JP6604173B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電流を交流電流に変換、或いは、交流電流を直流電流に変換する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換装置が知られている。
特許文献１の電力変換装置は、インバータ回路を構成するパワー半導体モジュールと、コンデンサ素子を樹脂封止したコンデンサモジュールと、冷却体と、これらを収容する筐体とを備えたインバータ装置であり、冷却体は、コンデンサモジュールの外壁に接触した状態で筐体に収容され、コンデンサモジュールの冷却効率を高めるようにしている。

特開２０１５−２３６６４号公報

しかし、特許文献１の電力変換装置は、コンデンサモジュール及び冷却体が筐体内部の異なる空間に配置されるので大型の筐体を形成する必要があり、電力変換装置の小型化を図ることが難しい。
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、コンデンサモジュールに対する冷却効率を高めながら小型化を図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、本発明の一態様に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体モジュールと、直流電流を平滑化するコンデンサモジュールと、パワー半導体モジュール及びコンデンサモジュールを収容する筐体と、を備え、コンデンサモジュールは、コンデンサケースの内部に封止された樹脂部と、樹脂部に埋設されたコンデンサ素子と、コンデンサ素子とともに樹脂部に埋設され、冷却媒体が内部を循環するコンデンサ用冷却管と、を備えている。

本発明に係る電力変換装置によると、コンデンサモジュールに対する冷却効率を高めながら小型化を図ることができる。

本発明に係る第１実施形態の電力変換装置を示す斜視図である。 第１実施形態の電力変換装置においてカバーを外した状態を示す斜視図である。 図１における平面Ａに沿う第１実施形態の電力変換装置の断面図である。 図１における平面Ａに直交している平面Ｂに沿う第１実施形態の電力変換装置の断面図である。 第１実施形態の電力変換装置で使用されているパワー半導体モジュールを示す斜視図である。 第１実施形態の電力変換装置で使用されているパワー半導体モジュールの等価回路である。 第１実施形態の電力変換装置を構成するコンデンサモジュールを示す斜視図である。 図７における平面Ｃに沿うコンデンサモジュールの断面図である。 第１実施形態のコンデンサモジュールに一体化されている冷却管が筐体の壁部を通過している状態を示す図である。 本発明に係る第２実施形態のコンデンサモジュールを示す斜視図である。 図１０における平面Ｄに沿うコンデンサモジュールの断面図である。 本発明に係る第３実施形態のコンデンサモジュールを示す斜視図である。 図１２における平面Ｅに沿うコンデンサモジュールの断面図である。 本発明に係る第４実施形態のコンデンサモジュールを示す断面図である。 本発明に係る第５実施形態のコンデンサモジュールを示す断面図である。 本発明に係る第５実施形態のコンデンサモジュールに一体化されている冷却管が筐体の壁部を通過している状態を示す図である。 本発明に係る第６実施形態の電力変換装置を示す斜視図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第６実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１〜第６実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の電力変換装置］
以下、本発明の一態様に係る第１実施形態の電力変換装置について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の電力変換装置１は、筐体２と、筐体２の底面に着脱自在に固定された冷却器３とを備えている。
筐体２の内部には、図２から図４で示すように、冷却器３に接合された３つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）モジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、これらＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを駆動する駆動回路等が実装された制御回路基板１１と、コンデンサモジュール１２と、直流入力コネクタ１３と、交流出力コネクタ１４とが収納されている。

［筐体］
筐体２は、図１に示すように、筐体ケース４、カバー５、ガスケット６で構成されている。
筐体ケース４は、アルミニウム、又はアルミニウム合金を射出成形することで形成されている。この筐体ケース４は、図３に示すように、底部４ａと、底部４ａの全周から立ち上がる側壁部４ｂと、側壁部４ｂの上端で開口する多角形状の上部開口部４ｃ、とを備えている。この筐体ケース４は、図３において左右方向に長尺な部材であり、上部開口部４ｃをガスケット６を介してカバー５で閉塞すると、長尺方向中央に平面視長方形状の収納空間Ｓ１が形成され、長手方向の両端に、収納空間Ｓ１より狭い収納空間Ｓ２，Ｓ３が形成される。

