JP2016073144A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一の筐体内に収納したパワーモジュールによる電子部品の温度上昇を、冷却ファンを使用することなく抑制することができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】パワーモジュール２０、及び、コンデンサ３０等の電子部品を収納した筐体１０は、一方面１１ａに放熱フィン１１ｂを有し、他方面１１ｃにパワーモジュール２０を載置するケース底面１１と、ケース底面１１に高熱抵抗層１２ｄを介して接合され、パワーモジュール２０及び電子部品を覆うケース本体１２と、フランジ１３ａをケース底面１１に接合し、第１空間１３ｂをあけてパワーモジュール２０を覆う低熱抵抗の第１蓋部材１３と、周縁部１４ａをケース本体１２に接合し、第２空間１４ｂをあけて第１蓋部材１３を覆い、且つ、第２空間１４ｂと反対側の上面１４ｃに電子部品を載置する低熱抵抗の第２蓋部材１４と、を備えた構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング素子を有するパワーモジュールと、このスイッチング素子を制御する電子部品と、を同一の筐体内に収納した電力変換装置に関する発明である。

従来、スイッチング素子を有するパワーモジュールと、このスイッチング素子を制御する電子部品と、を同一の筐体内に収納したとき、スイッチング素子が発する熱による電子部品の昇温を防止するために筐体内に冷却ファンを設け、この冷却ファンを用いた強制空冷によってパワーモジュールの熱を放熱させる電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１,２参照）。

実開平４-１２４８０６号公報 特開２０１１-９７８２４号公報

しかしながら、従来の電力変換装置のように、強制空冷によって電子部品の昇温を防止するには冷却ファンが不可欠であり、この冷却ファンを使用することによる諸問題、すなわち、製造コストの上昇や装置の大型化、冷却ファンの信頼性課題の考慮が必要といった問題が生じていた。
さらに、強制空冷を行うためには筐体の内外で空気の出入りが必要であり、筐体に空気穴を設ける必要があった。そのため、この空気穴から筐体内に湿気や塵埃が侵入し、パワーモジュールや電子部品に不具合が生じる懸念があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、同一の筐体内に収納したパワーモジュールによる電子部品の温度上昇を、冷却ファンを使用することなく抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、通電により発熱するスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記スイッチング素子を制御する電子部品と、を同一の筐体内に収納し、この筐体は、ケース底面と、ケース本体と、第１蓋部材と、第２蓋部材と、を備えている。
前記ケース底面は、一方面に放熱構造を有し、他方面に前記パワーモジュールを載置する。
前記ケース本体は、前記ケース底面に対して高熱抵抗層を介して接合され、前記ケース底面に載置されたパワーモジュール及びその上方に配置される前記電子部品を覆う。
前記第１蓋部材は、低熱抵抗材によって形成されると共に、前記ケース底面と前記ケース本体に囲まれた空間内に配置される。また、周縁部を前記ケース底面に接合すると共に、第１空間を介して前記パワーモジュールを覆う。
前記第２蓋部材は、低熱抵抗材によって形成されると共に、前記ケース底面と前記ケース本体内に囲まれた空間内に配置される。また、周縁部を前記ケース本体に接合すると共に、第２空間を介して前記第１の蓋部材を覆い、且つ、前記第２空間と反対側の面に前記電子部品を載置する。

よって、本発明の電力変換装置では、パワーモジュールから発生した熱の大半を、ケース底面から放熱構造を介して放熱することができる。また、放熱構造から放熱されなかった熱は、第１空間を介して第１蓋部材へと伝わるが、第１空間の熱抵抗が高いため、第１蓋部材へと伝わる熱を抑制することができる。
また、第１蓋部材を低熱抵抗材によって形成したことで、第１蓋部材へ伝わった熱は、この第１蓋部材が接合したケース底面へと速やかに伝達された後、放熱構造を介して放熱される。このため、第１蓋部材の温度が高くなることを防止すると共に、ケース本体の昇温を抑制することができる。
さらに、この第１蓋部材によってパワーモジュールを覆っているので、ケース本体内に生じる対流を制限することができる。そのため、第１空間と第２空間の熱抵抗を向上させ、電子部品に対するパワーモジュールの熱影響をさらに抑制することができる。
そして、第１蓋部材と第２蓋部材の間に熱抵抗の高い第２空間を介在させたことで、第１蓋部材から第２蓋部材へと伝わる熱を制限することができ、第２蓋部材に載置した電子部品の温度上昇を抑制することができる。また、この第２蓋部材を低温のケース本体に接合したことで第２蓋部材の昇温を抑制し、電子部品の温度上昇をさらに抑制することができる。
この結果、同一の筐体内に収納したパワーモジュールによる電子部品の温度上昇を、冷却ファンを使用することなく抑制することができる。

実施例１の電力変換装置の外観を示す全体斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 第１比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。 第２比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。 第３比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。 実施例２の電力変換装置を示す要部断面図である。 実施例３の電力変換装置を示す要部断面図である。

以下、本発明の電力変換装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。

（実施例１）
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電力変換装置の外観を示す全体斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。以下、図１〜図３に基づき、実施例１の電力変換装置の構成を説明する。

実施例１の電力変換装置１は、例えば、自動車に搭載される三相電圧型ＰＷＭ（pulse Width Modulation）インバータ等である。なお、この実施例１における自動車は、ハイブリッド自動車と電気自動車を含む。

この電力変換装置１は、図１に示すように、筐体１０と、この筐体１０に内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品（ここでは、コンデンサ３０と駆動制御回路３１）と、を備えている。

