JP5314933B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
従来の電力変換装置の中には、放熱効率の向上を図るために、基台部材に孔を設け、ここにセラミックス製の放熱部材を備えた半導体素子を、放熱部材を孔に挿入した状態で設け、基台部材の孔に冷媒を流して半導体素子を冷却する構造のものがある(特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の電力変換装置にあっては、半導体素子を装着するための厚肉で大型の基台部材が必要となるため装置全体が大型化するという問題がある。また、半導体素子の下側に設けた放熱部材を基台部材の孔に挿入するものであるため、冷媒の冷却通路を大きく確保できず冷却性能が十分に得られない問題がある。 However, the above-described conventional power conversion device has a problem that the entire device becomes large because a thick and large base member for mounting the semiconductor element is required. Further, since the heat dissipating member provided below the semiconductor element is inserted into the hole of the base member, there is a problem that a large cooling passage cannot be secured for the refrigerant and sufficient cooling performance cannot be obtained.
そこで、この発明は、小型化することで冷却通路を大きく確保し十分な冷却性能を発揮することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can secure a large cooling passage and exhibit sufficient cooling performance by downsizing.
上記目的を達成するために、請求項1に記載した発明は、複数の半導体モジュール(例えば、実施形態におけるパワーモジュール40a〜40g)を一体的に保持し、該半導体モジュールを放熱部材(例えば、実施形態におけるヒートシンク41)を用いて放熱させる冷却装置(例えば、実施形態における冷却装置CO)を備えた電力変換装置であって、金属製のベースフレーム(例えば、実施形態におけるベースフレーム50)に複数の開口部(例えば、実施形態における開口部51)を設け、前記各半導体モジュールに各々放熱部材を一体的に取り付け、前記ベースフレームの一方の面に前記半導体モジュールを露出させ、前記ベースフレームの他方の面に前記放熱部材を露出させた状態で前記ベースフレームの各開口部に前記半導体モジュールを配置し、前記ベースフレームの前記開口部の内周縁と前記半導体モジュールの外周縁とを樹脂材料により一体固定してモジュールユニット(例えば、実施形態におけるモジュールユニットMU)を形成し、前記モジュールユニットのベースフレームの他方の面側において、前記樹脂材料で形成された樹脂部(例えば、実施形態における樹脂部55)により冷媒流路(例えば、実施形態における冷媒流路57)を区画形成し、この樹脂部によって前記放熱部材に前記冷媒を直接的に接触可能な冷却装置の一部を構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載した発明は、前記冷媒流路を、前記樹脂部と、この樹脂部に当接される流路ケース(例えば、実施形態におけるウォータージャケット32)とで形成したことを特徴とする。
請求項3に記載した発明は、前記モジュールユニットの外周縁を、前記ベースフレームのフランジ部(例えば、実施形態におけるフランジ部53)で構成し、該フランジ部に前記流路ケースを放熱部材側から液密に接合したことを特徴とする。
請求項4に記載した発明は、前記モジュールユニットを前記半導体モジュール側から覆うユニットケース(例えば、実施形態におけるユニットケース31)を設け、前記ユニットケースと前記フランジ部とを液密に接合したことを特徴とする。
The invention described in
According to a third aspect of the present invention, the outer peripheral edge of the module unit is configured by a flange portion of the base frame (for example, the
According to a fourth aspect of the present invention, a unit case (for example, the
請求項5に記載した発明は、前記樹脂部内に電力の入出力用の板状導電部材(例えば、実施形態におけるバスバー59)を埋設したことを特徴とする。
請求項6に記載した発明は、前記冷媒流路の流れ方向と垂直な方向の断面において、前記樹脂部は前記放熱部材における一方の面と他方の面とを挟み込むように、前記半導体モジュールの外周縁を前記ベースフレームの各開口部に固定することを特徴とする。
請求項7に記載した発明は、前記樹脂部と前記流路ケースとでラビリンス構造を形成したことを特徴とする。
請求項8に記載した発明は、前記ベースフレームに、前記一方の面側から突出する突出部(例えば、実施形態における固定用ボス52)を複数形成し、前記突出部に前記半導体モジュールの駆動を制御する制御用基板(例えば、実施形態におけるゲートドライブ基板9)を保持したことを特徴とする。
The invention described in
According to a sixth aspect of the present invention, in the cross section in a direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant flow path, the resin portion is placed on the outside of the semiconductor module so as to sandwich one surface and the other surface of the heat radiating member. A peripheral edge is fixed to each opening of the base frame.
