WO2016151804A1

WO2016151804A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2016151804A1
Application number: PCT/JP2015/059167
Authority: WO
Inventors: 健篠▲崎▼; 一法師　茂俊; 浩之東野; 勇吾浅井; 裕幸矢野; 松尾　治之
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-09-29
Also published as: JPWO2016151804A1; JP5976235B1; US20180027704A1; CN107517596B; CN107517596A; DE112015006352T5; US10383262B2

Abstract

発熱する複数の電子機器が配設された冷却部を有する電力変換装置であって、必要な設置面積を小さくでき、冷却流路の取り回しが簡略化できる電力変換装置を提供する。本発明に係る電力変換装置（１）は、冷媒入口部（２ｃ）および冷媒出口部（２ｅ）を有する内部が中空の角柱であって、冷媒入口部（２ｃ）から冷媒出口部（２ｅ）に向かって、冷媒が流れる冷媒流路（２ｆ）を内部に有する冷却部（２）と、冷媒入口部（２ｃ）が配設された冷媒入口面（２ｂ）および冷媒出口部（２ｅ）が配設された冷媒出口面（２ｄ）を除く冷却部（２）の側面の外側の３面以上にそれぞれ配設され、冷媒が沸騰することで冷却される電子機器（３）と、電子機器（３）を覆う中空の外箱（４）とを備えたものである。

Description

電力変換装置

　本発明は、電力を変換する電力変換装置に関するものである。

　従来の電力変換装置は、例えば車載用の電気自動車またはハイブリッド自動車などに搭載された、インバータ装置とＤＣ－ＤＣコンバータ装置を一体化したものなどがある。

　インバータ装置またはＤＣ－ＤＣコンバータ装置は、通常冷却される必要がある。そこで、インバータ装置またはＤＣ－ＤＣコンバータ装置が配設されるケース内に、冷却のための冷媒が流れる冷媒流路を形成する場合が多い。冷媒流路をケース内にコの字形状に設け、比較的発熱量の大きいイダクタ素子、パワー半導体モジュールなどを冷媒流路の近傍に配置して冷却効率を高めた冷却構造が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

　一方、半導体モジュール両面の放熱面に沿って流路を設け、冷却水を流路に供給することで冷却効率を高めた構造も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３－９４０２２号公報（段落００１５～００１７、段落００９０～００９１、図１１）特開２０１１－１０９７４０号公報（段落００７３、図５）

　このような電力変換装置にあっては、発熱する複数の電子機器が一つの平面上に並べて配設されているため、偏平構造の冷却部となっていた。それゆえ、冷却部を備えた電力変換装置を設置する際に必要な面積が大きくなるという問題点があった。

　また、電子機器の両面に冷媒流路を設けて冷却を行う場合には、冷媒流路の取り回しが複雑となる。よって、それぞれの電子機器について冷媒流路の取り回しを行うと、冷媒流路が著しく複雑な構造となってしまう問題があった。

　本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、必要な設置面積を小さくでき、冷却流路の取り回しが簡略化できる電力変換装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る電力変換装置は、冷媒入口部および冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、冷媒入口部から冷媒出口部に向かって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する冷却部と、冷媒入口部が配設された冷媒入口面および冷媒出口部が配設された冷媒出口面を除く冷却部の側面の外側の３面以上にそれぞれ配設され、冷媒が沸騰することで冷却される電子機器と、電子機器を覆う中空の外箱とを備えたものである。

　本発明に係る電力変換装置によれば、必要な設置面積を小さくでき、冷却流路の取り回しが簡略化できる電力変換装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の上面図およびＡ－Ａ断面図である。本発明の実施の形態１に係る冷却部形状の変形例である。本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の配置例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１において最も発熱量の大きい電子機器を冷却部の下面の外側に配設した場合の冷却器内の冷媒の流れを示す図である。本発明の実施の形態２に係る冷却部の分解斜視図である。本発明の実施の形態２に係る冷却部の上面図およびＢ－Ｂ断面図である。本発明の実施の形態２に係る冷却部の正面図である。本発明の実施の形態３に係る冷却部と中間部との分解斜視図である。本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の上面図およびＣ－Ｃ断面図である。本発明の実施の形態３に係る冷却部と中間部との分解斜視図である。本発明の実施の形態３に係る冷却部と中間部との正面図である。本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の上面図およびＤ－Ｄ断面図である。本発明の実施の形態５に係る電力変換装置の上面図およびＥ－Ｅ断面図である。本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の上面図およびＦ－Ｆ断面図である。本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の上面図およびＧ－Ｇ断面図である。本発明の実施の形態８に係る電力変換装置の上面図およびＨ－Ｈ断面図である。本発明の実施の形態９に係る電力変換装置の上面図およびＩ－Ｉ断面図である。

実施の形態１．
　本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１を図１～５により説明する。図において、同一の符号を付したものは、同一または対応するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

　図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の分解斜視図である。また、図２は本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の上面図およびＡ－Ａ断面図であり、図２（ａ）は電力変換装置１の上面図、および図２（ｂ）は電力変換装置１の図２（ａ）におけるＡ－Ａでの断面図である。