前記筐体１０は、図２及び図３に示すように、ケース底面１１と、ケース本体１２と、第１蓋部材１３と、第２蓋部材１４と、を備えている。

前記ケース底面１１は、熱伝導性の高い低熱抵抗材（アルミニウムなどの金属等）により形成された平板部材である。このケース底面１１は、一方面１１ａに多数の放熱フィン１１ｂ（放熱構造）が形成されている。また、このケース底面１１の他方面１１ｃの中央位置には、ここでは３個のパワーモジュール２０が載置され、ケース底面１１とパワーモジュール２０とが直接接触している。さらに、このケース底面１１の周縁部近傍位置には、複数のボルト穴（不図示）が形成されている。

前記ケース本体１２は、熱伝導性の高い低熱抵抗材（アルミニウムなどの金属等）により形成された中空箱状部品であり、ケース底面１１から起立する側面１２ａと、ケース底面１１に対向する上面１２ｂと、側面１２ａに囲まれると共にケース底面１１に対向した開口１２ｃと、を有している。そして、開口１２ｃは、熱伝導性の低い高熱抵抗層（ゴムやグラスウールなどの断熱材等）１２ｄを介して、ケース底面１１に接合されている。ここでは、図１に示すように、側面１２ａからケース底面１１に沿って突出した複数の取付用フランジ１２ｅ及びケース底面１１に形成されたボルト穴を貫通するボルトＢと、ケース底面１１の一方面１１ａ側でボルトＢと螺合するナットＮによって固定される。さらに、取付用フランジ１２ｅとケース底面１１の間には、断熱性を有するＯリング１２ｆが介装されている。
そして、ケース底面１１に対してケース本体１２が接合されることで、このケース本体１２は、側面１２ａ及び上面１２ｂによって、ケース底面１１に載置されたパワーモジュール２０及びその上方に配置される電子部品（コンデンサ３０と駆動制御回路３１）が覆われる。すなわち、パワーモジュール２０及び電子部品（コンデンサ３０と駆動制御回路３１）は、ケース底面１１とケース本体１２によって形成された閉空間に内蔵される。
なお、「高熱抵抗層１２ｄ」は、ケース底面１１やケース本体１２に対して相対的に熱抵抗が高い層であり、ケース底面１１とケース本体１２との間の熱移動を阻害する程度の熱抵抗（断熱性）を有している。

前記第１蓋部材１３は、熱伝導性の高い低熱抵抗材（アルミニウムなどの金属等）により形成された断面ハット型の中空箱状部品である。この第１蓋部材１３は、周縁部に形成されたフランジ１３ａがパワーモジュール２０を取り囲む位置で、ケース底面１１に溶接等で接合されている。そして、この第１蓋部材１３は、第１空間１３ｂをあけてパワーモジュール２０を覆っている。
なお、この第１蓋部材１３には、後述する電源線１６や信号線１７等の接続電極が貫通する貫通孔１３ｃが複数形成されている。

前記第２蓋部材１４は、熱伝導性の高い低熱抵抗材（アルミニウムなどの金属等）により形成された平板部材であり、周縁部１４ａが第１蓋部材１３とケース本体１２の上面１２ｂの間で、ケース本体１２の側面１２ａに溶接等で接合されている。これにより、この第２蓋部材１４は、第２空間１４ｂをあけて第１蓋部材１３を覆っている。
そして、この第２蓋部材１４の第２空間１４ｂとは反対側の上面１４ｃには、電子部品（コンデンサ３０と駆動制御回路３１）が載置されている。また、この第２蓋部材１４の第２空間１４ｂ側の下面１４ｄには、パワーモジュール２０と電子部品であるコンデンサ３０を電気的に接続する金属製のバスバ電極１５が設けられている。ここで、バスバ電極１５は、第２蓋部材１４の下面１４ｄに沿って配設されると共に、周囲をエポキシ樹脂等の絶縁材１５ａによって覆われている。このとき、絶縁材１５ａは第２蓋部材１４に接触するように配設される。このため、第２蓋部材１４とバスバ電極１５との間には、絶縁材１５ａが介装されることになる。
なお、この第２蓋部材１４には、後述する電源線１６や信号線１７等の接続電極が貫通する貫通孔１４ｅが複数形成されている。また、第１蓋部材１３と第２蓋部材１４の間に設けられた第２空間１４ｂは、大気圧よりも圧力が低い減圧空間となっている。

前記パワーモジュール２０は、通電により発熱するスイッチング素子２０ａ等（図３参照）が内蔵された筐体部品であり、ここでは、図２に示すように、ケース底面１１上に互いに間隔をあけて３個載置されている。
なお、各パワーモジュール２０は、図示しない固定手段によってケース底面１１に固定されている。また、スイッチング素子２０ａとしては、例えばＳｉｃ（シリコンカーバイド）素子により、ジャンクション温度が最高温度２００℃〜２５０℃程度の高温動作が可能な半導体素子が用いられる。

前記電子部品、ここではコンデンサ３０及び駆動制御回路３１は、パワーモジュール２０を駆動制御する部品であり、他にも回路基板やフォトカップラ、平滑コンデンサ、電流センサ等がある。ここでは、図３に示すように、第２蓋部材１４上に互いに間隔をあけて載置されている。
この電子部品（コンデンサ３０及び駆動制御回路３１）は、パワーモジュール２０内のスイッチング素子２０ａよりも許容耐熱温度が低く、例えば１５０℃以下の許容耐熱温度となっている。

