JP5928356B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷却器とを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module.
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車には、インバータ等の電力変換装置が搭載されている。特許文献１に示された電力変換装置は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却するための冷却器と、冷却器と共に半導体モジュールを挟持する押圧部材とを備えている。
For example, an electric vehicle or a hybrid vehicle is equipped with a power conversion device such as an inverter. The power conversion device disclosed in
冷却器は、半導体モジュールと接触する冷却面と、内部に冷媒を流通する流路とを有する冷却チューブを備えている。冷却チューブは、押圧部材が有する一対の脚部と当接する面に、細かな凹凸形状を有しており、一対の脚部の先端面に形成された凹凸形状と係合可能に構成されている。 The cooler includes a cooling tube having a cooling surface in contact with the semiconductor module and a flow path through which the refrigerant flows. The cooling tube has a fine concavo-convex shape on the surface that contacts the pair of leg portions of the pressing member, and is configured to be engageable with the concavo-convex shape formed on the distal end surfaces of the pair of leg portions. .
押圧部材は、アルミニウム合金によって形成されており、半導体モジュールと接触する押圧面と、冷却チューブに向かって突出した一対の脚部とを有している。一対の脚部は、冷却器と当接している。 The pressing member is made of an aluminum alloy and has a pressing surface that comes into contact with the semiconductor module and a pair of legs that protrude toward the cooling tube. The pair of legs are in contact with the cooler.
半導体モジュールは、冷却チューブの冷却面と接触すると共に、押圧部材が有する一対の脚部の間に配されており、冷却チューブに押圧部材を締結固定することにより、冷却チューブと押圧部材との間に半導体モジュールを挟持している。 The semiconductor module is in contact with the cooling surface of the cooling tube and is disposed between the pair of leg portions of the pressing member. By fastening and fixing the pressing member to the cooling tube, the semiconductor module is interposed between the cooling tube and the pressing member. A semiconductor module is sandwiched between the two.
上記電力変換装置においては、押圧部材と冷却チューブとの間において熱交換を行い、押圧部材を冷却することにより、冷却された押圧部材と冷却チューブの両方によって半導体モジュールを冷却することができる。
また、冷却チューブと一対の脚部とにそれぞれ形成された凹凸形状を係合させることにより、冷却器と押圧部材との位置決めを行い、両者が振動等によって互いにずれないように構成されている。
In the power converter, the semiconductor module can be cooled by both the cooled pressing member and the cooling tube by exchanging heat between the pressing member and the cooling tube and cooling the pressing member.
In addition, the cooling tube and the pair of leg portions are engaged with each other to engage the concave and convex shapes, thereby positioning the cooler and the pressing member so that they are not displaced from each other by vibration or the like.
しかしながら、特許文献１に示された電力変換装置には以下の課題がある。
上記電力変換装置は、上述のごとく、冷却器と押圧部材との両方によって、半導体モジュールを冷却することで高い冷却性能を有しているが、さらに優れた冷却性能を発揮することのできる冷却構造と、これを備えた電力変換装置が望まれている。
また、押圧部材における一対の脚部及び冷却チューブに、細かな凹凸形状を形成するため、押圧部材及び冷却器の生産にかかる工程が増加することとなる。
However, the power conversion device disclosed in
As described above, the power conversion device has a high cooling performance by cooling the semiconductor module by both the cooler and the pressing member, but a cooling structure capable of exhibiting further excellent cooling performance. And a power converter provided with this is desired.
Moreover, since a fine uneven | corrugated shape is formed in a pair of leg part and cooling tube in a press member, the process concerning production of a press member and a cooler will increase.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールを効率よく冷却しつつ、生産性を向上させることができる電力変換装置を提供しようとするものである。 This invention is made | formed in view of this background, and it aims at providing the power converter device which can improve productivity, cooling a semiconductor module efficiently.