図２に示すように、筐体ケース４の側壁部４ｂの上端には、取付けフランジ７が外側に突出して形成されており、取付けフランジ７の所定箇所に、ねじ部材３５が螺合するねじ孔（不図示）が形成されている。
図３に示すように、筐体ケース４の底部４ａには、収納空間Ｓ１で開口する長方形状のＩＧＢＴモジュール用開口部８が形成されている。このＩＧＢＴモジュール用開口部８の長尺方向は、底部４ａの短尺方向（図３の奥行き方向）に延在して形成され、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の長尺方向の両端部は、側壁部４ｂの下端まで開口している。

また、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の一方の長辺側縁部に沿う底部４ａに所定間隔をあけて複数の第１雌ねじ部２５が形成されているとともに、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の他方の長辺側縁部に沿う底部４ａに所定間隔をあけて複数の第２雌ねじ部２６が形成されている。
カバー５は、図１に示すように、アルミニウム、又はアルミニウム合金を材料とし、筐体ケース４の取付けフランジ７の外周形状と同一形状で形成された板状部材であり、筐体ケース４の取付けフランジ７に形成したねじ孔に対応する位置に、ねじ挿通孔（不図示）が形成されている。
ガスケット６は、図４に示すように、取付けフランジ７と同一形状に形成され、取付けフランジ７のねじ孔に対応する位置にねじ挿通孔（不図示）が形成されている。

［冷却器］
冷却器３は、アルミニウム、又はアルミニウム合金を材料として形成した部材であり、図１及び図４に示すように、冷却水供給口１５ａ及び冷却水排出口１５ｂを備えて内部を冷却水が循環し、平坦面で長方形状の接合面１５ｃを設けたブロック状の冷却器本体１５と、接合面１５ｃの一対の長辺から外方に突出し、所定間隔のねじ挿通孔を設けた板状の一対の固定部（不図示）とで構成されている。

［ＩＧＢＴモジュール］
図５で示すＩＧＢＴモジュール１０Ｕは、外観が直方体形状の樹脂パッケージ１７に、図示しない上アーム半導体チップ、上アーム用配線パターン部、上アーム配線用導体板、下アーム半導体チップ、下アーム用配線パターン部、下アーム配線用導体板及び接地用配線パターン部などが埋め込まれている。
樹脂パッケージ１７の第１の側面１７ａには、上アーム用配線パターン部を介して上アーム半導体チップのコレクタに接続した正極側接続端子１８と、接地用配線パターン部と下アーム配線用導体板を介して下アーム半導体チップのエミッタに接続した負極側接続端子１９とが外方に突出し、第１の側面１７ａに対して裏面の第２の側面１７ｂには、下アーム用配線パターン部と上アーム配線用導体板を介して上アーム半導体チップのエミッタ及び下アーム半導体チップのコレクタに接続した出力端子２０が外方に突出している。
また、樹脂パッケージ１７の上面には、上アーム用の複数の制御電極（後述するゲート電極、エミッタ電流センス電極や温度検出用電極など）に接続する複数本の上アーム用リードフレーム２１と、下アーム用の複数の制御電極に接続する複数本の下アーム用リードフレーム２２が上方に突出して設けられている。
他の２つのＩＧＢＴモジュール１０Ｖ、１０Ｗも、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕと同一構成を有している。

図６は、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの等価回路を示すものであり、正極側接続端子１８と負極側接続端子１９との間に、上アームを構成する逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵと、下アームを構成する逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬとが直列に接続され、逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵと逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬとの間に出力端子２０が設けられている。ここで、符号２１ｇが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極であり、符号２１ｅｓが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのエミッタ電流センス電極であり、符号２２ｇが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極であり、符号２２ｅｓが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬのエミッタ電流センス電極である。

