電力変換装置
【課題】コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子２１を備えた半導体モジュール２と、半導体モジュール２に電気的に接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３に設けられた複数のコンデンサ端子３１のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器４とを有する。また、冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、冷却器４とコンデンサ３との間に配置されている。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子２１を備えた半導体モジュール２と、半導体モジュール２に電気的に接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３に設けられた複数のコンデンサ端子３１のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器４とを有する。また、冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、冷却器４とコンデンサ３との間に配置されている。
【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該半導体モジュールに接続されたコンデンサとを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータ等の電力変換装置は、複数の半導体素子のスイッチング動作によって電力の変換を行っている。かかる電力変換装置において、例えば、直流電源から半導体モジュールへ供給される電流を平滑化するコンデンサが、半導体モジュールに電気的に接続されている。特許文献１には、このコンデンサと半導体モジュールとがバスバーを介して接続された電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、半導体モジュールにおいて発熱した熱が接続部及びバスバーを通じてコンデンサへ伝わる。これにより、コンデンサが高温となり、劣化してしまうおそれがある。特に、高出力密度化に伴う電力変換装置の被制御電流の大電流化に伴い、半導体モジュールの発熱が大きくなる傾向にある。また、半導体素子の高耐熱化に伴い、より高温で半導体素子を使用する傾向にある。かかる状況の下、半導体モジュールの耐熱性が充分に確保されても、コンデンサの耐熱性が充分に確保されていないのが現状である。そのため、半導体モジュールからのコンデンサの受熱による劣化が電力変換装置における近年の重要課題となっている。
【０００５】
本発明は、かかる従来の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低減し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】
【０００６】
第１の発明は、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子を備えた半導体モジュールと、
該半導体モジュールに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００７】
第２の発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールへ入力される電圧を昇圧するためのリアクトルと、
該リアクトルに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１２）。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明においては、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子の発熱を抑制すると共に、半導体モジュールからコンデンサへの伝熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子は、半導体モジュールの半導体端子と直接あるいは他の端子や接続導体等を介して接続されている。そして、コンデンサは、半導体モジュールの熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させることにより、コンデンサが受熱する前に半導体モジュールの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。
【０００９】
また、コンデンサ端子自身もそこを流れる電流によって発熱するが、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子の発熱による熱をコンデンサが受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００１０】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明においても、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子の発熱を抑制すると共に、リアクトルからコンデンサへの伝熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子は、リアクトルの端子と直接あるいは他の端子や接続導体等を介して接続されている。そして、コンデンサは、リアクトルの熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させることにより、コンデンサが受熱する前にリアクトルの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。
【００１２】
また、コンデンサ端子自身もそこを流れる電流によって発熱するが、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子の発熱による熱をコンデンサが受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの温度上昇を低減し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】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図４】実施例２における、電力変換装置の断面説明図。
【図５】実施例３における、電力変換装置の断面説明図。
【図６】実施例３における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図７】実施例４における、電力変換装置の断面説明図。
【図８】実施例４における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図９】実施例４における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１０】実施例４における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１１】実施例５における、電力変換装置の断面説明図。
【図１２】実施例５における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図１３】実施例６における、電力変換装置の断面説明図。
【図１４】実施例７における、電力変換装置の断面説明図。
【図１５】実施例７における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図１６】実施例７における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１７】実施例７における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１８】実施例８における、電力変換装置の断面説明図。
【図１９】実施例８における、コンデンサと入力バスバーの斜視説明図。
【図２０】実施例９における、電力変換装置の断面説明図。
【図２１】実施例１０における、電力変換装置の断面説明図。
【図２２】実施例１０における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図２３】実施例１１における、電力変換装置の断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、「熱的に接触」とは、上記半導体端子及び上記コンデンサ端子と、冷却器との間で熱交換可能な状態にあることを意味し、間に熱伝導性を有する絶縁材を介在させる場合なども含まれる。
【００１６】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置されていることが好ましい（請求項２、１３）。
この場合には、上記コンデンサ端子を大きな面積で上記冷却器に熱的に接触させることができるとともに、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１７】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触していることが好ましい（請求項３、１５）。
