電力変換装置
【課題】コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、積層体１０と、制御回路基板３と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とを備える。積層体１０は、複数の半導体モジュール２と、複数の冷媒流路１１とを積層してなる。制御回路基板３は、半導体モジュールの制御端子２１に接続してある。第１冷却器６は、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する。複数の冷媒流路１１により、半導体モジュール２を冷却する第２冷却器７が構成されている。制御端子２１の突出方向（Ｚ方向）において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とが、この順に配置されている。
【解決手段】電力変換装置１は、積層体１０と、制御回路基板３と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とを備える。積層体１０は、複数の半導体モジュール２と、複数の冷媒流路１１とを積層してなる。制御回路基板３は、半導体モジュールの制御端子２１に接続してある。第１冷却器６は、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する。複数の冷媒流路１１により、半導体モジュール２を冷却する第２冷却器７が構成されている。制御端子２１の突出方向（Ｚ方向）において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とが、この順に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、コンデンサと、リアクトルとを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、図１４に示すごとく、複数の半導体モジュール９２と、複数の冷却管９１２とを積層した積層体９１０を備えたものが知られている（下記特許文献参照）。半導体モジュール９２は、ＩＧＢＴ素子等の半導体素子を内蔵した本体部９２０と、該本体部９２０から突出した制御端子９２１およびパワー端子９２２を備える。冷却管９１２の内部には、冷媒９１９が流れる冷媒流路９９が形成されている。冷媒９１９を流すことによって、半導体モジュール９２を冷却している。
【０００３】
また、電力変換装置９は、コンデンサ９４とリアクトル９５とを備える。コンデンサ９４及びリアクトル９５は、図示しないバスバーによって、半導体モジュール９２のパワー端子９２２と電気的に接続している。これらコンデンサ９４と、リアクトル９５と、半導体モジュール９２とによって電力変換回路を構成してある。
【０００４】
半導体モジュール９２の制御端子９２１には、制御回路基板９３が接続している。この制御回路基板９３に形成された制御回路９３０によって、半導体モジュール９２のスイッチング動作を制御している。制御回路基板９３と、積層体９１０やリアクトル９５等は収納ケース９８内に収納されている。また、収納ケース９８にはカバー９８０が取り付けられ、水や埃等が入らないよう密閉されている。
【０００５】
リアクトル９５は、複数の冷却管９１２のうち、積層体９１０の積層方向（Ｘ方向）における一端に位置する冷却管９１２ａに接触している。この冷却管９１２ａによって、リアクトル９５を冷却している。コンデンサ９４を冷却する部品は特に設けられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９６６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電力変換装置９は、半導体モジュール９２を冷却するための冷却管９１２ａを、リアクトル９５の冷却に兼用しているため、リアクトル９５を充分に冷却することができなかった。また、コンデンサ９４を冷却する冷却器は特に設けられていないため、温度が上昇しやすかった。そのため、リアクトル９５やコンデンサ９４から発生した熱Ｈによって、収納ケース９８内の空気の温度が上昇しやすくなり、制御回路基板９３を構成する電子部品が故障しやすくなるという問題があった。
【０００８】
また、電力変換装置９を稼動すると、リアクトル９５やコンデンサ９４から放射ノイズＮが発生する。従来の電力変換装置９は、制御回路基板９３とリアクトル９５とが隣接配置されており、これらの間に放射ノイズＮを遮るものがないため、制御回路９３０が、リアクトル９５から発生した放射ノイズＮの影響を受けやすく、誤動作しやすいという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい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】
【００１０】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部から制御端子およびパワー端子が突出した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
上記制御端子に接続され、上記半導体モジュールのスイッチング動作を制御する制御回路基板と、
上記半導体モジュールの上記パワー端子に電気的に接続されるコンデンサ及びリアクトルと、
上記コンデンサ及び上記リアクトルを冷却する第１冷却器とを備え、
上記コンデンサ及び上記リアクトルは、上記冷却器の冷却面にそれぞれ載置され、
上記複数の冷媒流路により、上記半導体モジュールを冷却する第２冷却器が構成され、
上記制御端子の突出方向において、上記制御回路基板と、上記積層体と、上記コンデンサ及び上記リアクトルと、上記第１冷却器とが、この順に配置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】
【００１１】
上記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（上記第２冷却器）と、コンデンサ及びリアクトルを冷却する冷却器（上記第１冷却器）との、２個の冷却器を設けてある。このようにすると、第１冷却器によって、コンデンサのみならず、リアクトルをも冷却することができる。また、第１冷却器は、第２冷却器とは別に設けてあるので冷却効率が高く、コンデンサとリアクトルを効率よく冷却することができる。これにより、コンデンサ及びリアクトルから発生する熱を低減し、電力変換装置内の雰囲気温度の上昇を抑制し、制御回路基板の温度上昇を抑制することが可能になる。
【００１２】
また、上記電力変換装置は、上記突出方向において、制御回路基板と、積層体と、コンデンサ及びリアクトルと、第１冷却器とを、この順に配置してある。このようにすると、積層体と第１冷却器との間にコンデンサ及びリアクトルが介在するため、コンデンサ及びリアクトルから発生する放射ノイズを、積層体および第１冷却器によって遮蔽することができる。そのため、放射ノイズが制御回路基板に届きにくくなり、制御回路基板に形成した制御回路が誤動作しにくくなる。
【００１３】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい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】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図３の高電圧バスバーおよびリアクトル接続バスバーを取り除いた図。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図６】図１のＤ−Ｄ断面図。
【図７】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図８】実施例１における、半導体モジュールと冷媒流路を一体化した例。
【図９】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図１０】実施例２における、コンデンサおよびリアクトルを含む平面における電力変換装置の断面図。
【図１１】実施例３における、コンデンサおよびリアクトルを含む平面における電力変換装置の断面図。
【図１２】実施例４における、電力変換装置の断面図。
【図１３】実施例４における、電力変換装置の側面図。
【図１４】従来例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台と、上記積層体を積層方向に押圧して固定する弾性部材とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記弾性部材の少なくとも一部と重なる位置に、上記端子台が設けられていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、電力変換装置を小型化することができる。すなわち、上記構成にすると、上記突出方向から見た場合に、弾性部材の少なくとも一部と端子台とが重なっているため、突出方向から見た電力変換装置の面積を小さくすることが可能になる。そのため、電力変換装置を小型化しやすい。
【００１６】
