(57)【要約】    第１の発熱体（１１）と、第１の発熱体の一面に接合される冷却体３と、第２の発熱体（２２，２３）と、第２の発熱体の熱を冷却体に伝熱させる伝熱板（３２，３３）とを備え第１の発熱体は、第１の接合面（３ｄ）にて冷却体に面接合されているとともに、伝熱板は、第１の接合面と重複しない第２の接合面（３ｃ）にて冷却体に面接合されている。
2014061178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発熱体と、
前記第１の発熱体の一面に接合される冷却体と、
第２の発熱体と、
前記第２の発熱体の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記第１の発熱体は、第１の接合面にて前記冷却体に面接合されているとともに、
前記伝熱板は、前記第１の接合面と重複しない第２の接合面にて前記冷却体に面接合されていることを特徴とする冷却構造体。
【請求項２】
前記伝熱板は、前記第２の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を前記冷却体に面接合させることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体。
【請求項３】
一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記放熱部材に面接合される冷却体と、
前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けているとともに、
前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されていることを特徴とする冷却構造体。
【請求項４】
一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記放熱部材に面接合される冷却体と、
前記半導体パワーモジュールと所定間隔を保って支持される基板と、
前記基板を支持し、且つ当該基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けているとともに、
前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されていることを特徴とする冷却構造体。
【請求項５】
前記伝熱板が面接合する前記冷却体の接合面は、前記液密封止部より外側の面であることを特徴とする請求項３又は４に記載の冷却構造体。
【請求項６】
前記伝熱板は、前記冷却体に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を前記冷却体の前記接合面に面接合させることを特徴とする請求項３又は４に記載の冷却構造体。
【請求項７】
冷却体に接合される発熱体であって、
前記冷却体に対し、第１の接合面で面接合される第１の発熱体と、
第２の発熱体と、
この第２の発熱体の熱を伝熱させ、且つ前記冷却体に対し、前記第１の接合面と重複しない第２の接合面で面接合される伝熱板と、を備えていることを特徴とする発熱体。
【請求項８】
前記伝熱板は、前記第２の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を前記冷却体に面接合させることを特徴とする請求項７に記載の発熱体。
【請求項９】
冷却体に接合される発熱体であって、
一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
この実装基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けるとともに、
前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されることを特徴とする発熱体。
【請求項１０】
冷却体に接合される発熱体であって、
一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体パワーモジュールと所定間隔を保って支持される基板と、
前記基板を支持し、且つ当該基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けるとともに、
前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されることを特徴とする発熱体。
【請求項１１】
前記伝熱板が面接合する前記冷却体の接合面は、前記液密封止部より外側の面であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の発熱体。
【請求項１２】
前記伝熱板は、前記液密封止部より外側の前記冷却体の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を前記冷却体に面接合させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発熱体と発熱体で発生した熱を冷却する冷却体とを備えた冷却構造体及び発熱体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱体及び冷却体を備えた冷却構造体として、特許文献１に記載された電力変換装置が知られている。
この電力変換装置は、筐体内に、冷却液が通過する水冷ジャケット（冷却体）を配置し、この水冷ジャケット上に電力変換用の半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴを内蔵したパワーモジュール（発熱体）を配置して冷却するようにしている。また、筐体内には、パワーモジュールの水冷ジャケットとは反対側に所定距離を保って制御回路基板を配置し、この制御回路基板で発生する熱を、放熱部材を介して制御回路基板を支持する金属ベース板に伝達し、さらに金属ベース板に伝達された熱を、この金属ベース板を支持する筐体の側壁を介して水冷ジャケットに伝達するようにしている。【０００３】
上記特許文献１に記載された従来例にあっては、制御回路基板で発生する熱を、制御回路基板→放熱部材→金属ベース板→筐体→水冷ジャケットという経路で放熱するようにしている。このため、筐体が伝熱経路の一部として利用されることにより、筐体にも良好な伝熱性が要求されることになり、材料が熱伝導率の高い金属に限定され、小型軽量化の要求される電力変換装置おいて、樹脂等の軽量な材料の選択が不可能となり軽量化が困難となるおそれがある。【０００４】
そこで、制御回路基板などの発熱体で発生する熱を、筐体を介在させず、金属ベース板の端部をパワーモジュール及び水冷ジャケットの間で挟持することで、発熱体の熱を効率よく水冷ジャケットに放熱する構造が考えられる。
