功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)的目的在于獲得一種成本低廉且冷卻性能優(yōu)異的功率轉(zhuǎn)換裝置。功率轉(zhuǎn)換裝置包括：冷卻器，該冷卻器包含有流過制冷劑的流路；以及發(fā)熱體，該發(fā)熱體分散配置在冷卻器的兩個相對的主面上，由冷卻器進行冷卻，從冷卻器的制冷劑入口到制冷劑出口的流路包括：對發(fā)熱體進行冷卻的上游側(cè)冷卻部及下游側(cè)冷卻部；位于制冷劑入口側(cè)的上游側(cè)分配部；位于制冷劑出口側(cè)的下游側(cè)分配部；連結(jié)上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部的連接部；以及隔開上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部、及上游側(cè)分配部和下游側(cè)分配部的分隔部，流路以制冷劑依次流過上游側(cè)分配部、上游側(cè)冷卻部、連接部、下游側(cè)冷卻部、下游側(cè)分配部的方式進行連接。

Power conversion unit

The object of the invention is to obtain a power conversion device with low cost and excellent cooling performance. The power conversion device comprises a cooler, the cooler is flowing through the flow path contains the refrigerant; and the heating body, the heating element distributed on two opposite main surface cooler, the cooler, the cooler the refrigerant flow path from the entrance to the refrigerant outlet: upstream and downstream of the cooling cooling the cooling of the heating body; the upstream side of the refrigerant distribution Department is located in the entrance; the downstream Distribution Department is located in the refrigerant outlet side of the connecting part; connecting the upstream side and the downstream side cooling cooling part; and the distribution of upstream and downstream of the cooling off side cooling part, and upstream side and the downstream side of the Distribution Department the separator, flow path to the upstream side of the refrigerant distribution Department, in turn through the upstream side of the cooling section, a connecting part, a cooling part, the downstream side of the downstream side of the Distribution Department are connected.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
功率轉(zhuǎn)換裝置
本專利技術(shù)涉及使用半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體模塊的逆變器裝置等功率轉(zhuǎn)換裝置。
技術(shù)介紹
在由多個半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體模塊、及對這些半導(dǎo)體進行冷卻的冷卻器所構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在冷卻器中配置有多個半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體模塊，因此，在冷卻用的制冷劑從上游側(cè)流向下游側(cè)時，其溫度會上升。因此，由于該制冷劑的溫度上升，因而相比上游側(cè)的半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體模塊，對下游側(cè)的半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體模塊具有更嚴格的溫度限制，能通電的功率受到限制，因此，導(dǎo)致無法實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換裝置的大輸出化、小型化、及低成本化的問題。此處，提出有將兩個逆變器和一個整流器一體化的功率轉(zhuǎn)換裝置(例如，參照專利文獻1)。具體而言，采用以下結(jié)構(gòu)：即，在水套中形成有蜿蜒延伸的槽以構(gòu)成制冷劑流路，將構(gòu)成第一逆變器的三個功率模塊、構(gòu)成第二逆變器的三個功率模塊、及構(gòu)成整流器的功率模塊依次配置于制冷劑流路，對內(nèi)置于功率模塊的半導(dǎo)體元件進行冷卻。但是，在專利文獻1的結(jié)構(gòu)中，因第一逆變器發(fā)熱而導(dǎo)致制冷劑溫度上升，而第二逆變器需要利用溫度已上升的制冷劑來進行冷卻，因此，第二逆變器需要使其輸出低于第一逆變器，降低半導(dǎo)體元件所發(fā)出的熱量，或提高散熱性來減少半導(dǎo)體元件的溫度上升，或使用允許溫度較高的半導(dǎo)體元件。但是，存在以下問題：在降低輸出的情況下，難以實現(xiàn)大輸出化，在提高散熱性的情況下，難以實現(xiàn)小型化(散熱性與散熱面積成正比)、及低成本化(需要使用高熱傳導(dǎo)性構(gòu)件)，在使用允許溫度較高的半導(dǎo)體元件的情況下，難以實現(xiàn)低成本化(需要使用高耐熱性構(gòu)件)等。