JP2018148176A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インダクタンスの低減効果の向上を図ると共に、生産性の向上及び装置の小型化を図ることができる、電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は半導体モジュール２と複数の冷却管３とを有する。冷却管３は、導電性の一対の外殻プレート３１を有する。一対の外殻プレート３１は、互いの間に冷媒流路３０を形成する流路形成部３１１と、流路形成部３１１の周囲に形成された流路外周部３１２とを有する。一対の外殻プレート３１の少なくとも一方における流路外周部３１２は、高さ方向Ｚの少なくとも一方側に、外殻突出部３２を有する。外殻突出部３２の流路形成部３１からの突出長さは、側方外周部３３の突出長さよりも長い。外殻突出部３２は、複数のパワー端子２２と複数の制御端子２３との少なくとも一方と、積層方向Ｘにおいて重なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体モジュールと冷却管とを有する電力変換装置に関する。
インバータやコンバータ等の電力変換装置は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを備えている。そして、半導体モジュールとして、複数のパワー端子と、複数の制御端子とを、モジュール本体部から突出させたものがある。半導体モジュールは、パワー端子においてバスバー等に接続され、制御端子において制御回路基板に接続される。そして、複数のパワー端子を含む電流ループが形成され、また、複数の制御端子を含む電流ループが形成される場合がある。
この場合、電流ループにインダクタンスが寄生することとなる。それゆえ、スイッチングサージの低減、スイッチング損失の低減を図る観点において、パワー端子又は制御端子におけるインダクタンスを低減することが望ましい。
特許文献１に開示された電力変換装置は、装置内部の温度上昇を効果的に抑制することを目的として、半導体モジュールを冷却する冷却管における中間プレートを突出させている。すなわち、この電力変換装置は、一対の外殻プレートと中間プレートとインナフィンとを有する冷却管を、用いている。そして、中間プレートが、外殻プレートよりも外方へ突出した突出部を有する。
特開２００７−１７３３７２号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示の電力変換装置においては、以下の観点において改善の余地がある。
上記中間プレートの突出部の一部は、パワー端子又は制御端子と、積層方向に重なっている。かかる構成によって、突出部は、装置内の温度上昇抑制のみならず、上述のパワー端子又は制御端子におけるインダクタンスの低減にも寄与し得る。すなわち、複数のパワー端子に流れる電流の電流ループによって磁束が生じるが、この磁束が突出部を貫くと共に時間変化することで、突出部に渦電流が流れる。この渦電流は磁束を打ち消す方向に流れるため、インダクタンスを低減することが可能となる。また、制御端子に突出部が対向配置された場合も、同様の効果が期待できる。
ところが、突出部は、中間プレートの一部によって構成されているため、突出部をパワー端子又は制御端子に近付けにくい。それゆえ、上述のインダクタンス低減効果を大きく得にくい。
また、中間プレートは、冷却管の内部に配されるものであるため、一般に、比較的厚みの小さい薄板が用いられる。そのため、中間プレートを突出させて突出部を形成すると、突出部の強度が低いため、電力変換装置の製造時あるいはメンテナンス時等において、変形等のおそれがある。そのため、製造時等の作業性にも影響するおそれがある。すなわち、電力変換装置の生産性を向上させる観点においても、改善の余地がある。
さらには、突出部が、パワー端子又は制御端子の突出方向とは異なる方向に突出していても、インダクタンスの低減効果にはつながらない。その一方で、突出部がパワー端子又は制御端子の突出方向とは異なる方向に突出していると、電力変換装置の大型化を招く要因にもなり得る。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、インダクタンスの低減効果の向上を図ると共に、生産性の向上及び装置の小型化を図ることができる、電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、半導体素子（２０）を内蔵するモジュール本体部（２１）と、該モジュール本体部から突出した複数のパワー端子（２２、２２Ｐ、２２Ｎ、２２Ｏ）及び複数の制御端子（２３、２３Ｇ、２３Ｅ）と、を備えた半導体モジュール（２）と、
該半導体モジュールを両主面から挟持するように積層配置された複数の冷却管（３）と、を有し、
上記複数のパワー端子は、上記モジュール本体部から、上記冷却管と上記半導体モジュールとの積層方向（Ｘ）に直交する高さ方向（Ｚ）における、互いに同じ方向に突出しており、
上記複数の制御端子は、上記モジュール本体部から、上記高さ方向における、互いに同じ方向に突出しており、
上記冷却管は、上記積層方向に対向配置された導電性の一対の外殻プレート（３１）を有すると共に、該一対の外殻プレートの間に冷媒流路（３０）を形成してなり、
