JP5402702B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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請求項6に記載の発明は、弾性部材は、半導体モジュールとヒートシンクとの積層方向の両端に配置されていることを特徴とする。この発明によると、半導体モジュールとヒートシンクとは、それらの積層方向に関して弾性的に支持される。この結果、半導体モジュールからヒートシンクへの伝熱状態を望ましい状態に維持しながら、それらをケース内に安定的に支持することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインバータ装置1を搭載した車両を示すブロック図である。第1実施形態では、本発明は、高出力モータを駆動するモータ駆動装置としてのインバータ装置1に適用される。このインバータ装置1は、直流電力と交流電力との間で双方向変換を行う装置、例えばU相、V相及びW相の三相電力変換装置である。インバータ装置1は、交流モータ3を使用する車両、例えばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車に搭載される。インバータ装置1は、車両に搭載された走行用のモータ3に電力を供給できるように接続されている。インバータ装置1は、車両の後方に、バッテリ4と隣接するように搭載されている。インバータ装置1とバッテリ4とは、通風ダクト9a内に配置されている。通風ダクト9a内には、ファン9によって冷却風が流される。インバータ装置1とバッテリ4とは、通風ダクト9a内を流れる空気によって冷却される。通風ダクト9aは、車外または車室内から空気を取り込み、車外に排出する。
図15は、本発明の第2実施形態に係る組立体220の正面図である。図16は、第2実施形態に係る通風ダクト209aを示す上面図である。弾性部材26は、冷却空気の流量を調節するために、高さが異なる複数のリブ板226e1、226e2、226e3を有する。リブ板226e1、226e2、226e3の高さは、ヒートシンク毎に異なっている。第1弾性部材226aは、第1実施形態の第1弾性部材26aと同一の形状をもつ。第1弾性部材226aの第1のリブ板226e1は、高さL21を有している。この高さL21は、フィン24bとフィン24bとの間への挿し込み高さとも呼ばれる。第2弾性部材226bは、高さが異なる2種類の第2のリブ板226e2と、第3のリブ板226e3とを有する。第2のリブ板226e2の高さはL22である。第3のリブ板226e3の高さはL23である。リブ板226e1、226e2、226e3の高さは、L21<L22<L23の関係式を満たすように設定されている。組立体220の中央部に位置する第3のリブ板226e3の高さは、組立体220の端に位置する第1のリブ板226e1より高い。リブ板226e1、226e2、226e3は、フィン24bの表面を覆うことによって、熱交換のために有効な表面積を減らしている。さらに、リブ板226e1、226e2、226e3は、複数のフィン24bの間の隙間を塞ぐことによって、空気通路の断面積を減らしている。この結果、リブ板226e1、226e2、226e3は、それらの高さが高くなるほど、ヒートシンク24の放熱能力を減少させる。
図17は、本発明の第3実施形態に係る組立体320の正面図である。図18は、第3実施形態に係る通風ダクト309aを示す上面図である。弾性部材26は、冷却空気の流量を調節するために、高さが異なる複数のリブ板326e1、326e2、326e3を有する。リブ板326e1、326e2、326e3の高さは、ヒートシンク毎に異なっている。第1弾性部材326aの第1のリブ板326e1は、高さL31を有している。第2弾性部材326bは、高さが異なる2種類の第1のリブ板326e2と、第2のリブ板326e3とを有する。リブ板326e2の高さはL32である。リブ板326e3の高さはL33である。リブ板326e1、326e2、326e3の高さは、L31>L32>L33の関係式を満たすように設定されている。組立体320の中央部に位置するリブ板326e3の高さは、組立体320の端に位置するリブ板326e1より高い。
図19は、本発明の第4実施形態に係る弾性部材26、426bの上面図である。ひとつのリブ板426bの高さは、ヒートシンク24の通風方向Xの上流領域と下流領域とで異なる。弾性部材26、426bのリブ板426eは、通風方向Xの上流側で高さL41を有し、通風方向Xの下流側で高さL42を有する。リブ板426eの高さは、段階的に変化している。この構成によると、下流側のヒートシンク24の有効表面積を、上流側のヒートシンク24の有効表面積に比べて大きくすることができる。このため、通風方向に沿って空気温度が上昇しても、下流側のヒートシンク24において必要な放熱量を得ることができる。
図20は、本発明の第5実施形態に係る弾性部材26、526bの上面図である。弾性部材26、526bのリブ板526eは、通風方向Xの上流側で高さL51を有し、通風方向Xの下流側で高さL52を有する。リブ板526eの高さは、中間領域だけにおいて、テーパ状に徐々に変化している。
図21は、本発明の第6実施形態に係る弾性部材26、626bの上面図である。弾性部材26、626bのリブ板626eは、通風方向Xの上流側で高さL61を有し、通風方向Xの下流側で高さL62を有する。リブ板626eの高さは、中間領域だけにおいて、曲線状に徐々に変化している。
図22は、本発明の第7実施形態に係る弾性部材26、726bの上面図である。弾性部材26、726bのリブ板726eは、通風方向Xの上流側で高さL71を有し、通風方向Xの下流側で高さL72を有する。リブ板726eの高さは、通風方向Xの全体において、テーパ状に徐々に変化している。
