(57)【要約】  サポートが、１つ又は複数の電力用電子回路を受け入れることができる。サポートは、サポートを通って循環する流体を通じて回路から熱を除去するための支援となる。サポートは、他の実装機構と共に、外部ＥＭＩ／ＲＦＩと電力用電子回路の動作によって発生する妨害からの遮へいを形成することができる。改善された端子構成などの、回路の外部回路への接続を可能にして強化する機構が備えられている。プラグイン構成を介して、又は背面若しくは同様な取付け及び相互接続構造とのインタフェースを通じて電子回路に結合される、モジューラ・ユニットを組み立てることができる。
2005516570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジューラ電力コンバータであって、
熱を引き出すために冷却剤の流れを受け入れて循環させるために構成されたサーマル・サポートと、
前記サーマル・サポートに直接確保された少なくとも２つの電力用電子回路であって、制御された流出電力を出力させるための切換え回路と、前記切換え回路の動作を可能にするための第２回路とを含み、動作中に熱を発生し、熱は冷却剤の流れによって前記サーマル・サポートを介して少なくとも部分的に引き出される、電力用電子機器回路と
を備えたモジューラ電力コンバータ。
【請求項２】
前記電力用電子回路の少なくとも１つが、前記サポートに確保された少なくとも１つの基板に接着されている、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３】
前記サーマル・サポートが単一部片のサポートである、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４】
前記サーマル・サポートが複数部片のサポートである、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５】
前記サーマル・サポートが追加の回路を支持し冷却するために少なくとも１つの延長部を含む、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項６】
前記電力用電子回路が単方向電力コンバータを形成する、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項７】
前記電力用電子回路が双方向電力コンバータを形成する、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項８】
前記電力用電子回路の１つが前記サポートの第１側部に確保され、前記電力用電子回路の他の１つが前記第１側部とは対向する前記サポートの第２側部に確保されている、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項９】
前記電力用電子回路が前記サポートの第１側部に確保され、前記第２回路がサポートの第２側部に確保されている、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１０】
前記第１側部が前記第２側部の反対側にある、請求項９に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１１】
前記サポートの上に配設されたフィルタリング回路を含む、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１２】
前記電力用電子回路に前記流入電力を印加するため、及び前記電力用電子回路から前記出力制御電力を導くための線導体及び負荷導体をさらに含み、前記線導体及び前記負荷導体は前記サポートの第１側部に配設されている、請求項１に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１３】
前記冷却剤の流れのための入口ポートと出口ポートとをさらに含み、前記入口ポートと前記出口ポートは前記サポートの前記第１側部とは別の側に配設されている、請求項１２に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１４】
前記入口ポートと前記出口ポートが前記サポートの同じ側に配設されている、請求項１３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１５】
三相制御周波数ＡＣ電力信号を負荷に提供するためのモジューラ電力コンバータであって、
冷却剤の流れを受け入れて循環させるために構成されたサーマル・サポートと、
制御回路と、
前記サーマル・サポートによって支持され、前記制御回路からの制御信号を受信するために前記制御回路に結合されている駆動回路と、
制御周波数流出電力を出力するために駆動信号を受信するため前記駆動回路に結合された電力コンバータ回路であって、前記インバータ回路は、駆動信号に基づいて流入電力をＡＣ電力信号に変換するために基板に接着された複数の電力用電子装置アセンブリを含む、電力コンバータ回路と、
前記電力コンバータ回路に結合されたコンデンサ回路と
を含み、
前記インバータ回路の少なくとも前記基板が前記サーマル・サポートの上に支持され、前記電力コンバータ回路の動作中に前記電力用電子装置サブアセンブリから熱を引き出す、モジューラ電力コンバータ。
【請求項１６】
前記電力コンバータ回路がＤＣ流入電力を受け入れるように構成されている、請求項１５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１７】
前記電力コンバータ回路がＡＣ流入電力を受け入れるように構成されている、請求項１５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１８】
前記装置サブアセンブリが単一基板に接着されている、請求項１５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項１９】
前記装置サブアセンブリが複数の基板に接着されている、請求項１５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２０】
前記基板が前記サポートの異なる側に配設されている、請求項１９に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２１】
前記異なる側が互いに対向している、請求項２０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２２】
前記サポートが前記回路の少なくとも２つを冷却する、請求項１５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２３】
前記サポートが前記コンデンサ回路を冷却する、請求項２２に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２４】
前記コンデンサ回路が、前記基板が支持されている側とは反対にある前記サポートの側に支持されている、請求項２３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２５】
三相制御周波数ＡＣ電力信号を負荷に提供するためのモジューラ電力コンバータであって、
第１側部と第２側部とを有し、冷却剤の流れを受け入れて循環させるために構成されたサーマル・サポートと、
制御周波数流出電力を出力するための電力コンバータ回路であって、少なくとも１つの基板に接着された複数の電力用電子回路を含む、電力コンバータ回路と、
前記コンバータ回路に結合されたエネルギー貯蔵回路と
を含み、
前記コンバータ回路の前記基板は前記サーマル・サポートの前記第１側部の上に支持され、前記エネルギー貯蔵回路は前記サーマル・サポートの前記第２側部の上に支持され、これによって前記冷却剤の流れは、前記電力コンバータ回路の動作中に前記基板及び前記エネルギー貯蔵回路から熱を引き出す、モジューラ電力コンバータ。
【請求項２６】
前記電力用電子回路が前記基板に接着されている、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２７】
前記サーマル・サポートが単一部片のサポートである、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２８】
前記サーマル・サポートが複数部片のサポートである、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項２９】
前記サーマル・サポートが前記回路を支持し冷却するために少なくとも１つの延長部を含む、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３０】
前記装置サブアセンブリが単一基板に接着されている、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３１】
前記装置サブアセンブリが複数の基板に接着されている、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３２】
前記基板の少なくとも１つが前記第１側部とは別の前記サポートの側に配設されている、請求項２５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３３】
三相制御周波数ＡＣ電力信号を負荷に提供するためのモジューラ電力コンバータであって、
第１側部と第２側部とを有し、冷却剤の流れを受け入れて循環させるために構成されたサーマル・サポートと、
制御周波数流出電力を出力するための第１電力コンバータ回路であって、少なくとも１つの第１基板に確保された複数の電力用電子装置サブアセンブリを含む、第１電力コンバータ回路と、
制御周波数流出電力を出力するための第２電力コンバータ回路であって、第２基板に確保された複数の電力用電子装置サブアセンブリを含む、第２電力コンバータ回路と
を含み、
前記少なくとも１つの第１基板は前記サーマル・サポートの前記第１側部に支持され、前記少なくとも１つの第２基板は前記サーマル・サポートの前記第２側部に支持され、これによって前記冷却剤の流れは、前記コンバータの動作中に前記第１及び第２基板から熱を引き出す、モジューラ電力コンバータ。
【請求項３４】
前記装置サブアセンブリがこれらのそれぞれの基板に接着されている、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３５】
前記第１又は第２コンバータ回路の少なくとも１つに結合されたエネルギー貯蔵回路をさらに含み、前記エネルギー貯蔵回路は動作中に前記サーマル・サポートによって冷却される、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３６】
前記エネルギー貯蔵回路が前記第１及び第２コンバータ回路の両方に結合されている、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３７】
前記各コンバータ回路の装置サブアセンブリが単一基板に接着されている、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３８】
前記各コンバータ回路の装置サブアセンブリが複数の基板に接着されている、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項３９】
前記第２側部が前記第１側部と相互に対向している、請求項３３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４０】
モジューラ電力コンバータであって、
流入電力を制御流出電力に変換するために構成された固体スイッチを含む制御電力用電子回路と、
前記固体スイッチの動作を制御するための前記電力用電子回路に結合された駆動回路と、
前記電力用電子回路と前記駆動回路が上に直接確保されている流体冷却式サポートであって、冷却流体のための入口ポート及び出口ポートと、前記電力用電子回路と前記駆動回路に隣接して冷却流体を導き、これらの回路から熱を除去するための内部流体導管とを含む、流体冷却式サポートと
を含む、モジューラ電力コンバータ。
【請求項４１】
前記電力用電子回路がインバータを形成する、請求項４０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４２】
前記電力用電子回路がマトリックス・コンバータを形成する、請求項４０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４３】
