JP2002043782A - 間接冷却型回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】重量及び設置スペースの増大を抑止しつつ複数
の大発熱回路部品を良好に冷却可能な間接冷却型回路装
置を提供すること。 【解決手段】第１の回路部品１とこの第１の回路部品１
を冷却する並列貫流式間接冷却器とからなる第一の回路
装置と、第２の回路部品７１とこの第２の回路部品を固
定、放熱するベースプレート６とからなる第二の回路装
置とを有し、上記並列貫流式間接冷却器を扁平冷却チュ
ーブ２とその両端のヘッダ３，４で構成する。ヘッダ
３，４はベースプレート６に固定されるので、ベースプ
レート６は第２の回路部品７１の支持及び放熱部材及び
ヒートシンクマスとして機能するとともに、両ヘッダ
３，４を支持、固定し、更に、ヘッダ３，４と第２の回
路部品７１との間の伝熱部材をなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、間接冷却型回路装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド車、燃料電池車、純二次電
池車など電力を用いて走行する電気自動車では、構成が
堅牢、簡素で制御が容易な交流モータを用いるために、
直流電力と交流電力との間で双方向変換する大電力のイ
ンバータ装置特に三相インバータ回路と、この三相イン
バータ回路の直流端対間に接続される平滑コンデンサを
必要とする。

【０００３】上記した電気自動車の走行モータ制御用の
三相インバータ回路は、大電力制御が必要とするため、
各アームごと又は各相を別々の半導体モジュールで構成
することが通常である。また、これら半導体モジュール
は、発熱が大きいために空冷では限界があり、間接液冷
構造が採用されている。この間接冷却型回路装置に用い
る冷却流体（冷媒）としては、不凍性流体や空調用冷凍
サイクル装置から分岐した冷媒をなどを用いることが提
案あるいは実用化されている。

【０００４】更に、電気自動車では、上記した三相イン
バータ装置以外にも走行モータ給電用の高圧バッテリと
補機給電用の低圧バッテリ間で送電を行うＤＣ−ＤＣコ
ンバータや空調用圧縮機を制御する三相インバータ回路
など、種々の回路装置が搭載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電気自動車の走行モータ制御用の三相インバータ回路
を構成する各半導体モジュールを間接液冷する場合、各
半導体モジュール間の冷却性能に差があると、三相イン
バータ回路の限界性能は、熱的に最も過酷な条件の半導
体モジュールにより制約されることになり、各半導体モ
ジュールの放熱性能のばらつきをできるだけ解消するこ
とが重要となる。

【０００６】そのために、所定間隔を隔てて平行に延設
される一対のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて配列さ
れるとともに両端が両ヘッダに連結される複数の冷却チ
ューブとにより構成される並列貫流式間接冷却方式を採
用し、各冷却チューブにこれら半導体モジュールを別々
に設置すれば、各半導体モジュール間の温度ばらつきを
解消できて三相インバータ回路を半導体モジュールの最
大性能範囲で運転でき、三相インバータ回路の性能向上
を実現することができる。

【０００７】しかし、この並列貫流式間接冷却方式は、
構造が複雑であり、液冷系の製造コストが嵩むという問
題がある。上述したように、電気自動車用回路装置で
は、この走行モータ制御用の三相インバータ回路の他に
上記平滑コンデンサやＤＣ−ＤＣコンバータや空調圧縮
機制御用の三相インバータ回路など液冷すべき多くの大
電力回路装置があり、液冷系全体の構造の複雑化や配
管、取り付けの煩雑化を招いているので、このような走
行モータ制御用の三相インバータ回路に複雑な並列貫流
式間接冷却構造を採用することは、ますます液冷系の複
雑化、煩雑化の度合いが大きくなるという問題があっ
た。

【０００８】また、設置スペースや搭載重量に大きな制
限がある電気自動車では、このような多数の回路部品の
それぞれに、重量及び設置スペースの増大が必要な液冷
系を個別に採用することは、車両の大型化を招くという
問題があった。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、重量及び設置スペースの増大を抑止しつつ複数の
大発熱回路部品を良好に冷却可能な間接冷却型回路装置
を提供することをその目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の間接冷却
型回路装置は、所定間隔を隔てて平行に延設される一対
のヘッダと、互いに所定間隔を隔てて配列されるととも
に両端が前記両ヘッダに連結される複数の冷却チューブ
と、前記冷却チューブの主面に直接又は良熱伝導性部材
を介して密着する第１の回路部品とを有する間接冷却型
回路装置において、前記両ヘッダが伝熱容易に固定され
る良熱伝導性のベースプレートと、前記ベースプレート
の主面に直接又は良熱伝導性部材を介して密着する第２
の回路部品とを有することを特徴とする間接冷却型回路
装置。

