JP7305023B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本開示は、電力変換装置に関する。
国際公開第2013/121829号(特許文献1)は、コンデンサモジュールと、パワーモジュールとを備える電力変換装置を開示している。パワーモジュールは、コンデンサモジュールに電気的に接続されている。コンデンサモジュールは、コンデンサ素子を含み、パワーモジュールに供給される直流電力を平滑化する。
しかし、特許文献1に開示された電力変換装置では、パワーモジュールから発生する熱のために、コンデンサ素子の温度上昇が十分に低減されていない。そのため、コンデンサ素子の性能が劣化する。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーモジュールから発生する熱に起因するコンデンサ素子の性能の劣化が低減され得る電力変換装置を提供することである。
本開示の電力変換装置は、ヒートシンクと、パワーモジュールと、コンデンサ素子を含むコンデンサと、バスバーと、第1放熱部材とを備える。ヒートシンクは、第1主面を含む。パワーモジュールは、ヒートシンクの第1主面上に載置されている。バスバーは、パワーモジュールとコンデンサ素子とに固定されかつ電気的に接続されている。バスバーは、第1バスバー部と、第2バスバー部とを含む。第1バスバー部は、パワーモジュールに固定されかつ電気的に接続されている。第2バスバー部は、第1バスバー部とコンデンサ素子とに固定されかつ電気的に接続されている。第1放熱部材は、コンデンサとパワーモジュールとの間に配置されている。ヒートシンクの第1主面の平面視において、第1放熱部材はパワーモジュールと第1バスバー部とを覆っており、かつ、コンデンサは第1放熱部材と重なっている。第1放熱部材は、第1バスバー部とヒートシンクとに熱的に接続されている。
電力変換装置の動作時に、パワーモジュールから熱が発生する。この熱は、パワーモジュールから、バスバーの第1バスバー部及び第1放熱部材を経由して、ヒートシンクに伝わる。すなわち、この熱が第2バスバー部を経由してコンデンサ素子に伝わる前に、この熱はヒートシンクに伝わる。そのため、パワーモジュールから、バスバーを経由してコンデンサ素子に伝わる熱の量が減少する。また、第1放熱部材は、パワーモジュールからコンデンサ素子への熱輻射の少なくとも一部を遮るとともに、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサに向かう空気を冷却する。本開示の電力変換装置は、パワーモジュールから発生する熱に起因するコンデンサ素子の性能の劣化を低減させることができる。
以下、実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
実施の形態1.
図1を参照して、実施の形態1の電力変換装置1の回路構成の一例を説明する。電力変換装置1は、一例では、電気自動車またはハイブリッド方式の自動車に搭載される。電力変換装置1は、バッテリー7と、モータ8と、発電機9とに電気的に接続されている。バッテリー7は、例えば、リチウムイオンバッテリーである。
図1を参照して、実施の形態1の電力変換装置1の回路構成の一例を説明する。電力変換装置1は、一例では、電気自動車またはハイブリッド方式の自動車に搭載される。電力変換装置1は、バッテリー7と、モータ8と、発電機9とに電気的に接続されている。バッテリー7は、例えば、リチウムイオンバッテリーである。
電力変換装置1は、コンデンサ50を含む平滑回路3と、インバータ回路2と、コントローラ4とを含む。
インバータ回路2は、第1インバータ回路15と、第2インバータ回路15bとを含む。第1インバータ回路15は、第1交流ライン29を用いてモータ8に電気的に接続されている。第1インバータ回路15は、第1スイッチング素子16と、第2スイッチング素子16aとを含む。モータ8では、例えば、三相交流が用いられ、第1インバータ回路15はフルブリッジ回路である。第1インバータ回路15は、例えば、三個の第1スイッチング素子16と、三個の第2スイッチング素子16aとを含む。第2インバータ回路15bは、第2交流ライン29bを用いて発電機9に電気的に接続されている。第2インバータ回路15bも、第1スイッチング素子16と、第2スイッチング素子16aとを含む。発電機9では、例えば、三相交流が用いられ、第2インバータ回路15bはフルブリッジ回路である。第2インバータ回路15bは、例えば、三個の第1スイッチング素子16と、三個の第2スイッチング素子16aとを含む。
第1スイッチング素子16及び第2スイッチング素子16aは、各々、互いに電気的に並列配置されているトランジスタとダイオードとを含む。トランジスタは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。ダイオードは、例えば、フリーホイールダイオードである。
電力変換装置1の動作時に、平滑回路3とインバータ回路2とに大電流が流れる。そのため、平滑回路3とインバータ回路2とは、被覆付きのケーブルではなく、被覆がないバスバーに接続されている。バスバーは、正極バスバー40aと負極バスバー40bとを含む。正極バスバー40aは、バッテリー7の高電圧部に電気的に接続されている。負極バスバー40bは、バッテリー7の低電圧部に電気的に接続されている。平滑回路3とインバータ回路2とは、正極バスバー40aと負極バスバー40bに接続されている。コントローラ4は、インバータ回路2に電気的に接続されており、インバータ回路2を制御する。
バッテリー7から高い電圧(例えば、数百ボルト)を有する第1直流電圧が電力変換装置1に供給される。バッテリー7と電力変換装置1との間の配線の寄生容量及び寄生インダクタンスに起因して、第1直流電圧に振動電圧が重畳することがある。平滑回路3は、この振動電圧を除去する。第1直流電圧は、第1インバータ回路15に供給される。コントローラ4は、第1インバータ回路15を制御する。第1インバータ回路15は、第1直流電圧を第1交流電圧に変換する。電力変換装置1は、第1交流電圧をモータ8に供給する。モータ8は駆動されて、例えば、電気自動車またはハイブリッド方式の自動車の動力を提供する。この動力は、例えば、自動車の車輪に伝達される。
発電機9は、第2交流電圧を発生させる。例えば、自動車の回生制動時に、自動車の車輪の回転トルクが発電機9に伝達される。発電機9は、車輪の回転トルクに基づいて第2交流電圧を発生させる。第2交流電圧は、発電機9から電力変換装置1に供給される。第2交流電圧は、第2インバータ回路15bに供給される。コントローラ4は、第2インバータ回路15bを制御する。第2インバータ回路15bは、第2交流電圧を第2直流電圧に変換し、第2直流電圧を平滑回路3に供給する。第2直流電圧には、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)のインダクタンスLとコンデンサ50の容量Cとに起因するリップル電圧が重畳することがある。平滑回路3は、このリップル電圧を除去する。電力変換装置1は、第2直流電圧をバッテリー7に供給する。バッテリー7は充電される。
図2から図6を参照して、本実施の形態の電力変換装置1の構成を説明する。電力変換装置1は、ヒートシンク10と、第1パワーモジュール組立体20と、第2パワーモジュール組立体20bと、コンデンサ50と、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と、第1放熱部材61とを主に備える。
ヒートシンク10は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)で発生した熱を、電力変換装置1の外部へ放散させる。ヒートシンク10は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄または鉄合金のような金属で形成されてもよい。ヒートシンク10は、例えば、炭素系の複合素材で形成されてもよい。ヒートシンク10は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)または炭化珪素(SiC)のようなセラミックで形成されてもよい。ヒートシンク10は、第1主面11を含む。第1主面11は、第1方向(X方向)と第1方向に垂直な第2方向(Y方向)とに沿って延在している。
ヒートシンク10の内部またはヒートシンク10の外表面は、液体またはガスである冷媒を用いて冷却されてもよい。液体である冷媒は、例えば、水またはエチレングリコールである。ガスである冷媒は、例えば、フルオロカーボン系ガス、プロパン、プロピレン、ブタン、二酸化炭素またはアンモニアである。ヒートシンク10は、接地されていて、接地電位を有してもよい。
第1パワーモジュール組立体20と第2パワーモジュール組立体20bとは、ヒートシンク10の第1主面11上に載置されている。ヒートシンク10の第1主面11とパワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)との間には、サーマルインターフェースマテリアル(TIM)が設けられてもよい。TIMは、例えば、インジウムなどの金属、シリコン、セラミック、グラファイト、カーボンナノチューブ、ゴム、熱伝導グリスまたはフェイズチェンジマテリアルである。第1パワーモジュール組立体20は、第1インバータ回路15(図1を参照)を含む。第2パワーモジュール組立体20bは、第2インバータ回路15b(図1を参照)を含む。
第1パワーモジュール組立体20は、第1パワーモジュール21と、第2パワーモジュール21aと、樹脂フレーム28と、第1交流ライン29とを含む。第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとは、第1方向(X方向)において互いに離間されている。第1パワーモジュール21は、第2方向(Y方向)に沿って配列されている。第2パワーモジュール21aは、第2方向(Y方向)に沿って配列されている。第1パワーモジュール21は、第1リード25を含む。第1パワーモジュール21は、第1スイッチング素子16(図1を参照)を含む。第2パワーモジュール21aは、第2リード25aを含む。第2パワーモジュール21aは、第2スイッチング素子16a(図1を参照)を含む。
第2パワーモジュール組立体20bは、第1パワーモジュール21と、第2パワーモジュール21aと、樹脂フレーム28と、第2交流ライン29bとを含む。第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとは、第1方向(X方向)において互いに離間されている。第1パワーモジュール21は、第2方向(Y方向)に沿って配列されている。第2パワーモジュール21aは、第2方向(Y方向)に沿って配列されている。第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとは、樹脂フレーム28を共有してもよい。
パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)と樹脂フレーム28とは、ヒートシンク10の第1主面11上に載置されており、ヒートシンク10に熱的に接続されている。そのため、パワーモジュールで発生した熱は、ヒートシンク10に伝達される。本明細書において、二つの部材が互いに熱的に接続されていることは、二つの部材が直接接触していること、または、二つの部材が0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有する材料で形成されている熱伝達部材(図示せず)を介して間接的に接触していることを意味する。熱伝達部材は、例えば、サーマルインターフェースマテリアル(TIM)である。熱伝達部材の熱伝導率は、1.0W/(m・K)以上であってもよく、10.0W/(m・K)以上であってもよい。
図6に示されるように、第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとは、各々、絶縁基板22と、半導体スイッチング素子23pと、ダイオード23qと、リード25p,25qと、封止部材27とを含んでいる。絶縁基板22は、絶縁基材22pと、おもて面導電層22qと、裏面導電層22rとを含む。
絶縁基材22pは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化珪素のようなセラミックで形成されてもよい。絶縁基材22pは、例えば、セラミックフィラーが分散されている樹脂で形成されてもよい。絶縁基材22pに用いられる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシアネート系樹脂である。セラミックフィラーは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素で形成されている。おもて面導電層22qは、絶縁基材22pのおもて面上に設けられている。裏面導電層22rは、絶縁基材22pのおもて面とは反対側の絶縁基材22pの裏面上に設けられている。おもて面導電層22q及び裏面導電層22rは、例えば、銅またはアルミニウムのような金属で形成されている。
半導体スイッチング素子23pは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。ダイオード23qは、例えば、フリーホイールダイオードである。半導体スイッチング素子23pは、はんだのような導電接合部材24pを用いておもて面導電層22qに接合されている。ダイオード23qは、はんだのような導電接合部材24qを用いておもて面導電層22qに接合されている。
第1パワーモジュール21の第1リード25は、リード25p,25qの一方(例えば、リード25p)である。第2パワーモジュール21aの第2リード25aは、リード25p,25qの他方(例えば、リード25q)である。リード25p,25qは、各々、例えば、銅またはアルミニウムのような金属で形成されている。リード25pは、はんだのような導電接合部材26pを用いて半導体スイッチング素子23pに接合されている。リード25pは、はんだのような導電接合部材26qを用いてダイオード23qに接合されている。リード25qは、はんだのような導電接合部材26rを用いておもて面導電層22qに接合されている。封止部材27は、例えば、エポキシ樹脂のような絶縁樹脂で形成されている。封止部材27は、半導体スイッチング素子23pとダイオード23qとを封止している。リード25p,25qのうち封止部材27から露出している部分は、樹脂フレーム28によって支持されている。
図2から図5を参照して、樹脂フレーム28は、エポキシ樹脂のような電気的絶縁樹脂で形成されている。樹脂フレーム28は、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1交流ライン29とを互いに電気的に絶縁する。樹脂フレーム28は、バスバーと第2交流ライン29bとを互いに電気的に絶縁する。樹脂フレーム28は、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)、第1交流ライン29及び第2交流ライン29bを、ヒートシンク10から電気的に絶縁する。樹脂フレーム28は、ヒートシンク10の第1主面11に沿う方向(第1方向(X方向)及び第2方向(Y方向))において、第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aを位置決めしてもよい。
第1交流ライン29及び第2交流ライン29bは、各々、銅またはアルミニウムのような金属で形成されている。
バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)は、導電性を有している。バスバーは、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。バスバーは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄、鉄合金のような金属で形成されている。バスバーは、第1放熱部材61から電気的に絶縁されている。バスバーは、正極バスバー40aと負極バスバー40bとを含む。
正極バスバー40aは、第1バスバー部41aと、第2バスバー部42aとを含む。正極バスバー40aは、端子部46aをさらに含んでもよい。正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、第1パワーモジュール21に固定されかつ電気的に接続されている。例えば、第1バスバー部41aは、溶接によって、第1パワーモジュール21の第1リード25に接合されてもよい。第1バスバー部41aは、接着剤またはねじを用いて、第1パワーモジュール21の第1リード25に固定されてもよい。
