WO2013128995A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2013128995A1
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power semiconductor
power
conversion device
semiconductor element
power conversion
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敬介 堀内
西原　淳夫
佐藤　俊也
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device used in a vehicle.
  • the power conversion device that converts the direct current of the battery into the alternating current of the motor is no exception, and there is a demand for downsizing and cost reduction. As a result, the heat generation density increases, and thus it is necessary to improve the cooling performance.
  • the power module that generates the largest amount of heat among the electronic components that make up the power converter is the power module.
  • a double-sided cooling structure in which a heat-dissipating metal is bonded to both sides of a semiconductor element.
  • the forms of Patent Document 1 and Patent Document 2 are typical examples of the double-sided cooling structure.
  • an insulating member typified by ceramic or resin is provided between the heat dissipation metal and the element. Is intervening.
  • Patent Document 3 suggests a method of cooling the double-sided cooling module by the heat of vaporization of the insulating refrigerant.
  • an inorganic hard film such as Diamond ⁇ Like Carbon or ceramic, Prevents moisture absorption of the resin.
  • a member having a low thermal conductivity such as a resin, a ceramic, or an inorganic hard film intervenes in the middle of the heat dissipation path from the element to the refrigerant. In order to improve the cooling performance of the element, further improvement of heat transfer in the heat dissipation path is required.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the heat transfer of the heat dissipation path and improve the reliability of the apparatus.
  • a power conversion device that solves the above-described problems includes a power semiconductor element that converts a direct current into an alternating current, and a metal first that is opposed to the power semiconductor element and is electrically connected to the power semiconductor element.
  • a power semiconductor module comprising: a first insulating resin material that seals the plate and the second heat radiating plate; and a second insulating resin material formed to cover the first insulating resin material; and an insulating cooling refrigerant.
  • the first heat radiating plate has a first protrusion on a surface opposite to the surface on which the power semiconductor element is disposed, and the second heat radiating plate is on the side on which the power semiconductor element is disposed.
  • a second convex portion on a surface opposite to the first surface, and the second insulating resin material contacts a side surface portion forming the first convex portion and a side surface portion forming the second convex portion.
  • the first convex portion and the second convex portion are in direct contact with the cooling refrigerant and have a boiling cooling surface on the first convex portion and the second convex portion.
  • FIG. 2 is a perspective view of a power conversion device 200.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a power conversion device 200.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3.
  • 2 is a top perspective view of a power module 20, a flange 21, and a bus bar 6.
  • FIG. 2 is a bottom perspective view of a power module 20, a flange 21, and a bus bar 6.
  • FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the power module 20 shown in FIG.
  • 2 is an exploded view of a power module 20.
  • FIG. It is a figure which shows the manufacturing method of the power module 20 of a present Example. It is a figure which shows embodiment at the time of making the grinding
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. It is a figure which shows the structure which also implements fin processing at the time of partial processing.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line DD ′ of FIG. It is a figure which shows other embodiment which changed the power module parallel direction.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of FIG. 16.
  • FIG. 1 It is a figure which shows embodiment which installed the gate circuit / control circuit board 5 in the perpendicular direction. It is a disassembled perspective view of FIG. It is a figure which shows embodiment at the time of carrying out forced circulation boiling cooling. It is a disassembled perspective view of FIG. It is a figure which shows the example of the shape of the bottom face part of the 1st recessed part 26g. It is a figure which shows the power converter device 200 arrange
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”).
  • Engine EGN motor generator MG1 and motor generator MG2 generate vehicle running torque.
  • Motor generator MG1 and motor generator MG2 not only generate rotational torque, but also have a function of converting mechanical energy applied from the outside to motor generator MG1 or motor generator MG2 into electric power.
  • the motor generators MG1 and MG2 are, for example, synchronous machines or induction machines, and operate as a motor or a generator depending on the operation method as described above.
  • a permanent magnet type synchronous motor using a magnet such as neodymium is suitable.
  • the permanent magnet type synchronous motor generates less heat from the rotor than the induction motor, and is excellent for automobiles from this viewpoint.
  • the output torque of the engine EGN and the output torque of the motor generator MG2 are transmitted to the motor generator MG1 via the power distribution mechanism TSM. It is transmitted to the wheel via the gear DIF.
  • rotational torque is transmitted from the wheels to motor generator MG1, and AC power is generated based on the supplied rotational torque.
  • the generated AC power is converted into DC power by the power conversion device 200 as described later, and the high-voltage battery 136 is charged, and the charged power is used again as travel energy. Further, when the power stored in the high-voltage battery 136 is reduced, the rotational energy generated by the engine EGN is converted into AC power by the motor generator MG2, and then the AC power is converted into DC power by the power converter 200. And the battery 136 can be charged. Transmission of mechanical energy from engine EGN to motor generator MG2 is performed by power distribution mechanism TSM.
  • the inverter circuits 140 and 142 are electrically connected to the battery 136 via the DC connector 138, and power is exchanged between the battery 136 and the inverter circuits 140 and 142.
  • motor generator MG1 When motor generator MG1 is operated as a motor, inverter circuit 140 generates AC power based on DC power supplied from battery 136 via DC connector 138 and supplies it to motor generator MG1 via AC terminal 188.
  • the configuration comprising motor generator MG1 and inverter circuit 140 operates as a first motor generator unit.
  • inverter circuit 142 when motor generator MG2 is operated as a motor, inverter circuit 142 generates AC power based on the DC power supplied from battery 136 via DC connector 138, and is supplied to motor generator MG2 via AC terminal 159. Supply.
  • the configuration composed of motor generator MG2 and inverter circuit 142 operates as a second motor generator unit.
  • the first motor generator unit and the second motor generator unit may be operated as both motors or generators depending on the operating state, or may be operated using both of them. It is also possible to stop without driving one.
  • the first motor generator unit is operated as the electric unit by the electric power of the battery 136, so that the vehicle can be driven only by the power of the motor generator MG1.
  • the battery 136 can be charged by generating power by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as the power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels.
  • the battery 136 is also used as a power source for driving an auxiliary motor.
  • the auxiliary motor is, for example, a motor for driving a compressor of an air conditioner or a motor for driving a control hydraulic pump.
  • DC power is supplied from the battery 136 to the auxiliary power module, and the auxiliary power module generates AC power and supplies it to the auxiliary motor.
  • the auxiliary power module has basically the same circuit configuration and function as the inverter circuit 140, and controls the phase, frequency, and power of alternating current supplied to the auxiliary motor.
  • the power conversion device 200 includes a capacitor module 500 for smoothing the DC power supplied to the inverter circuit 140.
  • the power conversion device 200 includes a communication connector 21 for receiving a command from a host control device or transmitting data representing a state to the host control device. Based on the command from connector 21, power conversion device 200 calculates control amounts of motor generator MG1, motor generator MG2, and auxiliary motor by control circuit 172, and further operates as a motor or a generator. And generates a control pulse based on the calculation result, and supplies the control pulse to the driver circuit 174 and the driver circuit of the auxiliary module. The driver circuit 174 generates a drive pulse for controlling the inverter circuit 140 and the inverter circuit 142 based on the supplied control pulse.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the upper arm IGBT 328 and the diode 156, and the lower arm IGBT 330 and the diode 166 constitute the upper and lower arm series circuit 150.
  • the inverter circuit 140 includes the upper and lower arm series circuit 150 corresponding to the three phases of the U phase, V phase, and W phase of the AC power to be output.
  • Each of the three-phase upper and lower arm series circuits 150 outputs an alternating current from the intermediate electrode 169 which is the middle point portion of the series circuit.
  • the intermediate electrode 169 is connected through an AC terminal 159 and an AC terminal 188 to an AC bus bar 802 described below, which is an AC power line to the motor generator MG1.
  • the collector electrode 153 of the IGBT 328 of the upper arm is electrically connected to the capacitor terminal 506 on the positive electrode side of the capacitor module 500 via the positive electrode terminal 157.
