(57)【要約】【課題】パワー半導体に対し所望の方向に冷却液を流すことができ、また設置スペースの自由度を高め、コスト低減を図ることができるパワー半導体の冷却構造を提供する。【解決手段】冷却ユニット１は、各冷却液溜まり２１の底面から放熱フィン側に突出し、各冷却液溜まり内の空間を二つの空間９，１０に仕切る仕切壁２２と、各パワー半導体２，３の放熱フィンに対向して各仕切壁２２の上端部に設けられ、冷却液を整流する整流板とを備える。各冷却液溜まり２１における二つの空間９，１０と整流板との間に、冷却液溜まり２１の一方の空間９に供給された冷却液を、冷却液溜まり２１の他方の空間１０に導くスリットが設けられる。各冷却液溜まり２１のうち、定められたパワー半導体２に対応する冷却液溜まり２１における下流側の空間１０と、隣り合うパワー半導体３に対応する冷却液溜まり２１における上流側の空間９とを貫通穴状に連通する連通路６が設けられた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ユニット上に複数のパワー半導体が固定され、前記冷却ユニットには、冷却液が給排水される冷却液溜まりが前記パワー半導体毎にそれぞれ設けられ、前記各パワー半導体における放熱フィンが前記各冷却液溜まりにそれぞれ挿入されたパワー半導体の冷却構造において、
前記冷却ユニットは、
前記各冷却液溜まりの底面から前記放熱フィン側に突出し、各冷却液溜まり内の空間を二つの空間に仕切る仕切壁と、
前記各パワー半導体の放熱フィンに対向して前記各仕切壁の上端部に設けられ、冷却液を整流する整流板と、を備え、
前記各冷却液溜まりにおける二つの空間と前記整流板との間に、前記冷却液溜まりの一方の空間に供給された冷却液を、前記冷却液溜まりの他方の空間に導くスリットが設けられ、
前記各冷却液溜まりのうち、定められた前記パワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける下流側の前記他方の空間と、前記パワー半導体に隣り合うパワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける上流側の前記一方の空間とを貫通穴状に連通する連通路が設けられたパワー半導体の冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体の冷却構造において、前記冷却ユニットは、前記各冷却液溜まりが前記連通路により直列に設けられたパワー半導体の冷却構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパワー半導体の冷却構造において、前記冷却ユニットの前記連通路は、前記各仕切壁の側面の一部を切り欠いた切欠き部と、隣り合う二つの前記冷却液溜まりの切欠き部同士を互いに同軸に貫通する貫通孔とを有するパワー半導体の冷却構造。
【請求項４】
請求項３に記載のパワー半導体の冷却構造において、前記切欠き部は、前記各冷却液溜まりにおける上流側の空間および下流側の空間のいずれか一方に面するパワー半導体の冷却構造。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のパワー半導体の冷却構造において、前記冷却ユニットの端部に、前記連通路に同軸に延びる開口部を封止する埋め栓が設けられているパワー半導体の冷却構造。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のパワー半導体の冷却構造において、
前記冷却ユニットの前記各冷却液溜まりは、前記パワー半導体の下面で覆われる矩形孔形状に形成され、
前記整流板は、前記各冷却液溜まりに収容可能な矩形の薄板状であり、前記パワー半導体の下面に対し、冷却液の流路を成す間隔を隔てて平行に配置され、
前記スリットは、前記整流板における側縁部と、前記各冷却液溜まりの内側面との間に設けられて前記複数のパワー半導体の並び方向に平行な方向に沿って延び、且つ、前記各冷却液溜まりの前記二つの空間と前記流路とを繋ぐパワー半導体の冷却構造。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のパワー半導体の冷却構造において、
前記スリットは、
前記冷却液溜まりにおける上流側の空間と、前記整流板の一側縁部との間に形成され、前記連通路の長さ方向に対し平行に延びる第１のスリット部と、
