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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Technisches Gebiet)
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlervorrichtung.
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(Beschreibung des verwandten Stands der Technik)
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Es gibt Leistungsumwandlervorrichtungen, wie ein Inverter, die beispielsweise in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug zu montieren sind und eine Konfiguration haben, in welcher ein Halbleitermodul und eine Kühlplatte laminiert sind. Beispielsweise zeigt die
JP-A 2010-16402 , dass ein Kondensator, welcher ein Bauelement ist, das elektrisch mit dem Halbleitermodul verbunden ist, zusammen mit dem Halbleitermodul und der Kühlplatte laminiert wurde. Durch eine solche Konfiguration kann nicht nur das Halbleitermodul, sondern auch der Kondensator durch die Kühlplatte gekühlt werden.
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Jedoch ist in dem Fall, wenn das Laminat durch Laminieren eines Bauelements, wie einen Kondensator, zusammen mit dem Halbleitermodul und der Kühlplatte aufgebaut ist, zu berücksichtigen, dass, wenn die Größe in der Stapelrichtung des Laminats groß wird, es im Hinblick auf die Schwingungsfestigkeit nachteilig ist. Wenn andererseits eine Komponente von dem Laminat versetzt angeordnet ist, kann die Kühlung des Bauelements nicht durch die Kühlplatte ausgeführt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung schafft eine Leistungsumwandlervorrichtung, die eine hervorragende Schwingungsfestigkeit hat und die das Kühlen der Bauteile ausführen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlervorrichtung (1), die ein Halbleitermodul (2) mit Schaltelementen (2u, 2d), eine Vielzahl von Komponenten (31, 32, 33), die elektrisch mit dem vorgenannten Halbleitermodul verbunden sind und einen laminierten Kühler (4) hat, der mit einer Vielzahl von Kühlplatten (40) versehen ist, wobei ein Laminat (10) durch Laminieren von mindestens der vorgenannten Vielzahl von Kühlplatten und des vorgenannten Halbleitermoduls gebildet ist. Mindestens eine unter der vorgenannten Vielzahl von Kühlplatten, die das vorgenannte Laminat bilden, ist eine großflächige Kühlplatte (41), in welcher eine projizierte Fläche aus der Stapelrichtung (X) gesehen größer ist als die vorgenannte Kühlplatte, und mindestens eine der vorgenannten Komponenten ist eine speziell angeordnete Komponente (30), die, wenn sie aus der vorgenannten Stapelrichtung gesehen wird, in einer spezifischen Position angeordnet ist, die mit der vorgenannten großflächigen Kühlplatte überlappt und, die, wenn sie von einer Richtung senkrecht zu der vorgenannten Stapelrichtung gesehen ist, mit dem vorgenannten Laminat überlappt.
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In der vorgenannten Leistungsumwandlervorrichtung ist eine der vorgenannten Komponenten die vorgenannte spezifisch angeordnete Komponente. Folglich ist die Größe in der Stapelrichtung des Laminats begrenzt und das Kühlen der vorgenannten Komponente durch die großflächige Kühlplatte wird möglich.
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Insbesondere ist mindestens eine der Komponenten eine spezifisch angeordnete Komponente, die nicht ein Teil des Laminats ist, so dass die Größe in der Stapelrichtung des Laminats verglichen mit dem Fall minimiert werden kann, in dem die Komponente ein Teil des Laminats gemacht ist. Im Ergebnis kann die Schwingungsfestigkeit des Laminats verbessert werden.
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Ferner ist die spezifisch angeordnete Komponente in der vorgenannten spezifischen Position angeordnet und es somit möglich, das Kühlen direkt oder indirekt durch die großflächige Kühlplatte auszuführen. Folglich kann mindestens eine der Komponenten gekühlt werden, ohne ein Teil des Laminats zu bilden.
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Wie oben beschrieben ist, schafft das vorgenannte Ausführungsbeispiel eine Leistungsumwandlervorrichtung mit hervorragender Schwingungsfestigkeit, die das Kühlen einer Komponente ausführen kann.