その際、パワーモジュール及び水冷ジャケットの接合面の外周側には、金属ベース板の端部を配置する段差形状の挟持面を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３５３４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、パワーモジュール及び水冷ジャケットの両者に挟持面を形成するのは、加工コストの面で問題がある。特に、水冷ジャケットの接合面に挟持面を形成するのは、大型重量物である水冷ジャケットを加工機械に組付けた加工時の取り扱いが困難であり、加工コストが増大するおそれがある。
また、所定厚さを有する金属ベース板を水冷ジャケットとパワーモジュールとの間に挟む構成をとるので、水冷ジャケットの冷却水を密閉する液密封止部の封止を万全にするため、金属ベース板の厚さを考慮して液密封止部周辺の水冷ジャケットに段差を設けるなど、構成が複雑になっていた。
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、発熱体の冷却効率を高め、且つ簡便な構成とすることで加工コストの低減化を図ることができる冷却構造体及び発熱体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却構造体は、第１の発熱体と、第１の発熱体の一面に接合される冷却体と、第２の発熱体と、第２の発熱体の熱を冷却体に伝熱させる伝熱板とを備え、第１の発熱体は、第１の接合面にて冷却体に面接合されているとともに、伝熱板は、第１の接合面と重複しない第２の接合面にて冷却体に面接合されているものである。【０００８】
この一態様に係る冷却構造体によると、第１の発熱体が第１の接合面にて冷却体に面接合されているので、第１の発熱体を効率良く冷却することができる。また、第２の発熱体は伝熱板を介して冷却体に面接合されているので、第２の発熱体を効率良く冷却することができる。さらに、冷却体は互いに重複しない位置に第１及び第２の接合面を設けて、平坦な接合面とすることができるので、加工コストの低減化を図ることができる。【０００９】
また、本発明の一態様に係る冷却構造体は、伝熱板が、第２の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を冷却体に面接合させるようにしてもよい。
この一態様に係る冷却構造体によると、伝熱板と冷却体との間の伝熱効率を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る冷却構造体は、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に面接合される冷却体と、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けているとともに、前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されているようにしてもよい。【００１０】
この一態様に係る冷却構造体によると、放熱部材が冷却体に直接冷却方式で冷却されているので、半導体パワーモジュールを効率良く冷却することができる。また、実装基板は伝熱板を介して冷却体に面接合されているので、実装基板を効率良く冷却することができる。さらに、伝熱板は液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合された簡便な構成とされているので、加工コストの低減化を図ることができる。【００１１】
また、本発明の一態様に係る冷却構造体は、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に面接合される冷却体と、前記半導体パワーモジュールと所定間隔を保って支持される基板と、前記基板を支持し、且つ当該基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けているとともに、前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されるようにしてもよい。【００１２】
この一態様に係る冷却構造体によると、放熱部材が冷却体に直接冷却方式で冷却されているので、半導体パワーモジュールを効率良く冷却することができる。また、基板は伝熱板を介して冷却体に面接合されているので、基板は、確実に支持されながら効率良く冷却される。さらに、伝熱板は液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合された簡便な構成とされているので、加工コストの低減化を図ることができる。【００１３】
また、本発明の一態様に係る冷却構造体は、前記伝熱板が面接合する前記冷却体の接合面を、前記液密封止部より外側の面としてもよい。
この一態様に係る冷却構造体によると、伝熱板が面接合する冷却体の接合面を、液密封止部より外側の面とすることで加工コストの低減化を図ることができる。
また、本発明の一態様に係る冷却構造体は、伝熱板が、冷却体に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を冷却体の接合面に面接合させるようにしてもよい。
この一態様に係る冷却構造体によると、伝熱板と冷却体との間の伝熱効率を高めることができる。【００１４】
また、本発明の一態様に係る発熱体は、冷却体に対し、第１の接合面で面接合される第１の発熱体と、第２の発熱体と、この第２の発熱体の熱を伝熱させ、且つ冷却体に対し、第１の接合面と重複しない第２の接合面で面接合される伝熱板と、を備えているものである。
この一態様に係る発熱体によると、冷却体に対する冷却効率を高めることができるとともに、冷却体の互いに重複しない第１及び第２の接合面で接合する構造とすることで簡便な接合面を設けているので加工コストの低減化を図ることができる。【００１５】
また、本発明の一態様に係る発熱体は、伝熱板が、第２の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を冷却体に面接合させるようにしてもよい。
この一態様に係る発熱体によると、冷却体との間の伝熱効率を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る発熱体は、冷却体に接合される発熱体であって、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、この実装基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けるとともに、前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されるようにしてもよい。
