(57)【要約】【課題】半導体素子の放熱とコンデンサの放熱との干渉を小さくし、半導体素子およびコンデンサをそれぞれ効率的に冷却する電力変換装置を得る。【解決手段】半導体スイッチング素子を含むモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器４と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子に接続された接続基板３と、コンデンサ５を搭載し、放熱器４に取付けられたコンデンサ基板６と、接続基板３とコンデンサ基板６とを接続する配線７とを備える。【選択図】図１
2010187504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子を含むモジュールと、
前記モジュールが取付けられた放熱器と、
前記モジュールに取付けられ、前記半導体スイッチング素子に接続された接続基板と、
コンデンサを搭載し、前記放熱器に取付けられたコンデンサ基板と、
前記接続基板と前記コンデンサ基板とを接続する配線とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記モジュールと前記放熱器との間および前記コンデンサ基板と前記放熱器との間のうちの少なくともいずれか一方に伝熱材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記モジュールと前記放熱器との間に伝熱材が設けられ、前記コンデンサ基板と前記放熱器との間に送風可能な空隙が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記コンデンサ基板は、前記モジュールと接触しないように前記放熱器に取付けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記コンデンサ基板は、前記モジュールが取付けられた前記放熱器の面とは異なる放熱器の面に取付けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記放熱器には、前記モジュールが取付けられた領域に対応する箇所に放熱フィンが設けられ、前記モジュールが取付けられた領域と前記コンデンサ基板が取付けられた領域との間の領域に対応する箇所に１枚以上の放熱フィンが設けられたことを特徴とする請求項５項に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記放熱器には、前記モジュールが取付けられた領域に対応する箇所に、前記モジュール用の放熱フィンが設けられ、前記コンデンサ基板が取付けられた面に対応する箇所に、前記モジュール用の放熱フィンが突出する方向とは異なる方向に突出した前記コンデンサ基板用の放熱フィンが設けられたことを特徴とする請求項５項に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記コンデンサ基板および前記放熱器には、前記放熱器を通過する送風の一部を前記コンデンサが搭載された領域に導くための開口部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項９】
前記放熱器を冷却するための冷却ファンを備え、前記冷却ファンからの送風が前記コンデンサに直接当たるように冷却ファンが配置されたことを特徴とする請求項１ないし８のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１０】
前記配線は、近接して並列に配置された一対の正極用配線と負極用配線とからなり、少なくとも一対以上の前記正極用配線と前記負極用配線とによって前記接続基板と前記コンデンサとが接続されたことを特徴とする請求項１ないし９のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１１】
前記配線は、平面状の導電体であり、硬質もしくは可撓性基板からなることを特徴とする請求項１ないし９のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１２】
前記配線は、正極の導電体と負極の導電体とが絶縁材を介して交互に少なくとも二層以上が積層されたものであることを特徴とする請求項１ないし９のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項１３】
前記コンデンサ基板は、基材と前記基材上に形成されたプリントパターン配線と前記プリントパターン配線が形成されていない前記基材上を覆う樹脂材とによって構成されたことを特徴とする請求項１ないし１２のうちのいずれか１項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に半導体素子が含まれたモジュールとコンデンサとを冷却するための放熱器を備えたインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ装置においては、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子とコンデンサとが共に冷却用の放熱器であるヒートシンク上に直付けされている。このため、ヒートシンクの放熱作用によって半導体素子の温度上昇のみならずコンデンサの温度上昇も抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。また、半導体素子と平滑コンデンサとを異なる基板に搭載したものとして、平滑コンデンサおよび半導体素子のドライブ回路等を含むパワー回路基板と、半導体素子を有するインバータ部を内蔵するパワーモジュールと、冷却用の放熱器である放熱フィンとを備え、パワーモジュールが放熱フィンに取り付けられ、パワー回路基板がパワーモジュールの直上に設置されるように構成されたインバータ装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３２６７９号公報（第８頁、第１４図）
