CN106165091B - 电力变换器和用于制造电力变换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换器包括多个电源卡、多个冷却器和一加压部件。每个所述电源卡都收纳半导体元件。所述多个冷却器与所述电源卡层叠。所述冷却器包括本体、垫片和金属板。所述本体由树脂制成，并且具有设置在所述冷却器的与邻接的所述电源卡对向的侧面中的开口。所述金属板的位于一侧的面构造成经所述垫片闭塞所述开口，而另一面与所述电源卡对向。所述加压部件构造成在层叠单元上沿层叠方向施加压力。所述开口由所述金属板利用由所述加压部件施加在所述层叠单元上的压力密封。

Description

电力变换器和用于制造电力变换器的方法
技术领域
本发明涉及电力变换器和用于制造电力变换器的方法。本发明尤其涉及一种分别收纳半导体元件的多个电源卡和多个冷却器相层叠的电力变换器，并且涉及一种用于制造该电力变换器的方法。
背景技术
电力变换器的发热量大。开关元件或称为功率元件的用于电力变换的半导体元件的发热量特别大。例如，向电动车辆驱动电机供给电力的电力变换器设置有大量开关元件，因而发热量特别大。
日本专利申请公报No.2012-238681(JP 2012-238681 A)、日本专利申请公报No.2006-165534(JP 2006-165534 A)和日本专利申请公报No.2012-009568(JP 2012-009568 A)公开了用于聚集发热量大的大量开关元件并有效地冷却所述开关元件的技术。在JP 2012-238681 A中公开的技术中，采用了一种层叠单元，其中设置有收纳开关元件的多个电源卡和多个冷却器，并且电源卡和冷却器交替地层叠。每个平板型电源卡都通过使冷却器靠接在各电源卡的两面上而被冷却。JP 2012-238681 A公开了冷却器的本体为铝。已知该类型的冷却器容易通过压制热传导率高的金属(典型地，铝)来制造。在沿层叠单元的层叠方向在层叠单元上施加压力的状态下将层叠单元收纳在电力变换器外壳中，以便提高从电源卡到冷却器的热传递效率。在JP 2012-238681 A中，通过在层叠单元的端面与外壳的内侧面之间插入板簧来对层叠单元施加压力。
在JP 2006-165534 A和JP 2012-009568 A中，公开了一种层叠单元，其中电源卡被组装在具有致冷剂在其内部流动的树脂质本体的冷却器中，并且冷却器被层叠。在该层叠单元中，与JP 2012-238681 A中记载的技术不一样，冷却剂在电源卡周围流动。因此，冷却性能高。
在日本专利申请公报No.2004-180824(JP 2004-180824 A)中，公开了垫片的示例。
在JP 2012-238681 A中记载的层叠单元中，从成型和热传导性的角度，冷却器的本体由金属片制成。然而，当在由金属片制成的冷却器上沿层叠方向施加压力时，冷却器的变形量大，从而导致电源卡的位置误差大。
JP 2006-165534 A和JP 2012-009568 A中记载的技术通过使电源卡直接暴露于致冷剂流来实现高冷却性能，而不需要JP 2012-238681 A中记载的这种冷却器。然而，由于电源卡直接暴露于致冷剂流，难以采取措施来使电源卡防水。
发明内容
本说明书中公开的技术提供了一种电力变换器，其即使对于冷却器和电源卡相层叠的结构也具有高强度，并且确保了电源卡的冷却性能。本说明书还提供了一种用于制造电力变换器的方法。
本说明书中公开的电力变换器具有以下结构。所述电力变换器包括多个电源卡、多个冷却器和一加压部件。每个所述电源卡都收纳半导体元件。所述多个冷却器与所述电源卡层叠，并且每个所述冷却器都与所述电源卡对向。所述冷却器包括本体、垫片和金属板。所述本体由树脂制成，并且所述本体具有设置在所述冷却器的与邻接的所述电源卡对向的侧面中的开口。所述金属板的位于一侧的面构造成经所述垫片闭塞所述开口，而所述金属板的另一面与所述电源卡对向。所述加压部件构造成在层叠单元上沿层叠方向施加压力。所述多个电源卡和所述多个冷却器被层叠在所述层叠单元中。所述开口由所述金属板利用由所述加压部件施加在所述层叠单元上的压力密封。
上述电力变换器对于沿层叠方向被施加压力的层叠单元中的冷却器采用树脂质本体。由于树脂质本体容易成型为复杂形状，所以可以以低成本获得高强度的本体。通过采用树脂质本体，确保了冷却器的强度，并且抑制了由于压力的施加而引起的变形。然而，树脂的热传导率比诸如铝的金属低。因此，在本说明书中的层叠单元的冷却器中，对于传递电源卡的热的部件使用金属板。具体而言，在树脂质本体的与电源卡对向的面中设置有开口，并且金属板配置成闭塞该开口。金属板的一个面与电源卡对向。由于该金属板，电源卡的热有效地传递到本体内部的致冷剂。本体的内部用作供致冷剂流动的流动通路。因此，致冷剂与金属板的背面直接接触。从而，也可以确保高冷却性能。
