JP2016220383A - Cooling structure of heating element and power conversion device - Google Patents

Cooling structure of heating element and power conversion device Download PDF

Info

Publication number
JP2016220383A
JP2016220383A JP2015102367A JP2015102367A JP2016220383A JP 2016220383 A JP2016220383 A JP 2016220383A JP 2015102367 A JP2015102367 A JP 2015102367A JP 2015102367 A JP2015102367 A JP 2015102367A JP 2016220383 A JP2016220383 A JP 2016220383A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
heating element
heat receiving
cooling
receiving spacer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015102367A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
祐一郎 小西
Yuichiro Konishi
祐一郎 小西
大輔 松元
Daisuke Matsumoto
大輔 松元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2015102367A priority Critical patent/JP2016220383A/en
Priority to US15/143,705 priority patent/US20160341487A1/en
Publication of JP2016220383A publication Critical patent/JP2016220383A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/08Fastening; Joining by clamping or clipping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device in which thermal resistance of a thermal connection part is reduced.CONSTITUTION: A cooling structure of a heating element includes: the heating element having at least one cooling surface formed by protruding a protrusion part; a heat receiving spacer for forming an insertion part into which the protrusion part is inserted; a holding member for pressing and holding the heat receiving spacer and the heating element; and a cooler for cooling the heat receiving spacer. In a fitting state where the heating element and the heat receiving spacer are fitted by the holding member, the distance between the cooling surface and the end surface of the protrusion part is smaller than that between the cooling surface and the surface opposite to the holding member of the heat receiving spacer.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、発熱体の冷却構造および電力変換装置に関する。   The present invention relates to a heating element cooling structure and a power converter.

無停電電源装置(Uninterruptible Power−supply System、以下UPS)は、定常電源である商用電源等の異常時に、負荷への電力供給を断つことなく安定供給するための装置である。昨今のIT利活用の革新に伴い、データセンタなどにおけるUPSの需要が高まっている。データセンタ向けのUPSは、地価の高い都市近郊に敷設されるため、設置面積の低減、すなわち装置小型化が望まれている。   An uninterruptible power supply system (UPS) is a device for stably supplying power to a load without interruption when an abnormality occurs in a commercial power supply or the like that is a steady power supply. With recent innovations in IT utilization, there is an increasing demand for UPS in data centers and the like. Since UPS for data centers is laid in the suburbs of cities with high land prices, reduction of installation area, that is, downsizing of devices is desired.

UPSを小型化するためには、UPS構成部品の小型化が重要となる。中でも電力変換装置は占有体積が大きいため、小型化の効果が大きい。電力変換装置の小型化を進めるためには、発熱体であるパワー半導体モジュールの冷却機構に対して、小型かつ効率の良い冷却方式が求められる。   In order to reduce the size of the UPS, it is important to reduce the size of the UPS components. Among them, the power conversion device has a large occupied volume, so that the effect of miniaturization is great. In order to advance the miniaturization of the power conversion device, a small and efficient cooling method is required for the cooling mechanism of the power semiconductor module which is a heating element.

パワー半導体モジュールの空冷方法として、例えば特許文献1には、「CPU23上に伝熱シート26を介して第1のヒートシンク25を搭載する。第1のヒートシンク25上には複数の伝熱部25aが形成されている。第1のヒートシンク25上には第2のヒートシンク27を配置する。第2のヒートシンク27には伝熱部25aが間隙を有して挿入可能な開口部29が形成されており、伝熱部25aと開口部29との間には熱伝導性のグリースが充填されている。」ことが記載されている。   As an air cooling method for a power semiconductor module, for example, Patent Document 1 discloses that “a first heat sink 25 is mounted on a CPU 23 via a heat transfer sheet 26. A plurality of heat transfer portions 25 a are mounted on the first heat sink 25. A second heat sink 27 is disposed on the first heat sink 25. The second heat sink 27 has an opening 29 into which the heat transfer portion 25a can be inserted with a gap. The heat transfer portion 25a and the opening 29 are filled with thermally conductive grease. "

特開2000−269671号公報JP 2000-269671 A

特許文献1では、電子部品にかかる荷重を低減しながら、凸部と開口部との接続によって放熱面積を拡大し、熱伝導グリス層の熱抵抗を低減することができる。しかしながら、一旦保持部材に伝導した熱を発熱部材の裏面側まで伝導させて基板に放熱させているため伝導の熱抵抗が大きく、放熱性能が制限されている。   In patent document 1, while reducing the load concerning an electronic component, the thermal radiation area can be expanded by the connection of a convex part and an opening part, and the thermal resistance of a heat conductive grease layer can be reduced. However, since the heat once conducted to the holding member is conducted to the back surface side of the heat generating member and radiated to the substrate, the heat resistance of conduction is large and the heat radiation performance is limited.

本発明の目的は熱的接続部の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させることによって小型化された電力変換装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the power converter device reduced in size by reducing the thermal resistance of a thermal connection part and improving heat dissipation performance.

上記目的を達成するために、例えば、凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、受熱スペーサと前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、受熱スペーサを冷却する冷却器と、を有し、挟持部材によって発熱体および受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、冷却面と凸部の端部面との距離は、冷却面と受熱スペーサの挟持部材に対向する面との距離よりも小さい発熱体の冷却構造を有する。   In order to achieve the above object, for example, a heating element having at least one cooling surface formed by projecting a convex part, a heat receiving spacer in which an insertion part into which the convex part is inserted is formed, the heat receiving spacer, and the heating element In the fitted state where the heating element and the heat receiving spacer are fitted by the holding member, the cooling surface and the end surface of the convex portion The cooling element cooling structure is smaller than the distance between the cooling surface and the surface of the heat receiving spacer facing the holding member.

本発明によれば、凸部が熱伝導材を介して冷却器と接続されるため、パワー半導体モジュールからの熱を冷却器へ効率良く伝えることができる。   According to the present invention, since the convex portion is connected to the cooler via the heat conductive material, the heat from the power semiconductor module can be efficiently transmitted to the cooler.

本発明の一実施形態に係る電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power converter concerning one embodiment of the present invention. 電力変換装置のコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the converter of a power converter device. 電力変換装置のインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the inverter of a power converter device. 電力変換装置の充放電チョッパの回路図である。It is a circuit diagram of the charging / discharging chopper of a power converter device. 本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the double-sided cooling power module used in this embodiment. 本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュールの外観図である。It is an external view of the double-sided cooling power module used in this embodiment. 受熱スペーサの斜視図である。It is a perspective view of a heat receiving spacer. 受熱スペーサを両面冷却パワーモジュールに取り付けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which attached the heat receiving spacer to the double-sided cooling power module. 図8におけるA−A'断面図を示したものである。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 8. 二つの両面冷却パワーモジュールを、冷却器に装着した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which mounted | wore the cooler with two double-sided cooling power modules. 図10に示された破線で囲まれた領域Bの分解図を示す。The exploded view of the area | region B enclosed with the broken line shown by FIG. 10 is shown. 図11におけるC−C'断面図を示す。FIG. 12 is a cross-sectional view along CC ′ in FIG. 11. 図12に示すD部の拡大図である。It is an enlarged view of the D section shown in FIG. 本発明第2の実施例であり、実施例1の熱接続部を熱伝導シート451で構成した形態である。This is a second embodiment of the present invention, in which the heat connection portion of the first embodiment is configured by a heat conductive sheet 451. 図14のE部の拡大図である。It is an enlarged view of the E section of FIG. 本発明第3の実施例であり、実施例1のパワー半導体モジュールを片面冷却パワーモジュールで構成した形態である。It is a 3rd Example of this invention, and is the form which comprised the power semiconductor module of Example 1 with the single-sided cooling power module. 図16のF部の拡大図である。It is an enlarged view of the F section of FIG.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置1の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a power converter 1 according to an embodiment of the present invention.

