JP2024004710A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易な構成でパワーモジュールから制御基板へ伝わる熱を遮断しつつ、冷却器にかかる負荷が増大することを抑制可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、ケーシングと、ケーシングに収容されたコンデンサと、ケーシングに収容され、コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュールと、パワーモジュールを冷却する冷却器と、パワーモジュールと隙間を介した状態でケーシングに収容され、パワーモジュールの駆動を制御する制御基板と、ケーシングに収容され、パワーモジュールと制御基板との間に配置された遮熱部と、を備える。遮熱部は、ケーシングの内面に当接することで、ケーシング内をパワーモジュールが配置された空間と制御基板が配置された空間とに区画する。
【選択図】図３

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

例えば特許文献１には、パワーモジュールが熱遮断部材によって覆われている半導体装置（電力変換装置）が開示されている。この半導体装置では、パワーモジュールを制御する回路を搭載した制御基板が熱遮断部材の上部に配置されている。

熱遮断部材は、パワーモジュールの上面を覆う平坦部と、この平坦部の両端部からそれぞれ垂下してパワーモジュールの側面を覆う一対の支持脚部とを有しており、これら一対の支持脚部の下端部がベース板の表面に接触して固定されている。これにより、パワーモジュールから制御基板へ熱が伝わることを抑制するとともに、熱が熱遮断部材に伝わった際、支持脚部の下端部からベース板を介して外部へ放散されている。

特開２００５－３３３０７４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の半導体装置では、ケース内でのパワーモジュールとの干渉を避けるように熱遮断部材を配置する必要がある。この際、熱遮断部材のより簡易な構成が求められている。

また、近年、パワーモジュールを有する電力変換装置の分野では、付加価値向上のためにパワー半導体素子の高電圧化・大電流化・高周波化・高速スイッチング化の機運が高まっている。それに伴って、パワーモジュールがより高温化する場合がある。

上記特許文献１に記載のような半導体装置では、パワーモジュールがベース板を介して冷却器によって冷却されることがある。この場合、ベース板を介して熱遮断板も冷却器によって冷却されるため、パワーモジュール全体が高温化した結果、冷却器にかかる負荷が高まる場合がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、より簡易な構成でパワーモジュールから制御基板へ伝わる熱を遮断しつつ、冷却器にかかる負荷が増大することを抑制可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る電力変換装置は、ケーシングと、前記ケーシングに収容されたコンデンサと、前記ケーシングに収容され、前記コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却する冷却器と、前記パワーモジュールと隙間を介した状態で前記ケーシングに収容され、前記パワーモジュールの駆動を制御する制御基板と、前記ケーシングに収容され、前記パワーモジュールと前記制御基板との間に配置された遮熱部と、を備え、前記遮熱部は、前記ケーシングの内面に当接することで、前記ケーシング内を前記パワーモジュールが配置された空間と前記制御基板が配置された空間とに区画する。

本開示によれば、より簡易な構成でパワーモジュールから制御基板へ伝わる熱を遮断しつつ、冷却器にかかる負荷が増大することを抑制可能な電力変換装置を提供することができる。

本開示の実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るパワーモジュールを図１に示すＩＩ－ＩＩ線方向で平面視した時の図である。 図２で示したＩＩＩ－ＩＩＩ線方向の断面図である。 本開示の第一実施形態に係る遮熱部の熱が伝導する方向を示した図である。 本開示の第二実施形態に係る電力変換装置の断面図であり、図３で示した部分に対応した図である。 本開示のその他の実施形態に係る電力変換装置の断面図であり、図３で示した部分に対応した図である。 本開示のその他の実施形態に係る電力変換装置の断面図であり、図３で示した部分に対応した図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による電力変換装置を実施するための形態を説明する。

＜第一実施形態＞
［電力変換装置］
電力変換装置は、直流電力を三相交流電力等に変換する装置である。本実施形態の電力変換装置には、例えば、発電所等の系統で用いられるインバータや、電気自動車等の電動機の駆動に用いられるインバータ等が挙げられる。

図１に示すように、電力変換装置１００は、ケーシング１と、外部入力導体２と、コンデンサ３と、電力変換部４と、冷却器５と、制御基板６と、遮熱部７とを備えている。なお、図１中では、紙面の都合上、ケーシング１、冷却器５、制御基板６、及び遮熱部７は、二点鎖線で示されている。

