JP2012205478A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置1は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール21と半導体モジュール21を冷却する冷媒を流通させる冷却管(冷媒流路部)22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2の積層方向Xの一方側に配設され、半導体積層ユニット2を積層方向Xに加圧する弾性部材32と、半導体積層ユニット2及び弾性部材32を内側に収容し、積層方向Xの一方側を開放させた開放部40を有するフレーム4と、フレーム4の開放部40を閉塞するように配設され、弾性部材32を半導体積層ユニット2との間に挟持する閉塞部材5とを備えている。閉塞部材5は、弾性部材32を積層方向Xの一方側から支承すると共に弾性部材32を半導体積層ユニット2側に付勢した状態で、フレーム4に固定されている。
【選択図】図1
Description
この電力変換装置は、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、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。そのため、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。
この電力変換装置91は、図17に示すごとく、半導体モジュール921と半導体モジュール921を冷却する冷媒を流通させる冷却管(冷媒流路部)922とを積層してなる半導体積層ユニット92と、半導体積層ユニット92を積層方向Xに加圧する弾性部材(板ばね)932と、半導体積層ユニット92及び弾性部材932を内側に収容するフレーム94とを備えている。また、弾性部材932とフレーム94との間には、支承ピン95が配設されている。
次いで、押圧治具(図示略)をフレーム94内のスペース941に配置し、押圧治具によって弾性部材932の両端部933を半導体積層ユニット92側へ押圧することにより、弾性部材932を積層方向Xに弾性変形させる。
次いで、押圧治具による押圧を解除することにより、弾性部材932の両端部933を支承ピン95に支承させると共に、支承ピン95を弾性部材932とフレーム94との間に挟持する。これにより、弾性部材932の付勢力によって半導体積層ユニット92を積層方向Xに加圧した状態とする。
また、弾性部材932をフレーム94内に配置した後、弾性部材932とフレーム94との間に支承ピン95を配置する工程が必要となるため、工数の増加、工程の複雑化といった問題も生じる。
該半導体積層ユニットの積層方向の一方側に配設され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する弾性部材と、
上記半導体積層ユニット及び上記弾性部材を内側に収容し、上記積層方向の一方側を開放させた開放部を有するフレームと、
該フレームの上記開放部を閉塞するように配設され、上記弾性部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持する閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、上記弾性部材を上記積層方向の一方側から支承すると共に上記弾性部材を上記半導体積層ユニット側に付勢した状態で、上記フレームに固定されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
該半導体積層ユニットの積層方向の一方側に配設され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する弾性部材と、
上記半導体積層ユニットを上記積層方向及び該積層方向に直交する幅方向の四方から囲むように形成され、上記半導体積層ユニット及び上記弾性部材を内側に収容するフレームと、
該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方側に配設され、上記弾性部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持する閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、上記弾性部材を上記積層方向の一方側から支承すると共に上記弾性部材を上記半導体積層ユニット側に付勢した状態で、上記フレームに固定されていることを特徴とする電力変換装置(請求項4)。
また、押圧治具等をフレーム内に配置したり、取り出したりする工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、支承ピン等をフレーム内に配置する工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、押圧治具等をフレーム内に配置したり、取り出したりする工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、支承ピン等をフレーム内に配置する工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、上記弾性部材としては、例えば、板ばね、コイルばね等を用いることができる。
この場合には、閉塞部材の位置決め部によって弾性部材の位置ずれを防止することができる。これにより、弾性部材によって半導体積層ユニットを積層方向に精度良く加圧することができる。
なお、位置決め部の形状は、弾性部材の種類や形状に合わせて設計すればよく、例えば凸状、凹状等とすることができる。
この場合には、半導体積層ユニット(半導体モジュール)に近接する位置に電子部品を配置することができる。これにより、両者間の配線距離を短くすることができ、熱やノイズの発生を抑制することができる。
この場合には、半導体積層ユニット(半導体モジュール)に近接する位置に電子部品を配置することができる。これにより、両者間の配線距離を短くすることができ、熱やノイズの発生を抑制することができる。
この場合には、電子部品を固定するスペースとして、弾性部材を支承すると共に位置決めする閉塞部材の位置決め部を利用することにより、電力変換装置の省スペース化、小型化を図ることができる。
