CN105379097A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

具备多个电力变换模块、以及收容所述多个电力变换模块的框体，该多个电力变换模块具有：电路基板部，其构成为，绝缘基板安装在导热率比所述绝缘基板高的导热板的一端侧区域，所述绝缘基板安装有具有半导体元件开关元件的电力变换电路；以及散热部，其是在所述导热板中与所述一端侧区域相邻的另一端侧区域，且具有在厚度方向或面方向上贯穿所述导热板的多个第1空隙部，对从所述绝缘基板传导至所述导热板的热进行散热而对所述绝缘基板进行冷却，所述电力变换模块构成为，以使所述散热部露出至外部的状态将所述电路基板部收容于所述框体。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及一种电力变换装置。

背景技术

作为电力变换装置的结构要素的功率模块由于发热量大，所以一般采用安装于散热器的方式。即，功率模块运转时的发热量多。因此，功率模块为了对该热量进行散热/冷却，需要在功率模块的外部具备冷却鳍片、冷却扇等冷却构造。这样的冷却构造妨碍电力变换装置的小型化以及低成本化，因此正在研究将冷却构造小型化的技术。

例如，在专利文献1中示出了一种印刷配线基板，其能够安装各种部件，将内层的导体层向外部引出而设置有面积比基板大的散热部。另外，示出了在印刷配线基板还搭载散热器作为散热部件。

专利文献1：日本特开2006－93370号公报

发明内容

但是，例如，在利用上述现有技术构成大容量的电力变换装置的情况下，需要多个逆变器电路等，印刷配线基板的面积变大。其结果，电力变换装置大型化。

另外，例如，在针对每个逆变器电路进行功率模块化的情况下，需要分别具有多个半导体元件的多个功率模块。在需要多个功率模块的情况下，多个功率模块分别容易发热，因而期望对多个功率模块分别进行冷却。此时，多个功率模块由散热器进行冷却，但散热器大小尤其需要容积，并且花费成本，因此期望进行小型化以及低成本化。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种能够实现小型化以及低成本化的电力变换装置、以及能够实现该电力变换装置的电力变换模块。

为了解决上述课题，实现目的，本发明所涉及的电力变换装置的特征在于，具备多个电力变换模块、以及收容所述多个电力变换模块的框体，该多个电力变换模块具有：电路基板部，其构成为，将绝缘基板安装在导热率比所述绝缘基板高的导热板的一端侧区域，所述绝缘基板安装有具有半导体元件开关元件的电力变换电路；以及散热部，其是在所述导热板中与所述一端侧区域相邻的另一端侧区域，且具有在厚度方向或面方向上贯穿所述导热板的多个第1空隙部，对从所述绝缘基板传导至所述导热板的热进行散热而对所述绝缘基板进行冷却，所述电力变换模块构成为，以使所述散热部露出至外部的状态将所述电路基板部收容于所述框体。

发明的效果

根据本发明获得的效果是，得到实现了小型化以及低成本化的电力变换装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块的斜视图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块的剖视图，是图1中的A-A剖视图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块的仰视图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块的其他例子的剖视图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置用的框体的斜视图。

图6是表示将2个电力变换模块收容于框体的状态的剖视图。

图7是表示将3个电力变换模块收容于框体的状态的剖视图。

图8是本发明的实施方式2所涉及的电力变换模块的斜视图。

图9是表示接合前的3个实施方式2所涉及的电力变换模块的剖视图。

图10是表示接合后的3个实施方式2所涉及的电力变换模块的剖视图。

图11是表示将2个实施方式2所涉及的电力变换模块收容于框体的状态的剖视图。

图12是表示将3个实施方式2所涉及的电力变换模块收容于框体的状态的剖视图。

图13是表示本发明的实施方式3所涉及的电力变换模块的图。

图14是本发明的实施方式3所涉及的电力变换模块的分解图。

图15是表示本发明的实施方式4所涉及的电力变换模块的图。

图16是本发明的实施方式4所涉及的电力变换模块的分解图。

图17是表示本发明的实施方式5所涉及的电力变换模块的图。

图18是本发明的实施方式5所涉及的电力变换模块的分解图。

图19是表示本发明的实施方式6所涉及的电力变换模块的剖视图。

图20是表示本发明的实施方式6所涉及的电力变换模块的仰视图。

图21是表示本发明的实施方式6所涉及的其他电力变换模块的剖视图。

图22是表示本发明的实施方式7所涉及的电力变换模块的剖视图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明所涉及的电力变换装置以及电力变换模块的实施方式。此外，本发明并不限定于下面的记述，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当进行变更。另外，在下面示出的附图中，为了容易理解，有时各部件的比例尺与实际不同。在各附图之间也是如此。另外，即使是俯视图，有时为了使附图易于观看，也标注阴影线。

实施方式1

图1～图3是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块1的图。图1是电力变换模块1的斜视图。图2是电力变换模块1的剖视图，是图1中的A-A剖视图。图3是电力变换模块1的仰视图。另外，图4是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换模块1的其他例子的剖视图。

