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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswandler und ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Leistungswandler, in dem eine Mehrzahl Leistungskarten, die jeweils Halbleiterelemente aufnehmen, und eine Mehrzahl Kühler geschichtet sind, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers.
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Ein Leistungswandler erzeugt eine große Menge Hitze. Ein Schaltelement oder ein Halbleiterelement zur Leistungsumwandlung, welches als ein Leistungselement bezeichnet wird, erzeugt eine besonders große Menge Hitze. Zum Beispiel ist ein Leistungswandler, der einem Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs Leistung zuführt, mit einer großen Anzahl Schaltelemente versehen und erzeugt somit eine besonders große Menge Hitze.
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Die japanischen Patentanmeldungen JP 2012-238681 A, JP 2006-165534 A und JP 2012-009568 A offenbaren Methoden, um eine große Anzahl Schaltelemente, die eine große Hitzeerzeugung aufweisen, zusammenzufassen und die Schaltelemente effektiv zu kühlen. In der in der
JP 2012-238681 A offenbarten Methode wird eine Schichteinheit verwendet, in der eine Mehrzahl Leistungskarten aufnehmende Schaltelemente und eine Mehrzahl Kühler vorgesehen sind und die Leistungskarten und die Kühler alternierend geschichtet sind. Jede der flachplattenartigen Leistungskarten wird gekühlt, indem die Kühler an beide Oberflächen von jeder Leistungskarte anstoßen / angrenzen. Die
JP 2012-238681 A offenbart, dass ein Kühlerkörper aus Aluminium besteht. Es ist bekannt, dass diese Kühlerart durch Pressen / Stampfen von Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit (üblicherweise Aluminium) einfach herzustellen ist. Die Schichteinheit ist in einem Leistungswandlergehäuse aufgenommen, während Druck in der Schichtrichtung der Schichteinheit auf die Schichteinheit aufgebracht wird, um die Effizienz der Wärmeübertragung von der Leistungskarte zu dem Kühler zu verbessern. In der
JP 2012-238681 A wird Druck auf die Schichteinheit aufgebracht, indem eine Blattfeder zwischen einer Endoberfläche der Schichteinheit und einer inneren Seitenoberfläche des Gehäuses eingesetzt wird.
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In der
JP 2006-165534 A und der
JP 2012-009568 A ist eine Schichteinheit offenbart, in der eine Leistungskarte in einem Kühler eingebaut ist, der einen Harzkörper aufweist, innerhalb dessen Kältemittel fließt, und die Kühler geschichtet sind. In dieser Schichteinheit fließt, im Gegensatz zu der in der
JP 2012-238681 A beschriebenen Methode, Kältemittel um die Leistungskarte herum. Deshalb ist die Kühlleistung hoch.
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In der
JP 2004-180824 A ist ein Beispiel für eine Dichtung offenbart.
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In der in der
JP 2012-238681 A beschriebenen Schichteinheit ist der Kühlkörper / der Körper des Kühlers aus Sicht der einfachen Formbarkeit und der Wärmeleitfähigkeit aus Blech hergestellt. Jedoch, wenn Druck in der Schichtrichtung auf den aus Blech hergestellten Kühler aufgebracht wird, wird der Kühler stark verformt, was einen großen Positionsfehler / Lagefehler der Leistungskarte verursacht.
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Die in der
JP 2006-165534 A und der
JP 2012-009568 A beschriebenen Methoden setzen eine hohe Kühlleistung ohne den Bedarf eines, wie in der
JP 2012 -
238681 A beschriebenen Kühlers um, indem die Leistungskarte einem Kältemittelstrom direkt ausgesetzt wird. Jedoch, da die Leistungskarte einem Kältemittelstrom direkt ausgesetzt ist, ist es schwierig, Maßnahmen vorzunehmen, um die Leistungskarte wasserdicht zu machen.
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Aus dem Dokument
EP 1 815 514 B1 ist eine Leistungsvorrichtung und ein einschlägiges Herstellungsverfahren bekannt geworden. Die Leistungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl Leistungskarten, wobei jede der Leistungskarten ein Halbleiterelement aufnimmt, und eine Mehrzahl Kühler, die mit den Leistungskarten geschichtet sind, wobei jeder Kühler einer Leistungskarte zugewandt ist und einen Körper mit einer Öffnung aufweist, die auf einer Seite durch eine Platte und auf der anderen Seite durch eine Leistungskarte abgedeckt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In dieser Beschreibung offenbarte Methoden stellen einen Leistungswandler bereit, der eine hohe Festigkeit aufweist, selbst mit einer Struktur, in der ein Kühler und eine Leistungskarte geschichtet sind, und stellt die Kühlleistung für die Leistungskarte sicher. Diese Beschreibung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers bereit.
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Ein in dieser Beschreibung offenbarter Leistungswandler hat die nachfolgende Struktur. Der Leistungswandler beinhaltet eine Mehrzahl Leistungskarten, eine Mehrzahl Kühler und ein Druckteil. Jede der Leistungskarten nimmt ein Halbleiterelement auf. Die Mehrzahl Kühler ist mit den Leistungskarten geschichtet und jeder Kühler ist der Leistungskarte zugewandt. Der Kühler umfasst einen Körper, eine Dichtung und eine Metallplatte. Der Körper ist aus Harz hergestellt und der Körper hat eine Öffnung, die in einer Seitenoberfläche des Kühlers vorgesehen ist, die der angrenzenden Leistungskarte zugewandt ist. Eine Oberfläche auf einer Seite der Metallplatte ist dazu ausgelegt, die Öffnung durch die Dichtung zu schließen und die andere Oberfläche der Metallplatte ist der Leistungskarte zugewandt. Das Druckteil ist dazu ausgelegt, einen Druck in einer Schichtrichtung auf eine Schichteinheit aufzubringen. Die Mehrzahl Leistungskarten und die Mehrzahl Kühler sind in der Schichteinheit geschichtet. Die Öffnung wird durch die Metallplatte abgedichtet, indem Druck durch das Druckteil auf die Schichteinheit aufgebracht wird.
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Der vorstehend genannte Leistungswandler verwendet einen Harzkörper für den Kühler in der Schichteinheit, auf die in der Schichtrichtung Druck aufgebracht ist. Da der Harzkörper einfach in einer komplexen Form ausgebildet ist, ist es möglich, einen besonders festen Körper zu geringen Kosten zu erhalten. Durch Verwenden des Harzkörpers ist die Festigkeit des Kühlers gewährleistet und Verformungen aufgrund der Druckaufbringung sind beschränkt. Jedoch ist die thermische Leitfähigkeit von Harz geringer als die von Metall, wie bspw. Aluminium. Deshalb wird in den Kühler der Schichteinheit, in dieser Beschreibung, die Metallplatte als ein Teil verwendet, das Hitze der Leistungskarte überträgt. Um genau zu sein, ist in einer Oberfläche des Harzkörpers, welche der Leistungskarte zugewandt ist, die Öffnung vorgesehen und die Metallplatte ist so angeordnet, dass sie die Öffnung verschließt. Eine der Oberflächen der Metallplatte ist der Leistungskarte zugewandt. Aufgrund der Metallplatte wird Hitze / Wärme der Leistungskarte effizient zu dem Kältemittel innerhalb des Körpers übertragen. Das Innere des Körpers dient als ein Strömungskanal, in dem das Kältemittel fließt. Deshalb kommt das Kältemittel mit einer Rückseite der Metallplatte direkt in Kontakt. Somit ist es auch möglich, eine hohe Kühlleistung zu gewährleisten.
