JP2016127774A - Power converter - Google Patents

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義 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for achieving downsizing and reduction in weight, for a power converter in which a laminate formed by laminating a plurality of power cards and a plurality of coolers is pressurized.SOLUTION: A power converter 100 comprises a plurality of power cards 5, a plurality of coolers 3 and two stationary plates 7a and 7b. The two plates 7a and 7b are disposed at both ends of a laminate 2 that is formed by laminating the plurality of power cards 5 and the plurality of coolers 3. The laminate 2 and the two stationary plates 7a and 7b include through-holes that communicate in a direction of lamination. Bolts 11a and 11b are inserted into the through-holes of the laminate 2 and the two stationary plates 7a and 7b, and the bolts 11a and 11b are fastened by nuts 15a and 15b. The bolts 11a and 11b pressurize the laminate 2 in the direction of lamination.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換器に関する。特に、半導体素子を収容している複数のパワーカードと複数の冷却器を積層した積層体を有する電力変換器に関する。   The present invention relates to a power converter. In particular, the present invention relates to a power converter having a stacked body in which a plurality of power cards containing semiconductor elements and a plurality of coolers are stacked.

電力変換器は、パワー半導体素子と呼ばれる多数の半導体素子を含む。例えば電気自動車用のモータなど、消費電力の大きいデバイスに電力を供給する電力変換器では、半導体素子の発熱量が大きい。多数の半導体素子を集約して効率良く冷却することのできる電力変換器が例えば特許文献1、2に開示されている。特許文献1に開示された電力変換器は、電気自動車に搭載される。その電力変換器は、バッテリの電力を、走行用モータを駆動するための電力に変換する。その電力変換器では、半導体素子を収容している複数のパワーカードと複数の冷却器を積層した積層体を有する。夫々の冷却器は、夫々のパワーカードと接するように積層されている。その電力変換器は、各パワーカードに冷却器が接しているので、多数の半導体素子を集積して効率よく冷却することができる。特許文献2に開示された電力変換器では、パワーカードと冷却器の密着性を高めるべく、板バネが、パワーカードと冷却器の積層体を、その積層方向に加圧している。積層体は、電力変換器のハウジングの内面と板バネの間で加圧されつつ支持されている。   The power converter includes a large number of semiconductor elements called power semiconductor elements. For example, in a power converter that supplies power to a device that consumes a large amount of power, such as a motor for an electric vehicle, a semiconductor element generates a large amount of heat. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose power converters that can efficiently cool a large number of semiconductor elements. The power converter disclosed in Patent Document 1 is mounted on an electric vehicle. The power converter converts the electric power of the battery into electric power for driving the traveling motor. The power converter includes a stacked body in which a plurality of power cards containing semiconductor elements and a plurality of coolers are stacked. Each cooler is stacked so as to be in contact with each power card. Since the power converter has a cooler in contact with each power card, a large number of semiconductor elements can be integrated and efficiently cooled. In the power converter disclosed in Patent Document 2, a leaf spring presses the stacked body of the power card and the cooler in the stacking direction in order to improve the adhesion between the power card and the cooler. The laminate is supported while being pressed between the inner surface of the housing of the power converter and the leaf spring.

特開2013−121236号公報JP2013-121236A 特開2012−231591号公報JP 2012-231591 A

特許文献2の電力変換器では、ハウジング内で積層体を加圧しつつ保持するため、板バネが必要である。また、ハウジングには、その板バネを固定する空間が必要である。本明細書は、複数のパワーカードと複数の冷却器とを積層した積層体が加圧されている電力変換器について、上記した板バネや板バネを固定する空間を不要とし、電力変換器の小型軽量化を実現するための技術を提供する。   In the power converter of patent document 2, in order to hold | maintain while pressing a laminated body within a housing, a leaf | plate spring is required. Further, the housing needs a space for fixing the leaf spring. The present specification eliminates the need for a space for fixing the above-described leaf spring and leaf spring for a power converter in which a laminated body in which a plurality of power cards and a plurality of coolers are stacked is pressed. Provide technology to achieve small size and light weight.

本明細書が開示する電力変換器は、複数のパワーカードと複数の冷却器と2枚の板とを備える。複数のパワーカードは、夫々が半導体素子を収容している。複数の冷却器は、複数のパワーカードと積層されており、夫々が複数のパワーカードの夫々と接している。2枚の板は、複数のパワーカードと複数の冷却器とが積層されている積層体の積層方向の両端に配置されている。積層体と2枚の板とには、積層方向に連通する貫通孔が設けられている。積層体と2枚の板との貫通孔の夫々に結束ロッドが挿入されている。結束ロッドは、積層方向の両側の板の夫々に留められている。その結束ロッドが、積層体を積層方向に加圧している。このような構成によると、上述したハウジングを利用した構成、及び、バンドを利用した構成と比較して、電力変換器を小型軽量化することができる。   The power converter disclosed in this specification includes a plurality of power cards, a plurality of coolers, and two plates. Each of the plurality of power cards accommodates a semiconductor element. The plurality of coolers are stacked with a plurality of power cards, and each cooler is in contact with each of the plurality of power cards. Two boards are arrange | positioned at the both ends of the lamination direction of the laminated body on which the several power card and the several cooler are laminated | stacked. The laminated body and the two plates are provided with through holes that communicate with each other in the laminating direction. Bundling rods are inserted into the through holes of the laminate and the two plates. The binding rod is fastened to each of the plates on both sides in the stacking direction. The binding rod pressurizes the stacked body in the stacking direction. According to such a structure, compared with the structure using the housing mentioned above and the structure using a band, a power converter can be reduced in size and weight.