正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在している。特定的には、第1バスバー部41aは、第1方向(X方向)に沿って延在している。第1バスバー部41aは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在する主面を有しかつ長手方向が第1方向(X方向)である板状部材である。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとを覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aの一つは、第1パワーモジュール21の一つと第2パワーモジュール21aの一つとを覆っている。第1バスバー部41aは、樹脂フレーム28によって支持されている。第1バスバー部41aは、ヒートシンク10の第1主面11から離間されている。
負極バスバー40bは、第1バスバー部41bと、第2バスバー部42bとを含む。負極バスバー40bは、端子部46bをさらに含んでもよい。負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、第2パワーモジュール21aに固定されかつ電気的に接続されている。例えば、第1バスバー部41bは、溶接によって、第2パワーモジュール21aの第2リード25aに接合されてもよい。第1バスバー部41bは、接着剤またはねじを用いて、第2パワーモジュール21aの第2リード25aに固定されてもよい。
負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在している。特定的には、第1バスバー部41bは、第1方向(X方向)に沿って延在している。第1バスバー部41bは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在する主面を有しかつ長手方向が第1方向(X方向)である板状部材である。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとを覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bの一つは、第1パワーモジュール21の一つと第2パワーモジュール21aの一つとを覆っている。第1バスバー部41bは、樹脂フレーム28によって支持されている。第1バスバー部41bは、ヒートシンク10の第1主面11から離間されている。
負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、正極バスバー40aの第1バスバー部41aから第2方向(Y方向)において間隔を空けて配置されている。第2方向(Y方向)において、正極バスバー40aと負極バスバー40bとは交互に配置されている。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の25%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の40%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、例えば、第2パワーモジュール21aの面積の25%以上を覆ってもよい。第1バスバー部41aは、例えば、第2パワーモジュール21aの面積の40%以上を覆ってもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第2パワーモジュール21aの面積の25%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、第2パワーモジュール21aの面積の40%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の25%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の40%以上を覆ってもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bは、例えば、第1パワーモジュール組立体20の面積の25%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bは、第1パワーモジュール組立体20の面積の40%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bは、例えば、第2パワーモジュール組立体20bの面積の25%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bは、第2パワーモジュール組立体20bの面積の40%以上を覆ってもよい。
端子部46a,46bは、樹脂フレーム28によって支持されている。例えば、端子部46a,46bは、接着剤またはねじを用いて、樹脂フレーム28に固定されてもよい。端子部46a,46bは、ヒートシンク10の第1主面11から離間されている。
第2バスバー部42a,42bは、ヒートシンク10の第1主面11から離間されている。第2バスバー部42aは、第1バスバー部41aとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。第2バスバー部42bは、第1バスバー部41bとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。例えば、第2バスバー部42aは、端子部46aを介して、第1バスバー部41aに固定されている。第2バスバー部42bは、端子部46bを介して、第1バスバー部41bに固定されている。
具体的には、第2バスバー部42a,42bは、それぞれ、接着剤またはねじを用いて、端子部46a,46bに固定されてもよい。第2バスバー部42a,42bは、それぞれ、溶接によって、端子部46a,46bに接合されてもよい。第1バスバー部41a,41bは、それぞれ、溶接によって、端子部46a,46bに接合されてもよい。第1バスバー部41a,41bは、それぞれ、接着剤またはねじを用いて、端子部46a,46bに固定されてもよい。第2バスバー部42a,42bは、はんだのような導電接合部材を用いて、コンデンサ素子51に固定されている。具体的には、正極バスバー40aの第2バスバー部42aは、はんだのような導電接合部材(図示せず)を用いて、コンデンサ素子51の正電極(図示せず)に接合されており、かつ、負極バスバー40bの第2バスバー部42bは、はんだのような導電接合部材(図示せず)を用いて、コンデンサ素子51の負電極(図示せず)に接合されている。
コンデンサ50は、ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第1方向(X方向)及び第2方向(Y方向)に垂直な第3方向(Z方向))において、パワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)から離間されている。コンデンサ50は、例えば、フィルムコンデンサ、アルミ電解コンデンサ、セラミックコンデンサまたは電気二重層コンデンサである。コンデンサ50の定格温度は、例えば、125℃以下である。
図2及び図3に示されるように、コンデンサ50は、コンデンサ素子51と、コンデンサケース53と、封止部材54とを含む。コンデンサ素子51は、正電極(図示せず)と負電極(図示せず)とを含む。コンデンサ素子51の正電極は、正極バスバー40aの第2バスバー部42aに電気的に接続されている。コンデンサ素子51の負電極は、負極バスバー40bの第2バスバー部42bに電気的に接続されている。
コンデンサ素子51は、コンデンサケース53に収容されている。コンデンサ素子51は、封止部材54によって封止されている。封止部材54は、電気的絶縁性を有している。第2バスバー部42a,42bの一端が封止部材54によって封止されてもよい。コンデンサケース53には開口が設けられている。第2バスバー部42a,42bは、コンデンサケース53の開口を通って、コンデンサ50の外部に延在している。
第1放熱部材61は、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有している。第1放熱部材61は、1.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよく、10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよい。
第1放熱部材61は、電気的絶縁材料で形成されてもよい。第1放熱部材61は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)または炭化珪素(SiC)のようなセラミックで形成されてもよい。第1放熱部材61は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)またはポリエーテルスルホン(PES)のようなスーパーエンジニアリングプラスチックで形成されてもよい。第1放熱部材61は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリロニトリルスチレン(AS)のようなエンジニアリングプラスチックで形成されてもよい。
第1放熱部材61は、導電性材料で形成されてもよい。第1放熱部材61は、例えば、炭素系の複合素材で形成されてもよい。第1放熱部材61は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄または鉄合金のような金属で形成されてもよい。第1放熱部材61は、ヒートシンク10に電気的に接続されており、ヒートシンク10の同じ電位(例えば、接地電位)を有してもよい。
第1放熱部材61は、第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)とに沿って延在している。第1放熱部材61は、例えば、ヒートシンク10の第1主面11に対向する主面を有しかつヒートシンク10の第1主面11に沿って延在している放熱板である。ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第3方向(Z方向))において、第1放熱部材61は、コンデンサ50とパワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)との間に配置されている。第1放熱部材61は、第3方向(Z方向)において、コンデンサ50及びパワーモジュール組立体から間隔を空けて配置されている。第1放熱部材61は、第3方向(Z方向)において、コンデンサ50から空隙を空けて配置されている。
図4に示されるように、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、コンデンサ50は、第1放熱部材61と重なっている。特定的には、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、コンデンサ50の全体が、第1放熱部材61と重なっている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱部材61は、パワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)と第1バスバー部41a,41bとを覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第3方向(Z方向))において、第1放熱部材61は、パワーモジュール組立体に対向している。ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第3方向(Z方向))において、第1放熱部材61は、第1バスバー部41a,41bに対向している。
第1放熱部材61は、第1バスバー部41a,41bに熱的に接続されている。例えば、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bの面積の80%以上は、第1放熱部材61に対向しておりかつ第1放熱部材61に熱的に接続されている。具体的には、第1熱伝達部材65は、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材61との間に配置されている。第1熱伝達部材65は、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材61とに熱的に接続されている。第1放熱部材61は、第1熱伝達部材65を介して、第1バスバー部41a,41bに熱的に接続されている。第1熱伝達部材65は弾力性を有しており、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材61とに密着してもよい。
第1放熱部材61が導電性を有する場合、第1熱伝達部材65は、電気的絶縁性を有している。第1熱伝達部材65は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂またはアクリル系樹脂のような樹脂材料で形成されてもよい。第1熱伝達部材65は、例えば、熱伝導グリスまたは熱伝導接着剤のようなサーマルインターフェースマテリアル(TIM)であってもよい。
第1放熱部材61は、ヒートシンク10に熱的に接続されている。具体的には、電力変換装置1は、放熱板(第1放熱部材61)を支持する脚62をさらに備える。脚62は、ヒートシンク10の第1主面11に固定されている。脚62は、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、放熱板(第1放熱部材61)の外縁61eから放熱板(第1放熱部材61)の外側に延在している。放熱板(第1放熱部材61)は、脚62を介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。脚62は、放熱板(第1放熱部材61)と一体化されてもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、脚62は、第1パワーモジュール組立体20および第2パワーモジュール組立体20bの外側に配置されてもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱部材61が矩形形状を有する場合、四本の脚62が第1放熱部材61の四つの角に配置されてもよい。そのため、第1放熱部材61は、狭い固定面積で安定的にヒートシンク10に固定され得る。第1放熱部材61が反ることが、防止され得る。第1放熱部材61が電気的絶縁材料で形成されており、かつ、第1放熱部材61が第1バスバー部41a,41bに接触している場合に、電力変換装置1に印加される振動によって、第1放熱部材61と第1バスバー部41a,41bとの間に空隙が空くことが防止され得る。第1放熱部材61と第1バスバー部41a,41bとの間に第1熱伝達部材65が配置されている場合に、電力変換装置1に印加される振動によって、第1放熱部材61と第1熱伝達部材65との間に空隙が空くことが防止され得るとともに、第1熱伝達部材65と第1バスバー部41a,41bとの間に空隙が空くことが防止され得る。こうして、第1バスバー部41a,41bから第1放熱部材61への伝熱性能が低下することが防止され得る。コンデンサ素子51の温度上昇が、さらに低減され得る。
第1放熱部材61の四つの角に配置されている四本の脚62に加えて、第1放熱部材61の外縁61eに追加の脚62がさらに設けられてもよい。そのため、第1放熱部材61からヒートシンク10への放熱経路が増加する。コンデンサ素子51に伝わる熱は、さらに減少し得る。コンデンサ素子51の温度上昇が、さらに低減され得る。
追加の脚62は、例えば、外縁61eのうち、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において第1放熱部材61の長手方向に沿って延在する第1放熱部材61の長手外縁の中央に配置されてもよい。そのため、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱がこもりやすく、かつ、温度が高くなりやすい第1放熱部材61の中央からヒートシンク10に、熱が効率的に伝達され得る。コンデンサ素子51の温度上昇が、さらに低減され得る。
電力変換装置1の放熱作用を説明する。なお、図2などに示されている矢印は、熱の伝導方向を表す。
