CN103748677B - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安装于基板的发热电路元器件的热的散热路径中不包括壳体的、能将发热电路元器件的热高效地向冷却体进行散热的功率转换装置。包括：供冷却液流通的液体流通路径(3c)的一部分具有开放窗(3g)的冷却体(3)；以及内置有功率转换用半导体开关元件的壳体(12)的一面具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部(13a)、并形成有封闭所述冷却体的开放窗的冷却构件(13)的半导体功率模块(11)。另外，包括传热支承构件(32)、(33)，该传热支承构件(32)、(33)以确保安装基板(22)、(23)与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板(22)、(23)进行支承，并具有液体接触部(34a)，所述液体接触部(34a)为了将该安装基板的热传递至所述冷却体而插入至所述冷却体的开放窗内，其中，所述安装基板(22)、(23)安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体开关元件。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及一种功率转换装置，在所述功率转换装置中，在内置有功率转换用半导体开关元件的半导体功率模块上支承有安装基板，所述安装基板安装有包含驱动半导体开关元件的发热电路元器件的电路元器件。

背景技术

作为这种功率转换装置，已知有专利文献1所记载的功率转换装置。在该功率转换装置中，在壳体内配置有水冷护套，在该水冷护套上配置有半导体功率模块以对其进行冷却，所述半导体功率模块内置有作为功率转换用开关元件的IGBT。另外，在壳体内，在半导体功率模块的与水冷护套相反的一侧，保持规定距离而配置有控制电路基板，将该控制电路基板所产生的热经由散热构件传递至支承控制电路基板的金属底板，并进一步将传递至金属底板的热经由支承该金属底板的壳体的侧壁传递至水冷护套。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4657329号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1所记载的现有例中，将控制电路基板所产生的热沿控制电路基板→散热构件→金属底板→壳体→水冷护套这样的路径进行散热。因此，存在以下未解决的问题：即，由于将壳体用作为传热路径的一部分，因而也要求壳体具有良好的传热性，材料被限定为热传递率较高的金属，从而在要求小型化轻量化的功率转换装置中，无法选择树脂等较轻的材料，难以实现轻量化。

另外，对于壳体，多要求防水、防尘，因此，在金属底板与壳体之间、壳体与水冷护套之间，一般涂布液态密封剂或夹入橡胶制填充物等。由此还存在以下未解决的问题：即，液态密封剂或橡胶制填充物的热传递率一般较低，由于将这些材料夹在热冷却路径中，因而会导致热阻增大，冷却效率下降。为了解决该未解决的问题，还需要使基板或安装元器件的未完全去除的发热从壳体或壳体盖通过自然对流进行散热，为了增大壳体或壳体盖的表面积，壳体或壳体盖的外形变大，从而使得功率转换装置变得大型化。

因此，本发明着眼于解决上述现有例所未解决的问题，其目的在于，提供一种能将安装于基板的发热电路元器件的热高效地向冷却体进行散热的功率转换装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明所涉及的功率转换装置的第一方式包括：冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；以及半导体功率模块，该半导体功率模块的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗。另外，第一方式包括：安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体功率模块；以及传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部为了将该安装基板的热传递至所述冷却体而插入至所述冷却体的开放窗内。

根据该结构，能利用传热支承构件将安装于安装基板的发热电路元器件的热直接向冷却体进行散热。在这种情况下，由于冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径上形成有开放窗，该开放窗内插入有半导体功率模块的冷却构件的液体接触部和传热支承构件的液体接触部从而直接与冷却液接触，因此，能提高半导体功率模块及传热支承构件的冷却效果。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第二方式中，所述安装基板由金属基底电路基板构成。

根据该结构，将金属基底电路基板的散热板与传热支承构件相连结，从而能高效地对发热电路元器件进行散热。

另外，本发明所涉及的功率转换装置的第三方式包括：冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；以及半导体功率模块，该半导体功率模块的功率转换用半导体开关元件内置于箱体内，在该箱体的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗。另外，上述第三方式包括：安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体开关元件；以及传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部通过所述半导体功率模块的至少一个侧面插入至所述冷却体的开放窗内，使得该安装基板的发热向所述冷却体进行散热而不经由壳体。

根据该结构，能利用传热支承构件将安装于安装基板的发热电路元器件的热向冷却体进行散热而不经由壳体。在这种情况下，由于冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径上形成有开放窗，该开放窗内插入有半导体功率模块的冷却构件的液体接触部和传热支承构件的液体接触部从而直接与冷却液接触，因此，能提高半导体功率模块及传热支承构件的冷却效果。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第四方式中，所述安装基板由金属基底电路基板构成。

根据该结构，将金属基底电路基板的散热板与传热支承构件相连结，从而能高效地对发热电路元器件进行散热。

另外，本发明所涉及的功率转换装置的第五方式包括：冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；以及半导体功率模块，该半导体功率模块的功率转换用半导体开关元件内置于箱体内，在该箱体的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗。另外，第五方式包括：安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体开关元件；传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部通过所述半导体功率模块的至少一个侧面插入至所述冷却体的开放窗内，使得该安装基板的发热向所述冷却体进行散热而不经由壳体；以及传热构件，该传热构件插入至所述安装基板与所述传热支承构件之间。

