JP5623985B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、搭載される部品の小型化や低コスト化が重要視されている。バッテリの直流電流をモータの交流電流に変換する電力変換装置も例外ではなく、小型化や低コスト化が求められおり、その結果、発熱密度が大きくなるため冷却性能を向上させる必要がある。

電力変換装置を構成する電子部品の中で最も発熱量が大きいものはパワーモジュールである。そのパワーモジュールの冷却性能を向上させるためには、半導体素子の両面から放熱する両面冷却構造が有効である。パワーモジュールの両面冷却実装構造として、たとえば、パワーモジュールを冷却流路に挿入する構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０-１１０１４３号公報

しかしながら、パワーモジュールを冷却流路に挿入する構造では、冷却流路を形成する冷却ジャケットの上面に取り付けられるフランジ部と複数のピンフィンを有する放熱フィン群との間に隙間ができてしまう。この隙間は、隣接するピンフィン間の隙間に比べて広いため、通過抵抗も放熱フィン群に比べて小さい。したがって、冷媒が放熱フィン群を迂回してフランジ部と放熱フィン群との間の隙間に流れてしまい、パワーモジュールの冷却性能を十分に発揮できないという問題がある。

請求項１に係る発明は、半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、冷媒が流れる冷却流路が形成され、冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、冷却流路内に配置されて冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、パワーモジュールは、複数の半導体素子を収容し、流路形成体の開口部から冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、筒部の開口に形成されて流路形成体の開口部を塞ぐように流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、筒部は対向配置される１対の側板を有し、１対の側板のそれぞれには、フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が冷却流路に突出するように立設されており、筒部の１対の側板のそれぞれに立設される放熱フィン群とフランジ部との間の隙間に配置されて、冷媒を放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、流路形成体からパワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、放熱フィン群は、半導体素子の位置に対応して設けられ、複数の半導体素子の位置に対応するように、放熱フィン群が冷媒の流れ方向に沿って複数の分割フィン群に分かれて配置され、少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第２流路制御部材とを含んで構成され、第１流路制御部材は放熱フィン群の上流側に設けられ、第２流路制御部材は複数の分割フィン群同士の間に設けられ、筒部を流路形成体の開口部から挿入したときに第２流路制御部材が分割フィン群同士の間を挿通可能とされていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、冷媒が流れる冷却流路が形成され、冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、冷却流路内に配置されて冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、パワーモジュールは、複数の半導体素子を収容し、流路形成体の開口部から冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、筒部の開口に形成されて流路形成体の開口部を塞ぐように流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、筒部は対向配置される１対の側板を有し、１対の側板のそれぞれには、フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が冷却流路に突出するように立設されており、筒部の１対の側板のそれぞれに立設される放熱フィン群とフランジ部との間の隙間に配置されて、冷媒を放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、流路形成体からパワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、放熱フィン群は、複数のピンフィンを有し、半導体素子の位置に対応して設けられ、半導体素子は、冷媒の流れ方向に沿って複数配置され、少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第２流路制御部材とを含んで構成され、第１流路制御部材は放熱フィン群の上流側に設けられ、第２流路制御部材は複数の半導体素子同士の間に設けられ、複数のピンフィン同士の間隙を挿通可能な大きさに形成されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、冷媒が流れる冷却流路が形成され、冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、冷却流路内に配置されて冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、パワーモジュールは、複数の半導体素子を収容し、流路形成体の開口部から冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、筒部の開口に形成されて流路形成体の開口部を塞ぐように流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、筒部は対向配置される１対の側板を有し、１対の側板のそれぞれには、フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が冷却流路に突出するように立設されており、筒部の１対の側板のそれぞれに立設される放熱フィン群とフランジ部との間の隙間に配置されて、冷媒を放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、流路形成体からパワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第３流路制御部材とを含んで構成され、第１流路制御部材は放熱フィン群の上流側に設けられ、第３流路制御部材は放熱フィン群の下流側に設けられていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換するインバータ回路を有する電力変換装置において、冷媒が流れる冷却流路が形成された流路形成体と、冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群が突設された筒部に半導体素子を内蔵し、冷却流路に筒部を挿入した状態でフランジ部で流路形成体に固定されるパワーモジュールと、冷媒の流れ方向に直交する流路断面において放熱フィン群とフランジ部との間に形成される隙間流路への冷媒の流入を阻止する突部が流路形成体に設けられ、突部は少なくとも冷却流路の入口側に設けられ、突部は冷却流路の出口側にも設けられていることを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換するインバータ回路を有する電力変換装置において、冷媒が流れる冷却流路が形成された流路形成体と、冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群が突設された筒部に半導体素子を内蔵し、冷却流路に筒部を挿入した状態でフランジ部で流路形成体に固定されるパワーモジュールと、冷媒の流れ方向に直交する流路断面において放熱フィン群とフランジ部との間に形成される隙間流路への冷媒の流入を阻止する突部が流路形成体に設けられ、突部は少なくとも冷却流路の入口側に設けられ、パワーモジュールには、複数の半導体素子を有する半導体素子グループがＮ組（ただしＮ≧２）収容され、放熱フィン群は、冷媒の流れ方向に所定間隔をあけて配置された第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群に分割され、Ｎ個の分割フィン群のそれぞれはＮ組の半導体素子グループのそれぞれと対向配置され、Ｎ個の分割フィン群の間に対応する隙間流路にも突部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、パワーモジュールの冷却性能の向上を図ることができる。

ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図。 インバータ回路の電気回路の構成を説明する図。 電力変換装置の外観斜視図。 電力変換装置の分解斜視図。 筐体を上から見た斜視図。 筐体を下から見た斜視図。 図３のＡ−Ａ’線に沿って一部切断して内部を示す斜視図。 パワーモジュールの外観を示す斜視図。 パワーモジュールがパワーモジュール収容部に収容された状態を示す図３のＢ−Ｂ’断面図。 図９の中間部用邪魔板の位置であるＣ−Ｃ’で切断した断面図。 鍛造成形によるフィン付き金属ケースの製造方法を示す図。 鍛造と摩擦攪拌接合の組合せによるフィン付き金属ケースの製造方法を示す図。 パワーモジュールの取付時の様子を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る邪魔板の作用を説明する図。 第２の実施の形態に係る平板状の放熱フィンを有するパワーモジュールが冷媒により冷却される様子を示す図。 第３の実施の形態に係る平板状の放熱フィンを有するパワーモジュールがテーパ面を有する邪魔板により案内される冷媒により冷却される様子を示す図。 第４の実施の形態に係るピンフィンが碁盤目状に配列されたパワーモジュールを示す図。 邪魔板と各チップレイアウトの位置関係を示す一覧表。 変形例に係るパワーモジュールのピンフィンと邪魔板の関係を示す図。

−第１の実施の形態−
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。図１は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１あるいはモータジェネレータＭＧ２に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。

エンジンＥＧＮの出力側およびモータジェネレータＭＧ２の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＩＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。

発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。また高電圧用のバッテリ１３６の蓄電している電力が少なくなった場合に、エンジンＥＧＮが発生する回転エネルギーをモータジェネレータＭＧ２により交流電力に変換し、次に交流電力を電力変換装置２００により直流電力に変換し、バッテリ１３６を充電することができる。エンジンＥＧＮからモータジェネレータＭＧ２への機械エネルギーの伝達は動力分配機構ＴＳＭによって行われる。

次に半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換するインバータ回路１４０，１４２を有する電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０，１４２は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０，１４２との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。

同様にモータジェネレータＭＧ２をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４２は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１５９を介してモータジェネレータＭＧ２に供給する。モータジェネレータＭＧ２とインバータ回路１４２からなる構成は第２電動発電ユニットとして動作する。

第１電動発電ユニットと第２電動発電ユニットは、運転状態に応じて両方をモータとしてあるいは発電機として運転する場合、あるいはこれらを使い分けて運転する場合がある。また片方を運転しないで、停止することも可能である。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンＥＧＮの動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。

また、図１では省略したが、バッテリ１３６はさらに補機用のモータを駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしてはたとえば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６から直流電力が補機用パワーモジュールに供給され、補機用パワーモジュールは交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワーモジュールはインバータ回路１４０と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０，１４２に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。

電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、コネクタ２１からの指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１やモータジェネレータＭＧ２、補機用のモータ（不図示）の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路１７４や補機用モジュール（不図示）のドライバ回路（不図示）へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２を制御するための駆動パルスを発生する。

次に、図２を用いてインバータ回路１４０やインバータ回路１４２の電気回路の構成を説明する。なお、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２は回路構成も動作も極めて類似しているので、以下ではインバータ回路１４０で代表して説明する。また、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。

上アームのＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６と、下アームのＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６とで、上下アーム直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この上下アーム直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備えている。

これらの３相は、この実施の形態ではモータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アーム直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９および交流端子１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である交流バスバー８０２と接続される。

上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。

上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の上下アーム直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。

ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の上下アーム直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。

上アームのＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用のエミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。上アームのダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。

スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。

コンデンサモジュール５００は、複数の正極側のコンデンサ端子５０６と複数の負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。

一方、交流電力からインバータ回路１４０やインバータ回路１４２によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８およびＩＧＢＴ３３０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（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、およびモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。

目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めてもよい。

制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。

ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。

また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。たとえば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５および信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。

上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度あるいは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。

図３〜５は本実施形態における電力変換装置２００の概略構成を示す図であり、図３は外観斜視図、図４は分解斜視図、図５は筐体１を上から見た斜視図、図６は筐体１を下から見た斜視図、図７は図３のＡ−Ａ’線に沿って一部切断して内部を示す図である。

図３および図４に示すように、電力変換装置２００は、筐体１と、筐体１に収容されるコンデンサモジュール５００および３つのパワーモジュール３と、筐体１の上方に配置されるドライバ回路基板８および制御回路基板７と、制御回路基板７の上部に装着されるトップカバー２と、筐体１の下部に装着されるボトムカバー６とを含んで構成される。上述したドライバ回路１７４はドライバ回路基板８に実装され、上述した制御回路１７２は制御回路基板７に実装されている。

制御回路基板７には外部の制御装置と接続されるコネクタ（不図示）が設けられ、コネクタを介して制御回路基板７に設けられた制御回路１７２と上位の制御装置などの外部の制御装置との間で信号伝送が行われる。

図５および図６に示すように、筐体１には、冷媒（たとえば冷却水）が流れる平面視Ｕ字状の冷却流路１０と、この冷却流路１０に囲まれるようにコンデンサ収容部１２とが形成されている。

筐体１の側面には、冷媒を流入するための冷媒入口管４と、冷媒を流出するための冷媒出口管５とが設けられている。図５および図６に矢印で模式的に示すように、冷媒は、冷媒入口管４から冷却流路１０内に流入し、Ｕ字状の冷却流路１０を流れた後に冷媒出口管５から流出する。

図５に示すように、筐体１には、パワーモジュール３を収容するパワーモジュール収容部１５が冷却流路１０に沿って３つ形成され、各パワーモジュール収容部１５は冷却流路１０の一部を構成している。各パワーモジュール収容部１５の上方には各パワーモジュール３を挿入する開口部１１が冷却流路１０と連通するように設けられている。

図４に示す各パワーモジュール３は、図２に示した上下アーム直列回路１５０を金属ケース３０内に内蔵しており、電子部品の中でも最も発熱量が大きい。そのため、３つのパワーモジュール３は、開口部１１を介して冷却流路１０内に挿入され、図７に示すように、冷媒により直接冷却される。図７に示すように、コンデンサモジュール５００はコンデンサ収容部１２に収容されて冷却流路１０の壁面を通して冷却される。

