JP5682713B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵した半導体パワーモジュール上に、半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を支持するようにした電力変換装置に関する。
この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載された電力変化装置が知られている。この電力変換装置は、筐体内に、水冷ジャケットを配置し、この水冷ジャケット上に電力変換用の半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴを内蔵した半導体パワーモジュールを配置して冷却するようにしている。また、筐体内には、半導体パワーモジュールの水冷ジャケットとは反対側に所定距離を保って制御回路基板を配置し、この制御回路基板で発生する熱を、放熱部材を介して制御回路基板を支持する金属ベース板に伝達し、さらに金属ベース板に伝達された熱を、この金属ベース板を支持する筐体の側壁を介して水冷ジャケットに伝達するようにしている。
ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、制御回路基板で発生する熱を、制御回路基板→放熱部材→金属ベース板→筐体→水冷ジャケットという経路で放熱するようにしている。このため、筐体が伝熱経路の一部として利用されることにより、筐体にも良好な伝熱性が要求されることになり、材料が熱伝導率の高い金属に限定され、小型軽量化の要求される電力変換装置おいて、樹脂等の軽量な材料の選択が不可能となり軽量化が困難となるという未解決の課題がある。
また、筐体には、防水・防塵が要求されることが多いため、金属ベース板と筐体との間、筐体と水冷ジャケットとの間には液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどが一般的に行われている。液状シール剤やゴム製パッキンは熱伝導率が一般的に低く、これらが熱冷却経路に介在することで熱抵抗が増え冷却効率が低下するという未解決の課題もある。この未解決の課題を解決するためには、基板や実装部品の除去しきれない発熱を筐体や筐体蓋からの自然対流による放熱も必要となり、筐体や筐体蓋の表面積を大きくするために、筐体や筐体蓋の外形が大きくなり電力変換装置が大型化することになる。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、基板に実装された発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱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している。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、基板に実装された発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱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している。
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置の第１の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、一面に、前記冷却体の開放窓ないに挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、第１の態様は、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の熱を前記冷却体に伝熱するため前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材とを備えている。
この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって冷却体に直接放熱することができる。この場合、冷却体が冷却液を通流する通液路を有し、この通液路に開放窓が形成され、この開放窓に半導体パワーモジュールの冷却部材の接液部と伝熱支持部材の接液部とが挿通されて冷却液に直接接触するので、半導体パワーモジュール及び伝熱支持部材の冷却効果を向上させることができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第２の態様は、前記実装基板が金属ベース回路基板で構成されている。
この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第３の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、上記第３の態様は、前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材とを備えている。
この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱することができる。この場合、冷却体が冷却液を通流する通液路を有し、この通液路に開放窓が形成され、この開放窓に半導体パワーモジュールの冷却部材の接液部と伝熱支持部材の接液部とが挿通されて冷却液に直接接触するので、半導体パワーモジュール及び伝熱支持部材の冷却効果を向上させることができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第４の態様は、前記実装基板が金属ベース回路基板で構成されている。
この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第５の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、第５の態様は、前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と、前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に介挿した伝熱部材とを備えている。
この第５の態様によると、第３の態様の作用に加えて実装基板の発熱回路部品の熱を伝熱部材を介して伝熱支持部材に効率よく伝熱することができる。
この第５の態様によると、第３の態様の作用に加えて実装基板の発熱回路部品の熱を伝熱部材を介して伝熱支持部材に効率よく伝熱することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第６の態様は、前記伝熱支持部材が、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されている。
この第６の態様によると、実装基板を伝熱支持板部で支持するので、実装基板の剛性を高めることができる。
この第６の態様によると、実装基板を伝熱支持板部で支持するので、実装基板の剛性を高めることができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第７の態様は、前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されている。
この第７の態様によると、伝熱支持板部と伝熱支持側板部とが一体に形成されているので、両者間の連結部に継ぎ目がなく、連結部での熱抵抗を小さくすることができる。
この第７の態様によると、伝熱支持板部と伝熱支持側板部とが一体に形成されているので、両者間の連結部に継ぎ目がなく、連結部での熱抵抗を小さくすることができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第８の態様は、前記伝熱支持板部が、複数の伝熱支持側板部に固定支持されている。
この第８の態様によると、伝熱支持板部が複数の伝熱支持側板部に固定支持されているので、冷却体への伝熱面積を増加させて、効率の良い放熱を行うことができる。
