WO2014050276A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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陽成 原
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    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device that converts DC power into AC power or converts AC power into DC power, and more particularly to a power conversion device used in a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • an object of the present invention is to further improve the assemblability of the power conversion device.
  • a power conversion device includes a power semiconductor module having a power semiconductor element that converts a direct current into an alternating current, a first flow path forming body that forms a first flow path through which a cooling refrigerant flows, and a cooling refrigerant.
  • a drive circuit including a second flow path forming body that forms the second flow path, a first base plate on which the second flow path forming body is mounted, and a drive circuit that outputs a drive signal for driving the power semiconductor element A board, a case for housing the power semiconductor module, the first flow path forming body, the second flow path forming body, the first base plate, and the drive circuit board, and the drive circuit board includes:
  • the mounting surface of the drive circuit is disposed so as to face the side wall of the second flow path forming body, the second flow path forming body forms a storage space for storing the power semiconductor module, and further, the second flow The path forming body is stored in the storage
  • An insertion port connected to the drive circuit is formed in the side wall facing the mounting surface of the drive circuit, and the power semiconductor module has a control terminal connected to the drive circuit board through the insertion port, the first
  • the flow path forming body is fixed to the case, and further, the first flow path forming body forms an opening connected to the first flow path, and the first base plate
  • the assemblability of the power conversion device can be improved.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of an electrical component disposed between a first flow path forming body 110 and a cover 107 shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of a first base plate 400 and a second flow path forming body 401 shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is an external perspective view of a first base plate 400 viewed from the direction of arrow A in FIG. 4.
  • 2 is an external perspective view of a case 101 and a first flow path forming body 110.
  • FIG. FIG. 6 is an external perspective view showing a process of housing the first base plate 400 and the like in the case 101.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a power conversion apparatus 100 according to the present embodiment.
  • Case 101 houses a power semiconductor module 300U and the like which will be described later.
  • the outlet pipe 103 discharges the cooling refrigerant to the outside of the power conversion apparatus 100.
  • the outlet pipe 103 is disposed around the center of the case side surface 101A in the height direction.
  • the inlet pipe 102 (see FIG. 2) is arranged around the center in the height direction of the case side surface 101B formed on the side opposite to the case side surface 101A.
  • the inlet pipe 102 introduces the cooling refrigerant into the power conversion apparatus 100.
  • the case 101 has an opening 105 formed on the case side surface 101C.
  • the AC bus bar 104U, the AC bus bar 104V, and the AC bus bar 104W protrude from the inside of the case 101 to the outside of the case 101 through the opening 105.
  • the AC bus bar 104U is a conductor member that transmits a U-phase AC current
  • the AC bus bar 104V is a conductor member that transmits a V-phase AC current
  • the AC bus bar 104W is a conductor member that transmits a W-phase AC current. .
  • the case 101 forms an opening 106 on the case side surface 101A.
  • the opening 106 is formed at a position facing a connection portion between the AC bus bar 104U and another conductor, a connection portion between the AC bus bar 104V and another conductor, and a connection portion between the AC bus bar 104W and another conductor.
  • a worker or a work robot can perform a connection work between the AC bus bar and another conductor through the opening 106.
  • the cover 107 closes the first insertion port 109 (see FIG. 2) formed in the upper part of the case 101.
  • the first insertion port 109 is formed to accommodate a power semiconductor module 300U and the like which will be described later.
  • the cover 108 closes a second insertion port (not shown) formed in the lower part of the case 101.
  • the second insertion opening is formed to accommodate a DCDC converter 900 described later.
  • the power conversion device 100 according to the present embodiment is mainly used for a hybrid vehicle and an electric vehicle.
  • An example of the vehicle system is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-217550.
  • the power converter device 100 which concerns on this embodiment may be used for another use in order to achieve the effect.
  • it may be used for a home appliance inverter of a refrigerator or an air conditioner for the purpose of improving productivity and cooling performance.
  • the inverter may be used for an inverter for industrial equipment whose use environment is similar to that for a vehicle inverter.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power conversion apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the first flow path forming body 110 is disposed around the middle in the height direction of the case 101.
  • the first flow path forming body 110 is connected to the inlet pipe 102 and the outlet pipe 103. Between the first flow path forming body 110 and the cover 107, the first base plate 400, the second flow path forming body 401, the power semiconductor modules 300U to 300W, the capacitor module 500, the drive circuit board 200, and the control circuit board 600 are provided. Etc. are arranged.
  • the power semiconductor modules 300U to 300W described later convert a direct current into an alternating current.
  • the capacitor module 500 described later smoothes the DC voltage.
  • the drive circuit board 200 is mounted with a drive circuit that outputs a drive signal for driving the power semiconductor modules 300U to 300W.
  • the control circuit board 600 includes a control circuit that outputs a control signal for controlling the power semiconductor modules 300U to 300W on the drive circuit board 200. An example of these circuit systems is described in JP 2011-217550 A.
  • a DCDC converter 900 is disposed between the first flow path forming body 110 and the cover 108.
  • the DCDC converter 900 converts a direct current voltage.
  • An example of a circuit system of the DCDC converter 900 is described in Japanese Patent Publication No. 4463695.
  • the opening 106 illustrated in FIG. 1 is closed by the cover 111.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of an electrical component disposed between the first flow path forming body 110 and the cover 107 shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of the first base plate 400 and the second flow path forming body 401 shown in FIG.
