JP6696407B2

JP6696407B2 - Switching module

Info

Publication number: JP6696407B2
Application number: JP2016214602A
Authority: JP
Inventors: 未浩中川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-11-01
Also published as: JP2018074064A

Description

本明細書に開示の技術は、スイッチングモジュールに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a switching module.

特許文献１に、複数のスイッチング素子を備えるスイッチングモジュールが開示されている。各スイッチング素子の間に、冷却器が配置されている。各冷却器の内部に、冷却液が流れる。各スイッチング素子は、動作時に発熱する。冷却器によって、各スイッチング素子が冷却される。 Patent Document 1 discloses a switching module including a plurality of switching elements. A cooler is arranged between each switching element. Coolant flows inside each cooler. Each switching element generates heat during operation. Each switching element is cooled by the cooler.

特開２０１６−０５４１７５号公報JP, 2016-054175, A

スイッチングモジュールの冷却効率をさらに向上させる。 To further improve the cooling efficiency of the switching module.

スイッチング素子が、インバータ回路やＤＣ−ＤＣコンバータ回路に使用される場合がある。この種の回路は、高電位配線と、中間配線と、低電位配線と、高電位配線と中間配線の間に接続されている第１スイッチング素子と、中間配線と低電位配線の間に接続されている第２スイッチング素子を有する。第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同時にオンすると高電位配線と低電位配線の間が短絡するので、この種の回路では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同時にオンしないか、または、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同時にオンする時間が短くなるように制御される。本明細書では、この制御方法に着目して、より冷却性能が高いスイッチングモジュールを提供する。 The switching element may be used in an inverter circuit or a DC-DC converter circuit. This kind of circuit is connected between a high potential wiring, an intermediate wiring, a low potential wiring, a first switching element connected between the high potential wiring and the intermediate wiring, and a connection between the intermediate wiring and the low potential wiring. And a second switching element that operates. When the first switching element and the second switching element are turned on at the same time, the high potential wiring and the low potential wiring are short-circuited. Therefore, in this type of circuit, the first switching element and the second switching element do not turn on at the same time, or The first switching element and the second switching element are controlled to be turned on at the same time for a short time. In this specification, focusing on this control method, a switching module having higher cooling performance is provided.

本明細書が開示するスイッチングモジュールは、高電位配線と、中間配線と、低電位配線と、前記高電位配線と前記中間配線の間に接続されている第１スイッチング素子と、前記中間配線と前記低電位配線の間に接続されている第２スイッチング素子と、ヒートパイプと、内部に冷却液が流れる冷却器を有している。前記ヒートパイプが、第１表面と前記第１表面の反対側の第２表面とを備える第１部分と、第３表面と前記第３表面の反対側の第４表面とを備え、前記第３表面が前記第２表面に対向するように前記第１部分から間隔を開けて配置されている第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを接続する接続部分と、前記第１部分と前記第２部分と前記接続部分の内部に跨って設けられており、作動液を収容している空洞を有している。前記第１スイッチング素子が、前記第１表面で前記ヒートパイプに接続されており、前記第２スイッチング素子が、前記第４表面で前記ヒートパイプに接続されており、前記冷却器が、前記第２表面と前記第３表面で前記ヒートパイプに接続されている。 A switching module disclosed in this specification includes a high-potential wiring, an intermediate wiring, a low-potential wiring, a first switching element connected between the high-potential wiring and the intermediate wiring, the intermediate wiring, and the It has a 2nd switching element connected between low potential wirings, a heat pipe, and a cooler in which a cooling fluid flows. The heat pipe comprises a first portion having a first surface and a second surface opposite the first surface, a third surface and a fourth surface opposite the third surface; A second portion spaced apart from the first portion such that a surface thereof faces the second surface; a connecting portion connecting the first portion and the second portion; and the first portion. And a cavity that is provided so as to straddle the inside of the second portion and the connection portion and that stores the hydraulic fluid. The first switching element is connected to the heat pipe at the first surface, the second switching element is connected to the heat pipe at the fourth surface, and the cooler is the second The surface and the third surface are connected to the heat pipe.