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Es ist anzumerken, dass die Bezugszeichen in Klammern, die in den Ansprüchen beschrieben sind, und die Mittel zur Lösung der Aufgaben die zugehörige Beziehung von Komponenten zwischen den spezifischen Mitteln aufzeigen, die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind und beschränken den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung nicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht einer Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 ist eine Draufsicht auf die Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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3 ist eine Vorderansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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4 ist ein Schaltplan der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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5 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung, in der der Kondensator und der Reaktor zu einem Teil des Laminats verbunden wurden.
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6 ist eine Seitenansicht einer Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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7 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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8 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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9 ist eine geschnittene Schnittansichtsdarstellung entlang einer Linie IX-IX von 8.
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10 ist ein Schaltplan der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
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11 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
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12 ist eine Draufsicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
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13 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
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14 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
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15 ist eine Draufsicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel.
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16 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
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17 ist eine Seitenansicht der Leistungsumwandlervorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Das Ausführungsbeispiel der Leistungsumwandlervorrichtung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 erläutert.
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Die Leistungsumwandlervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat, wie in 1 und 2 gezeigt ist, ein Halbleitermodul 2, einen Kondensator 31, einen Reaktor 32 und eine Leiterplatte 33, die Komponenten sind, die elektrisch mit dem Halbleitermodul 2 verbunden sind, und einen laminierten Kühler 4.
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Das Halbleitermodul 2 enthält Schaltelemente. Der laminierte Kühler 4 hat eine Vielzahl von Kühlplatten 40. Ein Laminat 10 ist durch Laminieren von mindestens einer Vielzahl von Kühlplatten 40 und des Halbleitermoduls 2 gebildet. Mindestens eine unter der Vielzahl von Kühlplatten 40, die das Laminat 10 bilden, ist eine großflächige Kühlplatte 41, in welcher eine projizierte Fläche in der Stapelrichtung X größer ist als die andere Kühlplatte 40.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 31 eine spezifisch angeordnete Komponente 30, die in einer spezifischen Position angeordnet ist. Die spezifische Position bezieht sich auf eine Position, die, in der Stapelrichtung X gesehen, mit der großflächigen Kühlplatte 41 überlappt und die, aus der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung X gesehen, mit dem Laminat 10 überlappt. Ferner bedeutet Anordnen in der spezifischen Position, dass mindestens ein Teil in einem Raum angeordnet ist, der der spezifischen Position entspricht. Folglich überlappt mindestens ein Teil der spezifisch angeordneten Komponente 30, aus der Stapelrichtung X gesehen, die großflächige Kühlplatte 41 und aus einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung X gesehen, überlappt sie das Laminat 10.
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In der Offenlegung ist die Ausrichtungsrichtung des Laminats 10 und der spezifisch angeordneten Komponente 30, welche die Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung X ist, als Höhenrichtung Z bezeichnet. Ferner ist die Richtung senkrecht zu sowohl der Höhenrichtung Z und der Stapelrichtung X als die seitliche Richtung Y bezeichnet. Der Kondensator 31, welcher die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, überlappt, aus der Stapelrichtung X gesehen, die großflächige Kühlplatte 41 und aus der Höhenrichtung Z gesehen das Laminat 10. In dem Ausführungsbeispiel passt der Kondensator 31, wie in 3 gezeigt ist, aus der Stapelrichtung X gesehen in die Kontur der großflächigen Kühlplatte 41 und passt, wie in 2 gezeigt ist, in die Kontur des Laminats 10 aus der Höhenrichtung Z gesehen.
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Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel, wie in 1 und 2 gezeigt ist, das Laminat 10 erhalten, indem ein Reaktor 32, der eine Komponente anders als die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, mit der Kühlplatte 40 und dem Halbleitermodul 2 laminiert ist.
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Ferner ist, wie in 1 und 3 gezeigt ist, das Laminat 10 zwischen den zwei Komponenten in der Höhenrichtung Z angeordnet. Ferner wird der Kondensator 31, der einer der zwei Komponenten ist, die spezifisch angeordnete Komponente 30. Ferner ist die andere Komponente von den zwei Komponenten, die aufeinander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und das Laminat 10 in der Höhenrichtung Z zwischenordnen, eine Leiterplatte 33, mit der ein Signalanschluss des Halbleitermoduls 2 verbunden ist. Insbesondere ist das Laminat 10 zwischen dem Kondensator 31 und der Leiterplatte 33 in der Höhenrichtung Z angeordnet.
