JP5241688B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に電気自動車およびハイブリッド自動車への車載用の電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a vehicle-mounted power conversion device for an electric vehicle and a hybrid vehicle.
電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、一般にモータに供給する電力を制御するためにインバータなどの電力変換装置を備えている。 An electric vehicle or a hybrid vehicle is equipped with a motor as a power source of the vehicle, and generally includes a power conversion device such as an inverter for controlling electric power supplied to the motor.
電力変換装置は、IGBTなどの電力用半導体を含むパワーモジュールとそのパワーモジュールを駆動する駆動回路、それらを制御する制御回路、および電流平滑化のためのコンデンサを備えている。これらの電子部品は高温に弱いため冷却する必要があり、特に大容量で発熱量が大きい電力変換装置では冷却水を循環させる水冷構造の冷却器を備えたものが多い。 The power conversion device includes a power module including a power semiconductor such as an IGBT, a drive circuit that drives the power module, a control circuit that controls them, and a capacitor for current smoothing. Since these electronic components are vulnerable to high temperatures, it is necessary to cool them. In particular, many power converters having a large capacity and a large calorific value are provided with a water-cooled cooler for circulating cooling water.
上記インバータの部品の中でも発熱量が大きいパワーモジュールの冷却装置は特に高性能のものが要求される。そこで、半導体素子を表裏の両面から冷却する、両面冷却モジュールが実用化されている。例えば特開2006−93293号公報に両面冷却モジュールのための冷却器構造が開示されている。 Among the inverter parts, a power module cooling device that generates a large amount of heat is required to have a particularly high performance. Thus, a double-sided cooling module that cools the semiconductor element from both the front and back sides has been put into practical use. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-93293 discloses a cooler structure for a double-sided cooling module.
しかしながら、冷却水が複数のパワーモジュールによって温度上昇した場合であっても冷却性能低下の影響を抑えることが求められている。 However, even when the temperature of the cooling water is increased by a plurality of power modules, it is required to suppress the influence of the cooling performance deterioration.
本発明が解決しようとする課題は、冷却水が複数のパワーモジュールによって温度上昇した場合であっても冷却性能低下の影響を抑えることである。 The problem to be solved by the present invention is to suppress the influence of a decrease in cooling performance even when the temperature of the cooling water is increased by a plurality of power modules.
前述の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、第1半導体チップと、当該第1半導体チップの一方の主面と対向する第1導体板と、当該第1半導体チップの他方の主面と対向する第2導体板と、を有する第1半導体モジュールと、第2半導体チップと、当該第2半導体チップの一方の主面と対向する第3導体板と、当該第2半導体チップの他方の主面と対向する第4導体板と、を有し、当該第3導体板が前記第1半導体モジュールの第2導体と対向するように配置される第2半導体モジュールと、冷媒入口部と、前記第1半導体モジュール及び前記第2半導体モジュールに対して前記冷媒入口部が配置された側に配置された冷媒出口部と、前記第1半導体モジュールの前記第1導体板を挟んで、前記第1半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第1流路と、前記第1半導体モジュールの前記第2導体板を挟んで、前記第1半導体チップの配置側とは反対側に設けられ第2流路と、前記第2半導体モジュールの前記第3導体板を挟んで、前記第2半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第3流路と、前記第2半導体モジュールの前記第4導体板を挟んで、前記第2半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第4流路と、前記冷媒入口部と前記第1流路と接続するための第1中間流路と、前記冷媒出口部と前記第2流路と接続するための第2中間流路と、前記冷媒入口部と前記第3流路と接続するための第3中間流路と、前記冷媒出口部と前記第4流路と接続するための第4中間流路と、を備え、前記第1流路を流れる冷媒の流れ方向と前記第2流路を流れる冷媒の流れ方向が反対となるように、前記第1流路と前記第2流路が設けられ、前記第3流路を流れる冷媒の流れ方向と前記第4流路を流れる冷媒の流れ方向が反対となるように、前記第3流路と前記第4流路が設けられ、前記冷媒入口部と前記冷媒出口部は、前記第1流路の高さ方向に対して異なる位置に配置され、前記第2中間流路と前記第3中間流路は、前記第1流路の高さ方向から射影した当該第1中間流路の投影部と当該第3中間流路の投影部が交差するように形成される。 In order to solve the above-described problems, a power conversion device according to the present invention includes a first semiconductor chip, a first conductor plate facing one main surface of the first semiconductor chip, and the other of the first semiconductor chip. A first semiconductor module having a second conductor plate facing the main surface; a second semiconductor chip; a third conductor plate facing one main surface of the second semiconductor chip; and A second conductor module having a fourth conductor plate facing the other main surface, the third conductor plate being disposed so as to face the second conductor of the first semiconductor module, and a refrigerant inlet portion. The first semiconductor module and the second semiconductor module sandwiching the refrigerant outlet portion disposed on the side where the refrigerant inlet portion is disposed and the first conductor plate of the first semiconductor module, 1 Semiconductor chip placement side A first flow path provided on the opposite side, a second flow path provided on the opposite side to the arrangement side of the first semiconductor chip across the second conductor plate of the first semiconductor module, and the first 2 sandwiching the third conductor plate of the semiconductor module, sandwiching the third flow path provided on the side opposite to the arrangement side of the second semiconductor chip, sandwiching the fourth conductor plate of the second semiconductor module, A fourth flow path provided on the side opposite to the arrangement side of the second semiconductor chip, a first intermediate flow path for connecting the refrigerant inlet portion and the first flow path, the refrigerant outlet portion, and the A second intermediate flow path for connecting to the second flow path, a third intermediate flow path for connecting to the refrigerant inlet portion and the third flow path, and a connection to the refrigerant outlet portion and the fourth flow path. A fourth intermediate flow path, and a flow direction of the refrigerant flowing in the first flow path and flowing in the second flow path The first flow path and the second flow path are provided such that the flow direction of the refrigerant is opposite, and the flow direction of the refrigerant flowing through the third flow path and the flow direction of the refrigerant flowing through the fourth flow path are The third flow path and the fourth flow path are provided so as to be opposite, and the refrigerant inlet part and the refrigerant outlet part are arranged at different positions with respect to the height direction of the first flow path, In the second intermediate flow path and the third intermediate flow path, the projection part of the first intermediate flow path projected from the height direction of the first flow path intersects the projection part of the third intermediate flow path. Formed.
本発明によれば、冷却水の温度上昇による冷却性能低下の影響を複数のモジュールに分散させて全体の冷却性能の向上を図ることができる。 According to the present invention, the overall cooling performance can be improved by dispersing the influence of the cooling performance decrease due to the temperature rise of the cooling water to the plurality of modules.
本実施形態の具体的構成に説明する前に、本実施形態の原理及び課題について説明する。 Before describing the specific configuration of the present embodiment, the principle and problems of the present embodiment will be described.