The invention described in claim 7 is characterized in that a labyrinth structure is formed by the resin portion and the flow path case.
According to an eighth aspect of the present invention, a plurality of protrusions (for example, the
請求項1に記載した発明によれば、各半導体モジュールを放熱部材と共に一体化し金属製のベースフレームに固定したため小型化でき、その分だけ冷媒流路を大きく確保し十分な冷却性能を発揮することができると共に、半導体モジュールを組み合わせているため各半導体モジュール毎での交換が可能となり、歩留まりが向上し、コストダウンを図ることができる効果がある。また、金属製のベースフレームを用いているため強度剛性上有利となる。
更に、ベースフレームの開口部の内周縁と半導体モジュールの外周縁とを一体固定する樹脂材料を有効利用して冷媒流路を区画形成できるため、ベースフレームと樹脂部とが冷媒流路を閉塞する蓋及び冷媒流路の一部を兼ねることとなり、したがって、別部材を用いた場合のようにシール材や他の部材が必要なくなり、小型化を図ることができると共に部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。
請求項2に記載した発明によれば、樹脂部に流路ケースを当接させるだけの簡単な構成でよいため、低コストに製造できるメリットがある。
請求項3に記載した発明によれば、流路ケースの取り付け強度を確保できる効果がある。
請求項4に記載した発明によれば、ユニットケースの取り付け強度を確保できる効果がある。
請求項5に記載した発明によれば、板状導電部材の保有する熱を樹脂部内に伝熱して板状導電部材の温度を低下させることができると共に、外部に露出させた場合に比較してユニットケース内の雰囲気温度を低減できるため、板状導電部材を小型化できる効果がある。
請求項6に記載した発明によれば、冷媒流路の流れ方向に影響を与えることなく、ベースフレームに対する半導体モジュールの保持強度を確保することができる効果がある。
請求項7に記載した発明によれば、ラビリンス構造により前記樹脂部と前記流路ケースとの液密性を高めることができる効果がある。
請求項8に記載した発明によれば、制御用基板を固定するために専用の固定具が必要なくなり、部品点数が削減でき、小型化を図ることができる効果がある。また、金属製のベースフレームに制御用基板を固定するため耐振動性能が向上する効果がある。
According to the first aspect of the present invention, each semiconductor module is integrated with the heat radiating member and fixed to the metal base frame, so that the size can be reduced, and a large refrigerant flow path can be secured correspondingly, thereby exhibiting sufficient cooling performance. In addition, since the semiconductor modules are combined, it is possible to replace each semiconductor module, thereby improving the yield and reducing the cost. Further, since a metal base frame is used, it is advantageous in terms of strength and rigidity.
Further, since the coolant channel can be partitioned by effectively using the resin material that integrally fixes the inner periphery of the opening of the base frame and the outer periphery of the semiconductor module, the base frame and the resin portion block the coolant channel. It also serves as a part of the lid and the refrigerant flow path. Therefore, there is no need for a sealing material or other members as in the case of using a separate member, which can reduce the size and cost by reducing the number of parts. Can be achieved.
According to the second aspect of the present invention, since it is sufficient to have a simple configuration in which the flow path case is brought into contact with the resin portion, there is an advantage that it can be manufactured at low cost.
According to the third aspect of the present invention, there is an effect that the attachment strength of the flow path case can be ensured.
According to the invention described in claim 4 , there is an effect that the mounting strength of the unit case can be ensured.