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Der laminierte Kühler 4 ist derart ausgebildet, dass das Kühlmittel durch das Innere passiert. Ein Kühlmittelströmungspfad ist auf der Innenseite jeder Kühlplatte 40 ausgebildet. Der Kühlmittelströmungspfad in der Kühlplatte 40, außer der großflächigen Kühlplatte 41, ist entlang der seitlichen Richtung Y ausgebildet.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist die großflächige Kühlplatte 41 in der Stapelrichtung X an einem Ende von den laminierten Kühlern 4 angeordnet. Ferner ist die großflächige Kühlplatte 41 mit einem Kühlmittelzuführohr 421 zum Zuführen von Kühlmittel in den laminierten Kühler 4 und einem Kühlmittelabführrohr 422 zum Abführen des Kühlmittels von dem laminierten Kühler 4 versehen.
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Der Reaktor 32 ist zwischen der großflächigen Kühlplatte 41 und der benachbarten Kühlplatte 40 angeordnet.
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Hinsichtlich der Vielzahl von Kühlplatten 40 sind die Kühlplatten 40, die in der Stapelrichtung X zueinander benachbart sind, miteinander durch die Verbindungsrohre 43 an beiden Enden in der seitlichen Richtung Y verbunden. Ferner sind das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 mit der großflächigen Kühlplatte 41 verbunden, die an einem Ende in der Stapelrichtung X angeordnet ist. Folglich wird das Kühlmittel, das von dem Kühlmittelzuführrohr 421 zugeführt wird, aufgeteilt und fließt zu der Vielzahl von Kühlplatten 40 und wird von dem Kühlmittelabführrohr 422 abgeführt. Ferner führen das Halbleitermodul 2, der Reaktor 32 und das Kühlmittel einen Wärmeaustausch aus, während das Kühlmittel durch die Vielzahl von Kühlplatten 40 fließt. Das Halbleitermodul 2 und der Reaktor 32 werden dadurch gekühlt. Ferner wird der Kondensator 31 indirekt durch das Kühlmittel gekühlt, das durch die großflächige Kühlplatte 41 fließt.
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Wie in 3 gezeigt ist, hat die Kühlplatte 40 vorzugsweise den Kühlmittelströmungspfad 401 im Inneren in der Stapelrichtung X gesehen entlang von beinahe deren Gesamtheit ausgebildet. Insbesondere hat die großflächige Kühlplatte 41, in der Stapelrichtung X gesehen, vorzugsweise einen Kühlmittelströmungspfad 401 in dem Abschnitt ausgebildet, der mit dem Halbleitermodul 2 überlappt und in dem Abschnitt ausgebildet, der mit der spezifisch angeordneten Komponente 30 überlappt. In diesem Fall können der Reaktor 32, welcher die Komponente ist, die in dem Laminat 10 eingebunden ist und der Kondensator 31, der die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, effizienter gekühlt werden. Es ist anzumerken, dass eine Beschreibung des Kühlmittelströmungspfads 401 in den Zeichnungen außer in 3 weggelassen wurde.
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Jedoch kann die Kühlplatte 40 einen Abschnitt haben, in welchem der Kühlmittelströmungspfad nicht ausgebildet wurde. Beispielsweise kann die großflächige Kühlplatte 41 durch einen Kühlmittelströmungspfad gebildet sein, der in einer Position vorgesehen ist, die dem Reaktor 32 gegenüberliegt, oder kann nicht in einer Position vorgesehen sein, die dem Kondensator 31 gegenüberliegt. Diesbezüglich kann vom Standpunkt der Kühlleistung des Kondensators 31, der die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, wie oben beschrieben ist, der Kühlmittelströmungspfad 401 in der großflächigen Kühlplatte 41 vorzugsweise derart gebildet sein, dass er in einer Position vorgesehen ist, die dem Reaktor 32 gegenüberliegt und in einer Position, die dem Kondensator 31 gegenüberliegt.
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Ferner ist das Element, das den laminierten Kühler 4 bildet, ein Metall, wie eine Aluminiumlegierung.
