JP2004072959A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置の冷却性能の向上による電力変換装置の小型化。
【解決手段】電力変換装置の制御部を構成する基板として、電子部品が接続された電気回路パターンを構成する金属層と、これとは絶縁され、電気回路パターンを構成する金属層及び電子部品からの発熱を伝熱するための伝熱パターンを構成する金属層とを有するものとし、伝熱パターンを構成する金属層を、密閉容器及び冷却水路を形成する部材と一体成型された伝熱部材と熱的に接続させ、電子部品の発熱を伝熱パターン，伝熱部材を介して冷却水路に伝熱する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機に供給される電力を制御する電力変換装置及びそれを備えた自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車，ハイブリッド自動車などのように、電動機を駆動源とする電動車両においては、バッテリから電動機に供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の小型化が検討されている。これは、電力変換装置の低価格化，電力変換装置の軽量化による電動車両の燃費向上，電動車両における電力変換装置の実装スペースの縮小化のためである。電力変換装置は、密閉容器に収納された配線基板に半導体素子などの電子部品が実装されて構成されており、電子部品の一部が自己の動作発熱或いは密閉容器内の他の発熱体からあおられて電子部品の表面限界温度を超える場合がある。このため、電力変換装置は、電子部品の発熱を冷却できるように構成されている。
【０００３】
配線基板に実装された電子部品の発熱を冷却できるように構成された電力変換装置としては従来、例えば国際公開００／１７９９４号パンレット，特開２００１−２１１６６３号公報に記載されたものが知られている。このうち、前者の公報に記載されたものは、電子部品が実装された配線基板の部品実装面とは反対側の面に熱伝導シートを介して配線基板据付部材を配置し、配線基板据付部材を密閉容器に接続している。このような構成によれば、電子部品の発熱は、配線基板から熱伝導シート，配線基板据付部材，密閉容器を介して、密閉容器と熱的に接続された冷却器に伝熱される。後者の公報に記載されたものは、電子部品を実装する配線基板として、高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板を使用し、別の高熱伝導率を有する支持部材によって熱伝導板と密閉容器とを熱的に接続している。これにより、電子部品の部品の発熱を冷却している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品の冷却用部材として熱伝導シートや配線据付部材を使用する従来のものでは、配線取付部材に配線基板が取り付けられるように配線取付部材が配線基板以上の面積で形成され、パワーモジュール部と配線基板との間が別個の配線で電気的に接続される必要があるので、電力変換装置の構成部品数が多くなる。このため、電力変換装置を構成する部品点数を少なくし、構成の簡素化，装置の小型化，組立工数の低減を図ることが、電力変換装置の小型・軽量化，低価格化及び信頼性の向上を達成する上で好ましい。また、発熱する電子部品から冷却器に至る熱伝達経路を構成部品数を少なくし、電子部品から冷却器に至る熱抵抗のうち、部材間の接触熱抵抗が占める割合を低減し、電子部品の冷却効率を向上させることが、電力変換装置の小型・軽量化，低価格化及び信頼性の向上を達成する上で好ましい。
【０００５】
一方、電子部品を実装する配線基板として、高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板を使用する従来ものでは、熱伝導板がプリント配線基板内に一様に配置されているので、配線基板上のすべての発熱が熱伝導板に伝わり、密閉容器への熱伝導路である支持部材にすべての発熱が集中し、配線基板上の電子部品が他の発熱体からあおられる。このため、他の発熱体からのあおりを抑え、電子部品の冷却効率を向上させることが、電力変換装置の小型・軽量化，低価格化及び信頼性の向上を達成する上で好ましい。また、従来のものでは、熱伝導板に他の金属層より厚い０．５ｍｍ　以上のものが使用されているが、電力変換装置の小型・軽量化，低価格化及び信頼性の向上を達成する上では、スルーホール用穴や島状パターンなどを形成する加工を施し易くすることが好ましい。さらに、従来のものでは、熱伝導板と支持部材との間及び支持部材と冷却器との間をそれぞれネジ止めしているので、接触抵抗を考慮すべき点が２箇所存在する。このため、ネジ止め箇所を減らし、電子部品の冷却効率を向上させることが、電力変換装置の小型・軽量化，低価格化及び信頼性の向上を達成する上で好ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、簡素な構成で電子部品の冷却効率を向上させることができる電力変換装置を提供する。