根据该第五方式，除了第三方式的作用以外，还能将安装基板的发热电路元器件的热经由传热构件高效地传递至传热支承构件。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第六方式中，所述传热支承构件由隔着所述传热构件对所述安装基板进行支承的传热支承板部、以及对该传热支承板部的侧面进行固定支承并与所述冷却体相接触的传热支承侧板部构成。

根据该第六方式，由于利用传热支承板部来对安装基板进行支承，因此，能提高安装基板的刚性。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第七方式中，所述传热支承板部与所述传热支承侧板部形成为一体。

根据该第七方式，由于传热支承板部与传热支承侧板部形成为一体，因此，两者间的连结部上不存在接缝，从而能减小连结部上的热阻。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第八方式中，所述传热支承板部固定支承于多个传热支承侧板部。

根据该第八方式，由于传热支承板部固定支承于多个传热支承侧板部，因此，能使向冷却体的传热面积增加，能高效地进行散热。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第九方式中，所述传热支承构件的液体接触部以沿与冷却液的流动方向交叉的方向延长的方式，配置于所述冷却体的开放窗内。

根据该第九方式，由于传热支承构件的液体接触部以沿与冷却液的流动方向交叉的方向延长的方式进行配置，因此，液体接触部的冷却温度基本固定，从而能发挥良好的冷却效果。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第十方式中，所述传热支承构件的液体接触部形成为梳齿状。

根据该第十方式，由于传热支承构件的液体接触部形成为梳齿状，因此，能发挥冷却效果而不阻碍冷却液的液体流通。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第十一方式中，所述传热支承构件的液体接触部以平行于冷却液的流动方向而延长的方式，配置于所述冷却体的开放窗内。

根据该第十一方式，由于传热支承构件的液体接触部配置成平行于冷却液的流动方向，因此，能发挥冷却效果而不阻碍冷却液的液体流通。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第十二方式中，所述传热支承构件由夹着所述半导体功率模块而相对的第一传热支承构件及第二传热支承构件构成，所述第一传热支承构件的液体接触部配置于所述冷却构件的液体接触部的上游侧，所述第二传热支承构件的液体接触部配置于所述冷却构件的液体接触部的下游侧。

根据该第十二方式，由于冷却构件的液体接触部的上游侧和下游侧配置有第一传热支承构件的液体接触部和第二传热支承构件的液体接触部，因此，能将第一传热支承构件的液体接触部的冷却温度设得比第二传热支承构件的冷却温度要低。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第十三方式中，在与所述第一传热支承侧板部相连结的传热支承板部上所安装的第一安装基板上，安装有发热量比以下发热电路元器件要高的发热电路元器件：所述发热电路元器件安装于与所述第二传热支承侧板部相连结的传热支承板部所支承的所述安装基板上。

根据第十三方式，由于在冷却温度较低的第一传热支承构件所支承的第一安装基板上安装有发热量较高的发热电路元器件，在冷却温度较高的第二传热支承构件所支承的第二安装基板上安装有发热量较低的发热电路元器件，因此，能良好地对发热量较高的发热电路元器件进行散热。

在本发明所涉及的功率转换装置的第十四方式中，在所述传热支承侧板部与所述冷却体的接触面、以及所述传热支承侧板部与所述冷却构件的接触面上，设有密封构件。

根据该第十四方式，由于在十四传热支承侧板部与十四冷却体的接触面、以及十四传热支承侧板部与十四冷却构件的接触面上，分别设有密封构件，因此，能可靠地防止冷却液的泄漏。

另外，在本发明所涉及的功率转换装置的第十五方式中，在所述传热支承侧板部与所述冷却体的接触面上设有密封构件，在所述传热支承侧板部与所述冷却构件的接触面上，夹设有分别具有伸缩性的板状弹性构件或粘接层。

根据该第十五方式，能利用填充物等板状弹性构件或粘接剂层来对传热支承侧板部与冷却构件的接触面可靠地进行液密性密封，尤其在使用板状弹性构件的情况下，能可靠地使冷却体与冷却体接触板部相接触，从而能提高冷却效果。

发明效果

根据本发明，由于利用与冷却体相接触的传热支承构件来对安装有包含发热电路元器件的电路元器件的安装基板进行支承，因此，能将发热电路元器件所产生的热经由传热支承构件直接向冷却体进行散热，从而能抑制热阻并进行冷却效率良好的热冷却。因此，能减少对从壳体或壳体盖的散热作用的并用，从而能抑制壳体或壳体盖的大小以实现小型化，以提供廉价的功率转换装置。

而且，由于不要求壳体具有良好的传热性，因此，能对壳体使用树脂等较轻的材料，从而能减轻壳体的重量，以提供廉价的功率转换装置。

此外，由于在传热支承构件上设有与流向冷却体的冷却液相接触的液体接触部，因此，能进一步提高冷却效率。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的实施方式1的整体结构的剖视图。

