(57)【要約】【課題】半導体モジュールと冷却器が振動することを抑制できる技術を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と、複数の冷却器４と、半導体モジュール２と冷却器４に対向するブラケット５と、それらを収容するケースを備えている。半導体モジュール２の隣に冷却器４が位置するように複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４が積層されている。ブラケット５は、半導体モジュール２と冷却器４の積層方向に延びる固定部材５１と、固定部材５１の一端部から延びており、積層方向に面する支持板５８とを備えている。固定部材５１の他端部がケース７に固定されている。複数の半導体モジュール２および複数の冷却器４が積層方向に加圧された状態でブラケット５の支持板５８とケース７の側壁７１の間に挟まれている。複数の冷却器４の少なくとも１つがブラケット５に固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体モジュールと、
複数の冷却器と、
前記半導体モジュールと前記冷却器に対向するブラケットと、
前記半導体モジュール、前記冷却器、および、前記ブラケットを収容するケースと、を備え、
前記複数の半導体モジュールの夫々の隣に前記冷却器が位置するように複数の前記半導体モジュールと複数の前記冷却器が積層されており、
前記ブラケットは、前記半導体モジュールと前記冷却器の積層方向に延びる固定部材と、前記固定部材の一端部から延びており、前記積層方向に面する支持板とを備え、
前記ケースは、前記半導体モジュールと前記冷却器の積層方向に面する側壁を備え、
前記固定部材の他端部が前記ケースに固定されており、
複数の前記半導体モジュールおよび複数の前記冷却器が積層方向に加圧された状態で前記ブラケットの前記支持板と前記ケースの前記側壁の間に挟まれており、
複数の前記冷却器の少なくとも１つが前記ブラケットの前記固定部材に固定されている電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、各半導体モジュールを挟むように配置された状態で半導体モジュールと共に積層された複数の冷却器とを備えている。複数の半導体モジュールと複数の冷却器は、ケースに収容されている。また、複数の半導体モジュールと複数の冷却器は、ばね部材の押圧力によりケースに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３１５９１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の電力変換装置では、複数の半導体モジュールと複数の冷却器をばね部材だけでケースに固定している。そのため、ケースが振動すると、ケースに収容されている半導体モジュールと冷却器が振動の影響を大きく受けてしまうという問題があった。そこで本明細書は、半導体モジュールと冷却器が振動することを抑制できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、複数の冷却器と、半導体モジュールと冷却器に対向するブラケットを備えている。また、電力変換装置は、半導体モジュール、冷却器、および、ブラケットを収容するケースを備えている。各半導体モジュールの隣に冷却器が位置するように複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている。ブラケットは、半導体モジュールと冷却器の積層方向に延びる固定部材と、固定部材の一端部から延びており、積層方向に面する支持板とを備えている。ケースは、半導体モジュールと冷却器の積層方向に面する側壁を備えている。固定部材の他端部がケースに固定されている。複数の半導体モジュールおよび複数の冷却器が積層方向に加圧された状態でブラケットの支持板とケースの側壁に挟まれている。複数の冷却器の少なくとも１つがブラケットの固定部材に固定されている。
【０００６】
このような構成によれば、積層された複数の半導体モジュールと複数の冷却器をブラケットとケースにより強固に固定することができる。すなわち、ブラケットが半導体モジュールと冷却器の積層方向に面する支持板を備え、ケースが積層方向に面する側壁を備えており、半導体モジュールと冷却器が積層方向に加圧された状態で支持板と側壁の間に挟まれているので、半導体モジュールと冷却器を積層方向に強固に密着させた状態で保持することができる。また、ブラケットが半導体モジュールと冷却器の積層方向に延びる固定部材を備えており、固定部材がケースに固定されているので、半導体モジュールと冷却器を積層した状態でケースに強固に固定することができる。また、複数の冷却器の少なくとも１つが固定部材に固定されているので、半導体モジュールと冷却器の積層状態を保持することができ、半導体モジュールと冷却器が互いに離れることを抑制できる。これにより、半導体モジュールと冷却器を収容するケースが振動したとしても、半導体モジュールと冷却器の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電力変換装置の斜視図である。
