(57)【要約】【課題】熱的接続部の熱抵抗が低減された電力変換装置を提供する。【構成】  凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、受熱スペーサと前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、受熱スペーサを冷却する冷却器と、を有し、挟持部材によって発熱体および受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、冷却面と凸部の端部面との距離は、冷却面と受熱スペーサの挟持部材に対向する面との距離よりも小さい発熱体の冷却構造。【選択図】  図９
2016220383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、
前記凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、
前記受熱スペーサと前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、
前記受熱スペーサを冷却する冷却器と、を有し、
前記挟持部材によって発熱体および受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、前記冷却面と前記凸部の端部面との距離は、前記冷却面と前記受熱スペーサの前記挟持部材に対向する面との距離よりも小さい発熱体の冷却構造。
【請求項２】
前記発熱体の凸部を前記受熱スペーサの挿入部に嵌合させた嵌合状態の場合に、前記凸部と前記挿入部との間に形成される間隙に、第1の熱伝導材が充填される請求項1に記載の発熱体の冷却構造。
【請求項３】
前記挟持部材と前記受熱スペーサの前記挟持部材に対向する面との間に形成される間隙に、第２の熱伝導材が充填される請求項1または２に記載の発熱体の冷却構造。
【請求項４】
前記発熱体を前記凸部が突出している方向と平行方向から見たときに、前記第２の熱伝導材が充填されている充填面積は、前記第１の熱伝導材が充填されている充填面積よりも大きい請求項３に記載の発熱体の冷却構造。
【請求項５】
前記挿入部は貫通孔である請求項１に記載の発熱体の冷却構造。
【請求項６】
前記第２の熱伝導材は、熱伝導グリスである請求項１に記載の発熱体の冷却構造。
【請求項７】
前記挟持部材は、前記発熱体の対向する二面に対して一対の前記受熱スペーサを各々押圧しつつ狭持するとともに、ヒートパイプと接触することにより前記発熱体の冷却を行い、
前記ヒートパイプには放熱フィンが設けられている請求項１乃至６のいずれかに記載の発熱体の冷却構造。
【請求項８】
凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、
前記凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、
前記受熱板と前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、
前記受熱板を冷却する冷却器と、
前記挟持部材に接触されたヒートパイプと、
前記ヒートパイプに設けられている放熱フィンと、
を有し、
前記挟持部材によって前記発熱体および前記受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、前記冷却面と前記凸部の端部面との距離は、前記冷却面と前記受熱板の前記挟持部材に対向する面との距離よりも小さい電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の冷却構造および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＵＰＳ）は、定常電源である商用電源等の異常時に、負荷への電力供給を断つことなく安定供給するための装置である。昨今のＩＴ利活用の革新に伴い、データセンタなどにおけるＵＰＳの需要が高まっている。データセンタ向けのＵＰＳは、地価の高い都市近郊に敷設されるため、設置面積の低減、すなわち装置小型化が望まれている。
【０００３】
ＵＰＳを小型化するためには、ＵＰＳ構成部品の小型化が重要となる。中でも電力変換装置は占有体積が大きいため、小型化の効果が大きい。電力変換装置の小型化を進めるためには、発熱体であるパワー半導体モジュールの冷却機構に対して、小型かつ効率の良い冷却方式が求められる。
【０００４】