在本说明书中记载的电力变换器中，利用层叠单元在层叠单元的层叠方向上承受的压力来密封金属板与开口之间的间隙。垫片嵌插在金属板与开口周围的本体侧面之间的间隙中，并且开口与金属板之间的间隙随着上述压力压缩垫片而被密封。利用上述结构，可以简化开口的密封结构。在上述电力变换器中，冷却器具有高强度，此外，电源卡具有良好的冷却效率。
本说明书中记载的用于制造电力变换器的方法具有以下结构。所述电力变换器具有多个电源卡和多个冷却器相层叠的层叠单元。所述冷却器包括本体和金属板。所述本体在与邻接的电源卡对向的侧面上具有开口。所述本体由树脂制成。所述制造方法包括：将所述金属板固定在每个所述电源卡上；在所述固定之后将所述电源卡和所述本体层叠成使得所述金属板覆盖所述开口并形成所述层叠单元；以及在沿层叠方向在所述层叠单元上施加压力的同时将所述层叠单元收纳在外壳中。
根据该制造方法，可以同时将电源卡和金属板相对于冷却器的本体定位。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据第一实施例的电力变换器的层叠单元的透视图；
图2是示出根据第一实施例的电力变换器的外壳内部的布局的俯视图；
图3是冷却器的分解透视图；
图4是一组冷却器和夹在所述冷却器之间的电源卡的透视图；
图5是沿图4中的线V-V截取的截面图；
图6是利用图5中的虚线VI所示的范围的扩大视图；
图7是根据第二实施例的电力变换器中的层叠单元的透视图；
图8是一组冷却器和夹在所述冷却器之间的电源卡的透视图；
图9是图8所示的子组件的分解透视图；
图10A是具有翅片的金属板的分解透视图，图10B是具有翅片的金属板的透视图；
图11A是电源卡子组件的分解透视图，图11B是电源卡子组件的透视图；以及
图12是沿图8中的线AA截取的截面图，图12B是沿图8中的线BB截取的截面图。
具体实施方式
参照附图说明根据实施例的电力变换器。首先，提供层叠单元的概要。图1示出层叠单元10的透视图。层叠单元10是安装在电动车辆上的电力变换器的主要部件。该电力变换器使电池的直流电力升压，进一步将直流电力变换为交流，并且向行驶用电机供给该电力。该电力变换器包括升高电压的电压变换器回路，和逆变器回路。该电压变换器回路是升压/减压变换器并且包括两个半导体元件(IGBT)。该逆变器回路包括六个半导体元件。该电力变换器包括共计八个半导体元件。由于半导体元件导通和切断大电流，所以每个半导体元件都产生大量热。根据车辆类型(电力变换器的类型)，半导体元件的数量可以不同。
层叠单元10是将上述八个半导体元件聚集在一个位置并且集中地冷却半导体元件的单元。层叠单元10是其中四个电源卡3a、3b、3c、3d和五个冷却器2a、2b、2c、2d、2e交替地层叠的单元。图中的X轴方向对应于层叠方向。多个冷却器2a至2e具有相同结构。类似地，多个电源卡3a至3d具有相同结构。在下文中，在不进行区分的情况下表述多个冷却器2a至2e中的任一个冷却器的情况下，冷却器被表述为“冷却器2”。类似地，在不进行区分的情况下表述多个电源卡3a至3d中的任一个电源卡的情况下，电源卡被表述为“电源卡3”。
每个电源卡3都是其中两个半导体元件利用树脂模塑的包装件。两个半导体元件在各电源卡3的内部串联连接。三个端子29从各电源卡3伸出。三个端子29分别对应于半导体元件的串联回路的高电位侧端子和低电位侧端子以及位于该串联回路的中点的端子。除三个端子29以外，与半导体元件(IGBT)的栅极连接的端子(栅极端子)从电源卡3在位于端子29伸出的侧面的相对侧的侧面上伸出。栅极端子在图11A等中被示出。
液体致冷剂经过将电源卡3夹在中间的冷却器2的内部。例如，致冷剂为水或LLC(长效冷却剂)。每个冷却器2在电源卡3在Y轴方向上的两侧都具有通孔43。当冷却器2被层叠时，相邻的冷却器2的通孔43彼此连接。相连的通孔43构成将致冷剂供给到冷却器2的本体内部的流动通路P2的供给通路P1和排出已从流动通路P2通过的致冷剂的排出通路P3。盖28设置在层叠单元10的一端中并且闭塞冷却器2e的通孔。
说明包括层叠单元10的电力变换器100的外壳内部的装置布局。图2是电力变换器100的俯视图。在外壳20中，除层叠单元10以外还收纳有多个电容器元件24和电抗器25。一些电容器元件24与电压变换器的低电压侧连接并且构成滤波电容器。其余的电容器元件24与电压变换器回路的高电压侧连接并且构成平滑化电容器。由于电力变换器100处理要供给到行驶用电机的大电流，所以电容器元件24的体格大。电抗器25用在斩波电压变换器回路中。