【００１１】すなわち、本発明によれば、第１の回路部
品とこの第１の回路部品を冷却する並列貫流式間接冷却
器とからなる第一の回路装置と、第２の回路部品とこの
第２の回路部品を固定、放熱するベースプレートとから
なる第二の回路装置とを有する間接冷却型回路装置にお
いて、並列貫流式間接冷却器の両ヘッダをこのベースプ
レートに固定したものである。

【００１２】このようにすれば、ベースプレートは第２
の回路部品の支持及び放熱部材及びヒートシンクマスと
して機能するとともに、両ヘッダを支持して並列貫流式
間接冷却器の固定部材として機能することもでき、同時
に、ベースプレートをヘッダにより良好に冷却して、第
２の回路部品の放熱性能を向上することができる。ま
た、本構成の間接冷却型回路装置では、冷却チューブが
設けられないヘッダの余剰の表面の冷却性能を利用して
第２の回路部品を伝熱冷却するので、液冷系を複雑化、
大型化することなく複数の回路部品を冷却することがで
きる。更に、両回路部品及び間接冷却構造をコンパクト
に一体化することができ、冷媒配管も簡素化することが
できるので、設置スペース及び装置重量を削減すること
ができる。

【００１３】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の間接冷却型回路装置において更に、前記第１の回路部
品は、三相インバータブリッジ回路の各スイッチング素
子を構成する複数の半導体モジュールからなり、各前記
半導体モジュールは、異なる冷却チューブに密着され
る。これにより、各半導体モジュール間の温度ばらつき
が小さい三相インバータ回路（三相インバータブリッジ
回路）を実現することができるとともに、そのヘッダの
余剰冷却表面を活用することができるので、請求項１記
載の効果を一層向上することができる。

【００１４】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の間接冷却型回路装置において更に、前記ベース
プレートは、前記両ヘッダの冷却チューブ側の側面と略
直角な前記両ヘッダの底面に直接又は良熱伝導性部材を
介して密着し、前記第２の回路部品は、前記両ヘッダの
中間又は前記両ヘッダの一方に背向する位置にて前記ベ
ースプレートの反冷却チューブ側の主面に直接又は良熱
伝導性部材を介して密着することを特徴としている。こ
れにより、請求項１又は２記載の間接冷却型回路装置の
一層のコンパクト化を実現することができる。

【００１５】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の間接冷却型回路装置において更に、前記ヘッダの反冷
却チューブ側の側面に直接又は良熱伝導性部材を介して
密着する第３の回路部品を有するので、ヘッダの冷却可
能な余剰表面を用いて簡素な構造で多数の回路部品を冷
却することができ、回路装置の一層のコンパクト化する
ことができる。

【００１６】請求項５記載の構成によれば請求項４記載
の間接冷却型回路装置において更に、前記ヘッダの反ベ
ースプレート側の頂面に直接又は良熱伝導性部材を介し
て固定されて前記第１、第３の回路部品を電気的に接続
する配線部材を有するので、回路装置の大型化を抑止し
つつこの配線部材を通じて第１、第３の回路部品を更に
良好に冷却することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の間接冷却型回路装置を用
いたハイブリッド車用の間接冷却型回路装置の好適な態
様を以下の実施例を参照して説明する。

【００１８】

【実施例１】実施例１の回路装置を図１、図２を参照し
て以下に説明する。図１は、この回路装置の縦断面図で
あり、図２はそのＢ視平面図（蓋なし状態）である。 （全体構成）１は両面冷却型半導体モジュール、２は扁
平冷却チューブである。３は入り口側ヘッダ、４は出口
側ヘッダである。

【００１９】図２に示すように、合計６個の半導体モジ
ュール１が合計１２個の扁平冷却チューブ２により１個
ごとに挟持されている。扁平冷却チューブ２と半導体モ
ジュール１との間の伝熱抵抗を低減し、半導体モジュー
ル１を機械的に支持するために、図示しない６個のコ字
形板ばねが一対の扁平冷却チューブ２とその間の半導体
モジュール１とからなる６セットを個別に挟圧してい
る。

