CN103026605A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

电力转换装置包括：形成有供冷却介质流动的流路（51）且形成有与流路（51）连通的开口部（50）的冷却基座（5）、功率模块（1）和流量控制部（16b）。功率模块（1）包括收纳功率半导体元件并被从开口部（50）***到流路（51）内的有底的筒部（13a），形成在筒部（13a）的开口处、以封闭开口部（50）的方式被固定在冷却基座（5）上的凸缘部（13b），与凸缘部（13b）隔着规定间隔（D）的间隙、设置在筒部（13a）的外周面上的散热翅片组（144）。流路控制部件（16b）被配置在凸缘部（13b）与散热翅片组（144）之间的间隙中，阻止冷却介质流入间隙（51c），将其引导至散热翅片组（144）。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
在电动车或混合动力车中，安装了电动机作为车辆的动力源，而为了控制供给到电动机的电力（功率），设置有逆变器等电力转换装置。电力转换装置包括内置IGBT等电力（功率）用半导体元件的功率模块（Power Module），驱动该功率模块的驱动电路，对它们进行控制的控制电路，和电流平滑用的电容器。由于这些电子部件不耐热，需要进行冷却，尤其是在大容量、发热量大的电力转换装置中，大多设置有使冷却水循环的水冷结构的冷却器。
构成电力转换装置的电子部件中，发热量最大的是功率模块。为了提高该功率模块的冷却性能，较为有效的是对半导体元件的两面同时进行冷却的结构。作为对功率模块的两面进行冷却的安装结构例，已知有专利文献1中记载的内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国发明专利第4168825号说明书
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，对于将功率模块***到水路中的结构，存在冷却水绕过散热翅片流动，导致功率模块的冷却性能降低的问题。
解决问题的技术手段
根据本发明的第一方式，电力转换装置包括：流路壳体，形成有供冷却介质流动的流路，并且形成有与上述流路连通的开口部；功率模块，包括：收纳功率半导体元件并被从上述开口部***到上述流路内的有底的筒部，形成在上述筒部的开口处、以封闭上述开口部的方式被固定在上述流路壳体上的凸缘部，和与上述凸缘部隔着规定间隔的间隙、设置在上述筒部的外周面上的散热翅片组；和流路控制部件，配置在上述凸缘部与上述散热翅片组之间的上述间隙中，将上述冷却介质引导至上述散热翅片组，其中，通过上述功率半导体元件的开关动作，将电力从直流转换成交流、从交流转换成直流。
根据本发明的第二方式，在第一方式的电力转换装置中，优选上述流路控制部件被配置成，使得该流路控制部件与上述散热翅片组之间的最小间隔为上述散热翅片组的散热翅片间隔以下。
根据本发明的第三方式，在第一或第二方式的电力转换装置中，优选上述流路控制部件在上述间隙内沿着上述冷却介质的流动方向连续地分布。
根据本发明的第四方式，在第三方式的电力转换装置中，优选上述流路控制部件具有如下形状：该流路控制部件与上述散热翅片组之间的间隔沿着上述冷却介质的流动方向而减小。
根据本发明的第五方式，在第三方式的电力转换装置中，优选上述流路控制部件具有如下形状：该流路控制部件与上述散热翅片组之间的间隔，在上述散热翅片组的流动方向中央最小，并且，随着远离上述流动方向中央而增大。
根据本发明的第六方式，在第一至五中任一方式的电力转换装置中，优选上述流路控制部件与设置在上述流路壳体与上述凸缘部之间的密封部件形成为一体。
发明效果
通过本发明，能够实现功率模块的冷却性能的提高。
附图说明
图1是表示混合动力车的控制模块的图。
图2是说明逆变器电路140的电路结构的图。
图3是电力转换装置200的立体图。
