JP2009027805A - Power conversion device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有する電力変換装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device having a semiconductor stacked unit in which semiconductor modules constituting a part of a power conversion circuit and cooling pipes for cooling the semiconductor modules are alternately stacked, and a method for manufacturing the same.
従来より、DC−DCコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となってきている。それ故、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するIGBT等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
Conventionally, a power conversion circuit such as a DC-DC converter circuit or an inverter circuit is sometimes used to generate a drive current for energizing an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
In general, in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, a large driving current is required to secure a large driving torque from an AC motor. Therefore, in the power conversion circuit that generates the drive current for the AC motor, heat generated from the semiconductor module including the power semiconductor element such as IGBT constituting the power conversion circuit tends to increase.
そこで、図15に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュール921を均一に冷却することができるように、冷却媒体の供給及び排出を担う一対のヘッダ923の間に多数の冷却管922が配置されている電力変換装置9が提案されている(特許文献1、2参照)。そして、該電力変換装置9は、冷却管922の間に半導体モジュール921を挟持した半導体積層ユニット92と、該半導体積層ユニット92の積層方向の端部に半導体積層ユニット92を積層方向に加圧するばね部材932とを有する。
Therefore, as shown in FIG. 15, a large number of
ばね部材932は、半導体積層ユニット92側に凸の状態で湾曲した押圧部934と、該押圧部934の両端に形成された支承部933とを有する。支承部933は電力変換装置9の筐体911内に配された支承ピン913に係止させてあり、ばね部材932は、押圧部934において冷却管922と半導体モジュール921とを積層方向に押圧するように付勢された状態で配設されている。支承ピン913は、筐体911の内壁912とばね部材932の支承部933との間に挟持された状態で配設されている。
The
電力変換装置9を組み立てるに当たっては、電力変換装置9の筐体911内に半導体積層ユニット92を配置した後、ばね部材932を半導体積層ユニット92の積層方向の端部に配置する。次いで、ばね部材932を変位(弾性変形)させつつ、ばね部材932の押圧部934において半導体積層ユニット92を積層方向に押圧する。そして、ばね部材932の支承部933の後方位置における筐体911内に支承ピン913を配置する。
次いで、ばね部材932を減圧方向に復元させながら、ばね部材932の支承部933を支承ピン913に支承させる。これにより、ばね部材932は、所定の変位において、所定の押圧力を半導体積層ユニット92に与えた状態で落ち着く。
In assembling the power conversion device 9, the semiconductor stacked
Next, the
ここで、上記ばね部材932を弾性変形させるに当っては、図16に示すごとく、一対の支承部933の内側における後面に押圧治具40を当接させて、半導体積層ユニット92側へ押圧治具40を押し込む。そして、一対の支承ピン913を、一対の支承部933の後方かつ押圧治具40の両側方において、筐体911内に配置する。つまり、押圧治具40によってばね部材932を押圧している状態で、筐体911に支承ピン913を配設する必要があるため、押圧治具40は、その内側、すなわち支承部933の内側においてばね部材932に当接させるのである。
Here, when the
しかしながら、押圧治具40を支承部933の内側においてばね部材932に当接させて、ばね部材932を弾性変形させようとすると、支承部933における荷重よりも大きい荷重をかける必要がある。その結果、このばね部材932を配設する工程において、半導体積層ユニット92に過大な荷重がかかってしまい、場合によっては、冷却管922が変形してしまったり、半導体モジュール921が破損してしまったりするおそれがある。また、ばね部材932の配設工程において、押圧治具40を押圧する際に用いられるロードセルやサーボモータなどに高いスペックが要求されるという問題もある。
However, if the
また、半導体積層ユニット92は、複数の半導体モジュール921と複数の冷却管922とを交互に積層してなるため、その積層方向の寸法公差(積層公差)は、各半導体モジュール921の寸法公差と各冷却管922の寸法公差との積算値となり、大きな値となることがある。そこで、この積層公差内におけるあらゆる半導体積層ユニット91に対して、ばね部材932によって適切な押圧力を与えることができるようにする必要がある。
In addition, since the
ところが、上記のごとく、押圧治具40を支承部933の内側においてばね部材932に当接させて、ばね部材932を弾性変形させようとすると、押圧治具40による荷重の変化に対するばね部材932の変位量が小さいため、上記半導体積層ユニット92の積層公差が大きいと、適切な押圧力を半導体積層ユニット92に付与することが困難となる。その結果、半導体積層ユニット92の積層方向の寸法に応じて、ばね部材932の支承部932を支承する支承ピン913として、直径の異なる多種類の支承ピン913を用意する必要がある。それ故、製造コストが高くなると共に、生産効率が低下するという問題がある。
However, as described above, when the
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体積層ユニットを加圧する加圧部材の配設を小さい力で容易に行うことができると共に、製造コスト、生産効率に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and can easily dispose the pressurizing member for pressurizing the semiconductor laminated unit with a small force, and has excellent manufacturing cost and production efficiency. It is an object of the present invention to provide a conversion device and a manufacturing method thereof.
