JP2005143244A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換回路を構成する半導体モジュールの冷却手段を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a cooling means for a semiconductor module constituting a power conversion circuit.
従来より、DC−DCコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、市場拡大に向けて大型車種への展開や動力性能の向上が図られており、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となってきている。
それ故、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するIGBT等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
Conventionally, a power conversion circuit such as a DC-DC converter circuit or an inverter circuit is sometimes used to generate a drive current for energizing an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
In general, electric vehicles, hybrid vehicles, etc. have been developed for large vehicles and improved in power performance in order to expand the market, and a large driving current is required to secure a large driving torque from an AC motor. Yes.
Therefore, in the power conversion circuit that generates the drive current for the AC motor, heat generated from the semiconductor module including the power semiconductor element such as IGBT constituting the power conversion circuit tends to increase.
そこで、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一性高く冷却できるように、冷却用媒体(冷媒)の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の扁平冷却チューブを配置し、該扁平冷却チューブの間に半導体モジュールを挟持した冷却チューブ並列型の電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, a large number of flat cooling tubes are arranged between a pair of headers that supply and discharge the cooling medium (refrigerant) so that the plurality of semiconductor modules constituting the power conversion circuit can be cooled with high uniformity. A cooling tube parallel type power converter in which a semiconductor module is sandwiched between cooling tubes has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の電力変換装置では次のような問題がある。すなわち、上記電力変換装置では、上記扁平冷却チューブの長手方向の両端側に上記ヘッダを配設する必要があるため、上記電力変換装置全体の大型化を招来するおそれがある。
特に、電気自動車やハイブリッド自動車等に車載される電力変換装置では、エンジンルームやトランクルーム等の狭いスペースに収容しようとしたときサイズ上の問題が顕在化するおそれがある。
However, the conventional power conversion device has the following problems. That is, in the power converter, since it is necessary to dispose the header on both ends in the longitudinal direction of the flat cooling tube, there is a risk of increasing the size of the power converter as a whole.
In particular, in a power conversion device mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, there is a risk that a size problem may become apparent when attempting to accommodate in a narrow space such as an engine room or a trunk room.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、小型であって、かつ、信頼性の高い電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power converter having a small size and high reliability.
本発明は、冷媒の流路をなす扁平管形状の冷却チューブと、電力変換回路を構成する平板状の半導体モジュールとを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有してなり、
上記各冷却チューブは、隣り合って積層した上記冷却チューブと所定の隙間を空けて相互に対面する扁平表面同士の間隙に配設されたヘッダ管を介して相互に連結してあると共に、該ヘッダ管を経由して上記冷媒の供給又は排出を行うように構成してあり、上記各冷却チューブの端部は、該冷却チューブの内側に嵌入する嵌入部を有する封止部材を用い、上記嵌入部を上記各冷却チューブの内側に嵌入するよう上記封止部材を接合して封止してあることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
The present invention comprises a semiconductor laminated unit formed by alternately laminating a flat tube shaped cooling tube forming a refrigerant flow path and a flat semiconductor module constituting a power conversion circuit,
The cooling tubes are connected to each other through the header tubes disposed in the gap between the flat surfaces facing each other with a predetermined gap and the cooling tubes stacked adjacent to each other. The refrigerant is supplied or discharged via a pipe, and the end of each cooling tube uses a sealing member having a fitting portion fitted inside the cooling tube, and the fitting portion The power conversion device is characterized in that the sealing member is joined and sealed so as to fit inside the cooling tubes (claim 1).
本発明の電力変換装置では、上記冷却チューブの長手方向の端部の外方側ではなく相互に対面する上記扁平表面の間隙に上記ヘッダ管を配置してある。
そのため、上記半導体積層ユニットは、上記冷却チューブの長手方向の端部の外方に冷媒ヘッダ等を配設する必要がないため、特に上記冷却チューブの長手方向における寸法を小さく構成することができる。
In the power conversion device of the present invention, the header pipe is arranged in the gap between the flat surfaces facing each other, not on the outer side of the longitudinal end of the cooling tube.
For this reason, the semiconductor laminated unit does not have to be provided with a refrigerant header or the like outside the end portion in the longitudinal direction of the cooling tube, and therefore, the dimension in the longitudinal direction of the cooling tube can be particularly reduced.