图4是电力转换装置200的分解立体图。
图5是图3的A-A截面图。
图6是冷却基座5的分解立体图。
图7是表示冷却基座5的一部分的放大截面图。
图8是功率模块1的截面图。
图9是表示功率模块1的外观的立体图。
图10是表示密封部件16的形状的立体图。
图11是表示冷却基座5的开口部50的俯视图。
图12是说明流路控制部16b的作用的图。
图13是表示比较例的图。
图14是表示形成有流路控制部20b的密封部件20的图。
图15是说明流路控制部20b的作用的图。
图16是表示形成有流路控制部21b的密封部件21的图。
图17是表示分体结构的密封部件22和流路控制部件23的图。
图18是表示使用紧固板24的结构的图。
图19是表示使用紧固板25的结构的图。
具体实施方式
下面参考附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示混合动力车（下面记为“HEV”）的控制模块的图。引擎（engine）EGN、电动发电机MG1（Motor Generator）、电动发电机MG2产生车辆行驶用扭矩。另外，电动发电机MG1和电动发电机MG2不仅产生旋转扭矩，电动发电机MG1或者电动发电机MG2还具有将外部施加的机械能转换为电力的功能。
电动发电机MG1、MG2例如为同步电机或感应电机，如上所述，根据运转方法的不同，既可作为电动机也可作为发电机工作。在将电动发电机MG1、MG2安装在汽车上的情况下，期望以小体积获得高输出，因此优选的是使用了钕等磁铁的永磁铁型同步电机。此外，永磁铁型的同步电机与感应电机相比，转子的发热较少，从这一点出发也适用于汽车。
引擎EGN的输出侧和电动发电机MG2的输出扭矩通过动力分配机构TSM传递到电动发电机MG1。来自动力分配机构TSM的旋转扭矩或电动发电机MG1产生的旋转扭矩通过变速器TM和差动齿轮DIF传递到车轮。另一方面，在再生制动运转时，旋转扭矩从车轮传递到电动发电机MG1，基于供给的旋转扭矩产生交流电力。
如后文所述，产生的交流电力通过电力转换装置200转换成直流电力，对高电压用电池136充电，所充入的电力被再次作为行驶能量使用。此外，在高电压用电池136的蓄电电力变少的情况下，通过电动发电机MG2将引擎EGN产生的转动能转换成交流电力。利用电力转换装置200将该交流电力转换成直流电力，从而能够对电池136充电。从引擎EGN到电动发电机MG2的机械能的传递由动力分配机构TSM进行。
下面针对电力转换装置200进行说明。逆变器电路140、142通过直流连接器138电连接到电池136上，电池136与逆变器电路140、142彼此之间进行电力的发送和接收。在电动发电机MG1作为电动机工作的情况下，逆变器电路140基于从电池136经直流连接器138供给的直流电力而产生交流电力，并将其经由交流端子188供给到电动发电机MG1。电动发电机MG1和逆变器电路140构成的结构作为第一发电单元工作。
同样地，在电动发电机MG2作为电动机工作的情况下，逆变器电路142基于从电池136经直流连接器138供给的直流电力而产生交流电力，并将其经由交流端子159供给到电动发电机MG2。电动发电机MG2和逆变器电路142构成的结构作为第二发电单元工作。
关于第一电动发电单元和第二电动发电单元，根据运转状态存在使两者作为电动机或作为发电机运转的情况，或者将它们区分开运转的情况。此外，也能够使单方停止而不运转。其中，本实施方式中，利用电池136的电力使第一电动发电单元作为电动单元工作，因而能够仅利用电动发电机MG1的动力驱动车辆。进而，本实施方式中，通过将第一电动发电单元或第二电动发电单元作为发电单元，使它们在引擎120的动力或来自车轮的动力下工作而发电，能够对电池136充电。