实施方式1所涉及的电力变换模块1为大致平板状，具有电路基板部10和散热部20。电路基板部10设置于电力变换模块1的面方向的一端侧(图1～图3中的X方向的右侧)的区域。电路基板部10执行电力变换功能。在电路基板部10中，在导热板30的一面(上表面)上配置有电力变换电路基板50。关于电力变换电路基板50，具有半导体开关元件(半导体元件)51而构成的电力变换电路安装于例如环氧玻璃基板等绝缘基板(印刷基板)55。作为电力变换电路，安装例如逆变器电路以及转换器电路中的任意者或者双方。电力变换电路基板50例如利用螺钉紧固而固定于电路基板部10的导热板30的上表面。

在电力变换电路基板50中，在该电力变换电路基板50的上层设置的半导体开关元件51电连接于在该电力变换电路基板50的内层设置的配线53。配线53经由焊料接合部52电连接以及物理连接于在半导体开关元件51的一面(下表面)设置的半导体开关元件的电极(接合部)51a。在半导体开关元件51中，半导体开关元件的电极(接合部)51a仅设置于下表面(与绝缘基板55的相对面)。作为半导体开关元件51，使用的是例如利用了硅(Silicon：Si)类半导体的IGBT或FET等半导体元件。另外，配线53的一端部在电力变换电路基板50的面方向上从电力变换电路基板50的一端侧(图1～图3中的X方向的右侧)凸出的部分，作为用于将电力变换电路与外部电路进行连接的输入输出端子54。

导热板30由导热率比绝缘基板55高、即热阻比绝缘基板55低的材料构成。作为这样的导热板30，例如使用铝或铜等导热率高(热阻低)的金属板。另外，也可以代替金属板，使用由导热率比绝缘基板55高、即热阻比绝缘基板55低的树脂材料等构成的基板。

散热部20是在导热板30中在电力变换模块1的面方向的另一端侧(图1～图3中的X方向的左侧)的区域与电路基板部10相邻设置的冷却构造体。散热部20是导热板30中的与电路基板部10相邻的区域自身、即导热板30中的另一端侧的区域自身。散热部20作为用于对电力变换电路基板50进行冷却的散热器起作用。

在散热部20以任意图案设置有在导热板30的厚度方向贯穿导热板30的多个第1空隙部31。从与第1空隙部31相对的方向(例如，与导热板30的面方向垂直的方向)，向该第1空隙部31吹送自然空冷或强制空冷的冷却风。冷却风60例如如图2所示以与导热板30的面方向垂直的方向作为风路方向进行吹送。在进行强制空冷的情况下，设置从与第1空隙部31相对的方向(例如，与导热板30的面方向垂直的方向)吹送冷却风的送风机。

在电路基板部10与散热部20之间的边界的附近，覆盖导热板30的正反面以及侧面而安装防水-防尘部件40。在图1～图3中，示出了防水-防尘部件40与电路基板部10和散热部20之间的边界相比设置在散热部20侧的情况。此外，根据电力变换模块1的使用条件不同，也可以不设置防水-防尘部件40。

将这样的实施方式1所涉及的电力变换模块1在图5所示的框体210中安装1块或多块而构成电力变换装置200。图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电力变换装置用的框体210的斜视图。

框体210是呈大致长方体形状的箱形。框体210在一侧面具备用于收容电力变换模块1的开口部211。例如，在图5中，4个开口部211在上下方向并列配置于框体210的一侧面。另外，在框体210的上表面，配置有用于经由输入输出端子54将电力变换电路与外部的电源进行连接的电源配线212、以及用于与输入输出端子54连接而从外部对半导体开关元件51进行控制的控制用端子213。

图6是表示在框体210中收容有2个电力变换模块1的状态的剖视图，相当于图5中的B－B剖面。图7是表示在框体210中收容有3个电力变换模块1的状态的剖视图，相当于图5中的B－B剖面。此外，在图6中，示出能够收容2个电力变换模块1的框体210。另外，在图7中，示出能够收容3个电力变换模块1的框体210。此外，框体210能够收容的电力变换模块1的数量不受限定，根据用途适当进行设定即可。

如图6以及图7所示，电力变换模块1以其面方向与框体210的上表面的面方向为相同方向(平行)的方式收容在框体210中，。电源配线212在框体210的内部与该框体210中收容的各电力变换模块1的输入输出端子54连接。

在将电力变换模块1收容于框体210时，例如防水-防尘部件40成为止动部件，仅电力变换模块1中的电路基板部10收容于框体210。另外，防水-防尘部件40对开口部211与电力变换模块1之间的间隙进行密封，将框体210的内部从框体210的外部环境(水、灰尘)隔离而密闭。由此，大气等外部环境对收容在框体210内的电路基板部10(电力变换电路基板50)的影响被切断，保护电路基板部10(电力变换电路基板50)不受外部环境的影响。防水-防尘部件40能够对开口部211与电力变换模块1之间的间隙可靠地进行密封而对框体210的内部进行密闭即可，材料以及形状并不特别限定。

散热部20为从框体210露出的状态。即，散热部20以在框体210的上表面的面方向上从开口部211向外部凸出的状态露出。在收容于框体210的多个电力变换模块1中，从框体210露出的各个散热部20的第1空隙部31在导热板30的面方向上为相同的位置。另外，在收容于框体210而相邻的电力变换模块1中，位于上侧的电力变换模块1的电路基板部10的导热板30与位于下侧的电力变换模块1的电路基板部10的半导体开关元件51之间的距离为确保了绝缘距离的距离。

