JP2014011915A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数を低減して、小型化、製造工数の低減を可能とする電力変換装置を提供すること。
【解決手段】スイッチング素子２１を内蔵した半導体モジュール２と、半導体モジュール２の放熱面２４に当接して半導体モジュール２を冷却する冷却管３と、コンデンサ素子４１をポッティング材４２によって封止してなるコンデンサモジュール４とを有する電力変換装置１。半導体モジュール２と冷却管３とを積層してなる積層体１０は、積層方向Ｚの一端側に配されたコンデンサモジュール４と、積層方向Ｚの他端側に配された押圧部材５とによって、積層方向Ｚに挟持されている。積層体１０の一端は、コンデンサモジュール４におけるポッティング材４２の表面であるポッティング面４３に当接している。
【選択図】図１
【解決手段】スイッチング素子２１を内蔵した半導体モジュール２と、半導体モジュール２の放熱面２４に当接して半導体モジュール２を冷却する冷却管３と、コンデンサ素子４１をポッティング材４２によって封止してなるコンデンサモジュール４とを有する電力変換装置１。半導体モジュール２と冷却管３とを積層してなる積層体１０は、積層方向Ｚの一端側に配されたコンデンサモジュール４と、積層方向Ｚの他端側に配された押圧部材５とによって、積層方向Ｚに挟持されている。積層体１０の一端は、コンデンサモジュール４におけるポッティング材４２の表面であるポッティング面４３に当接している。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体モジュールと冷却管とコンデンサモジュールとを有する電力変換装置に関する。
例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載された電力変換装置として、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを備えた電力変換装置がある。かかる電力変換装置において、半導体モジュールと冷却器との積層体を積層方向に加圧する板ばね部材を配設する構造が提案されている（特許文献１）。
これにより、半導体モジュールと冷却管との間の接触圧を充分に確保すると共に、積層体の積層方向の寸法公差を板ばね部材によって吸収することができる。また、温度変化に伴う積層体の寸法変化によって接触圧が変化することを、板ばね部材の配設によって防いでいる。
しかしながら、上記のように板ばね部材を配設するということは、その分、部品点数が増えることとなり、電力変換装置の大型化、製造工数の増加といった課題を招くこととなる。
また、上述のように、板ばね部材によって積層体の寸法公差や熱膨張を吸収するためには、板ばね部材のばね定数が所定値以下である必要があると共に、加圧方向における板ばね部材の寸法を大きくする必要が生じる。その結果、電力変換装置の大型化を招くおそれがある。一方、ばね定数を小さくするために単純に板ばね部材の厚みを小さくすると、板ばね部材の強度が低下してしまう。
また、上述のように、板ばね部材によって積層体の寸法公差や熱膨張を吸収するためには、板ばね部材のばね定数が所定値以下である必要があると共に、加圧方向における板ばね部材の寸法を大きくする必要が生じる。その結果、電力変換装置の大型化を招くおそれがある。一方、ばね定数を小さくするために単純に板ばね部材の厚みを小さくすると、板ばね部材の強度が低下してしまう。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、部品点数を低減して、小型化、製造工数の低減を可能とする電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、
該半導体モジュールの放熱面に当接して該半導体モジュールを冷却する冷却管と、
コンデンサ素子をポッティング材によって封止してなるコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却管とを積層してなる積層体は、積層方向の一端側に配された上記コンデンサモジュールと、積層方向の他端側に配された押圧部材とによって、積層方向に挟持されており、
上記積層体の一端は、上記コンデンサモジュールにおける上記ポッティング材の表面であるポッティング面に当接していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
該半導体モジュールの放熱面に当接して該半導体モジュールを冷却する冷却管と、
コンデンサ素子をポッティング材によって封止してなるコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却管とを積層してなる積層体は、積層方向の一端側に配された上記コンデンサモジュールと、積層方向の他端側に配された押圧部材とによって、積層方向に挟持されており、
