JP2011200090A

JP2011200090A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2011200090A
Application number: JP2010067419A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawaguchi; 健二河口; Shiki Koyama; 志貴小山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP5471685B2

Abstract

【課題】温度センサを取り付ける作業を容易に行うことができ、冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュールの影響を受けにくい電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数個の半導体モジュール２０と冷却チューブ２１とを積層した積層体２を備える。積層体２の積層方向Ｘにおける一方の端部に位置する冷却チューブ２１ａに、一対のパイプ３ａ，３ｂが接続されている。積層体２とパイプ３とは、収納ケース４に収納されている。また、固定部材５によって、一対のパイプ３が各々収納ケース４に固定されている。パイプ３には、冷媒を導入するための導入側パイプ３ａと、冷媒が導出される導出用パイプ３ｂとがある。導入側パイプ３ａを固定する固定部材５ａと、導出側パイプ３ｂを固定する固定部材５ｂとのうち、少なくとも一方の固定部材５に、冷媒の温度を検出する温度センサ６が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒の温度を測定する温度センサを備えた電力変換装置に関する。

直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図８に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール９１と、該半導体モジュール９１を冷却する冷却チューブ９２とを積層して積層体９４を構成したものが知られている（下記特許文献１参照）。
積層体９４には、一対のパイプ９１０，９１１が取り付けられている。一方のパイプ９１０から冷媒９３０を導入すると、連結管９２０を通って全ての冷却チューブ９２に冷媒９３０が流れ、他方のパイプ９１１から冷媒９３０が導出する。これにより、半導体モジュール９１を冷却している。

電力変換装置９０は、積層体９４を収納する収納ケース９５と、ばね部材９６とを備える。ばね部材９６の付勢力によって、積層体９４を収納ケース９５の内壁面９５０に押圧して固定している。

図９に示すごとく、ばね部材９６と積層体９４との間には、ばね部材９６の押圧力によって冷却チューブ９２が凹むことを防止するための、断面コ字状の凹み防止部材９８が設けられている。この凹み防止部材９８の上壁に、冷媒９３０の温度を測定するための温度センサ９９が取り付けられている。冷却チューブ９２および凹み防止部材９８は金属製なので、冷媒９３０の温度が伝わりやすい。そのため、冷却チューブ９２の壁面と凹み防止部材９８を介して、冷媒９３０の温度を測定できるようになっている。温度センサ９９は、ボルト９３によって凹み防止部材９８に固定されている。

温度センサ９９はＥＣＵ（図示しない）に接続されている。冷媒９３０の温度が高い場合は、冷媒９３０の供給速度を速めたり、半導体モジュール９１に流れる電流を少なくしたりする制御をＥＣＵが行う。

特開２００８−２２００４２号公報

しかしながら、従来の電力変換装置９０は、小さな温度センサ９９を、小さなボルト９３を用いて固定しているため、温度センサ９９の取り付け作業を行いにくいという問題があった。

また、凹み防止部材９８に温度センサ９９を設けると、凹み防止部材９８に最も近い半導体モジュール９１ａの発熱の影響を温度センサ９９が受けやすくなる。例えば、半導体モジュール９１ａが特に大きく発熱した場合には、温度センサ９９の測定値は、冷媒９３０の平均値よりも高めの温度になってしまう。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、温度センサを取り付ける作業を容易に行うことができ、冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュールの影響を受けにくい電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却する複数個の冷却チューブとを積層してなり、隣り合う２個の上記冷却チューブの間を、該冷却チューブの両端において連結管で連結した積層体と、
該積層体の積層方向における一方の端部に位置する上記冷却チューブに接続された一対のパイプと、
上記積層体と上記パイプとを収納する収納ケースと、
上記一対のパイプを各々上記収納ケースに固定する固定部材とを備え、
上記一対のパイプのうち、一方のパイプは、冷媒を上記冷却チューブに導入するための導入側パイプであり、他方のパイプは、上記連結管および上記冷却チューブ内を流れた上記冷媒が導出する導出側パイプであり、
該導入側パイプを固定する上記固定部材と、上記導出側パイプを固定する上記固定部材とのうち、少なくとも一方の固定部材に、上記冷媒の温度を検出する温度センサが取り付けられていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