【図２】電力変換装置の分解斜視図である。
【図３】半導体モジュールの斜視図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】冷却器の分解斜視図である。
【図６】ブラケットの斜視図である。
【図７】図１のVII−VII断面図である。
【図８】図１のVIII−VIII断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施例について添付図面を参照して説明する。図１および図２に示すように、実施例に係る電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２および複数の冷却器４を備えている。また、電力変換装置１は、ブラケット５およびケース７を備えている。ケース７は、複数の半導体モジュール２、複数の冷却器４、および、ブラケット５を収容している。
【０００９】
半導体モジュールの一例について説明する。図３および図４に示すように、半導体モジュール２は、一対の半導体チップ２３および複数の放熱板２２を備えている。また、半導体モジュール２は、封止樹脂２１を備えている。また、半導体モジュール２は、複数の電極端子２５および複数の制御端子２４を備えている。
【００１０】
半導体チップ２３は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等である。本実施例では、２個の半導体チップ（２個のＩＧＢＴ）が封止樹脂２１の内部で直列に接続されている。
【００１１】
放熱板２２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の導電性および熱伝導性を有する金属から形成されている。放熱板２２は、半導体チップ２３に対向して配置されている。半導体チップ２３の表面側および裏面側にそれぞれ放熱板２２が配置されている。１つの半導体チップ２３に対して、封止樹脂２１の表裏に配置された一対の放熱板２２が配置されている。放熱板２２は、半導体チップ２３に電気的に接続されている。一対の放熱板２２のうち一方の放熱板２２（例えば、半導体チップ２３の表面側の放熱板２２）は、半導体チップ２３に固定されている。他方の放熱板２２（例えば、半導体チップ２３の裏面側の放熱板２２）と半導体チップ２３の間には、スペーサ２６が配置されている。スペーサ２６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の導電性および熱伝導性を有する金属から形成されている。他方の放熱板２２は、スペーサ２６を介して半導体チップ２３に固定されている。
【００１２】
封止樹脂２１は、半導体チップ２３、放熱板２２、および、スペーサ２６を封止している。封止樹脂２１は、絶縁性を有している。封止樹脂２１としては、例えばエポキシ等を用いることができる。
【００１３】
各電極端子２５および各制御端子２４は、それぞれ、半導体チップ２３の電極に電気的に接続されている。電極端子２５は、例えば、半導体チップ２３の直列接続の高電位側の電極、低電位側の電極、及び、直列接続の中点に接続されている。電極端子２５は、放熱板２２を介して半導体チップ２３の電極に接続されていてもよい。制御端子２４は、半導体チップ２３のゲート電極、あるいは、センスエミッタなどの信号電極に接続されている。
【００１４】
次に、冷却器の一例について説明する。図５及び図６に示すように、冷却器４は、本体４１および一対の冷却板４７を備えている。
【００１５】
本体４１は、絶縁性を有する樹脂から形成されている。本体４１は、一対の筒部４２および連結部４４を備えている。本体４１の両端部にそれぞれ筒部４２が形成されている。一対の筒部４２の間に連結部４４が形成されている。
【００１６】
筒部４２には、貫通孔４３が形成されている。貫通孔４３により、冷媒の流路６１（６１ａ、６１ｂ）が形成されている。一方の筒部４２に導入流路６１ａが形成されており、他方の筒部４２に排出流路６１ｂが形成されている。
【００１７】
連結部４４は、内部が空洞であり、図中のＸ軸方向の両側に開口４８が設けられている。
【００１８】
筒部４２には、ネジ部４６が形成されている。ネジ部４６は、筒部４２の外面に形成されている。冷却器４とブラケット５を固定するためのボルト９０がネジ部４６にネジ込まれる。
【００１９】
