JP5471888B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子を内蔵すると共に該半導体素子を冷却するための冷媒流路を内部に設けた半導体モジュールを、複数個積層して構成してなる電力変換装置に関する。
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるインバータ等の電力変換装置として、図１８に示すごとく、半導体素子９２１を内蔵すると共に該半導体素子９２１を冷却するための冷媒流路９４を内部に設けた半導体モジュール９２を、複数個積層して構成してなる電力変換装置９がある（特許文献１）。
この電力変換装置９における半導体モジュール９２は、半導体素子９２１と、該半導体素子９２１と熱的に接続された放熱板９２２と、該放熱板９２２の放熱面９２５を露出させた状態で半導体素子９２１及び放熱板９２２を封止する樹脂からなる封止部９２３と、該封止部９２３の周囲に形成された樹脂からなる壁部９２４とを有する。そして、壁部９２４と封止部９２３との間に冷媒流路９４を有する。
すなわち、半導体モジュール９２は、半導体素子９２１を放熱板９２２と共に樹脂モールドするとともに、その内部に冷媒流路９４となる空間を形成している。
すなわち、半導体モジュール９２は、半導体素子９２１を放熱板９２２と共に樹脂モールドするとともに、その内部に冷媒流路９４となる空間を形成している。
電力変換装置９は、複数の半導体モジュール９２を放熱面９２５の法線方向に積層し、連結して構成されている。これにより、隣り合う半導体モジュール９２における放熱板９２２の放熱面９２５同士の間にも冷媒流路９４が形成される。
そして、冷媒流路９４に冷却媒体Ｗを流通させることにより、半導体素子９２１の冷却を行うことができる。
そして、冷媒流路９４に冷却媒体Ｗを流通させることにより、半導体素子９２１の冷却を行うことができる。
また、電力変換装置９は、上記半導体モジュール９２以外にも、発熱部品であるコンデンサを備えている（図示略）。このコンデンサについても、その温度上昇を防ぐべく、半導体モジュール９２と同様に冷媒流路を内部に設けた状態でモジュール化することが提案されている（特許文献１の第６実施例、図１２参照）。そして、このコンデンサモジュールを半導体モジュール９２と共に積層して、電力変換装置９を構成することが開示されている。
しかしながら、上記電力変換装置９においては以下の問題がある。
すなわち、上記のように、コンデンサを冷媒流路と共にモジュール化したコンデンサモジュールを半導体モジュールと共に積層すると、電力変換装置の大型化を招くおそれがある。
すなわち、上記のように、コンデンサを冷媒流路と共にモジュール化したコンデンサモジュールを半導体モジュールと共に積層すると、電力変換装置の大型化を招くおそれがある。
一方、電力変換装置９における積層方向の一端に配設された冷媒導入管９５１及び冷媒排出管９５２は、電力変換装置９の本体部（積層部分）から突出しているため、冷媒導入管９５１及び冷媒排出管９５２の周囲にコンデンサを配置しても、省スペース化の妨げとならない。
しかも、冷媒導入管９５１及び冷媒排出管９５２には、冷却媒体が流れるため、その周囲にコンデンサを配置すれば、コンデンサを冷却することができる。
しかも、冷媒導入管９５１及び冷媒排出管９５２には、冷却媒体が流れるため、その周囲にコンデンサを配置すれば、コンデンサを冷却することができる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサの温度上昇を効果的に防ぐと共に省スペース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。
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなると共にコンデンサを備えた電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
上記一対の蓋部のうちの一方である前方蓋部には、上記冷却媒体を上記貫通冷媒流路及び上記沿面冷媒流路に導入、排出する、冷媒導入管及び冷媒排出管が配設されており、
かつ、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方には、上記コンデンサにおけるコンデンサ素子が接触配置されており、
上記コンデンサは、上記コンデンサ素子と、一対の電極端子と、該一対の電極端子の一部を露出させた状態で上記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂及び上記コンデンサ素子を内側に収容するケースとからなり、上記ケースの一部が上記前方蓋部の少なくとも一部を構成していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
上記一対の蓋部のうちの一方である前方蓋部には、上記冷却媒体を上記貫通冷媒流路及び上記沿面冷媒流路に導入、排出する、冷媒導入管及び冷媒排出管が配設されており、
かつ、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方には、上記コンデンサにおけるコンデンサ素子が接触配置されており、
上記コンデンサは、上記コンデンサ素子と、一対の電極端子と、該一対の電極端子の一部を露出させた状態で上記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂及び上記コンデンサ素子を内側に収容するケースとからなり、上記ケースの一部が上記前方蓋部の少なくとも一部を構成していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