　本実施の形態１に係る電力変換装置１は、主に外箱４と冷却部２と発熱する複数の電子機器３とを有する。冷却部２は、図１において内部が中空の４角柱を例示しており、冷却部側面２ａ、冷媒入口面２ｂ、冷媒入口部２ｃ、冷媒出口面２ｄ、冷媒出口部２ｅおよび冷媒流路２ｆを有する。冷却部２の向かい合う両端面の一方の面が冷媒入口面２ｂであり、もう一方の面が冷媒出口面２ｄである。また、冷媒入口面２ｂに冷媒が流入する冷媒入口部２ｃが配設され、冷媒出口面２ｄに冷媒が流出する冷媒出口部２ｅが配設されている。冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅは、冷媒配管用の継手である。

　冷却部側面２ａは、例えば図１において冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄと垂直に接する４角柱の平面から構成されている。つまり、冷却部側面２ａは、冷媒入口部２ｃが配設された冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口部２ｅが配設された冷媒出口面２ｄを除く冷却部２の面である。

　また、電力変換装置１を車両等に設置する場合において、冷却部側面２ａのうち鉛直方向の上部の面を上面、下部の面を下面とする。冷媒流路２ｆは、冷媒入口面２ｂ、冷媒出口面２ｄ、および冷却部側面２ａで囲まれた４角柱の中空の空間であり、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅの継手と連通している。よって、冷媒流路２ｆは冷却部２の外形に沿った形状の流路となっている。

　冷却部側面２ａと冷媒入口面２ｂ、または冷却部側面２ａと冷媒出口面２ｄは、Ｏリングなどのシール部材を介在して接合される。ここで、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅの継ぎ手には、例えばラジエータホースなどの冷媒配管４０が取り付けられており、ウォーターポンプ３２またはラジエータ３１を介して冷媒流路２ｆ内を通り冷媒が循環する。冷媒は、水、ＬＣＣ（主成分であるエチレングリコールを水で薄めた不凍液）またはオイルなどが用いられる。

　冷却部側面２ａの外側には、発熱する電子機器３として、制御回路３ａ、駆動回路３ｂ、コンデンサ３ｃ、パワーモジュール３ｄまたはステップダウンコンバータ３ｅ等が配設されている。電子機器３は例えばハーネス４１によって、モーター３３などの負荷機器またはバッテリー３４などの電力供給機器に接続されている。ここで、冷却部２はアルミニウム、アルミニウム合金またはステンレスなどの金属の薄板で形成される。なお、電子機器３は、必ずしも冷却部側面２ａのみに配設される必要はなく、スペースに余裕があれば、冷媒入口面２ｂまたは冷媒出口面２ｄにも配設されてもよい。

　ここで、冷却部側面２ａの製造方法について例示する。冷却部側面２ａは、一例として、以下に示すダイカスト製法で作製される。冷却部側面２ａを成形するため、固定型と可動型のそれぞれの金型を作成し、ダイカストマシンの固定盤および可動盤にそれぞれ取り付ける。次に、ダイカストマシンの可動型が動き、固定型と組み合わされて締め付けられる。さらに、溶融金属が金型に圧入され、凝固が完了すると可動型が動いて型が開き、冷却部側面２ａが成形される。一方、押し出し成形でも冷却部側面２ａを成形することができる。例えば、耐圧性の型枠に素材を入れ、高い圧力を加えることで一定断面形状のわずかな隙間から押出し、求める形状に加工することで、冷却部側面２ａが得られる。また、冷却部側面２ａは、板を溶接すること、またはシールしボルトで締結することでも成形することができる。

　なお、冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄの位置は、４角柱である冷却部２の両端面に限定されるものではなく、冷却部２を構成する面の任意の位置に配置してもよい。さらに、発熱する電子機器３は冷却部側面２ａの少なくとも３面以上に配設されていればよい。

　外箱４は、内部が中空であって、電子機器３を覆うように設けられている。本実施の形態１における外箱４は、外箱上部４ａと外箱下部４ｂが別体で形成され、電子機器３が配設された冷却部２を上下から挟み込むようにして取り付けられ、内部を保護する。外箱４の外形は、概ね４角柱であるため設置の際に取り扱いがし易い。

　また、本実施の形態１では、冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄは外箱４に覆われておらず、外箱４の面と平滑面を形成しており、外部に露出している。それゆえ、冷媒入口面２ｂまたは冷媒出口面２ｄの形状に合わせ、外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂは、それぞれコの字型の形状となっている。外箱４は、外箱上部４ａと外箱下部４ｂとの接触面で接合され、さらに外箱４と冷却部２は、外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂと冷却部２との接触面で接合されることで、内部が密閉される。

　外箱４はアルミニウム、アルミニウム合金またはステンレスなどの金属の薄板で形成される。外箱４を介して電子機器３間の短絡を防ぐため、冷却部２に取り付けられた電子機器３は外箱４に接触しないように配置されている。また、冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄは、外箱４の面と平滑面を形成する必要は必ずしもない。冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄの少なくとも一方が、外箱４の面の内側に位置していてもよく、外箱４の形状を適宜変更し、電子機器３が設けられた冷却部側面２ａを覆うように外箱４の内部を密閉できればよい。

