JP7077717B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置として、半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器とを備えたものがある。かかる電力変換装置において、冷却器内の冷媒の温度を検出するために、温度センサ（温度検出器）を設けたものが、特許文献１に記載されている。この電力変換装置においては、温度センサを、冷却器の一部に取り付けることで、冷媒の温度検出を精度よく行おうとしている。

特開２００８－２２００４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された電力変換装置においては、冷媒温度の検出精度の向上という観点において、改善の余地がある。
すなわち、実際に温度センサを冷却器に取り付けるにあたっては、例えば、冷却器に当接させる金属プレート等にねじ止め等により固定することとなる。そうすると、温度センサと冷媒との間に熱抵抗が生じやすい。これらの熱抵抗を考慮すると、冷媒の温度と、温度センサの感温部の温度との間には、差が生じうる。かかる観点において、冷媒温度の検出精度において、改善の余地があるといえる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、冷媒の温度の検出精度を向上させやすい、電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、スイッチング素子を備えた半導体モジュール（２）と、
該半導体モジュールを冷却する冷却器（３）と、
該冷却器内の冷媒の温度を検出する温度センサ（４）と、
上記冷却器にろう付けされると共に上記冷媒が通過するプレート内流路（５１）を備えた金属プレート（５）と、を有し、
上記温度センサの感温部（４１）は、上記金属プレートに固定されており、
上記プレート内流路は、該プレート内流路を流れる冷媒が上記金属プレートに直接接触するよう構成されている、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置は、冷却器にろう付けされると共に冷媒が通過するプレート内流路を備えた金属プレート、を有する。そして、温度センサの感温部は、金属プレートに固定されている。これにより、冷媒が直接接触する金属プレートに、感温部が固定されることとなる。それゆえ、冷媒と感温部との間の熱抵抗を充分に小さくすることができる。その結果、冷媒の温度の検出精度を向上させやすくなる。

以上のごとく、上記態様によれば、冷媒の温度の検出精度を向上させやすい、電力変換装置を提供することができる。
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。

実施形態１における、電力変換装置の平面説明図。 実施形態１における、金属プレート付近の電力変換装置の断面説明図。 図１のIII－III線矢視断面説明図。 図１のIV－IV線矢視断面説明図。 図１のＶ－Ｖ線矢視断面説明図。 実施形態２における、電力変換装置の平面説明図。

（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
本形態の電力変換装置１は、図１に示すごとく、半導体モジュール２と、冷却器３と、温度センサ４と、金属プレート５と、を有する。

半導体モジュール２は、スイッチング素子を備えている。冷却器３は、半導体モジュール２を冷却する。温度センサ４は、冷却器３内の冷媒の温度を検出する。金属プレート５は、冷却器３にろう付けされると共に冷媒が通過するプレート内流路５１を備えている。
温度センサ４の感温部４１は、金属プレート５に固定されている。

図１～図３に示すごとく、冷却器３は、半導体モジュール２と共に積層された複数の冷却管３１を有する。金属プレート５は、図２に示すごとく、冷却器３における積層方向Ｘの一端面にろう付けされている。金属プレート５の積層方向Ｘにおける冷却器３と反対側の面に、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２が接続されている。金属プレート５は、プレート内流路５１として、冷媒導入管３２１に連通する導入側流路５１１と、冷媒排出管３２２に連通する排出側流路５１２とを、互いに独立して有する。

電力変換装置１は、図１、図３に示すごとく、複数の半導体モジュール２を備えている。各半導体モジュール２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略）あるいはＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタの略）等のスイッチング素子を内蔵している。そして、これらのスイッチング動作によって、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うことができるよう構成されている。本形態の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される車両用インバータ等として用いることができる。

半導体モジュール２は、図３、図４に示すごとく、積層方向Ｘと直交する方向に、複数のパワー端子２１と複数の制御端子２２とを突出してなる。パワー端子２１の突出方向と制御端子２２の突出方向とは、互いに反対側である。以下において、パワー端子２１及び制御端子２２の突出方向を、適宜、Ｚ方向という。また、積層方向Ｘを、適宜Ｘ方向といい、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向を、適宜Ｙ方向という。