前記電力用電子回路が前記サポートの第１側部に確保され、前記駆動回路が前記サポートの第２側部に確保されている、請求項４０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４４】
前記第１側部が前記第２側部と相互に対向している、請求項４３に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４５】
前記第１組の固体スイッチを含む前記電力用電子回路の第１部分が前記サポートの第１側部に確保され、第２組の固体スイッチを含む前記電力用電子回路の第２部分が前記サポートの第１側部と対向する第２側部に確保されている、請求項４０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４６】
前記流入電力を前記電力用電子回路に印加するため、及び前記流出制御電力を前記電力用電子回路から導くための、線導体及び負荷導体をさらに含む、請求項４０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４７】
前記線導体及び前記負荷導体が前記サポートの同じ側に配設されている、請求項４６に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４８】
前記入口ポート及び前記出口ポートが前記サポートの異なる側に配設されている、請求項４７に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項４９】
前記入口ポート及び前記出口ポートが前記サポートの同じ側に配設されている、請求項４８に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５０】
モジューラ電力コンバータであって、
流入電力を制御流出電力に変換するために構成された固体スイッチを含む制御電力用電子回路と、
前記固体スイッチの動作のために前記電力用電子回路に結合された少なくとも１つの追加回路と、
前記電力用電子回路と前記少なくとも１つの追加回路が上に直接確保されている流体冷却式サポートであって、冷却流体のための入口ポート及び出口ポートと、前記電力用電子回路と前記少なくとも１つの追加回路に隣接して冷却流体を導き、これらの回路から熱を除去するための内部流体導管とを含み、前記電力用電子回路の少なくとも一部分は前記サポートの第１側部に確保され、前記少なくとも１つの追加回路の少なくとも一部分は前記サポートの第１側部と対向する第２側部に確保されている、流体冷却式サポートと
を含む、モジューラ電力コンバータ。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの追加回路が、前記固体スイッチの切換えを制御するための駆動回路を含む、請求項５０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５２】
前記少なくとも１つの追加回路がコンデンサ回路を含む、請求項５０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５３】
前記少なくとも１つの追加回路がエネルギー貯蔵回路を含む、請求項５０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５４】
前記電力用電子回路に結合されて、前記固体スイッチの動作のための制御信号を発生させるために構成され、動作中に前記サポートによって冷却される制御回路をさらに含む、請求項５０に記載のモジューラ電力コンバータ。
【請求項５５】
モジューラ電力コンバータであって、
流入電力を制御流出電力に変換するために構成された固体スイッチを含む複数の電力用電子回路と、
前記電力用電子回路が上に直接確保されている流体冷却式サポートであって、冷却流体のための入口ポート及び出口ポートと、前記電力用電子回路に隣接して冷却流体を導き、これらの回路から熱を除去するための内部流体導管と
を含み、
前記複数の電力用電子回路は前記サポートの複数の側部に確保されている、モジューラ電力コンバータ。
【請求項５６】
前記複数の側部が互いに対向する側部である、請求項５５に記載のモジューラ電力コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１月１６日に出願の米国仮出願第６０／３４９，２５９号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、エネルギー省によって授与された協力協定番号ＤＥ−ＦＣ０２−９９ＥＥ５０５７１の下で政府の支援によって行なわれた。政府は本発明における一定の権利を有するものである。
【０００３】
本技術は、電力用電子装置とそのモジュール及びシステムへの組込みに関する。詳しくは、本技術は、特にモジューラ電力コンバータにおける電力用電子装置の構成、実装、及び熱管理に関する。
【背景技術】
【０００４】
電源スイッチやトランジスタなどの電力用電子装置については、多様な用途が知られている。例えば、産業上の用途では、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などが電力を負荷に提供するために使用されている。ある用途では、例えば電源スイッチの配列が、負荷への適用のために直流電力を交流波形に変換するために使用される。このような適用にはモータ駆動部が含まれる。しかし、さらに多くの用途が、このような装置を組み込むインバータ回路及びその他の回路のために存在する。その他の設定には、電気自動車適用グリッド・タイ・インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＡＣ電力コンバータ、及び実装電力装置スイッチ・トポロジーを必要とする多くのその他の固体電力変換素子が含まれる。電気自動車では、直流電源を一般的にバッテリ、又はバッテリを組み込む電源システム、又は直接若しくは回転エネルギーコンバータから得ることができる。この電力を交流波形に変換して１つ又は複数の電気モータを駆動するために、電力用電子装置が使用される。モータは、自動車を推進するために動力伝達エレメントを駆動する働きをする。このような設定では、産業における据付での束縛とは異なる多くの束縛が存在するが、多くの問題と困難性が、このような適用のすべてにおいて共有されている。
【０００５】
電力用電子装置に対して行なわれる要求は、一般的にその信頼性、流出電力、サイズと重量の制限、及び電子装置が動作すべき環境条件に関する要件である。サイズと重量の制約は実装寸法の減少を強制する場合には、電力用電子装置、及びこれらの装置に付随する駆動並びに制御回路を適切に配置して、これらの動作中に発生する熱を十分に除去する上で、困難性が発生する。サイズ、コスト、及び重量があまり重要でない場合には、適合性のある材料を選択することによって適応可能な任意の流体を利用する大きなヒート・シンク及び熱消散装置を採用することもできる。しかし、実装サイズが小さくなるので、より効率的で効果的な技術が必要になる。電気的及び電子的制約はまた、実装設計に対して困難性を負わせる。例えば、回路におけるインダクタンスの減少と回路設計が通常は目標であるが、インダクタンスを減らすための解決策は実施が困難になる。実装品の内部と実装品の外側の両方に起源を持つ電磁妨害からの遮へいは、周辺環境に応じて重要なものになり得る。同様に、外部回路との適切なインタフェース、及び電力用電子実装品を設置、作動、及び取り替えるための機能も、ある適用では重要になり得る。適用の特定の必要性に密接に合致するように電力用電子エレメントを構成し、こうすることによって他の手段では達成し得ないコスト、サイズ、及び性能の目標を果たすことが、多くの例において一般的に必要になっている。最終的に、車両環境などのいくつかの環境は、大きな温度範囲、振動、衝撃負荷などの広範囲の困難な動作条件を押し付ける。
【０００６】
したがって、電力用電子装置の実装において改善された技術が必要となる。小型で堅ろうな熱管理された構成において高度に効率的で費用効果のある可能流出電力機能を提供する技術が特に必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本技術は、このような必要性に応えるために設計された電力用電子モジュールを提供する。本技術は、電力用電子装置とこれらの駆動回路の性能の改善、及びより小さくてより軽くより効率的な構成の提供の両方をなす、新しい実装、熱管理、相互接続、及び接地遮へいのアプローチを利用する。本技術は、産業電力用電子装置への適用や車両への適用などのさまざまな設定に適合可能な、このような実装及び熱管理のための複数の面を提供する。本技術の実施例の多くが、設計された標準化電池の利用を、重要な適用要件に合致する多くの最適構成に変更することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術の特色は、一般にサーマル・サポートを含めて、熱管理システムの周りなどのモジューラ実装を提供する。電力用電子装置を、熱を除去するための支持物に直接取り付けることもできる。各装置の配置、及びこれらの入流出電力導体との相互接続を、熱を引き出すため及び様々な構成部分を取り付けるために、変えることもでき、サーマル・サポートを利用することもできる。多くの改善された電力装置組立品、これらのサーマル・サポートへの取付け手段が、本技術の範囲で提供される。
【０００９】
例示的な一実施例では、モジューラ電力コンバータが特色とされるが、さまざまな動力変換回路や駆動部などを含めて、その他の形式の電力用電子回路も実装品の中で適合できる。流入電力導体は電力用電子回路とインタフェース接続し、電力用電子回路は流入電力を交流波形などの所望の流出電力に変換する。流入電力及び流出電力導体構成及び配置は、モジュールを囲い又は自動車の取付け空間の中に設置することを容易にし、プラグイン接続部が電力と制御の両方に提供される。追加の接続部を通じて、冷却剤をサーマル・ベースに通すこともできる。電力用電子機器及びその他の電子装置を熱除去表面に直接に隣接して、密接に熱的に合致して取り付けることによって効果的に熱を引き出す、例示的な冷却剤構成が考えられる。制御部、駆動部、及び電力用電子回路の位置、位置決め、及び相互接続が、これらのエレメントの密接な実装を容易にする。
【００１０】
電磁妨害からの遮へいは、遮へいサポートの使用によって容易にすることができ、遮へいサポートはサーマル・サポートでもよく、望むならば追加の外部遮へい物及び囲いであってもよい。最適の電力装置温度及びＥＭＩ調整手段を、サポートの固有の特長に適応させることもできるので、この手段は、電源スイッチ素子又はその他の回路、及びこれらの入力部と出力部の両方及びサポート、ＥＭＩ管理及び熱管理システムへの熱機械的取付け部と密接に調和して動作する。
【００１１】
本技術は、電力用電子機器の実装と管理において広範囲の改善を提供する。改善は、実装品の特定の構成、実装品構成部分の構成と構成部分の相互関係及びレイアウト、これらのインタフェース、及びこれらの相互依存性の両方において存在する。本技術はさらに、ＥＭＩ／ＲＦＩからのより効果的な遮へいも提供する。さらにまた、よりすぐれた高周波接地を、サポートの中に組み込まれた低インダクタンス接続手段によって達成することができる。接続部を、支持及び冷却剤循環システムの中にあるか又はこれによって組み込まれて電気的に絶縁されているが伝熱性の機構と接触した集積バス構造によって、冷却することもできる。
【００１２】
本発明の上述及びその他の利点と特長は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することによって明らかになろう。
【実施例】
【００１３】
ここで企画されるような本技術の特定の実施例を詳細に説明する前に、いくつかの定義的注解を述べておく。先ず、本開示において、電力用装置及びこのような装置を組み込んだサブアセンブリを参照する。このような装置は、さまざまな電力定格の電力用電子スイッチ（例えばＩＧＢＴ、ＦＥＴ）などの、ある範囲の構成部分を含む。これらの装置はまた、このような構成部分のためのゲート駆動回路、検知及び監視回路、保護回路、フィルタリング回路なども含む。これらの装置を、さまざまなグルーピングとしてサブアセンブリの中に、一体的に、及び支持基板及び／又は熱膨張率部材及び熱伝達エレメントとは分離して、この両方で備えることもできる。ここではまた、エネルギー貯蔵及び調整回路も参照する。このような回路は、付属の電力用電子装置及び回路の特定の構成に応じて構成が変わる。例えば、後で論ずるようなインバータ駆動適用では、エネルギー貯蔵及び調整回路は、１つ又は複数のコンデンサ、コンデンサ／誘導子回路又はネットワークを含むことができる。フィルタリング回路も信号調整のために含めることもできる。中間周波溶接などの別の適用例では、エネルギー貯蔵及び調整回路は、１つ又は複数のトランスを含むこともできる。最後にここでは、電力用装置及びその他の回路と共に使用されるサーマル・サポートを参照するが、さまざまな構成と機能をサポートに帰することもできる。例えば後で説明するように、サポートはさまざまな構成部分のために機械的支持と電気的支持の両方を提供し、並びに構成部分の一部又はすべての統合された高度に効率的な冷却をもたらす。さらにまたサポートは、構成部分に影響することのある外部電磁界、並びに動作中に構成部分によって発生することのある電磁界の両方を遮へいするＥＭＩ及びＲＦＩなどの、電気的機能と遮へい機能とを提供する。熱調整用の構成部分及び回路も、サポートの中に組み込むかこれに付属させることができる。