電力変換装置の冷却器においては、複数のパワーモジュールに対する冷却水の分配が問題となる。特許文献1に記載されたような流路構成においては冷却水の入口・出口に近い手前側の流路と入口・出口から遠い奥側の流路では流量に差が生じ、手前側の流路の流量が大きく冷却性能も高い傾向になる。
In the cooler of a power converter, distribution of cooling water to a plurality of power modules becomes a problem. In the flow path configuration as described in
特許文献1に記載の電力変換装置においては、この冷却性能の偏りを逆に利用して、冷却性能の高い部分に発熱量の大きいモジュールを、冷却性能の低い部分に発熱量の小さいモジュールを配置している。この構成によってモジュール間の温度の均一化が図れるとしている。
In the power conversion device described in
しかし、電力変換装置に搭載される各々のモジュールの発熱量には、必ずしも冷却能力の差を打ち消すだけの発熱量の違いが生じるとは限らない。また、個々のモジュールの発熱量は、車両の走行状態に依存するため、発熱量の大きいモジュールと発熱量の小さいモジュールが常に決まっているとは限らず、ある状態では手前側のモジュールの発熱量が大きいが、別の状態では奥側のモジュールの発熱量が大きいということも起り得る。 However, the amount of heat generated by each module mounted on the power converter does not necessarily have a difference in the amount of heat generated that cancels the difference in cooling capacity. In addition, since the amount of heat generated by each module depends on the running state of the vehicle, a module that generates a large amount of heat and a module that generates a small amount of heat are not always determined. However, it is possible that the heat generation amount of the back module is large in another state.
そこで、それぞれのモジュールの発熱量がおよそ均等である場合、あるいは発熱量の大小関係が状況によって変わる場合には、全てのモジュールに均等に冷却水を分配できるような冷却水流路構造が望ましい。 Therefore, when the heat generation amount of each module is approximately equal, or when the magnitude relationship of the heat generation amount changes depending on the situation, a cooling water flow path structure that can distribute the cooling water evenly to all the modules is desirable.
例えば、流量の分配を均一化するために流路の分岐部に流量調節弁などを設ける構造も考えられる。しかし、弁は圧力損失が大きいため、インバータに冷却水を送り込むための動力を増大させるというデメリットがある。また、流路の分岐数が多い場合には、弁を用いたとしても均等に分岐させることは困難である。 For example, a structure in which a flow rate adjusting valve or the like is provided at a branch portion of the flow path in order to make the flow rate distribution uniform can be considered. However, since the valve has a large pressure loss, there is a demerit that the power for feeding cooling water to the inverter is increased. In addition, when the number of branches of the flow path is large, even if a valve is used, it is difficult to branch evenly.
つぎに、特許文献1の冷却水路構造においては流路の分岐数が非常に多いため、それぞれの流路に流れ込む冷却水の流量が小さくなる。冷却フィンの冷却能力は冷却水の流量に依存するため、分岐数が多くなると共に流量が減り、冷却能力が低下するという問題がある。
Next, in the cooling water channel structure of
一方、全く分岐せずに1本の流路を蛇行させて冷却器を構成しようとすると、それぞれのモジュールの冷却器による圧力損失が全て加算されるため、インバータ全体では非常に大きな圧力損失を生じる結果となる。従って、流路の分岐数は冷却能力と圧力損失のバランスを考慮して最適の値を選択する必要がある。 On the other hand, when trying to configure a cooler by meandering one flow path without branching at all, all the pressure losses due to the coolers of the respective modules are added, resulting in a very large pressure loss in the entire inverter. Result. Therefore, it is necessary to select an optimal value for the number of branches of the flow path in consideration of the balance between the cooling capacity and the pressure loss.
また、水冷構造ではパワーモジュールから放出された熱を冷却水が受け取るために、その温度が上昇し、下流側のパワーモジュールの冷却性能が劣化することが問題となる。特に特許文献1のように個々のパワーモジュールに接する冷却水の流量が小さい場合には水温上昇量も大きくなる傾向にある。
Further, in the water cooling structure, since the cooling water receives the heat released from the power module, the temperature rises and the cooling performance of the downstream power module deteriorates. In particular, when the flow rate of cooling water in contact with each power module is small as in
さらに、特許文献1の冷却水路構造においては、冷却水の入口・出口の流路とパワーモジュールの冷却用の流路が垂直に交わる構造を採っており、流路の分岐部では流れが直角に曲げられるため圧力損失が大きい。
Furthermore, the cooling water channel structure of
本実施形態は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の両面冷却パワーモジュールに対して、およそ均等に冷却水を分配し、かつ、冷却水路全体の圧力損失を小さく保つことである。 The present embodiment has been made in view of the above problems, and its purpose is to distribute the cooling water approximately equally to the plurality of double-sided cooling power modules and to keep the pressure loss of the entire cooling water channel small. It is.
また、本実施形態の別の目的は、インバータ装置に要求される冷却性能と冷却水の圧力損失の制限値に従って冷却流路の最適な分岐数を選択できるような流路構造を提供することにある。 Another object of the present embodiment is to provide a flow path structure that can select the optimal number of branches of the cooling flow path according to the cooling performance required for the inverter device and the limit value of the pressure loss of the cooling water. is there.
また、本実施形態の別の目的は、冷却水の温度上昇による影響が下流側のパワーモジュールに集中することを避け、冷却能力の均一化を図ることである。 Another object of the present embodiment is to make the cooling capacity uniform by avoiding the influence of the temperature rise of the cooling water from concentrating on the downstream power module.
本実施形態のさらに別の目的は、圧力損失の低い流路分岐構造を提供することにある。 Still another object of the present embodiment is to provide a flow path branching structure with low pressure loss.
以下、本実施形態の具体的構成について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a specific configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の回路ブロック構成の例を示した図である。図1に示すように、電力変換装置100は、バッテリ200とモータジェネレータ300とに接続されて、バッテリ200から供給される直流電流を3相の交流電流に変換して、モータジェネレータ300へ供給する装置である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit block configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1,
電力変換装置100は、バッテリ200から供給される直流電流を安定化し、平滑化するためのコンデンサ一体モジュール110と、直流電流から3相の交流電流を生成するためのインバータ装置120を含んで構成される。また、インバータ装置120は、U相V相W相の3相を構成する上下アーム直列回路121と、それを制御する制御モジュール130と、を含んで構成されている。
The
尚、図1に示す実施形態では、インバータ装置120が1つである場合を例に挙げて説明するが、図3などを参照して後述するように、インバータ装置120を複数にすることで、変換する電力量の増大や複数のモータジェネレータ300に対応することも可能である。
In the embodiment shown in FIG. 1, a case where there is one