上記積層体の一端は、上記コンデンサモジュールにおける上記ポッティング材の表面であるポッティング面に当接していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
上記電力変換装置においては、上記積層体の一端が、上記コンデンサモジュールにおける上記ポッティング面に当接している。上記ポッティング材はある程度の弾性を持たせることができるため、ポッティング面に当接した状態の積層体をポッティング面に向かって上記押圧部材によって押圧した状態で保持することにより、ポッティング面からの反作用によって所定の加圧力が積層体に付与されることとなる。その結果、積層体が積層方向に所定の加圧力で挟持された構造を実現することができる。
そして、この構造を、積層体とコンデンサモジュールとの位置関係によって実現することができる。つまり、特に加圧力を付与するために板ばね部材等を設ける必要がない。そのため、電力変換装置の部品点数を低減することができる。その結果、電力変換装置の小型化、製造工数の低減が可能となる。
また、上記押圧部材に弾性を持たせることも可能であるが、この場合においては、上記ポッティング面と上記押圧部材との双方における弾性力が直列的に接続されることとなるため、全体としてのばね定数を小さくしやすい。そのため、積層体の寸法公差や熱膨張を吸収しやすくなる。その結果、上記積層方向における押圧部材の寸法を大きくする必要もなく、電力変換装置の小型化、簡素化を実現しやすい。
以上のごとく、本発明によれば、部品点数を低減して、小型化、製造工数の低減を可能とする電力変換装置を提供することができる。
上記半導体モジュールと上記冷却管とは、直接密着していてもよいし、熱伝導性を有する絶縁材等を介して密着していてもよい。また、上記ポッティング材は、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等によって構成することができる。
また、上記積層体における上記押圧部材との圧接面及び上記ポッティング面との圧接面は、積層方向において、上記スイッチング素子と重なっていることが好ましい（請求項２）。この場合には、積層方向から見て上記スイッチング素子と重なる部分において、上記圧接面の当接圧を高くすることができるため、スイッチング素子の冷却を効率的に行うことができる。
また、上記半導体モジュールは複数の上記スイッチング素子を内蔵しており、該複数のスイッチング素子は、上記積層体における上記押圧部材との圧接面及び上記ポッティング面との圧接面と、積層方向において重なっていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記複数のスイッチング素子の冷却を効率的に行うことができる。また、複数のスイッチング素子を一体化できるため、電力変換装置の組立工数を低減することができると共に、電力変換装置の一層の小型化を行うことができる。
また、上記複数のスイッチング素子は、積層方向と直交する方向に並んで配置されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記複数のスイッチング素子のそれぞれを効率的に冷却することができる。
また、上記半導体モジュールは、一対の主面に上記放熱面を備え、該一対の放熱面の双方に、上記冷却管が接触配置されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記半導体モジュールを両面から効率的に冷却することができる。
また、上記冷却管は、内部に冷却媒体を流通させるよう構成されており、上記半導体モジュールに設けられた信号端子及びパワー端子は、上記冷却管における冷却媒体の流通方向と積層方向との双方に直交する方向に突出していることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記積層体をコンパクトに構成しやすく、電力変換装置の小型化を実現しやすい。
また、上記半導体モジュールを制御する制御回路を備えた制御回路基板は、主面の法線方向が積層方向となる状態で、上記積層体に対して上記押圧部材と反対側に配置されており、上記半導体モジュールに設けられた信号端子は上記制御回路基板に接続されており、上記信号端子は、積層方向から見たとき、上記コンデンサモジュール及び上記制御回路基板の内側に配置されていることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記制御回路基板を含めた電力変換装置の小型化を実現しやすい。
また、上記押圧部材は、上記コンデンサモジュールに固定されていることが好ましい（請求項８）。この場合には、電力変換装置の部品点数を低減することができる。
