CN103839904B

CN103839904B - 功率转换装置

Info

Publication number: CN103839904B
Application number: CN201310595275.XA
Authority: CN
Inventors: 石桥诚司
Original assignee: Mitsubishi Corp
Current assignee: Mitsubishi Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP5694278B2; DE102013222496A1; US9439324B2; JP2014103303A; CN103839904A; US20140140117A1

Abstract

本发明的目的在于获得一种成本低廉且冷却性能优异的功率转换装置。功率转换装置包括：冷却器，该冷却器包含有流过制冷剂的流路；以及发热体，该发热体分散配置在冷却器的两个相对的主面上，由冷却器进行冷却，从冷却器的制冷剂入口到制冷剂出口的流路包括：对发热体进行冷却的上游侧冷却部及下游侧冷却部；位于制冷剂入口侧的上游侧分配部；位于制冷剂出口侧的下游侧分配部；连结上游侧冷却部和下游侧冷却部的连接部；以及隔开上游侧冷却部和下游侧冷却部、及上游侧分配部和下游侧分配部的分隔部，流路以制冷剂依次流过上游侧分配部、上游侧冷却部、连接部、下游侧冷却部、下游侧分配部的方式进行连接。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及使用半导体元件、半导体模块的逆变器装置等功率转换装置。

背景技术

在由多个半导体元件、半导体模块、及对这些半导体进行冷却的冷却器所构成的功率转换装置中，在冷却器中配置有多个半导体元件、半导体模块，因此，在冷却用的制冷剂从上游侧流向下游侧时，其温度会上升。因此，由于该制冷剂的温度上升，因而相比上游侧的半导体元件、半导体模块，对下游侧的半导体元件、半导体模块具有更严格的温度限制，能通电的功率受到限制，因此，导致无法实现功率转换装置的大输出化、小型化、及低成本化的问题。

此处，提出有将两个逆变器和一个整流器一体化的功率转换装置(例如，参照专利文献1)。具体而言，采用以下结构：即，在水套中形成有蜿蜒延伸的槽以构成制冷剂流路，将构成第一逆变器的三个功率模块、构成第二逆变器的三个功率模块、及构成整流器的功率模块依次配置于制冷剂流路，对内置于功率模块的半导体元件进行冷却。

但是，在专利文献1的结构中，因第一逆变器发热而导致制冷剂温度上升，而第二逆变器需要利用温度已上升的制冷剂来进行冷却，因此，第二逆变器需要使其输出低于第一逆变器，降低半导体元件所发出的热量，或提高散热性来减少半导体元件的温度上升，或使用允许温度较高的半导体元件。

但是，存在以下问题：在降低输出的情况下，难以实现大输出化，在提高散热性的情况下，难以实现小型化(散热性与散热面积成正比)、及低成本化(需要使用高热传导性构件)，在使用允许温度较高的半导体元件的情况下，难以实现低成本化(需要使用高耐热性构件)等。

另外，由于第一逆变器和第二逆变器这两者都会发出热量，因此，用于冷却整流器的制冷剂温度相比第二逆变器会进一步上升，因此，在整流器中存在比第二逆变器更严重的问题。

作为上述制冷剂温度上升的对策，提出有通过将发热量较大的半导体元件(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极性晶体管)配置在制冷剂流路的上游侧，并将发热量较小的半导体元件(二极管)配置在制冷剂流路的下游侧，从而减小因冷却剂的温度上升所造成的不良影响(例如参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-296708号公报

专利文献2：日本专利特开2007-12722号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有技术存在以下问题。

在专利文献2的结构中，相对于制冷剂的流路来串联配置IGBT及二极管，但是构成功率转换装置的各半导体组(例如由IGBT和二极管的组合构成的最小单位)相对于制冷剂流路全部是并列配置的。

在如专利文献2那样由一个逆变器构成的功率转换装置中，形成有6条并联的制冷剂流路，因此，各半导体组所能使用的制冷剂的流量为专利文献1那样采用串联流路的1/6。若制冷剂的流量减小，则冷却器的散热性能降低，此外，各半导体组中的制冷剂的温度上升会增加。

因此，若考虑将专利文献2的结构应用于专利文献1那样的由两个逆变器和一个整流器一体化而形成的大容量的功率转换装置中，则形成有13条并联的制冷剂流路，各半导体组所能使用的制冷剂的流量是1/13，因此，冷却器的散热性能会大幅降低，专利文献2的问题会更为显著。

另外，对于从制冷剂的流路入口到出口之间的温度上升，其取决于从入口到出口之间的总发热量与流量之间的关系。在如专利文献1那样的大容量的功率转换装置中，尽管从入口到出口之间的总发热量增大，但是若此处采用专利文献2那样的并联流路结构，则各半导体组的制冷剂流速会进一步显著减少。

因此，在一个半导体组中所产生的制冷剂的温度上升极大，因而在一个半导体元件内会产生很大的温度差，并会导致以下新问题：例如半导体元件内部的电流分布会恶化，进而因电流集中而使半导体元件局部过热并导致破坏，短路耐量降低等，对半导体元件的电学特性带来不良影响等。

另外，在专利文献2中，为了将所有半导体元件配置在制冷剂流路的最上游，而提出如下技术：即，并列配置半导体元件，以使得半导体元件在个别流路内不会串联排列；在上游侧将流路一分为二，在冷却各一个半导体元件之后，使流路汇合，来构成流向下游侧的流路。

但是，在上述结构中，制冷剂上游侧和下游侧之间的水温差会在仅通过各一个半导体元件的期间内产生，因此，各半导体元件内的温度差相比上述的例子会明显增加，此外，需要将半导体元件排列在一条直线上，并在上游侧将流路一分为二、来构成向各半导体元件分配制冷剂的流路，因此，可能会难以实现小型化，或会降低构件配置结构的自由度。

另外，在专利文献2中，作为因制冷剂温度上升而导致的热可行性恶化的对策，通过在将半导体配置在冷却器的两个表面、并在发热较大的IGBT的正下方配置发热较小的二极管等方面下功夫，从而设法减小因各半导体间的热干扰而导致的不良影响，改善散热性。由此，尽管专利文献2中设法减小因各半导体间的热干扰而导致的不良影响，改善散热性，但却未提出任何关于因制冷剂流量的分散而导致各半导体组中的制冷剂温度的上升量增加的解决方案。

另外，由于将与半导体元件驱动用的控制基板相连接的IGBT配置在冷却器的上下侧，因而与配置在半导体模块的单侧表面上的控制基板的连接变复杂，此外，由于制冷剂流路包含在半导体模块中，因此，作为防止制冷剂泄漏的对策，需要将包含流路的冷却器与半导体模块一体化，因而会导致难以实现半导体模块的大型化、大容量化。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种低成本、冷却性能优异的功率转换装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的功率转换装置包括：冷却器，该冷却器包含有流过制冷剂的流路；以及至少两个以上的发热体，该至少两个以上的发热体分散配置在冷却器的两个相对的主面上，由冷却器进行冷却，该功率转换装置中，从冷却器的制冷剂入口到制冷剂出口的流路包括：对发热体进行冷却的上游侧冷却部及下游侧冷却部；位于制冷剂入口侧的上游侧分配部；位于制冷剂出口侧的下游侧分配部；连结上游侧冷却部和下游侧冷却部的连接部；以及隔开上游侧冷却部和下游侧冷却部、及上游侧分配部和下游侧分配部的分隔部，流路以制冷剂依次流过上游侧分配部、上游侧冷却部、连接部、下游侧冷却部、下游侧分配部的方式进行连接。

发明效果

因此，能获得成本低廉且冷却性能优异的功率转换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的基本结构的立体图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的冷却器的制冷剂流路的结构图。

图3是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的效果与专利文献1、2的问题一起示出的说明图。

图4是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、将发热量相同的发热体配置在各相上下时对制冷剂的温度上升所造成的影响与专利文献1、2进行比较并进行表示的说明图。

图5是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、在考虑热干扰的基础上将发热量不同的发热体配置在各相上下时对制冷剂温度的上升所造成的影响与专利文献1、2进行比较并进行表示的说明图。

图6是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、将开关元件配置在上游侧冷却部时的例子的说明图。

图7是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的冷却部与连接部的连结结构的说明图。

图8是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的分配部的低高度化的说明图。

图9是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的、由与发热体安装板一体化的散热片及与隔板一体化的流路壳体构成的冷却器的说明图。

图10是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的、分配部和连接部兼具冷却部的部分功能的冷却器的说明图。

