JP2017060292A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路基板で発生した熱を効率良く放熱することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換用のパワー半導体モジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、パワー半導体モジュールを駆動する回路部品４３を実装した制御回路基板１１と、パワー半導体モジュール及び制御回路基板を収納する金属製の筐体４と、制御回路基板の被保持面１１ｂ及び筐体の保持面４５を対向して制御回路基板を筐体の内部に保持する基板保持部と、を備えている。基板保持部は、保持面及び被保持面の間に介在された第１熱伝導部材４７と、被保持面及び保持面の間で第１熱伝導部材が密着するように、ねじ部材４８の締め付けにより制御回路基板を筐体に固定するねじ締結手段４６と、を備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、電力変換用のパワー半導体モジュールと、パワー半導体モジュールを駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、これらを収納する筐体とを備えた電力変換装置に関する。

この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載された電力変換装置が知られている。
この電力変換装置は、金属製のハウジングの内部に、パワーモジュール、コンデンサモジュール、金属製の保持板、制御回路基板が収納されている。ここで、保持板は、ハウジングの内側にねじ部材により固定され、コンデンサモジュール、制御回路基板は、保持板に固定されている。

特開２００７−２８２３７０号公報

特許文献１の電力変換装置は、制御回路基板に実装されている回路部品が発熱するので、制御回路基板で発生した熱を、保持板からハウジングに伝達することで外気に放熱することが望まれる。しかし、ねじ部材で固定されている保持板及びハウジングの接合部の接触熱抵抗が大きく、制御回路基板で発生した熱は保持板からハウジングに伝達されにくい。
したがって、特許文献１の電力変換装置は、制御回路基板で発生した熱を効率良く放熱することができない。
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、制御回路基板で発生した熱を効率良く放熱することができる電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換用のパワー半導体モジュールと、パワー半導体モジュールを駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、パワー半導体モジュール及び制御回路基板を収納する金属製の筐体と、制御回路基板の被保持面及び筐体の保持面を対向して制御回路基板を筐体内部に保持する基板保持部とを備え、基板保持部は、保持面及び被保持面の間に介在された熱伝導部材と、被保持面及び保持面の間で熱伝導部材が密着するように、ねじ部材の締め付けにより制御回路基板を筐体に固定するねじ締結手段とを備えている。

本発明に係る電力変換装置によると、基板保持部の熱伝導部材が筐体の保持面及び制御回路基板の被保持面の間に介在された状態でねじ締結手段により密着されて配置されているので、制御回路基板、熱伝導部材及び筐体の間の接触熱抵抗を減少させることができ、制御回路基板で発生した熱が筐体に伝達され易くなる。したがって、制御回路基板で発生した熱を効率良く放熱させることができる。

本発明に係る第１実施形態の電力変換装置を示す斜視図である。 図１における平面Ａに沿う第１実施形態の電力変換装置の断面図である。 図１における平面Ａに直交している平面Ｂに沿う第１実施形態の電力変換装置の断面図である。 第１実施形態の電力変換装置の構成部材を示す展開斜視図である。 第１実施形態の電力変換装置において冷却器が着脱自在に固定される筐体の開口部の周縁の構造を示す図である。 第１実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 第１実施形態の電力変換装置で使用されている冷却器の構造を示す斜視図である。 第１実施形態の電力変換装置で使用されているパワー半導体モジュールを示す斜視図である。 第１実施形態の電力変換装置において筐体の一部に冷却器が固定された状態を示す図であり、筐体に一体化されている保持部を二点鎖線で示している。 第１実施形態の電力変換装置で使用されているパワー半導体モジュールの等価回路である。 本発明に係る第２実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第３実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第４実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第５実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第６実施形態の電力変換装置において制御回路基板を保持する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第７実施形態の電力変換装置において制御回路基板の熱を放熱する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第８実施形態の電力変換装置において制御回路基板の熱を放熱する筐体の構造を示す図である。 本発明に係る第９実施形態の電力変換装置において制御回路基板の熱を放熱する筐体の構造を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第９実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１〜第９実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の電力変換装置］
以下、本発明の一態様に係る第１実施形態の電力変換装置について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の電力変換装置１は、筐体２と、筐体２の底面に着脱自在に固定された冷却器３とを備えている。
筐体２の内部には、図２及び図３に示すように、冷却器３に接合された３つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）モジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、これらＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを駆動する駆動回路等が実装された制御回路基板１１と、平滑コンデンサ１２と、直流入力コネクタ１３と、交流出力コネクタ１４とが収納されている。