UPSを想定した本システムは、停電時に無瞬断で電力供給を継続できる常時インバータ給電方式である。商用電源2からの三相交流電力は、定常電源側スイッチ21と、高調波を除去するための入力用フィルタ回路17を経てコンバータ11へと供給され、整流回路であるコンバータ11によって交流から直流へ変換される。コンバータ11での整流後、コンデンサ20によって平滑化された直流電圧4がインバータ12へ印加され、所望の電圧と周波数の交流へと逆変換される。逆変換後、インバータ12が出力する三相交流電力5は、出力用フィルタ回路18によって高調波成分が除去された後に、負荷側スイッチ24を介して負荷3へと供給される。常時インバータ給電方式においては、常時、三相交流の商用電源2は、コンバータ11とインバータ12を経由して負荷3へ電力を給電する。したがって、商用電源2に瞬時電圧低下等の電圧変動が生じた場合に、コンバータ11とインバータ12を制御することで、通常の商用電源と同等の電力を安定供給可能とする。コンバータ11とインバータ12の動作、ならびに定常電源側スイッチ21と負荷側スイッチ24のONとOFFは、上位制御回路201からの信号によって制御される。   This system assuming UPS is a constant inverter power supply system that can continue power supply without interruption in the event of a power failure. The three-phase AC power from the commercial power source 2 is supplied to the converter 11 through the stationary power source side switch 21 and the input filter circuit 17 for removing harmonics, and is converted from AC to DC by the converter 11 which is a rectifier circuit. Converted. After the rectification in the converter 11, the DC voltage 4 smoothed by the capacitor 20 is applied to the inverter 12, and reversely converted into an AC having a desired voltage and frequency. After the reverse conversion, the three-phase AC power 5 output from the inverter 12 is supplied to the load 3 via the load-side switch 24 after the harmonic component is removed by the output filter circuit 18. In the constant inverter power supply system, the three-phase AC commercial power supply 2 always supplies power to the load 3 via the converter 11 and the inverter 12. Therefore, when voltage fluctuations such as a momentary voltage drop occur in the commercial power supply 2, the converter 11 and the inverter 12 are controlled to stably supply power equivalent to that of a normal commercial power supply. The operations of the converter 11 and the inverter 12 and ON and OFF of the steady power supply side switch 21 and the load side switch 24 are controlled by signals from the host control circuit 201.

一方、インバータ12の前段には充放電チョッパ13が接続される。商用電源正常時には、充放電チョッパ13は、直流電圧4を降圧し、蓄電池14の充電のために充電電力7を出力する降圧チョッパとして動作する。非定常電源側スイッチ22は、蓄電池14からの電力をコンバータ11へ送る際に、電力経路を接続する役割を持つ。蓄電池保護用スイッチ23は、過電流などから電池を保護する役割を持つ。充放電チョッパ13と非定常電源側スイッチ22と蓄電池保護用スイッチ23は、上位制御回路201からの信号によって制御される。   On the other hand, a charge / discharge chopper 13 is connected to the previous stage of the inverter 12. When the commercial power supply is normal, the charge / discharge chopper 13 operates as a step-down chopper that steps down the DC voltage 4 and outputs the charge power 7 for charging the storage battery 14. The unsteady power supply side switch 22 has a role of connecting a power path when power from the storage battery 14 is sent to the converter 11. The storage battery protection switch 23 has a role of protecting the battery from overcurrent or the like. The charge / discharge chopper 13, the unsteady power supply side switch 22, and the storage battery protection switch 23 are controlled by signals from the upper control circuit 201.

コンバータ11、インバータ12、充放電チョッパ13は、その動作に際して熱が発生し、温度が上昇する。この温度上昇を抑制するために、冷却ファン9(送風機)により発生させた冷却風10を電力変換装置1内に送り込み冷却する。   The converter 11, the inverter 12, and the charge / discharge chopper 13 generate heat during their operation, and the temperature rises. In order to suppress this temperature rise, the cooling air 10 generated by the cooling fan 9 (blower) is sent into the power converter 1 and cooled.

図2は、電力変換装置1を構成するコンバータ11の回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram of the converter 11 constituting the power conversion device 1.

コンバータ11は、商用電源2の三相交流電圧を直流電圧4に変換させるものである。商用電源正常時には、入力となる三相交流電力を、コンバータ11の交流端子41r、41s、41tに供給し、各相に備えられた上アームのスイッチング素子31及び整流素子33と、下アームのスイッチング素子32及び整流素子34と、を用いて整流させる。本実施例においては、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、整流素子としてダイオード、を用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である(以下同様)。コンバータ11のスイッチング素子31、32は、制御回路202からの信号によって駆動される。   The converter 11 converts the three-phase AC voltage of the commercial power source 2 into a DC voltage 4. When the commercial power supply is normal, the input three-phase AC power is supplied to the AC terminals 41r, 41s, and 41t of the converter 11, and the switching elements 31 and the rectifying elements 33 of the upper arm and the switching of the lower arm provided in each phase. Rectification is performed using the element 32 and the rectifying element 34. In this embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as a switching element and a diode is used as a rectifying element. However, the present invention is not limited to these, and other types of elements can be applied (the same applies hereinafter). . Switching elements 31 and 32 of converter 11 are driven by a signal from control circuit 202.

図3は、電力変換装置1を構成するインバータ12の回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram of the inverter 12 constituting the power conversion device 1.

インバータ12は、不図示のコンデンサで平滑化された直流電力を三相交流電力に変換させるものである。コンバータ11により変換された直流電圧を、各相に備えられた上アームのスイッチング素子31及び整流素子33と、下アームのスイッチング素子32及び整流素子34と、を用いて三相交流電圧に変換させ、交流端子42u、42v、42wに出力する。インバータ12のスイッチング素子31、32は、制御回路203からの信号によって駆動される。インバータ12は、商用電源2の状態に関わらず、直流電圧を交流電圧に変換し、出力用フィルタ回路18へ定格電力を出力する。   The inverter 12 converts DC power smoothed by a capacitor (not shown) into three-phase AC power. The DC voltage converted by the converter 11 is converted into a three-phase AC voltage using the upper arm switching element 31 and the rectifying element 33 and the lower arm switching element 32 and the rectifying element 34 provided in each phase. , And output to AC terminals 42u, 42v, 42w. The switching elements 31 and 32 of the inverter 12 are driven by a signal from the control circuit 203. The inverter 12 converts a DC voltage into an AC voltage regardless of the state of the commercial power supply 2 and outputs rated power to the output filter circuit 18.

