功率转换装置的制作方法

1.本技术涉及功率转换装置。


背景技术：

2.功率转换装置一般包括用于转换功率的开关元件或将这些开关元件模块化的功率模块、以及用于抑制输入到功率模块的直流电压的变动的平滑电容器。
3.随着近年来功率转换装置的小型化和高输出化，开发了一种用于高效地将来自功率模块的热量向冷却器散热的冷却结构。另一方面，平滑电容器也由于自身的发热或从功率模块受到的热量而使得温度上升较大，从而需要进行冷却以不超过电容器额定温度。因此，要求不仅冷却功率模块，也能冷却平滑电容器的冷却结构。
4.作为能够冷却功率模块和平滑电容器这两者的冷却结构，例如在专利文献1中，公开了在形成有制冷剂流路的水路外壳上设置电容器模块插入部，夹着电容器模块插入部而在两侧设置半导体模块插入部。现有技术文献专利文献
5.专利文献1：日本专利第5247745号


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
6.在近年来开发频繁的电动车中，更高输出且小型化的高耐久功率转换装置的需求提高。在小型化的需求中，与装置整体的体积不同，有时对一个平面方向施加限制。在上述专利文献1那样的冷却结构中，因为将平滑电容器全部配置在冷却面上，所以存在装置向冷却面方向扩大的问题。另外，存在如下问题：由于冷却面方向扩大，从而因汽车行驶时产生的振动而导致的挠曲变大，装置容易破损。
7.本技术公开了用于解决上述问题的技术，其目的是在力图实现功率转换装置在平面方向的小型化，并且能抑制因振动而导致的挠曲，提高耐振动性。用于解决技术问题的技术手段
8.本技术所涉及的功率转换装置，包括：具有制冷剂流路且至少形成一个面作为冷却面的冷却器；搭载于冷却面的功率模块；具有两层以上的形成有布线图线的布线层的印刷基板；以及搭载于印刷基板的电容器，电容器包含第一电容器和第二电容器，第一电容器是其冷却要求比第二电容器要高的种类的电容器，印刷基板与冷却面相对配置，当将印刷基板在冷却面一侧的面设为第一面，将与第一面相反一侧的面设为第二面时，第一电容器搭载于第一面，与冷却面热连接，第二电容器搭载于第二面。发明效果
9.根据本技术所公开的功率转换装置，包括冷却要求不同的第一电容器和第二电容器，通过仅将冷却要求更高的第一电容器与冷却面热连接，从而与将所有的电容器与冷却
面热连接的情况相比较，能够降低冷却面的面积和印刷基板的面积。因此，能力图实现平面方向的小型化，并且能抑制因振动而导致的挠曲，提高耐振动性。
附图说明
10.图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的电路的一个示例的图。图2是实施方式1所涉及的功率转换装置的俯视图。图3是实施方式1所涉及的功率转换装置的侧面剖视图。图4是实施方式1所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图5是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的印刷基板的布线图案示例的图。图6是实施方式2所涉及的功率转换装置的侧面剖视图。图7是实施方式2所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图8是实施方式2所涉及的功率转换装置的冷却器的三面图。图9是实施方式3所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图10是实施方式3所涉及的功率转换装置的冷却器的三面图。图11是实施方式4所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图12是实施方式4所涉及的功率转换装置的侧面剖视图。图13是实施方式5所涉及的功率转换装置的俯视图。图14是实施方式5所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图15是实施方式6所涉及的功率转换装置的俯视图。图16是说明实施方式6所涉及的功率转换装置的图。图17是实施方式6所涉及的功率转换装置的侧面剖视图。图18是实施方式6所涉及的功率转换装置的正面剖视图。图19是表示实施方式6所涉及的功率转换装置的印刷基板的第一层和第四层布线图案示例的图。图20是表示实施方式6所涉及的功率转换装置的印刷基板的第二层和第三层布线图案示例的图。图21是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的印刷基板的第一层和第六层布线图案示例的图。图22是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的印刷基板的第二层和第五层布线图案示例的图。图23是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的印刷基板的第三层和第四层布线图案示例的图。图24是实施方式8所涉及的功率转换装置的俯视图。图25是实施方式8所涉及的功率转换装置的侧面剖视图。图26是实施方式8所涉及的功率转换装置的正面剖视图。
具体实施方式
11.实施方式1.下面，基于附图对实施方式1所涉及的功率转换装置进行说明。图1是表示实施方
式1所涉及的功率转换装置的电路的一个示例的图，图2是实施方式1所涉及的功率转换装置的俯视图，图3是从箭头方向看图2中a-a所示的部分的侧面剖视图，图3是从箭头方向看图2中b-b所示的部分的正面剖视图。图5示出了在实施方式1所涉及的功率转换装置的印刷基板上形成的布线图案的示例。另外，各图中，对相同或相当部分标注相同标号。
12.实施方式1所涉及的功率转换装置1例如搭载于电动车，具备图1所示的逆变器电路。逆变器电路包含功率转换部2、功率平滑部3、p侧布线4a及n侧布线4b(统称为布线4)及控制电路部5。
13.功率转换部2具备包含开关元件20a的功率模块20。功率模块20通过将开关元件20a进行开关从而将直流电流转换为交流电流，并通过交流布线来驱动电动机6。另外，对由再生制动器等在电动机6上产生的交流电流通过交流布线用功率模块20进行整流，并利用平滑电容器30平滑后存储到电池7。