前記冷却液溜まりにおける下流側の空間と、前記整流板の他側縁部との間に形成され、前記連通路の長さ方向に対し平行に延びる第２のスリット部と、を有するパワー半導体の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体の冷却構造に関し、ＩＧＢＴ等のパワー半導体を利用した電気自動車、工作機械、設備等のための二軸またはそれ以上の軸数のインバータ装置に適用される技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つのモータを備えた電気自動車を駆動するための、二軸のインバータ装置では、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体が用いられ、この半導体の冷却には、主に冷却液が利用される。冷却液は、一般に、水、または水にエチレングリコールおよび防錆材を加えたクーラントを使用する。
例えば、放熱用のフィンの付いたＩＧＢＴモジュール（特許文献３）を二個使用して、電気自動車の二輪を駆動するためのインバータ装置を製作する場合の冷却方法の例が示されている（特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献２では、左右に配置したＩＧＢＴモジュールに対し、ＩＧＢＴモジュールの並び方向および厚さ方向にそれぞれ直交する方向に並列に冷却液を流す。二つのＩＧＢＴモジュールに並列に冷却液を流すと、流路の抵抗の違いにより、流量にばらつきが発生し、二つのＩＧＢＴモジュールの冷却能力に差が発生する場合がある。この場合、両方のＩＧＢＴとも注意する必要がある。
【０００４】
特許文献１では、左右に配置したＩＧＢＴモジュールに対し、左のＩＧＢＴモジュールから右のＩＧＢＴモジュールに直列に冷却液を流す。二つのＩＧＢＴモジュールに直列に冷却液を流すと、上流側のＩＧＢＴモジュールよりも下流側のＩＧＢＴモジュールの温度が上昇し易い。この場合、上昇しやすい方に特に注意すれば良いが、次の点に留意する必要がある。
【０００５】
各ＩＧＢＴモジュールにおいて、発熱部の位置または温度センサの取付け位置により、冷却液を流す方向が決まっているものがある。
図２４および図２５に示す例では、ＩＧＢＴモジュール８０の放熱フィン８１を直接冷却液で冷却する際、冷却液を図２４の下から上に流す仕様に定められている。
【０００６】
そこで、左右に配置した二個のＩＧＢＴモジュールに対し直列に冷却液を流すと共に、各ＩＧＢＴモジュールに所望の方向に冷却液を流す例が考えられる。
図２６〜図２８に、左右に配置した二個のＩＧＢＴモジュール８０Ｌ，８０Ｒに対し、直列に二個とも所望の方向（同図の下から上）に冷却液を流す冷却構造の原案を示す。冷却ユニット８２に左側ＩＧＢＴモジュール８０Ｌと、右側ＩＧＢＴモジュール８０Ｒの二つのＩＧＢＴモジュール８０Ｌ，８０Ｒを取り付ける。図２６中の矢印は、冷却液の流れを示す。以下の図においても、図中の矢印は、引出し線における矢印を除き冷却液の流れを示す。
【０００７】
冷却液は、左側ＩＧＢＴモジュール８０Ｌの入口ホースジョイント８３から入れ、左側ＩＧＢＴモジュール８０Ｌの放熱フィン８１を冷却し、左側ＩＧＢＴモジュール８０Ｌの出口ホースジョイント８４から排出される。排出された冷却液は図示外のバイパス用ホースで、右側ＩＧＢＴモジュール８０Ｒの入口ホースジョイント８３まで導き、右側ＩＧＢＴモジュール８０Ｒの放熱フィン８１を冷却し、右側ＩＧＢＴモジュール８０Ｒの出口ホースジョイント８４から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７９７７１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３１６６６号公報
【特許文献３】特開２０１４−１８３０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２６〜図２８の例では、外部にバイパス用ホースが必要となるため、バイパス用ホースを取回すためのスペースを確保しなければならないうえ美観上も好ましくない。
図２９〜図３１に示す冷却構造では、前記バイパス用ホースを無くすため、冷却ユニット８２の内部に五か所の水路を設ける。
しかし、五か所の水路は冷却ユニット８２の外部から穴をあけ、それぞれ、五か所の埋め栓８５で封止する必要があるため、製造工程が煩雑となり、コスト高となるため好ましくない。
【００１０】