図4は、電力変換装置1を構成する充放電チョッパ13の回路図である。   FIG. 4 is a circuit diagram of the charge / discharge chopper 13 constituting the power conversion device 1.

充放電チョッパ13は、商用電源2の正常時に直流電圧を降圧して充電電力を出力させるものである。まず、上アームのスイッチング素子31がONしている間に、蓄電池14と充放電チョッパ13との間に接続された不図示のリアクトルに電磁エネルギーが蓄積される。次に、上アームのスイッチング素子31がOFFした際に、逆起電力が発生するリアクトルの電磁エネルギーが放出されて、蓄電池14が充電される。他方、商用電源異常時には、充放電チョッパ13は、蓄電池14の低圧の直流電圧を高圧の直流電圧に変換する。まず、蓄電池14の放電電力がリアクトルに供給されて、下アームのスイッチング素子32がONしている間に、リアクトルに電磁エネルギーが蓄積される。次に、下アームのスイッチング素子32がOFFした際に、リアクトルの逆起電力により上アームの整流素子33がONする。これより、充放電チョッパ13の出力端には、蓄電池14の直流電圧とリアクトルの逆起電圧の加算電圧が現れるため、結果的に昇圧される。充放電チョッパ13のスイッチング素子31、32は、制御回路204からの信号によって駆動される。本実施例において、充放電チョッパ13のレグを二並列としているが、この並列数は充放電チョッパ13への放電時給電量によって決まる。   The charge / discharge chopper 13 steps down the DC voltage and outputs the charge power when the commercial power supply 2 is normal. First, while the upper arm switching element 31 is ON, electromagnetic energy is stored in a reactor (not shown) connected between the storage battery 14 and the charge / discharge chopper 13. Next, when the switching element 31 of the upper arm is turned OFF, the electromagnetic energy of the reactor that generates back electromotive force is released, and the storage battery 14 is charged. On the other hand, when the commercial power supply is abnormal, the charge / discharge chopper 13 converts the low-voltage DC voltage of the storage battery 14 into a high-voltage DC voltage. First, the discharge power of the storage battery 14 is supplied to the reactor, and electromagnetic energy is accumulated in the reactor while the lower arm switching element 32 is ON. Next, when the switching element 32 of the lower arm is turned off, the rectifying element 33 of the upper arm is turned on by the counter electromotive force of the reactor. As a result, since the added voltage of the DC voltage of the storage battery 14 and the back electromotive force of the reactor appears at the output terminal of the charge / discharge chopper 13, the voltage is boosted as a result. The switching elements 31 and 32 of the charge / discharge chopper 13 are driven by a signal from the control circuit 204. In the present embodiment, the legs of the charge / discharge chopper 13 are arranged in two parallels, but the number of parallels is determined by the power supply amount during discharge to the charge / discharge chopper 13.

以上より、本実施例の電力変換装置1に搭載されるコンバータ11、インバータ12、充放電チョッパ13は、上アームのスイッチング素子31及び整流素子33と、下アームのスイッチング素子32及び整流素子34と、が直列に接続されたレグ35を基本構成としている。負荷3への供給電力が電力変換装置1の定格電力を超える場合には、コンバータ11、インバータ12ならびに充放電チョッパ13のレグ35の並列数を増やすことによって定格電力を大きくする。   From the above, the converter 11, the inverter 12, and the charge / discharge chopper 13 mounted on the power conversion device 1 of the present embodiment are the upper arm switching element 31 and the rectifying element 33, and the lower arm switching element 32 and the rectifying element 34. The basic configuration is a leg 35 connected in series. When the power supplied to the load 3 exceeds the rated power of the power conversion device 1, the rated power is increased by increasing the number of parallel legs 35 of the converter 11, the inverter 12, and the charge / discharge chopper 13.

コンバータ11、インバータ12、充放電チョッパ13において、通電時にはスイッチング素子31、32と整流素子33、34に内蔵される抵抗により損失が発生する。また、通電状態から阻止状態に切り替わる際にも損失が発生する。この損失を伴う動作に際して熱が発生するため、コンバータ11、インバータ12、充放電チョッパ13の温度が上昇する。   In the converter 11, the inverter 12, and the charge / discharge chopper 13, loss occurs due to resistances built in the switching elements 31 and 32 and the rectifying elements 33 and 34 when energized. Further, loss occurs when switching from the energized state to the blocked state. Since heat is generated during the operation with this loss, the temperatures of the converter 11, the inverter 12, and the charge / discharge chopper 13 rise.

図5は、本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュール100の回路図である。両面冷却パワーモジュール100には、絶縁体112の上にマウントされたスイッチング素子31、32と整流素子33、34とが含まれる。各々の半導体素子間は、図2〜図4に示されるレグ35を構成するように接続される。また、絶縁体112には、P端子113P(直流正極端子)、N端子113N(直流負極端子)、AC端子113AC(交流端子)、スイッチング素子のオンとオフとを制御するゲート端子111が取り付けられる。   FIG. 5 is a circuit diagram of the double-sided cooling power module 100 used in the present embodiment. The double-sided cooling power module 100 includes switching elements 31 and 32 and rectifying elements 33 and 34 mounted on an insulator 112. Each semiconductor element is connected so as to constitute a leg 35 shown in FIGS. Further, the insulator 112 is provided with a P terminal 113P (DC positive terminal), an N terminal 113N (DC negative terminal), an AC terminal 113AC (AC terminal), and a gate terminal 111 for controlling on / off of the switching element. .

図6は、本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュール100の外観図である。両面冷却パワーモジュール100は、略直方体状の本体部101と、本体部101の一側面を広げるように形成された略直方体状のフランジ部102と、フランジ部102において本体部101に対向する面から突出した、複数の端子から成る端子部103とから構成されている。端子部103を構成する端子は、図5に示したP端子113Pと、N端子113Nと、AC端子113ACと、ゲート端子111とによって構成されている。   FIG. 6 is an external view of a double-sided cooling power module 100 used in the present embodiment. The double-sided cooling power module 100 includes a substantially rectangular parallelepiped main body portion 101, a substantially rectangular parallelepiped flange portion 102 formed so as to expand one side surface of the main body portion 101, and a surface facing the main body portion 101 in the flange portion 102. It is comprised from the terminal part 103 which protrudes and consists of a some terminal. The terminals constituting the terminal portion 103 are configured by the P terminal 113P, the N terminal 113N, the AC terminal 113AC, and the gate terminal 111 shown in FIG.

