(57)【要約】【課題】放電制御回路を効率的に冷却でき、かつ装置の大型化を防止できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール２と、冷却器３と、コンデンサ４と、放電制御回路部品５とを備える。半導体モジュール２は、電力変換回路を構成する半導体素子２０を内蔵している。冷却器３は、半導体モジュール２を冷却している。コンデンサ４は、半導体モジュール２に加わる電圧を平滑化する。放電制御回路部品５は放電制御回路を内蔵している。放電制御回路は、コンデンサ４に蓄えられた電荷を、半導体モジュール２を通じて放電するよう半導体モジュール２の動作を制御する。そして、冷却器３によって放電制御回路部品５を冷却するよう構成されている。【選択図】図２
2011259544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、
該半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
上記コンデンサに蓄えられた電荷を、上記半導体モジュールを通じて放電するよう上記半導体モジュールの動作を制御する放電制御回路を内蔵した放電制御回路部品とを備え、
上記冷却器によって上記放電制御回路部品を冷却するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、複数の上記半導体モジュールと、上記冷却器を構成する複数の冷却チューブとが積層されており、積層方向における一端に配置された上記冷却チューブにおける、上記半導体モジュールと反対側の面に、上記放電制御回路部品が接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、複数の上記半導体モジュールと、上記冷却器を構成する複数の上記冷却チューブとが積層され、２個の上記冷却チューブによって上記放電制御回路部品を挟持して両面から冷却しており、上記２個の冷却チューブにおける、上記放電制御回路部品とは反対側の面に、それぞれ上記半導体モジュールが接触配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記半導体モジュール及び上記放電制御回路部品は、他の電子部品に接続するための接続端子を各々備えており、上記半導体モジュールの上記接続端子と、上記放電制御回路部品の上記接続端子とは、互いに同一形状になっていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記コンデンサに蓄えた電荷を放電するための放電抵抗が該コンデンサに並列接続されており、上記放電抵抗は上記放電制御回路部品に内蔵されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサの放電制御回路を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図８に示すごとく、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９２と、該半導体モジュール９２を冷却する複数の冷却チューブ９３０とを積層したものが知られている。
【０００３】
個々の半導体モジュール９２は、制御端子９６と、パワー端子９７とを備える。制御端子９６には、半導体モジュール９２を制御する制御回路９１５が接続されている。また、パワー端子９７には、直流電源（図示しない）の正電極に接続された正極端子と、直流電源の負電極に接続された負極端子と、交流負荷に接続された交流端子とがある。制御回路９１５が半導体モジュール９２を制御することにより、正極端子と負極端子との間に印加された直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子から出力する。
【０００４】
電力変換装置９０には、半導体モジュール９２に加わる電圧を平滑化するためのコンデンサ９４が設けられている。コンデンサ９４は、図示しないバスバーによってパワー端子９７に接続されている。
【０００５】
また、コンデンサ９４には放電抵抗（図示しない）が並列接続されている。電力変換装置９０を停止すると、コンデンサ９４に蓄えられた電荷は徐々に放電抵抗を流れるため、暫く経過するとコンデンサ９４は完全に放電する。これにより、電力変換装置９０のメンテナンス時等における感電事故を防ぐことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４００３７１９号公報
【特許文献２】特許第４０９０４１０号公報
