WO2013046675A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2013046675A1
WO2013046675A1 PCT/JP2012/006163 JP2012006163W WO2013046675A1 WO 2013046675 A1 WO2013046675 A1 WO 2013046675A1 JP 2012006163 W JP2012006163 W JP 2012006163W WO 2013046675 A1 WO2013046675 A1 WO 2013046675A1
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WO
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heat transfer
transfer support
heat
cooling
cooling body
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PCT/JP2012/006163
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Inventor
泰仁 田中
美里 柴田
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富士電機株式会社
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    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L25/162—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits the devices being mounted on two or more different substrates
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion apparatus in which a mounting board on which circuit components including a heat generating circuit component for driving a semiconductor switching element are mounted is supported on a semiconductor power module incorporating a semiconductor switching element for power conversion.
  • a power change device described in Patent Document 1 As this type of power conversion device, a power change device described in Patent Document 1 is known.
  • a water cooling jacket is disposed in a casing, and a semiconductor power module including an IGBT as a semiconductor switching element for power conversion is disposed on the water cooling jacket to cool the power conversion apparatus.
  • a control circuit board is disposed in the housing at a predetermined distance on the opposite side of the semiconductor power module from the water-cooling jacket, and the heat generated by the control circuit board is supported by the heat dissipation member. The heat transmitted to the metal base plate is further transmitted to the water cooling jacket through the side wall of the casing that supports the metal base plate.
  • the housing is often required to be waterproof and dustproof, apply a liquid sealant or sandwich rubber packing between the metal base plate and the housing and between the housing and the water cooling jacket. Etc. are generally performed. Liquid sealants and rubber packings generally have a low thermal conductivity, and there is an unsolved problem that the thermal resistance increases and the cooling efficiency decreases due to the presence of these in the thermal cooling path. In order to solve this unresolved issue, it is necessary to dissipate the heat generated by the substrate and mounted components by natural convection from the case and case cover, increasing the surface area of the case and case cover. For this reason, the outer shape of the housing and the housing lid is increased, and the power converter is increased in size.
  • the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and provides a power conversion device that can efficiently dissipate the heat of the heat generating circuit components mounted on the substrate to the cooling body.
  • the purpose is to do.
  • a first aspect of the power conversion device includes a cooling body having a liquid passage through which a coolant flows, and an open window in a part of the liquid passage. And a semiconductor power module having a liquid contact portion inserted through one surface of the cooling body and having a cooling member for closing the opening window of the cooling body. Further, the first aspect is to support a mounting substrate on which circuit components including a heat generating circuit component for driving the semiconductor power module are mounted, and to support the mounting substrate with a predetermined interval between the semiconductor power module, And a heat transfer support member having a liquid contact portion that is inserted into an open window of the cooling body to transfer heat of the mounting board to the cooling body.
  • the heat of the heat generating circuit components mounted on the mounting board can be directly radiated to the cooling body by the heat transfer support member.
  • the cooling body has a liquid flow path through which the coolant flows, and an open window is formed in the liquid flow path.
  • the liquid contact portion of the cooling member of the semiconductor power module and the heat transfer support member are formed in the open window. Since the liquid contact portion is inserted and directly contacts the coolant, the cooling effect of the semiconductor power module and the heat transfer support member can be improved.
  • the 2nd aspect of the power converter device which concerns on this invention WHEREIN is comprised with the metal base circuit board. According to this configuration, by connecting the heat radiating plate of the metal base circuit board to the heat transfer support member, it is possible to efficiently radiate the heat generating circuit components.
  • the third aspect of the power conversion device includes a cooling body having a liquid passage through which a coolant flows, and an open window in a part of the liquid passage, and a semiconductor for power conversion.
  • a power module is a power module.
  • heat of the heat generating circuit component mounted on the mounting board can be radiated to the cooling body by the heat transfer support member without passing through the casing.
  • the cooling body has a liquid flow path through which the coolant flows, and an open window is formed in the liquid flow path.
  • the liquid contact portion of the cooling member of the semiconductor power module and the heat transfer support member are formed in the open window. Since the liquid contact portion is inserted and directly contacts the coolant, the cooling effect of the semiconductor power module and the heat transfer support member can be improved.
  • the 4th aspect of the power converter device which concerns on this invention WHEREIN is comprised with the metal base circuit board. According to this configuration, by connecting the heat radiating plate of the metal base circuit board to the heat transfer support member, it is possible to efficiently radiate the heat generating circuit components.
  • a fifth aspect of the power conversion device includes a cooling body having a liquid passage through which a coolant flows, and an open window in a part of the liquid passage, and a semiconductor for power conversion A semiconductor in which a switching element is built in a case body, and a cooling member that closes the opening window of the cooling body is formed on one surface of the case body, the liquid contact portion being inserted into the opening window of the cooling body. And a power module.
  • the fifth aspect supports a mounting substrate on which circuit components including a heat generating circuit component for driving the semiconductor switching element are mounted, and supports the mounting substrate with a predetermined interval between the semiconductor power module,
  • a heat transfer support having a liquid contact portion that is inserted into an open window of the cooling body through at least one side surface of the semiconductor power module so as to dissipate heat generated by the mounting substrate to the cooling body without passing through a housing.
  • a heat transfer member interposed between the mounting substrate and the heat transfer support member.
  • the heat transfer support member includes a heat transfer support plate portion that supports the mounting substrate via the heat transfer member, and the heat transfer support plate portion.
  • the heat transfer support side plate portion is fixedly supported on the side surface and brought into contact with the cooling body. According to the sixth aspect, since the mounting substrate is supported by the heat transfer support plate portion, the rigidity of the mounting substrate can be increased.
  • the said heat-transfer support plate part and the said heat-transfer support side plate part are formed integrally. According to the seventh aspect, since the heat transfer support plate portion and the heat transfer support side plate portion are integrally formed, there is no joint at the connection portion between them, and the thermal resistance at the connection portion can be reduced. it can.
  • the said heat-transfer support plate part is fixedly supported by the several heat-transfer support side plate part.
  • the heat transfer support plate portion is fixedly supported by the plurality of heat transfer support side plate portions, the heat transfer area to the cooling body can be increased and efficient heat dissipation can be performed. .
  • the liquid contact portion of the heat transfer support member is extended in a direction intersecting with the flow direction of the coolant in the open window of the cooling body. Has been placed. According to the ninth embodiment, since the liquid contact portion of the heat transfer support member is arranged extending in the direction intersecting the coolant flow direction, the cooling temperature of the liquid contact portion becomes substantially constant, which is favorable. A cooling effect can be exhibited.
  • the liquid contact portion of the heat transfer support member is formed in a comb shape. According to this 10th aspect, since the liquid-contact part of the heat-transfer support member is formed in the comb-tooth shape, the cooling effect can be exhibited without inhibiting the flow of the cooling liquid.
  • the liquid contact portion of the heat transfer support member is disposed in the open window of the cooling body so as to extend in parallel with the liquid flow direction. ing. According to the eleventh aspect, since the liquid contact portion of the heat transfer support member is arranged in parallel with the coolant flow direction, the cooling effect can be exhibited without hindering the coolant flow. .
  • a twelfth aspect of the power conversion device is configured by a first heat transfer support member and a second heat transfer support member that are opposed to each other with the heat transfer support member sandwiching the semiconductor power module,
  • the liquid contact portion of the first heat transfer support member is disposed upstream of the liquid contact portion of the cooling member
  • the liquid contact portion of the second heat transfer support member is downstream of the liquid contact portion of the cooling member. Is arranged.
  • the liquid contact portion of the first heat transfer support member and the liquid contact portion of the second heat transfer support member are disposed upstream and downstream of the liquid contact portion of the cooling member.
  • the cooling temperature of the liquid-contact part of 1 heat-transfer support member can be made lower than the cooling temperature of the 2nd heat-transfer support member.
  • the 13th aspect of the power converter device which concerns on this invention is a said 1st mounting board mounted in the heat-transfer support plate part connected with a said 1st heat-transfer support side plate part on the said 2nd power transmission.
  • a heating circuit component having a heat generation amount higher than that of the heating circuit component mounted on the mounting substrate supported by the heat transfer support plate connected to the heat support side plate is mounted.
  • the heat generating circuit component having a high heat generation amount is mounted on the first mounting substrate supported by the first heat transfer supporting member having a low cooling temperature, and the second heat transfer supporting member having a high cooling temperature. Since the heat generating circuit component having a low heat generation amount is mounted on the second mounting substrate supported by (1), heat dissipation of the heat generating circuit component having a high heat generation amount can be performed satisfactorily.
  • a sealing member is provided on the contact surface of the heat transfer support side plate and the cooling body, and on the contact surface of the heat transfer support side plate and the cooling member.
  • the sealing member is provided on the contact surface of the heat transfer support side plate and the cooling body and the contact surface of the heat transfer support side plate and the cooling member, respectively. Leakage can be reliably prevented.