　外箱４と冷却部２との間の空気は密閉空間に閉じ込められている。電子機器３の発熱により、密閉された空気の温度は上昇する。外箱４は金属製であり、外箱４の外表面で外気と熱交換することで、密閉空間の空気を冷却することができる。また、電子機器３に覆われていない冷却部２の表面で熱交換して密閉空間の空気を冷却することもできる。外箱４の外表面に凹凸またはフィンを設け、外気と外箱４との熱交換を促進してもよい。

　本実施の形態１に係る電力変換装置１は、図２（ｂ）に示すように、冷却部２における冷媒流路２ｆ断面の形状、すなわち、冷媒入口面２ｂまたは冷媒出口面２ｄに平行な冷却部２の断面形状（Ａ－Ａ断面の形状）が正方形の場合を例示している。発熱する電子機器３を冷却部側面２ａの外側の３面以上に固定できればよく、断面形状が長方形または台形となってもよい。なお、本実施の形態１では、外箱４と冷却部２の間の距離が四隅を除き概ねいずれの方向においても同一の距離である。しかし、外箱４の外形が設置上取り扱いし易ければよく、必ずしも同一の距離を保つ必要はない。

　さらに、図３は本発明の実施の形態１に係る冷却部２の形状の変形例である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、いずれも図２（ａ）のＡ－Ａ位置に相当する位置での断面図である。図３（ａ）は、冷却部２の断面形状が五角形であり、冷却部側面２ａの外側に電子機器３が設けられている。図３（ｂ）は、冷却部２の断面形状が六角形であり、冷却部側面２ａの外側に発熱する電子機器３が設けられている。図２（ｂ）でＡ－Ａ位置での冷却部２の断面形状が四角形のものを示したが、図３に示すように、Ａ－Ａ位置での冷却部２の断面形状が五角形または六角形でもよく、三角形以上の多角形で構成された角柱であってもよい。

　ここで、図４は本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の配置例を示すブロック図である。図４より、電力変換装置１は、ウォーターポンプ３２とモーター３３に冷媒配管４０で接続されている。モーター３３はエンジン３０と、エンジン３０はラジエータ３１と、ラジエータ３１はウォーターポンプ３２と、それぞれ冷媒配管４０で接続された配置となっている。さらに、電力変換装置１はハーネス４１でバッテリー３４およびモーター３３と接続されている。図４に電力変換装置１の配置例として一例を示したが、各機器を自由に組み合わせてよく、図４の配置に限定されるわけではない。

　次に、本発明の実施の形態１における電力変換装置１の動作について説明する。モーター３３等を駆動するため、冷却部２に設けられた制御回路３ａ、駆動回路３ｂ、コンデンサ３ｃ、パワーモジュール３ｄまたはステップダウンコンバータ３ｅ等の各電子機器３が動作する。これらの電子機器３は駆動状態に応じて発熱する。

　冷却部２の外側に配設された発熱する電子機器３は、冷却部側面２ａを通じて冷媒を加熱し、冷媒を沸騰させることができる。加熱により、発熱する電子機器３が設けられた冷却部側面２ａから気泡２４を伴う沸騰が生じ、冷媒の相変化による潜熱および発熱する電子機器３が設けられた冷却部側面２ａ近傍での冷媒の流れの乱れなどにより熱伝達率が上昇する。そして、電子機器３が冷却され、規定の温度以下となる。なお、冷媒が沸騰するか否かは、一般的に冷却部２の伝熱面（冷却器側面２ａのうち発熱する電子機器３が設けられた面の内側面）から冷媒へ単位時間に伝えられる単位面積あたりの熱の量（熱流束）が重要であり、電子機器３の発熱密度が高い方が熱流束も大きくなり、沸騰が生じ易くなる。

　沸騰により発生した気泡２４は、冷却部２の下面から離れた比較的低温の冷媒と熱交換することで凝縮させることができる。冷媒は、電子機器３から受熱することで温度上昇し、冷媒出口部２ｅからラジエータホースなどの冷媒配管４０内を流れてラジエータ３１へ送り出される。ラジエータ３１において、冷媒は外気と熱交換することで冷却され、冷却された冷媒は再び冷媒入口部２ｃに流れ込み、電子機器３を冷却する。

　以上のとおり、本発明の実施の形態１における電力変換装置１では、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅを有する内部が中空の角柱であって、冷媒入口部２ｃから冷媒出口部２ｅに向かって、冷媒が流れる冷媒流路２ｆを内部に有する冷却部２と、冷媒入口部２ｃが配設された冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口部２ｅが配設された冷媒出口面２ｄを除く冷却部２の側面の外側の３面以上にそれぞれ配設され、冷媒が沸騰することで冷却される電子機器３と、電子機器３を覆う中空の外箱４とを備えることを特徴としている。

　このような構成によれば、冷却部側面２ａに発熱する電子機器３を少なくとも３面以上に配設することにより電力変換装置１をコンパクト化することができる。また、全面に配設することでさらに電力変換装置１をコンパクト化できる。発熱する電子機器３の立体的な配置が可能となるため、偏平構造に比べ冷却部２の冷却面を有効活用でき、冷却効率が向上する。それゆえ、冷却部２を備える電力変換装置１のコンパクト化により、必要な設置面積が小さく済む効果が得られる。