ドライバ回路基板８および制御回路基板７は金属製の筐体１に熱的に接続されており、ドライバ回路基板８および制御回路基板７で発生した熱は筐体１を通して冷却流路１０内の冷媒へ放熱される。

図８〜図１０を参照して、パワーモジュール３の構成について説明する。図８はパワーモジュール３の外観を示す斜視図であり、図９はパワーモジュール３がパワーモジュール収容部１５に収容された状態を示す図３のＢ−Ｂ’断面図であり、図１０は図９の邪魔板１３ｂの位置であるＣ−Ｃ’で切断した断面図である。図８および図９の二点鎖線で囲まれた領域は、複数のピンフィン３４が形成された領域、すなわち放熱フィン群３３を示している。なお、図１０において、ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６は表れないが、便宜上かっこ書きで図示している。

図８に示すように、パワーモジュール３はアルミニウム製の金属ケース３０を有し、この金属ケース３０内には、図中破線で示すように図２に示した上下アーム直列回路１５０を構成する半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）が収容されている。ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６により構成される上アームと、ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６により構成される下アームは、金属ケース３０内で左右に並んで配置されている。

金属ケース３０は、半導体素子を含んで構成されるトランスファーモールド体が収容される筒部３１と、パワーモジュール３を筐体１に固定するために筒部３１の開口から外方に突出するように形成されるフランジ部３２とを備えている。トランスファーモールド体は、図１０に示すように、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の表裏両面が電極としての銅リードで挟まれ、それらが樹脂でトランスファーモールドされて一体となっているものである。トランスファーモールド体は、密着性の絶縁シート３９で挟まれた状態で筒部３１内に固定されている。

図８に示すように、パワーモジュール３には、通電用の主端子５１（正極端子５１ａ、負極端子５１ｂ、交流端子５１ｃ）と、ドライブ信号の送信や異常検知信号の受信を目的とした制御ピン５２とが金属ケース３０の外部に突出するように設けられている。

図９および図１０に示すように、金属ケース３０の筒部３１は相互に対向して配置される幅広の１対の側板３１ａを有し、両側板３１ａの外表面は、パワーモジュール３がパワーモジュール収容部１５に収容されたとき、冷媒の流れに沿うように配置される。

図１０に示すように、両側板３１ａのそれぞれには、冷媒の流れに直交するように複数個のピンフィン３４が冷却流路１０に突出するように立設されている。図９に示すように、複数のピンフィン３４は、千鳥状に配列されている、すなわち列ごとに半ピッチずつずれるように配置されている。パワーモジュール３は、放熱フィン群３３が冷却流路１０内に配置されて、冷却流路１０内を流れる冷媒との間で熱交換を行うことで冷却される。

図８および図９において二点鎖線で示すように、放熱フィン群３３は、冷媒の流れ方向に沿って上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとに分かれて配置されている。上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとの間には、後述する中間部用邪魔板１３ｂが挿通可能な幅ｂを有する間隙３３ｃが設けられている。

上述したように、パワーモジュール３はＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード１５６，１６６とで構成される上アームと下アームを備え、上アームと下アームは左右に並んで配置されている。上流側分割フィン群３３ａと上アームのＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６とが対向配置され、下流側分割フィン群３３ｂと下アームのＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６とが対向配置されるように、パワーモジュール３を製作することができる。

パワーモジュール３の金属ケース３０は量産性を考慮し、筒部３１の成形、ピンフィン３４の成形、フランジ部３２の成形を鍛造で行い、一体型の容器となっている。このとき、フランジ部３２とピンフィン３４との間に所定長さｚ＝５〜１０ｍｍ程度の隙間１６が形成される。この隙間１６は、以下に示す製造過程により必然的に形成されるものである。

以下、図１１を参照して、パワーモジュール３の金属ケース３０を鍛造により一体的に成形する製造方法を説明する。図１１は、鍛造成形によるフィン付き金属ケース３０の製造方法を示す。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は第１工程、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は第２工程を示している。第１工程は、原材料１００をおおよそ金属ケース３０の形状に成形するための工程である。図１１（ａ）に示すように、上型９０には、トランスファーモールド体の収容部を形成する凸部９０ａと、フランジ部３２を形成する凹部９０ｂとが設けられている。箱状の下型９１には、アルミニウムや銅などの変形しやすい金属や粉末状の金属等の原材料１００が入れられる。図１１（ｂ）に示すように、上型９０と下型９１とによってプレスを行うと１次成形体９８Ａが形成される。

第２工程は、第１工程で形成した１次成形体９８Ａの筒状部の両側にピンフィン３４を形成する工程である。図１１（ｃ）に示すように、第２工程に使用されるフィン成形用金型９２Ｌ，９２Ｒには円柱状のピンフィン３４を形成する穴９４が複数設けられ、下端近傍には１次成形体９８Ａの下端部を湾曲状に形成する突起部９５が設けられている。１次成形体９８Ａの両側にフィン成形用金型９２Ｌ，９２Ｒを配置してプレスを行うと、図１１（ｄ）に示すように、ピンフィン３４と外周湾曲部９９とが形成される。このとき、所定の突出高さを有する複数のピンフィン３４のそれぞれを均等な高さになるように成形するために、フィン成形用金型９２Ｌ，９２Ｒの上面から最上段の穴９４までの距離ｚ０に所定の長さが必要となる（図１１（ｃ）参照）。この距離ｚ０は、約５〜１０ｍｍ程度である。

