JP2014011936A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加圧部材の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止することができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール21と、冷却管22とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有する電力変換装置(3)である。半導体積層ユニット2の積層方向Zの端部29には、半導体積層ユニット2を積層方向Zに加圧する加圧部材1が配置されている。加圧部材1は、当接プレート12とこれを半導体積層ユニット2に向かって押圧する弾性部材11とを有する。当接プレート12の前面部120又は弾性部材11のいずれか一方は、前面部120又は弾性部材11から突出する凸部13を有し、他方は凸部13と係合する凹部14を有している。凸部13が凹部14、141、142に挿入された状態で当接プレート12の前面部120と弾性部材11とは重ね合わされている。
【選択図】図1
【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール21と、冷却管22とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有する電力変換装置(3)である。半導体積層ユニット2の積層方向Zの端部29には、半導体積層ユニット2を積層方向Zに加圧する加圧部材1が配置されている。加圧部材1は、当接プレート12とこれを半導体積層ユニット2に向かって押圧する弾性部材11とを有する。当接プレート12の前面部120又は弾性部材11のいずれか一方は、前面部120又は弾性部材11から突出する凸部13を有し、他方は凸部13と係合する凹部14を有している。凸部13が凹部14、141、142に挿入された状態で当接プレート12の前面部120と弾性部材11とは重ね合わされている。
【選択図】図1
Description
本発明は、電力変換回路を構成する半導体モジュールの冷却手段を備えた電力変換装置に関する。
DC−DCコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、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られることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となっている。
それゆえ、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するIGBT等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となっている。
それゆえ、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するIGBT等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
そこで、特許文献1に示すように、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一に冷却することができるように、冷媒の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の冷却管が配置されている電力変換装置が提案されている。そして、該電力変換装置は、冷却管の間に半導体モジューを挟持した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端部に半導体積層ユニットを積層方向に加圧するばね部材とを有する。
該ばね部材は、半導体積層ユニットの積層方向の端面をなす冷却管の主面に対して、当接プレートを介して当接している。これにより、冷却管の主面に対して、ばね部材による押圧力が作用するようにしてある。
また、複数の板ばねを重ね合わせ、リベット様の接合部材により接合してばね部材を構成し、接合部材の前方突出部を当接プレートの前面部に設けられた前方穴部に挿通配置する技術が開発されている。かかる構成によりばね部材と当接プレートとの位置決めを容易かつ確実にすることが可能になる。
また、複数の板ばねを重ね合わせ、リベット様の接合部材により接合してばね部材を構成し、接合部材の前方突出部を当接プレートの前面部に設けられた前方穴部に挿通配置する技術が開発されている。かかる構成によりばね部材と当接プレートとの位置決めを容易かつ確実にすることが可能になる。
しかしながら、従来の電力変換装置においては、ばね部材等の弾性部材と当接プレートとを固定するために、接合部材という接合用の別部材を用いている。そのため、部品点数が増えて、重量の増大及び製造コストの増大を招く要因となっている。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、加圧部材の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止することができる電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、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交互に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であって、
上記半導体積層ユニットの積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配置されており、
該加圧部材は、上記半導体積層ユニットにおける積層方向の端部に当接する当接プレートと、該当接プレートを上記半導体積層ユニットに向かって押圧する弾性部材とを有し、
