JPWO2014024361A1 - Cooling structure and power conversion device - Google Patents
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Abstract
ケース体の一面に放熱部材(13)が形成された半導体パワーモジュール(11)と、放熱部材に接合される冷却体(3)と、発熱回路部品を含む実装基板(22),(23)と、実装基板を半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持する伝熱支持用金属板(32),(33)を備える。放熱部材は、冷却体に接合する側に接液部(17)が突出して形成され、冷却体は、冷却液に接液部を浸漬する浸漬部(5)と、浸漬部の外側に形成されてOリングを装着した周溝(6)を設けている。放熱部材及び冷却体は、周溝より外側の互いの接合面で伝熱支持用金属板を挟持し、Oリングの断面直径が、伝熱支持用金属板の厚みと周溝の深さとを足した値より大きな値に設定されている。A semiconductor power module (11) having a heat radiating member (13) formed on one surface of the case body, a cooling body (3) joined to the heat radiating member, and mounting boards (22) and (23) including heat generating circuit components; The heat transfer supporting metal plates (32), (33) for supporting the mounting substrate with a predetermined distance between the mounting substrate and the semiconductor power module are provided. The heat dissipating member is formed such that the liquid contact part (17) protrudes on the side to be joined to the cooling body, and the cooling body is formed outside the immersion part, the immersion part (5) for immersing the liquid contact part in the cooling liquid. A circumferential groove (6) fitted with an O-ring is provided. The heat dissipating member and the cooling body sandwich the heat transfer supporting metal plate at the joint surfaces outside the circumferential groove, and the cross-sectional diameter of the O-ring adds the thickness of the heat transfer supporting metal plate and the depth of the circumferential groove. It is set to a value larger than the value set.
Description
本発明は、発熱体の熱を冷却する冷却構造体と、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュール上に、所定間隔を保って上記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を支持するようにした電力変換装置に関する。 The present invention provides a circuit component including a heat generating circuit component that drives a semiconductor switching element at a predetermined interval on a cooling structure that cools heat of the heating element and a module that incorporates a semiconductor switching element for power conversion. The present invention relates to a power conversion device that supports a mounted substrate.
この種の電力変換装置としては、特許文献1に記載された電力変換装置が知られている。
この電力変換装置は、筐体内に、冷却液が通過する水冷ジャケットを配置し、この水冷ジャケット上に電力変換用の半導体スイッチング素子としてのIGBTを内蔵したパワーモジュールを配置して冷却するようにしている。また、筐体内には、パワーモジュールの水冷ジャケットとは反対側に所定距離を保って制御回路基板を配置し、この制御回路基板で発生する熱を、放熱部材を介して制御回路基板を支持する金属ベース板に伝達し、さらに金属ベース板に伝達された熱を、この金属ベース板を支持する筐体の側壁を介して水冷ジャケットに伝達するようにしている。As this type of power conversion device, a power conversion device described in
In this power conversion device, a water cooling jacket through which a coolant passes is arranged in a casing, and a power module including an IGBT as a semiconductor switching element for power conversion is arranged on the water cooling jacket for cooling. Yes. In addition, a control circuit board is disposed in the housing at a predetermined distance on the side opposite to the water cooling jacket of the power module, and heat generated by the control circuit board is supported through the heat dissipation member. The heat transmitted to the metal base plate and further transferred to the metal base plate is transmitted to the water cooling jacket through the side wall of the casing that supports the metal base plate.
上記特許文献1に記載された従来例にあっては、制御回路基板で発生する熱を、制御回路基板→放熱部材→金属ベース板→筐体→水冷ジャケットという経路で放熱するようにしている。このため、筐体が伝熱経路の一部として利用されることにより、筐体にも良好な伝熱性が要求されることになり、材料が熱伝導率の高い金属に限定され、小型軽量化の要求される電力変換装置おいて、樹脂等の軽量な材料の選択が不可能となり軽量化が困難となるおそれがある。
そこで、制御回路基板などの発熱体で発生する熱を、筐体を介在させず、金属ベース板の端部をパワーモジュールと水冷ジャケットとの間で挟持することで、発熱体の熱を効率よく水冷ジャケットに放熱する構造が考えられる。In the conventional example described in
Therefore, the heat generated by the heating element such as the control circuit board is efficiently sandwiched between the power module and the water cooling jacket without interposing the housing, so that the heat of the heating element can be efficiently obtained. A structure that dissipates heat to the water-cooled jacket can be considered.
ところで、パワーモジュールの一部を、水冷ジャケットを通過する冷却液に直接接触させて冷却する直接冷却方式を採用すると、パワーモジュールと水冷ジャケットとの間にOリングが装着されるが、Oリングのつぶし量が変化すると、パワーモジュールと水冷ジャケットとの間の液密封止が低下するおそれがある。
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、第1の発熱体及び冷却体の間の液密封止を確保することができる冷却構造体と放熱部材及び冷却体との間の液密封止を確保することができる電力変換装置を提供することを目的としている。By the way, when a direct cooling method is adopted in which a part of the power module is cooled by directly contacting the coolant passing through the water cooling jacket, an O-ring is mounted between the power module and the water cooling jacket. If the crushing amount changes, the liquid-tight seal between the power module and the water cooling jacket may be reduced.