14.驱动电动车的电动机6大多由三相交流型的全桥电路驱动，因此由3个功率模块20构成。开关元件20a例如是mosfet(meatal oxide semiconductor field effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或igbt(insulated gate bipolar transistor绝缘栅双极型晶体管)等。
15.功率平滑部3包括在功率转换部2的输入级配置的平滑电容器30，对几十v到几百v的锂离子电池即电池7的输入电压进行平滑。平滑电容器30对从电池7经过较长的布线而容易振动的功率模块20的输入电压、或由电动机6发电并通过功率模块20经整流后的脉冲的某个电压进行平滑。平滑电容器30例如是铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、双电层电容器等。
16.控制电路部5向功率模块20输出适当的信号，控制功率模块20的开关以获得目标的电机驱动频率及转矩。控制电路部5的电压大多为20v以下，大多与施加有几十v至几百v的功率模块20在电路上绝缘。
17.功率模块20和平滑电容器30通过布线4电连接。在布线4中有大电流流动而达到高温的情况较多，所以不使用带被覆的电缆，而使用导体部露出的汇流条或印刷基板40的布线图案。布线4包含在电路上与电池7的高电压部成为同电位的p侧布线4a、和在电路上与电池7的低电压部成为同电位的n侧布线4b。布线4的材料例如从包括铜、铝、锡、金、银、铁或它们的合金、镍合金等金属中选择。
18.在图1所示的功率转换装置1中，平滑电容器30由于自身的等效串联电阻(equivalent series resistance：以下记为esr)的焦耳发热、以及从布线4和电源模块20受到的热量而导致温度上升。因此，需要平滑电容器30不超过额定温度。
19.使用图2至图5详细说明构成功率转换装置1的冷却器10、功率模块20、印刷基板40和平滑电容器30。如图3所示，冷却器10具有制冷剂13通过的制冷剂流路12，制冷剂13从功率转换装置1的外部通过流路入口12a流入，并通过流路出口12b向功率转换装置1的外部流出。在制冷剂13中，使用水、乙二醇等液体，或者氟碳化合物类、丙烷、丙烯、丁烷、二氧化碳、氨等气体。
20.冷却器10中，至少形成一面为冷却面11。通过使从冷却面11到制冷剂流路12的热电阻小于从冷却器10的其他面到制冷剂流路12的热电阻，形成冷却面11。具体而言，减小从冷却面11到制冷剂流路12的结构体的厚度，将从冷却面11到制冷剂流路12的结构体的材质
设为热传导率较高的材质，或在冷却面11侧的制冷剂流路12设置翅片来提高热传导率。
21.冷却器10的材质从铝、铜、锡、金、银、铁或含有它们的合金、镍合金等金属、或氮化铝、碳化硅等陶瓷、或碳基类复合材料等中选择。冷却器10例如是能在包含制冷剂流路12的下面的平面上分离成上部和下部的结构。
22.作为冷却器10的成型方法，除了使用了模具的挤压成型以外，还有使液体材料流入模具中并凝固的方法、或者削出块状材料的方法等。在将上部和下部分别成形后，包含流路入口12a和流路出口12b在内，用螺钉止动、焊接或粘接等方式来固定。或者，也可以使用3d打印机那样的设备进行造型。
23.功率模块20具有p侧端子21a、n侧端子21b、与交流布线连接的交流端子23、以及与逆变器控制部连接的信号端子22等端子。功率模块20搭载于冷却器10的冷却面11，通过按压弹簧、螺丝止动等固定于冷却器10。在功率模块20和冷却面11之间，根据需要配置tim(thermal interface material：散热介质材料)、散热润滑油、导热性较高的粘接剂等。
24.印刷基板40具有两层以上的形成有p侧布线图案41a及n侧布线图案41b等布线图案的布线层，在实施方式1中具有c面40a和s面40b这两层。布线图案的材质例如是铜、银、金、锡、镍等。另外，印刷基板40的材质例如是纸酚醛、纸环氧树脂玻璃合成物、玻璃环氧树脂、聚酰亚胺及金属等。
25.搭载于印刷基板40的电容器是平滑电容器30，包含第一电容器30a和第二电容器30b。此外，当不需要特别区分它们时，它们统称为平滑电容器30。第一电容器30a是其冷却要求比第二电容器30b更高的种类的电容器。
26.印刷基板40与冷却器10的冷却面11相对配置。在实施方式1中，印刷基板40和冷却面11隔着间隔件14而相对配置。当将印刷基板40在冷却面11一侧的面设为第一面，将与第一面相反一侧的面设为第二面时，第一电容器30a搭载于第一面(即c面40a)并且与冷却面11热连接，第二电容器30b搭载于第二面(即s面40b)。
27.另外，热连接是指两个物体直接接触的状态或通过导热构件(参见图14)相接触的状态。即，可以在第一电容器30a和冷却面11之间配置导热构件。导热构件的热传导率在0.1w/(m
·
k)以上，优选为1.0w/(m
·
k)以上，更优选为10.0w/(m
·
k)以上。
28.导热构件例如是tim、散热润滑油、粘接剂和灌封等，它们的材质是硅类、环氧类、聚氨酯类和丙烯酸类等树脂。导热构件具有弹性或热硬化性，优选在两个物体之间无间隙地埋入。另外，导热构件优选具有绝缘性。
29.印刷基板40通过多个固定机构固定于冷却器10。在实施方式1中，固定机构是间隔件14和螺钉15。间隔件14固定于冷却器10，螺钉15固定于在间隔件14上形成的螺钉孔(未示出)。间隔件14和螺钉15的热传导率在0.1w/(m
·
k)以上，优选为1.0w/(m
·
k)以上，更优选为10.0w/(m
·
k)以上。由此，印刷基板40的热量经由间隔件14和螺丝15而被传递到冷却器10。
30.间隔件14和螺钉15的材质例如从铝、铜、锡、金、银、铁或含有它们的合金、镍合金等金属、或氮化铝、碳化硅等陶瓷、或工程塑料(例如pc、pom、pa、pet、as)、超级工程塑料(例如peek、pps、ptfe、pes)等树脂中选择。间隔件14和螺钉15的材质可以相同，也可以不同。
31.在实施方式1中，如图2所示，多根螺钉15设置于印刷基板40的周缘部，一根螺钉15设置于印刷基板40的周缘部以外的地方。另外，设置于印刷基板40的周缘部以外的螺钉15
