(57)【要約】【課題】半導体モジュールとリアクトルと冷却器を備えたユニットに関し、半導体モジュールに対する冷却性能を高める構造を開示する。【解決手段】本明細書が開示するユニット２は、複数の半導体モジュール４と複数の第１冷却器３とリアクトル１０と第２冷却器８と冷媒排出管７を備えている。複数の第１冷却器３は平行に配置されており、隣り合う第１冷却器３の間に半導体モジュール４が挟まれている。冷媒排出管７は、半導体モジュール４と第１冷却器３の積層体１２の一端の第１冷却器３ａに設けられている。冷媒排出管７は、半導体モジュール４と第１冷却器３の積層方向に沿って延びている。第２冷却器８は、冷媒排出管７に接続されている。リアクトル１０は、積層体の端の第１冷却器３ａと第２冷却器８に挟まれている。【選択図】図１
2019146373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置されている複数の第１冷却器と、
隣り合う前記第１冷却器の間に挟まれている半導体モジュールと、
前記第１冷却器と前記半導体モジュールの積層体の一端の前記第１冷却器に設けられており、前記半導体モジュールと前記第１冷却器の積層方向に沿って延びている冷媒排出管と、
前記冷媒排出管に接続されている第２冷却器と、
前記積層体の前記一端の前記第１冷却器と前記第２冷却器に挟まれているリアクトルと、
を備えているユニット。
【請求項２】
前記第２冷却器に接続されている第３冷却器と、
前記第２冷却器と前記第３冷却器に挟まれている別のリアクトルと、
を備えている、請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
前記第２冷却器に接している電圧コンバータを備えている、請求項１に記載のユニット。
【請求項４】
前記第３冷却器に接している電圧コンバータを備えている、請求項２に記載のユニット。
【請求項５】
前記第２冷却器は、前記第１冷却器とは異なる部品である、請求項１から４のいずれか１項に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体モジュールとリアクトルと冷却器が一体化されたユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体モジュールとリアクトルと冷却器が一体化されたユニットが開示されている。複数の第１冷却器は平行に配置されている。隣り合う第１冷却器の間に半導体モジュールが挟まれている。第１冷却器は内部が冷媒の流路になっている。隣り合う第１冷却器は連結管で接続されている。第１冷却器と半導体モジュールの積層体の一端の第１冷却器と対向するように第２冷却器が位置している。積層体の端の第１冷却器と第２冷却器にリアクトルが挟まれている。リアクトルの両側で第１冷却器と第２冷却器は連結管で接続されている。第２冷却器に冷媒供給口と冷媒排出口が設けられている。第２冷却器に供給される冷媒は、最初にリアクトルを冷却した後に第１冷却器へ流れ、半導体モジュールを冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９９４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のユニットでは、先にリアクトルが冷却され、次に、半導体モジュールが冷却される。それゆえ、半導体モジュールに対する冷却性能が十分とは言い難い。本明細書は、半導体モジュールとリアクトルと冷却器を備えたユニットに関し、半導体モジュールに対する冷却性能を高める構造を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するユニットは、複数の半導体モジュールと複数の第１冷却器とリアクトルと第２冷却器と冷媒排出管を備えている。複数の第１冷却器は平行に配置されており、隣り合う第１冷却器の間に半導体モジュールが挟まれている。冷媒排出管は、半導体モジュールと第１冷却器の積層体の一端の第１冷却器に設けられている。冷媒排出管は、半導体モジュールと第１冷却器の積層方向に沿って延びている。第２冷却器は、冷媒排出管に接続されている。リアクトルは、積層体の端の第１冷却器と第２冷却器に挟まれている。本明細書が開示する冷却器では、第１冷却器から排出された冷媒でリアクトルが冷却される。即ち、リアクトルよりも先に半導体モジュールが冷却される。それゆえ、特許文献１のユニットに比べて半導体モジュールに対する冷却性能が向上する。
【０００６】