さらに、上記冷却チューブは、その長手方向の端部の内側に上記嵌入部を嵌入するよう上記封止部材を接合して封止するように構成してある。上記冷却チューブの内側に嵌入させるよう構成した上記封止部材によれば、上記冷却チューブの外周側に覆い被せるように接合するシール部材(例えば、オーバーキャップ等)に比べて、上記冷却チューブの端部を小さく構成することができる。 Furthermore, the said cooling tube is comprised so that the said sealing member may be joined and sealed so that the said insertion part may be inserted inside the edge part of the longitudinal direction. According to the sealing member configured to be fitted inside the cooling tube, the end of the cooling tube compared to a sealing member (for example, an overcap) joined so as to cover the outer peripheral side of the cooling tube. The part can be made small.
すなわち、上記封止部材によれば、該封止部材を取り付けた際の上記冷却チューブの長手方向及び幅方向の寸法増大を抑制でき、上記半導体積層ユニットの小型化に有効である。
例えば、上記封止部材の全体が上記冷却チューブの内周に収容されるように構成すれば、上記封止部材を取り付けても、上記冷却チューブの長手方向及び幅方向の寸法が変化するおそれが少ない。
そのため、このような封止部材によれば、上記半導体積層ユニット及び該半導体積層ユニットを含む上記電力変換装置全体の体格が大型化するおそれをさらに抑えることができる。
That is, according to the sealing member, it is possible to suppress an increase in the dimension of the cooling tube in the longitudinal direction and the width direction when the sealing member is attached, which is effective for downsizing the semiconductor laminated unit.
For example, if the entire sealing member is configured to be accommodated in the inner periphery of the cooling tube, the dimensions of the cooling tube in the longitudinal direction and the width direction may change even when the sealing member is attached. Few.
Therefore, according to such a sealing member, it is possible to further suppress the possibility that the physique of the semiconductor stacked unit and the whole power conversion device including the semiconductor stacked unit will be enlarged.
上記のように本発明の電力変換装置では、上記冷却チューブの両端側に冷媒ヘッダ等を配設するのではなく、相互に対面する上記冷媒チューブの間隙に上記ヘッダ管を配置してある。
そのため、上記半導体積層ユニットは、上記冷却チューブの長手方向の寸法を抑制して小型に構成できる。
As described above, in the power conversion device of the present invention, the header pipes are arranged in the gaps between the refrigerant tubes facing each other, instead of arranging the refrigerant headers or the like on both ends of the cooling tube.
Therefore, the semiconductor stacked unit can be configured in a small size while suppressing the longitudinal dimension of the cooling tube.
さらに、上記半導体積層ユニットでは、上記冷却チューブの端部は、該冷却チューブの内側に嵌入させる上記嵌入部を備えた上記封止部材を用いて封止してある。
そのため、上記冷却チューブの端部を封止する際にもその長手方向や幅方向の寸法増大を生じるおそれが少ない。また、上記冷却チューブの内側に上記嵌入部を嵌入させた状態で上記封止部材を接合すれば、該封止部材の接合強度を高くできると共に確実性高く上記冷却チューブの端部を封止することができる。
Further, in the semiconductor laminated unit, the end of the cooling tube is sealed using the sealing member provided with the fitting portion to be fitted inside the cooling tube.
Therefore, there is little possibility of causing an increase in the dimension in the longitudinal direction or the width direction when the end of the cooling tube is sealed. Further, if the sealing member is joined in a state where the fitting portion is fitted inside the cooling tube, the joining strength of the sealing member can be increased and the end portion of the cooling tube is sealed with high reliability. be able to.
以上のように、本発明の上記半導体積層ユニットは、小型であって、かつ、上記冷媒のシール性にも優れており、この半導体積層ユニットを用いた上記電力変換装置は優れた品質を有するものとなる。 As described above, the semiconductor laminated unit of the present invention is small in size and excellent in the sealability of the refrigerant, and the power conversion device using the semiconductor laminated unit has excellent quality. It becomes.
本発明においては、上記半導体モジュールとしてはIGBT素子やMOS型FET素子等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールがある。
また、上記封止部材は、上記冷却チューブの長手方向の端面に当接するよう構成したつば状のフランジ部を有していることが好ましい(請求項2)。
In the present invention, the semiconductor module includes a semiconductor module including a power semiconductor element such as an IGBT element or a MOS FET element.
Moreover, it is preferable that the said sealing member has a flange-shaped flange part comprised so that it might contact | abut to the end surface of the longitudinal direction of the said cooling tube (Claim 2).
この場合には、上記フランジ部を上記冷却チューブの上記端面に当接させることで、上記冷却チューブに対する上記封止部材の挿入方向の位置を確実性高く位置決めできる。
さらに、上記冷却チューブの上記端面と上記フランジ部とを接合することにより、上記封止部材の接合強度を高めて上記半導体積層ユニットのシール性、信頼性をさらに向上することができる。
In this case, the position of the sealing member in the insertion direction with respect to the cooling tube can be positioned with high reliability by bringing the flange portion into contact with the end face of the cooling tube.