この場合には、一つの冷却器によって、上記半導体モジュールと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１８】
また、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触していてもよい（請求項６、１８）。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１９】
また、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることが好ましい（請求項７、１９）。
この場合には、半導体モジュールとコンデンサとの間に形成される回路におけるインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
【００２０】
また、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することが好ましい（請求項８、２０）。
この場合には、効果的にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
また、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることが好ましい（請求項９、２１）。
この場合には、上記冷却器の設計自由度が向上し、電力変換装置を構成する各部品の組み付け性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記半導体モジュールは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることが好ましい（請求項１０、２２）。
この場合には、組み付け性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２３】
また、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることが好ましい（請求項１１、２３）。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。また、ポッティング材とコンデンサ端子、或いはポッティング材とヒートシンクとの間に隙間が形成され難く、放熱効率を向上させることができる。
【００２４】
第１の発明において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体端子に接続される端子であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、半導体モジュールからコンデンサへの受熱経路において、コンデンサ端子が冷却器に熱的に接触することとなるため、より効果的に、コンデンサが受熱する前に、半導体モジュールの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱をより効果的に抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。また、コンデンサ端子の発熱も抑制することができる。
【００２５】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュールとは異なる電子部品に接続される端子であってもよい（請求項５）。
この場合には、半導体モジュールからのコンデンサの受熱経路に熱的に連続した部分を冷却器に熱的に接触させることとなるため、充分にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、半導体モジュールに接続するためのコンデンサ端子とは異なるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させればよいため、設計自由度を向上させることができる。
【００２６】
次に、上記第２の発明において、上記冷却器は、上記リアクトルにも熱的に接触していることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、一つの冷却器によって、上記リアクトルと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００２７】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子であることが好ましい（請求項１７）。
この場合には、リアクトルからのコンデンサの受熱経路に熱的に連続した部分を冷却器に熱的に接触させることとなるため、充分にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、リアクトルに接続するためのコンデンサ端子とは異なるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させればよいため、設計自由度を向上させることができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図３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、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子２１を備えた半導体モジュール２と、該半導体モジュール２に電気的に接続されたコンデンサ３と、該コンデンサ３に設けられた複数のコンデンサ端子３１のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器４とを有する。
【００２９】
図１に示すごとく、冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、冷却器４とコンデンサ３との間に配置されている。冷却器４は、半導体モジュール２にも熱的に接触している。冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、半導体端子２１に接続される端子である。
【００３０】
コンデンサ３は、コンデンサ素子３２と、該コンデンサ素子３２の両端に形成されたメタリコン部からなる一対の電極３３と、該一対の電極３３に接続された一対のコンデンサ端子３１と、コンデンサ素子３２を封止するポッティング材３４と、該ポッティング材３４及びコンデンサ素子３２を内部に収容する筐体３５とからなる。一対のコンデンサ端子３１は、その一部をポッティング材３４から外部へ露出してなり、先端部において、半導体モジュール２の半導体端子２１と接続されている。
【００３１】
一方のコンデンサ端子３１は、ポッティング材３４から露出した部分の一部を、コンデンサ３と冷却器４との間に配置し、冷却器４の主面４２と熱的に面接触している。冷却器４とコンデンサ端子３１との間には、熱伝導性に優れた絶縁材が介在している（図示略）。
上記ポッティング材３４としては、例えばエポキシ樹脂等の熱伝導性に優れた熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３２】
また、一対のコンデンサ端子３１は、それぞれの一部（図１、図２の符号Ｂの領域）を互いに近接させている。各コンデンサ端子３１は、平板状を呈しており、その主面同士を所定の間隔をもって対向配置させている。この所定の間隔は例えば０．６〜３ｍｍとすることができる。また、対向、近接配置された一対のコンデンサ端子３１の間には、絶縁紙等を介在させることもできる。
【００３３】
半導体モジュール２は、冷却器４におけるコンデンサ３が配置された側と反対側の主面４２に配置されている。すなわち、半導体モジュール２における放熱板を設けた面を冷却器４の主面４２に熱的に接触配置する。このとき、必要に応じて、半導体モジュール２と冷却器４との間に、セラミック板、放熱グリスなどの熱伝導性に優れた絶縁材を配置する。
【００３４】
冷却器４は、アルミニウム又はその合金等の熱伝導性に優れた金属又は合金からなり、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路４１を設けてなる。冷却媒体としては、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がある。
【００３５】
なお、本発明の電力変換装置１は、図３に示す回路構造を有するものとすることができる。すなわち、電力変換装置１は、直流電源５２と三相交流の回転電機５１との間において、直流電力を交流電力へ或いは交流電力を直流電力へ変換するインバータ部１２と、直流電源５１とインバータ部１２との間において直流電圧を昇圧又は降圧する昇降圧コンバータ１１とを有する。インバータ部１２と昇降圧コンバータ１１との間には、インバータ部へ供給される電流を平滑化するためのコンデンサ３が配置されている。また、インバータ部１２は、複数の半導体モジュール２からなる。
【００３６】
この半導体モジュール２及びコンデンサ３の電力変換装置１における配置状態が、上述した配置状態（図１、図２）となっている。
なお、本例の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の動力源における電力変換に用いられる。
【００３７】