パワー半導体モジュールの空冷方法として、例えば特許文献１には、「ＣＰＵ２３上に伝熱シート２６を介して第１のヒートシンク２５を搭載する。第１のヒートシンク２５上には複数の伝熱部２５ａが形成されている。第１のヒートシンク２５上には第２のヒートシンク２７を配置する。第２のヒートシンク２７には伝熱部２５ａが間隙を有して挿入可能な開口部２９が形成されており、伝熱部２５ａと開口部２９との間には熱伝導性のグリースが充填されている。」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６９６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、電子部品にかかる荷重を低減しながら、凸部と開口部との接続によって放熱面積を拡大し、熱伝導グリス層の熱抵抗を低減することができる。しかしながら、一旦保持部材に伝導した熱を発熱部材の裏面側まで伝導させて基板に放熱させているため伝導の熱抵抗が大きく、放熱性能が制限されている。
【０００７】
本発明の目的は熱的接続部の熱抵抗を低減し、放熱性能を向上させることによって小型化された電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、例えば、凸部を突出させてなる少なくとも一の冷却面を有する発熱体と、凸部が挿入される挿入部が形成される受熱スペーサと、受熱スペーサと前記発熱体とを押圧しつつ挟持する挟持部材と、受熱スペーサを冷却する冷却器と、を有し、挟持部材によって発熱体および受熱スペーサが嵌合する嵌合状態において、冷却面と凸部の端部面との距離は、冷却面と受熱スペーサの挟持部材に対向する面との距離よりも小さい発熱体の冷却構造を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、凸部が熱伝導材を介して冷却器と接続されるため、パワー半導体モジュールからの熱を冷却器へ効率良く伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図２】電力変換装置のコンバータの回路図である。
【図３】電力変換装置のインバータの回路図である。
【図４】電力変換装置の充放電チョッパの回路図である。
【図５】本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュールの回路図である。
【図６】本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュールの外観図である。
【図７】受熱スペーサの斜視図である。
【図８】受熱スペーサを両面冷却パワーモジュールに取り付けた状態を示す図である。
【図９】図８におけるＡ−Ａ'断面図を示したものである。
【図１０】二つの両面冷却パワーモジュールを、冷却器に装着した状態の斜視図である。
【図１１】図１０に示された破線で囲まれた領域Ｂの分解図を示す。
【図１２】図１１におけるＣ−Ｃ'断面図を示す。
【図１３】図１２に示すＤ部の拡大図である。
【図１４】本発明第２の実施例であり、実施例１の熱接続部を熱伝導シート４５１で構成した形態である。
【図１５】図１４のＥ部の拡大図である。
【図１６】本発明第３の実施例であり、実施例１のパワー半導体モジュールを片面冷却パワーモジュールで構成した形態である。
【図１７】図１６のＦ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。
【００１３】
ＵＰＳを想定した本システムは、停電時に無瞬断で電力供給を継続できる常時インバータ給電方式である。商用電源２からの三相交流電力は、定常電源側スイッチ２１と、高調波を除去するための入力用フィルタ回路１７を経てコンバータ１１へと供給され、整流回路であるコンバータ１１によって交流から直流へ変換される。コンバータ１１での整流後、コンデンサ２０によって平滑化された直流電圧４がインバータ１２へ印加され、所望の電圧と周波数の交流へと逆変換される。逆変換後、インバータ１２が出力する三相交流電力５は、出力用フィルタ回路１８によって高調波成分が除去された後に、負荷側スイッチ２４を介して負荷３へと供給される。常時インバータ給電方式においては、常時、三相交流の商用電源２は、コンバータ１１とインバータ１２を経由して負荷３へ電力を給電する。したがって、商用電源２に瞬時電圧低下等の電圧変動が生じた場合に、コンバータ１１とインバータ１２を制御することで、通常の商用電源と同等の電力を安定供給可能とする。コンバータ１１とインバータ１２の動作、ならびに定常電源側スイッチ２１と負荷側スイッチ２４のＯＮとＯＦＦは、上位制御回路２０１からの信号によって制御される。