パワーモジュール３の金属ケース３０の製造方法としては、ピンフィン３４を有する放熱板を別に成形し、摩擦攪拌接合により放熱板を１次成形体９８Ｂに接合する製造方法を採用してもよい。図１２は鍛造と摩擦攪拌接合の組合せによるフィン付き金属ケースの製造方法を示している。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は第１工程、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）は第２工程を示している。第１工程は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）と同様であるが、放熱板が接合される側の筒状部の側板は、図１１（ｂ）の場合に比べて薄く形成されている（図１２（ｂ）参照）。

図１２（ｃ）および図１２（ｄ）に示すように、第２工程では、第１工程で形成した１次成形体９８Ｂに、別途成形した１対の放熱板９６Ｌ，９６Ｒを接合する。摩擦攪拌接合により放熱板を接合する場合は、接合面積を確保するために図に示すように所定径の回転ツール９７をフランジ部３２の下面と最上段のピンフィン３４（放熱フィン群３３の上縁）との間に配置させる必要がある。所定径の回転ツール９７を配置させて接合作業を行うためには、フランジ部３２の下面と最上段のピンフィン３４との間に所定長さｚ＝１０ｍｍ程度の隙間が必要となる。

このように、図１１および図１２に示した製法のいずれの場合であっても、フランジ部３２と放熱フィン群３３との間に所定長さｚ＝５〜１０ｍｍ程度の隙間１６が形成されてしまうことは避けられない。なお、量産性を無視して切削加工によりピンフィン３４とフランジ部３２を作製することも考えられるが、この場合にも、フランジ部３２のシール面を切削する際に工具が入る隙間が必要となるため、フランジ部３２と放熱フィン群３３との間に所定長さｚ＝５〜１０ｍｍ程度の隙間１６が生じることになる。

本実施の形態では、この隙間１６を塞ぐように、隙間１６の開口面積とほぼ同じ面積の突部（邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が設けられている（図５参照）。邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有する各パワーモジュール収容部１５と、各パワーモジュール収容部１５に収容される各パワーモジュール３は同様の構成とされるため、以下、代表して冷媒出口管５の近傍に位置するパワーモジュール収容部１５の構成、そのパワーモジュール収容部１５に収容されるパワーモジュール３と邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの配置関係、および、冷媒出口管５の近傍に位置するパワーモジュール収容部１５に流れ込む冷媒の流れについて詳しく説明する。

図４、図６および図７に示すように、筐体１の下面には、冷却流路１０の下側の開口を塞ぐボトムカバー６が取り付けられている。ボトムカバー６は冷却流路１０の上方に形成される複数の開口部１１（図５参照）と対向するそれぞれの位置に、下方に窪んだ凹部６ａが形成されている。図７および図９、図１０に示すように、この凹部６ａの窪み内には、パワーモジュール３の先端部分が挿入され、筒部３１の下端面と放熱フィン群３３との間の筒部下部３１ｂの外表面は凹部６ａによって覆われている。

図１０に示すように、パワーモジュール収容部１５は、筐体１とボトムカバー６とで区画されることによって形成されている。ここで、筐体１はパワーモジュール収容部１５を含む冷却流路１０の側面を構成し、ボトムカバー６はパワーモジュール収容部１５を含む冷却流路１０の底面を構成している。さらに筐体１は、図５に示すように、パワーモジュール収容部１５の開口部１１を除く冷却流路１０の上面を構成し、パワーモジュール収容部１５にパワーモジュール３が取り付けられることで、パワーモジュール収容部１５の上面が塞がれる（図１０参照）。

図１０に示すように、パワーモジュール収容部１５は、パワーモジュール３の外面と冷却流路１０の内面との間隙の寸法が可能な限り狭くなるように形成されている。ボトムカバー６と筐体１との間には、シール部材４１が設けられ気密性が保たれている。

図９および図１０に示すように、パワーモジュール３は、次のようにパワーモジュール収容部１５に収容される。すなわち、放熱フィン群３３を有する筒部３１が開口部１１を介して冷却流路１０内に挿入され、冷却流路１０に筒部３１を挿入した状態でフランジ部３２がボルトで締結されることにより、筐体１の上面の所定位置に固定される。フランジ部３２が筐体１に固定されると、パワーモジュール３のフランジ部３２によって開口部１１（図５参照）が塞がれる。図１０に示すように、フランジ部３２と筐体１との間には、シール部材４０が設けられ気密性が保たれている。

次に、各パワーモジュール収容部１５の開口部１１の近傍に設けられ、冷媒を放熱フィン群３３へと導くための邪魔板について説明する。図９に示すように、フランジ部３２と放熱フィン群３３との間の隙間１６に対応する位置に邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けられている。

図５および図９、図１０に示すように、各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、それぞれ冷却流路１０の側面から筒部３１の側板３１ａ側に向かって突出して設けられ、冷媒の流れ方向と直交する方向である上下方向に延在している。図９に示すように、各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さＬは、パワーモジュール３のフランジ部３２と放熱フィン群３３との隙間１６の所定長さｚとほぼ同じである。なお、本実施の形態では、邪魔板の長さＬがわずかに隙間１６の所定長さｚよりも短いが、逆に邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さＬを隙間１６の所定長さｚよりも長くしてもよい。

各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、パワーモジュール３の放熱フィン群３３の位置に対応して配置される。図９に示すように、放熱フィン群３３の上流側、すなわち冷却流路１０の入口側には上流部用邪魔板１３ａが配置され、放熱フィン群３３の下流側、すなわち冷却流路１０の出口側には下流部用邪魔板１３ｃが配置され、放熱フィン群３３の中央には中間部用邪魔板１３ｂが配置されている。中間部用邪魔板１３ｂの厚み方向の寸法Ｔは、放熱フィン群３３を上流側と下流側とに分割することで形成される上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとの間に形成される間隙３３ｃの幅ｂよりも短く設定されている（Ｔ＜ｂ）。