上記電力変換装置においては、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方に、上記コンデンサ素子が接触配置されている。そのため、コンデンサ素子を、上記冷媒導入管又は上記冷媒排出管を流れる冷却媒体によって冷却することができる。その結果、コンデンサの温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、上記冷媒導入管又は上記冷媒排出管の周囲にコンデンサ素子を配置しても、積層方向にも、或いは積層方向に直交する方向にも、電力変換装置が大型化することを防ぐことができる。すなわち、冷媒導入管及び冷媒排出管の周囲のスペースを有効に利用することにより、電力変換装置の大型化を抑制することができ、省スペース化を図ることができる。
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの温度上昇を効果的に防ぐと共に省スペース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。
本発明において、上記複数の半導体モジュールの積層方向は、上記放熱面の法線方向と略平行であればよく、隣り合う半導体モジュールの上記半導体素子間に、上記放熱面に沿った上記沿面冷媒流路が形成される状態であればよい。
また、上記半導体モジュールにおける上記放熱板は、上記半導体素子を両側から挟持する状態で配設されていることが好ましいが、上記半導体素子の一方の面側のみに配設されていてもよい。
また、上記半導体モジュールにおける上記放熱板は、上記半導体素子を両側から挟持する状態で配設されていることが好ましいが、上記半導体素子の一方の面側のみに配設されていてもよい。
また、上記封止部と上記壁部とは、樹脂によって成形されていることが好ましい。この場合には、上記封止部、上記壁部、及びこれらの間に形成される上記貫通冷媒流路を容易に形成することができ、電力変換装置の構成の簡素化、小型化、低コスト化を実現することができる。
また、上記コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回してなるものとすることができる（請求項２）。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。
また、上記コンデンサ素子は、金属化フィルムを積層してなるものとすることもできる（請求項３）。
この場合には、コンデンサ素子の形状自由度が高くなり、上記冷媒導入管及び冷媒排出管の周囲のスペースをより効率的に利用することができる。例えば、コンデンサ素子の形状を直方体形状にすることも容易となるため、その体積効率が向上し、省スペース化を図ることができる。
この場合には、コンデンサ素子の形状自由度が高くなり、上記冷媒導入管及び冷媒排出管の周囲のスペースをより効率的に利用することができる。例えば、コンデンサ素子の形状を直方体形状にすることも容易となるため、その体積効率が向上し、省スペース化を図ることができる。
また、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方は、上記コンデンサ素子を貫通していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記コンデンサ素子を、その内側から冷却することができるため、より効果的にコンデンサ素子の冷却を行うことができる。
この場合には、上記コンデンサ素子を、その内側から冷却することができるため、より効果的にコンデンサ素子の冷却を行うことができる。
また、上記コンデンサは、上記コンデンサ素子と、一対の電極端子と、該一対の電極端子の一部を露出させた状態で上記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂及び上記コンデンサ素子を内側に収容するケースとからなり、上記ケースの一部が上記前方蓋部の少なくとも一部を構成していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記沿面冷媒流路を流れる冷却媒体によっても上記コンデンサを冷却することができるため、その冷却効率をより向上させることができる。また、上記ケースが上記前方蓋部をも兼ねることとなるため、電力変換装置の部品点数を少なくすることができる。
この場合には、上記沿面冷媒流路を流れる冷却媒体によっても上記コンデンサを冷却することができるため、その冷却効率をより向上させることができる。また、上記ケースが上記前方蓋部をも兼ねることとなるため、電力変換装置の部品点数を少なくすることができる。
また、上記ケースの開口部は、上記半導体モジュールの主電極端子の突出方向を向いていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記半導体モジュールの主電極端子と上記コンデンサの電極端子との間の配線を短くすることができる。すなわち、コンデンサの電極端子はケースの開口部側から取り出されるため、開口部が半導体モジュールの主電極端子の突出方向を向いていると、コンデンサの電極端子は主電極端子側に取り出されることとなる。これにより、コンデンサの電極端子と半導体モジュールの主電極端子との間の配線を短くすることができる。その結果、電力変換装置の配線インダクタンスを低減することができる。
この場合には、上記半導体モジュールの主電極端子と上記コンデンサの電極端子との間の配線を短くすることができる。すなわち、コンデンサの電極端子はケースの開口部側から取り出されるため、開口部が半導体モジュールの主電極端子の突出方向を向いていると、コンデンサの電極端子は主電極端子側に取り出されることとなる。これにより、コンデンサの電極端子と半導体モジュールの主電極端子との間の配線を短くすることができる。その結果、電力変換装置の配線インダクタンスを低減することができる。
（実施例１）
本発明の実施例に係る電力変換装置につき、図１〜図８を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２を複数個積層して構成してなると共にコンデンサ６を備えている。