  • the second flow path forming body 401 is mounted on the first base plate 400.
  • the second flow path forming body 401 and the first base plate 400 may be integrally formed in order to improve productivity and thermal conductivity.
  • the second flow path forming body 401 forms a storage space 402 for storing the power semiconductor modules 300U to 300W.
  • the second flow path forming body 401 forms an insertion port 403 connected to the storage space 402 on the side wall 401A.
  • the storage space 402 functions as a flow path for flowing the cooling refrigerant.
  • the insertion port 403 is one insertion port for inserting three power semiconductor modules 300U to 300W, but may be provided for each of a plurality of power semiconductor modules.
  • the first base plate 400 has a plurality of support members 404 for fixing the capacitor module 500.
  • the capacitor module 500 is fixed in a state where it is thermally connected to the first base plate 400 by a plurality of support members 404. Thereby, the heat generated in the capacitor module 500 is transmitted to the first base plate 400, and the capacitor module 500 can be cooled.
  • the second base plate 601 mounts the control circuit board 600.
  • the second base plate 601 includes a fixing portion 601A connected to a support member 405A extending from the first base plate 400.
  • the control circuit board 600 and the like are cooled by the first base plate 400 via the fixed portion 601A and the support member 405A.
  • the second base plate 601 supports the third base plate 602.
  • the third base plate 602 projects in the direction perpendicular to the mounting surface of the control circuit board 600 on the second base plate 601 and in the arrangement direction of the first base plate 400.
  • the drive circuit board 200 is mounted on the surface of the third base plate 602 on the side where the power semiconductor modules 300U to 300W are disposed. As a result, the drive circuit board 200 is cooled by the third base plate 602 and the second base plate 601.
  • the second base plate 601 has a fixing portion 601B connected to a support member 405B extending from the second flow path forming body 401. As a result, the second base plate 601 is thermally connected to the second flow path forming body 401 via the fixing portion 601B, so that the cooling performance of the control circuit board 600 or the drive circuit board 200 can be improved. .
  • the second base plate 601 and the third base plate 602 are made of a material having high electrical conductivity such as aluminum.
  • the case 101 illustrated in FIG. 1 is made of a material having high electrical conductivity such as aluminum.
  • the second base plate 601 has a fixing portion 601 ⁇ / b> C that is directly connected to the case 101.
  • the control circuit board 600 is disposed on the opposite side of the power semiconductor modules 300U to 300W with the second base plate 601 interposed therebetween. As a result, electromagnetic noise radiated from the power semiconductor modules 300U to 300W and the drive circuit board 200 can be caused to flow to the ground via the fixed portion 601C and the like, so that the control circuit board 600 can be protected from the electromagnetic noise.
  • the drive circuit board 200 is disposed such that the mounting surface of the drive circuit faces the side wall 401A of the second flow path forming body 401.
  • the power semiconductor modules 300U to 300W have a control terminal 325 connected to the drive circuit board 200 through the insertion port 403.
  • the connection work between the control terminal 325 and the drive circuit board 200 is performed before the power semiconductor modules 300U to 300W and the drive circuit board 200 are mounted on the case 101.
  • the third base plate 602 forms an opening 603 formed at a position facing the connection portion 201 between the control terminal 325 and the drive circuit board 200.
  • the current sensor 202 is arranged so that a through hole formed in the current sensor 202 is penetrated by the AC bus bars 104U to 104W.
  • the capacitor module 500 includes a resin sealing body 503 that seals a part of the DC positive terminal 501 and a part of the DC negative terminal 502.
  • the resin sealing body 503 in the resin sealing body 503, one surface of the resin sealing body 503 is in contact with one surface of the second flow path forming body 401. As a result, the resin sealing body 503 is cooled, and the DC positive terminal 501 and the DC negative terminal 502 are also cooled.
  • FIG. 5 is an external perspective view of the first base plate 400 viewed from the direction of arrow A in FIG.
  • the first base plate 400 forms a first through hole 406 that is connected to the storage space 402.
  • the first base plate 400 forms a second through hole 407 that is connected to the storage space 402.
  • FIG. 6 is an external perspective view of the case 101 and the first flow path forming body 110.
  • the first flow path forming body 110 is formed integrally with the case 101.
  • the case 101 and the first flow path forming body 110 are manufactured by casting. This eliminates the fastening material (bolts and the like), thereby reducing the weight. Moreover, the heat conduction between the case 101 and the first flow path forming body 110 becomes good, and the cooling performance of the entire power conversion device 100 is improved.
  • the first flow path forming body 110 forms a flow path 112a connected to the inlet pipe 102.
  • the flow path 112a is formed so as to be connected to the first through hole 406 shown in FIG.
  • the first flow path forming body 110 forms a flow path 112b on the side of the flow path 112a with the partition wall 113 interposed therebetween.
  • the flow path 112b is formed so as to be connected to the second through hole 407 shown in FIG.
  • the first flow path forming body 110 forms a flow path 112 c that is connected to the flow path 112 b and is connected to the outlet pipe 103.
  • the flow path 112c is formed so that the flow direction of the refrigerant flowing in the flow path 112c is opposite to the flow direction of the refrigerant flowing in the flow paths 112a and 112b.
