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公開番号2024046903
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-05
出願番号2022152264
出願日2022-09-26
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240329BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
重量や体積の増加を抑えつつ宇宙線耐量を向上した電力変換装置を提供する。
【解決手段】
第1のパワー半導体モジュールM1と、第2のパワー半導体モジュールM2と、第1のパワー半導体モジュールM1および第2のパワー半導体モジュールM2を駆動する制御回路と、液冷式の冷却ジャケット30とを有する電力変換装置100において、第2のパワー半導体モジュールM2は、第1のパワー半導体モジュールよりも重力方向50に対して上面側に配置されており、冷却ジャケット30は、水素分子を含む冷媒を有するとともに、少なくとも第1のパワー半導体モジュールM1と第2のパワー半導体モジュールM2との間に冷媒の流路31を有し、制御回路は、第2のパワー半導体モジュールM2の稼働時間が、第1のパワー半導体モジュールM1の稼働時間よりも短くなるように制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のパワー半導体モジュールと、第２のパワー半導体モジュールと、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールを駆動する制御回路と、液冷式の冷却ジャケットとを有する電力変換装置において、
前記第２のパワー半導体モジュールは、前記第１のパワー半導体モジュールよりも重力方向に対して上面側に配置されており、
前記冷却ジャケットは、水素分子を含む冷媒を有するとともに、少なくとも前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュールとの間に前記冷媒の流路を有し、
前記制御回路は、前記第２のパワー半導体モジュールの稼働時間が、前記第１のパワー半導体モジュールの稼働時間よりも短くなるように制御することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記冷媒は水分子を含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記冷却ジャケットは、前記第２のパワー半導体モジュールの上面側にも前記冷媒の流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュールとのうち停止中のパワー半導体モジュールには電圧が印加されないようにオープン状態に制御される開閉器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記冷却ジャケットは、前記第１のパワー半導体モジュールの上面側を冷却する第１の冷却ジャケットと、前記第２のパワー半導体モジュールの下面側を冷却する第２の冷却ジャケットとを有し、
少なくとも前記第１の冷却ジャケットと前記第２の冷却ジャケットとの間に配置された遮蔽シートを有し、
前記遮蔽シートは、ホウ素または水素を含むゴムまたは樹脂材で構成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５において、
前記遮蔽シートは、前記第２のパワー半導体モジュールより上面側にも配置され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において、
前記冷却ジャケットは、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの側方にも前記冷媒の流路を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記冷却ジャケットは、冷却対象の上面側に配置される上側冷却ジャケットと、前記上側冷却ジャケットに接続され前記冷却対象の下面側に配置される下側冷却ジャケットとを有し、
第１の方向の経路を流入経路とリターン経路とのうちの一方の経路とし、第２の方向の経路を流入経路とリターン経路とのうちの他方の経路としたとき、
前記上側冷却ジャケットは、前記冷却対象の上面側に配置される前記冷媒の流路が前記第１の方向の経路で、前記冷却対象の側方に配置される前記冷媒の流路が前記第２の方向の経路であり、
前記下側冷却ジャケットは、前記冷却対象の側方に配置される前記冷媒の流路が前記第１の方向の経路であり、前記冷却対象の下面側に配置される前記冷媒の流路が前記第２の方向の経路であることを特徴とする電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に高高度対応電力変換装置の高信頼化技術に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ヒトやモノの輸送を脱炭素でシームレス化する新しい輸送手段であるエアモビリティの実現に向け、電動航空機やｅ－ＶＴＯＬに適用可能な高信頼電力変換装置が着目されている。高高度では宇宙線の量が増加し、パワー半導体デバイスは宇宙線により偶発故障が発生するので、電力変換装置の高高度対応のためには、パワー半導体デバイスの宇宙線（特に中性子線）耐量向上が必要となる。
【０００３】
宇宙線耐量向上のための手段としては、（１）デバイス耐圧向上、（２）金属／コンクリートによる宇宙線遮蔽という２つの手段がある。
【０００４】
（１）の手段は、一般的にデバイス耐圧が向上すれば壊れにくくなり宇宙線耐量も向上することに基づくものである。
【０００５】
（２）の宇宙線遮蔽に関する技術としては、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１の図３３および段落０１０４には、「宇宙機に配置される電源装置１０４は、放射線にさらされる。電気部品２５を設置するシャシ１０は、肉厚を２ｍｍ以上とすることで、α線、γ線、電子線、中性子線のような放射線の透過性を弱めることができる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０２０／００３４２３号
【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、（１）のようにデバイス耐圧を向上させた場合、耐圧向上に伴ってデバイス内部抵抗が増加し、損失および冷却器体積が増大するという問題がある。
【０００８】
また、（２）のように宇宙線を遮蔽する場合は、例えば特許文献１のように宇宙線の遮蔽効果を向上するために変換器筐体に十分な厚みが必要となり、重量が増大するという問題がある。したがって、軽量化と高信頼化を両立する手法が必要である。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、重量や体積の増加を抑えつつ宇宙線耐量を向上した電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、例えば、第１のパワー半導体モジュールと、第２のパワー半導体モジュールと、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールを駆動する制御回路と、液冷式の冷却ジャケットとを有する電力変換装置において、前記第２のパワー半導体モジュールは、前記第１のパワー半導体モジュールよりも重力方向に対して上面側に配置されており、前記冷却ジャケットは、水素分子を含む冷媒を有するとともに、少なくとも前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュールとの間に前記冷媒の流路を有し、前記制御回路は、前記第２のパワー半導体モジュールの稼働時間が、前記第１のパワー半導体モジュールの稼働時間よりも短くなるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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