Furthermore, by joining the end face of the cooling tube and the flange portion, the joining strength of the sealing member can be increased and the sealing performance and reliability of the semiconductor multilayer unit can be further improved.
また、上記ヘッダ管は、略円柱外形状を呈するベローズ状に形成してなることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記のベローズ状のヘッダ管を伸縮することにより、隣り合って積層した上記冷却チューブの間隙に配設した上記半導体モジュールに対して適切な荷重を作用させることができる。
The header pipe is preferably formed in a bellows shape having a substantially cylindrical outer shape.
In this case, an appropriate load can be applied to the semiconductor module disposed in the gap between the cooling tubes stacked adjacent to each other by expanding and contracting the bellows header pipe.
上記冷却チューブとの連結箇所の管径に対して外径を大きく形成した上記のベローズ状のヘッダ管を適用する場合には、上記封止部材を採用した作用効果が特に有効になる。
上記冷却チューブの内周側に嵌入させた上記嵌入部に対して、上記ヘッダ管の外周部を上記積層方向に重合させた状態で上記ヘッダ管を配設することが可能になる。そして、この場合には、上記ヘッダ管の連結箇所から上記長手方向の外方に向けて延設すべき上記冷却チューブの端部の長さを短くできる。それ故、上記封止部材を用いれば、上記冷却チューブにおける長手方向の長さを短縮して上記半導体積層ユニットを小型化することができる。
When the above-described bellows-like header pipe having a larger outer diameter than the pipe diameter of the connection portion with the cooling tube is applied, the effect of employing the sealing member is particularly effective.
It becomes possible to arrange | position the said header pipe | tube in the state which superposed | polymerized the outer peripheral part of the said header pipe | tube on the said lamination direction with respect to the said insertion part inserted by the inner peripheral side of the said cooling tube. In this case, the length of the end portion of the cooling tube to be extended outward from the connecting portion of the header pipe in the longitudinal direction can be shortened. Therefore, if the sealing member is used, the length of the cooling tube in the longitudinal direction can be shortened and the semiconductor laminated unit can be downsized.
また、上記封止部材は、上記扁平表面に当接する少なくとも1箇所の係止部を有していることが好ましい(請求項4)。
この場合には、上記冷却チューブの上記扁平表面に上記係止部を当接させることで、接合前の上記封止部材を確実性高く上記冷却チューブに取り付けできる。
そのため、上記封止部材によれば、例えば、上記冷却チューブの端部に上記封止部材を保持する治工具等を用いることなく、ろう付け接合等の接合工程を確実性高く実施することができる。
さらに、ろう付け接合した後の上記封止部材における上記係止部は、上記冷却チューブと上記封止部材との接合強度の向上にも有効である。
Moreover, it is preferable that the said sealing member has at least 1 latching | locking part contact | abutted to the said flat surface.
In this case, the sealing member before joining can be attached to the cooling tube with high reliability by bringing the locking portion into contact with the flat surface of the cooling tube.
Therefore, according to the said sealing member, joining processes, such as brazing joining, can be implemented with high reliability, without using the jig etc. which hold | maintain the said sealing member in the edge part of the said cooling tube, for example. .
Furthermore, the said locking part in the said sealing member after carrying out brazing joining is effective also in the improvement of the joint strength of the said cooling tube and the said sealing member.
また、上記係止部は、上記扁平表面のうち、その幅方向の側端部に当接するように構成してあることが好ましい(請求項5)。
上記扁平表面の上記側端部に当接するように構成した上記係止部によれば、上記ヘッダ管に干渉するおそれが少ない。
特に、例えば、略円柱外形状を呈する上記ヘッダ管を適用する場合には、上記ヘッダ管の外周面は略円弧状に突出して上記冷却チューブの長手方向の端部に面する。
そのため、上記扁平表面における上記側端部は、上記ヘッダ管の外周面と上記冷却チューブの端部との間の空きスペースとなる可能性が高い。それ故、上記冷却チューブの上記側端部に上記係止部を配置すれば、上記係止部と上記ヘッダ管との干渉を抑制することができる。
Moreover, it is preferable that the said latching | locking part is comprised so that it may contact | abut to the side edge part of the width direction among the said flat surfaces.
According to the locking portion configured to come into contact with the side end portion of the flat surface, there is little possibility of interference with the header pipe.