  • the emitter electrode of the IGBT 330 of the lower arm is electrically connected to the capacitor terminal 504 on the negative electrode side of the capacitor module 500 via the negative electrode terminal 158.
  • control circuit 172 receives a control command from the host control device via the connector 21, and configures the upper arm or the lower arm of the upper and lower arm series circuit 150 of each phase constituting the inverter circuit 140 based on the control command.
  • a control pulse that is a control signal for controlling the IGBT 328 and the IGBT 330 is generated and supplied to the driver circuit 174.
  • the driver circuit 174 supplies a drive pulse for controlling the IGBT 328 and the IGBT 330 constituting the upper arm and the lower arm of the upper and lower arm series circuit 150 of each phase to the IGBT 328 and the IGBT 330 of each phase based on the control pulse.
  • IGBT 328 and IGBT 330 perform conduction or cutoff operation based on the drive pulse from driver circuit 174, convert DC power supplied from battery 136 into three-phase AC power, and supply the converted power to motor generator MG1. Is done.
  • the upper arm IGBT 328 includes a collector electrode 153, a signal emitter electrode 155, and a gate electrode 154.
  • the lower arm IGBT 330 includes a collector electrode 163, a signal emitter electrode 165, and a gate electrode 164.
  • An upper arm diode 156 is electrically connected between the collector electrode 153 and the emitter electrode 155.
  • a diode 166 is electrically connected between the collector electrode 163 and the emitter electrode 165.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT is suitable when the DC voltage is relatively high
  • MOSFET is suitable when the DC voltage is relatively low.
  • the capacitor module 500 includes a plurality of positive-side capacitor terminals 506, a plurality of negative-side capacitor terminals 504, a positive-side power terminal 509, and a negative-side power terminal 508.
  • the high-voltage DC power from the battery 136 is supplied to the positive-side power terminal 509 and the negative-side power terminal 508 via the DC connector 138, and the positive-side capacitor terminal 506 and the negative-side capacitor of the capacitor module 500.
  • the voltage is supplied from the terminal 504 to the inverter circuit 140.
  • the DC power converted from the AC power by the inverter circuit 140 or the inverter circuit 142 is supplied to the capacitor module 500 from the positive capacitor terminal 506 or the negative capacitor terminal 504, and is supplied to the positive power supply terminal 509 or negative electrode side.
  • the battery 136 is supplied to the power supply terminal 508 via the DC connector 138 and stored in the battery 136.
  • the control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for performing arithmetic processing on the switching timing of the IGBT 328 and the IGBT 330.
  • the input information to the microcomputer includes a target torque value required for the motor generator MG1, a current value supplied from the upper and lower arm series circuit 150 to the motor generator MG1, and a magnetic pole position of the rotor of the motor generator MG1.
  • the target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown).
  • the current value is detected based on a detection signal from the current sensor 180.
  • the magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) such as a resolver provided in the motor generator MG1.
  • the current sensor 180 detects the current value of three phases, but the current value for two phases may be detected and the current for three phases may be obtained by calculation. .
  • the microcomputer in the control circuit 172 calculates the d-axis and q-axis current command values of the motor generator MG1 based on the target torque value, the calculated d-axis and q-axis current command values, and the detected d
  • the voltage command values for the d-axis and the q-axis are calculated based on the difference between the current values of the axes and the q-axis, and the calculated voltage command values for the d-axis and the q-axis are calculated based on the detected magnetic pole position. It is converted into voltage command values for phase, V phase, and W phase.
  • the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on a comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U phase, V phase, and W phase, and the generated modulation wave
  • the wave is output to the driver circuit 174 as a PWM (pulse width modulation) signal.
  • the driver circuit 174 When driving the lower arm, the driver circuit 174 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm. Further, when driving the upper arm, the driver circuit 174 amplifies the PWM signal after shifting the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, and uses this as a drive signal as a corresponding upper arm. Are output to the gate electrodes of the IGBTs 328 respectively.
  • the microcomputer in the control circuit 172 detects abnormality (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the upper and lower arm series circuit 150. For this reason, sensing information is input to the control circuit 172. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and IGBTs 330 is input to the corresponding drive units (ICs) from the signal emitter electrode 155 and the signal emitter electrode 165 of each arm. Thereby, each drive part (IC) detects overcurrent, and when overcurrent is detected, it stops the switching operation of corresponding IGBT328 and IGBT330, and protects corresponding IGBT328 and IGBT330 from overcurrent.
  • ICs drive units
  • Information on the temperature of the upper and lower arm series circuit 150 is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the upper and lower arm series circuit 150.
  • voltage information on the DC positive side of the upper and lower arm series circuit 150 is input to the microcomputer.
  • the microcomputer performs overtemperature detection and overvoltage detection based on such information, and stops switching operations of all the IGBTs 328 and IGBTs 330 when an overtemperature or overvoltage is detected.
  • FIG. 3 to 5 are diagrams showing a schematic configuration of the power conversion device 200 according to the present embodiment, in which FIG. 3 is a perspective view, FIG. 4 is an exploded perspective view, and FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. FIG.
  • the power module 20 is cooled by using the heat of vaporization of the refrigerant 10, and the refrigerant 10 is boiled by the heat of the power module 20 and becomes vapor from the bubbles 11. Are transported in the direction opposite to the gravity in accordance with the steam traveling direction 12 in the steam passage tube 2.
  • the steam is cooled through a condensing fin 1a into which air flows in by a fan or running wind (not shown), and returned to the condensed liquid.
  • the condensate is transported in the direction of gravity in the condensate tube 1b and the condensate return tube 3 according to the condensate travel direction 13, and the refrigerant is transported to the power module 20 side again.
  • Such a cooling system utilizes the boiling heat transfer phenomenon. Since the refrigerant 10 is driven by gravity and does not require a pump for transporting the refrigerant, there are effects of energy saving (low fuel consumption) and running cost reduction.
  • the power conversion device 200 includes a capacitor module 7 including a plurality of capacitor elements 7 a, a power module 20, a boiling chamber 4 in which the power module is stored, and steam disposed above the chamber 4.
  • Passage pipe 2 condensing fin 1a and condensing pipe 1b connected to the steam passage pipe, condensate return pipe 3 connected from the condensing pipe to the inside of the chamber, power module 20, condenser module 7 and motor generator MG1
  • a gate circuit / control circuit board 5 connected to the power module 20.
  • it has a flange 21 that closes the lower opening of the chamber required when the power module 20 is inserted into the chamber 4.
  • the driver circuit 174 and the control circuit 172 described above are mounted on the gate circuit / control circuit board 5, and this board may be divided into a plurality for each circuit function.
  • the internal space of the chamber 4, the steam passage pipe 2, the condensing pipe 1 b and the condensate return pipe 3 is a flow path through which the refrigerant flows.
  • the chamber 4 functions not only as a structural member that supports many members but also as a flow path forming body.
  • the power module 20 is cooled using the heat of vaporization of the refrigerant 10 as described above, and the capacitor module 7, the gate circuit / control circuit board 5, and the bus bar 6 are air-cooled by the air flow generated by the fan and the traveling wind. This is because the power module 20 generates the largest amount of heat among electronic components.
  • the capacitor module 7, the gate circuit / control circuit board 5, and the bus bar 6 are mounted in a metal casing, and the casing is thermally connected to the chamber 4, so that the heat of the metal casing is obtained. It is preferable to transport heat to the refrigerant 10 in the chamber 4 using conduction.
  • the metal housing also functions as a structural member that supports many members.
  • the gate circuit / control circuit board 5 is provided with a plurality of connectors.
  • the connector receives an abnormality detection signal (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) from the power module 20 via the control terminal 8, and transmits a signal between the control circuit 172 and an external control device such as a host control device.
  • an abnormality detection signal overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.
  • the upper and lower arm series circuit 150 is housed in one power module 20, and the inverter circuits 140 and 142 (three-phase AC circuit) shown in FIGS. 1 and 2 are configured.