第1実施例の電力変換器の斜視図である。It is a perspective view of the power converter of 1st Example. 電力変換器の背面図である。It is a rear view of a power converter. パワーカードの斜視図である。It is a perspective view of a power card. 冷却器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a cooler. 第2実施例の電力変換器の斜視図である。It is a perspective view of the power converter of 2nd Example.

(第1実施例)
図面を参照して第1実施例の電力変換器を説明する。図1に、電力変換器100の斜視図を示す。実施例の電力変換器100は、電気自動車に搭載されており、バッテリの直流電力を、走行用モータを駆動するための交流電力に変換するデバイスである。電力変換器100は、バッテリの出力電圧を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された直流を交流に変換して走行用モータに供給するインバータを含む。電圧コンバータとインバータは、発熱量の大きい多数のスイッチング素子(半導体素子)を含む。電力変換器100は、それら多数のスイッチング素子を集約して効率良く冷却することができる。なお、実施例では、スイッチング素子(半導体素子)を収容しているパワーカード、そのパワーカードを冷却する冷却器、及び、それらを連結するボルトについて説明し、それら以外の部品については説明と図示を省略する。
(First embodiment)
The power converter according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the power converter 100. The power converter 100 according to the embodiment is a device that is mounted on an electric vehicle and converts DC power of a battery into AC power for driving a traveling motor. The power converter 100 includes a voltage converter that boosts the output voltage of the battery, and an inverter that converts the boosted direct current into alternating current and supplies the alternating current to the traveling motor. The voltage converter and the inverter include a large number of switching elements (semiconductor elements) that generate a large amount of heat. The power converter 100 can efficiently cool these aggregated switching elements. In addition, in an Example, the power card which accommodates the switching element (semiconductor element), the cooler which cools the power card, and the bolt which connects them are explained, and explanation and illustration are shown about other parts. Omitted.

図1に示すように、積層体2は、複数のパワーカード5a−5dと複数の冷却器3a−3eを積層したものである。図中のX軸の方向が積層方向に相当する。以降の図でも同様である。以下では、複数のパワーカード5a−5dのいずれか一つを区別なく示すときには「パワーカード5」と称する。また、複数の冷却器3a−3eのいずれか一つを区別なく示すときには「冷却器3」と称する。また、以下では、説明の便宜上、Z軸の正方向を「上」、負方向を「下」と称し、X軸の正方向を「前」、負方向を「後」と称する場合がある。また、Y軸方向を「横方向」と称する場合がある。   As shown in FIG. 1, the laminated body 2 is a laminate of a plurality of power cards 5a-5d and a plurality of coolers 3a-3e. The direction of the X axis in the figure corresponds to the stacking direction. The same applies to the subsequent drawings. Hereinafter, when any one of the plurality of power cards 5a-5d is shown without distinction, it is referred to as “power card 5”. Further, when any one of the plurality of coolers 3a to 3e is shown without distinction, it is referred to as “cooler 3”. In the following description, for convenience of explanation, the positive direction of the Z axis may be referred to as “up”, the negative direction as “down”, the positive direction of the X axis as “front”, and the negative direction as “rear”. Further, the Y-axis direction may be referred to as “lateral direction”.

複数のパワーカード5と複数の冷却器3は、一つずつ交互に積層されている。各パワーカード5の両側に冷却器3が接している。積層体2の積層方向の両端の冷却器3a、3eは、一方の面だけにパワーカード5が接している。冷却器3aのパワーカード5が接していない面には、冷媒供給管91と冷媒排出管92を有する前端カバー4aが取り付けられている。冷却器3eのパワーカード5が接してない面には、後端カバー4bが取り付けられている。前端カバー4aの冷却器3aが接していない面には、ボルトを固定するための固定板7aが取り付けられている。固定板7aは、冷媒供給管91と冷媒排出管92に対応する位置に孔を有している。即ち、冷媒供給管91と冷媒排出管92は、固定板7aから突出している。後端カバー4bの冷却器3eが接していない面には、ボルトを固定するための固定板7bが取り付けられている。ボルトが取り付けられるまで各パワーカード5と各冷却器3は、仮組の状態である。   The plurality of power cards 5 and the plurality of coolers 3 are alternately stacked one by one. The cooler 3 is in contact with both sides of each power card 5. In the coolers 3a and 3e at both ends in the stacking direction of the stacked body 2, the power card 5 is in contact with only one surface. A front end cover 4 a having a refrigerant supply pipe 91 and a refrigerant discharge pipe 92 is attached to the surface of the cooler 3 a that is not in contact with the power card 5. A rear end cover 4b is attached to the surface of the cooler 3e where the power card 5 is not in contact. A fixing plate 7a for fixing a bolt is attached to the surface of the front end cover 4a that is not in contact with the cooler 3a. The fixing plate 7 a has holes at positions corresponding to the refrigerant supply pipe 91 and the refrigerant discharge pipe 92. That is, the refrigerant supply pipe 91 and the refrigerant discharge pipe 92 protrude from the fixed plate 7a. A fixing plate 7b for fixing the bolt is attached to the surface of the rear end cover 4b that is not in contact with the cooler 3e. Each power card 5 and each cooler 3 are in a temporarily assembled state until the bolt is attached.

