JP6156283B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換回路を備えた電力変換装置に関する。
電気自動車やハイブリッド自動車には、DC−DCコンバータやインバータといった電力変換回路を備えた電力変換装置が搭載されている。このような電力変換装置は、電気自動車等のモーターを駆動させるための電力を調整、制御するものであるから、その取り扱う電力が非常に大きい。このため、電力変換装置の動作中においては、電力変換回路を構成する部品(例えばリアクトルやコンデンサ等)からの大きな発熱を伴う。電力変換装置を安定して動作させるためには、電力変換回路の各部品を冷却して適温に保ちながら動作させる必要がある。
電力変換装置は、電力変換回路を構成する複数の部品(以下、「回路部品」とも称する)がケースの内部に収納された構成となっている。また、当該ケースの内部には、冷媒や冷却水等の流体が通る冷却用流路が形成されている。外部から供給されて冷却用流路を通る流体と回路部品との間で熱交換が行われることにより、それぞれの回路部品の温度が適温に保たれる。
電力変換装置は、電気自動車等の限られた空間内に配置されるものであるから、全体の形状がコンパクトであることが求められる。このため、電力変換回路は、ケース内において全ての回路部品が単一の水平面に沿うように並べられた状態で収納されるのではなく、ケース内において上方側と下方側とに分けられた状態で収納されるのが一般的となっている。その結果、回路部品を冷却するための冷却用流路も、ケースの上方側と下方側とにそれぞれ形成される(下記特許文献1)。
特開2012−210022号公報
上記特許文献1に記載されている電力変換装置では、冷却用流路に流体を供給および排出するための配管が、ケースに対して外側から4本接続されている。つまり、(1)上方側の冷却用流路にケース外から流体を供給するための配管、(2)上方側の冷却用流路から流体をケース外に排出するための配管、(3)下方側の冷却用流路にケース外から流体を供給するための配管、及び(4)下方側の冷却用流路からケース外に流体を排出するための配管、からなる4本の配管が、それぞれケースの側面から外方に向けて突出した構成となっている。
更に、ケースの外側には、上方側の冷却用流路と下方側の冷却用流路を接続するための配管が配置されている。このため、ケースの周囲には更に多くの配管が引き回されることとなり、電力変換装置の周囲に配置された他の機器にこれら配管が干渉してしまうことがあった。つまり、上記特許文献1に記載されているような従来の電力変換装置では、電気自動車等に搭載された際において、冷却用の流体が通る複数の配管の引き回しが非常に困難となってしまう場合があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力変換回路を冷却するための冷却性能を確保しながらも、冷却用の流体が通る配管が他の機器に干渉してしまうことを抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、内部に収納空間が形成されたケースと、電力変換回路の一部であって、収納空間のうち上方側に配置された第1回路部と、電力変換回路の他の一部であって、収納空間のうち下方側に配置された第2回路部と、第1回路部と熱交換しながら流体が通るように形成された第1流路と、第2回路部と熱交換しながら流体が通るように形成された第2流路と、ケースの側壁に主面を沿わせた状態で取り付けられた板状の接続プレートと、を備え、第1流路と第2流路とを連通させる接続流路が接続プレートに形成されているものであって、接続プレートは、流体の一部を第1流路に流入させるとともに、流体の残部を、接続流路を介して第2流路に流入させることを特徴としている。

本発明の電力変換装置では、ケースの外側に配置された配管によって第1流路と第2流路とが連通されているのではなく、板状の接続プレートに形成された接続流路によってこれらが連通されている。尚、「接続プレートに形成」とは、接続流路の少なくとも一部が接続プレートによって区画されていることを意味する。つまり、接続プレートの主面に形成された溝とケースの側壁とによって接続流路が区画されている場合や、ケースの側壁に形成された溝と接続プレートの主面とによって接続流路が区画されている場合が含まれる。また、接続プレートのみによって接続流路の全体が区画されている場合も含まれる。
このような構成においては、ケースの外側に配置される配管は、流体をケース内に供給するための供給配管と、流体をケース外に排出するための排出配管とが、それぞれ1本ずつあればよい。つまり、ケースの外側に突出する配管は4本である必要はなく、2本でよいことになる。
また、第1流路と第2流路とを接続するための配管がケースの外側に配置される必要がないので、電力変換装置の周囲に配置された他の機器と、冷却用の流体が通る配管とが干渉してしまう可能性は低くなる。このため、電力変換装置の周囲における配管の引き回しは従来に比べて容易となる。
本発明によれば、電力変換回路を冷却するための冷却性能を確保しながらも、冷却用の流体が通る配管が他の機器に干渉してしまうことを抑制することのできる電力変換装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る電力変換装置の全体構造を示す斜視図である。 図1に示された電力変換装置の内部の構成を示す斜視図である。 図1に示された電力変換装置の内部の構成を示す模式図である。 図1に示された電力変換装置における冷却水の流れを示す図である。 図1に示された電力変換装置のケースのうち、底板を示す斜視図である。 図1に示された電力変換装置の接続プレートを示す斜視図である。 本発明の第2実施形態に係る電力変換装置の全体構造を示す斜視図である。 図7に示された電力変換装置における冷却水の流れを示す図である。 図7に示された電力変換装置の接続プレートを示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る電力変換装置の接続プレートを示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る電力変換装置の接続プレートの構成を説明するための分解組立図である。 