［筐体］
筐体２は、ケース４、カバー５及びガスケット６を備えている。
ケース４は、アルミニウム、又はアルミニウム合金で形成されている。
図４に示すように、ケース４は、底部４ａと、底部４ａの全周から立ち上がる側壁部４ｂとを備え、側壁部４ｂの上端で多角形状の上部開口部４ｃが開口し、互いに対向する一対の側壁部４ｂ，４ｂの間を跨いで保持部３２がケース４に一体に形成されている。
ケース４は、図４において左右方向に長尺な部材であり、上部開口部４ｃをガスケット６を介してカバー５で閉塞すると、長尺方向中央に平面視長方形状の収納空間Ｓ１が形成され、長手方向の両端に、収納空間Ｓ１より狭い収納空間Ｓ２，Ｓ３が形成される。

ケース４の側壁部４ｂの上端の全周に、取付けフランジ部７が外側に突出して形成されており、取付けフランジ部７の所定箇所にねじ孔７ａが形成されている。
このケース４の底部４ａに、収納空間Ｓ１で開口する長方形状のＩＧＢＴモジュール用開口部８が形成されている。このＩＧＢＴモジュール用開口部８の長尺方向は、底部４ａの短尺方向（図４の斜め上下方向）に延在して形成され、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の長尺方向の両端部は、側壁部４ｂの下端まで開口している。

また、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の一方の長辺側縁部に沿う底部４ａに所定間隔をあけて複数の第１雌ねじ部２５が形成されているとともに、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の他方の長辺側縁部に沿う底部４ａに所定間隔をあけて複数の第２雌ねじ部２６及び第３雌ねじ部２７が形成されている。
第１雄ねじ部２５は、図５（ａ）に示すように、ケース４の内側で膨出する袋ナット形状の部材であり、下方で開口する雌ねじ２５ａが形成されている。

第２雄ねじ部２６は、図５（ｂ）に示すように、ケース４の内側で膨出する袋ナット形状の部材であり、下方で開口する雌ねじ２６ａが形成されている。また、第３雌ねじ部２７は、第２雄ねじ部２６の外周からＩＧＢＴモジュール用開口部８側に突出し、ケース４の内側及び外側に向けて連通する雌ねじ２７ａが形成されている。
保持部３２は、図３及び図４に示すように、互いに対向している一対の側壁部４ｂ，４ｂの間に一体に形成され、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の上方に位置する平面視長方形状の部材である。保持部３２の表面には複数の保持突起部４０ａ〜４０ｅが突出して形成されているとともに、表裏方向に連通する複数のリードフレーム挿通スリット４１が形成されている。

図６は、保持部３２の保持突起部４０ａが制御回路基板１１を保持する具体的な構造を示すものである。
上面が平坦で外観円筒形状の保持突起部４０ａには、上面４５から軸心位置に雌ねじ部４６が形成されている。
制御回路基板１１には、挿通孔１１ａが形成されている。
保持突起部４０ａの上面４５と制御回路基板１１の挿通孔１１ａの周囲の下面１１ｂとの間に、熱伝導グリス４７が設けられている。
そして、制御回路基板１１の上方から挿通孔１１ａに挿通したねじ部材４８の雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４６に螺合することで、熱伝導グリス４７が保持突起部４０ａの上面４５及び制御回路基板の下面１１ｂに密着した状態で、制御回路基板１１が保持突起部４０ａに保持される。

保持部３２の他の保持突起部４０ｂ〜４０ｅも、図６に示す構造と同一構成で制御回路基板１１を保持する。
カバー５は、図４に示すように、アルミニウム、又はアルミニウム合金を材料とし、ケース４の取付けフランジ部７の外周形状と同一形状で形成された板状部材である。このカバー５のケース４の取付けフランジ部７のねじ孔７ａに対応する位置にねじ挿通孔５ａが形成されている。なお、カバー５も、銅、又は銅合金を材料として形成してもよい。
ガスケット６は、図４に示すように、取付けフランジ部７と同一形状に形成され、取付けフランジ部７のねじ孔７ａに対応する位置にねじ挿通孔６ａが形成されている。