また、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向における、上記積層体に隣接する位置に、上記端子台が設けられていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、電力変換装置を小型化することができる。すなわち、電力変換装置は、多数の半導体モジュールと多数の冷媒流路とを積層した上記積層体を備えるため、上記積層方向に長くなりやすい。そのため、仮に、上記突出方向から見た場合に、積層方向における、積層体に隣接する位置に端子台を設けたとすると、電力変換装置の積層方向の長さが更に長くなり、電力変換装置が大型化することがある。しかしながら、上記突出方向から見た場合に、上記幅方向における、積層体に隣接する位置に端子台を設ければ、電力変換装置の積層方向の長さを抑制でき、電力変換装置が大型化することを防止できる。
【００１７】
また、上記第１冷却器と上記第２冷却器とは空冷式であり、上記第１冷却器には貫通穴が形成され、上記冷媒流路と上記貫通穴とは、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に貫通しており、上記冷媒流路と上記貫通穴とにそれぞれ空気が流れるよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、例えば、送風機を使って、上記貫通穴と上記冷媒流路とに送風することにより、半導体モジュールと、コンデンサと、リアクトルとを冷却することができる。また、貫通穴と冷媒流路とはそれぞれ同一方向に貫通しているため、貫通穴用の送風機と、冷媒流路用の送風機とを別々に設ける必要はなく、１個の送風機を使って、冷媒流路と貫通穴とにそれぞれ送風することが可能となる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
電力変換装置に係る実施例について、図１〜図８を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、積層体１０と、制御回路基板３と、コンデンサ４と、リアクトル５と、第１冷却器６とを備える。積層体１０は、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路１１とを積層してなる。
半導体モジュール２は、半導体素子２３（図７参照）を内蔵した本体部２０を備える。この本体部２０から制御端子２１およびパワー端子２２がそれぞれ反対方向に突出している。
冷媒流路１１には、半導体モジュール２を冷却する冷媒１９が流れる。
【００１９】
制御回路基板３は制御端子２１に接続されている。制御回路基板３には、制御回路３０が形成されている。この制御回路３０によって、半導体モジュール２のスイッチング動作を制御する。
コンデンサ４及びリアクトル５は、半導体モジュール２のパワー端子２２に電気的に接続されている。
第１冷却器６は、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する。
【００２０】
コンデンサ４及びリアクトル５は、第１冷却器６の冷却面６９にそれぞれ載置されている。
また、複数の冷媒流路１１により、半導体モジュール２を冷却する第２冷却器７が構成されている。
制御端子２１の突出方向（Ｚ方向）において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とが、この順に配置されている。
【００２１】
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用電力変換装置である。また、本例の電力変換装置１は、直流電源１００（図７参照）の電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００２２】
積層体１０やコンデンサ４等は、収納ケース８内に収納されている。また、収納ケース８にはカバー８０が取り付けられ、水や埃等が入らないよう密閉されている。
【００２３】
コンデンサ４とリアクトル５とは、バスバー１４によって、半導体モジュール２のパワー端子２２に接続されている。また、電力変換装置１は、外部機器と接続するための入出力端子７０と、該入出力端子７０を固定する端子台７１とを備える。
【００２４】
図４に示すごとく、積層体１０は、冷却管１２と半導体モジュール２とを積層してなる。冷却管１２の内部に、上記冷媒流路１１が形成されている。また、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）に隣り合う２個の冷却管１２は、連結管１２０によって連結されている。連結管１２０は、冷却管１２の長手方向（Ｙ方向）における、冷却管１２の両端に設けられている。また、複数の冷却管１２のうち、Ｘ方向における一端に位置する冷却管１２ａには、冷媒１９を積層体１０内に導入するための積層体側導入パイプ１５と、積層体１０から冷媒１９が導出される積層体側導出パイプ１６とが取り付けられている。積層体側導入パイプ１５から冷媒１９を導入すると、冷媒１９は連結管１２０を通って全ての冷却管１２を流れ、積層体側導出パイプ１６から導出される。これにより、半導体モジュール２を冷却している。
【００２５】
また、積層体１０はフレーム８１内に固定されている。フレーム８１は、Ｚ方向から見た形状が矩形状である。フレーム８１の、Ｘ方向に直交する２つの側壁８１１，８１２のうち、一方の側壁８１１と積層体１０との間に弾性部材１７（板ばね）が設けられている。この弾性部材１７によって積層体１０をＸ方向に押圧し、他方の側壁８１２（パイプ１５，１６を設けた側の側壁）に押し当てて固定している。
なお、本例では、一方の側壁８１１と積層体１０との間に弾性部材１７を設けたが、他方の側壁８１２と積層体１０との間に弾性部材１７を設けてもよい。この場合、積層体１０は一方の側壁８１１に向けて押圧されることになる。
【００２６】
図２に示すごとく、半導体モジュール２は３本のパワー端子２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を備える。パワー端子２２には、昇圧後の電圧が加わる高電圧端子２２ａ（図７参照）と、接地された接地端子２２ｂと、リアクトル５に接続されたリアクトル接続端子２２ｃとがある。高電圧端子２２ａには高電圧バスバー１４ａが接続し、接地端子２２ｂには接地バスバー１４ｂが接続している。また、リアクトル接続端子２２ｃにはリアクトル接続バスバー１４ｃ，１４ｄ（図３参照）が接続している。これらのバスバー１４によって、コンデンサ４及びリアクトル５と、パワー端子２２とを電気的に接続し、電力変換回路を構成している。
【００２７】
図６に示すごとく、第１冷却器６は、Ｚ方向から見た場合の形状が略矩形状である。第１冷却器６は、第１側壁６１と、第２側壁６２と、第３側壁６３と、第４側壁６４との４個の側壁を備える。また、第１冷却器６は、第１仕切板６５と第２仕切板６６との２個の仕切板を有する。この２個の仕切板６５，６６によって、第１冷却器６の内部は、第１室６０１と、第２室６０２と、第３室６０３との３個の部屋に分けられている。第１室６０１と第２室６０２との間は、第１連通部６１１において連通している。また、第２室６０２と第３室との間は、第２連通部６１２において連通している。第１連通部６１１は第４側壁６４に隣接形成され、第２連通部６１２は第３側壁６３に隣接形成されている。
【００２８】
第３側壁６３には、冷媒１９を第１冷却器６内に導入するための導入パイプ６７が設けられている。また、第４側壁６４には、第１冷却器６から冷媒１９が導出する導出パイプ６８が設けられている。第３側壁６３から冷媒１９を導入すると、冷媒１９は第１室６０１、第１連通部６１１、第２室６０２、第２連通部６１２、第３室６０３を通り、導出パイプ６８から導出される。これにより、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却している。
【００２９】
図１に示すごとく、導出パイプ６８と積層体側導入パイプ１５とは、ホース１８によって接続している。導出パイプ６８から導出した冷媒１９は、ホース１８を流れ、積層体側導入パイプ１５を通って積層体１０内（図４参照）内に導入される。その後、上述したように、冷媒１９は積層体側導出パイプ１６から導出される。
【００３０】
次に、電力変換装置１の回路の説明をする。図７に示すごとく、本例の電力変換装置１は、直流電源１００の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。電力変換装置１は、２個のコンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２と、２個のコイル素子Ｌ１，Ｌ２と、６個の半導体モジュール２とを備える。２個のコンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２は、図５に示すごとく１個のコンデンサ４（コンデンサモジュール）内に収容されている。また、２個のコイル素子Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ別のリアクトル５（５ａ，５ｂ）内に収容されている。
【００３１】
図７に示すごとく、半導体モジュール２内には、２セットの半導体素子２３（ＩＧＢＴ素子およびフリーホイールダイオード素子）が封止されている。半導体素子２３には、上アーム側半導体素子２３ａと、下アーム側半導体素子２３ｂとがある。上アーム側半導体素子２３ａのコレクタ端子は、上述した高電圧端子２２ａとなっている。高電圧端子２２ａは高電圧バスバー１４ａに接続している。