詳しくは後述するが、各冷却器3は、2種類の貫通孔を有している。第1種の貫通孔は、図中のY軸方向の両端に位置している。第1種の貫通孔は冷却器3を積層方向(X軸方向)に貫通している。第1種の貫通孔は、冷却器3の内部をパワーカード5と平行に延びている流路と繋がっている。前端カバー4aに設けられた冷媒供給管91から供給された冷媒は、一方の第1種の貫通孔を通じて全ての冷却器に分配される。冷媒は液体であり、典型的には水あるいはLLC(Long Life Coolant)である。冷媒は各冷却器3の流路を通過する間に隣接するパワーカード5から熱を吸収する。その後、冷媒は、他方の第1種の貫通孔を通じ、前端カバー4aに設けられた冷媒排出管92から排出される。第2種の貫通孔は、図中のY軸方向の両端であって、第1種の貫通孔よりも端に位置している。第2種の貫通孔も冷却器3を積層方向(X軸方向)に貫通している。なお、前端カバー4a、後端カバー4b、及び、固定板7a、7bには、第2種の貫通孔と連通する位置に貫通孔を有している。第2種の貫通孔には、ボルトが挿入されてナットで留められることよって、積層体2が積層方向に加圧される。   As will be described in detail later, each cooler 3 has two types of through holes. The first type of through holes are located at both ends in the Y-axis direction in the figure. The first type through-hole penetrates the cooler 3 in the stacking direction (X-axis direction). The first type of through hole is connected to the flow path extending in parallel with the power card 5 inside the cooler 3. The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 91 provided in the front end cover 4a is distributed to all the coolers through one first-type through hole. The refrigerant is a liquid, typically water or LLC (Long Life Coolant). The refrigerant absorbs heat from the adjacent power card 5 while passing through the flow path of each cooler 3. Thereafter, the refrigerant is discharged from a refrigerant discharge pipe 92 provided in the front end cover 4a through the other first type through hole. The second type of through-holes are located at both ends in the Y-axis direction in the drawing and at the ends of the first type of through-holes. The second type through hole also penetrates the cooler 3 in the stacking direction (X-axis direction). The front end cover 4a, the rear end cover 4b, and the fixing plates 7a and 7b have through holes at positions that communicate with the second type through holes. Bolts are inserted into the second type through holes and fastened with nuts, whereby the laminate 2 is pressed in the laminating direction.

パワーカード5の構造を説明する。図3にパワーカード5の斜視図を示す。パワーカード5は、半導体素子52a、52bを樹脂のパッケージ51で封止したデバイスである。半導体素子52a、52bはトランジスタ(IGBT)であり、パッケージ51の内部で直列に接続されている。半導体素子52a、52bの直列接続を以下では直列回路と称する。パッケージ51の上側から3本のパワー端子56a−56cが延びている。パワー端子56aは、パッケージ51の内部で、直列回路の一端に接続しており、パワー端子56bは直列回路の他端に接続している。パワー端子56cはパッケージ51の内部で直列回路の中点に接続している。パッケージ51の下側からは複数の制御端子57が延びている。制御端子57は、半導体素子52a、52bのゲート電極に接続する端子や、センスエミッタに接続する端子、及び、半導体素子52a、52bのチップに内蔵された温度センサに接続する端子などである。   The structure of the power card 5 will be described. FIG. 3 shows a perspective view of the power card 5. The power card 5 is a device in which semiconductor elements 52 a and 52 b are sealed with a resin package 51. The semiconductor elements 52 a and 52 b are transistors (IGBT), and are connected in series inside the package 51. Hereinafter, the series connection of the semiconductor elements 52a and 52b is referred to as a series circuit. Three power terminals 56 a to 56 c extend from the upper side of the package 51. The power terminal 56a is connected to one end of the series circuit inside the package 51, and the power terminal 56b is connected to the other end of the series circuit. The power terminal 56 c is connected to the midpoint of the series circuit inside the package 51. A plurality of control terminals 57 extend from the lower side of the package 51. The control terminal 57 is a terminal connected to the gate electrodes of the semiconductor elements 52a and 52b, a terminal connected to the sense emitter, and a terminal connected to a temperature sensor built in the chip of the semiconductor elements 52a and 52b.

パッケージ51の前面(X軸の正方向を向く面)に放熱板53a、53bが配置されている。なお、後述するように放熱板53a、53bは絶縁板54aで覆われているので、図3において放熱板53a、53bは隠れ線(破線)で描かれている。放熱板53aは、パワー端子56aの一部である。即ち、図3において符号56aが示す部分と、符号53aが示す部分は、パッケージ51の内部で繋がっている。同様に、放熱板53bはパワー端子56bの一部である。同様の放熱板がパッケージ51の後面(X軸負方向を向く面)にも配置されている。それらの放熱板は、パワー端子56cの一部である。以下、半導体素子52a、52bを区別なく示す場合には半導体素子52と称し、放熱板53a、53b、及び、反対側の放熱板を区別なく示す場合には放熱板53と称する。   Radiating plates 53a and 53b are arranged on the front surface of the package 51 (the surface facing the positive direction of the X axis). In addition, since the heat sinks 53a and 53b are covered with the insulating plate 54a as described later, the heat sinks 53a and 53b are drawn with hidden lines (broken lines) in FIG. The heat sink 53a is a part of the power terminal 56a. That is, in FIG. 3, the portion indicated by reference numeral 56 a and the portion indicated by reference numeral 53 a are connected inside the package 51. Similarly, the heat sink 53b is a part of the power terminal 56b. A similar heat radiating plate is also disposed on the rear surface of the package 51 (the surface facing the negative X-axis direction). Those heat sinks are a part of the power terminal 56c. Hereinafter, when the semiconductor elements 52a and 52b are shown without distinction, they are referred to as the semiconductor element 52, and when the heat sinks 53a and 53b and the opposite side heat sink are shown without distinction, they are referred to as the heat sink 53.