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In dem in dieser Beschreibung beschriebenen Leistungswandler wird ein Spalt zwischen der Metallplatte und der Öffnung abgedichtet, indem Druck, den die Schichteinheit in der Schichtrichtung der Schichteinheit aufnimmt, angewendet wird. Eine Dichtung ist in einen Spalt zwischen der Metallplatte und einer Körper-Seitenoberfläche um die Öffnung herum eingepasst und der Spalt zwischen der Öffnung und der Metallplatte wird abgedichtet, wenn der vorstehend genannte Druck die Dichtung komprimiert / zusammendrückt. Mit der vorhergehenden Struktur ist es möglich, eine Dichtungsstruktur für die Öffnung zu vereinfachen. In dem vorstehend genannten Leistungswandler weist der Kühler eine hohe Festigkeit auf und zusätzlich besitzt die Leistungskarte eine gute Kühleffizienz / Kühlwirkung.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungswandlers, wie in dieser Beschreibung beschrieben, hat die nachfolgende Struktur. Der Leistungswandler weist eine Schichteinheit auf, in der eine Mehrzahl Leistungskarten und eine Mehrzahl Kühler geschichtet sind. Der Kühler beinhaltet einen Körper und eine Metallplatte. Der Körper weist auf einer Seitenoberfläche eine Öffnung auf, die der benachbarten Leistungskarte zugewandt ist. Der Körper besteht aus Harz. Das Herstellungsverfahren beinhaltet: Befestigen der Metallplatte an jeder der Leistungskarten; Schichten, nach dem Befestigen, der Leistungskarte und des Körpers, sodass die Metallplatte die Öffnung abdeckt und Ausbilden der Schichteinheit; und Aufnehmen der Schichteinheit in einem Gehäuse, während Druck in einer Schichtrichtung auf die Schichteinheit aufgebracht wird.
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Gemäß dieses Herstellungsverfahrens ist es möglich, die Leistungskarte und die Metallplatte zur selben Zeit an dem Körper des Kühlers zu positionieren / anzuordnen.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Schichteinheit eines Leistungswandlers gemäß eines ersten Beispiels zeigt;
- 2 eine Draufsicht zeigt, welche eine Anordnung / Layout innerhalb eines Gehäuses des Leistungswandlers gemäß des ersten Beispiels abbildet;
- 3 eine perspektivische Explosionsansicht eines Kühlers zeigt;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Sets aus Kühlern und einer Leistungskarte, die zwischen den Kühlern eingeklemmt ist, zeigt;
- 5 eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie V-V in 4 zeigt;
- 6 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zeigt, der in 5 durch eine gestrichelte Linie VI abgebildet ist;
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Schichteinheit in einem Leistungswandler gemäß eines zweiten Beispiels zeigt;
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Sets aus Kühlern und einer zwischen den Kühlern eingeklemmten Leistungskarte zeigt;
- 9 eine perspektivische Explosionsansicht einer Unterbaugruppe, die in 8 gezeigt ist, zeigt;
- 10A eine perspektivische Explosionsansicht einer Metallplatte mit (Kühl-) Rippen zeigt und 10B eine perspektivische Ansicht der Metallplatte mit den Rippen zeigt;
- 11A eine perspektivische Explosionsansicht einer Leistungskarten-Unterbaugruppe zeigt, und 11B eine perspektivische Ansicht der Leistungskarten-Unterbaugruppe zeigt; und
- 12A eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie A-A in 8 zeigt, und 12B eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie B-B in 8 zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Leistungswandler gemäß eines Beispiels wird mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert. Als erstes wird ein Überblick über eine Schichteinheit gegeben. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schichteinheit 10. Die Schichteinheit 10 ist eine Hauptkomponente eines Leistungswandlers, der in einem Elektrofahrzeug montiert / befestigt / eingebaut ist. Der Leistungswandler erhöht die Gleichstromleistung einer Batterie, und wandelt die Gleichstrom-Leistung darüber hinaus in einen Wechselstrom um und führt die Leistung einem Motor zum Laufen zu. Der Leistungswandler beinhaltet einen Spannungswandler-Schaltkreis, der die Spannung erhöht, und einen Inverter-Schaltkreis. Der Spannungswandler-Schaltkreis ist ein Aufwärts- / Abwärtswandler und beinhaltet zwei Halbleiterelemente (IGBTs). Der Inverter-Schaltkreis beinhaltet sechs Halbleiterelemente. Der Leistungswandler beinhaltet in Summe acht Halbleiterelemente. Jedes der Halbleiterelemente erzeugt eine große Menge Hitze, da das Halbleiterelement großen Strom leitet und bremst. Die Anzahl an Halbleiterelementen kann abhängig von einem Fahrzeugtyp (einer Art des Leistungswandlers) unterschiedlich sein.
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Die Schichteinheit 10 ist eine Einheit, die die vorstehend genannten acht Halbleiterelemente an einem Ort zusammenfasst und die Halbleiterelemente intensiv kühlt. Die Schichteinheit 10 ist eine Einheit, in der vier Leistungskarten 3a, 3b, 3c, 3d und fünf Kühler 2a, 2b, 2c, 2d, 2e alternierend / abwechselnd geschichtet sind. Eine X-Achsenrichtung in den Zeichnungen entspricht einer Schichtrichtung. Die Mehrzahl Kühler 2a bis 2e weist dieselbe Struktur / denselben Aufbau auf. Ebenso weist die Mehrzahl Leistungskarten 3a bis 3d dieselbe Struktur auf. Nachfolgend, für den Fall, dass irgendeiner der Mehrzahl an Kühlern 2a bis 2e ohne Unterscheidungen zu machen, genannt wird, wird der Kühler als ein „Kühler 2“ bezeichnet. Ebenso, für den Fall, dass irgendeiner der Mehrzahl an Leistungskarten 3a bis 3d ohne Unterschiede zu machen, genannt wird, wird die Leistungskarte als eine „Leistungskarte 3“ bezeichnet.
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Jede der Leistungskarten 3 ist ein Paket, in dem zwei Halbleiterelemente durch Verwendung von Harz geformt / gegossen sind. Die zwei Halbleiterelemente sind innerhalb jeder der Leistungskarten 3 hintereinander (in Serie) geschalten. Drei Klemmen / Anschlüsse 29 erstrecken sich von jeder der Leistungskarten 3. Die drei Klemmen / Anschlüsse 29 entsprechen einer Klemme mit hohem Potenzial und einer Klemme mit niedrigem Potenzial einer Reihenschaltung der Halbleiterelemente bzw. einem Mittenabgriff (einer Klemme in der Mitte) der Reihenschaltung. Zusätzlich zu den drei Klemmen 29 erstrecken sich Klemmen / Anschlüsse (Gate-Anschlüsse), welche mit den Gates der Halbleiterelemente (IGBTs) verbunden sind, von der Leistungskarte 3 auf einer Seitenoberfläche auf der gegenüberliegenden Seite einer Seitenoberfläche, von der sich die Klemmen / Anschlüsse 29 erstrecken. Die Gate-Anschlüsse sind in 11 A usw. gezeigt.
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Flüssiges Kältemittel durchläuft das Innere des Kühlers 2, welcher die Leistungskarte 3 einklemmt. Das Kältemittel ist, z.B., Wasser oder Kühlmittel mit langer Lebensdauer (LLC - Long Life Coolant). Jeder der Kühler 2 hat auf beiden Seiten der Leistungskarte 3 in einer Y-Achsenrichtung Durchgangslöcher 43. Wenn die Kühler 2 geschichtet sind, sind die Durchgangslöcher 43 der benachbarten Kühler 2 miteinander verbunden. Die verbundenen Durchgangslöcher 43 bilden einen Zuführkanal P1 aus, welcher das Kältemittel zu einem Strömungskanal P2 innerhalb eines Körpers des Kühlers 2 führt, und einen Abführkanal P3, welcher das Kältemittel, das durch den Strömungskanal P2 geflossen ist, abführt. Eine Abdeckung 28 ist an einem Ende der Schichteinheit 10 vorgesehen und verschließt die Durchgangslöcher des Kühlers 2e.
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Eine Einrichtungsanordnung innerhalb eines Gehäuses eines Leistungswandlers 100 einschließlich der Schichteinheit 10 wird erläutert. 2 zeigt eine Draufsicht des Leistungswandlers 100. In einem Gehäuse 20 sind zusätzlich zur Schichteinheit 10 eine Mehrzahl Kondensatorelemente 24 und ein Reaktor 25 aufgenommen. Einige der Kondensatorelemente 24 sind mit einer Niedrigspannungsseite des Spannungswandler-Schaltkreises verbunden und bilden einen Filterkondensator aus. Der Rest der Kondensatorelemente 24 ist mit einer Hochspannungsseite des Spannungswandler-Schaltkreises verbunden und bildet einen Glättungskondensator aus. Da der Leistungswandler 100 mit hohem Strom arbeitet, der einem Motor zum Laufen zugeführt werden soll, hat das Kondensatorelement 24 einen großen Aufbau / Struktur. Der Reaktor 25 wird in einem Gleichstrom-Spannungswandler-Schaltkreis (chopper voltage converter circuit) verwendet.