  • the 15th aspect of the power converter device which concerns on this invention provides a sealing member in the contact surface of the said heat-transfer support side plate part and the said cooling body, and is provided in the contact surface of the said heat-transfer support side plate part and the said cooling member.
  • a plate-like elastic member having elasticity or an adhesive layer is interposed.
  • the contact surfaces of the heat transfer support side plate and the cooling member can be reliably liquid-tightly sealed by a plate-like elastic member such as packing or an adhesive layer, and in particular, a plate-like elastic member is used. In doing so, the cooling body and the cooling body contact plate can be reliably brought into contact with each other to enhance the cooling effect.
  • the mounting board on which the circuit components including the heat generating circuit components are mounted is supported by the heat transfer support member that contacts the cooling body, so that the heat generated by the heat generating circuit components is directly cooled via the heat transfer support member.
  • the heat can be dissipated to the body, and the heat resistance can be suppressed and the heat cooling with good cooling efficiency can be performed. For this reason, it is possible to reduce the combined use with the heat dissipation action from the housing and the housing lid, and to provide a power converter that is reduced in size and reduced in price while suppressing the size of the housing and the housing lid.
  • the casing does not require good heat conductivity, a lightweight material such as a resin can be used for the casing, and the casing can be reduced in weight and an inexpensive power conversion device can be provided. Furthermore, since the liquid-contact part which contacts the cooling fluid which flows into a cooling body is provided in the heat-transfer support member, cooling efficiency can be improved more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a power converter according to the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a power converter
  • the power converter 1 is housed in a housing 2.
  • the casing 2 is formed by molding a synthetic resin material, and includes a lower casing 2A and an upper casing 2B that are divided vertically with a cooling body 3 having a water-cooling jacket structure interposed therebetween.
  • the lower housing 2A is a bottomed rectangular tube.
  • the lower casing 2A has an open upper portion covered with a cooling body 3, and a smoothing film capacitor 4 is accommodated therein.
  • the upper housing 2B includes a rectangular tube 2a having an open upper end and a lower end, and a lid 2b that closes the upper end of the rectangular tube 2a.
  • the lower end of the rectangular tube 2a is closed by the cooling body 3.
  • a sealing material such as application of a liquid sealant or sandwiching rubber packing is interposed between the lower end of the rectangular tube 2a and the cooling body 3.
  • the cooling body 3 is formed in a flat plate shape by injection molding, for example, aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity.
  • a coolant supply port 3 a and a liquid discharge port 3 b are opened to the outside of the housing 2.
  • the liquid supply port 3a and the liquid discharge port 3b are connected to a coolant supply source such as a radiator (not shown) via a flexible hose, for example. Then, for example, a cooling liquid obtained by adding a long life coolant or an antifreeze liquid to the cooling water is supplied from the cooling liquid supply source.
  • a liquid passage 3c is formed between the liquid supply port 3a and the drainage port 3b.
  • the liquid flow path 3c includes linear paths 3d and 3e formed on a line connecting the liquid supply port 3a and the liquid discharge port 3b and communicating with the liquid supply port 3a and the liquid discharge port 3b.
  • the liquid passage 3c has a bent path 3f that communicates between the straight paths 3d and 3e and bends upward in a convex shape.
  • An open window 3g is formed on the upper surface of the curved path 3f.
  • the cooling body 3 has a circumferential groove 3h formed around the open window 3g on the upper surface.
  • the cooling body 3 is formed with an insertion hole 3i through which the positive and negative electrodes 4a covered with insulation of the film capacitor 4 held by the lower housing 2A are inserted vertically.
  • the power conversion apparatus 1 includes a semiconductor power module 11 that incorporates, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a semiconductor switching element that constitutes, for example, an inverter circuit for power conversion.
  • This semiconductor power module 11 has an IGBT built in a flat rectangular parallelepiped insulative case body 12, and is formed on the lower surface of the case body 12 with metal and high thermal conductivity such as aluminum or aluminum alloy.
  • a cooling member 13 is formed.
  • the cooling member 13 is formed with a large number of cooling fins 13a projecting downward at a central portion facing the open window 3g of the cooling body 3 on the flat lower surface. These cooling fins 13 a are inserted into open windows 3 g formed in the cooling body 3.
  • the case body 12 and the cooling member 13 are formed with insertion holes 15 through which the fixing screws 14 as the fixing members are inserted at the four corners when viewed from the plane.
  • substrate fixing portions 16 having a predetermined height are formed to protrude at four locations inside the insertion hole 15.
  • a drive circuit board 21 on which a drive circuit for driving an IGBT built in the semiconductor power module 11 is mounted is fixed to the upper end of the board fixing portion 16.
  • a control circuit including a heat generation circuit component having a relatively large heat generation amount or a high heat generation density for controlling the IGBT built in the semiconductor power module 11 with a predetermined interval above the drive circuit board 21 is mounted.
  • a control circuit board 22 as a mounting board is fixed.
  • a power supply circuit board 23 as a mounting board on which a power supply circuit including a heating circuit component for supplying power to the IGBT built in the semiconductor power module 11 is mounted at a predetermined interval above the control circuit board 22 is fixed. ing. Then, the drive circuit board 21 is inserted into the insertion hole 21 a formed at a position facing the board fixing part 16, and the male screw part 24 a of the joint screw 24 is inserted, and the male screw part 24 a is formed on the upper surface of the board fixing part 16. It is fixed by screwing into the part 16a.
  • control circuit board 22 inserts the male screw portion 25 a of the joint screw 25 into an insertion hole 22 a formed at a position facing the female screw portion 24 b formed at the upper end of the joint screw 24, and this male screw portion 25 a is inserted into the joint screw 24. It is fixed by screwing into the female screw portion 24b.
  • the power supply circuit board 23 inserts a fixing screw 26 into an insertion hole 23 a formed at a position facing the female screw portion 25 b formed at the upper end of the joint screw 25, and this fixing screw 26 is inserted into the female screw portion 25 b of the joint screw 25. It is fixed by screwing.
  • control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 are supported by the heat transfer support members 32 and 33 so as to independently form a heat radiation path to the cooling body 3 without going through the casing 2.
  • These heat transfer support members 32 and 33 are made of a metal having a high thermal conductivity such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the heat transfer support members 32 and 33 are disposed in the circumferential groove 3 h of the cooling body 3 that supports the control circuit board 22 and have a common bottom plate portion 34 having a square frame shape. Therefore, the heat transfer support members 32 and 33 are integrally connected by the bottom plate portion 34.
  • the inner peripheral edge of the bottom plate portion 34 is projected into the bending path 3f of the cooling body 3 to form a liquid contact portion 34a that directly contacts the coolant.
  • the liquid contact portion 34a is represented by a frame-like portion 34b that protrudes into the bending path 3f, and a protruding piece 34c that extends downward from a side perpendicular to the coolant flow direction at the inner periphery of the frame-like portion 34b.
  • the protruding piece 34c is formed in a comb-like shape so as to reduce the flow path resistance of the coolant.
  • the heat transfer support members 32 and 33 and the bottom plate portion 34 have a black surface.
  • the surface may be coated with a black resin or painted with a black paint.
  • the heat emissivity becomes larger than the metal material color, and the amount of radiant heat transfer can be increased.
  • surroundings of the heat-transfer support members 32 and 33 and the baseplate part 34 is activated, and the heat cooling of the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 can be performed efficiently.
  • the heat transfer support member 32 is fixed by a fixing screw 32b on the heat transfer support plate portion 32a on the flat plate and the right end side of the heat transfer support plate portion 32a along the long side of the semiconductor power module 11 as seen in FIG. It is comprised with the heat-transfer support side board part 32c.
  • the heat transfer support side plate portion 32 c is connected to the common bottom plate portion 34.
  • the control circuit board 22 is fixed to the heat transfer support plate portion 32 a by a fixing screw 36 via a heat transfer member 35.
  • the heat transfer member 35 is an elastic body having elasticity, and has the same outer dimensions as the power circuit board 23. As this heat transfer member 35, a member having improved heat transfer performance while exhibiting insulating performance by interposing a metal filler inside silicon rubber is applied.
  • the heat transfer support side plate portion 32 c is integrally connected to the outer peripheral edge on the long side of the common bottom plate portion 34 disposed in the circumferential groove 3 h of the cooling body 3 and extends upward.
  • the connecting plate portion 32d and the upper plate portion 32e extending leftward from the upper end of the connecting plate portion 32d are formed in an inverted L-shaped cross section.
  • the connecting plate portion 32d extends upward through, for example, the right side surface of the semiconductor power module 11 on the long side.
  • connection part with the bottom board part 34 and the upper board part 32e of the connection board part 32d is formed in the curved surfaces 32f and 32g which are a part of cylindrical surface, for example.
  • the connecting portion between the connecting plate portion 32d and the bottom plate portion 34 and the upper plate portion 32e is formed into the cylindrical curved surfaces 32f and 32g, thereby improving the vibration resistance against vertical vibration and roll. . That is, it is possible to alleviate the stress concentration generated in the connecting portion between the connecting plate portion 32d, the bottom plate portion 34, and the upper plate portion 32e when the vertical vibration or roll is transmitted to the power converter 1.