図１３はパワーモジュール３の取付時の様子を示す説明図であり、図３のＢ−Ｂ’で切断した斜視図である。図１３に示すように、邪魔板１３ａ，１３ｃが放熱フィン群３３の上流側と下流側とに配置され、邪魔板１３ｂが分割フィン群３３ａ，３３ｂ同士の間に配置されているため、パワーモジュール３の筒部３１が冷媒の流れ方向と直交する方向である下方向に挿入されるとき、各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃは放熱フィン群３３に干渉しない。このとき、中間部用邪魔板１３ｂは、上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとの間を挿通される。

なお、パワーモジュール３が挿入される際、上流側分割フィン群３３ａおよび下流側分割フィン群３３ｂは各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃによって位置が規制されるため、パワーモジュール３の筒部３１はパワーモジュール収容部１５にスムーズに挿入される。

図９および図１０に示すように、パワーモジュール３が冷却流路１０に挿入され、フランジ部３２が筐体１に固定されると、上流側分割フィン群３３ａの上流側における隙間１６が上流部用邪魔板１３ａによって塞がれる。同様に、上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとの間における隙間１６は中間部用邪魔板１３ｂによって塞がれ、下流側分割フィン群３３ｂの下流側における隙間１６は下流部用邪魔板１３ｃによって塞がれる。なお、冷却流路１０の底面を構成するボトムカバー６には上述したようにパワーモジュール３の底面に合わせる形で凹部６ａが形成され、凹部６ａ内には筒部下部３１ｂが挿入されている。

図１４（ａ），（ｂ）は、各邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃの作用を説明する図であり、冷媒の流れに沿って切断した断面図である。図１４（ａ）は、邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けた場合を示し、図１４（ｂ）は邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けない場合を示す。なお、図１４（ｂ）に示す放熱フィン群３３Ｐは、上流側と下流側とで分割されていない。図中の各矢印は流線を模式的に表し、矢印の太さが太いほど流速が速い。

図１４（ｂ）を参照して、邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けなかった場合の冷媒の流れについて説明する。図１４（ｂ）に示すように、パワーモジュール３のフランジ部３２と放熱フィン群３３Ｐとの間には所定長さｚの隙間１６が形成されている。

冷媒は、図中の矢印で示されるように図示右側からパワーモジュール３が挿入された冷却流路１０に流れ込む。流れ込んだ冷媒の大部分はピンフィン３４の隙間を通り抜けるように図示左側に流れるが、冷媒の一部は、流線１４ｂのように放熱フィン群３３Ｐを迂回してフランジ部３２と放熱フィン群３３Ｐとの間の隙間１６を流れる。その結果、放熱フィン群３３Ｐを通過する冷媒の流量が減って冷却能力の低下を招くことになる。

一方、図１４（ａ）に示す本実施の形態のように、フランジ部３２と放熱フィン群３３との間の隙間１６に邪魔板１３ａ，１３ｂ，１３ｃを配置した場合には、流線１４ａのように、パワーモジュール収容部１５に流れ込む冷媒は放熱フィン群３３を迂回することなく上流部用邪魔板１３ａによって上流側放熱フィン群３３ａへと導かれる。さらに、上流側放熱フィン群３３ａに流入した冷媒のうちフランジ部３２側へ流れ込んだ冷媒の一部は、流線１４ｃのように、中間部用邪魔板１３ｂによって下流側放熱フィン群３３ｂへと導かれる。すなわち、邪魔板１３ａ，１３ｂによって冷媒の流れ方向に直交する流路断面において放熱フィン群３３とフランジ部３２との間に形成される隙間流路への冷媒の流入が阻止される。その結果、放熱フィン群３３を通過する冷媒の量が増えて流速が上昇するため、パワーモジュール３の冷却能力が向上する。

図１４（ａ）と図１４（ｂ）の冷却性能の差は、熱伝達率で約１５％の差であることを実測にて確認している。なお、図１４（ａ）に示すように、中間部用邪魔板１３ｂによって流線１４ｃの方向がＩＧＢＴ３３０の方向に向いて、冷媒が下流側放熱フィン群３３ｂに案内されるため、フランジ部３２と放熱フィン群３３の間に位置する隙間１６の全体を埋めなくても、隙間１６全体を埋めた場合と同等の冷却性能が得られる。隙間１６全体を埋めるように詰め物を配置しても同等の性能を得ることができるが、詰め物を入れる分、追加部材コストおよび取付けの手間が発生する。本実施形態によれば、パワーモジュール３を筐体１に取り付けるだけでバイパス流を防止できるため、低コストで冷却性能の向上を図ることができる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）筒部３１を構成する１対の側板３１ａのそれぞれには、フランジ部３２に対して所定長さｚの隙間１６を介して放熱フィン群３３が立設され、この隙間１６に冷媒を放熱フィン群３３へと導く邪魔板１３ａ，１３ｂが設けられている。これにより、放熱フィン群３３を迂回する流れを抑制して、放熱フィン群３３に流れる冷媒の流量を増やし、冷媒の流速を上げることができるため、パワーモジュール３の冷却能力を向上できる。その結果、冷媒を冷却する冷却装置（不図示）とパワーモジュール３の小型化を図ることができるため、電力変換装置全体の小型化を図ることができる。

（２）放熱フィン群３３の上流側に上流部用邪魔板１３ａが設けられているため、パワーモジュール収容部１５に流れ込む冷媒を放熱フィン群３３に導くことができ、効果的にパワーモジュール３を冷却することができる。

（３）上流側分割フィン群３３ａと下流側分割フィン群３３ｂとの間に中間部用邪魔板１３ｂが設けられているため、上流側分割フィン群３３ａを通過した冷媒の一部がフランジ部３２側に流出しても、その冷媒の一部を中間部用邪魔板１３ｂによって下流側分割フィン群３３ｂへと導いて下流側分割フィン群３３ｂによりパワーモジュール３を効果的に冷却することができる。