［冷却器］
冷却器３は、アルミニウム、又はアルミニウム合金を材料として形成した部材であり、図７に示すように、冷却水供給口１５ａ及び冷却水排出口１５ｂを備えて内部を冷却水が循環し、平坦面で長方形状の接合面１５ｃを設けたブロック状の冷却器本体１５と、接合面１５ｃの一対の長辺から外方に突出し、所定間隔のねじ挿通孔１６ａを設けた板状の一対の固定部１６とで構成されている。

［ＩＧＢＴモジュール］
図８で示すＩＧＢＴモジュール１０Ｕは、外観が直方体形状の樹脂パッケージ１７に、図示しない上アーム半導体チップ、上アーム用配線パターン部、上アーム配線用導体板、下アーム半導体チップ、下アーム用配線パターン部、下アーム配線用導体板及び接地用配線パターン部が埋め込まれている。
樹脂パッケージ１７の第１の側面１７ａには、上アーム用配線パターン部を介して上アーム半導体チップのコレクタに接続した正極側接続端子１８と、接地用配線パターン部と下アーム配線用導体板を介して下アーム半導体チップのエミッタに接続した負極側接続端子１９とが外方に突出し、第１の側面１７ａに対して裏面の第２の側面１７ｂには、下アーム用配線パターン部と上アーム配線用導体板を介して上アーム半導体チップのエミッタ及び下アーム半導体チップのコレクタに接続した出力端子２０が外方に突出している。

また、樹脂パッケージ１７の上面には、上アーム用の複数の制御電極（後述するゲート電極、エミッタ電流センス電極や温度検出用電極など）に接続する複数本の上アーム用リードフレーム２１と、下アーム用の複数の制御電極に接続する複数本の下アーム用リードフレーム２２が上方に突出して設けられている。
他の２つのＩＧＢＴモジュール１０Ｖ、１０Ｗも、図８で示したＩＧＢＴモジュール１０Ｕと同一構成を有している。

図１０は、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの等価回路を示すものであり、正極側接続端子１８と負極側接続端子１９との間に、上アームを構成する逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵと、下アームを構成する逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬとが直列に接続され、逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵと逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬとの間に出力端子２０が設けられている。ここで、符号２１ｇが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極であり、符号２１ｅｓが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのエミッタ電流センス電極であり、符号２２ｇが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極であり、符号２２ｅｓが逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬのエミッタ電流センス電極である。

［第１実施形態の電力変換装置の組み立て］
次に、第１実施形態の電力変換装置１の組み立て手順について説明する。
３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗは、図７で示す冷却器３の接合面１５ｃの２点鎖線の四角形状で示す位置（接合面１５ｃの長手方向に所定間隔あけた位置）に、焼結処理による金属焼結材やはんだにより接合される（図４参照）。
冷却器３に一体化された３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗは、図９に示すように（図９では保持部３２を二点鎖線で示している）、ケース４のＩＧＢＴモジュール用開口部８に底部４ａ側から挿入され、ケース４の収納空間Ｓ１に配置される。

このとき、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの上面から突出している上アーム用リードフレーム２１、下アーム用リードフレーム２２は、保持部３２の複数のリードフレーム挿通スリット４１を通過して保持部３２の上方に突出させる。
そして、ＩＧＢＴモジュール用開口部８の一対の長辺側縁部に沿う底部４ａに冷却器３の固定部１６を当接し、底部４ａの第１雌ねじ部２５及び第２雌ねじ部２６に、冷却器３の一対の固定部１６のねじ挿通孔１６ａを対応させ、ねじ挿通孔１６ａを通過させたねじ部材３０を、第１雌ねじ部２５及び第２雌ねじ部２６に螺合する。

