CN103946977A - 功率转换装置 - Google Patents

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CN103946977A CN201280055676.XA CN201280055676A CN103946977A CN 103946977 A CN103946977 A CN 103946977A CN 201280055676 A CN201280055676 A CN 201280055676A CN 103946977 A CN103946977 A CN 103946977A
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田中泰仁
柴田美里
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Abstract

提供一种功率转换装置，能将安装于基板的发热电路部件的热高效地散热到冷却体，并能实现小型化。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)的一个面与冷却体(3)接合；多个安装基板(22、42)，在这些安装基板(22、42)上安装有电路部件，该电路部件包括对所述半导体功率模块(11)进行驱动的发热电路部件；以及热传导通路(35、37)，该热传导通路(35、37)将多个所述安装基板的热传导至所述冷却体(3)，在多个所述安装基板中的、彼此相对的一对安装基板(22、42)之间配置传热支承板(25)，在该传热支承板(25)与一对所述安装基板(22、42)之间分别夹设传热构件(26、27)，从而将一对所述安装基板(22、42)层叠成实心状态，从所述传热支承板(25)的至少一对端部(25a、25b)经由所述热传导通路(35、36)而与所述冷却体(3)连接。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种功率转换装置，在该功率转换装置中，将安装基板支承在内置有功率转换用的半导体开关元件的半导体功率模块上，其中，在上述安装基板上安装有包括对半导体开关元件进行驱动的发热电路部件的电路部件。
背景技术
作为这种功率转换装置，已知有专利文献1记载的功率转换装置。这种功率转换装置构成为在筐体内配置有水冷套，并在上述水冷套上配置有半导体功率模块以进行冷却，其中，上述半导体功率模块内置有作为功率转换用的半导体开关元件的IGBT。另外，在筐体内，在半导体功率模块的与水冷套相反的一侧以隔着规定距离的方式配置有控制电路基板及驱动电路基板，将在上述控制电路基板及驱动电路基板上产生的热经由散热构件传递到对控制电路基板及驱动电路基板进行支承的金属基底板，再将传递到金属基底板的热经由对该金属基底板进行支承的筐体的侧壁传递到水冷套。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第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记载的现有例中，将在控制电路基板上产生的热以控制电路基板→散热构件→金属基底板→筐体→水冷套的路径进行散热。因此，将筐体用作传热路径的一部分，因而要求筐体也具有良好的传热性，在筐体形成材料限定为导热系数高的金属且要求小型轻量化的功率转换装置中，存在无法选择树脂等轻型的材料、且很难实现轻量化这样尚未解决的技术问题。
另外，对于筐体，由于多数情况下要求防水、防尘，因此，一般要在金属基底板与筐体之间、筐体与水冷套之间涂覆液态密封剂或是放入橡胶制垫圈等。液态密封剂和橡胶制垫圈的导热系数一般较低，因而，也存在因将液态密封剂和橡胶制垫圈夹设在热冷却路径中而使热阻增加、冷却效率下降这样尚未解决的技术问题。为了解决上述尚未解决的技术问题，也需要将基板和安装部件没有完全去除的发热通过筐体及筐体盖的自然对流进行散热，为了增大筐体及筐体盖的表面积，使得筐体和筐体盖的外形增大，从而使功率转换装置大型化。