【００１４】
一方、インバータ１２の前段には充放電チョッパ１３が接続される。商用電源正常時には、充放電チョッパ１３は、直流電圧４を降圧し、蓄電池１４の充電のために充電電力７を出力する降圧チョッパとして動作する。非定常電源側スイッチ２２は、蓄電池１４からの電力をコンバータ１１へ送る際に、電力経路を接続する役割を持つ。蓄電池保護用スイッチ２３は、過電流などから電池を保護する役割を持つ。充放電チョッパ１３と非定常電源側スイッチ２２と蓄電池保護用スイッチ２３は、上位制御回路２０１からの信号によって制御される。
【００１５】
コンバータ１１、インバータ１２、充放電チョッパ１３は、その動作に際して熱が発生し、温度が上昇する。この温度上昇を抑制するために、冷却ファン９（送風機）により発生させた冷却風１０を電力変換装置１内に送り込み冷却する。
【００１６】
図２は、電力変換装置１を構成するコンバータ１１の回路図である。
【００１７】
コンバータ１１は、商用電源２の三相交流電圧を直流電圧４に変換させるものである。商用電源正常時には、入力となる三相交流電力を、コンバータ１１の交流端子４１ｒ、４１ｓ、４１ｔに供給し、各相に備えられた上アームのスイッチング素子３１及び整流素子３３と、下アームのスイッチング素子３２及び整流素子３４と、を用いて整流させる。本実施例においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、整流素子としてダイオード、を用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である（以下同様）。コンバータ１１のスイッチング素子３１、３２は、制御回路２０２からの信号によって駆動される。
【００１８】
図３は、電力変換装置１を構成するインバータ１２の回路図である。
【００１９】
インバータ１２は、不図示のコンデンサで平滑化された直流電力を三相交流電力に変換させるものである。コンバータ１１により変換された直流電圧を、各相に備えられた上アームのスイッチング素子３１及び整流素子３３と、下アームのスイッチング素子３２及び整流素子３４と、を用いて三相交流電圧に変換させ、交流端子４２ｕ、４２ｖ、４２ｗに出力する。インバータ１２のスイッチング素子３１、３２は、制御回路２０３からの信号によって駆動される。インバータ１２は、商用電源２の状態に関わらず、直流電圧を交流電圧に変換し、出力用フィルタ回路１８へ定格電力を出力する。
【００２０】
図４は、電力変換装置１を構成する充放電チョッパ１３の回路図である。
【００２１】
充放電チョッパ１３は、商用電源２の正常時に直流電圧を降圧して充電電力を出力させるものである。まず、上アームのスイッチング素子３１がＯＮしている間に、蓄電池１４と充放電チョッパ１３との間に接続された不図示のリアクトルに電磁エネルギーが蓄積される。次に、上アームのスイッチング素子３１がＯＦＦした際に、逆起電力が発生するリアクトルの電磁エネルギーが放出されて、蓄電池１４が充電される。他方、商用電源異常時には、充放電チョッパ１３は、蓄電池１４の低圧の直流電圧を高圧の直流電圧に変換する。まず、蓄電池１４の放電電力がリアクトルに供給されて、下アームのスイッチング素子３２がＯＮしている間に、リアクトルに電磁エネルギーが蓄積される。次に、下アームのスイッチング素子３２がＯＦＦした際に、リアクトルの逆起電力により上アームの整流素子３３がＯＮする。これより、充放電チョッパ１３の出力端には、蓄電池１４の直流電圧とリアクトルの逆起電圧の加算電圧が現れるため、結果的に昇圧される。充放電チョッパ１３のスイッチング素子３１、３２は、制御回路２０４からの信号によって駆動される。本実施例において、充放電チョッパ１３のレグを二並列としているが、この並列数は充放電チョッパ１３への放電時給電量によって決まる。
【００２２】
以上より、本実施例の電力変換装置１に搭載されるコンバータ１１、インバータ１２、充放電チョッパ１３は、上アームのスイッチング素子３１及び整流素子３３と、下アームのスイッチング素子３２及び整流素子３４と、が直列に接続されたレグ３５を基本構成としている。負荷３への供給電力が電力変換装置１の定格電力を超える場合には、コンバータ１１、インバータ１２ならびに充放電チョッパ１３のレグ３５の並列数を増やすことによって定格電力を大きくする。
【００２３】
コンバータ１１、インバータ１２、充放電チョッパ１３において、通電時にはスイッチング素子３１、３２と整流素子３３、３４に内蔵される抵抗により損失が発生する。また、通電状態から阻止状態に切り替わる際にも損失が発生する。この損失を伴う動作に際して熱が発生するため、コンバータ１１、インバータ１２、充放電チョッパ１３の温度が上昇する。