本発明の実施例に係る電力変換装置につき、図１〜図８を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２を複数個積層して構成してなると共にコンデンサ６を備えている。
半導体モジュール２は、図２〜図５に示すごとく、半導体素子２１と、放熱板２２と、封止部２３と、壁部２４と、貫通冷媒流路４１とを有する。
放熱板２２は、半導体素子２１と熱的に接続されている。封止部２３は、放熱板２２の放熱面２２１を露出させた状態で半導体素子２１及び放熱板２２を封止している。壁部２４は、放熱面２２１の法線方向に直交する方向における封止部２３の周囲に形成されると共に放熱面２２１よりも法線方向に突出している。貫通冷媒流路４１は、壁部２４と封止部２３との間に形成されている。
放熱板２２は、半導体素子２１と熱的に接続されている。封止部２３は、放熱板２２の放熱面２２１を露出させた状態で半導体素子２１及び放熱板２２を封止している。壁部２４は、放熱面２２１の法線方向に直交する方向における封止部２３の周囲に形成されると共に放熱面２２１よりも法線方向に突出している。貫通冷媒流路４１は、壁部２４と封止部２３との間に形成されている。
図１、図２に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、放熱面２２１の法線方向に積層されている。
積層方向の両端に配される半導体モジュール２１には、壁部２４における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部３が配設されている。
隣り合う半導体モジュール２の間及び蓋部３と半導体モジュール２との間であって壁部２４の内側には、貫通冷媒流路４１に連通すると共に放熱面２２１に沿った沿面冷媒流路４２が形成されている。
積層方向の両端に配される半導体モジュール２１には、壁部２４における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部３が配設されている。
隣り合う半導体モジュール２の間及び蓋部３と半導体モジュール２との間であって壁部２４の内側には、貫通冷媒流路４１に連通すると共に放熱面２２１に沿った沿面冷媒流路４２が形成されている。
一対の蓋部３のうちの一方である前方蓋部３１には、冷却媒体Ｗを貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２に導入、排出する、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２が配設されている。
そして、図２に示すごとく、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２には、コンデンサ６におけるコンデンサ素子６１が接触配置されている。
そして、図２に示すごとく、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２には、コンデンサ６におけるコンデンサ素子６１が接触配置されている。
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、図７に示すごとく、直流電源（バッテリー１０１）と交流負荷（三相交流の回転電機１０２）との間の電力変換を行うよう構成されている。
半導体モジュール２は、図２に示すごとく、２個の半導体素子２１を備えている。具体的には、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２１の一方は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等からなるスイッチング素子であり、他方は、スイッチング素子に逆並列接続されたＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等のダイオードである（図６参照）。
半導体モジュール２は、図２に示すごとく、２個の半導体素子２１を備えている。具体的には、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２１の一方は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等からなるスイッチング素子であり、他方は、スイッチング素子に逆並列接続されたＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等のダイオードである（図６参照）。
各半導体モジュール２は、半導体素子２１を両側から挟持するように配設された一対の金属製の放熱板２２を有する。そして、これらの放熱板２２は、はんだ２２２を介して半導体素子２１に電気的、熱的に接続されている。２個の半導体素子２１と一対の放熱板２２とは、各放熱板２２の放熱面２２１を露出させながら、樹脂製の封止部２３によって一体化されて封止されている。封止部２３は、放熱面２２１の全周に形成されている。
また、放熱面２２１の法線方向に直交する方向の全周にわたって封止部２３を囲むように、樹脂製の壁部２４が形成されている。
また、放熱面２２１の法線方向に直交する方向の全周にわたって封止部２３を囲むように、樹脂製の壁部２４が形成されている。
図３、図４に示すごとく、封止部２３及び壁部２４からは、放熱面２２１の法線方向に直交する方向に、一対の主電極端子２５１が突出し、その反対方向に、複数の制御端子２５２が突出している。主電極端子２５１には、被制御電流用のバスバー（図示略）が接続され、制御端子２５２は、スイッチング素子（半導体素子２１）を制御等するための制御回路（図示略）に接続される。
また、放熱面２２１の法線方向に直交する方向であって、主電極端子２５１及び制御端子２５２の突出方向に直交する方向（以下、「横方向」という。）における、封止部２３と壁部２４との間に、一対の貫通冷媒流路４１が形成されている。
また、壁部２４は、一対の放熱面２２１よりも、放熱面２２１の法線方向に突出している。
また、壁部２４は、一対の放熱面２２１よりも、放熱面２２１の法線方向に突出している。
