JP2011239623A - 電力変換装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール２１と冷却管６１とを積層してなる半導体積層ユニット２と、半導体積層ユニットを収容するフレーム３と、半導体積層ユニットの積層方向Ｘの後端２０２に配されて、半導体積層ユニットを積層方向に加圧するバネ部材４と、バネ部材を半導体積層ユニットとの間に挟持するとともにフレームに係合する係合板５とを有する。フレームは、半導体積層ユニットの積層方向の後端に向かって開口する後方開口部３１を形成してなると共に、後方開口部の両脇に係合壁部３２を有する。係合板は、後方開口部の幅よりも長く、バネ部材の一部に対向する部分に切欠部５１を形成してなる。係合板の両端部５２がフレームの係合壁部の内側面に係合している。
【選択図】図１

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。

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。

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２９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）。

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。

上記電力変換装置９を組み立てるに当たっては、まず、図２３、図２４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２５、図２６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。

所定量板バネ９６を弾性変形させた状態で、図２７、図２８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２９、図３０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。

特開２００７−１６６８２０号公報

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２３、図２４参照）、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。

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。

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。

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器を構成する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットを収容すると共に該半導体積層ユニットの積層方向に直交する高さ方向の少なくとも一方の面が開口したフレームと、
上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に配されて、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧するバネ部材と、
該バネ部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持するとともに上記フレームに係合する係合板とを有し、
上記フレームは、上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に向かって開口する後方開口部を形成してなると共に、該後方開口部の両脇に係合壁部を有し、
上記係合板は、上記後方開口部の幅よりも長く、また、上記バネ部材の一部に対向する部分に切欠部を形成してなり、
上記係合板の両端部が上記フレームの係合壁部の内側面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）。

第２の発明は、上記第１の発明に係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積層方向の後端が上記後方開口部側となるように配置すると共に、上記バネ部材を上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に配置する配置工程と、
次いで、上記バネ部材の後端部に押圧治具を当接し、該押圧治具を前方に押し込むことにより、上記バネ部材を圧縮変形させて、該バネ部材の後端を上記フレームの上記係合壁部の内側面よりも前方へ押し込む圧縮工程と、
次いで、上記切欠部に上記押圧治具が配されるように、上記係合板を上記高さ方向から上記バネ部材と上記係合壁部との間に差し込む差込工程と、
次いで、上記押圧治具による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、上記係合板を上記係合壁部に係合させる係合工程とを有す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８）。

第１の発明にかかる電力変換装置において、上記フレームが、上記後方開口部を形成してなると共に、該後方開口部の両脇に係合壁部を有する。そのため、上記バネ部材を上記半導体積層ユニットの後端に配置する際に、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。
それゆえ、バネ部材を押圧するための押圧治具を、押圧前の状態から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。

そして、上記バネ部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持する上記係合板は、上記後方開口部の幅よりも長い。そのため、上記係合板は、上記バネ部材の後端部を支承しつつ、上記フレームにおける一対の係合壁部に係合することができる。これによって、上記バネ部材が上記半導体積層ユニットを積層方向に押圧するように付勢された状態で、バネ部材をフレームに保持することができる。
このように、バネ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。

また、上記係合板は、上記バネ部材の一部に対向する部分に切欠部を形成してなる。そのため、上記電力変換装置を製造するにあたり、上記バネ部材を圧縮変形させる際に用いる押圧治具等が、上記係合板と干渉することを防ぐことができる。すなわち、上記バネ部材の後端部を押圧治具等によ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た状態において、上記係合板を、バネ部材の後端部とフレームの係合壁部との間に差し込むことになるが、このとき、係合板の差し込みが完了するまでは、バネ部材の圧縮変形を解除するわけにはいかない。このことは、係合板を差し込むまでは、上記押圧治具等をバネ部材の後端部から外すことができないことを意味する。そうすると、仮に係合板に上記切欠部が無いとすると、係合板を差し込む際に、係合板が押圧治具に干渉してしまう。
そこで、本発明においては、上記係合板に上記切欠部を設けたことにより、係合板と押圧治具との干渉を防ぎ、半導体積層ユニットを積層方向に加圧した状態を維持しながら上記バネ部材を円滑にフレーム内に配置することができる。

このように、電力変換装置へのバネ部材の組み付けは、上記積層方向へのバネ部材の押し込みと、上記係合板の差し込み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。

