JP2003116282A - 水冷インバータ - Google Patents

水冷インバータ

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Ryuichi Saito
隆一 斎藤
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直弘 門馬
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Abstract

(57)【要約】 【課題】パワー半導体モジュール、及び、制御回路基板
を低温化できる高信頼な水冷インバータ構造を提供す
る。 【解決手段】筐体中に複数の浅い窪み、深い窪みを形成
し、パワー半導体モジュール底面を浅い窪み上に固着し
浅い水路を形成し、本浅い水路で直接パワー半導体モジ
ュールを冷却する。浅い水路中の冷却水流速は大きいた
め、冷却効率を向上でき、深い窪みによる深い水路で、
圧力損失も低減できる。また、窪みを複数設けるため、
パワー半導体モジュールを小型化し、複数配置できるた
め、信頼性を向上できる。制御回路の低温化は、制御基
板を、パワー半導体モジュールと熱的に遮断するため、
水路の下に配置することにより達成できる。パワー半導
体モジュール、及び、制御回路基板を低温化できるた
め、高信頼化できる水冷インバータ構造を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲートバイポ
ーラ型トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ
Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＩＧＢＴ
と略称する）のような高発熱性のパワー素子を備える水
冷インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にハイブリッド電気自動車用モータ
のような大出力モータを制御するインバータは、図２，
２３，２５，２６に示す断面摸式図のような構造が採用
されている。図２３は、熱伝導グリースを介してパワー
モジュールを水冷ヒートシンクに固着した、間接冷却構
造の従来例、図２はパワーモジュールのベース板に直接
冷却水を当てる、直接冷却構造の従来例である。また、
図２５，２６は直接冷却構造の改良例である。
【０００３】図２３に示す間接冷却構造においては、パ
ワーモジュール２３０の金属ベース板２３１は、熱伝導
グリース２３２を介して、水冷フィン２３５が一体に形
成されたアルミニウムダイカストのような金属製インバ
ータケース２３３に固着している。
【０００４】水路２３６は、水路カバー２３４によりイ
ンバータケース２３３下部を覆い形成される。マイコン
１６、ゲートドライバ１７、トランス１８、電解コンデ
ンサ１９のような回路素子が搭載された、制御回路基板
であるプリント回路基板（以下ＰＣＢと略称する）１５
は、並んで配置された二つのパワーモジュール２３０の
上方に配置され、インバータ筐体２３３に固定される。
図示していないが水路２３６に対して冷却水を給排水す
るための給水路、排水路が適当な位置に設けられる。
【０００５】図２３ではＰＣＢ１５は、直接インバータ
筐体２３３に固定されているが、アルミニウムダイカス
トのような金属製の支持板に取付られた後、インバータ
筐体２３３に固定されても良い。インバータ上面は、金
属製蓋１４で覆われる。
【０００６】パワーモジュール２３０中のパワー半導体
チップの熱は、ベース板２３１、熱伝導グリース２３
２、フィン２３５を介して放熱され、冷却水により冷却
される。また、ＰＣＢ１５上に設置される回路素子の熱
は、自然対流による放熱と同時に、取付部からインバー
タ筐体２３３を通して放熱され、冷却水により冷却され
る。
【０００７】一方、図２に示す直接冷却構造は、例えば
特開平９−２０７５８３に記載されており、詳細は以下
の通りである。モジュールの水冷用開口部２３をインバ
ータ筐体２１に設け、パワーモジュール１０の金属ベー
ス１１を、開口部２３を塞ぐようにインバータ筐体２１
に固着する。
【０００８】水路２０は、水路カバー２２でインバータ
筐体２１の底面を塞いで形成される。この構造では、冷
却水は直接金属ベース１１に当てられる。なお、金属ベ
ース１１は平板であるが、フィンを設けることも可能で
ある。また、制御基板、その他の構成は、図２３と同じ
で同じ参照数字は同じ部品を示している。
【０００９】図２３の間接冷却構造に対する本構造の最
大の利点は、熱伝導率の低いグリース２３２を削除でき
るため、パワー半導体チップのジャンクションから冷却
水への熱抵抗，Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を大幅に低減できる点
である。
【００１０】熱抵抗を低減できると、インバータ動作時
のパワー半導体チップの発熱、冷却繰り返しによる、温
度振幅ΔＴを小さくできる。このことは、アルミニウム
ワイヤ／パワー半導体チップ電極界面の歪み及びはんだ
中の歪みを小さくでき、信頼性、ワイヤ寿命、はんだ寿
命を向上できる。
【００１１】さらに、図２５，２６に示す従来例は、図
２の直接冷却構造の性能向上を図った構造であり、互い
に直交する二つの断面を示している。冷却水による放熱
効率を向上させる、すなわち、熱伝達率ｈを増大させる
ためには、冷却水の流速を増大することが知られてい
る。
【００１２】しかしながら、流速を増大させることは、
冷却水量の増大をもたらし、冷却水を循環させるポンプ
の負担が大きくなる。その結果、ポンプ能力を増大させ
る必要が生じる。
【００１３】これはポンプのサイズの増大をもたらし、
例えば、電気自動車のように、設置スペース、重量に厳
しい制約がある場合には致命的となる。そこで、冷却水
量の増大をできるだけ抑制して流速を増大することが望
まれる。この従来例は、このことに対処している。
【００１４】パワーモジュール１０が取り付けられる開
口部２５２を有する水路構造体２５０中に、凸部２５１
を固着して、水路２５３中に浅い水路領域２５４を設け
ている。凸部２５１は、パワーモジュール１０の下のみ
に設けられるため、高流速の部分はパワーモジュール１
０の下のみに局部的に存在し、圧力損失の増大は抑制す
ることができる。この従来例と類似する例は、例えば、
特開平４−２１５６に記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷却水
