JP2016105441A - Power converter - Google Patents
Power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016105441A JP2016105441A JP2014243295A JP2014243295A JP2016105441A JP 2016105441 A JP2016105441 A JP 2016105441A JP 2014243295 A JP2014243295 A JP 2014243295A JP 2014243295 A JP2014243295 A JP 2014243295A JP 2016105441 A JP2016105441 A JP 2016105441A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pin
- pin fins
- flow path
- fins
- cooler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、電力変換器に関する。特に、半導体素子を収容したパワーカードと冷却器とを積層して構成される電力変換器に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power converter. In particular, the present invention relates to a power converter configured by stacking a power card containing a semiconductor element and a cooler.
電力変換器は発熱量が大きい。特に、スイッチング素子、又は、パワー素子と呼ばれる電力変換用の半導体素子の発熱量が大きい。例えば、電動車両の駆動用モータに電力を供給する電力変換器は、多数のスイッチング素子を備えるので、特に発熱量が大きい。 The power converter generates a large amount of heat. In particular, the amount of heat generated by a semiconductor element for power conversion called a switching element or a power element is large. For example, a power converter that supplies electric power to a drive motor for an electric vehicle includes a large number of switching elements, and thus generates a large amount of heat.
例えば、特許文献１には、発熱量の大きい半導体素子を効率よく冷却するための技術が開示されている。特許文献１に開示される電力変換器は、半導体素子を収容する半導体モジュール（パワーカード）と冷却器とを積層することにより構成される。扁平な半導体モジュール（パワーカード）は、その側面に冷却器が当接して冷却される。冷却器内には、液体冷媒が流れる。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for efficiently cooling a semiconductor element that generates a large amount of heat. The power converter disclosed in Patent Document 1 is configured by stacking a semiconductor module (power card) that houses semiconductor elements and a cooler. The flat semiconductor module (power card) is cooled by a cooler coming into contact with its side surface. A liquid refrigerant flows in the cooler.
冷却器の半導体素子と当接する側面の内側には、液体冷媒が接触する表面積を広くするために複数のピンフィンが設けられる場合がある。ピンフィンは、冷却器の内側に延びる棒状のフィンである。冷却器の冷却効率の向上ために、複数のピンフィンは以下のように配置される。複数のピンフィンは、この複数のピンフィンの延設方向から見たとき（以下、平面視したとき）に縦横に並んでいる。そして、その横の並び方向から見たときに縦並び方向の一つの列の２つのピンフィンの間に次の列の１つのピンフィンが位置している。そして、平面視したときに一つのピンフィンとその一つのピンフィンの周囲に位置する他のピンフィンとの間隔が等間隔になるように並んでいる。このような配置では、上記の一つのピンフィンと他のピンフィン（以下、互いに隣接するピンフィン）の間隔はどのピンフィンを選んでも同じとなり、互いに隣接するピンフィンの間を通過する液体冷媒の流速はどのピンフィンを選んでも均一となる。また、液体冷媒は冷却器の内面とピンフィンの間にも液体冷媒が流れるほうが、ピンフィンの内面側の外周面にも液体冷媒が接触するため、冷却器の冷却効率の向上が期待される。特に、内面とピンフィンの間にも互いに隣接するピンフィンの間と同じ流速で液体冷媒が流れることは、冷却器の側面のどの場所においても均一な冷却効率を実現するためにも望ましい。しかし、冷却器の内面が単純な平面である場合、内面とピンフィンの間隔は一定であるとは限らない。そのため、互いに隣接するピンフィンの間での液体冷媒の流速と内面とピンフィンの間での液体冷媒の流速は不均一となり、冷却効率が不均一になる。本明細書では、内側にピンフィンを備える冷却器において、互いに隣接するピンフィンの間での液体冷媒の流速と内面とピンフィンの間での液体冷媒の流速を均一にするための技術に関する。 A plurality of pin fins may be provided inside the side surface of the cooler that contacts the semiconductor element in order to increase the surface area with which the liquid refrigerant contacts. The pin fin is a rod-like fin extending inside the cooler. In order to improve the cooling efficiency of the cooler, the plurality of pin fins are arranged as follows. The plurality of pin fins are arranged vertically and horizontally when viewed from the extending direction of the plurality of pin fins (hereinafter, when viewed in plan). When viewed from the horizontal alignment direction, one pin fin in the next row is located between two pin fins in one row in the vertical alignment direction. Then, when viewed from above, one pin fin and the other pin fins located around the one pin fin are arranged at equal intervals. In such an arrangement, the interval between the one pin fin and the other pin fins (hereinafter, adjacent pin fins) is the same regardless of which pin fin is selected, and the flow rate of the liquid refrigerant passing between the adjacent pin fins is any pin fin. Even if you choose, it will be uniform. In addition, when the liquid refrigerant flows between the inner surface of the cooler and the pin fin, the liquid refrigerant comes into contact with the outer peripheral surface on the inner surface side of the pin fin, so that the cooling efficiency of the cooler is expected to be improved. In particular, it is desirable for the liquid refrigerant to flow between the inner surface and the pin fins at the same flow rate as between adjacent pin fins in order to achieve uniform cooling efficiency at any location on the side surface of the cooler. However, when the inner surface of the cooler is a simple plane, the distance between the inner surface and the pin fin is not always constant. Therefore, the flow rate of the liquid refrigerant between the pin fins adjacent to each other and the flow rate of the liquid refrigerant between the inner surface and the pin fins are not uniform, and the cooling efficiency is not uniform. The present specification relates to a technique for making the flow rate of liquid refrigerant between adjacent pin fins and the flow rate of liquid refrigerant between an inner surface and pin fins uniform in a cooler having pin fins on the inside.
