JP2012139038A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールと冷却管とを積層した積層体を備える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a stacked body in which a semiconductor module and a cooling pipe are stacked.
例えば、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図9、図10に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール92と、該半導体モジュール92を冷却する冷却管93とを積層した積層体910を備えたものが従来から知られている。
For example, as a power conversion device that performs power conversion between DC power and AC power, as shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of
半導体モジュール92は、半導体素子を封止した本体部920と、該本体部920から突出したパワー端子99および制御端子97を備える。パワー端子99には、直流電源(図示しない)の正電極に接続される正極端子99aと、直流電源の負電極に接続される負極端子99bと、交流負荷に接続される交流端子99cとがある。また、制御端子97には、制御回路基板98が接続されている。制御回路基板98が半導体モジュール92を制御することにより、正極端子99aと負極端子99bとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子99cから出力している。
The
また、電力変換装置91は、昇圧用のリアクトル95と、昇圧した直流電圧を平滑化するためのコンデンサ96を備える。リアクトル95と、コンデンサ96と、パワー端子99とは、図示しないバスバーによって電気的に接続されている。また、積層体910、リアクトル95等はケース900内に収納されている。
Further, the
図10に示すごとく、積層体910の積層方向(X方向)における一端には、ばね部材94が設けられている。このばね部材94を用いて、積層体910をリアクトル95へ向けて押圧している。これにより、積層体910をケース900内に固定している。
As shown in FIG. 10, a
電力変換装置91は、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される。車両が走行すると振動が生じるため、この振動に耐えられるよう、電力変換装置91には耐振性が必要とされている。積層体910は、ばね部材94によって積層方向(X方向)へ押圧されているため、X方向への振動には強い。
The
しかしながら従来の電力変換装置91は、X方向に直交する方向(Y方向、Z方向)への、積層体910の振動を抑制する部材を設けていないため、Y方向やZ方向へ積層体910が振動しやすいという問題がある。
However, since the
図10に示すごとく、積層体910は、X方向の両端部が固定されているため、この両端部が振動Vの節になり、中央部が振動Vの腹になる。
振動Vの振幅が大きくなると、積層体910や制御回路基板98が破損するおそれが生じる。そのため、Y方向やZ方向への振動に強い積層体を備えた電力変換装置が望まれている。
As shown in FIG. 10, since both ends in the X direction of the
When the amplitude of the vibration V increases, the laminated
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、耐振性に優れた積層体を備えた電力変換装置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 an object of the present invention is to provide a power conversion device provided with a laminated body having excellent vibration resistance.
本発明は、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数の冷却管とを積層し、積層方向に隣り合う上記冷却管の間を該冷却管の長手方向の両端部において連結管によって連結してなる積層体と、
該積層体を固定するフレームとを備え、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子を内蔵した本体部と、該本体部から上記積層方向と上記長手方向との双方に直交する高さ方向へ突出したパワー端子と、上記本体部から上記長手方向に向かって互いに反対方向に突出した一対の突起部とを有し、
上記フレームは、複数の上記冷却管を上記高さ方向の一方から支持する支持板を有し、上記フレームに上記複数の半導体モジュールが、上記高さ方向に固定され、
上記一対の突起部はそれぞれ上記連結管に、上記高さ方向の他方から当接しており、
上記突起部と上記支持板とにより、複数の上記冷却管と複数の上記連結管とからなる冷却器を、上記高さ方向に挟持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)。
The present invention provides a stack of a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements constituting a power conversion circuit and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules, and the cooling pipes between the cooling pipes adjacent to each other in the stacking direction. A laminated body connected by connecting pipes at both ends in the longitudinal direction of
A frame for fixing the laminate,
The semiconductor module includes a main body portion including the semiconductor element, a power terminal protruding from the main body portion in a height direction perpendicular to both the stacking direction and the longitudinal direction, and the main body portion extending in the longitudinal direction. A pair of protrusions protruding in opposite directions toward each other,
The frame includes a support plate that supports the plurality of cooling pipes from one side in the height direction, and the plurality of semiconductor modules are fixed to the frame in the height direction.
