特開 2024-63776 電力変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024063776

(43)【公開日】2024-05-13

(54)【発明の名称】電力変換器

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20240502BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023183407

(22)【出願日】2023-10-25

(31)【優先権主張番号】22203848

(32)【優先日】2022-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】506292974

【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｐｒａｇｓｔｒａｓｓｅ ２６－４６， Ｄ－７０３７６ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ダニイェル ストルファ

(72)【発明者】

【氏名】ルカ ヴェルデフ

(72)【発明者】

【氏名】ブラーズ チムザール

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電動駆動系の電気機械用の電子制御ユニットを提供する。
【解決手段】電子制御ユニット１は、複数のパワー半導体３を有する少なくとも１つの半導体ボード２と、ベースプレート４と、電力端子９と、複数の相端子１０と、を有し、相端子１０は、少なくとも１つの半導体ボード２における端子コンタクト１１に接続されている。相端子１０の少なくとも１つは、電気機械の界磁巻線に電気的に接続するにベースプレート４から離れる方向に延在している第１スタッド１２と、少なくとも１つの半導体ボード２における端子コンタクトの１つに相端子を接続するための第２スタッドと、を有し、第１スタッド及び第２スタッドは、接続部を介して電気的に接続されており、第２スタッドは、ベースプレート４における凹所１６内に延在している。また、第１スタッド１２、第２スタッド１４および接続部１５は、金属製の１つの部品に一体で成形されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動駆動系の電気機械用の電子制御ユニット（１）であって、前記電子制御ユニット（１）は、複数のパワー半導体（３）を有する少なくとも１つの半導体ボード（２）と、前記電子制御ユニットにおいて発生する熱を放散させるためのベースプレート（４）と、前記電子制御ユニットに電力を供給するための電力端子（９）と、前記電気機械に３相電流を供給するための複数の相端子（１０）とを有し、前記相端子（１０）は、少なくとも１つの前記半導体ボード（２）における端子コンタクト（１１）に接続されており、
少なくとも１つの前記相端子（１０）は、
－前記電気機械の界磁巻線に電気的に接続するため第１スタッド（１２）であって、前記ベースプレート（４）から離れる方向に延在している第１スタッド（１２）と、
－少なくとも１つの前記半導体ボード（２）における前記端子コンタクト（１１）の１つに前記相端子（１０）を接続するための第２スタッド（１４）とを有し、前記第１スタッド（１２）および前記第２スタッド（１４）は、接続部（１５）を介して電気的に接続されており、前記第２スタッド（１４）は、前記ベースプレート（４）における凹所（１６）内に延在している、電子制御ユニット（１）。

【請求項2】

前記第１スタッド（１２）、前記第２スタッド（１４）および前記接続部（１５）は、金属製の１つの部品に一体で成形されている、請求項１記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項3】

前記相端子（１０）はさらに、少なくとも１つの前記半導体ボード（２）における前記端子コンタクト（１１）の１つに前記相端子（１０）を接続するための第３スタッド（１７）を有し、前記第２スタッド（１４）と前記第３スタッド（１７）とは、第２接続部（１８）を介して電気的に接続されており、前記第３スタッドは、前記ベースプレート（４）における凹所（１６）内に延在している、請求項１記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項4】

前記第２スタッド（１４）および／または前記第３スタッド（１７）は前記凹所（１６）内に延在しており、それぞれの前記凹所の側壁（１９）は、スタッド表面に接触することなく、前記スタッド表面に近接して配置されている、請求項１または２記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項5】

前記第２スタッドにはねじ穴が設けられており、前記第２スタッドは、前記半導体ボード（２）を貫通して前記ねじ穴内に延在するねじ（７）を介して、前記ベースプレート（４）側を向いた、少なくとも１つの前記半導体ボード（２）の面に取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項6】

複数のキャパシタが、前記半導体ボード（２）に接続されており、かつ前記ベースプレート（４）側を向いた、前記半導体ボード（２）の面に配置されており、複数の前記キャパシタは、前記ベースプレート（４）の前記凹所部（１６）に収容されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項7】

さらに、保持ブラケット（６）と、前記ベースプレート（４）に向かって前記パワー半導体（３）に付勢するための弾性付勢手段（８）とを有し、前記保持ブラケット（６）は、当該保持ブラケット（６）に前記弾性付勢手段（８）を取り付けるための手段を有し、前記保持ブラケット（６）が、前記ベースプレート（４）に取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項8】

