図面 (/)

技術 電力変換装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 大村伸治河口健二檜田健史郎
出願日 2011年4月7日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2011-085670
公開日 2012年11月12日 (7年7ヶ月経過) 公開番号 2012-222943
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置の組立体 半導体または固体装置の冷却等 整流装置 インバータ装置
主要キーワード 冷却管同士 内部冷媒流路 冷却スペース 電流仕様 直流バッテリ 被制御電流 受熱体 各冷却管
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年11月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

半導体モジュール以外の電子部品を半導体モジュールと共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置を提供すること。

解決手段

電力変換装置1は、半導体素子を内蔵してなる複数の半導体モジュール2と、半導体モジュール2を冷却する冷媒流通させるモジュール冷媒流路30を有する冷却器3と、半導体モジュール2以外の電子部品(リアクトル)4と、電子部品4を載置する載置面51を有する載置部5とを備えている。載置部5の内部には、電子部品4を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路50が形成されている。載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に接続されていると共に、少なくとも一部が載置面51に直交する方向において載置面51上に載置された電子部品4と対向する位置に形成されている。

概要

背景

従来から、電気自動車ハイブリッド自動車等の動力源である交流モータと、車両に搭載された直流バッテリーとの間において、電力の変換を行うための電力変換装置がある。
電力変換装置には、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールが配設されているが、これらの半導体モジュールは、そこに流れる被制御電流によって発熱する。そのため、電力変換装置は、発熱する半導体モジュールを冷却するための冷却器を備えている。

また、電力変換装置には、半導体モジュール以外にも、半導体モジュールへの入力電圧を昇圧するためのリアクトル等の電子部品が組み込まれている。そのため、半導体モジュール以外の発熱する電子部品についても十分に冷却を行い、温度上昇を抑制する必要がある。ところが、発熱する電子部品を冷却するための冷却器を別個に設けるとなると、装置全体が大型化してしまい、車両への搭載性も低下する。

そこで、特許文献1には、半導体モジュールとその半導体モジュールを両主面から冷却する冷却管とを積層してなる電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、隣り合う冷却管同士の間に形成される冷却スペースに半導体モジュールが配設されており、その冷却スペースの一部に放熱体が配設されている。そして、リアクトル等の電子部品(発熱体)において発生した熱は、受熱体及びヒートパイプを介して放熱体に伝達され、そこから放熱される。これにより、半導体モジュール以外の電子部品についても冷却することができる。

概要

半導体モジュール以外の電子部品を半導体モジュールと共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置を提供すること。電力変換装置1は、半導体素子を内蔵してなる複数の半導体モジュール2と、半導体モジュール2を冷却する冷媒流通させるモジュール冷媒流路30を有する冷却器3と、半導体モジュール2以外の電子部品(リアクトル)4と、電子部品4を載置する載置面51を有する載置部5とを備えている。載置部5の内部には、電子部品4を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路50が形成されている。載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に接続されていると共に、少なくとも一部が載置面51に直交する方向において載置面51上に載置された電子部品4と対向する位置に形成されている。

目的

本発明によれば、半導体モジュール以外の電子部品を半導体モジュールと共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

半導体素子を内蔵してなる複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒流通させるモジュール冷媒流路を有する冷却器と、上記半導体モジュール以外の電子部品と、該電子部品を載置する載置面を有する載置部とを備え、該載置部の内部には、上記電子部品を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路が形成されており、上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記冷却器の上記モジュール冷媒流路に接続されていると共に、少なくとも一部が上記載置面に直交する方向において該載置面上に載置された上記電子部品と対向する位置に形成されていることを特徴とする電力変換装置

請求項2

請求項1に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、上記モジュール冷媒流路の一部を形成すると共に上記半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却部を有し、上記半導体モジュールと上記冷却器の上記冷却部とは、互いに積層されていることを特徴とする電力変換装置。

請求項3

請求項2に記載の電力変換装置において、上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記冷却器の上記複数の冷却部のうち、積層方向の一端に配置された接続冷却部に接続されていることを特徴とする電力変換装置。