そして、パワーモジュール２０内のスイッチング素子２０ａ等と、電子部品であるコンデンサ３０とは、電源線１６（接続電極）によって電気的に接続されている。なお、ここでは、電源線１６は、バスバ電極１５を介してスイッチング素子２０ａ等とコンデンサ３０を接続している。また、バスバ電極１５は、高電位電極と低電位電極からなり、図３では高電位電極が電源線１６に接続していることを示しているが、バスバ電極１５の低電位電極も、不図示の電源線に接続してスイッチング素子２０ａ等とコンデンサ３０を接続している。
また、パワーモジュール２０内のスイッチング素子２０ａ等と、電子部品である駆動制御回路３１とは、信号線１７（接続電極）によって電気的に接続されている。

そして、前記電源線１６及び前記信号線１７は、それぞれケース本体１２の側面１２ａの近傍位置、つまり、ケース底面１１の周縁部近傍位置に配設され、それぞれ貫通孔１３ｃと貫通孔１４ｅを貫通する。さらに、この電源線１６及び信号線１７は、絶縁被覆１８によって覆われると共に、ケース本体１２の側面１２ａとの間に絶縁材１９が充填される。これにより、ケース本体１２と電源線１６及び信号線１７の間に絶縁材１９が介装される。

次に、作用を説明する。
まず、「第１比較例の電力変換装置における構成と課題」、「第２比較例の電力変換装置における構成と課題」、「第３比較例の電力変換装置における構成と課題」をそれぞれ説明し、続いて、実施例１の電力変換装置における放熱作用を説明する。

［第１比較例の電力変換装置における構成と課題］
図４は、第１比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。以下、図４に基づき、第１比較例の電力変換装置における構成と課題を説明する。

第１比較例の電力変換装置４０は、図４に示すように、ケース底面４１ａと、周縁部がこのケース底面４１ａに直接接合されたケース本体４１ｂと、からなる筐体４１と、この筐体４１に内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品であるコンデンサ３０等と、を備えている。

ここで、筐体４１は、低熱抵抗材によって形成されると共に、ケース底面４１ａの外側に多数の放熱フィン４１ｃが形成されている。また、ケース底面４１ａの内側には、パワーモジュール２０が載置されている。
そして、筐体４１内には、ケース底面４１ａから起立し、第１空間４２ａをあけてパワーモジュール２０を覆う第１蓋部材４２が設けられている。この第１蓋部材４２の第１空間４２ａと反対側の上面４２ｂには、コンデンサ３０が載置されている。

このような第１比較例の電力変換装置４０において、パワーモジュール２０内のスイッチング素子（不図示）が発熱し、パワーモジュール２０から熱が発生すると、この熱は、まず、パワーモジュール２０が載置された筐体４１のケース底面４１ａに伝達され、放熱フィン４１ｃを介して放熱される。一方、ケース底面４１ａに伝達されなかった熱は、第１空間４２ａに伝わった後、第１蓋部材４２に伝達され、この第１蓋部材４２を加熱する。

ここで、第１空間４２ａは、大気であるために熱抵抗が高く、パワーモジュール２０からの熱流を制限する。しかし、パワーモジュール２０への通電が長時間継続すれば、熱流自体は小さくても、第１蓋部材４２は昇温する。そのため、この第１蓋部材４２の上面４２ｂに載置されたコンデンサ３０に熱が伝達され、コンデンサ３０は昇温してしまう。

なお、この第１比較例では、第１蓋部材４２が、パワーモジュール２０が載置されたケース底面４１ａに対して直接接合されており、第１蓋部材４２から放熱フィン４１ｃが形成されたケース底面４１ａへと熱の伝達が可能になっている。しかしながら、ケース底面４１ａは、パワーモジュール２０が載置されていることから、比較的高温になってしまい、第１蓋部材４２の熱をケース底面４１ａへと伝達することは難しい。そのため、第１蓋部材４２は、ほとんど温度降下することはない。
この結果、第１比較例の電力変換装置４０では、同一の筐体４１内に収納したパワーモジュール２０によるコンデンサ３０（電子部品）の温度上昇を抑制することが難しかった。

［第２比較例の電力変換装置における構成と課題］
図５は、第２比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。以下、図５に基づき、第２比較例の電力変換装置における構成と課題を説明する。

第２比較例の電力変換装置５０は、図５に示すように、ケース底面５１ａと、周縁部がこのケース底面５１ａに直接接合されたケース本体５１ｂと、からなる筐体５１と、この筐体５１に内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品であるコンデンサ３０等と、を備えている。

ここで、筐体５１は、低熱抵抗材によって形成されると共に、ケース底面５１ａの外側に多数の放熱フィン５１ｃが形成されている。また、ケース底面５１ａの内側には、パワーモジュール２０が載置されている。
そして、筐体５１内には、ケース底面５１ａから起立し、第１空間５２ａをあけてパワーモジュール２０を覆う第１蓋部材５２と、ケース底面５１ａから起立し、第２空間５３ａをあけて第１蓋部材５２を覆う第２蓋部材５３と、が設けられている。さらに、この第２蓋部材５３の第２空間５３ａと反対側の上面５３ｂには、コンデンサ３０が載置されている。

このような第２比較例の電力変換装置５０において、パワーモジュール２０内のスイッチング素子（不図示）が発熱し、パワーモジュール２０から熱が発生すると、この熱は、まず、パワーモジュール２０が載置された筐体５１のケース底面５１ａに伝達され、放熱フィン５１ｃを介して放熱される。一方、ケース底面５１ａに伝達されなかった熱は、第１空間５２ａに伝わった後、第１蓋部材５２に伝達され、この第１蓋部材５２を加熱する。

ここで、第１空間５２ａは、大気であるために熱抵抗が高く、パワーモジュール２０からの熱流を制限する。しかし、パワーモジュール２０への通電が長時間継続すれば、熱流自体は小さくても、第１蓋部材５２は昇温する。そして、第１蓋部材５２の温度が上がれば、熱が第２空間５３ａに伝わった後、第２蓋部材５３へと伝達される。

