JP2011200057A - Power conversion device and method of manufacturing the same - 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.
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と、車両に搭載された直流バッテリーとの間において、電力の変換を行うための電力変換装置がある。電力変換装置は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを複数個有しているが、これらの半導体モジュールは、そこに流れる被制御電流によって発熱する。特に近年、上記交流モータに要求される駆動力の上昇に伴って、被制御電流が大きくなり、半導体モジュールの発熱量が大きくなる傾向にある。 For example, there is a power conversion device for converting power between an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle, and a DC battery mounted on the vehicle. The power conversion device has a plurality of semiconductor modules with built-in switching elements, and these semiconductor modules generate heat by a controlled current flowing therethrough. In particular, in recent years, with the increase in driving force required for the AC motor, the controlled current increases and the amount of heat generated by the semiconductor module tends to increase.
それゆえ、この発熱に伴う半導体モジュールの温度上昇を抑制する必要がある。そこで、電力変換装置9は、図20に示すごとく、複数の半導体モジュール92を冷却するための冷却器930を有する。冷却器930は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を設けた複数の冷却管93を連結してなる。そして、電力変換装置9は、冷却管93の間に半導体モジュール92を挟持した半導体積層ユニット94と、該半導体積層ユニット94を積層方向Xに加圧する板バネ96とを、フレーム95内に収納してなる(特許文献1参照)。
Therefore, it is necessary to suppress the temperature rise of the semiconductor module due to this heat generation. Therefore, the
また、板バネ96の両端部961は、フレーム95内に配置した一対の支承ピン97に係止させてある。板バネ96は、両端部961の内側部分が半導体積層ユニット94側に凸の状態で湾曲しており、その中央部において、半導体積層ユニット94を積層方向Xに押圧するように付勢された状態で配設されている。
Further, both
上記電力変換装置9を組み立てるに当たっては、まず、図14、図15に示すごとく、フレーム95内に半導体積層ユニット94を配置する。また、該半導体積層ユニット94における積層方向Xの一端であってフレーム95内に、自由状態にある板バネ96を配置する。そして、図16、図17に示すごとく、板バネ96の両端部961付近を押圧治具(図示略)によって半導体積層ユニット94へ向かって加圧して、板バネ96を弾性変形させる。
In assembling the
所定量板バネ96を弾性変形させた状態で、図18、図19に示すごとく、板バネ96の両端部961とフレーム95の内壁との間に、支承ピン97を、積層方向Xに直交する方向から挿入する。
次いで、押圧治具による押圧を開放することにより、図20、図21に示すごとく、板バネ96を一部復元させて、板バネ96の両端部961を支承ピン97に支承させると共に、両端部961とフレーム95の内壁とにより支承ピン97を挟持する。これにより板バネ96の付勢状態を維持し、この板バネ96の付勢力によって半導体積層ユニット94を積層方向Xに加圧した状態とする。
In a state where the
Next, by releasing the pressing by the pressing jig, as shown in FIGS. 20 and 21, the
しかしながら、上記板バネ96の組み付けの際に、上述のごとく、自由状態にある板バネ96、すなわち積層方向Xの寸法が大きい状態にある板バネ96を半導体積層ユニット94と共にフレーム95内に配置するため(図14、図15参照)、フレーム95の寸法を大きくする必要がある。更には、上記板バネ96の組み付けの際には、板バネ96を弾性変形させるために用いる治具もフレーム95内に配置するため、フレーム95の寸法を更に大きくする必要がある。
However, when the
また、板バネ96とフレーム95の内壁との間に支承ピン97を配置するため、この支承ピン97を配置するスペースも、フレーム95の寸法の拡大につながる。
その結果、電力変換装置9の大型化を招いてしまう。
また、板バネ96を配置した後、板バネ96とフレーム95の内壁との間に支承ピン97を配置する必要があるため、組み付け工数の増加という問題も生じる。
Further, since the
As a result, the
Further, since it is necessary to dispose the
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、小型化が容易となり、生産性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 problems, and is intended to provide a power conversion device that is easy to downsize and has excellent productivity, and a method for manufacturing the same.
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、フレーム内に収容してな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端には、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、上記半導体積層ユニットに当接する圧接板と、該圧接板に対して上記積層方向に平行な回転軸を中心に回転可能であるとともに上記フレームに係合する係合板と、上記圧接板と上記係合板との間に配された上記積層方向に伸縮可能なバネ部材とを有し、
上記フレームは、上記半導体積層ユニットの積層方向の一端に対向する位置に、上記積層方向から上記係合板を挿入することができる挿入開口部を有し、
上記係合板は、長手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも大きく、短手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも小さい形状を有し、
少なくとも上記係合板の短手方向が上記挿入開口部の幅方向と交差する状態で、上記係合板が上記挿入開口部の幅方向の両側における上記フレームの内壁に係合していることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
A first invention is a power conversion apparatus in which a semiconductor laminated unit formed by alternately laminating a semiconductor module constituting a part of a power conversion circuit and a cooling pipe for cooling the semiconductor module is accommodated in a frame. Because
At one end in the stacking direction of the semiconductor stacking unit, a pressure member that pressurizes the semiconductor stacking unit in the stacking direction is disposed,
The pressure member includes a pressure contact plate that contacts the semiconductor lamination unit, an engagement plate that is rotatable about a rotation axis parallel to the stacking direction with respect to the pressure contact plate and that engages with the frame, and A spring member that is arranged between the pressure contact plate and the engagement plate and that can expand and contract in the stacking direction;
The frame has an insertion opening for inserting the engagement plate from the stacking direction at a position facing one end of the stacking direction of the semiconductor stacking unit,
The engagement plate has a shape in which the dimension in the longitudinal direction is larger than the width of the insertion opening, and the dimension in the short direction is smaller than the width of the insertion opening,
The engagement plate is engaged with the inner wall of the frame on both sides in the width direction of the insertion opening in a state where at least the short direction of the engagement plate intersects the width direction of the insertion opening. (1).