图11是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中的、分别形成发热体安装板、散热片、及隔板并利用钎焊进行接合的冷却器的说明图。

图12是同时示出本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的主电路及周边设备的结构图。

图13是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的制冷剂温度上升的说明图。

图14是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的立体图。

图15是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置的冷却器的结构图。

图16是同时示出本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的主电路及周边设备的结构图。

图17是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的制冷剂流路结构及发热体配置的说明图。

图18是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的制冷剂温度上升的说明图。

图19是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的立体图。

图20是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的冷却器的结构图。

图21是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中的、作为防止因漏水而引起的下侧浸水的结构的说明图。

具体实施方式

以下，利用附图来说明本发明所涉及的功率转换装置的优选实施方式，但对于各图中的相同或者相应的部分附加相同标号来说明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1的基本结构的立体图。在图1中，功率转换装置1包括：内含流过有制冷剂的流路的冷却器10；由冷却器10进行冷却的两个发热体21、22。另外，发热体21、22分散配置在冷却器10的两个相对的主面上。

此外，在图1中，将安装发热体的21、22的两个主面设为上下，将与其垂直的两个方向分别设为前后、左右，其中，尽管假设将制冷剂入口11及制冷剂出口12所在的面定义为前后方向，将不具有制冷剂入口11及制冷剂出口12的面定义为左右，但是本发明的实施方式1所涉及的结构并不限于该上下左右方向。

另外，在图1中，尽管将制冷剂入口11与制冷剂出口12分开配置在相对的面上，但是并非必须将制冷剂入口11和制冷剂出口12进行相对配置，也能将其集中配置在一个面上，或将其配置在不同的但也非彼此相对的面上。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1的冷却器10的制冷剂流路的结构图。在图2中，从制冷剂入口11到制冷剂出口12的流路包括：对发热体21、22进行冷却的上游侧冷却部13、下游侧冷却部14、位于制冷剂入口11侧的上游侧分配部15、位于制冷剂出口12侧的下游侧分配部16、连接部17、及分隔部18。

另外，对于冷却器10内的流路，以制冷剂依次流过上游侧分配部15、上游侧冷却部13、连接部17、下游侧冷却部14、下游侧分配部16的顺序来进行连接，上游侧分配部15和下游侧分配部16夹住分隔部18而重叠配置，并且，上游侧冷却部13和下游侧冷却部14夹住分隔部18而重叠配置。

接着，参照图3～图5，对于本发明的实施方式1所涉及的冷却器的流路结构的特征，结合与专利文献1及专利文献2的比较来进行说明。在图3～5中，以具有半导体模块作为发热体的三相逆变器为例，来示出了将U相、V相、W相分别具有的两个半导体模块配置在冷却器的上下侧的例子。

图3是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的效果与专利文献1、2的问题一起示出的说明图。在图3中，在专利文献1的例子中，U相、V相、W相的冷却部采用串联连接的结构，在专利文献2的例子中，U相、V相、W相的冷却部采用并联连接的结构。在任一结构中，都将发热体分开配置在冷却器的上下侧，因此，流路可分为上侧的流路1和下侧的流路2。

另一方面，在本发明的结构中，尽管并联连接U相、V相、W相的冷却部，但是若详细观察，则会发现U相、V相、W相分别采用：将对安装于上侧的发热体进行冷却的上游侧的流路、与对安装于下侧的发热体进行冷却的下游侧的流路串联连接的结构，因而，流路分为左侧的流路1和右侧的流路2。

根据上述结构，若将制冷剂入口的流量设为1，则在专利文献1中，U相、V相、W相中的所有冷却部的流量都相等，各相的流量都是1，而且在各相内流路又沿上下分流，因此，上下各冷却部的流量都是入口流量的1/2。

另外，在专利文献2中，由U相、V相、W相将流路分为三路，因此，各相的流量都为1/3，而且在各相内流路又沿上下分流，因此，上下各冷却部的流量是各相流量的1/2，即入口流量的1/6。

在本发明的结构中，也由U相、V相、W相将流路分为三路，因此，各相的流量都为1/3，而且在各相内流路又沿左右分流，因此，各冷却部的流量是各相流量的1/2，即与专利文献2的结构相同，都是入口流量的1/6。相对于专利文献2中将各相流量沿上下一分为二，在本发明的结构中，将各相流量沿左右一分为二。

此处，根据伯努利定理，若将压力损耗设为ΔP、将取决于流路形状的压力损耗系数设为ζ、将制冷剂的密度设为ρ[kg／m³]、将制冷剂的流速设为u[m／s]，则压力损耗能以ΔP=ζ×1／2×ρ×u²来进行表示，与流速成正比。另外，由于流速u[m／s]与通过流路截面积S[m²]的流量V[m³／s]之间的关系是由u=V／S所决定的，因此压力损耗与制冷剂流量成正比，与流路截面积成反比。

在专利文献1的结构中，制冷剂流量最大，流路截面积最小。而且制冷剂路径长度也最长，因此，压力损耗最大。在专利文献2及本发明的结构中，制冷剂流量较小，流路截面积较大，制冷剂路径长度也较短，因此，压力损耗小于专利文献1。

若压力损耗较小，则具有能使具有制冷剂喷射用泵等的冷却系统整体小型化、并降低成本等优势，但是若假设可使制冷剂喷射用的泵性能相同，则流路的压力损耗越小，越能将压力损耗较高的散热片设定到冷却部，因而散热片设计的自由度升高，容易提高冷却性能。因此，专利文献2及本发明的结构比其他结构具有更高的散热片设计的自由度，并容易提高冷却性能，不仅能实现冷却系统的小型化，还能实现功率转换装置的小型化。

在专利文献2及本发明的结构中，各冷却部的流量较小，因此，为了确保与流速成正比的冷却性能，设法减小流路截面积，在流量相同的情况下提高流速，与此同时，为了确保散热面积而形成散热片。在对以相同面积与冷却部相接的发热体进行冷却的情况下，为了减小取决于流路宽度和流路高度之积的流路截面积，只能减小流路高度，其结果是，流路的高度降低，进而冷却器、功率转换装置的高度降低。

若在减小流路截面积的同时形成散热片，则压力损耗会增大，但是，如上所述，本发明的结构采用压力损耗较小的结构，在相同的允许压力损耗下，能减小流路截面积，进一步降低流路、冷却器、功率转换装置的高度。该低高度化使得容易将发热体分散配置到冷却器的两个面上，因而，如本发明那样，能够确保用于在上下冷却部间设置分隔部的尺寸。

另外，若将入口温度设为Tin[K]、将出口温度设为Tw[K]、将温度上升设为ΔT[K]、将输入热量设为Q[W]、将制冷剂的定压比热设为Cp[J／(kg·K)]、将制冷剂的质量流量设为Gr[kg／s]，则利用能量方程式，来自发热体的输入热量所导致的制冷剂温度上升由ΔT=Tout-Tin=Cp×Gr／Q进行表示。

另外，对于从制冷剂入口到出口之间的制冷剂温度上升，其与对冷却器的总输入热量及总流量成正比，即，其与发热体的总发热及制冷剂的入口流量成正比，因此，专利文献1、2及本发明的结构中，总输入热量及入口流量只要在相同条件下就没有差异。然而，由于流路结构的差异会导致在各冷却部流量产生差异，因此，如图3所示，在各冷却部中的制冷剂温度上升不同。

在专利文献1中，各冷却部的制冷剂温度上升、即半导体元件内的温度分布较小，半导体元件的温度特性对特性差的影响较小，但是成为最下游的W相的制冷剂温度较高，因而在上游侧U相及下游侧W相，半导体模块的热可行性(thermal feasibility)差异较大，功率转换装置的热可行性由最下游侧W相的半导体模块所支配。

此处，若为了实现元器件通用化，而使用发热、散热性能相同的半导体模块，则会在除了最下游侧以外的所有半导体模块中发生成本、尺寸的浪费。作为对策，若使用具有独立的发热、散热性能的半导体模块来进行设计，以使得其各自的热可行性最佳，则无法实现元器件通用化，难以实现低成本。

在专利文献2中，对制冷剂流路结构进行了设计，从而获得在U相、V相、W相的各相中的、上下所有冷却部的制冷剂初始温度相同的流路设计，因此，在各半导体模块间不存在热可行性的差异，因而不会发生专利文献1的上述问题。

