(57)【要約】【課題】性能の向上を図ることができるとともに、半導体モジュール及びコンデンサモジュールのそれぞれをより確実に冷却することができる電力変換装置を得る。【解決手段】電力変換装置１において、コンデンサモジュール５は、冷却器６の冷却面１０から離れた状態で冷却面１０に対向しているコンデンサモジュール本体５０と、コンデンサモジュール本体５０に設けられた熱伝導部材５４とを有している。コンデンサモジュール本体５０は、半導体モジュール４にＮ側バスバー７及びＰ側バスバー８を介して接続されている。熱伝導部材５４の放熱部５４１は、コンデンサモジュール本体５０の半導体モジュール４側の端部よりも半導体モジュール４から遠い位置で冷却面１０に熱的に接続されている。【選択図】図３
2020184847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却面が形成された冷却器、
前記冷却面に設けられた半導体モジュール、及び
前記冷却面から離れた状態で前記冷却面に対向しているコンデンサモジュール本体と、前記コンデンサモジュール本体に設けられた熱伝導部材とを有するコンデンサモジュール
を備え、
前記コンデンサモジュール本体は、前記半導体モジュールにバスバーを介して接続されており、
前記熱伝導部材は、放熱部を有しており、
前記放熱部は、前記コンデンサモジュール本体の前記半導体モジュール側の端部よりも前記半導体モジュールから遠い位置で前記冷却面に熱的に接続されている電力変換装置。
【請求項２】
前記冷却面は、前記冷却器を流れる冷却媒体によって冷却されるようになっており、
前記放熱部は、前記冷却媒体の流れにおいて前記半導体モジュールの位置よりも上流側の位置で前記冷却面に熱的に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサモジュール本体と前記冷却面との間には、前記コンデンサモジュール本体よりも熱伝導率の低い材料で構成された断熱部材が介在している請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、前記コンデンサモジュール本体の内部に配置された取付部を有している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記熱伝導部材は、前記コンデンサモジュール本体の外面に接触した取付部を有している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記熱伝導部材は、熱伝導性能を持つ密着部材を介して前記コンデンサモジュール本体の外面に取り付けられた取付部を有しており、
前記密着部材は、前記コンデンサモジュール本体の外面及び前記取付部のそれぞれに密着している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記コンデンサモジュール本体は、コンデンサケースと、前記コンデンサケースの内部に配置されたコンデンサ素子と、前記コンデンサケースの内部で前記コンデンサ素子を覆う樹脂製の充填部材とを有しており、
前記バスバーは、前記充填部材を貫通して前記コンデンサ素子に接続されており、かつ前記充填部材を介して前記コンデンサケースに保持されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記コンデンサケースは、前記熱伝導部材と同じ材料で構成されており、
前記熱伝導部材は、前記コンデンサケースと一体に形成されている請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記コンデンサ素子及び前記バスバーの少なくともいずれかと前記コンデンサケースとの間には、前記充填部材よりも熱伝導率の高い絶縁部材が介在している請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記熱伝導部材は、前記充填部材の内部に配置された取付部を有しており、
前記コンデンサ素子及び前記バスバーの少なくともいずれかと前記取付部との間には、前記充填部材よりも熱伝導率の高い絶縁部材が介在している請求項７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュール及びコンデンサモジュールを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱部品である半導体モジュールにバスバーを介してコンデンサモジュールを接続した電力変換装置が知られている。このような従来の電力変換装置では、半導体モジュールで発生した熱がバスバーを介してコンデンサモジュールに伝わりやすい。従って、従来の電力変換装置では、コンデンサモジュールに含まれているコンデンサ素子の温度が上昇しやすくなり、コンデンサモジュールの寿命が短くなりやすい。