流速の増大を考慮した図２５，２６に示す従来例は、シ
ステム構成及び冷却性能の面で次のような問題がある。
【００１６】高流速を実現する浅い水路の深さ２５６
は、水路構造体２５０の厚さ２５７により最終的に制限
されてしまう。部材の加工精度を考慮すると、開口部２
５２の中まで、凸部２５１を張り出させることは現実的
に困難であるからである。
【００１７】厚さ２５７は、その強度上、例えば１〜２
ｍｍに減少させる事は困難である。大容量インバータの
ように、形状が大きくなればなるほどこのことは顕著で
ある。従って、従来の構造では、流量の増大を抑制した
まま、顕著に流速を増大させることはできない。
【００１８】また、凸部２５１の高さが低い場合、浅い
水路領域２５４中、水路構造体２５０よりパワモジュー
ルベ―ス板１１側の領域は、流速が低く冷却水が淀みや
すく、効率の良い放熱が行われないため、冷却水の水温
が上昇してしまう。
【００１９】これでは凸部２５１を設ける効果は損なわ
れる。さらに、水路構造体２５０が図２５，２６のよう
に一体の場合、図２６に示されている凸部２５１の形状
は、実際には実現困難である。
【００２０】現実的には、開口部２５２から凸部２５１
を挿入、固着することを考慮すると、開口部２５２より
も小さい形状とならなければならない。従って、浅い水
路領域２５４の流速は、顕著に増大させることはできな
い。
【００２１】さらに、上述の従来例の場合、複数のパワ
ーモジュールを搭載することは全く考慮されていない。
大容量インバータの場合、一個のパワーモジュールのみ
でシステムが構成されることは考えにくい。パワーモジ
ュールの内部応力、歩留りを考慮すると、モジュールの
大型化には限界があるからである。
【００２２】以上は、パワーモジュール１０の放熱につ
いて考慮したものである。インバータのように、高発熱
のパワーモジュールと制御回路が混在する装置の場合、
制御回路の低温化も重要である。
【００２３】上記の従来例の場合、パワーモジュールの
放熱は考慮されているが、制御回路の放熱については考
慮されていない。これでは、パワーモジュールのみを高
放熱性として高信頼化しても、装置としての信頼性は損
なわれてしまう。
【００２４】本発明は、冷却水量の増大を抑制しなが
ら、流速を可能な限り増大でき、かつ、圧力損失の増大
も抑制でき、その結果、パワーモジュールの信頼性をも
向上できるインバータの構造、さらに、インバータ中の
制御回路も顕著に低温化できるインバータの構造を提供
することが目的である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨を、図１，
４，２４を使用して以下説明する。
【００２６】図１は、インバータを構成するパワーモジ
ュール１０の搭載部の断面構造摸式図である。インバー
タ筐体１３に二つの並置されたパワーモジュール１０、
制御回路基板１５が納められ、上蓋１４でカバーされて
いる。制御回路基板１５には、マイコン１６、ゲートド
ライバ１７、トランス１８、電解コンデンサ１９のよう
な回路素子が搭載されている。
【００２７】高流速の水冷のように、熱伝達率が大きい
場合には熱伝達面積は大きくする必要はない。例えば、
発熱体であるパワー半導体のチップ面積の１０倍程度で
十分である。具体的には、チップサイズが約１０ｍｍ角
の場合、伝熱面積は３３ｍｍ角程度であれば、現実的に
十分である。
【００２８】この場合、もはや、熱伝達部にフィンを設
ける必要はない。これは、図２，２５，２６の従来例と
同様である。キーポイントは流量を増大させないで、流
速を増大させるために、浅い水路を、いかに簡便に精度
良く形成するかである。
【００２９】本発明では、インバータ筐体１３に浅い窪
みを形成し、この窪みをパワーモジュール１０の金属ベ
ース１１で覆うことにより、浅い水路１２を形成してい
る。水路１２に対して冷却水を給排水するために給排水
路１２１，１２２が適当な位置に設けられている。な
お、給排水路１２１，１２２は、模式的に示したもので
ある。インバータ筐体１３は、アルミニウム板のプレス
加工、又は、アルミダイカスト等の手法で製造するた
め、例えば１〜２ｍｍの浅い窪みを精度良く形成するこ
とは容易である。
【００３０】一方、このような浅い水路１２のデメリッ
トは、水路断面積が小さいために、圧力損失が増大して
しまうことであるが、これは、以下のようにして対処す
る。
【００３１】前述のように、高流速で冷却する場合、熱
伝達面積は大面積は必要ない。そこで、浅い水路１２は
パワーモジュール１０の下に局部的に存在させることが
できる。従って、圧力損失を低減させるために、パワー
モジュール１０の放熱に直接関係しない部分の水路断面
積はできるだけ大きくするのである。
【００３２】この部分の断面摸式図を図２４に示す。図
１の場合と異なり、インバータ筐体１３に深い窪みを形
成し、深い水路２４０を形成している。本水路上には、
パワーモジュール１０は存在しない。
【００３３】以上述べたように、本発明によれば、イン
バータ筐体１３に、大小深さの異なる窪みを形成して、
この窪みをつなげることにより冷却水路を構成し、冷却
は浅い窪みを利用して形成される浅い水路で行うことに
より、流量、圧力損失とも増大させないで、高効率冷却
できる。また、複数の浅い窪み上に複数のパワーモジュ
ールを搭載することにより、パワーモジュールの複数化
にも容易に対処できる。
【００３４】上述の説明では、インバータ筐体１３側に
浅い窪みを設けているが、点線で示すように逆に金属ベ
ース１１側に浅い窪みを設け冷却水路１２５としても良
く、さらに、インバータ筐体１３、金属ベース１１の両
方に浅い窪みを設けても良い。
【００３５】次に、制御回路の低温化に関して、図４を
使用して説明する。
【００３６】パワーモジュール１０の搭載部の断面構造
摸式図を示している。二つのパワーモジュール１０、ド
ライバ回路基板４０はインバータ筐体４２に納められ、
上蓋１４で覆われている。さらに、ドライバ基板４０と
分離して、マイコン基板４１は、インバータ筐体４２の
底面に位置する底蓋４３中に納められている。インバー
タ筐体４２の中に浅い窪みで浅い水路１２を形成するの
は、前述と同様である。
【００３７】本構造おいては、熱に弱い部品であるマイ
コン１６が搭載されたマイコン基板４１は、高発熱部品
であるパワーモジュール１０が存在するインバータ筐体
４２から熱的に遮断できるため、マイコン基板の温度
は、顕著に増大することはない。
【００３８】また、パワー半導体モジュール１０とドラ
