JP2013027905A - Frame for power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換回路を構成する複数の電子部品を収容する電力変換装置用のフレームに関する。 The present invention relates to a frame for a power conversion device that houses a plurality of electronic components constituting a power conversion circuit.
従来、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、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、様々な構造のものが知られている(特許文献1等参照)。
上記電力変換装置としては、例えば、半導体素子を内蔵した半導体モジュールとその半導体モジュールを冷却する冷却管とを積層してなる積層体と、その積層体を収容するフレームとを備えたものがある。フレームは、例えば、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形される。
DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the thing of various structures is known as a power converter device mounted in an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc. and performing power conversion between direct-current power and alternating current power (refer
As the power conversion device, for example, there is a device including a laminated body in which a semiconductor module incorporating a semiconductor element and a cooling pipe for cooling the semiconductor module are laminated, and a frame for housing the laminated body. The frame is formed, for example, by die casting using a plurality of dies.
しかしながら、フレームをダイカスト鋳造により成形する場合、図8に示すごとく、複数の型971を用いるため、型971内のキャビティ970に溶湯を圧入する際に、型971同士の合わせ面972に形成された微小な隙間に溶湯が流れ込んでしまう。そのため、図9に示すごとく、成形後のフレーム91の表面910に、薄い皮膜状のバリ(膜バリ)919が発生する。この場合、切削等によってバリ919を除去するが、フレーム91の表面910を傷付けないように慎重にバリ取り作業を行う必要があるため、その作業性の低下を招いていた。
However, when the frame is formed by die casting, as shown in FIG. 8, a plurality of
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、バリ取り作業を容易に行うことができ、さらに強度を向上させることができる電力変換装置用のフレームを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a frame for a power converter that can easily perform a deburring operation and can further improve the strength.
本発明の一の態様は、電力変換回路を構成する複数の電子部品を収容する電力変換装置用のフレームであって、
該フレームは、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形されており、
上記フレームには、その本体部から突出してなる突出リブ部が設けられており、
該突出リブ部は、上記フレームの表面において、成形時に上記型同士の境界位置となる部分に形成されていることを特徴とする電力変換装置用のフレームにある(請求項1)。
One aspect of the present invention is a frame for a power conversion device that houses a plurality of electronic components constituting a power conversion circuit,
The frame is formed by die casting using a plurality of molds,
The frame is provided with a protruding rib portion protruding from the main body portion,
The protruding rib portion is formed in a frame for a power conversion device, wherein the protruding rib portion is formed at a portion that becomes a boundary position between the molds at the time of molding on the surface of the frame.
上記フレームは、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形されたものである。そして、フレームの表面において、成形時に型同士の境界位置となる部分には、突出リブ部が形成されている。すなわち、フレームの表面において、成形時にバリが発生しやすい型同士の境界位置となる部分に、本体部から突出した突出リブ部を形成しておき、その突出リブ部の表面にバリが発生するようにしておく。 The frame is formed by die casting using a plurality of dies. And the protrusion rib part is formed in the part which becomes a boundary position of type | molds at the time of shaping | molding on the surface of a flame | frame. That is, on the surface of the frame, a protruding rib portion protruding from the main body portion is formed at a portion that becomes a boundary position between molds where burrs are likely to occur at the time of molding so that burrs are generated on the surface of the protruding rib portion. Keep it.
そのため、成形後のバリ取り作業は、本体部から突出した突出リブ部の表面に発生したバリを除去することになる。よって、切削等によってバリ取り作業を行う場合でも、本体部とバリとの間に突出リブ部があることにより、本体部を傷付けることなくバリ取り作業を行うことができる。これにより、バリ取り作業が容易となり、その作業性を向上させることができる。 Therefore, the deburring work after molding removes burrs generated on the surface of the protruding rib portion protruding from the main body portion. Therefore, even when the deburring operation is performed by cutting or the like, the projecting rib portion is provided between the main body portion and the burr, so that the deburring operation can be performed without damaging the main body portion. Thereby, the deburring work becomes easy and the workability can be improved.
