JP2017055586A

JP2017055586A - Electric power conversion device

Info

Publication number: JP2017055586A
Application number: JP2015178521A
Authority: JP
Inventors: 広之山井; Hiroyuki Yamai
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power conversion device which has a cooling passage for cooling double surfaces of a power semiconductor module to reduce pressure loss in the cooling passage.SOLUTION: In an electric power conversion device, a cooling passage 420 of a cooler structure 400A includes: a first cooling passage 421 for cooling one surface 301a of a power semiconductor module 300; a second cooling passage 422 for cooling the other surface 301b of the power semiconductor module 300; and a folded cooling passage 423 connecting the first cooling passage 421 with the second cooling passage 422. The electric power conversion device is formed so that pressure loss of a refrigerant flowing in the first cooling passage 421 is different from pressure loss of a refrigerant flowing in the second cooling passage.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

インバータ回路の上下アームの直列回路を内蔵する、例えば、３相用のパワー半導体モジュールを有する電力変換装置は、各パワー半導体モジュールを冷却するための冷却流路を備えている。このような電力変換装置の一例として、冷却流路の一端側から導入した冷却水が各パワー半導体モジュールの一面側を冷却するように流通し、他端側で折り返し、折り返し後は、冷却水が各パワー半導体モジュールの他面側を冷却するように流通するようにした冷却構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１の図２５（Ｂ）、（Ｃ）参照）。 For example, a power conversion device that includes a series circuit of upper and lower arms of an inverter circuit and has a power semiconductor module for three phases includes a cooling channel for cooling each power semiconductor module. As an example of such a power conversion device, the cooling water introduced from one end side of the cooling flow channel circulates so as to cool one surface side of each power semiconductor module, and is folded at the other end side. What has the cooling structure which distribute | circulated so that the other surface side of each power semiconductor module might be cooled is known (for example, refer FIG. 25 (B), (C) of patent document 1).

特許第４５８０９９７号Japanese Patent No. 4580997

特許文献１に記載の電力変換装置では、冷却流路が長くなるために、冷却流路における冷却水の圧力損失が高くなる。 In the power converter described in Patent Document 1, the cooling flow path becomes longer, and thus the pressure loss of the cooling water in the cooling flow path increases.

本発明の電力変換装置は、一面および前記一面に対向する他面に、それぞれ、冷却フィンが突出して形成され、インバータ回路の上下アームの直列回路を内蔵するＮ相（Ｎは１以上）用のパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールの前記一面および前記他面を冷却するための冷却路を有する冷却器構成体とを備え、前記冷却器構成体の前記冷却路は、前記パワー半導体モジュールの前記一面を冷却する第１の冷却流路と、前記パワー半導体モジュールの前記他面を冷却する第２の冷却流路と、前記第１の冷却流路と前記第２の冷却流路とを接続する折り返し冷却流路とを備え、前記第１の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失と前記第２の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失とが異なるように構成されている。 The power conversion device of the present invention is for an N phase (N is 1 or more) in which cooling fins are formed to protrude on one surface and the other surface facing the one surface, and a series circuit of upper and lower arms of an inverter circuit is built in. A power semiconductor module; and a cooler structure having a cooling path for cooling the one surface and the other surface of the power semiconductor module, wherein the cooling path of the cooler structure includes the power semiconductor module A first cooling channel for cooling one surface, a second cooling channel for cooling the other surface of the power semiconductor module, and the first cooling channel and the second cooling channel are connected. A return cooling flow path, and the pressure loss of the refrigerant flowing through the first cooling flow path is different from the pressure loss of the refrigerant flowing through the second cooling flow path.

本発明によれば、冷却流路における冷却水の圧力損失を低減することができる。 According to the present invention, the pressure loss of the cooling water in the cooling channel can be reduced.

本発明の電力変換装置の第１の実施形態の分解斜視図。The disassembled perspective view of 1st Embodiment of the power converter device of this invention. 図１に図示されたパワー半導体モジュールの拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of the power semiconductor module illustrated in FIG. 1. 図２に図示されたパワー半導体モジュールのモジュールケースを除去した斜視図。The perspective view which removed the module case of the power semiconductor module illustrated in FIG. 図２に図示されたパワー半導体モジュールに内蔵された回路の一例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit built in the power semiconductor module shown in FIG. 2. 本発明の電力変換装置の回路の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the circuit of the power converter device of this invention. 本発明の電力変換装置の冷却路の一例を示し、図１における切断面ＶＩで切断した断面図。Sectional drawing which shows an example of the cooling path of the power converter device of this invention, and cut | disconnected by the cut surface VI in FIG. 図１における切断面ＶＩＩで切断した断面図。Sectional drawing cut | disconnected by the cut surface VII in FIG. 図１における切断面ＶＩＩＩで切断した断面図。Sectional drawing cut | disconnected by the cut surface VIII in FIG. 比較例としてのパワー半導体モジュールの両面同時冷却型を示す図。The figure which shows the double-sided simultaneous cooling type | mold of the power semiconductor module as a comparative example. 図８に対応する比較品の断面図。Sectional drawing of the comparative product corresponding to FIG. パワー半導体モジュールの熱抵抗と圧力損失との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the thermal resistance of a power semiconductor module, and pressure loss. 熱抵抗と圧力損失とにより求められる温度上昇を計算するための等価回路図。The equivalent circuit diagram for calculating the temperature rise calculated | required by thermal resistance and pressure loss. （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の電力変換装置の第２の実施形態を示す平面図。(A), (B) is a top view which shows 2nd Embodiment of the power converter device of this invention.

−第１の実施形態−
（電力変換装置の全体構造）
以下、図１〜図１２を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の電力変換装置の第１の実施形態の分解斜視図である。
電力変換装置１は、３つのパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃと、冷却器構成体４００Ａと、６つの上部側流通規制部材４０３とを備えている。
各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、アルミニウム合金等により形成されたモジュールケース３０１にインバータ回路の上下アームの直列回路を内蔵している。パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの詳細、およびパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに内蔵されるインバータ回路については、後述する。 -First embodiment-
(Overall structure of power converter)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment of a power conversion device of the present invention.
The power conversion apparatus 1 includes three power semiconductor modules 300a to 300c, a cooler configuration body 400A, and six upper-side flow restriction members 403.
Each power semiconductor module 300a to 300c incorporates a series circuit of upper and lower arms of an inverter circuit in a module case 301 formed of aluminum alloy or the like. Details of the power semiconductor modules 300a to 300c and inverter circuits built in the power semiconductor modules 300a to 300c will be described later.

冷却器構成体４００Ａは、ハウジング、すなわち冷却器本体４００、および支持部材４０１を有する。冷却器本体４００および支持部材４０１は、アルミニウム合金等の金属部材により形成されている。冷却器本体４００の上部側には、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを挿通する開口部４１１が形成されている。冷却器本体４００には、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃが開口部４１１から挿入された状態で、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃと冷却器本体４００の内壁面４１２、４１３（図８参照）との間に冷却路４２０（図６参照）を形成する収容空間が形成されている。冷却器本体４００の長手方向の一端面には、冷却水の導入口４０５および導出口４０６が形成されている。図１に図示されているように、導入・導出口４０５、４０６から最も遠い位置のパワー半導体モジュールを３００ａ、中間位置のパワー半導体モジュールを３００ｂ、最も近い位置のワー半導体モジュールを３００ｃとする。冷却器本体４００の下部側、すなわち３つの開口部４１１の反対面側には、下部開口が形成されている。下部開口は、冷却器本体４００のほぼ全長に亘る長さに形成されている。 The cooler structure 400A includes a housing, that is, a cooler body 400, and a support member 401. The cooler body 400 and the support member 401 are formed of a metal member such as an aluminum alloy. On the upper side of the cooler main body 400, an opening 411 is formed through which the power semiconductor modules 300a to 300c are inserted. In the cooler main body 400, the power semiconductor modules 300a to 300c are inserted through the openings 411, and the power semiconductor modules 300a to 300c and the inner wall surfaces 412 and 413 of the cooler main body 400 (see FIG. 8). An accommodation space for forming a cooling path 420 (see FIG. 6) is formed therebetween. A cooling water introduction port 405 and a discharge port 406 are formed on one end surface of the cooler body 400 in the longitudinal direction. As shown in FIG. 1, the power semiconductor module farthest from the inlet / outlet ports 405 and 406 is denoted by 300a, the power semiconductor module at the middle position is denoted by 300b, and the word semiconductor module at the nearest position is denoted by 300c. A lower opening is formed on the lower side of the cooler body 400, that is, on the side opposite to the three openings 411. The lower opening is formed to have a length that covers almost the entire length of the cooler main body 400.

支持部材４０１は、冷却器本体４００の下部開口を塞いで、不図示の締結部材により冷却器本体４００に固定される。支持部材４０１には、三対の下部側流通規制部４１６が一体に形成されている。一対の下部側流通規制部４１６は、それぞれ、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの厚さ方向に離間して配置されている。各下部側流通規制部４１６は、冷却器本体４００の内壁面４１２または４１３（図８参照）とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃそれぞれとの間に配置され、冷却器本体４００の長手方向への冷却水の流通を規制する。この詳細は、後述する。支持部材４０１は、周縁部の所定箇所に接着剤である液状ガスケット４０４を塗布した状態で、冷却器本体４００に締結される。 The support member 401 closes the lower opening of the cooler body 400 and is fixed to the cooler body 400 by a fastening member (not shown). The support member 401 is integrally formed with three pairs of lower-side flow restricting portions 416. The pair of lower-side flow restricting portions 416 are spaced apart from each other in the thickness direction of the power semiconductor modules 300a to 300c. Each lower-side flow restricting portion 416 is disposed between the inner wall surface 412 or 413 (see FIG. 8) of the cooler body 400 and each of the power semiconductor modules 300a to 300c, and the cooling water in the longitudinal direction of the cooler body 400 Regulate the distribution of Details of this will be described later. The support member 401 is fastened to the cooler main body 400 in a state where a liquid gasket 404 that is an adhesive is applied to a predetermined portion of the peripheral edge.