このスイッチングモジュールでは、通常、第１スイッチング素子がオンしている（すなわち、発熱している）ときに、第２スイッチング素子がオフしている（すなわち、発熱していない）。第１スイッチング素子が発熱すると、第１スイッチング素子からヒートパイプの第１部分を介して冷却器に熱が伝わる。さらに、このとき、第２スイッチング素子が発熱していないので、ヒートパイプの第２部分は低温である。ヒートパイプは、第１部分と第２部分の一方が他方よりも高温である場合に、高効率で熱を輸送する。したがって、第１スイッチング素子から、第１部分と接続部分を介して第２部分へ熱が伝わる。第２部分へ伝わった熱は、第２部分から冷却器に伝わる。このように、第１スイッチング素子が発熱しているときには、第１部分を介して冷却器に至る放熱経路に加えて、第１部分、接続部分及び第２部分を介して冷却器に至る放熱経路でも放熱が起きる。したがって、第１スイッチング素子を効率的に冷却することができる。また、このスイッチングモジュールでは、通常、第２スイッチング素子がオンしている（すなわち、発熱している）ときに、第１スイッチング素子がオフしている（すなわち、発熱していない）。第２スイッチング素子が発熱すると、第２スイッチング素子からヒートパイプの第２部分を介して冷却器に熱が伝わる。さらに、このとき、第１スイッチング素子が発熱していないので、ヒートパイプの第１部分は低温である。したがって、第２スイッチング素子から、第２部分と接続部分を介して第１部分へ熱が伝わる。第１部分へ伝わった熱は、第１部分から冷却器に伝わる。このように、第２スイッチング素子が発熱しているときには、第２部分を介して冷却器に至る放熱経路に加えて、第２部分、接続部分及び第１部分を介して冷却器に至る放熱経路でも放熱が起きる。したがって、第２スイッチング素子を効率的に冷却することができる。以上に説明したように、このスイッチングモジュールによれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を効率的に冷却することができる。 In this switching module, normally, when the first switching element is on (that is, it is generating heat), the second switching element is off (that is, it is not generating heat). When the first switching element generates heat, heat is transferred from the first switching element to the cooler via the first portion of the heat pipe. Furthermore, at this time, since the second switching element does not generate heat, the second portion of the heat pipe has a low temperature. The heat pipe transfers heat with high efficiency when one of the first part and the second part is hotter than the other. Therefore, heat is transferred from the first switching element to the second portion via the first portion and the connecting portion. The heat transferred to the second part is transferred from the second part to the cooler. As described above, when the first switching element is generating heat, in addition to the heat radiation path reaching the cooler via the first portion, the heat radiation path reaching the cooler via the first portion, the connecting portion and the second portion. But heat dissipation occurs. Therefore, the first switching element can be efficiently cooled. Further, in this switching module, normally, when the second switching element is on (that is, it is generating heat), the first switching element is off (that is, it is not generating heat). When the second switching element generates heat, heat is transferred from the second switching element to the cooler via the second portion of the heat pipe. Furthermore, at this time, since the first switching element does not generate heat, the first portion of the heat pipe has a low temperature. Therefore, heat is transferred from the second switching element to the first portion via the second portion and the connecting portion. The heat transferred to the first part is transferred from the first part to the cooler. As described above, when the second switching element is generating heat, in addition to the heat radiation path reaching the cooler via the second portion, the heat radiation path reaching the cooler via the second portion, the connecting portion and the first portion. But heat dissipation occurs. Therefore, the second switching element can be cooled efficiently. As described above, according to this switching module, the first switching element and the second switching element can be efficiently cooled.

モータ駆動回路の回路図。The circuit diagram of a motor drive circuit. スイッチングモジュールの平面図。The top view of a switching module. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図（半導体装置３３の放熱経路を示す図）。III-III sectional view taken on the line in FIG. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図（半導体装置３７の放熱経路を示す図）。III-III sectional view taken on the line in FIG. 変形例のスイッチングモジュールの平面図。The top view of the switching module of a modification.

図１は、実施形態のスイッチングモジュール１０を備えるモータ駆動回路１１を示している。図１のモータ駆動回路１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４と、インバータ回路１６を有している。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４は、バッテリ１２の出力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を高電位配線２０と低電位配線２２の間に供給する。インバータ回路１６は、高電位配線２０と低電位配線２２の間に供給される直流電力を三相交流電力に変換し、その三相交流電力をモータ１８に供給する。モータ１８は、三相交流電力の供給を受けて回転する。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４とインバータ回路１６は、スイッチングモジュール１０を有している。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４は、１つのスイッチングモジュール１０を有している。インバータ回路１６は、３つのスイッチングモジュール１０を有している。 FIG. 1 shows a motor drive circuit 11 including a switching module 10 of the embodiment. The motor drive circuit 11 of FIG. 1 has a DC-DC converter circuit 14 and an inverter circuit 16. The DC-DC converter circuit 14 boosts the output voltage of the battery 12 and supplies the boosted voltage between the high potential wiring 20 and the low potential wiring 22. The inverter circuit 16 converts the DC power supplied between the high-potential wiring 20 and the low-potential wiring 22 into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC power to the motor 18. The motor 18 is rotated by the supply of three-phase AC power. The DC-DC converter circuit 14 and the inverter circuit 16 have a switching module 10. The DC-DC converter circuit 14 has one switching module 10. The inverter circuit 16 has three switching modules 10.

