電力変換装置
【課題】コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供すること。
【解決手段】スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２と半導体モジュール２を両主面から冷却する複数の冷却管３とを積層してなる積層体４と、コンデンサ素子５１を内蔵したコンデンサモジュール５とを有する電力変換装置１。コンデンサモジュール５は、コンデンサ素子５１の電極に接続された複数のコンデンサバスバー５２を備えると共に、コンデンサバスバー５２から放熱用突出部５３を突出させてなる。放熱用突出部５３は、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。
【解決手段】スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２と半導体モジュール２を両主面から冷却する複数の冷却管３とを積層してなる積層体４と、コンデンサ素子５１を内蔵したコンデンサモジュール５とを有する電力変換装置１。コンデンサモジュール５は、コンデンサ素子５１の電極に接続された複数のコンデンサバスバー５２を備えると共に、コンデンサバスバー５２から放熱用突出部５３を突出させてなる。放熱用突出部５３は、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置が開示されている。かかる電力変換装置においては、冷却管に流れる冷却媒体によって、半導体モジュールを冷却し、半導体モジュールの温度上昇を防いでいる。しかし、コンデンサモジュールを冷却する冷却手段は、特に設けられていない。それゆえ、コンデンサモジュールの発熱が大きい場合には、その温度上昇を招くおそれがある。
【０００３】
そこで、冷媒流路を内部に有する冷却プレートに、コンデンサモジュールを接触配置してなる電力変換装置が提案されている（特許文献２）。この電力変換装置においては、半導体モジュールを冷却する冷却器に流す冷却媒体を、冷却プレート内にも導入して、コンデンサモジュールを冷却しようとするものである。
【０００４】
また、電力変換装置に設けられたコンデンサモジュールを冷却する手段として、特許文献３、４には、コンデンサモジュールの端子の一部を、冷却器に熱的に接触させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７４７６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５２４６０号公報
【特許文献４】特開２００５−２５２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示された電力変換装置は、コンデンサモジュールの側面を冷却プレートに接触させた構成であるため、コンデンサモジュールの冷却効率を高くすることは困難である。すなわち、コンデンサモジュールは、コンデンサ素子を樹脂にてモールドしてなる。それゆえ、コンデンサモジュールをその側面において冷却プレートに接触させた構成では、コンデンサ素子と冷却プレートとの間に、熱伝導性に劣るモールド樹脂が介在することとなる。その結果、コンデンサ素子の冷却を効率的に行うことが困難となる。
【０００７】
また、特許文献３、４に記載の電力変換装置は、コンデンサモジュールの端子を冷却器に熱的に接触させているが、その接触は、片面において行われているのみである。それゆえ、コンデンサモジュールの冷却効率を高め難く、コンデンサモジュールの発熱が大きい場合、その温度上昇を防ぐことが困難となるおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の電極に接続された複数のコンデンサバスバーを備えると共に、該コンデンサバスバーから放熱用突出部を突出させてなり、
該放熱用突出部は、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電力変換装置においては、上記コンデンサバスバーから突出した上記放熱用突出部が、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されている。これにより、コンデンサモジュールの熱を、上記放熱用突出部を介して冷却管に放熱することができる。また、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子の電極に接続されたコンデンサバスバーから突出しているため、コンデンサ素子の熱が、コンデンサバスバーを介して放熱用突出部に伝わる。それゆえ、この放熱用突出部を冷却管によって冷却することにより、コンデンサモジュールを内部から冷却することができることとなり、コンデンサ素子を効率的に冷却することができる。
【００１１】
また、特に、上記放熱用突出部は、隣り合う冷却管の間に挟持されているため、放熱用突出部を互いに反対側の両面から冷却することができる。これにより、放熱用突出部を効率的に冷却することができ、コンデンサモジュールの冷却効率を向上させることができる。また、複数の冷却管は、上記積層体における半導体モジュールを冷却するために元々積層配置されるものであるため、上記放熱用突出部を挟持するためだけに改めて配設したり、冷却管の構造を大きく変えたりする必要もない。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面説明図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当の説明図。
【図２】実施例１における、高さ方向から見た電力変換装置の平面説明図。
【図３】実施例１における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図５】コンデンサモジュールに対して固定されていない積層体の振動の様子を示す説明図。
【図６】実施例１における、コンデンサモジュールに対して固定された積層体の振動の様子を示す説明図。
【図７】実施例２における、高さ方向から見た電力変換装置の平面説明図。
【図８】実施例３における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図９】実施例４における、電力変換装置の一部の断面説明図。
【図１０】実施例５における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図１１】実施例６における、積層体とコンデンサモジュールとを互いに組み付ける前の状態の電力変換装置の断面説明図。
【図１２】実施例７における、高さ方向の１箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１３】実施例７における、高さ方向の２箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１４】実施例７における、凹部を設けることで高さ方向の２箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１５】実施例８における、電力変換装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記放熱用突出部は、上記コンデンサバスバーと一体的に構成されたものであってもよいし、上記コンデンサバスバーに接続された別部材であってもよい。
【００１５】
また、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子と上記半導体モジュールとの間の電流経路から外れる状態で形成されている（請求項２）。この場合には、上記冷却管に渦電流が流れることを防ぐことができる。すなわち、上記冷却管が金属からなる場合において、放熱用突出部が電流経路の一部となっていると、放熱用突出部の周りに配される冷却管に渦電流が発生することとなる。これにより、電力変換装置の電力損失が大きくなってしまうおそれがある。そこで、上記放熱用突出部が上記電流経路から外れる状態で形成されていることにより、電力変換装置の損失が大きくなることを防ぐことができる。
また、渦電流によって冷却管が発熱することも考えられるが、上記放熱用突出部を上記電流経路から外れる状態で形成することにより、冷却管の発熱を防ぎ、コンデンサモジュールの冷却効率をより向上させることができる。
【００１６】
また、上記放熱用突出部は、上記複数のコンデンサバスバーのうち上記積層体により近い上記コンデンサバスバーから突出していることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記放熱用突出部を介したコンデンサモジュールと冷却管との間の伝熱距離を短くすることができるため、コンデンサモジュールの冷却効率をより向上させることができる。
【００１７】
また、複数の上記コンデンサバスバーから、上記放熱用突出部がそれぞれ突出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両電極側から冷却することができるため、コンデンサモジュールの冷却効率をより一層向上させることができる。
【００１８】