因此，本发明着眼于上述现有例中尚未解决的技术问题而作，其目的在于提供一种能够将安装于基板的发热电路部件的热高效地散热到冷却体，且能实现小型化的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，本发明的第一方面的功率转换装置包括：半导体功率模块，该半导体功率模块的一个面与冷却体接合；多个安装基板，在这些安装基板上安装有电路部件，该电路部件包括对上述半导体功率模块进行驱动的发热电路部件；以及热传导通路，该热传导通路将多个上述安装基板的热传导至上述冷却体。此外，在多个上述安装基板中的、彼此相对的一对安装基板之间配置传热支承板，在该传热支承板与一对上述安装基板之间分别夹设传热构件，从而将一对上述安装基板层叠成实心状态，从上述传热支承板的至少一对端部经由上述热传导通路而与上述冷却体连接。
根据上述结构，能够将分别安装于一对安装基板的发热电路部件的发热，分别经由传热构件传导到传热支承板，并从上述传热构件经由传热支承板，进而经由传热通路散热到冷却体。
另外，由于传热构件以实心状态夹设在一对安装基板之间，因此，不会在两个安装基板间形成作为热蓄积部的空气层，因而，能够提高散热效果。而且，对于一对安装基板来说，只要设置一块传热支承板即可，能够减少部件数。另外，由于使热传导通路与传热支承板的至少一对端部连接，因此，能够缩短安装于各安装基板的发热构件与冷却体的传热距离。
另外，本发明的第二方面的功率转换装置包括：半导体功率模块，该半导体功率模块在壳体中内置有功率转换用的半导体开关元件；冷却体，该冷却体配置在上述半导体功率模块的一个面上；以及多个安装基板，这些安装基板安装有电路部件，该电路部件包括对支承在上述半导体功率模块的另一个面上的上述半导体开关元件进行驱动的发热电路部件。在多个上述安装基板中的、彼此相对的一对安装基板之间配置传热支承板，在该传热支承板与一对上述安装基板之间分别夹设传热构件，从而将一对上述安装基板层叠成实心状态，从上述传热支承板的至少一对端部经由热传导通路而与上述冷却体连接，其中，上述热传导通路独立于包围上述半导体功率模块及各上述安装基板两者的筐体。
根据上述结构，能够将分别安装于一对安装基板的发热电路部件的发热，分别经由传热构件传导到传热支承板，从上述传热构件经由传热支承板，进而经由传热通路散热到冷却体。在这种情况下，由于安装基板与冷却体间的多个热传导通路以独立于包围半导体功率模块及各安装基板两者的筐体的方式形成，因此，能够在不考虑筐体的导热系数的情况下形成筐体，能够提高设计的自由度。
另外，由于传热构件以实心状态夹设在一对安装基板之间，因此，不会在两个安装基板之间形成作为热蓄积部的空气层，因此，能够提高散热效果。而且，对于一对安装基板来说，只要设置一块传热支承板即可，能够减少部件数。另外，由于使热传导通路与传热支承板的至少一对端部连接，因此，能够缩短安装于各安装基板的发热构件与冷却体的传热距离缩短。
另外，在本发明的第三方面的功率转换装置中，上述热传导通路由将上述传热支承板和上述冷却体连接的传热支承侧板构成。
根据上述结构，由于热传导通路由传热支承侧板构成，因此，能够以双悬臂的方式对传热支承板进行支承，并能够提高刚性以提高耐振动性。
另外，在本发明的第四方面的功率转换装置中，上述传热支承板及上述传热支承侧板由导热系数高的金属材料构成。
根据上述结构，由于由导热系数高的铝、铝合金、铜等构成安装基板，因此，能够更高效地向冷却体散热。
另外，在本发明的第五方面的功率转换装置中，上述传热构件由具有热传导性的绝缘体构成。
根据上述结构，由于传热构件由绝缘体构成，因此，能将相对的安装基板彼此的间隔设定得较窄，并能够使功率转换装置小型化。
另外，在本发明的第六方面的功率转换装置中，上述传热构件由具有热传导性且具有伸缩性的弹性体构成。
根据上述结构，由于传热构件具有伸缩性，因此，能够使传热构件与安装于安装基板的发热部件等的周围接触，并能够增加接触面积以提高散热效果。
另外，在本发明的第七方面的功率转换装置中，上述传热构件在将上述弹性体以规定压缩率压缩后的状态下被固定。
根据上述结构，由于弹性体以压缩后的状态被固定，因此，能够使弹性体与安装于安装基板的发热部件的接触更加良好，并能够提高散热效果。
另外，在本发明的第八方面的功率转换装置中，在上述传热构件上设置有确定上述弹性体的压缩率的间隔调节构件。
根据上述结构，能够利用间隔调节构件来确定弹性体的压缩率，并能够容易地将弹性体的压缩率调节为恒定值。
发明效果
根据本发明，由于将包含安装于一对安装基板的发热电路部件在内的电路部件的发热，通过一块传热支承板并经由热传导通路散热到冷却体，因此，能够通过简单的结构良好地形成一对安装基板的散热功能。因而，能够使功率转换装置整体小型化。