【００２４】
図５は、本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュール１００の回路図である。両面冷却パワーモジュール１００には、絶縁体１１２の上にマウントされたスイッチング素子３１、３２と整流素子３３、３４とが含まれる。各々の半導体素子間は、図２〜図４に示されるレグ３５を構成するように接続される。また、絶縁体１１２には、Ｐ端子１１３Ｐ（直流正極端子）、Ｎ端子１１３Ｎ（直流負極端子）、ＡＣ端子１１３ＡＣ（交流端子）、スイッチング素子のオンとオフとを制御するゲート端子１１１が取り付けられる。
【００２５】
図６は、本実施形態にて用いられる両面冷却パワーモジュール１００の外観図である。両面冷却パワーモジュール１００は、略直方体状の本体部１０１と、本体部１０１の一側面を広げるように形成された略直方体状のフランジ部１０２と、フランジ部１０２において本体部１０１に対向する面から突出した、複数の端子から成る端子部１０３とから構成されている。端子部１０３を構成する端子は、図５に示したＰ端子１１３Ｐと、Ｎ端子１１３Ｎと、ＡＣ端子１１３ＡＣと、ゲート端子１１１とによって構成されている。
【００２６】
本体部１０１の一の面１２１Ａには、微小円柱状の突起であるピンフィン１２２Ａが、多数（例えば、合計約２００以上）突出している。また、本体部１０１において面１２１Ａに対向する他の面１２１Ｂにおいても、同数のピンフィン１２２Ｂ（図示せず）が形成されている。以下、ピンフィン１２２Ａ、１２２Ｂの総称を「ピンフィン１２２」と呼ぶ。ピンフィン１２２は、本図に示すようなピンフィン形状のほかにも、面１２１Ａ、１２１Ｂから突出させてなる凸部であればよい。本体部１０１は、面１２１Ａおよび１２１Ｂにおいてピンフィン１２２が形成されている領域である冷却面１２１Ａ、１２１Ｂを有する。冷却面１２１Ａおよび１２１Ｂを総称して「冷却面」と呼ぶ。ピンフィン１２２を除いた本体部１０１の厚さ、すなわち冷却面１２１Ａ、１２１Ｂ間の距離を「ｄ１」とする。
【００２７】
図７は、受熱スペーサの斜視図である。両面冷却パワーモジュール１００の冷却面１２１Ａ、１２１Ｂには、一対の受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂが衝合される。受熱スペーサ３００Ａは、略長方形板状の受熱部３０１Ａと、受熱部３０１Ａの両端から受熱スペーサ３００Ｂに向かって突出する、略直方体状の一対の空間確保部３０２Ａとから構成されている。また、受熱部３０１Ａには、円柱状の貫通孔３０３Ａ（凹部）が多数形成されている。これら貫通孔３０３Ａは、冷却面１２１Ａのピンフィン１２２Ａに対向する位置に形成され、かつ、ピンフィン１２２Ａの直径よりも若干大きな直径を有している。また、受熱スペーサ３００Ｂは、受熱スペーサ３００Ａと同様に、略長方形板状の受熱部３０１Ｂと、受熱部３０１Ｂの両端から受熱スペーサ３００Ｂに向かって突出する、略直方体状の一対の空間確保部３０２Ｂとから構成されている。受熱スペーサ３００Ｂは、受熱スペーサ３００Ａに対して全体として上下対称の形状を有しているが、受熱部３０１Ｂにあっては、両面冷却パワーモジュール１００の冷却面１２１Ｂから突出するピンフィン１２２Ｂに各々対向する位置に、貫通孔３０３Ｂが形成されている。
【００２８】
受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂを両面冷却パワーモジュール１００に取り付ける際には、冷却面１２１Ａ、１２１Ｂに熱伝導グリスを塗布し、各ピンフィン１２２に貫通孔３０３Ａ、３０３Ｂの位置を合わせつつ、空間確保部３０２Ａ、３０２Ｂを衝合させる。このようにして、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂを両面冷却パワーモジュール１００に取り付けた状態を図８に示す。図示のように、本体部１０１はその端面１０１ａを露出させているが、冷却面１２１Ａ、１２１Ｂの大部分は受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂによって覆われている。
【００２９】