在以上述方式构成的实施方式1所涉及的电力变换装置200中，通过收容于框体210内部的电路基板部10中的电力变换电路的驱动，具体地说，通过多个半导体开关元件51的开关动作，半导体开关元件51发热。由该半导体开关元件51产生的热经由半导体开关元件的电极(接合部)51a、焊料接合部52、配线53、以及绝缘基板(印刷基板)55，一部分向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导。并且，传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热沿图2中箭头H所示的方向而向散热部20的导热板30传导。

在此，在向框体210的外部露出的散热部20中，热从露出至外部的导热板30进行散热。并且，关于散热部20，从与第1空隙部31相对的方向(例如，与导热板30的面方向垂直的方向)，向第1空隙部31吹送冷却风60。冷却风60例如如图6以及图7所示，从与导热板30的面方向垂直的方向进行吹送。由此，在散热部20中，强制地从导热板30夺取热而促进散热。另外，在收容于框体210的多个电力变换模块1中，从框体210露出的散热部20的第1空隙部31在基板30的面方向上为相同的位置。由此，冷却风60能够在收容于框体210的所有电力变换模块1的第1空隙部31中贯穿通过。

因此，在收容于框体210的所有电力变换模块1中，传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热由散热部20的导热板30高效地进行散热。由此，在收容于框体210的所有电力变换模块1中，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低半导体开关元件51自身的温度，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

如上述所示，通过对散热部20的导热板30的热进行散热，从而在散热部20的导热板30与电路基板部10的导热板30之间产生温度梯度。因此，传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热变得容易向散热部20的导热板30传导。因此，该热中更多的热向散热部20的导热板30传导，由散热部20进行散热。

在此，半导体开关元件51在绝缘基板55的面方向上接近散热部20，安装在散热部20侧的外缘部区域上。因此，传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热更易于向散热部20的导热板30传导，该热中更多的热向散热部20的导热板30传导而进行散热。另外，由于传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热中更多的热向散热部20的导热板30传导，所以从电路基板部10的导热板30向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。因此，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低包含半导体开关元件51在内的电力变换电路基板50，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

另外，在图1～图3中，半导体开关元件51在基板30的面方向上从电路基板部10与散热部20之间的边界起隔着未安装区域11设置于电路基板部10侧，从电路基板部10与散热部20之间的边界离开。在此，优选半导体开关元件51尽可能地靠近散热部20侧而安装。并且，如图4所示，半导体开关元件51最优选将半导体开关元件51的散热部20侧的端部与电路基板部10和散热部20之间的边界的位置对齐而安装。即，优选将半导体开关元件51配置在电路基板部10中的散热部20侧的端部。

由此，传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热更易于向散热部20的导热板30传导，该热中更多的热向散热部20的导热板30传导而进行散热。另外，由于传导至半导体开关元件51的下部区域的导热板30的热中更多的热向散热部20的导热板30传导，所以从电路基板部10的导热板30向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。因此，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低包含半导体开关元件51在内的电力变换电路基板50的温度，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

另外，优选第1空隙部31在散热部20(导热板30)的面方向上从电路基板部10与散热部20之间的边界离开某种程度的距离而设置。即，如图2以及图3所示，在散热部20中，优选在散热部20的面方向上的电路基板部10侧的外缘部区域21中不设置第1空隙部31。即，优选将第1空隙部31设置于从电路基板部10离开的位置。由此，从半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导至散热部20的导热板30的热，在散热部20的导热板30中在其面方向上分散，因此由散热部20效率良好地进行散热。

另外，导热板30由导热率比绝缘基板55高、即热阻比绝缘基板55低的材料构成。因此，从半导体开关元件51经由半导体开关元件的电极(接合部)51a、焊料接合部52、以及配线53传导至半导体开关元件51的下部区域的绝缘基板55的热，与沿该绝缘基板55的面方向传导相比，更容易向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导。

由此，从半导体开关元件51传导至半导体开关元件51的下部区域的绝缘基板55的热中的更多的热向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导，进而向散热部20的导热板30传导。另外，从绝缘基板55向电路基板部10的导热板30传导而向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。因此，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低包含半导体开关元件51在内的电力变换电路基板50的温度，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

另外，为了使传导至电路基板部10的导热板30的热中的更多的热向散热部20的导热板30传导，优选使从半导体开关元件51的下部区域起到输入输出端子54为止的配线53的长度尽量短。通过缩短配线53的长度，从而抑制从半导体开关元件51传导至配线53的热在该配线53中向输入输出端子54侧传导。由此，更多的热从配线53经由绝缘基板55向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导，进而向散热部20的导热板30传导。另外，在配线53中向输入输出端子54侧传导而经由绝缘基板55以及导热板30向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。因此，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低包含半导体开关元件51在内的电力变换电路基板50的温度，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