【０００３】
従来、半導体モジュール及びコンデンサモジュールのそれぞれの温度の上昇を抑制するために、半導体モジュール及びコンデンサモジュールを共通の冷却器に取り付けた電力変換装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４６１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、電力変換装置では、電力変換装置の性能の向上を図るために、半導体モジュールの位置にコンデンサモジュールの位置を近づけてバスバーのインダクタンスを低くすることが望ましい。しかし、特許文献１に示されている従来の電力変換装置では、半導体モジュールにコンデンサモジュールを近づけると、半導体モジュールの発熱の影響によって温度が高くなった冷却器の範囲にコンデンサモジュールが配置されることになる。これにより、従来の電力変換装置では、コンデンサモジュールが冷却器によって冷却されにくくなってしまう。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、性能の向上を図ることができるとともに、半導体モジュール及びコンデンサモジュールのそれぞれをより確実に冷却することができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による電力変換装置は、冷却面が形成された冷却器、冷却面に設けられた半導体モジュール、及び冷却面から離れた状態で冷却面に対向しているコンデンサモジュール本体と、コンデンサモジュール本体に設けられた熱伝導部材とを有するコンデンサモジュールを備え、コンデンサモジュール本体は、半導体モジュールにバスバーを介して接続されており、熱伝導部材は、放熱部を有しており、放熱部は、コンデンサモジュール本体の半導体モジュール側の端部よりも半導体モジュールから遠い位置で冷却面に熱的に接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による電力変換装置によれば、電力変換装置の性能の向上を図ることができるとともに、半導体モジュール及びコンデンサモジュールのそれぞれをより確実に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。
【図２】図１の電力変換装置を示す上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５による電力変換装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。また、図２は、図１の電力変換装置を示す上面図である。さらに、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。電力変換装置１は、電源と負荷との間で電気エネルギを変換する装置である。この例では、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両に搭載される車両用電力変換装置が電力変換装置１として用いられている。
【００１１】
電力変換装置１は、複数の半導体モジュール４と、コンデンサモジュール５と、冷却器６とを有している。この例では、三相の各相に対応する３個の半導体モジュール４が電力変換装置１に含まれている。
【００１２】
コンデンサモジュール５には、直流電源であるバッテリ２が電気的に接続される。バッテリ２からの直流電圧は、コンデンサモジュール５によって平滑化される。
【００１３】
コンデンサモジュール５には、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８が複数のバスバーとして設けられている。Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、銅などの導電性材料によって構成されている。コンデンサモジュール５は、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれを介して各半導体モジュール４に個別に電気的に接続されている。また、コンデンサモジュール５は、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれを介して各半導体モジュール４に熱的にも接続されている。
【００１４】
各半導体モジュール４は、コンデンサモジュール５で平滑化された直流電圧を交流電圧に変換する。各半導体モジュール４は、図１に示すように、複数のスイッチング素子４１を有している。この例では、互いに直列に接続された２個のスイッチング素子４１が各半導体モジュール４に含まれている。半導体モジュール４の２個のスイッチング素子４１のうち、一方のスイッチング素子４１はＮ側バスバー７に接続され、他方のスイッチング素子４１はＰ側バスバー８に接続されている。