图2是表示实施方式1的主要部分的放大剖视图。

图3是表示安装基板的安装状态的具体结构的放大剖视图。

图4是表示将安装基板安装于传热支承构件的方法的图。

图5是表示将安装基板安装于传热支承构件的状态的剖视图。

图6是表示传热构件的变形例的剖视图。

图7是表示传热支承构件的侧视图。

图8是对发热电路元器件的散热路径进行说明的图。

图9是表示对功率转换装置施加上下振动或横向摇动作用的状态的图。

图10是表示将发热电路元器件配置于安装基板的配置例的剖视图。

图11是表示将发热电路元器件配置于安装基板的其它配置例的剖视图。

图12是表示传热支承构件的液体接触部的其它例子的剖视图。

图13是对传热支承构件的其它例子中的散热路径进行说明的图。

图14是表示传热支承构件的另一其它例子的剖视图。

图15是表示运用金属基底电路基板的情况的变形例的剖视图。

具体实施方式

以下，利用附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明所涉及的功率转换装置的整体结构的剖视图。

图中，标号1是功率转换装置，该功率转换装置1收纳于壳体2内。壳体2由合成树脂材料成形而成，所述壳体2由夹着具有水冷护套结构的冷却体3而上下分割的下部壳体2A及上部壳体2B构成。

下部壳体2A由有底方筒体构成。该下部壳体2A的开放上部被冷却体3所覆盖，其内部收纳有滤波用薄膜电容器4。

上部壳体2B包括上端和下端开放的方筒体2a、以及封闭该方筒体2a上端的盖体2b。而且，方筒体2a的下端被冷却体3所封闭。虽未图示，但在该方筒体2a的下端与冷却体3之间，涂布有液态密封剂或夹有橡胶制填充物等密封材料。

冷却体3例如通过将热传递率较高的铝、铝合金射出成形而形成为扁平的板状。冷却液的给液口3a和排液口3b朝壳体2外侧开口。这些给液口3a和排液口3b例如经由挠性软管与未图示的散热器等冷却液提供源相连接。然后，由冷却液提供源提供例如在冷却水中添加长寿命冷却液、防冻液等而成的冷却液。

给液口3a及排液口3b间形成有液体流通路径3c。该液体流通路径3c连通给液口3a及排液口3b，具有形成在给液口3a与排液口3b之间的连结线上的直线路径3d及3e。而且，液体流通路径3c具有在直线路径3d与3e之间连通并向上方弯曲成凸状的弯曲路径3f。该弯曲路径3f的上表面形成有开放窗3g。在该冷却体3中，在上表面的开放窗3g周围形成有周槽3h。

另外，在冷却体3上形成有插通孔3i，该插通孔3i对保持于下部壳体2A的薄膜电容器4的被绝缘覆盖的正负电极4a进行上下插入。

参照图2可知，功率转换装置1包括半导体功率模块11，该半导体功率模块11内置有例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)来作为构成功率转换用的例如逆变器电路的半导体开关元件。在该半导体功率模块11中，在扁平的长方体状的绝缘性箱体12内，内置有IGBT，在箱体12的下表面上，形成有金属制的由热传递率较高的例如铝或铝合金所形成的冷却构件13。在该冷却构件13上，在平坦的下表面上与冷却体3的开放窗3g相对的中央部上，形成有向下方突出的多个冷却散热片13a。这些冷却散热片13a插入至形成于冷却体3的开放窗3g内。

在箱体12及冷却构件13中，在从上面进行观察时，四个角上形成有插通孔15，该插通孔15中插入有作为固定构件的固定螺钉14。另外，在箱体12的上表面上，在插通孔15内侧的四个部位上突出形成有规定高度的基板固定部16。

在该基板固定部16的上端固定有驱动电路基板21，该驱动电路基板21安装有对内置于半导体功率模块11的IGBT进行驱动的驱动电路等。另外，驱动电路基板21的上方保持规定间隔地固定有作为安装基板的控制电路基板22，所述控制电路基板22安装有对内置于半导体功率模块11的IGBT进行控制的、包含发热电路元器件的控制电路等，所述发热电路元器件发热量相对较大，或发热密度较大。

另外，控制电路基板22的上方保持规定间隔地固定有作为安装基板的电源电路基板23，所述电源电路基板23安装有对内置于半导体功率模块11的IGBT进行供电的、包含发热电路元器件的电源电路等。

而且，驱动电路基板21通过以下方式来进行固定：即，将接合螺钉24的外螺纹部24a插入至形成于与基板固定部16相对位置的插通孔21a内，将该外螺纹部24a与形成于基板固定部16上表面的内螺纹部16a啮合。

另外，控制电路基板22通过以下方式来进行固定：即，将接合螺钉25的外螺纹部25a插入至形成于接合螺钉24上端的与内螺纹部24b相对位置的插通孔22a内，将该外螺纹部25a与接合螺钉24的内螺纹部24b啮合。

而且，电源电路基板23通过以下方式来进行固定：即，将固定螺钉26插入至形成于接合螺钉25上端的与内螺纹部25b相对位置的插通孔23a内，将该固定螺钉26与接合螺钉25的内螺纹部25b啮合。

另外，对控制电路基板22及电源电路基板23进行支承，使得利用传热支承构件32和33来独立形成向冷却体3进行散热的散热路径而不经由壳体2。这些传热支承构件32和33由热传递率较高的金属、例如铝或铝合金形成。

另外，传热支承构件32和33具有对控制电路基板22进行支承的、配置于冷却体3的周槽3h内并呈方框状的共用的底板部34。因此，传热支承构件32和33通过底板部34而连结为一体。而且，底板部34的内周缘形成有朝冷却体3的弯曲路径3f内突出从而直接与冷却液接触的液体接触部34a。如图1及图2所示，该液体接触部34a利用朝弯曲路径3f内突出的框状部34b、以及从与该框状部34b内周缘上的冷却液的流动方向正交的边向下方延长的突出片34c，来形成为截面呈L字形。这里，突出片34c形成为梳齿状，以减小冷却液的流通路径阻力。