  • the connecting plate portion 32d to the bottom plate portion 34 and the upper plate portion 32e as cylindrical curved surfaces 32f and 32g, the connecting portion between the connecting plate portion 32d and the bottom plate portion 34 and the upper plate portion 32e.
  • the heat conduction path can be shortened as compared with the case of forming a right-angle L-shape. For this reason, the heat conduction path from the heat transfer support plate portion 32a to the cooling body 3 is shortened, thereby enabling efficient heat cooling.
  • the heat transfer support member 33 is fixed by a fixing screw 33b on the heat transfer support plate portion 33a on the flat plate and the left end side of the heat transfer support plate portion 33a along the long side of the semiconductor power module 11 as seen in FIG. It is comprised with the heat-transfer support side board part 33c.
  • the heat transfer support side plate portion 33 c is connected to the common bottom plate portion 34.
  • the power supply circuit board 23 is fixed to the heat transfer support plate portion 33a by a fixing screw 38 via a heat transfer member 37 similar to the heat transfer member 35 described above.
  • the heat transfer support side plate portion 33 c is integrally connected to the outer peripheral edge on the long side of the common bottom plate portion 34 disposed in the circumferential groove 3 h of the cooling body 3.
  • the connecting plate portion 33d extending upward and the upper plate portion 33e extending leftward from the upper end of the connecting plate portion 33d are formed in an inverted L-shaped cross section.
  • the connecting plate portion 33 d extends upward through the left side surface on the long side of the semiconductor power module 11.
  • connection part with the bottom board part 34 and the upper board part 33e of the connection board part 33d is formed in the curved surfaces 33f and 33g which are a part of cylindrical surface, for example.
  • the connecting portions of the connecting plate portion 33d, the bottom plate portion 34, and the upper plate portion 33e into cylindrical curved surfaces 33f and 33g, it is possible to improve vibration resistance against vertical vibration and roll. . That is, it is possible to alleviate the stress concentration generated in the connecting portion between the connecting plate portion 33d, the bottom plate portion 34, and the upper plate portion 33e when vertical vibration or roll is transmitted to the power conversion device 1.
  • the connecting plate portion 33d to the bottom plate portion 34 and the upper plate portion 33e with cylindrical curved surfaces 33f and 33g, the connecting portion between the connecting plate portion 33d and the bottom plate portion 34 and the upper plate portion 33e.
  • the heat conduction path can be shortened as compared with the case of forming a right-angle L-shape. For this reason, the heat conduction path from the heat transfer support plate portion 33a to the cooling body 3 is shortened, and efficient heat cooling becomes possible.
  • a heat generating circuit component 39 is mounted on the lower surface side as shown in FIGS. Then, the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 are connected to the heat transfer members 35 and 37 and the heat transfer support plate portions 32a and 33a as shown in FIG.
  • the connection between the control circuit board 22 and the power circuit board 23 and the heat transfer support plate portions 32a and 33a is substantially the same except that the left and right are reversed.
  • the plate portion 33a will be described as a representative.
  • the power supply circuit board 23 and the heat transfer support plate portion 33 a are connected to each other by an interval adjusting member having a heat transfer plate portion management height H lower than the thickness T of the heat transfer member 37.
  • a spacer 40 is used.
  • the spacer 40 is temporarily fixed by bonding or the like to the outer peripheral side of the female screw portion 41 into which the fixing screw 38 formed on the heat transfer support plate portion 33a is screwed.
  • the heat transfer plate portion management height H of the spacer 40 is set so that the compression rate of the heat transfer member 37 is about 20 to 30%.
  • the heat resistance can be reduced and an efficient heat transfer effect can be exhibited.
  • the heat transfer member 37 is formed with an insertion hole 37 a through which the joint screw 25 can be inserted and an insertion hole 37 b through which the spacer 40 can be inserted. And the heat-transfer member 37 is mounted in the heat-transfer support plate part 33a so that the spacer 40 temporarily fixed to the heat-transfer support plate part 33a may be inserted in the insertion hole 37b. Then, the power circuit board 23 is placed on the heat transfer support plate 33 a so that the heat generating circuit component 39 is in contact with the heat transfer member 37.
  • the fixing screw 38 is screwed into the female screw portion 41 of the heat transfer support plate portion 33a through the insertion hole 23b of the power circuit board 23 and the central opening of the spacer 40. Then, the fixing screw 38 is tightened until the upper surface of the heat transfer member 37 substantially coincides with the upper surface of the spacer 40. For this reason, the heat transfer member 37 is compressed at a compression rate of about 20 to 30%, and the heat resistance is reduced and an efficient heat transfer effect can be exhibited. At this time, since the compression rate of the heat transfer member 37 is managed by the height H of the spacer 40, appropriate tightening is performed without causing insufficient tightening or excessive tightening.
  • the heat generating circuit component 39 mounted on the lower surface side of the power circuit board 23 is embedded in the heat transfer member 37 by the elasticity of the heat transfer member 37. For this reason, the contact between the heat generating circuit component 39 and the heat transfer member 37 is performed without excess or deficiency, and the contact between the heat transfer member 37 and the power supply circuit board 23 and the heat transfer support plate portion 33a is performed satisfactorily. The thermal resistance between the member 37 and the power supply circuit board 23 and the heat transfer support plate portion 33a can be reduced.
  • connection through the heat transfer member 35 between the control circuit board 22 and the heat transfer support plate portion 32a is performed in the same manner as described above. Insulating sheets 42 and 43 are attached to the lower surfaces of the heat transfer support plate portions 32a and 33a of the heat transfer support members 32 and 33 in order to shorten the insulation distance. Further, as shown in FIG. 7, the connecting plate portion 33d of the heat transfer support side plate portion 33c of the heat transfer support member 33 is described later at a position corresponding to the three-phase AC output terminal 11b shown in FIG. For example, three rectangular insertion holes 33 i are formed through which the bus bar 55 is inserted.
  • a relatively wide heat transfer path Lh can be formed between the adjacent insertion holes 33i, and the cross-sectional area of the entire heat transfer path is increased to improve efficiency. Can conduct heat well. Also, rigidity against vibration can be ensured.
  • similar insertion holes 32i are respectively provided at positions facing the positive electrode and the negative electrode terminal 11a of the semiconductor power module 11 as shown in FIG. Is formed. By forming the insertion hole 32i, the same effect as that of the insertion hole 33i described above can be obtained.
  • the common bottom plate portion 34 of the heat transfer support members 32 and 33 is inserted through the fixing member at a position facing the insertion hole 15 through which the fixing screw 14 of the semiconductor power module 11 is inserted.
  • a hole 34d is formed.
  • a rectangular frame-like plate-like elastic member 45 serving as a sealing member is interposed between the upper surface of the bottom plate portion 34 and the lower surface of the cooling member 13 formed in the semiconductor power module 11.
  • An O-ring 46 as a sealing member is disposed on the open window 3g side of the circumferential groove 3h of the cooling body 3.
  • the fixing screw 14 is inserted into the insertion hole 15 of the semiconductor power module 11 and the cooling member 13 and the fixing member insertion hole 34 d of the bottom plate portion 34.
  • the semiconductor power module 11 and the bottom plate portion 34 are fixed to the cooling body 3 by screwing the male screw portion at the tip of the fixing screw 14 into the female screw portion 3 j formed on the cooling body 3.
  • the power circuit board 23 is superposed on the heat transfer support plate portion 33 a of the heat transfer support member 33 via the heat transfer member 37. Then, the power supply circuit board 23, the heat transfer member 37 and the heat transfer support plate 33a are fixed in a state where the heat transfer member 37 is compressed at a compression rate of about 20 to 30% by the fixing screw 38, and the power supply circuit unit U3 is fixed. Form it. Similarly, the control circuit board 22 is superimposed on the heat transfer support plate portion 32 a of the heat transfer support member 32 via the heat transfer member 35.
  • control circuit board 22 the heat transfer member 35, and the heat transfer support plate portion 32a are fixed in a state where the heat transfer member 35 is compressed at a compression rate of about 20 to 30% by the fixing screw 36, thereby forming the control circuit unit U2. Keep it.
  • a bottom plate portion 34 common to the heat transfer support members 32 and 33 is provided between the upper surface and the lower surface of the cooling member 13 formed in the semiconductor power module 11. In the state where 45 is interposed, it is fixed with the fixing screw 14 together with the semiconductor power module 11. By fixing the bottom plate portion 34 and the semiconductor power module 11 to the cooling body 3 in this way, the open window 3 g of the cooling body 3 is closed by the cooling member 13 and the plate-like elastic member 45.
  • the cooling fins 13a of the cooling member 13 are inserted into the bent path 3f through the open window 3g of the cooling body 3, and the frame-shaped part 34b and the protruding piece 34c of the liquid contact part 34a of the bottom plate part 34 are bent paths. 3f is inserted.