これにより、冷却器３は、ケース４の収納空間Ｓ１にＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを配置した状態でケース４の底部４ａに着脱自在に外付けされる。
制御回路基板１１は、ケース４の保持部３２に対して僅かに小さな長方形状の部材であり、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを駆動するための回路部品４３（図３参照）が実装されている。
そして、保持部３２に形成した保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５に、熱伝導グリス４７を設ける。次に、制御回路基板１１を、保持部３２の保持突起部４０ａ〜４０ｅに挿通孔１１ａが対応するように載せる。そして、保持突起部４０ａ〜４０ｅの挿通孔１１ａに挿通したねじ部材４８が、保持突起部４０ａ〜４０ｅに形成した雌ねじ部４６に螺合することで、保持部３２で制御回路基板１１を保持する。

ここで、図３に示すように、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの上面から突出して保持部３２のリードフレーム挿通スリット４１を通過した上アーム用リードフレーム２１、下アーム用リードフレーム２２は、制御回路基板１１のランドを有するスルーホール（不図示）に挿通され、上アーム用リードフレーム２１、下アーム用リードフレーム２２とスルーホールの間がはんだ接合される。

また、図２に示すように、ケース４の収納空間Ｓ１に、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに隣接して平滑コンデンサ１２が配置され、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの正極側接続端子１８及び負極側接続端子１９と平滑コンデンサ１２の正負の電極が接続されている。
また、ケース４の収納空間Ｓ２に交流出力コネクタ１４が配置され、３つのＩＧＢＴ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの出力端子２０と交流出力コネクタ１４とがブスバー３３を介して接続されている。なお、ブスバー３３は、ケース４の収納空間Ｓ１に配置した交流出力端子台２９，３１で支持されている。

さらに、ケース４の収納空間Ｓ３に、直流入力端子台２８及び直流入力コネクタ１３が配置され、この直流入力コネクタ１３と平滑コンデンサ１２とがブスバー３４を介して接続されている。なお、ブスバー３４は、直流入力端子台２８の上部で支持されている。
そして、図２及び図３に示すように、ケース４の取付けフランジ部７にガスケット６を載せ、ガスケット６上にカバー５の外周縁部を載せ、カバー５のねじ挿通孔５ａ及びガスケット６のねじ挿通孔６ａに挿通したねじ部材３５を、取付けフランジ部７のねじ孔７ａに螺合することで、ケース４の上部開口部が閉塞される。これにより、筐体２に収納されたＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ、制御回路基板１１、平滑コンデンサ１２、直流入力コネクタ１３及び交流出力コネクタ１４に対して、外気との液密封止が施される。

［第１実施形態の電力変換装置の動作］
この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流入力コネクタ１３を介して直流電力が供給され、制御回路基板１１から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号をＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに供給する。すなわち、３つのＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに対して１２０度ずれたゲート信号でオン・オフ制御することにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流が交流出力コネクタ１４を介して負荷に出力される。

制御回路基板１１は、ＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを動作させる回路部品４３が発熱状態となる。ここで、筐体２の内部で制御回路基板１１を支持している保持部３２は、筐体２を構成するケース４に一体に形成された部位であり、接合部が存在しない保持部３２及びケース４の間には接触熱抵抗が発生しない。
なお、本発明に係るパワー半導体モジュールがＩＧＢＴモジュール１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに対応し、本発明に係る筐体がケース４及びカバー５に対応し、本発明に係る制御回路基板の被保持面が下面１１ｂに対応し、本発明に係る筐体の保持面が保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５に対応し、本発明に係る基板保持部が保持突起部４０ａ〜４０ｅ、熱伝導グリス４７及びねじ部材４８に対応し、本発明に係る第１熱伝導部材が熱伝導グリス４７に対応し、本発明に係る回路部品が回路部品４３に対応している。

［第１実施形態の電力変換装置の効果］
次に、第１実施形態の電力変換装置１の効果について説明する。
筐体２の内部に収納された制御回路基板１１は、その下面１１ｂと保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５との間に熱伝導グリス４７が介在され、ねじ部材４８の雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４６に螺合することで、熱伝導グリス４７が保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５及び制御回路基板の下面１１ｂに密着した状態とされるので、制御回路基板１１、熱伝導グリス４７及び保持突起部４０ａ〜４０ｅの熱伝導性が良好となって接触熱抵抗が減少する。このため、制御回路基板１１の回路部品４３で発生した熱は、制御回路基板１１から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。