此外，电池136进而也作为用于驱动图1中省略图示的辅助设备用电动机的电源使用。辅助设备用电动机例如是驱动空调的压缩机的电动机、或者驱动控制用油压泵的电动机。从电池136对辅助设备用功率模块供给直流电力，在辅助设备用功率模块中产生交流电力供给到辅助设备用电动机。辅助设备用功率模块与逆变器140具有基本同样的电路结构和功能，控制对辅助设备用电动机供给的交流的相位、频率、电力。另外，电力转换装置200具备用于使供给到逆变器电路140的直流电力平滑化的电容器模块500。
电力转换装置200具备通信用的连接器31，用于从上级的控制装置接受指令或者对上级的控制装置发送表示状态的数据。基于经连接器31接收到的指令，电力转换装置200的控制电路172计算电动发电机MG1、电动发电机MG2、辅助设备用电动机195的控制量。进而，控制电路172对是作为电动机运转还是作为发电机运转进行运算，基于运算结果产生控制脉冲，对驱动电路174、辅助设备用功率模块350的驱动电路350B供给上述控制脉冲。驱动电路174基于所供给的上述控制脉冲产生用于控制逆变器电路140和逆变器电路142的驱动脉冲。
接着，用图2说明逆变器电路140和逆变器电路142的电路结构。另外，逆变器电路140与逆变器电路142的电路结构和动作极其类似，所以下文以逆变器电路140作为代表进行说明。其中，以下使用绝缘栅双极型晶体管作为半导体元件，以下简记作IGBT。
作为上臂工作的IGBT328与二极管156和作为下臂工作的IGBT330与二极管166构成上下臂串联电路150。逆变器电路140中，与要输出的交流电力的U相、V相、W相这3相对应地，具备该上下臂串联电路150。
这3相在本实施方式中与电动发电机MG1的电枢绕组的3相的各相绕组对应。3相各自的上下臂串联电路150，从串联电路的中点部分即中间电极169输出交流电流。该中间电极169通过交流端子159和交流端子188，与作为通向电动发电机MG1的交流电力线的以下说明的交流汇流条802、804连接。
上臂的IGBT328的集电极153通过正极端子157与电容器模块500的正极侧的电容器端子506电连接。此外，下臂的IGBT330的发射极通过负极端子158与电容器模块500的负极侧的电容器端子504电连接。
如上所述，控制电路172经连接器31从上级的控制装置接收控制指令，基于它产生控制脉冲供给到驱动电路174。该控制脉冲是用于对逆变器电路140所包括的各相的上下臂串联电路150的上臂或下臂中的IGBT328和IGBT330进行控制的控制信号。
驱动电路174基于上述控制脉冲，将用于对各相的上下臂串联电路150的上臂或下臂中的IGBT328和IGBT330进行控制的驱动脉冲供给到各相的IGBT328和IGBT330。IGBT328和IGBT330基于来自驱动电路174的驱动脉冲而进行导通或切断动作，将从电池136供给的直流电力转换为三相交流电力。该转换后的电力被供给到电动发电机MG1。
IGBT328具备集电极153、信号用发射极155和栅极154。IGBT330具备集电极163、信号用发射极165和栅极164。二极管156电连接在集电极153与发射极155之间。此外，二极管166电连接在集电极163与发射极165之间。
作为开关用功率半导体元件，也可以使用金属氧化物半导体型场效应晶体管（以下简记作MOSFET），该情况下不需要二极管156和二极管166。作为开关用功率半导体元件，IGBT适合直流电压比较高的情况，MOSFET适合直流电压比较低的情况。
电容器模块500具备多个正极侧的电容器端子506、多个负极侧的电容器端子504、正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508。来自电池136的高压的直流电力，经直流连接器138被供给到正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508，从电容器模块500的正极侧的电容器端子506和负极侧的电容器端子504，对逆变器电路140供给。
