JP2003092484A - 液冷却式回路装置及び回路素子装置の製造方法 - Google Patents
液冷却式回路装置及び回路素子装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 モジュール基板に実装される回路素子への被
液を防止しつつ、このモジュール基板の小型化を図る。 【解決手段】 回路素子１がモジュール基板２に取り付
けられているモジュールと、モジュールを収納する回路
ケース５と、モジュール基板の裏面１５に接触する冷却
液が通る冷却ケース７と、複数のモジュールを支持する
モジュール支持板３と、を備えている。モジュール支持
板３の開口には、モジュール基板２が入れられ、開口縁
とモジュール基板とが摩擦拡散溶接で隙間なく接合され
ている。モジュール支持板３は、回路ケース５の開口６
を回路ケース５の外側から塞ぐよう、回路ケース５に取
り付けられ、冷却ケース７は、モジュール支持板３の裏
面を臨むよう、回路ケース５に取り付けられている。
液を防止しつつ、このモジュール基板の小型化を図る。 【解決手段】 回路素子１がモジュール基板２に取り付
けられているモジュールと、モジュールを収納する回路
ケース５と、モジュール基板の裏面１５に接触する冷却
液が通る冷却ケース７と、複数のモジュールを支持する
モジュール支持板３と、を備えている。モジュール支持
板３の開口には、モジュール基板２が入れられ、開口縁
とモジュール基板とが摩擦拡散溶接で隙間なく接合され
ている。モジュール支持板３は、回路ケース５の開口６
を回路ケース５の外側から塞ぐよう、回路ケース５に取
り付けられ、冷却ケース７は、モジュール支持板３の裏
面を臨むよう、回路ケース５に取り付けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路素子がモジュ
ール基板に取り付けられているモジュールを備え、この
モジュールを冷却液で冷却する液冷却式回路装置、及び
回路素子装置の製造方法に関する。
ール基板に取り付けられているモジュールを備え、この
モジュールを冷却液で冷却する液冷却式回路装置、及び
回路素子装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車の走行モータ制御用のインバ
ータ装置などのように、発熱量が大きい電力回路素子を
有する電子回路装置では、その電力回路素子の冷却を効
率よく行う必要から、空気より熱容量が大きい液体を利
用した液体冷却が有効である。従来における電力回路素
子の液体冷却では、電気絶縁性の冷媒液中に電力回路素
子を直接浸す直接浸漬方式と、電力回路素子が搭載され
た回路ケースに、循環する冷却液を接触させ、回路ケー
スを冷却することで、電力回路素子を冷却する、間接伝
熱方式が主に採用されている。
ータ装置などのように、発熱量が大きい電力回路素子を
有する電子回路装置では、その電力回路素子の冷却を効
率よく行う必要から、空気より熱容量が大きい液体を利
用した液体冷却が有効である。従来における電力回路素
子の液体冷却では、電気絶縁性の冷媒液中に電力回路素
子を直接浸す直接浸漬方式と、電力回路素子が搭載され
た回路ケースに、循環する冷却液を接触させ、回路ケー
スを冷却することで、電力回路素子を冷却する、間接伝
熱方式が主に採用されている。
【０００３】しかし、直接浸漬方式では、特殊な冷媒の
漏洩、廃棄処理、安全性など付随する問題が多いという
欠点がある。また、間接伝熱方式では、回路ケースに電
力回路素子等を搭載するにあたり、両者の間の伝熱性を
確保するために、両者間の隙間にグリース等の物質を挿
入する必要があり、これが電力回路素子の放熱を阻害す
るため、冷却効率が小さいという欠点がある。
漏洩、廃棄処理、安全性など付随する問題が多いという
欠点がある。また、間接伝熱方式では、回路ケースに電
力回路素子等を搭載するにあたり、両者の間の伝熱性を
確保するために、両者間の隙間にグリース等の物質を挿
入する必要があり、これが電力回路素子の放熱を阻害す
るため、冷却効率が小さいという欠点がある。
【０００４】この間接伝熱方式の欠点を解決する方法と
して、電力回路素子を基板に搭載し（以後、電力回路素
子が搭載された装置を電力モジュールと呼ぶ）、基板の
素子搭載面とは逆の面（裏面と呼ぶ）に、冷却液を直接
接触させれば電力回路素子を効率よく冷却できることは
容易に考えられる。この場合には、回路ケースに開口部
を設け、その開口部にモジュール基板裏面を押し当て
て、その開口部を塞ぎ、モジュール基板裏面に直接冷却
液を接触させることが必要になる。この場合、モジュー
ル基板裏面を回路ケース開口部に押し当て、接触した部
分に隙間が生ずると、冷却液がその隙間を通って、回路
ケース内に入ってしまい、回路ケース内のモジュール及
び電子回路が冷却液で浸漬され、電子装置の誤動作を誘
発する。
して、電力回路素子を基板に搭載し（以後、電力回路素
子が搭載された装置を電力モジュールと呼ぶ）、基板の
素子搭載面とは逆の面（裏面と呼ぶ）に、冷却液を直接
接触させれば電力回路素子を効率よく冷却できることは
容易に考えられる。この場合には、回路ケースに開口部
を設け、その開口部にモジュール基板裏面を押し当て
て、その開口部を塞ぎ、モジュール基板裏面に直接冷却
液を接触させることが必要になる。この場合、モジュー
ル基板裏面を回路ケース開口部に押し当て、接触した部
分に隙間が生ずると、冷却液がその隙間を通って、回路
ケース内に入ってしまい、回路ケース内のモジュール及
び電子回路が冷却液で浸漬され、電子装置の誤動作を誘
発する。
【０００５】そこで、このような欠点を解決するため
に、特開平１１−１６３５７２号公報では、モジュール
基板と冷却液ケースとをビス等で接合し、その内周側に
Ｏリングを設けて、両者間のシールを行い、万一、冷却
液ケース内の冷却液が漏れ出したとしても、その漏液が
回路ケースに直接入ることなく、大気中に放出される構
造が提示されている。
に、特開平１１−１６３５７２号公報では、モジュール
基板と冷却液ケースとをビス等で接合し、その内周側に
Ｏリングを設けて、両者間のシールを行い、万一、冷却
液ケース内の冷却液が漏れ出したとしても、その漏液が
回路ケースに直接入ることなく、大気中に放出される構
造が提示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−１６３５７２号公報に記載されている技術では、
モジュール基板に、Ｏリングやビス等を取り付ける部分
を確保する必要があるため、モジュール基板が大型化し
てしまうという問題点がある。このようにモジュール基
板が大型化すると、モジュール基板自体が比較的高価で
あるため、コストが嵩む上に、多数の電力モジュールを
搭載する場合、電力回路素子相互間の間隔が大きくな
り、結果として装置全体が大きくなってしまう。
１１−１６３５７２号公報に記載されている技術では、
モジュール基板に、Ｏリングやビス等を取り付ける部分
を確保する必要があるため、モジュール基板が大型化し
てしまうという問題点がある。このようにモジュール基
板が大型化すると、モジュール基板自体が比較的高価で
あるため、コストが嵩む上に、多数の電力モジュールを
搭載する場合、電力回路素子相互間の間隔が大きくな
り、結果として装置全体が大きくなってしまう。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
し、モジュール基板の大型化を抑え、回路ケース内に冷
却液の侵入を避けることができる液冷却式回路装置及び
回路素子装置の製造方法を提供することを目的とする。
し、モジュール基板の大型化を抑え、回路ケース内に冷
却液の侵入を避けることができる液冷却式回路装置及び
回路素子装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の第1の液冷却式回路装置は、回路素子が搭載されるモ
ジュール基板が入る開口が形成されているモジュール支
持板を備え、前記モジュール支持板の前記開口には、前
記モジュール基板が入れられ、該開口の縁と該モジュー
ル基板とが溶接で隙間なく接合され、モジュールを収納
する回路ケースには、前記モジュール支持板のサイズよ
りも小さい開口が形成され、前記モジュール支持板は、
前記回路ケースの前記開口を該回路ケースの外側から塞
ぎ、且つ該モジュール支持板に搭載されている前記モジ
ュールの前記回路素子が該回路ケース内側に位置するよ
う、該回路ケースに取り付けられ、前記冷却ケースに
は、前記冷却液が通って冷却液室を形成する凹部が形成
され、前記冷却ケースは、前記凹部が前記モジュール支
持板を臨むよう、前記回路ケースに取り付けられてい
る、ことを特徴とするものである。
の第1の液冷却式回路装置は、回路素子が搭載されるモ
ジュール基板が入る開口が形成されているモジュール支
持板を備え、前記モジュール支持板の前記開口には、前
記モジュール基板が入れられ、該開口の縁と該モジュー