請求項4

請求項3に記載の電力変換装置において、上記冷却器の上記接続冷却部は、上記電子部品に接触するように配置されていることを特徴とする電力変換装置。

請求項5

請求項3又は4に記載の電力変換装置において、上記冷却器の上記複数の冷却部は、内部に冷媒を流通させることができる冷却管であり、上記接続冷却部は、上記載置部と一体的に形成されていることを特徴とする電力変換装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュール等を備えた電力変換装置に関する。

背景技術

0002

従来から、電気自動車ハイブリッド自動車等の動力源である交流モータと、車両に搭載された直流バッテリーとの間において、電力の変換を行うための電力変換装置がある。
電力変換装置には、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールが配設されているが、これらの半導体モジュールは、そこに流れる被制御電流によって発熱する。そのため、電力変換装置は、発熱する半導体モジュールを冷却するための冷却器を備えている。

0003

また、電力変換装置には、半導体モジュール以外にも、半導体モジュールへの入力電圧を昇圧するためのリアクトル等の電子部品が組み込まれている。そのため、半導体モジュール以外の発熱する電子部品についても十分に冷却を行い、温度上昇を抑制する必要がある。ところが、発熱する電子部品を冷却するための冷却器を別個に設けるとなると、装置全体が大型化してしまい、車両への搭載性も低下する。

0004

そこで、特許文献1には、半導体モジュールとその半導体モジュールを両主面から冷却する冷却管とを積層してなる電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、隣り合う冷却管同士の間に形成される冷却スペースに半導体モジュールが配設されており、その冷却スペースの一部に放熱体が配設されている。そして、リアクトル等の電子部品(発熱体)において発生した熱は、受熱体及びヒートパイプを介して放熱体に伝達され、そこから放熱される。これにより、半導体モジュール以外の電子部品についても冷却することができる。

先行技術

0005

特開2009−261125号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記特許文献1の電力変換装置は、電子部品において発生した熱を受熱体及びヒートパイプを介して放熱体に伝達するため、部品点数が多くなり、複雑な構成となっていた。また、今後、要求される電流仕様によって電流が大きくなり、それに伴って電子部品からの発熱量が大きくなると、電子部品において発生した熱を複数の部材を介して伝達し、放熱する構成では、電子部品を十分に冷却することができないおそれがある。

0007

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、半導体モジュール以外の電子部品を半導体モジュールと共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、半導体素子を内蔵してなる複数の半導体モジュールと、
該半導体モジュールを冷却する冷媒流通させるモジュール冷媒流路を有する冷却器と、
上記半導体モジュール以外の電子部品と、
該電子部品を載置する載置面を有する載置部とを備え、
該載置部の内部には、上記電子部品を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路が形成されており、
上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記冷却器の上記モジュール冷媒流路に接続されていると共に、少なくとも一部が上記載置面に直交する方向において該載置面上に載置された上記電子部品と対向する位置に形成されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。

発明の効果

0009

上記電力変換装置は、半導体モジュール以外の電子部品を載置する載置面を有する載置部を備えており、その載置部の内部には、電子部品を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路が形成されている。そのため、載置部の内部冷媒流路を流通する冷媒によって、載置部に載置された電子部品を冷却することができる。
また、載置部の内部冷媒流路の少なくとも一部は、載置面に直交する方向において該載置面上に載置された電子部品と対向する位置に形成されている。そのため、電子部品をその電子部品が載置された載置部の載置面から効率よく冷却することができる。

0010

また、載置部の内部冷媒流路は、冷却器のモジュール冷媒流路に接続されている。そのため、半導体モジュールを冷却するための冷却器のモジュール冷媒流路から載置部の内部冷媒流路に冷媒を導入し、電子部品を冷却することができる。これにより、半導体モジュールと半導体モジュール以外の電子部品との両方を簡易な構成で効率よく冷却することができる。
また、電子部品を冷却するための冷却器等を別個に備える必要がないため、装置の小型化を図ることもできる。