図１、図２に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を、放熱面２２１の法線方向に積層することにより、構成されている。図１、図２においては、半導体モジュール２を３個積層した図を示しているが、実際の電力変換装置１は、より多数の半導体モジュール２を積層してなり、その積層数は特に限定されるものではない。
複数の半導体モジュール２は、壁部２４において互いに連結されている。そして、電力変換装置１における積層方向の両端に、樹脂製の蓋部３が、半導体モジュール２の壁部２４の開口部を塞ぐように取り付けてある。隣り合う半導体モジュール２の壁部２４の間や、半導体モジュール２の壁部２４と蓋部３との間には、水密性を確保するためのシール部材を介在させることができる。積層方向の一端（前端）に配された蓋部３（前方蓋部３１）は、コンデンサ６の一部によって構成されている。なお、積層方向の他端（後端）に配された蓋部３を、以下適宜「後方蓋部３２」という。
図２、図５、図８に示すごとく、コンデンサ６は、コンデンサ素子６１と、一対の電極端子６２と、該一対の電極端子６２の一部を露出させた状態でコンデンサ素子６１を封止する封止樹脂６３と、該封止樹脂６３及びコンデンサ素子６１を内側に収容するケース６４とからなる。そして、ケース６４の一部が前方蓋部３１を構成している。また、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、コンデンサ素子２１を貫通している。
本例において、コンデンサ素子６１は、図５、図６に示すごとく、金属化フィルムを巻回してなる。つまり、金属化フィルムは、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を軸に巻回されており、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２がコンデンサ素子６１の内側を貫通している。具体的には、誘電体フィルムの表面に金属膜を蒸着してなる金属化フィルムを２枚重ね合わせると共に、図６に示すごとく、両者を冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２の周りに巻きつける。その後、巻回軸方向の両端に、上記２枚の金属化フィルムの金属膜にそれぞれ接続される一対のメタリコン電極６５を形成する。これにより、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２が貫通した状態で、容易にコンデンサ素子６１を形成することができる。
そして、冷媒導入管５１が貫通した状態のコンデンサ素子６１と冷媒排出管５２が貫通した状態のコンデンサ素子６１とを、ケース６４内に配置し封止樹脂６３にて封止することにより、コンデンサ６を得る。このコンデンサ６を、図２に示すごとく、ケース６４において半導体モジュール２に連結することで、電力変換装置１を得ることができる。
また、図８に示すごとく、コンデンサ６の電極端子６２と、複数の半導体モジュール２の主電極端子２５１とは、互いにバスバー１４によって接続されている。コンデンサ６は、ケース６４の開口部６４１が半導体モジュール２と反対側を向くように配設されている。ケース６４は、開口部６４１側以外の５面を覆うように形成されている。そして、コンデンサ６の一対の電極端子６２が、開口部６４１から外方へ突出しており、この電極端子６２は半導体モジュール２側へ折り返され、その先端部においてバスバー１４と接続されている。
冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、円筒形状を有し、樹脂からなる。また、コンデンサ６のケース６４は、樹脂によって形成することができる。
なお、蓋部３、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２、ケース６４は、金属製、或いはセラミック製等、他の材質とすることもできる。
なお、蓋部３、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２、ケース６４は、金属製、或いはセラミック製等、他の材質とすることもできる。
上記のように、複数の半導体モジュール２と一対の蓋部３とを積層して連結することにより、すなわち、コンデンサ６と複数の半導体モジュール２と後方蓋部３２とを積層して連結することにより、図２に示すごとく、内部に貫通冷媒流路４１と沿面冷媒流路４２とが連続した冷媒流路４が、壁部２４と蓋部３（コンデンサ６のケース６４の一部を含む）とによって囲まれた内側の空間に形成される。この状態において、各半導体モジュール２に設けられた一対の貫通冷媒流路４１は、それぞれ一直線上に配列した状態で連結される。沿面冷媒流路４２は、隣り合う半導体モジュール２の放熱面２２１同士の間、及び半導体モジュール２と蓋部３との間に、貫通冷媒流路４１に直交するように、かつこれらに連結するように形成される。
これにより、冷媒導入管５１から冷媒流路４に導入された冷却媒体Ｗは、貫通冷媒流路４１を適宜通過しながら、各半導体モジュール２における一対の放熱面２２１に接触する沿面冷媒流路４２を通過する。ここで、半導体素子２１と熱交換した冷却媒体Ｗは、他方の貫通冷媒流路４１を適宜通過して、冷媒排出管５２から排出される。
なお、冷却媒体Ｗとしては、例えば、水や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を用いることができる。
なお、冷却媒体Ｗとしては、例えば、水や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を用いることができる。
本例の電力変換装置１は、図７に示す電力変換回路を構成しており、直流電源（バッテリー１０１）の電圧を昇圧するコンバータ１１と、昇圧した直流電力を交流電力に変換して交流負荷（回転電機１０２）へ出力するインバータ１２とを有する。インバータ１２及びコンバータ１１は、上記の機能と反対の機能、すなわち、交流電力を直流電力へ変換する機能、及び直流電力を降圧する機能をもそれぞれ備えている。