【特許文献２】特開２００２−３２５４６７号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の特許文献１に示したインバータ装置では、半導体素子やコンデンサなどの電子部品をヒートシンク上に直に実装するため、電子部品の固定が煩雑になり、製造しにくいという問題があった。また、特許文献２に示したインバータ装置では、平滑コンデンサを有するパワー回路基板が半導体素子を有するパワーモジュールの直上に設置されるため、平滑コンデンサと半導体素子との間の配線が困難であり、製造しにくいという問題と、平滑コンデンサが発熱体でもあるパワー回路基板を介して放熱フィンに接しているため、平滑コンデンサの冷却が困難であるという問題があった。そして、半導体素子と平滑コンデンサとを一体の平面基板に実装すると、発熱体である半導体素子からの発熱が一体の平面基板を介して平滑コンデンサへ伝熱し、平滑コンデンサ自身の発熱と相まって定められた限界温度を超過してしまう問題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体素子の放熱とコンデンサの放熱との干渉を小さくし、半導体素子およびコンデンサをそれぞれ効率的に冷却し、かつ、冷却用の放熱器への実装が容易であるインバータ装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るインバータ装置は、半導体スイッチング素子を含むモジュールと、モジュールが取付けられた放熱器と、モジュールに取付けられ、半導体スイッチング素子に接続された接続基板と、コンデンサを搭載し、放熱器に取付けられたコンデンサ基板と、接続基板とコンデンサ基板とを接続する配線とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、コンデンサを搭載し、放熱器に取付けられたコンデンサ基板を備えたので、半導体素子の放熱とコンデンサの放熱との干渉を小さくし、半導体素子およびコンデンサをそれぞれ効率的に冷却し、かつ、放熱器への実装が容易であるインバータ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における別のインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３における別のインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態４におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態５におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態６におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態７におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ｂ断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態８におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態９におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態１０における平面状の導体が積層された配線の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態１１における平滑コンデンサ基板および伝熱材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。図１において、インバータ装置１は、モジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器４と、モジュール２に取付けられ、半導体素子である半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器４に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。放熱器４には、モジュール２および平滑コンデンサ基板６が取付けられた領域に対応する箇所に放熱フィンが設けられている。また、放熱器４は図示しない冷却ファンによって冷却されている。なお、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１０】
モジュール２の内部には、半導体スイッチング素子および半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードが含まれ、半導体スイッチング素子およびダイオードから構成される並列接続体を２個直列に接続して直列接続体を構成し、この直列接続体を２個以上並列接続して構成されたインバータ部を内蔵している。モジュール２の構成は一例であり、これに限られるものではない。また、半導体スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）などの電力半導体素子が一例として挙げられるが、これに限られるものではない。