而且，传热支承构件32和33及底板部34具有黑色的表面。作为将这些传热支承构件32和33及底板部34的表面进行黑色化的方法，只要在表面覆盖黑色树脂、或用黑色涂料来进行涂抹即可。这样，将传热支承构件32和33及底板部34的表面涂成黑色，从而与金属原有颜色相比，能增大热辐射率，增加辐射传热量。因此，能提高传热支承构件32和33及底板部34向周围进行散热的效率，使控制电路基板22及电源电路基板23高效地进行热冷却。此外，也可以只将传热支承构件32和33的表面涂成黑色而不将底板部34的表面涂成黑色。

传热支承构件32由平板上的传热支承板部32a、以及在该传热支承板部32a的从图2来看沿半导体功率模块11的长边的右端侧通过固定螺钉32b来进行固定的传热支承侧板部32c构成。而且，传热支承侧板部32c与共用的底板部34相连结。

在传热支承板部32a上，利用固定螺钉36隔着传热构件35而固定有控制电路基板22。传热构件35由具有伸缩性的弹性体构成为与电源电路基板23相同的外形尺寸。作为该传热构件35，可使用通过在硅胶内部夹入金属填充物来发挥绝缘性能并提高传热性的材料。

另外，传热支承侧板部32c如图2所示，利用与配置于冷却体3的周槽3h内的共用的底板部34的长边侧的外边缘连结为一体并向上方延长的连结板部32d、以及从该连结板部32d的上端向左侧延长的上板部32e，来形成为截面呈L字形。连结板部32d通过半导体功率模块11的例如长边侧的右侧面向上方延长。

而且，将连结板部32d的底板部34与上板部32e的连结部形成为例如成为圆筒面的一部分的弯曲面32f和32g。这样，将连结板部32d和底板部34与上板部32e的连结部形成为圆筒状的弯曲面32f和32g，从而能提高对上下振动或横向摇动等的抗振性。即，能缓和对功率转换装置1传递上下振动或横向摇动时连结板部32d和底板部34与上板部32e的连结部上所产生的应力集中。

此外，将连结板部32d和底板部34与上板部32e的连结部形成为圆筒状的弯曲面32f和32g，从而与将连结板部32d和底板部34与上板部32e的连结部形成为直角的L字形的情况相比，能缩短热传递路径。因此，能缩短从传热支承板部32a至冷却体3的热传递路径，实现高效的热冷却。

传热支承构件33由平板上的传热支承板部33a、以及在该传热支承板部33a的从图2来看沿半导体功率模块11的长边的左端侧通过固定螺钉33b来进行固定的传热支承侧板部33c构成。而且，传热支承侧板部33c与共用的底板部34相连结。

在传热支承板部33a上，利用固定螺钉38隔着与上述传热构件35相同的传热构件37固定有电源电路基板23。

另外，传热支承侧板部33c如图2及图3所示，利用与配置于冷却体3的周槽3h内的共用的底板部34的长边侧的外边缘连结为一体并向上方延长的连结板部33d、以及从该连结板部33d的上端向右侧延长的上板部33e，来形成为截面呈逆L字形。连结板部33d通过半导体功率模块11的长边侧的左侧面向上方延长。

而且，将连结板部33d的底板部34与上板部33e的连结部形成为例如成为圆筒面的一部分的弯曲面33f和33g。这样，将连结板部33d和底板部34与上板部33e的连结部形成为圆筒状的弯曲面33f和33g，从而能提高对上下振动或横向摇动等的抗振性。即，能缓和对功率转换装置1传递上下振动或横向摇动时连结板部33d和底板部34与上板部33e的连结部上所产生的应力集中。

此外，将连结板部33d和底板部34与上板部33e的连结部形成为圆筒状的弯曲面33f和33g，从而与将连结板部33d和底板部34与上板部33e的连结部形成为直角的L字形的情况相比，能缩短热传递路径。因此，能缩短从传热支承板部33a至冷却体3的热传递路径，实现高效的热冷却。

此外，如图4及图5所示，在控制电路基板22和电源电路基板23上，在下表面一侧安装有发热电路元器件39。

而且，如图4所示那样对控制电路基板22及电源电路基板23、与传热构件35、37及传热支承板部32a、33a进行连结。对于这些控制电路基板22和电源电路基板23、与传热支承板部32a和33a之间的连结，除了左右颠倒以外实质上是相同的，因此，以电源电路基板23及传热支承板部33a为代表来进行说明。

对于该电源电路基板23与传热支承板部33a之间的连结，如图4和图5所示，使用具有比传热构件37的厚度T要低的传热板部管理高度H的作为间隔调整构件的垫圈40。该垫圈40通过粘接等临时固定于传热支承板部33a上所形成的供固定螺钉38进行啮合的内螺纹部41的外周侧。这里，对垫圈40的传热板部管理高度H进行设定，使得传热构件37的压缩率约为20～30%。这样，将传热构件37压缩为约20～30%左右，从而能减小热阻，发挥高效的传热效果。