第２の発明にかかる電力変換装置の製造方法においては、上記圧縮工程において、上記バネ部材を、上記フレームの上記積層方向の外から上記後方開口部を通じて前方へ押し込むことによって、圧縮変形させる。そのため、押圧前の状態から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、上記差込工程においては、上記切欠部に上記押圧治具が配されるように、上記係合板を上記バネ部材と上記係合壁部との間に差し込む。そのため、押圧治具と係合板とが干渉することなく、係合板を上記バネ部材と上記係合壁部との間に容易に配置することができる。
また、これにより、押圧治具によって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。その結果、組み付け作業性を向上させることができる。

また、上記係合工程において、上記係合板を上記係合壁部に係合させることにより、バネ部材による半導体積層ユニットへの加圧力の保持を実現することができる。そのため、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。

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。

実施例１における、電力変換装置の平面説明図。 図１のＶ１視図。 実施例１における、係合板の正面説明図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、バネ部材の断面説明図。 実施例１における、配置工程後の状態の平面説明図。 実施例１における、圧縮工程後の状態の平面説明図。 実施例１における、差込工程後の状態の平面説明図。 実施例１における、圧縮工程後、差込工程前の状態の断面説明図。 図８のＶ２視図。 実施例２における、配置工程後の状態の平面説明図。 図１１のＶ３視図。 実施例３における、電力変換装置の平面説明図。 図１３のＢ−Ｂ線矢視断面相当の部分断面図。 実施例４における、電力変換装置の平面説明図。 図１５のＶ４視図。 図１５のＣ−Ｃ線矢視断面図。 実施例４における、差込工程前の電力変換装置の平面説明図。 図１８のＶ５視図。 実施例５における、電力変換装置の平面説明図。 図２０のＶ６視図。 実施例５における、係合板の平面説明図。 背景技術における、バネ部材の圧縮前における電力変換装置の製造方法の平面説明図。 図２３のＤ−Ｄ断面説明図。 背景技術における、バネ部材の圧縮後における電力変換装置の製造方法の平面説明図。 図２５のＤ−Ｄ断面説明図。 背景技術における、支承ピン配置後における電力変換装置の製造方法の平面説明図。 図２７のＤ−Ｄ断面説明図。 背景技術における、電力変換装置の平面説明図。 図２９のＤ−Ｄ断面説明図。

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。
また、上記第１の発明及び上記第２の発明において、「前」、「後」との表現を用いたが、これは、上記バネ部材が上記半導体積層ユニットを押圧する方向を「前」、その反対方向を「後」と、便宜的に定義したものである。

次に、第１の発明において、上記バネ部材は、後端部に、上記積層方向に直交する平面部分を有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、押圧治具によって平面部分を押すことにより、上記バネ部材を積層方向に正確かつ容易に圧縮することができる。

また、上記平面部分は、上記バネ部材の端部に設けた平板部材によって構成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記平面部分を容易かつ確実に形成することができる。

また、上記バネ部材は、螺旋状に巻回してなるコイルバネからなり、上記平板部材は、上記コイルバネの内側に嵌入して該コイルバネと上記平板部材との位置ずれを防ぐための位置決め凸部を突出形成してなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記バネ部材と上記平板部材との位置ずれを防ぐことができ、バネ部材による半導体積層ユニットの加圧状態を安定させることができる。

また、上記後方開口部は、上記半導体積層ユニットの幅よりも大きい幅を有することが好ましい（請求項５）。
この場合には、圧縮前における上記半導体積層ユニットの積層方向の寸法が、上記フレームよりも大きくても、上記後方開口部から一部をはみ出させた状態で、フレーム内に半導体積層ユニットを配置することができる。それゆえ、一層、電力変換装置の生産効率を向上させることができる。

また、上記冷却器は、冷却媒体を導入するための冷媒導入管と冷却媒体を排出するための冷媒排出管とを、積層方向の後端に配された上記冷却管に固定してなり、上記係合板は、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を、上記フレームとの間で挟持して固定するための管固定部を備えていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記係合板が、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を固定する固定手段としての役割をも果たすことができる。それゆえ、フレーム内における半導体積層ユニットの安定性を確保すると共に、電力変換装置の部品点数を少なくすることができる。

また、上記係合板は、上記高さ方向の一端に、上記半導体積層ユニットへ向かって突出した庇部を有することが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記庇部によって上記バネ部材が上記高さ方向へずれることを防ぐことができる。