冷却器本体４００の上面の各開口部４１１の周縁部には、環状シール部材４０２が取りつけられている。各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、長さおよび幅が開口部４１１より大きいフランジ３１１を有している。各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、フランジ３１１の下面を環状シール部材４０２に押し付けた状態で、不図示の締結部材により冷却器本体４００の上面に固定される。 An annular seal member 402 is attached to the peripheral edge of each opening 411 on the upper surface of the cooler body 400. Each power semiconductor module 300 a to 300 c has a flange 311 having a length and a width that are larger than the opening 411. Each of the power semiconductor modules 300a to 300c is fixed to the upper surface of the cooler main body 400 by a fastening member (not shown) in a state where the lower surface of the flange 311 is pressed against the annular seal member 402.

６つの上部側流通規制部材４０３は、三対として配置されている。一対の上部側流通規制部材４０３は、それぞれ、各パワー半導体モジュール３００の厚さ方向に離間して配置されている。各上部側流通規制部材４０３は、冷却器本体４００の内壁面４１２または４１３（図８参照）とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとの間に配置され、冷却器本体４００の長手方向への冷却水の流通を規制する。この詳細は、後述する。 The six upper side flow restriction members 403 are arranged in three pairs. The pair of upper-side flow restriction members 403 are disposed separately from each other in the thickness direction of each power semiconductor module 300. Each upper-side flow regulating member 403 is disposed between the inner wall surface 412 or 413 (see FIG. 8) of the cooler body 400 and the power semiconductor modules 300a to 300c, and the cooling water in the longitudinal direction of the cooler body 400 Regulate distribution. Details of this will be described later.

（パワー半導体モジュール）
図２は、図１に図示されたパワー半導体モジュールの拡大図であり、図３は、図２に図示されたパワー半導体モジュールのモジュールケースを除去した斜視図である。
パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、同一の構造を有しており、以下では、適宜、パワー半導体モジュール３００として説明する。
上述したように、各パワー半導体モジュール３００は、モジュールケース３０１およびフランジ３１１を有する。フランジ３１１は、モジュールケース３０１に一体成形により形成される。モジュールケース３０１の一面３０１ａおよび他面３０１ｂ（図８参照）には、それぞれ、多数の冷却フィン３０２が突出して形成されている。冷却フィン３０２は、モジュールケース３０１の一面３０１ａまたは他面３０１ｂにマトリックス状に配列されている。モジュールケース３０１の上部には、開口３０４が形成されている。モジュールケース３０１内には、開口３０４から挿入されたパワー半導体組立体３３０が収容されている。モジュールケース３０１内にパワー半導体組立体３３０を収容した状態で、開口３０４からモジュールケース３０１内部に樹脂３３１が充填される。
パワー半導体組立体３３０を電気回路と関連付けて説明する。 (Power semiconductor module)
2 is an enlarged view of the power semiconductor module shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the power semiconductor module shown in FIG. 2 with the module case removed.
The power semiconductor modules 300a to 300c have the same structure, and will be described below as the power semiconductor module 300 as appropriate.
As described above, each power semiconductor module 300 includes the module case 301 and the flange 311. The flange 311 is formed on the module case 301 by integral molding. A large number of cooling fins 302 protrude from one surface 301a and the other surface 301b (see FIG. 8) of the module case 301, respectively. The cooling fins 302 are arranged in a matrix on one surface 301a or the other surface 301b of the module case 301. An opening 304 is formed in the upper part of the module case 301. A power semiconductor assembly 330 inserted from the opening 304 is accommodated in the module case 301. With the power semiconductor assembly 330 housed in the module case 301, the resin 331 is filled into the module case 301 from the opening 304.
The power semiconductor assembly 330 will be described in association with an electric circuit.

（インバータ回路）
図４は、図２に図示されたパワー半導体モジュールに内蔵された回路の一例を示す回路図であり、図５は、本発明の電力変換装置の回路の一例を示す回路図である。
図４に図示されるように、パワー半導体組立体３３０には、２つのＩＧＢＴ１１０、１２０と２つのダイオード１３０、１４０とが内蔵されている。ＩＧＢＴ１１０とダイオード１３０とは上アーム回路を構成する。ＩＧＢＴ１２０とダイオード１４０とは、下アーム回路を構成する。
ＩＧＢＴ１１０のエミッタとＩＧＢＴ１２０のコレクタが接続される。この接続点にはダイオード１３０のアノードとダイオード１４０のカソードの接続点とが接続され、また、交流出力端子１０２が接続される。ＩＧＢＴ１１０のコレクタおよびダイオード１３０のカソードは直流正極性入力端子１０１に接続される。ＩＧＢＴ１２０のエミッタおよびダイオード１３０のアノードは直流負極性入力端子１００に接続される。また、ＩＧＢＴ１１０、１２０のゲートは、それぞれ、ゲート端子１１１、１２１に接続され、ＩＧＢＴ１１０、１２０のエミッタは、それぞれ、エミッタ端子１１２、１２２に接続される。図４に図示された各端子、１００、１０１、１０２、１１１、１１２、１２１、１２２の実装構造は図３に図示されている。但し、図３においては、直流負極性入力端子１００は、１００ａ、１００ｂとして２つ形成され、パワー半導体組立体３３０内部で電気的に接続される。また、直流正極性入力端子１０１は、１０１ａ、１０１ｂとして２つに形成され、パワー半導体組立体３３０内部で電気的に接続される。 (Inverter circuit)
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a circuit built in the power semiconductor module shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a circuit of the power conversion device of the present invention.
As shown in FIG. 4, the power semiconductor assembly 330 incorporates two IGBTs 110 and 120 and two diodes 130 and 140. The IGBT 110 and the diode 130 constitute an upper arm circuit. The IGBT 120 and the diode 140 constitute a lower arm circuit.
The emitter of IGBT 110 and the collector of IGBT 120 are connected. The connection point is connected to the connection point of the anode of the diode 130 and the cathode of the diode 140, and the AC output terminal 102 is connected. The collector of IGBT 110 and the cathode of diode 130 are connected to DC positive input terminal 101. The emitter of IGBT 120 and the anode of diode 130 are connected to DC negative input terminal 100. The gates of the IGBTs 110 and 120 are connected to the gate terminals 111 and 121, respectively, and the emitters of the IGBTs 110 and 120 are connected to the emitter terminals 112 and 122, respectively. The mounting structure of each terminal 100, 101, 102, 111, 112, 121, 122 shown in FIG. 4 is shown in FIG. However, in FIG. 3, two DC negative input terminals 100 are formed as 100 a and 100 b and are electrically connected inside the power semiconductor assembly 330. Further, the DC positive input terminals 101 are formed in two as 101 a and 101 b and are electrically connected inside the power semiconductor assembly 330.

上アーム回路のＩＧＢＴ１１０は、図３において左右方向に並んで配置された２つの基板に形成されている。上アーム回路のダイオード１３０は、ＩＧＢＴ１１０が形成された各基板とは別基板に形成され、図３において、ＩＧＢＴ１１０が形成された２つの基板の下方に配置されている。
下アーム回路のＩＧＢＴ１２０は、図３において左右方向に並んで配置された２つの基板に形成されている。下アーム回路のダイオード１４０は、ＩＧＢＴ１２０が形成された各基板とは別基板に形成され、図３においてＩＧＢＴ１２０が形成された２つの基板の下方に配置されている。 The IGBT 110 of the upper arm circuit is formed on two substrates arranged side by side in the left-right direction in FIG. The diode 130 of the upper arm circuit is formed on a substrate different from each substrate on which the IGBT 110 is formed, and is disposed below the two substrates on which the IGBT 110 is formed in FIG.
The IGBT 120 of the lower arm circuit is formed on two substrates arranged in the left-right direction in FIG. The diode 140 of the lower arm circuit is formed on a substrate different from each substrate on which the IGBT 120 is formed, and is disposed below the two substrates on which the IGBT 120 is formed in FIG.

図３に図示されるように、上アーム回路のＩＧＢＴ１１０が形成された２つの基板およびダイオード１３０が形成された基板は、導体板３１５、３１８間に配置され、不図示の導電性接合剤により各導体板３１５、３１８に接合されている。また、下アーム回路の２つの基板に形成されたＩＧＢＴ１２０およびダイオード１４０が形成された基板は、導体板３１６、３１９間に配置され、不図示の導電性接合剤により各導体板３１６、３１９に接合されている。導体板３１６と導体板３１８とは不図示の中間電極により接続されている。なお、本発明では、上アーム回路のＩＧＢＴ１１０が形成される基板および下アーム回路のＩＧＢＴ１２０が形成される基板は一つでもよい。 As shown in FIG. 3, the two substrates on which the IGBT 110 of the upper arm circuit and the substrate on which the diode 130 is formed are disposed between the conductor plates 315 and 318, and each is formed by a conductive bonding agent (not shown). It is joined to the conductor plates 315 and 318. Further, the IGBT 120 formed on the two substrates of the lower arm circuit and the substrate on which the diode 140 is formed are disposed between the conductive plates 316 and 319 and bonded to the conductive plates 316 and 319 by a conductive bonding agent (not shown). Has been. The conductor plate 316 and the conductor plate 318 are connected by an intermediate electrode (not shown). In the present invention, the number of substrates on which the IGBT 110 of the upper arm circuit is formed and the number of substrates on which the IGBT 120 of the lower arm circuit are formed may be one.

図１に図示された３つのパワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として動作するアーム回路としての機能を備えている。パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂ、３００ｃに内蔵される上下のアーム回路は、図５に図示されるように接続される。すなわち、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃのそれぞれの直流正極性入力端子１０１、および直流負極性入力端子１００は、バスバー等で図５に図示された端子２０１または２００に接続される。端子２０１、２００は、図示しない直流電源に接続される。また、パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂ、３００ｃのそれぞれの交流出力端子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは図示しない負荷に電気的に接続される。
なお、図３および図５におけるＴは、ＩＧＢＴを示し、Ｄはダイオードを示す。 The three power semiconductor modules 300a, 300b, and 300c illustrated in FIG. 1 have functions as arm circuits that operate as a U phase, a V phase, and a W phase, respectively. The upper and lower arm circuits built in the power semiconductor modules 300a, 300b, and 300c are connected as shown in FIG. That is, the DC positive input terminal 101 and the DC negative input terminal 100 of each of the power semiconductor modules 300a to 300c are connected to the terminal 201 or 200 shown in FIG. 5 by a bus bar or the like. Terminals 201 and 200 are connected to a DC power source (not shown). The AC output terminals 102a, 102b, 102c of the power semiconductor modules 300a, 300b, 300c are electrically connected to a load (not shown).
3 and 5, T represents an IGBT, and D represents a diode.