また、この第２比較例では、第２蓋部材５３は、パワーモジュール２０の載置されたことで、比較的高温になってしまうケース底面５１ａに直接接合されている。そのため、第２蓋部材５３の熱をケース底面５１ａに形成された放熱フィン５１ｃから放熱することは難しく、第２蓋部材５３を降温させることができない。すなわち、パワーモジュール２０が載置されたケース底面５１ａと、第２蓋部材５３は、ほぼ同じ温度になってしまう。その結果、第２蓋部材５３の上面５３ｂに載置されたコンデンサ３０に熱が伝達され、コンデンサ３０は昇温してしまう。
これにより、第２比較例の電力変換装置５０であっても、同一の筐体５１内に収納したパワーモジュール２０によるコンデンサ３０（電子部品）の温度上昇を抑制することが難しかった。

［第３比較例の電力変換装置における構成と課題］
図６は、第３比較例の電力変換装置を示す要部断面図である。以下、図６に基づき、第３比較例の電力変換装置における構成と課題を説明する。

第３比較例の電力変換装置６０は、図６に示すように、ケース底面６１ａと、周縁部がこのケース底面６１ａに直接接合されたケース本体６１ｂと、からなる筐体６１と、この筐体６１に内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品であるコンデンサ３０等と、を備えている。

ここで、筐体６１は、低熱抵抗材によって形成されると共に、ケース底面６１ａの外側に多数の放熱フィン６１ｃが形成されている。また、ケース底面６１ａの内側には、パワーモジュール２０が載置されている。
そして、筐体６１内には、周縁部がケース本体６１ｂに接合され、第１空間６２ａをあけてパワーモジュール２０を覆う第１蓋部材６２と、周縁部がケース本体６１ｂに接合され、第２空間６３ａをあけて第１蓋部材６２を覆う第２蓋部材６３と、が設けられている。さらに、この第２蓋部材６３の第２空間６３ａと反対側の上面６３ｂには、コンデンサ３０が載置されている。

このような第３比較例の電力変換装置６０において、パワーモジュール２０内のスイッチング素子（不図示）が発熱し、パワーモジュール２０から熱が発生すると、この熱は、まず、パワーモジュール２０が載置された筐体６１のケース底面６１ａに伝達され、放熱フィン６１ｃを介して放熱される。一方、ケース底面６１ａに伝達されなかった熱は、第１空間６２ａに伝わった後、第１蓋部材６２に伝達され、この第１蓋部材６２を加熱する。

ここで、第１空間６２ａは、大気であるために熱抵抗が高く、パワーモジュール２０からの熱流を制限する。しかし、パワーモジュール２０への通電が長時間継続すれば、熱流自体は小さくても、第１蓋部材６２は昇温する。また、この第１蓋部材６２は、周縁部がケース本体６１ｂに接合されているため、第１蓋部材６２からの熱流でケース本体６１ｂが昇温する。一方、このケース本体６１ｂには、第２蓋部材６３の周縁部も接合されている。

そのため、ケース本体６１ｂを介して、第１蓋部材６２からの熱流が第２蓋部材６３へと伝達されることになり、第２蓋部材６３は第１蓋部材６２とほぼ同じ温度になってしまう。その結果、第２蓋部材６３の上面６３ｂに載置されたコンデンサ３０に熱が伝達され、コンデンサ３０は昇温してしまう。
これにより、第３比較例の電力変換装置６０であっても、同一の筐体６１内に収納したパワーモジュール２０によるコンデンサ３０（電子部品）の温度上昇を抑制することが難しかった。

［実施例１の電力変換装置における放熱作用］
実施例１の電力変換装置１では、上述のように、同一の筐体１０にパワーモジュール２０と、電子部品であるコンデンサ３０及び駆動制御回路３１が内蔵されている。そして、一方面１１ａに多数の放熱フィン１１ｂが形成された筐体１０のケース底面１１に、発熱するパワーモジュール２０が載置され、このパワーモジュール２０が、筐体１０内に内蔵された第１蓋部材１３によって第１空間１３ｂをあけて覆われている。さらに、第１蓋部材１３との間に第２空間１４ｂをあけて第２蓋部材１４を設け、この第２蓋部材１４上に電子部品（コンデンサ３０及び駆動制御回路３１）を載置している。

ここで、ケース底面１１とケース本体１２の間には、高熱抵抗層１２ｄが介装され、ケース底面１１とケース本体１２との間の熱の伝達が遮断されている。また、第１蓋部材１３は、ケース底面１１に接合され、放熱フィン１１ｂが形成されたケース底面１１へと熱の伝達が可能となっている。そして、第２蓋部材１４は、ケース本体１２の側面１２ａに接合され、ケース本体１２への熱の伝達が可能となっている。

このような実施例１の電力変換装置１において、パワーモジュール２０内のスイッチング素子２０ａに通電すると、このスイッチング素子２０ａが発熱する。この熱は、まず、パワーモジュール２０が載置された筐体１０のケース底面１１に伝達され、放熱フィン１１ｂを介して放熱される。一方、ケース底面１１に伝達されなかった熱は、第１空間１３ｂに伝わった後、第１蓋部材１３に伝達される。