ル基板とが溶接で隙間なく接合され、モジュールを収納
する回路ケースには、前記モジュール支持板のサイズよ
りも小さい開口が形成され、前記モジュール支持板は、
前記回路ケースの前記開口を該回路ケースの外側から塞
ぎ、且つ該モジュール支持板に搭載されている前記モジ
ュールの前記回路素子が該回路ケース内側に位置するよ
う、該回路ケースに取り付けられ、前記冷却ケースに
は、前記冷却液が通って冷却液室を形成する凹部が形成
され、前記冷却ケースは、前記凹部が前記モジュール支
持板を臨むよう、前記回路ケースに取り付けられてい
る、ことを特徴とするものである。
【０００９】以上のような構成により、モジュール基板
とモジュール支持板とは、溶接により一体構造と考えら
れるため、両者間からの漏液の恐れはまずない。また、
モジュール支持板は、回路ケースの開口サイズよりも大
きく、回路ケースの外側からこの開口を塞いでいるの
で、仮に、モジュール支持板と回路ケースとの間から冷
却液が漏れたとしても、両者間の接続部分が回路ケース
の外側に位置しているため、その漏液は外部に放出さ
れ、回路ケース内に入り込むことはなく、回路ケース内
に配置された回路素子、基板や配線が被液することはな
い。また、モジュール基板裏面は、モジュール支持板の
開口から冷却ケース内に臨んでいるため、このモジュー
ル基板の裏面は、冷却ケース内の冷却水に直接接触し、
モジュールを効率よく冷却する。しかも、モジュール基
板は溶接で相手部材と接合されているため、このモジュ
ール基板に、封止用のＯリングや接続用のビス等を設け
る必要がなく、モジュール基板の小型化を図る戸ができ
る。また、モジュールは回路ケース内側に実装されるた
め、制御回路との端子配線が簡単ですむ。なお、一般
に、溶接は、接合部を溶かして接合する方法をいい、ア
ーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等がある。一
方、はんだ付け、ろう付け、摩擦拡散溶接等の接合材を
溶かさないで接合する方法もある。本明細書では、溶接
を両方の方法の総称として用いる。但し、回路素子が搭
載されているモジュール基板の溶接では、回路素子等へ
の熱影響を最小限にするために、摩擦拡散溶接法を採用
することが好ましい。
とモジュール支持板とは、溶接により一体構造と考えら
れるため、両者間からの漏液の恐れはまずない。また、
モジュール支持板は、回路ケースの開口サイズよりも大
きく、回路ケースの外側からこの開口を塞いでいるの
で、仮に、モジュール支持板と回路ケースとの間から冷
却液が漏れたとしても、両者間の接続部分が回路ケース
の外側に位置しているため、その漏液は外部に放出さ
れ、回路ケース内に入り込むことはなく、回路ケース内
に配置された回路素子、基板や配線が被液することはな
い。また、モジュール基板裏面は、モジュール支持板の
開口から冷却ケース内に臨んでいるため、このモジュー
ル基板の裏面は、冷却ケース内の冷却水に直接接触し、
モジュールを効率よく冷却する。しかも、モジュール基
板は溶接で相手部材と接合されているため、このモジュ
ール基板に、封止用のＯリングや接続用のビス等を設け
る必要がなく、モジュール基板の小型化を図る戸ができ
る。また、モジュールは回路ケース内側に実装されるた
め、制御回路との端子配線が簡単ですむ。なお、一般
に、溶接は、接合部を溶かして接合する方法をいい、ア
ーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等がある。一
方、はんだ付け、ろう付け、摩擦拡散溶接等の接合材を
溶かさないで接合する方法もある。本明細書では、溶接
を両方の方法の総称として用いる。但し、回路素子が搭
載されているモジュール基板の溶接では、回路素子等へ
の熱影響を最小限にするために、摩擦拡散溶接法を採用
することが好ましい。
【００１０】前記目的を達成するための第２の液冷却式
回路装置は、モジュールを収納する回路ケースには、開
口が形成され、冷却ケースには、前記冷却液が通って冷
却液室を形成する凹部が形成され、回路素子が搭載され
るモジュール基板が、開口に入れられて該開口の縁と該
モジュール基板とが溶接で隙間なく接合されているモジ
ュール支持板、又は該モジュール基板は、前記モジュー
ルの前記回路素子が該回路ケース内側に位置するよう配
置され、且つ、前記回路ケースの前記開口の縁と前記冷
却ケースの前記凹部の開口の縁とのうちの一方に溶接で
隙間なく接合され、前記冷却ケースは、前記凹部が前記
回路ケースの前記開口側に向くよう、該回路ケースに取
り付けられている、ことを特徴とするものである。
回路装置は、モジュールを収納する回路ケースには、開
口が形成され、冷却ケースには、前記冷却液が通って冷
却液室を形成する凹部が形成され、回路素子が搭載され
るモジュール基板が、開口に入れられて該開口の縁と該
モジュール基板とが溶接で隙間なく接合されているモジ
ュール支持板、又は該モジュール基板は、前記モジュー
ルの前記回路素子が該回路ケース内側に位置するよう配
置され、且つ、前記回路ケースの前記開口の縁と前記冷
却ケースの前記凹部の開口の縁とのうちの一方に溶接で
隙間なく接合され、前記冷却ケースは、前記凹部が前記
回路ケースの前記開口側に向くよう、該回路ケースに取
り付けられている、ことを特徴とするものである。
【００１１】以上の構成により、モジュール基板と回路
ケースの開口縁、又はモジュール基板と回路ケースの開
口縁とは、溶接により一体構造化し、両者間からの漏液
の恐れはまずない。言い換えると、モジュール基板が取
り付けられた回路ケース内は、完全に封止された状態で
ある。このため、冷却ケース内から漏れ出た冷却水が回
路ケース内に入ることはない。また、第1の液冷却式回
路装置と同様に、モジュールを効率よく冷却することが
できると共に、モジュール基板の小型化を図ることがで
きる。さらに、以上の構成では、第1の液冷却式回路装
置よりも、部品点数を少なくすることができる。
ケースの開口縁、又はモジュール基板と回路ケースの開
口縁とは、溶接により一体構造化し、両者間からの漏液
の恐れはまずない。言い換えると、モジュール基板が取
り付けられた回路ケース内は、完全に封止された状態で
ある。このため、冷却ケース内から漏れ出た冷却水が回
路ケース内に入ることはない。また、第1の液冷却式回
路装置と同様に、モジュールを効率よく冷却することが
できると共に、モジュール基板の小型化を図ることがで
きる。さらに、以上の構成では、第1の液冷却式回路装
置よりも、部品点数を少なくすることができる。
【００１２】前記目的を達成するための第３の液冷却式
回路装置は、回路素子が搭載されるモジュール基板が開
口に入れられて該開口の縁と該モジュール基板とが溶接
で隙間なく接合されているモジュール支持板、又は該モ
ジュール基板は、モジュールを収納する回路ケース内に
入れられ、該回路ケース内を二室に仕切り、該回路ケー
スの内面と溶接で隙間なく接合され、前記回路ケースに
形成されたニ室のうち、前記モジュールの前記回路素子
が存在する側の室が回路収納室を形成し、他方の室が冷
却液室を形成し、前記冷却液室には、前記冷却液の流入
口及び流出口が形成されている、ことを特徴とするもの
である。
回路装置は、回路素子が搭載されるモジュール基板が開
口に入れられて該開口の縁と該モジュール基板とが溶接
で隙間なく接合されているモジュール支持板、又は該モ
ジュール基板は、モジュールを収納する回路ケース内に
入れられ、該回路ケース内を二室に仕切り、該回路ケー
スの内面と溶接で隙間なく接合され、前記回路ケースに
形成されたニ室のうち、前記モジュールの前記回路素子
が存在する側の室が回路収納室を形成し、他方の室が冷
却液室を形成し、前記冷却液室には、前記冷却液の流入
口及び流出口が形成されている、ことを特徴とするもの
である。
【００１３】以上の構成でも、モジュール基板及びモジ
ュール支持板で、又はモジュール基板で、回路ケース内
をニ室に仕切るにあたり、これらを溶接で隙間なく回路
ケースの内面に接合したので、ニ室のうちの一方の冷却
水室からの冷却水が、他方の回路収納室内へ入ることは
ない。しかも、このような構成にすれば、Ｏリング等の
封止部材やビス等の接続部材等が不要になり、より部品
点数を減らすことができる。
ュール支持板で、又はモジュール基板で、回路ケース内
をニ室に仕切るにあたり、これらを溶接で隙間なく回路
ケースの内面に接合したので、ニ室のうちの一方の冷却
水室からの冷却水が、他方の回路収納室内へ入ることは
ない。しかも、このような構成にすれば、Ｏリング等の
封止部材やビス等の接続部材等が不要になり、より部品
点数を減らすことができる。
【００１４】なお、第３の液冷却式回路装置において、
前記回路ケースを形成するケース形成部材のうち、前記
冷却液室を形成する部材の少なくとも一部が、該ケース
形成部材の他の部分に対して、着脱可能に取り付けられ
ている場合には、部品点数が若干増加するものの、メイ