図９は、図８におけるＡ−Ａ'断面図を示したものである。空間確保部３０２Ａ、３０２Ｂを衝合させた際、受熱部３０１Ａ、３０１Ｂの発熱体と対向する面同士は、ｄ２の距離を隔てて対向する。すなわち、両面冷却パワーモジュール１００の本体部１０１の厚さｄ１よりも距離ｄ２が若干長くなるように、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂは形成されている。この結果、受熱部３０１Ａと本体部１０１の間、及び受熱部３０１Ｂと本体部１０１の間には、それぞれ空隙３１０Ａ、３１０Ｂが形成される。両面冷却パワーモジュール１００は、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂに対して遊びを有するため、空隙３１０Ａ、３１０Ｂの幅は必ずしも同一ではない。
【００３０】
空間確保部３０２Ａ、３０２Ｂを衝合する際、ピンフィン１２２に塗布された熱伝導グリス（図示せず）は、空隙３１０Ａ、３１０Ｂ内にも押し出されるように浸透し、空隙３１０Ａ、３１０Ｂも隙間なく熱伝導グリスによって充填される。また、ピンフィン１２２Ａの先端からピンフィン１２２Ｂの先端まで含めた本体部１０１の厚さをｄ４とし、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂを衝合させた際の全体の幅をｄ５とすると、幅ｄ５は厚さｄ４よりも若干広くなるように、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂは形成されている。これにより、図中における受熱スペーサ３００Ａの上面とピンフィン１２２Ａの先端との間、及び受熱スペーサ３００Ｂの下面とピンフィン１２２Ｂの先端との間には、それぞれ空隙３１１Ａ、３１１Ｂが形成される。上述したように、両面冷却パワーモジュール１００は、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂに対して遊びを有するため、空隙３１１Ａ、３１１Ｂの幅は必ずしも同一ではない。
【００３１】
受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂを冷却器４００（詳細は後述する）に装着する際には、ハッチングを付した矢印で示すような押圧力３２０が印加される。この押圧力３２０は、空間確保部３０２Ａ、３０２Ｂの衝合部分に印加される。すなわち、空間確保部３０２Ａおよび３０２Ｂによって、本体部１０１と受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂとの間に空隙３１０Ａ、３１０Ｂが形成され、さらにピンフィン１２２Ａ、１２２Ｂの各先端部分にも空隙３１１Ａ、３１１Ｂが形成されていることから、この押圧力３２０が本体部１０１に印加されない。
【００３２】
図１０は、二つの両面冷却パワーモジュール１００を、冷却器４００に装着した状態の斜視図である。冷却器４００は、一対の冷却器４００Ａ、４００Ｂから構成される。冷却器４００Ａ、４００Ｂは、各々略直方体ブロック状に形成された挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂを有しており、これら挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂに、受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂをそれぞれ装着した二つの両面冷却パワーモジュール１００が挟まれている。
【００３３】
挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂは、複数の固定具４２０によって相互に締め付けられ、挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂには、ハッチングを付した矢印で示す方向に押圧力３２０が印加される。但し、図９において説明したように、この押圧力３２０は受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂに印加されるものの両面冷却パワーモジュール１００には印加されない。なお、固定具４２０としては、一般的なボルトとナットを用いることができる。
【００３４】
図１０では、ｘ軸、ｙ軸が成すｘｙ平面（水平面）に対して約１０°傾斜して、挟持部材４１０Ａからｙ軸方向に４本のヒートパイプ４３０が突出している。また、これらヒートパイプ４３０の半径方向に、複数の板状の放熱フィン４４０が溶接されている。従って、各放熱フィン４４０は、ｘ軸、ｚ軸が成すｘｚ平面（鉛直面）に対して、約１０°傾斜している。冷却器４００Ｂも、冷却器４００Ａと同様に構成されている。以上のようにして、二の両面冷却パワーモジュール１００を冷却器４００に実装することにより、空冷型両面冷却パワーユニット５００が構成される。
