電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及為了將直流電力轉(zhuǎn)換(也稱為“變換”)為交流電力或?qū)⒔涣麟娏D(zhuǎn)換為直流電力而使用的電力轉(zhuǎn)換裝置(也稱為“電力變換裝置”)，特別是混合動(dòng)力車和電動(dòng)車中使用的電力轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，電力轉(zhuǎn)換裝置具備接受直流電力并產(chǎn)生交流電力的逆變電路和用于控制逆變電路的控制電路。近年來，要求電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化。特別是在混合動(dòng)力車和電動(dòng)車的領(lǐng)域中，要求搭載在車室外的特別是發(fā)動(dòng)機(jī)室的盡可能小的空間中，為了進(jìn)一步提高對(duì)車輛的搭載性能，要求進(jìn)一步小型化。
[0003]此外，有用作驅(qū)動(dòng)源的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和運(yùn)轉(zhuǎn)條件(高輸出轉(zhuǎn)矩條件)擴(kuò)大的傾向，也同時(shí)要求提高電力轉(zhuǎn)換裝置的可靠性。
[0004]日本特開2008-29094號(hào)公報(bào)中公開了為了使電力轉(zhuǎn)換裝置小型化，而縮短驅(qū)動(dòng)電路基板的配線距離的一例。
[0005]但是，要求電力轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)一步小型化和可靠性的提高。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-29094號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]本發(fā)明的課題是提高電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化和可靠性。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]為了解決上述課題，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置具備:功率半導(dǎo)體模塊，其具有將直流電流轉(zhuǎn)換(也稱為“變換”)為交流電流的功率半導(dǎo)體元件；驅(qū)動(dòng)電路基板，其搭載有驅(qū)動(dòng)所述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路；交流側(cè)中繼導(dǎo)體，其傳遞所述交流電流；和交流連接器，所述功率半導(dǎo)體模塊具有:與所述交流側(cè)中繼導(dǎo)體連接的交流側(cè)端子；和與所述驅(qū)動(dòng)電路基板連接的所述控制側(cè)端子，所述交流連接器隔著所述驅(qū)動(dòng)電路基板配置在與所述功率半導(dǎo)體模塊相反的一側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)電路基板具有:從低電壓向高電壓進(jìn)行變壓并將變壓得到的電壓供給至所述驅(qū)動(dòng)電路的變壓器；和將該變壓器與所述驅(qū)動(dòng)電路連接的配線，所述驅(qū)動(dòng)電路基板形成有隔著所述驅(qū)動(dòng)電路配置在與所述變壓器相反的一側(cè)的貫通孔，所述交流側(cè)中繼導(dǎo)體通過所述貫通孔與所述所述交流側(cè)連接器連接。
[0012]由此，驅(qū)動(dòng)電路基板的電路配線變得容易，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路基板的電路的集成化，能夠期待電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化。變壓器的弱電類電路難以受到交流側(cè)中繼導(dǎo)體中流動(dòng)的交流電壓的電壓變動(dòng)的影響，能夠提高電力轉(zhuǎn)換裝置的可靠性。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，能夠使電力轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步小型化，提高可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示混合動(dòng)力車的系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0016]圖2是表示圖1所示的電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0017]圖3是用于說明電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0018]圖4是為了說明電力轉(zhuǎn)換裝置的整體結(jié)構(gòu)而將其分解為構(gòu)成要素(也稱為“構(gòu)成部件”)的立體圖。
[0019]圖5是為了說明流路形成體12，從底側(cè)觀看圖4所示的流路形成體12時(shí)的圖。
[0020]圖6 (a)是表示功率半導(dǎo)體模塊300a的外觀的立體圖。圖6 (b)是功率半導(dǎo)體模塊300a的截面圖。
[0021]圖7 (a)是立體圖，圖7(b)是與圖6(b)同樣地在截面D切斷并從方向E看時(shí)的截面圖。此外，圖7(c)表示翅片305被加壓、薄壁部304A變形前的截面圖。
[0022]圖8是表不從圖7所不的狀態(tài)進(jìn)一步除去模塊殼體304后的功率半導(dǎo)體模塊300a的圖。圖8 (a)是立體圖，圖8(b)是與圖6(b)、圖7(b)同樣地在截面D切斷并從方向E看時(shí)的截面圖。
[0023]圖9是從圖8所示的狀態(tài)進(jìn)一步除去第一密封樹脂348和配線絕緣部608后的功率半導(dǎo)體模塊300a的立體圖。
[0024]圖10是用于說明模塊一次密封體302的組裝工序的圖。
[0025]圖11(a)是表示電容器模塊500的外觀的立體圖。圖11(b)是用于說明電容器模塊500的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0026]圖12是在圖3的A-A面切時(shí)的電力轉(zhuǎn)換裝置200的截面圖。
[0027]圖13是除去蓋8和控制電路基板20，將驅(qū)動(dòng)電路基板22和金屬底板11分解后的立體圖。
[0028]圖14是在圖13的面B切時(shí)的截面立體圖。
[0029]圖15是在圖5所示的流路形成體12的面C切時(shí)的截面圖。
[0030]圖16是除去蓋8、控制電路基板20、金屬底板11和驅(qū)動(dòng)電路基板22后的電力轉(zhuǎn)換裝置200的俯視圖(即，上表面圖)。
