WO2014020808A1 - 冷却構造体及び電力変換装置 - Google Patents

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    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Definitions

  • the present invention provides a circuit component including a heat generating circuit component that drives a semiconductor switching element at a predetermined interval on a cooling structure that cools heat of the heating element and a module that incorporates a semiconductor switching element for power conversion.
  • the present invention relates to a power conversion device that supports a mounted substrate.
  • This type of power conversion device is a device in which a water cooling jacket through which a coolant passes is disposed in a casing, and a power module including an IGBT as a semiconductor switching element for power conversion is joined on the water cooling jacket. Then, a cooling chamber and a flow path that are opened on the side of the water cooling jacket that is joined to the power module and through which the coolant flows are provided, and a plurality of cooling fins are provided on the side that is joined to the water cooling jacket of the power module.
  • a cooling structure is a cooling structure including a heating element and a heat dissipation member formed on one surface of the heating element.
  • a cooling chamber through which the liquid flows is provided, and a closing member for closing the cooling chamber is joined to the heat radiating member.
  • the power conversion device includes a semiconductor power module in which a semiconductor switching element for power conversion is built in a case body, and a heat dissipation member is formed on one surface of the case body, and the heat dissipation member includes A cooling chamber that is opened on the opposite side of the case body and through which the coolant flows is provided, and a closing member that closes the cooling chamber is joined to the heat radiating member.
  • the heat dissipating member is not a large heavy object, can be easily handled by the processing machine, and the cooling chamber can be easily formed, so that the processing cost can be reduced. it can. And the cooling efficiency of a semiconductor power module can be improved.
  • the power converter device which concerns on 1 aspect of this invention provided the clearance gap between the said several cooling fin and the said closure member, and the said clearance gap was made uniform.
  • the cooling fin that has been plated for corrosion prevention has a gap between the closing member, it is possible to prevent plating peeling due to contact with the closing member. it can.
  • the gaps between the plurality of cooling fins and the closing member are made uniform, the flow rate of the coolant on the front end side of the plurality of cooling fins can be made substantially the same, and the cooling distribution can be made more uniform.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of the main part of FIG.
  • Reference numeral 1 in FIG. 1 is a power converter, and 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 closing member 3 to be described later interposed therebetween.
  • the power conversion device 1 includes a power module 11 that incorporates, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a semiconductor switching element that forms, for example, an inverter circuit for power conversion.
  • This power module 11 has an IGBT built in a flat rectangular parallelepiped insulating case body 12, and a rectangular parallelepiped heat dissipation member 13 made of copper having high thermal conductivity is integrally formed on the lower surface of the case body 12. Is provided.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • 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.
  • the control circuit board 22 inserts the male screw portion 25a of the joint screw 25 into an insertion hole 22a formed at a position facing the female screw portion 24b formed at the upper end of the joint screw 24, and this male screw portion 25a is inserted into the joint screw 24. It is fixed by screwing into the female screw portion 24b.
  • the heat transfer support metal plate 33 includes a flat plate-shaped heat transfer support plate portion 33 a and heat transfer that is bent downward from the left end portion of the heat transfer support plate portion 33 a and extends toward the heat radiating member 13.
  • the support side plate portion 33b and the cooling body contact plate portion 33c that is bent rightward from the lower end portion of the heat transfer support side plate portion 33b and extends along the lower surface of the heat radiating member 13 are integrally provided.
  • 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 circuit component 39 is mounted on the lower surface side of the power circuit board 23, and the power circuit board 23, the heat transfer member 37, and the heat transfer support plate portion 33 a are stacked by the fixing screw 38.
  • the insulating sheet 43 is stuck to the lower surface of the heat transfer support plate portion 33a in order to shorten the insulation distance. Note that these stacked components are referred to as a power supply circuit unit U3.
  • a bus bar 55 is connected to the positive and negative DC input terminals of the power module 11 to 11 a, and the positive and negative electrodes 4 a of the film capacitor 4 penetrating the closing member 3 are fixed to the other end of the bus bar 55. They are connected by screws 51. Further, a crimp terminal 53 fixed to the tip of a connection cord 52 connected to an external converter (not shown) is fixed to the negative electrode terminal 11 a of the power module 11.
  • the cooling chamber 50a provided in the water cooling jacket 50 and the power module 51 disposed in the cooling chamber 50a are arranged.