【００１５】
各スイッチング素子４１は、図示しない制御装置の制御によってスイッチング動作を個別に行う。従って、各半導体モジュール４は、各スイッチング素子４１のスイッチング動作によって発熱する発熱部品である。コンデンサモジュール５で平滑化された直流電圧は、各スイッチング素子４１のスイッチング動作によって三相交流電圧に変換される。
【００１６】
各半導体モジュール４には、負荷であるモータ３が電気的に接続される。モータ３は、各半導体モジュール４からモータ３への三相交流電圧の供給により作動する。
【００１７】
冷却器６は、半導体モジュール４及びコンデンサモジュール５を冷却する。冷却器６には、図３に示すように、冷却面１０が形成されている。また、冷却器６には、冷却媒体が流れる図示しない流路が形成されている。冷却媒体は、冷却器６の流路入口から冷却器６の流路に入る。冷却器６の流路を流れた冷却媒体は、冷却器６の流路出口から冷却器６の外部へ排出される。
【００１８】
冷却面１０は、冷却媒体が冷却器６を流れることにより冷却される。冷却媒体としては、水、油、空気などが用いられている。この例では、空気を冷却媒体とする空冷式の冷却器が冷却器６として用いられている。
【００１９】
半導体モジュール４は、冷却面１０に設けられている。また、半導体モジュール４の外面の一部は、冷却面１０に接触している。これにより、各半導体モジュール４は、冷却面１０に熱的に接続されている。半導体モジュール４で発生した熱は、冷却面１０へ放散される。これにより、半導体モジュール４が冷却される。冷却面１０に伝わった熱は、冷却器６を流れる冷却媒体へ放散される。
【００２０】
コンデンサモジュール５は、コンデンサモジュール本体５０と、コンデンサモジュール本体５０に設けられた複数の熱伝導部材５４とを有している。
【００２１】
コンデンサモジュール本体５０は、各半導体モジュール４から離して配置されている。また、コンデンサモジュール本体５０は、各半導体モジュール４にＮ側バスバー７及びＰ側バスバー８を介して電気的及び熱的に接続されている。さらに、コンデンサモジュール本体５０は、冷却面１０から離して配置されている。また、コンデンサモジュール本体５０は、冷却面１０に対向している。従って、コンデンサモジュール本体５０と冷却面１０との間には、空間が生じている。
【００２２】
コンデンサモジュール本体５０は、コンデンサケース５１と、コンデンサケース５１の内部に配置された複数のコンデンサ素子５３と、コンデンサケース５１の内部で複数のコンデンサ素子５３を覆う樹脂製の充填部材５２とを有している。
【００２３】
コンデンサケース５１には、図２に示すように、複数の固定部５５が設けられている。各固定部５５は、冷却面１０に固定されている。これにより、コンデンサモジュール本体５０が冷却面１０から離れた状態が保たれている。冷却面１０に直交する方向に沿って電力変換装置１を見たとき、各半導体モジュール４と各固定部５５との間の距離は、各半導体モジュール４とコンデンサモジュール本体５０との間の距離よりも長くなっている。
【００２４】
コンデンサケース５１には、開口部が設けられている。この例では、コンデンサケース５１の開口部を冷却面１０に向けてコンデンサケース５１が配置されている。また、コンデンサケース５１の外面は、外気に露出している。コンデンサケース５１は、熱伝導性能を持つ金属で構成されている。コンデンサケース５１の熱伝導率は、充填部材５２の熱伝導率よりも高くなっている。
【００２５】
Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、コンデンサケース５１の開口部からコンデンサケース５１の内部に挿入されている。また、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、充填部材５２を貫通して各コンデンサ素子５３に接続されている。さらに、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、充填部材５２を介してコンデンサケース５１に保持されている。
【００２６】
充填部材５２は、コンデンサケース５１の内部に充填されている。Ｎ側バスバー７の一部、Ｐ側バスバー８の一部及び各コンデンサ素子５３は、充填部材５２に埋まっている。これにより、充填部材５２は、コンデンサケース５１の内部で各コンデンサ素子５３を密封している。充填部材５２を構成する材料である樹脂は、熱伝導性能を持つ材料である。
【００２７】