另一方面，通过逆变器电路140和/或逆变器电路142而从交流电力转换得到的直流电力，从正极侧的电容器端子506和负极侧的电容器端子504供给到电容器模块500，从正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508经直流连接器138对电池136供给，蓄积在电池136中。
控制电路172具备用于对IGBT328和IGBT330的开关时序进行运算处理的微型计算机（以下记作“微机”）。对微机输入的信息，包括对电动发电机MG1要求的目标转矩值，从上下臂串联电路150对电动发电机MG1供给的电流值，和电动发电机MG1的转子的磁极位置。
目标转矩值基于从未图示的上级控制装置输出的指令信号而得到。电流值基于电流传感器180的检测信号而检测出。磁极位置基于从设置在电动发电机MG1上的分析器（resolver）等旋转磁极传感器（未图示）输出的检测信号而检测出。本实施方式中，列举了电流传感器180检测3相的电流值的情况作为例子，但也可以检测2相的电流值，并通过运算来求出3相的电流。
控制电路172内的微机，基于目标转矩值计算电动发电机MG1的d、q轴的电流指令值，基于该计算出的d、q轴的电流指令值与检测出的d、q轴的电流值的差值计算d、q轴的电压指令值，将该计算出的d、q轴的电压指令值基于检测出的磁极位置转换为U相、V相、W相的电压指令值。然后，微机根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波（正弦波）与载波（锯齿波）的比较而生成脉冲状的调制波，将该生成的调制波作为PWM（脉冲宽度调制）信号输出到驱动电路174。
驱动电路174在驱动下臂的情况下，将由PWM信号放大而得的驱动信号输出到对应的下臂的IGBT330的栅极。此外，驱动电路174在驱动上臂的情况下，将PWM信号的基准电位的电平偏移至上臂的基准电位电平后对PWM信号放大，将其作为驱动信号，分别输出到对应的上臂的IGBT328的栅极。
此外，控制电路172内的微机进行异常检测（过电流，过电压，过热等），保护上下臂串联电路150。因此，对控制电路172输入传感器信息。例如，从各臂的信号用发射极155和信号用发射极165对对应的驱动部（IC）输入各IGBT328和IGBT330的发射极上流过的电流的信息。由此，各驱动部（IC）进行过电流检测，在检测到过电流的情况下使对应的IGBT328、IGBT330的开关动作停止，保护对应的IGBT328、IGBT330以避免过电流。
从设置在上下臂串联电路150上的温度传感器（未图示）对微机输入上下臂串联电路150的温度信息。此外，上下臂串联电路150的直流电极侧的电压的信息被输入微机。微机基于这些信息进行过热检测和过电压检测，检测到过热或过电压的情况下使所有IGBT328、IGBT330的开关动作停止。
图3～5是表示本实施方式中的电力转换装置200的概要结构的图，图3是立体图，图4是分解立体图，图5是图3的A-A截面图。本实施方式的电力转换装置200，通过使俯视形状为大致长方形，具有容易安装到车辆上、并且容易生产的效果。此外，电力转换装置200具有固定在变速器TM上的铝制的外壳和盖，电力转换装置200的电路部件被收纳在外壳内。不过图3～5中省略了外壳和盖的图示。
电力转换装置200具有收纳电容器模块500和功率模块1的冷却基座5、配置在冷却基座5上方的驱动电路基板2和控制电路基板3等。上述控制电路172安装在控制电路基板3上。冷却基座5中形成有供冷却介质流动的流路51，和以被流路51包围的方式形成的电容器收容部54。电容器模块500被收纳在电容器收容部54中，通过流路51的壁面而被冷却。
冷却基座5上，沿着流路51之上形成有多个开口部50。功率模块1通过将上述上下臂串联电路150收纳在金属壳内而得，是电子部件中发热量最大的。因此，将多个功率模块1经开口部50***到流路51内，由冷却介质直接冷却。在冷却基座5的底部，设有导入口13IN和排出口14OUT。冷却介质（例如冷却水）从导入口13IN流入流路51内，在流路51中循环后从排出口14OUT流出。