次に、上記第２の発明において、異なる厚みの複数種類の上記係合板を用意しておき、上記差込工程においては、上記複数種類の係合板から選択した一つの上記係合板を上記バネ部材と上記係合壁部との間に差し込むことが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記半導体積層ユニットに対する上記バネ部材の加圧力を調整することができる。すなわち、厚みの大きい係合板を採用することによって、上記バネ部材の変位を大きくして加圧力を高めることができ、厚みの小さい係合板を採用することによって、上記バネ部材の変位を小さくして加圧力を弱めることができる。
これにより、例えば、半導体積層ユニットやフレーム等に積層方向の寸法バラツキがあっても、所望の加圧力を半導体積層ユニットに作用させることができる。

（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１、図４に示すごとく、半導体積層ユニット２と、フレーム３と、バネ部材４と、係合板５とを有する。

半導体積層ユニット２は、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を冷却する冷却器６を構成する複数の冷却管６１とを積層してなる。
フレーム３は、半導体積層ユニット２を収容すると共に該半導体積層ユニット２の積層方向Ｘに直交する高さ方向Ｚの双方の面が開口している。
バネ部材４は、半導体積層ユニット２の積層方向Ｘの後端２０２に配されて、該半導体積層ユニット２を積層方向Ｘに加圧する。
係合板５は、バネ部材４を半導体積層ユニット２との間に挟持するとともにフレーム３に係合する。

図１、図２に示すごとく、フレーム３は、半導体積層ユニット２の積層方向Ｘの後端２０２に向かって開口する後方開口部３１を形成してなると共に、該後方開口部３１の両脇に係合壁部３２を有する。
図２、図３に示すごとく、係合板５は、後方開口部３１の幅よりも長く、また、バネ部材４の一部に対向する部分に切欠部５１を形成してなる。
そして、図１、図２に示すごとく、係合板５の両端部５２がフレーム３の係合壁部３２の内側面に係合している。

半導体積層ユニット２は、半導体モジュール２１と冷却管６１とを交互に積層してなる。半導体モジュール２１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６１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６１同士が変形可能な連結管６２によって連結されて、一つの冷却器６を構成している。冷却器６は、積層方向Ｘの後端に配された冷却管６１における横方向Ｙの両端部に接続した冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を有する。なお、冷却器６はアルミニウム等、熱伝導性に優れた金属からなる。

これにより、冷媒導入管６３１から導入された冷却媒体は、連結管６２を適宜通り、各冷却管６１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６１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール２１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６２を適宜通り、冷媒排出管６３２に導かれ、冷却器６から排出される。

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。

フレーム３は、積層方向Ｘ及び横方向Ｙの双方に直交する高さ方向Ｚの両側に開口していると共に、高さ方向Ｚ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に、後方開口部３１が形成されている。

電力変換装置１は、フレーム３の高さ方向Ｚ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３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３がケースの一部となり、後者の場合はフレーム３がケースの内部に収容されることとなる。

図１、図４に示すごとく、半導体積層ユニット２の前端２０１は、フレーム３における前方壁部３３の内壁に当接している。
冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２は、後方開口部３１を通じて、フレーム３の外側へ突出している。
バネ部材４は、冷媒導入管６３１と冷媒排出管６３２との間において、半導体積層ユニット２の後端２０２に配されている。

バネ部材４は、後端部に、積層方向Ｘに直交する平面部分４１０を有する。平面部分４１０は、バネ部材４の端部に設けた平板部材４１によって構成されている。
バネ部材４は、螺旋状に巻回してなるコイルバネ４０からなり、その一端に平板部材４１を設けてなる。平板部材４１は、図５に示すごとく、コイルバネ４０の内側に嵌入して該コイルバネ４０と平板部材４１との位置ずれを防ぐための位置決め凸部４１１を突出形成してなる。

また、図１、図４に示すごとく、半導体積層ユニット２の後端２０２には、最後段の冷却管６１に面接触する圧接板６４が配置されている。バネ部材４は、この圧接板６４を前方へ押圧することにより、半導体積層ユニット２を積層方向Ｘに押圧している。圧接板６４は、冷却管６１に対して広い範囲で面接触することで、バネ部材４が冷却管６１を局部的に押圧することを防ぎ、冷却管６１の変形を防いでいる。