また、上記コンデンサモジュールは、上記積層体を積層方向に対して直交する方向に位置決めするガイド部を有することが好ましい（請求項９）。この場合には、上記コンデンサモジュールと上記積層体との当接状態を安定して実現することができる。これにより、上記積層体に作用する加圧力を安定して得ることができる。また、電力変換装置の組み立てを容易に行うことができる。
また、上記押圧部材は、少なくとも上記積層体と当接する部分に、弾性部材を備えていることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記ポッティング材と共に、上記押圧部材における弾性部材によっても、上記積層体に加圧力を付与することができる。つまり、積層体に対して、ポッティング材の弾性力と押圧部材における弾性部材の弾性力とが直列的に接続されることとなる。そのため、全体としてのばね定数を小さくしやすい。それゆえ、積層体の寸法公差や熱膨張を吸収しやすくなる。その結果、積層体を加圧するための構成を、全体として簡素化することができる。また、上記ポッティング材のばね定数が大きい場合でも、上記押圧部材に上記弾性部材を設けた構成とすることで、積層体の寸法公差や熱膨張に対応しやすくなる。
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図４に示すごとく、スイッチング素子２１を内蔵した半導体モジュール２と、半導体モジュール２の放熱面２４に当接して半導体モジュール２を冷却する冷却管３と、コンデンサ素子４１をポッティング材４２によって封止してなるコンデンサモジュール４とを有する。
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図４に示すごとく、スイッチング素子２１を内蔵した半導体モジュール２と、半導体モジュール２の放熱面２４に当接して半導体モジュール２を冷却する冷却管３と、コンデンサ素子４１をポッティング材４２によって封止してなるコンデンサモジュール４とを有する。
図１、図４に示すごとく、半導体モジュール２と冷却管３とを積層してなる積層体１０は、積層方向Ｚの一端側に配されたコンデンサモジュール４と、積層方向Ｚの他端側に配された押圧部材５とによって、積層方向Ｚに挟持されている。積層体１０の一端は、コンデンサモジュール４におけるポッティング材４２の表面であるポッティング面４３に当接している。
本例において、図１、図４、図５に示すごとく、コンデンサモジュール４は、ケース４４内にコンデンサ素子４１とこれを封止するポッティング材４２とを収容してなる。ケース４４は、例えばアルミニウム等の金属によって構成することができる。そして、ケース４４の開口部に、平坦なポッティング面４３が露出している。このポッティング面４３に、積層体１０の一端が当接している。ポッティング材４２は、エポキシ樹脂からなり、弾性を備えている。
図１、図４に示すごとく、積層体１０は、半導体モジュール２とその両主面に積層された一対の冷却管３とからなる。すなわち、半導体モジュール２は、一対の主面に放熱面２４を備え、該一対の放熱面２４の双方に、冷却管３が接触配置されている。冷却管３は、アルミニウム等の金属によって構成されていると共に、内部に水等の冷却媒体が流通する冷媒流路を形成してなる。冷却管３は、積層方向Ｚに対して直交する方向に長尺に形成されており、この方向（以下において適宜「長手方向Ｙ」という。）に冷却媒体が流れるように冷媒流路が形成されている。そして、図４に示すごとく、平行に配置された一対の冷却管３は、長手方向Ｙの両端部付近において、互いに連結されている。そして、一方の冷却管３における両端部付近に、冷却媒体を導入排出するための一対の冷媒導排管３１が接続されている。
冷却管３は、図１に示すごとく、積層方向Ｚ及び長手方向Ｙに直交する方向（以下において適宜「幅方向Ｘ」という。）の幅が、積層方向Ｚの厚みよりも大きい形状を有する。
積層体１０における積層方向Ｚの一端に配された冷却管３が、コンデンサモジュール４におけるポッティング面４３に圧接している。また、積層体１０における積層方向Ｚの他端に配された冷却管３が、押圧部材５に圧接されている。押圧部材５は、例えば金属板からなり、充分な剛性を有する。そして、押圧部材５は、コンデンサモジュール４に固定されている。すなわち、押圧部材５は、図６に示すごとく四隅に設けられたフランジ部５１において、図１〜図４に示すごとく、コンデンサモジュール４のケース４４に立設されたボス４４１に、ボルト５２によって締結されている。
積層体１０における積層方向Ｚの一端に配された冷却管３が、コンデンサモジュール４におけるポッティング面４３に圧接している。また、積層体１０における積層方向Ｚの他端に配された冷却管３が、押圧部材５に圧接されている。押圧部材５は、例えば金属板からなり、充分な剛性を有する。そして、押圧部材５は、コンデンサモジュール４に固定されている。すなわち、押圧部材５は、図６に示すごとく四隅に設けられたフランジ部５１において、図１〜図４に示すごとく、コンデンサモジュール４のケース４４に立設されたボス４４１に、ボルト５２によって締結されている。
