(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】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20231219BHJP
H02M 3/00 20060101ALI20231219BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
H02M3/00 Y
H01L23/36 C
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019092813
(22)【出願日】2019-05-16
(65)【公開番号】P2020188622
(43)【公開日】2020-11-19
【審査請求日】2022-04-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 以久也
(72)【発明者】
【氏名】田中 孝明
【審査官】佐藤 匡
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０１５２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６７７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９３６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２３３５６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５６３２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｍ ３／００
Ｈ０１Ｌ ２３／３６
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに離れて設けられ互いが対向する領域に風の流路が形成される複数のフィンと、複数の前記フィンが設けられる第１端面及び前記第１端面側とは反対側の第２端面を有するフィンベースと、
前記第２端面に設けられる第１半導体モジュールと、
前記第２端面に設けられ、前記風が流れる方向と垂直な方向に対して前記第１半導体モジュールよりも前記第２端面の周縁部寄りの領域に設けられる第２半導体モジュールと、
前記第２端面に設けられ、前記第１半導体モジュールよりも前記第２端面の風下側の領域に設けられる第３半導体モジュールと、
前記第２端面に設けられ、前記風が流れる方向と垂直な方向に対して前記第１半導体モジュールよりも前記第２端面の前記第２半導体モジュールと反対の側の周縁部寄りの領域に設けられる第４半導体モジュールと、
前記第２端面に設けられ、前記風が流れる方向と垂直な方向に対して前記第３半導体モジュールよりも前記第２端面の周縁部寄りの領域に設けられる第５半導体モジュールと、
前記第２端面に設けられ、前記風が流れる方向と垂直な方向に対して前記第３半導体モジュールよりも前記第２端面の前記第５半導体モジュールと反対の側の周縁部寄りの領域に設けられる第６半導体モジュールと、
前記第２端面と、前記第１半導体モジュール、前記第５半導体モジュール及び前記第６半導体モジュールのそれぞれとの間に設けられ第１熱伝導率を有する第１熱伝導部材と、
前記第２端面と、前記第２半導体モジュール及び前記第４半導体モジュールのそれぞれとの間に設けられ前記第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する第２熱伝導部材と、
前記第２端面と前記第３半導体モジュールとの間に設けられ、前記第１熱伝導率より高い第３熱伝導率を有する第３熱伝導部材と、
を備える電力変換装置。
【請求項2】
前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールは、上下アームを構成する２つのスイッチング素子を含む２ｉｎ１モジュールである請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールは、上下アームの一方を構成する１つのスイッチング素子を含む１ｉｎ１モジュール又はディスクリート半導体素子である請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給し又は直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力変換装置の主回路を構成する複数の半導体モジュールは、内蔵される半導体スイッチング素子がスイッチング動作することで損失が発生し、高温になる。このように高温になる半導体モジュールを冷却するために放熱器が利用される。放熱器に液体、空気などの冷媒が流れることによって、放熱器と冷媒の間で熱交換が促進され、放熱器と熱的に接続される半導体モジュールで発生する熱が放熱器を介し移動する。