前記弾性付勢手段（８）は、複数の板ばね（８）を有する、請求項７記載の電子制御ユニット（１）。

【請求項9】

前記ベースプレート（４）は、前記半導体ボード（２）とは反対側を向いた面に放熱フィンおよび／またはピン（５）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項１の上位概念記載の電気制御ユニットに関する。

【0002】

背景技術
電気機械用の電子電力インバータは、例えば欧州特許第３６０９０６６号明細書において公知である。電力インバータは、半導体ボードと、キャパシタボードと、電力端子と、相端子スタッドとを備えたハウジングを有する。キャパシタボードのキャパシタは、熱交換プレートの凹所に収容されている。相端子スタッドは、半導体ボードのコンタクトに載置され、またキャパシタボードおよび減衰プレートを介し、押圧プレートによって半導体ボードのコンタクトに向かって付勢されている。

【0003】

発明の概要
請求項１に規定された、本発明による電子制御ユニットは、相端子の過熱のリスクを低減することができ、ゆえに、電子制御ユニットへのダメージを防止することができるという利点を有する。

【0004】

これは、本発明の第１態様に従い、電動駆動系の電気機械用の電子制御ユニットによって達成され、電子制御ユニットは、複数のパワー半導体を有する少なくとも１つの半導体ボードと、電子制御ユニットにおいて発生する熱を放散させるためのベースプレートと、電子制御ユニットに電力を供給するための電力端子と、電気機械に３相電流を供給するための複数の相端子とを有し、相端子は、少なくとも１つの半導体ボードにおける端子コンタクトに接続されている。相端子の少なくとも１つは、電気機械の界磁巻線に電気的に接続するための第１スタッドであって、ベースプレートから離れる方向に延在している第１スタッドと、少なくとも１つの半導体ボードにおける端子コンタクトのうちの１つに相端子を接続するための第２のスタッドとを有し、第１スタッドおよび第２スタッドは、接続部を介して電気的に接続されており、第２スタッドは、ベースプレートにおける凹所内に延在している。

【0005】

相端子と半導体ボードとの接続領域では熱が発生し、ベースプレートにおける凹所内に延在するスタッドの形態でこの接続を設けることにより、接続領域からベースプレート内に効率的に熱を移動させることができる。

【0006】

ベースプレートは、鋳造アルミニウムのプレートであってよく、その中に凹所が機械加工される。ベースプレートは好ましくは、半導体ボードとは反対側を向いた面における放熱フィンおよび／またはピンを有する。

【0007】

第１スタッドと第２スタッドと接続部とは、金属製の１つの部品に一体で成形されている。したがって、半導体ボードにおける相接続点と界磁巻線との間の接続点の個数が減少し、発熱源が減少する。

【0008】

複数の相端子の第１スタッドおよび電力端子は好ましくは、積層方向に見ると、半導体ボードに直線的に隣接して配置されている。

【0009】

それぞれの相端子が、半導体ボードにおける２つの端子コンタクトに接続されているケースについては、例えば、相端子がインバータの２つのブリッジアームに接続されている場合、相端子は、少なくとも１つの半導体ボードにおける端子コンタクトの１つに相端子を接続するための第３スタッドを有していてよく、第２スタッドおよび第３スタッドは、第２接続部を介して電気的に接続されており、第３スタッドもベースプレートにおける凹所内に延在している。

【0010】

ベースプレートにおける凹所は、単一の凹所であってよく、その中に第２スタッドおよび第３スタッドが延在している。択一的には、第２スタッドおよび／または第３スタッドのそれぞれ１つに複数の別の凹所が設けられていてよい。

【0011】

それぞれの凹所の側壁は、スタッド表面に接触することなく、スタッド表面に近接して配置されている。したがって、伝導によって相端子からベースプレートに効果的に熱を移動させることができる。このために、凹所の領域においてスタッド表面とベースプレートとの間の間隙には、導熱性の間隙充填ポッティング材料が充填可能である。