The present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and can provide a cooling structure, a heat radiating member, and cooling that can ensure a liquid-tight seal between the first heating element and the cooling body. It aims at providing the power converter device which can ensure the liquid-tight sealing between bodies.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却構造体は、第1の発熱体と、前記第1の発熱体に接合される冷却体と、第2の発熱体と、前記第2の発熱体の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記第1の発熱体は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、前記冷却体は、前記第1の発熱体に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてOリングを装着した周溝と、を設け、前記第1の発熱体及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの平坦な接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、前記Oリングの断面直径は、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記第1の発熱体の接合面と、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値とした。
この一態様に係る冷却構造体によると、Oリングが、第1の発熱体及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。In order to achieve the above object, a cooling structure according to an aspect of the present invention includes a first heating element, a cooling body joined to the first heating element, a second heating element, and the first heating element. A heat transfer plate for transferring the heat of the two heating elements to the cooling body, and the first heating element has a liquid contact portion formed so as to protrude to the side joined to the cooling body, The cooling body is formed so as to open on the side to be joined to the first heating element, and is formed so as to surround the immersion part in which the liquid contact part is immersed in the flowing coolant and the opening of the immersion part. A circumferential groove on which an O-ring is mounted, and the first heating element and the cooling body are joined by sandwiching the heat transfer plate at a flat joining surface on the outer peripheral side of the circumferential groove, The cross-sectional diameter of the O-ring is such that the O-ring is elastically deformed and the first heating element is in close contact with the O-ring, and the O-ring is elastically deformed. It was greater than the distance between the joint surface of the circumferential groove in close contact with.
According to the cooling structure according to this aspect, the O-ring is in close contact with the joint surface between the first heating element and the cooling body while being elastically deformed with an optimal crushing amount to perform liquid-tight sealing.
また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に接合される冷却体と、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてOリングを装着した周溝と、を設け、前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、前記Oリングの断面直径は、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記放熱部材の接合面と、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値とした。
この一態様に係る電力変換装置によると、Oリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。In addition, a power conversion device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor power module in which a heat dissipation member is formed on one surface, a cooling body joined to the heat dissipation member, and a heat generating circuit component that drives the semiconductor power module. A heat transfer plate that transfers heat of the mounting board on which the circuit component is mounted to the cooling body, and the heat dissipation member has a liquid contact portion that protrudes toward the side to be joined to the cooling body. The cooling body is formed so as to open on the side to be joined to the heat radiating member, and is formed so as to surround the immersion part in which the liquid contact part is immersed in the flowing coolant and the opening of the immersion part. A circumferential groove on which a ring is mounted, and the heat dissipating member and the cooling body are joined by sandwiching the heat transfer plate at the joint surfaces on the outer peripheral side of the circumferential groove, and the cross-sectional diameter of the O-ring is Before the O-ring comes into close contact with elastic deformation And bonding surface of the heat radiating member, the O-ring has a larger value than the distance between the joint surface of the circumferential groove in close contact while being elastically deformed.
According to the power conversion device according to this aspect, the O-ring is in close contact with the joining surface of the heat radiating member and the cooling body while being elastically deformed with an optimal crushing amount to perform liquid-tight sealing.
また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に接合される冷却体と、前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、当該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触させる伝熱支持用金属板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に接液部が突出して形成され、前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の外側に形成されてOリングを装着した周溝と、を設け、前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外側の互いの接合面で前記伝熱支持用金属板を挟持して接合され、前記Oリングの断面直径は、伝熱支持用金属板の厚みと前記周溝の深さとを足した値より大きな値とした。 The power conversion device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor power module in which a semiconductor switching element for power conversion is built in a case body, and a heat dissipation member is formed on one surface of the case body, and the heat dissipation member is bonded to the heat dissipation member. And a mounting board on which circuit components including a heat generating circuit part for driving the semiconductor switching element are mounted, and the mounting board is supported with a predetermined interval between the mounting board and the mounting board. A heat transfer supporting metal plate that contacts the cooling body so as to dissipate the heat generated by the cooling body without passing through a housing, and the heat radiating member has a liquid contact portion on the side to be joined to the cooling body The cooling body is formed to open on the side to be joined to the heat radiating member, and is formed on the outer side of the immersion part, an immersion part for immersing the liquid contact part in the flowing coolant. A circumferential groove on which an O-ring is mounted, and the heat radiating member and the cooling body are joined to each other by sandwiching the heat transfer supporting metal plate at a joint surface outside the circumferential groove. The cross-sectional diameter was set to a value larger than the value obtained by adding the thickness of the heat transfer supporting metal plate and the depth of the circumferential groove.