上記一対の外殻プレートは、互いの間に上記冷媒流路を形成する流路形成部（３１１）と、上記積層方向から見て上記流路形成部の周囲に形成された流路外周部（３１２）とを有し、
上記一対の外殻プレートの少なくとも一方における上記流路外周部は、上記流路形成部に対して上記高さ方向の少なくとも一方側に、外殻突出部（３２）を有し、
該外殻突出部の上記流路形成部からの突出長さ（ｈａ、ｈｂ）は、上記高さ方向と上記積層方向との双方に直交する横方向（Ｙ）において、上記流路外周部が上記流路形成部から外側に突出した側方外周部（３３）の突出長さ（ｋ）よりも長く、
上記外殻突出部は、上記複数のパワー端子と上記複数の制御端子との少なくとも一方と、上記積層方向において重なっている、電力変換装置（１）にある。
上記電力変換装置において、上記外殻突出部は、複数のパワー端子と複数の制御端子との少なくとも一方と、積層方向において重なっている。これにより、外殻突出部には、複数のパワー端子又は複数の制御端子に電流が流れたとき、その電流ループに起因する磁束を打ち消す方向の渦電流が生じる。そのため、外殻突出部に対向する複数のパワー端子又は複数の制御端子におけるインダクタンスを低減することができる。
そして、外殻突出部は、冷却管の外殻プレートの一部によって構成されている。そのため、積層方向において、パワー端子又は制御端子に対して近い位置に、外殻突出部を配置することが可能となる。
さらに、外殻プレートは、冷却管を構成する部材として、比較的厚みの大きい材料で構成されやすい。その厚みの大きい外殻プレートの一部によって、上記外殻突出部を構成することとなるため、外殻突出部の強度を確保しやすい。その結果、外殻突出部の変形を招きにくく、電力変換装置の生産性の向上にもつながる。
また、外殻突出部の上記流路形成部からの突出長さは、上記側方外周部の突出長さよりも長い。それゆえ、冷却管の横方向における体格を抑制することができる。つまり、外殻突出部を設けることによって、冷却管の体格を、その横方向に拡大することにはならない。それゆえ、電力変換装置の小型化を図りやすい。
以上のごとく、上記態様によれば、インダクタンスの低減効果の向上を図ると共に、生産性の向上及び装置の小型化を図ることができる、電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態１における、電力変換装置の一部の側面図。 実施形態１における、電力変換装置の一部の断面図。 実施形態１における、半導体モジュールと冷却器との平面図。 実施形態１における、半導体モジュールと冷却管との正面図。 実施形態１における、半導体モジュールの正面図。 実施形態１における、冷却管の正面図。 実施形態１における、冷却管の断面斜視図。 実施形態１における、電力変換装置の一部の回路図。 実施形態１における、半導体モジュールにおける電流ループの説明図。 実施形態２における、半導体モジュールと冷却管との正面図。 実施形態２における、電力変換装置の一部の回路図。 実施形態３における、半導体モジュールと冷却管との正面図。 実施形態３における、電力変換装置の一部の回路図。 実施形態４における、電力変換装置の一部の断面図。 実施形態４における、半導体モジュールと冷却管との正面図。 実施形態５における、電力変換装置の一部の側面図。 実施形態６における、電力変換装置の一部の側面図。 実施形態７における、電力変換装置の一部の側面図。 変形形態における、電力変換装置の一部の断面図。 他の変形形態における、電力変換装置の一部の断面図。
（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、半導体モジュール２と、半導体モジュール２を両主面から挟持するように積層配置された複数の冷却管３と、を有する。
図２、図４、図５に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子２０を内蔵するモジュール本体部２１と、モジュール本体部２１から突出した複数のパワー端子２２及び複数の制御端子２３と、を備えている。
複数のパワー端子２２は、モジュール本体部２１から、高さ方向Ｚにおける、互いに同じ方向に突出している。複数の制御端子２３は、モジュール本体部２１から、高さ方向Ｚにおける、互いに同じ方向に突出している。
なお、高さ方向Ｚは、冷却管３と半導体モジュール２との積層方向Ｘに直交する方向であり、パワー端子２２及び制御端子２３の突出方向に平行な方向とする。また、積層方向Ｘと高さ方向Ｚとの双方に直交する方向を、横方向Ｙというものとする。これら横方向Ｙ、高さ方向Ｚは、便宜的な表現であり、特に電力変換装置１の配置姿勢を限定するものではない。
図２、図７に示すごとく、冷却管３は、積層方向Ｘに対向配置された導電性の一対の外殻プレート３１を有する。冷却管３は、一対の外殻プレート３１の間に冷媒流路３０を形成してなる。
図１、図２、図６、図７に示すごとく、一対の外殻プレート３１は、互いの間に冷媒流路３０を形成する流路形成部３１１と、積層方向Ｘから見て流路形成部３１１の周囲に形成された流路外周部３１２とを有する。
一対の外殻プレート３１の少なくとも一方における流路外周部３１２は、流路形成部３１１に対して高さ方向Ｚの少なくとも一方側に、外殻突出部３２を有する。本実施形態においては、一対の外殻プレート３１の双方が、外殻突出部３２を有する。また、外殻プレート３１は、流路形成部３１１に対して高さ方向Ｚの両側に、それぞれ外殻突出部３２を有する。また、一対の外殻プレート３１は、互いに積層方向Ｘに対向した外殻突出部３２を有する。