この第８の態様によると、伝熱支持板部が複数の伝熱支持側板部に固定支持されているので、冷却体への伝熱面積を増加させて、効率の良い放熱を行うことができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第９の態様は、前記伝熱支持部材の接液部が、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されている。
この第９の形態によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されているので、接液部の冷却温度が略一定となり、良好な冷却効果を発揮することができる。
この第９の形態によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されているので、接液部の冷却温度が略一定となり、良好な冷却効果を発揮することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１０の態様は、前記伝熱支持部材の接液部が、櫛歯状に形成されている。
この第１０の態様によると、伝熱支持部材の接液部が櫛歯状に形成されているので、冷却液の通流を阻害することなく、冷却効果を発揮することができる。
この第１０の態様によると、伝熱支持部材の接液部が櫛歯状に形成されているので、冷却液の通流を阻害することなく、冷却効果を発揮することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１１の態様は、前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と平行に延長して配置されている。
この第１１の態様によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と平行に配置されているので、冷却液の通液を阻害することなく冷却効果を発揮することができる。
この第１１の態様によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と平行に配置されているので、冷却液の通液を阻害することなく冷却効果を発揮することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１２の態様は、前記伝熱支持部材が前記半導体パワーモジュールを挟んで対向する第１の伝熱支持部材及び第２の伝熱支持部材で構成され、前記第１の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の上流側に配置され、前記第２の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の下流側に配置されている。
この第１２の態様によると、冷却部材の接液部の上流側及び下流側に第１の伝熱支持部材の接液部及び第２の伝熱支持部材の接液部を配置するので、第１の伝熱支持部材の接液部の冷却温度を第２の伝熱支持部材の冷却温度より低くすることができる。
この第１２の態様によると、冷却部材の接液部の上流側及び下流側に第１の伝熱支持部材の接液部及び第２の伝熱支持部材の接液部を配置するので、第１の伝熱支持部材の接液部の冷却温度を第２の伝熱支持部材の冷却温度より低くすることができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１３の態様は、前記第１の伝熱支持側板部に連結される伝熱支持板部に実装される第１の実装基板に、前記第２の伝熱支持側板部に連結される伝熱支持板部に支持される前記実装基板に実装される発熱回路部品より高い発熱量の発熱回路部品を実装する。
この第１３の態様によると、冷却温度の低い第１の伝熱支持部材で支持する第１の実装基板に高い発熱量の発熱回路部品を実装し、冷却温度の高い第２の伝熱支持部材で支持する第２の実装基板に低い発熱量の発熱回路部品を実装するので、高い発熱量の発熱回路部品の放熱を良好に行うことができる。
この第１３の態様によると、冷却温度の低い第１の伝熱支持部材で支持する第１の実装基板に高い発熱量の発熱回路部品を実装し、冷却温度の高い第２の伝熱支持部材で支持する第２の実装基板に低い発熱量の発熱回路部品を実装するので、高い発熱量の発熱回路部品の放熱を良好に行うことができる。
本発明に係る電力変換装置の第１４の態様は、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに封止部材を設けている。
この第１４の態様によると、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに夫々封止部材を設けているので、冷却液の漏れを確実に防止することができる。
この第１４の態様によると、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに夫々封止部材を設けているので、冷却液の漏れを確実に防止することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１５の態様は、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面に封止部材を設け、前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面に互いに伸縮性を有する板状弾性部材及び接着層の何れか介在させている。
この第１５の態様によると、パッキン等の板状弾性部材又は接着剤層によって伝熱支持側板部及び冷却部材の接触面を確実に液密にシールすることができ、特に板状弾性部材を使用する場合には、冷却体と冷却体接触板部との接触を確実に行って冷却効果を高めることができる。
この第１５の態様によると、パッキン等の板状弾性部材又は接着剤層によって伝熱支持側板部及び冷却部材の接触面を確実に液密にシールすることができ、特に板状弾性部材を使用する場合には、冷却体と冷却体接触板部との接触を確実に行って冷却効果を高めることができる。
本発明によれば、発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を冷却体に接触する伝熱支持部材で支持するので、発熱回路部品で生じる熱を、伝熱支持部材を介して直接冷却体に放熱することができ、熱抵抗を抑えて冷却効率の良い熱冷却を行うことができる。このため、筐体や筐体蓋からの放熱作用との併用を減少させることができ、筐体や筐体蓋の大きさを抑えて小型化されて安価な電力変換装置を提供することができる。
しかも、筐体に良好な伝熱性を要求することがないので、筐体に樹脂等の軽量な材料を用いることができ、筐体を軽量化して安価な電力変換装置の提供が可能となる。
さらに、伝熱支持部材に冷却体に通流する冷却液に接触する接液部を設けているので、冷却効率をより向上させることができる。
しかも、筐体に良好な伝熱性を要求することがないので、筐体に樹脂等の軽量な材料を用いることができ、筐体を軽量化して安価な電力変換装置の提供が可能となる。
さらに、伝熱支持部材に冷却体に通流する冷却液に接触する接液部を設けているので、冷却効率をより向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
図１は本発明に係る電力変換装置の全体構成を示す断面図である。
図中、１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂで構成されている。
図１は本発明に係る電力変換装置の全体構成を示す断面図である。
図中、１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂで構成されている。
下部筐体２Ａは有底角筒体で構成されている。この下部筐体２Ａは開放上部が冷却体３で覆われ、内部に平滑用のフィルムコンデンサ４が収納されている。
上部筐体２Ｂは、上端及び下端を開放した角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。そして、角筒体２ａの下端が冷却体３で閉塞されている。この角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。
上部筐体２Ｂは、上端及び下端を開放した角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。そして、角筒体２ａの下端が冷却体３で閉塞されている。この角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。