然而，若一个冷却部中的制冷剂温度上升较大，则半导体模块内部的温度差、即半导体元件内的温度差会增大，因而会发生以下新问题：即，半导体模块的温度特性会导致半导体模块内部的电流分布发生恶化，进而因电流集中而引起半导体元件局部过热并导致破坏，短路耐量降低等，对半导体元件的电学特性带来不良影响等。

作为结果，制冷剂的最下游温度会限制所有半导体模块的热可行性，因而最终只会将专利文献1的最下游的问题扩大到所有半导体模块。

与此相对，在本发明的实施方式1的结构中，采用使制冷剂从上侧冷却部的中央附近起沿左右一分为二的结构，各冷却部中的制冷剂温度上升相对于专利文献2减半，半导体模块内部的温度差相对于专利文献2也大幅降低。

另一方面，在下侧冷却部中，因上侧冷却部的输入热量而导致冷却剂温度上升，因此，相比上侧的半导体模块，下侧的半导体模块对热可行性的要求更为严格，但是如开关元件的IGBT、与回流元件的二极管的发热不同那样，上侧及下侧的半导体模块的发热也不一定相同，只要在下侧配置热可行性要求较低的发热体，就能改善装置整体的热可行性。

对上侧及下侧的发热体配置进行设计、从而改善整个装置的热可行性是本发明的特征，即使在下侧配置热可行性要求较低的发热体，在专利文献1的情况下，装置整体的热可行性也由最下游的上侧的发热体所支配，在专利文献2的情况下，装置整体的热可行性也由各相的上侧的发热体所支配，通过对发热体的配置进行设计，也无法改善装置的热可行性。

另外，在本发明的结构中，上侧冷却部和下侧冷却部是独立串联配置的流路，能在上侧冷却部与下侧冷却部之间改变压力损耗，即散热性能。与此相对，在专利文献1或专利文献2中，若设上下冷却部为具有不同的压力损耗，则制冷剂流量会集中到压力损耗较小的一侧，且制冷剂不会流过压力损耗较大的一侧，因而散热性能恶化。

更具体而言，若为了提高发热较大、对热可行性要求较为严格的上侧冷却部的散热性能，而高密度地配置散热片，则仅上侧冷却部的压力损耗会增加，因此，制冷剂会选择流向压力损耗较小的下侧，因而需要较高散热性能的上侧的流量减少，无法确保所期望的散热性能。

另一方面，在本发明的结构中，即使改变上侧冷却部和下侧冷却部的压力损耗，由于是串联流路，因此上侧与下侧之间流量也不会产生差异，能根据上下的发热量来使上下冷却部的压力损耗、即散热性能最优化。

与上述例子同样，若为了提高发热较大、热可行性要求较为严格的上侧冷却部的散热性能，而高密度地配置散热片，则上侧冷却部的压力损耗会增加，但是由于不存在压力损耗较小的其他路径，因此，制冷剂会与此前相同地流过压力损耗已升高的上侧流路，因而需要较高的散热性能的上侧的流量不会减小，能确保所期待的散热性能。

接着，参照图4～5来说明本发明结构的制冷剂流量及制冷剂温度上升，发热体配置的特征及其效果，从而进一步详细说明本发明的流路结构的效果。

此处，将内含有半导体元件的半导体模块假设为发热体，但是发热体并不限定于半导体元件或半导体模块，也可以将控制基板、大电流电路、平滑电容器、电抗器等无源元器件等位于功率转换装置内的所有装置、元器件作为对象。另外，能根据功率转换装置的规格来自由选择发热体的形状、分割数、配置。

图4是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、将发热量相同的发热体配置在各相上下时对制冷剂温度上升的影响与专利文献1、2进行比较并进行表示的说明图。图4中，在将发热体1安装于各相的上侧冷却部，将发热体2安装于各相的下侧冷却部的例子中，假设发热体1和发热体2的发热量、散热量相同。例如，若各发热体是包含有一个IGBT及一个二极管的半导体模块，则其上侧能构成第1三相逆变器，下侧能构成第2三相逆变器。

在专利文献1的结构中，U相、V相、W相是串联配置的，因此，具有各发热体内的温度差较小的优点。然而，发热体1及发热体2的热可行性都是由最下游的W相的发热体所决定，因此，若将元器件通用化，使用发热、散热性能相同的半导体模块，则会在最下游侧以外的所有的半导体模块中发生成本、尺寸的浪费。

作为对策，若使用具有独立的发热、散热性能的半导体模块来进行设计，以使得其各自的热可行性最佳，则无法实现元器件通用化，难以实现低成本。

在专利文献2的结构中，并联配置U相、V相、W相，因此，所有相的热可行性相同。然是，一个发热体内的温度差较大，制冷剂在最下游部的温度会限制所有半导体模块的热可行性，其结果只会是将专利文献1的最下游的问题扩大到所有半导体模块。

与此相对，在本发明的结构中，并列配置U相、V相、W相，并将各相的发热体1与各相的发热体2串联配置，因此，能同时具有各相的热可行性相同这一专利文献2的优点、及各发热体内的温度差较小这一专利文献1的优点，并能使得发热体1的热可行性限制点远低于其他结构。

由此，能因发热体1的传热面积小型化、散热性能的简化等而实现低成本。另一方面，在本发明的结构中，发热体2的热可行性不是与其他结构相同就是进一步恶化。因此，在图4的结构中，在耐热性不太高、成本影响较大的发热体1与耐热性高的发热体2组合时，能发挥最佳效果。

图5是将本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、在考虑热干扰的基础上将发热量不同的发热体配置在各相上下时对制冷剂温度上升的影响与专利文献1、2进行比较并进行表示的说明图。

在图5中，在各相的上侧冷却部安装有发热体1、发热体2，在下侧冷却部安装有发热体3、发热体4的例子中，假设发热体2、发热体4的发热量小于发热体1、发热体3的发热量的情况，像专利文献2的例子那样，采用考虑了发热量较大的发热体1、发热体3与发热量较小的发热体2、发热体4的热干扰的配置。例如，若将发热量较大的发热体设为IGBT元件，将发热量较小的发热体设为二极管，则能上下组合来构成一个三相逆变器。

在专利文献1的结构中，U相、V相、W相是串联配置的，因此，具有各发热体内的温度差较小的优点。然而，发热体1至发热体4的热可行性都是由最下游的W相的发热体所决定，因此，若将元器件通用化，使用发热、散热性能相同的半导体模块，则会在最下游侧以外的所有的半导体模块中发生成本、尺寸的浪费。

在专利文献2的结构中，并联配置U相、V相、W相，因此，所有相的热可行性相同。另外，由于一个相中串联配置有多个发热体，因此，一个发热体内的温度差小于图4的例子，但是仍然是由制冷剂在最下游部的温度来限制所有半导体模块的热可行性。

另外，在上述例子中，如专利文献2所记载的那样，将发热量较大的发热体1、发热体3与发热量较小的发热体2、发热体4进行上下配置，采用考虑了相互的热干扰所引起的不良影响的配置。无论在哪个例子中，都在下侧的流路中将发热量较大的发热体3配置在最下游，因而发热量最大的发热体的热可行性会成为整体中具有最严格的条件。

另一方面，在本发明的结构中，将热可行性要求较高的发热体1、发热体3配置在制冷剂温度较低的上侧的流路上游侧中，因此，能获得较好的热可行性。将发热量较小的发热体2、发热体4配置在下侧的流路下游侧，但是其热可行性限制点与其他例子相同。在图5的结构中，在将发热不同的发热体进行组合的情况下，在需要使发热较大的发热体的热可行性特别良好时，能发挥最佳效果。

如上所述，根据实施方式1，功率转换装置包括：冷却器，该冷却器包含有流过制冷剂的流路；以及至少两个以上的发热体，该至少两个以上的发热体分散配置在冷却器的两个相对的主面上，由冷却器进行冷却，其中，从冷却器的制冷剂入口到制冷剂出口的流路包括：对发热体进行冷却的上游侧冷却部及下游侧冷却部；位于制冷剂入口侧的上游侧分配部；位于制冷剂出口侧的下游侧分配部；连结上游侧冷却部和下游侧冷却部的连接部；以及隔开上游侧冷却部和下游侧冷却部、及上游侧分配部和下游侧分配部的分隔部，流路以制冷剂依次流过上游侧分配部、上游侧冷却部、连接部、下游侧冷却部、下游侧分配部的方式进行连接。

因此，能获得成本低廉且冷却性能优异的功率转换装置。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将安装于下游侧冷却部14的发热体22的允许温度设定得高于安装于上游侧冷却部13的发热体21的允许温度。