【００３２】
下アーム側半導体素子２３ｂのエミッタ端子は、上述した接地端子２２ｂとなっている。接地端子２２ｂは、接地バスバー１４ｂに接続している。
上アーム側半導体素子２３ａと下アーム側半導体素子２３ｂには、それぞれフリーホイールダイオード素子２５０が逆並列接続している。
【００３３】
上アーム側半導体素子２３ａのエミッタ端子と、下アーム側半導体素子２３ｂのコレクタ端子とは、上述したリアクトル接続端子２２ｃにそれぞれ接続している。
第１半導体モジュール２ａ〜第３半導体モジュール２ｃのリアクトル接続端子２２ｃは、第１リアクトル接続バスバー１４ｃを介して、第１コイル素子Ｌ１の一方の端子５１に接続している。また、第４半導体モジュール２ｄ〜第６半導体モジュール２ｆのリアクトル接続端子２２ｃは、第２リアクトル接続バスバー１４ｄを介して、第２コイル素子Ｌ２の一方の端子５３に接続している。
【００３４】
電力変換装置１は３個の入出力端子７０を備える。入出力端子７０には、直流電源１００の正電極に接続される第１入出力端子７０ＶＬと、直流電源１００の負電極に接続される第２入出力端子７０Ｎと、外部装置に接続される第３入出力端子７０ＶＨとがある。接地バスバー１４ｂは第２入出力端子７０Ｎに接続しており、高電圧バスバー１４ａは第３入出力端子７０ＶＨに接続している。
【００３５】
コイル素子Ｌ１，Ｌ２の他方の端子５２，５４は、第１入出力端子７０ＶＬに接続している。第１入出力端子７０ＶＬと第２入出力端子７０Ｎとの間に、第１コンデンサ素子Ｃ１が設けられている。また、高電圧バスバー１４ａと接地バスバー１４ｂとの間に、第２コンデンサ素子Ｃ２が設けられている。
【００３６】
上アーム側半導体素子２３ａと下アーム側半導体素子２３ｂのゲート端子は、上記制御回路基板３に接続している。制御回路基板３に形成した制御回路３０によって、下アーム側半導体素子２３ｂをオンオフ動作させ、直流電源１００の電圧を昇圧している。制御回路３０は、第１コイル素子Ｌ１に接続した３個の半導体モジュール２ａ〜２ｃと、第２コイル素子Ｌ２に接続した３個の半導体モジュール２ｄ〜２ｆとを、互いに位相をずらしつつオンオフ動作させている。
【００３７】
図３に示すごとく、高電圧バスバー１４ａは、板状の本体部１４３と、該本体部１４３に設けられた櫛歯状部１４４とを備える。櫛歯状部１４４は、半導体モジュール２の高電圧端子２２ａに接続している。本体部１４３には、コンデンサ４の第１端子４１（図５参照）に接続するための接続端子１４１が形成されている。
【００３８】
図４に示すごとく、接地バスバー１４ｂ（図４参照）も同様の構造になっており、板状の本体部１４５と、該本体部１４５に設けられた櫛歯状部１４６とを備える。櫛歯状部１４６は、半導体モジュール２の接地端子２２ｂに接続している。本体部１４５には、コンデンサ４の第２端子４２（図５参照）に接続するための接続端子１４２が形成されている。
【００３９】
また、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、第１リアクトル接続バスバー１４ｃと、第２リアクトル接続バスバー１４ｄとの、２個のリアクトル接続バスバーを備える。第１リアクトル接続バスバー１４ｃは、第１半導体モジュール２ａ〜第３半導体モジュール２ｃのリアクトル接続端子２２ｃに接続している。また、第２リアクトル接続バスバー１４ｄは、第４半導体モジュール２ｄ〜第６半導体モジュール２ｆのリアクトル接続端子２２ｃに接続している。
【００４０】
第１リアクトル接続バスバー１４ｃには、第１リアクトル５ａの第１端子５１（図５参照）に接続するための電極端子１４７が形成されている。第２リアクトル接続バスバー１４ｄには、第２リアクトル５ｂの第１端子５３（図５参照）に接続するための電極端子１４８が形成されている。
【００４１】
図５に示すごとく、本例の電力変換装置１は、第１リアクトル５ａと第２リアクトル５ｂとの２個のリアクトル５と、コンデンサ４とを有する。そして、これらコンデンサ４とリアクトル５ａ，５ｂとがＺ方向視において互いに重ならないように配置されている。第１リアクトル５ａと第２リアクトル５ｂとは、Ｘ方向に隣接配置されている。また、コンデンサ４は、第１リアクトル５ａ及び第２リアクトル５ｂに対して、Ｙ方向に隣接配置されている。
【００４２】
コンデンサ４は、第１バスバー４５と、第２バスバー４６と、第３バスバー４７との、３個のバスバーを備える。第１バスバー４５は、第１コイル素子Ｌ１に接続した第３端子４３と、第２コイル素子Ｌ２に接続した第４端子４４と、第１入出力端子７０ＶＬが接続した第１端子締結部４５０とを有する。第２バスバー４６は、接地バスバー１４ｂ（図４参照）に接続した第２端子４２と、第２入出力端子７０Ｎが接続した第２端子締結部４６０とを有する。第３バスバー４７は、高電圧バスバー１４ａ（図３参照）に接続した第１端子４１と、第３入出力端子７０ＶＨが接続した第３端子締結部４７０とを有する。第１バスバー４５と第２バスバー４６との間には、第１コンデンサ素子Ｃ１が設けられ、第２バスバー４６と第３バスバー４７との間には、第２コンデンサ素子Ｃ２が設けられている。
【００４３】
第１リアクトル５ａは、第１端子５１と第２端子５２との２個の端子を備える。これら２個の端子５１，５２の間に、第１コイル素子Ｌ１が接続している。
また、第２リアクトル５ｂは、第１端子５３と第２端子５４との２個の端子を備える。これら２個の端子５３，５４の間に、第２コイル素子Ｌ２が接続している。
【００４４】
第１リアクトル５ａの第２端子５２には、コンデンサ４の第３端子４３が接続している。また、第２リアクトル５ｂの第２端子５４には、コンデンサ４の第４端子４４が接続している。
【００４５】
第１リアクトルの第１端子５１と、第１リアクトル接続バスバー１４ｃ（図３参照）の電極端子１４７とは、ボルト締結されている。また、第２リアクトルの第１端子５３と、第２リアクトル接続バスバー１４ｄ（図３参照）の電極端子１４８とは、ボルト締結されている。
【００４６】
コンデンサ４の第１端子４１と、高電圧バスバー１４ａ（図３参照）の接続端子１４１とは、ボルト締結されている。また、コンデンサ４の第２端子４２と、接地バスバー１４ｂの接続端子１４２とは、ボルト締結されている。
【００４７】
図５に示すごとく、第１端子締結部４５０には、第１入出力端子７０ＶＬが締結しており、第２端子締結部４６０には第２入出力端子７０Ｎが締結している。第３端子締結部４７０には第３入出力端子７０ＶＨが締結している。
【００４８】
また、本例の電力変換装置１は、入出力端子７０を固定するための端子台７１を備える。端子台７１は絶縁樹脂からなり、３本の入出力端子７０の一部を封止している。図４、図５に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と重なる位置に、端子台７１が設けられている。
【００４９】
本例の作用効果について説明する。図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール２を冷却する冷却器（第２冷却器７）と、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する冷却器（第１冷却器６）との、２個の冷却器を設けてある。このようにすると、第１冷却器６によって、コンデンサ４とリアクトル５とを冷却することができる。第１冷却器６は、第２冷却器７とは別に設けてあるので、コンデンサ４とリアクトル５を効率よく冷却することができる。これにより、コンデンサ４及びリアクトル５から発生する熱を低減し、電力変換装置１内の雰囲気温度の上昇を抑制し、制御回路基板３の温度上昇を抑制することが可能になる。
【００５０】
また、本例の電力変換装置１は、Ｚ方向において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とを、この順に配置してある。このようにすると、積層体１０と第１冷却器６との間に、コンデンサ４及びリアクトル５が介在するため、コンデンサ４及びリアクトル５から発生する放射ノイズＮを、積層体１０および第１冷却器６によって遮蔽することができる。そのため、放射ノイズＮが制御回路基板３に届きにくくなり、制御回路３０が誤動作しにくくなる。
【００５１】
また、本例では、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と重なる位置に、端子台７１が設けられている。
このようにすると、電力変換装置１を小型化することができる。すなわち、上記構成にすると、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と端子台７１とが重なっているため、Ｚ方向から見た電力変換装置１の面積を小さくすることが可能になる。そのため、電力変換装置１を小型化しやすい。
また、本例では図１、図５に示すごとく、コンデンサ４に対してＸ方向に隣接し、かつ弾性部材１７に対してＺ方向に隣接するスペースＳに、端子台７１を配置できる。そのため、このスペースＳを有効活用することができる。
【００５２】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい電力変換装置を提供することができる。
【００５３】