各スイッチングモジュール１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）３０とＩＧＢＴ３４の直列回路を有している。ＩＧＢＴは、スイッチング素子の一種である。ＩＧＢＴ３０のコレクタが高電位配線２０に接続されており、ＩＧＢＴ３０のエミッタがＩＧＢＴ３４のコレクタに接続されており、ＩＧＢＴ３４のエミッタが低電位配線２２に接続されている。ＩＧＢＴ３０には、ダイオード３２が並列に接続されている。ダイオード３２のアノードがＩＧＢＴ３０のエミッタに接続されており、ダイオード３２のカソードがＩＧＢＴ３０のコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ３４には、ダイオード３６が並列に接続されている。ダイオード３６のアノードがＩＧＢＴ３４のエミッタに接続されており、ダイオード３６のカソードがＩＧＢＴ３４のコレクタに接続されている。 Each switching module 10 has a series circuit of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 30 and an IGBT 34. The IGBT is a kind of switching element. The collector of the IGBT 30 is connected to the high potential wiring 20, the emitter of the IGBT 30 is connected to the collector of the IGBT 34, and the emitter of the IGBT 34 is connected to the low potential wiring 22. A diode 32 is connected in parallel to the IGBT 30. The anode of the diode 32 is connected to the emitter of the IGBT 30, and the cathode of the diode 32 is connected to the collector of the IGBT 30. A diode 36 is connected in parallel with the IGBT 34. The anode of the diode 36 is connected to the emitter of the IGBT 34, and the cathode of the diode 36 is connected to the collector of the IGBT 34.

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４のスイッチングモジュール１０では、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４とを接続する配線が、入力配線２４に接続されている。入力配線２４は、インダクタ３８を介してバッテリ１２の正極に接続されている。バッテリ１２の負極は、低電位配線２２に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１４では、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４とが交互にオンするようにＩＧＢＴ３０、３４が制御される。誤作動等を除いて、ＩＧＢＴ３０、３４が同時にオンすることはなく、高電位配線２０と低電位配線２２とが短絡することが防止されている。また、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４とが交互にオンすることによって、バッテリ１２の出力電圧が昇圧され、昇圧された直流電圧が高電位配線２０と低電位配線２２の間に印加される。 In the switching module 10 of the DC-DC converter circuit 14, the wiring that connects the IGBT 30 and the IGBT 34 is connected to the input wiring 24. The input wiring 24 is connected to the positive electrode of the battery 12 via the inductor 38. The negative electrode of the battery 12 is connected to the low potential wiring 22. In the DC-DC converter circuit 14, the IGBTs 30 and 34 are controlled so that the IGBT 30 and the IGBT 34 are alternately turned on. Except for erroneous operation, the IGBTs 30 and 34 are not turned on at the same time, and the high potential wiring 20 and the low potential wiring 22 are prevented from being short-circuited. Moreover, the output voltage of the battery 12 is boosted by alternately turning on the IGBT 30 and the IGBT 34, and the boosted DC voltage is applied between the high potential wiring 20 and the low potential wiring 22.

インバータ回路１６は、３つの出力配線２６を有している。インバータ回路１６の各スイッチングモジュール１０では、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４とを接続する各配線が、対応する出力配線２６の一端に接続されている。各出力配線２６の他端は、モータ１８に接続されている。インバータ回路１６の各スイッチングモジュール１０では、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４とが交互にオンするようにＩＧＢＴ３０、３４が制御される。誤作動等を除いて、ＩＧＢＴ３０、３４が同時にオンすることはなく、高電位配線２０と低電位配線２２とが短絡することが防止されている。インバータ回路１６では、スイッチングモジュール１０の間で、ＩＧＢＴ３０、３４のオンするタイミングが異なる。各スイッチングモジュール１０のＩＧＢＴ３０、３４がスイッチングすることで、高電位配線２０と低電位配線２２の間に印加されている直流電力が三相交流電力に変換され、その三相交流電力が３つの出力配線２６に印加される。三相交流電力は、３つの出力配線２６を介してモータ１８に供給され、モータ１８が回転する。 The inverter circuit 16 has three output wirings 26. In each switching module 10 of the inverter circuit 16, each wiring connecting the IGBT 30 and the IGBT 34 is connected to one end of the corresponding output wiring 26. The other end of each output wiring 26 is connected to the motor 18. In each switching module 10 of the inverter circuit 16, the IGBTs 30 and 34 are controlled so that the IGBT 30 and the IGBT 34 are alternately turned on. Except for erroneous operation, the IGBTs 30 and 34 are not turned on at the same time, and the high potential wiring 20 and the low potential wiring 22 are prevented from being short-circuited. In the inverter circuit 16, the switching timings of the IGBTs 30 and 34 are different between the switching modules 10. By switching the IGBTs 30 and 34 of each switching module 10, the DC power applied between the high-potential wiring 20 and the low-potential wiring 22 is converted into three-phase AC power, and the three-phase AC power is output as three outputs. It is applied to the wiring 26. The three-phase AC power is supplied to the motor 18 via the three output wirings 26, and the motor 18 rotates.