インバータ装置120において、上下アーム直列回路121のそれぞれは、IGBT125とダイオード126との並列接続回路からなる2つの電流スイッチ回路が直列に配置されて構成される。上下アーム直列回路121の上下端は、それぞれ、バッテリ200の正極および負極に直流コネクタ140を介して接続される。そして、その上側(正極側)に配置されたIGBT125とダイオード126とからなる電流スイッチ回路は、いわゆる、上アームとして動作し、下側(負極側)に配置されたIGBT125とダイオード126とからなる電流スイッチ回路は、いわゆる、下アームとして動作する。
In the
インバータ装置120は、それぞれの上下アーム直列回路121の中点位置、すなわち、上下の電流スイッチ回路の接続部分からは、3相の交流電流u,v,wが出力され、その出力された3相の交流電流u,v,wは、交流コネクタ160を介して、モータジェネレータ300へ供給される。
In the
また、制御モジュール130は、3組の上下アーム直列回路121を駆動制御するドライバ回路131と、ドライバ回路131へ制御信号を供給する制御回路132と、を含んで構成される。ここで、ドライバ回路131から出力される信号は、パワーモジュール122の上アームおよび下アームの各IGBT125に供給され、そのスイッチング動作を制御して、各上下アーム直列回路121から出力される交流電流u,v,wの振幅や位相などを制御する。
The
制御回路132は、3組の上下アーム直列回路121における各IGBT125のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータを備えている。そのマイクロコンピュータには、入力情報として、モータジェネレータ300に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路121からモータジェネレータ300へ供給する電流値、およびモータジェネレータ300の回転子の磁極位置などが入力される。
The
これらの入力情報のうち、目標トルク値は、図示しない上位の制御装置から出力された指令信号に基づく。また、電流値は、各上下アーム直列回路121から出力される交流電流の電流値を検出する電流センサ150の検出信号に基づく。また、磁極位置は、モータジェネレータ300に設けられた図示しない回転磁極センサの検出信号に基づく。
Among these pieces of input information, the target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown). The current value is based on the detection signal of the
また、制御モジュール130は、過電流,過電圧,過温度などの異常検知を行う機能を有し、上下アーム直列回路121を保護している。ちなみに、各アームのIGBT125のエミッタ電極は、ドライバ回路131に接続され、ドライバ回路131は、それぞれのIGBT125ごとにエミッタ電極における過電流検知を行い、過電流が検知されたIGBT125については、そのスイッチング動作を停止させ、過電流から保護する。
In addition, the
また、制御回路132には、上下アーム直列回路121に設けられた図示しない温度センサや、上下アーム直列回路121の両端に印加される直流電圧を検出する検出回路などからの信号が入力され、それらの信号に基づき、過温度,過電圧などの異常を検知する。そして、過温度,過電圧などの異常を検知した場合には、全てのIGBT125スイッチング動作を停止させ、パワーモジュール122全体を過温度,過電圧などの異常から保護する。
The
なお、以上に示した電力変換装置100において、IGBT125およびダイオード126からなる電流スイッチ回路は、MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いて構成してもよい。また、3組の上下アーム直列回路121は、2つの上下アーム直列回路を含んで構成され、2相の交流電流を出力するものとしてもよい。さらに、電力変換装置100は、図1の回路構成とほとんど同様に構成される3相(2相)の交流電流を直流電流に変換する装置であってもよい。
In the
詳細は後述するが、本実施例に関する半導体モジュール1は、各相の上下アーム直列回路121に対応して構成する2in1タイプを用いている。ただし、本実施例で示す冷却水路21と半導体モジュール1の位置関係は、1in1タイプの半導体モジュール(上アームと下アームに分けた各アームを1つの単位とした構成)や、6in1タイプの半導体モジュール(3相分の上下アームを一纏めにした構成)でも変わらない。
As will be described in detail later, the
図2は、本実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図の例を示した図である。図2に示すように、電力変換装置100は、上フタ10,筐体20によって構成される。詳細は後述するが、本実施形態の電力変換装置100は、筐体20の内部には、2つのインバータ装置120が収納されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an external perspective view of the power conversion device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
本実施形態の場合、筐体20の内部には、2つのインバータ装置120が収納されている。筐体20内の上部には、制御モジュール130などが収納され、また、筐体20内の下部には、コンデンサ一体モジュール110が収納されており、筐体20内の中心には上下アーム直列回路121を構成する半導体モジュールが、複数搭載されている。上下アーム直列回路121を構成する半導体モジュールとコンデンサ一体モジュール110は、後述する冷却水路21に上方から挿入し冷却する。
In the case of this embodiment, two
筐体20の1つの側壁には、冷却水流路に冷却水を供給するための冷却水入口孔11と、各発熱部により温められた冷却水を冷却水流路から排出するための冷却水出口孔12と、が設けられている。また、当該冷却水入口孔11が設けられた側壁に、制御モジュール130が上位システムなどの外部装置と信号の送受信を行うための信号線を保持した制御信号用コネクタ30が設けられている。
A cooling
さらに、筐体20の他の側壁には、2つのインバータ装置120に対応して図示しない2つの交流コネクタ160を突出させるための横ふた2bが設けられている。
Further, a
図3は、本実施形態に係る電力変換装置100の筐体20の内部構造の例を示した分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the internal structure of the
筐体20内には、各相の上下アーム直列回路121に対応して構成する2in1タイプの半導体モジュール1が6個搭載されているため、2つのインバータ装置120を駆動することが可能である。
In the
筐体20の内部には、ダイキャストなどで形成された冷却水路21が筐体20の下部側に設けられている。筐体20の上部側には、制御回路基板50やドライバ回路基板40が配置される。
A cooling
冷却流路21は、制御回路基板50やドライバ回路基板40が設けられた側に開口が形成された半導体モジュール1の収納空間を形成する。また、冷却流路21は、半導体モジュール1の収納空間と同様に、制御回路基板50やドライバ回路基板40が設けられた側に開口が形成されたコンデンサの収納空間を形成する。
The
各半導体モジュール1は、半導体モジュール1の収納空間に収納される。またコンデンサ一体モジュール110も、コンデンサセル111部がコンデンサの収納空間に収納される。
Each
直流コネクタ140は、冷却入口孔11が形成された側壁とは反対側の側壁に設けられ、横ふた2aにより絶縁保護される。交流コネクタ160は、横フタ2bにより絶縁保護される。
The
コンデンサ一体モジュール110は、冷却水路21からドライバ回路基板40の方向に、コンデンサセル111と、PNバスバー112と、コンデンサケース113とにより構成される。
The capacitor integrated
コンデンサセル111は、フィルム状の導体を巻回した構造を成し、PNバスバー112の平面部に当該コンデンサセル111の外周面が対向するように配置される。
The
PNバスバー112は、正極導体板及び負極導体板と、正極導体板と負極導体板との間に挟まれた絶縁材とに構成されたラミネート構造である。PNバスバー112は、複数のコンデンサセル111を覆うように幅広に構成される。また、PNバスバー112は、6つの半導体モジュール1の端子を貫通させるための孔144を6つ形成する。また、直流コネクタ140に近いPNバスバー112の辺側に、直流端子142が設けられている。
The
コンデンサケース113は、コンデンサセル111とPNバスバー112を収納するためのケースである。また、コンデンサケース113が、複数の螺子勘合部14を介して螺子により筐体20に固定されると、コンデンサケース113は各半導体モジュール1のフランジを筐体20に押し付けることになる。これにより、冷却流路21から冷媒が漏れることを抑制できる。また、セルを格納するケースを、シール用押圧部材として用いることで、高信頼で小型の電力変換装置が実現できる。
The
ACバスバー114は、コンデンサケース113の上方に配置され、各半導体モジュール1から交流コネクタ160まで配線される。電流センサ150は、交流コネクタ160に装着され、各半導体モジュール1から出力される交流電流の電流値を検出している。
The
本実施形態は半導体モジュール1やコンデンサ一体モジュール110を、冷却水流路21に上方から挿入するスロットイン構造を採用したものであり、その結果組立性が向上する。
This embodiment employs a slot-in structure in which the
図4は、本実施形態に係る2in1タイプ半導体モジュール1の内部構造の例を示した分解図である。半導体モジュール1は、パワー半導体素子(本実施例ではIGBT125とダイオード126)の一方の面側に正極側導体板402aと上下アーム接続用導体板402dを配置し、パワー半導体素子の他方の面側に負極側導体板402bと交流側の導体板402cを配置することによって、図1の上下アーム直列回路121を構成する。
FIG. 4 is an exploded view showing an example of the internal structure of the 2-in-1
このように構成された上下アーム直列回路121は、筒型のケース405に挿入される。ケース405は、一面に信号用端子403a〜403d及び主電流端子を当該ケース405外部に突出させるための開口部406を有する。また、ケース405は、パワー半導体素子の主面と平行な両面にピンフィンが形成されている。本実施例では特にピンフィンを設けるが、平板フィンを用いても良い。
The upper and lower
ケース405の内壁と、正極側導体板402a,上下アーム接続用導体板402d,負極側導体板402b及び交流側の導体板402cとの間には、絶縁シート401が設けられる。なお、ケース405内にはモールドレジンが充填される。
An insulating
本実施例では、IGBT125とダイオード126が上アームと下アームそれぞれに2並列された例を示しており、素子を並列化することにより、熱抵抗を減らすことができるメリットがある。ただし、並列数はインバータ要求出力と素子コストに応じて変えても良い。 In this embodiment, an example is shown in which two IGBTs 125 and two diodes 126 are arranged in parallel in the upper arm and the lower arm, respectively, and there is an advantage that the thermal resistance can be reduced by paralleling the elements. However, the parallel number may be changed according to the inverter required output and the element cost.