另一方面，在传热构件37上，形成有能插入接合螺钉25的插通孔37a、以及能插入垫圈40的插通孔37b。

然后，将传热构件37放置于传热支承板部33a，使得临时固定于传热支承板部33a的垫圈40插入至插通孔37b内。然后，将电源电路基板23放置于该传热支承板部33a之上，以使发热电路元器件39与传热构件37相接。

在这种状态下，使固定螺钉38通过电源电路基板23的插通孔23b，并通过垫圈40的中心开口，与传热支承板部33a的内螺纹部41啮合。然后，拧紧固定螺钉38，直至传热构件37的上表面与垫圈40的上表面基本一致。

因此，以20～30%左右的压缩率对传热构件37进行压缩，从而能减小热阻，发挥高效的传热效果。此时，由于传热构件37的压缩率根据垫圈40的高度H来进行管理，因此，能适当地进行紧固，而不会发生紧固不足或紧固过度。

另外，利用传热构件37的弹性来将安装于电源电路基板23下表面侧的发热电路元器件39埋入传热构件37内。因此，能使发热电路元器件39与传热构件37既不过分接触也不接触不足地进行接触，并能使传热构件37与电源电路基板23及传热支承板部33a良好地进行接触，从而能减小传热构件37与电源电路基板23及传热支承板部33a之间的热阻。

控制电路基板22与传热支承板部32a也与上述相同地隔着传热构件35进行连结。

此外，在传热支承构件32和33的传热支承板部32a和33a的下表面上，为了缩短绝缘距离而粘贴有绝缘片材42和43。

另外，如图7所示，在传热支承构件33的传热支承侧板部33c上的连结板部33d上，在半导体功率模块11的与图1所示的三相交流输出端子11b相对应的位置上，形成有三个插入后述母线55的例如方形的插通孔33i。

这样，形成三个插通孔33i，从而能在相邻的插通孔33i间形成较宽的传热路径Lh，从而能使整个传热路径的截面积增加并高效地进行传热。另外，还能确保对振动的刚性。

同样，如图1所示，在传热支承构件32的传热支承侧板部32c的连结部上，在半导体功率模块11的与正极和负极端子11a相对的位置上，也分别形成有同样的插通孔32i。通过形成该插通孔32i，能获得与上述插通孔33i相同的作用效果。

另外，如图2和图3所示，在传热支承构件32和33的共用的底板部34上，在半导体功率模块11的与插入固定螺钉14的插通孔15相对的位置上，形成有固定构件插通孔34d。此外，在底板部34的上表面与形成于半导体功率模块11的冷却构件13的下表面之间，夹有例如成为密封构件的长方形框状的板状弹性构件45。另外，在冷却体3的周槽3h的开放窗3g一侧配设有作为密封构件的○形环46。

然后，将固定螺钉14插入至半导体功率模块11及冷却构件13的插通孔15及底板部34的固定构件插通孔34d内。然后，使该固定螺钉14的前端的外螺纹部与形成于冷却体3的内螺纹部3j啮合，从而将半导体功率模块11和底板部34固定于冷却体3。

接着，对上述实施方式1的功率转换装置1的组装方法进行说明。

首先，如之前的图4所述那样，使电源电路基板23隔着传热构件37与传热支承构件33的传热支承板部33a相重合。然后，在以20～30%左右的压缩率将传热构件37进行压缩的状态下，利用固定螺钉38，将电源电路基板23、传热构件37及传热支承板部33a进行固定，以形成电源电路单元U3。

同样，使控制电路基板22隔着传热构件35与传热支承构件32的传热支承板部32a相重合。然后，在以20～30%左右的压缩率将传热构件35进行压缩的状态下，利用固定螺钉36，将控制电路基板22、传热构件35及传热支承板部32a进行固定，以形成控制电路单元U2。

另一方面，在使传热支承构件32和33所共用的底板部34的上表面与形成于半导体功率模块11的冷却构件13的下表面之间夹有板状弹性构件45的状态下，利用固定螺钉14，将该底板部34与半导体功率模块11一同固定于冷却体3的周槽3h内。

像这样将底板部34和半导体功率模块11固定于冷却体3，从而利用冷却构件13和板状弹性构件45来封闭冷却体3的开放窗3g。与此同时，冷却构件13的冷却散热片13a通过冷却体3的开放窗3g插入至弯曲路径3f内，且底板部34的液体接触部34a的框状部34b及突出片34c插入至弯曲路径3f内。

这样，能将半导体功率模块11及传热支承构件32和33的共用的底板部34同时固定于冷却体3，因此，能减小组装工序数。另外，在将底板部34固定于冷却体3时，使板状弹性构件45夹在底板部34与半导体功率模块11的冷却构件13之间。因此，利用板状弹性构件45将底板部34按压在冷却体3的周槽3h的底部，使底板部34可靠地与冷却体3相接触，从而能确保较大的接触面积。并且，用板状弹性构件45和○形环46来对底板部34的上下表面进行密封，从而能在使冷却液在冷却体3的液体流通路径3c中流通时可靠防止冷却液发生泄漏。

另外，在将半导体功率模块11固定于冷却体3之前或固定之后，将驱动电路基板21放置于半导体功率模块11的上表面上所形成的基板固定部16上。然后，利用四根接合螺钉24从驱动电路基板21的上方将该驱动电路基板21固定于基板固定部16。然后，用固定螺钉32b将传热支承板部32a连结于传热支承侧板部32c。