第1の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有する電力変換装置を製造する方法であって、
上記電力変換装置の筐体に上記半導体積層ユニットを配置した後、
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部に、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有する加圧部材を配置し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させた状態で、上記一対の支承部の後方位置において上記筐体内に一対の支承体を配設し、
次いで、上記押圧治具を後退させて上記ばね部材が復元する方向に上記一対の支承部を変位させることにより、該支承部と上記筐体の内壁との間に上記支承体が挟持される状態で、上記支承部を上記支承体に支承させることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある(請求項1)。
1st invention is the method of manufacturing the power converter device which has a semiconductor lamination unit which laminates | stacks alternately the semiconductor module which comprises some power conversion circuits, and the cooling pipe which cools this semiconductor module, ,
After arranging the semiconductor laminated unit in the casing of the power converter,
A contact plate having a contact surface that contacts the main surface of the cooling pipe at one end in the stacking direction of the semiconductor stacked unit, and a spring disposed on a surface of the contact plate opposite to the contact surface A pressure member having a member,
The spring member has a pressing portion curved in a convex state toward the contact plate side, and support portions formed at both ends of the pressing portion,
In a state where the spring member is elastically deformed by bringing a pressing jig into contact with a pair of spring end portions outside the support portion of the spring member and pushing the spring end portion toward the contact plate. A pair of support bodies are disposed in the housing at a rear position of the pair of support parts,
Next, the support body is sandwiched between the support portion and the inner wall of the housing by moving the pair of support portions in a direction in which the spring member is restored by retracting the pressing jig. In the method of manufacturing a power converter, the support portion is supported by the support body (claim 1).
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置の製造方法においては、上記加圧部材を筐体に取付ける際に、上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させる。すなわち、ばね端部を押圧治具によって押圧することにより、ばね部材を弾性変形させる。これにより、比較的小さい荷重でばね部材を大きく弾性変形させることができる。つまり、支承部よりも内側の部分において押圧する場合に比べて、小さい荷重でばね部材を大きく弾性変形させることができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
In the method for manufacturing the power conversion device, when the pressure member is attached to the casing, a pressing jig is brought into contact with a pair of spring end portions outside the support portion of the spring member, and the spring end The spring member is elastically deformed by pushing the portion toward the contact plate. That is, the spring member is elastically deformed by pressing the spring end with a pressing jig. Thereby, the spring member can be greatly elastically deformed with a relatively small load. That is, the spring member can be greatly elastically deformed with a small load as compared with a case where the pressing is performed at a portion inside the support portion.
それ故、加圧部材を配設する工程において、押圧治具による押圧力を低減して、半導体積層ユニットに過大な荷重がかかることを防ぎ、冷却管の変形や、半導体モジュールの破損のおそれを排除することができる。また、ばね部材の配設工程において、押圧治具を押圧する際に用いられるロードセルやサーボモータなどにも特に高いスペックが要求されなくなるという利点もある。 Therefore, in the process of disposing the pressure member, the pressing force by the pressing jig is reduced to prevent an excessive load from being applied to the semiconductor laminated unit, and there is a risk of deformation of the cooling pipe or damage of the semiconductor module. Can be eliminated. Also, there is an advantage that a particularly high specification is not required for a load cell, a servo motor, or the like used when pressing the pressing jig in the spring member arranging step.
また、半導体積層ユニットは、複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを交互に積層してなるため、その積層方向の寸法公差(積層公差)は、各半導体モジュールの寸法公差と各冷却管の寸法公差との積算値となり、大きな値となることがある。そこで、この積層公差内におけるあらゆる半導体積層ユニットに対して、ばね部材によって適切な押圧力を与えることができるようにする必要がある。 In addition, since the semiconductor lamination unit is formed by alternately laminating a plurality of semiconductor modules and a plurality of cooling pipes, the dimensional tolerance in the lamination direction (lamination tolerance) is the dimensional tolerance of each semiconductor module and the dimension of each cooling pipe. It becomes an integrated value with tolerance and may be large. Therefore, it is necessary to allow an appropriate pressing force to be applied by a spring member to any semiconductor laminated unit within this lamination tolerance.
本発明においては、上記のごとく、押圧治具を支承部の外側のばね端部に当接して、ばね部材を弾性変形させるため、押圧治具による荷重の変化に対するばね部材の変位量を大きくすることができる。そのため、上記半導体積層ユニットの積層公差が大きくても、適切な押圧力を半導体積層ユニットに付与することが容易となる。すなわち、半導体積層ユニットの積層方向の寸法が小さいときには、ばね部材へ付与する押圧力を比較的小さくして、ばね部材の弾性変形の変位量を小さくする。一方、半導体積層ユニットの積層方向の寸法が大きいときには、ばね部材へ付与する押圧力を比較的大きくして、ばね部材の弾性変形の変位量を大きくする。このとき、ばね部材の弾性力が小さくなりすぎず、また、押圧治具による押圧力が大きくなりすぎることを防ぐことができる。 In the present invention, as described above, the pressing jig is brought into contact with the spring end on the outer side of the support portion, and the spring member is elastically deformed. Therefore, the amount of displacement of the spring member with respect to the change in load by the pressing jig is increased. be able to. Therefore, even if the stacking tolerance of the semiconductor stacked unit is large, it becomes easy to apply an appropriate pressing force to the semiconductor stacked unit. That is, when the dimension in the stacking direction of the semiconductor stacked unit is small, the pressing force applied to the spring member is made relatively small, and the amount of elastic deformation of the spring member is reduced. On the other hand, when the dimension in the stacking direction of the semiconductor stacked unit is large, the pressing force applied to the spring member is made relatively large to increase the amount of elastic deformation of the spring member. At this time, the elastic force of the spring member does not become too small, and the pressing force by the pressing jig can be prevented from becoming too large.