本体部101の一の面121Aには、微小円柱状の突起であるピンフィン122Aが、多数(例えば、合計約200以上)突出している。また、本体部101において面121Aに対向する他の面121Bにおいても、同数のピンフィン122B(図示せず)が形成されている。以下、ピンフィン122A、122Bの総称を「ピンフィン122」と呼ぶ。ピンフィン122は、本図に示すようなピンフィン形状のほかにも、面121A、121Bから突出させてなる凸部であればよい。本体部101は、面121Aおよび121Bにおいてピンフィン122が形成されている領域である冷却面121A、121Bを有する。冷却面121Aおよび121Bを総称して「冷却面」と呼ぶ。ピンフィン122を除いた本体部101の厚さ、すなわち冷却面121A、121B間の距離を「d1」とする。   A large number (for example, a total of about 200 or more) of pin fins 122A, which are minute cylindrical protrusions, protrude from one surface 121A of the main body 101. Also, the same number of pin fins 122B (not shown) are formed on the other surface 121B of the main body 101 that faces the surface 121A. Hereinafter, the generic name of the pin fins 122A and 122B is referred to as “pin fin 122”. In addition to the pin fin shape as shown in the figure, the pin fin 122 may be a convex portion protruding from the surfaces 121A and 121B. The main body 101 has cooling surfaces 121A and 121B, which are regions where the pin fins 122 are formed on the surfaces 121A and 121B. Cooling surfaces 121A and 121B are collectively referred to as “cooling surfaces”. The thickness of the main body 101 excluding the pin fins 122, that is, the distance between the cooling surfaces 121A and 121B is defined as “d1”.

図7は、受熱スペーサの斜視図である。両面冷却パワーモジュール100の冷却面121A、121Bには、一対の受熱スペーサ300A、300Bが衝合される。受熱スペーサ300Aは、略長方形板状の受熱部301Aと、受熱部301Aの両端から受熱スペーサ300Bに向かって突出する、略直方体状の一対の空間確保部302Aとから構成されている。また、受熱部301Aには、円柱状の貫通孔303A(凹部)が多数形成されている。これら貫通孔303Aは、冷却面121Aのピンフィン122Aに対向する位置に形成され、かつ、ピンフィン122Aの直径よりも若干大きな直径を有している。また、受熱スペーサ300Bは、受熱スペーサ300Aと同様に、略長方形板状の受熱部301Bと、受熱部301Bの両端から受熱スペーサ300Bに向かって突出する、略直方体状の一対の空間確保部302Bとから構成されている。受熱スペーサ300Bは、受熱スペーサ300Aに対して全体として上下対称の形状を有しているが、受熱部301Bにあっては、両面冷却パワーモジュール100の冷却面121Bから突出するピンフィン122Bに各々対向する位置に、貫通孔303Bが形成されている。   FIG. 7 is a perspective view of the heat receiving spacer. A pair of heat receiving spacers 300 </ b> A and 300 </ b> B are abutted against the cooling surfaces 121 </ b> A and 121 </ b> B of the double-sided cooling power module 100. The heat receiving spacer 300A includes a substantially rectangular plate-shaped heat receiving portion 301A and a pair of space securing portions 302A having a substantially rectangular parallelepiped shape protruding from both ends of the heat receiving portion 301A toward the heat receiving spacer 300B. The heat receiving portion 301A has a large number of cylindrical through holes 303A (concave portions). These through holes 303A are formed at positions facing the pin fins 122A on the cooling surface 121A, and have a diameter slightly larger than the diameter of the pin fins 122A. Similarly to the heat receiving spacer 300A, the heat receiving spacer 300B includes a substantially rectangular plate-shaped heat receiving portion 301B and a pair of substantially rectangular parallelepiped space securing portions 302B protruding from both ends of the heat receiving portion 301B toward the heat receiving spacer 300B. It is composed of Although the heat receiving spacer 300B has a vertically symmetrical shape as a whole with respect to the heat receiving spacer 300A, the heat receiving portion 301B is opposed to the pin fins 122B protruding from the cooling surface 121B of the double-sided cooling power module 100, respectively. A through hole 303B is formed at the position.

受熱スペーサ300A、300Bを両面冷却パワーモジュール100に取り付ける際には、冷却面121A、121Bに熱伝導グリスを塗布し、各ピンフィン122に貫通孔303A、303Bの位置を合わせつつ、空間確保部302A、302Bを衝合させる。このようにして、受熱スペーサ300A、300Bを両面冷却パワーモジュール100に取り付けた状態を図8に示す。図示のように、本体部101はその端面101aを露出させているが、冷却面121A、121Bの大部分は受熱スペーサ300A、300Bによって覆われている。   When attaching the heat receiving spacers 300A, 300B to the double-sided cooling power module 100, apply heat conduction grease to the cooling surfaces 121A, 121B, and align the positions of the through holes 303A, 303B with the pin fins 122, while maintaining the space securing portions 302A, 302B is collided. FIG. 8 shows a state where the heat receiving spacers 300A and 300B are attached to the double-sided cooling power module 100 in this way. As shown in the figure, the end surface 101a of the main body 101 is exposed, but most of the cooling surfaces 121A and 121B are covered with the heat receiving spacers 300A and 300B.

図9は、図8におけるA−A'断面図を示したものである。空間確保部302A、302Bを衝合させた際、受熱部301A、301Bの発熱体と対向する面同士は、d2の距離を隔てて対向する。すなわち、両面冷却パワーモジュール100の本体部101の厚さd1よりも距離d2が若干長くなるように、受熱スペーサ300A、300Bは形成されている。この結果、受熱部301Aと本体部101の間、及び受熱部301Bと本体部101の間には、それぞれ空隙310A、310Bが形成される。両面冷却パワーモジュール100は、受熱スペーサ300A、300Bに対して遊びを有するため、空隙310A、310Bの幅は必ずしも同一ではない。   FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. When the space securing portions 302A and 302B are brought into contact with each other, the surfaces of the heat receiving portions 301A and 301B that face the heating elements face each other with a distance of d2. That is, the heat receiving spacers 300A and 300B are formed so that the distance d2 is slightly longer than the thickness d1 of the main body 101 of the double-sided cooling power module 100. As a result, gaps 310A and 310B are formed between the heat receiving part 301A and the main body part 101 and between the heat receiving part 301B and the main body part 101, respectively. Since the double-sided cooling power module 100 has play with respect to the heat receiving spacers 300A and 300B, the widths of the gaps 310A and 310B are not necessarily the same.

空間確保部302A、302Bを衝合する際、ピンフィン122に塗布された熱伝導グリス(図示せず)は、空隙310A、310B内にも押し出されるように浸透し、空隙310A、310Bも隙間なく熱伝導グリスによって充填される。また、ピンフィン122Aの先端からピンフィン122Bの先端まで含めた本体部101の厚さをd4とし、受熱スペーサ300A、300Bを衝合させた際の全体の幅をd5とすると、幅d5は厚さd4よりも若干広くなるように、受熱スペーサ300A、300Bは形成されている。これにより、図中における受熱スペーサ300Aの上面とピンフィン122Aの先端との間、及び受熱スペーサ300Bの下面とピンフィン122Bの先端との間には、それぞれ空隙311A、311Bが形成される。上述したように、両面冷却パワーモジュール100は、受熱スペーサ300A、300Bに対して遊びを有するため、空隙311A、311Bの幅は必ずしも同一ではない。   When the space securing portions 302A and 302B are brought into contact with each other, heat conduction grease (not shown) applied to the pin fins 122 penetrates so as to be pushed out into the gaps 310A and 310B, and the gaps 310A and 310B also heat without gaps. Filled with conductive grease. Further, if the thickness of the main body 101 including the tip of the pin fin 122A to the tip of the pin fin 122B is d4, and the total width when the heat receiving spacers 300A and 300B are abutted is d5, the width d5 is the thickness d4. The heat receiving spacers 300A and 300B are formed so as to be slightly wider. Thus, gaps 311A and 311B are formed between the upper surface of heat receiving spacer 300A and the tip of pin fin 122A and between the lower surface of heat receiving spacer 300B and the tip of pin fin 122B, respectively. As described above, since the double-sided cooling power module 100 has play with respect to the heat receiving spacers 300A and 300B, the widths of the gaps 311A and 311B are not necessarily the same.