負極側導体板402bや交流側導体板402cがパワー半導体素子に接合する面には、IGBT125の位置に相当部位にエミッタ側突起部404a、ダイオード126の位置に相当部位にアノード側突起部404bを設けている。これにより、導体板の平面度を完全に零にしなくても、パワー半導体素子(本実施例ではIGBT125とダイオード126)の両面を挟む際に必要な応力を発生させることができ、かつ突起部で熱を拡散することが可能となり熱抵抗を低減できる効果を持っている。
On the surface where the negative electrode
また、交流側導体板402cと上下アーム接続用導体板402dとの間には、上下アーム接続用突起部408が位置し、それらは、はんだ接合される。信号用端子403a/403bは、ドライバ回路基板40から出力されるドライブ信号を受取り、各IGBTチップ125を制御する。また、信号用端子403c/403dは、各IGBT125から出力される電流を制御回路基板50へ入力し、過電流検知を行い、過電流が検知された場合には、対応するIGBTのスイッチング動作を停止させ、対応するIGBTを過電流から保護する。
Also, the upper and lower
上アーム用IGBTチップ125aを制御するための上アーム用の信号用端子403aや上アーム用IGBTチップ125aから出力される信号を受け取る上アーム用の信号用端子403cと、下アーム用IGBTチップ125bを制御するための下アーム用の信号用端子403bや下アーム用IGBTチップ125bから出力される信号を受け取る上アーム用の信号用端子403dは、全て一方の導体板402に固定するため、導体板402と端子403を繋ぐワイヤボンディングの接続工程を容易にし、生産性や接続信頼性の向上につながる。
An upper
図5は、図3で説明した電力変換装置100の内、特に筐体20に半導体モジュール1とコンデンサ一体モジュール110を挿入した際に形成される冷却水路21と冷却水入口孔11と冷却水出口孔12の位置関係を表した図である。
FIG. 5 shows the cooling
図3に示されるように、コンデンサケース113は、コンデンサセル111の収納するためのコンデンサセル収納部113a〜113cを設ける。また、図5に示されるように、コンデンサセル収納部113aとコンデンサセル収納部113bとの間には、U相を構成する半導体モジュール1aが2つ配置される。2つの半導体モジュール1aは、コンデンサセル収納部113a及びコンデンサセル収納部113bの長手方向に沿って並べて配置される。
As shown in FIG. 3, the
また、コンデンサセル収納部113bとコンデンサセル収納部113cとの間には、V相を構成する半導体モジュール1bが2つ配置される。2つの半導体モジュール1bは、コンデンサセル収納部113b及びコンデンサセル収納部113cの長手方向に沿って並べて配置される。
In addition, two
また、コンデンサセル収納部113cと筐体20の側壁との間には、W相を構成する半導体モジュール1cが2つ配置される。2つの半導体モジュール1cは、コンデンサセル収納部113bの長手方向に沿って並べて配置される。
In addition, two
第1U相モジュール側流路23aは、半導体モジュール1aの放熱面とコンデンサセル収納部113aとの間に形成される。第2U相モジュール側流路23bは、半導体モジュール1aの放熱面とコンデンサセル収納部113bとの間に形成される。第1V相モジュール側流路23cは、半導体モジュール1bの放熱面とコンデンサセル収納部113bとの間に形成される。第2V相モジュール側流路23dは、半導体モジュール1bの放熱面とコンデンサセル収納部113cとの間に形成される。第1W相モジュール側流路23eは、半導体モジュール1cの放熱面とコンデンサセル収納部113cとの間に形成される。第2W相モジュール側流路23fは、半導体モジュール1cの放熱面と筐体20の内壁との間に形成される。
The first U-phase module
次に冷却水入口孔11から供給される冷却水が、どのように各モジュール側面流路23へ配分され、どのように冷却水出口孔12へ排出されるのかを説明する。まず冷却水入口孔11から供給される冷却水は、入口側流路22a〜22cで3分岐される。第1入口側流路22aは、第1U相モジュール側流路23aと冷却水入口孔11と繋がる。第2入口側流路22bは、第2U相モジュール側流路23bと冷却水入口孔11と繋がる。第3入口側流路22cは、第1V相モジュール側流路23cと冷却水入口孔11と繋がる。
Next, how the cooling water supplied from the cooling
冷却水入口孔11と冷却水出口孔12が存在する面と反対側の筐体20の面には、Uターン部流路24a〜24fが設けられる。第1Uターン部流路24aは、第1U相モジュール側流路23aと繋がる。第2Uターン部流路24bは、第1U相モジュール側流路23bと繋がる。第1Uターン部流路24aと第2Uターン部流路24bは、合流部29にて結合され、当該合流部29において冷媒が混ざり合うように構成される。さらに合流部29と繋がる第5Uターン部流路24e及び第6Uターン部流路24fが設けられ、第5Uターン部流路24e及び第6Uターン部流路24fにおいて流路が再び分岐される。第5Uターン部流路24eは、第1W相モジュール側流路23eと繋がる。第6Uターン部流路24fは、第2W相モジュール側流路23fと繋がる。
On the surface of the
一方、第3Uターン部流路24cは、第1V相モジュール側流路23cと繋がる、第4Uターン部流路24dは、第3Uターン部流路24cと分岐することなく繋がる。第2V相モジュール側流路23dは、第4Uターン部流路24dと繋がる。
On the other hand, the
第1出口側流路25aは、第2W相モジュール側流路23fと繋がる。第2出口側流路25bは、第1W相モジュール側流路23eと繋がる。第3出口側流路25cは、第2V相モジュール側流路23dと繋がる。そして、第1出口側流路25aと第2出口側流路25bと第3出口側流路25cが、冷却水出口孔12側で結合され、冷媒は当該結合部分において合流した状態で冷却水出口孔12から排出される。
The first outlet-
半導体モジュール1a〜1cの放熱面は、冷却水入口孔11内の液進行方向と平行となるように、半導体モジュール1a〜1cが筐体20に配置される。一方、U相を構成する半導体モジュール1aとV相を構成する半導体モジュール1bとW相を構成する半導体モジュール1cとの配置方向は、冷却水入口孔11内の液進行方向と略垂直になるように、半導体モジュール1a〜1cが筐体20に配置される。
The
また、本実施例では、1つの筐体20の中に2台のインバータ装置120が内蔵される。つまり、3つの2in1半導体モジュールが1つのモータを駆動するためのインバータを構成し、当該インバータが2つ設けられるので、2in1半導体モジュールは6つ設けられる。
In this embodiment, two
コンデンサセル111を1箇所の収納空間に集約させず、複数あるモジュール側面流路23に隣接させて複数の領域に離れて配置させる。これにより、コンデンサのセル両面から冷却が可能となるため、コンデンサセル111の冷却性向上につながり、その結果、筐体20の床面積の殆どを占めているコンデンサ一体モジュール110を小型化することができる。
The
さらに、各半導体モジュール1a〜1cの両面に存在する放熱面に沿って、モジュール側面流路23を設け、冷却水を供給することで、各半導体モジュール1を効率よく冷却できる。
Furthermore, each
本実施例では、同一相のモジュール間はモジュール間流路形成体27によって接続されている。モジュール間流路形成体27は、2つのモジュール間で冷却水を淀ませることなく各相2つずつ存在する半導体モジュール対応する流路を繋げる役割を持っている。また、モジュール間流路形成体27は、半導体モジュール1の ケース405に存在するフランジ面と筺体20の接触面積を増やすことができるので、シール性を確保する役割も併せ持っている。
In the present embodiment, modules in the same phase are connected by an inter-module flow
本構成は、冷却水入口孔11や出口孔12内を流れる液の進行方向と並行な方向に長手方向を持つ半導体モジュール1とモジュール側面流路23a〜23fが設けられているため、流路が分岐合流する箇所で各流路に低圧力損失でおよそ均等に冷却水を分配することが可能となる。また、3分岐の状態で往復しているため、全く分岐せずに1本の流路を蛇行させて冷却器を構成する方法に比べて、圧力損失を小さくすることが可能となる。
In this configuration, the
さらに、V相半導体モジュール1bは、対向する流れ(往路進行方向3aと復路進行方向3b)に挟まれるように配置されているため、水温上昇の影響を対向する流れで相殺する効果を持っている。つまり、V相半導体モジュール1bは、U相半導体モジュール1aやW相半導体モジュール1cに挟まれるように配置されるため、U相半導体モジュール1aやW相半導体モジュール1cからの熱のあおりを受けやすく、U相やW相に比べて温度が高くなる傾向がある。そこで、V相に関して水温上昇の影響を対向する流れで相殺することによって、全体の冷却性能を向上させられる。
Furthermore, since the V-
