JP4775475B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
上記半導体モジュール又は上記リアクトルに熱的に接触している冷却器とを有し、
上記コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つは、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置された状態で上記冷却器に熱的に接触しており、
上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュール又は上記リアクトルに接続される端子であると共に、上記半導体モジュール及び上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子でもあり、
上記コンデンサ端子は、上記コンデンサに設けられた一対の電極にそれぞれ接続されており、
上記コンデンサ端子の少なくとも一つは、上記半導体モジュール又は上記リアクトルに接続される部位と、上記電極に接続される部位との間において、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置された状態で上記冷却器に熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
これにより、上記コンデンサ端子を大きな面積で上記冷却器に熱的に接触させることができるとともに、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
これにより、一つの冷却器によって、上記半導体モジュール又は上記リアクトルと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
この場合には、半導体モジュールとコンデンサとの間に形成される回路におけるインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
この場合には、効果的にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。
この場合には、上記冷却器の設計自由度が向上し、電力変換装置を構成する各部品の組み付け性を向上させることができる。
この場合には、組み付け性に優れた電力変換装置を得ることができる。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。また、ポッティング材とコンデンサ端子、或いはポッティング材とヒートシンクとの間に隙間が形成され難く、放熱効率を向上させることができる。
これにより、半導体モジュール又はリアクトルからコンデンサへの受熱経路において、コンデンサ端子が冷却器に熱的に接触することとなるため、より効果的に、コンデンサが受熱する前に、半導体モジュール又はリアクトルの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱をより効果的に抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。また、コンデンサ端子の発熱も抑制することができる。
これにより、半導体モジュール又はリアクトルからのコンデンサの受熱経路に熱的に連続した部分を冷却器に熱的に接触させることとなるため、充分にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、半導体モジュール又はリアクトルに接続するためのコンデンサ端子とは異なるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させればよいため、設計自由度を向上させることができる。
この場合には、一つの冷却器によって、上記半導体モジュール及び上記リアクトルと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
本発明の参考例にかかる電力変換装置につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子21を備えた半導体モジュール2と、該半導体モジュール2に電気的に接続されたコンデンサ3と、該コンデンサ3に設けられた複数のコンデンサ端子31のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器4とを有する。
上記ポッティング材34としては、例えばエポキシ樹脂等の熱伝導性に優れた熱硬化性樹脂を用いることができる。
なお、本例の電力変換装置1は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の動力源における電力変換に用いられる。
上記電力変換装置1においては、冷却器4がコンデンサ端子31に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子31の発熱を抑制すると共に、半導体モジュール2からコンデンサ3への伝熱を抑制し、コンデンサ3の温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子31は、半導体モジュール2の半導体端子21と直接接続されている。そして、コンデンサ3は、半導体モジュール2の熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子31を冷却器4に熱的に接触させることにより、コンデンサ3が受熱する前に半導体モジュール2の熱を冷却器4へ放熱することができる。そのため、コンデンサ3の受熱を抑制し、コンデンサ3の温度上昇を低減することができる。なお、半導体モジュール2からコンデンサ端子31を通じて冷却器4へ放熱される熱の移動を、図1における破線矢印Hにて表す。他の図においても同様に破線矢印Hにて熱の移動を表す。
また、冷却器4は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路41を有するため、効果的にコンデンサ3の温度上昇を抑制することができる。
本例は、図4に示すごとく、一対のコンデンサ端子31の双方が冷却器4に熱的に接触した電力変換装置1の例である。
本例においては、一方のコンデンサ端子31は、参考例1と同様に、コンデンサ素子32との接続部と半導体モジュール2の半導体端子21との接続部との間の部分において、冷却器4に対して絶縁材を介して接触するとともにコンデンサ3と冷却器4との間に配置される。そして、他方のコンデンサ端子31は、コンデンサ素子32との接続部と半導体端子21との接続部との間の部分から分岐部311を設け、この分岐部311を冷却器4に対して絶縁材を介して接触させるとともにコンデンサ3と冷却器4との間に配置する。
その他は、参考例1と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図5、図6に示すごとく、コンデンサ端子31をコンデンサ3のポッティング材34を介して冷却器4に熱的に接触させた電力変換装置1の例である。
コンデンサ端子31の一部は、コンデンサ素子32と共にポッティング材34によって封止されており、該ポッティング材34を介して冷却器4に熱的に接触している。
その他は、参考例1と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図7〜図10に示すごとく、コンデンサ端子31、310を4本設けたコンデンサ3を用いた電力変換装置1の例である。
本例におけるコンデンサ3は、半導体モジュール2の半導体端子21に接続するための一対のコンデンサ端子31の他に、昇降圧コンデンサ11(図3参照)と接続するための一対のコンデンサ端子310を有する。このコンデンサ端子310は、コンデンサ素子32の一対の電極33にそれぞれ接続されている。すなわち、このコンデンサ端子310は、半導体モジュール2と接続するためのコンデンサ端子31と電気的に直接接続されている。