  • the semiconductor power module 11 and the common bottom plate portion 34 of the heat transfer support members 32 and 33 can be fixed to the cooling body 3 at the same time, the number of assembling steps can be reduced. Further, when the bottom plate portion 34 is fixed to the cooling body 3, the plate-like elastic member 45 is interposed between the bottom plate portion 34 and the cooling member 13 of the semiconductor power module 11. For this reason, the bottom plate part 34 is pressed against the bottom part of the circumferential groove 3h of the cooling body 3 by the plate-like elastic member 45, and the bottom plate part 34 is reliably brought into contact with the cooling body 3, thereby ensuring a wide contact area. . In addition, the upper and lower surfaces of the bottom plate portion 34 are sealed by the plate-like elastic member 45 and the O-ring 46 to reliably prevent the leakage of the cooling liquid when the cooling liquid is passed through the liquid passage 3c of the cooling body 3. be able to.
  • the drive circuit board 21 is mounted on the board fixing part 16 formed on the upper surface of the semiconductor power module 11 before or after fixing to the cooling body 3. Then, the drive circuit board 21 is fixed to the board fixing portion 16 by four joint screws 24 from above. And the heat-transfer support plate part 32a is connected with the heat-transfer support side plate part 32c with the fixing screw 32b. Then, the control circuit board 22 of the control circuit unit U ⁇ b> 2 is placed on the upper surface of the joint screw 24 and is fixed by the four joint screws 25. Further, the power supply circuit board 23 of the power supply circuit unit U 3 is placed on the upper surface of the joint screw 25 and fixed by the four fixing screws 26. And the heat-transfer support plate part 33a is connected with the heat-transfer support side plate part 33c by the fixing screw 33b.
  • a bus bar 50 is connected to the positive and negative DC input terminals of the semiconductor power module 11 to 11a, and the positive and negative electrodes 4a of the film capacitor 4 penetrating the cooling body 3 at the other end of the bus bar 50.
  • a fixing screw 51 is connected to the positive and negative DC input terminals of the semiconductor power module 11 to 11a, and the positive and negative electrodes 4a of the film capacitor 4 penetrating the cooling body 3 at the other end of the bus bar 50.
  • a fixing screw 51 is connected to a fixing screw 51.
  • a crimp terminal 53 fixed to the tip of a connection cord 52 connected to an external converter (not shown) is fixed to the DC input terminal 11 a of the semiconductor power module 11.
  • a bus bar 55 is connected to the three-phase AC output terminal 11 b of the semiconductor power module 11 with a fixing screw 56, and a current sensor 57 is disposed in the middle of the bus bar 55.
  • a crimp terminal 59 fixed to the tip of a motor connection cable 58 connected to an external three-phase electric motor (not shown) is fixed to the other end of the bus bar 55 with a fixing screw 60.
  • the lower housing 2A and the upper housing 2B are fixed to the lower surface and the upper surface of the cooling body 3 via a sealing material (not shown), and the assembly of the power conversion device 1 is completed.
  • DC power is supplied from an external converter (not shown), and the power supply circuit mounted on the power supply circuit board 23 and the control circuit mounted on the control circuit board 22 are set in an operating state.
  • a gate signal composed of, for example, a pulse width modulation signal is supplied from the control circuit to the semiconductor power module 11 through the drive circuit mounted on the drive circuit board 21.
  • the IGBT built in the semiconductor power module 11 is controlled to convert DC power into AC power.
  • the converted AC power is supplied from the three-phase AC output terminal 11b to the motor connection cable 58 via the bus bar 55 to drive and control a three-phase electric motor (not shown).
  • the IGBT built in the semiconductor power module 11 generates heat. Since this heat generation is in direct contact with the coolant flowing through the cooling fins 13a of the cooling member 13 formed in the semiconductor power module 11 through the bent passage 3f forming the fluid passage 3c of the cooling body 3. A large cooling effect can be exhibited.
  • the control circuit and the power supply circuit mounted on the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 include a heat generating circuit component 39, and the heat generating circuit component 39 generates heat. At this time, the heat generating circuit component 39 is mounted on the lower surface side of the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23.
  • the heat transfer support plate portions 32a and 33a of the heat transfer support members 32 and 33 are provided on the lower surface sides of the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 through heat transfer members 35 and 37 having high thermal conductivity and elasticity. Is provided. For this reason, the contact area between the heat generating circuit component 39 and the heat transfer members 35 and 37 is increased and the heat resistance between the heat generating circuit component 39 and the heat transfer members 35 and 37 is reduced. Therefore, the heat generated by the heat generating circuit component 39 is efficiently transferred to the heat transfer members 35 and 37.
  • the heat transfer members 35 and 37 themselves are compressed at a compression rate of about 20 to 30% to increase the thermal conductivity. For this reason, as shown in FIG. 8, the heat transferred to the heat transfer members 35 and 37 is efficiently transferred to the heat transfer support plate portions 32a and 33a of the heat transfer support members 32 and 33.
  • the heat transfer support side plates 32c and 33c are connected to the heat transfer support plates 32a and 33a, the heat transferred to the heat transfer support plates 32a and 33a is transferred to the heat transfer support side plates 32c and 33a. It is transmitted to the common bottom plate part 34 through 33c.
  • the bottom plate portion 34 is in direct contact with the circumferential groove 3h of the cooling body 3, and the liquid contact portion 34a on the inner peripheral side is inserted into the bending path 3f of the cooling body 3 to directly contact the cooling liquid. Therefore, the heat transmitted to the bottom plate portion 34 is cooled by the coolant of the cooling body 3.
  • heat generated by the heat generating circuit component 39 mounted on the control circuit board 22 and the power circuit board 23 does not pass through the control circuit board 22 and the power circuit board 23 having a large thermal resistance. Since heat is directly transferred to the heat transfer members 35 and 37, efficient heat dissipation can be performed.
  • the heat transferred to the heat transfer members 35 and 37 is transferred to the heat transfer support plate portions 32a and 33a, and further transferred to the heat transfer support side plate portions 32c and 33c. At this time, the heat transfer support side plate portions 32 c and 33 c are provided along the long side of the semiconductor power module 11.
  • the heat transport amount Q can be expressed by the following equation (1).
  • Q ⁇ ⁇ (A / L) ⁇ T (1)
  • ⁇ is the thermal conductivity [W / m ° C.]
  • T is the temperature difference [° C.] substrate temperature T 1 -cooling body temperature T 2
  • A is the minimum heat transfer cross section [m 2 ]
  • L is the heat transfer length [m ].
  • the heat transfer support side plate portions 32c and 33c of the heat transfer support members 32 and 33 are integrated by the common bottom plate portion 34, the components are arranged between the heat transfer support side plate portions 32c and 33c and the bottom plate portion 34.
  • the heat resistance can be suppressed.
  • the liquid contact part 34a of the bottom plate part 34 is in direct contact with the coolant of the cooling body 3, a good cooling effect can be exhibited.
  • the liquid contact portion 34a of the bottom plate portion 34 is formed in a cross-sectional L shape by the frame-shaped portion 34b and the protruding piece 34c, a large surface area in contact with the coolant can be taken, and a better cooling effect is exhibited. can do.
  • the protruding piece 34c is formed in a comb-teeth shape, the flow resistance of the cooling liquid is reduced, and the influence of the cooling member 13 formed in the semiconductor power module 11 on the flow to the cooling fins 13a is affected. Can be suppressed.
  • liquid contact portion 34a of the heat transfer support member 33 having a high height and a long heat transfer path is disposed upstream of the cooling fins 13a of the cooling member 13 of the semiconductor power module 11, and the height is short and the heat transfer path is short.
  • the liquid contact portion 34 a of the heat transfer support member 32 is disposed downstream of the cooling fins 13 a of the cooling member 13 of the semiconductor power module 11. For this reason, the difference in the cooling effect with respect to the heat generating circuit component 39 of the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 can be suppressed.
  • the housing 2 is not included in the heat dissipation path from the control circuit board 22 and the power circuit board 23 on which the heat generating circuit component 39 is mounted to the cooling body 3, the housing 2 is required to have heat conductivity. Absent. Therefore, it is not necessary to use a metal having a high thermal conductivity such as aluminum as a constituent material of the casing 2, and the casing 2 can be configured with a synthetic resin material, and the weight can be reduced. Further, since the heat dissipation path can be formed by the power conversion device 1 alone without the heat dissipation path being dependent on the housing 2, the semiconductor power module 11, the drive circuit board 21, the control circuit board 22, and the power supply circuit board 23. Can be applied to the housing 2 and the cooling body 3 in various different forms.
  • the metal heat transfer support plate portions 32a and 33a are fixed to the control circuit board 22 and the power circuit board 23, the rigidity of the control circuit board 22 and the power circuit board 23 can be increased. For this reason, even when the power converter 1 is applied as a motor drive circuit that drives a motor for driving a vehicle, even when the vertical vibration or roll shown in FIG.