另外，由于通过夹设传热构件而呈实心状态的方式将一对安装基板层叠，因此，不存在在一对安装基板之间夹设有容易产生热蓄积部的空气层，因而能够确保良好的热传导性。
此外，由于传热支承板的一对端部分别经由热传导通路与冷却体连接，因此，能缩短安装于一对安装基板的发热电路部件到冷却体的热传导通路的长度，并能够进行高效的散热。
附图说明
图1是表示本发明的功率转换装置的一实施方式的整体结构的剖视图。
图2是表示图1的主要部分的放大剖视图。
图3是表示安装基板、传热构件、传热支承板的层叠状态的放大剖视图。
图4是对发热电路部件的散热路径进行说明的图。
图5是表示对功率转换装置作用有上下振动、横向摇晃的状态的图。
图6是表示现有例的剖视图。
图7是表示半导体功率模块的冷却构件的变形例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的功率转换装置的整体结构的剖视图。
在图中，符号1是功率转换装置，该功率转换装置1收纳在筐体2内。筐体2是对合成树脂件进行成形而得到的构件，上述筐体2由夹着具有水冷套的结构的冷却体3而上下分割开的下部筐体2A及上部筒体2B构成。
下部筐体2A由有底方筒体构成。上述下部筐体2A的敞开的上部被冷却体3覆盖，在上述下部筐体2A的内部收纳有平滑用的薄膜电容器4。
上部筐体2B包括上端及下端敞开的方筒体2a和将该方筒体2a的上端封闭的盖体2b。朝外，方筒体2a的下端被冷却体3封闭。虽未图示，在上述方筒体2a的下端与冷却体3之间夹设有密封件，该密封件是通过涂覆液态密封剂或是放入橡胶制垫圈等方式形成的。
冷却体3在筐体2的外侧开设有冷却水的供水口3a及排水口3b，在供水口3a与排水口3b之间形成有冷却水通路3c。这些供水口3a及排水口3b例如经由柔性软管而与未图示的冷却水供给源连接。上述冷却体3例如通过对导热系数高(例如100W·m-1·Ｋ-1以上)的铝、铝合金进行注塑成型来形成。
此外，冷却体3的下表面形成为平坦面，在上表面的中央部形成有俯视观察呈方形的凹部3d。在上述凹部3d的中央部形成有俯视观察呈方形的突出台部3e，在该突出台部3e的周围形成有方框状的周槽3f。上述突出台部3e的高度设定为比冷却体3的上表面低，且与后述的传热支承侧板35、36的底板39的厚度大致相等。另外，在冷却体3中形成有插通孔3e，该插通孔3e供保持在下部筐体2A中的薄膜电容器4的被绝缘覆盖的正负的电极4a沿上下插通。
结合参照图2可知，功率转换装置1包括内置有例如绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)的半导体功率模块11，来作为功率转换用的、例如构成逆变器电路的半导体开关元件。
上述半导体功率模块11将IGBT内置在扁平的长方体状的绝缘性的壳体12内，在壳体12的下表面形成有金属制的冷却板部13。
俯视观察时，在壳体12及冷却板部13的四个角落处形成有供作为固定构件的固定螺钉14插通的插通孔15。将固定螺钉14插通至这些插通孔15内，并使固定螺钉的阳螺纹部的前端与冷却体3螺合，从而半导体功率模块11被安装于冷却体3的上表面。
另外，在壳体12的上表面的、位于插通孔15内侧的四个部位处，突出形成有规定高度的基板固定部16。
在上述基板固定部16的上端固定有方形的驱动电路基板21，该驱动电路基板21安装有对内置在半导体功率模块11中的IGBT进行驱动的驱动电路等。另外，在驱动电路基板21的上方以与驱动电路基板21保持规定间隔的方式固定有基板单元U1。在此，在驱动电路基板21上安装有不需要使用冷却体3进行冷却的、发热量小的电路部件。
基板单元U1将俯视观察具有相同的方形形状且彼此平行的、作为安装基板的控制电路基板22及电源电路基板42以保持规定间隔保持规定间隔的方式一体化。控制电路基板22安装有控制电路等的电路部件23，该电路部件23包括对内置在半导体功率模块11中的IGBT进行控制的、发热量相对大或是发热密度相对大的发热电路部件，将发热电路部件24安装在控制电路基板22的上表面侧。另外，电源电路基板与控制电路基板22同样地，安装有包括发热电路部件的电源电路等的电路部件43，将发热电路部件44安装在电源电路基板的下表面侧。