【００１１】
モジュール２と分離して搭載された平滑コンデンサ５は、平滑コンデンサ基板６、配線７および接続基板３を介してモジュール２と電気的に接続されている。なお、図１に示した平滑コンデンサ５の配置は一例であって、これ限定されるものではない。放熱器４に取付けられたモジュール２および平滑コンデンサ基板６は、図１に示すように放熱器４の１面上に互いに接触しないように並んで搭載されている。なお、図１では、一体の放熱器４にモジュール２および平滑コンデンサ基板６が搭載されているが、モジュール放熱用と平滑コンデンサ基板放熱用とに放熱器を分離してもよい。
【００１２】
接続基板３および平滑コンデンサ基板６は、ベースとなる電気絶縁性を有する基材、基材上にパターニングされたプリントパターン配線、および基材とプリントパターン配線とを覆う樹脂材であるソルダーレジスト皮膜などによって構成されている。例えば、一般的なプリント基板であってもよい。接続基板３にパターニングされたプリントパターン配線によってモジュール２と配線７とを電気的に接続している。そして、平滑コンデンサ基板６にパターニングされたプリントパターン配線によって、配線７と平滑コンデンサ５とを電気的に接続している。また、配線７は、特に限定しないが、例えばリード線、ケーブル、金属ピンなどを用いる。
【００１３】
このようにモジュール２と平滑コンデンサ基板６とを分離して放熱器４に搭載することによって、モジュール２内の半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子から発生される熱が、基板の基材を介して平滑コンデンサ５へ伝熱することを阻止することができる。また、平滑コンデンサ基板６が放熱器４と接することで、配線７を介したモジュール２からの伝熱や平滑コンデンサ５自身の自己発熱を、平滑コンデンサ基板６を介して放熱器４へ効率的に伝熱して放熱させることができる。つまり、モジュール２と平滑コンデンサ基板６とを分離し、平滑コンデンサ基板６を放熱器４に密着させる構造とすることによって、半導体素子の放熱と平滑コンデンサ５の放熱との干渉を小さくし、半導体素子および平滑コンデンサ５をそれぞれ効率的に冷却し、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。また、複数の平滑コンデンサ５を平滑コンデンサ基板６に搭載するので、放熱器４への実装が容易である。
【００１４】
さらに、モジュール２内の半導体スイッチング素子としてＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子を用いた場合には、ＳｉＣ素子が従来のＳｉ（シリコン）素子と比較して高温環境下での動作が可能である。本実施の形態におけるインバータ装置１は、高温環境下でも平滑コンデンサの温度上昇を抑えることができるので、ＳｉＣ素子と組合せて従来適用できなかった高温環境下において利用することができる。
【００１５】
ところで、一般に、モジュールおよび平滑コンデンサ基板の放熱器側の接触面や、放熱器の接触面には微細な凹凸があり、お互いをそのまま接触させても熱伝導効率は低い。図２に、この発明の実施の形態１における、別のインバータ装置の構成を示す斜視図を示す。図２に示したインバータ装置では、モジュールおよび平滑コンデンサ基板を、伝熱性に優れた伝熱材を介して放熱器と密着させた点が図１に示したインバータ装置と異なる。なお、図２において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。
【００１６】
ここでは、図１との相違点のみを説明する。図２に示したインバータ装置８では、モジュール２と放熱器４との間に伝熱材９が、平滑コンデンサ基板６と放熱器４との間に伝熱材１０が設けられている。伝熱材９，１０としては、例えば、熱伝導グリスや熱伝導シートなどが挙げられる。なお、必要に応じて伝熱材には導電性のものと絶縁性のものとを選択できる。また、モジュール２または平滑コンデンサ基板６と放熱器４との接触性が良い場合には、伝熱材９，１０のどちらか一方を設けなくてもよい。
【００１７】
このように、モジュール２を伝熱性に優れた伝熱材９を介して放熱器４と密着させることで、放熱器４との熱伝導効率を向上させることができ、モジュール２の温度上昇を抑えることができる。また、平滑コンデンサ基板６を伝熱性に優れた伝熱材１０を介して放熱器４と密着させることで、放熱器４との熱伝導効率を向上させることができる。このため、平滑コンデンサ基板６の冷却効率を向上させることができ、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。平滑コンデンサ基板を冷却するために、平滑コンデンサ基板を放熱器に取付ける場合、平滑コンデンサ基板をモジュールと対向もしくは近接した位置に配置すると、モジュール用の放熱器と平滑コンデンサ基板用の放熱器とが並列することとなり、放熱器が占有する体積が増加し、その結果、インバータ装置の大型化に繋がってしまう。そこで、一体の放熱器の異なる平面に平滑コンデンサ基板とモジュールとをそれぞれ搭載する。つまり、実施の形態２におけるインバータ装置は、モジュールが取付けられた放熱器の面とは異なる放熱器の面に平滑コンデンサ基板が取付けられている点が実施の形態１におけるインバータ装置と異なる。
【００１９】
