特許 6242691 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242691

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20171127BHJP

   H02M 7/04 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H02M7/04 B

   H02M7/04 A

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-5376(P2014-5376)

(22)【出願日】2014年1月15日

(65)【公開番号】特開2015-133875(P2015-133875A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】北澤 靖之

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−００８９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４３５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３５１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２９９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３９６９３５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体に脱着可能に取り付けられた複数の半導体冷却モジュールと、
前記筐体内に設けられ、前記半導体冷却モジュールが電気的に接続される制御回路と、
を備え、
前記半導体冷却モジュールは、
１相分の半導体素子を含む単一の半導体モジュールと、コンデンサと、前記制御回路に接続するコネクタと、を有する発熱部と、
前記発熱部に結合された冷却ブロックを有し、前記発熱部を冷却する放熱部と、
前記放熱部に設けられ前記半導体冷却モジュールを把持するための取っ手と、
前記冷却ブロックを前記筐体に取付けるための取付け構造部と、を備え、
前記冷却ブロックは、受熱面、この受熱面と対向する放熱面、および前記筐体の外面に当接するフランジ部を有するブロック本体と、前記放熱面から外方に突出する複数の放熱フィンと、を有し、
前記取っ手は、その両端の２つの固定部が前記ブロック本体の前記放熱面に固定され、２つの前記固定部間の部分は、前記放熱フィンを跨いで延出され、
前記冷却ブロックを前記筐体に取付け、前記発熱部を前記筐体内に収容し前記放熱部および取っ手を前記筐体の開放側に保持し、前記半導体冷却モジュールの着脱と同時に、前記コネクタにより半導体冷却モジュールと前記制御回路が接続、切断される電力変換装置。

【請求項2】

前記取付け構造部は、前記冷却ブロックのフランジ部に形成された複数の取付け孔と、
前記取付け孔を通して前記筐体にねじ込まれた複数のボルトと、を有する請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記冷却ブロックは、受熱面、この受熱面と対向する放熱面を有する円板状のブロック本体と、前記放熱面から外方に突出する複数の放熱フィンと、を有し、
前記取付け構造部は、前記ブロック本体の外周部に回動自在に取付けられているとともに、ねじ部を有する環状の取り付けフレームと、前記筐体の外面に固定され、前記取り付けフレームのねじ部と歯合する環状のねじ受け座と、を有する請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記取っ手は、前記取り付けフレームに取付けられ、前記取り付けフレームと一体に回動可能である請求項３に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、鉄道車両等に搭載される車両用の電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、鉄道車両には、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ、あるいは、直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧に変換するインバータ等の電力変換装置が搭載されている。このような電力変換装置は、主電動機の駆動、あるいは、空調システムの電動機の駆動に用いられる。電力変換装置は、通常、ＩＧＢＴ等の大容量の半導体スイッチング素子やダイオード等の複数の半導体素子と、これらを冷却する冷却器と、を一体とした半導体冷却ユニット（半導体冷却モジュール）を備えている。

【0003】

半導体冷却ユニットの冷却器は、例えば、受熱面を有する受熱ブロックと、この受熱ブロックと一体にあるいは別体に設けられた放熱フィン、ヒートパイプ等とを備えている。半導体スイッチング素子は、受熱ブロックの表面上に取付けられている。半導体スイッチング素子で発生した熱は、受熱ブロックに伝わり、この熱により、ヒートパイプ内の冷媒が加熱されて蒸発し、放熱フィン側で大気に熱放散して凝縮する。

【0004】

上記のような半導体素子と冷却器を一体にした半導体冷却ユニットを装置本体に取り付ける場合、そのユニットの重量と外形から、リフター・クレーンなど、重量物を上昇下降可能な機械を使用して半導体冷却ユニットを適正な位置へ移動した後、複数本のボルトで装置本体に固定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−２３５１１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のような構成の電力変換装置において、複数の半導体素子は全て受熱ブロックの共通の受熱面上に配置されていることから、半導体素子数に応じて冷却器の受熱面の面積を大きくする必要がある。その結果、冷却器の大型化により、半導体冷却ユニットが大型で重いユニットとなる。そのため、半導体冷却ユニットの交換作業の際、リフターなどの特殊工具を使用する必要があり、取付け取外し作業が非常に面倒であり、かつ作業に時間を要する。