【0012】

第２スタッドには、ねじ穴が設けられており、第２スタッドは、半導体ボードを貫通してねじ穴内に延在するねじを介して、ベースプレート側を向いた、少なくとも１つの半導体ボードの面に取り付けられている。第３スタッドにも同様に、ねじ穴が設けられており、半導体ボードを貫通してねじ穴内に延在するねじを介して、ベースプレート側を向いた、少なくとも１つの半導体ボードの面に取り付けられている。ゆえに、相端子は、半導体ボードにおける電気コンタクトにしっかりと取り付けられて、抵抗が最小化されかつ発熱が低減される。

【0013】

第１スタッドにはまた、界磁巻線のねじ取り付け用のねじ穴が設けられていてもよい。

【0014】

また複数のキャパシタが、半導体ボードに接続されており、かつベースプレート側を向いた、半導体ボードの面に配置されていることも可能であり、複数のキャパシタは、ベースプレートの凹所部に収容されている。キャパシタは、第２相端子スタッドまたは第３相端子スタッドと同じ凹所に配置可能である。択一的には、キャパシタは、第２相端子スタッドまたは第３相端子スタッドの凹所とは別の凹所に配置可能である。

【0015】

さらに、電子制御ユニットは、保持ブラケットと、ベースプレートに向かってパワー半導体に付勢するための弾性付勢手段とを有することができ、保持ブラケットは、この保持ブラケットに弾性付勢手段を取り付けるための手段を有し、保持ブラケットは、ベースプレートに取り付けられている。保持ブラケットがベースプレートに取り付けられると、弾性手段は、保持ブラケットとパワー半導体との間で積層方向にサンドイッチされ、ベースプレートに向かってパワー半導体に付勢して、パワー半導体からの熱伝導を改善する。弾性付勢手段は、複数の板ばねを有していてよい。

【0016】

以下では、添付の図面を参照し、単なる実施例として実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による電子制御ユニットの斜視図である。

【図2】図１の電子制御ユニットの分解組立図である。

【図3】図１の電子制御ユニットの部分の分解組立図である。

【図4】図１の電子制御ユニットの部分を下から見た分解組立図である。

【図5】図１の電子制御ユニットの断面図である。

【図6】本発明による相端子の斜視図である。

【0018】

詳細な説明
図面を参照すると、図１および図２には、本発明による電子制御ユニット１が示されている。電子制御ユニット１は、例えば、電動駆動系の電気機械用のインバータとして使用可能である。電子制御ユニット１は、複数のパワー半導体３を有する少なくとも１つの半導体ボード２と、電子制御ユニット１において発生する熱を放散させるためのベースプレート４とを有する。電子制御ユニット１はさらに、電子制御ユニット１に電力を供給するための電力端子９と、電気機械に３相電流を供給するための複数の相端子１０とを有する。相端子１０は、少なくとも１つの半導体ボード２における端子コンタクト１１に接続されている。図６には、相端子１０の１つが示されている。相端子１０は、電気機械（図示せず）の界磁巻線への電気接続のための第１スタッド１２を有する。図５に見られるように、第１スタッド１２は、ベースプレート４から離れる方向に延在しており、積層方向１３にベースプレート４の上方に配置されている。積層方向１３は、半導体ボード２がベースプレート４上で積層される方向である。

【0019】

複数の相端子１０の第１スタッド１２と、電力端子９とは、積層方向１３に見ると、半導体ボード２において隣接して一直線で配置されている。

【0020】

相端子１０は、半導体ボード２における端子コンタクト１１の１つに相端子１０を接続するための第２スタッド１４を有する。第１スタッド１２と第２スタッド１４とは、接続部１５を介して電気的に接続されている。第１スタッド１２、第２スタッド１４および接続部１５は、金属製の１つの部品に一体で成形されている。

【0021】

本発明によると、第２スタッド１４は、ベースプレート４において凹所１６内に延在している。したがって、相端子１０と半導体ボード２との接続領域において発生した熱は、第２スタッド１４からベースプレートへの伝導を介して接続領域から効率よく移動させることができる。

【0022】

ベースプレート４は、鋳造アルミニウムのプレートまたはブロックであってよく、その中に凹所１６が機械加工される。ベースプレート４は好ましくは、半導体ボード２とは反対側を向いた面に放熱フィンおよび／またはピン５を有する。