電力変換装置1の動作時に、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から熱が発生する。この熱は、パワーモジュールから、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)の第1バスバー部41a,41bに伝わる。熱は、第1バスバー部41a,41bから第1放熱部材61に伝わる。熱は、第1放熱部材61から脚62を経由してヒートシンク10に伝わる。すなわち、パワーモジュールから発生する熱は、第2バスバー部42a,42bを経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、ヒートシンク10に伝わる。そのため、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。第1放熱部材61は、コンデンサ素子51の温度上昇を低減させる。
第1放熱部材61は、コンデンサ50とパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)との間に配置されている。そのため、第1放熱部材61は、パワーモジュールからコンデンサ素子51への熱輻射の少なくとも一部を遮るとともに、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサ50に向かう空気を冷却する。第1放熱部材61は、コンデンサ素子51の温度上昇を低減させる。
本実施の形態の電力変換装置1の効果を説明する。
本実施の形態の電力変換装置1は、ヒートシンク10と、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)と、コンデンサ素子51を含むコンデンサ50と、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と、第1放熱部材61とを備える。ヒートシンク10は、第1主面11を含む。パワーモジュールは、ヒートシンク10の第1主面11上に載置されている。バスバーは、パワーモジュールとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。バスバーは、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。第1バスバー部41a,41bは、パワーモジュールに固定されかつ電気的に接続されている。第2バスバー部42a,42bは、第1バスバー部41a,41bとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。第1放熱部材61は、コンデンサ50とパワーモジュールとの間に配置されている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱部材61はパワーモジュールと第1バスバー部41a,41bとを覆っており、かつ、コンデンサ50は第1放熱部材61と重なっている。第1放熱部材61は、第1バスバー部41a,41bとヒートシンク10とに熱的に接続されている。
本実施の形態の電力変換装置1は、ヒートシンク10と、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)と、コンデンサ素子51を含むコンデンサ50と、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と、第1放熱部材61とを備える。ヒートシンク10は、第1主面11を含む。パワーモジュールは、ヒートシンク10の第1主面11上に載置されている。バスバーは、パワーモジュールとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。バスバーは、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。第1バスバー部41a,41bは、パワーモジュールに固定されかつ電気的に接続されている。第2バスバー部42a,42bは、第1バスバー部41a,41bとコンデンサ素子51とに固定されかつ電気的に接続されている。第1放熱部材61は、コンデンサ50とパワーモジュールとの間に配置されている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱部材61はパワーモジュールと第1バスバー部41a,41bとを覆っており、かつ、コンデンサ50は第1放熱部材61と重なっている。第1放熱部材61は、第1バスバー部41a,41bとヒートシンク10とに熱的に接続されている。
電力変換装置1の動作時に、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から熱が発生する。この熱は、パワーモジュールから、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)の第1バスバー部41a,41b及び第1放熱部材61を経由して、ヒートシンク10に伝わる。すなわち、パワーモジュールから発生する熱は、第2バスバー部42a,42bを経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、ヒートシンク10に伝わる。そのため、パワーモジュールからバスバーを経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。また、第1放熱部材61は、パワーモジュールからコンデンサ素子51への熱輻射の少なくとも一部を遮るとともに、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサ50に向かう空気を冷却する。電力変換装置1は、パワーモジュールから発生する熱に起因するコンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1では、第1放熱部材61は、コンデンサ50から空隙を空けて配置されている。
そのため、第1放熱部材61からコンデンサ50にコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1は、パワーモジュールから発生する熱に起因するコンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1では、第1放熱部材61は、第1主面11に沿って延在している放熱板である。
放熱板である第1放熱部材61は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量を減少させる。また、放熱板である第1放熱部材61は、パワーモジュールからコンデンサ素子51への熱輻射の少なくとも一部を遮るとともに、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサ50に向かう空気を冷却する。電力変換装置1は、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1は、放熱板(第1放熱部材61)を支持する脚62をさらに備える。脚62は、ヒートシンク10の第1主面11に固定されており、かつ、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において放熱板(第1放熱部材61)の外縁61eから放熱板(第1放熱部材61)の外側に延在している。
パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱は、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)の第1バスバー部41a,41b、放熱板(第1放熱部材61)及び脚62を経由して、ヒートシンク10に伝わる。そのため、パワーモジュールからバスバーを経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1は、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1では、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bはパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)を覆っている。
そのため、ヒートシンク10の第1主面11の平面視における第1バスバー部41a,41bの面積が増加する。パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から第1バスバー部41a,41b及び第1放熱部材61を経由してヒートシンク10に至る放熱経路の熱抵抗が低減され得る。パワーモジュールから発生する熱は、第2バスバー部42a,42bを経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、ヒートシンク10に伝わる。パワーモジュールからコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。さらに、第1バスバー部41a,41bは、パワーモジュールからコンデンサ素子51への熱輻射の少なくとも一部を遮るとともに、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサ50に向かう空気を冷却する。電力変換装置1は、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1は、電気的絶縁性を有する第1熱伝達部材65をさらに備える。第1熱伝達部材65は、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材61との間に配置されており、かつ、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材61とに熱的に接続されている。第1放熱部材61は、導電性を有しており、かつ、ヒートシンク10に電気的に接続されている。
第1熱伝達部材65は電気的絶縁性を有しているため、第1放熱部材61として、導電性を有する第1放熱部材61が利用可能となる。第1放熱部材61は、導電性を有し、かつ、ヒートシンク10に電気的に接続されているため、第1放熱部材61はヒートシンク10と同電位(例えば、接地電位)を有している。そのため、第1放熱部材61は、電力変換装置1の動作時にパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する電磁的ノイズを低減させることができる。
実施の形態2.
図7から図9を参照して、実施の形態2の電力変換装置1aを説明する。本実施の形態の電力変換装置1aは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図7から図9を参照して、実施の形態2の電力変換装置1aを説明する。本実施の形態の電力変換装置1aは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1aは、実施の形態1の脚62に代えて、支持部材62aを備える。支持部材62aは、ヒートシンク10の第1主面11上に設けられており、第1放熱部材61を支持している。支持部材62aは、ヒートシンク10と一体であってもよい。支持部材62aは、ヒートシンク10に圧入されてもよい。支持部材62aは、溶接によって、ヒートシンク10に接合されてもよい。支持部材62aは、接着剤またはねじを用いて、ヒートシンク10に固定されてもよい。支持部材62aは、溶接によって、第1放熱部材61に接合されてもよい。支持部材62aは、接着剤またはねじを用いて、第1放熱部材61に固定されてもよい。支持部材62aは、第1放熱部材61に圧入されてもよい。支持部材62aは、例えば、円柱または角柱のような柱状体であってもよい。支持部材62aは、板ばねまたはコイルばねであってもよい。
支持部材62aは、ヒートシンク10と第1放熱部材61とに熱的に接続されている。支持部材62aは、ヒートシンク10と第1放熱部材61とを互いに熱的に接続している。支持部材62aは、例えば、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有している。支持部材62aは、1.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよく、10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよい。
支持部材62aは、導電性を有してもよい。支持部材62aは、炭素系の複合素材で形成されてもよい。支持部材62aは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄または鉄合金のような金属で形成されてもよい。支持部材62aは、第1放熱部材61と同じ材料で形成されてもよいし、第1放熱部材61とは異なる材料で形成されてもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、支持部材62aは、第1放熱部材61の外縁61eよりも第1放熱部材61の内側に配置されている。第1放熱部材61の外縁61eに対する支持部材62aの各々の位置は、ヒートシンク10の第1主面11の平面視における支持部材62aの各々の中心の位置で決定される。例えば、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、支持部材62aは、第1放熱部材61の中央部を支持している。支持部材62aは、第1放熱部材61の外縁61eを構成する第1放熱部材61の辺の中央部を支持している。支持部材62aは、第1放熱部材61の角部を支持している。
第1放熱部材61の中央部は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱がこもりやすく、第1放熱部材61の中央部は、第1放熱部材61の他の部分よりも温度が上昇しやすい。第1放熱部材61の中央部を支持する支持部材62aは、第1放熱部材61の中央部をヒートシンク10に熱的に接続して、第1放熱部材61の中央部の温度上昇を低減させる。また、第1放熱部材61の製造時の機械的応力及び電力変換装置1aの動作時の熱応力によって、第1放熱部材61が歪むことがある。しかし、支持部材62aは、第1放熱部材61を機械的に拘束して、第1放熱部材61の歪みを減少させる。第1放熱部材61の中央部を支持する支持部材62aは、第1放熱部材61と第1バスバー部41a,41bとの間を安定的に熱的に接続することを可能にする。
本実施の形態の電力変換装置1aは、実施の形態1の電力変換装置1の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1aは、ヒートシンク10の第1主面11上に設けられている支持部材62aをさらに備える。支持部材62aは、第1放熱部材61を支持している。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、支持部材62aは、第1放熱部材61の外縁61eよりも第1放熱部材61の内側に配置されている。
第1放熱部材61の外縁61eよりも内側にある第1放熱部材61の内側領域は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱がこもりやすく、温度が上昇しやすい。支持部材62aは、第1放熱部材61の内側領域をヒートシンク10に熱的に接続して、第1放熱部材61の内側領域の温度上昇を低減させる。そのため、パワーモジュールからバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。また、支持部材62aは、パワーモジュールから発生する熱によって暖められてコンデンサ50に向かう空気を冷却する。電力変換装置1aは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
第1放熱部材61の製造時の機械的応力及び電力変換装置1aの動作時の熱応力によって、第1放熱部材61が歪むことがある。しかし、支持部材62aは、第1放熱部材61の外縁61eよりも第1放熱部材61の内側に配置されているため、支持部材62aは、第1放熱部材61を機械的に拘束して、第1放熱部材61の歪みを減少させる。支持部材62aは、第1放熱部材61と第1バスバー部41a,41bとの間を安定的に熱的に接続することを可能にする。そのため、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)からバスバーを経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1aは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
実施の形態3.