（ケーシング）
ケーシング１は、電力変換装置１００の外殻を成している。本実施形態におけるケーシング１は、アルミ等の金属又は合成樹脂等により形成されており、直方体状を成している。ケーシング１は、互いに背合わせとなるように配置されている二つの側面を有している。

以下、説明の便宜上、これら二つの側面のうち、一方側を向く側面を「入力側側面１ａ」と称し、他方側を向く側面を「出力側側面１ｂ」と称する。入力側側面１ａからは、直流電力を入力するための外部入力導体２が引き出されている。

（外部入力導体）
外部入力導体２は、電力変換装置１００の外部の電力系統等から供給される直流電力をコンデンサ３へ供給する一対の電気導体（バスバー）である。本実施形態における外部入力導体２は、銅等を含む金属により形成されている。外部入力導体２の一端は、コンデンサ３に接続されており、外部入力導体２の他端は、ケーシング１の入力側側面１ａと交差する方向に延びている。

（コンデンサ）
コンデンサ３は、外部入力導体２から入力された電荷を蓄えるとともに、電力変換に伴う電圧変動を抑えるための平滑コンデンサである。コンデンサ３は、ケーシング１に収容されている。外部入力導体２から入力された直流電圧は、コンデンサ３を経由して電力変換部４へ供給される。コンデンサ３は、本体部３ａと、接続導体３ｂとを有している。

本体部３ａは、主として上述した平滑コンデンサの機能を発揮する部分である。接続導体３ｂは、本体部３ａから電力変換部４へ電力を伝えるための電気導体（バスバー）である。接続導体３ｂは、銅等の金属によって形成されている。接続導体３ｂは、正極側端子３ｐと、負極側端子３ｎとを有している。

正極側端子３ｐは、コンデンサ３における正極を成しており、本体部３ａとパワーモジュール４０における正極とを接続する電流経路である。負極側端子３ｎは、コンデンサ３における負極を成しており、本体部３ａとパワーモジュール４０における負極とを接続する電流経路である。

これら正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎは、間隔をあけて並んで配置されている。正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎのそれぞれの一端は、本体部３ａに接続されている。なお、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎと、本体部３ａとの接続状態の詳細な図示は省略する。正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎのそれぞれの他端は、パワーモジュール４０に接続されている。

（電力変換部）
電力変換部４は、コンデンサ３から入力された電圧を変換する。電力変換部４は、ケーシング１に収容されている。本実施形態における電力変換部４は、三相交流電力を出力するために、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相用の出力をそれぞれ担当する三つのパワーモジュール４０を有している。したがって、本実施形態における電力変換装置１００は、三つのパワーモジュール４０を備える三相インバータである。

（パワーモジュール）
パワーモジュール４０は、入力された電力を変換して出力する装置である。図２及び図３に示すように、パワーモジュール４０は、ベースプレート４１と、回路基板４２と、外部出力導体４３と、ケース４４と、絶縁部４５と、ボンディングワイヤＷｂとを備えている。

ベースプレート４１は、平板状を成す部材である。ベースプレート４１は、表面４１ａと、この表面４１ａの裏側に位置する裏面４１ｂを有している。即ち、ベースプレート４１の表面４１ａと裏面４１ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。ベースプレート４１の裏面４１ｂは、接合材等（図示省略）を介して、冷却器５に固定されている。本実施形態におけるベースプレート４１には、例えば銅が採用される。なお、ベースプレート４１には、アルミニウム等の金属が採用されてもよい。

回路基板４２は、絶縁板４２１と、表面パターン４２２と、パワー半導体素子４２３と、裏面パターン４２４とを有している。

絶縁板４２１は、平板状を成している。絶縁板４２１は、第一面４２１ａと、この第一面４２１ａの裏側に位置する第二面４２１ｂとを有している。即ち、絶縁板４２１の第一面４２１ａと第二面４２１ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。絶縁板４２１の第二面４２１ｂには、銅箔等のパターンである裏面パターン４２４が一面に形成されている。当該裏面パターン４２４は、接合材Ｓを介してベースプレート４１の表面４１ａの中央に固定されている。

本実施形態における絶縁板４２１は、例えばセラミック等の絶縁材料により形成されている。なお、絶縁板４２１を形成する絶縁材料としては、セラミック以外にも、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、フッ素樹脂等を採用することができる。

表面パターン４２２は、絶縁板４２１の第一面４２１ａに形成された平面状に広がる銅箔等のパターンである。表面パターン４２２は、例えば、絶縁板４２１の第一面４２１ａに接合等で固定された後、エッチング等がなされることにより形成される。