また、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に上記半導体モジュールと共に挟持されており、該半導体モジュールよりも上記冷却管に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記積層体の積層方向の寸法を小さくすることができると共に、冷却管の数を少なくすることができる。これにより、電力変換装置の小型化を容易にすることができると共に、製造コストを低減することができる。また、上記放熱用突出部が上記半導体モジュールよりも冷却媒体の上流側に配されているため、冷却媒体による放熱用突出部の冷却を効率的に行うことができる。すなわち、半導体モジュールと熱交換する前の冷却媒体によって、放熱用突出部を冷却することができるため、その冷却効率が高く、コンデンサモジュールを効率的に冷却することができる。
【００１９】
また、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に加圧された状態で挟持されており、上記積層体と上記コンデンサモジュールとを互いに固定する支持部材としても機能していることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記積層体の振動を抑制することができる。これにより、半導体モジュールとこれに接続されるバスバー等との間の接続部の寿命等を向上させ、電力変換装置の耐振性を向上させることができる。
【００２０】
また、上記コンデンサモジュールは、上記積層体に対して、積層方向と直交する方向に配置されており、上記放熱用突出部は、上記冷却管に対して、上記積層体と上記コンデンサモジュールとの並び方向に係合する係合部を設けてなることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記積層体の振動を一層抑制することができ、電力変換装置の耐振性を一層向上させることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２と該半導体モジュール２を両主面から冷却する複数の冷却管３とを積層してなる積層体４と、コンデンサ素子５１を内蔵したコンデンサモジュール５とを有する。
【００２２】
コンデンサモジュール５は、コンデンサ素子５１の電極にそれぞれ接続された複数のコンデンサバスバー５２を備えると共に、該コンデンサバスバー５２から放熱用突出部５３を突出させてなる。
放熱用突出部５３は、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。
【００２３】
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の車両に搭載され、直流電源（バッテリ）から供給される直流電力を交流電力に変換して、三相交流の回転電機を駆動することができるよう構成されている。
【００２４】
図１、図２に示すごとく、積層体４は、複数の半導体モジュール２を、アルミニウム等の金属からなる複数の冷却管３と共に積層してなる。隣り合う冷却管３の間には、２個の半導体モジュール２が挟持されており、一部を除いて、冷却管３と半導体モジュール２とは交互に積層されている。そして、互いに隣り合う一組の冷却管３の間には、半導体モジュール２が挟持されておらず、上記放熱用突出部５３が挟持されている。
【００２５】
なお、放熱用突出部５３は、例えば、コンデンサバスバー５２と同材料である銅等の金属からなる。そして、この場合、放熱用突出部５３と冷却管３との間には、例えば伝熱性に優れた絶縁膜が介在しており、両者が互いに電気的に絶縁されるよう構成されている。
【００２６】
具体的には、積層体４は、例えば、１０本の冷却管３を並列配置してなると共に、隣り合う冷却管３は、その長手方向の両端部付近において、連結管３１によって連結されている。この場合、１０本の冷却管３とこれらを連結する連結管３１とによって、冷却器３０が構成されている。そして、１０本の冷却管３における隣り合う冷却管３の間に形成された９段の隙間のうち、真ん中（５段目）の隙間に、放熱用突出部５３が一対配設され、他の隙間に、半導体モジュール２が配設されている。
【００２７】
図２に示すごとく、放熱用突出部５３と複数の半導体モジュール２とは、積層方向に直線状に２列、並んで配置されている。つまり、冷却管３の間の８段の隙間にそれぞれ２個ずつ半導体モジュール２が配置され、他の１段の隙間に２本の放熱用突出部５３が配置されている。
【００２８】
このうちの２段の隙間に配された４個の半導体モジュール２が、後述する電力変換装置１（図４参照）の一部を構成する昇圧コンバータ部１０１の上アーム側及び下アーム側の半導体モジュール２に対応する。また、６段に配された１２個の半導体モジュール２が、後述する電力変換装置１の一部を構成するインバータ部１０２の上アーム側及び下アーム側の半導体モジュール２に対応する。図４においては、コンバータ部１０１を構成する半導体モジュール２が２個で、インバータ部１０２を構成する半導体モジュール２が２個の構成としているが、これら図４に示す各半導体モジュール２は、互いに並列接続された複数個一組の半導体モジュール２としてもよい。図１、図２に記載された電力変換装置１の構成は、図４に示す各半導体モジュール２を二個一組とした例を示している。
【００２９】
なお、積層体４における冷却管３の段数は、特に限定されるものではない。
積層体４における積層方向の一端には、冷却器３０に冷却媒体を導入するための冷媒導入管３２１と、冷却器３０から冷却媒体を排出するための冷媒排出管３２２とが配設されている。
【００３０】
また、積層体４における積層方向の他端には、積層体４を積層方向に加圧する加圧部材１２が配設されている。積層体４は、積層体４とコンデンサモジュール５との並び方向（以下において適宜「高さ方向」という）から見た形状が長方形状であるフレーム１１内に配設されている。そして、加圧部材１２が積層体４とフレーム１１の内側面との間に配設されている。なお、「高さ方向」は便宜的な表現であり、この方向が必ずしも鉛直方向と一致するわけではない。
【００３１】
加圧部材１２は、板ばねからなり、積層体４における他端を、一端側（冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２が設けられた側）へ向かって押圧している。これにより、冷却管３と半導体モジュール２との接触圧を高く保つと共に、冷却管３と放熱用突出部５３との接触圧を高くしている。
なお、加圧部材１２は、積層体４における冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２が設けられた側の一端に配し、他端へ向かって押圧するようにしてもよい。この場合、加圧部材１２は、冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２の間に配されることとなる。
【００３２】
コンデンサモジュール５は、図１に示すごとく、積層体４に対して、積層方向と冷却管３の長手方向との双方に直交する方向（高さ方向）に配置されている。そして、図１、図３に示すごとく、コンデンサモジュール５は、複数のコンデンサ素子５１を内蔵し、これらを樹脂によってモールドしてなる。複数のコンデンサ素子５１は、一対の電極を高さ方向の両端に配置するように、平行に配列されている。本例においては、高さ方向における積層体４に近い側を正極、遠い側を負極としている。
【００３３】
コンデンサ素子５１は、例えば金属化フィルムを巻回してなるフィルムコンデンサによって構成され、その巻回軸が高さ方向となるように配置されている。また、複数のコンデンサ素子５１は、積層方向に直線状に２列、配列されている。
また、本例の電力変換装置１において、複数のコンデンサ素子５１のうちの一部が、平滑コンデンサ５０１を構成し、他の一部がフィルタコンデンサ５０２を構成している。
【００３４】
本例の電力変換装置１は、図４に示すごとく、昇圧コンバータ部１０１とインバータ部１０２とを有する。すなわち、電力変換装置１は、直流電源６１から供給される直流電力の電圧を昇圧コンバータ部１０１において昇圧し、その昇圧後の直流電力をインバータ部１０２において三相の交流電力に変換して、三相交流の回転電機６２を駆動するよう構成されている。また、逆に、回転電機６２において発電した交流電力をインバータ部１０２において直流電力に変換し、昇圧コンバータ１０１において降圧して、直流電源６１に充電することもできる。
【００３５】
昇圧コンバータ部１０１は、リアクトル６３と複数の半導体モジュール２とを有する。また、インバータ部１０２は、複数の半導体モジュール２によって構成されている。直流電源６１と昇圧コンバータ部１０１との間には、直流電源６１の電圧を平滑化するためのフィルタコンデンサ５０２が設けられ、昇圧コンバータ部１０１とインバータ部１０２との間には、インバータ部１０２へ供給される昇圧後の電圧を平滑化する平滑コンデンサ５０１が設けられている。
【００３６】
図３に示すごとく、平滑コンデンサ５０１を構成するコンデンサ素子５１の正極は、一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「第１正極コンデンサバスバー５２１」という）に接続され、フィルタコンデンサ５０２を構成するコンデンサ素子５１の正極は、他の一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「第２正極コンデンサバスバー５２２」という）に接続されている。