  • the members 32 and 33 can increase the rigidity. Therefore, it is possible to provide the power conversion device 1 that is less affected by vertical vibrations and rolls.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and the heat transfer members 35 and 37 may be provided only at a location where the heat generating circuit component 39 exists as shown in FIG.
  • the present invention is not limited to the above configuration. That is, as shown in FIG. 10, the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 may be mounted in the outer peripheral area Ao on the opposite side to the heat transfer members 35 and 37.
  • the heat generating circuit component 39 having a large heat generation amount is disposed on the outer peripheral side, the heat generating circuit component space is larger than the case where the heat generating circuit component 39 is disposed in the center and surrounded by other circuit components. It is possible to dissipate heat. For this reason, efficient thermal cooling can be performed.
  • the heat generating circuit component 39 is disposed in a portion close to the heat transfer support side plate portions 32c and 33c, so that the cooling body 3 is reached. You may make it shorten the distance of a thermal radiation path
  • the liquid contact part 34a of the bottom plate part 34 to which the heat transfer support member 33 is connected is arranged on the upstream side of the cooling fins 13a of the cooling member 13 of the semiconductor power module 11 in the liquid passage 3c, and the cooling effect is great. .
  • the heat generating circuit component 39 having a heat generation amount larger than the heat generation amount of the heat generating circuit component 39 mounted on the control circuit board 22 supported by the heat transfer support member 32 on the downstream side of the cooling fin 13a is provided in the liquid contact portion 34a.
  • the heat transfer path can be shortened by replacing the heat transfer support member 32 and the heat transfer support member 33 and mounting the heat generating circuit component 39 having a large heat generation amount on the control circuit board 22.
  • the cooling effect can be improved.
  • the liquid-contact part 34a in the common baseplate part 34 of the heat-transfer support members 32 and 33 is cross-sectionally L-shaped by the protrusion piece 34c which protrudes below from the rectangular frame-shaped part 34b and its inner periphery.
  • the protruding piece 34c may be omitted and the liquid contact portion 34 may be formed only by the rectangular frame portion 34b.
  • the protrusion piece 34c was arrange
  • the configuration is not limited to the above configuration, and the protruding piece 34c may be disposed on a side parallel to the flow direction of the coolant. In this case, it can suppress becoming resistance with respect to a cooling fluid.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration.
  • the configuration as shown in FIG. May be. That is, the heat transfer support side plates 32c and 32f are provided on the left and right sides of the control circuit board 22, respectively, and heat dissipation paths are formed on both sides of the heat transfer support plate 32a.
  • the thermal radiation effect can be improved more by forming the thermal radiation path in the both sides of the heat-transfer support plate part 32a.
  • a plurality of upper plate portions 32e that support the circuit units U2 and U3 may be formed on the heat transfer support side plate portion 32c to support a plurality of circuit boards.
  • the heat-transfer support plate part 32a and 33a of the heat-transfer support members 32 and 33 and the heat-transfer support side plate part 32c and 33c were comprised separately was demonstrated.
  • the present invention is not limited to the above configuration, and as shown in FIG. 14, the heat transfer support plate portions 32a and 33a and the heat transfer support side plate portions 32c and 33c may be configured integrally. Good. In this case, since no seam is formed between the heat transfer support plate portions 32a and 33a and the heat transfer support side plate portions 32c and 32c, the heat resistance is reduced and more efficient heat dissipation is performed. Can do.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration.
  • an insulating layer 72 is provided on a heat dissipation plate 71 mainly composed of aluminum or an aluminum alloy as the control circuit board 22 and the power supply circuit board.
  • a metal base circuit board 74 on which a circuit pattern 73 is formed can be applied. In this case, as shown in FIG.
  • the heat transfer members 35 and 37 and the heat transfer support plate portions 32a and 33a are omitted, and the heat dissipation plate 71 of the metal base circuit board 74 is directly connected to the heat transfer support side plate portion 32c and What is necessary is just to make it connect to 33c.
  • the plate-shaped elastic member 45 used as a sealing member was arrange
  • An O-ring may be disposed as a sealing member at a position substantially opposite to.
  • the case where the heat-transfer members 35 and 37 inserted between the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23, and the heat-transfer support-plate parts 32a and 33a demonstrated elasticity was demonstrated.
  • the heat-transfer member which does not have elasticity, such as an insulating-coated metal plate, can also be applied.
  • the said embodiment demonstrated the case where the film capacitor 4 was applied as a smoothing capacitor, it is not limited to this, You may make it apply a cylindrical electrolytic capacitor.
  • the case where the power converter device by this invention was applied to an electric vehicle was demonstrated, it is not limited to this, It can apply this invention also to the rail vehicle which drive
  • the power conversion device is not limited to an electrically driven vehicle, and the power conversion device of the present invention can be applied when driving an actuator such as an electric motor in other industrial equipment.
  • SYMBOLS 1 Power converter device, 2 ... Housing
  • Fixing screw, 32c Heat transfer support side plate portion, 33 ... Heat transfer support member, 33a ... Heat transfer support plate portion 33b ... Fixing screw, 33c ... Heat transfer support side plate part, 34 ... Bottom plate part, 35, 37 ... Heat transfer member, 39 ... Heat generating circuit component, 40 ... Spacer (spacing adjusting member), 45 ... Plate-like elastic member, 71 ... Heat sink, 72 ... Insulating layer, 73 ... Circuit pattern, 74 ... Gold Base circuit board

Abstract

　基板に実装された発熱回路部品の熱の放熱経路に筐体を介在させることなく、発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱することができる電力変換装置を提供する。冷却液を通流する通液路（３ｃ）の一部に開放窓（３ｇ）を有する冷却体（３）と、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したケース体（１２）の一面に、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部（１３ａ）を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材（１３）が形成された半導体パワーモジュール（１１）とを備えている。また、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（２２），（２３）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、当該実装基板の熱を前記冷却体に伝熱するため前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部（３４ａ）を有する伝熱支持部材（３２），（３３）を備えている。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵した半導体パワーモジュール上に、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。
　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化装置が知られている。この電力変換装置は、筐体内に、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を内蔵した半導体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、半導体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。
特許第４６５７３２９号公報
　ところで、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という未解決の課題がある。