【００１４】
ここで図面に戻って、先ず図１を参照すると、例示的な電力用電子機器モジュール１０が図示されている。モジュール１０はサーマル・サポート１２を含み、サーマル・サポート１２の上に電力用電子回路１４が配設されている。後でさらに詳しく説明するように、サーマル・サポート１２は、回路１４からの熱を引き出すための冷却剤を経路指定するポーティングなどの、ある範囲の熱管理機構を含むこともある。同様に回路１４は、インバータ回路やコンバータ回路などの広範囲の機能回路を含むことができ、これは、機械的及び電気的支持、改善されたＥＭＩ／ＲＦＩ遮へい及び高周波接地、並びにその動作中に発生する熱の抽出のために、サポート１２の上に取り付けられている。図１の実施例では、モジュール１０はさらに、全体的に参照番号１６で指定された制御駆動回路を含む。矢印１８で示す流入電力は回路１４に加えられ、流出電力２０は回路から外部装置（図示せず）へ経路指定される。同様に、図１の概略図では、冷却剤２２はサーマル・サポート１２に加えられ、電力用電子回路１４及びサーマル・サポートから、並びに制御駆動回路１６から熱を引き出す。出力する冷却剤２４はサーマル・サポートから経路指定されて、冷却系統（図示せず）から熱を引き出す。図１の実施例では、電力用電子回路１４と制御駆動回路１６の両方がサーマル・サポート１２の片側２６に取り付けられている。流入電力と流出電力の両方は、サーマル・サポートの一縁部２８において回路へ経路指定される。最後に、制御駆動回路１６と電力用電子回路１４との間には、後でさらに詳しく説明するように、回路の動作制御用に相互接続部３２が設けられている。
【００１５】
図２は、構成部分がサーマル・サポートの両側に取り付けられている、電力モジュール１０の例示的な代替構成を示す。図２の実施例では、電力用電子回路１４はやはりサーマル・サポート１２の片側２６に取り付けられている。しかし図２の実施例では、電力用電子回路の機能動作を制御するための駆動回路３４が、サーマル・サポートの同じ側２６に取り付けられているが、制御回路３６は駆動回路から分離している。参照番号３８で全体が示されたエネルギー貯蔵調整回路も、サーマル・サポートに取り付けられている。前述のように、駆動回路３４と電力用電子回路１４との間の相互接続部３２が、制御回路と駆動回路との間の同様な接続部４０のように、相互接続部３２が設けられており、電力用電子回路１４とエネルギー貯蔵調整回路３８との間に相互接続部４２が設けられている。後で指摘するように、図２の実施例では、サーマル・サポートの形状、レイアウト、及び空間利用は、制御回路３６とエネルギー貯蔵調整回路３８がサーマル・サポート１２の下側４４に取り付けられようになっている。したがって、このような構成部分のすべては、矢印２２及び２４で示すように冷却剤の流れを介して冷却を受けながら、サーマル・サポートの上に機械的及び電気的に支持される。
【００１６】
図３は、電力用電子回路がサーマル・サポートの両側に取り付けられている、モジュール１０のさらに別の例示的な構成を示す。したがって、図３に示すように、サーマル・サポート１２は電力用電子回路１４と制御駆動回路１６の両方を機械的及び電気的に取り付ける働きをし、必要な相互接続部３２がこれらの回路の間に設けられている。第２電力用電子回路４６と第２制御駆動回路４８がサーマル・サポート１２の対向側に設けられ、こうして、能動冷却に使用される熱交換器の片側だけによるように著しくより効果的な冷却流体を利用する。こうして、サーマル・サポートを通るかこのまわりの冷却剤の流れによって、電力用電子回路バス加工物、入出力端子、エネルギー貯蔵エレメント及び支持電子機器の両方から熱を引き出すことができる。
【００１７】
図４は、モジュール１０のさらに別の例示的な構成を示す。図４の例示的な構成では、電力用電子回路１４がやはり、制御駆動回路１６といっしょにサーマル・サポート１６の片側に取り付けられている。サーマル・サポートの対向側にはエネルギー貯蔵調整回路３８が取り付けられている。この代替構成では、第２サーマル・サポート５０が第１サーマル・サポート１２に固定され、それ自体は追加のエネルギー貯蔵調整回路３８を支えている。当業者には理解されるように、１つ又は複数の追加サーマル・サポートの上に支持された特定の回路はシステムの必要性に応じて変わってもよい。したがって、コンデンサ回路、電力用電子回路、駆動回路、制御回路、エネルギー貯蔵構成部分、誘導子、フィルタ、ブレーキ用抵抗器など、又はその他の補助回路を、追加サーマル・サポートの上に設けることができる。さらに図４の実施例では、冷却剤が第２サーマル・サポート５０へ個別に経路指定される。相互接続、熱連結、及び支持の機能を積み重ねるモジューラ・システムを設けることができるので、サーマル・ベース、電力端子組立品は並列及び直列の組合せで相互接続して、前述のコア熱電気ベースを使用するより大きな異なる定格の電力コンバータを形成することができる。しかし、熱管理の必要性と利用可能な配管に応じて、冷却剤をサーマル・サポートの１つだけに経路指定することができるか、又は冷却剤を内部的にサーマル・サポートの間に経路指定することができる。同様に、図４のエネルギー貯蔵調整回路３８の間に作られた相互接続部５２は、電力用電子回路を含む機能回路とこれらの付属する駆動制御回路との間に、ある範囲の相互接続部を含むことができる。
【００１８】
図１〜４の例示的な構成を、広範囲の機能的電力用電子回路を支持するようにすることができる。図５及び６は電力用電子機器モジュールの例示的適用を示す。図５の図解では、自動車又はその他の移動可能物に適用するための駆動部などの、車両用駆動部５４が備えられている。車両用駆動部５４は、図５の機能回路並びに広範囲の追加のサポート、制御、フィードバック、及びその他の相互接続構成部分を含むことができ、一般に、車両を駆動するために必要な電力を提供する電源５６を含む。代表的な適用例では、電源５６は、１つ又は複数の電池、発電機又は交流機、燃料電池、ユーティリティ電源、交流機、電圧調整器などを含むことができる。電源５６は、一般的に直流の形で直流導体５８を介して電力用電子機器モジュール１０に電力を加える。制御回路６０が、速度制御、トルク制御、加速、制動などの、電力用電子機器モジュールの動作を調整するための制御信号を提供する。このような制御信号に基づいて、電力用電子機器モジュール１０は、図５において参照番号２０で全体的に示すように、出力導体に沿って交流波形を出力する。次に流出電力は、参照番号６２で全体的に示すように、車両駆動系列に加えられる。当業者には理解されるように、このような駆動系列は一般的に、電力用電子機器モジュール１０によって加えられる信号の周波数と電力レベルに基づいて回転駆動される、１つ又は複数の交流電動機を含む。車両駆動系列はまた、最終的に１つ又は複数の出力シャフト６４を回転駆動するために設計された、パワー・トランスミッション・エレメント、シャフト、ギヤ系列などを含むこともできる。センサ回路６６は車両駆動系列及び電力用電子機器モジュールの動作特性を感知するために設けられる。センサ回路６６は一般的に、このような信号を収集して、これらを、例えば速度、トルク、電力レベル、温度、冷却剤流量などの調整のために、制御回路に加える。
【００１９】
図６は、産業上又は車両への据付における電力用電子機器モジュール１０のさらに別の適用例である。産業における据付では、電力用電子機器モジュール１０を、電動機、駆動部、バルブ機構、アクチュエータなどの、さまざまな負荷に電力を加えるために適用することもできる。全体的に参照番号６８で示されているこのシステムでは、隔室７２に分けることもできる囲い７０が設けられている。各隔室の内部に、製造、マテリアル・ハンドリング、化学工程などの工程動作を調整するために、さまざまな構成部分が取り付けられて、相互接続されている。全体的に参照番号７４で示されている複数の構成部分が隔室の中に取り付けられ、交流バス７６を介して電力を受け入れる。制御ネットワーク７８が、構成部分７４と電力用電子機器モジュール１０との動作を調整するために、制御信号を適用する。囲い７０などの囲いを、モータ制御センタ、組立てライン又は工程制御部などの、さまざまな産業における据付に含めることもできる。しかしながら、このような囲いは、自動車、ユーティリティ車両、運搬用又はその他の車両の１つ又は複数の駆動系列を駆動するなどのために、車両への据付に備えることもできる。
【００２０】
上述のように、さまざまな回路構成を電力用電子機器モジュールの中に設計することができる。回路構成は、各個別の適用の特定要件に応じて広範囲に変わる。しかし、ある例示的な２つの回路構成がここで考えられ、両方とも、熱管理とともに堅ろうでコンパクトな実装を必要とする電力用電子装置を含む。２つのこのような例示的回路を図７Ａと７Ｂに図示する。図７Ａでは、回路は、バス７６からの交流電力を、流入電力線１８に対応するＤＣバスに沿った出力のために直流電力に変換する、整流器回路８０を含む。インバータ回路８２が直流電力を受け入れて、この直流電力を所望の周波数と振幅で交流波形に変換する。次に交流電力を、出力導体２０を介して負荷に加えることができる。直流バスを横断してフィルタ記憶回路８４を結合させて、バスに加えられる電力を円滑化し調整することができる。制御回路８６が、整流器回路とインバータ回路との動作を調節する。図７Ｂの実施例では、直流及び／又はマトリックス・コンバータ９０は、制御される電力位相あたり一組のＡＣ切換え電力用装置を含む。インバータ９０は入力交流電力を受け取り、出力波形を電力用スイッチ８８へ供給する。一組のＡＣスイッチは、固定周波数の流入電力１８を、負荷に加えるための制御された周波数の流出電力２０に効果的に切り換える。図７Ｂの配置は、図３６Ｃにさらに詳細に図示されている。しかし、図７Ａと７Ｂの特定の回路は単に例示的なものであり、どのような範囲の電力用電子回路も本技術によるモジュールに組み込み可能であることに留意すべきである。
【００２１】
図８は、電力用電子機器モジュール１０のための例示的な物理的構成を示す。図８の実施例では、回路組立品９２がハウジング９４の内部に位置し、ハウジングに適合するカバー９６によってハウジングの内部に包囲される。回路組立品９２は上述の構成部分を含み、図示された特定の実施例では、一般に図２の構成に対応する。したがって、図示のように、回路組立品９２はサーマル・サポート１２を含み、サーマル・サポート１２の上に電力用電子回路１４が配設されている。制御駆動回路も、電力用電子回路の動作を調整するため、及びこのような回路を冷却するためにサーマル・サポートの上に配設されている。図８の実施例では、モジュールは特に車両への適用のためのインバータ駆動部として動作するために構成されている。入力する直流電力は導体１８を介して受けとられ、導体２０を介して三相波形の出力に変換される。
【００２２】
図８の実施例では、ハウジング９４は制御インタフェース９８を提供し、制御インタフェース９８は、制御信号がハウジングの中に受信されてそこから伝送できるように設計されている。後で詳細に説明するように、制御インタフェースを図８に示すようにハウジングの底側に、又はハウジング上の他の位置に設けることができる。図８に全体的に参照番号１００で示される電力インタフェースが、電力を回路組立品９２へ、及び回路組立品９２から伝送するために設けられている。後述のように、モジュール１０を外部回路とインタフェース連結するために、さまざまな構成を提供することができ、現在考えられている。図８の実施例では、例えば、電力インタフェース１００によって、５個の導体、２個の直流導体、及び３個の交流導体を、プラグイン構成におけるように、回路組立品から直接インタフェース連結することが可能になる。制御インタフェース及び電力インタフェースに加えて、後でさらに完全に説明するように、冷却剤を受け入れて循環させるために冷却剤インタフェース１０２が備えられている。本実施例では、冷却剤インタフェースは、モジュール１０へ又はモジュール１０から流体を導くために導管を受け入れるようにした管又は特殊な取付け品を含むこともできる。しかし、適切な場合には、液体、気体、圧縮気体、及びその他の何か適当な冷却媒体を本技術において使用できることに留意された。したがって、車両への適用では、水と従来の車両用冷却剤との組合せを使用することもできるが、その他の特殊な又は容易に入手可能な冷却媒体を使用することもできることに留意すべきである。