ンテナンス作業等の各種作業を容易に行うことができ
る。
前記回路ケースを形成するケース形成部材のうち、前記
冷却液室を形成する部材の少なくとも一部が、該ケース
形成部材の他の部分に対して、着脱可能に取り付けられ
ている場合には、部品点数が若干増加するものの、メイ
ンテナンス作業等の各種作業を容易に行うことができ
る。
【００１５】また、前記目的を達成するための回路素子
装置の製造方法は、回転ツールの回転で生じる摩擦熱に
よる塑性流動を利用した摩擦拡散溶接法で、回路素子が
搭載されている基板と他の部材とを互いに溶接接合する
ことを特徴とするものである。ここで、前記基板と前記
他の部材とは、いずれも同一金属元素を含む部材である
ことが好ましい。
装置の製造方法は、回転ツールの回転で生じる摩擦熱に
よる塑性流動を利用した摩擦拡散溶接法で、回路素子が
搭載されている基板と他の部材とを互いに溶接接合する
ことを特徴とするものである。ここで、前記基板と前記
他の部材とは、いずれも同一金属元素を含む部材である
ことが好ましい。
【００１６】また、前記目的を達成するための回路素子
装置は、回路素子が搭載されている基板と他の部材とは
互いに溶接接合され、溶接接合された部分の結晶粒は、
元のそれぞれの部材の結晶粒よりも小さい、ことを特徴
とするものである。
装置は、回路素子が搭載されている基板と他の部材とは
互いに溶接接合され、溶接接合された部分の結晶粒は、
元のそれぞれの部材の結晶粒よりも小さい、ことを特徴
とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液冷却式回路
装置の各種実施形態について、図面を用いて説明する。
装置の各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】まず、本発明に係る液冷却式回路装置の第
1の実施形態について、図１及び図２を用いて説明す
る。なお、本実施形態、後述する各実施形態及び各変形
例の相互間において、同一構成要素には同一の数字を付
し、重複した説明を省略している。また、一実施形態又
は一変形例内において、同種の部材が複数存在する場合
には、この部材に対して、同一の数字を付し、その数字
の添え字として異なる英小字を付している。
1の実施形態について、図１及び図２を用いて説明す
る。なお、本実施形態、後述する各実施形態及び各変形
例の相互間において、同一構成要素には同一の数字を付
し、重複した説明を省略している。また、一実施形態又
は一変形例内において、同種の部材が複数存在する場合
には、この部材に対して、同一の数字を付し、その数字
の添え字として異なる英小字を付している。
【００１９】図１において、１ａ〜１ｄは電力回路素
子、２ａ，２ｂ，…は電力回路素子１ａ〜１ｄが搭載さ
れるモジュール基板、３は各モジュール基板２ａ，２
ｂ，…が取り付けられるモジュール支持板、４ａ，４
ｂ，…は電力モジュール基板２ａ，２ｂ，…とモジュー
ル支持板３との間の溶接部、５は回路ケース、６は回路
ケース５に設けられた開口部、７は冷却ケース、８は冷
却ケース７とモジュール支持板３との間を封止する封止
部材(例えばOリング)、９は回路ケース５とモジュール
支持板との間を封止する封止部材(例えばOリング)、１
０ａ，１０ｂは回路ケース５とモジュール支持板３と冷
却ケース７とを締結するボルト、１１は冷却ケース７内
の冷却液が通る冷却液室、１２は冷却液、１３は回路ケ
ース５の内側、１４ａ，１４ｂ，…はモジュール基板２
ａ，２ｂ，…の素子搭載面（表面）、１５ａ，１５ｂは
モジュール搭載面とは反対面（裏面）である。
子、２ａ，２ｂ，…は電力回路素子１ａ〜１ｄが搭載さ
れるモジュール基板、３は各モジュール基板２ａ，２
ｂ，…が取り付けられるモジュール支持板、４ａ，４
ｂ，…は電力モジュール基板２ａ，２ｂ，…とモジュー
ル支持板３との間の溶接部、５は回路ケース、６は回路
ケース５に設けられた開口部、７は冷却ケース、８は冷
却ケース７とモジュール支持板３との間を封止する封止
部材(例えばOリング)、９は回路ケース５とモジュール
支持板との間を封止する封止部材(例えばOリング)、１
０ａ，１０ｂは回路ケース５とモジュール支持板３と冷
却ケース７とを締結するボルト、１１は冷却ケース７内
の冷却液が通る冷却液室、１２は冷却液、１３は回路ケ
ース５の内側、１４ａ，１４ｂ，…はモジュール基板２
ａ，２ｂ，…の素子搭載面（表面）、１５ａ，１５ｂは
モジュール搭載面とは反対面（裏面）である。
【００２０】電力回路素子１には、発熱素子であるIGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワーデバ
イスが内部に設けられている。この電力回路素子１は、
基板２の素子搭載面１４に電気的絶縁をとって実装さ
れ、電力回路素子１と基板２との間の熱抵抗が極力小さ
くされている。ここでは、電気的絶縁をとるため、基板
２の素子搭載面１４上に熱伝導が高い、例えばAlNセラ
ミックスが接着され、その上の電極パターン上に電力回
路素子１がはんだ付けされて、電力モジュールが形成さ
れている。
(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワーデバ
イスが内部に設けられている。この電力回路素子１は、
基板２の素子搭載面１４に電気的絶縁をとって実装さ
れ、電力回路素子１と基板２との間の熱抵抗が極力小さ
くされている。ここでは、電気的絶縁をとるため、基板
２の素子搭載面１４上に熱伝導が高い、例えばAlNセラ
ミックスが接着され、その上の電極パターン上に電力回
路素子１がはんだ付けされて、電力モジュールが形成さ
れている。
【００２１】モジュール支持板３には、モジュール基板
２のサイズに応じた複数の開口が形成されており、これ
らの開口に各モジュール基板２が嵌め込まれ、これらの
開口縁と各モジュール基板２の外縁との間が溶接で隙間
なく接合されている。
２のサイズに応じた複数の開口が形成されており、これ
らの開口に各モジュール基板２が嵌め込まれ、これらの
開口縁と各モジュール基板２の外縁との間が溶接で隙間
なく接合されている。
【００２２】この溶接は、摩擦拡散溶接（ＦＳＷ：Fric
tion Stir Welding）と呼ばれる溶接方法で、図１３
に示すように、接合部材相互間、ここではモジュール支
持板３の開口縁とモジュール基板２の外縁との間に、回
転している回転ツールを所定の深さまで挿入し、回転ツ
ールを回転させたまま、接合線の方向に相対移動させ、
接合部材との間の摩擦熱で接合部材を塑性流動化し、接
合部材の融点以下の低温で且つ局所的な加熱（摩擦熱に
よる加熱）のみで、接合部材相互を溶接する方法であ
る。この溶接による溶接部の結晶粒は、レーザビーム溶
接やアーク溶接等の溶接と異なり、元のそれぞれの部材
の結晶粒よりも小さくなる。以上のように、この溶接
は、低温で且つ局所的な加熱で済むため、モジュール基
板等の機械的な熱歪みの悪影響や絶縁劣化等の電気的悪
影響等、つまり、電力モジュールへの熱的な各種悪影響
を回避することができる。また、この溶接では、金属蒸
気や金属粉が発生しないため、溶接過程における電気モ
ジュールの汚染も回避することができる。なお、この実
施形態では、伝熱性に優れ且つ摩擦拡散溶接に適した金
属であるＡｌ合金又はＡｌＳｉＣ合金で、モジュール支
持板３及びモジュール基板２を形成している。
tion Stir Welding）と呼ばれる溶接方法で、図１３
に示すように、接合部材相互間、ここではモジュール支
持板３の開口縁とモジュール基板２の外縁との間に、回
転している回転ツールを所定の深さまで挿入し、回転ツ
ールを回転させたまま、接合線の方向に相対移動させ、
接合部材との間の摩擦熱で接合部材を塑性流動化し、接
合部材の融点以下の低温で且つ局所的な加熱（摩擦熱に
よる加熱）のみで、接合部材相互を溶接する方法であ
る。この溶接による溶接部の結晶粒は、レーザビーム溶
接やアーク溶接等の溶接と異なり、元のそれぞれの部材
の結晶粒よりも小さくなる。以上のように、この溶接
は、低温で且つ局所的な加熱で済むため、モジュール基
板等の機械的な熱歪みの悪影響や絶縁劣化等の電気的悪
影響等、つまり、電力モジュールへの熱的な各種悪影響
を回避することができる。また、この溶接では、金属蒸
気や金属粉が発生しないため、溶接過程における電気モ
ジュールの汚染も回避することができる。なお、この実
施形態では、伝熱性に優れ且つ摩擦拡散溶接に適した金
属であるＡｌ合金又はＡｌＳｉＣ合金で、モジュール支
持板３及びモジュール基板２を形成している。
【００２３】以上のように、複数の電力モジュールがモ
ジュール支持板３に溶接されることによって、複数の電
力モジュールは一体化される。モジュール支持板３のサ
イズは、回路ケース５の開口部６のサイズよりも大き
い。このモジュール支持板３は、これに搭載されている
各電力モジュールが回路ケース５の開口部６から内側１
３を臨むように、回路ケース５の外側から、この回路ケ