【0007】

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、脱着作業を容易に行うことができる小型軽量の半導体冷却モジュールを備えた電力変換装置を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態によれば、電力変換装置は、筐体と、筐体に脱着可能に取り付けられた複数の半導体冷却モジュールと、筐体内に設けられ、半導体冷却モジュールが電気的に接続される制御回路と、を備えている。半導体冷却モジュールは、１相分の半導体素子を含む単一の半導体モジュールと、コンデンサと、制御回路に接続するコネクタと、を有する発熱部と、発熱部に結合された冷却ブロックを有し、発熱部を冷却する放熱部と、放熱部に設けられ半導体冷却モジュールを把持するための取っ手と、冷却ブロックを筐体に取付けるための取付け構造部と、を備える。前記冷却ブロックは、受熱面、この受熱面と対向する放熱面、および前記筐体の外面に当接するフランジ部を有するブロック本体と、前記放熱面から外方に突出する複数の放熱フィンと、を有し、前記取っ手は、その両端の２つの固定部が前記ブロック本体の前記放熱面に固定され、２つの前記固定部間の部分は、前記放熱フィンを跨いで延出されている。冷却ブロックを筐体に取付け、発熱部を筐体内に収容し放熱部および取っ手を筐体の開放側に保持し、半導体冷却モジュールの着脱と同時に、コネクタにより半導体冷却モジュールと制御回路が接続、切断される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の等価回路を示す図。

【図2】図２は、図１の電力変換装置を示す側面図。

【図3】図３は、図２の線Ａ−Ａに沿った電力変換装置の断面図。

【図4】図４は、図１の電力変換装置および半導体冷却モジュールを示す斜視図。

【図5】図５は、図４の半導体冷却モジュールの断面図。

【図6】図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置および半導体冷却モジュールを示す斜視図。

【図7】図７は、装着前の図６の半導体冷却モジュールを示す断面図。

【図8】図８は、装着状態の図６の半導体冷却モジュールの断面図。

【図9】図９は、装着状態の図６の半導体冷却モジュールの側面図および平面図。

【図10】図１０は、第１変形例に係る半導体冷却モジュールを示す斜視図。

【図11】図１１は、第２変形例に係る半導体冷却モジュールを示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の等価回路を示す図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、例えば、直流電力を交流電力に変換して電動機１１、空調装置等に供給する３レベル電力変換装置として構成されている。電力変換装置１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のインバータ回路１２と、直流電源、例えば、バッテリ２２からインバータ回路１２に供給される直流電圧を平滑するコンデンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、３相出力用接続導体２６を介して電動機１１へ流れる電流を検出する電流検出部２８と、電流検出部により検出された電流情報やコンデンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃに印加される電圧等に基づき、インバータ回路１２を制御する制御ユニット（制御回路）３５と、制御ユニット３５の制御信号に基づき、後述する半導体モジュールの半導体素子（ＩＧＢＴ）のゲートを駆動するための駆動基板３４と、を備えている。

【0012】

インバータ回路１２は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの半導体モジュール１６、１８、２０を備えている。駆動基板３４には、半導体素子を駆動するゲートアンプ基板３６が半導体素子に対して１対１の対応で設けられている。即ち、この回路では、ゲートアンプ基板３６が６個設けられている。また、各半導体モジュール１６、１８、２０は、これらを冷却する後述の冷却器と共に半導体冷却モジュールを構成する。

【0013】

以下、半導体モジュール１６、１８、２０について詳細に説明する。
本実施形態において、半導体モジュール１６は、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)とダイオード（ＦＷＤ：Free Wheeling Diode）を並列接続した２回路（１相分の半導体素子）を１つのパッケージとする、いわゆる、２ｉｎ１構造の半導体モジュールとして構成されている。

【0014】

半導体モジュール１６は、インバータ回路におけるＵ相の上側アームを構成するスイッチング素子であるＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード（ＦＷＤ）５１ａ、インバータ回路におけるＵ相の下側アームを構成するスイッチング素子として機能するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード（ＦＷＤ）５１ｂを有している。ＩＧＢＴとダイオードは逆並列に接続され、これらの２組のスイッチング素子は、直列に接続されている。

【0015】

半導体モジュール１８は、Ｖ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４２ａおよびダイオード（ＦＷＤ）５２ａ、Ｖ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４２ｂおよびダイオード（ＦＷＤ）５２ｂを有している。ＩＧＢＴとダイオードは逆並列に接続され、これらの２組のスイッチング素子は、直列に接続されている。