Each of the pair of protrusions is in contact with the connecting pipe from the other in the height direction,
A power converter having a plurality of cooling pipes and a plurality of connecting pipes sandwiched in the height direction by the protrusion and the support plate. 1).
上記電力変換装置においては、上記フレームに半導体モジュールを高さ方向に固定した。また、フレームの上記支持板によって冷却管を上記高さ方向の一方から支持すると共に、該高さ方向の他方から、半導体モジュールの上記突起部を連結管に当接させた。これにより、突起部と支持板とによって、上記冷却器を高さ方向に挟持した。このようにすると、積層体をフレームに対して高さ方向に固定でき、高さ方向における積層体の振動を抑制し、高さ方向の耐振性を向上できる。
すなわち、半導体モジュールはフレームに対して高さ方向に固定されており、この固定された半導体モジュールの突起部と、支持板(フレーム)との間で冷却器を高さ方向に挟持しているため、冷却器も、支持板(フレーム)に対して高さ方向に固定できる。したがって、半導体モジュールと冷却器とを両方とも、フレームに対して高さ方向に固定でき、これら半導体モジュールと冷却器とからなる積層体の、高さ方向への振動を抑制することが可能となる。
In the power converter, the semiconductor module is fixed to the frame in the height direction. The cooling pipe is supported from one side in the height direction by the support plate of the frame, and the protrusion of the semiconductor module is brought into contact with the connecting pipe from the other side in the height direction. Thereby, the said cooler was clamped in the height direction by the projection part and the support plate. If it does in this way, a layered product can be fixed to a frame in the height direction, vibration of a layered product in a height direction can be controlled, and vibration resistance in a height direction can be improved.
That is, the semiconductor module is fixed in the height direction with respect to the frame, and the cooler is sandwiched in the height direction between the protrusion of the fixed semiconductor module and the support plate (frame). The cooler can also be fixed in the height direction with respect to the support plate (frame). Therefore, both the semiconductor module and the cooler can be fixed in the height direction with respect to the frame, and the vibration in the height direction of the laminate including the semiconductor module and the cooler can be suppressed. .
なお、上記「高さ方向」とは、便宜的に付けた名称であり、「高さ方向」が鉛直方向と平行である必要はない。すなわち、冷却管の長手方向が鉛直方向と平行であっても良いし、積層体の積層方向が鉛直方向と平行であっても良い。 The “height direction” is a name given for convenience, and the “height direction” does not have to be parallel to the vertical direction. That is, the longitudinal direction of the cooling pipe may be parallel to the vertical direction, and the stacking direction of the stacked body may be parallel to the vertical direction.
以上のごとく、本発明によれば、耐振性に優れた積層体を備えた電力変換装置を提供することができる。 As mentioned above, according to this invention, the power converter device provided with the laminated body excellent in vibration resistance can be provided.
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記フレームは、上記支持板から、上記高さ方向へ立設した一対の壁部を有し、該一対の壁部の間に上記複数の半導体モジュールが、上記突起部の先端面を上記壁部の内面に密着させた状態で圧入されていることが好ましい(請求項2)。
このようにすると、上記一対の壁部の間に半導体モジュールを圧入しているため、半導体モジュールをフレームに対して、冷却管の長手方向に固定できる。そのため、冷却管の長手方向における、積層体の振動を抑制することができる。
A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the present invention, the frame has a pair of wall portions erected in the height direction from the support plate, and the plurality of semiconductor modules are arranged between the pair of wall portions so that the front end surfaces of the protrusion portions Is preferably press-fitted in a state of being in close contact with the inner surface of the wall portion.