受熱スペーサ300A、300Bを冷却器400(詳細は後述する)に装着する際には、ハッチングを付した矢印で示すような押圧力320が印加される。この押圧力320は、空間確保部302A、302Bの衝合部分に印加される。すなわち、空間確保部302Aおよび302Bによって、本体部101と受熱スペーサ300A、300Bとの間に空隙310A、310Bが形成され、さらにピンフィン122A、122Bの各先端部分にも空隙311A、311Bが形成されていることから、この押圧力320が本体部101に印加されない。   When the heat receiving spacers 300A and 300B are attached to the cooler 400 (details will be described later), a pressing force 320 as indicated by hatched arrows is applied. This pressing force 320 is applied to the abutting portions of the space securing portions 302A and 302B. That is, the space securing portions 302A and 302B form gaps 310A and 310B between the main body 101 and the heat receiving spacers 300A and 300B, and furthermore, gaps 311A and 311B are also formed at the tip portions of the pin fins 122A and 122B. Therefore, the pressing force 320 is not applied to the main body 101.

図10は、二つの両面冷却パワーモジュール100を、冷却器400に装着した状態の斜視図である。冷却器400は、一対の冷却器400A、400Bから構成される。冷却器400A、400Bは、各々略直方体ブロック状に形成された挟持部材410A、410Bを有しており、これら挟持部材410A、410Bに、受熱スペーサ300A、300Bをそれぞれ装着した二つの両面冷却パワーモジュール100が挟まれている。   FIG. 10 is a perspective view of a state in which two double-sided cooling power modules 100 are mounted on the cooler 400. The cooler 400 includes a pair of coolers 400A and 400B. The coolers 400A and 400B have sandwiching members 410A and 410B each formed in a substantially rectangular parallelepiped block shape, and two double-sided cooling power modules in which the heat receiving spacers 300A and 300B are mounted on the sandwiching members 410A and 410B, respectively. 100 is sandwiched.

挟持部材410A、410Bは、複数の固定具420によって相互に締め付けられ、挟持部材410A、410Bには、ハッチングを付した矢印で示す方向に押圧力320が印加される。但し、図9において説明したように、この押圧力320は受熱スペーサ300A、300Bに印加されるものの両面冷却パワーモジュール100には印加されない。なお、固定具420としては、一般的なボルトとナットを用いることができる。   The clamping members 410A and 410B are fastened to each other by a plurality of fixtures 420, and a pressing force 320 is applied to the clamping members 410A and 410B in the direction indicated by the hatched arrows. However, as described with reference to FIG. 9, the pressing force 320 is applied to the heat receiving spacers 300 </ b> A and 300 </ b> B but is not applied to the double-sided cooling power module 100. Note that a general bolt and nut can be used as the fixture 420.

図10では、x軸、y軸が成すxy平面(水平面)に対して約10°傾斜して、挟持部材410Aからy軸方向に4本のヒートパイプ430が突出している。また、これらヒートパイプ430の半径方向に、複数の板状の放熱フィン440が溶接されている。従って、各放熱フィン440は、x軸、z軸が成すxz平面(鉛直面)に対して、約10°傾斜している。冷却器400Bも、冷却器400Aと同様に構成されている。以上のようにして、二の両面冷却パワーモジュール100を冷却器400に実装することにより、空冷型両面冷却パワーユニット500が構成される。   In FIG. 10, four heat pipes 430 protrude from the holding member 410A in the y-axis direction with an inclination of about 10 ° with respect to the xy plane (horizontal plane) formed by the x-axis and the y-axis. A plurality of plate-like heat radiation fins 440 are welded in the radial direction of the heat pipes 430. Accordingly, each radiating fin 440 is inclined by about 10 ° with respect to the xz plane (vertical plane) formed by the x-axis and the z-axis. The cooler 400B is configured similarly to the cooler 400A. By mounting the two double-sided cooling power modules 100 on the cooler 400 as described above, the air-cooled double-sided cooling power unit 500 is configured.

両面冷却パワーモジュール100が発熱すると、その熱は受熱スペーサ300A、300Bを介して挟持部材410A、410Bに伝搬され、さらにヒートパイプ430によって後方に(y軸方向に)伝搬される。そして、この空冷型両面冷却パワーユニット500に対して、下から上に向かう(z軸方向に向かう)冷却風441を送風すると、冷却風441は各放熱フィン440を冷却しつつ上方向に向かって抜けるから、熱が速やかに排出される。このような熱伝搬経路を図中の矢印431で示す。なお、冷却風441と直交する方向の熱伝搬は、主にヒートパイプ430による伝搬である。   When the double-sided cooling power module 100 generates heat, the heat is propagated to the holding members 410A and 410B via the heat receiving spacers 300A and 300B, and further propagated backward (in the y-axis direction) by the heat pipe 430. Then, when the cooling air 441 directed from the bottom to the top (toward the z-axis direction) is blown to the air-cooled double-sided cooling power unit 500, the cooling air 441 escapes upward while cooling the radiation fins 440. Heat is quickly discharged. Such a heat propagation path is indicated by an arrow 431 in the figure. The heat propagation in the direction orthogonal to the cooling air 441 is mainly propagation through the heat pipe 430.

図11は、図10に示された破線で囲まれた領域Bの分解図を示す。図11において、受熱スペーサ300Aと挟持部材410Aとの間、及び、受熱スペーサ300Bと挟持部材410Bとの間には、それぞれ熱伝導グリス450が塗布される。固定具420によって挟持部材410A、410Bを締め付けると、熱伝導グリス450は、受熱スペーサ300Aと挟持部材410Aとの対向面、及び、受熱スペーサ300Bと挟持部材410Bとの対向面に沿って拡がり、図示のような薄膜層状になる。その際、各ピンフィン122A、122Bの先端部分の空隙311A、311B(図9参照)にも熱伝導グリス450が浸透し、各ピンフィン122A、122Bの外面には熱伝導グリス450が浸透する。   FIG. 11 shows an exploded view of a region B surrounded by a broken line shown in FIG. In FIG. 11, thermal conductive grease 450 is applied between the heat receiving spacer 300A and the holding member 410A and between the heat receiving spacer 300B and the holding member 410B. When the clamping members 410A and 410B are tightened by the fixture 420, the heat conduction grease 450 expands along the opposing surface of the heat receiving spacer 300A and the clamping member 410A and the opposing surface of the heat receiving spacer 300B and the clamping member 410B. It becomes a thin film layer like. At that time, the heat conduction grease 450 penetrates into the gaps 311A and 311B (see FIG. 9) at the tip portions of the pin fins 122A and 122B, and the heat conduction grease 450 penetrates into the outer surfaces of the pin fins 122A and 122B.

