JP7087715B2 - 電力変換装置及び冷却システム - Google Patents
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Description
前記冷却開口に面した冷却面(38)を備え、前記冷却開口を閉鎖する部品保持板(304)と、
前記部品保持板の外表面に保持された電子部品(4)と、を有し、
前記部品保持板は、前記冷却器の前記冷却開口上に配置された保持板中央部(304a)と、前記保持板中央部の外周に配置され、前記部品保持板の厚み方向において、前記保持板中央部よりも前記冷却器側に突出しているスペーサー部(304b)と、を有し、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、外表面上に前記電子部品を投影してなる投影領域(32)の端点(321)から当該端点に最も近い前記冷却面上の点である最近傍点(311)までの熱抵抗をRthA、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点(312)までの熱抵抗をRthBと表した場合に、前記RthBの値が前記RthAの値よりも大きい、電力変換装置(104)にある。
本発明の他の態様は、冷媒(C)が導入される冷媒導入口(211)と、前記冷媒導入口に連なり冷媒が導出される冷媒導出口(213)と、前記冷媒導入口と前記冷媒導出口との間に配置された冷却開口(212)と、を備えた冷媒流路(21)を有する冷却器(2)と、
前記冷却開口に面した冷却面(31)を備え、前記冷却開口を閉鎖する部品保持板(305)と、
前記部品保持板の外表面に保持された電子部品(4)と、を有し、
前記部品保持板は、前記冷却開口の端縁に沿って配置された高熱抵抗部(391)と、前記高熱抵抗部の内側に配置された低熱抵抗部(392)と、を有しており、前記部品保持板の厚み方向における前記高熱抵抗部の熱抵抗は前記低熱抵抗部よりも大きく、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、外表面上に前記電子部品を投影してなる投影領域(32)の端点(321)から当該端点に最も近い前記冷却面上の点である最近傍点(311)までの熱抵抗をRth A 、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点(312)までの熱抵抗をRth B と表した場合に、前記Rth B の値が前記Rth A の値よりも大きい、電力変換装置(105)にある。
前記電子部品の最大発熱量Pmax[W]と、前記電子部品の発熱量がPmax[W]であるときの前記投影領域の端点の温度Tj[℃]と、前記冷媒の沸点Tboil[℃]とが、Tboil≧Tj-P・RthBの関係を満足する、冷却システム(10)にある。
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。
前記電力変換装置に係る実施形態について、図1~図7を参照して説明する。本形態の電力変換装置1は、図1及び図2に示すように、冷却器2と、部品保持板3と、電子部品4と、を有している。図5に示すように、冷却器2は、冷媒Cが導入される冷媒導入口211と、冷媒導入口211に連なり冷媒Cが導出される冷媒導出口213と、冷媒導入口211と冷媒導出口213との間に配置された冷却開口212と、を備えた冷媒流路21を有している。図3及び図5に示すように、部品保持板3は、冷却開口212に面した冷却面31を備えている。また、冷却器2の冷却開口212は、部品保持板3によって閉鎖されている。電子部品4は、部品保持板3の外表面に保持されている。
本形態の電力変換装置102における部品保持板302は、図8に示すように、冷却開口212内に挿入されている。なお、本形態以降において用いた符号のうち、既出の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、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本形態の電力変換装置103は、図9に示すように、シール材保持空間227内に収容されたシール本体部51と、シール本体部51に連なり冷却器2と部品保持板3との間に狭持されたシール延設部52と、を備えたシール材503を有している。シール延設部52は、具体的には、冷却器2における流路形成部22の頂面223と絶縁基板33の流路周縁面332との間に狭持されている。シール延設部52は、流路周縁面332に密着しており、シール延設部52と流路周縁面332との間への冷媒Cの進入を防止することができる。その他は参考形態1と同様である。