在上述结构中，上游侧冷却部13中的制冷剂温度低于下游侧冷却部14，其热可行性优于下游侧。因此，在发热体的允许温度存在差异的情况下，若在上游侧配置允许温度较低的元件，在下游侧配置允许温度较高的元件，则能在制冷剂温度较低的上游侧冷却部13中对允许温度较低的元器件进行冷却，且即使制冷剂的温度因上游侧元器件而上升也不会对下游侧元器件造成任何问题，能充分发挥各元器件的性能(参照图4及后述的实施方式2、3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将安装于下游侧冷却部14的发热体22设为宽带隙半导体。

一般而言，用于逆变器、整流器等功率转换装置的开关元件中，大多采用硅作为主要材料，该开关元件的允许上限温度是从125℃到175℃左右。另一方面，近年来已公开有允许上限温度为200℃以上的宽带隙半导体，并将二极管等产品化。

在将耐热温度为125℃到175℃左右的以硅为主要材料的开关元件、与由耐热温度为200℃以上的宽带隙半导体构成的二极管进行组合来获得逆变器的情况下，或在将使用以硅为主要材料的半导体元件的逆变器、与使用宽带隙元件的逆变器或整流器进行组合来获得一个功率转换装置的情况下，以硅为主要材料的半导体元件与宽带隙元件的耐热温度差成为问题。

然而，在本发明的结构中，在热可行性良好的上游侧冷却部13配置以硅为主要材料的半导体元件，在制冷剂温度较高的下游侧配置宽带隙元件，从而能以不对以硅为主要材料的半导体元件的热可行性带来不良影响的方式来构成功率转换装置1(参照后述的实施方式2、3)。

另外，在该功率转换装置1中，考虑使用碳化硅、氮化镓类材料、或金刚石作为宽带隙半导体。

作为宽带隙半导体，公开有使用碳化硅、氮化镓类材料、金刚石作为材料的宽带隙半导体，若使用采用上述材料的宽带隙半导体，则能获得比以硅为主要材料的半导体要高的耐热温度(参照后述的实施方式2、3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑使安装于上游侧冷却部13的发热体21的发热量大于安装于下游侧冷却部14的发热体22的发热量。

在上述结构中，上游侧冷却部13中的制冷剂温度低于下游侧冷却部14，其热可行性优于下游侧。因此，在发热体的发热量存在差异的情况下，若在上游侧配置发热量较大的元器件，在下游侧配置发热量较小的元器件，则能良好地保持发热量较大的元器件的热可行性，能使在尺寸、成本上均对产品影响较大的元器件小型化，成本降低(参照图5及后述的实施方式2、3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将安装于上游侧冷却部13的发热体21设为开关元件。

在上述结构中，上游侧冷却部13中的制冷剂温度低于下游侧冷却部14，其热可行性优于下游侧。一般而言，逆变器、整流器等功率转换装置是由IGBT等开关元件和回流元件的二极管构成。若比较具有开关功能的IGBT和不具有开关功能的二极管，则二极管元件的结构更复杂且成本更高。

因此，若将开关元件配置在制冷剂温度较低且热可行性较为有利的上游侧冷却部13，则有助于成本较高的开关元件的小型化，并能降低装置的成本(参照图5的本发明的结构)。

另外，若将开关元件配置于上游侧冷却部13，则在本发明的结构中，由于在冷却器10的单侧的表面上集中配置有开关元件，因此，能使驱动开关元件的控制基板30接近信号端子40。图6是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中、将开关元件配置在上游侧冷却部时的例子的说明图。

在专利文献2中，从下侧的开关元件经由较长的信号端子与配置于上侧的控制基板相连接，但是若使开关元件靠近控制基板30，则能防止由噪音引起的误动作，能比专利文献2具有更简单的结构，因此，能提高抗噪性，并能实现小型化和低成本(参照图6及后述的实施方式2)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将安装于下游侧冷却部14的发热体22设为电源电压控制用的整流器。

在将内燃机和电动机进行组合来行驶的混合动力电动汽车中，除车辆驱动电动机控制用的功率转换装置以外，为了使车辆驱动电动机、及内燃机的发电用电动机小型化，并提高车辆系统的效率，有时会利用直流-直流整流器等电压转换器等来对车辆驱动电动机控制用的功率转换装置的母线电压进行升压或降压(参照专利文献1)。

在对电压进行升压或降压的电压转换器中，作为能量交换单元，大多使用电抗器。电抗器由磁性材料和导线构成，其质量、体积都极大，因此，若能将其小型化，则能使功率转换装置小型化、轻量化。

为了减小电抗器的尺寸，提高开关频率的频率十分有效，优选应用容易提高频率的宽带隙半导体。宽带隙半导体具有高耐热性，因此能安装于下游侧冷却部14。另一方面，电抗器会发热，因此需要对其进行冷却，但是电抗器的发热量小于在车辆驱动电动机控制用的功率转换装置中使用的半导体模块，因而优选将其安装于下游侧冷却部14。

作为结果，若将用于电压转换器的半导体模块、电抗器配置于下游侧冷却部14，则能适合其各自的发热量、耐热性，同时能将半导体模块与电抗器靠近配置，能减少连接半导体模块与电抗器之间的电路构件等，因此，能减小功率转换装置1的尺寸，降低其成本(参照后述的实施方式3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将安装于上游侧冷却部13的发热体21设为车辆驱动电动机控制用的功率转换器中所使用的半导体模块。

在电动汽车、混合动力电动汽车等车辆中，不仅需要安装车辆驱动电动机控制用的功率转换器，还需要安装空调、辅助设备驱动用电源等各种尺寸的功率转换器，但是为了将其收纳于发动机室等的有限空间内，需要将这些各种尺寸的功率转换器一体化到一个功率转换装置，以减小尺寸。

在安装于一个功率转换装置的这些各种功率转换器中，具有最高优先度的是控制车辆行驶的车辆驱动电动机控制用的功率转换器。因此，在本发明的结构中，若将车辆驱动电动机控制用的功率转换器中所使用的半导体模块安装于上游侧冷却部13，则即使在环境温度、制冷剂温度较高的恶劣条件下，也能比空调、辅助设备要优先地进行冷却，因此，才更有可能持续使车辆运转(参照后述的实施方式3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑将连接部17的流路截面积、与上游侧冷却部13及下游侧冷却部14的流路截面积设为大致相等。

在上述结构中，与专利文献2的结构相比，连接部17增大，因而需要降低连接部17的压力损耗。在连接部17的流路截面积不同于冷却部13、14的流路截面积的情况下，在流路截面积急剧增大的部分会发生扩大损耗，在流路截面积急剧减小的部分会发生缩小损耗，因而会发生无用的压力损耗。

因此，如图7所示，若将与上游侧、下游侧的各冷却部相连结的连接部17的流路截面积设定得大致等于冷却部13、14的流路截面积，则不会发生扩大损耗、缩小损耗，能将因追加连接部而引起的压力损耗、及由此而导致的冷却性能的下降降低到最低(参照图7及后述的实施方式2)。图7是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1的冷却器的冷却部13、14与连接部17的连结结构的说明图。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑使得上游侧分配部15的流路截面积随着远离制冷剂入口11侧而减小，并使得下游侧分配部16的流路截面积随着接近制冷剂出口12侧而增大。

上游侧分配部15、下游侧分配部16是专利文献2也具有的流路，利用本发明的结构，压力损耗不会显著增加。但是，在本发明的结构中，以夹住分隔部18的方式来重叠配置上游侧分配部15和下游侧分配部16，因此，为了降低冷却器10的高度，并降低功率转换装置1的高度，需要降低上游侧分配部15及下游侧分配部16的高度。

图8是表示降低本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1的分配部15、16的高度的说明图。在图8中，在上游侧分配部15，制冷剂会随着远离制冷剂入口11侧而分岔到上游侧冷却部13，因此上游侧分配部15的流量会随着远离制冷剂入口11侧而减少。即，即使使得上游侧分配部15的流路截面积随着远离制冷剂入口11侧而减小，上游侧分配部15的压力损耗也不会增加。

同样地，在下游侧分配部16，制冷剂会随着接近制冷剂出口12侧而从下游侧冷却部14开始汇合，因此，下游侧分配部16的流量会随着靠近冷却剂出口12侧而增加。即，若使得下游侧分配部16的流路截面积随着接近制冷剂出口12侧而增大，则下游侧分配部16的压力损耗不会增加。

