JP2013121219A - Power conversion apparatus and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを、これらの間に放熱グリスを介在させた状態で積層した積層体を備える電力変換装置と、その製造方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a stacked body in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of cooling pipes are stacked with heat dissipation grease interposed therebetween, and a manufacturing method thereof.
従来から、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、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た積層体を備えるものが知られている(下記特許文献1参照)。従来の電力変換装置の製造方法を図15〜図18に示す。
Conventionally, for example, as a power conversion device that performs power conversion between DC power and AC power, a stacked body in which a plurality of semiconductor modules incorporating semiconductor elements and a plurality of cooling pipes that cool the semiconductor modules are stacked. What is provided is known (see
電力変換装置を製造するには、まず図15に示すごとく、複数の半導体モジュール92と複数の冷却管93とを積層して積層体910を製造し(積層工程)、この積層体910をフレーム94に収納する(収納工程)。半導体モジュール92の表面には、放熱グリス911を予め塗布しておく。
In order to manufacture the power conversion device, first, as shown in FIG. 15, a plurality of
次いで、図16に示すごとく、フレーム94と積層体910との隙間Dに治具917を入れ、フレーム94の反対側を固定治具で支え、積層体910を積層方向(X方向)に圧縮する(高圧縮工程)。この際、積層体910に第1圧縮力Fを加えることによって、上記放熱グリス911を薄く延ばす。これにより、半導体モジュール92と冷却管93との密着性を向上させ、半導体モジュール92の放熱性を高める。
Next, as shown in FIG. 16, a
次いで、治具917を取り出し、図17に示すごとく、圧縮荷重支持板915と弾性部材99(板ばね)とを隙間Dに入れる。そして、弾性部材99に上記第1圧縮力Fよりも小さな第2圧縮力fを加え、弾性部材99を弾性変形させつつ積層体910をX方向に圧縮する(低圧縮工程)。
Next, the
次いで、図18に示すごとく、弾性部材99とフレーム94との間に固定具97を挿入して、弾性部材99を弾性変形した状態で固定する。これにより、弾性部材99の弾性力を利用して、半導体モジュール92と冷却管93との接触圧を維持しつつ、積層体910をフレーム94内に固定する。
Next, as shown in FIG. 18, a
近年、電力変換装置の製造工数を減らし、製造時間を短縮することが求められている。しかしながら従来の電力変換装置の製造方法は、上記高圧縮工程(図16参照)を行った後、治具917を取り出して代わりに弾性部材99を入れないと上記低圧縮工程(図17参照)を行うことができないため、これら2つの圧縮工程を連続して行うことができないという問題があった。そのため、2つの圧縮工程を別々に行う必要があり、製造時間を短縮しにくいという問題があった。
In recent years, it has been required to reduce the number of manufacturing steps of the power conversion device and shorten the manufacturing time. However, in the conventional method for manufacturing a power converter, after the high compression step (see FIG. 16) is performed, the
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、製造工数を低減でき、製造時間を短縮できる電力変換装置と、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 a background, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can reduce the number of manufacturing steps and shorten the manufacturing time, and a manufacturing method thereof.
本発明の一態様は、電力変換装置の製造方法であって、
半導体素子を内蔵する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、これらの間に放熱グリスを介在させた状態で積層して積層体を製造する積層工程と、
上記積層体をフレームの内側に配置する積層体配置工程と、
2個の弾性部材を組み合わせてなり、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態と、該第1弾性変形状態の後に現れ上記ばね定数が上記第1弾性変形状態よりも高い第2弾性変形状態との、2つの弾性変形状態を経て変位する複合弾性部材を、上記積層体に対して、該積層体の積層方向における一方側に配置する弾性部材配置工程と、
上記複合弾性部材が上記第2弾性変形状態となる高圧縮力を加えることにより、上記複合弾性部材を弾性変形させつつ上記積層体を上記積層方向に圧縮し、その後、上記圧縮力を弱めて上記複合弾性部材を上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態にする連続圧縮工程と、
上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態になった上記複合弾性部材の押圧力を使って上記積層体を上記フレーム内に固定する固定工程とを行う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1)。
One aspect of the present invention is a method of manufacturing a power converter,
A stacking step of manufacturing a stack by stacking a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements, and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules, with heat dissipation grease interposed therebetween,
A laminated body arranging step of arranging the laminated body inside the frame;
Combining two elastic members, and applying a compressive force, a first elastic deformation state having a relatively low spring constant, and the spring constant appearing after the first elastic deformation state is greater than the first elastic deformation state. An elastic member disposing step of disposing a composite elastic member that is displaced through two elastic deformation states with a higher second elastic deformation state on one side in the stacking direction of the stack with respect to the stack;
The composite elastic member is compressed in the stacking direction while elastically deforming the composite elastic member by applying a high compressive force that causes the composite elastic member to be in the second elastic deformation state, and then the compressive force is weakened and the composite elastic member is compressed. A continuous compression step of bringing the composite elastic member into the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state;
And a fixing step of fixing the laminated body in the frame using a pressing force of the composite elastic member in the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state. It exists in the manufacturing method of a converter (Claim 1).