一対の冷却板４７は、対向している。一対の冷却板４７は、本体４１を挟むように配置されている。冷却板４７と連結部４４の間にガスケット３４が配置されている。冷却板４７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導性を有する材料から形成されている。
【００２０】
冷却板４７は、本体４１の連結部４４と対向している。連結部４４の各開口４８は、ガスケット３４を介して冷却板４７で塞がれる。開口４８と冷却板４７の間の封止は、複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４の積層体がその積層方向に受ける圧力によって確保される。積層体への加圧については後述する。開口４８が一対の冷却板４７で塞がれることによって、連結部４４の内部に連結流路６２が形成されている。連結流路６２は、一対の筒部４２の間に延びている。連結流路６２は、筒部４２に形成された流路６１（６１ａ、６１ｂ）と連通している。導入流路６１ａから連結流路６２に冷媒が導入される。連結流路６２から排出流路６１ｂに冷媒が排出される。
【００２１】
冷却板４７には、複数のフィン４５が固定されている。フィン４５は、連結流路６２に対向している。冷却板４７複数のフィン４５は、間隔をあけて並んで配置されている。フィン４５は、冷却板４７に沿って延びている。
【００２２】
図１および図２に示すように、電力変換装置１では、半導体モジュール２と冷却器４が交互に並んでいる。半導体モジュール２の隣に冷却器４が位置している。冷却器４によって半導体モジュール２が冷却される。複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４が積層されている。半導体モジュール２と冷却器４の間には絶縁板９が配置されている。複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４は、積層方向（ｘ方向）に加圧された状態になっている。複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４は、後述するように、電力変換装置１のケースに収容された際、ケースの側壁とブラケット５によって加圧されつつ挟持される。複数の冷却器４が積層されると、複数の筒部４２が積層方向（ｘ方向）に並び、複数の流路６１（６１ａ、６１ｂ）が積層方向に連通する。
【００２３】
次に、ブラケットの一例について説明する。図６に示すように、ブラケット５は、一対の固定部材５１および支持板５８を備えている。ブラケット５は、金属板から形成されている。一対の固定部材５１は、間隔をあけて並んで配置されている。一対の固定部材５１は、対向している。一対の固定部材５１の一端部は、支持板５８によって連結されている。支持板５８は、固定部材５１の一端部から延びている。
【００２４】
固定部材５１には、ネジ部５６、５７が形成されている。ネジ部５６、５７は、固定部材５１を貫通している。複数のネジ部５６は、固定部材５１の長手方向に沿って並んで形成されている。複数のネジ部５６は、固定部材５１に複数の冷却器４を固定するために用いられる。ネジ部５７は、固定部材５１の他端部に形成されている。ネジ部５７は、固定部材５１をケース７に固定するために用いられる。
【００２５】
図７に示すように、ブラケット５は、複数の半導体モジュール２および複数の冷却器４を覆うように配置されている。ブラケット５は、複数の半導体モジュール２および複数の冷却器４に対向している。ブラケット５の固定部材５１は、半導体モジュール２と冷却器４の積層方向（ｘ方向）に延びている。固定部材５１は、半導体モジュール２と冷却器４に対向している。固定部材５１は、半導体モジュール２と冷却器４の上方に配置されている。固定部材５１と複数の冷却器４がボルト９０により固定されている。図８に示すように、ボルト９０は、固定部材５１のネジ部５６および冷却器４のネジ部４６にネジ込まれている。複数の冷却器４は、半導体モジュール２と冷却器４の積層方向（ｘ方向）に延びているとともにその積層方向と交差する方向（ｙ方向）に並んでいる一対の固定部材５１に固定されている。固定部材５１により半導体モジュール２と冷却器４の積層状態が保持されている。半導体モジュール２と冷却器４が互いに離れないように、複数の冷却器４がボルト９０により固定されている。なお、次に説明するように、半導体モジュール２と冷却器４は、支持板５８によって、積層方向（ｘ方向）に加圧されている。
【００２６】
図７に示すように、ブラケット５の支持板５８は、積層された半導体モジュール２と冷却器４の側方に配置されている。支持板５８は、半導体モジュール２と冷却器４の積層方向（ｘ方向）に面している。支持板５８は、積層方向（ｘ方向）と交差する方向（ｚ方向）に延びている。なお、図７では電極端子２５を省略している。
【００２７】