図３において、インバータ装置１１は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子によって構成されるモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器１２と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器１２に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。モジュール２と放熱器１２との間に伝熱材９が、平滑コンデンサ基板６と放熱器１２との間に伝熱材１０が設けられている。放熱器１２には、モジュール２が取付けられた領域に対応する箇所に放熱フィンが設けられている。また、放熱器１２は図示しない冷却ファンによって冷却されている。
【００２０】
モジュール２が取付けられる放熱器１２の面とは異なる放熱器１２の面に平滑コンデンサ基板６が取付けられている。平滑コンデンサ基板６は、モジュール２と接触しないように放熱器１２に取付けられている。また、平滑コンデンサ基板６が取付けられる面は、モジュール２が取付けられる面と隣り合う面である。本実施の形態においては、これら２つの面は９０度の角度をもって直交している。そして、平滑コンデンサ基板６が取付けられる面は、放熱器１２が有する放熱フィンの側面である。
【００２１】
このように、モジュール２が取付けられる放熱器１２の面とは異なる放熱器１２の面に平滑コンデンサ基板６が取付けられることによって、モジュール２および平滑コンデンサ基板６は同一の放熱器１２で放熱されながらも、モジュール２が取付けられる放熱器と平滑コンデンサ基板６が取付けられる放熱器が並列する構成とならない。このため、平滑コンデンサ基板をモジュールと対向もしくは近接した位置に配置した場合に比べて、放熱器を小型化することができる。つまり、このような構成によって、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができるとともに、放熱器１２が占有する体積を小さく抑えることができる。また、平滑コンデンサ基板６は、モジュール２と接触しないように、互いに離して放熱器１２に取付けられるので、モジュール２で発生した熱が放熱器１２を介して平滑コンデンサ基板６へ伝熱することを抑制することができる。
【００２２】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。一体の放熱器に放熱量が異なる発熱体を密着させた場合、発熱体が互いに近距離に設置されていれば発熱の少ない方の発熱体の冷却効果は低下してしまう。そこで、一体の放熱器においてモジュールが取付けられる箇所と平滑コンデンサ基板が取付けられる箇所とを近接しないように離す構成とした。
【００２３】
図４において、インバータ装置１３は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子によって構成されるモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器１４と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器１４に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。モジュール２と放熱器１４との間に伝熱材９が、平滑コンデンサ基板６と放熱器１４との間に伝熱材１０が設けられている。放熱器１４には、モジュール２が取付けられた領域に対応する箇所に放熱フィンが設けられている。また、放熱器１４は図示しない冷却ファンによって冷却されている。
【００２４】
ここでは、実施の形態２との相違点のみを説明する。図４に示したインバータ装置１３では、放熱器１４の面のうちモジュール２が取付けられる面を、平滑コンデンサ基板６が取付けられる面側に少し拡大し、モジュール２が搭載されない伝熱経路ができるように放熱器１４の形状を変更している。放熱器１４の形状を変更したことによって、モジュール２が取付けられる放熱器１４の面とは異なる放熱器１４の面に平滑コンデンサ基板６が搭載されとともに、放熱器１４におけるモジュール２の搭載箇所と平滑コンデンサ基板６の搭載箇所とが近接しないようにモジュール２および平滑コンデンサ基板６が配置される。
【００２５】
このような構成によって、インバータ装置１３では、モジュール２が取付けられる箇所と平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所とが近接しないので、伝熱経路が長くなり経路途中での放熱および蓄熱によって伝達される熱量を減少させて、モジュール２が発生する熱が放熱器１４を介して平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所へ伝熱することを防ぐことができる。このため、平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所の温度上昇が抑制され、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００２６】
ところで、図４において、放熱器１４のモジュール２が取付けられる面のうちのモジュール２が搭載されない伝熱経路に対応する箇所には放熱フィン（放熱構造）を設けていない。モジュール２で発生した熱が平滑コンデンサ基板６へ伝達されることを更に抑制するためには、伝熱経路途中での放熱量を増加させればよい。そこで、図５に示すように、モジュール２が搭載されない伝熱経路、つまり、モジュール２が取付けられた領域とコンデンサ基板６が取付けられた領域との間の領域に対応する箇所に１枚以上の放熱フィンを設けてもよい。図５に示したインバータ装置１５では、放熱器１６にはモジュール２が搭載されない伝熱経路に対応する箇所に放熱フィンが設けられている。放熱フィンを追加することによってモジュール２で発生した熱が平滑コンデンサ基板６へ伝熱することを抑制することができる。なお、放熱構造としては伝熱経路での放熱性能を向上させる構成であれば図５のような構成に限定されるわけではない。