【0016】

半導体モジュール２０は、Ｗ相の上側アームを構成するＩＧＢＴ４３ａおよびダイオード（ＦＷＤ）５３ａ、Ｗ相の下側アームを構成するＩＧＢＴ４３ｂおよびダイオード（ＦＷＤ）５３ｂを有している。ＩＧＢＴとダイオードは逆並列に接続され、これらの２組のスイッチング素子は、直列に接続されている。

【0017】

電力変換装置１０は、上記と同様の構成をそれぞれ有する、複数系統、例えば、４系統のインバータ回路を備え、４台の電動機１１へ電力を供給する。図２は、電力変換装置の外観を示す側面図、図３は、図２の線Ａ−Ａに沿った電力変換装置の断面図、図４は、電力変換装置の斜視図、図５は、半導体冷却モジュールの断面図である。

【0018】

図２ないし図４に示すように、電力変換装置１０は、矩形箱状の筐体５０と、この筐体に脱着可能に取り付けられた複数の半導体冷却モジュール２と、を備えている。本実施形態では、１系統のインバータ回路を３つの半導体冷却モジュール２Ｕ、２Ｖ、２Ｗで構成し、４系統分で合計１２個の半導体冷却モジュール２が設けられている。

【0019】

筐体５０は、矩形状の天井壁５０ａ、矩形状の側壁５０ｂ、矩形状の底壁５０ｃ、および他の側壁、端壁を有している。天井壁５０ａおよび側壁５０ｂに、複数の吊り耳５５が固定されている。筐体５０は、吊り耳５５により、例えば、鉄道車両の床下に取り付けられる。

【0020】

筐体５０の側壁５０ｂには、半導体冷却モジュール２を挿通するための複数の矩形状の開口６０が形成されている。これらの開口６０は、縦４列、横３列に並んで設けられている。側壁５０ｂにおいて、各開口６０の４隅の近傍に、ねじ孔６１が形成されている。

【0021】

図３および図５に示すように、筐体５０内には、制御部３５を構成する制御回路基板５４が設けられ、複数の開口６０と対向して配置されている。この制御回路基板５４上に複数のコネクタ６４が実装され、それぞれ開口６０と対向している。各コネクタ６４は、コネクタ受け板３、コネクタ受け板に立設された３つの主回路コネクタ受け４、制御コネクタ受け７、コネクタ受け板から突出する３つの導体５、および制御コネクタ受けから延出する制御配線６を有している。導体５および制御配線６は、制御回路基板５４に接続されている。

【0022】

図２ないし図５に示すように、半導体冷却モジュール２ｕ、２ｖ、２ｗは、同一の構成を有していることから、１つの半導体冷却モジュール２ｕを代表して、その構成を詳細に説明する。半導体冷却モジュール２ｕは、発熱部６６ａおよびこの発熱部を冷却する放熱部６６ｂを有している。発熱部６６ａは、１相分の半導体素子を含む単一の半導体モジュール１６と、コンデンサ２４ａと、制御回路基板５４に接続するコネクタ６７と、ゲートアンプ基板３６と、を有している。本実施形態において、半導体モジュール１６は、半導体素子を２組以上内蔵する半導体モジュールを対象としている。

【0023】

放熱部６６ｂは、伝熱性の高い材料、例えば、アルミニウムにより形成された冷却ブロック１５を備えている。この冷却ブロック１５は、受熱面６８ａ、この受熱面と対向する放熱面６８ｂ、および筐体５０の側壁５０ｂの外面に当接するフランジ部６８ｃを有する矩形状のブロック本体６８と、放熱面６８ｂから外方に突出する複数の放熱フィン１３と、を一体に有している。複数の放熱フィン１３は、放熱面６８ｂに垂直に立設され、かつ、互いに隙間をおいて平行に配置されている。フランジ部６８ｃは、筐体５０の開口６０よりも僅かに大きな外径に形成されている。フランジ部６８ｃの４つの角部には、それぞれボルト７２を挿通するための取付け孔７０が形成されている。

【0024】

発熱部６６ａの単一の半導体モジュール１６は、ブロック本体６８の受熱面６８ａ上に、図示しない伝熱シート等を介して実装されている。ブロック本体６８には、角筒形状の支持フレーム２１が取付けられ、ブロック本体６８から放熱フィン１３と反対の方向へ延出している。支持フレーム２１の延出端側にコネクタ６７が取付けられ、半導体モジュール１６と隙間を置いて対向している。コネクタ６７は、例えば、３本の主回路コネクタピン８および１つの制御コネクタ９を有している。