本明細書が開示するユニットは、さらに、別のリアクトルと第３冷却器を備えていても良い。第３冷却器は、第２冷却器に接続されている。別のリアクトルは、第２冷却器と第３冷却器に挟まれている。このユニットは、複数のリアクトルを冷却することができる。
【０００７】
第２冷却器が端に位置している場合、その第２冷却器のリアクトルとは反対側に電圧コンバータが接していてもよい。あるいは、第３冷却器が端に位置している場合、第３冷却器のリアクトルとは反対側に電圧コンバータが接していてもよい。そのようなユニットは、半導体モジュールとリアクトルのほかに、電圧コンバータも冷却することができる。
【０００８】
第２冷却器は、第１冷却器とは異なる部品で作られているとよい。第２冷却器が第１冷却器と一体で作られる場合と比較して、ユニットの製造が簡単になる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例のユニットの斜視図である。
【図２】第１実施例のユニットの平面図である。
【図３】第２実施例のユニットの平面図である。
【図４】第３実施例のユニットの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）図１と図２を参照して第１実施例のユニット２を説明する。図１に、ユニット２の斜視図を示す。図２は、ユニット２の平面図である。図２では、ユニット２は、ケース２０に収容されている。
【００１２】
ユニット２は、複数の第１冷却器３と、複数の半導体モジュール４と、リアクトル１０と、第２冷却器８と、冷媒排出管７を備えている。図１、図２では、３個の第１冷却器に符号３ａ−３ｃを付し、残りの第１冷却器には符号を省略した。複数の第１冷却器のうち、いずれか１つを区別なく示す場合に「第１冷却器３」と表記する。図１、図２では、複数の半導体モジュールのうち、２個だけに符号４を付し、残りの半導体モジュールには符号を省略した。
【００１３】
第１冷却器３は、扁平な中空の容器であり、内部は冷媒が通る流路になっている。複数の第１冷却器３は、幅広面が対向するように平行に配置されている。隣接する第１冷却器３ａ、３ｂの間に半導体モジュール４が挟まれている。他の隣接する一対の第１冷却器３の間にも半導体モジュール４が挟まれている。
【００１４】
半導体モジュール４は、２個のスイッチング素子を封止したデバイスである。半導体モジュール４は、カードタイプであり、幅広面が第１冷却器３に対向するように配置されている。一つの幅狭面からはパワー端子４１、４２、４３が延びており、その反対側の幅狭面からは制御端子（不図示）が延びている。半導体モジュール４の内部で２個のスイッチング素子は直列に接続されており、直列接続の正極がパワー端子４１と導通しており、負極がパワー端子４２と導通しており、中点がパワー端子４３と導通している。制御端子は、スイッチング素子のゲート電極と導通しているゲート端子や、センスエミッタ電極に接続している端子などである。
【００１５】
隣接する第１冷却器３ａ、３ｂは、連結管５ａ、５ｂで接続されている。図では、第１冷却器３ａ、３ｂの間の連結管にのみ、符号５ａ、５ｂを付しており、他の隣接する一対の第１冷却器３の間の連結管には符号を省略した。連結管５ａ、５ｂの夫々は、第１冷却器３と半導体モジュール４の積層方向からみて、半導体モジュール４の両側に位置している。図の座標系におけるＸ方向が積層方向に相当する。他の図でもＸ方向は積層方向に一致させてある。複数の連結管５ａは積層方向に沿って一列に並んでいる。複数の連結管５ｂも積層方向に沿って一列に並んでいる。第１冷却器３と半導体モジュール４の積層体１２の積層方向の一端の第１冷却器３ａには、冷媒供給管６と冷媒排出管７が接続されている。冷媒供給管６は、積層方向で連結管５ａと並ぶように位置している。冷媒排出管７は、積層方向で複数の連結管５ｂと並ぶように位置している。隣接する半導体モジュール４と第１冷却器の間には絶縁板１９が挟まれている。図２では絶縁板に対する符号は省略した。
【００１６】
冷媒供給管６の一端は、ケース２０を貫通しており、ケース２０の外側で開口している。冷媒排出管７の一端は、第２冷却器８に接続されている。第２冷却器８には、最終排出管９が接続されている。最終排出管９の一端は、ケース２０を貫通しており、ケース２０の外側で開口している。冷媒供給管６と最終排出管９は、不図示の冷媒循環装置に接続される。冷媒は冷媒循環装置から冷媒供給管６を通じてユニット２へ供給される。第１冷却器３と第２冷却器８を通過した冷媒は、最終排出管９を通じてユニット２から排出され、冷媒循環装置に戻る。冷媒は、例えば、水、あるいは、不凍液でよい。