然后，在接合螺钉24的上表面放置控制电路单元U2的控制电路基板22，利用四根接合螺钉25来进行固定。此外，在接合螺钉25的上表面放置电源电路单元U3的电源电路基板23，利用四根固定螺钉26来进行固定。然后，用固定螺钉33b将传热支承板部33a连结于传热支承侧板部33c。

之后，如图1所示，将母线50连接于半导体功率模块11的正负直流输入端子11a，利用固定螺钉51将贯穿冷却体3的薄膜电容器4的正负电极4a连结于该母线50的另一端。此外，将固定于外部整流器(未图示)所连接的连接线52前端的压接端子53固定于半导体功率模块11的直流输入端子11a。

此外，利用固定螺钉56将母线55与半导体功率模块11的三相交流输出端子11b相连接，将电流传感器57配置于该母线55的中部。然后，利用固定螺钉60将固定于外部三相电动机(未图示)所连接的电动机连接电缆58前端的压接端子59固定并连接于母线55的另一端。

之后，将下部壳体2A和上部壳体2B隔着未图示的密封材料固定于冷却体3的下表面及上表面，以完成功率转换装置1的组装。

在这种状态下，由外部整流器(未图示)来提供直流电，并使安装于电源电路基板23的电源短路、安装于控制电路基板22的控制电路处于工作状态。由此，由控制电路将例如成为脉宽调制信号的栅极信号经由安装于驱动电路基板21的驱动电路提供给半导体功率模块11。由此，对内置于半导体功率模块11的IGBT进行控制，以将直流电转换为交流电。将转换后的交流电从三相交流输出端子11b经由母线55提供给电动机连接电缆58，以对三相电动机(未图示)进行驱动控制。

此时，内置于半导体功率模块11的IGBT会发热。对于该发热，由于形成于半导体功率模块11的冷却构件13的冷却散热片13a与插入至形成冷却体3的液体流通路径3c的弯曲路径3f内并流通的冷却液直接接触，因此，能发挥较大的冷却效果。

另一方面，安装于控制电路基板22及电源电路基板23的控制电路及电源短路中包含发热电路元器件39，这些发热电路元器件39会产生发热。此时，发热电路元器件39安装于控制电路基板22及电源电路基板23的下表面侧。

而且，在这些控制电路基板22及电源电路基板23的下表面侧，隔着热传递率较高且具有弹性的传热构件35和37设有传热支承构件32和33的传热支承板部32a和33a。

因此，发热电路元器件39与传热构件35和37的接触面积较大且相互紧密接触，发热电路元器件39以及传热构件35和37的热阻较小。因此，能将发热电路元器件39的发热高效地传递至传热构件35和37。而且，传热构件35和37本身以20～30%左右的压缩率被压缩，从而能提高热传递率。因此，如图8所示，能将传递至传热构件35和37的热高效地传递至传热支承构件32和33的传热支承板部32a和33a。

此外，由于在传热支承板部32a和33a上连结有传热支承侧板部32c和33c，因此，传递至传热支承板部32a和33a的热能通过传热支承侧板部32c和33c传递至共用的底板部34。由于该底板部34直接与冷却体3的周槽3h内相接触，且内周侧的液体接触部34a插入至冷却体3的弯曲路径3f内，并直接与冷却液相接触，因此，能利用冷却体3的冷却液对传递至底板部34的热进行冷却。

这样，根据上述实施方式1，由于能将安装于控制电路基板22和电源电路基板23的发热电路元器件39的发热直接传递至传热构件35和37而不经由热阻较大的控制电路基板22和电源电路基板23，因此，能高效地进行散热。

而且，将传递至传热构件35和37的热传递至传热支承板部32a和33a，进而传递至传热支承侧板部32c和33c。此时，传热支承侧板部32c和33c沿半导体功率模块11的长边设置。

因此，能增大传热面积，并能确保较宽的散热路径。而且，由于将传热支承侧板部32c和33c的弯曲部设为圆筒状的弯曲部，因此，与将弯曲部设为L字形的情况相比，能缩短到冷却体3的传热距离。这里，热输送量Q可用以下式(1)来表示。

Q=λ×(A/L)×T…………(1)

其中，λ是热传递率[W/m℃]，T是温度差[℃]基板温度T1-冷却体温度T2，A是传热最小截面积[m²]，L是传热长度[m]。

由该式(1)可知，若缩短传热长度L，则热输送量Q会增加，从而能发挥良好的冷却效果。

另外，由于传热支承构件32和33的传热支承侧板部32c和33c通过共用的底板部34来实现一体化，因此，传热支承侧板部32c和33c与底板部34之间不存在元器件之间的接缝，从而能抑制热阻。而且，由于底板部34的液体接触部34a直接与冷却体3的冷却液相接触，因此，能发挥良好的冷却效果。此外，由于底板部34的液体接触部34a利用框状部34b和突出片34c来形成为截面呈L字形，因此，能增大与冷却液相接的表面积，从而能发挥更良好的冷却效果。此时，由于突出片34c形成为梳齿状，因此，能减小冷却液的液体流通阻力，能抑制对流入形成于半导体功率模块11的冷却构件13的冷却散热片13a的液体造成的影响。