本発明の作用効果につき説明する。本発明では、一対のパイプを各々収納ケースに固定する固定部材を設け、この固定部材に温度センサを取り付けた。
このようにすると、温度センサを固定部材に予め取り付けて一体化しておくことができる。これにより、温度センサを固定部材とともに収納ケースに固定することが可能になり、収納ケースへの固定作業を行いやすくなる。すなわち、温度センサが小さいと、単体で収納ケース等に取り付ける作業は困難であるが、固定部材と温度センサとを予め一体化して、温度センサ単独よりも大きなユニットを構成しておくことにより、収納ケースへの取り付け作業を容易に行うことが可能になる。

また、上記構成にすると、冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュールの発熱の影響を受けにくくなる。例えば、温度センサを導入側パイプに接続した場合には、冷却チューブ内を流れて半導体モジュールと熱交換する前の冷媒の温度を測定できる。また、温度センサを導出側パイプに接続した場合は、個々の冷却チューブ内を流れて半導体モジュールと熱交換した後に、混合して平均化された冷媒の温度を測定できる。

以上のごとく、本発明によれば、温度センサを取り付ける作業を容易に行うことができ、冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュールの影響を受けにくい電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の平面図であって、図２のＣ−Ｃ断面図。図１のＡ−Ａ断面図。実施例１における、温度センサを取り付ける前の固定部材の斜視図。実施例１における、温度センサを取り付けた後の固定部材の斜視図。図４のＤ−Ｄ断面図。図１のＢ−Ｂ断面図。実施例２における、電力変換装置の平面図。従来例における、電力変換装置の平面図。図８のＥ−Ｅ断面図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記温度センサは、上記固定部材に設けた凹部内に樹脂によって封止されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、温度センサと固定部材とを一体化する際に、ボルト等を用いる必要がなく、樹脂によって封止できる。そのため、温度センサと固定部材とを一体化する工程を容易に行うことができる。

また、上記導入側パイプを固定する上記固定部材に、上記温度センサが取り付けられていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、冷媒の温度を安定して測定することができる。すなわち、導出側パイプを固定する固定部材に温度センサを取り付けると、半導体モジュールの発熱の影響を受けた後の冷媒の温度を測定することになり、例えば、半導体モジュールの発熱量が増えた場合等に、冷媒の測定温度が上昇しやすくなる。しかし上記構成にすると、半導体モジュールの発熱の影響を受ける前の冷媒の温度を測定することが可能になる。これにより、冷媒の温度をより安定して測定することが可能になる。

また、上記パイプは円筒形であり、上記固定部材は、雄螺子を用いて上記収納ケースに締結するための被締結部と、該被締結部に連なり上記パイプを押圧して保持する湾曲部とを備え、該湾曲部の一端に上記温度センサが取り付けられ、上記パイプを挟んで上記被締結部と上記温度センサとが互いに反対側に位置するよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、冷媒の温度を正確に測定しやすくなる。すなわち、上記被締結部は収納ケースに接触しているため、収納ケースの温度の影響を受けやすい部位である。そのため、被締結部の近傍に温度センサを設けると、収納ケースの温度の影響を受けて、冷媒の温度を正確に測定しにくくなる。しかしながら、上述のように温度センサを、パイプを挟んで被締結部の反対側に設けると、温度センサが被締結部から離れているため、収納ケースの温度の影響を受けにくくなり、冷媒の温度を正確に測定することが可能になる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図６を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数個の半導体モジュール２０と冷却チューブ２１とを積層した積層体２を備える。半導体モジュール２０は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵する。また、冷却チューブ２１は、半導体モジュール２０を両面から冷却している。隣り合う２個の冷却チューブ２１の間は、冷却チューブ２１の両端において連結管２２で連結されている。
積層体２の積層方向Ｘにおける一方の端部に位置する冷却チューブ２１ａに、一対のパイプ３ａ，３ｂが接続されている。

積層体２とパイプ３とは、収納ケース４に収納されている。
また、固定部材５によって、一対のパイプ３が各々収納ケース４に固定されている。
一対のパイプ３のうち、一方のパイプ３ａは、冷媒を冷却チューブ２１に導入するための導入側パイプ３ａであり、他方のパイプ３ｂは、連結管２２および冷却チューブ２１内を流れた冷媒が導出する導出側パイプ３ｂである。
導入側パイプ３ａを固定する固定部材５ａと、導出側パイプ３ｂを固定する固定部材５ｂとのうち、一方の固定部材５ａに、冷媒の温度を検出する温度センサ６が取り付けられている。
以下、詳説する。