【００２０】半導体モジュール１は、ハイブリッド車の
走行モータ制御用三相インバータ回路の各アームを構成
している。半導体モジュール１は、たとえばパワーＭＯ
ＳＦＥＴが形成された電力用半導体素子チップの両面す
なわちソース電極及びドレイン電極にそれぞれ金属放熱
板を半田層を介して密着させ、両金属放熱板の外主面及
び制御電極端子を除いて樹脂モールドした構造を有して
いる。半導体モジュール１を他のトランジスタで構成す
る場合、半導体モジュール１がこのトランジスタと逆並
列に接続されたフライホイルダイオードをもつのは周知
のとおりである。

【００２１】扁平冷却チューブ２は、アルミ引き抜き成
形品又はアルミ押し出し成形品であり、内部に複数の冷
却流体流路用貫通孔（図示せず）を複数、互いに平行に
有している。各扁平冷却チューブ２の両端はヘッダ３，
４の冷却チューブ側の側面に個別に接合されており、扁
平冷却チューブ２の上記冷却流体流路用貫通孔は、ヘッ
ダ３，４内の冷却流体通路（図示せず）に連通してい
る。

【００２２】ヘッダ３，４は、図示するように、角形厚
箱形状を有し、扁平冷却チューブ２は面積最大の一対の
側面の一方に接合されている。

【００２３】５は伝熱シート、６はベースプレートであ
り、ヘッダ３，４は伝熱シート５を挟んでベースプレー
ト６上に載置されている。３１，４１は図示しない貫通
孔をもつヘッダ３，４の締結用リブであり、ボルト３
２，４２がこの貫通孔を挿通してベースプレート６の図
示しない雌ねじ孔に締結され、これにより、ヘッダ３，
４の底面は伝熱シート５を介してベースプレート６の上
面をなす一主面に熱伝導良好に固定されている。伝熱シ
ート５はたとえばシリコン樹脂フィルム、シリコングリ
ス、炭素系シートなど公知のフィルム状又はグリス状良
熱伝導部材からなる。ベースプレート６は、アルミニウ
ム厚板からなる。

【００２４】７は、ＤＣ−ＤＣコンバータあるいは車両
空調用コンプレッサ駆動用モータを制御する三相インバ
ータ回路（空調インバータ回路ともいう）を内蔵する副
回路部品である。７１はこの副回路部品内で最も発熱が
大きい半導体モジュールである。副回路部品７は、伝熱
シート５と同一構造、同一形状の伝熱シート８を介して
ベースプレート６の下面をなす他主面に固定されてい
る。７２は貫通孔をもつヘッダ３，４の締結用リブであ
り、ボルト７３がこの貫通孔を挿通してベースプレート
６の図示しない雌ねじ孔に締結され、これにより、副回
路部品７の上面は伝熱シート８を介してベースプレート
６の下面をなす他主面に熱伝導良好に固定されている。

【００２５】９は、半導体モジュール１により構成され
る三相インバータ回路の一対の直流入力端間に接続され
てバッテリ電圧の急変を阻止する一対の平滑コンデンサ
であり、平滑コンデンサ９の底面は伝熱シート５を介し
てベースプレート６に載置されている。すなわち、ベー
スプレート６は半導体モジュール１や平滑コンデンサ９
を支持する支持部材をなすとともに裏面にて副回路部品
７も支持している。また、平滑コンデンサ９の側面はヘ
ッダ３の反冷却チューブ側（すなわち冷却チューブ２と
反対側）の側面に密着している。

【００２６】１０，１１は半導体モジュール１の主電
極、１２は半導体モジュール１の制御電極やモニタ電
極、１３〜１５は図示しない走行モータの三相端子に接
続される三相交流出力端子、１６は負の直流電源ブスバ
ー（配線部材）、１７は正の直流電源ブスバー（配線部
材）である。１８は両直流電源ブスバー１６，１７の間
に挟設されて両者を電気絶縁する絶縁シートである。半
導体モジュール１の主電極１０，１１の一方は三相交流
出力端子１３〜１５の一つに、他方は直流電源ブスバー
１６，１７の一方に接続されている。直流電源ブスバー
１６，１７は平滑コンデンサ９の負、正の端子９１，９
２に個別に締結されている。１９は、負の直流電源ブス
バー１６をヘッダ３の頂面に締結するねじである。