According to the fifth aspect of the present invention, the heat of the plate-like conductive member can be transferred into the resin portion to reduce the temperature of the plate-like conductive member, and compared with the case where it is exposed to the outside. Since the atmospheric temperature in the unit case can be reduced, the plate-like conductive member can be reduced in size.
According to the sixth aspect of the present invention, there is an effect that the holding strength of the semiconductor module with respect to the base frame can be ensured without affecting the flow direction of the refrigerant flow path.
According to the seventh aspect of the present invention, there is an effect that liquid-tightness between the resin portion and the flow path case can be improved by a labyrinth structure.
According to the invention described in
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット(PCU)1を含む回路構成を示している。このハイブリッド車両はエンジン(図示せず)と、エンジンの機械的出力により駆動される発電機(GEN)2と、発電機2の発電出力により充電される高圧系のバッテリ(BAT)3と、バッテリ3の放電出力と発電機2の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪(図示せず)を駆動するモータ(MOT)4を備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a circuit configuration including a power control unit (PCU) 1 for a hybrid vehicle. The hybrid vehicle includes an engine (not shown), a generator (GEN) 2 driven by the mechanical output of the engine, a high-voltage battery (BAT) 3 charged by the power generation output of the
パワーコントロールユニット1は、バッテリ3から供給される電力により昇圧回路として機能するコンバータ7を介してモータ4を駆動すると共にモータ4を回生作動させた際の電力を降圧回路として機能するコンバータ7を介してバッテリ3に供給する第1インバータ(Tr/M PDU)5と、発電機2により発生する電力を降圧回路として機能するコンバータ7を介してバッテリ3に供給し、あるいは発電機2により発生する電力でモータ4を駆動する第2インバータ(GEN PDU)6を備えている。
これらコンバータ7、第1インバータ5及び第2インバータ6は、制御基板(ECU)8からの制御指令によりゲートドライブ基板(GDCB)9を介して駆動制御される。
The
The converter 7, the
第1インバータ5は、例えば、トランジスタのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路5aと平滑コンデンサ5bとを具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータであって、この第1インバータ5にはモータ4とコンバータ7が接続されている。コンバータ7は、リアクトル7aと2つのトランジスタのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)からなるチョッパ回路7bとを備え、第1インバータ5の入力側に設けた電圧変換装置であって、このチョッパ回路7bの下流側に2次平滑コンデンサ7c、リアクトル7aの上流側に1次平滑コンデンサ7dが各々並列接続されている。
The