各半導体モジュール４で発生した熱の一部は、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれを伝わってコンデンサモジュール本体５０に達する。各半導体モジュール４からコンデンサモジュール本体５０に達した熱の一部は、充填部材５２を伝わってコンデンサケース５１の外面から外気へ放散される。
【００２８】
各熱伝導部材５４は、熱伝導性能を持つ材料によって構成されている。この例では、各熱伝導部材５４が銅などの金属で構成されている。各熱伝導部材５４の熱伝導率は、充填部材５２の熱伝導率よりも高くなっている。また、この例では、Ｎ側バスバー７、Ｐ側バスバー８、コンデンサケース５１及びコンデンサ素子５３のそれぞれから離れた位置に熱伝導部材５４が配置されている。
【００２９】
各熱伝導部材５４は、冷却面１０に接触している板状の放熱部５４１と、コンデンサモジュール本体５０に取り付けられている板状の取付部５４２と、放熱部５４１を取付部５４２に繋ぐ繋ぎ部５４３とを有している。
【００３０】
取付部５４２は、充填部材５２に埋まった状態でコンデンサモジュール本体５０の内部に配置されている。これにより、各熱伝導部材５４は、充填部材５２を介してコンデンサケース５１に保持されている。
【００３１】
繋ぎ部５４３は、取付部５４２からコンデンサケース５１の開口部を通ってコンデンサケース５１の外部へ延びている。また、繋ぎ部５４３は、充填部材５２の内部から充填部材５２の外部へ冷却面１０に向けて延びている。これにより、コンデンサモジュール本体５０の内部の熱は、取付部５４２及び繋ぎ部５４３を通ってコンデンサモジュール本体５０の外部へ伝わる。さらに、繋ぎ部５４３は、冷却面１０で放熱部５４１に繋がっている。
【００３２】
放熱部５４１は、コンデンサモジュール本体５０から離れた位置に配置されている。また、放熱部５４１は、冷却面１０に接触することにより冷却面１０に熱的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール本体５０の熱は、各熱伝導部材５４を通って冷却面１０へ放散される。
【００３３】
また、放熱部５４１は、コンデンサモジュール本体５０の各半導体モジュール４側の端部よりも各半導体モジュール４から遠い位置で冷却面１０に接触している。即ち、冷却面１０に直交する方向に沿って電力変換装置１を見たとき、各半導体モジュール４とコンデンサモジュール本体５０との間の距離よりも、各半導体モジュール４と放熱部５４１との間の距離が長くなっている。
【００３４】
また、放熱部５４１は、繋ぎ部５４３から各半導体モジュール４側とは反対側へ冷却面１０に沿って延びている。これにより、放熱部５４１の一部は、コンデンサモジュール本体５０に対向する冷却面１０の領域よりも各半導体モジュール４から遠い位置に達している。即ち、冷却面１０に直交する方向に沿って電力変換装置１を見たとき、放熱部５４１の一部は、図２に示すように、各半導体モジュール４側とは反対側へコンデンサモジュール本体５０の領域から突出している。
【００３５】
コンデンサモジュール本体５０と各半導体モジュール４とは、冷却器６を流れる冷却媒体の流れの方向へ並んで配置されている。放熱部５４１は、冷却媒体の流れにおいて各半導体モジュール４の位置よりも上流側の位置で冷却面１０に接触している。即ち、放熱部５４１は、各半導体モジュール４の位置よりも冷却器６の流路入口に近い位置で冷却面１０に接触している。これにより、冷却器６を流れる冷却媒体は、放熱部５４１から熱を吸収した後、各半導体モジュール４から熱を吸収する。
【００３６】
ここで、コンデンサモジュール本体５０を各半導体モジュール４に近づけて、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれの長さを短くすると、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれのインダクタンスが低くなる。これにより、電力変換装置１の性能が向上する。従って、コンデンサモジュール本体５０の位置は、各半導体モジュール４に近いほどよい。
【００３７】
一方、各半導体モジュール４の周囲では、各半導体モジュール４で発生した熱によって冷却面１０の温度が高くなっている。特に、冷却能力の低い空冷式の冷却器を冷却器６として用いた場合には、各半導体モジュール４の周囲で冷却面１０の温度が高くなりやすい。従って、各半導体モジュール４に近い位置でコンデンサモジュール本体５０を冷却面１０に接触させた場合、温度の高い冷却面１０にコンデンサモジュール本体５０が接触することになる。この場合、コンデンサモジュール本体５０から冷却面１０へ熱を効率良く放散することができない。
【００３８】