【００２３】
図８の実施例では、ハウジング９４はアルミニウムなどの金属のシェルを形成し、これは、モジュール回路によって発生するＥＭＩ、またモジュールの環境に存在することのあるＥＭＩを遮へいするために鋳造されている。カバー９６はモジュールの全ての側に遮へいを提供するために同様の材料で作成される。後で説明するように、コネクタ・インタフェースはまた追加の遮へいを提供し、またこれは、高周波波形がインバータ駆動部などの電力用電子構成部分によって発生する適用例において特に有用である。適切な場合には、他の形式のハウジング及びサポートを使用することもできる。例えば、十分なＥＭＩ遮へいが備えられる場合、又はＥＭＩ透過が電力用電子構成部分をサーマル・サポートに近接させることによって十分に減少する場合には、プラスチック・ハウジング、ドープド・プラスチック・ハウジングなどを使用することもできる。
【００２４】
図示された実施例では、ハウジング９４は、回路組立品９２が中に配設された空洞１０４を含む。導体１０６はＤＣ電力を回路組立品９２に伝送し、導体１０８はＡＤ波形を回路組立品９２から負荷に加えるために伝送する。インタフェース板１１０が備えられ、これを通過して導体１０６、１０８が延在している。望む場合には、流出電力導体１０８の２つの周りに整列されてモジュールによって出力される電流に関するフィードバックを提供する電流センサ１１２などの、センサを組立品の中に組み込むこともできる。当業者には理解されるように、別の形式の多くのセンサを使用することもでき、ハウジング内部とコネクタ組立品内部の両方、又は回路組立品自体の内部に組み込むこともできる。
【００２５】
後でさらに完全に説明するように、サーマル・サポート１２は、機械的及び電気的両方のサポートを改善するために設計されたさまざまな機構を組み込むこともでき、サポートにはさまざまな構成部分が取り付けられる。これらの機構のいくつかはサーマル・サポートに直接組み込むこともでき、又は図８の実施例の場合におけるように、加えることもできる。図８に示すように、この実施例において非金属材料で作られたフレーム１１４がサーマル・サポート１２に取り付けられており、サーマル・サポートに取り付けられた構成部分が、少なくとも部分的にフレームによって囲まれている。フレームは、導体１０６、１０８のためのイタフェースとして、及びサーマル・サポート１２の上に支持された回路を包囲するために役立ち、絶縁すなわち埋め込み材料を受け入れる。図８の実施例では、端子１１６がフレーム１１４の上に形成され、フレームを絶縁材料から成形するときにフレームの中に埋め込むことができる。端子の好ましい構成を後でさらに完全に説明する。隔離板１１８が、端子１１６に結合された導体を互いに絶縁するために、端子１１６を部分的に囲む。
【００２６】
モジュールのハウジング９４及びカバー９６の代替構成を図９と図１０に示す。図９に示すようにハウジングは、例えば流入電力用の図９に示すような頂側に沿って、及び流出電力用の縁部に沿って、さまざまな位置に電力導体のためのインタフェースを備えることができる。したがって、流入電力インタフェース１２０を、例えばＤＣ電源から導体１０６への接続部を提供するようにすることができる。流出電力インタフェース１２２は、制御されたＡＣ波形を負荷に伝送するために使用される導体１０８の同様な接続部を提供することができる。理解されるように、インタフェースをハウジング自体の中又はカバーの中のいずれか、若しくはその両方に備えることもできる。同様に、冷却剤インタフェース１０２を、図９に示すようにハウジング及びカバーの周りに、例えば縁部に沿ってさまざまな位置に備えることもできる。
【００２７】
図１０は、図９の構成の後面斜視図である。図１０に示すように、制御インタフェース９８はハウジング及びカバーの上のさまざまな位置から利用可能であってよい。図１０の実施例では、複数ピン・コネクタ１２４が制御ケーブルを受け入れるために設けられている。接続用のピン指定はどのような適当な計画案に従ってもよく、本実施例では、ＲＳ２３２又はその他の直列又は並列データ伝送ポートに伝送が指定されたピンを含むことができる。いったん閉じられると、ハウジングとカバーは、水密のＥＭＩ遮へい実装品を画定し、この中に回路組立品が置かれている。さらに実装は、適用物にモジュールを差し込むため、さもなければ適用物にモジュールを支持するための、あらゆる適当なハンドル、ツール結合構造などを含むこともできる。例えば、ハンドル（図示せず）が実装品に備えられている場合、使用者はハンドルを握って、車両又は囲いの中などにある相インタフェースの中にモジュールを簡単に差し込むことができる。
【００２８】
図１１は、カバー９６を外した、図９及び１０の実施例のある内部構成を示す。図１１に示すように、モジュール１０は、中に回路組立品９２が配置されているハウジング９４を含む。周囲環境からインタフェース板１１０によって分離されている導体１０８を、電力用インタフェース１２２の中で連結するために利用可能である。別の電力用導体のために、図９に示すような、同様な電力用インタフェースを備えることができる。図１１の実施例では、制御インタフェース９８がハウジングの反対側に置かれて、複数ピン・コネクタ１２４を支えている。
【００２９】
図１１の構成では、一体式フランジ１２６がサーマル・サポート１２の上に形成され、一般にサーマル・サポートの平面から上向きに延在し、図８に示す取外し可能フレームを部分的に置き換える。一体式フランジは、（望む場合はカバーと合致させることなどよって）ハウジング内部の回路組立品９２を支持しインタフェース結合する働きをし、回路をいくらか囲み、例えば空洞１２８を形成し、この内部に回路が取り付けられ、絶縁すなわち埋め込み媒体を配設することができる。電力用電子装置のサブアセンブリ１３０が空洞の中に備えられ、後でさらに完全に説明するように、電力用電子回路１４を形成する。図示された実施例では、６個のこのような装置のサブアセンブリすなわち切換え回路が備えられて、三相インバータ回路を画定する。当業者には理解されるように、実際には、２個又はそれ以上の切換え回路を各装置サブアセンブリについてグループ化することもでき、又は回路セット全体を単一の装置サブアセンブリの形で備えることもできる。装置サブアセンブリ１３０を流入電力導体及び流出電力導体とインタフェース結合するために、接続パッド１３２が装置サブアセンブリ１３０に隣接して備えられている。図示された実施例では、後でさらに詳しく説明する端子板１３４がサーマル・サポート１２の一縁部に備えられ、一体式フランジ１２６と合致して空洞を画定し、空洞の中に回路が配設され、また埋め込み媒体も入れることができる。端子板は、後で説明するように、接続パッド１３２などの成形端部機構、並びに端子及び導体を含むことができる。
【００３０】
ハウジングの内部では、さまざまなその他の機構が、さまざまな回路及び構成部分の間の相互接続を容易にしている。例えば、図示された実施例では、電流センサ１１２からの信号を受信するためにセンサ・ケーブル布線１３６が備えられている。このような信号を、電力用電子回路の動作条件を監視するように、ハウジングの周りのケーブル布線１３６を介して、駆動回路３４又は制御回路３６へ経路指定することができる。別形式のセンサ及びこのようなセンサの配置は、信号伝達ケーブル布線とともに、もちろんこの構成の中に組み込むことができる。
【００３１】
図１２は、ハウジング９４から外された図１１の回路組立品９２を図示する。やはり、図示された実施例では、サーマル・サポート１２は一体式フランジ２６を備え、一体式フランジは電力用電子回路１４を部分的に囲んでいる。図示された実施例では、装置サブアセンブリ１３０のための駆動回路３４がやはりフランジ１２６によって画定された空洞の中に備えられている。駆動回路３４と制御回路３６は、単一の印刷回路板又は２個若しくはそれ以上の基板の上に備えられ、片側基板構成部分配置又は両側配置を画定する。両側基板が備えられている場合には、絶縁すなわち埋め込み材料を基板とサーマル・サポートとの間に確実に入れるために、スペーサ、隔離碍子、又は類似の構成を備えることもできる。
【００３２】
図１１に戻ると、望みの密封を実施するために、周辺縁部１３８をハウジングとカバーの上に備えることができ、シール、密封合成材などを受け入れるために、溝１４０又はその他のインタフェース機能を備えることができる。図１１と１２の両方に示すように、１つ又は複数の回路を上述のようにサーマル・サポートの上側又は底側に備えることができるが、この実施例では、後板サポート１４２がサーマル・サポート１２の一体的機構として備えられている。したがって、制御回路３６を後板サポート１４２の上に指示することができ、相互接続部４０を介して駆動回路と直接インタフェース結合される。本配置のこれらの構成は図１３によく図示されており、この図では駆動回路３４と制御回路３６はサーマル・サポートから分解されており、これらが配設されてセンサ１１２からのケーブル布線１３６に沿って相互接続されている方式を示している。図１３にも示すように、ハウジング１４４を設計では支持センサ１１２などに組み込むこともできる。
【００３３】
サーマル・サポート１２の上にさまざまな構成部分を取り付けるために、さまざまなインタフェース構成を考えることができる。例えば図１３に示す実施例では、エネルギー貯蔵調整回路実装品３８がハウジング１４６の中に囲まれ、ハウジング１４６はサーマル・サポート１２の下側に直接取り付けられている。ハウジング１４６内のコンデンサは、後でさらに完全に説明するように電力用電子回路と相互接続されている。やはり図１３に示すように、インタフェース板１４８がサーマル・サポート１２に固定され、電力用電子装置サブアセンブリ１３０はインタフェース板１４８の上に直接配設されている。したがって、本技術の態様によれば、装置サブアセンブリをインタフェース板１４８の上に直接形成して加工処理することもでき、インタフェース板１４８を後でサーマル・サポート１２に固定する。したがって、装置サブアセンブリ１３０を編成する構成部分の特別の加工処理が、装置サブアセンブリとインタフェース板１４８を個別に加工処理して、インタフェース板をサーマル・サポートに組み付けることによって容易になる。図１３はまた、後述するように、適切な接続部がモジュールに作られたかを（例えば、このような接続部が完成するまで動作を防止するために）検出するために、ケーブル布線１３６に結合された例示的な接続センサ１１３を示す。
【００３４】
図１４に示すように、インタフェース板１４８は、本実施例ではサーマル・サポート１２と共に組み立てられている。図１４において参照番号１５０で示すような、さまざまな固定機構又はパッドをサーマル・サポート１２の上に設けることができる。パッドは、上述の形式のハウジング内に、又は別の機械的機構の中にサーマル・サポートを固定することができる位置を提供する。サーマル・サポート自体は、アルミニウムなどの導電性金属で作られることが好ましい。サポートは、組立て、切削、又は本実施例におけるように鋳造とこれに続く切削作業などの、適切な方式で形成することができる。サポートは、電力用電子回路１４から熱を引き出すための冷却剤の循環を容易にする機構を含む。図１４の実施例では、これらの機構はサーマル・サポートの中に形成されたトラフ又はチャネル１５２を含む。チャネルは、冷却剤を循環するために冷却剤入口２２と冷却剤出口２４との間に延在している。チャネルは、少なくともインタフェース板１４８の一区域に沿って延在し、動作中に回路から十分な熱を除去することが好ましく、他の回路と構成部分を支持する部分など、サーマル・サポートの他の部分を通って冷却剤を経路指定することもできる。図示された実施例では、チャネル１５２はインタフェース板１４８の下で下部表面に隣接して延在し、下部表面上にはエネルギー貯蔵調整回路が取り付けられている。
【００３５】