また、コンデンサモジュール５における、平滑コンデンサ５０１を構成するコンデンサ素子５１およびフィルタコンデンサ５０２を構成するコンデンサ素子５１の負極は、いずれも一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「負極コンデンサバスバー５２３」という）に接続されている。
【００３７】
上記３つのコンデンサバスバー５２、すなわち、第１正極コンデンサバスバー５２１、第２正極コンデンサバスバー５２２、負極コンデンサバスバー５２３は、いずれも、コンデンサモジュール５における樹脂モールド部から積層体４側に向かって、電極端子５２４を突出形成させてなる。
【００３８】
第１正極コンデンサバスバー５２１及び負極コンデンサバスバー５２３の電極端子５２４は、複数の半導体モジュール２の主電極端子２１あるいは直流電源６１の正極に接続される電力バスバー１３に、適宜接続される。図１に示すごとく、これらの電力バスバー１３は、積層体４とコンデンサモジュール５との間に配置されている。また、図１において描かれた電極端子５２４および電力バスバー１３は、両者が互いに接続されることを示すものであり、その配置等については特に正確に描かれたものではない。また、図１においては、フレーム１１や加圧部材１２の記載は省略してある。
【００３９】
複数のコンデンサバスバー５２のうち、負極コンデンサバスバー５２３は、他の２つのコンデンサバスバー５２よりも、積層体４との間の距離が遠い。そして、放熱用突出部５３は、積層体４に近いコンデンサバスバー５２、すなわち、第１正極コンデンサバスバー５２１および第２正極コンデンサバスバー５２２から、それぞれ突出している。
【００４０】
放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路から外れる状態で形成されている。すなわち、放熱用突出部５３は、コンデンサバスバー５２と接続され、電気的にも接続されることとなるが、その接続状態において、放熱用突出部５３がコンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路の一部とはならないようにしてある。
【００４１】
また、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に加圧された状態で挟持されている。これにより、積層体４とコンデンサモジュール５とを互いに固定する支持部材としても機能している。つまり、積層体４は、図２に示すごとく、加圧部材１２によって積層方向に加圧されているため、積層体４の積層方向の中央部において一対の冷却管３の間に挟持された放熱用突出部５３は一対の冷却管３によって加圧挟持されている。これにより、放熱用突出部５３は、積層体４に固定されることとなる。
そして、放熱用突出部５３は、コンデンサモジュール５の本体部に固定された部材でもある。それゆえ、コンデンサモジュール５と積層体４とは、２本の放熱用突出部５３において互いに固定されることとなる。
【００４２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、コンデンサバスバー５２から突出した放熱用突出部５３が、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。これにより、コンデンサモジュール５の熱を、放熱用突出部５３を介して冷却管３に放熱することができる。また、放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１の電極に接続されたコンデンサバスバー５２から突出しているため、コンデンサ素子５１の熱が、コンデンサバスバー５２を介して放熱用突出部５３に伝わる。それゆえ、この放熱用突出部５３を冷却管３によって冷却することにより、コンデンサモジュール５を内部から冷却することができることとなり、コンデンサ素子５１を効率的に冷却することができる。
【００４３】
また、特に、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に挟持されているため、放熱用突出部５３を互いに反対側の両面から冷却することができる。これにより、放熱用突出部５３を効率的に冷却することができ、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。また、複数の冷却管３は、積層体４における半導体モジュール２を冷却するために元々積層配置されるものであるため、放熱用突出部５３を挟持するためだけに改めて配設したり、冷却管３の構造を大きく変えたりする必要もない。
【００４４】
また、放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路から外れる状態で形成されているため、冷却管３に渦電流が流れることを防ぐことができる。すなわち、放熱用突出部５３が電流経路の一部となっていると、放熱用突出部５３の周りに配される金属製の冷却管３に渦電流が発生することとなる。これにより、電力変換装置１の電力損失が大きくなってしまうおそれがある。そこで、放熱用突出部５３が電流経路から外れる状態で形成されていることにより、電力変換装置１の損失が大きくなることを防ぐことができる。
また、渦電流によって冷却管３が発熱することも考えられるが、放熱用突出部５３を電流経路から外れる状態で形成することにより、冷却管３の発熱を防ぎ、コンデンサモジュール５の冷却効率をより向上させることができる。
【００４５】
また、放熱用突出部５３は、複数のコンデンサバスバー５２のうち、積層体４により近いコンデンサバスバー５２（第１正極コンデンサバスバー５２１、第２正極コンデンサバスバー５２２）から突出している。これにより、放熱用突出部５３を介したコンデンサモジュール５と冷却管３との間の伝熱距離を短くすることができるため、コンデンサモジュール５の冷却効率をより向上させることができる。
【００４６】
また、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に加圧された状態で挟持されており、積層体４とコンデンサモジュール５とを互いに固定する支持部材としても機能している。これにより、積層体４の振動を抑制することができ、半導体モジュール２とこれに接続される電力バスバー１３等との間の接続部の寿命等を向上させ、電力変換装置１の耐振性を向上させることができる。
【００４７】
すなわち、積層体４は、積層方向の両端においてフレーム１１に固定されているが、図５に示すごとく、仮に放熱用突出部５３が冷却管３の間に加圧挟持されていない場合には、両端部が節となり、その間の中央部が腹となるような振動を生じる。そうすると、その振動は大きくなりやすく、例えば溶接部やはんだ付け部等に応力がかかるなど、不具合を招くおそれがある。
【００４８】
これに対して、上記のように放熱用突出部５３が支持部材としても機能することにより、図６に示すごとく、積層体４を積層方向の中央部においてもコンデンサモジュール５に対して固定することができる。これにより、積層体４の剛性が高くなる。そして、積層体４が振動する場合にも、積層体４における積層方向の両端部と中央部とが振動の節となり、その振幅が小さくなる。それゆえ、積層体４が大きく振動することを防ぐことができ、溶接部やはんだ付け部等にかかる応力を低減することができる。
なお、図５、図６における曲線Ｗは、積層体４の振動の定常波を示す。
【００４９】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に半導体モジュール２と共に挟持されている例である。
そして、放熱用突出部５３は、半導体モジュール２よりも冷却管３に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されている。すなわち、図７に示す電力変換装置１において、冷却器３０には、冷却媒体が冷媒導入管３２１から導入される。そして、冷却媒体は、連結管３１を適宜通って複数の冷却管３をそれぞれ流れ、冷媒排出管３２２から排出される。このように、冷却媒体は、各冷却管３を、その長手方向の一端から他端へ向かって流れる。そこで、放熱用突出部５３を半導体モジュール２よりも冷却管３の長手方向の一端に近い位置に配することで、半導体モジュール２に対して冷却媒体の流れの上流側となる位置に、放熱用突出部５３が配置されることとなる。
【００５１】
また、放熱用突出部５３は、冷却管３の上流側に配された連結管３１と半導体モジュール２との間に配置されている。そして、本例においては、放熱用突出部５３は、連結管３１にも接触している。
その他は、実施例１と同様である。
【００５２】
本例の場合には、積層体４の積層方向の寸法を小さくすることができると共に、冷却管の数を少なくすることができる。これにより、電力変換装置１の小型化を容易にすることができると共に、製造コストを低減することができる。また、放熱用突出部５３が上記半導体モジュール２よりも冷却媒体の上流側に配されているため、冷却媒体による放熱用突出部５３の冷却を効率的に行うことができる。すなわち、半導体モジュール２と熱交換する前の冷却媒体によって、放熱用突出部５３を冷却することができるため、その冷却効率が高く、コンデンサモジュール５を効率的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５３】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、コンデンサモジュール５における電極端子５２４から枝分れさせるように放熱用突出部５３を設けた例である。