控制电路基板3配置在被固定于冷却基座5的支柱上的铝制基板座7的上部，驱动电路基板2配置在基板座7的下侧。驱动电路基板2和控制电路基板3导热地连接到铝制基板座7上，使驱动电路基板2和控制电路基板3中产生的热从基板座7经支柱55逃逸到流量51内的冷却介质中。此外，基板座7具有作为安装在驱动电路基板2和控制电路基板3上的电路组间的电磁屏障的功能。
控制电路基板3上设有连接器31。连接器31与外部控制装置连接，在设置于控制电路基板2上的控制电路172与上级控制装置等外部控制装置之间进行信号传输。使电力转换装置200内的控制电路工作的低电压的直流电力从连接器31供给。连接器31等端子的嵌合面的朝向根据车种的不同而为各种方向，但尤其是安装在小型车辆上的情况下，考虑到引擎室内的大小制约以及组装性的方面，优选使嵌合面向上突起。尤其是，在电力转换装置200配置在变速器TM的上方的情况下，通过使连接器向着与变速器TM的配置侧相反的一侧突出，能够提高操作性。
图6是冷却基座5的分解立体图，是从底面侧观察冷却基座的图。流路51以包围电容器收容部54的方式形成，流路51的一端与形成在下盖420上的导入口13IN连通，流路51的另一端与形成在下盖420上的排出口14OUT连通。在下盖420上与流路51的开口50相对的位置上，分别设置有由下盖部件向下方凹陷而形成的凸部406。***到流路51内的功率模块1的前端部分被***到该凸部406的凹陷内。409是将下盖420与冷却基座5之间的间隙密封的密封部件。
图7是将图4所示的截面图中收容功率模块1的流路部分放大表示的图。形成在冷却基座5中的流路51的基座背面侧开口由下盖420密封。功率模块1中，形成有散热翅片14的筒部经开口部50（参考图5）***到流路51内，凸缘部13b被固定在冷却基座5的上表面。功率模块1的筒部13a的前端部分（图示下端部）被***到形成在下盖420上的凸部406的凹陷中。凸缘部13b与冷却基座5的密封部中设有密封部件16，开口部50被凸缘部13b密封。密封部件16的一部分被***到凸缘部13b与散热翅片14之间的间隙中。
图8是功率模块1的截面图，图9的功率模块1的外观立体图。功率模块1中，将构成上述上下臂串联电路150的功率半导体元件（IGBT9和二极管10）内置在铝制罐形壳体13内。IGBT9对应图2的IGBT154、164，二极管10对应图2的二极管156、166。壳体13包括收纳传递模塑（transfer molding）体的筒部13a，和用于将功率模块1固定到冷却基座5上的凸缘部13b。如图9所示，凸缘部13b上形成有螺栓孔13c。内置在筒部13a内的IGBT9和10的正反两面被作为电极的铜引线11夹着，对它们使用树脂12进行传递模塑而一体化。铜引线11的端子部11b从凸缘部13b突出到壳体13的外部。
壳体13具有使功率半导体元件产生的热量散发掉的散热器的功能，在筒部13a的厚壁部130的外周面即散热面上竖立设置了多个散热翅片（针式翅片（pin fin））14。厚壁部130的周围为薄壁部131。在制造功率模块1时，将传递模塑体在被密接性绝缘片夹着的状态下***到壳体13内。在传递模塑体的正反两面上，铜引线11的反面侧露出，以使该露出面隔着上述绝缘片与壳体13的内表面密接的方式，向壳体内侧冲压（press）该厚壁部130。冲压时，薄壁部131发生塑性变形，厚壁部130的内表面与传递模塑体的正反两面密接固定。
关于壳体13，为了降低成本，罐体的成型、散热翅片14的制造、凸缘部13b的成型都通过锻造来进行，形成为一体化的容器。此时，因锻模的制约，凸缘部13b与散热翅片14之间形成了5～10mm左右的间隙。此外，作为壳体13的制造方法，例如可考虑通过切削加工来制作散热翅片14和凸缘部13b。这种情况下，由于在切削凸缘部13b的密封面时需要供工具进入的间隙，因此凸缘部13b与散热翅片14之间产生间隙。