第2の発明は、上記第1の発明にかかる電力変換装置を製造する方法であって、
上記フレームに、上記半導体積層ユニットを、該半導体積層ユニットの上記積層方向の一端が上記挿入開口部に対向するように配置し、上記圧接板を、上記フレーム内において上記半導体積層ユニットの上記積層方向の一端に配置するとともに、上記バネ部材を上記挿入開口部の内側に挿通配置した後、
少なくとも上記係合板の長手方向が上記挿入開口部の幅方向と交差する姿勢で、上記バネ部材の一端に配置した上記係合板を、上記フレームの外から上記挿入開口部を通じて上記フレーム内に挿入するように上記半導体積層ユニットに向かって押し込むことによって、上記バネ部材を圧縮変形させ、
上記係合板が上記挿入開口部の幅方向の両側における上記フレームの内壁よりも内側まで押し込まれた段階で、上記係合板を上記フレームに対して上記回転軸を中心に回転させ、
次いで、上記係合板の押し込み力を解除して上記バネ部材を復元させることにより、上記係合板を上記内壁に係合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6)。
A second invention is a method of manufacturing the power converter according to the first invention,
The semiconductor multilayer unit is disposed on the frame such that one end of the semiconductor multilayer unit in the stacking direction faces the insertion opening, and the pressure contact plate is disposed in the frame in the stacking direction of the semiconductor multilayer unit. And after the spring member is inserted and arranged inside the insertion opening,
The engagement plate disposed at one end of the spring member is inserted into the frame from the outside of the frame through the insertion opening with at least the longitudinal direction of the engagement plate intersecting the width direction of the insertion opening. So as to compress and deform the spring member by pushing toward the semiconductor laminated unit
When the engagement plate is pushed inward from the inner wall of the frame on both sides in the width direction of the insertion opening, the engagement plate is rotated around the rotation axis with respect to the frame,
Next, in the method of manufacturing the power converter, the engagement plate is engaged with the inner wall by releasing the pushing force of the engagement plate and restoring the spring member.
第1の発明にかかる電力変換装置は、上記フレームにおける、上記半導体積層ユニットの積層方向の一端に対向する位置に、上記挿入開口部を有する。そして、上記加圧部材は、長手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも大きく、短手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも小さい形状を有する上記係合板を備える。そのため、上記加圧部材を上記半導体積層ユニットの上記積層方向の一端に配置する際に、上記フレームの外側から半導体積層ユニットに向かって上記バネ部材を圧縮することができる。 The power converter according to the first aspect of the present invention has the insertion opening at a position facing the one end in the stacking direction of the semiconductor stacked unit in the frame. And the said pressurization member is provided with the said engaging plate which has a shape whose dimension of a longitudinal direction is larger than the width | variety of the said insertion opening part, and whose dimension of a transversal direction is smaller than the width | variety of the said insertion opening part. Therefore, the spring member can be compressed from the outside of the frame toward the semiconductor stacked unit when the pressure member is disposed at one end of the semiconductor stacked unit in the stacking direction.
すなわち、上記係合板の短手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも小さいため、たとえば短手方向を挿入開口部の幅方向と一致させた姿勢で、上記係合板が上記フレームの外もしくは上記挿入開口部の内側に配置された状態から、上記半導体積層ユニットに向かって押し込むことにより、係合板を、挿入開口部からフレームの内側(半導体積層ユニット側)まで挿入することができる。そして、係合板がフレームの内壁よりも内側まで押し込まれた段階で、係合板をフレームに対して上記回転軸を中心に回転させ、たとえば、係合板の長手方向を挿入開口部の幅方向に一致させることにより、係合板をフレームに係合することができる。
これにより、半導体積層ユニットを押圧する状態で、加圧部材をフレーム内に配設することができる。
That is, since the dimension of the engagement plate in the short direction is smaller than the width of the insertion opening, for example, the engagement plate is placed outside the frame or in a posture in which the short direction coincides with the width direction of the insertion opening. The engaging plate can be inserted from the insertion opening to the inside of the frame (semiconductor lamination unit side) by being pushed toward the semiconductor lamination unit from the state of being arranged inside the insertion opening. Then, when the engagement plate is pushed inward from the inner wall of the frame, the engagement plate is rotated around the rotation axis with respect to the frame, for example, the longitudinal direction of the engagement plate matches the width direction of the insertion opening. By doing so, the engagement plate can be engaged with the frame.
Thereby, a pressurizing member can be arrange | positioned in a flame | frame in the state which presses a semiconductor lamination | stacking unit.
このように、加圧部材を配設するに当たって、上記フレームの外側から半導体積層ユニットに向かって上記バネ部材を圧縮することができるため、加圧部材を押圧するための押圧治具をフレーム内に配置する必要がない。換言すれば、フレーム内に押圧治具を配置するためのスペースを設ける必要がない。
また、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の保持も、上記係合板をフレームに係合させることにより実現できるため、支承ピン等をフレーム内に配置する必要がない。
その結果、フレームの小型化を容易にして、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。
As described above, when the pressure member is disposed, the spring member can be compressed from the outside of the frame toward the semiconductor multi-layer unit. Therefore, a pressing jig for pressing the pressure member is provided in the frame. There is no need to place them. In other words, it is not necessary to provide a space for arranging the pressing jig in the frame.
