傳感器5A的電路板52之間。
功率轉換器IC被構造成使得兩個霍爾元件51和兩個電路板52封閉在模製樹脂端子保持器4的樹脂部分中，從而省去樹脂封裝件53。從而，與製造功率轉換器IA所需要的部件的數量相比，可以削減製造功率轉換器IC所需要的部件的數量，從而減少了製造功率轉換器IC所需要的工作量和成本。
雖然本文中已描述了本公開內容的示意性實施方式，但是本公開內容不限於本文中所描述的實施方式，而如本領域內技術人員基於本公開內容所理解的，本公開內容包括具有修飾、刪除、組合(例如對各個實施方式的各個方面進行的)、修改和/或替換的任意及所有實施方式。權利要求中的限制應當基於權利要求中所使用的語言來廣義地解釋，且不限於本說明書中或本申請的執行期間所描述的示例，這些示例應當被解釋為非排他性的。
權利要求
1.一種用於直流(DC)電源與交流(AC)負載之間的功率轉換的功率轉換器，所述功率轉換器包括 多個半導體模塊，每個所述半導體模塊包括半導體元件和封裝所述半導體元件的封裝本體，所述半導體元件具有從所述封裝本體突出的功率端子； 致冷劑所流經的多個致冷劑通路，所述多個半導體模塊和所述多個致冷劑通路被堆疊以構成堆疊的轉換單元； 一組母線，各所述母線電連接至所述多個半導體模塊中的各半導體模塊的所述功率端子中對應的至少一個功率端子，該組母線包括 電連接至所述DC電源的正端子的正母線； 電連接至所述DC電源的負端子的負母線；以及 電連接至所述AC負載的多個AC母線； 絕緣支座，所述絕緣支座圍繞所述堆疊的轉換單元的至少一部分，該組母線固定地安裝在所述絕緣支座上； 端子保持器，所述端子保持器具有安裝表面，所述多個AC母線中的每個AC母線的一端作為端子安裝在所述安裝表面上；以及 電流傳感器，所述電流傳感器具有通孔並構造成測量流經所述多個AC母線中的至少一個AC母線的至少一部分的電流，所述電流傳感器附接至所述端子保持器，同時所述多個AC母線中的所述至少一個AC母線的所述至少一部分安裝在所述電流傳感器的所述通孔中。
2.一種用於直流(DC)電源與交流(AC)負載之間的功率轉換的功率轉換器，所述功率轉換器包括 多個半導體模塊，每個所述半導體模塊包括半導體元件和封裝所述半導體元件的封裝本體，所述半導體元件具有從所述封裝本體突出的功率端子； 致冷劑所流經的多個致冷劑通路，所述多個半導體模塊和所述多個致冷劑通路被堆疊以構成堆疊的轉換單元； 一組母線，各所述母線電連接至所述多個半導體模塊中的各半導體模塊的所述功率端子中對應的至少一個功率端子，該組母線包括 電連接至所述DC電源的正端子的正母線； 電連接至所述DC電源的負端子的負母線；以及 電連接至所述AC負載的多個AC母線； 模製樹脂母線保持器，所述模製樹脂母線保持器設計成與該組母線分立的分立構件並包括絕緣支座和端子保持器，所述模製樹脂母線保持器通過整體模製所述絕緣支座和所述端子保持器來構造， 所述絕緣支座圍繞所述堆疊的轉換單元的至少一部分，該組母線固定地安裝在所述絕緣支座上，所述端子保持器具有安裝表面，所述多個AC母線中的每個AC母線的一端作為端子安裝在所述安裝表面上；以及 電流傳感器，所述電流傳感器具有通孔並構造成測量流經所述多個AC母線中的至少一個AC母線的至少一部分的電流，所述電流傳感器附接至所述端子保持器，同時所述多個AC母線中的所述至少一個AC母線的所述至少一部分安裝在所述電流傳感器的所述通孔中。
3.根據權利要求2所述的功率轉換器，其中，該組母線中的各母線焊接至所述多個半導體模塊中的各半導體模塊的所述功率端子中對應的至少一個功率端子，所述絕緣支座具有靠近焊接部分定位的面，所述焊接部分位於該組母線中的每個母線與所述多個半導體模塊中的每個半導體模塊的所述功率端子中對應的至少一個功率端子之間，所述絕緣支座具有靠近所述焊接部分定位的面，並且所述多個AC母線成形為覆蓋所述絕緣支座的所述面的至少一部分。
4.根據權利要求2所述的功率轉換器，其中，所述端子保持器具有凹槽，並且所述電流傳感器安裝在所述模製樹脂母線保持器的所述端子保持器的所述凹槽中。
5.根據權利要求3所述的功率轉換器，其中，所述端子保持器具有凹槽，並且所述電流傳感器安裝在所述模製樹脂母線保持器的所述端子保持器的所述凹槽中。
6.根據權利要求2所述的功率轉換器，其中，所述電流傳感器被封閉在所述模製樹脂母線保持器的所述端子保持器中。
7.根據權利要求3所述的功率轉換器，其中，所述電流傳感器被封閉在所述模製樹脂母線保持器的所述端子保持器中。
8.根據權利要求2所述的功率轉換器，其中，所述AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
9.根據權利要求3所述的功率轉換器，其中，所述多個AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
10.根據權利要求4所述的功率轉換器，其中，所述多個AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
11.根據權利要求5所述的功率轉換器，其中，所述多個AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
12.根據權利要求6所述的功率轉換器，其中，所述多個AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
13.根據權利要求7所述的功率轉換器，其中，所述多個AC母線中的每個AC母線均具有通孔，並且所述絕緣支座設置有突出部，每個所述突出部與所述多個AC母線中的對應的一個AC母線的所述通孔對準，所述多個AC母線固定地安裝在所述絕緣支座上，同時所述突出部安裝在所述多個AC母線的相應的所述通孔中。
全文摘要
在一種功率轉換器中，多個AC母線電連接至AC負載。絕緣支座圍繞半導體模塊與致冷劑所構成的堆疊的轉換單元的至少一部分。該組母線固定地安裝在絕緣支座上。端子保持器具有安裝表面，所述多個AC母線中的每個AC母線的一端作為端子安裝在該安裝表面上。電流傳感器具有通孔並且測量流經所述多個AC母線中的至少一個AC母線的至少一部分的電流。電流傳感器附接至端子保持器，同時所述多個AC母線中的至少一個AC母線的該至少一部分安裝在電流傳感器的通孔中。
文檔編號H02M7/48GK102983766SQ20121032074
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月31日 優先權日2011年9月2日
發明者立花秀晃 申請人:株式會社電裝