上記当接プレートは、上記冷却管の主面に当接する前面部と、該前面部の両端を折り曲げて上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に立設する一対のリブ部と、該一対のリブ部のうちの少なくとも一方から他方へ向かって伸びるように形成された後方支持部とを有し、
上記弾性部材は、上記前面部と上記一対のリブ部と上記後方支持部との間に保持されており、
上記当接プレートの上記前面部又は上記弾性部材のいずれか一方は、上記前面部又は上記弾性部材から突出する凸部を有し、他方は該凸部と係合する凹部を有しており、上記凸部が上記凹部に挿入された状態で上記当接プレートの上記前面部と上記弾性部材とが重ね合わ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)。
上記半導体積層ユニットの積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配置されており、
該加圧部材は、上記半導体積層ユニットにおける積層方向の端部に当接する当接プレートと、該当接プレートを上記半導体積層ユニットに向かって押圧する弾性部材とを有し、
上記当接プレートは、上記冷却管の主面に当接する前面部と、該前面部の両端を折り曲げて上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に立設する一対のリブ部と、該一対のリブ部のうちの少なくとも一方から他方へ向かって伸びるように形成された後方支持部とを有し、
上記弾性部材は、上記前面部と上記一対のリブ部と上記後方支持部との間に保持されており、
上記当接プレートの上記前面部又は上記弾性部材のいずれか一方は、上記前面部又は上記弾性部材から突出する凸部を有し、他方は該凸部と係合する凹部を有しており、上記凸部が上記凹部に挿入された状態で上記当接プレートの上記前面部と上記弾性部材とが重ね合わ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)。
上記加圧部材においては、上記当接プレートの上記前面部又は上記弾性部材のいずれか一方が上記凸部を有し、他方が該凸部と係合する凹部を有している。そして、上記凸部が上記凹部に挿入された状態で上記当接プレートの上記前面部と上記弾性部材とが重ね合わされている。
そのため、上記当接プレートの上記前面部に上記弾性部材を重ね合わせて上記加圧部材を構成する際に、上記当接プレートと上記弾性部材との位置決めを容易に行うことができる。即ち、上記凸部と上記凹部を係合させることにより、上記当接プレートと上記弾性部材の位置決めを容易に行うことができる。
そのため、上記当接プレートの上記前面部に上記弾性部材を重ね合わせて上記加圧部材を構成する際に、上記当接プレートと上記弾性部材との位置決めを容易に行うことができる。即ち、上記凸部と上記凹部を係合させることにより、上記当接プレートと上記弾性部材の位置決めを容易に行うことができる。
また、上記のごとく、上記凸部及び上記凹部を係合させることにより位置決めを行うため、従来のようにリベット用の別部材を用いる必要がなくなる。そのため、加圧部材の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止することができる。
また、上記弾性部材は、上記前面部と上記一対のリブ部と上記後方支持部との間に保持されている。そのため、上記加圧部材において、上記弾性部材が上記当接プレートから脱落することを防止することができる。これにより、弾性部材と当接プレートとを一体化してなる加圧部材を電力変換装置に組み付けることができるため、加圧部材の組付けを容易に行うことができる。
また、上記当接プレートは、一対のリブ部を有している。そのため、当接プレートは、上記リブ部により曲げ剛性が向上している。そのため、弾性部材の弾性力によって当接プレートが押圧されても、当接プレートが反ることを防ぐことができる。それ故、当接プレートの前面部により、上記半導体積層ユニットを全体にわたってその積層方向に均一に押圧することができる。これにより、半導体モジュールと冷却管とを面接触させて充分に密着させることができ、半導体モジュールから上記冷却管へと充分に伝熱することができる。その結果、半導体モジュールを充分に冷却することができる。
次に、上記電力変換装置の好ましい実施形態について説明する。
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。
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。
上記当接プレートは、上記前面部と、上記一対のリブ部と、該一対のリブ部のうちの少なくとも一方から他方へ向かって伸びるように形成された後方支持部とを有する。
上記後方支持部は、一つでもよいが複数形成することもできる。また、一対のリブ部のうち、一方から他方へ延設された後方支持部と、他方から一方へ延設された後方支持部とが併設されていてもよい。好ましくは、後方支持部は、一対のリブ部の双方に形成されていることが好ましい。この場合には、上記加圧部材において、上記弾性部材の上記当接プレートからの脱落をより確実に防止することができる。
上記後方支持部は、一つでもよいが複数形成することもできる。また、一対のリブ部のうち、一方から他方へ延設された後方支持部と、他方から一方へ延設された後方支持部とが併設されていてもよい。好ましくは、後方支持部は、一対のリブ部の双方に形成されていることが好ましい。この場合には、上記加圧部材において、上記弾性部材の上記当接プレートからの脱落をより確実に防止することができる。
また、上記当接プレートは、上記前面部と上記一対のリブ部と上記後方支持部とを一体的に構成させることができる。即ち、上記一対のリブ部及び上記後方支持部は、上記当接プレートの一部によって構成することができ、一枚の板状体を折り曲げ加工することにより形成することができる。
上記当接プレートの上記前面部又は上記弾性部材のいずれか一方は、上記前面部又は上記弾性部材から突出する凸部を有し、他方は該凸部と係合する上記凹部を有する。即ち、前面部に凸部を形成する場合には弾性部材に凹部を形成し、弾性部材に凸部を形成する場合には前面部に凹部を形成することができる。凸部と凹部はそれぞれ一つずつ形成することもできるが、2つ以上形成してもよい。