冷却体３は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して扁平な板状に形成されている。冷却液の給液口３ａ及び排液口３ｂが筐体２の外方に開口されている。これら給液口３ａ及び排液口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しないラジエーター等の冷却液供給源に接続されている。そして、冷却液供給源から例えば冷却水にロングライフクーラントや不凍液などを添加した冷却液が供給される。
給液口３ａ及び排液口３ｂ間には、通液路３ｃが形成されている。この通液路３ｃは、給液口３ａ及び排液口３ｂに連通し、給液口３ａ及び排液口３ｂ間を結ぶ線上に形成された直線路３ｄ及び３ｅを有する。そして、通液路３ｃは、直線路３ｄ及び３ｅ間に連通して上方に凸状に屈曲する屈曲路３ｆを有する。この屈曲路３ｆの上面には開放窓３ｇが形成されている。この冷却体３は、上面の開放窓３ｇの周囲に周溝３ｈが形成されている。
また、冷却体３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｉが形成されている。
また、冷却体３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｉが形成されている。
電力変換装置１は、図２とともに参照して明らかなように、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵した半導体パワーモジュール１１を備えている。この半導体パワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製で熱伝導率の高い例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された冷却部材１３が形成されている。この冷却部材１３には、平坦な下面における冷却体３の開放窓３ｇに対向する中央部に、下方に突出する多数の冷却フィン１３ａが形成されている。これら冷却フィン１３ａは冷却体３に形成された開放窓３ｇ内に挿通されている。
ケース体１２及び冷却部材１３には平面からみて四隅に固定部材としての固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５の内側における４箇所に所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。
この基板固定部１６の上端には、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方に所定間隔を保って半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板２２が固定されている。
この基板固定部１６の上端には、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方に所定間隔を保って半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板２２が固定されている。
さらに、制御回路基板２２の上方に所定間隔を保って半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等を実装した実装基板としての電源回路基板２３が固定されている。
そして、駆動回路基板２１は、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２１ａ内に継ぎねじ２４の雄ねじ部２４ａを挿通し、この雄ねじ部２４ａを基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合することにより固定されている。
そして、駆動回路基板２１は、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２１ａ内に継ぎねじ２４の雄ねじ部２４ａを挿通し、この雄ねじ部２４ａを基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板２２は継ぎねじ２４の上端に形成した雌ねじ部２４ｂに対向する位置に形成した挿通孔２２ａ内に継ぎねじ２５の雄ねじ部２５ａを挿通し、この雄ねじ部２５ａを継ぎねじ２４の雌ねじ部２４ｂに螺合することにより固定されている。
さらに、電源回路基板２３は継ぎねじ２５の上端に形成した雌ねじ部２５ｂに対向する位置に形成した挿通孔２３ａ内に固定ねじ２６を挿通し、この固定ねじ２６を継ぎねじ２５の雌ねじ部２５ｂに螺合することにより固定されている。
さらに、電源回路基板２３は継ぎねじ２５の上端に形成した雌ねじ部２５ｂに対向する位置に形成した挿通孔２３ａ内に固定ねじ２６を挿通し、この固定ねじ２６を継ぎねじ２５の雌ねじ部２５ｂに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３は、伝熱支持部材３２及び３３によって筐体２を介することなく冷却体３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持部材３２及び３３は、熱伝導率が高い金属例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。
また、伝熱支持部材３２及び３３は、制御回路基板２２を支持する冷却体３の周溝３ｈ内に配置されて角枠状の共通の底板部３４を有する。したがって、伝熱支持部材３２及び３３は底板部３４によって一体に連結されている。そして、底板部３４の内周縁は冷却体３の屈曲路３ｆ内に突出されて冷却液に直接接触する接液部３４ａが形成されている。この接液部３４ａは、屈曲路３ｆ内に突出する枠状部３４ｂと、この枠状部３４ｂの内周縁における冷却液の通液方向と直交する辺から下方に延長する突出片３４ｃとで図１及び図２に示すように断面Ｌ字状に形成されている。ここで、突出片３４ｃは櫛歯状に形成されており、冷却液の流路抵抗を減少させるようにしている。
そして、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４とは黒色の表面を有する。これら伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色化にするには、表面に黒色樹脂をコーティングしたり、黒色塗料で塗装したりすればよい。このように、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色とすることにより、金属の素材色と比較し熱放射率が大きくなり、放射伝熱量を増やすことができる。このため、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との周囲への放熱が活発化され、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の熱冷却を効率良く行うことができる。なお、底板部３４を除いて伝熱支持部材３２及び３３のみの表面を黒色にするようにしてもよい。
伝熱支持部材３２は、平板上の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａの図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う右端側に固定ねじ３２ｂで固定された伝熱支持側板部３２ｃとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３２ｃが共通の底板部３４に連結されている。
伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して制御回路基板２２が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。
伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して制御回路基板２２が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。