各スイッチングモジュール１０は、配線の接続を除いて、同じ構造を有している。図２は、スイッチングモジュール１０の構造を示している。スイッチングモジュール１０は、半導体装置３３、３７を有している。半導体装置３３は、ＩＧＢＴ３０とダイオード３２を備える半導体基板を内蔵している。半導体装置３３は、図示しない端子を介して、図１に示すように電気的に接続されている。半導体装置３７は、ＩＧＢＴ３４とダイオード３６を備える半導体基板を内蔵している。半導体装置３７は、図示しない端子を介して、図１に示すように電気的に接続されている。 Each switching module 10 has the same structure except the wiring connection. FIG. 2 shows the structure of the switching module 10. The switching module 10 has semiconductor devices 33 and 37. The semiconductor device 33 incorporates a semiconductor substrate including the IGBT 30 and the diode 32. The semiconductor device 33 is electrically connected through a terminal (not shown) as shown in FIG. The semiconductor device 37 has a built-in semiconductor substrate including the IGBT 34 and the diode 36. The semiconductor device 37 is electrically connected as shown in FIG. 1 via a terminal (not shown).

スイッチングモジュール１０は、さらに、冷却器と、ヒートパイプ５０と、絶縁板６０ａ〜６０ｄを有している。 The switching module 10 further includes a cooler, a heat pipe 50, and insulating plates 60a to 60d.

冷却器は、冷却液供給管４２と、冷却板４０ａ〜４０ｃと、冷却液排出管４４を有している。冷却板４０ａ〜４０ｃは、板形状を有するとともに、内部に空洞を有している。冷却板４０ａ〜４０ｃのそれぞれの一方の端部が冷却液供給管４２に接続されており、冷却板４０ａ〜４０ｃのそれぞれの他方の端部が冷却液排出管４４に接続されている。図示しないポンプによって、冷却液供給管４２に冷却液が供給される。図２の矢印に示すように、冷却液は、冷却液供給管４２から冷却板４０ａ〜４０ｃのそれぞれに流入し、冷却板４０ａ〜４０ｃのそれぞれに流入した冷却液は冷却液排出管４４を介してポンプへ戻される。冷却器の外殻は、アルミニウムによって構成されている。 The cooler has a cooling liquid supply pipe 42, cooling plates 40a to 40c, and a cooling liquid discharge pipe 44. Each of the cooling plates 40a to 40c has a plate shape and has a cavity inside. One end of each of the cooling plates 40a to 40c is connected to the cooling liquid supply pipe 42, and the other end of each of the cooling plates 40a to 40c is connected to the cooling liquid discharge pipe 44. The cooling liquid is supplied to the cooling liquid supply pipe 42 by a pump (not shown). As shown by the arrows in FIG. 2, the cooling liquid flows into each of the cooling plates 40 a to 40 c from the cooling liquid supply pipe 42, and the cooling liquid flowing into each of the cooling plates 40 a to 40 c passes through the cooling liquid discharge pipe 44. Is returned to the pump. The outer shell of the cooler is made of aluminum.

図３に示すように、ヒートパイプ５０は、略Ｕ字状に屈曲している。ヒートパイプ５０は、板状の第１部分５１と、板状の第２部分５２と、第１部分５１と第２部分５２を接続する接続部分５４を有している。第１部分５１は第２部分５２に対して略平行に伸びている。第１部分５１と第２部分５２の間に間隔が設けられている。第１部分５１と第２部分５２の間に、冷却板４０ｂが配置されている。冷却板４０ｂは、第１部分５１の内側表面（第２部分５２に対向する表面）に接しているとともに、第２部分５２の内側表面（第１部分５１に対向する表面）に接している。ヒートパイプ５０は、内部に空洞５６を有している。空洞５６は、密閉されている。空洞５６内に、作動液（例えば、水）が収容されている。但し、空洞５６内は水で満たされておらず、空洞５６内に空間が存在する。また、空洞５６内には、作動液を毛細管現象によって移動させるためのウィックや溝が設けられている。空洞５６は、第１部分５１と接続部分５４と第２部分５２に亘って設けられている。ヒートパイプ５０の外殻は、銅等の高熱伝導部材によって構成されている。 As shown in FIG. 3, the heat pipe 50 is bent in a substantially U shape. The heat pipe 50 has a plate-shaped first portion 51, a plate-shaped second portion 52, and a connection portion 54 that connects the first portion 51 and the second portion 52. The first portion 51 extends substantially parallel to the second portion 52. A space is provided between the first portion 51 and the second portion 52. The cooling plate 40b is arranged between the first portion 51 and the second portion 52. The cooling plate 40b is in contact with the inner surface of the first portion 51 (the surface facing the second portion 52) and the inner surface of the second portion 52 (the surface facing the first portion 51). The heat pipe 50 has a cavity 56 inside. The cavity 56 is sealed. A working fluid (for example, water) is contained in the cavity 56. However, the inside of the cavity 56 is not filled with water, and there is a space inside the cavity 56. In addition, a wick and a groove for moving the hydraulic fluid by a capillary phenomenon are provided in the cavity 56. The cavity 56 is provided over the first portion 51, the connecting portion 54, and the second portion 52. The outer shell of the heat pipe 50 is made of a high heat conductive member such as copper.

