JP2019103247A - 電力変換器用冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバスバーの積層構造を回避して低背化を図るとともに、複数のバスバー全体の体積に対する抜熱効率を向上させる技術を提供する。【解決手段】複数相の電力に対応するスイッチング素子が実装されたパワーモジュールを搭載する電力変換器用冷却構造において、パワーモジュールにおいてスイッチング素子が実装される面の裏側の面に冷却水路を形成する水路形成部と、パワーモジュールの各相に接続されるとともに、水路形成部と熱伝導可能に接続される複数のバスバーとを有し、更に、水路形成部との間にバスバーそれぞれの少なくとも一部を収容する筐体を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換器用の冷却構造に関する。

従来、車載用インバータにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のバスバーを絶縁材を介して積層し、積層したバスバーをブラケットとボルトとを用いて筐体に押しつけることにより、バスバーの熱を筐体に放熱する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−２７１０６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、複数のバスバーを積層構造にしているので、積層構造のバスバーを含むインバータの載置スペースが大きくなる。また、積層構造のバスバーでは、筐体から離れた位置にあるバスバーほど抜熱効率が低くなるため、複数のバスバー全体の体積に対する抜熱効率が低下するという問題がある。

本発明は、複数のバスバーの積層構造を回避して低背化を図るとともに、複数のバスバー全体の体積に対する抜熱効率を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明による電力変換器用冷却構造によれば、複数相の電力に対応するスイッチング素子が実装されたパワーモジュールを搭載する電力変換器用冷却構造において、パワーモジュールにおけるスイッチング素子が実装される面の裏側の面に冷却水路を形成する水路形成部と、パワーモジュールの各相に接続されるとともに、水路形成部と熱伝導可能に接続される複数のバスバーとを有し、更に、水路形成部との間にバスバーの一部を収容する筐体を備える。

本発明によれば、パワーモジュールの裏側のスペースを有効に活用し、複数のバスバーを面方向に並べて配置することができるので、複数のバスバーの積層構造を回避して低背化が図れるとともに、複数のバスバー全体の体積に対する抜熱効率を向上させることができる。

図１は、第１実施形態の電力変換器を示す概略回路図である。 図２は、パワーモジュールの冷却構造を説明する図である。 図３は、パワーモジュールを裏面から見た概略構成図である。 図４は、バスバーが配置された状態のパワーモジュールを示す概略構成図である。 図５は、第１実施形態の電力変換器用冷却構造の効果を説明する図である。 図６は、変形例１においてバスバーが配置されたパワーモジュールを示す概略構成図である。 図７は、変形例２においてバスバーが配置されたパワーモジュールを示す概略構成図である。 図８は、変形例３においてバスバーと水路形成部とが接触する態様を示す図である。 図９は、変形例４においてパワーモジュールの出力端子とバスバーとが接続される態様を説明する図である。 図１０は、変形例５のパワーモジュールの冷却構造を説明する図である。 図１１は、第２実施形態のバスバーを説明する図である。

本発明の実施形態における電力変換器用冷却構造について説明する。

−第１実施形態−
まず、電力変換器１について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換器１の構成を示す概略回路図である。本実施形態に係る電力変換器１は、例えば車載用のインバータである。

電力変換器１は、直流電源２と電動機（回転電機）３との間に設けられる。

直流電源２は、車両などの動力源であり、複数の電池などにより構成されている。直流電源２は、正極が正極配線４Ｐを介して、電力変換器１内の正極給電母線１０Ｐと接続されており、負極が負極配線４Ｎを介して、電力変換器１内の負極給電母線１０Ｎと接続されている。

本実施形態の電動機３は、複数の相（本実施形態ではＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相、）で動作する。電動機３は、電力変換器１が直流電源２から直流電流を変換して生成される交流電流が供給されることにより回転駆動する。なお、電力変換器１と電動機３とは、Ｕ相バスバー５Ｕ、Ｖ相バスバー５Ｖ、およびＷ相バスバー５Ｗを介して接続されている。