このため、本発明は、電力制御用の半導体素子を有するパワーモジュール部と、半導体素子を制御する制御部と、パワーモジュール部及び制御部を収納すると共に、パワーモジュール部を冷却するための冷却水路が一体に設けられた密閉容器とを有し、制御部が、基板と、これに実装された複数の電子部品とを備えて構成され、基板が、電子部品が接続された電気回路パターンを構成する金属層と、これとは絶縁され、電気回路パターンを構成する金属層及び電子部品からの発熱を伝熱するための伝熱パターンを構成する金属層とを有するものであり、伝熱パターンを構成する金属層が、密閉容器及び冷却水路を形成する部材と一体成型された伝熱部材と熱的に接続されている電力変換装置を代表的な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
電力変換装置は、例えば電動機に供給する電力を制御するものであり、例えば交流電力を直流電力に変換する整流装置，直流電力を交流電力に変換するインバータ装置，整流装置とインバータ装置の組み合わせであって、入力された直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ装置がある。以下の説明においては、直流蓄電装置から出力された直流電力を交流電力に変換して電動機に供給するインバータ装置を本発明の実施例として説明するが、本発明の構成は整流装置やＤＣ−ＤＣコンバータ装置にも適用することができる。
【０００８】
本発明の第１実施例を図１乃至図６に基づいて説明する。図６は、本実施例のインバータ装置を搭載したハイブリッド自動車のエンジンルーム部の概略構成を示す。エンジンルーム内には、インバータ装置２００と、内燃機関であるエンジン２１０と、電動機２０１と、ラジエータ２１１と、冷却水用ポンプ２１２と、配管２１３と、動力伝達機構２１４と、車軸２１５が配置されている。車軸２１５の両端部はエンジンルームの外部に突出しており、車輪２１６が取り付けられている。車軸２１５は、動力伝達機構を介してエンジン２１０及び電動機２０１のいずれか或いは両方によって回転させられる。尚、図５の構成においてエンジン２１０を取り除き、電動機２０１の動力のみで車軸２１５を駆動するようにしたものが電気自動車の構成となる。
【０００９】
電動機２０１を駆動するインバータ装置２００は、エンジン２１０及び電動機２０１及び近傍に配置され、エンジン２１０及び電動機２０１の発熱による温度の影響を受ける。エンジンルームの温度は社外環境や走行停止直後などにより
９０℃以上に達し、インバータ装置２００の内部の雰囲気温度が１００℃程度に達することもある。インバータ装置２００は直流蓄電装置（以下、バッテリという）２０２から供給された直流電力を交流電力に変換し、電動機２０１に供給して電動機２０１を駆動する。
【００１０】
インバータ装置２００は、熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウム合金で形成されたケース１０及びケースふた１１で形成されると共に、ケース１０に冷却水路１８が一体形成された密閉容器内に、ケース１０の上にパワーモジュール部１７が、この上に制御部を構成する配線基板１３が積み重なるように、パワーモジュール部１７及び制御部を収納したものであり、パワーモジュール部１７の発熱がケース１０内の冷却水路１８に伝熱されるように構成されているものである。密閉容器は、エンジンルーム内に入り込む雨水や塵埃の浸入を防ぐため、完全に密閉されていることが望ましい。
【００１１】
ラジエータ２１１，冷却水用ポンプ２１２，ケース１０及び電動機２０１はこの順に配管２１３で接続されている。これにより、冷却水循環経路が構成されている。冷却水としては、例えばエチレングリコールからなる不凍水を混合した水が用いられる。運転中のエンジン２１０及び電動機２０１は共に冷却水で冷却されるが、これらの発熱によってエンジンルーム内は９０℃程度まで上昇することがある。電動機２０１と冷却水用ポンプ２１２は同時に運転される。冷却水ポンプ２１２が運転されると、ラジエータ２１１で６０℃程度の温度に冷却された冷却水は最初、ケース１０に送られ、ケース１０を冷却する。ケース１０を冷却した後、冷却水は電動機２０１を冷却する。これにより、冷却水は、ケース１０と電動機２０１の各々から奪った熱で温度上昇する。この後、冷却水はラジエータ２１１に戻る。ラジエータ２１１に戻った冷却水は、エンジンルーム内に取り込まれる走行風を利用して熱交換され、６０℃程度の低温に戻る。エンジン２１０は、インバータ装置２００，電動機２０１の冷却水循環系経路とは別系統（図示せず）で冷却されるが、同一系統の構成もあり得る。
【００１２】
図５はインバータ装置２００の回路構成を示す。インバータ装置２００は、そのパワーモジュール部１７に内蔵されたパワー半導体素子のスイッチング動作を制御し、バッテリ２０２から供給された直流電力を交流電力に変換する。交流電力は電動機２０１に供給される。図５において、バッテリ２０２から供給された直流電力は正極端子２１ａ，負極端子２１ｂを通してインバータ装置２００に供給される。インバータ装置２００に供給された直流電力は、正極端子２１ａと負極端子２１ｂに接続されたコンデンサ１６に一時的に蓄えられ、パワー半導体素子Ｘ１〜Ｘ６で構成され、正極端子２１ａと負極端子２１ｂに接続された電力変換部で交流電力に変換される。交流電力は電動機接続端子２０を通して電動機