この一態様に係る電力変換装置によると、放熱部材及び冷却体の間で挟持している伝熱支持用金属板の板厚にばらつきが生じても、Oリングの断面直径が、伝熱支持用金属板の厚みと周溝の深さとを足した値より大きな値としているので、Oリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。 According to the power converter according to this aspect, even if the thickness of the metal plate for heat transfer support sandwiched between the heat radiating member and the cooling body varies, the cross-sectional diameter of the O-ring is for heat transfer support. Since the value is larger than the sum of the thickness of the metal plate and the depth of the circumferential groove, the O-ring is in close contact with the heat sink and the joint surface of the cooling body while being elastically deformed with an optimal crushing amount, and is liquid-tightly sealed. I do.
また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記周溝の開口部の縁部に、前記Oリングを保持するOリング保持用突起が形成されており、当該Oリング保持用突起は、前記Oリングが前記放熱部材の接合面に弾性変形しながら密着するときに前記接合面との間に隙間を設けるようにした。
この一態様に係る電力変換装置によると、周溝の開口部の縁部に形成したOリング保持用突起は、放熱部材及び冷却体の接合面に押しつぶされるOリングのガイド部材として機能する。Further, in the power conversion device according to one aspect of the present invention, an O-ring holding protrusion that holds the O-ring is formed at an edge of the opening of the circumferential groove, and the O-ring holding protrusion is When the O-ring is brought into close contact with the joint surface of the heat dissipation member while being elastically deformed, a gap is provided between the O-ring and the joint surface.
According to the power conversion device according to this aspect, the O-ring holding protrusion formed at the edge of the opening of the circumferential groove functions as a guide member for the O-ring that is crushed by the joining surface of the heat dissipation member and the cooling body.
また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記Oリング保持用突起が、前記周溝の開口部の少なくとも外周側の縁部に形成されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、冷却水封止用Oリングは、周溝の外周側に寄った位置に配置されるので、Oリング保持用突起は、冷却水封止用Oリングが押しつぶされる際のガイドを確実に行う。In the power conversion device according to one aspect of the present invention, the O-ring holding protrusion is formed on at least an outer peripheral edge of the opening of the peripheral groove.
According to the cooling structure according to this aspect, since the cooling water sealing O-ring is disposed at a position close to the outer peripheral side of the circumferential groove, the O-ring holding protrusion is not provided with the cooling water sealing O-ring. Make sure to guide when crushing.
さらに、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記周溝の底からOリング保持用突起の頂部までの高さが、前記Oリングの半径より大きな値に設定されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、周溝内に装着したOリングが外に出にくくなり、組み立ての途中のリングの周溝据え付け状態を良好とすることができる。Furthermore, in the power converter according to one aspect of the present invention, the height from the bottom of the circumferential groove to the top of the O-ring holding protrusion is set to a value larger than the radius of the O-ring.
According to the cooling structure according to this aspect, it is difficult for the O-ring mounted in the circumferential groove to come out, and the circumferential groove installation state of the ring during assembly can be made favorable.
さらにまた、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記Oリングが前記放熱部材の前記接合面に密着しているときの前記周溝の底から前記放熱部材の前記接合面までの高さが、前記Oリングを許容つぶし率でつぶしたときの高さに設定されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、許容つぶし率で押しつぶれるOリングを使用したことで、Oリング7の圧縮永久ひずみ、圧縮割れを防止することができる。Furthermore, in the power conversion device according to one aspect of the present invention, the height from the bottom of the circumferential groove to the joint surface of the heat dissipation member when the O-ring is in close contact with the joint surface of the heat dissipation member. Is set to the height when the O-ring is crushed with an allowable crushing rate.
According to the cooling structure according to this aspect, the compression set and cracking of the O-
本発明に係る冷却構造体によれば、Oリングが、第1の発熱体及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行うことで、信頼性の高い冷却構造体を得ることができる。
また、本発明に係る電力変換装置によれば、Oリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行うことで、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。According to the cooling structure according to the present invention, the O-ring is in close contact with the joint surface of the first heating element and the cooling body while elastically deforming with an optimal crushing amount and performing liquid-tight sealing, thereby ensuring reliability. High cooling structure can be obtained.
In addition, according to the power conversion device of the present invention, the O-ring is in close contact with the heat dissipation member and the joint surface of the cooling body while being elastically deformed with an optimal crushing amount to perform liquid-tight sealing, so that reliability is ensured. A high power conversion device can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の全体構成を示す断面図であり、図2は、図1の要部を拡大して示した図である。
図1の符号1は電力変換装置であって、この電力変換装置1は筐体2内に収納されている。筐体2は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体3を挟んで上下に分割された下部筐体2A及び上部筐体2Bで構成されている。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the main part of FIG.