ース５にセットされる。また、モジュール支持板３に対
し、回路ケース５とは反対側に冷却ケース７がセットさ
せる。回路ケース５、モジュール支持体３及び冷却ケー
ス７は、これらにボルト１０ａ，１０ｂ，…が捩じ込ま
れて、相互に接続固定される。各部材相互間であって、
ボルト１０よりも電力回路素子側には、Ｏリングのよう
な封止部材８,９が、互いの接合部全周に挿入されてい
る。回路ケース５の内側１３には、図示されていない
が、電力モジュールの制御回路、その電源回路及びそれ
らの基板が収納されている。
ジュール支持板３に溶接されることによって、複数の電
力モジュールは一体化される。モジュール支持板３のサ
イズは、回路ケース５の開口部６のサイズよりも大き
い。このモジュール支持板３は、これに搭載されている
各電力モジュールが回路ケース５の開口部６から内側１
３を臨むように、回路ケース５の外側から、この回路ケ
ース５にセットされる。また、モジュール支持板３に対
し、回路ケース５とは反対側に冷却ケース７がセットさ
せる。回路ケース５、モジュール支持体３及び冷却ケー
ス７は、これらにボルト１０ａ，１０ｂ，…が捩じ込ま
れて、相互に接続固定される。各部材相互間であって、
ボルト１０よりも電力回路素子側には、Ｏリングのよう
な封止部材８,９が、互いの接合部全周に挿入されてい
る。回路ケース５の内側１３には、図示されていない
が、電力モジュールの制御回路、その電源回路及びそれ
らの基板が収納されている。
【００２４】この実施形態において、複数の電力モジュ
ールは、図２に示すように、３相インバータ回路を構成
している。同図において、Ｐは＋直流電源、Ｎは−直流
電源、１８ａ〜１８ｆはＩＧＢＴとダイオードで構成す
る１アーム分、１９ａ〜１９ｆはコレクタ、２０ａ〜２
０ｆはエミッタ、２１ａ〜２１ｆはゲート、２２ａ〜２
２ｆは補助エミッタを示す。３相インバータ回路は、全
部で６アームによって構成されている。以上で説明した
電力回路素子１が、図２における１アーム（１８ａ〜１
８ｆのうちのいずれか一つ）を構成する場合には、モジ
ュール支持板３に、６個の電力モジュールが溶接搭載さ
れることで、３相インバータが形成される。また、電力
回路素子１が、図２における２アームを構成する場合
（例えば、１８a及び１８b）には、モジュール支持板３
に、３個の電力モジュールが溶接搭載されることで、３
相インバータが形成される。当然、電力回路素子１が、
図２における６アームを構成する場合（例えば、１８a
〜１８f）には、モジュール支持板３に、１個の電力モ
ジュールが溶接搭載されることで、３相インバータが形
成される。このように、１つのモジュール支持体で、３
相インバータ回路を構成することで、この回路の使い勝
って性をよくする。
ールは、図２に示すように、３相インバータ回路を構成
している。同図において、Ｐは＋直流電源、Ｎは−直流
電源、１８ａ〜１８ｆはＩＧＢＴとダイオードで構成す
る１アーム分、１９ａ〜１９ｆはコレクタ、２０ａ〜２
０ｆはエミッタ、２１ａ〜２１ｆはゲート、２２ａ〜２
２ｆは補助エミッタを示す。３相インバータ回路は、全
部で６アームによって構成されている。以上で説明した
電力回路素子１が、図２における１アーム（１８ａ〜１
８ｆのうちのいずれか一つ）を構成する場合には、モジ
ュール支持板３に、６個の電力モジュールが溶接搭載さ
れることで、３相インバータが形成される。また、電力
回路素子１が、図２における２アームを構成する場合
（例えば、１８a及び１８b）には、モジュール支持板３
に、３個の電力モジュールが溶接搭載されることで、３
相インバータが形成される。当然、電力回路素子１が、
図２における６アームを構成する場合（例えば、１８a
〜１８f）には、モジュール支持板３に、１個の電力モ
ジュールが溶接搭載されることで、３相インバータが形
成される。このように、１つのモジュール支持体で、３
相インバータ回路を構成することで、この回路の使い勝
って性をよくする。
【００２５】１つの３相インバータ回路は１台の３相モ
ータを制御する。このため、あるシステムが複数台のモ
ータを必要とする場合、回路ケース５には、モータ台数
に対応した数量の３相インバータ回路を搭載する必要が
ある。したがって、例えば、電力回路素子１が図２にお
ける１アームを構成し、２台のモータを有するシステム
へ適用する場合、回路素子１は、２つのインバータ回路
を構成する分の１２（＝６×２）個必要になる。２つの
インバータ回路を構成する１２個の回路素子１は、一つ
のモジュール支持板３に取り付けてもよいが、二つのモ
ジュール支持板３を用い、各モジュール支持板３に、一
つのインバータ回路を構成する６個の回路素子１を取り
付けるようにしてもよい。また、ここでは、３相モータ
を駆動するための３相インバータ回路について説明した
が、２相モータを駆動する場合、インバータ回路は２相
インバータ回路になることは言うまでもない。
ータを制御する。このため、あるシステムが複数台のモ
ータを必要とする場合、回路ケース５には、モータ台数
に対応した数量の３相インバータ回路を搭載する必要が
ある。したがって、例えば、電力回路素子１が図２にお
ける１アームを構成し、２台のモータを有するシステム
へ適用する場合、回路素子１は、２つのインバータ回路
を構成する分の１２（＝６×２）個必要になる。２つの
インバータ回路を構成する１２個の回路素子１は、一つ
のモジュール支持板３に取り付けてもよいが、二つのモ
ジュール支持板３を用い、各モジュール支持板３に、一
つのインバータ回路を構成する６個の回路素子１を取り
付けるようにしてもよい。また、ここでは、３相モータ
を駆動するための３相インバータ回路について説明した
が、２相モータを駆動する場合、インバータ回路は２相
インバータ回路になることは言うまでもない。
【００２６】以上、本実施形態では、冷却液１２が冷却
液室１１を通過すると、モジュール基板裏面１５が冷却
液１２に直接接触することになるので、モジュール基板
２に搭載されている電力回路素子1を効率よく冷却する
ことができる。また、モジュール基板２とモジュール支
持板３とは、溶接部４で結合されるため、この接合部の
経時変化による劣化がほとんどなく、しかも、接合部が
溶接で形成されて劣化がほとんどないために、現時点に
おいても将来的にも、この溶接部４を通って冷却液が回
路ケース内に漏液することはなく高い信頼性を得ること
ができる。また、冷却ケース７とモジュール支持板３と
の間に配されている封止部材８が経時変化を起こし、仮
に、冷却液１２が漏液した場合でも、両者間の接続部分
は回路ケース５の外に位置しているため、両者間の隙間
１６から冷却液１２が外部へ流れ出すだけで、回路ケー
ス５内に浸液することはない。さらに、モジュール基板
２を溶接でモジュール支持板３に接合しているため、モ
ジュール基盤２には、Ｏリングやビス等の取り付け部分
を形成する必要がなくなり、モジュール基板２の小型化
を図ることができる。この結果、比較的高価なモジュー
ル基板のコストを抑えることができると共に、電力回路
素子１の相互間の間隔が狭まり、装置全体の小型化も図
ることができる。また、モジュール基板２の小型化のた
めに、モジュール基板２をモジュール支持板３に溶接で
接合しているが、この溶接は、前述したように、摩擦拡
散溶接であるため、溶接時における電力回路素子１への
熱影響を抑えることができる。
液室１１を通過すると、モジュール基板裏面１５が冷却
液１２に直接接触することになるので、モジュール基板
２に搭載されている電力回路素子1を効率よく冷却する
ことができる。また、モジュール基板２とモジュール支
持板３とは、溶接部４で結合されるため、この接合部の
経時変化による劣化がほとんどなく、しかも、接合部が
溶接で形成されて劣化がほとんどないために、現時点に
おいても将来的にも、この溶接部４を通って冷却液が回
路ケース内に漏液することはなく高い信頼性を得ること
ができる。また、冷却ケース７とモジュール支持板３と
の間に配されている封止部材８が経時変化を起こし、仮
に、冷却液１２が漏液した場合でも、両者間の接続部分
は回路ケース５の外に位置しているため、両者間の隙間
１６から冷却液１２が外部へ流れ出すだけで、回路ケー
ス５内に浸液することはない。さらに、モジュール基板
２を溶接でモジュール支持板３に接合しているため、モ
ジュール基盤２には、Ｏリングやビス等の取り付け部分
を形成する必要がなくなり、モジュール基板２の小型化
を図ることができる。この結果、比較的高価なモジュー
ル基板のコストを抑えることができると共に、電力回路
素子１の相互間の間隔が狭まり、装置全体の小型化も図
ることができる。また、モジュール基板２の小型化のた
めに、モジュール基板２をモジュール支持板３に溶接で
接合しているが、この溶接は、前述したように、摩擦拡
散溶接であるため、溶接時における電力回路素子１への
熱影響を抑えることができる。
【００２７】なお、本実施形態にでは、モジュール基板