図６に示すごとく、外殻突出部３２の流路形成部３１１からの突出長さｈａ、ｈｂは、図２に示す積層方向Ｘにおける冷却管３の厚みｄよりも長い。また、突出長さｈａ、ｈｂは、横方向Ｙにおいて、流路外周部３１２が流路形成部３１１から外側に突出した側方外周部３３の突出長さｋよりも長い。外殻突出部３２は、複数のパワー端子２２と複数の制御端子２３との少なくとも一方と、積層方向Ｘにおいて重なっている。
半導体モジュール２は、複数のパワー端子２２と複数の制御端子２３とを高さ方向Ｚにおける互いに反対方向に突出してなる。外殻プレート３１は、高さ方向Ｚの双方に、外殻突出部３２を突出している。パワー端子２２側に突出した外殻突出部３２ａは、複数のパワー端子２２と積層方向Ｘに重なっている。制御端子２３側に突出した外殻突出部３２ｂは、複数の制御端子２３と積層方向Ｘに重なっている。
なお、適宜、高さ方向Ｚにおいて、パワー端子２２が突出した側を上側、その反対側を下側という。ただし、この表現も便宜的なものであり、鉛直方向との関係を限定するものではない。
上側に突出した外殻突出部３２ａの突出長さｈａと、下側に突出した外殻突出部３２ｂの突出長さｈｂとは、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、側方外周部３３の突出長さｋは、積層方向Ｘにおける冷却管３の厚みｄよりも短い。
図３〜図５に示すごとく、複数のパワー端子２２は、互いに横方向Ｙに並んで配置されている。また、複数の制御端子２３も、互いに横方向Ｙに並んで配置されている。
また、隣り合うパワー端子２２は、互いに横方向Ｙに離れた状態で配置されている。すなわち、横方向Ｙに隣り合うパワー端子２２の間には、パワー端子２２が存在しない領域がある。この領域に対しても、外殻突出部３２ａは、積層方向Ｘに対向することとなる。すなわち、横方向Ｙに離れて配置された複数のパワー端子２２に対向して、一つの外殻突出部３２ａが連続して形成されている。
また、横方向Ｙに離れて配置された複数の制御端子２３に対向して、一つの外殻突出部３２ｂが連続して形成されている。
本実施形態においては、外殻突出部３２は、冷却管３の横方向Ｙの全体ではなく、その一部において突出している。ただし、冷却管３の横方向Ｙの全体にわたって外殻突出部３２が形成されていてもよい。
図２、図７に示すごとく、冷却管３は、一対の外殻プレート３１の間に配された中間プレート３４を有する。中間プレート３４は、流路外周部３１２において、一対の外殻プレート３１に挟持されている。そして、中間プレート３４は、外殻突出部３２と重なり合う中間突出部３４１を有する。
中間プレート３４は、平板状に形成されている。この平板状の中間プレート３４を両主面から挟むように、一対の外殻プレート３１が接合されている。中間プレート３４と外殻プレート３１との間に、冷媒流路３０が形成されている。また、中間プレート３４と外殻プレート３１との間には、波形状のインナフィン３５が配置されている。
外殻プレート３１、中間プレート３４、及びインナフィン３５は、いずれもアルミニウム合金等の金属板によって構成されている。中間プレート３４は、外殻プレート３１よりも厚みが小さい。例えば、中間プレート３４の厚みは、外殻プレート３１の厚みの半分以下とすることができる。また、インナフィン３５の板厚も、外殻プレート３１の厚みよりも小さい。また、インナフィン３５の板厚は、中間プレート３４の厚み以下とすることができる。
外殻プレート３１と中間プレート３４とインナフィン３５とは、互いにろう付け、或いは溶接等によって接合されている。外殻プレート３１と中間プレート３４とは、流路外周部３１２において、互いに接合されている。外殻突出部３２と中間突出部３４１とは、対向する全面において互いに接合されていてもよいし、接合されずに重なり合っていてもよい。ただし、積層方向Ｘから見たとき、流路外周部３１２における接合部は、冷媒流路３０を全周から囲むように連続して形成されている。
冷媒流路３０には、例えば、水などの冷媒を流通させることができる。冷媒としては、水に限らず、例えば、アンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等、種々の冷媒を用いることができる。
また、図１、図２に示すごとく、冷却管３と半導体モジュール２との間には、熱伝導性に優れたセラミック板からなる絶縁材１１を介在させている。絶縁材１１及び冷却管３は、半導体モジュール２の両主面にそれぞれ積層配置されている。半導体モジュール２は、両主面に放熱板２４を露出させている。この放熱板２４が露出した半導体モジュール２の主面に、グリス（図示略）を介して絶縁材１１が接触配置されている。各絶縁材１１にグリス（図示略）を介して冷却管３が接触配置されている。
上記のように配置された冷却管３の反対側にも同様の構成で、絶縁材１１を介して半導体モジュール２が積層されている。そして、全体としては、図３に示すごとく、冷却管３と半導体モジュール２とが絶縁材１１（図示略）を介して交互に積層配置されている。