このような、4本のコンデンサ端子31、310を設けたコンデンサ3を用いた電力変換装置1においても、参考例1〜3と同様に本発明を適用することができる。
図8、図10に示す電力変換装置1は、一対のコンデンサ端子31と他の一対のコンデンサ端子310とが互いに反対方向に突き出しており、2本のコンデンサ端子31が冷却器4に熱的に接触した例である。
また、図9、図10に示す電力変換装置1は、参考例3と同様に、コンデンサ端子31をコンデンサ3のポッティング材34を介して冷却器4に熱的に接触させた例である。
その他は、参考例1と同様である。
すなわち、半導体モジュール2に直接接続されないコンデンサ端子310を新たに設けた場合にも、このコンデンサ端子310は直接半導体モジュール2に接続されたコンデンサ端子31と接続される。そのため、これらのコンデンサ端子31、310の何れの部分において冷却器4によって冷却しても、半導体モジュール2からコンデンサ3への伝熱を低減して、コンデンサ3の温度上昇を抑制することができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図11、図12に示すごとく、コンデンサ3を冷却器4の主面42とは異なる端面43の方向に配置し、一対のコンデンサ端子31を冷却器4の端面43に熱的に接触させた電力変換装置1の例である。
また、一対のコンデンサ端子31は、コンデンサ3と冷却器4との間に配置される。
その他は、参考例1と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図13に示すごとく、半導体モジュール2を配置した冷却器4の主面42と同じ面にコンデンサ3を配置した電力変換装置1の例である。
一対のコンデンサ端子31は、半導体モジュール2を熱的に接触配置した冷却器4の主面42に、熱的に接触している。
その他は、参考例1と同様である。
本例の場合にも、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図14〜図17に示すごとく、コンデンサ素子32の一対の電極33に、それぞれ、コンデンサ端子310の他に、半導体モジュール2の端子に接続されたバスバー(図示略)を直接接続した例である。
また、コンデンサ端子310を、冷却器4に熱的に接触させるとともにコンデンサ3と冷却器4との間に配置し、その他端を、例えば昇降圧コンバータ11(図3参照)の端子111と接続する。
図14〜図17においては、半導体モジュール2の具体的配置及び半導体端子21については省略してあるが、何らかの形で半導体端子21は、コンデンサ端子310と電気的及び熱的に接続されている。
図15、図17に示す電力変換装置1は、2本のコンデンサ端子310が冷却器4に熱的に接触したものである。
また、図16、図17に示す電力変換装置1は、参考例3と同様に、コンデンサ端子310をコンデンサ3のポッティング材34を介して冷却器4に熱的に接触させたものである。
その他は、参考例1と同様である。
本例の場合にも、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図18、図19に示すごとく、一対のコンデンサ端子310を、昇降圧コンバータ11に接続される入力バスバー131、132にそれぞれ接続し、入力バスバー131、132を冷却器4に熱的に接触させた電力変換装置1の例である。
入力バスバー131、132には、複数のコンデンサ3が並列接続される。また、これらのコンデンサ3には、それぞれ半導体モジュール2が接続される。
その他は、参考例1と同様である。
本例の場合にも、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図20に示すごとく、コンデンサ3を半導体モジュール2と同じ側における冷却器4の主面42に配置した例である。
本例においては、コンデンサ3の本体部も冷却器4に熱的に接触させている。
その他は、実施例2と同様である。
本例の場合にも、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図21、図22に示すごとく、冷媒流路41を有する冷却管40と、該冷却管40に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンク400とからなる冷却器4を用いた電力変換装置1の例である。
半導体モジュール2は冷却管40に熱的に接触し、コンデンサ端子31はヒートシンク400に熱的に接触している。
ヒートシンク400は、アルミニウム又はその合金等、熱伝導性に優れた金属を用いて構成することができる。ヒートシンク400と冷却管40との間には、放熱グリスを介在させてもよい。
その他は、参考例1と同様である。
また、図21に示す電力変換装置1においては、予めコンデンサ3と一体化しておいたヒートシンク400を組み付け時に冷却管40と密着させることもできる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図23に示すごとく、リアクトル6と接続されるコンデンサ30において、そのコンデンサ端子31を冷却器4に熱的に接続した電力変換装置1の例である。
図3に示すごとく、電力変換装置1においては、直流電源52と昇降圧コンバータ11との間に、直流電源52のリプルを吸収するためのコンデンサ30が設けてある。このコンデンサ30の一方の端子は、昇降圧コンバータ11を構成するリアクトル6に接続されている。リアクトル6も発熱部品であって、リアクトル6からコンデンサ30が受熱するおそれがある。
また、半導体モジュール2もリアクトル6と共に同じ冷却器4に接触配置することもできる。
2 半導体モジュール
21 半導体端子
3、30 コンデンサ
31 コンデンサ端子
4 冷却器
Claims (8)
- 半導体素子を内蔵する半導体モジュール又はリアクトルに電気的に接続されたコンデンサと、
上記半導体モジュール又は上記リアクトルに熱的に接触している冷却器とを有し、
上記コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つは、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置された状態で上記冷却器に熱的に接触しており、
上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュール又は上記リアクトルに接続される端子であると共に、上記半導体モジュール及び上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子でもあり、
上記コンデンサ端子は、上記コンデンサに設けられた一対の電極にそれぞれ接続されており、
上記コンデンサ端子の少なくとも一つは、上記半導体モジュール又は上記リアクトルに接続される部位と、上記電極に接続される部位との間において、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置された状態で上記冷却器に熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、上記冷却器は、上記半導体モジュール及び上記リアクトルに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項5において、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項6において、上記半導体モジュール又は上記リアクトルは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項6又は7において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
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