JP6849118B2 - Inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、装置全体が密閉筐体で覆われた場合であっても、該密閉筐体内の受動部品の温度上昇を抑制することができるインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device capable of suppressing a temperature rise of passive components in the closed housing even when the entire device is covered with the closed housing.
従来から、各種装置のモータを駆動させるインバータ装置は、コストダウンのためや、限られたスペースの電気室内に収めるために、小型軽量化が求められている。また、インバータ装置は、屋外や粉じんなどが存在する工場環境で使用する場合、耐環境性能としてIP66のような高い防塵、防水性を得るための高密閉性が求められる。 Conventionally, inverter devices for driving motors of various devices have been required to be smaller and lighter in order to reduce costs and to fit in an electric chamber in a limited space. Further, when the inverter device is used outdoors or in a factory environment where dust or the like exists, it is required to have high environmental resistance such as IP66 and high airtightness to obtain waterproofness.
一方、インバータ装置内で、モータに流れる電流を制御するパワー半導体素子は、通電時の導通損失、オンオフの過渡時に発生するスイッチング損失によって発熱が生じる。このため、インバータ装置は、パワー半導体素子からの発熱を抑制するために、空冷冷却器や水冷冷却器が取り付けられている。しかし、例えば空冷冷却器を用いたインバータ装置は、空冷冷却器の構造部材が大きな体積を占めてしまう。設計条件によっては、空冷冷却器の構造部材の体積は、パワー半導体モジュールの体積に対して10倍以上の体積を占めてしまう場合がある。 On the other hand, in the inverter device, the power semiconductor element that controls the current flowing through the motor generates heat due to the conduction loss at the time of energization and the switching loss generated at the transition of on / off. Therefore, the inverter device is equipped with an air-cooled cooler or a water-cooled cooler in order to suppress heat generation from the power semiconductor element. However, for example, in an inverter device using an air-cooled cooler, the structural members of the air-cooled cooler occupy a large volume. Depending on the design conditions, the volume of the structural member of the air-cooled cooler may occupy 10 times or more the volume of the power semiconductor module.
したがって、インバータ装置の小型化を図るためには、冷却器の小型化が必要となる。この冷却器の小型化は、パワー半導体素子の損失を小さくすることや、パワー半導体素子をより高温で使用可能なものとすることによって実現することができる。パワー半導体素子の損失の低減は、パワー半導体素子の進歩によってなされる。また、パワー半導体素子をより高温で使用できるようにするためには、はんだなどの接合剤の高信頼性化などのパッケージ技術の進歩によるところが大きい。現在、パワー半導体素子の最高接合温度は、175℃であり、パワー半導体素子の連続駆動接合温度は、175℃まで許容されているものがある。 Therefore, in order to reduce the size of the inverter device, it is necessary to reduce the size of the cooler. This miniaturization of the cooler can be realized by reducing the loss of the power semiconductor element and making the power semiconductor element usable at a higher temperature. The reduction of the loss of power semiconductor devices is made by the progress of power semiconductor devices. Further, in order to enable power semiconductor devices to be used at higher temperatures, advances in packaging technology such as higher reliability of bonding agents such as solder are largely responsible. Currently, the maximum junction temperature of a power semiconductor device is 175 ° C., and the continuous drive junction temperature of a power semiconductor device may be allowed up to 175 ° C.
ところで、インバータ装置を小型化すると、インバータ装置内で、高温のパワー半導体モジュールや冷却器と、電解コンデンサをはじめとする受動部品との距離が近くなり、受動部品の温度が上昇してしまう。 By the way, when the inverter device is miniaturized, the distance between the high temperature power semiconductor module or cooler and the passive component such as the electrolytic capacitor becomes short in the inverter device, and the temperature of the passive component rises.
ここで、受動部品は、パワー半導体モジュールと同様な耐熱性は有しておらず、温度上昇によって信頼性の低下および寿命の短縮が生じる。 Here, the passive component does not have the same heat resistance as the power semiconductor module, and the temperature rise causes a decrease in reliability and a shortened life.
特に、受動部品としての電解コンデンサは、周囲温度によって寿命が決定される部品である。寿命は、アレニウスの法則に従うとされ、温度が10℃高くなると寿命が半分になるとされている。 In particular, an electrolytic capacitor as a passive component is a component whose life is determined by the ambient temperature. The life is said to follow Arrhenius' law, and it is said that the life is halved when the temperature rises by 10 ° C.