【特許文献３】特開２００５−３３２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電力変換装置９０は、停止してからコンデンサ９４を完全に放電できるまでの時間が長い（例えば１０分程度）という問題があった。そのため、停止した後、コンデンサ９４を短時間（例えば数秒程度）で放電できる電力変換装置９０が求められている。特に、電力変換装置９０をハイブリッドカー等の車両に搭載して用いる場合は、車両が交通事故等で停止した際に、コンデンサ９４に蓄えられた電荷によって感電事故が生じないよう、コンデンサ９４を短時間で放電することが強く求められている。
【０００８】
この問題を解決するために、電力変換装置９０に放電制御回路を設けることが考えられている。電力変換装置９０を停止した後、放電制御回路によって半導体モジュール９２を制御することにより、コンデンサ９４に蓄えられた電荷を、半導体素子を通じて強制的に放電するのである。
【０００９】
しかしながら、放電制御回路は駆動時に発熱するため、放熱用のスペースや放熱板が必要となる。そのため、放電制御回路を設けると電力変換装置が大型化しやすくなるという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、放電制御回路を効率的に冷却でき、かつ装置の大型化を防止できる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、
該半導体モジュールを冷却する冷却器と、
上記半導体モジュールに加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
上記コンデンサに蓄えられた電荷を、上記半導体モジュールを通じて放電するよう上記半導体モジュールの動作を制御する放電制御回路を内蔵した放電制御回路部品とを備え、
上記冷却器によって上記放電制御回路部品を冷却するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の作用効果について説明する。本発明では、放電制御回路を内蔵した放電制御回路部品を備える。そして、放電制御回路部品を、上記冷却器を用いて冷却している。
このようにすると、半導体モジュールを冷却するために必要な冷却器を利用して、放電制御回路部品を冷却することができる。そのため、放電制御回路部品に放熱用の部品を別途設けたり、放熱用の空間を確保したりする必要がなくなる。これにより、放電制御回路部品を効率的に冷却でき、かつ、電力変換装置の大型化を防止することが可能になる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、放電制御回路を効率的に冷却でき、かつ装置の大型化を防止できる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の平面図であって、図２のＣ−Ｃ矢視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図５】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図６】実施例３における、電力変換装置の断面図であって、図７のＥ−Ｅ断面図。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面図。
【図８】従来例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、複数の上記半導体モジュールと、上記冷却器を構成する複数の冷却チューブとが積層されており、積層方向における一端に配置された上記冷却チューブにおける、上記半導体モジュールと反対側の面に、上記放電制御回路部品が接触配置されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、放電制御回路部品の冷却のために、特に冷却チューブの本数を増やす必要がないため、電力変換装置の一層の小型化および低コスト化を達成することができる。
この構成は、特に、放電制御回路部品の発熱量が半導体モジュールの発熱量よりも少なく、片面のみを冷却チューブに接触させれば充分放電制御回路部品を冷却できる場合に有効である。
【００１６】
また、複数の上記半導体モジュールと、上記冷却器を構成する複数の上記冷却チューブとが積層され、２個の上記冷却チューブによって上記放電制御回路部品を挟持して両面から冷却しており、上記２個の冷却チューブにおける、上記放電制御回路部品とは反対側の面に、それぞれ上記半導体モジュールを接触配置してもよい（請求項３）。