层叠单元10配置在设置于外壳20中的支承壁20a和20b之间，并且由嵌插在层叠单元10的一端与支承壁20b之间的板簧23沿层叠方向加压。将致冷剂从外壳的外侧供给到层叠单元10中的供给管21和从层叠单元10排出致冷剂的排出管22与层叠单元10的一端连接。供给管21和排出管22分别与上述供给通路P1和排出通路P3连通。
除上述装置以外，在外壳20中还安装有产生要供给到电源卡3中的半导体元件的PWM信号的控制板。然而，未示出该控制板。
接下来说明冷却器2的结构。图3是冷却器2的分解透视图。冷却器2的本体40由树脂制成。尽管具有如图3所示的复杂形状，但由于本体40由树脂制成，所以本体40通过例如注射成型而以低成本非常精确地制造。在本体40的内部有供致冷剂通过的流动通路P2。当从层叠方向(图中的X方向)观察时在本体40的中央设置有开口41a。开口41a设置在与电源卡3对向的位置处。开口41a由金属板32a闭塞。更具体而言，金属板32a经硅橡胶垫片34a靠接在开口41a周围的本体侧面44a上，并且闭塞开口41a。在本体40在Y方向上的两端中设置有突出部42，突出部42在层叠方向的一侧(X正方向)突出。金属板32a紧密地附着在一对突出部42之间的本体侧面44a上。在本体40在层叠方向上的另一侧(X负方向)设置有开口41b。开口41b也设置在与不同电源卡3对向的位置处。开口41b由金属板32b闭塞。更具体而言，金属板32b经硅橡胶垫片34b靠接在开口41b周围的本体侧面44b上并且闭塞开口41b。在本体40在X负方向上的侧面上——换言之在设置有开口41b的侧面上——设置有凹部46，金属板32b嵌入凹部46中。
电源卡3靠接在金属板32a的外侧。另一电源卡3靠接在金属板32b的外侧。多个冷却器2和多个电源卡3逐一交替地层叠，并且冷却器2的本体40、金属板32a(32b)和电源卡3彼此紧密地附着。如上所述，压力沿层叠单元10的层叠方向施加到层叠单元10上。由于该压力，金属板32a(32b)与本体40之间的垫片34a(34b)变形，由此密封开口41a(41b)。
在金属板32a(32b)的背面(与本体40的内部对向的侧)上设置有多个翅片33。金属板32a(32b)的背面面对本体40的内部，并与在本体内部的流动通路P2中流动的致冷剂直接接触。因此，电源卡3的热主要经金属板32a(32b)和金属板32a(32b)的背面上的翅片33放出到致冷剂中。
本体40中当从层叠方向(图中的X轴方向)观察时在开口41a在Y轴方向上的两侧设置有沿层叠方向突出的突出部42。在突出部42的内侧形成有沿层叠方向贯通的通孔43。如上所述，在层叠单元10中，突出部42与相邻的冷却器的本体40接合，并且通孔43彼此连接，由此形成供给通路P1和排出通路P3。通路P1、P3与本体内部的流动通路P2连通。致冷剂经上述供给管21和供给通路P1分配给所有冷却器。致冷剂在流过流动通路P2的同时经金属板32a(32b)和翅片33吸收电源卡3的热。已吸热的致冷剂经排出通路P3和排出管22排出到外壳外部。
如上所述，冷却器2的本体由树脂制成。如图3所示，本体40的突出部42具有比设置有开口41a的部分大的在层叠方向上的厚度。因此，突出部42能维持关于层叠方向的高强度，并且能减小抵抗压力的变形量。另一垫片31靠接在突出部42的边缘表面上，由此密封突出部42与相邻的冷却器的本体40之间的间隙。垫片34a、31的厚度被选择成使得同时实现垫片34a对本体40与金属板32a之间的间隙的密封和垫片31对突出部42与相邻的本体40之间的间隙的密封。例如，垫片31的厚度被设定为比垫片34a的厚度大。于是，可以在确保利用垫片34a实现的密封之后确保利用垫片31实现的密封。
图4示出两个冷却器2a、2b和夹在冷却器2a、2b之间的电源卡3a的透视图。图5示出沿图4中的线V-V截取的截面图。参考图4和图5提供对电源卡3的内部结构的说明，并且还对冷却器2的内部结构进行补充说明。图4仅示出两个冷却器2a、2b和一个电源卡3a。应当注意的是，如图1所示，另一电源卡和另一冷却器层叠在冷却器2a的电源卡3a的另一侧，并且此外，另一电源卡和另一冷却器也层叠在冷却器2b的另一侧。在图4中，所有金属板都具有相同的附图标记32。以下，在表述多个金属板中的任一个的情况下，将金属板称为金属板32。关于后述的绝缘板9a、9b，在表述绝缘板9a、9b中的任一个的情况下，将绝缘板称为绝缘板9。