２０１に供給される。これにより、電動機２０１は駆動される。制御部はパワー半導体素子Ｘ１〜Ｘ６のスイッチング動作を制御する制御用素子１５や制御用素子１５に指令する演算処理用素子１４を含む電子部品，回路を搭載した基板で構成されている。
【００１３】
図１乃至図４は、図５の回路を適用した実際のインバータ装置２００の構成を示す。冷却水路１８とケース１０は、アルミニウムやアルミニウム合金や銅などの熱伝導率の高い材料で一体成型されている。ケース１０の上面開口はケースふた１１で塞がれる。これにより、密閉容器が形成される。パワーモジュール部
１７とケース１０は熱伝導グリースなどを介して熱的に良好に接触している。冷却水路１８は、ケース１０の上面に設置されるパワーモジュール部１７内におけるパワー半導体素子を冷却するための最小限の幅で形成されている。冷却水路
１８の幅はパワーモジュール部１７の幅より小さい。冷却水路１８における圧力損失を最小限に抑えるため、冷却水路入口３００から入った冷却水は、冷却水路１８内で直線状に流れ、冷却水路出口３０１から流出する。
【００１４】
パワーモジュール部１７には電動機接続端子２０ａ，２０ｂ，２０ｃがそれぞれ接続されている。各配線は密閉容器側面から外部まで伸び、電動機２０１と電気的に接続されている。正極端子２１ａと負極端子２１ｂはパワーモジュール部１７と接続され、ケース１０上かつパワーモジュール部１７の横に設置されたコンデンサ１６ａ，１６ｂと並列に接続され、密閉容器側面から外部まで伸びている。正極端子２１ａと負極端子２１ｂはバッテリ２０２と電気的に接続されている。
【００１５】
冷却ボス１０ａ，１０ｂは冷却水路入口３００に近い冷却水路１８の上側面に設けられている。冷却ボス１０ａ，１０ｂは、ケース１０と同一の材料、例えば熱伝導率が高い銅やアルミニウムの合金で一体形成されている。冷却ボス１０ａ，１０ｂの上面には、パワーモジュール部１７を覆うように制御部のプリント配線基板１３（以下、単に配線基板１３という）が配置されている。プリント配線基板１３は冷却ボス１０ａ，１０ｂと接触し、冷却ボス１０ａ，１０ｂにネジ
１２で固定され、冷却ボス１０ａ，１０ｂによって支持されている。
【００１６】
配線基板１３には、制御部を構成する演算処理用素子１４やパワー半導体制御用素子１５を含む電子部品が複数実装されている。配線基板１３とパワーモジュール部１７との間の電気的配線は、パワーモジュール部１７からのびる制御端子１９と配線基板１３とをはんだ接続で行われる。はんだ接続の代わりにコネクタ接続でも良い。演算処理用素子１４は１Ｗ程度の自己発熱をするものであり、表面の許容温度が１１０℃程度のものであり、密閉容器内温度が１００℃程度に達する場合には冷却する必要がある。
【００１７】
配線基板１３には、その上面から金属層１０１〜１０６が６層に渡って積層されたガラスエポキシプリント配線基板が用いられている。金属層１０１〜１０６は、例えば厚さ３５μｍから７０μｍ程度の銅箔であり、容易にパターン加工のできるものである。金属層１０１〜１０４は回路配線パターン用として用いられている。演算処理用素子１４は面実装部品なので、金属層１０１上に実装されている。演算処理用素子１４を冷却するために、金属層１０５，１０６は伝熱用パターン用として用いられており、演算処理用素子１４の実装領域から冷却ボスとの接触領域１０７に至るまで形成されたものであり、回路配線パターンとは絶縁されている。金属層１０５，１０６は演算処理用素子１４の発熱を冷却ボス１０ａまで効率よく伝熱する。金属層１０５，１０６で形成される伝熱層の伝熱効率を上げるため、非貫通スルーホールで金属層間を接続するのが好ましい。また、非貫通スルーホールを使用することで、他の金属層１０１〜１０４にパターンの削除をする必要がなくなるので、プリント配線基板の高密度実装に適している。また、演算処理用素子１４と冷却ボス接触領域１０７との間隔は、演算処理用素子１４から冷却ボス接触領域までの熱抵抗を低減するため、約３０ｍｍ以内としている。
【００１８】
電動機２０１が運転されると、インバータ装置２００のパワーモジュール部
１７内のパワー半導体素子，演算処理用素子１４及びパワー半導体素子制御用素子１５が発熱する。パワーモジュール部１７内の発熱はケース１０内の冷却水路１８内の冷却水に伝熱される。演算処理用素子１４の発熱は、プリント配線基板１３内の伝熱パターンを構成する金属層１０５，１０６を介して冷却ボス１０ａに伝熱され、冷却ボス１０ａから冷却水路１８内の冷却水中に伝熱される。一部分はインバータ装置２００内空間中に放熱される。
【００１９】