In this case, since the semiconductor module is press-fitted between the pair of wall portions, the semiconductor module can be fixed to the frame in the longitudinal direction of the cooling pipe. Therefore, the vibration of the laminated body in the longitudinal direction of the cooling pipe can be suppressed.
また、上記フレームに固定された固定板を備え、上記高さ方向における、上記突起部の、上記連結管に当接した面とは反対側の面に上記固定板を配設することにより、上記半導体モジュールを上記フレームに対して上記高さ方向に固定するよう構成されていることが好ましい(請求項3)。
このようにすると、フレームに固定された固定板を用いて、半導体モジュールを固定するため、半導体モジュールをフレームにしっかりと固定することができる。これにより、上記高さ方向における、積層体の振動をより効果的に抑制することが可能になる。
In addition, a fixing plate fixed to the frame is provided, and the fixing plate is disposed on the surface of the protrusion in the height direction opposite to the surface in contact with the connecting pipe, It is preferable that the semiconductor module is configured to be fixed in the height direction with respect to the frame.
If it does in this way, in order to fix a semiconductor module using a fixed board fixed to a frame, a semiconductor module can be firmly fixed to a frame. Thereby, it becomes possible to suppress the vibration of the laminated body in the height direction more effectively.
また、上記半導体モジュールは、上記高さ方向に突出した係止部を備え、上記支持板は、上記係止部が係止する被係止部を有し、上記係止部を上記被係止部に係止することにより、上記半導体モジュールを上記フレームに対して上記高さ方向に固定するよう構成されていることが好ましい(請求項4)。
このようにすると、電力変換装置の製造時において、半導体モジュールに形成された係止部を、支持板に形成された被係止部に係止するだけで、半導体モジュールをフレームに固定できる。そのため、半導体モジュールの固定作業を容易に行うことが可能となる。また、半導体モジュールを固定するための別部材が不要となるため、部品点数が少なくなり、電力変換装置の製造コストを低減することができる。
The semiconductor module includes a locking portion protruding in the height direction, and the support plate has a locked portion that is locked by the locking portion, and the locking portion is locked to the locked portion. It is preferable that the semiconductor module is configured to be fixed in the height direction with respect to the frame by being locked to a portion.
If it does in this way, a semiconductor module can be fixed to a flame | frame only by latching the latching | locking part formed in the semiconductor module to the to-be-latched part formed in the support plate at the time of manufacture of a power converter device. As a result, the semiconductor module can be fixed easily. Further, since a separate member for fixing the semiconductor module is not required, the number of parts is reduced, and the manufacturing cost of the power conversion device can be reduced.
(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3を用いて説明する。
図1〜図3に示すごとく、本例の電力変換装置1は、複数の半導体モジュール2と複数の冷却管30とを積層した積層体10と、該積層体10を固定するフレーム4とを備える。半導体モジュール2は、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵している。冷却管30は、半導体モジュール2を冷却している。また、積層方向(X方向)に隣り合う冷却管30の間は、該冷却管30の長手方向(Y方向)の両端部において連結管31によって連結されている。
Example 1
A power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
半導体モジュール2は、半導体素子を内蔵した本体部20と、該本体部20から積層方向(X方向)と長手方向(Y方向)との双方に直交する高さ方向(Z方向)へ突出したパワー端子21と、本体部20から長手方向(Y方向)に向かって互いに反対方向に突出した一対の突起部23とを有する。
フレーム4は、複数の冷却管30を高さ方向(Z方向)の一方から支持する支持板40を有する。フレーム4に複数の半導体モジュール2が、高さ方向に固定されている。
The
The
一対の突起部23はそれぞれ連結管31に、高さ方向(Z方向)の他方から当接している。
そして、突起部23と支持板40とにより、複数の冷却管30と複数の連結管31とからなる冷却器3を、高さ方向(Z方向)に挟持している。
以下、詳述する。
The pair of
And the
Details will be described below.