図中のX軸方向でパワーカード5の両側に冷却器3が当接する。後述するように冷却器3はパワーカード5と対向する面に金属板13a、13bを備えている。放熱板53を金属板13a(13b)から絶縁すべく、放熱板53a、53bを覆うようにパッケージ51の前面に絶縁板54aが取り付けられている。パッケージ51の後面にも絶縁板54bが取り付けられている。絶縁板54bは、パッケージ51の後面に配置された放熱板(不図示)を、これに対向する冷却器3の金属板13a(13b)から絶縁する。以下では、絶縁板54a、54bのいずれか一方を区別なく示すときには絶縁板54と称する。同様に、金属板13a、13bのいずれか一方を区別なく示すときには金属板13と称する。パッケージ51に内蔵された半導体素子52の熱は、放熱板53と絶縁板54を通じてパワーカード5に隣接する冷却器3に吸収される。絶縁板54は、パッケージ51に接着されている場合もあれば、積層体2のなかでパッケージ51と冷却器3に挟まれて保持されているだけの場合もある。パッケージ51と絶縁板54の間にグリスが塗布されている場合もある。絶縁板54がパッケージ51から分離可能であっても、本明細書では、絶縁板54はパワーカード5の部品とみなす。即ち、絶縁板54を含むパワーカード5はその両面が冷却器3と接する。   The cooler 3 abuts on both sides of the power card 5 in the X-axis direction in the figure. As will be described later, the cooler 3 includes metal plates 13 a and 13 b on the surface facing the power card 5. In order to insulate the heat radiating plate 53 from the metal plate 13a (13b), an insulating plate 54a is attached to the front surface of the package 51 so as to cover the heat radiating plates 53a and 53b. An insulating plate 54b is also attached to the rear surface of the package 51. The insulating plate 54b insulates a heat radiating plate (not shown) disposed on the rear surface of the package 51 from the metal plate 13a (13b) of the cooler 3 facing the insulating plate 54b. Hereinafter, when any one of the insulating plates 54a and 54b is shown without distinction, it is referred to as an insulating plate 54. Similarly, when any one of the metal plates 13a and 13b is shown without distinction, the metal plate 13 is referred to. The heat of the semiconductor element 52 incorporated in the package 51 is absorbed by the cooler 3 adjacent to the power card 5 through the heat radiating plate 53 and the insulating plate 54. The insulating plate 54 may be adhered to the package 51, or may be only held between the package 51 and the cooler 3 in the stacked body 2. In some cases, grease is applied between the package 51 and the insulating plate 54. Even if the insulating plate 54 can be separated from the package 51, the insulating plate 54 is regarded as a component of the power card 5 in this specification. That is, both sides of the power card 5 including the insulating plate 54 are in contact with the cooler 3.

次に、冷却器3の構造を説明する。冷却器3a−3eは同じ構造を有している。ここでは複数の冷却器3を代表して冷却器3bを説明する。図4に冷却器3bの分解斜視図を示す。なお、図4には、冷却器3bの積層方向の両側に位置するパワーカード5a、5bを仮想線で描いてある。冷却器3bは、樹脂製の本体(冷却器本体30)と、一対の金属板13a、13bと、一対のガスケット12a、12bで構成されている。冷却器本体30の内部には冷媒が流れる流路Psが形成されている。冷却器本体30には、両側のパワーカード5の夫々と対向する位置に冷却器開口32a、32bが設けられている。冷却器開口32a、32bは本体内部の流路Psに通じている。このように冷却器本体30は、複雑な形状を有しているが、冷却器本体30は樹脂の射出成形によって低コストで作ることができる。また、冷却器本体30は樹脂で作られているので軽量である。   Next, the structure of the cooler 3 will be described. The coolers 3a-3e have the same structure. Here, the cooler 3b will be described as a representative of the plurality of coolers 3. FIG. 4 shows an exploded perspective view of the cooler 3b. In FIG. 4, the power cards 5a and 5b located on both sides in the stacking direction of the cooler 3b are drawn with phantom lines. The cooler 3b includes a resin main body (cooler main body 30), a pair of metal plates 13a and 13b, and a pair of gaskets 12a and 12b. A flow path Ps through which a refrigerant flows is formed inside the cooler body 30. The cooler body 30 is provided with cooler openings 32a and 32b at positions facing the power cards 5 on both sides. The cooler openings 32a and 32b communicate with the flow path Ps inside the main body. Thus, although the cooler main body 30 has a complicated shape, the cooler main body 30 can be made at low cost by injection molding of resin. Moreover, since the cooler main body 30 is made of resin, it is lightweight.

冷却器本体30の一方の冷却器開口32aはガスケット12aを挟んで金属板13aで塞がれる。他方の冷却器開口32bはガスケット12bを挟んで金属板13bで塞がれる。金属板13aの流路側を向く面13a1には複数のフィン14aが設けられており、反対側の面13a2はパワーカード5aに対向する。金属板13bの流路側を向く面13b1には複数のフィン14bが設けられており、反対側の面13b2はパワーカード5bに対向する。冷却器3bとパワーカード5とが積層方向に加圧されると、金属板13aはパワーカード5aと接触し、金属板13bはパワーカード5bと接触する。以下では、ガスケット12a、12bのいずれか一方を区別なく示すときにはガスケット12と称し、冷却器開口32a、32bのいずれか一方を区別なく示すときには冷却器開口32と称する。   One cooler opening 32a of the cooler body 30 is closed with a metal plate 13a with the gasket 12a interposed therebetween. The other cooler opening 32b is closed by the metal plate 13b with the gasket 12b interposed therebetween. A plurality of fins 14a are provided on the surface 13a1 facing the flow path side of the metal plate 13a, and the opposite surface 13a2 faces the power card 5a. A plurality of fins 14b are provided on the surface 13b1 facing the flow path side of the metal plate 13b, and the opposite surface 13b2 faces the power card 5b. When the cooler 3b and the power card 5 are pressurized in the stacking direction, the metal plate 13a contacts the power card 5a, and the metal plate 13b contacts the power card 5b. Hereinafter, when any one of the gaskets 12a and 12b is shown without distinction, the gasket 12 is called, and when any one of the cooler openings 32a and 32b is shown without distinction, it is called a cooler opening 32.