【００２７】２０、２１は、ボルト２２によりベースプ
レート６の周縁部に締結される金属底付き缶であり、こ
れによりて上記液冷系や回路部品が密閉されている。

【００２８】２３は、半導体モジュール１の制御電極や
モニタ電極１２から立設された制御用端子であり、それ
らの上端部は制御基板２４（図２では図示省略）上のコ
ントローラ（図示せず）に接続されている。なお、制御
版２４は図示しない支柱によりベースプレート６に固定
されている。

【００２９】なお、図１、図２では、ヘッダ３に冷却流
体を導入する流入配管や、ヘッダ４から冷却流体を導出
する流出配管の図示を省略しているが、これら流入配管
や流出配管は本質的にヘッダ３，４のどの部位に取り付
けても良く、金属底付き缶２０，２１のどちらか又は両
方を貫通して装置外部に延設されている。たとえば、こ
れら流入配管や流出配管はベースプレート６及び缶２１
を貫通して下方に垂下させてもよい。

【００３０】（機能）上記説明したこの実施例の間接冷
却型回路装置によれば、ヘッダ３，４を載置するベース
プレート６の裏面に第２の回路部品としての副回路部品
を、上面に並列貫流式間接冷却器、半導体モジュール
（第１の回路部品）１及び平滑コンデンサ（第３の回路
部品）９を固定し、ヘッダ３の側面に平滑コンデンサ９
の側面を密着させたので、コンパクトかつ小型軽量で冷
却性が優れた電気自動車用間接冷却型回路装置を実現す
ることができる。

【００３１】（変形態様１）冷却チューブ２の底面をベ
ースプレート６の主面に直接又は伝熱部材を介して密着
することにより、冷却チューブ２の放熱性を向上するこ
とができる。

【００３２】（変形態様２）ベースプレート６は、両ヘ
ッダ３，４を連通する冷却流体流路を有することがで
き、このようにすれば半導体モジュール７１を一層良好
に冷却することができる。なお、半導体モジュール７１
はヘッダ３，４の直下又はヘッダ３，４の中間に配置さ
れることが放熱上、有利である。この場合、ベースプレ
ート６に流入配管や流出配管を設けることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の間接冷却型回路装置の縦断面図であ
る。

【図２】図１のＢ視平面図である。

【符号の説明】

１：半導体モジュール（第１の回路部品） ２：扁平冷却チューブ ３、４：押さえ板 ６：ベースプレート ７１：半導体モジュール（第２の回路部品） ９：平滑コンデンサ（第３の回路部品） １６：ブスバー（配線部材）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔を隔てて平行に延設される一対の
   ヘッダと、 互いに所定間隔を隔てて配列されるとともに両端が前記
   両ヘッダに連結される複数の冷却チューブと、 前記冷却チューブの主面に直接又は良熱伝導性部材を介
   して密着する第１の回路部品と、 を有する間接冷却型回路装置において、 前記両ヘッダが伝熱容易に固定される良熱伝導性のベー
   スプレートと、 前記ベースプレートの主面に直接又は良熱伝導性部材を
   介して密着する第２の回路部品と、 を有することを特徴とする間接冷却型回路装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の間接冷却型回路装置におい
   て、 前記第１の回路部品は、三相インバータブリッジ回路の
   各スイッチング素子を構成する複数の半導体モジュール
   からなり、 各前記半導体モジュールは、異なる冷却チューブに密着
   されることを特徴とする間接冷却型回路装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の間接冷却型回路装置
   において、 前記ベースプレートは、前記両ヘッダの冷却チューブ側
   の側面と略直角な前記両ヘッダの底面に直接又は良熱伝
   導性部材を介して密着し、 前記第２の回路部品は、前記両ヘッダの中間又は前記両
   ヘッダの一方に背向する位置にて前記ベースプレートの
   反冷却チューブ側の主面に直接又は良熱伝導性部材を介
   して密着することを特徴とする間接冷却型回路装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の間接冷却型回路装置におい
   て、 前記ヘッダの反冷却チューブ側の側面に直接又は良熱伝
   導性部材を介して密着する第３の回路部品を有すること
   を特徴とする間接冷却型回路装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の間接冷却型回路装置におい
   て、 前記ヘッダの反ベースプレート側の頂面に直接又は良熱
   伝導性部材を介して固定されて前記第１、第３の回路部
   品を電気的に接続する配線部材を有することを特徴とす
   る間接冷却型回路装置。