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、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子３１の発熱を抑制すると共に、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子３１は、半導体モジュール２の半導体端子２１と直接接続されている。そして、コンデンサ３は、半導体モジュール２の熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ３が受熱する前に半導体モジュール２の熱を冷却器４へ放熱することができる。そのため、コンデンサ３の受熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。なお、半導体モジュール２からコンデンサ端子３１を通じて冷却器４へ放熱される熱の移動を、図１における破線矢印Ｈにて表す。他の図においても同様に破線矢印Ｈにて熱の移動を表す。
【００３８】
また、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触している。これにより、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子３１は、半導体モジュール２の半導体端子２１と直接接続されている。そして、コンデンサ３は、半導体モジュール２の熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ３が受熱する前に半導体モジュール２の熱を冷却器４へ放熱することができる。そのため、コンデンサ３の受熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。
【００３９】
また、コンデンサ端子３１自身もそこを流れる電流によって発熱するが、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子３１の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子３１の発熱による熱をコンデンサ３が受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００４０】
また、一対のコンデンサ端子３１は、その一部を互いに近接させているため、半導体モジュール２とコンデンサ３との間に形成される回路におけるインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
また、冷却器４は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路４１を有するため、効果的にコンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
【００４１】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
【００４２】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、一対のコンデンサ端子３１の双方が冷却器４に熱的に接触した電力変換装置１の例である。
本例においては、一方のコンデンサ端子３１は、実施例１と同様に、コンデンサ素子３２との接続部と半導体モジュール２の半導体端子２１との接続部との間の部分において、冷却器４に対して絶縁材を介して接触するとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置される。そして、他方のコンデンサ端子３１は、コンデンサ素子３２との接続部と半導体端子２１との接続部との間の部分から分岐部３１１を設け、この分岐部３１１を冷却器４に対して絶縁材を介して接触させるとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４３】
なお、図４においては、一方のコンデンサ端子３１と他方のコンデンサ端子３１の分岐部３１１とが図面の奥行き方向に完全に重ならないように描かれているが、これは便宜上の記載方法であり、実際には一方のコンデンサ端子３１と他方のコンデンサ端子３１の分岐部３１１とは奥行き方向に重なっており、両者とも同様に冷却器４の主面４２に絶縁材を介して接触している。他の図においても、これに準じた記載方法を採用している。
【００４４】
本例の場合には、上記他方のコンデンサ端子３１からも半導体モジュール２の熱が冷却器４へ放熱され、コンデンサ３の受熱を低減することができる。そのため、より効果的に、コンデンサ端子３１の発熱を抑制するとともに、コンデンサ３の受熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図５、図６に示すごとく、コンデンサ端子３１をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
コンデンサ端子３１の一部は、コンデンサ素子３２と共にポッティング材３４によって封止されており、該ポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触している。
【００４６】
図５に示す電力変換装置１は、実施例１と同様に一方のコンデンサ端子３１のみを冷却器４に熱的に接触させたものであり、図６に示す電力変換装置１は、実施例２と同様に一対のコンデンサ端子３１の双方を冷却器４に熱的に接触させたものである。
その他は、実施例１と同様である。
【００４７】
本例の場合には、電力変換装置１の小型化を容易に図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
（実施例４）
本例は、図７〜図１０に示すごとく、コンデンサ端子３１、３１０を４本設けたコンデンサ３を用いた電力変換装置１の例である。
本例におけるコンデンサ３は、半導体モジュール２の半導体端子２１に接続するための一対のコンデンサ端子３１の他に、昇降圧コンデンサ１１（図３参照）と接続するための一対のコンデンサ端子３１０を有する。このコンデンサ端子３１０は、コンデンサ素子３２の一対の電極３３にそれぞれ接続されている。すなわち、このコンデンサ端子３１０は、半導体モジュール２と接続するためのコンデンサ端子３１と電気的に直接接続されている。
このような、４本のコンデンサ端子３１、３１０を設けたコンデンサ３を用いた電力変換装置１においても、実施例１〜３と同様に本発明を適用することができる。
【００４９】
図７、図９に示す電力変換装置１は、４本のコンデンサ端子３１、３１０が同じ方向に突き出しており、一つのコンデンサ端子３１が冷却器４に熱的に接触したものである。
図８、図１０に示す電力変換装置１は、一対のコンデンサ端子３１と他の一対のコンデンサ端子３１０とが互いに反対方向に突き出しており、２本のコンデンサ端子３１が冷却器４に熱的に接触した例である。
また、図９、図１０に示す電力変換装置１は、実施例３と同様に、コンデンサ端子３１をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させた例である。
その他は、実施例１と同様である。
【００５０】
本例の場合にも、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
すなわち、半導体モジュール２に直接接続されないコンデンサ端子３１０を新たに設けた場合にも、このコンデンサ端子３１０は直接半導体モジュール２に接続されたコンデンサ端子３１と接続される。そのため、これらのコンデンサ端子３１、３１０の何れの部分において冷却器４によって冷却しても、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、コンデンサ３を冷却器４の主面４２とは異なる端面４３の方向に配置し、一対のコンデンサ端子３１を冷却器４の端面４３に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
また、一対のコンデンサ端子３１は、コンデンサ３と冷却器４との間に配置される。
【００５２】
図１２に示すごとく、冷却器４の端面４３に熱的に接触させたコンデンサ端子３１を屈曲させるとともに延長した延設部３１２を設け、該延設部３１２において半導体モジュール２とは反対側の冷却器４１の主面４２にも熱的に接触させることもできる。
その他は、実施例１と同様である。
【００５３】
本例の場合にも、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
（実施例６）
本例は、図１３に示すごとく、半導体モジュール２を配置した冷却器４の主面４２と同じ面にコンデンサ３を配置した電力変換装置１の例である。
一対のコンデンサ端子３１は、半導体モジュール２を熱的に接触配置した冷却器４の主面４２に、熱的に接触している。
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有する。
【００５５】
（実施例７）
本例は、図１４〜図１７に示すごとく、コンデンサ素子３２の一対の電極３３に、それぞれ、コンデンサ端子３１０の他に、半導体モジュール２の端子に接続されたバスバー（図示略）を直接接続した例である。
また、コンデンサ端子３１０を、冷却器４に熱的に接触させるとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置し、その他端を、例えば昇降圧コンバータ１１（図３参照）の端子１１１と接続する。
図１４〜図１７においては、半導体モジュール２の具体的配置及び半導体端子２１については省略してあるが、何らかの形で半導体端子２１は、コンデンサ端子３１０と電気的及び熱的に接続されている。