ここで、第１実施形態の電力変換装置１では、制御回路基板１１の下面１１ｂと保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５との間の熱伝導グリス４７に替えて熱伝導シートを介在させ、その熱伝導シートを保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５及び制御回路基板の下面１１ｂに密着した状態としても、同様の効果を奏することができる。その場合、本発明に係る第１熱伝導部材が熱伝導シートに対応する。

また、ケース４及び保持部３２を熱伝導率が高い金属（アルミニウム、アルミニウム合金）としたことで、制御回路基板１１で発生した熱は、保持部３２からケース４に伝達されやすくなり、制御回路基板１１の冷却効率を上昇させることができる。
また、制御回路基板１１は、保持部３２の保持突起部４０ａ〜４０ｅにねじ部材４８を介して固定されていることで、筐体２から外力が伝達されても制御回路基板１１の振動が抑制され、制御回路基板１１の振動による劣化を防止することができる。
また、ケース４に接合されている冷却器３も熱伝導率が高い金属（アルミニウム、アルミニウム合金）で形成されていることから、制御回路基板１１で発生した熱がさらに保持部３２からケース４に伝達され易くなり、制御回路基板１１の冷却効率をさらに向上させることができる。

［第２実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第２実施形態の電力変換装置について、図１１を参照して説明する。なお、図１から図１０で示した第１実施形態の電力変換装置１と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態の電力変換装置は、保持突起部４０ａの上面４５が対向する制御回路基板１１の下面１１ｂに、導電性部材を設けてランド５０が形成されている。そして、ランド５０と保持突起部４０ａの上面４５とが、はんだ部５１ではんだ接合され、制御回路基板１１が保持突起部４０ａに保持されている。
また、他の保持突起部４０ｂ〜４０ｅも、図１１に示す構造と同一構成で制御回路基板１１を保持している。
なお、本発明に係る基板保持部が、保持突起部４０ａ〜４０ｅ、ランド５０及びはんだ部５１に対応している。

第２実施形態の電力変換装置によると、筐体２の内部に収納された制御回路基板１１の下面１１ｂに設けたランド５０と保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５とが、はんだ部５１によるはんだ接合で保持されるので、制御回路基板１１、ランド５０、はんだ部５１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅの熱伝導性が良好となって制御回路基板１１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅの間の接触熱抵抗が減少する。このため、制御回路基板１１の回路部品４３で発生した熱は、制御回路基板１１から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
また、第２実施形態の電力変換装置は、ねじ部材による制御回路基板１１の固定が無くなり、部品点数や組み立て工数が減少するので、製造コストの低減化を図ることができる。

［第３実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第３実施形態の電力変換装置について、図１２を参照して説明する。
第３実施形態の電力変換装置は、制御回路基板１１の下面１１ｂにランド５０が設けられ、ランド５０と保持突起部４０ａの上面４５とがはんだ部５１ではんだ接合されているとともに、制御回路基板１１の上方から挿通孔１１ａに挿通したねじ部材４８の雄ねじ部４８ａを、保持突起部４０ａに設けた雌ねじ部４６に螺合することで、制御回路基板１１が保持突起部４０ａに保持されている。
また、他の保持突起部４０ｂ〜４０ｅも、図１２に示す構造と同一構成で制御回路基板１１を保持している。
なお、本発明に係る基板保持部が、保持突起部４０ａ〜４０ｅ、ランド５０、はんだ部５１及びねじ部材４８に対応している。

第３実施形態の電力変換装置によると、第２実施形態と同様に、筐体２の内部に収納された制御回路基板１１の下面１１ｂに設けたランド５０と保持突起部４０ａ〜４０ｅの上面４５とが、はんだ部５１によるはんだ接合で保持されるので、制御回路基板１１、ランド５０、はんだ部５１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅの熱伝導性が良好となって制御回路基板１１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅの間の接触熱抵抗が減少し、制御回路基板１１の回路部品４３で発生した熱は制御回路基板１１から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
また、第３実施形態の電力変換装置は、ねじ部材４８で制御回路基板１１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅを固定したことで、筐体２から外力が伝達されても制御回路基板１１の振動が抑制され、制御回路基板１１の振動による劣化を防止することができる。

