(57)【要約】  基板に実装された発熱回路部品の熱の放熱経路に筐体を介在させることなく、発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱することができる電力変換装置を提供する。電力変換装置(１)は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体(１２)に内蔵し、当該ケース体(１２)の一面に冷却体(３)に接触する冷却部材が形成されたモジュール(１１)を備えている。また、電力変換装置(１)は、前記半導体スイッチング素子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(２２)，(２３)と、該実装基板(２２)，(２３)を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に放熱するように前記冷却体３に接触する伝熱支持部材(３２)，(３３)とを備えている。
2013031147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記冷却部材に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、且つ、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、
前記半導体スイッチング素子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、
該実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、
前記半導体スイッチング素子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、
該実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記モジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記モジュールのケース体は、長方形の平面を有する扁平直方体形状を有し、前記伝熱支持部材は、前記ケース体の長辺側の側面を通るように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記モジュールの異なる側面を通って前記冷却部材に接触されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記伝熱支持部材は、前記モジュールのケース体に形成された接続端子に対応する位置に挿通孔を形成したことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、
前記半導体スイッチング素子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、
該実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記モジュールの少なくとも一部を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記モジュールの一部を通って前記冷却部材に接触されていることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に伝熱部材を介挿したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記伝熱部材は、絶縁性を有する絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記伝熱部材は、伸縮性を有する弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記伝熱部材は、伸縮性を有する弾性体で構成され、前記実装基板の前記伝熱板部側実装面に前記発熱回路部品が実装されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記伝熱部材は、前記実装基板と同じ大きさに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記伝熱部材は、前記実装基板に実装される電子回路部品のうち相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品の周囲のみに配置したことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部とを前記伝熱部材を介して締付固定部材で固定したことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記締付固定部材の周囲に前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部との間隔を所定値に維持する間隔調整部材が介挿されていることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記伝熱支持側板部は、前記実装基板の各側面に対応する板部を有し、当該各板部に前記伝熱支持板部を支持する支持部を形成したことを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の電力変換装置。
【請求項２１】
前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項２０に記載の電力変換装置。
【請求項２２】
前記伝熱支持部材の伝熱支持側板部は前記モジュールの冷却部材及び前記冷却体間に挿通される冷却体接触板部を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の電力変換装置。
【請求項２３】
前記冷却体接触板部と前記モジュールの冷却部材との間に板状弾性部材が介挿されていることを特徴とする請求項２２に記載の電力変換装置。
【請求項２４】
前記冷却体接触板部は、前記モジュールに形成された当該モジュールを前記冷却体に固定する固定部材を挿通する挿通孔に対向する位置に固定部材挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の電力変換装置。
【請求項２５】
前記モジュールは、前記冷却部材を当該モジュールの前記冷却部材とは反対側に臨ませる開口部が形成され、
前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記モジュールの前記開口部を通じて前記冷却部材に接触される伝熱支持側板部とで構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項２６】
前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項２５に記載の電力変換装置。
【請求項２７】
前記伝熱支持部材は、黒色の表面を有することを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２８】
前記実装基板は、相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品を前記冷却体への伝熱距離が短くなる位置に配置したことを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュール上に、所定間隔を保って上記半導体スイッチング素子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を支持するようにした電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載された電力変化装置が知られている。この電力変換装置は、筐体内に、水冷ジャケットを配置し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５７３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、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という未解決の課題がある。【０００５】
また、筐体には、防水・防塵が要求されることが多いため、金属ベース板と筐体との間、筐体と水冷ジャケットとの間には液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどが一般的に行われている。液状シール剤やゴム製パッキンは熱伝導率が一般的に低く、これらが熱冷却経路に介在することで熱抵抗が増え冷却効率が低下するという未解決の課題もある。この未解決の課題を解決するためには、基板や実装部品の除去しきれない発熱を筐体や筐体蓋からの自然対流による放熱も必要となり、筐体や筐体蓋の表面積を大きくするために、筐体や筐体蓋の外形が大きくなり電力変換装置が大型化することになる。【０００６】