  • three power modules 20 are required.
  • a structure in which all three upper and lower arms are housed in one power module is also possible, in which case only one power module is required. Whether to divide the six arms (three phases ⁇ two upper and lower arms) into a plurality of power modules or combine them into one is determined by the manufacturing yield per unit and the size of the manufacturing apparatus.
  • FIG. 6 is an enlarged top perspective view of only the power module 20, the flange 21, and the bus bar 6, and FIG. 7 is a bottom perspective view of the combination of FIG.
  • the control terminal 8 is connected to the gate circuit / control circuit board 5
  • the positive bus bar 6a and the negative bus bar 6b are connected to the capacitor module 7, and the AC bus bar 802 is connected to the motor generator MG1.
  • the positive bus bar 6a and the negative bus bar 6b are close to each other and provided with overlapping portions to reduce mutual inductance.
  • FIG. 8 is an exploded view of only the power module 20 and the flange 21.
  • the power module 20 includes a power module side control terminal 24 connected to the gate circuit / control circuit board 5 via the control terminal 8 and a power module side main terminal connected to the bus bar 6 via the flange side main terminal 22.
  • 23a to 23c are provided.
  • the power module side main terminals 23a to 23c are metal-bonded to the positive bus bar 6a, the negative bus bar 6b, and the AC bus bar 802 through the flange side positive terminal 22a, the flange side negative terminal 22b, and the flange side AC terminal 22c, respectively. Yes.
  • the flange 21 is composed of a metal material flange 21a and an insulation material flange 21b.
  • An insulation material flange 21b is provided around the control terminal 8 and the flange side main terminal 22, and a metal material flange 21a is provided therearound.
  • Examples of the material of the insulating material flange 21b include glass and ceramic, and examples of the material of the metal material flange 21a include copper, aluminum, and stainless steel.
  • the metal flange 21a is metal-bonded to the chamber 4 described above.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the power module 20 shown in FIG. 8 cut along BB ′.
  • the upper arm IGBT 328 and the upper arm diode 156 are metal-bonded to the first heat radiation plate 26a on the upper arm collector side and the second heat radiation plate 26c on the upper arm emitter side, respectively.
  • the first heat sink 26a on the upper arm collector side is electrically connected to the power module side positive terminal 23a.
  • the upper arm emitter side second heat radiating plate 26c is electrically connected to the power module side AC terminal 23c via an intermediate lead frame 27d and an AC terminal side lead frame 27c described later.
  • the material of the upper arm IGBT 328 and the upper arm diode 156 is a semiconductor typified by silicon, and the material of the first heat radiating plate 26a and the second heat radiating plate 26c is a metal typified by copper or aluminum. Since a semiconductor has a smaller coefficient of thermal expansion than a metal, there is a problem that when a thermal cycle is applied, a shear stress is generated at the interface between the semiconductor and the metal, and the life is shortened by cracking at the interface. Therefore, the resin 28 is filled in the vicinity of the interface in order to restrain the difference in expansion and contraction from becoming large even when a thermal cycle is applied. If the filling method is a transfer mold, the resin 28 generally uses an epoxy as a thermosetting resin.
  • thermosetting resin since the polymer is three-dimensionally cross-linked, refrigerant molecules may enter between polymer molecules, weakening the attractive force between the polymer molecules, and may swell. Further, depending on the type and structure of the polymer, polymer molecules may be dispersed between refrigerant molecules, and a part of the resin may be dissolved in the refrigerant.
  • Polar polymers tend to be soluble in polar solvents and difficult to dissolve in nonpolar solvents, while nonpolar polymers tend to reverse.
  • SP value Solubility parameter value
  • the resin 28 absorbs moisture and swells and deteriorates, so that the mechanical properties that are the original functions of the resin 28 (so as not to increase the difference in expansion and contraction when a semiconductor and a metal are subjected to a thermal cycle). In order to prevent this, the resin 28 is covered with the chemical resistant insulating material 25.
  • the refrigerant 10 is a gas-liquid two-phase heat medium (ammonia, R12, R22, R410, R407, isobutane, hydrofluoroether, perfluorocarbon mixture) containing a hydrogen compound / fluorine compound / carbon compound, a chemical resistant insulation
  • the resin of the material acrylic, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, epoxy, methacryl, polyethylene terephthalate, ABS (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer synthetic resin), polytetrafluoroethylene, and the like are preferable.
  • the first heat radiation plate 26a has a first convex portion 26d on the surface opposite to the surface on which the power semiconductor elements of the IGBT 328 and the diode 156 are disposed.
  • the 2nd heat sink 26c has the 2nd convex part 26e in the surface on the opposite side to the surface where the power semiconductor element is arrange
  • the chemical resistant insulating material 25 is in contact with the side surface portion forming the first convex portion 26d and the side surface portion forming the second convex portion 26e.
  • the 1st convex part 26d and the 2nd convex part 26e have a boiling cooling surface in the 1st convex part and the said 2nd convex part while contacting the refrigerant
  • the refrigerant 10 is an inert refrigerant
  • the chemical resistant insulating material 25 is a resin material having resistance to the refrigerant 10.
  • FIG. 10 shows an exploded view of the power module 20. This figure is for explaining the construction of the series circuit 150 of the upper and lower arms, and in order to simplify the explanation, the chemical resistant insulating material 25 and the resin 28 shown in FIG. 9 are omitted.
  • the power module side positive terminal 23a corresponding to the positive terminal 157 in the circuit diagram shown in FIG. 2 is connected to the collector side of the upper arm IGBT 328 and the upper arm diode 156 via the first heat sink 26a on the upper arm collector side. Metal bonded.
  • the emitter side of the IGBT 328 and the diode 156 is metal-bonded with the second heat sink 26c, and the second heat sink 26c is metal-bonded with the heat sink 26b.
  • the power module side AC terminal 23c corresponds to the AC terminal 159 in the circuit diagram shown in FIG. 2, and is configured integrally with the heat sink 26b.
  • the power module-side negative electrode terminal 23b corresponds to the negative electrode terminal 158 in the circuit diagram shown in FIG. 2, and is configured integrally with the first heat radiating plate 26a.
  • the control terminal 8 of the power module 20 is electrically joined by aluminum wires 9 from the IGBTs 328 and 330 and an internal temperature detection sensor (not shown).
  • FIG. 11 is a diagram showing a method for manufacturing the power module 20 of this embodiment.
  • each lead frame 27 and semiconductor elements (upper arm IGBT 328, lower arm IGBT 330, upper arm diode 156, lower arm diode 166) are in a state before filling with the resin 28. ),
  • the power module side main terminal 23 and the control terminal 8 are arranged in the same plane.
  • the resin 28 is filled (transfer molding) so that the first convex portion 26d and the second convex portion 26e protrude from the resin 28.
  • the mold has uneven portions so as to conform to the shapes of the first heat radiating plate 26a and the second heat radiating plate 26c, a slight amount of the residual resin 28b remains in the first heat radiating plate 26a and the second heat radiating plate. 26c may remain.
  • a chemical resistant insulating material 25 is transfer molded or surface-coated so as to cover the resin 28.
  • the power conversion device 220 is disposed on the side of a radiator for an engine that drives the vehicle.
  • a plurality of power modules 20 are provided, and each of the plurality of power modules 20 has a surface on which the first convex portion 26d is formed and a surface on which the second convex portion 26e is formed from the side surface. Is also formed to be large. Further, the plurality of power body modules are arranged such that the first convex portions 26d and the second convex portions 26e face each other.
  • the power converter 220 has a shape close to a rectangular shape, as shown in FIG. 23, the power converter 220 is easily arranged on the s side of the engine cooling radiator 600 in the vehicle.
  • the fan 700 can send low-temperature air close to the outside air to both the condensing fin 1a and the engine cooling radiator 600, leading to miniaturization of the entire vehicle.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment of the body when the polishing process shown in FIG. 11 (d) is not entirely performed but only a part of the first convex portion 26d is partially milled.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 12 cut along CC ′.