また、伝熱支持側板部３２ｃは、図２に示すように、冷却体３の周溝３ｈ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３２ｄと、この連結板部３２ｄの上端から左方に延長する上板部３２ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３２ｄは、半導体パワーモジュール１１の例えば長辺側の右側面を通って上方に延長している。
そして、連結板部３２ｄの底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を例えば円筒面の一部でなる湾曲面３２ｆ及び３２ｇに形成している。このように連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３２ｆ及び３２ｇとすることにより、上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。すなわち、電力変換装置１に上下振動や横揺れが伝達されたときに連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部に生じる応力集中を緩和することが可能となる。
さらに、連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３２ｆ及び３２ｇとすることにより、連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を直角のＬ字形状とする場合に比較して熱伝導経路を短くすることができる。このため、伝熱支持板部３２ａから冷却体３までの熱伝導経路を短くして、効率的な熱冷却が可能となる。
伝熱支持部材３３は、平板上の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａの図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う左端側に固定ねじ３３ｂで固定された伝熱支持側板部３３ｃとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３３ｃが共通の底板部３４に連結されている。
伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して電源回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。
伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して電源回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。
また、伝熱支持側板部３３ｃは、図２及び図３に示すように、冷却体３の周溝３ｈ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から右方に延長する上板部３３ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３３ｄは、半導体パワーモジュール１１の長辺側の左側面を通って上方に延長している。
そして、連結板部３３ｄの底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を例えば円筒面の一部でなる湾曲面３３ｆ及び３３ｇに形成している。このように連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。すなわち、電力変換装置１に上下振動や横揺れが伝達されたときに連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部に生じる応力集中を緩和することが可能となる。
さらに、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を直角のＬ字形状とする場合に比較して熱伝導経路を短くすることができる。このため、伝熱支持板部３３ａから冷却体３までの熱伝導経路を短くして、効率的な熱冷却が可能となる。
さらに、制御回路基板２２及び電源回路基板２３には、発熱回路部品３９が、図４及び図５に示すように、下面側に実装されている。
そして、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱部材３５，３７及び伝熱支持板部３２ａ，３３ａとの連結が図４に示すように行われる。これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの連結は左右が逆となることを除いては実質的に同じであるので、電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａを代表として説明する。
そして、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱部材３５，３７及び伝熱支持板部３２ａ，３３ａとの連結が図４に示すように行われる。これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの連結は左右が逆となることを除いては実質的に同じであるので、電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａを代表として説明する。
この電源回路基板２３と伝熱支持板部３３ａとの連結には、図４及び図５に示すように、伝熱部材３７の厚みＴより低い伝熱板部管理高さＨを有する間隔調整部材としての間座４０が用いられる。この間座４０は、伝熱支持板部３３ａに形成された固定ねじ３８が螺合する雌ねじ部４１の外周側に接着等によって仮止めされている。ここで、間座４０の伝熱板部管理高さＨは、伝熱部材３７の圧縮率が約２０〜３０％となるように設定されている。このように、伝熱部材３７を約２０〜３０％程度に圧縮することにより、熱抵抗が減り効率良い伝熱効果を発揮することができる。
一方、伝熱部材３７には、継ぎねじ２５を挿通可能な挿通孔３７ａと、間座４０を挿通可能な挿通孔３７ｂとが形成されている。
そして、伝熱支持板部３３ａに仮止めされた間座４０を挿通孔３７ｂに挿通されるように伝熱部材３７を伝熱支持板部３３ａに載置する。そして、この伝熱支持板部３３ａの上に電源回路基板２３を発熱回路部品３９が伝熱部材３７に接するように載置する。
そして、伝熱支持板部３３ａに仮止めされた間座４０を挿通孔３７ｂに挿通されるように伝熱部材３７を伝熱支持板部３３ａに載置する。そして、この伝熱支持板部３３ａの上に電源回路基板２３を発熱回路部品３９が伝熱部材３７に接するように載置する。
この状態で、固定ねじ３８を電源回路基板２３の挿通孔２３ｂを通じ、間座４０の中心開口を通じて伝熱支持板部３３ａの雌ねじ部４１に螺合させる。そして、固定ねじ３８を伝熱部材３７の上面が間座４０の上面と略一致するまで締め付ける。
このため、伝熱部材３７が２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮されることになり、熱抵抗が減って効率の良い伝熱効果を発揮することができる。このとき、伝熱部材３７の圧縮率は間座４０の高さＨによって管理されるので、締め付け不足や締め付け過剰が生じることなく、適切な締め付けが行われる。
このため、伝熱部材３７が２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮されることになり、熱抵抗が減って効率の良い伝熱効果を発揮することができる。このとき、伝熱部材３７の圧縮率は間座４０の高さＨによって管理されるので、締め付け不足や締め付け過剰が生じることなく、適切な締め付けが行われる。
また、電源回路基板２３の下面側に実装された発熱回路部品３９が伝熱部材３７の弾性によって伝熱部材３７内に埋め込まれる。このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３７との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。
制御回路基板２２と伝熱支持板部３２ａとの伝熱部材３５を介在させた連結も上記と同様にして行われる。
なお、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２及び４３が貼着されている。