表面パターン４２２は、絶縁板４２１の第一面４２１ａ上に複数配置されている。これら複数の表面パターン４２２は、絶縁板４２１が広がる方向で隙間を介して互いに隣接配置されている。本実施形態では、三つの表面パターン４２２が絶縁板４２１の第一面４２１ａ上に配置されている場合を一例として説明する。以下、説明の便宜上、これら三つの表面パターン４２２を第一表面パターン４２２ａ、第二表面パターン４２２ｂ、及び第三表面パターン４２２ｃと称する。

第一表面パターン４２２ａ及び第二表面パターン４２２ｂは、コンデンサ３と直流電流の入出力をやり取りするためのパターンであり、表面パターン４２２に形成されるＰＮ間のループにおける入口部分もしくは出口部分に相当する。本実施形態では、第一表面パターン４２２ａにコンデンサ３における正極側端子３ｐの他端が接続されており、第二表面パターン４２２ｂにコンデンサ３における負極側端子３ｎの他端が接続されている。第三表面パターン４２２ｃには、パワー半導体素子４２３によって変換された交流電流を電力変換装置１００の外部に設けられた負荷（図示省略）へ出力するための外部出力導体４３が接続されている。

パワー半導体素子４２３は、電圧や電流をオンオフするスイッチング動作により電力を変換する回路素子である。パワー半導体素子４２３は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子である。本実施形態では、一例として、パワー半導体にＭＯＳＦＥＴを適用した場合を示している。これら四つのパワー半導体素子４２３は、回路基板４２の表面パターン４２２に接続されている。なお、パワー半導体素子４２３にＩＧＢＴを使用する場合は、ＩＧＢＴとは逆方向へ電流を流すダイオードを並列配置する必要がある。

本実施形態における四つのパワー半導体素子４２３は、二つの第一パワー半導体素子４２３ａと、二つの第二パワー半導体素子４２３ｂとによって構成されている。第一パワー半導体素子４２３ａは、第一表面パターン４２２ａに接続されている。第二パワー半導体素子４２３ｂは、第三表面パターン４２２ｃに接続されている。

パワー半導体素子４２３がＭＯＳＦＥＴの場合、パワー半導体素子４２３は、ドレインに相当する入力用端子（図示省略）が形成された入力面と、ソースに相当する出力用端子（図示省略）が形成された出力面と、パワー半導体素子４２３のスイッチングを制御するための制御信号入力用端子に相当するゲート（図示省略）とを有する。

パワー半導体素子４２３の入力面は、表面パターン４２２に接合材Ｓを介して電気的に接続されている。パワー半導体素子４２３の出力面には、導線としてのボンディングワイヤＷｂの一端が電気的に接続されている。ボンディングワイヤＷｂは、アルミニウム等の金属によって形成されている。即ち、第一面４２１ａに形成された表面パターン４２２同士は、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。

第一パワー半導体素子４２３ａの入力面は、第一表面パターン４２２ａに接続されている。一端が第一パワー半導体素子４２３ａの出力面に接続されたボンディングワイヤＷｂの他端は、第三表面パターン４２２ｃに接続されている。第二パワー半導体素子４２３ｂの入力面は、第三表面パターン４２２ｃに接続されている。一端が第二パワー半導体素子４２３ｂの出力面に接続されたボンディングワイヤＷｂの他端は、第二表面パターン４２２ｂに接続されている。

第一パワー半導体素子４２３ａには、第一表面パターン４２２ａを介して直流電力が入力され、第二パワー半導体素子４２３ｂには、第二表面パターン４２２ｂ、及びこの第二表面パターン４２２ｂと第二パワー半導体素子４２３ｂとを接続するボンディングワイヤＷｂを介して直流電力が入力される。第一パワー半導体素子４２３ａと第二パワー半導体素子４２３ｂとがスイッチング動作を行うことにより、上記の直流電力が交流電力へ変換され第三表面パターン４２２ｃへ出力される。

パワー半導体素子４２３には、回路基板４２の外部に設けられたゲート駆動用回路基板（図示省略）によって生成された制御信号が入力される。パワー半導体素子４２３は、この制御信号に従ってスイッチングを行う。なお、パワー半導体素子４２３がＩＧＢＴの場合、パワー半導体素子４２３は、コレクタに相当する入力面と、エミッタに相当する出力面と、制御信号入力用端子に相当するゲートとを有する。

