WO2023181412A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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power conversion
cooler
power
power module
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Inventor
総徳 錦見
Original Assignee
日立Astemo株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor module including a module main body containing a semiconductor element, a plurality of power terminals and a plurality of control terminals protruding from the module main body, and a semiconductor module with the semiconductor module sandwiched from both main surfaces. a plurality of cooling pipes arranged in a stacked manner so that the plurality of power terminals are arranged in a stacked manner so that the plurality of power terminals are connected to each other in a height direction perpendicular to a stacking direction of the cooling pipes and the semiconductor module from the module main body.
  • the plurality of control terminals protrude in the same direction, the plurality of control terminals protrude from the module main body in the same direction in the height direction, and the cooling pipes are connected to conductive terminals disposed opposite to each other in the stacking direction. It has a pair of outer shell plates, and a refrigerant flow path is formed between the pair of outer shell plates, and the pair of outer shell plates have a flow path forming part that forms the refrigerant flow path between them. and a flow path outer peripheral portion formed around the flow path forming portion when viewed from the stacking direction, and the flow path outer peripheral portion of at least one of the pair of outer shell plates is formed around the flow path forming portion.
  • an outer shell protrusion is provided on at least one side in the height direction, and the protrusion length of the outer shell protrusion from the flow path forming portion is the same in both the height direction and the stacking direction.
  • the outer circumference of the flow path is longer than the protrusion length of the lateral outer circumference that protrudes outward from the flow path forming part, and the outer shell protrusion is connected to the plurality of power terminals and the plurality of power terminals.
  • a power conversion device is disclosed that overlaps at least one of the control terminals in the stacking direction.
  • a power conversion device includes a power module including a conductor portion extending laterally, and a cooler for cooling the power module, wherein the cooler includes: a first member that does not contact the power module; and a second member that has a portion of one surface attached to the first member and another surface that contacts the power module; A thin portion is provided with a thinner thickness between the other surface and the one surface so that the insulation distance from the conductor portion becomes longer in the extending direction of the conductor portion.
  • an insulation distance can be ensured.
  • FIG. 1 Exploded perspective view of power converter External view of power converter III-III sectional view in Figure 2 A diagram showing a comparison between the power conversion device in this embodiment and a comparison device as a comparative example.
  • Schematic diagram showing the power module transfer molding process A diagram showing the shape of the upper cooler in modification example 2 A diagram showing the shape of the thin wall portion in Modification 5 A diagram showing the shape of the upper cooler in Modification Example 7 Diagram showing heat dissipation material in modification 8 Diagram showing spatial distance in modification 9
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the power conversion device 1.
  • the power conversion device 1 includes an upper cooler 2, an upper heat radiator 3, three power modules 4, a lower heat radiator 5, and a lower cooler 6.
  • the upper cooler 2, the upper heat radiation material 3, the power module 4, the lower heat radiation material 5, and the lower cooler 6 are arranged in the Z-axis direction.
  • a power semiconductor element is sealed with resin. The details will be described later.
  • the upper heat dissipation material 3 and the lower heat dissipation material 5 are very thin, have high heat conductivity, and have insulation properties.
  • the upper heat dissipation material 3 improves the adhesion between the upper cooler 2 and the power module 4.
  • the lower heat dissipation material 5 improves the adhesion between the lower cooler 6 and the power module 4.
  • the power module 4 performs conversion between AC power and DC power.
  • the power module 4 includes a plurality of conductor parts 41.
  • the conductor portion 41 is a general term for a DC positive connection terminal, a DC negative connection terminal, an AC connection terminal, and a signal connection terminal. Since the power module 4 generates a large amount of heat, the upper cooler 2 and the lower cooler 6 are used to cool it.
  • the upper cooler 2 includes an upper first opening 21 at the positive end of the X-axis, and a second upper opening 22 at the negative end of the X-axis.
  • the first upper opening 21 and the second upper opening 22 are open on the Z-axis minus side and have a shaft seal at the opening.
  • the lower cooler 6 includes a lower first opening 61 at the positive end of the X-axis, and a second lower opening 62 at the negative end of the X-axis.
  • the first lower opening 61 and the second lower opening 62 are open on the Z-axis minus side and have shaft seals at the openings.
  • the first upper opening 21 and the first lower opening 61 are connected, and the second upper opening 22 and the second lower opening 62 are connected.
  • the lower cooler 6 further has a refrigerant inlet and a refrigerant outlet (not shown).
  • the refrigerant is introduced into the lower cooler 6 from the refrigerant inlet, and flows into the upper cooler 2 from the lower first opening 61 via the upper first opening 21 .
  • the refrigerant that has cooled the upper cooler 2 returns to the lower cooler 6 from the second upper opening 22 via the second lower opening 62 and is discharged from a refrigerant outlet (not shown).
  • FIG. 2 is an external view of the power conversion device 1.
  • the power conversion device 1 is shown disassembled in the Z direction, but in FIG. 2, it is assembled.