また、バリ取り作業が容易となるため、フレームの表面に発生したバリを確実に除去することができる。これにより、例えば、バリ取り作業において除去されずに残ったバリが何らかの理由によってフレーム内に落ち、電子部品の不具合の原因になるといったことを防止することができる。 Further, since the deburring operation is facilitated, burrs generated on the surface of the frame can be surely removed. Thereby, for example, it is possible to prevent a burr remaining without being removed in the deburring operation from falling into the frame for some reason and causing a malfunction of the electronic component.
また、フレームに突出リブ部を設けることにより、フレームの強度を向上させるという効果も得られる。さらに、突出リブ部を設ける位置、すなわち型同士の境界位置をフレームにおいて強度が必要な箇所に設定すれば、フレームの強度を選択的かつ効果的に向上させることができる。 Moreover, the effect of improving the intensity | strength of a flame | frame is also acquired by providing a protrusion rib part in a flame | frame. Furthermore, the strength of the frame can be selectively and effectively improved by setting the position where the protruding rib portion is provided, that is, the position of the boundary between the molds at a location where strength is required in the frame.
このように、バリ取り作業を容易に行うことができ、さらに強度を向上させることができる電力変換装置用のフレームを提供することができる。 As described above, it is possible to provide a frame for a power conversion device that can easily perform a deburring operation and can further improve the strength.
上記フレームにおいて、上記突出リブ部は、フレームの表面において、成形時に型同士の境界位置となる部分に形成されている。フレームの表面において成形時に型同士の境界位置となる部分とは、成形時において、フレームの表面と型同士の合わせ面とが接する部分に当たる。 In the frame, the protruding rib portion is formed on the surface of the frame at a portion that becomes a boundary position between the molds during molding. The part that becomes the boundary position between the molds at the time of molding on the surface of the frame corresponds to the part where the surface of the frame and the mating surface of the molds contact at the time of molding.
また、上記突出リブ部は、例えば、フレームの外側に向けて突出して形成されていてもよいし、フレームの内側に向けて突出して形成されていてもよい。
また、上記フレームをダイカスト鋳造により成形する材料としては、強度、放熱性、防錆性、防水性等を確保するために、例えば、アルミニウム合金等を用いることができる。
Further, the protruding rib portion may be formed to protrude toward the outside of the frame, for example, or may be formed to protrude toward the inside of the frame.
In addition, as a material for forming the frame by die casting, for example, an aluminum alloy or the like can be used in order to ensure strength, heat dissipation, rust prevention, waterproofness, and the like.
また、上記フレームは、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冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを積層してなる積層体を収容する収容部を有し、該収容部には、上記突出リブ部が設けられている構成とすることができる(請求項2)。
この場合には、フレームにおいて積層体を収容する部分であり、強度が必要とされる収容部に突出リブ部を設けることにより、フレームの強度を選択的かつ効果的に向上させることができる。
Further, the frame includes a housing portion that houses a stacked body formed by stacking a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements and a plurality of coolant flow paths for circulating a coolant for cooling the semiconductor modules, The housing portion may be provided with the protruding rib portion (claim 2).
In this case, the strength of the frame can be selectively and effectively improved by providing the protruding rib portion in the housing portion that is a portion for housing the laminate in the frame and requires strength.
また、上記収容部とは、フレームにおいて、複数の半導体モジュールと複数の冷媒流路(例えば、冷却管等)とを積層してなる積層体を収容する空間を構成する部分のことである。また、上記突出リブ部は、例えば、フレームの収容部から積層体を収容する空間に向けて突出するように形成することができる。
また、例えば、上記積層体を圧縮した状態でフレームの収容部に保持するような場合には、その収容部に応力が作用した状態となる。そのため、収容部に突出リブ部を設け、フレームの強度を向上させることが非常に有効となる。
Moreover, the said accommodating part is a part which comprises the space which accommodates the laminated body formed by laminating | stacking several semiconductor modules and several refrigerant | coolant flow paths (for example, a cooling pipe etc.) in a flame | frame. Moreover, the said protrusion rib part can be formed so that it may protrude toward the space which accommodates a laminated body from the accommodating part of a flame | frame, for example.