【００３５】
両面冷却パワーモジュール１００が発熱すると、その熱は受熱スペーサ３００Ａ、３００Ｂを介して挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂに伝搬され、さらにヒートパイプ４３０によって後方に（ｙ軸方向に）伝搬される。そして、この空冷型両面冷却パワーユニット５００に対して、下から上に向かう（ｚ軸方向に向かう）冷却風４４１を送風すると、冷却風４４１は各放熱フィン４４０を冷却しつつ上方向に向かって抜けるから、熱が速やかに排出される。このような熱伝搬経路を図中の矢印４３１で示す。なお、冷却風４４１と直交する方向の熱伝搬は、主にヒートパイプ４３０による伝搬である。
【００３６】
図１１は、図１０に示された破線で囲まれた領域Ｂの分解図を示す。図１１において、受熱スペーサ３００Ａと挟持部材４１０Ａとの間、及び、受熱スペーサ３００Ｂと挟持部材４１０Ｂとの間には、それぞれ熱伝導グリス４５０が塗布される。固定具４２０によって挟持部材４１０Ａ、４１０Ｂを締め付けると、熱伝導グリス４５０は、受熱スペーサ３００Ａと挟持部材４１０Ａとの対向面、及び、受熱スペーサ３００Ｂと挟持部材４１０Ｂとの対向面に沿って拡がり、図示のような薄膜層状になる。その際、各ピンフィン１２２Ａ、１２２Ｂの先端部分の空隙３１１Ａ、３１１Ｂ（図９参照）にも熱伝導グリス４５０が浸透し、各ピンフィン１２２Ａ、１２２Ｂの外面には熱伝導グリス４５０が浸透する。
【００３７】
図１２は、図１１におけるＣ−Ｃ'断面図を示す。受熱スペーサ３００Ａの上面に挟持部材４１０Ａが取り付けられることによって、両者の界面が熱的接続面となる。両面冷却パワーモジュール１００の熱を挟持部材４１０Ａへ効率よく伝えるためには、ピンフィン１２２Ａの先端ならびに受熱スペーサ３００Ａの受熱部３０１Ａと、挟持部材４１０Ａとの接続状態が円滑でなければならない。
【００３８】
図１３は、図１２に示すＤ部の拡大図である。本実施形態では、冷却面１２１Ａ、ピンフィン１２２Ａ、受熱部３０１Ａ、挟持部材４１０Ａで形成される領域（図１１ハッチング箇所）に熱伝導グリス４５０が充填される。このとき、両面冷却パワーモジュール１００の熱は、破線で示す放熱経路１３０、１３１、１３２を通って挟持部材４１０Ａへと伝わる。放熱経路１３０は、熱が本体部１０１から受熱部３０１Ａを経由して挟持部材４１０Ａに伝わる経路である。放熱経路１３１は、熱が本体部１０１からピンフィン１２２Ａまで熱伝導し、熱伝導グリス４５０を介して挟持部材４１０Ａへと伝わる経路である。放熱経路１３２は、熱がピンフィン１２２Ａから受熱部３０１Ａへと移動してから挟持部材４１０Ａまで伝わる経路である。本実施形態であれば、ピンフィン１２２Ａの全表面を活用して、両面冷却パワーモジュール１００の熱を放熱できる。このように、本実施形態においては、熱伝導グリスを介して複数経路による放熱が可能となるため、効率よく放熱することができる。
【００３９】
また、発熱体であるパワーモジュール１００をパワーモジュール上に形成されている凸部が突出している方向と平行方向から見たとき（すなわち図１３の−Ｘ軸方向から＋Ｘ軸方向に向かってパワーモジュール１００を見た場合）に、受熱スペーサ３００Ａと挟持部材４１０Ａとの間に熱伝導材が充填されている充填面積は、貫通孔３０３Ａとピンフィン１２２Ａとの間および冷却面１２１Ａおよび受熱部３０１Ａとの間に熱伝導材が充填されている充填面積よりも大きい。受熱スペーサ３００Ａから挟持部材４１０Ａへ熱が伝わる際には、受熱スペーサ３００Ａ内で熱が拡がるため、さらに効率良く熱を伝えるために充填面積を大きくしている。このような構成により、ピンフィン１２２Ａおよび受熱スペーサ３００Ａを介して発熱体からの熱が拡散する場合において、より効果的に放熱することができる。なお、後述する実施例２および実施例３においても同様の構成を採用することが可能であり、同様の効果を得ることが出来る。
【００４０】
さらに、両面冷却パワーモジュール１００の熱変形によって本体部１０１が膨張した場合には、膨張時の応力が熱伝導グリス４５０の流動的変形によって逃がされる。このとき、ピンフィン１２２Ａの先端と挟持部材４１０Ａとの空隙３１５が、受熱スペーサ３００Ａの上面とピンフィン１２２Ａの先端との空隙３１１Ａよりも大きいため、ピンフィン１２２Ａの先端は挟持部材４１０Ａに当接せず、良好な熱的接続状態が保たれる。なお、挟持部材４１０Ｂ側についても、挟持部材４１０Ａ側と同様に構成されている。