［コンデンサモジュール］
コンデンサモジュール１２は、図３に示すように、筐体２の筐体ケース４の底部４ａのＩＧＢＴモジュール用開口部８に隣接し、底部４ａの短尺方向（図３の奥行き方向）に延在して配置される装置であり、図７に示すように、直方体形状の装置である。
このコンデンサモジュール１２は、図７及び図８で示すように、上面が開口した直方体箱形状のコンデンサケース４０と、コンデンサケース４０の内部に封止された樹脂部４１と、樹脂部４１に埋設されたコンデンサ素子４２と、を備えた装置であり、このコンデンサモジュール１２の樹脂部４１に、銅、銅合金、或いはステンレス合金からなる直線状の冷却管４３が１本埋設されている。

コンデンサケース４０は、ポリフェニレン・サルファイト（ＰＰＳ）樹脂を材料として形成された上面が開口した直方体形状の箱体である。
コンデンサケース４０の長辺側壁４０ａには、２箇所のスリット４０ａ１，４０ａ２が形成されている。これらスリット４０ａ１，４０ａ２に、コンデンサ素子４２に一体化されたブスバー４４ａ，４４ｂが、コンデンサケース４０の内部から挿通され、外部に突出している。
コンデンサケース４０の一対の短辺側壁４０ｂ，４０ｃの各々には、管挿通穴４０ｂ１が形成されている（短辺側壁４０ｃに形成されている管挿通穴は図示していない）。これら一対の短辺側壁４０ｂ，４０ｃの管挿通穴４０ｂ１に冷却管４３が挿通されているとともに、この冷却管４３の両端部は一対の短辺側壁４０ｂ，４０ｃから突出している。

コンデンサモジュール１２の製造方法は、コンデンサケース４０の内部にコンデンサ素子４２を収容し（スリット４０ａ１，４０ａ２にブスバー４４ａ，４４ｂを内部から挿通する）、一対の短辺側壁４０ｂ，４０ｃの管挿通穴４０ｂ１に冷却管４３を挿通した後、液状のＰＰＳ樹脂をコンデンサケース４０の上面の開口部から流し込む。そして、ＰＰＳ樹脂が固化することで、コンデンサケース４０に封止された樹脂部４１がコンデンサ素子４２及び冷却管４３を埋設した状態でコンデンサモジュール１２が製造される。
冷却管４３は、符号４３ａが冷却水供給口、符号４３ｂが冷却水排出口であり、冷却水供給口４３ａから供給された冷却水が冷却水排出口４３ｂに向けて流れる。

［第１実施形態の電力変換装置の組み立て］
３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗは、冷却器３の接合面１５ｃに、焼結処理による金属焼結材やはんだにより接合される。
冷却器３に一体化された３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗは、筐体ケース４のＩＧＢＴモジュール用開口部８に底部４ａ側から挿入され、筐体ケース４の収納空間Ｓ１にＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを配置する。そして、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の一対の長辺側縁部に沿う底部４ａに冷却器３の固定部を当接し、底部４ａの第１雌ねじ部２５及び第２雌ねじ部２６に、冷却器３の一対の固定部のねじ挿通孔を対応させ、ねじ挿通孔を通過させたねじ部材３０（図３参照）を、第１雌ねじ部２５及び第２雌ねじ部２６に螺合する。

これにより、冷却器３は、筐体ケース４の収納空間Ｓ１にＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを配置した状態で筐体ケース４の底部４ａに着脱自在に外付けされる。
そして、図３及び図４に示すように、筐体ケース４の収納空間Ｓ１を横切るように、交流出力端子台２９，３１、基板保持板３２が固定され、交流出力端子台３１及び基板保持板３２の上部に制御回路基板１１が支持される。これにより、制御回路基板１１は、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの上方位置で収納空間Ｓ１に配置される。
図４に示すように、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの上面から突出している上アーム用リードフレーム２１、下アーム用リードフレーム２２は、基板保持板３２を通過して制御回路基板１１のランドを有するスルーホール（不図示）に挿通され、上アーム用リードフレーム２１、下アーム用リードフレーム２２とスルーホールの間が半田付けされる。