  • the flow path 112a, the flow path 112b, and the flow path 112c are connected to an opening that is closed by a first base plate 400 described later.
  • FIG. 7 is an external perspective view showing a process of housing the first base plate 400 and the like in the case 101.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the B surface of the power conversion apparatus 100 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow B without the cover 107 and the cover 108.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the power conversion device 100 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow on the C surface with the cover 107 and the cover 108 removed.
  • the first base plate 400 on which the power semiconductor module 300 ⁇ / b> U and the like are mounted is disposed on the first flow path forming body 110 and connected to the first flow path forming body 110.
  • the first base plate 400 is configured to block the opening connected to the flow path 112a, the opening connected to the flow path 112b, and the opening connected to the flow path 112c. Fixed to. Thereby, the first base plate 400 comes into direct contact with the cooling refrigerant.
  • the cooling refrigerant flows through the flow path 112 a and into the storage space 402 of the second flow path forming body 401 as indicated by the refrigerant flow 114.
  • the cooling refrigerant cools the power semiconductor modules 300U to 300W, and then flows from the storage space 402 to the flow path 112b as indicated by the refrigerant flow 115.
  • the power semiconductor modules 300 ⁇ / b> U to 300 ⁇ / b> W include a cooling unit that is housed in the storage space 402 and an electrical connection portion that protrudes outside the storage space 402.
  • the protruding direction of the electrical connection portion is the main factor that determines the dimensions of the power semiconductor modules 300U to 300W. For this reason, in order to make the height direction of the power converter device 100 small, it is necessary to fully consider the direction of the power semiconductor module. Further, when the power conversion device 100 is assembled, a power semiconductor module and other components are assembled from the opening of the case 101 of the power conversion device 100 and work such as screw tightening / welding / soldering is performed. It is difficult to work at a deep position (position close to the bottom surface of the case 101).
  • the first flow path molded body 110 and the second flow path molded body 401 are configured separately, and the second flow path molded body 401 is connected to the first base plate 400. Further, the second flow path molded body 401 incorporates main electric components such as the power semiconductor modules 300U to 300W into the first base plate 400, and the connection work is performed outside the case 101, not inside the case 101. Then, the first base plate 400 in which the main electrical components are incorporated is fixed to the second flow path molded body 401. Thereby, since there is no outer wall of the power converter 100, that is, the wall of the case 101 at the time of assembly, the direction of work is lost, and the degree of freedom in design and assembly is improved.
  • the protruding direction of the electrical connection portion of the power semiconductor modules 300U to 300W is directed to the inner wall of the case 101.
  • the capacitor module 500 is built in, and electrical parts such as screw tightening, welding, and soldering are fastened and the capacitor module 500 itself is fixed. However, it is difficult to work deeply from the opening of the case 101. ing.
  • the capacitor module 500 is disposed on the first base plate 400.
  • the capacitor element 505 shown in FIG. 9 may receive heat from the high-power power semiconductor module via the capacitor side terminal 504, thereby causing a decrease in the performance of the capacitor element 505.
  • the second flow path forming body 110 is formed up to a position where the flow path 112a and the flow path 112c face the capacitor module 500. Thereby, the capacitor module 500 can be cooled, and the desired performance and life of the capacitor element 505 can be improved.
  • the capacitor module 500 includes a capacitor case 506 that houses a part of the capacitor side terminal 504 and the capacitor element 505.
  • the capacitor case 506 is formed with a capacitor side opening 507 from which the capacitor side terminal 505 protrudes. Further, the capacitor case 506 is disposed on the first base plate 400 such that the capacitor side opening 507 faces the first flow path forming body 110 that houses the power semiconductor module.
  • the wiring distance of the capacitor side terminal 505 connected to the power semiconductor module can be shortened, and the inductance can be reduced and the heat generation of the capacitor side terminal 505 itself can be suppressed.
  • the power semiconductor module 300V is disposed at a position facing the first base plate 400 with the power semiconductor module 300W interposed therebetween, and a cooling refrigerant is interposed between the power semiconductor module 300V and the second power semiconductor module 300W.
  • a flow path space 116a is formed to flow the air.
  • the power semiconductor module 300U is disposed at a position facing the first base plate 400 with the power semiconductor module 300V and the power semiconductor module 300W interposed therebetween, and is cooled between the power semiconductor module 300U and the second power semiconductor module 300V.
  • a flow path space 116b for flowing the refrigerant is formed.
  • the coolant can be brought into direct contact with the power semiconductor modules 300U to 300W, and since the coolant flows on both surfaces of each power semiconductor module, the cooling performance of the power semiconductor modules 300U to 300W can be improved.
  • the case 101 is divided into a first storage space 117 and a second storage space 118 by the first flow path forming body 110.
  • the first base plate 400 on which the main electrical components are mounted is stored in the first storage space 117, while the circuit components constituting the DCDC converter 900 are stored in the second storage space 118 and the first flow path.
  • the inverter circuit is cooled by one surface of the first flow path forming body 110
  • the DCDC converter is cooled by one surface of the first flow path forming body 110
  • the cooling area of the first flow path forming body 110 is reduced. It can be used effectively and leads to the miniaturization of the entire apparatus.
  • the second base plate 601 made of metal is disposed at a position facing the first base 400 with the power semiconductor modules 300U to 300W interposed therebetween. Further, the second base plate 601 has a fixing portion 601 ⁇ / b> C connected to the metal case 101.