電力変換器１は、モジュール化された複数の半導体素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが実装された基板を含んで構成されるパワーモジュール１３を備える。半導体素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）であって、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、制御回路１７からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ（開閉）することで直流電力を交流電力に変換する。そして、電動機３にて所望の回転力を得るための交流電力が生成されると、生成された交流電流は上述の各相に対応するバスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗを介して電動機３に出力される。

バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、板状の導体であって、パワーモジュール１３の対応する出力端子（強電端子）１３ａ、１３ｂ、１３ｃと電気的に接続され、パワーモジュール１３により生成された各相の交流電力を電動機３に供給する。なお、図１で示すバスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとの接続部分から電動機３の電流入力Ｉ／Ｆ（三相Ｉ／Ｆ）までを直線で結ぶように描かれているが、実際にはこれに限られない。本実施形態の特徴であるバスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの構成（引き回し）の詳細については後述する。

また、図１では、出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃから電動機３の入力Ｉ／Ｆまでをバスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのみで接続しているが、これに限らず、例えば、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、さらに各相に対応する不図示の電力供給配線を介して電動機３の入力Ｉ／Ｆと接続されてもよい。また、パワーモジュール１３内における各相のスイッチング素子と出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとの間は電気的に接続されている限り、その態様は特に限定しない。例えば、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと同様の板状の導体であってもよい。なお、以下において、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗを特に区別しない場合には、単にバスバー５と称する。

電力変換器１は、さらに、正極給電母線１０Ｐと負極給電母線１０Ｎとの間に、半導体素子への入力電圧の変動を吸収する平滑コンデンサ１４を有する。この平滑コンデンサ１４は、直流電源２と電力変換器１を接続する給電母線に接続され、スイッチングによる電圧の変動の一部が抑制される。

なお、電動機３は、例えば、電気自動車などに用いられる交流電力モータなどであり、車両の走行駆動源となる。そのような場合には、電動機３の出力軸は電気自動車の車軸の結合されている。なお、本実施形態においては電動機３を駆動する電力変換器１は、電気自動車に限らず、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも適用することができ、また車両以外の装置にも適用可能である。

以上説明したような車載用の電力変換器１は、強電を制御するように構成されているため、搭載するパワーモジュール１３の入出力電流は大きい。そのため、パワーモジュール１３に接続され、パワーモジュール１３から出力される交流電流が通電するバスバー５の発熱量も大きくなる。バスバー５が高温化すると、パワーモジュール１３の半導体素子の温度上昇が大きくなるため、当該素子が故障するだけでなく、当該素子が実装された基板や、電力変換器１内の温度が上昇し、電力変換器１内のその他の実装部品までもが故障するなどの問題が発生し得る。そのため、強電を制御する電力変換器１においては特に、バスバー５を冷却することにより、バスバー５と接続されるスイッチング素子、およびバスバー５を収容するパワーモジュール１３並びに電力変換器１内の熱を効率よく放熱（抜熱）することが重要となる。

以下では、本発明の一実施形態にかかる電力変換器用冷却構造について説明する。

図２は、本実施形態に係る電力変換器１が搭載するパワーモジュール１３の冷却構造を説明する概略構成図である。パワーモジュール１３内の具体的な構成は図１を参照して上述したとおりである。本実施形態のパワーモジュール１３内には、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対応する複数のスイッチング素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが実装された基板が載置されている（例えば図中の点線枠参照）。

パワーモジュール１３内において、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対応するスイッチング素子が実装された基板が載置された側の外側の面１ａ、換言すると、パワーモジュール１３における半導体素子の実装面の裏側の面１ａには冷却水路８が形成される。より具体的には、電力変換器１の裏側の面１ａ（以下、単に「裏面１ａ」と称する）には、裏面１ａと、水路形成部７とによって、冷却水路８が形成される。

本実施形態の水路形成部７は、パワーモジュール１３の裏面１ａと連続して形成される。すなわち、パワーモジュール１３と水路形成部７とは一体に構成されている。換言すれば、本実施形態のパワーモジュール１３は、その裏面１ａと、裏面１ａから延在する水路形成部７とによって構成された冷却水路８を有する。