In addition, holding of the pressing force to the semiconductor laminated unit by the pressurizing member can be realized by engaging the engagement plate with the frame, so that it is not necessary to arrange a support pin or the like in the frame.
As a result, the frame can be easily downsized and the power converter can be easily downsized.
そして、上記のごとく、電力変換装置への加圧部材の組み付けは、上記積層方向への係合板の押し込みと、上記係合板の回転とによって行うことができるため、組み付け工数を少なくすることができる。その結果、生産性に優れた電力変換装置を得ることができる。
また、上述のごとく、上記フレームの上記積層方向の外側から半導体積層ユニットに向かって上記バネ部材を圧縮することができるため、半導体積層ユニットをバランスよく押圧しやすいという観点からも、組み付け作業性を向上させることができる。
As described above, the assembly of the pressure member to the power converter can be performed by pushing the engaging plate in the stacking direction and rotating the engaging plate, so that the number of assembling steps can be reduced. . As a result, a power conversion device with excellent productivity can be obtained.
Further, as described above, since the spring member can be compressed from the outside of the frame in the stacking direction toward the semiconductor stack unit, the assembly workability is also improved from the viewpoint of easily pressing the semiconductor stack unit in a balanced manner. Can be improved.
第2の発明にかかる電力変換装置を製造する方法は、上記係合板を、上記フレームの上記積層方向の外から上記挿入開口部を通じて上記フレーム内に挿入するように上記半導体積層ユニットに向かって押し込むことによって、上記バネ部材を圧縮変形させる。そのため、加圧部材を押圧するための押圧治具をフレーム内に配置する必要がない。換言すれば、フレーム内に押圧治具を配置するためのスペースを設ける必要がない。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the power conversion device, wherein the engagement plate is pushed toward the semiconductor lamination unit so as to be inserted into the frame through the insertion opening from outside the lamination direction of the frame. As a result, the spring member is compressed and deformed. Therefore, it is not necessary to arrange a pressing jig for pressing the pressing member in the frame. In other words, it is not necessary to provide a space for arranging the pressing jig in the frame.
また、上記係合板が上記フレームの内壁よりも内側まで押し込まれた段階で、上記係合板を回転させ、上記バネ部材を一部復元させることにより、上記係合板を上記内壁に係合させる。このように、電力変換装置への加圧部材の組み付けにあたっては、上記積層方向への係合板の押し込みと、上記係合板の回転とによって行うことができるため、組み付け工数を少なくすることができる。
また、これにより、半導体積層ユニットをバランスよく押圧しやすく、組み付け作業性を向上させることができる。
Further, when the engagement plate is pushed inward from the inner wall of the frame, the engagement plate is rotated to partially restore the spring member, thereby engaging the engagement plate with the inner wall. As described above, the assembly of the pressure member to the power converter can be performed by pushing the engaging plate in the stacking direction and rotating the engaging plate, so that the number of assembling steps can be reduced.
Moreover, this makes it easy to press the semiconductor laminated unit in a balanced manner, and improves the assembly workability.
また、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の保持も、上記係合板をフレームに係合させることにより実現できるため、支承ピン等を、フレーム内に配置する必要がない。それゆえ、フレームの体格を小さくすることができ、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。 In addition, since the pressing force can be held on the semiconductor laminated unit by engaging the engagement plate with the frame, it is not necessary to dispose a support pin or the like in the frame. Therefore, the size of the frame can be reduced, and the power converter can be easily reduced in size.
以上のごとく、本発明によれば、小型化が容易となり、生産性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 the present invention, it is possible to provide a power conversion device that is easy to downsize and has excellent productivity, and a method for manufacturing the same.
上記第1の発明及び上記第2の発明において、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。
In the first invention and the second invention, 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.
また、上記第1の発明において、上記係合板の長手方向が上記挿入開口部の幅方向と一致する状態、もしくは略一致する状態で、上記係合板が上記挿入開口部の幅方向の両側における上記フレームの内壁に係合していることが好ましい。
また、上記第2の発明において、上記係合板の短手方向が上記挿入開口部の幅方向と一致する姿勢、もしくは略一致する姿勢で、上記係合板を、上記フレームの外から上記挿入開口部を通じて上記フレーム内に挿入することが好ましい。
In the first aspect of the invention, the engagement plate is located on both sides of the insertion opening in the width direction in a state in which the longitudinal direction of the engagement plate coincides with or substantially coincides with the width direction of the insertion opening. It is preferable to engage with the inner wall of the frame.
In the second aspect of the invention, the engagement plate is inserted from the outside of the frame in the posture in which the short direction of the engagement plate coincides with or substantially coincides with the width direction of the insertion opening. Through the frame.
次に、上記係合板と上記バネ部材との間の静止摩擦モーメントと、上記バネ部材と上記圧接板との間の静止摩擦モーメントとの少なくとも一方は、上記圧接板と上記半導体積層ユニットとの間の静止摩擦モーメントよりも小さく、上記各静止摩擦モーメントは、上記回転軸の周りの静止摩擦モーメントであることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記係合板を上記回転軸を中心に回転させるとき、上記係合板と上記バネ部材との間、もしくは、上記バネ部材と上記圧接板との間において、摺動させながら回転させることができる。そのため、上記圧接板が上記半導体積層ユニットに対して回転することを防ぐことができる。これにより、圧接板を、半導体積層ユニットの端部において正確な位置に配置しておくことができ、半導体積層ユニットを、加圧部材よってバランスよく加圧することができる。
Next, at least one of a static friction moment between the engagement plate and the spring member and a static friction moment between the spring member and the press contact plate is between the press contact plate and the semiconductor multilayer unit. Preferably, each static friction moment is a static friction moment around the rotation axis (claim 2).
