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公開番号2024058809
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-30
出願番号2022166144
出願日2022-10-17
発明の名称電力変換装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240422BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】効果的な放熱を実現する電力変換装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子、直流端子及び交流端子を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールの前記直流端子と接続するコンデンサ端子を有するコンデンサモジュールと、冷却モジュールと、を備え、前記冷却モジュールは、前記半導体モジュールが有する放熱部に対向して設けられる第1冷却面と、前記直流端子又は前記コンデンサ端子に対向して設けられる第2冷却面と、前記コンデンサモジュールを冷却する第3冷却面と、を有し、前記第3冷却面は、前記第1冷却面及び前記第2冷却面のそれぞれと交差する方向に延びる電力変換装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子、直流端子及び交流端子を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの前記直流端子と接続するコンデンサ端子を有するコンデンサモジュールと、
冷却モジュールと、
を備え、
前記冷却モジュールは、
前記半導体モジュールが有する放熱部に対向して設けられる第１冷却面と、
前記直流端子又は前記コンデンサ端子に対向して設けられる第２冷却面と、
前記コンデンサモジュールを冷却する第３冷却面と、
を有し、
前記第３冷却面は、前記第１冷却面及び前記第２冷却面のそれぞれと交差する方向に延びる、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記コンデンサモジュールは、
コンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子と電気的に接続し、前記コンデンサ端子を有するバスバーと、
前記バスバーを覆う絶縁性のシートと、
を備え、
前記バスバーと前記第３冷却面との間に、前記シートを備える、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記半導体モジュールは、
前記直流端子と、
前記放熱部を構成する放熱板と、
を備え、
前記放熱板は、前記第１冷却面に対向し、
前記直流端子、前記放熱板及び前記コンデンサ端子は、同一の方向に延びる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記冷却モジュールは、冷媒流路を有し、
前記第２冷却面は、前記第１冷却面に隣接し、
前記第２冷却面は、前記第１冷却面と同一方向に延び、
前記第１冷却面、前記第２冷却面及び前記第３冷却面のそれぞれからの熱が、前記冷媒流路を流れる冷媒により放熱される、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記冷却モジュールは、前記第１冷却面、前記第２冷却面及び前記第３冷却面を有する下冷却部と、上冷却部と、を備え、
前記コンデンサモジュールは、
第１電極と、第２電極とを有するコンデンサ素子と、
前記第１電極と電気的に接続する第１バスバーと、
前記第２電極と電気的に接続する第２バスバーと、
前記第１バスバー及び前記第２バスバーを覆う絶縁性のシートと、
を備え、
前記第１バスバーと前記第３冷却面との間に、前記シートを備え、
前記第２バスバーと前記上冷却部との間に、前記シートを備える、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却モジュールは、前記第１冷却面、前記第２冷却面及び前記第３冷却面を有する下冷却部と、上冷却部と、を備え、
前記第２冷却面と前記上冷却部との間に、前記直流端子と前記コンデンサ端子とを備える、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記コンデンサ端子は、前記直流端子が配置される段差を有する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
スイッチング素子、第１直流端子、第２直流端子及び交流端子を有する半導体モジュールと、
前記第１直流端子と接続する第１コンデンサ端子と、前記第２直流端子と接続する第２コンデンサ端子と、を有するコンデンサモジュールと、
下冷却部と、上冷却部と、を備える冷却モジュールと、
を備え、
前記下冷却部は、
前記半導体モジュールが有する放熱部に対向して設けられる第１冷却面と、
前記第１直流端子、前記第２直流端子、前記第１コンデンサ端子及び前記第２コンデンサ端子のいずれかに対向して設けられる第２冷却面と、
前記コンデンサモジュールを冷却する第３冷却面と、
を有し、
前記第３冷却面は、前記第１冷却面及び前記第２冷却面のそれぞれと交差する方向に延び、
前記下冷却部と前記上冷却部との間に、前記第１コンデンサ端子、前記第１直流端子、前記第２コンデンサ端子及び前記第２直流端子が配置される、
電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
駆動源としてモータが用いられている電動車両は、電力変換装置を搭載する。電力変換装置の一つとして、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータが挙げられる。インバータには、電力変換を行うスイッチング素子が実装された半導体モジュール、直流電圧を平滑化するコンデンサ素子を有したコンデンサモジュール及び半導体モジュールを冷却する冷却器を備えたものが知られている。コンデンサ素子には半導体モジュールのスイッチングによりリップル電流が流れるため、コンデンサ素子自体は電力を消費して発熱する。また、コンデンサ素子は半導体モジュールとバスバーを介して接続されているため、半導体モジュールが高温になるとバスバーを介して半導体モジュールからコンデンサ素子へ熱が伝わり、伝わった熱によりコンデンサ素子も高温になる。
【０００３】
電動車両用インバータには，小型で大容量、高精度のフィルムコンデンサが多く使われる。一方、フィルムコンデンサの耐熱温度は、半導体モジュール等に対して低く、高温状態で劣化が加速する。電力変換装置の高出力密度化に伴い、コンデンサの内部温度上昇が顕著になり，コンデンサ素子の温度上昇への対策が課題となっている。
【０００４】
上記背景に対して、特許文献１及び特許文献２では、コンデンサ素子と電気的に接続するバスバーを冷却する冷却構造を、コンデンサモジュールに追加することで、コンデンサ素子の温度上昇を抑制している。
【０００５】
特許文献１には、半導体モジュールと、コンデンサモジュールと、冷却器と、を備える電力変換装置が開示されている。特許文献１には、コンデンサモジュールがコンデンサケースの内部に冷却器と熱的に接続されている放熱用金属体を備えることが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、コンデンサと、コンデンサの両面に配され、コンデンサを冷却する放熱部と、を備える電力変換装置が開示されている。特許文献２には、コンデンサが、コンデンサ素子と、コンデンサ素子に形成された電極部と、電極部に接続されたバスバーと、コンデンサ素子及びバスバーの一部を封止する樹脂部材と、を備えることが開示されている。特許文献２には、バスバーは、放熱部とコンデンサとの並び方向に直交する方向に樹脂部材から突出して形成され、外部と電気的に接続される露出部分を有することが開示されている。特許文献２には、当該露出部分は、並び方向における前記コンデンサの中心部よりも放熱部に近い側において、樹脂部材から突出して形成されていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２１－１９７８３８号公報
特開２０１９－０２４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の電力変換器では、半導体モジュールとバスバーから伝わる熱を逃がすことを目的として、放熱板をバスバーの近辺に設置している。しかしながら、バスバーの熱が充填用樹脂、放熱板を経由して冷却体へ伝わるため、放熱経路が長く、放熱効果が限られる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の電力変換器では、コンデンサ素子で発生するジュール熱による温度上昇を低減する目的で、電極部に冷却体を密接させ、効率的な放熱を実現した。一方、コンデンサの樹脂部材、内部バスバーの構造が複雑になり、バスバー断面積の減少、長さの増加による配線抵抗と配線インピータンスの増加及びそれによるスイッチング損失増加、半導体モジュールの発熱増加が懸念される。
【００１０】
さらに、特許文献１及び特許文献２のそれぞれに記載の電力変換器のように、コンデンサモジュールに冷却機構を持たせる方法には、電力変換装置の体積の増加と、製造コスト増加の問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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