  • 1st convex part 26d forms the 1st recessed part 26g formed toward the side by which IGBT328 and the diode 156 are arrange
  • the bottom surface portion of the first recess 26g is disposed to face the IGBT 328 and the diode 156.
  • the 2nd convex part 26e forms the 2nd recessed part 26h formed toward the side by which IGBT328 and the diode 156 are arrange
  • the bottom surface portion of the second recess 26h is disposed to face the IGBT 328 and the diode 156.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of a structure in which the projection is also processed at the same time as the partial processing in the second embodiment shown in FIG. 12, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line DD ′ in FIG. The figure is shown.
  • the bottom surface portion of the first recess 26g has a plurality of protrusions 100 for promoting the boiling of the refrigerant 10.
  • the bottom surface portion of the first recess 26g has an increased heat transfer area and can efficiently maintain the boiling phenomenon without drying out. Therefore, this embodiment has an effect that the cooling performance can be further improved as compared with the structures shown in FIGS. 12 and 13.
  • the present processing method can be applied not only to boiling cooling but also to flat fins and pin fins suitable for single-phase forced convection without phase change.
  • FIG. 22 shows an example of the shape of the bottom surface of the first recess 26g.
  • the protruding portion 100 rises from the bottom surface portion 101.
  • the tip portion 102 protrudes from the tip of the projection portion 100 so as to have an angle with respect to the rising direction of the projection portion 100.
  • a tunnel portion 103 is formed by the projection portion 100 and the tip portion 102.
  • a notch 104 is provided at the bent tip 102.
  • the tunnel portion 103 is provided to prevent liquid phase refrigerant from being dried out, and the notch portion 104 efficiently discharges the gas phase refrigerant (bubbles) generated in the tunnel portion 103 to the outside of the tunnel portion 103. It is suitable for stably maintaining the boiling phenomenon.
  • the porous portion 106 is composed of many small holes 105 formed by sintering / plating / spraying metal particles or fibers on the bottom surface portion 101 on the layer.
  • the small hole 105 in the porous portion 106 also retains the liquid phase refrigerant and does not dry out, and efficiently generates the generated gas phase refrigerant (bubbles). Therefore, it is suitable for discharging to the outside of the porous body and stably maintaining the boiling phenomenon.
  • FIG. 16 shows another embodiment in which the power module parallel direction of the mounting structure shown in FIGS. 3 to 7 is changed
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of FIG.
  • a plurality of power modules 20 are provided.
  • Each of the plurality of power modules 20 has the same configuration as that described in the first embodiment, and the surface on which the first protrusions 26d are formed and the surface on which the second protrusions 26e are formed are larger than the side surfaces. Formed.
  • the plurality of power modules are arranged in a row such that the first convex portions 26d of the plurality of power modules overlap each other on the same virtual plane.
  • the entire power conversion device 200 can be reduced in thickness, and can be mounted in the same narrow space as the existing engine cooling radiator 600 at high density.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view of FIG.
  • the gate circuit / control circuit board 5 is arranged such that the circuit mounting surface of the gate circuit / control circuit board 5 faces the first convex part 26d or the second convex part 26e of the plurality of power modules 20. Be placed. Further, the gate circuit / control circuit board 5 is disposed so as to form a space that generates convection flowing to the condensation fins 1 a between the gate circuit / control circuit board 5 and the outer wall of the chamber 4.
  • the capacitor module 7 is disposed in a space between the gate circuit / control circuit board 5 and the outer wall of the chamber 4.
  • the cooling air traveling direction 16 can improve the cooling performance of the gate circuit / control circuit board 5 and the capacitor module 7 by the wind passing through the condensing fin 1a.
  • the cooling air traveling direction 16 is guided by the gate circuit / control circuit board 5 itself, but other members such as guide vanes may be used.
  • the power converter 200 as a whole can be downsized.
  • FIG. 20 shows an embodiment in the case of forced circulation boiling cooling in which a refrigerant is forcibly circulated using a pump or a compressor
  • FIG. 21 is an exploded perspective view of FIG.
  • a pump and a condenser (not shown) are provided to form a closed loop. Therefore, if the refrigerant is insulative, it can be used as single-phase liquid cooling without using phase change. By forcibly circulating the refrigerant, the flow rate can be adjusted, and even if the entire apparatus is tilted, it becomes difficult to dry out, so that stable cooling performance can be obtained.
  • a refrigerant inlet pipe 31 and a refrigerant outlet pipe 32 are connected to the chamber 4.
  • the chamber 4 has a first side surface 4a and a second side surface 4b that sandwich the plurality of power modules 20 and face each other.
  • the first side face 4 a is connected to the refrigerant inlet pipe 31, and the second side face 4 b is connected to the refrigerant outlet pipe 32.
  • the low-temperature liquid flows through the refrigerant inlet pipe 31 in the direction 13 of the condensed liquid, the refrigerant is supplied to the chamber 4, and the bubble-containing refrigerant mixed with bubbles generated from the vicinity of the heat radiation plate 26 of the internal power module 20 is the refrigerant outlet pipe. 32 is discharged in accordance with the bubbled refrigerant traveling direction 30.
  • the discharged refrigerant is transported to a condenser (not shown) by a pump, dissipates heat to the air, becomes a low-temperature liquid state again, and returns to the refrigerant inlet pipe 31.
  • the refrigerant inlet pipe 31 has a smaller pipe diameter than the refrigerant outlet pipe 32, and the refrigerant outlet pipe 32 has a higher tube center axis position than the refrigerant inlet pipe 31, so that bubbles generated inside are collected. It is discharged efficiently.