図23は、本発明の第8実施形態に係る組立体820の正面図である。弾性部材26、826a、826bは、複数のリブ板826eを有する。リブ板826e1、826e2の高さは、ヒートシンク24上の高さ方向Yの中央領域と端領域とで異なる。複数のリブ板826eは、中央領域から端領域へ徐々に高さが高くなるように形成されている。高さ方向Yの中央領域に位置する第1のリブ板826e1の高さL81と、高さ方向Yの端領域に位置する第2のリブ板826e2の高さL82とは、L81<L82の関係式を満たすように設定されている。
図24は、本発明の第9実施形態に係る半導体装置927の斜視図である。半導体装置927は、半導体モジュール22の両側に配置されたヒートシンク924を固定するための板ばね913を有する。ヒートシンク924は、基板924aの高さ方向Yの両端に一対の端板924cを有する。端板924cは、複数のフィン924bより厚く、複数のフィン924bを保護する。基板924aの高さ方向Yの両端には、補強部924dが設けられている。補強部924dは、基板924aの残部よりも厚い。端板924cと補強部924dとは、板ばね913による締め付け力に抗してヒートシンク924の変形を防止する。板ばね913は、ブラケット型に成形されている。4つの板ばね913が、半導体装置927の四隅にそれぞれ設けられている。板ばね913は、2つのヒートシンク924の補強部924dを外側から締め付けている。この構成は、半導体装置927を部品として扱うことを可能とする。また、半導体モジュール22とヒートシンク924との間の接触状態を、望ましい状態に設定することを可能とする。この半導体装置927は、先行する実施形態の半導体装置27に代えて用いることができる。
図25は、本発明の第10実施形態に係る半導体装置1027の斜視図である。半導体装置1027は、第9実施形態のヒートシンク924を2つ連結した形状のヒートシンク1024を備える。よって、2つのヒートシンク1024の間には、2つの半導体モジュール22が配置される。この半導体装置1027は、先行する実施形態の半導体装置27に代えて用いることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
2 パワーモジュール
3 モータ
4 バッテリ
1a 制御回路
1b 制御ユニット
1c パワーユニット
1d コンデンサユニット
10 ケース
10a 通風口
20 組立体
22 半導体モジュール
23 絶縁基板
24 ヒートシンク
24a 基板
24b フィン
26 弾性部材
26c 基板
26d 側板
26e リブ板
27 半導体装置
Claims (6)
- 半導体素子を内蔵し、対向する一対の主面を有する形状の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールから伝熱するように、前記半導体モジュールの両側に配置された2つのヒートシンクと、
前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを収容するとともに、前記ヒートシンクに冷却用の空気を供給する通風口を有するケースと、
前記ヒートシンクと前記ケースとの間に配置され、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを前記ケース内に弾性的に支持する弾性部材とを備え、
少なくともひとつの前記半導体モジュールと、少なくとも2つの前記ヒートシンクとをひとつの半導体装置として、複数の前記半導体装置を備え、
前記ケース内には、複数の前記半導体装置が並べて収容されており、
前記弾性部材は、前記半導体装置と前記半導体装置との間にも配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記ヒートシンクは複数のフィンを有し、複数の前記フィンの間に空気の通路を区画しており、
前記弾性部材は、前記フィンの先端側に位置する基板と、前記基板の両側から前記フィンの外側に沿って延び出す一対の側板と、前記基板から延び出し前記フィンの間に挿し込まれる複数のリブ板とを有することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 半導体素子を内蔵し、対向する一対の主面を有する形状の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールから伝熱するように、前記半導体モジュールの両側に配置された2つのヒートシンクと、
前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを収容するとともに、前記ヒートシンクに冷却用の空気を供給する通風口を有するケースと、
前記ヒートシンクと前記ケースとの間に配置され、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを前記ケース内に弾性的に支持する弾性部材とを備え、
前記ヒートシンクは複数のフィンを有し、複数の前記フィンの間に空気の通路を区画しており、
前記弾性部材は、前記フィンの先端側に位置する基板と、前記基板の両側から前記フィンの外側に沿って延び出す一対の側板と、前記基板から延び出し前記フィンの間に挿し込まれる複数のリブ板とを有することを特徴とする電力変換装置。 - 複数の前記リブ板の前記フィンの間への挿し込み高さは、前記ヒートシンクの放熱のための有効表面積および前記フィンの間の通路の断面積を調節するように設定されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
- 複数の前記リブ板は、前記フィンの間への挿し込み高さが異なる第1のリブ板と第2のリブ板とを含むことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記弾性部材は、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとの積層方向の両端に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の電力変換装置。
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