上記第1の発明の実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1、図2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と半導体モジュール21を冷却する冷媒を流通させる冷却管(冷媒流路部)22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2の積層方向Xの一方側(以下、適宜、後方側X2という)に配設され、半導体積層ユニット2を積層方向Xに加圧する弾性部材32と、半導体積層ユニット2及び弾性部材32を内側に収容し、積層方向Xの一方側(後方側X2)を開放させた開放部40を有するフレーム4と、フレーム4の開放部40を閉塞するように配設され、弾性部材32を半導体積層ユニット2との間に挟持する閉塞部材5とを備えている。
また、閉塞部材5は、弾性部材32を積層方向Xの一方側(後方側X2)から支承すると共に弾性部材32を半導体積層ユニット2側に付勢した状態で、フレーム4に固定されている。
以下、これを詳説する。
半導体モジュール21は、積層方向Xの両側から冷却管22によって挟持されている。隣り合う冷却管22の間には、2個の半導体モジュール21が挟持されている。また、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)。
剛性の高い平板状の当接部材31は、半導体積層ユニット2の後端面202に当接している。また、弾性部材32は、略円弧状に湾曲した押圧部321と、押圧部321の両側において、押圧部321と同方向に湾曲した被支承部322とからなる板ばねである。当接部材31及び弾性部材32は、いずれも炭素工具鋼等の金属からなる。
まず、図3に示すごとく、フレーム4内に半導体積層ユニット2を配置した後、半導体積層ユニット2の後端面202に当接部材31を当接配置し、当接部材31の後方側X2に自由状態の弾性部材32を配置する。そして、弾性部材32の後方側X2に閉塞部材5を配置する。
以上により、電力変換装置1(図1)を組み立てる。
本例の電力変換装置1において、フレーム4は、積層方向Xの一方側(後方側X2)を開放させた開放部40を有する。また、閉塞部材5は、フレーム4の開放部40を閉塞するように配設され、弾性部材32を半導体積層ユニット2との間に挟持している。そして、閉塞部材5は、弾性部材32を積層方向Xの一方側(後方側X2)から支承すると共に弾性部材32を半導体積層ユニット2側に付勢した状態で、フレーム4に固定されている。
また、押圧治具等をフレーム4内に配置したり、取り出したりする工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、支承ピン等をフレーム4内に配置する工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
本例は、図6、図7に示すごとく、電力変換装置1の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、閉塞部材5には、電子部品81を収容する収容部54が設けられている。また、閉塞部材5の支承部(位置決め部)52には、電子部品81を固定するためのネジ穴(固定部)521が設けられている。また、閉塞部材5の収容部54の後方側X2にも、電子部品81を固定するためのネジ穴55が設けられている。
また、フレーム4の側辺部42の後端部422のネジ穴44及び閉塞部材5の両端部のネジ孔51は、積層方向X及び幅方向Yに直交する方向(高さ方向Z)に形成されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
また、電子部品81を固定するスペースとして、弾性部材32を支承すると共に位置決めする閉塞部材5の支承部(位置決め部)52を利用することにより、電力変換装置1の省スペース化、小型化を図ることができる。
その他、実施例1と同様の効果を有する。
本例は、図9、図10に示すごとく、弾性部材32を板ばねから円筒状のコイルばねに変更し、電力変換装置1の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、閉塞部材5は、弾性部材32における積層方向Xに直交する方向の移動を規制する機能を果たす位置決め部56を有する。位置決め部56は、弾性部材32の外側において形成された一対の外側突出部561と、弾性部材32の内側において形成された内側突出部562とを有する。外側突出部561及び内側突出部562は、前方側X1に向かって突出するように形成されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
まず、図11に示すごとく、フレーム4内に半導体積層ユニット2を配置した後、半導体積層ユニット2の後端面202に当接部材31を当接配置し、当接部材31の後方側X2に自由状態の弾性部材32を配置する。そして、弾性部材32の後方側X2に閉塞部材5を配置する。
以上により、電力変換装置1(図9)を組み立てる。
本例の場合には、実施例1と同様の作用効果を有する。すなわち、電力変換装置1の小型化及び生産性向上を図ることができる。
本例は、図13に示すごとく、電力変換装置1の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体積層ユニット2の前方側X1には、加圧部材3が配置されている。
また、フレーム4は、半導体積層ユニット2の後端面202を支持する支持部41と、この支持部41の両端部から前方側X1へ向かって延設された一対の側辺部42とを有する。また、フレーム4は、前方側X1を開放させた開放部40を有する。また、一対の側辺部42の前端部421には、ボルト59を螺合させるネジ穴44が形成されている。
また、閉塞部材5は、支承面563において弾性部材32を前方側X1から支承すると共に、弾性部材32を積層方向Xに弾性変形させた状態で当接部材31との間に挟持している。これにより、弾性部材32は、当接部材31を介して半導体積層ユニット2を後方側X2に向かって加圧している。
その他は、実施例4と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