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Die Leistungsumwandlervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist derart gebildet, dass sie eine Leistungsumwandlung ausführt, beispielsweise zwischen einer Gleichstromversorgung 51 und einer dreiphasenwechselstromelektrischen Drehmaschine 52, wie in 4 gezeigt ist. Die Leistungsumwandlervorrichtung 1 hat einen Verstärkerschaltkreis 12 und einen Inverterschaltkreis 13. Der Verstärkerschaltkreis 12 ist durch den Reaktor 32 und das Halbleitermodul 2 etc. gebildet. Der Inverterschaltkreis 13 ist durch das Halbleitermodul 2 etc. gebildet. Der Kondensator 31 dient als ein Glättungskondensator. Die Leistungsumwandlervorrichtung 1 ist gebildet, um die Gleichstromleistung in dreiphasige Wechselstromleistung umzuwandeln, um eine drehende elektrische Maschine 52 anzutreiben. Ferner kann die in der drehenden elektrischen Maschine 52 erzeugte Leistung auch regeneriert werden, indem sie in Gleichstrom in dem Inverterschaltkreis 13 umgewandelt wird.
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Jedes Halbleitermodul 2 ist mit einem Oberzweigschaltelement 2u und einem Unterzweigschaltelement 2d als die Schaltelemente verbunden.
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Der Inverterschaltkreis 13 ist mit drei Phasenanschlüssen versehen, die durch Serienschaltung mit dem Oberzweigschaltelement 2u und dem Unterzweigschaltelement 2d gebildet sind. Jedes Schaltelement besteht aus einem IGBT, d. h. ein isolierter Gate-Bipolar-Transistor. Ferner sind Freilaufdioden jeweils auf antiparallele Weise mit dem Oberzweigschaltelement 2u und dem Unterzweigschaltelement 2d verbunden. Die Verbindungspunkte der Oberzweigschaltelemente 2u und der Unterzweigschaltelemente 2d in jedem Anschluss sind jeweils mit den drei Elektroden der drehenden elektrischen Maschine 52 verbunden. Es ist anzumerken, dass die Schaltelemente nicht auf IGBT's beschränkt sind und beispielsweise MOSFET's, d. h. MOS-Feldeffekttransistoren verwendet werden können.
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In dem Ausführungsbeispiel haben die Oberzweigschaltelemente 2u und die Unterzweigschaltelemente 2d, die jede Phase in dem Inverterschaltkreis 13 bilden, eine parallele Konfiguration der beiden jeweiligen Schaltelemente. Ferner sind ein Oberzweigschaltelement 2u und ein Unterzweigschaltelement 2d, die in Serie miteinander verbunden sind, in einem Halbleitermodul 2 integriert.
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Der Verstärkerschaltkreis 12 enthält zwei Oberzweigschaltelemente 2u, die parallel miteinander verbunden sind, und zwei Unterzweigschaltelemente 2d, die parallel miteinander verbunden sind. Ferner sind das eine Oberzweigschaltelement 2u und das eine Unterzweigschaltelement 2d, die parallel miteinander verbunden sind, in einem Halbleitermodul 2 integriert.
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Als nächstes werden Funktion und Wirkung des Ausführungsbeispiels erläutert.
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Ein Kondensator 31, der eine der Komponenten in der vorgenannten Leistungsumwandlervorrichtung 1 ist, ist die spezifisch angeordnete Komponente 30. Folglich kann die Größe des Laminats 10 in der Stapelrichtung X begrenzt werden und die Kühlung des Kondensators 31 durch die großflächige Kühlplatte 41 wird möglich.
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Insbesondere ist, wie in 1 bis 3 gezeigt ist, der Kondensator 31 die spezifisch angeordnete Komponente 30, die nicht ein Teil des Laminats 10 ist. Folglich kann die Größe des Laminats 10 in der Stapelrichtung X minimiert werden, verglichen mit dem Fall, in dem der Kondensator 31 zu einem Teil des Laminats 10 gemacht ist, wie in 5 gezeigt ist. Im Ergebnis kann die Schwingungsfestigkeit des Laminats 10 verbessert werden. Indem die Größe in der Stapelrichtung X des Laminats 10 begrenzt wird, ist dies vom Standpunkt der Schwingungsfestigkeit vorteilhaft, auch wenn die Leistungsumwandlervorrichtung 1 beispielsweise in dem Getriebe eines Fahrzeugs angeordnet ist. Ferner kann, indem die Größe in der Stapelrichtung X begrenzt wird, die Resonanzfrequenz angehoben werden und es wird leicht, eine Resonanz mit der Brennkraftmaschine zu verhindern.