　また、筐体には、防水・防塵が要求されることが多いため、金属ベース板と筐体との間、筐体と水冷ジャケットとの間には液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどが一般的に行われている。液状シール剤やゴム製パッキンは熱伝導率が一般的に低く、これらが熱冷却経路に介在することで熱抵抗が増え冷却効率が低下するという未解決の課題もある。この未解決の課題を解決するためには、基板や実装部品の除去しきれない発熱を筐体や筐体蓋からの自然対流による放熱も必要となり、筐体や筐体蓋の表面積を大きくするために、筐体や筐体蓋の外形が大きくなり電力変換装置が大型化することになる。
　そこで、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、基板に実装された発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱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。
　上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置の第１の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、一面に、前記冷却体の開放窓ないに挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、第１の態様は、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と、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、当該実装基板の熱を前記冷却体に伝熱するため前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材とを備えている。
　この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって冷却体に直接放熱することができる。この場合、冷却体が冷却液を通流する通液路を有し、この通液路に開放窓が形成され、この開放窓に半導体パワーモジュールの冷却部材の接液部と伝熱支持部材の接液部とが挿通されて冷却液に直接接触するので、半導体パワーモジュール及び伝熱支持部材の冷却効果を向上させることができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第２の態様は、前記実装基板が金属ベース回路基板で構成されている。
　この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第３の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、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、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、上記第３の態様は、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、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半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材とを備えている。
　この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱することができる。この場合、冷却体が冷却液を通流する通液路を有し、この通液路に開放窓が形成され、この開放窓に半導体パワーモジュールの冷却部材の接液部と伝熱支持部材の接液部とが挿通されて冷却液に直接接触するので、半導体パワーモジュール及び伝熱支持部材の冷却効果を向上させることができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第４の態様は、前記実装基板が金属ベース回路基板で構成されている。
　この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第５の態様は、冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、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、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールとを備えている。また、第５の態様は、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、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半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と、前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に介挿した伝熱部材とを備えている。
　この第５の態様によると、第３の態様の作用に加えて実装基板の発熱回路部品の熱を伝熱部材を介して伝熱支持部材に効率よく伝熱することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第６の態様は、前記伝熱支持部材が、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されている。
　この第６の態様によると、実装基板を伝熱支持板部で支持するので、実装基板の剛性を高めることができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第７の態様は、前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されている。
　この第７の態様によると、伝熱支持板部と伝熱支持側板部とが一体に形成されているので、両者間の連結部に継ぎ目がなく、連結部での熱抵抗を小さくすることができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第８の態様は、前記伝熱支持板部が、複数の伝熱支持側板部に固定支持されている。
　この第８の態様によると、伝熱支持板部が複数の伝熱支持側板部に固定支持されているので、冷却体への伝熱面積を増加させて、効率の良い放熱を行うことができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第９の態様は、前記伝熱支持部材の接液部が、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されている。
　この第９の形態によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されているので、接液部の冷却温度が略一定となり、良好な冷却効果を発揮することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第１０の態様は、前記伝熱支持部材の接液部が、櫛歯状に形成されている。
　この第１０の態様によると、伝熱支持部材の接液部が櫛歯状に形成されているので、冷却液の通流を阻害することなく、冷却効果を発揮することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第１１の態様は、前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と平行に延長して配置されている。
　この第１１の態様によると、伝熱支持部材の接液部が冷却液の通液方向と平行に配置されているので、冷却液の通液を阻害することなく冷却効果を発揮することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第１２の態様は、前記伝熱支持部材が前記半導体パワーモジュールを挟んで対向する第１の伝熱支持部材及び第２の伝熱支持部材で構成され、前記第１の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の上流側に配置され、前記第２の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の下流側に配置されている。
　この第１２の態様によると、冷却部材の接液部の上流側及び下流側に第１の伝熱支持部材の接液部及び第２の伝熱支持部材の接液部を配置するので、第１の伝熱支持部材の接液部の冷却温度を第２の伝熱支持部材の冷却温度より低くすることができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第１３の態様は、前記第１の伝熱支持側板部に連結される伝熱支持板部に実装される第１の実装基板に、前記第２の伝熱支持側板部に連結される伝熱支持板部に支持される前記実装基板に実装される発熱回路部品より高い発熱量の発熱回路部品を実装する。
　この第１３の態様によると、冷却温度の低い第１の伝熱支持部材で支持する第１の実装基板に高い発熱量の発熱回路部品を実装し、冷却温度の高い第２の伝熱支持部材で支持する第２の実装基板に低い発熱量の発熱回路部品を実装するので、高い発熱量の発熱回路部品の放熱を良好に行うことができる。
　本発明に係る電力変換装置の第１４の態様は、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに封止部材を設けている。
　この第１４の態様によると、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに夫々封止部材を設けているので、冷却液の漏れを確実に防止することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第１５の態様は、前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面に封止部材を設け、前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面に互いに伸縮性を有する板状弾性部材及び接着層の何れか介在させている。
　この第１５の態様によると、パッキン等の板状弾性部材又は接着剤層によって伝熱支持側板部及び冷却部材の接触面を確実に液密にシールすることができ、特に板状弾性部材を使用する場合には、冷却体と冷却体接触板部との接触を確実に行って冷却効果を高めることができる。
　本発明によれば、発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を冷却体に接触する伝熱支持部材で支持するので、発熱回路部品で生じる熱を、伝熱支持部材を介して直接冷却体に放熱することができ、熱抵抗を抑えて冷却効率の良い熱冷却を行うことができる。このため、筐体や筐体蓋からの放熱作用との併用を減少させることができ、筐体や筐体蓋の大きさを抑えて小型化されて安価な電力変換装置を提供することができる。
　しかも、筐体に良好な伝熱性を要求することがないので、筐体に樹脂等の軽量な材料を用いることができ、筐体を軽量化して安価な電力変換装置の提供が可能となる。
　さらに、伝熱支持部材に冷却体に通流する冷却液に接触する接液部を設けているので、冷却効率をより向上させることができる。
本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の全体構成を示す断面図である。 第１の実施形態の要部を示す拡大断面図である。 実装基板の取り付け状態の具体的構成を示す拡大断面図である。 実装基板の伝熱支持部材への取り付け方法を示す図である。 実装基板を伝熱支持部材へ取り付けた状態を示す断面図である。 伝熱部材の変形例を示す断面図である。 伝熱支持部材を示す側面図である。 発熱回路部品の放熱経路を説明する図である。 電力変換装置に対して上下振動や横揺れが作用した状態を示す図である。 実装基板への発熱回路部品の配置例を示す断面図である。 実装基板への発熱回路部品の他の配置例を示す断面図である。 伝熱支持部材の接液部の他の例を示す断面図である。 伝熱支持部材の他の例における放熱経路を説明する図である。 伝熱支持部材のさらに他の例を示す断面図である。 金属ベース回路基板を適用した場合の変形例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
　図１は本発明に係る電力変換装置の全体構成を示す断面図である。
　図中、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。
　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。
　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扁平な板状に形成されている。冷却液の給液口３ａ及び排液口３ｂが筐体２の外方に開口されている。これら給液口３ａ及び排液口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しないラジエーター等の冷却液供給源に接続されている。そして、冷却液供給源から例えば冷却水にロングライフクーラントや不凍液などを添加した冷却液が供給される。
　給液口３ａ及び排液口３ｂ間には、通液路３ｃが形成されている。この通液路３ｃは、給液口３ａ及び排液口３ｂに連通し、給液口３ａ及び排液口３ｂ間を結ぶ線上に形成された直線路３ｄ及び３ｅを有する。そして、通液路３ｃは、直線路３ｄ及び３ｅ間に連通して上方に凸状に屈曲する屈曲路３ｆを有する。この屈曲路３ｆの上面には開放窓３ｇが形成されている。この冷却体３は、上面の開放窓３ｇの周囲に周溝３ｈが形成されている。
　また、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３ｉが形成されている。
　電力変換装置１は、図２とともに参照して明らかなように、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）を内蔵した半導体パワーモジュール１１を備えている。この半導体パワーモジュール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の下面に金属製で熱伝導率の高い例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成された冷却部材１３が形成されている。この冷却部材１３には、平坦な下面における冷却体３の開放窓３ｇに対向する中央部に、下方に突出する多数の冷却フィン１３ａが形成されている。これら冷却フィン１３ａは冷却体３に形成された開放窓３ｇ内に挿通されている。
　ケース体１２及び冷却部材１３には平面からみて四隅に固定部材としての固定ねじ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。
　この基板固定部１６の上端には、半導体パワーモジュール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半導体パワーモジュール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半導体パワーモジュール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。
　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。
　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、伝熱支持部材３２及び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。これら伝熱支持部材３２及び３３は、熱伝導率が高い金属例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。
　また、伝熱支持部材３２及び３３は、制御回路基板２２を支持する冷却体３の周溝３ｈ内に配置されて角枠状の共通の底板部３４を有する。したがって、伝熱支持部材３２及び３３は底板部３４によって一体に連結されている。そして、底板部３４の内周縁は冷却体３の屈曲路３ｆ内に突出されて冷却液に直接接触する接液部３４ａが形成されている。この接液部３４ａは、屈曲路３ｆ内に突出する枠状部３４ｂと、この枠状部３４ｂの内周縁における冷却液の通液方向と直交する辺から下方に延長する突出片３４ｃとで図１及び図２に示すように断面Ｌ字状に形成されている。ここで、突出片３４ｃは櫛歯状に形成されており、冷却液の流路抵抗を減少させるようにしている。
　そして、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４とは黒色の表面を有する。これら伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色化にするには、表面に黒色樹脂をコーティングしたり、黒色塗料で塗装したりすればよい。このように、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色とすることにより、金属の素材色と比較し熱放射率が大きくなり、放射伝熱量を増やすことができる。このため、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との周囲への放熱が活発化され、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の熱冷却を効率良く行うことができる。なお、底板部３４を除いて伝熱支持部材３２及び３３のみの表面を黒色にするようにしてもよい。