另外，由于第一逆變器和第二逆變器這兩者都會發(fā)出熱量，因此，用于冷卻整流器的制冷劑溫度相比第二逆變器會進一步上升，因此，在整流器中存在比第二逆變器更嚴重的問題。作為上述制冷劑溫度上升的對策，提出有通過將發(fā)熱量較大的半導(dǎo)體元件(IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor：絕緣柵雙極性晶體管)配置在制冷劑流路的上游側(cè)，并將發(fā)熱量較小的半導(dǎo)體元件(二極管)配置在制冷劑流路的下游側(cè)，從而減小因冷卻劑的溫度上升所造成的不良影響(例如參照專利文獻2)。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1：日本專利特開2009-296708號公報專利文獻2：日本專利特開2007-12722號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題然而，現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題。在專利文獻2的結(jié)構(gòu)中，相對于制冷劑的流路來串聯(lián)配置IGBT及二極管，但是構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的各半導(dǎo)體組(例如由IGBT和二極管的組合構(gòu)成的最小單位)相對于制冷劑流路全部是并列配置的。在如專利文獻2那樣由一個逆變器構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換裝置中，形成有6條并聯(lián)的制冷劑流路，因此，各半導(dǎo)體組所能使用的制冷劑的流量為專利文獻1那樣采用串聯(lián)流路的1/6。若制冷劑的流量減小，則冷卻器的散熱性能降低，此外，各半導(dǎo)體組中的制冷劑的溫度上升會增加。因此，若考慮將專利文獻2的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于專利文獻1那樣的由兩個逆變器和一個整流器一體化而形成的大容量的功率轉(zhuǎn)換裝置中，則形成有13條并聯(lián)的制冷劑流路，各半導(dǎo)體組所能使用的制冷劑的流量是1/13，因此，冷卻器的散熱性能會大幅降低，專利文獻2的問題會更為顯著。另外，對于從制冷劑的流路入口到出口之間的溫度上升，其取決于從入口到出口之間的總發(fā)熱量與流量之間的關(guān)系。在如專利文獻1那樣的大容量的功率轉(zhuǎn)換裝置中，盡管從入口到出口之間的總發(fā)熱量增大，但是若此處采用專利文獻2那樣的并聯(lián)流路結(jié)構(gòu)，則各半導(dǎo)體組的制冷劑流速會進一步顯著減少。因此，在一個半導(dǎo)體組中所產(chǎn)生的制冷劑的溫度上升極大，因而在一個半導(dǎo)體元件內(nèi)會產(chǎn)生很大的溫度差，并會導(dǎo)致以下新問題：例如半導(dǎo)體元件內(nèi)部的電流分布會惡化，進而因電流集中而使半導(dǎo)體元件局部過熱并導(dǎo)致破壞，短路耐量降低等，對半導(dǎo)體元件的電學(xué)特性帶來不良影響等。另外，在專利文獻2中，為了將所有半導(dǎo)體元件配置在制冷劑流路的最上游，而提出如下技術(shù)：即，并列配置半導(dǎo)體元件，以使得半導(dǎo)體元件在個別流路內(nèi)不會串聯(lián)排列；在上游側(cè)將流路一分為二，在冷卻各一個半導(dǎo)體元件之后，使流路匯合，來構(gòu)成流向下游側(cè)的流路。但是，在上述結(jié)構(gòu)中，制冷劑上游側(cè)和下游側(cè)之間的水溫差會在僅通過各一個半導(dǎo)體元件的期間內(nèi)產(chǎn)生，因此，各半導(dǎo)體元件內(nèi)的溫度差相比上述的例子會明顯增加，此外，需要將半導(dǎo)體元件排列在一條直線上，并在上游側(cè)將流路一分為二、來構(gòu)成向各半導(dǎo)體元件分配制冷劑的流路，因此，可能會難以實現(xiàn)小型化，或會降低構(gòu)件配置結(jié)構(gòu)的自由度。另外，在專利文獻2中，作為因制冷劑溫度上升而導(dǎo)致的熱可行性惡化的對策，通過在將半導(dǎo)體配置在冷卻器的兩個表面、并在發(fā)熱較大的IGBT的正下方配置發(fā)熱較小的二極管等方面下功夫，從而設(shè)法減小因各半導(dǎo)體間的熱干擾而導(dǎo)致的不良影響，改善散熱性。由此，盡管專利文獻2中設(shè)法減小因各半導(dǎo)體間的熱干擾而導(dǎo)致的不良影響，改善散熱性，但卻未提出任何關(guān)于因制冷劑流量的分散而導(dǎo)致各半導(dǎo)體組中的制冷劑溫度的上升量增加的解決方案。另外，由于將與半導(dǎo)體元件驅(qū)動用的控制基板相連接的IGBT配置在冷卻器的上下側(cè)，因而與配置在半導(dǎo)體模塊的單側(cè)表面上的控制基板的連接變復(fù)雜，此外，由于制冷劑流路包含在半導(dǎo)體模塊中，因此，作為防止制冷劑泄漏的對策，需要將包含流路的冷卻器與半導(dǎo)體模塊一體化，因而會導(dǎo)致難以實現(xiàn)半導(dǎo)體模塊的大型化、大容量化。本專利技術(shù)是為了解決上述問題而完成的，其目的在于獲得一種低成本、冷卻性能優(yōu)異的功率轉(zhuǎn)換裝置。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本專利技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換裝置包括：冷卻器，該冷卻器包含有流過制冷劑的流路；以及至少兩個以上的發(fā)熱體，該至少兩個以上的發(fā)熱體分散配置在冷卻器的兩個相對的主面上，由冷卻器進行冷卻，該功率轉(zhuǎn)換裝置中，從冷卻器的制冷劑入口到制冷劑出口的流路包括：對發(fā)熱體進行冷卻的上游側(cè)冷卻部及下游側(cè)冷卻部；位于制冷劑入口側(cè)的上游側(cè)分配部；位于制冷劑出口側(cè)的下游側(cè)分配部；連結(jié)上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部的連接部；以及隔開上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部、及上游側(cè)分配部和下游側(cè)分配部的分隔部，流路以制冷劑依次流過上游側(cè)分配部、上游側(cè)冷卻部、連接部、下游側(cè)冷卻部、下游側(cè)分配部的方式進行連接。