バネ部材４の後端部における平板部材４１には、後方から係合板５が面接触した状態で当接している。係合板５は、図３に示すごとく、横方向Ｙに長い形状を有し、その長手方向の中央部に切欠部５１を形成してなる。切欠部５１は、係合板５における高さ方向Ｚ（短手方向）の一方から切り欠かれた形状を有する。

また、係合板５は、切欠部５１の横方向Ｙの両側に、冷却器６の冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を配置するためのパイプ用切欠部５３を設けてなる。このパイプ用切欠部５３も、係合板５における高さ方向Ｚ（短手方向）の一方であって、上記切欠部５１と同じ側から切り欠かれた形状を有する。

係合板５、平板部材４１、圧接板６４は、例えば炭素鋼からなり、充分な剛性を有する。また、バネ部材４におけるコイルバネ４０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。

本例の電力変換装置を製造するにあたっては、下記の配置工程と圧縮工程と差込工程と係合工程とを、この順で行う。
まず、配置工程において、図６に示すごとく、フレーム３に、半導体積層ユニット２を、その後端２０２が後方開口部３１側となるように配置すると共に、バネ部材４を半導体積層ユニット２の後端２０２に配置する。

次いで、圧縮工程において、図７に示すごとく、バネ部材４の後端部に押圧治具７を当接し、該押圧治具７を前方に押し込むことにより、バネ部材４を圧縮変形させて、該バネ部材４の後端（平板部材４１の平面部分４１０）をフレーム３の係合壁部３２の内側面よりも前方へ押し込む。

次いで、差込工程において、図８〜図１０に示すごとく、切欠部５１に押圧治具７が配されるように、係合板５を高さ方向Ｚからバネ部材４（平板部材４１）と係合壁部３２との間に差し込む。
次いで、係合工程において、押圧治具７による押し込み力を解除してバネ部材４を復元させることにより、係合板５を係合壁部３２に係合させる。
以上により、図１、図４に示す電力変換装置１が得られる。

上記配置工程においては、半導体積層ユニット２を、その前端２０１がフレーム３の前方壁部３３に面接触すると共に、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２がフレーム３の後方開口部３１から突出する状態で、フレーム３内に配置する。ここで、半導体積層ユニット２を構成する半導体モジュール２１と冷却器６とは、フレーム３内において形成することもできる。すなわち、フレーム３内に冷却器６を配置した後、隣り合う冷却管６１の間に、高さ方向Ｚから半導体モジュール２１を挿入配置することができる。

また、上記圧縮工程において用いる押圧治具７は、例えば直線的な棒状部材とすることができる。そして、押圧治具７の先端を、バネ部材４の平板部材４１に当接し、積層方向Ｘの前方へ押し込むことにより、バネ部材４を圧縮変形させる。
また、図１０に示すごとく、上記係合工程において組み付けられる係合板５に設けた切欠部５１は、押圧治具７の太さよりも大きい幅を有する。例えば押圧治具７が正四角柱であれば、切欠部５１の幅は、その断面形状（正四角形）の一辺の長さよりも少なくとも長く、また、対角長さよりも長いことが好ましい。また、例えば押圧治具７が円柱であれば、切欠部５１の幅は、その断面形状（円形）の直径よりも長い。

また、係合板５に関しては、異なる厚みのものを複数種類用意しておくことが好ましい。そして、上記差込工程においては、複数種類の係合板５から選択した一つの係合板５をバネ部材４（平板部材４１）と係合壁部３２との間に差し込む。例えば、フレーム３に対する半導体積層ユニット２の寸法が、設計値よりも大きい場合には、厚みの小さい係合板５を用い、フレーム３に対する半導体積層ユニット２の寸法が、設計値よりも小さい場合には、厚みの大きい係合板５を用いる。これにより、半導体積層ユニット２やフレーム３の寸法バラツキにかかわらず、バネ部材４による加圧力を一定にすることができる。

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１において、フレーム３が、後方開口部３１を形成してなると共に、後方開口部３１の両脇に係合壁部３２を有する。そのため、バネ部材４を半導体積層ユニット２の後端２０２に配置する際に、フレーム３の外側から半導体積層ユニット２に向かってバネ部材４を圧縮することができる。
それゆえ、バネ部材４を押圧するための押圧治具７を、押圧前の状態からフレーム３内に配置する必要がない。換言すれば、フレーム３内に押圧治具７を配置するためのスペースを設ける必要がない。