冷却水路８（以下、単に「水路８」と称する）は、水路８内を冷却水が流れるように構成されており、パワーモジュール１３及びバスバー５を冷却する。より詳細には、水路８は、水路８内を流れる冷却水によって、パワーモジュール１３の裏面１ａからの放熱を促進するとともに、冷却水並びに水路形成部７と熱伝導可能に接続されたバスバー５の放熱を促進する。また、バスバー５がパワーモジュール１３と筐体９との間において冷却されることにより、バスバー５のパワーモジュール１３とは逆側の接続先である電動機３、およびリアクトル等の電動機３が備える電子部品からの受熱を抑制することができる。なお、図示するように、水路８には、裏面１ａから突出して形成された複数のピン（フィン）６が設けられてもよい。ピン６は、パワーモジュール１３と水路８内を流れる冷却水との接触面積を増大させ、パワーモジュール１３と冷却水との熱交換を更に促進させることにより、水路８の冷却効率（抜熱効率）を向上させる。

バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、パワーモジュール１３の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（不図示）の接続位置からパワーモジュール１３の側面を通って裏面（背面）側に引き回されて、水路形成部７と熱伝導可能に接続（接触）するように構成される。また、図示するように、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、それぞれの面積がより広い側の面（幅方向の面）が水路形成部７と接触するように構成される。なお、本明細書における幅方向とは、図２中に示す両矢印方向とする。また更に、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、水路形成部７との接触面において、それぞれがオーバーラップすることなく面方向に並ぶように構成される。バスバー５の引き回しの詳細については後述する。

そして、筐体９は、水路形成部７との間においてバスバー５の少なくとも一部を収容する。筐体９は、電力変換器１を構成する筐体であって、車載時において、パワーモジュール１３と一体となって車両に搭載され、主に水路８内の冷却水がパワーモジュール１３乃至電力変換器１の外部に水漏れすることを防止する。

以下では、バスバー５の構成の詳細について説明する。

図３は、本実施形態のパワーモジュール１３を裏面から（図２で言えば筐体９側から）見た概略構成図である。図示するように、パワーモジュール１３の裏面１ａには、水路形成部７が構成する水路８が設けられている。そして、本実施形態では、パワーモジュール１３の裏面１ａの一部分であって、水路８を構成する水路形成部７に接触するようにバスバー５が配置される。

図４は、本実施形態において、バスバー５が配置された状態のパワーモジュール１３を示す概略構成図である。図４（ａ）は、パワーモジュール１３を正面から見た図を示し、図４（ｂ）は、パワーモジュール１３を側面から見た図を示し、図４（ｃ）は、パワーモジュール１３を裏面から見た図（背面図）を示している。また、バスバー５においてドットがより密な部分（色が濃い部分）は、水路形成部７と直接又は間接的に接触している部分（被冷却面積）を表している。なお、ここでの「間接的」とは、バスバー５と水路形成部７とが、例えば後述する絶縁材１５を介して接触することを示す。なお、図４（ｃ）では筐体９を示していないが、図４（ｃ）で示すバスバー５は、実際にはパワーモジュール１３の裏面１ａ（水路形成部７）と筐体９との間に配置されている。換言すれば、筐体９は、水路形成部７との間にバスバー５の少なくとも一部を収容する。

図示するように、バスバー５は、パワーモジュール１３の正面において出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとそれぞれ接続され（図４（ａ）参照）、パワーモジュール１３の側面を通って（図４（ｂ）参照）、パワーモジュール１３の裏面１ａに引き回される。なお、本実施形態の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５はボルト締め等によって締結されてよい。

そして、図４（ｃ）に示すように、バスバー５は、パワーモジュール１３の裏面１ａを這うようして水路形成部７との接触面積（被冷却面積）を確保しながら、電動機３の入力Ｉ／Ｆ（３相Ｉ／Ｆ）の方向（図中の矢印方向）に引き出される。すなわち、本実施形態のバスバー５は、パワーモジュール１３の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとの接続位置からの引き出し方向を、パワーモジュール１３の裏面１ａにて変えて、電動機３の入力Ｉ／Ｆへと引き回される。

図５は、本実施形態の電力変換器１用冷却構造の効果を説明する図である。図５（Ａ）は、本実施形態のバスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗが、パワーモジュール１３の裏面１ａにおいて水路形成部７に接触した状態を、パワーモジュールの側面から見た概略構成を示している。図５（Ｂ）は、従来（特許文献１参照）の電力変換器におけるバスバーの冷却構造を示す概略構成図である。