本発明の第4実施形態に係る電力変換装置の全体構造を示す斜視図である。 本発明の第5実施形態に係る電力変換装置の接続プレートを示す斜視図である。 本発明の第6実施形態に係る電力変換装置の接続プレートを示す斜視図である。 本発明の第6実施形態に係る電力変換装置の接続プレートの構成を説明するための分解組立図である。 本発明の第7実施形態に係る電力変換装置における冷却水の流れを示す図である。 本発明の第8実施形態に係る電力変換装置の内部の構成を示す模式図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1乃至図3に示されるように、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置10は、ケース100の内部に電力変換回路50が収納された構成となっている。電力変換装置10は、直流−交流の変換を行うインバータ装置であって、例えば電気自動車に搭載されるものである。
尚、図1においては、水平方向であり且つ接続プレート200から供給管310が突出する方向をx方向としてx軸を設定している。また、水平方向であり且つx方向に垂直な方向(図1では供給管310から排出管320に向かう方向)をy方向としてy軸を設定している。更に、鉛直上方に向かう方向をz方向としてz軸を設定している。以降の図面においても、同様にしてx軸、y軸、z軸を設定している。
ケース100はアルミニウムによって形成された矩形の容器であり、側壁110、120、130、140と、底壁150(図3参照)と、天蓋160と、底蓋170とを備えている。これらのうち、側壁110、120、130、140、及び底壁150は、ダイカストによって全体が一体に成形されている。
側壁110は、x方向側に配置された側壁であり、その主面の法線方向がx軸に沿っている。側壁110には、供給管310から供給される冷却水の入口である貫通孔111(図3参照)と、排出管320に向けて排出される冷却水の出口である貫通孔112(不図示)が形成されている。貫通孔111と貫通孔112とは、互いに同一形状に形成された孔であって、互いに同一の高さ(z座標)となる位置においてx軸に沿って並ぶように形成されている。
側壁120は、−y方向側に配置された側壁であり、その主面の法線方向がy軸に沿っている。側壁120のx方向側の端部は、側壁110の−y方向側の端部に繋がっている。
側壁130は、y方向側に配置された側壁であり、その主面の法線方向がy軸に沿っている。側壁130のx方向側の端部は、側壁110のy方向側の端部に繋がっている。
側壁140は、−x方向側に配置された側壁であり、その主面の法線方向がx軸に沿っている。側壁140の−y方向側の端部は、側壁120の−x方向側の端部に繋がっている。また、側壁140のy方向側の端部は、側壁130の−x方向側の端部に繋がっている。
底壁150は、−z方向側(底部)に配置された壁であり、その主面の法線方向がz軸に沿っている。底壁150のx方向側の端部は側壁110の下端部に繋がっている。底壁150の−y方向側の端部は側壁120の下端部に繋がっている。底壁150のy方向側の端部は側壁130の下端部に繋がっている。底壁150の−x方向側の端部は側壁140の下端部に繋がっている。
天蓋160は、ケース100の内部空間SPを上方から塞ぐように配置された矩形の板である。天蓋160は、側壁110、120、130、140それぞれの上端面に対して当接した状態で、これらに対して不図示のボルトにより固定されている。
底蓋170は、上面視において底壁150と略同一形状の矩形の板である。底蓋170は、底壁150に対して下方から当接した状態で、不図示のボルトにより固定されている。
ケース100のx方向側には、接続プレート200が配置されている。接続プレート200は、ケース100と同じくアルミニウムによって形成された矩形の板である。接続プレート200は、その主面を側壁110に沿わせた状態で、不図示のボルトによってケース100に固定されている。接続プレート200のy方向に沿った寸法は、側壁110のy方向に沿った寸法と等しい。接続プレート200の下端の高さは、底蓋170の下端の高さと一致している。また、接続プレート200の上端は、側壁110の上端よりも低い位置となっている。接続プレート200には貫通孔210が形成されており、当該貫通孔210に供給管310の一端が挿入された状態で固定されている。また、接続プレート200には貫通孔220が形成されており、当該貫通孔220に排出管320の一端が挿入された状態で固定されている。接続プレート200の具体的な形状及び機能については、後に詳しく説明する。
図2及び図3に示されるように、ケース100の内部空間SPには電力変換回路50が収納されている。電力変換回路50はインバータ回路であって、複数の半導体モジュール51と、コンデンサ52と、リアクトル53によって構成されている。尚、本発明の実施形態としては、電力変換回路はインバータ回路に限定されることはなく、DC−DCコンバータ回路やその他の回路であってもよい。
電力変換回路50を構成するこれら部品のうち、半導体モジュール51は、内部空間SPのうち上方側の部分(以下、「上方空間SP1」とも称する)に収納されている。また、コンデンサ52及びリアクトル53は、内部空間SPのうち下方側の部分(以下、「下方空間SP2」とも称する)に収納されている。
半導体モジュール51は、電力変換回路50を構成する電子部品のうち、スイッチング素子やダイオードのような一部の電子部品が薄板状のパッケージ内に収められてモジュール化されたものである。本実施形態においては、電力変換回路50には計11枚の半導体モジュール51が備えられている。
上方空間SP1には、これら半導体モジュール51を冷却するための扁平冷却管61が複数配置されている。扁平冷却管61は、内部に冷却水が通る流路が形成された扁平形状の管であって、互いに間隔を空けてx方向に沿って並ぶように配置されている。それぞれの扁平冷却管61は、その主面の法線方向がx軸に沿うように配置されている。隣り合う扁平冷却管61同士の間には、それぞれ1枚の半導体モジュール51が挟み込まれている。