本発明の一態様は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、
該半導体モジュールと当接する冷却面を有する冷却チューブと、該冷却チューブ内部に形成された冷媒流路に冷却媒体を導入又は排出する一対のパイプとを備えた冷却器と、
上記半導体モジュールを上記冷却チューブと共に挟持する押圧部材とを有しており、
該押圧部材は、上記半導体モジュールと当接するモジュール当接部と、上記一対のパイプの少なくとも一方と当接するパイプ当接部とを有し、
該パイプ当接部は、上記パイプの外周側面に沿うように形成された溝状凹面を備えており、
該溝状凹面が上記パイプに面接触していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
One embodiment of the present invention is a semiconductor module including a switching element;
A cooler comprising a cooling tube having a cooling surface in contact with the semiconductor module, and a pair of pipes for introducing or discharging a cooling medium into a refrigerant flow path formed inside the cooling tube;
A pressing member that holds the semiconductor module together with the cooling tube;
The pressing member has a module contact portion that contacts the semiconductor module, and a pipe contact portion that contacts at least one of the pair of pipes,
The pipe contact portion has a groove-like concave surface formed along the outer peripheral side surface of the pipe,
The groove-like concave surface is in surface contact with the pipe, in the power converter (claim 1).
上記電力変換装置においては、上記冷却チューブに加えて、上記一対のパイプの冷却機能を用いて、上記半導体モジュールを冷却することができる。上記一対のパイプは、その内部を冷媒が流通しているため、上記冷却チューブと同様に冷却機能を有している。そのため、上記押圧部材を上記パイプに接触させることにより、上記押圧部材を介して上記半導体モジュールの熱を上記パイプへ放熱することができる。すなわち、従来は用いられていない上記一対のパイプの冷却機能を、上記半導体モジュールの冷却に利用することができる。 In the power converter, the semiconductor module can be cooled using a cooling function of the pair of pipes in addition to the cooling tube. The pair of pipes have a cooling function similar to the cooling tube because the refrigerant flows therethrough. Therefore, the heat of the semiconductor module can be radiated to the pipe via the pressing member by bringing the pressing member into contact with the pipe. That is, the cooling function of the pair of pipes that has not been conventionally used can be used for cooling the semiconductor module.
また、上記パイプ当接部は、上記溝状凹面において上記パイプに面接触しているため、上記溝状凹面と上記パイプとの接触面積を大きくすることができる。それゆえ、上記パイプと上記押圧部材との間の熱伝達を効率的に行うことができ、上記押圧部材を介した上記半導体モジュールの冷却を効率的に行うことができる。 Moreover, since the said pipe contact part is in surface contact with the said pipe in the said groove-shaped concave surface, the contact area of the said groove-shaped concave surface and the said pipe can be enlarged. Therefore, heat transfer between the pipe and the pressing member can be efficiently performed, and the semiconductor module can be efficiently cooled via the pressing member.
このように、上記一対のパイプの冷却機能を利用すると共に、上記冷却器と上記押圧部材との接触面積を増大させることで、両者の間における熱伝達を効率よく行い、上記押圧部材による上記半導体モジュールの冷却効果を向上することができる。 As described above, the cooling function of the pair of pipes is used, and the contact area between the cooler and the pressing member is increased to efficiently transfer heat between the two, and the semiconductor by the pressing member The cooling effect of the module can be improved.
また、上記溝状凹面の内側に上記一対のパイプを配することにより、上記押圧部材と上記冷却チューブとの位置合わせ、及び位置ずれの防止をすることができる。このとき、上記冷却器においては、上記押圧部材の位置合わせのための加工を特にする必要がなく、上記押圧部材に上記溝状凹面を形成することで足りる。これにより、従来、上記押圧部材と上記冷却器側の両方に必要としていた位置ずれ防止のための加工のうち、上記冷却器側への加工を省略し、上記冷却器の生産性を向上することができる。ひいては、上記電力変換装置の生産性を向上することができる。 In addition, by arranging the pair of pipes inside the groove-shaped concave surface, it is possible to align the pressing member and the cooling tube and prevent displacement. At this time, in the cooler, it is not particularly necessary to perform processing for positioning the pressing member, and it is sufficient to form the groove-shaped concave surface on the pressing member. This eliminates the processing to the cooler side and improves the productivity of the cooler out of the processing for preventing misalignment conventionally required for both the pressing member and the cooler side. Can do. As a result, the productivity of the power converter can be improved.
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、半導体モジュールを効率よく冷却しつつ、生産性を向上させることができる。 As described above, according to the power conversion device, productivity can be improved while the semiconductor module is efficiently cooled.
上記押圧部材は、例えば、アルミニウム合金等の金属や、熱伝導性樹脂等の熱伝導性に優れた部材からなることが好ましい。 The pressing member is preferably made of, for example, a metal such as an aluminum alloy or a member having excellent thermal conductivity such as a thermal conductive resin.