また、図5に示す入口側流路22a〜22cや出口側流路25a〜25cは、図3に示す制御信号用コネクタ30側に配置され、図5のUターン部流路24は図3の直流コネクタ140側に配置される。モジュール側面流路23a〜23f以外の流路(入口側流路22a〜22cや出口側流路25a〜25cやUターン部流路)は、分岐合流し全てのモジュールに均等に冷却水を分配する機能を持っているが、冷却にはほとんど寄与していない。よって、冷却には寄与していない流路部分の上方に、冷却の必要性に乏しい制御信号用コネクタ30から出る信号線や直流コネクタ140から出るバスバーを設け、筐体20内の冷却水路21のスペース効率を上げることにより、電力変換装置100を小型化することができる。
Further, the inlet
入口側流路22a〜22cや出口側流路25a〜25cやUターン部流路の各流路は、各半導体モジュール1a〜1c内部のIGBT125やダイオード126の方向に向かって、液が供給されるように形成される。チップ搭載領域128aは半導体モジュール1a内部に設けられ、当該チップ搭載領域128aは半導体モジュール1aの放熱面と平行に形成される。流れ方向4a及び4bは、チップ搭載領域128aと平行な放熱面に対して所定の角度を持つように、入口側流路22a及び22bを形成する。これにより、チップ搭載領域128aを効率良く冷却することができる。チップ搭載領域128b及び128cについても同様である。このように冷却性能を向上できるため、IGBT125やダイオード126の並列数や素子面積を小さくすることが可能となり、その結果、半導体モジュール1の小型化が可能となる。
The inlet-
なお、冷却水入口孔11や冷却水出口孔12が入れ替わっても、冷却性能が変わらないように、中心のV相半導体モジュール1bを軸に左右対称の流路構造となっている。これにより電力変換装置100の取り付け自由度を増す効果がある。
In addition, even if the cooling
図6は、本発明の第2実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例では、インバータ装置120が1つの場合を例にした構造であり、基本的構成は図5とほぼ同じである。特許文献1の流路構成(全ての半導体モジュール1a〜1cの放熱面が冷却水入口孔11に対して垂直な方向に配列)とは異なり、図6に示すように入口側流路22に接続される半導体モジュール1の放熱面を冷却水入口孔11内の液進行方向と平行に配置する。この結果、入口側流路22や出口側流路25が、3つの半導体モジュール1に対して、およそ均等に冷却水を分配し、かつ、冷却水路全体の圧力損失を小さく保つことができる。さらに、U相半導体モジュール1aやW相半導体モジュール1cからの熱のあおりを受けやすいV相半導体モジュール1bは、対向する流れ(往路進行方向3aと復路進行方向3b)を跨ぐように配置されているため、水温上昇の影響を対向する流れで相殺できるため、冷却性能の低下を抑制できる。また、実施例1とは異なり、モジュール間流路形成体27を必要とせず、部品点数を削減することができる。
FIG. 6 is a view showing the positional relationship between the water channel structure and the semiconductor module according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the structure is an example in which the number of
図7は、本発明の第3実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例と第1実施例と異なるところは、Uターン流路部の形状である。本実施例の第3Uターン流路部24c及び第4Uターン流路部24dの形状は、3分岐した流路全てがターン部で合流する構造になっている。
FIG. 7 is a view showing the positional relationship between the water channel structure and the semiconductor module according to the third embodiment of the present invention. The difference between the present embodiment and the first embodiment is the shape of the U-turn channel section. The shapes of the third U-turn
例えば、車両の縁石乗り上げ等でモータがロック(ストール)状態にあるときには、各相の半導体モジュール1a〜1cの内、電流が流れる特定の相に発熱が集中する場合がある。このとき、V相半導体モジュール1bに発熱が集中する場合は、水温上昇が少ないU相半導体モジュール1a側からもV相の復路側流路に液を供給できるようにする方が望ましい。本実施例のUターン流路の形状は、3分岐した流路全てがターン部で合流する構造になっているため、上記のようにV相半導体モジュール1bに発熱が集中する場合に、第1Uターン部流路部24aや第2Uターン流路部24bからも第4Uターン部流路部24dへ向かって水温上昇していない液を供給することができ、V相の素子温度を下げる効果が期待できる。
For example, when the motor is in a locked (stall) state due to a curb ride on the vehicle or the like, heat may concentrate on a specific phase in which current flows among the
図8〜図11は、本発明の第4実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例は、図5や図7と同様に、半導体モジュール1a〜1cの放熱面は、冷却水入口孔11内の液進行方向と平行となるように、半導体モジュール1a〜1cが筐体20に配置される。一方、U相を構成する半導体モジュール1aとV相を構成する半導体モジュール1bとW相を構成する半導体モジュール1cとの配置方向は、冷却水入口孔11内の液進行方向と略垂直になるように、半導体モジュール1a〜1cが筐体20に配置される。
8-11 is the figure which showed the positional relationship of the water channel structure and semiconductor module which concern on 4th Embodiment of this invention. In this embodiment, as in FIGS. 5 and 7, the
さらに、第1Uターン部流路24aが第2Uターン部流路24bに繋がり、第3Uターン部流路24cが第4Uターン部流路24dに繋がり、第5Uターン部流路24eが第6Uターン部流路24fに繋がる点も、図5や図7とは異なる。
Further, the first
図8は、半導体モジュール1a〜1cを筐体20に差し込んだ状態の斜視図であり、全ての半導体モジュール1a〜1cが対向する流れに挟まれていることを特徴とする。
FIG. 8 is a perspective view of a state in which the
図9は、図8の冷却水出口孔12の中心線を通る断面図であり、図10は図8の冷却水入口孔11の中心線を通る断面図である。また図11は各モジュール周辺の流れの方向を模式的に表したフロー図を表す。
9 is a cross-sectional view passing through the center line of the cooling
次に冷却水入口孔11から供給される冷却水が、どのように各モジュール側面流路へ配分され、どのように冷却水出口孔12へ排出されるのかを説明する。まず冷却水入口孔11から供給される冷却水は、入口側流路22で3分岐される。第1U相モジュール側流路23aと冷却水入口孔11は第1入口側流路22aによって接続され、第1V相モジュール側流路23cと冷却水入口孔11は第2入口側流路22bによって接続され、第1W相モジュール側流路23eと冷却水入口孔11は第3入口側流路22cによって接続される。
Next, how the cooling water supplied from the cooling
冷却水入口孔11と冷却水出口孔12が存在する面と逆の面側で、第1U相モジュール側流路23aと第2U相モジュール側流路23b、第1V相モジュール側流路23cと第2V相モジュール側流路23d、第1W相モジュール側流路23eと第2W相モジュール側流路23fがUターン部流路24a〜24fによってそれぞれ接続される。
The first U-phase module-
第2U相モジュール側流路23bと冷却水出口孔12が第1出口側流路25aによって接続され、第2V相モジュール側流路23dと冷却水出口孔12が第1出口側流路25bによって接続され、第2W相モジュール側流路23fと冷却水出口孔12が第3出口側流路25cによって接続され、3つの出口側流路25が合流した状態で冷却水出口孔12へ排出される。
The second U-phase
流路を分岐させる入口側流路22が流路を合流させる出口側流路25と上下の方向に立体交差させることにより、全ての半導体モジュール1a〜1cが対向する流れに挟まれるように配置することが可能となる。本実施例では流路が3分岐しているため、全く分岐せずに1本の流路を蛇行させて冷却器を構成するよりも圧力損失を下げることができ、全ての半導体モジュール1で水温上昇の影響を対向する流れで相殺できる。