しかし、本実施の形態による電力変換装置１では、コンデンサモジュール本体５０が冷却面１０から離れている。このため、各半導体モジュール４で発生した熱が冷却面１０を介してコンデンサモジュール本体５０へ流れることを防止することができる。これにより、コンデンサモジュール本体５０の位置を各半導体モジュール４に近づけることができる。従って、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれのインダクタンスを低くすることができ、電力変換装置１の性能の向上を図ることができる。
【００３９】
また、放熱部５４１は、コンデンサモジュール本体５０の各半導体モジュール４側の端部よりも各半導体モジュール４から遠い位置で冷却面１０に接触している。このため、各半導体モジュール４からの熱の影響が及びにくい位置で冷却面１０に放熱部５４１を接触させることができる。これにより、コンデンサモジュール本体５０の熱を放熱部５４１から冷却面１０へ効率良く放散することができる。このようなことから、各半導体モジュール４だけでなくコンデンサモジュール５もより確実に冷却することができる。
【００４０】
また、放熱部５４１は、冷却面１０を冷却する冷却媒体の流れにおいて各半導体モジュール４の位置よりも上流側の位置で冷却面１０に接触している。このため、各半導体モジュール４から熱を吸収する前の冷却媒体が流れる位置で放熱部５４１を冷却面１０に接触させることができる。これにより、放熱部５４１が接触する位置での冷却面１０の温度を低い状態に維持することができ、コンデンサモジュール本体５０の熱を放熱部５４１から冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。従って、コンデンサモジュール５をさらに確実に冷却することができる。
【００４１】
また、熱伝導部材５４は、コンデンサモジュール本体５０の内部に配置された取付部５４２を有している。このため、コンデンサモジュール本体５０の内部の熱をコンデンサモジュール本体５０の外部へ熱伝導部材５４を通して効率良く導くことができる。これにより、コンデンサモジュール５をさらに確実に冷却することができる。さらに、熱伝導部材５４をコンデンサモジュール本体５０と一体化することができることから、電力変換装置１の製造時にコンデンサモジュール本体５０及び熱伝導部材５４を１つの部品として取り扱うことができる。これにより、電力変換装置１の製造作業を容易にすることができる。
【００４２】
また、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、充填部材５２を貫通してコンデンサ素子５３に接続されている。さらに、Ｎ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれは、充填部材５２を介してコンデンサケース５１に保持されている。このため、各半導体モジュール４からＮ側バスバー７及びＰ側バスバー８のそれぞれを伝わってコンデンサモジュール本体５０に達した熱の一部を充填部材５２によってコンデンサケース５１へ導くことができる。これにより、コンデンサケース５１から外気へ熱を放散することができ、コンデンサモジュール５の温度の上昇をさらに確実に抑制することができる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す断面図である。Ｎ側バスバー７と取付部５４２との間には、充填部材５２とは異なる絶縁部材としての絶縁紙５６が介在している。これにより、熱伝導部材５４の取付部５４２は、コンデンサケース５１の内部で絶縁紙５６を介してＮ側バスバー７に配置されている。絶縁紙５６の熱伝導率は、充填部材５２の熱伝導率よりも高くなっている。また、絶縁紙５６は、電気絶縁性能を持つ絶縁部材である。絶縁紙５６の電気絶縁性能は、充填部材５２の電気絶縁性能よりも高くなっている。
【００４４】
Ｎ側バスバー７に伝わった熱の一部は、絶縁紙５６を通って取付部５４２に伝わる。Ｎ側バスバー７から取付部５４２に伝わった熱は、繋ぎ部５４３及び放熱部５４１を通って冷却面１０へ放散される。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
このような電力変換装置１では、充填部材５２よりも熱伝導率の高い絶縁紙５６が熱伝導部材５４の取付部５４２とＮ側バスバー７との間に介在している。このため、Ｎ側バスバー７から熱伝導部材５４へ熱が伝わりやすくすることができる。これにより、コンデンサモジュール本体５０の熱を冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。
【００４６】
なお、上記の例では、取付部５４２とＮ側バスバー７との間に介在する絶縁部材として絶縁紙５６が用いられている。しかし、充填部材５２よりも熱伝導率の高い絶縁部材であれば、絶縁紙５６でなくてもよい。従って、樹脂製の伝熱シート、セラミック板などを絶縁部材として用いてもよい。