また、図３に示すように、筐体ケース４の収納空間Ｓ１に、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに隣接してコンデンサモジュール１２が配置され、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの正極側接続端子１８及び負極側接続端子１９とコンデンサモジュール１２の正負の電極が接続される。
また、筐体ケース４の収納空間Ｓ２に交流出力コネクタ１４が配置され、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの出力端子２０と交流出力コネクタ１４とが、ブスバー３３を介して接続されている。なお、ブスバー３３は、筐体ケース４の収納空間Ｓ１に配置した交流出力端子台２９，３１で支持されている。

さらに、筐体ケース４の収納空間Ｓ３に、直流入力端子台２８及び直流入力コネクタ１３が配置され、この直流入力コネクタ１３とコンデンサモジュール１２とがブスバー４４ａ，４４ｂを介して接続されている。なお、ブスバー４４ａ，４４ｂは、直流入力端子台２８の上部で支持されている。
ここで、コンデンサモジュール１２に一体化されている冷却管４３の一端側は、図１及び図２に示すように、筐体ケース４の側壁部４ｂに形成した溝部４５を通過して筐体ケース４の外部に突出している。
すなわち、図９（ａ）に示すように、筐体ケース４には、取付けフランジ７及び側壁部４ｂを切り欠くことで、冷却管４３の外径より大きな幅を有する溝部４５が形成されている。また、冷却管４３の外周には弾性ブッシュ４６が装着されており、この弾性ブッシュ４６が溝部４５に嵌まり込んだ状態で、冷却管４３が筐体ケース４の外部に突出している。なお、図１及び図２では図示していないが、冷却管４３の他端側も同一の構造とされている。

そして、図４に示すように、筐体ケース４の取付けフランジ７にガスケット６を載せ、ガスケット６上にカバー５の外周縁部を載せ、カバー５のねじ挿通孔及びガスケット６のねじ挿通孔に挿通したねじ部材３５を、取付けフランジ７のねじ孔に螺合することで、筐体ケース４の上部開口部が閉塞される。
ここで、９（ｂ）に示すように、筐体ケース４の溝部４５に嵌まり込んでいる弾性ブッシュ４６は、筐体ケース４の取付けフランジ７にガスケット６を介してカバー５の外周縁部が当接することで、溝部４５の内部で圧縮された状態となる。
これにより、筐体２に収納されたＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ、制御回路基板１１、コンデンサモジュール１２、直流入力コネクタ１３及び交流出力コネクタ１４に対して、外気との液密封止が施される。

［第１実施形態の電力変換装置の動作］
この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流入力コネクタ１３を介して直流電力が供給され、コンデンサモジュール１２で直流電流の平滑化が行われる。そして、制御回路基板１１から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号をＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに供給する。すなわち、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに対して１２０度ずれたゲート信号でオン・オフ制御することにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流が交流出力コネクタ１４を介して負荷に出力される。

このように、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗが動作状態となると、各ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの樹脂パッケージ１７に埋め込まれている上アーム半導体チップ、下アーム半導体チップが発熱状態となる。
また、直流電流の平滑動作を行っているコンデンサモジュール１２は、樹脂部４１に埋設されているコンデンサ素子４２が発熱状態となる。
上アーム半導体チップ、下アーム半導体チップの発熱は、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗが冷却器３の冷却器本体１５の接合面１５ｃに接合されているので、冷却器本体１５に熱伝導される。そして、冷却器本体１５に伝熱された熱は、冷却器３の冷却水供給口１５ａから供給され、内部を循環して冷却水排出口１５ｂから排出される冷却水により冷却される。