  • the dashed-dotted line shown in FIG. 2 indicates the positional relationship with FIG. 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. However, for convenience of drawing, only the Y-axis positive side of the power converter 1 is illustrated, and the illustration of the half of the power converter 1 on the Y-axis minus side is omitted.
  • FIG. 3 shows a state in which the power conversion device 1 is fixed to a substrate 901. Further, in FIG. 3, the upper heat radiating material 3 and the lower heat radiating material 5 are thin, so their illustrations are omitted.
  • the power module 4 includes a conductor portion 41 extending from the side surface in the Y-axis direction. To be precise, the conductor portion 41 extends in the Y-axis direction and then is bent in the positive direction of the Z-axis or the negative direction of the Z-axis.
  • the extending position of the conductor portion 41 in the Y-axis direction is not at the center of the power module 4 in the thickness direction, but is offset in the Z-axis direction. Specifically, it is offset to the minus side of the Z axis.
  • this problem is solved by providing a thin wall portion 241, which will be described later.
  • the upper cooler 2 includes a first member 23 and a second member 24.
  • the first member 23 has a depressed center and has a flange portion 231 around the entire periphery.
  • the second member 24 has a substantially flat plate shape and is attached to the flange portion 231 of the first member 23 by a brazing method.
  • a region formed by the recess of the first member 23 and closed by the second member 24 is a flow path space 25 .
  • the flow path space 25 is a region shown by vertical hatching, and is surrounded by the first member 23 and the second member 24. Fins are built into the flow path space 25 to improve cooling efficiency.
  • the second member 24 has its Z-axis minus side surface in contact with the power module 4 via the upper heat dissipation material 3, and its Z-axis plus side surface is attached to the first member 23 by a brazing method at position P1.
  • the second member 24 has a thin portion 241 at the end in the positive direction of the Y axis.
  • the thin portion 241 has a tapered shape in cross-sectional view, and the first member 23 side is smooth and in contact with the flange portion 231 but not in contact with the power module 4 .
  • the first member 23 and the second member 24 be made of a material with high heat conductivity.
  • the first member 23 and the second member 24 may be made of the same material or may be made of different materials.
  • the thickness of the first member 23 and the thickness of the second member 24 may not be the same.
  • the first member 23 is preferably relatively thin so that it can be easily processed, and the second member 24 is preferably thick enough to ensure rigidity.
  • the lower cooler 6 includes a first lower member 63 , a second lower member 64 , and a lower flow path space 65 . In the range shown in FIG. 3, the lower cooler 6 has a shape that is vertically symmetrical to the upper cooler 2. Therefore, the configuration of the upper cooler 2 will be explained in detail below, and the explanation of the lower cooler 6 will be omitted.
  • FIG. 4 is a diagram showing a comparison between the power conversion device 1 in this embodiment and a comparison device Z as a comparative example.
  • Comparison device Z has the same configuration as power conversion device 1 except for upper cooler 2 and lower cooler 6.
  • the comparison device Z includes a comparison upper cooler 2Z instead of the upper cooler 2, and a comparison lower cooler 6Z instead of the lower cooler 6.
  • the comparative upper cooler 2Z and the comparative lower cooler 6Z are symmetrical in shape, so the comparative upper cooler 2Z will be described below.
  • the comparison upper cooler 2Z includes a first member 23 and a comparison second member 24Z. That is, the first member 23 of the comparative upper cooler 2Z is the same as the first member 23 of the upper cooler 2.
  • the comparison second member 24Z differs from the second member 24 in that it does not have the thin portion 241 and has a constant thickness in the Y-axis direction. Specifically, the comparison end 24Z1, which is the end of the comparison upper cooler 2Z, is in contact with the power module 4 on the entire Z-axis negative side.
  • the insulation distance between the conductor portion 41 and the upper cooler 2, more precisely, the effective creepage distance L1, which is the creepage distance, is as shown by the dotted line.
  • the comparison creepage distance Lz which is the creepage distance between the conductor portion 41 and the comparison upper cooler 2Z, is as shown by a long broken line.
  • the thin wall portion 241 exists and the end on the Y-axis positive side does not touch the power module 4, so the effective creepage distance L1 is longer than the comparative creepage distance Lz. That is, while the shape and dimensions of the first member 23 are the same and the volume of the flow path space 25 remains constant, the insulation distance between the conductor portion 41 and the upper cooler 2 can be increased in this embodiment.
  • the insulation distance is shorter on the negative side of the Z-axis than on the positive side of the Z-axis. Therefore, the effect of increasing the insulation distance by providing the thin portion 241 is greater on the side where the extending position of the conductor portion 41 is offset, that is, on the negative side of the Z axis.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a transfer molding process of the sealing resin in the power module 4.
  • the power module 4 shown in FIG. 1 and the like is after the processing shown in FIG. 5 has been performed.
  • the power module 4 before resin sealing is referred to as a "primary assembly" 4B.
  • the upper part of FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view before mold clamping, and the lower part of FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view after mold clamping.
  • the primary assembly team 4B is installed between an upper mold 911 and a lower mold 912 that have been created in advance.
  • a mold space is formed in the mold as shown in the lower part of FIG. .