In this case, when the engagement plate is rotated about the rotation shaft, the engagement plate is rotated while being slid between the engagement plate and the spring member or between the spring member and the pressure contact plate. be able to. Therefore, it can prevent that the said press-contacting board rotates with respect to the said semiconductor lamination unit. As a result, the pressure contact plate can be arranged at an accurate position at the end of the semiconductor multilayer unit, and the semiconductor multilayer unit can be pressed in a balanced manner by the pressing member.
また、上記係合板と上記バネ部材との間の静止摩擦モーメントと、上記バネ部材と上記圧接板との間の静止摩擦モーメントとの少なくとも一方を小さくしておくことによって、上記係合板を回転させるときの偶力が上記圧接板を介して上記半導体積層ユニットに伝わることを抑制することができる。そのため、半導体積層ユニットに上記積層方向以外の無理な応力が発生することを防ぐことができる。 Further, by rotating at least one of the static friction moment between the engagement plate and the spring member and the static friction moment between the spring member and the pressure contact plate, the engagement plate is rotated. It is possible to suppress the momentary couple from being transmitted to the semiconductor stacked unit through the pressure contact plate. For this reason, it is possible to prevent an unreasonable stress from being generated in the semiconductor stacked unit other than the stacking direction.
また、上記バネ部材は、螺旋状に形成されたコイルバネからなり、上記バネ部材と上記圧接板との接触面と、上記バネ部材と上記係合板との接触面との少なくとも一方は、上記積層方向から見たときの上記バネ部材の外周縁部よりも内側に形成されていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記バネ部材と上記圧接板との接触面と、上記バネ部材と上記係合板との接触面との少なくとも一方における、上記静止摩擦モーメントを小さくすることができる。すなわち、上記バネ部材における、上記圧接板及び上記係合板の少なくとも一方の接触面を、回転軸に近い位置に形成することができるため、上記静止摩擦モーメントを小さくすることができる。
その結果、上記係合板を回動させやすくなり、加圧部材の組み付け作業を一層容易にすることができる。
また、上記係合板を回転させるときの偶力が上記圧接板を介して上記半導体積層ユニットに伝わることを一層抑制することができる。
The spring member is formed of a spiral coil spring, and at least one of a contact surface between the spring member and the pressure contact plate and a contact surface between the spring member and the engagement plate is in the stacking direction. Preferably, it is formed inside the outer peripheral edge of the spring member when viewed from above (Claim 3).
In this case, the static frictional moment can be reduced on at least one of the contact surface between the spring member and the pressure contact plate and the contact surface between the spring member and the engagement plate. That is, since at least one contact surface of the pressure contact plate and the engagement plate in the spring member can be formed at a position close to the rotation axis, the static friction moment can be reduced.
As a result, the engagement plate can be easily rotated, and the assembly work of the pressure member can be further facilitated.
Further, it is possible to further suppress transmission of a couple force when rotating the engagement plate to the semiconductor laminated unit via the pressure contact plate.
また、上記バネ部材は、上記積層方向に凸となるように湾曲した中央湾曲部と、該中央湾曲部の両側に形成された一対の翼部とを有する板バネからなり、上記圧接板及び上記係合板の一方に上記中央湾曲部を当接させ、他方に上記一対の翼部を当接させており、上記中央湾曲部と上記圧接板又は上記係合板との当接部は、上記回転軸上に形成されていてもよい(請求項4)。
この場合には、上記中央湾曲部において上記当接部を形成し、該当接部が上記回転軸上に配置されているため、該当接部は、回転軸に近い位置に集中した接触面を形成することとなる。そのため、この接触面における静止摩擦モーメント、すなわち上記バネ部材と上記圧接板又は上記係合板との間の静止摩擦モーメントを効果的に小さくすることができる。
The spring member includes a leaf spring having a central curved portion that is curved so as to be convex in the stacking direction, and a pair of wing portions formed on both sides of the central curved portion. The central curved portion is brought into contact with one of the engagement plates, and the pair of wings are brought into contact with the other, and the contact portion between the central curved portion and the press contact plate or the engagement plate is the rotating shaft. It may be formed on top (Claim 4).
In this case, the contact portion is formed in the central curved portion, and the corresponding contact portion is disposed on the rotation shaft. Therefore, the contact portion forms a contact surface concentrated at a position close to the rotation shaft. Will be. Therefore, the static friction moment on the contact surface, that is, the static friction moment between the spring member and the press contact plate or the engagement plate can be effectively reduced.
また、上記バネ部材は、上記圧接板又は上記係合板と、上記中央湾曲部において、上記回転軸を中心に互いに回転可能な状態で連結されていることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記バネ部材と上記圧接板又は上記係合板とを、一体化しておくことができるため、電力変換装置への加圧部材の組み付け作業の際に、その作業性を向上させることができる。また、上記の連結が上記バネ部材と上記圧接板又は上記係合板との間の回転を妨げることもない。
Further, it is preferable that the spring member is connected to the pressure contact plate or the engagement plate in a state in which the spring member can be rotated around the rotation shaft at the central curved portion.
In this case, since the spring member and the pressure contact plate or the engagement plate can be integrated, the workability is improved when the pressure member is assembled to the power converter. Can do. Further, the connection does not hinder the rotation between the spring member and the pressure contact plate or the engagement plate.