【００２７】
このような構成によって、インバータ装置１５では、モジュール２が取付けられる箇所と平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所とが近接せずに、更に放熱フィンを増やしたので、伝熱経路が長くなり経路途中での放熱および蓄熱によって伝達される熱量をより減少させて、モジュール２が発生する熱が放熱器１６を介して平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所へ伝熱することを防ぐことができる。このため、平滑コンデンサ基板６が取付けられる箇所の温度上昇が抑制され、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００２８】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。放熱器はモジュールだけでなく平滑コンデンサ基板の放熱も行う。このため、インバータ装置の占有体積削減のために放熱器の大きさに余裕がなく装置設計される場合には、放熱器自身の放熱能力が不足し、平滑コンデンサの温度上昇のみならずモジュールの温度上昇をも招き、インバータ装置の安定動作に影響を与えてしまう可能性がある。そこで、放熱器に副次的な放熱フィン（放熱構造）を設けた。
【００２９】
図６において、インバータ装置１７は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子によって構成されるモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器１８と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器１８に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。モジュール２と放熱器１８との間に伝熱材９が、平滑コンデンサ基板６と放熱器１８との間に伝熱材１０が設けられている。また、放熱器１８は図示しない冷却ファンによって冷却されている。
【００３０】
放熱器１８には、モジュール２が取付けられた面の反対面から垂直方向にフィン構造が突出する構成に加えて、平滑コンデンサ基板６が取付けられた面の反対面から垂直方向にフィン構造が突出している。つまり、放熱器１８には、モジュール２が取付けられた領域に対応する箇所に、モジュール用の放熱フィン１８ａが設けられている。そして、平滑コンデンサ基板６が取付けられた面に対応する箇所に、モジュール用の放熱フィン１８ａが突出する方向とは異なる方向に突出したコンデンサ基板用の放熱フィン１８ｂが設けられている。この際、モジュール２が取付けられた面の反対面から突出するモジュール用の放熱フィン１８ａに当たらないように、平滑コンデンサ基板６が取付けられた面の反対面から突出するコンデンサ基板用の放熱フィン１８ｂの長さが調整されている。放熱器１８は、平滑コンデンサ基板６が取付けられた面の反対面に複数の放熱フィンを備えるので、表面積が増加し、平滑コンデンサ基板６が取付けられた領域の放熱効率を向上させることができる。なお、放熱構造としては放熱性能を向上させる構成であれば図６のような構成に限定されるわけではない。
【００３１】
このような構成によって、インバータ装置１７では、放熱器１８に副次的な放熱フィンを設けることで、放熱器１８の放熱効率を向上させて平滑コンデンサ基板６を安定的に放熱させることができる。このため、平滑コンデンサ基板６からの伝熱を抑制することができ、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００３２】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。平滑コンデンサの温度上昇を抑制する方法として、平滑コンデンサ基板を経由する伝熱を少なくすることの他に、平滑コンデンサ自身を積極的に放熱させることが挙げられる。そこで、冷却ファンの送風を平滑コンデンサに直接当てる構成とした。
【００３３】
図７において、インバータ装置１９は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子によって構成されるモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器１２と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器１２に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。モジュール２と放熱器１２との間に伝熱材９が、平滑コンデンサ基板６と放熱器１２との間に伝熱材１０が設けられている。放熱器１２には、モジュール２が取付けられた領域に対応する箇所に放熱フィンが設けられている。
【００３４】
冷却ファン２０は、特に平滑コンデンサ５に直接送風が当たるように配置されている。本実施の形態において、冷却ファン２０は、その送風面積を広くするために複数のファンを並列させて構成している。また、口径が大きいファンを単一で用いる構成とすることもできる。また、冷却ファンを複数用いることと冷却ファンの口径を大きくすることを併用する構成としてもよい。
【００３５】
