(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を有したパワーモジュールと、
一方の面が前記パワーモジュールと熱的に接続された矩形板状のヒートシンクと、
前記ヒートシンクの他方の面に沿って、前記ヒートシンクの第１の側面の側から前記第１の側面とは反対側の第２の側面の側に向かう第１第２方向に冷媒が流れる冷却冷媒流路と、
前記冷却冷媒流路の前記第１の側面の側を、前記ヒートシンクの第３の側面の側に設けられた冷媒流入口から、前記第３の側面の側から前記第３の側面とは反対側の第４の側面の側に向かう第３第４方向に延びると共に、前記ヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、前記冷却冷媒流路における前記第１の側面の側の部分に接続される供給冷媒流路と、
前記冷却冷媒流路の前記第２の側面の側を、前記第３の側面に設けられた冷媒流出口から、前記第３第４方向に延びると共に、前記ヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、前記冷却冷媒流路における前記第２の側面の側の部分に接続される排出冷媒流路と、
前記パワーモジュールと電気的に接続されると共に、前記供給冷媒流路における前記第１の側面の側又は前記第２の側面の側の側壁、又は前記排出冷媒流路における前記第１の側面の側又は前記第２の側面の側の側壁と熱的に接続された発熱部材と、を備え、
前記供給冷媒流路における前記第４の側面の側及び前記法線方向の側の部分に前記供給冷媒流路の前記第４の側面の側の面と離間して設けられた第１の突起部、及び前記排出冷媒流路における前記第４の側面の側及び前記法線方向の側の部分に前記排出冷媒流路の前記第４の側面の側の面と離間して設けられた第２の突起部の一方又は双方を有する電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の突起部及び前記第２の突起部の一方又は双方は、前記発熱部材が熱的に接続された側壁に形成されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の突起部及び前記第２の突起部の一方又は双方は、１つ又は複数の冷却フィンを備えている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１の突起部及び前記第２の突起部の一方又は双方は、前記発熱部材が熱的に接続された側壁と冷媒を介して対向した面を備えている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記発熱部材は、平滑コンデンサ、ＤＣバスバー、リアクトル、放電抵抗、及びＡＣバスバーのうち少なくとも１つである請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＤＣバスバー及び前記ＡＣバスバーのいずれか一方又は双方に電流センサが搭載されている請求項５に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車またはハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、入力電流を直流から交流、交流から直流、または入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。具体的には、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補助機器用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等が挙げられる。
【０００３】
電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載される電力変換装置は、小型化及び高出力化が求められている。電力変換装置の高出力化に伴って電力変換装置に収容されたコンデンサは大電流を扱うことになり、コンデンサの発熱量は増大している。コンデンサの耐熱温度は、電力変換装置を構成する他の部品と比べて低い。また、コンデンサの温度上昇は、コンデンサの寿命を低下させるため、コンデンサ素子の温度上昇への対策としてコンデンサの冷却方法が課題となっている。
【０００４】
コンデンサの温度上昇を抑制するために、電力変換に寄与するパワーモジュールを冷媒で冷却する冷却構造と同様に、コンデンサを冷却する構造が開示されている（例えば特許文献１参照）。開示された構造では、パワーモジュールとコンデンサのそれぞれに冷却流路が設けられている。また、パワーモジュールを冷媒で冷却する冷却構造として、パワーモジュールと接した冷却構造の場所によらずパワーモジュールの放熱性を均一にするため、流速が遅くなる冷媒流入口から遠い箇所でも流速を高めることができる構造が開示されている（例えば特許文献２参照）。開示された構造では、流路部の幅が均一ではなく、流路部を構成する壁の厚みを増して流路部の幅を狭める構造としているため、冷媒流入口から遠い箇所でも流速を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３１３３０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０５４８８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１においては、コンデンサにも冷却流路が設けられているため、コンデンサもパワーモジュールと同様に冷却することができる。しかしながら、パワーモジュールとコンデンサのそれぞれに別々の冷却流路が設けられているため、部品点数が増加し、電力変換装置が大型化するという課題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２においては、流路部の壁の厚みを変えたため、パワーモジュールと接した冷却構造の場所によらずパワーモジュールの放熱性を均一にすることができる。しかしながら、開示された構造においてパワーモジュールとコンデンサの冷却流路を共通化するために流路部の側壁の側にコンデンサを配置した場合、流路部の壁の厚みを増した箇所が流路部の端部まで連続して設けられているため、厚みが増して冷媒と接しない箇所ではコンデンサの放熱性が悪くなり、特に最も壁の厚みが増加した流路部の端部においてコンデンサが十分に冷えないという課題があった。