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Ferner ist der Kondensator 31 in der vorgenannten spezifischen Position angeordnet und somit wird es möglich, ihn direkt oder indirekt durch die großflächige Kühlplatte 41 zu kühlen.
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Folglich können sowohl die Schwingungsfestigkeit als auch die Sicherstellung der Kühlleistung des Kondensators 31 dargestellt werden, indem der Kondensator 31 in der vorgenannten spezifischen Position angeordnet wird.
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Das Laminat 10 ist durch Laminieren des Reaktors 32, der eine Komponente anders als die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, mit der Kühlplatte 40 und dem Halbleitermodul 2 erhalten. Wenn es folglich eine Vielzahl von Komponenten gibt, für die eine Kühlung wünschenswert ist, kann die Vielzahl von Komponenten effizient gekühlt werden, während die Größe des Laminats 10 in der Stapelrichtung X aufs Äußerste begrenzt werden kann.
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Ferner ist von dem Kondensator 31 und dem Reaktor 32, der Reaktor 32 mit einer vergleichsweise großen Wärmemenge in dem Laminat 10 eingebaut und aktiv gekühlt und der Kondensator 31 mit einer vergleichsweise kleinen Wärmemenge ist in der vorgenannten spezifischen Position angeordnet. Insbesondere erzeugt der Reaktor 32, der für die Verstärkung verwendet wird, wie oben beschrieben ist, leicht Rauschen und hat eine Wärmemenge verglichen mit dem Kondensator 31, die Rauschen absorbieren kann. Der Reaktor 32 ist in dem Laminat 10 eingebaut und aktiv gekühlt. Andererseits kann der Kondensator 31 ausreichend gekühlt werden, auch wenn er als die spezifisch angeordnete Komponente 30 von dem Laminat 10 entfernt gewählt ist. Folglich wird es leicht, eine effiziente Kühlung für die Gesamtheit der Leistungsumwandlervorrichtung 1 zu realisieren.
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Das Laminat 10 ist zwischen dem Kondensator 31 und der Leiterplatte 33 angeordnet, die die beiden Komponenten in der Höhenrichtung Z sind. Zudem ist der Kondensator 31 die spezifisch angeordnete Komponente 30. Folglich kann die thermische Interferenz zwischen der Leiterplatte 33 und dem Kondensator 31 unterdrückt werden, während der Kondensator 31 gekühlt wird.
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Ferner ist die großflächige Kühlplatte 41 an einem Ende in der Stapelrichtung X von den laminierten Kühlern 4 angeordnet. Der Raum, der der vorgenannten spezifischen Position entspricht, kann dadurch groß werden. Folglich kann die spezifisch angeordnete Komponente 30 leicht in der spezifischen Position angeordnet werden und eine Vergrößerung der Leistungsumwandlervorrichtung 1 kann verhindert werden.
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Ferner sind das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 in der großflächigen Kühlplatte 41 vorgesehen. Folglich kann der Freiheitsgrad der Anordnung des Kühlmittelzuführrohrs 421 und des Kühlmittelabführrohrs 422 vergrößert werden.
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Wie oben beschrieben ist, schafft das vorgenannte Ausführungsbeispiel eine Leistungsumwandlervorrichtung mit einer hervorragenden Schwingungsfestigkeit, die das Kühlen einer Komponente ausführen kann.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Das zweite Ausführungsbeispiel hat eine Konfiguration wie sie in 6 gezeigt ist, in welcher der Kondensator 31, der die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, in Oberflächenkontakt mit der großflächigen Kühlplatte 41 ist.