前述したように、ボルト11a、11bによって積層体2が固定されるまで複数のパワーカード5と複数の冷却器3は仮組の状態であり、冷却器開口32と金属板13の封止は完全ではない。複数のパワーカード5と複数の冷却器3の積層体2は、ボルト11a、11bとナット15a、15bとによって積層方向に加圧される。その圧力により、冷却器開口32と金属板13の封止が確保される。   As described above, the plurality of power cards 5 and the plurality of coolers 3 are in a temporarily assembled state until the stacked body 2 is fixed by the bolts 11a and 11b, and the cooler opening 32 and the metal plate 13 are completely sealed. is not. The stacked body 2 of the plurality of power cards 5 and the plurality of coolers 3 is pressurized in the stacking direction by bolts 11a and 11b and nuts 15a and 15b. The pressure secures sealing of the cooler opening 32 and the metal plate 13.

冷却器3とボルト11a、11bの関係は次の通り表現することができる。複数の冷却器3の夫々は、冷却器本体30と金属板13を備える。冷却器本体30には、内部に冷媒Psの流路が設けられているとともに、パワーカード5と対向する位置に流路Psに通じる開口(冷却器開口32)が設けられている。金属板13は、一方の面が冷却器開口32を塞いでおり、他方の面がパワーカード5と接している。複数の冷却器3と複数のパワーカード5の積層体2は、ボルト11a、11bによって積層方向に結束されている。ボルト11a、11bが積層体2に積層方向の圧力を加え、冷却器開口32と金属板13の間の封止を確保している。   The relationship between the cooler 3 and the bolts 11a and 11b can be expressed as follows. Each of the plurality of coolers 3 includes a cooler body 30 and a metal plate 13. The cooler body 30 is provided with a flow path for the refrigerant Ps therein, and is provided with an opening (cooler opening 32) leading to the flow path Ps at a position facing the power card 5. One side of the metal plate 13 closes the cooler opening 32, and the other side is in contact with the power card 5. The stacked body 2 of the plurality of coolers 3 and the plurality of power cards 5 is bound in the stacking direction by bolts 11a and 11b. The bolts 11 a and 11 b apply a pressure in the stacking direction to the stacked body 2 to ensure a seal between the cooler opening 32 and the metal plate 13.

冷却器本体30の内部を液体の冷媒が流れる。金属板13aのフィン14aと金属板13bのフィン14bは、冷媒の流れの中に配置されることになる。パワーカード5aの熱は、金属板13aとそれに設けられたフィン14aを介して冷媒に吸収される。パワーカード5bの熱は、金属板13bとそれに設けられたフィン14bを介して冷媒に吸収される。パワーカード5aの反対側の面にも別の冷却器が接し、パワーカード5aを冷却する。パワーカード5bの反対側の面にもさらに別の冷却器が接し、パワーカード5bを冷却する。即ち、各パワーカードは両面で冷却される。それゆえ、複数のパワーカード5と複数の冷却器3を一つずつ交互に積層した積層体2は冷却効率が高い。冷却器3は、冷却器本体30が熱伝導率の高くない樹脂で作られるが、一方の面がパワーカード5に接し他方の面が冷媒に接する部分に金属板13を備えることで高い冷却性能を確保している。   A liquid refrigerant flows inside the cooler body 30. The fins 14a of the metal plate 13a and the fins 14b of the metal plate 13b are disposed in the refrigerant flow. The heat of the power card 5a is absorbed by the refrigerant through the metal plate 13a and the fins 14a provided thereon. The heat of the power card 5b is absorbed by the refrigerant through the metal plate 13b and the fins 14b provided thereon. Another cooler is also in contact with the opposite surface of the power card 5a to cool the power card 5a. Another cooler is also in contact with the opposite surface of the power card 5b to cool the power card 5b. That is, each power card is cooled on both sides. Therefore, the stacked body 2 in which the plurality of power cards 5 and the plurality of coolers 3 are alternately stacked one by one has high cooling efficiency. The cooler 3 is made of a resin whose cooler body 30 is not high in thermal conductivity, but has a high cooling performance by including a metal plate 13 in a portion where one surface is in contact with the power card 5 and the other surface is in contact with the refrigerant. Is secured.

冷却器本体30はY軸方向に横長であり、Y軸方向の両端の夫々に筒部35a、35bが設けられている。筒部35a、35bのいずれか一方を区別なく表現するときには筒部35と称する。筒部35は、積層方向に延びている。筒部35の内側には、積層方向に延びる貫通孔34(34a、34b)が形成されている。貫通孔34は、上記の第1種の貫通孔に対応する。積層体2では、隣接する冷却器3の貫通孔34同士が連通している。冷媒供給管91(図1参照)から供給される冷媒は一方の貫通孔34aを通じて全ての冷却器3に分配される。一方の貫通孔34aから供給された冷媒は、流路PsをY軸方向に流れ、他方の貫通孔34bへと流れる。各冷却器3の他方の貫通孔34bから出た冷媒は、冷媒排出管92(図1参照)から排出される。   The cooler body 30 is horizontally long in the Y-axis direction, and cylindrical portions 35a and 35b are provided at both ends in the Y-axis direction. When expressing one of the cylindrical portions 35a and 35b without distinction, it is referred to as a cylindrical portion 35. The cylinder portion 35 extends in the stacking direction. Inside the cylindrical portion 35, through holes 34 (34a, 34b) extending in the stacking direction are formed. The through hole 34 corresponds to the first type of through hole. In the stacked body 2, the through holes 34 of the adjacent coolers 3 communicate with each other. The refrigerant supplied from the refrigerant supply pipe 91 (see FIG. 1) is distributed to all the coolers 3 through one through hole 34a. The refrigerant supplied from one through hole 34a flows in the Y-axis direction through the flow path Ps and then flows into the other through hole 34b. The refrigerant discharged from the other through-hole 34b of each cooler 3 is discharged from the refrigerant discharge pipe 92 (see FIG. 1).