  • the positions of the plurality of cooling fins 51a change, since the heat radiation member 13 includes the cooling chamber 13a and the plurality of cooling fins 17 as in the present embodiment, the positions of the plurality of cooling fins 17 in the cooling chamber 13a. Matching becomes unnecessary.
  • the tips of the plurality of cooling fins 17 are opposed to each other with a slight gap between the closing member 3.
  • contact of the tips of the plurality of cooling fins 17 with respect to the closing member 3 is avoided, and peeling of the plating covering the surface of the cooling fins 17 is prevented, so that corrosion of the cooling fins due to peeling of the plating is prevented.
  • the control circuit unit U2 and the power circuit unit U3 shown in FIGS. 1 and 2 the case where the heat transfer members 35 and 37 have the same outer shape as the control circuit board 22 and the power circuit board 23 has been described.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and the heat transfer members 35 and 37 may be provided only where the heat generating circuit component 39 exists.
  • the heating circuit component 39 is mounted on the heat transfer members 35 and 37 on the back side by the control circuit board 22 and the power circuit board 23 has been described.
  • the present invention is not limited to the above configuration. That is, the heat generating circuit component 39 may be mounted on the outer peripheral area of the control circuit board 22 and the power supply circuit board 23 on the opposite side to the heat transfer members 35 and 37.
  • the cooling structure according to the present invention is useful for reducing the processing cost and improving the cooling efficiency of the heating element, and the power conversion device according to the present invention reduces the processing cost. This is useful for improving the cooling efficiency of the semiconductor switching element.
  • heat transfer support side plate part 32c ... cooling Body contact plate part, 32c, 33c ... Cooling body contact plate part, 32c1, 33c1 ... Fixed member insertion hole, 32i ... Insertion hole, 33a ... Heat transfer support plate part, 33b ... Heat transfer support side plate part, 33c ... Cooling body contact Plate part, 33i ... insertion hole, 35 ... heat transfer member, 37 ... heat transfer member, 39 ... heat generating circuit component, 42 ... insulating sheet, 43 ... insulating sheet, 51 ... fixing screw, 52 ... connection cord, 53, 59 ... Crimp terminal, 55 ... busbar, 57 ... current sensor, 58 ... motor connection cable, 60 ... fixing screw

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Abstract

　電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体（１２）に内蔵し、このケース体の一面に放熱部材（１３）が形成された半導体パワーモジュール（１１）を備えおり、放熱部材に、ケース体と反対側で開口して冷却液が通流する冷却室（１３ａ）が設けられているとともに、記放熱部材に、冷却室を閉塞する閉塞部材（３）を接合した。

Description

冷却構造体及び電力変換装置
　本発明は、発熱体の熱を冷却する冷却構造体と、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュール上に、所定間隔を保って上記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を支持するようにした電力変換装置に関する。
