JP2024058809A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る電力変換装置について説明する。図1は、本実施形態に係る電力変換装置の一例である電力変換装置1の斜視図である。図2は、本実施形態に係る電力変換装置の一例である電力変換装置1の上面図である。図3は、本実施形態に係る電力変換装置の一例である電力変換装置1の側面図である。
電力変換装置1が備える半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cについて説明する。半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cのそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、それぞれを総称して半導体モジュール10と呼ぶ場合がある。ここでは、半導体モジュール10を用いて、半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cのそれぞれについて説明する。
直流端子12及び直流端子13のそれぞれは、コンデンサモジュール20に接続される。外部の直流電源から供給された直流電力が、コンデンサモジュール20を介して直流端子12及び直流端子13のそれぞれに供給される。直流端子12及び直流端子13のいずれか一方が直流電源のプラス端子に、他方が直流電源のマイナス端子に接続される。
交流端子14は、外部の負荷、例えば、モータに接続される。交流端子14から、外部の負荷に交流電力を供給する。
制御端子15及び制御端子16のそれぞれは、外部の制御回路から半導体モジュール10に内蔵されるスイッチング素子を制御する信号を受信する。半導体モジュール10に内蔵されるスイッチング素子は、制御端子15又は制御端子16のいずれかから入力される制御信号に基づいて動作する。スイッチング素子が制御端子15又は制御端子16のいずれかから入力される制御信号に基づいて動作することにより、半導体モジュール10は、直流電力を交流電力に変換する。
放熱板17は、半導体モジュール10に内蔵されるスイッチング素子において発生する熱を放熱する。放熱板17は、半導体モジュール10に内蔵されるスイッチング素子から熱を効率よく伝達されるように、スイッチング素子に熱的に接続される。
コンデンサモジュール20は、外部の直流電源におけるプラス端子とマイナス端子のとの間に接続される。コンデンサモジュール20は、容量素子として機能する。
ケース21は、内部に、後述するバスバー23及びバスバー24と、複数のコンデンサ素子25と、を備える。ケース21は、内部に備えるバスバー23及びバスバー24と、複数のコンデンサ素子25と、を保護する。ケース21は、前側(+X側)が開放した箱状の形状を有する。ケース21は、絶縁部材、例えば、絶縁樹脂、により形成される。
シート22は、ケース21における前側(+X側)の開口を塞いで覆うように設けられる。また、シート22は、ケース21の内部の部材、具体的には、バスバー23及びバスバー24と冷却モジュール30との電気的絶縁を確保する。バスバー23及びバスバー24は、シート22により覆われる。
バスバー23は、複数のコンデンサ素子25のそれぞれにおける一方の電極25e1と電気的に接続する。バスバー23は、導電材料により形成される。バスバー23は、縦板部23fと、横板部23gと、縦板部23rと、を有する。バスバー23は、例えば、金属性の板を曲げ加工して形成される。なお、バスバー23の加工方法については、曲げ加工に限らず適宜加工方法を選択してもよい。
バスバー24は、複数のコンデンサ素子25のそれぞれにおける他方の電極25e2と電気的に接続する。バスバー24は、導電材料により形成される。バスバー24は、縦板部24fと、横板部24gと、縦板部24rと、を有する。バスバー24は、例えば、金属性の板を曲げ加工して形成される。なお、バスバー24の加工方法については、曲げ加工に限らず適宜加工方法を選択してもよい。
コンデンサモジュール20は、複数のコンデンサ素子25を備える。具体的には、コンデンサモジュール20は、6個のコンデンサ素子25を備える。なお、コンデンサ素子25の数については、6個に限らず、1個でもよいし、2個以上の複数でもよい。
次に、冷却モジュール30について説明する。冷却モジュール30は、半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cと、コンデンサモジュール20と、を冷却する。
下冷却部31は、半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cと、コンデンサモジュール20と、を冷却する。また、下冷却部31は、冷媒が流れる。下冷却部31の左側(-Y側)の端部には、冷媒入出部32が接続される。冷媒入出部32に外部から導入された冷媒は、下冷却部31の内部をY軸方向に沿って、左から右に流れる。そして、冷媒は、下冷却部31の右側(+Y側)の端部で折り返して、下冷却部31の内部をY軸方向に沿って、右から左に流れる。そして、冷媒は、冷媒入出部32から外部に排出される。
冷媒入出部32は、外部から冷媒が導入されるとともに、外部に冷媒を排出する。また、冷媒入出部32は、外部から導入された冷媒を下冷却部31に導入する。さらに、冷媒入出部32は、下冷却部31の内部を通過して温度が上昇した冷媒を回収して外部に排出する。
上冷却部33は、半導体モジュール10a、半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cとコンデンサモジュール20との接続部分を冷却する。また、上冷却部33は、コンデンサモジュール20を冷却する。