可以是多个，也可以不设置于印刷基板40的中心部。
32.另外，用于将印刷基板40固定于冷却器10的固定机构不限于螺钉15，也可以是使用了粘接剂的粘接、或与印刷基板40的金属部的焊接、铆接等。在任一种情况下，优选将固定机构的至少一个配置于印刷基板40的周缘部以外的部位。
33.第一电容器30a和第二电容器30b可以分别是一个电容器，也可以包括多个电容器。第一电容器30a和第二电容器30b的容量合计约为1μf到100mf，优选每一个电容器为0.1μf以上。
34.第一电容器30a是其冷却要求比第二电容器30b要高的种类的电容器，与第二电容器30b相比，需要更积极地进行冷却。由于第一电容器30a与冷却面11热连接，所以与第二电容器30b相比，要更积极地进行冷却。通过将印刷基板40、螺钉15、间隔件14和第一电容器30a作为到冷却器10的导热路径来冷却第二电容器30b。
35.在第一电容器30a和第二电容器30b的冷却要求的不同是由于它们的发热量之差而引起的情况下，第一电容器30a的发热量比第二电容器30b要大。另外，在发热量的差是由于它们的电容之差引起的情况下，第一电容器30a的电容比第二电容器30b要大。
36.当将第一电容器30a的电容设为c1，将第二电容器30b的电容设为c2时，c2《c1的关系成立。此外，由于理想电容器的阻抗z由z＝1/ωc(ω：角频率)来表示，所以对于第一电容器30a的阻抗z1和第二电容器30b的阻抗z2，z1《z2成立。
37.此外，根据上述阻抗的关系，当从电池7向平滑电容器30供电或向电动机6供电时，对于流过第一电容器30a的电流i1和流过第二电容器30b的电流i2，i2《i1成立。当第一电容器30a和第二电容器30b的esr程度相同时，对于由第一电容器30a产生的发热p1和由第二电容器30b产生的发热p2，p2＜p1成立。因此，第一电容器30a的温度上升比第二电容器30b的温度上升要大。
38.另外，在发热量之差是由于它们的介电正切之差引起的情况下，第一电容器30a的介电正切比第二电容器30b要大。当将第一电容器30a的介电正切设为tanδ1，将第二电容器30b的介电正切设为tanδ2时，tanδ2《tanδ1的关系成立。由于介电正切是表示电容器的电容c与esr之比的指标，所以当将第一电容器30a的esr设为esr1，将第二电容器30b的esr设为esr2时，在c1＝c2的条件下esr2＜esr1成立。此时，如果i1＝i2，则p2＜p1成立。因此，第一电容器30a的温度上升比第二电容器30b的温度上升要大。
39.另外，在第一电容器30a和第二电容器30b的冷却要求的不同是由于它们的寿命而引起的情况下，第一电容器30a和第二电容器30b在相同条件下使用时的寿命存在差异。例如，当将第一电容器30a在任意温度下的寿命设为l1，将第二电容器30b的寿命设为l2时，l1＜l2成立。其中，由于额定温度与实际电容器温度之差(越大寿命越长)以及实际电容器温度与周边温度之差(越大寿命越短)会影响电容器的寿命，因此，有时也将在相同条件下使用时寿命较长的电容器30a设为第一电容器30a。无论哪种情况下，通过将第一电容器30a搭载于c面40a并与冷却面11热连接，并且将第二电容器30b搭载于s面40b，从而第一电容器30a和第二电容器30b的寿命之差为比在相同条件下使用时的寿命之差变得要小。
40.实施方式1中的印刷基板40由两层构成，图5(a)表示s面的布线图案示例，图5(b)表示c面的布线图案示例。另外，在这些图中，为了易于理解布线图案，还示出了与平滑电容器30重叠的部分的布线图案。除了形成有将层间电连接的通孔42的部分或其周边之外，优
选s面和c面上的p侧布线图案41a和n侧布线图案41b成为对称的形状。
41.印刷电路板40具有与功率模块20电连接的连接部44，并且还具有将连接部44和平滑电容器30电连接的布线图案。功率模块20所具备的p侧端子21a、n侧端子21b分别通过连接部44与p侧布线图案41a和n侧布线图案41b电连接。
42.另外，平滑电容器30通过电容器端子31与p侧布线图案41a、n侧布线图案41b电连接。电容器端子31可以是如能插入到印刷基板40的通孔中那样的直线形状，也可以是如能与印刷基板40的图案通过表面安装进行连接的弯曲形状。
43.连接部44是可插入功率模块20所具备的p侧端子21a及n侧端子21b的通孔、或安装在印刷基板40上的金属件等。上述端子和金属件通过螺钉15止动、焊接、使用了导电性粘接剂的粘接等来进行连接、固定。
44.在印刷基板40上未形成有连接部44的情况下，在印刷基板40上安装与p侧布线图案41a及n侧布线图案41b分别电连接的汇流条或线束等布线构件。这些布线构件直接或经由其他导电性的构造体而与上述端子连接。
45.根据如上所述构成的实施方式1所涉及的功率转换装置1，通过具有冷却要求不同的第一电容器30a和第二电容器30b，将冷却要求更高的第一电容器30a搭载于印刷基板40的c面40a并与冷却器10的冷却面11热连接，从而与将所有的平滑电容器30与冷却面11热连接的情况相比，能够降低冷却面11的面积以及印刷基板40的面积。
46.此外，通过使用发热量不同的第一电容器30a和第二电容器30b，并且与发热量较小的第二电容器30b相比，积极地冷却发热量较大的第一电容器30a，从而能够抑制它们之间的温度差，进行更有效的冷却。
47.作为比较例，在将发热量程度相同的电容器配置于印刷基板40的c面40a和s面40b的情况下，为了使搭载于s面40b的电容器不超过额定温度，需要过度冷却c面40a侧的电容器。
48.另外，通过使用电容、介电正切等规格不同的第一电容器30a和第二电容器30b，从而与仅使用同种类的电容器的情况相比，相对于装置整体的尺寸或成本的设计自由度得到提高。
49.另外，通过使用在相同条件下使用时的寿命存在差异的第一电容器30a和第二电容器30b，并且与第二电容器30b相比积极地冷却第一电容器30a，从而能够减小它们的寿命之差。由此，由于在经过相同年数的电容器合计电容增加，所以能够选择初始电容器电容较小的电容器。一般来说，电容器电容越小，电容器的尺寸也变得越小，因此能够降低冷却面11的面积以及印刷基板40的面积。