[0031]圖17是驅(qū)動(dòng)電路基板22的仰視圖(也稱為“下表面圖”或“底面圖”)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]接著，用【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是將本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于使用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)雙方進(jìn)行行駛的所謂混合動(dòng)力車的系統(tǒng)圖。本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置不僅能夠應(yīng)用于混合動(dòng)力車輛，也能夠應(yīng)用于僅利用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行行駛的所謂電動(dòng)車，此外還能夠作為用于對(duì)一般工業(yè)機(jī)械所使用的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電力轉(zhuǎn)換裝置使用。但是，如以上或以下所說明，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置特別在應(yīng)用于上述混合動(dòng)力車和上述電動(dòng)車時(shí)，在小型化的觀點(diǎn)或可靠性的觀點(diǎn)以及其他許多觀點(diǎn)上能夠獲得優(yōu)良的效果。應(yīng)用于混合動(dòng)力車的電力轉(zhuǎn)換裝置與應(yīng)用于電動(dòng)車的電力轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)大致相同，以應(yīng)用于混合動(dòng)力車的電力轉(zhuǎn)換裝置作為代表例進(jìn)行說明。
[0033]圖1是表示混合動(dòng)力車(以下記為“HEV”)的控制框圖的圖。發(fā)動(dòng)機(jī)EGN、電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG1、和電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2產(chǎn)生車輛行駛用轉(zhuǎn)矩。此外，電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl和電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2不僅產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，還具有將從外部對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl或電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2施加的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電力的功能。電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl或MG2例如是同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如上所述，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)方法既作為電動(dòng)機(jī)也作為發(fā)電機(jī)工作。
[0034]發(fā)動(dòng)機(jī)EGN的輸出側(cè)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2的輸出轉(zhuǎn)矩通過動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)TSM被傳遞至電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG1，來自動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)TSM的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩或電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，通過變速器(transmiss1n，也稱為“傳動(dòng)裝置”)TM和差動(dòng)齒輪DEF被傳遞至車輪。另一方面，再生制動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩從車輪被傳遞至電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG1，基于供給來的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生交流電力。產(chǎn)生的交流電力如后所述地被電力轉(zhuǎn)換裝置200轉(zhuǎn)換為直流電力，對(duì)高電壓用的電池136充電，充電的電力重新被用作行駛能量。此外，在高電壓用的電池136蓄積的電力變少的情況下，能夠用電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2將發(fā)動(dòng)機(jī)EGN產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換為交流電力，接著用電力轉(zhuǎn)換裝置200將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，對(duì)電池136充電。機(jī)械能從發(fā)動(dòng)機(jī)EGN對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2的傳遞由動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)TSM進(jìn)行。
[0035]接著對(duì)電力轉(zhuǎn)換裝置200進(jìn)行說明。逆變電路140和逆變電路142，經(jīng)電池136以及直流連接器138電連接，在電池136與逆變電路140或142相互之間進(jìn)行電力的授受(即，傳遞)。在使電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl作為電動(dòng)機(jī)工作的情況下，逆變電路140基于經(jīng)直流連接器138從電池136供給的直流電力產(chǎn)生交流電力，經(jīng)交流連接器188對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl供給。由電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl和逆變電路140構(gòu)成的結(jié)構(gòu)作為第一電動(dòng)發(fā)電單元工作。