この一態様に係る発熱体によると、冷却体に対する半導体パワーモジュール及び実装基板の冷却効率を高めることができるとともに、冷却体に対して簡便な接合面を設けているので加工コストの低減化を図ることができる。【００１６】
さらに、本発明の一態様に係る発熱体は、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記半導体パワーモジュールと所定間隔を保って支持される基板と、前記基板を支持し、且つ当該基板の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体を通流する冷却液により直接冷却で冷却され、前記放熱部材及び前記冷却体の接合面の間に液密封止部を設けるとともに、前記伝熱板は、前記液密封止部に重複しない前記冷却体の接合面に面接合されるようにしてもよい。
この一態様に係る発熱体によると、冷却体に対する半導体パワーモジュール及び基板の冷却効率を高めることができるとともに、冷却体に対して簡便な接合面を設けているので加工コストの低減化を図ることができる。【００１７】
さらに、本発明の一態様に係る発熱体は、前記伝熱板が面接合する前記冷却体の接合面は、前記液密封止部より外側の面としてもよい。
この一の実施形態に係る発熱体によると、伝熱板が面接合する冷却体の接合面を、液密封止部より外側の面とすることで加工コストの低減化を図ることができる。
さらにまた、本発明の一態様に係る発熱体は、伝熱板は、液密封止部より外側の冷却体の接合面に接合する側の端部を折り曲げた折曲部を形成し、この折曲部を冷却体に面接合させるようにしてもよい。
この一態様に係る発熱体によると、冷却体との間の伝熱効率をさらに高めた発熱体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る冷却構造体及び発熱体によれば、発熱体の冷却効率を高めることができるとともに、簡便な構成とすることで加工コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第１実施形態の電力変換装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の電力変換装置の要部を示す断面図である。
【図３】伝熱支持用金属板と冷却体との固定構造を示す断面図である。
【図４】伝熱支持用金属板を示す側面図である。
【図５】第１実施形態の電力変換装置の放熱経路を説明する図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の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】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る第１実施形態の全体構成を示すものである。
図１の符号１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂで構成されている。
下部筐体２Ａは有底角筒体で構成されている。この下部筐体２Ａは開放上部が冷却体３で覆われ、内部に平滑用のフィルムコンデンサ４が収納されている。
【００２１】
上部筐体２Ｂは、上端及び下端を開放した角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。そして、角筒体２ａの下端が冷却体３で閉塞されている。
この角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。
冷却体３は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して形成されており、上面は平坦面とされ、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂが筐体２の外方に開口されている。これら給水口３ａ及び排水口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
冷却体３の上面中央には、給水口３ａ及び排水口３ｂに連通する四角形状に開口する浸漬部５が形成され、この浸漬部５の上面開口部の周縁に、四角枠状の周溝６が形成され、この周溝６にＯリング７が装着されている。
【００２２】
図１に戻って、冷却体３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｅが形成されている。
電力変換装置１は、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵したパワーモジュール１１を備えている。このパワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。
【００２３】
放熱部材１３の下面中央部には、冷却体３の浸漬部５に入り込む接液部１７が形成されており、放熱部材１３は、直接冷却方式で冷却体３に冷却されるようになっている。
接液部１７は、放熱部材１３の下面から互いに均等の間隔をあけながら所定長さで突出している多数の冷却フィン１７ａで構成されており、給水口３ａから浸漬部５に流れ込んできた冷却水に、多数の冷却フィン１７ａが浸されるようになっている。
ケース体１２及び放熱部材１３には平面からみて四隅に固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５の内側における４箇所に所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。
【００２４】
図２に示すように、基板固定部１６の上端に、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等を実装した実装基板としての電源回路基板２３が固定されている。さらに、電源回路基板２３の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板２２が固定されている。
駆動回路基板２１は、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２１ａ内に継ぎねじ２４の雄ねじ部２４ａを挿通し、この雄ねじ部２４ａを基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合することにより固定されている。
【００２５】