また、本例では図１に示すごとく、弾性部材１７の、Ｘ方向における積層体１０側の端部１７０は、端子台７１の、Ｘ方向におけるリアクトル５側の端部７１０よりも、Ｘ方向においてパイプ１５，１６側に位置している。また、フレーム８１の上記一方の側壁８１１は、コンデンサ４との締結部７１５よりも、Ｘ方向における外側（パイプ１５，１６とは反対側）に位置している。
また、弾性部材１７のＺ方向における長さは、フレーム８１のＺ方向における長さよりも短い。フレーム８１の端子台７１側の端部８１９と、弾性部材１７との間には隙間ＥＳが形成されている。そして、端子台７１の入出力端子７０と、コンデンサ４の端子とを締結するボルト７１６の一部（頭部）が、隙間ＥＳ内に位置している。
このようにすると、隙間ＥＳ内にボルト７１６の一部を入れることができるため、ボルト７１６とフレーム８１とが干渉することを防止でき、電力変換装置１の、Ｚ方向における長さを短くすることができる。これにより、電力変換装置１を小型化することが可能になる。
【００５４】
なお、本例では、冷媒流路１１を内部に有する複数の冷却管１２と、複数の半導体モジュール２とを積層して積層体１０を構成したが、図８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の本体部２０と枠部２８とを一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール２９を積層することにより、半導体モジュール２と冷媒流路１１とが積層される構造にしてもよい。冷却器一体型半導体モジュール２９の枠部２８は、本体部２０よりもＸ方向における幅が大きい。また、枠部２８と本体部２０との間には空間が設けられている。この空間が、冷媒流路１１となる。
【００５５】
（実施例２）
本例は、コンデンサ４と、リアクトル５と、端子台７１の配置位置を変更した例である。図１０に示すごとく、本例の電力変換装置１は、Ｘ方向に向って、第１リアクトル５ａと、コンデンサ４と、第２リアクトル５ｂとをこの順に配置してある。
【００５６】
コンデンサ４は、実施例１と同様に、第１端子締結部４５０と、第２端子締結部４６０と、第３端子締結部４７０との３個の端子締結部と、第１端子４１〜第４端子４４の４個の端子とを備える。第１端子４１と、第２端子４２と、３個の端子締結部４５０，４６０，４７０は、コンデンサ４からＹ方向に突出している。また、第３端子４３と第４端子４４は、Ｘ方向に向って互いに反対側に突出している。
【００５７】
第１端子４１と第３端子締結部４７０は一体化している。また、第２端子４２と第２端子締結部４６０とは一体化している。第３入出力端子７０ＶＨは第３端子締結部４７０に締結され、第２入出力端子７０Ｎは第２端子締結部４６０に締結されている。また、第１入出力端子７０ＶＬは第１端子締結部４５０に締結されている。
【００５８】
第１端子４１は、高電圧バスバー１４ａ（図９参照）の接続端子１４１にボルト締結され、第２端子４２は、接地バスバー１４ｂの接続端子１４２にボルト締結されている。
【００５９】
また、本例の電力変換装置１は、実施例１と同様に、端子台７１を備える。図９、図１０に示すごとく、本例では、Ｚ方向から見た場合に、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）において、積層体１０に隣接する位置に、端子台７１が設けられている。
【００６０】
第１リアクトル５ａの第１端子５１と、第２リアクトル５ｂの第１端子５３とは、Ｙ方向における、端子台７１を設けた側とは反対側にそれぞれ突出している。第１リアクトル５ａの第１端子５１は、第１リアクトル接続バスバー１４ｃ（図９参照）の電極端子１４７に接続している。第２リアクトル５ｂの第１端子５３は、第２リアクトル接続バスバー１４ｄ（図９参照）の電極端子１４８に接続している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６１】
本例の作用効果について説明する。
本例では、Ｚ方向から見た場合に、Ｙ方向における、積層体１０に隣接する位置に、端子台７１が設けられている。
このようにすると、電力変換装置１を小型化することができる。すなわち、電力変換装置１は、多数の半導体モジュール２と多数の冷媒流路１１とを積層した積層体１０を備えるため、Ｘ方向に長くなりやすい。そのため、仮に、Ｚ方向から見た場合に、Ｘ方向における、積層体１０に隣接する位置に端子台７１を設けたとすると、電力変換装置１のＸ方向の長さが更に長くなり、電力変換装置１が大型化することがある。しかしながら、Ｚ方向から見た場合に、Ｙ方向における、積層体１０に隣接する位置に端子台７１を設ければ、電力変換装置１のＸ方向の長さを抑制でき、電力変換装置１が大型化することを防止できる。
【００６２】
また、本例では、第１端子４１と、第２端子４２と、３個の端子締結部４５０，４６０，４７０が、コンデンサ４から同一方向（Ｙ方向）に突出しているため、締結作業を行いやすい。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６３】
（実施例３）
本例は、コンデンサ４の端子締結部４５０，４６０，４７０の延出方向を変えた例である。図１１に示すごとく、本例では、第１端子締結部４５０と、第２端子締結部４６０と、第３端子締結部４７０とが、それぞれＹ方向における一方側に延出し、第１端子４１と第２端子４２とが、それぞれＹ方向における他方側に延出している。
その他、実施例２と同様の構成を備える。
【００６４】
本例の作用効果について説明する。本例では、端子締結部４５０，４６０，４７０がＹ方向における一方側に延出し、端子４１，４２がＹ方向における他方側に延出しているため、電力変換装置１のレイアウト自由度を上げることが可能になる。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施例４）
本例は、第１冷却器６と第２冷却器７とを空冷式にした例である。図１２、図１３に示すごとく、第１冷却器６には貫通穴６０が形成されている。第２冷却器７の冷媒流路１１と貫通穴６０とは、それぞれＹ方向に貫通している。
【００６６】
図１３に示すごとく、収納ケース８の壁部には、第１冷却器６に対応した位置に第１穴部８２が形成され、第２冷却器７に対応した位置に第２穴部８３が形成されている。そして、収納ケース８外に送風機（図示しない）を配置し、冷媒流路１１と貫通穴６０とにそれぞれ送風することにより、半導体モジュール２、コンデンサ４、リアクトル５を冷却するようになっている。
【００６７】
なお、収納ケース８内に水等が入らないように、穴部８２，８３の周辺は、シール部材（図示しない）によってシールされている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６８】
本例の作用効果について説明する。本例では、送風機を使って、貫通穴６０と冷媒流路１１とに送風することにより、半導体モジュール２と、コンデンサ４と、リアクトル５とを冷却することができる。また、貫通穴６０と冷媒流路１１とはそれぞれ同一方向に貫通しているため、貫通穴６０用の送風機と、冷媒流路１１用の送風機とを別々に設ける必要はなく、１個の送風機を使って、冷媒流路１１と貫通穴６０とにそれぞれ送風することが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電力変換装置
１０ 積層体
１１ 冷媒流路
２ 半導体モジュール
２１ 制御端子
２２ パワー端子
３ 制御回路基板
４ コンデンサ
５ リアクトル
６ 第１冷却器
７ 第２冷却器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、コンデンサと、リアクトルとを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、図１４に示すごとく、複数の半導体モジュール９２と、複数の冷却管９１２とを積層した積層体９１０を備えたものが知られている（下記特許文献参照）。半導体モジュール９２は、ＩＧＢＴ素子等の半導体素子を内蔵した本体部９２０と、該本体部９２０から突出した制御端子９２１およびパワー端子９２２を備える。冷却管９１２の内部には、冷媒９１９が流れる冷媒流路９９が形成されている。冷媒９１９を流すことによって、半導体モジュール９２を冷却している。
【０００３】
また、電力変換装置９は、コンデンサ９４とリアクトル９５とを備える。コンデンサ９４及びリアクトル９５は、図示しないバスバーによって、半導体モジュール９２のパワー端子９２２と電気的に接続している。これらコンデンサ９４と、リアクトル９５と、半導体モジュール９２とによって電力変換回路を構成してある。
【０００４】
半導体モジュール９２の制御端子９２１には、制御回路基板９３が接続している。この制御回路基板９３に形成された制御回路９３０によって、半導体モジュール９２のスイッチング動作を制御している。制御回路基板９３と、積層体９１０やリアクトル９５等は収納ケース９８内に収納されている。また、収納ケース９８にはカバー９８０が取り付けられ、水や埃等が入らないよう密閉されている。
【０００５】