　伝熱支持部材３２は、平板上の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａの図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う右端側に固定ねじ３２ｂで固定された伝熱支持側板部３２ｃとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３２ｃが共通の底板部３４に連結されている。
　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。
　また、伝熱支持側板部３２ｃは、図２に示すように、冷却体３の周溝３ｈ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３２ｄと、この連結板部３２ｄの上端から左方に延長する上板部３２ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３２ｄは、半導体パワーモジュール１１の例えば長辺側の右側面を通って上方に延長している。
　そして、連結板部３２ｄの底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を例えば円筒面の一部でなる湾曲面３２ｆ及び３２ｇに形成している。このように連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３２ｆ及び３２ｇとすることにより、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。すなわち、電力変換装置１に上下振動や横揺れが伝達されたときに連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部に生じる応力集中を緩和することが可能となる。
　さらに、連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３２ｆ及び３２ｇとすることにより、連結板部３２ｄと底板部３４及び上板部３２ｅとの連結部を直角のＬ字形状とする場合に比較して熱伝導経路を短くすることができる。このため、伝熱支持板部３２ａから冷却体３までの熱伝導経路を短くして、効率的な熱冷却が可能となる。
　伝熱支持部材３３は、平板上の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａの図２で見て半導体パワーモジュール１１の長辺に沿う左端側に固定ねじ３３ｂで固定された伝熱支持側板部３３ｃとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３３ｃが共通の底板部３４に連結されている。
　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。
　また、伝熱支持側板部３３ｃは、図２及び図３に示すように、冷却体３の周溝３ｈ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から左方に延長する上板部３３ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３３ｄは、半導体パワーモジュール１１の長辺側の左側面を通って上方に延長している。
　そして、連結板部３３ｄの底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を例えば円筒面の一部でなる湾曲面３３ｆ及び３３ｇに形成している。このように連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、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。すなわち、電力変換装置１に上下振動や横揺れが伝達されたときに連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部に生じる応力集中を緩和することが可能となる。
　さらに、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を直角のＬ字形状とする場合に比較して熱伝導経路を短くすることができる。このため、伝熱支持板部３３ａから冷却体３までの熱伝導経路を短くして、効率的な熱冷却が可能となる。
　さらに、制御回路基板２２及び電源回路基板２３には、発熱回路部品３９が、図４及び図５に示すように、下面側に実装されている。
　そして、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱部材３５，３７及び伝熱支持板部３２ａ，３３ａとの連結が図４に示すように行われる。これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの連結は左右が逆となることを除いては実質的に同じであるので、電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａを代表として説明する。
　この電源回路基板２３と伝熱支持板部３３ａとの連結には、図４及び図５に示すように、伝熱部材３７の厚みＴより低い伝熱板部管理高さＨを有する間隔調整部材としての間座４０が用いられる。この間座４０は、伝熱支持板部３３ａに形成された固定ねじ３８が螺合する雌ねじ部４１の外周側に接着等によって仮止めされている。ここで、間座４０の伝熱板部管理高さＨは、伝熱部材３７の圧縮率が約２０～３０％となるように設定されている。このように、伝熱部材３７を約２０～３０％程度に圧縮することにより、熱抵抗が減り効率良い伝熱効果を発揮することができる。
　一方、伝熱部材３７には、継ぎねじ２５を挿通可能な挿通孔３７ａと、間座４０を挿通可能な挿通孔３７ｂとが形成されている。
　そして、伝熱支持板部３３ａに仮止めされた間座４０を挿通孔３７ｂに挿通されるように伝熱部材３７を伝熱支持板部３３ａに載置する。そして、この伝熱支持板部３３ａの上に電源回路基板２３を発熱回路部品３９が伝熱部材３７に接するように載置する。
　この状態で、固定ねじ３８を電源回路基板２３の挿通孔２３ｂを通じ、間座４０の中心開口を通じて伝熱支持板部３３ａの雌ねじ部４１に螺合させる。そして、固定ねじ３８を伝熱部材３７の上面が間座４０の上面と略一致するまで締め付ける。
　このため、伝熱部材３７が２０～３０％程度の圧縮率で圧縮されることになり、熱抵抗が減って効率の良い伝熱効果を発揮することができる。このとき、伝熱部材３７の圧縮率は間座４０の高さＨによって管理されるので、締め付け不足や締め付け過剰が生じることなく、適切な締め付けが行われる。
　また、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。
　制御回路基板２２と伝熱支持板部３２ａとの伝熱部材３５を介在させた連結も上記と同様にして行われる。
　なお、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２及び４３が貼着されている。
　また、伝熱支持部材３３の伝熱支持側板部３３ｃにおける連結板部３３ｄには、図７に示すように、半導体パワーモジュール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。
　同様に、伝熱支持部材３２の伝熱支持側板部３２ｃの連結部にも、図１に示すように、半導体パワーモジュール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、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４には、図２及び図３に示すように、半導体パワーモジュール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３４ｄが形成されている。さらに、底板部３４の上面と半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の下面との間に例えば封止部材となる長方形枠状の板状弾性部材４５が介在されている。また、冷却体３の周溝３ｈの開放窓３ｇ側に封止部材としてのＯリング４６が配設されている。
　そして、半導体パワーモジュール１１及び冷却部材１３の挿通孔１５及び底板部３４の固定部材挿通孔３４ｄに固定ねじ１４を挿通する。そして、この固定ねじ１４の先端の雄ねじ部を冷却体３に形成された雌ねじ部３ｊに螺合させることにより、半導体パワーモジュール１１と底板部３４とが冷却体３に固定されている。
　次に、上記第１の実施形態の電力変換装置１の組立方法を説明する。
　先ず、図４で前述したように、電源回路基板２３を伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａに伝熱部材３７を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３８によって伝熱部材３７を２０～３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａを固定して、電源回路ユニットＵ３を形成しておく。
　同様に、制御回路基板２２を伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａに伝熱部材３５を介して重ね合わせる。そして、固定ねじ３６によって伝熱部材３５を２０～３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａを固定して制御回路ユニットＵ２を形成しておく。
　一方、冷却体３の周溝３ｈ内に、伝熱支持部材３２及び３３に共通の底板部３４を、その上面と半導体パワーモジュール１１に形成した冷却部材１３の下面との間に板状弾性部材４５を介在させた状態で、半導体パワーモジュール１１とともに固定ねじ１４で固定する。
　このように底板部３４及び半導体パワーモジュール１１を冷却体３に固定することにより、冷却体３の開放窓３ｇが冷却部材１３及び板状弾性部材４５によって閉塞される。これと同時に、冷却部材１３の冷却フィン１３ａが冷却体３の開放窓３ｇを通じて屈曲路３ｆ内に挿通されるとともに、底板部３４の接液部３４ａの枠状部３４ｂ及び突出片３４ｃが屈曲路３ｆ内に挿通される。
　このように、半導体パワーモジュール１１と伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４とを同時に冷却体３に固定することができるので、組立工数を減少させることができる。また、底板部３４を冷却体３に固定する際に板状弾性部材４５を底板部３４と半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３との間に介在させる。このため、板状弾性部材４５によって底板部３４が冷却体３の周溝３ｈの底部に押し付けられて、底板部３４が冷却体３に確実に接触されて、広い接触面積を確保することができる。しかも、底板部３４の上下面が板状弾性部材４５及びＯリング４６でシールされて、冷却体３の通液路３ｃに冷却液を通液したときに冷却液の液漏れを確実に阻止することができる。
　また、半導体パワーモジュール１１には、冷却体３に固定する前又は固定した後に、その上面に形成された基板固定部１６に駆動回路基板２１を載置する。そして、この駆動回路基板２１をその上方から４本の継ぎねじ２４によって基板固定部１６に固定する。そして、伝熱支持板部３２ａを伝熱支持側板部３２ｃに固定ねじ３２ｂで連結する。
　そして、継ぎねじ２４の上面に制御回路ユニットＵ２の制御回路基板２２を載置し、４本の継ぎねじ２５によって固定する。さらに、継ぎねじ２５の上面に電源回路ユニットＵ３の電源回路基板２３を載置し、４本の固定ねじ２６によって固定する。そして、伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃに固定ねじ３３ｂによって連結する。
　その後、図１に示すように、半導体パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５０を接続し、このブスバー５０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を固定ねじ５１で連結する。さらに、半導体パワーモジュール１１の直流入力端子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を固定する。
　さらに、半導体パワーモジュール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を配置する。そして、ブスバー５５の他端に外部の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の先端に固定した圧着端子５９を固定ねじ６０で固定して接続する。
　その後、冷却体３の下面及び上面に、下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを、図示しないシール材を介して固定して電力変換装置１の組立を完了する。
　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する。これにより、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半導体パワーモジュール１１に供給する。これによって、半導体パワーモジュール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。
　このとき、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱する。この発熱は半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の冷却フィン１３ａが冷却体３の通液路３ｃを形成する屈曲路３ｆ内に挿通されて通流される冷却液に直接接触されているので、大きな冷却効果を発揮することができる。
　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。
　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を介して伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが設けられている。
　このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との接触面積が大きくなるとともに密着して発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との熱抵抗が小さくなる。したがって、発熱回路部品３９の発熱が伝熱部材３５及び３７に効率よく伝熱される。そして、伝熱部材３５及び３７自体は２０～３０％程度の圧縮率で圧縮されて熱伝導率が高められている。このため、図８に示すように、伝熱部材３５及び３７に伝熱された熱が効率良く伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達される。
　さらに、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａには、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが連結されているので、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達された熱は、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃを通って共通の底板部３４に伝達される。この底板部３４は、冷却体３の周溝３ｈ内に直接接触されているとともに、内周側の接液部３４ａが冷却体３の屈曲路３ｆ内に挿通されて、直接冷却液に接触するので、底板部３４に伝達された熱は冷却体３の冷却液によって冷却される。
　このように、上記第１の実施形態によると、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装された発熱回路部品３９の発熱が熱抵抗の大きな制御回路基板２２及び電源回路基板２３を介することなく直接伝熱部材３５及び３７に伝熱されるので、効率の良い放熱を行うことができる。
　そして、伝熱部材３５及び３７に伝達された熱は伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝熱され、さらに伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに伝達される。このとき、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが半導体パワーモジュール１１の長辺に沿って設けられている。