また、電源回路基板２３は、継ぎねじ２４の上端に形成した雌ねじ部２４ｂに対向する位置に形成した挿通孔２２ａ内に継ぎねじ２５の雄ねじ部２５ａを挿通し、この雄ねじ部２５ａを継ぎねじ２４の雌ねじ部２４ｂに螺合することにより固定されている。
さらに、制御回路基板２２は、継ぎねじ２５の上端に形成した雌ねじ部２５ｂに対向する位置に形成した挿通孔２３ａ内に固定ねじ２６を挿通し、この固定ねじ２６を継ぎねじ２５の雌ねじ部２５ｂに螺合することにより固定されている。
【００２６】
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３は、伝熱支持用金属板３２，３３によって筐体２を介することなく冷却体３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持用金属板３２及び３３は、熱伝導率が高い金属板例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属板で形成されている。
図２に示すように、伝熱支持部材３２は、平板上の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａのパワーモジュール１１の長辺に沿う右端側に固定ねじ３２ｂで固定された伝熱支持側板部３２ｃとで構成されている。
【００２７】
伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して電源回路基板２３が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。
伝熱支持側板部３２ｃは、パワーモジュール１１の長辺に沿う右端側で上下方向に延長する連結板部３２ｄと、この連結板部３２ｄの上端から左方に折曲され、固定ねじ３２ｂで伝熱支持板部３２ａに連結する上板部３２ｅと、連結板部３２ｄの下端から右方に折曲された下板部３２ｆとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３２ｃの下板部３２ｆには、固定ねじ３４が挿通する挿通孔３２ｇが形成されている。
【００２８】
伝熱支持部材３３は、平板上の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａのパワーモジュール１１の長辺に沿う左端側に固定ねじ３３ｂで固定された伝熱支持側板部３３ｃとで構成されている。
伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して制御回路基板２２が固定ねじ３８によって固定される。
伝熱支持側板部３３ｃは、パワーモジュール１１の長辺に沿う左端側で上下方向に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から右方に折曲され、固定ねじ３３ｂで伝熱支持板部３３ａに連結する上板部３３ｅと、連結板部３３ｄの下端から左方に折曲された下板部３３ｆとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３３ｃの下板部３３ｆには、固定ねじ３４が挿通する挿通孔３３ｇが形成されている。
【００２９】
図３に示すように、制御回路基板２２には、発熱回路部品３９が下面側に実装されており、制御回路基板２２、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａが、固定ねじ３８により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４３が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を制御回路ユニットＵ２と称する。
この際、制御回路基板２２の下面側に実装された発熱回路部品３９が伝熱部材３７の弾性によって伝熱部材３７内に埋め込まれる。このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３７との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３７と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３３ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３７と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３３ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。
【００３０】
また、図示しないが、電源回路基板２３の下面側にも発熱回路部品が実装されており、電源回路基板２３、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａが、固定ねじ３６により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３２ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を電源回路ユニットＵ３と称する。
【００３１】
そして、電源回路基板２３の下面側に実装された発熱回路部品が伝熱部材３５の弾性によって伝熱部材３５内に埋め込まれ、電源回路基板２３と伝熱部材３５との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３５と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３２ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３５と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３２ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。
【００３２】
また、伝熱支持用金属板３３の連結板部３３ｄには、図４に示すように、パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に後述するブスバー５５を挿通する例えば方形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。このように、３つの挿通孔３３ｉを形成することにより、隣接する挿通孔３３ｉ間に比較的幅広の伝熱路Ｌｈを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。
同様に、伝熱支持用金属板３２の連結板部３２ｄにも、パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔（不図示）が形成されている。