イバ基板４０は近接しなければならないが、マイコン基
板４１とドライバ基板４０間の距離は比較的長くてもノ
イズ的に問題無い。以上本発明の特徴を述べたが、上述
以外の本発明の特徴は、以下の本発明の実施例の説明で
明らかとなる。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、以下図面を使
用して詳細に説明する。 （実施例１）図６は、本発明の第一の実施例を説明する
図で、パワーモジュール搭載部の断面構造摸式図を示し
ている。定格電圧／電流、６００Ｖ／４００ＡのＩＧＢ
Ｔモジュールを搭載した３５ｋＷの３相インバータの例
である。アルミニウムダイカスト製のインバータ筐体６
１に、６個の１アームＩＧＢＴモジュール５１０、電解
コンデンサ５１３、トランス５１５、マイコン５１２、
ＩＧＢＴゲートドライバ５１４、チップ抵抗５２４、チ
ップコンデンサ５２５が搭載された一枚の制御回路基板
６０、２個のフィルタコンデンサである電解コンデンサ
５２０他が納められ、上蓋５０でカバーされている。
【００４０】上蓋５０とインバータ筐体６１はガスケッ
ト（図示せず）を使用して、Ｍ６のボルト５４で締結さ
れている。ガスケットは、放射ノイズ低減のために、金
属製のものを使用している。インバータ筐体６１の大き
さは、概略２３０ｍｍ（Ｗ）×２６０ｍｍ（Ｌ）×６０
ｍｍ（Ｈ）（上蓋含む）であり、３５ｋＷの容量を考慮
すると、小型化されたインバータである。
【００４１】フィルタコンデンサの大きさは４０ｍｍ
φ、高さは３０ｍｍである。ＩＧＢＴモジュール５１０
の大きさは概略７０ｍｍ×６０ｍｍであり、ＩＧＢＴチ
ップ、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）チップ
が各２チップ内蔵されている。ＩＧＢＴモジュール５１
０にはＵ，Ｖ，Ｗの出力配線５１９、Ｐ，Ｎバスバー５
１８，５１７、制御回路基板６０が接続されている。
【００４２】バスバーはタフピッチ銅製で厚さは１．５
ｍｍである。パワー系の配線はＭ５のボルト５６で取付
られている。Ｐ，Ｎバスバー５１８，５１７は樹脂等の
絶縁シート５２６を介して固着され、互いのインダクタ
ンスを低減する構造となっている。制御回路基板は、Ｉ
ＧＢＴモジュール５１０の制御端子５２８にスルーホー
ルはんだにより接着されている。
【００４３】固定は、インバータ筐体６１の周囲にＭ３
のボルト５７で締結することにより行っている。Ｐ，Ｎ
バスバー５１８，５１７のＰ，Ｎ端子側にはフィルタコ
ンデンサ５２０がＭ５のボルト５５で接続されている。
【００４４】なお、本断面構造摸式図では、インバータ
のＵ，Ｖ，Ｗ，Ｐ，Ｎ端子、制御端子、給排水管は省略
されている。実際は、Ｐ，Ｎ端子は図中左端に、Ｕ，
Ｖ，Ｗ端子は右端に配置される。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ配線
５１９には、制御用の電流検出器であるカレントトラン
ス５２３が接続されている。アルミニウムダイカスト製
のインバータ筐体６１の板厚の最小値は２ｍｍであり、
可能な限り軽量化を図っている。また、上蓋の板厚は２
ｍｍである。
【００４５】本発明の特徴である浅い水路５１１の深さ
は２ｍｍである。本実施例では、インバータ筐体６１
に、板厚２ｍｍの開口部付きアルミニウム板５３を貼り
付けることにより深さ２ｍｍの窪みを形成し実現してい
る。インバータ筐体６１とアルミニウム板５３の周囲は
溶接して漏水を防止している。
【００４６】また、ＩＧＢＴモジュール５１０は液状ガ
スケット（図示せず）を使用して固着することにより漏
水を防止している。ＩＧＢＴモジュールの非搭載部は、
筐体の底面６２に深さ１５ｍｍの深い窪みを形成して、
深い水路を構成している。フィルタコンデンサ５２０の
放熱は、インバータ筐体６１にコンデンサ底面を接着す
ることにより行っている。制御回路中の、電解コンデン
サ５１６、トランス５１５は特に熱に弱い部品である。
【００４７】そこで、本実施例では、電解コンデンサ５
１６、トランス５１５上面に熱伝導シート５１６を配置
し、上蓋５０と接触させることにより熱を上蓋、さらに
は、上蓋経由でインバータ筐体６１、水路５１１へ放熱
している。
【００４８】本構造の冷却水路に１５リットル／分の冷
却水（主成分：エチレングリコール）を流してＩＧＢＴ
モジュールの熱抵抗（チップジャンクションから冷却水
まで、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ））、圧力損失を測定したとこ
ろ、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ））は１アーム当たり０．１Ｋ／
Ｗ、圧力損失はインバータ全体で１５ｋＰａであった。
【００４９】圧力損失は、通常この種の容量のインバー
タ装置と同等で、熱抵抗は従来の間接冷却と比べ、半分
以下に低減することができた。また、定格負荷運転時の
マイコン５１２の温度は約１００℃であり、電解コンデ
ンサ５１６、トランス５１５の温度は、上記対策によ
り、各々８０℃、９０℃と低い温度とすることができ
た。また、ＩＧＢＴモジュール５１０／筐体６１界面の
冷却水シール性は、２００ｋＰａ以上であることを確認
できた。 （実施例２）図７は、本発明の第二の実施例を説明する
図で、第一の実施例と同じく、パワーモジュール搭載部
の断面構造摸式図を示している。第一の実施例と異なる
のは、ＩＧＢＴモジュール７２、制御回路基板７１の機
能、構造、及び、それらの接続法、固定法である。
【００５０】図６の場合、制御回路基板６０は可能な限
り周囲でインバータ筐体６１に固定される。しかしなが
ら、電気自動車用インバータのように、激しい振動環境
で使用される場合、共振等による機械的な劣化の懸念は
残される。
【００５１】本実施例はこれに対処しており、制御回路
基板７１は、上蓋７０にＭ３ボルト５７でしっかり固定
され、振動に対して極めて強固な構造にしている。ま
た、マイコン５１２、電解コンデンサ５１３、トランス
５１６の放熱は、これらの部品の搭載部のプリント回路
基板（ＰＣＢ）裏面と上蓋間に、第一の実施例と同じく
熱伝導シート５１６を固着している。
【００５２】本構造にした場合は、ＩＧＢＴモジュール
７２と制御回路基板７１の距離が増大してしまう。すな
わち、ゲートドライバを制御基板上に配置した場合、ゲ
ートドライバとＩＧＢＴモジュールの距離が増大してノ
イズに弱くなる。
