(57)【要約】【課題】  パワー電子装置アセンブリを提供する【解決手段】本発明は、冷却体２、パワー半導体モジュール１、およびパワー半導体モジュールを制御するための回路装置３を備えたパワー電子装置アセンブリにおいて、冷却体２が、冷媒を流過させることが可能である、少なくとも２つの平行な流路を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却体（２）と、パワー半導体モジュール（１）とパワー半導体モジュールを制御するための回路装置（３）とを備えてなるパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）において、
冷却体（２）が、冷媒を流過させることが可能である、少なくとも２つの平行な流路を有することを特徴とする、パワー電子装置アセンブリ。
【請求項２】
前記流路が、少なくとも１つの結合流路と互いに結合することを特徴とする、請求項１に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項３】
流路の内の、第１の数の第１の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに結合される端部領域を有する導入流路を形成し、流路の内の、第２の数の第２の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに、導入流路の終端領域と結合される開始領域を有する帰還流路を形成することを特徴とする、請求項２に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項４】
前記の第１の数と第２の数とは同じであることを特徴とする、請求項３に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項５】
導入流路の開始領域は、第２の結合流路を介して結合されることを特徴とする、請求項３または４に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項６】
帰還流路の終端領域は、第３の結合流路を介して結合されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項７】
流路および／または結合流路は、冷却体（２）を形成する固体物、たとえばブロックまたは押出し成形体中の、貫通孔（２１，２２）および／またはめくら穴（２３，２４）の切取り部分であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項８】
栓（２６）、ねじ、または類似物、および固体物によって、貫通孔（２１，２２）および／またはめくら穴（２３，２４）の切取り部分を区切ることを特徴とする、請求項７に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項９】
栓（２６）、ねじ、または類似物は、本体ブロック中に接着可能および／または取り外し可能なものであることを特徴とする、請求項８に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項１０】
パワー半導体モジュール（１）は、冷却体（２）上に固定されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項１１】
パワー半導体モジュール（１）を制御するための回路装置（３）は、回路基板（３１）を含み、該回路基板は、スペーサ（３３）を介して、冷却体（２）の上面から離間されて冷却体に固定されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項１２】
冷却体（２）は、複数の穴（２８）、またはパワー半導体モジュールからはずれた側に、少なくとも１つの固定構造、たとえば少なくとも１つの切欠き、少なくとも１つの穴または類似物を有し、少なくとも１つのキャリアにパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）を固定するための固定手段が設けられることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の、複数のパワー電子装置アセンブリを含むことを特徴とする装置（Ａ）。
【請求項１４】
装置（Ａ）は、インバータ、または好ましくは整流器であることを特徴とする、請求項１３に記載の装置（Ａ）。
【請求項１５】
各パワー電子装置アセンブリ（１,２,３）は、各流路が互いに平行に位置するように互いに配設されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置（Ａ）。
【請求項１６】
装置（Ａ）が、冷媒のための導入配管と冷媒のための排出配管とを備え、該導入配管および排出配管は、導入流路の開始領域または帰還流路の終端領域に設けられた結合部を介して、導入流路または帰還流路に結合されることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の装置（Ａ）。