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Die Schichteinheit 10 ist zwischen Stützwänden 20a und 20b angeordnet, die in dem Gehäuse 20 vorgesehen sind und wird durch eine Blattfeder 23, die zwischen einem Ende der Schichteinheit 10 und der Stützwand 20b eingesetzt ist, in der Schichtrichtung unter Druck gesetzt. Eine Zuführleitung 21, welche das Kältemittel von außerhalb des Gehäuses der Schichteinheit 10 zuführt, und eine Abführleitung 22, welche das Kältemittel von der Schichteinheit 10 abführt, sind mit einem Ende der Schichteinheit 10 verbunden. Die Zuführleitung 21 und die Abführleitung 22 stehen mit dem vorstehenden Zuführkanal P1 bzw. dem Abführkanal P3 in Verbindung.
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Zusätzlich zu den vorstehend genannten Einrichtungen ist auch eine Steuerplatine in dem Gehäuse 20 montiert / eingebaut, welches ein PWM-Signal erzeugt, das dem Halbleiterelement in der Leistungskarte 3 zugeführt werden soll. Jedoch ist die Steuerplatine nicht gezeigt.
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Als nächstes wird ein Aufbau des Kühlers 2 erklärt. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Kühlers 2. Ein Körper 40 des Kühlers 2 ist aus Harz hergestellt. Obwohl er, wie in 3 gezeigt, eine komplexe Form aufweist, da der Körper 40 aus Harz hergestellt ist, wird der Körper 40 äußerst exakt zu geringen Kosten durch z.B. Spritzguss hergestellt. Das Innere des Körpers 40 wirkt als Strömungskanal P2, den das Kältemittel durchläuft. Eine Öffnung 41a ist, in der Schichtrichtung gesehen (die X-Richtung in der Zeichnung), in der Mitte / in dem Zentrum des Körpers 40 vorgesehen. Die Öffnung 41a ist an einer Position vorgesehen, welche der Leistungskarte 3 zugewandt ist. Die Öffnung 41a ist durch eine Metallplatte 32a verschlossen. Um genauer zu sein, stößt die Metallplatte 32a an eine Körperseitenoberfläche 44a um die Öffnung 41a herum durch eine Silikon-Gummidichtung 34a an und verschließt die Öffnung 41a. Vorstehende Abschnitte 42 sind in beiden Enden des Körpers 40 in der Y-Richtung vorgesehen und die vorstehenden Abschnitte 42 stehen auf einer Seite (einer positiven X-Richtung) in der Schichtrichtung vor. Die Metallplatte 32a ist eng an der Körperseitenoberfläche 44a zwischen dem Paar vorstehender Abschnitte 42 angehaftet / festgehalten. Eine Öffnung 41b ist auf der anderen Seite (eine negative X-Richtung) des Körpers 40 in der Schichtrichtung vorgesehen. Die Öffnung 41b ist ebenfalls an einer Position vorgesehen, welche einer anderen Leistungskarte 3 zugewandt ist. Die Öffnung 41b ist durch eine Metallplatte 32b verschlossen. Um genau zu sein, stößt die Metallplatte 32b auf einer Köperseitenoberfläche 44b um die Öffnung 41b herum über eine Silikon-Gummidichtung 34b an und verschließt die Öffnung 41b. Vertiefungen / Einsenkungen 46 sind auf einer Seitenoberfläche des Körpers 40 in der negativen X-Richtung vorgesehen, in anderen Worten, auf der Seitenoberflache, an der die Öffnung 41b vorgesehen ist, und die Metallplatte 42b ist in die Vertiefungen 46 eingepasst.
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Die Leistungskarte 3 stößt an eine Außenseite der Metallplatte 32a an. Eine andere Leistungskarte 3 stößt an eine Außenseite der Metallplatte 32b an. Die Mehrzahl Kühler 2 und die Mehrzahl Leistungskarten 3 sind einzeln alternierend geschichtet und der Körper 40 des Kühlers 2 und die Metallplatte 32a (32b) und die Leistungskarte 3 sind eng / genau / dicht zueinander (fest-) gehalten. Wie vorher schon beschrieben, wird auf die Schichteinheit 10 in der Schichtrichtung der Schichteinheit 10 Druck aufgebracht. Aufgrund des Drucks ist die Dichtung 34a (34b) zwischen der Metallplatte 32a (32b) und dem Körper 40 verformt, wodurch die Öffnung 41a (41b) abgedichtet ist.
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Eine Mehrzahl Rippen 33 ist auf einer Rückseite der Metallplatte 32a (32b) vorgesehen (eine Seite, die dem Inneren des Körpers 40 zugewandt ist). Die Rückseite der Metallplatte 32a (32b) ist der Innenseite des Körpers 40 zugewandt und kommt mit dem in dem Strömungskanal P2 innerhalb des Körpers fließenden Kältemittel direkt in Kontakt. Dadurch wird Wärme der Leistungskarte 3 an das Kältemittel abgeführt, hauptsächlich durch die Metallplatte 32a (32b) und die Rippen 33 auf der Rückseite der Metallplatte 32 (32b).
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Die vorstehenden Abschnitte 42, welche in der Schichtrichtung vorstehen, sind in dem Körper 40 in der Schichtrichtung betrachtet (die X-Achsenrichtung in der Zeichnung) auf beiden Seiten der Öffnung 41a in der Y-Achsenrichtung vorgesehen. Durchgangslöcher 43 sind auf Innenseiten der vorstehenden Abschnitte 42 ausgebildet, welche diese in der Schichtrichtung durchdringen. Wie vorher genannt, sind in der Schichteinheit 10 die vorstehenden Abschnitte 42 mit dem Körper 40 des benachbarten Kühlers verbunden und die Durchgangslöcher 43 sind miteinander verbunden, wodurch sie den Zuführkanal P1 und den Abführkanal P3 ausbilden. Die Kanäle P1, P3 sind mit dem Strömungskanal P2 innerhalb des Körpers verbunden. Das Kältemittel wird durch die vorstehend genannte Zuführleitung 21 und den Zuführkanal P1 auf alle Kühler verteilt. Das Kältemittel absorbiert Wärme der Leistungskarte 3 über die Metallplatte 32a (32b) und die Rippen 33, während es durch den Strömungskanal P2 fließt. Das Kältemittel, welches Wärme absorbiert hat, wird durch den Abführkanal P3 und die Abführleitung 22 aus dem Gehäuse nach draußen abgeführt.
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Wie früher beschrieben, wird der Körper des Kühlers 2 aus Harz hergestellt. Wie in 3 gezeigt, weist der vorstehende Abschnitt 42 des Körpers 40 in der Schichtrichtung, verglichen mit einem Abschnitt, in dem die Öffnung 41a vorgesehen ist, eine größere Dicke auf. Deshalb sind die vorstehenden Abschnitte 42 fähig, eine hohe Festigkeit bezogen auf die Schichtrichtung beizubehalten und sind fähig, eine Verformungsmenge gegen Druck zu reduzieren. Andere Dichtungen 31 grenzen / stoßen an Kantenoberflächen der vorstehenden Abschnitte 42 an, wodurch Spalte zwischen den vorstehenden Abschnitten 42 und dem Körper 40 des benachbarten Kühlers abgedichtet werden. Dicken der Dichtungen 34a, 31 sind derart gewählt, dass das Abdichten eines Spalts zwischen dem Körper 40 und der Metallplatte 32a durch die Dichtung 34a und das Abdichten von Spalten zwischen den vorstehenden Abschnitten 42 und dem benachbarten Körper 40 durch die Dichtungen 31 zur selben Zeit erreicht werden. Zum Beispiel ist die Dicke der Dichtung 31 derart festgelegt, dass sie größer ist als die Dicke der Dichtung 34a. Dann ist es möglich, das Abdichten durch die Dichtungen 31 zu gewährleisten, nachdem das Abdichten durch die Dichtungen 34a gewährleistet ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der zwei Kühler 2a, 2b und der Leistungskarte 3a, welche zwischen den Kühlern 2a, 2b eingeklemmt ist. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4. Eine Erläuterung bzgl. eines inneren Aufbaus der Leistungskarte 3 wird mit Bezug zu 4 und 5 bereitgestellt und auch ergänzende Erläuterungen bzgl. eines inneren Aufbaus des Kühlers 2 werden gegeben. 4 zeigt nur die zwei Kühler 2a, 2b und eine Leistungskarte 3a. Es sollte beachtet werden, dass, wie in 1 gezeigt, eine andere Leistungskarte und ein anderer Kühler auf der anderen Seite der Leistungskarte 3a des Kühlers 2a geschichtet sind und darüber hinaus eine andere Leistungskarte und ein anderer Kühler ebenfalls auf der anderen Seite des Kühlers 2b geschichtet sind. In 4 weisen alle Metallplatten dasselbe Bezugszeichen 32 auf. Nachfolgend, für den Fall, dass irgendeine der vielen Metallplatten genannt wird, wird die Metallplatte als die Metallplatte 32 bezeichnet. Hinsichtlich der Isolierplatten 9a, 9b, welche nachfolgend beschrieben werden, wird, für den Fall, dass irgendeine der Isolierplatten 9a, 9b genannt wird, die Isolierplatte als eine Isolierplatte 9 bezeichnet.
