CN101682270A - 电容器一体式汇流条的制造方法以及电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电力变换装置包括：电力变换电路，其包括开关元件(6)，将直流电力变换成交流电力；电容器一体式汇流条；以及框架(2)，容纳电力变换电路和电容器一体式汇流条。电容器一体式汇流条包括将树脂材料作为基体材料的强电介质性质的板状树脂(36)、以及具有彼此相对的面对区域并该面对区域紧贴于板状树脂(36)的两面的一对金属导体(31、32)。通过电容器一体式汇流条的板状树脂(36)和一对金属导体(31、32)来构成电容器(41)。经由金属导体(31、32)向电力变换电路供应电力。

Description

电容器一体式汇流条的制造方法以及电力变换装置
技术领域
本发明涉及电容器一体式汇流条的制造方法以及电力变换装置。
背景技术
在混合动力电动汽车等中，除以往的发动机以外还装载有电驱动系统。该电驱动系统包括作为直流电源的蓄电池、作为电力变换装置的逆变器装置、作为电动机的交流马达等。在具有该电驱动系统的车辆中，将从蓄电池供应过来的直流电力通过逆变器装置变换成交流电力，使用该交流电力来驱动交流马达，从而获得车辆的推进力。
图14是装载在车辆上的一般的电驱动系统的电路构成图。如上所述，电驱动系统包括蓄电池1、将从蓄电池1获得的直流电力变换成交流电力的逆变器装置、通过从逆变器装置输出的交流电力来驱动的交流马达8。
逆变器装置包括具有开关元件6的开关组件2、控制开关元件6的开关控制电路(未图示)、使供应给开关元件6的直流电力平滑的平滑用电容器3、以及对开关组件2和平滑用电容器3进行电连接的汇流条4、5。
作为开关元件6，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极性晶体管)或动力MOS-FET(Metal Oxide Semicnductor-FieldEffect Transistor：MOS场效应晶体管)等。另外，开关控制电路接收来在未图示的ECU(Electrical Control Unit：电子控制模块)的信号而对控制开关元件6的ON/OFF(接通/断开)动作进行PWN(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)控制，从而以响应了车辆的行驶状态的最佳条件使逆变器装置动作。
作为开关组件2，有将上述的开关控制电路配置在开关组件2的框架外部上的、以及装入框架内部的称作IPM(Integrated Powr Module：智能化动力模块)的。近年，伴随对可组装性的提高、逆变器装置的小型化的需要，IPM成为了主流。
如图14所示，作为开关组件2的正极和负极的P、N端子与蓄电池1的正极和负极进行电连接。另外，在开关组件2与蓄电池1之间，并联连接有用于使从蓄电池1供应的直流电力平滑的平滑用电容器3。
在将开关组件2的P端子和N端子分别连接于平滑用电容器3的正极和负极的连接配线上，使用作为由导电材料形成的板状体的汇流条4、5。另一方面，作为开关组件2的输出侧的端子的U、V、W端子与三相交流马达8的各输入端子进行电连接。
作为平滑用电容器3，需要具有非常大的容量的电容器。作为得到实际应用并使用于混合动力电动汽车的平滑用电容器3，在使用具有数百μF至数千μF容量的电容器。因此，由于平滑用电容器3成为非常大型的电容器，通常设置在开关组件2的框架的外部。
在上述的逆变器装置中，开关元件6例如以10KHz等高速动作进行开关。因此，变得无法忽视开关组件2的内部配线、汇流条4和5的配线电感。
这些连接配线引起的浮游电感成为在进行开关时向开关元件6施加大的浪涌电压的原因。虽然在开关元件6的耐压设定成了相对于电源电压充分高的情况下不发生问题，但是当不充裕时开关元件6有可能会被该浪涌电压破坏。
因此，为了降低配线电感，有必要将平滑用电容器3和开关组件2邻接配置。由此，由于能够缩短连接配线，能够降低配线电感。另外，通过邻接配置连接配线的往复线路也能够实现配线电感的降低。这是因为：由于将往复线路邻接配置，彼此的电感使配线电感降低。
可是，仅通过该方法还无法完全抑制浪涌电压的产生。因此有如下构成电路的逆变器装置：单独设置称作缓冲电路的用于保护开关元件6的电路，由此吸收在电路内产生的浪涌电压，使浪涌电压不会施加到开关元件6。
在日本专利文献特开2003-319665号公报中公开有通过汇流条构成了缓冲电路的逆变器装置。
图15是示出日本专利文献特开2003-319665号公报的逆变器装置的构造的简要立体图。如该图所示，通过一对汇流条15、16连接了平滑用电容器3和开关组件2.开关组件2内置于框架内。
而且，虽然在图中省略了，但是一对汇流条15、16还连接于蓄电池1。另外，平滑用电容器3由于其容量非常大，被分割配置成三个，并联连接于开关组件2。