以上本実施例によれば、配線基板１３に実装された演算処理用素子１４の発熱が、配線基板１３に設けた伝熱パターンを構成する金属層１０５，１０６、冷却ボス１０ａを介して効率よく冷却水へ伝熱されるので、演算処理用素子１４の温度上昇を抑えることができる。従って、本実施例によれば、配線基板１３上の電子部品の信頼性を向上させることができ、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、本実施例によれば、インバータ装置２００内でパワーモジュール部１７に配線基板１３が積み重なるように配置したので、パワーモジュール部１７と配線基板１３との間の配線の長さを短くすることができ、パーモジュール１７と配線基板１３との間でノイズの影響を受け難くすることができる。従って、本実施例によれば、インバータ装置２００を小型化することができると共に、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、本実施例によれば、他の冷却用部品を用いることなく、パターン加工が容易な配線基板１３上の演算処理用素子１４を冷却することができるので、インバータ装置２００を構成する部品点数を低減することができる。従って、本実施例によれば、インバータ装置２００の組立工数の低減，インバータ装置２００の小型・軽量化を図ることができる。
【００２２】
本発明の第２実施例を図７，図８に基づいて説明する。本実施例では、配線基板１３に金属層が４層あるガラスエポキシプリント配線基板を用い、伝熱パターンを構成する金属層を１層のみ設けた場合である。金属層は例えば厚さ３５μｍ程度の銅箔であり、パターン加工は容易にできる。
【００２３】
図７，図８において、第四金属層１１４と演算処理用素子１４を実装した面の第一金属層１１１は細かい配線パターンで構成されているのに対し、第二金属層１１２，第三金属層１１３はプリント配線基板上の回路の電源パターンを構成するため、ベタパターンになっている。例えば第二金属層１１２が配線基板上の電気回路のＧＮＤ層であり、第三金属層１１３は電源層とする。冷却ボス１０ａと接触する４層目には、冷却ボス１０ａと接触させる補助パターン１１５（金属層）が基板上の電気回路パターンと絶縁して設けられている。配線基板１３の第３層目には、配線基板の法線方向の視点で、伝熱パターン１１０（金属層）が演算処理用素子１４の真下から補助パターン１１５を含む領域に第三金属層１１３とは絶縁して形成されている。伝熱パターン１１０と補助パターン１１５はスルーホールメッキ１１６で熱的に接続する。また、スルーホールメッキ１１６によって補助パターン１１５と伝熱パターン１１０は接続されているので、補助パターン１１５が冷却ボス１０ａと接触していれば、ケース１０と伝熱パターン１１０は同電位に保たれる。
【００２４】
このように形成された本実施例のインバータ装置２００では、演算処理用素子１４の発熱が、ベタパターンである第二金属層１１２を介して伝熱，拡散されると共に、伝熱パターン１１０にも伝熱され、さらに補助パターン１１５を経由して冷却ボス１０ａまで伝熱される。
【００２５】
本実施例によれば、伝熱パターン１１０を演算処理用素子１４実装面の反対側で、演算処理用素子１４に近い内層に設けているので、演算処理用素子１４から伝熱パターン１１０への伝熱効率を向上させることができる。さらに、本実施例によれば、冷却ボス１０ａと接触する補助パターン１１５と伝熱パターン１１０をスルーホールメッキ１１６で接続しているので、伝熱パターン１１０から冷却ボス１０ａへの伝熱効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の第３実施例を図９，図１０に基づいて説明する。本実施例では、前例の場合とは異なり、伝熱パターン１１０を、基板法線方向の視点において、演算処理用素子１４を含まない領域に設け、ベタパターンである第二金属層１１２と重なる面積を広くしている。
【００２７】
このように構成された本実施例のインバータ装置２００では、演算処理用素子１４の発熱は、第二金属層１１２に伝熱，拡散し、伝熱パターン１１０との重なる領域で伝熱パターン１１０に伝熱される。このとき、第二金属層１１２と伝熱パターン１１０の重なり領域が広いので、伝熱効率を向上させることができる。また、伝熱パターン１１０が演算処理用素子１４の下方に無いので、演算処理用素子１４と電源層である第二金属層１１２，第三金属層１１３や信号パターンである第四金属層１１４とを結ぶ電気回路用スルーホール（図示せず）により、伝熱パターンを部分的に削除する必要が無くなり、配線基板のパターン設計を容易にできる。
【００２８】
本実施例の第４実施例を図１１に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例であり、演算処理用素子１４の発熱を冷却ボス１０ａと配線基板１３との接触部分から効率よく冷却水路１８内の冷却水に伝熱させるために、冷却ボス幅Ｗ１を冷却水路幅Ｗよりも大きくしている。このように構成された本実施例のインバータ装置２００では、冷却水と冷却ボス１０ａとの間の熱交換効率を促進させることができる。
【００２９】
