(57)【要約】  冷却板に、冷却媒体を流す流路が形成されている。パワーモジュールが、冷却板に取り付けられて、冷却板に熱的に結合する。流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、第１の直線流路の側方に配置され、第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、第１の直線流路及び第２の直線流路に連続し、第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含む。第２の直線流路とパワーモジュールとが重なる領域の面積が、第１の直線流路とパワーモジュールとが重なる領域の面積より大きい。作業機械に、上述の冷却板とパワーモジュールとを含む電力変換装置が搭載されている。
2013039026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有する電力変換装置が搭載された作業機械であって、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記第２の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積が、前記第１の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積より大きい作業機械。
【請求項２】
前記第１の直線流路の幅と、前記第２の直線流路の幅とが等しく、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路の幅方向に関して、前記第２の直線流路の全域が前記パワーモジュールと重なっているが、前記第１の直線流路は、幅方向に関して少なくとも一部分は前記パワーモジュールと重なっていない請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記第１の直線流路は、幅方向に関して外側流路と内側流路とに分離されており、前記外側流路及び内側流路は、前記湾曲流路内において、前記第２の直線流路に至る前に１本の流路に合流する請求項１または２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記流路の、前記パワーモジュールが取り付けられた側の内面に、冷却媒体の流れの方向に沿う尾根状の凸部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項５】
前記第１の直線流路の断面積と、前記第２の直線流路の断面積とは、同一である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項６】
平面視において、前記パワーモジュールのうち、前記流路と重なっている領域が、前記パワーモジュールの全域の６０％以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項７】
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有する電力変換装置が搭載された作業機械であって、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記湾曲流路の最小曲率半径を有する部分の曲率中心を通過し、前記第１の向きと平行な仮想直線を基準として、前記パワーモジュールは、前記第１の直線流路の幅方向に関して、前記第２の直線流路の方に偏った位置に取り付けられている作業機械。
【請求項８】
前記湾曲流路は、前記第１の直線流路の下流端から離れるに従って、一旦、前記第２の直線流路から遠ざかる方向に湾曲し、その後、前記第２の直線流路に繋がる請求項７に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却機能を備えた電力変換装置を搭載した作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンと電動機を搭載したハイブリッド型作業機械の開発が進められている。ハイブリッド型作業機械において、内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータ等の同期電動機の駆動に、直流電力を交流電力に変換するインバータ（電力変換装置）が用いられる。また、蓄電器の充放電の制御に、ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置を冷却するために、Ｕ字状に湾曲した冷却用配管が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８７５２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却用配管を湾曲させると、その内部の流れに剥離が生じる。流れに剥離が生じると、その部分の冷却能力が低下する。このため、冷却能力に、場所によるばらつきが生じ、場所によって十分な冷却能力が得られない場合がある。冷却能力の部分的な低下は、電力変換装置に用いられている半導体素子等の故障の原因になる。特に、作業機械は、高温の過酷な環境下で使用される場合があるため、十分な冷却能力を確保しておくことが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によると、