電力用電子回路からの熱移動を強化するための機構がチャネル１５２の内部に形成されている。図１４の実施例では、チャネルの中で冷却剤を分流させるための分流板１５４がチャネルの内部に固定されている。後でさらに詳しく説明するように、フィンやその他の冷却機構など、追加の熱移動エレメントをチャネルの中に置くこともでき、インタフェース板１４８と一体的に、又はこれとは別にすることもできる。やはり図１４に図示するように、サーマル・サポート１２は、その上に取り付けられた回路から冷却剤を確実に隔離するために密封機構を含むこともできる。この実施例では周囲チャネル１５６が形成されて、サーマル・サポート１２とインタフェース板１４８との間に適合するシール（図示せず）を受け入れる。シールは、回路から冷却剤を隔離すること、及びインタフェース１４８とサポート１２との間における差動熱膨張及び収縮をある程度可能にすることの両方を促進する。最後に、図示された実施例では、バッフル１５８がチャネル１５２の中に形成されて、熱抽出のためにチャネルに冷却剤をさらに通過させる。当業者には理解されるように、さまざまな構成、衝突表面、及び経路流画定エレメントをサーマル・サポートに中に挿入して、望みの熱勾配を定義し、最適乱流パターンと、電力用電子回路１４に近いサポートの中で乱流状況と層流状況との間の最適遷移とを発生することができる。
【００３６】
図１５Ａ〜１５Ｇは、インタフェース板１４８とサーマル・サポート１２とを介して熱を除去するために考えられたいくつかの例示的な機構の構成を示す。先ず図１５Ａに示すように、インタフェース板１４８は、フィン１６０、小さなヒート・パイプ、衝突目標物、乱流器などの一体的な機構を含むこともできる。この実施例では、プレート１４８は、サーマル・サポート自体が構成された材料とは異なる材料で作られている。材料を、特定の電子機器及び電子装置サブアセンブリを加工処理する方法に適合させることができる。ある実施例では、プレート１４８をアルミニウム炭化珪素（ＡｌＳｉＣ）で作ることができる。シール１６２がインタフェース板１４８に隣接して置かれ、図１４に示す形式の溝の中に受け入れられる。板１４８の下部表面１６４に沿って、一連のフィン１６０が鋳造動作中などに形成される。フィンもまた組立て工程において板に加えることができる。板はまた上部表面１６６を有し、この表面の上に、あとでさらに詳しく説明するように、電力用電子装置サブアセンブリ１３０が形成されている。
【００３７】
フィン１６０が板１４８から延びている場合、さまざまな形式のフィンと配置パターンを備えることができる。図１５Ｂに図示するように、フィンを、板の下部表面から延びるピン１６０として形成することもできる。さらに、全体的に台形の断面を有するピンなど、どのような望みの形のピンも備えることができる。図１５Ｂの実施例では、直線マトリックス・パターン１６８が備えられ、ピンは平行な行と列の中に整列されている。図１５Ｃに図示するように、ピンの行と列が互いにずれている千鳥パターン１７０を設けることもできる。さらにまた、図１５Ｄに示すように、ピン１６０が板１４８から延び、同時に追加のピン又はその他の熱移動機構１７０が板のピンと互いにかみ合い、他の板から、又はサーマル・サポートの中に形成されたチャネル１５２の基部から延びることもある。フィン、ピン、又はその他の熱伝導延長区域強化物を、互いに重ねて組み立てられるとき、又はサーマル・ベースの対向側から挿入されるとき、パターンがかみ合って、単一の製造切片では効果的に達成されない最適の配置と最小形状を形成するように、ピッチ単位で千鳥足状にすることもできる。
【００３８】
図１５Ｅは、インタフェース板１４８が一体式熱移動機構を含まないが、熱消散エレメント１７４がインタフェース板１４８とチャネル１５２のベースとの間に組み立てられた、代替構成を示す。この実施例では、エレメント１７４は波形又は湾曲フィン構造を含むことができ、このフィン構造は、熱除去のために大きな表面積を画定する複数の概して平行なシート状部分を有し、さらに多くの他の延長表面強化構成を、発泡金属、発泡金属マトリックス、発泡金属ポリマ・マトリックスなどの機械的構成によって収容することができる。さらに別の代替構成として、図１５Ｆに図示するように、熱移動機構をサーマル・サポートとインタフェース結合された追加エレメントの上に形成することもできる。図１５Ｆの実施例では、電力用電子装置サブアセンブリ１３０が、サーマル・サポートのいずれの側にもある一対の板の上に取り付けられている。この場合、インタフェース板の各々は、熱を除去するためにチャネル１５２の中に延びる熱機構を含む。２面配置が利用される場合は、チャネル１５２はサーマル・サポートを完全に通過して延在する開口を画定するか、又は流れ経路が互いに連結された２つの個別のチャネルを画定することもできることに留意されたい。代替案として、２つの完全に個別のチャネルをサポートの中に形成することもできる。最後に上述のように、さまざまな代りの流れ経路を、概して図１５Ｇに示すようにサーマル・サポートの内部に備えることもできる。したがって、チャネルの形状、任意の分流板及びバッフルなどによって、サーマル・サポート内に望みの温度勾配を確立するように、望みの経路に冷却剤を経路指定する流れ経路１７８を画定することもできる。
【００３９】
図１５Ｈ〜１５Ｒは、動作中に電力用電子装置から熱を引き出すために設計された、追加の代替流れ冷却構成を表す。図１５Ｈに図示するように、サーマル・サポート１２は、流れを導くための開口１５５を備えた分流板１５４を含むことができる。したがって流れを、冷却剤入口２２と冷却剤出口２４との間の分流板を通じて導くことができる。流れは分流板によって開口を通じて導かれるので、図１５Ｉに示すように、インタフェース板１４８に接して、熱消散エレメント１７４を通って、又はこの周りを流れることが可能である。図１５Ｊ及び１５Ｋの代替構成では、やはり分流板１５４が一連の開口１５５を備えている。流れは冷却剤入口２２を通って、分流板１５４の周り及びこれを通って導かれ、戻りチャネル１５３を通って出力する。図１５Ｋに示すように、構成は、チャネル１５２とチャネル１５３の間の通路を画定するため、及びこれらのチャネルを互いに部分的に仕切るために、バッフル１５８を利用してもよい。図１５Ｌ及び１５Ｍに示すように、さらに別の代替構成では、冷却剤入口と冷却剤出口をサーマル・サポート１２の同じ側に備えてもよい。分流板１５４の中の開口１５５は、一対のチャネル１５２の間に配設された熱消散エレメントを通るか周りの流れのために、冷却剤を上向きに経路指定して、インタフェース板１５４と密接に接触させることができる。図１５Ｎと１５Ｏでは、分流板１５４はやはりインタフェース板１４８と内部バッフル１５８との間に位置して、流れを分流板の上に上げて、熱消散エレメントを通って、又はこの周りを流すようにする。したがってやはり、熱を除去するために流れはインタフェース板の近くに向けられる。図１５Ｐ及び１５Ｑの代替構成では、開口１５５が分流板１５４の中に備えられ、流れを中央チャネル１５２から上向きに導き、上述のようにインタフェース板１４８から延びる熱消散フィンの周りに向ける。次に流れは下方に向けられ、中央チャネル１５２のいずれの側にもある戻りチャネル１５３へ入る。最後に図１５Ｒに示すように、分流板が、図１５Ａ〜１５Ｅを参照して上に説明したものと類似の構造で備えることができる。しかし、この実施例ではバッフル１５８が備えられてチャネル１５２を画定する。次に流れは冷却剤入口２２から分流板の周りを上向きに、インタフェース板１４８から延びるピン１６０、１７２などの熱消散エレメントを通り、及び分流板１５４から、それぞれ導かれる。ピンによって画定された回り道の経路を通る流れに続いて、流れは反対側のチャネル１５２の中に下向きに導かれ、冷却剤出口２４を通って外方に向けられる。
【００４０】
冷却剤を経路指定するための、本明細書に説明するさまざまな代替構成は、熱拡散の要件、サーマル・サポートの構成、電力用電子回路の位置と配置などに応じて、広範囲の変化及び適合を受けることが可能であることに留意すべきである。ここに挙げられる実施例は単なる例示的なものである。
【００４１】
先に説明したように、インタフェース板１４８は、サーマル・サポート１２の本体から個別に製造することができる。さらにまた、サーマル・サポート１２は、熱の取出し、さまざまな回路及び構成部分の機械的取付け、回路の電気的基準平面の確立、及び周囲回路を少なくともある程度、電力用電子装置の動作によって発生する漂遊電磁妨害から遮へいすることに有用な、かなり多くの機構を組み込むこともできる。サーマル・サポート構造は、多くの材料及び方式（例えば、ポリマ、ポリマ・マトリックス合成物、多くのネット・シェイプ化、成形、分離機械加工、取付け品接着、及び類似の工程を利用）で形成することができる。サーマル・ベースによって提供される多くの一体的機構は、セルラー・エレメントに分割することもでき、これらのエレメントは、多くの電力用電子的設計、トポロジー、及び構成を注文に応じて工具の段取り及び設計において具体化されるコア・エレメントから構築できるように、製造工具の段取りにおける設定によって、含めるか又は除くことができる。さらに機構を、インタフェース板１４８を受け入れるため、及び絶縁すなわち埋め込み材料を詰める容積を画定するために、サーマル・サポートの上に形成するか又はサーマル・サポートに加えることもできる。この実施例では、サーマル・サポートは部分一体式フランジ１２６を含むことができる（図１４を参照）。代替構成では、図１６に示すようにフレーム１１４を、取付け、絶縁、及び埋め込み機能のいくらかを達成するためにサーマル・サポートに加えることができる。しかしこの実施例でも、サーマル・サポート１２は、インタフェース板の上に配設される回路のいかなる特別の処理も可能にするために、インタフェース板１４８とは個別に製造される。
【００４２】
図１７は、電力用電子装置サブアセンブリ１３０が上に配設された例示的なインタフェース板１４８を図示する。上述のように、インタフェース板は、電力用電子装置サブアセンブリが上に配設された基板を形成し、どの適切な材料によっても作ることができる。しかしこの実施例では、板はＡｌＳｉＣから作られている。板を製造する材料は、上に配設される電力用電子装置サブアセンブリに利用される材料に、少なくとも熱的に合致していることが好ましい。したがって、異なる熱膨張率が材料間で予想されるが、材料間の応力を少なくするため、及びこれらの使用寿命中に材料が互いに層間剥離することを防止又は著しく制限するために十分なレベルまで、熱膨張率の差を低く保つことが好ましい。
【００４３】
図１８には、例示的な電子装置サブアセンブリが図示されている。上記のように、電子装置サブアセンブリ１３０はインタフェース板１４８の上に直接置かれ、電子装置からインタフェース板へのすぐれた熱伝達を促進する。図１８の実施例では、接着層１８０が、板１４８上のそれぞれの装置サブアセンブリ１３０に対応するパッド位置に配設されている。次いで、基板１８２が接着層１８０の上に置かれる。基板は、電力用電子回路を取り付けるため、及び回路と外部回路とを相互接続するためのパッド位置を含む。図示された実施例では、基板１８２は、電子回路のためのパッドと、装置とインタフェース結合回路との間の相互接続部を結合するワイヤのためのパッドとを含む、直接接着銅又は直接接着アルミニウムの基板である。セラミック電気絶縁層及びセラミック層下の金属層も備えることができるが、図１８では見えない。したがって、直接接着材料の領域１４８は、組立の前に基板の上に直接形成される。電子装置を配置しようとする位置では、追加の接着層１８６が備えられる。接着層１８６は、基板１８２とインタフェース板１４８との間に挿入された接着層１８０に類似のものにすることもできる。望む場合には、図１８に示す実施例では、温度センサ１８８などのセンサを装置アセンブリの中に組み込むこともできる。次に電力用電子装置を接着層１８６の上に配置する。図示された実施例では、各装置サブアセンブリ１３０はインバータ回路の一部分を形成し、したがって（ＩＧＢＴアセンブリなどの）固体切換えアセンブリ１９０、及びフライバック・ダイオード組立品１９２を含む。やはり、次に切換えアセンブリ１９０とダイオード・アセンブリとの間の相互接続がワイヤ結合によって行なわれる。
【００４４】
図１８に示す装置サブアセンブリ設計は、いくつかの顕著な利点をもたらす。例えば、このような構成では他の点では使用されることもあるグリース層は、装置アセンブリをインタフェース板１４８に直接接着することによって除去される。基板１８２のために直接接着銅又は直接接着アルミニウムの使用は、装置の作動中に、高い電圧絶縁、すぐれた熱特性、及びすぐれた膨張制御をもたらす。やはりまた、装置アセンブリにおいて使用される特定の材料の選択は、装置アセンブリの少なくとも隣接する構成部分のために、より小さな熱膨張収縮差をもたらす。望む場合には、材料の選択は、応力をさらに減らすための熱膨張収縮勾配を提供することもできる。
【００４５】