50.作为另一比较例，在将寿命程度相同的电容器配置于印刷电路板40的c面40a和s面40b的情况下，搭载于s面40b的电容器的寿命比搭载于c面40a的电容器的寿命要短，因此需要根据搭载于s面40b的电容器来进行设计。
51.另外，通过在第一电容器30a和冷却面11之间配置导热构件，从而针对第一电容器30a的冷却效果得到提高，并且针对以第一电容器30a为导热路径的印刷基板40和第二电容器30b的冷却效果也得到提高。由此，能够更密集地配置平滑电容器30，能够进一步使印刷基板40小型化。
52.另外，由于形成为印刷基板40的p侧布线图案41a和n侧布线图案41b在层间相对，
所以能够降低由这些布线图案产生的电感。由此，能够降低功率模块20的开关损耗，并且能够降低平滑电容器30从功率模块20受到的热量。
53.另外，由于印刷基板40具有连接部44，所以不需要用于将平滑电容器30和功率模块20电连接的汇流条等布线构件、或用于连接布线构件和印刷基板40的端子部、又或者用于连接布线构件和功率模块20的端子部等结构体。
54.因此，与使用这些结构体的情况相比，能够降低由于结构体中存在的布线电阻和流过结构体的电流而产生的发热所导致的平滑电容器30受到的热量。另外，与具有上述结构体的情况相比，能够降低布线电感，因此能够降低功率模块20的开关损失，能够降低平滑电容器30受到的热量。
55.另外，通过利用间隔件14和螺钉15将印刷基板40固定于冷却器10，从而第二电容器30b和印刷基板40除了利用周围的气相进行冷却以外，还具有向冷却器10的导热路径，因此温度上升被降低。由此，能够进一步增大第一电容器30a和第二电容器30b之间的特性差。另外，能减少第一电容器30a的数量并增加第二电容器30b的数量，从而相对于装置整体的尺寸或成本的设计自由度得到提高。
56.另外，将间隔件14设为铜等高热传导率的材质，通过焊接等与冷却器10形成为一体，从而能进一步减小热电阻，还能够进一步降低第二电容器30b和印刷基板40的温度上升。由此，第一电容器30a的热量容易变得传递到印刷基板40及第二电容器30b，能够进一步降低第一电容器30a的温度上升。
57.此外，通过在印刷基板40的周缘部以外的部位设置将印刷基板40固定于冷却器10的螺钉15，从而在印刷基板40的周缘部以外的部位形成到冷却器10的导热路径，因此能够降低搭载于印刷基板40的中心部附近的平滑电容器30的温度上升。
58.如上所述，根据实施方式1，除了第一电容器30a和第二电容器30b的配置之外，还通过对螺钉15和间隔件14的配置和材质、以及印刷基板40的布线图案以及连接部44等下功夫，从而能降低平滑电容器30的温度上升。由此，能够更密集地配置平滑电容器30，能够进一步降低冷却面11的面积和印刷基板40的面积。
59.另外，通过使印刷基板40小型化，从而当功率转换装置1发生振动时，印刷基板40上产生的弯曲应力减少，印刷基板40难以破损。通过用螺钉15固定印刷基板40的周缘部以外的部位，从而能进一步抑制印刷基板40因振动而导致的挠曲。由此，实现功率转换装置1在平面方向的小型化，并且提高耐振动性。
60.实施方式2.实施方式2所涉及的功率转换装置的俯视图与上述实施方式1相同，因此使用图2。图6和图7表示实施方式2所涉及的功率转换装置，图6是从箭头方向看图2中a-a所示的部分的侧面剖视图，图7是从箭头方向看图2中b-b所示的部分的正面剖视图。另外，图8是实施方式2所涉及的冷却器的三面图。
61.实施方式2所涉及的功率转换装置的冷却器10包括形成于冷却面的凹部16。在实施方式2中，凹部16为一个，但也可以具备多个凹部16。如图7所示，优选凹部16的侧壁部16a与冷却器10成型为一体。
62.冷却器10具有作为凹部16的底部的第二冷却面11b和作为凹部16的侧壁部16a的顶部的第三冷却面11c。在以下说明中，将搭载有功率模块20的部位设为第一冷却面11a，将
第一冷却面11a、第二冷却面11b和第三冷却面11c统称为冷却面。
63.如图7所示，印刷基板40由螺钉15固定于第三冷却面11c，与第三冷却面11c热连接。第一电容器30a配置于凹部16的内部，与第二冷却面11b热连接。
64.另外，在多个第一电容器30a配置于凹部16的内部的情况下，它们的一部分或全部与第二冷却面11b和侧壁部16a的侧面热连接。在实施方式2中，如图7所示，配置于凹部16一端的第一电容器30a与侧壁部16a的侧面接触。另外，可以在第一电容器30a和第二冷却面11b之间以及第一电容器30a和侧壁部16a之间配置绝缘性的导热构件。
65.在将垂直于冷却器10的冷却面的方向设为高度方向时，印刷基板40的c面40a与第二冷却面11b仅隔开与第一电容器30a的高度尺寸大致相同的距离。另外，印刷基板40的c面40a与第一冷却面11a仅隔开与功率模块20的高度尺寸大致相同的距离、或者除了高度尺寸以外还隔开几毫米的距离。
66.侧壁部16a的高度尺寸与从第二冷却面11b到印刷基板40的c面40a的距离、即第一电容器30a的高度尺寸大致相同。印刷基板40通过多个螺钉15被固定于第三冷却面11c。如图8所示，在凹部16的内部的两个部位设置有圆柱状的螺钉止动部16c。由此，能够将印刷基板40的周缘部的三方和周缘部以外的部位固定于冷却器10。此外，其它结构与实施方式1相同，因此此处省略说明。
67.根据实施方式2所涉及的功率转换装置，通过在形成于冷却器10的冷却面11的凹部16的内部配置第一电容器30a，从而第一电容器30a的一部分与凹部16的侧壁部16a热连接，能够进一步有效地冷却第一电容器30a。
68.另外，搭载有功率模块20的第一冷却面11a与配置有第一电容器30a的第二冷却面11b的高度不同，因为功率模块20与第一电容器30a被隔开，因此，功率模块20产生的热量不易传递到第一电容器30a。因此，与实施方式1相比，能够进一步降低第一电容器30a的温度上升。另外，与实施方式1相比，由于冷却器10的底面与第二电容器30b的上面的距离变短，所以不仅能降低平面方向的尺寸，还能够降低高度方向的尺寸。