また、隣り合う扁平冷却管61同士の間には、接続管62及び接続管63が配置されている。これらはいずれも断面が円形の配管であって、内部に形成された流路の方向がx軸に沿っている。接続管62は、扁平冷却管61の−y方向側の端部近傍(半導体モジュール51よりも−y方向側となる位置)に配置されており、接続管63は、扁平冷却管61のy方向側の端部近傍(半導体モジュール51よりもy方向側となる位置)に配置されている。全ての接続管62はそれぞれの中心軸が互いに一致している。同様に、全ての接続管63はそれぞれの中心軸が互いに一致している。
扁平冷却管61の内部に形成された流路は、当該扁平冷却管61に接続された接続管62及び接続管63の内部空間に通じている。つまり、それぞれの扁平冷却管61の流路は、接続管62及び接続管63によって互いに連通されている。
複数の扁平冷却管61のうち最もx方向側に配置された扁平冷却管61には、そのx方向側の主面からx方向側に向けて突出するように端部接続管64、65が接続されている。
端部接続管64は、接続管62と略同一形状の配管であって、その中心軸は接続管62の中心軸と一致している。端部接続管64は、その一端が扁平冷却管61に接続されており、その他端は、側壁110に形成された貫通孔111に挿入されている。端部接続管64のx方向側の端部は貫通孔111の内部に位置している。端部接続管64の外周面と貫通孔111の内周面との間は水密にシールされている。端部接続管64の内部空間(流路)は、扁平冷却管61の内部に形成された流路に通じている。
同様に、端部接続管65は、接続管63と略同一形状の配管であって、その中心軸は接続管63の中心軸と一致している。端部接続管65は、その一端が扁平冷却管61に接続されており、その他端は、側壁110に形成された貫通孔112に挿入されている。端部接続管65のx方向側の端部は貫通孔112の内部に位置している。端部接続管65の外周面と貫通孔112の内周面との間は水密にシールされている。端部接続管65の内部空間(流路)は、扁平冷却管61の内部に形成された流路に通じている。
端部接続管64と端部接続管65との間には、直方形状のブロックであるスペーサSTが配置されている(図3参照)。スペーサSTのx方向側の端部は側壁110に当接している。スペーサSTの−x方向側の端部は(最もx方向側に配置された)扁平冷却管61に当接している。
また、最も−x方向側に配置された扁平冷却管61と側壁140との間には、加圧部材PRが配置されている。加圧部材PRは、x軸に沿って圧縮された状態で配置された板バネであって、一端が側壁140に当接しており、他端が(最も−x方向側に配置された)扁平冷却管61に当接している。このような構成により、全ての半導体モジュール51及び扁平冷却管61は、加圧部材PRとスペーサSTとの間に挟まれた状態で、加圧部材PRの復元力によりx軸に沿って圧縮されている。このため、半導体モジュール51と扁平冷却管61との密着が確保されている。
コンデンサ52は、底壁150の上面のうちx方向側の部分に設置されている。また、リアクトル53は、底壁150の上面のうち−x方向側の部分に設置されている。コンデンサ52とリアクトル53との間には、底壁150から上方に向かって伸びる仕切壁151が形成されている。仕切壁151は、側壁110及び側壁140と平行な板状の壁である。仕切壁151はアルミニウムからなり、側壁110、側壁120、側壁130、側壁140、及び底壁150と共に、ダイカストによって一体に成形されている。仕切壁151の−y方向側の端部は側壁120に繋がっており、y方向側の端部は側壁130に繋がっている。仕切壁151の上端は、半導体モジュール51の下端よりも低く、コンデンサ52の上端及びリアクトル53の上端のいずれよりも高い位置となっている。
コンデンサ52は、側壁110、側壁120、側壁130、仕切壁151、及び底壁150によって区画された空間内に設置された後、ポッティング樹脂PTでその周囲が埋められた状態となっている。つまり、ケース100の内壁面との間にポッティング樹脂PTを介在させた状態で固定されている。
リアクトル53は、側壁140、側壁120、側壁130、仕切壁151、及び底壁150によって区画された空間内に設置された後、ポッティング樹脂PTでその周囲が埋められた状態となっている。つまり、コンデンサ52と同様に、ケース100の内壁面との間にポッティング樹脂PTを介在させた状態で固定されている。
以上に説明した半導体モジュール51、コンデンサ52、及びリアクトル53は、いずれも、電力変換装置10の動作中において電流が流れることにより発熱する。このため、電力変換装置10の内部には、これらを冷却するための冷却水が通る流路が形成されている。
まず、半導体モジュール51を冷却するために冷却水が通る流路(以下では、当該流路のことを「流路FP1」とも表記する)について説明する。流路FP1は、端部接続管64、端部接続管65、接続管62、接続管63、及び扁平冷却管61によって構成される流路である。流路FP1を通る冷却水は、端部接続管64から供給された後、それぞれの接続管62を−x方向に向かって順に流れて(図4の矢印A2)、それぞれの扁平冷却管61の流路に供給される。
冷却水は、それぞれの扁平冷却管61の流路をy方向に向かって流れる(図4の矢印A4)。このとき、扁平冷却管61の壁面を介して、冷却水と半導体モジュール51との熱交換が行われる。冷却水は、扁平冷却管61の流路をy方向に向かって流れながら、半導体モジュール51からの熱によって次第にその温度を上昇させる。その後、冷却水はそれぞれの接続管63をx方向に向かって流れて(図4の矢印A4)、端部接続管65から排出される。