  • the control circuit board 600 is disposed at a position facing the power semiconductor modules 300U to 300W with the second base plate 601 interposed therebetween. Accordingly, the second base plate 601 can shield electromagnetic noise radiated from the power semiconductor modules 300U to 300W, and protect the control circuit board 600 from electromagnetic noise.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power converter, 101 ... Case, 101A ... Case side surface, 101B ... Case side surface, 101C ... Case side surface, 102 ... Inlet piping, 103 ... Outlet piping, 104U ... AC bus bar, 104V ... AC bus bar, 104W ... AC bus bar, 105 ... opening, 106 ... opening, 107 ... cover, 108 ... cover, 109 ... first insertion port, 110 ... first flow path forming body, 111 ... cover, 112a ... flow path, 112b ... flow path, 112c ... Flow path, 113 ... partition wall, 114 ... flow of refrigerant, 115 ...
  • capacitor side terminal 505 ... capacitor element, 506 ... capacitor case, 507 ... capacitor side opening , 600 ... control circuit board, 601A ... fixed part, 601B ... fixed part, 601C ... fixed part, 601 ... second base plate, 602 ... third base plate, 603 ... opening, 900 ... DCDC converter

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Abstract

パワー半導体モジュール(300U､300V､300W)と、第１流路を形成する第１流路形成体(110)と、第２流路を形成する第２流路形成体(401)と、第２流路形成体を搭載する第１ベース板(400)と、駆動回路基板(200)と、ケース(101)と、を備え、駆動回路基板(200)は、駆動回路の搭載面が第２流路形成体(401)の側壁と対向するように配置され、第２流路形成体(401)は、パワー半導体モジュール(300U､300V､300W)を収納する収納空間を形成し、さらに第２流路形成体(401)は、収納空間と繋がる挿入口を駆動回路の搭載面と対向する側壁に形成し、パワー半導体モジュール(300U､300V､300W)は、挿入口を通って駆動回路基板(200)と接続される制御端子を有し、第１流路形成体(110)はケース(101)に固定される電力変換装置の構成により、電力変換装置の更なる組立性の向上を図る。

Description

電力変換装置
本発明は直流電力を交流電力に変換しあるいは交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置に係る。
　ハイブリッド自動車又は電気自動車の小型化とともに、これらに用いられる電力変換装置の小型化が求められている。また、電力変換装置の小型化と組立性の向上の両立を図ることが求められている。つまり、電力変換装置内に、電力変換装置の組み立てるための工具等を挿入するためのスペースを確保すること等は、電力変換装置の小型化に逆行することになる。
　特許文献１には、パワー半導体モジュール及びコンデンサモジュールを電力変換装置に組み込んだ後に、パワー半導体モジュールの端子とコンデンサモジュールの端子を溶接により接続したり、ドライバ回路基板とパワー半導体モジュールとを半田材により接続するとが記載されている。
　しかしながら、電力変換装置の更なる組立性の向上が求められている。
特開２０１１－２１７５５０号公報
　そこで本発明の課題は、電力変換装置の更なる組立性の向上を図ることである。
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を有するパワー半導体モジュールと、冷却冷媒を流す第１流路を形成する第１流路形成体と、冷却冷媒を流す第２流路を形成する第２流路形成体と、前記第２流路形成体を搭載する第１ベース板と、前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路を搭載した駆動回路基板と、前記パワー半導体モジュールと前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記第１ベース板と前記駆動回路基板を収納するケースと、を備え、前記駆動回路基板は、前記駆動回路の搭載面が前記第２流路形成体の側壁と対向するように配置され、前記第２流路形成体は、前記パワー半導体モジュールを収納する収納空間を形成し、さらに前記第２流路形成体は、前記収納空間と繋がる挿入口を前記駆動回路の搭載面と対向する前記側壁に形成し、前記パワー半導体モジュールは、前記挿入口を通って前記駆動回路基板と接続される制御端子を有し、前記第１流路形成体は前記ケースに固定され、さらに前記第１流路形成体は前記第１流路と繋がる開口部を形成し、記第１ベース板は、前記開口部を塞ぐとともに前記第１流路形成体に接続され、さらに前記第１ベース板は、前記第１流路と前記第２流路を繋ぐ第１貫通孔を形成する。
　本発明により、電力変換装置の組立性を向上することができる。