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Abstract

　電力変換装置における放熱経路の熱伝達の向上を図るとともに装置の信頼性を向上させることである。　パワー半導体素子と、第１放熱板と、第２放熱板と、前記パワー半導体素子と前記第１放熱板と前記第２放熱板を封止する第１絶縁樹脂材と、前記第１絶縁樹脂材を覆って形成される第２絶縁樹脂材と、を有するパワー半導体モジュールと、絶縁性の冷却冷媒を収納する空間を形成するチャンバと、を備え、前記パワー半導体モジュールは、前記チャンバの前記冷却冷媒の収納空間内に配置され、前記第１放熱板は第１凸部を有し、前記第２放熱板は第２凸部を有し、前記第２絶縁樹脂材は、前記第１凸部を形成する側面部と前記第２凸部を形成する側面部に接触しており、前記第１凸部及び前記第２凸部は、前記冷却冷媒と直接接触するとともに当該第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面を有する電力変換装置。

Description

電力変換装置
　本発明は電力変換装置に関し、特に車両に用いられる電力変換装置に関する。
　電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、搭載される部品の小型化や低コスト化が重要視されている。バッテリの直流電流をモータの交流電流に変換する電力変換装置も例外ではなく、小型化や低コスト化が求められおり、その結果発熱密度が大きくなるため冷却性能を向上させる必要がある。
　電力変換装置を構成する電子部品の中でも最も発熱量が大きいものはパワーモジュールである。限られた体積内でパワーモジュールの冷却性能を向上させるために、半導体素子両面に放熱金属を接合する両面冷却構造が知られている。特許文献１や特許文献２の形態は、両面冷却構造の代表的な例であり、冷媒と素子の絶縁を確保するために、セラミックや樹脂などを代表とする絶縁部材を放熱金属と素子の間に介在させている。また特許文献３においては、絶縁性冷媒の気化熱により両面冷却モジュールを冷却する手法を示唆しており、モジュール内の樹脂をDiamond Like Carbonやセラミックなどを代表とする無機硬質膜で覆うことによって、樹脂の水分吸収を防止している。いずれの場合も、素子から冷媒への放熱経路の途中に、樹脂・セラミック・無機硬質膜など熱伝導率の小さい部材が介入している。素子の冷却性を向上させるために更なる放熱経路の熱伝達の向上が求められる。
特許第４０３９３３９号公報 特開２０１０－１１０１４３号公報 特開２００６－１２８２６０号公報
　本発明が解決しようとする課題は、放熱経路の熱伝達の向上を図るとともに装置の信頼性を向上させることである。
　上記課題を解決する本発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第１放熱板と、前記パワー半導体素子を挟んで前記第１放熱板と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第２放熱板と、前記パワー半導体素子と前記第１放熱板と前記第２放熱板を封止する第１絶縁樹脂材と、前記第１絶縁樹脂材を覆って形成される第２絶縁樹脂材と、を有するパワー半導体モジュールと、絶縁性の冷却冷媒を収納する空間を形成するチャンバと、気化された前記冷却冷媒を凝縮する凝縮器と、を備え、前記パワー半導体モジュールは、前記チャンバの前記冷却冷媒の収納空間内に配置され、前記第１放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第１凸部を有し、前記第２放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第２凸部を有し、前記第２絶縁樹脂材は、前記第１凸部を形成する側面部と前記第２凸部を形成する側面部に接触しており、前記第１凸部及び前記第２凸部は、前記冷却冷媒と直接接触するとともに当該第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面を有する。
　本発明によれば、放熱経路の熱伝達を向上するとともに装置の信頼性を向上させることができる。
ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 インバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する図である。 電力変換装置２００の斜視図である。 電力変換装置２００の分解斜視図である。 図３のＡ－Ａ′で切断した断面図である。 パワーモジュール２０とフランジ２１とバスバ６の上面斜視図である。 パワーモジュール２０とフランジ２１とバスバ６の下面斜視図である。 パワーモジュール２０とフランジ２１のみを分解した図である。 図８に示したパワーモジュール２０をＢ－Ｂ′で切断した断面図である。 パワーモジュール２０の分解図である。 本実施例のパワーモジュール２０の製造方法を示す図である。 図１１（ｄ）で示した研磨プロセスを部分加工にした場合の実施形態を示す図である。 図１２をＣ－Ｃ′で切断した断面図である。 部分加工時にフィン加工も同時に実施する構造を示す図である。 図１４をＤ－Ｄ′で切断した断面図である。 パワーモジュール並列方向を変えた他の実施形態を示す図である。 図１６の分解斜視図である。 ゲート回路／制御回路基板５を鉛直方向に設置した実施形態を示す図である。 図１８の分解斜視図である。 強制循環沸騰冷却にした場合の実施形態を示す図である。 図２０の分解斜視図である。 第１凹部２６ｇの底面部の形状の例を示す図である。 車両内に配置される電力変換装置２００を示す図である。 車両内に配置される電力変換装置２００を示す図である。
（実施形態１）
　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１あるいはモータジェネレータＭＧ２に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。
　モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
　エンジンＥＧＮの出力側及びモータジェネレータＭＧ２の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＩＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。
　発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。また高電圧用のバッテリ１３６の蓄電している電力が少なくなった場合に、エンジンＥＧＮが発生する回転エネルギーをモータジェネレータＭＧ２により交流電力に変換し、次に交流電力を電力変換装置２００により直流電力に変換し、バッテリ１３６を充電することができる。エンジンＥＧＮからモータジェネレータＭＧ２への機械エネルギーの伝達は動力分配機構ＴＳＭによって行われる。
　次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０、１４２は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０、１４２との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。
　同様にモータジェネレータＭＧ２をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４２は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１５９を介してモータジェネレータＭＧ２に供給する。モータジェネレータＭＧ２とインバータ回路１４２からなる構成は第２電動発電ユニットとして動作する。
　第１電動発電ユニットと第２電動発電ユニットは、運転状態に応じて両方をモータとしてあるいは発電機として運転する場合、あるいはこれらを使い分けて運転する場合がある
。また片方を運転しないで、停止することも可能である。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
　また、図１では省略したが、バッテリ１３６はさらに補機用のモータを駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６から直流電力が補機用パワーモジュールに供給され、補機用パワーモジュールは交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワーモジュールはインバータ回路１４０と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
　電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、コネクタ２１からの指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１やモータジェネレータＭＧ２、補機用のモータの制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路１７４や補機用モジュールのドライバ回路へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２を制御するための駆動パルスを発生する。
　次に、図２を用いてインバータ回路１４０やインバータ回路１４２の電気回路の構成を説明する。なお、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２は回路構成も動作も極めて類似しているので、以下ではインバータ回路１４０で代表して説明する。また、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。
　上アームのＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームのＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６とで、上下アーム直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この上下アーム直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備えている。