若将制冷剂入口11与制冷剂出口12相对配置，则上游侧分配部15的截面积较大的部分会与下游侧分配部16的截面积较小的部分重叠配置，且上游侧分配部15的截面积较小的部分会与下游侧分配部16的截面积较大的部分重叠配置，因此，不会增加分配部15、16的压力损耗，能将上下分配部的高度减半。

若能降低分配部15、16的高度，则不仅能降低冷却器10的高度，进而减小功率转换装置1的尺寸，还能缩短与冷却器10的高度成正比的连接部17的流路路径长度，因此，通过采用本发明的结构，还能减小冷却器10的压力损耗的增加(参照图8及后述的实施方式2、3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑由与发热体安装板一体化的散热片、和与分隔部18一体化的流路壳体来构成冷却器10。此时，利用设置于分隔部18的贯通孔来构成连接部17，并利用设置于分隔部18的凹凸来构成上游侧分配部15及下游侧分配部16，并利用焊接或钎焊来接合与发热体安装板一体化的散热片中的至少一个、和与分隔部18一体化的流路壳体。

本发明的冷却器10中，以夹住分隔部18、连接部17的方式来重叠配置上游侧的分配部15及冷却部13、和下游侧的分配部16及冷却部14，为了构成流路，需要从上侧及下侧对流路壳体进行加工。特别是为了实现图7、图8所示的结构，需要采用对从流路壳体的上侧及下侧进行的加工没有限制、能自由地进行加工的结构。

图9是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1中的、由与发热体安装板51一体化的散热片52、及与分隔部18一体化的流路壳体53构成的冷却器10的说明图。

在图9的结构中，对于与分隔部18一体化的流路壳体53，通过从上方和下方这两个方向进行加工，从而能自由地构成连接部17和分配部15、16的形状，之后，将与发热体安装板51一体化的散热片52在后续步骤中接合至该流路壳体53的上下侧，从而能构成除制冷剂入口11及制冷剂出口12以外都密封的流路。

在该结构中，使用不同构件构成流路壳体53和发热体安装板51，因此，存在制冷剂会从流路壳体53与发热体安装板51之间的接合部漏出的问题。特别是在本发明的结构中，由于发热体21、22安装于冷却器10的两个表面，因此，流路壳体53与发热体安装板51之间的接合部存在于冷却器10的上下侧。

因此，在制冷剂是液体的情况下，若在冷却器10下侧的流路壳体53与发热体安装板51之间的接合处发生渗漏，则可能制冷剂会漏出，产生下侧的发热体22浸没于制冷剂等致命的损伤。因此，通过利用焊接或钎焊来连续接合发热体安装板51，从而能提供比利用O形环、液状封装材料等具有更高的可靠性的泄漏对策。

另外，在本发明的结构中，在受到制冷剂泄漏影响较大的冷却器10的下侧，有时会安装因具有高耐热性而成为高温的发热体22，因此，通过使用焊接或钎焊那样的金属类密封构件，而并非使用O形环、液状封装那样的树脂类密封构件，能实现密封构件的高耐热性。

另外，对于利用焊接或钎焊进行接合，可以仅对会因制冷剂泄漏而造成致命伤的下侧进行实施，也可以仅对制冷剂温度升高的下游侧实施。另外，对于水泄漏的损害较小的部分、制冷剂温度较低的上游侧，可能采用O形环、液状封装等构件来进行密封(参照图9及后述的实施方式3)。

另外，在该功率转换装置中，考虑采用以下结构：即，对于与发热体安装板51一体化的散热片52，其主要材料是铝，在利用挤压进行加工之后，对未安装有发热体21、22的面进行切削或锻造加工，从而将发热体21、22的一部分配置在含有上游侧分配部15及下游侧分配部16以及连接部17中的至少一方的平面上，使上游侧分配部15及下游侧分配部16以及连接部17中的至少一方兼具上游侧冷却部13及下游侧冷却部14的部分功能。

图10是表示本发明的实施方式1的功率转换装置中、分配部15、16和连接部17兼具冷却部13、14的部分功能的冷却器10的说明图。在图10的结构中，将分配部15、16配置在冷却器10的大致中央，将连接部17配置在冷却器10的大致两端部，在安装大型发热体或多个发热体时，若尽可能减小冷却器10的尺寸，则分配部15、16、连接部17可能会妨碍发热体安装部即冷却部13、14。对于分配部15、16，及连接部17，为了降低压力损耗，需要尽可能增大其截面积。

另一方面，为了确保发热体21、22的散热性能，需要在配置发热体的冷却部13、14中构成散热片52，在发热体安装部会妨碍到分配部15、16、连接部17的情况下，需要兼顾确保冷却部13、14的散热性能和连接部17、分配部15、16的低压力损耗。

因此，通过对与发热体安装板51一体化的散热片52沿着分配部15、16中制冷剂流动的方向进行挤压加工，从而形成散热片52的主要截面形状，之后，利用切削或锻造来对散热片部实施增加散热面积的加工。由此，在分配部15、16、连接部17中的靠近发热体21、22而期待能传递大量热量的部分，形成散热片52，实现较高的散热性能。

另外，在远离发热体21、22而无法期待能传递大量热量的部分，未形成有散热片52，以较低的压力损耗来实现高性能的分配部15、16、连接部17。利用该结构能兼顾冷却部13、14的功能及连接部17、分配部15、16的功能。

通过沿分配部15、16中的制冷剂方向来进行挤压加工，从而能实现散热片52的高散热性能并实现分配部15、16、连接部17的低压力损耗。但是，挤压加工后的材料不会在与分配部15、16中的制冷剂流动方向垂直的方向上、即在冷却部13、14的制冷剂流动方向上形成流路，因此，不会作为散热片52起作用。因此，利用切削或锻造来形成具有圆柱形、圆锥形、棱柱形、四棱锥形的较大的散热面积的散热片52。由此，能兼顾冷却部13、14的高散热性能和分配部15、16、连接部17的低压力损耗。

另外，通过采用铝作为主要材料，从而能确保较高的挤压加工性，并能确保较高的耐腐蚀性，此外，还确保与主要因轻量化、加工性、形状自由度等理由而采用铝作为主要材料的流路壳体53具有较高的接合性，因而能提高密封的可靠性，降低发生制冷剂泄漏的可能性(参照图10及后述的实施方式3)。

另外，在上述实施方式1所涉及的功率转换装置1中，考虑由发热体安装板、散热片、及分隔部18来构成冷却器10。此时，利用设置于分隔部18的贯通孔来构成连接部17，利用钎焊来将发热体安装板、散热片、分隔部18进行接合，以构成流路的一部分。

在图10的结构中，将由与发热体安装部51一体化的挤压材料54形成的散热片52上下、和与分隔部18一体化的流路壳体53进行接合。若利用挤压加工来形成与发热体安装板51一体化的散热片52，则由于难以形成薄板的加压加工的限制，因此，难以减小发热体安装板51及散热片52的厚度。

另外，若流路壳体53也与分隔部18一体化，则由于锻造的限制，难以减小厚度。若对其进行组合，则冷却器10的厚度增加，难以降低功率转换装置1的高度，此外，连接部17的流路路径长度变长，因此，可能会导致无助于冷却部13、14的散热性能的无用的压力损耗增大。

因此，若利用挤压加工、锻造来制造各构件，则由于存在加工限制，因而难以减小构件的厚度，因此，在降低高度较为重要的情况下，也可以利用冲压加工等来将发热体安装板51、散热片52、分隔部18形成为独立的构件，之后，利用钎焊对这些构件进行接合使其一体化，从而构成流路。

图11是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置1中、分别形成发热体安装板51、散热片52、及分隔部18并利用钎焊对其进行接合的冷却器10的说明图。

在图11中，将发热体安装板51、散热片52、分隔部18形成为独立的构件，因此，发热体安装板51不会受到散热片形成加工的限制，能形成为具有用于安装发热体21、22所需厚度的较薄的构件。另外，对于散热片52，大多利用冲压加工来构成多条微细流路，因而能以较薄的厚度确保较大的散热面积，因此，能兼顾降低高度并实现较高的散热性能。另外，利用冲压加工能容易地将分隔部18形成为图7所示的连接部形状、图8所示的分配部形状。

而且，利用钎焊对其进行接合使其一体化，从而对于可能出现制冷剂泄漏的接合部，能不使用O形环或液状封装那样的存在耐热性问题的树脂类密封构件，而使用金属类的密封构件，因而有利于可能会安装因高耐热性而成为高温的发热体21、22的本发明的结构(参照图11及后述的实施方式2)。