【０００８】
そこで、本願は、大型化を抑制しつつ、コンデンサ等の発熱部材の放熱性を向上させると共に、場所によらずパワーモジュールの放熱性を均一にすることができる電力変換装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に開示される電力変換装置は、半導体素子を有したパワーモジュールと、一方の面がパワーモジュールと熱的に接続された矩形板状のヒートシンクと、ヒートシンクの他方の面に沿って、ヒートシンクの第１の側面の側から第１の側面とは反対側の第２の側面の側に向かう第１第２方向に冷媒が流れる冷却冷媒流路と、冷却冷媒流路の第１の側面の側を、ヒートシンクの第３の側面の側に設けられた冷媒流入口から、第３の側面の側から第３の側面とは反対側の第４の側面の側に向かう第３第４方向に延びると共に、ヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路における第１の側面の側の部分に接続される供給冷媒流路と、冷却冷媒流路の第２の側面の側を、第３の側面に設けられた冷媒流出口から、第３第４方向に延びると共に、ヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路における第２の側面の側の部分に接続される排出冷媒流路と、パワーモジュールと電気的に接続されると共に、供給冷媒流路における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁、又は排出冷媒流路における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁と熱的に接続された発熱部材とを備え、供給冷媒流路における第４の側面の側及び法線方向の側の部分に供給冷媒流路の第４の側面の側の面と離間して設けられた第１の突起部、及び排出冷媒流路における第４の側面の側及び法線方向の側の部分に排出冷媒流路の第４の側面の側の面と離間して設けられた第２の突起部の一方又は双方を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される電力変換装置によれば、第３第４方向に延びる共にヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路における第１の側面の側の部分に接続される供給冷媒流路と、第３第４方向に延びる共にヒートシンクの他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路における第２の側面の側の部分に接続される排出冷媒流路と、パワーモジュールと電気的に接続されると共に、供給冷媒流路又は排出冷媒流路における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁と熱的に接続された発熱部材とを備え、供給冷媒流路における第４の側面の側及び法線方向の側の部分に供給冷媒流路の第４の側面の側の面と離間して設けられた第１の突起部、及び排出冷媒流路における第４の側面の側及び法線方向の側の部分に排出冷媒流路の第４の側面の側の面と離間して設けられた第２の突起部の一方又は双方を有するため、パワーモジュールとコンデンサ等の発熱部材のそれぞれに別々の冷却流路を設けることなく大型化が抑制され、供給冷媒流路又は排出冷媒流路の側壁とコンデンサ等の発熱部材とを熱的に接続して発熱部材の放熱性を向上させると共に、突起部を備えたことで場所によらずパワーモジュールの放熱性を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置の要部の概略を示す平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面位置で切断した電力変換装置の要部断面図である。
【図４】実施の形態１に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図７】実施の形態２に係る電力変換装置の要部の概略を示す平面図である。
【図８】実施の形態３に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図９】実施の形態３に係る電力変換装置の要部の概略を示す平面図である。
【図１０】実施の形態３に係る別の電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図１１】実施の形態４に係る電力変換装置の概略を示す断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る電力変換装置の要部の概略を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置１００の概略を示す断面図、図２は電力変換装置１００の要部の概略を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ断面位置で切断した電力変換装置１００の要部断面図、図４は実施の形態１に係る別の電力変換装置１００の概略を示す断面図、図５は実施の形態１に係る別の電力変換装置１００の概略を示す断面図である。図１は図２のＢ−Ｂ断面位置で切断した電力変換装置１００の断面図である。図２は筐体７０に配置された一部の部品を取り去って示した構成図で、ヒートシンク９０の外形を破線で示す。図３はコンデンサモジュール３０の一部を省略して示した図、図４及び図５は図２のＢ−Ｂ断面位置と同等の位置で切断した別の電力変換装置１００の断面図である。電力変換装置１００は、入力電流を直流から交流、交流から直流、または入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。
【００１４】