图10是表示密封部件16的形状的立体图。密封部件16包括呈大致矩形状的环状结构的O型圈部16a，和一体地形成在O型圈部16a内侧的一对流量控制部16b。一对流量控制部16b沿着O型圈部16a的长边侧形成，流量控制部16b的彼此相对的面上分别形成有突起16c。在将密封部件16安装到如图8所示的壳体13上时，突起16c接触凸缘部13b与厚壁部130之间的薄壁部131。
图11是表示冷却基座5的开口部50的俯视图。在大致矩形状的开口部50周围形成有密封槽52。在该密封槽52的上表面，如双点划线所示地，载置密封部件16的O型圈部16a。形成在该密封部件16的下表面侧（纸面的背面侧）的流量控制部16b被配置在流路51内。53是用于将功率模块1的凸缘部13b用螺栓固定到冷却基座5的开口部50的螺纹孔。虚线51a表示开口部50之间的流路。
在将功率模块1安装到图11的开口部50的情况下，首先如图9所示，如箭头所示从筒部13a的下端安装密封部件16，将其配置在凸缘部13b的背面侧（密封面侧）。之后，将功率模块1的筒部13a***到开口部50内，以使得密封部件16的O型圈部16a配置在密封槽52上的方式，将凸缘部13b载置在冷却基座5上。接着，将外周形状与凸缘部13b大致相同的紧固板17载置在凸缘部13b上，通过螺栓18将紧固板17和凸缘部13b一起固定。通过使用紧固板17，能够防止螺栓固定时铝制的凸缘部13b发生变形，能够获得均匀的密封。
图12、图13是说明流量控制部16b的作用的图，图12表示设置了流量控制部16b的情况，图13表示未设置流量控制部16b的情况。图12和图13两图中，（a）是与冷却介质的流向正交的截面图，（b）是沿着冷却介质的流向的截面图。图12、13的双点划线144所包围的区域表示形成了多个散热翅片14的区域，即散热翅片组。此外，在构成流路51的底面的下盖420上，设有形状与功率模块1的底面一致的凹陷，以使得不会产生导致冷却介质绕到底面侧的空间。
首先参照图13针对未设置流量控制部16b时的冷却介质的流动进行说明。如图13（a）的截面图所示，功率模块1的凸缘部13b与散热翅片组144之间形成有规定间隔D的间隙。这是如上所述由于制造上的制约而无法避免的间隙，在通过锻造来制作壳体13的情况下，该规定间隙D为5mm～10mm左右。
如图13（b）所示，冷却介质如箭头所示从图示右侧流入到***有功率模块1的流路51中。流入的冷却介质的大部分以穿过散热翅片14的间隙的方式向图示左侧流动，但冷却介质的一部分如流线511所示，绕到没有散热翅片14的区域51c流动。结果，散热翅片14部分的冷却介质的流量减少，导致冷却能力降低。
另一方面，图12所示的本实施方式中，在凸缘部13b与散热翅片组144之间的间隙即图13的区域51c中配置了流量控制部16b的情况下，能够防止冷却介质绕到区域51c，并且如流线510所示使冷却介质被流量控制部16b引导到散热翅片组144。结果，能够使通过散热翅片组144的冷却介质的量增加，使流速上升，能够实现功率模块1的冷却能力的提高。
此外，在为了防止冷却介质进入间隙区域51c而在间隙区域51c的入口附近设置遮挡部件的情况下，冷却介质在遮挡部件的下游侧绕回到区域51c。进而，在遮挡部件的后侧生成漩涡，增加了压力损失。因此，对于具有与散热翅片组144的宽度相当的长度的间隙区域51c，优选如图12（b）所示沿着间隙区域51c内的冷却介质流动方向连续地配置流量控制部16b。
在上述实施方式中，由于流量控制部16b与凸缘部13b的O型圈部16a一体地形成，所以能够实现组装作业的工时的减少，并且具有防止忘记安装流量控制部16b的作用。