そして、バネ部材４を半導体積層ユニット２との間に挟持する係合板５は、後方開口部３１の幅よりも長い。そのため、係合板５は、バネ部材４の後端部（平板部材４１）を支承しつつ、フレーム３における一対の係合壁部３２に係合することができる。これによって、バネ部材４が半導体積層ユニット２を積層方向Ｘに押圧するように付勢された状態で、バネ部材４をフレーム３に保持することができる。
このように、バネ部材４による半導体積層ユニット２への加圧力の保持も、係合板５をフレーム３に係合させることにより実現できるため、支承ピン（図２７〜図３０における符号９７参照）等をフレーム３内に配置する必要がない。
その結果、フレーム３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。

また、係合板５は、バネ部材４の一部に対向する部分に切欠部５１を形成してなる。そのため、電力変換装置１を製造するにあたり、図１０に示すごとく、押圧治具７が係合板５と干渉することを防ぐことができる。すなわち、バネ部材４の後端部（平板部材４１）を押圧治具７によって押し込むことによってバネ部材４を圧縮変形させた状態において、係合板５を、バネ部材４の後端部とフレーム３の係合壁部３２との間に差し込むことになるが、このとき、係合板５の差し込みが完了するまでは、バネ部材４の圧縮変形を解除するわけにはいかない。このことは、係合板５を差し込むまでは、押圧治具７をバネ部材４の後端部から外すことができないことを意味する。そうすると、仮に係合板５に切欠部５１が無いとすると、係合板５を差し込む際に、係合板５が押圧治具７に干渉してしまう。
そこで、本例においては、係合板５に切欠部５１を設けたことにより、係合板５と押圧治具７との干渉を防ぎ、半導体積層ユニット２を積層方向Ｘに加圧した状態を維持しながらバネ部材４を円滑にフレーム３内に配置することができる。

このように、電力変換装置１へのバネ部材４の組み付けは、積層方向Ｘへのバネ部材４の押し込みと、係合板５の差し込み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３の積層方向Ｘの外側から半導体積層ユニット２に向かってバネ部材４を圧縮することができるため、半導体積層ユニット２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。

また、バネ部材４は、後端部に、平板部材４１を設け、その主面によって積層方向Ｘに直交する平面部分４１０を形成している。これにより、押圧治具７によって平面部分４１０を押すことにより、バネ部材４を積層方向Ｘに正確かつ容易に圧縮することができる。
また、バネ部材４は、コイルバネ４０からなり、平板部材４１は位置決め凸部４１１を突出形成してなる。これにより、バネ部材４と平板部材４１との位置ずれを防ぐことができ、バネ部材４による半導体積層ユニット２の加圧状態を安定させることができる。

また、バネ部材４としてコイルバネ４０を用いることにより、積層方向Ｘに直交する方向の寸法を大きくすることなく、伸縮ストロークを大きくすることができる。これにより、横方向Ｙや高さ方向Ｚの省スペース化を図りつつ、半導体積層ユニット２やフレーム３の寸法バラツキをバネ部材４によって吸収しやすい。また、これにより、図１に示すごとく、冷媒導入管６３１と冷媒排出管６３２との間のスペースにバネ部材４を配置できるため、このスペースを有効利用して、電力変換装置１の全体の小型化にも寄与しやすくなる。

また、本例の電力変換装置１の製造方法の差込工程において、複数種類の係合板５から選択した一つの係合板５をバネ部材４と係合壁部３２との間に差し込むようにすることにより、半導体積層ユニット２に対するバネ部材４の加圧力を調整することができる。すなわち、厚みの大きい係合板５を採用することによって、バネ部材４の変位を大きくして加圧力を高めることができ、厚みの小さい係合板５を採用することによって、バネ部材４の変位を小さくして加圧力を弱めることができる。
これにより、例えば、半導体積層ユニット２やフレーム３等に積層方向Ｘの寸法バラツキがあっても、所望の加圧力を半導体積層ユニット２に作用させることができる。