另外，基板单元U1以使控制电路基板22处于下表面侧而使电源电路基板42处于上表面侧的关系，将上述控制电路基板22及电源电路基板42配置成保持规定间隔。在控制电路基板22与电源电路基板42之间的、例如上下方向的中央部配置有传热支承板25。另外，在上述传热支承板25的下表面与控制电路基板22的上表面之间配置有传热构件26。另外，在传热支承板25的上表面与电源电路基板42的下表面之间配置有传热构件27。
因此，控制电路基板22与电源电路基板42以在两者之间夹设有传热构件26、传热支承板25及传热构件27且没有夹设空气层的实心状态层叠在基板单元U1中。
在此，传热支承板25由导热系数高(例如100W·m-1·Ｋ-1以上)且具有刚性的铝、铝合金、铜等金属材料形成。
另外，传热构件26、27由具有伸缩性的弹性体构成为与控制电路基板22相同的外形尺寸。作为这些传热构件26、27，例如可适用在作为弹性体硅酮橡胶的内部夹设金属填料来在发挥绝缘性能的同时提高传热性的构件。通过使这些传热构件26、27例如在厚度方向上压缩5％～30％左右，能够减小热阻，并能够发挥高效的传热效果。
因此，具有与上述基板固定部16相同的结构的基板固定部28、29，通过焊接、钎焊等固定方式上下对称地固定在传热支承板25的靠外周的四个部位处。这些基板固定部28、29设定为比传热构件26、27的高度低5％～30％的高度，从而起到确定传热构件26、27的压缩率的间隔调节构件的功能。另外，如图3中放大所示，基板固定部28在下表面侧形成有阴螺纹部28a，基板固定部29在上表面侧形成有阴螺纹部29a。
此外，传热构件26以使基板固定部28插通至形成于与该基板固定部28相对的位置的插通孔26a内的状态，配置在传热支承板25的下表面。在这种状态下，将在与基板固定部28的阴螺纹部28a相对的位置形成有插通孔22a的控制电路基板22的通孔22a与基板固定部28的阴螺纹部28a相对。在这种状态下，通过将固定螺钉30从控制电路基板22的下表面侧穿过插通孔22a插入，并与基板固定部28的阴螺纹部28a螺合，以控制电路基板22的上表面与基板固定部28的下表面接触的方式紧固，藉此，以传热构件26被压缩5％～30％左右的程度的状态，将控制电路基板22固定于基板固定部28。
同样地，以使基板固定部29插通至形成于与该基板固定部29相对的位置的插通孔27a内的状态，将传热构件27配置在传热支承板25的上表面。在这种状态下，将与基板固定部29的阴螺纹部29a相对的位置形成有插通孔42a的电源电路基板42的插通孔42a与基板固定部29的阴螺纹部29a相对。
在这种状态下，将固定螺钉31从电源电路基板42的下表面侧穿过插通孔42a插入，并与基板固定部29的阴螺纹部29a螺合，以使电源电路基板42的下表面与基板固定部29的上表面接触的方式紧固，藉此，以传热构件27被压缩5％～30％左右的程度的状态，将电源电路基板42固定于基板固定部29。
这样，将控制电路基板22、传热构件26、传热支承板25、传热构件27及电源电路基板42一体化来构成基板单元U1。
此外，将驱动电路基板21载置在半导体功率模块11的基板固定部16的上表面，在这种状态下，使形成在联管器螺纹接套32的下表面上的阳螺纹部32a与基板固定部16的阴螺纹部16a螺合，以将联管器螺纹接套32紧固在基板固定部16的下表面。藉此，将驱动电路基板21固定在基板固定部16上。
接着，将基板单元U1载置在联管器螺纹接套32的上表面，从上述电源电路基板42的上表面侧将固定螺钉34插通至插通孔33中，并使固定螺钉34的前端与形成于联管器螺纹接套32的阴螺纹部32b螺合来进行紧固，其中，上述插通孔33形成在与形成于联管器螺纹接套32的上表面的阴螺纹部32b相对的位置处。藉此，以使控制电路基板22的下表面与联管器螺纹接套32的上表面接触的方式对基板单元U1进行固定。
另一方面，如图2及图3所示，传热支承板25的右端部及左端部两者形成有从控制电路基板22、传热构件26、27及电源电路基板42的右端及左端朝右侧及左侧突出的连接部25a、25b。如在图3中放大所示，在上述连接部25a、25b中贯通形成有连接孔25c、25d。
此外，通过固定螺钉37、38，将形成独立于上部筐体2B的热传导通路的左右对称式的传热支承侧板35、36固定连接到传热支承板25的连接部25a、25b。上述固定螺钉37、38从传热支承板25的上方穿过连接孔25c、25d而与形成于传热支承侧板35、36的阴螺纹(未图示)螺合。