すなわち、コンデンサモジュール５からは、コンデンサバスバー５２の端子として電極端子５２４が積層体４側へ突出している。そして、第１正極コンデンサバスバー５２１と第２正極コンデンサバスバー５２２とからそれぞれ伸びた電極端子５２４に、放熱用突出部５３が連続して形成されている。この放熱用突出部５３は、電極端子５２４からさらに高さ方向に突出し、積層体４にまで伸び、積層体４における冷却管３の間に挟持されている（図示略）。
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と同様に、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。
【００５４】
（実施例４）
本例は、図９に示すごとく、コンデンサモジュール５における電極端子５２４を延長させることにより放熱用突出部５３を形成した例である。
換言すると、本例の電力変換装置１は、コンデンサバスバー５２から立設した放熱用突出部５３の一部を電極端子５２４として利用している。つまり、放熱用突出部５３は、コンデンサモジュール５から積層体４側へ大きく突出して、その一部において、一対の冷却管３の間に挟持されている。そして、積層体４とコンデンサモジュール５との間において、電力バスバー１３が放熱用突出部５３の一部である電極端子５２４に電気的に接続されている。
その他は、実施例１と同様である。
【００５５】
本例の場合には、放熱用突出部５３の一部を電極端子５２４として利用できるため、その構造を簡素化することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５６】
（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、複数のコンデンサバスバー５２のうち、負極コンデンサバスバー５２３から、放熱用突出部５３を突出させた例である。
すなわち、本例においては、コンデンサモジュール５を、負極コンデンサバスバー５２３が積層体４側となるように配置し、負極コンデンサバスバー５２３から、積層体４側へ放熱用突出部５３を突出させている。
【００５７】
また、放熱用突出部５３は、負極コンデンサバスバー５２３から４本立設させている。ただし、この本数は、特に限定されるものではなく、３本以下でもよいし、５本以上でもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５８】
本例の場合にも、実施例１と同様に、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。
【００５９】
（実施例６）
本例は、図１１に示すごとく、放熱用突出部５３を複数の部材によって構成した例である。
すなわち、放熱用突出部５３を、コンデンサバスバー５２と一体化された第１突出部５３１と、該第１突出部５３１に対して接続できるよう構成された第２突出部５３２とによって構成している。
その他は、実施例１と同様である。
【００６０】
本例の場合には、電力変換装置１の製造を容易に行うことができる。
すなわち、電力変換装置１を組み立てる際には、放熱用突出部５３を積層体４における隣り合う一対の冷却管３の間に挟持させるが、このとき、本例の場合には、放熱用突出部５３のうち第２突出部５３２のみを積層体４における冷却管３の間に挟持させればよい。つまり、半導体モジュール２と同様に、第２突出部５３２を冷却管３の間に挟持させて、積層体４を組み立てることができる。
【００６１】
その後、積層体４の一部となった第２突出部５３２を、コンデンサモジュール５から突出した第１突出部５３１と接続すればよい。このとき、例えば、ネジ等の締結部材によって、第１突出部５３１と第２突出部５３２とを締結することにより、両者を接続し、放熱用突出部５３として機能させることができる。
【００６２】
このように、本例によれば、放熱用突出部５３を冷却管３の間に挟持させながら積層体４を組み立てる作業を、コンデンサモジュール５とは個別に行うことができるため、その作業性を極めて向上させることができる。
その結果、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６３】
（実施例７）
本例は、図１２〜図１４に示すごとく、放熱用突出部５３は、冷却管３に対して、積層体４とコンデンサモジュール５との並び方向、すなわち高さ方向に係合する係合部５３３を設けた例である。
図１２に示す放熱用突出部５３は、冷却管３における高さ方向の一方の端面に係合するように、係合部５３３を設けてなる。具体的には、冷却管３における、コンデンサモジュール５と反対側の端面に、放熱用突出部５３の係合部５３３が係合している。
図１３に示す放熱用突出部５３は、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてなる。
図１４に示す放熱用突出部５３は、その両面に凹部を形成することで、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてなる。
その他は、実施例１と同様である。
【００６４】
本例の場合には、積層体４の振動を一層抑制することができ、電力変換装置１の耐振性を一層向上させることができる。すなわち、実施例１における電力変換装置１は、放熱用突出部５３と冷却管３との摩擦力によって、積層体４の高さ方向の振動を抑制した構造であると言える。それゆえ、摩擦力を超えて大きな力が積層体４とコンデンサモジュール５との間に作用したときに、積層体４に対して、放熱用突出部５３がずれることも考えられる。
【００６５】
これに対して、本例の場合には、放熱用係合部５３は、係合部５３３によって、積層体４に対して、高さ方向から係合されることとなる。それゆえ、大きな力が積層体４とコンデンサモジュール５との間に作用しても、積層体４に対して放熱用突出部５３がずれることを防ぐことが可能となる。
特に、図１３に示す放熱用突出部５３のように、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてあることにより、放熱用突出部５３が、積層体４に対して、突出方向（先端側）にもその反対側にもずれることを防ぐことができる。
【００６６】
さらに、本例の場合には、係合部５３３においても、冷却管３と接触させることができるため、放熱用突出部５３の放熱面積を増やすことができ、冷却効率の向上も期待できる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６７】
（実施例８）
本例は、図１５に示すごとく、昇圧コンバータ部１０１（図４参照）を持たない電力変換装置１の例である。
すなわち、本例の電力変換装置１は、直流電源６１から供給される直流電力を昇圧することなく、インバータ部１０２において三相の交流電力に変換して、三相交流の回転電機６２を駆動するよう構成されている。この場合、実施例１において示したフィルタコンデンサ５０２も不要となる。その結果、本例の電力変換装置１におけるコンデンサモジュール５は、平滑コンデンサ５０１を構成する複数のコンデンサ素子５１によって構成されることとなる。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却管
４ 積層体
５ コンデンサモジュール
５１ コンデンサ素子
５２ コンデンサバスバー
５３ 放熱用突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置が開示されている。かかる電力変換装置においては、冷却管に流れる冷却媒体によって、半導体モジュールを冷却し、半導体モジュールの温度上昇を防いでいる。しかし、コンデンサモジュールを冷却する冷却手段は、特に設けられていない。それゆえ、コンデンサモジュールの発熱が大きい場合には、その温度上昇を招くおそれがある。
【０００３】
そこで、冷媒流路を内部に有する冷却プレートに、コンデンサモジュールを接触配置してなる電力変換装置が提案されている（特許文献２）。この電力変換装置においては、半導体モジュールを冷却する冷却器に流す冷却媒体を、冷却プレート内にも導入して、コンデンサモジュールを冷却しようとするものである。
【０００４】
また、電力変換装置に設けられたコンデンサモジュールを冷却する手段として、特許文献３、４には、コンデンサモジュールの端子の一部を、冷却器に熱的に接触させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７４７６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５２４６０号公報
【特許文献４】特開２００５−２５２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示された電力変換装置は、コンデンサモジュールの側面を冷却プレートに接触させた構成であるため、コンデンサモジュールの冷却効率を高くすることは困難である。すなわち、コンデンサモジュールは、コンデンサ素子を樹脂にてモールドしてなる。それゆえ、コンデンサモジュールをその側面において冷却プレートに接触させた構成では、コンデンサ素子と冷却プレートとの間に、熱伝導性に劣るモールド樹脂が介在することとなる。その結果、コンデンサ素子の冷却を効率的に行うことが困難となる。