また、上記バネ部材は、上記圧接板に上記中央湾曲部を当接させ、上記係合板に上記一対の翼部を当接させていることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上記バネ部材として長尺の上記板バネを用いやすくなる。すなわち、中央湾曲部を圧接板に当接させることにより、バネ部材と圧接板との間の静止摩擦モーメントを小さくすることができる。それゆえ、係合板を回転させる際に、係合板とバネ部材との間では摺動させずに、バネ部材と圧接板との間において摺動させることができる。
Further, it is preferable that the spring member has the central curved portion in contact with the pressure contact plate and the pair of wing portions in contact with the engagement plate.
In this case, it becomes easy to use the long leaf spring as the spring member. That is, the static friction moment between the spring member and the press contact plate can be reduced by bringing the central curved portion into contact with the press contact plate. Therefore, when the engagement plate is rotated, it can be slid between the spring member and the pressure contact plate without sliding between the engagement plate and the spring member.
これにより、バネ部材(板バネ)の長手方向を係合板の長手方向に一致させておくことにより、フレームの挿入開口部からバネ部材と係合板とをフレームの内側へ押し込み、係合板とともにバネ部材を回転させるという組み付け手順を容易に実現することができる。それゆえ、バネ部材が長尺の板バネであっても、容易に加圧部材をフレーム内に組み付けることができる。
そして、バネ部材(板バネ)を長尺とすることができることによって、そのストロークを大きくすることが可能となり、加圧部材によって吸収できる半導体積層ユニットの積層方向の寸法公差を大きくすることができる。
Accordingly, by keeping the longitudinal direction of the spring member (plate spring) coincident with the longitudinal direction of the engagement plate, the spring member and the engagement plate are pushed into the frame from the insertion opening of the frame, and the spring member is moved together with the engagement plate. The assembly procedure of rotating the can be easily realized. Therefore, even if the spring member is a long leaf spring, the pressure member can be easily assembled in the frame.
Since the spring member (leaf spring) can be made long, the stroke can be increased, and the dimensional tolerance in the stacking direction of the semiconductor stacked unit that can be absorbed by the pressure member can be increased.
(実施例1)
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図1〜図10を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図6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2と、該半導体モジュール2を冷却する冷却管3とを交互に積層してなる半導体積層ユニット4を、フレーム5内に収容してなる。
Example 1
A power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the
半導体積層ユニット4の積層方向Xの一端には、該半導体積層ユニット4を積層方向Xに加圧する加圧部材6が配されている。
加圧部材6は、半導体積層ユニット4に当接する圧接板61と、圧接板61に対して積層方向Xに平行な回転軸Aを中心に回転可能であるとともにフレーム4に係合する係合板62と、圧接板61と係合板62との間に配された積層方向Xに伸縮可能なバネ部材63とを有する。
At one end in the stacking direction X of the
The
フレーム5は、半導体積層ユニット4の積層方向Xの一端に対向する位置に、積層方向Xから係合板62を挿入することができる挿入開口部51を有する。
係合板62は、図2に示すごとく、長手方向の寸法Lが挿入開口部51の幅Dよりも大きく、短手方向の寸法Wが挿入開口部51の幅Dよりも小さい形状を有する。本例においては、係合板62は、積層方向Xから見たとき長方形となる形状を有する。なお、この形状は、長方形に限らず、例えば楕円や長円等、向きによって寸法が異なる他の形状とすることもできる。
The
As shown in FIG. 2, the
そして、少なくとも係合板62の短手方向が挿入開口部51の幅方向と交差する状態で、係合板62が挿入開口部51の幅方向の両側におけるフレーム5の内壁52に係合している。本例においては、図6、図7に示すごとく、係合板62の長手方向が挿入開口部51の幅方向と一致する状態、もしくは略一致する状態で、係合板62がフレーム5の内壁52に係合している。
The
図6に示すごとく、半導体積層ユニット4は、半導体モジュール2と冷却管3とを交互に積層してなる。半導体モジュール2は、IGBT等のスイッチング素子やFWD等のダイオードを内蔵してなる(図示略)。
複数の冷却管3は、積層方向Xに直交する方向に長く、その長手方向(以下、この方向を適宜「横方向Y」という。)の両端部において、隣り合う冷却管3同士が変形可能な連結管32によって連結されて、一つの冷却器30を構成している。冷却器30は、積層方向Xの一端(これを以下、適宜、「前端」といい、反対側の端部を「後端」という。)に配された冷却管3における横方向Yの両端部に接続した冷媒導入管331及び冷媒排出管332を有する。なお、冷却器30はアルミニウム又はその合金からなる。
As shown in FIG. 6, the
The plurality of cooling
これにより、冷媒導入管331から導入された冷却媒体は、連結管32を適宜通り、各冷却管3に分配されると共にその長手方向(横方向Y)に流通する。そして、各冷却管3を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール2との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管32を適宜通り、冷媒排出管332に導かれ、冷却器30から排出される。
Thereby, the cooling medium introduced from the
冷却媒体としては、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媒を用いることができる。 Examples of the cooling medium include natural refrigerants such as water and ammonia, water mixed with ethylene glycol-based antifreeze, fluorocarbon refrigerants such as fluorinate, chlorofluorocarbon refrigerants such as HCFC123 and HFC134a, and alcohol-based alcohols such as methanol and alcohol. A refrigerant such as a refrigerant or a ketone-based refrigerant such as acetone can be used.