その結果、半導体積層ユニットの積層方向の寸法に応じて、ばね部材の支承部を支承する支承体として、大きさの異なる支承体を多種類用意する必要がなくなる。すなわち、少ない種類の支承体によって、半導体積層ユニットの積層方向の寸法に対応することができる。それ故、製造コストを低減し、生産効率を向上させることができる。 As a result, it is not necessary to prepare many types of support bodies having different sizes as support bodies for supporting the support portions of the spring members in accordance with the dimensions in the stacking direction of the semiconductor stacked units. That is, it is possible to cope with the dimension in the stacking direction of the semiconductor stacked unit by using a small number of support bodies. Therefore, the manufacturing cost can be reduced and the production efficiency can be improved.
以上のごとく、本発明によれば、半導体積層ユニットを加圧する加圧部材の配設を小さい力で容易に行うことができると共に、製造コスト、生産効率に優れた電力変換装置の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily dispose the pressurizing member that pressurizes the semiconductor lamination unit with a small force, and to provide a method for manufacturing a power conversion device that is excellent in manufacturing cost and production efficiency. can do.
第2の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有する電力変換装置であって、
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
自然長における上記一対のばね端部の間の距離をAとし、自然長における上記一対の支承部の間の距離をBとしたとき、A≧1.22Bを満たすことを特徴とする電力変換装置にある(請求項4)。
A second invention is a power conversion device having a semiconductor lamination unit in which a semiconductor module constituting a part of a power conversion circuit and a cooling pipe for cooling the semiconductor module are alternately laminated,
A pressure member that pressurizes the semiconductor lamination unit in the lamination direction is disposed at one end in the lamination direction of the semiconductor lamination unit,
The pressurizing member includes a contact plate having a contact surface that contacts the main surface of the cooling pipe, and a spring member disposed on a surface of the contact plate opposite to the contact surface,
The spring member has a pressing portion curved in a convex state toward the contact plate side, and support portions formed at both ends of the pressing portion,
The spring member is configured such that the support portion is supported by a pair of support bodies interposed between an inner wall of the casing of the power converter and the support portion, and the pressing portion is contacted by the contact plate. , Arranged in a biased state so as to press the contact plate in a direction away from the support body,
The spring member has a pair of spring ends arranged outside the support body,
A power conversion device satisfying A ≧ 1.22B, where A is a distance between the pair of spring ends in the natural length and B is a distance between the pair of support portions in the natural length. (Claim 4).
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ばね部材は、一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置している。そして、上記一対のばね端部の間の距離Aと、上記一対の支承部の間の距離Bとは、A≧1.22Bを満たす。そのため、上記一対のばね端部は、上記支承体の配設位置よりも充分に外側に配置される。これにより、半導体積層ユニットの一端に加圧部材を配置して押圧する際に、多少の寸法公差や配置のずれが生じても、支承体に干渉することなく、一対のばね端部に押圧治具を確実に当接させることができる。これにより、押圧治具によって上記一対のばね端部を上記当接プレート側へ確実に押圧することができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The said spring member has arrange | positioned a pair of spring edge part outside the said support body. The distance A between the pair of spring end portions and the distance B between the pair of support portions satisfy A ≧ 1.22B. For this reason, the pair of spring end portions are arranged sufficiently outside the arrangement position of the support body. As a result, when a pressure member is disposed and pressed at one end of the semiconductor laminated unit, even if some dimensional tolerance or misalignment occurs, the pair of spring ends are pressed against each other without interfering with the support body. A tool can be made to contact reliably. Accordingly, the pair of spring end portions can be reliably pressed toward the contact plate by the pressing jig.
それ故、上述したごとく、加圧部材を配設する工程において、押圧治具による押圧力を低減して、半導体積層ユニットに過大な荷重がかかることを防ぎ、冷却管の変形や、半導体モジュールの破損のおそれを排除することができる。また、ばね部材の配設工程において、押圧治具を押圧する際に用いられるロードセルやサーボモータなどにも特に高いスペックが要求されなくなるという利点もある。
さらに、半導体積層ユニットの積層方向の寸法に応じて、ばね部材の支承部を支承する支承体として、直径の異なる支承体を多種類用意する必要がなくなり、製造コストを低減し、生産効率を向上させることができる。
Therefore, as described above, in the step of disposing the pressure member, the pressing force by the pressing jig is reduced to prevent an excessive load from being applied to the semiconductor laminated unit, and the deformation of the cooling pipe and the semiconductor module The risk of damage can be eliminated. Also, there is an advantage that a particularly high specification is not required for a load cell, a servo motor, or the like used when pressing the pressing jig in the spring member arranging step.