　また、従来の偏平構造の冷却部２と比べ設置面積が小さく済むため、設置の際に他の機器との干渉が起きにくい効果を得ることができる。特に、インバータなどを搭載する電気自動車またはハイブリッド自動車などの車両においては、機器を搭載するスペースが限られるため、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１を車両に搭載することにより、他の機器を搭載するスペースを確保できるという効果が得られる。

　さらに、冷却部２内部の冷媒流路２ｆには冷却用の冷媒が流れており、その外側に発熱する電子機器３を取り付けているため、冷媒流路２ｆの複雑な取り回しをしなくとも電子機器３の冷却が可能である。それゆえ、シンプルな冷媒流路２ｆを有する冷却部２を得ることができる。

　発熱する電子機器３を外箱４で覆うことにより、外部からの浸水に対する防水性、飛来物または埃・塵の侵入を防ぐ密閉性を確保することもできる。また、冷却部２を立体形状とすることで、偏平構造に比べ電子機器３を外箱４で覆った場合の、冷却部２と外箱４の接触面積が小さくなり、シール部分が少なくなる。よって、密閉性を向上させることができる。

　また、本発明の実施の形態１における電力変換装置１では、電子機器３のうち最も発熱密度の大きい電子機器３を冷却部２の側面のうち下面の外側に配設された構成としてもよい。また、電子機器３のうち最も発熱量の大きい電子機器３を冷却部２の側面のうち下面の外側に配設された構成としてもよい。

　図５は、本発明の実施の形態１において最も発熱密度の大きい電子機器３を冷却部２の下面の外側に配設した場合の冷却部２内の冷媒の流れを示す図である。図５における冷却部２では、冷却部側面２ａのうち下面の外側に、発熱する電子機器３のうち最も発熱密度の大きい電子機器３としてパワーモジュール３ｄを配設している。図５は基本的に図２（ｂ）と対応する図であるが、沸騰による冷却部２内の冷媒の流れを模式的に表した流れの矢印２５を図５（ｂ）に加えて記載している。なお、冷却部２の下面近傍の沸騰を促進させるため、冷却部２内は低流速状態であることが好ましい。

　このような構成によれば、最も発熱密度の大きい電子機器２０を冷却部２の下面の外側に搭載することで、多量の熱を冷却部２下面近傍の冷媒流路２ｆ内の冷媒に伝え、下面近傍で冷媒を沸騰させることができる。この場合、沸騰により生じた気泡は、浮力により上昇し、図５の流れの矢印２５に示すような二次流れを誘起する。それゆえ、下面を除く冷却部側面２ａにおいても二次流れにより熱伝達率が高くなり、電子機器３の冷却効率が向上する。なお、冷媒の沸騰により生じた気泡２４は、冷却部２の下面から離れた比較的低温の冷媒と熱交換することで凝縮させることができる。

　また、本発明の実施の形態１における電力変換装置１では、電子機器３のうち最も発熱密度が小さい電子機器３を冷却部２の側面のうち上面の外側に配設された構成としてもよい。また、電子機器３のうち最も発熱量が小さい電子機器３を冷却部２の側面のうち上面の外側に配設された構成としてもよい。

　このような構成によれば、電力変換装置１と冷却部２との間に密閉された空気について、最も発熱密度の小さい電子機器２１を冷却部２の上面に設けることで、冷却部２上方の温度上昇を小さくできる。また、最も発熱密度の小さい電子機器２１について、最も発熱密度の大きい電子機器２０による熱の煽りを受けることを抑制できる。よって、電子機器３を効率よく冷却することが可能となり、熱による悪影響を抑制することができる。

実施の形態２．
　本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１の構成を図６～８により説明する。図６は本発明の実施の形態２に係る冷却部２の分解斜視図である。また、図７（ａ）は冷却部２の上面図、および図７（ｂ）は冷却部２の図７（ａ）におけるＢ－Ｂでの断面図、図８は冷却部２の正面図である。なお、実施の形態１に係る電力変換装置１においては、電力変換装置１の基本構造として、一体成型された冷却部２の構造を説明した。本発明の実施の形態２では、電力変換装置１の冷却部２の構造の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図６に示すように、本実施の形態２における冷却部２は、蓋部２ｇとコの字型冷却部２ｈとで構成される。蓋部２ｇは、冷媒入口部２ｃが配設された面である冷媒入口面２ｂ、および冷媒出口部２ｅが配設された面である冷媒出口面２ｄを除く冷却部２を構成する板状の１面である。コの字型冷却部２ｈは、冷却部２から蓋部２ｇを除き、蓋部２ｇと別体で形成されたものである。本実施の形態２における電力変換装置１は、蓋部２ｇとコの字型冷却部２ｈを接合した冷却部２を有している。

　コの字型冷却部２ｈは、冷却部側面２ａ、冷媒入口面２ｂ、冷媒入口部２ｃ、冷媒出口面２ｄおよび冷媒出口部２ｅから一体成型で形成されている。この蓋部２ｇとコの字型冷却部２ｈは、Ｏリングなどのシール部材を介在して接合され、冷却部２を形成する。