図３に示すごとく、積層方向Ｘに隣り合う冷却管３は、その横方向Ｙの両端において、それぞれ連結パイプ３０１によって連結されている。連結パイプ３０１は、隣り合う冷却管３の内部の冷媒流路３０同士を連通させている。積層方向Ｘにおける一端に配された冷却管３には、冷媒導入口３０２と冷媒排出口３０３とが設けてある。このようにして、複数の冷却管３を並列配置してなる冷却器３００が構成されている。隣り合う冷却管３の間に、半導体モジュール２が配置されている。
図１、図２、図４に示すごとく、半導体モジュール２のパワー端子２２は、高さ方向Ｚにおいて、冷却管３よりも上側に突出している。そして、パワー端子２２は、冷却管３の上方に配置されたバスバー１３に接続されている。制御端子２３は、高さ方向Ｚにおいて、冷却管３よりも下方へ突出している。そして、制御端子２３は、冷却管３の下方に配置された制御回路基板１２に接続されている。制御回路基板１２は、その主面の法線方向が、高さ方向Ｚとなるように配置されている。制御回路基板１２に形成されたスルーホールに、制御端子２３が挿通されて、ハンダ等によって接続されている。
電力変換装置１は、例えば、直流電源と三相交流の回転電機との間において、電力変換を行うインバータとすることができる。
本実施形態においては、半導体モジュール２は、半導体素子２０として、２つのスイッチング素子を内蔵している。２つのスイッチング素子は、図８に示すごとく、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとである。
図８は、高電位バスバー１３Ｐと低電位バスバー１３Ｎとの間に接続された平滑コンデンサ１４と、一つの半導体モジュール２と、これに接続された回転電機の一相分のコイル１５と、を抜き出した回路図である。なお、同図に示した容量Ｃｇｅは、スイッチング素子２に寄生する寄生容量を表す。
各スイッチング素子は、ＩＧＢＴ、すなわち絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる。また、上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄには、それぞれフライホイールダイオードが逆並列接続されている。上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとの接続点が、回転電機の電極の一つに接続される。なお、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、すなわちＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いることもできる。
図５に示すごとく、半導体モジュール２は、３つのパワー端子２２Ｐ、３２Ｎ、３２Ｏを有する。パワー端子２２Ｐは、図８に示すごとく、上アームスイッチング素子２ｕのコレクタに電気的に接続された端子である。パワー端子２２Ｎは、下アームスイッチング素子２ｄのエミッタに電気的に接続された端子である。パワー端子２２Ｏは、上アームスイッチング素子２ｕのエミッタと下アームスイッチング素子２ｄのコレクタとに電気的に接続された端子である。そして、パワー端子２２Ｐは、直流電源の正極に繋がる高電位バスバー１３Ｐに接続される。パワー端子２２Ｎは、直流電源の負極に繋がる低電位バスバー１３Ｎに接続される。パワー端子２２Ｏは、回転電機に繋がる出力バスバー１３Ｏに接続される。
半導体モジュール２は、上アームスイッチング素子２ｕに対応した複数の制御端子２３と、下アームスイッチング素子２ｄに対応した複数の制御端子２３とを有する。そして、複数の制御端子２３には、各スイッチング素子のゲートに接続される制御端子２３Ｇと、各スイッチング素子のエミッタに接続される制御端子２３Ｅとが含まれる。
電力変換装置１は、各スイッチング素子を適宜オンオフさせることで、電力変換を行う。その際、図８に示すごとく、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄと、平滑コンデンサ１４とによって構成される閉回路において、被制御電流の電流変化が生じる。それゆえ、この閉回路におけるインダクタンスを低減することが求められる。
つまり、この閉回路において変動する被制御電流の交流成分Ｉ１は、パワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｎとにおいて、互いに逆向きとなる。そして、図９に示すごとく、互いに隣り合うパワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｎとを含む部分に、電流ループｉ１が形成されることとなる。
このとき、電流ループｉ１によって生じる磁束が積層方向Ｘに形成される。ところが、パワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｐとには、外殻突出部３２が対向配置されている。それゆえ、この外殻突出部３２に、上記の磁束を打ち消すような渦電流が発生する。これにより、パワー端子２２におけるインダクタンスが低減される。
制御端子２３においても、スイッチング素子２ｕ、２ｄのゲートからエミッタに流れる電流Ｉ２が生じる。すなわち、制御端子２３Ｇから半導体モジュール２に入って制御端子２３Ｅから抜ける電流が、生じる。これにより、複数の制御端子２３においても、図９に示すごとく、電流ループｉ２が形成される。これらの制御端子２３に対しても、外殻突出部３２が対向配置されている。それゆえ、制御端子２３に生じた電流ループｉ２に起因する磁束も、外殻突出部３２に生じる渦電流によって打ち消すことができる。その結果、制御端子２３におけるインダクタンスを低減することができる。