本実施例の第５実施例を図１２に基づいて説明する。本実施例は第４実施例の改良例であり、冷却水路１８の冷却ボス１０ａが設けられた部分に、冷却ボス
１０ａと一体形成され、冷却水路１８内に突出するように冷却フィン５０が設けられている。冷却フィン５０はその長手方向が冷却水の流れ方向と並行になるように配置されている。このように構成された本実施例のインバータ装置２００では、冷却水との熱交換面積を増大させることができるので、前例よりもさらに冷却水と冷却ボス１０ａとの間の熱交換効率を促進させることができる。
【００３０】
本実施例の第６実施例を図１３に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例である。本実施例では、冷却ボス１０ａと配線基板１３との間に弾性力のある熱伝導シート８０を挟み込ませている。例えば、厚さ１ｍｍ、熱伝導シリコーンを主成分とした熱伝導シート８０を冷却ボス１０ａと配線基板１３との間には挟み込ませることにより、両者間隙間を埋め、接触熱抵抗を低減することができる。尚、この他の構成については第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００３１】
本実施例によれば、配線基板１３上の演算処理用素子１４の冷却効率を向上させることができるので、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。さらに、熱伝導シートの代わりに、シリコーングリースを塗布し、この厚さを１００μｍ程度にすることにより、冷却ボス１０ａと配線基板１３との間の隙間をよりきめ細かく埋めることができる。従って、本実施例によれば、冷却ボス１０ａと配線基板１３との間の接触抵抗をさらに低減することができ、インバータ装置２００の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３２】
本発明の第７実施例を図１４に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例である。本実施例では、冷却水路１８の一部をパワーモジュール部１７の一部で構成している。尚、この他の構成については第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００３３】
本実施例によれば、パワーモジュール部１７の底面を冷却水路１８中の冷却水と直接接触させることができるので、パワーモジュール部１７と冷却水との間の熱交換効率を向上させることができる。従って、本実施例によれば、パワーモジュール部１７からケース１０に伝熱される発熱を前例よりも低減できるので、冷却ボス１０ａに対するパワーモジュール部１７の発熱の影響を低減することができ、冷却ボス１０ａを介して配線基板１３上の演算処理用素子１４の冷却効率を向上させることができる。よって、本実施例によれば、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
本発明の第８実施例を図１５，図１６に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例である。本実施形態では、冷却水路１８を形成するケース１０と一体成形した冷却ボス６０の上部側の側面に凹形状の窪み６０ａを設けている。窪み６０ａの上下方向の厚さは配線基板１３の厚さとほぼ同一である。本実施例では窪み６０ａの上下方向の厚さを例えば１．６ｍｍ　としている。奥行き（水平方向の深さ）は、配線基板１３上に形成される伝熱パターンである金属層１０６と十分に接触する寸法、例えば７ｍｍとしている。冷却ボス６０と配線基板１３との固定にはネジ１２を用いている。
【００３５】
本実施例によれば、配線基板１３を冷却ボス６０の窪み６０ａの両面で挟み込んでいるので、ネジ１２の締付力が冷却ボス６０と配線基板１３との間の接触面に均一に作用させることができ、ネジ１２の締付力による配線基板１３への応力を緩和することができる。従って、本実施例によれば、配線基板１３の損傷を防止することができるので、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、冷却ボス６０と配線基板１３との間の接触面積が増えるので、両者間の接触熱抵抗を低減することができ、配線基板１３上の演算処理用素子１４の発熱を効率よく冷却ボス６０に伝熱させることができる。従って、本実施例によれば、インバータ装置２００の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
本発明の第９実施例を図１７に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例である。本実施例では、冷却ボス１０ａを演算処理用素子１４の真下に設けている。このように構成された本実施例のインバータ装置２００では、演算処理用素子１４から冷却ボス１０ａの端部までの熱抵抗を低減する（配線基板１３の上下方向の厚み分とする）ことができ、演算処理用素子１４の発熱を効率よく冷却水路１８に伝熱することができる。
【００３８】