说明电源卡3a的内部结构。电源卡3a是两个半导体元件51由树脂包封件54密封的装置。尽管图5中仅示出一个半导体元件，但另一半导体元件位于半导体51的纸面背侧。两个半导体元件51是IGBT。两个半导体元件51在树脂包封件54的内部串联连接。半导体元件51是小型平板芯片，发射电极在半导体元件51的两个平面中的一个平面上露出，而集电电极在另一面上露出。未示出栅电极。导电间隔件52与半导体元件51的两面上的电极接触，并且散热片53、56与间隔件52的另一侧接触。散热片53、56的一个面从树脂包封件54露出。散热片53、56也用作端子，并且散热片56将两个半导体元件51串联连接。两个散热片53布置在与图5中的纸面垂直的方向上。散热片53中的一个散热片还用作串联连接的高电位侧端子，并且另一个散热片还用作低电位侧端子。图5清楚地示出散热片53从端子29接续，该端子29从树脂包封件54向上延伸。由于散热片53、56与半导体元件51的电极电气地接续，所以绝缘板9a设置在电源卡3a的一侧以确保散热片53与冷却器2的金属板32a之间的绝缘。类似地，绝缘板9b设置在电源卡3a的另一侧以确保散热片56与冷却器2的金属板32b之间的绝缘。对于用于绝缘板9的材料，使用具有高导热率的陶瓷。在绝缘板9与电源卡3之间和绝缘板9与金属板32之间涂布有油脂。通过沿层叠方向施加至层叠单元10的压力，薄而均匀地形成油脂层。
接下来，对经绝缘板9与电源卡3a对向的冷却器2a、2b的结构进行补充说明。在位于本体40在层叠方向上的一侧的侧面44a中设置有开口41a。在另一侧面44b上设置有开口41b。各开口41a由金属板32a经垫片34a密封。尽管在图5中将垫片34a的截面表达为椭圆形，但稍后描述垫片34a的形状的细节。翅片33在金属板32a的背面上延伸。在本体40的另一侧面44b上设置有开口41b。开口41b由金属板32b经垫片34b密封。垫片34a和34b相同。在位于本体40的两侧的开口41a、41b的外部分别设置有金属板32a、32b。各金属板32a、32b的翅片33的远端在本体内部彼此对向。可设置隔板47以填埋一对翅片的远端之间的间隙。隔板47通过限定出本体40内部的流动通路P2而有助于致冷剂的平顺流动。此外，隔板47降低了由层叠方向上的压力导致的金属板32a、32b的挠度。隔板47可由树脂或金属制成。在隔板47由树脂制成的情况下，可与本体40一体地形成隔板47。在图3中，未示出隔板47。
说明垫片34a。图6示出图5中用附图标记VI表示的虚线的范围的放大视图。垫片34a嵌插在开口41a周围的本体侧面44a与金属板32a之间的间隙中。垫片34a由柔性并具有高耐热性的硅橡胶制成。如图6中清楚地示出的，垫片34a在金属板侧(图中左侧)和本体侧(图中右侧)分别具有从垫片34a的本体35a突出的两个突起。垫片34a的截面是一致的，并且突起围绕开口41a并形成突条35。简言之，垫片34a具有双重围绕开口41a的四个环状突条35b。通过具有以多重方式围绕开口41a的环状突条35b，各突条抵抗层叠方向上的压力被良好地挤压，从而更有把握地密封金属板32a与开口41a之间的间隙。突条35b有时称为唇部。应当注意的是，图3和图5中的垫片的截面形状被简化。类似的垫片34b同样被夹在位于另一侧的本体侧面44b和金属板32b之间。
注意，给出在第一实施例中描述的技术。在根据该实施例的冷却器中，开口41a周围的侧面44a(参见图3)是平坦的，并且垫片34a配置在该平坦面上(参见图6)。然而，可采用一种结构，其中在本体侧面44a上设置有围绕开口41a的沟槽，并且垫片34a收纳在该沟槽中。这种情况下，垫片34a的一部分从沟槽露出，使得露出部与金属板32a接触并密封开口41a。相反，在金属板32a中可设置有沟槽，垫片的一部分埋设在该沟槽中。这同样适用于位于另一侧的开口41b和开口41b周围的侧面44b。其他冷却器102a、102d、102e具有与102b、102c相同的结构。由于这种结构，可以容易地将垫片34固定在给定位置，这有助于减少冷却器的组装工时。
多个翅片33设置在金属板32的背面(本体的内侧)上。金属板32和翅片33均由铝制成。翅片33是金属板32的一部分，并且翅片33和金属板32通过挤出成型同时制作。翅片33也可与金属板32分开制作，并且稍后安装在金属板32上。
金属板32和绝缘板9可预先附着在电源卡3上。如上所述，通过对层叠单元10施加压力压来实现利用金属板32a(32b)密封开口41a(41b)。因此，金属板32不需要固定在冷却器2的本体40上。因此，通过预先将金属板32和绝缘板9附着在电源卡3上，可以简化层叠单元10的组装和向外壳20中插入的步骤。