コンバータ7と第1インバータ5との間には第1インバータ5と同様の構成を備えた第2インバータ6が正極側端子Ptと負極側端子Ntに接続され、この第2インバータ6に発電機2が接続されている。この第2インバータ6は、第1インバータ5と同様に、トランジスタのスイッチング素子を複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路6aと平滑コンデンサ6bとを具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータであって、この第2インバータ6には発電機2とコンバータ7が接続されている。この第2インバータ6は発電機2の出力電圧をコンバータ7により降圧してバッテリ3に充電を行ったり、第1インバータ5を経由してモータ4を駆動する。
Between the converter 7 and the
第1インバータ5、第2インバータ6は、各相毎に対をなすハイ側,ロー側U相トランジスタUH,UL及びハイ側,ロー側V相トランジスタVH,VL及びハイ側,ロー側W相トランジスタWH,WLをブリッジ接続してなるブリッジ回路5a,6aと、平滑コンデンサ5b,6bとを備えている。各トランジスタUH,VH,WHはコンバータ7の正極側端子Ptに接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタUL,VL,WLはコンバータ7の負極側端子Ntに接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタUH,UL及びVH,VL及びWH,WLはコンバータ7に対して直列に接続されている。トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが各々接続されている。
The
コンバータ7のリアクトル7aは、一端がバッテリ3に接続されてバッテリ電圧が印加されるものであり、チョッパ回路7bはこのリアクトル7aの他端に接続される第1及び第2のスイッチング素子である第1トランジスタS1及び第2トランジスタS2から構成されている。トランジスタS1,S2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各々ダイオードDS1,DS2が接続されている。
そして、リアクトル7aの一端はバッテリ3の正極側端子に接続され、リアクトル7aの他端は、第1トランジスタS1のコレクタ及び第2トランジスタS2のエミッタに接続されている。第1トランジスタS1のエミッタはバッテリ3の負極側端子及びコンバータ7の負極側端子Ntに接続されている。また、第2トランジスタS2のコレクタはコンバータ7の正極側端子Ptに接続されている。
The
One end of the
ここで、コンバータ7のトランジスタS2から第1インバータ5のトランジスタWH間のバス及びこれに接続される第1インバータ5(コンバータ7)の正極側端子Ptから第2インバータ6のトランジスタWH間のバスがPOutバスバー20として構成されている。また、コンバータ7のトランジスタS1から第1インバータ5のトランジスタWL間のバス及びこれに接続される第1インバータ5(コンバータ7)の負極側端子Ntから第2インバータ6のトランジスタWL間のバスがNバスバー21として構成されている。
Here, a bus between the transistor S2 of the converter 7 and the transistor WH of the
また、第1インバータ5からモータ4のU相、V相、W相の各コイルに接続される3本のバスがOutバスTrU22、OutバスTrV23、OutバスTrW24を構成し、第2インバータ6から発電機2のU相、V相、W相の各コイルに接続される3本のバスがOutバスGENU25、OutバスGENV26、OutバスGENW27を構成し、リアクトル7aからコンバータ7の第1トランジスタS1と第2トランジスタS2との間に接続されるバスがPINバスバー28を構成している。
OutバスTrU22、OutバスTrV23、OutバスTrW24、OutバスGENU25、OutバスGENV26、OutバスGENW27の各々には制御基板8に信号を送る電流センサ30が接続されている。そして、第1インバータ5、第2インバータ6、コンバータ7の各トランジスタのゲートにゲートドライブ基板9からの信号線が接続されている。
Three buses connected from the
A
図2〜図10はパワーコントロールユニット1のハードウエア構成を示している。パワーコントロールユニット1は、例えばハイブリッド車両のエンジンルームに搭載されるもので、図2に示すように、上部には全体を覆うアルミダイキャスト製のユニットケース31が設けられ、下部にウォータージャケット32が設けられている。ユニットケース31の開口部とウォータージャケット32の周縁とが後述するベースフレーム50を挟み込んで付き合わされ、両者がボルトBにより固定されている。ウォータージャケット32には冷媒の流入口33が設けられ(図5参照)、ウォータージャケット32の前面に冷媒の流出口34が設けられている。この流入口33と流出口34が冷却装置COのポンプ等の機器類に接続されている。
2 to 10 show the hardware configuration of the