さらに、IP66などの高密閉性を満足する密閉筐体のインバータ装置では、外気を取り込むことができないため、筐体内は、パワー半導体素子の発熱を含むインバータ回路の発熱によって熱がこもってしまう。すなわち、密閉筐体のインバータ装置は、開放型筐体のインバータ装置に比較して、筐体内温度が高くなってしまう。 Further, since an inverter device having a sealed housing that satisfies high airtightness such as IP66 cannot take in outside air, heat is trapped inside the housing due to heat generated by the inverter circuit including heat generated by the power semiconductor element. That is, the inverter device in the closed housing has a higher temperature inside the housing than the inverter device in the open housing.
そこで、特許文献1では、パワー半導体モジュールを除き、電解コンデンサを含めたインバータ回路が設置されるインバータ筐体内の温度上昇を抑制するため、パワー半導体モジュールが設置される冷却器と、インバータ回路が設置されるインバータ筐体内との間に空間を設け、この空間に自然対流や強制空冷で積極的に外気を流入させるものが記載されている。 Therefore, in Patent Document 1, in order to suppress the temperature rise in the inverter housing in which the inverter circuit including the electrolytic capacitor is installed except for the power semiconductor module, a cooler in which the power semiconductor module is installed and an inverter circuit are installed. A space is provided between the inside of the inverter housing and the outside air is positively flowed into this space by natural convection or forced air cooling.
しかしながら、特許文献1に記載されたものは、IP66などのような完全密閉を前提としておらず、パワー半導体モジュールが設置される冷却器と、インバータ回路が設置されるインバータ筐体内との間の空間が密閉されるとこの空間に外気を流入できないため、この空間では、パワー半導体モジュールの発熱によって高温となった内部空気に対流が発生する。この内部空気の対流熱伝導によって、冷却器の熱はインバータ筐体内に伝えられ、インバータ筐体内温度が上昇してしまい、電解コンデンサをはじめとする受動部品であるインバータ回路の寿命が短くなる。 However, what is described in Patent Document 1 is not premised on complete sealing like IP66, and is a space between the cooler in which the power semiconductor module is installed and the inside of the inverter housing in which the inverter circuit is installed. Since the outside air cannot flow into this space when the inverter is sealed, convection is generated in the internal air which has become hot due to the heat generation of the power semiconductor module in this space. Due to the convection heat conduction of the internal air, the heat of the cooler is transferred to the inside of the inverter housing, the temperature inside the inverter housing rises, and the life of the inverter circuit, which is a passive component such as an electrolytic capacitor, is shortened.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置全体が密閉筐体で覆われた場合であっても、該密閉筐体内の受動部品の温度上昇を抑制することができるインバータ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an inverter device capable of suppressing a temperature rise of a passive component in the closed housing even when the entire device is covered with the closed housing. The purpose is to provide.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるインバータ装置は、パワー半導体モジュールが接合される冷却器の冷却面とインバータ筐体とで前記パワー半導体モジュールと受動部品を含むインバータ回路モジュールとを含むインバータ回路を密閉したインバータ装置であって、前記冷却器の冷却面上に密閉断熱層を形成し、該密閉断熱層の厚さを最大対流抑制距離以下とすることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the inverter device according to the present invention is an inverter including the power semiconductor module and passive components on the cooling surface of the cooler to which the power semiconductor module is joined and the inverter housing. An inverter device in which an inverter circuit including a circuit module is sealed, characterized in that a sealed heat insulating layer is formed on the cooling surface of the cooler, and the thickness of the sealed heat insulating layer is set to be equal to or less than the maximum convection suppression distance. To do.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層は、空気層であることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the sealed heat insulating layer is an air layer.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層は、複数の前記密閉断熱層が多層配置されることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the hermetically sealed heat insulating layer has a plurality of the said hermetically sealed heat insulating layers arranged in multiple layers.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層は、前記パワー半導体モジュールを覆うように形成したことを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the sealed heat insulating layer is formed so as to cover the power semiconductor module.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層を密閉して形成する部材の材料は、折り曲げ可能な厚さあるいは材質であることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the material of the member formed by sealing the sealed heat insulating layer is a foldable thickness or material.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層を密閉して形成する部材の材料は、樹脂であることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the material of the member formed by sealing the sealed heat insulating layer is resin.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層を密閉して形成する部材の材料は、アルミニウムであり、かつ、表面がアルマイト処理されていることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the material of the member formed by sealing the sealed heat insulating layer is aluminum and the surface is anodized.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記密閉断熱層を密閉して形成する部材の材料および前記インバータ筐体を形成する材料の表面放射率は、0.8以上であることを特徴とする。 Further, in the above invention, the inverter device according to the present invention has a surface emissivity of 0.8 or more for the material of the member forming the sealed heat insulating layer and the material forming the inverter housing. It is characterized by.