（４）半導体素子の位置に対応して放熱フィン群３３が設けられている。すなわち、上アーム用ＩＧＢＴ３２８と下アーム用ＩＧＢＴ３３０のそれぞれに対応して上流側分割フィン群３３ａおよび下流側分割フィン群３３ｂが設けられている。そのため、ピンフィン３４の本数を必要最小限に抑えることができる。その結果、圧力損失を抑えつつ効果的な放熱を行うことができ、さらにフィン部生産性の向上にも繋がる。

（５）電力変換装置２００に導入される冷媒の流れの向きは電力変換装置２００が搭載される車両などの機器の制約条件によって変化し得る。本実施の形態では、放熱フィン群３３の下流側にも邪魔板１３ｃが設けられている。これにより、冷媒の流れの方向が逆であっても、パワーモジュール３の冷却能力の向上を図ることができる。

（６）筒部３１の下端面と放熱フィン群３３との間の筒部下部３１ｂが挿入される凹部６ａが設けられているため、冷媒の底部側への迂回を抑制し、放熱フィン群３３を通過する冷媒の流速を上昇させて、より効果的にパワーモジュール３を冷却することができる。

−第２の実施の形態−
図１５を参照して、第２の実施の形態について説明する。図１５は、図１４（ａ）のピンフィン３４の代わりに、複数の平板フィン３５を設けた場合の実施形態を示す図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。図１５に示すように、平板フィン３５は、上流側と下流側とに分割されている。平板フィン３５を設けた場合、ピンフィン３４とは異なり一度フィン間に入った冷媒は隙間１６に流れ込まない。したがって、上流部用邪魔板１３ａをパワーモジュール収容部１５に設けることで、放熱フィン群３３を迂回して流れるバイパス流を防止して、パワーモジュールの冷却能力の向上を図ることができる。なお、電力変換装置の要求仕様によっては、平板フィン３５では冷却性能が足りない場合もあるため、状況に応じてフィンの形状は使い分けられる。第２の実施の形態では、上流部用邪魔板１３ａだけでなく、中間部用邪魔板１３ｂおよび下流部用邪魔板１３ｃも設けられているため、種々のフィン形状を有するパワーモジュール（たとえば、図１４（ａ）のパワーモジュール３）がパワーモジュール収容部１５に収容された場合であっても、バイパス流を防止して、冷却能力の向上を図ることができる。

−第３の実施の形態−
図１６を参照して、第３の実施の形態について説明する。図１６は、図１４（ａ）のピンフィン３４の代わりに、平板フィン３６を設けた場合の実施形態を示す図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。ここで、平板フィン３６は上流側と下流側とで分割されていない。この平板フィン３６を用いれば、ピンフィン３４を設けた場合（図１４（ａ）参照）とは異なり一度フィン間に入った冷媒は隙間１６に流れ込まない。第３の実施の形態では、上流部用邪魔板１３ｄがフィン群の上流側に設けられ、下流部用邪魔板１３ｅがフィン群の下流側に設けられている。

図１６に示すように、上流部用邪魔板１３ｄは、上流側に冷媒を放熱フィン群に案内するテーパ面１３ｆが設けられている。これにより、フィン群にスムーズに冷媒を案内することができる。その結果、圧力損失が小さくなり、ほとんどの冷媒をフィン群へ導くことができる。同様に、上流部用邪魔板１３ｄと対称となるように下流部用邪魔板１３ｅにもテーパ面１３ｆが設けられている。これにより、冷媒の流れの向きが逆である場合に、下流部用邪魔板１３ｅによってスムーズに冷媒をフィン群へ案内することができる。

−第４の実施の形態−
図１７を参照して、第４の実施の形態について説明する。図１７は、ピンフィン３４が碁盤目状に配列されてなる放熱フィン群３３ｇを採用した場合の実施形態を示す図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。本構造であれば、図１４（ａ）の放熱フィン群３３と比べて熱伝達率は若干下がるが、その分圧力損失を低減できるメリットがある。ピンフィン３４が碁盤目状に配列されている場合、隣り合うピンフィン３４同士の間に、ピンフィン３４同士の隙間よりも寸法が短い厚さに設定された中間部用邪魔板１３ｂが配置されている。

中間部用邪魔板１３ｂが複数のピンフィン３４同士の間隙を挿通可能な大きさに形成されているため、パワーモジュール３の挿入時にピンフィン３４と中間部用邪魔板１３ｂとが干渉することはない。第４の実施の形態によれば、ピンフィン３４と邪魔板１３ｂとの干渉を回避するために放熱フィン群３３ｇを上流側と下流側とに分割する必要がないため、たとえば放熱フィン群３３ｇをプレス成形する場合、均等にプレス圧を与えることができる。

−第５の実施の形態−
図１８を参照して、第５の実施の形態について説明する。図１８は邪魔板１３と各チップレイアウトの位置関係を示す一覧表である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。第１〜第４の実施の形態では、上下アーム直列回路１５０を金属ケース３０内に収容した２ｉｎ１のパッケージングのパワーモジュール３であって、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）が２行２列にレイアウトされたパワーモジュール３を例に説明をした（図１８の（ｃ２））。ここでは、ＩＧＢＴ（Ｉ）およびダイオード（Ｄ）のみからなる単一アーム回路である１ｉｎ１のパッケージングのパワーモジュールや、３相インバータ回路１４０を構成する６ｉｎ１のパッケージングのパワーモジュールも含めて説明する。

図１８に示すように、パワーモジュールには、１組あるいはＮ組（ただしＮ≧２）の半導体素子グループ５０が収容されている。図示するように、半導体素子グループ５０は、１つのＩＧＢＴ（Ｉ）によって構成されるグループや、１つのダイオード（Ｄ）によって構成されるグループ、１つのＩＧＢＴ（Ｉ）と１つのダイオード（Ｄ）により構成されるグループ、複数のＩＧＢＴ（Ｉ）のみから構成されるグループ、複数のダイオード（Ｄ）のみから構成されるグループ、複数のＩＧＢＴ（Ｉ）と複数のダイオード（Ｄ）により構成されるグループがある。