２の全周に渡って、摩擦拡散溶接を行っているが、回転
ツールが他の部材と干渉して、この回転ツールを目的の
溶接位置に配置することができない場合には、その部分
に関して、他の溶接、例えば、アーク溶接、レーザビー
ム溶接、電子ビーム溶接等を行ってもよいし、はんだ付
けやろう付け等の接合方法を採用してもよい。
２の全周に渡って、摩擦拡散溶接を行っているが、回転
ツールが他の部材と干渉して、この回転ツールを目的の
溶接位置に配置することができない場合には、その部分
に関して、他の溶接、例えば、アーク溶接、レーザビー
ム溶接、電子ビーム溶接等を行ってもよいし、はんだ付
けやろう付け等の接合方法を採用してもよい。
【００２８】次に、本発明に係る液冷却式回路装置の第
２の実施形態について、図３を用いて説明する。
２の実施形態について、図３を用いて説明する。
【００２９】第１の実施形態は、１つの回路ケース５に
対して１つのモジュール支持板３を設けたものである
が、本実施形態は、第１の実施形態の変形例で、１つの
回路ケース５に対して複数のモジュール支持板３を設け
たもので、その他の構成に関しては、基本的に第１の実
施形態と同様である。
対して１つのモジュール支持板３を設けたものである
が、本実施形態は、第１の実施形態の変形例で、１つの
回路ケース５に対して複数のモジュール支持板３を設け
たもので、その他の構成に関しては、基本的に第１の実
施形態と同様である。
【００３０】この第２の実施形態では、回路ケース５の
底に、二つの開口部６ａ，６ｂを形成し、各開口部６
ａ，６ｂに、モジュール支持板３ａ，３ｂ、さらに、冷
却ケース７，７を取り付けている。各冷却ケース７，７
内の冷却液室１１ａ，１１ｂは、図示されていない箇所
で接続されており、同図が画かれている紙面に対して垂
直に、一方の冷却液室１１ａ内に流れ込んだ冷却液１２
ａは、他方の冷却液室１１ｂから、冷却液１２ｂとなっ
て流れ出すようになっている。すなわち、ここでは、冷
却液供給源に対して、二つの冷却液室１１ａ，１１ｂ
は、直列に接続されている。なお、複数の冷却液室は、
本実施形態のように、冷却液供給源に対して直列に接続
されている必要はなく、電力モジュールの冷却効率や使
用冷却水量等を考慮して、冷却供給源に対して並列に接
続させてもよい。
底に、二つの開口部６ａ，６ｂを形成し、各開口部６
ａ，６ｂに、モジュール支持板３ａ，３ｂ、さらに、冷
却ケース７，７を取り付けている。各冷却ケース７，７
内の冷却液室１１ａ，１１ｂは、図示されていない箇所
で接続されており、同図が画かれている紙面に対して垂
直に、一方の冷却液室１１ａ内に流れ込んだ冷却液１２
ａは、他方の冷却液室１１ｂから、冷却液１２ｂとなっ
て流れ出すようになっている。すなわち、ここでは、冷
却液供給源に対して、二つの冷却液室１１ａ，１１ｂ
は、直列に接続されている。なお、複数の冷却液室は、
本実施形態のように、冷却液供給源に対して直列に接続
されている必要はなく、電力モジュールの冷却効率や使
用冷却水量等を考慮して、冷却供給源に対して並列に接
続させてもよい。
【００３１】以上、本実施形態によれば、モジュール支
持体単位で、電力モジュールを回路ケース５に対して着
脱させることができる。このため、いずれかのモジュー
ル支持体中の電力モジュールが故障した場合には、この
電力モジュールが搭載されているモジュール支持体を交
換すればよく、他のモジュール支持体までも交換する必
要はない。
持体単位で、電力モジュールを回路ケース５に対して着
脱させることができる。このため、いずれかのモジュー
ル支持体中の電力モジュールが故障した場合には、この
電力モジュールが搭載されているモジュール支持体を交
換すればよく、他のモジュール支持体までも交換する必
要はない。
【００３２】次に、図４を用いて、本発明に係る液冷却
式回路装置の第３の実施形態について説明する。
式回路装置の第３の実施形態について説明する。
【００３３】回路ケース５の底には、搭載する電力モジ
ュールの数量と同じ数量で、且つモジュール基板２のサ
イズに合った複数の開口部６が形成されている。各開口
部６には、電力回路素子１が搭載されているモジュール
基板２が入れられ、その基板２の外周縁と回路ケース開
口部６の内周縁とが隙間なく溶接されて、複数の電力モ
ジュールが回路ケース５に固定されている。冷却ケース
７は、複数の回路ケース開口部６を覆うように配置さ
れ、ボルト１０により、回路ケース５に固定されてい
る。両部材間には、例えば、Ｏリングのような封止部材
８が、互いの接合部全周に挿入されている。
ュールの数量と同じ数量で、且つモジュール基板２のサ
イズに合った複数の開口部６が形成されている。各開口
部６には、電力回路素子１が搭載されているモジュール
基板２が入れられ、その基板２の外周縁と回路ケース開
口部６の内周縁とが隙間なく溶接されて、複数の電力モ
ジュールが回路ケース５に固定されている。冷却ケース
７は、複数の回路ケース開口部６を覆うように配置さ
れ、ボルト１０により、回路ケース５に固定されてい
る。両部材間には、例えば、Ｏリングのような封止部材
８が、互いの接合部全周に挿入されている。
【００３４】この構造において、冷却液１２が冷却液室
１１を通過すると、モジュール基板裏面１５及び回路ケ
ースの一部５aを効率よく冷却する。この際、モジュー
ル基板２と回路ケース５は溶接で固定されているため、
この接合部品質の経時変化による劣化はない。従って、
この溶接部４を通って冷却液１２が回路ケース５内に漏
液することはなく高い信頼性が得られる。また、封止部
材８の品質が経時変化を起こし、仮に、冷却液が漏液し
た場合でも、冷却液１２は、冷却ケース７と回路ケース
５との隙間１６から外部へ流れ出し、回路ケース５内へ
冷却液が漏液することは全くない。
１１を通過すると、モジュール基板裏面１５及び回路ケ
ースの一部５aを効率よく冷却する。この際、モジュー
ル基板２と回路ケース５は溶接で固定されているため、
この接合部品質の経時変化による劣化はない。従って、
この溶接部４を通って冷却液１２が回路ケース５内に漏
液することはなく高い信頼性が得られる。また、封止部
材８の品質が経時変化を起こし、仮に、冷却液が漏液し
た場合でも、冷却液１２は、冷却ケース７と回路ケース
５との隙間１６から外部へ流れ出し、回路ケース５内へ
冷却液が漏液することは全くない。
【００３５】さらに、本実施形態では、電力モジュール
を回路ケース５に直接溶接するため、第１の実施形態に
おけるモジュール支持板３や封止部材８を減らすことが
でき、製造コストを抑えることができる。しかも、封止
部材による封止箇所が少なくなっているので、漏液に対
する信頼性を向上させることができる。また、回路ケー
ス５の一部５ａも冷却するため、この一部ａ又はその近
傍に、制御回路として用いられるマイクロコンピュータ
を搭載することで、これを冷却することもできる。
を回路ケース５に直接溶接するため、第１の実施形態に
おけるモジュール支持板３や封止部材８を減らすことが
でき、製造コストを抑えることができる。しかも、封止
部材による封止箇所が少なくなっているので、漏液に対
する信頼性を向上させることができる。また、回路ケー
ス５の一部５ａも冷却するため、この一部ａ又はその近
傍に、制御回路として用いられるマイクロコンピュータ
を搭載することで、これを冷却することもできる。
【００３６】なお、この実施形態では、モジュール基板
２を回路ケース５の開口部６の縁に直接溶接したが、第
１の実施形態のように、モジュール基板２をモジュール
支持板３に溶接し、このモジュール支持板３を回路ケー
ス５の開口の縁に溶接してもよい。
２を回路ケース５の開口部６の縁に直接溶接したが、第
１の実施形態のように、モジュール基板２をモジュール
支持板３に溶接し、このモジュール支持板３を回路ケー
ス５の開口の縁に溶接してもよい。
【００３７】次に、図５を用いて、本発明に係る液冷却
式回路装置の第４の実施形態について説明する。
式回路装置の第４の実施形態について説明する。
【００３８】以上で説明した第３の実施形態は、電力モ
ジュールを回路ケース５に溶接したものであるが、本実
施形態は、電力モジュールを冷却ケース７Ａに溶接した
ものである。
ジュールを回路ケース５に溶接したものであるが、本実
施形態は、電力モジュールを冷却ケース７Ａに溶接した
ものである。
【００３９】本実施形態の冷却ケース７Ａは、外部から
冷却液室１１に貫通し、且つモジュール基板２のサイズ
に応じたサイズの開口が形成されている。この冷却ケー
ス７Ａの開口に、モジュール基板２が入れられて、この
開口の縁とモジュール基板２とが溶接で隙間なく接合さ
れている。この冷却ケース７Ａは、電力モジュールが回
路ケース開口部６を通して回路ケース５内に位置するよ
うに、回路ケース５の外側から、回路ケース５にボルト
１０で固定されている。両部材間には、例えば、Ｏリン
グのような封止部材８が、互いの接合部全周（回路ケー
ス開口部６の全周）に挿入されいる。