図３に図示されるように、直流負極性入力端子１００ａ、１００ｂ（共にパワー半導体組立体３３０内部で端子１００に接続）、直流正極性入力端子１０１ａ、１０１ｂ（共にパワー半導体組立体３３０内部で端子１０１に接続）、交流出力端子１０２は、補助モールド部材３１３によりインサート成形される。補助モールド部材３１３によりモジュールケース３０１と、直流負・正極性入力端子１００ａ、１００ｂ、１０１ａ、１０１ｂとの絶縁が確保される。これらの入出力端子は図示しないバスバーに例えば、ＴＩＧ溶接にて接続される。 As shown in FIG. 3, DC negative input terminals 100a and 100b (both connected to the terminal 100 inside the power semiconductor assembly 330), DC positive input terminals 101a and 101b (both terminals inside the power semiconductor assembly 330). The AC output terminal 102 is insert-molded by the auxiliary mold member 313. The auxiliary mold member 313 ensures insulation between the module case 301 and the DC negative / positive input terminals 100a, 100b, 101a, 101b. These input / output terminals are connected to a bus bar (not shown) by, for example, TIG welding.

同様に、ＩＧＢＴ１１０、１２０のスイッチング制御を行うゲート端子１１１、１２１、エミッタ端子１１２、１２２が補助モールド部材３１３にインサート成形される。補助モールド部材３１３により、モジュールケース３０１と、ゲート端子１１１、１２１、エミッタ端子１１２、１２２との絶縁が確保される。これらの制御端子は図示しない制御回路の所定部に半田により接続される。
なお、図３には参照番号を付加していない４つの端子が示されているが、これらは、ＩＧＢＴ１１０、１２０の過電流や、過温度を検出するためのセンサ信号用の端子である。 Similarly, gate terminals 111 and 121 and emitter terminals 112 and 122 that perform switching control of the IGBTs 110 and 120 are insert-molded in the auxiliary mold member 313. The auxiliary mold member 313 ensures insulation between the module case 301 and the gate terminals 111 and 121 and the emitter terminals 112 and 122. These control terminals are connected to predetermined portions of a control circuit (not shown) by soldering.
In FIG. 3, four terminals without reference numerals are shown, but these are terminals for sensor signals for detecting overcurrent and overtemperature of the IGBTs 110 and 120.

（冷却器構成体）
図６は、本発明の電力変換装置の冷却路の一例を示し、図１における切断面ＶＩで切断した断面図である。図７は、図１における切断面ＶＩＩで切断した断面図であり、図８は、図１における切断面ＶＩＩＩで切断した断面図である。
冷却器構成体４００Ａは、冷却器本体４００と、冷却器本体４００の下部開口を塞ぐ支持部材４０１とを備えている。
図６および図８に図示されるように、冷却器本体４００内にパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃが収容された状態で、冷却器本体４００の内壁面４１２とパワー半導体モジュール３００の一面３０１ａとの間に第１の冷却流路４２１が形成される。また、冷却器本体４００の内壁面４１３とパワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂとの間に第２の冷却流路４２２が形成される。図６に図示されるように、冷却器本体４００の冷却路４２０にパワー半導体モジュール３００ａが配置された状態で、パワー半導体モジュール３００ａの奥部に第１の冷却流路４２１と第２の冷却流路４２２を接続する折り返し冷却流路４２３が形成される。 (Cooler structure)
FIG. 6 shows an example of the cooling path of the power conversion device of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the cutting plane VI in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the cutting plane VII in FIG. 1, and FIG. 8 is a cross-sectional view cut along the cutting plane VIII in FIG.
The cooler structure 400 </ b> A includes a cooler main body 400 and a support member 401 that closes a lower opening of the cooler main body 400.
As shown in FIGS. 6 and 8, the power semiconductor modules 300 a to 300 c are accommodated in the cooler body 400, and the space between the inner wall surface 412 of the cooler body 400 and the one surface 301 a of the power semiconductor module 300. A first cooling channel 421 is formed in the first. A second cooling channel 422 is formed between the inner wall surface 413 of the cooler body 400 and the other surface 301 b of the power semiconductor module 300. As shown in FIG. 6, in a state where the power semiconductor module 300a is disposed in the cooling path 420 of the cooler main body 400, the first cooling flow path 421 and the second cooling flow are formed at the back of the power semiconductor module 300a. A folded cooling flow path 423 connecting the paths 422 is formed.

図１、図６、図７に図示されるように、冷却器本体４００には、冷媒仕切り部４３１が一体成形により形成されている。冷媒仕切り部４３１は、パワー半導体モジュール３００ａと３００ｂとの間およびパワー半導体モジュール３００ｂと３００ｃとの間に介在されるように設けられている。パワー半導体モジュール３００ｂおよび３００ｃのそれぞれの一方の側面は、一方の冷媒仕切り部４３１の各側端面に接触している。また、パワー半導体モジュール３００ｂおよび３００ａのそれぞれの一方の側面は、他方の冷媒仕切り部４３１の各側端面に接触している。冷媒仕切り部４３１の幅は、パワー半導体モジュール３００の厚さ、すなわち、一面３０１ａと他面３０１ｂ間の長さと同一か、もしくはそれより少し小さい。図７に図示されるように、冷媒仕切り部４３１の上部は、冷却器本体４００の上部として形成されており、第１、第２の冷却流路４２１、４２２の上部を閉塞している。従って、冷媒仕切り部４３１は、冷却水が第１、第２の冷却流路４２１、４２２間を流れるのを防止する。つまり、第冷媒仕切り部４３１は、冷却水が第１の冷却流路４２１と第２の冷却流路４２２とを流通するのを規制する。 As shown in FIGS. 1, 6, and 7, the cooler main body 400 is formed with a refrigerant partition portion 431 by integral molding. Refrigerant partition 431 is provided so as to be interposed between power semiconductor modules 300a and 300b and between power semiconductor modules 300b and 300c. One side surface of each of the power semiconductor modules 300b and 300c is in contact with each side end surface of one refrigerant partition portion 431. In addition, one side surface of each of the power semiconductor modules 300b and 300a is in contact with each side end surface of the other refrigerant partition portion 431. The width of the refrigerant partition 431 is the same as or slightly smaller than the thickness of the power semiconductor module 300, that is, the length between the one surface 301a and the other surface 301b. As illustrated in FIG. 7, the upper portion of the refrigerant partition portion 431 is formed as the upper portion of the cooler body 400 and closes the upper portions of the first and second cooling flow paths 421 and 422. Therefore, the refrigerant partition portion 431 prevents the cooling water from flowing between the first and second cooling flow paths 421 and 422. That is, the first refrigerant partition 431 restricts the cooling water from flowing through the first cooling channel 421 and the second cooling channel 422.

図８に図示されるように、支持部材４０１に設けられた一対の下部側流通規制部４１６は、それぞれ、第１、第２の冷却路４２１、４２２の領域に配置される。各下部側流通規制部４１６の上面は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａおよび他面３０１ｂにマトリックス状に配列された最下段の冷却フィン３０２の下面よりも低い位置に配置されている。また、一対の下部側流通規制部４１６の内側の側面は、それぞれ、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａまたは他面３０１ｂに接触している。また、一対の下部側流通規制部４１６の外側の側面は、それぞれ、冷却器本体４００の内壁面４１２または４１３の接触している。 As shown in FIG. 8, the pair of lower flow restricting portions 416 provided on the support member 401 are disposed in the regions of the first and second cooling paths 421 and 422, respectively. The upper surface of each lower flow restricting portion 416 is disposed at a position lower than the lower surfaces of the lowermost cooling fins 302 arranged in a matrix on one surface 301a and the other surface 301b of the power semiconductor module 300. In addition, the inner side surfaces of the pair of lower-side flow restricting portions 416 are in contact with the one surface 301a or the other surface 301b of the power semiconductor module 300, respectively. Further, the outer side surfaces of the pair of lower side flow restriction portions 416 are in contact with the inner wall surface 412 or 413 of the cooler main body 400, respectively.

このため、第１、第２の冷却流路４２１、４２２内の冷却水は、下部側流通規制部４１６により、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を冷却水の流通方向に流れるのを規制される。これにより、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を流れる冷却水は、冷却効率の高い、冷却フィン３０２が形成された領域を流れる。なお、下部側流通規制部４１６の内側面や外側面は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａ、他面３０１ｂ、または冷却器本体４００の内壁面４１２、４１３に接触しなくてもよい。僅かな隙間、例えば、０．１ｍｍ程度であれば、冷却水の流通を阻止することができる。 For this reason, the cooling water in the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows through the first and second cooling flow paths 421 and 422 in the flow direction of the cooling water by the lower-side flow restriction unit 416. Be regulated. Thereby, the cooling water flowing through the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows through the region where the cooling fins 302 are formed with high cooling efficiency. Note that the inner side surface and the outer side surface of the lower-side flow restricting portion 416 may not contact the one surface 301a, the other surface 301b, or the inner wall surfaces 412 and 413 of the cooler body 400. If it is a slight gap, for example, about 0.1 mm, the circulation of the cooling water can be prevented.

また、一対の上部側流通規制部材４０３は、それぞれ、冷却路４２０の領域に配置される。各上部側流通規制部材４０３は、パワー半導体モジュール３００のフランジ３１１の下面と、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａ、他面３０１ｂにマトリックス状に配列された最上段の冷却フィン３０２との間に配置されている。一対の上部側流通規制部材４０３の内側の側面は、それぞれ、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａまたは他面３０１ｂに接触している。また、一対の上部側流通規制部材４０３の外側の側面は、それぞれ、冷却器本体４００の内壁面４１２または４１３に接触している。 In addition, the pair of upper side flow restriction members 403 are respectively disposed in the region of the cooling path 420. Each upper-side distribution regulating member 403 is disposed between the lower surface of the flange 311 of the power semiconductor module 300 and the uppermost cooling fins 302 arranged in a matrix on the one surface 301a and the other surface 301b of the power semiconductor module 300. ing. The inner side surfaces of the pair of upper side flow restriction members 403 are in contact with the one surface 301a or the other surface 301b of the power semiconductor module 300, respectively. Further, the outer side surfaces of the pair of upper side flow restriction members 403 are in contact with the inner wall surface 412 or 413 of the cooler body 400, respectively.