【００５６】
なお、図１４、図１６に示す電力変換装置１は、一つのコンデンサ端子３１０が冷却器４に熱的に接触したものである。
図１５、図１７に示す電力変換装置１は、２本のコンデンサ端子３１０が冷却器４に熱的に接触したものである。
また、図１６、図１７に示す電力変換装置１は、実施例３と同様に、コンデンサ端子３１０をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させたものである。
【００５７】
本例においては、半導体モジュール２の熱が、半導体モジュール２とコンデンサ３の電極３３とを繋ぐバスバー（図示略）、電極３３（メタリコン部）、コンデンサ端子３１０を介して、冷却器４に放熱されることとなる。
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有する。
【００５８】
なお、本例において、コンデンサ端子３１０は、昇降圧コンバータ１１の端子１１１に限らず、インバータ部１２の端子に接続されていてもよい。また、上記半導体モジュール２以外の発熱部品に接続されたバスバーをコンデンサ素子３２の一対の電極３３に直接接続した形態としてもよい。
【００５９】
（実施例８）
本例は、図１８、図１９に示すごとく、一対のコンデンサ端子３１０を、昇降圧コンバータ１１に接続される入力バスバー１３１、１３２にそれぞれ接続し、入力バスバー１３１、１３２を冷却器４に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
入力バスバー１３１、１３２には、複数のコンデンサ３が並列接続される。また、これらのコンデンサ３には、それぞれ半導体モジュール２が接続される。
【００６０】
コンデンサ３は、半導体モジュール２と反対側における冷却器４の主面４２側に配置され、その主面４２に入力バスバー１３１、１３２が、絶縁材１４を介して固定されている。
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有する。
【００６１】
（実施例９）
本例は、図２０に示すごとく、コンデンサ３を半導体モジュール２と同じ側における冷却器４の主面４２に配置した例である。
本例においては、コンデンサ３の本体部も冷却器４に熱的に接触させている。
その他は、実施例８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有する。
【００６２】
（実施例１０）
本例は、図２１、図２２に示すごとく、冷媒流路４１を有する冷却管４０と、該冷却管４０に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンク４００とからなる冷却器４を用いた電力変換装置１の例である。
半導体モジュール２は冷却管４０に熱的に接触し、コンデンサ端子３１はヒートシンク４００に熱的に接触している。
ヒートシンク４００は、アルミニウム又はその合金等、熱伝導性に優れた金属を用いて構成することができる。ヒートシンク４００と冷却管４０との間には、放熱グリスを介在させてもよい。
【００６３】
図２１に示す電力変換装置１は、コンデンサ端子３１をポッティング材３４を介してヒートシンク４００に熱的に接触させたものである。コンデンサ端子３１の一部は、コンデンサ素子３２と共にポッティング材３４によって封止されており、また、ヒートシンク４００は、ポッティング材３４にその一部が埋設されている。なお、この電力変換装置１においては、コンデンサ３の筐体３５に、ヒートシンク４００を支持するための支持部３５１を設けてある。これにより、ポッティング材３４によってヒートシンク４００の一部を埋設するにあたり、ヒートシンク４００の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。
【００６４】
図２２に示す電力変換装置１は、一対のコンデンサ端子３１を、昇降圧コンバータ１１に接続される入力バスバー１３１、１３２にそれぞれ接続し、入力バスバー１３１、１３２をヒートシンク４００に熱的に接触させたものである。入力バスバー１３１、１３２は、絶縁材１４を介してヒートシンク４００に固定されている。
その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
本例の場合には、冷却器４の設計自由度が向上し、電力変換装置１を構成する各部品の組み付け性を向上させることができる。
また、図２１に示す電力変換装置１においては、予めコンデンサ３と一体化しておいたヒートシンク４００を組み付け時に冷却管４０と密着させることもできる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６６】
（実施例１１）
本例は、図２３に示すごとく、リアクトル６と接続されるコンデンサ３０において、そのコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接続した電力変換装置１の例である。
図３に示すごとく、電力変換装置１においては、直流電源５２と昇降圧コンバータ１１との間に、直流電源５２のリプルを吸収するためのコンデンサ３０が設けてある。このコンデンサ３０の一方の端子は、昇降圧コンバータ１１を構成するリアクトル６に接続されている。リアクトル６も発熱部品であって、リアクトル６からコンデンサ３０が受熱するおそれがある。
【００６７】
そこで、図２３に示すごとく、リアクトル６と接続されるコンデンサ端子３１を、冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ端子３１の発熱を抑制するとともに、リアクトル６からのコンデンサ３０の受熱を抑制し、コンデンサ３０の温度上昇を低減することができる。
【００６８】
図２３に示したような配置に限らず、実施例１〜１０における半導体モジュール２をリアクトル６に置き換えたような種々の形態をとることができる。
また、半導体モジュール２もリアクトル６と共に同じ冷却器４に接触配置することもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 半導体端子
３、３０ コンデンサ
３１ コンデンサ端子
４ 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該半導体モジュールに接続されたコンデンサとを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータ等の電力変換装置は、複数の半導体素子のスイッチング動作によって電力の変換を行っている。かかる電力変換装置において、例えば、直流電源から半導体モジュールへ供給される電流を平滑化するコンデンサが、半導体モジュールに電気的に接続されている。特許文献１には、このコンデンサと半導体モジュールとがバスバーを介して接続された電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、半導体モジュールにおいて発熱した熱が接続部及びバスバーを通じてコンデンサへ伝わる。これにより、コンデンサが高温となり、劣化してしまうおそれがある。特に、高出力密度化に伴う電力変換装置の被制御電流の大電流化に伴い、半導体モジュールの発熱が大きくなる傾向にある。また、半導体素子の高耐熱化に伴い、より高温で半導体素子を使用する傾向にある。かかる状況の下、半導体モジュールの耐熱性が充分に確保されても、コンデンサの耐熱性が充分に確保されていないのが現状である。そのため、半導体モジュールからのコンデンサの受熱による劣化が電力変換装置における近年の重要課題となっている。
【０００５】
本発明は、かかる従来の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低減し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】
【０００６】
第１の発明は、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子を備えた半導体モジュールと、
該半導体モジュールに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００７】
第２の発明は、半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールへ入力される電圧を昇圧するためのリアクトルと、
該リアクトルに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１２）。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明においては、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子の発熱を抑制すると共に、半導体モジュールからコンデンサへの伝熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子は、半導体モジュールの半導体端子と直接あるいは他の端子や接続導体等を介して接続されている。そして、コンデンサは、半導体モジュールの熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させることにより、コンデンサが受熱する前に半導体モジュールの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。