なお、ベースプレート４１の表面４１ａと絶縁板４２１の第二面４２１ｂに形成された裏面パターン４２４との接合、パワー半導体素子４２３と表面パターン４２２との接合、及び、ベースプレート４１の裏面４１ｂと冷却器５との接合に用いられる接合材Ｓには、例えば、半田や焼結材（金属等の粉末）等を採用することができる。

外部出力導体４３は、パワー半導体素子４２３によって変換された後の交流電力を電力変換装置１００の外部へ出力するための電気導体（バスバー）である。外部出力導体４３は、銅等を含む金属により形成されている。外部出力導体４３の一端は、回路基板４２における第三表面パターン４２２ｃに接続されている。図１に示すように外部出力導体４３の他端は、ケーシング１の出力側側面１ｂよりも外側に延びている。外部出力導体４３の他端には、例えば、モータ等の負荷につながる電流出力用の配線（図示省略）が接続される。

ケース４４は、ベースプレート４１の表面４１ａに固定された状態で、外部出力導体４３、及びコンデンサ３の接続導体３ｂを機械的に補強する部材である。ケース４４は、例えば、合成樹脂材料（絶縁材料）等により形成されている。本実施形態におけるケース４４を形成する材料には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を採用することができる。なお、ＰＰＳ以外の合成樹脂材料を、ケース４４に採用してもよい。ケース４４は、ベースプレート４１の表面４１ａに、例えば接着剤等によって固定されている。

ケース４４は、接続導体３ｂの正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ、並びに外部出力導体４３を外側から覆った状態で、回路基板４２を外側から囲っている。図２及び図３に示すように、ケース４４は、ベースプレート４１の表面４１ａに沿う方向で、回路基板４２を周囲から囲むケース４４を成している。したがって、ケース４４は、ベースプレート４１とともに回路基板４２が収容される空間を画成している。本実施形態では、説明の便宜上、回路基板４２が収容されるこの空間を「ポッティング空間Ｒｐ」と称する。

絶縁部４５は、ポッティング空間Ｒｐ内に配置されている絶縁部材である。ポッティング空間Ｒｐには、外部から液状のポッティング材が充填され（ポッティング）、ポッティング空間Ｒｐ内で露出する部材を封止する。ポッティング空間Ｒｐ内に充填されたポッティング材は、所定の時間がかけられることで硬化し、ポッティング空間Ｒｐ内における各部材間、及び各部材とパワーモジュール４０外部の空間とを電気的に絶縁する。

本実施形態におけるポッティング材には、例えばシリコンゲルやエポキシ樹脂を用いることができる。なお、ポッティング材には、シリコンゲルやエポキシ樹脂以外の合成樹脂を採用してもよい。したがって、絶縁部４５は、このポッティング材によって形成されている。ポッティング空間Ｒｐ内における絶縁部４５は、回路基板４２、ボンディングワイヤＷｂ、外部出力導体４３、及びコンデンサ３の接続導体３ｂのそれぞれの表面を覆うように配置されている。

（冷却器）
図１に示すように、冷却器５は、主として電力変換部４のパワーモジュール４０を冷却する装置である。冷却器５は、ケーシング１に積層されるように設けられており、ケーシング１に固定され一体化されている。冷却器５は、基部５１と、放熱フィン５２とを有している。なお、図３中では、基部５１及び放熱フィン５２は、点線で示されている。

基部５１は、板状を成している。基部５１は、接合材Ｓを介して、パワーモジュール４０におけるベースプレート４１の裏面４１ｂに接合される接合面５１ａと、この接合面５１ａとは反対側を向く放熱面５１ｂとを有している。

接合面５１ａと放熱面５１ｂとは、互いに平行を成した状態で背合わせになっている。放熱フィン５２は、基部５１の放熱面５１ｂに複数配置されている柱状を成す部材である。各放熱フィン５２は、基部５１を中心に、パワーモジュール４０とは反対の側へ放熱面５１ｂから突出している。

冷却器５には、例えば、外部から水等の液冷媒Ｗが導入される。基部５１の放熱面５１ｂと、放熱フィン５２は、この外部から導入された液冷媒Ｗと接触することで冷却される。液冷媒Ｗは、パワーモジュール４０から基部５１及び放熱フィン５２へ伝導した熱と熱交換して温められると同時に、パワーモジュール４０を冷却する。