また前記冷却フィンの付いたＩＧＢＴモジュールを二個使用して、電気自動車の二輪を駆動するためのインバータ装置を製作する場合、ＩＧＢＴモジュールの配置は、主に電気の流れる方向および全体の配置で決定され、冷却液の流れが、簡単には希望通りにならない場合がある。ＩＧＢＴモジュールの冷却ユニットは、通常アルミニウムを材料として鋳造（ダイカスト等）で作られるが、冷却液の水路は冷却ユニットの内部にあるため、必ずしも自由には製造できないため、製造コストが嵩む。
【００１１】
この発明の目的は、パワー半導体に対し所望の方向に冷却液を流すことができ、また設置スペースの自由度を高め、コスト低減を図ることができるパワー半導体の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明のパワー半導体の冷却構造は、冷却ユニット上に複数のパワー半導体が固定され、前記冷却ユニットには、冷却液が給排水される冷却液溜まりが前記パワー半導体毎にそれぞれ設けられ、前記各パワー半導体における放熱フィンが前記各冷却液溜まりにそれぞれ挿入されたパワー半導体の冷却構造において、
前記冷却ユニットは、
前記各冷却液溜まりの底面から前記放熱フィン側に突出し、各冷却液溜まり内の空間を二つの空間に仕切る仕切壁と、
前記各パワー半導体の放熱フィンに対向して前記各仕切壁の上端部に設けられ、冷却液を整流する整流板と、を備え、
前記各冷却液溜まりにおける二つの空間と前記整流板との間に、前記冷却液溜まりの一方の空間に供給された冷却液を、前記冷却液溜まりの他方の空間に導くスリットが設けられ、
前記各冷却液溜まりのうち、定められた前記パワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける下流側の前記他方の空間と、前記パワー半導体に隣り合うパワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける上流側の前記一方の空間とを貫通穴状に連通する連通路が設けられた。
前記定められた前記パワー半導体は、複数のパワー半導体の中から設計等によって任意に定められる。
【００１３】
この構成によると、各冷却液溜まりにおける二つの空間と整流板との間に、冷却液溜まりの一方の空間に供給された冷却液を、前記冷却液溜まりの他方の空間に導くスリットが設けられたため、各パワー半導体の放熱フィンに対し所望の方向に冷却液を流すことができる。またスリットは、細長い形状であるため、前記二つの空間の広い範囲に冷却液を通すことができて、冷却液を各パワー半導体の前記底面の広い範囲に流せる。各パワー半導体の前記底面の広い範囲に渡って複数の放熱フィンが設けられている場合、これら複数の放熱フィン全体を万遍なく冷却することができる。したがって、各パワー半導体を冷却する冷却効率を向上することができる。
また冷却液溜まりにおける下流側の空間と、隣り合う冷却液溜まりにおける上流側の空間とを貫通穴状に連通する連通路が設けられたため、外部にバイパス用ホース等を設ける従来例よりも設置スペースの自由度を高めることができる。また前記連通路は、両空間を貫通穴状に連通しているため、冷却ユニットの内部に複数か所の水路を設け、これら複数か所の水路をそれぞれ埋め栓で封止する従来例よりも、製造を簡略化できる。したがって、コスト低減を図ることができる。
【００１４】
前記冷却ユニットは、前記各冷却液溜まりが前記連通路により直列に設けられても良い。この場合、各冷却液溜まりを並列に接続するよりも、冷却液の流量を多くし冷却効率を高めることができる。また各冷却液溜まりに直列に冷却液を流すと、下流に配置した冷却液溜まりに対応するパワー半導体は、それよりも上流に配置された冷却液溜まりに対応するパワー半導体によって温められた冷却液で冷却する。したがって、温度が上昇し易い下流のパワー半導体の温度を監視する等して必要な制御を行うことができる。
【００１５】
前記冷却ユニットの前記連通路は、前記各仕切壁の側面の一部を切り欠いた切欠き部と、隣り合う二つの前記冷却液溜まりの切欠き部同士を互いに同軸に貫通する貫通孔とを有するものであっても良い。この場合、冷却ユニットの複数箇所に穴をあけ埋め栓等で封止するよりも、冷却液溜まりの切欠き部および貫通孔を簡単に形成することができ、製造コストの低減を図れる。
【００１６】
前記切欠き部は、前記各冷却液溜まりにおける上流側の空間および下流側の空間のいずれか一方に面しても良い。この場合、冷却液溜まりにおける上流側の空間に供給された冷却液は、スリットを経由して前記冷却液溜まりにおける下流側の空間に導かれ、この冷却液溜まりに面する切欠き部から、隣り合う冷却液溜まりにおける上流側の空間に面する切欠き部に供給される。
