JP6469720B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
特許文献(特開2011−114965号公報)に記載の技術では、フィンと枠体またはフィンと流路形成体の間に流路制御部材を装着し冷媒がフィンを迂回するのを抑制している。
しかしながら、流路制御部材の装着は自動化が難しく、生産性の課題があった。
前記パワー半導体モジュールが配置される流路及び当該流路と繋がる開口を形成する流路形成体と、を備え、
前記パワー半導体モジュールは、一方の面に第1フィンを形成し、前記半導体素子を挟んで前記一方の面と対向する他方の面に第2フィンを形成し、
前記流路形成体は、前記第1フィンを間に挟むように配置された第1冷媒抑制部と第2冷媒抑制部を有し、
前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部は、前記流路形成体と一体に形成され、前記パワー半導体モジュールの前記一方の面の垂直方向から見たとき、前記パワー半導体モジュールの前記第1フィンが形成されていない領域と重なるように形成され、かつ、前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部は、前記パワー半導体モジュールを前記流路形成体に形成された前記開口から前記流路に挿入する挿入方向に沿って形成され、
前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部に沿って形成される第1流路と、前記パワー半導体モジュールを介して前記開口とは反対側の形成される折り返し流路と、前記第1流路の流れ方向とは反対側であって前記パワー半導体モジュールに沿って形成される第2流路と、を設ける。
流路形成体400は、冷媒の入口である第1パイプ411と、冷媒の出口である第2パイプ412と、を備える。第1パイプ411ないし第2パイプ412は、流路形成体400に圧入される。なお、流路形成体400は、アルミや樹脂などで成形される。
図1は、図2における電力変換装置200の平面Xで切断した断面図Xである。図4は、図2における電力変換装置200の平面Yで切断した断面図Yである。
図5は、流路形成体400の入口部442を見えるようにした斜視図である。図6は、流路形成体400の出口部490を見えるようにした斜視図である。
第1フィン343aは、パワー半導体モジュール300の一方の面354に形成される。第2フィン343bは、パワー半導体モジュール300の一方の面355に形成される。
接続部305は、FSWやろう付けによって接合され、枠体342と第1放熱ベース部344a、枠体342と第2放熱ベース部344bをシールする。なおここでのシールは、Oリングや接着剤でもよい。
正極側導体板334は、正極端子311と接続される。第2中間導体板336は、交流端子313と接続される。交流端子313は、第1中間導体板335に形成されてもよい。
正極側導体板334および第1中間導体板335および第2中間導体板336および負極側導体板337は、銅などで形成される。
図9は、パワー半導体モジュール300と第1冷媒抑制部471及び第2冷媒抑制部472の配置関係を示す概要図である。図10は、図9の平面A−Aの矢印方向からみた断面図である。
流路形成体400は、第1冷媒抑制部471および前記第2冷媒抑制部472に沿って形成される第1流路443を設ける。また流路形成体400は、パワー半導体モジュール300を介して開口451とは反対側の形成される折り返し流路445を設ける。さらに流路形成体400は、第1流路443の流れ方向とは反対側であってパワー半導体モジュール300に沿って形成される第2流路444を設ける。
第1流路443と第2流路444は、第1冷媒抑制部471及び第2冷媒抑制部472とパワー半導体モジュール300に沿うことで、流路形成体400と一体で流路441を形成することが可能となる。
図10に示されるように、流路形成体400は、第2フィン343bを間に挟むように第3冷媒抑制部473および第4冷媒抑制部474を備える。第3冷媒抑制部473および第4冷媒抑制部474は、パワー半導体モジュール300の他方の面355の垂直方向から見たとき、パワー半導体モジュール300の第1フィン343bが形成されていない領域と重なるように形成される。
第3冷媒抑制部471および第4冷媒抑制部472は、第2フィン343aの形成されていない他方面345に流れる冷媒を抑制することができ、第1冷媒抑制部471および前記第2冷媒抑制部472と同様の効果を得ることができる。
第1冷媒抑制部471と第2冷媒抑制部472が挿入方向370とは別の方向にした場合、開口451とは別の加工するための開口が必要となる。本実施形態においては、第1冷媒抑制部471と第2冷媒抑制部472は、パワー半導体モジュール300を開口451から流路441に挿入する挿入方向370に沿って形成される。これにより、容易に製造が可能となり生産性の向上に繋がる。