ヒートパイプ５０の第１部分５１が加熱されると、第１部分５１の空洞５６内で作動液が気化し、第１部分５１から熱が奪われる。作動液が気化した気体は、空洞５６内を第２部分５２まで移動し、第２部分５２で冷えて液化する。液化した作動液は、毛細管現象によって、空洞５６内を第１部分５１まで移動する。このようなサイクルによって、第１部分５１から第２部分５２へ高効率で熱が伝えられる。 When the first portion 51 of the heat pipe 50 is heated, the working liquid is vaporized in the cavity 56 of the first portion 51, and heat is taken from the first portion 51. The gas in which the hydraulic fluid is vaporized moves to the second portion 52 in the cavity 56 and is cooled and liquefied in the second portion 52. The liquefied hydraulic fluid moves to the first portion 51 in the cavity 56 by the capillary phenomenon. With such a cycle, heat is transferred from the first portion 51 to the second portion 52 with high efficiency.

また、第２部分５２が加熱されると、第２部分５２の空洞５６内で作動液が気化し、第２部分５２から熱が奪われる。作動液が気化した気体は、空洞５６内を第１部分５１まで移動し、第１部分５１内で冷えて液化する。液化した作動液は、毛細管現象によって、空洞５６内を第２部分５２まで移動する。このようなサイクルによって、第２部分５２から第１部分５１へ高効率で熱が伝えられる。 Further, when the second portion 52 is heated, the hydraulic fluid is vaporized in the cavity 56 of the second portion 52, and heat is taken from the second portion 52. The gas in which the hydraulic fluid is vaporized moves to the first portion 51 in the cavity 56 and is cooled and liquefied in the first portion 51. The liquefied hydraulic fluid moves to the second portion 52 in the cavity 56 by the capillary phenomenon. With such a cycle, heat is transferred from the second portion 52 to the first portion 51 with high efficiency.

半導体装置３３は、冷却板４０ａと冷却板４０ｂの間に配置されている。半導体装置３３の冷却板４０ａ側の表面は、グリス７０を介して絶縁板６０ａに接続されている。絶縁板６０ａの反対側の表面は、グリス７０を介して冷却板４０ａに接続されている。半導体装置３３は、グリス７０と絶縁板６０ａを介して冷却板４０ａに熱的に接続されている。半導体装置３３と冷却板４０ａの間には、ヒートパイプは設置されていない。 The semiconductor device 33 is arranged between the cooling plates 40a and 40b. The surface of the semiconductor device 33 on the cooling plate 40a side is connected to the insulating plate 60a via grease 70. The opposite surface of the insulating plate 60a is connected to the cooling plate 40a via grease 70. The semiconductor device 33 is thermally connected to the cooling plate 40a via the grease 70 and the insulating plate 60a. No heat pipe is installed between the semiconductor device 33 and the cooling plate 40a.

半導体装置３３の冷却板４０ｂ側の表面は、グリス７０を介して絶縁板６０ｂに接続されている。絶縁板６０ｂの反対側の表面は、グリス７０を介してヒートパイプ５０の第１部分５１の外側表面（上述した内側表面の反対側の表面）に接続されている。上述したように、第１部分５１の内側表面は、冷却板４０ｂに接している。したがって、半導体装置３３は、グリス７０と絶縁板６０ｂとヒートパイプ５０の第１部分５１を介して冷却板４０ｂに熱的に接続されている。 The surface of the semiconductor device 33 on the cooling plate 40b side is connected to the insulating plate 60b via the grease 70. The opposite surface of the insulating plate 60b is connected to the outer surface of the first portion 51 of the heat pipe 50 (the surface opposite to the inner surface described above) via the grease 70. As described above, the inner surface of the first portion 51 is in contact with the cooling plate 40b. Therefore, the semiconductor device 33 is thermally connected to the cooling plate 40b via the grease 70, the insulating plate 60b, and the first portion 51 of the heat pipe 50.