本発明の第１０実施例を図１８に基づいて説明する。本実施例は第１実施例の改良例である。本実施例では、制御用素子１５を冷却するための冷却ボス１０ｃを別個に設けている。制御用素子１５から冷却ボス１０ａまでの距離が長い場合がある。このような場合には、冷却ボス１０ｃを制御用素子１５の近傍に設けることにより、制御用素子１５を効率よく冷却することができる。この場合、配線基板１３には、制御用素子用冷却用の伝熱パターンを構成する金属層を設けることが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却水路を内包する密閉容器に収容された電力変換装置における配線基板上の電子部品の発熱を、配線基板に設けた伝熱パターンと冷却水路上側面に設けた冷却ボスを介して効率よく冷却水に伝熱できるので、電子部品の温度が低減され、電力変換装置の信頼性が向上する。また、冷却用部品の個数を低減できたので、工数低減も伴い電力変換装置の小型化軽量化が出来る。したがって、電力変換装置の低コスト化が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第１実施例であるインバータ装置の構成を示す平面図。
【図４】本発明の第１実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第１実施例であるインバータ装置の回路構成を示す回路図。
【図６】本発明の第１実施例であるインバータ装置が搭載されたハイブリッド自動車のエンジンルーム内部の概略構成を示す斜視図。
【図７】本発明の第２実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す断面図。
【図８】本発明の第２実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す分解図。
【図９】本発明の第３実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す断面図。
【図１０】本発明の第３実施例であるインバータ装置の配線基板の構成を示す分解図。
【図１１】本発明の第４実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１２】本発明の第５実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１３】本発明の第６実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１４】本発明の第７実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１５】本発明の第８実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１６】図１５の冷却ボスの構成を示す斜視図。
【図１７】本発明の第９実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【図１８】本発明の第１０実施例であるインバータ装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０…ケース、１０ａ…冷却ボス、１１…ケースふた、１２…ネジ、１３…プリント配線基板、１４…演算処理用素子、１５…制御用素子、１６…コンデンサ、１７…パワーモジュール部、１８…冷却水路、１９…制御端子、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…電動機接続端子、２１ａ…正極端子、２１ｂ…負極端子、
５０…フィン、６０…冷却ボス、８０…熱伝導シート、９０…ケース、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６…金属層、１０７…冷却ボス接触領域、１１０…伝熱パターン、１１１…第一金属層、１１２…第二金属層、１１３…第三金属層、１１４…第四金属層、１１５…補助パターン、１１７…スルーホールメッキ、２００…インバータ装置、２０１…電動機、２０２…バッテリ、２１０…エンジン、２１１…ラジエータ、２１２…冷却水用ポンプ、２１３…配管、
２１４…動力伝達機構、２１５…車軸、２１６…車輪、３００…冷却水路入口、３０１…冷却水路出口、Ｘ１〜Ｘ６…パワー半導体素子。

Claims (17)