このため、第１、第２の冷却流路４２１、４２２内の冷却水は、上部側流通規制部材４０３により、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を、冷却水の流通方向に流れるのを規制される。これにより、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を流れる冷却水は、冷却効率の高い、冷却フィン３０２が形成された領域を流れる。なお、上部側流通規制部材４０３の内側面や外側面は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａ、他面３０１ｂ、または冷却器本体４００の内壁面４１２、４１３に接触しなくてもよい。僅かな隙間、例えば、０．１ｍｍ程度であれば、冷却水の流通を阻止することができる。 Therefore, the cooling water in the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows in the flow direction of the cooling water through the first and second cooling flow paths 421 and 422 by the upper-side flow restriction member 403. Of being regulated. Thereby, the cooling water flowing through the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows through the region where the cooling fins 302 are formed with high cooling efficiency. Note that the inner side surface and the outer side surface of the upper-side flow regulating member 403 may not contact the one surface 301a, the other surface 301b, or the inner wall surfaces 412 and 413 of the cooler body 400. If it is a slight gap, for example, about 0.1 mm, the circulation of the cooling water can be prevented.

図６において、白抜きの矢印は冷却水の流れ方向を示している。図６に図示されるように、導入口４０５から導入された冷却水は、パワー半導体モジュール３００ｃの一面側、冷媒仕切り部４３１、パワー半導体モジュール３００ｂの一面側、冷媒仕切り部４３１、パワー半導体モジュール３００ａの一面側の順に第１の冷却流路４２１を流れる。そして、折り返し冷却流路４２３を流れて折り返し、パワー半導体モジュール３００ａの他面側、冷媒仕切り部４３１、パワー半導体モジュール３００ｂの他面側、冷媒仕切り部４３１、パワー半導体モジュール３００ｃの他面側の順に第２の冷却流路４２２を流れ、導出口４０６から導出される。
つまり、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの各一面３０１ａ側を冷却した冷却水は、折り返し冷却流路４２３で折り返されて、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの各他面３０１ｂ側を冷却する。このため、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの一面３０１ａ側を流れる冷却水と他面３０１ｂ側を流れる冷却水の流れ方向は逆方向となっている。図６に図示されるこのような冷却構造を、「各面順次冷却型」と称することとする。 In FIG. 6, white arrows indicate the flow direction of the cooling water. As shown in FIG. 6, the cooling water introduced from the inlet 405 is provided on the one surface side of the power semiconductor module 300 c, the refrigerant partition portion 431, the one surface side of the power semiconductor module 300 b, the refrigerant partition portion 431, and the power semiconductor module 300 a. The first cooling channel 421 flows in the order of the one surface side. Then, it flows through the folded cooling flow path 423 and is folded, and the other surface side of the power semiconductor module 300a, the refrigerant partition portion 431, the other surface side of the power semiconductor module 300b, the refrigerant partition portion 431, and the other surface side of the power semiconductor module 300c in this order. It flows through the second cooling flow path 422 and is led out from the outlet 406.
That is, the cooling water that has cooled the one surface 301a side of the power semiconductor modules 300a to 300c is folded back by the folded cooling flow path 423 to cool the other surface 301b side of the power semiconductor modules 300a to 300c. For this reason, the flow directions of the cooling water flowing on the one surface 301a side of the power semiconductor modules 300a to 300c and the cooling water flowing on the other surface 301b side are opposite to each other. Such a cooling structure illustrated in FIG. 6 is referred to as “each surface sequential cooling type”.

図９は、比較例としてのパワー半導体モジュールの両面同時冷却型を示す図である。
これに対し、比較例として図９に図示されるように、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの一面３０１ａ側および他面３０１ｂ側を同時に冷却する冷却構造がある。図９において、白抜きの矢印は、冷却水の流れ方向を示している。
比較例の冷却構造では、パワー半導体モジュール３００ｃとパワー半導体モジュール３００ｂとの間、およびパワー半導体モジュール３００ｂとパワー半導体モジュール３００ａの間に、冷媒仕切り部４３１は配置されていない。冷却水の導入口４０５は、パワー半導体モジュール３００ｃの上流側に配置され、冷却水の導出口４０６は、パワー半導体モジュール３００ａの下流側に設けられている。従って、導入口４０５から導入された冷却水は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａ側および他面３０１ｂ側を同時に冷却しながら、パワー半導体モジュール３００ｃ、３００ｂ、３００ａの順に流れ、導出口４０６から導出される。図９に図示された比較例の冷却構造を、「両面同時冷却型」と称することとする。両面同時冷却型では、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの一面３０１ａ側および他面３０１ｂ側を冷却する冷却水の流れ方向は、同方向である。 FIG. 9 is a diagram showing a double-sided simultaneous cooling type of a power semiconductor module as a comparative example.
On the other hand, as shown in FIG. 9 as a comparative example, there is a cooling structure that simultaneously cools the one surface 301a side and the other surface 301b side of each power semiconductor module 300a to 300c. In FIG. 9, white arrows indicate the flow direction of the cooling water.
In the cooling structure of the comparative example, the refrigerant partitioning portion 431 is not disposed between the power semiconductor module 300c and the power semiconductor module 300b and between the power semiconductor module 300b and the power semiconductor module 300a. The cooling water inlet 405 is disposed on the upstream side of the power semiconductor module 300c, and the cooling water outlet 406 is provided on the downstream side of the power semiconductor module 300a. Therefore, the cooling water introduced from the introduction port 405 flows in the order of the power semiconductor modules 300c, 300b, and 300a while cooling the one surface 301a side and the other surface 301b side of the power semiconductor module 300 at the same time, and is led out from the outlet port 406. The The cooling structure of the comparative example illustrated in FIG. 9 is referred to as a “double-sided simultaneous cooling type”. In the double-sided simultaneous cooling type, the flow direction of the cooling water for cooling the one surface 301a side and the other surface 301b side of each power semiconductor module 300a to 300c is the same direction.

上流側のパワー半導体モジュール３００に内蔵されたパワー半導体素子の発熱により、冷却水温度は上昇する。温度が上昇した冷却水により、隣接する下流のパワー半導体モジュール３００が冷却される。このため、隣接する下流側のパワー半導体モジュール３００を冷却する冷却水の温度は、上流側のパワー半導体モジュール３００を冷却する冷却水の温度よりも高くなる。すなわち、図９に示す比較例の冷却構造では、最下流のパワー半導体モジュール３００ａを冷却する冷却水の温度が最も高くなる。 The cooling water temperature rises due to heat generated by the power semiconductor element built in the upstream power semiconductor module 300. The adjacent downstream power semiconductor module 300 is cooled by the cooling water whose temperature has increased. For this reason, the temperature of the cooling water for cooling the adjacent downstream power semiconductor module 300 is higher than the temperature of the cooling water for cooling the upstream power semiconductor module 300. That is, in the cooling structure of the comparative example shown in FIG. 9, the temperature of the cooling water for cooling the most downstream power semiconductor module 300a is the highest.

パワー半導体モジュール３００を冷却する冷却水の上昇温度の一例を例示する。
３相インバータの最大出力１００［ｋＷ］、その時の変換効率を９７％とする。
このケースでは、１つのパワー半導体モジュール３００の損失は、１０００[Ｗ]（＝１００，０００＊（１−０．９７）／３）になる。 An example of the rising temperature of the cooling water for cooling the power semiconductor module 300 is illustrated.
The maximum output of the three-phase inverter is 100 [kW], and the conversion efficiency at that time is 97%.
In this case, the loss of one power semiconductor module 300 is 1000 [W] (= 100,000 * (1−0.97) / 3).

冷媒の密度１０２６［ｋｇ／ｍ³］、比熱３５２８［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］とし、冷却流路を通過する冷却水の流量が５Ｌ／ｍｉｎの時、１つのパワー半導体モジュール３００の損失１０００［Ｗ］による冷却水の温度上昇は、３．３［℃］（＝１０００＊６０／０．００５／３５２８／１０２６）になる。 When the density of the refrigerant is 1026 [kg / m ³ ] and the specific heat is 3528 [J / kg · K], and the flow rate of the cooling water passing through the cooling flow path is 5 L / min, the loss of one power semiconductor module 300 is 1000 [W ], The temperature rise of the cooling water is 3.3 [° C.] (= 1000 * 60 / 0.005 / 3528/1026).

従って、３相インバータ回路を構成するパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを冷却した後の冷却水温度は、ほぼ１０℃上昇する。つまり、最終段のパワー半導体モジュール３００ａに内蔵されたパワー半導体素子のうち、冷却水が最後に通過するパワー半導体素子に供給される冷却水の温度は、ほぼ１０[℃]高くなっている。このことは、最終段のパワー半導体モジュール３００ａに内蔵されたパワー半導体素子の温度上昇が、ほぼ１０[℃]上昇した冷却水による冷却でも、許容値に収まるように設計にするという不経済な状態となることを意味する。 Therefore, the cooling water temperature after cooling the power semiconductor modules 300a to 300c constituting the three-phase inverter circuit rises by about 10 ° C. That is, the temperature of the cooling water supplied to the power semiconductor element through which the cooling water finally passes among the power semiconductor elements built in the power semiconductor module 300a at the final stage is approximately 10 [° C.] higher. This is an uneconomical state in which the temperature rise of the power semiconductor element incorporated in the power semiconductor module 300a in the final stage is designed to be within an allowable value even with cooling by cooling water that has increased by approximately 10 [° C.]. Means that

ここで、図６に図示された各面順次冷却型を、図９に図示された両面同時冷却型と対比する。
図６における最初段と最終段のパワー半導体モジュール３００ｃ、３００ａに着目する。最初段のパワー半導体モジュール３００ｃの一面３０１ａ側は、導入口４０５より導入される冷却水により冷却される。導入口４０５より導入される冷却水の温度は、冷却路４２０を流れる冷却水の中で最も低い。一方、最初段のパワー半導体モジュール３００ｃの他面３０１ｂ側は、パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂの発熱により温度が上昇した冷却水により冷却される。このため、図６に図示された冷却構造における最終段のパワー半導体モジュール３００ａを冷却する冷却水の温度は、図９に示す比較例の冷却構造における最初段のパワー半導体モジュール３００ｃを冷却する冷却水の温度よりも高くなる。 Here, each surface sequential cooling type shown in FIG. 6 is compared with the double-sided simultaneous cooling type shown in FIG.
Attention is paid to the power semiconductor modules 300c and 300a in the first and last stages in FIG. One surface 301a side of the first-stage power semiconductor module 300c is cooled by cooling water introduced from the introduction port 405. The temperature of the cooling water introduced from the inlet 405 is the lowest among the cooling water flowing through the cooling path 420. On the other hand, the other surface 301b side of the power semiconductor module 300c in the first stage is cooled by cooling water whose temperature has risen due to heat generated by the power semiconductor modules 300a and 300b. For this reason, the temperature of the cooling water for cooling the last-stage power semiconductor module 300a in the cooling structure shown in FIG. 6 is the cooling water for cooling the first-stage power semiconductor module 300c in the cooling structure of the comparative example shown in FIG. Higher than the temperature.