　この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載された電力変換装置が知られている。
　この電力変換装置は、筐体内に、冷却液が通過する水冷ジャケットを配置し、この水冷ジャケット上に、電力変換用の半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴを内蔵したパワーモジュールを接合した装置である。そして、水冷ジャケットのパワーモジュールに接合する側に開口して冷却液が通流する冷却室及び流路を設け、パワーモジュールの水冷ジャケットに接合する側に、複数の冷却フィンが突出して設けられ、水冷ジャケット及びパワーモジュールを接合することで、水冷ジャケットの冷却室にパワーモジュールの複数の冷却フィンを配置し、複数の冷却フィンを冷却室内の冷却液で直接冷却する直接冷却方式を採用している。
特開２０１０－３５３４６号
　ところで、大型重量物である水冷ジャケットは、加工機械による取り扱いが困難であり、この水冷ジャケットに冷却室及び流路を形成することで、加工コストの増大を招くおそれがある。
　また、図７に示すように、水冷ジャケット５０及びパワーモジュール５１の接合位置にずれが生じると、水冷ジャケット５０に設けた冷却室５０ａの壁面と、パワーモジュール５１に設けた複数の冷却フィン５１ａの外郭との隙間が不均一となり（隙間ｔ１≠ｔ２）、入側流路５０ｂから冷却室５０ａに流れ込んだ冷却水が、隙間が大きい（隙間ｔ１）領域では流量を多くして流れ、隙間が小さい（隙間ｔ２）領域では流量を少なくして出側流路５０ｃに流れていき、複数の冷却フィン５１ａに対して冷却分布が不均一となるおそれがある。
　本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、加工コストの低減化を図るとともに、発熱体の冷却効率を向上させることができる冷却構造体を提供するとともに、加工コストの低減化を図るとともに、半導体スイッチング素子の冷却効率を向上させ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、本発明の一態様に係る冷却構造体は、発熱体と、この発熱体の一面に形成された放熱部材を有する冷却構造体であって、前記放熱部材に、冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合した。
　この一態様に係る冷却構造体によると、加工コストの低減化を図るとともに、発熱体の冷却効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、半導体パワーモジュールの一面に形成された放熱部材を有する電力変換装置であって、前記放熱部材には、冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合した。
　この一態様に係る電力変換装置によると、放熱部材は大型重量物ではなく、加工機械による取り扱いが容易であり、冷却室を容易に形成することができるので、加工コストの低減化を図ることができる。そして、半導体パワーモジュールの冷却効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールを備え、前記放熱部材に、前記ケース体と反対側で開口して冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合した。
　この一態様に係る電力変換装置によると、放熱部材は大型重量物ではなく、加工機械による取り扱いが容易であり、冷却室を容易に形成することができるので、加工コストの低減化を図ることができる。そして、半導体パワーモジュールの冷却効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記冷却室の底部から突出する複数の冷却フィンが形成されている。
　この一態様に係る電力変換装置によると、複数の冷却フィンが冷却室の冷却液に直接接触するので、さらに冷却効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記冷却室の通流方向の両内壁と、前記冷却フィンとの間の間隔を均等に設定した。
　この一態様に係る電力変換装置によると、通流方向の一方の内壁側と他方の内壁側の冷却液の流量を略同一とし、冷却分布を均一にすることができる。
　また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記複数の冷却フィンと前記閉塞部材との間に隙間を設け、当該隙間を均一にした。
　この一態様に係る電力変換装置によると、複数の冷却フィンの間を流れる冷却液の流量も略同一とし、冷却室内の全ての領域の冷却分布をさらに均一にすることができる。
　さらに、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記複数の冷却フィンと前記閉塞部材との間に隙間を設け、当該隙間を均一にした。
　この一態様に係る電力変換装置によると、腐食防止用のメッキが施されている冷却フィンは閉塞部材との間に隙間を設けているので、閉塞部材との接触によるメッキ剥がれを防止することができる。また、複数の冷却フィンと閉塞部材との間の隙間を均一にしたことで、複数の冷却フィンの先端側の冷却液の流量も略同一とし、冷却分布をさらに均一にすることができる。
　本発明に係る冷却構造体によると、加工コストの低減化を図るとともに、発熱体の冷却効率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によると、加工コストの低減化を図るとともに、半導体スイッチング素子の冷却効率を向上させることができる。
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１の電力変換装置の要部を示す断面図である。 本発明に係る放熱部材に一体に設けた冷却室及び複数の冷却フィンを示す図である。 図２とは異なる位置の図１の電力変換装置の要部を示す断面図である。 伝熱支持用金属板を示す側面図である。 発熱回路部品の全体の放熱経路を説明する図である。 水冷ジャケットに冷却室を設け、この水冷ジャケットに接合するパワーモジュールに複数の冷却フィンが設けられている従来の装置を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は本発明の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１の要部を拡大して示した図である。
　図１の符号１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、後述する閉塞部材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は開放上部が閉塞部材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の下端が閉塞部材３で閉塞されている。