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記パワー半導体モジュール内のパワー半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする。 Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the power semiconductor element in the power semiconductor module is a wide bandgap semiconductor element.
本発明によれば、パワー半導体モジュールが接合される冷却器の冷却面とインバータ筐体とで前記パワー半導体モジュールと受動部品を含むインバータ回路モジュールとを含むインバータ回路を密閉したインバータ装置であって、前記冷却器の冷却面上に密閉断熱層を形成し、該密閉断熱層の厚さを最大対流抑制距離以下として密閉断熱層内で対流が生じないようにしているので、冷却面から受動部品側への断熱性能が高く維持され、熱によって受動部品の寿命が短くなるのを抑えることができる。 According to the present invention, the inverter device is an inverter device in which an inverter circuit including the power semiconductor module and an inverter circuit module including passive components is sealed by a cooling surface of a cooler to which a power semiconductor module is joined and an inverter housing. A closed heat insulating layer is formed on the cooling surface of the cooler, and the thickness of the closed heat insulating layer is set to be equal to or less than the maximum convection suppression distance so that convection does not occur in the closed heat insulating layer. The insulation performance of the inverter is maintained high, and it is possible to prevent the life of the passive component from being shortened due to heat.
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態であるインバータ装置の断面図である。図1において、インバータ装置1は、インバータ筐体10と冷却器11の冷却面11aとによって、IP66などの高密閉性を満足する密閉空間Eを形成している。インバータ筐体10と冷却面11aとはパッキン12によってシールされている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an inverter device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the inverter device 1 forms a closed space E that satisfies high airtightness such as IP66 by the
密閉空間E内には、パワー半導体モジュール13と、パワー半導体モジュール13に配線14を介して接続され、電解コンデンサ15などの受動部品を含むインバータ回路モジュール16とが配置される。パワー半導体モジュール13は、ねじ止めなどによって冷却面11aに強く接合され、冷却フィンの放熱によって冷却される。パワー半導体モジュール13は、インバータ回路のうちの整流ダイオードや半導体スイッチング素子などの発熱素子を有したモジュールであり、インバータ回路モジュール16から離隔されて配置される。
In the enclosed space E, a
図1において、重力方向は−Z方向である。一般にパワー半導体モジュール13から発生する熱は、大部分が冷却器11に向かい、冷却器11の温度が上昇する。冷却器11の冷却面11aの温度とインバータ筐体10内の空気温度との温度差によってインバータ筐体10内に対流が発生し、インバータ筐体10内の温度が上昇する。
In FIG. 1, the direction of gravity is the −Z direction. Generally, most of the heat generated from the
本実施の形態では、密閉空間Eが、4つの密閉空間E1〜E4に分割される。密閉空間E1は、冷却面11aと、冷却面11aに対向して配置されるパワー半導体モジュール13の基板13aと、インバータ筐体10とで囲まれた空間である。密閉空間E1は、断熱材としての空気層が形成され、冷却面11aからの熱伝導を抑止する密閉断熱層として機能する。
In the present embodiment, the closed space E is divided into four closed spaces E1 to E4. The closed space E1 is a space surrounded by the