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Insbesondere ist der Kondensator 31 in Oberflächenkontakt mit der großflächigen Kühlplatte 41 von dem einem Ende in der Stapelrichtung X. Der Kondensator 31 und die großflächige Kühlplatte 41 können in direktem Oberflächenkontakt sein oder können in Oberflächenkontakt über ein Wärmeübertragungselement sein, wie eine Wärmeleitfolie.
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Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Es ist anzumerken, dass die Bezugszeichen, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden, die gleichen Bezugszeichen sind, die in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet wurden, falls dies nicht anderweitig angegeben wurde und sich auf die gleichen Bestandteile beziehen, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Kondensator 31 effizienter gekühlt werden.
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Zudem hat das zweite Ausführungsbeispiel die gleichen Wirkungen im Betrieb wie das erste Ausführungsbeispiel.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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In dem dritten Ausführungsbeispiel, das in 7 gezeigt ist, ist mindestens eine Komponente jeweils beiden Oberflächen in der Stapelrichtung X der großflächigen Kühlplatte 41 zugewandt angeordnet. Insbesondere ist in dem Ausführungsbeispiel ein Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 auf einer ersten Fläche 411 angeordnet, welches eine Fläche auf einer Seite gegenüber der Seite des Halbleitermoduls 2 der großflächigen Kühlplatte 41 ist. Ferner ist der Reaktor 32 auf einer zweiten Fläche 412 angeordnet, welches eine Fläche auf einer Seite gegenüber der ersten Fläche 411 der großflächigen Kühlplatte 41 ist. Ferner ist der Kondensator 31, welcher die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, ebenso der zweiten Fläche 412 der großflächigen Kühlplatte 41 gegenüberliegend angeordnet.
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Der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 ist beispielsweise mit einem Transformator, einem Schaltelement etc. versehen und ist ausgelegt, um eine Hochspannungsgleichstromleistung auf eine Niederspannungsgleichstromleistung umzuwandeln.
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7 zeigt eine Konfiguration, in welcher der Kondensator 31 der großflächigen Kühlplatte 41 gegenüberliegend angeordnet ist und mit einem Raum dazwischen versehen ist, aber der Kondensator 31 kann auch in Oberflächenkontakt mit der großflächigen Kühlplatte 41 sein. Ferner zeigt 7 eine Konfiguration, in welcher der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 in Oberflächenkontakt mit der großflächigen Kühlplatte 41 ist, aber der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 kann der großflächigen Kühlplatte 41 gegenüberliegend angeordnet sein und ein Raum kann zwischen dem Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 und der großflächigen Kühlplatte 41 vorgesehen sein. Ferner sind das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 in 7 weggelassen, aber das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 können passend an einer passenden Position in dem laminierten Kühler 4 angeordnet werden. Die anderen Konfigurationseinzelheiten sind die gleichen, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 ebenfalls durch die großflächige Kühlplatte 41 gekühlt werden. Folglich ist es möglich, eine effiziente Kühlung in einer Leistungsumwandlervorrichtung 1 bereitzustellen, die zudem mit dem Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 versehen ist.
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Zudem hat das dritte Ausführungsbeispiel die gleichen Wirkungen im Betrieb, wie das erste Ausführungsbeispiel.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Das vierte Ausführungsbeispiel, das in 8 und 9 gezeigt ist, ist eine Leistungsumwandlervorrichtung 1, die so aufgebaut ist, dass die Wärme der spezifisch angeordneten Komponente 30 über das Gehäuse 6 auf die großflächige Kühlplatte 41 übertragen werden kann.
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Insbesondere ist die Leistungsumwandlervorrichtung 1 mit einem Metallgehäuse 6 versehen, das das Halbleitermodul 2, den Kondensator 31 und den laminierten Kühler 4 aufnimmt. Die großflächige Kühlplatte 41 ist in Kontakt mit dem Gehäuse 6. Ferner ist der Kondensator 31, der die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, in das Gehäuse 6 eingebaut.
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Das Gehäuse 6 hat den Kondensator 31 und einen Zwischenwandabschnitt 61, der zwischen dem Reaktor 32 und dem Laminat 10 angeordnet ist. Ferner ist der Kondensator 31 an dem Zwischenwandabschnitt 61 durch eine Schraube fixiert, welche nicht gezeigt ist. Beide Seiten des Gehäuses in der Höhenrichtung Z sind als eine offene Fläche ausgeführt. Ferner sind Deckel 601, 602 an einem Paar offener Flächen angeordnet, so dass die offenen Flächen verschlossen werden können.