図６における最終段のパワー半導体モジュール３００ａの一面３０１ａおよび他面３０１ｂに供給される冷却水の温度は、パワー半導体モジュール３００ｃ、３００ｂそれぞれの一面３０１ａ側のみを冷却した冷却水の温度である。
これに対し、比較例として示す図９の冷却構造における最終段のパワー半導体モジュール３００ａの一面３０１ａおよび他面３０１ｂに供給される冷却水の温度は、パワー半導体モジュール３００ｃ、３００ｂそれぞれの一面３０１ａおよび他面３０１ｂの両面を冷却した冷却水の温度である。
従って、図６における最終段のパワー半導体モジュール３００ａの一面３０１ａおよび他面３０１ｂに供給される冷却水の温度は、比較例として示す図９の冷却構造における最終段のパワー半導体モジュール３００ａの一面３０１ａおよび他面３０１ｂに供給される冷却水の温度よりも低い。 The temperature of the cooling water supplied to one surface 301a and the other surface 301b of the power semiconductor module 300a in the final stage in FIG. 6 is the temperature of the cooling water that has cooled only the one surface 301a side of each of the power semiconductor modules 300c and 300b.
On the other hand, the temperature of the cooling water supplied to one surface 301a and the other surface 301b of the power semiconductor module 300a in the final stage in the cooling structure of FIG. 9 shown as a comparative example is the same as that of the one surface 301a and the other of the power semiconductor modules 300c and 300b. It is the temperature of the cooling water which cooled both surfaces of the surface 301b.
Accordingly, the temperature of the cooling water supplied to the one surface 301a and the other surface 301b of the final power semiconductor module 300a in FIG. 6 is equal to the one surface 301a of the final power semiconductor module 300a in the cooling structure of FIG. It is lower than the temperature of the cooling water supplied to the other surface 301b.

要約すれば、図６に示す冷却構造では、図９に示す冷却構造に比し、最初段側のパワー半導体モジュール３００ｃを冷却する冷却水の温度が高く、最終段側のパワー半導体モジュール３００ａを冷却する冷却水の温度が低い。
このことから、図６における冷却構造では、図９に示す冷却構造よりも、冷却路４２０を流れる冷却水の温度を均一化する作用を有する構造であるといえる。これにより、図６における冷却構造では、冷却効率のよい設計が可能となる。 In summary, in the cooling structure shown in FIG. 6, the temperature of the cooling water for cooling the power semiconductor module 300c on the first stage side is higher than that on the cooling structure shown in FIG. 9, and the power semiconductor module 300a on the final stage side is cooled. Cooling water temperature is low.
From this, it can be said that the cooling structure in FIG. 6 has a function of making the temperature of the cooling water flowing through the cooling path 420 more uniform than the cooling structure shown in FIG. Thus, the cooling structure in FIG. 6 can be designed with good cooling efficiency.

なお、図６に示す冷却構造において、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの一面３０１ａ側と他面３０１ｂ側を冷却する冷却水の流速は、図９に示す冷却構造の、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの一面３０１ａ側または他面３０１ｂ側を冷却する冷却水の流速とほぼ同一である。従って、図６に示す冷却構造における冷却水の流量は、図９に示す冷却構造における冷却水の流量の概ね、半分程度にすることができる。これに伴い、導入口４０５と導出口４０６との圧力差、すなわち、圧力損失は軽減される。 In the cooling structure shown in FIG. 6, the flow rate of the cooling water for cooling the one surface 301a side and the other surface 301b side of each power semiconductor module 300a-300c is the power semiconductor module 300a-300c of the cooling structure shown in FIG. This is substantially the same as the flow rate of the cooling water for cooling the one surface 301a side or the other surface 301b side. Therefore, the flow rate of the cooling water in the cooling structure shown in FIG. 6 can be approximately half of the flow rate of the cooling water in the cooling structure shown in FIG. Accordingly, the pressure difference between the inlet 405 and the outlet 406, that is, the pressure loss is reduced.

しかしながら、図６に示す冷却構造は、図９に示す冷却構造に比し、冷却路４２０の長さが長い。このため、この冷却路４２０が長くなることに起因して圧力損失が高くなる。 However, the cooling structure shown in FIG. 6 has a longer cooling path 420 than the cooling structure shown in FIG. For this reason, the pressure loss increases due to the cooling path 420 becoming longer.

（圧力損失の低減構造）
再び、図８を参照する。
図８に示す本発明の第１の実施形態では、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａと冷却器本体４００の内壁面４１２との距離をａ1、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂと冷却器本体４００の内壁面４１３との距離をａ2とするとき、ａ1＜ａ2となっている。
換言すれば、第１の冷却流路４２１の幅（ａ1）よりも第２の冷却流路４２２の幅（ａ2）の方が大きくなっている。 (Pressure loss reduction structure)
Again referring to FIG.
In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 8, the distance between one surface 301a of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 412 of the cooler body 400 is a1, and the other surface 301b of the power semiconductor module 300 and the cooler body 400 are When the distance from the inner wall surface 413 is a2, a1 <a2.
In other words, the width (a2) of the second cooling channel 422 is larger than the width (a1) of the first cooling channel 421.

一方、図１０に示す比較品では、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａと冷却器本体４００の内壁面４１２との距離ａ1およびパワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂと冷却器本体４００の内壁面４１３との距離ａ1は、同一となっている。
図１０に示す比較品の他の構造は、図８に示す第１の実施形態と同一である。 On the other hand, in the comparative product shown in FIG. 10, the distance a 1 between one surface 301 a of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 412 of the cooler body 400 and the other surface 301 b of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 413 of the cooler body 400. The distance a1 is the same.
The other structure of the comparative product shown in FIG. 10 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

第１の実施形態では、ａ1＜ａ2としたので、第１の冷却流路４２１を流れる冷却水の圧力損失よりも、第２の冷却流路４２２を流れる冷却水の圧力損失を低くすることができる。つまり、第１、第２の冷却流路４２１、４２２の幅が同一のａ1である比較品よりも冷却水の圧力損失を低くすることができる。
このことについて、さらに、説明する。 In the first embodiment, since a1 <a2, the pressure loss of the cooling water flowing through the second cooling flow path 422 can be made lower than the pressure loss of the cooling water flowing through the first cooling flow path 421. it can. That is, the pressure loss of the cooling water can be made lower than that of the comparative product in which the first and second cooling channels 421 and 422 have the same width a1.
This will be further described.

図１１は、パワー半導体モジュール３００の熱抵抗θ［Ｋ／Ｗ］と圧力損失ΔＰ［ＫＰａ］との関係を示す特性図である。
図１０に図示される比較品では、熱抵抗θ［Ｋ／Ｗ］および圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は、ａ1＝ａ2の点に設定されている。この点から、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂと冷却器本体４００の内壁面４１３との距離ａ2を増加させていくと、圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は低減し、熱抵抗θ［Ｋ／Ｗ］は増加していく。つまり、図１１に示されるように、ａ2を増加させると、圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は減少するが、熱抵抗θ［Ｋ／Ｗ］は増加するトレードオフ関係にある。 FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the thermal resistance θ [K / W] and the pressure loss ΔP [KPa] of the power semiconductor module 300.
In the comparative product illustrated in FIG. 10, the thermal resistance θ [K / W] and the pressure loss ΔP [kPa] are set at points a1 = a2. From this point, when the distance a2 between the other surface 301b of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 413 of the cooler body 400 is increased, the pressure loss ΔP [kPa] decreases and the thermal resistance θ [K / W]. Will increase. That is, as shown in FIG. 11, when a2 is increased, the pressure loss ΔP [kPa] decreases, but the thermal resistance θ [K / W] increases.

両面が冷却されるパワー半導体モジュール３００を冷却水が通過した際の圧力損失ΔＰ［ｋＰａ］は、（式１）にて求まる。
ΔＰ =ΔＰ1 +ΔＰ2 ［ｋＰａ］ …… （式１）
ここで、ΔＰ1、ΔＰ2は、一面３０１ａ、他面３０１ｂにおける冷却フィン３０２による圧力損失である。 The pressure loss ΔP [kPa] when the cooling water passes through the power semiconductor module 300 whose both surfaces are cooled is obtained by (Equation 1).
ΔP = ΔP1 + ΔP2 [kPa] (Formula 1)
Here, ΔP1 and ΔP2 are pressure losses due to the cooling fins 302 on the one surface 301a and the other surface 301b.

図１２は、熱抵抗と圧力損失とにより求められる温度上昇を計算するための等価回路図である。
図１２において、
熱抵抗θ1j-c、θ2j-c［Ｋ／Ｗ］は、パワーモジュールに内蔵されたＩＧＢＴまたはダイオード（以下、パワー半導体素子）から一面３０１ａまたは他面３０１ｂに設けられた冷却フィン３０２までのそれぞれの熱抵抗であり、
θ1c-w、θ2c-w［Ｋ／Ｗ］は、一面３０１ａまたは他面３０１ｂに設けられた冷却フィン３０２と冷却水の間のそれぞれの熱抵抗であり、
Ｐd[Ｗ]は、パワー半導体素子に発生する損失である。
この損失による温度変化ΔＴは、図１２を参照して、（式２）にて算出が出来る。
ΔＴ = Ｐd * {θ1 * θ2/(θ1+θ2)} ［Ｋ］ …… （式２）
ここで、θ1 = θ1j-c + θ1c-w、θ2 = θ2j-c + θ2c-w FIG. 12 is an equivalent circuit diagram for calculating the temperature rise obtained by the thermal resistance and the pressure loss.
In FIG.
Thermal resistances θ1j-c and θ2j-c [K / W] are respectively measured from an IGBT or a diode (hereinafter referred to as a power semiconductor element) built in the power module to a cooling fin 302 provided on one surface 301a or the other surface 301b. Thermal resistance,
θ1c-w and θ2c-w [K / W] are the respective thermal resistances between the cooling fins 302 provided on the one surface 301a or the other surface 301b and the cooling water,
Pd [W] is a loss generated in the power semiconductor element.
The temperature change ΔT due to this loss can be calculated by (Equation 2) with reference to FIG.
ΔT = Pd * {θ1 * θ2 / (θ1 + θ2)} [K] (Equation 2)
Where θ1 = θ1j-c + θ1c-w, θ2 = θ2j-c + θ2c-w

