JP2013030579A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、半導体素子20に絶縁部材30を介して接合される冷却ケース50を備えたパワーモジュール10Lとパワーモジュール10Hで構成される。各パワーモジュール10L,10Hの冷却ケース50は、平面状に延びていて裏面51bにピンフィン51cが形成される放熱部51と、放熱部51から連続的に平面状に延びるヘッダ部52と、冷媒60が流入及び流出する水路部53A,53Bと、冷媒60が流れる冷媒空間RKを形成する縁部54とを有する。これら放熱部51とヘッダ部52と水路部53A,53Bと縁部54とが一体的に成形される。パワーモジュール10Lとパワーモジュール10Hとは、互いのピンフィン51cが対向し、且つ互いの縁部54がシールされた状態で組付けられている。
【選択図】 図1
Description
上記構成(1)では、電力変換装置が、冷却ケースを備えた第1パワーモジュールと第2パワーモジュールの二部品で構成されている。そして、第1パワーモジュールと第2パワーモジュールとは、互いのフィンが対向し、且つ互いの縁部がシールされた状態で組付けられている。このため、シール構造が簡素である。更に、冷却ケースでは、放熱部と水路部と縁部とを一体的に成形して、水路の開口部分の大きさを適切に確保しつつ、フィンの長さを適切に設定できるようになっているため、冷却ケースの体格(平面方向の大きさ及び高さ方向の長さ)を必要以上に大きくする必要がない。こうして、冷却ケースの体格を小さくして電力変換装置を構成することができる。
本発明に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、電力変換装置1の右半分を破断したときの部分断面図である。この電力変換装置1は、ローサイド側パワーモジュール10L(以下、単に「パワーモジュール10L」と呼ぶ)と、ハイサイド側パワーモジュール10H(以下、単に「パワーモジュール10H」と呼ぶ)との二部品で構成されている。このパワーモジュール10Lが本発明の第1パワーモジュールに相当し、パワーモジュール10Hが本発明の第2パワーモジュールに相当する。
次に、第2実施形態について図21〜図23を用いて説明する。図21は、第2実施形態におけるパワーモジュール10Lを部分的に拡大した断面図である。図21に示したように、第2実施形態の冷却ケース50のヘッダ部52の表面52aには、リブ52bが形成されている。リブ52bは、封止樹脂40と係合することによって、封止樹脂40と冷却ケース50との密着力を向上させるものである。このリブ52bが本発明の係合凸部に相当する。
次に、第3実施形態について図24〜図26を用いて説明する。図24は、第3実施形態におけるパワーモジュール10Lを部分的に拡大した断面図である。図24に示したように、第3実施形態の冷却ケース50の放熱部51の表面51aには、凹部51dが形成されている。凹部51dは、封止樹脂40と係合することによって、封止樹脂40と冷却ケース50との密着力を向上させるものである。この凹部51dが本発明の係合凹部に相当する。
次に、第4実施形態について図27〜図34を用いて説明する。図27は、第4実施形態の電力変換装置1Sの右半分を破断したときの部分断面図である。図28は、図27に示した電力変換装置1Sの分解図である。この電力変換装置1Sは、三個の三相交流モータを駆動するインバータ回路を形成するように、構成されたものである。図27及び図28に示したように、電力変換装置1Sは、第1電力変換装置1S1と、第2電力変換装置1S2と、第3電力変換装置1S3と、ハウジング80と、底蓋81と、給水管82と、配水管83とを備えている。第1,第2,第3電力変換装置1S1,1S2,1S3の構成と第1実施形態の電力変換装置1の構成は同一であるため、対応する部位に同一符号を付して、その説明を省略する。
以上、本発明に係る電力変換装置において説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第1実施形態では、図10に示したように、パワーモジュール10Lとパワーモジュール10Hとの接合強度を大きくするために、パワーモジュール10L,10Hの縁部54同士をレーザ溶接した。しかしながら、図35に示したように、クリップCRでパワーモジュール10L,10Hの縁部54同士を挟みこんでも良い。このクリップCRは、リン青銅のバネ材で構成されたものである。なお、クリップCRは、パワーモジュール10Lの封止樹脂40とパワーモジュール10Hの封止樹脂40とを挟みこんでも良い。
10L,10H パワーモジュール
20 半導体素子
30 絶縁部材
40 封止樹脂
50 冷却ケース
50t1 第3突片
51 放熱部
51c ピンフィン
51d 凹部
51d1 第2突片
52 ヘッダ部
52b,52c リブ
52b1,52c1 第1突片
52e 整流リブ
53A 流入水路部
53B 流出水路部
54 縁部
54a 組付け溝
60 冷媒
71 制御端子
72 パワー端子
73,74,75 Oリング
80 ハウジング
81 底蓋
SR スリット
DB1 第1弾性部材
DB2 第2弾性部材
DB3 第3弾性部材
Claims (17)
- 半導体素子のスイッチングにより生じた熱を冷却することができる電力変換装置において、
前記半導体素子に絶縁部材を介して接合される冷却ケースを備えた第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールで構成され、
前記各パワーモジュールの冷却ケースは、
平面状に延びていて表面に前記絶縁部材が接合され裏面にフィンが形成される放熱部と、
前記放熱部の平面方向と直交する方向に延びていて冷媒が流入及び流出する水路部と、
前記フィンを囲み冷媒が流れる空間を形成する縁部と、を有し、
これら放熱部と水路部と縁部とが一体的に成形されていて、
前記第1パワーモジュールと前記第2パワーモジュールとは、互いの前記フィンが対向し、且つ互いの前記縁部がシールされた状態で組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に記載された電力変換装置において、