Further, for example, when the laminated body is held in the housing portion of the frame in a compressed state, stress is applied to the housing portion. Therefore, it is very effective to provide a protruding rib portion in the housing portion and improve the strength of the frame.
また、上記突出リブ部の高さは、2mm以上とすることができる(請求項3)。
この場合には、突出リブ部の高さを2mm以上とすることにより、突出リブ部に発生したバリを切削により除去する際に、本体部への損傷を十分に防止することができる。
また、突出リブ部の高さは、突出リブ部自体の強度を十分に確保するため、10mm以下とすることができる。
Moreover, the height of the said protruding rib part can be 2 mm or more (Claim 3).
In this case, by setting the height of the protruding rib portion to 2 mm or more, it is possible to sufficiently prevent damage to the main body portion when removing the burr generated on the protruding rib portion by cutting.
In addition, the height of the protruding rib portion can be set to 10 mm or less in order to sufficiently secure the strength of the protruding rib portion itself.
また、上記突出リブ部の幅は、2mm以上とすることができる(請求項4)。
この場合には、突出リブ部の幅を2mm以上とすることにより、突出リブ部を容易に製造することができ、突出リブ部自体の強度を十分に確保することができる。
また、突出リブ部の幅は、剛性を十分に確保するため、10mm以下とすることができる。
Moreover, the width | variety of the said protrusion rib part can be 2 mm or more.
In this case, by setting the width of the protruding rib portion to 2 mm or more, the protruding rib portion can be easily manufactured, and the strength of the protruding rib portion itself can be sufficiently ensured.
Further, the width of the protruding rib portion can be set to 10 mm or less in order to ensure sufficient rigidity.
電力変換装置用のフレームにかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置用のフレーム1は、図1〜図3に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の電子部品を収容するものである。フレーム1は、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形されている。フレーム1には、その本体部2から突出してなる突出リブ部3が設けられている。突出リブ部3は、フレーム1の表面100において、成形時に型同士の境界位置となる部分に形成されている。
以下、これを詳説する。
An embodiment relating to a frame for a power converter will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
This will be described in detail below.
なお、本例では、図1に示すごとく、後述する半導体モジュール41と冷却管42とが積層されている方向を積層方向X、冷却管42の長手方向を横方向Y、積層方向X及び横方向Yに直交する方向を高さ方向Zとして説明する。
また、積層方向Xにおいて、後述する冷媒導入管44及び冷媒排出管45がフレーム1から突出している側を前方、その反対側を後方として説明する。
In this example, as shown in FIG. 1, the direction in which a
Further, in the stacking direction X, a side where a
同図に示すごとく、電力変換装置6は、電力変換回路を構成する複数の電子部品であり、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール41と、半導体モジュール41を冷却するための冷媒を流通させる複数の冷却管(冷媒流路)42とを交互に積層してなる積層体4を備えている。
半導体モジュール41は、積層方向Xの両側から冷却管42によって挟持されており、隣り合う冷却管42の間には、2個の半導体モジュール41が挟持されている。また、半導体モジュール41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いる(図示略)。
As shown in the figure, the
The
複数の冷却管42は、その長手方向(横方向Y)の両端部において、隣り合う冷却管42同士が変形可能な連結管43によって連結されている。また、積層方向Xの前端に配設された冷却管42の両端部には、外部から冷媒を導入する冷媒導入管44と、外部に冷媒を排出する冷媒排出管45とが連結されている。冷媒導入管44及び冷媒排出管45は、その一部をフレーム1の外側に突出させている。