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Der innere Aufbau der Leistungskarte 3a wird erläutert. Die Leistungskarte 3a ist eine Einrichtung, in der zwei Halbleiterelemente 51 durch ein Harzpaket / Harzverpackung 54 abgedichtet sind. Obwohl in 5 nur ein Halbleiterelement abgebildet ist, ist das andere von der Blechoberfläche / Plattenoberfläche aus auf einer Rückseite des Halbleiterelements 51 platziert. Die zwei Halbleiterelemente 51 sind IGBTs (Insulated Gage Bipolar Transistors; Bipolar-Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode). Die zwei Halbleiterelemente 51 sind innerhalb des Harzpakets 54 hintereinander (in Serie) geschaltet. Das Halbleiterelement 51 ist ein kleiner flacher Platinen-Chip und auf eine der beiden flachen Oberflächen des Halbleiterelements 51 ist eine Emitter-Elektrode aufgesetzt / aufgedeckt / freigelegt, und auf der anderen Oberfläche ist eine Kollektorelektrode aufgesetzt / aufgedeckt / freigelegt. Eine Gate-Elektrode ist nicht gezeigt. Leitfähige Distanzstücke / Abstandhalter 52 sind mit den Elektroden auf beiden Oberflächen des Halbleiterelements 51 in Kontakt gebracht und Wärmesenken / Kühlkörper 53, 56 sind mit der anderen Seite der Distanzstücke 52 in Kontakt gebracht. Eine der Oberflächen der Wärmesenken 53, 56 ist dem Harzpaket 54 ausgesetzt, bzw. zu diesem hin offengelegt / ungeschützt. Die Wärmesenken 53, 56 dienen auch als Klemmen / Anschlüsse und die Wärmesenken 56 schalten die zwei Halbleiterelemente 51 hintereinander (in Serie). Die zwei Wärmesenken 53 sind in einer Richtung senkrecht zu der Blechoberfläche / Plattenoberfläche in 5 angeordnet. Eine der Wärmesenken 53 dient auch als eine Klemme / Anschluss mit hohem Potenzial der Serienschaltung und die andere dient auch als Klemme / Anschluss mit niedrigem Potenzial. 5 zeigt gut, dass sich die Wärmesenke 53 von der Klemme / Anschluss 29, die sich von dem Harzpaket 54 nach oben erstreckt, fortsetzt. Da die Wärmesenken 53, 56 elektrisch leitend mit den Elektroden des Halbleiterelements 51 verbunden sind, ist die Isolierplatte 9a auf einer Seite der Leistungskarte 3a vorgesehen, um die Isolation zwischen der Wärmesenke 53 und der Metallplatte 32a des Kühlers 2 zu gewährleisten. Ähnlich ist die Isolierplatte 9b auf der anderen Seite der Leistungskarte 3a vorgesehen, um die Isolierung zwischen der Wärmesenke 56 und der Metallplatte 32b des Kühlers 2 zu gewährleisten. Für ein Material für die Isolierplatte 9 wird Keramik mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet. Fett wird zwischen die Isolierplatte 9 und die Leitungskarte 3 und zwischen die Isolierplatte 9 und die Metallplatte 32 aufgebracht. Fettschichten werden dünn und gleichmäßig ausgebildet, indem Druck in der Schichtrichtung auf die Schichteinheit 10 aufgebracht wird.
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Als nächstes wird eine ergänzende Erklärung hinsichtlich des Aufbaus / der Struktur der Kühler 2a, 2b gegeben, die der Leistungskarte 3a durch die Isolierplatten 9 zugewandt sind. Die Öffnungen 41a sind in der Schichtrichtung in den Seitenoberflächen 44a auf einer Seite der Körper 40 vorgesehen. Die Öffnungen 41b sind auf den anderen Seitenoberflächen 44b vorgesehen. Jede der Öffnungen 41a ist über die Metallplatte 32a durch die Dichtung 34a abgedichtet. Obwohl der Schnitt der Dichtung 34a in 5 als eine Ellipse abgebildet ist, werden die Details der Form der Dichtung 34a später beschrieben. Die Rippen 33 erstrecken sich auf der Rückseite der Metallplatte 32a. Die Öffnung 41b ist auf der anderen Seitenoberfläche 44b des Körpers 40 vorgesehen. Die Öffnung 41b ist über die Metallplatte 32b durch die Dichtung 34b abgedichtet. Die Dichtungen 34a und 34b sind dieselben. Die Metallplatten 32a, 32b sind auf Außenseiten der Öffnungen 41a, 41b jeweils auf beiden Seiten des Körpers 40 vorgesehen. Distale Enden der Rippen 33 jeder Metallplatte 32a, 32b sind einander innerhalb des Körpers zugewandt. Eine Trennwand 47 kann vorgesehen sein, um einen Freiraum zwischen den distalen Enden des Rippenpaars aufzufüllen. Die Trennwand 47 trägt zu einer glatten Strömung des Kältemittels bei, indem sie den Strömungskanal P2 innerhalb des Körpers 40 definiert. Darüber hinaus reduziert die Trennwand 47 die Durchbiegung der Metallplatten 32a, 32b, welche durch Druck in der Schichtrichtung verursacht werden. Die Trennwand 47 kann aus Harz oder Metall hergestellt sein. In dem Fall, dass die Trennwand 47 aus Harz hergestellt ist, ist es möglich, die Trennwand 47 integral / einstückig mit dem Körper 40 auszubilden. In 3 ist die Trennwand 47 nicht gezeigt.
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Die Dichtung 34a wird erläutert. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines durch eine gestrichelte Linie dargestellten Bereichs, welcher durch den Buchstaben VI in 5 bezeichnet ist. Die Dichtung 34a ist in einen Spalt zwischen der Körper-Seitenoberfläche 44a um die Öffnung 41a und der Metallplatte 32a eingefügt / eingepasst. Die Dichtung 34a ist aus Silikon-Gummi hergestellt, welches flexibel ist und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist. Wie auch in 6 gezeigt, weist die Dichtung 34a zwei Vorsprünge auf einer Metallplattenseite (linke Seite in der Figur) bzw. auf einer Körperseite (rechte Seite in der Figur) eines Körpers 35a der Dichtung 34a auf. Ein Querschnitt der Dichtung 34a ist gleichmäßig und die Vorsprünge umkreisen die Öffnung 41a und bilden Überstände 35 aus. Zusammengefasst hat die Dichtung 34a vier ringartige Überstände 35b, welche die Öffnung 41a doppelt umgeben. Durch die ringartigen Überstände 35b, die die Öffnung 41a in mehrfacher Art umkreisen, wird jeder der Überstände in der Schichtrichtung gut gegen Druck gedrückt / gequetscht, wodurch noch stärker sichergestellt wird, dass der Spalt zwischen der Metallplatte 32a und der Öffnung 41a abgedichtet ist. Die Überstände 35b werden manchmal als Lippen bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass die Querschnittsformen der Dichtungen in 3 und 5 vereinfacht sind. Ähnlich ist auch die Dichtung 34b zwischen der Körper-Seitenoberfläche 44b und der Metallplatte 32b auf der anderen Seite eingeklemmt.