フレーム5は、積層方向X及び横方向Yの双方に直交する高さ方向の両側に開口していると共に、高さ方向から見た形状が略長方形状を有する。そして、この長方形状の一辺を構成する後方壁部53に、図7に示すごとく、その高さ方向の全体にわたって形成された挿入開口部51が配置している。挿入開口部51は、後方壁部53の横方向Yの中央位置に形成されている。また、挿入開口部51は、半導体積層ユニット4の横方向Yの中央に向かって開口している。
The
電力変換装置1は、フレーム5の高さ方向の両側に蓋体を被せることによって、外殻となるケースを構成することもできるし、別途用意したケースに、フレーム5ごと構成部品を収容して構成することもできる。すなわち、前者の場合は、フレーム5がケースの一部となり、後者の場合はフレーム5がケースの内部に収容されることとなる。
The
半導体積層ユニット4の前端41は、フレーム5における前方壁部54の内壁に当接している。
冷媒導入管331及び冷媒排出管332は、フレーム5の前方壁部54に設けた凹部に配置されると共に、フレーム5の外側へ突出している。
The
The
加圧部材6における圧接板61及び係合板62は、例えば炭素鋼からなり、充分な剛性を有する。圧接板61は、半導体積層ユニット4の後端42における冷却管3に対して広い範囲で面接触している。これにより、加圧部材6が冷却管3を局部的に押圧することを防いで、冷却管3の変形を防いでいる。
The
また、加圧部材6におけるバネ部材63は、螺旋状に形成されたコイルバネからなる。すなわち、バネ部材63は、例えばバネ鋼材からなる断面長方形状の金属線を、螺旋状に巻回して形成されている。バネ部材63の直径は、挿入開口部51の幅Dよりも小さく、また、係合板62の短手方向の寸法W以下である。
Moreover, the
そして、バネ部材63は、その巻回中心軸が上記回転軸Aと一致するように配設される。また、バネ部材63の一端(前端)が圧接板61に当接し、他端(後端)が係合板62に当接する。図8に示すごとく、圧接板61には、バネ部材63の内側に挿通される中芯611が突出形成されており、圧接板61とバネ部材63との間の、積層方向Xに直交する方向のずれを防いでいる。
The
また、図8〜図10に示すごとく、バネ部材63と圧接板61との接触面631は、積層方向Xから見たときのバネ部材63の外周縁部632よりも内側、特に内周縁部に形成されている。かかる状態を形成するために、例えば、図8に示すごとく、圧接板61におけるバネ部材63に対向する面に、環状の逃し溝612を設け、バネ部材63が、その内周側の一部においてのみ、圧接板61との接触面631を形成するようにすることができる。あるいは、図9に示すごとく、バネ部材63の前端面における外周縁に曲面状またはテーパ状の面取り部633を形成することにより、それよりも内周側の一部においてのみ、圧接板61との接触面631を形成するようにすることもできる。
かかる構成と同様の構成は、バネ部材63と係合板62との間において形成することもできる。あるいは、バネ部材63と圧接板61との間と、バネ部材63と係合板62との間との双方に、この構成を採用してもよい。
Further, as shown in FIGS. 8 to 10, the
A configuration similar to this configuration can also be formed between the
バネ部材63と圧接板61との間の静止摩擦モーメントM2は、圧接板61と半導体積層ユニット4との間の静止摩擦モーメントM1よりも小さい。本明細書において、「静止摩擦モーメント」は、上記回転軸Aの周りの静止摩擦モーメントを意味する。
また、係合板62とバネ部材63との間の静止摩擦モーメントM3を、上記静止摩擦モーメントM1よりも小さくしてもよい。すなわち、静止摩擦モーメントM1、M2、M3は、少なくとも、M1>M2、又は、M1>M3を満たしていればよく、M1>M2、かつ、M1>M3としてもよい。
The static friction moment M2 between the
The static friction moment M3 between the
次に、本例の電力変換装置の製造方法につき、図1〜図7を用いて説明する。
まず、図1に示すごとく、フレーム5に、半導体積層ユニット4を、半導体積層ユニット4の後端42が挿入開口部51に対向するように配置する。そして、圧接板61を、フレーム5内において半導体積層ユニット4の後端42に配置するとともに、バネ部材63を挿入開口部51の内側に挿通配置する。
Next, a method for manufacturing the power conversion device of this example will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1, the
その後、図2に示すごとく、係合板62の長手方向が挿入開口部51の幅方向と交差する姿勢で、バネ部材63の後端に配置した係合板62を、図3に示すごとく、フレーム5の外から挿入開口部51を通じてフレーム5内に挿入するように半導体積層ユニット4に向かって押し込む。これによって、バネ部材63を圧縮変形させる。この動作中、本例においては、係合板62の短手方向を挿入開口部51の幅方向に一致させる。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the
図3に示すごとく、係合板62が挿入開口部51の幅方向の両側におけるフレーム5の内壁52よりも内側まで押し込まれた段階で、図4、図5に示すごとく、係合板62をフレーム5に対して回転軸Aを中心に90°回転させる(矢印R)。これにより、係合板62の長手方向をフレーム5の挿入開口部51の幅方向に一致させる。
次いで、図6、図7に示すごとく、係合板62の押し込み力を解除してバネ部材63を復元させることにより、係合板62を内壁52に係合させる。
以上により、加圧部材6によって半導体積層ユニット4を積層方向Xに加圧した状態を維持したまま、半導体積層ユニット4をフレーム5内に保持することができる。
As shown in FIG. 3, when the
Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the
As described above, the
なお、上記のごとく、係合板62を回転させる際には、バネ部材63と圧接板61との間の接触面、及び、バネ部材63と係合板62との間の接触面との少なくとも一方において、各部材が互いに摺動回転し、圧接板61は半導体積層ユニット4に対して回転しない。
As described above, when the
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置1は、フレーム5における、半導体積層ユニット4の積層方向Xの一端(後端42)に対向する位置に、挿入開口部51を有する。そして、加圧部材6は、長手方向の寸法Lが挿入開口部51の幅Dよりも大きく、短手方向の寸法Wが挿入開口部51の幅Dよりも小さい形状を有する係合板62を備える。そのため、上述のごとく、加圧部材6を半導体積層ユニット4の積層方向Xの一端(後端42)に配置する際に、フレーム5の外側から半導体積層ユニット4に向かってバネ部材63を圧縮することができる(図1、図3)。
Next, the function and effect of this example will be described.
