JPWO2014024361A1 - 冷却構造体及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

ケース体の一面に放熱部材（１３）が形成された半導体パワーモジュール（１１）と、放熱部材に接合される冷却体（３）と、発熱回路部品を含む実装基板（２２），（２３）と、実装基板を半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持する伝熱支持用金属板（３２），（３３）を備える。放熱部材は、冷却体に接合する側に接液部（１７）が突出して形成され、冷却体は、冷却液に接液部を浸漬する浸漬部（５）と、浸漬部の外側に形成されてＯリングを装着した周溝（６）を設けている。放熱部材及び冷却体は、周溝より外側の互いの接合面で伝熱支持用金属板を挟持し、Ｏリングの断面直径が、伝熱支持用金属板の厚みと周溝の深さとを足した値より大きな値に設定されている。

Description

本発明は、発熱体の熱を冷却する冷却構造体と、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュール上に、所定間隔を保って上記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を支持するようにした電力変換装置に関する。

この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載された電力変換装置が知られている。
この電力変換装置は、筐体内に、冷却液が通過する水冷ジャケットを配置し、この水冷ジャケット上に電力変換用の半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴを内蔵したパワーモジュールを配置して冷却するようにしている。また、筐体内には、パワーモジュールの水冷ジャケットとは反対側に所定距離を保って制御回路基板を配置し、この制御回路基板で発生する熱を、放熱部材を介して制御回路基板を支持する金属ベース板に伝達し、さらに金属ベース板に伝達された熱を、この金属ベース板を支持する筐体の側壁を介して水冷ジャケットに伝達するようにしている。

上記特許文献１に記載された従来例にあっては、制御回路基板で発生する熱を、制御回路基板→放熱部材→金属ベース板→筐体→水冷ジャケットという経路で放熱するようにしている。このため、筐体が伝熱経路の一部として利用されることにより、筐体にも良好な伝熱性が要求されることになり、材料が熱伝導率の高い金属に限定され、小型軽量化の要求される電力変換装置おいて、樹脂等の軽量な材料の選択が不可能となり軽量化が困難となるおそれがある。
そこで、制御回路基板などの発熱体で発生する熱を、筐体を介在させず、金属ベース板の端部をパワーモジュールと水冷ジャケットとの間で挟持することで、発熱体の熱を効率よく水冷ジャケットに放熱する構造が考えられる。

特開２０１０−３５３４６号

ところで、パワーモジュールの一部を、水冷ジャケットを通過する冷却液に直接接触させて冷却する直接冷却方式を採用すると、パワーモジュールと水冷ジャケットとの間にＯリングが装着されるが、Ｏリングのつぶし量が変化すると、パワーモジュールと水冷ジャケットとの間の液密封止が低下するおそれがある。
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、第１の発熱体及び冷却体の間の液密封止を確保することができる冷却構造体と放熱部材及び冷却体との間の液密封止を確保することができる電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却構造体は、第１の発熱体と、前記第１の発熱体に接合される冷却体と、第２の発熱体と、前記第２の発熱体の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記第１の発熱体は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、前記冷却体は、前記第１の発熱体に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてＯリングを装着した周溝と、を設け、前記第１の発熱体及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの平坦な接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、前記Ｏリングの断面直径は、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記第１の発熱体の接合面と、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値とした。
この一態様に係る冷却構造体によると、Ｏリングが、第１の発熱体及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に接合される冷却体と、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてＯリングを装着した周溝と、を設け、前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、前記Ｏリングの断面直径は、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記放熱部材の接合面と、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値とした。
この一態様に係る電力変換装置によると、Ｏリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、前記放熱部材に接合される冷却体と、前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、当該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触させる伝熱支持用金属板と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に接液部が突出して形成され、前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の外側に形成されてＯリングを装着した周溝と、を設け、前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外側の互いの接合面で前記伝熱支持用金属板を挟持して接合され、前記Ｏリングの断面直径は、伝熱支持用金属板の厚みと前記周溝の深さとを足した値より大きな値とした。