（制御基板）
制御基板６は、パワーモジュール４０におけるパワー半導体素子４２３等の駆動を制御する基板である。制御基板６は、パワーモジュール４０と隙間を介した状態でケーシング１に収容されている。図２及び図３に示すように、制御基板６は、例えば、パワーモジュール４０におけるベースプレート４１に固定されたボルトＢ等によってパワーモジュール４０側から支持されている。本実施形態では、このボルトＢがベースプレート４１及び制御基板６に締結されることで、制御基板６がケーシング１内でパワーモジュール４０と隙間を介した状態で位置決めされている。なお、制御基板６とパワー半導体素子４２３とは、信号線等（図示省略）によって電気的に接続されている。

（遮熱部）
遮熱部７は、パワーモジュール４０から制御基板６へ熱が伝わることを抑制する。遮熱部７は、ケーシング１に収容されている。遮熱部７は、パワーモジュール４０と制御基板６との間に配置されている。本実施形態における遮熱部７は、板状を成す遮熱板７０である。遮熱板７０は、この遮熱板７０の厚みの部分に相当する面としての外縁部７０ａを有している。外縁部７０ａは、ケーシング１の内面１０、及びコンデンサ３の本体部３ａに当接している。

本実施形態における遮熱板７０は、ケーシング１の内面１０における側面１３に当接することで、ケーシング１内をパワーモジュール４０が配置された第一空間Ｒ１と、制御基板６が配置された第二空間Ｒ２とに区画している。なお、詳細な図示は省略するが、遮熱板７０には、例えば、パワーモジュール４０におけるベースプレート４１と制御基板６とを接続する上記のボルトＢが挿通する孔が形成されており、この孔にボルトＢが挿通することによって、遮熱板７０がケーシング１内でパワーモジュール４０側から支持されている。

遮熱板７０は、この遮熱板７０の板厚方向への熱伝導率よりも遮熱板７０の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている。本実施形態における遮熱板７０は、グラフェンによって形成されている。具体的には、遮熱板７０は、例えば、シート状を成すグラフェンが多数積層されることによって外縁部７０ａを有するように形成されている。

ここで、図４を用いて、本実施形態における遮熱板７０にパワーモジュール４０から熱が伝わった際、この遮熱板７０における熱が移動する方向を説明する。図４中では、熱が移動する様子を実線の矢印で示している。遮熱板７０中の熱は、この遮熱板７０の面内方向に移動するとともに、ケーシング１の内面１０における側面１３に当接した外縁部７０ａを通じてケーシング１に移動する。

また、遮熱板７０中の熱は、この遮熱板７０の面内方向に移動するとともに、コンデンサ３の本体部３ａに当接した外縁部７０ａを通じて本体部３ａに移動する。つまり、パワーモジュール４０が配置された第一空間Ｒ１側から遮熱板７０に伝わった熱は、遮熱板７０によって第二空間Ｒ２側へ移動することが抑制される。また、この熱は、遮熱板７０に留まることがなく、ケーシング１及びコンデンサ３の本体部３ａに伝導する。

（作用効果）
パワーモジュール４０における回路基板４２には、コンデンサ３の本体部３ａからの電流を入力するための接続導体３ｂや、変換された電流を電力変換装置１００の外部へ出力するための外部出力導体４３が接続されている。そのため、例えば、ケーシング１内に冷却器５に接続された遮熱部７を配置して、ケーシング１内を第一空間Ｒ１と第二空間Ｒ２とに区画する際、遮熱部７をこれら接続導体３ｂ及び外部出力導体４３と干渉しないような複雑な形状を採用する場合がある。

上記構成によれば、パワーモジュール４０から制御基板６へ熱が伝わることを抑制する遮熱部７が、遮熱板７０といった簡易な構成で実現されている。また、遮熱板７０の外縁部７０ａがケーシング１の内面１０及びコンデンサ３の本体部３ａに当接することで区画されるケーシング１内の第一空間Ｒ１から第二空間Ｒ２へ熱の移動が抑制されるとともに、遮熱板７０に伝わった熱は、ケーシング１及びコンデンサ３の本体部３ａへ移動する。これにより、遮熱板７０に伝わった熱を遮熱板７０に留まらせずに、この熱をケーシング１やコンデンサ３の本体部３ａ等の冷却器５とは異なる部品へ逃がすことができる。したがって、例えば、冷却器５が遮熱部７を直接的に冷却する構成と比較して、冷却器５にかかる負荷を低減させることができる。その結果、より簡易な構成でパワーモジュール４０から制御基板６へ伝わる熱を遮断しつつ、冷却器５にかかる負荷が増大することを抑制することができる。