【0003】
特許文献１に開示される従来技術では、半導体スイッチング素子が、冷却器に形成された複数の通路に対して、千鳥状に配列される。通路は、冷却器に形成される冷媒を通すための溝、空洞などである。これにより、冷媒が流れる方向に対して上流側と下流側のそれぞれ配置される複数の半導体スイッチング素子が、均等に冷却され、複数の半導体スイッチング素子間の温度差（温度むら）を小さくすることができると共に、放熱器の設計上の制約が解消される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－１５３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に開示される従来技術では、複数の半導体スイッチング素子を千鳥配列させるために、半導体スイッチング素子の位置が異なる専用の半導体モジュールを利用する必要がある。従って、主回路の製造コストが増大する可能性がある。また、専用の半導体モジュールを基板へ組み付ける際に基板に組み付ける端子からスイッチング素子までの距離が均一にならずスイッチング特性がばらつき、損失の増加、サージ電圧による故障などの悪影響が生じる。また汎用の半導体モジュールの放熱器上での配置を工夫すれば、特許文献１に開示される従来技術と同様の効果を期待できるが、放熱器の形状に制約がある条件下では当該従来技術を適用できないという問題がある。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で複数の半導体素子間の温度むらの上昇を抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換装置は、互いに離れて設けられ互いが対向する領域に風の流路が形成される複数のフィンと、複数の前記フィンが設けられる第１端面及び前記第１端面側とは反対側の第２端面を有するフィンベースとを備える。電力変換装置は、前記第２端面に設けられる第１半導体モジュールと、前記第２端面に設けられ、前記第１半導体モジュールよりも前記第２端面の風上側の領域に設けられる第２半導体モジュールとを備える。電力変換装置は、前記第２端面と前記第１半導体モジュールとの間に設けられ第１熱伝導率を有する第１熱伝導部材と、前記第２端面と前記第２半導体モジュールとの間に設けられ前記第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する第２熱伝導部材とを備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、簡易な構成で複数の半導体素子間の温度むらの上昇を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器１０などの構成例を示す第１図
【図2】本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器などの構成例を示す第２図
【図3】半導体モジュール３１の内部構造のイメージを表す図
【図4】熱伝導部材の第１構成例を示す図
【図5】熱伝導部材の第２構成例を示す図
【図6】熱伝導部材の第３構成例を示す図
【図7】熱伝導部材の材料の一例を示す図
【図8】電力変換装置１００に温度センサ６０などを取り付けた状態を示す図
【図10】電力変換装置１００の解析モデルにおいて、ヒータ８０で発生する熱を放熱器１０に与えて、ファン２０で強制風冷したときのフィンの温度分布を測定した結果を示す図
【図11】変形例に係る電力変換装置１００Ａの構成例を示す第１図
【図12】変形例に係る電力変換装置１００Ａの構成例を示す第２図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお本実施の形態において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。図１以降において、Ｘ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＸ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＸ軸方向とする。Ｙ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＹ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＹ軸方向とする。Ｚ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＺ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＺ軸方向とする。