实施方式2

图12是同时示出本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1的主电路及周边设备(直流电源61及电动发电机62)的结构图。在图12中，该功率转换装置1是由开关元件SW1～SW6、回流元件D1～D6构成的三相逆变器，是例如用于电动汽车、单电动机式的混合动力电动汽车中的功率转换装置。

接着，本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1的冷却器10的制冷剂流路结构及发热体配置都与上述图6所示的相同。在图6中，功率转换装置1的冷却器10的制冷器流路是按照制冷剂入口11、上游侧分配部15、上游侧冷却部13、连接部17、下游侧冷却部14、下游侧分配部16、制冷剂出口12的顺序进行连结。

另外，在上游侧冷却部13安装有作为发热体21的开关元件SW1～SW6，在下游侧冷却部14安装回流元件D1～D6。即，在上游侧冷却部13安装发热较大、对成本影响较大的开关元件，在下游侧冷却部14安装发热较小、对成本影响较小的回流元件。

图13是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1中的、因流路结构及发热体配置而导致制冷剂温度上升的说明图。在实施方式2的流路结构及发热体配置中，上游侧的开关元件由温度最低的制冷剂进行冷却，因此，容易实现热可行性。

另外，对于下游侧的回流元件，其是由因上游侧的开关元件而导致温度上升的制冷剂进行冷却的，但是在实施方式2的结构中，配置在下游侧的是回流元件，其发出的热量小于开关元件，因此，不会存在热可行性的问题。

但是，如图13(A)所示，在上游侧的开关元件和下游侧的回流元件之间存在显著的热可行性差异的情况下，如图13(B)所示，能缓和在热可行性上具有余量的开关元件的散热性要求。即，能对开关元件的散热路径使用热传导率较低的材料，或减少散热面积，能降低半导体模块、冷却器10的成本并减小其尺寸，从而降低功率转换装置1的成本并减小其尺寸。

另外，如图13(C)所示，若能降低下游侧的回流元件所发出的热量，则能相应地增加上游侧的开关元件所发出的热量。若能同时缓和散热性要求并增加发出的热量，则能减小开关元件的面积，因此，能因减小开关元件的尺寸而降低其成本，并因减小开关元件的尺寸而使得能减小周边元器件的尺寸，并降低其成本，因而与图13(B)相比，能获得更好的效果。

接着，参照图14、15，说明本发明的实施方式2的功率转换装置1的结构。图14是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1的立体图。图15是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1的冷却器10的结构图。

如图14所示，本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1具有半导体模块71和半导体模块72，该半导体模块71在冷却器10的上侧内含有开关元件SW1～SW6，该半导体模块72在冷却器10的下侧内含有回流元件D1～D6。另外，在内置有回流元件的半导体模块72的下侧具有平滑电容器73，在内置有开关元件的半导体模块71的上侧具有控制基板30。另外，在冷却器10的未安装有半导体模块71、72的表面上具有制冷剂入口11，并在与其相对的表面上配置有制冷剂出口12。

如图15所示，对于本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置1的冷却器10，利用冲压加工等将发热体安装板51、散热片52、分隔部18形成为独立的构件，之后，利用钎焊将这些构件与通过锻造而形成的流路壳体53进行接合，使其一体化，从而构成流路。

在图15中，将发热体安装板51、散热片52、分隔部18形成为单独的构件，因此，发热体安装板51不会受到散热片形成加工的限制，而能形成为具有用于安装发热体21、22所需的最小厚度的较薄的构件。

另外，对于散热片52，大多利用冲压加工来形成多条微细流路，因而能以较薄的厚度确保较大的散热面积，因此，能兼顾降低高度并实现较高的散热性能。另外，利用冲压加工将分隔部18构成为凹凸形状，因具有凹凸形状，因此上游侧分配部15在制冷剂入口11侧的流路截面积增大，且该流路截面积还随着接近制冷剂出口12侧而减小。

由此，尽管分配部15、16的流路截面积会根据位置的不同而发生面积差异，但是如图8所示，在上游侧分配部15中，制冷剂会随着远离制冷剂入口11侧而分流至上游侧冷却部13中，因此，上游侧分配部15的流量会随着远离制冷剂入口11而减少。即，即使使得上游侧分配部15的流路截面积随着远离制冷剂入口11侧而减小，上游侧分配部15的压力损耗也不会增加。

同样地，在下游侧分配部16中，制冷剂会随着接近制冷剂出口12侧而从下游侧冷却部14开始汇合，因此，下游侧分配部16的流量随着靠近冷却剂出口12侧而增加。即，若使得下游侧分配部16的流路截面积随着接近制冷剂出口12侧而增大，则下游侧分配部16的压力损耗不会增加。

此外，由于具有上述形状，因此流量能均匀地从分配部15、16分散到冷却部13、14，因此，能使冷却部13、14的流量均匀，还能使散热性能均匀。在实施方式2的结构中，从制冷剂入口11到制冷剂出口12之间排列有三相逆变器的U相、V相、W相，这三相的动作仅偏移120度相位，因此，优选散热性能是均匀的，并能将实施方式2的分配部15、16的形状应用于此。

假设在安装有多个功率转换装置1、或需要散热性能存在差异的情况下，还能改变凹凸形状，减小流向能降低散热性能的部分的分配路径的流路截面积，并增加流向需要散热性能的部分的流量。

另外，由于制冷剂入口11与制冷剂出口12相对，因此，上游侧分配部15的截面积较大的部分与下游侧分配部16的截面积较小的部分重叠配置，上游侧分配部15的截面积较小的部分与下游侧分配部16的截面积较大的部分重叠配置。因此，能不增加分配部的压力损耗，而将上下分配部的高度减半。

而且，若能降低分配部15、16的高度，则不仅能降低冷却器10的高度，减小功率转换装置1的尺寸，还能减小与冷却器10的高度成正比的连接部17的流路路径长度，因此，还能减少因采用本发明的结构而导致的冷却器10的压力损耗的增加。

另外，在实施方式2的结构中，由于将开关元件和回流元件配置在上下不同的表面上，因此，存在因开关元件的开关动作而发生开关浪涌的问题。开关浪涌是与电流变化率di／dt、及开关元件和回流元件之间的布线电感成正比的，因此，在无法减小电流变化率di／dt的情况下，需要减小开关元件和回流元件之间的布线电感。

在实施方式2的结构中，将在与电源的P侧相连接的开关元件(SW1、3、5)进行开关时发生回流的N侧二极管(D2、4、6)配置在P侧的开关元件的正下方，能减小平面方向上的布线距离，并能同时利用上述冷却器10的薄型化来缩短上下方向上的布线距离，并降低与布线距离成正比的布线电感。对于N侧的开关元件(SW2、4、6)与P侧的回流元件(D1、3、5)之间的布线也是相同的。

此外，利用图15所示的连接汇流条81来实施连接开关元件和回流元件的上下间的布线。连接汇流条81经由设置于流路壳体53的贯通孔来进行配置，因此，能利用制冷剂对连接汇流条81进行冷却，还能减小截面积。

利用该贯通孔来连结功率转换装置1的开关元件侧的空间与回流元件侧的空间。在回流元件侧的空间中配置有平滑电容器73、用于向功率转换装置1的外部提供三相逆变器的输出电流的输出汇流条82、用于向平滑电容器73供电的输入汇流条(未图示)等，这些是高电压的电路，需要使其相对于与设备外部相导通的制冷剂绝缘。

然而，假设发热体安装板51与流路壳体53之间的密封构件断裂，则制冷剂会经由上述贯通孔流向回流元件侧的空间，因此，连接汇流条81、回流元件、平滑电容器73、输出汇流条82、输入汇流条等高电压电路都会浸没到制冷剂中。

因此，实施方式2的冷却器10中，利用钎焊对发热体安装板51和流路壳体53进行接合使其一体化，从而对于可能出现制冷剂泄漏的接合部，能不使用O形环或液状封装那样的存在耐热性问题的树脂类密封构件，而使用金属类的密封构件，此外，无需像O形环或液状封装那样在狭窄的间距中利用螺钉等来紧固两个构件，因而还有利于减小功率转换装置1的尺寸，且由于采用连续的接合，因此还有助于提高耐震性。

另外，在实施方式2的结构中，将开关元件集中配置在冷却器10的单侧的表面上，因而能将驱动开关元件的控制基板30集成到单侧的一块基板，并将其配置在靠近开关元件的位置。若使开关元件和控制基板30靠近，则能防止由噪音引发的误动作，能提高抗噪音性能，此外，通过元器件小型化，还能实现小型化及低成本。