本明細書が開示する電力変換器には、半導体素子を収容したパワーカードと、パワーカードと積層されており、内部に液体冷媒が通過する冷却器が備えられている。冷却器には、フレームと、金属板とが備えられている。フレームには、パワーカードと対向する側面と平行な方向に液体冷媒が流れる流路が設けられていると共に、その側面に流路と連通している開口が設けられている。金属板の一方の面がその開口を塞いでいると共に他方の面がパワーカードと対向している。その一方の面には複数のピンフィンが流路の内側に向かって延びるように設けられている。ここで、複数のピンフィンは、上記した配置と同じ構成を有している。さらに、流路を形成する流路面であって金属板と直交していると共に冷媒の流れ方向に沿って延びている流路面には、複数のピンフィンの流路面に最も近い列の各ピンフィンと対向する位置に当該ピンフィンと平行に延びている溝が設けられている。そして、溝の内面が対応するピンフィンの外周面と平行となるように湾曲していると共に、外周面と内面との間隔が互いに隣接するピンフィンとの間隔と同じ長さである。 The power converter disclosed in the present specification includes a power card containing a semiconductor element and a cooler that is stacked with the power card and through which liquid refrigerant passes. The cooler includes a frame and a metal plate. The frame is provided with a flow path through which the liquid refrigerant flows in a direction parallel to the side face facing the power card, and an opening communicating with the flow path is provided on the side face. One surface of the metal plate closes the opening and the other surface faces the power card. A plurality of pin fins are provided on one surface so as to extend toward the inside of the flow path. Here, the plurality of pin fins have the same configuration as the above-described arrangement. Furthermore, the channel surface that forms the channel and is orthogonal to the metal plate and extends along the flow direction of the refrigerant is opposed to each pin fin in the row closest to the channel surface of the plurality of pin fins. A groove extending in parallel with the pin fin is provided at a position where the pin fin is located. The groove is curved so that the inner surface of the groove is parallel to the outer peripheral surface of the corresponding pin fin, and the distance between the outer peripheral surface and the inner surface is the same as the distance between the adjacent pin fins.
このような構成によれば、流路面とピンフィンとの間に、互いに隣接するピンフィンの間隔と同じ幅の流路を形成することができる。したがって、互い隣接するピンフィンの間での液体冷媒の流速と流路面とピンフィンの間での液体冷媒の流速を均一にすることができる。 According to such a configuration, a flow path having the same width as the interval between adjacent pin fins can be formed between the flow path surface and the pin fins. Therefore, the flow rate of the liquid refrigerant between the pin fins adjacent to each other and the flow rate of the liquid refrigerant between the channel surface and the pin fins can be made uniform.
本明細書が開示する技術によれば、内側にピンフィンが設けられている冷却器を備える電力変換器において、ピンフィン間での液体冷媒の流速と冷却器の内面とその内面に最も近いピンフィンの間での液体冷媒の流速を均一にするができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 According to the technology disclosed in this specification, in a power converter including a cooler in which pin fins are provided, the flow rate of liquid refrigerant between the pin fins, the inner surface of the cooler, and the pin fins closest to the inner surface. The flow rate of the liquid refrigerant can be made uniform. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。まず、積層ユニットを概説する。図１に、積層ユニット１０の斜視図を示す。積層ユニット１０は、電動車両に搭載される電力変換器の主要部品である。電力変換器は、バッテリの電力を走行用モータに適した電力に変換する電力変換器は、電圧コンバータ回路と、インバータ回路を含む。電圧コンバータ回路は、昇降圧コンバータであり、２個の半導体素子（ＩＧＢＴ）を含む。また、インバータ回路は６個の半導体素子を含む。電力変換器は、合計８個の半導体素子を含む。夫々の半導体素子は、大きな電流を導通／遮断するので発熱量が大きい。
A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. First, the laminated unit will be outlined. FIG. 1 shows a perspective view of the laminated