0011

このように、本発明によれば、半導体モジュール以外の電子部品を半導体モジュールと共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

実施例1における、電力変換装置の全体構成を示す平面図。
実施例1における、電力変換装置の全体構成を示す側面図。
図2におけるA−A線矢視断面拡大説明図。
実施例2における、電力変換装置の全体構成を示す平面図。
実施例2における、電力変換装置の全体構成を示す側面図。
図5におけるB−B線矢視断面拡大説明図。
図5におけるC−C線矢視断面拡大説明図。

0013

上記電力変換装置において、上記電子部品は、上記電力変換装置に組み込まれたコンバータコンデンサ、リアクトル等である。
また、上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記冷却器の上記モジュール冷媒流路に接続されている。両者は、直接的に接続されていてもよいし、接続するための他の部材等を介して間接的に接続されていてもよい。

0014

また、上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記載置面に対してできるだけ近接して、すなわち該載置面上に載置された上記電子部品に対してできるだけ近接して形成されていることが好ましい。この場合には、載置部の内部冷媒流路を流通する冷媒によって電子部品をより一層効率よく冷却することができる。
また、上記載置部の上記内部冷媒流路内に放熱用フィン等を設け、冷媒との接触面積を増やし、冷却効率を高めることもできる。

0015

また、上記冷却器は、上記モジュール冷媒流路の一部を形成すると共に上記半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却部を有し、上記半導体モジュールと上記冷却器の上記冷却部とは、互いに積層されていることが好ましい(請求項2)。
この場合には、半導体モジュールを冷却器の冷却部によって効率よく冷却することができる。

0016

また、上記半導体モジュールと上記冷却器の上記冷却部とを互いに積層する構成の場合、例えば、半導体モジュールの両主面に冷却部を形成する冷却管等を接触させ、その冷却管内を流通する冷媒によって半導体モジュールを間接的に冷却する構成であってもよいし、半導体モジュールの両主面に沿って冷却部を形成し、その冷却部を流通する冷媒によって半導体モジュールを直接的に冷却する構成であってもよい。

0017

また、上記載置部の上記内部冷媒流路は、上記冷却器の上記複数の冷却部のうち、積層方向の一端にある接続冷却部に接続されていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、冷却器のモジュール冷媒流路と載置部の内部冷媒流路との接続が容易となる。

0018

また、上記冷却器の上記接続冷却部は、上記電子部品に接触するように配置されていることが好ましい(請求項4)。
この場合には、電子部品を載置部だけでなく、冷却器の接続冷却部によっても冷却することができる。これにより、電子部品をより一層効率よく冷却することができる。

0019

また、上記冷却器の上記複数の冷却部は、内部に冷媒を流通させることができる冷却管であり、上記接続冷却部は、上記載置部と一体的に形成されていることが好ましい(請求項5)。
この場合には、冷却器の接続冷却部と載置部とを一体的に形成することにより、冷却器のモジュール冷媒流路と載置部の内部冷媒流路とを直接的に接続することが容易となる。これにより、両者を接続するための部材等が不要となるため、部品点数の削減を図り、組付け性を向上させることができる。

0020

(実施例1)
本発明の実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1図3に示すごとく、半導体素子を内蔵してなる複数の半導体モジュール2と、半導体モジュール2を冷却する冷媒を流通させるモジュール冷媒流路30を有する冷却器3と、半導体モジュール2以外の電子部品(リアクトル)4と、電子部品4を載置する載置面51を有する載置部5とを備えている。

0021

載置部5の内部には、電子部品4を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路50が形成されている。載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に接続されていると共に、少なくとも一部が載置面51に直交する方向において載置面51上に載置された電子部品4と対向する位置に形成されている。
以下、これを詳説する。

0022

図1図2に示すごとく、電力変換装置1は、上述のごとく、複数の半導体モジュール2と、その複数の半導体モジュール2を冷却するための冷却器3と、半導体モジュール2への入力電圧を昇圧するための昇圧回路の一部を構成するリアクトル4と、そのリアクトル4を載置するための載置部5とを備えている。