本発明の別の態様は、半導体素子を内蔵する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、放熱グリスを介在させた状態で積層した積層体と、
上記積層体を内側に保持するフレームと、
上記フレームを構成する壁部のうち上記積層体の積層方向における一方側に位置する第1壁部と、上記積層体との間に配置され、2個の弾性部材を組み合わせてなる複合弾性部材とを備え、
該複合弾性部材は、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態と、該第1弾性変形状態の後に現れ上記ばね定数が上記第1弾性変形状態よりも高い第2弾性変形状態との、2つの弾性変形状態を経て変位するよう構成され、上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態となった上記複合弾性部材の押圧力により、上記積層体を上記積層方向に押圧して上記フレーム内に固定していることを特徴とする電力変換装置にある(請求項4)。
Another aspect of the present invention is a laminate in which a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules are stacked with heat dissipation grease interposed therebetween,
A frame for holding the laminate inside,
A composite elastic member formed by combining two elastic members, disposed between the first wall portion located on one side in the stacking direction of the stacked body among the wall portions constituting the frame, and the stacked body. With
The composite elastic member has a first elastic deformation state with a relatively low spring constant as a compressive force is applied, and a second elastic constant that appears after the first elastic deformation state and has a higher spring constant than the first elastic deformation state. The laminated body is configured to be displaced through two elastic deformation states, ie, an elastic deformation state, by the pressing force of the composite elastic member in the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state. The power converter is characterized by being pressed in the laminating direction and fixed in the frame.
上記電力変換装置の製造方法においては、2つの弾性部材を組み合わせてなる上記複合弾性部材を、上記積層体の上記積層方向における一方側に配置して(弾性部材配置工程)、上記連続圧縮工程を行う。
このようにすると、連続圧縮工程において、複合弾性部材を介して上記高圧縮力(複合弾性部材を上記第2弾性変形状態にする力)を積層体に加えるため、冷却管と半導体モジュールとの間の放熱グリスを薄く延すことができる。そしてこの後、複合弾性部材に加える圧縮力を弱めて複合弾性部材を上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態にすることにより、積層体を固定する力を加える工程に連続的に移行することができる。これにより、放熱グリスを薄く延す工程と、積層体を固定する力を加える工程を続けて行うことが可能になり、電力変換装置の製造工数を低減することが可能になる。
また、連続圧縮工程を完了した後、上記固定工程に連続的に移行することができる。この固定工程において、上記第2弾性変形状態の初期状態または第1弾性変形状態となった複合弾性部材を用いて積層体をフレームに固定することができる。
In the method for manufacturing the power conversion device, the composite elastic member formed by combining two elastic members is disposed on one side in the stacking direction of the laminate (elastic member disposing step), and the continuous compression step is performed. Do.
If it does in this way, in the continuous compression process, in order to apply the above-mentioned high compressive force (force which makes a composite elastic member the above-mentioned 2nd elastic deformation state) to a layered product via a composite elastic member, between a cooling pipe and a semiconductor module The heat dissipation grease can be extended thinly. Then, after this, the compressive force applied to the composite elastic member is weakened to bring the composite elastic member into the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state, thereby continuing the step of applying a force for fixing the laminate. Can be migrated. As a result, it is possible to continuously perform the process of extending the heat dissipation grease thinly and the process of applying a force for fixing the laminated body, thereby reducing the number of manufacturing steps of the power conversion device.
Moreover, after completing a continuous compression process, it can transfer to the said fixing process continuously. In this fixing step, the laminate can be fixed to the frame using the composite elastic member in the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state.