【００３３】
そして、図２に示すように、放熱部材１３の挿通孔１５に固定ねじ１４を挿通し、固定ねじ１４を冷却体３に形成した雌ねじ部に螺合させる。また、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに複数の雄ねじ部３ｆが形成されており、これら雄ねじ部３ｆに伝熱支持用金属板３２の下板部３２ｆに形成した挿通孔３２ｇと、伝熱支持用金属板３３の下板部３３ｆに形成した挿通孔３３ｇとを対応させる。そして、挿通孔３２ｇ，３３ｇに挿通した固定ねじ３４を外周側平面３ｃの雄ねじ部３ｆに螺合させる。
【００３４】
これにより、放熱部材１３が冷却体３に固定され、冷却体３の浸漬部５の周囲の周溝６に装着したＯリング７が放熱部材１３の下面１３ａに押しつぶされ、冷却体３の浸漬部５に溜まった冷却水が外部に漏れるのを防止する液密封止が施されるとともに、下板部３２ｆ，３３ｆが外周側平面３ｃに面接合で当接した状態で、伝熱支持用金属板３２，３３が冷却体３に固定される。
【００３５】
また、図１に示すように、パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５５が接続され、ブスバー５５の他端に冷却体３を貫通するフィルムコンデンサ４の正負の電極４ａが固定ねじ５１で連結されている。また、パワーモジュール１１の負極端子１１ａに、外部のコンバータ（図示せず）に接続する接続コード５２の先端に固定された圧着端子５３が固定されている。
【００３６】
さらに、パワーモジュール１１の３相交流出力端子１１ｂに、ブスバー５５の一端を固定ねじ５６で接続し、このブスバー５５の途中に電流センサ５７が配置されている。そして、ブスバー５５の他端に圧着端子５９が固定ねじ６０で接続されている。圧着端子５９は、外部の３相電動モータ（図示せず）に接続したモータ接続ケーブル５８に固定されている。
【００３７】
この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流電力を供給するとともに、電源回路基板２３に実装された電源回路、制御回路基板２２に実装された制御回路を動作状態とし、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板２１に実装された駆動回路を介してパワーモジュール１１に供給する。これによって、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は３相交流出力端子１１ｂからブスバー５５を介してモータ接続ケーブル５８に供給し、３相電動モータ（図示せず）を駆動制御する。
【００３８】
このとき、図５に示すように、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱するが、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７が冷却体３に設けた浸漬部５に入り込んで冷却液に浸漬されているので、パワーモジュール１１が効率良く冷却される。
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品３９が含まれており、これら発熱回路部品３９で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品３９は制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側に実装されている。
【００３９】
そして、これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側には、熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持用金属板３２，３３の伝熱支持板部３２ａ，３３ａが設けられている。
図５に示すように、伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接触した下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱され、伝熱支持用金属板３２，３３の効率の良い放熱が行われる。
【００４０】
ここで、本発明に係る第１の発熱体がパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る半導体パワーモジュールがパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る第２の発熱体が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る実装基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３に対応し、本発明に係る伝熱板の折曲部が伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆに対応し、本発明に係る直接冷却が放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７及び冷却体３に設けた浸漬部５に対応し、本発明に係る液密封止部が放熱部材の下面、周溝６及びＯリング７に対応し、本発明に係る冷却体の接合面が冷却体３の上面の外周側平面３ｃに対応している。
【００４１】
したがって、本実施形態の電力変換装置によると、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが発熱すると、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７が冷却体３に設けた浸漬部５に入り込んで冷却液に浸漬されて直接冷却されるので、パワーモジュール１１を効率良く冷却することができる。
【００４２】
また、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆが、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接合されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３から伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