リアクトル９５は、複数の冷却管９１２のうち、積層体９１０の積層方向（Ｘ方向）における一端に位置する冷却管９１２ａに接触している。この冷却管９１２ａによって、リアクトル９５を冷却している。コンデンサ９４を冷却する部品は特に設けられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９６６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電力変換装置９は、半導体モジュール９２を冷却するための冷却管９１２ａを、リアクトル９５の冷却に兼用しているため、リアクトル９５を充分に冷却することができなかった。また、コンデンサ９４を冷却する冷却器は特に設けられていないため、温度が上昇しやすかった。そのため、リアクトル９５やコンデンサ９４から発生した熱Ｈによって、収納ケース９８内の空気の温度が上昇しやすくなり、制御回路基板９３を構成する電子部品が故障しやすくなるという問題があった。
【０００８】
また、電力変換装置９を稼動すると、リアクトル９５やコンデンサ９４から放射ノイズＮが発生する。従来の電力変換装置９は、制御回路基板９３とリアクトル９５とが隣接配置されており、これらの間に放射ノイズＮを遮るものがないため、制御回路９３０が、リアクトル９５から発生した放射ノイズＮの影響を受けやすく、誤動作しやすいという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい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】
【００１０】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した本体部から制御端子およびパワー端子が突出した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
上記制御端子に接続され、上記半導体モジュールのスイッチング動作を制御する制御回路基板と、
上記半導体モジュールの上記パワー端子に電気的に接続されるコンデンサ及びリアクトルと、
上記コンデンサ及び上記リアクトルを冷却する第１冷却器とを備え、
上記コンデンサ及び上記リアクトルは、上記冷却器の冷却面にそれぞれ載置され、
上記複数の冷媒流路により、上記半導体モジュールを冷却する第２冷却器が構成され、
上記制御端子の突出方向において、上記制御回路基板と、上記積層体と、上記コンデンサ及び上記リアクトルと、上記第１冷却器とが、この順に配置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】
【００１１】
上記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（上記第２冷却器）と、コンデンサ及びリアクトルを冷却する冷却器（上記第１冷却器）との、２個の冷却器を設けてある。このようにすると、第１冷却器によって、コンデンサのみならず、リアクトルをも冷却することができる。また、第１冷却器は、第２冷却器とは別に設けてあるので冷却効率が高く、コンデンサとリアクトルを効率よく冷却することができる。これにより、コンデンサ及びリアクトルから発生する熱を低減し、電力変換装置内の雰囲気温度の上昇を抑制し、制御回路基板の温度上昇を抑制することが可能になる。
【００１２】
また、上記電力変換装置は、上記突出方向において、制御回路基板と、積層体と、コンデンサ及びリアクトルと、第１冷却器とを、この順に配置してある。このようにすると、積層体と第１冷却器との間にコンデンサ及びリアクトルが介在するため、コンデンサ及びリアクトルから発生する放射ノイズを、積層体および第１冷却器によって遮蔽することができる。そのため、放射ノイズが制御回路基板に届きにくくなり、制御回路基板に形成した制御回路が誤動作しにくくなる。
【００１３】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい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】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図３の高電圧バスバーおよびリアクトル接続バスバーを取り除いた図。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図６】図１のＤ−Ｄ断面図。
【図７】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図８】実施例１における、半導体モジュールと冷媒流路を一体化した例。
【図９】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図１０】実施例２における、コンデンサおよびリアクトルを含む平面における電力変換装置の断面図。
【図１１】実施例３における、コンデンサおよびリアクトルを含む平面における電力変換装置の断面図。
【図１２】実施例４における、電力変換装置の断面図。
【図１３】実施例４における、電力変換装置の側面図。
【図１４】従来例における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台と、上記積層体を積層方向に押圧して固定する弾性部材とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記弾性部材の少なくとも一部と重なる位置に、上記端子台が設けられていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、電力変換装置を小型化することができる。すなわち、上記構成にすると、上記突出方向から見た場合に、弾性部材の少なくとも一部と端子台とが重なっているため、突出方向から見た電力変換装置の面積を小さくすることが可能になる。そのため、電力変換装置を小型化しやすい。
【００１６】
また、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向における、上記積層体に隣接する位置に、上記端子台が設けられていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、電力変換装置を小型化することができる。すなわち、電力変換装置は、多数の半導体モジュールと多数の冷媒流路とを積層した上記積層体を備えるため、上記積層方向に長くなりやすい。そのため、仮に、上記突出方向から見た場合に、積層方向における、積層体に隣接する位置に端子台を設けたとすると、電力変換装置の積層方向の長さが更に長くなり、電力変換装置が大型化することがある。しかしながら、上記突出方向から見た場合に、上記幅方向における、積層体に隣接する位置に端子台を設ければ、電力変換装置の積層方向の長さを抑制でき、電力変換装置が大型化することを防止できる。
【００１７】
また、上記第１冷却器と上記第２冷却器とは空冷式であり、上記第１冷却器には貫通穴が形成され、上記冷媒流路と上記貫通穴とは、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に貫通しており、上記冷媒流路と上記貫通穴とにそれぞれ空気が流れるよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、例えば、送風機を使って、上記貫通穴と上記冷媒流路とに送風することにより、半導体モジュールと、コンデンサと、リアクトルとを冷却することができる。また、貫通穴と冷媒流路とはそれぞれ同一方向に貫通しているため、貫通穴用の送風機と、冷媒流路用の送風機とを別々に設ける必要はなく、１個の送風機を使って、冷媒流路と貫通穴とにそれぞれ送風することが可能となる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
電力変換装置に係る実施例について、図１〜図８を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、積層体１０と、制御回路基板３と、コンデンサ４と、リアクトル５と、第１冷却器６とを備える。積層体１０は、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路１１とを積層してなる。
半導体モジュール２は、半導体素子２３（図７参照）を内蔵した本体部２０を備える。この本体部２０から制御端子２１およびパワー端子２２がそれぞれ反対方向に突出している。
冷媒流路１１には、半導体モジュール２を冷却する冷媒１９が流れる。
【００１９】
制御回路基板３は制御端子２１に接続されている。制御回路基板３には、制御回路３０が形成されている。この制御回路３０によって、半導体モジュール２のスイッチング動作を制御する。
コンデンサ４及びリアクトル５は、半導体モジュール２のパワー端子２２に電気的に接続されている。
第１冷却器６は、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する。
【００２０】
コンデンサ４及びリアクトル５は、第１冷却器６の冷却面６９にそれぞれ載置されている。
また、複数の冷媒流路１１により、半導体モジュール２を冷却する第２冷却器７が構成されている。
制御端子２１の突出方向（Ｚ方向）において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とが、この順に配置されている。
【００２１】
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用電力変換装置である。また、本例の電力変換装置１は、直流電源１００（図７参照）の電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００２２】