The plurality of cooling
冷媒導入管44から導入された冷媒は、冷媒導入管44側の連結管43を適宜通り、各冷却管42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、冷媒は、各冷却管42を流れる間に、半導体モジュール41との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出管45側の連結管43を適宜通り、冷媒排出管45から排出される。
The refrigerant introduced from the
なお、冷却管42等に流通させる冷媒としては、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 refrigerant that circulates in the cooling
同図に示すごとく、積層体4の前端面401は、後述するフレーム1における本体部2の前方壁部21の突出部211に当接している。
また、積層体4の後方側には、平板状の板ばねである弾性部材51と、一対の支承ピン52と、弾性部材51と積層体4の後端面402との間に配置された当接プレート53とからなる加圧部材5が設けられている。一対の支承ピン52は、弾性部材51の両端部と後述するフレーム1における本体部2の後方壁部22との間に配置されている。
As shown in the figure, the
Further, on the rear side of the
加圧部材5の弾性部材51は、積層体4の後端面402に当接している当接プレート53と支承ピン52との間において、積層方向Xに弾性変形した状態で挟持されている。また、弾性部材51は、当接プレート53を介して積層体4の後端面402を押圧している。これにより、積層体4は、弾性部材51の付勢力によって積層方向Xに加圧(圧縮)された状態で、フレーム1内に保持されている。
The
図1〜図3に示すごとく、フレーム1は、アルミニウム合金からなり、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形されている。また、フレーム1は、積層体4を四方から囲むように四角形の枠型形状となっており、積層体4及び加圧部材5を内側に収容している。
また、フレーム1は、本体部2とその本体部2から突出してなる突出リブ部3とを有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The
図2、図3に示すごとく、本体部2は、積層体4における積層方向Xの両側に配置された前方壁部21及び後方壁部22と、前方壁部21と後方壁部22とをその両端において連結する一対の側方壁部23、24とを有する。前方壁部21には、後方側に突出してなる突出部211が形成されている。突出部211には、積層体4の前端面401が当接している。
また、本体部2は、前方壁部21の突出部211、後方壁部22及び側方壁部23、24により構成され、積層体4を収容する空間291を形成する収容部29を有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
同図に示すごとく、突出リブ部3は、本体部2の外周面202の4つの角部に設けられている。すなわち、本体部2の前方壁部21と側方壁部23、24との間、後方壁部22と側方壁部23、24との間の合計4つの角部において、フレーム1の外側に向けて突出するように形成されている。また、突出リブ部3は、高さ方向Zに形成されている。
また、突出リブ部3は、本体部2の収容部29にも設けられている。すなわち、収容部29を構成する側方壁部23、24の内側面231、241において、フレーム1の内側に向けて、積層体4を収容する空間291に向けて突出するように形成されている。また、突出リブ部3は、積層方向Xに形成されている。
As shown in the figure, the protruding
Further, the protruding
また、突出リブ部3は、フレーム1の表面100において、フレーム1の成形時に型同士の境界位置B(図6参照)となる部分に形成されている。
また、図1に示すごとく、突出リブ部3の高さhは、2mm以上としている。また、突出リブ部3の幅wは、2mm以上としている。
Further, the protruding
Moreover, as shown in FIG. 1, the height h of the protruding
次に、本例のフレーム1の製造方法について簡単に説明する。
フレーム1は、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形する。本例では、図4、図5に示すごとく、6つの型71a〜71fで構成され、内部にフレーム1と同一形状のキャビティ70が形成された鋳型7を用いた。
同図に示すごとく、鋳型7のキャビティ70において、6つの型71a〜71fの型同士の間には、フレーム1の本体部2を成形するための本体部成形領域702が形成されている。
Next, a method for manufacturing the
The
As shown in the figure, in the
また、図4に示すごとく、鋳型7のキャビティ70において、キャビティ70と4つの型71a〜71dの型同士の合わせ面72とが接する部分には、フレーム1の突出リブ部3(本体部2の外周面202の4つの角部に設ける突出リブ部3)を成形するための突出リブ部成形領域703が形成されている。
As shown in FIG. 4, in the
また、図5に示すごとく、鋳型7のキャビティ70において、キャビティ70と2つの型71e、71fの型同士の合わせ面72とが接する部分には、フレーム1の突出リブ部3(本体部2の側方壁部23、24の内側面231、241に設ける突出リブ部3)を成形するための突出リブ部成形領域703が形成されている。
Further, as shown in FIG. 5, in the