　これらの３相は、この実施の形態ではモータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アーム直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流端子１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２と接続される。
　上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。
　上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の上下アーム直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
　ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の上下アーム直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を３相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
　上アームのＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。上アームのダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。
　スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
　コンデンサモジュール５００は、複数の正極側のコンデンサ端子５０６と複数の負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。
　一方、交流電力からインバータ回路１４０やインバータ回路１４２によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
　制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。
　目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めても良い。
　制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ軸、ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸、ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
　ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
　また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
　上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
　図３ないし図５は本実施形態における電力変換装置２００の概略構成を示す図であり、図３は斜視図、図４は分解斜視図、図５は図３をＡ－Ａ′で切断した断面図である。図５に示すように、本実施形態の電力変換装置２００では、冷媒１０の気化熱を利用しパワーモジュール２０を冷却し、パワーモジュール２０の熱によって沸騰されて気泡１１から蒸気になった冷媒１０を蒸気通路管２内の蒸気進行方向１２に従い重力と逆方向に輸送する。蒸気は図示しないファンや走行風によって空気が流入する凝縮用フィン１ａを介して冷却され、凝縮液に戻される。凝縮液は、凝縮用管１ｂ内および凝縮液戻り管３内を凝縮液進行方向１３に従い重力方向に輸送され、再度パワーモジュール２０側に冷媒を輸送される。このような冷却システムは沸騰伝熱現象を利用している。冷媒１０は、重力によって駆動されるため、冷媒輸送用のポンプを必要としないため、省エネ（低燃費）、ランニン
グコスト低減の効果がある。
　図３に示すように、電力変換装置２００は、複数のコンデンサ素子７ａから構成されるコンデンサモジュール７、パワーモジュール２０、パワーモジュールが収納される沸騰用チャンバ４、チャンバ４の上方に配置された蒸気通路管２、蒸気通路管に接続されている凝縮用フィン１ａおよび凝縮用管１ｂ、凝縮用管からチャンバ内部に接続されている凝縮液戻り管３、パワーモジュール２０とコンデンサモジュール７およびモータジェネレータＭＧ１を接続するバスバ６、パワーモジュール２０に接続されているゲート回路／制御回路基板５からなる。また図４に示すように、パワーモジュール２０をチャンバ４に挿入する際必要なチャンバ下部開口部を塞ぐフランジ２１を有する。
　上述したドライバ回路１７４および制御回路１７２はゲート回路／制御回路基板５に実装されており、この基板は回路機能毎に複数に分けても良い。チャンバ４と蒸気通路管２と凝縮用管１ｂと凝縮液戻り管３の内部空間は冷媒が流れる流路となる。チャンバ４は多くの部材を支える構造部材としてだけでなく流路形成体としても機能する。パワーモジュール２０は上述のとおり冷媒１０の気化熱を利用して冷却され、コンデンサモジュール７とゲート回路／制御回路基板５とバスバ６は、ファンや走行風によって発生する空気の流れによって空冷される。これはパワーモジュール２０が電子部品の中でも最も発熱量が大きいためである。
　なお、好ましくは、コンデンサモジュール７とゲート回路／制御回路基板５とバスバ６は、金属製の筺体内に実装し、その筺体をチャンバ４と熱的に接続することによって、金属製の筺体の熱伝導を利用して、チャンバ４内の冷媒１０へ熱を輸送することが良い。金属製の筺体は、多くの部材を支える構造部材としても機能する。
　ゲート回路／制御回路基板５には図示していないが複数のコネクタが設けられている。コネクタはパワーモジュール２０からの異常検知信号（過電流、過電圧、過温度など）を制御端子８を介して受取り、制御回路１７２と上位の制御装置などの外部の制御装置との間で信号伝送を行う。本実施例では、１つのパワーモジュール２０内に上下アーム直列回路１５０が収納された場合を想定しており、図１および２に示したインバータ回路１４０、１４２（３相交流回路）を構成するために、図４に示すように、３つのパワーモジュール２０が必要である。１つのパワーモジュール内に３つの上下アーム全てを収納した構造も可能であり、その場合は、パワーモジュールは１つで良い。６つのアーム（３相×上下２アーム）を複数のパワーモジュールに分けるか１つにまとめるかは、１つあたりの製造歩留や製造装置のサイズによって判断する。
　図６はパワーモジュール２０とフランジ２１とバスバ６のみを拡大した上面斜視図、図７は図６の組合せの下面斜視図を示す。上述のとおり、制御端子８はゲート回路／制御回路基板５に接続され、正極バスバ６ａと負極バスバ６ｂはコンデンサモジュール７に接続され、交流バスバ８０２はモータジェネレータＭＧ１に接続される。正極バスバ６ａと負極バスバ６ｂは互いに近接させ、重なり合う部分を設けることによって、相互インダクタンスを低減している。
　図８は、パワーモジュール２０とフランジ２１のみを分解した図である。パワーモジュール２０には、ゲート回路／制御回路基板５に制御端子８を介して接続されるパワーモジュール側制御端子２４と、バスバ６にフランジ側主端子２２を介して接続されるパワーモジュール側主端子２３ａ～２３ｃが設けられている。このパワーモジュール側主端子２３ａ～２３ｃは、それぞれ、フランジ側正極端子２２ａ、フランジ側負極端子２２ｂ、フランジ側交流端子２２ｃを介して、正極バスバ６ａ、負極バスバ６ｂ、交流バスバ８０２へ金属接合されている。パワーモジュール２０を構成する部材の内、パワーモジュール側制御端子２４とパワーモジュール側主端子２３ａ～２３ｃおよび第１放熱板２６ａ及び２６ｂの露出面以外は、耐薬品性絶縁材料２５で覆われている。耐薬品性絶縁材料２５は、冷媒１０の種類によって選択される。フランジ２１は、金属材フランジ２１ａと絶縁材フランジ２１ｂからなり、前記制御端子８とフランジ側主端子２２周辺に絶縁材フランジ２１ｂを設け、その周辺に金属材フランジ２１ａが設けられている。絶縁材フランジ２１ｂの材料は例えばガラスやセラミックなどがあり、金属材フランジ２１ａの材料は例えば銅やアルミやステンレス鋼がある。金属材フランジ２１ａは上述のチャンバ４に金属接合されている。
　図９は、図８に示したパワーモジュール２０をＢ－Ｂ′で切断した断面図である。上アームのＩＧＢＴ３２８と上アームのダイオード１５６は、それぞれ上アームコレクタ側の第１放熱板２６ａと上アームエミッタ側の第２放熱板２６ｃに金属接合されている。上アームコレクタ側の第１放熱板２６ａはパワーモジュール側正極端子２３ａに電気的に接続される。上アームエミッタ側第２放熱板２６ｃは、後述する中間リードフレーム２７ｄおよび交流端子側リードフレーム２７ｃを介してパワーモジュール側交流端子２３ｃに電気的に接続される。上アームのＩＧＢＴ３２８と上アームのダイオード１５６の材料はシリコンを代表とする半導体であり、第１放熱板２６ａと第２放熱板２６ｃの材料は銅やアルミを代表とする金属である。半導体は金属よりも熱膨張係数が小さいため、熱サイクルを与えると半導体と金属を接合する界面にせん断応力が発生し、界面に亀裂が入ることによって寿命が低下する問題がある。よって、熱サイクルを与えても、膨張収縮の差を大きくしないよう拘束するために、界面周辺に樹脂２８を充填している。樹脂２８は充填方法がトランスファーモールドであれば熱硬化性樹脂としてエポキシを用いるのが一般的である。この熱硬化性樹脂の組成は三次元にポリマーが架橋されているため、ポリマー分子間に冷媒の分子が入り、ポリマー分子間の引力を弱めて、膨潤することがある。また、ポリマーの種類や構造によっては冷媒分子間にポリマー分子を分散し、樹脂の一部が冷媒に溶けることもありえる。極性をもつポリマーでは、極性溶媒に溶けやすく、非極性溶媒には溶けにくい傾向があり、一方、非極性のポリマーは逆の傾向になる。この溶けやすさを知る目安として溶解度パラメーター（ＳＰ値：Solubility Parameter値）があり、樹脂２８のＳＰ値と冷媒分子のＳＰ値が近いほど樹脂２８が冷媒に溶けやすくなる。故に、樹脂２８は冷媒の種類によっては水分を吸収し膨潤変質してしまい、樹脂２８の本来の機能である機械的性質（半導体と金属に熱サイクルを与える際、膨張収縮の差を大きくしないよう拘束すること）を損なう場合があるため、これを防止するために樹脂２８を耐薬品性絶縁材料２５で覆っている。例えば冷媒１０が水素化合物／フッ素化合物／炭素化合物を有する気液２相の熱媒体（アンモニア・Ｒ１２・Ｒ２２・Ｒ４１０・Ｒ４０７・イソブタン・ハイドロフルオロエーテル・パーフルオロカーボン混合物）の場合は、耐薬品性絶縁材料２５の樹脂としてアクリル・ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリカーボネート・ポリエステル・エポキシ・メタクリル・ポリエチエンテレンテレフタレート・ＡＢＳ（アクリロニトル／ブタジエン／スチレン共重合合成樹脂）・ポリテトラフルオロエチレンなどが好適である。耐薬品性絶縁材料２５が冷媒に溶けないようにするためには、冷媒分子のＳＰ値と耐薬品性絶縁材料２５のＳＰ値が同じにならないよう耐薬品性絶縁材料２５の材料を選定する必要がある。