【０００７】
また、特許文献３、４に記載の電力変換装置は、コンデンサモジュールの端子を冷却器に熱的に接触させているが、その接触は、片面において行われているのみである。それゆえ、コンデンサモジュールの冷却効率を高め難く、コンデンサモジュールの発熱が大きい場合、その温度上昇を防ぐことが困難となるおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の電極に接続された複数のコンデンサバスバーを備えると共に、該コンデンサバスバーから放熱用突出部を突出させてなり、
該放熱用突出部は、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電力変換装置においては、上記コンデンサバスバーから突出した上記放熱用突出部が、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されている。これにより、コンデンサモジュールの熱を、上記放熱用突出部を介して冷却管に放熱することができる。また、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子の電極に接続されたコンデンサバスバーから突出しているため、コンデンサ素子の熱が、コンデンサバスバーを介して放熱用突出部に伝わる。それゆえ、この放熱用突出部を冷却管によって冷却することにより、コンデンサモジュールを内部から冷却することができることとなり、コンデンサ素子を効率的に冷却することができる。
【００１１】
また、特に、上記放熱用突出部は、隣り合う冷却管の間に挟持されているため、放熱用突出部を互いに反対側の両面から冷却することができる。これにより、放熱用突出部を効率的に冷却することができ、コンデンサモジュールの冷却効率を向上させることができる。また、複数の冷却管は、上記積層体における半導体モジュールを冷却するために元々積層配置されるものであるため、上記放熱用突出部を挟持するためだけに改めて配設したり、冷却管の構造を大きく変えたりする必要もない。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面説明図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当の説明図。
【図２】実施例１における、高さ方向から見た電力変換装置の平面説明図。
【図３】実施例１における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図５】コンデンサモジュールに対して固定されていない積層体の振動の様子を示す説明図。
【図６】実施例１における、コンデンサモジュールに対して固定された積層体の振動の様子を示す説明図。
【図７】実施例２における、高さ方向から見た電力変換装置の平面説明図。
【図８】実施例３における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図９】実施例４における、電力変換装置の一部の断面説明図。
【図１０】実施例５における、コンデンサモジュールの斜視説明図。
【図１１】実施例６における、積層体とコンデンサモジュールとを互いに組み付ける前の状態の電力変換装置の断面説明図。
【図１２】実施例７における、高さ方向の１箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１３】実施例７における、高さ方向の２箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１４】実施例７における、凹部を設けることで高さ方向の２箇所に係合部を備えた放熱用突出部の説明図。
【図１５】実施例８における、電力変換装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記放熱用突出部は、上記コンデンサバスバーと一体的に構成されたものであってもよいし、上記コンデンサバスバーに接続された別部材であってもよい。
【００１５】
また、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子と上記半導体モジュールとの間の電流経路から外れる状態で形成されている（請求項２）。この場合には、上記冷却管に渦電流が流れることを防ぐことができる。すなわち、上記冷却管が金属からなる場合において、放熱用突出部が電流経路の一部となっていると、放熱用突出部の周りに配される冷却管に渦電流が発生することとなる。これにより、電力変換装置の電力損失が大きくなってしまうおそれがある。そこで、上記放熱用突出部が上記電流経路から外れる状態で形成されていることにより、電力変換装置の損失が大きくなることを防ぐことができる。
また、渦電流によって冷却管が発熱することも考えられるが、上記放熱用突出部を上記電流経路から外れる状態で形成することにより、冷却管の発熱を防ぎ、コンデンサモジュールの冷却効率をより向上させることができる。
【００１６】
また、上記放熱用突出部は、上記複数のコンデンサバスバーのうち上記積層体により近い上記コンデンサバスバーから突出していることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記放熱用突出部を介したコンデンサモジュールと冷却管との間の伝熱距離を短くすることができるため、コンデンサモジュールの冷却効率をより向上させることができる。
【００１７】
また、複数の上記コンデンサバスバーから、上記放熱用突出部がそれぞれ突出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両電極側から冷却することができるため、コンデンサモジュールの冷却効率をより一層向上させることができる。
【００１８】
また、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に上記半導体モジュールと共に挟持されており、該半導体モジュールよりも上記冷却管に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記積層体の積層方向の寸法を小さくすることができると共に、冷却管の数を少なくすることができる。これにより、電力変換装置の小型化を容易にすることができると共に、製造コストを低減することができる。また、上記放熱用突出部が上記半導体モジュールよりも冷却媒体の上流側に配されているため、冷却媒体による放熱用突出部の冷却を効率的に行うことができる。すなわち、半導体モジュールと熱交換する前の冷却媒体によって、放熱用突出部を冷却することができるため、その冷却効率が高く、コンデンサモジュールを効率的に冷却することができる。
【００１９】
また、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に加圧された状態で挟持されており、上記積層体と上記コンデンサモジュールとを互いに固定する支持部材としても機能していることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記積層体の振動を抑制することができる。これにより、半導体モジュールとこれに接続されるバスバー等との間の接続部の寿命等を向上させ、電力変換装置の耐振性を向上させることができる。
【００２０】
また、上記コンデンサモジュールは、上記積層体に対して、積層方向と直交する方向に配置されており、上記放熱用突出部は、上記冷却管に対して、上記積層体と上記コンデンサモジュールとの並び方向に係合する係合部を設けてなることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記積層体の振動を一層抑制することができ、電力変換装置の耐振性を一層向上させることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２と該半導体モジュール２を両主面から冷却する複数の冷却管３とを積層してなる積層体４と、コンデンサ素子５１を内蔵したコンデンサモジュール５とを有する。
【００２２】
コンデンサモジュール５は、コンデンサ素子５１の電極にそれぞれ接続された複数のコンデンサバスバー５２を備えると共に、該コンデンサバスバー５２から放熱用突出部５３を突出させてなる。
放熱用突出部５３は、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。
【００２３】
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の車両に搭載され、直流電源（バッテリ）から供給される直流電力を交流電力に変換して、三相交流の回転電機を駆動することができるよう構成されている。
【００２４】
図１、図２に示すごとく、積層体４は、複数の半導体モジュール２を、アルミニウム等の金属からなる複数の冷却管３と共に積層してなる。隣り合う冷却管３の間には、２個の半導体モジュール２が挟持されており、一部を除いて、冷却管３と半導体モジュール２とは交互に積層されている。そして、互いに隣り合う一組の冷却管３の間には、半導体モジュール２が挟持されておらず、上記放熱用突出部５３が挟持されている。