  • the primary assembly 4B is sealed with the sealing resin and becomes the power module 4.
  • the DC positive electrode connection terminal, the DC negative electrode connection terminal, the AC connection terminal, and the signal connection terminal which are the conductor portions 41, are arranged side by side in substantially the same plane.
  • the upper mold 911 and the lower mold 912 can be used to clamp the molds without creating any extra stress at the connection between each terminal and the power semiconductor element and without any gaps. It can be performed. Therefore, the power semiconductor element can be sealed without causing damage to the power semiconductor element or leaking the sealing resin from the gap.
  • the power conversion device 1 includes a power module 4 including a conductor portion 41 extending laterally, and an upper cooler 2 that cools the power module 4.
  • the upper cooler 2 includes a first member 23 that does not come into contact with the power module 4, and a part of the surface on the Z-axis positive side is attached to the first member 23, and the surface on the Z-axis negative side contacts the power module 4.
  • a second member 24 is provided.
  • the second member 24 is provided with a thin portion 241 that is thinner in the Z-axis direction so that the insulation distance from the conductor portion 41 becomes longer in the extending direction of the conductor portion 41, that is, in the Y-axis direction. Therefore, the insulation distance of the conductor portion 41 in the power conversion device 1 can be ensured. Thereby, even if the power conversion device 1 is downsized, the insulation distance of the conductor portion 41 can easily be maintained at a specified value.
  • the thickness of the second member 24 is thicker than the thickness of the first member 23. Therefore, molding when brazing the first member 23 and the second member 24 is facilitated. In addition, since the bending strength of the second member 24 is improved, deformation such as warping can be suppressed, so that the second member 24 can easily come into close contact with the power module 4. Furthermore, the thinner the first member 23 is, the easier it is to press mold.
  • the first member 23 has a recess 232 that forms a space through which the refrigerant flows, and a flange 231 that surrounds the recess 232 and is connected to the second member 24 .
  • the second member 24 has a flat plate shape in which the surface on the Z-axis negative side is shorter than the surface on the Z-axis positive side in the extending direction of the conductor portion 41 . Therefore, by changing the thickness of the second member 24, an arbitrary insulation distance can be set.
  • the power converter 1 includes two sets of coolers, an upper cooler 2 and a lower cooler 6.
  • the upper cooler 2 and the lower cooler 6 sandwich the power module 4 from both sides in the Z-axis direction. Therefore, the cooling efficiency of the power module 4 can be improved. Further, even with a double-sided cooling structure, the insulation distance of the conductor portion 41 in the power conversion device 1 can be ensured.
  • the conductor portion 41 extends offset in either direction in the sandwiching direction between the upper cooler 2 and the lower cooler 6, that is, in the Z-axis direction. Therefore, molding of the power module 4 becomes easy. Furthermore, the insulation distance can be set arbitrarily by adjusting the thin portion 241. Furthermore, it becomes easy to cool a plurality of power modules 4 with one cooler. Specifically, when a plurality of power modules 4 are cooled by one cooler, the conductor parts 41 are offset in the Z-axis direction, so that the conductor parts 41 do not interfere with each other.
  • the thin portion 241 has a tapered shape in cross-sectional view. Therefore, the thin portion 241 can be easily molded, and productivity can be expected to improve. If it has a tapered shape, it can be formed using a press, and even if cutting is selected, since it is a general-purpose chamfering process, no special cutting tool is required and it can be easily created.
  • the first member 23 and the thin wall portion 241 of the second member 24 are connected by brazing.
  • FIG. 6 is a diagram showing the shape of the upper cooler 2 in the second modification.
  • FIG. 6 shows the upper cooler 2, alternative form 1, and alternative form 2 in the embodiment described above.
  • the first member 23 has a recessed portion 232 .
  • the second member 24 may have the recess 232 as in the first alternative, or the first member 23 and the second member 24 may have the recess 232 as in the second alternative.
  • the power conversion device 1 includes an upper cooler 2 and a lower cooler 6.
  • the power converter 1 only needs to include at least one of the upper cooler 2 and the lower cooler 6. If one of the upper cooler 2 and lower cooler 6 is not provided, a corresponding heat dissipation material is also not required. For example, if the power conversion device 1 does not include the upper cooler 2, the upper heat dissipation material 3 may also not be provided.
  • the conductor portion 41 extends in the Y-axis direction not from the center in the width direction of the power module 4 but from a position offset in the Z-axis direction. However, the conductor portion 41 may extend from the widthwise center of the power module 4 in the Y-axis direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing the shape of the thin portion 241 in Modification Example 5.
  • the thin portion 241 had a tapered shape in cross-sectional view.
  • the thin portion 241 is not limited to a tapered shape. For example, it may have a step as shown in FIG.
  • the flange portion 231 of the first member 23 and the thin wall portion 241 of the second member 24 were connected by brazing.
  • the method of connecting the flange portion 231 and the thin wall portion 241 is not limited to brazing.
  • they may be connected with adhesive or fixed with screws.
  • the location where the thin portion 241 is formed is not particularly limited.