そこで、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、基板に実装された発熱回路部品の熱の放熱経路に筐体を介在させることなく、発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱することができる電力変換装置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、本発明に係る電力変換装置の第１の態様は、一面に冷却部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記冷却部材に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、且つ、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持する伝熱支持部材とを備えている。
この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって冷却体に直接放熱することができる。【０００８】
また、本発明に係る電力変換装置の第２の態様は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、前記半導体スイッチング素子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を備えている。また、上記第１の態様は、前記実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触する伝熱支持部材を備えている。
この構成によると、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱することができる。【０００９】
また、本発明に係る電力変換装置の第３の態様は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、前記半導体スイッチング素子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を備えている。また、上記第３の態様は、前記実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記モジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材とを備えている。【００１０】
この構成によると、上記第２の態様と同様に、実装基板に実装されている発熱回路部品の熱を伝熱支持部材によって筐体を介することなく冷却体に放熱することができる。しかも、伝熱支持部材がモジュールの一側面を通って冷却体に接触するので、伝熱経路を短くすることができる。【００１１】
また、本発明に係る電力変換装置の第４の態様は、前記モジュールのケース体が、長方形の平面を有する扁平直方体形状を有し、前記伝熱支持部材が、前記ケース体の長辺側の側面を通るように配置されている。
この構成によると、伝熱支持部材の伝熱断面積を広くすることができ、放熱効果を向上させることができる。【００１２】
また、本発明に係る電力変換装置の第５の態様は、前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記モジュールの異なる側面を通って前記冷却部材に接触されている。
この構成によると、実装基板と伝熱支持板部との組が複数存在する場合に、実装基板毎に異なる放熱経路を形成することができる。【００１３】
また、本発明に係る電力変換装置の第６の態様は、前記伝熱支持部材が、前記モジュールのケース体に形成された接続端子に対応する位置に挿通孔を形成した構成とされている。
この構成によると、隣接する挿通孔間に伝熱路を形成することができ、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。【００１４】
また、本発明に係る電力変換装置の第７の態様は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に冷却体に接触する冷却部材が形成されたモジュールと、前記半導体スイッチング素子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を備えている。また、前記第７の態様は、前記実装基板を前記モジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記モジュールの少なくとも一部を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材とを備えている。
この構成によると、伝熱支持部材がモジュールの少なくとも一部を通って冷却体に接触するので、モジュールの外形が大きい場合に、伝熱経路を短縮することができる。【００１５】
また、本発明に係る電力変換装置の第８の態様は、上記第７の態様において、前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記モジュールの一部を通って前記冷却部材に接触されている。
この構成によると、実装基板と伝熱支持板部との組が複数存在する場合に、実装基板毎に異なる放熱経路を形成することができる。【００１６】
また、本発明に係る電力変換装置の第９の態様は、前記実装基板が金属ベース回路基板で構成されている。
この構成によると、金属ベース回路基板の放熱板を伝熱支持部材に連結することにより、発熱回路部品の放熱を効率良く行うことができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１０の態様は、前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に伝熱部材を介挿している。
この構成によると、実装基板の発熱回路部品の熱を、伝熱部材を介して伝熱支持部材に効率よく伝熱することができる。【００１７】
また、本発明に係る電力変換装置の第１１の態様は、前記伝熱部材が、絶縁性を有する絶縁体で構成されている。
この構成によると、伝熱部材が絶縁体で構成されているので、実装基板と伝熱支持板部とを確実に絶縁することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１２の態様は、前記伝熱部材が、伸縮性を有する弾性体で構成されている。
この構成によると、伝熱部材が弾性体で構成されているので、実装基板及び実装された回路部品との接触面積を広くして放熱効果を向上させることができる。【００１８】
また、本発明に係る電力変換装置の第１３の態様は、前記伝熱部材が、伸縮性を有する弾性体で構成され、前記実装基板の前記伝熱板部側実装面に前記発熱回路部品が実装されている。
この構成によると、伝熱部材を実装基板の発熱回路部品に直接接触させることができ、大きな放熱効果を発揮することができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第１４の態様は、前記伝熱部材が、前記実装基板と同じ大きさに形成されている。
この構成によると、伝熱部材の大きさが実装基板と同じとされているので、伝熱面積を広くして放熱効果を高めることができる。【００１９】
また、本発明に係る電力変換装置の第１５の態様は、前記伝熱部材が、前記実装基板に実装される電子回路部品のうち相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品の周囲のみに配置されている。
この構成によると、放熱効果を発揮したい部分にのみ伝熱部材を配置するので、伝熱部材の使用面積を減少させて、低コスト化を図ることができる。【００２０】
また、本発明に係る電力変換装置の第１６の態様は、前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部とを前記伝熱部材を介して締付固定部材で固定している。
この構成によると、実装基板と伝熱支持部材の伝熱支持板部の間に伝熱部材を挟んだ状態で締付固定部材によって固定するので、組付けを容易に行うことができる。【００２１】
また、本発明に係る電力変換装置の第１７の態様は、前記締付固定部材の周囲に前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部との間隔を所定値に維持する間隔調整部材が介挿されている。
この構成によると、伝熱部材が弾性体である場合に、伝熱部材の圧縮率を正確に規定することができる。【００２２】
また、本発明に係る電力変換装置の第１８の態様は、前記伝熱支持部材が、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されている。