在此，传热支承侧板35由垂直板部35a和从该垂直板部35a的上端朝左侧延伸的连接板部35b形成为倒L字形。此外，传热支承侧板35的垂直板部35a与连接板部35b的连接部形成为作为圆筒面的一部分的弯曲面(倒圆角部)35c。
同样地，传热支承侧板36也由垂直板部36a和从该垂直板部36a的状态朝右侧延伸的连接板部36b形成为倒L字形。此外，传热支承侧板36的垂直板部36a与连接板部36b的连接部形成为作为圆筒面的一部分的弯曲面36c(倒圆角部)。
上述传热支承侧板35、36的垂直板部35a、36a的下端侧通过共用的底板39连接而一体化。上述底板39在中央部形成有供冷却体3的突出台部3e插通的方形孔39a，上述底板39形成为能收纳在冷却体3的周槽3f内的方框状。
此外，传热支承侧板35、36的垂直板部35a、36a的下端与底板39的连接形成为作为圆筒面的一部分的弯曲面(倒圆角部)35d、36d。
这样，将传热支承侧板35、36的垂直板部35a、36a的上、下端部形成为圆筒状的弯曲部35c、35d、36c、36d。因此，能缓解在上下振动或横向摇晃传递到功率转换装置1时产生在垂直板部35a、36a与连接板部35b、36b、以及垂直板部35a、36a与底板39的连接部处的应力集中。因而，能够通过传热支承侧板35、36，来提高对控制电路基板22进行支承的情况下的、对上下振动及横向摇晃等的耐振动性。
此外，通过将垂直板部35a、36a与底板39的连接部、以及垂直板部35a、36a与连接板部35b、36b的连接部形成为圆筒状的弯曲面，与将垂直板部35a、36a与底板39的连接部、以及垂直板部35a、36a与连接板部35b、36b的连接部形成为直角的L字形的情况相比，能够缩短热传导路径。因此，能够缩短从传热支承板25到冷却体3的热传导路径，能够实现高效的热冷却。
另外，传热支承侧板35、36和底板39具有黑色的表面。为了使这些传热支承侧板35、36和底板39的表面成为黑色，只要在表面涂覆黑色树脂或是通过黑色涂料进行涂装即可。通过这样使传热支承侧板35、36和底板39的表面成为黑色，与金属的原料颜色相比，能够使热辐射率增大，并能够增大辐射传热量。因此，使朝向传热支承侧板35、36和底板39的周围的散热变得活跃，并能够高效地进行控制电路基板22及电源电路基板42的热冷却。另外，也可以除了底板39之外，仅使传热支承侧板35、36的表面成为黑色。
接着，对上述实施方式的功率转换装置1的组装方法进行说明。
首先，预先形成由控制电路基板22、传热构件26、传热支承板25、传热构件27及电源电路基板42构成的基板单元U1。
接着，将传热支承侧板35、36共用的底板39配置在冷却体3的周槽3f内，在使形成于半导体功率模块11的冷却构件13的下表面与上述底板39的上表面接触，且使冷却构件13与冷却体3的突出台部3e接触的状态下，通过固定螺钉14将半导体功率模块11和底板39一体地固定于冷却体3。
另外，在将半导体功率模块11固定于冷却体3之前或固定于冷却体3之后，将驱动电路基板21载置在形成于半导体功率模块11上表面的基板固定部16上。接着，利用四根联管器螺纹接套24从上方将上述驱动电路基板21固定于基板固定部16。
接着，以控制电路基板22位于下侧的方式将基板单元U1载置在四根联管器螺纹接套32的上表面上，从电源电路基板42的上表面侧将固定螺钉34插通至插通孔33中，并使固定螺钉34的前端与联管器螺纹接套32的阴螺纹部32b螺合来进行紧固。藉此，将基板单元U1固定在联管器螺纹接套32上。
接着，通过固定螺钉37、38将基板单元U1的传热支承板25的连接部25a、25b与传热支承侧板35、36固定。
然后，如图1所示，将母线50与半导体功率模块11的正负的直流输入端子11a连接，并通过固定螺钉51将贯穿冷却体3的薄膜电容器4的正负的连接端子4a与上述母线50的另一端连接。
接着，将拆下盖体2b后的上部筐体2B隔着密封件安装于冷却体3的上表面。将固定于与外部的转换器(未图示)连接的连接软线52前端的压接端子53，及固定于与外部的三相电动马达(未图示)连接的电动机线缆58前端的压接端子59，液密地插通并支承在上述上部筐体2B的方筒体2a中。
接着，将固定于连接软线52前端的压接端子53固定在半导体功率模块11的直流输入端子11a上。