この場合には、放電制御回路部品を両面から冷却することができるため、放電制御回路部品の冷却効率を高めることができる。また、放電制御回路部品と積層方向の双方に隣り合う半導体モジュールの冷却効率も高めることができる。すなわち、放電制御回路部品は通常、半導体モジュールよりも発熱量が小さいため、放電制御回路部品に接触する冷却チューブを流れる冷媒は比較的温度上昇しにくい。それゆえ、この冷却チューブにおける放電制御回路部品と反対側に接触する半導体モジュールは冷却されやすい。したがって、例えば放電制御回路部品と隣り合う位置には、特に発熱量が大きい半導体モジュールを配置することにより、電力変換装置全体としての冷却効率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記半導体モジュール及び上記放電制御回路部品は、他の電子部品に接続するための接続端子を各々備えており、上記半導体モジュールの上記接続端子と、上記放電制御回路部品の上記接続端子とは、互いに同一形状になっていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、半導体モジュールを他の部品に接続する工程を行う際に、放電制御回路部品も同時に接続することが可能になる。そのため、電力変換装置の製造工程を簡略化できる。
【００１８】
また、上記コンデンサに蓄えた電荷を放電するための放電抵抗が該コンデンサに並列接続されており、上記放電抵抗は上記放電制御回路部品に内蔵されていることが好ましい（請求項５）。
このようにすると、部品点数を削減できる。また、放電制御回路部品と放電抵抗を同時に組み付けることができるため、電力変換装置の製造工程を簡略化できる。さらに、上記構成によると、冷却器を使って放電抵抗を冷却できるため、放電抵抗の冷却効率を上げることが可能になる。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図４を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール２と、冷却器３と、コンデンサ４と、放電制御回路部品５とを備える。
半導体モジュール２は、電力変換回路を構成する半導体素子２０（図４参照）を内蔵している。冷却器３は、半導体モジュール２を冷却している。
コンデンサ４は、半導体モジュール２に加わる電圧を平滑化するものである。また、放電制御回路部品５は放電制御回路を内蔵している。放電制御回路は、コンデンサ４に蓄えられた電荷を、半導体モジュール２を通じて放電するよう半導体モジュール２の動作を制御する。
そして、冷却器３によって放電制御回路部品５を冷却するよう構成されている。
以下、詳説する。
【００２０】
図１、図２に示すごとく、本例では、複数の半導体モジュール２と、冷却器３を構成する複数の冷却チューブ３０とが積層され、積層体１００を構成している。そして、積層方向Ｘにおける一端に配置された冷却チューブ３０ａにおける、半導体モジュール２と反対側の面３００に、放電制御回路部品５が接触配置されている。
【００２１】
図１に示すごとく、本例では、隣り合う２個の冷却チューブ３０は、その両端において、連結管１３によって連結されている。また、積層方向Ｘにおける他端に配置された冷却チューブ３０ｂには、一対のパイプ１２ａ，１２ｂが取り付けられている。一方のパイプ１２ａから冷媒１６を導入すると、連結管１３を通って全ての冷却チューブ３０内に冷媒１６が流れる。そして、他方のパイプ１２ｂから冷媒１６が導出する。これにより、半導体モジュール２および放電制御回路部品５を冷却している。
【００２２】
図１に示すごとく、電力変換装置１は、半導体モジュール２、放電制御回路部品５、リアクトル１１等を収納する収納ケース１４を備える。リアクトル１１は、電力変換回路（図４参照）を構成する電子部品である。また、収納ケース１４と放電制御回路部品５との間に、ばね部材１７及び凹み防止板１０１が設けられている。ばね部材１７の付勢力によって、積層体１００をリアクトル１１の壁面１１０に押圧している。これにより、積層体１００を収納ケース１４内に固定している。
【００２３】
図２に示すごとく、半導体モジュール２及び放電制御回路部品５は、他の電子部品に接続するための接続端子６，７を各々備えている。半導体モジュール２の接続端子６と、放電制御回路部品５の接続端子７とは、互いに同一形状になっている。
【００２４】
半導体モジュール２の接続端子６としては、制御端子６０と、パワー端子６１とがある。また、放電制御回路部品５の接続端子７としては、制御端子７０と、パワー端子７１とがある。放電制御回路部品５は、後述する放電抵抗を内蔵している。放電抵抗はパワー端子７１に接続されており、放電制御回路は制御端子７０に接続されている。
