JP7103275B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。 The techniques disclosed herein relate to power converters.
特許文献1に、電力変換用の半導体モジュールと冷却器が積層されている積層体がケースに収容されている電力変換器が開示されている。積層体は積層方向の一端(半導体モジュールと冷却器が積層されている方向の一端)の冷却器がケースの側壁の内面に当接しているとともに、他端から板バネで積層方向の荷重が加えられている。以下では、説明の便宜上、半導体モジュールと冷却器が積層されている方向を単純に「積層方向」と称する。 Patent Document 1 discloses a power converter in which a laminate in which a semiconductor module for power conversion and a cooler are laminated is housed in a case. In the laminated body, the cooler at one end in the stacking direction (one end in the direction in which the semiconductor module and the cooler are laminated) is in contact with the inner surface of the side wall of the case, and a load in the stacking direction is applied from the other end by a leaf spring. Has been done. Hereinafter, for convenience of explanation, the direction in which the semiconductor module and the cooler are laminated is simply referred to as the “stacking direction”.
ケースの側壁の積層体に当接している部分の厚みが他の部分よりも大きく、その部分に温度センサが取り付けられている。温度センサは、ケースの側壁に当接している冷却器の温度を計測する。温度センサの計測値は、冷却器を流れる冷媒の温度の推定値として用いられる。温度センサの計測値に基づいて冷媒の流量が調整される。 The thickness of the portion of the side wall of the case that is in contact with the laminated body is larger than that of the other portions, and the temperature sensor is attached to that portion. The temperature sensor measures the temperature of the cooler in contact with the side wall of the case. The measured value of the temperature sensor is used as an estimated value of the temperature of the refrigerant flowing through the cooler. The flow rate of the refrigerant is adjusted based on the measured value of the temperature sensor.
特許文献1に開示されている電力変換器では、ケースの側壁の内面に冷却器が当接している。それゆえ、冷却器に当接している側壁部分の熱はケース全体に拡散する。その結果、側壁に備えられている温度センサの計測値は、冷却器を流れる冷媒の温度とケースの温度の中間値となり、冷媒温度の推定値としては、精度が高くない。本明細書は、より精度の高い冷媒温度推定値を得られる構造を提供する。 In the power converter disclosed in Patent Document 1, the cooler is in contact with the inner surface of the side wall of the case. Therefore, the heat of the side wall portion in contact with the cooler is diffused throughout the case. As a result, the measured value of the temperature sensor provided on the side wall is an intermediate value between the temperature of the refrigerant flowing through the cooler and the temperature of the case, and the estimated value of the refrigerant temperature is not high in accuracy. The present specification provides a structure that can obtain a more accurate refrigerant temperature estimate.
本明細書が開示する電力変換器は、電力変換用の半導体モジュールと冷却器が積層されている積層体と、積層体を収容しているケースと、積層体を支持している支持壁と、温度センサと、板部材を備えている。積層体を支持している支持壁は、ケース内にて積層体の積層方向の一端の冷却器に当接している。温度センサは支持壁に取り付けられている。そして、板部材が、ケースの側壁と支持壁を連結している。板部材の厚みは、支持壁の厚みよりも薄い。 The power converter disclosed in the present specification includes a laminated body in which a semiconductor module for power conversion and a cooler are laminated, a case accommodating the laminated body, and a support wall supporting the laminated body. It is equipped with a temperature sensor and a plate member. The support wall that supports the laminated body is in contact with the cooler at one end of the laminated body in the stacking direction in the case. The temperature sensor is mounted on the support wall. A plate member connects the side wall of the case and the support wall. The thickness of the plate member is thinner than the thickness of the support wall.
本明細書が開示する電力変換器では、積層体を支える支持壁とケースの側壁が薄い板部材で連結されている。それゆえ、従来の電力変換器よりも支持壁から側壁への熱の移動が抑えられる。従って支持壁に備えられている温度センサの計測値は、冷却器を流れる冷媒の温度に近くなる。すなわち、本明細書が開示する電力変換器は、冷却器を流れる冷媒温度の推定値の精度が従来よりも高い。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 In the power converter disclosed herein, the support wall that supports the laminate and the side wall of the case are connected by a thin plate member. Therefore, heat transfer from the support wall to the side wall is suppressed as compared with the conventional power converter. Therefore, the measured value of the temperature sensor provided on the support wall is close to the temperature of the refrigerant flowing through the cooler. That is, in the power converter disclosed in the present specification, the accuracy of the estimated value of the refrigerant temperature flowing through the cooler is higher than before. Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.