積層体１０やコンデンサ４等は、収納ケース８内に収納されている。また、収納ケース８にはカバー８０が取り付けられ、水や埃等が入らないよう密閉されている。
【００２３】
コンデンサ４とリアクトル５とは、バスバー１４によって、半導体モジュール２のパワー端子２２に接続されている。また、電力変換装置１は、外部機器と接続するための入出力端子７０と、該入出力端子７０を固定する端子台７１とを備える。
【００２４】
図４に示すごとく、積層体１０は、冷却管１２と半導体モジュール２とを積層してなる。冷却管１２の内部に、上記冷媒流路１１が形成されている。また、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）に隣り合う２個の冷却管１２は、連結管１２０によって連結されている。連結管１２０は、冷却管１２の長手方向（Ｙ方向）における、冷却管１２の両端に設けられている。また、複数の冷却管１２のうち、Ｘ方向における一端に位置する冷却管１２ａには、冷媒１９を積層体１０内に導入するための積層体側導入パイプ１５と、積層体１０から冷媒１９が導出される積層体側導出パイプ１６とが取り付けられている。積層体側導入パイプ１５から冷媒１９を導入すると、冷媒１９は連結管１２０を通って全ての冷却管１２を流れ、積層体側導出パイプ１６から導出される。これにより、半導体モジュール２を冷却している。
【００２５】
また、積層体１０はフレーム８１内に固定されている。フレーム８１は、Ｚ方向から見た形状が矩形状である。フレーム８１の、Ｘ方向に直交する２つの側壁８１１，８１２のうち、一方の側壁８１１と積層体１０との間に弾性部材１７（板ばね）が設けられている。この弾性部材１７によって積層体１０をＸ方向に押圧し、他方の側壁８１２（パイプ１５，１６を設けた側の側壁）に押し当てて固定している。
なお、本例では、一方の側壁８１１と積層体１０との間に弾性部材１７を設けたが、他方の側壁８１２と積層体１０との間に弾性部材１７を設けてもよい。この場合、積層体１０は一方の側壁８１１に向けて押圧されることになる。
【００２６】
図２に示すごとく、半導体モジュール２は３本のパワー端子２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を備える。パワー端子２２には、昇圧後の電圧が加わる高電圧端子２２ａ（図７参照）と、接地された接地端子２２ｂと、リアクトル５に接続されたリアクトル接続端子２２ｃとがある。高電圧端子２２ａには高電圧バスバー１４ａが接続し、接地端子２２ｂには接地バスバー１４ｂが接続している。また、リアクトル接続端子２２ｃにはリアクトル接続バスバー１４ｃ，１４ｄ（図３参照）が接続している。これらのバスバー１４によって、コンデンサ４及びリアクトル５と、パワー端子２２とを電気的に接続し、電力変換回路を構成している。
【００２７】
図６に示すごとく、第１冷却器６は、Ｚ方向から見た場合の形状が略矩形状である。第１冷却器６は、第１側壁６１と、第２側壁６２と、第３側壁６３と、第４側壁６４との４個の側壁を備える。また、第１冷却器６は、第１仕切板６５と第２仕切板６６との２個の仕切板を有する。この２個の仕切板６５，６６によって、第１冷却器６の内部は、第１室６０１と、第２室６０２と、第３室６０３との３個の部屋に分けられている。第１室６０１と第２室６０２との間は、第１連通部６１１において連通している。また、第２室６０２と第３室との間は、第２連通部６１２において連通している。第１連通部６１１は第４側壁６４に隣接形成され、第２連通部６１２は第３側壁６３に隣接形成されている。
【００２８】
第３側壁６３には、冷媒１９を第１冷却器６内に導入するための導入パイプ６７が設けられている。また、第４側壁６４には、第１冷却器６から冷媒１９が導出する導出パイプ６８が設けられている。第３側壁６３から冷媒１９を導入すると、冷媒１９は第１室６０１、第１連通部６１１、第２室６０２、第２連通部６１２、第３室６０３を通り、導出パイプ６８から導出される。これにより、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却している。
【００２９】
図１に示すごとく、導出パイプ６８と積層体側導入パイプ１５とは、ホース１８によって接続している。導出パイプ６８から導出した冷媒１９は、ホース１８を流れ、積層体側導入パイプ１５を通って積層体１０内（図４参照）内に導入される。その後、上述したように、冷媒１９は積層体側導出パイプ１６から導出される。
【００３０】
次に、電力変換装置１の回路の説明をする。図７に示すごとく、本例の電力変換装置１は、直流電源１００の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。電力変換装置１は、２個のコンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２と、２個のコイル素子Ｌ１，Ｌ２と、６個の半導体モジュール２とを備える。２個のコンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２は、図５に示すごとく１個のコンデンサ４（コンデンサモジュール）内に収容されている。また、２個のコイル素子Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ別のリアクトル５（５ａ，５ｂ）内に収容されている。
【００３１】
図７に示すごとく、半導体モジュール２内には、２セットの半導体素子２３（ＩＧＢＴ素子およびフリーホイールダイオード素子）が封止されている。半導体素子２３には、上アーム側半導体素子２３ａと、下アーム側半導体素子２３ｂとがある。上アーム側半導体素子２３ａのコレクタ端子は、上述した高電圧端子２２ａとなっている。高電圧端子２２ａは高電圧バスバー１４ａに接続している。
【００３２】
下アーム側半導体素子２３ｂのエミッタ端子は、上述した接地端子２２ｂとなっている。接地端子２２ｂは、接地バスバー１４ｂに接続している。
上アーム側半導体素子２３ａと下アーム側半導体素子２３ｂには、それぞれフリーホイールダイオード素子２５０が逆並列接続している。
【００３３】
上アーム側半導体素子２３ａのエミッタ端子と、下アーム側半導体素子２３ｂのコレクタ端子とは、上述したリアクトル接続端子２２ｃにそれぞれ接続している。
第１半導体モジュール２ａ〜第３半導体モジュール２ｃのリアクトル接続端子２２ｃは、第１リアクトル接続バスバー１４ｃを介して、第１コイル素子Ｌ１の一方の端子５１に接続している。また、第４半導体モジュール２ｄ〜第６半導体モジュール２ｆのリアクトル接続端子２２ｃは、第２リアクトル接続バスバー１４ｄを介して、第２コイル素子Ｌ２の一方の端子５３に接続している。
【００３４】
電力変換装置１は３個の入出力端子７０を備える。入出力端子７０には、直流電源１００の正電極に接続される第１入出力端子７０ＶＬと、直流電源１００の負電極に接続される第２入出力端子７０Ｎと、外部装置に接続される第３入出力端子７０ＶＨとがある。接地バスバー１４ｂは第２入出力端子７０Ｎに接続しており、高電圧バスバー１４ａは第３入出力端子７０ＶＨに接続している。
【００３５】
コイル素子Ｌ１，Ｌ２の他方の端子５２，５４は、第１入出力端子７０ＶＬに接続している。第１入出力端子７０ＶＬと第２入出力端子７０Ｎとの間に、第１コンデンサ素子Ｃ１が設けられている。また、高電圧バスバー１４ａと接地バスバー１４ｂとの間に、第２コンデンサ素子Ｃ２が設けられている。
【００３６】
上アーム側半導体素子２３ａと下アーム側半導体素子２３ｂのゲート端子は、上記制御回路基板３に接続している。制御回路基板３に形成した制御回路３０によって、下アーム側半導体素子２３ｂをオンオフ動作させ、直流電源１００の電圧を昇圧している。制御回路３０は、第１コイル素子Ｌ１に接続した３個の半導体モジュール２ａ〜２ｃと、第２コイル素子Ｌ２に接続した３個の半導体モジュール２ｄ〜２ｆとを、互いに位相をずらしつつオンオフ動作させている。
【００３７】
図３に示すごとく、高電圧バスバー１４ａは、板状の本体部１４３と、該本体部１４３に設けられた櫛歯状部１４４とを備える。櫛歯状部１４４は、半導体モジュール２の高電圧端子２２ａに接続している。本体部１４３には、コンデンサ４の第１端子４１（図５参照）に接続するための接続端子１４１が形成されている。
【００３８】
図４に示すごとく、接地バスバー１４ｂ（図４参照）も同様の構造になっており、板状の本体部１４５と、該本体部１４５に設けられた櫛歯状部１４６とを備える。櫛歯状部１４６は、半導体モジュール２の接地端子２２ｂに接続している。本体部１４５には、コンデンサ４の第２端子４２（図５参照）に接続するための接続端子１４２が形成されている。
【００３９】
また、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、第１リアクトル接続バスバー１４ｃと、第２リアクトル接続バスバー１４ｄとの、２個のリアクトル接続バスバーを備える。第１リアクトル接続バスバー１４ｃは、第１半導体モジュール２ａ〜第３半導体モジュール２ｃのリアクトル接続端子２２ｃに接続している。また、第２リアクトル接続バスバー１４ｄは、第４半導体モジュール２ｄ〜第６半導体モジュール２ｆのリアクトル接続端子２２ｃに接続している。