接着，通过固定螺钉56将母线55与半导体功率模块11的三相交流输出端子11b连接，在上述母线55的中途配置有电流传感器57。接着，通过固定螺钉60将固定于电动机线缆58前端的压接端子59固定连接到母线55的另一端。
接着，通过盖体2b隔着密封件将方筒体2a的上部开放端封闭。
然后或者在此之前，将下部筐体2A隔着密封件固定于冷却体3的下表面，以完成功率转换装置1的组装。
在上述组装完成状态下，从外部的转换器(未图示)经由连接软线52将直流电力供给到半导体功率模块11，并且使安装于控制电路基板22的电源电路、控制电路等处于动作状态，从控制电路将例如由脉宽调制信号构成的栅极信号，经由安装于驱动电路基板21的驱动电路供给到半导体功率模块11。
藉此，内置在半导体功率模块11中的IGBT便受到控制，将直流电力转换为交流电力。转换后的交流电力从三相交流输出端子11b经由母线55、再经由电动机线缆58供给到三相电动马达(未图示)，以对上述三相电机(未图示)进行驱动控制。
此时，由内置在半导体功率模块11中的IGBT发热。由于形成于半导体功率模块11的冷却构件13与冷却体3的突出台部3e直接接触，因此，上述发热被供给到冷却体3的冷却水冷却。
另一方面，在安装于控制电路基板22的控制电路的电路部件23中包含发热电路部件24，由这些发热电路部件24产生发热。此时，发热电路部件24安装在控制电路基板22的上表面上。
此外，在控制电路基板22的上表面侧，隔着导热系数高且具有弹性的传热构件26设置有传热支承板25。
在此，如上所述，通过使固定螺钉30从控制电路基板22的下侧与基板固定部28的阴螺纹部28a螺合并进行紧固，藉此，传热构件26在被以5％～30％左右的压缩率压缩了的状态下被固定。因此，能够使传热构件26的热阻减小，并能够发挥高效的传热效果，同时使发热电路部件24与传热构件26的接触面积增大。
因而，发热电路部件24的发热被高效地传导到传热构件26。因此，如图4所示，能够将传导到传热构件26的热高效地传递到传热支承板25。
此外，由于传热支承侧板35、36与传热支承板25连接，因此，传递到传热支承板25的热经由传热支承侧板35、36传递到共用的底板39。由于上述底板39与冷却体3的周槽3f直接接触，因此，传递来的热被散热到冷却体3。
然后，传递到底板39的热从底板39的上表面侧传递到半导体功率模块11的冷却构件13，并经由上述冷却构件13传递到冷却体3的突出台部3e而被散热。
另一方面，在电源电路基板42的下表面侧也安装有发热电路部件44，如图4所示，该发热电路部件44的发热经由传热构件27传递到传热支承板25。因此，与控制电路基板22的上表面侧的发热电路部件24的发热同样地，上述发热电路部件44的发热经由传热支承板25，并经由传热支承侧板35、36而被散热到冷却体3。
这样，根据上述实施方式，作为彼此相对配置的一对安装基板的控制电路基板22及电源电路基板42以在两者间夹有传热构件26、27和传热支承板25的实心状态层叠，来构成基板单元U1。因而，由于在控制电路基板22与电源电路基板42之间不存在空气层，因此，不会像形成有空气层的情况那样地形成热蓄积部，从而能够将装载于控制电路基板22及电源电路基板42的发热电路部件24、44的发热，高效地散热到冷却体3。
顺带一提的是，像图6所示的现有例那样在驱动电路基板21与控制电路基板22之间、控制电路基板22与电源电路基板42之间分别形成有空间部61的情况下，由于在上部筐体2B内基本不存在空气的对流，因此，各电路基板21、22、42的发热电路部件所产生的热便蓄积在各电路基板21、22、42之间而形成热蓄积部。上述热蓄积部的热会影响到其上方的电路基板，因而无法高效地进行散热效果。
但是，根据上述实施方式，安装有发热电路部件24、44的控制电路基板22与电源电路基板42以在两者之间夹设有传热构件26、27和传热支承板25且不包含空气层的实心状态层叠，因此，能够可靠地防止产生热蓄积部。因而，能够将安装于控制电路基板22及电源电路基板42的发热电路部件的发热高效地散热到冷却体3。
另外，将作为一对安装基板的控制电路基板22及电源电路基板42的发热电路部件24、44的发热，经由一块传热支承板25传导到独立于上部筐体2B的传热支承侧板35、36。因而，传热支承板25只设置一块即可，能够减少部件数，降低制造成本，并且能够减薄基板单元U1的厚度来实现小型化。因而，功率转换装置1本身也能实现小型化。