另外，通过缩短配线53的长度，从而能够抑制在电力变换电路中发生噪声、预期之外的高频振荡。

在以上述方式构成的实施方式1所涉及的电力变换模块1中，在1块导热板30的一端侧的区域安装电力变换电路基板50(电路基板部10)，不安装电力变换电路基板50的另一端侧的区域(散热部20)作为散热器(散热板)使用。由此，作为电力变换电路起作用的电路基板部10和用于对该电路基板部10进行冷却的散热部20沿导热板30的面方向形成，因此能够实现薄型的电力变换模块1。

另外，在电力变换模块1中，通过在1块导热板30中设置有多个第1空隙部31这种程度的简单构造构成散热部20。因此，能够仅通过导热板30的切割和开孔加工而制作散热部20，能够简化散热器(散热板)的制造工序，降低制造成本。

另外，实施方式1所涉及的电力变换装置200是在框体210中收容薄型的电力变换模块1而构成的，因此能够实现薄型的电力变换装置200。

另外，在实施方式1所涉及的电力变换装置200中，通过在框体210中并列收容多个薄型的电力变换模块1而构成，从而能够构成大容量的电力变换装置。在此情况下，多个电力变换模块1中的各散热部20以在电力变换模块1的面方向上的同一区域内重叠的状态进行配置。因此，即使在使用多个电力变换模块1构成电力变换装置200的情况下，散热器(散热板)所需要的面积也仅为1个散热部20的面积。由此，能够实现散热器以及电力变换装置200的小型化。因此，在实施方式1所涉及的电力变换装置200中，通过在1个电力变换装置200的面积中重叠配置多个电力变换模块1，从而能够实现大容量且小型的电力变换装置。

另外，在实施方式1所涉及的电力变换装置200中，通过在框体210内重叠收容多个同一构造的电力变换模块1，从而能够实现输出容量的增加。因此，即使在构成大容量的电力变换装置的情况下，也能够不扩大电力变换装置的面积，削减用于配线的导体的使用量。因此，在实施方式1所涉及的电力变换装置200中，能够实现大容量并且低成本的电力变换装置。

另外，在上述实施方式1中，也可以是在电路基板部10的导热板的正反面配置有电力变换电路基板50的结构。由此，能够使在导热板的正反面的电力变换电路基板50安装的半导体开关元件51所产生的热高效地向散热部20进行导热，取得与上述实施方式1相同的效果。

因此，根据实施方式1，获得廉价地得到小型的电力变换装置的效果。

实施方式2

图8是本发明的实施方式2所涉及的电力变换模块70的斜视图。电力变换模块70除了代替导热板30而具有使散热部20的导热板30的厚度比电路基板部10的厚度厚的导热板71以外，具有与实施方式1所涉及的电力变换模块1相同的结构以及效果。即，电路基板部10设置在导热板71的面方向上的一端侧的区域。另外，散热部20在导热板71中在面方向上的另一端侧的区域与电路基板部10相邻设置。第1空隙部31与电力变换模块1同样地在导热板71的厚度方向上贯穿导热板71。此外，在图8中，关注导热板71而进行图示，省略了电力变换模块70的结构部件中导热板71以外的记载。

如图8以及图9所示，在导热板71的散热部20侧的另一端侧(图8以及图9中的X方向的左侧)的上表面端部区域以及下表面端部区域中的至少一者，设置有用于将上下重叠的电力变换模块70的散热部20彼此无间隙地重叠而进行层叠固定的卡止部72。图9是表示接合前的3个实施方式2所涉及的电力变换模块70的剖视图。此外，在图8中，卡止部72在导热板71的散热部20侧的上表面端部区域的整个宽度上进行设置，但卡止部72的配置位置并不限定于此。卡止部72例如在导热板71的散热部20侧的上表面端部区域以及下表面端部区域的宽度方向上局部地设置大于或等于1处即可，也可以间断地进行设置。

如图10所示，在将电力变换模块70重叠而进行了接合的情况下，在相邻的电力变换模块70中，位于上侧的电力变换模块70的设置在散热部20的端部处的卡止部72、与位于下侧的电力变换模块70的设置在散热部20的端部处的卡止部72进行卡止。并且，在相邻的电力变换模块70中，位于上侧的电力变换模块70的散热部20与位于下侧的电力变换模块70的散热部20以无间隙地接合并层叠的状态进行固定。在进行了接合的多个电力变换模块70中，散热部20的第1空隙部31的位置在导热板71的面方向上为相同的位置。由此，向位于上侧的电力变换模块70的散热部20与位于下侧的电力变换模块70的散热部20之间的间隙的、来自第1空隙部31的冷却风60的泄漏消失，由冷却风60产生的散热部20的冷却效果增加。图10是表示接合后的3个实施方式2所涉及的电力变换模块70的剖视图。

在如图11以及图12所示将多个电力变换模块70收容于框体210而构成电力变换装置的状态下，也同样得到这样的效果。图11是表示将2个实施方式2所涉及的电力变换模块70收容于框体210的状态的剖视图。图12是表示将3个实施方式2所涉及的电力变换模块70收容于框体210的状态的剖视图。

另外，在收容于框体210的相邻的电力变换模块70中，以在位于上侧的电力变换模块70的电路基板部10的导热板30与位于下侧的电力变换模块70的电路基板部10的半导体开关元件51之间确保绝缘距离的方式，设定散热部20的导热板30的厚度。