図５（Ａ）で示すバスバー５は、絶縁材１５を介して水路形成部７と接触している。また、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは、絶縁材１５によって互いに絶縁されている。図示する通り、本実施形態では、水路形成部７であって、パワーモジュール１３の裏面１ａの領域を有効に活用することによりバスバー５の十分な被冷却面積を確保することができるので、バスバー５のそれぞれが重なり合うことなく、バスバー５を裏面１ａの面方向に並べて配置することができている。なお、図５では、バスバー５は絶縁材１５を介して水路形成部７と接触しているが、水路形成部７を形成する材質が絶縁材である場合には、水路形成部７に直接接触させてよい。なお、ここでの絶縁材は、絶縁性を有する一般的な樹脂や、セラミック等を用いればよい。

なお、絶縁材１５は、弾性を有していることが好ましい。これにより、絶縁材１５が絶縁機能に加えて、公差吸収機能を兼ねることができるので、バスバー５と水路形成部７との接触面積をより確実に確保することができる。

このように、本実施形態の電力変換器１用冷却構造では、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗを水路形成部７にそれぞれ直接、あるいは、絶縁材１５のみを介して接触させることができるので、バスバー５から水路８までの熱抵抗が増大することを抑制し、バスバー５全体の体積に対する抜熱効率を向上させることができる。また、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗを従来のように積層する必要がなく、パワーモジュール１３の低背化を図ることができるので、例えば車載時において電力変換器１の載置スペースを縮小化することができる。

これに対して、従来の冷却構造では、図５（Ｂ）に示すとおり、各相に対応するバスバーを積層構造にする必要がある。また、バスバーを積層構造とする場合は、バスバーを互いに絶縁するための絶縁材１５が必須の構成要素となる。そうすると、積層構造の最上段のバスバー、換言すると、冷却水路から最も離れた位置にあるバスバーは、冷却水路を有する筐体までの間に、少なくとも他の複数のバスバーと、それらを互いに絶縁するための絶縁材を含む少なくとも３層の絶縁材とが介在することになる。その結果、積層構造のバスバーでは、より上段になるほどバスバーから冷却水路までの熱抵抗が増大してしまうため、要求されるバスバーの被冷却面積が熱抵抗の増大に比例して大きくなるという課題がある。

本実施形態の電力変換器１用冷却構造では、上述した構成によって従来の課題を解決し、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗから水路８までの熱抵抗を従来に比べて大幅に低減することができる。

以下では、本実施形態の電力変換器１用冷却構造の変形例１〜５について、主に上述した構成との相違点を説明する。

＜変形例１＞
図６は、変形例１において、バスバー５が配置された状態のパワーモジュール１３を示す概略構成図である。図６（ａ）は、パワーモジュール１３を正面から見た図を示し、図６（ｂ）は、パワーモジュール１３を側面から見た図を示し、図６（ｃ）は、パワーモジュール１３を裏面から見た図（背面図）を示している。図６（ａ）、及び、図６（ｂ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）を参照して説明した第１実施形態の構成と同じである。

変形例１では、図６（ｃ）に示す通り、バスバー５Ｖ、５Ｗがパワーモジュール１３の背面において直線状に引き回されている。このように、パワーモジュール１３の背面におけるバスバー５の引き回しは、図４に示す構成に限られず、適宜設定可能である。

＜変形例２＞
図７は、変形例２において、バスバー５が配置された状態のパワーモジュール１３を示す概略構成図である。図７（ａ）は、パワーモジュール１３を正面から見た図を示し、図７（ｂ）は、パワーモジュール１３を側面から見た図を示し、図７（ｃ）は、パワーモジュール１３を裏面から見た図（背面図）を示している。図７（ａ）、及び、図７（ｂ）は、図４（ａ）、図４（ｂ）を参照して上述した第１実施形態、及び変形例１の構成と同じである。