In particular, for example, when the header pipe having a substantially cylindrical outer shape is applied, the outer peripheral surface of the header pipe protrudes in a substantially arc shape and faces the end portion in the longitudinal direction of the cooling tube.
Therefore, the side end portion on the flat surface is likely to be an empty space between the outer peripheral surface of the header pipe and the end portion of the cooling tube. Therefore, if the locking portion is disposed at the side end portion of the cooling tube, interference between the locking portion and the header pipe can be suppressed.
また、上記冷却チューブは、その長手方向に沿って形成された仕切り板によって区画した複数の上記流路を並設してなる多穴管であることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上記封止部材との接合面として、上記仕切り板の長手方向の端部がなす端面を利用できる。そのため、上記冷却チューブと上記封止部材との間の接合強度を高くして、上記冷却チューブのシール性をさらに十分に確保することができる。
特に、上記フランジ部を備えた上記封止部材では、上記仕切り板の長手方向の端面及び上記冷却チューブの内周面の2面の接合面に加えて上記冷却チューブの長手方向の端面を加えた3面の接合面を活用して、さらに接合強度高く上記封止部材を接合することができる。
Moreover, it is preferable that the said cooling tube is a multi-hole pipe formed by juxtaposing the said several flow path divided by the partition plate formed along the longitudinal direction (Claim 6).
In this case, an end surface formed by an end portion in the longitudinal direction of the partition plate can be used as a joint surface with the sealing member. Therefore, the bonding strength between the cooling tube and the sealing member can be increased, and the sealing performance of the cooling tube can be further sufficiently ensured.
In particular, in the sealing member provided with the flange portion, in addition to the joining surface of the two longitudinal end surfaces of the partition plate and the inner peripheral surface of the cooling tube, the longitudinal end surface of the cooling tube is added. The sealing member can be bonded with higher bonding strength by utilizing the three bonding surfaces.
また、上記冷却チューブ及び上記封止部材は、アルミ合金材料よりなることが好ましい(請求項7)
この場合には、例えば、ろう付け接合等により、上記冷却チューブに対して上記係止部材を効率良く接合することができる。
The cooling tube and the sealing member are preferably made of an aluminum alloy material.
In this case, for example, the locking member can be efficiently joined to the cooling tube by brazing joining or the like.
また、上記封止部材は、基材の表面にろう材を一体的に配置してなるブレージング材よりなることが好ましい(請求項8)。
この場合には、上記冷却チューブの端部に上記封止部材を取り付けた状態で加熱することで、該封止部材を生産性良くろう付け接合することができる。
Further, the sealing member is preferably made of a brazing material in which a brazing material is integrally disposed on the surface of the base material.
In this case, the sealing member can be brazed and joined with high productivity by heating in a state where the sealing member is attached to the end of the cooling tube.
(実施例1)
本例の電力変換装置1について、図1〜図8を用いて説明する。
この電力変換装置1は、図1に示すごとく、冷媒の流路をなす扁平管形状の冷却チューブ20と、電力変換回路を構成する平板状の半導体モジュール10とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有してなる。
図2に示すごとく、各冷却チューブ20は、隣り合って積層した冷却チューブ20と所定の隙間を空けて相互に対面する扁平表面210同士の間隙に配設されたヘッダ管400を介して相互に連結してあると共に、該ヘッダ管400を経由して冷媒の供給又は排出を行うように構成してある。
そして、各冷却チューブ20の端部290は、該冷却チューブ20の内側に嵌入する嵌入部230を有する封止部材23を用い、嵌入部230を各冷却チューブ20の内側に嵌入するよう封止部材23を接合して封止してある。
以下に、この内容について詳しく説明する。
(Example 1)
The power converter device 1 of this example is demonstrated using FIGS.
As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 is a semiconductor laminate in which flat tube-
As shown in FIG. 2, the
And the
This content will be described in detail below.
本例の電力変換装置1は、例えば、電気自動車用の走行モータに通電する駆動電流を生成するための装置である。
この電力変換装置1は、図1に示すごとく、上記半導体積層ユニット2のほか、半導体モジュール10に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等より構成される装置である。
The power conversion apparatus 1 of this example is an apparatus for generating a drive current for energizing a travel motor for an electric vehicle, for example.