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１において、外殻突出部３２は、複数のパワー端子２２及び複数の制御端子２３と、積層方向Ｘにおいて重なっている。これにより、上述のように、外殻突出部３２には、複数のパワー端子２２又は複数の制御端子２３に電流が流れたとき、その電流ループに起因する磁束を打ち消す方向の渦電流が生じる。そのため、外殻突出部３２に対向する複数のパワー端子２２及び複数の制御端子２３におけるインダクタンスを低減することができる。
そして、外殻突出部３２は、冷却管３の外殻プレート３１の一部によって構成されている。そのため、積層方向Ｘにおいて、パワー端子２２及び制御端子２３に対して近い位置に、外殻突出部３２を配置することが可能となる。
さらに、外殻プレート３１は、冷却管３を構成する部材として、比較的厚みの大きい材料で構成される。その厚みの大きい外殻プレート３１の一部によって、外殻突出部３２を構成することとなるため、外殻突出部３２の強度を確保しやすい。その結果、外殻突出部３２の変形を招きにくく、電力変換装置１の生産性の向上にもつながる。
また、外殻突出部３２の突出長さｈａ、ｈｂは、側方外周部３３の突出長さｋよりも長い。それゆえ、冷却管３の横方向Ｙにおける体格を抑制することができる。つまり、外殻突出部３２を設けることによって、冷却管３の体格を、その横方向Ｙに拡大することにはならない。それゆえ、電力変換装置１の小型化を図りやすい。
また、外殻プレート３１は、高さ方向Ｚの双方に、外殻突出部３２を突出している。そして、上側の外殻突出部３２ａは、複数のパワー端子２２と積層方向Ｘに重なっており、下側の外殻突出部３２ｂは、複数の制御端子２３と積層方向Ｘに重なっている。
また、一対の外殻プレート３１の双方が、互いに積層方向Ｘに対向した外殻突出部３２を有する。そのため、積層方向Ｘにおける冷却管３のいずれ側に配置された半導体モジュール２のパワー端子２２又は制御端子２３に対しても、外殻突出部３２を近い位置に配置しやすくなる。
冷却管３は、中間プレート３４を有し、中間プレート３４は、流路外周部３１２において、一対の外殻プレート３１に挟持されている。それゆえ、冷却管３の冷却性能を向上させると共に、冷却管３の強度を向上させることができる。
また、中間プレート３４は、外殻突出部３２と重なり合う中間突出部３４１を有する。そのため、中間突出部３４１によって外殻突出部３２を補強することができる。
また、外殻突出部３２の突出長さｈａ、ｈｂは、積層方向Ｘにおける冷却管３の厚みｄよりも長い。それゆえ、外殻突出部３２による、パワー端子２２又は制御端子２３のインダクタンスの低減効果を得やすくなる。
また、側方外周部３３の突出長さｋは、冷却管３の厚みｄよりも短い。それゆえ、冷却管３の横方向Ｙの体格を抑制することができる。これに伴い、電力変換装置１の一層の小型化を図りやすくなる。
以上のごとく、本実施形態によれば、インダクタンスの低減効果の向上を図ると共に、生産性の向上及び装置の小型化を図ることができる、電力変換装置を提供することができる。
（実施形態２）
本実施形態においては、図１０、図１１に示すごとく、一つの半導体モジュール２が一つのスイッチング素子を内蔵した構成の電力変換装置１を示す。
この場合、半導体モジュール２は、２つのパワー端子２２を有する。そして、電力変換装置１が備える複数の半導体モジュール２のうちの一部は、上アームスイッチング素子２ｕを内蔵し、他の一部は、下アームスイッチング素子２ｄを内蔵する。
上アームスイッチング素子２ｕを内蔵した半導体モジュール２は、パワー端子２２として、高電位バスバー１３Ｐに接続されるパワー端子２２Ｐと、出力バスバー１３Ｏに接続されるパワー端子２２Ｏを有する。一方、下アームスイッチング素子２ｄを内蔵した半導体モジュール２は、図示を省略するが、パワー端子２２として、低電位バスバー１３Ｎに接続されるパワー端子と、出力バスバー１３Ｏに接続されるパワー端子を有する。ただし、これらの半導体モジュール２の構造は、互いに特に異なるものではない。
ここでは、上アームスイッチング素子２ｕを内蔵した半導体モジュール２におけるインダクタンスの低減効果を説明する。実施形態１と同様に、図１１に示すごとく、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄと、平滑コンデンサ１４とによって構成される閉回路において変動する被制御電流の交流成分Ｉ１を考える。上アーム側の半導体モジュール２には、交流成分Ｉ１が、パワー端子２２Ｐから入り、パワー端子２２Ｏへ抜ける。この交流成分Ｉ１は、隣り合うパワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｎとにおいて、互いに反対向きに流れることとなる。それゆえ、図１０に示すごとく、これらのパワー端子２２Ｐ、２２Ｏを含む電流ループｉ１が形成される。
パワー端子２２Ｐ、２２Ｏには、積層方向Ｘに外殻突出部３２ａが対向配置されている。それゆえ、電流ループｉ１によって形成される磁束を打ち消す方向の渦電流が、外殻突出部３２ａに流れる。これによって、パワー端子２２におけるインダクタンスが低減される。