【００１７】
冷媒供給管６を通じて供給された冷媒は、複数の連結管５ａを通じて全ての第１冷却器３に分配される。冷媒は、第１冷却器３を流れる間に隣接する半導体モジュール４を冷却する。第１冷却器３を通過した冷媒は、複数の連結管５ｂを通じて冷媒排出管７へと流れる。
【００１８】
冷媒排出管７の一端（冷媒出口）には、第２冷却器８が接続されている。第２冷却器８も、第１冷却器３と同様に、内部は冷媒の流路になっている。第２冷却器８は、図中の座標系のＹ方向の長さが第１冷却器３よりも短い。第２冷却器８には、最終排出管９が接続されている。図中の座標系のＹ方向で、第２冷却器８の一端に冷媒排出管７が接続されており、他端に最終排出管９が接続されている。冷媒排出管７を通じて第１冷却器３から流れてきた冷媒は、第２冷却器８の内部を通り、最終排出管９を通じて外部に排出される。
【００１９】
積層体１２の一端の第１冷却器３ａと第２冷却器８の間にリアクトル１０が挟まれている。リアクトル１０は、コア１０１と、コア１０１に巻回されている２個のコイル１０２ａ、１０２ｂを有している。コイル１０２ａ、１０２ｂの側面が第１冷却器３ａと第２冷却器８に接している。コイル１０２ａ、１０２ｂと第１冷却器３ａ、第２冷却器８の間には、絶縁シートが挟まれていてもよい。あるいは、コイル１０２ａ、１０２ｂは、絶縁コーティングされていてもよい。
【００２０】
複数の第１冷却器３を流れた冷媒は、冷媒排出管７を通じて第２冷却器８へと流れる。リアクトル１０は、積層体１２の端の第１冷却器３ａと第２冷却器８によって冷却される。第２冷却器８を流れた冷媒は、最終排出管９を通じてユニット２から排出される。
【００２１】
積層体１２の端の第１冷却器３ａを流れた冷媒は、他の第１冷却器３には流れない。それゆえ、複数の半導体モジュール４はリアクトル１０の熱の影響を受けずに冷却される。ユニット２は、半導体モジュール４を優先的に冷却することができる。
【００２２】
ユニット２は、ケース３０に収容されている。ユニット２は、ケース２０の中で、ケース２０の内壁２４と支柱２３の間に挟まれる。ユニット２は、積層体１２の積層方向の両端で支持される。ユニット２の一端に相当する第２冷却器８はケース２０の支柱２３に当接している。ユニット２の他端、即ち、積層体１２の一端の第１冷却器３ｃと内壁２４の間には、加圧板２１が挟まれている。加圧板２１には板バネ２２が組み込まれている。板バネ２２は、ケース２０の内壁２４に当接している。板バネ２２は、内壁２４とユニット２の間で圧縮されている。板バネ２２は、積層体１２の積層方向（図中のＸ方向）でユニット２を加圧する。板バネ２２の加圧によって、半導体モジュール４と第１冷却器３が密着し、半導体モジュール４から第１冷却器３へ熱の伝達が促進される。また、板バネ２２の加圧によって、リアクトル１０と第１冷却器３ａが密着し、リアクトル１０と第２冷却器８も密着する。リアクトル１０と第１冷却器３ａ、第２冷却器８が密着するのでリアクトル１０から第１冷却器３ａと第２冷却器８への熱の伝達が促進される。
【００２３】
（第２実施例）図３を参照して第２実施例のユニット２ａを説明する。図３は、ケース２０ａに収容されたユニット２ａの平面図である。ユニット２ａは、電圧コンバータ３０を加えた点で第１実施例のユニット２と相違する。また、ユニット２ａは、リアクトル１０ａの形状が第１実施例のユニット２のリアクトル１０と相違する。電圧コンバータ３０とリアクトル１０ａ以外は、第１実施例のユニット２と同様であるので説明は省略する。
【００２４】
リアクトル１０ａは、積層体１２の端の第１冷却器３ａと第２冷却器８の間に挟まれている。リアクトル１０ａは、１個のコイル１１２がコア１１１に巻回されているシングルコイルタイプである。コイル１１２が、第１冷却器３ａと第２冷却器８に接している。コイル１１２と第１冷却器３ａ、第２冷却器８の間には絶縁シートが挟まれていてもよい。あるいは、コイル１１２は、絶縁コーティングされていてもよい。
【００２５】
電圧コンバータ３０は、第２冷却器８のリアクトル１０ａとは反対側で第２冷却器８に接している。電圧コンバータ３０は、第２冷却器８によって冷却される。電圧コンバータ３０の第２冷却器８とは反対側は支柱２５に接している。ユニット２ａは、ケース２０ａの支柱２５と内壁２４の間に収容されており、内壁２４とユニット２ａの間には、板バネ２２を備えた加圧板２１が挿入されている。板バネ２２によって、ユニット２ａは積層方向に加圧される。板バネ２２の加圧によって、第１冷却器３と半導体モジュール４が密着する。また、リアクトル１０ａと第１冷却器３ａ、第２冷却器８が密着する。さらに、第２冷却器８と電圧コンバータ３０が密着する。