図12は、図11におけるC−C'断面図を示す。受熱スペーサ300Aの上面に挟持部材410Aが取り付けられることによって、両者の界面が熱的接続面となる。両面冷却パワーモジュール100の熱を挟持部材410Aへ効率よく伝えるためには、ピンフィン122Aの先端ならびに受熱スペーサ300Aの受熱部301Aと、挟持部材410Aとの接続状態が円滑でなければならない。   FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. By attaching the clamping member 410A to the upper surface of the heat receiving spacer 300A, the interface between the two becomes a thermal connection surface. In order to efficiently transfer the heat of the double-sided cooling power module 100 to the pinching member 410A, the tip end of the pin fin 122A and the heat receiving portion 301A of the heat receiving spacer 300A must be smoothly connected to the pinching member 410A.

図13は、図12に示すD部の拡大図である。本実施形態では、冷却面121A、ピンフィン122A、受熱部301A、挟持部材410Aで形成される領域(図11ハッチング箇所)に熱伝導グリス450が充填される。このとき、両面冷却パワーモジュール100の熱は、破線で示す放熱経路130、131、132を通って挟持部材410Aへと伝わる。放熱経路130は、熱が本体部101から受熱部301Aを経由して挟持部材410Aに伝わる経路である。放熱経路131は、熱が本体部101からピンフィン122Aまで熱伝導し、熱伝導グリス450を介して挟持部材410Aへと伝わる経路である。放熱経路132は、熱がピンフィン122Aから受熱部301Aへと移動してから挟持部材410Aまで伝わる経路である。本実施形態であれば、ピンフィン122Aの全表面を活用して、両面冷却パワーモジュール100の熱を放熱できる。このように、本実施形態においては、熱伝導グリスを介して複数経路による放熱が可能となるため、効率よく放熱することができる。   FIG. 13 is an enlarged view of a portion D shown in FIG. In the present embodiment, the heat conduction grease 450 is filled in a region (a hatched portion in FIG. 11) formed by the cooling surface 121A, the pin fins 122A, the heat receiving portion 301A, and the clamping member 410A. At this time, the heat of the double-sided cooling power module 100 is transmitted to the clamping member 410A through the heat radiation paths 130, 131, and 132 indicated by broken lines. The heat dissipation path 130 is a path through which heat is transferred from the main body 101 to the clamping member 410A via the heat receiving part 301A. The heat radiation path 131 is a path through which heat is conducted from the main body 101 to the pin fins 122 </ b> A and is transmitted to the clamping member 410 </ b> A through the heat conduction grease 450. The heat radiation path 132 is a path through which heat is transferred from the pin fin 122A to the heat receiving portion 301A and then to the clamping member 410A. If it is this embodiment, the heat of double-sided cooling power module 100 can be radiated using the whole surface of pin fin 122A. Thus, in this embodiment, since heat can be radiated by a plurality of paths via the thermal conductive grease, it is possible to radiate heat efficiently.

また、発熱体であるパワーモジュール100をパワーモジュール上に形成されている凸部が突出している方向と平行方向から見たとき(すなわち図13の−X軸方向から+X軸方向に向かってパワーモジュール100を見た場合)に、受熱スペーサ300Aと挟持部材410Aとの間に熱伝導材が充填されている充填面積は、貫通孔303Aとピンフィン122Aとの間および冷却面121Aおよび受熱部301Aとの間に熱伝導材が充填されている充填面積よりも大きい。受熱スペーサ300Aから挟持部材410Aへ熱が伝わる際には、受熱スペーサ300A内で熱が拡がるため、さらに効率良く熱を伝えるために充填面積を大きくしている。このような構成により、ピンフィン122Aおよび受熱スペーサ300Aを介して発熱体からの熱が拡散する場合において、より効果的に放熱することができる。なお、後述する実施例2および実施例3においても同様の構成を採用することが可能であり、同様の効果を得ることが出来る。   Further, when the power module 100 that is a heating element is viewed from a direction parallel to the direction in which the convex portions formed on the power module protrude (that is, from the −X axis direction to the + X axis direction in FIG. 13). 100), the filling area filled with the heat conductive material between the heat receiving spacer 300A and the clamping member 410A is between the through hole 303A and the pin fin 122A and between the cooling surface 121A and the heat receiving portion 301A. It is larger than the filling area between which the heat conductive material is filled. When heat is transferred from the heat receiving spacer 300A to the clamping member 410A, the heat spreads in the heat receiving spacer 300A, so that the filling area is increased in order to transfer heat more efficiently. With such a configuration, when heat from the heating element diffuses through the pin fins 122A and the heat receiving spacer 300A, heat can be radiated more effectively. It should be noted that the same configuration can be adopted in Example 2 and Example 3 described later, and the same effect can be obtained.

さらに、両面冷却パワーモジュール100の熱変形によって本体部101が膨張した場合には、膨張時の応力が熱伝導グリス450の流動的変形によって逃がされる。このとき、ピンフィン122Aの先端と挟持部材410Aとの空隙315が、受熱スペーサ300Aの上面とピンフィン122Aの先端との空隙311Aよりも大きいため、ピンフィン122Aの先端は挟持部材410Aに当接せず、良好な熱的接続状態が保たれる。なお、挟持部材410B側についても、挟持部材410A側と同様に構成されている。   Further, when the main body 101 expands due to thermal deformation of the double-sided cooling power module 100, stress during expansion is released due to fluid deformation of the heat conduction grease 450. At this time, since the gap 315 between the tip of the pin fin 122A and the pinching member 410A is larger than the gap 311A between the top surface of the heat receiving spacer 300A and the tip of the pin fin 122A, the tip of the pin fin 122A does not contact the pinching member 410A. Good thermal connection is maintained. The sandwiching member 410B side is configured in the same manner as the sandwiching member 410A side.

図14は、本発明第2の実施例であり、実施例1の熱接続部を熱伝導シート451で構成した形態である。   FIG. 14 shows a second embodiment of the present invention, in which the heat connecting portion of the first embodiment is configured with a heat conductive sheet 451.

図15は、図14のE部の拡大図である。受熱スペーサ300Aの受熱部301Aと挟持部材410Aとの間、ならびに受熱部301Aと両面冷却パワーモジュール100の冷却面121Aとの間は、シート状である熱伝導シート451によって熱的に接続される。一般的な熱伝導シート451は、熱伝導グリス450に比べて低流動性であるが、その熱伝導性能は高い。したがって、ピンフィン122Aと受熱部301Aとの間を熱伝導シート451によって接続できない状態にあっても、放熱性能が放熱経路130、131上の伝熱によって補われる。図15では、ピンフィン122Aの先端において二枚の熱伝導シート451が積層されているが、熱伝導シート451の厚み方向の変形能を活用して一枚で構成しても良い。   FIG. 15 is an enlarged view of a portion E in FIG. The heat receiving portion 301A of the heat receiving spacer 300A and the sandwiching member 410A and the heat receiving portion 301A and the cooling surface 121A of the double-sided cooling power module 100 are thermally connected by a sheet-like heat conductive sheet 451. The general heat conductive sheet 451 has low fluidity as compared with the heat conductive grease 450, but its heat conductive performance is high. Therefore, even if the pin fin 122A and the heat receiving portion 301A cannot be connected by the heat conductive sheet 451, the heat dissipation performance is supplemented by the heat transfer on the heat dissipation paths 130 and 131. In FIG. 15, two heat conductive sheets 451 are stacked at the tip of the pin fin 122 </ b> A. However, the heat conductive sheet 451 may be formed of a single sheet using the deformability in the thickness direction.