下部筐体2Aは有底角筒体で構成されている。この下部筐体2Aは開放上部が冷却体3で覆われ、内部に平滑用のフィルムコンデンサ4が収納されている。
上部筐体2Bは、上端及び下端を開放した角筒体2aと、この角筒体2aの上端を閉塞する蓋体2bとを備えている。そして、角筒体2aの下端が冷却体3で閉塞されている。
この角筒体2aの下端と冷却体3との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。The
The
Although not shown, a sealing material such as application of a liquid sealant or sandwiching rubber packing is interposed between the lower end of the
冷却体3は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して形成されており、下面は平坦面とされ、冷却水の給水口3a及び排水口3bが筐体2の外方に開口されている。これら給水口3a及び排水口3bは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
図3にも示すように、冷却体3の上面中央には、給水口3a及び排水口3bに連通する四角形状に開口する浸漬部5が形成され、この浸漬部5の上面開口部の周縁に、四角枠状の周溝6が形成され、この周溝6にOリング7が装着されている。そして、周溝6の開口部の周縁に、冷却体3の他の平坦な上面(図2の符号3c)より上方に突出するOリング保持用突起8が形成されている。The cooling
As shown in FIG. 3, an
また、図1に戻って、冷却体3には、下部筐体2Aに保持されたフィルムコンデンサ4の絶縁被覆された正負の電極4aを上下に挿通する挿通孔3eが形成されている。
電力変換装置1は、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を内蔵したパワーモジュール11を備えている。このパワーモジュール11は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体12内にIGBTを内蔵しており、ケース体12の下面に金属製の放熱部材13が形成されている。Returning to FIG. 1, the cooling
The
放熱部材13の下面中央部には、冷却体3の浸漬部5に入り込む接液部17が形成されている。この接液部17は、放熱部材13の下面から互いに均等の間隔をあけながら所定長さで突出している多数の冷却フィン17aで構成されており、給水口3aから浸漬部5に流れ込んできた冷却水に、多数の冷却フィン17aが浸されるようになっている。
ケース体12及び放熱部材13には平面からみて四隅に固定ねじ14を挿通する挿通孔15が形成されている。また、ケース体12の上面には、挿通孔15の内側における4箇所に所定高さの基板固定部16が突出形成されている。A
The
図2に示すように、基板固定部16の上端に、パワーモジュール11に内蔵されたIGBTを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板21が固定されている。また、駆動回路基板21の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール11に内蔵されたIGBTを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板22が固定されている。さらに、制御回路基板22の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール11に内蔵されたIGBTに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等を実装した実装基板としての電源回路基板23が固定されている。
As shown in FIG. 2, a
そして、駆動回路基板21は、基板固定部16に対向する位置に形成した挿通孔21a内に継ぎねじ24の雄ねじ部24aを挿通し、この雄ねじ部24aを基板固定部16の上面に形成した雌ねじ部16aに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板22は継ぎねじ24の上端に形成した雌ねじ部24bに対向する位置に形成した挿通孔22a内に継ぎねじ25の雄ねじ部25aを挿通し、この雄ねじ部25aを継ぎねじ24の雌ねじ部24bに螺合することにより固定されている。Then, the
Further, the
さらに、電源回路基板23は継ぎねじ25の上端に形成した雌ねじ部25bに対向する位置に形成した挿通孔23a内に固定ねじ26を挿通し、この固定ねじ26を継ぎねじ25の雌ねじ部25bに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板22及び電源回路基板23は、伝熱支持用金属板32,33によって筐体2を介することなく冷却体3への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持用金属板32及び33は、熱伝導率が高い金属板例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属板で形成されている。Further, the power
Further, the
伝熱支持用金属板32は、平板形状の伝熱支持板部32aと、この伝熱支持板部32aの右側端部から下方に折り曲げられて放熱部材13に向けて延在する伝熱支持側板部32bと、伝熱支持側板部32bの下端部から左側に折り曲げられて放熱部材13の下面に沿って延在する冷却体接触板部32cとを一体に備えた部品である。
伝熱支持板部32aには、伝熱部材35を介して制御回路基板22が固定ねじ36によって固定される。伝熱部材35は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板23と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材35としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。The heat transfer
The