一对汇流条15、16在连接开关组件2和平滑用电容器3的区域中，彼此其主面相面对，并且具有以邻接方式配置的相对面区域。该相对面区域是为了降低上述的配线电感而设置的。在该相对面区域中，在一对汇流条15、16之间设置有强电介质9。
通过使强电介质9介于一对汇流条15、16之间来构成电容器。该电容器构成缓冲电路。
通过设置该缓冲电路，吸收在进行开关动作时向开关元件6施加的浪涌电压，能够抑制开关元件6的破坏。
另外，在日本专利文献特开2004-312925号公报中公开有将平滑用电容器和逆变电路配置在一个框架内部的电器。
在日本专利文献特开2005-20953号公报中公开有树脂成膜的汇流条。
发明内容
在日本专利文献特开2003-319665号公报中，虽然公开了使强电介质9介于一对汇流条15、16之间的构造，但是没有公开用于制造该构造的具体工序。
另外，由强电介质9和一对汇流条15、16形成的电容器设置于开关组件2的框架外部。因此，构成开关组件2的开关元件6与电容器的距离变大。因此，存在以下问题：为了获得缓和浪涌电压的充分效果，电容器的静电容量必须充分大。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够容易地制造在一对汇流条之间夹持了强电介质的电容器的、电容器一体式汇流条的制造方法、并且提供一种更合理地配置了电容器一体式汇流条的电力变换装置。
根据基于本发明的电容器一体式汇流条的制造方法的一方面，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料高介电性的板状树脂；以及一对金属导体，具有彼此相对的相面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：将所述树脂材料成型为板状而形成板状树脂，并在其两面上设置微小的凹凸的工序；以及通过在设置有所述微小的凹凸的所述板状树脂的两面上实施镀层处理，形成分别紧贴于所述板状树脂的两面的一对金属导体的工序。
根据基于本发明的电容器一体式汇流条的制造方法的另一方面，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂；以及一对金属导体，具有彼此相对的面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：将具有彼此相对的面的一对金属导体隔开间隔而相对配置的工序；向所述被相对配置了的金属导体的间隔注入具有流动性的状态的树脂材料的工序；以及使所述注入了的树脂材料固化而形成板状树脂的工序。
根据基于本发明的电容器一体式汇流条的制造方法的另一方面，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂；以及一对金属导体，具有彼此相对的面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：将树脂材料成型为板状而形成板状树脂的工序；将金属导体分别紧贴于所述板状树脂的两面进行配置的工序；以及加热所述金属导体，使所述板状树脂的两表面熔融，将所述板状树脂的表面熔接至所述金属导体的工序。
根据基于本发明的电力变换装置，电力变换装置包括：电力变换电路，其包括开关元件，将直流电力变换成交流电力；电容器一体式汇流条，其包括高介电性的板状树脂、以及具有彼此相对的面对区域并该面对区域紧贴于所述板状树脂的两面的一对金属导体，并通过所述板状树脂和所述一对金属导体来构成电容器，所述板状树脂作为树脂材料的基体材料；以及框架，容纳所述电力变换电路和电容器一体式汇流条。经由所述金属导体向所述电力变换电路供应电力。
根据本发明的电容器一体式汇流条，能够容易地制造在一对汇流条之间夹持了强电介质的电容器。另外，根据本发明的电力变换装置，能够提供一种更合理地配置了电容器一体式汇流条的电力变换装置。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式中的电驱动系统的电路构成图；
图2是示出基于本发明的实施方式中的逆变器装置的构造的立体图；
图3是示出基于本发明的实施方式中的开关组件的内部构造的立体图；