前記第1パワーモジュールの縁部と前記第2パワーモジュールの縁部とは、Oリングを介して組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又は請求項2に記載された電力変換装置において、
前記第1パワーモジュールの縁部と前記第2パワーモジュールの縁部とが溶接されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3に記載された電力変換装置において、
前記縁部には、その外表面から内部に向けて溶接による熱を伝わり難くする熱緩衝構造が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4に記載された電力変換装置において、
前記熱緩衝構造は、スリットであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4に記載された電力変換装置において、
前記熱緩衝構造は、前記第1パワーモジュールの縁部と前記第2パワーモジュールの縁部との段差接合であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載された電力変換装置において、
前記冷却ケースは、前記放熱部から連続的に平面状に延びていて前記フィンが形成されていないヘッダ部を有し、
前記放熱部及び前記ヘッダ部の表面には、前記半導体素子を覆うように熱硬化性樹脂の封止部材が形成されていて、
前記ヘッダ部には、表面から突出していて前記封止部材と係合する係合凸部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項7に記載された電力変換装置において、
前記係合凸部には、前記ヘッダ部の平面方向に広がり前記封止部材がくわえ込む第1突片が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載された電力変換装置において、
前記冷却ケースは、前記放熱部から連続的に平面状に延びていて前記フィンが形成されていないヘッダ部を有し、
前記放熱部及び前記ヘッダ部の表面には、前記半導体素子を覆うように熱硬化性樹脂の封止部材が形成されていて、
前記放熱部には、表面から窪んでいて前記封止部材と係合する係合凹部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載された電力変換装置において、
前記係合凹部には、その係合凹部を塞ぐように内側に突出し前記封止部材をくわえ込む第2突片が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載された電力変換装置において、
前記放熱部の表面には、前記半導体素子を覆うように熱硬化性樹脂の封止部材が形成され、
前記封止部材は、前記冷却ケースの端部より外側に張り出していて、
前記冷却ケースの端部には、前記放熱部の平面方向に延び前記封止部材がくわえ込む第3突片が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載された電力変換装置において、
前記放熱部の表面には、前記半導体素子を覆うように熱硬化性樹脂の封止部材が形成され、
前記第1パワーモジュール及び前記第2パワーモジュールの封止部材全体と縁部全体とを覆うように、熱可塑性樹脂の第2封止部材が形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項12の何れかに記載された電力変換装置において、
前記冷却ケースは、質量%でアルミニウムが99%以上であるアルミ材料を用いて、鍛造によって成形されたものであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項13の何れかに記載された電力変換装置において、
前記第1パワーモジュール及び前記第2パワーモジュールは、一対のダイオード及びトランジスタを三組それぞれ有し、一つのモータを駆動するインバータ回路を形成していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1乃至請求項14の何れかに記載された電力変換装置において、
前記組付けられた一対の第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールは、前記放熱部の平面方向と直交する方向に複数個積層されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項15に記載された電力変換装置において、
前記複数個積層された第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールは、ハウジング及び底蓋で覆われるように組付けられていて、
前記複数個積層された第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールのうち最下段に位置する第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールと前記底蓋との間には、第1弾性部材が介装され、
前記複数個積層された第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールのうち最上段に位置する第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールと前記ハウジングとの間には、第2弾性部材が介装されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項15又は請求項16に記載された電力変換装置において、
前記組付けられた一対の第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールと、前記組付けられた一対の第1パワーモジュール及び第2パワーモジュールとの間には、第3弾性部材が介装されていることを特徴とする電力変換装置。
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