本実施形態に係る電力変換装置１００の外観斜視図である。 本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。 図２に示された第１流路形成体１１０とカバー１０７との間に配置された電気部品の拡大斜視図である。 図２に示された第１ベース板４００と第２流路形成体４０１の拡大斜視図である。 図４の矢印Ａ方向から見た第１ベース板４００の外観斜視図である。 ケース１０１及び第１流路形成体１１０の外観斜視図である。 ケース１０１に第１ベース板４００等を収納する工程を示す外観斜視図である。 図１に示された電力変換装置１００のカバー１０７及びカバー１０８を取り除いたＢ面の矢印方向から見た断面図である。 図１に示された電力変換装置１００のカバー１０７及びカバー１０８を取り除いたＣ面の矢印方向から見た断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
　図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の外観斜視図である。
　ケース１０１は、後述するパワー半導体モジュール３００Ｕ等を収納する。出口配管１０３は、冷却冷媒を電力変換装置１００の外部へ排出する。出口配管１０３は、ケース側面１０１Ａの高さ方向における真ん中周辺に配置される。入口配管１０２（図２参照）は、ケース側面１０１Ａとは反対側に形成されたケース側面１０１Ｂの高さ方向における真ん中周辺に配置される。入口配管１０２は、冷却冷媒を電力変換装置１００の内部へ導入する。
　ケース１０１は、ケース側面１０１Ｃに開口部１０５を形成する。交流バスバー１０４Ｕ、交流バスバー１０４Ｖ及び交流バスバー１０４Ｗは、この開口部１０５を経由して、ケース１０１の内部からケース１０１の外部に突出する。交流バスバー１０４ＵはＵ相の交流電流を伝達する導体部材であり、交流バスバー１０４ＶはＶ相の交流電流を伝達する導体部材であり、交流バスバー１０４ＷはＷ相の交流電流を伝達する導体部材である。
　さらにケース１０１は、ケース側面１０１Ａに開口部１０６を形成する。この開口部１０６は、交流バスバー１０４Ｕと他の導体との接続部、交流バスバー１０４Ｖと他の導体との接続部及び交流バスバー１０４Ｗと他の導体との接続部と対向する位置に形成される。これにより、作業者や作業ロボットが、この開口部１０６を介して、交流バスバーと他の導体との接続作業を行うことができる。
　カバー１０７は、ケース１０１の上部に形成された第１挿入口１０９（図２参照）を塞ぐ。第１挿入口１０９は、後述するパワー半導体モジュール３００Ｕ等を収納するために形成される。
　カバー１０８は、ケース１０１の下部に形成された第２挿入口（不図示）を塞ぐ。第２挿入口は、後述するＤＣＤＣコンバータ９００を収納するために形成される。
　本実施形態に係る電力変換装置１００は、主にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるものである。その車両システムの一例は、特開２０１１－２１７５５０号公報に記載されている。なお、本実施形態に係る電力変換装置１００は、その効果を達成するために他の用途に用いられてもよい。例えば生産性向上や冷却性能向上を目的とした冷蔵庫やエアコンの家電用インバータに用いられてもよい。また使用環境が車両用インバータと類似した産業機器用インバータに用いられてもよい。
　図２は、本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。第１流路形成体１１０は、ケース１０１の高さ方向における真ん中周辺に配置される。第１流路形成体１１０は、入口配管１０２及び出口配管１０３と接続される。
　第１流路形成体１１０とカバー１０７との間には、第１ベース板４００と第２流路形成体４０１とパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗとコンデンサモジュール５００と駆動回路基板２００と制御回路基板６００等が配置される。
　後述されるパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗは、直流電流を交流電流に変換する。後述されるコンデンサモジュール５００は、直流電圧を平滑化する。駆動回路基板２００は、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗを駆動する駆動信号を出力する駆動回路を搭載する。制御回路基板６００は、駆動回路基板２００にパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗを制御するための制御信号を出力する制御回路を搭載する。これらの回路システムの一例は、特開２０１１－２１７５５０号公報に記載されている。
　第１流路形成体１１０とカバー１０８との間には、ＤＣＤＣコンバータ９００が配置される。ＤＣＤＣコンバータ９００は、直流電圧を変換する。このＤＣＤＣコンバータ９００の回路システムの一例は、特許公報４６４３６９５号に記載されている。図１にて説示された開口部１０６は、カバー１１１に塞がれる。
　図３は、図２に示された第１流路形成体１１０とカバー１０７との間に配置された電気部品の拡大斜視図である。図４は、図２に示された第１ベース板４００と第２流路形成体４０１の拡大斜視図である。
　第２流路形成体４０１は、第１ベース板４００に搭載される。これら第２流路形成体４０１及び第１ベース板４００は、生産性や熱伝導性を向上させるために一体に形成されていてもよい。図４に示されるように、第２流路形成体４０１は、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗを収納する収納空間４０２を形成する。また第２流路形成体４０１は、側壁４０１Ａに、収納空間４０２と繋がる挿入口４０３を形成する。本実施形態において、この収納空間４０２は、冷却冷媒を流すための流路として機能する。この挿入口４０３は、本実施形態においては、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗの３つを挿入するための１つの挿入口であるが、複数のパワー半導体モジュール毎に設けてもよい。
　第１ベース板４００は、コンデンサモジュール５００を固定するための複数の支持部材４０４を有する。コンデンサモジュール５００は、複数の支持部材４０４により第１ベース板４００に熱的に接続された状態で固定される。これにより、コンデンサモジュール５００にて発生した熱が第１ベース板４００に伝達され、コンデンサモジュール５００を冷却することができる。