　このため、伝熱面積を広くとることができ、広い放熱経路を確保することができる。しかも、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃは折れ曲がり部が円筒状の湾曲部とされているので、折れ曲がり部をＬ字状にする場合に比較して冷却体３までの伝熱距離を短くすることができる。ここで、熱輸送量Ｑは、下記（１）式で表すことができる。
　Ｑ＝λ×（Ａ／Ｌ）×Ｔ　　　…………（１）
　ただし、λは熱伝導率［Ｗ／ｍ℃］、Ｔは温度差［℃］基板温度Ｔ１－冷却体温度Ｔ２、Ａは伝熱最小断面積［ｍ2］、Ｌは伝熱長さ［ｍ］である。
　この（１）式から明らかなように、伝熱長さＬが短くなると、熱輸送量Ｑは増加することになり、良好な冷却効果を発揮することができる。
　また、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが共通の底板部３４で一体化されているので、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃと底板部３４との間に部品同士の継ぎ目がなく、熱抵抗を抑制することができる。しかも、底板部３４の接液部３４ａが冷却体３の冷却液に直接接触しているので、良好な冷却効果を発揮することができる。さらに、底板部３４の接液部３４ａが枠状部３４ｂと突出片３４ｃとで断面Ｌ状に形成されているので、冷却液に接する表面積を広くとることができ、より良好な冷却効果を発揮することができる。このとき、突出片３４ｃは櫛歯状に形成されているので、冷却液の通液抵抗を小さくし、半導体パワーモジュール１１に形成された冷却部材１３の冷却フィン１３ａへの通液に与える影響を抑制することができる。
　また、高さが高く伝熱経路が長い伝熱支持部材３３の接液部３４ａが半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより上流側に配置され、高さが低く伝熱経路が短い伝熱支持部材３２の接液部３４ａが半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより下流側に配されている。このため、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の発熱回路部品３９に対する冷却効果の差を抑制することができる。
　さらに、発熱回路部品３９が実装された制御回路基板２２及び電源回路基板２３から冷却体３までの放熱経路に筐体２が含まれていないので、筐体２に伝熱性が要求されることがない。したがって、筐体２の構成材料としてアルミニウム等の高熱伝導率の金属を使用する必要がなく、合成樹脂材で筐体２を構成することが可能となり、軽量化を図ることができる。
　また、放熱経路が筐体２に依存することなく、電力変換装置１単独で放熱経路を形成することができるので、半導体パワーモジュール１１と、駆動回路基板２１、制御回路基板２２及び電源回路基板２３とで構成される電力変換装置１を種々の異なる形態の筐体２や冷却体３に適用することができる。
　また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に金属製の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが固定されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の剛性を高めることができる。このため、電力変換装置１を車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路として適用する場合のように、電力変換装置１に図９に示す上下振動や横揺れが作用する場合でも、伝熱支持部材３２及び３３で剛性を高めることができる。したがって、上下振動や横揺れ等の影響が少ない電力変換装置１を提供することができる。
　なお、上記実施形態においては、制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３で、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を図６に示すように発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。
　また、上記実施形態においては、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、図１０に示すように、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Ａｏに実装するようにしてよい。この場合には、発熱量の大きい発熱回路部品３９が外周部側に配置されるので、発熱回路部品３９を中央に配置して他の回路部品で囲まれる場合に比較して発熱回路部品の空間への放熱を行うことが可能となる。このため、効率的な熱冷却を行うことができる。
　さらには、図１１に示すように、制御回路基板２２及び電源回路基板２３のそれぞれにおいて、発熱回路部品３９を伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに近い部分に配置することにより、冷却体３迄の放熱経路の距離を短くするようにしてもよい。この場合でも、発熱回路部品３９の冷却体３までの放熱経路の距離が短くなるので、効率良い放熱を行うことができる。
　このとき、伝熱支持部材３３が連結されている底板部３４の接液部３４ａが通液路３ｃの半導体パワーモジュール１１の冷却部材１３の冷却フィン１３ａより上流側に配置されて冷却効果が大きい。このため、接液部３４ａが冷却フィン１３ａの下流側となる伝熱支持部材３２で支持されている制御回路基板２２に実装する発熱回路部品３９の発熱量より大きい発熱量の発熱回路部品３９を伝熱回路基板２３に実装することにより、良好な冷却効果を発揮することができる。
　この場合、伝熱支持部材３２と伝熱支持部材３３とを入れ替えて、発熱量の大きい発熱回路部品３９を制御回路基板２２に実装することにより、伝熱経路を短くすることができるので、さらに冷却効果を向上させることができる。
　また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４における接液部３４ａを長方形枠状部３４ｂ及びその内周縁から下方に突出する突出片３４ｃで断面Ｌ字状に形成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、図１２に示すように、突出片３４ｃを省略して長方形枠状部３４ｂのみで接液部３４を形成するようにしてもよい。
　また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４の内周縁における冷却液の通液方向と直交する辺に突出片３４ｃを配置した場合について説明した。しかしながら、本発明では、上記構成に限定されるものではなく、冷却液の通液方向と平行な辺に突出片３４ｃを配置するようにしてもよい。この場合には、冷却液に対して抵抗となることを抑制することができる。
　また、上記実施形態においては、発熱回路部品３９を実装した基板が２種類存在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く、発熱回路部品３９を実装した基板が例えば制御回路基板２２の一枚だけである場合には、図１３（ａ）に示すように構成してもよい。すなわち、制御回路基板２２の左右両側にそれぞれ伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｆを設けて、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路を形成する。このように構成することにより、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路が形成されることにより、放熱効果をより向上させることができる。
　さらには、図１３（ｂ）に示すように伝熱支持側板部３２ｃに各回路ユニットＵ２及びＵ３を支持する上板部３２ｅを複数形成して、複数の回路基板を支持するようにしてもよい。
　また、上記実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを別体で構成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なく、図１４に示すように、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを一体に構成するようにしてもよい。この場合には、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｃとの間に継ぎ目が形成されることがなくなるので、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、上記実施形態においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを結合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、制御回路基板２２及び電源回路基板として、図１５に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金を主体とした放熱板７１上に絶縁層７２を介して回路パターン７３を形成した金属ベース回路基板７４を適用することができる。この場合には、図１５に示すように、伝熱部材３５及び３７と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを省略して、金属ベース回路基板７４の放熱板７１を直接伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに接続するようにすればよい。
　また、上記実施形態では、冷却部材１３と伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４との間に封止部材となる板状弾性部材４５を配置したが、これに代えてＯリング４６に略対向する位置に封止部材としてＯリングを配置するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの間に介挿した伝熱部材３５及び３７が弾性を有する場合について説明した。しかしながら、本発明では上記構成に限定されるものではなく、絶縁被覆した金属板等の弾性を有さない伝熱部材を適用することもできる。
　さらに、上記実施形態では、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、上記実施形態においては、本発明による電力変換装置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を適用することができる。
　１…電力変換装置、２…筐体、３…冷却体、３ａ…給液口、３ｂ…排液口、３ｃ…通液路、３ｄ，３ｅ…直線路、３ｆ…屈曲路、３ｇ…開放窓、４…フィルムコンデンサ、５…蓄電池収納部、１１…半導体パワーモジュール、１２…ケース体、１３…冷却部材、１３ａ…冷却フィン、２１…駆動回路基板、２２…制御回路基板、２３…電源回路基板、２４，２５…継ぎねじ、３２…伝熱支持部材、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…固定ねじ、３２ｃ…伝熱支持側板部、３３…伝熱支持部材、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…固定ねじ、３３ｃ…伝熱支持側板部、３４…底板部、３５，３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４０…間座（間隔調整部材）、４５…板状弾性部材、７１…放熱板、７２…絶縁層、７３…回路パターン、７４…金属ベース回路基板

Claims (15)

  1. 　冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
    　一面に、前記冷却体の開放窓ないに挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
    　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と、
    　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、当該実装基板の熱を前記冷却体に伝熱するため前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と
    　を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
    　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、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
    　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、
    　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半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と
    　を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  4. 　前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　冷却液を通流する通液路を有し、該通液路の一部に開放窓を有する冷却体と、
    　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、前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有すると共に、前記冷却体の開放窓を閉塞する冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
    　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、
    　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半導体モジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体の開放窓内に挿通される接液部を有する伝熱支持部材と、
    　前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に介挿した伝熱部材と
    　を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  6. 　前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記接液部を有する伝熱支持側板部とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
  9. 　前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と交差する方向に延長して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記伝熱支持部材の接液部は、櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 　前記伝熱支持部材の接液部は、前記冷却体の開放窓内に、冷却液の通液方向と平行に延長して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
  12. 　前記伝熱支持部材は前記半導体パワーモジュールを挟んで対向する第１の伝熱支持部材及び第２の伝熱支持部材で構成され、前記第１の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の上流側に配置され、前記第２の伝熱支持部材の接液部が前記冷却部材の接液部の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
  13. 　前記第１の伝熱支持部材に実装される第１の実装基板に、前記第２の伝熱支持部材に支持される第２の実装基板に実装される発熱回路部品より高い発熱量の発熱回路部品を実装したことを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. 　前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面と前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面とに封止部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
  15. 　前記伝熱支持側板部及び前記冷却体の接触面に封止部材を設け、前記伝熱支持側板部及び前記冷却部材の接触面に互いに伸縮性を有する板状弾性部材及び接着剤層の何れか介在させたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
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