流量控制部16b不必填满凸缘部13b与散热翅片组144之间的整个空间，但为了发挥不使冷却介质绕过散热翅片组144的功能，如图12（a）所示，在令散热翅片14的间隔为d1时，优选将流量控制部16b与散热翅片组144之间的间隔d2设定为小于d1。例如，在散热翅片14为针式翅片的情况下，针间的间隔为2～3mm左右。
图14是表示上述密封部件16的变形例的图。图14所示的密封部件20也由O型圈部20a与流量控制部20b构成。O型圈部20a与图10所示的O型圈部16a为相同形状。另一方面，流量控制部20b的形状与流量控制部16b不同，形成为流量控制部20b的高度H随着向图示左侧方向去而增大的形状。
在将该密封部件20安装到功率模块1时，如图15所示，以流量控制部20b的高度H较高的一侧为冷却介质的下游侧的方式安装。流量控制部20b与散热翅片组144的间隔沿着冷却介质的流动而逐渐减小，如流线所示，冷却介质沿着流量控制部20b的倾斜的底面向散热翅片组144的方向流动。这样，通过使流量控制部20b的形状为使得流路面积沿着流动方向而平滑变化的形状，对冷却介质产生整流效应，能够减少压力损失。
此外，也可以将上述流量控制部20b的形状变形为如图16所示的流量控制部21b的形状。如图16所示的流量控制部21b中，在冷却介质的流向的上游侧和下游侧的双方形成有倾斜的底面。即，使流量控制部21b的形状为，流量控制部21b与散热翅片组144间的间隔在散热翅片组144的流动方向中央为最小、且间隔随着离开该中央而增加的形状。这样，通过使流量控制部21b的形状左右对称，冷却介质的流动方向无论为图15的左右方向中的任一方向的情况下都能达到同样的效果。即，能够防止密封部件20的误安装的发生。
采用上述图10、14和16中记载的任一流量控制部，都能够减少不通过散热翅片14部分的冷却介质的量，提高流过散热翅片14的冷却介质的流速，因此能够提高功率模块1的冷却能力。并且，冷却能力的提高对冷却装置和功率模块的小型化也有贡献。由于能够容许来自功率模块1的大发热量，所以能够减小电力用功率半导体的尺寸大小，对低成本化有贡献。
此外，在想要使压力损失更低的情况下，优选如图14、16所示形状的流量控制部20b、21b。另一方面，在更重视冷却性能的提高的情况下，优选使冷却介质不绕到凸缘部13b与散热翅片组144之间的构造，即图10所示的流量控制部16b。这样，使用同一功率模块1，能够应对需求规格不同的多种车辆，所以相同型号的电力转换装置能够支持多种车辆，能够降低开发和制造的成本。
上述实施方式中，将凸缘部13b的具有密封功能的O型圈部与遮挡冷却介质的流动的流量控制部形成为一体，但也可如图17所示，使其为分体。在图17所示的例子中，凸缘部13b的密封部件22使用了标准的密封件。然后，将独立的两个流量控制部23配置在凸缘部13b与散热翅片14之间。图17所示的流量控制部23的形状具有图10所示的流量控制部16b相同的形状，但也可为图14所示的流量控制部20b或图16所示的流量控制部21b的形状。这种结构的情况下，由于密封部件22使用标准形状的密封件，不需要特地开模，能够抑制密封部件的制造成本。
（功率模块1的固定结构）
此外，在上述实施方式中，为了固定功率模块1而使用了紧固板17。这是因为壳体13通过锻造而制作，使用了非常柔软的纯铝系材料，所以如果不使用紧固板17将凸缘部13b通过螺栓固定，则凸缘部13b会因密封部件16的反作用力而变形。所以，紧固板17使用钢等材料制作。而为了降低紧固板17中产生的应力，在壳体13的凸缘部13b上也设置供螺栓通过的螺栓孔13c，采用一起固定的方式。此外，如图9、17所示，使得凸缘部13b上的螺栓孔13c的位置错开。其结果，在如图5所示将多个功率模块沿一条直线排列时，通过使螺栓彼此错开配置，能够缩短安装时的总长度。
不过，由于功率模块1的配置会随电力转换装置整体的形状的制约条件而变化，在使用紧固板的结构的情况下，优选不在功率模块1上设置固定螺栓用的螺栓孔，在功率模块1的配置发生改变的情况下也能够通过只改变紧固板来应对。