The
そのため、加圧部材6を押圧するための押圧治具(図示略)をフレーム5内に配置する必要がない。換言すれば、フレーム5内に押圧治具を配置するためのスペースを設ける必要がない。
また、加圧部材6による半導体積層ユニット4への加圧力の保持も、係合板62をフレーム5に係合させることにより実現できるため、支承ピン(図18〜図21の符号97参照)等をフレーム5内に配置する必要がない。
その結果、フレーム5の小型化を容易にして、電力変換装置1の小型化を容易にすることができる。
Therefore, it is not necessary to arrange a pressing jig (not shown) for pressing the
In addition, since the pressurizing
As a result, the
そして、上記のごとく、電力変換装置1への加圧部材6の配設にあたっては、積層方向Xへの係合板62の押し込みと、係合板62の回転とによって行うことができるため、組み付け工数を少なくすることができる。その結果、生産性に優れた電力変換装置1を得ることができる。
また、上述のごとく、フレーム5の外側から半導体積層ユニット4に向かって上記バネ部材6を圧縮することができるため、半導体積層ユニット4をバランスよく押圧しやすいという観点からも、組み付け作業性を向上させることができる。
And as above-mentioned, in the arrangement | positioning of the
Further, as described above, since the
以上のごとく、本例によれば、小型化が容易となり、生産性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 provide a power conversion device that is easy to downsize and has excellent productivity, and a method for manufacturing the power conversion device.
(実施例2)
本例は、図11〜図13に示すごとく、加圧部材6のバネ部材63を、積層方向Xに凸となるように湾曲した中央湾曲部634と、該中央湾曲部634の両側に形成された一対の翼部635とを有する板バネによって構成した電力変換装置1の例である。
そして、図12に示すごとく、圧接板61に中央湾曲部634を当接させ、係合板62に一対の翼部635を当接させている。中央湾曲部634と圧接板61との当接部636は、回転軸A上に形成されている。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 11 to 13, the
As shown in FIG. 12, the central
バネ部材63は、長尺形状を有し、その長手方向の中央に中央湾曲部634を設け、該中央湾曲部634における長手方向の両側にそれぞれ一対の翼部635を設けてなる。
また、図13に示すごとく、バネ部材63は、圧接板61と、中央湾曲部634において、回転軸Aを中心に互いに回転可能な状態で連結されている。すなわち、上記当接部636において、バネ部材63と圧接板61とにそれぞれ形成された貫通孔に連結ピン64を遊嵌させることによって、回転軸Aを中心に両者が回転可能な状態で、バネ部材63と圧接板61とを連結している。
The
Further, as shown in FIG. 13, the
本例の電力変換装置1を製造するに当たっては、まず、実施例1と同様に、半導体積層ユニット4をフレーム5内に配置するとともに、半導体積層ユニット4の後端42に加圧部材6を配置する。
加圧部材6を半導体積層ユニット4の後端42に配置するに当たっては、図11に示すごとく、バネ部材63と係合板62とを、互いの長手方向を一致させ、これらの短手方向を挿入開口部51の幅方向に一致させた状態で、圧接板61を半導体積層ユニット4の後端42に当接させる。そして、バネ部材63の一部は、挿入開口部51の内側に配置された状態となる。
In manufacturing the
When the
次いで、係合板62を半導体積層ユニット4側へ押し込むことにより、バネ部材63を圧縮変形させる。そして、係合板62がフレーム5における挿入開口部51の両側の内壁52よりも内側まで押し込まれた段階で、係合板62をバネ部材63とともに回転させる。これにより、係合板62及びバネ部材63の長手方向を、挿入開口部51の幅方向と一致させる。
次いで、係合板62の押し込み力を解除することにより、バネ部材63を復元させ、図12に示すごとく、係合板62をフレーム5の一対の内壁52に係合させる。
以上により、本例の電力変換装置1を得る。
その他は、実施例1と同様である。
Next, the
Next, by releasing the pushing force of the
The
Others are the same as in the first embodiment.