そして、従来装置では、金属ベース板（本実施形態の伝熱支持用金属板３２，３３に対応する）を挟持するために、発熱体及び冷却体の外周側の接合面に段差形状の挟持面を形成していたが、本実施形態の電力変換装置では、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆと冷却体３の上面の外周側平面３ｃとを面接合させる構造とし、放熱部材１３及び大型重量物である冷却体３には、伝熱支持用金属板３２，３３を接合させる部位の加工が不要となるので、加工コストの低減化を図ることができる。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、図６に示すものは、本発明に係る第２実施形態の電力変換装置１を示すものである。なお、図１から図２で示した第１実施形態の構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施形態の冷却体３は、間接冷却方式で冷却体３に冷却されるようになっている。
すなわち、本実施形態の冷却体３の上面は平面形状であり、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂのみが筐体２の外方に開口されている。これら給水口３ａ及び排水口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
【００４４】
パワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。
放熱部材１３の下面１３ａは平面形状であり、冷却体３の上面の中央側平面３ｄに面接合で当接している。
本実施形態の装置は、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱するが、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａが、冷却体３の中央側平面３ｄに面接合しているので、パワーモジュール１１が効率良く冷却される。
【００４５】
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている発熱回路部品３９に発熱が生じると、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側には、熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持用金属板３２，３３の伝熱支持板部３２ａ，３３ａが設けられており、伝熱支持用金属板３２，３３に熱が伝達されていく。そして、伝熱支持用金属板３２，３３に伝熱された熱は、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接触した下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱されていくので、伝熱支持用金属板３２，３３の効率の良い放熱が行われる。
【００４６】
ここで、本発明に係る第１の接合面が冷却体３の上面の中央側平面３ｄに対応し、本発明に係る第２の接合面が冷却体３の上面の外周側平面３ｃに対応し、本発明に係る第１の発熱体がパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る半導体パワーモジュールがパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る第２の発熱体が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る実装基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３に対応し、本発明に係る伝熱板の折曲部が伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆに対応している。
したがって、本実施形態の電力変換装置によると、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが発熱すると、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａが冷却体３の中央側平面３ｄに面接合されて間接冷却されるので、パワーモジュール１１を効率良く冷却することができる。
【００４７】
また、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆは、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接合されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３から伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
そして、本実施形態の冷却体３は、平坦な中央側平面３ｄ及び外周側平面３ｃを設けた上面形状とし、放熱部材１３も平坦な下面１３ａを設けた形状としており、放熱部材１３及び大型重量物である冷却体３には、伝熱支持用金属板３２，３３を接合させる部位の加工が不要となるので、加工コストの低減化を図ることができる。
なお、第１及び第２実施形態では、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆを、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに面接合する構造としたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、下板部３２ｆ，３３ｆを、冷却体３の下面に面接合する構造としてもよいし、冷却体３の側面に面接合する構造としてもよい。
【００４８】
また、第１及び第２実施形態で示した制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３において、伝熱部材３５及び３７を制御回路基板２２及び電源回路基板２３と同じ外形とした場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、伝熱部材３５及び３７を発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。
また、第１及び第２実施形態では、制御回路基板２２及び電源回路基板２３で発熱回路部品３９を裏面側の伝熱部材３５及び３７側に実装する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の伝熱部材３５及び３７とは反対側の外周領域に、発熱回路部品３９を実装するようにしてよい。
【００４９】