また、伝熱支持用金属板33は、平板形状の伝熱支持板部33aと、この伝熱支持板部33aの左側端部から下方に折り曲げられて放熱部材13に向けて延在する伝熱支持側板部33bと、伝熱支持側板部33bの下端部から右側に折り曲げられて放熱部材13の下面に沿って延在する冷却体接触板部33cとを一体に備えた部品である。
伝熱支持板部33aには、前述した伝熱部材35と同様の伝熱部材37を介して電源回路基板23が固定ねじ38によって固定される。Further, the heat transfer
The power
これら伝熱支持用金属板32,33を一体部品とすることで、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。また、伝熱支持用金属板32の伝熱支持板部32aと伝熱支持側板部32bとの連結部及び伝熱支持側板部32bと冷却体接触板部32cとの連結部とを湾曲部とし、伝熱支持用金属板33の伝熱支持板部33aと伝熱支持側板部33bとの連結部及び伝熱支持側板部33bと冷却体接触板部33cとの連結部とを湾曲部とすることで、電力変換装置1に伝達される上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。
By using these heat transfer supporting
図3に示すように、電源回路基板23には、発熱回路部品39が下面側に実装されており、電源回路基板23、伝熱部材37及び伝熱支持板部33aが、固定ねじ38により積層状態で固定されており、伝熱支持板部33aの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート43が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を電源回路ユニットU3と称する。
As shown in FIG. 3, a heat
この際、電源回路基板23の下面側に実装された発熱回路部品39が伝熱部材37の弾性によって伝熱部材37内に埋め込まれる。このため、発熱回路部品39と伝熱部材37との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材37と電源回路基板23及び伝熱支持板部33aとの接触が良好に行われ、伝熱部材37と電源回路基板23及び伝熱支持板部33aとの間の熱抵抗を減少させることができる。
At this time, the heat
また、図示しないが、制御回路基板22の下面側にも発熱回路部品が実装されており、制御回路基板22、伝熱部材35及び伝熱支持板部32aが、固定ねじ36により積層状態で固定されており、伝熱支持板部32aの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート42が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を制御回路ユニットU2と称する。
Although not shown, a heat generating circuit component is also mounted on the lower surface side of the
そして、制御回路基板22の下面側に実装された発熱回路部品が伝熱部材35の弾性によって伝熱部材35内に埋め込まれ、制御回路基板22と伝熱部材35との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材35と制御回路基板22及び伝熱支持板部32aとの接触が良好に行われ、伝熱部材35と制御回路基板22及び伝熱支持板部32aとの間の熱抵抗を減少させることができる。
Then, the heat generating circuit component mounted on the lower surface side of the
また、伝熱支持用金属板の伝熱支持側板部33bには、図4に示すように、パワーモジュール11の図1に示す3相交流出力端子11bに対応する位置に後述するブスバー55を挿通する例えば方形の3つの挿通孔33iが形成されている。このように、3つの挿通孔33iを形成することにより、隣接する挿通孔33i間に比較的幅広の伝熱路Lhを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。
Further, as shown in FIG. 4, a bus bar 55 described later is inserted into the heat transfer support
同様に、伝熱支持用金属板32の伝熱支持側板部32bにも、パワーモジュール11の正極及び負極端子11aに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔32iが形成されている。この挿通孔32iを形成することにより、上述した挿通孔33iと同様の作用効果を得ることができる。
また、伝熱支持用金属板32の冷却体接触板部32c及び伝熱支持用金属板33の冷却体接触板部33cには、図2に示すように、パワーモジュール11の固定ねじ14を挿通する挿通孔15に対向する位置に固定部材挿通孔32c1,33c1が形成されている。Similarly, in the heat transfer support
Further, as shown in FIG. 2, the fixing
そして、図2に示すように、放熱部材13の挿通孔15及び冷却体接触板部32c,33cの固定部材挿通孔32c1,33c1に固定ねじ14を挿通し、固定ねじ14を冷却体3に形成した雌ねじ部に螺合させる。
これにより、伝熱支持用金属板32,33の冷却体接触板部32c,33cを、パワーモジュール11の放熱部材13の下面13aと冷却体3の上面3cとに当接し、放熱部材13及び冷却体3で挟持して固定する。
この際、冷却体3の浸漬部5の周囲の周溝6に装着したOリング7が放熱部材13の下面13aに押しつぶされ、冷却体3の浸漬部5に溜まった冷却水が外部に漏れるのを防止する液密封止が施されている。Then, as shown in FIG. 2, the fixing
As a result, the cooling body
At this time, the O-
また、図1に示すように、パワーモジュール11の正負の直流入力端子に11aに、ブスバー55が接続され、ブスバー55の他端に冷却体3を貫通するフィルムコンデンサ4の正負の電極4aが固定ねじ51で連結されている。また、パワーモジュール11の負極端子11aに、外部のコンバータ(図示せず)に接続する接続コード52の先端に固定された圧着端子53が固定されている。