Furthermore, there is no need to prepare multiple types of bearings with different diameters as the bearings for supporting the spring member bearings according to the dimensions of the semiconductor lamination unit in the direction of lamination, reducing manufacturing costs and improving production efficiency. Can be made.
以上のごとく、本発明によれば、半導体積層ユニットを加圧する加圧部材の配設を小さい力で容易に行うことができると共に、製造コスト、生産効率に優れた電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily dispose the pressurizing member that pressurizes the semiconductor lamination unit with a small force, and to provide a power conversion device that is excellent in manufacturing cost and production efficiency. it can.
第1の発明(請求項1)及び第2の発明(請求項4)において、上記電力変換装置としては、例えば、DC−DCコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
なお、上記半導体モジュールと上記冷却管とは、直接密着していてもよいし、絶縁材等を介して密着していてもよい。
また、本明細書において、特に断らない限り、半導体積層ユニットを押圧する方向を前方、その反対を後方として説明する。
In the first invention (invention 1) and the second invention (invention 4), examples of the power converter include a DC-DC converter and an inverter. Moreover, the said power converter device can be used for the production | generation of the drive current which supplies with electricity to the alternating current motor which is motive power sources, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle, for example.
In addition, the said semiconductor module and the said cooling pipe may be closely_contact | adhered directly, and may be closely_contact | adhered via an insulating material etc.
Further, in the present specification, unless otherwise specified, the direction in which the semiconductor stacked unit is pressed will be described as the front, and the opposite will be described as the rear.
また、上記ばね部材は、上記ばね端部における上記支承体側の面と端面との間の角部に、曲面を設けてなることが好ましい(請求項2、5)。
この場合には、上記押圧治具を上記ばね端部に安定して当接させることができ、より確実にばね部材を弾性変形させることができる。
Moreover, it is preferable that the said spring member provides a curved surface in the corner | angular part between the said bearing body side surface and end surface in the said spring end part (
In this case, the pressing jig can be stably brought into contact with the spring end, and the spring member can be elastically deformed more reliably.
また、上記ばね部材は、上記支承部と上記ばね端部との間に、上記支承体側に凸となるように屈曲した屈曲部を設けてなることが好ましい(請求項3、6)。
この場合にも、上記押圧治具を上記ばね端部に安定して当接させることができ、より確実にばね部材を弾性変形させることができる。
Preferably, the spring member is provided with a bent portion that is bent so as to protrude toward the support body between the support portion and the spring end portion (
Also in this case, the pressing jig can be stably brought into contact with the spring end portion, and the spring member can be elastically deformed more reliably.
(実施例1)
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びその製造方法につき、図1〜図12を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図3に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール21と、該半導体モジュール21を冷却する冷却管22とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有する。
Example 1
A power converter according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, the power conversion device 1 of this example is a semiconductor stacked unit formed by alternately stacking
半導体積層ユニット2の積層方向の一方の端部には、該半導体積層ユニット2を積層方向に加圧する加圧部材3が配されている。
該加圧部材3は、冷却管22の主面に当接する当接面311を有する当接プレート31と、該当接プレート31における当接面311と反対側の面に配されたばね部材32とを有する。
A
The pressurizing
ばね部材32は、図2〜図4に示すごとく、当接プレート31側に凸の状態で湾曲した押圧部321と、該押圧部321の両端に形成された支承部322とを有する。
図3、図4に示すごとく、ばね部材32は、電力変換装置1の筐体11の内壁111との間に介在される一対の支承体としての支承ピン13に支承部322を支承させると共に当接プレート31に押圧部321を当接させて、当接プレート31を支承ピン13から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されている。
ばね部材32は、一対のばね端部323を支承ピン13よりも外方に配置している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
そして、図4に示すごとく、自然長における一対のばね端部323の間の距離をAとし、自然長における一対の支承部322の間の距離をBとしたとき、A≧1.22Bを満たす。ここで、一対の支承部322の間の距離Bは、支承ピン13と支承部322との接触部の中心同士の間の距離をいうものとする。なお、図4に記載した寸法A、Bは、ばね部材32に荷重をかけていない自由状態における長さを示している。後述する図12における寸法A、Bについても同様である。
また、上記一対の支承ピン13は円柱形状を有する。
As shown in FIG. 4, when A is the distance between the pair of spring ends 323 in the natural length and B is the distance between the pair of
The pair of support pins 13 has a cylindrical shape.