【0011】
実施の形態
図１は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器１０などの構成例を示す第１図である。図１には、電力変換装置１００が備える放熱器１０などをＸＹ平面において平面視した状態が示される。図２は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器などの構成例を示す第２図である。図２には、図１の放熱器１０などをＹＺ平面において平面視した状態が示される。
図１は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器１０などの構成例を示す第１図である。図１には、電力変換装置１００が備える放熱器１０などをＸＹ平面において平面視した状態が示される。図２は本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００が備える放熱器などの構成例を示す第２図である。図２には、図１の放熱器１０などをＹＺ平面において平面視した状態が示される。
【0012】
電力変換装置１００は、例えば電動自動車（電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車など）に搭載される主電動機を駆動するインバータである。なお電力変換装置１００は、スイッチング素子が形成される２以上の半導体モジュールを備えた主回路（電力変換部）を備えたものであれば電動自動車用のインバータに限定されず、例えば列車に搭載される主電動機を駆動するインバータでもよいし、所定値の直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するコンバータでもよい。
【0013】
電力変換装置１００は、複数の半導体モジュール３１～３６で発生した熱を吸収して大気へ放射する放熱器１０と、放熱器１０を強制風冷するための送風機であるファン２０とを備える。
【0014】
放熱器１０は、複数の放熱用のフィン１２と、複数のフィン１２及び複数の半導体モジュール３１～３６が設けられるフィンベース１１とを備える。放熱器１０の材料には、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、鉄合金などの金属を例示できる。
【0015】
フィンベース１１は、例えば４つの内角のそれぞれの大きさが直角に等しい正方形状又は長方形状の板状部材である。フィンベース１１は、複数のフィン１２が設けられる第１端面１１ａと、第１端面１１ａ側とは反対側の端面であって複数の半導体モジュール３１～３６が設けられる第２端面１１ｂとを有する。なおフィンベース１１の形状はこれらに限定されず、複数の半導体モジュール３１～３６を第２端面１１ｂ側に設けることができる形状であればよく、楕円形などでもよい。
【0016】
以下では、複数の半導体モジュール３１～３６のそれぞれを区別しない場合、単に「半導体モジュール」と称する場合がある。半導体モジュールは、半田付け、接着剤、ねじ止めなどにより、放熱器１０のフィンベース１１と熱的及び機械的に固定される。なお、放熱器１０のフィンベース１１への半導体モジュールの固定方法はこれらに限定されるものではない。また、半導体モジュール３１～３６のそれぞれは、熱伝導率が異なる種類の複数の熱伝導部材４０を介してフィンベース１１と熱的に固定される。
【0017】
このような熱伝導部材４０を用いる理由は、図１に示されるように配置されるファン２０を用いて強制風冷が行われると、放熱器１０において、半導体モジュールが冷えやすい箇所と冷えにくい箇所が発生し、複数の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子）間で温度むらが発生すること防止するためである。
【0018】