【請求項１７】
各パワー電子装置アセンブリ（１，２，３）が流れに平行に切換えられることを特徴とする、請求項１６に記載の装置（Ａ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却体、パワー半導体モジュール、およびパワー半導体モジュールを制御するための回路装置を備えたパワー電子装置アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールと、パワー半導体モジュールを制御するための対応の回路装置は、今日広く知られている。これらは、電力供給源、特に、インバータまたは整流器などの変換器、または他の電子回路の一部を形成する。
【０００３】
それぞれを適用するために、または一群のものを適用するために、これまでは、いわゆるスタック（たとえばＩｎｆｉｎｅｏｎ  ＡＧのＰｒｉｍｅ  Ｓｔａｃｋｓ）を構成することが一般的である。これらは、複数のパワー半導体モジュールと、該パワー半導体モジュールを制御するためにそれらに割り当てられたスイッチ回路が配設されてなる冷却体を備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パワー電子装置に適用する場合、開発者は、パワー電子デバイスの冷却に特に注意することが必要である。熱的負荷に応じて、熱を十分に除去するために、液体状またはガス状の冷媒を導入することが必須である。パワー電子装置の冷却は知られた方法では、個々に行われている。それは構成アセンブリの独自性を高める結果となる。
【０００５】
このような高い独自性と、それに関連した開発コストが、製品の製造コストを上昇させることになる。
【０００６】
そこで本発明が提供される。
本発明は、十分な冷却のための種々の可能性によって多様な利用を可能とする高い基準を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、冷却体（２）と、パワー半導体モジュール（１）とパワー半導体モジュールを制御するための回路装置（３）とを備えてなるパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）において、
冷却体（２）が、冷媒を流過させることが可能である、少なくとも２つの平行な流路を有することを特徴とする、パワー電子装置アセンブリである。
【０００８】
本発明において、前記流路が、少なくとも１つの結合流路と互いに結合することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、流路の内の、第１の数の第１の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに結合される端部領域を有する導入流路を形成し、流路の内の、第２の数の第２の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに、導入流路の終端領域と結合される開始領域を有する帰還流路を形成することを特徴とする。
本発明において、前記の第１の数と第２の数とは同じであることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、導入流路の開始領域は、第２の結合流路を介して結合されることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、帰還流路の終端領域は、第３の結合流路を介して結合されることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、流路および／または結合流路は、冷却体（２）を形成する固体物、たとえばブロックまたは押出し成形体中の、貫通孔（２１，２２）および／またはめくら穴（２３，２４）の切取り部分であることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、栓（２６）、ねじ、または類似物、および固体物によって、貫通孔（２１，２２）および／またはめくら穴（２３，２４）の切取り部分を区切ることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、栓（２６）、ねじ、または類似物は、本体ブロック中に接着可能および／または取り外し可能なものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、パワー半導体モジュール（１）は、冷却体（２）上に固定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明において、パワー半導体モジュール（１）を制御するための回路装置（３）は、回路基板（３１）を含み、該回路基板は、スペーサ（３３）を介して、冷却体（２）の上面から離間されて冷却体に固定されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、冷却体（２）は、複数の穴（２８）、またはパワー半導体モジュールからはずれた側に、少なくとも１つの固定構造、たとえば少なくとも１つの切欠き、少なくとも１つの穴または類似物を有し、少なくとも１つのキャリアにパワー電子装置アセンブリ（１，２，３）を固定するための固定手段が設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、複数の、上述のパワー電子装置アセンブリを含むことを特徴とする装置（Ａ）である。