另外，在实施方式2所涉及的电力变换模块70中，由于在导热板71的端部设置有卡止部72，所以获得能够容易地进行导热板71彼此的对位以及固定的效果。

如上述所示，在实施方式2所涉及的电力变换装置中，位于上侧的电力变换模块70的散热部20与位于下侧的电力变换模块70的散热部20利用卡止部72进行固定。由此获得的效果是，向位于上侧的电力变换模块70的散热部20与位于下侧的电力变换模块70的散热部20之间的间隙的、来自第1空隙部31的冷却风60的泄漏消失，由冷却风60产生的散热部20的冷却效果增加。

另外，在实施方式2所涉及的电力变换装置中，由于在电力变换模块70的导热板71的端部设置有卡止部72，所以获得能够容易地进行导热板71彼此的对位以及固定的效果。

实施方式3

图13是表示本发明的实施方式3所涉及的电力变换模块80的图。实施方式3所涉及的电力变换模块80具有与实施方式2所涉及的电力变换模块70相同的外观形状。因此，实施方式3所涉及的电力变换模块80、以及将多个电力变换模块80收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式1以及实施方式2的情况相同的效果。

图14是本发明的实施方式3所涉及的电力变换模块80的分解图。实施方式3所涉及的电力变换模块80与实施方式2所涉及的电力变换模块70的不同之处在于，由第1导热板81和第2导热板85构成导热板而代替导热板71。第1导热板81和第2导热板85既可以由相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。

在第1导热板81中，与电路基板部10对应的第1区域82例如和实施方式2所涉及的导热板71的与电路基板部10对应的部分为相同的大小。此外，在图13以及图14中，关注第1导热板81和第2导热板85而进行图示，省略了电力变换模块80的结构部件中第1导热板81和第2导热板85以外的记载。

在第1导热板81中，由第2导热板85收容的凸出部即第2区域83从一侧面起沿第1区域82的面方向凸出，以比第1区域82薄的厚度设置。此外，第2区域83也可以是与第1区域82相同的厚度。

在第2区域83中，在收容于第2导热板85时与在第2导热板85设置的第1空隙部31的位置对应的位置处，设置有第2空隙部84。即，第2空隙部84形成为，在将第2区域83收容于第2导热板85时，第1空隙部31与第2空隙部84在第2导热板85的面方向上为彼此相同的位置。第2空隙部84在第2区域83的厚度方向贯穿第2区域83，以与第1空隙部31相同的图案进行设置。此外，在图14中示出具有1个第2区域83的结构，但也可以是具备分割开的大于或等于2个第2区域83的结构。

第2导热板85例如和实施方式2所涉及的导热板71的与散热部20对应的部分为相同的大小。第2导热板85具有与第1导热板81的第2区域83的形状对应地从一侧面起设置到内部的开口部86，以收容第1导热板81的第2区域83。另外，第2导热板85除了具有开口部86以外，具有和实施方式2所涉及的导热板71的与散热部20对应的部分相同的结构。

并且，通过将第1导热板81的第2区域83插入至第2导热板85的开口部86，从而构成实施方式3所涉及的电力变换模块80。在此，在第1导热板81中第2区域83以比第1区域82薄的厚度进行设置，由此，第1区域82中的第2区域83侧的侧面成为止动部件，对位变得容易。第1导热板81和第2导热板85例如通过未图示的螺钉等固定部件进行固定。

在以上述方式构成的电力变换模块80中，能够单独地制作需要相对较厚的厚度的第2导热板85、和不需要相对较厚的厚度的第1导热板81。即，第2导热板85能够通过从较厚的导热板等进行切削等方法制作。另一方面，第1导热板81能够通过从较薄的导热板等进行切削等方法制作。由此，相比于从与第2导热板85的厚度相应的较厚的1块导热板进行切削的情况，能够削减金属的使用量，能够实现低成本化。

如上述所示，在实施方式3中，单独地制作需要相对较厚的厚度的第2导热板85、和不需要相对较厚的厚度的第1导热板81而制作电力变换模块80。由此，能够削减金属的使用量，能够实现电力变换模块以及电力变换装置的低成本化。

实施方式4

图15是表示本发明的实施方式4所涉及的电力变换模块90的图。实施方式4所涉及的电力变换模块90具有与实施方式2所涉及的电力变换模块70以及实施方式3所涉及的电力变换模块80相同的外观形状。因此，实施方式4所涉及的电力变换模块90、以及将多个电力变换模块90收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式1以及实施方式2的情况相同的效果。

图16是本发明的实施方式4所涉及的电力变换模块90的分解图。实施方式4所涉及的电力变换模块90与实施方式3所涉及的电力变换模块80的不同之处在于，由第3导热板91和第2导热板85构成导热板，第3导热板91在第2区域93中设置有多个线(line)状的切口部(狭缝)94而代替第2空隙部84。因此，实施方式4所涉及的电力变换模块90、以及将多个电力变换模块90收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式3的情况相同的效果。此外，在图15以及图16中，关注第3导热板91和第2导热板85而进行图示，省略了电力变换模块90的结构部件中除了第3导热板91和第2导热板85以外的记载。