如上所述，在电源卡3的侧面上露出的散热片53、56与内部的半导体元件51导通。绝缘板9在散热片53(56)与金属板32之间绝缘。因此，绝缘板9是电源卡3的其中一个构件。代替绝缘板9，在电源卡3的表面上可设置有覆盖散热片53(56)的绝缘膜。措辞“电源卡3和冷却器2被层叠”包括绝缘板被夹在和未被夹在电源卡3与冷却器2之间的两种情况。
根据第一实施例的突出部42中的通孔对应于与本体内部的空间连通的连通孔的一个例子。具有通孔43的突出部42也可被称为“筒部42”。
(第二实施例)接下来，利用图7至图12B说明根据第二实施例的电力变换器100b。电源卡3与第一实施例中的电源卡3相同，并且因此省略了说明。在第二实施例中，还说明用于制造电力变换器的方法。
图7是根据第二实施例的电力变换器100b的层叠单元10b的透视图。在层叠单元10b中，四个电源卡3a至3d和五个冷却器102a至102e被层叠。各电源卡和各冷却器属于平板型，并且被层叠成使得电源卡的平坦面和冷却器的平坦面彼此对向。位于层叠方向(图中的X轴方向)上的两端的冷却器102a和102e具有与其它冷却器102b至102d稍微不同的形状，但与其它冷却器102b至102d基本上相同。电源卡3a至3d和冷却器102a至102e逐一交替地层叠，并且冷却器与电源卡的每个面对向。以下，在表述电源卡3a至3d中的任一个电源卡的情况下，将电源卡称为电源卡3。尽管稍后给出细节，但在各冷却器102至102e的与各电源卡3对向的面中设置有开口，并且各开口由金属板132密封。绝缘板片109被夹在金属板132与电源卡3之间。绝缘板片109是电源卡3的一部分。
在冷却器102a上安装有致冷剂供给管91和致冷剂排出管92。致冷剂供给管91对应于第一实施例的供给管21，并且致冷剂排出管92对应于第一实施例的排出管22(参见图2)。经电源卡彼此邻接的冷却器彼此连通，并且致冷剂经致冷剂供给管91供给到各冷却器102a至102e。致冷剂从各冷却器102a至102e的本体内部通过。已吸收电源卡的热的致冷剂经致冷剂排出管92排出到外部。致冷剂是液体，并且典型地可以是水。
在冷却器102的两侧设置有要固定在外壳上的凸缘101a。冷却器102e的位于层叠方向上的外侧的面中的开口被预先闭塞。尽管未示出，但与第一实施例一样，层叠单元10b也固定在外壳上，并且外壳和板簧沿层叠方向向层叠单元10b施加压力。板簧配置在冷却器102e的外侧。在各冷却器102a至102e的顶面上设置有轻量化沟槽146。
图8示出一对冷却器102b、102c和夹在冷却器102b、102c之间的电源卡3b的透视图。应当注意，另一电源卡和另一冷却器在电源卡3b的相对侧与冷却器102b连接，并且另一电源卡和另一冷却器也在冷却器102c的另一侧连接。图9示出图8所示的结构的分解图。冷却器102b和102c具有相同结构。对冷却器102b和冷却器102c的相同构件使用相同的附图标记。以下主要对图9中的冷却器102b进行说明。因此，在以下说明中，对具有附图标记的构件参照图9中的冷却器102b，除非将对冷却器102b和102c进行区分。
与根据第一实施例的冷却器2一样，冷却器102b由具有开口141a、141b的树脂本体140和闭塞开口的金属板132a、132b制成。在图8和图9中，未示出闭塞冷却器102b的开口141a的金属板和闭塞冷却器102c的开口141b的金属板。闭塞冷却器102b的开口141a的金属板与闭塞冷却器102c的开口141a的金属板132a相似。闭塞冷却器102c的开口141b的金属板与闭塞冷却器102b的开口141b的金属板132b相同。尽管稍后提供细节，但金属板132a、132b如图9所示安装在电源卡3b上。类似地，在其它电源卡3a、3c、3d中的每个电源卡的两面上安装有金属板132a、132b。
详细说明冷却器102b的结构。在树脂本体140中，在与电源卡3b对向的侧面144b中设置有开口141b。在与电源卡3a(图9、图10A和图10B中未示出)对向的侧面144a中设置有开口141a。对于开口141a和开口141a周围的结构，请参照图9所示的冷却器102c的开口141a和开口141a周围的结构。
开口141a由金属板132a经垫片134a密封。开口141b由金属板132b经垫片134b密封。如上所述，由于沿层叠方向向层叠单元10b施加压力，该压力确保了开口141a和金属板132a的密封以及开口141b和金属板132b的密封。因此，金属板132a、132b无需固定在本体140上。尽管在本体140的侧面144a(144b)中设置有用于收纳垫片134a(134b)的沟槽，但该沟槽在图9中未被示出。稍后说明收纳垫片134a(134b)的沟槽。
