JP2009296708A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各パワーモジュールを一体的に保持し、各パワーモジュールをヒートシンク41を用いて放熱させる冷却装置を備えた電力変換装置であって、金属製のベースフレーム50に複数の開口部51を設け、各パワーモジュールに各々ヒートシンク41を一体的に取り付け、ベースフレーム50の一方の面にパワーモジュールのモールド部Mを露出させ、ベースフレーム50の他方の面にヒートシンク41を露出させた状態でベースフレーム50の開口部51にパワーモジュールを配置し、その隙間Cを樹脂材料により一体固定したことを特徴とする。
【選択図】図12
Description
請求項4に記載した発明は、前記モジュールユニットの外周縁を、前記ベースフレームのフランジ部(例えば、実施形態におけるフランジ部53)で構成し、該フランジ部に前記流路ケースを放熱部材側から液密に接合したことを特徴とする。
請求項5に記載した発明は、前記モジュールユニットを前記半導体モジュール側から覆うユニットケース(例えば、実施形態におけるユニットケース31)を設け、前記ユニットケースと前記フランジ部とを液密に接合したことを特徴とする。
請求項7に記載した発明は、前記冷媒流路の流れ方向と垂直な方向の断面において、前記樹脂部は前記放熱部材における一方の面と他方の面とを挟み込むように、前記半導体モジュールの外周縁を前記ベースフレームの各開口部に固定することを特徴とする。
請求項8に記載した発明は、前記樹脂部と前記流路ケースとでラビリンス構造を形成したことを特徴とする。
請求項9に記載した発明は、前記ベースフレームに、前記一方の面側から突出する突出部(例えば、実施形態における固定用ボス52)を複数形成し、前記突出部に前記半導体モジュールの駆動を制御する制御用基板(例えば、実施形態におけるゲートドライブ基板9)を保持したことを特徴とする。
請求項2に記載した発明によれば、ベースフレームの開口部の内周縁と半導体モジュールの外周縁とを一体固定する樹脂材料を有効利用して冷媒流路を区画形成できるため、ベースフレームと樹脂部とが冷媒流路を閉塞する蓋及び冷媒流路の一部を兼ねることとなり、したがって、別部材を用いた場合のようにシール材や他の部材が必要なくなり、小型化を図ることができると共に部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。
請求項3に記載した発明によれば、樹脂部に流路ケースを当接させるだけの簡単な構成でよいため、低コストに製造できるメリットがある。
請求項4に記載した発明によれば、流路ケースの取り付け強度を確保できる効果がある。
請求項5に記載した発明によれば、ユニットケースの取り付け強度を確保できる効果がある。
請求項6に記載した発明によれば、板状導電部材の保有する熱を樹脂部内に伝熱して板状導電部材の温度を低下させることができると共に、外部に露出させた場合に比較してユニットケース内の雰囲気温度を低減できるため、板状導電部材を小型化できる効果がある。
請求項7に記載した発明によれば、冷媒流路の流れ方向に影響を与えることなく、ベースフレームに対する半導体モジュールの保持強度を確保することができる効果がある。
請求項8に記載した発明によれば、ラビリンス構造により前記樹脂部と前記流路ケースとの液密性を高めることができる効果がある。
請求項9に記載した発明によれば、制御用基板を固定するために専用の固定具が必要なくなり、部品点数が削減でき、小型化を図ることができる効果がある。また、金属製のベースフレームに制御用基板を固定するため耐振動性能が向上する効果がある。
図1はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット(PCU)1を含む回路構成を示している。このハイブリッド車両はエンジン(図示せず)と、エンジンの機械的出力により駆動される発電機(GEN)2と、発電機2の発電出力により充電される高圧系のバッテリ(BAT)3と、バッテリ3の放電出力と発電機2の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪(図示せず)を駆動するモータ(MOT)4を備えている。
これらコンバータ7、第1インバータ5及び第2インバータ6は、制御基板(ECU)8からの制御指令によりゲートドライブ基板(GDCB)9を介して駆動制御される。
そして、リアクトル7aの一端はバッテリ3の正極側端子に接続され、リアクトル7aの他端は、第1トランジスタS1のコレクタ及び第2トランジスタS2のエミッタに接続されている。第1トランジスタS1のエミッタはバッテリ3の負極側端子及びコンバータ7の負極側端子Ntに接続されている。また、第2トランジスタS2のコレクタはコンバータ7の正極側端子Ptに接続されている。
OutバスTrU22、OutバスTrV23、OutバスTrW24、OutバスGENU25、OutバスGENV26、OutバスGENW27の各々には制御基板8に信号を送る電流センサ30が接続されている。そして、第1インバータ5、第2インバータ6、コンバータ7の各トランジスタのゲートにゲートドライブ基板9からの信号線が接続されている。
図5に示すように、ウォータージャケット32の上面のコーナ部には凹部36が形成され、この凹部36にリアクトル7aから延びるPINバスバー28用の端子と、Nバスバー21用の端子が引き出されている。ウォータージャケット32の上面には凹部36の残りの部分に、蛇行する凹溝37が形成されている。凹溝37はまずU字状に曲がった後に凹部36の手前まで折り返すような経路を形成している。経路の始端底部には流入口33が形成され、経路の終端はケースの流出口34に連通している。このウォータージャケット32の蛇行する凹溝37はベースフレーム50に装着されたパワーモジュール40a〜40g(図6参照)の各ヒートシンク41(図7参照)に対応して、このヒートシンク41を受け入れるようになっている。