この構成によると、実装基板を伝熱支持板部で支持するので、実装基板の剛性を高めることができる。【００２３】
また、本発明に係る電力変換装置の第１９の態様は、前記伝熱支持側板部は、前記実装基板の各側面に対応する側板部を有し、当該各板部に前記伝熱支持板部を支持する支持部を形成している。
この構成によると、１つの伝熱支持側板部によって複数の実装基板を支持することができる。【００２４】
また、本発明に係る電力変換装置の第２０の態様は、前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されている。
この構成によると、伝熱支持板部と伝熱支持側板部とが一体に形成されているので、両者間の連結部に継ぎ目がなく、連結部での熱抵抗を小さくすることができる。【００２５】
また、本発明に係る電力変換装置の第２１の態様は、前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されている。
この構成によると、伝熱支持板部が複数の伝熱支持側板部に固定支持されているので、冷却体への伝熱面積を増加させて、効率の良い放熱を行うことができる。
また、本発明に係る電力変換装置の第２２の態様は、前記伝熱支持部材の伝熱支持側板部が前記モジュールの冷却部材及び前記冷却体間に挿通される冷却体接触板部を有する。
この構成によると、伝熱支持側板部に冷却体に接触する冷却体接触板部を有するので、冷却体への放熱を確実に行うことができる。【００２６】
また、本発明に係る電力変換装置の第２３の態様は、前記冷却体接触板部と前記モジュールの冷却部材との間に板状弾性部材が介挿されている。
この構成によると、板状弾性部材によって冷却体接触板部が冷却体に押し付けされるので、冷却体と冷却体接触板部との接触を確実に行うこと化できる。【００２７】
また、本発明に係る電力変換装置の第２４の態様は、前記冷却体接触板部が、前記モジュールに形成された当該モジュールを前記冷却体に固定する固定部材を挿通する挿通孔に対向する位置に固定部材挿通孔が形成されている。
この構成によると、モジュールと伝熱支持部材とを同時に冷却体に固定することができ、組立工数を減少させることができる。【００２８】
また、本発明に係る電力変換装置の第２５の態様は、前記モジュールが、前記冷却部材を当該モジュールの前記冷却部材とは反対側に臨ませる開口部が形成され、前記伝熱支持部材が、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記モジュールの前記開口部を通じて前記冷却部材に接触される伝熱支持側板部とで構成されている。
この構成によると、伝熱支持側板部がモジュールの開口部を通じて冷却部材に接触されるので、モジュールと伝熱支持側板部とを一体化させることができる。【００２９】
また、本発明に係る電力変換装置の第２６の態様は、前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されている。
この構成によると、伝熱支持板部が複数の伝熱支持側板部に固定支持されているので、冷却体への伝熱面積を増加させて、効率の良い放熱を行うことができる。【００３０】
また、本発明に係る電力変換装置の第２７の態様は、前記伝熱支持部材が、黒色の表面を有する。
この構成によると、伝熱支持部材の表面を黒色とすることにより、熱の放射率を大きくすることができ、放射伝熱量が増えることで、伝熱支持部材の周囲への放熱が活発化され、基板の熱冷却を効率化することができる。【００３１】
また、本発明に係る電力変換装置の第２８態様は、前記実装基板が、相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品を前記冷却体への伝熱距離が短くなる位置に配置されている。
この構成によると、実装基板への発熱回路部品を伝熱距離が短くなるように配置するので、伝熱量を増やして効率的な放熱を行うことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を冷却体に接触する伝熱支持部材で筐体を介することなく支持するので、発熱回路部品で生じる熱を、伝熱支持部材を介して直接冷却体に放熱することができ、熱抵抗を抑えて冷却効率の良い熱冷却を行うことができる。このため、筐体や筐体蓋からの放熱作用との併用を減少させることができ、筐体や筐体蓋の大きさを抑えて小型化されて安価な電力変換装置を提供することができる。
しかも、筐体に良好な伝熱性を要求することがないので、筐体に樹脂等の軽量な材料を用いることができ、筐体を軽量化して安価な電力変換装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の要部を示す拡大断面図である。
【図３】実装基板を取り付け状態の具体的構成を示す拡大断面図である。
【図４】実装基板の伝熱支持部材への取り付け方法を示す図である。
【図５】実装基板を伝熱支持部材へ取り付けた状態を示す断面図である。
【図６】伝熱部材の変形例を示す断面図である。
【図７】伝熱支持部材を示す側面図である。
【図８】発熱回路部品の基板ユニット内における放熱経路を説明する図である。
【図９】発熱回路部品の全体の放熱経路を説明する図である。
【図１０】電力変換装置に対して上下振動や横揺れが作用した状態を示す図である。
【図１１】実装基板への発熱回路部品の配置例を示す模式的斜視図である。
【図１２】実装基板への発熱回路部品の配置例を示す断面図である。
【図１３】第１の実施形態の変形例の放熱経路を説明する図である。
【図１４】本発明に係る電力変換装置の第２の実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図１５】第２の実施形態の要部を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る電力変換装置の第３の実施形態の要部を示す断面図である。
【図１７】第３の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１８】伝熱支持部材の他の例を示す断面図である。
【図１９】金属ベース回路基板を適用した場合の変形例を示す断面図である。
【図２０】伝熱支持部材のさらに他の例を示す斜視図である。
【図２１】図２０の平面図である。
【図２２】図２０の正面図である。
【図２３】図２０の側面図である。
【図２４】図２０における伝熱支持部材のみの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
図１は本発明に係る電力変換装置の全体構成を示す断面図である。
図中、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。
【００３５】
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。
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。
【００３６】
冷却体３は、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。この冷却体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いる。そして、冷却体３は、下面が平坦面とされ、上面が中央部３ｃを残して角枠状の周溝３ｄが形成されている。また、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。
【００３７】
電力変換装置１は、図２とともに参照して明らかなように、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。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部材としての固定ねじ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。
【００３８】
この基板固定部１６の上端には、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。さらに、制御回路基板２２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。
【００３９】
そして、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。
また、制御回路基板２２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。
【００４０】
さらに、電源回路基板２３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。