この一態様に係る電力変換装置によると、放熱部材及び冷却体の間で挟持している伝熱支持用金属板の板厚にばらつきが生じても、Ｏリングの断面直径が、伝熱支持用金属板の厚みと周溝の深さとを足した値より大きな値としているので、Ｏリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行う。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記周溝の開口部の縁部に、前記Ｏリングを保持するＯリング保持用突起が形成されており、当該Ｏリング保持用突起は、前記Ｏリングが前記放熱部材の接合面に弾性変形しながら密着するときに前記接合面との間に隙間を設けるようにした。
この一態様に係る電力変換装置によると、周溝の開口部の縁部に形成したＯリング保持用突起は、放熱部材及び冷却体の接合面に押しつぶされるＯリングのガイド部材として機能する。

また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記Ｏリング保持用突起が、前記周溝の開口部の少なくとも外周側の縁部に形成されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、冷却水封止用Ｏリングは、周溝の外周側に寄った位置に配置されるので、Ｏリング保持用突起は、冷却水封止用Ｏリングが押しつぶされる際のガイドを確実に行う。

さらに、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記周溝の底からＯリング保持用突起の頂部までの高さが、前記Ｏリングの半径より大きな値に設定されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、周溝内に装着したＯリングが外に出にくくなり、組み立ての途中のリングの周溝据え付け状態を良好とすることができる。

さらにまた、本発明の一態様に係る電力変換装置は、前記Ｏリングが前記放熱部材の前記接合面に密着しているときの前記周溝の底から前記放熱部材の前記接合面までの高さが、前記Ｏリングを許容つぶし率でつぶしたときの高さに設定されている。
この一態様に係る冷却構造体によると、許容つぶし率で押しつぶれるＯリングを使用したことで、Ｏリング７の圧縮永久ひずみ、圧縮割れを防止することができる。

本発明に係る冷却構造体によれば、Ｏリングが、第１の発熱体及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行うことで、信頼性の高い冷却構造体を得ることができる。
また、本発明に係る電力変換装置によれば、Ｏリングが、放熱部材及び冷却体の接合面に最適な押し潰し量で弾性変形しながら密着して液密封止を行うことで、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。

本発明に係る電力変換装置の全体構成を示す断面図である。 図１の電力変換装置の要部を示す断面図である。 電力変換装置の放熱部材と冷却体との間で伝熱支持用金属板が挟持されている状態を示す断面図である。 伝熱支持用金属板を示す側面図である。 発熱回路部品の全体の放熱経路を説明する図である。 本発明で使用されているＯリングの断面を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の液密封止構造を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の液密封止構造を示す図である。 本発明に係る第３実施形態の液密封止構造を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１の要部を拡大して示した図である。
図１の符号１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂで構成されている。

下部筐体２Ａは有底角筒体で構成されている。この下部筐体２Ａは開放上部が冷却体３で覆われ、内部に平滑用のフィルムコンデンサ４が収納されている。
上部筐体２Ｂは、上端及び下端を開放した角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。そして、角筒体２ａの下端が冷却体３で閉塞されている。
この角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。

冷却体３は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金を射出成形して形成されており、下面は平坦面とされ、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂが筐体２の外方に開口されている。これら給水口３ａ及び排水口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。
図３にも示すように、冷却体３の上面中央には、給水口３ａ及び排水口３ｂに連通する四角形状に開口する浸漬部５が形成され、この浸漬部５の上面開口部の周縁に、四角枠状の周溝６が形成され、この周溝６にＯリング７が装着されている。そして、周溝６の開口部の周縁に、冷却体３の他の平坦な上面（図２の符号３ｃ）より上方に突出するＯリング保持用突起８が形成されている。

また、図１に戻って、冷却体３には、下部筐体２Ａに保持されたフィルムコンデンサ４の絶縁被覆された正負の電極４ａを上下に挿通する挿通孔３ｅが形成されている。
電力変換装置１は、電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵したパワーモジュール１１を備えている。このパワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。

放熱部材１３の下面中央部には、冷却体３の浸漬部５に入り込む接液部１７が形成されている。この接液部１７は、放熱部材１３の下面から互いに均等の間隔をあけながら所定長さで突出している多数の冷却フィン１７ａで構成されており、給水口３ａから浸漬部５に流れ込んできた冷却水に、多数の冷却フィン１７ａが浸されるようになっている。
ケース体１２及び放熱部材１３には平面からみて四隅に固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５の内側における４箇所に所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。