ここで、第１空間１３ｂにおける熱抵抗は、空間の熱抵抗であるため、低熱抵抗材である金属等と比べて、熱抵抗の値が相当大きい。そのため、この第１空間１３ｂを流れる熱流、すなわち第１蓋部材１３に達する熱流自体は大きくならず、第１蓋部材１３へと達する熱流の大きさを制限することができる。
また、第１蓋部材１３はパワーモジュール２０と比較的近接して対向していると共に、第１蓋部材１３からの熱流の下流側にある第２空間１４ｂが高熱抵抗であることから、第１蓋部材１３は、パワーモジュール２０の加熱の影響で高温になる。そのため、第１空間１３ｂにパワーモジュール２０から入力する熱の温度と、第１空間１３ｂから第１蓋部材１３へ出力する熱の温度との温度差は、さほど大きくならない。しかも、第１空間１３ｂが高熱抵抗であるために、温度差や熱抵抗で表される熱流は、大きな値になることはない。
そして、第１空間１３ｂを流れる熱流を制限することで、第１蓋部材１３の温度上昇勾配を抑え、第１蓋部材１３の昇温を抑制することができる。

また、第１蓋部材１３を低熱抵抗材によって形成したことで、パワーモジュール２０への通電が長時間継続しても、この第１蓋部材１３の温度が極端な高温になることを防止できる。
すなわち、この第１蓋部材１３は、パワーモジュール２０を取り囲む位置でケース底面１１に接合されており、この第１蓋部材１３とケース底面１１との接合位置は、パワーモジュール２０内のスイッチング素子２０ａから比較的離れた位置になっている。ここで、スイッチング素子２０ａから離れたパワーモジュール２０を取り囲む位置は、ケース底面１１の中では比較的低温である。また、第１蓋部材１３が低熱抵抗材によって形成されており、熱抵抗が低くなっている。そのため、第１蓋部材１３に達した熱流をケース底面１１へと逃がすことができ、第１蓋部材１３の温度を、比較的低温のケース底面１１の周縁部の温度程度に抑えることができる。これにより、ケース本体１２へ流れる熱流を小さくすることができ、ケース本体１２の昇温を抑制することができる。

さらに、パワーモジュール２０を第１蓋部材１３によって覆ったことで、パワーモジュール２０が発熱することで筐体１０内に生じる対流を制限することができ、第１空間１３ｂ及び第２空間１４ｂの熱抵抗をさらに向上することができる。
つまり、パワーモジュール２０の熱によって熱せられた空気は対流する。ここで、実施例１では、パワーモジュール２０を第１蓋部材１３で覆うことで、この対流を第１空間１３ｂの内部に留めることができ、熱せられた熱くなった空気が第２蓋部材１４に直接接触することはない。これにより、パワーモジュール２０から第２蓋部材１４へと伝わる熱流を抑え、等価的に第１空間１３ｂ及び第２空間１４ｂの熱抵抗をさらに向上することができる。この結果、第２蓋部材１４の昇温を防止することができる。
そして、第２蓋部材１４の昇温を防止することで、この第２蓋部材１４上に載置された電子部品（コンデンサ３０及び駆動制御回路３１）の温度上昇を抑制することができる。

なお、第２蓋部材１４は、上述のようにパワーモジュール２０から伝達される熱流がそもそも小さくなっていて、昇温が防止されている。そのため、第２蓋部材１４における温度降下の分布、すなわち第２蓋部材１４の中央部分と周縁部分との温度差を小さくすることができる。
これにより、電子部品（コンデンサ３０等）と第２蓋部材１４との接触面積が広く、第２蓋部材１４の中央部分の熱抵抗が比較的高くなっていても、この第２蓋部材１４の中央部分の加熱を抑制し、第２蓋部材１４の昇温を防止することができる。

その上、この実施例１では、この第２蓋部材１４をケース本体１２の側面１２ａに接合している。ここで、ケース本体１２は、パワーモジュール２０が載置されたケース底面１１に対して、高熱抵抗層１２ｄを介して接合されており、ケース本体１２はパワーモジュール２０の熱によって昇温するケース底面１１の熱影響を受けずに、温度が高くなりにくい。そのため、このような温度が高くなりにくいケース本体１２に対し、低熱抵抗材によって形成された第２蓋部材１４から熱流を速やかに逃がすことができ、さらにこの第２蓋部材１４の昇温を抑制することができる。

以上説明したように、冷却ファンを用いた強制空冷でなくとも、パワーモジュール２０が高温状態で駆動したときの、電子部品（コンデンサ３０等）の温度上昇を抑制することができる。
そして、冷却ファンを不要にすることで、製造コストの圧縮、装置の小型化、冷却ファンの信頼性課題への考慮の不要化、といったことを図ることができ、冷却ファンを使用することによる諸問題を解決することができる。
さらに、筐体の内外で空気の出入りが不要であるため、筐体１０を密閉することができて、筐体１０内に湿気や塵埃が侵入し、パワーモジュール２０や電子部品（コンデンサ３０等）に不具合が生じることを防止できる。

また、この実施例１の電力変換装置１では、パワーモジュール２０が発した熱を速やかに放熱すると共に、電子部品（コンデンサ３０等）へと達する熱流を抑制し、しかもこの電子部品を載置した第２蓋部材１４から熱流を速やかに逃がす。そのため、電気的安定動作を期すために、パワーモジュール２０と電子部品（コンデンサ３０等）を近接して配置しても、電子部品（コンデンサ３０等）の温度上昇を抑制することができる。これにより、パワーモジュール２０と電子部品（コンデンサ３０等）の間に、熱影響を抑えるための余計なスペースを空ける必要がなくなり、装置の小型化を図ることができる。また、電気的動作を損なうことを防止できる。

さらに、この実施例１の電力変換装置１では、第２空間１４ｂを大気圧よりも圧力が低い減圧空間としている。そのため、第２空間１４ｂ内に生じる対流を抑え、この第２空間１４ｂにおける熱抵抗をさらに向上することができる。そして、第１蓋部材１３から第２蓋部材１４へ伝わる熱流を一層小さくすることができ、電子部品（コンデンサ３０等）の昇温をさらに防止することができる。