【００４７】
また、上記の例では、取付部５４２とＮ側バスバー７との間に絶縁紙５６が介在している。しかし、コンデンサケース５１の内部で取付部５４２をＰ側バスバー８に対向させて配置し、取付部５４２とＰ側バスバー８との間に絶縁紙５６を介在させてもよい。さらに、コンデンサケース５１の内部で取付部５４２をコンデンサ素子５３に対向させて配置し、取付部５４２とコンデンサ素子５３との間に絶縁紙５６を介在させてもよい。このようにしても、コンデンサモジュール本体５０の熱を冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。従って、Ｎ側バスバー７、Ｐ側バスバー８及びコンデンサ素子５３の少なくともいずれかと取付部５４２との間に絶縁紙５６を介在させることにより、コンデンサモジュール本体５０の熱を冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。
【００４８】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す断面図である。コンデンサモジュール本体５０と冷却面１０との間には、断熱部材５７が介在している。また、コンデンサモジュール本体５０は、断熱部材５７を介して冷却面１０に支持されている。
【００４９】
断熱部材５７は、コンデンサモジュール本体５０よりも熱伝導率の低い材料で構成されている。即ち、断熱部材５７は、コンデンサケース５１、充填部材５２及びコンデンサ素子５３のそれぞれよりも熱伝導率の低い材料で構成されている。断熱部材５７を構成する材料としては、樹脂、ゴムなどが用いられている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００５０】
このような電力変換装置１では、コンデンサモジュール本体５０よりも熱伝導率の低い材料で構成された断熱部材５７がコンデンサモジュール本体５０と冷却面１０との間に介在している。このため、冷却面１０からコンデンサモジュール本体５０への熱の移動を断熱部材５７によってさらに確実に抑制することができる。これにより、各半導体モジュール４及びコンデンサモジュール５をさらに確実に冷却することができる。さらに、冷却面１０にコンデンサモジュール本体５０を断熱部材５７によって安定して支持することができる。これにより、電力変換装置１の耐振性能を向上させることができ、電力変換装置１の故障の発生を抑制することができる。
【００５１】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す断面図である。熱伝導部材５４の取付部５４２は、コンデンサモジュール本体５０の外面に取り付けられている。また、取付部５４２は、コンデンサモジュール本体５０の外面に接触している。取付部５４２は、コンデンサモジュール本体５０の外面に接触することによりコンデンサモジュール本体５０の外面に熱的に接続されている。この例では、コンデンサケース５１の外面に取付部５４２が接触している。従って、この例では、熱伝導部材５４がコンデンサモジュール本体５０の内部に挿入されていない。
【００５２】
コンデンサケース５１は、コンデンサケース５１の開口部を各半導体モジュール４側に向けて配置されている。これにより、冷却面１０には、コンデンサケース５１の外面の一部が対向している。
【００５３】
取付部５４２は、コンデンサケース５１の外面のうち、冷却面１０に対向する部分に取り付けられている。コンデンサモジュール本体５０の熱は、コンデンサケース５１から熱伝導部材５４を通って冷却面１０へ放散される。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５４】
このように、熱伝導部材５４の取付部５４２をコンデンサモジュール本体５０の外面に取り付けても、コンデンサモジュール本体５０の熱が熱伝導部材５４に効率良く伝わるようにすることができる。これにより、コンデンサモジュール本体５０をより確実に冷却することができる。
【００５５】
なお、上記の例では、取付部５４２がコンデンサモジュール本体５０の外面に接触している。しかし、熱伝導性能を持つ密着部材を介してコンデンサモジュール本体５０の外面に取付部５４２を取り付けてもよい。この場合、密着部材は、コンデンサモジュール本体５０の外面及び取付部５４２のそれぞれに隙間なく密着する。また、この場合、取付部５４２は、密着部材を介してコンデンサモジュール本体５０の外面に取り付けられることによりコンデンサモジュール本体５０の外面に熱的に接続される。密着部材としては、放熱グリス、樹脂製の伝熱シートなどが用いられる。密着部材の熱伝導率は、コンデンサケース５１及び熱伝導部材５４のそれぞれの熱伝導率よりも高いことが望ましい。ただし、密着部材の熱伝導率は、コンデンサケース５１及び熱伝導部材５４のそれぞれの熱伝導率と同じでもよいし、低くてもよい。このようにすれば、コンデンサモジュール本体５０の外面と取付部５４２との間に生じる隙間を密着部材で埋めることができ、コンデンサモジュール本体５０の熱が熱伝導部材５４にさらに効率良く伝わるようにすることができる。従って、コンデンサモジュール本体５０をさらに確実に冷却することができる。