積層ユニット１０は、上記した８個の半導体素子を集約して集中的に冷却するユニットである。積層ユニット１０は、４個のパワーカード３ａ−３ｄと５個の冷却器２ａ−２ｅが交互に積層されたユニットである。図中のＸ軸方向が積層方向に相当する。なお、複数の冷却器２ａ−２ｅは同じ構造を有している。同様に複数のパワーカード３ａ−３ｄは同じ構造を有している。以下では、複数の冷却器２ａ−２ｅのいずれか一つを区別なく表す場合に「冷却器２」と表記する。同様に、複数のパワーカード３ａ−３ｄのいずれか一つを区別なく表す場合に「パワーカード３」と表記する。
The stacked
夫々のパワーカード３は、２個の半導体素子を樹脂でモールドしたパッケージである。各パワーカード３の内部で２個の半導体素子が直列に接続されている。各パワーカード３からは３本の端子２９が伸びている。パワーカード３からは、上記３本の端子２９のほか、半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ）のゲートに通じる端子（ゲート端子）が、端子２９が伸びている側面とは反対側の側面から伸びている（不図示）。
Each power card 3 is a package in which two semiconductor elements are molded with resin. Two semiconductor elements are connected in series inside each power card 3. Three
パワーカード３を挟み込んでいる冷却器２は、その内部を液体の冷媒が通る。冷媒の典型は水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolantの略）である。各冷却器２はパワーカード３を挟んで図中Ｙ軸方向の両側に積層方向に延びる貫通孔４３ａ，４３ｂを有している。積層されて繋がった貫通孔４３ａが冷媒を供給する供給路Ｐ１を構成し、積層されて繋がった貫通孔４３ｂが冷却器２の内側を通過した冷媒を排出する排出路Ｐ４を構成する。後述するが、外部フレーム４０の内部の流路に符号Ｐ２，Ｐ３を割り当てている。なお、積層ユニット１０の一端には、カバー２８が当てられて貫通孔が閉じられている。
In the
積層ユニット１０を含む電力変換器１００のケース内のデバイスレイアウトを説明する。図２は、電力変換器１００のカバーを外したケース内平面図である。ケース２０には、積層ユニット１０のほか、複数のコンデンサ素子２４とリアクトル２５が収容される。複数のコンデンサ素子２４とリアクトル２５は、電圧コンバータ回路とインバータ回路に含まれる電子部品である。
A device layout in the case of the
積層ユニット１０は、ケース２０に設けられた支持壁２０ａと２０ｂの間に配置され、積層ユニット１０の一端と支持壁２０ｂとの間に嵌挿された板バネ２３により積層方向に加圧される。積層ユニット１０の一端には、ケース外部から積層ユニット１０へ冷媒を供給する供給管２１と積層ユニット１０から冷媒を排出する排出管２２が接続される。供給管２１と排出管２２は、夫々、前述した供給路Ｐ１と排出路Ｐ４と連通する。
The
上記デバイスのほか、パワーカード３の中の半導体素子に供給するＰＷＭ信号を生成する制御基板もケース２０に実装されるがその図示は省略している。
In addition to the above devices, a control board for generating a PWM signal to be supplied to the semiconductor elements in the power card 3 is also mounted on the
次に、冷却器２の構造を説明する。図３は、冷却器２の分解斜視図である。冷却器２は、樹脂製の外部フレーム４０と、樹脂製の内部フレーム６０と、２枚の金属板３２ａ，３２ｂを備えている。外部フレーム４０には、図３に示すように、図中Ｙ軸方向の中央に積層方向に貫通する矩形の中央孔４５が設けられている。中央孔４５は、パワーカード３（図２では不図示。図１を参照されたい）と対向する位置に設けられている。外部フレーム４０の積層方向の一方側（Ｘ軸正方向側）には、一対の突出部４２ａ，４２ｂが設けられている。その一対の突出部４２ａ、４２ｂは、外部フレーム４０のＹ軸方向の両端に設けられている。突出部４２ａ，４２ｂの間に金属板３２ａとパワーカード３が配置される。突出部４２ａ，４２ｂの夫々には先述した貫通孔４３ａ，４３ｂが設けられている。また、外部フレーム４０の積層方向の他方側（Ｘ軸負方向側）には、中央孔４５を囲むように窪み４７が設けられている。窪み４７には金属板３２ｂが嵌る。なお、中央孔４５の一方側の開口に符号４５ａを付し、中央孔４５の他方側の開口に符号４５ｂを付す。
Next, the structure of the
内部フレーム６０は、図３に示すように、積層方向（即ち、Ｘ軸方向）の両側面に流路溝６１ａ，６１ｂを備えている。つまり、内部フレーム６０は、積層方向と直交する方向（即ち、Ｙ軸方向）から見たときの断面がＨ字形状である部品である。流路溝６１ａ，６１ｂは、Ｙ軸方向の両側で開口している。内部フレーム６０のＸ軸方向の幅は、中央孔４５の同方向の幅と同じである。さらに、内部フレーム６０のＺ軸方向及びＹ軸方向の幅も、中央孔４５の同方向の幅と同じである。内部フレーム６０は、中央孔４５の内側に嵌る。内部フレーム６０の詳細な構成は、後述する。
As shown in FIG. 3, the
金属板３２ａは、ガスケット３４ａを挟んで、外部フレーム４０の中央孔４５の開口４５ａを塞ぐ。開口４５ａの周囲に位置する外部フレーム４０の側面には、ガスケット３４ａが嵌る溝４６が設けられている。一方、金属板３２ｂも、ガスケット３４ｂを挟んで、外部フレーム４０の中央孔４５の開口４５ａとは反対側の開口４５ｂを塞ぐ。開口４５ｂの周囲に位置する外部フレーム４０の側面にも、溝４６と同様にガスケット３４ｂが嵌る溝（不図示）が設けられている。
The
金属板３２ａの内側（外部フレーム４０の位置する側）の面には、複数のピンフィン３３ａが内側に向かって延びるように設けられている。即ち、複数のピンフィン３３ａは積層方向に延びている。複数のピンフィン３３ａの夫々は、円柱形状をしている。複数のピンフィン３３ａは全て同じ形状をしている。金属板３２ａが外部フレーム４０の開口４５ａを塞ぐと、中央孔４５の内側に嵌った内部フレーム６０の流路溝６１ａの内側に複数のピンフィン３３ａが収まる。金属板３２ｂの内側にも、金属板３２ａと同様の複数のピンフィン３３ｂが設けられている。複数のピンフィン３３ａと同様に、中央孔４５の内側に嵌った内部フレーム６０の流路溝６１ｂの内側に複数のピンフィン３３ｂも収まる。複数のピンフィン３３ａ，３３ｂの詳細は後述する。
A plurality of
金属板３２ａ，３２ｂの外側（外部フレーム４０の位置する側の反対側）には、パワーカード３が接触する。パワーカード３から発生する熱は、金属板３２ａ，３２ｂへと伝わる。
The power card 3 is in contact with the outside of the