【００５３】そこで、本実施例では、ＩＧＢＴモジュー
ル７２は、ゲートドライバを内蔵したゲートドライバ内
蔵ＩＧＢＴモジュールとし、モジュール７２への制御信
号は、ゲートドライバの制御信号としている。
【００５４】従来から、この信号の配線は比較的長くて
もノイズに対して問題ないことは明らかとなっている。
この制御信号は、インタフェース端子７４から、ゲート
ドライバ内蔵ＩＧＢＴモジュール７２の制御端子７６
へ、インタフェースケーブル７５を使用してやりとりさ
れる。
【００５５】冷却性能に関しては、ゲートドライバ内蔵
ＩＧＢＴモジュール７２は実施例１と同程度、制御回路
基板７１は、上蓋により効率的に放熱されるため、第１
の実施例よりも５℃程度低減することができた。
【００５６】（実施例３）上記二つの実施例は、制御回
路基板を基本的に一枚基板とした場合であり、部品点数
を削減でき、制御回路基板サイズを低減できるため、組
立工数の削減、及び、インバータ小型化の長所がある。
【００５７】しかしながら、制御回路基板そのものの歩
留り低下、及び、ＩＧＢＴモジュールと同一スペースに
存在するため、高温環境となり、より低温仕様である低
価格マイコンを使用できない。
【００５８】従って、インバータ体格を増大を抑制でき
れば、制御回路基板を２分割し、例えば、ドライバ基
板、及び、マイコン基板と分ける事が望ましい。第三の
実施例は、これを実現している。
【００５９】図５は、ＩＧＢＴモジュール５１０の搭載
部の断面構造摸式図を示している。ＩＧＢＴモジュール
５１０、フィルタコンデンサ５２０、及び、それらのパ
ワー系配線は実施例１と同一である。また、ＩＧＢＴモ
ジュール５１０、フィルタコンデンサ５２０の冷却構造
も実施例１と基本的に同じである。
【００６０】ゲートドライバ５１４、電解コンデンサ５
１３、トランス５１５等を搭載し、ゲートドライブ及び
制御電源機能を搭載した第一の制御回路基板（ドライバ
基板）５８と、マイコン５１２、電解コンデンサ５１３
等を搭載した、第一制御基板の制御機能を搭載した第二
の制御回路基板（マイコン基板）５９に分割している。
【００６１】ドライバ基板５８のＩＧＢＴモジュール５
１０への接続法、固定法、及び、放熱法は実施例一と同
じである。特徴は、マイコン基板５９の搭載法である。
板厚２ｍｍのアルミニウムダイカスト製の底蓋５２を新
たに設け、この底蓋にマイコン基板５９をＭ３ボルト５
７で固定している。
【００６２】底蓋は、インバータ筐体５１の底面にネジ
穴を設け、Ｍ６のボルト５４で筐体５１に固定される。
ドライバ基板５８への接続は、筐体５１の底面の一部に
開口部５２７を設け、この領域中、インタフェースケー
ブル５２１を通すことにより実現している。端子５２２
はインタフェース端子である。
【００６３】また、このインタフェースケーブル５２１
でやりとりされる信号は、フォトカプラで絶縁してい
る。前述のように、マイコンとゲートドライバ間の信号
は、ノイズに強い信号であるため、本実施例のように、
インタフェースケーブル長が約８ｃｍでもノイズ的に何
ら問題無かった。
【００６４】また、マイコン５１２は冷却水路５１１の
下面に位置し、熱的にＩＧＢＴモジュール５１０と遮断
されるため、特別な放熱手段を用いなくても、８５℃ま
で低減でき、これまでの実施例よりも、１ランク下の耐
熱性のマイコンを使用することができた。インバータの
大きさは、底蓋が増大した分、高さ方向が増大し、概略
２３０ｍｍ（Ｗ）×２６０ｍｍ（Ｌ）×７０ｍｍ（Ｈ）
（上蓋、底蓋含む）であった。
【００６５】次に本実施例の平面構造を図１７〜２２を
使用して説明する。図１７〜２２は、いずれも上蓋、マ
イコン基板を含む底蓋、ドライバ基板とマイコン基板の
インタフェース部を除いた平面構造摸式図である（図１
７，１８は断面摸式図を含む）。
【００６６】図１７はＩＧＢＴモジュール５１０搭載前
の平面図、断面図である。フィルタコンデンサ５２０他
搭載用窪み１７５、カレントトランス５２３他の搭載用
窪み１７６を形成した、アルミニウムダイカスト製筐体
５１に、開口部１７２、Ｍ５のネジ穴１７４を設けたア
ルミニウム板（板厚：２ｍｍ）５３を固着している。
【００６７】固着は、アルミニウム板５３の周囲を筐体
５１に溶接して実施している。本構造で、圧力損失を低
減するための深い水路１７３が形成される。給排水管１
７７の内径は５ｍｍφであり、インバータの一面（図で
は左端）に設けられる。図１８はＩＧＢＴモジュール５
１０、フィルタコンデンサ５２０、Ｕ，Ｖ，Ｗ配線５１
９搭載後の平面、断面図である。
【００６８】ＩＧＢＴモジュール５１０はＭ５ボルト１
８２で液状ガスケットを介して筐体５１（アルミニウム
板５３）に取り付けられ、フィルタコンデンサ５２０は
領域１７５に接着される。Ｕ，Ｖ，Ｗ配線５１９はＩＧ
ＢＴモジュール５１０の主端子にＭ５ボルト５６で取り
付けられる。
【００６９】端子１８６，１８７，１８９，１８００は
各々Ｐ端子，Ｎ端子，補助エミッタ端子，ゲート端子で
ある。また、フィルタコンデンサ５２０の端子１８０
１，１８０２は各々陽極，陰極端子である。ＩＧＢＴモ
ジュール５１０を搭載することにより深さ２ｍｍの浅い
水路５１１が形成される。
【００７０】図１９はＰバスバー５１８搭載後の平面摸
式図である。板厚１．５ｍｍのタフピッチ銅製Ｐバスバ
ー５１８に、ゲート端子１８００、及び、補助エミッタ
端子１８９を通すための開口部１９０、及び、フィルタ
コンデンサ陰極１８０２取付用開口部１９１を設け、前
述のＰ端子１８６、同じく前述の陽極１８０１に、Ｍ５
ボルト５６，５５で取り付けられる。
【００７１】Ｐ端子１８６部より張り出している部分１
９２は、上に固着されるＮ端子のインダクタンスを低減
させるための領域である。図２０はＰ，Ｎバスバー５１
８，５１７絶縁用絶縁板５２６搭載後の平面図である。
厚さ１ｍｍの絶縁板５２６にＩＧＢＴモジュール５１０
主端子用、及び、フィルタコンデンサ端子用開口部２０
０、及び、ＩＧＢＴモジュール５１０制御端子用開口部
２０１を設け、前述のＰバスバー５１８全面に貼り付け
ている。
【００７２】図２１はＮバスバー５１７搭載後の平面図
である。Ｐバスバー５１８と同じく厚さ１．５ｍｍのタ
フピッチ銅製Ｎバスバー５１７に、フィルタコンデンサ
陽極用開口部２１２、ＩＧＢＴモジュール５１０制御端
子、主端子用開口部２１０、及び、切欠き部２１１を形
成し、前述の絶縁板５２６に貼り付け、Ｍ５ボルト５
５，５６でフィルタコンデンサ陰極１８０２，ＩＧＢＴ
モジュール５１０のＮ端子１８７に接続している。開口