コンデンサ素子４２の発熱は、コンデンサ素子４２を埋設している樹脂部４１に熱電導される。そして、樹脂部４１に熱電導された熱は、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されている冷却管４３の冷却水供給口４３ａから供給され、冷却水排出口４３ｂから排出される冷却水により冷却される。このように、樹脂部４１に冷却管４３とともに埋設されているコンデンサ素子４２は、効率良く冷却される。
ここで、本発明に係るパワー半導体モジュールがＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに対応し、本発明に係る筐体が筐体ケース４に対応し、本発明に係るコンデンサ用冷却管が冷却管４３に対応し、本発明に係る流入口が冷却水供給口４３ａに対応し、本発明に係る排出口が冷却水排出口４３ｂに対応している。

［第１実施形態の電力変換装置の効果］
次に、第１実施形態の電力変換装置１の効果について説明する。
コンデンサ素子４２の発熱は、コンデンサ素子４２を埋設している樹脂部４１に熱電導され、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されている冷却管４３内部を流れる冷却水で冷却されるので、コンデンサ素子４２を効率良く冷却することができる。
また、冷却管４３は、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されているので、樹脂部４１を封止するコンデンサケース４０を小型の容器として形成することができ、電力変換装置の小型化、軽量化を図ることができる。

［第２実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第２実施形態のコンデンサモジュール５０について、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１から図９で示した第１実施形態の電力変換装置と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態のコンデンサモジュール５０は、樹脂部４１に、Ｕ字形状の冷却管５１が１本埋設されている。
この冷却管５１は、銅、銅合金、或いはステンレス合金で形成され、曲がり部５２と、この曲がり部５２に接続している一対の平行部５３，５４とを備えた管である。
この冷却管５１の一対の平行部５３，５４は、一方の短辺側壁４０ｂに形成した管挿通穴４０ｂ１，４０ｂ２から外部に突出している。
また、この冷却管５１の曲がり部５２は、他方の短辺側壁４０ｃの外側に突出して配置されている。

コンデンサモジュール５０の製造方法は、コンデンサケース４０の内部にコンデンサ素子４２を配置し、コンデンサ素子４２の上部に冷却管５１を配置し、液状のＰＰＳ樹脂をコンデンサケース４０の上面の開口部から流し込む。そして、ＰＰＳ樹脂が固化することで、コンデンサケース４０に封止された樹脂部４１がコンデンサ素子４２及び冷却管５１を埋設した状態でコンデンサモジュール１２が製造される。
冷却管５１は、符号５３ａが冷却水供給口、符号５４ａが冷却水排出口であり、冷却水供給口５３ａから供給された冷却水が冷却水排出口５４ａに向けて流れる。

ここで、第２実施形態のコンデンサモジュール５０に一体化された冷却管５１の平行部５３，５４の冷却水供給口５３ａ側及び冷却水排出口５４ａ側の端部は、図示しないが、図９で示した弾性ブッシュ４６を装着した状態で、筐体ケース４の側壁部４ｂに形成した溝部４５に嵌め込む。そして、筐体ケース４にカバー５を装着し、溝部４５内部の弾性ブッシュ４６が圧縮されることで、平行部５３，５４の端部が固定される。
なお、本発明に係るコンデンサ用冷却管がＵ字形状の冷却管５１に対応し、本発明に係る流入口が冷却水供給口５３ａに対応し、本発明に係る排出口が冷却水排出口５４ａに対応している。

第２実施形態のコンデンサモジュール５０によると、第１実施形態の冷却管４３と比較して約２倍の冷却路（冷却管５１を構成する平行部５３，５４）が樹脂部４１に埋設されているので、樹脂部４１に熱電導されたコンデンサ素子４２の発熱は、平行部５３，５４内部を流れる冷却水で冷却され、さらにコンデンサ素子４２の冷却を効率良く行うことができる。
また、冷却管５１は、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されているので、樹脂部４１を封止するコンデンサケース４０を小型の容器として形成することができ、電力変換装置の小型化、軽量化を図ることができる。
さらに、冷却管５１の冷却水供給口５３ａ及び冷却水排出口５４ａが同一方向で開口しているので、冷却水供給口５３ａ及び冷却水排出口５４ａと冷却水を循環する装置（不図示）との接続を、部品点数を削減しながら容易に行うことができる。