図２に示すように、基板固定部１６の上端に、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する駆動回路等が実装された駆動回路基板２１が固定されている。また、駆動回路基板２１の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを制御する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路等を実装した実装基板としての制御回路基板２２が固定されている。さらに、制御回路基板２２の上方に所定間隔を保ってパワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴに電源を供給する発熱回路部品を含む電源回路等を実装した実装基板としての電源回路基板２３が固定されている。

そして、駆動回路基板２１は、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２１ａ内に継ぎねじ２４の雄ねじ部２４ａを挿通し、この雄ねじ部２４ａを基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板２２は継ぎねじ２４の上端に形成した雌ねじ部２４ｂに対向する位置に形成した挿通孔２２ａ内に継ぎねじ２５の雄ねじ部２５ａを挿通し、この雄ねじ部２５ａを継ぎねじ２４の雌ねじ部２４ｂに螺合することにより固定されている。

さらに、電源回路基板２３は継ぎねじ２５の上端に形成した雌ねじ部２５ｂに対向する位置に形成した挿通孔２３ａ内に固定ねじ２６を挿通し、この固定ねじ２６を継ぎねじ２５の雌ねじ部２５ｂに螺合することにより固定されている。
また、制御回路基板２２及び電源回路基板２３は、伝熱支持用金属板３２，３３によって筐体２を介することなく冷却体３への放熱経路を独自に形成するように支持されている。これら伝熱支持用金属板３２及び３３は、熱伝導率が高い金属板例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の金属板で形成されている。

伝熱支持用金属板３２は、平板形状の伝熱支持板部３２ａと、この伝熱支持板部３２ａの右側端部から下方に折り曲げられて放熱部材１３に向けて延在する伝熱支持側板部３２ｂと、伝熱支持側板部３２ｂの下端部から左側に折り曲げられて放熱部材１３の下面に沿って延在する冷却体接触板部３２ｃとを一体に備えた部品である。
伝熱支持板部３２ａには、伝熱部材３５を介して制御回路基板２２が固定ねじ３６によって固定される。伝熱部材３５は、伸縮性を有する弾性体で電源回路基板２３と同じ外形寸法に構成されている。この伝熱部材３５としては、シリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。

また、伝熱支持用金属板３３は、平板形状の伝熱支持板部３３ａと、この伝熱支持板部３３ａの左側端部から下方に折り曲げられて放熱部材１３に向けて延在する伝熱支持側板部３３ｂと、伝熱支持側板部３３ｂの下端部から右側に折り曲げられて放熱部材１３の下面に沿って延在する冷却体接触板部３３ｃとを一体に備えた部品である。
伝熱支持板部３３ａには、前述した伝熱部材３５と同様の伝熱部材３７を介して電源回路基板２３が固定ねじ３８によって固定される。

これら伝熱支持用金属板３２，３３を一体部品とすることで、熱抵抗を小さくしてより効率の良い放熱を行うことができる。また、伝熱支持用金属板３２の伝熱支持板部３２ａと伝熱支持側板部３２ｂとの連結部及び伝熱支持側板部３２ｂと冷却体接触板部３２ｃとの連結部とを湾曲部とし、伝熱支持用金属板３３の伝熱支持板部３３ａと伝熱支持側板部３３ｂとの連結部及び伝熱支持側板部３３ｂと冷却体接触板部３３ｃとの連結部とを湾曲部とすることで、電力変換装置１に伝達される上下振動や横揺れ等に対する耐振動性を向上することができる。

図３に示すように、電源回路基板２３には、発熱回路部品３９が下面側に実装されており、電源回路基板２３、伝熱部材３７及び伝熱支持板部３３ａが、固定ねじ３８により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３３ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４３が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を電源回路ユニットＵ３と称する。

この際、電源回路基板２３の下面側に実装された発熱回路部品３９が伝熱部材３７の弾性によって伝熱部材３７内に埋め込まれる。このため、発熱回路部品３９と伝熱部材３７との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３７と電源回路基板２３及び伝熱支持板部３３ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。