　図７に示すように、冷媒は、冷媒入口部２ｃから流入し、冷却部２内部に形成された冷媒流路２ｆを通り、冷媒出口部２ｅへと流れる。この冷媒が冷却部２外部に漏れださないため、コの字型冷却部２ｈの上部に、Ｏリングなどのシール部材を配設するためのシール用溝６が設けられている。コの字型冷却部２ｈに蓋部２ｇを接合する際には、シール用溝６にＯリングなどのシール部材が配設され、両者は接合される。図８に示すように、冷却部２の上部に蓋部２ｇが覆い被さり、冷却流路２ｆは密閉されている。

　以上のとおり、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１によると、冷却部２は、冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄを除く側面のうち１面を板状の蓋部２ｇとし、蓋部２ｇを除く冷却部２を蓋部２ｇと別体で形成し、蓋部２ｇと冷却部２の蓋部２ｇを除く冷却部２とを接合して形成されることを特徴としている。

　このような構成によれば、コの字型冷却部２ｈは一体成型して形成されているため、冷却部側面２ａ、冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄについて、それぞれシール部材を介在して接合するよりも、接合箇所を減らすことができる。よって、密閉性を向上させることができ、外部からの浸水に対する防水性を向上させ、埃塵などの侵入を防ぐ効果が得られる。

　また、コの字型冷却部２ｈと蓋部２ｇに分割することで、電子機器３を取り付けることが容易になり、作業性が向上するという効果も得られる。なお、蓋部２ｇは、冷却部側面２ａの上面に限られる必要はなく、その他の面でもよい。

実施の形態３．
　本発明の実施の形態３に係る電力変換装置１の構成を図９～図１２により説明する。本発明の実施の形態３では、冷却部２と外箱の中間部４ｃとが一体成型されている点で実施の形態２と相違し、相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図９は冷却部２と外箱の中間部４ｃとの分解斜視図であり、図１０（ａ）は図９の冷却部２と外箱の中間部４ｃとを備えた電力変換装置１の上面図であり、図１０（ｂ）は電力変換装置１の図１０（ａ）におけるＣ－Ｃでの断面図である。本発明の実施の形態３では、外箱４は、冷却部２と一体で成形される中間部４ｃと中間部４ｃの上部に接合される外箱上部４ａと中間部４ｃの下部に接合される外箱下部４ｂとを有する。外箱４の中間部４ｃの対向する２つの側面は、冷却部２の冷媒入口面２ｂまたは冷媒出口面２ｄとそれぞれ同一面で構成されている。具体的には、図９に示すように、冷却部２の両端面の冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄは、同一高さを保ったまま水平方向にそれぞれの面が延伸し、外箱４の中間部４ｃと連絡している。

　また、冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な、外箱４の中間部４ｃの対向する２つの側面の高さは、冷却部２の冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な側面の高さと同一である。さらに、外箱４の中間部４ｃにおいて、冷媒入口面２ｂと同一面である側面、冷媒出口面２ｄと同一である側面、および冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な対向する２つの側面が、冷却部２の冷媒入口面２ｂ、冷媒出口面２ｄ、および冷却部２の冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な側面と一体で形成される。

　図１０（ｂ）に示すように、コの字型冷却部２ｈに蓋部２ｇが接合され、冷却部２と外箱４の間隙は、電子機器３を配設できるだけの十分な広さがある。また、蓋部２ｇが接合されたコの字型冷却部２ｈの冷却部２の水平方向に対向する面の高さｈ１と、冷媒入口面２ｂ、冷媒出口面２ｄおよび外箱４の中間部４ｃの高さｈ２とは同一である。

　よって、外箱４を構成する外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂの形状は、本実施の形態３と実施の形態２とで異なる。外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂを、電子機器３を覆うように上下から挟み込み取り付ける。すると、本実施の形態３では、冷却部２と外箱の中間部４ｃが同一高さにあるため、外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂを冷却部２と外箱の中間部４ｃに取り付けた際の接合面は、それぞれ同一平面上にある。

　一方で、図１または図２（ｂ）に示す外箱上部４ａと外箱下部４ｂを挟み込み取り付けた際の接合面は、外箱の中間部４ｃを設けていないため、外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂの一部が冷却部２の形状に従って窪む。それゆえ、外箱上部４ａと外箱下部４ｂの接合面は、それぞれ同一平面上にない。

　図１１および図１２は、図９および図１０に示した冷却部２と外箱の中間部４ｃの変形例である。図１１は、外箱４および冷却部２の分解斜視図であり、図１２は、外箱４および冷却部２の正面図である。図１１および図１２より、外箱の中間部４ｃの冷媒入口面２ｂおよび冷却出口面２ｄに垂直な側面の高さｈ２を、コの字型冷却部２ｈの高さｈ１より小さくし、冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄの上下端から、外箱の中間部４ｃの上下端にかけて、水平方向に延伸した冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄの面は高さ方向が直線的にまたは曲面を描きながら狭まっていく構造を取ってもよい。つまり、冷却部２を構成するコの字型冷却部２ｈと蓋部２ｇを組み合わせ、四隅の角が面取りされた形状（丸まった形状）となってもよい。なお、外箱４も同様に、電力変換装置１を構成する外箱４の四隅の角が面取りされた形状（丸まった形状）となるようにしても良い。