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。

（実施例２）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、半導体積層ユニット２の幅よりも大きい幅を有する後方開口部３１をフレーム３に設けた電力変換装置１の例である。
すなわち、半導体積層ユニット２における横方向Ｙの最大寸法Ｗ１よりも、後方開口部３１における横方向Ｙの寸法Ｗ２の方が大きい。ここで、半導体積層ユニット２における横方向Ｙの最大寸法Ｗ１は、冷却器６の横方向Ｙの最大寸法であって、冷却管６１の長さである。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、図１１に示すごとく、圧縮前における半導体積層ユニット２の積層方向Ｘの寸法が、フレーム３よりも大きくても、後方開口部３１から一部をはみ出させた状態で、フレーム３内に半導体積層ユニット２を配置することができる。
つまり、例えば、フレーム３内にまず冷却器６を配置した後、隣り合う冷却管６１の間に半導体モジュール２１を挿入配置する場合、隣り合う冷却管６１の間の隙間を充分に大きくした状態の冷却器６をフレーム３に配置することがある。そして、その後、フレーム３内において、冷却器６を積層方向Ｘに圧縮変形させて、冷却管６１の間隔を狭める。

ここで、冷却器６を圧縮変形させる前に、半導体モジュール２１を冷却管６１の間に挿入配置してもよいし、圧縮変形させた後に、半導体モジュール２１を冷却管６１の間に挿入配置してもよい。また、冷却器６の圧縮変形は、バネ部材４を介して行ってもよいし、バネ部材４を介さずに直接行ってもよい。

いずれにしても、図１１に示すごとく、圧縮前の状態において、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を除く冷却器６の積層方向Ｘの寸法（半導体積層ユニット２の積層方向Ｘの寸法）が、フレーム３の内部空間における積層方向Ｘの寸法よりも大きい場合がある。かかる場合において、上記後方開口部３１が、冷却器６（半導体積層ユニット２）の幅よりも小さいと、フレーム３内に、圧縮前の冷却器６を配置することができない。

そこで、後方開口部３１の幅（寸法Ｗ２）を、冷却器６（半導体積層ユニット２）の幅（寸法Ｗ１）よりも大きくすることにより、後方開口部３１から一部をはみ出した状態で、圧縮前の冷却器６（半導体積層ユニット２）をフレーム３に配置した後、冷却器６を圧縮変形させることができる。
それゆえ、一層、電力変換装置１の生産効率を向上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。

（実施例３）
本例は、図１３、図１４に示すごとく、係合板５における高さ方向Ｚの一端に、半導体積層ユニット２へ向かって突出した庇部５４を設けた例である。
庇部５４は、係合板５を電力変換装置１に装着した状態において、バネ部材４における平板部材４１とコイルバネ４０の一部とを、高さ方向Ｚから覆うように形成されている。
また、平板部材４１の高さ方向Ｚの一端は、庇部５４に当接している。
上記差込工程においては、庇部５４を設けていない方の端部から、係合板５をバネ部材４（平板部材４１）と係合壁部３２との間に差し込み、庇部５４が平板部材４１に接触した段階で、差し込みを完了するようにすることができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、庇部５４によってバネ部材４が高さ方向Ｚへずれることを防ぐことができる。
その結果、バネ部材４による安定した加圧状態を維持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１５〜図１９に示すごとく、係合板５が、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を、フレーム３との間で挟持して固定するための管固定部５５を備えている例である。
本例において、係合板５は、バネ部材４の後端部（平板部材４１）を支承する中央部分５０１と、その左右において中央部分５０１よりも高さ方向Ｚの寸法が小さい一対の翼部５０２とを有する。

一方、フレーム３には、後方開口部３１において、他の部分よりも高さ方向Ｚの寸法が小さい一対の載置部３４が、一対の係合壁部３２から内側へ向かって形成されている。この載置部３４に、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２をそれぞれ支承する支承凹部３４１が形成されている。
そして、係合板５の翼部５０２は、支承凹部３４１と対向する部分に、一対の凹状の上記管固定部５５を形成してなる。

これにより、冷却器６における冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２は、フレーム３における支承凹部３４１と、係合板５における管固定部５５とによって挟持することができる。そして、係合板５を、フレーム３に対して、ボルト１１によって固定することによって、フレーム３に冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を固定している。すなわち、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２において、半導体積層ユニット２をフレーム３に固定している。

また、本例の電力変換装置１を製造するにあたっては、図１８、図１９に示すごとく、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２がそれぞれ支承凹部３４１に配置されるように冷却器６をフレーム３に配置した状態において、上記差込工程において、係合板５をバネ部材４の後端部（平板部材４１）と係合壁部３２との間に差し込む。このとき、係合板５の管固定部５５が、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を、支承凹部３４１と反対側から押さえる状態となる。