　第１放熱板２６ａは、ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６のパワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に第１凸部２６ｄを有する。また第２放熱板２６ｃは、パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に第２凸部２６ｅを有する。そして耐薬品性絶縁材料２５は、第１凸部２６ｄを形成する側面部と第２凸部２６ｅを形成する側面部に接触している。一方、第１凸部２６ｄ及び第２凸部２６ｅは、冷媒１０と直接接触するとともに第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面を有する。これにより、耐薬品性絶縁材料２５で樹脂２８を被覆する際、第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面まで覆わないようすることができるとともに樹脂２８を冷媒１０から保護することができる。また２つの放熱経路１４及び１５上に熱伝導率の小さい耐薬品性絶縁材料２５や樹脂２８が存在しないため、冷却性能を高くすることができる。なお、本実施形態において冷媒１０は不活性冷媒であり、耐薬品性絶縁材料２５は冷媒１０に対する抵抗性を有する樹脂材である。
　図１０は、パワーモジュール２０の分解図を示す。本図は上下アームの直列回路１５０を構成することを説明するためのものであり、説明を簡略にするために、図９に示した耐薬品性絶縁材料２５と樹脂２８は省略する。図２に示した回路図の正極端子１５７に相当するパワーモジュール側正極端子２３ａは、上アームコレクタ側の第１放熱板２６ａを介して、上アームのＩＧＢＴ３２８と上アームのダイオード１５６のコレクタ側に金属接合される。ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６のエミッタ側は、第２放熱板２６ｃと金属接合され、第２放熱板２６ｃは放熱板２６ｂと金属接合される。パワーモジュール側交流端子２３ｃは図２に示した回路図の交流端子１５９に相当し、放熱板２６ｂと一体に構成される。パワーモジュール側負極端子２３ｂは図２に示した回路図の負極端子１５８に相当し、第１放熱板２６ａと一体に構成される。パワーモジュール２０の制御端子８は、各ＩＧＢＴ３２８、３３０や図示しない内部温度検知センサからアルミワイヤ９により電気的に接合されている。
　図１１は本実施例のパワーモジュール２０の製造方法を示す図である。まず図１１（ａ）に示すように樹脂２８を充填する前の状態になるよう各リードフレーム２７と半導体素子（上アームのＩＧＢＴ３２８、下アームのＩＧＢＴ３３０、上アームのダイオード１５６、下アームのダイオード１６６）とパワーモジュール側主端子２３と制御端子８とアルミワイヤ９を接合する。この際、パワーモジュール側主端子２３と制御端子８は同一平面状になるようにする。
　次に、図１１（ｂ）に示すように、第１凸部２６ｄ及び第２凸部２６ｅが樹脂２８から突出するように樹脂２８を充填（トランスファーモールド）する。ここで金型が、第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃの形状に合わせてるように凹凸部を有する場合であっても若干量の残留樹脂２８ｂが第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃ上に残る場合がある。
　次に図１１（ｃ）に示すよう、樹脂２８を覆うように耐薬品性絶縁材料２５をトランスファーモールドもしくは表面コーティングする。
　最後に図１１（ｄ）に示すよう、第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃを研磨することによって、第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃ上の残留樹脂２８ｂと耐薬品性絶縁材料２５を除去し、第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃの冷却面をむき出しにする。またパワーモジュール側主端子２３と制御端子８を曲げ加工することによって、フランジ側主端子２２と制御端子８と位置合わせが可能となり、フランジ２１とパワーモジュール２０が接合可能になる。このプロセスによれば、放熱板２６を外側に向かって凸にすることで、樹脂２８が完全に耐薬品性絶縁材料２５で覆われ、かつ最終的に第１放熱板２６ａ及び第２放熱板２６ｃの上には残留樹脂２８ｂや耐薬品性絶縁材料２５が残らない様にすることができる。
　また図４に示されるように、本実施形態に係る電力変換装置２２０は、車両を駆動するエンジン用のラジエータの側部に配置される。そして、電力変換装置２２０は、パワーモジュール２０は複数個設けられ、かつ複数のパワーモジュール２０のそれぞれは第１凸部２６ｄが形成された面と第２凸部２６ｅが形成された面が側面よりも大きくなるように形成される。さらに複数のパワー体モジュールは、それぞれの第１凸部２６ｄ及び第２凸部２６ｅが対向するように配置される。
　これにより、電力変換装置２２０は矩形状に近い形状になるので、図２３に示されるように、電力変換装置２２０は、車両内においてエンジン冷却用ラジエータ６００のｓ側部に配置しやすくなる。結果としてファン７００は凝縮用フィン１ａとエンジン冷却用ラジエータ６００の両方に、外気に近い低温風を送ることができ、車両全体の小型化に繋がる。
（実施形態２）
　図１２は、図１１（ｄ）で示した研磨プロセスを全体でなく、第１凸部２６ｄの一部のみを部分的にフライス加工した場合の体の実施形態を示す斜視図であり、図１３は図１２をＣ－Ｃ′で切断した断面図である。
　第１凸部２６ｄは、ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６が配置された側に向かって形成される第１凹部２６ｇを形成する。そして第１凹部２６ｇの底面部は、ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６と対向して配置される。また第２凸部２６ｅは、ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６が配置された側に向かって形成される第２凹部２６ｈを形成する。そして第２凹部２６ｈの底面部は、ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６と対向して配置される。
　本実施例によれば、図１１（ｄ）で示した全体研磨をする必要がなく、部分加工ですむため、研磨剤などの消耗品コストや加工時間を低減する効果がある。またＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６と冷媒１０までの熱伝導率を向上させることができる。
（実施形態３）
　図１４は、図１２に示した実施形態２における部分加工の際、突起部の加工も同時に実施する構造の例を示す斜視図であり、図１５は図１４をＤ－Ｄ′で切断した断面図を示す。
　第１凹部２６ｇの底面部は、冷媒１０の沸騰を促進するための複数の突起部１００を有する。これにより、第１凹部２６ｇの底面部は伝熱面積が増加し、かつドライアウトすることなく沸騰現象を効率良く維持することができる。故に、本実施形態は、図１２、図１３に示した構造に比べ、冷却性能をさらに向上させることができる効果を有する。なお、本加工法であれば、沸騰冷却だけでなく、相変化のない単相強制対流に適した平板フィンやピンフィンなどにも適用できる。
　図２２は第１凹部２６ｇの底面部の形状の例を示す。図２２（ａ）に示されるように、突起部１００は底面部１０１から立ち上がる。先端部１０２は突起部１００の先端から突起部１００の立ち上がり方向に対して角度を有するように突出する。突起部１００と先端部１０２により、トンネル部１０３が形成される。また屈曲する先端部１０２には切欠き部１０４が設けられる。トンネル部１０３は液相冷媒を保持しドライアウトさせないようにするためにあり、切欠き部１０４は、トンネル部１０３内で発生した気相冷媒（気泡）を効率的にトンネル部１０３の外に排出し安定的に沸騰現象を持続させるために適している。
　図２２（ｂ）に示されるように、多孔質部１０６は、底面部１０１に金属粒子や繊維を層上に焼結／めっき／溶射することにより形成された多くの小孔１０５からなる。多孔質部１０６内にある小孔１０５も図２２（ａ）で説示されたようなトンネル構造と同様に、液相冷媒を保持しドライアウトさせず、かつ発生した気相冷媒（気泡）を効率的に多孔質外に排出し安定的に沸騰現象を持続させるために適している。
（実施形態４）
　図１６は、図３～図７に示した実装構造のパワーモジュール並列方向を変えた他の実施例であり、図１７は図１６の分解斜視図を示す。パワーモジュール２０は複数個設けられる。複数のパワーモジュール２０のそれぞれは、実施形態１にて説示した構成と同様であり、第１凸部２６ｄが形成された面と第２凸部２６ｅが形成された面が側面よりも大きくなるように形成される。さらに複数のパワーモジュールは、当該複数のパワーモジュールのそれぞれの第１凸部２６ｄが仮想同一面に重なるように一列に配置される。
　これにより、図２４に示すように電力変換装置２００全体を薄型化することができ、既存のエンジン冷却用ラジエータ６００と同じ狭い空間内に高密度に実装することができる。
（実施形態５）
　図１８は、図１６、図１７に示した本発明の第４実施形態に係る他の実装形態であり、図１９は図１８の分解斜視図を示す。本実施形態では、ゲート回路／制御回路基板５は、当該ゲート回路／制御回路基板５の回路の搭載面が複数のパワーモジュール２０の第１凸部２６ｄまたは第２凸部２６ｅと対向するように配置される。また、ゲート回路／制御回路基板５は、当該ゲート回路／制御回路基板５とチャンバ４の外壁と間に、凝縮用フィン１ａへ流れる対流を生じさせる空間を形成するように配置される。また、コンデンサモジュール７は、ゲート回路／制御回路基板５とチャンバ４の外壁と間の空間に配置される。