密閉空間E2は、基板13aと対流抑制板17とインバータ筐体10とで囲まれた空間である。密閉空間E2は、断熱材としての空気層が形成され、密閉空間E1からの熱伝導を抑止する密閉断熱層として機能する。なお、対流抑制板17は、インバータ筐体10に取り付けられた位置決め用突起17aによって位置決めされる。
The closed space E2 is a space surrounded by the
密閉空間E3は、対流抑制板17と対流抑制板18とインバータ筐体10とで囲まれた空間である。密閉空間E3は、断熱材としての空気層が形成され、密閉空間E2からの熱伝導を抑止する密閉断熱層として機能する。なお、対流抑制板18は、インバータ筐体10に取り付けられた位置決め用突起18aによって位置決めされる。
The closed space E3 is a space surrounded by the
密閉空間E4は、対流抑制板18とインバータ筐体10とで囲まれた空間である。密閉空間E4は、パワー半導体モジュール13、密閉空間E1、冷却器11から最も離隔された空間であり、インバータ回路モジュール16が配置される。インバータ回路モジュール16は、基板16aを有する。基板16aと基板13aとの間は、配線14によって接続される。配線14は、対流抑制板17,18を貫通して接続される。対流抑制板17,18は、配線14を通す貫通孔を予め設けておき、組立時に対流抑制板17,18と配線14とを接着する。
The closed space E4 is a space surrounded by the
ここで、各密閉空間E1〜E3の厚さd1〜d3は、各密閉空間E1〜E3内で対流が生じない最大対流抑制距離d以下である。発熱源であるパワー半導体モジュール13がインバータ筐体10内で重力方向の下側に配置された場合、図2に示すように、空気層の熱抵抗Rtha[m2・K/W]は、厚さdに依存する。熱抵抗Rthaは、厚さdの増大に伴って厚さdが10mmの点Pまでは増大するが、厚さdを超えると飽和して増大しない。これは、厚さdが10mmを超えると、対流の発生によって空気の見かけ上の熱伝導が大きくなって、熱抵抗Rthaが増大しないためである。すなわち、厚さdが10mmまでの間は、空気層に対流が生じないため、断熱性能が高く維持されることを意味する。したがって、各密閉空間E1〜E3の厚さd1〜d3は、最大対流抑制距離d=10mm以下としている。なお、各密閉空間E1〜E3は、厚さd1〜d3が大きいほど断熱性能が高いため、厚さd1〜d3は、10mmとすることが好ましい。
Here, the thicknesses d1 to d3 of the closed spaces E1 to E3 are equal to or less than the maximum convection suppression distance d at which convection does not occur in the closed spaces E1 to E3. When the
基板13a、対流抑制板17,18は、断熱性能を有する。対流抑制板17,18は、強度が必要とされないので、加工が容易な折り曲げ可能な樹脂フィルムを用いている。この樹脂は、耐熱性を有したエンジニアリングプラスチックや、スーパーエンジニアリングプラスチックが好ましい。
The
なお、対流抑制板17,18は金属を用いてもよい。対流抑制板17,18としてアルミニウムを用いる場合は、表面にアルマイト処理を施して表面放射率を0.8以上にしておくことが好ましい。また、対流抑制板17,18として他の金属を用いる場合も、メッキなどの表面処理を行って表面放射率を0.8以上にしておくことが好ましい。なお、樹脂や木材、紙等の表面放射率は0.8以上である。
Metal may be used for the
表面放射率が0.8以上であると、受け取った熱を空気層に伝熱せず、輻射によって放熱する効率が高くなる。表面放射率が0.8以上の場合、熱はインバータ筐体10に輻射され、インバータ筐体10から直接、外部に放熱することができる。したがって、インバータ筐体10の表面も表面放射率を0.8以上としておくことが好ましい。
When the surface emissivity is 0.8 or more, the received heat is not transferred to the air layer, and the efficiency of dissipating heat by radiation becomes high. When the surface emissivity is 0.8 or more, heat is radiated to the
図3は、冷却面11aからの距離Zに対する密閉空間E内の温度変化を示す図である。図3において、曲線L1は、図1に示した構造をもつ場合の温度変化を示し、曲線L2は、密閉空間E1〜E3を持たない従来の構造である場合の温度変化を示している。なお、距離Z1〜Z3は、それぞれ基板13a、対流抑制板17、対流抑制板18の位置に対応している。図3に示すように、冷却面11a近傍の温度は、密閉空間E1をもつ本実施の形態の方が温度T2となって従来構造の温度T1に比して高い。しかし、本実施の形態では、密閉空間E1〜E3の断熱性能によって、密閉空間E1〜E4に向かって徐々に温度が降下し、最終的に密閉空間E4における温度はT2´となる。これに対して密閉空間E1〜E3を持たない従来の構造の場合、対流の発生よってZ方向の上部に高温の空気が溜まり、インバータ筐体10内の温度が上昇し、従来の構造では密閉空間E4における温度はT1´となる。このように、密閉空間E4での本実施の形態の温度T2´は、従来構造の温度T1´に比して低い温度とすることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a temperature change in the closed space E with respect to a distance Z from the cooling