図10から図12を参照して、実施の形態3の電力変換装置1bを説明する。本実施の形態の電力変換装置1bは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図10から図12を参照して、実施の形態3の電力変換装置1bを説明する。本実施の形態の電力変換装置1bは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1bは、制御回路基板75をさらに備える。制御回路基板75は、コンデンサ50と第1放熱部材61との間に配置されている。
制御回路基板75は、プリント基板である。図12に示されるように、制御回路基板75は、絶縁基材76と、外側配線77と、コントローラ4とを含む。絶縁基材76は、例えば、紙フェノール、エポキシガラスコンポジット、ガラスエポキシまたはポリイミドで形成されている。制御回路基板75(絶縁基材76)は、第1バスバー部41a,41bに対向する第2主面76aと、第2主面76aとは反対側の第3主面76bとを含む。制御回路基板75(絶縁基材76)の第2主面76aは、ヒートシンク10の第1主面11及び第1放熱部材61に対向している。制御回路基板75(絶縁基材76)の第3主面76bは、コンデンサ50に対向している。
外側配線77は、第3主面76b上に設けられている。外側配線77は、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。コントローラ4は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)を制御する。コントローラ4は、はんだなどの導電接合部材(図示せず)を用いて、外側配線77に接合されている。
制御回路基板75は、樹脂フレーム28によって支持されている。具体的には、樹脂フレーム28は、突出部28pを含む。制御回路基板75の第2主面76aは、樹脂フレーム28の突出部28pによって支持されている。制御回路基板75は、例えば、ねじのような固定部材(図示せず)を用いて、樹脂フレーム28の突出部28pに固定されている。制御回路基板75は、コンデンサ50及び第1放熱部材61から間隔を空けて配置されてもよい。
本実施の形態の電力変換装置1bは、実施の形態1の電力変換装置1の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1bは、コントローラ4を含む制御回路基板75をさらに備える。コントローラ4は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)を制御する。制御回路基板75は、コンデンサ50と第1放熱部材61との間に配置されている。
パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)の第1バスバー部41a,41b及び第1放熱部材61を経由して、ヒートシンク10に伝わる。そのため、パワーモジュールから制御回路基板75に伝わる熱の量が減少する。制御回路基板75の故障率が減少して、電力変換装置1bの寿命が延びる。
実施の形態1に記載したとおり、第1放熱部材61は、電力変換装置1bの動作時にパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する電磁的ノイズを低減させる。第1放熱部材61は、制御回路基板75に到達する電磁的ノイズを低減させる。そのため、制御回路基板75は、パワーモジュールのより近くに配置され得る。電力変換装置1bは小型化され得る。
実施の形態4.
図13から図15を参照して、実施の形態4の電力変換装置1cを説明する。本実施の形態の電力変換装置1cは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の電力変換装置1cは、実施の形態3の電力変換装置1bにおける第1放熱部材61及び制御回路基板75に代えて、第1放熱部材78(図15を参照)及び制御回路基板75cを備えている。
図13から図15を参照して、実施の形態4の電力変換装置1cを説明する。本実施の形態の電力変換装置1cは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の電力変換装置1cは、実施の形態3の電力変換装置1bにおける第1放熱部材61及び制御回路基板75に代えて、第1放熱部材78(図15を参照)及び制御回路基板75cを備えている。
制御回路基板75cは、コンデンサ50と第1バスバー部41a,41bとの間に配置されている。制御回路基板75cは、コンデンサ50から間隔を空けて配置されている。制御回路基板75cは実施の形態3の制御回路基板75と同様の構成を備えているが、図15に示されるように、制御回路基板75cは、第1放熱部材78をさらに含む。第1放熱部材78は、制御回路基板75cの第2主面76a上に設けられている第1放熱層79aを含む。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱層79a(第1放熱部材78)は、例えば、第1バスバー部41a,41bの面積の80%以上に対向している。第1放熱層79aの厚さは、外側配線77の厚さと同じであってもよいし、外側配線77の厚さより大きくてもよい。第1放熱層79aは、例えば、105μm以上の厚さを有してもよい。第1放熱層79aの厚さを増加させることによって、第1放熱層79aの放熱能力を増大させることができる。第1放熱層79aは、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。第1放熱層79aは、絶縁基材76によって、外側配線77から電気的に絶縁されている。第1放熱層79aは、第1バスバー部41aに対向する第2主面76aの第1部分と第1バスバー部41bに対向する第2主面76aの第2部分とにわたって連続的に形成されてもよい。
第1放熱層79a(第1放熱部材78)は、第1バスバー部41a,41bに熱的に接続されている。例えば、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41a,41bの面積の80%以上は、第1放熱層79aに対向しておりかつ第1放熱層79aに熱的に接続されている。具体的には、第1熱伝達部材65は、第1バスバー部41a,41bと第1放熱層79aとの間に配置されている。第1熱伝達部材65は、第1バスバー部41a,41bと第1放熱層79aとに熱的に接続されている。第1放熱層79aは、第1熱伝達部材65を介して、第1バスバー部41a,41bに熱的に接続されている。第1放熱層79aが導電性を有する場合、第1熱伝達部材65は、電気的絶縁性を有している。
第1放熱層79a(第1放熱部材78)は、ヒートシンク10に熱的に接続されている。具体的には、第1放熱層79a(第1放熱部材78)は、樹脂フレーム28の突出部28pによって支持されており、樹脂フレーム28を介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。
図16及び図17を参照して、本実施の形態の変形例の電力変換装置1dを説明する。電力変換装置1dでは、第1放熱層79a(第1放熱部材78)は、突出部28pではなく、実施の形態2の支持部材62aによって支持されている。支持部材62aは、ヒートシンク10と第1放熱層79aとを互いに熱的に接続している。支持部材62aは、接着剤またはねじを用いて、第1放熱層79aを含む制御回路基板75cに固定されてもよい。支持部材62aは、ヒートシンク10と第1放熱層79aとを互いに電気的に接続してもよい。第1放熱層79aは、ヒートシンク10の同じ電位(例えば、接地電位)を有してもよい。第1放熱層79aは、電力変換装置1dの動作時にパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する電磁的ノイズを低減させることができる。そのため、制御回路基板75cは、パワーモジュールのより近くに配置され得る。電力変換装置1dは小型化され得る。
本実施の形態の電力変換装置1c,1dは、実施の形態3の電力変換装置1bの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1c,1dは、コントローラ4を含む制御回路基板75cをさらに備える。コントローラ4は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)を制御する。制御回路基板75cは、コンデンサ50と第1バスバー部41a,41bとの間に配置されている。制御回路基板75cは、第1バスバー部41a,41bに対向する第2主面76aを含む。第1放熱部材78は、制御回路基板75cの第2主面76a上に設けられている第1放熱層79aを含む。
第1放熱層79aは、放熱板である実施の形態3の第1放熱部材61よりも体積が小さい。そのため、電力変換装置1c,1dは小型化され得る。また、第1放熱層79aは、コントローラ4を含む制御回路基板75cに含まれている。制御回路基板75cとは別に第1放熱部材61(図10及び図11)を用意する必要がない。そのため、電力変換装置1c,1dの生産性が向上する。
実施の形態5.
図18から図23を参照して、実施の形態5の電力変換装置1eを説明する。本実施の形態の電力変換装置1eは、実施の形態4の電力変換装置1cと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の電力変換装置1eは、実施の形態4の電力変換装置1cにおける第1熱伝達部材65、第1放熱部材78及び制御回路基板75cに代えて、第1熱伝達部材65e、第1放熱部材78e及び制御回路基板75eを備えている。
図18から図23を参照して、実施の形態5の電力変換装置1eを説明する。本実施の形態の電力変換装置1eは、実施の形態4の電力変換装置1cと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の電力変換装置1eは、実施の形態4の電力変換装置1cにおける第1熱伝達部材65、第1放熱部材78及び制御回路基板75cに代えて、第1熱伝達部材65e、第1放熱部材78e及び制御回路基板75eを備えている。
制御回路基板75eは、コンデンサ50と第1バスバー部41a,41bとの間に配置されている。制御回路基板75eは、コンデンサ50から間隔を空けて配置されている。制御回路基板75eは実施の形態4の制御回路基板75cと同様の構成を備えているが、図20に示されるように、制御回路基板75eは、第1放熱部材78eをさらに含む。第1放熱部材78eは、制御回路基板75eの第2主面76a上に設けられている第1放熱層79aに加えて、絶縁基材76中に設けられている少なくとも一つの第2放熱層79b,79cを含む。本実施の形態では、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、複数の第2放熱層79b,79cである。
図18及び図19に示されるように、バスバーは、第1バスバー(例えば、正極バスバー40a)と、第2バスバー(例えば、負極バスバー40b)とを含む。第1バスバーは、第1バスバー部41aと、第2バスバー部42aとを含む。第2バスバーは、第1バスバー部41bと、第2バスバー部42bとを含む。
図18から図20に示されるように、第1熱伝達部材65eは、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材78e(第1放熱層79a)との間に配置されており、かつ、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材78e(第1放熱層79a)とに熱的に接続されている。第1熱伝達部材65eは、導電性を有している。第1熱伝達部材65eは、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されてもよい。第1熱伝達部材65eは、例えば、熱伝導グリスまたは熱伝導接着剤のようなサーマルインターフェースマテリアル(TIM)であってもよい。
図18、図19及び図21に示されるように、第1熱伝達部材65eは、第1熱伝達部分65pと、第2熱伝達部分65qとを含む。第1熱伝達部分65pは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aに対向している。第2熱伝達部分65qは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、負極バスバー40bの第1バスバー部41bに対向している。第1熱伝達部分65pは、第1バスバー部41aに面接触してもよい。第2熱伝達部分65qは、第1バスバー部41bに面接触してもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1熱伝達部分65pは、長手方向が第1方向(x方向)でありかつ短手方向が第2方向(y方向)である短冊形状を有している。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第2熱伝達部分65qは、長手方向が第1方向(x方向)でありかつ短手方向が第2方向(y方向)である短冊形状を有している。第2方向(y方向)において、第1熱伝達部分65pと第2熱伝達部分65qとは互いに交互に配列されている。第1熱伝達部分65pと第2熱伝達部分65qとは、第2方向(y方向)において、互いに離間している。第1熱伝達部分65pと第2熱伝達部分65qとは、互いに電気的に絶縁されている。
図22に示されるように、第1放熱層79aは、第1放熱層部分79pと、第2放熱層部分79qとを含む。第1放熱層部分79pは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと第1熱伝達部分65pとに対向している。第2放熱層部分79qは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、負極バスバー40bの第1バスバー部41bと第2熱伝達部分65qとに対向している。第1放熱層部分79pは、第1熱伝達部分65pに面接触してもよい。第2放熱層部分79qは、第2熱伝達部分65qに面接触してもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1放熱層部分79pは、長手方向が第1方向(x方向)でありかつ短手方向が第2方向(y方向)である短冊形状を有している。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第2放熱層部分79qは、長手方向が第1方向(x方向)でありかつ短手方向が第2方向(y方向)である短冊形状を有している。第2方向(y方向)において、第1放熱層部分79pと第2放熱層部分79qとは互いに交互に配列されている。第1放熱層部分79pと第2放熱層部分79qとは、第2方向(y方向)において、互いに離間している。第1放熱層部分79pと第2放熱層部分79qとは、互いに電気的に絶縁されている。
図23に示されるように、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、第1放熱層79aよりも広い面積を有してもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、例えば、第1バスバー部41a,41bの面積の80%以上に対向している。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cの厚さは、外側配線77の厚さと同じであってもよいし、外側配線77の厚さより大きくてもよい。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cの厚さは、第1放熱層79aの厚さと同じであってもよい。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、例えば、105μm以上の厚さを有してもよい。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cの厚さを増加させることによって、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cの放熱能力を増大させることができる。
少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、第1放熱層79aと同じ材料で形成されてもよい。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、絶縁基材76によって、外側配線77及び第1放熱層79aから電気的に絶縁されている。また、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cが複数の第2放熱層79b,79cである場合には、複数の第2放熱層79b,79cは、絶縁基材76によって、互いに電気的に絶縁されている。