半導体装置３７は、冷却板４０ｂと冷却板４０ｃの間に配置されている。半導体装置３７の冷却板４０ｂ側の表面は、グリス７０を介して絶縁板６０ｃに接続されている。絶縁板６０ｃの反対側の表面は、グリス７０を介してヒートパイプ５０の第２部分５２の外側表面（上述した内側表面の反対側の表面）に接続されている。上述したように、第２部分５２の内側表面は、冷却板４０ｂに接している。したがって、半導体装置３７は、グリス７０と絶縁板６０ｃとヒートパイプ５０の第２部分５２を介して冷却板４０ｂに熱的に接続されている。 The semiconductor device 37 is arranged between the cooling plates 40b and 40c. The surface of the semiconductor device 37 on the cooling plate 40b side is connected to the insulating plate 60c via grease 70. The opposite surface of the insulating plate 60c is connected to the outer surface of the second portion 52 of the heat pipe 50 (the surface opposite to the inner surface described above) via the grease 70. As described above, the inner surface of the second portion 52 is in contact with the cooling plate 40b. Therefore, the semiconductor device 37 is thermally connected to the cooling plate 40b via the grease 70, the insulating plate 60c, and the second portion 52 of the heat pipe 50.

半導体装置３７の冷却板４０ｃ側の表面は、グリス７０を介して絶縁板６０ｄに接続されている。絶縁板６０ｄの反対側の表面は、グリス７０を介して冷却板４０ｃに接続されている。半導体装置３７は、グリス７０と絶縁板６０ｄを介して冷却板４０ｃに熱的に接続されている。半導体装置３７と冷却板４０ｃの間には、ヒートパイプは設置されていない。 The surface of the semiconductor device 37 on the cooling plate 40c side is connected to the insulating plate 60d via grease 70. The opposite surface of the insulating plate 60d is connected to the cooling plate 40c via the grease 70. The semiconductor device 37 is thermally connected to the cooling plate 40c via the grease 70 and the insulating plate 60d. No heat pipe is installed between the semiconductor device 37 and the cooling plate 40c.

次に、スイッチングモジュール１０の動作について説明する。スイッチングモジュール１０の動作時には、冷却器内に冷却液が流れる。また、上述したように、ＩＧＢＴ３０とＩＧＢＴ３４は交互にオンする。したがって、半導体装置３３と半導体装置３７は、交互に発熱する。つまり、半導体装置３３が発熱しているときには半導体装置３７は発熱しておらず、半導体装置３７が発熱しているときには半導体装置３３は発熱していない。 Next, the operation of the switching module 10 will be described. When the switching module 10 is operating, the cooling liquid flows in the cooler. Further, as described above, the IGBT 30 and the IGBT 34 are alternately turned on. Therefore, the semiconductor device 33 and the semiconductor device 37 generate heat alternately. That is, when the semiconductor device 33 is generating heat, the semiconductor device 37 is not generating heat, and when the semiconductor device 37 is generating heat, the semiconductor device 33 is not generating heat.

図３の矢印８２〜８６は、半導体装置３３が発熱しているときの放熱経路を示している。半導体装置３３が発熱すると、矢印８２に示すように、冷却板４０ａに熱が伝わる。これによって、半導体装置３３の温度上昇が抑制される。また、半導体装置３３が発熱すると、矢印８４に示すように、ヒートパイプ５０の第１部分５１を介して冷却板４０ｂに熱が伝わる。これによって、半導体装置３３の温度上昇が抑制される。さらに、半導体装置３３が発熱するときには半導体装置３７が発熱していないので、ヒートパイプ５０の第２部分５２が低温となっている。つまり、第１部分５１が高温になっているとともに第２部分５２が低温となっている。このため、ヒートパイプ５０内で作動液が循環し、矢印８６に示すように、第１部分５１から接続部分５４を経由して第２部分５２へ高効率で熱が伝わる。第２部分５２に伝わった熱は、冷却板４０ｂに伝わる。これによって、半導体装置３３の温度上昇が抑制される。このように、半導体装置３３が効率的に冷却される。 Arrows 82 to 86 in FIG. 3 indicate heat dissipation paths when the semiconductor device 33 is generating heat. When the semiconductor device 33 generates heat, the heat is transferred to the cooling plate 40a as shown by an arrow 82. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 33 is suppressed. When the semiconductor device 33 generates heat, the heat is transferred to the cooling plate 40b via the first portion 51 of the heat pipe 50 as shown by an arrow 84. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 33 is suppressed. Further, since the semiconductor device 37 does not generate heat when the semiconductor device 33 generates heat, the second portion 52 of the heat pipe 50 has a low temperature. That is, the first portion 51 has a high temperature and the second portion 52 has a low temperature. Therefore, the hydraulic fluid circulates in the heat pipe 50, and heat is transferred from the first portion 51 to the second portion 52 via the connecting portion 54 with high efficiency, as shown by the arrow 86. The heat transferred to the second portion 52 is transferred to the cooling plate 40b. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 33 is suppressed. In this way, the semiconductor device 33 is efficiently cooled.