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３は、伝熱支持部材３２及び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。これら伝熱支持部材３２及び３３は、熱伝導率が高い金属例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。
【００４１】
また、伝熱支持部材３２及び３３は、制御回路基板２２を支持する冷却体３の周溝３ｄ内に配置されて冷却体接触板部となる角枠状の共通の底板部３４を有する。したがって、伝熱支持部材３２及び３３は底板部３４によって一体に連結されている。
【００４２】
そして、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４とは黒色の表面を有する。これら伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色化にするには、表面に黒色樹脂をコーティングしたり、黒色塗料で塗装したりすればよい。このように、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との表面を黒色とすることにより、金属の素材色と比較し熱放射率が大きくなり、放射伝熱量を増やすことができる。このため、伝熱支持部材３２及び３３と底板部３４との周囲への放熱が活発化され、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の熱冷却を効率良く行うことができる。なお、底板部３４を除いて伝熱支持部材３２及び３３のみの表面を黒色にするようにしてもよい。
【００４３】
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の図２で見てパワーモジュール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。そして、伝熱支持側板部３２ｃが共通の底板部３４に連結されている。
伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して制御回路基板２２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。
【００４４】
また、伝熱支持側板部３２ｃは、図２に示すように、冷却体３の周溝３ｄ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３２ｄと、この連結板部３２ｄの上端から左方に延長する上板部３２ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３２ｄは、パワーモジュール１１の長辺側の右側面を通って上方に延長している。
【００４５】
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の図２で見てパワーモジュール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。そして、伝熱支持側板部３３ｃが共通の底板部３４に連結されている。
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を介して電源回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。
【００４６】
また、伝熱支持側板部３３ｃは、図２及び図３に示すように、冷却体３の周溝３ｄ内に配置される共通の底板部３４の長辺側の外周縁に一体に連結されて上方に延長する連結板部３３ｄと、この連結板部３３ｄの上端から左方に延長する上板部３３ｅとで断面逆Ｌ字状に形成されている。連結板部３３ｄは、パワーモジュール１１の長辺側の左側面を通って上方に延長している。
【００４７】
そして、連結板部３３ｄの底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を例えば円筒面の一部でなる湾曲面３３ｆ及び３３ｇに形成している。このように連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。すなわち、電力変換装置１に上下振動や横揺れが伝達されたときに連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部に生じる応力集中を緩和することが可能となる。
【００４８】
さらに、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を円筒状の湾曲面３３ｆ及び３３ｇとすることにより、連結板部３３ｄと底板部３４及び上板部３３ｅとの連結部を直角のＬ字形状とする場合に比較して熱伝導経路を短くすることができる。このため、伝熱支持板部３３ａから冷却体３までの熱伝導経路を短くして、効率的な熱冷却が可能となる。
【００４９】
さらに、制御回路基板２２及び電源回路基板２３には、発熱回路部品３９が、図４及び図５に示すように、下面側に実装されている。
そして、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱部材３５，３７及び伝熱支持板部３２ａ，３３ａとの連結が図４に示すように行われる。これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３と、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの連結は左右が逆となることを除いては実質的に同じであるので、電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａを代表として説明する。
【００５０】
この電源回路基板２３と伝熱支持板部３３ａとの連結には、図４及び図５に示すように、伝熱部材３７の厚みＴより低い伝熱板部管理高さＨを有する間隔調整部材としての間座４０が用いられる。この間座４０は、伝熱支持板部３３ａに形成された固定ねじ３８が螺合する雌ねじ部４１の外周側に接着等によって仮止めされている。ここで、間座４０の伝熱板部管理高さＨは、伝熱部材３７の圧縮率が約５〜３０％となるように設定されている。このように、伝熱部材３７を約５〜３０％程度に圧縮することにより、熱抵抗が減り効率良い伝熱効果を発揮することができる。
【００５１】
一方、伝熱部材３７には、継ぎねじ２５を挿通可能な挿通孔３７ａと、間座４０を挿通可能な挿通孔３７ｂとが形成されている。
そして、伝熱支持板部３３ａに仮止めされた間座４０を挿通孔３７ｂに挿通されるように伝熱部材３７を伝熱支持板部３３ａに載置し、この伝熱支持板部３３ａの上に電源回路基板２３を発熱回路部品３９が伝熱部材３７に接するように載置する。
【００５２】
この状態で、固定ねじ３８を電源回路基板２３の挿通孔２３ｂを通じ、間座４０の中心開口を通じて伝熱支持板部３３ａの雌ねじ部４１に螺合させる。そして、固定ねじ３８を伝熱部材３７の上面が間座４０の上面と略一致するまで締め付ける。
このため、伝熱部材３７が５〜３０％程度の圧縮率で圧縮されることになり、熱抵抗が減って効率の良い伝熱効果を発揮することができる。このとき、伝熱部材３７の圧縮率は間座４０の高さＨによって管理されるので、締め付け不足や締め付け過剰が生じることなく、適切な締め付けが行われる。
【００５３】
また、電源回路基板２３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と電源回路基板２３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と電源回路基板２３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。
制御回路基板２２と伝熱支持板部３２ａとの伝熱部材３５を介在させた連結も上記と同様にして行われる。
【００５４】
なお、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２及び４３が貼着されている。
また、伝熱支持部材３３の伝熱支持側板部３３ｃにおける連結板部３３ｄには、図７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。
【００５５】
同様に、伝熱支持部材３２の伝熱支持側板部３２ｃの連結部にも、図１に示すように、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３２ｉが形成されている。この挿通孔３２ｉを形成することにより、上述した挿通孔３３ｉと同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