上記電力変換装置において、上記押圧部材は、上記一対のパイプに、それぞれ当接する一対の上記パイプ当接部を有していてもよい（請求項２）。この場合には、上記一対のパイプ両方の冷却機能によって、上記押圧部材を冷却することができる。したがって、上記押圧部材による上記半導体モジュールの冷却効果をさらに向上することができる。 In the power converter, the pressing member may have a pair of pipe abutting portions that abut on the pair of pipes, respectively. In this case, the pressing member can be cooled by the cooling function of both the pair of pipes. Therefore, the cooling effect of the semiconductor module by the pressing member can be further improved.
また、上記一対のパイプは、上記冷却面よりも、上記半導体モジュール側に突出して配されていてもよい（請求項３）。この場合には、上記冷却チューブと上記一対のパイプとによって囲まれた領域が形成される。領域内の空気は、上記冷却チューブと上記一対のパイプとによって冷却されることで冷却空気となる。したがって、上記冷却チューブ及び上記一対のパイプが直接接触していない部分においても、上記領域内に配された上記半導体モジュールを、上記冷却空気によって、冷却することができる。これにより、上記冷却器における冷却性能を向上することができる。 The pair of pipes may be arranged so as to protrude from the cooling surface toward the semiconductor module. In this case, a region surrounded by the cooling tube and the pair of pipes is formed. Air in the region becomes cooling air by being cooled by the cooling tube and the pair of pipes. Therefore, even in a portion where the cooling tube and the pair of pipes are not in direct contact, the semiconductor module arranged in the region can be cooled by the cooling air. Thereby, the cooling performance in the said cooler can be improved.
また、上記冷却チューブ及び上記半導体モジュールの重なり方向から見たとき、上記一対のパイプの少なくとも一部が、上記冷却チューブの外形より内側で、かつ上記冷却面側に配されており、上記半導体モジュールが、上記一対のパイプの間に配されていてもよい（請求項４）。この場合には、上記一対のパイプの突出量を増大し、上記冷却チューブと上記一対のパイプとによって囲まれた領域における、上記冷却面の法線方向における寸法を拡大することができる。これにより、上記冷却器における冷却性能をさらに向上することができる。
また、上記一対のパイプが、上記冷却面と反対側へ突出しないため、上記冷却器を小型化し、ひいては上記電力変換装置を小型化することができる。
Further, when viewed from the overlapping direction of the cooling tube and the semiconductor module, at least a part of the pair of pipes is arranged on the cooling surface side inside the outer shape of the cooling tube, and the semiconductor module May be arranged between the pair of pipes (claim 4). In this case, the protrusion amount of the pair of pipes can be increased, and the dimension in the normal direction of the cooling surface in the region surrounded by the cooling tube and the pair of pipes can be increased. Thereby, the cooling performance in the said cooler can further be improved.
Further, since the pair of pipes do not protrude to the opposite side of the cooling surface, the cooler can be downsized, and the power converter can be downsized.
また、上記溝状凹面は、上記パイプ当接部の上記パイプの軸方向における全長に形成されていてもよい（請求項５）。この場合には、上記押圧部材と上記一対のパイプとの接触面積を、より増大することができる。上記押圧部材による上記半導体モジュールの冷却効果をさらに向上することができる。 Further, the groove-like concave surface may be formed over the entire length of the pipe contact portion in the axial direction of the pipe (Claim 5). In this case, the contact area between the pressing member and the pair of pipes can be further increased. The cooling effect of the semiconductor module by the pressing member can be further improved.
また、上記押圧部材と上記冷却チューブとによって上記半導体モジュールを挟持した状態で固定する固定構造を有しており、該固定構造は、上記押圧部材に貫通形成されたボルト挿通穴と、該ボルト挿通穴に挿通配置される固定ボルトと、上記冷却チューブ側の位置に配されるとともに上記ボルト挿通穴に挿通した上記固定ボルトと螺合可能な固定ネジ穴を有する固定用部材とを有していてもよい（請求項６）。 A fixing structure for fixing the semiconductor module between the pressing member and the cooling tube, the fixing structure including a bolt insertion hole formed in the pressing member and the bolt insertion hole; A fixing bolt inserted into the hole, and a fixing member that is disposed at a position on the cooling tube side and has a fixing screw hole that can be screwed with the fixing bolt inserted into the bolt insertion hole. (Claim 6).