The inlet side flow path 22 for branching the flow path is three-dimensionally intersected with the outlet side flow path 25 for merging the flow paths in the vertical direction so that all the
図12〜図14は、本発明の第5実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例は、図8〜図11と同様に、流路を分岐させる入口側流路22が流路を合流させる出口側流路25と上下の方向に立体交差されている。 12-14 is the figure which showed the positional relationship of the water channel structure and semiconductor module which concern on 5th Embodiment of this invention. In this embodiment, as in FIGS. 8 to 11, the inlet-side channel 22 that branches the channel is three-dimensionally intersected with the outlet-side channel 25 that joins the channel in the vertical direction.
ただし、U相・V相・W相の順で半導体モジュール1a〜1cが上流から下流に向けて直列配列されていることや、流路が2分岐されていることが図8〜図11とは異なる。次に冷却水入口孔11から供給される冷却水が、どのように各モジュール側面流路23へ配分され、どのように冷却水出口孔12へ排出されるのかを説明する。
However, the fact that the
まず冷却水入口孔11から供給される冷却水は、入口側流路22で2分岐し、2つの第1U相モジュール側流路23aと冷却水入口孔11は、それぞれ第1入口側流路22aと第2入口側流路22bによって接続される。冷却水入口孔11と冷却水出口孔12が存在する面と逆の面側で、第1W相モジュール側流路23eと第2W相モジュール側流路23fがUターン部流路24によって接続される。
First, the cooling water supplied from the cooling
ここで2つのW相半導体モジュール1cはそれぞれ独立に流路を形成し、第1Uターン部流路24aは第2Uターン部流路24bに接続され、第3Uターン部流路24cは第4Uターン部流路24dに接続される。
Here, the two W-
2つの第2U相モジュール側流路23bと冷却水出口孔12が、それぞれ第1出口側流路25aと第2出口側流路25bによって接続され、2つの出口側流路25が合流した状態で冷却水出口孔12へ排出される。
The two second U-phase module
なお、冷却水出口孔12は、半導体モジュール1a〜1cに対して冷却水入口孔11が配置された側に同じ側であって、筐体20の一面に設けられる。図12に示される第1入口側流路22aと第2入口側流路22bは、冷却水入口孔11と半導体モジュール側の流路を繋ぐ中間流路として機能する。同じく、第1出口側流路25aと第2出口側流路25bは、冷却水出口孔12と半導体モジュール側の流路を繋ぐ中間流路として機能する。
The cooling
また、本実施形態においては、入口側流路22と出口側流路25と上下の方向に立体交差させるために、冷却水入口孔11と冷却水出口孔12は、半導体モジュール1a〜1cの高さ方向、若しくは半導体モジュール側の流路の高さ方向に対して異なる位置に配置される。ここで、入口側流路22と出口側流路25と上下の方向に立体交差させるということは、第1入口側流路22aと第2出口側流路25bを半導体モジュール側の流路の高さ方向から射影した場合における第1入口側流路22aの投影部と出口側流路25の投影部が交差するように、第1入口側流路22aと第2出口側流路25bを形成することである。
Further, in the present embodiment, the cooling
本実施例の半導体モジュール1の配置でも、全ての半導体モジュール1が対向する流れを跨ぐように配置することが可能となり、全く分岐せずに1本の流路を蛇行させて冷却器を構成するよりも圧力損失を下げることができ、全ての半導体モジュール1で水温上昇の影響を対向する流れで相殺できる。
Even with the arrangement of the
ここで、水温上昇の影響を対向する流れで相殺できる点について、図15を用いて説明する。図15は、入口孔からの距離と液温やIGBT温度の関係を示す。液温とIGBT温度の温度差ΔTは、熱抵抗に発熱量を乗じることによって得られる値で、各半導体モジュール部のフィン間流速が一定であれば、入口孔から出口孔まで、ほぼ一定の値を示す。液温は各半導体モジュールから熱を受取り出口孔に向かって上昇する。例えば、インバータ全損失が6kWで、エチレングリコール水溶液50%を10L/min流したとすると入口孔と出口孔の液温差は約10℃になる。従来構成のIGBT温度は液温が上昇した分だけ上昇することになり、出口孔付近のIGBTの温度は高くなる。一方、本発明で提案する両面放熱構造は、片側の放熱面に低温側の冷媒が接し、反対側の放熱面に高温側の冷媒が接するため、液温上昇の影響は相殺され平均温度からの温度差ΔTを考えれば良い。故に、出口孔付近のIGBTの温度は従来構造に比べて低くなり、その結果製品寿命を延命できる。 Here, the point that the influence of the water temperature rise can be offset by the opposing flow will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows the relationship between the distance from the inlet hole, the liquid temperature, and the IGBT temperature. The temperature difference ΔT between the liquid temperature and the IGBT temperature is a value obtained by multiplying the heat resistance by the calorific value. If the flow velocity between the fins of each semiconductor module part is constant, it is a substantially constant value from the inlet hole to the outlet hole. Indicates. The liquid temperature receives heat from each semiconductor module and rises toward the outlet hole. For example, if the total inverter loss is 6 kW and 50% ethylene glycol aqueous solution is flowed at 10 L / min, the liquid temperature difference between the inlet hole and the outlet hole is about 10 ° C. The IGBT temperature of the conventional configuration is increased by the amount of increase in the liquid temperature, and the temperature of the IGBT near the outlet hole is increased. On the other hand, in the double-sided heat dissipation structure proposed in the present invention, the low-temperature side refrigerant is in contact with one side of the heat-dissipation surface, and the high-temperature side refrigerant is in contact with the opposite side of the heat-dissipation surface. Considering the temperature difference ΔT. Therefore, the temperature of the IGBT near the outlet hole is lower than that of the conventional structure, and as a result, the product life can be extended.