さらに、パワーモジュール11の3相交流出力端子11bに、ブスバー55の一端を固定ねじ56で接続し、このブスバー55の途中に電流センサ57が配置されている。そして、ブスバー55の他端に圧着端子59が固定ねじ60で接続されている。圧着端子59は、外部の3相電動モータ(図示せず)に接続したモータ接続ケーブル58に固定されている。Further, as shown in FIG. 1, a bus bar 55 is connected to the positive and negative DC input terminals of the
Further, one end of the bus bar 55 is connected to the three-phase
この状態で、外部のコンバータ(図示せず)から直流電力を供給するとともに、電源回路基板23に実装された電源回路、制御回路基板22に実装された制御回路を動作状態とし、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板21に実装された駆動回路を介してパワーモジュール11に供給する。これによって、パワーモジュール11に内蔵されたIGBTが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は3相交流出力端子11bからブスバー55を介してモータ接続ケーブル58に供給し、3相電動モータ(図示せず)を駆動制御する。
In this state, DC power is supplied from an external converter (not shown), and the power supply circuit mounted on the power
このとき、パワーモジュール11に内蔵されたIGBTで発熱するが、パワーモジュール11の放熱部材13の下面中央部に設けた接液部17が冷却体3に設けた浸漬部5に入り込んで冷却液に浸漬されているので、パワーモジュール11は効率良く冷却される。
一方、制御回路基板22及び電源回路基板23に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品39が含まれており、これら発熱回路部品39で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品39は制御回路基板22及び電源回路基板23の下面側に実装されている。At this time, the IGBT built in the
On the other hand, the control circuit and the power supply circuit mounted on the
そして、これら制御回路基板22及び電源回路基板23の下面側には、熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材35及び37を介して伝熱支持用金属板32,33の伝熱支持板部32a,33aが設けられている。伝熱支持用金属板32,33は、伝熱支持板部32a,33aと、伝熱支持側板部32b,33bと、冷却体接触板部32c,33cとを一体化した部品であって、熱抵抗が小さい部材なので、図5に示すように、伝熱支持用金属板32,33に伝達された熱は、冷却体3の上面3cに直接接触した冷却体接触板部32c,33cから冷却体3に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
ここで、図6は、自由状態のOリング7を示すものであり、断面直径がDである。And on the lower surface side of these
Here, FIG. 6 shows the O-
次に、図7は、第1実施形態の液密封止構造である。
本実施形態のOリング7の断面直径Dは、周溝6に装着したOリング7が弾性変形しながら密着する放熱部材13の下面13aと周溝6の底面6aとの間の距離F1より大きな値に設定されている。
本実施形態によると、Oリング7の断面直径Dを、周溝6に装着したOリング7が弾性変形しながら密着する放熱部材13の下面13aと周溝6の底面6aとの間の距離F1より大きな値に設定したので、Oリング7は最適な押しつぶし量で弾性変形する。
したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造は、冷却体3の浸漬部5に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置1を提供することができる。Next, FIG. 7 shows the liquid-tight sealing structure of the first embodiment.
The cross-sectional diameter D of the O-
According to the present embodiment, the cross-sectional diameter D of the O-
Therefore, the liquid-tight sealing structure of the cooling liquid according to the present embodiment can ensure the reliable liquid-tight sealing of the cooling water accumulated in the
次に、図8は、第2実施形態の液密封止構造である。
上述した電力変換装置1の伝熱支持用金属板32,33は、一般に、低コストを目的として安価な板金部材が使用されており、このような板金部材からなる伝熱支持用金属板32,33は、板厚に±10%程度の範囲のばらつきがある。
伝熱支持用金属板32,33の冷却体接触板部32c,33cの板厚のばらつきを考慮せずに所定断面直径のOリングを選択すると、伝熱支持用金属板32,33の板厚が薄い(マイナス方向のばらつきがある)場合には、Oリングが周溝6の底面6aと放熱部材13の下面13aとに過度に押しつぶされ、Oリングの圧縮永久ひずみや圧縮割れにより液密封止が不可能となるおそれがある。逆に、伝熱支持用金属板32,33の板厚が厚い(プラス方向のばらつきがある)場合には、Oリングが周溝6の底面6aと放熱部材13の下面13aとによる押しつぶし量が低下し、十分な液密封止が行われないおそれがある。Next, FIG. 8 shows a liquid-tight sealing structure of the second embodiment.