図6、図7に示すように、ウォータージャケット32の上方には、アルミダイキャスト製のベースフレーム50が配置されている。このベースフレーム50には開口部51が7つ形成され、この開口部51に7個のパワーモジュール40a〜40gが樹脂により固定されてモジュールユニットMUを構成している。ここで、パワーモジュール40a〜40gをベースフレーム50に固定する樹脂で樹脂部55が形成され、この樹脂部55が縦壁56を形成し、ウォータージャケット32との間に冷媒流路57を形成している。
そして、図3に示すように、制御基板8の上部にはユニットケース31の内部に装着されるコンデンサユニット12が配置されている。このコンデンサユニット12は図1に示す第1インバータ5の平滑コンデンサ5b、第2インバータ6の平滑コンデンサ6b、コンバータ7の1次平滑コンデンサ7d及び2次平滑コンデンサ7cをユニット化したもので、樹脂を用いたポッティングによりユニットケース31内部に固定されている。
ここで、図16に示すように、ベースフレーム50の開口部51の内周縁と各パワーモジュール40a〜40gの外周縁とを一体固定する樹脂材料は、モジュールユニットMUのベースフレーム50の裏面において、樹脂材料で形成された樹脂部55の縦壁56によりウォータージャケット32の凹溝37と共に冷媒流路57を区画形成し、樹脂部55によってヒートシンク41のフィン42に冷媒を直接的に接触可能な冷却装置COの一部を構成している。
尚、図18に示すように、ウォータージャケット32の上面をフラットにして樹脂部55の縦壁56をウォータージャケット32の上面に向かって延ばし、その下端部をウォータージャケット32の上面に液密に接合してもよい。
したがって、ユニットケース31とベースフレーム50のフランジ部53、ベースフレーム50のフランジ部53とウォータージャケット32とが重なり合う部分に2つのシール部SE1,SE2が整合するように設定されている。
また、アルミダイキャスト製のベースフレーム50にゲートドライブ基板9を固定するため耐振動性能が向上し、ハイブリッド車両の電力変換装置として好適である。
31 ユニットケース
32 ウォータージャケット(流路ケース)
40a〜40g パワーモジュール(半導体モジュール)
41ヒートシンク(放熱部材)
50 ベースフレーム
51 開口部
52 固定用ボス(突出部)
53 フランジ部
55 樹脂部
57 冷媒流路
59 バスバー
CO 冷却装置
MU モジュールユニット
Claims (9)
- 複数の半導体モジュールを一体的に保持し、該半導体モジュールを放熱部材を用いて放熱させる冷却装置を備えた電力変換装置であって、金属製のベースフレームに複数の開口部を設け、前記各半導体モジュールに各々放熱部材を一体的に取り付け、前記ベースフレームの一方の面に前記半導体モジュールを露出させ、前記ベースフレームの他方の面に前記放熱部材を露出させた状態で前記ベースフレームの各開口部に前記半導体モジュールを配置し、前記ベースフレームの前記開口部の内周縁と前記半導体モジュールの外周縁とを樹脂材料により一体固定してモジュールユニットを形成したことを特徴とする電力変換装置。
- 前記モジュールユニットのベースフレームの他方の面側において、前記樹脂材料で形成された樹脂部により冷媒流路を区画形成し、この樹脂部によって前記放熱部材に前記冷媒を直接的に接触可能な冷却装置の一部を構成したことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
- 前記冷媒流路を、前記樹脂部と、この樹脂部に当接される流路ケースとで形成したことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
- 前記モジュールユニットの外周縁を、前記ベースフレームのフランジ部で構成し、該フランジ部に前記流路ケースを放熱部材側から液密に接合したことを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。
- 前記モジュールユニットを前記半導体モジュール側から覆うユニットケースを設け、前記ユニットケースと前記フランジ部とを液密に接合したことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。
- 前記樹脂部内に電力の入出力用の板状導電部材を埋設したことを特徴とする請求項2〜請求項5の何れかに記載の電力変換装置。
- 前記冷媒流路の流れ方向と垂直な方向の断面において、前記樹脂部は前記放熱部材における一方の面と他方の面とを挟み込むように、前記半導体モジュールの外周縁を前記ベースフレームの各開口部に固定することを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載の電力変換装置。
- 前記樹脂部と前記流路ケースとでラビリンス構造を形成したことを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。
- 前記ベースフレームに、前記一方の面側から突出する突出部を複数形成し、前記突出部に前記半導体モジュールの駆動を制御する制御用基板を保持したことを特徴とする請求項1〜請求項8の何れかに記載の電力変換装置。
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