在第3导热板91中，与电路基板部10对应的第1区域92例如和实施方式3所涉及的第1导热板81的与电路基板部10对应的第1区域82为相同的大小。另外，在第3导热板91中，由第2导热板85收容的凸出部即第2区域93从一侧面起沿第1区域92的面方向凸出，以比第1区域92薄的厚度设置。此外，第2区域93也可以是与第1区域82相同的厚度。

在第2区域93中设置有多个线状的切口部94，所述多个线状的切口部94沿着该第2区域93向第2导热板85的收容方向延伸、即沿着从第1区域92朝向第2区域93的方向(图16中的X方向)延伸。因此，在第2区域93中，以梳齿刀状设置有金属部。切口部94的宽度(图16中的Y方向)与第2导热板85的第1空隙部31的宽度(图16中的Y方向)相比较细，设置为在第1空隙部31的宽度内包含多根切口部94。

并且，通过将第3导热板91的第2区域93插入至第2导热板85的开口部86，从而构成实施方式4所涉及的电力变换模块90。第3导热板91和第2导热板85例如通过未图示的螺钉等固定部件进行固定。

并且，在电力变换模块90中，从与第1空隙部31相对的方向(例如，与第2导热板85的面方向垂直的方向)吹送而流过第2导热板85的第1空隙部31的冷却风经过第2导热板85内的第2区域93的切口部94，从而对第3导热板91进行冷却。

在以上述方式构成的电力变换模块90中，在第3导热板91的第2区域93中设置的空隙部为线状的切口部94。因此，在将第3导热板91的第2区域93插入至第2导热板85而进行组装时，不需要进行第2导热板85的空隙部(第1空隙部31)与第3导热板91的第2区域93的空隙部(切口部94)之间的对位，第2导热板85以及第3导热板91的制作变得容易，能够降低加工成本。

如上述所示，在实施方式4中，在第3导热板91的第2区域93中设置的空隙部为线状的切口部94。由此，第2导热板85以及第3导热板91的制作变得容易，能够降低加工成本，能够实现电力变换模块以及电力变换装置的低成本化。

实施方式5

图17是表示本发明的实施方式5所涉及的电力变换模块100的图。图18是本发明的实施方式5所涉及的电力变换模块100的分解图。实施方式5所涉及的电力变换模块100与实施方式4所涉及的电力变换模块90的不同之处在于，具有第4导热板101而代替第2导热板85，并具有在该第4导热板101中将实施方式4所示的第3导热板91相对于该第4导热板101倾斜地插入的外观形状。因此，实施方式5所涉及的电力变换模块100、以及将多个电力变换模块100收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式1以及实施方式2的情况相同的效果。

如图17以及图18所示，在第4导热板101中，在与插入第3导热板91的这一侧相反侧即另一端侧的上表面端部区域以及下表面端部区域中的至少一者，与实施方式2所涉及的电力变换模块70同样地设置有卡止部103。

另外，第4导热板101具备第3空隙部104而代替第1空隙部31，该第3空隙部104作为用于使冷却风105通过的空隙部。第3空隙部104在第4导热板101的侧面，将与插入第3导热板91的侧面正交的一对侧面间贯穿，例如分割为3层进行设置。

另外，第4导热板101具有与第3导热板91的第2区域93的形状对应地从一侧面起设置到内部的开口部102。开口部102在与设置有卡止部103的这一侧的侧面相对的侧面，相对于第4导热板101的面方向倾斜地设置。开口部102例如设置为沿侧面上的对角线方向延伸。

并且，通过将第3导热板91的第2区域93插入至第4导热板101的开口部102，从而构成实施方式5所涉及的电力变换模块100。第3导热板91和第4导热板101例如通过未图示的螺钉等固定部件进行固定。

并且，在电力变换模块100中，从与第3空隙部104相对的方向(例如，与设置有第3空隙部104的侧面的面方向垂直的方向)吹送而流过第4导热板101的第3空隙部104的冷却风105经过第3导热板91的第2区域93的切口部94，从而对第3导热板91进行冷却。并且，由于第3导热板91的第2区域93相对于第4导热板101的面方向倾斜地插入，所以冷却风105能够经过所有切口部94，可靠地对第3导热板91进行冷却。

在以上述方式构成的电力变换模块100中，即使在为了进行电力变换装置的低高度化等而使冷却风的导入方向为第4导热板101的侧面方向的情况下，也能够使冷却风105碰到第3导热板91的第2区域93的切口部94，能够对第3导热板91进行冷却。

如上述所示，在实施方式5中，设置将第4导热板101的侧面间贯穿的第3空隙部104，使冷却风105的导入方向为第4导热板101的面方向。另外，第3导热板91的第2区域93相对于第4导热板101的面方向倾斜地插入。由此，根据实施方式5，能够实现电力变换装置的低高度化。

实施方式6

图19是表示本发明的实施方式6所涉及的电力变换模块110的剖视图。图20是表示本发明的实施方式6所涉及的电力变换模块110的仰视图。实施方式6所涉及的电力变换模块110与实施方式1所涉及的电力变换模块1的不同之处在于，在电路基板部10的导热板30中设置有第4空隙部111。因此，实施方式6所涉及的电力变换模块90、以及将多个电力变换模块90收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式1的情况相同的效果。