［第４実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第４実施形態の電力変換装置について、図１３を参照して説明する。
第４実施形態の電力変換装置は、図１２の第３実施形態の電力変換装置で示したランド５０と比較して制御回路基板１１の下面１１ｂに接触する接触面積が大きなランド５２を設けたことを特徴としており、他の構造は第３実施形態の電力変換装置と同一である。
第４実施形態の電力変換装置によると、第３実施形態のランド５０と比較して、制御回路基板１１で発生した熱は、下面１１ｂに接触する接触面積が大きなランド５２に伝達されやすくなるので、第３実施形態の電力変換装置と比較して、制御回路基板１１の熱をさらに効率良く放熱させることができる。

［第５実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第５実施形態の電力変換装置について、図１４を参照して説明する。
第５実施形態の電力変換装置は、制御回路基板１１の挿通孔１１ａの内周面に導電性部材を設けてビア５５が形成され、ビア５５の上部開口の周縁に導電性部材を連続して設けて上側ランド５６が形成され、ビア５５の下部開口の周縁に導電性部材を連続して設けて下側ランド５７が形成されている。また、下側ランド５７と保持突起部４０ａの上面４５とがはんだ部５８ではんだ接合されているとともに、制御回路基板１１の上方からビア５５に挿通したねじ部材４８の雄ねじ部４８ａを、保持突起部４０ａに設けた雌ねじ部４６に螺合することで、制御回路基板１１が保持突起部４０ａに保持されている。

また、他の保持突起部４０ｂ〜４０ｅも、図１４に示す構造と同一構成で制御回路基板１１を保持している。
なお、本発明に係る基板保持部が、保持突起部４０ａ〜４０ｅ、ビア５５、下側ランド５７、はんだ部５８及びねじ部材４８に対応している。
第５実施形態の電力変換装置によると、制御回路基板１１で発生した熱は、制御回路基板１１に形成したビア５５及び上側ランド５６及び下側ランド５７に効率良く伝達され、はんだ部５８を介して保持突起部４０ａ〜４０ｅからケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
また、第５実施形態の電力変換装置は、ねじ部材４８で制御回路基板１１及び保持突起部４０ａ〜４０ｅを固定したことで、筐体２から外力が伝達されても制御回路基板１１の振動が抑制され、制御回路基板１１の振動による劣化を防止することができる。

［第６実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第６実施形態の電力変換装置について、図１５を参照して説明する。
第６実施形態の電力変換装置は、制御回路基板１１の挿通孔１１ａの内周面に導電性部材を設けてビア５５が形成され、ビア５５の上部開口の周縁に導電性部材を連続して設けて上側ランド５６が形成され、ビア５５の下部開口の周縁に導電性部材を連続して設けて下側ランド５７が形成されている。
また、下側ランド５７と保持突起部４０ａの上面４５とがはんだ部６０ではんだ接合されているとともに、ビア５５の内部空間に、はんだ部６１が充填されている。

また、他の保持突起部４０ｂ〜４０ｅも、図１５に示す構造と同一構成で制御回路基板１１を保持している。
なお、本発明に係る基板保持部が、保持突起部４０ａ〜４０ｅ、ビア５５、下側ランド５７、はんだ部６０，６１に対応している。
第６実施形態の電力変換装置によると、制御回路基板１１で発生した熱は、制御回路基板１１に形成したビア５５及び上側ランド５６及び下側ランド５７に効率良く伝達され、はんだ部６０を介して保持突起部４０ａ〜４０ｅからケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
また、第６実施形態の電力変換装置は、ねじ部材による制御回路基板１１の固定が無くなり、部品点数や組み立て工数が減少するので、製造コストの低減化を図ることができる。