また、上記構成によれば、遮熱板７０が、板厚方向への熱伝導率よりも面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されているため、第一空間Ｒ１から第二空間Ｒ２へ熱が移動することをより抑制しつつ、遮熱板７０に熱が留まることをより抑制することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本開示に係る電力変換装置１００の第二実施形態について図５を参照して説明する。なお、以下に説明する第二実施形態では、上記の第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、パワーモジュール４０における遮熱部７の構成が、第一実施形態で説明した構成と異なっている。

（遮熱部）
遮熱部７は、パワーモジュール４０から制御基板６へ熱が伝わることを抑制する。本実施形態における遮熱部７は、平板部７１と、複数の側壁板部７２とを有している。

平板部７１は、板状を成している。平板部７１は、パワーモジュール４０と制御基板６との間の隙間に配置されている。平板部７１は、この平板部７１の厚みの部分に相当する面としての外縁部７１ａを有している。側壁板部７２は、板状を成している。本実施形態における側壁板部７２は、平板部７１と一体を成すようにこの平板部７１における四つの外縁部７１ａのそれぞれに接続された状態で、ケーシング１の内面１０における天面１１に固定されている。側壁板部７２の外縁部７２ａは、天面１１に当接している。したがって、四つの側壁板部７２は、平板部７１と一体にケーシング１に収容されており、この平板部７１と天面１１とを接続している。なお、天面１１と第一実施形態で説明した側面１３とは、垂直の関係にある。

四つの側壁板部７２のうち、隣り合う側壁板部７２同士は一体に接続されている。したがって、ケーシング１内の空間は、これら平板部７１と四つの側壁板部７２とによって、パワーモジュール４０が配置された第一空間Ｒ１と、制御基板６が配置された第二空間Ｒ２とに区画されている。本実施形態における第一空間Ｒ１の容積は、第二空間Ｒ２の容積よりも大きい。

四つの側壁板部７２は、平板部７１の広がる方向から制御基板６を囲っている。即ち、四つの側壁板部７２は、平板部７１の面内方向から制御基板６を囲っている。図５中では、紙面の都合上、四つの側壁板部７２のうち、制御基板６を間に挟んだ状態で対向する二つの側壁板部７２の断面のみが示されている。

なお、詳細な図示は省略するが、平板部７１には、例えば、パワーモジュール４０におけるベースプレート４１と制御基板６とを接続する上記のボルトＢが挿通する孔が形成されており、この孔にボルトＢが挿通することによって、平板部７１がケーシング１内でパワーモジュール４０側から支持されている。

平板部７１は、この平板部７１の板厚方向への熱伝導率よりも平板部７１の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている。また、側壁板部７２は、この側壁板部７２の板厚方向への熱伝導率よりも側壁板部７２の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている。本実施形態における平板部７１及び側壁板部７２は、グラフェンによって形成されている。

ここで、図６を用いて、本実施形態における遮熱部７にパワーモジュール４０から熱が伝わった際、この遮熱部７における熱が移動する方向を説明する。図６中では、熱が移動する様子を実線の矢印で示している。遮熱部７中の熱は、この遮熱部７の平板部７１及び側壁板部７２それぞれの面内方向に移動するとともに、天面１１に当接した側壁板部７２の外縁部７２ａを通じてケーシング１に移動する。つまり、パワーモジュール４０が配置された第一空間Ｒ１側から遮熱部７に伝わった熱は、平板部７１及び側壁板部７２によって第二空間Ｒ２側へ移動することが抑制される。また、この熱は、これら平板部７１及び側壁板部７２に留まることがなく、側壁板部７２からケーシング１に伝導する。

（作用効果）
上記構成では、平板部７１と、この平板部７１の面内方向（平板部７１の広がる方向）から制御基板６を囲む四つの側壁板部７２とによって遮熱部７が構成されている。各側壁板部７２の外縁部７２ａは、ケーシング１の内面１０における天面１１に接続されている。これにより、熱が対流することによって第一空間Ｒ１から第二空間Ｒ２へ移動することをより抑制することができる。

また、上記構成によれば、遮熱部７の平板部７１及び側壁板部７２が、板厚方向への熱伝導率よりも面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている。したがって、第一空間Ｒ１から第二空間Ｒ２へ熱が移動することをより抑制しつつ、遮熱部７に熱が留まることをより抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