図1、図2に示すごとく、フレーム4は、支持板40から、高さ方向(Z方向)へ立設した一対の壁部41を有する。この一対の壁部41の間に複数の半導体モジュール2が、突起部23の先端面230を壁部41の内面410に密着させた状態で圧入されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、電力変換装置1は、フレーム4に固定された固定板5を備える。そして、高さ方向(Z方向)における、突起部23の、連結管31に当接した面231とは反対側の面232に固定板5を配設することにより、半導体モジュール2をフレーム4に対して高さ方向(Z方向)に固定するよう構成されている。
Further, the
本例では、ボルト(図示しない)を用いて、固定板5をフレーム4に固定している。また、固定板5の剛性によって、突起部23を支持板40に向けて押圧している。この押圧力Fを用いて、突起部23と支持板40との間で冷却器3をZ方向に挟持している。
In this example, the fixing
図1に示すごとく、支持板400は、Z方向に貫通したフレーム貫通穴400を有する。フレーム4内に固定された半導体モジュール2のパワー端子21は、フレーム貫通穴400を通って、フレーム4外へ突出している。また、固定板5は、Z方向に貫通した固定板貫通穴500を有する。半導体モジュール2の制御端子22は、固定板貫通穴500を通って、フレーム4外へ突出している。
As shown in FIG. 1, the
パワー端子21には、直流電源(図示しない)の正電極に接続した正極端子21aと、直流電源の負電極に接続した負極端子21bと、交流負荷に接続した交流端子21cとがある。また、制御端子22には、制御回路基板11が接続されている。制御回路基板11が、半導体モジュール2内の半導体素子を制御することにより、正極端子21aと負極端子21bとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子21cから出力している。
The
図2に示すごとく、壁部41は、支持板40のY方向における両端部からZ方向に突出している。また、フレーム4は、支持板40のX方向における一端からZ方向へ突出した一端側壁部45と、支持板40のX方向における他端からZ方向へ突出した他端側壁部46とを備える。これら支持板40、壁部41、一端側壁部45、他端側壁部46によって囲まれた空間内に、積層体10が収納される。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すごとく、積層体10と一端側壁部45との間には、ばね部材15が設けられている。このばね部材15を使って、積層体10をフレーム4の他端側壁部46へ向けて押圧している。これにより、積層体10をフレーム4内に固定している。
As shown in FIG. 3, a
また、複数の冷却管30のうち、X方向の一端に位置する冷却管30aには、一対のパイプ13a,13bが取り付けられている。一方のパイプ13aから冷媒17を導入すると、冷媒17は冷却管30及び連結管31内を流れ、他方のパイプ13bから導出する。これにより、半導体モジュール2を冷却している。
Moreover, a pair of
電力変換装置1は、コンデンサ14を備える。コンデンサ14とパワー端子21とは、図示しないバスバーによって電気的に接続されている。コンデンサ14、積層体10、制御回路基板11等は、ケース12内に収納されている。フレーム4は、ボルト16によって、ケース12内に固定されている。
The
本例の作用効果について説明する。図1〜図3に示すごとく、本例では、フレーム4に半導体モジュール2を高さ方向(Z方向)に固定した。また、フレーム4の支持板40によって冷却管30を高さ方向(Z方向)の一方から支持すると共に、該高さ方向の他方から、半導体モジュール2の突起部23を連結管31に当接させた。これにより、突起部23と支持板40とによって、冷却器3を高さ方向(Z方向)に挟持した。このようにすると、積層体10をフレーム4に対して高さ方向に固定でき、高さ方向における積層体10の振動を抑制し、高さ方向の耐振性を向上できる。
すなわち、半導体モジュール2はフレーム4に対して高さ方向に固定されており、この固定された半導体モジュール2の突起部23と、支持板40(フレーム4)との間で冷却器3を高さ方向に挟持しているため、冷却器3も、支持板40(フレーム4)に対して高さ方向に固定できる。したがって、半導体モジュール2と冷却器3とを両方とも、フレーム4に対して高さ方向に固定でき、これら半導体モジュール2と冷却器3とからなる積層体10の、高さ方向への振動を抑制することが可能となる。
The effect of this example will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, in this example, the
That is, the
また、本例では図1に示すごとく、一対の壁部41の間に複数の半導体モジュール2が、突起部23の先端面230を壁部41の内面410に密着させた状態で圧入されている。