また、図示しないが、制御回路基板２２の下面側にも発熱回路部品が実装されており、制御回路基板２２、伝熱部材３５及び伝熱支持板部３２ａが、固定ねじ３６により積層状態で固定されており、伝熱支持板部３２ａの下面には、絶縁距離を短くするために絶縁シート４２が貼着されている。なお、これらの積層状態の部品を制御回路ユニットＵ２と称する。

そして、制御回路基板２２の下面側に実装された発熱回路部品が伝熱部材３５の弾性によって伝熱部材３５内に埋め込まれ、制御回路基板２２と伝熱部材３５との接触が過不足なく行われるとともに、伝熱部材３５と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３２ａとの接触が良好に行われ、伝熱部材３５と制御回路基板２２及び伝熱支持板部３２ａとの間の熱抵抗を減少させることができる。

また、伝熱支持用金属板の伝熱支持側板部３３ｂには、図４に示すように、パワーモジュール１１の図１に示す３相交流出力端子１１ｂに対応する位置に後述するブスバー５５を挿通する例えば方形の３つの挿通孔３３ｉが形成されている。このように、３つの挿通孔３３ｉを形成することにより、隣接する挿通孔３３ｉ間に比較的幅広の伝熱路Ｌｈを形成することができ、全体の伝熱路の断面積を増加させて効率よく伝熱することができる。また、振動に対する剛性も確保することができる。

同様に、伝熱支持用金属板３２の伝熱支持側板部３２ｂにも、パワーモジュール１１の正極及び負極端子１１ａに対向する位置にそれぞれ同様の挿通孔３２ｉが形成されている。この挿通孔３２ｉを形成することにより、上述した挿通孔３３ｉと同様の作用効果を得ることができる。
また、伝熱支持用金属板３２の冷却体接触板部３２ｃ及び伝熱支持用金属板３３の冷却体接触板部３３ｃには、図２に示すように、パワーモジュール１１の固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５に対向する位置に固定部材挿通孔３２ｃ１，３３ｃ１が形成されている。

そして、図２に示すように、放熱部材１３の挿通孔１５及び冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃの固定部材挿通孔３２ｃ１，３３ｃ１に固定ねじ１４を挿通し、固定ねじ１４を冷却体３に形成した雌ねじ部に螺合させる。
これにより、伝熱支持用金属板３２，３３の冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃを、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面１３ａと冷却体３の上面３ｃとに当接し、放熱部材１３及び冷却体３で挟持して固定する。
この際、冷却体３の浸漬部５の周囲の周溝６に装着したＯリング７が放熱部材１３の下面１３ａに押しつぶされ、冷却体３の浸漬部５に溜まった冷却水が外部に漏れるのを防止する液密封止が施されている。

また、図１に示すように、パワーモジュール１１の正負の直流入力端子に１１ａに、ブスバー５５が接続され、ブスバー５５の他端に冷却体３を貫通するフィルムコンデンサ４の正負の電極４ａが固定ねじ５１で連結されている。また、パワーモジュール１１の負極端子１１ａに、外部のコンバータ（図示せず）に接続する接続コード５２の先端に固定された圧着端子５３が固定されている。
さらに、パワーモジュール１１の３相交流出力端子１１ｂに、ブスバー５５の一端を固定ねじ５６で接続し、このブスバー５５の途中に電流センサ５７が配置されている。そして、ブスバー５５の他端に圧着端子５９が固定ねじ６０で接続されている。圧着端子５９は、外部の３相電動モータ（図示せず）に接続したモータ接続ケーブル５８に固定されている。

この状態で、外部のコンバータ（図示せず）から直流電力を供給するとともに、電源回路基板２３に実装された電源回路、制御回路基板２２に実装された制御回路を動作状態とし、制御回路から例えばパルス幅変調信号でなるゲート信号を駆動回路基板２１に実装された駆動回路を介してパワーモジュール１１に供給する。これによって、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴが制御されて、直流電力を交流電力に変換する。変換した交流電力は３相交流出力端子１１ｂからブスバー５５を介してモータ接続ケーブル５８に供給し、３相電動モータ（図示せず）を駆動制御する。