続いて、コンデンサ52及びリアクトル53を冷却するために冷却水が通る流路(以下では、当該流路のことを「流路FP2」とも表記する)について説明する。図5に示されるように、底蓋170の上面172には溝173、174、175が形成されている。溝173は、上面172のうち−y方向側の部分において、x方向側の端部から−x方向に向かって伸びるように形成された溝である。溝175は、上面172のうちy方向側の部分において、x方向側の端部から−x方向に向かって伸びるように形成された溝である。溝173と溝175とは、互いに平行且つ同一形状の溝となっている。溝174は、溝173の−x方向側の端部と、溝175の−x方向側の端部とを繋ぐように、y軸に沿って伸びるように形成された溝である。溝173、174、175は全体がコの字型の溝となっている。
本実施形態においては、溝173は接続管62の鉛直下方となる位置に形成されている。このため、溝173の中心軸のy座標は、端部接続管64(及び貫通孔111)の中心軸のy座標と同一となっている。また、溝175は接続管63の鉛直下方となる位置に形成されている。このため、溝175の中心軸のy座標は、端部接続管65(及び貫通孔112)の中心軸のy座標と同一となっている。
これらの溝173、174、175を区画する壁面と、底壁150の下面152とによって区画されたコの字型の空間が、流路FP2となっている。冷却水は、x方向側の端部から溝173に流入した後、溝173、174、175を順に通って(図4の矢印A21、A22、A23)、溝175のx方向側の端部から流出する。その間、底壁150を介して、流路FP2を通る冷却水とコンデンサ52及びリアクトル53との熱交換が行われる。冷却水は、溝173、174、175を順に流れながら、コンデンサ52及びリアクトル53からの熱によって次第にその温度を上昇させる。
続いて、流路FP1及び流路FP2に冷却水を供給(及び排出)するための構成について説明する。まず、図6を主に参照しながら、接続プレート200の具体的な形状について説明する。
接続プレート200の貫通孔210は、側壁110の貫通孔111と対応する位置に形成されている。つまり、貫通孔210の中心軸は貫通孔111の中心軸と一致している。同様に、接続プレート200の貫通孔220は、側壁110の貫通孔112と対応する位置に形成されている。つまり、貫通孔220の中心軸は貫通孔112の中心軸と一致している。
接続プレート200のうち−x方向側の主面、すなわち側壁110に当接する面である面202には、z軸に沿って伸びる二つの溝(溝211、溝221)が形成されている。溝211の上端は貫通孔210に通じている。溝211の下端は、接続プレート200の下端よりも高い位置となっている。同様に、溝221の上端は貫通孔220に通じている。溝221の下端は、接続プレート200の下端よりも高い位置となっており、溝211の下端と同一の高さとなっている。
図3に示されるように、側壁110のx方向側の面116と、底蓋170のx方向側の面176とは同一平面上に位置している。接続プレート200は、面202をこれら面116及び面176の両方に当接させた状態で固定されている。
この状態において、溝211の下端は、底蓋170に形成された溝173の底面と同一の高さに位置している。また、溝211の中心軸のy座標は、溝173の中心軸のy座標と一致している。このため、溝211の内部空間は、その下端において溝173の内部空間と繋がっている。
同様に、溝221の下端は、底蓋170に形成された溝175の底面と同一の高さに位置している。また、溝221の中心軸のy座標は、溝175の中心軸のy座標と一致している。このため、溝221の内部空間は、その下端において溝175の内部空間と繋がっている。
図3に示されるように、供給管310は、その−x方向側の端部近傍が貫通孔210に挿入された状態で固定されている。供給管310の外周面と貫通孔210の内周面との間は水密にシールされている。また、供給管310の−x方向側の端部は、溝211の底面(その法線がx軸に沿っている内面)よりもx方向側に位置している。このため、溝211の上端は供給管310によっては塞がれていない。供給管310の内部空間は溝211の内部空間に通じている。
排出管320についても同様であって、排出管320は、その−x方向側の端部近傍が貫通孔220に挿入された状態で固定されている。排出管320の外周面と貫通孔220の内周面との間は水密にシールされている。また、排出管320の−x方向側の端部は、溝221の底面(その法線がx軸に沿っている内面)よりもx方向側に位置している。このため、溝221の上端は排出管320によっては塞がれていない。排出管320の内部空間は溝221の内部空間に通じている。
外部のラジエータ(不図示)から供給される冷却水は、まず供給管310を−x方向に向かって流れて、供給管310と端部接続管64との間の空間に流入する(図4の矢印A1)。その後、一部の冷却水はそのまま端部接続管64に流入して、既に説明したように流路FP1を通りながら半導体モジュール51の熱を奪い、排出管320と端部接続管65との間の空間に到達する。その後、排出管320をx方向に向かって流れてラジエータに戻る(図4の矢印A5)。
供給管310と端部接続管64との間の空間に流入した冷却水の残部は、溝211を下方に向かって流れて(図4の矢印A11)、溝173のx方向側の端部に到達する。つまり、流路FP2の入口部分に到達する。その後、既に説明したように、冷却水は流路FP2を通りながらコンデンサ52及びリアクトル53の熱を奪い、溝175のx方向側端部に到達する。更にその後、冷却水は溝221を上方に向かって流れて(図4の矢印A12)、排出管320と端部接続管65との間の空間に流入し、流路FP1を通った後の冷却水と合流する。最終的には、流路FP1を通った水と共に、排出管320をx方向に向かって流れてラジエータに戻る(図4の矢印A5)。
以上の様に、本実施形態に係る電力変換装置10は、ケース100の内部空間SPのうち上方空間SP1に複数の半導体モジュール51が配置されており、下方空間SP2にコンデンサ52及びリアクトル53が配置されている。また、電力変換装置10には、半導体モジュール51を冷却するための流路である流路FP1と、コンデンサ52及びリアクトル53を冷却するための流路である流路FP2とが形成されている。電力変換装置10は、ケース100の側壁110に主面を沿わせた状態で取り付けられた板状の接続プレート200を更に備えており、接続プレート200には、流路FP1と流路FP2とを連通させる流路(接続流路)として溝211及び溝221が形成されている。