图4是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图5是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图6是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图7是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图8是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图9是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图10是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图11是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图12是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图13是示出基于本发明的实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法的工序图；
图14是装载在车辆上的一般的电驱动系统的电路构成图；
图15是示出以往的逆变器装置的构造的简要立体图。
具体实施方式
下面，参照图来说明基于本发明的各实施方式中的电容器一体式汇流条的制造方法以及电力变换装置。另外，在各实施方式中，对于相同或相当部分标注相同的标号，不重复进行其重复的说明。
图1是本实施方式的电驱动系统的电路构成图。图1中示出的电驱动系统包括蓄电池1、将从蓄电池1获得的直流电力变换成交流电力的逆变器装置、通过从逆变器装置输出的交流电力来驱动的交流马达8。
逆变器装置包括含有开关元件6的开关组件2、控制开关元件6的开关控制电路(未图示)、使供应给开关元件6的直流电力平滑的平滑用电容器3、以及对开关组件2和平滑用电容器3进行电连接的汇流条4、5。
在开关组件2的框架内部设置有介于开关组件2的P端子与多个开关元件6之间的汇流条31、介于开关组件2的N端子与多个开关元件6之间的汇流条32。在汇流条31与汇流条32之间如后述那样配置有强电介质，由这些构成了电容器41。
作为开关元件6，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极性晶体管)等。另外，开关控制电路接收来在未图示的ECU(Electrical Control Unit：电子控制模块)的信号而对控制开关元件6的ON/OFF(接通/断开)动作进行PWN(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制，从而以响应了车辆的行驶状态的最佳条件使逆变器装置动作。
为了形成进行再生动作时的电流路径而设置有二极管元件7，该二极管元件7与开关元件并联。
图2是示出本实施方式的逆变器装置的构造的立体图。如图2所示，开关组件2的作为正极的P端子和作为负极的N端子分别与蓄电池1的正极和负极进行电连接。
另外，在开关组件2与蓄电池1之间，并联连接用于使从蓄电池1供应的直流电力平滑的平滑用电容器3。
在将开关组件2的P端子和N端子分别连接于平滑用电容器3的正极和负极的连接配线上，使用作为由导电材料形成的板状体的汇流条4、5。另一方面，作为开关组件2的输出侧的端子的U、V、W端子与三相交流马达8的各输入端子进行电连接。
通常，装载于车辆的电驱动系统由于需要使其产生非常大的驱动力，使用适应额定电压和额定电流大的大电力的部件。因此，平滑用电容器3也需要具有非常大的容量的电容器。
作为得到实际应用并使用于混合动力汽车的平滑用电容器3，在使用具有数百μF至数千μF容量的电容器。因此，由于平滑用电容器3成为非常大型的电容器，在本实施方式中设置在开关组件2的框架的外部。
图3是示出开关组件的内部构造的立体图。另外，在图1和图2中示出驱动一个马达8的开关组件。在图3中示出用于驱动两个马达MG1、MG2的开关组件2。
在各开关元件上设置有未图示的输出端子。在设置于开关组件2的外表面的U端子、V端子、W端子(参照图2)与对应的各开关元件的输出端子之间配置有连接两者的未图示的汇流条。
如图3所示，本实施方式的开关组件2包括多个开关元件6、未图示的多个二极管元件、以及形成电容器41(参照图1)的汇流条31、32。
汇流条31、32配置在N侧臂的三个开关元件6与P侧臂的三个开关元件6之间。
汇流条31、32具有彼此相对的面对区域。在汇流条31、32之间，在相对面区域紧贴设置有以树脂材料为基体材料的高介电性的板状树脂36。通过汇流条31、32向各开关元件6供应电力。
一对汇流条31、32在将多个开关元件6连接于P端子、N端子的区域中，彼此其主面面对，并且具有以邻接方式配置的相对面区域。通过以紧贴于该相对面区域的方式配置高介电性的板状树脂而构成电容器41。
汇流条31、32与开关元件6通过引线接合或导线等来连接。这里，位于图3的左侧的P侧臂的开关元件6与上层的汇流条31连接，位于右侧的N侧臂的开关元件6与下层的汇流条32连接。
在图3所示的构造中，为了使通过引线连接对下层的汇流条32与N侧臂的开关元件6的连接变得容易，也可以使汇流条32的N侧臂一侧从侧面突出。