変形例２では、図７（ｃ）に示す通り、バスバー５Ｖ、５Ｗの面方向における短手方向の幅が第１実施形態及び変形例１に比べて小さく（細く）なっている。すなわち、変形例２では、水路形成部７と接触するバスバー５の長さ（冷却長）に応じて、バスバー幅が変更されている。バスバー幅をこのように変更できる理由は、例えば、バスバー５Ｗの被冷却面積が必要十分であるとすると、バスバー５Ｕ、５Ｖは、バスバー５Ｗよりも冷却長が長い分幅を狭めてもバスバー５Ｗと同等の被冷却面積を確保することができるためである。また、バスバー５は、その幅だけでなく、厚みを可変としてもよい。例えば、バスバー５Ｕ、５Ｖは、被冷却面積における抜熱効率がバスバー５Ｗと同等となるようにその厚みを薄くしてもよい。すなわち、変形例２に係るバスバー５の断面積は、それぞれが水路形成部７と接触する面積（被冷却面積）に応じて適宜設定されてよい。なお、ここでの「断面積」とはバスバー５における通電方向に垂直な断面の面積である。

このように、変形例２では、冷却水との熱交換の観点から必要十分な被冷却面積を確保することを前提として、バスバー５の幅または厚みの少なくとも一方を可変とすることができる。これにより、パワーモジュール１３の裏面において、バスバー５を過不足のない適切な大きさ（サイズ）で構成することができる。

＜変形例３＞
図８は、変形例３において、バスバー５と水路形成部７とが接触する態様を示す図である。図示するように、変形例３の水路形成部７は、バスバー５が引き回される位置に設けられた凸形状部７ａを有している。これにより、バスバー５をボルト締めなどにより水路形成部７に押さえつけることで、例えば上述した公差吸収機能を有する絶縁材１５（公差吸収剤）を要さずに、凸形状部７ａを介してバスバー５を水路形成部７により確実に接触させることができる。なお、凸形状部７ａの特にバスバー５と接触する部分の形状は、図示する形状に限らず、被冷却面積の確保の観点から適宜設定されてよい。

＜変形例４＞
図９は、変形例４において、パワーモジュール１３の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５が接続される態様を説明する図である。図９では、これらを代表して、出力端子１３ｂとバスバー５Ｖとの接続態様を示す。変形例４のバスバー５は、パワーモジュール１３の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃと溶接により接続される。これにより、出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５とが連続性を有して接続されるので、ボルト締め等の面接触により接続されるのに比べて、その接続部分における熱抵抗を低減することができる。なお、更なる変形例として、出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５とをプレスフィットにより接続してもよい。プレスフィットによる接続であっても、ボルト締め等の面接触により締結されるのに比べて、その接続部分の熱抵抗を低減することができる。

＜変形例５＞
図１０は、変形例５に係るパワーモジュール１３の冷却構造を説明する概略構成図である。変形例５では、特に水路形成部７の構成が上述の第１実施形態と異なっている。

変形例５の水路形成部７は、筐体９と連続して形成される。換言すると、筐体９と水路形成部７とは一体に構成されている。すなわち、本例の水路８は、パワーモジュール１３の裏面１ａと、筐体９とにより構成されている。

そして、本例のバスバー５は、筐体９内の空間１６における水路８側の面９ａと熱伝導可能に接続（接触）するように構成される。より詳細には、バスバー５は、パワーモジュール１３の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（不図示）の接続位置からパワーモジュール１３の側面を通って筐体９内に案内されるとともに、面９ａ（水路形成部７）を這うように引き回されて、水路形成部７との接触面積（被冷却面積）を確保する。なお、引き回しの方向等は第１実施形態と同様でよく、適宜設定される。

また、本例に係るバスバー５も、筐体９の少なくとも水路形成部７を構成する材質が絶縁材である場合には、バスバー５が当該水路形成部７に埋め込まれるなどして配置されることにより絶縁材１５を不要とすることができる。

また、空間１６には、バスバー５以外の他の電子部品等を配置することもできる。特に電子部品等が発熱する場合は、当該電子部品、或いは当該電子部品が実装された基板を空間１６内の面９ａ側に配置することで、水路８との熱交換によって当該電子部品の放熱（抜熱）を促進させることができる。

なお、本例に係る筐体９は、パワーモジュール１３の裏面１ａとの間で水路を形成していることから、水漏れ防止用の筐体としての、いわゆるウォータージャケットとも称される。