積層体2の積層方向の一端に位置する冷却器3aは一方の面がパワーカード5aに接するが、他方の面には前端カバー4aが接する(図1参照)。積層体2の他端に位置する冷却器3eは、一方の面がパワーカード5dに接するが、他方の面には後端カバー4bが接する。前端カバー4aと後端カバー4bについて説明を補足する。前端カバー4aは、冷却器3aの冷却器本体30に設けられた前側の冷却器開口(冷却器開口32a、図4参照)を塞いでいる。また、前端カバー4aは、冷却器本体30に設けられた貫通孔34a、34b(図4参照)の前側の開口も塞いでいる。さらに、前端カバー4aには、冷媒供給管91と冷媒排出管92が設けられている。後端カバー4bは、冷却器3eの冷却器本体30に設けられた後側の冷却器開口(冷却器開口32b、図4参照)を塞いでいる。また、後端カバー4bは、冷却器本体30に設けられた貫通孔34a、34b(図4参照)の後側の開口も塞いでいる。   The cooler 3a located at one end of the stack 2 in the stacking direction has one surface in contact with the power card 5a, and the other surface is in contact with the front end cover 4a (see FIG. 1). The cooler 3e located at the other end of the stacked body 2 has one surface in contact with the power card 5d, but the other surface is in contact with the rear end cover 4b. A supplementary explanation will be given for the front end cover 4a and the rear end cover 4b. The front end cover 4a closes a front cooler opening (cooler opening 32a, see FIG. 4) provided in the cooler body 30 of the cooler 3a. The front end cover 4a also closes front openings of through holes 34a and 34b (see FIG. 4) provided in the cooler body 30. Further, the front end cover 4a is provided with a refrigerant supply pipe 91 and a refrigerant discharge pipe 92. The rear end cover 4b closes the rear cooler opening (cooler opening 32b, see FIG. 4) provided in the cooler body 30 of the cooler 3e. The rear end cover 4b also closes the rear openings of the through holes 34a and 34b (see FIG. 4) provided in the cooler body 30.

ボルト11a、11bによって積層体2を固定する手段の詳細を説明する。図4に示されるように、冷却器本体30には、Y軸方向の両端の夫々に貫通孔37a、37bが設けられている。貫通孔37a、37bは、夫々、貫通孔34a、34bよりも端に位置している。貫通孔37a、37bは、上記の第2種の貫通孔に対応する。積層体2では、隣接する冷却器3の貫通孔37a同士が連通している。図1に示されるように、固定板7aには、Y軸方向の両端の夫々に貫通孔9a、9bが設けられている。貫通孔9a、9bは、夫々、冷媒供給管91、冷媒排出管92よりも端に位置している。図2に示されるように、固定板7bには、Y軸方向の両端の夫々に貫通孔9c、9dが設けられている。また、図1からは明らかではないが、前端カバー4a、後端カバー4bには、Y軸方向の両端の夫々に貫通孔が設けられている。固定板7aの貫通孔9aと、前端カバー4aの一方の貫通孔と、冷却器3の貫通孔37aと、後端カバー4bの一方の貫通孔と、固定板7bの貫通孔9cと、は連通している。これらの貫通孔にボルト11aが挿入され、ナット15aで留められる。固定板7aの貫通孔9bと、前端カバー4aの他方の貫通孔と、冷却器3の貫通孔37bと、後端カバー4bの他方の貫通孔と、固定板7bの貫通孔9dと、は連通している。これらの貫通孔にボルト11bが挿入され、ナット15bで留められる。これにより、積層体2は、ボルト11a、11bとナット15a、15bとによって積層方向に加圧されている。本実施例によると、積層体を板バネによって加圧する構成と比較して、電力変換器100を小型軽量化することができる。   Details of the means for fixing the laminate 2 with the bolts 11a and 11b will be described. As shown in FIG. 4, the cooler main body 30 is provided with through holes 37 a and 37 b at both ends in the Y-axis direction. The through holes 37a and 37b are located at ends of the through holes 34a and 34b, respectively. The through holes 37a and 37b correspond to the second type of through holes. In the laminate 2, the through holes 37 a of the adjacent coolers 3 communicate with each other. As shown in FIG. 1, the fixing plate 7a is provided with through holes 9a and 9b at both ends in the Y-axis direction. The through holes 9a and 9b are located at ends of the refrigerant supply pipe 91 and the refrigerant discharge pipe 92, respectively. As shown in FIG. 2, the fixing plate 7b is provided with through holes 9c and 9d at both ends in the Y-axis direction. Although not apparent from FIG. 1, the front end cover 4a and the rear end cover 4b are provided with through holes at both ends in the Y-axis direction. The through hole 9a of the fixed plate 7a, one through hole of the front end cover 4a, the through hole 37a of the cooler 3, the one through hole of the rear end cover 4b, and the through hole 9c of the fixed plate 7b communicate with each other. doing. Bolts 11a are inserted into these through holes and fastened with nuts 15a. The through hole 9b of the fixed plate 7a, the other through hole of the front end cover 4a, the through hole 37b of the cooler 3, the other through hole of the rear end cover 4b, and the through hole 9d of the fixed plate 7b communicate with each other. doing. Bolts 11b are inserted into these through holes and fastened with nuts 15b. Thereby, the laminated body 2 is pressurized by the volt | bolts 11a and 11b and nut 15a, 15b in the lamination direction. According to the present embodiment, the power converter 100 can be reduced in size and weight as compared with the configuration in which the laminated body is pressed by the leaf spring.