As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 includes, in addition to the semiconductor stacked
上記の半導体積層ユニット2は、図2に示すごとく、複数の半導体モジュール10と扁平形状の冷却チューブ20とを交互に積層してなる多層積層構造のユニットである。
本例の半導体積層ユニット2では、隣り合わせで積層した冷却チューブ20の間に、それぞれ2個の半導体モジュール10を並列配置してある。
As shown in FIG. 2, the semiconductor laminated
In the semiconductor stacked
この半導体モジュール10は、図3及び図4に示すごとく、電力用半導体素子であるIGBT素子11と、モータの回転を滑らかにするために必要なフライホイールダイオード素子12とを相互に対面する一対の電極放熱板15(図4)の間に配置したモジュールである。
そして、この半導体モジュール10は、上記一対の電極放熱板15と上記各素子11、12とを、モールド樹脂13により一体成形してモジュール化してなる。
上記半導体モジュール10は、図4に示すごとく、両面に電極放熱板15が露出するように樹脂成形してなり、この露出した電極放熱板15がIGBT素子11等の放熱面として機能するように構成してある。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
As shown in FIG. 4, the
上記の半導体モジュール10は、図3に示すごとく、上記各電極放熱板15と一体に形成した電力端子150と、モールド樹脂13中に保持した制御端子160とを有してなる。そして、電力端子150と制御端子160とは、上記電極放熱板15に平行な面内において対向配置してある。
そのため、この半導体モジュール10を用いた半導体積層ユニット2においては、該半導体積層ユニット2の表面側に電力端子150を突出させ、裏面側に制御端子160を突出させることができる。
As shown in FIG. 3, the
Therefore, in the
本例の冷却チューブ20は、図5に示すごとく、長手方向に配設された仕切り板22によって内部を複数の流路に区画した扁平管形状をなす多穴管である。本例では、アルミ合金材料の押し出し材により上記冷却チューブ20を形成してある。その他、アルミ合金材料よりなる引き抜き材より上記冷却チューブ20を形成することもできる。
この冷却チューブ20は、その両端部290付近の扁平表面210に、ヘッダ管400を接続するための貫通穴215(図7)を穿孔してなる。そして、冷却チューブ20の両端部290は、シール用の封止部材23をろう付け接合するように構成してある。
As shown in FIG. 5, the cooling
The cooling
本例の封止部材23は、同図に示すごとく、アルミ合金材料を基材とし、その表面にろう材及び犠牲陽極材を配置したブレージング材より形成したものである。封止部材23の材質としては本例のブレージング材に限定されるものではなく、アルミ合金材料のみから形成しても良い。この場合には、封止部材23を冷却チューブ20の端部290にろう付け接合する際、両者の間に別途、ろう材を配設する必要がある。
一方、上記ブレージング材よりなる本例の封止部材23では、加熱によりその表面のろう材が溶融するため、冷却チューブ20との間にろう材等を配置したり、塗布したりする必要がない。
As shown in the figure, the sealing
On the other hand, in the sealing
本例の封止部材23は、図5に示すごとく、サイジング加工を施した冷却チューブ20の端部290に取り付けるように構成してある。ここで、このサイジング加工とは、冷却チューブ20の仕切り板22の端面221を内方に後退させると共に、冷却チューブ20の端部290の内側形状を封止部材23の嵌入部230を嵌入可能な形状に形成する加工である。
封止部材23は、図5〜図7に示すごとく、冷却チューブ20の端部290の内側に嵌入させる嵌入部230と、冷却チューブ20の長手方向の端面291に当接するつば状のフランジ部235とを組み合わせてなる形状を有する。
As shown in FIG. 5, the sealing
As shown in FIGS. 5 to 7, the sealing
ここで、図5に示すごとく、フランジ部235に対する嵌入部230の突出高さHは、上記サイジング加工による仕切り板22の端面221の後退量Rと略一致させてある。
そのため、冷却チューブ20の端部290に取り付けた封止部材23では、上記仕切り板22の各端面221に対して上記嵌入部230の先端面231を当接させて接合できる。
Here, as shown in FIG. 5, the protrusion height H of the
Therefore, the sealing
そして、上記半導体積層ユニット2は、図2に示すごとく、上記冷媒の供給、排出のための冷媒ヘッダとして供給用のヘッダ部41と排出用のヘッダ部42とを有している。本例では、長さ方向に伸縮可能なアルミ材よりなる上記ベローズ状のヘッダ管400を隣り合う冷却チューブ20の間隙に配置し、同軸上に配置した複数のヘッダ管400により上記ヘッダ部41、42を形成してある。
As shown in FIG. 2, the semiconductor laminated
上記ヘッダ管400は、図6及び図7に示すごとく、その流動方向の両端に連結管410を有してなり、該両端の連結管410の中間に該連結管410よりも大径の蛇腹部分を有する管である。
本例のヘッダ管400は、隣り合わせで積層した冷却チューブ20の間隙に配置するように構成してある。そして、ヘッダ管400は、その両端の連結管410を冷却チューブ20の上記貫通穴215(図7参照。)に嵌入した状態で各冷却チューブ20に接続してある。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
The