この場合には、上記押圧部材と上記固定用部材とによって、上記冷却チューブと上記半導体モジュールとを挟持固定することにより、実質的に上記冷却チューブと上記押圧部材とによって上記半導体モジュールを挟持することができる。
また、上記押圧部材と上記固定用部材とを締結固定することにより、上記冷却チューブと上記半導体モジュール、及び上記押圧部材と上記半導体モジュールとを確実に接触させることができる。これにより、上記冷却チューブと上記押圧部材とによって、上記半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
In this case, the semiconductor module is substantially sandwiched between the cooling tube and the pressing member by sandwiching and fixing the cooling tube and the semiconductor module by the pressing member and the fixing member. Can do.
Further, by fastening and fixing the pressing member and the fixing member, the cooling tube and the semiconductor module, and the pressing member and the semiconductor module can be reliably brought into contact with each other. Thereby, the semiconductor module can be efficiently cooled by the cooling tube and the pressing member.
また、上記押圧部材を挟んで、上記半導体モジュールと反対側の位置には、上記半導体モジュールを制御するための制御回路基板が配されていてもよい（請求項７）。この場合には、上記押圧部材がシールドの役割を果たし、上記半導体モジュールから発生する電磁波が、制御回路基板へと到達することを防止できる。
また、上記押圧部材によって、上記制御回路基板を冷却することができる。これにより、上記電力変換装置全体の冷却性能を向上することができる。
Further, a control circuit board for controlling the semiconductor module may be disposed at a position opposite to the semiconductor module with the pressing member interposed therebetween (claim 7). In this case, the pressing member serves as a shield, and electromagnetic waves generated from the semiconductor module can be prevented from reaching the control circuit board.
Further, the control circuit board can be cooled by the pressing member. Thereby, the cooling performance of the said whole power converter device can be improved.
（実施例１）
電力変換装置にかかる実施例について、図１〜図７を参照して説明する。
図１及び図２に示すごとく、電力変換装置１は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する冷却器３と、半導体モジュール２を冷却器３の冷却チューブ３２と共に挟持する押圧部材４とを有している。
Example 1
The Example concerning a power converter device is described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図１、図２及び図４に示すごとく、冷却器３は、半導体モジュール２と当接する冷却面３１を有する冷却チューブ３２と、冷却チューブ３２内部に形成された冷媒流路３２１に冷却媒体を導入又は排出する一対のパイプ３３１、３３２とを備えている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
図１、図２及び図７に示すごとく、押圧部材４は、半導体モジュール２と当接するモジュール当接面４１と、一対のパイプ３３１、３３２の少なくとも一方と当接するパイプ当接部４２とを有している。パイプ当接部４２は、パイプ３３１、３３２の外周側面に沿うように形成された溝状凹面４２１を備え、溝状凹面４２１がパイプ３３１、３３２に面接触している。
As shown in FIGS. 1, 2, and 7, the pressing
以下、さらに詳細に説明する。
本例において、半導体モジュール２と冷却チューブ３２との重なり方向を上下方向Ｚ、パイプ３３１、３３２の長手方向を前後方向Ｘ、また、上下方向Ｚ及び前後方向Ｘの両方に対して直交する方向を横方向Ｙとして、以下説明する。
また、上下方向Ｚにおいて、半導体モジュール２を配した側を上方とし、反対側を下方とする。また、前後方向Ｘにおいて、パイプ３３１、３３２が突出する側を前方とし、反対側を後方とする。
This will be described in more detail below.