图18是表示凸缘部13b上不形成螺栓孔的结构的一个例子的图。由于功率模块1的凸缘部13b上没有形成固定螺栓用的螺栓孔，所以紧固板24不是与凸缘部13b一起固定的结构，而是直接被螺栓固定在冷却基座5上。因此，为了消除凸缘部13b和密封部件的厚度的制造公差，使紧固板24的螺栓孔附近的形状为曲折形状的弹簧形状。通过这样的结构，无需形成功率模块1的凸缘部13b上的螺栓孔，因此，对同一形状的功率模块1也能够进行各种排列，能够容易地对应功率模块1的排列发生改变的情况。
如图18所示的例子中，对于每个功率模块需要一个紧固板24，而在如图19所示的紧固板25的情况下，由于采用了利用一个紧固板25来固定三个功率模块1的结构，所以能够减少螺栓的个数，能够减少组装时的工时。
在上述实施方式中散热翅片14为针式翅片，但也可以为其它形状，例如平直翅片。此外，上述的壳体13是通过锻造而一体成型的，但即使是通过其它制造方法形成的筒状壳体，用于将功率模块1固定在冷却基座5上的凸缘部13b与散热翅片组144之间形成间隙也是在制造上无法回避的。因此，通过配置流量控制部能够达到相同的效果。尤其是，在如图8所示的壳体的情况下，由于凸缘部13b与散热翅片组144之间设置了用于塑性变形的薄壁部131，所以不得不增大凸缘部13b与散热翅片组144的间隙，通过设置流量控制部所得到的效果更大。此外，在上述实施方式中，以安装在电动车或混合动力车上的车载用电力转换装置为例进行说明，但只要是将功率模块浸入冷却介质中的冷却结构的电力转换装置，都能够同样地适用本发明。
上述各实施方式可分别单独使用，也可组合使用。能够单独地或者叠加地达到各实施方式的效果。此外，只要不破坏本发明的特征，本发明并不限定于上述实施方式。
以下优先权基础申请的公开内容通过引用而加入本申请中。
日本专利申请2010年第168813号（2010年7月28日提交）

Claims (6)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
流路壳体，形成有供冷却介质流动的流路，并且形成有与所述流路连通的开口部；
功率模块，包括：收纳功率半导体元件并被从所述开口部***到所述流路内的有底的筒部，形成在所述筒部的开口处、以封闭所述开口部的方式被固定在所述流路壳体上的凸缘部，和与所述凸缘部隔着规定间隔的间隙、设置在所述筒部的外周面上的散热翅片组；和
流路控制部件，配置在所述凸缘部与所述散热翅片组之间的所述间隙中，将所述冷却介质引导至所述散热翅片组，其中，
通过所述功率半导体元件的开关动作，将电力从直流转换成交流、从交流转换成直流。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述流路控制部件被配置成，使得该流路控制部件与所述散热翅片组之间的最小间隔为所述散热翅片组的散热翅片间隔以下。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述流路控制部件在所述间隙内沿着所述冷却介质的流动方向连续地分布。
4.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
所述流路控制部件具有如下形状：该流路控制部件与所述散热翅片组之间的间隔沿着所述冷却介质的流动方向而减小。
5.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
所述流路控制部件具有如下形状：该流路控制部件与所述散热翅片组之间的间隔，在所述散热翅片组的流动方向中央最小，并且，随着远离所述流动方向中央而增大。
6.如权利要求1至5任一项所述的电力转换装置，其特征在于：
所述流路控制部件与设置在所述流路壳体与所述凸缘部之间的密封部件形成为一体。
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