電力変換装置１００は、図１に示すように、半導体素子１１を有したパワーモジュール１０、発熱部材である平滑コンデンサを有したコンデンサモジュール３０、ＡＣバスバー５０、端子台５１、筐体７０、電流センサ８０、一方の面がパワーモジュール１０と熱的に接続された矩形板状のヒートシンク９０、及びヒートシンク９０の他方の面に設けられたヒートシンクフィン９１を備える。電力変換装置１００は、コンデンサモジュール３０を介して外部からパワーモジュール１０に平滑化された直流電力が伝わり、パワーモジュール１０で電力変換してＡＣバスバー５０に交流電力を送り、外部へ交流電力を出力する装置である。パワーモジュール１０は、例えば、３相交流を出力する。電力変換装置１００は、上述した経路とは逆の経路で直流電力を外部へ送ることもできる。ＡＣバスバー５０は端子台５１に取り付けられ、ＡＣバスバー５０に電流センサ８０が搭載されている。
【００１５】
＜パワーモジュール１０＞
パワーモジュール１０は、半導体素子１１、半導体素子用配線部材１２、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、導電性接合材１４、モールド樹脂１５、絶縁部材１６を備える。パワーモジュール１０は、通電時に発熱する。パワーモジュール用配線部材１３ａは、一方の面で導電性接合材１４を介して半導体素子１１と電気的かつ熱的に接続される。パワーモジュール用配線部材１３ａは、他方の面で絶縁部材１６と熱的に接続される。パワーモジュール用配線部材１３ａの一部はモールド樹脂１５から外部に延出し、ＡＣバスバー５０と電気的に接続される。パワーモジュール用配線部材１３ｂは、一方の面で導電性接合材１４を介して半導体素子用配線部材１２の一端と電気的かつ熱的に接続される。パワーモジュール用配線部材１３ｂは、他方の面で絶縁部材１６と熱的に接続される。パワーモジュール用配線部材１３ｂの一部はモールド樹脂１５から外部に延出し、コンデンサ用配線部材３４と電気的に接続される。半導体素子用配線部材１２の他端は、導電性接合材１４を介して半導体素子１１と電気的かつ熱的に接続される。半導体素子１１等のパワーモジュール１０の構成要素は、モールド樹脂１５により封止される。絶縁部材１６のパワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂと接続されていない側の面はモールド樹脂１５から露出して、ヒートシンク９０の一方の面と熱的に接続される。ヒートシンク９０及びヒートシンクフィン９１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成される。パワーモジュール用配線部材１３ａとＡＣバスバー５０との接続、及びパワーモジュール用配線部材１３ｂとコンデンサ用配線部材３４との接続には、ネジ締結または溶接などが用いられる。
【００１６】
＜コンデンサモジュール３０＞
コンデンサモジュール３０は、直流電力を平滑化する平滑コンデンサであるコンデンサ素子３２、コンデンサケース３１、封止材３３、コンデンサ用配線部材３４、及び放熱部材３５を備える。コンデンサ素子３２は、封止材３３を介してコンデンサケース３１に収納される。コンデンサ用配線部材３４は、一端がコンデンサ素子３２と電気的に接続され他端がコンデンサケース３１から外部に延出してパワーモジュール用配線部材１３ｂと電気的に接続される。コンデンサケース３１は筐体７０に収納され、筐体７０に固定される。放熱部材３５は、コンデンサケース３１の外側で筐体７０との間に配置され、コンデンサケース３１と筐体７０とは熱的に接続される。本実施の形態では、図１に示すように、供給冷媒流路７１の側の筐体７０とコンデンサケース３１との間にのみ放熱部材３５を配置した例を示したが、放熱部材３５の配置の構成はこれに限るものではなく、その他の筐体７０とコンデンサケース３１との間に放熱部材３５をさらに配置しても構わない。放熱部材３５は、例えば放熱用グリスであるが、放熱部材３５は放熱用グリスに限るものではなく、放熱シートまたは放熱コンパウンドであっても構わない。パワーモジュール１０とヒートシンク９０との間に、放熱部材３５を設けても構わない。
【００１７】
＜冷媒流路＞
本願の要部の一つである冷媒流路について説明する。冷媒が流れる冷媒流路は、供給冷媒流路７１、排出冷媒流路７２、及び冷却冷媒流路７３から構成される。筐体７０は、冷媒流路と、冷媒流入口７６と、冷媒流出口７７と、第１の突起部７４とを備える。冷媒には、例えば水またはエチレングリコール液が使用される。筐体７０は、例えばアルミニウムからダイカストにて作製される。冷却冷媒流路７３は、ヒートシンク９０の他方の面に沿って、ヒートシンク９０の第１の側面９０ａの側から第１の側面９０ａとは反対側の第２の側面９０ｂの側に向かう第１第２方向に冷媒が流れる流路である。ヒートシンク９０及びヒートシンクフィン９１は、冷媒によって冷却される。ヒートシンクフィン９１は、図３に示すように、冷媒が流れる第１第２方向に沿って設けられる。
【００１８】
供給冷媒流路７１は、冷却冷媒流路７３におけるヒートシンク９０の第１の側面９０ａの側を、ヒートシンク９０の第３の側面９０ｃの側に設けられた冷媒流入口７６から、第３の側面９０ｃの側から第３の側面９０ｃとは反対側の第４の側面９０ｄの側に向かう第３第４方向に延びる共に、ヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３におけるヒートシンク９０の第１の側面９０ａの側の部分に接続される流路である。排出冷媒流路７２は、冷却冷媒流路７３におけるヒートシンク９０の第２の側面９０ｂの側を、第３の側面９０ｃに設けられた冷媒流出口７７から、第３第４方向に延びる共に、ヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３におけるヒートシンク９０の第２の側面９０ｂの側の部分に接続される流路である。
【００１９】
発熱部材は、パワーモジュール１０と電気的に接続されると共に、供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側又は第２の側面９０ｂの側の側壁、もしくは排出冷媒流路７２における第１の側面９０ａの側又は第２の側面９０ｂの側の側壁と熱的に接続される。本実施の形態での発熱部材はコンデンサ素子３２であり、コンデンサ素子３２は供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側の側壁に熱的に接続される。発熱部材はコンデンサ素子３２に限るものではなく、発熱部材であるＤＣバスバー、リアクトル、放電抵抗、ＡＣバスバー、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４などの少なくとも１つを供給冷媒流路７１又は排出冷媒流路７２の側壁に熱的に接続しても構わない。