　図３に示されるように、第２ベース板６０１は、制御回路基板６００を搭載する。第２ベース板６０１は、第１ベース板４００から延びる支持部材４０５Ａと接続される固定部６０１Ａを有する。これにより制御回路基板６００等が固定部６０１Ａと支持部材４０５Ａを介して第１ベース板４００により冷却される。
　また第２ベース板６０１は、第３ベース板６０２を支持する。この第３ベース板６０２は、第２ベース板６０１における制御回路基板６００の搭載面とは垂直方向であって第１ベース板４００の配置方向に向かって突出する。
　駆動回路基板２００は、第３ベース板６０２のパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗが配置された側の面に搭載される。これにより駆動回路基板２００は、第３ベース板６０２及び第２ベース板６０１により冷却される。
　また第２ベース板６０１は、第２流路形成体４０１延びる支持部材４０５Ｂと接続される固定部６０１Ｂを有する。これにより第２ベース板６０１は、第２流路形成体４０１と固定部６０１Ｂを介して熱的に接続されるため、制御回路基板６００又は駆動回路基板２００の冷却性能の向上を図ることができる。
　また第２ベース板６０１と第３ベース板６０２がアルミニウム等の電気伝導性の高い材料で構成される。そして図１に説示したケース１０１がアルミニウム等の電気伝導性の高い材料で構成される。第２ベース板６０１は、ケース１０１と直接接続される固定部６０１Ｃを有する。さらに制御回路基板６００は、第２ベース板６０１を挟んでパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗとは反対側に配置される。これにより、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗや駆動回路基板２００から放射される電磁ノイズを固定部６０１Ｃ等を介してグランドに流すことできるので、制御回路基板６００を電磁ノイズから保護することができる。
　本実施形態においては、駆動回路基板２００は、駆動回路の搭載面が第２流路形成体４０１の側壁４０１Ａと対向するように配置される。パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗは、挿入口４０３を通って駆動回路基板２００と接続される制御端子３２５を有する。本実施形態においては、制御端子３２５と駆動回路基板２００との接続作業は、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗと駆動回路基板２００をケース１０１に搭載する前に行なわれる。
　なお第３ベース板６０２は、制御端子３２５と駆動回路基板２００との接続部２０１と対向する位置に形成された開口部６０３を形成する。これにより、第３ベース板６０２の電磁ノイズの除去効果と接続作業性の向上を図ることができる。
　電流センサ２０２は、電流センサ２０２に形成された貫通孔が交流バスバー１０４Ｕないし１０４Ｗによって貫通されるように配置される。図２に示されるように、コンデンサモジュール５００は、直流正極端子５０１の一部と直流負極端子５０２の一部を封止する樹脂封止体５０３を有する。図３に示されるように、樹脂封止体５０３は、この樹脂封止体５０３の一面が第２流路形成体４０１の一面に接触する。これにより、樹脂封止体５０３が冷却されるとともに直流正極端子５０１及び直流負極端子５０２も冷却される。
　図５は、図４の矢印Ａ方向から見た第１ベース板４００の外観斜視図である。第１ベース板４００は、収納空間４０２と繋がる第１貫通孔４０６を形成する。また、第１ベース板４００は、収納空間４０２と繋がる第２貫通孔４０７を形成する。
　図６は、ケース１０１及び第１流路形成体１１０の外観斜視図である。本実施形態においては、第１流路形成体１１０は、ケース１０１に一体的に形成されている。例えば、ケース１０１及び第１流路形成体１１０が鋳造により製作される。これにより、締結材(ボルト等)が無くなることにより、重量の低減にも効果がある。また、ケース１０１と第１流路形成体１１０との熱伝導が良好になり、電力変換装置１００全体の冷却性性能が向上する。
　第１流路形成体１１０は、入口配管１０２と繋がる流路１１２ａを形成する。この流路１１２ａは、図５で示された第１貫通孔４０６と繋がるように形成される。また第１流路形成体１１０は、隔壁１１３を挟んで流路１１２ａの側部に流路１１２ｂを形成する。この流路１１２ｂは、図５で示された第２貫通孔４０７と繋がるように形成される。さらに第１流路形成体１１０は、流路１１２ｂと繋がるとともに出口配管１０３と繋がる流路１１２ｃを形成する。流路１１２ｃは、流路１１２ｃに流れる冷媒の流れ方向が流路１１２ａと流路１１２ｂに流れる冷媒の流れ方向と反対になるように形成される。
　流路１１２ａ、流路１１２ｂ及び流路１１２ｃは、後述する第１ベース板４００によって塞がれる開口部と繋がっている。
　図７は、ケース１０１に第１ベース板４００等を収納する工程を示す外観斜視図である。図８は、図１に示された電力変換装置１００のカバー１０７及びカバー１０８を取り除いたＢ面の矢印方向から見た断面図である。図９は、図１に示された電力変換装置１００のカバー１０７及びカバー１０８を取り除いたＣ面の矢印方向から見た断面図である。
　図７に示されるように、パワー半導体モジュール３００Ｕ等を実装した第１ベース板４００は、第１流路形成体１１０に配置され、第１流路形成体１１０に接続される。
　図８に示されるように、第１ベース板４００は、流路１１２ａと繋がる開口と、流路１１２ｂと繋がる開口と、流路１１２ｃと繋がる開口と、を塞ぐように第１流路形成体１１０に固定される。これにより、第１ベース板４００は、冷却冷媒と直接接触することになる。