【００４０】
第１リアクトル接続バスバー１４ｃには、第１リアクトル５ａの第１端子５１（図５参照）に接続するための電極端子１４７が形成されている。第２リアクトル接続バスバー１４ｄには、第２リアクトル５ｂの第１端子５３（図５参照）に接続するための電極端子１４８が形成されている。
【００４１】
図５に示すごとく、本例の電力変換装置１は、第１リアクトル５ａと第２リアクトル５ｂとの２個のリアクトル５と、コンデンサ４とを有する。そして、これらコンデンサ４とリアクトル５ａ，５ｂとがＺ方向視において互いに重ならないように配置されている。第１リアクトル５ａと第２リアクトル５ｂとは、Ｘ方向に隣接配置されている。また、コンデンサ４は、第１リアクトル５ａ及び第２リアクトル５ｂに対して、Ｙ方向に隣接配置されている。
【００４２】
コンデンサ４は、第１バスバー４５と、第２バスバー４６と、第３バスバー４７との、３個のバスバーを備える。第１バスバー４５は、第１コイル素子Ｌ１に接続した第３端子４３と、第２コイル素子Ｌ２に接続した第４端子４４と、第１入出力端子７０ＶＬが接続した第１端子締結部４５０とを有する。第２バスバー４６は、接地バスバー１４ｂ（図４参照）に接続した第２端子４２と、第２入出力端子７０Ｎが接続した第２端子締結部４６０とを有する。第３バスバー４７は、高電圧バスバー１４ａ（図３参照）に接続した第１端子４１と、第３入出力端子７０ＶＨが接続した第３端子締結部４７０とを有する。第１バスバー４５と第２バスバー４６との間には、第１コンデンサ素子Ｃ１が設けられ、第２バスバー４６と第３バスバー４７との間には、第２コンデンサ素子Ｃ２が設けられている。
【００４３】
第１リアクトル５ａは、第１端子５１と第２端子５２との２個の端子を備える。これら２個の端子５１，５２の間に、第１コイル素子Ｌ１が接続している。
また、第２リアクトル５ｂは、第１端子５３と第２端子５４との２個の端子を備える。これら２個の端子５３，５４の間に、第２コイル素子Ｌ２が接続している。
【００４４】
第１リアクトル５ａの第２端子５２には、コンデンサ４の第３端子４３が接続している。また、第２リアクトル５ｂの第２端子５４には、コンデンサ４の第４端子４４が接続している。
【００４５】
第１リアクトルの第１端子５１と、第１リアクトル接続バスバー１４ｃ（図３参照）の電極端子１４７とは、ボルト締結されている。また、第２リアクトルの第１端子５３と、第２リアクトル接続バスバー１４ｄ（図３参照）の電極端子１４８とは、ボルト締結されている。
【００４６】
コンデンサ４の第１端子４１と、高電圧バスバー１４ａ（図３参照）の接続端子１４１とは、ボルト締結されている。また、コンデンサ４の第２端子４２と、接地バスバー１４ｂの接続端子１４２とは、ボルト締結されている。
【００４７】
図５に示すごとく、第１端子締結部４５０には、第１入出力端子７０ＶＬが締結しており、第２端子締結部４６０には第２入出力端子７０Ｎが締結している。第３端子締結部４７０には第３入出力端子７０ＶＨが締結している。
【００４８】
また、本例の電力変換装置１は、入出力端子７０を固定するための端子台７１を備える。端子台７１は絶縁樹脂からなり、３本の入出力端子７０の一部を封止している。図４、図５に示すごとく、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と重なる位置に、端子台７１が設けられている。
【００４９】
本例の作用効果について説明する。図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール２を冷却する冷却器（第２冷却器７）と、コンデンサ４及びリアクトル５を冷却する冷却器（第１冷却器６）との、２個の冷却器を設けてある。このようにすると、第１冷却器６によって、コンデンサ４とリアクトル５とを冷却することができる。第１冷却器６は、第２冷却器７とは別に設けてあるので、コンデンサ４とリアクトル５を効率よく冷却することができる。これにより、コンデンサ４及びリアクトル５から発生する熱を低減し、電力変換装置１内の雰囲気温度の上昇を抑制し、制御回路基板３の温度上昇を抑制することが可能になる。
【００５０】
また、本例の電力変換装置１は、Ｚ方向において、制御回路基板３と、積層体１０と、コンデンサ４及びリアクトル５と、第１冷却器６とを、この順に配置してある。このようにすると、積層体１０と第１冷却器６との間に、コンデンサ４及びリアクトル５が介在するため、コンデンサ４及びリアクトル５から発生する放射ノイズＮを、積層体１０および第１冷却器６によって遮蔽することができる。そのため、放射ノイズＮが制御回路基板３に届きにくくなり、制御回路３０が誤動作しにくくなる。
【００５１】
また、本例では、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と重なる位置に、端子台７１が設けられている。
このようにすると、電力変換装置１を小型化することができる。すなわち、上記構成にすると、Ｚ方向から見た場合に、弾性部材１７の一部と端子台７１とが重なっているため、Ｚ方向から見た電力変換装置１の面積を小さくすることが可能になる。そのため、電力変換装置１を小型化しやすい。
また、本例では図１、図５に示すごとく、コンデンサ４に対してＸ方向に隣接し、かつ弾性部材１７に対してＺ方向に隣接するスペースＳに、端子台７１を配置できる。そのため、このスペースＳを有効活用することができる。
【００５２】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサ及びリアクトルを冷却しやすく、制御回路が誤動作しにくい電力変換装置を提供することができる。
【００５３】
また、本例では図１に示すごとく、弾性部材１７の、Ｘ方向における積層体１０側の端部１７０は、端子台７１の、Ｘ方向におけるリアクトル５側の端部７１０よりも、Ｘ方向においてパイプ１５，１６側に位置している。また、フレーム８１の上記一方の側壁８１１は、コンデンサ４との締結部７１５よりも、Ｘ方向における外側（パイプ１５，１６とは反対側）に位置している。
また、弾性部材１７のＺ方向における長さは、フレーム８１のＺ方向における長さよりも短い。フレーム８１の端子台７１側の端部８１９と、弾性部材１７との間には隙間ＥＳが形成されている。そして、端子台７１の入出力端子７０と、コンデンサ４の端子とを締結するボルト７１６の一部（頭部）が、隙間ＥＳ内に位置している。
このようにすると、隙間ＥＳ内にボルト７１６の一部を入れることができるため、ボルト７１６とフレーム８１とが干渉することを防止でき、電力変換装置１の、Ｚ方向における長さを短くすることができる。これにより、電力変換装置１を小型化することが可能になる。
【００５４】
なお、本例では、冷媒流路１１を内部に有する複数の冷却管１２と、複数の半導体モジュール２とを積層して積層体１０を構成したが、図８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の本体部２０と枠部２８とを一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール２９を積層することにより、半導体モジュール２と冷媒流路１１とが積層される構造にしてもよい。冷却器一体型半導体モジュール２９の枠部２８は、本体部２０よりもＸ方向における幅が大きい。また、枠部２８と本体部２０との間には空間が設けられている。この空間が、冷媒流路１１となる。
【００５５】
（実施例２）
本例は、コンデンサ４と、リアクトル５と、端子台７１の配置位置を変更した例である。図１０に示すごとく、本例の電力変換装置１は、Ｘ方向に向って、第１リアクトル５ａと、コンデンサ４と、第２リアクトル５ｂとをこの順に配置してある。
【００５６】
コンデンサ４は、実施例１と同様に、第１端子締結部４５０と、第２端子締結部４６０と、第３端子締結部４７０との３個の端子締結部と、第１端子４１〜第４端子４４の４個の端子とを備える。第１端子４１と、第２端子４２と、３個の端子締結部４５０，４６０，４７０は、コンデンサ４からＹ方向に突出している。また、第３端子４３と第４端子４４は、Ｘ方向に向って互いに反対側に突出している。
【００５７】
第１端子４１と第３端子締結部４７０は一体化している。また、第２端子４２と第２端子締結部４６０とは一体化している。第３入出力端子７０ＶＨは第３端子締結部４７０に締結され、第２入出力端子７０Ｎは第２端子締結部４６０に締結されている。また、第１入出力端子７０ＶＬは第１端子締結部４５０に締結されている。
【００５８】
第１端子４１は、高電圧バスバー１４ａ（図９参照）の接続端子１４１にボルト締結され、第２端子４２は、接地バスバー１４ｂの接続端子１４２にボルト締結されている。
【００５９】
また、本例の電力変換装置１は、実施例１と同様に、端子台７１を備える。図９、図１０に示すごとく、本例では、Ｚ方向から見た場合に、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）において、積層体１０に隣接する位置に、端子台７１が設けられている。
【００６０】
第１リアクトル５ａの第１端子５１と、第２リアクトル５ｂの第１端子５３とは、Ｙ方向における、端子台７１を設けた側とは反対側にそれぞれ突出している。第１リアクトル５ａの第１端子５１は、第１リアクトル接続バスバー１４ｃ（図９参照）の電極端子１４７に接続している。第２リアクトル５ｂの第１端子５３は、第２リアクトル接続バスバー１４ｄ（図９参照）の電極端子１４８に接続している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６１】