  • the thin portion 241 may be formed all around the circumference, or may be formed individually so as to correspond to the extending position of the conductor portion 41.
  • FIG. 8 is a diagram showing the shape of the upper cooler 2 in Modification Example 7.
  • Reference numeral 500 in FIG. 8 indicates the extending position of the conductor portion 41.
  • the AA cross section in FIG. 8 corresponds to the extended position of the conductor portion 41, and the BB cross section corresponds to a position where the conductor portion 41 is not extended.
  • a cross-sectional view of the upper cooler 2 taken along the AA cross section has the same shape as the upper cooler 2 shown in FIG. 3 in the embodiment, and includes a thin wall portion 241. In the sectional view of the upper cooler 2 taken along the BB cross section, the thin wall portion 241 is not included.
  • the thin portions 241 are individually formed to correspond to the extending positions of the conductor portions 41. Therefore, a balance between the strength and insulation distance of the upper cooler 2 and the lower cooler 6 can be ensured.
  • FIG. 9 is a diagram showing the presence of heat dissipation materials in Modification 8, that is, the upper heat dissipation material 3 and the lower heat dissipation material 5.
  • the scale is inaccurate to emphasize the presence of the heat dissipation material, and a space is provided between the heat dissipation material and other components. Since the upper heat dissipating material 3 and the lower heat dissipating material 5 are very thin, they are actually smaller than the thickness of the line in the reduced scale of FIG.
  • the upper heat dissipating material 3 that is not sandwiched between the upper cooler 2 and the power module 4 is stored between the thin wall portion 241 of the upper cooler 2 and the power module 4 as the stored upper heat dissipating material 31.
  • Ru The lower heat radiating material 5 that is not sandwiched between the lower cooler 6 and the power module 4 is also stored as a stored lower heat radiating material 51.
  • the upper heat dissipation material 3 is provided between the Z-axis negative side surface of the upper cooler 2 and the power module 4. A portion of the upper heat dissipating material 3 is stored in the thin wall portion 241 . Therefore, the protrusion of the upper heat dissipating material 3 toward the conductor portion 41 is reduced, and productivity is improved. Specifically, it is as follows. Since the thin wall portion 241 serves as a heat dissipating material reservoir, the amount of heat dissipating material applied can be managed more roughly than in the case where