従来の電力変換装置の製造方法では、高圧縮工程(図16参照)を行うための部材(治具917)と、低圧縮工程(図17参照)を行うための部材(弾性部材99)とが別々になっていたため、高圧縮工程を行った後、治具917を取り外して代わりに弾性部材99を入れなければ低圧縮工程を行うことができず、これらの圧縮工程を連続して行うことができないという問題があった。これに対して上記電力変換装置の製造方法では、一つの部材(複合弾性部材)を用いて高圧縮工程と低圧縮工程とを行うため、これらの圧縮工程を連続して行うことが可能になる。そのため、電力変換装置の製造工数を減らすことができ、短時間で電力変換装置を製造することができる。
In the conventional method for manufacturing a power converter, a member (jig 917) for performing a high compression step (see FIG. 16) and a member (elastic member 99) for performing a low compression step (see FIG. 17) are provided. Since they were separate, after performing the high compression process, the low compression process cannot be performed unless the
また、上記電力変換装置は上記複合弾性部材を備えるため、電力変換装置を組み立てるにあたり、上記電力変換装置の製造方法における上記連続圧縮工程を行うことが可能になる。そのため、電力変換装置の製造工数を減らすことができ、短時間で電力変換装置を製造することができる。 Moreover, since the said power converter device is provided with the said composite elastic member, in assembling a power converter device, it becomes possible to perform the said continuous compression process in the manufacturing method of the said power converter device. Therefore, the manufacturing man-hour of a power converter device can be reduced and a power converter device can be manufactured in a short time.
以上のごとく、本発明によれば、製造工数を低減でき、製造時間を短縮できる電力変換装置と、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 can reduce the number of manufacturing steps and shorten the manufacturing time, and a manufacturing method thereof.
上記弾性部材はコイルばねであり、上記複合弾性部材は、直径および軸線方向長さが互いに異なる2つの上記コイルばねを組み合わせてなり、直径が大きい外側コイルばねの内側に、該外側コイルばねよりも直径が小さい内側コイルばねが配置されていることが好ましい(請求項2、請求項5)。
この場合には、上記2つのコイルばねのうち、一方のコイルばねのみが弾性変形する状態が第1弾性変形状態となり、両方のコイルばねが弾性変形する状態が第2弾性変形状態となる。また、上記複合弾性部材は、外側コイルばねの内側に上記内側コイルばねを配置しているため、複合弾性部材の外形が外側コイルばねの外形となり、複合弾性部材を小型化することができる。
The elastic member is a coil spring, and the composite elastic member is a combination of the two coil springs having different diameters and axial lengths, and is disposed inside the outer coil spring having a larger diameter than the outer coil spring. It is preferable that an inner coil spring having a small diameter is disposed (
In this case, the state in which only one of the two coil springs is elastically deformed is the first elastic deformation state, and the state in which both coil springs are elastically deformed is the second elastic deformation state. Moreover, since the said composite elastic member has arrange | positioned the said inner coil spring inside the outer side coil spring, the external shape of a composite elastic member becomes the external shape of an outer side coil spring, and a composite elastic member can be reduced in size.
また、上記弾性部材はコイルばねであり、上記複合弾性部材は、ばね定数が異なる2つの上記コイルばねを直列に接続してなることが好ましい(請求項3、請求項6)。
この場合には、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が小さいコイルばねが主に弾性変形し、複合弾性部材が第1弾性変形状態となる。ばね定数が小さいコイルばねが変形し終えた後、ばね定数が大きいコイルばねが弾性変形し、複合弾性部材は第2弾性変形状態となる。
上記複合弾性部材は、2つの弾性部材(コイルばね)を接続して一体化しているため、部品点数を低減することができる。また、電力変換装置を製造する際に、2つの弾性部材を別々に取り付ける必要がなくなり、製造工程を容易に行えるようになる。これにより、電力変換装置の製造コストを低減することが可能になる。
Preferably, the elastic member is a coil spring, and the composite elastic member is formed by connecting two coil springs having different spring constants in series (
In this case, as the compressive force is applied, the coil spring having a small spring constant is mainly elastically deformed, and the composite elastic member is in the first elastic deformation state. After the coil spring having the small spring constant is completely deformed, the coil spring having the large spring constant is elastically deformed, and the composite elastic member is in the second elastic deformation state.