【００２０】
電力変換装置１００の電流経路に配置されるコンデンサモジュール３０、パワーモジュール１０、及びＡＣバスバー５０などの配線部材は、通電時に電力損失が生じて発熱する。パワーモジュール１０及びコンデンサモジュール３０の発熱は特に大きく、配線部材よりもこれらの耐熱温度は低い。これら自身の発熱及び他の部品の熱干渉による温度上昇が生じた場合、パワーモジュール１０及びコンデンサモジュール３０は耐熱温度を超える恐れがある。そのため、パワーモジュール１０及びコンデンサモジュール３０の放熱性を向上させて、パワーモジュール１０及びコンデンサモジュール３０を冷却する必要がある。
【００２１】
この構成によれば、ヒートシンク９０及びヒートシンクフィン９１が冷媒によって冷却されるため、絶縁部材１６でヒートシンク９０に熱的に接続されたパワーモジュール１０も冷媒によって冷却される。コンデンサ素子３２は冷媒が流れる供給冷媒流路７１の側壁に熱的に接続されるため、新たな冷媒流路を設けることなくコンデンサ素子３２も冷媒によって冷却され、コンデンサ素子３２の放熱性は向上する。供給冷媒流路７１は第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延びて側壁が拡大されているため、コンデンサ素子３２と熱的に接続された箇所も拡大されるので、コンデンサ素子３２の放熱性はさらに向上する。
【００２２】
冷媒流路を流れる冷媒の温度は、冷却冷媒流路７３を通過する前の供給冷媒流路７１で低く、冷却冷媒流路７３を通過した後の排出冷媒流路７２で高い。発熱部材であるコンデンサ素子３２は、冷媒の温度が低い供給冷媒流路７１に熱的に接続されるため、コンデンサ素子３２の放熱性はさらに向上する。
【００２３】
また、コンデンサモジュール３０は、パワーモジュール１０との間を低い配線インダクタンスで接続するために、パワーモジュール１０と近接して配置している。コンデンサモジュール３０とパワーモジュール１０とを近接して、コンデンサモジュール３０とパワーモジュール１０とを低い配線インダクタンスで接続しているため、コンデンサモジュール３０とパワーモジュール１０とを接続する配線部材における余分な損失の発生を抑制することができる。損失の発生が抑制されるので、配線部材のジュール熱による発熱が抑制され、コンデンサ素子３２を温度上昇から保護することができる。
【００２４】
＜第１の突起部７４＞
本願のもう一つの要部である第１の突起部７４について説明する。第１の突起部７４は、供給冷媒流路７１における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられる。第１の突起部７４は、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁に形成されている。冷媒の流れを阻害しないように、第１の突起部７４における第３の側面９０ｃの側及びヒートシンク９０の他方の面の側は傾斜している。
【００２５】
この構成によれば、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁の冷媒が接する面積が増加するため、コンデンサ素子３２の放熱性をさらに高めることができる。また、第１の突起部７４は供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間しているため、供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側において側壁の厚みが増加することがなく、側壁の冷媒が接する面積が確実に増加されるので、コンデンサ素子３２の放熱性を高めることができる。なお、第１の突起部７４をコンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に垂直な壁面に形成しても構わないが、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁に形成した場合、コンデンサ素子３２の放熱性を高める効果が大きい。
【００２６】
本実施の形態では第１の突起部７４そのものが一つの冷却フィンである例を示したが、第１の突起部７４の構成はこれに限るものではなく、図４に示すように、第１の突起部７４は複数の冷却フィン７４ａを備えていても構わない。複数の冷却フィン７４ａを第１の突起部７４が備えることで側壁と冷媒との接する面積がさらに増加するため、コンデンサ素子３２の放熱性をさらに高めることができる。なお、冷却フィン７４ａの配置は図４に示したヒートシンク９０の他方の面に平行な配置に限るものではなく、冷却冷媒流路７３に向けて傾斜させて設けても構わない。
【００２７】
冷媒の流速は、供給冷媒流路７１の幅が均一な場合、供給冷媒流路７１の冷媒流入口７６に近い箇所よりも遠い箇所である第４の側面９０ｄの側において遅くなる。冷媒の流速が遅くなる第４の側面９０ｄの側に第１の突起部７４を設けることで、第１の突起部７４付近の冷媒の流路が狭くなるため、冷媒の流路が狭くなった箇所を流れる冷媒の流速が増す。供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側においても冷媒の流速が遅くならないため、冷媒流入口７６から遠い箇所、近い箇所に関わらず安定して冷却冷媒流路７３に冷媒が流れるので、冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。また、第１の突起部７４は供給冷媒流路７１における法線方向の側の部分に設けられるので、冷媒の流れる方向を冷却冷媒流路７３に向けることができる。
【００２８】