また、伝熱支持部材３３の伝熱支持側板部３３ｃにおける連結板部３３ｄには、図７に示すように、半導体パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に後述するブスバー５５を挿通する例えば方形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。
なお、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２及び４３が貼着されている。
また、伝熱支持部材３３の伝熱支持側板部３３ｃにおける連結板部３３ｄには、図７に示すように、半導体パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に後述するブスバー５５を挿通する例えば方形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。
このように、３つの挿通孔３３ｉを形成することにより、隣接する挿通孔３３ｉ間に比較的幅広の伝熱路Ｌｈを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。
同様に、伝熱支持部材３２の伝熱支持側板部３２ｃの連結部にも、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔３２ｉが形成されている。この挿通孔３２ｉを形成することにより、上述した挿通孔３３ｉと同様の作用効果を得ることができる。
同様に、伝熱支持部材３２の伝熱支持側板部３２ｃの連結部にも、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔３２ｉが形成されている。この挿通孔３２ｉを形成することにより、上述した挿通孔３３ｉと同様の作用効果を得ることができる。
また、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４には、図２及び図３に示すように、半導体パワーモジュール１１の固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５に対向する位置に固定部材挿通孔３４ｄが形成されている。さらに、底板部３４の上面と半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の下面との間に例えば封止部材となる長方形枠状の板状弾性部材４５が介在されている。また、冷却体３の周溝３ｈの開放窓３ｇ側に封止部材としてのＯリング４６が配設されている。
そして、半導体パワーモジュール１１及び冷却部材１３の挿通孔１５及び底板部３４の固定部材挿通孔３４ｄに固定ねじ１４を挿通する。そして、この固定ねじ１４の先端の雄ねじ部を冷却体３に形成された雌ねじ部３ｊに螺合させることにより、半導体パワーモジュール１１と底板部３４とが冷却体３に固定されている。
次に、上記第１の実施形態の電力変換装置１の組立方法を説明する。
先ず、図４で前述したように、電源回路基板２３を伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａに伝熱部材３７を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３８によって伝熱部材３７を２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａを固定して、電源回路ユニットＵ３を形成しておく。
同様に、制御回路基板２２を伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａに伝熱部材３５を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３６によって伝熱部材３５を２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａを固定して制御回路ユニットＵ２を形成しておく。
先ず、図４で前述したように、電源回路基板２３を伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａに伝熱部材３７を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３８によって伝熱部材３７を２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａを固定して、電源回路ユニットＵ３を形成しておく。
同様に、制御回路基板２２を伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａに伝熱部材３５を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３６によって伝熱部材３５を２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａを固定して制御回路ユニットＵ２を形成しておく。
一方、冷却体３の周溝３ｈ内に、伝熱支持部材３２及び３３に共通の底板部３４を、その上面と半導体パワーモジュール１１に形成した冷却部材１３の下面との間に板状弾性部材４５を介在させた状態で、半導体パワーモジュール１１とともに固定ねじ１４で固定する。
このように底板部３４及び半導体パワーモジュール１１を冷却体３に固定することにより、冷却体３の開放窓３ｇが冷却部材１３及び板状弾性部材４５によって閉塞される。これと同時に、冷却部材１３の冷却フィン１３ａが冷却体３の開放窓３ｇを通じて屈曲路３ｆ内に挿通されるとともに、底板部３４の接液部３４ａの枠状部３４ｂ及び突出片３４ｃが屈曲路３ｆ内に挿通される。
このように底板部３４及び半導体パワーモジュール１１を冷却体３に固定することにより、冷却体３の開放窓３ｇが冷却部材１３及び板状弾性部材４５によって閉塞される。これと同時に、冷却部材１３の冷却フィン１３ａが冷却体３の開放窓３ｇを通じて屈曲路３ｆ内に挿通されるとともに、底板部３４の接液部３４ａの枠状部３４ｂ及び突出片３４ｃが屈曲路３ｆ内に挿通される。
このように、半導体パワーモジュール１１と伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４とを同時に冷却体３に固定することができるので、組立工数を減少させることができる。また、底板部３４を冷却体３に固定する際に板状弾性部材４５を底板部３４と半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３との間に介在させる。このため、板状弾性部材４５によって底板部３４が冷却体３の周溝３ｈの底部に押し付けられて、底板部３４が冷却体３に確実に接触されて、広い接触面積を確保することができる。しかも、底板部３４の上下面が板状弾性部材４５及びＯリング４６でシールされて、冷却体３の通液路３ｃに冷却液を通液したときに冷却液の液漏れを確実に阻止することができる。
また、半導体パワーモジュール１１には、冷却体３に固定する前又は固定した後に、その上面に形成された基板固定部１６に駆動回路基板２１を載置する。そして、この駆動回路基板２１をその上方から４本の継ぎねじ２４によって基板固定部１６に固定する。そして、伝熱支持板部３２ａを伝熱支持側板部３２ｃに固定ねじ３２ｂで連結する。
そして、継ぎねじ２４の上面に制御回路ユニットＵ２の制御回路基板２２を載置し、４本の継ぎねじ２５によって固定する。さらに、継ぎねじ２５の上面に電源回路ユニットＵ３の電源回路基板２３を載置し、４本の固定ねじ２６によって固定する。そして、伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃに固定ねじ３３ｂによって連結する。
そして、継ぎねじ２４の上面に制御回路ユニットＵ２の制御回路基板２２を載置し、４本の継ぎねじ２５によって固定する。さらに、継ぎねじ２５の上面に電源回路ユニットＵ３の電源回路基板２３を載置し、４本の固定ねじ２６によって固定する。そして、伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃに固定ねじ３３ｂによって連結する。