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Im Folgenden werden Anmerkungen bzgl. der Methoden, die in dem ersten Beispiel beschrieben sind, gegeben. In dem Kühler gemäß des Beispiels ist die Seitenoberfläche 44a um die Öffnung 41a (siehe 3) flach, und die Dichtung 34a ist auf der flachen Oberfläche angeordnet (siehe 6). Jedoch kann ein Aufbau / eine Struktur verwendet werden, in dem eine Rille, die die Öffnung 41 umkreist, auf der Körper-Seitenoberfläche 44a vorgesehen ist, wobei die Dichtung 34a in der Rille aufgenommen ist. In diesem Fall ist ein Teil der Dichtung 34a von der Rille freigelegt / offengelegt, sodass der freigelegte Abschnitt mit der Metallplatte 32a in Kontakt kommt und die Öffnung 41a abdichtet. Umgekehrt kann eine Rille in der Metallplatte 32a vorgesehen sein, in der ein Teil der Dichtung eingebettet ist. Dasselbe ist auf die Öffnung 41b auf der anderen Seite und die Seitenoberfläche 44b um die Öffnung 41b anzuwenden. Die anderen Kühler 102a, 102d, 102e weisen dieselbe Struktur auf wie 102b, 102c. Aufgrund einer solchen Struktur ist es möglich, die Dichtung 34 einfach in einer vorgegebenen Position zu befestigen, was zu einer Reduzierung der Mannstunden zum Zusammenbau des Kühlers beiträgt.
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Die Mehrzahl Rippen 33 ist auf der Rückseite (auf der Innenseite des Körpers) der Metallplatte 32 vorgesehen. Die Metallplatte 32 und die Rippen 33 sind beide aus Aluminium hergestellt. Die Rippen 33 sind ein Teil der Metallplatte 32 und die Rippen 33 und die Metallplatte 32 werden zur selben Zeit durch Strangpressen hergestellt. Die Rippen 33 können auch separat von der Metallplatte 32 hergestellt werden und anschließend an der Metallplatte 32 befestigt werden.
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Die Metallplatte 32 und die Isolierplatte 9 können vorab an der Leistungskarte 3 angeklebt / angehaftet werden. Wie vorher genannt, wird das Abdichten der Öffnung 41a (41b) durch die Metallplatte 32a (32b) erreicht, indem Druck auf die Schichteinheit 10 aufgebracht wird. Deshalb muss die Metallplatte 32 nicht an dem Körper 40 des Kühlers 2 befestigt werden. Somit wird es durch das Ankleben / Anhaften der Metallplatte 32 und der Isolierplatte 9 an die Leistungskarte 3 im Voraus, möglich, die Schritte des Zusammenbaus der Schichteinheit 10 und das Einsetzen in das Gehäuse 20 zu vereinfachen.
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Wie vorher beschrieben, sind die Wärmesenken 53, 56, welche auf der Seitenoberfläche der Leistungskarte 3 freiliegen, leitfähig mit den Halbleiterelementen 51 im Inneren verbunden. Die Isolierplatte 9 isoliert zwischen der Wärmesenke 53 (56) und der Metallplatte 32. Deshalb ist die Isolierplatte 9 eine der Komponenten der Leistungskarte 3. Statt der Isolierplatte 9 kann ein Isolierfilm, welcher die Wärmesenke 53 (56) bedeckt, auf einer Oberfläche der Leistungskarte 3 vorgesehen sein. Der Ausdruck, dass „die Leistungskarte 3 und der Kühler 2 geschichtet sind“ beinhaltet sowohl den Fall, in dem die Isolierplatte zwischen der Leistungskarte 3 und dem Kühler 2 eingeklemmt ist als auch den Fall, in dem sie nicht eingeklemmt ist.
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Das Durchgangsloch in dem vorstehenden / überstehenden Abschnitt 42 gemäß des ersten Beispiels entspricht einem Beispiel eines kommunizierenden Lochs, welches mit einem Raum innerhalb des Körpers in Verbindung steht. Der vorstehende Abschnitt 42 mit dem Durchgangsloch 43 kann auch als ein „zylindrischer Abschnitt 42“ bezeichnet sein.
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(Zweites Beispiel) Als nächstes wird ein Leistungswandler 100b gemäß eines zweiten Beispiels unter Verwendung der 7 bis 12B erläutert. Eine Leistungskarte 3 ist dieselbe wie die Leistungskarte 3 in dem ersten Beispiel und deren Erklärung wird ausgelassen. In dem zweiten Beispiel wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungswandlers erläutert.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schichteinheit 10b des Leistungswandlers 100b gemäß des zweiten Beispiels. In der Schichteinheit 10b sind vier Leistungskarten 3a bis 3d und fünf Kühler 102a bis 102e geschichtet. Jede der Leistungskarten und jeder der Kühler ist flachplattenartig ausgebildet und derart geschichtet, dass eine flache Oberfläche der Leistungskarte und eine flache Oberfläche des Kühlers einander zugewandt sind. Die Kühler 102a und 102e an in einer Schichtrichtung beiden Enden (einer X-Achsenrichtung in den Zeichnungen) haben von den anderen Kühlern 102b bis 102d leicht verschiedene Formen, sind aber im Wesentlichen dieselben wie die anderen Kühler 102b bis 102d. Die Leistungskarten 3a bis 3d und die Kühler 102a bis 102e sind alternierend / abwechselnd einzeln geschichtet, und der Kühler ist jeweils den Oberflächen der Leistungskarten zugewandt. Nachfolgend, in dem Fall, in dem irgendeine der Leistungskarten 3a bis 3d genannt wird, wird die Leistungskarte als eine Leistungskarte 3 bezeichnet. Obwohl Details später beschrieben werden, sind Öffnungen in Oberflächen von jedem der Kühler 102a bis 102e vorgesehen, die jeder der Leistungskarten 3 zugewandt sind und jede der Öffnungen ist durch eine Metallplatte 132 abgedichtet. Eine isolierende Platte / ein isolierendes Blech 109 ist zwischen der Metallplatte 132 und der Leistungskarte 3 eingeklemmt. Die isolierende Platte 109 ist ein Teil der Leistungskarte 3.
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Eine Kältemittel-Zuführleitung 91 und eine Kältemittel-Abführleitung 92 sind an dem Kühler 102a befestigt. Die Kältemittel-Zuführleitung 91 entspricht der Zuführleitung 21 des ersten Beispiels und die Kältemittel-Abführleitung 92 entspricht der Abführleitung 22 des ersten Beispiels (siehe 2). Die Kühler, welche über die Leistungskarte benachbart zueinander sind, stehen miteinander in Verbindung und ein Kältemittel wird jedem der Kühler 102a bis 102e durch die Kältemittel-Zuführleitung 91 zugeführt. Das Kältemittel durchläuft das Innere eines Körpers von jedem der Kühler 102a bis 102e. Das Kältemittel, welches Wärme der Leistungskarte absorbiert hat, wird durch die Kältemittel-Abführleitung 92 nach außen abgeführt. Das Kältemittel ist flüssig und kann üblicherweise Wasser sein.
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Flansche 101a, die an einem Gehäuse befestigt werden sollen, sind auf beiden Seiten des Kühlers 102a vorgesehen. Eine Öffnung in der Oberfläche des Kühlers 102e an einer Außenseite in der Schichtrichtung wird vorab geschlossen. Obwohl nicht gezeigt, ist die Schichteinheit 10b, wie in dem ersten Beispiel, auch an dem Gehäuse befestigt und durch das Gehäuse und einer Blattfeder wird Druck in der Schichtrichtung auf die Schichteinheit 10b aufgebracht. Die Blattfeder ist an einer Außenseite des Kühlers 102e angeordnet. Eine gewichtsreduzierende Rille 146 ist auch auf einer Oberseite von jedem der Kühler 102a bis 102e vorgesehen.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlerpaars 102b, 102c und einer Leistungskarte 3b, welche zwischen den Kühlern 102b, 102c eingeklemmt ist. Es sollte beachtet werden, dass eine andere Leistungskarte und ein anderer Kühler mit dem Kühler 102b auf der entgegengesetzten / gegenüberliegenden Seite der Leistungskarte 3b verbunden sind und eine andere Leistungskarte und ein anderer Kühler auch auf der anderen Seite des Kühlers 102c verbunden sind. 9 zeigt eine Explosionsansicht des in 8 gezeigten Aufbaus. Die Kühler 102b und 102c haben denselben Aufbau / dieselbe Struktur. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um dieselben Komponenten des Kühlers 102b und des Kühlers 102c zu bezeichnen. Nachfolgend wird eine Erläuterung hauptsächlich mit Bezug zu dem Kühler 102b in 9 gegeben. Daher wird sich in der nachfolgenden Erläuterung auf den Kühler 102b in 9 für die Komponenten mit Bezugszeichen bezogen, außer die Kühler 102b und 102c werden unterschieden.