図１０の場合、ΔＰ1 = ΔＰ2 = ΔＰB、θ1=θ2 =θBとおくと、１つのパワー半導体モジュール３００の圧力損失ΔＰと温度変化ΔＴは（式３）となる。
ΔＰ = ２ΔＰB
ΔＴ = Ｐd *θB/２
…… （式３） In the case of FIG. 10, if ΔP1 = ΔP2 = ΔPB and θ1 = θ2 = θB, the pressure loss ΔP and the temperature change ΔT of one power semiconductor module 300 are expressed by (Equation 3).
ΔP = 2ΔPB
ΔT = Pd * θB / 2
(Formula 3)

図６の場合、ΔＰ1 =ΔＰB、ΔＰ2 = ΔＰB -Δｐ、θ1=θB、θ2 =θB + Δθとおくと、１つのパワー半導体モジュール３００の圧力損失ΔＰと温度変化ΔＴは（式４）となる。但し、上記において、Δｐは、ａ1に対するａ2の圧力損失減少分であり、Δθは、ａ1に対するａ2における熱抵抗増加分である（図１１参照）。
ΔＰ = ２ΔＰB -Δｐ
ΔＴ = Ｐd * {θB/２ + (Δθ/ ２θB)/(２θB(1 + Δθ/ ２θB))}
…… （式４） In the case of FIG. 6, if ΔP1 = ΔPB, ΔP2 = ΔPB−Δp, θ1 = θB, and θ2 = θB + Δθ, the pressure loss ΔP and the temperature change ΔT of one power semiconductor module 300 are expressed by (Equation 4). However, in the above, Δp is the pressure loss decrease of a2 with respect to a1, and Δθ is the increase of thermal resistance at a2 with respect to a1 (see FIG. 11).
ΔP = 2ΔPB -Δp
ΔT = Pd * {θB / 2 + (Δθ / 2θB) / (2θB (1 + Δθ / 2θB))}
(Formula 4)

図６に示す第１の実施形態を採用すると、冷却水が導入口４０５から導入され、３つのパワー半導体モジュール３００ｃ、３００ｂ、３００ａを通過し、導出口４０６から導出される時に発生する圧力損失は３*Δp低減できることが分かる。 When the first embodiment shown in FIG. 6 is adopted, the pressure loss generated when cooling water is introduced from the introduction port 405, passes through the three power semiconductor modules 300c, 300b, and 300a, and is led out from the discharge port 406 is as follows. It can be seen that 3 * Δp can be reduced.

一方、温度変化ΔＴは、Ｐd * {(Δθ/ ２θB)/(２θB(1 + Δθ/ ２θB))}大きくなる。言い換えると、パワー半導体素子の温度は、図９に示す冷却構造に比べ、高くなる。
しかし、上述したように、図６に示す各面順次冷却型は、図９に示す両面同時冷却型に比して、冷却水の温度を均一化する作用を有する構造であるので、多少、冷却水温度が上昇したとしても、冷却効率は、十分である。 On the other hand, the temperature change ΔT increases by Pd * {(Δθ / 2θB) / (2θB (1 + Δθ / 2θB))}. In other words, the temperature of the power semiconductor element is higher than that of the cooling structure shown in FIG.
However, as described above, the surface sequential cooling type shown in FIG. 6 has a function of making the temperature of the cooling water uniform compared to the double side simultaneous cooling type shown in FIG. Even if the water temperature rises, the cooling efficiency is sufficient.

上記本発明の電力変換装置の第１の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）冷却器構成体４００Ａの冷却路４２０は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａを冷却する第１の冷却流路４２１と、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂを冷却する第２の冷却流路４２２と、第１の冷却流路４２１と第２の冷却流路４２２とを接続する折り返し冷却流路４２３とを備えている。そして、第１の冷却流路４２１を流れる冷却水の圧力損失と第２の冷却流路４２２を流れる冷却水の圧力損失とが異なるように構成した。このため、冷却水の温度を均一化する作用を有する各面順次冷却型構造を有するものであって、かつ、冷却流路における冷却水の圧力損失を低減することができる。 According to 1st Embodiment of the power converter device of the said invention, there exists the following effect.
(1) The cooling path 420 of the cooler structure 400A includes a first cooling channel 421 that cools the one surface 301a of the power semiconductor module 300 and a second cooling channel that cools the other surface 301b of the power semiconductor module 300. 422, and a folded cooling flow path 423 that connects the first cooling flow path 421 and the second cooling flow path 422. The pressure loss of the cooling water flowing through the first cooling flow path 421 and the pressure loss of the cooling water flowing through the second cooling flow path 422 are configured to be different. For this reason, each surface sequential cooling type | mold structure which has the effect | action which equalizes the temperature of a cooling water is provided, and the pressure loss of the cooling water in a cooling flow path can be reduced.

（２）冷却器構成体４００Ａの冷却路４２０は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａに対向する第１の内壁面４１２、およびパワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂに対向する第２の内壁面４１３を有し、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａと冷却器本体４００の第１の内壁面４１２間の第１の冷媒流路断面積と、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂと冷却器本体４００の第２の内壁面４１３間の第２の冷媒流路断面積とが異なる構造とした。このため、構造が簡単となり、生産性がよい。 (2) The cooling path 420 of the cooler structure 400A includes a first inner wall surface 412 facing the one surface 301a of the power semiconductor module 300 and a second inner wall surface 413 facing the other surface 301b of the power semiconductor module 300. A first coolant channel cross-sectional area between the one surface 301a of the power semiconductor module 300 and the first inner wall surface 412 of the cooler body 400, and the second surface 301b of the power semiconductor module 300 and the second surface of the cooler body 400. The second refrigerant channel cross-sectional area between the inner wall surfaces 413 is different. For this reason, the structure becomes simple and the productivity is good.

（３）電力変換装置１は、冷却器構成体４００Ａの冷却路４２０内に、異なる位相用の複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを備えている。さらに、電力変換装置１は、冷却器構成体４００Ａの冷却路４２０内に配置されたパワー半導体モジュール３００ｃ、３００ｂ間、およびパワー半導体モジュール３００ｂ、３００ａ間に、冷却水が第１の冷却流路４２１と第２の冷却流路４２２とを流通するのを規制する冷媒仕切り部４３１を備えている。冷媒仕切り部４３１により、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの各一面３０１ａ側を冷却するための第１の冷却流路４２１と、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの各他面３０１ｂ側を冷却するための第２の冷却流路４２２とが形成される。第１、第２の冷却流路４２１、４２２の構造は簡素であり、生産性がよい。 (3) The power conversion device 1 includes a plurality of power semiconductor modules 300a to 300c for different phases in the cooling path 420 of the cooler structure 400A. Further, in the power conversion device 1, the cooling water is provided between the power semiconductor modules 300c and 300b and the power semiconductor modules 300b and 300a disposed in the cooling path 420 of the cooler structure 400A. And a refrigerant partition portion 431 that restricts the flow through the second cooling flow path 422. A first cooling channel 421 for cooling the one surface 301a side of the power semiconductor modules 300a to 300c and a second for cooling the other surface 301b side of the power semiconductor modules 300a to 300c by the refrigerant partition portion 431. The cooling flow path 422 is formed. The structures of the first and second cooling flow paths 421 and 422 are simple and the productivity is good.

（４）冷却器構成体４００Ａは、上面にパワー半導体モジュール３００を挿通する開口部４１１が形成された冷却器本体４００を備え、パワー半導体モジュール３００は、開口部４１１内に挿通された状態で冷却器本体４００の上面上に配置されるフランジ３１１を備えている。電力変換装置１は、パワー半導体モジュール３００のフランジ３１１の下面と、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａに形成された冷却フィン３０２との間に設けられ、冷却水が第１の冷却流路４２１を流れるのを規制する第１の上部側流通規制部材４０３と、パワー半導体モジュール３００のフランジ３１１の下面と、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂに形成された冷却フィン３０２との間に設けられ、冷却水が第２の冷却流路４２２を流れるのを規制する第２の上部側流通規制部材４０３とを、さらに、備える。このため、第１、第２の冷却流路４２１、４２２内の冷却水は、第１、第２の上部側流通規制部材４０３により、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を流れるのを規制される。これにより、第１、第２の冷却流路４２１または４２２を流れる冷却水は、冷却効率の高い、冷却フィン３０２が形成された領域を流れる。つまり、第１、第２の上部側流通規制部材４０３により、冷却効率を向上することができる。 (4) The cooler structure 400A includes a cooler body 400 in which an opening 411 through which the power semiconductor module 300 is inserted is formed on the upper surface, and the power semiconductor module 300 is cooled in a state of being inserted into the opening 411. A flange 311 is provided on the upper surface of the vessel body 400. The power conversion device 1 is provided between the lower surface of the flange 311 of the power semiconductor module 300 and the cooling fins 302 formed on the one surface 301a of the power semiconductor module 300, and the cooling water flows through the first cooling flow path 421. Provided between the first upper-side flow regulating member 403 that regulates this, the lower surface of the flange 311 of the power semiconductor module 300, and the cooling fins 302 formed on the other surface 301b of the power semiconductor module 300. Is further provided with a second upper-side flow regulating member 403 that regulates the flow through the second cooling flow path 422. For this reason, the cooling water in the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows through the first and second cooling flow paths 421 and 422 by the first and second upper flow restriction members 403. Be regulated. Thereby, the cooling water flowing through the first and second cooling flow paths 421 or 422 flows through the region where the cooling fins 302 are formed with high cooling efficiency. That is, the cooling efficiency can be improved by the first and second upper side flow regulating members 403.