【００１７】
前記冷却ユニットの端部に、前記連通路に同軸に延びる開口部を封止する埋め栓が設けられていても良い。この場合、冷却ユニットの端部から貫通穴状に形成した後、この冷却ユニットの端部の開口部を埋め栓で封止するだけで、連通路を簡単に形成することができる。
【００１８】
前記冷却ユニットの前記各冷却液溜まりは、前記パワー半導体の下面で覆われる矩形孔形状に形成され、
前記整流板は、前記各冷却液溜まりに収容可能な矩形の薄板状であり、前記パワー半導体の下面に対し、冷却液の流路を成す間隔を隔てて平行に配置され、
前記スリットは、前記整流板における側縁部と、前記各冷却液溜まりの内側面との間に設けられて前記複数のパワー半導体の並び方向に平行な方向に沿って延び、且つ、前記各冷却液溜まりの前記二つの空間と前記流路とを繋ぐものであっても良い。
【００１９】
この構成によると、各冷却液溜まりにおける上流側の空間に供給された冷却液は、スリットを通して、各冷却液溜まりに挿入された放熱フィンを直接冷却する。スリットは、整流板における側縁部と、各冷却液溜まりの内側面との間に設けられて複数のパワー半導体の並び方向に平行な方向に沿って延びる細長い形状であるため、前記二つの空間の広い範囲に冷却液を通すことができて、冷却液を各パワー半導体の前記底面の広い範囲に流せる。各パワー半導体の前記底面の広い範囲に渡って複数の放熱フィンが設けられている場合、これら複数の放熱フィン全体を万遍なく冷却することができる。これにより各パワー半導体の冷却効率を向上し得る。
【００２０】
前記スリットは、
前記冷却液溜まりにおける上流側の空間と、前記整流板の一側縁部との間に形成され、前記連通路の長さ方向に対し平行に延びる第１のスリット部と、
前記冷却液溜まりにおける下流側の空間と、前記整流板の他側縁部との間に形成され、前記連通路の長さ方向に対し平行に延びる第２のスリット部と、を有するものであっても良い。
この場合、冷却液溜まりにおける上流側の空間に供給された冷却液は、第１のスリット部を経由して、この冷却液溜まりに挿入された放熱フィンを直接冷却する。その後、冷却液は、第２のスリット部を経由して、前記冷却液溜まりにおける下流側の空間に確実に導かれる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明のパワー半導体の冷却構造は、冷却ユニット上に複数のパワー半導体が固定され、前記冷却ユニットには、冷却液が給排水される冷却液溜まりが前記パワー半導体毎にそれぞれ設けられ、前記各パワー半導体における放熱フィンが前記各冷却液溜まりにそれぞれ挿入されたパワー半導体の冷却構造において、前記冷却ユニットは、前記各冷却液溜まりの底面から前記放熱フィン側に突出し、各冷却液溜まり内の空間を二つの空間に仕切る仕切壁と、前記各パワー半導体の放熱フィンに対向して前記各仕切壁の上端部に設けられ、冷却液を整流する整流板と、を備え、前記各冷却液溜まりにおける二つの空間と前記整流板との間に、前記冷却液溜まりの一方の空間に供給された冷却液を、前記冷却液溜まりの他方の空間に導くスリットが設けられ、前記各冷却液溜まりのうち、定められた前記パワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける下流側の前記他方の空間と、前記パワー半導体に隣り合うパワー半導体に対応する冷却液溜まりにおける上流側の前記一方の空間とを貫通穴状に連通する連通路が設けられた。このため、パワー半導体に対し所望の方向に冷却液を流すことができ、また設置スペースの自由度を高め、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】同パワー半導体の冷却構造の側面図である。
【図５】同パワー半導体の冷却構造の冷却液の流れを説明する図である。
【図６】図５のVI-VI線断面図である。
【図７】図５のVII-VII線断面図である。
【図８】図６の部分拡大図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図１０】図９のX-X線断面図である。
【図１１】図９のXI-XI線断面図である。
【図１２】同パワー半導体の冷却構造の側面図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図１５】この発明のさらに他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図１６】図１５のXVI-XVI線断面図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図１８】同パワー半導体の冷却構造の側面図である。