【００５６】
また、上記の例では、コンデンサケース５１の開口部を各半導体モジュール４側に向けてコンデンサモジュール本体５０が配置されている。しかし、コンデンサケース５１の開口部は、冷却面１０に対向していてもよい。
【００５７】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による電力変換装置を示す断面図である。熱伝導部材５４は、コンデンサケース５１と一体に形成されている。また、コンデンサケース５１は、熱伝導部材５４と同じ材料で構成されている。即ち、同じ材料で構成された単一部材の一部がコンデンサケース５１になっており、単一部材の残りの部分が熱伝導部材５４になっている。コンデンサケース５１及び熱伝導部材５４を構成する材料としては、高い熱伝導性能を持つアルミニウムなどの金属が用いられている。コンデンサケース５１及び熱伝導部材５４が一体となった部材の熱伝導率は、充填部材５２の熱伝導率よりも高くなっている。
【００５８】
熱伝導部材５４は、コンデンサケース５１の開口部の縁部から冷却面１０に向けて突出している。また、熱伝導部材５４は、冷却面１０に接触している板状の放熱部５４１と、放熱部５４１をコンデンサケース５１に繋ぐ繋ぎ部５４３とを有している。放熱部５４１及び繋ぎ部５４３のそれぞれの構成は、実施の形態１と同様である。他の構成も、実施の形態１と同様である。
【００５９】
このような電力変換装置１では、熱伝導部材５４がコンデンサケース５１と一体に形成されている。このため、コンデンサケース５１及び熱伝導部材５４を１つの部品として取り扱うことができ、部品点数の低減を図ることができる。これにより、電力変換装置１の製造作業を容易にすることができる。
【００６０】
なお、上記の例では、Ｎ側バスバー７、Ｐ側バスバー８及びコンデンサ素子５３のそれぞれとコンデンサケース５１との間に充填部材５２が介在している。しかし、Ｎ側バスバー７、Ｐ側バスバー８及びコンデンサ素子５３の少なくともいずれかとコンデンサケース５１との間に、充填部材５２とは異なる絶縁部材を介在させてもよい。この場合、充填部材５２よりも熱伝導率の高い部材が絶縁部材として用いられる。また、この場合、充填部材５２よりも電気絶縁性能の高い部材が絶縁部材として用いられる。絶縁部材としては、絶縁紙、樹脂製の伝熱シート、セラミック板などが用いられる。このようにすれば、Ｎ側バスバー７、Ｐ側バスバー８及びコンデンサ素子５３の少なくともいずれかからコンデンサケース５１及び熱伝導部材５４へ熱が伝わりやすくすることができる。これにより、コンデンサモジュール本体５０の熱を冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。
【００６１】
また、実施の形態３では、実施の形態２の電力変換装置１に断熱部材５７が適用されている。しかし、実施の形態１、４又は５の電力変換装置１に断熱部材５７を適用してもよい。
【００６２】
また、各上記実施の形態では、放熱部５４１が冷却面１０に接触している。しかし、熱伝導性能を持つ伝熱物を介して放熱部５４１が冷却面１０に配置されていてもよい。この場合、放熱部５４１は、伝熱物を介して冷却面１０に熱的に接続される。また、この場合、伝熱物は、放熱部５４１及び冷却面１０のそれぞれに隙間なく密着した状態で放熱部５４１と冷却面１０との間に介在する。伝熱物としては、放熱グリス、樹脂製の伝熱シートなどが用いられる。伝熱物の熱伝導率は、熱伝導部材５４の熱伝導率よりも高いことが望ましい。ただし、伝熱物の熱伝導率は、熱伝導部材５４の熱伝導率と同じでもよいし、低くてもよい。このようにすれば、放熱部５４１と冷却面１０との間に生じる隙間を伝熱物で埋めることができ、放熱部５４１からの熱を冷却面１０へ効率良く伝えることができる。従って、コンデンサモジュール本体５０の熱を冷却面１０へさらに効率良く放散することができる。
【００６３】
また、各上記実施の形態では、冷却媒体の流れにおいて半導体モジュール４の位置よりも上流側の位置で放熱部５４１が冷却面１０に熱的に接続されている。しかし、放熱部５４１の位置は、半導体モジュール４の位置よりも冷却冷媒の流れの上流側の位置に限定されない。例えば、冷却媒体の流れの方向に直交する方向へ半導体モジュール４の位置から外れた位置で放熱部５４１を冷却面１０に熱的に接続させてもよい。