図3はユニットケース31及びウォータージャケット32を鎖線で示した全体構成図である。同図に示すように、ユニットケース31内には下から順にリアクトル7a、ウォータージャケット32、7つのパワーモジュール40a〜40g(図6参照)を固定したベースフレーム50、複数のバスバー20〜28(図1参照)を一体としたバスバープレートコンポーネント29、シールドプレート11、ゲートドライブ基板9、制御基板8、コンデンサユニット12が配置されている。
FIG. 3 is an overall configuration diagram in which the
図4に示すように、基板35上にはリアクトル7aが設置され、このリアクトル7aの上方に、アルミニウム製のウォータージャケット32が配置されている。
図5に示すように、ウォータージャケット32の上面のコーナ部には凹部36が形成され、この凹部36にリアクトル7aから延びるPINバスバー28用の端子と、Nバスバー21用の端子が引き出されている。ウォータージャケット32の上面には凹部36の残りの部分に、蛇行する凹溝37が形成されている。凹溝37はまずU字状に曲がった後に凹部36の手前まで折り返すような経路を形成している。経路の始端底部には流入口33が形成され、経路の終端はケースの流出口34に連通している。このウォータージャケット32の蛇行する凹溝37はベースフレーム50に装着されたパワーモジュール40a〜40g(図6参照)の各ヒートシンク41(図7参照)に対応して、このヒートシンク41を受け入れるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 5, a
図6はパワーモジュール40a〜40gをベースフレーム50に装着した斜視図、図7はべースフレーム50を下側から見た斜視図である。
図6、図7に示すように、ウォータージャケット32の上方には、アルミダイキャスト製のベースフレーム50が配置されている。このベースフレーム50には開口部51が7つ形成され、この開口部51に7個のパワーモジュール40a〜40gが樹脂により固定されてモジュールユニットMUを構成している。ここで、パワーモジュール40a〜40gをベースフレーム50に固定する樹脂で樹脂部55が形成され、この樹脂部55が縦壁56を形成し、ウォータージャケット32との間に冷媒流路57を形成している。
6 is a perspective view of the
As shown in FIGS. 6 and 7, an aluminum die-
各パワーモジュール40a〜40gはヒートシンク41一体型のもので、前述した回路構成におけるコンバータ7の第1トランジスタS1と第2トランジスタS2を実装した1個のパワーモジュール40aと、第2インバータ6において、各々ハイサイド側とローサイド側とで対となったトランジスタUH,UL、トランジスタVH,VL、トランジスタWH,WLの3個のパワーモジュール40b,40c,40dと、第1インバータ5において、各々ハイサイド側とローサイド側とで対となったトランジスタUH,UL、トランジスタVH,VL、トランジスタWH,WLの3個のパワーモジュール40e,40f,40gとが図6の手前側から奥側へ順に装着されている。図7に示すように、ヒートシンク41のフィン42は冷媒が流れる冷媒流路57に沿う方向に放熱面が配置されている。
Each of the
図8に示すように、べースフレーム50の上部には、各々板状のPOutバスバー20、Nバスバー21、3枚のOutバスTr(U,V,W)22,23,24と3枚のOutバスGEN(U,V,W)25,26,27、PINバスバー28を樹脂モールドで一体化したバスバープレートコンポーネント29が配置されている。このバスバープレートコンポーネント29の上部に、図9に示すように、更にこれを覆うようにシールドプレート11が配置されている。
As shown in FIG. 8, at the upper part of the
図10に示すように、シールドプレート11の上方にはベースフレーム50に突出して設けた固定用ボス52にゲートドライブ基板9が固定され、ゲートドライブ基板9の上部に制御基板8が配置されている。ここで、制御基板8はユニットケース31(図3参照)側に固定されている。
そして、図3に示すように、制御基板8の上部にはユニットケース31の内部に装着されるコンデンサユニット12が配置されている。このコンデンサユニット12は図1に示す第1インバータ5の平滑コンデンサ5b、第2インバータ6の平滑コンデンサ6b、コンバータ7の1次平滑コンデンサ7d及び2次平滑コンデンサ7cをユニット化したもので、樹脂を用いたポッティングによりユニットケース31内部に固定されている。
As shown in FIG. 10, the
As shown in FIG. 3, the
ここで、図11はヒートシンク一体型のパワーモジュール、ここでは第1インバータ5のパワーモジュール40fを示している。また、図12は図11における一つのトランジスタVLの配置部分におけるA−A断面図である。