　以上のとおり、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置１によると、外箱４は、冷却部２の冷媒入口面２ｂまたは冷媒出口面２ｄとそれぞれ同一面である対向する側面および冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直であって、高さが冷却部２の冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な側面以下である対向する側面を有する中間部４ｃと、中間部４ｃの上部に接合される外箱上部４ａと、中間部４ｃの下部に接合される外箱下部４ｂとを有し、中間部４ｃが、冷却部２の冷媒入口面２ｂ、冷媒出口面２ｄ、および冷却部２の冷媒入口面２ｂおよび冷媒出口面２ｄに垂直な側面と一体で形成されることを特徴としている。

　このような構成によれば、冷却部２と外箱の中間部４ｃを一体成型しているため、外箱上部４ａと外箱下部４ｂを、電子機器３が配設された冷却部２を覆うように上下から挟み込み取り付けた場合、接合面はそれぞれ同一平面上にある。それゆえ、外箱上部４ａと外箱下部４ｂに冷却部２の形状に従って窪む形状が形成されないため、シール部材を少なくすることができ、容易に設置することができる。これにより、作業性が向上する。また、窪みが無いことから密閉性も向上し、外部からの水の浸入に対するリスクを軽減できる。

　ここで、冷却部２と外箱の中間部４ｃを一体成型せずに、外箱４と冷却部２を取り付けた場合は、接合面での接触熱抵抗が大きい。しかし、冷却部２と外箱の中間部４ｃを一体成型した場合には冷却部２から外箱４へ熱伝導で熱を伝え易くなり、外気温度が冷却部２の温度より低い場合、熱を外に放熱して電子機器３を冷却できる。

　また、冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄの上下端から、外箱の中間部４ｃの上下端にかけて、水平方向に延伸した面は高さ方向が直線的にまたは曲面を描きながら狭まっていく構造を取っているため、電力変換装置１の体積を小さくできる。それゆえ、軽量化することが可能となる。さらに、外箱４を同様に四隅の角を面取りした形状（丸めた形状）とすることで、電力変換装置１のさらなる軽量化ができ、コンパクト化にもなる。

　冷媒入口面２ｂと冷媒出口面２ｄの上下端から、外箱４の中間部４ｃの上下端にかけて、水平方向に延伸した面は高さ方向が直線的にまたは曲面を描きながら狭まっていく構造であるため、階段状の段差ではないことから、シール部材を容易に設置することができ、作業性が向上するだけでなく、外部からの水の浸入に対するリスクを軽減できる。例えば、蓋部２ｇと外箱４は図示していないが、ロウ付け、溶接、ボルト、ネジ、またはリベットなどで固定する。

実施の形態４．
　本発明の実施の形態４に係る電力変換装置１の構成を図１３により説明する。図１３は本発明の実施の形態４に係る冷却部２と中間部４ｃの上面図およびＤ－Ｄでの断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置１は、冷却部２と外箱の中間部４ｃを一体成型し、外箱上部４ａおよび外箱下部４ｂを冷却部２の上下から挟んでいた。本発明の実施の形態４では、実施の形態３で示した一体成型した冷却部２と外箱の中間部４ｃと、コの字型冷却部２ｈの上部の構造が異なっており、その他の構成および機能は同一であって、実施の形態３と異なる点を中心に説明する。

　実施の形態４におけるコの字型冷却部２ｈの上部４辺は、蓋部２ｇと接合するため段差状の加工を施した段差部１０を設けている。図１３（ａ）は、冷却部２と外箱４の中間部４ｃの上面図を示す。また、図１３（ｂ）は、冷却部２と外箱４の中間部４ｃの図１３（ａ）におけるＤ－Ｄでの断面図である。図１３（ｂ）に示すように、コの字型冷却部２ｈの上部に一部が内側に窪んでいる段差部１０がある。コの字型冷却部２ｈの段差部１０に蓋部２ｇを嵌め込んだ後に、コの字型冷却部２ｈと蓋部２ｇの接合箇所に摩擦攪拌接合を施し、両者を接合する。

　ここで、摩擦攪拌接合とは、部材の接合部に円柱状の工具（接続工具）を回転させながら挿入し、工具を接合部に沿って移動させることで発生した摩擦熱で部材を軟化させ、部材を固体のまま攪拌・接合する技術である。

　以上のとおり、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置１によれば、蓋部２ｇと蓋部２ｇを除く冷却部２であるコの字型冷却部２ｈとは、摩擦撹拌接合で接合して形成される。すると、蓋部２ｇとコの字型冷却部２ｈとをシール部材を介して接合する必要がない。よって、Ｏリングなどのシール部材用のシール用溝６や、ボルト締結用の穴が不要となるため、板厚を薄くすることができる。

　このような構成によれば、電力変換装置１を小型・軽量化することができ、さらにシール部材などの部品点数を削減することができる。また、摩擦攪拌接合は金属結合を利用した結合方法であり、シール部材のように劣化による水漏れなどのリスクを軽減することができる。