以上に説明したように、半導体装置３３が発熱したときには、半導体装置３７が発熱していないので、ヒートパイプ５０の第１部分５１が第２部分５２よりも高温となる。したがって、ヒートパイプ５０によって第１部分５１から第２部分５２へ効率的に熱が輸送される。このため、第１部分５１から直接冷却板４０ｂに伝わる放熱経路（矢印８４）のみならず、接続部分５４と第２部分５２を介して冷却板４０ｂに伝わる放熱経路（矢印８６）でも、半導体装置３３から冷却板４０ｂへ熱が伝わる。このため、半導体装置３３の温度上昇を効果的に抑制することができる。 As described above, when the semiconductor device 33 generates heat, the semiconductor device 37 does not generate heat, so that the first portion 51 of the heat pipe 50 has a higher temperature than the second portion 52. Therefore, heat is efficiently transported from the first portion 51 to the second portion 52 by the heat pipe 50. Therefore, not only the heat dissipation path (arrow 84) directly transmitted from the first portion 51 to the cooling plate 40b but also the heat dissipation path (arrow 86) transmitted to the cooling plate 40b through the connection portion 54 and the second portion 52 is used in the semiconductor device. Heat is transmitted from 33 to the cooling plate 40b. Therefore, the temperature rise of the semiconductor device 33 can be effectively suppressed.

図４の矢印９２〜９６は、半導体装置３７が発熱しているときの放熱経路を示している。半導体装置３７が発熱すると、矢印９２に示すように、冷却板４０ｃに熱が伝わる。これによって、半導体装置３７の温度上昇が抑制される。また、半導体装置３７が発熱すると、矢印９４に示すように、ヒートパイプ５０の第２部分５２を介して冷却板４０ｂに熱が伝わる。これによって、半導体装置３７の温度上昇が抑制される。さらに、半導体装置３７が発熱するときには半導体装置３３が発熱していないので、ヒートパイプ５０の第１部分５１が低温となっている。つまり、第２部分５２が高温になっているとともに第１部分５１が低温となっている。このため、ヒートパイプ５０内で作動液が循環し、矢印９６に示すように、第２部分５２から接続部分５４を経由して第１部分５１へ高効率で熱が伝わる。第１部分５１に伝わった熱は、冷却板４０ｂに伝わる。これによって、半導体装置３７の温度上昇が抑制される。このように、半導体装置３７が効率的に冷却される。 Arrows 92 to 96 in FIG. 4 indicate heat dissipation paths when the semiconductor device 37 is generating heat. When the semiconductor device 37 generates heat, the heat is transferred to the cooling plate 40c as shown by an arrow 92. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 37 is suppressed. When the semiconductor device 37 generates heat, the heat is transferred to the cooling plate 40b via the second portion 52 of the heat pipe 50 as shown by the arrow 94. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 37 is suppressed. Further, since the semiconductor device 33 does not generate heat when the semiconductor device 37 generates heat, the first portion 51 of the heat pipe 50 has a low temperature. That is, the second portion 52 has a high temperature and the first portion 51 has a low temperature. Therefore, the hydraulic fluid circulates in the heat pipe 50, and heat is transferred from the second portion 52 to the first portion 51 via the connecting portion 54 with high efficiency, as shown by an arrow 96. The heat transferred to the first portion 51 is transferred to the cooling plate 40b. As a result, the temperature rise of the semiconductor device 37 is suppressed. In this way, the semiconductor device 37 is efficiently cooled.