上述したように、積層ユニット１０は、複数の冷却器２を積層して構成される。突出部４２ａ，４２ｂの先端面（Ｘ軸正方向側の側面）には、ガスケット３１が当てられ、隣接する冷却器２の外部フレーム４０との間が封止される。突出部４２ａ，４２ｂと対向する隣接する冷却器２の外部フレーム４０の側面には、ガスケット３１が嵌る溝（図６の溝４８を参照）が設けられている。上述したように、突出部４２ａ，４２ｂには積層方向に貫通する貫通孔４３ａ，４３ｂが設けられている。突出部４２ａ，４２ｂの先端面が隣接する冷却器２に当接し、隣接する冷却器２同士の貫通孔４３ａ，４３ｂが夫々連結することで、上述する供給路Ｐ１，排出路Ｐ４が構成される。さらに、Ｙ軸方向の両側に位置する貫通孔４３ａの内面には、中央孔４５に向かって貫通する流入口４４ａが設けられており、貫通孔４３ｂの内面には、中央孔４５に向かって貫通する流出口４４ｂが設けられている。よって、供給路Ｐ１は、流入口４４ａを介して中央孔４５の内側の空間に連通し、供給路Ｐ１は、流入口４４ａを介して中央孔４５の内側の空間に連通する。先述したように、内部フレーム６０に設けられている流路溝６１ａ，６１ｂはＹ軸方向の両側で開口している。内部フレーム６０が中央孔４５に嵌ると、流路溝６１ａ，６１ｂはＹ軸方向の両側で流入口４４ａと流出口４４ｂに連通する。後述するように、流路溝６１ａ，６１ｂの内側には、夫々冷却器２の内部の流路Ｐ２，Ｐ３が構成される。供給路Ｐ１，排出路Ｐ４は、内部の流路Ｐ２，Ｐ３と連通する。先に述べた供給管２１と供給路Ｐ１を通じて全ての冷却器２に冷媒が分配される。供給路Ｐ１から流路Ｐ２，Ｐ３に流入した冷媒は流路Ｐ２，Ｐ３内をＹ軸方向に流れる。冷媒は流路Ｐ２，Ｐ３を流れる間に金属板３２ａ，３２ｂとピンフィン３３ａ，３３ｂを通じてパワーカード３の熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は排出路Ｐ４と排出管２２を通じてケース外部へと排出される。
As described above, the stacked
図４に２個の冷却器２ａ，２ｂとそれらに挟まれるパワーカード３ａの斜視図を示す。図５に図４のV−V線に沿った断面図を示し、図６に図４のVI−VI線に沿った断面図を示す。V−V線における断面は、積層方向に平行でパワーカード３を通過する断面である。VI−VI線における断面は、積層方向に平行で供給路Ｐ１を通過する断面である。図４−図６を参照してパワーカード３の内部構造を説明すると共に、冷却器２の内部構造についても補足説明を行う。図４には、２個の冷却器２ａ，２ｂと一つのパワーカード３ａのみが描かれている。図１に示したように、冷却器２ａのパワーカード３ａとは反対側にも別のパワーカードと別の冷却器が積層されており、冷却器２ｂの反対側にもさらに別のパワーカードと別の冷却器が積層されていることに留意されたい。なお、図５，図６では複数のピンフィン３３ａ，３３ｂの描写において、紙面奥側に見えるピンフィンの描写が省略されていることに留意されたい。
FIG. 4 shows a perspective view of two
パワーカード３ａの内部構造を説明する。パワーカード３ａは、２個の半導体素子５１を樹脂パッケージ５４で封止したデバイスである。図５には一つの半導体素子しか表れていないが、もう一つは、半導体素子５１の紙面奥側に位置している。２個の半導体素子５１は、ＩＧＢＴである。平板のチップである半導体素子５１の両平面の一方にはエミッタ電極が露出しており、他方にはコレクタ電極が露出している。半導体素子５１の両面の電極に導電性のスペーサ５２を接触させ、スペーサ５２の反対側に放熱板５３，５６を接触させている。放熱板５３，５６の一方の面は、樹脂パッケージ５４から露出する。放熱板５３、５６は、端子を兼ねており、放熱板５６は、２個の半導体素子５１を直列に接続する。放熱板５３は、図５にて紙面と垂直方向に２個並んでおり、その一方は、直列接続の高電位側の端子を兼ね、他方は低電位側の端子を兼ねる。図５には、放熱板５３が、樹脂パッケージ５４の上方へ伸びている端子２９と連続していることがよく表れている。このように、放熱板５３、５６が半導体素子５１の電極と導通しているため、放熱板５３と冷却器２の金属板３２ａとの絶縁を確保する絶縁板９が、パワーカード３ａの一方側に配置されている。同様に、放熱板５６と冷却器２の金属板３２ｂとの絶縁を確保する絶縁板９が、パワーカード３ａの他方側に配置されている。絶縁板９の材料には高熱伝導率のセラミックが使われる。絶縁板９とパワーカード３の間、及び、絶縁板９と金属板３２ａ，３２ｂの間にはグリースが塗布されている。積層ユニット１０に加えられる積層方向の圧力によりグリースの層が薄く均一に形成される。
The internal structure of the
冷却器２ａ，２ｂの内部構造について説明する。外部フレーム４０の中央孔４５に内部フレーム６０が嵌っている。内部フレーム６０の流路溝６１ａの底面であって金属板３２ａと平行な面には、ゴム６２ａが埋め込まれている。上述したように内部フレーム６０は樹脂製であり、ゴム６２ａは内部フレーム６０をＬＭＩ（Liquid Injection Moldingの略）で成型する際に埋め込まれる。ゴム６２ａの一側面は、流路溝６１ａの底面から露出している。ここで、複数のピンフィン３３ａの金属板３２ａの内側の面からの高さは、流路溝６１ａの深さより僅かに大きくなっている。そして、金属板３２ａの内側の面とその内側の面と対向する内部フレーム６０の側面は積層方向の圧力により当接している。よって、複数のピンフィン３３ａの先端面はゴム６２ａに沈み込むようにゴム６２ａに当接している。即ち、ゴム６２ａが圧縮変形することで複数のピンフィン３３ａの先端面がゴム６２ａに密着している。流路溝６１ａの反対側に位置する流路溝６１ｂの底面にもゴム６２ａと同様のゴム６２ｂが埋め込まれている。金属板３２ｂの複数のピンフィン３３ｂの先端面も、複数のピンフィン３３ａと同様にゴム６２ｂに沈み込むように当接している。
The internal structure of the
図５に示すように、金属板３２ａは外部フレーム４０の開口４５ａを塞ぐと共に、内部フレーム６０の流路溝６１ａを塞ぐ。したがって、冷却器２には、流路溝６１ａの内面と金属板３２ａの内側の面により囲まれた流路Ｐ２が形成される。流路Ｐ２内には、複数のピンフィン３３ａが位置している。流路Ｐ２に流れ込んだ冷媒は、複数のピンフィン３３ａの互いに隣接するピンフィンの間、並びに、流路溝６１ａの内側面とピンフィンとの間を通過する。また、流路溝６１ａの反対側に位置する流路溝６１ｂの内面と金属板３２ｂの内側の面により囲まれた流路Ｐ３が形成される。流路Ｐ３内には、複数のピンフィン３３ｂが位置している。流路Ｐ３内も、流路Ｐ２内と同様に冷媒が流れる。即ち、冷却器２には、積層方向の両側に２つの流路Ｐ２，Ｐ３が形成される。図６に示すように、流入口４４ａは、２つの流路Ｐ２，Ｐ３と連通するように設けられる。よって、２つの流路Ｐ２，Ｐ３は、流入口４４ａにより供給路Ｐ１に連通している。流入口４４ａの反対側に位置する流出口４４ｂも同様に２つの流路Ｐ２，Ｐ３に連通している。
As shown in FIG. 5, the