ここで、本例では、冷却チューブ20に対する上記ヘッダ管400の接合構造において、作製する半導体積層ユニット2における冷却チューブ20の長手方向の体格を小型化できるように工夫してある。
すなわち、図6及び図7に示すごとく、ヘッダ管400の両端の連結管410の管径が、ヘッダ管400の中間部分の外径と比べて大幅に小径であることを有効に活用し、敢えて、ヘッダ管400の外周部と、封止部材23の嵌入部230とが積層方向に重なり合うようにヘッダ管400を接合してある。
このように冷媒供給用及び冷媒排出用の一対のヘッダ管400を配置すれば、該一対のヘッダ管400の間に冷却流路長を十分に確保しながら、そもそも冷媒の流路形成に貢献しない冷却チューブ20の端部290の長さを短縮することができる。
Here, in this example, in the joining structure of the
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the pipe diameter of the connecting
If the pair of
なお、図2に示すごとく、上記半導体モジュール10を冷却チューブ20の間に配置して上記半導体積層ユニット2を作製する際には、まず、上記各ヘッダ部41、42を構成するベローズ状のヘッダ管400を積層方向に伸ばした状態で半導体モジュール10を冷却チューブ20間の隙間に配置する。その後、積層方向の圧縮荷重を作用させてヘッダ管400を積層方向に縮めることにより、冷却チューブ20と半導体モジュール10とを密着させる。
また、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間には、電気的な絶縁性を確保するためのセラミック板(図示略)と、熱伝導率を向上するためのシリコングリス層を配設してある。
As shown in FIG. 2, when the semiconductor laminated
A ceramic plate (not shown) for ensuring electrical insulation and a silicon grease layer for improving thermal conductivity are disposed between the cooling
そして、本例の電力変換装置1は、図1に示すごとく、略平板状を呈するプレート部51と、該プレート部51に配設した一対のフレーム53と、該一対のフレーム53間に配設したばね材55とにより上記半導体積層ユニット2を保持してなる装置である。
上記一対のフレーム53は、上記半導体積層ユニット2の長手方向のサイズよりもわずかに大きい間隙を空けて相互に対面するよう、上記プレート部51上に直立するように配設してある。各フレーム53は、一対のフレーム53間に渡したばね材55の端部を係止するための固定ピン538を有してなる。そして、上記電力変換装置1では、上記プレート部51とばね材55との間に形成される空間に半導体積層ユニット2を組み込んである。
As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 of this example includes a
The pair of
ここで、上記プレート部51には、図1に示すごとく、上記一対のヘッダ部41、42に連通する冷媒流路511、512を形成してある。そして、上記一対のフレーム53の間隙に上記半導体積層ユニット2を挿入して組み付けた際、冷媒流路511、512が各ヘッダ部41、42と連通するようにしてある。
なお、本例では、半導体積層ユニット2の積層方向の他方の端面は、上記プレート部51の表面に接合してある。
Here, as shown in FIG. 1,
In the present example, the other end surface in the stacking direction of the semiconductor stacked
本例の電力変換装置1では、同図に示すごとく、上記半導体積層ユニット2と上記ばね材55との間に、鉄鋼材料等を用いてなる強度部材である挟圧プレート550を配設してある。すなわち、半導体積層ユニット2の積層方向の端面をなす冷却チューブ20の扁平表面210に対して、挟圧プレート550が当接するようにしてある。
そのため、本例の電力変換装置1では、上記挟圧プレート550を介設することにより、上記扁平表面210に対して上記ばね材55の弾性変形による押圧力を均等に近く分配して作用できるのである。
なお、本例の電力変換装置1では、上記ばね材55のばね定数を適宜、変更することにより、半導体積層ユニット2を積層方向に加圧する荷重を調節することができる。
In the power conversion apparatus 1 of this example, as shown in the figure, a
Therefore, in the power conversion device 1 of this example, the pressing force due to the elastic deformation of the
In the power conversion device 1 of this example, the load for pressing the semiconductor stacked
上記のように、本例の電力変換装置1においては、半導体積層ユニット2に対して積層方向の荷重を作用することにより、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間に適切な当接荷重を作用できる。そして、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間で接触面積を確保できると共に、両者間の熱伝導を促進することができる。
そのため、本例の電力変換装置1では、半導体モジュール10と冷却チューブ20との間の熱の移動を促進でき、半導体モジュール10を効率良く冷却することができる。
特に、本例の電力変換装置2では、半導体モジュール10の両面側に冷却チューブ20が当接しているため、該半導体モジュール10を冷却する性能が非常に高い。