部、及び、切欠き部の形状は、インダクタンス低減のた
めに、バスバーの幅をできるだけ大きくするように配慮
している。
【００７３】最後に、図２２はドライバ基板５８搭載後
の平面図を示している。部品、及び、筐体への取付部は
省略している。前述までのバスバーを覆うように、上面
にスルーホールはんだ接着で、制御端子１８９，１８０
０に接続している。ＰＣＢの板厚は２ｍｍ、大きさは２
３０ｍｍ×１８０ｍｍである。本板厚はＰＣＢの強度を
考慮して設定した。 （実施例４）これまでの実施例において、フィルタコン
デンサ５２０の冷却は、インバータ筐体に接着するのみ
で、積極的に冷却するものではなかった。しかしなが
ら、装置の小型化を図るためには、フィルタコンデンサ
の小型化は重要であり、そのためには冷却を強化しなけ
ればならない。本実施例はこれを実現する実施例であ
る。図８の断面構造摸式図で、以下説明する。
【００７４】これまでの実施例では、冷却水は、積極的
には高発熱部品であるＩＧＢＴモジュール５１０の冷却
のみに使用してきた。しかしながら、水路を工夫するこ
とにより、その他の部品も冷却することが可能である。
本実施例では、フィルタコンデンサ５２０の下面にも水
路８２を設け冷却している。
【００７５】コンデンサ５２０の発熱は、ＩＧＢＴモジ
ュール５１０比べて小さい。従って、冷却水の流速は水
路５１１部ほど大きくする必要はない。そこで、水路８
２の断面積は、浅い水路５１の５倍として流速を１／５
としている。水路８２は、インバータ筐体８０、開口部
付きアルミニウム板（板厚：２ｍｍ）８１の形状を変更
して構成した。
【００７６】本水路８２によって、フィルタコンデンサ
５２０の温度は、水路無しと比べて３０℃低減すること
ができた。一方、圧力損失は流速が小さいため、ほとん
ど増大せず、実施例１と比べて０．５ｋＰａの増加にと
どまった。インバータの体格は、フィルタコンデンサ５
２０の位置が水路の分上方へずれたため、高さが１０ｍ
ｍ増大し、高さは８０ｍｍとなった。面積はこれまでと
同じである。
【００７７】また、本実施例では、マイコン５１２、電
解コンデンサ５１３搭載部のＰＣＢ５９下に熱伝導シー
ト８４を接着し、底蓋に放熱することにより、制御基板
の冷却を強化している。
【００７８】本発明のインバータ構造は、前述のよう
に、ＩＧＢＴモジュール５１０に直接冷却水を当てて冷
却する構造である。この構造の場合、ガスケットでシー
ルしたＩＧＢＴモジュール／筐体界面から冷却水がイン
バータ筐体中へ漏水する危険性を完全になくすことは困
難である。従って、漏電による感電に対する配慮が必要
である。以下の実施例５，６，７はこのことに対処した
実施例である。 （実施例５）図９の断面構造摸式図を使用して説明す
る。図９は図５と同じ箇所の断面図を示している。前述
のように、ＩＧＢＴモジュール５１０は液状ガスケット
で接着され、冷却水水圧２００ｋＰａまでの冷却水シー
ル性を確認している。この圧力は、通常運転時の１０倍
以上の圧力であり、通常動作では全く問題ない。
【００７９】しかしながら、異常な水圧が何らかの影響
で加えられると、ＩＧＢＴモジュール周囲９２から漏水
の可能性がある。本実施例では、インバータ筐体９３中
に、ウレタン樹脂９０を充填して、筐体９３中に冷却水
が侵入するのを防止している。この場合、インタフェー
スケーブル５２１用の開口部９１は、ウレタン樹脂９０
が底蓋に漏れないよう、ウレタン樹脂上面まで突き出た
構造としている。ウレタン樹脂９０と筐体９３の界面接
着性は十分で、実験の結果、この界面を冷却水が浸透す
ることはないことが確認できた。 （実施例６）図１０を使用して、漏水対策のもう一つの
実施例を説明する。図９と同じ箇所の断面摸式図を示し
ている。本実施例の特徴は、漏水を、高電圧部が存在し
ないため漏電が起きても安全上問題のない領域へ逃がす
ことを特徴としている。インバータ筐体１００底面に、
漏水を底蓋に逃がすための開口部１０１を設けているこ
とが特徴である。
【００８０】開口部１０１は水路の邪魔にならない範囲
で可能な限り数多く形成することが望ましい。本実施例
では、幅２ｍｍ、長さ２０ｍｍの開口部を６箇所形成し
た。底蓋５２中のマイコン基板５９は、５Ｖ電源で動作
し、信号もフォトカプラで絶縁されているため、万一漏
電しても安全上問題無い。また、基板５９には漏水セン
サ１０２を搭載して、漏水情報をマイコン５１２へ入力
し、水冷ポンプを停止するように制御され、漏水が続く
ことのないように制御される。
【００８１】（実施例７）以上二つの漏水対策の実施例
は、筐体中に侵入しようとする漏水を樹脂で阻止する、
あるいは、侵入した漏水を感電の危険性ない場所へ逃が
す構造であった。本実施例は、漏水しても筐体外へ冷却
水を逃がすことができるため、抜本的に対策した実施例
である。深い水路、及び、浅い水路が形成された構造
中、浅い水路部の断面構造摸式図である図３に示す。
【００８２】パワーモジュール３０底面の金属ベース３
１表面に筐体３２を接続し、筐体３２底面の開口部を金
属ベース３１で塞ぐ。浅い水路１２は、複数の深さの異
なる窪みが形成された水路用底蓋３３を、金属ベース３
１裏面に浅い窪みが接続されるように接合して形成す
る。
【００８３】すなわち、本構造のキーポイントは、これ
まで筐体内に窪みを作製して形成していた水路を、専用
の水路構造体で筐体と分離させたことである。本構造
で、たとえ冷却水のシールが破られて水路外へ冷却水が
漏れ出しても、筐体３２内へ漏水は侵入することなく感
電の危険性は皆無とすることができる。
【００８４】以下３つの実施例は、底蓋中のマイコン基
板の冷却強化を図った実施例である。
【００８５】（実施例８） 本実施例を、図１２に示す
断面構造摸式図で説明する。インバータ筐体１２０底面
に、Ｍ３ボルト用ネジ穴を開け、マイコン基板であるＰ
ＣＢ１２２をＭ３ボルト５７で固着している。すなわ
ち、ＰＣＢ１２２裏面全面は水路５１１底面に接触す
る。
【００８６】従って、これまでの実施例と異なり、ＰＣ
Ｂは両面実装できない欠点はあるが、大幅な放熱性の向
上が図れ、マイコン基板の大幅な低温化を達成できる。
また、マイコン５１２は、レイアウト上、より水路に近
い部分に搭載する等の工夫をして、一層の低温化を達成
することができる。 （実施例９）本実施例は、実施例８と同じコンセプトの
実施例である。実施例８の場合、筐体１２０の底面はフ
ラットであることが、ＰＣＢ１２２取付上望まれる。従
って、アルミニウムダイカスト等で筐体は製造すること
になる。
【００８７】筐体形状が単純で、プレス加工等でも製造