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有する電力変換装置が搭載された作業機械であって、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記第２の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積が、前記第１の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積より大きい作業機械が提供される。【０００６】
本発明の他の観点によると、
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有する電力変換装置が搭載された作業機械であって、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記湾曲流路の最小曲率半径を有する部分の曲率中心を通過し、前記第１の向きと平行な仮想直線を基準として、前記パワーモジュールは、前記第１の直線流路の幅方向に関して、前記第２の直線流路の方に偏った位置に取り付けられている作業機械が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
パワーモジュールの局所的な温度上昇を抑制することができる。これにより、電力変換装置の信頼性を高めることができる。これにより、作業機械を継続的に運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａは、実施例１による電力変換装置の平面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、１Ｃ−１Ｃにおける断面図である。
【図２】図２は、実施例１による電力変換装置の冷却板の温度分布、及び流路内の流速のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図３は、比較例による電力変換装置の冷却板の温度分布、及び流路内の流速のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、実施例２による電力変換装置の断面図である。
【図５】図５Ａは、実施例３による電力変換装置の平面図であり、図５Ｂは、図５Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、実施例４による電力変換装置の平面図である。
【図７】図７は、実施例５による電力変換装置の平面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ実施例６及びその変形例による電力変換装置の断面図である。
【図９】図９は、実施例７による作業機械の平面図である。
【図１０】図１０は、実施例７による作業機械の側面図である。
【図１１】図１１は、実施例８による作業機械の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１による電力変換装置の平面図を示す。冷却板２０の表面に、パワーモジュール５０が固定され、冷却板２０に熱的に結合している。パワーモジュール５０は、例えばインバータ回路、コンバータ回路等の電子部品であり、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体素子を含む。
【００１０】
冷却板２０の内部に、冷却用流路２１が形成されている。冷却用流路２１は、冷却媒体導入管２３に接続され、第１の方向（図１Ａにおいて右方向）に延びる第１の直線流路２１Ｂを含む。第１の直線流路２１Ｂの側方（図１Ａにおいて上方）に、第２の直線流路２１Ｄが形成されている。湾曲流路２１Ｃが、第１の直線流路２１Ｂの下流端から第２の直線流路２１Ｄの上流端に連続する。第１の直線流路２１Ｂを流れてきた冷却媒体が、湾曲流路２１Ｃで進行方向を変えて、第２の直線流路２１Ｄに流れ込む。第２の直線流路２１Ｄの下流端２１Ｅが、冷却媒体排出管２４に接続されている。
【００１１】