図７、図８を参照して金属板と内部フレームについて説明する。図７は、図５のVII−VII線における断面図である。VII−VII線における断面は、積層方向に直交する面であって、複数のピンフィン３３ａを通過する断面である。図８は、金属板３２ａを、複数のピンフィン３３ａの延設方向から見た平面図である。金属板３２ａと内部フレーム６０は共に冷媒の流れ方向（即ち、Ｙ軸方向）に長い。図７では、Ｙ軸方向における中央が省略して描かれている。図８では、Ｙ軸方向における中央と両端の周辺を描いていると共に、その中央と両端の間で一部を省略して描いている。なお、後述する図１０も図８と同様である。図７，図８に示すように、複数のピンフィン３３ａは、複数のピンフィン３３ａの延設方向（以下、延設方向）から見たときに縦横に並んでいる。そして、横の並び方向から見たときに縦の並び方向の一つの列の隣接するピンフィンの間に次の列の１つのピンフィンが位置している。別言すれば、複数のピンフィンは、延設方向から見たときに縦横に配置されていると共に偶数列のピンフィンと奇数列のピンフィンが互い違いになるように配置されている。さらに別言すれば、複数のピンフィン３３ａは、冷媒の流れ方向（即ち、Ｙ軸方向）と流れ方向の直交方向（即ちＺ軸方向）のいずれからみても偶数列のピンフィンと奇数列のピンフィンが半ピッチずれているように二次元的に配置されている。金属板３２ｂに設けられる複数のピンフィン３３ｂも、金属板３２ａの複数のピンフィン３３ａと同様の構成である。
The metal plate and the inner frame will be described with reference to FIGS. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. The cross section taken along line VII-VII is a cross section orthogonal to the stacking direction and passing through the plurality of
図８を参照して、複数のピンフィン３３ａの配列についてさらに詳しく説明する。複数のピンフィン３３ａは、延設方向から見たときに一つのピンフィンとその一つのピンフィンの周囲に位置する他のピンフィンとの間隔が等間隔になるように並んでいる。即ち、複数のピンフィン３３ａの互いに隣接する３つのピンフィンを選んだ場合に、延設方向から見たときにその３つのピンフィンが正三角形の各頂点に位置している。つまり、互いに隣接する３つのピンフィンの中心を結ぶと、図８に示す破線の正三角形Ｔとなる。互いに隣接するピンフィンの間隔はどのピンフィンを選んでも同じとなり、互いに隣接するピンフィンの間を通過する冷媒の流速はどのピンフィンを選んでも均一となる。冷媒が互いに隣接するピンフィンの間を均一に流れることは冷却器２の冷却効率の向上に寄与する。
The arrangement of the plurality of
図７に示すように、内部フレーム６０の流路溝６１ａは、冷媒の流れ方向（即ち、Ｙ軸方向）に沿って延びる互いに対向する流路面６３Ｕ，６３Ｌを含んでいる。流路面６３Ｕには、複数のピンフィン３３ａの流路面６３Ｕに最も近い列ＬＵの各ピンフィン（図７の紙面上側で２点鎖線で囲んだ一列の各ピンフィン）と対向する位置に、そのピンフィンと平行に延びている溝６４Ｕが設けられている。また、流路面６３Ｕと対向する流路面６３Ｌにも、複数のピンフィン３３ａの流路面６３Ｌに最も近い列ＬＬの各ピンフィン（図７の紙面下側で２点鎖線で囲んだ一列のピンフィン）と対向する位置に、そのピンフィンと平行に延びている溝６４Ｌが設けられている。なお、内部フレーム６０の流路溝６１ａの反対側に位置する流路溝６１ｂの流路面にも同様の溝が設けられている。
As shown in FIG. 7, the
図９を参照して、複数のピンフィンと流路面の溝との関係について説明する。図９は、図７の破線領域Ｘの拡大図である。上述したように、流路面６３Ｌの溝６４Ｌは、流路面６３Ｌに最も近い列ＬＬの各ピンフィンと平行に延びている。さらに、溝６４Ｌの内面は、各ピンフィンの外周面と平行になるように湾曲している。即ち、溝６４Ｌの内面は、複数のピンフィン３３ａの延設方向から見たときに、円状である各ピンフィンの外周と同一中心となる円弧状に形成されている。そして、列ＬＬの各ピンフィンと溝６４Ｌとの間隔Ｄ２は、互いに隣接するピンフィンの間隔Ｄ１と同じである。また、流路面６３Ｕの溝６４Ｕと流路面６３Ｕに最も近い列ＬＵの各ピンフィンとの関係も、列ＬＬの各ピンフィンと溝６４Ｌとの関係と同じである。
With reference to FIG. 9, the relationship between the plurality of pin fins and the grooves on the flow path surface will be described. FIG. 9 is an enlarged view of a broken line region X in FIG. As described above, the
図８，図１０を参照して、金属板３２ａと内部フレーム６０の構成についてさらに説明する。図１０は、積層方向から見た内部フレーム６０の平面図である。図８に示すように、金属板３２ａのＹ軸方向における中央には、２本の位置決めピン３５ａが設けられている。一方、図１０に示すように、内部フレーム６０において流路溝６１ａの底面のＹ軸方向における中央には、２つの位置決め孔６５が設けられている。金属板３２ａの位置決めピン３５ａと内部フレーム６０の位置決め孔６５は一対一に対応しており、金属板３２ａで内部フレーム６０の流路溝６１ａを塞ぐ際に、位置決めピン３５ａが位置決め孔６５に嵌る。位置決めピン３５ａが位置決め孔６５に嵌ることで、内部フレーム６０に対する金属板３２ａの位置が規制される。即ち、流路溝６１ａに対する複数のピンフィン３３ａの位置が規制される。なお、金属板３２ｂにも、金属板３２ａと同様の位置決めピンが設けられており、内部フレーム６０の流路溝６１ｂの金属板３２ｂと対向する底面にも、流路溝６１ａと同様の位置決め孔が設けられている。内部フレーム６０に対する金属板３２ｂの位置も、位置決めピンと位置決め孔により同様に規制される。
The configuration of the
上述した構成の効果について説明する。流路面６３Ｌに、流路面６３Ｌに最も近い列ＬＬの各ピンフィンに対応する溝６４Ｌを設けることにより、溝６４Ｌの内面と列ＬＬの各ピンフィンの外周面との間隔Ｄ２が互いに隣接するピンフィンの間隔Ｄ１と同じになる。即ち、溝６４Ｌと列ＬＬの各ピンフィンとの間に、互いに隣接するピンフィンと同じ幅の流路を形成することができる。よって、流路面６３Ｌと列ＬＬの各ピンフィンの間を流れる冷媒の流速は、互いに隣接するピンフィン間を流れる冷媒の流速と同じになる。同様に、流路面６３Ｕと列ＬＵの各ピンフィンの間を流れる冷媒の流速は、互いに隣接するピンフィン間を流れる冷媒の流速と同じになる。したがって、流路Ｐ２，Ｐ３を流れる冷媒の流速は、互い隣接するピンフィンの間と、流路面とその流路面に最も近いピンフィンの間とで均一となる。流路Ｐ２，Ｐ３内で冷媒が均一に流れることで、冷却器２のパワーカード３に対向する側面のどの場所においても均一な冷却効率が実現される。
The effect of the configuration described above will be described. By providing the
また、上述の構成によれば、複数のピンフィン３３ａの先端面は内部フレーム６０のゴム６２ａに密着している。そのため、ピンフィン３３ａの先端から先には冷媒が流れる余地がない。全ての冷媒がピンフィンの外周面に沿って流れることになり、冷却器２の冷却効率が向上する。