が可能な場合、本発明の概念から、深さの異なる窪みが
筐体中に存在するため、筐体底面は凸凹が存在する。す
なわち、筐体底面にマイコン基板を貼り付けることは困
難である。このことに対処した実施例を断面構造摸式図
で図１３に示す。
【００８８】Ｍ３ボルト５７で、ＰＣＢ１３０裏面全体
を底蓋１３１に貼り付けることにより高放熱を実現して
いる。ＰＣＢは片面実装となる欠点は実施例８と同じ
で、冷却効率は実施例８よりも若干低下する。しかしな
がら、実施例３と同様に、あらかじめマイコン基板１３
０を底蓋１３１に搭載し、底蓋といっしょに筐体５１へ
組み立てられるため、組立性に優れる特長がある。 （実施例１０）本実施例は、実施例８，９の中間的な特
徴を持つ実施例である。断面構造摸式図である図１４で
説明する。
【００８９】ＰＣＢの高密度実装を考慮すると、やはり
両面実装は必要である。そこで、本実施例ではＰＣＢ１
４２は両面実装とし、マイコン５１２の熱は、あらかじ
め筐体１４０底面に接着しておいた熱伝導シート５１６
にマイコンパッケージ表面を接触させることにより筐体
１４０へ放熱し、電解コンデンサ５１３の熱は搭載部Ｐ
ＣＢ裏面の熱伝導シート５１６で底蓋へ放熱している。
すなわち、本実施例は、組立性を考慮しながら、マイコ
ンの高放熱に対する配慮を実施した例である。 （実施例１１）図２８の断面構造摸式図を使用して第十
一の実施例を説明する。本実施例は、インバータ筐体２
８４内に制御回路基板を配置するのを廃止して、底蓋２
８５内のみに配置した場合の実施例である。
【００９０】図７に示した実施例２で、制御回路基板を
上蓋から底蓋に移した場合に相当する。従って、ゲート
ドライバ内蔵ＩＧＢＴモジュール７２の構造、制御基板
７１の構造は実施例２と同一である。目的は、制御回路
基板の低温化には一切配慮を必要としない構造とするこ
とである。
【００９１】底蓋２８５に制御基板７１をＭ３ボルト５
７で固定し、筐体２８４底面に２箇所設けられた開口部
２８８を通してインタフェースケーブル２８７で制御基
板７１とゲートドライバ内蔵ＩＧＢＴモジュール７２の
制御端子７６を接続している。
【００９２】実施例２と同様、制御信号はドライバーの
駆動信号であるため、長くなってもノイズ的に問題無
い。モジュールに内蔵されたドライバは、冷却水路５１
１で冷却されるため、温度的に問題無く、基板７１は熱
的に筐体２８４内と遮断されるため、制御回路低温化が
最も図れた実施例である。上蓋２８０は、制御回路が存
在しない分、これまでの実施例よりは深さが浅い構造と
なっている。 （実施例１２）断面構造摸式図１１を使用して第十二の
実施例について説明する。
【００９３】これまでの実施例は全て、ＩＧＢＴモジュ
ールは１アームモジュールの場合であった。この場合、
モジュールの大きさが小さいため、モジュール内部の潜
在応力が小さい、製造歩留りが良い、等の利点がある。
しかしながら、６個のモジュールを接続する浅い水路、
深い水路の数が多くなり水路形状が複雑になる。
【００９４】本実施例は、このことに対処した場合であ
る。図５の実施例３において、ＩＧＢＴモジュール１１
２を一相モジュールとして、浅い水路１１３の幅を従来
の２倍としたことが特徴である。浅い水路深さは２ｍｍ
であり、板厚２ｍｍのアルミニウム板１１１の開口部形
状、及び、図示していないが、筐体１１０中の深い窪み
の形状を変えて水路構造を変化させている。
【００９５】Ｐ，Ｎバスバー１１５，１１４、絶縁板１
１７、Ｕ，Ｖ，Ｗ出力配線１１６は、ＩＧＢＴモジュー
ル形態の変化に伴い、図５の場合と変わっている。水路
幅が図５の場合と比べて約２倍となっているため、同じ
冷却性能とするためには流量が２倍となるが、直列接続
される水路が減るため、圧力損失は半減することができ
る。 （実施例１３）図１５，１６を使用して、第十三の実施
例について説明する。本実施例のコンセプトを示す断面
図を示している。例えば電気自動車には、様々な性能の
自動車を駆動するため、容量の異なる種々のモータが必
要となる。
【００９６】さらには、一台の車の中でも、駆動用と発
電機用とではモータの容量は異なる。これら様々なモー
タを駆動するため、容量の異なる様々なインバータが必
要となる。多様な容量のインバータを簡便な方法で製造
できれば、インバータの普及、さらには、電気自動車の
普及に効果がある。本実施例はこの目的達成の実施例で
ある。
【００９７】インバータ制御方法、パワー半導体素子の
駆動を制御するためのドライバ回路、さらに各種保護回
路等は、インバータ毎に異なることが多い。しかしなが
ら、モータ電流の駆動回路であるパワーモジュール、及
び、その冷却系は、パワーモジュールの容量が異なるだ
けで各インバータ装置で共用できる。
【００９８】本実施例は、パワー回路の共通化法を示し
たものである。図１５において、これまでと同様に深さ
の異なる窪みが形成された水路用構造体１５０にパワー
半導体モジュール１０を固着して、浅い水路１２を形成
する。水路用構造体１５０は、これまでのように、イン
バータ筐体と一体ではなく独立している。
【００９９】インバータ筐体は、水路用構造体１５０、
側壁１５１とから構成される。側壁１５１に固定された
ゲートドライバ基板４０、及び、底蓋４３中のマイコン
基板４１の構成、接続法はこれまでの実施例と同じであ
る。本構造中、水路構造体１５０とパワーモジュール１
０を共通化して容量展開することを考案した。
【０１００】図１６がその構造摸式図である。構造体１
５０を２並列として、電流容量を２倍とした場合の実施
例である。構造体１５０を水路構造体締結板１６５で締
結し一体化し、側壁１６０に固定し、底面は底蓋１６２
で覆われる。本構造で、共通化した水路構造体１５０を
２並列にしているにもかかわらず、インバータとしては
一体化したものとなっている。
【０１０１】なお、マイコン基板１６４は、マイコン基
板４１と制御機能を変えなければ共通化できる可能性は
大きい。並列接続された水路構造体１５０中の冷却水
は、要求される冷却性能によって、シリーズに流すか、
もしくは、並列に流すかの選択をできる。
【０１０２】以上、冷却系を含むパワー回路の容量展開
法の実施例について説明した。ポイントは、筐体を側壁
と、パワー回路及び水路を構成する底板とで構成し、共
通化した底板を接続して容量展開することである。 （実施例１４）図２７を使用して、第十四の実施例を説
明する。パワーモジュールを冷却する浅い水路部の断面
構造摸式図を示している。
【０１０３】本実施例は、これまで、水路用窪みはイン