また、図2、図4に示すごとく、ばね部材32は、複数枚の板ばねを積層してなる。即ち、ばね部材32は、当接プレート31に当接する前方板ばね33と、該前方板ばね33の後方に配された後方板ばね34とからなる。前方板ばね33は、少なくとも前方板ばね33の両端部331において後方板ばね34に接触している。また、前方板ばね33と後方板ばね34とは、互いにリベット(図示略)によって留め付けられている。
2 and 4, the
後方板ばね34は、中央部が大きな円弧状に湾曲してなると共に、長さ方向の両端部が小さな円弧状に湾曲してなる。また、前方板ばね33は、円弧状に湾曲してなり、その曲率半径は、上記後方板ばね34の中央部における円弧の曲率半径よりも若干小さい。そして、前方板ばね33は、後方板ばね34の中央部の前方に重ね合わせるように配置されている。これにより、前方板ばね33は、その両端部331において後方板ばね34に当接する。
The
また、当接プレート31は、半導体積層ユニット2の積層方向の端部に配された冷却管22の主面に面接触できるような平坦な当接面311を有する。
そして、当接プレート31及びばね部材32は、いずれも、炭素工具鋼(SK85、旧SK5)等の金属からなる。
Further, the
The
また、加圧部材3は、図3に示すごとく、ばね部材32の中央の押圧部321を当接プレート31に当接させ、当接プレート31の当接面311を半導体積層ユニット2に当接させた状態で電力変換装置1内に組み付けられる。また、ばね部材32の支承部322を電力変換装置1の筐体11内に配された2個の支承ピン13に係止させている。支承ピン13はばね部材32の支承部322と筐体11の内壁111との間に挟持されている。そして、ばね部材32は、中央部の押圧部321において、当接プレート31を介して半導体積層ユニット2を積層方向に押圧するように付勢された状態で配設されている。
Further, as shown in FIG. 3, the pressing
また、図3に示すごとく、半導体積層ユニット2は、半導体モジュール21を両面から挟持するように冷却管22を複数配設してなる。即ち、冷却管22と半導体モジュール21とが交互に積層されている。各冷却管22は、内部に冷媒流路(図示略)を設けてなる扁平形状の管である。この冷媒流路に、例えば水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷却媒体を流通させることができるよう構成してある。
In addition, as shown in FIG. 3, the semiconductor laminated
また、冷却器220は、複数の冷却管22の両端をそれぞれ連結パイプ222によって連結して、2箇所のヘッダ部223を形成してなる。また、該2箇所のヘッダ部223の端部には、半導体積層ユニット2の一方の端部に配された冷却管22に接続された、冷媒導入口224と冷媒排出口225とがそれぞれ設けてある。
The cooler 220 is formed by connecting the both ends of a plurality of cooling
これらの冷却管22と連結パイプ222と冷媒導入口224と冷媒排出口225とによって、アルミニウム製の冷却器220が構成されている。
そして、半導体モジュール21は、冷却器220における隣り合う冷却管22の間に2個づつ並列配置された状態で挟持されている。半導体モジュール21は両面に放熱板を露出させており、この放熱板と扁平形状の上記冷却管22の主面221とを密着させることにより、両者の間で熱交換を行うことができるよう構成されている。
なお、冷却器220においては、例えば連結パイプ222を蛇腹状にしたり、連結パイプ222と冷却管22との取付部にダイヤフラム部を設けたりすることにより、隣り合う冷却管22の間の間隔をある程度変化させることができるよう構成してある。
The cooling
The
In the cooler 220, for example, the
次に、本例の電力変換装置の製造方法につき説明する。
まず、電力変換装置1の筐体11に半導体積層ユニット2を配置する。
次いで、図1に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の一方の端部に、当接プレート31とばね部材32とを有する加圧部材3を配置する。
Next, a method for manufacturing the power conversion device of this example will be described.
First, the
Next, as shown in FIG. 1, a
次いで、ばね部材32における一対のばね端部323に押圧治具4を当接させてばね端部323を当接プレート31側へ押し込む。これによりばね部材32を弾性変形させた状態で、一対の支承部322の後方位置において筐体11内に一対の支承ピン13を配置する。
次いで、押圧治具4を後退させてばね部材32が復元する方向に一対の支承部322を変位させることにより、該支承部322と筐体11の内壁111との間に支承ピン13が挟持される状態で支承ピン13に支承させる。
以上により、図1に示すごとく、半導体積層ユニット2が加圧部材3によって積層方向に加圧された電力変換装置1を得る。
Next, the
Next, the
As described above, as shown in FIG. 1, the power conversion device 1 in which the
図1に示すごとく、押圧治具4は、一対の押圧凸部41を設けてなる。そして、これら一対の押圧凸部41を、筐体11の内側においてばね部材32のばね端部323の後方に挿入する。そして、一対の押圧凸部41を一対のばね端部323に当接させて押圧する。押圧治具4によってばね部材32を弾性変形させた状態で、支承部322の後方位置であって押圧凸部41の内側において、一対の支承ピン13を筐体11に配置する。
As shown in FIG. 1, the
また、押圧治具4の押圧の際にはロードセルを用い、一定の押圧力によって押圧治具4を介して半導体積層ユニット2を押圧する。このとき、半導体積層ユニット2は、各連結パイプ222が少しずつ圧縮変形して、隣り合う冷却管22の間の間隔が縮まる。そして、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法が縮む。
そして、加圧部材3を配設した後における加圧部材3による半導体積層ユニット2への押圧力は、半導体モジュール21の冷却効率を充分に確保することができると共に半導体積層ユニット2の変形を防ぐことができる所定の範囲内(本例においては、2.1〜5kN)となるようにする。
なお、所定の押圧力を付与したときの半導体積層ユニット2の積層寸法の変化がある程度予測できる場合には、押圧治具4の押圧は、一定の変位量にて行うこともできる。
Further, when the
The pressing force applied to the
In addition, when the change of the lamination | stacking dimension of the semiconductor lamination | stacking