【0025】

発熱部６６ａのコンデンサ２４ａは、支持フレーム２１内で半導体モジュール１６とコネクタ６７との間に配置され、導体５を介して、半導体モジュール１６およびコネクタ６７に接続されている。ゲートアンプ基板３６は支持フレーム２１に支持され、コンデンサ２４ａと対向して位置している。ゲートアンプ基板３６は制御配線６を介して制御コネクタ９に接続されている。コンデンサ２４ａを半導体モジュール１６の近傍に実装することにより、半導体素子がスイッチングする際に発生するサージ電圧を効率よく抑制することができる。

【0026】

半導体冷却モジュール２ｕは、放熱部６６ｂに設けられ半導体冷却モジュールを把持するための取っ手１４を備えている。取っ手１４は、アーチ状あるいはＵ字形状に形成され、その両端の２つの固定部は、ブロック本体６８の放熱面６８ｂに固定されている。これにより、取っ手１４は、放熱フィン１３を跨いで延出し、放熱フィン１３と交差する方向、例えば、直交する方向、に沿って配置されている。

【0027】

上記のように構成された半導体冷却モジュール２ｕは、取っ手１４を掴んで保持し、筐体５０の外側から発熱部６６ａ側を開口６０に挿入し、冷却ブロック１５のフランジ部６８ｃを４本のボルト７２で筐体５０の側壁５０ｂにねじ止め固定する。この際、開口６０の周囲に環状のパッキン（例えば、Ｏリング）１７を配置し、側壁５０ｂの外面とフランジ部６８ｃの内面との間に挟み込む。これにより、冷却ブロック１５のフランジ部６８ｃは、筐体５０の側壁外面に密着し水密性が保たれる。また、発熱部６６ａの挿入と同時に、主回路コネクタピン８および制御コネクタ９が筐体５０内の制御回路基板５４の主回路コネクタ受け４および制御コネクタ受け７に嵌合され、半導体冷却モジュール２ｕと制御回路基板５４とが電気的に接続される。このようにフランジ部６８ｃ、取付け孔７０、ボルト７２、ねじ孔６１は、モジュールの取付け構造部として機能する。

【0028】

上記と同様に１２個の半導体冷却モジュール２ｕ、２ｖ、２ｗを筐体５０に取付けることにより、電力変換装置１０が構成される。本実施形態において、半導体冷却モジュール２ｕ、２ｖ、２ｗは、放熱フィン１３が車両の走行方向に沿って延びる向きで筐体５０に取付けられている。

【0029】

なお、半導体冷却モジュール２ｕを筐体５０から取外す場合には、ボルト７２を外し、取っ手１４を持って半導体冷却モジュールを引き抜く。これと同時に、主回路コネクタピン８および制御コネクタ９が筐体５０内の制御回路基板５４の主回路コネクタ受け４および制御コネクタ受け７から引抜かれ、電気的な接続が切断される。これにより、半導体冷却モジュール２ｕを筐体５０から取外すことができる。

【0030】

以上のように構成された電力変換装置１０によれば、インバータ回路をそれぞれ単一の半導体モジュールを有する複数の半導体冷却モジュールに分けて小型化することにより、従来のリフターなどを用いて取り付けていた大型の半導体冷却モジュールに比べて、半導体冷却モジュールの重量、体積を大幅に低減することができる。これにより、各半導体冷却モジュールの取り扱いが容易となり、半導体冷却モジュールの取付け、取外し作業を容易に行うことができる。また、半導体冷却モジュールは取っ手１４を備えていることから、この取っ手１４により半導体冷却モジュールを容易に把持することができ、交換作業等を一層容易に行うことが可能となる。
以上のことから、脱着作業を容易に行うことができる小型軽量の半導体冷却モジュールを備えた電力変換装置が得られる。

【0031】

次に、他の実施形態に係る電力変換装置について説明する。以下に説明する他の実施形態において、上述した第１の実施形態と同一構成部分は、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

【0032】

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置および半導体冷却モジュールを示す斜視図、図７は、装着前の半導体冷却モジュールを示す断面図、図８は、装着状態の半導体冷却モジュールの断面図、図９は、装着状態の半導体冷却モジュールの側面図および平面図である。