（５）冷却器構成体４００Ａは、パワー半導体モジュール３００の下面側に配置された支持部材４０１を備えている。支持部材４０１は、支持部材４０１の上面と、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａに形成された冷却フィン３０２との間に設けられ、冷却水が第１の冷却流路４２１を流れるのを規制する第１の下部側流通規制部４１６と、支持部材４０１の上面と、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂに形成された冷却フィン３０２との間に設けられ、冷却水が第２の冷却流路４２２を流れるのを規制する第２の下部側流通規制部４１６とを備えている。このため、第１、第２の冷却流路４２１、４２２内の冷却水は、下部側流通規制部４１６により、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を流れるのを規制される。これにより、第１、第２の冷却流路４２１、４２２を流れる冷却水は、冷却効率の高い、冷却フィン３０２が形成された領域を流れる。つまり、第１、第２の下部側流通規制部４１６により、冷却効率を向上することができる。 (5) The cooler structure 400 </ b> A includes a support member 401 arranged on the lower surface side of the power semiconductor module 300. The support member 401 is provided between the upper surface of the support member 401 and the cooling fins 302 formed on the one surface 301a of the power semiconductor module 300, and restricts the cooling water from flowing through the first cooling flow path 421. 1 is provided between the cooling fin 302 formed on the lower surface 301b of the power semiconductor module 300 and the other surface 301b of the power semiconductor module 300, and the cooling water passes through the second cooling channel 422. And a second lower-side flow restricting portion 416 that restricts the flow. For this reason, the cooling water in the first and second cooling flow paths 421 and 422 is restricted from flowing through the first and second cooling flow paths 421 and 422 by the lower-side flow restriction unit 416. Thereby, the cooling water flowing through the first and second cooling flow paths 421 and 422 flows through the region where the cooling fins 302 are formed with high cooling efficiency. That is, the cooling efficiency can be improved by the first and second lower-side flow regulating portions 416.

−第２の実施形態−
図１３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の電力変換装置の第２の実施形態の冷却フィンの配列構造を示す平面図である。
第２の実施形態は、第１の冷却流路４２１と第２の冷却流路４２２との冷却水の圧力損失が異なるようにするために、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａおよび他面３０１ｂに形成される冷却フィン３０２の、ピッチ、幅もしくは直径、高さまたは形状の少なくとも１つを異なるものとした構造を有する。
図１３（Ａ）は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａに形成された冷却フィン３０２ａの配列を示す平面図であり、図１３（Ｂ）は、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂに形成された冷却フィン３０２ｂの配列を示す平面図である。 -Second Embodiment-
FIGS. 13A and 13B are plan views showing the arrangement structure of the cooling fins of the second embodiment of the power converter of the present invention.
In the second embodiment, the first cooling channel 421 and the second cooling channel 422 are formed on the one surface 301a and the other surface 301b of the power semiconductor module 300 in order to make the pressure loss of the cooling water different. The cooling fin 302 has a structure in which at least one of pitch, width or diameter, height, or shape is different.
13A is a plan view showing an arrangement of cooling fins 302a formed on one surface 301a of the power semiconductor module 300, and FIG. 13B is a cooling diagram formed on the other surface 301b of the power semiconductor module 300. FIG. It is a top view which shows the arrangement | sequence of the fin 302b.

パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａには、直径ｄ1、高さｈ1の円柱状の冷却フィン３０２ａが、マトリックス状に配列されている。冷却フィン３０２ａの上下方向のピッチはｘ1であり、左右方向のピッチはｙ1である。パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂには、直径ｄ2、高さｈ2の円柱状の冷却フィン３０２ｂが、マトリックス状に配列されている。冷却フィン３０２ｂの上下方向のピッチはｘ2であり、左右方向のピッチはｙ2である。
冷却フィン３０２ｂの上下方向のピッチｘ2は、冷却フィン３０２ａの上下方向のピッチｘ1よりも大きい。冷却フィン３０２ａの左右方向のピッチｙ1と冷却フィン３０２ｂの左右方向のピッチｙ2、冷却フィン３０２ａの直径ｄ1と冷却フィン３０２ｂの直径ｄ2、冷却フィン３０２ａの高さｈ1と冷却フィン３０２ｂの高さｈ2とは、それぞれ、同一である。このため、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂ側の冷却フィン３０２ｂ間の冷却水が流れる方向に垂直な方向の断面積は、パワー半導体モジュール３００の一面３０１ａ側の冷却フィン３０２ａの冷却水が流れる方向に垂直な方向の断面積よりも大きい。 On one surface 301a of the power semiconductor module 300, cylindrical cooling fins 302a having a diameter d1 and a height h1 are arranged in a matrix. The pitch in the vertical direction of the cooling fins 302a is x1, and the pitch in the horizontal direction is y1. On the other surface 301b of the power semiconductor module 300, cylindrical cooling fins 302b having a diameter d2 and a height h2 are arranged in a matrix. The pitch in the vertical direction of the cooling fins 302b is x2, and the pitch in the horizontal direction is y2.
The vertical pitch x2 of the cooling fins 302b is larger than the vertical pitch x1 of the cooling fins 302a. The horizontal pitch y1 of the cooling fin 302a, the horizontal pitch y2 of the cooling fin 302b, the diameter d1 of the cooling fin 302a and the diameter d2 of the cooling fin 302b, the height h1 of the cooling fin 302a and the height h2 of the cooling fin 302b Are the same. Therefore, the cross-sectional area in the direction perpendicular to the direction in which the cooling water flows between the cooling fins 302b on the other surface 301b side of the power semiconductor module 300 is the direction in which the cooling water flows on the cooling fins 302a on the one surface 301a side of the power semiconductor module 300. It is larger than the cross-sectional area in the direction perpendicular to

従って、図８におけるパワー半導体モジュール３００の一面３０１ａと冷却器本体４００の内壁面４１２との距離をａ1と、パワー半導体モジュール３００の他面３０１ｂと冷却器本体４００の内壁面４１３との距離をａ2とが等しい構造であっても、冷却フィン３０２ｂ側を流れる冷却水の圧力損失を、冷却フィン３０２ａ側を流れる冷却水の圧力損失よりも低くすることができる。 Therefore, the distance between one surface 301a of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 412 of the cooler body 400 in FIG. 8 is a1, and the distance between the other surface 301b of the power semiconductor module 300 and the inner wall surface 413 of the cooler body 400 is a2. Even in the structure, the pressure loss of the cooling water flowing on the cooling fin 302b side can be made lower than the pressure loss of the cooling water flowing on the cooling fin 302a side.

上記では、冷却フィン３０２ａの上下方向のピッチｘ1と冷却フィン３０２ｂの上下方向のピッチｘ2とがなる構造として例示した。しかし、冷却フィン３０２ａの左右方向のピッチｙ1と冷却フィン３０２ｂの左右方向のピッチｙ2、冷却フィン３０２ａの直径ｄ1と冷却フィン３０２ｂの直径ｄ2、冷却フィン３０２ａの高さｈ1と冷却フィン３０２ｂの高さｈ2のいずれか１つが異なる構造としてもよい。これらのことは、冷却フィン３０２ａ、３０２ｂを円柱以外の形状、例えば、角柱などにした場合でも適用することができる。あるいは、冷却フィン３０２ａと冷却フィン３０２ｂとの形状を異なるもの、例えば、一方を円柱、他方を角柱とするようにしてもよい。 In the above, the structure in which the vertical pitch x1 of the cooling fins 302a and the vertical pitch x2 of the cooling fins 302b are illustrated. However, the horizontal pitch y1 of the cooling fin 302a and the horizontal pitch y2 of the cooling fin 302b, the diameter d1 of the cooling fin 302a and the diameter d2 of the cooling fin 302b, the height h1 of the cooling fin 302a and the height of the cooling fin 302b. Any one of h2 may have a different structure. These can be applied even when the cooling fins 302a and 302b have a shape other than a cylinder, such as a prism. Alternatively, the cooling fins 302a and the cooling fins 302b may have different shapes, for example, one may be a cylinder and the other may be a prism.

第２の実施形態の上記以外の構造は、第１の実施形態と同様である。
従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態の効果（１）、（３）〜（５）と同様な効果を奏する。 The structure of the second embodiment other than the above is the same as that of the first embodiment.
Therefore, also in the second embodiment, the same effects as the effects (1) and (3) to (5) of the first embodiment are obtained.

また、第２の実施形態によれば、冷却フィン３０２ａ、３０２ｂのピッチ、直径もしくは幅、高さ、または形状を異なるものとするだけなので、生産性もよい。また、第２の冷却流路４２２の幅を第１の冷却流路４２１の幅よりも大きくする必要が無いので、電力変換装置１を小型化することができる。 Further, according to the second embodiment, the pitch, diameter or width, height, or shape of the cooling fins 302a and 302b is only different, so that productivity is good. Moreover, since it is not necessary to make the width | variety of the 2nd cooling flow path 422 larger than the width | variety of the 1st cooling flow path 421, the power converter device 1 can be reduced in size.

なお、上記第１の実施形態において、パワー半導体モジュール３００の側面と冷媒仕切り部４３１の各側端面とが接触している構造として例示した。しかし、パワー半導体モジュール３００の側面と冷媒仕切り部４３１との間に、例えば、０．１ｍｍ程度の微小な隙間を設けてもよい。この程度の微小な隙間が形成されている場合、冷却水の全体に対する冷却に寄与しない分の冷却水の存在は、例えば１％程度未満と、無視できる程度に過ぎない。このように僅かな隙間を許容することによる、組付け工程の効率化の方が大きなメリットとなることもある。 In addition, in the said 1st Embodiment, it illustrated as a structure where the side surface of the power semiconductor module 300 and each side end surface of the refrigerant | coolant partition part 431 are contacting. However, for example, a minute gap of about 0.1 mm may be provided between the side surface of the power semiconductor module 300 and the refrigerant partition portion 431. When such a small gap is formed, the presence of cooling water that does not contribute to cooling of the entire cooling water is negligible, for example, less than about 1%. Thus, the efficiency of the assembly process by allowing a slight gap may be a great merit.

あるいは、パワー半導体モジュール３００の側面と、冷媒仕切り部４３１との間に、ゴム等の弾性部材を介装する構造としてもよい。
冷媒仕切り部４３１を冷却器本体４００に一体成形により形成する構造として例示した。しかし、冷媒仕切り部４３１を冷却器本体４００とは別部材として、モールド成形等により形成するようにしてもよい。 Or it is good also as a structure which interposes elastic members, such as rubber | gum, between the side surface of the power semiconductor module 300, and the refrigerant | coolant partition part 431.
The refrigerant partition portion 431 is illustrated as a structure formed in the cooler main body 400 by integral molding. However, the refrigerant partition portion 431 may be formed by molding or the like as a separate member from the cooler main body 400.