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Wie der Kühler 2 gemäß des ersten Beispiels, ist der Kühler 102b aus einem Harzkörper 140 hergestellt, mit Öffnungen 141a, 141b und Metallplatten 132a, 132b, welche die Öffnungen verschließen. In 8 und 9 sind eine Metallplatte, die die Öffnung 141a des Kühlers 102b verschließt und eine Metallplatte, die die Öffnung 141b des Kühlers 102c verschließt, nicht gezeigt. Die Metallplatte, die die Öffnung 141a des Kühlers 102b verschließt, ist ähnlich zu der Metallplatte 132a, die die Öffnung 141a des Kühlers 102c verschließt. Die Metallplatte, die die Öffnung 141b des Kühlers 102c verschließt, ist dieselbe wie die Metallplatte 132b, die die Öffnung 141b des Kühlers 102b verschließt. Obwohl Details später bereitgestellt werden, sind die Metallplatten 132a, 132b an der Leistungskarte 3b, wie in 9 gezeigt, befestigt. Ähnlich sind die Metallplatten 132a, 132b an beiden Oberflächen von jeder der anderen Leistungskarten 3a, 3c, 3d befestigt.
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Die Struktur des Kühlers 102b wird im Detail erläutert. In dem Harzkörper 140 ist die Öffnung 141b in einer Seitenoberfläche 144b vorgesehen, welche der Leistungskarte 3b zugewandt ist. Die Öffnung 141a ist in einer Seitenoberfläche 144a vorgesehen, die der Leistungskarte 3a zugewandt ist (in 9, 10A und 10B nicht gezeigt). Für die Struktur der Öffnung 141a und die Umgebung der Öffnung 141a wird auf die Struktur der Öffnung 141a des Kühlers 102c, wie in 9 gezeigt, und die Umgebung der Öffnung 141a verwiesen.
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Die Öffnung 141a wird über die Metallplatte 132a durch eine Dichtung 134a abgedichtet. Die Öffnung 141d ist über die Metallplatte 132b durch eine Dichtung 134b angedichtet. Wie vorstehend erwähnt und da Druck in der Schichtrichtung auf die Schichteinheit 10b aufgebracht wird, bewirkt der Druck das Abdichten der Öffnung 141a und der Metallplatte 132a und das Abdichten der Öffnung 141b und der Metallplatte 132b. Deshalb müssen Metallplatten 132a, 132b nicht an dem Körper 140 befestigt sein. Obwohl eine Rille zum Aufnehmen der Dichtung 134a (134b) in der Seitenoberfläche 144a (144b) des Körpers 140 vorgesehen ist, ist die Rille in 9 nicht gezeigt. Die Rille, die die Dichtung 134a (134b) aufnimmt, wird später beschrieben.
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In dem Fall, in dem die Metallplatten 132a und 132b ohne Unterschiede zu machen, behandelt / genannt werden, werden die Metallplatten als Metallplatten 132 bezeichnet. Auf ähnliche Weise werden in dem Fall, in dem die isolierenden Platten 109a und 109b ohne Unterschiede zu machen, genannt werden, als isolierende Platten 109 bezeichnet. In einer der Oberflächen der Metallplatte 132 (eine Oberfläche, die dem Körper 140 zugewandt ist), sind Rippen 133 vorgesehen und die andere Oberfläche ist der Leistungskarte 3b zugewandt. Die Metallplatte 132 ist an der Leistungskarte 3b durch die isolierende Platte 109 befestigt. Ein silikonbasiertes wärmeabstrahlendes Klebemittel / Klebstoff / Haftmittel wird dazu verwendet, die Metallplatte 132 und die isolierende Platte 109 zu befestigen. Ein ähnliches Klebemittel wird dazu verwendet, die isolierende Platte 109 und die Leistungskarte 3b zu befestigen. Da die Öffnungen 141a, 141b auf beiden Seiten des Körpers 140 verschlossen sind, bildet das Innere des Körpers 140 einen Kältemittel-Strömungskanal P2 aus. Da die Rippen 133 mit dem Kältemittel in dem Strömungskanal P2 direkt in Kontakt kommen, wird Wärme der Leistungskarte 3b über die Metallplatte 132 und die Rippen 133 von dem Kältemittel gut absorbiert.
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Zwei vorstehende Abschnitte 142 sind jeweils in der Schichtrichtung auf Seitenoberflächen des Körpers 140 vorgesehen. Die zwei vorstehenden Abschnitte 142 stehen in der Schichtrichtung vor. Die zwei vorstehenden Abschnitte 142 sind in der Schichtrichtung gesehen (eine X-Achsenrichtung) auf beiden Seiten der Leistungskarte 3b angeordnet. Durchgangsloch 143 ist auf Innenseiten des vorstehenden Abschnitts 142, in der Schichtrichtung durchlaufend, vorgesehen. Wenn das Kühlerpaar 102b, 102c miteinander durch die Leistungskarte 3b verbunden ist, sind der vorstehende Abschnitt 142 des Kühlers 102b auf einer Seite und der vorstehende Abschnitt 142 des Kühlers 102c auf der anderen Seite miteinander durch eine andere Dichtung 135 verbunden. Der Druck, der in der Schichtrichtung aufgebracht wird, etabliert das Abdichten der zwei vorstehenden Abschnitte 142, welche miteinander verbunden sind. Da die vorstehenden Abschnitte 142 des Paars benachbarter Kühler miteinander verbunden sind, stehen die Durchgangslöcher 143 innerhalb miteinander in Verbindung. Innenräume P2 der benachbarten Kühler stehen miteinander über die zwei verbundenen Durchgangslöcher 143 in Verbindung. Obwohl Rillen, die die Dichtungen 135 aufnehmen, in Kantenoberflächen 147a, 147b der vorstehenden Abschnitte 142 vorgesehen sind, sind die Rillen in 9 nicht gezeigt. Die Rillen, die die Dichtungen 135 aufnehmen, werden später beschrieben. Der vorstehende Abschnitt 142 mit dem Durchgangsloch 143 kann auch als ein „zylindrischer Abschnitt 142“ bezeichnet werden. Eine gewichtsreduzierende Rille 146 ist auf einer Oberseite des Körpers 140 vorgesehen (eine Oberfläche, die einer positiven Z-Achsenrichtung zugewandt ist).
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Ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers 10b wird erklärt. 10A bis 11B zeigen einen Zusammenbauvorgang einer Leistungskarten-Unterbaugruppe. Nachfolgend ist einer der Kühler 102b bis 102d in 7 als ein Kühler 102 bezeichnet. Wie vorher gesagt, sind die Metallplatten 132a, 132b, welches Komponenten des Kühlers 102 sind, an der Leistungskarte 3 befestigt, bevor sie in den Körper 140 des Kühlers 102 eingebaut werden. Um genau zu sein, ist die Metallplatte 132a an eine der Leistungskarten 3 (z.B., die Leistungskarte 3b) befestigt, und die Metallplatte 132b ist an einer anderen Leistungskarte 3 (z.B., die Leistungskarte 3c) befestigt. Die Metallplatte 132b ist an der anderen Seitenoberfläche der Leistungskarte 3b befestigt und die Metallplatte 132a ist an der anderen Seitenoberfläche der Leistungskarte 3c befestigt. Zusammengefasst, ist die Metallplatte 132a an einer der Seitenoberflächen von einer der Leistungskarten in der Schichtrichtung (X-Achsenrichtung) befestigt und die Metallplatte 132b ist auf der anderen Seitenoberfläche befestigt. Die Metallplatten, welche an den Seitenoberflächen von einer der Leistungskarten befestigt sind, dienen als Komponenten zum Abdichten der Öffnungen unterschiedlicher Kühler.