複数の半導体モジュール２と複数の冷却管３１とは、Ｘ方向に、交互に積層されている。Ｘ方向に隣り合う冷却管３１同士は、Ｙ方向の両端部付近において、連結部３２によって連結されている。本形態において、連結部３２は、冷却管３１と一体的に形成されている。冷却管３１は、金属板をプレス加工したものを、組み合わせると共にろう付けして形成されている。

Ｘ方向の一端に配された冷却管３１に、金属プレート５が配設されている。図２に示すごとく、金属プレート５は、比較的厚みの大きい金属の板材に、厚み方向に貫通した２つのプレート内流路５１を設けてなる。Ｘ方向の一端に配された冷却管３１の連結部３２は、金属プレート５のプレート内流路５１の外周部分において、全周にわたり、ろう付けされている。

また、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２は、金属プレート５のプレート内流路５１（導入側流路５１１及び排出側流路５１２）の内側に、それぞれ、冷却器３と反対側から圧入されている。

このように、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２と、金属プレート５と、冷却器３とが組み合わされていることにより、冷媒導入管３２１から導入側流路５１１を介して、冷媒が冷却器３に導入される。そして、冷却器３に導入された冷媒は、連結部３２を介して、複数の冷却管３１に分配されて、各冷却管３１をＹ方向に流通する。この間に、冷媒は、半導体モジュール２を冷却する。半導体モジュール２との間で熱交換を行った冷媒は、連結部３２、排出側流路５１２を介して、冷媒排出管３２２に達し、冷却器３から排出される。

また、図２に示すごとく、金属プレート５は、一対のプレート内流路５１の間の領域において、冷却器３側に突出した凸状面５２を有する。凸状面５２は平坦面となっており、冷却管３１に当接している。金属プレート５は、この凸状面５２において、冷却管３１にろう付けされている。

図１、図３に示すごとく、複数の半導体モジュール２及び冷却器３は、金属製の筐体１１内に収容されている。そして、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２は、筐体１１からＸ方向に突出している。
筐体１１内には、バスバー１４の端子を載置する端子台１２が設けてある。この端子台１２に載置されるバスバー１４は、半導体モジュール２のパワー端子２１に接続されたバスバー１４であり、交流電流が流れるバスバー１４である。そして、端子台１２には、バスバー１４に流れる電流を検出する電流センサ（図示略）が設けてある。

端子台１２は、図１に示すごとく、Ｚ方向方見たとき、冷却器３及び半導体モジュール２に対して、Ｙ方向の一端側に配されている。また、端子台１２は、Ｘ方向に長尺な形状を有する。端子台１２は、Ｘ方向の一端側において、Ｙ方向へ延びる延設部１２４を有する。この延設部１２４に、温度センサ４が配置されている。

図１、図５に示すごとく、温度センサ４は、端子台１２と一体的に形成されている。端子台１２の延設部１２４の突出端部に、感温部４１を配置してある。延設部１２４は、樹脂からなり、感温部４１に接続される配線を内部に配置してなる。感温部４１は、ビス４４によって、金属プレート５における、Ｚ方向を向いた面に固定されている。

温度センサ４は、感温部４１において検出される温度を電圧として検出する電圧検出部４２を有する。電圧検出部４２は、半導体モジュール２を制御する制御基板１３に接続されている。
すなわち、温度センサ４の電圧検出部４２は、電流センサとともに、端子台１２に設けてある。そして、図１、図５に示すごとく、電圧検出部４２から延びる信号端子４３が、端子台１２から、Ｚ方向に突出している。この信号端子４３が、制御基板１３に接続されている。

図１、図２に示すごとく、感温部４１は、排出側流路５１２との間の距離よりも、導入側流路５１１との間の距離が短い。感温部４１は、Ｚ方向から見たとき、導入側流路５１１と排出側流路５１２との間に配置されている。
また、図３、図５に示すごとく、感温部４１は、金属プレート５における、制御基板１３と反対側の面に固定されている。

本形態において、温度センサ４は、例えば熱電対によって構成することができる。ただし、温度センサ４は、特に熱電対に限らず、他の温度センサを用いてもよい。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
電力変換装置１は、冷却器３にろう付けされると共に冷媒が通過するプレート内流路５１を備えた金属プレート５、を有する。そして、温度センサ４の感温部４１は、金属プレート５に固定されている。これにより、冷媒が直接接触する金属プレート５に、感温部４１が固定されることとなる。それゆえ、冷媒と感温部４１との間の熱抵抗を充分に小さくすることができる。その結果、冷媒の温度の検出精度を向上させやすくなる。