実施の形態５．
　本発明の実施の形態５に係る電力変換装置１の構成を図１４により説明する。図１４は電力変換装置１の上面図およびＥ－Ｅ断面図である。なお、本発明の実施の形態５では、電力変換装置１の冷却部２の下面の板厚を薄くした変形例である。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図１４（ａ）は電力変換装置１の上面図である。図１４（ｂ）は、電力変換装置１の図１４（ａ）におけるＥ－Ｅでの断面図である。図１４（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態５に係る電力変換装置１によると、電力変換装置１に配設された複数の電子機器３のうち最も発熱密度の大きい電子機器２０を冷却部２の下面の外側に配設し、さらに、冷却部２の側面のうち下面の板厚が他の面より薄い。

　以上のとおり、本発明の実施の形態５における電力変換装置１では、冷却部２は側面のうち下面の板厚が他の側面より薄いことを特徴としている。

　このような構成によれば、本発明の実施の形態５における電力変換装置１では、側面のうち下面の板厚が他の側面より薄いため、冷却部２の下面の外側に搭載された電子機器３の熱が冷却部２下面近傍の冷媒流路２ｆ内の冷媒に伝わり易く、冷媒の沸騰を促進させることができる。

実施の形態６．
　本発明の実施の形態６に係る電力変換装置１の構成を図１５により説明する。図１５は電力変換装置１の上面図およびＦ－Ｆ断面図である。なお、本発明の実施の形態６では、本発明の実施の形態１に冷却用のフィン２６が設けられている点で相違する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図１５（ａ）は電力変換装置１の上面図である。図１５（ｂ）は、電力変換装置１の図１５（ａ）におけるＦ－Ｆ断面図である。図１５（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置１によると、冷却部２の上面の内側に冷却用のフィン２６が設けられている。

　以上のとおり、本発明の実施の形態６における電力変換装置１では、冷却部２は側面のうち上面の内側に、フィン２６が設けられていることを特徴としている。

　このような構成によれば、冷却部２の上面の放熱特性が高くなるため、冷却部２の上面に配設した電子機器２１が規定の温度以上になることを防ぐことができる。なお、同様に残りの面に配設した電子機器３のうち規定の温度以上になるものがある場合には、規定の温度以上となる電子機器３が設けられた冷却部２の面の内側に、冷却用のフィン２６を設けてもよい。さらに、冷却用のフィン２６の枚数は１枚でもよく、複数枚でもよい。冷却用のフィン２６の枚数は、必要な放熱特性に応じて適宜変更すればよい。さらにまた、冷却用のフィン２６は流れに平行に配設したクシ型フィンに限るものではなく、円柱ピンフィンや角柱ピンフィン、オフセットフィン、コルゲートフィンなどでもよい。

実施の形態７．
　本発明の実施の形態７に係る電力変換装置１の構成を図１６により説明する。図１６は電力変換装置１の上面図およびＧ－Ｇ断面図である。なお、本発明の実施の形態７では、本発明の実施の形態１に導体棒１１が設けられている点で相違する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図１６（ａ）は電力変換装置１の上面図である。図１６（ｂ）は、電力変換装置１の図１６（ａ）におけるＧ－Ｇでの断面図である。図１６（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態７に係る電力変換装置１は、少なくとも２つの電子機器３同士を接続する導体棒１１と、導体棒１１と冷却部２との間隙に設けられた絶縁部材１２とを備えることを特徴としている。絶縁部材１２は、導体棒１１と冷却部２との短絡を防止する。また、導体棒１１は、銅またはアルミなどが用いられる。

　このような構成によれば、導体棒１１と冷却部２の間隙に絶縁部材１２が配設されていることで、絶縁部材１２が無い場合と比べて発熱する導体棒１１から冷却部２への熱の伝わりが良い。これは、絶縁部材１２が例えばプラスチックまたはシリコンゴムなどであったとしても、空気の熱伝導率より非常に大きいためである。よって、導体棒１１自身の高温化を防止することができ、導体棒１１を効率的に冷却できる。

実施の形態８．
　本発明の実施の形態８に係る電力変換装置１の構成を図１７により説明する。図１７は電力変換装置１の上面図およびＨ－Ｈ断面図である。なお、本発明の実施の形態８では、本発明の実施の形態１の冷却部２に突起１３が一体成型されている点で相違する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図１７（ａ）は電力変換装置１の上面図である。図１７（ｂ）は、電力変換装置１の図１７（ａ）におけるＨ－Ｈでの断面図である。図１７（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態８に係る冷却部２は、冷却部側面２ａの水平方向に対向する２面において、電子機器３を嵌合するための突起１３を冷却部側面２ａの外側下部２面に一体成型で設けている。この突起１３の上部には、電子機器３と嵌合するための窪みが設けられている。一方で、電子機器３には窪みと嵌合するための膨らみが設けられている。なお、冷却部２は、冷却部側面２ａの水平方向に対向する２面において、少なくとも１つの側面の外側に突起１３を有していればよい。

　以上のとおり、冷却部２は、電子機器３を嵌合する突起１３を少なくとも１つの側面の外側に有することを特徴としている。

　このような構成によれば、冷却部側面２ａの外側下部に設けられた突起１３に電子機器３を嵌め込む作業を行うと、突起１３が電子機器３を支えるため、電子機器３を簡単にボルトなどで冷却部２に締結することができる。これにより、組立時の作業性が向上する。また、冷却部２と突起１３を一体成型することで、部品点数の削減ができる。