このような構成により、電力変換装置10では、冷却水が通る流路が2系統(流路FP1、流路FP2)形成された構成でありながら、冷却水用の配管は(4本ではなく)2本のみしか接続されていない。
更に、流路FP1と流路FP2とは、板状である接続プレート200に形成されているので、両者を接続するための配管を電力変換装置10の周囲に配置する必要がない。このため、電力変換装置10の周囲(特に側壁110のx方向側)において他の構成機器と配管とが干渉してしまう可能性は小さく、配管の引き回しは従来に比べて容易となっている。
また、本実施形態においては、溝211を通る冷却水、及び溝221を通る冷却水によって、側壁110も冷却されている。このため、側壁110との間にポッティング樹脂PTのみを介して固定されているコンデンサ52は、側壁110によっても冷却されることとなる。つまり、流路FP2を通る冷却水とコンデンサ52との熱交換が底壁150を介して行われることに加えて、溝211、221を通る冷却水とコンデンサ52との熱交換が側壁110を介しても行われる。その結果、コンデンサ52は高い冷却効率で冷却される。
また、リアクトル53は、既に説明したように流路FP2を通る冷却水との熱交換のみによって冷却される。ただし、熱伝導率の高い金属であるアルミニウムからなる壁(側壁140、側壁120、側壁130、仕切壁151、及び底壁150)によって周囲を囲まれており、これらとリアクトル53との間はポッティング樹脂PTによって埋められているので、リアクトル53も比較的高い冷却効率で冷却される。
続いて、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置10Aについて、図7乃至図9を参照しながら説明する。電力変換装置10Aは、側壁110Aの形状、接続プレート200Aの形状、及び接続プレート200Aに接続される排出管320の位置において電力変換装置10と異なっているが、他の構成については電力変換装置10と同一である。
接続プレート200Aの貫通孔220Aは、その中心軸が溝175の中心軸と略一致するような位置に形成されている。側壁110Aには、側壁110と同様に貫通孔111A(不図示)及び貫通孔112A(不図示)が形成されている。また、これらに加えて、溝175と貫通孔220Aとの間となる位置には貫通孔113A(不図示)が形成されている。貫通孔113Aは、貫通孔111A及び貫通孔112Aと同一形状の貫通孔であり、その中心軸は貫通孔220Aの中心軸と一致している。
このため、流路FP2を通った後の冷却水は、溝175からそのまま直進して(図8の矢印A23)貫通孔113A及び貫通孔220Aを通り、排出管320をx方向に向かって流れてラジエータに戻る(図8の矢印A5)。
図9に示されるように、接続プレート200Aのうち−x方向側の主面、すなわち側壁110Aに当接する面である面202Aには、溝211及び溝221は形成されておらず、代わりに溝231Aが形成されている。溝231Aは、接続プレート200Aの主面の対角線に略沿って斜め方向に伸びるように形成されている。溝231Aの上端は、貫通孔220Aの上方側となる位置であり、端部接続管65の中心軸が通る位置となっている。溝231Aの下端は、貫通孔210Aの下方側となる位置であり、溝173の中心軸が通る位置となっている。このため、流路FP1と流路FP2とは、溝231Aにより連通されている。
このような構成により、流路FP1を通った後の冷却水は、貫通孔112Aを通って溝231Aの上端部に到達した後、溝231Aを斜め下方に向かって流れる(図8の矢印A11)。その後、冷却水は溝173のx方向側端部に到達し、流路FP2を通ることとなる。
第1実施形態に係る電力変換装置10では、接続プレート200によって流路FP1と流路FP2とが並列に接続されていた(図4参照)。これに対し、本実施形態係る電力変換装置10Aでは、流路FP1と流路FP2とが直列に接続されている(図8参照)。このように、接続プレート200Aの面202Aに形成される溝の引き回しによって、流路FP1と流路FP2との繋ぎ方は自由に設定することができる。
続いて、本発明の第3実施形態に係る電力変換装置10Bについて、図10及び図11を参照しながら説明する。電力変換装置10Bは、接続プレート200Bの形状において電力変換装置10と異なっているが、他の構成については電力変換装置10と同一である。
接続プレート200Bは、第1接続プレート250Bと第2接続プレート270Bとを備えており、これらを主面同士が当接するように重ね合わせた状態で互いに固定した構成となっている。
第1接続プレート250Bは、ケース100側に配置されるプレートである。第1接続プレート250Bは、その−x方向側の主面である面252Bを側壁110に当接させた状態で固定される。第1接続プレート250Bのx方向側の主面である面251Bは、第2接続プレート270Bが当接する面となっている。
第2接続プレート270Bは、その−x方向側の主面である面272Bを第1接続プレート250Bの面251Bに当接させた状態で固定される。第2接続プレート270Bのx方向側の主面である面271Bからは、供給管310及び排出管320がx方向に向けて突出している。
第2接続プレート270Bには、供給管310が挿入される貫通孔273Bと、排出管320が挿入される貫通孔274Bとが形成されている。供給管310の外周面と貫通孔273Bの内周面との間は水密にシールされている。また、排出管320の外周面と貫通孔274Bの内周面との間は水密にシールされている。
x軸に沿って見た場合において、貫通孔273Bが形成されている位置は、接続プレート200において貫通孔210が形成されている位置と同一である。また、貫通孔274Bが形成されている位置は、接続プレート200において貫通孔220が形成されている位置と同一である。従って、本実施形態における供給管310及び排出管320は、電力変換装置10における供給管310及び排出管320とそれぞれ同一の位置に配置されている。