【0033】

第２の実施形態によれば、半導体冷却モジュールの取付け構造部が第１の実施形態と異なる。図６ないし図９に示すように、半導体冷却モジュール２ｕの冷却ブロック１５は、受熱面６８ａおよび放熱面６８ｂを有する円板状のブロック本体６８と、放熱面６８ｂから外方に突出した複数の放熱フィン１３と、を一体に有している。ブロック本体６８の受熱面６８ａ上に単一の半導体モジュール１６が実装されている。

【0034】

本実施形態の取付け構造部は、筐体５０の側壁５０ｂ上で開口６０の周囲に固設されたねじ受け座７８と、このねじ受け座７８に対して着脱自在に取付けられた取付けフレーム７６と、を有する。取付けフレーム７６は、冷却ブロック１５のブロック本体６８を回動自在に保持しており、冷却ブロック１５や半導体モジュール１６を回転することなく、ねじ受け座７８に対して取付け可能となっている。

【0035】

より具体的には、ねじ受け座７８は、側壁５０ｂの開口６０を囲む円筒部７８ａ、およびこの円筒部７８ａの側壁５０ｂ側の端部に一体に設けたフランジ部７８ｂを有する。ねじ受け座７８は、フランジ部７８ｂを側壁５０ｂの表面に溶接等により固着することで、筐体５０に固定されている。このため、円筒部７８ａは、筐体５０の側壁５０ｂから略垂直に突出している。また、円筒部７８ａの外周面には、雌ねじ部７７ｂが切られている。なお、円筒部７８ａの端部には、図６および図７に示すように、環状のパッキン１７、例えば、Ｏリングが設けられる。

【0036】

一方、取付けフレーム７６は、ねじ受け座７８の円筒部７８ａの外径より僅かに大きい内径を有する円筒部７６ａを有する。円筒部７６ａの内面には、ねじ受け座７８の雌ねじ部７７ｂに歯合する雄ねじ部７７ａが設けられている。また、この雄ねじ部７７ａより側壁５０ｂから離れた側の円筒部７６ａの内面には、冷却ブロック１５のブロック本体６８の外周部を回動自在に保持するための円環状の凸部７７ｃが一体に突設されている。言い換えると、取付けフレーム７６の側壁５０ｂ側の端部は、ブロック本体６８を超えて発熱部６６ａ側に延出し、その内周面に雄ねじ部７７ａが切られている。

【0037】

取っ手１４は、取付けフレーム７６に取付けられ、取付けフレームと一体に回動可能となっている。すなわち、取っ手１４は、取付けフレーム７６に固定された２つの固定部を有するアーチ状あるいはＵ字形状に形成され、複数の放熱フィン１３を跨いで配置されている。本実施形態において、取っ手１４は、放熱フィン１３と交差する方向、例えば、直交する方向、に沿って配置されている。

【0038】

上記のように構成された半導体冷却モジュール２ｕは、取っ手１４を掴んで取付けフレーム７６を保持し、筐体５０の外側から発熱部６６ａ側を開口６０に挿入し、更に、取付けフレーム７６をねじ受け座７８の外周に嵌合する。そして、取っ手１４とともに取付けフレーム７６を時計方向に回し込むことにより、取付けフレーム７６の雄ねじ部７７ａがねじ受け座７８の雌ねじ部７７ｂに歯合し、取付けフレームの回転に伴って、半導体冷却モジュール２ｕが筐体５０側に押し込まれる。

【0039】

所定量だけ取付けフレーム７６を回転させることにより、ブロック本体６８がパッキン１７を介してねじ受け座７８に当接し、半導体冷却モジュール２ｕが筐体５０に取付けられる。これにより、ねじ受け座７８と半導体冷却モジュール２ｕとの間にパッキン１７が密着し、水密性が保たれる。

【0040】

また、発熱部６６ａの挿入と同時に、主回路コネクタピン８および制御コネクタ９が筐体５０内の制御回路基板５４の主回路コネクタ受け４および制御コネクタ受け７に嵌合され、半導体冷却モジュール２ｕと制御回路基板５４とが電気的に接続される。取付けフレーム７６の回転により発熱部６６ａが回転しないので、このようなコネクタの接続が可能となる。

【0041】

上記と同様に１２個の半導体冷却モジュール２ｕ、２ｖ、２ｗを筐体５０に取付けることにより、電力変換装置１０が構成される。本実施形態において、半導体冷却モジュール２ｕ、２ｖ、２ｗは、放熱フィン１３が車両の走行方向に沿って延びる向きで筐体５０に取付けられている。