实施方式3

图16是同时示出本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1的主电路及周边设备(直流电源61、电动发电机62及发电电动机63)的结构图。

在图16中，该功率转换装置1是由电动发电机驱动用三相逆变器、发电电动机驱动用三相逆变器、及升降压用的直流-直流整流器构成的，上述电动发电机驱动用三相逆变器是由开关元件SW1～SW6、及回流元件D1～D6构成的，上述发电电动机驱动用三相逆变器是由开关元件SW11～SW16、及回流元件D11～D16构成的，上述升降压用的直流-直流整流器是由开关元件SW21～SW22、及回流元件D21～D22构成的。

该功率转换装置1是例如用于双电动机式的混合动力电动汽车的功率转换装置，该混合动力电动汽车中，作为车辆驱动用而使用电动发电机62，将发电电动机63用于内燃机发电，将直流电源61的电压升压至使电动发电机62、发电电动机63小型化并进行高效驱动的最佳电压而使用。

接着，图17中示出了本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1的冷却器10的制冷剂流路结构及发热体配置。图17是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的制冷剂流路结构及发热体配置的说明图。在图17中，功率转换装置1的冷却器10的制冷器流路是按照制冷剂入口11、上游侧分配部15、上游侧冷却部13、连接部17、下游侧冷却部14、下游侧分配部16、制冷剂出口12的顺序进行连结。

另外，在上游侧冷却部13上，作为发热体21，安装有电动发电机驱动用三相逆变器的开关元件SW1～SW6及回流元件D1～D6、和发电电动机驱动用三相逆变器的开关元件SW11～SW16及回流元件D11～D16。

另外，在下游侧冷却部14上，作为发热体22，安装有由宽带隙半导体构成的升降压用直流-直流整流器的开关元件SW21～SW22、及同样由宽带隙半导体构成的回流元件D21～D22、电抗器L1、放电电阻R1。

即，在上游侧冷却部13上安装有控制车辆驱动的最重要的电动发电机驱动用三相逆变器，在下游侧冷却部14安装有发热较小、耐热性高于三相逆变器的升降压用直流-直流整流器的宽带隙半导体模块及电抗器。

图18是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1中的、因流路结构及发热体配置而导致制冷剂温度上升的说明图。对于实施方式3的流路结构及发热体配置，其在跟前侧(制冷剂入口11、制冷剂出口12侧)与里侧(不具有制冷剂入口11、制冷剂出口12的一侧)具有不同状态。

即，在跟前侧，作为发热体21、22，在上游侧配置有发电电动机驱动用三相逆变器的半导体模块，在下游侧配置有由宽带隙半导体构成的升降压直流-直流整流器的半导体模块，而在里侧，作为发热体21、22，在上游侧配置有电动发电机驱动用三相逆变器的半导体模块，在下游侧配置有升降压用直流-直流整流器的电抗器。

若仔细观察跟前侧，则上游侧的发电电动机驱动用三相逆变器是由温度最低的制冷剂进行冷却的，因此，容易实现热可行性。另外，对于下游侧的升降压用直流-直流整流器，其是由因上游侧的发电电动机驱动用三相逆变器而导致温度上升的制冷剂进行冷却的，但是由于是耐热性较高的宽带隙半导体元件，且其耐热温度高于上游侧的使用硅制半导体的升降压整流器，因此，不会存在热可行性的问题。

接下来，若仔细观察跟里侧，则上游侧的电动发电机驱动用三相逆变器是由温度最低的制冷剂进行冷却的，因此，容易实现热可行性。另外，对于下游侧的电抗器，其是由因上游侧的电动发电机机驱动用三相逆变器而导致温度上升的制冷剂进行冷却的，但是由于电抗器的发热量远小于三相逆变器，且其热容量较大，因此具有较高的瞬间耐热性，因而不会存在热可行性的问题。

另外，在实施方式3的结构中，利用温度最低的制冷剂对用于车辆行驶的电动发电机驱动用逆变器进行冷却，即使环境温度、制冷剂温度异常地上升，由于到最后都能维持较高的输出，因此，能有利于车辆的可靠性、安全动作。

对于同样由温度最低的制冷剂进行冷却的发电电动机驱动用逆变器，其下游侧安装有发热量较大的升降压用整流器，并会对升降压用整流器的热可行性产生影响，因此，无法像用于车辆行驶的电动发电机驱动用逆变器那样到最后都维持较高的输出。

但是，由于下游侧的升降压用整流器中使用具有高耐热性的宽带隙半导体，因此，即使环境温度、制冷剂温度异常地上升，相对而言也能将较高的输出维持到最后。另外，发电电动机与内燃机相连结并向车辆行驶用电动发电机供电，此外，升降压整流器也会从蓄电池等直流电源来向车辆行驶用电动发电机供电，因此，即使环境温度、制冷剂温度异常地上升，只要限制任一方的输出，就能始终持续向行驶用电动发电机供电。

接着，参照图19、20，说明本发明的实施方式3的功率转换装置1的结构。图19是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1的立体图。图20是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1的冷却器10的结构图。

如图19所示，本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1在冷却器10的上侧安装有作为发热体21的电动机用逆变器半导体模块91和发电机用逆变器半导体模块92，该电动机用逆变器半导体模块91用于由开关元件SW1～SW6、及回流元件D1～D6构成的电动发电机驱动用三相逆变器，该发电机用逆变器半导体模块92用于由开关元件SW11～SW16、及回流元件D11～D16构成的发电电动机驱动用三相逆变器。

在冷却器10的下侧安装有作为发热体22的整流器用半导体模块93和电抗器94，该整流器用半导体模块93用于由使用宽带隙半导体的开关元件SW21～SW22、及回流元件D21～D22构成的升降压用的直流-直流整流器，该电抗器94用于升降压用的直流-直流整流器。

此外，在电动机用逆变器半导体模块91、及发电机用逆变器半导体模块92的上部安装有对上述半导体模块进行驱动、控制的逆变器用控制基板31，进一步在该逆变器用控制基板31的上部安装有对升降压用的直流-直流整流器的二次侧电压、即逆变器输入电压进行平滑的二次侧平滑电容器95。

另外，在整流器用半导体模块93的下侧安装有对该半导体模块进行驱动、控制的整流器用控制基板32，此外，在冷却器10的下侧安装有对升降压用的直流-直流整流器的一次侧电压进行平滑的一次侧平滑电容器96。

即，如上所述，该功率转换装置1是起到作为用于双电动机式的混合动力电动汽车的功率转换装置的功能，该混合动力电动汽车中，作为车辆驱动用而使用电动发电机62，将发电电动机63用于内燃机发电，将直流电源61的电压升压至使电动发电机62、发电电动机63小型化并进行高效驱动的最佳电压而使用。

另外，制冷剂入口11及制冷剂出口12排列配置在同一个平面上以提高制冷剂配管的连接操作性，并将制冷剂入口11及制冷剂出口12配置在发电机用逆变器半导体模块92侧。

如图20所示，本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1的冷却器10是由兼作电抗器94的壳体的铸造的流路壳体53、及与散热片52形成一体的发热体安装板51构成的，上侧的发热体安装板51使用O形环103作为密封构件而与流路壳体53相连接，下侧的发热体安装板51使用钎焊104作为密封构件而与流路壳体53相接合。

另外，电抗器94是由线圈94a、磁芯94b、及密封树脂94c等构成的，由于其质量较大，因此，能直接与铸造的流路壳体53一体化，因而能确保耐震性。对于安装半导体模块的发热体安装板51，为了安装多个半导体模块也采用较厚的挤压材料，在进行挤出后，利用切削加工来形成散热片，从而使散热片52与发热体安装板51一体化，从而确保耐震性。

在实施方式3的功率转换装置1中，由于具有多种功能，因此，需要考虑在各功能发生故障时进行替换的容易性。因此，在上侧的发热体安装板51和流路壳体53之间采用O形环103作为密封构件，能分离上侧的逆变器和下侧的整流器，因此，在发生故障时容易进行替换。

另一方面，利用钎焊104来接合下侧的发热体安装板51和流路壳体53之间。由于使用钎焊接合，因而与流路壳体53无法分割，但是由于下侧的发热体22仅包含与电抗器94相组合来起作用的元器件，能与逆变器分离，因此不存在问题。