Further, according to the above configuration, the tip surfaces of the plurality of
また、上述の構成によれば、金属板３２ａ、３２ｂに設けられた位置決めピン３５ａと内部フレーム６０に設けられた位置決め孔６５により内部フレーム６０に対する金属板３２ａ、３２ｂの位置を規制するので、少ない公差の積み上げで内部フレーム６０に対する金属板３２ａ、３２ｂの位置を規制することができる。したがって、金属板３２ａ、３２ｂの複数のピンフィン３３ａと内部フレーム６０の流路面との間隔を精度よく決めることができる。
Further, according to the above-described configuration, the positions of the
また、内部フレーム６０の一部品に、流路面６３Ｕ，６３Ｌの溝６４Ｕ，６４Ｌと、ピンフィンの先端面に密着するゴム６２ａ，６２ｂと、位置決め孔６５が集約されている。したがって、上述の効果を一部品で簡易に実現することができる。
Further,
また、外部フレーム４０と内部フレーム６０は樹脂製である。樹脂製であるので外部フレーム４０と内部フレーム６０のような複雑な形状を射出成型、ＬＭＩなどにより容易に作ることができる。
The
図１１，図１２を参照して、変形例の電力変換器について説明する。変形例の電力変換器は、内部フレーム６０の構成が異なる以外は、実施例の電力変換器と同じ構成である。以下では、構成が異なる変形例の電力変換器の内部フレーム２６０について説明する。図中において実施例の電力変換器と同じ構成である部品には、同一の符号が付してある。図１１は、図７と同様の断面図である。図１２は、図１１の破線領域XIIの拡大図である。変形例では、冷却器２０２ａの内部フレーム２６０において流路溝２６１ａの構成が実施例と異なっている。流路溝２６１ａの冷媒の流れ方向（即ち、Ｙ軸方向）に沿って延びる互いに対向する流路面２６３Ｕ，２６３Ｌが、複数のピンフィン３３ａの延設方向（即ち、Ｘ軸方向）から見たときに波打った形状を有している。流路面２６３Ｕは、Ｘ軸方向から見たときに、流路面２６３Ｕに最も近いピンフィンの列ＵＬと同じピッチで波打っている。流路面２６３Ｌも同様に、Ｘ軸方向から見たときに、流路面２６３Ｌに最も近いピンフィンの列ＬＬと同じピッチで波打っている。なお、内部フレーム２６０の流路溝２６１ａの反対側に位置する流路溝の流路面も同様に波打っている。
With reference to FIG. 11, FIG. 12, the power converter of a modification is demonstrated. The power converter according to the modified example has the same configuration as the power converter according to the embodiment except that the configuration of the
図１２を参照して、代表して流路面２６３Ｌの構成についてさらに説明する。波打っている流路面２６３Ｌの各波の谷２６４Ｌは、冷媒の流れ方向と直交する方向（即ちＺ軸方向）で列ＬＬの各ピンフィンに対向している。ここで、各波の谷２６４Ｌの形状は、実施例の溝６４Ｌと同じ形状をしている。即ち、各波の谷２６４Ｌの内面は、列ＵＬの各ピンフィンの外周面と平行に湾曲している。そして、各波の谷２６４Ｌの内面と列ＬＬの各ピンフィンの外周面との間隔Ｄ２は、互いに隣接するピンフィンの間隔Ｄ１と同じである。一方、波打っている流路面２６３Ｌの各波の山２６５Ｌは、Ｚ軸方向で列ＬＬの次の列の各ピンフィンに対向している。図１２に示すように、各波の山２６５Ｌの外面は、延設方向から見たときに円弧状に湾曲している。この円弧の直径Ｒ２は、複数のピンフィン３３ａの直径Ｒ１と同じである。そして、各波の山２６５Ｌの外面と各波の山２６５Ｌに対向する列ＬＬの次の列の各ピンフィンとのＺ軸方向における間隔Ｄ３は、互いに隣接するピンフィンの間隔Ｄ１と同じである。
With reference to FIG. 12, the structure of the flow path surface 263L will be further described as a representative. Each
このような構成によれば、波の谷２６４Ｌの内面と列ＬＬの各ピンフィンの外周面との間隔Ｄ２だけでなく、波の山２６５Ｌの外面と列ＬＬの次の列の各ピンフィンの外周面とのＺ軸方向における間隔Ｄ３も、互いに隣接するピンフィンの間隔Ｄ１と同じになる。よって、波の谷２６４Ｌの内面と列ＬＬの各ピンフィンとの間だけでなく、波の山２６５Ｌの外面と列ＬＬの次の列の各ピンフィンとの間にも、互いに隣接するピンフィンと同じ間隔の流路を形成することができる。よって、流路面２６３Ｌと列ＬＬの各ピンフィンの間だけでなく、流路面２６３Ｌと列ＬＬの次の列の各ピンフィンの間を流れる冷媒の流速も、互いに隣接するピンフィン間を流れる冷媒の流速と同じになる。流路面２６３Ｕについても同様である。したがって、流路Ｐ２，Ｐ３を流れる冷媒の流速は、流路面とその流路面に最も近いピンフィンの間だけでなく流路面とその流路面から２列面に近いピンフィンの間でも、互いに隣接するピンフィンの間と均一な流速になる。よって、さらに冷却器２の冷却効率を向上させることが期待される。
According to such a configuration, not only the distance D2 between the inner surface of the
本明細書における「内部フレーム６０，２６０」が「フレーム」の一例である。 “Internal frames 60, 260” in this specification is an example of “frame”.
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例の流路面６３Ｕ，６３Ｌの溝６４Ｕ，６４Ｌと流路面に最も近い列の各ピンフィンとは、概ね平行であればよく、高精度に平行であることを求めるものではない。また、互いに隣接するピンフィンの間隔も、概ね等間隔で有ればよい。また、ピンフィンの形状は、円柱に限らない。例えば、楕円柱や角柱であってもよい。その場合、流路面の溝や波打つ形状は、そのピンフィンの形状に応じた形状となる。また、外部フレーム、内部フレームは樹脂製に限らない。例えば、金属製であってもよい。また、外部フレームと内部フレームが一体で成型されてもよい。
Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. The
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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
２（２ａ−２ｅ），２０２ａ：冷却器
３（３ａ−３ｄ）：パワーカード
９：絶縁板
１０：積層ユニット
２０：ケース
２１：供給管
２２：排出管
２３：板バネ
２４：コンデンサ素子
２５：リアクトル
２８：カバー
２９：端子
３１：ガスケット
３２ａ，３２ｂ：金属板
３３ａ，３３ｂ：ピンフィン