此外，传热支承侧板35、36沿半导体功率模块11的长边设置。因而，能够扩大传热面积，确保较宽的散热路径。
而且，传热支承侧板35、36的弯折部形成为圆筒状的弯曲部35c、35d、36c、36d，因此，与将弯折部形成为L字形的情况相比，能够缩短传热到冷却体3的传热距离。
因而，能够进一步提高发热电路部件24、44的散热效率。在此，热输送量Q可以用下述式(1)表示。
Q＝λ×(A/L)×T……(1)
其中，λ是导热系数(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)。
根据上述式(1)可知，在传热长度L变短时，热输送量Q增加，能够发挥良好的冷却效果。
另外，由于传热支承侧板35、36通过共用的底板39一体化，因此，在传热支承侧板35、36与底板39之间没有部件彼此的接缝，能够抑制热阻。
此外，在从安装有发热电路部件的控制电路基板22到冷却体3的散热路径中没有包含筐体2，因此，不需要使用高导热系数的铝等金属，而能够使用合成树脂件来构成筐体2，因而，能够实现轻量化。
此外，能够使散热路径不依赖于筐体2，而能够由功率转换装置1单独地形成散热路径，因此，能够将由半导体功率模块11、驱动电路基板21和控制电路基板22构成的功率转换装置1应用在各种不同形态的筐体2及冷却体3中。
另外，由于在控制电路基板22与电源电路基板42之间隔着被压缩的传热构件26、27固定有传热支承板部25，因此，能够提高控制电路基板22及电源电路基板42的刚性。因而，即使在像将功率转换装置1用作对车辆的行驶用电动机进行驱动的电动机驱动电路的情况这样，在功率转换装置1上作用有图5所示的上下振动及横向摇晃的情况下，也能提高对于上述上下振动及横向摇晃的刚性。因而，能够提供受到上下振动及横向摇晃等的影响小的功率转换装置1。
此外，通过由具有传热性的绝缘体构成传热构件26、27，能够将控制电路基板22与传热支承板25之间、以及电源电路基板42与传热支承板25之间绝缘，因此，能够缩短控制电路基板22与电源电路基板42间的距离，并使整体小型化。
另外，基板单元U1的传热支承板25的左右端部以双悬臂状态被传热支承侧板35、36支承，因此，能够提高对基板单元U1进行支承的支承刚性，并能够提供耐振动性高的功率转换装置1。
另外，在上述实施方式中，也可以在控制电路基板22及电源电路基板42中，通过将发热电路部件24、44配置在靠近传热支承侧板35、36的部分，来缩短散热到冷却体3的散热路径的距离。在这种情况下，由于发热电路部件散热到冷却体3的散热路径的距离变短，因此，能够进行高效的散热。
另外，在上述实施方式中，对使半导体功率模块11的冷却构件13及传热支承侧板35、36共用的底板39与冷却体3接触的情况进行了说明。但是，本发明并不限定于上述结构，如图7所示，也可以形成为具有冷却翅片61的结构，该冷却翅片61使形成于半导体功率模块11的冷却构件13与在冷却体3中流动的冷却水直接接触。在这种情况下，在冷却体3的中央部形成使冷却翅片61浸泡在冷却水的通路中的浸泡部62。
此外，在包围浸泡部62的周壁63与冷却构件13之间配置有O型密封圈等密封构件66。
根据上述结构，由于在半导体功率模块11的冷却构件13上形成有冷却翅片61，并通过浸泡部62使上述冷却翅片61浸泡在冷却水中，因此，能够更高效地对半导体功率模块11进行冷却。
另外，在上述实施方式中，对将传热支承板25和传热支承侧板35、36分体地构成的情况进行了说明。但是，本发明并不限定于上述结构，也可以将传热支承板25和传热支承侧板35、36一体地构成。在这种情况下，在传热支承板25与传热支承侧板35、36之间便不会形成有接缝，因此，能够进一步减小热阻而能够进行更高效的散热。
另外，在上述实施方式中，对夹插在控制电路基板22与电源电路基板42之间的传热构件26、27具有弹性的情况进行了说明。但是，在本发明中，并不限定于上述结构，能够应用除硅酮橡胶之外的合成橡胶及天然橡胶等弹性体。另外，也能够应用被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，对使形成热传导通路的传热支承侧板独立于上部筐体2B的情况进行了说明。但是，在本发明中，并不限定于上述结构，在由导热系数高的材料形成上部筐体2B的情况下，也可以通过省略传热支承侧板并将传热支承板直接支承于上部筐体2B，来将上部筐体2B用作热传导通路。