図１に示すごとく、収納ケース４内には、ばね部材１２と、凹み防止部材１４とが配置されている。ばね部材１２の付勢力によって、積層体２を収納ケース４の内壁面１３に押し付けて固定している。凹み防止部材１４は、ばね部材１２の付勢力によって冷却チューブ２１が凹むことを防止するための部材である。また、ばね部材１２と収納ケース４との間には、ばね部材１２を固定するための円柱部材１５が介挿されている。

図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は２個の固定部材５ａ，５ｂを有する。一方の固定部材５ａは導入側パイプ３ａを固定しており、他方の固定部材５ｂは導出側パイプ３ｂを固定している。そして、導入側パイプ３ａを固定する固定部材５ａに温度センサ６が取り付けられている。この温度センサ６は、温度の変化によって電気抵抗が変化するサーミスタである。

図１に示すごとく、積層方向Ｘに隣り合う２個の冷却チューブ２１の間に、それぞれ２個の半導体モジュール２０が介在している。また、図２に示すごとく、個々の半導体モジュール２０は２個のパワー端子２４と、制御端子２３を備える。パワー端子２４には、直流電源の正電極に接続される正極端子２４ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子２４ｂと、交流負荷に接続される交流端子２４ｃとがある。また、制御端子２３には制御回路基板１０が接続されている。制御回路基板１０によって、半導体モジュール２０内のスイッチング素子の動作制御をしている。これにより、直流電力を交流電力に変換し、交流端子２４ｃから出力している。

図２に示すごとく、収納ケース４の内壁面には、ケース内側に突出するようにリブ部４５が形成されている。冷却チューブ２１は、その両端においてリブ部４５との間に隙間を設けた状態で、収納ケース４内に保持されている。

図３に示すごとく、固定部材５は、雄螺子を用いて収納ケース４に締結するための被締結部５１と、該被締結部５１に連なりパイプ３を押圧して保持する（図６参照）湾曲部５２とを備える。湾曲部５２の両側部には、強度を上げるためのリブ５００が形成されている。また、固定部材５を取り付ける際に作業者が指でつまむための保持部５５が湾曲部５２に形成されている。

湾曲部５２には延設部５３が形成されている。この延設部５３の両側部から突部５４ａ，５４ｂが突出している。そして図４、図５に示すごとく、突部５４ａ，５４ｂと延設部５３とによって形成される凹部５０に温度センサ６を配置し、樹脂６１で封止している。温度センサ６から延びるワイヤ６０は、上述した制御回路基板１０に接続されている。制御回路基板１０は、温度センサ６の出力信号を用いて冷媒の温度を読み取り、車両のＥＣＵ（図示しない）に送信している。冷媒の温度が予め定められた値を超えた場合には、冷媒の速度を上げたり、半導体モジュール２０に流れる電流を減らしたりする制御を、ＥＣＵが行う。

図６に示すごとく、収納ケース４に形成した端子台４０に固定部材５の被締結部５１を載置し、雄螺子１１で締結している。そして、湾曲部５２でパイプ３を押圧し、保持している。また、湾曲部５２の一端に温度センサ６が取り付けられ、パイプ３を挟んで被締結部５１と温度センサ６とが互いに反対側に位置している。

端子台４０は、収納ケース４の側壁４００とリブ部４５ａとの双方に接触するように配設されている。温度センサ６は、パイプ３を挟んで側壁４００の反対側に取り付けられている。端子台４０は、パイプ３を載置する円弧状の載置部４０５と、延設部５３および温度センサ６を収納する収納用凹部４０６を有する。パイプ３は、固定部材５の湾曲部５２によって、載置部４０５へ押し当てられている。

本例の作用効果について説明する。
本例では、図１に示すごとく、一対のパイプ３を各々収納ケース４に固定する固定部材５を設け、この固定部材５に温度センサ６を取り付けた。
このようにすると、図４に示すごとく、温度センサ６を固定部材５に予め取り付けて一体化しておくことができる。これにより、温度センサ６を固定部材５とともに収納ケース４に固定することが可能になり、収納ケース４への固定作業を行いやすくなる。すなわち、温度センサ６が小さいと、単体で収納ケース４等に取り付ける作業は困難であるが、固定部材５と温度センサ６とを予め一体化して、温度センサ６単独よりも大きなユニットを構成しておくことにより、収納ケース４への取り付け作業を容易に行うことが可能になる。
また、本例では、温度センサ６による冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュール２０の発熱の影響を受けにくい。すなわち、本例では、固定部材５に温度センサ６を取り付けているので、冷却チューブ２１内を流れて半導体モジュール２０と熱交換する前の冷媒の温度を測定できる。