【００２６】
第２実施例のユニット２ａは、半導体モジュール４とリアクトル１０ａに加えて電圧コンバータ３０を冷却することができる。電圧コンバータ３０を冷却する第２冷却器８には、複数の第１冷却器３から排出された冷媒が流れる。それゆえ、電圧コンバータ３０の熱が半導体モジュール４に対する冷却性能を低下させることはない。
【００２７】
（第３実施例）図４を参照して第２実施例のユニット２ｂを説明する。図４は、ケース２０ｂに収容されたユニット２ｂの平面図である。ユニット２ｂは、２個のリアクトル１０ｂ、１０ｃを備える点で第２実施例のユニット２ｂと相違する。積層体１２は、第１、第２実施例の積層体１２と同じであるが、図４では積層方向の中央部分を省略している。
【００２８】
ユニット２ｂは、半導体モジュール４と第１冷却器３の積層体１２のほか、２個のリアクトル１０ｂ、１０ｃ、電圧コンバータ３０、第２冷却器８、第３冷却器１５を備えている。積層体１２の一端の第１冷却器３ａから冷媒排出管７が積層方向（Ｘ方向）に延びており、その冷媒排出管７に第２冷却器８が接続されている。冷媒排出管７は、Ｙ方向で第２冷却器８の一端に接続されている。第２冷却器８の他端から第２冷媒排出管１４がＸ方向に延びている。第２冷媒排出管１４に第３冷却器１５が接続されている。第２冷媒排出管１４は、Ｙ方向で第３冷却器１５の一端に接続されている。第３冷却器１５の他端に最終排出管９が接続されている。最終排出管９はケース２０ｂを貫通している。
【００２９】
積層体１２の端の第１冷却器３ａと第２冷却器８の間にリアクトル１０ｂが挟まれており、第２冷却器８と第３冷却器１５の間に別のリアクトル１０ｃが挟まれている。リアクトル１０ｂ、１０ｃは、第２実施例のリアクトル１０ａと同様に、シングルコイルタイプである。第３冷却器１５には、電圧コンバータ３０も接している。
【００３０】
電圧コンバータ３０の第３冷却器１５の反対側は支柱２５に当接している。ユニット２ｂは、ケース２０ｂの支柱２５と内壁２４の間に収容されており、内壁２４とユニット２ａの間には、板バネ２２を備えた加圧板２１が挿入されている。第２実施例のユニット２ａと同様に、板バネ２２によって、各冷却器とリアクトル１０ｂ、１０ｃが密着し、第３冷却器１５と電圧コンバータ３０が密着する。
【００３１】
第３冷却器１５には、第２冷却器８から排出された冷媒が流れる。それゆえ、リアクトル１０ｂ、１０ｃ、電圧コンバータ３０の熱は半導体モジュール４に対する冷却に影響を与えない。第３実施例のユニット２ｂでも、リアクトル１０ｂ、１０ｃ、電圧コンバータ３０よりも半導体モジュール４が優先して冷却される。
【００３２】
第１冷却器３ａの内部を冷媒は図中の座標系の＋Ｙ方向に流れる。第２冷却器８の内部を冷媒は−Ｙ方向に流れる。そして、第３冷却器１５の内部を冷媒は＋Ｙ方向に流れる。冷媒は、リアクトル１０ｂの両側を互いに反対方向に流れる。冷媒は、リアクトル１０ｃの両側を互いに反対方向に流れる。
【００３３】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第２冷却器８は第１冷却器３とは異なる部品で作られている。それゆえ、第２冷却器８が第１冷却器３と一体で作られている場合と比較して、製造が容易である。
【００３４】
第１冷却器３と連結管５ａ、５ｂは、ろう付け、あるいは溶接で接合される。冷媒供給管６、冷媒排出管７、最終排出管９、第２冷媒排出管１４も、ろう付け、あるいは、溶接で、対応する冷却器に接合される。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２、２ａ、２ｂ：ユニット
３、３ａ−３ｃ：第１冷却器
４：半導体モジュール
６：冷媒供給管
７：冷媒排出管
８：第２冷却器
９：最終排出管
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：リアクトル
１２：積層体
１４：第２冷媒排出管
１５：第３冷却器
１９：絶縁板
２０、２０ａ、２０ｃ：ケース
２１：加圧板
２２：板バネ
２３：支柱
３０：電圧コンバータ
１０１、１１１：コア
１０２ａ、１０２ｂ、１１２：コイル
【図１】
2019146373.tif 000003
【図２】
2019146373.tif 000004
【図３】
2019146373.tif 000005
【図４】
2019146373.tif 000006