３４ａ，３４ｂ：ガスケット
３５ａ：位置決めピン
４０：外部フレーム
４２ａ，４２ｂ：突出部
４３ａ，４３ｂ：貫通孔
４４ａ：流入口
４４ｂ：流出口
４５：中央孔
５１：半導体素子
６０，２６０：内部フレーム
６１ａ，６１ｂ，２６１ａ：流路溝
６２ａ，６２ｂ：ゴム
６３Ｌ，６３Ｕ，２６３Ｌ，２６３Ｕ：流路面
６４Ｌ，６４Ｕ：溝
６５：位置決め孔
１００：電力変換器
２６４Ｌ：波の谷
２６５Ｌ：波の山
Ｐ１：供給路
Ｐ２，Ｐ３：流路
Ｐ４：排出路
2 (2a-2e), 202a: cooler 3 (3a-3d): power card 9: insulating plate 10: laminated unit 20: case 21: supply pipe 22: discharge pipe 23: leaf spring 24: capacitor element 25: reactor 28: Cover 29: Terminal 31:
Claims (1)
前記パワーカードと積層されており、内部に液体冷媒が通過する冷却器と、
を備えており、
前記冷却器は、
前記パワーカードと対向する側面と平行な方向に前記液体冷媒が流れる流路が設けられていると共に、前記側面に前記流路と連通している開口が設けられているフレームと、
一方の面が前記開口を塞いでいると共に他方の面が前記パワーカードと対向しており、前記一方の面には複数のピンフィンが前記流路の内側に向かって延びるように設けられている金属板と、
を備えており、
前記複数のピンフィンは、当該複数のピンフィンの延設方向から見たときに縦横に並んでいると共に横の並び方向から見たときに縦の並び方向の一つの列の隣接するピンフィンの間に次の列の１つのピンフィンが位置しており、前記複数のピンフィンの延設方向から見たときに一つのピンフィンと前記一つのピンフィンの周囲に位置する他のピンフィンとの間隔が等間隔になるように並んでおり、
前記流路を形成する流路面であって前記金属板と直交していると共に前記液体冷媒の流れ方向に沿って延びている流路面には、前記複数のピンフィンの前記流路面に最も近い列の各ピンフィンと対向する位置に当該ピンフィンと平行に延びている溝が設けられており、
前記溝の内面が対応するピンフィンの外周面と平行となるように湾曲していると共に、前記外周面と前記内面との間隔が前記一つのピンフィンと前記他のピンフィンとの間隔と同じ長さである、
ことを特徴とする電力変換器。 A power card containing a semiconductor element;
A cooler that is laminated with the power card and through which liquid refrigerant passes;
With
The cooler is
A frame provided with a flow path through which the liquid refrigerant flows in a direction parallel to a side face facing the power card, and an opening provided in communication with the flow path on the side face;
A metal in which one surface closes the opening and the other surface faces the power card, and a plurality of pin fins are provided on the one surface so as to extend toward the inside of the flow path. The board,
With
The plurality of pin fins are arranged vertically and horizontally when viewed from the extending direction of the plurality of pin fins, and next to adjacent pin fins in one row in the vertical alignment direction when viewed from the horizontal alignment direction. One pin fin in the row is located, and when viewed from the extending direction of the plurality of pin fins, the interval between one pin fin and the other pin fins located around the one pin fin is equal. Lined up
The flow path surface that forms the flow path and is orthogonal to the metal plate and extends in the flow direction of the liquid refrigerant is arranged in a row closest to the flow path surface of the plurality of pin fins. A groove extending in parallel with the pin fin is provided at a position facing each pin fin,
The inner surface of the groove is curved so as to be parallel to the outer peripheral surface of the corresponding pin fin, and the interval between the outer peripheral surface and the inner surface is the same as the interval between the one pin fin and the other pin fin. is there,
A power converter characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014243295A JP2016105441A (en) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | Power converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014243295A JP2016105441A (en) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | Power converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016105441A true JP2016105441A (en) | 2016-06-09 |
Family