In general, an inexpensive sheet metal member is used for the heat transfer supporting
If an O-ring having a predetermined cross-sectional diameter is selected without considering variations in the thickness of the cooling body
そこで、本実施形態のOリング7の断面直径D(図6参照)は、±10%程度のばらつきを生じる伝熱支持用金属板33の板厚Tと、周溝6の深さLとを足した値より大きな値に設定されている。
また、周溝6の深さLは、Oリング7の半径R(図6参照)より大きな値に設定されている。
また、周溝6の開口部の内周側にOリング用突起8a、周溝6の開口部の外周側にOリング用突起8bが突出量M(冷却体3の上面3cからの高さ)で突出して形成されているが、これらOリング用突起8a,8bの突出量Mは、Oリング7が放熱部材13の下面13aと周溝6の底面6aとの間に密着しながら弾性変形するときに、下面13aとの間に隙間を設ける程度に突出している。
なお、図8では伝熱支持用金属板33について説明したが、伝熱支持用金属板32側も同様の構造である。Therefore, the cross-sectional diameter D (see FIG. 6) of the O-
Further, the depth L of the
Further, an O-
Although the heat transfer
本実施形態によると、Oリング7の断面直径Dは、±10%程度のばらつきを生じる伝熱支持用金属板32,33の板厚Tと、周溝6の深さLとを足した値より大きな値に設定されているので、伝熱支持用金属板32,33の板厚Tがマイナス方向にばらついても、Oリング7が底面6aと下面13aとに過度に押しつぶされずに液密封止を行うとともに、伝熱支持用金属板32,33の板厚Tがプラス方向にばらついても、Oリング7は最適な押しつぶし量で液密封止を行うことができる。したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造も、冷却体3の浸漬部5に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置1を提供することができる。
According to this embodiment, the cross-sectional diameter D of the O-
また、本実施形態では、周溝6の深さLを、Oリング7の半径Rより大きな値に設定したことから、周溝6内に装着されたOリング7が外に出にくくなり、電力変換装置1の組み立ての途中において周溝6のリング7の据え付けを良好とすることができる。
また、冷却水を封止する本実施形態のOリング7は、周溝6の外周側に寄った位置に配置されるが、少なくとも周溝6の開口部の外周側にOリング用突起8bが突出して形成されおり、このOリング用突起8bが、組み立ての途中の周溝6のOリング7の据え付け状態を良好とするとともに、Oリング7が押しつぶされる際に接触することで押しつぶしガイドとしても機能する。In this embodiment, since the depth L of the
The O-
さらに、図9は、第3実施形態の冷却液の液密封止構造である。
Oリング7の許容つぶし率((自由状態の断面直径−組付け状態の断面直径)/自由状態の断面直径)の推奨値は、一般的に8%以上30%以下である。
そこで、本実施形態のOリング7は、周溝6に装着したOリング7が当接する放熱部材13の下面13aと周溝6の底面6aとの間の距離F2が、許容つぶし率(8%以上30%以下)で押しつぶしたときの寸法となるものを選択している。Furthermore, FIG. 9 shows a liquid-tight sealing structure of the coolant according to the third embodiment.
The recommended value of the allowable crushing rate of the O-ring 7 ((cross-sectional diameter in the free state−cross-sectional diameter in the assembled state) / cross-sectional diameter in the free state) is generally 8% or more and 30% or less.
Therefore, in the O-
本実施形態の許容つぶし率(8%以上30%以下)で押しつぶれるOリング7を使用したことで、Oリング7の圧縮永久ひずみ、圧縮割れを防止することができる。
したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造も、冷却体3の浸漬部5に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置1を提供することができる。By using the O-
Therefore, the liquid-tight sealing structure of the cooling liquid of the present embodiment can also ensure a reliable liquid-tight sealing of the cooling water accumulated in the
なお、本発明の第1の発熱体が放熱部材13に対応し、本発明の第2の発熱体が制御回路基板22及び電源回路基板23に対応し、本発明の伝熱板が伝熱支持用金属板32,33に対応し、本発明の第1の発熱体及び冷却体の接合面で挟持される伝熱板が伝熱支持用金属板32,33の冷却体接触板部32c、33cに対応している。
また、図1及び図2で示した制御回路ユニットU2及び電源回路ユニットU3において、伝熱部材35及び37を制御回路基板22及び電源回路基板23と同じ外形とした場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、伝熱部材35及び37を発熱回路部品39が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。In addition, the 1st heat generating body of this invention respond | corresponds to the
In the control circuit unit U2 and the power supply circuit unit U3 shown in FIGS. 1 and 2, the case where the
また、図1及び図2においては、制御回路基板22及び電源回路基板23で発熱回路部品39を裏面側の伝熱部材35及び37側に実装する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、制御回路基板22及び電源回路基板23の伝熱部材35及び37とは反対側の外周領域に、発熱回路部品39を実装するようにしてよい。
1 and 2, the case where the heat
さらに、図1及び図2においては、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ4を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、本発明に係る電力変換装置1を、電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置1としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置1を適用することができる。Furthermore, although the case where the
Moreover, although the case where the
以上のように、本発明に係る冷却構造体は、第1の発熱体及び冷却体の間の液密封止を確保するのに有用であり、本発明に係る電力変換装置は、放熱部材及び冷却体との間の液密封止を確保するのに有用である。 As described above, the cooling structure according to the present invention is useful for securing a liquid-tight seal between the first heating element and the cooling body, and the power conversion device according to the present invention includes the heat dissipation member and the cooling member. Useful for ensuring a fluid tight seal with the body.