なお、第一実施形態で説明された遮熱板７０は、グラフェンによって形成される構成に限定されることはなく、例えば、ボロフェン等の材料によって形成されてもよい。したがって、遮熱板７０は、板厚方向への熱伝導率よりも面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されていればよい。また、第二実施形態で説明した遮熱部７における平板部７１及び側壁板部７２は、グラフェンによって形成される構成に限定されることはなく、例えば、ボロフェン等の材料によって形成されてもよい。したがって、実施形態で説明した遮熱板７０、平板部７１、及び側壁板部７２は、板厚方向への熱伝導率よりも面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されていればよい。

また、第二実施形態で説明された側壁板部７２は、ケーシング１の内面１０における側面１３に当接する構成であってもよい。

また、上述した電力変換装置１００は、遮熱部７とパワーモジュール４０との間に配置され、パワー半導体素子４２３のスイッチングを制御可能なゲート駆動用基板（図示省略）を更に備えてもよい。ゲート駆動用基板は、例えば、パワー半導体素子４２３におけるゲート、及び制御基板６と信号線等によって電気的に接続されている。また、ゲート駆動用基板には、例えば、上記のボルトＢが挿通する孔が形成されており、この孔にボルトＢが挿通することによって、ゲート駆動用基板がケーシング１内でパワーモジュール４０側から支持されてもよい。
したがって、遮熱部７は、上述した制御回路をケーシング１内でパワーモジュール４０から熱的に保護する構成であればよい。

また、図７に示すように、電力変換装置１００は、ケーシング１に収容され、外部出力導体４３を流れる電流値を検出可能な電流センサ８を更に備えてもよい。電流センサ８は、外部出力導体４３と非接触状態で電流値を測定可能な貫通型電流センサ（カレントトランス）である。電流センサ８は、冷却器５における基部５１の接合面５１ａに当接した状態で、外部出力導体４３の一部の外面を取り囲むように配置されている。電力変換装置１００が電流センサ８を備えている場合、第一実施形態で説明した遮熱板７０の外縁部７０ａは、例えば、この電流センサ８に当接してもよい。

なお、上記実施形態では、電力変換装置１００としてインバータを一例にして説明したが、電力変換装置１００はインバータに限定されることはない。電力変換装置１００は、例えば、コンバータや、インバータとコンバータとを組み合わせたもの等、パワー半導体素子４２３により電力変換を行う装置であってもよい。電力変換装置１００がコンバータの場合は、外部の入力電源（図示省略）から外部出力導体４３に交流電圧が入力されて回路基板４２におけるパワー半導体素子４２３がこの交流電圧を直流電圧に変換し、パワー半導体素子４２３からの直流電圧が接続導体３ｂを通じて電力変換装置１００の外部へ出力される構成であってもよい。

＜付記＞
各実施形態に記載の電力変換装置は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る電力変換装置１００は、ケーシング１と、前記ケーシング１に収容されたコンデンサ３と、前記ケーシング１に収容され、前記コンデンサ３からの直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュール４０と、前記パワーモジュール４０を冷却する冷却器５と、前記パワーモジュール４０と隙間を介した状態で前記ケーシング１に収容され、前記パワーモジュール４０の駆動を制御する制御基板６と、前記ケーシング１に収容され、前記パワーモジュール４０と前記制御基板６との間に配置された遮熱部７と、を備え、前記遮熱部７は、前記ケーシング１の内面１０に当接することで、前記ケーシング１内を前記パワーモジュール４０が配置された空間と前記制御基板６が配置された空間とに区画する。

これにより、遮熱部７がケーシング１の内面１０に当接するといった簡易な構成で、遮熱部７によって区画されるケーシング１内の空間同士で熱が移動することを抑制することができる。また、遮熱部７に伝わった熱は、ケーシング１へ移動するため、この熱を遮熱板７０に留まらせずにケーシング１へ逃がすことができる。

（２）第２の態様に係る電力変換装置１００は、（１）の電力変換装置１００であって、前記遮熱部７は、前記パワーモジュール４０と前記制御基板６との間の前記隙間に配置された遮熱板７０を有し、前記遮熱板７０の外縁部７０ａは、前記ケーシング１の前記内面１０に当接していてもよい。