図20及び図23に示されるように、制御回路基板75eは、少なくとも一つの第1導電ビア80を含んでもよい。本実施の形態では、少なくとも一つの第1導電ビア80は、複数の第1導電ビア80である。少なくとも一つの第1導電ビア80は、絶縁基材76に設けられた穴の表面に形成された導電膜である。少なくとも一つの第1導電ビア80は、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。少なくとも一つの第1導電ビア80は、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cと同じ材料で形成されてもよい。少なくとも一つの第1導電ビア80は、複数の第2放熱層79b,79cを互いに電気的にかつ熱的に接続している。
図20及び図22に示されるように、制御回路基板75eは、制御回路基板75eの第2主面76a上に設けられている少なくとも一つの伝熱パッド79fを含んでもよい。本実施の形態では、少なくとも一つの伝熱パッド79fは、複数の伝熱パッド79fである。少なくとも一つの伝熱パッド79fは、第1放熱層79aから離れており、第1放熱層79aから電気的に絶縁されている。少なくとも一つの伝熱パッド79fは、制御回路基板75eの第2主面76aの角に設けられてもよい。少なくとも一つの伝熱パッド79fは、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。少なくとも一つの伝熱パッド79fは、第1放熱層79aと同じ材料で形成されてもよい。
図20から図23に示されるように、制御回路基板75eは、少なくとも一つの第2導電ビア82を含んでもよい。本実施の形態では、少なくとも一つの第2導電ビア82は、複数の第2導電ビア82である。少なくとも一つの第2導電ビア82は、絶縁基材76に設けられた穴の表面に形成された導電膜である。少なくとも一つの第2導電ビア82は、例えば、銅、銀、金、スズまたはニッケルのような金属で形成されている。少なくとも一つの第2導電ビア82は、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cと同じ材料で形成されてもよい。少なくとも一つの第2導電ビア82は、少なくとも一つの第1導電ビア80と同じ材料で形成されてもよい。少なくとも一つの第2導電ビア82は、外側配線77と少なくとも一つの第2放熱層79b,79cと少なくとも一つの伝熱パッド79fとを互いに電気的にかつ熱的に接続している。
制御回路基板75e(第1放熱層79a)は、樹脂フレーム28の突出部28pによって支持されている。制御回路基板75は、例えば、ねじのような固定部材83を用いて、樹脂フレーム28の突出部28pに固定されている。固定部材83は、外側配線77と、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cと、少なくとも一つの伝熱パッド79fとに接触している。固定部材83は、さらに、ヒートシンク10まで延在している。固定部材83は、例えば、ヒートシンク10に設けられているめねじ穴に螺合されている。制御回路基板75及び樹脂フレーム28は、固定部材83を用いて、ヒートシンク10に固定されている。固定部材83は、例えば、金属材料で形成されている。
第1放熱層79aは、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cを介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。具体的には、第1放熱層79aと少なくとも一つの第2放熱層79b,79cとの間の絶縁基材76の厚さが薄いため、第1放熱層79aは、絶縁基材76を介して、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cに熱的に接続されている。そして、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、以下のように、ヒートシンク10に熱的に接続されている。そのため、第1放熱層79aは、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cを介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。
少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、固定部材83、少なくとも一つの第2導電ビア82、少なくとも一つの伝熱パッド79fまたは突出部28pを含む樹脂フレーム28の少なくとも一つを介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。例えば、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、固定部材83を介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、少なくとも一つの第2導電ビア82と少なくとも一つの伝熱パッド79fと突出部28pを含む樹脂フレーム28とを介して、ヒートシンク10に熱的に接続されている。
少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、ヒートシンク10に電気的に接続されている。具体的には、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、固定部材83を介して、ヒートシンク10に電気的に接続されている。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、少なくとも一つの第2導電ビア82、少なくとも一つの伝熱パッド79fまたは固定部材83の少なくとも一つを介して、ヒートシンク10に電気的に接続されている。ヒートシンク10は接地されており、ヒートシンク10と少なくとも一つの第2放熱層79b,79cとは接地電位を有してもよい。
第1放熱層79aは、少なくとも一つの第2放熱層79b,79c、固定部材83、少なくとも一つの第2導電ビア82及び少なくとも一つの伝熱パッド79fから電気的に絶縁されている。そのため、第1放熱層79aは、ヒートシンク10から電気的に絶縁されている。
本実施の形態の電力変換装置1eは、実施の形態4の電力変換装置1cの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1eでは、制御回路基板75eは、絶縁基材76をさらに含む。第1放熱部材78eは、絶縁基材76中に設けられている少なくとも一つの第2放熱層79b,79cをさらに含む。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、絶縁基材76によって第1放熱層79aから電気的に絶縁されており、かつ、ヒートシンク10に電気的にかつ熱的に接続されている。
第1放熱部材78eは、第1放熱層79aに加えて、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cをさらに含む。そのため、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱は、第2バスバー部42a,42bを経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、ヒートシンク10に伝わる。パワーモジュールからバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1eは、パワーモジュールから発生する熱に起因するコンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
第1放熱層79aと少なくとも一つの第2放熱層79b,79cとは、放熱板である実施の形態3の第1放熱部材61よりも体積が小さい。そのため、電力変換装置1eは小型化され得る。また、第1放熱層79aと少なくとも一つの第2放熱層79b,79cとは、コントローラ4を含む制御回路基板75eに含まれている。制御回路基板75eとは別に第1放熱部材61(図10及び図11)を用意する必要がない。そのため、電力変換装置1eの生産性が向上する。
少なくとも一つの第2放熱層79b,79cはヒートシンク10に電気的に接続されているため、少なくとも一つの第2放熱層79b,79cはヒートシンク10の同じ電位(例えば、接地電位)を有している。少なくとも一つの第2放熱層79b,79cは、電力変換装置1dの動作時にパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する電磁的ノイズを低減させることができる。制御回路基板75eは、パワーモジュールのより近くに配置され得る。電力変換装置1eは小型化され得る。
本実施の形態の電力変換装置1eでは、導電性を有する第1熱伝達部材65eをさらに備える。第1熱伝達部材65eは、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材78e(第1放熱層79a)との間に配置されており、かつ、第1バスバー部41a,41bと第1放熱部材78e(第1放熱層79a)とに熱的に接続されている。バスバーは、第1バスバー(例えば、正極バスバー40a)と、第2バスバー(例えば、負極バスバー40b)とを含む。第1バスバーと第2バスバーとは、ともに、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。第1熱伝達部材65eは、第1熱伝達部分65pと、第2熱伝達部分65qとを含む。第1熱伝達部分65pは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー(例えば、正極バスバー40a)の第1バスバー部(例えば、第1バスバー部41a)に対向している。第2熱伝達部分65qは、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第2バスバー(例えば、負極バスバー40b)の第1バスバー部(例えば、第1バスバー部41b)に対向している。第1熱伝達部分65pと第2熱伝達部分65qとは互いに電気的に絶縁されている。
第1熱伝達部分65pと第2熱伝達部分65qとは互いに電気的に絶縁されているため、電力変換装置1eでは、導電性を有する第1熱伝達部材65eが用いられ得る。導電性を有する第1熱伝達部材65eは、電気的絶縁性を有する第1熱伝達部材よりも、高い熱伝導率を有している。そのため、電力変換装置1eは、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱に起因するコンデンサ素子51の性能の劣化をさらに低減させることができる。
実施の形態6.
図24及び図25を参照して、実施の形態6の電力変換装置1fを説明する。本実施の形態の電力変換装置1fは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図24及び図25を参照して、実施の形態6の電力変換装置1fを説明する。本実施の形態の電力変換装置1fは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1fでは、放熱板(第1放熱部材61)と第1熱伝達部材65とに孔63が設けられている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、孔63は、例えば、放熱板の中央部に設けられている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、孔63は、例えば、第1熱伝達部材65の中央部にも設けられている。孔63から第1バスバー部41a,41bの一部が露出している。
制御回路基板75は、放熱板(第1放熱部材61)から間隔を空けて、樹脂フレーム28の突出部28pに支持されている。制御回路基板75と放熱板との間の隙間は、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱によって暖められた空気の通り道である風路85として機能する。孔63は、制御回路基板75と放熱板との間に形成されている風路85に連通している。
本実施の形態の電力変換装置1fは、実施の形態3の電力変換装置1bの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1fでは、放熱板(第1放熱部材61)に孔63が設けられている。孔63から第1バスバー部41a,41bの一部が露出している。孔63は、制御回路基板75と放熱板との間に形成されている風路85に連通している。
そのため、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱によって暖められた空気は、風路85を通って、電力変換装置1fの外部に排出される。第1放熱部材61の温度上昇を低減され得る。パワーモジュールからコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1fは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
実施の形態7.
図26から図28を参照して、実施の形態7の電力変換装置1gを説明する。本実施の形態の電力変換装置1gは、実施の形態6の電力変換装置1fと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図26から図28を参照して、実施の形態7の電力変換装置1gを説明する。本実施の形態の電力変換装置1gは、実施の形態6の電力変換装置1fと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
本実施の形態の電力変換装置1gは、実施の形態6の電力変換装置1fにおける制御回路基板75に代えて、制御回路基板75gを備えている。制御回路基板75gは制御回路基板75と同様の構成を備えているが、図28に示されるように、制御回路基板75gには孔76pが設けられている。孔76pは、制御回路基板75g(絶縁基材76)の厚さ方向(第3方向(Z方向))において、制御回路基板75g(絶縁基材76)を貫通している。孔76pは、制御回路基板75g(絶縁基材76)の第2主面76a及び第3主面76bにまで延在している。
電力変換装置1gは、信号端子87をさらに備える。信号端子87は、コントローラ4とパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とを電気的に接続する。具体的には、図26及び図27に示されるように、パワーモジュールに接続されている信号端子87は、放熱板(第1放熱部材61)と第1熱伝達部材65とに設けられている孔63に挿入される。図28に示されるように、信号端子87は、制御回路基板75g(絶縁基材76)に設けられている孔76pに挿入される。信号端子87は、はんだのような導電接合部材88を用いて、外側配線77に接合される。孔63は、制御回路基板75gに向かうにつれて先細になるテーパ孔であってもよい。
本実施の形態の電力変換装置1gは、実施の形態6の電力変換装置1fの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1gは、信号端子87をさらに備える。信号端子87は、コントローラ4とパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とを電気的に接続する。信号端子87は、孔63に挿入されている。
パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から発生する熱によって暖められた空気を通す孔63は、コントローラ4とパワーモジュールとを電気的に接続する信号端子87を通す孔63としても利用され得る。そのため、電力変換装置1gは、小型化され得る。
本実施の形態の電力変換装置1gでは、孔63は、制御回路基板75gに向かうにつれて先細になるテーパ孔である。信号端子87は、テーパ孔に挿入されている。
電力変換装置1gを組み立てるために、第1放熱部材61及び脚62をヒートシンク10の第1主面11に向けて移動させるとき、信号端子87はテーパ孔に案内される。ヒートシンク10の第1主面11の平面視における信号端子87の位置がアライメントされる。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、制御回路基板75g(例えば、孔76p)に対する信号端子87の位置が安定し、制御回路基板75gへの信号端子87の接続が容易になる。電力変換装置1gの組み立てコストが低減され得る。電力変換装置1gの生産性が向上され得る。
実施の形態8.