the thin wall portion 241 is not provided. If the heat dissipation material were to protrude, it would adhere to equipment and other parts, affecting the insulation design of other parts. There is also a risk that the protruding heat dissipating material may separate and cause internal contamination. However, by storing the heat dissipating material in the thin portion 241, these problems can be prevented.
  • FIG. 10 is a diagram showing spatial distances in Modification 9.
  • the conductor portion 41 may be formed at the end of the power module 4 in the positive or negative direction of the Z-axis.
  • the thin portion 241 contributes to ensuring not only the creepage distance but also the spatial distance.

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Abstract

電力変換装置は、側方に延出する導体部を備えるパワーモジュールと、パワーモジュールを冷却する冷却器と、を備えた、冷却器は、パワーモジュールと接触しない第１部材、および、一方の面の一部が第１部材に取り付けられ、他方の面がパワーモジュールと接触する第２部材を備え、第２部材は、導体部の延出方向にて該導体部との絶縁距離が長くなるように、他方の面と一方の面との間の厚みが薄くなる薄肉部が設けられている。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する。
　電力変換装置に内蔵されるパワーモジュールは、発熱量が多いため冷却機構が必要になる場合が多い。その一方で、電力変換装置には小型化や絶縁距離の確保など様々なニーズがある。特許文献１には、半導体素子を内蔵するモジュール本体部と、該モジュール本体部から突出した複数のパワー端子及び複数の制御端子と、を備えた半導体モジュールと、該半導体モジュールを両主面から挟持するように積層配置された複数の冷却管と、を有し、上記複数のパワー端子は、上記モジュール本体部から、上記冷却管と上記半導体モジュールとの積層方向に直交する高さ方向における、互いに同じ方向に突出しており、上記複数の制御端子は、上記モジュール本体部から、上記高さ方向における、互いに同じ方向に突出しており、上記冷却管は、上記積層方向に対向配置された導電性の一対の外殻プレートを有すると共に、該一対の外殻プレートの間に冷媒流路を形成してなり、上記一対の外殻プレートは、互いの間に上記冷媒流路を形成する流路形成部と、上記積層方向から見て上記流路形成部の周囲に形成された流路外周部とを有し、上記一対の外殻プレートの少なくとも一方における上記流路外周部は、上記流路形成部に対して上記高さ方向の少なくとも一方側に、外殻突出部を有し、該外殻突出部の上記流路形成部からの突出長さは、上記高さ方向と上記積層方向との双方に直交する横方向において、上記流路外周部が上記流路形成部から外側に突出した側方外周部の突出長さよりも長く、上記外殻突出部は、上記複数のパワー端子と上記複数の制御端子との少なくとも一方と、上記積層方向において重なっている、電力変換装置が開示されている。
特開２０１８－１４８１７６号公報
　特許文献１に記載されている発明では、絶縁距離の確保に改善の余地がある。
　本発明の第１の態様による電力変換装置は、側方に延出する導体部を備えるパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却する冷却器と、を備えた電力変換装置において、前記冷却器は、前記パワーモジュールと接触しない第１部材、および、一方の面の一部が前記第１部材に取り付けられ、他方の面が前記パワーモジュールと接触する第２部材を備え、前記第２部材は、前記導体部の延出方向にて該導体部との絶縁距離が長くなるように、前記他方の面と前記一方の面との間の厚みが薄くなる薄肉部が設けられている。
　本発明によれば、絶縁距離を確保できる。
電力変換装置の分解斜視図 電力変換装置の外観図 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図 本実施の形態における電力変換装置と、比較例である比較装置との比較を示す図 パワーモジュールのトランスファーモールド工程を示す模式図 変形例２における上部冷却器の形状を示す図 変形例５における薄肉部の形状を示す図 変形例７における上部冷却器の形状を示す図 変形例８における放熱材を示す図 変形例９における空間距離を示す図
―実施の形態―
　以下、図１～図５を参照して、電力変換装置の実施の形態を説明する。
　図１は、電力変換装置１の分解斜視図である。本実施の形態では、図面の相互の関連を明示するために共通する３つの直行軸であるＸＹＺ軸を定義する。電力変換装置１は、上部冷却器２と、上部放熱材３と、３つのパワーモジュール４と、下部放熱材５と、下部冷却器６とを備える。図１では、上部冷却器２、上部放熱材３、パワーモジュール４、下部放熱材５、および下部冷却器６がＺ軸方向に並んでいる。それぞれのパワーモジュール４は、パワー半導体素子が樹脂封止されている。詳しくは後述する。