　これにより、冷却風進行方向１６は、凝縮用フィン１ａを通過する風によりゲート回路／制御回路基板５やコンデンサモジュール７の冷却性能を向上することが可能となる。本実施例では、ゲート回路／制御回路基板５そのものによって冷却風進行方向１６を誘導させているが、ガイドベーンのような他部材を用いても良い。本実施例によるとゲート回路／制御回路基板５やコンデンサモジュール７の冷却性能が向上するため、電力変換装置２００全体の小型化が可能となる。
（実施形態６）
　図２０は、ポンプや圧縮機を用いて冷媒を強制的に循環させる強制循環沸騰冷却にした場合の実施例であり、図２１は図２０の分解斜視図を示す。本実施例では図示していない、ポンプや凝縮器が配管されており閉ループを構成する。よって冷媒が絶縁性であれば、相変化を用いない単相液冷としても使用可能である。冷媒を強制的に循環させることによって、流量を調整可能になり、また装置全体を傾けてもドライアウトしにくくなるため、安定した冷却性能を得ることができる。また、比較的大きな面積を有する凝縮器の配置自由度が高まるため、自動車など高密度実装を要求される製品に適した構造である。本実施例では、チャンバ４に冷媒入口管３１と冷媒出口管３２が接続される。
　チャンバ４は、複数のパワーモジュール２０を挟むとともに互いに対向する第１側面４ａと第２側面４ｂを有する。第１側面４ａは冷媒入口管３１と接続され第２側面４ｂは冷媒出口管３２と接続される。冷媒入口管３１内を低温液体が凝縮液進行方向１３に流れ、チャンバ４に冷媒が供給され、内部のパワーモジュール２０の放熱板２６付近から発生する気泡が混ざった気泡入り冷媒は、冷媒出口管３２内を気泡入り冷媒進行方向３０に従い排出される。排出された冷媒は、ポンプによって、図示しない凝縮器まで輸送され、熱を空気に放熱し、再度低温液体状態になり、冷媒入口管３１へ戻ってくる。ここで、冷媒入口管３１は冷媒出口管３２に比べて配管径は小さくし、また冷媒出口管３２は冷媒入口管３１に比べて管中心軸位置を高くすることで内部で発生した気泡が溜まらず効率良く排出される。
１４、１５　放熱経路
２３ａ　パワーモジュール側正極端子
２３ｂ　パワーモジュール側負極端子
２５　耐薬品性絶縁材料
２６ａ　第１放熱板
２６ｃ　第２放熱板
２６ｄ　第１凸部
２６ｅ　第２凸部
２８　樹脂
１５６　ダイオード
３２８　ＩＧＢＴ

Claims (13)

  1. 　直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第１放熱板と、前記パワー半導体素子を挟んで前記第１放熱板と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第２放熱板と、前記パワー半導体素子と前記第１放熱板と前記第２放熱板を封止する第１絶縁樹脂材と、前記第１絶縁樹脂材を覆って形成される第２絶縁樹脂材と、を有するパワー半導体モジュールと、
    　絶縁性の冷却冷媒を収納する空間を形成するチャンバと、
    　気化された前記冷却冷媒を凝縮する凝縮器と、を備え、
    　前記パワー半導体モジュールは、前記チャンバの前記冷却冷媒の収納空間内に配置され、
    　前記第１放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第１凸部を有し、
    　前記第２放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第２凸部を有し、
    　前記第２絶縁樹脂材は、前記第１凸部を形成する側面部と前記第２凸部を形成する側面部に接触しており、
    　前記第１凸部及び前記第２凸部は、前記冷却冷媒と直接接触するとともに当該第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面を有する電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載された電力変換装置であって、
    　前記冷却冷媒は、不活性冷媒であり、
    　前記第２絶縁樹脂材は、前記不活性冷媒に対する抵抗性を有する樹脂材である電力変換装置。
  3. 　請求項１または２に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記冷却冷媒は、水素化合物もしくはフッ素化合物もしくは炭素化合物を有する気液２相の媒体であり、
    　前記第２絶縁樹脂材は、前記熱媒体に対する抵抗性を有する樹脂材である電力変換装置。
  4. 　請求項１ないし３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記第２絶縁樹脂材のＳＰ値と前記冷却冷媒分子のＳＰ値の差が有限である電力変換装置。
  5. 　請求項１ないし４に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記第１凸部は、前記パワー半導体素子が配置された側に向かって形成される第１凹部を有し、
    　前記第１凹部の底面部は、前記パワー半導体素子と対向する電力変換装置。
  6. 　請求項５に記載された電力変換装置であって、
    　前記第２凸部は、前記パワー半導体素子が配置された側に向かって形成される第２凹部を有し、
    　前記第２凹部の底面部は、前記パワー半導体素子と対向する電力変換装置。
  7. 　請求項５に記載された電力変換装置であって、
    　前記第１凹部の底面部は、前記冷却冷媒の沸騰を促進する複数の突起部を有する電力変換装置。
  8. 　請求項７に記載された電力変換装置であって、
    　前記複数の突起部のそれぞれは、前記第１凹部の底面部から立ち上がる本体部と、前記本体部の立ち上がり方向に対して角度を有するように屈曲させた状態で上面に開口部、を有し、
    　前記本体部と前記先端部との間の空間には、前記冷却冷媒を保持する電力変換装置。
  9. 　請求項１ないし８に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置は、車両を駆動するエンジン用のラジエータの側部に配置され、
    　前記パワー半導体モジュールは、複数個設けられ、
    　前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれは、前記第１凸部が形成された面と前記第２凸部が形成された面が側面よりも大きくなるように形成され、
    　さらに前記複数のパワー半導体モジュールは、それぞれの前記第１凸部及び前記第２凸部が対向するように配置される電力変換装置。
  10. 　請求項１ないし８に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体モジュールは、複数個設けられ、
    　前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれは、前記第１凸部が形成された面と前記第２凸部が形成された面が側面よりも大きくなるように形成され、
    　さらに前記複数のパワー半導体モジュールは、当該複数のパワー半導体モジュールのそれぞれの前記第１凸部が仮想同一面に重なるように一列に配置される電力変換装置。
  11. 　請求項１０に記載された電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を駆動する駆動回路を搭載した駆動回路基板を備え、
    　前記駆動回路基板は、当該駆動回路基板の前記駆動回路の搭載面が前記複数のパワー半導体モジュールの前記第１凸部と対向するように配置され、
    　さらに前記駆動回路基板は、当該駆動回路基板と前記チャンバの外壁と間に、前記凝縮器へ流れる対流を生じさせる空間を形成するように配置される電力変換装置。
  12. 　請求項１１に記載された電力変換装置であって、
    　前記直流電流を平滑化する平滑コンデンサを備え、
    　前記平滑コンデンサは、当該駆動回路基板と前記チャンバの外壁と間の空間に配置される、
    　前記凝縮器へ流れる対流は、前記平滑コンデンサの外面に接する電力変換装置。
  13. 　直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第１放熱板と、前記パワー半導体素子を挟んで前記第１放熱板と対向するとともに当該パワー半導体素子と電気的に接続される金属製の第２放熱板と、前記パワー半導体素子と前記第１放熱板と前記第２放熱板を封止する第１絶縁樹脂材と、前記第１絶縁樹脂材を覆って形成される第２絶縁樹脂材と、を有するパワー半導体モジュールと、
    　絶縁性の冷却冷媒を収納する空間を形成するチャンバと、を備え、
    　前記パワー半導体モジュールは、前記チャンバの前記冷却冷媒の収納空間内に配置され、
    　前記第１放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第１凸部を有し、
    　前記第２放熱板は、前記パワー半導体素子が配置された側の面とは反対側の面に、第２凸部を有し、
    　前記第２絶縁樹脂材は、前記第１凸部を形成する側面部と前記第２凸部を形成する側面部に接触しており、
    　前記第１凸部及び前記第２凸部は、前記冷却冷媒と直接接触するとともに当該第１凸部及び当該第２凸部に沸騰冷却面を有し、
    　前記パワー半導体モジュールは、複数個設けられ、
    　前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれは、前記第１凸部が形成された面と前記第２凸部が形成された面が側面よりも大きくなるように形成され、
    　さらに前記複数のパワー半導体モジュールは、当該複数のパワー半導体モジュールのそれぞれの前記第１凸部が仮想同一面に重なるように一列に配置され、
    　前記チャンバは、前記複数のパワー半導体モジュールを挟むとともに互いに対向する第１側面と第２側面を有し、
    　前記チャンバの前記第１側面は、前記冷却冷媒を流入する入口部を有し、
    　前記チャンバの前記第２側面は、前記冷却冷媒を流出する出口部を有する電力変換装置。
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