第１の直線流路２１Ｂの上流端２１Ａの近傍は、下流に向かって幅が広くなるテーパ状とされている。テーパ状の部分以外の第１の直線流路２１Ｂの幅Ｗは一定である。第２の直線流路２１Ｄの下流端２１Ｅの近傍は、上流に向かって幅が広くなるテーパ状とされている。テーパ状の部分以外の第２の直線流路２１Ｄの幅は、第１の直線流路２１Ｂの幅Ｗと等しい。また、湾曲流路２１Ｃの幅も、第１の直線流路２１Ｂの幅Ｗと等しい。
【００１２】
テーパ状の部分は、流路断面が急激に変化したときに、乱れた流れが安定になるまでの助走路として機能する。助走路の長さは、等価管直径の１０倍程度とすることが好ましい。等価管直径Ｄｅは、
Ｄｅ＝４Ａ／Ｗｐ
と定義される。ここで、Ａは、第１の直線流路２１Ｂの断面積、Ｗｐは、第１の直線流路２１Ｂの濡れ縁長さ（流路断面における壁面の長さ）である。
【００１３】
第２の直線流路２１Ｄとパワーモジュール５０とが重なる領域Ａ２の面積が、第１の直線流路２１Ｂとパワーモジュール５０とが重なる領域Ａ１の面積より大きい。湾曲流路２１Ｃの曲率中心ＣＣを通過し、第１の方向に平行な仮想直線を基準として、パワーモジュール５０は、第２の直線流路２１Ｄの側に偏って配置されている。すなわち、曲率中心ＣＣを通過し、第１の方向に平行な仮想直線ＩＬに対して、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃが、第２の直線流路２１Ｄ側にずれている。第２の直線流路２１Ｄは、その幅方向に関して全域がパワーモジュール５０と重なっている。これに対し、第１の直線流路２１Ｂは、その幅方向に関して、一部分のみしかパワーモジュール５０と重なっていない。より具体的には、第１の直線流路２１Ｂの外側の経路は、パワーモジュール５０と重なっていない。
【００１４】
図１Ｂ及び図１Ｃに、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、１Ｃ−１Ｃにおける断面図を示す。パワーモジュール５０は、金属製のベース板５１と、その上に取り付けられた半導体素子５２とを含む。半導体素子５２は、例えば、ＩＧＢＴ等である。半導体素子５２は、樹脂５３で封止されている。パワーモジュール５０は、ベース板５１が冷却板２０に対向する姿勢で、冷却板２０に固定されている。図１Ｂでは、１つのパワーモジュール５０に２つの半導体素子５２が組み込まれた事例を示したが、半導体素子を３個以上組み込んでもよい。三相交流電動機を駆動するパワーモジュール５０には、６個の半導体素子が組み込まれている。
【００１５】
冷却板２０の内部に、冷却用流路２１が形成されている。図１Ｂに示した断面には、第１の直線流路２１Ｂと第２の直線流路２１Ｄとが現れており、図１Ｃに示した断面には、湾曲流路２１Ｃが現れている。冷却用流路２１の断面は、冷却板２０の厚さ方向に関する寸法が最も小さい扁平な形状を有する。すなわち、冷却用流路２１の厚さ方向の寸法Ｈは、幅方向の寸法Ｗよりも小さい。パワーモジュール５０の中心線５０Ｃが、曲率中心ＣＣに対して、第２の直線流路２１Ｄ側にずれている。
【００１６】
冷却用流路２１の上面（パワーモジュール５０が取り付けられた表面に近い方の面）に、冷却媒体の流れの方向に沿う尾根状の凸部２１Ｆが形成されている。凸部２１Ｆが形成されていることにより、冷却媒体と冷却板２０とが接触する領域の面積が大きくなる。これにより、冷却板２０から冷却媒体への熱伝達効率を高めることができる。
【００１７】
冷却用流路２１は、アルミニウムの鋳造により形成することができる。直線状の管路を湾曲させて流路を形成する場合には、曲率半径が管路の直径によって制限される。流路の形成に鋳造を適用することにより、湾曲流路２１Ｃの曲率半径を自由に設定することができる。
【００１８】
図２に、実施例１による電力変換装置の冷却板２０の温度分布、及び冷却用流路２１内の流速のシミュレーション結果を示す。相対的に流速の遅い領域ＶＬ、中程度の流速の領域ＶＭ、及び流速の速い領域ＶＨを、ハッチの間隔を変えて示す。また、温度間隔２℃ごとに、等温線Ｔ１〜Ｔ１０を破線で示す。等温線Ｔ１の温度が最も低く、等温線Ｔ１０の温度が最も高い。
【００１９】
第１の直線流路２１Ｂ内の内側の経路から湾曲流路２１Ｃに流入し、第２の直線流路２１Ｄ内の外側の経路に向かう経路の流速が相対的に速いことがわかる。また、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路から湾曲流路２１Ｃ内の外側の経路に繋がる経路の流速、及び第２の直線流路２１Ｄ内の内側の経路の流速が、相対的に遅いことがわかる。流速の遅い領域で、冷却能力が相対的に低く、流速の速い領域では、冷却能力が相対的に高い。
【００２０】
図３に、比較例による電力変換装置の冷却板２０の温度分布、及び冷却用流路２１内の流速のシミュレーション結果を示す。比較例の冷却用流路２１の形状は、実施例１のものと同等である。比較例では、パワーモジュール５０が、第１の直線流路２１Ｂと重なる領域の面積と、第２の直線流路２１Ｄと重なる領域の面積とが等しい。曲率中心ＣＣが、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃ上に位置する。パワーモジュール５０は、第１の直線流路２１Ｂの幅方向の全域において、第１の直線流路２１Ｂと重なっている。