これにより、パワーモジュール４０から制御基板６へ熱が伝わることを抑制可能な遮熱部７を、遮熱板７０といった簡易な構成で実現することができる。

（３）第３の態様に係る電力変換装置１００は、（２）の電力変換装置１００であって、前記遮熱板７０は、該遮熱板７０の板厚方向への熱伝導率よりも前記遮熱板７０の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されていてもよい。

これにより、遮熱板７０によって区画されるケーシング１内の空間同士で熱が移動することをより抑制しつつ、遮熱板７０に熱が留まることをより抑制することができる。

（４）第４の態様に係る電力変換装置１００は、（１）の電力変換装置１００であって、前記遮熱部７は、前記パワーモジュール４０と前記制御基板６との間の前記隙間に配置された平板部７１と、前記平板部７１の外縁部７１ａと前記ケーシング１の前記内面１０とを接続することで、前記制御基板６を前記平板部７１の面内方向から囲む複数の側壁板部７２と、を有してもよい。

これにより、熱の対流によって熱がパワーモジュール４０側の空間から制御基板６側の空間へ移動することをより抑制することができる。

（５）第５の態様に係る電力変換装置１００は、（４）の電力変換装置１００であって、前記平板部７１及び前記側壁板部７２は、これら平板部７１及び側壁板部７２の板厚方向への熱伝導率よりもこれら平板部７１及び側壁板部７２の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されていてもよい。

これにより、遮熱部７によって区画されるケーシング１内の空間同士で熱が移動することをより抑制しつつ、遮熱部７の平板部７１及び側壁板部７２に熱が留まることをより抑制することができる。

１…ケーシング １ａ…入力側側面 １ｂ…出力側側面 ２…外部入力導体 ３…コンデンサ ３ａ…本体部 ３ｂ…接続導体 ３ｐ…正極側端子 ３ｎ…負極側端子 ４…電力変換部 ５…冷却器 ６…制御基板 ７…遮熱部 ８…電流センサ １０…内面 １１…天面 １３…側面 ４０…パワーモジュール ４１…ベースプレート ４１ａ…表面 ４１ｂ…裏面 ４２…回路基板 ４３…外部出力導体 ４４…ケース ４５…絶縁部 ５１…基部 ５１ａ…接合面 ５１ｂ…放熱面 ５２…放熱フィン ７０…遮熱板 ７０ａ，７１ａ，７２ａ…外縁部 ７１…平板部 ７２…側壁板部 １００…電力変換装置 ４２１…絶縁板 ４２１ａ…第一面 ４２１ｂ…第二面 ４２２…表面パターン ４２２ａ…第一表面パターン ４２２ｂ…第二表面パターン ４２２ｃ…第三表面パターン ４２３…パワー半導体素子 ４２３ａ…第一パワー半導体素子 ４２３ｂ…第二パワー半導体素子 ４２４…裏面パターン Ｂ…ボルト Ｒ１…第一空間 Ｒ２…第二空間 Ｒｐ…ポッティング空間 Ｓ…接合材 Ｗ…液冷媒 Ｗｂ…ボンディングワイヤ

Claims (5)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに収容されたコンデンサと、
   前記ケーシングに収容され、前記コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールを冷却する冷却器と、
   前記パワーモジュールと隙間を介した状態で前記ケーシングに収容され、前記パワーモジュールの駆動を制御する制御基板と、
   前記ケーシングに収容され、前記パワーモジュールと前記制御基板との間に配置された遮熱部と、
   を備え、
   前記遮熱部は、前記ケーシングの内面に当接することで、前記ケーシング内を前記パワーモジュールが配置された空間と前記制御基板が配置された空間とに区画する電力変換装置。
2. 前記遮熱部は、前記パワーモジュールと前記制御基板との間の前記隙間に配置された遮熱板を有し、
   前記遮熱板の外縁部は、前記ケーシングの前記内面に当接している請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記遮熱板は、該遮熱板の板厚方向への熱伝導率よりも前記遮熱板の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記遮熱部は、
   前記パワーモジュールと前記制御基板との間の前記隙間に配置された平板部と、
   前記平板部の外縁部と前記ケーシングの前記内面とを接続することで、前記制御基板を前記平板部の面内方向から囲む複数の側壁板部と、
   を有する請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記平板部及び前記側壁板部は、これら平板部及び側壁板部の板厚方向への熱伝導率よりもこれら平板部及び側壁板部の面内方向への熱伝導率が高い熱伝導材によって形成されている請求項４に記載の電力変換装置。

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