また、伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４には、図２及び図３に示すように、パワーモジュール１１の固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５に対向する位置に固定部材挿通孔３４ａが形成されている。さらに、底板部３４の上面とパワーモジュール１１に形成された放熱部材１３の下面との間に板状弾性部材４５が介在されている。
そして、パワーモジュール１１及び放熱部材１３の挿通孔１５及び底板部３４の固定部材挿通孔３４ａに固定ねじ１４を挿通し、この固定ねじ１４を冷却体３に形成された雌ねじ部３ｆに螺合させることにより、パワーモジュール１１と底板部３４とが冷却体３に固定されている。
【００５７】
次に、上記第１の実施形態の電力変換装置１の組立方法を説明する。
先ず、図４で前述したように、電源回路基板２３を伝熱支持部材３３の伝熱支持板部３３ａに伝熱部材３７を介して重ね合わせ、固定ねじ３８によって伝熱部材３７を５〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａを固定して、電源回路ユニットＵ３を形成しておく。
同様に、制御回路基板２２を伝熱支持部材３２の伝熱支持板部３２ａに伝熱部材３５を介して重ね合わせ、固定ねじ３６によって伝熱部材３５を５〜３０％程度の圧縮率で圧縮した状態で制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａを固定して制御回路ユニットＵ２を形成しておく。
【００５８】
一方、冷却体３の周溝３ｄ内に、伝熱支持部材３２及び３３に共通の底板部３４を、その上面とパワーモジュール１１に形成した放熱部材１３の下面との間に板状弾性部材４５を介在させた状態で、パワーモジュール１１とともに固定ねじ１４で固定する。このように、パワーモジュール１１と伝熱支持部材３２及び３３の共通の底板部３４とを同時に冷却体３に固定することができるので、組立工数を減少させることができる。
【００５９】
また、底板部３４を冷却体３に固定する際に板状弾性部材４５を底板部３４とパワーモジュール１１の放熱部材１３との間に介在させるので、この板状弾性部材４５によって底板部３４が冷却体３の周溝３ｄの底部に押し付けられて、底板部３４が冷却体３に確実に接触されて、広い接触面積を確保することができる。
また、パワーモジュール１１には、冷却体３に固定する前又は固定した後に、その上面に形成された基板固定部１６に駆動回路基板２１を載置する。そして、この駆動回路基板２１をその上方から４本の継ぎねじ２４によって基板固定部１６に固定する。そして、伝熱支持板部３２ａを伝熱支持側板部３２ｃに固定ねじ３２ｂで連結する。
【００６０】
そして、継ぎねじ２４の上面に制御回路ユニットＵ２の制御回路基板２２を載置し、４本の継ぎねじ２５によって固定する。さらに、継ぎねじ２５の上面に電源回路ユニットＵ３の電源回路基板２３を載置し、４本の固定ねじ２６によって固定する。そして、伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃに固定ねじ３３ｂによって連結する。
その後、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５０を接続し、このブスバー５０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を固定ねじ５１で連結する。さらに、パワーモジュール１１の直流入力端子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を固定する。
【００６１】
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を配置する。そして、ブスバー５５の他端に外部の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の先端に固定した圧着端子５９を固定ねじ６０で固定して接続する。
その後、冷却体３の下面及び上面に、下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂを、シール材を介して固定して電力変換装置１の組立を完了する。
【００６２】
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。
【００６３】
このとき、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱する。この発熱はパワーモジュール１１に形成された放熱部材１３が冷却体３の中央部３ｃに直接接触されているので、冷却体３に供給されている冷却水によって冷却される。
一方、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。
【００６４】
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を介して伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが設けられている。
このため、発熱回路部品３９が伝熱部材３５及び３７で覆われ、発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との接触面積が大きくなるとともに密着して発熱回路部品３９と伝熱部材３５及び３７との熱抵抗が小さくなる。したがって、発熱回路部品３９の発熱が伝熱部材３５及び３７に効率よく伝熱される。そして、伝熱部材３５及び３７自体は５〜３０％程度の圧縮率で圧縮されて熱伝導率が高められているので、図８に示すように、伝熱部材３５及び３７に伝熱された熱が効率良く伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達される。
【００６５】
そして、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａには、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが連結されているので、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝達された熱は、図９に示すように、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃを通って共通の底板部３４に伝達される。この底板部３４は、冷却体３の周溝３ｄ内に直接接触されているので、伝達された熱は冷却体３に放熱される。
【００６６】
さらに、底板部３４に伝達された熱は、その上面側から板状弾性部材４５を介してパワーモジュール１１の放熱部材１３に伝達され、この放熱部材１３を介して冷却体３の中央部３ｃに伝達されて放熱される。
このように、上記第１の実施形態によると、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装された発熱回路部品３９の発熱が熱抵抗の大きな制御回路基板２２及び電源回路基板２３を介することなく直接伝熱部材３５及び３７に伝熱されるので、効率の良い放熱を行うことができる。
【００６７】
そして、伝熱部材３５及び３７に伝達された熱は伝熱支持板部３２ａ及び３３ａに伝熱され、さらに伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに伝達される。このとき、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃがパワーモジュール１１の長辺に沿って設けられている。
このため、伝熱面積を広くとることができ、広い放熱経路を確保することができる。しかも、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃは折れ曲がり部が円筒状の湾曲部とされているので、折れ曲がり部をＬ字状にする場合に比較して冷却体３までの伝熱距離を短くすることができる。ここで、熱輸送量Ｑは、下記（１）式で表すことができる。
Ｑ＝λ×（Ａ／Ｌ）×Ｔ      …………（１）
【００６８】
ただし、λは熱伝導率［Ｗ／ｍ℃］、Ｔは温度差［℃］基板温度Ｔ１−冷却体温度Ｔ２、Ａは伝熱最小断面積［ｍ2］、Ｌは伝熱長さ［ｍ］である。
この（１）式から明らかなように、伝熱長さＬが短くなると、熱輸送量Ｑは増加することになり、良好な冷却効果を発揮することができる。
【００６９】
また、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが共通の底板部３４で一体化されているので、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃと底板部３４との間に部品同士の継ぎ目がなく、熱抵抗を抑制することができる。
さらに、発熱回路部品３９が実装された制御回路基板２２及び電源回路基板２３から冷却体３までの放熱経路に筐体２が含まれていないので、筐体２に伝熱性が要求されることがない。したがって、筐体２の構成材料としてアルミニウム等の高熱伝導率の金属を使用する必要がなく、合成樹脂材で筐体２を構成することが可能となり、軽量化を図ることができる。