実施の形態９．
　本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１の構成を図１８により説明する。図１８は本発明の実施の形態９に係る冷却部２の正面図およびＩ－Ｉ断面図である。本発明の実施の形態９では、本発明の実施の形態１に対し、冷却部２の内部に仕切り１４が配設され、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅが冷却部２の同一面に配設されたことで相違する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

　図１８（ａ）は冷却部２の正面図であり、断面位置Ｉ－Ｉを示す。図１８（ｂ）は、冷却部２の図１８（ａ）におけるＩ－Ｉでの断面図である。図１８（ａ）に示すように、冷却部２を構成する面の同一面に、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅが配設されている。また、図１８（ｂ）に示すように、冷媒流路２ｆを第１の領域と第２の領域の鉛直方向に二つに分けるため、冷媒入口部２ｃと接する第１の領域と、冷媒出口部２ｅと接する第２の領域に分割する仕切り１４を備えている。

　仕切り１４は、仕切り１４を構成する４辺のうち３辺が、冷却部２を構成する面に取付けられ、残りの１辺は、冷却部２を構成する面との間に冷媒が通過できる間隙１５を形成している。冷却部２を構成する面であって、仕切り１４に取り付けられていない面と対向する面では、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅが同一面に設けられている。つまり、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅが配設された冷却部２の面と対向する面は、仕切り１４と接しておらず、面と仕切り１４との間に間隙１５がある。仕切り１４は、間隙１５を除き、冷却部２のその他の面とは取り付けられている。

　冷媒入口部２ｃから冷却部２内の冷媒流路２ｆに流入した冷媒は、間隙１５を通りＵ字状の軌跡を描きながら冷媒出口部２ｅより排出される。ここで、間隙１５は、冷媒入口部２ｃおよび冷媒出口部２ｅが配設された冷却部２の面と対向面側に形成されているため、冷媒入口部２ｃから冷媒出口部２ｅへのショートサーキットを防止することができる。

　以上のとおり、本発明の実施の形態９による電力変換装置１によれば、冷却部２は、冷媒入口部２ｃおよび前記冷媒出口部２ｅが同一面に設けられ、冷媒入口部２ｃと接する第１の領域と冷媒出口部２ｅと接する第２の領域に冷媒流路を分割する仕切り１４を備え、仕切り１４は、同一面と対向する冷却部２の面との間において冷媒が通過する間隙を形成することを特徴とする。

　このような構成によれば、冷媒入口部２ｃと冷媒出口部２ｅが冷却部２の同一面に配設されることで、容易にラジエータホースを接続できる。これにより、例えば車両のエンジンルームなど小さなスペースへ、電力変換装置１を搭載する場合に作業性が向上する。

　また、仕切り１４を鉛直方向に設置し、左右二つの領域に分けているが、仕切り１４を水平方向に設置し、上下二つの領域に分けてもよい。上下二つの領域に分けた場合には、上下どちらの冷媒配管から冷媒を流してもよいが、下から上に冷媒を流した方が好ましい。さらに、仕切り１４は冷却部２とネジなどで接合させてもよいし、一体成型してもよい

　なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　１　電力変換装置、２　冷却部、２ｂ　冷媒入口面、２ｃ　冷媒入口部、２ｄ　冷媒出口面、２ｅ　冷媒出口部、２ｆ　冷媒流路、２ｇ　蓋部、３　電子機器、４　外箱、４ｃ　中間部、１１　導体棒、１２　絶縁部材、１３　突起、１４　仕切り、１５　間隙、２０　最も発熱密度の大きい電子機器、２１　最も発熱密度の小さい電子機器

Claims

　冷媒入口部および冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、前記冷媒入口部から前記冷媒出口部に向かって、冷媒が流れる冷媒流路を前記内部に有する冷却部と、
　前記冷媒入口部が配設された冷媒入口面および前記冷媒出口部が配設された冷媒出口面を除く前記冷却部の側面の外側の３面以上にそれぞれ配設され、前記冷媒が沸騰することで冷却される電子機器と、
　前記電子機器を覆う中空の外箱と
　を備える電力変換装置。
　前記電子機器のうち最も発熱密度の大きい電子機器を前記冷却部の前記側面のうち下面の外側に配設されたこと
　を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
　前記冷却部は、前記側面のうち前記下面の板厚が他の側面より薄いこと
　を特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
　前記電子機器のうち最も発熱密度が小さい電子機器を前記冷却部の前記側面のうち上面の外側に配設されたこと
　を特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
　前記冷却部は、前記冷媒入口面および前記冷媒出口面を除く前記側面のうち１面を板状の蓋部とし、前記蓋部を除く冷却部を前記蓋部と別体で形成し、前記蓋部と前記蓋部を除く冷却部とを接合して形成されること
　を特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
　前記冷却部は、前記側面のうち上面の内側に、フィンが設けられていること
　を特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
　前記冷却部は、前記冷媒入口部および前記冷媒出口部が同一面に設けられ、前記冷媒入口部と接する第１の領域と前記冷媒出口部と接する第２の領域に前記冷媒流路を分割する仕切りを備え、
　前記仕切りは、前記同一面と対向する前記冷却部の面との間において前記冷媒が通過する間隙を形成すること
　を特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の電力変換装置。