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の電力変換装置の製造方法においては、図5に示すごとく、上記加圧部材3を筐体13に取付ける際に、ばね部材32における支承部322よりも外側の一対のばね端部323に押圧治具4を当接させてばね端部323を当接プレート31側へ押し込むことによりばね部材32を弾性変形させる。すなわち、ばね端部323を押圧治具4によって押圧することにより、ばね部材32を弾性変形させる。これにより、比較的小さい荷重でばね部材32を大きく弾性変形させることができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the method of manufacturing the power conversion device of this example, as shown in FIG. 5, when the
つまり、図6に示すごとく、支承部322よりも内側の部分に押圧治具40を当接させて押圧する場合に比べて、小さい荷重でばね部材32を大きく弾性変形させることができる。
このことにつき、図7を用いて説明する。
基本的に、ばね部材32においては、当接部材31に当接する押圧部321の中央部分からの距離が長い位置ほど、小さな力で大きく変位させることができる。それ故、支承部322において押圧する場合の荷重−変位曲線L0と、支承部322よりも内側において押圧する場合の荷重−変位曲線L1と、支承部322よりも外側(ばね端部323)において押圧する場合の荷重−変位曲線L2とは、図7のようになる。すなわち、ばね部材32への押圧治具4の当接部が外側へ行くほど、荷重に対する変位の大きさが大きくなる。
That is, as shown in FIG. 6, the
This will be described with reference to FIG.
Basically, in the
なお、各押圧位置における荷重−変位特性は、各曲線に付した矢印の方向に進み、加圧方向へ変形する際の弾性力が、減圧方向へ復元する際の弾性力よりも大きくなるようなヒステリシスを有する。
なお、図7においては、上限値の5kNまで押圧治具4による押圧を行ったときの荷重−変位曲線を示している。
The load-displacement characteristic at each pressing position proceeds in the direction of the arrow attached to each curve, and the elastic force when deforming in the pressurizing direction is larger than the elastic force when restoring in the depressurizing direction. Has hysteresis.
In addition, in FIG. 7, the load-displacement curve when pressing with the
図7に示すごとく、本例のように押圧治具4による押圧をばね端部323において行った場合(曲線L2、図5参照)には、押圧治具4による押圧を支承部322よりも内側において行った場合(曲線L1、図6参照)よりも、同じ押圧力でばね部材32を大きく変位させることができる。それ故、加圧部材3を配設する工程において、押圧治具4による押圧力を低減して、半導体積層ユニット2に過大な荷重がかかることを防ぎ、冷却管22の変形や、半導体モジュール21の破損のおそれを排除することができる。また、ばね部材32の配設工程において、押圧治具4を押圧する際に用いられるロードセルやサーボモータなどにも特に高いスペックが要求されなくなるという利点もある。
As shown in FIG. 7, when the pressing by the
また、半導体積層ユニット2は、図3に示すごとく、複数の半導体モジュール21と複数の冷却管22とを交互に積層してなるため、その積層方向の寸法公差(積層公差)は、各半導体モジュールの寸法公差と各冷却管の寸法公差との積算値となり、大きな値となることがある。そこで、この積層公差内におけるあらゆる半導体積層ユニット2に対して、ばね部材32によって適切な押圧力(2.1〜5kN)を与えることができるようにする必要がある。
Further, as shown in FIG. 3, the
本例においては、上記のごとく、押圧治具4を支承部322の外側のばね端部323に当接して、ばね部材32を弾性変形させるため、押圧治具4による荷重の変化に対するばね部材32の変位量を大きくすることができる。
すなわち、本例において、半導体積層ユニット2への加圧部材3による押圧力は、半導体モジュール21の冷却効率を確保すべく、2.1kN以上必要であるとする。一方、押圧治具4による半導体積層ユニット2への押圧力の上限値は、半導体積層ユニット2の強度との関係で、5kN以下であるとする。このとき許容されるばね部材32の変位の幅は、図5(A)に示す加圧部材3(ばね部材32)の弾性力が下限値(2.1kN)のときのばね部材32の変位と、図5(B)に示す押圧治具4による半導体積層ユニット2への押圧力が上限値(5kN)のときのばね部材32の変位との差xp2となる。この差xp2は、図7に示した差xp2でもある。
In this example, as described above, the
That is, in this example, it is assumed that the pressing force applied to the semiconductor laminated
一方、図6に示すごとく、支承部322よりも内側の部分に押圧治具40を当接させて押圧する場合には、図6(B)に示す押圧治具40による半導体積層ユニット2への押圧力が上限値(5kN)のときのばね部材32の変位が小さい。したがって、図6(A)に示す加圧部材3(ばね部材32)の弾性力が下限値(2.1kN)のときのばね部材32の変位と、図6(B)に示す押圧治具40による半導体積層ユニット2への押圧力が上限値(5kN)のときのばね部材32の変位との差xp1が小さい。この差xp1は、図7に示した差xp1でもある。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when pressing the
このように、本例の場合には、許容される上記ばね部材32の変位の上限と下限との差xp2が大きいため、図11に示すごとく、上記半導体積層ユニット2の積層公差Lcが大きくても、加圧部材3によって適切な押圧力を半導体積層ユニット2に付与することが容易となる。
すなわち、図11(A)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法が小さいときには、ばね部材32へ付与する押圧力を比較的小さくして(例えば押圧力を2.1kNとして)、ばね部材32の弾性変形の変位量を小さくする。一方、図11(C)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法が大きいときには、ばね部材32へ付与する押圧力を比較的大きくして(例えば押圧力を5kNとして)、ばね部材32の弾性変形の変位量を大きくする。このとき、ばね部材32の弾性力が小さくなりすぎず、また、押圧治具4による押圧力が大きくなりすぎることを防ぐことができる。
Thus, in this example, since the difference xp2 between the upper limit and the lower limit of the allowable displacement of the