すなわち、図１に示されるように放熱器１０上に３列２行に半導体モジュール３１～３６が配列された場合、半導体モジュール３１～３６のそれぞれは均等に発熱した場合でも、放熱器１０の周囲の空気と放熱器１０の表面との熱交換量が放熱器１０の位置によって異なるため、半導体モジュールが冷えやすい箇所と冷えにくい箇所が発生する。この場合、全ての半導体モジュール３１～３６を均等に冷却するよりも、熱が逃げ難い箇所には、放熱器１０に早く熱が伝わるようにするため熱伝導率が比較的高い熱伝導部材４０を採用し、熱が逃げ易い箇所には、放熱器１０に早く熱を伝えるよりも製造コストの上昇を抑制することを優先して熱伝導率が比較的低い熱伝導部材４０を採用することが望ましい。熱が逃げ難い箇所は、放熱器１０のプラスＸ軸方向の端面寄りの領域（風下側領域）と、放熱器１０のＹ軸方向の中央寄りの領域である。熱が逃げ易い箇所は、放熱器１０の－Ｘ軸方向の端面寄りの領域（風上側領域）と、放熱器１０のプラスＹ軸方向の端面寄りの領域と、放熱器１０のマイナスＹ軸方向の端面寄りの領域である。風上側は、放熱器１０のマイナスＸ軸方向側の領域（空間）である。風下側は、放熱器１０のプラスＸ軸方向側の領域である。
【0019】
このように、半導体モジュールから放熱器１０へ伝わった熱が逃げ易い箇所と逃げ難い箇所で、熱伝導率が異なる熱伝導部材４０を用いること、すなわち適材適所にすることによって、全ての熱伝導部材４０に対して熱伝導率が高く、かつ、材料コストが高い材料を適用しなくても、複数のスイッチング素子間の温度むらの上昇を抑制しながら、装置全体での製造コストの低減が可能になる。
【0020】
フィン１２は、フィンベース１１の第１端面１１ａにおいて、フィンベース１１のプラスＸ軸方向の端面からマイナスＸ軸方向の端面に向かって伸びる板状部材である。複数のフィン１２は、Ｙ軸方向に互いに離れて設けられる。これにより、隣接するフィン１２の間に隙間が形成され、この隙間は、ファン２０が備える不図示の羽根車が回転することで生じる風の流路（風路１２ａ）として機能する。フィン１２は、ねじを用いてフィンベース１１に固定してもよいし、フィンベース１１への接触部に溶接を施すことによって、フィンベース１１に固定してもよいし、ダイカスト成形で放熱器１０を製造する際、フィンベース１１と一体に製造されたものでもよい。
【0021】
ファン２０は、例えば放熱器１０を含むＸＹ平面上において、羽根車がフィンベース１１及びフィン１２と向き合うように、放熱器１０のプラスＸ軸側に設けられている。ファン２０は、Ｚ軸方向の位置は、複数の半導体モジュール３１～３６とフィン１２の風路１２ａとに空気が流れるような位置に設定される。なお、ファン２０は、風上側に設けてもよい。
【0022】
ファン２０の羽根車が回転することで放熱器１０の風路１２ａに負圧が生じて、この負圧によって、図１に示される複数の矢印の方向に空気の流れ（風）が生じる。空気が流れる方向はプラスＸ軸方向に等しい。
【0023】
次に図３を用いて半導体モジュールの内部構造を説明する。図３は半導体モジュール３１の内部構造のイメージを表す図である。半導体モジュール３１は、例えば主回路の上下アームの一方を構成する１つのスイッチング素子３１ａを含む１ｉｎ１モジュール又はディスクリート半導体素子である。半導体モジュール３１以外の半導体モジュール３２～３６のそれぞれには、図３に示すスイッチング素子３１ａと同様のスイッチング素子が設けられているものとする。
【0024】
スイッチング素子３１ａがスイッチング動作することによって、スイッチング損失が生じるため、スイッチング素子３１ａのジャンクション温度が上昇して、半導体モジュールの表面温度が上昇する。半導体モジュールで発生した熱は、フィンベース１１を介してフィン１２に伝わり、フィン１２の表面温度が上昇する。
【0025】
ファン２０が回転して風路１２ａに空気の流れ（風）が生じると、温度が上昇したフィン１２の表面と、風路１２ａに流れる空気との間で熱交換が行われる。これにより、フィン１２に蓄積された熱がフィン１２の周囲に放射され、半導体モジュールからフィン１２への熱の伝達が促されることで、半導体モジュールの温度上昇が抑制される。
【0026】
次に図４などを用いて熱伝導部材４０について説明する。図１に示すように半導体モジュール３１～３６が配列された場合、半導体モジュール３１、３２、３３付近の熱が伝達されるフィン１２の風下側領域の温度は、半導体モジュール３４、３５、３６付近の熱が伝達されるフィン１２の風上側領域の温度よりも高くなる傾向がある。これは、フィン１２の風上側領域に伝達された熱が、風路１２ａに存在する空気へ放射されて、その空気がフィン１２の風下側領域に移動することによって、風下側のフィン１２の周囲に存在する空気の温度が上昇して、当該空気の温度とフィン１２の風下側領域の温度との温度差が小さくなり、熱交換量が低下するためである。
【0027】
この場合、風下側に配置される半導体モジュール３１、３２、３３の温度は、風上側に配置される半導体モジュール３４、３５、３６の温度よりも上昇するため、例えば、風下側の半導体モジュール３１に形成されるスイッチング素子と、風上側の半導体モジュール３４に形成されるスイッチング素子との間の温度差（温度むら）が大きくなる。温度むらはジャンクション温度のばらつきに等しい。このようにスイッチング素子間の温度むらが大きくなることによって、スイッチング素子間でスイッチング特性のばらつきが生じて、出力電圧のひずみ、トルクリプルなど負荷の駆動特性が低下するおそれがある。