1. 電力制御用の半導体素子を有するパワーモジュール部と、前記半導体素子を制御する制御部と、前記パワーモジュール部及び前記制御部を収納すると共に、前記パワーモジュール部を冷却するための冷却水路が一体に設けられた密閉容器とを有し、前記制御部は、基板と、これに実装された複数の電子部品とを備えて構成され、前記基板は、前記電子部品が接続された電気回路パターンを構成する金属層と、これとは絶縁され、前記電気回路パターンを構成する金属層及び前記電子部品からの発熱を伝熱するための伝熱パターンを構成する金属層とを有するものであり、前記伝熱パターンを構成する金属層は、前記密閉容器及び前記冷却水路を形成する部材と一体成型された伝熱部材と熱的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱パターンを構成する金属層は、前記基板の表面に設けられて前記伝熱部材と接触して前記伝熱部材と熱的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱パターンを構成する金属層を前記基板内に設け、前記伝熱部材と接触する補助パターンを構成する金属層を前記基板の表面に設け、前記伝熱パターンを構成する金属層と前記補助パターンを構成する金属層とをスルーホールメッキで接続したことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記金属層の電位と前記密閉容器の電位は同一であることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記電子部品のうち冷却対象となる電子部品は、前記基板の前記伝熱部材との接触部分から約３０ｍｍの範囲以内に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱パターンを構成する金属層は、前記基板の平面内で、前記電子部品のうち冷却対象の電子部品を含む範囲に設けられている囲に設けることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記基板は４層以上の金属層を有しており、前記電子部品を搭載した金属層に最も近接する金属層は電気回路の接地層又は電源層であり、前記伝熱パターンを構成する金属層は前記基板の法線方向で前記接地層又は前記電源層と重なることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記基板は４層以上の金属層を有しており、前記電子部品した金属層に最も近接する２層の金属層は電気回路の接地層及び電源層であり、前記伝熱パターンを構成する金属層は前記接地層又は電源層と同一平面上に絶縁して設けられていることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記基板は、前記パワーモジュール部の上部に積み重なるように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱部材は凹状の窪みを有しており、前記基板の一部は前記窪みに挿入されていることを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱部材を含む前記冷却水路構成部材は、アルミニウムを主体とした金属合金で構成されていることを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱部材と前記基板との間には熱伝導シート又は熱伝導グリースが設けられていることを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記伝熱部材は、前記冷却水路を流れる冷却水の流入側に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
14. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記冷却水路の前記伝熱部材が設けられた部分には、前記冷却水路内に突出する複数のフィンが形成されていることを特徴とする電力変換装置。
15. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記パワーモジュール部の一部は前記冷却水路の一部を構成することを特徴とする電力変換装置。
16. 車体と、前記車体に回転可能に取り付けられた車輪と、前記車輪を駆動する電動機と、前記電動機に供給される駆動電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置から前記電動機に供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、ラジエータから前記電力変換装置に冷却水を供給する装置とを有し、前記電力変換装置は、請求項１に記載の電力変換装置であることを特徴とする電気自動車。
17. 車体と、前記車体に回転可能に取り付けられた車輪と、前記車輪を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に代わって前記車輪を駆動する電動機と、前記電動機に供給される駆動電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置から前記電動機に供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、ラジエータから前記電力変換装置に冷却水を供給する装置とを有し、前記電力変換装置は、請求項１に記載の電力変換装置であることを特徴とするハイブリッド自動車。

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