第4空隙部111在如下区域的导热板30中，在沿着电路基板部10与散热部20之间的边界的方向(图20的Y方向)上延伸设置，该区域是指在导热板30的面方向上与半导体开关元件51的安装区域相比位于与散热部20相反侧、即输入输出端子54侧的区域。此外，在图19中示出了1根细的线状的第4空隙部111，但第4空隙部111的形状以及数量并不限定于此。例如，第4空隙部111也可以进行分割而局部地设置有多个。

并且，第4空隙部111优选与虚拟线相比设置于外侧(输入输出端子54侧)，该虚拟线从半导体开关元件51的输入输出端子54侧的侧面下端位置起，相对于该侧面下端位置处的针对导热板30的垂线，在输入输出端子54侧成45度的角度。关于从半导体开关元件51进行的热传导，热主要容易向与所述虚拟线相比的内侧(散热部20侧)进行传导。因此，通过在导热板30中的上述位置处设置第4空隙部111，从而使从半导体开关元件51传导的热更加容易向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导，容易向散热部20侧的导热板30传导。

由此，从半导体开关元件51传导的热中更多的热向散热部20的导热板30传导而进行散热。另外，从绝缘基板55向电路基板部10的与所述虚拟线相比位于外侧(输入输出端子54侧)的导热板30传导而向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。因此，能够更加高效地降低半导体开关元件51的电极(接合部)51a以及焊料接合部52的温度，进而能够更加高效地降低包含半导体开关元件51在内的电力变换电路基板50的温度，能够进一步抑制热对焊料接合部52的不良影响(熔融)以及对半导体开关元件51的不良影响。

另外，如图21所示，也可以是去除了电路基板部10中的与所述虚拟线相比位于外侧(输入输出端子54侧)的导热板30的结构。在此情况下也获得与上述相同的效果，向导热板30传导而向框体210内散热的热量减少，抑制框体210内的温度上升。图21是表示本发明的实施方式6所涉及的其他电力变换模块的剖视图。

如上述所示，在实施方式6中，在电路基板部10的导热板30中的输入输出端子54侧的区域设置第4空隙部111。由此，从半导体开关元件51传导的热变得更加容易向半导体开关元件51的下部区域的导热板30传导，容易向散热部20侧的导热板30传导，因此促进散热部20中的散热。

实施方式7

图22是表示本发明的实施方式7所涉及的电力变换模块120的剖视图。实施方式7所涉及的电力变换模块120与实施方式1所涉及的电力变换模块1的不同之处在于，在电力变换电路基板50与导热板30之间，具备导热率比空气高的热扩散片121。因此，实施方式7所涉及的电力变换模块90、以及将多个电力变换模块90收容于框体210得到的电力变换装置基本上具有与实施方式1的情况相同的效果。

有时在电力变换电路基板50的与半导体开关元件51的安装面相反侧的面(背面)，形成导体图案等。在此情况下，由于导体图案等，在电力变换电路基板50的背面产生凹凸。因此，在电力变换电路基板50的背面中设置有导体图案等的部分处，为了不压坏导体图案等，在与电力变换电路基板50相对的导热板30的表面，设置与导体图案等的形状以及厚度对应的凹部而进行配置。其结果，在电力变换电路基板50的背面与导热板30之间形成空气层。如果存在这样的空气层，则电力变换电路基板50与导热板30之间的导热性降低。

因此，在实施方式7所涉及的电力变换模块120中，在电力变换电路基板50与导热板30之间配置热扩散片121，经由该热扩散片121使电力变换电路基板50与导热板30紧密贴合。由此，消除空气层，在隔有热扩散片121的电力变换电路基板50与导热板30之间构成导热良好的导热路径，能够提高电力变换电路基板50与导热板30之间的导热性。另外，利用热扩散片121，进一步进行热向横向(导热板30的面方向)的热扩散，因此变得容易向在横向上伸展的导热板30进行导热，变得容易向散热部20侧的导热板30进行导热。

如上述所示，在实施方式7中，在电力变换电路基板50与导热板30之间，具备导热率比空气高的热扩散片121。由此，电力变换电路基板50与导热板30之间的空气层消失，提高电力变换电路基板50与导热板30之间的导热性。另外，变得容易向在横向上伸展的导热板30进行导热，变得容易向散热部20侧的导热板30进行导热。

此外，作为适用于在上述实施方式中说明的电力变换装置的半导体开关元件51，能够使用由宽带隙(WBG)半导体形成的半导体元件，该宽带隙(WBG)半导体与硅(Silicon：Si)类半导体相比具有更大的能带宽度。作为该WBG半导体，例如有碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)类材料、或者金刚石等。

由这样的WBG半导体形成的半导体元件由于耐电压性高、容许电流密度也高，所以能够实现半导体元件的小型化，通过使用这些小型化的半导体元件，能够实现组装有这些半导体元件的电力变换装置的小型化。

另外，WBG半导体的电力损耗低，因此能够实现半导体元件的高效化，进而能够实现电力变换装置的高效化。

此外，WBG半导体的耐热性也高，还具有能够实现散热器、框体的小型化的优点，但另一方面，半导体元件的温度与以往相比变高，需要考虑与此相伴的框体内部、电气部件的温度上升。在上述实施方式中说明的电力变换装置中，能够抑制半导体元件发出的热向框体内部的散热，因而变得容易应用由WBG半导体形成的半导体元件。