第1接続プレート250Bには、貫通孔253B、貫通孔255B、及び貫通孔257Bが形成されている。貫通孔253Bは、その中心軸が貫通孔273Bの中心軸と略一致するような位置に形成されている。貫通孔253Bの中心軸は端部接続管64の中心軸とも一致している。貫通孔255Bは、その中心軸が貫通孔274Bの中心軸と略一致するような位置に形成されている。貫通孔253Bの中心軸は端部接続管65の中心軸とも一致している。
第1接続プレート250Bの面252Bには、z軸に沿って伸びる溝254Bが形成されている。溝254Bの上端は貫通孔253Bに通じている。溝254Bの下端は、接続プレート200Bの下端よりも高い位置となっており、底蓋170に形成された溝173の底面と同一の高さに位置している。溝254Bの形状は、電力変換装置10の接続プレート200に形成された溝211の形状(図6参照)と同一である。
第1接続プレート250Bの面251Bには、z軸に沿って伸びる溝256Bが形成されている。溝256Bの上端は貫通孔255Bに通じており、溝256Bの下端は貫通孔257Bに通じている。
電力変換装置10Bでは、供給管310から供給された冷却水は、貫通孔273B及び貫通孔253Bを通った後、一部は端部接続管64を通って流路FP1に供給される。流路FP1を通った後の冷却水は、貫通孔255B及び貫通孔274Bを通り、排出管320を通ってラジエータに戻る。
貫通孔253Bを通った冷却水の残部は、溝254Bを下方に向かって流れて、溝173のx方向側の端部に到達し、流路FP2に供給される。流路FP2を通った後の冷却水は、貫通孔257Bを通り、溝256Bを上方に向かって流れる。その後、流路FP1を通った後の冷却水と合流して、排出管320を通ってラジエータに戻る。
以上のように、本実施形態においては、流路FP2に向かって冷却水が通る流路である溝254Bと、流路FP2を通過した後(コンデンサ52及びリアクトル53から熱を奪った後)の冷却水が通る流路である溝256Bとが、接続プレート200Bにそれぞれ形成されている。コンデンサ52及びリアクトル53から熱により、溝256Bを通る冷却水の温度は、溝254を通る冷却水の温度よりも高温となっている。
本実施形態では、高温の冷却水が通る溝256Bが、ケース100側から見て溝254Bよりも遠い位置(つまり、x方向側となる位置)に形成されている。このような構成であるから、溝256Bを通る高温の冷却水からの熱が、ケース100内に収納された電力変換回路50に戻ってしまうことが抑制される。
尚、流路FP1に向かう水が流れる流路(「第1流路」とする)と、流路FP1を通った後の水が流れる流路(「第2流路」とする)との両方が接続プレート200Bに形成されている場合には、第2流路を第1流路よりもx方向側となる位置に形成すればよい。つまり、接続プレート200Bに冷却水の流路が複数形成されている場合には、高温の冷却水が流れる流路の方を、よりx方向側となる位置に形成すればよい。
続いて、本発明の第4実施形態に係る電力変換装置10Cについて、図12を参照しながら説明する。電力変換装置10Cは、コンバータ回路部54Cを備えている点において電力変換装置10と異なっているが、他の構成については電力変換装置10と同一である。
コンバータ回路部54Cは、電力変換回路50の一部をなすものであって、電力変換装置10に対してDC−DCコンバータの機能を追加するための一群の部品により構成された回路ユニットである。図12に示されるように、コンバータ回路部54Cは、接続プレート200のx方向側の主面に当接した状態で固定されている。
このような構成により、溝211及び溝221(図6参照)を通る冷却水との熱交換により、コンバータ回路部54Cも冷却されることとなる。つまり、本実施形態では、供給管310及び排出管320の下方側の空間をデッドスペースとするのではなく、コンバータ回路部54Cを配置するための空間として有効に利用している。更に、冷却装置を別途設けることなく、接続プレート200によってコンバータ回路部54Cの冷却をも行うことが可能となっている。
これまでの説明においては、流路FP1における冷却水の入口から出口までの距離(端部接続管64の中心軸から端部接続管65の中心軸までの距離)と、流路FP2における冷却水の入口から出口までの距離(溝173の中心軸から溝175の中心軸までの距離)が互いに同一である例について説明した。しかしながら、本発明の実施態様としてはこのような例に限られない。
図13は、本発明の第5実施形態に係る電力変換装置10Dの接続プレート200Dを示している。電力変換装置10Dでは、端部接続管64の中心軸から端部接続管65の中心軸までの距離WD1よりも、溝173の中心軸から溝175の中心軸までの距離WD2の方が短くなっている。
このため、端部接続管64(流路FP1の入口)と溝173(流路FP2の入口)とを繋ぐ溝211Dは、本実施形態ではz軸に沿うのではなく、斜め下方に向かって伸びるように形成されている。また、端部接続管65(流路FP1の出口)と溝175(流路FP2の出口)とを繋ぐ溝211Dも、本実施形態ではz軸に沿うのではなく、やはり斜め下方に向かって伸びるように形成されている。溝211Dの下端部から溝221Dの下端部までの距離は、溝173の中心軸から溝175の中心軸までの距離WD2に等しくなっている。その結果、溝211Dによって流路FP1と流路FP2とは連通されており、溝221Dによっても流路FP1と流路FP2とは連通されている。
このように、本発明は、流路FP1の形状と流路FP2の形状との相違によってその適用が制限されるものではない。本実施形態のように、冷却水の入口から出口までの距離(WD1、WD2)が互いに異なっている場合であっても、接続プレート200Dに形成される溝211D、221Dによって流路FP1と流路FP2とを連通させることができる。