Since the composite elastic member connects and integrates two elastic members (coil springs), the number of parts can be reduced. Moreover, when manufacturing a power converter device, it becomes unnecessary to attach two elastic members separately, and a manufacturing process can be performed now easily. Thereby, it becomes possible to reduce the manufacturing cost of a power converter device.
(実施例1)
上記電力変換装置及びその製造方法に係る実施例について、図1〜図10を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図8〜図10に示すごとく、積層体10と、フレーム4と、複合弾性部材5とを備える。積層体10は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール2と、半導体モジュール2を冷却する複数の冷却管3とを、放熱グリス11を介在させた状態で積層してなる。フレーム4の内側に、積層体10が保持されている。複合弾性部材5は、フレーム4を構成する壁部のうち積層体10の積層方向(X方向)における一方側に位置する第1壁部41と、積層体10との間に配置されている。複合弾性部材5は、2個の弾性部材51,52を組み合わせてなる。
Example 1
The Example which concerns on the said power converter device and its manufacturing method is described using FIGS.
The
複合弾性部材5は、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態S1(図7参照)と、第1弾性変形状態S1の後に現ればね定数が第1弾性変形状態S1よりも高い第2弾性変形状態S2との、2つの弾性変形状態を経て変位するよう構成されている。そして、第1弾性変形状態S1となった複合弾性部材5の押圧力fにより、積層体10をX方向に押圧してフレーム4内に固定している。
As the compressive force is applied to the composite
また、本例における電力変換装置1の製造方法では、図1〜図6に示すごとく、積層工程(図1参照)と、積層体配置工程(図2参照)と、弾性部材配置工程(図3参照)と、連続圧縮工程(図4、図5参照)と、固定工程(図6参照)とを行う。
図1に示すごとく、積層工程では、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール2と、半導体モジュール2を冷却する複数の冷却管3とを、これらの間に放熱グリス11を介在させた状態で積層して積層体10を製造する。
図2に示すごとく、積層体配置工程では、積層体10をフレーム4の内側に配置する。
Moreover, in the manufacturing method of the
As shown in FIG. 1, in the laminating process, a plurality of
As shown in FIG. 2, in the laminated body arranging step, the
また、図3に示すごとく、弾性部材配置工程では、複合弾性部材5を、積層体10に対して、積層体10の積層方向(X方向)における一方側に配置する。複合弾性部材5は、2個の弾性部材51,52を組み合わせてなる。図7に示すごとく、複合弾性部材5は、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態S1と、該第1弾性変形状態S1の後に現ればね定数が第1弾性変形状態S1よりも高い第2弾性変形状態S2との、2つの弾性変形状態を経て変位する。
As shown in FIG. 3, in the elastic member arranging step, the composite
連続圧縮工程では、図4に示すごとく、複合弾性部材5が第2弾性変形状態S2となる高圧縮力Fを加えることにより、複合弾性部材5を弾性変形させつつ積層体10をX方向に圧縮する。その後、図5に示すごとく、圧縮力を弱めて複合弾性部材5を第1弾性変形状態S1にする。なお、フレーム4、積層体10の剛性が充分に高い場合は、第2弾性変形状態S2の初期状態にしてもよい。
また、固定工程では、図6に示すごとく、第1弾性変形状態S1になった複合弾性部材5の押圧力fを使って、積層体10をフレーム4内に固定する。
In the continuous compression step, as shown in FIG. 4, the composite
In the fixing step, as shown in FIG. 6, the
次に、本例に係る電力変換装置1の製造方法について詳細に説明する。図1に示すごとく、半導体モジュール2は、半導体素子を内蔵した本体部200を有する。この本体部200から、制御端子21とパワー端子22(図10参照)が突出している。積層体10を製造するにあたって、本体部200の表面に放熱グリス11を予め塗布しておく。
Next, a method for manufacturing the
また、複数の冷却管3は、該冷却管3の長手方向(Y方向)における両端部にて、連結管12によって連結されている。複数の冷却管3のうち、X方向における一端に位置する冷却管3aには、冷媒30(図8参照)を導入するための導入パイプ13と、冷媒30を導出するための導出パイプ14とが取り付けてある。
The plurality of cooling
積層工程が完了した後、図2に示すごとく、積層体10をフレーム4の内側に配置する(積層体配置工程)。本例のフレーム4は金属製であり、制御端子21の突出方向(Z方向)から見た形状が略矩形状をしている。