69.另外，由于能将功率模块20到印刷基板40的距离设为0到几毫米，因此与实施方式1相比，能缩短p侧端子21a及n侧端子21b，能够降低由各端子产生的布线电感。由此，能降低功率模块20中的开关损耗，并且能够降低由于功率模块20的温度升高和从功率模块20受到的热量而导致的平滑电容器30的温度上升。因此，能减少第一冷却面11a和第二冷却面11b的面积。另外，由于端子变短，因此能减少由于振动而引起的端子折叠。
70.另外，由于印刷基板40与第三冷却面11c直接通过螺钉15被固定，所以与经由间隔件14的情况相比，热电阻减少，容易将印刷基板40和第二电容器30b的热量传递给冷却器10。由此，能够进一步降低印刷基板40和第二电容器30b的温度上升。另外，通过将印刷基板40固定于第三冷却面11c，从而与固定于间隔件14的情况相比，因振动而导致的挠曲被抑制，提高耐振动性。
71.由此，根据实施方式2，除了与实施方式1同样的效果之外，还能够比实施方式1进一步降低平滑电容器30和功率模块20的温度上升，因此能够进一步密集地配置它们。由此，能减少印刷基板40的面积及冷却器10的冷却面的面积，力图实现功率转换装置的平面方向及高度方向的小型化，并且提高耐振动性。
72.实施方式3.
实施方式3所涉及的功率转换装置的俯视图与上述实施方式1相同，因此使用图2。图9表示实施方式3所涉及的功率转换装置，是从箭头方向看图2中b-b所示的部分的正面剖视图。另外，图10是实施方式3所涉及的冷却器的三面图。另外，实施方式3所涉及的功率转换装置的侧面剖视图与上述实施方式2相同(参照图6)。
73.实施方式3所涉及的功率转换装置的冷却器10在其冷却面上具有多个凹部16，该凹部16沿制冷剂13的流动方向延伸。多个第一电容器30a沿制冷剂13的流动方向排列，各列收纳在凹部16中。由此，所有第一电容器30a与第二冷却面11b和侧壁部16a的侧面直接或经由绝缘性的导热构件热连接。
74.在实施方式3中，设置于印刷基板40的周缘部以外的部位的螺丝15被固定于冷却器10的端部以外的第三冷却面11c。由于其他结构与实施方式1及实施方式2相同，所以在此省略说明。
75.根据实施方式3所涉及的功率转换装置，除了有与上述实施方式1及2同样的效果之外，还能对搭载于印刷基板40内侧的第一电容器30a利用凹部16的侧壁部16a进行冷却，因此能提高所有第一电容器30a的冷却效果，能够进一步降低第一电容器30a的温度上升。
76.另外，与上述实施方式2相比较，与印刷基板40热连接的第三冷却面11c的面积增加，因此，比上述实施方式2更容易将印刷基板40和第二电容器30b的热量传递给冷却器10。由此，能够进一步降低印刷基板40和第二电容器30b的温度上升。由此，能够更密集地配置平滑电容器30，能够减少印刷基板40的面积，提高耐振动性。
77.另外，由于印刷基板40的周缘部以外的部位也能通过第三冷却面11c和螺钉15来固定，因此能够降低印刷基板40因温度上升而导致的挠曲。因此，能够担保并维持搭载于印刷基板40的内侧的第一电容器30a与第二冷却面11b热连接的状态。因此，对第一电容器30a进行冷却的可靠性提高。
78.此外，能够防止因电路的动作及停止的热循环中的热应力所引起的印刷基板40的搭载元器件或印刷基板40的破损。同样地，能够防止印刷基板40的搭载元器件或印刷基板40针对外部振动的损坏，提高印刷基板40的耐久性及耐振动性。
79.实施方式4.实施方式4所涉及的功率转换装置的俯视图与上述实施方式1相同，因此使用图2。图11和图12表示实施方式4所涉及的功率转换装置，图11是从箭头方向看图2中b-b所示的部分的正面剖视图，图12是从箭头方向看图11中c-c所示的部分的侧面剖视图。
80.实施方式4所涉及的功率转换装置的冷却器10具有多个凹部16，并且在凹部16的侧壁部16a的内部具有作为制冷剂流路的侧壁流路12c。由此，由于制冷剂13流过侧壁部16a，所以第三冷却面11c及侧壁部16a的侧面的冷却效果比上述实施方式3进一步提高。对于其它结构，由于与实施方式3相同，因此此处省略说明。
81.根据实施方式4，除了与上述实施方式3同样的效果之外，还能够与上述实施方式3相比进一步提高平滑电容器30及印刷基板40的冷却效果，能够降低它们的温度上升。
82.实施方式5.图13是实施方式5所涉及的功率转换装置的俯视图，图14是从箭头方向看图13中d-d所示的部分的正面剖视图。另外，实施方式5所涉及的功率转换装置的侧面剖视图与上述实施方式4相同(参照图12)。
83.实施方式5所涉及的功率转换装置的冷却器10与上述实施方式4相同，具有多个凹部16和侧壁流路12c。其中，第一电容器30a和第二电容器30b的位置关系以及在印刷基板40上形成的通孔42的位置关系与上述实施方式4不同。对于其它结构，由于与实施方式4相同，因此此处省略说明。
84.在图13的俯视图中，以虚线表示搭载于印刷基板40的背面的第一电容器30a。如图13所示，第一电容器30a和第二电容器30b配置在与冷却器10的冷却面在垂直方向上不重叠的位置。另外，如图14所示，第二电容器30b夹着印刷基板40与第三冷却面11c相对配置。
85.在第三冷却面11c和印刷基板40之间的至少一部分配置有导热构件50，印刷基板40和第三冷却面11c通过导热构件50热连接。优选导热构件50具有弹性，在印刷基板40的布线与冷却器10之间需要绝缘性的情况下，使用具有绝缘性的构件。
86.另外，印刷基板40在经由导热构件50与第三冷却面11c相对的部位具有将层间电连接的通孔42。优选通孔42为将形成于印刷基板40的c面、s面或内层的p侧布线图案41a彼此、或n侧布线图案41b彼此电连接的导电路径。在第一电容器30a的温度低于第二电容器30b的温度的情况下，优选将孔42的一部分尽可能多地配置在第二电容器30b的周围10mm以内。然而，通孔42的配置并不限于此。
87.与第一电容器30a相比较，第二电容器30b的冷却要求虽然较低，但除了自身发热以外，还会根据从第一电容器30a、布线图案、功率模块20受到的热量或气氛温度等而使得温度上升不少。印刷基板40也同样地，由于布线图案中的自身发热等而温度上升。特别是在处理大电流的功率转换装置中，与能增加并排数量来分散电流的平滑电容器30相比，这些电流集中的印刷基板40的布线图案有可能成为高温。因此，有时需要用于降低第二电容器30b和印刷基板40的温度上升的方式。