以上、第１実施形態（変形例１〜５も含む）の電力変換器１用冷却構造によれば、複数相の電力に対応するスイッチング素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが実装されたパワーモジュール１３を搭載する電力変換器１用冷却構造において、パワーモジュール１３におけるスイッチング素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが実装される面の裏側の面に冷却水路８を形成する水路形成部７と、パワーモジュール１３の各相に接続されるとともに、水路形成部７と熱伝導可能に接続される複数のバスバー５とを有し、更に、水路形成部７との間にバスバー５の一部を収容する筐体９を備える。これにより、パワーモジュール１３の裏側のスペースを有効に活用し、複数のバスバー５を面方向に並べて配置することができるので、複数のバスバー５の積層構造を回避して低背化が図れるとともに、複数のバスバー５全体の体積に対する抜熱効率を向上させることができる。

また、第１実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、水路形成部７は、パワーモジュール１３又は筐体９と連続して形成される．これにより、パワーモジュール１３又は筐体９と一体となった冷却水路８を備えた電力変換器１用冷却構造を提供することができる。

また、第１実施形態の電力変換器用冷却構造によれば、バスバー５の断面積は、水路形成部７と接触する面積の大きさに応じて設定される。これにより、パワーモジュール１３の裏面において、バスバー５を過不足のない適切な大きさ（サイズ）で構成することができる。

また、第１実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、水路形成部７は、絶縁材により形成される。これにより、水路形成部７が例えばアルミ等の導電性の素材で形成されている場合には必要であった、バスバー５と水路形成部７とを絶縁するための絶縁材１５、および、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのそれぞれを互いに絶縁するための絶縁材１５を不要とすることができる。

また、第１実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、バスバー５は、弾性を有する絶縁材１５を介して、前記水路形成部材と熱伝導可能に接続される。これにより、絶縁材１５が絶縁機能に加えて、公差吸収機能を兼ねることができるので、バスバー５と水路形成部７との接触面積をより確実に確保することができる。

また、第１実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、水路形成部７においてバスバー５と接触する部分が凸形状に形成される。これにより、例えば上述した公差吸収機能を有する絶縁材１５のような公差吸収剤を要さずに、バスバー５と水路形成部７とを凸形状部７ａを介して確実に接触させることができる。

また、第１実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、パワーモジュール１３が有する強電端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５とは、溶接又はプレスフィットにより接続される。これにより、出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃとバスバー５とがボルト締め等の面接触により締結されるのに比べて、その接続部分（接続面）の熱抵抗を低減することができる。その結果、パワーモジュール１３乃至電力変換器１の熱をより効率よく放熱することができる。

−第２実施形態−
以下では、本発明の第２実施形態の電力変換器用冷却構造について説明する。第２実施形態では、バスバー５の構成が第１実施形態と異なる。

図１１は、第２実施形態のバスバー５を説明する図である。図１１では、バスバー５Ｕ、５Ｖ、５Ｗのうち、バスバー５Ｕのみを図示している。

本実施形態のバスバー５（５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ）は、パワーモジュール１３の出力端子１３ａとの接続位置から所定距離の位置において分岐する冷却用バスバー２５（２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗ）を備える点に特徴がある。すなわち、本実施形態のバスバー５は、パワーモジュール１３から出力され、電動機８へと供給される強電が通電するバスバー５（強電通電用バスバー）と、冷却用バスバー２５とを含んで構成される。そして、バスバー５から分岐した冷却用バスバー２５は、図示するようにパワーモジュール１３の側面を通って、パワーモジュール１３の裏面１ａ（水路形成部７）を這うように引き回されることにより、水路形成部７との接触面積（被冷却面積）を確保する。すなわち、第２実施形態においては、冷却用バスバー２５の少なくとも一部が水路形成部７と筐体９との間に収容され、バスバー５の熱は冷却用バスバー２５を介して水路８へ放熱される。