同樣，在使電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2作為電動(dòng)機(jī)工作的情況下，逆變電路142基于經(jīng)直流連接器138從電池136供給的直流電力產(chǎn)生交流電力，經(jīng)交流端子159對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2供給。由電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2和逆變電路142構(gòu)成的結(jié)構(gòu)作為第二電動(dòng)發(fā)電單元工作。第一電動(dòng)發(fā)電單元和第二電動(dòng)發(fā)電單元存在如下運(yùn)轉(zhuǎn)情況:按照運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使雙方作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況、或者使一方作為電動(dòng)機(jī)而另一方作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。此外，也能夠使一方不運(yùn)轉(zhuǎn)而是停止。
[0036]此外，本實(shí)施方式中，通過用電池136的電力使第一電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元工作，能夠僅用電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl的動(dòng)力進(jìn)行車輛的驅(qū)動(dòng)。進(jìn)而，本實(shí)施方式中，通過用發(fā)動(dòng)機(jī)EGN的動(dòng)力或來自車輪的動(dòng)力使第一電動(dòng)發(fā)電單元或第二電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元工作而進(jìn)行發(fā)電，能夠進(jìn)行電池136的充電。
[0037]電池136進(jìn)而也被用作用于驅(qū)動(dòng)輔機(jī)(也稱為“輔助機(jī)器”)用電動(dòng)機(jī)195的電源。輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)例如是驅(qū)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、或驅(qū)動(dòng)冷卻用的油壓泵的電動(dòng)機(jī)。從電池136對(duì)輔機(jī)用功率模塊350供給直流電力，在輔機(jī)用功率模塊350中產(chǎn)生交流電力，并經(jīng)交流端子120被供給至輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)195。輔機(jī)用功率模塊350具有與逆變電路140、142基本同樣的電路結(jié)構(gòu)和功能，控制對(duì)輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)195供給的交流的相位、頻率和電力。輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)195的容量比電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl、MG2的容量小，因此輔機(jī)用功率模塊350的最大轉(zhuǎn)換電力比逆變電路140、142小，但是如上所述，輔機(jī)用功率模塊350的基本結(jié)構(gòu)和基本動(dòng)作與逆變電路140、142大致相同。此外，電力轉(zhuǎn)換裝置200具備用于使對(duì)逆變電路140、逆變電路142和逆變電路350B供給的直流電力平滑化的電容器模塊500。
[0038]電力轉(zhuǎn)換裝置200具備用于從上級(jí)的控制裝置接受指令或?qū)ι霞?jí)的控制裝置發(fā)送表示狀態(tài)的數(shù)據(jù)的通信用的連接器21。基于來自連接器21的指令，在控制電路172中運(yùn)算電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl、電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2和輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)195的控制量，進(jìn)而運(yùn)算是作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)還是作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并基于運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生控制脈沖，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路174、輔機(jī)用功率模塊350的驅(qū)動(dòng)電路350A供給上述控制脈沖。輔機(jī)(也稱為“輔助設(shè)備”)用功率模塊350也可以具有專用的控制電路，在此情況下，上述專用的控制電路基于來自連接器21的指令產(chǎn)生控制脈沖，供向輔機(jī)用功率模塊350的驅(qū)動(dòng)電路350A。
[0039]驅(qū)動(dòng)電路174基于上述控制脈沖產(chǎn)生用于控制逆變電路140、逆變電路142的驅(qū)動(dòng)脈沖。此外，驅(qū)動(dòng)電路350A產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)輔機(jī)用功率模塊350的逆變電路350B的控制脈沖。
[0040]接著，用圖2說明逆變電路140、逆變電路142的電路的結(jié)構(gòu)。圖1所示的輔機(jī)用功率模塊350的逆變電路350B的電路結(jié)構(gòu)也基本與逆變電路140的電路結(jié)構(gòu)類似，因此在圖2中省略逆變電路350B的具體的電路結(jié)構(gòu)的說明，以逆變電路140為代表例進(jìn)行說明。但是，因?yàn)檩o機(jī)用功率模塊350的輸出電力小，所以使以下說明的構(gòu)成各相的上臂和下臂的半導(dǎo)體芯片和連接該芯片的電路集中配置在輔機(jī)用功率模塊350中。
[0041]進(jìn)而，逆變電路140和逆變電路142的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作也非常類似，因此以逆變電路140為代表進(jìn)行說明。
[0042]另外，以下使用絕緣柵型雙極晶體管作為半導(dǎo)體元件，以下簡(jiǎn)稱為IGBT。逆變電路140與由要輸出的交流電力的U相、V相、W相構(gòu)成的三相對(duì)應(yīng)地設(shè)置有:由作為上臂工作的IGBT328和二極管156、以及作為下臂工作的IGBT330和二極管166構(gòu)成的上下臂的串聯(lián)電路 150。
[0043]這三相在本實(shí)施方式中與電動(dòng)發(fā)電機(jī)MGl的電樞繞組的三相的各相繞組對(duì)應(yīng)。