另外，通过利用钎焊104来接合下侧的发热体安装板51和流路壳体53之间，从而与使用O形环103、液状封装等密封构件相比，能提高密封的可靠性，还能防止在流路下游侧容易成为高温的下侧密封件随时间老化而导致的漏水、由漏水而导致整流器元器件浸没于制冷剂中。

此外，也可以不使用钎焊104而利用激光焊接等来接合发热体安装板51和流路壳体53，但是由于实施方式3的冷却器10体积较大，翘曲也较大，因此出于埋住间隙的目的而使用钎焊104。对于钎焊104，能采用将所有元器件放入高温炉的方法，也能采用在将元器件安装于冷却器10之后，利用激光等对局部进行加热的方法。

图21是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置1中的、作为防止因漏水而引起的下侧浸水的结构的说明图。在实施方式3的功率转换装置1中，与实施方式2相同，存在连接上下的主电路元器件，因此如图21所示，存在上下贯通孔111。

上下贯通孔111会成为上侧密封构件发生故障时下侧浸没于制冷剂的原因，但是，在实施方式3的结构中，连接上下的主电路元器件仅有P2、N的二次电压汇流条112，该布线不同于实施方式2，其不会对开关浪涌造成影响，也无需降低电感，因此，能较为自由地构成该汇流条112。

因此，如图21所示，在上侧密封构件发生故障时，利用在汇流条112周边塞住上下贯通孔111的汇流条部密封构件113、防溢出壁114、及除水孔115来防止制冷剂侵入到下侧。

此外，与实施方式2中的理由相同，对实施方式3的流路的分配部15、16设置凸部，以使冷却部流量均匀化。但是，在实施方式2中，为了降低冷却器10的高度而在上下方向上设置凹凸，但是在实施方式3中，由于由电抗器94来决定流路壳体的高度，因此，无需在上下方向上重叠凹凸来减小高度，而可以设置平面的左右方向的凹凸。

另外，左右方向上的各连接部17并不会连通为一个，而由多个连接部分隔件105隔开。实施方式3的功率转换装置1具有多种功能，因此，其尺寸大于实施方式2，但是利用该连接部分隔件105来牢固地连结分隔部18和流路壳体53，从而提高流路壳体53的刚性，并确保功率转换装置1的耐震性。

另外，通过改变连接部分隔件105的配置间隔，从而能调整各连接部17的流路截面，使各冷却部流量最佳化。实施方式3的功率转换装置1中具有多种功能，因此，并不限于如实施方式2的功率转换装置1那样，使冷却部流量均匀化为最佳。因此，能通过连接部分隔件105的配置间隔、散热片52的形状来实现各冷却部流量的最佳化。

对于电抗器94，其底面由电动机用逆变器半导体模块91的冷却部进行冷却，且位于电动机用逆变器半导体模块91的冷却部的下游侧的连接部会沿电抗器94侧面的方向来向下侧延伸，该连接部作为电抗器冷却部102起作用。

作为电抗器94主要的发热部，存在卷绕为圆形的线圈94a，但是通过使该电抗器冷却部102接近线圈94a，能改善电抗器94的散热性，并能减轻对电动机用逆变器半导体模块91的散热性的影响，此外，利用上游侧分配部15的凸形状101来增大线圈94a与制冷剂之间的距离，使从电抗器94向分配部15、16的散热性恶化，从而能抑制制冷剂在分配部15、16的温度上升。

此外，活用利用O形环130作为密封构件来分别构成上侧的发热体安装板51和流路壳体53的优点，能将电动机用逆变器半导体模块91和发电机用逆变器半导体模块92与上侧的发热体安装板51形成为一体。

由此，无需如现有的半导体模块那样，在半导体模块与冷却器10(此时为发热体安装板51)之间涂布散热润滑油那样的热传导率较低的热化合物。由此，能提高从逆变器用的半导体元件到制冷剂的散热性，能实现逆变器用的半导体模块的小型化，并因半导体元件的小型化而降低成本。

另一方面，利用钎焊104来接合下侧的发热体安装板51和流路壳体53，因而难以使发热体安装板51与整流器用半导体模块93一体化。但是，整流器用半导体模块93使用宽带隙半导体元件，因其具有高耐热性、低损耗特性，因此即使像现有的半导体模块那样，在半导体模块与冷却器10(此时为发热体安装板51)之间涂布散热润滑油那样的热传导率较低的热化合物，也不会发生问题。

附图标记

1 电力转换装置

10 冷却器

11 制冷剂入口

12 制冷剂出口

13 上游侧冷却部

14 下游侧冷却部

15 上游侧分配部

16 下游侧分配部

17 连接部

18 分隔部

21 发热体

22 发热体

30 控制基板

31 逆变器用控制基板

32 整流器用控制基板

40 信号端子

51 发热体安装板

52 散热片

53 流路壳体

54 挤压材料

61 直流电源

62 电动发电机

63 发电电动机

71 半导体模块

72 半导体模块

73 平滑电容器

81 连接汇流条

82 输出汇流条

91 电动机用逆变器半导体模块

92 发电机用逆变器半导体模块

93 整流器用半导体模块

94 电抗器

94a 线圈

94b 磁芯

94c 密封树脂

95 二次侧平滑电容器

95 一次侧平滑电容器

101 凸形状

102 电抗器冷却部

103 O环形

104 钎焊

111 上下贯通孔

112 二次电压汇流条

113 汇流条部密封构件

114 防溢出壁

115 除水孔

Claims

1.一种功率转换装置，包括：

冷却器，该冷却器包含有流过制冷剂的流路；以及

至少两个以上的发热体，该至少两个以上的发热体分散配置在所述冷却器的两个相对的主面上，由所述冷却器进行冷却，

所述功率转换装置的特征在于，

从所述冷却器的制冷剂入口到制冷剂出口的所述流路包括：

对所述发热体进行冷却的上游侧冷却部及下游侧冷却部；

位于所述制冷剂入口侧的上游侧分配部；

位于所述制冷剂出口侧的下游侧分配部；

连结所述上游侧冷却部和所述下游侧冷却部的连接部，以及

隔开所述上游侧冷却部和所述下游侧冷却部、及所述上游侧分配部和所述下游侧分配部的分隔部，

所述流路以所述制冷剂依次流过所述上游侧分配部、所述上游侧冷却部、所述连接部、所述下游侧冷却部、所述下游侧分配部的方式进行连接，

所述制冷剂从所述上游侧分配部分成不同方向的两条流路，形成所述上游侧冷却部，两条流路分别流过对应的所述连接部及所述下游侧冷却部，在所述下游侧分配部合流。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述下游侧冷却部的发热体的允许温度高于安装于所述上游侧冷却部的发热体的允许温度。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述下游侧冷却部的发热体是宽带隙半导体。

4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料、或金刚石。

5.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述上游侧冷却部的发热体的发热量大于安装于所述下游侧冷却部的发热体的发热量。

6.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述上游侧冷却部的发热体是开关元件。

7.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述下游侧冷却部的发热体是电源电压控制用的整流器。

8.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

安装于所述上游侧冷却部的发热体是在车辆驱动电动机控制用的功率转换器中使用的半导体模块。

9.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述连接部的流路截面积与所述上游侧冷却部及所述下游侧冷却部的流路截面积相等。

10.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述上游侧分配部的流路截面积随着远离所述制冷剂入口侧而减小，所述下游侧分配部的流路截面积随着接近所述制冷剂出口侧而增大。

11.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却器由与发热体安装板一体化的散热片、及与所述分隔部一体化的流路壳体构成，

与所述发热体安装板一体化的所述散热片采用铝作为材料，

在进行挤压加工之后，对未安装有所述发热体的面进行切削或锻造加工，从而将所述发热体的一部分配置在包含所述上游侧分配部及所述下游侧分配部以及所述连接部中的至少一方的平面上，

所述上游侧分配部及所述下游侧分配部以及所述连接部中的至少一方兼具所述上游侧冷却部及所述下游侧冷却部的部分功能。

12.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

利用设置于所述分隔部的贯通孔来构成所述连接部，并利用设置于所述分隔部的凹凸来构成所述上游侧分配部及所述下游侧分配部，

利用焊接来将与所述发热体安装板一体化的所述散热片中的至少一个、和与所述分隔部一体化的所述流路壳体进行接合。

13.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述冷却器包含有发热体安装板、散热片、及所述分隔部，

利用设置于所述分隔部的贯通孔来构成所述连接部，

利用钎焊来将所述发热体安装板、所述散热片、及所述分隔部进行接合，以构成所述流路的一部分。