(変形例1)
図4は、本発明の実施の形態の変形例1のインバータ装置の断面図である。なお、図4においても重力方向は−Z方向である。上述した実施の形態では、密閉空間E1を、基板13aを用いて形成していたが、この変形例1では、密閉空間E1に対応する空間に絶縁紙21を重ねている。この変形例1では、パワー半導体モジュール13に基板13aを持たない場合、あるいは基板13aがインバータ筐体10まで広がっていないものである場合に有効である。
(Modification example 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the inverter device of the first modification of the embodiment of the present invention. Also in FIG. 4, the gravitational direction is the −Z direction. In the above-described embodiment, the closed space E1 is formed by using the
図4に示すように、絶縁紙21は、密閉空間E1に対応する空間に、最大対流抑制距離d以下の密閉断熱層を複数層、形成している。なお、絶縁紙21は、冷却面11a上に配置されるパワー半導体モジュール13を貫通する穴が形成されている。なお、密閉断熱層を形成する部材の材料(絶縁紙21、対流抑制板17,18)は、折り曲げ可能な厚さや材質によって形成すると、加工が容易になる。
As shown in FIG. 4, the insulating
なお、複数の絶縁紙21を設けず、基板13aに対応する1枚の絶縁紙21のみを設けてもよい。これによって、絶縁紙21と冷却面11aとインバータ筐体10とによって、実施の形態と同様な密閉空間E1が形成されるからである。なお、この場合、絶縁紙21は、パワー半導体モジュール13およびインバータ筐体10に接着する。
It should be noted that a plurality of insulating
(変形例2)
図5は、本発明の実施の形態の変形例2のインバータ装置の断面図である。なお、図5においても重力方向は−Z方向である。この変形例2では、密閉空間E3,E4がパワー半導体モジュール13および冷却面11aを覆うようにしている。この構成は、インバータ筐体10の幅が冷却面11aに比して大きい場合に適している。
(Modification 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the inverter device of the second modification of the embodiment of the present invention. Also in FIG. 5, the gravitational direction is the −Z direction. In this modification 2, the sealed spaces E3 and E4 cover the
図5に示すように、インバータ装置2の冷却面11aの周囲は、インバータ筐体10の幅に応じたフレーム10aが取り付けられる。インバータ筐体10とフレーム10aとの間にはパッキン12が設けられてシールされる。また、冷却面11aとフレーム10aとの接続部分には、パッキン22が設けられてシールされる。このパッキン22の上部に下面ケース23が設けられる。下面ケース23上には、密閉空間E2を形成するための対流抑制柱27aおよび密閉空間E3を形成するための対流抑制柱28aが立設される。また、対流抑制柱27aの上端には、対流抑制板27が覆われる。さらに、対流抑制柱28aの上端には、対流抑制板28が覆われる。
As shown in FIG. 5, a
密閉空間E1は、冷却面11aと、パワー半導体モジュール13の基板13aと、対流抑制柱27aの下部の一部とで囲まれた空間である。密閉空間E2は、対流抑制板27と、基板13aと、対流抑制柱27aの上部の一部とで囲まれた空間である。密閉空間E3は、対流抑制板28と、対流抑制板27と、対流抑制柱28aと、対流抑制柱27aとで囲まれた空間であって、下部が開放したコの字状の断面を有する空間である。密閉空間E4は、インバータ筐体10と、対流抑制板28と、対流抑制柱28aと、フレーム10aとによって囲まれた空間であって、下部が開放したコの字状の断面を有する空間である。
The closed space E1 is a space surrounded by the cooling
ここで、厚さd1〜d3,d31は、最大対流抑制距離d以下である。したがって、密閉空間E1〜E3内では対流が生じないので、実施の形態と同様に、高い断熱性能を有する。 Here, the thicknesses d1 to d3 and d31 are equal to or less than the maximum convection suppression distance d. Therefore, since convection does not occur in the closed spaces E1 to E3, it has high heat insulating performance as in the embodiment.