Here, FIG. 11 shows a power module integrated with a heat sink, here, a
図11、図12において、パワーモジュール40fは下部に複数の板状のフィン42を一方向に配列したヒートシンク41を備え、ヒートシンク41の台座43上にエポキシ樹脂からなる絶縁材44を塗布し、ベースとなるバスバー45を載置したものである。ベースとなるバスバー45の上部には、ハンダ46を介して、例えばトランジスタVLが載置され、トランジスタVL上にはハンダ47を介して上部のバスバー48が積層されている。上部のバスバー48には端部に接続片49がL字状に立ち上げ形成されている(図19参照)。これらベースとなるバスバー45、トランジスタVL、上部のバスバー48が、上部のバスバー48の接続片49を露出させた状態で金型内でエポキシ樹脂により鋳ぐるまれてモールド部Mを形成し、ベースフレーム50の開口部51に装着されている。このバスバー48はトランジスタVLのエミッタ側を示し、接続片49がNバスバー21に接続されるものである。
11 and 12, the
図13に示すように、ベースフレーム50は外周囲にフランジ部53を備え、内部には7個のパワーモジュールを装着するための7つの角形の開口部51と、ウォータージャケット32の凹部36に対応する位置に逃げ孔54が形成されている。各開口部51は7個のパワーモジュール40a〜40gに対応して、ヒートシンク41の台座43よりも大きめに形成されている。
As shown in FIG. 13, the
そして、図14に示すように、各パワーモジュール40a〜40gをベースフレームの50上面にモールド部Mを露出させ、ベースフレーム50の裏面にヒートシンク41を露出させた状態で各開口部51に配置する。ここで、前述したように図13の手前側の開口部51には、1個のコンバータ7用のパワーモジュール40aを、その奥側には3個の第2インバータ6用のパワーモジュール40b〜40dを、更に奥側には3個の第1インバータ5用のパワーモジュール40f〜40gを配置する。
Then, as shown in FIG. 14, the
次に、図15、図16に示すように、ベースフレーム50の開口部51の内周縁と各パワーモジュール40a〜40gの外周縁との間の隙間C(図12、図14参照)を埋めるように樹脂材料を成形型内から供給し、ベースフレーム50にパワーモジュール40a〜40gを樹脂材料により一体的にモールド固定して前述したモジュールユニットMUを形成する。
ここで、図16に示すように、ベースフレーム50の開口部51の内周縁と各パワーモジュール40a〜40gの外周縁とを一体固定する樹脂材料は、モジュールユニットMUのベースフレーム50の裏面において、樹脂材料で形成された樹脂部55の縦壁56によりウォータージャケット32の凹溝37と共に冷媒流路57を区画形成し、樹脂部55によってヒートシンク41のフィン42に冷媒を直接的に接触可能な冷却装置COの一部を構成している。
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, a gap C (see FIGS. 12 and 14) between the inner periphery of the
Here, as shown in FIG. 16, the resin material that integrally fixes the inner periphery of the
図17はパワーモジュール40cとパワーモジュール40fとの断面図である。同図に示すように、冷媒の流れ方向と垂直な方向の断面において、冷却装置COの一部を構成する冷媒流路57は樹脂部55の縦壁56と、この樹脂部55の縦壁56に当接されるウォータージャケット32の凹溝37とで紙面の表裏側に向かって形成されている。この場合には樹脂部55の縦壁56はヒートシンク41のフィン42の一方の面と他方の面とを挟み込むように、パワーモジュール40a〜40gの外周縁及びベースフレーム50の開口部51の内周縁の双方をコの字状に抜け止め固定している。
FIG. 17 is a cross-sectional view of the
ここで、隣接するパワーモジュール40a〜40g間では、樹脂部55が隣同士でベースフレーム50を包み込むように一体となっている。また、樹脂部55の縦壁56の下端部はウォータージャケット32の上面に液密に接合されている。尚、鎖線で示すように、樹脂部55が当接する部分に凹部38を設け、対応する樹脂部55に凸部58を設け、この凸部58を凹部38に差し込み固定して液密性を高めるラビリンス構造としてもよい。この場合に凹部38と凸部58とを逆に配置してもよい。
尚、図18に示すように、ウォータージャケット32の上面をフラットにして樹脂部55の縦壁56をウォータージャケット32の上面に向かって延ばし、その下端部をウォータージャケット32の上面に液密に接合してもよい。
Here, between the
As shown in FIG. 18, the upper surface of the