バータ筐体、もしくは、専用の水路用底蓋に設けていた
が、浅い水路用の窪みは、パワーモジュールの金属ベー
スに設けた場合の実施例である。パワーモジュール２７
１の金属ベース２７２の底面に、深さ２ｍｍの窪み２７
３を形成し、インバータ筐体２７０内部底面に液状ガス
ケットで接着している。
【０１０４】本断面図では、インバータ筐体２７０に窪
みは示されていないが、筐体２７０に１５ｍｍ程度の深
い窪みを形成し、浅い窪み２７３と接続して水路全体を
接続している。本構造で、熱抵抗、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）、
圧力損失とも第一の実施例と同程度の値とすることがで
きた。
【０１０５】本構造のメリットは、仮に、パワーモジュ
ールを冷却する浅い水路を、１ｍｍ以下というような極
めて浅くする場合に、精度良く形成するためには、プレ
ス加工が優れており、プレス加工を適用するためには、
例えば銅で通常製造されるモジュールベースの方が適用
容易なことである。
【０１０６】以上、インバータを構成するパワー回路及
び制御回路の冷却性能向上法について説明し、両者とも
大幅に低温化できることを明らかにした。このことは、
例えば、モータ及びエンジンで駆動されるいわゆるハイ
ブリッドカーにおいて、これまで、冷却系はエンジンと
モータ／インバータとで独立であったが、両者を同一系
統で冷却できる効果がある。あるいは、エンジンとイン
バータの冷却系を同一系統とし、モータを別系統とする
ことも考えられる。
【０１０７】
【発明の効果】本発明によれば、パワー半導体モジュー
ル冷却用水路は、筐体の複数の浅い窪み、及び、深い窪
みで構成され、パワー半導体モジュールは浅い窪みを利
用した浅い水路で冷却される。これにより、冷却部の冷
却水流速を増大させ冷却効率を向上でき、圧力損失も低
減できる効果がある。さらに、複数の窪みとしているた
め、パワー半導体モジュールを装置構成に応じて、複数
配置できるため、パワー半導体モジュール及び装置全体
の歩留り、信頼性を向上することができる。
【０１０８】また、水路及びパワー半導体モジュールの
上下に制御回路基板を配置し、より低温化が必要な基板
を水路／パワ半導体モジュールの下に配置し、熱的に遮
断することは、制御回路の大幅な低温化に効果があり、
装置の信頼性向上に効果がある。
【０１０９】さらに、筐体を、側壁と底板を構成する水
路構造体とし、パワー半導体モジュール及び冷却する水
路構造体を一体化して共通化し、インバータの容量展開
する際に、この水路構造体を一体に接続し、別部材であ
る側壁、底蓋で一体化することは、多品種インバータの
組立の効率化、歩留り向上に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念を示す断面構造摸式図であ
る。
【図２】従来の直接冷却構造のインバータを示す断面摸
式図である。
【図３】本発明の基本概念を示す断面構造摸式図であ
る。
【図４】本発明の基本概念を示す断面構造摸式図であ
る。
【図５】第三実施例の断面構造摸式図である。
【図６】第一実施例の断面構造摸式図である。
【図７】第二実施例の断面構造摸式図である。
【図８】第四実施例の断面構造摸式図である。
【図９】第五実施例の断面構造摸式図である。
【図１０】第六実施例の断面構造摸式図である。
【図１１】第十一実施例の断面構造摸式図である。
【図１２】第八実施例の断面構造摸式図である。
【図１３】第九実施例の断面構造摸式図である。
【図１４】第十実施例の断面構造摸式図である。
【図１５】第十三実施例の断面構造摸式図である。
【図１６】第十三実施例の断面構造摸式図で、（図１５
の容量展開例である。
【図１７】一実施例の水路構造を示す平面、断面摸式図
である。
【図１８】一実施例の平面、断面摸式図でパワーモジュ
ール搭載を示す。
【図１９】一実施例の平面摸式図でＰバスバー搭載を示
す。
【図２０】一実施例の平面摸式図でＰ，Ｎバスバー絶縁
板搭載を示す。
【図２１】一実施例の平面摸式図でＮバスバー搭載を示
す。
【図２２】一実施例の平面摸式図であり制御回路基板搭
載を示す。
【図２３】従来の間接冷却構造のインバータを示す断面
摸式図である。
【図２４】本発明の基本概念を示す断面構造摸式図でパ
ワーモジュール非搭載部を示す。
【図２５】従来の直接冷却構造のインバータを示す断面
摸式図である。
【図２６】従来に直接冷却構造のインバータを示す断面
摸式図である。
【図２７】第十四実施例の断面構造摸式図である。
【図２８】第十実施例の断面構造摸式図である。
【符号の説明】
１０，３０，２３０，２７１…パワー半導体モジュー
ル、５１０，１１２…ＩＧＢＴモジュール、１１，３
１，２３１，２７２…パワー半導体モジュールの金属ベ
ース、１２，５１１，１１３，２５４，２７３…浅い水
路、１３，２１，３２，４２，５１，６１，７３，８
０，１００，１１０，１２０，１４０，２３３，２７
０，２８４…インバータ筐体、１４，５０，１６１，２
８０…上蓋、１５，６０，７１…制御回路基板、１６，
５１２…マイコン、１７，５１４…ゲートドライバ、１
８，５１５…トランス、１９，５１３…電解コンデン
サ、２０，２３６，２５３…水路、２２，２３４…水路
カバー、２３…インバータ筐体開口部、３３…水路用底
蓋、４０，５８，１６３…制御回路基板（ゲートドライ
バ、電源、他）、６２…深い水路形成部、４１，５９，
１２２，１３０，１４２，１６４…制御回路基板（マイ
コン、他）、４３，５２，８３，１２１，１３１，１４
１，１６２，２８５…制御基板搭載用底蓋、５３，８
１，１１１…開口部付きアルミニウム板、５４…締結用
Ｍ６ボルト、５５…フィルタコンデンサ端子締結用Ｍ５
ボルト、５６…ＩＧＢＴモジュール主端子締結用Ｍ５ボ
ルト、５７…プリント回路基板締結用Ｍ３ボルト、５１
６，８４…熱伝導シート、５１７，１１４，２８１…グ
ランド（Ｎ）バスバー、５１８，１１５，１８２…電源
（Ｐ）バスバー、５１９，１１６…出力配線、５２０…
フィルタコンデンサ、５２１，７５，２８７…インタフ
ェースケーブル、５２２，７４…インタフェース端子、
５２３…カレントトランス、５２４…チップ抵抗、５２
５…チップコンデンサ、５２６，１１７，２８３，２５
３…絶縁板、２５８…ＩＧＢＴモジュール制御端子、９
１，５２７，２５８，２８８…インタフェースケーブル
用開口部、７０…制御回路搭載上蓋、７２…ゲートドラ
イバ内蔵ＩＧＢＴモジュール、８２…フィルタコンデン