此外，在上述实施方式中，对应用薄膜电容器4作为平滑用的电容器的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以应用圆柱状的电解电容器。
另外，在上述实施方式中，对将本发明的功率转换装置应用在电动汽车的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以将本发明应用于在轨道上行驶的铁道车辆，并且能够将本发明应用于任意的电力驱动车辆。此外，作为功率转换装置，不限定于对电力驱动车辆进行驱动的情况，能够将本发明的功率转换装置应用在对其它的产业设备中的电动马达等致动器进行驱动的情况。
工业上的可利用性
根据本发明，由于将包含安装于一对安装基板的发热电路部件在内的电路部件的发热，通过一块传热支承板并经由热传导通路散热到冷却体，因此，能够通过简单的结构良好地形成一对安装基板的散热功能。因而，能够提供可将安装于基板的发热电路部件的热高效地散热到冷却体，并能够实现小型化的功率转换装置。
(符号说明)
1…功率转换装置；2…筐体；3…冷却体；4…薄膜电容器；5…蓄电池收纳部；11…半导体功率模块；12…壳体；13…冷却构件；21…驱动电路基板；22…控制电路基板；23…电路部件；24…发热电路部件；25…传热支承板；26、27…传热构件；28、29…基板固定部；30、31…固定螺钉；32…联管器螺纹接套；42…电源电路基板；U1…基板单元；43…电路部件；44…发热电路部件；61…冷却翅片。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体功率模块，该半导体功率模块的一个面与冷却体接合；
多个安装基板，在这些安装基板上安装有电路部件，该电路部件包括对所述半导体功率模块进行驱动的发热电路部件；以及
热传导通路，该热传导通路将多个所述安装基板的热传导至所述冷却体，
在多个所述安装基板中的、彼此相对的一对安装基板之间配置传热支承板，在该传热支承板与一对所述安装基板之间分别夹设传热构件，从而将一对所述安装基板层叠成实心状态，
从所述传热支承板的至少一对端部经由所述热传导通路而与所述冷却体连接。
2.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
半导体功率模块，该半导体功率模块在壳体中内置有功率转换用的半导体开关元件；
冷却体，该冷却体配置在所述半导体功率模块的一个面上；以及
多个安装基板，这些安装基板安装有电路部件，该电路部件包括对支承在所述半导体功率模块的另一个面上的所述半导体开关元件进行驱动的发热电路部件，
在多个所述安装基板中的、彼此相对的一对安装基板之间配置传热支承板，在该传热支承板与一对所述安装基板之间分别夹设传热构件，从而将一对所述安装基板层叠成实心状态，
从所述传热支承板的至少一对端部经由热传导通路而与所述冷却体连接，其中，所述热传导通路独立于包围所述半导体功率模块及各所述安装基板两者的筐体。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述热传导通路由将所述传热支承板和所述冷却体连接的传热支承侧板构成。
4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，
所述传热支承板及所述传热支承侧板由导热系数高的金属材料构成。
5.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述传热构件由具有热传导性的绝缘体构成。
6.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述传热构件由具有热传导性且具有伸缩性的弹性体构成。
7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，
所述传热构件在将所述弹性体以规定压缩率压缩后的状态下被固定。
8.如权利要求7所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述传热构件上设置有确定所述弹性体的压缩率的间隔调节构件。
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