【００７０】
また、放熱経路が筐体２に依存することなく、電力変換装置１単独で放熱経路を形成することができるので、パワーモジュール１１と、駆動回路基板２１、制御回路基板２２及び電源回路基板２３を一体化した構成の電力変換装置１を種々の異なる形態の筐体２や冷却体３に適用することができる。このため、単体としての電力変換装置１の剛性及び放熱性とハンドリングとを向上させることができる。
【００７１】
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に金属製の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａが固定されているので、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の剛性を高めることができる。すなわち、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａで伝熱機能と剛性強化機能を発揮することができる。このため、電力変換装置１を車両の走行用モータを駆動するモータ駆動回路として適用する場合のように、電力変換装置１に図１０に示す上下振動や横揺れが作用する場合でも、伝熱支持部材３２及び３３で剛性を高めることができる。したがって、上下振動や横揺れ等の影響が少ない電力変換装置１を提供することができる。
【００７２】
なお、上記第１の実施形態においては、制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３で、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を図６に示すように発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。
【００７３】
また、上記第１の実施形態においては、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、図１１に示すように、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Ａｏに実装するようにしてよい。この場合には、発熱量の大きい発熱回路部品３９が外周部側に配置されるので、発熱回路部品３９を中央に配置して他の回路部品で囲まれる場合に比較して発熱回路部品の空間への放熱を行うことが可能となる。このため、効率的な熱冷却を行うことができる。
【００７４】
さらには、図１２に示すように、制御回路基板２２及び電源回路基板２３のそれぞれにおいて、発熱回路部品３９を伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに近い部分に配置することにより、冷却体３迄の放熱経路の距離を短くするようにしてもよい。この場合でも、発熱回路部品３９の冷却体３までの放熱経路の距離が短くなるので、効率良い放熱を行うことができる。
【００７５】
また、上記第１の実施形態においては、発熱回路部品３９を実装した基板が２種類存在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く、発熱回路部品３９を実装した基板が例えば制御回路基板２２の一枚だけである場合には、図１３（ａ）に示すように構成してもよい。すなわち、制御回路基板２２の左右両側にそれぞれ伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｆを設けて、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路を形成する。このように構成することにより、伝熱支持板部３２ａの両側に放熱経路が形成されることにより、放熱効果をより向上させることができる。
さらには、図１３（ｂ）に示すように伝熱支持側板部３２ｃに各回路ユニットＵ２及びＵ３を支持する上板部３２ｅを複数形成して、複数の回路基板を支持するようにしてもよい。
【００７６】
次に、本発明の第２の実施形態を図１４及び図１５について説明する。
この第２の実施形態は、パワーモジュール１１に形成されている放熱部材１３が冷却体３に流れる冷却水に直接接触する冷却フィン６１を備えた構成とされている。これに応じて、冷却体３の中央部に冷却フィン６１を冷却水の通路に浸漬させる浸漬部６２を形成している。
そして、浸漬部６２を囲む周壁６３と放熱部材１３との間にＯリング等のシール部材６６が配設されている。
【００７７】
その他の構成については前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図１及び図２との対応部分には同一符号を付しその詳細説明はこれを省略する。
この第２の実施形態によると、パワーモジュール１１の放熱部材１３に冷却フィン６１が形成され、この冷却フィン６１が冷却水に浸漬部６２で冷却水に浸漬されているので、パワーモジュール１１をより効率良く冷却することができる。
【００７８】
次に、本発明の第3の実施形態を図１６について説明する。
この第３の実施形態は、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃをパワーモジュール１１内を通って冷却体３に接触するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態では、パワーモジュール１１の左右端部側に伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃを挿通させる開口部としての貫通孔８１ａ及び８１ｂが前後方向に延長して形成されている。
ここで、貫通孔８１ａ及び８１ｂのそれぞれは、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３２３ｃにおける上板部３２ｅ及び３３ｅを挿通することができるように位置及び幅が設定されている。
【００７９】
そして、底板部３４で連結された伝熱支持部材３２及び３３の上方に、パワーモジュール１１を、その貫通孔８１ａ及び８１ｂが伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃの上板部３２ｅ及び３３ｅに対向するように位置合わせした状態とする。この状態で、パワーモジュール１１を下方に降下させることにより、貫通孔８１ａ及び８１ｂ内に伝熱支持側板部３２ｃの上板部３２ｅ及び伝熱支持側板部３３ｃの上板部３３ｅが挿通される。そして、パワーモジュール１１の冷却部材１３の下面を底板部３４の上面に形成した板状弾性部材４５の上面に接触させる。
【００８０】
この状態で、パワーモジュール１１及び底板部３４を固定ねじ１４で共に冷却体３にねじ止めすることより、伝熱支持部材３２及び３３を冷却体３にパワーモジュール１１と共に固定する。
その後、パワーモジュール１１の上面に駆動回路基板２１、制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットをＵ３を前述した第１の実施形態と同様に順次取り付け、制御回路ユニットＵ２側の伝熱支持板部３２ａを伝熱支持側板部３２ｃの上板部３２ｅに固定ねじ３２ｂでねじ止めする。また、電源回路ユニットＵ３側の伝熱支持板部３３ａを伝熱支持側板部３３ｃの上板部３３ｅに固定ねじ３３ｂでねじ止めする。
【００８１】
この第３の実施形態によると、上記第１の実施形態の作用効果に加えて、共通の底板部３４で連結された伝熱支持部材３２及び３３の上方にパワーモジュール１１の貫通孔８１ａ及び８１ｂを対向させた状態で、パワーモジュール１１と伝熱支持部材３２及び３３とを相対移動させることにより、パワーモジュール１１と伝熱支持部材３２及び３３との組付けることができ、組付作業を容易に行うことができる。
【００８２】
なお、上記第３の実施形態においては、パワーモジュール１１に形成した貫通孔８１ａ及び１８ｂ内に共通の底板部３４で連結された伝熱支持部材３２及び３３を挿通して、底板部３４を冷却体３にパワーモジュール１１と共に固定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く、図１７に示すように、伝熱支持部材３２及び３３を貫通孔８１ａ及び８１ｂ内で冷却部材１３に直接固定するようにしてもよい。
すなわち、パワーモジュール１１を、その冷却部材１３を貫通孔８１ａ及び８１ｂを通じてパワーモジュール１１の上方側に臨ませるように延長した構成とする。
【００８３】
一方、伝熱支持部材３２及び３３を連結する底板部３４を左右両端部を残して切断した形状に構成する。