温度センサ４の電圧検出部４２は、半導体モジュール２を制御する制御基板１３に接続されている。これにより、電圧検出部４２と制御基板１３との間の信号経路を短くすることができる。その結果、電力変換装置１の簡素化を図りやすくなると共に、温度検出信号へのノイズの影響を抑制することができる。

冷却器３は複数の冷却管３１を有し、金属プレート５は、冷却器３におけるＸ方向の一端面にろう付けされている。金属プレート５のＸ方向における冷却器３と反対側の面に、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２が接続され、金属プレート５は、プレート内流路５１として、導入側流路５１１と排出側流路５１２とを、互いに独立して有する。これにより、金属プレート５と冷媒との間の熱抵抗が小さくなり、温度センサ４による冷媒温度の検出精度をより向上させることができる。

感温部４１は、排出側流路５１２との間の距離よりも、導入側流路５１１との間の距離が短い。これにより、冷却器３に導入される冷媒の温度を精度よく検出しやすくなる。

感温部４１は、Ｚ方向から見たとき、導入側流路５１１と排出側流路５１２との間に配置されている。これにより、外部からの影響を抑制して、冷却器３における冷媒の温度を精度よく検出しやすくなる。

以上のごとく、本形態によれば、冷媒の温度の検出精度を向上させやすい、電力変換装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図６に示すごとく、感温部４１を、排出側流路５１２に近い位置に配置した、電力変換装置１の形態である。
すなわち、本形態においては、感温部４１は、導入側流路５１１との間の距離よりも、排出側流路５１２との間の距離が短い。

本形態においては、金属プレート５における２つのプレート内流路５１のうち、端子台１２から遠い方のプレート内流路５１に、より近い位置に、感温部４１が配置されている。これに伴い、端子台１２に設けた延設部１２４は、Ｙ方向の長さが、実施形態１に示したものよりも長い。

その他の構成は、実施形態１と同様である。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。

本形態においては、冷却器３から排出される直前の冷媒の温度を精度よく検出しやすくなる。つまり、半導体モジュール２との熱交換を終えた後の、比較的温度が高い状態の冷媒の温度を、精度よく検出しやすい。それゆえ、安全サイドでの冷媒の温度管理を行いやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却器
４ 温度センサ
４１ 感温部
５ 金属プレート
５１ プレート内流路

Claims (6)

1. スイッチング素子を備えた半導体モジュール（２）と、
   該半導体モジュールを冷却する冷却器（３）と、
   該冷却器内の冷媒の温度を検出する温度センサ（４）と、
   上記冷却器にろう付けされると共に上記冷媒が通過するプレート内流路（５１）を備えた金属プレート（５）と、を有し、
   上記温度センサの感温部（４１）は、上記金属プレートに固定されており、
   上記プレート内流路は、該プレート内流路を流れる冷媒が上記金属プレートに直接接触するよう構成されている、電力変換装置（１）。
2. 上記温度センサは、上記感温部において検出される温度を電圧として検出する電圧検出部（４２）を有し、該電圧検出部は、上記半導体モジュールを制御する制御基板に接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記冷却器は、上記半導体モジュールと共に積層された複数の冷却管（３１）を有し、上記金属プレートは、上記冷却器における積層方向（Ｘ）の一端面にろう付けされており、上記金属プレートの積層方向における上記冷却器と反対側の面に、冷媒導入管（３２１）及び冷媒排出管（３２２）が接続され、上記金属プレートは、上記プレート内流路として、上記冷媒導入管に連通する導入側流路（５１１）と、上記冷媒排出管に連通する排出側流路（５１２）とを、互いに独立して有する、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 上記感温部は、上記排出側流路との間の距離よりも、上記導入側流路との間の距離が短くなる位置に配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 上記感温部は、上記導入側流路との間の距離よりも、上記排出側流路との間の距離が短くなる位置に配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。
6. 上記感温部は、上記導入側流路と上記排出側流路との並び方向（Ｙ）及び上記積層方向の双方に直交する方向（Ｚ）から見たとき、上記導入側流路と上記排出側流路との間に配置されている、請求項３～５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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