本形態の電力変換装置104は、図10に示すように、冷却器2の冷却開口212上に配置された保持板中央部304aと、保持板中央部304aの外周に配置されたスペーサー部304bと、を備えた部品保持板304を有している。スペーサー部304bは、部品保持板304の厚み方向において、保持板中央部304aよりも冷却器2側に突出している。
本形態の電力変換装置105は、図11に示すように、冷却開口212の端縁に沿って配置された高熱抵抗部391と、高熱抵抗部391の内側に配置された低熱抵抗部392と、を備えた部品保持板305を有している。部品保持板305の厚み方向における高熱抵抗部391の熱抵抗は低熱抵抗部392よりも大きい。
本形態の電力変換装置106は、幅方向の各端部における深さが中央部によける深さよりも浅くなるように形成された冷媒流路24を備えた冷却器206を有している。図12に示すように、本形態の冷却器206は、冷媒流路24と、冷媒流路24を取り囲む流路形成部22と、を有している。冷媒流路24は、幅方向の各端部に配置された流路側方部241と、流路側方部241同士の間に配置された流路中央部242と、を有している。本形態において、流路側方部241及び流路中央部242は、冷却器206の長手方向(つまり、縦方向X)における冷却開口243が形成された領域に設けられている。
本形態は、電力変換装置1と、電力変換装置1の冷媒流路21内を流れる冷媒Cと、電力変換装置1に冷媒Cを循環させる冷媒循環装置6と、を備えた冷却システム10の例である。冷媒循環装置6は、例えば図13に示すように、冷媒Cを流動させるためのポンプ61と、ポンプ61と冷媒導入口211との間、及び、ポンプ61と冷媒導出口213との間を接続する配管62を有している。冷媒循環装置6は、更に、ラジエータなどの、冷媒と外気等との熱交換を行う熱交換器63を有していてもよい。
本例は、投影領域32の端点321から冷却面31の端点312までの熱抵抗RthBの値を種々変更した場合のドライアウトの発生の有無を評価した例である。本例においては、図14に示す冷却面31の端点312から電子部品4までの横方向Yにおける距離Dを表1に示すように種々変更して電力変換装置1(試験体A1~A3)を作製した。なお、図には示さないが、各試験体の底面224には透明窓が設けられており、冷却面31からの気泡の発生の有無を目視により観察することができるように構成されている。
2、202、206 冷却器
21、24 冷媒流路
211 冷媒導入口
212、243 冷却開口
213 冷媒導出口
3、302、304、305 部品保持板
31、36、38 冷却面
32 投影領域
4 電子部品
Claims (10)
- 冷媒(C)が導入される冷媒導入口(211)と、前記冷媒導入口に連なり冷媒が導出される冷媒導出口(213)と、前記冷媒導入口と前記冷媒導出口との間に配置された冷却開口(212)と、を備えた冷媒流路(21、24)を有する冷却器(2、206)と、
前記冷却開口に面した冷却面(38)を備え、前記冷却開口を閉鎖する部品保持板(304)と、
前記部品保持板の外表面に保持された電子部品(4)と、を有し、
前記部品保持板は、前記冷却器の前記冷却開口上に配置された保持板中央部(304a)と、前記保持板中央部の外周に配置され、前記部品保持板の厚み方向において、前記保持板中央部よりも前記冷却器側に突出しているスペーサー部(304b)と、を有し、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、外表面上に前記電子部品を投影してなる投影領域(32)の端点(321)から当該端点に最も近い前記冷却面上の点である最近傍点(311)までの熱抵抗をRthA、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点(312)までの熱抵抗をRthBと表した場合に、前記RthBの値が前記RthAの値よりも大きい、電力変換装置(104、106)。 - 冷媒(C)が導入される冷媒導入口(211)と、前記冷媒導入口に連なり冷媒が導出される冷媒導出口(213)と、前記冷媒導入口と前記冷媒導出口との間に配置された冷却開口(212)と、を備えた冷媒流路(21)を有する冷却器(2)と、
前記冷却開口に面した冷却面(31)を備え、前記冷却開口を閉鎖する部品保持板(305)と、
前記部品保持板の外表面に保持された電子部品(4)と、を有し、