【００１９】
本発明において、装置（Ａ）は、インバータ、または好ましくは整流器であることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、各パワー電子装置アセンブリ（１,２,３）は、各流路が互いに平行に位置するように互いに配設されることを特徴とする。
【００２１】
本発明において、装置（Ａ）が、冷媒のための導入配管と冷媒のための排出配管とを備え、該導入配管および排出配管は、導入流路の開始領域または帰還流路の終端領域に設けられた結合部を介して、導入流路または帰還流路に結合されることを特徴とする。
【００２２】
本発明において、各パワー電子装置アセンブリ（１，２，３）が流れに平行に切換えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
この課題は、本発明に従えば、冷却体が、冷媒が流れる少なくとも２つの平行な流路を有することによって解決される。
【００２４】
発明に従ったアセンブリは、種々の方法において利用される。まず、熱的負荷が僅かである場合には、流路を流れる冷媒が全くないアセンブリを利用することが可能である。発生する熱を除去するための、熱容量と放射と輻射による熱の伝達は十分である。熱的負荷がより大きくなった場合、少なくとも流路の一部を流れる冷媒によって熱を除去することが可能である。冷媒は、たとえば空気などのガス、または水またはオイルなどの液体である。特に熱的負荷が大きい場合には、少なくとも流路の一部に液体を通過させる。
冷却能力は、冷却体を利用する場合、種々の適用に合わせることが可能である。
【００２５】
流路を平行にする実施形態は、一般的には押出し成形による対応の実施形態において、またはアルミニウムブロックから、機械加工、たとえばドリル穴あけ、グラインディングなどによる対応の実施形態において製造される冷却体の製造を容易にする。
【００２６】
流路は、少なくとも第１の結合流路と互いに結合することが可能である。この結合流路によって、冷却体内部における流路の結合が可能となる。この結合流路は、ドリル穴開けまたはその他の適切な加工によって作製することが可能である。これらの流路は、並列にまたは直列に開閉することが可能である。直列接続は、冷却体の内部に延びる、または冷却体の外部から援助されて延びる、流路を結合する配管としてもよい。
【００２７】
発明に従ったパワー電子装置アセンブリの冷却体において、流路の内の、第１の数の第１の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに結合される終端領域を有する導入流路を形成することが可能である。流路の内の、第２の数の第２の隣接する流路は、第１の結合流路を介して互いに、導入流路の終端領域と結合される開始領域を有する帰還流路を形成することが可能である。導入流路と帰還流路とは、結合流路を介した結合によって、流体の流れについて直列に閉鎖される。前記の第１の数と第２の数とは同じであってもよい。
【００２８】
導入流路の開始領域は、第２の結合流路を介して結合され、帰還流路の終端領域は、第３の結合流路を介して結合することが可能である。
【００２９】
導入流路の開始領域と帰還流路の終端領域には、好ましくは、流路を、誘導パイプまたは排出パイプに結合することを可能にする結合部を設ける。
【００３０】
流路および／または発明に従ったパワー電子装置アセンブリの冷却体中の結合流路は、冷却体を形成する本体ブロック中の貫通孔および／またはめくら穴の切取り部分であってもよい。栓、ねじ、または類似物によって、貫通孔および／またはめくら穴の切取り部分を区切ることが可能である。貫通孔および／またはめくら穴は、栓、ねじ、または類似物によって、１または複数の流路を形成するセクションに分割される。こうすることで、貫通孔および／またはめくら穴がもうけられた本体ブロックを、冷却体としての本体ブロックと共に作製されるパワー電子装置アセンブリの個々の条件に合わせることが可能となり、冷却体を完全に新たに作製する必要がなくてすむことになる。
【００３１】
栓、ねじ、または類似物は、本体ブロック中に接着してもよく、または取り外し可能なものとしてもよい。
【００３２】
栓、ねじ、または類似物の取付け、取外しによって、流路を冷却体中に構成することが可能である。したがって、種々の熱的負荷に冷却体を適合させることに役立つ種々の流路システムを構成することが可能となる。
【００３３】
栓、ねじ、または類似物と同様に、冷媒の流入口と流出口を種々の位置に設けることができるように、結合部材を取り外し可能に本体ブロックに設けてもよい。
【００３４】
好ましくは、栓と結合部材とを選択的に、孔（貫通孔、またはめくら穴）の内の１つの端部に設けてもよい。
【００３５】