このような構成によって、インバータ装置１９では、冷却ファン２０の送風が平滑コンデンサに直接当たるようにしたので、平滑コンデンサ５における発熱を積極的に放熱させることができ、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００３６】
実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。平滑コンデンサの温度上昇を抑制する方法として、平滑コンデンサ基板を経由する伝熱を少なくすればよい。そのためには平滑コンデンサ基板を積極的に放熱させることが挙げられる。また、平滑コンデンサ基板を経由する伝熱を小さくすることの他に、平滑コンデンサ基板自身を積極的に放熱させることが挙げられる。そこで、冷却ファンの送風を平滑コンデンサ基板に直接当てて、平滑コンデンサ基板を冷却する構成とした。
【００３７】
図８において、インバータ装置２１は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子によって構成されるモジュール２と、モジュール２が取付けられた放熱器１２と、モジュール２に取付けられ、半導体スイッチング素子およびダイオードに接続された接続基板３と、複数の平滑コンデンサ５（コンデンサ）を搭載し、放熱器１２に取付けられた平滑コンデンサ基板６（コンデンサ基板）と、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続する配線７とによって構成されている。モジュール２と放熱器１２との間に伝熱材９が設けられている。そして、平滑コンデンサ基板６と放熱器１２との間に送風可能な空隙が形成できるようにスペーサ２２が設けられている。また、放熱器１２は図示しない冷却ファンによって冷却されている。
【００３８】
ここでは、実施の形態２との相違点のみを説明する。図８に示したインバータ装置２１では、放熱器１２と平滑コンデンサ基板６との間にスペーサ２２が設置され、冷却ファンの送風が通る空隙が設けられている。スペーサ２２は、放熱器１２と平滑コンデンサ基板６との間に空隙を設けるための構造体であり、その形状や材質を限定するものではない。また、平滑コンデンサ基板６を経由した伝熱が小さい場合には冷却ファンを省いた構成であってよい。スペーサ２２を設けたことによって、冷却ファンの送風が平滑コンデンサ基板６を積極的に放熱させ、平滑コンデンサ基板６からの伝熱を抑制することができ、この結果、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００３９】
実施の形態７．
図９は、この発明の実施の形態７におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態５において説明したように、平滑コンデンサの温度上昇を抑えるためには、冷却ファンからの送風によって直接平滑コンデンサを積極的に冷却すればよい。しかしながら、冷却ファンからの送風を利用する場合、冷却ファンの配置や形状の変更を伴うので、インバータ装置の大型化やコスト増加が見込まれる。そこで、本実施の形態７においては、放熱器、伝熱材、および平滑コンデンサ基板に、放熱器を通過する送風の一部を平滑コンデンサが搭載された領域に導くための開口部であるスリット（導風構造）を設けた。
【００４０】
放熱器２４の放熱フィンのうち伝熱材２５と接する放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６は、実際には重なった状態で配置されるが、図９に示すインバータ装置２３おいて、放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６に設けられたスリット２７，２８，２９の状態をわかりやすくするために、それぞれ離間させて表記している。なお、スリットを設けた以外の構成については実施の形態２で説明した構成と同じである。放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６には、それぞれ対応する位置にスリット２７，２８，２９が設けられており、重なった状態の放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６を貫通している。このような構成によって、放熱器２４を通過する送風を平滑コンデンサ５が搭載された領域に導くための導風構造ができる。
【００４１】
図１０は、図９のＡ−Ｂ断面図である。ここでは、放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６が重なった状態で表している。放熱フィン２４ａに設けたスリット２７の外側（平滑コンデンサ基板２６側）へ効率よく導風するために、放熱フィン２４ａの内側（通風側）には翼部３０を設けている。この導風は、さらに伝熱材２５と平滑コンデンサ基板２６の各スリット２８，２９を通り、平滑コンデンサ基板２６に搭載された平滑コンデンサ５に直接冷風が当たることによって、平滑コンデンサ５を効率よく冷却し、放熱させることができる。ところで、特に限定しないが、平滑コンデンサ５が密集して搭載されている場合、外気に触れにくい内側の（他の平滑コンデンサに囲まれた）平滑コンデンサが特に温度上昇するため、スリット２７，２８，２９を平滑コンデンサ５が密集する部分に配置することが好ましい。
【００４２】
なお、スリット２７，２８，２９の導風量が充分である場合には、放熱フィン２４ａの翼部３０を設けなくてもよいし、図９，１０において１箇所のみ示されているスリットは複数箇所に設けてもよい。また、図９，１０に示したスリット２７，２８，２９が一部で傾斜構造となっているが、これは特に限定するものではない。