1…電力変換装置、2…筐体、2A…下部筐体、2B…上部筐体、2a…角筒体、2b…蓋体、3…冷却体、3a…給水口、3b…排水口、3c…冷却体の上面、3e…挿通孔、4…フィルムコンデンサ、4a…正負の電極、5…浸漬部、6…周溝、7…Oリング、8…Oリング保持用突起、11…パワーモジュール、11a…負極端子、11b…3相交流出力端子、12…ケース体、13…放熱部材、14…固定ねじ、15…挿通孔、16…基板固定部、16a…雌ねじ部、17…接液部、17a…冷却フィン、21…駆動回路基板、21a…挿通孔、22…制御回路基板、22a…挿通孔、23…電源回路基板、23a…挿通孔、24a…雄ねじ部、24b…雌ねじ部、25a…雄ねじ部、25b…雌ねじ部、32,33…伝熱支持用金属板、32a…伝熱支持板部、32b…伝熱支持側板部、32c…冷却体接触板部、32c,33c…冷却体接触板部、32c1,33c1…固定部材挿通孔、32i…挿通孔、33a…伝熱支持板部、33b…伝熱支持側板部、33c…冷却体接触板部、33i…挿通孔、35…伝熱部材、37…伝熱部材、39…発熱回路部品、42…絶縁シート、43…絶縁シート、51…固定ねじ、52…接続コード、53,59…圧着端子、55…ブスバー、57…電流センサ、58…モータ接続ケーブル、60…固定ねじ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の発熱体に接合される冷却体と、
第2の発熱体と、
前記第2の発熱体の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記第1の発熱体は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、
前記冷却体は、前記第1の発熱体に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてOリングを装着した周溝と、を設け、
前記第1の発熱体及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、
前記Oリングの断面直径は、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記第1の発熱体の接合面と、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値であることを特徴とする冷却構造体。A first heating element;
A cooling body joined to the first heating element;
A second heating element;
A heat transfer plate for transferring heat of the second heating element to the cooling body,
The first heating element has a liquid contact portion formed so as to protrude to the side to be joined to the cooling body,
The cooling body is formed so as to open on the side to be joined to the first heating element, and is formed so as to surround the immersion part in which the liquid contact part is immersed in the flowing coolant and the opening of the immersion part. And a circumferential groove fitted with an O-ring,
The first heating element and the cooling body are joined by sandwiching the heat transfer plate at a joining surface on the outer peripheral side of the circumferential groove,
The cross-sectional diameter of the O-ring is the distance between the joint surface of the first heating element that is in close contact with the O-ring while being elastically deformed, and the joint surface of the peripheral groove that is in close contact with the O-ring while being elastically deformed. A cooling structure characterized by a larger value.
前記放熱部材に接合される冷却体と、
前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、
前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてOリングが装着された周溝と、を設け、
前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、
前記Oリングの断面直径は、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記放熱部材の接合面と、前記Oリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値であることを特徴とする電力変換装置。A semiconductor power module having a heat dissipation member formed on one surface;
A cooling body joined to the heat dissipation member;
A heat transfer plate for transferring the heat of the mounting substrate on which the circuit components including the heat generating circuit components for driving the semiconductor power module are mounted to the cooling body,
The heat dissipating member has a liquid contact portion formed so as to protrude to the side to be joined to the cooling body,
The cooling body is formed to be open on the side to be joined to the heat radiating member, and is formed so as to surround the liquid contact portion in the flowing coolant, and to surround the opening of the immersion portion. Provided with a circumferential groove,
The heat radiating member and the cooling body are joined by sandwiching the heat transfer plate at the joint surfaces on the outer peripheral side from the circumferential groove,
The cross-sectional diameter of the O-ring is larger than the distance between the joint surface of the heat radiating member that is in close contact with the O-ring while being elastically deformed and the joint surface of the peripheral groove that is in close contact with the O-ring while being elastically deformed. The power converter characterized by being.
前記放熱部材に接合される冷却体と、
前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
当該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触させる伝熱支持用金属板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に接液部が突出して形成され、
前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の外側に形成されてOリングを装着した周溝とを設け、
前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外側の互いの接合面で前記伝熱支持用金属板を挟持して接合され、
前記Oリングの断面直径は、前記伝熱支持用金属板の厚みと前記周溝の深さとを足した値より大きな値であることを特徴とする電力変換装置。A semiconductor power module in which a semiconductor switching element for power conversion is built in a case body, and a heat dissipation member is formed on one surface of the case body,
A cooling body joined to the heat dissipation member;
A mounting board on which circuit components including a heat generating circuit component for driving the semiconductor switching element are mounted;
Supporting the mounting board with the semiconductor power module at a predetermined interval, and supporting heat transfer to contact the cooling body so as to dissipate heat generated by the mounting board to the cooling body without passing through a housing. A metal plate,
The heat dissipating member is formed with a liquid contact portion protruding on the side to be joined to the cooling body,
The cooling body is formed with an opening on the side to be joined to the heat radiating member, an immersion part for immersing the liquid contact part in a flowing coolant, and an O-ring attached to the outside of the immersion part. A circumferential groove,
The heat dissipating member and the cooling body are joined by sandwiching the heat transfer supporting metal plate at the joint surfaces outside the circumferential groove,
The cross-sectional diameter of the O-ring is a value larger than a value obtained by adding the thickness of the metal plate for heat transfer support and the depth of the peripheral groove.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160510 |