図１９Ａ及び１９Ｂは、上述の電力用電子装置を出入りする電力を導くために使用される端子板の本実施例を図示する。端子板は、図１１〜１３に示す形式のサーマル・サポートと共に使用するのに特によく適している。しかし、端子板の機構を、図１６に図示するフレーム１１４などの、装置内の別形式の構造に組み込むことができる。端子板１３４は、上述の導体の端子又は接点として働くように設計された機構を含む。端子板はまた、電力用電子回路とエネルギー貯蔵調整回路との間を連絡する導電性エレメント又はストラップを提供し、これによって従来の装置におけるようなＤＣバスの必要性を省く。したがって、図１９Ａに示すように、端子１１６は流出電力導体（図１９Ａには図示せず）のために備えられる。端子１１６は、互いに及び入力するＤＣ電力から絶縁隔離板１１８によって分離されている。端子板１３４の裏側には、一連の接続パッド１３２が備えられ、後で説明するように端子導体と一体化されている。
【００４６】
図１９Ｂに示すように、端子板の接続側には、端子は、図示の実施例において入力ＤＣ電力用の導体とインタフェース結合するように設計されたエレメントを含む。しかしながら、コンバータ回路などにおいて入力及び出力ＡＣ電力などのために他の電力形式及び定格が備えられている場合は、端子板の構成をこれに従って適合できることに留意すべきである。
【００４７】
図１９Ａ及び１９Ｂに図示する端子板は、成形作業による製造に特に適しており、端子板自体は絶縁材料で作られている。端子板のさまざまな導体及び導電性エレメントを、後で行なわれる取付けと接続のために絶縁材料の中に容易に残されるように、絶縁材料内の適所に成形することもできる。図１９Ｂに図示するように、電力端子導体１９４は、端子板を流出電力線とインタフェース結合するリード線又は導体に接続するために、端子板の絶縁材料の中に埋め込まれている。端子板を流入電力導体に結合するための同様なリード線のために、追加の端子１９６が備えられている。図１９Ｂに示す実施例では、端子１９６は、流入電力、一般的にはインバータ適用例においては直流電力を、後で説明するようにサーマル・サポートの両側上のエレメントと接続できるようにする導電性ストラップとして形成されている。特に、エネルギー貯蔵調整回路を必要とする適用では、導電性経路が電力用電子回路とコンデンサ・バンクとの間に必要となり、図１９Ｂに示す構成によって、ＤＣバスを必要とすることなく、このような接続部を容易に作ることができる。したがって、この構成は組立品内部の寄生インダクタンスの発生率を減らすことがわかっている。図１９Ｂに示す実施例では、同様な導電性ストラップ１９８が端子板の端部に備えられて、後でさらに詳しく説明するように電力用電子装置への接続をさらに容易にする。成形された（又はネット・シェイプ化された）相互接続部を、伝熱性であるが電気絶縁性の材料又はエレメントのさまざまな組合せで作ることができる。これらは、伝熱性ポリマ、直接接着銅を有するポリマ組合せ品、直接接着アルミニウム、セラミック金属噴霧系、シート電気絶縁物、流体冷却剤ポート及び通路などを含むことができるが、これに限定されるものではない。端子板１３４において導体の支持構造のために伝熱性の（しかし電気絶縁性にすることもできる）ポリマを使用することによって、導体１１６、１９８とサーマル・ポート１２との間の直接熱経路が、これらの導体の冷却とこれらの導体による相互接続を可能にする。これは導体のための主要冷却経路を提供し、導体に接続されたあらゆる構成部分への熱の流れを減らす。これはまた、端子板に取り付けられたエネルギー貯蔵調整回路、並びに端子板にやはり取り付けられたあらゆるコネクタ回路の加熱を減少させる。次いで減少した加熱は回路構成部分の信頼性を高めると共に、電気的定格を高める。この構成のさらに別の利点は、外部の相互接続構成部分及び回路に対する応力を減らすことである。
【００４８】
図２０に示すように、図１９Ａと１９Ｂの端子板の構成は、電力用電子装置サブアセンブリ１３０、エネルギー貯蔵調整回路３８、及び装置の端子の相互接続を容易にする。特に、図２０の構成は、６個の装置サブアセンブリが１列として配置された電力用電子装置サブアセンブリ１３０を提供する。代表的なインバータ適用例では、２つのこの種の装置サブアセンブリが、擬似ＡＣ波形の正及び負突出部を提供するように、各出力位相に接続される。図示された構成では、ＤＣ端部パッド２００Ａ及び２００Ｂと呼ぶこともできる第１端部パッドが、端子板の各端部に隣接して備えられている。端部パッド２００Ａ及び２００Ｂは、図１９Ａに図示された端子板の端部に隣接する端部パッド１３２に対応する。追加パッド２０２Ａ及び２０２Ｂが、流入電力端子１９６（例えば図１９Ｂを参照）に対応する位置にパッド２００Ａ及び２００Ｂから離隔して備えられている。最後に、パッド２０４Ａ、２０４Ｂ、及び２０４Ｃが流出電力端子１９４に対応する位置に備えられている。パッド２００Ａ及び２０２Ｂ、並びにパッド２００Ｂ及び２０２Ａは、図２０に示すように端子板の端部に隣接するパッドを端子１９６に隣接するパッドに電気的に結合するように、図２０に示すように相互接続されている。次に、これらの同じ相互接続されたパッドは、図２０に図式的に示すようにエネルギー貯蔵調整回路３８の高い側と低い側に電気的に結合されている。次に、装置サブアセンブリ１３０は、結合接続部２０６などによって、図２０に示すようにパッド２００Ａ、２００Ｂ、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃに電気的に結合されている。このワイヤ結合は、後で言及するように、各装置サブアセンブリを、エネルギー貯蔵調整回路３８に電気的に結合されたパッドと、流出電力端子１９４に付属するパッドとに効果的に結合させる。装置サブアセンブリを電力終端部に結合する多くの代替方法を、本技術では考えることができる。例えば、テープ接着結合、金属ブレード抵抗溶接、ろう付け、機械的取付け、積層薄金属テープ、固有ひずみ軽減したはんだ付け又はろう付け金属ストラップ、気密圧力接続部を有する可撓性金属ストラップなどがある。次に、装置サブアセンブリの各対は、流出電力の各位相のためにインバータ回路の一部分を画定する。
【００４９】
図２１は、図２０の端子及び相互接続構成を通じて確立された電気回路を図式的に示す。図２１に示すように、制御回路３６が、代表的なインバータ駆動適用例では相互接続部４０などを介して駆動回路３４に相互接続されている。駆動回路３４は、インバータ回路自体を形成する電力用電子回路として上に説明したサーマル・サポートの同じ側に取り付けることができ、追加のワイヤ結合部２０８を介して装置サブアセンブリ１３０に相互接続されている。次いで、各装置サブアセンブリ１３０は、図１９Ａ及び１９Ｂに示す端子板に沿って互い違いの個所に位置する出力端子１９４に電気的に結合されている。装置サブアセンブリ１３０はまた流入電力端子１９６にも電気的に結合されており、回路３８は同様に、図１９Ｂに示すストラップ９８を介して端子に結合されている。図１２に示す実施例においても、センサ回路１１２が流出電力線の少なくとも２本に接続されている。
【００５０】
上に言及したように、モジュール１０の実装と構成は、インタフェース回路と構成部分の配置に応じて流入電力と流出電力とを様々な方式で経路指定できるように、配置することができる。実装はまた、冷却剤のさまざまな経路指定構成を可能にすることができる。図２２Ａ〜２２Ｆは、このような経路指定選択のための例示的な構成を示す。図２２Ａに示すように、第１構成２１０は概して図８に示すものに対応している。すなわち、流入電力導体１８がモジュールの縁部２８に沿って、流出電力導体２０と共に備えられている。入力冷却剤管路２２が、縁部２８からずれた隣接縁部に沿って、出力冷却剤管路２４と共に備えられている。図２２Ｂに示す代替構成２１２では、流入電力導体１８と流出電力導体２０はやはり縁部２８に沿って設けられている。しかし冷却剤は、モジュールの底側２２４に沿って設けられたマニホルド２２２を介して供給され戻される。図２２Ｃに示す別の代替構成２１４では、流入電力導体１８はモジュールの上側２２６を通って入る。流出電力導体２０はなお縁部２８に沿って設けられ、冷却剤管路２２及び２４は縁部３０に沿って設けられている。図２２Ｄに示す別の構成２２８では、流入電力導体１８は、流出電力線２０と同じく縁部２８を通って入る。しかしながら、この実施例では、冷却剤は線２２で示すようにモジュールの縁部３０を通って入り、線２４における対向縁部に沿ってモジュールから引き出される。当業者には理解されるように、このような構成は、冷却剤の流れによって定義されるようなモジュールを通る所望の温度勾配と、組立品内の熱発生エレメントの位置付けとを確立するために有用となり得る。図２２Ｅに示すさらに別の代替構成２１８では、すべての路線、すなわち流入電力導体１８、流出電力導体２０、及び冷却剤管路２２及び２４は縁部２８に沿ってアクセスされている。したがって、図２２Ｅの構成２１８はモジュールのプラグイン取付けを容易にすることができる。代替相互接続のさらなる実施例として、図２２Ｆの構成２２０は、モジュールの上側に沿って流入電力線１８を提供する。流出電力線２０は対向する底側に沿って設けられている。冷却剤は、図２２Ｆにおいて線２２及び２４で示すように縁部２３０などの別の表面を通って経路指定される。
【００５１】
上に言及したように、モジュールへ及びモジュールから電力及び冷却剤を経路指定するために、本技術ではさまざまなコネクタ構成を提供することができる。図２３及び２４は、モジュールへのプラグイン接続部の例示的構成を示す。複数の接続部がモジュールの１つの表面に備えられている図２３に示すように、組に編成された形式のコネクタを使用することもできる。したがって、図２３において参照番号２３２で示す接続インタフェースが、モジュール１０から延びる複数の導体を含むことができる。図２３では、コネクタ１０６及び１０８は概して円形又は円筒形の形状を有する。もちろん、平形導体、板状導体、アングル状導体などの別の形状も使用することができる。図２３におけるコネクタ・インタフェース２３２は周囲フランジ２３４によって囲まれ、周囲フランジ２３４は合せコネクタ２３６を整列すること、及びモジュールのハウジングの先に導体の遮へいを延ばすための両方に役立つ。したがって、フランジ２３４は、望むならばハウジングの金属製延長部であってもよい。合せコネクタ２３６が、コネクタの後壁を形成してインタフェース・ソケット２４０を少なくとも部分的に囲む絶縁板２３８を含むことは好ましい。合せコネクタ２３６のハウジング２４２は、絶縁板とインタフェース・ソケットを支持し、ソケットとリード線２４６との間の相互接続部がコネクタの内部に作られている。周囲壁２４４がソケットの周りに延びて、ソケットの保護、フランジ２３４とインタフェース２３２の整列、及びいったん作られたソケットと接続部に対する遮へいの延長をもたらす。
【００５２】
次に、接続部は、矢印２４８によって示すように合せコネクタ２３６をインタフェース２３２に単に差し込むことによって、モジュールに作られる。当業者には理解されるように、コネクタを確実に完全かつ堅固に取り付けるために、さまざまなロック機構、確保機構、ストラップ、ファスナなどを備えることができる。さらにまた、センサ又はスイッチ組立品（図示せず）をコネクタ・インタフェース２３２又は合せコネクタ２３６のいずれかに備えて、接続が適切に完成されたか否かを検知することができる。この種の装置からのフィードバック信号を制御装置によって使用し、適切な相互接続ができるまでモジュールへの電力の印加を防止又は制限することもできる。
【００５３】
導体用の入口位置を２つ以上使用する構成では、図２４に示すように複数のコネクタを備えることができる。図２４の配置は、モジュールの上表面に沿って２つの流入電力導体１０６を提供し、図２２の配置におけるように、底表面に沿って３つの流出電力導体１０８を提供する。図２４に示すように、リード線２４６からの流入電力導体による第１接続部は、流入電力接続インタフェース２５０に作られる。流入電力コネクタ２５４は、図示された実施例では、先の実施例におけるように周囲フランジ２４４を含むことができ、絶縁板２３８がリード線とインタフェース・ソケットとの間の接続を防止する。次に、コネクタ２５４は流入電力コネクタ・インタフェース２５０の中に単に差し込まれる。流出電力接続部は、流出電力コネクタ・インタフェース２５２を介して同様な方法で作られる。このインタフェースは同様に周囲フランジ２３４により囲まれる。同様に周囲フランジ２４４によって囲まれて絶縁板２３８を有するこのコネクタは、流出電力コネクタ・インタフェース２５２の中に接続されている。やはり、遮へいは周囲フランジの助けによって１つ又は両方の位置に備えることができる。また、確実にコネクタを適切に作るために、固定装置を各位置に備えることもできる。先の実施例におけるように、電力をモジュールに印加する前に確実にコネクタを適切に作るために、センサ又はスイッチを両コネクタに備えることもできる。
【００５４】