その後、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５０を接続し、このブスバー５０の他端に冷却体３を貫通するフィルムコンデンサ４の正負の電極４ａを固定ねじ５１で連結する。さらに、半導体パワーモジュール１１の直流入力端子１１ａに外部のコンバータ（図示せず）に接続する接続コード５２の先端に固定された圧着端子５３を固定する。
さらに、半導体パワーモジュール１１の３相交流出力端子１１ｂにブスバー５５を固定ねじ５６で接続し、このブスバー５５の途中に電流センサ５７を配置する。そして、ブスバー５５の他端に外部の３相電動モータ（図示せず）に接続したモータ接続ケーブル５８の先端に固定した圧着端子５９を固定ねじ６０で固定して接続する。
その後、冷却体３の下面及び上面に、下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを、図示しないシール材を介して固定して電力変換装置１の組立を完了する。
その後、冷却体３の下面及び上面に、下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを、図示しないシール材を介して固定して電力変換装置１の組立を完了する。
この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流電力を供給するとともに、電源回路基板２３に実装された電源回路、制御回路基板２２に実装された制御回路を動作状態とする。これにより、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板２１に実装された駆動回路を介して半導体パワーモジュール１１に供給する。これによって、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は３相交流出力端子１１ｂからブスバー５５を介してモータ接続ケーブル５８に供給し、３相電動モータ（図示せず）を駆動制御する。
このとき、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱する。この発熱は半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の冷却フィン１３ａが冷却体３の通液路３ｃを形成する屈曲路３ｆ内に挿通されて通流される冷却液に直接接触されているので、大きな冷却効果を発揮することができる。
一方、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品３９が含まれており、これら発熱回路部品３９で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品３９は制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側に実装されている。
一方、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品３９が含まれており、これら発熱回路部品３９で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品３９は制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側に実装されている。
そして、これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側には熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが設けられている。
このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との接触面積が大きくなるとともに密着して発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との熱抵抗が小さくなる。したがって、発熱回路部品３９の発熱が伝熱部材３５及び３７に効率よく伝熱される。そして、伝熱部材３５及び３７自体は２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮されて熱伝導率が高められている。このため、図８に示すように、伝熱部材３５及び３７に伝熱された熱が効率良く伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達される。
このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との接触面積が大きくなるとともに密着して発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との熱抵抗が小さくなる。したがって、発熱回路部品３９の発熱が伝熱部材３５及び３７に効率よく伝熱される。そして、伝熱部材３５及び３７自体は２０〜３０％程度の圧縮率で圧縮されて熱伝導率が高められている。このため、図８に示すように、伝熱部材３５及び３７に伝熱された熱が効率良く伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達される。
さらに、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａには、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが連結されているので、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達された熱は、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃを通って共通の底板部３４に伝達される。この底板部３４は、冷却体３の周溝３ｈ内に直接接触されているとともに、内周側の接液部３４ａが冷却体３の屈曲路３ｆ内に挿通されて、直接冷却液に接触するので、底板部３４に伝達された熱は冷却体３の冷却液によって冷却される。
このように、上記第１の実施形態によると、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装された発熱回路部品３９の発熱が熱抵抗の大きな制御回路基板２２及び電源回路基板２３を介することなく直接伝熱部材３５及び３７に伝熱されるので、効率の良い放熱を行うことができる。
そして、伝熱部材３５及び３７に伝達された熱は伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝熱され、さらに伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに伝達される。このとき、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが半導体パワーモジュール１１の長辺に沿って設けられている。
そして、伝熱部材３５及び３７に伝達された熱は伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝熱され、さらに伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに伝達される。このとき、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが半導体パワーモジュール１１の長辺に沿って設けられている。
このため、伝熱面積を広くとることができ、広い放熱経路を確保することができる。しかも、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃは折れ曲がり部が円筒状の湾曲部とされているので、折れ曲がり部をＬ字状にする場合に比較して冷却体３までの伝熱距離を短くすることができる。ここで、熱輸送量Ｑは、下記（１）式で表すことができる。
Ｑ＝λ×（Ａ／Ｌ）×Ｔ …………（１）
ただし、λは熱伝導率［Ｗ／ｍ℃］、Ｔは温度差［℃］基板温度Ｔ１−冷却体温度Ｔ２、Ａは伝熱最小断面積［ｍ2］、Ｌは伝熱長さ［ｍ］である。
この（１）式から明らかなように、伝熱長さＬが短くなると、熱輸送量Ｑは増加することになり、良好な冷却効果を発揮することができる。
Ｑ＝λ×（Ａ／Ｌ）×Ｔ …………（１）