【００２５】
なお、放熱用突出部５３は、例えば、コンデンサバスバー５２と同材料である銅等の金属からなる。そして、この場合、放熱用突出部５３と冷却管３との間には、例えば伝熱性に優れた絶縁膜が介在しており、両者が互いに電気的に絶縁されるよう構成されている。
【００２６】
具体的には、積層体４は、例えば、１０本の冷却管３を並列配置してなると共に、隣り合う冷却管３は、その長手方向の両端部付近において、連結管３１によって連結されている。この場合、１０本の冷却管３とこれらを連結する連結管３１とによって、冷却器３０が構成されている。そして、１０本の冷却管３における隣り合う冷却管３の間に形成された９段の隙間のうち、真ん中（５段目）の隙間に、放熱用突出部５３が一対配設され、他の隙間に、半導体モジュール２が配設されている。
【００２７】
図２に示すごとく、放熱用突出部５３と複数の半導体モジュール２とは、積層方向に直線状に２列、並んで配置されている。つまり、冷却管３の間の８段の隙間にそれぞれ２個ずつ半導体モジュール２が配置され、他の１段の隙間に２本の放熱用突出部５３が配置されている。
【００２８】
このうちの２段の隙間に配された４個の半導体モジュール２が、後述する電力変換装置１（図４参照）の一部を構成する昇圧コンバータ部１０１の上アーム側及び下アーム側の半導体モジュール２に対応する。また、６段に配された１２個の半導体モジュール２が、後述する電力変換装置１の一部を構成するインバータ部１０２の上アーム側及び下アーム側の半導体モジュール２に対応する。図４においては、コンバータ部１０１を構成する半導体モジュール２が２個で、インバータ部１０２を構成する半導体モジュール２が２個の構成としているが、これら図４に示す各半導体モジュール２は、互いに並列接続された複数個一組の半導体モジュール２としてもよい。図１、図２に記載された電力変換装置１の構成は、図４に示す各半導体モジュール２を二個一組とした例を示している。
【００２９】
なお、積層体４における冷却管３の段数は、特に限定されるものではない。
積層体４における積層方向の一端には、冷却器３０に冷却媒体を導入するための冷媒導入管３２１と、冷却器３０から冷却媒体を排出するための冷媒排出管３２２とが配設されている。
【００３０】
また、積層体４における積層方向の他端には、積層体４を積層方向に加圧する加圧部材１２が配設されている。積層体４は、積層体４とコンデンサモジュール５との並び方向（以下において適宜「高さ方向」という）から見た形状が長方形状であるフレーム１１内に配設されている。そして、加圧部材１２が積層体４とフレーム１１の内側面との間に配設されている。なお、「高さ方向」は便宜的な表現であり、この方向が必ずしも鉛直方向と一致するわけではない。
【００３１】
加圧部材１２は、板ばねからなり、積層体４における他端を、一端側（冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２が設けられた側）へ向かって押圧している。これにより、冷却管３と半導体モジュール２との接触圧を高く保つと共に、冷却管３と放熱用突出部５３との接触圧を高くしている。
なお、加圧部材１２は、積層体４における冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２が設けられた側の一端に配し、他端へ向かって押圧するようにしてもよい。この場合、加圧部材１２は、冷媒導入管３２１および冷媒排出管３２２の間に配されることとなる。
【００３２】
コンデンサモジュール５は、図１に示すごとく、積層体４に対して、積層方向と冷却管３の長手方向との双方に直交する方向（高さ方向）に配置されている。そして、図１、図３に示すごとく、コンデンサモジュール５は、複数のコンデンサ素子５１を内蔵し、これらを樹脂によってモールドしてなる。複数のコンデンサ素子５１は、一対の電極を高さ方向の両端に配置するように、平行に配列されている。本例においては、高さ方向における積層体４に近い側を正極、遠い側を負極としている。
【００３３】
コンデンサ素子５１は、例えば金属化フィルムを巻回してなるフィルムコンデンサによって構成され、その巻回軸が高さ方向となるように配置されている。また、複数のコンデンサ素子５１は、積層方向に直線状に２列、配列されている。
また、本例の電力変換装置１において、複数のコンデンサ素子５１のうちの一部が、平滑コンデンサ５０１を構成し、他の一部がフィルタコンデンサ５０２を構成している。
【００３４】
本例の電力変換装置１は、図４に示すごとく、昇圧コンバータ部１０１とインバータ部１０２とを有する。すなわち、電力変換装置１は、直流電源６１から供給される直流電力の電圧を昇圧コンバータ部１０１において昇圧し、その昇圧後の直流電力をインバータ部１０２において三相の交流電力に変換して、三相交流の回転電機６２を駆動するよう構成されている。また、逆に、回転電機６２において発電した交流電力をインバータ部１０２において直流電力に変換し、昇圧コンバータ１０１において降圧して、直流電源６１に充電することもできる。
【００３５】
昇圧コンバータ部１０１は、リアクトル６３と複数の半導体モジュール２とを有する。また、インバータ部１０２は、複数の半導体モジュール２によって構成されている。直流電源６１と昇圧コンバータ部１０１との間には、直流電源６１の電圧を平滑化するためのフィルタコンデンサ５０２が設けられ、昇圧コンバータ部１０１とインバータ部１０２との間には、インバータ部１０２へ供給される昇圧後の電圧を平滑化する平滑コンデンサ５０１が設けられている。
【００３６】
図３に示すごとく、平滑コンデンサ５０１を構成するコンデンサ素子５１の正極は、一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「第１正極コンデンサバスバー５２１」という）に接続され、フィルタコンデンサ５０２を構成するコンデンサ素子５１の正極は、他の一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「第２正極コンデンサバスバー５２２」という）に接続されている。
また、コンデンサモジュール５における、平滑コンデンサ５０１を構成するコンデンサ素子５１およびフィルタコンデンサ５０２を構成するコンデンサ素子５１の負極は、いずれも一つのコンデンサバスバー５２（以下、適宜、「負極コンデンサバスバー５２３」という）に接続されている。
【００３７】
上記３つのコンデンサバスバー５２、すなわち、第１正極コンデンサバスバー５２１、第２正極コンデンサバスバー５２２、負極コンデンサバスバー５２３は、いずれも、コンデンサモジュール５における樹脂モールド部から積層体４側に向かって、電極端子５２４を突出形成させてなる。
【００３８】
第１正極コンデンサバスバー５２１及び負極コンデンサバスバー５２３の電極端子５２４は、複数の半導体モジュール２の主電極端子２１あるいは直流電源６１の正極に接続される電力バスバー１３に、適宜接続される。図１に示すごとく、これらの電力バスバー１３は、積層体４とコンデンサモジュール５との間に配置されている。また、図１において描かれた電極端子５２４および電力バスバー１３は、両者が互いに接続されることを示すものであり、その配置等については特に正確に描かれたものではない。また、図１においては、フレーム１１や加圧部材１２の記載は省略してある。
【００３９】
複数のコンデンサバスバー５２のうち、負極コンデンサバスバー５２３は、他の２つのコンデンサバスバー５２よりも、積層体４との間の距離が遠い。そして、放熱用突出部５３は、積層体４に近いコンデンサバスバー５２、すなわち、第１正極コンデンサバスバー５２１および第２正極コンデンサバスバー５２２から、それぞれ突出している。
【００４０】
放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路から外れる状態で形成されている。すなわち、放熱用突出部５３は、コンデンサバスバー５２と接続され、電気的にも接続されることとなるが、その接続状態において、放熱用突出部５３がコンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路の一部とはならないようにしてある。
【００４１】
また、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に加圧された状態で挟持されている。これにより、積層体４とコンデンサモジュール５とを互いに固定する支持部材としても機能している。つまり、積層体４は、図２に示すごとく、加圧部材１２によって積層方向に加圧されているため、積層体４の積層方向の中央部において一対の冷却管３の間に挟持された放熱用突出部５３は一対の冷却管３によって加圧挟持されている。これにより、放熱用突出部５３は、積層体４に固定されることとなる。
そして、放熱用突出部５３は、コンデンサモジュール５の本体部に固定された部材でもある。それゆえ、コンデンサモジュール５と積層体４とは、２本の放熱用突出部５３において互いに固定されることとなる。