このとき、パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴで発熱するが、パワーモジュール１１の放熱部材１３の下面中央部に設けた接液部１７が冷却体３に設けた浸漬部５に入り込んで冷却液に浸漬されているので、パワーモジュール１１は効率良く冷却される。
一方、制御回路基板２２及び電源回路基板２３に実装されている制御回路及び電源回路には発熱回路部品３９が含まれており、これら発熱回路部品３９で発熱を生じる。このとき、発熱回路部品３９は制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側に実装されている。

そして、これら制御回路基板２２及び電源回路基板２３の下面側には、熱伝導率が高く弾性を有する伝熱部材３５及び３７を介して伝熱支持用金属板３２，３３の伝熱支持板部３２ａ，３３ａが設けられている。伝熱支持用金属板３２，３３は、伝熱支持板部３２ａ，３３ａと、伝熱支持側板部３２ｂ，３３ｂと、冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃとを一体化した部品であって、熱抵抗が小さい部材なので、図５に示すように、伝熱支持用金属板３２，３３に伝達された熱は、冷却体３の上面３ｃに直接接触した冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃから冷却体３に放熱され、効率の良い放熱を行うことができる。
ここで、図６は、自由状態のＯリング７を示すものであり、断面直径がＤである。

次に、図７は、第１実施形態の液密封止構造である。
本実施形態のＯリング７の断面直径Ｄは、周溝６に装着したＯリング７が弾性変形しながら密着する放熱部材１３の下面１３ａと周溝６の底面６ａとの間の距離Ｆ１より大きな値に設定されている。
本実施形態によると、Ｏリング７の断面直径Ｄを、周溝６に装着したＯリング７が弾性変形しながら密着する放熱部材１３の下面１３ａと周溝６の底面６ａとの間の距離Ｆ１より大きな値に設定したので、Ｏリング７は最適な押しつぶし量で弾性変形する。
したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造は、冷却体３の浸漬部５に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置１を提供することができる。

次に、図８は、第２実施形態の液密封止構造である。
上述した電力変換装置１の伝熱支持用金属板３２，３３は、一般に、低コストを目的として安価な板金部材が使用されており、このような板金部材からなる伝熱支持用金属板３２，３３は、板厚に±１０％程度の範囲のばらつきがある。
伝熱支持用金属板３２，３３の冷却体接触板部３２ｃ，３３ｃの板厚のばらつきを考慮せずに所定断面直径のＯリングを選択すると、伝熱支持用金属板３２，３３の板厚が薄い（マイナス方向のばらつきがある）場合には、Ｏリングが周溝６の底面６ａと放熱部材１３の下面１３ａとに過度に押しつぶされ、Ｏリングの圧縮永久ひずみや圧縮割れにより液密封止が不可能となるおそれがある。逆に、伝熱支持用金属板３２，３３の板厚が厚い（プラス方向のばらつきがある）場合には、Ｏリングが周溝６の底面６ａと放熱部材１３の下面１３ａとによる押しつぶし量が低下し、十分な液密封止が行われないおそれがある。

そこで、本実施形態のＯリング７の断面直径Ｄ（図６参照）は、±１０％程度のばらつきを生じる伝熱支持用金属板３３の板厚Ｔと、周溝６の深さＬとを足した値より大きな値に設定されている。
また、周溝６の深さＬは、Ｏリング７の半径Ｒ（図６参照）より大きな値に設定されている。
また、周溝６の開口部の内周側にＯリング用突起８ａ、周溝６の開口部の外周側にＯリング用突起８ｂが突出量Ｍ（冷却体３の上面３ｃからの高さ）で突出して形成されているが、これらＯリング用突起８ａ，８ｂの突出量Ｍは、Ｏリング７が放熱部材１３の下面１３ａと周溝６の底面６ａとの間に密着しながら弾性変形するときに、下面１３ａとの間に隙間を設ける程度に突出している。
なお、図８では伝熱支持用金属板３３について説明したが、伝熱支持用金属板３２側も同様の構造である。

本実施形態によると、Ｏリング７の断面直径Ｄは、±１０％程度のばらつきを生じる伝熱支持用金属板３２，３３の板厚Ｔと、周溝６の深さＬとを足した値より大きな値に設定されているので、伝熱支持用金属板３２，３３の板厚Ｔがマイナス方向にばらついても、Ｏリング７が底面６ａと下面１３ａとに過度に押しつぶされずに液密封止を行うとともに、伝熱支持用金属板３２，３３の板厚Ｔがプラス方向にばらついても、Ｏリング７は最適な押しつぶし量で液密封止を行うことができる。したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造も、冷却体３の浸漬部５に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置１を提供することができる。