关于高介电性的板状树脂36的材料，作为高介电性的树脂材料，也可以使用通过以聚苯硫醚(PPS)树脂、聚丁烯对苯二酸盐(PBT)树脂、或环氧树脂等为主原料而混合陶瓷粉末等来提高了介质强度的树脂材料。
另外，也可以通过在汇流条31、32的相对面区域设置微小的凹凸，增大表面面积而使电容器41的静电容量大。
在图3所示的构造中，使板状树脂36的端部围住汇流条31、32的端面。即，汇流条31、32的端面被板状树脂36突出的端部覆盖。这样，能够确保汇流条31与汇流条32之间的沿表面距离。由此，即使缩小汇流条31与汇流条32的间隔也能够确保两者的绝缘。
通过电容器41构成有缓冲电路。由此，能够吸收在进行开关动作时被向开关元件6施加的浪涌电压。由此，能够防止开关元件6的破坏。
另外，电容器41设置在收纳了多个开关元件6的开关组件2的框架内部。由此，能够缩短开关元件6与电容器41之间的距离。结果，能够通过电容器41更有效地吸收浪涌电压。即，即使电容器41的容量小也能够获得吸收大的浪涌电压的吸收效果。
下面，说明与汇流条31、32一体构成的电容器41的制造方法。
(电容器一体式汇流条的制造方法一)
使用图4至图8来说明本实施方式的电容器一体式汇流条的制造方法。首先，通过以聚苯硫醚(PPS)树脂、聚丁烯对苯二酸盐(PBT)树脂、或环氧树脂等为主原料而混合陶瓷粉末等来准备提高了介质强度的板状材料101。
参照图4，对板状材料101的表面进行化学蚀刻而使其粗糙，设置凹凸。此时，如图4所示，凹部101a优选使其内部的直径比其表面的大。
具体地说，使用鉻酸对板状材料101的表面进行化学蚀刻。由此，板状材料101的表面变粗糙，形成凹凸。一旦使用鉻酸进行处理，则在板状材料101的表面上附着有鉻酸化合物。使用盐酸等来除去该鉻酸化合物。
参照图5，使催化剂金属102吸附在被化学蚀刻了的板状材料101上。该催化剂成为非电解镀层的核。作为催化剂金属，例如可使用Pd-Sn络合物。
参照图6，溶解锡盐，通过氧化还原反应来生成金属钯103。
参照图7，在板状材料101的表面上通过化学镀形成金属膜。具体地说，将附着了金属钯103的板状材料101沉浸到电镀液中。电镀液中含有的还原剂在催化剂活性的钯表面上氧化。镍离子被此时释放出的电子还原，在板状材料101的表面上形成由镍膜形成的镀膜104(参见图8)。
参照图9，对形成了镀膜104的板状材料101进行电镀，在镀膜上进一步形成电镀膜105。具体地说，通过设置镀膜104而可通电，因此将板状材料101沉浸到电镀液中，将镀膜104作为负极进行通电。
使电镀液中的金属离子析出在镀膜104的表面上而形成电镀膜105。将该工序继续预定时间，通过镀膜104和电镀膜105来形成汇流条31、32。
根据本实施方式的汇流条的制造方法，在板状材料101的表面上通过镀层而形成金属膜，从而形成汇流条31、32，因此能够使板状材料101与汇流条31、32完全紧贴。由此，能够提高通过汇流条31、32和板状材料101构成的电容器的特性。
另外，在板状材料101的表面上设置有凹凸，因此能够扩大汇流条31、32相对的面的表面面积。由此，能够使电容器的容量增大。
并且，使板状材料101的凹部101a如图所示那样成为内部比表面扩大了的形状，由此镀膜104的一部分进入凹部。由此，能够使镀膜104与板状材料101间的固定更牢固。
(电容器一体式汇流条的制造方法二)
下面，参照图9至图11来说明本实施方式的电容器一体式汇流条的制造方法。
首先，参照图9，将一对汇流条31、32隔开预定的距离而相对配置。此时，在其外周设置模架111，防止注入的树脂流出。在汇流条31、32的外周与模架111的内周之间设置有间隙G。
参照图10，通过喷嘴102向汇流条31、32之间注入具有流动性的树脂。此时通过使树脂也流到间隙G中，能够将汇流条31、32的外周成型为用树脂覆盖的形状。
作为注入的树脂，可使用具有流动性的、通过以聚苯硫醚(PPS)树脂、聚丁烯对苯二酸盐(PBT)树脂、或环氧树脂等为主原料而混合陶瓷粉末等来提高了介质强度的树脂。
通过使注入了的树脂固化，能够形成与汇流条31、32紧贴的板状树脂36。
如图11所示，也可是预先在汇流条31、32上设置有凹部C。这样的凹部C可通过以下的工序来形成。在汇流条31、32的表面上，除形成凹部C的部分以外形成掩膜。对形成了掩膜的汇流条31、32进行蚀刻而使其下沉，形成凹部C。
通过在汇流条31、32的相对面区域设置有凹部C，能够使相对区域的表面面积扩大。由此能够使电容器的容量增大。另外，能够使汇流条31、32与板状树脂间的固定更牢固。
(电容器一体式汇流条的制造方法三)
下面，参照图12至图13来说明本实施方式的电容器一体式汇流条的制造方法。
首先，预先准备如图12所示那样形状的板状树脂36。这里，由于形成围住汇流条31、32的外周的部分，使板状树脂36的端部向表面侧突出。