制御端子６０，７０には、電力変換をする際に半導体モジュール２を制御する駆動制御回路基板１５が取り付けられている。また、パワー端子６１，７１は、図示しないバスバーによってコンデンサ４に接続されている。
【００２５】
図３に示すごとく、半導体モジュール２のパワー端子６１には、直流電源１８（図４参照）の正電極に接続される正極端子６１ａと、直流電源１８の負電極に接続される負極端子６１ｂと、交流負荷１９（図４参照）に接続される交流端子６１ｃとがある。駆動制御回路基板１５が半導体モジュール２を制御することにより、正極端子６１ａと負極端子６１ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子６１ｃから出力する。
【００２６】
次に、電力変換装置１の回路図の説明をする。図４に示すごとく、電力変換装置１は、コンバータ部１０ａとインバータ部１０ｂとを備える。本例では、直流電源１８の電圧をコンバータ部１０ａによって昇圧し、昇圧された直流電圧をインバータ部１０ｂによって交流電圧に変換している。
本例の電力変換装置１は、車両に搭載して用いるものである。車両には、三相交流モータ１９が搭載されている。電力変換装置１によって得られた交流電力を用いて三相交流モータ１９を駆動し、車両を走行させている。
【００２７】
コンバータ部１０ａには、コンバータ部１０ａの半導体モジュール２に加わる電圧を平滑化するコンデンサ４ａが接続されている。
インバータ部１０ｂには、インバータ部１０ｂの半導体モジュール２に加わる電圧を平滑化するコンデンサ４ｂが並列接続されている。また、コンデンサ４ｂには放電抵抗８が並列接続されている。
半導体モジュール２は、ＩＧＢＴ素子等の半導体素子２０と、該半導体素子２０に逆並列接続したフリーホイールダイオード２１とを備える。電力変換装置１を停止した後、上述した放電制御回路部品５が半導体素子２０をオンさせると、コンデンサ４ａ、４ｂに蓄えられた電荷が半導体素子２０を流れる。これにより、コンデンサ４ａ、４ｂを短時間で放電できるようになっている。
【００２８】
放電抵抗８は、放電制御回路を稼動しない場合に、コンデンサ４ａ、４ｂの電荷を徐々に放電させるために設けられている。例えば、メンテナンス時等、緊急を要しない場合には、放電抵抗８を使用し、コンデンサ４ａ、４ｂを放電させる場合がある。
【００２９】
本例の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、放電制御回路を内蔵した放電制御回路部品５を備える。そして、放電制御回路部品５を、冷却器３を用いて冷却している。
このようにすると、半導体モジュール２を冷却するために必要な冷却器３を利用して、放電制御回路部品５を冷却することができる。そのため、放電制御回路部品５に放熱用の部品を別途設けたり、放熱用の空間を確保したりする必要がなくなる。これにより、放電制御回路部品５を効率的に冷却でき、かつ、電力変換装置１の大型化を防止することが可能になる。
【００３０】
また、本例では、積層方向Ｘにおける一端に配置された冷却チューブ３０ａにおける、半導体モジュール２と反対側の面３００に放電制御回路部品５を接触配置させて、該放電制御回路部品５を片面だけ冷却している。このようにすると、放電制御回路部品５の冷却のために、特に冷却チューブ３０の本数を増やす必要がないため、電力変換装置１の一層の小型化および低コスト化を達成することができる。
この構成は、特に、放電制御回路部品５の発熱量が半導体モジュール２の発熱量よりも少なく、片面のみを冷却チューブ３０に接触させれば充分放電制御回路部品５を冷却できる場合に有効である。
【００３１】
また、本例では、図２に示すごとく、半導体モジュール２の接続端子６と、放電制御回路部品５の接続端子７とは、互いに同一形状になっている。
このようにすると、半導体モジュール２を他の部品に接続する工程を行う際に、放電制御回路部品５も同時に接続することが可能になる。そのため、電力変換装置１の製造工程を簡略化できる。
【００３２】
また、本例では、コンデンサ４に蓄えた電荷を放電するための放電抵抗が、放電制御回路部品５に内蔵されている。
このようにすると、部品点数を削減できる。また、放電制御回路部品５と放電抵抗を同時に組み付けることができるため、電力変換装置１の製造工程を簡略化できる。さらに、上記構成にすると、冷却器３を使って放電抵抗を冷却できるため、放電抵抗の冷却効率を上げることが可能になる。
【００３３】
以上のごとく、本例によれば、放電制御回路を効率的に冷却でき、かつ装置の大型化を防止できる電力変換装置を提供することができる。
【００３４】
（実施例２）