本実施の形態では、コンデンサ素子３２は供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側の側壁に熱的に接続される配置としたが、コンデンサ素子３２の配置はこれに限るものではない。例えば、図５に示すように、コンデンサ素子３２は供給冷媒流路７１における第２の側面９０ｂの側の側壁に熱的に接続される配置としても構わない。このような配置であっても、コンデンサ素子３２は冷媒が流れる供給冷媒流路７１の側壁に熱的に接続されるため、新たな冷媒流路を設けることなくコンデンサ素子３２も冷媒によって冷却され、コンデンサ素子３２の放熱性は向上する。供給冷媒流路７１は第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延びて側壁が拡大されているため、コンデンサ素子３２と熱的に接続された箇所も拡大されるので、コンデンサ素子３２の放熱性はさらに向上する。また、コンデンサ素子３２は冷媒が流れる排出冷媒流路７２の側壁にも熱的に接続されるため、コンデンサ素子３２の放熱性はさらに向上する。また、コンデンサ用配線部材３４は絶縁部材（図示せず）を介して供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側の側壁に熱的に接続されているため、コンデンサ用配線部材３４の放熱性も向上する。
【００２９】
以上のように、実施の形態１による電力変換装置１００において、第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３における第１の側面９０ａの側の部分に接続される供給冷媒流路７１と、第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３における第２の側面９０ｂの側の部分に接続される排出冷媒流路７２と、パワーモジュール１０と電気的に接続されると共に、供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側又は第２の側面９０ｂの側の側壁と熱的に接続されたコンデンサ素子３２とを備え、供給冷媒流路７１における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられた第１の突起部７４を有するため、パワーモジュール１０とコンデンサ素子３２のそれぞれに別々の冷却流路を設けることなく大型化が抑制され、供給冷媒流路７１の側壁とコンデンサ素子３２とを熱的に接続してコンデンサ素子３２の放熱性を向上させると共に、第１の突起部７４を備えたことで冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００３０】
また、供給冷媒流路７１は第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延びて側壁が拡大されているため、コンデンサ素子３２と熱的に接続された箇所も拡大されるので、コンデンサ素子３２の放熱性はさらに向上する。また、第１の突起部７４は供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間しているため、供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側において側壁の厚みが増加することがなく、側壁の冷媒と接する面積が確実に増加されるので、コンデンサ素子３２の放熱性を高めることができる。また、第１の突起部７４をコンデンサ素子３２と熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に備えた場合、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁において冷媒と接する面積が増加するため、コンデンサ素子３２の放熱性をさらに高めることができる。また、第１の突起部７４が複数の冷却フィン７４ａを備えた場合、側壁と冷媒との接する面積がさらに増加するため、コンデンサ素子３２の放熱性をさらに高めることができる。
【００３１】
また、コンデンサ素子３２に限らず発熱部材であるＤＣバスバー、リアクトル、放電抵抗、及びＡＣバスバーのうち少なくとも１つをパワーモジュール１０と電気的に接続すると共に、これらを供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側又は第２の側面９０ｂの側の側壁と熱的に接続して設けた場合、これらの発熱部材の周囲に新たに冷却流路を設けることなく電力変換装置１００の大型化が抑制され、供給冷媒流路７１の側壁と発熱部材とを熱的に接続して発熱部材の放熱性を向上させることができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置１００について説明する。図６は実施の形態２に係る電力変換装置１００の概略を示す断面図、図７は電力変換装置１００の要部の概略を示す平面図である。図６は図７のＣ−Ｃ断面位置で切断した電力変換装置１００の断面図である。図７は筐体７０に配置された一部の部品を取り去って示した構成図である。実施の形態２に係る電力変換装置１００は、実施の形態１に示した電力変換装置１００に加えて、第２の突起部７５及びＤＣバスバー５２を備えた構成になっている。
【００３３】
第２の突起部７５は、排出冷媒流路７２における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に、排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられる。ＤＣバスバー５２は、外部の電池とコンデンサモジュール３０との間で電力を授受する配線部材である。ＤＣバスバー５２は、コンデンサモジュール３０の上部でコンデンサ素子３２と電気的に接続され、第２の放熱部材５３を介して筐体７０と熱的に接続される。第２の放熱部材５３は、例えば、熱伝導性に優れたシリコーン材、または放熱コンパウンドであるがこれらに限るものではない。パワーモジュール用配線部材１３ａ及びＡＣバスバー５０も、第２の放熱部材５３を介して筐体７０と熱的に接続される。第２の放熱部材５３が絶縁性を備えていない場合、第２の放熱部材５３と筐体７０との間もしくは第２の放熱部材５３と各配線部材との間に絶縁部材（図示せず）が設けられる。電力変換装置１００は、ＤＣバスバー５２から入力された直流電力を電力変換してＡＣバスバー５０から出力する。電力変換装置１００は、逆の経路で直流電力を外部へ送ることもできる。
【００３４】
ＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２は、電流が流れた際に発熱が生じる発熱部材である。ＡＣバスバー５０が発熱すると、ＡＣバスバー５０が取り付けられた端子台５１に熱が伝わり端子台５１は昇温する。端子台５１が昇温すると、端子台５１は耐熱温度を超える恐れがある。ＤＣバスバー５２が発熱すると、ＤＣバスバー５２に接続されたコンデンサ素子３２に熱が伝わりコンデンサ素子３２は昇温する。コンデンサ素子３２が昇温すると、コンデンサ素子３２は耐熱温度を超える恐れがある。そのため、ＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２の放熱性を向上させて、ＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２を冷却する必要がある。
【００３５】
ＡＣバスバー５０は、排出冷媒流路７２における第２の側面９０ｂの側の側壁に熱的に接続される。ＤＣバスバー５２は、供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側の側壁に熱的に接続される。この構成によれば、ＡＣバスバー５０は冷媒が流れる排出冷媒流路７２の側壁に熱的に接続されるため、ＡＣバスバー５０も冷媒によって冷却され、ＡＣバスバー５０の放熱性は向上する。ＤＣバスバー５２は冷媒が流れる供給冷媒流路７１の側壁に熱的に接続されるため、ＤＣバスバー５２も冷媒によって冷却され、ＤＣバスバー５２の放熱性は向上する。
【００３６】
第１の突起部７４はＤＣバスバー５２が熱的に接続された側壁に形成され、第２の突起部７５はＡＣバスバー５０が熱的に接続された側壁に形成されている。この構成によれば、ＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２が熱的に接続された側壁において冷媒と側壁との接する面積が増加するため、ＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２の放熱性をさらに高めることができる。また、第１の突起部７４は供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間しているため、供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側において側壁の厚みが増加することがなく、側壁の冷媒と接する面積が確実に増加されるので、ＤＣバスバー５２の放熱性を高めることができる。また、第２の突起部７５は排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側の面と離間しているため、排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側において側壁の厚みが増加することがなく、側壁の冷媒と接する面積が確実に増加されるので、ＡＣバスバー５０の放熱性を高めることができる。
【００３７】
冷媒の流速が遅くなる第４の側面９０ｄの側に第２の突起部７５を設けることで、第２の突起部７５付近の冷媒の流路が狭くなるため、冷媒の流路が狭くなった箇所を流れる冷媒の流速が増す。排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側においても冷媒の流速が遅くならないため、冷媒流出口７７から遠い箇所、近い箇所に関わらず安定して冷却冷媒流路７３に冷媒が流れるので、冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００３８】
本実施の形態では、図７に示すように、第１の突起部７４はＤＣバスバー５２が筐体７０と熱的に接続された箇所に合わせた大きさで形成されているが第１の突起部７４の大きさはこれに限るものではない。コンデンサモジュール３０の放熱性は向上させるために、第１の突起部７４の大きさを供給冷媒流路７１の側壁に沿ってコンデンサモジュール３０の側に拡大しても構わない。
【００３９】
また、本実施の形態では、発熱部材をＡＣバスバー５０及びＤＣバスバー５２として示したが、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４も発熱部材である。そのため、これらを供給冷媒流路７１又は排出冷媒流路７２の側壁に熱的に接続しても構わない。パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４を供給冷媒流路７１又は排出冷媒流路７２の側壁に熱的に接続することで、これらの放熱性は向上する。また、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４が熱的に接続された側壁に第１の突起部７４又は第２の突起部７５を形成することで、これらの放熱性はさらに向上する。また、発熱部材であるリアクトル、及び放電抵抗の少なくとも１つを供給冷媒流路７１又は排出冷媒流路７２の側壁に熱的に接続しても構わない。
【００４０】
また、本実施の形態では、ＡＣバスバー５０に流れる電流の電流値を測定する電流センサ８０がＡＣバスバー５０に搭載されている。電流センサ８０は、例えば、ＡＣバスバー５０を取り囲む磁性材料からなるコア部材と、コア部材のギャップ部に配置された電流センサ素子とから構成される。電流センサ８０をＡＣバスバー５０に搭載することで、ＡＣバスバー５０に流れる電流の大きさを容易に測定することができる。電流センサ８０の搭載箇所は、ＡＣバスバー５０に限るものではない。電流センサ８０を、ＤＣバスバー５２、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４に搭載しても構わない。電流センサ８０をＤＣバスバー５２、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、またはコンデンサ用配線部材３４に搭載した場合、電流センサ８０は搭載されたこれらの配線部材に流れる電流の大きさを容易に測定することができる。また、電流センサ８０が搭載された配線部材が供給冷媒流路７１における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁、又は排出冷媒流路７２における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁と熱的に接続されている場合、電流センサ８０の放熱性を向上させることができる。供給冷媒流路７１もしくは排出冷媒流路７２に第１の突起部７４もしくは第２の突起部７５が形成されている場合、電流センサ８０の放熱性をさらに向上させることができる。