0023

同図に示すごとく、半導体モジュール2は、IGBT等のスイッチング素子やFWD等のダイオードを内蔵してなる。
また、半導体モジュール2は、高さ方向Zの一方側(上側)に突出してなる制御端子21と、他方側(下側)に突出してなる電極端子22とを有する。制御端子21は、制御回路基板(図示略)と接続されており、電極端子22は、バスバー(図示略)と接続されている。制御端子21には、スイッチング素子を制御する制御電流が入力され、電極端子22からは被制御電力が半導体モジュール2に入出力される。

0024

同図に示すごとく、冷却器3は、半導体モジュール2を両主面から冷却する複数の冷却管(冷却部)31を有している。そして、半導体モジュール21と冷却管31とは、交互に積層されている(以下、両者が積層されている方向を積層方向Xという)。
また、隣り合う冷却管31同士は、その長手方向(幅方向Y)の両端部311、312において、連結管32によって互いに連結されている。

0025

また、複数の冷却管31のうち、積層方向Xの一端(前端)に配置された連結冷却管31aには、冷媒を導入する冷媒導入管33と冷媒を排出する冷媒排出管34とが連結されている。また、積層方向Xの他端(後端)に配置された接続冷却管31bの後方側X2の主面314bは、リアクトル4の前方側X1の側面401に接触している。
また、冷媒器3のモジュール冷媒流路30は、上述した冷却管31、連結管32、冷媒導入管33及び冷媒排出管34の内部に形成されている。

0026

同図に示すごとく、リアクトル4は、半導体モジュール2及び冷却器3の後方側X2に配置されている。また、リアクトル4は、平板状の載置部5の載置面51上に載置されている。載置部5は、一方の表面である載置面51が高さ方向Zに直交するように配置されている。
また、リアクトル4は、前方側X1の側面401が冷却器3の接続冷却管31bに接触するように配置されている。

0027

図3に示すごとく、載置部5の内部には、閉塞された空間である内部冷媒流路50が形成されている。載置部5の内部冷媒流路50の一部は、載置面51に直交する方向(高さ方向Z)において、リアクトル4と対向する位置に形成されている。
また、載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に接続されている。

0028

具体的には、図1図3に示すごとく、冷却器3の接続冷却管31bの内部に形成されたモジュール冷媒流路30は、接続冷却管31bの一方の端部311bにおいて、導入側接続部材61を介して載置部5の内部冷媒流路50の幅方向Yの一方側に接続されている。また、接続冷却管31bの他方の端部312bにおいて、排出側接続部材62を介して載置部5の内部冷媒流路50の幅方向Yの他方側に接続されている。
これにより、載置部5の内部冷媒流路50は、導入側接続部材61及び排出側接続部材62を介して、冷却器3のモジュール冷媒流路30に間接的に接続されている。

0029

また、図1に示すごとく、冷却器3において、冷媒導入管33から導入された冷媒は、冷媒導入管33側の連結管32を適宜通り、各冷却管31に分配されると共にその長手方向(幅方向Y)に流通する。そして、冷媒は、各冷却管31を流れる間に、半導体モジュール2との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出管34側の連結管32を適宜通り、冷媒排出管34から外部に排出される。

0030

ここで、図1図3に示すごとく、冷媒導入管33から冷媒導入管33側の連結管32を通って接続冷却管31bの一方の端部311bに導入された冷媒の一部は、導入側接続部材61を介して載置部5の内部冷媒流路50に導入され、内部冷媒流路50を幅方向Yに流通する。そして、冷媒は、載置部5の内部冷媒流路50を流れる間に、載置部5の載置面51に載置されたリアクトル4との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、排出側接続部材62を介して接続冷却管31bの他方の端部312bに排出され、さらに冷媒排出管34側の連結管32を通って冷媒排出管34から外部に排出される。

0031

なお、冷却器3のモジュール冷媒流路30及び載置部5の内部冷媒流路50に流通させる冷媒としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒メタノールアルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。