図11は、図9におけるパワー半導体モジュール300と流路形成体400の断面図B−Bである。
ケース341は、第1放熱ベース部344aと、第2放熱ベース部344bと、枠体342とにより構成される。枠体342は、第1放熱ベース部344a、第2放熱ベース部344bと接続部305を介して接続される。 フィンは、第1フィン343aと第2フィン343bで構成される。第1フィン343aは、パワー半導体モジュール300の一方の面354に形成される。第2フィン343bは、半導体素子を挟んで一方の面354の対向する他方の面355に形成される。
流路形成体400は、シール部350に近い位置に設けられた接続部305と対向する位置に入口部442を備える。入口部442は、パワー半導体モジュール300に沿ってシール部350と遠ざかる方向に第1流路443と繋がる。
また、上アーム側半導体素子343および下アーム側半導体素子344は、図8に示すように挿入方向370と略垂直方向に配置され、第1流路443を流れる冷媒の流れ方向を横切る方向に並べられる。
これにより、上アーム側半導体素子343および下アーム側半導体素子344は、冷媒流れ方向に対して重なることがないため、上下アーム間の冷却状態のばらつきを抑制でき、冷却性能の向上ができる。
また、半導体素子は、一方の面に第1電極面325及び制御電極面326を形成し、他方の面に第2電極面327を形成する。半導体素子は、第2電極面327が第2流路444よりも第1流路443に近くなるように配置される。第1電極面325および第2電極面327は、はんだ360を介して導体板に接続される。導体板は、放熱ベース部344および第1フィン343a、第2フィン343bを介して冷媒により冷却される。第1電極面は、たとえばエミッタ電極面である。制御電極面は、たとえばゲート電極面である。第2電極面は、たとえばコレクタ電極面である。
これにより、第2電極面327は、制御電極面326をもつ第1電極面325も面積が大きく、放熱に寄与する面積が大きい。第1流路443は、入口部442付近にあり放熱ベース近傍の流速が大きくなるため、冷却性能を向上できる。
Claims (4)
- 半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体モジュールが配置される流路及び当該流路と繋がる開口を形成する流路形成体と、を備え、
前記パワー半導体モジュールは、一方の面に第1フィンを形成し、前記半導体素子を挟んで前記一方の面と対向する他方の面に第2フィンを形成し、
前記流路形成体は、前記第1フィンを間に挟むように配置された第1冷媒抑制部と第2冷媒抑制部を有し、
前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部は、前記流路形成体と一体に形成され、前記パワー半導体モジュールの前記一方の面の垂直方向から見たとき、前記パワー半導体モジュールの前記第1フィンが形成されていない領域と重なるように形成され、かつ、前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部は、前記パワー半導体モジュールを前記流路形成体に形成された前記開口から前記流路に挿入する挿入方向に沿って形成され、
前記第1冷媒抑制部及び前記第2冷媒抑制部に沿って形成される第1流路と、前記パワー半導体モジュールを介して前記開口とは反対側の形成される折り返し流路と、前記第1流路の流れ方向とは反対側であって前記パワー半導体モジュールに沿って形成される第2流路と、を設ける電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールは、前記半導体素子を有する回路体と、前記回路体を収納するケースと、を有し、
前記ケースは、前記第1フィンが形成された前記一方の面と前記第2フィンが形成された前記他方の面を有する放熱ベース部と、当該放熱ベース部と接続部を介して接続される枠体と、前記流路形成体の開口を塞ぐシール部と、を有し、
前記流路形成体は、前記シール部に近い位置に設けられた前記接続部と対向しておりかつ前記第1流路と繋がる入口部を設ける電力変換装置。 - 請求項1または2に記載の電力変換装置であって、
前記パワー半導体モジュールの前記半導体素子は、インバータ回路の上アームを構成する複数の上アーム側半導体素子と、前記インバータ回路の下アームを構成する複数の下アーム側半導体素子と、を有し、
前記複数の上アーム側半導体素子及び前記複数の下アーム側半導体素子は、前記第1流路を流れる冷媒の流れ方向を横切る方向に並べられる電力変換装置。 - 請求項3に記載の電力変換装置であって、
前記半導体素子は、一方の面に第1電極面及び制御電極面を形成し、他方の面に第2電極面を形成し、
さらに前記半導体素子は、前記第2電極面が前記第2流路よりも前記第1流路に近くなるように配置される電力変換装置。
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