【０００９】
また、コンデンサ端子自身もそこを流れる電流によって発熱するが、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子の発熱による熱をコンデンサが受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００１０】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明においても、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子の発熱を抑制すると共に、リアクトルからコンデンサへの伝熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子は、リアクトルの端子と直接あるいは他の端子や接続導体等を介して接続されている。そして、コンデンサは、リアクトルの熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させることにより、コンデンサが受熱する前にリアクトルの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱を抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。
【００１２】
また、コンデンサ端子自身もそこを流れる電流によって発熱するが、上記冷却器が上記コンデンサ端子に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子の発熱による熱をコンデンサが受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの温度上昇を低減し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】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図４】実施例２における、電力変換装置の断面説明図。
【図５】実施例３における、電力変換装置の断面説明図。
【図６】実施例３における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図７】実施例４における、電力変換装置の断面説明図。
【図８】実施例４における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図９】実施例４における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１０】実施例４における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１１】実施例５における、電力変換装置の断面説明図。
【図１２】実施例５における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図１３】実施例６における、電力変換装置の断面説明図。
【図１４】実施例７における、電力変換装置の断面説明図。
【図１５】実施例７における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図１６】実施例７における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１７】実施例７における、更に他の電力変換装置の断面説明図。
【図１８】実施例８における、電力変換装置の断面説明図。
【図１９】実施例８における、コンデンサと入力バスバーの斜視説明図。
【図２０】実施例９における、電力変換装置の断面説明図。
【図２１】実施例１０における、電力変換装置の断面説明図。
【図２２】実施例１０における、他の電力変換装置の断面説明図。
【図２３】実施例１１における、電力変換装置の断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、「熱的に接触」とは、上記半導体端子及び上記コンデンサ端子と、冷却器との間で熱交換可能な状態にあることを意味し、間に熱伝導性を有する絶縁材を介在させる場合なども含まれる。
【００１６】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間に配置されていることが好ましい（請求項２、１３）。
この場合には、上記コンデンサ端子を大きな面積で上記冷却器に熱的に接触させることができるとともに、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１７】
また、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触していることが好ましい（請求項３、１５）。
この場合には、一つの冷却器によって、上記半導体モジュールと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１８】
また、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触していてもよい（請求項６、１８）。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１９】
また、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることが好ましい（請求項７、１９）。
この場合には、半導体モジュールとコンデンサとの間に形成される回路におけるインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
【００２０】
また、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することが好ましい（請求項８、２０）。
この場合には、効果的にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
また、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることが好ましい（請求項９、２１）。
この場合には、上記冷却器の設計自由度が向上し、電力変換装置を構成する各部品の組み付け性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記半導体モジュールは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることが好ましい（請求項１０、２２）。
この場合には、組み付け性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２３】
また、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることが好ましい（請求項１１、２３）。
この場合には、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。また、ポッティング材とコンデンサ端子、或いはポッティング材とヒートシンクとの間に隙間が形成され難く、放熱効率を向上させることができる。
【００２４】
第１の発明において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体端子に接続される端子であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、半導体モジュールからコンデンサへの受熱経路において、コンデンサ端子が冷却器に熱的に接触することとなるため、より効果的に、コンデンサが受熱する前に、半導体モジュールの熱を冷却器へ放熱することができる。そのため、コンデンサの受熱をより効果的に抑制し、コンデンサの温度上昇を低減することができる。また、コンデンサ端子の発熱も抑制することができる。
【００２５】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュールとは異なる電子部品に接続される端子であってもよい（請求項５）。
この場合には、半導体モジュールからのコンデンサの受熱経路に熱的に連続した部分を冷却器に熱的に接触させることとなるため、充分にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、半導体モジュールに接続するためのコンデンサ端子とは異なるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させればよいため、設計自由度を向上させることができる。
【００２６】
次に、上記第２の発明において、上記冷却器は、上記リアクトルにも熱的に接触していることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、一つの冷却器によって、上記リアクトルと上記コンデンサ端子とを冷却することができるため、電力変換装置の小型化を容易に図ることができる。
【００２７】
また、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子であることが好ましい（請求項１７）。