That is, as shown in FIG. 11A, when the dimension in the stacking direction of the semiconductor stacked
その結果、図10に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法に応じて、ばね部材32の支承部322を支承する支承ピン13として、直径の異なる支承ピン13を多種類用意する必要がなくなる。すなわち、少ない種類の支承ピン13によって、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法に対応することができる。それ故、製造コストを低減し、生産効率を向上させることができる。
As a result, as shown in FIG. 10, it is necessary to prepare many types of support pins 13 having different diameters as the support pins 13 for supporting the
このことにつき、主として図8〜図11を用いて説明する。
ばね部材32の支承部322の内側において加圧してばね部材32を変形させる場合(図6)でも、図8に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層公差Lcが小さいときには、上記の許容範囲内におけるばね部材32の変位の幅xp1が小さくても、少ない種類の支承ピン13で対応できる。例えば、xp1≧Lcであれば、1種類の支承ピン13で対応できる。
This will be described mainly with reference to FIGS.
Even when pressure is applied inside the
ところが、図9に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層公差Lcが大きくなり、xp1<Lcとなると、1種類の支承ピン13では対応できず、図9(A)に示すように半導体積層ユニット2の積層寸法が小さいときには、2.1kNの弾性力を生むばね部材32の変位では、支承ピン13と半導体積層ユニット2との間に荷重をかけられない。また、図9(C)に示すように導体積層ユニット2の積層寸法が大きいときには、押圧治具40によって5kNの荷重をかけたときのばね部材32の変位では、支承ピン13と半導体積層ユニット2との間にばね部材32を配設することができない。
However, as shown in FIG. 9, when the stacking tolerance Lc of the semiconductor stacked
そのため、図10(A)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層寸法が小さいときには、直径の大きい支承ピン13を用いる必要が生じ、図10(C)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層寸法が大きいときには、直径の小さい支承ピン13を用いる必要が生じる。
この問題は、許容範囲内におけるばね部材32の変位の幅xp(上述のxp1、xp2)に対するLcの大きさが大きくなればなるほど大きくなる。すなわち、Lc/xpが1以下(すなわちxp≧Lc)であれば、上述のごとく、支承ピン13の直径は1種類で対応できる。しかしながら、Lc/xpが1を超えると支承ピン13の直径は、2種類以上必要となる。具体的には、必要な支承ピン13の直径の種類の最低数Npは、Np≧(Lc/xp)を満たす最小の自然数となる。
Therefore, as shown in FIG. 10A, when the
This problem increases as the magnitude of Lc with respect to the displacement width xp (xp1, xp2 described above) of the
したがって、逆に言うと、xpを大きくすることによって、必要な支承ピン13の直径の種類の最低数Npを小さくすることができる。つまり、本発明のように、ばね端部323において押圧部材4によってばね部材32を押圧するようにすることで、荷重に対するばね部材32の変位を大きくして、xpを大きくすることにより、半導体積層ユニット2における積層公差Lcが大きくなっても、用意すべき支承ピン13を少なくすることができる。
Therefore, in other words, by increasing xp, the minimum number Np of necessary types of diameter of the
また、ばね部材32は、一対のばね端部323を支承ピン13よりも外方に配置している。そして、自然長における一対のばね端部323の間の距離Aと、自然長における一対の支承部322の間の距離Bとは、A≧1.22Bを満たす。そのため、一対のばね端部323は、支承ピン13の配設位置よりも充分に外側に配置される。これにより、半導体積層ユニット2の一端に加圧部材3を配置して押圧する際に、多少の寸法公差や配置のずれが生じても、支承ピン13に干渉することなく、一対のばね端部に押圧治具4を確実に当接させることができる。これにより、押圧治具4によって一対のばね端部323を当接プレート31側へ確実に押圧することができる。
Further, the
すなわち、仮に、図12に示すごとく、一対のばね端部323の間の距離Aが、一対の支承部322の間の距離Bに対して小さいと、押圧治具4をばね端部323に対して確実に当接させることが困難となる。すなわち、押圧治具4を一対の支承ピン13の外側からばね端部323に当接させることが困難となる。特に、大きな直径の支承ピン13を用いたとき、ばね部材32等の寸法公差や配置のずれを考慮すると、押圧治具4をばね端部323に当接させることが困難となる。
これに対して、本発明においては、A≧1.22Bを満たしているため、多少の寸法公差や配置のずれが生じても、一対のばね端部に押圧治具4を確実に当接させることができる。
That is, as shown in FIG. 12, if the distance A between the pair of
In contrast, in the present invention, since A ≧ 1.22B is satisfied, the
以上のごとく、本例によれば、半導体積層ユニットを加圧する加圧部材の配設を小さい力で容易に行うことができると共に、製造コスト、生産効率に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to easily dispose the pressurizing member that pressurizes the semiconductor lamination unit with a small force, and to provide a power conversion device excellent in manufacturing cost and production efficiency and a manufacturing method thereof. Can be provided.