　上部放熱材３および下部放熱材５は、非常に薄く伝熱性が高く、かつ絶縁性を有する。上部放熱材３は上部冷却器２とパワーモジュール４との密着性を向上する。下部放熱材５は下部冷却器６とパワーモジュール４との密着性を向上する。パワーモジュール４は、交流電力と直流電力との変換を行う。パワーモジュール４は、複数の導体部４１を備える。導体部４１は、直流正極接続端子、直流負極接続端子、交流接続端子、および信号接続端子の総称である。パワーモジュール４は発熱量が多いので、上部冷却器２および下部冷却器６を用いて冷却する。
　上部冷却器２は、Ｘ軸のプラス側端部に上部第１開口部２１を備え、Ｘ軸のマイナス側端部に上部第２開口部２２を備える。上部第１開口部２１および上部第２開口部２２は、Ｚ軸マイナス側に開口しており、開口部に軸シールを有する。下部冷却器６は、Ｘ軸のプラス側端部に下部第１開口部６１を備え、Ｘ軸のマイナス側端部に下部第２開口部６２を備える。下部第１開口部６１および下部第２開口部６２は、Ｚ軸マイナス側に開口しており、開口部に軸シールを有する。組み立てられた状態の電力変換装置１は、上部第１開口部２１と下部第１開口部６１とが接続され、上部第２開口部２２と下部第２開口部６２とが接続される。
　下部冷却器６はさらに、不図示の冷媒入口および冷媒出口を有する。冷媒は、冷媒入口から下部冷却器６に導入され、下部第１開口部６１から上部第１開口部２１を経由して上部冷却器２に流入する。上部冷却器２を冷却した冷媒は、上部第２開口部２２から下部第２開口部６２を経由して下部冷却器６に戻り、不図示の冷媒出口から排出される。
　図２は、電力変換装置１の外観図である。図１では電力変換装置１をＺ方向に分解して示したが、図２では組み合わせれている。図２に示す一点鎖線は、図３との位置関係を示している。
　図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。ただし作図の都合により電力変換装置１のＹ軸プラス側のみを図示し、電力変換装置１のＹ軸マイナス側半分は図示を省略している。図３では、電力変換装置１が基板９０１に固定された状態を示している。また図３では、上部放熱材３および下部放熱材５は厚みが薄いので記載が省略されている。パワーモジュール４は、側面からＹ軸方向に延出する導体部４１を備える。正確には、導体部４１はＹ軸方向に延出した後にＺ軸のプラス方向またはＺ軸のマイナス方向に曲げられる。
　導体部４１のＹ軸方向への延出位置は、パワーモジュール４の厚み方向の中央ではなく、Ｚ軸方向にオフセットしている。具体的には、Ｚ軸のマイナス側にオフセットしている。後述するように、導体部４１の延出位置がオフセットしていることによる製造上の利点は存在するが、オフセットしている側に対して絶縁距離が短くなる問題が生じる。しかし本実施の形態では後述する薄肉部２４１を設けることにより、この問題を解消している。
　上部冷却器２は、第１部材２３と、第２部材２４とを含む。第１部材２３は、中心部が窪んでおり全周囲にフランジ部２３１を有する。第２部材２４は、略平板状であり第１部材２３のフランジ部２３１とロウ付工法により取り付けられる。第１部材２３の窪みにより形成され、第２部材２４により閉じられる領域が流路空間２５である。
　流路空間２５は、縦線のハッチングで示す領域であり、第１部材２３および第２部材２４により囲まれる。流路空間２５には、冷却効率を向上させるためにフィンが内蔵される。第２部材２４は、Ｚ軸マイナス側の面は上部放熱材３を介してパワーモジュール４に接触し、Ｚ軸プラス側の面は位置Ｐ１においてロウ付工法により第１部材２３に取り付けられる。第２部材２４は、Ｙ軸のプラス方向端部に薄肉部２４１を有する。薄肉部２４１は断面視でテーパ形状を有し、第１部材２３側は平滑でフランジ部２３１と接し、パワーモジュール４には接しない。
　第１部材２３および第２部材２４は、高い伝熱性を有する材料を用いることが望ましい。第１部材２３および第２部材２４は同一の材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。第１部材２３の厚みと、第２部材２４の厚みとは同一でなくてもよい。第１部材２３は、加工が容易なように比較的厚みが薄いことが望ましく、第２部材２４は剛性を確保するための厚みを有することが望ましい。下部冷却器６は、下部第１部材６３と、下部第２部材６４と、下部流路空間６５とを含む。図３に示す範囲では、下部冷却器６は上部冷却器２と上下対称な形状を有する。そのため以下では上部冷却器２の構成を詳述し、下部冷却器６の説明を省略する。
　図４は、本実施の形態における電力変換装置１と、比較例である比較装置Ｚとの比較を示す図である。比較装置Ｚは、上部冷却器２および下部冷却器６を除いて、電力変換装置１と同一の構成を有する。比較装置Ｚは、上部冷却器２の代わりに比較上部冷却器２Ｚを備え、下部冷却器６の代わりに比較下部冷却器６Ｚを備える。少なくとも図４に示す範囲では比較上部冷却器２Ｚと比較下部冷却器６Ｚの形状は対称なので、以下では比較上部冷却器２Ｚについて説明する。
　比較上部冷却器２Ｚは、第１部材２３と比較第２部材２４Ｚを備える。すなわち、比較上部冷却器２Ｚの第１部材２３は、上部冷却器２における第１部材２３と同一である。比較第２部材２４Ｚは薄肉部２４１を有さず、Ｙ軸方向に厚みが一定である点が第２部材２４と異なる。具体的には、比較上部冷却器２Ｚの端部である比較端部２４Ｚ１は、Ｚ軸マイナス側の全体がパワーモジュール４に接する。
　図４の上部に示す電力変換装置１における、導体部４１と上部冷却器２との絶縁距離、正確には沿面距離である実施沿面距離Ｌ１は、点線で示すとおりである。図４の下部に示す比較装置Ｚにおける、導体部４１と比較上部冷却器２Ｚとの沿面距離である比較沿面距離Ｌｚは、長い破線で示すとおりである。
　電力変換装置１は、薄肉部２４１が存在しておりＹ軸プラス側の端部がパワーモジュール４に接していないため、実施沿面距離Ｌ１は比較沿面距離Ｌｚよりも長い。すなわち、第１部材２３の形状や寸法が同一で、流路空間２５の容積は一定のままで、本実施の形態では導体部４１と上部冷却器２との絶縁距離を長くすることができる。本実施の形態では導体部４１の延出位置がＺ軸のマイナス側にオフセットしているので、Ｚ軸のプラス側よりもＺ軸のマイナス側の方が絶縁距離が短くなっている。したがって、薄肉部２４１を設けたことにより絶縁距離が長くなることの効果は、導体部４１の延出位置がオフセットしている側、すなわちＺ軸のマイナス側の方が大きい。