この場合には、リアクトルからのコンデンサの受熱経路に熱的に連続した部分を冷却器に熱的に接触させることとなるため、充分にコンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、リアクトルに接続するためのコンデンサ端子とは異なるコンデンサ端子を冷却器に熱的に接触させればよいため、設計自由度を向上させることができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図３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、半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子２１を備えた半導体モジュール２と、該半導体モジュール２に電気的に接続されたコンデンサ３と、該コンデンサ３に設けられた複数のコンデンサ端子３１のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器４とを有する。
【００２９】
図１に示すごとく、冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、冷却器４とコンデンサ３との間に配置されている。冷却器４は、半導体モジュール２にも熱的に接触している。冷却器４に熱的に接触したコンデンサ端子３１は、半導体端子２１に接続される端子である。
【００３０】
コンデンサ３は、コンデンサ素子３２と、該コンデンサ素子３２の両端に形成されたメタリコン部からなる一対の電極３３と、該一対の電極３３に接続された一対のコンデンサ端子３１と、コンデンサ素子３２を封止するポッティング材３４と、該ポッティング材３４及びコンデンサ素子３２を内部に収容する筐体３５とからなる。一対のコンデンサ端子３１は、その一部をポッティング材３４から外部へ露出してなり、先端部において、半導体モジュール２の半導体端子２１と接続されている。
【００３１】
一方のコンデンサ端子３１は、ポッティング材３４から露出した部分の一部を、コンデンサ３と冷却器４との間に配置し、冷却器４の主面４２と熱的に面接触している。冷却器４とコンデンサ端子３１との間には、熱伝導性に優れた絶縁材が介在している（図示略）。
上記ポッティング材３４としては、例えばエポキシ樹脂等の熱伝導性に優れた熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３２】
また、一対のコンデンサ端子３１は、それぞれの一部（図１、図２の符号Ｂの領域）を互いに近接させている。各コンデンサ端子３１は、平板状を呈しており、その主面同士を所定の間隔をもって対向配置させている。この所定の間隔は例えば０．６〜３ｍｍとすることができる。また、対向、近接配置された一対のコンデンサ端子３１の間には、絶縁紙等を介在させることもできる。
【００３３】
半導体モジュール２は、冷却器４におけるコンデンサ３が配置された側と反対側の主面４２に配置されている。すなわち、半導体モジュール２における放熱板を設けた面を冷却器４の主面４２に熱的に接触配置する。このとき、必要に応じて、半導体モジュール２と冷却器４との間に、セラミック板、放熱グリスなどの熱伝導性に優れた絶縁材を配置する。
【００３４】
冷却器４は、アルミニウム又はその合金等の熱伝導性に優れた金属又は合金からなり、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路４１を設けてなる。冷却媒体としては、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がある。
【００３５】
なお、本発明の電力変換装置１は、図３に示す回路構造を有するものとすることができる。すなわち、電力変換装置１は、直流電源５２と三相交流の回転電機５１との間において、直流電力を交流電力へ或いは交流電力を直流電力へ変換するインバータ部１２と、直流電源５１とインバータ部１２との間において直流電圧を昇圧又は降圧する昇降圧コンバータ１１とを有する。インバータ部１２と昇降圧コンバータ１１との間には、インバータ部へ供給される電流を平滑化するためのコンデンサ３が配置されている。また、インバータ部１２は、複数の半導体モジュール２からなる。
【００３６】
この半導体モジュール２及びコンデンサ３の電力変換装置１における配置状態が、上述した配置状態（図１、図２）となっている。
なお、本例の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の動力源における電力変換に用いられる。
【００３７】
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、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触している。これにより、コンデンサ端子３１の発熱を抑制すると共に、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子３１は、半導体モジュール２の半導体端子２１と直接接続されている。そして、コンデンサ３は、半導体モジュール２の熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ３が受熱する前に半導体モジュール２の熱を冷却器４へ放熱することができる。そのため、コンデンサ３の受熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。なお、半導体モジュール２からコンデンサ端子３１を通じて冷却器４へ放熱される熱の移動を、図１における破線矢印Ｈにて表す。他の図においても同様に破線矢印Ｈにて熱の移動を表す。
【００３８】
また、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触している。これにより、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。コンデンサ端子３１は、半導体モジュール２の半導体端子２１と直接接続されている。そして、コンデンサ３は、半導体モジュール２の熱を両者の接続部を介して受熱して温度上昇するため、この受熱経路あるいはこれと熱的に接続される部分の少なくとも一部であるコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ３が受熱する前に半導体モジュール２の熱を冷却器４へ放熱することができる。そのため、コンデンサ３の受熱を抑制し、コンデンサ３の温度上昇を低減することができる。
【００３９】
また、コンデンサ端子３１自身もそこを流れる電流によって発熱するが、冷却器４がコンデンサ端子３１に熱的に接触していることにより、コンデンサ端子３１の温度上昇も抑制することができる。その結果、このコンデンサ端子３１の発熱による熱をコンデンサ３が受熱して温度上昇してしまうことも抑制ことができる。
【００４０】
また、一対のコンデンサ端子３１は、その一部を互いに近接させているため、半導体モジュール２とコンデンサ３との間に形成される回路におけるインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
また、冷却器４は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路４１を有するため、効果的にコンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
【００４１】
以上のごとく、本例によれば、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
【００４２】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、一対のコンデンサ端子３１の双方が冷却器４に熱的に接触した電力変換装置１の例である。
本例においては、一方のコンデンサ端子３１は、実施例１と同様に、コンデンサ素子３２との接続部と半導体モジュール２の半導体端子２１との接続部との間の部分において、冷却器４に対して絶縁材を介して接触するとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置される。そして、他方のコンデンサ端子３１は、コンデンサ素子３２との接続部と半導体端子２１との接続部との間の部分から分岐部３１１を設け、この分岐部３１１を冷却器４に対して絶縁材を介して接触させるとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４３】
なお、図４においては、一方のコンデンサ端子３１と他方のコンデンサ端子３１の分岐部３１１とが図面の奥行き方向に完全に重ならないように描かれているが、これは便宜上の記載方法であり、実際には一方のコンデンサ端子３１と他方のコンデンサ端子３１の分岐部３１１とは奥行き方向に重なっており、両者とも同様に冷却器４の主面４２に絶縁材を介して接触している。他の図においても、これに準じた記載方法を採用している。
【００４４】
本例の場合には、上記他方のコンデンサ端子３１からも半導体モジュール２の熱が冷却器４へ放熱され、コンデンサ３の受熱を低減することができる。そのため、より効果的に、コンデンサ端子３１の発熱を抑制するとともに、コンデンサ３の受熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図５、図６に示すごとく、コンデンサ端子３１をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
コンデンサ端子３１の一部は、コンデンサ素子３２と共にポッティング材３４によって封止されており、該ポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触している。