これにより、半導体モジュール２と一対の冷却管３とからなる積層体１０が、コンデンサモジュール４と押圧部材５とによって挟持された状態となっている。また、この状態において、コンデンサモジュール４のポッティング材４２は弾性圧縮されている。これにより、ポッティング面４３からの反作用として、積層体１０は積層方向Ｚに圧縮される方向に所定の加圧力を受けている。
積層体１０における押圧部材５との圧接面及びポッティング面４３との圧接面は、積層方向Ｚにおいて、スイッチング素子２１と重なっている。
半導体モジュール２は複数のスイッチング素子２１を内蔵しており、複数のスイッチング素子２１は、積層体１０における押圧部材５との圧接面及びポッティング面４３との圧接面と、積層方向Ｚにおいて重なっている。図１、図２に示すごとく、複数のスイッチング素子２１は、積層方向Ｚと直交する方向に並んで配置されている。
半導体モジュール２は複数のスイッチング素子２１を内蔵しており、複数のスイッチング素子２１は、積層体１０における押圧部材５との圧接面及びポッティング面４３との圧接面と、積層方向Ｚにおいて重なっている。図１、図２に示すごとく、複数のスイッチング素子２１は、積層方向Ｚと直交する方向に並んで配置されている。
本例において、半導体モジュール２は、インバータ回路を構成する６個のスイッチング素子２１を一体化して内蔵したものである。
電力変換装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電源の直流電力を交流電力に変換して、三相交流の回転電機を駆動できるよう構成されたインバータとすることができる。このインバータ回路を構成するための６個のスイッチング素子２１を、本例においては、一つの半導体モジュール２に内蔵している。なお、スイッチング素子２１としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いることができる。
電力変換装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電源の直流電力を交流電力に変換して、三相交流の回転電機を駆動できるよう構成されたインバータとすることができる。このインバータ回路を構成するための６個のスイッチング素子２１を、本例においては、一つの半導体モジュール２に内蔵している。なお、スイッチング素子２１としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いることができる。
また、半導体モジュール２は、スイッチング素子２１を封止した本体部２０から、信号端子２２及びパワー端子２３を、それぞれ複数本突出形成してなる。信号端子２２及びパワー端子２３は、冷却管３の幅方向Ｘに突出している。
また、図１、図４に示すごとく、電力変換装置１は、導体モジュール２を制御する制御回路を備えた制御回路基板６を有する。制御回路基板６は、主面の法線方向が積層方向Ｚとなる状態で、積層体１０に対して押圧部材５と反対側に配置されている。半導体モジュール２に設けられた信号端子２２は制御回路基板６に接続されている。すなわち、信号端子２２は、半導体モジュール２の本体部２０から幅方向Ｘに突出すると共に、コンデンサモジュール４と反対側へ屈曲して積層方向Ｚに伸びている。そして、信号端子２２は、押圧部材５の脇を抜けるように積層方向Ｚに伸び、制御回路基板６に接続されている。
また、図１、図４に示すごとく、電力変換装置１は、導体モジュール２を制御する制御回路を備えた制御回路基板６を有する。制御回路基板６は、主面の法線方向が積層方向Ｚとなる状態で、積層体１０に対して押圧部材５と反対側に配置されている。半導体モジュール２に設けられた信号端子２２は制御回路基板６に接続されている。すなわち、信号端子２２は、半導体モジュール２の本体部２０から幅方向Ｘに突出すると共に、コンデンサモジュール４と反対側へ屈曲して積層方向Ｚに伸びている。そして、信号端子２２は、押圧部材５の脇を抜けるように積層方向Ｚに伸び、制御回路基板６に接続されている。
信号端子２２は、積層方向Ｚから見たとき、コンデンサモジュール４及び制御回路基板６の内側に配置されている。つまり、信号端子２２は、コンデンサモジュール４及び制御回路基板６の端縁から幅方向Ｘにはみ出ることなく、これらの端縁の内側に納まっている。
また、図１、図２に示すごとく、パワー端子２３も、半導体モジュール２の本体部２０から幅方向Ｘに突出している。ただし、パワー端子２３は、特に屈曲することなく幅方向Ｘに伸び、その先端部付近において、コンデンサモジュール４のケース４４に設けられた端子台４４２に締結固定されている。この端子台４４２において、パワー端子２３は、コンデンサモジュール４の端子（図示略）、又は回転電機の端子（図示略）と接続される。なお、ケース４４が金属等の導体からなる場合、適宜、パワー端子２３とケース４４との間に絶縁体を介在させるなどして、両者間の電気的絶縁を確保する。