As described above, in the power conversion device 1 of this example, an appropriate contact load is applied between the cooling
Therefore, in the power conversion device 1 of this example, the movement of heat between the
In particular, in the
また、上記のごとく、本例の電力変換装置1においては、半導体モジュール10の電力端子150が半導体冷却ユニット2の表面側に突出すると共に、制御端子160が裏面側に突出するように構成してある。
そのため、この電力変換装置1では、各半導体モジュール10の電力端子150を結線するための電力バスバー(図示略)を半導体積層ユニット2の上記表面側に配設することにより、電力信号線の効率的な取り回しが可能となる。そして、上記電力変換装置1の上記裏面側においては、上記制御端子160に接続すべき信号用配線等の効率的な取り回しが可能であり、さらには、上記信号用配線を形成するプリント基板等を直接的に配設することもできる。
Further, as described above, in the power conversion device 1 of this example, the
Therefore, in this power conversion device 1, power bus bars (not shown) for connecting the
以上のように、本例の電力変換装置1を構成する半導体積層ユニット2では、隣り合って積層された冷却チューブ20の間隙にベローズ状のヘッダ管400を配設してある。そして、このヘッダ管400を介して各冷却チューブ20を相互に連結し、上記ヘッダ部41、42を形成してある。
そのため、この半導体積層ユニット2では、冷却チューブ20の長手方向の端部290のさらに外側に別途、冷媒ヘッダを形成するタンク等を配設する必要がない。それ故、上記半導体積層ユニット2における長手方向の寸法を小型に構成することができる。
As described above, in the semiconductor laminated
Therefore, in this semiconductor laminated
さらに、上記冷却チューブ20の端部290は、冷却チューブ20の内周側に収容する嵌入部230と、冷却チューブ20の長手方向の端面291に当接するフランジ部235とからなる封止部材23を接合して封止するように構成してある。
該封止部材23によれば、上記冷却チューブ20の外周側に覆い被せるように接合するオーバーキャップ(図13)等と比べて、上記冷却チューブ20の端部290がその幅方向に大きくなることを抑制することができる。
また、本例の封止部材23では、上記のごとく、冷却チューブ20の内部に嵌入した上記嵌入部230に対して、ベローズ管400の外周部が積層方向に重合する状態でベローズ管400を配設してある。そのため、本例の半導体冷却ユニット2では、冷却チューブ20の端部290の長さを抑制することができる。
Further, the
According to the sealing
Further, in the sealing
さらに、本例の封止部材23では、嵌入部230における冷却チューブ20の長手方向の内方に面する先端面231と、嵌入部230の長手方向に略平行な外周面と、フランジ部235における冷却チューブ20側の端面とよりなる3面の接合面を利用して、冷却チューブ20にろう付け接合することができる。
そのため、冷却チューブ20と封止部材23との間の間隙は、上記の3面の接合面によりシールでき、冷却チューブ20の内部の機密性を信頼性高く実現することができる。また、上記の3面の接合面を利用して接合した封止部材23は、高い接合強度を呈し、長期間に渡る使用に際してもシール漏れ等のトラブルを生じるおそれが少ない。
Furthermore, in the sealing
Therefore, the gap between the cooling
なお、図8に示すごとく、本例の封止部材23からフランジ部235(図5)を省略して嵌入部230のみにより構成することもできる。
この場合には、上記嵌入部230のみからなる封止部材23の全体を上記冷却チューブ20の内側に収容することで、冷却チューブ20の長手方向の寸法変化をほとんどなくすことができる。
In addition, as shown in FIG. 8, the flange part 235 (FIG. 5) can be abbreviate | omitted from the sealing
In this case, by accommodating the entire sealing
(実施例2)
本例は、実施例1の電力変換装置を基にして、封止部材の形状を変更した例である。この内容について図9〜図12を用いて説明する。
本例の封止部材23は、図9〜図11に示すごとく、実施例1と同様の嵌入部230と、フランジ部235とに加えて、該フランジ部235の外周に配設された係止部237を有してなる。この係止部237は、冷却チューブ20の長手方向に向けて扁平表面210に沿って延びるツメ状をなす部分である。
(Example 2)
This example is an example in which the shape of the sealing member is changed based on the power conversion device of the first embodiment. The contents will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 9 to 11, the sealing
この係止部237を有する封止部材23では、冷却チューブ20の端部290に封止部材23を取り付けた後、係止部237をかしめることにより封止部材23を確実性高く取り付けできる。
そのため、上記封止部材23によれば、該封止部材23をろう付け接合する工程において、冷却チューブ20に対して封止部材23を保持する治工具等を用いる必要が少ない。