（樹脂封止）
　図５は、パワーモジュール４における封止樹脂のトランスファーモールド工程を示す模式図である。すなわち、図１などに示したパワーモジュール４は、図５に示す処理が行われた後のものである。ここでは、樹脂封止が行われる前のパワーモジュール４を「一次組立体」４Ｂと呼ぶ。図５の上部は型締め前の縦断面図を示しており、図５の下部は型締め後の縦断面図を示している。
　図５の上部に示すように、一次組立隊４Ｂは予め作成された上側金型９１１と下側金型９１２との間に設置される。上側金型９１１および下側金型９１２が一次組立体４Ｂを上下から金型押圧面において挟み込んで型締めすることで、図５の下部に示すように金型空間が金型内に形成される。この金型空間に封止樹脂を充填して成形することで、一次組立体４Ｂが封止樹脂により封止されてパワーモジュール４となる。
　なお、金型押圧面では、導体部４１である直流正極接続端子、直流負極接続端子、交流接続端子、および信号接続端子が略同一平面内に並べて配置されている。このような端子の配置とすることで、上側金型９１１および下側金型９１２を用いて、各端子とパワー半導体素子との接続部において余分な応力を発生させずに、かつ隙間なく型締めを行うことができる。したがって、パワー半導体素子の破損を招いたり、あるいは封止樹脂が隙間から漏出したりすることなく、パワー半導体素子の封止を行うことができる。
　上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１は、側方に延出する導体部４１を備えるパワーモジュール４と、パワーモジュール４を冷却する上部冷却器２と、を備える。上部冷却器２は、パワーモジュール４と接触しない第１部材２３、および、Ｚ軸プラス側の面の一部が第１部材２３に取り付けられ、Ｚ軸マイナス側の面がパワーモジュール４と接触する第２部材２４を備える。第２部材２４は、導体部４１の延出方向、すなわちＹ軸方向にて導体部４１との絶縁距離が長くなるように、Ｚ軸方向の厚みが薄くなる薄肉部２４１が設けられている。そのため、電力変換装置１における導体部４１の絶縁距離を確保できる。これにより、電力変換装置１を小型化しても導体部４１の絶縁距離が規定値を確保しやすくなる。
（２）第２部材２４の厚みは、第１部材２３の厚みよりも厚い。そのため、第１部材２３と第２部材２４のろう付け時の成型が容易となる。また、第２部材２４の曲げ強度が向上するので、反り等変形を抑えられるため第２部材２４がパワーモジュール４と密着しやすい。さらに、第１部材２３は薄い方がプレス成型が容易である。
（３）第１部材２３は、冷媒が流れる空間を形成する窪み部２３２、および窪み部２３２を取り囲み第２部材２４と接続されるフランジ部２３１を有する。第２部材２４は、導体部４１の延出方向においてＺ軸プラス側の面よりもＺ軸マイナス側の面の方が短い平板状である。そのため、第２部材２４の厚みを変更することで任意の絶縁距離を設定できる。
（４）電力変換装置１は、２組の冷却器、すなわち上部冷却器２と、下部冷却器６とを備える。上部冷却器２および下部冷却器６は、パワーモジュール４をＺ軸方向の両側から挟み込む。そのため、パワーモジュール４の冷却効率を向上できる。また、両面冷却構造であっても電力変換装置１における導体部４１の絶縁距離を確保できる。
（５）導体部４１は上部冷却器２と下部冷却器６の挟み込み方向、すなわちＺ軸方向において、いずれかにオフセットして延出する。そのため、パワーモジュール４の成型が容易となる。また、薄肉部２４１の調整で絶縁距離を任意に設定できる。さらに、複数のパワーモジュール４を１つの冷却器で冷却することが容易となる。具体的には、複数のパワーモジュール４を１つの冷却器で冷却する際に、導体部４１がＺ軸方向にオフセットされていることにより、互いの導体部４１が干渉しない。
（６）薄肉部２４１は、断面視でテーパ形状を有する。そのため、薄肉部２４１を容易に成型でき、生産性の向上が見込める。テーパ形状であればプレスでも成形可能であり、切削加工を選択する場合でも汎用的な面取り加工であるため特殊な刃具は不要であり容易に作成できる。
（７）第１部材２３と第２部材２４の薄肉部２４１とは、ろう付けにより接続される。
（変形例１）
　上述した実施の形態では、第１部材２３よりも第２部材２４の方が厚みが厚かった。しかし、第１部材２３と第２部材２４の厚みは同一でもよいし、第１部材２３よりも第２部材２４の方が厚みが薄くてもよい。
（変形例２）
　図６は、変形例２における上部冷却器２の形状を示す図である。図６では、上述した実施の形態における上部冷却器２と、別形態１と、別形態２とを示している。上段に示す実施の形態における上部冷却器２は、第１部材２３が窪み部２３２を有した。しかし、別形態１のように第２部材２４が窪み部２３２を有してもよいし、別形態２のように第１部材２３および第２部材２４が窪み部２３２を有してもよい。また、別形態１のようにフランジ部を有さなくてもよいし、第１部材２３および第２部材２４がフランジ部を有してもよい。
（変形例３）
　上述した実施の形態では、電力変換装置１は、上部冷却器２および下部冷却器６を備えた。しかし電力変換装置１は上部冷却器２および下部冷却器６の少なくとも一方を備えればよい。上部冷却器２および下部冷却器６の一方を備えない場合には、対応する放熱材も不要である。たとえば電力変換装置１が上部冷却器２を備えない場合は、上部放熱材３も備えなくてよい。
（変形例４）
　上述した実施の形態では、導体部４１はパワーモジュール４の幅方向中央ではなく、Ｚ軸方向にオフセットした位置からＹ軸方向に延出した。しかし導体部４１は、パワーモジュール４の幅方向中央からＹ軸方向に延出してもよい。
（変形例５）
　図７は、変形例５における薄肉部２４１の形状を示す図である。上述した実施の形態では、薄肉部２４１は断面視でテーパ形状を有した。しかし薄肉部２４１はテーパ形状に限定されない。たとえば図７に示すように段差を有してもよい。
（変形例６）
