JP6769533B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
前記冷却部から外部へ冷媒を排出する冷媒排出路が内部に形成された金属製の冷媒排出部(41)と、を備え、
前記冷媒排出路と前記半導体モジュールとの並び方向(X)に投影したときに、前記冷媒排出部の外形は、前記半導体モジュールの外形よりも大面積であり、
前記並び方向における前記冷媒排出部の投影範囲内に、前記半導体モジュールと電気的に接続された第1電気部品(31)の少なくとも一部が配置されており、
前記第1電気部品は、前記冷却部に隣接して配置されている、電力変換装置(1)にある。
本発明の参考態様として、スイッチング素子(2u、2d)を内蔵した半導体モジュール(2)と、
上記半導体モジュールに電気的に接続された構成部品(31、32、33)と、
複数の冷却プレート(40)を備えた積層冷却器(4)と、を有し、
上記複数の冷却プレートと上記半導体モジュールとが少なくとも積層されて、積層体(10)を構成しており、
上記積層体を構成する上記複数の冷却プレートのうちの少なくとも一つは、積層方向(X)への投影面積が、他の上記冷却プレートよりも大きい大面積冷却プレート(41)であり、
上記構成部品の少なくとも一つは、上記積層方向から見たとき上記大面積冷却プレートと重なり、かつ、上記積層方向と直交する一つの方向から見たとき上記積層体と重なる特定位置に配置された、特定配置部品(30)である、電力変換装置(1)がある。
すなわち、構成部品の少なくとも一つは、積層体の一部ではない特定配置部品であるため、当該構成部品を積層体の一部とした場合に比べ、積層体の積層方向の寸法を小さくすることができる。その結果、積層体の耐振性を向上させることができる。
また、特定配置部品は、上記特定位置に配されているため、大面積冷却プレートによって、直接または間接的に冷却することが可能となる。そのため、構成部品の少なくとも一つを、積層体の一部に組み込むことなく冷却することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
電力変換装置の実施形態につき、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体モジュール2と、半導体モジュール2に電気的に接続された構成部品であるコンデンサ31、リアクトル32、及び回路基板33と、積層冷却器4と、を有する。
積層冷却器4は、複数の冷却プレート40を備えている。
複数の冷却プレート40と半導体モジュール2とが少なくとも積層されて、積層体10を構成している。
積層体10を構成する複数の冷却プレート40のうちの少なくとも一つは、積層方向Xへの投影面積が、他の冷却プレート40よりも大きい大面積冷却プレート41である。
また、図1、図3に示すごとく、積層体10は、高さ方向Zにおいて、2つの構成部品の間に配置されている。そして、2つの構成部品のうちの一方であるコンデンサ31が、特定配置部品30となっている。また、高さ方向Zにおいて、積層体10を挟んで互いに反対側に配された2つの構成部品のうちの他方は、半導体モジュール2の信号端子が接続される回路基板33である。すなわち、積層体10は、高さ方向Zにおいて、コンデンサ31と回路基板33との間に配されている。
図1、図2に示すごとく、大面積冷却プレート41は、積層冷却器4のうち、積層方向Xの一端に配されている。そして、大面積冷却プレート41には、積層冷却器4へ冷媒を導入する冷媒導入管421と、積層冷却器4から冷媒を排出する冷媒排出管422とが設けられている。
リアクトル32は、大面積冷却プレート41とこれに隣り合う冷却プレート40との間に配置している。
また、積層冷却器4を構成する部材は、アルミニウム合金等の金属からなる。
インバータ回路部13は、上アームスイッチング素子2uと下アームスイッチング素子2dとを直列接続してなるレッグを、3相分備えている。各スイッチング素子は、IGBT、すなわち絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる。また、上アームスイッチング素子2u及び下アームスイッチング素子2dには、それぞれフライホイールダイオードが逆並列接続されている。各レッグにおける上アームスイッチング素子2uと下アームスイッチング素子2dとの接続点が、それぞれ回転電機52の3つの電極に接続される。なお、スイッチング素子としては、IGBTに限らず、例えば、MOSFET、すなわちMOS型電界効果トランジスタを用いることもできる。
上記電力変換装置1において、構成部品の一つであるコンデンサ31は、特定配置部品30である。そのため、積層体10の積層方向Xの体格を抑制することができると共に、大面積冷却プレート41によるコンデンサ31の冷却が可能となる。
このように、コンデンサ31を上記特定位置に配置することにより、耐振性とコンデンサ31の冷却性確保との両立を図ることができる。
本実施形態は、図6に示すごとく、特定配置部品30であるコンデンサ31が、大面積冷却プレート41に面接触している形態である。
すなわち、大面積冷却プレート41に、積層方向Xの一方から、コンデンサ31が面接触している。ここで、コンデンサ31と大面積冷却プレート41とは、直接面接触していてもよいし、放熱シート等の伝熱部材を介して面接触していてもよい。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態は、図7に示すごとく、大面積冷却プレート41における積層方向Xの両面に、それぞれ少なくとも一つの構成部品が対向配置されている実施形態である。