【００２１】
流速の分布は、図２に示した実施例１の場合とほぼ同様の傾向を示している。温度間隔２℃ごとに、等温線Ｔ１〜Ｔ１５を破線で示す。等温線Ｔ１の温度が最も低く、等温線Ｔ１５の温度が最も高い。
【００２２】
図２と図３とを比較すると、比較例による電力変換装置の等温線の密度が、実施例１による電力変換装置の等温線の密度よりも高いことがわかる。すなわち、比較例の方が、温度のばらつきが大きい。
【００２３】
特に、比較例においては、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路に対応する領域の温度が高いことがわかる。これは、流速が遅いために、この部分の冷却能力が低いことに起因する。
【００２４】
実施例１では、図２に示したように、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路上には、パワーモジュール５０が配置されていない。このため、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路に対応する領域の温度の著しい上昇を抑制することができる。第２の直線流路２１Ｄ内の内側の経路の流速も遅いが、この部分は、第１の直線流路２１Ｂに近い。このため、第２の直線流路２１Ｄ内の内側の経路を流れる冷却媒体による冷却能力の低下が、第１の直線流路２１Ｂ内の内側の経路を流れる冷却媒体によって補償される。これに対し、図３に示した比較例においては、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路よりもさらに外側には、流路が存在しないため、この部分の冷却能力の低下が補償されない。これにより、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路に対応部分の温度が著しく上昇していると考えられる。
【００２５】
上述のように、実施例１の構成を採用することにより、パワーモジュール５０の局所的な温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００２６】
パワーモジュール５０の、第１の直線流路２１Ｂと重なっている縁の近傍の局所的な温度上昇を抑制するために、パワーモジュール５０の縁から、第１の直線流路２１Ｂの外側の縁までの距離を、第１の直線流路２１Ｂの幅Ｗの１／４以上にすることが好ましい。また、第１の直線流路２１Ｂとパワーモジュール５０とが重ならないようにしてもよい。この場合には、パワーモジュール５０の縁が、第１の直線流路２１Ｂと第２の直線流路２１Ｄとの間に配置される。
【００２７】
また、実施例１では、厚さ方向に扁平な冷却用流路２１が形成されている。このため、断面がほぼ円形の冷却管路をＵ字状に湾曲させて形成した冷却構造に比べて、パワーモジュール５０と冷却用流路２１とが重なる領域を広くすることができる。例えば、平面視において、パワーモジュール５０のうち、６０％以上の領域が、冷却用流路２１に重なる構成とすることができる。実施例１においては、両者が重なっている領域の面積が、パワーモジュール５０の面積の６０％以上である。これに対し、冷却管路を湾曲させて流路を作製する場合には、曲率半径が管路の直径によって制限される。このため、パワーモジュール５０のうち冷却管路と重なる領域を、パワーモジュール全域の４０％以上にすることは困難である。
【００２８】
［実施例２］
図４Ａ及び図４Ｂに、実施例２による電力変換装置の断面図を示す。以下、図１Ａ〜図１Ｃに示した実施例１による電力変換装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２による電力変換装置の平面図は、図１Ａに示した実施例１の平面図と同一である。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、１Ｃ−１Ｃにおける断面図を示す。実施例２では、図１Ｂ及び図１Ｃに示した凸部２１Ｆが形成されておらず、冷却用流路２１の底面及び上面が、いずれも平坦である。実施例１と同様に、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃが、曲率中心ＣＣに対して、第２の直線流路２１Ｄ側にずれている。
【００３０】
実施例２においても、冷却用流路２１とパワーモジュール５０との、平面視における相対的な位置関係が、実施例１の関係と同一である。このため、実施例１と同様に、パワーモジュール５０の局所的な温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００３１】
［実施例３］