なお、対流抑制柱28aは、冷却面11aの外側に設けることが好ましい。すなわち、密閉空間E4と冷却面11aとが直接接合しない配置とすることが好ましい。
The
また、変形例1と同様に、密閉空間E1内に絶縁紙21を重ねてもよいし、基板13aに替えて絶縁紙21を設けてもよい。
Further, similarly to the first modification, the insulating
なお、上述した実施の形態、変形例1,2において、各密閉空間E1〜E3は、さらに分割してもよい。例えば、変形例2の密閉空間E3の幅方向と高さ方向とを分割してもよい。 In the above-described embodiments, Modifications 1 and 2, each closed space E1 to E3 may be further divided. For example, the width direction and the height direction of the closed space E3 of the modification 2 may be divided.
また、上述した実施の形態、変形例1,2では、3つの密閉断熱層である密閉空間E1〜E3を形成するようにしたが、少なくとも1つの密閉断熱層である密閉空間E1が形成されればよい。ただし、密閉空間E1は、パワー半導体モジュール13を覆うことが好ましいため、密閉空間E1,E2を形成することが好ましい。なお、パワー半導体モジュール13の厚さが最大対流抑制距離d未満である場合には、密閉空間E1を形成せず、密閉空間E1,E2を1つの密閉空間としてもよい。
Further, in the above-described embodiments, Modifications 1 and 2, the closed spaces E1 to E3, which are three closed heat insulating layers, are formed, but at least one closed space E1 is formed. Just do it. However, since the closed space E1 preferably covers the
さらに、密閉空間E1は、断熱性能が高い空気であることが好ましいが、グラスウールなどの断熱材を充填してもよい。 Further, the closed space E1 is preferably air having high heat insulating performance, but may be filled with a heat insulating material such as glass wool.
また、密閉空間E1〜E3は、真空状態としてもよい。真空状態では対流が生じないため断熱性能が高くなる。ただし、真空状態の劣化を考慮して、上述した最大対流抑制距離d以下の厚さとしておくことが好ましい。 Further, the closed spaces E1 to E3 may be in a vacuum state. Since no convection occurs in a vacuum state, the heat insulating performance is improved. However, in consideration of deterioration in the vacuum state, it is preferable to set the thickness to be equal to or less than the above-mentioned maximum convection inhibition distance d.
さらに、インバータ装置1,2の設置方向は任意である。すなわち、密閉空間E1〜E3の厚さ方向は、鉛直方向であってもよいし、水平方向であってもよい。いずれの場合でも、厚さ方向への対流が生じないため、結果的に、密閉空間E1〜E3内での対流が生じないからである。 Further, the installation direction of the inverter devices 1 and 2 is arbitrary. That is, the thickness direction of the closed spaces E1 to E3 may be the vertical direction or the horizontal direction. In either case, convection does not occur in the thickness direction, and as a result, convection does not occur in the closed spaces E1 to E3.
ところで、近年では、次世代デバイスとしてSiCパワー半導体等のワイドバンドギャップ半導体が注目されている。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイアモンド等からなり、損失低減の限界に達しつつあるSiパワー半導体に比べて損失低減のポテンシャルが高く、接合温度を200℃以上でも使用可能とされている。SiCパワー半導体等のワイドバンドギャップパワー半導体を適用すると、Siパワー半導体を用いた場合に比して劇的にインバータ装置の小型軽量化を図ることができる。したがって、パワー半導体モジュール13のパワー半導体素子は、ワイドバンドギャップパワー半導体素子であることが好ましい。
By the way, in recent years, wide bandgap semiconductors such as SiC power semiconductors have been attracting attention as next-generation devices. Wide bandgap semiconductors are made of silicon carbide, gallium nitride, diamond, etc., and have a higher potential for loss reduction than Si power semiconductors, which are reaching the limit of loss reduction, and can be used even at a junction temperature of 200 ° C or higher. There is. When a wide bandgap power semiconductor such as a SiC power semiconductor is applied, the size and weight of the inverter device can be dramatically reduced as compared with the case where the Si power semiconductor is used. Therefore, the power semiconductor element of the
上述した実施の形態、変形例1,2では、密閉筐体のインバータ装置で、パワー半導体モジュールを高温で使用して冷却器の小型化を図る場合であっても、密閉断熱層である密閉空間E1〜E3によって電解コンデンサなどの受動部品の温度上昇を抑制でき、結果的に受動部品の寿命を延ばし、受動部品の信頼性を高めることができる。 In the above-described embodiments and modifications 1 and 2, even when the power semiconductor module is used at a high temperature in the inverter device of the sealed housing to reduce the size of the cooler, the sealed space is a sealed heat insulating layer. E1 to E3 can suppress the temperature rise of the passive component such as the electrolytic capacitor, and as a result, the life of the passive component can be extended and the reliability of the passive component can be improved.