In this example, the overlapping direction of the
In the vertical direction Z, the side on which the
図１及び図２に示すごとく、電力変換装置１は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する冷却器３と、半導体モジュール２と冷却器３とを固定する押圧部材４と、これらを収容するケースとを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図３に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を６個内蔵してなる。半導体モジュール２は、６個のスイッチング素子を樹脂モールドしてなる平板状の本体部２１と、本体部２１の前方及び後方端面に配された主電極端子２２及び制御端子２３からなる。図１及び図２に示すごとく、半導体モジュール２は、平板状の本体部２１における主面の法線方向が上下方向Ｚとなるように、冷却チューブ３２と重ね合わせてある。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すごとく、主電極端子２２は、本体部２１の前方端から前方に向かって延びる３本の交流端子２２１と、本体部２１の後方端から後方に向かって延びる２本の直流端子２２２とからなる。交流端子２２１は、図示しない端子台上に配され、三相交流回転電気と接続される。直流端子２２２は、バスバー（図示略）と接続されており、バスバーを介して被制御電力が半導体モジュール２に入出力される。
As shown in FIG. 3, the main electrode terminal 22 includes three AC terminals 221 extending forward from the front end of the
図３に示すごとく、制御端子２３は、本体部２１の前方端部及び後方端部にそれぞれ３組ずつ、計６組配されており、上方に向かって屈曲して形成されている。図１及び図２に示すごとく、制御端子２３は、制御回路基板５と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
As shown in FIG. 3, three sets of
図２及び図４に示すごとく、冷却器３は、半導体モジュール２の下方に配される冷却チューブ３２と、冷却チューブ３２へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２からなる一対のパイプ３３１、３３２を有している。冷却チューブ３２は、アルミニウム等の金属によって構成され、その上面は半導体モジュール２と当接する冷却面３１をなしている。また、図５に示すごとく、冷却チューブ３２の内部には、横方向Ｙに延びると共に前後方向Ｘに並んで形成された複数のフィン３２２と、各フィン３２２の間に形成された複数の冷媒流路３２１が形成されている。各冷媒流路３２１は、左右方向の両端において、一対のパイプ３３１、３３２と冷却チューブ３２とをつなぐ連結部３４と連通している。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図４に示すごとく、一対のパイプ３３１、３３２は、円筒状をなしており、その軸方向が冷却面３１と平行でかつ、前後方向Ｘとなるように配されている。また、一対のパイプ３３１、３３２は、冷却チューブ３２の前後方向Ｘにおける長さと略同一の長さを有する小径部３３３と、小径部３３３よりも直径の大きい大径部３３４と、小径部３３３と大径部３３４とをつなぐ、テーパ部３３５とを有している。
As shown in FIG. 4, the pair of
図５に示すごとく、一対のパイプ３３１、３３２は、上方から見たとき、横方向Ｙにおける冷却チューブ３２の両端縁よりも内側に配されている。また、一対のパイプ３３１、３３２は、小径部３３３が冷却チューブ３２の上方に配され、大径部３３４及びテーパ部３３５が、冷却チューブ３２よりも前方側に突出している。
As shown in FIG. 5, the pair of
図４及び図５に示すごとく、各パイプ３３１、３３２は、一対の連結部３４を介して冷却チューブ３２とそれぞれ連結されている。尚、各連結部３４は、筒状をなしており、その内周は、パイプ３３１、３３２の内周と、冷却チューブ３２の冷媒流路３２１とに連通している。
As shown in FIGS. 4 and 5, each of the
図１に示すごとく、本例の冷却器３において、一対のパイプ３３１、３３２における冷却チューブ３２の冷却面３１から半導体モジュール２側への突出量は、パイプ３３１、３３２における小径部３３３の直径と連結部３４の高さ寸法との合計となる。突出量は、半導体モジュール２における本体部２１の高さ寸法よりも大きくなるように設定してある。一対のパイプ３３１、３３２及び冷却チューブ３２によって、周囲三方向を囲まれた部分には、領域３０が形成される。
As shown in FIG. 1, in the cooler 3 of this example, the protruding amount from the cooling
また、図１に示すごとく横方向Ｙにおいて、一対のパイプ３３１、３３２の間の距離は、半導体モジュール２の幅に比べて大きく設定してあり、一対のパイプ３３１、３３２と半導体モジュール２との間には空隙部３５が形成されている。
As shown in FIG. 1, the distance between the pair of