そして、ボルト１１を用いて、係合板５の一対の翼部５０２を、フレーム３の一対の載置部３４にそれぞれ締結固定することにより、フレーム３と係合板５との間に、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を挟持して固定することができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、係合板５が、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を固定する固定手段としての役割をも果たすことができる。それゆえ、フレーム３内における半導体積層ユニット２の安定性を確保すると共に、電力変換装置１の部品点数を少な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。

（実施例５）
本例は、図２０〜図２２に示すごとく、冷却器６が、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を、半導体積層ユニット２の積層方向Ｘの前端２０１に備えている電力変換装置１の例である。
換言すれば、バネ部材４及び係合板５を、冷却器６における冷却管冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を配設していない側の端部に配置した例である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、図２１、図２２に示すごとく、係合板５にパイプ用切欠部５３（図２、図３参照）を設ける必要がない。すなわち、係合板５には、押圧治具７を配置するための切欠部５１のみが形成されていればよい。
そのため、係合板５の構成を簡素化することができると共に、係合板５の剛性を高くすることができる。
また、実施例１のように、冷媒導入管６３１及び冷媒排出管６３２を後方開口部３１から突出させる必要がないため、後方開口部３１の横方向Ｙの寸法を小さくすることも可能となる。その結果、フレーム３の剛性も高くしやすい。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、上記実施例においては、バネ部材をコイルバネによって構成した例を示したが、バネ部材はこれに限らず、例えば、板バネ等、他のバネによって構成することもできる。

１ 電力変換装置
２ 半導体積層ユニット
２０２ （半導体積層ユニットの）後端
２１ 半導体モジュール
３ フレーム
３１ 後方開口部
３２ 係合壁部
４ バネ部材
５ 係合板
５１ 切欠部
５２ （係合板の）端部
６ 冷却器
６１ 冷却管
７ 押圧治具
Ｘ 積層方向

Claims (9)

1. 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器を構成する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
   該半導体積層ユニットを収容すると共に該半導体積層ユニットの積層方向に直交する高さ方向の少なくとも一方の面が開口したフレームと、
   上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に配されて、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧するバネ部材と、
   該バネ部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持するとともに上記フレームに係合する係合板とを有し、
   上記フレームは、上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に向かって開口する後方開口部を形成してなると共に、該後方開口部の両脇に係合壁部を有し、
   上記係合板は、上記後方開口部の幅よりも長く、また、上記バネ部材の一部に対向する部分に切欠部を形成してなり、
   上記係合板の両端部が上記フレームの係合壁部の内側面に係合していることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記バネ部材は、後端部に、上記積層方向に直交する平面部分を有することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、上記平面部分は、上記バネ部材の端部に設けた平板部材によって構成されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、上記バネ部材は、螺旋状に巻回してなるコイルバネからなり、上記平板部材は、上記コイルバネの内側に嵌入して該コイルバネと上記平板部材との位置ずれを防ぐための位置決め凸部を突出形成してなることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記後方開口部は、上記半導体積層ユニットの幅よりも大きい幅を有することを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、冷却媒体を導入するための冷媒導入管と冷却媒体を排出するための冷媒排出管とを、積層方向の後端に配された上記冷却管に固定してなり、上記係合板は、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を、上記フレームとの間で挟持して固定するための管固定部を備えていることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記係合板は、上記高さ方向の一端に、上記半導体積層ユニットへ向かって突出した庇部を有することを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の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積層方向の後端が上記後方開口部側となるように配置すると共に、上記バネ部材を上記半導体積層ユニットの積層方向の後端に配置する配置工程と、
   次いで、上記バネ部材の後端部に押圧治具を当接し、該押圧治具を前方に押し込むことにより、上記バネ部材を圧縮変形させて、該バネ部材の後端を上記フレームの上記係合壁部の内側面よりも前方へ押し込む圧縮工程と、
   次いで、上記切欠部に上記押圧治具が配されるように、上記係合板を上記高さ方向から上記バネ部材と上記係合壁部との間に差し込む差込工程と、
   次いで、上記押圧治具による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、上記係合板を上記係合壁部に係合させる係合工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の電力変換装置の製造方法において、異なる厚みの複数種類の上記係合板を用意しておき、上記差込工程においては、上記複数種類の係合板から選択した一つの上記係合板を上記バネ部材と上記係合壁部との間に差し込むことを特徴とする電力変換装置の製造方法。

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