そして、フレーム1をダイカスト鋳造により成形するに当たっては、まず、図6に示すごとく、6つの型71a〜71fで構成された鋳型7内のキャビティ70に、溶湯(溶解したアルミニウム合金)を圧入し、凝固させる。これにより、フレーム1を成形する。このとき、成形後のフレーム1の表面100において、型同士の境界位置Bとなる部分には、突出リブ部3が形成されている。なお、図6は、鋳型7及び鋳型7内のキャビティ70の一部を拡大して示したものである。
In forming the
次いで、図7に示すごとく、鋳型7を離型させた後、成形品であるフレーム1を取り出す。このとき、突出部3の表面300には、型同士の合わせ面72に沿って薄い皮膜状のバリ19が発生する。
次いで、フレーム1の表面100(突出部3の表面300)に発生したバリ19を切削等により除去する(バリ取り作業)。
これにより、図2、図3のフレーム1を得る。
Next, as shown in FIG. 7, after the
Next, the
Thereby, the
次に、本例の電力変換装置用のフレーム1における作用効果について説明する。
本例のフレーム1は、複数の型71a〜71fからなる鋳型7を用いたダイカスト鋳造により成形されたものである。そして、フレーム1の表面100において、成形時に型同士の境界位置B(図6参照)となる部分には、突出リブ部3が形成されている。すなわち、フレーム1の表面100において、成形時にバリ19が発生しやすい型同士の境界位置Bとなる部分に、本体部2から突出した突出リブ部3を形成しておき、その突出リブ部3の表面300にバリ19が発生するようにしておく。
Next, the effect of the
The
そのため、成形後のバリ取り作業は、本体部2から突出した突出リブ部3の表面300に発生したバリ19を除去することになる。よって、切削等によってバリ取り作業を行う場合でも、本体部2とバリ19との間に突出リブ部3があることにより、本体部2を傷付けることなくバリ取り作業を行うことができる。これにより、バリ取り作業が容易となり、その作業性を向上させることができる。
Therefore, the deburring operation after molding removes the
また、バリ取り作業が容易となるため、フレーム1の表面100に発生したバリ19を確実に除去することができる。これにより、例えば、バリ取り作業において除去されずに残ったバリ19が何らかの理由によってフレーム1内に落ち、電子部品の不具合の原因になるといったことを防止することができる。
Further, since the deburring operation is facilitated, the
また、フレーム1に突出リブ部3を設けることにより、フレーム1の強度を向上させるという効果も得られる。さらに、突出リブ部3を設ける位置、すなわち型同士の境界位置Bをフレーム1において強度が必要な箇所に設定すれば、フレーム1の強度を選択的かつ効果的に向上させることができる。
Further, by providing the protruding
また、本例では、フレーム1は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール41と、半導体モジュール41を冷却する冷媒を流通させる複数の冷却管(冷媒流路)42とを積層してなる積層体4を収容する収容部29を有し、収容部29には、突出リブ部3が設けられている。すなわち、フレーム1において積層体4を収容する部分であり、強度が必要とされる収容部29に突出リブ部3を設けることにより、フレーム1の強度を選択的かつ効果的に向上させることができる。
Further, in this example, the
特に、本例では、積層体4が弾性部材51の付勢力によって積層方向Xに加圧(圧縮)された状態でフレーム1の収容部29内に収容されている。そのため、収容部29を構成する前方壁部21の突出部211及び後方壁部22には、応力が作用した状態となっている。よって、収容部29に突出リブ部3を設け、フレーム1の強度を向上させることが非常に有効となる。
In particular, in this example, the
このように、本例によれば、バリ取り作業を容易に行うことができ、さらに強度を向上させることができる電力変換装置用のフレーム1を提供することができる。
As described above, according to this example, it is possible to provide the
1 フレーム
100 表面(フレームの表面)
2 本体部
3 突出リブ部
71a〜71f 型
B 境界位置
1
2
Claims (4)
該フレームは、複数の型を用いたダイカスト鋳造により成形されており、
上記フレームには、その本体部から突出してなる突出リブ部が設けられており、
該突出リブ部は、上記フレームの表面において、成形時に上記型同士の境界位置となる部分に形成されていることを特徴とする電力変換装置用のフレーム。 A frame for a power conversion device that houses a plurality of electronic components constituting a power conversion circuit,
The frame is formed by die casting using a plurality of molds,
The frame is provided with a protruding rib portion protruding from the main body portion,
The projecting rib portion is formed on the surface of the frame at a portion that becomes a boundary position between the molds at the time of molding.
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