　上述した実施の形態では、第１部材２３のフランジ部２３１と第２部材２４の薄肉部２４１はろう付けにより接続された。しかしフランジ部２３１と薄肉部２４１との接続方法はろう付けに限定されない。たとえば、接着剤により接続されてもよいし、ネジにより固定されてもよい。
（変形例７）
　上述した実施の形態では、薄肉部２４１が形成される個所を特に限定しなかった。薄肉部２４１は全周にわたって形成されてもよいし、導体部４１の延出位置に対応するように個別形成されてもよい。
　図８は、変形例７における上部冷却器２の形状を示す図である。図８における符号５００は、導体部４１の延出位置である。図８におけるＡ－Ａ断面は導体部４１の延出位置に対応し、Ｂ－Ｂ断面は導体部４１の延出位置ではない位置に対応する。Ａ－Ａ断面における上部冷却器２の断面図は、実施の形態において図３に示した上部冷却器２と同一の形状であり薄肉部２４１を備える。Ｂ－Ｂ断面における上部冷却器２の断面図では、薄肉部２４１を備えない。
　本変形例によれば次の作用効果が得られる。
（８）薄肉部２４１は導体部４１の延出位置に対応するように個別形成される。そのため、上部冷却器２および下部冷却器６の強度と絶縁距離のバランスを確保できる。
（変形例８）
　図９は、変形例８における放熱材、すなわち上部放熱材３および下部放熱材５の存在を示す図である。ただし図９では放熱材の存在を強調するために縮尺が不正確であり、かつ放熱材と他の構成に間に空間を設けている。上部放熱材３および下部放熱材５は非常に薄いため、図９の縮尺では実際には線の太さ以下となる。
　本変形例では、上部冷却器２とパワーモジュール４との間に挟まれない上部放熱材３は、貯留上部放熱材３１として上部冷却器２の薄肉部２４１とパワーモジュール４との間に貯留される。下部冷却器６とパワーモジュール４との間に挟まれない下部放熱材５も、同様に貯留下部放熱材５１として貯留される。
　本変形例によれば次の作用効果が得られる。
（９）上部冷却器２のＺ軸マイナス側の面とパワーモジュール４との間には上部放熱材３が設けられる。上部放熱材３の一部は、薄肉部２４１に貯留される。そのため、導体部４１への上部放熱材３のはみだしが低減し、かつ生産性が向上する。具体的には次のとおりである。薄肉部２４１が放熱材溜まりの役割を果たすので、放熱材の塗布量の管理が薄肉部２４１が無い場合と比較して粗雑化できる。仮に放熱材がはみ出すと、設備や他部品への付着により本部品以外の絶縁設計に影響を与える。また、はみ出した放熱材が分離し内部コンタミとなってしまう危険性もある。しかし薄肉部２４１に放熱材が貯留されることにより、これらの問題が防止される。
（変形例９）
　図１０は、変形例９における空間距離を示す図である。図１０に示すように、導体部４１はパワーモジュール４のＺ軸プラス方向、またはマイナス方向の端部に形成されてもよい。この場合に沿面距離と空間距離は同一の距離Ｌ１となるので、薄肉部２４１は沿面距離だけでなく空間距離の確保にも資すると言える。
　上述した変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
１…電力変換装置
２…上部冷却器
３…上部放熱材
４…パワーモジュール
５…下部放熱材
６…下部冷却器
１１…制御装置
２３…第１部材
２４…第２部材
４１…導体部
６３…下部第１部材
６４…下部第２部材
２３１…フランジ部
２４１…薄肉部

Claims (9)

  1. 　側方に延出する導体部を備えるパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却する冷却器と、を備えた電力変換装置において、
    　前記冷却器は、前記パワーモジュールと接触しない第１部材、および、一方の面の一部が前記第１部材に取り付けられ、他方の面が前記パワーモジュールと接触する第２部材を備え、
    　前記第２部材は、前記導体部の延出方向にて該導体部との絶縁距離が長くなるように、前記他方の面と前記一方の面との間の厚みが薄くなる薄肉部が設けられている、電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記第２部材の厚みは、前記第１部材の厚みよりも厚い、電力変換装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記第１部材は、冷媒が流れる空間を形成する窪み部、および前記窪み部を取り囲み前記第２部材と接続されるフランジ部を有し、
    　前記第２部材は、前記導体部の延出方向において前記一方の面よりも前記他方の面の方が短い平板状である、電力変換装置。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    　前記冷却器は２組備えられ、
    　前記２組の前記冷却器は、前記パワーモジュールを両側から挟み込む、電力変換装置。
  5. 　請求項４に記載の電力変換装置であって、
    　前記導体部は前記冷却器の挟み込み方向においていずれかにオフセットして延出する、電力変換装置。
  6. 　請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    　前記薄肉部は断面視でテーパ形状を有する、電力変換装置。
  7. 　請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    　前記第１部材と前記第２部材の前記薄肉部とは、ろう付けにより接続される、電力変換装置。
  8. 　請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    　前記薄肉部は前記導体部の延出位置に対応するように個別形成される、電力変換装置。
  9. 　請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    　前記冷却器の前記他方の面と前記パワーモジュールとの間には放熱材が設けられ、
    　前記放熱材の一部は、前記薄肉部と前記パワーモジュールとの間に貯留される、電力変換装置。
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