そして、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃの底板部３２ｈ及び３３ｈを貫通孔８１ａ及び８１内に挿通して冷却部材１３の上面に当接させた状態で、ろう付け、ねじ止め等の固定手段によって冷却部材１３に固定する。この場合には、予め伝熱支持部材３２及び３３をパワーモジュール１１に一体化させておくことにより、組付工数を減少させて、組付作業をより容易に行うことができる。この場合には、パワーモジュール１１に形成する貫通孔８１ａ及び８１ｂの幅は、伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃの底板部３２ｈ及び３３ｈを挿通可能な幅に設定すればよい。
【００８４】
また、上記第３の実施形態においては、パワーモジュール１１に形成した貫通孔８１ａ及び１８ｂを形成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、貫通孔８１ａ及び８１ｂに代えて、パワーモジュール１１の左右端部から内方に切欠を形成するようにしてもよい。要は、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃが挿通可能な開口部が形成されていればよい。
【００８５】
また、上記第３の実施形態においては、パワーモジュール１１の左右端部側に貫通孔８１ａ及び８１ｂを形成した場合について説明したが、これに限らず、前後端部側に貫通孔を形成するようにしてもよく、さらにはパワーモジュール１１の隣接する辺の一方に貫通孔８１ａを形成し、他方に貫通孔８１ｂを形成するようにしてもよい。
【００８６】
また、上記第３の実施形態においては、パワーモジュール１１に２つの貫通孔８１ａ及び８１ｂを形成した場合について説明したが、パワーモジュール１１の寸法によっては、貫通孔８１ａ及び８１ｂの一方のみを形成し、他方の貫通孔に挿通する伝熱支持側板部については第１の実施形態のようにパワーモジュール１１の側面を通って冷却体３に固定するようにしてもよい。
【００８７】
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、伝熱支持部材３２及び３３の伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを別体で構成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なく、図１８に示すように、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃとを一体に構成するようにしてもよい。この場合には、伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部３２ｃ及び３２ｃとの間に継ぎ目が形成されることがなくなるので、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。
【００８８】
また、上記第１〜第３の実施形態においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを結合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、制御回路基板２２及び電源回路基板として、図１９に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金を主体とした放熱板７１上に絶縁層７２を介して回路パターン７３を形成した金属ベース回路基板７４を適用することができる。この場合には、図１９に示すように、伝熱部材３５及び３７と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａを省略して、金属ベース回路基板７４の放熱板７１を直接伝熱支持側板部３２ｃ及び３３ｃに接続するようにすればよい。
【００８９】
また、上記第１〜第３の実施形態においては、制御回路基板２２と電源回路基板２３とを個別の伝熱支持部材で支持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く、伝熱支持部材を図２０〜図２４に示す構造とすることができる。
【００９０】
すなわち、前述した第１〜第３の実施形態における伝熱支持側板部３２及び３３を省略し、これらに代えて例えば矩形の制御回路規範２２及び電源回路基板２３の各側面に対応する４つの前側板部９１ａ、後側板部９１ｂ、左側板部９１ｃ及び右側板部９１ｄを共通の底板部３４から立ち上げて伝熱支持側板部９０を構成する。これら各板部９１ａ〜９１ｄの内、前側板部９１ａ及び後側板部９１ｂには、制御回路基板２２を支持する伝熱支持板部３２ａに対向する位置に左右一対の幅広の逆Ｕ字状スリット９２ａ，９２ｂを形成し、これら逆Ｕ字状スリット９２ａ，９２ｂで囲まれる板部を内側に９０度折り曲げて支持部９３ａ，９３ｂが形成されている。
【００９１】
また、前側板部９１ａ及び後側板部９１ｂには、電源回路基板２３に対向する上端が内方に９０度折り曲げられて支持部９４ａ及び９４ｂが形成されている。
さらに、左側板部９１ｃ及び右側板部９１ｄにも、前側板部９１ａ及び後側板部９１ｂと同様に１つの逆Ｕ字状スリット９５ａ及び９５ｂが形成され、これら逆Ｕ字状スリット９５ａ及び９５ｂに囲まれる板部を内側に９０度折り曲げられて支持部９６ａ及び９６ｂが形成されている。また、左側板部９１ｃ及び右側板部９１ｄにも、電源回路基板２３に対向する上端が内方に９０度折り曲げられて支持部９７ａ及び９７ｂが形成されている。
【００９２】
そして、図２０〜図２３に示すように、側板部９１ａ〜８１ｄの中間部に形成された支持板部９３ａ，９３ｂ、９６ａ及び９６ｂ上に伝熱部材３５を介して制御回路基板２２を支持する伝熱支持板部３２ａを載置して、図示しない固定ねじで固定する。同様に、各側板部９１ａ〜９１ｄの上端に形成された支持板部９４ａ，９４ｂ，９７ａ及び９７ｂに伝熱部材３５を介して電源回路基板２３を支持する伝熱支持板部３３ａを載置して、図示しない固定ねじで固定する。
このようにして、制御回路基板２２及び電源回路基板２３を支持した伝熱支持側板部９０を、前述した第１及び第２の実施形態と同様に半導体パワーモジュール１２とともに、冷却体３に固定する。
【００９３】
伝熱支持側板部９０を上記のように構成することにより、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装された発熱回路部品で発生する発熱を伝熱支持板部３２ａ及び３３ａと伝熱支持側板部９０を介して冷却体３に確実に放熱することができる。したがって、上記第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。しかも、伝熱支持側板部９０を図２０〜図２４のように構成することにより、制御回路基板２２及び電源回路基板２３を支持する伝熱支持側板部を１つの部材で構成することができるとともに、複数の伝熱経路を確保することができ、放熱効率を向上させることができる。さらに、支持部８３ａ，８３ｂ及び８６ａ，８６ｂを逆Ｕ字状スリット８２ａ，８２ｂ及び８５ａ，８５ｂで囲まれる板部を折り曲げて形成している。このため、折り曲げ後に伝熱支持側板部９０の内外を通じる空間部が形成されることになり、この空間部を放熱路として利用することができ、放熱効果をより向上させることができる。なお、図２０〜図２４の構成では、支持部８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ、８６ａ，８６ｂ，８７ａ，８７ｂを折曲支持部として形成した場合について説明したが、内側に突出する板状の支持部を溶接等の固着手段で固定するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記第１〜第３の実施形態では、制御回路基板２２及び電源回路基板２３と伝熱支持板部３２ａ及び３３ａとの間に介挿した伝熱部材３５及び３７が弾性を有する場合について説明した。しかしながら、本発明では上記構成に限定されるものではなく、絶縁被覆した金属板等の弾性を有さない伝熱部材を適用することもできる。
さらに、上記第１〜第３の実施形態では、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。
【００９５】
また、上記第１〜第３の実施形態においては、本発明による電力変換装置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を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明によれば、基板に実装された発熱回路部品の熱の放熱経路に筐体を介在させることなく、発熱回路部品の熱を効率よく冷却体に放熱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。
【符号の説明】
【００９７】