【実施例２】
【００４１】
図１４は、本発明第２の実施例であり、実施例１の熱接続部を熱伝導シート４５１で構成した形態である。
【００４２】
図１５は、図１４のＥ部の拡大図である。受熱スペーサ３００Ａの受熱部３０１Ａと挟持部材４１０Ａとの間、ならびに受熱部３０１Ａと両面冷却パワーモジュール１００の冷却面１２１Ａとの間は、シート状である熱伝導シート４５１によって熱的に接続される。一般的な熱伝導シート４５１は、熱伝導グリス４５０に比べて低流動性であるが、その熱伝導性能は高い。したがって、ピンフィン１２２Ａと受熱部３０１Ａとの間を熱伝導シート４５１によって接続できない状態にあっても、放熱性能が放熱経路１３０、１３１上の伝熱によって補われる。図１５では、ピンフィン１２２Ａの先端において二枚の熱伝導シート４５１が積層されているが、熱伝導シート４５１の厚み方向の変形能を活用して一枚で構成しても良い。
【実施例３】
【００４３】
図１６は、本発明第３の実施例であり、実施例１のパワー半導体モジュールを片面冷却パワーモジュール６００で構成した形態である。片面冷却パワーモジュール６００は、素子が実装されている素子マウント部６５１と、電気絶縁をとるための絶縁基板が取り付けられたベース６５２で構成され、素子マウント部６５１とベース６５２との間は、ロウ付け等で接合される。
【００４４】
図１７は、図１６のＦ部の拡大図である。本構成の熱的接続部は、受熱スペーサ６１０の受熱部６１１とベース６５２との間、受熱スペーサ６１０の貫通孔６１２とベース６５２のピンフィン６５３との間、ならびに受熱部６１１と挟持部材４１０との間である。本実施形態においては、実施例１と同様に、熱接続部に熱伝導グリス４５０が充填されてピンフィン６５３の全表面を活用して放熱できるため、発熱体からの熱を効率良く伝えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１：電力変換装置
２：商用電源
３：負荷
４：直流電圧
５：三相交流電力
７：充電電力
９：冷却ファン
１０：冷却風
１１：コンバータ
１２：インバータ
１３：充放電チョッパ
１４：蓄電池
１６：リアクトル
１７：入力用フィルタ回路
１８：出力用フィルタ回路
２０：コンデンサ
２１：定常電源側スイッチ
２２：非定常電源側スイッチ
２３：蓄電池保護用スイッチ
２４：負荷側スイッチ
３１：上アームのスイッチング素子
３２：下アームのスイッチング素子
３３：上アームの整流素子
３４：下アームの整流素子
３５：レグ
４１ｒ：Ｒ相交流端子
４１ｓ：Ｓ相交流端子
４１ｔ：Ｔ相交流端子
４２ｕ：Ｕ相交流端子
４２ｖ：Ｖ相交流端子
４２ｗ：Ｗ相交流端子
４３：充放電チョッパ直流端子
１００：両面冷却パワーモジュール（発熱体）
１０１：本体部
１０１ａ：本体部の端面
１０２：フランジ部
１０３：端子部
１１１：ゲート端子
１１２：絶縁体
１１３Ｐ：Ｐ端子
１１３Ｎ：Ｎ端子
１１３ＡＣ：ＡＣ端子
１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ：冷却面
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ：ピンフィン
１３０：発熱体からの放熱経路１
１３１；発熱体からの放熱経路２
１３２：発熱体からの放熱経路３
２０１：上位制御回路
２０２：コンバータ制御回路
２０３：インバータ制御回路
２０４：充放電チョッパ制御回路
３００Ａ、３００Ｂ：受熱スペーサ
３０１Ａ、３０１Ｂ：受熱部（受熱板）
３０２Ａ、３０２Ｂ：空間確保部
３０３Ａ、３０３Ｂ：貫通孔（凹部）
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１１Ａ、３１１Ｂ、３１５：空隙
３２０：押圧力
４００、４００Ａ、４００Ｂ：冷却器
４１０、４１０Ａ、４１０Ｂ：挟持部材
４２０：固定具
４３０：ヒートパイプ
４３１：ヒートパイプの熱伝搬方向
４４０：放熱フィン
４４１：冷却器を通過する冷却風
４５０：熱伝導グリス
４５１：熱伝導シート
５００：空冷型両面冷却パワーユニット
６００：片面冷却パワーモジュール（発熱体）
６１０：片面冷却用受熱スペーサ
６１１：受熱部
６１２：貫通孔
６２０、６２１：空隙
６５１：素子マウント部
６５２：ベース
６５３：ピンフィン
【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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