パワー半導体モジュールは、好ましくは、冷却体上に固定され、したがって、パワー半導体モジュールから冷却体への良好な熱伝達が保証される。
【００３６】
パワー半導体モジュールを制御するための回路装置は、回路基板上に配設することが可能であり、スペーサを介して冷却体上面から距離をとって冷却体に固定することが可能である。回路装置は、パワー半導体モジュールが貫通突出する切抜き部を有することが可能である。
【００３７】
発明に従ったパワー電子装置アセンブリの冷却体は、パワー半導体モジュールからはずれた側に、少なくとも１つの固定構造、切欠き、少なくとも１つの穴、特に内部ねじ切りを有する穴、少なくとも１つのねじ溝などを有してもよく、これらにおいて、少なくとも１つの固定手段には、たとえば、パワー電子装置アセンブリを少なくとも１つのキャリアに固定するためのねじ、たとえば少なくとも１つのキャリアレールが設けられてもよい。キャリアレールは、たとえばスイッチングキャビネット内に固定してもよい。  発明に従ったパワー電子装置アセンブリは、好ましくはパワー半導体モジュールとし、該モジュールを制御するための回路装置とを備える。通常、このような発明に従ったパワー電子装置アセンブリによって、完全なパワー電子装置、たとえば、変換器を実現することはできない。したがって、発明に従った装置のためには、複数の、少なくとも２つの発明に従ったパワー電子装置アセンブリが利用される。
【００３８】
しかしながら、発明に従ったパワー電子装置アセンブリは、２つの異なるパワー半導体モジュールを冷却体上に備え、パワー半導体モジュールは、好ましいことに、種々の変換器において利用される。これは、たとえば、整流器と、直流電圧中間回路とインバータとを備える周波数変換器の場合などのように、２つの変換器、すなわち、入力側変換器と出力側変換器とが実現される装置にとっては特に興味深い。パワー電子装置アセンブリは、好適には、入力側変換器の１つのパワー半導体モジュールと、出力側変換器のパワー半導体モジュールとを備えているので、発明に従った装置は、複数のパワー半導体モジュールを備える必要がある。たとえば、冷却体の２側面に平らな面を設けるなど、２つのパワー半導体モジュールを固定するように冷却体を特定の方法で実施することが必須である。これは冷却体をさらに加工することによって実現される、または最初から設けておくことによって実現される。
【００３９】
各パワー電子装置アセンブリは、流路が互いに平行に並ぶようにそれぞれ構成されてなる。
【００４０】
該装置は、冷媒用導入配管と排出用配管とを有し、これらの配管は、導入用流路の開始領域または帰還流路の終端領域に設けられる結合部を介して、導入流路または帰還流路と結合される。
【００４１】
各パワー電子装置アセンブリの流体の通過の開閉は平行に行うことが可能である。
発明に従った装置の各パワー電子装置アセンブリは同じであってもよい。
【００４２】
各パワー電子装置アセンブリは、少なくとも１つのキャリア上に、たとえば、キャリアレール上に搭載してもよい。キャリアレールは、スイッチングキャビネット内に設けてもよい。
【００４３】
好ましくは、複数の、好適には、同じパワー電子装置アセンブリを担持可能な少なくとも１つのキャリアに、パワー電子装置アセンブリを搭載可能であることによって、複数の発明に従ったパワー電子装置アセンブリから、大きさが自由な装置を作製することが可能となる。たとえば、さらなるパワー電子装置アセンブリによって、装置を拡長、拡充することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従った装置の斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、パワー電子装置アセンブリを示す図である。
【図３−１】図３−１（ａ）および（ｂ）は、図２ａ〜２ｃに従ったパワー電子装置アセンブリの冷却体を示す図である。
【図３−２】図３−２（ｃ）〜（ｅ）は、図２ａ〜２ｃに従ったパワー電子装置アセンブリの冷却体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明に従ったパワー電子装置アセンブリの実施形態と、２つのアセンブリを備える装置とを図を参照して詳細に説明する。
【００４６】
本発明に従った装置は、たとえば、周波数変換器の一部であってもよい。通常の周波数変換器は、入力側整流器と、直流電圧中間回路と、出力側インバータとを有する。図１に示した例示の本発明に従った装置は、周波数変換器の出力側インバータＡを形成している。しかしながら、本発明に従った装置は他の回路を形成してもよい。
【００４７】
出力側インバータＡは、直流電圧中間回路の直流電流から単層交流電流を発生させる。交流電流を生み出すために、出力側インバータは、絶縁されたゲート電極を備えるバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含み、該ＩＧＢＴはＨ回路においてオンオフされる。単相交流電流を発生させるためのこの公知の回路は、４つのＩＧＢＴを必要とする。それぞれ２つのＩＧＢＴが、１つのパワー半導体モジュール１に備えられる。かかるパワー半導体モジュール１は、種々のメーカによって提供されている。