１…電力変換装置、２…筐体、３…冷却体、４…フィルムコンデンサ、５…蓄電池収納部、１１…パワーモジュール、１２…ケース体、１３…放熱部材、２１…駆動回路基板、２２…制御回路基板、２３…電源回路基板、２４，２５…継ぎねじ、３２…伝熱支持部材、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…固定ねじ、３２ｃ…伝熱支持側板部、３３…伝熱支持部材、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…固定ねじ、３３ｃ…伝熱支持側板部、３４…底板部、３５，３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４０…間座（間隔調整部材）、４５…板状弾性部材、６１…冷却フィン、７１…放熱板、７２…絶縁層、７３…回路パターン、７４…金属ベース回路基板、８１ａ，８１ｂ…貫通孔、９０…伝熱支持側板部、９１ａ…前側板部、９１ｂ…後側板部、９１ｃ…左側板部、９１ｄ…右側板部、９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ、９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂ…支持部
【図１】
2013031147.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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【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】
半導体パワーモジュールと、
該半導体パワーモジュールの一面側で当該半導体パワーモジュールの熱を受けるフィン付放熱部材と、
前記フィン付放熱部材に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、且つ、該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記冷却体は水冷ジャケット構成を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵し、一面にフィン付放熱部材を有する半導体パワーモジュールと、
前記フィン付放熱部材に接合される冷却体と、
前記半導体スイッチング素子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、
該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一側面側を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記半導体パワーモジュールは、長方形の平面を有する扁平直方体形状を有し、前記伝熱支持部材は、前記半導体パワーモジュールの長辺側の側面を通るように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記半導体パワーモジュールの異なる側面を通って前記冷却体に接触されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記伝熱支持部材は、前記半導体パワーモジュールに形成された接続端子に対応する位置に挿通孔を形成したことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵し、一面に冷却体に接触するフィン付放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
前記半導体スイッチング素子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、
該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記半導体パワーモジュールの少なくとも一部を通って前記冷却体に接触する伝熱支持部材と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との組を複数組備え、前記組毎に前記伝熱支持部材の前記伝熱支持側板部の高さを異ならせるとともに、当該伝熱支持側板部が前記半導体パワーモジュールの一部を通って前記冷却体に接触されていることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記実装基板は金属ベース回路基板で構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に伝熱部材を介挿したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記伝熱部材は、絶縁性を有する絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記伝熱部材は、伸縮性を有する弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記伝熱部材は、伸縮性を有する弾性体で構成され、前記実装基板の前記伝熱板部側実装面に前記発熱回路部品が実装されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記伝熱部材は、前記実装基板と同じ大きさに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記伝熱部材は、前記実装基板に実装される電子回路部品のうち相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品の周囲のみに配置したことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部とを前記伝熱部材を介して締付固定部材で固定したことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記締付固定部材の周囲に前記実装基板と前記伝熱支持部材の伝熱支持板部との間隔を所定値に維持する間隔調整部材が介挿されていることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記伝熱支持側板部は、前記実装基板の各側面に対応する板部を有し、当該各板部に前記伝熱支持板部を支持する支持部を形成したことを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
前記伝熱支持板部と前記伝熱支持側板部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の電力変換装置。
【請求項２１】
前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項２０に記載の電力変換装置。
【請求項２２】
前記伝熱支持部材の伝熱支持側板部は前記半導体パワーモジュールの冷却部材及び前記冷却体間に挿通される冷却体接触板部を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の電力変換装置。
【請求項２３】
前記冷却体接触板部と前記半導体パワーモジュールのフィン付放熱部材との間に板状弾性部材が介挿されていることを特徴とする請求項２２に記載の電力変換装置。
【請求項２４】
前記冷却体接触板部は、前記半導体パワーモジュールに形成された当該半導体パワーモジュールを前記冷却体に固定する固定部材を挿通する挿通孔に対向する位置に固定部材挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の電力変換装置。
【請求項２５】
前記半導体パワーモジュールは、前記冷却体を当該半導体パワーモジュールの前記冷却体とは反対側に臨ませる開口部が形成され、
前記伝熱支持部材は、前記伝熱部材を介して前記実装基板を支持する伝熱支持板部と、該伝熱支持板部の側面を固定支持して前記半導体パワーモジュールの前記開口部を通じて前記冷却体に接触される伝熱支持側板部とで構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項２６】
前記伝熱支持板部は、複数の伝熱支持側板部に固定支持されていることを特徴とする請求項２５に記載の電力変換装置。
【請求項２７】
前記伝熱支持部材は、黒色の表面を有することを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項２８】
前記実装基板は、相対的に発熱量又は伝熱密度の大きい発熱回路部品を前記冷却体への伝熱距離が短くなる位置に配置したことを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
2013031147.tif 000027
2013031147.tif 000028
2013031147.tif 000029
2013031147.tif 000030