【００４６】
図５に示す電力変換装置１は、実施例１と同様に一方のコンデンサ端子３１のみを冷却器４に熱的に接触させたものであり、図６に示す電力変換装置１は、実施例２と同様に一対のコンデンサ端子３１の双方を冷却器４に熱的に接触させたものである。
その他は、実施例１と同様である。
【００４７】
本例の場合には、電力変換装置１の小型化を容易に図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
（実施例４）
本例は、図７〜図１０に示すごとく、コンデンサ端子３１、３１０を４本設けたコンデンサ３を用いた電力変換装置１の例である。
本例におけるコンデンサ３は、半導体モジュール２の半導体端子２１に接続するための一対のコンデンサ端子３１の他に、昇降圧コンデンサ１１（図３参照）と接続するための一対のコンデンサ端子３１０を有する。このコンデンサ端子３１０は、コンデンサ素子３２の一対の電極３３にそれぞれ接続されている。すなわち、このコンデンサ端子３１０は、半導体モジュール２と接続するためのコンデンサ端子３１と電気的に直接接続されている。
このような、４本のコンデンサ端子３１、３１０を設けたコンデンサ３を用いた電力変換装置１においても、実施例１〜３と同様に本発明を適用することができる。
【００４９】
図７、図９に示す電力変換装置１は、４本のコンデンサ端子３１、３１０が同じ方向に突き出しており、一つのコンデンサ端子３１が冷却器４に熱的に接触したものである。
図８、図１０に示す電力変換装置１は、一対のコンデンサ端子３１と他の一対のコンデンサ端子３１０とが互いに反対方向に突き出しており、２本のコンデンサ端子３１が冷却器４に熱的に接触した例である。
また、図９、図１０に示す電力変換装置１は、実施例３と同様に、コンデンサ端子３１をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させた例である。
その他は、実施例１と同様である。
【００５０】
本例の場合にも、コンデンサの温度上昇を低減した電力変換装置を提供することができる。
すなわち、半導体モジュール２に直接接続されないコンデンサ端子３１０を新たに設けた場合にも、このコンデンサ端子３１０は直接半導体モジュール２に接続されたコンデンサ端子３１と接続される。そのため、これらのコンデンサ端子３１、３１０の何れの部分において冷却器４によって冷却しても、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、コンデンサ３を冷却器４の主面４２とは異なる端面４３の方向に配置し、一対のコンデンサ端子３１を冷却器４の端面４３に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
また、一対のコンデンサ端子３１は、コンデンサ３と冷却器４との間に配置される。
【００５２】
図１２に示すごとく、冷却器４の端面４３に熱的に接触させたコンデンサ端子３１を屈曲させるとともに延長した延設部３１２を設け、該延設部３１２において半導体モジュール２とは反対側の冷却器４１の主面４２にも熱的に接触させることもできる。
その他は、実施例１と同様である。
【００５３】
本例の場合にも、半導体モジュール２からコンデンサ３への伝熱を低減して、コンデンサ３の温度上昇を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
（実施例６）
本例は、図１３に示すごとく、半導体モジュール２を配置した冷却器４の主面４２と同じ面にコンデンサ３を配置した電力変換装置１の例である。
一対のコンデンサ端子３１は、半導体モジュール２を熱的に接触配置した冷却器４の主面４２に、熱的に接触している。
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有する。
【００５５】
（実施例７）
本例は、図１４〜図１７に示すごとく、コンデンサ素子３２の一対の電極３３に、それぞれ、コンデンサ端子３１０の他に、半導体モジュール２の端子に接続されたバスバー（図示略）を直接接続した例である。
また、コンデンサ端子３１０を、冷却器４に熱的に接触させるとともにコンデンサ３と冷却器４との間に配置し、その他端を、例えば昇降圧コンバータ１１（図３参照）の端子１１１と接続する。
図１４〜図１７においては、半導体モジュール２の具体的配置及び半導体端子２１については省略してあるが、何らかの形で半導体端子２１は、コンデンサ端子３１０と電気的及び熱的に接続されている。
【００５６】
なお、図１４、図１６に示す電力変換装置１は、一つのコンデンサ端子３１０が冷却器４に熱的に接触したものである。
図１５、図１７に示す電力変換装置１は、２本のコンデンサ端子３１０が冷却器４に熱的に接触したものである。
また、図１６、図１７に示す電力変換装置１は、実施例３と同様に、コンデンサ端子３１０をコンデンサ３のポッティング材３４を介して冷却器４に熱的に接触させたものである。
【００５７】
本例においては、半導体モジュール２の熱が、半導体モジュール２とコンデンサ３の電極３３とを繋ぐバスバー（図示略）、電極３３（メタリコン部）、コンデンサ端子３１０を介して、冷却器４に放熱されることとなる。
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有する。
【００５８】
なお、本例において、コンデンサ端子３１０は、昇降圧コンバータ１１の端子１１１に限らず、インバータ部１２の端子に接続されていてもよい。また、上記半導体モジュール２以外の発熱部品に接続されたバスバーをコンデンサ素子３２の一対の電極３３に直接接続した形態としてもよい。
【００５９】
（実施例８）
本例は、図１８、図１９に示すごとく、一対のコンデンサ端子３１０を、昇降圧コンバータ１１に接続される入力バスバー１３１、１３２にそれぞれ接続し、入力バスバー１３１、１３２を冷却器４に熱的に接触させた電力変換装置１の例である。
入力バスバー１３１、１３２には、複数のコンデンサ３が並列接続される。また、これらのコンデンサ３には、それぞれ半導体モジュール２が接続される。
【００６０】
コンデンサ３は、半導体モジュール２と反対側における冷却器４の主面４２側に配置され、その主面４２に入力バスバー１３１、１３２が、絶縁材１４を介して固定されている。
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有する。
【００６１】
（実施例９）
本例は、図２０に示すごとく、コンデンサ３を半導体モジュール２と同じ側における冷却器４の主面４２に配置した例である。
本例においては、コンデンサ３の本体部も冷却器４に熱的に接触させている。
その他は、実施例８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有する。
【００６２】
（実施例１０）
本例は、図２１、図２２に示すごとく、冷媒流路４１を有する冷却管４０と、該冷却管４０に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンク４００とからなる冷却器４を用いた電力変換装置１の例である。
半導体モジュール２は冷却管４０に熱的に接触し、コンデンサ端子３１はヒートシンク４００に熱的に接触している。
ヒートシンク４００は、アルミニウム又はその合金等、熱伝導性に優れた金属を用いて構成することができる。ヒートシンク４００と冷却管４０との間には、放熱グリスを介在させてもよい。
【００６３】
図２１に示す電力変換装置１は、コンデンサ端子３１をポッティング材３４を介してヒートシンク４００に熱的に接触させたものである。コンデンサ端子３１の一部は、コンデンサ素子３２と共にポッティング材３４によって封止されており、また、ヒートシンク４００は、ポッティング材３４にその一部が埋設されている。なお、この電力変換装置１においては、コンデンサ３の筐体３５に、ヒートシンク４００を支持するための支持部３５１を設けてある。これにより、ポッティング材３４によってヒートシンク４００の一部を埋設するにあたり、ヒートシンク４００の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。
【００６４】
図２２に示す電力変換装置１は、一対のコンデンサ端子３１を、昇降圧コンバータ１１に接続される入力バスバー１３１、１３２にそれぞれ接続し、入力バスバー１３１、１３２をヒートシンク４００に熱的に接触させたものである。入力バスバー１３１、１３２は、絶縁材１４を介してヒートシンク４００に固定されている。
その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
本例の場合には、冷却器４の設計自由度が向上し、電力変換装置１を構成する各部品の組み付け性を向上させることができる。
また、図２１に示す電力変換装置１においては、予めコンデンサ３と一体化しておいたヒートシンク４００を組み付け時に冷却管４０と密着させることもできる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６６】
（実施例１１）
本例は、図２３に示すごとく、リアクトル６と接続されるコンデンサ３０において、そのコンデンサ端子３１を冷却器４に熱的に接続した電力変換装置１の例である。