After the lamination process is completed, as shown in FIG. 2, the
弾性部材配置工程では、図3に示すごとく、フレーム4を構成する壁部のうちX方向における一方側に位置する第1壁部41と、積層体10との間に、複合弾性部材5を挿入する。また、複合弾性部材5と積層体10との間に、圧縮荷重支持板15を介在させておく。さらに、第1壁部41と複合弾性部材5との間に、固定板16と治具17とを挿入する。圧縮荷重支持板15は、固定板16と治具17を使って複合弾性部材5に圧縮力を加えた場合に、複合弾性部材5に隣接する冷却管3bに対して均一に押圧することを目的としている。
In the elastic member arranging step, as shown in FIG. 3, the composite
複合弾性部材5は、外側コイルばね52と、該外側コイルばね52よりも直径が小さい内側コイルばね51とからなる。内側コイルばね51は外側コイルばね52の内側に配置されている。また、内側コイルばね51のX方向(軸線方向)における長さは、外側コイルばね52のX方向における長さよりも長い。
The composite
治具17と固定板16を使って複合弾性部材5に圧縮力を加えると、まず、内側コイルばね51のみが弾性変形し、複合弾性部材5が第1弾性変形状態S1(図7参照)となる。
複合弾性部材5にさらに圧縮力を加えると、図4に示すごとく、治具17および固定板16によって内側コイルばね51と外側コイルばね52とが両方とも弾性変形し、複合弾性部材5が上記第2弾性変形状態S2となる(図7参照)。
When a compression force is applied to the composite
When compressive force is further applied to the composite
このように、複合弾性部材5に高圧縮力Fを加えることにより、フレーム4を構成する壁部のうちX方向における他端側に位置する第2壁部42(図2参照)に積層体10を押し付け、積層体10を圧縮する。これにより、半導体モジュール92と冷却管93との密着性を向上させ、半導体モジュール92の放熱性を高める。
Thus, by applying a high compressive force F to the composite
次に、図5に示すごとく、複合弾性部材5に加える圧縮力を弱め、内側コイルばね51のみを圧縮する状態にして、複合弾性部材5を第1弾性変形状態S1にする。または、ケース4、積層体10の剛性が充分に高い場合は、第2弾性変形状態S2の初期状態にしても良い。
その後、図6に示すごとく、第1壁部41と固定板16との間に固定具18を挿入する。これにより、第1弾性変形状態S1となった複合弾性部材5の押圧力fを使って、半導体モジュール2と冷却管3との接触圧を維持しつつ、積層体10をフレーム4内に固定する。
Next, as shown in FIG. 5, the compressive force applied to the composite
Thereafter, as shown in FIG. 6, the
なお、本例では、積層体配置工程(図2参照)を行った後、連続圧縮工程(図4、図5参照)を行っているが、これらを同時に行ってもよい。すなわち、フレーム4内に配置する前に、フレーム4の外部において、複合弾性部材5を使って積層体10を予め圧縮しておく。この際、複合弾性部材5に高圧縮力Fを加えて第2弾性変形状態S2にしておく。そして、高圧縮力Fを加えた状態で積層体10をフレーム4に入れ、その後、圧縮力を弱めて複合弾性部材5を第1弾性変形状態S1、または第2弾性変形状態S2の初期状態にする。
In addition, in this example, after performing a laminated body arrangement | positioning process (refer FIG. 2), although the continuous compression process (refer FIG. 4, FIG. 5) is performed, these may be performed simultaneously. In other words, before being placed in the
一方、図8〜図10に示すごとく、本例の電力変換装置1は、上記半導体モジュール2、フレーム4等の他、コンデンサ19、バスバー61〜63、端子台69を備える。これらの部品は、収容ケース6に収容されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 8 to 10, the
半導体モジュール2は、図10に示すごとく、複数のパワー端子22と、制御端子21とを備える。パワー端子22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22aと、直流電源の負電極に接続される負極端子22bと、交流負荷に接続される交流端子22cとがある。正極端子22aには正極バスバー61が溶接されており、負極端子22bには負極バスバー62が溶接されている。また、交流端子22cには交流バスバー63が溶接されている。正極バスバー61と負極バスバー62はコンデンサ19に接続している。
As shown in FIG. 10, the
制御端子21には、制御回路基板64が接続されている。この制御回路基板64によって、半導体モジュール2のスイッチング動作を制御することにより、正極端子22aと負極端子22b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22cから出力している。
A
本例の作用効果について説明する。本例における電力変換装置1の製造方法では、2つの弾性部材を組み合わせてなる複合弾性部材5を、X方向における一方側に配置して(弾性部材配置工程)、上記連続圧縮工程を行う。