また、図１、図２に示すごとく、パワー端子２３も、半導体モジュール２の本体部２０から幅方向Ｘに突出している。ただし、パワー端子２３は、特に屈曲することなく幅方向Ｘに伸び、その先端部付近において、コンデンサモジュール４のケース４４に設けられた端子台４４２に締結固定されている。この端子台４４２において、パワー端子２３は、コンデンサモジュール４の端子（図示略）、又は回転電機の端子（図示略）と接続される。なお、ケース４４が金属等の導体からなる場合、適宜、パワー端子２３とケース４４との間に絶縁体を介在させるなどして、両者間の電気的絶縁を確保する。
また、コンデンサモジュール４は、図１、図５に示すごとく、積層体１０を積層方向Ｚに対して直交する方向に位置決めするガイド部４５１、４５２を有する。本例においては、コンデンサモジュール４は、ポッティング面４３に当接した冷却管３において積層体１０をガイドするガイド部４５１と、半導体モジュール２において積層体１０をガイドするガイド部４５２とを有する。すなわち、コンデンサモジュール４のポッティング材４２に、ポッティング面４３における幅方向Ｘの両側に、２段階の段差部を設けている。そして、１段目の段差部の側面が、冷却管３を幅方向Ｘに位置決めするガイド部４５１となり、２段目の段差部の側面が、半導体モジュール２を幅方向Ｘに位置決めするガイド部４５２となる。
また、本例において、ガイド部４５１、４５２は、幅方向Ｘの位置決めを行うが、長手方向Ｙの位置決めを行う機能はない。本例において、冷却管３は、図２〜図４に示すごとく、長手方向Ｙにおいて、コンデンサモジュール４の両端よりも外側へ伸びるように形成されている。これに伴い、図５に示すごとく、ガイド部４５１、４５２は、長手方向Ｙにおいて、コンデンサモジュール４の全体にわたって連続形成されている。
ただし、コンデンサモジュール４を位置決めするガイド部は、これに限ることなく、長手方向Ｙにおいても位置決めできるような構成とすることもできる。
また、本例においては、ガイド部４５１、４５２は、ポッティング材４２に形成されているが、ケース４４に形成することもできる。
また、本例においては、ガイド部４５１、４５２は、ポッティング材４２に形成されているが、ケース４４に形成することもできる。
次に、本例の作用効果につき説明する。
電力変換装置１においては、積層体１０の一端が、コンデンサモジュール４におけるポッティング面４３に当接している。ポッティング材４２はある程度の弾性を持たせることができるため、ポッティング面４３に当接した状態の積層体１０をポッティング面４３に向かって押圧部材５によって押圧した状態で保持することにより、ポッティング面４３からの反作用によって所定の加圧力が積層体１０に付与されることとなる。その結果、積層体１０が積層方向Ｚに所定の加圧力で挟持された構造を実現することができる。
電力変換装置１においては、積層体１０の一端が、コンデンサモジュール４におけるポッティング面４３に当接している。ポッティング材４２はある程度の弾性を持たせることができるため、ポッティング面４３に当接した状態の積層体１０をポッティング面４３に向かって押圧部材５によって押圧した状態で保持することにより、ポッティング面４３からの反作用によって所定の加圧力が積層体１０に付与されることとなる。その結果、積層体１０が積層方向Ｚに所定の加圧力で挟持された構造を実現することができる。
そして、この構造を、積層体１０とコンデンサモジュール４との位置関係によって実現することができる。つまり、特に加圧力を付与するために板ばね部材等を設ける必要がない。そのため、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。その結果、電力変換装置１の小型化、製造工数の低減が可能となる。
また、積層体１０における押圧部材５との圧接面及びポッティング面４３との圧接面は、積層方向Ｚにおいて、スイッチング素子２１と重なっている。これにより、積層方向Ｚから見てスイッチング素子２１と重なる部分において、圧接面の当接圧を高くすることができるため、スイッチング素子２１の冷却を効率的に行うことができる。
また、半導体モジュール２における複数のスイッチング素子２１は、積層体１０における押圧部材５との圧接面及びポッティング面４３との圧接面と、積層方向Ｚにおいて重なっている。これにより、複数のスイッチング素子２１の冷却を効率的に行うことができる。また、複数のスイッチング素子２１を一体化できるため、電力変換装置１の組立工数を低減することができると共に、電力変換装置１の一層の小型化を行うことができる。