上記実施形態では、３相のアーム回路としての機能を備える、３つのパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを備える電力変換回路として例示した。しかし、図３、図４を参照して説明したように、上下アームの直列回路が、冷却水の流れ方向に沿って配置されているパワー半導体モジュール３００であれば、パワー半導体モジュール３００が１個の場合にも適用することができる。 In the said embodiment, it illustrated as a power converter circuit provided with the three power semiconductor modules 300a-300c provided with the function as a three-phase arm circuit. However, as described with reference to FIGS. 3 and 4, if the power semiconductor module 300 in which the series circuit of the upper and lower arms is arranged along the flow direction of the cooling water, one power semiconductor module 300 is provided. This can also be applied.

上記実施形態では、下部側流通規制部４１６を支持部材４０１に一体成形する構造として例示したが、下部側流通規制部４１６を支持部材４０１とは別部材として形成してもよい。 In the above embodiment, the lower-side flow restricting portion 416 is exemplified as a structure formed integrally with the support member 401. However, the lower-side flow restricting portion 416 may be formed as a separate member from the support member 401.

上記実施形態では、上部側流通規制部材４０３を１つの部材として形成したが、パワー半導体モジュール３００のモジュールケース３０１一体成形してもよい。 In the above embodiment, the upper-side distribution regulating member 403 is formed as one member, but the module case 301 of the power semiconductor module 300 may be integrally formed.

上記実施形態では、ＩＧＢＴを用いたインバータ回路として例示した。しかし、ＩＧＢＴに代えて、サイリスタや、ＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）等を用いたインバータ回路にも適用することができる。 In the said embodiment, it illustrated as an inverter circuit using IGBT. However, the present invention can be applied to an inverter circuit using a thyristor, a GTO (Gate Turn Off Thyristor) or the like instead of the IGBT.

また、直流−交流変換を行うインバータ回路に限らず、交流−交流変換を行うマトリックスコンバータ等に適用することができる。
また、冷却水以外の冷媒を用いた電力変換装置に適用することができる。 Further, the present invention can be applied not only to an inverter circuit that performs DC-AC conversion but also to a matrix converter that performs AC-AC conversion.
Moreover, it is applicable to the power converter device using refrigerants other than cooling water.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

１電力変換装置
１１０ＩＧＢＴ（上アーム回路）
１２０ＩＧＢＴ（下アーム回路）
１３０ダイオード（上アーム回路）
１４０ダイオード（下アーム回路）
３００、３００ａ〜３００ｃパワー半導体モジュール
３０１ａ一面
３０１ｂ他面
３０２、３０２ａ、３０２ｂ冷却フィン
３０４開口部
３１１フランジ
４００Ａ冷却器構成体
４００冷却器本体（ハウジング）
４０１支持部材（支持部）
４０３上部側流通規制部材
４０５導入口
４０６導出口
４１２第１の内壁面（第１の内側面）
４１３第２の内壁面（第２の内側面）
４１６下部側流通規制部
４２０冷却路
４２１第１の冷却流路
４２２第２の冷却流路
４２３折り返し冷却流路
４３１冷媒仕切り部

1 Power converter 110 IGBT (upper arm circuit)
120 IGBT (Lower arm circuit)
130 Diode (upper arm circuit)
140 Diode (lower arm circuit)
300, 300a-300c Power semiconductor module 301a One side 301b Other side 302, 302a, 302b Cooling fin 304 Opening 311 Flange 400A Cooler component 400 Cooler body (housing)
401 Support member (support part)
403 Upper-side flow regulating member 405 Inlet 406 Outlet 412 First inner wall surface (first inner surface)
413 2nd inner wall surface (2nd inner surface)
416 Lower side flow regulation part 420 Cooling path 421 First cooling flow path 422 Second cooling flow path 423 Folded cooling flow path 431 Refrigerant partition part

Claims

一面および前記一面に対向する他面に、それぞれ、冷却フィンが突出して形成され、インバータ回路の上下アームの直列回路を内蔵するＮ相（Ｎは１以上）用のパワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体モジュールの前記一面および前記他面を冷却するための冷却路を有する冷却器構成体とを備え、
前記冷却器構成体の前記冷却路は、前記パワー半導体モジュールの前記一面を冷却する第１の冷却流路と、前記パワー半導体モジュールの前記他面を冷却する第２の冷却流路と、前記第１の冷却流路と前記第２の冷却流路とを接続する折り返し冷却流路とを備え、
前記第１の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失と前記第２の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失とが異なるように構成されている、電力変換装置。 A power semiconductor module for N phase (N is 1 or more), in which cooling fins are formed so as to protrude from one surface and the other surface opposite to the one surface, and which includes a series circuit of upper and lower arms of an inverter circuit;
A cooler structure having a cooling path for cooling the one surface and the other surface of the power semiconductor module;
The cooling path of the cooler structure includes a first cooling channel that cools the one surface of the power semiconductor module, a second cooling channel that cools the other surface of the power semiconductor module, and the first A cooling cooling channel that connects the first cooling channel and the second cooling channel;
The power converter device is configured such that the pressure loss of the refrigerant flowing through the first cooling flow path is different from the pressure loss of the refrigerant flowing through the second cooling flow path.

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記パワー半導体モジュールに内蔵された前記上下アームの直列回路は、冷媒の流れ方向に沿って配列された複数のパワー半導体素子を有する、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The series circuit of the upper and lower arms built in the power semiconductor module includes a plurality of power semiconductor elements arranged along a refrigerant flow direction.

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記冷却器構成体の前記冷却路は、前記パワー半導体モジュールの前記一面に対向する第１の内側面、および前記パワー半導体モジュールの前記他面に対向する第２の内側面を有し、前記パワー半導体モジュールの前記一面と前記冷却路の前記第１の内側面間の第１の冷媒流路断面積と、前記パワー半導体モジュールの前記他面と前記冷却路の前記第２の内側面間の第２の冷媒流路断面積とが異なる、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The cooling path of the cooler structure has a first inner surface facing the one surface of the power semiconductor module and a second inner surface facing the other surface of the power semiconductor module, and the power A first refrigerant channel cross-sectional area between the one surface of the semiconductor module and the first inner surface of the cooling path; and a first refrigerant channel cross-sectional area between the other surface of the power semiconductor module and the second inner surface of the cooling path. The power converter device from which the refrigerant | coolant flow path cross-sectional area of 2 differs.

請求項１に記載の電力変換装置おいて、
前記パワー半導体モジュールの前記一面に形成される冷却フィンと、前記パワー半導体モジュールの前記他面に形成される冷却フィンとは、少なくとも、ピッチ、幅もしくは直径、高さ、または形状の１つが異なる、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The cooling fin formed on the one surface of the power semiconductor module and the cooling fin formed on the other surface of the power semiconductor module differ in at least one of pitch, width or diameter, height, or shape, Power conversion device.

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記冷却器構成体の前記冷却路内に、異なる位相用の複数のパワー半導体モジュールを備え、
さらに、前記冷却器構成体の前記冷却路内に配置された前記パワー半導体モジュール間に、冷媒が前記第１の冷却流路と前記第２の冷却流路とを流通するのを規制する冷媒仕切り部を備える、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
In the cooling path of the cooler structure, comprising a plurality of power semiconductor modules for different phases,
Furthermore, a refrigerant partition that restricts the refrigerant from flowing through the first cooling channel and the second cooling channel between the power semiconductor modules arranged in the cooling channel of the cooler structure. A power conversion device comprising a unit.

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記冷却器構成体は、上面および前記上面に前記パワー半導体モジュールを挿通する開口部が形成されたハウジングを備え、
前記パワー半導体モジュールは、前記開口部内に挿通された状態で前記ハウジングの前記上面上に配置されるフランジを備え、
前記パワー半導体モジュールの前記フランジの下面と、前記パワー半導体モジュールの前記一面に形成された前記冷却フィンとの間に設けられ、冷媒が前記第１の冷却流路を流れるのを規制する第１の上部側流通規制部と、前記パワー半導体モジュールの前記フランジの下面と、前記パワー半導体モジュールの前記他面に形成された前記冷却フィンとの間に設けられ、冷媒が前記第２の冷却流路を流れるのを規制する第２の上部側流通規制部とを、さらに、備える、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The cooler structure includes a housing in which an upper surface and an opening through which the power semiconductor module is inserted are formed on the upper surface,
The power semiconductor module includes a flange disposed on the upper surface of the housing in a state of being inserted into the opening.
The first power semiconductor module is provided between a lower surface of the flange of the power semiconductor module and the cooling fin formed on the one surface of the power semiconductor module, and restricts a refrigerant from flowing through the first cooling flow path. Provided between the upper-side flow restricting portion, the lower surface of the flange of the power semiconductor module, and the cooling fin formed on the other surface of the power semiconductor module, and the refrigerant passes through the second cooling channel. A power converter, further comprising a second upper-side flow restricting part that restricts flow.

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記冷却器構成体は、前記パワー半導体モジュールの下面側に配置された支持部を備え、
前記支持部の上面と、前記パワー半導体モジュールの前記一面に形成された前記冷却フィンとの間に設けられ、冷媒が前記第１の冷却流路を流れるのを規制する第１の下部側流通規制部と、前記支持部の上面と、前記パワー半導体モジュールの前記他面に形成された前記冷却フィンとの間に設けられ、冷媒が前記第２の冷却流路を流れるのを規制する第２の下部側流通規制部とを、さらに、備える、電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The cooler structure includes a support portion disposed on the lower surface side of the power semiconductor module,
A first lower flow restriction that is provided between the upper surface of the support portion and the cooling fin formed on the one surface of the power semiconductor module and restricts refrigerant from flowing through the first cooling flow path. And a cooling fin formed on the other surface of the power semiconductor module and restricting the flow of the coolant through the second cooling flow path. A power conversion device further comprising a lower-side distribution regulation unit.

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記第１の冷却流路における前記折り返し冷却流路との反対側に冷媒の導入口が設けられ、
前記第２の冷却流路における前記折り返し冷却流路との反対側に冷媒の導出口が設けられ、
前記第２の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失が、前記第１の冷却流路を流れる冷媒の圧力損失よりも低い、電力変換装置。

In the power converter device according to any one of claims 1 to 7,
A refrigerant inlet is provided on the opposite side of the first cooling channel to the folded cooling channel,
A refrigerant outlet is provided on the opposite side of the second cooling channel to the folded cooling channel,
The power conversion device, wherein the pressure loss of the refrigerant flowing through the second cooling flow path is lower than the pressure loss of the refrigerant flowing through the first cooling flow path.