【0023】

図示した実施形態では、それぞれの相端子１０は、半導体ボード２における２つの端子コンタクト１１に接続されている。これは、例えば、相端子１０がインバータの２つのブリッジアームに接続される場合に必要である。このケースでは、相端子１０は、少なくとも１つの半導体ボード２における端子コンタクト１１の１つに相端子１０を接続するための第３スタッド１７を有する。第２スタッド１４および第３スタッド１７は、第２接続部１８を介して電気的に接続されており、第３スタッド１７もまた、ベースプレート４における凹所１６内に延在している。

【0024】

図示した実施形態では、ベースプレート４における凹所１６は、第２スタッド１４および第３スタッド１７が積層方向１３に延在している単一の凹所１６である。択一的には、第２スタッド１４および／または第３スタッド１７のそれぞれ１つに複数の別の凹所１６が設けられていてよいか、またはそれぞれが複数の第２スタッド１４および／または第３スタッド１７をそれぞれ含む複数の凹所１６が設けられていてよい。

【0025】

図５に見られるように、それぞれの凹所１６の側壁１９の部分は、第２スタッド１４および／または第３スタッド１７のスタッド表面に接触することなく、これらのスタッド表面に近接して配置されている。したがって、相端子１０からベースプレート４に効果的に熱を移動させることができる。このために、スタッド１４，１７からベースプレート４への導熱を促進するために、凹所には熱伝導性充填材料を充填することができる。第２スタッド１４および第３スタッド１７は一般に、円筒形である。

【0026】

凹所１６と、第２スタッド１４および第３スタッド１７との間の空間には、相端子１０からの熱伝導を改善するために、ポッティング物質、例えばシリコーンゲルが充填可能である。

【0027】

第２スタッド１４および第３スタッド１７にはそれぞれねじ穴２０が設けられており、第２スタッド１４および第３スタッド１７は、半導体ボード２を貫通してねじ穴２０内に延在するねじ２１を介して、ベースプレート４側を向いた、少なくとも１つの半導体ボード２の面に取り付けられている。ゆえに、相端子１０は、半導体ボード２における端子コンタクト１１にしっかりと取り付けられて、抵抗が最小化されかつ発熱が低減される。ねじ２１の頭部は、電子制御ユニット１の別の部分とのコンタクトを防止するために、特にねじ２１の頭部と、アルミニウム製であってよい保持ブラケット６との間の電気的なコンタクトを防止するために、好ましくはプラスチック製の絶縁キャップ２４で覆われていてよい。

【0028】

第１スタッドにはまた、界磁巻線のねじ取り付け用のねじ穴２２も設けられている。

【0029】

複数のキャパシタ２３が、半導体ボードに接続されており、かつベースプレート４側を向いた、半導体ボード２の面に配置されており、複数のキャパシタ２３は、ベースプレート４の凹所部１６に収容されている。キャパシタ２３は、第２相端子スタッド１４または第３相端子スタッド１７と同じ凹所に配置可能である。択一的に、キャパシタ２３は、第２相端子スタッド１４または第３相端子スタッド１７の凹所１６とは別の凹所に配置可能である。

【0030】

電子制御ユニット１は、好ましくはアルミニウム製の保持ブラケット６と、ベースプレート４に向かってパワー半導体３に付勢するための弾性付勢手段８とを有し、保持ブラケット６は、保持ブラケット６に弾性付勢手段８を取り付けるための手段を有し、保持ブラケット６は、ねじ７を介してベースプレート４に取り付けられる。保持ブラケット６がベースプレート４に取り付けられると、弾性手段８は、保持ブラケット６とパワー半導体３との間で積層方向にサンドイッチされ、ベースプレート４に向かってパワー半導体３に付勢して、パワー半導体３からの熱伝導を改善する。弾性付勢手段は、複数の板ばね８を有していてよい。

【符号の説明】

【0031】

１ 電子制御ユニット
２ 半導体ボード
３ パワー半導体
４ ベースプレート
５ 冷却フィン
６ 保持ブラケット
７ ねじ
８ 板ばね
９ 電力端子
１０ 相端子
１１ 端子コンタクト
１２ 第１スタッド
１３ 積層方向
１４ 第２スタッド
１５ 接続部
１６ 凹所
１７ 第３スタッド
１８ 第２接続部
１９ 側壁
２０ ねじ穴
２１ ねじ
２２ ねじ穴
２３ キャパシタ
２４ 絶縁キャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】