図29及び図30を参照して、実施の形態8の電力変換装置1hを説明する。本実施の形態の電力変換装置1hは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図29及び図30を参照して、実施の形態8の電力変換装置1hを説明する。本実施の形態の電力変換装置1hは、実施の形態3の電力変換装置1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1hは、第2放熱部材90をさらに備える。第2放熱部材90は、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有している。第2放熱部材90は、1.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよく、10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有してもよい。
第2放熱部材90は、電気的絶縁材料で形成されてもよい。第2放熱部材90は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)または炭化珪素(SiC)のようなセラミックで形成されてもよい。第2放熱部材90は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)またはポリエーテルスルホン(PES)のようなスーパーエンジニアリングプラスチックで形成されてもよい。第2放熱部材90は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリロニトリルスチレン(AS)のようなエンジニアリングプラスチックで形成されてもよい。
第2放熱部材90は、導電性材料で形成されてもよい。第2放熱部材90は、例えば、炭素系の複合素材で形成されてもよい。第2放熱部材90は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄または鉄合金のような金属で形成されてもよい。第2放熱部材90は、第1放熱部材61と同じ材料で形成されてもよいし、第1放熱部材61とは異なる材料で形成されてもよい。
第2放熱部材90は、第1放熱部材61(放熱板)またはヒートシンク10の少なくとも一つとコンデンサ50とに接続されている。そのため、第2放熱部材90は、第1放熱部材61(放熱板)またはヒートシンク10の少なくとも一つとコンデンサ50とに熱的に接続されている。第2放熱部材90は、ヒートシンク10に電気的に接続されてもよい。第2放熱部材90は、ヒートシンク10の同じ電位(例えば、接地電位)を有してもよい。
図29から図32に示される本実施の形態及びその変形例の電力変換装置1h,1iように、第2放熱部材90は、脚62を介して、第1放熱部材61に接続されてもよい。具体的には、図29及び図30に示される本実施の形態の電力変換装置1hのように、第2放熱部材90は、脚62のうち第1放熱部材61に近位する部分に接続されてもよい。図31及び図32に示される本実施の形態の変形例の電力変換装置1iのように、第2放熱部材90は、脚62のうちヒートシンク10に固定されている部分に接続されてもよい。第2放熱部材90は、ヒートシンク10の第1主面11まで延在していて、ヒートシンク10の第1主面11に固定されてもよい。第2放熱部材90は、溶接によって、第1放熱部材61、脚62またはヒートシンク10に接合されてもよい。第2放熱部材90は、接着剤またはねじを用いて、第1放熱部材61、脚62またはヒートシンク10に固定されてもよい。
第2放熱部材90の一部は、コンデンサ50の封止部材54に埋め込まれている。第2放熱部材90の一部は、第2バスバー部42a,42bのうちコンデンサ素子51に接合されている部分に対向してもよい。第2放熱部材90の一部は、第2バスバー部42a,42bのうちコンデンサ素子51に接合されている部分に沿って延在してもよい。第2放熱部材90の一部と第2バスバー部42a,42bのうちコンデンサ素子51に接合されている部分とは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在してもよい。
第2放熱部材90の一部と第2バスバー部42a,42bのうちコンデンサ素子51に接合されている部分とは、コンデンサ素子51に対向してもよい。第2バスバー部42a,42bのうちコンデンサ素子51に接合されている部分は、コンデンサ素子51と第2放熱部材90の一部との間にあってもよい。制御回路基板75とコンデンサ素子51とが互いに離間されている方向(ヒートシンク10の第1主面11の法線方向、第3方向(Z方向))において、封止部材54に埋め込まれている第2放熱部材90の一部は、制御回路基板75とコンデンサ素子51との間に配置されており、かつ、制御回路基板75と第2バスバー部42a,42bとの間に配置されている。
第2放熱部材90は、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)及びコンデンサ素子51から電気的に絶縁されている。例えば、第2放熱部材90は、電気的絶縁性を有する封止部材54によって、バスバーの第2バスバー部42a,42b及びコンデンサ素子51から電気的に絶縁されている。
本実施の形態の電力変換装置1h,1iは、実施の形態3の電力変換装置1bの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1h,1iは、放熱板(第1放熱部材61)またはヒートシンク10の少なくとも一つとコンデンサ50とに接続されている第2放熱部材90をさらに備える。第2放熱部材90は、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)及びコンデンサ素子51から電気的に絶縁されている。
第2放熱部材90は、コンデンサ50の熱を、放熱板(第1放熱部材61)またはヒートシンク10の少なくとも一つに伝導させる。第2放熱部材90は、コンデンサ50の温度を低減させる。電力変換装置1h,1iは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1h,1iでは、制御回路基板75とコンデンサ素子51とが互いに離間されている方向(ヒートシンク10の第1主面11の法線方向、第3方向(Z方向))において、第2放熱部材90の一部は、制御回路基板75とコンデンサ素子51との間に配置されており、かつ、制御回路基板75と第2バスバー部42a,42bとの間に配置されている。第1放熱部材61及び第2放熱部材90は、導電性を有しており、かつ、ヒートシンク10に電気的に接続されている。
電力変換装置1h,1iの動作時に、コンデンサ素子51及び第2バスバー部42a,42bに入力されるまたはコンデンサ素子51及び第2バスバー部42a,42bから出力される電流または電圧が電気的に振動することがある。この振動電流または振動電圧は、電磁的ノイズを発生させる。第2放熱部材90は、導電性を有しており、かつ、ヒートシンク10に電気的に接続されているため、第2放熱部材90はヒートシンク10と同電位(例えば、接地電位)を有している。第2放熱部材90は、電力変換装置1h,1iの動作時にコンデンサ素子51及び第2バスバー部42a,42bから発生する電磁的ノイズを低減させることができる。そのため、コンデンサ50は、制御回路基板75のより近くに配置され得る。電力変換装置1h,1iは小型化され得る。
実施の形態9.
図33から図35を参照して、実施の形態9の電力変換装置1jを説明する。本実施の形態の電力変換装置1jは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図33から図35を参照して、実施の形態9の電力変換装置1jを説明する。本実施の形態の電力変換装置1jは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1jは、第2熱伝達部材67をさらに備える。第2熱伝達部材67は、電気的絶縁性を有している。第2熱伝達部材67は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂またはアクリル系樹脂のような樹脂材料で形成されてもよい。第2熱伝達部材67は、例えば、熱伝導グリスまたは熱伝導接着剤のようなサーマルインターフェースマテリアル(TIM)であってもよい。第2熱伝達部材67は、第1熱伝達部材65と同じ材料で形成されてもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとは互いに重なっている。例えば、ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、負極バスバー40bの第1バスバー部41bの一部と互いに重なっている。第2熱伝達部材67は、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとの間に配置されている。第2熱伝達部材67は、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとを互いに熱的に接続している。第2熱伝達部材67は、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとを互いに電気的に絶縁している。
本実施の形態では、ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第3方向(Z方向))において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、負極バスバー40bの第1バスバー部41bよりも、ヒートシンク10の第1主面11から遠位している。負極バスバー40bの第1バスバー部41bには、第1開口41pと、第2開口41qとが設けられている。第1リード25は、第1開口41pを通って、正極バスバー40aの第1バスバー部41aに接続されている。第1リード25は、負極バスバー40bの第1バスバー部41bから電気的に絶縁されている。第2リード25aは、第2開口41qを通って、負極バスバー40bの第1バスバー部41bに接続されている。本実施の形態の変形例では、ヒートシンク10の第1主面11の法線方向(第3方向(Z方向))において、負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、正極バスバー40aの第1バスバー部41aよりも、ヒートシンク10の第1主面11から遠位してもよい。
第1バスバー部41aと第1バスバー部41bとの間の高さの差に応じて、第1放熱部材61は段差61sを含む。具体的には、第1放熱部材61は、第1バスバー部41aに対向する第1部分61iと、第1バスバー部41bに対向しているが第1バスバー部41aに対向していない第2部分61jとを含む。第1放熱部材61の第1部分61iは、第1放熱部材61の第2部分61jよりも、ヒートシンク10の第1主面11から遠位している。段差61sは、第1部分61iと第2部分61jとの間にある。段差61sを含む第1放熱部材61は、第1熱伝達部材65が均一な厚さを有していても、第1バスバー部41aと第1バスバー部41bとが第1熱伝達部材65を介して第1放熱部材61に確実に熱的に接続されることを可能にする。
正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在している。特定的には、第1バスバー部41aは、第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)とに沿って延在している。第1バスバー部41aは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在する主面を有しかつ長手方向が第2方向(Y方向)である板状部材である。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、第1パワーモジュール21を覆っているが、第2パワーモジュール21aを覆っていない。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aの一つは、複数の第1パワーモジュール21(例えば、三個の第1パワーモジュール21)を覆っている。
負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在している。特定的には、第1バスバー部41bは、第1方向(X方向)と第2方向(Y方向)とに沿って延在している。第1バスバー部41bは、ヒートシンク10の第1主面11に沿って延在する主面を有しかつ長手方向が第1方向(X方向)である板状部材である。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、第1パワーモジュール21と第2パワーモジュール21aとを覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bの一つは、複数の第1パワーモジュール21(例えば、三個の第1パワーモジュール21)と複数の第2パワーモジュール21a(例えば、三個の第2パワーモジュール21a)とを覆っている。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の15%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41aは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の20%以上を覆ってもよい。
ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第2パワーモジュール21aの面積の50%以上を覆っている。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、第2パワーモジュール21aの面積の80%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の50%以上を覆ってもよい。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、第1バスバー部41bは、例えば、第1パワーモジュール21の面積の80%以上を覆ってもよい。
電力変換装置1jでは、バスバー(正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40b)は、第1バスバーと、第2バスバーとを含む。第1バスバーと第2バスバーとは、ともに、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。第1バスバーの第1バスバー部41a,41bの第1電流経路は、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bの第2電流経路よりも長く、かつ、第1バスバーの第1バスバー部41a,41bは、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bよりも広い面積で、第1放熱部材61に対向しかつ第1放熱部材61に熱的に接続されている。本実施の形態では、第1バスバーは負極バスバー40bであり、第2バスバーは正極バスバー40aである。
具体的には、負極バスバー40bの第1バスバー部41bの第1電流経路の第1長さは、第2パワーモジュール21aの第2リード25aと負極バスバー40bの第2バスバー部42bとの間の距離である。正極バスバー40aの第1バスバー部41aの第2電流経路の第2長さは、第1パワーモジュール21の第1リード25と正極バスバー40aの第2バスバー部42aとの間の距離である。第2パワーモジュール21aの第2リード25aと負極バスバー40bの第2バスバー部42bとの間の距離は、第1パワーモジュール21の第1リード25と正極バスバー40aの第2バスバー部42aとの間の距離よりも大きい。負極バスバー40bの第1バスバー部41bの第1電流経路の第1長さは、正極バスバー40aの第1バスバー部41aの第2電流経路の第2長さよりも大きい。