図５Ａに、実施例３による電力変換装置の平面図を示す。以下、図１Ａ〜図１Ｃに示した実施例１による電力変換装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３２】
実施例３では、第１の直線流路２１Ｂが、幅方向に関して内側流路２１Ｂａと、それよりも外側に配置された外側流路２１Ｂｂとに分離されている。内側流路２１Ｂａの幅Ｗ１と、外側流路２１Ｂｂの幅Ｗ２との合計は、第２の直線流路２１Ｄの幅Ｗと同一である。
【００３３】
内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとに対応して、湾曲流路２１Ｃも、内側流路２１Ｃａと外側流路２１Ｃｂとに分離されている。内側流路２１Ｃａ、外側流路２１Ｃｂの幅は、それぞれ内側流路２１Ｂａ、外側流路２１Ｂｂの幅と同一である。内側流路２１Ｃａと外側流路２１Ｃｂとは、下流に向かって徐々に近づき、第２の直線流路２１Ｄの上流端に至るまでに１本の流路に合流する。
【００３４】
パワーモジュール５０は、第１の直線流路２１Ｂのうち、内側流路２１Ｂａと重なるが、外側流路２１Ｂｂとは重ならない。なお、外側流路２１Ｂｂ内の内側の経路に対応する部分が、パワーモジュール５０と重なるようにしてもよい。この場合にも、外側流路２１Ｂｂ内の外側の経路に対応する部分は、パワーモジュール５０と重ならない。
【００３５】
パワーモジュール５０は、ネジ５５により、冷却板２０に固定されている。一部のネジ５５は、内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとの間に配置される。
【００３６】
図５Ｂに、図５Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。冷却板２０内に、第１の直線流路２１Ｂ及び第２の直線流路２１Ｄが形成されている。第１の直線流路２１Ｂは、内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとに分離されている。一部のネジ５５が、内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとの間に配置されている。ネジ５５は、第１の直線流路２１Ｂの上面よりも深い位置まで到達している。
【００３７】
冷却用流路２１の上面は、図１Ｂ、図１Ｃに示したように、凸部２１Ｆが形成された形状としてもよいし、図４Ａ、図４Ｂに示したように、平坦にしてもよい。
【００３８】
実施例３においても、パワーモジュール５０が、第１の直線流路２１Ｂの一部分にのみ重なっており、第１の直線流路２１Ｂの外側の経路は、パワーモジュール５０と重なっていない。このため、実施例１と同様に、パワーモジュール５０の局所的な温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００３９】
パワーモジュール５０から、冷却用流路２１を流れる冷却媒体までの熱抵抗を小さくするために、冷却用流路２１と、パワーモジュール５０との間に介在する冷却板２０を、なるべく薄くすることが好ましい。薄くされた部分には、ネジ５５を取り付けることが困難である。実施例３では、第１の直線流路２１Ｂを、内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとに分離することにより、ネジ５５を挿入するための厚い部分を確保することができる。
【００４０】
内側流路２１Ｂａと外側流路２１Ｂｂとの間隔は、ネジ５５を挿入して固定するために十分な間隔にする必要がある。ただし、冷却媒体の流れを妨げないようにするために、両者の間隔を１００ｍｍ以下にすることが好ましい。また、実施例１と同様に、パワーモジュール５０の縁から、第１の直線流路２１Ｂの外側流路２１Ｂｂの外側の縁までの距離を、幅Ｗの１／４以上とすることが好ましい。
【００４１】
［実施例４］
図６Ａに、実施例４による電力変換装置の平面図を示す。以下、図１Ａ〜図１Ｃに示した実施例１による電力変換装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００４２】
実施例１では、湾曲流路２１Ｃが１つのみ配置されていたが、実施例４では、湾曲流路が複数個配置されている。すなわち、冷却用流路２１が、直線流路と湾曲流路とが交互に連続する蛇行形状を有する。この場合、最も上流側の直線流路２１Ｂを、実施例１の第１の直線流路２１Ｂに対応付けて考えればよい。パワーモジュール５０は、冷却用流路２１の幅方向に関して、最も上流側の直線流路２１Ｂの一部分のみと重なり、最も上流側の直線流路２１Ｂ内の外側の経路は、パワーモジュール５０と重なっていない。最も上流の直線流路以外の直線流路は、その幅方向に関して全域がパワーモジュール５０と重なっている。
【００４３】