このようにすると、図4に示すごとく、連続圧縮工程において、複合弾性部材5を介して高圧縮力F(複合弾性部材5を第2弾性変形状態S2にする力)を積層体10に加えるため、冷却管3と半導体モジュール2との間の放熱グリス11を薄く延すことができる。そしてこの後、図5に示すごとく、複合弾性部材5に加える圧縮力を弱めて複合弾性部材5を第1弾性変形状態S1にすることにより、積層体10を固定する力を加える工程に連続的に移行することができる。これにより、放熱グリス11を薄く延す工程と、積層体10を固定する力を加える工程を続けて行うことが可能になり、電力変換装置1の製造工数を低減することが可能になる。
また、連続圧縮工程を完了した後、図6に示すごとく、固定工程に連続的に移行することができる。この固定工程において、第1弾性変形状態S1となった複合弾性部材5を用いて積層体10をフレーム4に固定することができる。
The effect of this example will be described. In the manufacturing method of the
In this case, as shown in FIG. 4, in the continuous compression process, a high compressive force F (force that causes the composite
Moreover, after completing a continuous compression process, as shown in FIG. 6, it can transfer to a fixing process continuously. In this fixing step, the laminate 10 can be fixed to the
従来の電力変換装置1の製造方法では、高圧縮工程(図16参照)を行うための部材(治具917)と、低圧縮工程(図17参照)を行うための部材(弾性部材99)とが別々になっていたため、高圧縮工程を行った後、治具917を取り外して代わりに弾性部材99を入れなければ低圧縮工程を行うことができず、これらの圧縮工程を連続して行うことができないという問題があった。これに対して、本例の電力変換装置1の製造方法では、一つの部材(複合弾性部材5)を用いて高圧縮工程と低圧縮工程とを行うため、これらの圧縮工程を連続して行うことが可能になる。そのため、電力変換装置1の製造工数を減らすことができ、短時間で電力変換装置1を製造することができる。
In the conventional method for manufacturing the
なお、仮に、ばね定数が高い1個の弾性部材を介して積層体10に高圧縮力Fを加え、そのまま圧縮力を弱めずに、弾性部材の高い弾性力を利用して積層体10をフレーム4内に固定したとすると、圧縮工程を行う回数を1回にすることが可能であるが、この場合には、フレーム4の剛性がより必要となり、フレームが大型化しやすくなる。
In addition, if the high compression force F is applied to the
また、仮に、ばね定数が低い1個の弾性部材を介して積層体10に高圧縮力Fを加え、その後に圧縮力を弱め、弾性部材の弾性力を使って積層体10をフレーム4内に固定したとすると、2回の圧縮工程を連続して行うことができるが、この場合には、高圧縮力Fを加える際に弾性部材に高いストレスが加わり、弾性部材が破損しやすくなるという問題が生じる。
Further, if a high compressive force F is applied to the laminate 10 through one elastic member having a low spring constant, then the compressive force is weakened, and the laminate 10 is put into the
これに対して本例では、上記複合弾性部材5を用いるため、このような問題を防止できる。すなわち、図4に示すごとく、高圧縮力Fを加える場合には、ばね定数が高い弾性部材(外側コイルばね52)とばね定数が低い弾性部材(内側コイルばね51)とが両方とも弾性変形するため、ばね定数が低い弾性部材(内側コイルばね51)に高いストレスが加わることを防止できる。また、高圧縮力Fを加えた後、図5に示すごとく、圧縮力を弱めて積層体10を保持するため、この後はフレーム4に高圧縮力Fが加わらなくなる。そのため、フレーム4に高い剛性が要求されなくなり、フレーム4を小型化できる。
On the other hand, in this example, since the composite
また、図3〜図5に示すごとく、本例の複合弾性部材5は、直径および軸線方向長さが互いに異なる2つのコイルばね51,52を組み合わせてなる。そして、直径が大きい外側コイルばね52の内側に、外側コイルばね52よりも直径が小さい内側コイルばね51が配置されている。
このようにすると、外側コイルばね52の内側に内側コイルばね51が配置されているため、複合弾性部材5の外形が外側コイルばねの外形となり、複合弾性部材5を小型化することができる。
3-5, the composite
In this case, since the
なお、本例では、内側コイルばね51のばね定数は外側コイルばね52のばね定数よりも小さいが、これらのばね定数は互いに等しくてもよい。また、本例では、内側コイルばね51の方が、外側コイルばね52よりも軸線方向(X方向)における長さが長いが、外側コイルばね52の方を長くしてもよい。
In this example, the spring constant of the
以上のごとく、本例によれば、製造工数を低減でき、製造時間を短縮できる電力変換装置1と、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 the
(実施例2)
本例は図11に示すごとく、積層体10を収容ケース6に収容し、複合弾性部材5を使って、積層体10を収容ケース6内に固定した例である。複合弾性部材5は、実施例1と同様に、第2弾性変形状態S2の初期状態か、または第1弾性変形状態S1にしてある。本例では、収容ケース6がフレーム4を兼ねている。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 11, the