另外，高度较高且传热路径较长的传热支承构件33的液体接触部34a配置于半导体功率模块11的冷却构件13的冷却散热片13a的上游侧，高度较低且传热路径较短的传热支承构件32的液体接触部34a配置于半导体功率模块11的冷却构件13的冷却散热片13a的下游侧。因此，能抑制控制电路基板22与电源电路基板23对发热电路元器件39的冷却效果的差异。

此外，由于从安装有发热电路元器件39的控制电路基板22和电源电路基板23到冷却体3的散热路径中未包含壳体2，因此，对壳体2的传热性没有要求。因此，不必使用铝等高热传递率的金属来作为壳体2的构成材料，能以合成树脂材料来构成壳体2，从而能力图实现轻量化。

另外，由于散热路径并不取决于壳体2，能以功率转换装置1来单独形成散热路径，因此，能将由半导体功率模块11、驱动电路基板21、控制电路基板22及电源电路基板23所构成的功率转换装置1运用于各种不同形态的壳体2和冷却体3。

另外，由于控制电路基板22和电源电路基板23上固定有金属制的传热支承板部32a和33a，因此，能提高控制电路基板22和电源电路基板23的刚性。因此，即使在如将功率转换装置1作为驱动车辆行驶用电动机的电动机驱动电路来使用的情况那样的、对功率转换装置1施加如图9所示的上下振动或横向摇动作用的情况下，也能利用传热支承构件32和33来提高刚性。因此，能提供受上下振动或横向摇动等的影响较少的功率转换装置1。

此外，在上述实施方式中，对在控制电路单元U2和电源电路单元U3中、使传热构件35和37的外形与控制电路基板22和电源电路基板23相同的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，也可以如图6所示，将传热构件35和37只设置于存在发热电路元器件39的部位。

另外，在上述实施方式中，对在控制电路基板22和电源电路基板23上将发热电路元器件39安装于背面侧的传热构件35和37一侧的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构。即，也可以如图10所示，安装于与控制电路基板22和电源电路基板23的传热构件35和37相反一侧的外周区域Ao内。在这种情况下，由于将发热量较大的发热电路元器件39配置于外周部一侧，因此，与将发热电路元器件39配置于中央而被其它电路元器件所包围的情况相比，能使发热电路元器件向空间进行散热。因此，能高效地进行热冷却。

此外，如图11所示，在控制电路基板22和电源电路基板23各自中，也可以将发热电路元器件39配置在传热支承侧板部32c和33c附近的部分中，从而缩短到冷却体3的散热路径的距离。即使在这种情况下，由于缩短了发热电路元器件39到冷却体3的散热路径的距离，因此，能高效地进行散热。

此时，连结有传热支承构件33的底板部34的液体接触部34a配置于液体流通路径3c的半导体功率模块11的冷却构件13的冷却散热片13a的上游侧，从而冷却效果较大。因此，将发热量比液体接触部34a被位于冷却散热片13a下游侧的传热支承构件32所支承的控制电路基板22上所安装的发热电路元器件39的发热量要大的发热电路元器件39安装于传热电路基板23，从而能发挥良好的冷却效果。

在这种情况下，交换传热支承构件32和传热支承构件33，将发热量较大的发热电路元器件39安装于控制电路基板22，从而能缩短传热路径，因此，能进一步提高冷却效果。

另外，在上述实施方式中，对利用长方形框状部34b以及从其内周缘向下方突出的突出片34c来将传热支承构件32和33的共用的底板部34上的液体接触部34a形成为截面呈L字形的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，也可以如图12所示，省略突出片34c而只在长方形框状部34b上形成液体接触部34。

另外，在上述实施方式中，对将突出片34c配置于传热支承构件32和33的共用的底板部34的内周缘上与冷却液的流动方向正交的边上的情况进行了说明。然而，在本发明中，并不局限于上述结构，也可以将突出片34c配置于与冷却液的流动方向平行的边上。在这种情况下，能抑制对冷却液的阻碍。

另外，在上述实施方式中，对存在两种安装有发热电路元器件39的基板的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，在例如只存在控制电路基板22这一块安装有发热电路元器件39的基板的情况下，也可以采用如图13(a)所示的结构。即，将传热支承侧板部32c和32f分别设置于控制电路基板22的左右两侧，将散热路径形成于传热支承板部32a的两侧。利用这样的结构，将散热路径形成于传热支承板部32a的两侧，从而能进一步提高散热效果。

此外，如图13(b)所示，也可以在传热支承侧板部32c上形成多个支承各电路单元U2和U3的上板部32e，以支承多个电路基板。

另外，在上述实施方式中，对分体构成传热支承构件32和33的传热支承板部32a和33a、以及传热支承侧板部32c和33c的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，也可以如图14所示，将传热支承板部32a和33a、以及传热支承侧板部32c和33c构成为一体。在这种情况下，由于不会在传热支承板部32a和33a与传热支承侧板部32c和33c之间形成接缝，因此，能减小热阻从而更好地进行散热。

另外，在上述实施方式中，对将传热支承板部32a和33a隔着传热构件35和37与控制电路基板22和电源电路基板23相结合的情况进行了说明。然而，本发明并不局限于上述结构，作为控制电路基板22和电源电路基板，如图15所示，也可以应用如下这种金属基底电路基板74，该金属基底电路基板74隔着绝缘层72在以铝或铝合金为主体的散热板71上形成有电路图案73。在这种情况下，如图15所示，也可以省略传热构件35和37以及传热支承板部32a和33a，而将金属基底电路基板74的散热板71直接与传热支承侧板部32c和33c相连接。