上述のように、モジュールの特定の外部実装並びにその漂遊ＥＭＩからの遮へいのために、さまざまな代替構成を考えることができる。図２５及び２６は、ドロップイン設計に基づく例示的な代替構成を示す。図２５に示すように、インタフェース板２５８は一例として、インタフェース板の後表面に対して直接作られた相互接続部を備えている。モジュール１０の構成は概してサーマル・サポート１２に関する製造を含む上に説明した路線に従ってもよい。サーマル・サポートへ及びこれから冷却剤を経路指定するために冷却剤導管２６０を備えることもできる。このような場合、冷却剤導管を、インタフェース板２５８を通って直接経路指定することもできる。缶形式のハウジング２６２（特に図２６を参照）が備えられ、これはインタフェース板２５８に接続されてモジュールを囲み、支持し、遮へいする。次にインタフェース板との相互接続部は、図２６に示すように組に編成されたコネクタ２３６を介して作ることもできる。
【００５５】
図２７Ａ〜２７Ｄは、電力用電子装置サブアセンブリ１３０の中に形成された回路に、端子板１３４を有する接点を接合するための例示的な技術を示す。図２７Ａの例示的実施例では、型打ちされた又は同様な接触部材２６６が装置サブアセンブリ１３０にはんだ付け又はその他の方法で結合されて、端子板１４８まで延びている。接続エレメント１６６を、装置サブアセンブリ１３０及び端子板１３４にはんだ付け、溶接、ろう付け、レーザ又はＥビーム溶接され、導電的に接着結合され、又は何か他の方法で電気的に結合することもできる。ひずみ取りは、型打ち、圧印、切削、又は成形されたこの形式の導電性エレメントの中で形成され、電流伝達のための最適断面を提供する。図２７Ｂに示す代替構成では、概して参照番号２６８で示す金属積層、プラスチック金属テープ、複数のこのようなテープ、電気編組、リボンなどが同様に、装置サブアセンブリ１３０の上に形成された回路と端子板１３４との間に延びている。電力組立品気密圧力接触構造を介して電気的接触が提供される。望む場合には、このようなテープ、リボン、編組の個別エレメントを、抵抗溶接などによって一部分又は全長にわたって接合させることができる。図２７Ｃに示すさらに別の代替構成では、個別の接触部材２７０及び２７２が装置サブアセンブリ１３０と端子板１３４との上に備えられ、モジュールの組立中に互いに接合される。接触部材の各々は、型打ち又は圧印、接触部材を電気的及び機械的に装置サブアセンブリ及び端子板に接着又はその他の確保方法などの、何か適切な方法によって形成することができる。最後に、図２７Ｄに示すように、装置サブアセンブ自体の伝熱性層を端子板１３４への接続のために備えることができる。例えば、直接接着銅又は直接接着アルミニウムを使用するモジュールでは、導体を出力端子から端子板へ延ばすことができる。望む場合には、ひずみ取りを上述の構成として、並びに装置サブアセンブの伝熱性層の選択パターンとして備えることができる。
【００５６】
図２８Ａ〜２８Ｄは、別の端子及び端子組立品冷却構成を図示する。上述のように、流入電流と流出電流は両方とも端子板１３４を通過させることができる。使用中は、端子板の中に熱が発生し、図２８Ａ〜２８Ｄに示す構成などの適切な構成によって引き出される。図２８Ａに示す第１の例示的な構成では、端子板は、伝熱性で電気絶縁性の材料で作ることのできる１つ又は複数の部分２７６及び２７８を含み、この材料は端子板の上述のさまざまな導電性エレメントを囲み支持する。このような材料の例として、セラミックを充てんした熱可塑性ポリマ又は液晶ポリマを挙げることもできる。
【００５７】
図２８Ｂに示す構成では、マニホルド２８０が、上記のようにサーマル・サポート１２の中に形成された冷却剤通路と相互接続するなどによって、冷却剤を受け入れるために形成されている。マニホルドは、冷却の目的のために、端子板を出入りする冷却剤を経路指定するチャネル２８２に供給する役目をする。図２８Ｃの構成では、サーマル・サポート１２と端子との間の接触に表面積を加えるサーマル・エクステンション２８４が備えられている。サーマル・エクステンション２８４は、端子板１３４の中に形成された対応する同様に形成した凹部又は溝２８６とインタフェース結合するように設計されている。当業者には理解されるように、エクステンション及び凹部のためのどんな適当な外形又は断面形状を備えてもよい。同様に、図２８Ｄに示すように、エクステンション２８８が端子板１３４の中に形成されて、サーマル・サポート１２の一部分の中に形成された対応する溝又は凹部２９０とインタフェース結合するように設計されている。
【００５８】
図２９Ａ及び２９Ｂは、上に説明したさまざまな接続構成において有用な端子プラグ及び接続部の代替構成を示す。図２９Ａに示すように、ハウジング９４が導体１０８を囲むために設計されているが、コネクタが作られると導体１０８はリード導体２４６を受け入れる。ハウジング２４２が合せコネクタ２３６の上に備えられ、リード導体２４６を少なくとも部分的に囲んでいる。電気絶縁体２９２が導体１０８の周りのハウジング９４内に備えられている。ワイヤ遮へい接地接続部２９４がハウジング２４２の中に備えられ、絶縁部材２９５が接続部２９４とリード導体２４６との間に備えられている。結果として得られる組立体は、モジュールの導体と合せコネクタとのすぐれた電気的接続を、並びにＥＭＩ遮へい発生及びコネクタとモジュールとの間の遮へい連続性の両方を提供する。図２９Ｂは同様な構成を示すが、導電性レセプタクル・シェル２９８が形成されて、コネクタ・ハウジング２４２のフランジ２４４とインタフェース結合する。
【００５９】
図３０Ａ〜３０Ｃは、上に説明した形式のモジュールで使用するための、代替の電力装置基板の実装と熱交換構成を示す。図３０Ａの実施例では、電力用電子装置サブアセンブリ１３０からインタフェース板１４８を通じて熱エネルギーを伝達するために、インタフェース３００が上述のように備えられている。図３０Ｂに示すように、共通のサーマル・サポート１２の上に２つ又はそれ以上の電力用電子装置サブアセンブリ１３０を取り付けるために、さまざまな配置を備えることができる。例えば図３０Ｂに、サポートを通じて冷却流体を運ぶためのチャネル１５２を含む２つのこの種の配置を示す。ある例示的な構成では、ピン１６０がインタフェース板１４８から延びて、チャネル１５２の１つを通じて流れる流体によって冷却される。図３０Ｂに示す別の実施例では、同様に熱を除去するためにチャネルの中に熱消散エレメント１７４が配設されている。プレート１４８は、はんだ付け、ろう付け、溶接などの方法によって、又は接着剤及びガスケットを介して取り付け、適切な密封を提供することができる。サポートによって画定された熱交換器ベース・モジュールは、どのような導電性金属でもポリマでも作ることができ、又は熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、エポキシ・キャスト構造などの、さまざまな非導電性材料で作ることができる。やはり図３０Ｂに示すように、インタフェース板とサーマル・サポート１２との間の密封を強化するために、インサート成形シール・フランジ３０２を備えることもできる。このようなシール・フランジは、射出、圧縮、鋳造、減圧鋳造、接着剤取付けなどの、どのような適当な方法でも作ることができる。成形中に又は二次ステップとして、サーマル・サポートの中に密封の目的で設けた開口部を密封するように、縁部、フランジ、又はリップなどにおいて、フランジをサーマル・ベースに結合することもできる。図３０Ｃに示すように、装置サブアセンブリとインタフェース板組立品を受け入れるために、特に適合されたインタフェース表面３０４を備えることができる。備えられた場合には、ピン１６０又は類似の熱消散エレメントが、サーマル・サポートの内部の特別に設けられた開口３０６を通じて延在することもある。やはり、サーマル・サポートに対して密封するために、インタフェース板の周りに密封エレメント１６２を備えることもできる。
【００６０】
図３１Ａ及び３１Ｂは、上に説明した形式のモジュールにおいて使用するための低インダクタンス遮へい接地配置の例示的な構成を示す。図３１Ａに示す配置では、サーマル・サポート１２は、上記のように部分的周囲フランジ１２６を含む。金属遮へいのための低インダクタンス経路を、参照番号３１０、３１２、３１４で示すように形成することができ、経路３１０は、サーマル・サポートに適合するように設計されたカバー３０８の上に形成することができる。接地経路は、金属化されたポリマなどの適当な材料で作ることができ、又は要望に応じて特定の場所においてポリマ材料の中に成形された金属又はその他の導電性エレメントを含むこともできる。経路は、鋳造の金属部分を固有に細くすることから、及び低インダクタンスのために接触面積を形成することによって画定することができる。さらにまた経路を、高周波電力接地接触部を提供するために特定して形成することもでき、経路をスイッチ基板に隣接した区域に入れることもできる。高周波可能導電経路の間に接続部を画定する積層バス部分３１１を備えることもできる。バスと装置基板との間を接続するためのボンディング・タブ３１３を備えることもできる。このような遮へい手段の使用を通じて、モジュール全体のためのシェル又はハウジングを、金属、（熱可塑性プラスチックを含む）プラスチック、又は何か別の適当な材料若しくは材料の組合せによって作ることもできる。
【００６１】
図３１Ｂは、図３１Ａに示す形式の例示的な構成の中に配設された電力用電子装置サブアセンブリ１３０を示す。ＥＭＩ遮へい板として作用するカバー３０８がサブアセンブリの上に置かれ、これは図示された実施例では、組み合わせたゲート駆動回路と制御板回路を構成する。機械的連結経路と電気経路が、カバーをサポート１２に確保するために使用されるファスナによって画定される。
【００６２】
図３２Ａ及び３２Ｂ並びに図３３は、背面構成によって収容される配置におけるプラグイン・モジュールのための例示的な代替構成を示す。図３２Ａに示すように、サーマル・サポート１２と電力用電子装置サブアセンブリ１３０から構成されるモジュールは、端子板１３４に結合され、導体１０８が、概して参照番号３２２で示す並列背面導体に電気的に結合されている。いったんモジュールが背面導体に差し込まれるか、若しくは背面導体に結合されると、背面導体は、モジュールへ及びモジュールから電力を経路指定することができる。図３２Ａで概して参照番号３１８で示す背面はまた、冷却剤の流れへの連結部も提供することができる。図３２Ａに示す実施例では、例えば冷却剤背面接続アダプタ３２６は、サーマル・サポートの入口ポートと出口ポートとを、背面に備えられた冷却剤供給管路３２４にインタフェース結合する働きをする。次に、個別のモジュールを背面に差し込むことができ、また独立動作又は共同動作のために、より大きなシステムに接続することができる。このような背面構成のモジューラ・ユニットの例示的な物理的実現を、概して図２５に示す配置に基づいて図３２Ｂに示す。挿入と除去を容易にするために実装品の上にハンドルを備えることができ、また外部回路への必要な相互接続をすべて完成するために単一側に接続部を備えることができる。さらにまた、背面の冷却剤供給管路に相互接続するために、密封された冷却剤導管を備えることができる。取付け又は除去中に、前後のある一定の接続部を確実に閉じるか又は遮断するように、接続部をさまざまな長さに延ばすか、又は代替方式で設計することもできる。これらは超高速ターンオフ及び超高速「クローバー」機能を含むこともできるが、これに限られるものではない。
【００６３】
図３３に示す実施例では、３つのこのようなモジュールが同様な構成の中に備えられ、同様に背面導体３２２及び冷却剤供給管路３２４に結合されている。しかし図３３に示すように、流体連結部もまた参照番号３３０で示すようにモジュールの間に備えて、背面に取り付けられたさまざまなモジュールの間における冷却剤の並列又は直列の流れを容易にすることもできる。
【００６４】
上に説明した形式のモジュールにおける熱的制御を強化するために、さまざまな流体流制御機構を、概して図３４に示すように構造の中に組み込むこともできる。概して参照番号３３２で示す流れ制御システムは、電力用電子装置サブアセンブリ１３０の周りのさまざまな位置、及びシステム内の他の位置における局部的温度を検出するさまざまなセンサ３３４を含むことができる。入力線３３６は、温度を表す信号を流れ制御回路３３８に給送する。流れ制御回路３３８は、出力線３４２を介して流れ制御回路に結合された流れ制御バルブ３４０への、及び流れ制御バルブ３４０からの冷却剤の流れを調整する。したがって、冷却剤の流を最適化して熱サイクルの変動を最小限にするように、閉ループ温度制御機構をモジュールの中に備えて、これによって、装置サブアセンブリ１３０内部の電力用電子構成部分の寿命を延ばすことができる。
【００６５】