以上に説明したように、半導体装置３７が発熱したときには、半導体装置３３が発熱していないので、ヒートパイプ５０の第２部分５２が第１部分５１よりも高温となる。したがって、ヒートパイプ５０によって第２部分５２から第１部分５１へ効率的に熱が輸送される。このため、第２部分５２から直接冷却板４０ｂに伝わる放熱経路（矢印９４）のみならず、接続部分５４と第１部分５１を介して冷却板４０ｂに伝わる放熱経路（矢印９６）でも、半導体装置３７から冷却板４０ｂへ熱が伝わる。このため、半導体装置３７の温度上昇を効果的に抑制することができる。 As described above, since the semiconductor device 33 does not generate heat when the semiconductor device 37 generates heat, the second portion 52 of the heat pipe 50 has a higher temperature than the first portion 51. Therefore, heat is efficiently transported from the second portion 52 to the first portion 51 by the heat pipe 50. Therefore, not only the heat dissipation path (arrow 94) directly transmitted from the second portion 52 to the cooling plate 40b but also the heat dissipation path (arrow 96) transmitted to the cooling plate 40b through the connection portion 54 and the first portion 51 is used as the semiconductor device. Heat is transmitted from 37 to the cooling plate 40b. Therefore, the temperature rise of the semiconductor device 37 can be effectively suppressed.

以上に説明したように、本実施形態のスイッチングモジュール１０によれば、半導体装置３３（すなわち、ＩＧＢＴ３０）と半導体装置３７（すなわち、ＩＧＢＴ３４）を効率的に冷却することができる。 As described above, according to the switching module 10 of the present embodiment, the semiconductor device 33 (that is, the IGBT 30) and the semiconductor device 37 (that is, the IGBT 34) can be efficiently cooled.

なお、上述した実施形態では、各部材の間にグリス７０が介在していたが、各部材が溶接、ろう付け等のような、より熱伝導し易い態様で接続されていてもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the grease 70 is interposed between the respective members, but the respective members may be connected by a mode such as welding, brazing, or the like that facilitates heat conduction.

また、上述した実施形態では、半導体装置３３とヒートパイプ５０の間に絶縁板６０ｂが配置されており、半導体装置３７とヒートパイプ５０の間に絶縁板６０ｃが配置されていた。しかしながら、図５に示すように、ヒートパイプ５０の表面に絶縁膜６２を形成し、絶縁膜６２を半導体装置３３、３７に接続してもよい。絶縁膜６２として、アルマイト処理層、樹脂、セラミック、ガラス系材料のコーティング層、絶縁シート等を用いることができる。この構成によれば、グリス７０を削減できるので、より放熱性を高めることができる。 In the above-described embodiment, the insulating plate 60b is arranged between the semiconductor device 33 and the heat pipe 50, and the insulating plate 60c is arranged between the semiconductor device 37 and the heat pipe 50. However, as shown in FIG. 5, an insulating film 62 may be formed on the surface of the heat pipe 50 and the insulating film 62 may be connected to the semiconductor devices 33 and 37. As the insulating film 62, an alumite treatment layer, a coating layer of resin, ceramic, a glass material, an insulating sheet, or the like can be used. According to this configuration, since the grease 70 can be reduced, it is possible to further improve heat dissipation.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and achieving the one object among them has technical utility.

１０：スイッチングモジュール
１１：モータ駆動回路
１２：バッテリ
１４：ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
１６：インバータ回路
１８：モータ
２０：高電位配線
２２：低電位配線
２４：入力配線
２６：出力配線
３０：ＩＧＢＴ
３２：ダイオード
３３：半導体装置
３４：ＩＧＢＴ
３６：ダイオード
３７：半導体装置
３８：インダクタ
４０ａ〜４０ｃ：冷却板
４２：冷却液供給管
４４：冷却液排出管
５０：ヒートパイプ
５１：第１部分
５２：第２部分
５４：接続部分
５６：空洞
６０ａ〜６０ｄ：絶縁板
７０：グリス 10: Switching module 11: Motor drive circuit 12: Battery 14: DC-DC converter circuit 16: Inverter circuit 18: Motor 20: High potential wiring 22: Low potential wiring 24: Input wiring 26: Output wiring 30: IGBT
32: diode 33: semiconductor device 34: IGBT
36: diode 37: semiconductor device 38: inductors 40a to 40c: cooling plate 42: cooling liquid supply pipe 44: cooling liquid discharge pipe 50: heat pipe 51: first portion 52: second portion 54: connection portion 56: cavity 60a -60d: Insulation plate 70: Grease

Claims

High potential wiring,
Intermediate wiring,
Low potential wiring,
A first switching element connected between the high-potential wiring and the intermediate wiring;
A second switching element connected between the intermediate wiring and the low potential wiring;
Heat pipe,
A cooler in which the cooling liquid flows,
Has
The heat pipe is
A first portion having a first surface and a second surface opposite the first surface;
A second portion having a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, the second portion being spaced from the first portion so that the third surface faces the second surface; ,
A connection portion connecting the first portion and the second portion,
A cavity that is provided across the insides of the first portion, the second portion, and the connection portion and that stores the hydraulic fluid;
Has
The first switching element is connected to the heat pipe at the first surface,
The second switching element is connected to the heat pipe at the fourth surface,
The cooler is connected to the heat pipe at the second surface and the third surface,
Switching module.