【図１９】この発明のさらに他の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造の平面図である。
【図２０】同パワー半導体の冷却構造の側面図である。
【図２１】この発明の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造を用いた車両の駆動部等を概略示すブロック図である。
【図２２】同パワー半導体を備えたインバータ装置の基本構造の回路図である。
【図２３】ＩＧＢＴモジュールの内部回路の例を示す回路図である。
【図２４】ＩＧＢＴモジュールの平面図である。
【図２５】同ＩＧＢＴモジュールの側面図である。
【図２６】二個のＩＧＢＴモジュールに対し、直列に二個とも所望の方向に冷却液を流す冷却構造の原案を示す平面図である。
【図２７】図２６のＡ−Ａ線断面図である。
【図２８】同冷却構造の側面図である。
【図２９】冷却構造の他の原案を示す平面図である。
【図３０】図２９のＡ−Ａ線断面図である。
【図３１】同冷却構造の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施形態に係るパワー半導体の冷却構造を図１ないし図８と共に説明する。
このパワー半導体の冷却構造は、二つのモータを駆動するシステムの二軸のインバータ装置に適用されるものである。
＜冷却構造の概略説明＞
図１に示すように、このパワー半導体の冷却構造では、冷却ユニット１上に複数（この例では二つ）のパワー半導体２，３が並べて固定されている。図２〜図４に示すように、矩形板状の冷却ユニット１の上面には、冷却液が給排水される冷却液溜まり２１がパワー半導体２，３毎にそれぞれ設けられている。
【００２４】
＜パワー半導体等について＞
各パワー半導体２，３は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等を備えるスイッチング素子である半導体素子を複数個備えたＩＧＢＴモジュールとされる。このＩＧＢＴモジュールは、複数個の半導体素子が一個のパッケージに収められて構成されている。各パワー半導体２，３における下面には、半導体素子から発せられる熱を放熱するための複数の放熱フィン８が設けられている。各パワー半導体２，３における複数の放熱フィン８が各冷却液溜まり２１に挿入されるように、各パワー半導体２，３が冷却ユニット１上に固定されている。各冷却液溜まり２１は、複数の放熱フィン８が設けられる箇所に対応してこれら放熱フィン８に干渉しないように、且つ各パワー半導体２，３における下面で覆われる矩形孔形状に形成されている。
【００２５】
＜冷却構造の詳細について＞
図１に示すように、冷却ユニット１は、仕切壁２２と、整流板１１（図２）と、入出口ホースジョイント４，５と、埋め栓７とを備えている。
仕切壁２２は、各冷却液溜まり２１の短手方向中間付近における底面から放熱フィン側に突出し、各冷却液溜まり２１内の空間を、後述する上流側および下流側の二つの空間９，１０に仕切る。この仕切壁２２は、断面矩形状（図２および図３）に形成され、且つ各冷却液溜まり２１の平面視の長手方向に延びるように形成される。
【００２６】
図６および図８に示すように、整流板１１は、各冷却液溜まり２１内に収容された状態で各仕切壁２２の上端部に設けられ、各冷却液溜まり２１内の冷却液を整流する。各整流板１１は、各冷却液溜まり２１に収容可能な矩形の薄板状であり、各パワー半導体２，３（図７）の放熱フィン８に対向して各仕切壁２２の上端部に図示外のねじ等により取り付けられている。整流板１１は、パワー半導体２，３（図７）の下面に対し、冷却液の流路Ｒａを成す間隔を隔てて平行に配置される。また各整流板１１の表面と、各パワー半導体２，３（図７）の複数の放熱フィン８の先端部との間に、所定の隙間δが設けられている。つまり各パワー半導体２，３（図７）の放熱フィン８は、整流板１１で隙間を詰めて冷却液の流速を速め、冷却効率を向上させている。
【００２７】
図５に示すように、冷却ユニット１の長手方向一端部には、一方（図５左側）の冷却液溜まり２１における上流側の空間９に連通する貫通孔から成る給水路２３が形成されている。この給水路２３の一端部に、配管接続用の雌ねじ部が設けられ、この雌ねじ部に入口ホースジョイント４が螺合されている。入口ホースジョイント４に、図示外の給水用の配管が接続されている。