【００６４】
また、各上記実施の形態では、コンデンサモジュール本体５０に対向する冷却面１０の領域よりも各半導体モジュール４から遠い位置に放熱部５４１の一部が配置されている。しかし、コンデンサモジュール本体５０に対向する冷却面１０の領域よりも各半導体モジュール４から遠い位置に放熱部５４１の全部が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  電力変換装置、４  半導体モジュール、５  コンデンサモジュール、６  冷却器、７  Ｎ側バスバー、８  Ｐ側バスバー、１０  冷却面、５０  コンデンサモジュール本体、５１  コンデンサケース、５２  充填部材、５３  コンデンサ素子、５４  熱伝導部材、５７  断熱部材、５４１  放熱部、５４２  取付部。
【図１】
2020184847.tif 000003
【図２】
2020184847.tif 000004
【図３】
2020184847.tif 000005
【図４】
2020184847.tif 000006
【図５】
2020184847.tif 000007
【図６】
2020184847.tif 000008
【図７】
2020184847.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月25日(2020.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を冷却媒体とし、冷却面が形成された冷却器、
前記冷却面に設けられた半導体モジュール、及び
前記冷却面から離れた状態で前記冷却面に対向しているコンデンサモジュール本体と、前記コンデンサモジュール本体に設けられた熱伝導部材とを有するコンデンサモジュール
を備え、
前記コンデンサモジュール本体は、前記半導体モジュールにバスバーを介して接続されており、
前記熱伝導部材は、放熱部を有しており、
前記放熱部は、前記コンデンサモジュール本体の前記半導体モジュール側の端部よりも前記半導体モジュールから遠い位置で前記冷却面に熱的に接続されている電力変換装置。
【請求項２】
前記放熱部は、前記冷却媒体の流れにおいて前記半導体モジュールの位置よりも上流側の位置で前記冷却面に熱的に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサモジュール本体と前記冷却面との間には、前記コンデンサモジュール本体よりも熱伝導率の低い材料で構成された断熱部材が介在している請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、前記コンデンサモジュール本体の内部に配置された取付部を有している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記熱伝導部材は、前記コンデンサモジュール本体の外面に接触した取付部を有している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記熱伝導部材は、熱伝導性能を持つ密着部材を介して前記コンデンサモジュール本体の外面に取り付けられた取付部を有しており、
前記密着部材は、前記コンデンサモジュール本体の外面及び前記取付部のそれぞれに密着している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記コンデンサモジュール本体は、コンデンサケースと、前記コンデンサケースの内部に配置されたコンデンサ素子と、前記コンデンサケースの内部で前記コンデンサ素子を覆う樹脂製の充填部材とを有しており、
前記バスバーは、前記充填部材を貫通して前記コンデンサ素子に接続されており、かつ前記充填部材を介して前記コンデンサケースに保持されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記コンデンサケースは、前記熱伝導部材と同じ材料で構成されており、
前記熱伝導部材は、前記コンデンサケースと一体に形成されている請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記コンデンサ素子及び前記バスバーの少なくともいずれかと前記コンデンサケースとの間には、前記充填部材よりも熱伝導率の高い絶縁部材が介在している請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記熱伝導部材は、前記充填部材の内部に配置された取付部を有しており、
前記コンデンサ素子及び前記バスバーの少なくともいずれかと前記取付部との間には、前記充填部材よりも熱伝導率の高い絶縁部材が介在している請求項７に記載の電力変換装置。