【００４８】
パワー半導体モジュール１は、回路基板３１とその上に搭載された構成素子３２とを含んでなる、パワー半導体モジュール１を制御するための切換装置３と、発明に従ったパワー電子装置アセンブリ１，２，３のための冷却体２とを備えてなる（図２（ａ），図２（ｂ）参照）。発明に従った装置Ａは、２つの支持レール４上に搭載された２つのパワー電子装置アセンブリ１，２，３を有する。
【００４９】
発明に従ったパワー電子装置アセンブリは、ＩＧＢＴパワー半導体モジュールとして他のパワー半導体モジュールを有してもよい。発明に従った装置は、２よりも多いパワー電子装置アセンブリを有してもよい。
【００５０】
発明に従ったパワー電子装置アセンブリ１，２，３によって、種々の回路を実現することが可能である。したがって、たとえば、上述のＨ回路におけるＩＧＢＴパワー電子装置アセンブリのＩＧＢＴは、他のブリッジ回路においても、または任意の中間回路においても切換え可能である。好ましいことに、ＩＧＢＴパワー電子装置アセンブリ自体を変更する必要がない。または実質的に変更する必要がない。単純な変更は対応のプログラムによって行うことが可能である。場合によっては、制御用切換装置３の構成要素の変更も必要である。最も費用を要する場合は、制御用切換装置３を完全に交換することが必要である。熱的負荷が変更になる場合、冷却体２を変更するだけでよく、たとえば追加のパワー半導体モジュールを設ける、または基板上に設けられたパワー電子装置アセンブリの数を変更するので、パワー電子装置アセンブリから成る装置の冷却に関する条件を変更することになる。しかしながら、冷却体の変更は、簡単に実現することが可能である。
【００５１】
特に、パワー半導体モジュールのために冷却体２を設けるには、発明に従った装置の単純な変更だけでよく、特に、発明に従った装置の大きさを単純に変更するだけでよい。
【００５２】
パワー半導体モジュール１は、好ましくは、冷却体２上に直接配設され、したがって、強い熱的負荷を受けるパワー半導体モジュール１から冷却体までの最も良好な熱の伝達が可能となる。
【００５３】
切換装置３は、好ましくは、冷却体上にスペーサ３３を介して固定され、この場合、切換装置３の回路基板３１は、パワー半導体モジュール１の一部が突き出る部分を有することが可能である。
【００５４】
冷却体２は、種々の熱的負荷に単純に適合させることが可能なように形成することが可能である。
【００５５】
冷却体は、アルミニウム押出し成形によって作製される。アルミニウム押出し成形物は、長手方向において平行に延びる４つの第１の貫通孔を有してなる。押出し成形物のこれらの貫通孔２１の終端領域には、該第１の貫通孔を横断して、第２の孔、すなわち貫通孔を有するアルミニウム成形物が設けられ、該第２の貫通孔が第１の貫通孔２１を切断している。第２の貫通孔２２に対向する終端領域には、２つの異なる側から、第３の孔、すなわちめくら穴２３と、第４の孔、すなわちめくら穴２４とが設けられ、それぞれが、各２つの第１の貫通孔を切断している。
【００５６】
貫通孔２１，２２の端部とめくら穴２３，２４の端部とにはねじ山が切られ、該ねじ山には栓２６がねじ込まれて、および／または接着されて孔２１，２２，２３，２４を閉鎖している。
【００５７】
冷却体の上面からは、さらなるめくら穴が設けられ、第３の孔２３と第４の孔２４につながっている。これらのさらなるめくら穴には、結合部材２９がはめ込まれる。これらの結合部材２９は、（第１の孔２１の切取り部分によって形成される）各流路と、（第２の孔２２の切取り部分によって形成される）第１の結合路、（第３の孔２３の切取り部分によって形成される）第３の結合路と、（第４の孔２４の切取り部分によって形成される）第４の結合路とからなる、これらの孔２１，２２，２３，２４を通過して直方体状に形成される流路システムの流入口と流出口とを形成する。これらの流路または結合路を形成する、各孔の切取り部分は、直方体状部と栓２６とによって限定される。
【００５８】
各流路中２つの流路は、流入口を形成する、両結合部材２９の一方において開始し、第２の孔２２の切取り部分を通過して形成される第１の結合路にて終端誘導路を形成する。他の２つの路は、第１の結合路で開始し、両結合部材２９の他方における一端を終端させる帰路を形成する。この結合部材は流出口を形成する。このようにして冷媒は冷却体を流入口から流出口まで通過することが可能となる。
【００５９】
他の実施形態においては、たとえば、第１の孔２１を閉鎖し、直方体部の正面側にねじ込まれる栓２６を除去し、結合部材によって代替させることも可能である。この場合冷媒は、従来の結合部材２９が栓によって代替される限り、一方正面側から他方正面側まで冷却体を通過し、冷却体から大量の熱量を導きだす。冷却体は、加熱される熱的負荷に単純な手段で取付けることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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