【００２８】
冷却ユニット１の長手方向他端部には、他方（図５右側）の冷却液溜まり２１における下流側の空間１０に連通する貫通孔から成る排水路２４が形成されている。この排水路２４の一端部に、配管接続用の雌ねじ部が設けられ、この雌ねじ部に出口ホースジョイント５が螺合されている。出口ホースジョイント５に、図示外の排水用の配管が接続されている。なお前記給水用および排水用の配管に、図示外のポンプおよびラジエータ等が接続され、各冷却液溜まり２１にわたる循環経路に冷却液を循環させ、且つ冷却液を冷却する。
【００２９】
図８に示すように、冷却液溜まり２１の上流側の空間９に供給された冷却液を、前記冷却液溜まり２１の下流側の空間１０に導くスリット２５が設けられている。スリット２５は、図５および図８に示すように、整流板１１の側縁部と、各冷却液溜まり２１の矩形孔形状の内側面２１ａとの間に設けられて複数のパワー半導体２，３の並び方向に平行な方向（図５左右方向）に沿って延びる。このスリット２５は、各冷却液溜まり２１の二つの空間９，１０と流路Ｒａとを繋ぐ。このスリット２５は、第１および第２のスリット部２５ａ，２５ｂを有する。第１のスリット部２５ａは、冷却液溜まり２１における上流側（図８下側）の空間９の内側面と、整流板１１の一側縁部１１ａとの間に形成され、図５に示す連通路６（後述する）の長さ方向に対し平行に延びる。図８に示すように、第２のスリット部２５ｂは、冷却液溜まり２１における下流側（図８上側）の空間１０の内側面と、整流板１１の他側縁部１１ｂとの間に形成され、図５に示す連通路６の長さ方向に対し平行に延びる。
【００３０】
図５〜図７に示すように、各冷却液溜まり２１は、連通路６により直列に連通するように設けられている。具体的には、この冷却ユニット１に、定められた（図５左側の）パワー半導体２に対応する冷却液溜まり２１における下流側（図６上側）の空間１０と、前記パワー半導体２に隣り合う（図５右側の）パワー半導体３に対応する冷却液溜まり２１における上流側（図７下側）の空間９とを貫通穴状に連通する連通路６が設けられている。
【００３１】
連通路６は、各冷却液溜まり２１における各仕切壁２２の側面の一部を切り欠いた切欠き部２２ａと、隣り合う二つの冷却液溜まり２１の切欠き部２２ａ同士を互いに同軸に貫通する貫通孔２６とを有する。一方（図５左側）の冷却液溜まり２１の切欠き部２２ａは、図６に示すように、前記一方の冷却液溜まり２１における下流側の空間１０に面する。他方（図５右側）の冷却液溜まり２１の切欠き部２２ａは、図７に示すように、前記他方の冷却液溜まり２１における上流側の空間９に面する。図５に示すように、冷却ユニット１の長手方向他端部に、連通路６に同軸に延びる開口部２７を封止する埋め栓７が設けられている。
【００３２】
＜冷却液の流れについて＞
図５および図６に示すように、冷却液を、入口ホースジョイント４から一方（図５左側）の冷却液溜まり２１における上流側の空間９に供給する（ａ部、ｂ部）。冷却液は、第１のスリット部２５ａを通してパワー半導体２の冷却フィン８を直接冷却し（ｃ部）、第２のスリット部２５ｂを経由してこの冷却液溜まり２１における下流側の空間１０に導かれる（ｄ部）。冷却フィン８を冷却する際、第１，第２のスリット部２５ａ，２５ｂにより冷却液は所望の方向（図５の下から上）に流れる。
【００３３】
その後冷却液は、図５〜図７に示すように、順次、この冷却液溜まり２１の切欠き部２２ａ、貫通孔２６、他方（図５右側）の冷却液溜まり２１の切欠き部２２ａを経由して（ｅ部）、この他方の冷却液溜まり２１の上流側の空間９に導かれる（ｆ部）。他方の冷却液溜まり２１において、冷却液は、第１のスリット部２５ａを通してパワー半導体３の冷却フィン８を直接冷却し（ｇ部）、第２のスリット部２５ｂを経由してこの冷却液溜まり２１における下流側の空間１０に導かれる（ｈ部）。前記冷却フィン８を冷却する際においても、第１，第２のスリット部２５ａ，２５ｂにより冷却液は所望の方向（図５の下から上）に流れる。その後、冷却液は、前記下流側の空間１０から出口ホースジョイント５を経由して排出される。
【００３４】
＜作用効果について＞