また、本実施形態では、周溝６の深さＬを、Ｏリング７の半径Ｒより大きな値に設定したことから、周溝６内に装着されたＯリング７が外に出にくくなり、電力変換装置１の組み立ての途中において周溝６のリング７の据え付けを良好とすることができる。
また、冷却水を封止する本実施形態のＯリング７は、周溝６の外周側に寄った位置に配置されるが、少なくとも周溝６の開口部の外周側にＯリング用突起８ｂが突出して形成されおり、このＯリング用突起８ｂが、組み立ての途中の周溝６のＯリング７の据え付け状態を良好とするとともに、Ｏリング７が押しつぶされる際に接触することで押しつぶしガイドとしても機能する。

さらに、図９は、第３実施形態の冷却液の液密封止構造である。
Ｏリング７の許容つぶし率（（自由状態の断面直径−組付け状態の断面直径）／自由状態の断面直径）の推奨値は、一般的に８％以上３０％以下である。
そこで、本実施形態のＯリング７は、周溝６に装着したＯリング７が当接する放熱部材１３の下面１３ａと周溝６の底面６ａとの間の距離Ｆ２が、許容つぶし率（８％以上３０％以下）で押しつぶしたときの寸法となるものを選択している。

本実施形態の許容つぶし率（８％以上３０％以下）で押しつぶれるＯリング７を使用したことで、Ｏリング７の圧縮永久ひずみ、圧縮割れを防止することができる。
したがって、本実施形態の冷却液の液密封止構造も、冷却体３の浸漬部５に溜まっている冷却水の確実な液密封止を確保することができ、信頼性の高い電力変換装置１を提供することができる。

なお、本発明の第１の発熱体が放熱部材１３に対応し、本発明の第２の発熱体が制御回路基板２２及び電源回路基板２３に対応し、本発明の伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３に対応し、本発明の第１の発熱体及び冷却体の接合面で挟持される伝熱板が伝熱支持用金属板３２，３３の冷却体接触板部３２ｃ、３３ｃに対応している。
また、図１及び図２で示した制御回路ユニットＵ２及び電源回路ユニットＵ３において、伝熱部材３５及び３７を制御回路基板２２及び電源回路基板２３と同じ外形とした場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、伝熱部材３５及び３７を発熱回路部品３９が存在する箇所にのみ設けるようにしてもよい。

また、図１及び図２においては、制御回路基板２２及び電源回路基板２３で発熱回路部品３９を裏面側の伝熱部材３５及び３７側に実装する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、制御回路基板２２及び電源回路基板２３の伝熱部材３５及び３７とは反対側の外周領域に、発熱回路部品３９を実装するようにしてよい。

さらに、図１及び図２においては、平滑用のコンデンサとしてフィルムコンデンサ４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の電解コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、本発明に係る電力変換装置１を、電気自動車に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軌条を走行する鉄道車両にも本発明を適用することができ、任意の電気駆動車両に適用することができる。さらに電力変換装置１としては電気駆動車両に限らず、他の産業機器における電動モータ等のアクチュエータを駆動する場合に本発明の電力変換装置１を適用することができる。

以上のように、本発明に係る冷却構造体は、第１の発熱体及び冷却体の間の液密封止を確保するのに有用であり、本発明に係る電力変換装置は、放熱部材及び冷却体との間の液密封止を確保するのに有用である。