中央の湾曲流路２１Ｃの曲率中心ＣＣを通過し、直線流路２１Ｂの長手方向に平行な仮想直線ＩＬに対して、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃが、実施例１の場合と同様に、下流側の直線流路の側にずれている。
【００４４】
実施例４においても、パワーモジュール５０の縁よりも外側に、最も上流側の直線流路２１Ｂ内の外側の経路が存在する。このため、実施例１と同様に、パワーモジュール５０の局所的な温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００４５】
図６Ｂに示すように、パワーモジュール５０の縁が、最も上流側の直線流路２１Ｂと、その隣の直線流路２１Ｄ（実施例１の第２の直線流路２１Ｄに相当）との間に配置されるように、パワーモジュール５０を冷却板２０に取り付けてもよい。この場合も、図６Ａの実施例４の場合と同様に、中央の湾曲流路２１Ｃの曲率中心ＣＣを通過し、直線流路２１Ｂの長手方向に平行な仮想直線ＩＬに対して、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃが、下流側の直線流路の側にずれている。
【００４６】
［実施例５］
図７に、実施例５による電力変換装置の平面図を示す。以下、図１Ａ〜図１Ｃに示した実施例１による電力変換装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００４７】
実施例５においても、冷却用流路２１は、第１の直線流路２１Ｂ、湾曲流路２１Ｃ、及び第２の直線流路２１Ｄを含む。第１の直線流路２１Ｂは、第１の向き（図７において上向き）に冷却媒体を流す。第２の直線流路２１Ｄは、第１の直線流路２１Ｂの側方に配置され、第１の向きとは反対向き（図７において下向き）に冷却媒体を流す。湾曲流路２１Ｃは、第１の直線流路２１Ｂの下流端を、第２の直線流路２１Ｄの上流端に接続する。湾曲流路２１Ｃは、第１の直線流路２１Ｂの下流端から離れるに従って、一旦、第２の直線流路２１Ｄから遠ざかる方向に湾曲し、その後、第２の直線流路２１Ｄに繋がる。
【００４８】
湾曲流路２１Ｃの最小曲率半径を有する部分の曲率中心ＣＣを通過し、第１の向きと平行な仮想直線ＩＬを基準として、パワーモジュール５０は、第１の直線流路２１Ｂの幅方向に関して、第２の直線流路２１Ｄの方に偏った位置に取り付けられている。実施例５においては、第１の直線流路２１Ｂ及び第２の直線流路２１Ｄの双方が、幅方向に関して、全域においてパワーモジュール５０と重なっている。
【００４９】
湾曲流路２１Ｃの曲率中心ＣＣを通過し、直線流路２１Ｂの長手方向に平行な仮想直線ＩＬと、パワーモジュール５０の中心線５０Ｃとは、実施例１の場合と同様に、相互にずれている。
【００５０】
湾曲流路２１Ｃが、一旦、外側に向かって湾曲しているため、第１の直線流路２１Ｂ内の外側の経路の流速が、図２に示した例に比べて遅くならない。このため、パワーモジュール５０の温度の面内分布のばらつきを抑制することができる。
【００５１】
［実施例６］
図８Ａに、実施例６による電力変換装置の断面図を示す。冷却板２０及びパワーモジュール５０は、実施例１〜実施例５のいずれかによる電力変換装置と同一の構成を有する。冷却板２０内に冷却用流路２１が形成されている。図８に示した断面には、湾曲流路２１Ｃが現れている。冷却媒体排出管２４が、冷却用流路２１に接続されている。冷却媒体導入管２３（図１Ａ）は、図８の断面には現れない。
【００５２】
冷却板２０及びパワーモジュール５０が、筐体６０内に収容されている。筐体６０は、下部容器６１と上蓋６２とを含む。冷却板２０は、下部容器６１の底面に固定されている。上蓋６２は、下部容器６１の開口部を塞いでいる。冷却媒体導入管２３及び冷却媒体排出管２４が、下部容器６１の側面を貫通して、筐体６０の外側まで導出されている。
【００５３】
なお、図８Ｂに示すように、冷却板２０と下部容器６１とを一体的に鋳造してもよい。
【００５４】
［実施例７］
図９に、実施例７による作業機械の例としてショベルの平面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して、上部旋回体７０が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、電動発電機８３、電動発電機用インバータ９０、
旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【００５５】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【００５６】
電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２には、実施例１〜実施例６のいずれかによる電力変換装置が用いられる。
【００５７】