上述のように、上に説明したさまざまな構成から利益を得る広範囲の回路を提供することができる。特に、上述のように、さまざまな形式のコンバータ回路をサーマル・サポート上に支持し、接続、冷却、遮へいなどを行なうことができる。図３５Ａ〜３５Ｃは、ＡＣ−ＡＣコンバータ、電圧源コンバータ、同期整流器、及び類似のトポロジーを画定する回路のための例示的な構成を示す。図３５Ａでは、装置サブアセンブリ１３０が、ＤＣ源に半ブリッジ状態で結合された一連の固体スイッチとダイオードを含む。個別のサブアセンブリ１３０は、上記のように、また図３５Ｂに示すようにサーマル・サポート１２の上に取り付けられている。電気的にサブアセンブリ１３０を、図３５Ｃに示すように、制御ＡＣ出力信号を生成するための回路に接続することができる。
【００６６】
やはり上述のように、説明した構成の中に適合することができる別の形式の回路はＡＣ−ＡＣコンバータ、すなわち図３６Ａ〜３６Ｃに示す形式のマトリックス・スイッチ・トポロジーである。図示するように、このようなトポロジーでは、各装置サブアセンブリは、ＡＣ電力源に結合された一対のスイッチとダイオードのセットを含む。図３６Ｂは、上記のようにサーマル・サポート１２に取り付けられたこのようなサブアセンブリの三相の実施例を示す。入力バスと出力バスが、入力電力信号と出力電力信号とを経路指定するためにサブアセンブリに結合されている。図３６Ｃに示すように、三相の実施例では、位相入力と位相出力はサブアセンブリに電気的に結合されて、望みの電力出力を生成する。
【００６７】
ある一定の三相トポロジーをここで論じたが、本技術は単相及びその他の構成に延長できることに留意すべきである。このような構成は、中間周波溶接適用などの適用に適合することもできる。このような適用は、サーマル・サポートの上に配設されたコンデンサのいくつかではなく高周波トランスを組み込むことができる。次いで、サポートの上に支持されてサポートによって熱的に助けられる回路は、適用に特有の設計の間でいくらかモジュール方式になる。
【００６８】
図３７は、このような適用の１つ、この場合には中間周波溶接を実施するための例示的な回路を示す。当業者には理解されるように、このような適用では、回路１３０は一対の固体スイッチとダイオードのセットを含む。これらの回路はトランスを介して電源を通じて結合されている。溶接ヘッドなどに出力するために追加のトランスが備えられている。先の実施例におけるように、回路とエネンルギー貯蔵変換回路の両方は、サーマル・サポートと上記の関連技術とによって支持され、冷却される。
【００６９】
図３８Ａ及び３８Ｂは、サーマル・サポート自体からは外された位置で冷却が準備された、さらに別の代替構成を示す。図３８Ａに示すように、サーマル・サポート１２は上記のように周囲フランジ１２６の中に回路を支持している。回路は上述のようにサーマル・サポート１２の両側に取り付けることができる。さらにまた、上記のようにＥＭＩ遮へいなどのために、カバー３０８が備えられている。図３８Ａに示す実施例では、回路板は、他の回路が中に取り付けられている主要空洞の外側に取り付けられている。図示された実施例では、回路板は制御回路板３６を含む。制御回路板３６などの回路のいくつかを冷却する要件は他の回路の冷却要件よりも厳しさは低いので、このような構成部分をサーマル・サポート１２から離して取り付けることができる。しかしながら、図３８Ａに図示されて概して参照番号３４４で示された形式のヒート・パイプなどの、このような回路のための追加冷却をそれでもなお備えることができる。当業者には理解されるように、このようなヒート・パイプは一般的に伝熱性材料で構成され、この材料は延びて、冷却剤の入口及び／出口と接触している。次いでヒート・パイプ３４４に沿った熱の伝導は、回路板３６の上に取り付けられた回路からの熱の除去を可能にする。図３８Ｂは、同様の組立品を示す。回路板３６へ及び回路板３６から信号と電力を導くために、適切なジャンパ・ケーブル３４６を備えることができる。
【００７０】
本発明はさまざまな変更及び代替形式に適用可能であるが、特定の実施例を、本明細書では単に例示的なものとして図面に示し、詳細に説明した。しかしながら、本発明を開示された特定の形式に限定する意図はないことを理解されたい。そうではなく本発明は、冒頭に添えた特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の精神と範囲の中にあるすべての変更実施例、等価実施例、及び代替実施例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本技術のある態様による電力用電子機器モジュールの概略図である。
【図２】サーマル・ベースに支持された追加の回路を含む、図１のモジュールの変形例を示す概略図である。
【図３】サーマル・ベースの両側に取り付けられた電力用電子装置を有する、電力用電子機器モジュールのさらに別の概略図である。
【図４】複数のサーマル・ベースを有する電力用電子機器モジュールの概略図である。
【図５】自動車駆動部用の本技術の態様による電力用電子機器モジュールの例示的適用例における、ある機能回路のブロック図である。
【図６】自動車又は産業における据付におけるなどの、囲いの中で採用された、本技術の態様による電力用電子機器モジュールの概略図である。
【図７Ａ】インバータ駆動部及びコンバータ駆動部を含む、本技術による実装品の中に保持できる機能回路のブロック図である。
【図７Ｂ】インバータ駆動部及びコンバータ駆動部を含む、本技術による実装品の中に保持できる機能回路のブロック図である。
【図８】例示的な電力用電子機器モジュールとその付属実装構成部分の分解斜視図である。
【図９】僅かに異なるインタフェース接続部を有する、図８に示す形式の例示的な実装品モジュールの外部インタフェースの斜視図である。
【図１０】モジュール実装品の後側に追加のインタフェースを示す、図９の実装品モジュールの斜視図である。
【図１１】電力用電子機器及び付属の回路と構成部分の内部構成を見せるためにハウジング・カバーを外した、図１０の実装品の斜視図である。
【図１２】モジュールをベース・ハウジングから外した、図１１に示すような内部電力モジュールの斜視図である。
【図１３】制御駆動回路を外した、図１２の構成の分解斜視図である。
【図１４】図１３の構成において使用される形式の、サーマル・ベースと電力用電子機器基板及び装置とのサブアセンブリの斜視図である。
【図１５Ａ−Ｒ】電力用電子機器基板とサーマル・ベースとを取り付け、またこれらから熱を除去するための、例示的な構成の詳細線図である。
【図１６】スイッチ・フレームがベースから取外し可能である、サーマル・ベースの上にスイッチ・フレームを設けるためのある構成の分解斜視図である。
【図１７】サーマル・ベースと共に使用するための基板であって、基板上の電力用電子装置サブアセンブリの例示的なレイアウトを示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す例示的装置サブアセンブリの１つと、基板の上に装置サブアセンブリを形成する好ましい方式との分解斜視図である。
【図１９Ａ−Ｂ】電力用電子装置とその付属回路に対する流入電力及び流出電力を経路指定するための、サーマル・ベースと共に使用される例示的な端子板の斜視図である。
【図２０】図１９に示す形式の端子板における端子と導体との好ましいレイアウトの概略図である。
【図２１】図２０のレイアウトを通じて提供される信号の流れを示す回路図である。
【図２２Ａ−Ｆ】流入電力、流出電力、及び冷却剤のためのさまざまな経路指定方向づけを示す、例示的な電力用電子機器モジュールの概略斜視図である。
【図２３】本技術の態様による電力用電子機器モジュールにおいて使用するための例示的なコネクタ・インタフェースの斜視図である。
【図２４】図２２に示す形式の、さまざまな方向づけを達成するために設計された代替コネクタ・インタフェース構成の斜視図である。
【図２５】モジュール構成部分を取り付けて遮へいするために缶が備えられている、電力用電子機器モジュールの代替外形構成の斜視図である。
【図２６】組立品を取り付けた後の、図２５のエレメントの斜視図である。
【図２７Ａ−Ｄ】本技術によるモジュールにおいて使用するための、代替端子及び端子組立品接続構成の概略図である。
【図２８Ａ−Ｄ】本技術によるモジュールにおいて使用するための、代替端子及び端子組立品冷却構成の概略図である。
【図２９Ａ−Ｂ】本技術によるモジュールのＥＭＩ遮へい及び接地のための、代替端子及びプラグ構成の概略図である。
【図３０Ａ−Ｃ】モジュールにおける熱除去構造とインタフェースするための、代替電力用電子機器基板取付け構成の概略図である。
【図３１Ａ】モジュールにおいて使用するための代替電力及び制御低インダクタンス遮へい接地構成の概略斜視図である。
【図３１Ｂ】上記の構成の例示的な実施を示す分解斜視図である。
【図３２Ａ】上記の図において図示したようなモジュールに基づく代替プラグイン・モジュール構成の概略立面図である。
【図３２Ｂ】プラグイン・モジュール構成の例示的な実施を示す斜視図である。
【図３３】上記の形式のモジュールを組み込んだ別の代替プラグイン構成を示す図である。
【図３４】モジュールへの、及びモジュールからの冷却剤の流れを調整するための流れ制御回路を組み込んだ、上記の図に示された形式のモジュールの概略図である。
【図３５Ａ】本技術の態様を採用するコンバータ構成の回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３５Ｂ】本技術の態様を採用するコンバータ構成の回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３５Ｃ】本技術の態様を採用するコンバータ構成の回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３６Ａ】本技術の態様のマトリックス・スイッチ・トポロジーを実施するための回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３６Ｂ】本技術の態様のマトリックス・スイッチ・トポロジーを実施するための回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３６Ｃ】本技術の態様のマトリックス・スイッチ・トポロジーを実施するための回路及び構成部分の物理的配置の概略図である。
【図３７】中間周波溶接の適用のために電力を供給するようにした通過技術による回路の、さらに別の概略図である。
【図３８Ａ−Ｂ】サーマル・サポートへの間接伝達を通じて回路を冷却するようにしたモジュールの例示的な構成を示す図である。
【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】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
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【図１５Ｊ】
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【図１５Ｋ】
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【図１５Ｌ】
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【図１５Ｍ】
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【図１５Ｎ】
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【図１５Ｏ】
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【図１５Ｐ】
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【図１５Ｑ】
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【図１５Ｒ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
2005516570.tif 000077
【図３７】
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【図３８Ａ】
2005516570.tif 000079
【図３８Ｂ】
2005516570.tif 000080
【国際調査報告】
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2005516570.tif 000082
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