また、この実施例１では、第２蓋部材１４の第２空間１４ｂ側の面である下面１４ｄに沿って、金属製のバスバ電極１５を設けている。そのため、このバスバ電極１５を介して、第２蓋部材１４の熱抵抗を低下させることができ、第２蓋部材１４における熱抵抗の低下効果をさらに大きくすることができる。

なお、このバスバ電極１５は、発熱するパワーモジュール２０に電気的に接続されているので、パワーモジュール２０からの熱が直接伝わってくる。これに対し、実施例１では、このバスバ電極１５を、第２蓋部材１４の下面１４ｄに設けたことで、第２蓋部材１４の上面１４ｃに載置された電子部品（コンデンサ３０等）とは反対側に配置することができる。つまり、電子部品（コンデンサ３０等）とバスバ電極１５との間に、第２蓋部材１４を介装することができる。そのため、バスバ電極１５がパワーモジュール２０の熱影響を受けても、電子部品（コンデンサ３０等）に対する熱影響を防止して昇温を抑えることができる。

さらに、実施例１では、バスバ電極１５を覆う絶縁材１５ａが第２蓋部材１４に接触し、第２蓋部材１４とバスバ電極１５との間に絶縁材１５ａが介装されている。そのため、この絶縁材１５ａによって第２蓋部材１４とバスバ電極１５の間の熱抵抗を、例えば空間があいている場合と比べて下げることができ、第２蓋部材１４における熱抵抗の低下効果が損なわれることを防止できる。

そして、この実施例１では、筐体１０の内部にパワーモジュール２０と電子部品（コンデンサ３０）を電気的に接続すると共に、第１蓋部材１３及び第２蓋部材１４をそれぞれ貫通する電源線１６を設けている。ここで、電源線１６がパワーモジュール２０に電気的に接続したことで、この電源線１６を介してパワーモジュール２０からの熱流が電子部品（コンデンサ３０）に流れてくる。これに対し、実施例１では、この電源線１６をケース本体１２の側面１２ａの近傍位置に配設したことで、電源線１６に伝わった熱をケース本体１２へと放熱することができる。そして、この電源線１６を介してパワーモジュール２０から電子部品（コンデンサ３０）へと伝わる熱を抑制し、電子部品（コンデンサ３０）の昇温を防止することができる。
なお、電源線１６自体は、細く長い金属である。そのため、電源線１６の熱抵抗は大きくなり、この電源線１６を流れる熱流を抑えることができる。そのため、電源線１６からケース本体１２に伝わる熱は小さく、ケース本体１２がこの電源線１６からの熱によって大幅に昇温することはない。

しかも、この実施例１では、電源線１６を絶縁被覆１８で覆った上、電源線１６とケース本体１２の間に絶縁材１９を充填している。これにより、ケース本体１２に対する電気的な絶縁を確保した上で、ケース本体１２の側面１２ａへの放熱を可能とすることができる。

なお、パワーモジュール２０と電子部品（駆動制御回路３１）を電気的に接続すると共に、第１蓋部材１３及び第２蓋部材１４をそれぞれ貫通する信号線１７についても、上述の電源線１６と同様に、ケース本体１２の側面１２ａの近傍位置に配設したことで、信号線１７に伝わった熱をケース本体１２へと放熱することができる。
この結果、信号線１７を介してパワーモジュール２０から電子部品（駆動制御回路３１）へと伝わる熱を抑制し、電子部品（駆動制御回路３１）の昇温を防止することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電力変換装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 通電により発熱するスイッチング素子２０ａを有するパワーモジュール２０と、前記スイッチング素子２０ａを制御する電子部品（コンデンサ３０,駆動制御回路３１）と、を同一の筐体１０に収納した電力変換装置１において、
前記筐体１０は、一方面１１ａに放熱構造（放熱フィン１１ｂ）を有し、他方面１１ｃに前記パワーモジュール２０を載置するケース底面１１と、
前記ケース底面１１に対して高熱抵抗層１２ｄを介して接合され、前記ケース底面１１に載置されたパワーモジュール２０及びその上方に配置される前記電子部品（コンデンサ３０,駆動制御回路３１）を覆うケース本体１２と、
前記ケース底面１１と前記ケース本体１２によって形成された空間内に配置され、周縁部（フランジ１３ａ）を前記ケース底面１１に接合すると共に、第１空間１３ｂをあけて前記パワーモジュール２０を覆う低熱抵抗材によって形成された第１蓋部材１３と、
前記ケース底面１１と前記ケース本体１２によって形成された空間内に配置され、周縁部１４ａを前記ケース本体１２に接合すると共に、第２空間１４ｂをあけて前記第１蓋部材１３を覆い、且つ、前記第２空間１４ｂと反対側の面（上面１４ｃ）に前記電子部品（コンデンサ３０,駆動制御回路３１）を載置する低熱抵抗材によって形成された第２蓋部材１４と、
を備えた構成とした。
これにより、同一の筐体１０内に収納したパワーモジュール２０による電子部品（コンデンサ３０等）の温度上昇を、冷却ファンを使用することなく抑制することができる。

(2) 前記筐体１０は、前記第２空間１４ｂを減圧空間とする構成とした。
これにより、(1)の効果に加え、第２空間１４ｂ内に生じる対流を抑えることでこの第２空間１４ｂの熱抵抗を向上し、電子部品（コンデンサ３０等）の昇温をさらに防止することができる。