88.在实施方式5中，第一电容器30a和第二电容器30b被配置成与冷却器10的冷却面在垂直方向上不重叠，因此能够降低第二电容器30b从第一电容器30a受到的热量。因此，能够降低第二电容器30b以第一电容器30a为主因而导致的温度上升。
89.另外，由于第二电容器30b经由印刷基板40与第三冷却面11c相对配置，所以容易将第二电容器30b的热量传递给冷却器10。另外，通过在印刷基板40和第三冷却面11c之间配置导热构件50，从而能够使印刷基板40更可靠地与第三冷却面11c热连接，提高冷却效果。
90.此外，由于能够降低第二电容器30b的温度上升，所以能增加第二电容器30b的电容或个数，减小第一电容器30a的电容或个数。此外，通过使用具有弹性的导热构件50，从而能够降低印刷基板40的振动，提高耐振动性。
91.另外，由于能够将印刷基板40的特别是内侧的布线图案的热量经由导电构件50传递到第三冷却面11c，所以能够降低从印刷基板40传递到第一电容器30a的热量，其结果是，能够降低第一电容器30a的温度上升。
92.另外，通过在印刷基板40中具有通孔42，能够进行经由通孔42的热量传输，能够得到使c面和s面、或第一电容器30a和第二电容器30b的温度均等化的效果。特别是对第一电容器30a的冷却效果足够好，在第一电容器30a的温度低于第二电容器30b的温度的情况下，能有将第二电容器30b的热量从s面经由通孔42向c面、第一电容器30a、以及冷却器10传递的导热路径，从而能够高效地冷却第二电容器30b。
93.根据实施方式5，除了与上述实施方式4同样的效果之外，还能够比上述实施方式4进一步提高第二电容器30b及印刷基板40的冷却效果，能够降低它们的温度上升。
94.实施方式6.图15是实施方式6所涉及的功率转换装置的俯视图，图16是从图15中除去印刷基板而得的俯视图，图17是从箭头方向看图15中e-e所示的部分的侧面剖视图，图18是从箭头方向看图15中f-f所示的部分的正面剖视图。另外，图19和图20示出了在实施方式6所涉及的功率转换装置的印刷基板上形成的布线图案的示例。
95.如图15所示，在实施方式6所涉及的功率转换装置中，冷却器10的冷却面的大部分区域被印刷基板40覆盖。当除去印刷基板40时，如图16所示，在冷却器10上形成有多个凹部16。多个凹部16中，底部即第二冷却面11b为矩形，通过将该矩形的长边彼此相对地排列配置，从而形成多个细长的第三冷却面11c。
96.功率模块20包含构成三相交流逆变器电路的开关元件20a。在实施方式6中，一个功率模块20包含2个开关元件20a，它们相当于图1所示的逆变器电路图中的桥式电路部的上臂和下臂。通过使用三个这样的功率模块20，从而构成三相交流逆变器的功率转换部2。
97.构成u相、v相和w相的多个功率模块20以彼此的长边相对的方式排列配置，沿功率模块20的长边方向延伸的多个凹部16与功率模块20相邻形成。另外，在实施方式6中，凹部16的侧壁部16a的顶部是第三冷却面11c，并且也是搭载功率模块20的第一冷却面11a。
98.收纳于凹部16的第一电容器30a沿功率模块20的长边方向排列。优选收纳于各个凹部16的第一电容器30a的数量、即与各个功率模块20相邻的第一电容器30a的数量相等。虽然第二电容器30b的配置没有特别限定，但是优选各个功率模块20和经由印刷基板40而接近的第二电容器30b的数量相等。
99.在印刷基板40和功率模块20之间，需要用于确保两者绝缘性的距离，但是，为了不使p侧端子21a和n侧端子21b变得过长，具体地优选以0.5mm到20mm左右的距离接近。功率模块20的上面除端子部以外成为散热面，印刷基板40和功率模块20的散热面也可以夹着具有绝缘性的导热构件而接触。
100.如图15所示，印刷基板40形成有用于使从功率模块20延伸的信号端子22和交流端子23通过的长孔45。其中，也有通过搭载于印刷基板40的连接器等将控制电路部5或电动机6与功率模块20连接的方法。在该情况下，在印刷基板40上形成了孔的侧面被铜等镀金的通孔，信号端子22或交流端子23通过焊锡或焊接等电连接并固定。
101.实施方式6中的印刷基板40由四层构成，图19的(a)表示第一层的布线图案示例，图19的(b)表示第四层的布线图案示例，图20的(a)表示第二层的布线图案示例，以及图20的(b)表示第三层的布线图案示例。在第一层(s面)和第四层(c面)上，以相同的方式形成p侧布线图案41a和n侧布线图案41b，在第一层搭载有第二电容器30b，在第二层搭载有第一电容器30a。
102.另外，除了第二层是n侧布线图案41b、第三层是p侧布线图案41a以外，第二层和第三层是大致相同的图案。然而，印刷基板40的结构并不限定于此，也可以是没有第二层、第三层而由两层构成的印刷基板40，还可以是更多层的印刷基板40。
103.根据实施方式6，使用具有多个凹部16的冷却器10，用第二冷却面11b和侧壁部16a的侧面冷却第一电容器30a，同时用第三冷却面11c冷却功率模块20，因此，能够减少实施方
式3至5中的相当于第一冷却面11a的面积。
104.另外，当功率模块20与冷却器10被可靠地固定时，从功率模块20延伸的p侧端子21a和n侧端子21b通过被插入至印刷基板40的连接部44中从而作为将印刷基板40固定于冷却器10的固定机构来工作。因此，由于无需使用螺钉15而能够固定印刷基板40的周缘部以外的部位，因此能抑制由振动而导致的挠曲，提高耐振动性。
105.此外，通过使与各个功率模块20相邻的第一电容器30a的数量和接近各个功率模块20的第二电容器30b的数量相等，从而能够使从第一电容器30a和第二电容器30b到功率模块20的布线电阻和布线电感相等。因此，流过各个第一电容器30a和各个第二电容器30b的电流几乎相等，温度上升也几乎相等。
106.由此，无需设计与温度上升最多的平滑电容器30相匹配的冷却面积或冷却结构，因此能够减少冷却面的面积或简化冷却结构，力图实现低成本化。
107.另外，与上述实施方式1至实施方式5相比，各功率模块20相对于印刷基板40中心的距离较短，能够降低布线电阻及布线电感，因此能够降低布线的温度上升和功率模块20处的开关损耗。由此，能够降低平滑电容器30从布线及功率模块20受到的热量，能够抑制平滑电容器30的温度上升。