【００４１】
以上のように、実施の形態２による電力変換装置１００において、第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３における第１の側面９０ａの側の部分に接続される供給冷媒流路７１と、第３第４方向に延びる共にヒートシンク９０の他方の面の法線方向に延び、冷却冷媒流路７３における第２の側面９０ｂの側の部分に接続される排出冷媒流路７２と、パワーモジュール１０と電気的に接続されると共に、供給冷媒流路７１における第１の側面９０ａの側の側壁と熱的に接続されたＤＣバスバー５２とを備え、供給冷媒流路７１における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられた第１の突起部７４を有するため、パワーモジュール１０とＤＣバスバー５２のそれぞれに別々の冷却流路を設けることなく大型化が抑制され、供給冷媒流路７１の側壁とＤＣバスバー５２とを熱的に接続してＤＣバスバー５２の放熱性を向上させると共に、第１の突起部７４を備えたことで冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００４２】
また、パワーモジュール１０と電気的に接続されると共に、排出冷媒流路７２における第２の側面９０ｂの側の側壁と熱的に接続されたＡＣバスバー５０を備え、排出冷媒流路７２における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられた第２の突起部７５を有するため、パワーモジュール１０とＡＣバスバー５０のそれぞれに別々の冷却流路を設けることなく大型化が抑制され、排出冷媒流路７２の側壁とＡＣバスバー５０とを熱的に接続してＡＣバスバー５０の放熱性を向上させると共に、第２の突起部７５を備えたことで冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００４３】
また、ＤＣバスバー５２及びＡＣバスバー５０のいずれか一方又は双方に電流センサ８０が搭載されている場合、電流センサ８０の搭載されたＤＣバスバー５２もしくはＡＣバスバー５０に流れる電流の大きさを容易に測定することができる。また、電流センサ８０の搭載されたＤＣバスバー５２もしくはＡＣバスバー５０が供給冷媒流路７１における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁、又は排出冷媒流路７２における第１の側面の側又は第２の側面の側の側壁と熱的に接続されている場合、電流センサ８０の放熱性を向上させることができる。また、供給冷媒流路７１もしくは排出冷媒流路７２に第１の突起部７４もしくは第２の突起部７５が形成されている場合、電流センサ８０の放熱性をさらに向上させることができる。
【００４４】
実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置１００について説明する。図８は実施の形態３に係る電力変換装置１００の概略を示す断面図、図９は電力変換装置１００の要部の概略を示す平面図、図１０は実施の形態３に係る別の電力変換装置１００の概略を示す断面図である。図８は図９のＤ−Ｄ断面位置で切断した電力変換装置１００の断面図である。図９は筐体７０に配置された一部の部品を取り去って示した構成図である。図１０は図９のＤ−Ｄ断面位置と同等の位置で切断した別の電力変換装置１００の断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置１００は、実施の形態１とは第１の突起部７４が異なる位置に配置された構成になっている。
【００４５】
第１の突起部７４は、供給冷媒流路７１における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に供給冷媒流路７１の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられる。第１の突起部７４は、発熱部材であるコンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に垂直な供給冷媒流路７１の壁面に形成されている。第１の突起部７４は、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁と冷媒を介して対向した面を備え、その側壁と対向した面との間に隙間流路７８が形成される。
【００４６】
冷媒の流速は、供給冷媒流路７１の幅が均一な場合、供給冷媒流路７１の冷媒流入口７６に近い箇所よりも遠い箇所である第４の側面９０ｄの側において遅くなる。冷媒の流速が遅くなる第４の側面９０ｄの側に第１の突起部７４を設けることで隙間流路７８が形成され、隙間流路７８において冷媒の流路が狭くなるため、隙間流路７８を流れる冷媒の流速が増す。隙間流路７８を流れる冷媒の流速が増すことで、コンデンサ素子３２の放熱性を高めることができる。
【００４７】
また、冷媒の流速は、コンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に対向する供給冷媒流路７１の側壁と第１の突起部７４との間の流路においても増す。そのため、冷媒流入口７６から遠い箇所、近い箇所に関わらず安定して冷却冷媒流路７３に冷媒が流れるので、冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、第１の突起部７４をコンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に垂直な供給冷媒流路７１の壁面に形成したが第１の突起部７４の配置はこれに限るものではない。第１の突起部７４は、図１０に示すように、コンデンサ素子３２が熱的に接続された側壁と冷媒を介して対向した面を備え、隙間流路７８が形成されていればよい。図１０では、第１の突起部７４はL字状に形成され、コンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に配置される。
【００４９】