［第３実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第３実施形態のコンデンサモジュール６０について、図１２及び図１３を参照して説明する。
第３実施形態のコンデンサモジュール６０は、樹脂部４１に、Ｕ字形状の冷却管６１が１本埋設されている。
この冷却管６１は銅、銅合金、或いはステンレス合金で形成され、曲がり部６２と、この曲がり部６２に接続している一対の平行部６３，６４とを備えた管であり、曲がり部６２は、樹脂部４１に埋設されている。
また、冷却管６１の一対の平行部６３，６４は、一方の短辺側壁４０ｂに形成した管挿通穴４０ｂ１，４０ｂ２から外部に突出している。

コンデンサモジュール５０の製造方法は、コンデンサケース４０の内部にコンデンサ素子４２を配置し、コンデンサ素子４２の上部に冷却管５１を配置し、液状のＰＰＳ樹脂をコンデンサケース４０の上面の開口部から流し込む。そして、ＰＰＳ樹脂が固化することで、コンデンサケース４０に封止された樹脂部４１がコンデンサ素子４２及び冷却管５１を埋設した状態でコンデンサモジュール１２が製造される。
冷却管６１は、符号６３ａが冷却水供給口、符号６４ａが冷却水排出口であり、冷却水供給口６３ａから供給された冷却水が冷却水排出口６４ａに向けて流れる。

第３実施形態のコンデンサモジュール６０に一体化された冷却管６１の平行部６３，６４の冷却水供給口６３ａ側及び冷却水排出口６４ａ側の端部も、図示しないが、図９で示した弾性ブッシュ４６を装着した状態で、筐体ケース４の側壁部４ｂに形成した溝部４５に嵌め込む。そして、筐体ケース４にカバー５を装着し、溝部４５内部の弾性ブッシュ４６が圧縮されることで、平行部５３，５４の端部が固定される。
なお、本発明に係るコンデンサ用冷却管がＵ字形状の冷却管６１に対応し、本発明に係る流入口が冷却水供給口６３ａに対応し、本発明に係る排出口が冷却水排出口６４ａに対応し、本発明に係る曲げられている部位が曲がり部６２に対応している。

第３実施形態のコンデンサモジュール６０によると、第２実施形態の冷却管５１と比較して曲がり部６２が樹脂部４１に埋設されているので、樹脂部４１に熱電導されたコンデンサ素子４２の発熱は、平行部６３、曲がり部６２及び平行部６４内部を流れる冷却水で冷却され、さらにコンデンサ素子４２の冷却を効率良く行うことができる。
また、冷却管６１の曲がり部６２、平行部６３、６４が樹脂部４１に埋設されているので、コンデンサケース４０をさらに小型の容器として形成することができ、電力変換装置の小型化、軽量化を図ることができる。
さらに、冷却管６１の冷却水供給口６３ａ及び冷却水排出口６４ａが同一方向で開口しているので、冷却水供給口６３ａ及び冷却水排出口６４ａと冷却水を循環する装置との接続を、部品点数を削減しながら容易に行うことができる。

［第４実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第４実施形態のコンデンサモジュール７０について、図１４を参照して説明する。
第４実施形態のコンデンサモジュール７０は、図１から図９で示した第１実施形態のコンデンサモジュール１２を構成している直線状の冷却管４３を２本使用し、これらを樹脂部４１に埋設したものである。
第４実施形態のコンデンサモジュール７０を使用すると、コンデンサ素子４２の発熱は、コンデンサ素子４２を埋設している樹脂部４１に熱電導され、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されている２本の冷却管４３内部を流れる冷却水で冷却されるので、コンデンサ素子４２をさらに効率良く冷却することができるとともに、２本の冷却管４３は、コンデンサ素子４２とともに樹脂部４１に埋設されているので、樹脂部４１を封止するコンデンサケース４０を小型の容器として形成することができ、電力変換装置の小型化、軽量化を図ることができる。
なお、図１４では、２本の冷却管４３を樹脂部４１に埋設した構造としたが、３本以上の冷却管４３を樹脂部４１に埋設してもよい。