　この角筒体２ａの下端と閉塞部材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。
　電力変換装置１は、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵したパワーモジュール１１を備えている。このパワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に、直方体状の熱伝導率の高い銅製からなる放熱部材１３が一体に設けられている。
　放熱部材１３は、図３に示すように、放熱部材１３の下面中央部に、長方形状に開口する冷却室１３ａが形成されており、冷却室１３ａの長手方向の一方の壁部に、放熱部材１３の内部に形成した給水路１３ｂの給水口１３ｂ１が開口し、冷却室１３ａの長手方向の他方の壁部には、放熱部材１３の内部に形成した排水路１３ｃの排水口１３ｃ１が開口しており、給水口１３ｂ１から流れ込んだ冷却水は、図３の左側から右側を通流方向として冷却室１３ａを流れ、排水口１３ｃ１から流れ出るようになっている。給水路１３ｂ及び排水路１３ｃは、例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
　また、冷却室１３ａの底部１３ｄから複数の冷却フィン１７が突出している。
　これら複数の冷却フィン１７は、隣接する冷却フィン１７，１７の間隔が同一に設定されているとともに、複数の冷却フィン１７の底部１３ｄからの高さは、閉塞部材３に接合する接合面１３ｆより僅かに低い同一高さに設定されている。
　そして、冷却室１３ａの通流方向の両内壁１３ｇ，１３ｈに最も近い冷却フィン１７は、内壁１３ｇ，１３ｈに対して同一の隙間ｔ３に設定されている。
　ここで、放熱部材１３の冷却室１３ａ及び複数の冷却フィン１７の表面には腐食防止用のメッキが施されている。
　そして、図１及び図２に示すように、放熱部材１３の下面（接合面）１３ｆに接合する閉塞部材３は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して形成されている。
　閉塞部材３の上面（接合面）３ａには、放熱部材１３の冷却室１３ａの開口部を囲む位置に、四角枠状の周溝６が形成され、この周溝６にＯリング７が装着されている。
　また、閉塞部材３の接合面３ａより外周側には、接合面３ａより一段低く形成された平坦な当接部３ｂが形成されている。
　さらに、閉塞部材３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｅが形成されている。
　図２に戻って、ケース体１２及び放熱部材１３には平面からみて四隅に固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５の内側における４箇所に所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。
　基板固定部１６の上端には、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板２２が固定されている。さらに、制御回路基板２２の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等を実装した実装基板としての電源回路基板２３が固定されている。
　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、伝熱支持用金属板３２，３３によって筐体２を介することなく放熱部材１３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持用金属板３２及び３３は、熱伝導率が高い金属板例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属板で形成されている。
　伝熱支持用金属板３２は、平板形状の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａの右側端部から下方に折り曲げられて放熱部材１３に向けて延在する伝熱支持側板部３２ｂと、伝熱支持側板部３２ｂの下端部から左側に折り曲げられて放熱部材１３の下面に沿って延在する冷却体接触板部３２ｃとを一体に備えた部品である。
　伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して制御回路基板２２が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。
　また、伝熱支持用金属板３３は、平板形状の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａの左側端部から下方に折り曲げられて放熱部材１３に向けて延在する伝熱支持側板部３３ｂと、伝熱支持側板部３３ｂの下端部から右側に折り曲げられて放熱部材１３の下面に沿って延在する冷却体接触板部３３ｃとを一体に備えた部品である。
　伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して電源回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。
　これら伝熱支持用金属板３２，３３を一体部品とすることで、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。また、伝熱支持用金属板３２の伝熱支持板部３２ａと伝熱支持側板部３２ｂとの連結部及び伝熱支持側板部３２ｂと冷却体接触板部３２ｃとの連結部とを湾曲部とし、伝熱支持用金属板３３の伝熱支持板部３３ａと伝熱支持側板部３３ｂとの連結部及び伝熱支持側板部３３ｂと冷却体接触板部３３ｃとの連結部とを湾曲部とすることで、電力変換装置１に伝達される上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。
　図４に示すように、電源回路基板２３には、発熱回路部品３９が下面側に実装されており、電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａが、固定ねじ３８により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４３が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を電源回路ユニットＵ３と称する。
　この際、電源回路基板２３の下面側に実装された発熱回路部品３９が伝熱部材３７の弾性によって伝熱部材３７内に埋め込まれる。このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３７との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。