１組の半導体素子グループ５０を収容する場合であって冷媒の流れ方向が１方向と定められているとき（図１８の（ａ１））には、半導体素子グループ５０の上流側に邪魔板１３が配置され、冷媒を逆に流すことが想定されるとき（図１８の（ａ２））には、半導体素子グループ５０の上流側および下流側に邪魔板１３が配置されている。

Ｎ組（ただしＮ≧２）の半導体素子グループ５０が収容されている場合（図１８の（ｂ１）〜（ｈ１）および図１８（ｂ２）〜（ｈ２））について説明する。図示しないが、放熱フィン群は、冷媒の流れ方向に所定間隔をあけて配置された第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群に分割され、Ｎ個の分割フィン群（第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群）のそれぞれはＮ組の半導体素子グループ５０のそれぞれと対向配置されている。

冷媒の流れ方向が１方向と定められているとき（図１８のｂ１）〜（ｈ１））には最も上流側に位置する半導体素子グループ５０の上流側の隙間流路、および、Ｎ個の分割フィン群（第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群）の間に対応する隙間流路に邪魔板１３が配置され、冷媒を逆に流すことが想定されるとき（図１８の（ｂ２）〜（ｈ２））にはさらに下流側の隙間流路に邪魔板１３が配置されている。

このように、冷媒の流れ方向に沿って複数の半導体素子グループ５０を配置する場合、各半導体素子グループ５０に対応する位置に放熱フィン群が分割されて配置されているため（不図示）、パワーモジュール３の挿入時に邪魔板１３が放熱フィン群と干渉することはない。

このように、第５の実施の形態では、冷媒の流れ方向が１方向と定められている場合、図１８の上欄に示すように、上流部用邪魔板１３が半導体素子グループ５０直前の上流側に配置され、さらに放熱フィン群が半導体素子グループ５０の位置に応じて分割されている場合には、分割フィン群同士の間に中間部用邪魔板１３が配置されている。したがって、第５の実施の形態によれば、冷媒の大部分を効率よくフィン群に誘導できるため、冷却性能の向上を図ることができる。

さらに、第５の実施の形態では、冷媒を逆に流すことが想定される場合、図１８の下欄に示すように、下流側にも邪魔板１３が設けられている。したがって、邪魔板１３の配置は図中左右対称になる。下流側にも邪魔板１３を設けることで、冷媒の向きが逆であっても冷却性能の向上を図ることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を前述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）放熱フィンは、ピン形状や平板形状のものを採用する場合に限定されることなく、種々の形状を採用できる。フィンの形状や個数は、要求される冷却性能や圧力損失から決定される。

（２）筐体１とボトムカバー６によって冷却流路１０を形成したが、本発明はこれに限定されない。筐体１のみで流路形成体を構成してもよい。冷却流路１０は、平面視Ｕ字状とする場合に限定されない。

（３）千鳥状にピンフィン３４を配列した場合であっても、図１９に示すように、邪魔板１３ｂを挿通可能な幅ｂを有する隙間が確保されていれば、放熱フィン群３３ｔを分割しなくてもよい。

（４）電力変換装置は、他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などの車両用電源装置に利用することもできる。

（５）電力変換装置は、コンピュータシステムやサーバシステムなどに用いられる無停電電源装置、自家用発電設備に用いられる電源装置など、電動車両以外の電源装置を構成する電力変換装置に適用しても構わない。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１ 筐体、３ パワーモジュール、４ 冷媒入口管、５ 冷媒出口管、６ ボトムカバー、６ａ 凹部、１０ 冷却流路、１１ 開口部、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ テーパ面、１５ パワーモジュール収容部、１６ 隙間、３０ 金属ケース、３１ 筒部、３２ フランジ部、３３ 放熱フィン群、３３ａ 上流側分割フィン群、３３ｂ 下流側分割フィン群、３３ｃ 間隙、３３ｇ，３３ｔ 放熱フィン群、３４ ピンフィン、３５，３６ 平板フィン、３９ 絶縁シート、５０ 半導体素子グループ、１４０，１４２ インバータ回路、１５０ 上下アーム直列回路、１５６ ダイオード、１６６ ダイオード、２００ 電力変換装置

Claims (11)