また、負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、正極バスバー40aの第1バスバー部41aよりも広い面積で第1放熱部材61に対向している。正極バスバー40aの第1バスバー部41aは、第1熱伝達部材65を介して、第1放熱部材61に熱的に接続されている。負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、第1熱伝達部材65、第2熱伝達部材67及び正極バスバー40aの第1バスバー部41aを介して、第1放熱部材61に熱的に接続されている。こうして、負極バスバー40bの第1バスバー部41bは、正極バスバー40aの第1バスバー部41aよりも広い面積で、第1放熱部材61に熱的に接続されている。
本実施の形態の第1変形例では、第1バスバーは正極バスバー40aであり、第2バスバーは負極バスバー40bであってもよい。本実施の形態の第2変形例では、第1バスバーは正極バスバー40aのうちの一つであり、第2バスバーは正極バスバー40aの他の一つであってもよい。本実施の形態の第3変形例では、第1バスバーは負極バスバー40bのうちの一つであり、第2バスバーは負極バスバー40bの他の一つであってもよい。
本実施の形態の電力変換装置1jは、実施の形態1の電力変換装置1の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1jでは、バスバー(正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40b)は、第1バスバー(例えば、負極バスバー40b)と、第2バスバー(例えば、正極バスバー40a)とを含む。第1バスバーと第2バスバーとは、ともに、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。第1バスバーの第1バスバー部41a,41bの第1電流経路は、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bの第2電流経路よりも長く、かつ、第1バスバーの第1バスバー部41a,41bは、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bよりも広い面積で、第1放熱部材61に対向しかつ第1放熱部材61に熱的に接続されている。
第1バスバーの第1バスバー部41a,41bの第1電流経路は、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bの第2電流経路よりも長いため、第1バスバーの第1バスバー部41a,41bの第1電気抵抗は第2バスバーの第1バスバー部41a,41bの第2電気抵抗よりも大きい。第1バスバーの第1バスバー部41a,41bの第1発熱量は第2バスバーの第1バスバー部41a,41bの第2発熱量よりも大きい。第1バスバーの第1バスバー部41a,41bは、第2バスバーの第1バスバー部41a,41bよりも広い面積で、第1放熱部材61に対向しかつ第1放熱部材61に熱的に接続されている。こうして、電力変換装置1jは、発熱量がより大きな第1バスバーの第1バスバー部41a,41bが、発熱量がより小さな第2バスバーの第1バスバー部41a,41bよりも、第1放熱部材61によって効率的に放熱されるように構成されている。
そのため、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)からバスバー(第1バスバー、第2バスバー)を経由してコンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1jは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。また、第2バスバーが小型化される。そのため、電力変換装置1jは、小型化され得る。
本実施の形態の電力変換装置1jは、電気的絶縁性を有する第2熱伝達部材67をさらに備える。バスバーは、正極バスバー40aと、負極バスバー40bとを含む。正極バスバー40aと負極バスバー40bとは、ともに、第1バスバー部41a,41bと、第2バスバー部42a,42bとを含む。ヒートシンク10の第1主面11の平面視において、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとは互いに重なっている。第2熱伝達部材67は、正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとの間に配置されている。
正極バスバー40aの第1バスバー部41aと負極バスバー40bの第1バスバー部41bとは互いに重なっているため、正極バスバー40aと負極バスバー40bとの間のインダクタンスが低減する。バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)のインダクタンスLとコンデンサ素子51の容量Cとに起因する電流の共振現象が低減されて、コンデンサ素子51、バスバー及びパワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)に流れるリップル電流が低減される。リップル電流に起因する、コンデンサ素子51、バスバー及びパワーモジュールの発熱量が減少する。電力変換装置1jは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
実施の形態10.
図36及び図37を参照して、実施の形態10の電力変換装置1kを説明する。本実施の形態の電力変換装置1kは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。電力変換装置1kは、ケース100と、第3熱伝達部材105とをさらに備える。
図36及び図37を参照して、実施の形態10の電力変換装置1kを説明する。本実施の形態の電力変換装置1kは、実施の形態1の電力変換装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。電力変換装置1kは、ケース100と、第3熱伝達部材105とをさらに備える。
ケース100は、導電性を有してもよい。ケース100は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、スズ、スズ合金、ニッケル合金、金、金合金、銀、銀合金、鉄または鉄合金のような金属で形成されてもよい。ケース100は、炭素系の複合材料で形成されてもよい。ケース100は、電気的絶縁性を有してもよい。ケース100は、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)またはアルミナのようなセラミックで形成されてもよい。
ケース100は、ヒートシンク10に取り付けられている。ケース100は、例えば、溶接によって、ヒートシンク10に接合されてもよい。ケース100は、例えば、接着剤またはねじを用いて、ヒートシンク10に固定されてもよい。ケース100は、ヒートシンク10に熱的に接続されている。ケース100は、導電性を有してもよく、かつ、ヒートシンク10に電気的に接続されてもよい。パワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース100とで規定される空間内に収容されている。
ケース100は、側壁102を含む。ケース100は、テーパ部103をさらに含んでもよい。テーパ部103は、ヒートシンク10に近位する側壁102の先端部に設けられている。テーパ部103は、ヒートシンク10に向かうにつれて先細となる形状を有している。
第3熱伝達部材105は、電気的絶縁性を有している。第3熱伝達部材105は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂またはアクリル系樹脂のような樹脂材料で形成されてもよい。第3熱伝達部材105は、例えば、熱伝導グリスまたは熱伝導接着剤のようなサーマルインターフェースマテリアル(TIM)であってもよい。
第3熱伝達部材105は、第2バスバー部42a,42bとケース100(テーパ部103)との間に配置されている。第3熱伝達部材105は、ケース100(テーパ部103)と第2バスバー部42a,42bとに熱的に接続されている。第2バスバー部42a,42bは、第3熱伝達部材105を介して、ケース100(テーパ部103)に熱的に接続されている。第3熱伝達部材105は、弾力性を有してもよい。第3熱伝達部材105は、第2バスバー部42a,42bとケース100(テーパ部103)とに密着してもよい。第3熱伝達部材105は、ケース100とテーパ部103と相補的なテーパ形状を有してもよい。第3熱伝達部材105は、ヒートシンク10から離れるにつれて先細となる形状を有している。第3熱伝達部材105は、粘着性を有してもよい。
電力変換装置1kの製造方法のうち、ケース100をヒートシンク10に取り付ける工程の一例を説明する。第2バスバー部42a,42bに、粘着性を有する第3熱伝達部材105を貼り付ける。それから、ケース100をヒートシンク10に向けて移動させる。ケース100のテーパ部103は第3熱伝達部材105と相補的な形状を有しているため、ケース100のテーパ部103は、第3熱伝達部材105に密着する。ケース100のテーパ部103は、第3熱伝達部材105に圧入される。こうして、第3熱伝達部材105は、第2バスバー部42a,42bとケース100とに熱的に接続される。ケース100は、ヒートシンク10に当接する。ケース100は、溶接、接着剤またはねじによって、ヒートシンク10に固定される。
本実施の形態の電力変換装置1kは、実施の形態1の電力変換装置1の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1kは、ケース100と、第3熱伝達部材105とをさらに備える。ケース100は、ヒートシンク10に取り付けられている。第3熱伝達部材105は、電気的絶縁性を有している。パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース100とで規定される空間内に収容されている。第3熱伝達部材105は、ケース100と第2バスバー部42a,42bとに熱的に接続されている。
電力変換装置1kの動作時に、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から熱が発生する。この熱がバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、この熱は、第2バスバー部42a,42bから第3熱伝達部材105及びケース100を経由してヒートシンク10に伝わる。コンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1kは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
実施の形態11.
図38及び図39を参照して、実施の形態11の電力変換装置1mを説明する。本実施の形態の電力変換装置1mは、実施の形態8の電力変換装置1hと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
図38及び図39を参照して、実施の形態11の電力変換装置1mを説明する。本実施の形態の電力変換装置1mは、実施の形態8の電力変換装置1hと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
電力変換装置1mは、ケース101と、第3熱伝達部材106とをさらに備える。
本実施の形態のケース101は、実施の形態10のケース100と同様である。すなわち、ケース101は、ヒートシンク10に取り付けられている。パワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース101とで規定される空間内に収容されている。本実施の形態のケース101は、実施の形態10のケース100と異なり、テーパ部103(図36及び図37を参照)を含んでいなくてもよい。
本実施の形態のケース101は、実施の形態10のケース100と同様である。すなわち、ケース101は、ヒートシンク10に取り付けられている。パワーモジュール組立体(第1パワーモジュール組立体20、第2パワーモジュール組立体20b)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース101とで規定される空間内に収容されている。本実施の形態のケース101は、実施の形態10のケース100と異なり、テーパ部103(図36及び図37を参照)を含んでいなくてもよい。
本実施の形態の第3熱伝達部材106は、実施の形態10の第3熱伝達部材105と同様であるが、以下の点で実施の形態10の第3熱伝達部材105と異なっている。
第3熱伝達部材106は、ケース101と第1放熱部材61とに熱的に接続されている。第3熱伝達部材106は、ケース101と第2放熱部材90とに熱的に接続されている。具体的には、第3熱伝達部材106は、脚62に貼り付けられており、脚62に熱的に接続されている。第3熱伝達部材106は、第2放熱部材90のうち第1放熱部材61(または脚62)に近位する部分に貼り付けられており、第2放熱部材90のうち第1放熱部材61(または脚62)に近位する部分に熱的に接続されている。第1放熱部材61は、第3熱伝達部材106と脚62または第2放熱部材90の少なくとも一つとを介して、ケース101に熱的に接続されている。第2放熱部材90は、第3熱伝達部材106を介して、ケース101に熱的に接続されている。第3熱伝達部材106は、電気的絶縁性を有してもよいし、導電性を有してもよい。
本実施の形態の電力変換装置1mは、実施の形態8の電力変換装置1hの効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。
本実施の形態の電力変換装置1mは、ケース101と、第3熱伝達部材106とをさらに備える。ケース101は、ヒートシンク10に取り付けられている。パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース101とで規定される空間内に収容されている。第3熱伝達部材106は、ケース101と第1放熱部材61とに熱的に接続されている。
電力変換装置1mの動作時に、パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)から熱が発生する。この熱がバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)を経由してコンデンサ素子51に伝わる前に、この熱は、第1放熱部材61、第3熱伝達部材106及びケース101を経由してヒートシンク10に伝わる。コンデンサ素子51に伝わる熱の量が減少する。電力変換装置1mは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
本実施の形態の電力変換装置1mは、ケース101と、第3熱伝達部材106とをさらに備える。ケース101は、ヒートシンク10に取り付けられている。パワーモジュール(第1パワーモジュール21、第2パワーモジュール21a)とコンデンサ50とバスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)と第1放熱部材61とは、ヒートシンク10とケース101とで規定される空間内に収容されている。第3熱伝達部材106は、ケース101と第2放熱部材90とに熱的に接続されている。
コンデンサ50の熱は、第2放熱部材90及び第3熱伝達部材106を経由して、ヒートシンク10に伝わる。コンデンサ50の温度が低減され得る。電力変換装置1mは、コンデンサ素子51の性能の劣化を低減させることができる。
実施の形態12.