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Als erstes wird der Körper 140 des in 9 gezeigten Kühlers 102, vorbereitet. Die Mehrzahl Körper 140, welche für die Schichteinheit ausreichend ist, wird vorbereitet. Es ist möglich, die Körper 140 zu geringen Kosten durch RIM-Verfahren (Resin Injection Molding) herzustellen. Neben den Körpern 140 wird eine Mehrzahl Leistungskarten vorbereitet.
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Als nächstes wird eine Unterbaugruppe der Leistungskarte 3 und den Metallplatten 132a, 132b hergestellt. Wie vorstehend beschrieben, in dem Fall, in dem die Metallplatten 132a, 132b ohne Unterscheidungen zu machen, genannt werden, werden die Metallplatten als Metallplatten 132 bezeichnet. Wenn die isolierenden Platten 109a, 109b ohne Unterscheidungen zu machen, genannt werden, werden die isolierenden Platten als die isolierenden Platten 109 bezeichnet. Als erstes wird die Mehrzahl Rippen 133 an eine der Oberflächen der Metallplatte 132 gelötet und die isolierende Platte 109 wird an die andere Oberfläche angeklebt (10A). 10B zeigt eine Ansicht, nachdem die Rippen 133 und die isolierende Platte 109 an der Metallplatte 132 befestigt sind. Nachfolgend wird die Unterbaugruppe der Rippen 133, der Metallplatte 132 und der isolierenden Platte 109, wie in 10B gezeigt, manchmal als eine Metallplatte 130 mit Rippen bezeichnet. Wieder, in den Zeichnungen, werden die Rippen 133 mit einem Schwerpunkt / Betonung auf die Dicke dargestellt, um das Verständnis zu unterstützen. Jedoch sind die eigentlichen Rippen sehr dünn. Sowohl die Metallplatte 132 als auch die Rippen 133 sind aus Aluminium hergestellt.
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Als nächstes werden zwei Metallplatten mit Rippen (die Metallplatte 130a, die Metallplatte 130b) jeweils an die Seitenoberflächen der Leistungskarte 3 in der Schichtrichtung angeklebt (11A). Nachfolgend wird dieser Schritt manchmal als ein erster Schritt bezeichnet. Zwei Halbleiterelemente 51 sind in der Leistungskarte 3 eingebettet. Ein Körper 54 der Leistungskarte 3 ist aus Harz hergestellt und die zwei Halbleiterelemente 51 sind durch den Körper 54 abgedichtet. Wärmesenken 116a, 116b sind auf einer Oberfläche des Körpers 54 freigelegt. Die Wärmesenken 116a, 116b sind mit den Halbleiterelementen 51 innerhalb des Körpers 54 in Kontakt. Die Metallplatte 130b mit Rippen ist an der Leistungskarte 3 derart befestigt, dass sie den Wärmesenken 116a, 116b zugewandt ist. Andere Wärmesenken sind auf einer Rückseite der Leistungskarte 3 freigelegt / offengelegt und die Metallplatte 130a mit Rippen ist an der Rückseite befestigt. 11B zeigt eine perspektivische Ansicht der Unterbaugruppe, in der die Metallplatten 130a, 130b mit Rippen an der Leistungskarte 3 befestigt sind. Die Metallplatte 132, welche ein Teil des Kühlers 102 ist, ist an der Leistungskarte 3 befestigt, bevor der Kühler zusammengebaut / eingebaut wird. Nachfolgend wird die Unterbaugruppe in 11B manchmal als eine Leistungskarten-Unterbaugruppe 131 bezeichnet. Jede der vier Leistungskarten 3a bis 3d ist auf dieselbe Art in die Leistungskarten-Unterbaugruppe 131 eingebaut.
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Als nächstes, wie in 7 gezeigt, werden die vier Leistungskarten 3a bis 3d (die vier Leistungskarten-Unterbaugruppen 131) und die Körper 140 der fünf Kühler 102 bis 102e alternierend geschichtet. Zusammengefasst, wird die Leistungskarte, an der die Metallplatte 132a (132b) befestigt ist, an dem Körper befestigt, um die Öffnung 141a (141b) des Körpers 140 des Kühlers abzudecken. Nachfolgend wird dieser Schritt manchmal auch als ein zweiter Schritt bezeichnet. Der zweite Schritt wird nach dem ersten Schritt ausgeführt. Es sollte beachtet werden, dass jeder Kühler vervollständigt ist, wenn die Mehrzahl Leistungskarten-Unterbaugruppen 131 und die Mehrzahl Körper 140 des Kühlers alternierend je einzeln (d.h. abwechselnd) geschichtet sind. Die Öffnung ist nicht auf einer Seitenoberfläche des Kühlers 102a vorgesehen, welcher an einem Ende der Schichteinheit 10b angeordnet ist. In der anderen Seitenoberfläche ist die Öffnung 141b ähnlich zu dem Kühler 102b vorgesehen und die Öffnung 141b ist durch die Metallplatte 132b verschlossen. Die Metallplatte 132b wird an einer Seitenoberfläche des Leistungskarte 3a vorab befestigt. Die Öffnung ist nicht in einer Seitenoberfläche des Kühlers 102e an dem anderen Ende der Schichteinheit 10d vorgesehen. In der anderen Oberfläche ist die Öffnung 141a ähnlich zu dem Kühler 102b vorgesehen und die Öffnung 141a ist durch die Metallplatte 132a verschlossen. Die Metallplatte 132a wird an einer Seitenoberfläche der Leistungskarte 3d vorab befestigt.
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Wie in 8 und 9 gezeigt, wird die Metallplatte 132 zwischen die zwei vorstehenden Abschnitte 142 des Körpers 140 eingesetzt / eingefügt und die Position der Metallplatte 132 ist somit bestimmt. Die Leistungskarte 3 wird an der Metallplatte 132 befestigt, bevor die Metallplatte 132 in den Körper 140 eingebaut wird. Deshalb, wenn die Metallplatte 132 einmal in den Körper 140 eingebaut ist, ist eine Position der Leistungskarte 3 zu dem Körper 140 untergeordnet / davon abhängig bestimmt. Zusammengefasst, werden die Leistungskarte 3 und der Kühler 102 in den Herstellungsschritten gemäß dieses Beispiels (dem vorgenannten ersten Schritt und dem zweiten Schritt) einfach positioniert.
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Als nächstes wird die Schichteinheit 10b in einem Gehäuse zusammen mit einer Blattfeder aufgenommen. Das Gehäuse und die Blattfeder sind ähnlich zu denen in 2 gemäß des ersten Beispiels. Jedoch, wie vorstehend genannt, wird die Blattfeder zwischen dem Kühler 102e und einer Wandoberfläche des Gehäuses eingesetzt. Die Schichteinheit 10b wird in dem Gehäuse gehalten, während sie in der Schichtrichtung Druck von der Blattfeder aufnimmt. Schließlich werden die verbleibenden Komponenten (die Kondensatorelemente 24 und der Reaktor 25 in 2, usw.) in dem Gehäuse aufgenommen, wodurch der Leistungswandler 100b komplettiert / vervollständigt wird.
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Die Dichtungen 134a (134b), 135 werden erläutert. 12A zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A in 8. 12B zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie B-B in 8. Wie in 12A und 12B gezeigt, ist eine Rille 61 in einer Seitenoberfläche des Körpers vorgesehen, welche der Metallplatte 132a (132b) zugewandt ist, um die Öffnung 141a (141b) zu umgeben. Die Dichtung 134a (134b) ist in der Rille 61 aufgenommen. Die Dichtung 134a (134b) hat zwei Lippen 139 (Überstände) und die zwei Lippen 139 umgeben die Öffnung 141a (141b) doppelt. Die Dichtung 134a (134b) mit den zwei Lippen 139 wird manchmal auch als Doppellippendichtung bezeichnet. Um das Verständnis zu unterstützen, ist die Dichtung 134a allein in der oberen rechten Ecke von 12a abgebildet.
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Eine Rille 64 ist in einer der Kantenoberflächen 147a des vorstehenden Abschnitts 142 des Körpers 140 vorgesehen und eine Rille 63, welche eine von der Rille 64 verschiedene Form aufweist, ist in der anderen Kantenoberfläche 147b vorgesehen. Die Rille 63 und die Rille 64 sind einander zugewandt und die Dichtung 135 ist zwischen der Rille 63 und der Rille 64 aufgenommen. Wie vorstehend beschrieben, dichtet die Dichtung 135 einen Spalt zwischen dem Paar vorstehender Abschnitte 142 benachbarter Kühler ab. Die Dichtung 135 ist ebenfalls ein Doppellippentyp.