本実施形態に係る電力変換装置における放熱について説明する。図26及び図27のそれぞれは、本実施形態に係る電力変換装置の一例である電力変換装置1の熱の流れを説明する図である。図26は、図2におけるIV-IV断面図である。さらに、図27は、図2におけるV-V断面図である。なお、図26において、半導体モジュール10aの内部構造は省略して記載している。ここでは、半導体モジュール10aを用いて説明する。半導体モジュール10b及び半導体モジュール10cについても同様である。
本実施形態に係る電力変換装置によれば、効果的な放熱を実現できる。本実施形態に係る電力変換装置によれば、コンデンサモジュールに冷却機構を内蔵させずに、効果的な放熱を実現するとともに、電力変換装置の小型化及び製造コストの抑制ができる。
10、10a、10b、10c 半導体モジュール
11 パッケージ部
12、13 直流端子
14 交流端子
15、16 制御端子
17 放熱板
18 絶縁部材
20 コンデンサモジュール
21 ケース
22 シート
22A 伝熱面
23、24 バスバー
23s、24s 電源端子
23ta、23tb、23tc、24ta、24tb、24tc コンデンサ端子
25 コンデンサ素子
25e1、25e2 電極
25m コンデンサ本体部
30 冷却モジュール
31 下冷却部
31A、31Ba、31Bb、31Bc、31C 冷却面
31i、31j 冷媒流路
33 上冷却部
33A、33B 冷却面
Td、Tu スイッチング素子
Claims (8)
- スイッチング素子、直流端子及び交流端子を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの前記直流端子と接続するコンデンサ端子を有するコンデンサモジュールと、
冷却モジュールと、
を備え、
前記冷却モジュールは、
前記半導体モジュールが有する放熱部に対向して設けられる第1冷却面と、
前記直流端子又は前記コンデンサ端子に対向して設けられる第2冷却面と、
前記コンデンサモジュールを冷却する第3冷却面と、
を有し、
前記第3冷却面は、前記第1冷却面及び前記第2冷却面のそれぞれと交差する方向に延びる、
電力変換装置。 - 前記コンデンサモジュールは、
コンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子と電気的に接続し、前記コンデンサ端子を有するバスバーと、
前記バスバーを覆う絶縁性のシートと、
を備え、
前記バスバーと前記第3冷却面との間に、前記シートを備える、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記半導体モジュールは、
前記直流端子と、
前記放熱部を構成する放熱板と、
を備え、
前記放熱板は、前記第1冷却面に対向し、
前記直流端子、前記放熱板及び前記コンデンサ端子は、同一の方向に延びる、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記冷却モジュールは、冷媒流路を有し、
前記第2冷却面は、前記第1冷却面に隣接し、
前記第2冷却面は、前記第1冷却面と同一方向に延び、
前記第1冷却面、前記第2冷却面及び前記第3冷却面のそれぞれからの熱が、前記冷媒流路を流れる冷媒により放熱される、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記冷却モジュールは、前記第1冷却面、前記第2冷却面及び前記第3冷却面を有する下冷却部と、上冷却部と、を備え、
前記コンデンサモジュールは、
第1電極と、第2電極とを有するコンデンサ素子と、
前記第1電極と電気的に接続する第1バスバーと、
前記第2電極と電気的に接続する第2バスバーと、
前記第1バスバー及び前記第2バスバーを覆う絶縁性のシートと、
を備え、
前記第1バスバーと前記第3冷却面との間に、前記シートを備え、
前記第2バスバーと前記上冷却部との間に、前記シートを備える、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記冷却モジュールは、前記第1冷却面、前記第2冷却面及び前記第3冷却面を有する下冷却部と、上冷却部と、を備え、
前記第2冷却面と前記上冷却部との間に、前記直流端子と前記コンデンサ端子とを備える、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記コンデンサ端子は、前記直流端子が配置される段差を有する、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - スイッチング素子、第1直流端子、第2直流端子及び交流端子を有する半導体モジュールと、
前記第1直流端子と接続する第1コンデンサ端子と、前記第2直流端子と接続する第2コンデンサ端子と、を有するコンデンサモジュールと、
下冷却部と、上冷却部と、を備える冷却モジュールと、
を備え、
前記下冷却部は、
前記半導体モジュールが有する放熱部に対向して設けられる第1冷却面と、
前記第1直流端子、前記第2直流端子、前記第1コンデンサ端子及び前記第2コンデンサ端子のいずれかに対向して設けられる第2冷却面と、
前記コンデンサモジュールを冷却する第3冷却面と、
を有し、
前記第3冷却面は、前記第1冷却面及び前記第2冷却面のそれぞれと交差する方向に延び、
前記下冷却部と前記上冷却部との間に、前記第1コンデンサ端子、前記第1直流端子、前記第2コンデンサ端子及び前記第2直流端子が配置される、
電力変換装置。
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