以上説明したパワー半導体の冷却構造によると、各冷却液溜まり２１における二つの空間９，１０と整流板１１との間に、冷却液溜まり２１の一方の空間９に供給された冷却液を、前記冷却液溜まり２１の他方の空間１０に導くスリット２５が設けられたため、各パワー半導体２，３の放熱フィン８に対し所望の方向に冷却液を流すことができる。またスリット２５は、細長い形状であるため、二つの空間９，１０の広い範囲に冷却液を通すことができて、冷却液を各パワー半導体２，３の底面の広い範囲に流せる。各パワー半導体２，３の前記底面の広い範囲に渡って複数の放熱フィン８が設けられている場合、これら複数の放熱フィン全体を万遍なく冷却することができる。したがって、各パワー半導体２，３を冷却する冷却効率を向上することができる。
特に、スリット２５は、整流板１１における側縁部と、各冷却液溜まり２１の内側面２１ａとの間に設けられて複数のパワー半導体２，３の並び方向に平行な方向に沿って延びるため、細長い形状であるため、スリット２５に冷却液を通すことで、冷却液を各パワー半導体２，３の前記底面の広い範囲に流せる。これにより各パワー半導体２，３の冷却効率を向上し得る。
【００３５】
また冷却液溜まりに２１おける下流側の空間１０と、隣り合う冷却液溜まり２１における上流側９の空間とを貫通穴状に連通する連通路６が設けられたため、外部にバイパス用ホース等を設ける従来例よりも設置スペースの自由度を高めることができる。また連通路６は、両空間１０，９を貫通穴状に連通しているため、冷却ユニットの内部に複数か所の水路を設け、これら複数か所の水路をそれぞれ埋め栓で封止する従来例よりも、製造を簡略化できる。したがって、コスト低減を図ることができる。
【００３６】
冷却ユニット１は、各冷却液溜まり２１が連通路６により直列に設けられている。このため、各冷却液溜まりを並列に接続するよりも、冷却液の流量を多くし冷却効率を高めることができる。また各冷却液溜まり２１に直列に冷却液を流すと、下流に配置した冷却液溜まり２１に対応するパワー半導体３は、それよりも上流に配置された冷却液溜まり２１に対応するパワー半導体２によって温められた冷却液で冷却する。したがって、温度が上昇し易い下流のパワー半導体３の温度を監視する等して必要な制御を行うことができ、制御系を簡単化し得る。
【００３７】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００３８】
図９〜図１２に示す冷却構造では、冷却ユニット１の短手方向一端部（図９下端部）に、入口ホースジョイント４が設けられ、冷却ユニット１の短手方向他端部（図９上端部）に、出口ホースジョイント５が設けられている。この冷却構造においても、各パワー半導体２，３に対し所望の方向に冷却液を流すことができ、各パワー半導体２，３を冷却する冷却効率を向上することができる。また設置スペースの自由度を高め、コスト低減を図ることができる。
【００３９】
図１３に示す冷却構造では、冷却ユニット１の長手方向一端部に、入口ホースジョイント４、出口ホースジョイント５がそれぞれ設けられている。この冷却ユニット１の上端部には、図１３右側の冷却液溜まり２１における下流側の空間１０に連通する孔２８を封止する埋め栓７が設けられ、前記孔２８が出口ホースジョイント５に配管接続されている。この冷却構造においても、各パワー半導体２，３に対し所望の方向に冷却液を流すことができ、各パワー半導体２，３を冷却する冷却効率を向上することができる。また設置スペースの自由度を高め、コスト低減を図ることができる。
【００４０】
図１４に示すように、冷却ユニット１の下端部に、入口ホースジョイント４、出口ホースジョイント５がそれぞれ設けられても良い。
図１５および図１６に示すように、冷却ユニット１の上端部に、入口ホースジョイント４、出口ホースジョイント５がそれぞれ設けられても良い。
これらの冷却構造においても、前記と同様の作用効果を奏する。
【００４１】
この冷却構造を三軸のインバータ装置に適用しても良い。
図１７および図１８に示すように、冷却ユニット１に、三つのパワー半導体２，２Ａ，３が固定され、冷却ユニット１の長手方向一端部および他端部から連通路６，６が同軸に設けられ、各開口部２７をそれぞれ封止する埋め栓７が設けられても良い。
【００４２】
図１９および図２０に示すように、各パワー半導体２，２Ａ，３に冷却液を流すため、連通路６を、中央の冷却液溜まり２１の中央付近で封止する埋め栓７Ａを設けても良い。この埋め栓７Ａは、この例では、立方体形状の金属製であり、冷却ユニット１と整流板１１（図３参照）との間に挟まれ固定される。埋め栓７Ａは、立方体形状に限定されるものではなく、例えば、円筒形状、円盤形状、ねじ形状等でも良い。また埋め栓７Ａは、金属製に限定されるものではなく、例えば、樹脂製またはゴム製でも良い。その他埋め栓７Ａは、整流板１１（図３）で挟む以外に、接着、ねじ止め、整流板そのものに突起を設けて埋め栓としての機能を持たせても良い。埋め栓７Ａは、必ずしも完璧に冷却液を止める必要はなく、数％の漏れがあっても事実上差支えない。図１９および図２０と略同様の構成で、四軸以上のインバータ装置にも適用可能である。