ただし、λは熱伝導率［Ｗ／ｍ℃］、Ｔは温度差［℃］基板温度Ｔ１−冷却体温度Ｔ２、Ａは伝熱最小断面積［ｍ2］、Ｌは伝熱長さ［ｍ］である。
この（１）式から明らかなように、伝熱長さＬが短くなると、熱輸送量Ｑは増加することになり、良好な冷却効果を発揮することができる。
また、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが共通の底板部３４で一体化されているので、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃと底板部３４との間に部品同士の継ぎ目がなく、熱抵抗を抑制することができる。しかも、底板部３４の接液部３４ａが冷却体３の冷却液に直接接触しているので、良好な冷却効果を発揮することができる。さらに、底板部３４の接液部３４ａが枠状部３４ｂと突出片３４ｃとで断面Ｌ状に形成されているので、冷却液に接する表面積を広くとることができ、より良好な冷却効果を発揮することができる。このとき、突出片３４ｃは櫛歯状に形成されているので、冷却液の通液抵抗を小さくし、半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の冷却フィン１３ａへの通液に与える影響を抑制することができる。
また、高さが高く伝熱経路が長い伝熱支持部材３３の接液部３４ａが半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより上流側に配置され、高さが低く伝熱経路が短い伝熱支持部材３２の接液部３４ａが半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより下流側に配されている。このため、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の発熱回路部品３９に対する冷却効果の差を抑制することができる。
さらに、発熱回路部品３９が実装された制御回路基板２２及び電源回路基板２３から冷却体３までの放熱経路に筐体２が含まれていないので、筐体２に伝熱性が要求されることがない。したがって、筐体２の構成材料としてアルミニウム等の高熱伝導率の金属を使用する必要がなく、合成樹脂材で筐体２を構成することが可能となり、軽量化を図ることができる。
また、放熱経路が筐体２に依存することなく、電力変換装置１単独で放熱経路を形成することができるので、半導体パワーモジュール１１と、駆動回路基板２１、制御回路基板２２及び電源回路基板２３とで構成される電力変換装置１を種々の異なる形態の筐体２や冷却体３に適用することができる。
また、放熱経路が筐体２に依存することなく、電力変換装置１単独で放熱経路を形成することができるので、半導体パワーモジュール１１と、駆動回路基板２１、制御回路基板２２及び電源回路基板２３とで構成される電力変換装置１を種々の異なる形態の筐体２や冷却体３に適用することができる。
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に金属製の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが固定されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の剛性を高めることができる。このため、電力変換装置１を車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路として適用する場合のように、電力変換装置１に図９に示す上下振動や横揺れが作用する場合でも、伝熱支持部材３２及び３３で剛性を高めることができる。したがって、上下振動や横揺れ等の影響が少ない電力変換装置１を提供することができる。
なお、上記実施形態においては、制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３で、伝熱部材３５及び３７を制御回路基板２２及び電源回路基板２３と同じ外形とした場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、伝熱部材３５及び３７を図６に示すように発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３で発熱回路部品３９を裏面側の伝熱部材３５及び３７側に実装する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、図１０に示すように、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の伝熱部材３５及び３７とは反対側の外周領域Ａｏに実装するようにしてよい。この場合には、発熱量の大きい発熱回路部品３９が外周部側に配置されるので、発熱回路部品３９を中央に配置して他の回路部品で囲まれる場合に比較して発熱回路部品の空間への放熱を行うことが可能となる。このため、効率的な熱冷却を行うことができる。
さらには、図１１に示すように、制御回路基板２２及び電源回路基板２３のそれぞれにおいて、発熱回路部品３９を伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに近い部分に配置することにより、冷却体３迄の放熱経路の距離を短くするようにしてもよい。この場合でも、発熱回路部品３９の冷却体３までの放熱経路の距離が短くなるので、効率良い放熱を行うことができる。
このとき、伝熱支持部材３３が連結されている底板部３４の接液部３４ａが通液路３ｃの半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより上流側に配置されて冷却効果が大きい。このため、接液部３４ａが冷却フィン１３ａの下流側となる伝熱支持部材３２で支持されている制御回路基板２２に実装する発熱回路部品３９の発熱量より大きい発熱量の発熱回路部品３９を伝熱回路基板２３に実装することにより、良好な冷却効果を発揮することができる。
この場合、伝熱支持部材３２と伝熱支持部材３３とを入れ替えて、発熱量の大きい発熱回路部品３９を制御回路基板２２に実装することにより、伝熱経路を短くすることができるので、さらに冷却効果を向上させることができる。
また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４における接液部３４ａを長方形枠状部３４ｂ及びその内周縁から下方に突出する突出片３４ｃで断面Ｌ字状に形成した場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、図１２に示すように、突出片３４ｃを省略して長方形枠状部３４ｂのみで接液部３４を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４における接液部３４ａを長方形枠状部３４ｂ及びその内周縁から下方に突出する突出片３４ｃで断面Ｌ字状に形成した場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、図１２に示すように、突出片３４ｃを省略して長方形枠状部３４ｂのみで接液部３４を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４の内周縁における冷却液の通液方向と直交する辺に突出片３４ｃを配置した場合について説明した。しかしながら、本発明では、上記構成に限定されるものではなく、冷却液の通液方向と平行な辺に突出片３４ｃを配置するようにしてもよい。この場合には、冷却液に対して抵抗となることを抑制することができる。
また、上記実施形態においては、発熱回路部品３９を実装した基板が２種類存在する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、発熱回路部品３９を実装した基板が例えば制御回路基板２２の一枚だけである場合には、図１３（ａ）に示すように構成してもよい。すなわち、制御回路基板２２の左右両側にそれぞれ伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｆを設けて、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路を形成する。このように構成することにより、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路が形成されることにより、放熱効果をより向上させることができる。