本例の電力変換装置1を製造する際には、実施例1と同様に、積層工程と、積層体配置工程と、弾性部材配置工程と、連続圧縮工程と、固定工程とを行う。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を有する。
When manufacturing the
In addition, the configuration and operational effects are the same as those of the first embodiment.
(実施例3)
本例は、複合弾性部材5の形状を変更した実施例である。図12に示すごとく、本例の複合弾性部材5は、コイルばね53と、該コイルばね53よりもばね定数が高い皿ばね54とを組み合わせてなる。コイルばね53の軸線方向(X方向)において、コイルばね53の長さは、皿ばね54の長さよりも長い。皿ばね54は本体部541と、該本体部541から突出した複数の脚部542と、本体部541に形成された貫通穴540とを備える。貫通穴540にコイルばね53が挿入されている。皿ばね54に圧縮力を加えると、本体部541と脚部542との間の角度θが広がりながら、皿ばね54が弾性変形する。
(Example 3)
This example is an example in which the shape of the composite
固定板16と治具17を使って複合弾性部材5に圧縮力を加えると、まずコイルばね53が弾性変形し、続いてコイルばね53と皿ばね54とが両方とも弾性変形する。コイルばね53のみが弾性変形する状態が第1弾性変形状態S1であり、コイルばね53と皿ばね54とが両方とも弾性変形する状態が第2弾性変形状態S2である。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
When a compression force is applied to the composite
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。本例では、複合弾性部材5に皿ばね54が使われているため、皿ばね54の複数の脚部542によって圧縮力をしっかりと受け止めることができる。そのため、複合弾性部材5がぐらつきにくく、安定化しやすい。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
The effect of this example will be described. In this example, since the
In addition, the configuration and operational effects similar to those of the first embodiment are provided.
(実施例4)
本例は、複合弾性部材5の形状を変更した実施例である。図13に示すごとく、本例の複合弾性部材5は、ばね定数が異なる2つのコイルばね55,56を直列に接続して構成されている。圧縮力を加えると、ばね定数が小さいコイルばね55が主に弾性変形し、複合弾性部材5が第1弾性変形状態S1となる。ばね定数が小さいコイルばね55が変形し終えた後、ばね定数が大きいコイルばねが弾性変形し、複合弾性部材5は第2弾性変形状態S2となる。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
Example 4
This example is an example in which the shape of the composite
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。本例では、2つの弾性部材(コイルばね55,56)が接続されて一つの複合弾性部材5となっているため、部品点数を低減することができる。また、電力変換装置1を製造する際に、2つのコイルばね55,56を別々に取り付ける必要がなくなり、製造工程を容易に行えるようになる。これにより、電力変換装置1の製造コストを低減することが可能になる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
The effect of this example will be described. In this example, since two elastic members (coil springs 55 and 56) are connected to form one composite
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例5)
本例は、複合弾性部材5の形状を変更した実施例である。図14に示すごとく、本例の複合弾性部材5は、コイルばね57と、該コイルばね57よりもばね定数が高い筒状弾性部材58とを組み合わせてなる。筒状弾性部材58は、ゴム等の弾性材料からなる。また、筒状弾性部材58の内側にコイルばね57が配置されている。
このようにすると、筒状弾性部材58の内側にコイルばね57が配置されているため、複合弾性部材5を小型化しやすい。また、筒状弾性部材58はコイルばねよりも低コストで製造できるため、実施例1のように2つのコイルばね51,52を組み合わせた場合と比較して、複合弾性部材5の製造コストを低減しやすい。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を有する。
(Example 5)
This example is an example in which the shape of the composite
If it does in this way, since the
In addition, the configuration and operational effects are the same as those of the first embodiment.