在不加以区分地对待金属板132a和132b的情况下，将各金属板称为金属板132。同样，在不加以区分地对待绝缘板片109a和109b的情况下，将绝缘板片称为绝缘板片109。在金属板132的一个面(与本体140对向的面)上，设置有翅片133，并且另一面与电源卡3b对向。金属板132经绝缘板片109固定在电源卡3b上。使用硅基散热用粘接剂来固定金属板132和绝缘板片109。将类似的粘接剂用于固定绝缘板片109和电源卡3b。当位于本体140的两侧的开口141a、141b被闭塞时，本体140的内部形成致冷剂流动通路P2。由于翅片133与流动通路P2中的致冷剂直接接触，所以电源卡3b的热经金属板132和翅片133由致冷剂良好地吸收。
在本体140在层叠方向上的侧面上分别设置有两个突出部142。两个突出部142沿层叠方向突出。两个突出部142在从层叠方向(X轴线方向)观察时位于电源卡3b的两侧。在突出部142的内侧设置有沿层叠方向贯通的通孔143。当一对冷却器102b、102c经电源卡3b彼此接合时，冷却器102b的在一侧的突出部142并且冷却器102c的在另一侧的突出部142经另一垫片135彼此连接。沿层叠方向施加的压力确保了彼此连接的两个突出部142的密封。由于一对相邻的冷却器的突出部142彼此连接，内部的通孔143彼此连通。邻接的冷却器的内部空间P2经两个相连的通孔143彼此连通。尽管在突出部142的边缘面147a、147b中设置有收纳垫片135的沟槽，但这些沟槽在图9中未被示出。稍后描述收纳垫片135的沟槽。具有通孔143的突出部142也可被称为“筒部142”。在本体140的顶面(与Z轴正方向对向的面)中设置有轻量化沟槽146。
说明用于制造电力变换器10b的方法。图10A至图11B示出电源卡子组件的组装工序。以下将图7中的冷却器102b至102d中的一个冷却器称为冷却器102。如上所述，作为冷却器102的构件的金属板132a、132b在被组装在冷却器102的本体140上之前固定在电源卡3上。具体而言，金属板132a固定在电源卡3中的一个电源卡(例如，电源卡3b)上，并且金属板132b固定在另一电源卡3(例如，电源卡3c)上。金属板132b固定在电源卡3b的另一侧面上，并且金属板132a固定在电源卡3c的另一侧面上。简言之，金属板132a固定在电源卡中的该电源卡在层叠方向(X轴方向)上的侧面中的一个侧面上，并且金属板132b固定在另一侧面上。固定在电源卡中的一个电源卡的侧面上的金属板用作用于密封不同冷却器的开口的构件。
首先，准备图9所示的冷却器102的本体140。准备足够用于层叠单元的多个本体140。可以通过树脂注射成型以低成本制作本体140。除本体140以外，准备多个电源卡。
接下来，制造电源卡3和金属板132a、132b的子组件。如前文所述，在不加以区分地表述金属板132a、132b的情况下，将金属板称为金属板132。当不加以区分地表达绝缘板109a、109b时，将绝缘板片表述为绝缘板片109。首先，将多个翅片133钎焊在金属板132的一个面上，并且将绝缘板片109附着到另一面上(图10A)。图10B是翅片133和绝缘板片109附接在金属板132上之后的视图。以下，有时将图10B所示的翅片133、金属板132和绝缘板片109称为带翅片的金属板130。另外，在附图中，以强调厚度的方式示出翅片133以便帮助理解。然而，实际的翅片非常薄。金属板132和翅片133两者都由铝制成。
接下来，将两个带翅片的金属板(金属板130a、金属板130b)分别附着到电源卡3在层叠方向上的侧面上(图11A)。以下有时将该工序称为第一工序。将两个半导体元件51埋入电源卡3中。电源卡3的本体54由树脂制成，并且两个半导体元件51由本体54密封。散热片116a、116b在本体54的表面上露出。散热片116a、116b与本体54内部的半导体元件51接触。带翅片的金属板130b在电源卡3上安装成与散热片116a、116b对向。另一些散热片在电源卡3的背面上露出，并且带翅片的金属板130a安装在该背面上。图11B示出带翅片的金属板130a、130b安装在电源卡3上的子组件的透视图。作为冷却器102的一部分的金属板132在冷却器被组装之前固定在电源卡3上。以下有时将图11B中的子组件称为电源卡子组件131。四个电源卡3a至3d中的每个电源卡都以相同方式组装在电源卡子组件131中。