また、下アームスイッチング素子２ｄを内蔵した半導体モジュール２においても、２つのパワー端子２２を含む電流ループｉ２が形成されるが、外殻突出部３２ｂによる上記と同様の作用によって、インダクタンスが低減される。
制御端子２３については、実施形態１と同様に、インダクタンスの低減効果が得られる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本実施形態においても、上述したように、インダクタンスの低減効果の向上を図ることができる。その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態３）
本実施形態の電力変換装置１は、図１２、図１３に示すごとく、１つの半導体モジュール２に１つのスイッチング素子を内蔵させつつ、２つの半導体モジュール２を横方向Ｙに隣接配置している。
そして、横方向Ｙに隣接配置された２つの半導体モジュール２を、積層方向Ｘから一対の冷却管３が挟持した状態となっている。
横方向Ｙに隣接配置された２つの半導体モジュール２に内蔵されるスイッチング素子は、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとなる。そして、出力バスバー１３Ｏに接続される、２つの半導体モジュール２のパワー端子２２Ｏが、横方向Ｙに互いに隣接するように、半導体モジュール２が配置されている。そして、高電位バスバー１３Ｐに接続されるパワー端子２２Ｐと、低電位バスバー１３Ｎに接続されるパワー端子２２Ｎとは、横方向Ｙにおける両端に配置されることとなる。
かかる状態において、実施形態１と同様に、図１３に示すごとく、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄと、平滑コンデンサ１４とによって構成される閉回路において変動する被制御電流の交流成分Ｉ１を考える。交流成分Ｉ１は、上アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｐから、パワー端子２２Ｏへ抜け、下アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｏから、パワー端子２２Ｎへ抜ける。それゆえ、上アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｏとにおいては、交流成分Ｉ１は互いに逆向きとなる。また、上アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｏと下アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｏとにおいても、交流成分Ｉ１は互いに逆向きとなる。下アーム側の半導体モジュール２のパワー端子２２Ｏとパワー端子２２Ｎとにおいても、交流成分Ｉ１は互いに逆向きとなる。その結果、図１３に示すごとく、隣り合うパワー端子２２を含む電流ループｉ１１、ｉ１２、ｉ１３が、それぞれ形成される。
本実施形態においても、４本のパワー端子２２に対して、積層方向Ｘに対向するように、外殻突出部３２が配設されている。それゆえ、上述の電流ループｉ１１、ｉ１２、ｉ１３によって生じる磁束を打ち消すように、外殻突出部３２に渦電流が流れる。そのため、パワー端子２２におけるインダクタンスが低減される。
制御端子２３については、実施形態１と同様に、インダクタンスの低減効果が得られる。その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。
（実施形態４）
本実施形態の電力変換装置１は、図１４、図１５に示すごとく、外殻突出部３２が、積層方向Ｘにおいて半導体モジュール２側へ***した***部３２１を有する。
***部３２１は、積層方向Ｘから見て、パワー端子２２又は制御端子２３に重なっている。
***部３２１は、上側に突出した外殻突出部３２ａと、下側に突出した外殻突出部３２ｂとの双方に設けてある。また、冷却管３において互いに対向配置された一対の外殻突出部３２の双方に、***部３２１が設けてある。一対の外殻突出部３２における***部３２１は、それぞれ互いに反対側に***している。すなわち、冷却管３を挟んで積層方向Ｘに隣り合う２つの半導体モジュール２（図示略）に対してそれぞれ近づくように、一対の外殻突出部３２のそれぞれの***部３２１が形成されている。
***部３２１は、積層方向Ｘに直交する平面部３２２を有する。平面部３２２が積層方向Ｘにパワー端子２２又は制御端子２３に対向している。
図１４に示すごとく、積層方向Ｘに対向する一対の***部３２１の間には、中間プレート３４の中間突出部３４１が配置されている。***部３２１と中間突出部３４１との間には、空間が形成されている。ただし、この空間は冷媒流路３０とは隔離されており、冷媒は通らない。
外殻プレート３１と中間プレート３４との接合部は、流路形成部３１１と***部３２１との間を通るように連続形成されている。また、外殻突出部３２における***部３２１よりも突出先端側において、中間突出部３４１に接触している。ただし、この部分は、特に接合されている必要はなく、また、中間突出部３４１から離れていてもよい。