【0028】
また、スイッチング素子間の温度むらによって、半導体モジュールが接続される不図示の制御基板に熱応力が生じて、半田割れ、パターン配線の割れなどが発生するおそれもある。
【0029】
このようなことに鑑みて、本実施の形態に係る電力変換装置１００では、図４などに示すように熱伝導率が異なる複数種類の熱伝導部材が利用される。図４は熱伝導部材の第１構成例を示す図である。図５は熱伝導部材の第２構成例を示す図である。図６は熱伝導部材の第３構成例を示す図である。図７は熱伝導部材の材料の一例を示す図である。
【0030】
図４のフィンベース１１の風下側領域には、複数の第１熱伝導部材４１が設けられている。これらの第１熱伝導部材４１には、半導体モジュール３１～３３が熱的に接続される。第１熱伝導部材４１は、第１熱伝導率を有する板状部材である。第１熱伝導部材４１の材料に例については後述する。
【0031】
フィンベース１１の風上側領域には、複数の第２熱伝導部材４２が設けられている。これらの第２熱伝導部材４２には、半導体モジュール３４～３６が熱的に接続される。第２熱伝導部材４２は、第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する板状部材である。第２熱伝導部材４２の材料に例については後述する。
【0032】
このように、放熱器１０の風上側に第２熱伝導部材４２を配置することによって、半導体モジュール３４などで発生した熱が、熱伝導率が低い第２熱伝導部材４２によって、放熱器１０の風上側領域に伝わり難くなる。これにより、放熱器１０の風上側領域の温度上昇が緩やかになり、放熱器１０の風下側領域へ熱が伝わり難くなる。
【0033】
放熱器１０の風下側に第１熱伝導部材４１を配置することによって、半導体モジュール３１などで発生した熱が、熱伝導率が高い第１熱伝導部材４１によって、放熱器１０の風下側領域に早く伝わり、半導体モジュール３１などの冷却が促される。
【0034】
従って、２種類の第１熱伝導部材４１及び第２熱伝導部材４２を用いることで、風下側の半導体モジュールに形成されるスイッチング素子と、風上側の半導体モジュールに形成されるスイッチング素子との間の温度差を小さくすることができ、負荷の安定した制御が可能になる。
【0035】
また、比較的安価な材料を第２熱伝導部材４２に適用することで、全ての熱伝導部材に高価な第１熱伝導部材４１が利用される場合に比べて、主回路の製造コストを低減することができる。
【0036】
【0037】
前述したように、放熱器１０のＹ軸方向の中央寄りの領域は、熱が逃げ難い箇所の一つである。そのため、第１熱伝導率を有する第１熱伝導部材４１を当該領域に設けることによって、図１に示す半導体モジュール３５の冷却が促されて、半導体モジュール３５に形成されるスイッチング素子と、例えば半導体モジュール３４に形成されるスイッチング素子との間の温度差を小さくすることができるため、より一層、負荷の安定した制御が可能になる。
【0038】
図６には図４に示す構成の第２変形例が示される。図６では、フィンベース１１の風下側に設けられ３つの熱伝導部材の内、Ｙ軸方向の中央寄りに設けられる熱伝導部材が、第３熱伝導部材４３に変更されている。第３熱伝導部材４３は、第１熱伝導部材４１の第１熱伝導率よりも高い第３熱伝導率を有する板状部材である。第３熱伝導部材４３の材料に例については後述する。
【0039】
放熱器１０の風下側領域の内、放熱器１０のＹ軸方向の中央寄りの領域は、最も熱が逃げ難い箇所である。そのため、第３熱伝導率を有する第３熱伝導部材４３を当該領域に設けることによって、図１に示す半導体モジュール３２の冷却が促されて、半導体モジュール３２に形成されるスイッチング素子と、例えば半導体モジュール３１に形成されるスイッチング素子との間の温度差を小さくすることができ、より一層、負荷の安定した制御が可能になる。
【0040】
なお、図５の構成例に図６の構成例を組み合わせてもよい。この構成により、半導体モジュール３２に形成されるスイッチング素子と、半導体モジュール３５に形成されるスイッチング素子との間の温度差も小さくすることができ、より一層、負荷の安定した制御が可能になる。
【0041】
図７には、第１熱伝導部材４１、第２熱伝導部材４２、第３熱伝導部材４３などの材料の一例が示される。
【0042】