ID=56102798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014243295A Pending JP2016105441A (en) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | Power converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016105441A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018032744A (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
| JP2018037496A (en) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 本田技研工業株式会社 | Cooler and cooling device including the same |
| CN108024486A (en) * | 2018-01-04 | 2018-05-11 | 钦州学院 | Minitype radiator and its manufacture method based on dragonfly wing microcosmic surface |
| JP2019204922A (en) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 富士電機株式会社 | Cooler, semiconductor module, vehicle and manufacturing method |
| WO2023235065A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | Parker-Hannifin Corporation | Heat sink with pin fins and non-straight constant volume flow channel |
-
2014
- 2014-12-01 JP JP2014243295A patent/JP2016105441A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018032744A (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
| JP2018037496A (en) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 本田技研工業株式会社 | Cooler and cooling device including the same |
| CN108024486A (en) * | 2018-01-04 | 2018-05-11 | 钦州学院 | Minitype radiator and its manufacture method based on dragonfly wing microcosmic surface |
| JP2019204922A (en) * | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 富士電機株式会社 | Cooler, semiconductor module, vehicle and manufacturing method |
| JP7159617B2 (en) | 2018-05-25 | 2022-10-25 | 富士電機株式会社 | Cooling device, semiconductor module, vehicle and manufacturing method |
| WO2023235065A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | Parker-Hannifin Corporation | Heat sink with pin fins and non-straight constant volume flow channel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4379339B2 (en) | Semiconductor cooling device | |
| CN108475832B (en) | Battery pack using direct cooling method on edge surface of battery | |
| JP5120605B2 (en) | Semiconductor module and inverter device | |
| JP5737275B2 (en) | Inverter device | |
| JP6315091B2 (en) | Cooler and fixing method of cooler | |
| RU2019127062A (en) | SEMICONDUCTOR COOLING SYSTEM | |
| JP2016105441A (en) | Power converter | |
| KR20180080614A (en) | Water cooling battery module of electric vehicle | |
| KR20050036905A (en) | Drive device | |
| TW201828527A (en) | Cell module | |
| ES2906108T3 (en) | Integrated Power Semiconductor Packaging Apparatus and Power Converter | |
| KR101388779B1 (en) | Semiconductor package module | |
| JP6686848B2 (en) | Power module | |
| JP2014143273A (en) | Laminated cooling unit | |
| JP6398889B2 (en) | Power converter | |
| CN211578734U (en) | Heat conducting device for electronic device | |
| CN110120389B (en) | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips | |
| JP2017011161A (en) | Power conversion device | |
| JP2016171097A (en) | Lamination unit | |
| JP2013059155A (en) | Electric power conversion apparatus | |
| JP2017079305A (en) | Radiator | |
| JP6424750B2 (en) | Power converter | |
| CN219628188U (en) | Liquid cooling radiator for circuit | |
| CN220233179U (en) | Heat dissipation device | |
| JP7136139B2 (en) | power converter |