既に説明した電力変換装置10においては、供給管310の中心軸と端部接続管64の中心軸とが互いに一致していた。その結果、x軸に沿って見たときにおいて、溝211と流路FP1とが接続されている位置が、接続プレート200と供給管310とが接続されている位置と一致していた。同様に、電力変換装置10においては、排出管320の中心軸と端部接続管65の中心軸とが互いに一致していた。その結果、x軸に沿って見たときにおいて、溝221と流路FP1とが接続されている位置が、接続プレート200と排出管320とが接続されている位置と一致していた。
しかしながら、本発明の実施態様は上記のような態様に限られるものではない。接続プレート200からx方向に向けて突出する供給管310及び排出管320の位置は、それぞれ、溝211や溝211等の位置及び形状によって制約されることなく自由に設定することができる。
図14及び図15は、本発明の第6実施形態に係る電力変換装置10Eの接続プレート200Eを示している。電力変換装置10Eでは、端部接続管64の中心軸から端部接続管65の中心軸までの距離WD1よりも、供給管310の中心軸から排出管320の中心軸までの距離WD21の方が短くなっている。
接続プレート200Eは、第1接続プレート250Eと第2接続プレート270Eとを備えており、これらを主面同士が当接するように重ね合わせた状態で互いに固定した構成となっている。
第1接続プレート250Eは、ケース100側に配置されるプレートである。第1接続プレート250Eは、その−x方向側の主面である面252Eを側壁110に当接させた状態で固定される。第1接続プレート250Eのx方向側の主面である面251Eは、第2接続プレート270Eが当接する面となっている。
第2接続プレート270Eは、その−x方向側の主面である面272Eを第1接続プレート250Eの面251Eに当接させた状態で固定される。第2接続プレート270Eのx方向側の主面である面271Eからは、供給管310及び排出管320がx方向に向けて突出している。
第2接続プレート270Eには、供給管310が挿入される貫通孔273Eと、排出管320が挿入される貫通孔274Eとが形成されている。供給管310の外周面と貫通孔273Eの内周面との間は水密にシールされている。また、排出管320の外周面と貫通孔274Eの内周面との間は水密にシールされている。
貫通孔273Eが形成されている位置は、接続プレート200において貫通孔210が形成されている位置よりもy方向側にずれた位置となっている。また、貫通孔274Eが形成されている位置は、接続プレート200において貫通孔220が形成されている位置よりも−y方向側にずれた位置となっている。従って、本実施形態では、供給管310の中心軸から排出管320の中心軸までの距離WD21は、端部接続管64の中心軸から端部接続管65の中心軸までの距離WD1よりも短くなっている。
第1接続プレート250Eには、貫通孔253Eと貫通孔255Eとが形成されている。貫通孔253Eは、その中心軸が端部接続管64の中心軸と略一致するような位置に形成されている。貫通孔255Eは、その中心軸が端部接続管65の中心軸と略一致するような位置に形成されている。
第1接続プレート250Eの面252Eには、z軸に沿って伸びる溝254E及び溝256Eが形成されている。溝254E及び溝256Eの形状は、電力変換装置10の接続プレート200に形成された溝211及び溝221の形状(図6参照)とそれぞれ同一である。
第1接続プレート250Eの面251Eには、y軸に沿って伸びる溝258E及び溝259Eが形成されている。溝258Eの−y方向側の端部は貫通孔253Eに通じている。溝258Eのy方向側の端部は、貫通孔273Eの中心軸が通る位置となっている。溝259Eのy方向側の端部は貫通孔255Eに通じている。溝259Eの−y方向側の端部は、貫通孔274Eの中心軸が通る位置となっている。
このような構成により、供給管310の内部空間は、溝258Eによって貫通孔253Eに連通されている。また、排出管320の内部空間は、溝259Eによって貫通孔255Eに連通されている。このため、供給管310から供給された冷却水は、溝258Eを通って貫通孔253Eに到達した後、一部は流路FP1を通って貫通孔255Eに到達する。冷却水の他部は、溝254E、流路FP2、溝256Eを順に通って貫通孔255Eに到達する。
流路FP1を通った冷却水、及び流路FP2を通った冷却水は、共に貫通孔255Eに到達して合流する。その後、冷却水は溝259Eを通って貫通孔274Eに到達し、排出管320からラジエータへと戻る。
このように、電力変換装置10Eから突出する供給管310及び排出管320の位置は、流路FP1の形状等によって何ら制限されるものではない。溝254Eと流路FP1とが接続されている位置、溝256Eと流路FP2とが接続されている位置、のいずれとも異なる位置に対して、供給管310を接続することができる。
同様に、溝254Eと流路FP1とが接続されている位置、溝256Eと流路FP2とが接続されている位置、のいずれとも異なる位置に対して、排出管320を接続することができる。
このように、供給管310及び排出管320の位置を、流路FP1の形状などによることなく自由に設定することができる。このため、電気自動車内に電力変換装置10Eを設置する際において、周囲の機器に対する配管の接続が設置の制約となってしまうことはない。
これまでの説明では、供給管310及び排出管320が、接続プレート200から同一方向に向けて突出している構成の例を説明した。しかしながら、本発明の実施の態様としてはこのようなものに限られない。例えば、本発明の第7実施形態に係る電力変換装置10F(図16参照)のように、排出管320Fが側壁140から−x方向に向けて突出している構成としてもよい。
この場合、流路FP2は、図4の矢印A21、矢印A22、及び矢印A23で示されるようなコの字型の流路ではなく、例えば、図16の矢印A21、矢印A22、矢印A23、矢印A24、及び矢印A25で示されるような略S字型の流路とすればよい。
これまでの説明では、流路FP1と流路FP2とを連通させる溝211、221が、いずれも側壁110ではなく接続プレート200側に形成されている例を説明した。また、流路FP2を構成する溝173、溝174、及び溝175が、いずれも底壁150ではなく底蓋170側に形成されている例を説明した。しかしながら、本発明の実施の態様としてはこのようなものに限られない。