図１に示すごとく、冷媒導入管３３１から導入された冷却媒体は、連結部３４を通り、冷却チューブ３２に流入する。そして、冷却チューブ３２の内部の冷媒流路３２１を流通し、冷媒排出管３３２に導かれ排出される。冷却器３内を流通する冷却媒体は半導体モジュール２及び冷却器３の周囲の空気との間で熱交換が行われ、これらを冷却する。冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the cooling medium introduced from the
図１に示すごとく、冷却チューブ３２と共に半導体モジュール２を挟持する押圧部材４は、アルミニウム合金に形成された略板状をなしており、半導体モジュール２と当接するモジュール当接面４１と、一対のパイプ３３１、３３２の両方と当接するパイプ当接部４２とを有している。本例において、パイプ当接部４２は、モジュール当接面に対してＹ方向の両脇において、一対、Ｘ方向に平行に形成してある。
As shown in FIG. 1, the pressing
図７に示すごとく、パイプ当接部４２のモジュール当接面４１側において、一対のパイプ３３１、３３２と対応した位置には、一対のパイプ３３１、３３２の軸方向に沿って、パイプ当接部４２の前後方向Ｘの全長に、溝状凹面４２１が形成されている。溝状凹面４２１は、パイプ３３１、３３２の外周側面に沿うように形成された円弧状の断面形状からなる曲面を有しており、溝状凹面４２１がパイプ３３１、３３２に面接触する。
As shown in FIG. 7, on the
また、押圧部材４は、図６及び図７に示すごとく、半導体モジュール２及び冷却器３の外形よりも外側の位置に形成された６つのボルト挿通穴４３１と、モジュール当接面４１と反対側に配された上方面に形成された６つの基板固定ネジ穴４４１とを有している。
６つのボルト挿通穴４３１は、押圧部材４の外形から外側に向かって突出して形成された６つの外縁突部４３に、モジュール当接面４１の法線方向に沿って貫通形成されている。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the pressing
The six bolt insertion holes 431 are formed through six
図１、図２及び図６に示すごとく、６つの基板固定ネジ穴４４１は、上方面に形成された６つの円柱部４４に形成されており、基板固定ネジ穴４４１と螺号する基板固定ボルト（図示略）によって、制御回路基板５が締結固定されている。制御回路基板５には、上述した制御端子２３が接続される。
As shown in FIGS. 1, 2, and 6, the six board fixing
図１及び図２に示すごとく上述の半導体モジュール２及び冷却器３は、固定構造７００によって、押圧部材４と冷却チューブ３２とによって半導体モジュール２を挟持した状態で固定されている。固定構造７００は、上述の押圧部材４と固定用部材７とからなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図１及び図２に示すごとく、本例において、固定用部材７は、アルミニウム合金によって形成されたケースからなる。固定用部材７は、上端が開口したケース本体７１と、ケース本体７１における上方の開口部を覆うように配される板状のケース蓋体７７とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, in this example, the fixing
図１及び図２に示すごとく、ケース本体７１は、上方から見て略矩形上をなす底部７２と、底部７２の外周縁全周から上方に向かって立設するとともに上方に開放した壁部７３とを有している。ケース本体７１の内側には、半導体モジュール２、冷却器３、押圧部材４を収容してある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the case
図２に示すごとく、ケース本体７１の前方壁部７５には、シール部材３３６を配した一対のパイプ３３１、３３２を嵌合する一対のパイプ配置凹部７５１と、一対のパイプ配置凹部７５１の間に貫通形成された交流端子配置孔（図示略）とを有している。また、ケース本体７１の後方壁部７４には、直流端子配置孔（図示略）が貫通形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図１及び図２に示すごとく、ケース本体７１内に配置された半導体モジュール２及び冷却器３は、押圧部材４とケース本体７１とによって固定されている。押圧部材４のボルト挿通穴４３１に挿通した固定ボルト４２を、ケース本体７１に形成された固定ネジ穴７６に螺号することで、押圧部材４とケース本体７１とによって半導体モジュール２及び冷却器３を挟持固定している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図１及び図２に示すごとく、ケース本体７１内に、半導体モジュール２、冷却器３、押圧部材４及び制御回路基板５を配置した後、壁部７３の上端にケース蓋体７７を固定して電力変換装置１が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置１においては、冷却チューブ３２に加えて、一対のパイプ３３１、３３２の冷却機能を用いて、半導体モジュール２を冷却することができる。一対のパイプ３３１、３３２は、その内部を冷媒が流通しているため、冷却チューブ３２と同様に冷却機能を有している。そのため、押圧部材４をパイプ３３１、３３２に接触させることにより、押圧部材４を介して、半導体モジュール２の熱を、一対のパイプ３３１、３３２へ放熱することができる。すなわち、従来は用いられていない一対のパイプ３３１、３３２の冷却機能を、半導体モジュール２の冷却に利用することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the