冷却液室１１に貫通し、且つモジュール基板２のサイズ
に応じたサイズの開口が形成されている。この冷却ケー
ス７Ａの開口に、モジュール基板２が入れられて、この
開口の縁とモジュール基板２とが溶接で隙間なく接合さ
れている。この冷却ケース７Ａは、電力モジュールが回
路ケース開口部６を通して回路ケース５内に位置するよ
うに、回路ケース５の外側から、回路ケース５にボルト
１０で固定されている。両部材間には、例えば、Ｏリン
グのような封止部材８が、互いの接合部全周（回路ケー
ス開口部６の全周）に挿入されいる。
【００４０】この構造においても、以上の実施形態と同
様に、冷却液１２が冷却液室１１を通過すると、電力モ
ジュール基板裏面１５を効率よく冷却する。この際、モ
ジュール基板２と冷却ケース７Ａは溶接で固定されるた
め、この接合部品質の経時変化による劣化はない。従っ
て、この溶接部４を通って冷却液が回路ケース内に漏液
することはなく高い信頼性が得られる。また、封止部材
８の品質が経時変化を起こし、仮に、冷却液が漏液した
場合でも、冷却液１２は、冷却ケース７Ａと回路ケース
５との隙間１６から外部へ流れ出し、回路ケース５内へ
冷却液が漏液することは全くない。
様に、冷却液１２が冷却液室１１を通過すると、電力モ
ジュール基板裏面１５を効率よく冷却する。この際、モ
ジュール基板２と冷却ケース７Ａは溶接で固定されるた
め、この接合部品質の経時変化による劣化はない。従っ
て、この溶接部４を通って冷却液が回路ケース内に漏液
することはなく高い信頼性が得られる。また、封止部材
８の品質が経時変化を起こし、仮に、冷却液が漏液した
場合でも、冷却液１２は、冷却ケース７Ａと回路ケース
５との隙間１６から外部へ流れ出し、回路ケース５内へ
冷却液が漏液することは全くない。
【００４１】さらに、本実施形態では、電力モジュール
を冷却ケース７に直接溶接するため、第１の実施形態に
おけるモジュール支持板３や封止部材８を減らすことが
でき、製造コストを抑えることができる。しかも、封止
部材による封止箇所が少なくなっているので、漏液に対
する信頼性を向上させることができる。
を冷却ケース７に直接溶接するため、第１の実施形態に
おけるモジュール支持板３や封止部材８を減らすことが
でき、製造コストを抑えることができる。しかも、封止
部材による封止箇所が少なくなっているので、漏液に対
する信頼性を向上させることができる。
【００４２】なお、この実施形態では、モジュール基板
２を冷却ケース７Ａの開口部の縁に直接溶接したが、第
１の実施形態のように、モジュール基板２をモジュール
支持板３に溶接し、このモジュール支持板３を冷却ケー
ス７Ａの開口の縁に溶接してもよい。
２を冷却ケース７Ａの開口部の縁に直接溶接したが、第
１の実施形態のように、モジュール基板２をモジュール
支持板３に溶接し、このモジュール支持板３を冷却ケー
ス７Ａの開口の縁に溶接してもよい。
【００４３】次に、図６を用いて、液冷却式回路装置の
第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態について説明する。
【００４４】本実施形態は、以上の実施形態における回
路ケース及び冷却ケースを一体化した回路ケース５Ａを
用いている。この回路ケース５Ａの壁板の一部は、冷却
液室１１を形成すべく、内側から外側に向かって凹んで
いる。この凹みの開口部６には、冷却液室１１と反対側
に電力回路素子１が位置するように、電力モジュールが
搭載されているモジュール支持板３が、溶接により隙間
なく接合されている。このモジュール支持板３により、
回路ケース５Ａ内は、ニ室に仕切られている。このニ室
のうち、一方が前述した冷却液室１１を形成し、他方が
回路収納室１３を形成する。冷却液室１１には、図示さ
れていないが、冷却液の流入口及び流出口が形成されて
いる。
路ケース及び冷却ケースを一体化した回路ケース５Ａを
用いている。この回路ケース５Ａの壁板の一部は、冷却
液室１１を形成すべく、内側から外側に向かって凹んで
いる。この凹みの開口部６には、冷却液室１１と反対側
に電力回路素子１が位置するように、電力モジュールが
搭載されているモジュール支持板３が、溶接により隙間
なく接合されている。このモジュール支持板３により、
回路ケース５Ａ内は、ニ室に仕切られている。このニ室
のうち、一方が前述した冷却液室１１を形成し、他方が
回路収納室１３を形成する。冷却液室１１には、図示さ
れていないが、冷却液の流入口及び流出口が形成されて
いる。
【００４５】本実施形態では、冷却液室１１が完全封止
されているので、漏液の問題を回避することができる。
また、Ｏリング等の封止部材を一切に用いないので、構
造が非常に簡単になり、製造コストを抑えることができ
る。
されているので、漏液の問題を回避することができる。
また、Ｏリング等の封止部材を一切に用いないので、構
造が非常に簡単になり、製造コストを抑えることができ
る。
【００４６】次に、図７を用いて、本発明に係る液冷却
式回路装置の第６の実施形態について説明する。
式回路装置の第６の実施形態について説明する。
【００４７】本実施形態は、第５の実施形態の変形例
で、回路収納室１３から冷却液室１１へ貫通する開口部
６のサイズを、モジュール基板２のサイズに合せ、この
開口部６にモジュール基板２を入れて、開口部６の縁と
モジュール基板２とを溶接で隙間なく接合したものであ
る。言い換えると、本実施形態は、第５の実施形態にお
けるモジュール支持板３を省略し、モジュール基板２を
回路ケース５Ａの内面の一部に直接溶接したものであ
る。
で、回路収納室１３から冷却液室１１へ貫通する開口部
６のサイズを、モジュール基板２のサイズに合せ、この
開口部６にモジュール基板２を入れて、開口部６の縁と
モジュール基板２とを溶接で隙間なく接合したものであ
る。言い換えると、本実施形態は、第５の実施形態にお
けるモジュール支持板３を省略し、モジュール基板２を
回路ケース５Ａの内面の一部に直接溶接したものであ
る。
【００４８】この実施形態は、基本的に、第５の実施形
態とモジュール支持板９の有無の差のみなので、モジュ
ール支持板９を省略できるという効果以外、第４の実施
形態と同様の効果を得ることができる。
態とモジュール支持板９の有無の差のみなので、モジュ
ール支持板９を省略できるという効果以外、第４の実施
形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】次に、図８を用いて、本発明に係る液冷却
式回路装置の第７の実施形態について説明する。
式回路装置の第７の実施形態について説明する。
【００５０】本実施形態は、第６の実施形態の変形例
で、回路ケース５Ｂを二分割にしたもので、その他は基
本的に第５の実施形態と同様である。本実施形態の回路
ケース５Ｂは、冷却液室１１となる凹部を形成する部
分、及びこの凹部の開口縁に連なっている壁部から成る
冷却室側部７Ｂと、残りの部分とで構成されている。回
路ケース５Ｂを形成する二つの部分は、ボルト１０で連
結され、両者間には、封止部材８としてのＯリングが設
けられている。
で、回路ケース５Ｂを二分割にしたもので、その他は基
本的に第５の実施形態と同様である。本実施形態の回路
ケース５Ｂは、冷却液室１１となる凹部を形成する部
分、及びこの凹部の開口縁に連なっている壁部から成る
冷却室側部７Ｂと、残りの部分とで構成されている。回
路ケース５Ｂを形成する二つの部分は、ボルト１０で連
結され、両者間には、封止部材８としてのＯリングが設
けられている。
【００５１】このように、回路ケース５Ｂを二分割する
ことで、部品点数が多くなるものの、回路ケース５Ｂへ
の電力モジュールの溶接作業や、回路ケース５Ｂ内の配
線作業、さらに、修理や保守点検作業を容易に行うこと
ができる。
ことで、部品点数が多くなるものの、回路ケース５Ｂへ
の電力モジュールの溶接作業や、回路ケース５Ｂ内の配
線作業、さらに、修理や保守点検作業を容易に行うこと
ができる。
【００５２】次に、図９を用いて、本発明に係る液冷却
式回路装置の第８の実施形態について説明する。
式回路装置の第８の実施形態について説明する。
【００５３】本実施形態は、第５の実施形態の変形例
で、回路ケース５Ｃを二分割にしたもので、その他は基
本的に第５の実施形態と同様である。本実施形態の回路
ケース５Ｃは、冷却液室１１の凹部の底壁７Ｃと、残り
の部分とで構成されている。回路ケース５Ｃを形成する
二つの部分は、ボルト１０で連結され、両者間には、封
止部材８としてのＯリングが設けられている。
で、回路ケース５Ｃを二分割にしたもので、その他は基
本的に第５の実施形態と同様である。本実施形態の回路
ケース５Ｃは、冷却液室１１の凹部の底壁７Ｃと、残り
の部分とで構成されている。回路ケース５Ｃを形成する
二つの部分は、ボルト１０で連結され、両者間には、封
止部材８としてのＯリングが設けられている。
【００５４】このように、回路ケース５Ｃを二分割する
ことで、部品点数が多くなるものの、回路ケース５Ｃへ