另外，在上述实施方式中，在冷却构件13与传热支承构件32和33的共用底板部34之间配置有成为密封构件的板状弹性构件45，但也可以将○形环作为密封构件来配置于与○形环46大致相对的位置上，以代替上述板状弹性构件45。

另外，在上述实施方式中，对插入至控制电路基板22和电源电路基板23与传热支承板部32a和33a之间的传热构件35和37具有弹性的情况进行了说明。然而，在本发明中并不局限于上述结构，也可以使用进行绝缘覆盖的金属板等不具有弹性的传热构件。

此外，在上述实施方式中，对使用薄膜电容器4来作为滤波用电容器的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以使用圆柱形的电解电容器。

另外，在上述实施方式中，对将本发明的功率转换装置运用于电动汽车的情况进行了说明，但并不局限于此，本发明也可适用于行驶于轨道的铁路车厢，还可适用于任意的电驱动车辆。此外，作为功率转换装置并不局限于电驱动车辆，在驱动其它产业设备中的电动机等的致动器的情况下，也能运用本发明的功率转换装置。

标号说明

1 功率转换装置

2 壳体

3 冷却体

3a 给液口

3b 排液口

3c 液体流通路径

3d、3e 直线路径

3f 弯曲路径

3g 开放窗

4 薄膜电容器

5 蓄电池收纳部

11 半导体功率模块

12 箱体

13 冷却构件

13a 冷却散热片

21 驱动电路基板

22 控制电路基板

23 电源电路基板

24、25 接合螺钉

32 传热支承构件

32a 传热支承板部

32b 固定螺钉

32c 传热支承侧板部

33 传热支承构件

33a 传热支承板部

33b 固定螺钉

33c 传热支承侧板部

34 底板部

35、37 传热构件

39 发热电路元器件

40 垫圈(间隔调整构件)

45 板状弹性构件

71 散热板

72 绝缘层

73 电路图案

74 金属基底电路基板

Claims (15)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；

半导体功率模块，该半导体功率模块的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗；

安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体功率模块；以及

传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部为了将该安装基板的热传递至所述冷却体而插入至所述冷却体的开放窗内。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述安装基板由金属基底电路基板构成。

3.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；

半导体功率模块，该半导体功率模块的功率转换用半导体开关元件内置于箱体内，在该箱体的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗；

安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体开关元件；以及

传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部通过所述半导体功率模块的至少一个侧面插入至所述冷却体的开放窗内，使得该安装基板的热向所述冷却体进行散热而不经由壳体。

4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述安装基板由金属基底电路基板构成。

5.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

冷却体，该冷却体具有供冷却液流通的液体流通路径，该液体流通路径的一部分具有开放窗；

半导体功率模块，该半导体功率模块的功率转换用半导体开关元件内置于箱体内，在该箱体的一面形成有冷却构件，该冷却构件具有插入至所述冷却体的开放窗内的液体接触部，并封闭所述冷却体的开放窗；

安装基板，该安装基板安装有包含发热电路元器件的电路元器件，所述发热电路元器件驱动所述半导体开关元件；以及

传热支承构件，该传热支承构件以确保所述安装基板与所述半导体功率模块之间具有规定间隔的方式，对该安装基板进行支承，并具有液体接触部，所述液体接触部通过所述功率半导体模块的至少一个侧面插入至所述冷却体的开放窗内，使得该安装基板的热向所述冷却体进行散热而不经由壳体；以及

传热构件，该传热构件插入至所述安装基板与所述传热支承构件之间。

6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承构件由隔着所述传热构件对所述安装基板进行支承的传热支承板部、以及对该传热支承板部的侧面进行固定支承并具有所述液体接触部的传热支承侧板部构成。

7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承板部与所述传热支承侧板部形成为一体。

8.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承板部固定支承于多个传热支承侧板部。

9.如权利要求1至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承构件的液体接触部以沿与冷却液的流动方向交叉的方向延长的方式，配置于所述冷却体的开放窗内。

10.如权利要求9所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承构件的液体接触部形成为梳齿状。

11.如权利要求1至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承构件的液体接触部以平行于冷却液的流动方向而延长的方式，配置于所述冷却体的开放窗内。

12.如权利要求1至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述传热支承构件由夹着所述半导体功率模块而相对的第一传热支承构件及第二传热支承构件构成，所述第一传热支承构件的液体接触部配置于所述冷却构件的液体接触部的上游侧，所述第二传热支承构件的液体接触部配置于所述冷却构件的液体接触部的下游侧。

13.如权利要求12所述的功率转换装置，其特征在于，

在安装于所述第一传热支承构件的第一安装基板上，安装有发热量比安装于被所述第二传热支承构件所支承的第二安装基板的发热电路元器件要高的发热电路元器件。

14.如权利要求6至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

在所述传热支承侧板部与所述冷却体的接触面、以及所述传热支承侧板部与所述冷却构件的接触面上，设有密封构件。

15.如权利要求6至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

在所述传热支承侧板部与所述冷却体的接触面上设有密封构件，在所述传热支承侧板部与所述冷却构件的接触面上，夹设有分别具有伸缩性的板状弹性构件或粘接剂层。