図面を参照して実施例の電力変換器2を説明する。図1に、電力変換器2の平面図を示す。図2は、上カバーを除いた電力変換器2の平面図である。電力変換器2は、電気自動車に搭載され、メインバッテリの電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスでる。
The
電力変換器2は、そのケース10内に、積層体20とセンサユニット14を収容している。ケース10には、積層体20とセンサユニット14のほかにも様々な部品が収容されているが、それらの図示は省略する。説明の便宜上、図中の座標系の+Z方向を「上」と定義する。
The
積層体20は、複数の半導体モジュール3と複数の冷却器4が積層されたユニットである。半導体モジュール3は、電力変換用の半導体素子を収容している。電力変換用の半導体素子は、パワー素子とも呼ばれる。電力変換用の半導体素子は、具体的には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子である。それらの半導体素子は、電圧コンバータやインバータにて、電圧を調整したり、直流を交流に変換するのに用いられる。それらの半導体素子は、大電流が流れるために発熱量が大きい。1個の半導体モジュール3には、2個の半導体素子が収容されている。半導体モジュール3の上面からはパワー端子が延びているが、その図示は省略した。半導体モジュール3の下面からは制御端子が延びている。制御端子については後述する。
The laminated
半導体モジュール3と冷却器4は、いずれも扁平であり、互いの幅広面が対向するように配置されている。積層体20では、それぞれの半導体モジュール3の両側に冷却器4が位置するように、複数の半導体モジュール3と複数の冷却器4が積層されている。別言すれば、複数の半導体モジュール3と複数の冷却器4が1個ずつ交互に積層されている。図中の座標系におけるX方向が、半導体モジュール3と冷却器4の積層方向に相当する。以下では、説明の便宜上、半導体モジュール3と冷却器4の積層方向を単純に「積層方向」と称する。図1では、積層方向の一端の冷却器には符号4aを付し、他の冷却器4と区別する。積層方向の他端の冷却器には符号4bを付し、他の冷却器と区別する。ただし、いずれか1個の冷却器を区別無く表すときには冷却器4と表記する。
The
半導体モジュール3を挟んで隣り合っている冷却器4は連結管5a、5bで連結されている。冷却器4は、内部が冷媒流路になっているチューブであり、連結管5a、5bは、隣り合う冷却器4の冷媒流路を連通する。連結管5a、5bは、半導体モジュール3の両側に位置している。
The
積層方向の一端の冷却器4aには、冷媒供給管6aと冷媒排出管6bが連結されている。積層方向(図中のX方向)からみたとき、冷媒供給管6aは連結管5aと重なるように位置しており、冷媒排出管6bは連結管5bと重なるように位置している。冷媒供給管6aと冷媒排出管6bはケース10の側壁18を貫通し、ケース10の外へと延びている。冷媒供給管6aと冷媒排出管6bには、不図示の冷媒循環装置が接続される。冷媒循環装置から送られた冷媒は冷媒供給管6aと連結管5aを通じて全ての冷却器4へ分配される。冷媒は、冷却器4の中を、連結管5aから連結管5bへ向けて流れる。冷媒は冷却器4の中を流れる間に隣接する半導体モジュール3の熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、連結管5bと冷媒排出管6bを通じて冷媒循環装置に戻される。冷媒は、水、あるいは、不凍液である。
A
積層体20は、ケース10に設けられた支持壁12と支柱19の間に配置されている。支柱19と積層体20の間には、板バネ29が挟まれている。板バネ29は、その中央が一端の冷却器4bに当接しているとともに、両端のそれぞれが支柱19に当接している。板バネ29は、積層体20を積層方向に加圧する。板バネ29の加圧によって、隣り合う冷却器4と半導体モジュール3が密着し、半導体モジュール3から冷却器4への熱伝達の効率が高められる。積層体20の他方の端の冷却器4aは、支持壁12に当接している。支持壁12は、板バネ29に押される積層体20を支える。
The
支持壁12には、温度センサ13が埋設されている。積層体20の横にはセンサユニット14が配置されており、温度センサ13の信号線がセンサユニット14につながっている。温度センサ13の信号線は、センサユニット14を介して制御基板30(後述)に接続されている。制御基板30には、冷媒の流量を決める制御回路が実装されている。温度センサ13の計測値は、支持壁12に当接している冷却器4aを流れる冷媒の温度の推定値として用いられる。制御回路は、温度センサ13の計測値に基づいて、冷媒の供給量を決める。制御回路は、温度センサ13の計測値が高ければ、冷媒の供給量を増やし、温度センサ13の計測値が低ければ冷媒の供給量を減らす。
A
図2に、図1から積層体20を除いたケース10の平面図を示す。ケース10にはその内部空間を上下に二分する中仕切り板11が設けられており、中仕切り板11の積層体20に対応する位置には貫通孔11aが設けられている。半導体モジュール3の下面は貫通孔11aに面する。また、積層体20を支える支持壁12は、貫通孔11aの縁に位置している。積層体20を支える支柱19も中仕切り板11に設けられている。
FIG. 2 shows a plan view of the
図3に、図1のIII-III線に沿った断面図を示す。先に述べたように、半導体モジュール3には、半導体素子7が埋設されている。半導体素子7の制御端子31が半導体モジュール3の下面から下方へ延びている。制御端子31は貫通孔11aを通じて中仕切り板11よりも下方へ延びている。中仕切り板11の下方には、先に述べた制御基板30が配置されており、半導体モジュール3の制御端子31は制御基板30に接続されている。制御基板30に実装されている制御回路は、冷媒流量の調整だけでなく、上位制御装置から与えられる指令値に基づいて、半導体素子7の駆動信号を生成する。制御回路は、生成した駆動信号を、制御端子31を通じて各半導体素子7へ送る。
FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. As described above, the
制御基板30の左端も中仕切り板11に支えられているが、図3では、制御基板30の左端は図示を省略した。また、図3では、右端の半導体モジュール3の半導体素子と制御端子にのみ符号7、31を付し、他の半導体モジュール3の半導体素子と制御端子への符号は省略した。
The left end of the
先に述べたように、積層体20の一端を支える支持壁12は、ケース10の中仕切り板11の縁に配置されている。別言すれば、中仕切り板11が、支持壁12と側壁18を連結している。図3に示すように、中仕切り板11の厚みt1は、支持壁12の厚みt2よりも薄い。また、中仕切り板11の厚みt1は、ケース10の側壁18の厚みt3よりも薄い。
As described above, the
先に述べたように、温度センサ13の計測値は、支持壁12に当接している冷却器4aを流れる冷媒の温度の推定値として用いられる。支持壁12は、中仕切り板11によってケース10の側壁18と連結されている。中仕切り板11の厚みt2が大きいと、中仕切り板11を通じて支持壁12と側壁18(すなわちケース10の全体)の間で熱が移動し易くなる。その場合、支持壁12の温度は冷却器4aを流れる冷媒の温度から遠ざかってしまう。すなわち、支持壁12に埋設されている温度センサ13の計測値は、冷媒温度の推定値としては精度が低くなってしまう。一方、実施例の電力変換器2では、中仕切り板11の厚みt1を支持壁12の厚みt2よりも薄くすることで、支持壁12から側壁18(すなわちケース10の全体)への熱の移動が抑えられる。支持壁12の温度は、それに当接している冷却器4aの温度に近くなる。すなわち、支持壁12に埋設されている温度センサ13の計測温度が冷媒温度に近くなる。実施例の電力変換器2は、冷却器を流れる冷媒温度の推定値の精度が従来よりも高い。それゆえ、半導体モジュール3の温度をより適切に調整することができる。
As described above, the measured value of the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。中仕切り板11が、ケース10の側壁18と支持壁12を連結する板部材の一例である。中仕切り板11には、図2で示した貫通孔11aのほかにも、肉抜き用の孔が設けられていてもよい。中仕切り板11と支持壁12と側壁18は、一体に作られていてもよいし、別々の部品であってもよい。例えば、中仕切り板11と支持壁12と側壁18は、アルミニウムの射出成形で一体に作られていてもよい。
The points to be noted regarding the techniques described in the examples will be described. The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、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、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
2:電力変換器
3:半導体モジュール
4、4a、4b:冷却器
5a、5b:連結管
6a:冷媒供給管
6b:冷媒排出管
7:半導体素子
10:ケース
11:中仕切り板
11a:貫通孔
12:支持壁
13:温度センサ
14:センサユニット
18:側壁
19:支柱
20:積層体
29:板バネ
30:制御基板
2: Power converter 3:
Claims (1)
前記積層体を収容しているケースと、
前記ケース内にて前記積層体の積層方向の一端の前記冷却器に当接しており、前記積層体を支持している支持壁と、
前記支持壁に取り付けられている温度センサと、
前記ケースの側壁と前記支持壁を連結しており、前記支持壁の厚みよりも薄い板部材と、
を備えている、電力変換器。 A laminate in which a semiconductor module and a cooler are laminated, and
A case containing the laminated body and a case
A support wall that is in contact with the cooler at one end of the laminated body in the stacking direction in the case and supports the laminated body, and
The temperature sensor attached to the support wall and
A plate member that connects the side wall of the case and the support wall and is thinner than the thickness of the support wall.
Equipped with a power converter.
Priority Applications (1)
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JP2008220042A (en) | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Denso Corp | Power converter |
JP2017073920A (en) | 2015-10-08 | 2017-04-13 | トヨタ自動車株式会社 | Power conversion device |
JP2017085822A (en) | 2015-10-29 | 2017-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | Power converter |
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