【００４３】
なお、この明細書において、左右、上下は相対的な説明のための方向であり、絶対的な位置を指定するものではない。この実施形態において開示した以外に、冷却液の水路を、必要に応じて平行に、またはパワー半導体の裏側に移動しても良い。
【００４４】
図２１は、この実施形態に係るパワー半導体の冷却構造を用いた車両の駆動部等を概略示すブロック図である。この車両は、車体２９の左右の後輪３０，３０が駆動輪とされ、左右の前輪３１，３１が従動輪とされた二輪駆動の電気自動車である。前輪３１，３１は操舵輪とされている。車両は、左右の各駆動輪に駆動力を与えるモータ３２，３２を備えている。
【００４５】
各モータ３２は、例えば、三相の同期モータからなる。モータ３２の回転は、図示外の減速機および車輪用軸受を介して駆動輪に伝達される。このモータ３２は、一部または全体が駆動輪内に配置されて、モータ３２、前記減速機および前記車輪用軸受を含むインホイールモータ駆動装置を構成している。
左右の従動輪および左右の駆動輪には、運転者によるブレーキ操作によりこれら従動輪および駆動輪にそれぞれ制動力を与える従動輪用のブレーキ機構、駆動輪用のブレーキ機構が設けられている。
【００４６】
制御系は、車両の全体の統合制御、協調制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ３３と、このＥＣＵ３３の出力する指令に従って各モータ３２を制御する二軸のインバータ装置３４とを有する。ＥＣＵ３３は、電気自動車の場合「ＶＣＵ（車両制御ユニット）」とも称される。ＥＣＵ３３は、アクセルペダル等のアクセル操作手段３５からのアクセル入力と、ブレーキペダル等のブレーキ操作手段３６からのブレーキ入力とに応じて車両全体のトルク指令を生成し、各モータ３２のインバータ駆動部３７へ分配するトルク指令生成手段３３ａを有する。ＥＣＵ３３は、マイクロコンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路等により構成される。
【００４７】
インバータ装置３４は、二つのインバータ駆動部３７，３７と、図示外のインバータ制御部とを有する。インバータ制御部は、ＥＣＵ３３のトルク指令生成手段３３ａから与えられるトルク指令に従って電流指令を二つのインバータ駆動部３７，３７に出力する。インバータ制御部は、トルク制御を電流制御等でフィードバック制御する。このときに、モータ３２の回転位相等に応じたベクトル制御等の効率化を図る制御を行う。
【００４８】
図２２に示すように、二つのインバータ駆動部３７，３７は、一つの筐体３８に収納された二軸一体型であり、前記筐体３８にいずれかの実施形態の冷却構造が設けられている。
左側のモータ３２に対応するインバータ駆動部３７につき、計六個の半導体素子３９を備えた一パッケージのＩＧＢＴモジュールが適用され、右側のモータ３２に対応するインバータ駆動部３７につき、計六個の半導体素子３９を備えた一パッケージのＩＧＢＴモジュールが適用されている。図２３に示すように、このＩＧＢＴモジュールでは、入力端子が一組あるＩＧＢＴモジュールが適用されている。
この冷却構造を電気自動車に適用した場合、インバータ装置の設置スペースの自由度を高めることができ、インバータ装置の汎用性を高めることができる。
【００４９】
このパワー半導体の冷却構造は、電気自動車以外に、工作機械、産業機械、設備等の駆動モータを制御するためのインバータ装置にも適用可能である。
【００５０】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
１…冷却ユニット
２，２Ａ，３…パワー半導体
６…連通路
７，７Ａ…埋め栓
８…放熱フィン
９，１０…空間
１１…整流板
２１…冷却液溜まり
２２…仕切壁
２２ａ…切欠き部
２５…スリット
２５ａ，２５ｂ…第１および第２のスリット部
２６…貫通孔
２７…開口部
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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