また、第１及び第２実施形態では、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、本発明に係る電力変換装置１を、電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置１としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置１を適用することができる。
【００５０】
さらに、第１及び第２実施形態では、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆが、パワーモジュール１１から離間する方向に折曲されているが、冷却体３の上面に対して面接合する領域が確保できていれば、パワーモジュール１１に向かう方向に折曲された構造であってもよい。
さらにまた、伝熱支持用金属板３２，３３を一体構造の部品で形成すると、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができるとともに、上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上しながら制御回路基板２２及び電源回路基板２３を支持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る冷却構造体は、発熱体の冷却効率を高め、且つ簡便な構成とすることで加工コストの低減化を図るのに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１…電力変換装置、２…筐体、２Ａ…下部筐体、２Ｂ…上部筐体、２ａ…角筒体、２ｂ…蓋体、３…冷却体、３ａ…給水口、３ｂ…排水口、３ｃ…冷却体の上面の外周側平面、３ｄ…冷却体の上面の中央側平面、３ｅ…挿通孔、３ｆ…雄ねじ部、４…フィルムコンデンサ、４ａ…正負の電極、５…浸漬部、６…周溝、７…Ｏリング、８…Ｏリング保持用突起、１１…パワーモジュール、１１ａ…負極端子、１１ｂ…３相交流出力端子、１２…ケース体、１３…放熱部材、１３ａ…放熱部材の下面、１４…固定ねじ、１５…挿通孔、１６…基板固定部、１６ａ…雌ねじ部、１７…接液部、１７ａ…冷却フィン、２１…駆動回路基板、２１ａ…挿通孔、２２…制御回路基板、２２ａ…挿通孔、２３…電源回路基板、２３ａ…挿通孔、２４ａ…雄ねじ部、２４ｂ…雌ねじ部、２５ａ…雄ねじ部、２５ｂ…雌ねじ部、３２，３３…伝熱支持用金属板、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…固定ねじ、３２ｃ…伝熱支持側板部、３２ｄ…連結板部、３２ｅ…上板部、３２ｆ…下板部、３２ｇ…挿通孔、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…固定ねじ、３３ｃ…伝熱支持側板部、３３ｄ…連結板部、３３ｅ…上板部、３３ｆ…下板部、３３ｇ…挿通孔、３３ｉ…挿通孔、３４…固定ねじ、３５…伝熱部材、３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４２…絶縁シート、４３…絶縁シート、５１…固定ねじ、５２…接続コード、５３，５９…圧着端子、５５…ブスバー、５７…電流センサ、５８…モータ接続ケーブル、６０…固定ねじ
【図１】
2014061178.tif 000003
【図２】
2014061178.tif 000004
【図３】
2014061178.tif 000005
【図４】
2014061178.tif 000006
【図５】
2014061178.tif 000007
【図６】
2014061178.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月10日(2015.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３は、伝熱支持用金属板３２，３３によって筐体２を介することなく冷却体３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持用金属板３２及び３３は、熱伝導率が高い金属板例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属板で形成されている。
図２に示すように、伝熱支持用金属板３２は、平板状の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａのパワーモジュール１１の長辺に沿う右端側に固定ねじ３２ｂで固定された伝熱支持側板部３２ｃとで構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
伝熱支持用金属板３３は、平板状の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａのパワーモジュール１１の長辺に沿う左端側に固定ねじ３３ｂで固定された伝熱支持側板部３３ｃとで構成されている。
伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して制御回路基板２２が固定ねじ３８によって固定される。
伝熱支持側板部３３ｃは、パワーモジュール１１の長辺に沿う左端側で上下方向に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から右方に折曲され、固定ねじ３３ｂで伝熱支持板部３３ａに連結する上板部３３ｅと、連結板部３３ｄの下端から左方に折曲された下板部３３ｆとで構成されている。そして、伝熱支持側板部３３ｃの下板部３３ｆには、固定ねじ３４が挿通する挿通孔３３ｇが形成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
ここで、本発明に係る第１の発熱体がパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る半導体パワーモジュールがパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る第２の発熱体が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る実装基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３に対応し、本発明に係る伝熱板の折曲部が伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆに対応し、本発明に係る冷却体が放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７及び冷却体３に設けた浸漬部５に対応し、本発明に係る液密封止部が放熱部材の下面、周溝６及びＯリング７に対応し、本発明に係る冷却体の接合面が冷却体３の上面の外周側平面３ｃに対応している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