　また、図示しないが、制御回路基板２２の下面側にも発熱回路部品が実装されており、制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａが、固定ねじ３６により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３２ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を制御回路ユニットＵ２と称する。
　そして、制御回路基板２２の下面側に実装された発熱回路部品が伝熱部材３５の弾性によって伝熱部材３５内に埋め込まれ、制御回路基板２２と伝熱部材３５との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３５と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３２ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３５と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３２ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。
　また、伝熱支持用金属板の伝熱支持側板部３３ｂには、図５に示すように、パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に後述するブスバー５５を挿通する例えば方形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。このように、３つの挿通孔３３ｉを形成することにより、隣接する挿通孔３３ｉ間に比較的幅広の伝熱路Ｌｈを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。
　同様に、伝熱支持用金属板３２の伝熱支持側板部３２ｂにも、パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔３２ｉが形成されている。この挿通孔３２ｉを形成することにより、上述した挿通孔３３ｉと同様の作用効果を得ることができる。
　また、伝熱支持用金属板３２の冷却体接触板部３２ｃ及び伝熱支持用金属板３３の冷却体接触板部３３ｃには、図２に示すように、パワーモジュール１１の固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５に対向する位置に固定部材挿通孔３２ｃ１，３３ｃ１が形成されている。
　そして放熱部材１３の挿通孔１５及び冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃの固定部材挿通孔３２ｃ１，３３ｃ１に固定ねじ１４を挿通し、固定ねじ１４を閉塞部材３に形成した雌ねじ部に螺合させる。
　これにより、伝熱支持用金属板３２，３３の冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃを、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａと閉塞部材３の当接部３ｂとに当接し、放熱部材１３及び閉塞部材３で挟持して固定する。
　この際、閉塞部材３の周溝６に装着した０リング７が、放熱部材１３の接合面１３ｆに当接して弾性変形しながら押しつぶされ、冷却室１３ａに溜まった冷却水が外部に漏れるのを防止する液密封止が施される。
　また、図１に示すように、パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５５が接続され、ブスバー５５の他端に閉塞部材３を貫通するフィルムコンデンサ４の正負の電極４ａが固定ねじ５１で連結されている。また、パワーモジュール１１の負極端子１１ａに、外部のコンバータ（図示せず）に接続する接続コード５２の先端に固定された圧着端子５３が固定されている。
　さらに、パワーモジュール１１の３相交流出力端子１１ｂに、ブスバー５５の一端を固定ねじ５６で接続し、このブスバー５５の途中に電流センサ５７が配置されている。そして、ブスバー５５の他端に圧着端子５９が固定ねじ６０で接続されている。圧着端子５９は、外部の３相電動モータ（図示せず）に接続したモータ接続ケーブル５８に固定されている。
　この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流電力を供給するとともに、電源回路基板２３に実装された電源回路、制御回路基板２２に実装された制御回路を動作状態とし、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板２１に実装された駆動回路を介してパワーモジュール１１に供給する。これによって、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は３相交流出力端子１１ｂからブスバー５５を介してモータ接続ケーブル５８に供給し、３相電動モータ（図示せず）を駆動制御する。
　このとき、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱するが、パワーモジュール１１の放熱部材１３は、冷却水が通流する冷却室１３ａと、冷却室１３ａの底部１３ｄから突出した複数の冷却フィン１７とを備えた水冷ジャケットを構成しているので、パワーモジュール１１は効率良く冷却される。
　一方、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品３９が含まれており、これら発熱回路部品３９で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品３９は制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側に実装されている。
　そして、これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側には、熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持用金属板３２，３３の伝熱支持板部３２ａ，３３ａが設けられている。伝熱支持用金属板３２，３３は、伝熱支持板部３２ａ，３３ａと、伝熱支持側板部３２ｂ，３３ｂと、冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃとを一体化した部品であって熱抵抗が小さい部材なので、図６に示すように、伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、水冷ジャケットを構成している放熱部材１３に直接接触した冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃから放熱部材１３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
　なお、本発明の発熱体がパワーモジュール１１に対応している。