　図８に示されるように、冷却冷媒は、流路１１２ａを通って、冷媒の流れ１１４に示されるように、第２流路形成体４０１の収納空間４０２に流れる。冷却冷媒が、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗを冷却した後、冷媒の流れ１１５に示されるように、収納空間４０２から流路１１２ｂに流れる。パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗは、収納空間４０２内に納まる冷却部と収納空間４０２の外に突出する電気接続部から構成される。構造上、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗは、電気接続部の突出方向がパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗの寸法を決める主要因となる。このため、電力変換装置１００の高さ方向を小さくするためには、パワー半導体モジュールの向きを十分に考慮する必要がある。また、電力変換装置１００の組立時は、電力変換装置１００のケース１０１の開口部より、パワー半導体モジュールやその他の部品を組込み、ねじ締め・溶接・半田付け等の作業を行うが、開口部から深い位置（ケース１０１の底面に近い位置）の作業がしにくい。
　そこで、第1流路成形体１１０と第2流路成形体４０１が分離して構成され、第2流路成形体４０１が第１ベース板４００と接続される。さらに第2流路成形体４０１が第１ベース板４００に、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗ等の主要電気部品を組み込み、接続作業をケース１０１内ではなく、ケース１０１の外で行なう。そして、主要電気部品が組み込まれた第１ベース板４００を第2流路成形体４０１に固定する。これにより、組立時、電力変換装置１００の外壁、つまりケース１０１の壁がない為、作業の方向性が無くなり、設計および組立て性の自由度が向上する。また、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗの電気的接続の方向も自由度が向上するため、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗは、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗの電気接続部の突出方向がケース１０１の内壁に向かうように配置することができる。これにより、電力変換装置１００の高さ方向を小さくすることができるようになる。
　また、コンデンサモジュール５００を組込み、ねじ締め、溶接、半田付け等の電気部分の締結作業およびコンデンサモジュール５００自体の固定作業を行うが、ケース１０１の開口部から深い位置の作業がしにくい構造となっている。
　そこで本実施形態においては、図８及び図９に示されるように、コンデンサモジュール５００は、第１ベース板４００上に配置される。コンデンサモジュール組立時に、第１ベース板４００に組込むことにより、ケース１０１の壁がない為、作業の方向性が無くなり、ねじ締めおよび溶接等の組立て性の自由度が向上する。
　また図９示されるコンデンサ素子５０５は、コンデンサ側端子５０４を介して、高出力のパワー半導体モジュールからくる熱の煽りを受けて、コンデンサ素子５０５の性能の低下等を招くおそれがある。
　そこで、第２流路形成体１１０は、流路１１２ａや流路１１２ｃがコンデンサモジュール５００と対向する位置まで形成される。これにより、コンデンサモジュール５００が冷却をされることが可能となり、コンデンサ素子５０５の所望の性能および寿命を向上させることが可能となる。
　また本実施形態において、コンデンサモジュール５００は、コンデンサ側端子５０４の一部とコンデンサ素子５０５を収納するコンデンサケース５０６を備える。コンデンサケース５０６は、コンデンサ側端子５０５が突出するコンデンサ側開口部５０７と形成する。さらにコンデンサケース５０６は、コンデンサ側開口部５０７が、パワー半導体モジュールを収納する第１流路形成体１１０と対向するように、第１ベース板４００に配置される。
　これにより、パワー半導体モジュールと接続されるコンデンサ側端子５０５の配線距離が、短くすることができ、インダクタンスの低減やコンデンサ側端子５０５自体の発熱を抑制することができる。
　また本実施形態において、パワー半導体モジュール３００Ｖは、パワー半導体モジュール３００Ｗを挟んで第１ベース板４００と対向する位置に配置され、パワー半導体モジュール３００Ｖと第２パワー半導体モジュール３００Ｗとの間に、冷却冷媒を流すための流路空間１１６ａが形成される。また、パワー半導体モジュール３００Ｕは、パワー半導体モジュール３００Ｖ及びパワー半導体モジュール３００Ｗを挟んで第１ベース板４００と対向する位置に配置され、パワー半導体モジュール３００Ｕと第２パワー半導体モジュール３００Ｖとの間に、冷却冷媒を流すための流路空間１１６ｂが形成される。
　これにより、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗに冷媒を直接接触させることができるとともに、冷媒が各パワー半導体モジュールの両面を流れるので、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗの冷却性能を向上させることができる。
　また本実施形態において、ケース１０１は、第１流路形成体１１０によって第１収納空間１１７と第２収納空間１１８に分けられる。主要電気部品が搭載された第１ベース板４００は、第１収納空間１１７に収納される、一方、ＤＣＤＣコンバータ９００を構成する回路部品は、第２収納空間１１８に収納されるとともに第１流路形成体１１０上に配置される。これにより、インバータ回路が第１流路形成体１１０の一方の面により冷却され、DCDCコンバータが第１流路形成体１１０の一方の面により冷却され、第１流路形成体１１０の冷却面積を有効に利用することができ、装置全体の小型化に繋がる。
　また本実施形態において、金属製の第２ベース板６０１は、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗを挟んで第１ベース４００と対向する位置に配置される。さらに第２ベース板６０１は、金属製のケース１０１と接続される固定部６０１Ｃを有する。また制御回路基板６００は、第２ベース板６０１を挟んでパワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗと対向する位置に配置される。これにより第２ベース板６０１は、パワー半導体モジュール３００Ｕないし３００Ｗから放射される電磁ノイズを遮蔽し、制御回路基板６００を電磁ノイズから保護することができる。