のモジュール支持板３の溶接作業や、冷却液室１１内の
メインテナンス作業等を容易に行うことができる。
ことで、部品点数が多くなるものの、回路ケース５Ｃへ
のモジュール支持板３の溶接作業や、冷却液室１１内の
メインテナンス作業等を容易に行うことができる。
【００５５】なお、先の述べた第１〜第６の実施形態
も、第７及び第８の実施形態のように、回路ケースをニ
分割したものの一種である。
も、第７及び第８の実施形態のように、回路ケースをニ
分割したものの一種である。
【００５６】次に、図１０を用いて、本発明に係る液冷
却式回路装置の第９の実施形態について説明する。
却式回路装置の第９の実施形態について説明する。
【００５７】本実施形態は、第６の実施形態の変形例
で、各電力モジュールに対して、冷却液１２が直列的に
接触するように、この冷却液１２の流路を形成したもの
で、その他は基本的に第６の実施形態と同様である。本
実施形態の回路ケース５Ａａの壁面の一部は、コ字型に
凹んでおり、この凹んだ部分が冷却液室１１Ａを形成し
ている。
で、各電力モジュールに対して、冷却液１２が直列的に
接触するように、この冷却液１２の流路を形成したもの
で、その他は基本的に第６の実施形態と同様である。本
実施形態の回路ケース５Ａａの壁面の一部は、コ字型に
凹んでおり、この凹んだ部分が冷却液室１１Ａを形成し
ている。
【００５８】冷却液室１１Ａの開口部６の幅は、モジュ
ール基板２の幅と実質的に同じである。モジュール基板
２は、この開口部６に嵌めこまれて、この開口部６の縁
に隙間なく溶接で接合されている。コ字型の冷却液室１
１Ａの一方の端部１１ａは、冷却水流入口と接続され、
他方の端部１１ｂは、冷却水排出口と接続されている。
ール基板２の幅と実質的に同じである。モジュール基板
２は、この開口部６に嵌めこまれて、この開口部６の縁
に隙間なく溶接で接合されている。コ字型の冷却液室１
１Ａの一方の端部１１ａは、冷却水流入口と接続され、
他方の端部１１ｂは、冷却水排出口と接続されている。
【００５９】以上のように、冷却液室１１Ａの幅を狭く
して、冷却液１２の流路断面積を狭めることにより、冷
却液１２の流速を上げることができ、結果として、電力
モジュールに対する冷却性能を高めることができる。
して、冷却液１２の流路断面積を狭めることにより、冷
却液１２の流速を上げることができ、結果として、電力
モジュールに対する冷却性能を高めることができる。
【００６０】なお、当該実施形態における冷却液室１１
Ａの形状は、第５の実施形態のみならず、他の実施形態
の装置に採用してもよいことは言うまでもない。
Ａの形状は、第５の実施形態のみならず、他の実施形態
の装置に採用してもよいことは言うまでもない。
【００６１】次に、図１１を用いて、本発明に係る液冷
却式回路装置に第１０の実施形態について説明する。
却式回路装置に第１０の実施形態について説明する。
【００６２】本実施形態は、第１の実施形態の変形例
で、各モジュール基板２の裏面１５ａ，１５ｂに対し
て、ほぼ垂直に冷却水１２を噴射するノズル２３，２３
を、冷却水室１１内に形成したもので、その他の構成は
基本的に第１の実施形態と同様である。
で、各モジュール基板２の裏面１５ａ，１５ｂに対し
て、ほぼ垂直に冷却水１２を噴射するノズル２３，２３
を、冷却水室１１内に形成したもので、その他の構成は
基本的に第１の実施形態と同様である。
【００６３】冷却水室１１から冷却水を排出するための
冷却水排出口は、図示されていないが、ノズル２３と同
様に、各モジュール基板２毎に設けられており、ノズル
２３から噴出した冷却水と、モジュール基板２の裏面１
５に接触した冷却水とが、干渉しないように設計されて
いる。
冷却水排出口は、図示されていないが、ノズル２３と同
様に、各モジュール基板２毎に設けられており、ノズル
２３から噴出した冷却水と、モジュール基板２の裏面１
５に接触した冷却水とが、干渉しないように設計されて
いる。
【００６４】なお、当該実施形態における冷却水室の形
状は、第１の実施形態のみならず、他の実施形態におけ
る装置に採用してもよい。
状は、第１の実施形態のみならず、他の実施形態におけ
る装置に採用してもよい。
【００６５】次に、図１２を用いて、本発明に係る液冷
却式回路装置の第１１の実施形態について説明する。
却式回路装置の第１１の実施形態について説明する。
【００６６】本実施形態も、第１の実施形態の変形例
で、モジュール基板２の裏面１５に複数の放熱フィンを
形成したものである。このように、放熱フィンを形成す
ると、冷却水１２との接触面積が増加するため、電力モ
ジュールに対する冷却効率を高めることができる。
で、モジュール基板２の裏面１５に複数の放熱フィンを
形成したものである。このように、放熱フィンを形成す
ると、冷却水１２との接触面積が増加するため、電力モ
ジュールに対する冷却効率を高めることができる。
【００６７】なお、この実施形態では、放熱フィンのタ
イプとして平行フィンを採用しているが、他のタイプの
フィンを採用してもよい。また、当該実施形態で説明し
た放熱フィンは、第１の実施形態のみならず、以上の各
実施形態に採用してもよいことは言うまでもない。
イプとして平行フィンを採用しているが、他のタイプの
フィンを採用してもよい。また、当該実施形態で説明し
た放熱フィンは、第１の実施形態のみならず、以上の各
実施形態に採用してもよいことは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、モジュール基板と、こ
れと接合させる相手側部材とを溶接で接合しているた
め、両部材間に冷却水が侵入することを避けることがで
きると共に、モジュール基板にＯリングやビス等を取り
付ける部分を設ける必要なく、モジュール基板の小型化
を図ることができる。この結果、製造コストの削減を図
ることができると共に、装置全体の小型化も図ることが
できる。
れと接合させる相手側部材とを溶接で接合しているた
め、両部材間に冷却水が侵入することを避けることがで
きると共に、モジュール基板にＯリングやビス等を取り
付ける部分を設ける必要なく、モジュール基板の小型化
を図ることができる。この結果、製造コストの削減を図
ることができると共に、装置全体の小型化も図ることが
できる。
【００６９】さらに、以上の溶接として、摩擦拡散溶接
法を採用する場合には、溶接時における回路素子への熱
影響を最小限に抑えることができる。
法を採用する場合には、溶接時における回路素子への熱
影響を最小限に抑えることができる。
【図１】本発明に係る第１の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態としての液冷却式
回路装置の電力モジュール部の代表回路図である。
回路装置の電力モジュール部の代表回路図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図４】本発明に係る第３の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図５】本発明に係る第４の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図６】本発明に係る第５の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図７】本発明に係る第６の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図８】本発明に係る第７の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図９】本発明に係る第８の実施形態としての液冷却式
回路装置の要部切欠き斜視図である。
回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図１０】本発明に係る第９の実施形態としての液冷却
式回路装置の要部切欠き斜視図である。
式回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図１１】本発明に係る第１０実施形態としての液冷却
式回路装置の要部切欠き斜視図である。
式回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図１２】本発明に係る第１１の実施形態としての液冷
却式回路装置の要部切欠き斜視図である。
却式回路装置の要部切欠き斜視図である。
【図１３】摩擦拡散溶接法を示す説明図である。
１…電力モジュール、２…モジュール基板、３…モジュ
ール支持板、４…溶接部、５…回路ケース、６…回路ケ
ースの開口部、７…冷却ケース、８，９…封止部材、１
０…ボルト、１１…冷却水室、１２…冷却水、１３…回
路収納室、１４…モジュール基板表面、１５…電力モジ
ュール基板裏面、２３…ノズル、２４…回転ツール。
ール支持板、４…溶接部、５…回路ケース、６…回路ケ
ースの開口部、７…冷却ケース、８，９…封止部材、１