図19はパワーモジュール40fとパワーモジュール40gとの断面図である。同図に示すように、冷媒流路57の流れ方向に沿う方向の断面においては樹脂部55の縦壁56はベースフレーム50の裏面で切除され、ヒートシンク41のフィン42の面に沿って矢印方向に流れる冷媒に流通抵抗を与えないようになっている。ここで、隣接するパワーモジュール40a〜40g間では、樹脂部55がベースフレーム50を上面から覆うように隣同士で一体となっている。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the
ここで、図13、図20に示すように、ベースフレーム50の上面にはウォータージャケット32の凹部36に対応する逃げ孔54を除いた複数の開口部51を取り囲む位置、及びベースフレーム50の中央部分に断面円形状で金属製の固定用ボス52が複数設けられている。この固定用ボス52の周囲にもパワーモジュール40a〜40gのヒートシンク41の台座43と開口部51との隙間C(図12参照)に樹脂を流し込み際に樹脂材料が回り込むようになっており、図21に示すように、固定用ボス52の先端にゲートドライブ基板9がシールドプレート11を挟み込んで(図9参照)保持固定されている。
Here, as shown in FIGS. 13 and 20, the upper surface of the
そして、図22にパワーモジュール40a、40b、40eの断面図として示すように、7個のパワーモジュール40a〜40gがベースフレーム50に固定されたモジュールユニットMUのフランジ部、つまりベースフレーム50のフランジ部53にウォータージャケット32の上面の周縁が液密に接合され、かつ、この接合部分に対応する位置にパワーモジュール40a〜40gのモールド部M側からユニットケース31の周壁が液密に接合されている。
したがって、ユニットケース31とベースフレーム50のフランジ部53、ベースフレーム50のフランジ部53とウォータージャケット32とが重なり合う部分に2つのシール部SE1,SE2が整合するように設定されている。
Then, as shown in a cross-sectional view of the
Accordingly, the two seal portions SE1 and SE2 are set to be aligned with the portion where the
ここで、図23に示すように、パワーモジュール40a〜40gのヒートシンク41の台座43とベースフレーム50の開口部51との間を固定するために用いられた樹脂部55に電力の入出力用のバスバー59を埋設してもよい。また、このバスバー59を埋設するのに替えて、図24に示すように、樹脂部55に溝62を設け、ここにゲル63を充填して、ゲル63内にバスバー59を配設するようにしてもよい。
Here, as shown in FIG. 23, the
上記実施形態によれば、図5、図17、図19に示すように、冷却装置COのポンプなどから送られる冷媒がウォータージャケット32の流入口33から入り、蛇行する冷媒流路57を流れて流出口34から流出する際に、パワーモジュール40a〜40gの各ヒートシンク41のフィン42において熱交換して、パワーモジュール40a〜40gを冷却する。これによって各パワーモジュール40e〜40gの熱的負荷を軽減できる。
According to the above embodiment, as shown in FIGS. 5, 17, and 19, the refrigerant sent from the pump of the cooling device CO enters through the inlet 33 of the
ここで、各パワーモジュール40a〜40gはヒートシンク41と共に一体化されアルミダイキャスト製のベースフレーム50に固定されているため小型化でき、その分だけ冷媒流路57を大きく確保し十分な冷却性能を発揮することができる。各パワーモジュール40a〜40gの各々を開口部51に装着して組み合わせている構成であるため、パワーモジュール40a〜40gの何れかに不具合があった場合には、その不具合のあるもののみを交換すればよいため、全てのパワーモジュール40a〜40gを交換する場合に比較して製造上での歩留まりが向上し、コストダウンを図ることができる。そして、パワーモジュールを増加したい場合には簡単に対応できる。更に、ベースフレーム50はアルミダイキャスト製であるのでパワーモジュール40a〜40gの取付強度を十分に確保できる点で有利となる。
Here, each of the
また、ベースフレーム50の開口部51の内周縁とパワーモジュール40a〜40gの外周縁を構成するヒートシンク41の台座43とを一体固定する樹脂材料により樹脂部55を形成し、この樹脂部55の縦壁56を有効利用して冷媒流路57を区画形成できるため、ベースフレーム50と樹脂部55とが冷媒流路57を閉塞する蓋及び冷媒流路57の一部を兼ねることとなる。したがって、別部材を用いた場合のようにシール材や他の部材が必要なくなり、小型化を図ることができると共に部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。