冷却器3とボルト11a、11bの関係は次の通り表現することもできる。複数の冷却器3の夫々は、冷却器本体30と金属板13を備える。冷却器本体30には、内部に冷媒Psの流路が設けられているとともに、パワーカード5と対向する位置に流路Psに通じる開口(冷却器開口32)が設けられている。金属板13は、一方の面が冷却器開口32を塞いでおり、他方の面がパワーカード5と接している。複数の冷却器3と複数のパワーカード5の積層体2は、ボルト11a、11bによって積層方向に結束されている。ボルト11a、11bが積層体2に積層方向の圧力を加え、冷却器開口32と金属板13の間の封止を確保している。   The relationship between the cooler 3 and the bolts 11a and 11b can also be expressed as follows. Each of the plurality of coolers 3 includes a cooler body 30 and a metal plate 13. The cooler body 30 is provided with a flow path for the refrigerant Ps therein, and is provided with an opening (cooler opening 32) leading to the flow path Ps at a position facing the power card 5. One side of the metal plate 13 closes the cooler opening 32, and the other side is in contact with the power card 5. The stacked body 2 of the plurality of coolers 3 and the plurality of power cards 5 is bound in the stacking direction by bolts 11a and 11b. The bolts 11 a and 11 b apply a pressure in the stacking direction to the stacked body 2 to ensure a seal between the cooler opening 32 and the metal plate 13.

(第2実施例)
図5に示されるように、第2実施例は、固定板7a、7bに設けられている貫通孔の位置が、第1実施例とは異なる。固定板7aに設けられている貫通孔9a、9bの位置は、夫々、冷媒供給管91、冷媒排出管92よりも中央に近い。前端カバー4a、冷却器3、後端カバー4b、及び、固定板7bの各貫通孔の位置も、貫通孔9a、9bの位置に応じて中央に近くなっている。特に、冷却器3の貫通孔は、図示はしていないが、金属板13a、13bのY軸方向の両端の夫々に設けられており、流路Psに面している(図4参照)。第1実施例と同様に、これらの貫通孔にボルト11a、11bが挿入され、ナット15a、15bで留められる。なお、金属板13a、13bに設けられている貫通孔とボルト11a、11bとの間には、夫々、ガスケットが挟まれており、封止されている。これにより、流路Psから冷媒が外へ漏れることを防止することができる。なお、図4、5からは明らかではないが、ボルト11aは、筒部35aとパワーカード5との間を通過し、ボルト11bは、筒部35bとパワーカード5との間を通過している。第2実施例でも、第1実施例と同様の効果を奏することができる。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 5, the second embodiment differs from the first embodiment in the positions of the through holes provided in the fixing plates 7a and 7b. The positions of the through holes 9a and 9b provided in the fixing plate 7a are closer to the center than the refrigerant supply pipe 91 and the refrigerant discharge pipe 92, respectively. The positions of the through holes of the front end cover 4a, the cooler 3, the rear end cover 4b, and the fixing plate 7b are also close to the center according to the positions of the through holes 9a and 9b. In particular, the through holes of the cooler 3 are not shown, but are provided at both ends of the metal plates 13a and 13b in the Y-axis direction and face the flow path Ps (see FIG. 4). As in the first embodiment, bolts 11a and 11b are inserted into these through holes and fastened with nuts 15a and 15b. Gaskets are sandwiched between the through holes provided in the metal plates 13a and 13b and the bolts 11a and 11b, respectively, and are sealed. Thereby, it can prevent that a refrigerant | coolant leaks outside from the flow path Ps. 4 and 5, the bolt 11 a passes between the cylindrical portion 35 a and the power card 5, and the bolt 11 b passes between the cylindrical portion 35 b and the power card 5. . In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

第2実施例では、ボルト11(11a、11b)は、金属板13(13a、13b)を貫通している。ボルト11によって積層方向に加えられる圧力により、金属板13と冷却器開口32との間の封止が確保されている。ボルト11が金属板13を貫通する構造を採用することによって、金属板13が、冷却器本体30の冷却器開口32の縁に均一に当接し、冷却器開口32と金属板13の間の密封性が一層向上する。   In the second embodiment, the bolt 11 (11a, 11b) penetrates the metal plate 13 (13a, 13b). Sealing between the metal plate 13 and the cooler opening 32 is ensured by the pressure applied in the stacking direction by the bolt 11. By adopting a structure in which the bolt 11 penetrates the metal plate 13, the metal plate 13 abuts uniformly on the edge of the cooler opening 32 of the cooler body 30, and the sealing between the cooler opening 32 and the metal plate 13 is performed. The property is further improved.