図12は、半導体モジュール1を筐体20に差し込んだ状態の斜視図であり、放熱面と平行に配列された全ての半導体モジュール1が、対向する流れを跨いでいることを特徴とする。図13は、図12の冷却水入口孔11の中心線を通る断面図である。また、図14は各モジュール周辺の流れの方向を模式的に表したフロー図を表す。本実施例では流路が2分岐しているため、全く分岐せずに1本の流路を蛇行させて冷却器を構成するよりも圧力損失を下げることができ、全ての半導体モジュール1で水温上昇の影響を対向する流れで相殺できる。
FIG. 12 is a perspective view of a state in which the
図16〜図18は、本発明の第6実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例は、図12〜図14と同様に、流路を2分岐させる入口側流路22が流路を合流させる出口側流路25と上下の方向に立体交差されている。ただし、2つあるU相半導体モジュール1aの4つの放熱面のうち、筐体20の中央に近い2つの放熱面(片方は第2U相モジュール側面流路23b、もう片方は第1U相モジュール側面流路23a)に、入口側流路22から冷媒液を供給することが図12〜図14とは異なる。次に冷却水入口孔11から供給される冷却水が、どのように各モジュール側面流路23へ配分され、どのように冷却水出口孔12へ排出されるのかを説明する。
16 to 18 are views showing the positional relationship between the water channel structure and the semiconductor module according to the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, like FIG. 12 to FIG. 14, the inlet-side channel 22 that divides the channel into two branches intersects with the outlet-side channel 25 that merges the channel in the vertical direction. However, of the four heat radiating surfaces of the two
まず冷却水入口孔11から供給される冷却水は、入口側流路22で2分岐し、筐体20の外側に近い2つの放熱面に対応する放熱面に供給される。第1U相モジュール側流路23aが筐体20の外側に位置するモジュールには、第1入口側流路22aと第1U相モジュール側面流路23aが接続される。一方、第2U相モジュール側流路23bが筐体20の外側に位置するモジュールには、第2入口側流路22bと第2U相モジュール側面流路23bが接続される。冷却水入口孔11と冷却水出口孔12が存在する面と逆の面側で、第1W相モジュール側流路23eと第2W相モジュール側流路23fがUターン部流路24によって接続される。
First, the cooling water supplied from the cooling
ここで2つのW相半導体モジュールはそれぞれ独立に流路を形成し、第1Uターン部流路24aは第2Uターン部流路24bに接続され、第3Uターン部流路24cは第4Uターン部流路24dに接続される。第2U相モジュール側流路23bが筐体20の中央に位置するモジュールには、第1出口側流路25aと第2U相モジュール側流路23bが接続される。一方、第1U相モジュール側流路23aが筐体20の中央に位置するモジュールには、第2出口側流路25bと第1U相モジュール側流路23aが接続される。
Here, the two W-phase semiconductor modules each independently form a channel, the
最後に、2つの出口側流路25が合流した状態で冷却水出口孔12へ排出される。図15は、半導体モジュール1を筐体20に差し込んだ状態の斜視図であり、放熱面と平行に配列された全ての半導体モジュール1が、対向する流れを跨いでいることを特徴とする。図17は、図16の冷却水入口孔11の中心線を通る断面図である。
Finally, the two outlet side flow paths 25 are discharged to the cooling
また、図18は各モジュール周辺の流れの方向を模式的に表したフロー図を表す。本実施例の流路構造は、筐体20の中央に近い2つの放熱面に、水温上昇が少ない冷媒液を供給するため、流路隣接空間22に例えばコンデンサ一体モジュール110のような他の発熱部材を積極的に冷却できる機能を持っている。また筐体20の中央は多くの部材からの熱のあおりを受けやすい部分であるため、水温上昇が少ない冷媒液を供給することにより冷却性能を高めることが可能となる。本実施例は、冷媒液を逆流させるようなことがない場合、特に好的である。
FIG. 18 is a flowchart schematically showing the flow direction around each module. The flow path structure of this embodiment supplies other heat generation such as the capacitor integrated
図19〜図21は、本発明の第7実施形態に係る水路構造および半導体モジュールの位置関係を示した図である。本実施例は、図12〜図14と同様に、流路を2分岐させる入口側流路22が流路を合流させる出口側流路25と上下の方向に立体交差されている。ただし、各半導体モジュール1の配置が図12〜図14とは異なる。半導体モジュール1は、入口側流路22に近い場所から時計回りに2つのU相半導体モジュール1a、2つのV相半導体モジュール1b、2つのW相半導体モジュール1c、の順で直列配置されている。
FIGS. 19-21 is the figure which showed the positional relationship of the water channel structure and semiconductor module which concern on 7th Embodiment of this invention. In the present embodiment, like FIG. 12 to FIG. 14, the inlet-side channel 22 that divides the channel into two branches intersects with the outlet-side channel 25 that merges the channel in the vertical direction. However, the arrangement of the
特にV相半導体モジュール1bは、U相半導体モジュール1aやW相半導体モジュール1cに対して垂直な方向に放熱面を有することが特徴となる。図19は、半導体モジュール1を筐体20に差し込んだ状態の斜視図であり、放熱面と平行に配列された全ての半導体モジュール1が、対向する流れを跨いでいることを特徴とする。図20は、図19の冷却水入口孔11の中心線を通る断面図である。図19と図20の、V相半導体モジュール1bのモジュール側面流路23cと23dは、Uターン部流路24を形成する構造になっている。
In particular, the V-
次に冷却水入口孔11から供給される冷却水が、どのように各モジュール側面流路23へ配分され、どのように冷却水出口孔12へ排出されるのかを説明する。まず冷却水入口孔11から供給される冷却水は、入口側流路22で2分岐し、第1U相モジュール側流路23aと冷却水入口孔11は、第1入口側流路22a、第2W相モジュール側流路23fと冷却水入口孔11は、第2入口側流路22bによって接続される。
Next, how the cooling water supplied from the cooling
冷却水入口孔11と冷却水出口孔12が存在する面と逆の面側で、第1U相モジュール側流路23aと第1V相モジュール側流路23cが第1コーナー部流路26aによって接続され、第2U相モジュール側流路23bと第2V相モジュール側流路23dが第2コーナー部流路26bによって接続され、さらに、第1V相モジュール側流路23cと第1W相モジュール側流路23eが第3コーナー部流路26cによって接続され、第2V相モジュール側流路23dと第2W相モジュール側流路23fが第4コーナー部流路26dによって接続される。
The first U-phase
ここで第1V相側面流路23cと第2V相側面流路23dは、それぞれ、第1Uターン部流路24aと第2Uターン部流路24bを構成している点が特徴である。最後に、第2U相モジュール側流路23bと冷却水出口孔12が第1出口側流路25aによって接続され、第1W相モジュール側流路23eと冷却水出口孔12が第2出口側流路25bによって接続され、2つの出口側流路25が合流した状態で冷却水出口孔12へ排出される。
Here, the first V-
コーナー部流路26は、モジュール側面流路23内を流れる冷媒の進行方向を、それぞれ別々に約90゜変える機能を有する。本実施例の流路構造は、流路隣接空間28を他の実施例よりも大きくとることができるため、例えばコンデンサ一体モジュール110のような他の発熱部材が比較的大きくても筐体20に収納することが容易であり、かつそれらを冷却することが可能である。
The
Claims (9)
第2半導体チップと、当該第2半導体チップの一方の主面と対向する第3導体板と、当該第2半導体チップの他方の主面と対向する第4導体板と、を有し、当該第3導体板が前記第1半導体モジュールの第2導体と対向するように配置される第2半導体モジュールと、
冷媒入口部と、
前記第1半導体モジュール及び前記第2半導体モジュールに対して前記冷媒入口部が配置された側に配置された冷媒出口部と、
前記第1半導体モジュールの前記第1導体板を挟んで、前記第1半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第1流路と、
前記第1半導体モジュールの前記第2導体板を挟んで、前記第1半導体チップの配置側とは反対側に設けられ第2流路と、
前記第2半導体モジュールの前記第3導体板を挟んで、前記第2半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第3流路と、
前記第2半導体モジュールの前記第4導体板を挟んで、前記第2半導体チップの配置側とは反対側に設けられた第4流路と、
前記冷媒入口部と前記第1流路と接続するための第1中間流路と、
前記冷媒出口部と前記第2流路と接続するための第2中間流路と、
前記冷媒入口部と前記第3流路と接続するための第3中間流路と、
前記冷媒出口部と前記第4流路と接続するための第4中間流路と、を備え、
前記第1流路を流れる冷媒の流れ方向と前記第2流路を流れる冷媒の流れ方向が反対となるように、前記第1流路と前記第2流路が設けられ、
前記第3流路を流れる冷媒の流れ方向と前記第4流路を流れる冷媒の流れ方向が反対となるように、前記第3流路と前記第4流路が設けられ、
前記冷媒入口部と前記冷媒出口部は、前記第1流路の高さ方向に対して異なる位置に配置され、
前記第2中間流路と前記第3中間流路は、前記第1流路の高さ方向から射影した当該第2中間流路の投影部と当該第3中間流路の投影部が交差するように形成される電力変換装置。 A first semiconductor module having a first semiconductor chip, a first conductor plate facing one main surface of the first semiconductor chip, and a second conductor plate facing the other main surface of the first semiconductor chip. When,
A second semiconductor chip; a third conductor plate facing one main surface of the second semiconductor chip; and a fourth conductor plate facing the other main surface of the second semiconductor chip. A second semiconductor module disposed such that a three-conductor plate faces the second conductor of the first semiconductor module;
A refrigerant inlet,
A refrigerant outlet portion disposed on a side where the refrigerant inlet portion is disposed with respect to the first semiconductor module and the second semiconductor module;