作为构成该板状树脂36的材料，可使用通过向聚丁烯对苯二酸盐(PBT)树脂等热可塑性树脂混合陶瓷粉末等来提高了介质强度的材料。
参照图12，使汇流条31、32与板状树脂36的表面抵接。即，通过汇流条31、32来夹入板状树脂36。
接着，参照附图13，向汇流条31、32的外表面抵接加热器，在加热汇流条31、32的同时，朝板状树脂36适当地加压。由此，板状树脂36的表面熔融并与汇流条31、32无间隙紧贴。通过冷却汇流条31、32，能够形成汇流条31、32与板状树脂36完全紧贴的电容器一体式汇流条。
与上述的制造方法相同，可通过在汇流条31、32的面对区域设置有凹部，能够使相对区域的表面面积扩大。由此能够使电容器的容量增大。另外，能够使汇流条31、32与板状树脂间的固定更牢固。
而且，此次公开的上述实施方式不是所有方面的例示，更不是限定性的。本发明的范围包括不是上述的说明而通过权利要求来示出，并与权利要求相等的含义以及在其范围内的所有的变更。
产业上的可利用性
根据本发明的电容器一体式汇流条，能够容易地制造在一对汇流条之间夹持了强电介质的电容器。另外，根据本发明的电力变换装置，能够提供一种更合理地配置了电容器一体式汇流条的电力变换装置。

Claims (8)

1.一种电容器一体式汇流条的制造方法，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂(36)；以及一对金属导体(31、32)，该一对金属导体(31、32)具有彼此相对的面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂(36)的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：
将所述树脂材料成型为板状而形成板状树脂(36)，并在其两面上设置微小的凹凸的工序；和
通过在设置有所述微小的凹凸的所述板状树脂(36)的两面上实施镀层处理，形成分别紧贴于所述板状树脂(36)的两面的一对金属导体(31、32)的工序。
2.如权利要求1所述的电容器一体式汇流条的制造方法，其中，
所述形成金属导体(31、32)的工序包括：在设置有微小的凹凸的板状树脂(36)的表面上实施化学镀的工序；以及对被实施了化学镀的所述板状树脂(36)进一步实施电镀的工序。
3.一种电容器一体式汇流条的制造方法，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂(36)；以及一对金属导体(31、32)，该一对金属导体(31、32)具有彼此相对的面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：
将具有彼此相对的面的一对金属导体(31、32)隔开间隔进行相对配置的工序；
向所述被相对配置的金属导体(31、32)的间隔中注入呈具有流动性的状态的树脂材料的工序；以及
使所述注入的树脂材料硬化而形成板状树脂(36)的工序。
4.如权利要求3所述的电容器一体式汇流条的制造方法，其中，
在所述一对金属导体(31、32)的面对区域预先设置有微小的凹凸。
5.一种电容器一体式汇流条的制造方法，所述电容器一体式汇流条包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂(36)；以及一对金属导体(31、32)，该一对金属导体(31、32)具有彼此相对的面对区域，该面对区域紧贴于所述板状树脂(36)的两面；所述电容器一体式汇流条的制造方法包括：
将树脂材料成型为板状而形成板状树脂(36)的工序；
将金属导体(31、32)分别紧贴于所述板状树脂(36)的两面进行配置的工序；以及
加热所述金属导体(31、32)，使所述板状树脂(36)的两个表面熔融，将所述板状树脂(36)的表面熔接至所述金属导体(31、32)的工序。
6.如权利要求5所述的电容器一体式汇流条的制造方法，其中，
在所述一对金属导体(31、32)的相对的面上预先设置有微小的凹凸。
7.一种电力变换装置，包括：
电力变换电路，具有开关元件(6)，将直流电力变换成交流电力；
电容器一体式汇流条，包括：将树脂材料作为基体材料的高介电性的板状树脂(36)、以及具有彼此相对的面对区域并且该面对区域紧贴于所述板状树脂(36)的两面的一对金属导体(31、32)，通过所述板状树脂(36)和所述一对金属导体(31、32)来构成电容器(41)；以及
框体(2)，容纳所述电力变换电路和电容器一体式汇流条；
其中，
经由所述金属导体(31、32)向所述电力变换电路供应电力。
8.如权利要求7所述的电力变换装置，其中，
在所述金属导体(31、32)的面对区域设置有微小的凹凸。
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