１…電力変換装置、２…筐体、２Ａ…下部筐体、２Ｂ…上部筐体、２ａ…角筒体、２ｂ…蓋体、３…冷却体、３ａ…給水口、３ｂ…排水口、３ｃ…冷却体の上面、３ｅ…挿通孔、４…フィルムコンデンサ、４ａ…正負の電極、５…浸漬部、６…周溝、７…Ｏリング、８…Ｏリング保持用突起、１１…パワーモジュール、１１ａ…負極端子、１１ｂ…３相交流出力端子、１２…ケース体、１３…放熱部材、１４…固定ねじ、１５…挿通孔、１６…基板固定部、１６ａ…雌ねじ部、１７…接液部、１７ａ…冷却フィン、２１…駆動回路基板、２１ａ…挿通孔、２２…制御回路基板、２２ａ…挿通孔、２３…電源回路基板、２３ａ…挿通孔、２４ａ…雄ねじ部、２４ｂ…雌ねじ部、２５ａ…雄ねじ部、２５ｂ…雌ねじ部、３２，３３…伝熱支持用金属板、３２ａ…伝熱支持板部、３２ｂ…伝熱支持側板部、３２ｃ…冷却体接触板部、３２ｃ，３３ｃ…冷却体接触板部、３２ｃ１，３３ｃ１…固定部材挿通孔、３２ｉ…挿通孔、３３ａ…伝熱支持板部、３３ｂ…伝熱支持側板部、３３ｃ…冷却体接触板部、３３ｉ…挿通孔、３５…伝熱部材、３７…伝熱部材、３９…発熱回路部品、４２…絶縁シート、４３…絶縁シート、５１…固定ねじ、５２…接続コード、５３，５９…圧着端子、５５…ブスバー、５７…電流センサ、５８…モータ接続ケーブル、６０…固定ねじ

Claims (7)

1. 第１の発熱体と、
   前記第１の発熱体に接合される冷却体と、
   第２の発熱体と、
   前記第２の発熱体の熱を前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
   前記第１の発熱体は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、
   前記冷却体は、前記第１の発熱体に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてＯリングを装着した周溝と、を設け、
   前記第１の発熱体及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、
   前記Ｏリングの断面直径は、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記第１の発熱体の接合面と、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値であることを特徴とする冷却構造体。
2. 一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
   前記放熱部材に接合される冷却体と、
   前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板の熱を、前記冷却体に伝熱させる伝熱板と、を備え、
   前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に突出して形成された接液部を有し、
   前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の開口を囲むように形成されてＯリングが装着された周溝と、を設け、
   前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外周側の互いの接合面で前記伝熱板を挟持して接合され、
   前記Ｏリングの断面直径は、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記放熱部材の接合面と、前記Ｏリングが弾性変形しながら密着する前記周溝の接合面との間の距離より大きな値であることを特徴とする電力変換装置。
3. 電力変換用の半導体スイッチング素子をケース体に内蔵し、当該ケース体の一面に放熱部材が形成された半導体パワーモジュールと、
   前記放熱部材に接合される冷却体と、
   前記半導体スイッチング素子を駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板と、
   当該実装基板を前記半導体パワーモジュールとの間に所定間隔を保って支持し、当該実装基板の発熱を前記冷却体に筐体を介することなく放熱するように前記冷却体に接触させる伝熱支持用金属板と、を備え、
   前記放熱部材は、前記冷却体に接合する側に接液部が突出して形成され、
   前記冷却体は、前記放熱部材に接合する側に開口して形成され、通流される冷却液に前記接液部を浸漬する浸漬部と、当該浸漬部の外側に形成されてＯリングを装着した周溝とを設け、
   前記放熱部材及び前記冷却体は、前記周溝より外側の互いの接合面で前記伝熱支持用金属板を挟持して接合され、
   前記Ｏリングの断面直径は、前記伝熱支持用金属板の厚みと前記周溝の深さとを足した値より大きな値であることを特徴とする電力変換装置。
4. 前記周溝の開口部の縁部に、前記Ｏリングを保持するＯリング保持用突起が形成されており、当該Ｏリング保持用突起は、前記Ｏリングが前記放熱部材の接合面に弾性変形しながら密着するときに前記接合面との間に隙間を設けることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記Ｏリング保持用突起は、前記周溝の開口部の少なくとも外周側の縁部に形成されていることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
6. 前記周溝の底からＯリング保持用突起の頂部までの高さは、前記Ｏリングの半径より大きな値であることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力変換装置。
7. 前記Ｏリングが前記放熱部材の前記接合面に密着しているときの前記周溝の底から前記放熱部材の前記接合面までの高さは、前記Ｏリングを許容つぶし率でつぶしたときの高さに設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

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