以上のように、実施の形態３による電力変換装置１００において、第１の突起部７４はコンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁と冷媒を介して対向した面を備え、その側壁と対向した面との間に隙間流路７８が形成されるため、隙間流路７８において冷媒の流速が増し、隙間流路７８を流れる冷媒の流速が増すことで、コンデンサ素子３２の放熱性を高めることができる。また、冷媒の流速はコンデンサ素子３２が熱的に接続された供給冷媒流路７１の側壁に対向する供給冷媒流路７１の側壁と第１の突起部７４との間の流路においても増すため、冷媒流入口７６から遠い箇所、近い箇所に関わらず安定して冷却冷媒流路７３に冷媒が流れるので、冷却冷媒流路７３の場所によらずパワーモジュール１０の放熱性を均一にすることができる。
【００５０】
実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換装置１００について説明する。図１１は実施の形態３に係る電力変換装置１００の概略を示す断面図、図１２は電力変換装置１００の要部の概略を示す平面図である。図１１は図１２のＥ−Ｅ断面位置で切断した電力変換装置１００の断面図である。図１２は筐体７０に配置された一部の部品を取り去って示した構成図である。実施の形態４に係る電力変換装置１００は、実施の形態１に示した電力変換装置１００に加えて第２の突起部７５を備え、ＡＣバスバー５０の配置を変更した構成になっている。
【００５１】
第２の突起部７５は、排出冷媒流路７２における第４の側面９０ｄの側及びヒートシンク９０の他方の面の法線方向の側の部分に、排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側の面と離間して設けられる。発熱部材であるＡＣバスバー５０は、排出冷媒流路７２における第２の側面９０ｂの側の側壁と熱的に接続される。本実施の形態では、ＡＣバスバー５０は排出冷媒流路７２における第２の側面９０ｂの側の側壁の外壁に第２の放熱部材５３を介して端子台５１と共に取り付けられる。
【００５２】
この構成によれば、ＡＣバスバー５０は冷媒が流れる排出冷媒流路７２の側壁に近接して熱的に接続されるため、ＡＣバスバー５０はさらに冷媒によって冷却され、ＡＣバスバー５０の放熱性は向上する。また、第２の突起部７５はＡＣバスバー５０が熱的に接続された排出冷媒流路７２の側壁に形成され、ＡＣバスバー５０が熱的に接続された側壁の冷媒と接する面積が増加するため、ＡＣバスバー５０の放熱性をさらに高めることができる。また、第２の突起部７５は排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側の面と離間しているため、排出冷媒流路７２の第４の側面９０ｄの側において側壁の厚みが増加することがなく、側壁の冷媒と接する面積が確実に増加されるので、ＡＣバスバー５０の放熱性を高めることができる。なお、発熱部材であるＤＣバスバー、リアクトル、放電抵抗、パワーモジュール用配線部材１３ａ、１３ｂ、及びコンデンサ用配線部材３４などの少なくとも１つを供給冷媒流路７１又は排出冷媒流路７２の側壁にさらに熱的に接続しても構わない。
【００５３】
以上のように、実施の形態４による電力変換装置１００において、発熱部材であるＡＣバスバー５０が排出冷媒流路７２における第２の側面９０ｂの側の側壁の外壁に第２の放熱部材５３を介して端子台５１と共に取り付けられているため、ＡＣバスバー５０は冷媒が流れる排出冷媒流路７２の側壁に近接して熱的に接続されるので、ＡＣバスバー５０はさらに冷媒によって冷却され、ＡＣバスバー５０の放熱性を向上させることができる。
【００５４】
以上では、電力変換装置１００は、３相交流を出力する電力変換装置とした例に説明した。しかし、電力変換装置１００は、ＤＣ―ＤＣコンバータ等の各種の電力変換装置とされてもよく、コンデンサモジュール３０は、負荷に接続される出力側等、平滑化が必要な各部に設けられてもよい。また、コンデンサモジュール３０が接続されるのはパワーモジュール１０に限るものではなく、例えば、半導体スイッチング素子を備えた基板であっても構わない。
【００５５】
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５６】
１０  パワーモジュール、１１  半導体素子、１２  半導体素子用配線部材、１３ａ  パワーモジュール用配線部材、１３ｂ  パワーモジュール用配線部材、１４  導電性接合材、１５  モールド樹脂、１６  絶縁部材、３０  コンデンサモジュール、３１  コンデンサケース、３２  コンデンサ素子、３３  封止材、３４  コンデンサ用配線部材、３５  放熱部材、５０  ＡＣバスバー、５１  端子台、５２  ＤＣバスバー、５３  第２の放熱部材、７０  筐体、７１  供給冷媒流路、７２  排出冷媒流路、７３  冷却冷媒流路、７４  第１の突起部、７４ａ  冷却フィン、７５  第２の突起部、７６  冷媒流入口、７７  冷媒流出口、７８  隙間流路、８０  電流センサ、９０  ヒートシンク、９１  ヒートシンクフィン、１００  電力変換装置
【要約】
【課題】大型化を抑制しつつ発熱部材の放熱性を向上させると共に、パワーモジュールの放熱性を均一にした電力変換装置を得ること。
【解決手段】パワーモジュールと、一方の面がパワーモジュールと熱的に接続されたヒートシンクと、ヒートシンクの他方の面に沿った方向に冷媒が流れる冷却冷媒流路と、冷媒流入口からヒートシンクの他方の面に沿った方向に延びる共に他方の面の法線方向に延び冷却冷媒流路に接続される供給冷媒流路と、冷媒流出口からヒートシンクの他方の面に沿った方向に延びる共に他方の面の法線方向に延び冷却冷媒流路に接続される排出冷媒流路と、パワーモジュールと電気的に接続されると共に供給冷媒流路又は排出冷媒流路の側壁と熱的に接続された発熱部材とを備え、供給冷媒流路及び排出冷媒流路における第４の側面の側及び法線方向の側の部分に第４の側面の側の面と離間して設けた第１の突起部及び第２の突起部の一方又は双方を有する。
【選択図】図１【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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