0032

次に、本例の電力変換装置1における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置1は、半導体モジュール2以外の電子部品であるリアクトル4を載置する載置面51を有する載置部5を備えており、その載置部5の内部には、リアクトル4を冷却する冷媒を流通させる内部冷媒流路50が形成されている。そのため、載置部5の内部冷媒流路50を流通する冷媒によって、載置部5に載置されたリアクトル4を冷却することができる。
また、載置部5の内部冷媒流路50の少なくとも一部は、載置面51に直交する方向(高さ方向Z)において載置面51上に載置されたリアクトル4と対向する位置に形成されている。そのため、リアクトル4をそのリアクトル4が載置された載置部5の載置面51から効率よく冷却することができる。

0033

また、載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に接続されている。そのため、半導体モジュール2を冷却するための冷却器3のモジュール冷媒流路30から載置部5の内部冷媒流路50に冷媒を導入し、リアクトル4を冷却することができる。これにより、半導体モジュール2と半導体モジュール2以外の電子部品であるリアクトル4との両方を簡易な構成で効率よく冷却することができる。
また、リアクトル4を冷却するための冷却器等を別個に備える必要がないため、装置の小型化を図ることもできる。

0034

また、本例では、冷却器3は、モジュール冷媒流路30の一部を形成すると共に半導体モジュール2を両主面から冷却する複数の冷却管31を有し、半導体モジュール2と冷却器3の冷却管31とは、互いに積層されている。そのため、半導体モジュール2を冷却器3の冷却管31によって効率よく冷却することができる。

0035

また、載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3の複数の冷却管31のうち、積層方向Xの後端にある接続冷却管31bに接続されている。そのため、冷却器3のモジュール冷媒流路30と載置部5の内部冷媒流路50との接続が容易となる。本例では、導入側接続部材61及び排出側接続部材62を介して容易に接続することができる。

0036

また、冷却器3の接続冷却管31bは、リアクトル4に接触するように配置されている。そのため、リアクトル4を載置部5だけでなく、冷却器3の接続冷却管31bによっても冷却することができる。これにより、リアクトル4をより一層効率よく冷却することができる。

0037

このように、本例によれば、半導体モジュール2以外の電子部品(リアクトル4)を半導体モジュール2と共に簡易な構成で効率よく冷却することができる電力変換装置1を提供することができる。

0038

(実施例2)
本例は、図4図7に示すごとく、冷却器3の接続冷却器31b及び載置部5の内部冷媒流路50の構成を変更した例である。
本例では、図4図5に示すごとく、冷却器3の接続冷却管31bは、載置部5と一体的に形成されている。具体的には、接続冷却管31bの下端部316と載置部5の前端部521とが接合されており、両者がL字状の1つの部材として構成されている。

0039

また、図4図6に示すごとく、冷却器3の接続冷却管31bの内部に形成されたモジュール冷媒流路30は、接続冷却管31bの一方の端部311bにおいて、載置部5の内部冷媒流路50の幅方向Yの一方側に接続されている。また、接続冷却管31bの他方の端部312bにおいて、載置部5の内部冷媒流路50の幅方向Yの他方側に接続されている。また、図7に示すごとく、接続冷却部31bの両端部311、312以外の中央部分では、モジュール冷媒流路30と載置部5の内部冷媒流路50とが接続されていない。
これにより、載置部5の内部冷媒流路50は、冷却器3のモジュール冷媒流路30に直接的に接続されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。

実施例

0040

本例の場合には、冷却器3の接続冷却管31bと載置部5とを一体的に形成することにより、冷却器3のモジュール冷媒流路30と載置部5の内部冷媒流路50とを直接的に接続することが容易となる。これにより、両者を接続するための部材等が不要となるため、部品点数の削減を図り、組付け性を向上させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。

0041

1電力変換装置
2半導体モジュール
3冷却器
30モジュール冷媒流路
4電子部品(リアクトル)
5 載置部
50内部冷媒流路
51 載置面

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