サ冷却用水路、９０…ウレタン樹脂、１０１…水抜き用
開口部、１０２…漏水センサ、１５０，２５０…水路用
構造体、１６５…水路構造体締結板、１７２…浅い水路
用開口部、１７３，２４０…深い水路、１７４…モジュ
ール取付用Ｍ５ネジ穴、１７５…フィルタコンデンサ、
他配置用スペース、１７６…カレントトランス他配置用
スペース、１７７…給排水管、１８２…ＩＧＢＴモジュ
ール取付用Ｍ５ボルト、１８６…Ｐ端子、１８７…Ｎ端
子、１８９…補助エミッタ端子、１８００…ゲート端
子、１８０１…スナバコンデンサ陽極端子、１８０２…
フィルタコンデンサ陰極端子、２３２…熱伝導グリー
ス、２５５…水路構造体開口部幅、２３５…フィン、９
２…筐体／ＩＧＢＴモジュールシール部、１５１，１６
０…筐体用側壁、１９０，２０１…ＩＧＢＴモジュール
制御端子用開口部、１９２…Ｐバスバー張り出し部、１
９１，２１２…フィルタコンデンサ端子用開口部、２１
０…Ｐバスバー開口部、２１１…切欠き部、２５１…流
速増大用凸部、２５２…浅い水路用開口部、２５６…浅
い水路深さ、２００…ＩＧＢＴモジュール主端子、フィ
ルタコンデンサ端子用開口部、２５７…水路構造体板
厚。
───────────────────────────────────────────────────── 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 25/18 (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 門馬 直弘 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） 5F036 AA01 BA10 BB14 BB21 BB41 BC03 BC05 BC35 5H007 AA06 BB06 CA01 HA03 HA04 HA06 HA07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、冷却水が給排水される給排
    水口と、前記給排水口に接続され冷却水が流れる水路
    と、パワー半導体チップが搭載され、底面に金属体を有
    するパワー回路装置とから構成され、前記パワー回路装
    置を冷却するための水路領域は、前記金属体の底面と前
    記パワー回路装置の周囲を覆う容器の一部から構成さ
    れ、前記冷却水は直接前記金属体に当てられる水冷イン
    バータにおいて、前記パワー回路装置を冷却するための
    水路領域の深さは、前記パワー回路装置の周囲を覆う容
    器の一部に設けられた窪みの深さ、または、前記金属体
    底面の窪み深さ、あるいはその両者で規定されることを
    特徴とする水冷インバータ。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記冷却水が流れる
    水路は、少なくとも２種類の深さの異なる領域から構成
    され、一番浅い水路領域は、前記パワー半導体チップを
    有するパワー回路装置の底面と、前記パワー回路装置の
    筐体とから構成され、前記水路領域の深さは前記筐体一
    部に形成された窪みの深さで規定される水冷インバー
    タ。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記パワー回路装置
    を冷却する一番浅い水路領域の深さは５ｍｍ以下である
    水冷インバータ。
  4. 【請求項４】 請求項２において、前記パワー半導体チ
    ップを有するパワー回路装置の上方には、前記パワー回
    路装置を制御する制御回路基板が配置され、前記制御回
    路基板に搭載された回路素子の一部と、機器を覆う上蓋
    間は、熱伝導性の樹脂シートで接続される水冷インバー
    タ。
  5. 【請求項５】 請求項２において、前記パワー半導体チ
    ップを有するパワー回路装置及び水路の下方には、前記
    パワー回路装置を制御する制御回路基板が配置される水
    冷インバータ。
  6. 【請求項６】 請求項５において、前記制御回路基板に
    接続され制御されるパワー回路装置は、前記パワー半導
    体チップと前記パワー半導体チップを制御する制御回路
    が同一の樹脂箱に収められた回路装置である水冷インバ
    ータ。
  7. 【請求項７】 少なくとも冷却水が給排水される給排水
    口と、前記給排水口に接続される冷却水が流れる水路
    と、パワー半導体チップが搭載された、底面に金属体を
    有するパワー回路装置と、前記パワー回路装置を制御す
    る制御回路基板とから構成され、前記パワー回路装置を
    冷却するための水路領域は、前記金属体の底面と前記パ
    ワー回路装置の筐体の一部から構成され、前記冷却水は
    直接前記金属体に当てられる水冷インバータにおいて、
    前記パワー回路装置を制御する制御回路基板は少なくと
    も２枚存在し、前記パワー回路装置及び前記パワー回路
    装置を冷却するための水路領域の上方及び下方に配置さ
    れることを特徴とする水冷インバータ。
  8. 【請求項８】 請求項７において、前記冷却水が流れる
    水路は、少なくとも２種類の深さの異なる領域から構成
    され、一番浅い水路領域は、前記パワー半導体チップを
    有するパワー回路装置の底面と、前記パワー回路装置の
    筐体とから構成され、前記水路領域の深さは、前記筐体
    の一部に形成された窪みの深さで規定されることを特徴
    とする水冷インバータ。
  9. 【請求項９】 少なくとも、冷却水が給排水される給排
    水口と、前記給排水口に接続され冷却水が流れる水路
    と、パワー半導体チップが搭載された、底面に金属体を
    有するパワー回路装置と、前記パワー回路装置を制御す
    る少なくとも２枚以上の制御回路基板、機器の上下を覆
    う上蓋及び底蓋とから構成される水冷インバータにおい
    て、前記パワー回路装置の筐体は、前記パワー回路装置
    の底面に直接冷却水が当てられるように接続される水路
    を構成する容器と、前記パワー回路装置の周囲を囲む側
    壁とから構成され、前記制御回路基板の少なくとも１枚
    は、底蓋中に収納されることを特徴とする水冷インバー
    タ。
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