此外，上述实施方式所示的结构是本发明的结构的一个例子，还能够与其他的公知技术进行组合。另外，上述实施方式所示的技术当然还能够在不脱离本发明的主旨的范围中进行变更而构成，例如进行组合、或者省略一部分等。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的电力变换装置对于电力变换装置的小型化以及低成本化是有用的。

标号的说明

1电力变换模块，10电路基板部，11未安装区域，20散热部，21外缘部区域，30导热板，31第1空隙部，40防水-防尘部件，50电力变换电路基板，51半导体开关元件，52焊料接合部，53配线，54输入输出端子，55绝缘基板，60冷却风，70、80、90、100、110、120电力变换模块，71导热板，72卡止部，81第1导热板，82第1区域，83第2区域，84第2空隙部，85第2导热板，86开口部，91第3导热板，92第1区域，93第2区域，94切口部，101第4导热板，102开口部，103卡止部，104第3空隙部，105冷却风，111第4空隙部，121热扩散片，200电力变换装置，210框体，211开口部，212电源配线，213控制用端子。

Claims (13)

1.一种电力变换装置，其特征在于，

具备多个电力变换模块、以及收容所述多个电力变换模块的框体，

该多个电力变换模块具有：

电路基板部，其构成为，将绝缘基板安装在导热率比所述绝缘基板高的导热板的一端侧区域，所述绝缘基板安装有具有半导体元件开关元件的电力变换电路；以及

散热部，其是在所述导热板中与所述一端侧区域相邻的另一端侧区域，且具有在厚度方向或面方向上贯穿所述导热板的多个第1空隙部，对从所述绝缘基板传导至所述导热板的热进行散热而对所述绝缘基板进行冷却，

所述电力变换模块构成为，以使所述散热部露出至外部的状态将所述电路基板部收容于所述框体。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

从与所述第1空隙部相对的方向吹送冷却风。

3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，

所述半导体元件开关元件在所述电路基板部中配置在所述散热部侧的外缘部区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述半导体元件开关元件在所述电路基板部中配置在所述散热部侧的端部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述第1空隙部设置于从所述电路基板部离开的位置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述电力变换模块构成为，

所述散热部中的所述导热板的厚度比所述电路基板部的所述导热板的厚度厚，

在所述散热部的所述导热板中的与所述电路基板部相反侧的端部区域，具备卡止部，该卡止部对以所述散热部彼此重叠接合的状态进行了层叠的2个所述电力变换模块彼此进行固定。

7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，

具备第1导热板和第2导热板，

该第1导热板具有：

第1区域，其构成所述电路基板部中的所述导热板；以及

第2区域，其在所述第1区域的面方向上从所述第1区域的侧面凸出，

该第2导热板与所述第1导热板相比厚度较厚，具有所述第1空隙部，该第2导热板在侧面具有供所述第1导热板的所述第2区域插入的第1开口部，从而构成所述散热部，

将所述第1导热板的所述第2区域插入至所述第2导热板的所述第1开口部而构成所述导热板，

所述第2区域在插入至所述第2导热板的状态下与所述第1空隙部对应的位置处具备第2空隙部。

8.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，

具备第3导热板和第4导热板，

该第3导热板具有：

第3区域，其构成所述电路基板部中的所述导热板；以及

第4区域，其在所述第3区域的面方向上从所述第3区域的侧面凸出，

该第4导热板与所述第3导热板相比厚度较厚，具有所述第1空隙部，该第4导热板在侧面具有供所述第3导热板的所述第4区域插入的第2开口部，从而构成所述散热部，

将所述第3导热板的所述第4区域插入至所述第4导热板的所述第2开口部而构成所述导热板，

所述第4区域在插入至所述第4导热板的状态下与所述第1空隙部对应的位置处，具备沿所述第4区域向所述第4导热板插入的插入方向延伸的多个第1狭缝。

9.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，

具备第5导热板和第6导热板，

该第5导热板具有：

第5区域，其构成所述电路基板部中的所述导热板；以及

第6区域，其在所述第5区域的面方向上从所述第5区域的侧面凸出，

该第6导热板与所述第5导热板相比厚度较厚，具有将相对的侧面间贯穿的第3空隙部，该第6导热板在侧面相对于上表面的面方向倾斜地具有供所述第5导热板的所述第6区域插入的第4开口部，从而构成所述散热部，

将所述第5导热板的所述第6区域插入至所述第6导热板的所述第4开口部而构成所述导热板，

所述第6区域具备沿所述第6区域向所述第6导热板插入的插入方向延伸的多个第2狭缝。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述电路基板部的所述导热板在所述导热板的面方向上与所述半导体元件开关元件的安装位置相比更靠与所述散热部相反侧的位置处，具有在厚度方向上贯穿的第3空隙部。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

在所述电路基板部中的所述绝缘基板与所述导热板之间，具备导热率比空气高的热扩散片。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

所述半导体元件开关元件是宽带隙半导体元件。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电力变换装置，其特征在于，

在所述电路基板部中的所述导热板的正反面，配置所述绝缘基板。