本例は、放電制御回路部品５の配置位置を変更した例である。図５に示すごとく、本例の電力変換装置１は、２個の冷却チューブ３０ｃ，３０ｄによって放電制御回路部品５を挟持して両面から冷却するよう構成されている。また、冷却チューブ３０ｃ，３０ｄにおける、放電制御回路部品５とは反対側の面３０１，３０２に、半導体モジュール２ａ，２ｂが接触配置されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３５】
本例の作用効果について説明する。この場合には、放電制御回路部品５を両面から冷却することができるため、放電制御回路部品５の冷却効率を高めることができる。また、放電制御回路部品５と積層方向の双方に隣り合う半導体モジュール２ａ，２ｂの冷却効率も高めることができる。すなわち、放電制御回路部品５は通常、半導体モジュール２よりも発熱量が小さいため、放電制御回路部品５に接触する冷却チューブ３０ｃ，３０ｄを流れる冷媒は比較的温度上昇しにくい。それゆえ、この冷却チューブ３０ｃ，３０ｄにおける放電制御回路部品５と反対側に接触する半導体モジュール２ａ，２ｂは冷却されやすい。したがって、例えば放電制御回路部品５と隣り合う位置には、特に発熱量が大きい半導体モジュール２を配置することにより、電力変換装置全体１としての冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３６】
（実施例３）
本例は、冷却器３の構造を変更した例である。図６、図７に示すごとく、本例では、内部に冷媒１６が流れる流路２５が形成された直方体形状の１個の冷却器３における一つの面に、複数の半導体素子２０と放電制御回路５０とを搭載することにより、これらを冷却している。また、本例では、冷却器３と、複数個の半導体素子２０と、放電制御回路５０と、パワー端子２２（バスバー）と、接続端子６，７とを封止部材２４で封止して、一体化している。冷却器３には一対のパイプ１２ａ，１２ｂが取り付けられている。一方のパイプ１２ａから冷媒１６を導入すると、冷媒１６は流路２５内を流れ、他方のパイプ１２ｂから導出する。これにより、半導体素子２０および放電制御回路５０を冷却している。
【００３７】
また、パワー端子２２と接続端子６，７の一部は、封止部材２４から突出している。半導体素子２０および放電制御回路５０は、パワー端子２２および接続端子６，７に接続されている。パワー端子２２には、実施例１と同様に、正極端子と、負極端子と、交流端子とがある。
接続端子６，７は、図示しない制御駆動回路基板に接続している。制御駆動回路基板が半導体素子２０を制御することにより、正極端子と負極端子の間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子から出力している。
【００３８】
図７に示すごとく、電力変換装置１は、放熱用のヒートスプレッダ２６を有する。ヒートスプレッダ２６と冷却器３の間には、絶縁部材２７が介在している。また、ヒートスプレッダ２６に半導体素子２０および放電制御回路５０が取り付けられている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３９】
本例の作用効果について説明する。本例では、実施例１と同様に、放電制御回路５０を冷却器３によって冷却することができる。そのため、放電制御回路５０を冷却するための部品等を別途設ける必要がなくなり、電力変換装置１を小型化することができる。
また、本例では、冷却チューブ３０（図２参照）と半導体モジュール２とを積層する必要がないので、電力変換装置１を容易に製造することができる。
また、本例では冷却器３の半導体モジュールと逆側の面が広く確保できるため、コンデンサを取り付けることができる。そのため、コンデンサの冷却効率を高めることが可能となり、コンデンサを小型化し、電力変換装置１を小型化することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００４０】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
３  冷却器
３０  冷却チューブ
４  コンデンサ
５  放電制御回路部品
５０  放電制御回路
６  （半導体モジュールの）接続端子
７  （放電制御回路部品の）接続端子
８  放電抵抗
【図１】
2011259544.tif 000003
【図２】
2011259544.tif 000004
【図３】
2011259544.tif 000005
【図４】
2011259544.tif 000006
【図５】
2011259544.tif 000007
【図６】
2011259544.tif 000008
【図７】
2011259544.tif 000009
【図８】
2011259544.tif 000010