図１０に、実施例７によるショベルの部分破断側面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回フレーム７０Ａ、カバー７０Ｂ、及びキャビン７０Ｃを含む。旋回フレーム７０Ａは、キャビン７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー７０Ｂは、旋回フレーム７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電モジュール８０、蓄電器用コンバータ９２等を覆う。キャビン７０Ｃ内に座席７９（図９）が収容されている。
【００５８】
旋回用電動モータ７６（図９）が、その駆動対象である旋回フレーム７０Ａを、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【００５９】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９５及びダンパ（防振装置）９６を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。蓄電器用コンバータ９２は、コンバータ用マウント９７及びダンパ９８を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。カバー７０Ｂが蓄電モジュール８０を覆う。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図９）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【００６０】
実施例１〜実施例６のいずれかによる電力変換装置を用いているため、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２内のパワーモジュールの局所的な温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００６１】
［実施例８］
図１１に、実施例８による作業機械の例として荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図を示す。実施例８による荷役作業車両は、フォーク１１１、車輪１１２、インストルメントパネル１１３、ハンドル１１４、レバー１１５、及び座席１１６を含む。車台に、走行モータ用インバータ１２０及び蓄電器用コンバータ１２１が、ダンパ等を介して搭載されている。走行モータ用インバータ１２０及び蓄電器用コンバータ１２１には、実施例１〜実施例６のいずれかの電力変換装置が用いられる。走行モータ用インバータ１２０は、走行用モータに電力を供給する。蓄電器用コンバータ１２１は、蓄電器の充放電を行う。
【００６２】
運転者が、座席１１６に搭乗し、ハンドル１１４、複数のレバー１１５、アクセルペダル、ブレーキペダル、その他の各種スイッチを操作する。これらの操作により、フォーク１１１の昇降、荷役作業車両の前進と後退、右折と左折等の動作が行われる。これらの動作を組み合わせることにより、荷物の積み降ろし、搬送等を行うことができる。
【００６３】
実施例１〜実施例６のいずれかによる電力変換装置を用いているため、走行モータ用インバータ１２０及び蓄電器用コンバータ１２１内のパワーモジュールの温度の局所的な上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００６４】
上記実施例１〜６による電力変換装置に含まれるパワーモジュール５０（例えば図１Ａ〜図１Ｃ）が、三相交流電動機の１相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１つ）のみの制御を行う場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して３個の電力変換装置を準備すればよい。この場合、実施例１〜６に示したパワーモジュール５０と冷却板２０とからなる電力変換装置を、複数個（例えば３個）、横方向（冷却板２０の面内方向）に配置することにより、三相交流電動機の三相分の電力変換装置を構成することができる。また、実施例１〜６に示したパワーモジュール５０と冷却板２０とからなる電力変換装置を、複数個（例えば３個）、縦方向（冷却板２０の厚さ方向）に積み重ねた構成としてもよい。
【００６５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６６】
上述の実施例１〜実施例８に基づき、下記の付記に記載された発明を開示する。
【００６７】
（付記１）
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有し、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記第２の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積が、前記第１の直線流路と前記パワーモジュールとが重なる領域の面積より大きい電力変換装置。