熱伝導率が６ｗ／ｍｋの材料は、例えば、ポリマー成分に熱伝導性フィラーが添加された高熱伝導性樹脂コンパウンドを例示できる。ポリマー成分は、ポリシロキサン（シリコーンポリマー），ポリアクリル、ポリオレフィンなどである。なお、高熱伝導性樹脂コンパウンドの製造方法については、例えば特許５０８９９０８号公報、特許５０８５０５０号公報などに公開される通り公知であるため、説明を省略する。高熱伝導性樹脂コンパウンドは、例えば比較的熱伝導率が低いものの安価に製造できるため、第２熱伝導部材４２（第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する部材）に好適である。
【0043】
熱伝導率が３０ｗ／ｍｋの材料は、例えば、炭素繊維、あるいは、炭素繊維と炭素との複合材料等によって形成されたシート状のカーボンシートを例示できる。カーボンシートは、近年、炭素繊維を利用した製品が多く生産される傾向にあることを背景として。短時間で大量に生産する技術が確立されつつあるため、比較的熱伝導率が低く、かつ、安価な材料の一つとして分類することもできる。またカーボンシートは、はんだ、Ａｇ－Ｃｕ焼結などに比べて、半導体モジュールのフィンベース１１への取り付けの際に溶融する必要がないため、材料単価がはんだなどに比べて高い場合でも、専用のリフロー炉を準備する必要がなく、加熱から冷却までの工程が不要になるなど、主回路の製造に要する時間を大幅に短縮できるという効果を奏する。また、コンパウンドと比較して熱伝導率を高めることもできる。従って、カーボンシートは、例えば第１熱伝導部材４１（第１熱伝導率を有する部材）に適用してもよいし、第２熱伝導部材４２（第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する部材）に適用した場合でも主回路の製造コストを低減しうる。
【0044】
熱伝導率が５０ｗ／ｍｋの材料は、例えば、はんだ（鉛フリーはんだなど）を例示できる。はんだは、前述したようにリフロー炉などを利用する必要があるものの、材料コストが安いため、主回路を大量生産する場合には主回路の単体の製造コストの上昇を抑制しながら、カーボンシートよりも熱伝導率を高めることができる。従って、はんだは、例えば第１熱伝導部材４１又は第３熱伝導部材４３に好適である。
【0045】
熱伝導率が２００ｗ／ｍｋの材料は、例えば、Ａｇ－Ｃｕ焼結体（Ｃｕを含有するＡｇ－Ｃｕ合金）を例示できる。Ａｇ－Ｃｕ焼結体は、Ａｇを含むため高価な材料であるが熱伝導率が高く、半導体モジュールの放熱に好適であるため、第１熱伝導部材４１及び第３熱伝導部材４３に適している。
【0046】
なお、第１熱伝導部材４１、第２熱伝導部材４２の材料はこれらに限定されるものではない。
【0047】
次に図８などを用いて、異なる種類の熱伝導部材を利用することによる効果について説明する。図８は電力変換装置１００に温度センサ６０などを取り付けた状態を示す図である。図９Ａは図８に示されるＡ－Ａ線を含むＹＺ平面における電力変換装置１００の断面図、図９Ｂは図８に示されるＢ－Ｂ線を含むＹＺ平面における電力変換装置１００の断面図、図９Ｃは図８に示されるＣ－Ｃ線を含むＹＺ平面における電力変換装置１００の断面図である。
【0048】
電力変換装置１００には、筐体５０の内部にファン２０、放熱器１０、半導体モジュール３１～３６などが設けられ、さらに各部の温度を計測するための複数の温度センサ６０（熱電対など）が設けられる。温度センサ６０は、フィンベース１１上、フィン１２などに複数設けられ、さらに断熱板７０にも設けられる。
【0049】
断熱板７０は、ヒータ８０で発生した熱の放射を抑制するためにヒータ８０のプラスＺ軸方向の端面に設置される板状の断熱材である。ヒータ８０は、半導体モジュールで発生する熱を模擬するための熱発生源であり、半導体モジュール３１～３６のそれぞれに対応する数だけ設けており、熱伝導部材の効果を確認するためそれぞれ同じ損失が発生するように電源装置の電流制御により実現した。ヒータ８０とフィンベース１１との間には、熱伝導部材が設けられる。図８及び図９では、図４に示される２種類の熱伝導部材（第１熱伝導部材４１、第２熱伝導部材４２）が用いられる。
【0050】
図１０は、電力変換装置１００の解析モデルにおいて、ヒータ８０で発生する熱を放熱器１０に与えて、ファン２０で強制風冷したときのフィンの温度分布を測定した結果を示す図である。図１０では、上から順に、Ａ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線、Ｃ－Ｃ線のそれぞれを含むＹＺ平面上に設けられる温度センサ６０で計測される温度が示される。図１０では、ヒータ８０の温度を９０℃程度に設定したときに計測される各部の温度が示される。