［第５実施形態の電力変換装置］
また、本発明の一態様に係る第５実施形態のコンデンサモジュール８０について、図１５及び図１６を参照して説明する。
第５実施形態のコンデンサモジュール８０は、図１２及び図１３で示した第３実施形態のコンデンサモジュール６０を構成しているＵ字形状の冷却管６１を２本使用し、これらを樹脂部４１に埋設したものである。
第５実施形態のコンデンサモジュール８０を使用すると、第３実施形態のコンデンサモジュール６０と比較して、さらにコンデンサ素子４２の冷却を効率良く行うことができとともに、電力変換装置の小型化、軽量化を図ることができる。

ここで、コンデンサモジュール８０に一体化されている２本のＵ字形状の冷却管６１は、図１６に示すように、筐体ケース４の側壁部４ｂに形成した溝部８１を通過して筐体ケース４の外部に突出している。
すなわち、図９（ａ）に示すように、筐体ケース４には、取付けフランジ７及び側壁部４ｂを切り欠くことで、冷却管６１の外径より大きな幅を有する溝部８１が形成されている。また、コンデンサモジュール８０の上部の冷却管６１の平行部６３と、下部の冷却管６１の平行部６３との外周には弾性ブッシュ８２が装着されており、この弾性ブッシュ８２が溝部８１に嵌まり込んだ状態で、２本の平行部６３が筐体ケース４の外部に突出している。なお、図示していないが、コンデンサモジュール８０の上部の冷却管６１の他方の平行部６４と、下部の冷却管６１の他方の平行部６４も同一の構造とされている。

そして、筐体ケース４の取付けフランジ７にガスケット６を載せ、ガスケット６上にカバー５の外周縁部を載せ、カバー５のねじ挿通孔及びガスケット６のねじ挿通孔に挿通したねじ部材３５を、取付けフランジ７のねじ孔に螺合することで、筐体ケース４の上部開口部を閉塞すると、図１６（ｂ）に示すように、筐体ケース４の溝部８１に嵌まり込んでいる弾性ブッシュ８２は、筐体ケース４の取付けフランジ７にガスケット６を介してカバー５の外周縁部が当接することで、溝部８１の内部で圧縮された状態となる。
これにより、コンデンサモジュール８０に一体化されている２本のＵ字形状の冷却管６１は、外気との液密封止が施された状態で筐体ケース４の側壁部４ｂに固定される。
なお、図１５及び図１６では、２本の冷却管６１を樹脂部４１に埋設した構造としたが、３本以上の冷却管６１を樹脂部４１に埋設してもよい。

［第６実施形態の電力変換装置］
さらに、本発明の一態様に係る第６実施形態の電力変換装置９０について、図１７を参照して説明する。
第６実施形態の電力変換装置９０は、冷却器３の冷却水排出口１５ｂと、冷却管４３の冷却口供給口４３ａとが接続管９１を介して接続されている。
この電力変換装置９０は、冷却器３の冷却水供給口１５ａから供給された冷却水は、冷却器３の内部を循環して冷却水排出口１５ｂから一端排出された後、接続管９１を介して冷却水供給口４３ａから冷却管４３の内部に流れ込み、冷却水排出口４３ｂから排出される。
このように、第６実施形態の電力変換装置９０は、冷却器３の冷却水供給口１５ａから冷却管４３の冷却水排出口４３ｂまで冷却水が連続して流れることで、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの樹脂パッケージ１７に埋め込まれている上アーム半導体チップ、下アーム半導体チップの冷却、コンデンサモジュール１２のコンデンサ素子４２の冷却を行っているので、冷却水を循環させる装置の簡素化を図ることができる。