本例の場合には、中央湾曲部634において当接部636を形成し、当接部636が回転軸A上に配置されているため、当接部636は、回転軸Aに近い位置に集中した接触面を形成することとなる。そのため、この接触面における静止摩擦モーメント、すなわちバネ部材63と圧接板61との間の静止摩擦モーメントM2を効果的に小さくすることができる。
In the case of this example, since the
また、バネ部材63は、圧接板61と中央湾曲部634において回転軸Aを中心に互いに回転可能な状態で連結されている。これにより、バネ部材63と圧接板61とを一体化しておくことができるため、電力変換装置1への加圧部材6の組み付け作業の際に、その作業性を向上させることができる。また、上記の連結がバネ部材63と圧接板61との間の回転を妨げることもない。
Further, the
また、図12に示すごとく、バネ部材6は、圧接板61に中央湾曲部634を当接させ、係合板62に一対の翼部635を当接させている。すなわち、中央湾曲部634の凸側が圧接板61側となる向きに、バネ部材63が配置されている。
それゆえ、バネ部材63として長尺の板バネを用いやすくなる。すなわち、中央湾曲部634を圧接板61に当接させることにより、バネ部材63と圧接板61との間の静止摩擦モーメントM2を小さくすることができる。それゆえ、係合板62を回転させる際に、係合板62とバネ部材63との間では摺動させずに、バネ部材63と圧接板61との間において摺動させることができる。
As shown in FIG. 12, the
Therefore, it becomes easy to use a long leaf spring as the
これにより、上述したごとく、バネ部材(板バネ)63の長手方向を係合板62の長手方向に一致させておくことにより、フレーム5の挿入開口部51からバネ部材63と係合板62とをフレーム5の内側へ押し込み、係合板62とともにバネ部材63を回転させるという組み付け手順を容易に実現することができる。それゆえ、バネ部材63が長尺の板バネであっても、容易に加圧部材6をフレーム5内に組み付けることができる。
そして、バネ部材(板バネ)63を長尺とすることができることによって、そのストロークを大きくすることが可能となり、加圧部材6によって吸収できる半導体積層ユニット4の積層方向Xの寸法公差を大きくすることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
Thus, as described above, the
Since the spring member (leaf spring) 63 can be made long, the stroke can be increased, and the dimensional tolerance in the stacking direction X of the semiconductor stacked
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
上記実施例1、2においては、加圧部材6の配設位置を、半導体積層ユニット4の後端42側とした例を示したが、加圧部材6の配設位置を、半導体積層ユニット4の前端41側とすることもできる。
また、バネ部材63として、実施例1、2に示した、コイルバネや板バネ以外のものを用いることもできる。
In the first and second embodiments, the example in which the
Further, as the
1 電力変換装置
2 半導体モジュール
3 冷却管
4 半導体積層ユニット
5 フレーム
51 挿入開口部
52 内壁
6 加圧部材
61 圧接板
62 係合板
63 バネ部材
A 回転軸
D 挿入開口部の幅
L 係合板の長手方向の寸法
W 係合板の短手方向の寸法
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記半導体積層ユニットの積層方向の一端には、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、上記半導体積層ユニットに当接する圧接板と、該圧接板に対して上記積層方向に平行な回転軸を中心に回転可能であるとともに上記フレームに係合する係合板と、上記圧接板と上記係合板との間に配された上記積層方向に伸縮可能なバネ部材とを有し、
上記フレームは、上記半導体積層ユニットの積層方向の一端に対向する位置に、上記積層方向から上記係合板を挿入することができる挿入開口部を有し、
上記係合板は、長手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも大きく、短手方向の寸法が上記挿入開口部の幅よりも小さい形状を有し、
少なくとも上記係合板の短手方向が上記挿入開口部の幅方向と交差する状態で、上記係合板が上記挿入開口部の幅方向の両側における上記フレームの内壁に係合していることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device in which a semiconductor laminated unit formed by alternately laminating a semiconductor module constituting a part of a power conversion circuit and a cooling pipe for cooling the semiconductor module is housed in a frame,
At one end in the stacking direction of the semiconductor stacking unit, a pressure member that pressurizes the semiconductor stacking unit in the stacking direction is disposed,
The pressure member includes a pressure contact plate that contacts the semiconductor lamination unit, an engagement plate that is rotatable about a rotation axis parallel to the stacking direction with respect to the pressure contact plate and that engages with the frame, and A spring member that is arranged between the pressure contact plate and the engagement plate and that can expand and contract in the stacking direction;
The frame has an insertion opening for inserting the engagement plate from the stacking direction at a position facing one end of the stacking direction of the semiconductor stacking unit,
The engagement plate has a shape in which the dimension in the longitudinal direction is larger than the width of the insertion opening, and the dimension in the short direction is smaller than the width of the insertion opening,
The engagement plate is engaged with the inner wall of the frame on both sides in the width direction of the insertion opening in a state where at least the short direction of the engagement plate intersects the width direction of the insertion opening. Power converter.
上記フレームに、上記半導体積層ユニットを、該半導体積層ユニットの上記積層方向の一端が上記挿入開口部に対向するように配置し、上記圧接板を、上記フレーム内において上記半導体積層ユニットの上記積層方向の一端に配置するとともに、上記バネ部材を上記挿入開口部の内側に挿通配置した後、
少なくとも上記係合板の長手方向が上記挿入開口部の幅方向と交差する姿勢で、上記バネ部材の一端に配置した上記係合板を、上記フレームの外から上記挿入開口部を通じて上記フレーム内に挿入するように上記半導体積層ユニットに向かって押し込むことによって、上記バネ部材を圧縮変形させ、
上記係合板が上記挿入開口部の幅方向の両側における上記フレームの内壁よりも内側まで押し込まれた段階で、上記係合板を上記フレームに対して上記回転軸を中心に回転させ、
次いで、上記係合板の押し込み力を解除して上記バネ部材を復元させることにより、上記係合板を上記内壁に係合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 manufacturing the power conversion device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor multilayer unit is disposed on the frame such that one end of the semiconductor multilayer unit in the stacking direction faces the insertion opening, and the pressure contact plate is disposed in the frame in the stacking direction of the semiconductor multilayer unit. And after the spring member is inserted and arranged inside the insertion opening,
The engagement plate disposed at one end of the spring member is inserted into the frame from the outside of the frame through the insertion opening with at least the longitudinal direction of the engagement plate intersecting the width direction of the insertion opening. So as to compress and deform the spring member by pushing toward the semiconductor laminated unit
When the engagement plate is pushed inward from the inner wall of the frame on both sides in the width direction of the insertion opening, the engagement plate is rotated around the rotation axis with respect to the frame,
Next, the pushing force of the engagement plate is released to restore the spring member, whereby the engagement plate is engaged with the inner wall.
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