コンバータ１１は、複数の半導体モジュール２、リアクトル１１１、及びフィルタコンデンサ１１２によって構成されている。インバータ１２は、複数の半導体モジュール２、スナバコンデンサ１２１を備えている。さらにコンバータ１１とインバータ１２との間には、平滑コンデンサ１３１、放電抵抗１３２が配線されている。本例においては、上記平滑コンデンサ１３１が、上述してきた冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２に接触配置された上記コンデンサ６である。
次に、本例の作用効果につき説明する。
電力変換装置１においては、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２に、コンデンサ素子６１が接触配置されている。そのため、コンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を流れる冷却媒体Ｗによって冷却することができる。その結果、コンデンサ６の温度上昇を効果的に抑制することができる。
電力変換装置１においては、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２に、コンデンサ素子６１が接触配置されている。そのため、コンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を流れる冷却媒体Ｗによって冷却することができる。その結果、コンデンサ６の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲にコンデンサ素子６１を配置しても、積層方向にも、或いは積層方向に直交する方向にも、電力変換装置１が大型化することを防ぐことができる。すなわち、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲のスペースを有効に利用することにより、電力変換装置１の大型化を抑制することができ、省スペース化を図ることができる。
また、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、コンデンサ素子６１を貫通している。それゆえ、コンデンサ素子６１を、その内側から冷却することができるため、より効果的にコンデンサ素子６１の冷却を行うことができる。特に、本例のコンデンサ素子６１は、金属化フィルムを冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に巻回したものであるため、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２が内側を貫通した構造を得やすい。その結果、製造容易かつコンデンサ６の冷却効率に優れた構造とすることができる。
また、コンデンサ６のケース６４の一部が前方蓋部３１を構成している。これにより、沿面冷媒流路４２を流れる冷却媒体Ｗによってもコンデンサ６を冷却することができるため、その冷却効率をより向上させることができる。また、ケース６４が前方蓋部３１をも兼ねることとなるため、電力変換装置１の部品点数を少なくすることができる。
以上のごとく、本例によれば、コンデンサの温度上昇を効果的に防ぐと共に省スペース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。
（実施例２）
本例は、図９〜図１１に示すごとく、金属化フィルムを積層してなるコンデンサ素子６１を用いたコンデンサ６を備えた電力変換装置１の例である。
すなわち、誘電体フィルムの表面に金属膜を蒸着してなる金属化フィルムを多数枚重ね合わせ、互いに反対側となる一対の端面に、一対のメタリコン電極６５を形成する。上記金属化フィルムの金属膜はいずれかのメタリコン電極６５に接続されている。具体的には、一方のメタリコン電極６５に金属膜が接続された金属化フィルムと、他方のメタリコン電極６５に金属膜が接続された金属化フィルムとは、交互に積層されている。
また、図１０に示すごとく、コンデンサ素子６１には、金属化フィルムの積層方向に直交する方向に、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２が貫通している。
本例は、図９〜図１１に示すごとく、金属化フィルムを積層してなるコンデンサ素子６１を用いたコンデンサ６を備えた電力変換装置１の例である。
すなわち、誘電体フィルムの表面に金属膜を蒸着してなる金属化フィルムを多数枚重ね合わせ、互いに反対側となる一対の端面に、一対のメタリコン電極６５を形成する。上記金属化フィルムの金属膜はいずれかのメタリコン電極６５に接続されている。具体的には、一方のメタリコン電極６５に金属膜が接続された金属化フィルムと、他方のメタリコン電極６５に金属膜が接続された金属化フィルムとは、交互に積層されている。
また、図１０に示すごとく、コンデンサ素子６１には、金属化フィルムの積層方向に直交する方向に、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２が貫通している。
なお、コンデンサ素子６１において、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を貫通させる貫通孔６１１は、幅の異なる２種類の金属化フィルムを積層することによって形成することができる。すなわち、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２の横方向の両側に幅の短い金属化フィルムを配置し、それ以外の箇所に幅の長い金属化フィルムを配置する。