接下来，如图7所示，交替地层叠四个电源卡3a至3d(四个电源卡子组件131)和五个冷却器102a至102c的本体140。简言之，金属板132a(132b)固定于其上的电源卡在本体上安装成覆盖冷却器的本体140的开口141a(141b)。以下有时将该工序称为第二工序。第二工序在第一工序之后执行。应指出，各冷却器在多个电源卡子组件131和多个冷却器的本体140逐一交替地层叠时完成。在位于层叠单元10b的一端中的冷却器102a的一个侧面上未设置开口。在另一侧面中，与冷却器102b相似地设置有开口141b，并且开口141b由金属板132b闭塞。金属板132b预先固定在电源卡3a的侧面上。在位于层叠单元10b的另一端中的冷却器102e的一个侧面上未设置开口。在另一面中，与冷却器102b相似地设置有开口141a，并且开口141a由金属板132a闭塞。金属板132a预先固定在电源卡3d的侧面上。
如图8和图9所示，金属板132嵌入本体140的两个突出部142之间，并且因此确定金属板132的位置。电源卡3在金属板132嵌合在本体140上之前固定在金属板132上。因此，一旦金属板132嵌合在本体140上，便从属地确定电源卡3在本体140上的位置。简言之，在根据本实施例的制造工序(上述第一工序和第二工序)中，电源卡3和冷却器102容易定位。
接下来，将层叠单元10b连同板簧一起收纳在外壳中。外壳和板簧与根据第一实施例的图2中的外壳和板簧相似。然而，如上所述，板簧插入冷却器102e与外壳的壁面之间。层叠单元10b在承受层叠方向上来自板簧的压力的同时被保持在外壳中。最后，其余构件(图2中的电容器元件24和电抗器25，等等)收纳在外壳中，由此完成电力变换器100b。
说明垫片134a(134b)、135。图12A是沿图8中的线AA截取的放大截面图。图12B是沿图8中的线BB截取的放大截面图。如图12A和图12B所示，在本体的与金属板132a(132b)对向的侧面中以围绕开口141a(141b)的方式设置有沟槽61。垫片134a(134b)收纳在沟槽61中。垫片134a(134b)具有两个唇部139(突条)，并且两个唇部139双重地围绕开口141a(141b)。有时将具有两个唇部139的垫片134a(134b)称为双唇部垫片。为了帮助理解，在图12A的右上方单独示出了垫片134a。
在本体140的突出部132的边缘面147a中的一个边缘面中设置有沟槽64，并且在另一边缘面147b中设置有形状与沟槽64不同的沟槽63。沟槽63和沟槽64彼此对向，并且垫片135收纳在沟槽63与沟槽64之间。如上所述，垫片135密封邻接的冷却器的一对突出部142之间的间隙。垫片135也属于双唇部型。
冷却器102b的一个面具有三个开口(开口141b和两个通孔143)。三个开口经一个垫片134b和两个垫片135密封。为了确保同时密封三个开口，冷却器102b具有以下结构。首先，垫片134b的高度小于垫片135的高度。沟槽61的位于开口侧的边缘61a的高度H1大于位于外侧的边缘61b的高度H2。因此，位于开口侧的边缘61a靠接在金属板132b上。当位于开口侧的边缘61a与金属板132b彼此靠接时，高度小的垫片134b被适度地压缩在本体140与金属板132b之间，由此确保了开口141b与金属板132b之间的密封。通过将金属板132b靠接在位于开口侧的边缘61a上，精确地确定了本体140和金属板132b在层叠方向上的相对位置。
此时，决定本体各部分的尺寸以便确保冷却器102b的突出部142与冷却器102c的邻接的突出部142之间的间隙H5。垫片135比垫片134b高，并且当确保了间隙H5时，垫片135被适度地压缩在沟槽63与沟槽64之间，从而确保了一对突出部142(通孔143)的密封。这同样适用于开口141a和垫片134a。
给出与在实施例中说明的技术有关的注意点。如在第二实施例中所述，密封冷却器的开口的金属板132在安装在冷却器的本体140上之前固定在电源卡3上。优选将硅基散热用粘接剂用于固定金属板132。金属板可通过锡焊而不是粘接而固定在电源卡上。作为冷却器的一个构件的金属板固定在电源卡上，并且沿层叠方向对多个电源卡和多个冷却器施加压力。因此，金属板不一定必须固定在冷却器的本体上。换言之，金属板在未固定在冷却器的本体上的情况下利用沿层叠方向的压力压靠在本体的开口上。
根据第二实施例的本体140像根据第一实施例的本体40一样由树脂制成。可以通过注射成型等以低成本制造具有复杂形状的树脂本体。特别地，能以低成本制作具有厚的侧板和对层叠方向上的压力的良好抵抗性的本体。简言之，根据实施例的电力变换器具有多个冷却器和多个电源卡被层叠但耐层叠的结构。此外，在根据实施例的电力变换器中，金属板配置在冷却器的与电源卡对向的面上，并且因此确保了高冷却器性能。由于树脂比金属轻，所以树脂质本体就轻量化而言是有利的。