図16は、本発明第3の実施例であり、実施例1のパワー半導体モジュールを片面冷却パワーモジュール600で構成した形態である。片面冷却パワーモジュール600は、素子が実装されている素子マウント部651と、電気絶縁をとるための絶縁基板が取り付けられたベース652で構成され、素子マウント部651とベース652との間は、ロウ付け等で接合される。   FIG. 16 shows a third embodiment of the present invention, in which the power semiconductor module of the first embodiment is configured by a single-sided cooling power module 600. The single-sided cooling power module 600 includes an element mount portion 651 on which an element is mounted and a base 652 to which an insulating substrate for electrical insulation is attached. The element mount portion 651 and the base 652 are not connected to each other. Joined by attaching.

図17は、図16のF部の拡大図である。本構成の熱的接続部は、受熱スペーサ610の受熱部611とベース652との間、受熱スペーサ610の貫通孔612とベース652のピンフィン653との間、ならびに受熱部611と挟持部材410との間である。本実施形態においては、実施例1と同様に、熱接続部に熱伝導グリス450が充填されてピンフィン653の全表面を活用して放熱できるため、発熱体からの熱を効率良く伝えることができる。   FIG. 17 is an enlarged view of a portion F in FIG. The thermal connection part of this configuration includes the heat receiving part 611 of the heat receiving spacer 610 and the base 652, the through hole 612 of the heat receiving spacer 610 and the pin fin 653 of the base 652, and the heat receiving part 611 and the clamping member 410. Between. In the present embodiment, as in the first embodiment, the heat connection portion 450 is filled with the heat conductive grease 450 and the entire surface of the pin fin 653 can be used to dissipate heat, so that heat from the heating element can be efficiently transmitted. .

1:電力変換装置
2:商用電源
3:負荷
4:直流電圧
5:三相交流電力
7:充電電力
9:冷却ファン
10:冷却風
11:コンバータ
12:インバータ
13:充放電チョッパ
14:蓄電池
16:リアクトル
17:入力用フィルタ回路
18:出力用フィルタ回路
20:コンデンサ
21:定常電源側スイッチ
22:非定常電源側スイッチ
23:蓄電池保護用スイッチ
24:負荷側スイッチ
31:上アームのスイッチング素子
32:下アームのスイッチング素子
33:上アームの整流素子
34:下アームの整流素子
35:レグ
41r:R相交流端子
41s:S相交流端子
41t:T相交流端子
42u:U相交流端子
42v:V相交流端子
42w:W相交流端子
43:充放電チョッパ直流端子
100:両面冷却パワーモジュール(発熱体)
101:本体部
101a:本体部の端面
102:フランジ部
103:端子部
111:ゲート端子
112:絶縁体
113P:P端子
113N:N端子
113AC:AC端子
121、121A、121B:冷却面
122、122A、122B:ピンフィン
130:発熱体からの放熱経路1
131;発熱体からの放熱経路2
132:発熱体からの放熱経路3
201:上位制御回路
202:コンバータ制御回路
203:インバータ制御回路
204:充放電チョッパ制御回路
300A、300B:受熱スペーサ
301A、301B:受熱部(受熱板)
302A、302B:空間確保部
303A、303B:貫通孔(凹部)
310A、310B、311A、311B、315:空隙
320:押圧力
400、400A、400B:冷却器
410、410A、410B:挟持部材
420:固定具
430:ヒートパイプ
431:ヒートパイプの熱伝搬方向
440:放熱フィン
441:冷却器を通過する冷却風
450:熱伝導グリス
451:熱伝導シート
500:空冷型両面冷却パワーユニット
600:片面冷却パワーモジュール(発熱体)
610:片面冷却用受熱スペーサ
611:受熱部
612:貫通孔
620、621:空隙
651:素子マウント部
652:ベース
653:ピンフィン
1: Power converter 2: Commercial power supply 3: Load 4: DC voltage 5: Three-phase AC power 7: Charging power 9: Cooling fan 10: Cooling air 11: Converter 12: Inverter 13: Charge / discharge chopper 14: Storage battery 16: Reactor 17: Input filter circuit 18: Output filter circuit 20: Capacitor 21: Steady power supply side switch 22: Unsteady power supply side switch 23: Storage battery protection switch 24: Load side switch 31: Upper arm switching element 32: Lower Arm switching element 33: Upper arm rectifying element 34: Lower arm rectifying element 35: Leg 41r: R phase AC terminal 41s: S phase AC terminal 41t: T phase AC terminal 42u: U phase AC terminal 42v: V phase AC Terminal 42w: W-phase AC terminal 43: Charge / discharge chopper DC terminal 100: Double-sided cooling power module (heating element)
101: main body 101a: end face 102 of main body: flange 103: terminal 111: gate terminal 112: insulator 113P: P terminal 113N: N terminal 113AC: AC terminals 121, 121A, 121B: cooling surfaces 122, 122A 122B: Pin fin 130: Heat dissipation path 1 from the heating element
131; Heat dissipation path 2 from the heating element
132: Heat dissipation path 3 from the heating element
201: Host control circuit 202: Converter control circuit 203: Inverter control circuit 204: Charge / discharge chopper control circuit 300A, 300B: Heat receiving spacers 301A, 301B: Heat receiving portion (heat receiving plate)
302A, 302B: Space securing portions 303A, 303B: Through holes (concave portions)
310A, 310B, 311A, 311B, 315: gap 320: pressing force 400, 400A, 400B: cooler 410, 410A, 410B: clamping member 420: fixture 430: heat pipe 431: heat propagation direction of heat pipe 440: heat dissipation Fin 441: Cooling air 450 passing through the cooler 450: Thermal conductive grease 451: Thermal conductive sheet 500: Air-cooled double-sided cooling power unit 600: Single-sided cooling power module (heating element)
610: Single-sided cooling heat receiving spacer 611: Heat receiving portion 612: Through hole 620, 621: Air gap 651: Element mount portion 652: Base 653: Pin fin

Claims (8)

凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、
前記凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、
前記受熱スペーサと前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、
前記受熱スペーサを冷却する冷却器と、を有し、
前記挟持部材によって発熱体および受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、前記冷却面と前記凸部の端部面との距離は、前記冷却面と前記受熱スペーサの前記挟持部材に対向する面との距離よりも小さい発熱体の冷却構造。
A heating element having at least one cooling surface formed by projecting a convex portion;
A heat receiving spacer in which an insertion part into which the convex part is inserted is formed;
A clamping member that clamps the heat receiving spacer and the heating element while pressing,
A cooler for cooling the heat receiving spacer,
In the fitting state in which the heating element and the heat receiving spacer are fitted by the holding member, the distance between the cooling surface and the end surface of the convex portion is the cooling surface and the surface of the heat receiving spacer facing the holding member. Heating element cooling structure smaller than the distance.
前記発熱体の凸部を前記受熱スペーサの挿入部に嵌合させた嵌合状態の場合に、前記凸部と前記挿入部との間に形成される間隙に、第1の熱伝導材が充填される請求項1に記載の発熱体の冷却構造。   When the convex portion of the heating element is fitted to the insertion portion of the heat receiving spacer, the first heat conductive material is filled in the gap formed between the convex portion and the insertion portion. 2. The cooling structure for a heating element according to claim 1, wherein: 前記挟持部材と前記受熱スペーサの前記挟持部材に対向する面との間に形成される間隙に、第2の熱伝導材が充填される請求項1または2に記載の発熱体の冷却構造。   The cooling structure for a heating element according to claim 1 or 2, wherein a second heat conductive material is filled in a gap formed between the holding member and a surface of the heat receiving spacer facing the holding member. 前記発熱体を前記凸部が突出している方向と平行方向から見たときに、前記第2の熱伝導材が充填されている充填面積は、前記第1の熱伝導材が充填されている充填面積よりも大きい請求項3に記載の発熱体の冷却構造。   When the heating element is viewed from a direction parallel to the direction in which the convex portion protrudes, the filling area filled with the second heat conductive material is filled with the first heat conductive material. The heating element cooling structure according to claim 3, wherein the cooling structure is larger than the area. 前記挿入部は貫通孔である請求項1に記載の発熱体の冷却構造。   The heating element cooling structure according to claim 1, wherein the insertion portion is a through hole. 前記第2の熱伝導材は、熱伝導グリスである請求項1に記載の発熱体の冷却構造。   The heating structure cooling structure according to claim 1, wherein the second heat conductive material is heat conductive grease. 前記挟持部材は、前記発熱体の対向する二面に対して一対の前記受熱スペーサを各々押圧しつつ狭持するとともに、ヒートパイプと接触することにより前記発熱体の冷却を行い、
前記ヒートパイプには放熱フィンが設けられている請求項1乃至6のいずれかに記載の発熱体の冷却構造。
The sandwiching member sandwiches and presses the pair of heat receiving spacers against two opposing surfaces of the heating element, and cools the heating element by contacting a heat pipe,
The heat generating body cooling structure according to claim 1, wherein the heat pipe is provided with a radiation fin.
凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、
前記凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、
前記受熱板と前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、
前記受熱板を冷却する冷却器と、
前記挟持部材に接触されたヒートパイプと、
前記ヒートパイプに設けられている放熱フィンと、
を有し、
前記挟持部材によって前記発熱体および前記受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、前記冷却面と前記凸部の端部面との距離は、前記冷却面と前記受熱板の前記挟持部材に対向する面との距離よりも小さい電力変換装置。
A heating element having at least one cooling surface formed by projecting a convex portion;
A heat receiving spacer in which an insertion part into which the convex part is inserted is formed;
A sandwiching member that sandwiches the heat receiving plate and the heating element while pressing,
A cooler for cooling the heat receiving plate;
A heat pipe in contact with the clamping member;
Radiating fins provided in the heat pipe;
Have
In the fitting state in which the heating element and the heat receiving spacer are fitted by the holding member, the distance between the cooling surface and the end surface of the convex portion faces the holding member of the cooling surface and the heat receiving plate. A power converter that is smaller than the distance to the surface.
JP2015102367A 2015-05-20 2015-05-20 Cooling structure of heating element and power conversion device Pending JP2016220383A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015102367A JP2016220383A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Cooling structure of heating element and power conversion device
US15/143,705 US20160341487A1 (en) 2015-05-20 2016-05-02 Structure for Cooling Heat Generator and Power Conversion Equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015102367A JP2016220383A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Cooling structure of heating element and power conversion device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016220383A true JP2016220383A (en) 2016-12-22

Family

ID=57324670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015102367A Pending JP2016220383A (en) 2015-05-20 2015-05-20 Cooling structure of heating element and power conversion device

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20160341487A1 (en)
JP (1) JP2016220383A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10685900B2 (en) * 2018-10-22 2020-06-16 Deere & Company Packaging of a semiconductor device with phase-change material for thermal performance

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376462A (en) * 1986-09-19 1988-04-06 Hitachi Ltd Heat transfer device
JPH0574988A (en) * 1991-09-13 1993-03-26 Nec Corp Cooler of intergrated circuit
JPH0573961U (en) * 1992-03-13 1993-10-08 三菱電線工業株式会社 Heat pipe cooler
JPH09213854A (en) * 1996-02-06 1997-08-15 Hitachi Ltd Method of sealing liquid coolant in module
JP2000060106A (en) * 1998-08-14 2000-02-25 Toshiba Corp Power converter
JP2004241553A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Denso Corp Heat-radiating structure of electronic component
WO2014132399A1 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 三菱電機株式会社 Heat dissipating structure

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2208937A1 (en) * 1972-02-25 1973-09-06 Siemens Ag HEAT PIPE COOLING ARRANGEMENT FOR FLAT SEMI-CONDUCTOR COMPONENTS

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376462A (en) * 1986-09-19 1988-04-06 Hitachi Ltd Heat transfer device
JPH0574988A (en) * 1991-09-13 1993-03-26 Nec Corp Cooler of intergrated circuit
JPH0573961U (en) * 1992-03-13 1993-10-08 三菱電線工業株式会社 Heat pipe cooler
JPH09213854A (en) * 1996-02-06 1997-08-15 Hitachi Ltd Method of sealing liquid coolant in module
JP2000060106A (en) * 1998-08-14 2000-02-25 Toshiba Corp Power converter
JP2004241553A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Denso Corp Heat-radiating structure of electronic component
WO2014132399A1 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 三菱電機株式会社 Heat dissipating structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20160341487A1 (en) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5805838B1 (en) Heating element cooling structure, power converter unit and power converter
EP3039954B1 (en) Apparatus and methods using heat pipes for linking electronic assemblies that unequally produce heat
US9497887B2 (en) Cooling structure for heating element and power converter
JP2006210561A (en) Capacitor cooling structure and power converter
JP6932225B1 (en) Power converter
JP2012212776A (en) Electric power conversion device
JP5908156B1 (en) Heating element cooling structure
JP2016220383A (en) Cooling structure of heating element and power conversion device
JP2018107844A (en) Power conversion apparatus
JP2015115523A (en) Semiconductor apparatus for power conversion device, and power conversion device
US7072182B2 (en) Switching assembly
JP2018054499A (en) Loading device and method of applying load
JP6442381B2 (en) Fixing structure of heating element, power conversion unit and power conversion device
Liu et al. A High Power Density Thermal Management Approach Using Multi-PCB Distributed Cooling (MPDC) Structure
JP6533755B2 (en) Cooling structure of heating element
JP2016119813A (en) Server waste heat power generation system and rack-mount server
JP6912665B2 (en) Semiconductor device
JP2017103263A (en) Power conversion device
KR102454400B1 (en) Heat Emission Structure and Cooling Device using the same
EP3700315A1 (en) Power converter
KR101826727B1 (en) Heat sink and method for manufacturing thereof
Matsumoto et al. Development of modular concept uninterruptible power system
JP2009254106A (en) Instantaneous voltage drop compensator
Mabuchi et al. Modular Power Conversion Technology for Global Manufacturing and Operations
WO2018173154A1 (en) Power conversion unit

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170111

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170113

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181122

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190521