また、複数のスイッチング素子２１は、積層方向Ｚと直交する方向に並んで配置されているため、複数のスイッチング素子２１のそれぞれを効率的に冷却することができる。また、半導体モジュール２における一対の放熱面２４の双方に、冷却管３が接触配置されているため、半導体モジュール２を両面から効率的に冷却することができる。
また、半導体モジュール２に設けられた信号端子２２及びパワー端子２３は、冷却管３における冷却媒体の流通方向（長手方向Ｙ）と積層方向Ｚとの双方に直交する方向（幅方向Ｘ）に突出している。これにより、積層体１０をコンパクトに構成しやすく、電力変換装置１の小型化を実現しやすい。
また、制御回路基板６は、主面の法線方向が積層方向Ｚとなる状態で、積層体１０に対して押圧部材５と反対側に配置されている。そして、制御回路基板６に接続された半導体モジュール２の信号端子２２は、積層方向Ｚから見たとき、コンデンサモジュール４及び制御回路基板６の内側に配置されている。それゆえ、上記制御回路基板６を含めた電力変換装置１の小型化を実現しやすい。
また、押圧部材５は、コンデンサモジュール４に固定されているため、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。
また、押圧部材５は、コンデンサモジュール４に固定されているため、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。
また、コンデンサモジュール４は、積層体１０を積層方向Ｚに対して直交する方向（幅方向Ｘ）に位置決めするガイド部４５１、４５２を有する。これにより、コンデンサモジュール４と積層体１０との当接状態を安定して実現することができる。これにより、積層体１０に作用する加圧力を安定して得ることができる。また、電力変換装置１の組み立てを容易に行うことができる。
以上のごとく、本例によれば、部品点数を低減して、小型化、製造工数の低減を可能とする電力変換装置を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図７、図８に示すごとく、押圧部材５に、半導体モジュール２側へ突出した突出部５４を設けた例である。
すなわち、本例においては、押圧部材５における半導体モジュール２側の面に、スイッチング素子２１の配列に対応するように、２つの突出部５４を設けている。半導体モジュール２は、図２に示すごとく、長手方向Ｙに並んだスイッチング素子２１の列を、幅方向Ｘに２列設けてあり、この２列のスイッチング素子２１の配列に対応するように、図８に示すごとく、長手方向Ｙに突出部５４が形成されている。
本例は、図７、図８に示すごとく、押圧部材５に、半導体モジュール２側へ突出した突出部５４を設けた例である。
すなわち、本例においては、押圧部材５における半導体モジュール２側の面に、スイッチング素子２１の配列に対応するように、２つの突出部５４を設けている。半導体モジュール２は、図２に示すごとく、長手方向Ｙに並んだスイッチング素子２１の列を、幅方向Ｘに２列設けてあり、この２列のスイッチング素子２１の配列に対応するように、図８に示すごとく、長手方向Ｙに突出部５４が形成されている。
突出部５４は、積層方向Ｚから見て、半導体モジュール２に内蔵されたスイッチング素子２１と重なる位置に形成されている。また、突出部５４における半導体モジュール２に当接する面は、平坦面となっている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合には、半導体モジュール２におけるスイッチング素子２１が配置された位置において、積層体１０を押圧部材５の突出部５４によって確実に押圧することができる。そのため、スイッチング素子２１をより効果的に冷却しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例３）
本例は、図９に示すごとく、押圧部材５における積層体１０と当接する部分に、弾性部材５３を設けた例である。
本例において、弾性部材５３はゴムシートからなる。押圧部材５は、例えば、金属板からなる本体部材５０における積層体１０側の面に、ゴムシートからなる弾性部材５３を貼り付けたものとすることができる。また、弾性部材５３は、本体部材５０とは別体として、本体部材５０と積層体１０との間に介在させてもよい。
本例は、図９に示すごとく、押圧部材５における積層体１０と当接する部分に、弾性部材５３を設けた例である。
本例において、弾性部材５３はゴムシートからなる。押圧部材５は、例えば、金属板からなる本体部材５０における積層体１０側の面に、ゴムシートからなる弾性部材５３を貼り付けたものとすることができる。また、弾性部材５３は、本体部材５０とは別体として、本体部材５０と積層体１０との間に介在させてもよい。