図40を参照して、実施の形態12の電力変換装置1uの回路構成の一例を説明する。本実施の形態の電力変換装置1uの回路は、実施の形態1の電力変換装置1の回路と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。電力変換装置1uは、電圧制御回路5と、平滑回路3bとをさらに含む。
図40を参照して、実施の形態12の電力変換装置1uの回路構成の一例を説明する。本実施の形態の電力変換装置1uの回路は、実施の形態1の電力変換装置1の回路と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。電力変換装置1uは、電圧制御回路5と、平滑回路3bとをさらに含む。
電圧制御回路5は、バッテリー7と平滑回路3bとの間に配置されている。電圧制御回路5は、第1スイッチング素子16と、第2スイッチング素子16aとを含む。第1スイッチング素子16及び第2スイッチング素子16aは、各々、互いに電気的に並列配置されているトランジスタとダイオードとを含む。トランジスタは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。ダイオードは、例えば、フリーホイールダイオードである。電圧制御回路5は、モータ8の効率が最大となるように、バッテリー7から出力される第1直流電圧の大きさを調整する。コントローラ4は、電圧制御回路5に電気的に接続されており、電圧制御回路5を制御する。
平滑回路3bは、コンデンサ50bを含む。コンデンサ50bは、コンデンサ50と同様の構成を備えている。平滑回路3bは、バッテリー7から供給される第1直流電圧に重畳する振動電圧を除去する。電力変換装置1uの動作時に、電圧制御回路5及び平滑回路3bに大電流が流れる。そのため、電圧制御回路5及び平滑回路3bは、バスバー(正極バスバー40a、負極バスバー40b)に接続されている。
実施の形態1-11のいずれかに示される電力変換装置1-1mの構成は、電圧制御回路5とコンデンサ50bとにも適用され得る。
今回開示された実施の形態1-12はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態1-12の少なくとも2つを組み合わせてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1h,1i,1j,1k,1m,1u 電力変換装置、2 インバータ回路、3,3b 平滑回路、4 コントローラ、5 電圧制御回路、7 バッテリー、8 モータ、9 発電機、10 ヒートシンク、11 第1主面、15 第1インバータ回路、15b 第2インバータ回路、16 第1スイッチング素子、16a 第2スイッチング素子、20 第1パワーモジュール組立体、20b 第2パワーモジュール組立体、21 第1パワーモジュール、21a 第2パワーモジュール、22 絶縁基板、22p 絶縁基材、22q おもて面導電層、22r 裏面導電層、23p 半導体スイッチング素子、23q ダイオード、24p,24q,26p,26q,26r,88 導電接合部材、25 第1リード、25a 第2リード、25p,25q リード、27,54 封止部材、28 樹脂フレーム、28p 突出部、29 第1交流ライン、29b 第2交流ライン、40a 正極バスバー、40b 負極バスバー、41a,41b 第1バスバー部、41p 第1開口、41q 第2開口、42a,42b 第2バスバー部、46a,46b 端子部、50,50b コンデンサ、51 コンデンサ素子、53 コンデンサケース、61,78,78e 第1放熱部材、61e 外縁、61i 第1部分、61j 第2部分、61s 段差、62 脚、62a 支持部材、63,76p 孔、65,65e 第1熱伝達部材、65p 第1熱伝達部分、65q 第2熱伝達部分、67 第2熱伝達部材、75,75c,75e,75g 制御回路基板、76 絶縁基材、76a 第2主面、76b 第3主面、77 外側配線、79a 第1放熱層、79b,79c 第2放熱層、79f 伝熱パッド、79p 第1放熱層部分、79q 第2放熱層部分、80 第1導電ビア、82 第2導電ビア、83 固定部材、85 風路、87 信号端子、90 第2放熱部材、100,101 ケース、102 側壁、103 テーパ部、105,106 第3熱伝達部材。
Claims (21)
- 第1主面を含むヒートシンクと、
前記第1主面上に載置されているパワーモジュールと、
コンデンサ素子を含むコンデンサと、
前記パワーモジュールと前記コンデンサ素子とに固定されかつ電気的に接続されているバスバーと、
前記コンデンサと前記パワーモジュールとの間に配置されている第1放熱部材とを備え、
前記バスバーは、前記パワーモジュールに固定されかつ電気的に接続されている第1バスバー部と、前記第1バスバー部と前記コンデンサ素子とに固定されかつ電気的に接続されている第2バスバー部とを含み、
前記第1主面の平面視において、前記第1放熱部材は前記パワーモジュールと前記第1バスバー部とを覆っており、かつ、前記コンデンサは前記第1放熱部材と重なっており、
前記第1放熱部材は、前記第1バスバー部と前記ヒートシンクに熱的に接続されている、電力変換装置。 - 前記第1放熱部材は、前記コンデンサから空隙を空けて配置されている、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記ヒートシンクの前記第1主面上に設けられている支持部材をさらに備え、
前記支持部材は、前記第1放熱部材を支持しており、
前記平面視において、前記支持部材は、前記第1放熱部材の外縁よりも前記第1放熱部材の内側に配置されている、請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第1放熱部材は、前記第1主面に沿って延在している放熱板である、請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記放熱板を支持する脚をさらに備え、
前記脚は、前記ヒートシンクの前記第1主面に固定されており、かつ、前記平面視において前記放熱板の外縁から前記放熱板の外側に延在している、請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記パワーモジュールを制御するコントローラを含む制御回路基板をさらに備え、
前記制御回路基板は、前記コンデンサと前記放熱板との間に配置されている、請求項4または請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記放熱板に孔が設けられており、
前記孔から前記第1バスバー部の一部が露出しており、
前記孔は、前記制御回路基板と前記放熱板との間に形成されている風路に連通している、請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記コントローラと前記パワーモジュールとを電気的に接続する信号端子をさらに備え、
前記信号端子は、前記孔に挿入されている、請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記孔は、前記制御回路基板に向かうにつれて先細になるテーパ孔であり、
前記信号端子は、前記テーパ孔に挿入されている、請求項8に記載の電力変換装置。 - 前記コンデンサと前記放熱板または前記ヒートシンクの少なくとも一つとに接続されている第2放熱部材をさらに備え、
前記第2放熱部材は、前記バスバー及び前記コンデンサ素子から電気的に絶縁されている、請求項4から請求項9のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記コンデンサと前記放熱板または前記ヒートシンクの少なくとも一つとに接続されている第2放熱部材をさらに備え、
前記第2放熱部材は、前記バスバー及び前記コンデンサ素子から電気的に絶縁されており、
前記制御回路基板と前記コンデンサ素子とが互いに離間されている方向において、前記第2放熱部材の一部は、前記制御回路基板と前記コンデンサ素子との間に配置されており、かつ、前記制御回路基板と前記第2バスバー部との間に配置されており、
前記第1放熱部材及び前記第2放熱部材は、導電性を有しており、かつ、前記ヒートシンクに電気的に接続されている、請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記パワーモジュールを制御するコントローラを含む制御回路基板をさらに備え、
前記制御回路基板は、前記コンデンサと前記第1バスバー部との間に配置されており、
前記制御回路基板は、前記第1バスバー部に対向する第2主面を含み、
前記第1放熱部材は、前記制御回路基板の前記第2主面上に設けられている第1放熱層を含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路基板は、絶縁基材をさらに含み、
前記第1放熱部材は、前記絶縁基材中に設けられている少なくとも一つの第2放熱層をさらに含み、
前記少なくとも一つの第2放熱層は、前記絶縁基材によって前記第1放熱層から電気的に絶縁されており、かつ、前記ヒートシンクに電気的にかつ熱的に接続されている、請求項12に記載の電力変換装置。 - 電気的絶縁性を有する第1熱伝達部材をさらに備え、
前記第1熱伝達部材は、前記第1バスバー部と前記第1放熱部材との間に配置されておりかつ前記第1バスバー部と前記第1放熱部材とに熱的に接続されており、
前記第1放熱部材は、導電性を有しており、かつ、前記ヒートシンクに電気的に接続されている、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 導電性を有する第1熱伝達部材をさらに備え、
前記第1熱伝達部材は、前記第1バスバー部と前記第1放熱部材との間に配置されておりかつ前記第1バスバー部と前記第1放熱部材とに熱的に接続されており、
前記バスバーは、第1バスバーと、第2バスバーとを含み、
前記第1バスバーと前記第2バスバーとは、ともに、前記第1バスバー部と、前記第2バスバー部とを含み、
前記第1熱伝達部材は、第1熱伝達部分と、第2熱伝達部分とを含み、
前記第1熱伝達部分は、前記平面視において、前記第1バスバーの前記第1バスバー部に対向しており、
前記第2熱伝達部分は、前記平面視において、前記第2バスバーの前記第1バスバー部に対向しており、
前記第1熱伝達部分と前記第2熱伝達部分とは互いに電気的に絶縁されている、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記平面視において、前記第1バスバー部は前記パワーモジュールを覆っている、請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記バスバーは、第1バスバーと、第2バスバーとを含み、
前記第1バスバーと前記第2バスバーとは、ともに、前記第1バスバー部と、前記第2バスバー部とを含み、
前記第1バスバーの前記第1バスバー部の第1電流経路は、前記第2バスバーの前記第1バスバー部の第2電流経路よりも長く、かつ、前記第1バスバーの前記第1バスバー部は、前記第2バスバーの前記第1バスバー部よりも広い面積で、前記第1放熱部材に対向しかつ前記第1放熱部材に熱的に接続されている、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 電気的絶縁性を有する第2熱伝達部材をさらに備え、
前記バスバーは、正極バスバーと、負極バスバーとを含み、
前記正極バスバーと前記負極バスバーとは、ともに、前記第1バスバー部と、前記第2バスバー部とを含み、
前記平面視において、前記正極バスバーの前記第1バスバー部と前記負極バスバーの前記第1バスバー部とは互いに重なっており、
前記第2熱伝達部材は、前記正極バスバーの前記第1バスバー部と前記負極バスバーの前記第1バスバー部との間に配置されている、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記ヒートシンクに取り付けられているケースと、
電気的絶縁性を有する第3熱伝達部材とをさらに備え、
前記パワーモジュールと前記コンデンサと前記バスバーと前記第1放熱部材とは、前記ヒートシンクと前記ケースとで規定される空間内に収容されており、
前記第3熱伝達部材は、前記ケースと前記第2バスバー部とに熱的に接続されている、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記ヒートシンクに取り付けられているケースと、
第3熱伝達部材とをさらに備え、
前記パワーモジュールと前記コンデンサと前記バスバーと前記第1放熱部材とは、前記ヒートシンクと前記ケースとで規定される空間内に収容されており、
前記第3熱伝達部材は、前記ケースと前記第1放熱部材とに熱的に接続されている、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記ヒートシンクに取り付けられているケースと、
第3熱伝達部材とをさらに備え、
前記パワーモジュールと前記コンデンサと前記バスバーと前記第1放熱部材とは、前記ヒートシンクと前記ケースとで規定される空間内に収容されており、
前記第3熱伝達部材は、前記ケースと前記第2放熱部材とに熱的に接続されている、請求項10または請求項11に記載の電力変換装置。
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