【0051】
図１０の測定結果によれば、放熱器１０のフィンベース１１の上面において、風上側領域と風下側領域の温度差が１℃程度あることが分かる。このように、異なる種類の熱伝導部材を用いることによって、風上側と風下側の温度差を小さくすることができる。
【0052】
なお本実施の形態に係る電力変換装置１００は以下のように構成してもよい。図１１は変形例に係る電力変換装置１００Ａの構成例を示す第１図である。図１２は変形例に係る電力変換装置１００Ａの構成例を示す第２図である。図１３は図１１に示す半導体モジュール３１Ａの内部構造のイメージを表す図である。
【0053】
電力変換装置１００Ａでは、３つの半導体モジュール３１Ａ～３３Ａが用いられ、半導体モジュール３１Ａは、図１３に示すように、上下アームを構成する２つのスイッチング素子３１ａ、３１ｂを含む２ｉｎ１モジュールである。半導体モジュール３２Ａ、３３Ａも同様である。
【0054】
半導体モジュール３１Ａ（第２半導体モジュール）は、前述した風上側の領域に代えて、風が流れる方向と垂直な方向に対して半導体モジュール３２Ａ（第１半導体モジュール）よりも、第２端面１１ｂの周縁部寄りの領域に設けられる。
【0055】
また半導体モジュール３３Ａ（第２半導体モジュール）は、前述した風上側の領域に代えて、風が流れる方向と垂直な方向に対して半導体モジュール３２Ａ（第１半導体モジュール）よりも、第２端面１１ｂの周縁部寄りの領域に設けられる。
【0056】
そして、フィンベース１１の中央領域には、熱がこもりやすいため、熱伝導率が高い第１熱伝導部材４１が設けられる。第１熱伝導部材４１には、半導体モジュール３２Ａが接続される。
【0057】
また、風が流れる方向と垂直な方向における、フィンベース１１の周縁部寄りの領域には、中央領域に比べて熱がこもり難いため、コスト低減などのために、第２熱伝導部材４２が設けられる。一方の第２熱伝導部材４２には半導体モジュール３１Ａが接続され、他方の第２熱伝導部材４２には半導体モジュール３３Ａが接続される。
【0058】
以上に説明したように、変形例に係る電力変換装置１００Ａでは、熱が逃げ難い箇所に、第１熱伝導率を有する第１熱伝導部材４１が設けられる。これにより、半導体モジュール３２Ａで発生した熱を効率的に放射でき、半導体モジュール３２Ａに形成されるスイッチング素子と、半導体モジュール３１Ａ及び半導体モジュール３３Ａのそれぞれに形成されるスイッチング素子との間の温度差を小さくすることができ、負荷の安定した制御が可能になる。
【0059】
また、変形例に係る電力変換装置１００Ａでは、風が流れる方向と垂直な方向における、熱が逃げ易い箇所に、第１熱伝導率より低い第２熱伝導率を有する第２熱伝導部材４２が設けられる。これにより、全ての熱伝導部材に対して熱伝導率が高く、かつ、材料コストが高い材料が利用される場合に比べて、複数のスイッチング素子間の温度むらの上昇を抑制しながら、装置全体での製造コストの低減が可能になる。
【0060】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0061】
１０ ：放熱器
１１ ：フィンベース
１１ａ ：第１端面
１１ｂ ：第２端面
１２ ：フィン
１２ａ ：風路
２０ ：ファン
３１ ：半導体モジュール
３１Ａ ：半導体モジュール
３１ａ ：スイッチング素子
３１ｂ ：スイッチング素子
３２ ：半導体モジュール
３２Ａ ：半導体モジュール
３３ ：半導体モジュール
３３Ａ ：半導体モジュール
３４ ：半導体モジュール
３５ ：半導体モジュール
３６ ：半導体モジュール
４０ ：熱伝導部材
４１ ：第１熱伝導部材
４２ ：第２熱伝導部材
４３ ：第３熱伝導部材
５０ ：筐体
６０ ：温度センサ
７０ ：断熱板
８０ ：ヒータ
１００ ：電力変換装置
１００Ａ ：電力変換装置
１１ ：フィンベース
１１ａ ：第１端面
１１ｂ ：第２端面
１２ ：フィン
１２ａ ：風路
２０ ：ファン
３１ ：半導体モジュール
３１Ａ ：半導体モジュール
３１ａ ：スイッチング素子
３１ｂ ：スイッチング素子
３２ ：半導体モジュール
３２Ａ ：半導体モジュール
３３ ：半導体モジュール
３３Ａ ：半導体モジュール
３４ ：半導体モジュール
３５ ：半導体モジュール
３６ ：半導体モジュール
４０ ：熱伝導部材
４１ ：第１熱伝導部材
４２ ：第２熱伝導部材
４３ ：第３熱伝導部材
５０ ：筐体
６０ ：温度センサ
７０ ：断熱板
８０ ：ヒータ
１００ ：電力変換装置
１００Ａ ：電力変換装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】