したがって、第１実施形態の電力変換装置によると、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが発熱すると、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７が冷却体３に設けた浸漬部５に入り込んで冷却液に浸漬されて直接冷却されるので、パワーモジュール１１を効率良く冷却することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆが、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接合されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３から伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
そして、従来装置では、金属ベース板（第１実施形態の伝熱支持用金属板３２，３３に対応する）を挟持するために、発熱体及び冷却体の外周側の接合面に段差形状の挟持面を形成していたが、第１実施形態の電力変換装置では、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆと冷却体３の上面の外周側平面３ｃとを面接合させる構造とし、放熱部材１３及び大型重量物である冷却体３には、伝熱支持用金属板３２，３３を接合させる部位の加工が不要となるので、加工コストの低減化を図ることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
［第２実施形態］
次に、図６に示すものは、本発明に係る第２実施形態の電力変換装置１を示すものである。なお、図１から図２で示した第１実施形態の構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
第２実施形態の放熱部材１３は、間接冷却方式で冷却体３に冷却されるようになっている。
すなわち、第２実施形態の冷却体３の上面は平面形状であり、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂのみが筐体２の外方に開口されている。これら給水口３ａ及び排水口３ｂは
例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
パワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。
放熱部材１３の下面１３ａは平面形状であり、冷却体３の上面の中央側平面３ｄに面接合で当接している。
第２実施形態の装置は、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱するが、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａが、冷却体３の中央側平面３ｄに面接合しているので、パワーモジュール１１が効率良く冷却される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ここで、本発明に係る第１の接合面が冷却体３の上面の中央側平面３ｄに対応し、本発明に係る第２の接合面が冷却体３の上面の外周側平面３ｃに対応し、本発明に係る第１の発熱体がパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る半導体パワーモジュールがパワーモジュール１１に対応し、本発明に係る第２の発熱体が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る実装基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る基板が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明に係る伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３に対応し、本発明に係る伝熱板の折曲部が伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆに対応している。
したがって、第２実施形態の電力変換装置によると、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが発熱すると、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａが冷却体３の中央側平面３ｄに面接合されて間接冷却されるので、パワーモジュール１１を効率良く冷却することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
また、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆは、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに直接面接合されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３から伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、下板部３２ｆ，３３ｆから冷却体３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
そして、第２実施形態の冷却体３は、平坦な中央側平面３ｄ及び外周側平面３ｃを設けた上面形状とし、放熱部材１３も平坦な下面１３ａを設けた形状としており、放熱部材１３及び大型重量物である冷却体３には、伝熱支持用金属板３２，３３を接合させる部位の加工が不要となるので、加工コストの低減化を図ることができる。
なお、第１及び第２実施形態では、伝熱支持用金属板３２，３３の下板部３２ｆ，３３ｆを、冷却体３の上面の外周側平面３ｃに面接合する構造としたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、下板部３２ｆ，３３ｆを、冷却体３の下面に面接合する構造としてもよいし、冷却体３の側面に面接合する構造としてもよい。
【国際調査報告】
2014061178.tif 000009
2014061178.tif 000010
2014061178.tif 000011
2014061178.tif 000012