In the sealing
Therefore, according to the sealing
さらに、図10及び図11に示すごとく、上記係止部237は、扁平表面210における幅方向の側端部に当接するように構成してある。一方、扁平表面210に接合するヘッダ管400は、略円形断面形状を呈している。それ故、上記冷却チューブ20の端部290における扁平表面210の両側端部は、空きスペースとなる可能性が高い。
そのため、上記扁平表面210の両側端部に配置される上記係止部237は、冷却チューブ20に接合するヘッダ管400に干渉するおそれが少ない。それ故、本例の封止部材230を用いれば、実施例1と同様に冷却チューブ20の端部290の長さを抑制することが可能である。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the locking
For this reason, the locking
なお、その他の構成及び作用効果は実施例1と同様である。
さらに、図12に示すごとく、本例の封止部材からフランジ部235を省略することもできる。すなわち、嵌入部230の外周に、略L字状を呈する係止部237を配設した封止部材23としても良い。
この場合には、冷却チューブ20の端部290の端面291に対して、係止部237における上記端面291に対面する面238を当接させて、例えば、単穴管よりなる冷却チューブ20に対する組み付け時の位置決めを精度良く行うことができる。
Other configurations and operational effects are the same as those in the first embodiment.
Furthermore, as shown in FIG. 12, the
In this case, the
(比較例)
本例は、実施例1と同様の冷却チューブ92の端部990に覆い被せるように構成したオーバーキャップ93を利用した比較例である。この内容について、図13及び図14を用いて説明する。
このオーバーキャップ93は、冷却チューブ92の断面外形状を含み、これよりも大きい断面外形状を有してなり、かつ、冷却チューブ92側に面する表面には、冷却チューブ20の断面外形状に対してわずかに大きく形成した凹部930を有している。そして、このオーバーキャップ93は、上記冷却チューブ92の端部990を凹部930に収容した状態で、冷却チューブ92に取り付けるように構成してある。
(Comparative example)
This example is a comparative example using an
The
同図に示すごとく、オーバーキャップ93を冷却チューブ92の端部990に接合すると、当然ながら、冷却チューブ92の幅方向の寸法が大きくなる。
さらに、冷却チューブ92の端部990にオーバーキャップ93を被せた場合には、オーバーキャップ93とヘッダ管400との干渉を回避するため、実施例1と比べて冷却チューブ92の端部を延長する必要がある。
そのため、オーバーキャップ93を用いて作製した半導体積層ユニットは、実施例1の半導体積層ユニットと比べて、冷却チューブ92の長手方向の寸法が大きくなってしまうおそれが高い。
As shown in the figure, when the
Further, when the
Therefore, the semiconductor laminated unit manufactured using the
1 電力変換装置
10 半導体モジュール
11 IGBT素子
12 フライホイールダイオード素子
2 半導体積層ユニット
20 冷却チューブ
210 扁平表面
290 端部
291 端面
23 封止部材
230 嵌入部
235 フランジ部
41、42 ヘッダ部
400 ヘッダ管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
上記各冷却チューブは、隣り合って積層した上記冷却チューブと所定の隙間を空けて相互に対面する扁平表面同士の間隙に配設されたヘッダ管を介して相互に連結してあると共に、該ヘッダ管を経由して上記冷媒の供給又は排出を行うように構成してあり、上記各冷却チューブの端部は、該冷却チューブの内側に嵌入する嵌入部を有する封止部材を用い、上記嵌入部を上記各冷却チューブの内側に嵌入するよう上記封止部材を接合して封止してあることを特徴とする電力変換装置。 It has a semiconductor laminated unit formed by alternately laminating a flat tube shaped cooling tube forming a refrigerant flow path and a flat semiconductor module constituting a power conversion circuit,
The cooling tubes are connected to each other through the header tubes disposed in the gap between the flat surfaces facing each other with a predetermined gap and the cooling tubes stacked adjacent to each other. The refrigerant is supplied or discharged via a pipe, and the end of each cooling tube uses a sealing member having a fitting portion fitted inside the cooling tube, and the fitting portion Is sealed by joining the sealing member so as to be fitted inside the cooling tubes.
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