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Einer der Oberflächen des Kühlers 102b hat drei Öffnungen (die Öffnung 141b und zwei Durchgangslöcher 143). Die drei Öffnungen werden durch eine Dichtung 134b und zwei Dichtungen 135 abgedichtet. Um das Abdichten der drei Öffnungen zum selben Zeitpunkt zu etablieren / schaffen, hat der Kühler 102b die nachfolgende Struktur. Als erstes ist die Höhe der Dichtung 134b kleiner als die Höhe der Dichtung 135. Höhe H1 einer Kante 61a der Rille 61 auf einer Öffnungsseite ist größer als Höhe H2 einer Kante 61b an einer Außenseite. Deshalb stößt die Kante 61a auf der Öffnungsseite an die Metallplatte 132b an. Wenn die Kante 61a auf der Öffnungsseite und die Metallplatte 132b aneinander stoßen, wird die Dichtung 134b mit kleiner Höhe moderat / mäßig zwischen dem Körper 140 und der Metallplatte 132b komprimiert, wodurch das Abdichten zwischen der Öffnung 141b und der Metallplatte 132b etabliert wird. Durch Anstoßen der Metallplatte 132b an der Kante 61a auf der Öffnungsseite werden Relativpositionen des Körpers 140 und der Metallplatte 132b in der Schichtrichtung exakt festgelegt / entschieden.
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Zu diesem Zeitpunkt ist eine Dimension jedes Teils des Körpers entschieden bzw. festgelegt, um einen Freiraum H5 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 142 des Kühlers 102b und dem benachbarten vorstehenden Abschnitt 142 des Kühlers 102c zu gewährleisten. Die Dichtung 135 ist höher als die Dichtung 134b und, wenn der Freiraum H5 gewährleistet ist, wird die Dichtung 135 moderat zwischen der Rille 63 und der Rille 64 komprimiert, wodurch das Abdichten des Paars vorstehender Abschnitte 142 (die Durchgangslöcher 143) etabliert / geschafft wird. Dasselbe ist auf die Öffnung 141a und die Dichtung 134a anzuwenden.
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Nachstehend werden Anmerkungen bezüglich der in den Beispielen erläuterten Verfahren gegeben. Wie in dem zweiten Beispiel beschrieben, ist die Metallplatte 132, welche die Öffnung des Kühlers abdichtet, an der Leistungskarte 3 befestigt, bevor sie an dem Körper 140 des Kühlers befestigt wird. Ein silikonbasiertes wärmeabstrahlendes Klebemittel wird zum Befestigen der Metallplatte 132 bevorzugt. Die Metallplatte kann an der Leistungskarte durch Verzinnen, statt durch Kleben befestigt sein. Die Metallplatte, welche eine Komponente des Kühlers ist, ist an der Leistungskarte befestigt und Druck wird in der Schichtrichtung auf die Mehrzahl Leistungskarten und die Mehrzahl Kühler aufgebracht. Somit muss die Metallplatte nicht notwendigerweise an dem Körper des Kühlers befestigt sein. Mit anderen Worten wird die Metallplatte durch den Druck in der Schichtrichtung gegen die Öffnung des Körpers gedrückt, ohne an dem Körper des Kühlers befestigt zu sein.
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Der Körper 140 gemäß des zweiten Beispiels ist aus Harz hergestellt, wie der Körper 40 gemäß des ersten Beispiels. Es ist möglich, einen Harzkörper mit einer komplexen Form zu geringen Kosten durch Spritzgussverfahren usw. herzustellen. Insbesondere ist ein Körper, der eine dicke Seitenwand und gute Beständigkeit gegen Druck in der Schichtrichtung aufweist, fähig zu geringen Kosten hergestellt zu werden. Zusammengefasst, hat der Leistungswandler gemäß der Beispiele eine Struktur, in der die Mehrzahl Kühler und die Mehrzahl Leistungskarten geschichtet sind, aber unempfindlich gegen Schichten ist. Zusätzlich ist in dem Leistungswandler gemäß der Beispiele die Metallplatte auf der Oberfläche des Kühlers angeordnet, welche der Leistungskarte zugewandt ist und somit ist eine hohe Kühlleistung gewährleistet. Da Harz leichter ist als Metall, ist der Harzkörper hinsichtlich Gewichtsreduzierung von Vorteil.
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Das Gehäuse kann eine Rahmenform haben. Das Gehäuse des Leistungswandlers nimmt verschiedene Einrichtungen zusätzlich zu der Schichteinheit auf. Das Gehäuse der Schichteinheit kann ein Rahmen sein (ein inneres Gehäuse), welches innerhalb des Gehäuses des Leistungswandlers aufgenommen ist. Es ist bevorzugt, dass die Dichtung eine Mehrzahl Überstände aufweist, die die Öffnung in mehrfacher Art umgeben. Auch kann eine Isolierplatte zwischen der Metallplatte und der Leistungskarte eingeklemmt sein. Die Isolierplatte ist ein Teil der Leistungskarte.
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Die Metallplatte kann mit der Leistungskarte in direktem Kontakt sein oder eine Isolierplatte kann zwischen der Metallplatte und der Leistungskarte eingeklemmt sein. In dem zweiten Beispiel ist die isolierende Platte / das isolierende Blech zwischen der Metallplatte des Kühlers und der Leistungskarte eingeklemmt. Die isolierende Platte ist eine Art der Isolierplatte. Die Isolierplatte oder die isolierende Platte gemäß der Beispiele entspricht einem Beispiel eines isolierenden Teils. Die isolierende Platte kann auch als ein Teil der Leistungsplatte betrachtet werden. Zum Beispiel, in dem Fall, in dem die Wärmesenke auf einer Seitenoberfläche der Leistungskarte freigelegt ist, ist es möglich, Isolierung durch Bereitstellung des isolierenden Teils zu gewährleisten. In dem Fall, in dem die Isolierung zwischen der Wärmesenke auf der Seitenoberfläche der Leistungskarte und dem Halbleiterelement innerhalb der Leistungskarte gewährleistet ist, ist die Isolierplatte (die isolierende Platte) nicht notwendig.
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Beim Einsetzen der Leistungskarte, nachdem der Kühler vervollständigt ist, ist bekannt, dass Fett zwischen dem Kühler und der Leistungskarte aufgebracht wird, um die Wärmeübertragung zwischen dem Kühler und der Leistungskarte zu verbessern. In dem Fall des Leistungswandlers gemäß des zweiten Beispiels, da die Metallplatte, welche ein Teil des Kühlers ist, vorab an der Leistungskarte durch ein Klebemittel usw. fixiert / befestigt wird, ist es ein Vorteil, dass Fett nicht erforderlich ist.
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Eigenschaften des Leistungswandlers gemäß der Beispiele können auch anders als nachfolgend ausgedrückt werden. Der Leistungswandler beinhaltet eine Schichteinheit, in der eine Mehrzahl Leistungskarten und eine Mehrzahl Kühler geschichtet sind, und ein Gehäuse, das die Schichteinheit aufnimmt. In der Schichteinheit sind die Leistungskarten, in denen Halbleiterelemente gespeichert sind, und die Kühler alternierend geschichtet. Das Gehäuse nimmt die Schichteinheit auf, wobei Druck auf die Schichteinheit in der Schichtrichtung der Schichteinheit aufgebracht wird. Der Kühler ist mit einem Harzkörper und einer Metallplatte versehen. Der Körper ist innen hohl und eine Öffnung ist in einer Seitenoberfläche vorgesehen, welche der Leistungskarte zugewandt ist. Die Metallplatte stößt an eine Körper-Seitenoberfläche um die Öffnung des Körpers durch eine Dichtung an, verschließt die Öffnung, und grenzt an die Leistungskarte an. Wenn Druck auf die Schichteinheit in der Schichtrichtung der Schichteinheit aufgebracht wird, ist die Öffnung durch die Metallplatte abgedichtet.
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Vorzugweise wird der in den Beispielen erläuterte Leistungswandler für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug angewendet.