專利技術(shù)效果本專利技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換裝置包括：冷卻器，該冷卻器包含有流過制冷劑的流路；以及至少兩個以上的發(fā)熱體，該至少兩個以上的發(fā)熱體分散配置在冷卻器的兩個相對的主面上，由冷卻器進行冷卻，該功率轉(zhuǎn)換裝置中，從冷卻器的制冷劑入口到制冷劑出口的流路包括：對發(fā)熱體進行冷卻的上游側(cè)冷卻部及下游側(cè)冷卻部；位于制冷劑入口側(cè)的上游側(cè)分配部；位于制冷劑出口側(cè)的下游側(cè)分配部；連結(jié)上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部的連接部；以及隔開上游側(cè)冷卻部和下游側(cè)冷卻部、及上游側(cè)分配部和下游側(cè)分配部的分隔部，流路以制冷劑依次流過上游側(cè)分配部、上游側(cè)冷卻部、連接部、下游側(cè)冷卻部、下游側(cè)分配部的方式進行連接。因此，能獲得成本低廉且冷卻性能優(yōu)異的功率轉(zhuǎn)換裝置。附圖說明圖1是表示本專利技術(shù)的實施方式1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的基本結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是表示本專利技術(shù)的實施方式1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的冷卻器的制冷劑流路的結(jié)構(gòu)圖。圖3是將本專利技術(shù)的實施方式1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的效果與專利文獻1、2的問題一起示出的說明圖。圖4是將本專利技術(shù)的實施方式1所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中、將發(fā)熱量相同的發(fā)熱體配置在各相上下本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種功率轉(zhuǎn)換裝置，包括：冷卻器，該冷卻器包含有流過制冷劑的流路；以及至少兩個以上的發(fā)熱體，該至少兩個以上的發(fā)熱體分散配置在所述冷卻器的兩個相對的主面上，由所述冷卻器進行冷卻，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，從所述冷卻器的制冷劑入口到制冷劑出口的所述流路包括：對所述發(fā)熱體進行冷卻的上游側(cè)冷卻部及下游側(cè)冷卻部；位于所述制冷劑入口側(cè)的上游側(cè)分配部；位于所述制冷劑出口側(cè)的下游側(cè)分配部；連結(jié)所述上游側(cè)冷卻部和所述下游側(cè)冷卻部的連接部，以及隔開所述上游側(cè)冷卻部和所述下游側(cè)冷卻部、及所述上游側(cè)分配部和所述下游側(cè)分配部的分隔部，所述流路以所述制冷劑依次流過所述上游側(cè)分配部、所述上游側(cè)冷卻部、所述連接部、所述下游側(cè)冷卻部、所述下游側(cè)分配部的方式進行連接，所述制冷劑從所述上游側(cè)分配部分成不同方向的兩條流路，形成所述上游側(cè)冷卻部，兩條流路分別流過對應(yīng)的所述連接部及所述下游側(cè)冷卻部，在所述下游側(cè)分配部合流。

【技術(shù)特征摘要】
2012.11.21 JP 2012-2551781.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，包括：冷卻器，該冷卻器包含有流過制冷劑的流路；以及至少兩個以上的發(fā)熱體，該至少兩個以上的發(fā)熱體分散配置在所述冷卻器的兩個相對的主面上，由所述冷卻器進行冷卻，所述功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，從所述冷卻器的制冷劑入口到制冷劑出口的所述流路包括：對所述發(fā)熱體進行冷卻的上游側(cè)冷卻部及下游側(cè)冷卻部；位于所述制冷劑入口側(cè)的上游側(cè)分配部；位于所述制冷劑出口側(cè)的下游側(cè)分配部；連結(jié)所述上游側(cè)冷卻部和所述下游側(cè)冷卻部的連接部，以及隔開所述上游側(cè)冷卻部和所述下游側(cè)冷卻部、及所述上游側(cè)分配部和所述下游側(cè)分配部的分隔部，所述流路以所述制冷劑依次流過所述上游側(cè)分配部、所述上游側(cè)冷卻部、所述連接部、所述下游側(cè)冷卻部、所述下游側(cè)分配部的方式進行連接，所述制冷劑從所述上游側(cè)分配部分成不同方向的兩條流路，形成所述上游側(cè)冷卻部，兩條流路分別流過對應(yīng)的所述連接部及所述下游側(cè)冷卻部，在所述下游側(cè)分配部合流。2.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，安裝于所述下游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體的允許溫度高于安裝于所述上游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體的允許溫度。3.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，安裝于所述下游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體是寬帶隙半導(dǎo)體。4.如權(quán)利要求3所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體是碳化硅、氮化鎵類材料、或金剛石。5.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，安裝于所述上游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體的發(fā)熱量大于安裝于所述下游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體的發(fā)熱量。6.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，安裝于所述上游側(cè)冷卻部的發(fā)熱體是開關(guān)元件。7.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，安裝于所述下游側(cè)冷卻部的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石橋誠司，
申請(專利權(quán))人：三菱電機株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本,JP