［第７実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第７実施形態の電力変換装置について、図１６を参照して説明する。
第７実施形態の電力変換装置は、ケース４の保持部３２に、前述した保持突起部４０ａ〜４０ｅとは異なる位置に放熱突起部６２が形成されている。この放熱突起部６２は、制御回路基板１１の回路部品４３が実装されている位置の下方に位置している。
制御回路基板１１の回路部品４３が実装されている位置の下面に、導電性部材を設けてランド６３が形成されている。
そして、制御回路基板１１に形成したランド６３と、放熱突起部６２の上面６４とが、はんだ部６５ではんだ接合されている。
なお、本発明に係る放熱部が放熱突起部６２に対応している。
第７実施形態の電力変換装置によると、制御回路基板１１の回路部品４３で発生した熱が、ランド６３、はんだ部６５及び放熱突起部６２から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなるので、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。

［第８実施形態の電力変換装置］
次に、本発明の一態様に係る第８実施形態の電力変換装置について、図１７を参照して説明する。
第８実施形態の電力変換装置は、制御回路基板１１の回路部品４３が実装されている位置の下面と、放熱突起部６２の上面６４との間に熱伝導グリス６６が介在されている。
なお、本発明に係る第２熱伝導部材が熱伝導グリス６６に対応している。
第８実施形態の電力変換装置によると、回路部品４３が実装されている制御回路基板１１の下面と放熱突起部６２の上面６４との間に熱伝導グリス６６が介在されているので、制御回路基板１１の回路部品４３で発生した熱が、熱伝導グリス６６及び放熱突起部６２から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなり制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
ここで、制御回路基板１１の下面と放熱突起部６２の上面６４との間の熱伝導グリス６６に替えて熱伝導シートを介在させても、同様の効果を奏することができる。その場合、本発明に係る第２熱伝導部材が熱伝導シートに対応する。

［第９実施形態の電力変換装置］
さらに、本発明の一態様に係る第９実施形態の電力変換装置について、図１８を参照して説明する。
第９実施形態の電力変換装置の制御回路基板１１は、回路部品４３が実装されている位置の下面に回路配線部７０が設けられており、この回路配線部７０の下面が絶縁シート７１で覆われて電気的に絶縁されている。
そして、絶縁シート７１と放熱突起部６２の上面６４との間に熱伝導グリス７２が介在されている。

第９実施形態の電力変換装置によると、回路配線部７０を覆っている絶縁シート７１と放熱突起部６２の上面６４との間に熱伝導グリス７２が介在されているので、制御回路基板１１の回路部品４３、回路配線部７０で発生した熱が、熱伝導グリス６６及び放熱突起部６２から保持部３２を介してケース４に伝達され易くなり、制御回路基板１１の熱を効率良く放熱させることができる。
ここで、絶縁シート７１及び放熱突起部６２の上面６４との間に介在されている熱伝導グリス７２に替えて、絶縁シート７１及び放熱突起部６２の上面６４をはんだ部ではんだ接合しても同様の効果を得ることができる。

１ 電力変換装置
２ 筐体
３ 冷却器
４ ケース
４ａ 底部
４ｂ 側壁部
４ｃ 上部開口部
５ カバー
５ａ ねじ挿通孔
６ ガスケット
６ａ ねじ挿通孔
７ 取付けフランジ部
７ａ ねじ孔
８ ＩＧＢＴモジュール用開口部
１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ ＩＧＢＴモジュール
１１ 制御回路基板
１１ａ 挿通孔
１１ｂ 制御回路基板の下面
１２ 平滑コンデンサ
１３ 直流入力コネクタ
１４ 交流出力コネクタ
１５ 冷却器本体
１５ａ，４６ａ 冷却水供給口
１５ｂ，４６ｂ 冷却水排出口
１５ｃ 接合面
１６ 固定部
１６ａ ねじ挿通孔
１７ 樹脂パッケージ
１７ａ 第１の側面
１７ｂ 第２の側面
１８ 正極側接続端子
１９ 負極側接続端子
２０ 出力端子
２１ 上アーム用リードフレーム
２１ｇ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極
２１ｅｓ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのエミッタ電流センス電極
２２ 下アーム用リードフレーム ２２
２２ｇ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＵのゲート電極
２２ｅｓ 逆導通ＩＧＢＴモジュールＱＬのエミッタ電流センス電極
２５ 第１雌ねじ部
２５ａ 雌ねじ
２６ 第２雌ねじ部
２６ａ 雌ねじ
２７ 第３雌ねじ部
２７ａ 雌ねじ
２８ 直流入力端子台
２９，３１ 交流出力端子台
３０，３５ ねじ部材
３２ 保持部
３３，３４ ブスバー
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 収納空間
４０ａ〜４０ｅ 保持突起部
４１ リードフレーム挿通スリット
４３ 回路部品
４５ 保持突起部の上面
４６ 雌ねじ部
４７，６６，７２ 熱伝導グリス
４８ ねじ部材
４８ａ 雄ねじ部
５０，５２，６３ ランド
５１，５８，６０，６１，６５ はんだ部
５５ ビア
５６ 上側ランド
５７ 下側ランド
６２ 放熱突起部
６４ 放熱突起部の上面
７０ 回路配線部
７１ 絶縁シート
ＱＵ 逆導通ＩＧＢＴモジュール
ＱＬ 逆導通ＩＧＢＴモジュール