さらには、図１３（ｂ）に示すように伝熱支持側板部３２ｃに各回路ユニットＵ２及びＵ３を支持する上板部３２ｅを複数形成して、複数の回路基板を支持するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを別体で構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものでなく、図１４に示すように、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを一体に構成するようにしてもよい。この場合には、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとの間に継ぎ目が形成されることがなくなるので、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。
また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを別体で構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものでなく、図１４に示すように、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを一体に構成するようにしてもよい。この場合には、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとの間に継ぎ目が形成されることがなくなるので、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。
また、上記実施形態においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを結合した場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、制御回路基板２２及び電源回路基板として、図１５に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金を主体とした放熱板７１上に絶縁層７２を介して回路パターン７３を形成した金属ベース回路基板７４を適用することができる。この場合には、図１５に示すように、伝熱部材３５及び３７と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを省略して、金属ベース回路基板７４の放熱板７１を直接伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに接続するようにすればよい。
また、上記実施形態では、冷却部材１３と伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４との間に封止部材となる板状弾性部材４５を配置したが、これに代えてＯリング４６に略対向する位置に封止部材としてＯリングを配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの間に介挿した伝熱部材３５及び３７が弾性を有する場合について説明した。しかしながら、本発明では上記構成に限定されるものではなく、絶縁被覆した金属板等の弾性を有さない伝熱部材を適用することもできる。
また、上記実施形態では、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの間に介挿した伝熱部材３５及び３７が弾性を有する場合について説明した。しかしながら、本発明では上記構成に限定されるものではなく、絶縁被覆した金属板等の弾性を有さない伝熱部材を適用することもできる。
さらに、上記実施形態では、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明による電力変換装置を電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置を適用することができる。
また、上記実施形態においては、本発明による電力変換装置を電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置を適用することができる。
１…電力変換装置、２…筐体、３…冷却体、３ａ…給液口、３ｂ…排液口、３ｃ…通液路、３ｄ，３ｅ…直線路、３ｆ…屈曲路、３ｇ…開放窓、４…フィルムコンデンサ、５…蓄電池収納部、１１…半導体パワーモジュール、１２…ケース体、１３…冷却部材、１３ａ…冷却フィン、２１…駆動回路基板、２２…制御回路基板、２３…電源回路基板、２４，２５…継ぎねじ、３２…伝熱支持部材、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…固定ねじ、３２ｃ…伝熱支持側板部、３３…伝熱支持部材、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…固定ねじ、３３ｃ…伝熱支持側板部、３４…底板部、３５，３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４０…間座（間隔調整部材）、４５…板状弾性部材、７１…放熱板、７２…絶縁層、７３…回路パターン、７４…金属ベース回路基板
Claims (15)
- 冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
一面に、前記冷却体の開放窓ないに挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の熱を前記冷却体に伝熱するため前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
- 冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
- 冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と、
前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に介挿した伝熱部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記接液部を有する伝熱支持側板部とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持部材の接液部は、櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と平行に延長して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持部材は前記半導体パワーモジュールを挟んで対向する第１の伝熱支持部材及び第２の伝熱支持部材で構成され、前記第１の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の上流側に配置され、前記第２の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
- 前記第１の伝熱支持部材に実装される第１の実装基板に、前記第２の伝熱支持部材に支持される第２の実装基板に実装される発熱回路部品より高い発熱量の発熱回路部品を実装したことを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに封止部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
- 前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面に封止部材を設け、前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面に互いに伸縮性を有する板状弾性部材及び接着剤層の何れか介在させたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
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