すなわち、本実施形態においては、DC−DCコンバータ34を、大面積冷却プレート41における、半導体モジュール2側と反対側の面である第1面411に配置している。また、大面積冷却プレート41における第1面411と反対側の面である第2面412に、リアクトル32が配置されている。さらに、大面積冷却プレート41の第2面412には、特定配置部品30であるコンデンサ31も対向配置されている。
また、図7においては、冷媒導入管421及び冷媒排出管422を省略したが、これらは、積層冷却器4における適切な位置に適宜配設することができる。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態は、図8、図9に示すごとく、ケース6を介して、特定配置部品30の熱を、大面積冷却プレート41に放熱できるよう構成された、電力変換装置1の実施形態である。
すなわち、電力変換装置1は、半導体モジュール2とコンデンサ31と積層冷却器4とを収容する金属製のケース6を備えている。大面積冷却プレート41は、ケース6に接触している。そして、特定配置部品30であるコンデンサ31は、ケース6に組み付けられている。
その他の構成は、実施形態3と同様である。
その他、実施形態3と同様の作用効果を有する。
本実施形態においては、図10〜図12に示すごとく、半導体モジュール2が、互いに並列接続された複数の上アームスイッチング素子2uと、互いに並列接続された複数の下アームスイッチング素子2dとを一体化してなる。
本実施形態においては、並列接続された2つの上アームスイッチング素子2uと、並列接続された2つの下アームスイッチング素子2dとの4つのスイッチング素子を、一体化して一つの半導体モジュール2に内蔵している。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態は、図13に示すごとく、2つの構成部品を特定配置部品30とした実施形態である。
すなわち、特定配置部品30として、コンデンサ31と回路基板33とが、特定位置に配されている。つまり、本実施形態においては、回路基板33も、積層方向Xから見たとき大面積冷却プレート41と重なり、かつ、高さ方向Zから見たとき積層体10と重なる位置に、配されている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態は、図14、図15に示すごとく、大面積冷却プレート41以外の冷却プレート40に、冷媒導入管421及び冷媒排出管422が接続されている、電力変換装置1の実施形態である。
本実施形態においては、大面積冷却プレート41には、冷媒導入管421及び冷媒排出管422が接続されていない。そして、積層冷却器4における、大面積冷却プレート41が配された側と反対側の積層方向Xの一端の冷却プレート40に、冷媒導入管421及び冷媒排出管422が接続されている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本実施形態は、図16に示すごとく、積層体10を、冷却プレート40と半導体モジュール2とによって構成した実施形態である。
すなわち、積層体10に、リアクトル32等の構成部品を積層していない。そして、コンデンサ31を、特定位置に配置した特定配置部品30としている。ここで、コンデンサ31は、積層方向Xから見たとき、その一部分のみが大面積冷却プレート41と重なっている。また、コンデンサ31は、高さ方向Zから見たとき、その一部分のみが積層体10と重なっている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
本実施形態においても、実施形態1と同様の作用効果を奏することができる。
本実施形態は、図17に示すごとく、積層冷却器4における積層方向Xの両端以外の冷却プレート40を、大面積冷却プレート41とした実施形態である。
その他の構成は、実施形態8と同様である。
本実施形態においても、実施形態1と同様の作用効果を奏することができる。
10 積層体
2 半導体モジュール
30 特定配置部品
31 コンデンサ(構成部品)
32 リアクトル(構成部品)
33 回路基板(構成部品)
4 積層冷却器
40 冷却プレート
41 大面積冷却プレート
Claims (5)
- スイッチング素子(2u、2d)を内蔵した半導体モジュール(2)を冷却する冷却部(40)と、
前記冷却部から外部へ冷媒を排出する冷媒排出路が内部に形成された金属製の冷媒排出部(41)と、を備え、
前記冷媒排出路と前記半導体モジュールとの並び方向(X)に投影したときに、前記冷媒排出部の外形は、前記半導体モジュールの外形よりも大面積であり、
前記並び方向における前記冷媒排出部の投影範囲内に、前記半導体モジュールと電気的に接続された第1電気部品(31)の少なくとも一部が配置されており、
前記第1電気部品は、前記冷却部に隣接して配置されている、電力変換装置(1)。 - 前記半導体モジュールの信号端子が接続される回路基板(33)を備え、
前記回路基板は、前記冷却部を挟んで前記第1電気部品とは反対側に配置されている、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記回路基板は、前記並び方向における前記冷媒排出部の投影範囲外に配置されている、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記半導体モジュールと電気的に接続され、前記第1電気部品とは異なる第2電気部品(34)が、前記冷媒排出部を介して前記半導体モジュールとは反対側に配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記第2電気部品と前記冷媒排出部とは、互いに離間して対向配置している、請求項4に記載の電力変換装置。
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