図３に示すごとく、電力変換装置１においては、直流電源５２と昇降圧コンバータ１１との間に、直流電源５２のリプルを吸収するためのコンデンサ３０が設けてある。このコンデンサ３０の一方の端子は、昇降圧コンバータ１１を構成するリアクトル６に接続されている。リアクトル６も発熱部品であって、リアクトル６からコンデンサ３０が受熱するおそれがある。
【００６７】
そこで、図２３に示すごとく、リアクトル６と接続されるコンデンサ端子３１を、冷却器４に熱的に接触させることにより、コンデンサ端子３１の発熱を抑制するとともに、リアクトル６からのコンデンサ３０の受熱を抑制し、コンデンサ３０の温度上昇を低減することができる。
【００６８】
図２３に示したような配置に限らず、実施例１〜１０における半導体モジュール２をリアクトル６に置き換えたような種々の形態をとることができる。
また、半導体モジュール２もリアクトル６と共に同じ冷却器４に接触配置することもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 半導体端子
３、３０ コンデンサ
３１ コンデンサ端子
４ 冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子を備えた半導体モジュールと、
該半導体モジュールに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間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３】
請求項１又は２において、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触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１〜３のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体端子に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュールとは異なる電子部品に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触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１〜６のいずれか一項において、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８において、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９において、上記半導体モジュールは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項９〜１０のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールへ入力される電圧を昇圧するためのリアクトルと、
該リアクトルに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間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１４】
請求項１２又は１３において、上記冷却器は、上記リアクトルにも熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項において、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルに接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれか一項において、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれか一項において、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２１】
請求項２０において、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２２】
請求項２１において、上記リアクトルは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
半導体素子を内蔵すると共に少なくとも一対の半導体端子を備えた半導体モジュールと、
該半導体モジュールに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間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３】
請求項１又は２において、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触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１〜３のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体端子に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記半導体モジュールとは異なる電子部品に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触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１〜６のいずれか一項において、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８において、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９において、上記半導体モジュールは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項９〜１０のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールへ入力される電圧を昇圧するためのリアクトルと、
該リアクトルに電気的に接続されたコンデンサと、
該コンデンサに設けられた複数のコンデンサ端子のうちの少なくとも一つに熱的に接触する冷却器とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記冷却器と上記コンデンサとの間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１４】
請求項１２又は１３において、上記冷却器は、上記リアクトルにも熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項において、上記冷却器は、上記半導体モジュールにも熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルに接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか一項において、上記冷却器に熱的に接触した上記コンデンサ端子は、上記リアクトルとは異なる電子部品に接続される端子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、該ポッティング材を介して上記冷却器に熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれか一項において、一対の上記コンデンサ端子は、少なくともその一部を互いに近接させていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれか一項において、上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２１】
請求項２０において、上記冷却器は、上記冷媒流路を有する冷却管と、該冷却管に密着配置されるとともに内部に冷却媒体を流通させないヒートシンクとからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２２】
請求項２１において、上記リアクトルは上記冷却管に熱的に接触し、上記コンデンサ端子の少なくとも一つは上記ヒートシンクに熱的に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか一項において、上記コンデンサ端子の一部は、コンデンサ素子と共にポッティング材によって封止されており、また、上記ヒートシンクは、上記ポッティング材にその一部が埋設されており、上記コンデンサ端子の一部は、上記ポッティング材を介して上記ヒートシンクに熱的に接触し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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−２５２４６１（Ｐ２０１０−２５２４６１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７５５９（Ｐ２００９−９７５５９）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【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２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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