また、パイプ当接部４２は、溝状凹面４２１において一対のパイプ３３１、３３２に面接触しているため、溝状凹面４２１と一対のパイプ３３１、３３２との接触面積を大きくすることができる。それゆえ、一対のパイプ３３１、３３２と押圧部材４との間の熱伝達を効率的に行うことができ、押圧部材４を介した半導体モジュール２の冷却を効率的に行うことができる。
In addition, since the
このように、一対のパイプ３３１、３３２の冷却機能を利用すると共に、冷却器３と押圧部材４との接触面積を増大させることで、両者の間における熱伝達を効率よく行い、押圧部材４による半導体モジュール２の冷却効果を向上することができる。
Thus, by utilizing the cooling function of the pair of
また、溝状凹面４２１の内側に一対のパイプ３３１、３３２を配することにより、押圧部材４と冷却チューブ３２との位置合わせ、及び位置ずれの防止をすることができる。このとき、冷却器３においては、押圧部材４の位置合わせのための加工をする必要が特になく、押圧部材４に溝状凹面４２１を形成することで足りる。これにより、冷却器３における加工を省略し生産性を向上することができる。
Further, by arranging the pair of
また、押圧部材４は、一対のパイプ３３１、３３２に、それぞれ当接する一対のパイプ当接部４２を有している。そのため、一対のパイプ３３１、３３２両方の冷却機能によって、押圧部材４を冷却することができる。したがって、押圧部材４による半導体モジュール２の冷却効果をさらに向上することができる。
The
また、一対のパイプ３３１、３３２は、冷却面３１よりも、半導体モジュール２側に突出して配されている。そのため、冷却チューブ３２と一対のパイプ３３１、３３２とによって囲まれた領域３０が形成される。領域３０内の空気は、冷却チューブ３２と一対のパイプ３３１、３３２とによって冷却されることで冷却空気となる。したがって、冷却チューブ３２及び一対のパイプ３３１、３３２が直接接触していない部分においても、領域３０内に配された半導体モジュール２を、冷却空気によって、冷却することができる。これにより、冷却器３における冷却性能を向上することができる。
Further, the pair of
また、冷却チューブ３２及び半導体モジュール２の重なり方向から見たとき、一対のパイプ３３１、３３２の少なくとも一部が、冷却チューブ３２の外形より内側で、かつ冷却面３１側に配されており、半導体モジュール２が、一対のパイプ３３１、３３２の間に配されている。そのため、一対のパイプ３３１、３３２の突出量を増大し、冷却チューブ３２と一対のパイプ３３１、３３２とによって囲まれた領域３０における、冷却面３１の法線方向における寸法を拡大することができる。これにより、冷却器３における冷却性能をさらに向上することができる。
また、一対のパイプ３３１、３３２が、冷却面３１と反対側へ突出しないため、冷却器３を小型化し、ひいては電力変換装置１を小型化することができる。
Further, when viewed from the overlapping direction of the cooling
Further, since the pair of
また、溝状凹面４２１は、パイプ当接部４２のパイプ３３１、３３２の軸方向における全長に形成されている。そのため、押圧部材４と一対のパイプ３３１、３３２との接触面積を、より増大することができる。押圧部材４による半導体モジュール２の冷却効果をさらに向上することができる。
Further, the groove-like
また、押圧部材４と冷却チューブ３２とによって半導体モジュール２を挟持した状態で固定する固定構造７００を有しており、固定構造７００は、押圧部材４に貫通形成されたボルト挿通穴４３１と、ボルト挿通穴４３１に挿通配置される固定ボルト４６と、冷却チューブ３２側の位置に配されるとともにボルト挿通穴４３１に挿通した固定ボルト４６と螺合可能な固定ネジ穴７６を有する固定用部材７とを有している。
The fixing
そのため、押圧部材４と固定用部材７とによって、冷却チューブ３２と半導体モジュール２とを挟持固定することにより、実質的に冷却チューブ３２と押圧部材４とによって半導体モジュール２を挟持することができる。
また、押圧部材４と固定用部材７とを締結固定することにより、冷却チューブ３２と半導体モジュール２、及び押圧部材４と半導体モジュール２とを確実に接触させることができる。これにより、冷却チューブ３２と押圧部材４とによって、半導体モジュール２を効率よく冷却することができる。
Therefore, the
Further, by fastening and fixing the
また、押圧部材４を挟んで、半導体モジュール２と反対側の位置には、半導体モジュール２を制御するための制御回路基板５が配されている。そのため、押圧部材４がシールドの役割を果たし、半導体モジュール２から発生する電磁波が、制御回路基板５へと到達することを防止できる。
また、押圧部材４によって、制御回路基板５を冷却することができる。これにより、電力変換装置１全体の冷却性能を向上することができる。
A
Further, the
以上のごとく、本例の電力変換装置１によれば、半導体モジュール２を効率よく冷却しつつ、生産性を向上させることができる。
As mentioned above, according to the
（実施例２）
本例は、実施例１の電力変換装置１における冷却器３及び押圧部材４の変形例を示すものである。
本例に示す冷却器３は、一対のパイプ３３１、３３２及び連結部３４の配置を除いて、実施例１に示した冷却器３と同様の構成を有している。
(Example 2)
This example shows the modification of the
The