(3) 前記筐体１０は、前記第２蓋部材１４の第２空間１４ｂ側の面（下面１４ｄ）に沿って、前記パワーモジュール２０と前記電子部品（コンデンサ３０）を電気的に接続するバスバ電極１５を設けた構成とした。
これにより、(1)又は(2)の効果に加え、バスバ電極１５を介して第２蓋部材１４の熱抵抗を低下させることができ、第２蓋部材１４における熱抵抗の低下効果をさらに大きくすることができる。

(4) 前記第２蓋部材１４と前記バスバ電極１５の間に、絶縁材１５ａを介装した構成とした。
これにより、(3)の効果に加え、第２蓋部材１４とバスバ電極１５の間の熱抵抗を、例えば空間があいている場合と比べて下げることができ、第２蓋部材１４における熱抵抗の低下効果が損なわれることを防止できる。

(5) 前記筐体１０の内部に、前記パワーモジュール２０と前記電子部品（コンデンサ３０,駆動制御回路３１）を電気的に接続すると共に、前記第１蓋部材１３及び前記第２蓋部材１４を貫通する接続電極（電源線１６,信号線１７）を設け、
前記接続電極（電源線１６,信号線１７）を、前記ケース本体１２の近傍位置に配置した構成とした。
これにより、(1)から(4)のいずれかの効果に加え、接続電極（電源線１６,信号線１７）に伝わった熱をケース本体１２へと放熱することで、接続電極（電源線１６,信号線１７）を介してパワーモジュール２０から電子部品（コンデンサ３０）へと伝わる熱を抑制し、電子部品（コンデンサ３０）の昇温を防止することができる。

(6) 前記ケース本体１２と前記接続電極（電源線１６,信号線１７）の間に、絶縁材１９を介装する構成とした。
これにより、(5)の効果に加え、ケース本体１２に対する電気的な絶縁を確保した上で、ケース本体１２の側面１２ａへの放熱を可能とすることができる。

（実施例２）
実施例２は、筐体内部に形成した第２空間に高熱抵抗材を充填した例である。

図７は、実施例２の電力変換装置を示す要部断面図である。以下、図７に基づき、実施例２の電力変換装置の構成を説明する。なお、実施例１と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

実施例２の電力変換装置１Ａは、図７に示すように、筐体１０Ａと、この筐体１０Ａに内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品（ここでは、コンデンサ３０と駆動制御回路３１）と、を備えている。
そして、前記筐体１０Ａは、ケース底面１１と、ケース本体１２と、第１蓋部材１３と、第２蓋部材１４と、を備えている。

そして、この実施例２では、第１蓋部材１３と第２蓋部材１４の間に区画され、バスバ電極１５が配索された第２空間１４ｂに、高熱抵抗材１４ｆが充填されている。
前記高熱抵抗材１４ｆは、例えばシリカエアロゲル等のゲル材であり、ケース底面１１、ケース本体１２の側面１２ａ、第１蓋部材１３、第２蓋部材１４、さらに第２蓋部材１４の下面１４ｄに設けられたバスバ電極１５に密着している。

このように、第２空間１４ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填したことで、第２空間１４ｂにおける熱抵抗を大気空間の場合よりも向上することができ、第２蓋部材１４に達する熱流を小さくし、電子部品（コンデンサ３０等）の昇温をさらに抑制することができる。
また、実施例１のように第２空間１４ｂを減圧空間にした場合では、第２空間１４ｂ内の圧力を維持するための対策が必要である。これに対し、実施例２のように第２空間１４ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填する構成では、圧力維持のための特段の対策が不要になり、第２空間１４ｂにおける熱抵抗を容易に向上することができる。

すなわち、実施例２の電力変換装置１Ａは、以下に挙げる効果を得ることができる。

(7) 前記筐体１０Ａは、前記第２空間１４ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填した構成とした。
これにより、(1)の効果に加え、第２空間１４ｂにおける熱抵抗を容易に向上することができる。

（実施例３）
実施例３は、筐体内部に形成した第２空間に箱状部品を配置した例である。

図８は、実施例３の電力変換装置を示す要部断面図である。以下、図８に基づき、実施例３の電力変換装置の構成を説明する。なお、実施例１及び実施例２と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

実施例３の電力変換装置１Ｂは、図８に示すように、筐体１０Ｂと、この筐体１０Ｂに内蔵されたパワーモジュール２０及び電子部品（ここでは、コンデンサ３０と駆動制御回路３１）と、を備えている。
そして、前記筐体１０Ｂは、ケース底面１１と、ケース本体１２と、第１蓋部材１３と、第２蓋部材１４と、を備えている。

そして、この実施例３では、第１蓋部材１３と第２蓋部材１４の間に区画され、バスバ電極１５が配索された第２空間１４ｂに、箱状部品１４ｇが収納されている。
前記箱状部品１４ｇは、例えば発泡金属によって形成された中空の密閉筐体であり、内部が減圧空間に形成されたことで、高熱抵抗状態になっている。この箱状部品１４ｇは、第１蓋部材１３の第２空間１４ｂ側の上面１３ｄに載置され、ここでは、第２蓋部材１４の下面１４ｄに設けられたバスバ電極１５を覆う絶縁材１５ａに接触している。さらに、この箱状部品１４ｇの周縁部は、ケース本体１２の側面１２ａに接触している。

このように、第２空間１４ｂに内部が高熱抵抗状態に維持された箱状部品１４ｇを収納したことで、第２空間１４ｂにおける熱抵抗を大気空間の場合よりも向上することができ、第２蓋部材１４に達する熱流を小さくし、電子部品（コンデンサ３０等）の昇温をさらに抑制することができる。
また、実施例１のように第２空間１４ｂを減圧空間にした場合や、実施例２のように第２空間１４ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填した場合では、減圧状態を維持したり、高熱抵抗材１４ｆの流出を防止したりするために、この第２空間１４ｂの密閉性を確保する必要がある。これに対し、実施例３のように第２空間１４ｂに箱状部品１４ｇを収納する構成では、第２空間１４ｂ自体の密閉性は不要になり、箱状部品１４ｇを収納するだけで第２空間１４ｂにおける熱抵抗を容易に向上することができる。