このようにすると、一対の壁部41の間に半導体モジュール2を圧入しているため、半導体モジュール2をフレーム4に対して、Y方向に固定できる。そのため、Y方向における、積層体10の振動を抑制することができる。
Further, in this example, as shown in FIG. 1, the plurality of
In this way, since the
また、本例では図1に示すごとく、フレーム4に固定された固定板5を備える。そして、高さ方向(Z方向)における、突起部23の、連結管31に当接した面231とは反対側の面232に固定板5を配設することにより、半導体モジュール2をフレーム4に固定するよう構成されている。
このようにすると、フレーム4に固定された固定板5を用いて、半導体モジュール2を固定するため、半導体モジュール2をフレーム4にしっかりと固定することができる。これにより、高さ方向(Z方向)における、積層体10の振動をより効果的に抑制することが可能になる。
In this example, as shown in FIG. 1, a fixing
In this way, the
以上のごとく、本例によれば、耐振性に優れた積層体を備えた電力変換装置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 including a laminated body having excellent vibration resistance.
(実施例2)
本例は、半導体モジュールの固定方法を変更した例である。図4に示すごとく、本例の半導体モジュール2は、高さ方向(Z方向)に突出した係止部24を備える。また、支持板40は、係止部24が係止する被係止部42を有する。そして、係止部24を被係止部42に係止することにより、半導体モジュール2をフレーム4に対して高さ方向に固定するよう構成されている。
(Example 2)
In this example, the fixing method of the semiconductor module is changed. As shown in FIG. 4, the
図4に示すごとく、半導体モジュール2の本体部20の側面28のうち、制御端子22が突出する側面28aに、2個の係止部24が形成されている。各々の係止部24は、側面28aから、制御端子22と同一方向に突出する突出部分245と、該突出部分245の先端に設けられた鉤状部分246とを備える。
As shown in FIG. 4, two locking
フレーム4の支持板40には、実施例1と同様に、Z方向へ貫通したフレーム貫通穴400が形成されている。フレーム4内に固定された半導体モジュール2から、制御端子22が、フレーム貫通穴400を通ってフレーム4外へ突出している。また、係止部24の鉤状部分246は、支持板40の開口周縁部420に係止している。この開口周縁部420が、上述した被係止部42となっている。
In the
本体部20の、上記側面28aと平行な側面28bからは、パワー端子21が突出している。また、本体部20の、Z方向に平行な側面28c,28dから、一対の突起部23がY方向に突出している。突起部23と支持板40とによって、冷却器3をZ方向に挟持している。
The
係止部24は弾性変形可能な合成樹脂からなる。本例では、係止部24の鉤状部分246の弾性力を使って、冷却器3を支持板40へ向けて押圧している。
The locking
本例は、図5、図6に示す構造にすることもできる。この電力変換装置1では、係止部24を、本体部20の端面28aの、Y方向における中央部分に設けた。また、フレーム貫通穴400のY方向における中央部分に、X方向へ延びるレール状の被係止部42を設けた。そして、係止部24を被係止部42に係止することにより、半導体モジュール2をフレーム4に固定するよう構成した。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
This example can also have the structure shown in FIGS. In the
In addition, the same configuration as that of the first embodiment is provided.
本例の作用効果について説明する。上述のようにすると、電力変換装置1の製造時において、半導体モジュール2に形成された係止部24を、支持板40に形成された被係止部42に係止するだけで、半導体モジュール2をフレーム4に固定できる。そのため、半導体モジュール2の固定作業を容易に行うことが可能となる。また、半導体モジュール2を固定するための別部材が不要となるため、部品点数が少なくなり、電力変換装置1の製造コストを低減することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を備える。
The effect of this example will be described. As described above, at the time of manufacturing the
In addition, the same functions and effects as those of the first embodiment are provided.