上記第2の発明の実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図14、図15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と半導体モジュール21を冷却する冷媒を流通させる冷却管(冷媒流路部)22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2の積層方向Xの一方側(後方側X2)に配設され、半導体積層ユニット2を積層方向Xに加圧する弾性部材32と、半導体積層ユニット2を積層方向X及び積層方向Xに直交する幅方向Yの四方から囲むように形成され、半導体積層ユニット2及び弾性部材32を内側に収容するフレーム4と、フレーム4内において半導体積層ユニット2の積層方向Xの一方側(後方側X2)に配設され、弾性部材32を半導体積層ユニット2との間に挟持する閉塞部材5とを備えている。
また、閉塞部材5は、弾性部材32を積層方向Xの一方側(後方側X2)から支承すると共に弾性部材32を半導体積層ユニット2側に付勢した状態で、フレーム4に固定されている。
以下、実施例1と異なる部分について詳説する。
第1収容部401には、半導体積層ユニット2及び加圧部材3(当接部材31、弾性部材32)が収容されている。
そして、図14に示すごとく、電子部品81は、閉塞部材5のネジ穴521及びフレーム4のネジ穴461において、ボルト59で締結固定されている。
その他は、実施例1と同様の構成である。
まず、図16に示すごとく、フレーム4内に半導体積層ユニット2を配置した後、半導体積層ユニット2の後端面202に当接部材31を当接配置し、当接部材31の後方側X2に自由状態の弾性部材32を配置する。
その後、電子部品81をフレーム4内の第2収容部402内に収容し、閉塞部材5のネジ穴521及びフレーム4のネジ穴461において、ボルト59で締結固定する。
以上により、電力変換装置1(図14)を組み立てる。
本例の電力変換装置1において、フレーム4は、半導体積層ユニット2を積層方向X及び幅方向Yの四方から囲むように形成されている。また、閉塞部材5は、フレーム4内において半導体積層ユニット2の積層方向Xの一方側(後方側X2)に配設され、弾性部材32を半導体積層ユニット2との間に挟持している。そして、閉塞部材5は、弾性部材32を積層方向Xの一方側(後方側X2)から支承すると共に弾性部材32を半導体積層ユニット2側に付勢した状態で、フレーム4に固定されている。
また、押圧治具等をフレーム4内に配置したり、取り出したりする工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、支承ピン等をフレーム4内に配置する工程も必要なくなるため、工程の簡素化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却管(冷媒流路部)
32 弾性部材
4 フレーム
40 開放部
5 閉塞部材
X 積層方向
Claims (6)
- 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媒を流通させる冷媒流路部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の積層方向の一方側に配設され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する弾性部材と、
上記半導体積層ユニット及び上記弾性部材を内側に収容し、上記積層方向の一方側を開放させた開放部を有するフレームと、
該フレームの上記開放部を閉塞するように配設され、上記弾性部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持する閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、上記弾性部材を上記積層方向の一方側から支承すると共に上記弾性部材を上記半導体積層ユニット側に付勢した状態で、上記フレームに固定されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、上記閉塞部材には、上記弾性部材における上記積層方向に直交する方向の移動を規制する位置決め部が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1又は2に記載の電力変換装置において、上記閉塞部材には、電子部品を収容する収容部が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
- 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媒を流通させる冷媒流路部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の積層方向の一方側に配設され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する弾性部材と、
上記半導体積層ユニットを上記積層方向及び該積層方向に直交する幅方向の四方から囲むように形成され、上記半導体積層ユニット及び上記弾性部材を内側に収容するフレームと、
該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方側に配設され、上記弾性部材を上記半導体積層ユニットとの間に挟持する閉塞部材とを備え、
該閉塞部材は、上記弾性部材を上記積層方向の一方側から支承すると共に上記弾性部材を上記半導体積層ユニット側に付勢した状態で、上記フレームに固定されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4に記載の電力変換装置において、上記閉塞部材には、上記弾性部材における上記積層方向に直交する方向の移動を規制する位置決め部が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項4又は5に記載の電力変換装置において、上記フレーム内の空間のうち、上記閉塞部材を挟んで上記半導体積層ユニットと反対側において上記フレームと上記閉塞部材との間に形成された空間には、電子部品が収容されていることを特徴とする電力変換装置。
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