1. 半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、
   冷媒が流れる冷却流路が形成され、前記冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、
   前記冷却流路内に配置されて前記冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、
   前記パワーモジュールは、
   複数の半導体素子を収容し、前記流路形成体の開口部から前記冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、
   前記筒部の開口に形成されて前記流路形成体の開口部を塞ぐように前記流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、
   前記筒部は対向配置される１対の側板を有し、前記１対の側板のそれぞれには、前記フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が前記冷却流路に突出するように立設されており、
   前記筒部の１対の側板のそれぞれに立設される前記放熱フィン群と前記フランジ部との間の前記隙間に配置されて、前記冷媒を前記放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、前記流路形成体から前記パワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、
   前記放熱フィン群は、前記半導体素子の位置に対応して設けられ、
   前記複数の半導体素子の位置に対応するように、前記放熱フィン群が冷媒の流れ方向に沿って複数の分割フィン群に分かれて配置され、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第２流路制御部材とを含んで構成され、
   前記第１流路制御部材は前記放熱フィン群の上流側に設けられ、
   前記第２流路制御部材は前記複数の分割フィン群同士の間に設けられ、前記筒部を前記流路形成体の開口部から挿入したときに前記第２流路制御部材が前記分割フィン群同士の間を挿通可能とされていることを特徴とする電力変換装置。
2. 半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、
   冷媒が流れる冷却流路が形成され、前記冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、
   前記冷却流路内に配置されて前記冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、
   前記パワーモジュールは、
   複数の半導体素子を収容し、前記流路形成体の開口部から前記冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、
   前記筒部の開口に形成されて前記流路形成体の開口部を塞ぐように前記流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、
   前記筒部は対向配置される１対の側板を有し、前記１対の側板のそれぞれには、前記フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が前記冷却流路に突出するように立設されており、
   前記筒部の１対の側板のそれぞれに立設される前記放熱フィン群と前記フランジ部との間の前記隙間に配置されて、前記冷媒を前記放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、前記流路形成体から前記パワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、
   前記放熱フィン群は、複数のピンフィンを有し、前記半導体素子の位置に対応して設けられ、
   前記半導体素子は、冷媒の流れ方向に沿って複数配置され、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第２流路制御部材とを含んで構成され、
   前記第１流路制御部材は前記放熱フィン群の上流側に設けられ、
   前記第２流路制御部材は前記複数の半導体素子同士の間に設けられ、前記複数のピンフィン同士の間隙を挿通可能な大きさに形成されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第３流路制御部材とを含んで構成され、
   前記第１流路制御部材は前記放熱フィン群の上流側に設けられ、
   前記第３流路制御部材は前記放熱フィン群の下流側に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
4. 半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であって、
   冷媒が流れる冷却流路が形成され、前記冷却流路と連通する開口部が形成された流路形成体と、
   前記冷却流路内に配置されて前記冷却流路内を流れる冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群を有しているパワーモジュールとを備え、
   前記パワーモジュールは、
   複数の半導体素子を収容し、前記流路形成体の開口部から前記冷媒の流れ方向と交差するように挿入される筒部と、
   前記筒部の開口に形成されて前記流路形成体の開口部を塞ぐように前記流路形成体に固定されるフランジ部とを有し、
   前記筒部は対向配置される１対の側板を有し、前記１対の側板のそれぞれには、前記フランジ部に対して所定長さの隙間を介して放熱フィン群が前記冷却流路に突出するように立設されており、
   前記筒部の１対の側板のそれぞれに立設される前記放熱フィン群と前記フランジ部との間の前記隙間に配置されて、前記冷媒を前記放熱フィン群へと導く少なくとも１対の流路制御部材が、前記流路形成体から前記パワーモジュールの筒部の側板側に向かって突出するように設けられ、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第３流路制御部材とを含んで構成され、
   前記第１流路制御部材は前記放熱フィン群の上流側に設けられ、
   前記第３流路制御部材は前記放熱フィン群の下流側に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記放熱フィン群は、前記半導体素子の位置に対応して設けられていることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項３ないし５のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記放熱フィン群が前記冷媒の流れ方向に沿って第１分割フィン群と第２分割フィン群とに分かれて配置され、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、１対の第１流路制御部材と１対の第２流路制御部材と１対の第３流路制御部材とを含んで構成され、
   前記第１流路制御部材は前記第１分割フィン群の上流側に設けられ、
   前記第２流路制御部材は前記第１分割フィン群と前記第２分割フィン群との間に設けられ、
   前記第３流路制御部材は前記第２分割フィン群の下流側に設けられ、
   前記筒部を前記流路形成体の開口部から挿入したときに前記第２流路制御部材が前記第１分割フィン群と前記第２分割フィン群との間を挿通可能とされていることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記少なくとも１対の流路制御部材は、上流側に前記冷媒を前記放熱フィン群に案内するテーパ面が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記筒部の下端面と前記放熱フィン群との間の筒部下部が挿入される凹部を有していることを特徴とする電力変換装置。
9. 半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換するインバータ回路を有する電力変換装置において、
   冷媒が流れる冷却流路が形成された流路形成体と、
   前記冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群が突設された筒部に前記半導体素子を内蔵し、前記冷却流路に前記筒部を挿入した状態でフランジ部で前記流路形成体に固定されるパワーモジュールと、
   前記冷媒の流れ方向に直交する流路断面において前記放熱フィン群と前記フランジ部との間に形成される隙間流路への前記冷媒の流入を阻止する突部が前記流路形成体に設けられ、
   前記突部は少なくとも前記冷却流路の入口側に設けられ、
   前記突部は前記冷却流路の出口側にも設けられていることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項９に記載の電力変換装置において、
    前記パワーモジュールには、複数の半導体素子を有する半導体素子グループがＮ組（ただしＮ≧２）収容され、
    前記放熱フィン群は、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をあけて配置された第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群に分割され、
    Ｎ個の分割フィン群のそれぞれは前記Ｎ組の半導体素子グループのそれぞれと対向配置され、
    前記Ｎ個の分割フィン群の間に対応する隙間流路にも前記突部が設けられていることを
    特徴とする電力変換装置。
11. 半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換するインバータ回路を有する電力変換装置において、
    冷媒が流れる冷却流路が形成された流路形成体と、
    前記冷媒との間で熱交換を行う放熱フィン群が突設された筒部に前記半導体素子を内蔵し、前記冷却流路に前記筒部を挿入した状態でフランジ部で前記流路形成体に固定されるパワーモジュールと、
    前記冷媒の流れ方向に直交する流路断面において前記放熱フィン群と前記フランジ部との間に形成される隙間流路への前記冷媒の流入を阻止する突部が前記流路形成体に設けられ、
    前記突部は少なくとも前記冷却流路の入口側に設けられ、
    前記パワーモジュールには、複数の半導体素子を有する半導体素子グループがＮ組（ただしＮ≧２）収容され、
    前記放熱フィン群は、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をあけて配置された第１の分割フィン群〜第Ｎの分割フィン群に分割され、
    Ｎ個の分割フィン群のそれぞれは前記Ｎ組の半導体素子グループのそれぞれと対向配置され、
    前記Ｎ個の分割フィン群の間に対応する隙間流路にも前記突部が設けられていることを
    特徴とする電力変換装置。

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