外壳可具有框架形状。电力变换器的外壳除收纳层叠单元以外还收纳各种装置。层叠单元的外壳可以是收纳在电力变换器的外壳中的框架(内侧外壳)。优选地，垫片具有以多重方式围绕开口的多个突条。此外，绝缘板可被夹在金属板与电源卡之间。绝缘板是电源卡的一部分。
金属板可与电源卡直接接触，或绝缘板可被夹在金属板与电源卡之间。在第二实施例中，绝缘板片被夹在冷却器的金属板与电源卡之间。绝缘板片是绝缘板的一个类型。根据实施例的绝缘板或绝缘板片对应于绝缘部件的一个例子。绝缘板片也可被视为电源卡的一部分。例如，在散热片在电源卡的侧面上露出的情况下，可以通过设置绝缘部件来确保绝缘。在确保电源卡的侧面上的散热片与电源卡内部的半导体元件之间的绝缘的情况下，不需要绝缘板(绝缘板片)。
在冷却器完成之后插入电源卡的过程中，已知在冷却器与电源卡之间涂布油脂以便改善冷却器与电源卡之间的传热。在根据第二实施例的电力变换器的情况下，由于作为冷却器的一部分的金属板利用粘接剂等预先固定在电源卡上，所以存在不需要油脂的优点。
根据实施例的电力变换器的特征也可采用不同方式表现如下。电力变换器包括多个电源卡和多个冷却器相层叠的层叠单元，和收纳层叠单元的外壳。在层叠单元中，储存半导体元件的电源卡与冷却器交替地层叠。外壳在沿层叠单元的层叠方向对层叠单元施加压力的同时收纳层叠单元。冷却器设置有树脂质本体和金属板。本体的内部是空的，并且在与电源卡对向的侧面中设置有开口。金属板经垫片靠接在本体的开口周围的本体侧面上，闭塞开口，并且与电源卡邻接。当压力沿层叠单元的层叠方向施加在层叠单元上时，开口由金属板密封。
优选地，在实施例中说明的电力变换器适用于电动车辆、混合动力车辆或燃料电池车辆。
已详细说明本发明的具体例子，但它们仅仅是例子并且不限制权利要求的范围。在权利要求的范围中记载的技术包含上述具体例子的各种改型和变更。在本说明书和附图中说明的技术要素单独或作为各种组合实现了技术实用性，并且不限于提交时在权利要求中记载的组合。此外，本说明书和附图中作为示例描述的技术能同时实现多个目的并通过实现一个目的而具有技术实用性。

Claims (8)

1.一种电力变换器，其特征在于包括：
多个电源卡，每个所述电源卡都收纳半导体元件；
与所述电源卡层叠的多个冷却器，每个所述冷却器都与所述电源卡对向，所述冷却器包括：
由树脂制成的本体，所述本体具有设置在所述冷却器的与邻接的所述电源卡对向的侧面中的开口；
垫片；和
金属板，在所述金属板中位于一侧的面构造成经所述垫片闭塞所述开口，而另一面与所述电源卡对向；和
加压部件，所述加压部件构造成沿层叠方向在层叠单元上施加压力，所述多个电源卡和所述多个冷却器被层叠在所述层叠单元中，并且所述开口由所述金属板利用由所述加压部件施加在所述层叠单元上的压力密封，
其中，所述本体具有在所述开口周围收纳所述垫片的沟槽，并且
所述沟槽的位于开口侧的边缘的高度大于所述沟槽的位于外侧的边缘的高度。
2.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，
所述电源卡在与所述冷却器对向的面上包括绝缘部件。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其特征在于，
所述金属板在所述位于一侧的面上设置有多个翅片。
4.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其特征在于，
所述金属板在所述电源卡和所述本体被组装之前固定在所述电源卡上。
5.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其特征在于，
所述电源卡和所述冷却器交替地层叠。
6.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其特征在于，
所述冷却器设置有从所述本体沿所述层叠方向延伸的两个圆筒部，
所述圆筒部的远端与另一邻接的冷却器连接，并且两个邻接的所述冷却器的内部空间彼此连通。
7.根据权利要求1或2所述的电力变换器，其特征在于，
所述垫片包括以多重方式围绕所述开口的多个突条。
8.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的电力变换器的方法，其特征在于包括：
将所述金属板固定在每个所述电源卡上；
在所述固定之后通过将所述电源卡和所述本体层叠成使得所述金属板覆盖所述开口来形成所述层叠单元；以及
在沿层叠方向在所述层叠单元上施加压力的同时将所述层叠单元收纳在外壳中。
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