また、図４、図５に示すごとく、温度センサ６は、固定部材５に設けた凹部５０内に樹脂６１によって封止されている。
このようにすると、温度センサ６と固定部材５とを一体化する際に、ボルト等を用いる必要がなく、樹脂６１によって封止できる。そのため、温度センサ６と固定部材５とを一体化する工程を容易に行うことができる。

また、図１に示すごとく、本例では、導入側パイプ３ａを固定する固定部材５ａに、温度センサ６が取り付けられている。
このようにすると、冷媒の温度を安定して測定することができる。すなわち、導出側パイプ３ｂを固定する固定部材５ｂに温度センサ６を取り付けると、半導体モジュール２０の発熱の影響を受けた後の冷媒の温度を測定することになり、例えば、半導体モジュール２０の発熱量が増えた場合等に、冷媒の測定温度が上昇しやすくなる。しかし、導入側パイプ３ａを固定する固定部材５ａに温度センサ６を取り付けると、半導体モジュール２０の発熱の影響を受ける前の冷媒の温度を測定することが可能になる。これにより、冷媒の温度をより安定して測定することが可能になる。

また、図６に示すごとく、湾曲部５２の一端に温度センサ６が取り付けられ、パイプ３を挟んで被締結部５１と温度センサ６とが互いに反対側に位置するよう構成されている。
このようにすると、冷媒の温度を正確に測定しやすくなる。すなわち、被締結部５１は収納ケース４に接触しているため、収納ケース４の温度の影響を受けやすい部位である。そのため、被締結部５１の近傍に温度センサ６を設けると、収納ケース４の温度の影響を受けて、冷媒の温度を正確に測定しにくくなる。しかしながら、上述のように温度センサ６を、パイプ３を挟んで被締結部５１の反対側に設けると、温度センサ６が被締結部５１から離れているため、収納ケース４の温度の影響を受けにくくなり、冷媒の温度を正確に測定することが可能になる。

以上のごとく、本例によれば、温度センサ６を取り付ける作業を容易に行うことができ、冷媒の測定温度が、特定の半導体モジュール２０の影響を受けにくい電力変換装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、固定部材５の雄螺子１１の取り付け位置および温度センサ６の配置位置を変更した例である。図７に示すごとく、本例では、固定部材５ａを締結する雄螺子１１を、収納ケース４の内側に設けた。また、温度センサ６を収納ケース４の側壁４００の近傍に配置した。そして、２本のパイプ３ａ，３ｂの間に、リアクトル等の発熱部品７０を設けた。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。本例では、温度センサ６が発熱部品７０から離れた位置に設けられているので、発熱部品７０の熱の影響を、温度センサ６が受けにくくなる。これにより、収納ケース４内に発熱部品７０が設けられている場合であっても、発熱部品７０の影響を大きく受けることなく、冷媒の温度を正確に測定することが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

１電力変換装置
２積層体
２０半導体モジュール
２１冷却チューブ
２２連結管
３パイプ
３ａ導入側パイプ
３ｂ導出側パイプ
４収納ケース
５固定部材
６温度センサ

Claims

電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却する複数個の冷却チューブとを積層してなり、隣り合う２個の上記冷却チューブの間を、該冷却チューブの両端において連結管で連結した積層体と、
該積層体の積層方向における一方の端部に位置する上記冷却チューブに接続された一対のパイプと、
上記積層体と上記パイプとを収納する収納ケースと、
上記一対のパイプを各々上記収納ケースに固定する固定部材とを備え、
上記一対のパイプのうち、一方のパイプは、冷媒を上記冷却チューブに導入するための導入側パイプであり、他方のパイプは、上記連結管および上記冷却チューブ内を流れた上記冷媒が導出する導出側パイプであり、
該導入側パイプを固定する上記固定部材と、上記導出側パイプを固定する上記固定部材とのうち、少なくとも一方の固定部材に、上記冷媒の温度を検出する温度センサが取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、上記温度センサは、上記固定部材に設けた凹部内に樹脂によって封止されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１または請求項２において、上記導入側パイプを固定する上記固定部材に、上記温度センサが取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記パイプは円筒形であり、上記固定部材は、雄螺子を用いて上記収納ケースに締結するための被締結部と、該被締結部に連なり上記パイプを押圧して保持する湾曲部とを備え、該湾曲部の一端に上記温度センサが取り付けられ、上記パイプを挟んで上記被締結部と上記温度センサとが互いに反対側に位置するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。