ボルト11が金属板13を貫通する場合、ボルト11と金属板13が接触し、両者の間が電気的に導通しているとよい。そのような構造は、冷却器本体30が絶縁性の樹脂で作られているときに好適である。先に述べたように、パワーカード5の放熱板53等は、半導体素子と導通している。それゆえ、放熱板53等と金属板13とそれらの間に挟まれる絶縁板54がコンデンサを構成する。冷却器本体30が絶縁体で作られていると、コンデンサの一方の電極に相当する金属板13が電気的に浮動状態となる。ボルト11と金属板13が接触し、さらにボルト11が電力変換器の金属製の筐体(不図示)に電気的に接触していると、金属板13が筐体(即ち接地グランド)と導通する。上記したコンデンサの一方の電極が接地グランドと導通するので、パワーカード5の内部の半導体素子が発する高周波ノイズを接地グランドに導くことができる。   When the bolt 11 penetrates the metal plate 13, the bolt 11 and the metal plate 13 are in contact with each other, and the two are preferably electrically connected. Such a structure is suitable when the cooler body 30 is made of an insulating resin. As described above, the heat dissipation plate 53 and the like of the power card 5 are electrically connected to the semiconductor element. Therefore, the heat sink 53 and the like, the metal plate 13, and the insulating plate 54 sandwiched between them constitute a capacitor. When the cooler body 30 is made of an insulator, the metal plate 13 corresponding to one electrode of the capacitor is in an electrically floating state. When the bolt 11 and the metal plate 13 are in contact with each other, and the bolt 11 is in electrical contact with a metal housing (not shown) of the power converter, the metal plate 13 is electrically connected to the housing (that is, grounding ground). To do. Since one electrode of the capacitor described above is electrically connected to the ground, high frequency noise generated by the semiconductor element inside the power card 5 can be guided to the ground.

同一のボルトが挿入される貫通孔を1組の貫通孔として考えると、上記の各実施例では、電力変換器100は、2組の貫通孔を有する。変形例では、電力変換器100は、1組の貫通孔のみを有していてもよいし、3組以上の貫通孔を有していてもよい。   When the through holes into which the same bolts are inserted are considered as one set of through holes, in each of the above embodiments, the power converter 100 has two sets of through holes. In the modification, the power converter 100 may have only one set of through holes, or may have three or more sets of through holes.

ボルト11a、11bとナット15a、15bで積層体2を加圧する構成は、ナット15a、15bの締め付け具合で積層体2に加える圧力を調整できる点でも有利である。   The configuration in which the laminated body 2 is pressurized with the bolts 11a and 11b and the nuts 15a and 15b is advantageous in that the pressure applied to the laminated body 2 can be adjusted by the tightening degree of the nuts 15a and 15b.

前端カバー4aと固定板7aとは一体として構成されていてもよく、後端カバー4bと固定板7bとは一体として構成されていてもよい。ボルト11aとナット15a、及び、ボルト11bとナット15bが、結束ロッドの一例に相当する。   The front end cover 4a and the fixed plate 7a may be configured integrally, and the rear end cover 4b and the fixed plate 7b may be configured integrally. The bolt 11a and the nut 15a, and the bolt 11b and the nut 15b correspond to an example of a binding rod.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2:積層体
3、3a−3e:冷却器
4a:前端カバー
4b:後端カバー
5、5a−5d:パワーカード
7a、7b:固定板
9a−9d、34a、34b、37a、37b:貫通孔
11a、11b:ボルト
12a、12b:ガスケット
13a、13b:金属板
13a1、13a2、13b1、13b2:面
14a、14b:フィン
15a、15b:ナット
30:冷却器本体
32a、32b:冷却器開口
35a、35b:筒部
51:パッケージ
52a、52b:半導体素子
53a、53b:放熱板
54a、54b:絶縁板
56a−56c:パワー端子
57:制御端子
91:冷媒供給管
92:冷媒排出管
100:電力変換器
Ps:流路
2: Laminated body 3, 3a-3e: Cooler 4a: Front end cover 4b: Rear end cover 5, 5a-5d: Power card 7a, 7b: Fixing plates 9a-9d, 34a, 34b, 37a, 37b: Through hole 11a 11b: bolts 12a, 12b: gaskets 13a, 13b: metal plates 13a1, 13a2, 13b1, 13b2: surfaces 14a, 14b: fins 15a, 15b: nuts 30: cooler bodies 32a, 32b: cooler openings 35a, 35b: Cylindrical part 51: Packages 52a, 52b: Semiconductor elements 53a, 53b: Heat radiation plates 54a, 54b: Insulating plates 56a-56c: Power terminal 57: Control terminal 91: Refrigerant supply pipe 92: Refrigerant discharge pipe 100: Power converter Ps: Flow path

Claims (1)

夫々が半導体素子を収容している複数のパワーカードと、
前記複数のパワーカードと積層されており、夫々が前記複数のパワーカードの夫々と接している複数の冷却器と、
前記複数のパワーカードと前記複数の冷却器とが積層されている積層体の積層方向の両端に配置されている2枚の板と、
を備えており、
前記積層体と前記2枚の板とには、積層方向に連通する貫通孔が設けられており、
前記積層体と前記2枚の板との前記貫通孔の夫々に結束ロッドが挿入されているとともに当該結束ロッドが積層方向の両側の前記板に留められており、
当該結束ロッドが、前記積層体を積層方向に加圧していることを特徴とする電力変換器。
A plurality of power cards each containing a semiconductor element;
A plurality of coolers stacked with the plurality of power cards, each in contact with each of the plurality of power cards;
Two plates disposed at both ends in a stacking direction of a stacked body in which the plurality of power cards and the plurality of coolers are stacked;
With
The laminated body and the two plates are provided with through holes communicating in the laminating direction,
A binding rod is inserted into each of the through holes of the laminate and the two plates, and the binding rod is fastened to the plates on both sides in the stacking direction,
The power converter, wherein the binding rod pressurizes the laminated body in the laminating direction.
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