ただし、***部３２１は、積層方向Ｘにおいて、絶縁材１１よりも半導体モジュール２側にまでは突出しないように形成されている。すなわち、外殻突出部３２は、積層方向Ｘにおいて、流路形成部３１１における半導体モジュール２側の面と同等の位置、もしくはそれよりも半導体モジュール２から遠い位置に、配されている。換言すると、外殻突出部３２は、積層方向Ｘにおいて、流路形成部３１１よりも半導体モジュール２側にはみ出ないように形成されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においては、外殻突出部３２が***部３２１を有する。それゆえ、外殻突出部３２をパワー端子２２又は制御端子２３に、より近づけることができる。その結果、パワー端子２２及び制御端子２３におけるインダクタンスをより効果的に低減することができる。
また、外殻突出部３２は、積層方向Ｘにおいて、流路形成部３１１における半導体モジュール２側の面と同等の位置、もしくはそれよりも半導体モジュール２から遠い位置に、配されている。それゆえ、外殻突出部３２とパワー端子２２又は制御端子２３との間の絶縁を充分に確保することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態５）
本実施形態の電力変換装置１は、図１６に示すごとく、外殻突出部３２を、上側にのみ設けたものである。
すなわち、外殻突出部３２は、高さ方向Ｚにおいて、パワー端子２２側には設けているが、制御端子２３側には設けていない。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においては、外殻突出部３２を、高さ方向Ｚにおける上側にのみ設けているため、装置の小型化及び軽量化を図りやすい。また、大きい電流が流れるパワー端子２２に対して外殻突出部３２を対向配置することで、効果的にインダクタンスの低減効果を得ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態６）
本実施形態の電力変換装置１は、図１７に示すごとく、冷却管３を構成する一対の外殻プレート３１のうちの一方にのみ、外殻突出部３２を設けたものである。
すなわち、一対の外殻プレート３１のうちの他方には、外殻突出部３２を設けていない。そして、一つの半導体モジュール２を挟む２つの冷却管３のうちの一方の冷却管３（図１７においては、右側の冷却管３）が、一対の外殻プレート３１のうち当該半導体モジュール２に近い側（図１７においては左側）の外殻プレート３１に外殻突出部３２を設けている。
また、一つの半導体モジュール２を挟む２つの冷却管３のうちの他方の冷却管３（図１７においては、左側の冷却管３）が、一対の外殻プレート３１のうち当該半導体モジュール２から遠い側（図１７においては左側）の外殻プレート３１に外殻突出部３２を設けている。また、中間プレート３４は、中間突出部（図１６の符号３４１参照）を設けていない。
その他の構成は、実施形態５と同様である。
本実施形態の場合は、冷却管３の軽量化、材料費の低減を図ることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。
（実施形態７）
本実施形態の電力変換装置１は、図１８に示すごとく、中間プレート３４に、中間突出部（図１６の符号３４１参照）を設けていないものである。
冷却管３を構成する一対の外殻プレート３１の双方が、上側に外殻突出部３２を設けている。しかし、中間プレート３４は、中間突出部を設けていない。そして、一対の外殻突出部３２は、中間プレート３４の厚み分の隙間を介して対向配置されている。
その他の構成は、実施形態５と同様である。
本実施形態の場合には、中間突出部を設けない分、冷却管３の軽量化、材料費の低減を図ることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、上記各実施形態を適宜組み合わせた形態とすることもできる。また、上記実施形態においては、冷却管が中間プレートを備えた形態を示したが、中間プレートのない冷却管を用いた形態とすることもできる。
また、実施形態４においては、図１４に示すごとく、外殻突出部３２における積層方向Ｘの双方に、***部３２１を設けているが、図１９に示すごとく、片側にのみ***部３２１を設けてもよい。例えば、同図に示すように、パワー端子２２と外殻突出部３２との間に、バスバー１３が配置されるような場合、バスバー１３と外殻突出部３２との間の距離を充分にとって、絶縁を確保する必要がある。その一方で、パワー端子２２におけるバスバー１３が配置されていない側の面に対しては、***部３２１を設けて外殻突出部３２を近づけることで、インダクタンスの低減を図ることができる。
なお、図１９においては、上側の外殻突出部３２ａと、下側の外殻突出部３２ｂとのいずれにおいても、積層方向Ｘの片側のみに***部３２１を形成した態様を示した。しかし、例えば、下側の外殻突出部３２ｂにおいては、積層方向Ｘの両側に***部３２１を設けた構成としてもよい。
また、実施形態１等においては、半導体モジュール２における複数のパワー端子２２を、図２〜図４に示すごとく、横方向Ｙに一列に並べて配置した構成を示したが、例えば、図２０に示すごとく、複数のパワー端子２２を、積層方向Ｘにずらして配置することもできる。すなわち、この変形形態においては、複数のパワー端子２２を、図４に示す状態と同様に横方向Ｙに並べつつも、一直線状には配置せずに、図２０に示すごとく、積層方向Ｘにずらす。例えば、パワー端子２２Ｐとパワー端子２２Ｎとを、積層方向Ｘにずらす。また、パワー端子２２Ｏは、例えば、パワー端子２２Ｐと、Ｙ方向に重なる位置に配置されていてもよい。