なお、パワーモジュール１３との接続位置から冷却用バスバー２５が分岐する位置までの所定距離は、熱伝導性の観点、又は、載置スペースの縮小化の観点から適宜設定すればよい。例えば、熱伝導性の観点からは、冷却用バスバー２５の分岐点は、パワーモジュール１３との接続位置から見て、パワーモジュール１３の裏面１ａに最短距離で達することができる位置に設定されることが好ましい。

なお、冷却用バスバー２５は、必ずしも強電通電用バスバー５から分岐している必要はなく、少なくとも熱伝導性を有する別部材として構成され、強電通電用バスバー５と熱伝導可能に接続されてもよい。

以上、第２実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、バスバー５は、パワーモジュール１３との接続位置から所定距離の位置において強電通電用バスバー５と冷却用バスバー２５とに分岐しており、冷却用バスバー２５が水路形成部７と筐体９との間に収容される。このような構成によっても、パワーモジュール１３の裏側のスペースを有効に活用し、複数のバスバー５を面方向に並べて配置することができるので、複数のバスバー５の積層構造を回避して低背化が図れるとともに、複数のバスバー５全体の体積に対する抜熱効率を向上させることができる。また、第１実施形態と比べて、バスバー５の引き回しの自由度をより向上させることができる。

また、第２実施形態の電力変換器１用冷却構造によれば、冷却用バスバー２５は強電通電用バスバー５とは別部材であって、冷却用バスバー２５は熱伝達性を有する部材から構成されており、強電通電用バスバー５は、冷却用バスバー２５を介して水路形成部７と熱伝導可能に接続される。これにより、第１実施形態と比べて、バスバー５の引き回しの自由度をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態及び変形例の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態、及びその変形例は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

例えば、第１実施形態、変形例１、および変形例２で説明した態様のバスバー５の引き回しに関する構成は、変形例５に係る筐体９内の空間１６内におけるバスバー５の引き回しに関する構成に適用することが可能である。

また、図２、１０、及び１１では、パワーモジュール１３の上方（水路８の逆側）はむき出しの状態で示されているが、実際には、パワーモジュール１３の上方も筐体９に収容される（覆われる）構成であってもよい。

１…電力変換器
５…バスバー（バスバー、強電通電用バスバー）
７…水路形成部
８…水路（冷却水路）
９…筐体
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…スイッチング素子
１３…パワーモジュール
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…出力端子（強電端子）
１５…絶縁材
２５…バスバー（バスバー、冷却用バスバー）

Claims (9)

1. 複数相の電力に対応するスイッチング素子が実装されたパワーモジュールを搭載する電力変換器用冷却構造において、
   前記パワーモジュールにおける前記スイッチング素子が実装される面の裏側の面に冷却水路を形成する水路形成部と、
   前記パワーモジュールの各相に接続されるとともに、前記水路形成部と熱伝導可能に接続される複数のバスバーと、
   前記水路形成部との間に前記バスバーそれぞれの少なくとも一部を収容する筐体と、を備える、
   ことを特徴とする電力変換器用冷却構造。
2. 前記水路形成部は、前記パワーモジュール又は前記筐体と連続して形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器用冷却構造。
3. 前記バスバーの通電方向に垂直な断面積は、前記水路形成部と接触する面積の大きさに応じて設定される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換器用冷却構造。
4. 前記水路形成部は、絶縁材により形成される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換器用冷却構造。
5. 前記バスバーは、弾性を有する絶縁材を介して、前記水路形成部と熱伝導可能に接続される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換器用冷却構造。
6. 前記水路形成部は、前記バスバーと接触する部分が凸形状に形成される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換器用冷却構造。
7. 前記パワーモジュールが有する強電端子と前記バスバーとは、溶接又はプレスフィットにより接続される、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換器用冷却構造。
8. 前記バスバーは、前記パワーモジュールとの接続位置から所定距離の位置において強電通電用バスバーと冷却用バスバーとに分岐しており、
   前記冷却用バスバーの少なくとも一部が前記水路形成部と前記筐体との間に収容される、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換器用冷却構造。
9. 前記冷却用バスバーは前記強電通電用バスバーとは別部材であって、
   前記冷却用バスバーは熱伝達性を有する部材から構成されており、前記強電通電用バスバーは、前記冷却用バスバーを介して前記水路形成部と熱伝導可能に接続される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の電力変換器用冷却構造。

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