【００４２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、コンデンサバスバー５２から突出した放熱用突出部５３が、積層体４における互いに隣り合う冷却管３の間に挟持されている。これにより、コンデンサモジュール５の熱を、放熱用突出部５３を介して冷却管３に放熱することができる。また、放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１の電極に接続されたコンデンサバスバー５２から突出しているため、コンデンサ素子５１の熱が、コンデンサバスバー５２を介して放熱用突出部５３に伝わる。それゆえ、この放熱用突出部５３を冷却管３によって冷却することにより、コンデンサモジュール５を内部から冷却することができることとなり、コンデンサ素子５１を効率的に冷却することができる。
【００４３】
また、特に、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に挟持されているため、放熱用突出部５３を互いに反対側の両面から冷却することができる。これにより、放熱用突出部５３を効率的に冷却することができ、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。また、複数の冷却管３は、積層体４における半導体モジュール２を冷却するために元々積層配置されるものであるため、放熱用突出部５３を挟持するためだけに改めて配設したり、冷却管３の構造を大きく変えたりする必要もない。
【００４４】
また、放熱用突出部５３は、コンデンサ素子５１と半導体モジュール２との間の電流経路から外れる状態で形成されているため、冷却管３に渦電流が流れることを防ぐことができる。すなわち、放熱用突出部５３が電流経路の一部となっていると、放熱用突出部５３の周りに配される金属製の冷却管３に渦電流が発生することとなる。これにより、電力変換装置１の電力損失が大きくなってしまうおそれがある。そこで、放熱用突出部５３が電流経路から外れる状態で形成されていることにより、電力変換装置１の損失が大きくなることを防ぐことができる。
また、渦電流によって冷却管３が発熱することも考えられるが、放熱用突出部５３を電流経路から外れる状態で形成することにより、冷却管３の発熱を防ぎ、コンデンサモジュール５の冷却効率をより向上させることができる。
【００４５】
また、放熱用突出部５３は、複数のコンデンサバスバー５２のうち、積層体４により近いコンデンサバスバー５２（第１正極コンデンサバスバー５２１、第２正極コンデンサバスバー５２２）から突出している。これにより、放熱用突出部５３を介したコンデンサモジュール５と冷却管３との間の伝熱距離を短くすることができるため、コンデンサモジュール５の冷却効率をより向上させることができる。
【００４６】
また、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に加圧された状態で挟持されており、積層体４とコンデンサモジュール５とを互いに固定する支持部材としても機能している。これにより、積層体４の振動を抑制することができ、半導体モジュール２とこれに接続される電力バスバー１３等との間の接続部の寿命等を向上させ、電力変換装置１の耐振性を向上させることができる。
【００４７】
すなわち、積層体４は、積層方向の両端においてフレーム１１に固定されているが、図５に示すごとく、仮に放熱用突出部５３が冷却管３の間に加圧挟持されていない場合には、両端部が節となり、その間の中央部が腹となるような振動を生じる。そうすると、その振動は大きくなりやすく、例えば溶接部やはんだ付け部等に応力がかかるなど、不具合を招くおそれがある。
【００４８】
これに対して、上記のように放熱用突出部５３が支持部材としても機能することにより、図６に示すごとく、積層体４を積層方向の中央部においてもコンデンサモジュール５に対して固定することができる。これにより、積層体４の剛性が高くなる。そして、積層体４が振動する場合にも、積層体４における積層方向の両端部と中央部とが振動の節となり、その振幅が小さくなる。それゆえ、積層体４が大きく振動することを防ぐことができ、溶接部やはんだ付け部等にかかる応力を低減することができる。
なお、図５、図６における曲線Ｗは、積層体４の振動の定常波を示す。
【００４９】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサモジュールの冷却効率に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００５０】
（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、放熱用突出部５３は、隣り合う冷却管３の間に半導体モジュール２と共に挟持されている例である。
そして、放熱用突出部５３は、半導体モジュール２よりも冷却管３に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されている。すなわち、図７に示す電力変換装置１において、冷却器３０には、冷却媒体が冷媒導入管３２１から導入される。そして、冷却媒体は、連結管３１を適宜通って複数の冷却管３をそれぞれ流れ、冷媒排出管３２２から排出される。このように、冷却媒体は、各冷却管３を、その長手方向の一端から他端へ向かって流れる。そこで、放熱用突出部５３を半導体モジュール２よりも冷却管３の長手方向の一端に近い位置に配することで、半導体モジュール２に対して冷却媒体の流れの上流側となる位置に、放熱用突出部５３が配置されることとなる。
【００５１】
また、放熱用突出部５３は、冷却管３の上流側に配された連結管３１と半導体モジュール２との間に配置されている。そして、本例においては、放熱用突出部５３は、連結管３１にも接触している。
その他は、実施例１と同様である。
【００５２】
本例の場合には、積層体４の積層方向の寸法を小さくすることができると共に、冷却管の数を少なくすることができる。これにより、電力変換装置１の小型化を容易にすることができると共に、製造コストを低減することができる。また、放熱用突出部５３が上記半導体モジュール２よりも冷却媒体の上流側に配されているため、冷却媒体による放熱用突出部５３の冷却を効率的に行うことができる。すなわち、半導体モジュール２と熱交換する前の冷却媒体によって、放熱用突出部５３を冷却することができるため、その冷却効率が高く、コンデンサモジュール５を効率的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５３】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、コンデンサモジュール５における電極端子５２４から枝分れさせるように放熱用突出部５３を設けた例である。
すなわち、コンデンサモジュール５からは、コンデンサバスバー５２の端子として電極端子５２４が積層体４側へ突出している。そして、第１正極コンデンサバスバー５２１と第２正極コンデンサバスバー５２２とからそれぞれ伸びた電極端子５２４に、放熱用突出部５３が連続して形成されている。この放熱用突出部５３は、電極端子５２４からさらに高さ方向に突出し、積層体４にまで伸び、積層体４における冷却管３の間に挟持されている（図示略）。
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と同様に、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。
【００５４】
（実施例４）
本例は、図９に示すごとく、コンデンサモジュール５における電極端子５２４を延長させることにより放熱用突出部５３を形成した例である。
換言すると、本例の電力変換装置１は、コンデンサバスバー５２から立設した放熱用突出部５３の一部を電極端子５２４として利用している。つまり、放熱用突出部５３は、コンデンサモジュール５から積層体４側へ大きく突出して、その一部において、一対の冷却管３の間に挟持されている。そして、積層体４とコンデンサモジュール５との間において、電力バスバー１３が放熱用突出部５３の一部である電極端子５２４に電気的に接続されている。
その他は、実施例１と同様である。
【００５５】
本例の場合には、放熱用突出部５３の一部を電極端子５２４として利用できるため、その構造を簡素化することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５６】
（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、複数のコンデンサバスバー５２のうち、負極コンデンサバスバー５２３から、放熱用突出部５３を突出させた例である。
すなわち、本例においては、コンデンサモジュール５を、負極コンデンサバスバー５２３が積層体４側となるように配置し、負極コンデンサバスバー５２３から、積層体４側へ放熱用突出部５３を突出させている。
【００５７】
また、放熱用突出部５３は、負極コンデンサバスバー５２３から４本立設させている。ただし、この本数は、特に限定されるものではなく、３本以下でもよいし、５本以上でもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００５８】
本例の場合にも、実施例１と同様に、コンデンサモジュール５の冷却効率を向上させることができる。
【００５９】
（実施例６）
本例は、図１１に示すごとく、放熱用突出部５３を複数の部材によって構成した例である。
すなわち、放熱用突出部５３を、コンデンサバスバー５２と一体化された第１突出部５３１と、該第１突出部５３１に対して接続できるよう構成された第２突出部５３２とによって構成している。