かかる形態の場合、パワー端子２２と外殻突出部３２との距離を、より短くすることができ、インダクタンスの一層の低減を図りやすい。
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２２、２２Ｐ、２２Ｎ、２２Ｏ パワー端子
２３、２３Ｇ、２３Ｅ 制御端子
３ 冷却管
３１ 外殻プレート
３１１ 流路形成部
３１２ 流路外周部
３２ 外殻突出部
３３ 側方外周部

Claims (10)

  1. 半導体素子（２０）を内蔵するモジュール本体部（２１）と、該モジュール本体部から突出した複数のパワー端子（２２、２２Ｐ、２２Ｎ、２２Ｏ）及び複数の制御端子（２３、２３Ｇ、２３Ｅ）と、を備えた半導体モジュール（２）と、
    該半導体モジュールを両主面から挟持するように積層配置された複数の冷却管（３）と、を有し、
    上記複数のパワー端子は、上記モジュール本体部から、上記冷却管と上記半導体モジュールとの積層方向（Ｘ）に直交する高さ方向（Ｚ）における、互いに同じ方向に突出しており、
    上記複数の制御端子は、上記モジュール本体部から、上記高さ方向における、互いに同じ方向に突出しており、
    上記冷却管は、上記積層方向に対向配置された導電性の一対の外殻プレート（３１）を有すると共に、該一対の外殻プレートの間に冷媒流路（３０）を形成してなり、
    上記一対の外殻プレートは、互いの間に上記冷媒流路を形成する流路形成部（３１１）と、上記積層方向から見て上記流路形成部の周囲に形成された流路外周部（３１２）とを有し、
    上記一対の外殻プレートの少なくとも一方における上記流路外周部は、上記流路形成部に対して上記高さ方向の少なくとも一方側に、外殻突出部（３２）を有し、
    該外殻突出部の上記流路形成部からの突出長さ（ｈａ、ｈｂ）は、上記高さ方向と上記積層方向との双方に直交する横方向（Ｙ）において、上記流路外周部が上記流路形成部から外側に突出した側方外周部（３３）の突出長さ（ｋ）よりも長く、
    上記外殻突出部は、上記複数のパワー端子と上記複数の制御端子との少なくとも一方と、上記積層方向において重なっている、電力変換装置（１）。
  2. 上記半導体モジュールは、上記複数のパワー端子と上記複数の制御端子とを上記高さ方向における互いに反対方向に突出してなり、上記外殻プレートは、上記高さ方向において、少なくとも上記パワー端子の突出側に、上記外殻突出部を突出形成してなり、該外殻突出部は、少なくとも複数の上記パワー端子と、上記積層方向に重なっている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 上記外殻プレートは、上記高さ方向の双方に、上記外殻突出部を突出しており、上記パワー端子側に突出した上記外殻突出部は、複数の上記パワー端子と上記積層方向に重なっており、上記制御端子側に突出した上記外殻突出部は、複数の上記制御端子と上記積層方向に重なっている、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 上記一対の外殻プレートの双方が、互いに上記積層方向に対向した上記外殻突出部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 上記冷却管は、上記一対の外殻プレートの間に配された中間プレート（３４）を有し、該中間プレートは、上記流路外周部において、上記一対の外殻プレートに挟持されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 上記中間プレートは、上記外殻突出部と重なり合う中間突出部（３４１）を有する、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 上記外殻突出部は、上記積層方向において上記半導体モジュール側へ***した***部（３２１）を有し、該***部は、上記積層方向から見て、上記パワー端子又は上記制御端子に重なっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  8. 上記外殻突出部の上記流路形成部からの突出長さ（ｈａ、ｈｂ）は、上記積層方向における上記冷却管の厚み（ｄ）よりも長い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9. 上記側方外周部の突出長さ（ｋ）は、上記積層方向における上記冷却管の厚み（ｄ）よりも短い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 上記外殻突出部は、上記積層方向において、上記流路形成部における上記半導体モジュール側の面と同等の位置、もしくはそれよりも上記半導体モジュールから遠い位置に、配されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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