(実施例3)
本例は、図7に示すごとく、突起部23の先端面230と、壁部41の内面410との間に隙間dを設けた例である。本例では、突起部23の先端面230a,230b間のY方向における長さL1を、壁部41の内面410a,410b間のY方向における長さL2よりも短くした。そのため、積層体10をケース4内に収納すると、突起部23の先端面230と、壁部41の内面410との間に隙間dが形成される。
このようにすると、電力変換装置1の製造時に、半導体モジュール2を一対の壁部41の間に圧入する必要がないため、電力変換装置1を製造しやすくなる。
Example 3
In this example, as shown in FIG. 7, a gap d is provided between the
If it does in this way, since it is not necessary to press-fit the
また、半導体モジュール2を一対の壁部41の間に圧入する場合は、L1とL2とを一致させる必要があり、これらの寸法ばらつきを小さくする必要があるが、上記構成にすれば、L1とL2のばらつきが多少大きくても、半導体モジュール2をフレーム4内に収納することができる。そのため、半導体モジュール2やフレーム4を製造しやすくなる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
Further, when the
In addition, the configuration and operational effects similar to those of the first embodiment are provided.
(実施例4)
本例は、図8に示すごとく、X方向に隣り合う2個の冷却管30の間に、2個の半導体モジュール2(2a,2b)を介在させた例である。本例では、半導体モジュール2a,2bはそれぞれ1個ずつ突起部23を備える。そして、突起部23と支持板40との間で冷却器3をZ方向に挟持している。
このようにすると、半導体モジュール2が2個に分かれていても、耐振性に優れた積層体を備えた電力変換装置1を構成できる。そのため、電力変換装置1の設計自由度を高めることができる。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 8, two semiconductor modules 2 (2a, 2b) are interposed between two cooling
If it does in this way, even if the
1 電力変換装置
10 積層体
2 半導体モジュール
20 本体部
21 パワー端子
23 突起部
3 冷却器
30 冷却管
31 連結管
4 フレーム
40 支持板
5 固定板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該積層体を固定するフレームとを備え、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子を内蔵した本体部と、該本体部から上記積層方向と上記長手方向との双方に直交する高さ方向へ突出したパワー端子と、上記本体部から上記長手方向に向かって互いに反対方向に突出した一対の突起部とを有し、
上記フレームは、複数の上記冷却管を上記高さ方向の一方から支持する支持板を有し、上記フレームに上記複数の半導体モジュールが、上記高さ方向に固定され、
上記一対の突起部はそれぞれ上記連結管に、上記高さ方向の他方から当接しており、
上記突起部と上記支持板とにより、複数の上記冷却管と複数の上記連結管とからなる冷却器を、上記高さ方向に挟持していることを特徴とする電力変換装置。 A plurality of semiconductor modules incorporating semiconductor elements constituting a power conversion circuit and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules are stacked, and the cooling pipes adjacent to each other in the stacking direction are arranged in the longitudinal direction of the cooling pipes. A laminate formed by connecting pipes at both ends, and
A frame for fixing the laminate,
The semiconductor module includes a main body portion including the semiconductor element, a power terminal protruding from the main body portion in a height direction perpendicular to both the stacking direction and the longitudinal direction, and the main body portion extending in the longitudinal direction. A pair of protrusions protruding in opposite directions toward each other,
The frame includes a support plate that supports the plurality of cooling pipes from one side in the height direction, and the plurality of semiconductor modules are fixed to the frame in the height direction.
Each of the pair of protrusions is in contact with the connecting pipe from the other in the height direction,
A power converter comprising: a plurality of cooling pipes and a plurality of connecting pipes sandwiched in the height direction by the protrusions and the support plate.
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