【００４３】
このように、インバータ装置２３では、放熱器２４の伝熱材と接する放熱フィン２４ａ、伝熱材２５、および平滑コンデンサ基板２６に導風構造を設けることによって、放熱器２４の通風を平滑コンデンサ５へ導き、平滑コンデンサ５に直接冷風を当てて効率よく放熱させることができ、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
実施の形態８．
図１１は、この発明の実施の形態８におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。平滑コンデンサの自己発熱を抑制する手段として、配線のインピーダンスによって発生するリプル電流を低減することが挙げられる。配線のインピーダンスが大きくなると、リプル電流も大きくなる。このため、リプル電流が平滑コンデンサに流れ込むと、平滑コンデンサの抵抗成分によって平滑コンデンサが自己発熱する。そこで、配線のインピーダンスを小さくすることによって、リプル電流が低減し、平滑コンデンサの自己発熱も抑制されることが期待できる。そこで、本実施の形態８においては、接続基板と平滑コンデンサ基板との間を接続する配線を、近接して並列に配置させた一対の正極用配線と負極用配線とし、この一対の配線を一組以上設けた。
【００４５】
図１１に示すように、インバータ装置３１において、正極と負極とが近接して対を成した一対の配線３２ａおよび別の一対の配線３２ｂによって、接続基板３と平滑コンデンサ基板６が接続されている。特に限定しないが、対を成す一対の配線３２ａ，３２ｂは、正極および負極を互いにツイストさせる等、できる限りループを形成しない形状が好ましい。図１１において、一例として、二組の一対の配線３２ａ，３２ｂを示しているが、一対の配線は一組以上あればよい。なお、配線以外の構成については実施の形態２で説明した構成と同じである。
【００４６】
インバータ装置３１は、正極と負極とで一対とした一組以上の配線３２ａ，３２ｂによって、接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを接続しているので、配線自体のインピーダンスが低減してリプル電流を低減させることができるため、平滑コンデンサ５の自己発熱を抑制することができる。また、リプル電流が低減することによってモジュール２での電力損失も低減させることができるため、平滑コンデンサ基板６への伝熱を抑制することができる。この結果、放熱器１２自体を小型化することもできる。
【００４７】
このように、インバータ装置３１では、正極と負極とで一対とした配線３２ａ，３２ｂを設けることによって、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができるとともに、放熱器１２が占有する体積を小さく抑えることができる。
【００４８】
実施の形態９．
図１２は、この発明の実施の形態９におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態１〜８においては、接続基板と平滑コンデンサ基板とを接続する配線として、一般に分離した基板間を接続するために用いられるリード線、ケーブルやピン等を配線として用いた場合について説明した。リード線、ケーブルやピン等を用いた場合、配線の表面積はごく小さく被覆も厚いため、放熱の観点からは優れていない。そこで、本実施の形態９においては、接続基板と平滑コンデンサ基板とを平面状の配線で接続している。
【００４９】
図１２に示すように、インバータ装置３３において、平面状の配線３４によって、接続基板３と平滑コンデンサ基板６が接続されている。なお、配線以外の構成については実施の形態２で説明した構成と同じである。平面状の配線３４は、平面状の導電体を有しており、例えば、可撓性を持つＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）ケーブルなどで構成される。また、可撓性を持たずとも硬質基板などで同様に構成してもよい。接続基板３と平滑コンデンサ基板６との間を平面状の配線３４で接続することによって、配線の表面積が増加し配線での放熱効率を向上させることができる。このため、平滑コンデンサ基板６への伝熱を抑制することができ、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができる。
【００５０】
実施の形態１０．
図１３は、この発明の実施の形態１０におけるインバータ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態９において、配線としてリード線、ケーブルやピン等を用いた場合には、配線の表面積はごく小さく被覆も厚いため放熱の観点からは優れていないことについて説明した。また、実施の形態８において説明したような配線のインピーダンスを低減する構成は、平滑コンデンサの自己発熱を抑制することができるなど有効なものであるが、配線のインピーダンスの更なる低減と配線自体の放熱効率の向上を両立することは困難である。そこで、本実施の形態１０においては、接続基板と平滑コンデンサ基板とを平面状の導体が積層される構造の配線によって接続している。
【００５１】
図１３に示すように、インバータ装置３５において、平面状の導体が積層された積層配線３６によって、接続基板３と平滑コンデンサ基板６が接続されている。積層配線３６は、その幅がＷで、平面状の正極の導体と負極の導体とが絶縁材を介して交互に少なくとも二層以上が積層されたものである。図１４に、平面状の導体が積層された配線の構造の一例を模式的に表した図を示す。図１４において、平面状の導体が積層された積層配線３６は、正極の導体３７と負極の導体３８とを一対として絶縁材３９を介して積層されている。なお、積層配線３６は、ＦＰＣなどの可撓性基板あるいは硬質基板などで構成することができ、導体を一対（２層）以上に積層したり、積層導体を複数並列に設けたりしてもよい。