すなわち、実施例３の電力変換装置１Ｂは、以下に挙げる効果を得ることができる。

(8) 前記筐体１０Ｂは、前記第２空間１４ｂに、内部が高熱抵抗状態に維持された箱状部品１４ｇを収納した構成とした。
これにより、(1)の効果に加え、第２空間１４ｂにおける熱抵抗を容易に向上することができる。

以上、本発明の電力変換装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では第２空間１４ｂを減圧空間とする例を示し、実施例２では第２空間１４ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填する例を示し、実施例３では第２空間１４ｂに箱状部品１４ｇを収納する例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば、第１空間１３ｂを減圧空間にしたり、この第１空間１３ｂに高熱抵抗材１４ｆを充填したり、第１空間１３ｂに箱状部品１４ｇを収納したりしてもよい。さらに、第１空間１３ｂと第２空間１４ｂの両方を減圧空間にしたり、箱状部品１４ｇを収納したりしてもよい。

また、実施例３では、箱状部品１４ｇが、ケース本体１２の側面１２ａ、第１蓋部材１３、第２蓋部材１４の下面１４ｄに設けられたバスバ電極１５を覆う絶縁材１５ａのすべてに接触する例を示した。しかしながら、箱状部品１４ｇは、これらに接触していなくてもよい。

さらに、この箱状部品１４ｇの内部は、減圧空間にすることで高熱抵抗状態を維持するだけでなく、例えばシリカエアロゲル等の高熱抵抗材を充填することで内部を高熱抵抗状態に維持してもよい。

さらに、上述の各実施例では、第１蓋部材１３及び第２蓋部材１４を、それぞれアルミニウムなどの金属等である低熱抵抗材によって形成する例を示したが、低熱抵抗材としては、金属に限らない。例えば、絶縁材によって被覆された金属、つまり金属を内蔵した部材や、炭素繊維強化プラスチック等であってもよい。

そして、上述の各実施例では、ケース底面１１の一方面１１ａに放熱構造として、空冷によってパワーモジュール２０の冷却を行う放熱フィン１１ｂを形成した例を示したが、これに限らない。例えば、ケース底面１１の一方面１１ａに、水冷を行うためのウォータジャケットを設けてもよい。

１ 電力変換装置
１０ 筐体
１１ ケース底面
１１ａ 一方面
１１ｂ 放熱フィン（放熱構造）
１１ｃ 他方面
１２ ケース本体
１２ａ 側面
１２ｂ 上面
１２ｄ 高熱抵抗層
１３ 第１蓋部材
１３ａ フランジ（周縁部）
１３ｂ 第１空間
１４ 第２蓋部材
１４ａ 周縁部
１４ｂ 第２空間
１４ｃ 上面（第２空間とは反対側の面）
１４ｄ 下面（第２空間側の面）
１５ バスバ電極
１５ａ 絶縁材
１６ 電源線（接続電極）
１７ 信号線（接続電極）
１８ 絶縁被覆
１９ 絶縁材
２０ パワーモジュール
２０ａ スイッチング素子
３０ コンデンサ（電子部品）
３１ 駆動制御回路（電子部品）

Claims (8)

1. 通電により発熱するスイッチング素子を有するパワーモジュールと、前記スイッチング素子を制御する電子部品と、を同一の筐体に収納した電力変換装置において、
   前記筐体は、一方面に放熱構造を有し、他方面に前記パワーモジュールを載置するケース底面と、
   前記ケース底面に対して高熱抵抗層を介して接合され、前記ケース底面に載置されたパワーモジュール及びその上方に配置される前記電子部品を覆うケース本体と、
   前記ケース底面と前記ケース本体によって形成された空間内に配置され、周縁部を前記ケース底面に接合すると共に、第１空間をあけて前記パワーモジュールを覆う低熱抵抗材によって形成された第１蓋部材と、
   前記ケース底面と前記ケース本体内によって形成された空間内に配置され、周縁部を前記ケース本体に接合すると共に、第２空間をあけて前記第１蓋部材を覆い、且つ、前記第２空間と反対側の面に前記電子部品を載置する低熱抵抗材によって形成された第２蓋部材と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載された電力変換装置において、
   前記筐体は、前記第１空間又は前記第２空間の少なくとも一方を減圧空間とした
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載された電力変換装置において、
   前記筐体は、前記第１空間又は前記第２空間の少なくとも一方に高熱抵抗材を充填した
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
   前記筐体は、前記第１空間又は前記第２空間の少なくとも一方に、内部が高熱抵抗状態に維持された箱状部品を収納した
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
   前記筐体は、前記第２蓋部材の第２空間側の面に沿って、前記パワーモジュールと前記電子部品を電気的に接続するバスバ電極を設けた
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項５に記載された電力変換装置において、
   前記第２蓋部材と前記バスバ電極の間に、絶縁材を介装した
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
   前記筐体の内部に、前記パワーモジュールと前記電子部品を電気的に接続すると共に、前記第１蓋部材及び前記第２蓋部材を貫通する接続電極を設け、
   前記接続電極を、前記ケース本体の近傍位置に配設した
   ことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項７に記載された電力変換装置において、
   前記ケース本体と前記接続電極の間に、絶縁材を介装した
   ことを特徴とする電極変換装置。