本例の作用効果について説明する。
本例では、Ｚ方向から見た場合に、Ｙ方向における、積層体１０に隣接する位置に、端子台７１が設けられている。
このようにすると、電力変換装置１を小型化することができる。すなわち、電力変換装置１は、多数の半導体モジュール２と多数の冷媒流路１１とを積層した積層体１０を備えるため、Ｘ方向に長くなりやすい。そのため、仮に、Ｚ方向から見た場合に、Ｘ方向における、積層体１０に隣接する位置に端子台７１を設けたとすると、電力変換装置１のＸ方向の長さが更に長くなり、電力変換装置１が大型化することがある。しかしながら、Ｚ方向から見た場合に、Ｙ方向における、積層体１０に隣接する位置に端子台７１を設ければ、電力変換装置１のＸ方向の長さを抑制でき、電力変換装置１が大型化することを防止できる。
【００６２】
また、本例では、第１端子４１と、第２端子４２と、３個の端子締結部４５０，４６０，４７０が、コンデンサ４から同一方向（Ｙ方向）に突出しているため、締結作業を行いやすい。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６３】
（実施例３）
本例は、コンデンサ４の端子締結部４５０，４６０，４７０の延出方向を変えた例である。図１１に示すごとく、本例では、第１端子締結部４５０と、第２端子締結部４６０と、第３端子締結部４７０とが、それぞれＹ方向における一方側に延出し、第１端子４１と第２端子４２とが、それぞれＹ方向における他方側に延出している。
その他、実施例２と同様の構成を備える。
【００６４】
本例の作用効果について説明する。本例では、端子締結部４５０，４６０，４７０がＹ方向における一方側に延出し、端子４１，４２がＹ方向における他方側に延出しているため、電力変換装置１のレイアウト自由度を上げることが可能になる。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施例４）
本例は、第１冷却器６と第２冷却器７とを空冷式にした例である。図１２、図１３に示すごとく、第１冷却器６には貫通穴６０が形成されている。第２冷却器７の冷媒流路１１と貫通穴６０とは、それぞれＹ方向に貫通している。
【００６６】
図１３に示すごとく、収納ケース８の壁部には、第１冷却器６に対応した位置に第１穴部８２が形成され、第２冷却器７に対応した位置に第２穴部８３が形成されている。そして、収納ケース８外に送風機（図示しない）を配置し、冷媒流路１１と貫通穴６０とにそれぞれ送風することにより、半導体モジュール２、コンデンサ４、リアクトル５を冷却するようになっている。
【００６７】
なお、収納ケース８内に水等が入らないように、穴部８２，８３の周辺は、シール部材（図示しない）によってシールされている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６８】
本例の作用効果について説明する。本例では、送風機を使って、貫通穴６０と冷媒流路１１とに送風することにより、半導体モジュール２と、コンデンサ４と、リアクトル５とを冷却することができる。また、貫通穴６０と冷媒流路１１とはそれぞれ同一方向に貫通しているため、貫通穴６０用の送風機と、冷媒流路１１用の送風機とを別々に設ける必要はなく、１個の送風機を使って、冷媒流路１１と貫通穴６０とにそれぞれ送風することが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電力変換装置
１０ 積層体
１１ 冷媒流路
２ 半導体モジュール
２１ 制御端子
２２ パワー端子
３ 制御回路基板
４ コンデンサ
５ リアクトル
６ 第１冷却器
７ 第２冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した本体部から制御端子およびパワー端子が突出した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
上記制御端子に接続され、上記半導体モジュールのスイッチング動作を制御する制御回路基板と、
上記半導体モジュールの上記パワー端子に電気的に接続されるコンデンサ及びリアクトルと、
上記コンデンサ及び上記リアクトルを冷却する第１冷却器とを備え、
上記コンデンサ及び上記リアクトルは、上記冷却器の冷却面にそれぞれ載置され、
上記複数の冷媒流路により、上記半導体モジュールを冷却する第２冷却器が構成され、
上記制御端子の突出方向において、上記制御回路基板と、上記積層体と、上記コンデンサ及び上記リアクトルと、上記第１冷却器とが、この順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２】
請求項１に記載の電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台と、上記積層体を積層方向に押圧して固定する弾性部材とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記弾性部材の少なくとも一部と重なる位置に、上記端子台が設けら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に記載の電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向における、上記積層体に隣接する位置に、上記端子台が設けられ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〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記第１冷却器と上記第２冷却器とは空冷式であり、上記第１冷却器には貫通穴が形成され、上記冷媒流路と上記貫通穴とは、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に貫通しており、上記冷媒流路と上記貫通穴とにそれぞれ空気が流れるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
半導体素子を内蔵した本体部から制御端子およびパワー端子が突出した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
上記制御端子に接続され、上記半導体モジュールのスイッチング動作を制御する制御回路基板と、
上記半導体モジュールの上記パワー端子に電気的に接続されるコンデンサ及びリアクトルと、
上記コンデンサ及び上記リアクトルを冷却する第１冷却器とを備え、
上記コンデンサ及び上記リアクトルは、上記冷却器の冷却面にそれぞれ載置され、
上記複数の冷媒流路により、上記半導体モジュールを冷却する第２冷却器が構成され、
上記制御端子の突出方向において、上記制御回路基板と、上記積層体と、上記コンデンサ及び上記リアクトルと、上記第１冷却器とが、この順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２】
請求項１に記載の電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台と、上記積層体を積層方向に押圧して固定する弾性部材とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記弾性部材の少なくとも一部と重なる位置に、上記端子台が設けら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に記載の電力変換装置において、外部機器と接続するための入出力端子と、該入出力端子を固定する端子台とを備え、上記突出方向から見た場合に、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向における、上記積層体に隣接する位置に、上記端子台が設けられ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〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記第１冷却器と上記第２冷却器とは空冷式であり、上記第１冷却器には貫通穴が形成され、上記冷媒流路と上記貫通穴とは、上記積層体の積層方向と上記突出方向との双方に直交する幅方向に貫通しており、上記冷媒流路と上記貫通穴とにそれぞれ空気が流れるよう構成されてい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】
【公開番号】特開２０１３−５１７４７（Ｐ２０１３−５１７４７Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６８１３（Ｐ２０１１−１８６８１３）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【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３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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