図17は、本発明の第8実施形態に係る電力変換装置10Gを示している。電力変換装置10Gでは、接続プレート200Gの面202Gには溝211、溝221が形成されていない。代わりに、側壁110Gの面116Gに形成された溝117Gによって、端部接続管64(流路FP1)と流路FP2の入口(後述の溝153G)とが連通されている。同様に、側壁110Gの面に形成された溝118G(不図示)によって、端部接続管65(流路FP1)と流路FP2の入口部(後述の溝155G:不図示)とが連通されている。
底蓋170Gの上面172Gには溝173、溝174、及び溝175が形成されていない。代わりに、底壁150の下面152Gに形成された溝153G、溝154G(不図示)、及び溝155G(不図示)によって、上面視でコの字型の流路FP2が形成されている。尚、上面視における溝153G、溝154G、及び溝155Gの形状は、電力変換装置10における溝173、溝174、及び溝175の形状(図5参照)と同一である。
流路FP1と流路FP2とを連通させる流路(接続流路)は、その一部が接続プレート200Gによって区画されていればよく、本実施形態のように接続流路の3面がケース100G(側壁110G)によって区画され、1面のみが接続プレート200Gによって区画されている場合であっても、接続流路は接続プレート200Gに形成されているのであり、本発明の実施の態様に含まれる。
更に、本発明における接続流路は、その全体が接続プレートの内部に形成されていてもよい。つまり、接続流路の周囲4面が、全て接続プレートによって区画されていてもよい。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G:電力変換装置
100,100G:ケース
110,110A,110F,110G:側壁
200,200A,200B,200D,200E,200G:接続プレート
211,221,231A,254B,256B,211D,221D,254E,256E,117G,153G:溝
50:電力変換回路
SP:内部空間
FP1,FP2:流路
PT:ポッティング樹脂
310:供給管
320,320F:排出管

Claims (7)

  1. 内部に収納空間(SP)が形成されたケース(100)と、
    電力変換回路(50)の一部であって、前記収納空間のうち上方側(SP1)に配置された第1回路部(51)と、
    前記電力変換回路の他の一部であって、前記収納空間のうち下方側(SP2)に配置された第2回路部と、
    前記第1回路部と熱交換しながら流体が通るように形成された第1流路(FP1)と、
    前記第2回路部と熱交換しながら流体が通るように形成された第2流路(FP2)と、
    前記ケースの側壁(110)に主面を沿わせた状態で取り付けられた板状の接続プレート(200)と、を備え、
    前記第1流路と前記第2流路とを連通させる接続流路(211、221)が前記接続プレートに形成されているものであって、
    前記接続プレートは、流体の一部を前記第1流路に流入させるとともに、流体の残部を、前記接続流路を介して前記第2流路に流入させることを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記接続流路は、
    前記第1流路又は前記第2流路のうち一方に向かって流体が通る第1接続流路(254B)と、
    前記第1接続流路を通過し、更に前記第1流路又は前記第2流路を通過した後の流体が通る第2接続流路(256B)と、からなり、
    前記第2接続流路は、前記ケース側から見て前記第1接続流路よりも遠い位置に形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。
  3. 前記電力変換回路は、前記第1回路部及び前記第2回路部の他に第3回路部(54C)を更に有しており、
    前記接続プレートのうち前記ケースとは反対側の主面には、前記第3回路部が取り付けら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。
  4. 前記接続プレート(200E)に一端が接続され、前記ケースの外部から前記接続プレートに流体を供給する供給管(310)を備え、
    前記接続プレートの主面の法線方向に沿って見たときにおいて、
    前記接続流路(254E)と前記第1流路とが接続されている位置(253E)、及び、前記接続流路(256E)と前記第2流路とが接続されている位置(255E)、のいずれもが、前記接続プレートと前記供給管とが接続されている位置とは異なっ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。
  5. 前記接続プレートに一端が接続され、前記接続プレートから前記ケースの外部に流体を排出するための排出管(320)を備え、
    前記接続プレートの主面の法線方向に沿って見たときにおいて、
    前記接続流路と前記第1流路とが接続されている位置、及び、前記接続流路と前記第2流路とが接続されている位置、のいずれもが、前記接続プレートと前記排出管とが接続されている位置とは異なっ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。
  6. 前記第1回路部及び前記第2回路部のうち少なくとも一方は、前記ケースの内壁面との間にポッティング樹脂(PT)を介在させた状態で固定されており、前記接続流路を通る流体との間でも熱交換が行われるように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。
  7. 前記第1回路部は複数の半導体モジュールであり、前記第2回路部はコンデンサ又はリアクトルである、請求項1に記載の電力変換装置。
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