０…ボルト、１１…冷却水室、１２…冷却水、１３…回
路収納室、１４…モジュール基板表面、１５…電力モジ
ュール基板裏面、２３…ノズル、２４…回転ツール。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 23/473 Ｂ２３Ｋ 101:14
25/11 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｚ
// Ｂ２３Ｋ 101:14 25/10 Ｂ
(72)発明者 中村 卓義
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 斎藤 隆一
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 小川 敏夫
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 岡村 久宣
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
Ｆターム(参考） 4E067 EA04
5E322 AA05 EA06 FA04
5F036 AA01 BA10 BB41 BC03 BC05
Claims (9)
- 【請求項１】回路素子がモジュール基板に取り付けられ
ているモジュールと、該モジュールを収納する回路ケー
スと、該モジュール基板の裏面に接触する冷却液が通る
冷却ケースと、を備えている液冷却式回路装置におい
て、 前記モジュール基板が入る開口が形成されているモジュ
ール支持板を備え、 前記モジュール支持板の前記開口には、前記モジュール
基板が入れられ、該開口の縁と該モジュール基板とが溶
接で隙間なく接合され、 前記回路ケースには、前記モジュール支持板のサイズよ
りも小さい開口が形成され、 前記モジュール支持板は、前記回路ケースの前記開口を
該回路ケースの外側から塞ぎ、且つ該モジュール支持板
に搭載されている前記モジュールの前記回路素子が該回
路ケース内側に位置するよう、該回路ケースに取り付け
られ、 前記冷却ケースには、前記冷却液が通って冷却液室を形
成する凹部が形成され、 前記冷却ケースは、前記凹部が前記モジュール支持板を
臨むよう、前記回路ケースに取り付けられている、 ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項２】回路素子がモジュール基板に取り付けられ
ているモジュールと、該モジュールを収納する回路ケー
スと、該基板の裏面に接触する冷却液が通る冷却ケース
と、 を備えている液冷却式回路装置において、 前記回路ケースには、開口が形成され、 前記冷却ケースには、前記冷却液が通って冷却液室を形
成する凹部が形成され、 前記モジュール基板が開口に入れられて該開口の縁と該
モジュール基板とが溶接で隙間なく接合されているモジ
ュール支持板、又は該モジュール基板は、前記モジュー
ルの前記回路素子が該回路ケース内側に位置するよう配
置され、且つ、前記回路ケースの前記開口の縁と前記冷
却ケースの前記凹部の開口の縁とのうちの一方に溶接で
隙間なく接合され、 前記冷却ケースは、前記凹部が前記回路ケースの前記開
口側に向くよう、該回路ケースに取り付けられている、 ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項３】回路素子がモジュール基板に取り付けられ
ているモジュールと、該モジュールをを収納する回路ケ
ースとを備え、該モジュール基板の裏面を冷却液で冷却
する液冷却式回路装置において、 前記モジュール基板が開口に入れられて該開口の縁と該
モジュール基板とが溶接で隙間なく接合されているモジ
ュール支持板、又は該モジュール基板は、前記回路ケー
ス内に入れられ、該回路ケース内を二室に仕切り、該回
路ケースの内面と溶接で隙間なく接合され、 前記回路ケースに形成された二室のうち、前記モジュー
ルの前記回路素子が存在する側の室が回路収納室を形成
し、他方の室が冷却液室を形成し、 前記冷却液室には、前記冷却液の流入口及び流出口が形
成されている、ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項４】請求項３に記載の液冷却式回路装置におい
て、 前記回路ケースを形成するケース形成部材のうち、前記
冷却液室を形成する部材の少なくとも一部が、該ケース
形成部材の他の部分に対して、着脱可能に取り付けられ
ている、 ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項５】請求項１から４のいずれか一項に記載の液
冷却式回路装置において、 前記冷却液室には、前記モジュール基板の裏面に対し
て、前記冷却水がほぼ垂直に突き当たる流路が形成され
ている、 ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項６】請求項１から５のいずれか一項に記載の液
冷却式回路装置において、 前記モジュール基板と接合相手との溶接部の少なくとも
一部は、回転ツールの回転で生じる摩擦熱による塑性流
動を利用した摩擦拡散溶接法で溶接されている、 ことを特徴とする液冷却式回路装置。 - 【請求項７】回路素子が基板に搭載され、該基板を他の
部材に取り付ける回路素子装置の製造方法において、 回転ツールの回転で生じる摩擦熱による塑性流動を利用
した摩擦拡散溶接法で、前記基板と前記他の部材とを互
いに溶接接合することを特徴とする回路素子装置の製造
方法。 - 【請求項８】請求項７に記載の回路素子装置の製造方法
において、 前記基板と前記他の部材とは、いずれも同一金属元素を
含む部材である、ことを特徴とする回路素子装置の製造
方法。 - 【請求項９】回路素子が基板に搭載され、該基板を他の
部材に取り付ける回路素子装置において、 前記基板と前記他の部材とは互いに溶接接合され、溶接
接合された部分の結晶粒は、元のそれぞれの部材の結晶
粒よりも小さい、 ことを特徴とする回路素子装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282543A JP3946018B2 (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 液冷却式回路装置 |
| US10/099,995 US6594149B2 (en) | 2001-09-18 | 2002-03-19 | Liquid cooled circuit device |
| US10/228,295 US6588647B2 (en) | 2001-09-18 | 2002-08-27 | Liquid cooled circuit device and a manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282543A JP3946018B2 (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 液冷却式回路装置 |
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|---|---|
| JP2003092484A true JP2003092484A (ja) | 2003-03-28 |
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Family
ID=19106179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001282543A Expired - Fee Related JP3946018B2 (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | 液冷却式回路装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3946018B2 (ja) |
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| JP7460868B2 (ja) | 2019-03-04 | 2024-04-03 | ヒタチ・エナジー・リミテッド | 溶接技術に基づいて設計された電子コンバータ |
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| US7187548B2 (en) * | 2002-01-16 | 2007-03-06 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Power converter having improved fluid cooling |
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