108.另外，在散热面即功率模块20的上面经由导热构件与印刷基板40热连接的情况下，形成功率模块20的热量经由印刷基板40向螺钉15或第一电容器30a、以及冷却器10传递的导热路径。该导热路径应用于对印刷基板40及平滑电容器30的额定温度有余量，而对功率模块20的额定温度没有余量的情况，能够抑制功率模块20的温度上升。
109.另外，印刷基板40中，在第二层和第三层中p侧布线图案41a和n侧布线图案41b以较宽的面积平行地相对，因此，能够降低p侧布线图案41a和n侧布线图案41b中产生的布线电感。因此，能够降低功率模块20处的开关损耗，能够降低第一电容器30a从功率模块20受到的热量，能够降低第一电容器30a的温度上升。
110.进而，通过形成如第二层和第三层那样宽的布线图案，从而容易使热量扩散到整个基板，容易将热量从配置于印刷基板40的周缘部的螺钉15传递给冷却器10。因此，能够提高印刷基板40的冷却效果，能够降低印刷基板40的温度上升。
111.实施方式7实施方式7所涉及的功率转换装置除了印刷基板40的布线图案以外与上述实施方式6相同，因此在此仅对布线图案进行说明。实施方式7所涉及的印刷基板40由六层构成，图21的(a)表示第一层的布线图案示例，图21的(b)表示第六层的布线图案示例，图22的(a)表示第二层的布线图案示例，图22的(b)表示第五层的布线图案示例，以及图23表示第三层和第四层的布线图案示例。
112.印刷基板40的第三层和第四层是散热层，其他是布线层。第一层(s面)和第六层(c面)除了在周缘部具有散热图案43以外，还具有与上述实施方式6的第一层和第四层(参照图19)相同的布线图案。另外，第二层和第五层除了在周缘部具有散热图案43以外，还具有与上述实施方式6的第二层和第三层(参照图20)相同的布线图案。
113.在图23所示的散热层中几乎整个面形成有主要用于输送印刷基板40的热量的散热图案43。散热图案43扩展到印刷基板40的周缘部的螺钉孔。在布线层的周缘部形成的散热图案43通过通孔42与散热层的散热图案43电连接且热连接。散热层通过在c面或s面形成
的散热图案43与螺钉15和冷却器10电连接且热连接。
114.根据实施方式7，由于印刷基板40具有散热层，所以容易将印刷基板40的热量传递给冷却器10，能够降低印刷基板40的温度上升。如果印刷基板40的温度比第一电容器30a要低，则能够将第一电容器30a的热量从印刷基板40向冷却器10传递，能够降低第二冷却面11b冷却第一电容器30a的面积。
115.另外，散热层与冷却器10电连接且处于相同电位，因此，散热层成为用于使功率模块20在开关时辐射至比散热层更上面的区域的噪声降低的屏蔽。因此，与没有散热层的情况相比，能够将容易受到开关噪声影响的控制电路部5配置于更靠近功率模块20，力图实现功率转换装置的小型化。另外，通过包括薄金属板即散热层，从而与没有散热层的情况相比，印刷基板40变得不易挠曲，提高耐振动性。
116.实施方式8.图24表示实施方式8所涉及的功率转换装置，图25是从箭头方向看图24中g-g所示的部分的侧面剖视图，图26是从箭头方向看图24中h-h所示的部分的正面剖视图。
117.实施方式8所涉及的功率转换装置除了与上述实施方式4所涉及的功率转换装置(参照图11和图12)相同的结构之外，还具备与印刷基板40的第二面即s面40b相对的盖壳60。盖壳60包含覆盖印刷基板40以及第二电容器30b的上部的盖主面61和支承盖主面61的盖脚62。
118.盖壳60的材质从铝、铜、锡、金、银、铁或含有它们的合金、镍合金等金属、或氮化铝、碳化硅等陶瓷、或碳基类复合材料等中选择，优选热传导率为10.0w/(m
·
k)以上。作为盖壳60的制作方法，可以冲压板金来成型，也可以将熔融或可变形状态的材料放入模具中进行固定。
119.盖壳60利用盖主面61与第二电容器30b的顶面根据需要经由导热构件热连接。另外，如图26所示，盖脚62从盖主面61的端部沿垂直于冷却面11的方向延伸，通过螺钉15固定于印刷基板40及冷却器10。由此，盖壳60、螺丝15及冷却器10热连接，盖壳60如果是导电性的构件，则也被电连接。
120.另外，在图24至图26所示的示例中，盖壳60是仅覆盖印刷基板40的上部的结构，但也可以覆盖到功率模块20的上部。在该情况下，需要确定盖壳60的范围和形状，以使得盖壳60不与功率模块20的各端子部干扰。
121.根据实施方式8，除了与上述实施方式4同样的效果之外，第二电容器30b还具有从盖壳60一侧到冷却器10的热路径，因此能够降低第二电容器30b的温度上升。由此，第一电容器30a的温度上升也能够降低，能够进一步减少冷却面的面积。
122.另外，通过将盖壳60也扩展到功率模块20一侧，功率模块20具有从盖壳60一侧到冷却器10的热路径，因此能够减少功率模块20的温度上升。由此，能够减少第一冷却面11a的面积。
123.另外，通过盖壳60从上侧将第二电容器30b以及印刷基板40整体按压到冷却器10，由此抑制由振动而导致的挠曲，提高耐振动性。另外，通过将盖壳60设为导电性，从而起到作为降低功率模块20在开关时辐射的噪声的屏蔽的效果。由此，能够将控制电路部5配置于更靠近功率模块20，力图实现功率转换装置的小型化。
124.本公开记载了各种例示性的实施方式及实施例，但1个或多个实施方式中记载的
各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本技术说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。工业上的实用性
125.本技术能用作功率转换装置，尤其作为搭载于电动车的车载电源的功率转换装置来使用。标号说明
[0126]1ꢀꢀ
功率转换装置2
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功率转换部3
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功率平滑部4
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布线4a
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p侧布线4b
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n侧布线5
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控制电路部6
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电动机7
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电池10
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冷却器11
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冷却面11a
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第一冷却面11b
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第二冷却面11c
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第三冷却面12
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制冷剂流路12a
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流路入口12b
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流路出口12c
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侧壁流路13
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制冷剂14
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间隔件15
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螺钉16
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凹部16a
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侧壁部16c
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螺钉止动部20
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功率模块20a
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开关元件21a
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p侧端子21b
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n侧端子22
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信号端子23
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交流端子
30
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平滑电容器30a
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第一电容器30b
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第二电容器31
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电容器端子40
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印刷基板40a
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c面(第一面)40b
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s面(第二面)41a
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p侧布线图案41b
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n侧布线图案42
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通孔43
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散热图案44
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连接部45
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长孔50
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导热构件60
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盖壳61
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盖板主要面62
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盖板脚。