前記部品保持板は、前記冷却開口の端縁に沿って配置された高熱抵抗部(391)と、前記高熱抵抗部の内側に配置された低熱抵抗部(392)と、を有しており、前記部品保持板の厚み方向における前記高熱抵抗部の熱抵抗は前記低熱抵抗部よりも大きく、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、外表面上に前記電子部品を投影してなる投影領域(32)の端点(321)から当該端点に最も近い前記冷却面上の点である最近傍点(311)までの熱抵抗をRthA、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点(312)までの熱抵抗をRthBと表した場合に、前記RthBの値が前記RthAの値よりも大きい、電力変換装置(105)。 - 前記RthAの値に対する前記RthBの値の比率であるRthB/RthAの値が1.0超え5.3以下である、請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、
前記冷却器と前記部品保持板との間に形成された空間からなり前記冷却開口の周囲に配置されたシール材保持空間(227、236)と、
前記シール材保持空間内に収容され、前記冷却器と前記部品保持板との間に狭持されたシール材(5、503)と、をさらに有しており、
前記部品保持板は、前記冷却面と前記シール材保持空間に面する表面(331、351)との間に、これらの面よりも前記冷却器までの距離が短い流路周縁面(332、352)を有しており、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面における、前記投影領域の端点から前記流路周縁面における前記シール材保持空間側の端点(333、353)までの熱抵抗をRthCと表した場合に、前記RthCの値が前記RthAの値よりも大きい、請求項1~3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記シール材は、前記シール材保持空間内に収容されたシール本体部(51)と、前記シール本体部に連なり前記冷却器と前記部品保持板との間に狭持されたシール延設部(52)と、を有している、請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点までの前記冷媒流路の幅方向の距離が3.3mm以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電子部品は、炭化ケイ素半導体を備えたスイッチング素子である、請求項1~6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記冷媒流路は、幅方向の各端部に配置された流路側方部(241)と、前記流路側方部同士の間に配置された流路中央部(242)と、を有しており、前記流路側方部における前記冷却面から当該冷却面に対面する底面までの深さが前記流路中央部における前記深さよりも浅い、請求項1~7のいずれか1項に記載の電力変換装置(106)。
- 冷媒(C)が導入される冷媒導入口(211)と、前記冷媒導入口に連なり冷媒が導出される冷媒導出口(213)と、前記冷媒導入口と前記冷媒導出口との間に配置された冷却開口(212)と、を備えた冷媒流路(21、24)を有する冷却器(2、202、206)と、
前記冷却開口に面した冷却面(31、36、38)を備え、前記冷却開口を閉鎖する部品保持板(3、302、304、305)と、
前記部品保持板の外表面に保持された電子部品(4)と、を有する電力変換装置(1、102、103、104、105、106)と、
前記冷媒流路内を流れる冷媒と、
前記電力変換装置の前記冷媒流路に接続され、
前記冷媒を循環させる冷媒循環装置(6)と、を備えた冷却システム(10)であって、
前記冷媒流路の流路方向に垂直な断面において、外表面上に前記電子部品を投影してなる投影領域(32)の端点(321)から当該端点に最も近い前記冷却面上の点である最近傍点(311、361)までの熱抵抗をRthA、前記投影領域の端点から前記冷却面の端点(312、362)までの熱抵抗をRthBと表した場合に、前記RthBの値が前記RthAの値よりも大きく、
前記電子部品の最大発熱量Pmax[W]と、前記電子部品の発熱量がPmax[W]であるときの前記投影領域の端点の温度Tj[℃]と、前記冷媒の沸点Tboil[℃]とが、Tboil≧Tj-Pmax・RthBの関係を満足する、冷却システム(10)。 - Tj-Pmax・RthA≧Tboilの関係を更に満足する、請求項9に記載の冷却システム。
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