【００５２】
接続基板３と平滑コンデンサ基板６とを平面状の導体が積層された積層配線３６で接続することによって、積層配線３６の表面積が増加し、積層配線３６での放熱効率を向上させることができるので、平滑コンデンサ基板６への伝熱を抑制することができる。また、正極の導体と負極の導体とを極めて近距離で重ねるので、積層配線３６によるインピーダンスを低減することができ、リプル電流による平滑コンデンサ５の自己発熱を抑制することもできる。さらに、リプル電流が低減することによってモジュール２での電力損失も低減させることができるため、平滑コンデンサ基板６への伝熱を抑制することができる。この結果、放熱器１２自体を小型化することもできる。
【００５３】
このように、インバータ装置３５では、平面状の導体が積層された積層配線３６を設けることによって、平滑コンデンサ５の温度上昇を抑えることができるとともに、放熱器１２が占有する体積を小さく抑えることができる。
【００５４】
実施の形態１１．
図１５は、この発明の実施の形態１１における平滑コンデンサ基板および伝熱材の断面図である。モジュールや平滑コンデンサにおいて発生した熱を効率よく放熱器へ伝えるためには、放熱器と接する伝熱材は出来るだけ薄くし、余計なものを介さずに密着することが望ましい。一般に、プリント基板の基材上に形成されたプリントパターン配線には部品接合部を除いてソルダーレジスト剤が塗布される。このため、平滑コンデンサ基板と放熱器とを伝熱材で密着させるだけでは伝熱効率が向上しない場合がある。そこで、本実施の形態１１の平滑コンデンサ基板は、基材上に設けられたプリントパターン配線にソルダーレジスト剤を塗布しない構成にしている。
【００５５】
図１５において、図（ａ）は、図２に示した平滑コンデンサ基板６と伝熱材１０とを重ねた断面部の一部を概略図として示したものである。平滑コンデンサ基板６は、平滑コンデンサ基板６のベースとなる電気絶縁性を有する基材４５と、基材４５上に形成されたプリントパターン配線４０と、基材４５上の一部とプリントパターン配線４０とを覆う樹脂材であるソルダーレジスト皮膜４１とによって構成されている。プリントパターン配線４０はソルダーレジスト皮膜４１に覆われた状態で、伝熱材１０を介して図示しない放熱器に密着している。図（ｂ）は、本実施の形態１１におけるインバータ装置に関するもので、平滑コンデンサ基板４３と伝熱材１０とを重ねた断面部の一部を概略図として示したものである。平滑コンデンサ基板４３は、平滑コンデンサ基板の基材４５と、基材４５上に形成されたプリントパターン配線４０と、プリントパターン配線４０が形成されていない基材４５を覆う樹脂材であるソルダーレジスト皮膜４６とによって構成されている。プリントパターン配線４０がソルダーレジスト皮膜４６に覆われない状態で、直接伝熱材１０に接触し、伝熱材１０を介して図示しない放熱器に密着している。つまり、ソルダーレジスト皮膜４１がプリントパターン配線４０上を覆わないようにした点が図（ａ）に示した構成と異なる。
【００５６】
このような構成において、プリントパターン配線４０を伝熱材１０に直接密着させるとともに、伝熱材１０を介して放熱器とも密着させることができる。また、プリントパターン配線４０が形成されていない領域にソルダーレジスト皮膜４１を形成することによって、平滑コンデンサ基板４３の表面の凹凸を緩和することができる。なお、ソルダーレジスト皮膜４１は全てのプリントパターン配線４０を覆わないというものではなく、必要に応じて任意の部分を覆うようにしてもよい。
【００５７】
このように、平滑コンデンサ基板４３のプリントパターン配線４０をソルダーレジスト皮膜４１で覆わない構造とすることによって図示しない平滑コンデンサの発熱を効率よく放熱器へ伝熱することができ、平滑コンデンサの温度上昇を抑えることができる。
【００５８】
なお、実施の形態１〜実施の形態１１において、インバータ装置を例にして説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ダイオードなどの電力変換半導体素子などからなるモジュールにも適用してもよい。また、平滑コンデンサは、直立して実装した例を示したが、これに限定されるものではない。さらに、放熱器の冷却に冷却ファンによる送風について示したが、冷媒として空気に限定するものではなく、冷却水等を用いた冷却手段を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１，８，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，３１，３３，３５  インバータ装置、２  モジュール、３  接続基板、４，１２，１４，１６，１８，２４  放熱器、５  平滑コンデンサ、６，２６，４３  平滑コンデンサ基板、７，３２ａ，３２ｂ  配線、９，１０，２５  伝熱材、２０  冷却ファン、２２  スペーサ、３０  翼部、３４  平面状の配線、３６  積層配線、４０  プリントパターン配線、４１  ソルダーレジスト皮膜。
【図１】
2010187504.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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