【0042】

半導体冷却モジュール２ｕを筐体５０から取外す場合には、取っ手１４を持って取付けフレーム７６を半時計方向に回動することにより、取付けフレーム７６がねじ受け座７８から外れ、同時に、発熱部６６ａが筐体５０から引き出される。これと同時に、主回路コネクタピン８および制御コネクタ９が筐体５０内の制御回路基板５４の主回路コネクタ受け４および制御コネクタ受け７から引抜かれ、電気的な接続が切断される。この場合も、取付けフレーム７６の回転によって冷却ブロック１５や半導体モジュール１６が回転することはない。これにより、半導体冷却モジュール２ｕを筐体５０から取外すことができる。

【0043】

以上のように構成された第２の実施形態においても、脱着作業を容易に行うことができる小型軽量の半導体冷却モジュールを備えた電力変換装置が得られる。また、複数本のボルトで固定する必要がなく、取っ手１４を回すだけの簡単な作業で、半導体冷却モジュールを脱着することができ、取付け作業を一層簡略化することができる。

【0044】

上述した実施形態において、半導体冷却モジュールの取っ手１４は、放熱フィン１３と直交する方向に沿って配置されているが、これに限らず、図１０に示す第１変形例のように、取っ手１４は、放熱フィンと平行な方向に沿って配置してもよい。更に、取っ手は、１つに限らず、複数、例えば、２つ設けてもよい。
図１１に示す第２変形例のように、取っ手１４は、放熱フィン１３に対して、斜めに交差する方向に沿って配置してもよい。

【0045】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、インバータ回路は、３相に限らず、２相構造としてもよく、また、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータとして構成してもよい。半導体モジュールは、２イン１構造に限らず、４組の半導体素子を有する４イン１構造の半導体モジュールとしてもよい。

【0046】

冷却器を構成する材料は、アルミニウムに限定されることなく、種々選択可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］筐体と、前記筐体に脱着可能に取り付けられた複数の半導体冷却モジュールと、前記筐体内に設けられ、前記半導体冷却モジュールが電気的に接続される制御回路と、を備え、前記半導体冷却モジュールは、１相分の半導体素子を含む単一の半導体モジュールと、コンデンサと、前記制御回路に接続するコネクタと、を有する発熱部と、前記発熱部に結合された冷却ブロックを有し、前記発熱部を冷却する放熱部と、前記放熱部に設けられ半導体冷却モジュールを把持するための取っ手と、前記冷却ブロックを前記筐体に取付けるための取付け構造部と、を備え、前記冷却ブロックを前記筐体に取付け、前記発熱部を前記筐体内に収容し前記放熱部および取っ手を前記筐体の開放側に保持し、前記半導体冷却モジュールの着脱と同時に、前記コネクタにより半導体冷却モジュールと前記制御回路が接続、切断される電力変換装置。
［２］前記冷却ブロックは、受熱面、この受熱面と対向する放熱面、および前記筐体の外面に当接するフランジ部を有するブロック本体と、前記放熱面から外方に突出する複数の放熱フィンと、を有し、前記取付け構造部は、前記冷却ブロックのフランジ部に形成された複数の取付け孔と、前記取付け孔を通して前記筐体にねじ込まれた複数のボルトと、を有する［１］に記載の電力変換装置。
［３］前記冷却ブロックは、受熱面、この受熱面と対向する放熱面を有する円板状のブロック本体と、前記放熱面から外方に突出する複数の放熱フィンと、を有し、前記取付け構造部は、前記ブロック本体の外周部に回動自在に取付けられているとともに、ねじ部を有する環状の取り付けフレームと、前記筐体の外面に固定され、前記取り付けフレームのねじ部と歯合する環状のねじ受け座と、を有する［１］に記載の電力変換装置。
［４］前記取っ手は、前記取り付けフレームに取付けられ、前記取り付けフレームと一体に回動可能である［３］に記載の電力変換装置。

【符号の説明】

【0047】

２ｕ、２ｖ、２ｗ…半導体冷却モジュール、１０…電力変換装置、
１２…インバータ回路、１３…放熱フィン、１４…取っ手、１５…冷却ブロック、
１６、１８、２０…半導体モジュール、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ…コンデンサ、
３６…ゲートアンプ基板、
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ…ＩＧＢＴ、
６０…開口、６８…ブロック本体、６８ａ…受熱面、６８ｂ…放熱面、
７６…取付けフレーム、７７ａ…雄ねじ部、７７ｂ…雌ねじ部、７８…ねじ受け座

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】