その他は、実施例１と同様である。
【００６０】
本例の場合には、電力変換装置１の製造を容易に行うことができる。
すなわち、電力変換装置１を組み立てる際には、放熱用突出部５３を積層体４における隣り合う一対の冷却管３の間に挟持させるが、このとき、本例の場合には、放熱用突出部５３のうち第２突出部５３２のみを積層体４における冷却管３の間に挟持させればよい。つまり、半導体モジュール２と同様に、第２突出部５３２を冷却管３の間に挟持させて、積層体４を組み立てることができる。
【００６１】
その後、積層体４の一部となった第２突出部５３２を、コンデンサモジュール５から突出した第１突出部５３１と接続すればよい。このとき、例えば、ネジ等の締結部材によって、第１突出部５３１と第２突出部５３２とを締結することにより、両者を接続し、放熱用突出部５３として機能させることができる。
【００６２】
このように、本例によれば、放熱用突出部５３を冷却管３の間に挟持させながら積層体４を組み立てる作業を、コンデンサモジュール５とは個別に行うことができるため、その作業性を極めて向上させることができる。
その結果、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６３】
（実施例７）
本例は、図１２〜図１４に示すごとく、放熱用突出部５３は、冷却管３に対して、積層体４とコンデンサモジュール５との並び方向、すなわち高さ方向に係合する係合部５３３を設けた例である。
図１２に示す放熱用突出部５３は、冷却管３における高さ方向の一方の端面に係合するように、係合部５３３を設けてなる。具体的には、冷却管３における、コンデンサモジュール５と反対側の端面に、放熱用突出部５３の係合部５３３が係合している。
図１３に示す放熱用突出部５３は、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてなる。
図１４に示す放熱用突出部５３は、その両面に凹部を形成することで、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてなる。
その他は、実施例１と同様である。
【００６４】
本例の場合には、積層体４の振動を一層抑制することができ、電力変換装置１の耐振性を一層向上させることができる。すなわち、実施例１における電力変換装置１は、放熱用突出部５３と冷却管３との摩擦力によって、積層体４の高さ方向の振動を抑制した構造であると言える。それゆえ、摩擦力を超えて大きな力が積層体４とコンデンサモジュール５との間に作用したときに、積層体４に対して、放熱用突出部５３がずれることも考えられる。
【００６５】
これに対して、本例の場合には、放熱用係合部５３は、係合部５３３によって、積層体４に対して、高さ方向から係合されることとなる。それゆえ、大きな力が積層体４とコンデンサモジュール５との間に作用しても、積層体４に対して放熱用突出部５３がずれることを防ぐことが可能となる。
特に、図１３に示す放熱用突出部５３のように、冷却管３における高さ方向の両端面に係合するように、一対の係合部５３３を設けてあることにより、放熱用突出部５３が、積層体４に対して、突出方向（先端側）にもその反対側にもずれることを防ぐことができる。
【００６６】
さらに、本例の場合には、係合部５３３においても、冷却管３と接触させることができるため、放熱用突出部５３の放熱面積を増やすことができ、冷却効率の向上も期待できる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６７】
（実施例８）
本例は、図１５に示すごとく、昇圧コンバータ部１０１（図４参照）を持たない電力変換装置１の例である。
すなわち、本例の電力変換装置１は、直流電源６１から供給される直流電力を昇圧することなく、インバータ部１０２において三相の交流電力に変換して、三相交流の回転電機６２を駆動するよう構成されている。この場合、実施例１において示したフィルタコンデンサ５０２も不要となる。その結果、本例の電力変換装置１におけるコンデンサモジュール５は、平滑コンデンサ５０１を構成する複数のコンデンサ素子５１によって構成されることとなる。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却管
４ 積層体
５ コンデンサモジュール
５１ コンデンサ素子
５２ コンデンサバスバー
５３ 放熱用突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の電極に接続された複数のコンデンサバスバーを備えると共に、該コンデンサバスバーから放熱用突出部を突出させてなり、
該放熱用突出部は、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子と上記半導体モジュールとの間の電流経路から外れる状態で形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、上記複数のコンデンサバスバーのうち上記積層体により近い上記コンデンサバスバーから突出していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、複数の上記コンデンサバスバーから、上記放熱用突出部がそれぞれ突出していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
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、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に上記半導体モジュールと共に挟持されており、該半導体モジュールよりも上記冷却管に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に加圧された状態で挟持されており、上記積層体と上記コンデンサモジュールとを互いに固定する支持部材としても機能していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、上記コンデンサモジュールは、上記積層体に対して、積層方向と直交する方向に配置されており、上記放熱用突出部は、上記冷却管に対して、上記積層体と上記コンデンサモジュールとの並び方向に係合する係合部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと該半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる積層体と、コンデンサ素子を内蔵したコンデンサモジュールとを有する電力変換装置であって、
上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の電極に接続された複数のコンデンサバスバーを備えると共に、該コンデンサバスバーから放熱用突出部を突出させてなり、
該放熱用突出部は、上記積層体における互いに隣り合う上記冷却管の間に挟持されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、上記コンデンサ素子と上記半導体モジュールとの間の電流経路から外れる状態で形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、上記複数のコンデンサバスバーのうち上記積層体により近い上記コンデンサバスバーから突出していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、複数の上記コンデンサバスバーから、上記放熱用突出部がそれぞれ突出していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
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、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に上記半導体モジュールと共に挟持されており、該半導体モジュールよりも上記冷却管に流れる冷却媒体の上流側となる位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記放熱用突出部は、隣り合う上記冷却管の間に加圧された状態で挟持されており、上記積層体と上記コンデンサモジュールとを互いに固定する支持部材としても機能していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、上記コンデンサモジュールは、上記積層体に対して、積層方向と直交する方向に配置されており、上記放熱用突出部は、上記冷却管に対して、上記積層体と上記コンデンサモジュールとの並び方向に係合する係合部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１１５９０７（Ｐ２０１３−１１５９０７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９３０２（Ｐ２０１１−２５９３０２）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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