この場合、貫通孔６１１は、図１１に示すごとく、貫通方向から見た形状が四角形状とすることが、その形成のし易さの観点で好ましい。しかし、貫通孔６１１に挿通する冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２は、円筒形状であるため、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２とコンデンサ素子６１との間には、部分的に隙間６１２ができる。この隙間６１２は、そのまま空間としておいてもよいが、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２とコンデンサ素子６１との間の熱交換効率を考慮すれば、樹脂等を充填することが好ましい。
その他は、実施例１と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、コンデンサ素子６１の形状自由度が高くなり、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲のスペースをより効率的に利用することができる。すなわち、コンデンサ素子６１の形状を直方体形状にすることにより、その体積効率が向上し、省スペース化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例３）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、体積の小さい巻回型のコンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲にそれぞれ複数個ずつ配置した例である。
具体的には、図１２に示すごとく、コンデンサ６は、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２のそれぞれの周りに、８個ずつのコンデンサ素子６１を配置してなる。そして、その中の各４個のコンデンサ素子６１は、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。他の各４個のコンデンサ素子６１は、直接的には冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触していない。
本例は、図１２、図１３に示すごとく、体積の小さい巻回型のコンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲にそれぞれ複数個ずつ配置した例である。
具体的には、図１２に示すごとく、コンデンサ６は、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２のそれぞれの周りに、８個ずつのコンデンサ素子６１を配置してなる。そして、その中の各４個のコンデンサ素子６１は、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。他の各４個のコンデンサ素子６１は、直接的には冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触していない。
本例の電力変換装置１におけるコンデンサ素子６１は、図１３に示すごとく、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を貫通させることなく、形成されている。そして、一部のコンデンサ素子６１は、その外周面において冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
（実施例４）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、体積の小さい積層型のコンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲にそれぞれ複数個ずつ配置した例である。
具体的には、図１４に示すごとく、コンデンサ６は、実施例３の場合と同様に、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２のそれぞれの周りに、８個ずつのコンデンサ素子６１を配置してなる。そして、その中の各４個のコンデンサ素子６１は、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。他の各４個のコンデンサ素子６１は、直接的には冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触していない。
本例は、図１４、図１５に示すごとく、体積の小さい積層型のコンデンサ素子６１を、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２の周囲にそれぞれ複数個ずつ配置した例である。
具体的には、図１４に示すごとく、コンデンサ６は、実施例３の場合と同様に、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２のそれぞれの周りに、８個ずつのコンデンサ素子６１を配置してなる。そして、その中の各４個のコンデンサ素子６１は、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。他の各４個のコンデンサ素子６１は、直接的には冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触していない。
各コンデンサ素子６１は、実施例２におけるコンデンサ素子６１と同様、多数の金属化フィルムを積層してなるものである。ただし、本例の電力変換装置１におけるコンデンサ素子６１は、図１５に示すごとく、冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を貫通させることなく、形成されている。そして、一部のコンデンサ素子６１は、その外側面において冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２に接触している。
その他は、実施例２と同様である。
その他は、実施例２と同様である。