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Ferner ist das Gehäuse 6 mit einer Öffnung 62 auf einer Seite der Stapelrichtung X versehen. Das Gehäuse 6 ist so ausgebildet, dass das Laminat 10 von der Öffnung 62 in das Gehäuse 6 eingeführt werden kann. Ferner ist die großflächige Kühlplatte 41 in Kontakt mit der Außenfläche des Gehäuses 6, um die Öffnung 62 zu verschließen. Ferner ist der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 in Oberflächenkontakt mit der ersten Fläche 411 der großflächigen Kühlplatte 41. Insbesondere ist der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 außerhalb des Gehäuses 6 angeordnet.
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Die anderen Konfigurationen sind die gleichen, wie im dritten Ausführungsbeispiel.
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Im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Wärme des Kondensators 31, der die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, über das Gehäuse 6 auf die großflächige Kühlplatte 41 übertragen werden. Folglich kann die Wärme der spezifisch angeordneten Komponente 30 effizient abgestrahlt werden. Ferner kann der Freiheitsgrad der Anordnung der spezifisch angeordneten Komponente 30 verbessert werden. Ferner ist der Zwischenwandabschnitt 61 zwischen dem Kondensator 31 und dem Halbleitermodul 2 angeordnet und kann folglich eine thermische Interferenz zwischen dem Kondensator 31 und dem Halbleitermodul 2 unterdrücken.
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Zudem hat das vierte Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung im Betrieb, wie das dritte Ausführungsbeispiel.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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In dem fünften Ausführungsbeispiel, das in 10 bis 12 gezeigt ist, ist das Halbleitermodul 2 mit einer Vielzahl von Oberzweigschaltelementen 2u, die parallel zueinander verbunden sind und einer Vielzahl von Unterzweigschaltelementen 2d, die parallel zueinander sind, integriert.
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In dem Ausführungsbeispiel sind vier Schaltelemente der beiden Oberzweigschaltelemente 2u parallel verbunden und die zwei Unterzweigschaltelemente 2d, die parallel verbunden sind, in dem einen Halbleitermodul 2 eingebaut.
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Die anderen Konfigurationen sind dieselben, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Anzahl von Halbleitermodulen 2 minimiert werden. Folglich kann, wie in 11 und 12 gezeigt ist, die Größe des Laminats 10 in der Stapelrichtung X minimiert werden. Insbesondere kann die Anzahl von Halbleitermodulen 2 in dem Laminat 10 um die Hälfte reduziert werden, verglichen mit dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels. Folglich können die Abmessungen des Laminats 10 in der Stapelrichtung X deutlich reduziert werden. Im Ergebnis kann eine Leistungsumwandlervorrichtung 1 erhalten werden, die eine noch bessere Schwingungsfestigkeit hat. Zudem hat das fünfte Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung im Betrieb, wie das erste Ausführungsbeispiel.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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In dem sechsten Ausführungsbeispiel, das in 13 gezeigt ist, wurden zwei Komponenten als die spezifisch angeordnete Komponente 30 ausgeführt.
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Insbesondere sind der Kondensator 31 und die Leiterplatte 33 als die spezifisch angeordnete Komponente 30 in der spezifischen Position angeordnet. Kurz gesagt, ist in dem Ausführungsbeispiel die Leiterplatte 33 in einer Position angeordnet, die in Stapelrichtung X gesehen die großflächige Kühlplatte 41 überlappt und aus der Höhenrichtung Z gesehen, das Laminat 10 überlappt.