なお、弾性部材５３としては、ゴムシート以外にも、例えばシリコーン樹脂等、他の部材を用いることもできる。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合には、ポッティング材４２と共に、押圧部材５における弾性部材５３によっても、積層体１０に加圧力を付与することができる。つまり、積層体１０に対して、ポッティング材４２の弾性力と押圧部材５における弾性部材５３の弾性力とが直列的に接続されることとなる。そのため、全体としてのばね定数を小さくしやすい。それゆえ、積層体１０の寸法公差や熱膨張を吸収しやすくなる。その結果、積層体１０を加圧するための構成を、全体として簡素化することができる。また、ポッティング材４２のばね定数が大きい場合でも、押圧部材５に弾性部材５３を設けた構成とすることで、積層体１０の寸法公差や熱膨張に対応しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、積層体１０を、半導体モジュール２とその一方の面に配された冷却管３とによって構成した例である。つまり、本例においては、半導体モジュール２を実施例１〜３のような両面冷却型ではなく、片面冷却型としている。そして、半導体モジュール２における一方の主面に設けた冷却面２４に、冷却管３が当接している。
本例は、図１０に示すごとく、積層体１０を、半導体モジュール２とその一方の面に配された冷却管３とによって構成した例である。つまり、本例においては、半導体モジュール２を実施例１〜３のような両面冷却型ではなく、片面冷却型としている。そして、半導体モジュール２における一方の主面に設けた冷却面２４に、冷却管３が当接している。
本例においては、冷却管３がコンデンサモジュール４のポッティング面４３に当接し、半導体モジュール２が押圧部材５に当接した状態となっている。この場合、冷却管３によってコンデンサ素子４１の放熱も効果的に行うことができる。ただし、冷却管３を通じたコンデンサ素子４１の放熱という観点では不利となるが、冷却管３と半導体モジュール２との積層順を上記と逆にしてもよい。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合には、電力変換装置の部品点数をより低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例５）
本例は、図１１に示すごとく、積層体１０を、２つの半導体モジュール２と３本の冷却管３とを交互に積層して構成した例である。
すなわち、本例においては、例えば、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子２１を、２つの半導体モジュール２に分散して内蔵している。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例は、図１１に示すごとく、積層体１０を、２つの半導体モジュール２と３本の冷却管３とを交互に積層して構成した例である。
すなわち、本例においては、例えば、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子２１を、２つの半導体モジュール２に分散して内蔵している。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
なお、積層体１０における半導体モジュール２及び冷却管３の段数については、特に限定されるものではなく、例えば半導体モジュール２を３段以上、冷却器３を４段以上とすることもできる。
なお、積層体１０における半導体モジュール２及び冷却管３の段数については、特に限定されるものではなく、例えば半導体モジュール２を３段以上、冷却器３を４段以上とすることもできる。
（請求項６）
本例は、図１２に示すごとく、積層方向Ｚに隣り合う一対の冷却管３の間に複数個の半導体モジュール２を配置して、積層体１０を構成した例である。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
本例は、図１２に示すごとく、積層方向Ｚに隣り合う一対の冷却管３の間に複数個の半導体モジュール２を配置して、積層体１０を構成した例である。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
（実施例７）
本例は、図１３に示すごとく、積層方向Ｚに隣り合う一対の冷却管３の間に複数個の半導体モジュール２を配置すると共に、積層方向Ｚにおける半導体モジュール２の段数も複数段として、積層体１０を構成した例である。いわば、実施例５と実施例６とを組み合わせた構成である。
本例は、図１３に示すごとく、積層方向Ｚに隣り合う一対の冷却管３の間に複数個の半導体モジュール２を配置すると共に、積層方向Ｚにおける半導体モジュール２の段数も複数段として、積層体１０を構成した例である。いわば、実施例５と実施例６とを組み合わせた構成である。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