本例の場合には、コンデンサ素子６１に冷媒導入管５１又は冷媒排出管５２を貫通させないため、コンデンサ素子６１に貫通孔（図１１における符号６１１参照）を設ける必要がない。それゆえ、コンデンサ素子６１の製造を容易に行うことができる。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
（実施例５）
本例は、図１６、図１７に示すごとく、コンデンサ６のケース６４の開口部６４１が、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向を向いている電力変換装置１の例である。
すなわち、コンデンサ６のケース６４は、上記開口部６４１側以外の５面を覆うように形成されており、その内側にコンデンサ素子６１が配置され、封止樹脂６３が充填されている。そして、コンデンサ６の一対の電極端子６２が封止樹脂６３から露出し、開口部６４１から外方へ突出している。
本例は、図１６、図１７に示すごとく、コンデンサ６のケース６４の開口部６４１が、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向を向いている電力変換装置１の例である。
すなわち、コンデンサ６のケース６４は、上記開口部６４１側以外の５面を覆うように形成されており、その内側にコンデンサ素子６１が配置され、封止樹脂６３が充填されている。そして、コンデンサ６の一対の電極端子６２が封止樹脂６３から露出し、開口部６４１から外方へ突出している。
それゆえ、コンデンサ６の電極端子６２は、ケース６４の開口部６４１側であり、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向と同じ方向に突出している。そして、コンデンサ６の一対の電極端子６２は、複数の半導体モジュール２の主電極端子２５１と、バスバー１１によって接続されている。
その他は、実施例１と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、半導体モジュール２の主電極端子２５１とコンデンサ６の電極端子６２との間の配線を短くすることができる。すなわち、コンデンサ６の電極端子６２はケース６４の開口部６４１側から取り出されるため、開口部６４１が半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向を向いていると、図１７に示すごとく、コンデンサ６の電極端子６２は主電極端子２５１側に取り出されこととなる。これにより、コンデンサ６の電極端子６２と半導体モジュール２の主電極端子２５１との間の配線を短くすることができる。
すなわち、実施例１に記載の電力変換装置１のように、ケース６４の開口部６４１が、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向と異なる方向に形成されていると、図８に示すごとく、コンデンサ６の電極端子６２の突出方向が、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向と異なることとなり、両者間の距離が長くなってしまう。これに対して、本例のように、ケース６４の開口部６４１を、半導体モジュール２の主電極端子２５１の突出方向に向けることにより、コンデンサ６の電極端子６２と、半導体モジュール２の主電極端子２５１との間の配線距離を短くすることができる。その結果、電力変換装置１の配線インダクタンスを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 半導体素子
２２ 放熱板
２２１ 放熱面
２３ 封止部
２４ 壁部
３ 蓋部
３１ 前方蓋部
４ 冷媒流路
４１ 貫通冷媒流路
４２ 沿面冷媒流路
５１ 冷媒導入管
５２ 冷媒排出管
６ コンデンサ
６１ コンデンサ素子
２ 半導体モジュール
２１ 半導体素子
２２ 放熱板
２２１ 放熱面
２３ 封止部
２４ 壁部
３ 蓋部
３１ 前方蓋部
４ 冷媒流路
４１ 貫通冷媒流路
４２ 沿面冷媒流路
５１ 冷媒導入管
５２ 冷媒排出管
６ コンデンサ
６１ コンデンサ素子
Claims (5)
- 半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなると共にコンデンサを備えた電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
上記一対の蓋部のうちの一方である前方蓋部には、上記冷却媒体を上記貫通冷媒流路及び上記沿面冷媒流路に導入、排出する、冷媒導入管及び冷媒排出管が配設されており、
かつ、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方には、上記コンデンサにおけるコンデンサ素子が接触配置されており、
上記コンデンサは、上記コンデンサ素子と、一対の電極端子と、該一対の電極端子の一部を露出させた状態で上記コンデンサ素子を封止する封止樹脂と、該封止樹脂及び上記コンデンサ素子を内側に収容するケースとからなり、上記ケースの一部が上記前方蓋部の少なくとも一部を構成していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、上記コンデンサ素子は、金属化フィルムを巻回してなることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項１に記載の電力変換装置において、上記コンデンサ素子は、金属化フィルムを積層してなることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の少なくとも一方は、上記コンデンサ素子を貫通していることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記ケースの開口部は、上記半導体モジュールの主電極端子の突出方向を向いていることを特徴とする電力変換装置。
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