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Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Leiterplatte 33 die spezifisch angeordnete Komponente 30 und somit kann das Kühlen der Leiterplatte 33 effizient ausgeführt werden. Zudem hat das sechste Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung im Betrieb wie das das erste Ausführungsbeispiel.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Das siebte Ausführungsbeispiel, wie in 14 und 15 gezeigt ist, ist eine Leistungsumwandlervorrichtung 1, in welcher das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 mit einer Kühlplatte 40 verbunden sind, die von der großflächigen Kühlplatte 41 verschieden ist. In dem Ausführungsbeispiel sind das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 nicht mit der großflächigen Kühlplatte 41 verbunden. Ferner sind das Kühlmittelzuführrohr 421 und das Kühlmittelabführrohr 422 mit der Kühlplatte 40 verbunden, die an einem Ende in der Stapelrichtung X auf der gegenüberliegenden Seite ist, auf der die großflächige Kühlplatte 41 in dem laminierten Kühler 4 angeordnet ist. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann eine Komponente leicht der ersten Fläche 411 gegenüberliegend angeordnet werden, was auf einer Seite gegenüber der Seite des Halbleitermoduls 2 auf der großflächigen Kühlplatte 41 ist. Insbesondere kann beispielsweise, wie in 14 und 15 gezeigt ist, der Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 einer großen Fläche der ersten Fläche 411 der großflächigen Kühlplatte 41 gegenüberliegend angeordnet werden. Ferner ist es leicht, den Gleichstrom-Gleichstromwandler 34 in Flächenkontakt mit der großflächigen Kühlplatte 41 zu bringen. Im Ergebnis kann das Kühlen des Gleichstrom-Gleichstromwandlers 34 wirksam ausgeführt werden. Zudem hat das siebte Ausführungsbeispiel die gleichen Wirkungen im Betrieb, wie das erste Ausführungsbeispiel.
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(Achtes Ausführungsbeispiel)
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In dem achten Ausführungsbeispiel, das in 16 gezeigt ist, ist das Laminat 10 aus der Kühlplatte 40 und dem Halbleitermodul 2 gebildet.
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Insbesondere wurde eine Komponente, wie der Reaktor 32 nicht in das Laminat 10 laminiert. Ferner wird angenommen, dass der Kondensator 31 die spezifisch angeordnete Komponente 30 ist, die in der spezifischen Position angeordnet ist. Lediglich ein Teil des Kondensators 31 überlappt, wenn er aus der Stapelrichtung X gesehen wird, die großflächige Kühlplatte 41. Ferner überlappt lediglich ein Teil des Kondensators 31, wenn er aus der Höhenrichtung Z gesehen wird, das Laminat 10.
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Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann etwa die gleichen Wirkungen wie im Betrieb bringen, wie das erste Ausführungsbeispiel.
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(Neuntes Ausführungsbeispiel)
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In dem neunten Ausführungsbeispiel wurde, wie in 17 gezeigt ist, die Kühlplatte 40 in dem laminierten Kühler 4, die eine andere ist als jene an jedem Ende in der Stapelrichtung X als die großflächige Kühlplatte 41 ausgeführt. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen, wie im achten Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat in etwa die gleichen Wirkungen im Betrieb wie das erste Ausführungsbeispiel.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann entsprechend modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Ferner wurden in den vorgenannten Ausführungsbeispielen der Kondensator oder die Leiterplatte zu der spezifisch angeordneten Komponente gemacht, aber die spezifisch angeordnete Komponente ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können der Gleichstrom-Gleichstromwandler, der Reaktor und andere Komponenten als die spezifisch angeordnete Komponente verwendet werden.
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Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (1) hat ein Halbleitermodul (2) mit Schaltelementen (2u, 2d), die darin eingebaut sind, eine Vielzahl von Komponenten (31, 32, 33), die elektrisch mit dem Halbleitermodul verbunden sind, und einen laminierten Kühler (4), der mit einer Vielzahl von Kühlplatten (40) versehen ist. Ein Laminat (10) ist gebildet, indem mindestens die Vielzahl von Kühlplatten und das Halbleitermodul laminiert werden, wobei mindestens eine von der Vielzahl von Kühlplatten, die das Laminat bilden, eine großflächige Kühlplatte (41) ist, deren projizierte Fläche aus der Stapelrichtung (X) gesehen größer ist als die andere Kühlplatte und wobei mindestens eine der Komponenten eine spezifisch angeordnete Komponente (30) ist, welche, aus der Stapelrichtung gesehen, in einer spezifischen Position angeordnet ist, welche die großflächige Kühlplatte überlappt und, aus einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung gesehen, das Laminat überlappt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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