上述の実施例においては、コンデンサモジュールに、積層体を位置決めするガイド部を設けた例を示したが、該ガイド部を設けない構成とすることも可能である。また、コンデンサモジュールとして、ケースを備えていない構成とすることもでき、例えばポッティング材が全周にわたって露出した構成とすることもできる。
１ 電力変換装置
１０ 積層体
２ 半導体モジュール
２１ スイッチング素子
３ 冷却管
４ コンデンサモジュール
４１ コンデンサ素子
４２ ポッティング材
４３ ポッティング面
５ 押圧部材
６ 制御回路基板
Ｚ 積層方向
１０ 積層体
２ 半導体モジュール
２１ スイッチング素子
３ 冷却管
４ コンデンサモジュール
４１ コンデンサ素子
４２ ポッティング材
４３ ポッティング面
５ 押圧部材
６ 制御回路基板
Ｚ 積層方向
Claims (10)
- スイッチング素子（２１）を内蔵した半導体モジュール（２）と、
該半導体モジュール（２）の放熱面（２４）に当接して該半導体モジュール（２）を冷却する冷却管（３）と、
コンデンサ素子（４１）をポッティング材（４２）によって封止してなるコンデンサモジュール（４）とを有する電力変換装置（１）であって、
上記半導体モジュール（２）と上記冷却管（３）とを積層してなる積層体（１０）は、積層方向（Ｚ）の一端側に配された上記コンデンサモジュール（４）と、積層方向（Ｚ）の他端側に配された押圧部材（５）とによって、積層方向（Ｚ）に挟持されており、
上記積層体（１０）の一端は、上記コンデンサモジュール（４）における上記ポッティング材（４２）の表面であるポッティング面（４３）に当接していることを特徴とする電力変換装置（１）。 - 請求項１に記載の電力変換装置（１）において、上記積層体（１０）における上記押圧部材（５）との圧接面及び上記ポッティング面（４３）との圧接面は、積層方向（Ｚ）において、上記スイッチング素子（２１）と重なっていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項２に記載の電力変換装置（１）において、上記半導体モジュール（２）は複数の上記スイッチング素子（２１）を内蔵しており、該複数のスイッチング素子（２１）は、上記積層体（１０）における上記押圧部材（５）との圧接面及び上記ポッティング面（４３）との圧接面と、積層方向（Ｚ）において重なっていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項３に記載の電力変換装置（１）において、上記複数のスイッチング素子（２１）は、積層方向（Ｚ）と直交する方向に並んで配置されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記半導体モジュール（２）は、一対の主面に上記放熱面（２４）を備え、該一対の放熱面（２４）の双方に、上記冷却管（３）が接触配置されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記冷却管（３）は、内部に冷却媒体を流通させるよう構成されており、上記半導体モジュール（２）に設けられた信号端子（２２）及びパワー端子（２３）は、上記冷却管（３）における冷却媒体の流通方向と積層方向（Ｚ）との双方に直交する方向に突出していることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記半導体モジュール（２）を制御する制御回路を備えた制御回路基板（６）は、主面の法線方向が積層方向（Ｚ）となる状態で、上記積層体（１０）に対して上記押圧部材（５）と反対側に配置されており、上記半導体モジュール（２）に設けられた信号端子（２２）は上記制御回路基板（６）に接続されており、上記信号端子（２２）は、積層方向（Ｚ）から見たとき、上記コンデンサモジュール（４）及び上記制御回路基板（６）の内側に配置されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記押圧部材（５）は、上記コンデンサモジュール（４）に固定されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記コンデンサモジュール（４）は、上記積層体（１０）を積層方向（Ｚ）に対して直交する方向に位置決めするガイド部（４５１、４５２）を有することを特徴とする電力変換装置（１）。
- 請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記押圧部材（５）は、少なくとも上記積層体（１０）と当接する部分に、弾性部材（５３）を備えていることを特徴とする電力変換装置（１）。
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