なお、上記実施例1において、許容されるばね部材32の弾性力の下限値を2.1kN、許容される押圧治具による半導体積層ユニット2への押圧力の上限値を5kNとしたが、これらの値は例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。
また、上記実施例1において、ばね部材の支承部を支承する支承体として、円柱形状の支承ピン13を用いる例を示したが、上記支承体としては、例えば三角柱形状、四角柱形状、半円柱形状、楕円柱形状等、円柱形状以外の形状のものを用いることもできる。
In Example 1, the lower limit value of the elastic force of the
Moreover, in the said Example 1, although the example which uses the
(実施例2)
本例は、図13に示すごとく、ばね部材32のばね端部323における支承ピン13側の面324と端面325との間の角部326に、曲面を設けた例である。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、押圧治具4をばね端部323に安定して当接させることができ、より確実にばね部材32を弾性変形させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 13, a curved surface is provided at a
Others are the same as in the first embodiment.
In the case of this example, the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例3)
本例は、図14に示すごとく、ばね部材32の支承部322とばね端部323との間に、支承ピン13側に凸となるように屈曲した屈曲部327を設けた例である。本例においては、ばね端部323が半導体積層ユニット2の積層方向に略垂直となる。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、押圧治具4をばね端部323に安定して当接させることができ、より確実にばね部材32を弾性変形させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 14, a
Others are the same as in the first embodiment.
Also in this example, the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
1 電力変換装置
11 筐体
111 内壁
13 支承体
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却管
3 加圧部材
31 当接部材
311 当接面
32 ばね部材
321 押圧部
322 支承部
323 ばね端部
4 押圧部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
上記電力変換装置の筐体に上記半導体積層ユニットを配置した後、
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部に、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有する加圧部材を配置し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させた状態で、上記一対の支承部の後方位置において上記筐体内に一対の支承体を配設し、
次いで、上記押圧治具を後退させて上記ばね部材が復元する方向に上記一対の支承部を変位させることにより、該支承部と上記筐体の内壁との間に上記支承体が挟持される状態で、上記支承部を上記支承体に支承させることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 A method for producing a power conversion device having a semiconductor laminated unit in which a semiconductor module constituting a part of a power conversion circuit and a cooling pipe for cooling the semiconductor module are alternately laminated,
After arranging the semiconductor laminated unit in the casing of the power converter,
A contact plate having a contact surface that contacts the main surface of the cooling pipe at one end in the stacking direction of the semiconductor stacked unit, and a spring disposed on a surface of the contact plate opposite to the contact surface A pressure member having a member,
The spring member has a pressing portion curved in a convex state toward the contact plate side, and support portions formed at both ends of the pressing portion,
In a state where the spring member is elastically deformed by bringing a pressing jig into contact with a pair of spring end portions outside the support portion of the spring member and pushing the spring end portion toward the contact plate. A pair of support bodies are disposed in the housing at a rear position of the pair of support parts,
Next, the support body is sandwiched between the support portion and the inner wall of the housing by moving the pair of support portions in a direction in which the spring member is restored by retracting the pressing jig. And the manufacturing method of the power converter device which makes the said support part support on the said support body.
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
自然長における上記一対のばね端部の間の距離をAとし、自然長における上記一対の支承部の間の距離をBとしたとき、A≧1.22Bを満たすことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device having a semiconductor stacked unit formed by alternately stacking a semiconductor module constituting a part of a power conversion circuit and a cooling pipe for cooling the semiconductor module,
A pressure member that pressurizes the semiconductor lamination unit in the lamination direction is disposed at one end in the lamination direction of the semiconductor lamination unit,
The pressurizing member includes a contact plate having a contact surface that contacts the main surface of the cooling pipe, and a spring member disposed on a surface of the contact plate opposite to the contact surface,
The spring member has a pressing portion curved in a convex state toward the contact plate side, and support portions formed at both ends of the pressing portion,
The spring member is configured such that the support portion is supported by a pair of support bodies interposed between an inner wall of the casing of the power converter and the support portion, and the pressing portion is contacted by the contact plate. , Arranged in a biased state so as to press the contact plate in a direction away from the support body,
The spring member has a pair of spring ends arranged outside the support body,
A power conversion device satisfying A ≧ 1.22B, where A is a distance between the pair of spring ends in the natural length and B is a distance between the pair of support portions in the natural length. .
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