図８に示すごとく、冷却器３において、一対のパイプ３３１、３３２は、冷却チューブ３２の横方向Ｙ両側に配されている。つまり、冷却チューブ３２は、一対のパイプ３３１、３３２によって挟まれたように配されている。
また、一対のパイプ３３１、３３２における冷却面３１から半導体モジュール２側への突出量は、半導体モジュール２の高さよりも小さく設定してある。
As shown in FIG. 8, in the
Further, the protruding amount from the cooling
また、図８に示すごとく、押圧部材４は、モジュール当接面４１の横方向Ｙから冷却チューブ３２に向かって突出して形成された一対のパイプ当接部４２を有している。一対のパイプ当接部４２の先端面には、冷却チューブ３２の冷却面３１と当接するチューブ当接面４２２と、一対のパイプ３３１、３３２と当接する溝状凹面４２１とが形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
Further, as shown in FIG. 8, the pressing
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
本例の電力変換装置１においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
また、実施例１及び実施例２に示した冷却器３、及び押圧部材４の形状は一例であり、種々の形状によって構成することができる。
Also in the
Moreover, the shape of the
実施例１及び実施例２においては、一対のパイプの両方と押圧部材とを当接させているが、これに限るものではなく、一対のパイプの少なくとも一方が押圧部材と当接していてもよい。 In Example 1 and Example 2, both of the pair of pipes and the pressing member are brought into contact with each other. However, the present invention is not limited to this, and at least one of the pair of pipes may be in contact with the pressing member. .
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却器
３１ 冷却面
３２ 冷却チューブ
３２１ 冷媒流路
３３１、３３２ パイプ
４ 押圧部材
４１ モジュール当接面
４２ パイプ当接部
４２１ 溝状凹面
４３ 外縁突部４３
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該半導体モジュール（２）と当接する冷却面（３１）を有する冷却チューブ（３２）と、該冷却チューブ（３２）内部に形成された冷媒流路（３２１）に冷却媒体を導入又は排出する一対のパイプ（３３１、３３２）とを備えた冷却器（３）と、
上記半導体モジュール（２）を上記冷却チューブ（３２）と共に挟持する押圧部材（４）とを有しており、
該押圧部材（４）は、上記半導体モジュール（２）と当接するモジュール当接面（４１）と、上記一対のパイプ（３３１、３３２）の少なくとも一方と当接するパイプ当接部（４２）とを有し、
該パイプ当接部（４２）は、上記パイプ（３３１、３３２）の外周側面に沿うように形成された溝状凹面（４２１）を備えており、
該溝状凹面（４２１）が上記パイプ（３３１、３３２）に面接触していることを特徴とする電力変換装置（１）。 A semiconductor module (2) incorporating a switching element;
A pair of a cooling tube (32) having a cooling surface (31) in contact with the semiconductor module (2), and a coolant channel (321) formed inside the cooling tube (32) for introducing or discharging a cooling medium. A cooler (3) comprising pipes (331, 332);
A pressing member (4) holding the semiconductor module (2) together with the cooling tube (32);
The pressing member (4) includes a module contact surface (41) that contacts the semiconductor module (2) and a pipe contact portion (42) that contacts at least one of the pair of pipes (331, 332). Have
The pipe contact portion (42) includes a groove-shaped concave surface (421) formed along the outer peripheral side surface of the pipe (331, 332),
The power converter (1), wherein the groove-shaped concave surface (421) is in surface contact with the pipes (331, 332).
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