A first flow path provided on a side opposite to the arrangement side of the first semiconductor chip across the first conductor plate of the first semiconductor module;
A second flow path provided on the opposite side of the first semiconductor chip across the second conductor plate of the first semiconductor module;
A third flow path provided on the opposite side to the arrangement side of the second semiconductor chip across the third conductor plate of the second semiconductor module;
A fourth flow path provided on the side opposite to the arrangement side of the second semiconductor chip across the fourth conductor plate of the second semiconductor module;
A first intermediate flow path for connecting the refrigerant inlet and the first flow path;
A second intermediate flow path for connecting the refrigerant outlet and the second flow path;
A third intermediate flow path for connecting the refrigerant inlet and the third flow path;
A fourth intermediate flow path for connecting the refrigerant outlet portion and the fourth flow path,
The first flow path and the second flow path are provided such that the flow direction of the refrigerant flowing through the first flow path is opposite to the flow direction of the refrigerant flowing through the second flow path,
The third flow path and the fourth flow path are provided so that the flow direction of the refrigerant flowing through the third flow path is opposite to the flow direction of the refrigerant flowing through the fourth flow path,
The refrigerant inlet portion and the refrigerant outlet portion are arranged at different positions with respect to the height direction of the first flow path,
The third interim flow path and the second intermediate passage, the projection portion of the projection portion and the third intermediate channel of the second during passage of projecting in the height direction of the first flow path cross A power conversion device formed as described above.
前記第1中間流路は、当該第1中間流路の途中で屈曲部を有するように形成され、かつ当該屈曲部から前記第1流路に至る冷媒の流れ方向が前記第1半導体チップの主面と所定の角度以上となるように形成される電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The first intermediate channel is formed so as to have a bent portion in the middle of the first intermediate channel, and the flow direction of the refrigerant from the bent portion to the first channel is the main of the first semiconductor chip. The power converter formed so that it may become more than a predetermined angle with a surface.
前記冷媒入口部に流れる冷媒の流れ方向が前記第1流路に流れる冷媒の流れ方向が平行になるように、当該冷媒入口部が形成され、
前記冷媒出口部に流れる冷媒の流れ方向が前記第4流路に流れる冷媒の流れ方向が平行になるように、当該冷媒出口部が形成される電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein
The refrigerant inlet portion is formed such that the flow direction of the refrigerant flowing through the refrigerant inlet portion is parallel to the flow direction of the refrigerant flowing through the first flow path,
The power conversion device in which the refrigerant outlet part is formed so that the flow direction of the refrigerant flowing through the refrigerant outlet part is parallel to the flow direction of the refrigerant flowing through the fourth flow path.
前記第1流路と前記第2流路は、前記第1半導体モジュールを挟んで第1中間流路とは反対側で接続され、
前記第3流路と前記第4流路は、前記第2半導体モジュールを挟んで第4中間流路とは反対側で接続される電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 and 3,
The first channel and the second channel are connected on the opposite side of the first intermediate channel across the first semiconductor module,
The power conversion device, wherein the third flow path and the fourth flow path are connected on the opposite side to the fourth intermediate flow path with the second semiconductor module interposed therebetween.
前記第1半導体モジュールは、前記第1半導体チップの主面と垂直方向に突出した第1フィンを有し、
前記第2半導体モジュールは、前記第2半導体チップの主面と垂直方向に突出した第2フィンを有する電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 4,
The first semiconductor module has a first fin protruding in a direction perpendicular to a main surface of the first semiconductor chip,
The second semiconductor module is a power conversion device having second fins protruding in a direction perpendicular to a main surface of the second semiconductor chip.
前記第1半導体モジュールと前記第2半導体モジュールとの間の空間であって、前記第2流路と前記第3流路に挟まれるよう配置された平滑用コンデンサモジュールとを備える電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 5,
A power conversion apparatus comprising: a smoothing capacitor module disposed between the second flow path and the third flow path, which is a space between the first semiconductor module and the second semiconductor module.
前記第1半導体モジュール及び前記第2半導体モジュールを収納する筐体を備え、
前記冷媒入口部と前記冷媒出口部は、前記筐体の一面側に配置され、
前記第1中間流路と前記第2中間流路と前記第3中間流路と前記第4中間流路は、前記筐体と一体に形成された中間流路形成部に設けられる電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 6,
A housing for housing the first semiconductor module and the second semiconductor module;
The refrigerant inlet and the refrigerant outlet are disposed on one side of the housing,
The first intermediate flow path, the second intermediate flow path, the third intermediate flow path, and the fourth intermediate flow path are provided in an intermediate flow path forming portion that is formed integrally with the housing.
前記第1半導体モジュールは、前記第1半導体チップを含んで構成される上アーム回路及び下アーム回路を内蔵し、
前記第2半導体モジュールは、前記第2半導体チップを含んで構成される上アーム回路及び下アーム回路を内蔵する電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 7,
The first semiconductor module includes an upper arm circuit and a lower arm circuit configured to include the first semiconductor chip,
The second semiconductor module is a power conversion device including an upper arm circuit and a lower arm circuit configured to include the second semiconductor chip.
前記第1半導体モジュールと前記第2半導体モジュールは、それぞれ異なるモータを駆動するための半導体モジュールである電力変換装置。 The power conversion device according to claim 8, wherein
The first semiconductor module and the second semiconductor module are power conversion devices that are semiconductor modules for driving different motors.
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Cited By (2)
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