The
そして、冷媒流路57を、樹脂部55の縦壁56と、この樹脂部55の縦壁56に当接されるウォータージャケット32の凹溝37とで形成し、樹脂部55の縦壁56にウォータージャケット32を当接させるだけの簡単な構成でよいため、低コストに製造できるメリットがある。尚、この当接部分を凹部38と凸部58とでラビリンス構造とした場合にはより一層液密性を高めることができる。
Then, the
図22に示すように、モジュールユニットMUの外周縁であるベースフレーム50のフランジ部53にウォータージャケット32をヒートシンク41のフィン42側からシール部SE2で液密に接合したことにより、ウォータージャケット32の取り付け強度を確保できる。更に、モジュールユニットMUをパワーモジュール40a〜40gのモールド部M側から覆うユニットケース31を設け、ユニットケース31の周壁とフランジ部53とをシール部SE1で液密に接合したことで、ユニットケース31の取り付け強度を確保できる。
As shown in FIG. 22, the
とりわけ、ウォータージャケット32のベースフレーム50のフランジ部53に当接する位置にあるシール部SE2と、ユニットケース31の周壁がフランジ部53に当接する位置にあるシール部SE1をフランジ部53の表裏で整合させているため、シール部SE1、SE2が小さくて済み、面圧も確保し易くシール性能を高められる。また、シール部SE1とシール部SE2とを整合する位置に配置したため、これらをずらした位置に配置した場合に比較して、ウォータージャケット32とユニットケース31を小さくでき、装置の小型化に寄与できる。
In particular, the seal part SE <b> 2 that is in contact with the
冷却装置COの一部を構成する冷媒流路57が、冷媒の流れ方向と垂直な方向の断面において、樹脂部55の縦壁56とこれに当接されるウォータージャケット32との間に形成され、樹脂部55の縦壁56はヒートシンク41のフィン42の一方の面と他方の面とを挟み込むように、パワーモジュール40a〜40gの外周縁及びベースフレーム50の開口部51の内周縁の双方をコの字状に抜け止め固定している。したがって、冷媒流路57の流れ方向に影響を与えることなく、ベースフレーム50に対するパワーモジュール40a〜40gの保持強度を確保することができる。
A
図23に示すように、樹脂部55内にバスバー59を埋設した場合には、バスバー59の保有する熱を樹脂部55内に伝熱してバスバー59の温度を低下させることができると共に、外部に露出させた場合に比較してユニットケース31内の雰囲気温度を低減できるため、バスバー59を小型化できる。
As shown in FIG. 23, when the
更に、図20に示すように、ベースフレーム50の上面であって、ウォータージャケット32の凹部36に対応する逃げ孔54を除いた複数の開口部51を取り囲む位置、及びベースフレーム50の中央部分に断面円形状で金属製の固定用ボス52が複数設けられ、この固定用ボス52の先端にゲートドライブ基板9が保持固定されているため、ゲートドライブ基板9を固定するために専用の固定具が必要なくなり、部品点数が削減でき、小型化を図ることができる。
また、アルミダイキャスト製のベースフレーム50にゲートドライブ基板9を固定するため耐振動性能が向上し、ハイブリッド車両の電力変換装置として好適である。
Further, as shown in FIG. 20, at the upper surface of the
Moreover, since the gate drive board |
尚、この発明は上述した実施形態に限られるものではなく、例えば、ハイブリッド車両に限られず、電気自動車の電力変換装置に適用できる。 In addition, this invention is not restricted to embodiment mentioned above, For example, it is not restricted to a hybrid vehicle, It can apply to the power converter device of an electric vehicle.
9 ゲートドライブ基板(制御用基板)
31 ユニットケース
32 ウォータージャケット(流路ケース)
40a〜40g パワーモジュール(半導体モジュール)
41ヒートシンク(放熱部材)
50 ベースフレーム
51 開口部
52 固定用ボス(突出部)
53 フランジ部
55 樹脂部
57 冷媒流路
59 バスバー
CO 冷却装置
MU モジュールユニット
9 Gate drive substrate (control substrate)
31
40a-40g Power module (semiconductor module)
41 heat sink (heat dissipation member)
50
53
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