1,2 インバータ装置
10 インバータ筐体
10a フレーム
11 冷却器
11a 冷却面
12,22 パッキン
13 パワー半導体モジュール
13a,16a 基板
14 配線
15 電解コンデンサ
16 インバータ回路モジュール
17,18,27,28 対流抑制板
17a,18a 位置決め用突起
21 絶縁紙
23 下面ケース
27a,28a 対流抑制柱
d 最大対流抑制距離
E,E1〜E4 密閉空間
1, 2,
Claims (2)
前記冷却器の冷却面に直接接する空気層である密閉断熱層、及び、該密閉断熱層上に形成され前記冷却器の冷却面に直接接しない空気層である1以上の密閉断熱層が形成された複数の密閉断熱層を形成し、各密閉断熱層の厚さを空気の対流が生じない最大対流抑制距離以下とし、
前記密閉断熱層を区画する部材の材料は、絶縁紙であることを特徴とするインバータ装置。 An inverter device in which an inverter circuit including the power semiconductor module and an inverter circuit module including passive components is sealed by a cooling surface of a cooler to which a power semiconductor module is joined and an inverter housing.
A closed heat insulating layer that is an air layer that is in direct contact with the cooling surface of the cooler and one or more closed heat insulating layers that are formed on the closed heat insulating layer and are not directly in contact with the cooling surface of the cooler are formed. A plurality of closed heat insulating layers are formed, and the thickness of each closed heat insulating layer is set to be equal to or less than the maximum convection suppression distance at which air convection does not occur.
An inverter device characterized in that the material of the member for partitioning the sealed heat insulating layer is insulating paper.
前記冷却器の冷却面に直接接する空気層である密閉断熱層、及び、該密閉断熱層上に形成され前記冷却器の冷却面に直接接しない空気層である1以上の密閉断熱層が形成された複数の密閉断熱層を形成し、各密閉断熱層の厚さを空気の対流が生じない最大対流抑制距離以下とし、
前記インバータ筐体は、前記冷却器の冷却面と同一面を有して前記冷却器の周縁に接続されるフレームを有し、
前記インバータ筐体の内側に向け、前記冷却器と前記フレームとの間を跨ぐようにパッキン及び下面フレームが順次配置され、
前記密閉断熱層は、前記パッキン及び下面フレームを介して前記パワー半導体モジュールを覆うように形成されることを特徴とするインバータ装置。 An inverter device in which an inverter circuit including the power semiconductor module and an inverter circuit module including passive components is sealed by a cooling surface of a cooler to which a power semiconductor module is joined and an inverter housing.
A closed heat insulating layer that is an air layer that is in direct contact with the cooling surface of the cooler and one or more closed heat insulating layers that are formed on the closed heat insulating layer and are not directly in contact with the cooling surface of the cooler are formed. A plurality of closed heat insulating layers are formed, and the thickness of each closed heat insulating layer is set to be equal to or less than the maximum convection suppression distance at which air convection does not occur.
The inverter housing has a frame that has the same surface as the cooling surface of the cooler and is connected to the peripheral edge of the cooler.
The packing and the lower surface frame are sequentially arranged so as to straddle the cooler and the frame toward the inside of the inverter housing.
An inverter device characterized in that the sealed heat insulating layer is formed so as to cover the power semiconductor module via the packing and the lower surface frame.
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