1 電力変換装置
10 積層体
11 放熱グリス
2 半導体モジュール
3 冷却管
4 フレーム
5 複合弾性部材
51,52 弾性部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
半導体素子を内蔵する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、これらの間に放熱グリスを介在させた状態で積層して積層体を製造する積層工程と、
上記積層体をフレームの内側に配置する積層体配置工程と、
2個の弾性部材を組み合わせてなり、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態と、該第1弾性変形状態の後に現れ上記ばね定数が上記第1弾性変形状態よりも高い第2弾性変形状態との、2つの弾性変形状態を経て変位する複合弾性部材を、上記積層体に対して、該積層体の積層方向における一方側に配置する弾性部材配置工程と、
上記複合弾性部材が上記第2弾性変形状態となる高圧縮力を加えることにより、上記複合弾性部材を弾性変形させつつ上記積層体を上記積層方向に圧縮し、その後、上記圧縮力を弱めて上記複合弾性部材を上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態にする連続圧縮工程と、
上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態になった上記複合弾性部材の押圧力を使って上記積層体を上記フレーム内に固定する固定工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。 A method for manufacturing a power converter,
A stacking step of manufacturing a stack by stacking a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements, and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules, with heat dissipation grease interposed therebetween,
A laminated body arranging step of arranging the laminated body inside the frame;
Combining two elastic members, and applying a compressive force, a first elastic deformation state having a relatively low spring constant, and the spring constant appearing after the first elastic deformation state is greater than the first elastic deformation state. An elastic member disposing step of disposing a composite elastic member that is displaced through two elastic deformation states with a higher second elastic deformation state on one side in the stacking direction of the stack with respect to the stack;
The composite elastic member is compressed in the stacking direction while elastically deforming the composite elastic member by applying a high compressive force that causes the composite elastic member to be in the second elastic deformation state, and then the compressive force is weakened and the composite elastic member is compressed. A continuous compression step of bringing the composite elastic member into the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state;
And a fixing step of fixing the laminated body in the frame using a pressing force of the composite elastic member in the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state. A method for manufacturing a conversion device.
上記積層体を内側に保持するフレームと、
上記フレームを構成する壁部のうち上記積層体の積層方向における一方側に位置する第1壁部と、上記積層体との間に配置され、2個の弾性部材を組み合わせてなる複合弾性部材とを備え、
該複合弾性部材は、圧縮力を加えるに従って、ばね定数が相対的に低い第1弾性変形状態と、該第1弾性変形状態の後に現れ上記ばね定数が上記第1弾性変形状態よりも高い第2弾性変形状態との、2つの弾性変形状態を経て変位するよう構成され、上記第2弾性変形状態の初期状態または上記第1弾性変形状態となった上記複合弾性部材の押圧力により、上記積層体を上記積層方向に押圧して上記フレーム内に固定していることを特徴とする電力変換装置。 A laminated body in which a plurality of semiconductor modules containing semiconductor elements and a plurality of cooling pipes for cooling the semiconductor modules are laminated with heat dissipation grease interposed therebetween;
A frame for holding the laminate inside,
A composite elastic member formed by combining two elastic members, disposed between the first wall portion located on one side in the stacking direction of the stacked body among the wall portions constituting the frame, and the stacked body. With
The composite elastic member has a first elastic deformation state with a relatively low spring constant as a compressive force is applied, and a second elastic constant that appears after the first elastic deformation state and has a higher spring constant than the first elastic deformation state. The laminated body is configured to be displaced through two elastic deformation states, ie, an elastic deformation state, by the pressing force of the composite elastic member in the initial state of the second elastic deformation state or the first elastic deformation state. Is pressed in the laminating direction and fixed in the frame.
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