１，９０ 電力変換装置
２ 筐体
３ 冷却器
４ 筐体ケース
４ａ 底部
４ｂ 側壁部
４ｃ 上部開口部
５ カバー
６ ガスケット
６ａ ねじ挿通孔
７ 取付けフランジ
８ ＩＧＢＴモジュール用開口部
１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ ＩＧＢＴモジュール
１１ 制御回路基板
１２，５０，６０，７０，８０ コンデンサモジュール
１３ 直流入力コネクタ
１４ 交流出力コネクタ
１５ 冷却器本体
１５ａ，４６ａ 冷却水供給口
１５ｂ，４６ｂ 冷却水排出口
１５ｃ 接合面
１７ 樹脂パッケージ
１７ａ 第１の側面
１７ｂ 第２の側面
１８ 正極側接続端子
１９ 負極側接続端子
２０ 出力端子
２１ 上アーム用リードフレーム
２１ｇ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極
２１ｅｓ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのエミッタ電流センス電極
２２ 下アーム用リードフレーム
２２ｇ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極
２２ｅｓ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬのエミッタ電流センス電極
２５ 第１雌ねじ部
２５ａ 雌ねじ
２６ 第２雌ねじ部
２６ａ 雌ねじ
２８ 直流入力端子台
２９，３１ 交流出力端子台
３０ ねじ部材
３２ 基板保持板
３５ ねじ部材
４０ コンデンサケース
４０ａ 長辺側壁
４０ａ１，４０ａ２ スリット
４０ｂ，４０ｃ 短辺側壁
４０ｂ１ 管挿通穴
４１ 樹脂部
４２ コンデンサ素子
４３ 冷却管
４３ａ 冷却水供給口
４３ｂ 冷却水排出口
４４ａ，４４ｂ ブスバー
４５，８１ 溝部
４６，８２ 弾性ブッシュ
５１ 冷却管
５２ 曲がり部
５３，５４ 平行部
５３ａ 冷却水供給口
５４ａ 冷却水排出口
６１ 冷却管
６２ 曲がり部
６３，６４ 平行部
６３ａ 冷却水供給口
６４ａ 冷却水排出口
９１ 接続管
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 収納空間
ＱＵ 逆導通ＩＧＢＴモジュール
ＱＬ 逆導通ＩＧＢＴモジュール

Claims (6)

1. 直流電流を交流電流に変換するパワー半導体モジュールと、前記直流電流を平滑化するコンデンサモジュールと、前記パワー半導体モジュール及び前記コンデンサモジュールを収容する筐体と、を備え、
   前記コンデンサモジュールは、
   コンデンサケースの内部に封止された樹脂部と、
   前記樹脂部に埋設されたコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子とともに前記樹脂部に埋設され、冷却媒体が内部を循環するコンデンサ用冷却管と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記コンデンサ用冷却管は、前記樹脂部の内部を直線状に延在し、一端が流入口とされ、他端が排出口とされていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記コンデンサ用冷却管は、Ｕ字形状に形成され、前記冷却媒体が流入する流入口と、前記冷却媒体が排出される排出口とが同一方向で開口していることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記コンデンサ用冷却管の曲げられている部位が、前記樹脂部に埋設されていることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記樹脂部に、少なくとも２本の前記コンデンサ用冷却管が埋設されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記パワー半導体モジュールに、冷却媒体が内部を循環するパワー半導体用冷却器が一体に設けられており、
   前記パワー半導体用冷却器及び前記コンデンサ用冷却管の前記冷却媒体の循環路が連結され、前記パワー半導体用冷却器及び前記コンデンサ用冷却管の一方に流れ込んだ前記冷却媒体が他方に流れ込むようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電力変換装置。

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