【００６８】
（付記２）
前記第１の直線流路の幅と、前記第２の直線流路の幅とが等しく、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路の幅方向に関して、前記第２の直線流路の全域が前記パワーモジュールと重なっているが、前記第１の直線流路は、幅方向に関して少なくとも一部分は前記パワーモジュールと重なっていない付記２に記載の電力変換装置。
【００６９】
（付記３）
前記第１の直線流路は、幅方向に関して外側流路と内側流路とに分離されており、前記外側流路及び内側流路は、前記湾曲流路内において、前記第２の直線流路に至る前に１本の流路に合流する付記１または２に記載の電力変換装置。
【００７０】
（付記４）
前記流路の、前記パワーモジュールが取り付けられた側の内面に、冷却媒体の流れの方向に沿う尾根状の凸部が形成されている付記１乃至３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【００７１】
（付記５）
前記第１の直線流路の断面積と、前記第２の直線流路の断面積とは、同一である付記１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【００７２】
（付記６）
平面視において、前記パワーモジュールのうち、前記流路と重なっている領域が、前記パワーモジュールの全域の６０％以上である付記１乃至５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【００７３】
（付記７）
冷却媒体を流す流路を含む冷却板と、
前記冷却板に取り付けられて、該冷却板に熱的に結合するパワーモジュールと
を有し、
前記流路は、第１の向きに冷却媒体を流す第１の直線流路と、前記第１の直線流路の側方に配置され、前記第１の向きとは反対向きの第２の向きに冷却媒体を流す第２の直線流路と、前記第１の直線流路及び前記第２の直線流路に連続し、前記第１の直線流路を流れてきた冷却媒体の進行方向を変えて、前記第２の直線流路に流入させる湾曲流路とを含み、
前記湾曲流路の最小曲率半径を有する部分の曲率中心を通過し、前記第１の向きと平行な仮想直線を基準として、前記パワーモジュールは、前記第１の直線流路の幅方向に関して、前記第２の直線流路の方に偏った位置に取り付けられている電力変換装置。
【００７４】
（付記８）
前記湾曲流路は、前記第１の直線流路の下流端から離れるに従って、一旦、前記第２の直線流路から遠ざかる方向に湾曲し、その後、前記第２の直線流路に繋がる付記７に記載の電力変換装置。
【符号の説明】
【００７５】
２０  冷却板
２１  流路
２１Ａ  上流端
２１Ｂ  第１の直線流路（最も上流側の直線流路）
２１Ｂａ  内側流路
２１Ｂｂ  外側流路
２１Ｃ  湾曲流路
２１Ｄ  第２の直線流路
２１Ｅ  下流端
２１Ｆ  凸部
２１Ｇ  最も下流側の直線流路
２３  冷却媒体導入管
２４  冷却媒体排出管
５０  パワーモジュール
５１  ベース板
５２  半導体素子
５３  封止樹脂
５５  ネジ
６０  筐体
６１  下部容器
６２  上蓋
７０  上部旋回体
７０Ａ  旋回フレーム
７０Ｂ  カバー
７０Ｃ  キャビン
７１  下部走行体
７３  旋回軸受け
７４  エンジン
７５  メインポンプ
７６  旋回用電動モータ
７７  油タンク
７８  冷却ファン
７９  座席
８０  蓄電モジュール
８１  トルク伝達機構
８２  ブーム
８３  電動発電機
８５  アーム
８６  バケット
９０  電動発電機用インバータ
９１  旋回用インバータ
９２  蓄電器用コンバータ
９５  蓄電モジュール用マウント
９６  ダンパ（防振装置）
９７  コンバータ用マウント
９８  ダンパ
１０７  ブームシリンダ
１０８  アームシリンダ
１０９  バケットシリンダ
１１１  フォーク
１１２  車輪
１１３  インストルメントパネル
１１４  ハンドル
１１５  レバー
１１６  座席
１２０  走行モータ用インバータ
１２１  蓄電器用コンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013039026.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013039026.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2013039026.tif 000015
2013039026.tif 000016
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