Claims (11)

1. 電力変換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を駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、
   前記パワー半導体モジュール及び前記制御回路基板を収納する金属製の筐体と、
   前記制御回路基板の被保持面及び前記筐体の保持面を対向して前記制御回路基板を前記筐体の内部に保持する基板保持部と、を備え、
   前記基板保持部は、
   前記保持面及び前記被保持面の間に介在された第１熱伝導部材と、
   前記被保持面及び前記保持面の間で前記第１熱伝導部材が密着するように、ねじ部材の締め付けにより前記制御回路基板を前記筐体に固定するねじ締結手段と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１熱伝導部材は、熱伝導グリスであることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記第１熱伝導部材は、熱伝導シートであることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 電力変換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を駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、
   前記パワー半導体モジュール及び前記制御回路基板を収納する金属製の筐体と、
   前記制御回路基板の被保持面及び前記筐体の保持面を対向して前記制御回路基板を前記筐体の内部に保持する基板保持部と、を備え、
   前記基板保持部は、
   前記被保持面に形成したランドと、
   前記ランドと前記保持面とをはんだ接合するはんだ部と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。
5. 前記基板保持部は、ねじ部材の締め付けで前記制御回路基板を前記筐体に固定するねじ締結手段を備えていることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
6. 電力変換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を駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、
   前記パワー半導体モジュール及び前記制御回路基板を収納する金属製の筐体と、
   前記制御回路基板の被保持面及び前記筐体の保持面を対向して前記制御回路基板を前記筐体の内部に保持する基板保持部と、を備え、
   前記基板保持部は、
   前記被保持面で開口するように前記制御回路基板の板厚方向に連通して形成されたビアと、
   前記被保持面側の開口周縁で形成されたランドと、
   前記ランドと前記保持面とをはんだ接合するはんだ部と、
   前記ビアを通過したねじ部材の締め付けで前記制御回路基板を前記筐体に固定するねじ締結手段と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。
7. 電力変換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を駆動する回路部品を実装した制御回路基板と、
   前記パワー半導体モジュール及び前記制御回路基板を収納する金属製の筐体と、
   前記制御回路基板の被保持面及び前記筐体の保持面を対向して前記制御回路基板を前記筐体の内部に保持する基板保持部と、を備え、
   前記基板保持部は、
   前記被保持面で開口するように前記制御回路基板の板厚方向に連通して形成されたビアと、
   前記被保持面側の開口周縁で形成されたランドと、
   前記ランドと前記保持面とをはんだ接合するはんだ部と、を備えているとともに、
   前記ビアの内部空間にはんだが充填され前記内部空間が埋められていることを特徴とする電力変換装置。
8. 前記制御回路基板の前記回路部品が実装されている位置の裏面に形成されたランドと、
   前記筐体の前記制御回路基板の前記回路部品が実装されている位置の裏面に対向する位置に設けた放熱部と、
   前記ランドと前記放熱部とをはんだ接合するはんだ部と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記筐体の前記制御回路基板の前記回路部品が実装されている位置の裏面に対向する位置に設けた放熱部と、
   前記裏面及び前記放熱部の間に介在した第２熱伝導部材と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれ１項に記載の電力変換装置。
10. 前記第２熱伝導部材は、熱伝導グリスであることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
11. 前記第２熱伝導部材は、熱伝導シートであることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
    

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