　本実施形態の電力変換装置１によると、放熱部材１３は大型重量物ではなく、加工機械による取り扱いが容易であり、冷却室１３ａ、複数の冷却フィン１７を容易に形成することができるので、加工コストの低減化を図ることができる。
　また、放熱部材１３の冷却室１３ａには、通流方向の両内壁１３ｇ，１３ｈとの隙間を同一（ｔ３）に設定して複数の冷却フィン１７が突出しており、給水路１３ｂから冷却室１３ａに流れ込んだ冷却水は、通流方向の内壁１３ｇ，１３ｈ側の流量を略同一として排水路１３ｃまで流れる。また、複数の冷却フィン１７の隣接する冷却フィン１７，１７の間隔も同一に設定されているので、複数の冷却フィン１７の間を流れる冷却水の流量も略同一となる。したがって、冷却室１３ａを通流する冷却水は、複数の冷却フィン１７の冷却分布を均一にすることができる。
　また、図７で示した従来装置では、水冷ジャケット５０及びパワーモジュール５１の接合位置にずれが生じると、水冷ジャケット５０に設けた冷却室５０ａと、この冷却室５０ａに配置されるパワーモジュール５１の複数の冷却フィン５１ａの位置が変化するが、本実施形態のように、放熱部材１３が冷却室１３ａ及び複数の冷却フィン１７を備えているので、冷却室１３ａ内の複数の冷却フィン１７の位置合わせが不要となる。
　また、放熱部材１３及び閉塞部材３を接合すると、複数の冷却フィン１７の先端は、閉塞部材３との間に僅かな隙間を設けて対向する。これにより、閉塞部材３に対する複数の冷却フィン１７の先端の接触を回避し、冷却フィン１７の表面を覆っているメッキの剥がれが防止されるので、メッキの剥がれによる冷却フィンの腐食を防止することができる。
　なお、図１及び図２で示した制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３において、伝熱部材３５及び３７を制御回路基板２２及び電源回路基板２３と同じ外形とした場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、伝熱部材３５及び３７を発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。
　また、図１及び図２においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３で発熱回路部品３９を裏面側の伝熱部材３５及び３７側に実装する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の伝熱部材３５及び３７とは反対側の外周領域に、発熱回路部品３９を実装するようにしてよい。
　さらに、図１及び図２においては、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
　また、本発明に係る電力変換装置１を、電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置１としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置１を適用することができる。
　以上のように、本発明に係る冷却構造体は、加工コストの低減化を図り、発熱体の冷却効率を向上させるのに有用であり、本発明に係る電力変換装置は、加工コストの低減化を図るとともに、半導体スイッチング素子の冷却効率を向上させるのに有用である。
　１…電力変換装置、２…筐体、２Ａ…下部筐体、２Ｂ…上部筐体、２ａ…角筒体、２ｂ…蓋体、３…閉塞部材、３ｂ…当接部、３ｃ…冷却体の上面、３ｅ…挿通孔、４…フィルムコンデンサ、４ａ…正負の電極、５…浸漬部、６…周溝、７…Ｏリング、８…当接部、１１…パワーモジュール、１１ａ…負極端子、１１ｂ…３相交流出力端子、１２…ケース体、１３…放熱部材、１３ａ…冷却室、１３ｂ…給水路、１３ｂ１…給水口、１３ｃ…排水路、１３ｃ１…排水口、１３ｄ…底部、１３ｆ接合面、１３ｇ，１３ｈ…内、１４…固定ねじ、１５…挿通孔、１６…基板固定部、１６ａ…雌ねじ部、１７…冷却フィン、２１…駆動回路基板、２１ａ…挿通孔、２２…制御回路基板、２２ａ…挿通孔、２３…電源回路基板、２３ａ…挿通孔、２４ａ…雄ねじ部、２４ｂ…雌ねじ部、２５ａ…雄ねじ部、２５ｂ…雌ねじ部、３２，３３…伝熱支持用金属板、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…伝熱支持側板部、３２ｃ…冷却体接触板部、３２ｃ，３３ｃ…冷却体接触板部、３２ｃ１，３３ｃ１…固定部材挿通孔、３２ｉ…挿通孔、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…伝熱支持側板部、３３ｃ…冷却体接触板部、３３ｉ…挿通孔、３５…伝熱部材、３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４２…絶縁シート、４３…絶縁シート、５１…固定ねじ、５２…接続コード、５３，５９…圧着端子、５５…ブスバー、５７…電流センサ、５８…モータ接続ケーブル、６０…固定ねじ

Claims (6)

  1. 　発熱体と、この発熱体の一面に形成された放熱部材を有する冷却構造体であって、
    　前記放熱部材に、冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、
    　前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合したことを特徴とする冷却構造体。
  2. 　半導体パワーモジュールの一面に形成された放熱部材を有する電力変換装置であって、
    　前記放熱部材には、冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、
    前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合したことを特徴とする電力変換装置。
  3. 　電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールを備え、
    　前記放熱部材に、前記ケース体と反対側で開口して冷却液が通流する冷却室が設けられているとともに、
    　前記放熱部材に、前記冷却室を閉塞する閉塞部材を接合したことを特徴とする電力変換装置。
  4. 　前記冷却室の底部から突出する複数の冷却フィンが形成されていることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
  5. 　前記冷却室の通流方向の両内壁と、前記冷却フィンとの間の間隔を均等に設定したことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
  6. 　前記複数の冷却フィンと前記閉塞部材との間に隙間を設け、当該隙間を均一にしたことを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
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