ケース７は、側壁７１を備えている。側壁７１は、半導体モジュール２と冷却器４の積層方向（ｘ方向）に面している。ブラケット５の支持板５８とケース７の側壁７１の間に積層された複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４が挟まれている。複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４は、積層方向（ｘ方向）に加圧された状態で支持板５８と側壁７１の間に配置されている。複数の半導体モジュール２と複数の冷却器４は、図示しない治具により事前に加圧される。
【００２８】
図２に示すように、ケース７の底面には、複数の固定部７２が形成されている。固定部７２は、ケース７の底面から突出している。固定部７２には、ネジ部７６が形成されている。固定部材５１の他端部がケース７に固定されている。固定部材５１は、ケース７の固定部７２に固定されている。固定部材５１と固定部７２は、ボルト９１により固定されている。ボルト９１は、固定部材５１のネジ部５７およびケース７の固定部７２のネジ部７６にネジ込まれている。
【００２９】
ケース７の側壁７１には、冷媒の導入口７２ａおよび排出口７２ｂが形成されている。導入口７２ａは、冷却器４の導入流路６１ａに接続されている。排出口７２ｂは、冷却器４の排出流路６１ｂに接続されている。
【００３０】
上記の電力変換装置１によれば、ブラケット５が半導体モジュール２と冷却器４の積層方向に面する支持板５８を備え、ケース７が積層方向に面する側壁７１を備えており、半導体モジュール２と冷却器４が積層方向に加圧された状態で支持板５８と側壁７１の間に挟まれているので、半導体モジュール２と冷却器４を積層方向に強固に密着させた状態で保持することができる。また、ブラケット５が半導体モジュール２と冷却器４の積層方向に延びる固定部材５１を備えており、固定部材５１がケース７に固定されているので、半導体モジュール２と冷却器４を積層した状態でケース７に強固に固定することができる。また、複数の冷却器４が固定部材５１に固定されているので、半導体モジュール２と冷却器４の積層状態を保持することができ、半導体モジュール２と冷却器４が互いに離れることを抑制できる。これにより、半導体モジュール２と冷却器４を収容するケース７が振動したとしても、半導体モジュール２と冷却器４の振動を抑制することができる。
【００３１】
冷却器４は、積層方向の両側に開口４８を有する連結部４４を備えており、その開口４８が冷却板４７で塞がれる。半導体モジュール２と冷却器４の積層体は、ブラケット５の支持板５８によって積層方向に加圧されており、その圧力により、開口４８と冷却板４７の間の封止が確保される。ブラケット５の固定部材５１は、その一端から支持板５８が延びており、他端がケース１０の側壁７１に固定される。即ち、ケース１０の側壁７１とブラケット５が、半導体モジュール２と冷却器４の積層体をその積層方向に加圧しつつ保持している。
【００３２】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、一対のブラケット５を用いていたが、ブラケット５の数は特に限定されるものではなく、少なくとも１つのブラケット５を用いていればよい。また、複数の冷却器４の全てがブラケット５に固定されていなくてもよく、複数の冷却器４のうち少なくとも一つの冷却器４がブラケット５に固定されていればよい。
【００３３】
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】
【００３４】
１        ：電力変換装置
２        ：半導体モジュール
４        ：冷却器
５        ：ブラケット
７        ：ケース
９        ：絶縁板
２１      ：封止樹脂
２２      ：放熱板
２３      ：半導体チップ
２４      ：制御端子
２５      ：電極端子
２６      ：スペーサ
３４      ：ガスケット
４１      ：本体
４２      ：筒部
４３      ：貫通孔
４４      ：連結部
４５      ：フィン
４６      ：ネジ部
４７      ：冷却板
４８      ：開口
５１      ：固定部材
５６      ：ネジ部
５７      ：ネジ部
５８      ：支持板
６１ａ    ：導入流路
６１ｂ    ：排出流路
６２      ：連結流路
７１      ：側壁
７２      ：固定部
７６      ：ネジ部
９０      ：ボルト
９１      ：ボルト
【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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