１００…電力変換装置、１０１…ケース、１０１Ａ…ケース側面、１０１Ｂ…ケース側面、１０１Ｃ…ケース側面、１０２…入口配管、１０３…出口配管、１０４Ｕ…交流バスバー、１０４Ｖ…交流バスバー、１０４Ｗ…交流バスバー、１０５…開口部、１０６…開口部、１０７…カバー、１０８…カバー、１０９…第１挿入口、１１０…第１流路形成体、１１１…カバー、１１２ａ…流路、１１２ｂ…流路、１１２ｃ…流路、１１３…隔壁、１１４…冷媒の流れ、１１５…冷媒の流れ、１１６ａ…流路空間、１１６ｂ…流路空間、２００…駆動回路基板、２０１…接続部、２０２…電流センサ、３００Ｕ…パワー半導体モジュール、３００Ｖ…パワー半導体モジュール、３００Ｗ…パワー半導体モジュール、３２５…制御端子、４００…第１ベース板、４０１…第２流路形成体、４０１Ａ…側壁、４０２…収納空間、４０３…挿入口、４０４…支持部材、４０５Ａ…支持部材、４０５Ｂ…支持部材、４０６…第１貫通孔、４０７…第２貫通孔、５００…コンデンサモジュール、５０１…直流正極端子、５０２…直流負極端子、５０３…樹脂封止体、５０４…コンデンサ側端子、５０５…コンデンサ素子、５０６…コンデンサケース、５０７…コンデンサ側開口部、６００…制御回路基板、６０１Ａ…固定部、６０１Ｂ…固定部、６０１Ｃ…固定部、６０１…第２ベース板、６０２…第３ベース板、６０３…開口部、９００…ＤＣＤＣコンバータ

Claims (9)

  1. 　直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
    　冷却冷媒を流す第１流路を形成する第１流路形成体と、
    　冷却冷媒を流す第２流路を形成する第２流路形成体と、
    　前記第２流路形成体を搭載する第１ベース板と、
    　前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路を搭載した駆動回路基板と、
    　前記パワー半導体モジュールと前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記第１ベース板と前記駆動回路基板を収納するケースと、を備え、
    　前記駆動回路基板は、前記駆動回路の搭載面が前記第２流路形成体の側壁と対向するように配置され、
    　前記第２流路形成体は、前記パワー半導体モジュールを収納する収納空間を形成し、
    　さらに前記第２流路形成体は、前記収納空間と繋がる挿入口を前記駆動回路の搭載面と対向する前記側壁に形成し、
    　前記パワー半導体モジュールは、前記挿入口を通って前記駆動回路基板と接続される制御端子を有し、
    　前記第１流路形成体は、前記ケースに固定され、
    　さらに前記第１流路形成体は、前記第１流路と繋がる開口部を形成し、
    　前記第１ベース板は、前記開口部を塞ぐとともに前記第１流路形成体に接続され、
    　さらに前記第１ベース板は、前記第１流路と前記第２流路を繋ぐ第１貫通孔を形成する電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載された電力変換装置であって、
    　直流電圧を平滑化するコンデンサモジュールと、を備え、
    　前記コンデンサモジュールは、前記第１ベース板上に配置される電力変換装置。
  3. 　請求項２に記載された電力変換装置であって、
    　前記第１流路は、前記コンデンサモジュールと対向する位置まで形成される電力変換装置。
  4. 　請求項２又は３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
    　前記コンデンサモジュールは、コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子と電気的に接続されるコンデンサ側端子と、前記コンデンサ素子と前記コンデンサ側端子を収納するコンデンサケースと、を有し、
    　前記コンデンサケースは、前記コンデンサ側端子が突出するコンデンサ側開口部を形成し、
    　さらに前記コンデンサケースは、前記コンデンサ側開口部が前記第２流路形成体と対向するように前記第１ベース板に配置される電力変換装置。
  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、
    　前記パワー半導体モジュールは、第１パワー半導体モジュールと第２パワー半導体モジュールとにより構成され、
    　前記第２パワー半導体モジュールは、前記第１パワー半導体モジュールを挟んで前記第１ベース板と対向する位置に配置され、
    　前記第１パワー半導体モジュールと前記第２パワー半導体モジュールとの間に前記冷却冷媒を流す流路空間が形成される電力変換装置。
  6. 　請求項１ないし５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ベース板に、前記第１流路と前記第２流路を繋ぐ第２貫通孔を形成され、
    　前記第１流路形成体は、前記第１ベース板と接触するとともに前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との間に配置される隔壁を有する電力変換装置。
  7. 　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、
    　直流電圧を変換するＤＣＤＣコンバータ回路を備え、
    　前記ケースは、前記第１流路形成体によって第１収納空間と第２収納空間に分けられ、
    　前記パワー半導体モジュールと前記第２流路形成体と前記第１ベース板は、前記第１収納空間に収納され、
    　前記ＤＣＤＣコンバータ回路は、前記第２収納空間に収納されるとともに前記第２流路形成体に配置される電力変換装置。
  8. 　請求項１ないし７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を挟んで前記第１ベースと対向する位置に配置されるとともに前記ケースに固定される金属製の第２ベース板と、
    　前記駆動回路に前記パワー半導体素子を制御するための制御信号を出力する制御回路を搭載した制御回路基板と、を備え、
    　前記制御回路基板は、前記第２ベース板を挟んで前記パワー半導体モジュールと対向する位置に配置される電力変換装置。
  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、
    　前記第１流路形成体は、前記ケースと一体に形成される電力変換装置。 　
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