凸部は、例えば打ち出し加工により形成することができる。この場合には、簡単に凸部を形成することができる。また、打ち出し加工により凸部を形成すると、凸部形成面(突出面)の反対面側に窪みが形成される。この窪みの開口部の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。
凹部としては、有底の窪みを形成することもできるが、前面部又は弾性部材を貫通する貫通穴を形成することもできる。
好ましくは、上記凹部は貫通穴であることがよい(請求項6)。
この場合には、凹部を容易に形成することができる。凹部の開口部の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。
好ましくは、上記凹部は貫通穴であることがよい(請求項6)。
この場合には、凹部を容易に形成することができる。凹部の開口部の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。
上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に上記前面部から突出する上記凸部を有し、上記弾性部材は、上記凸部と係合する上記凹部を有することが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記当接プレートの上記前面部に形成された上記凸部に上記弾性部材に形成された上記凹部を挿入させた状態で上記当接プレートと上記弾性部材を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
この場合には、上記当接プレートの上記前面部に形成された上記凸部に上記弾性部材に形成された上記凹部を挿入させた状態で上記当接プレートと上記弾性部材を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
また、上記弾性部材が上記半導体積層ユニット側に突出する上記凸部を有し、上記当接プレートが上記前面部に上記凸部と係合する上記凹部を有していてもよい(請求項3)。
この場合には、上記当接プレートの上記前面部に形成された凹部に上記弾性部材に形成された上記凸部を挿入させた状態で上記当接プレートと上記弾性部材を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
また、この場合には、貫通穴などからなる凹部を弾性部材に形成することを回避することができる。そのため、弾性部材の破損を防止することができる。
弾性部材は、その弾性力により当接プレートの前面部を上記半導体積層ユニット側に押圧するため、弾性部材に貫通穴などの凹部があると、弾性力により弾性部材が破損してしまうおそれがある。上述のごとく、弾性部材に凸部を形成し、当接プレートに凹部を形成すると、弾性部材に凹部を形成する必要がなくなるため、弾性部材の破損を回避することができる。
この場合には、上記当接プレートの上記前面部に形成された凹部に上記弾性部材に形成された上記凸部を挿入させた状態で上記当接プレートと上記弾性部材を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
また、この場合には、貫通穴などからなる凹部を弾性部材に形成することを回避することができる。そのため、弾性部材の破損を防止することができる。
弾性部材は、その弾性力により当接プレートの前面部を上記半導体積層ユニット側に押圧するため、弾性部材に貫通穴などの凹部があると、弾性力により弾性部材が破損してしまうおそれがある。上述のごとく、弾性部材に凸部を形成し、当接プレートに凹部を形成すると、弾性部材に凹部を形成する必要がなくなるため、弾性部材の破損を回避することができる。
上記加圧部材において、上記凸部の先端は、上記凹部内に配置されていることが好ましい(請求項4)。
この場合には、凸部の先端が貫通穴などの凹部を突き抜けて露出することを防止することができる。
この場合には、凸部の先端が貫通穴などの凹部を突き抜けて露出することを防止することができる。
上記当接プレートが凸部を有し、上記弾性部材が該弾性部材を厚み方向に貫通する貫通穴からなる凹部を有する場合には、上記凸部の突出幅を上記弾性部材の厚みよりも大きくすることも可能である。この場合には、弾性部材の貫通穴に挿入された凸部が弾性部材の厚みを突き抜けて、上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に突出し、弾性部材側から凸部の先端が露出する。そのため、凸部が露出した部分において、加圧部材における半導体積層ユニットの反対側のスペースが小さくなる。上記のように、上記凸部の先端を上記凹部内に配置させると、凸部の露出を防止することができる。そのため、加圧部材における上記半導体積層ユニットの反対側のスペースを確保することができる。
一方、上記当接プレートが凹部を有し、弾性部材が凸部を有する場合において、上記凸部の先端が、上記当接プレートの前面部に形成された凹部を突き抜けて露出する場合には、上記半導体積層ユニットに当接する当接面側から凸部が露出してしまう。そのため、当接プレートの前面部が十分に半導体積層ユニットを押圧することができなくなるおそれがある。
したがって、上記凸部は、上記凹部を突き抜けておらず、上述のごとく上記凸部の先端は上記凹部内に配置されていることが好ましい。
したがって、上記凸部は、上記凹部を突き抜けておらず、上述のごとく上記凸部の先端は上記凹部内に配置されていることが好ましい。
上記弾性部材は、板ばね又は皿ばねを用いることができる(請求項5)。
上記弾性部材としては、一枚の金属板からなる板ばね又は皿ばねを用いることができるが、二枚以上の金属板を重ねあわせた板ばね又は皿ばねを用いることもできる。より好ましくは、板ばねがよい。
上記弾性部材としては、一枚の金属板からなる板ばね又は皿ばねを用いることができるが、二枚以上の金属板を重ねあわせた板ばね又は皿ばねを用いることもできる。より好ましくは、板ばねがよい。
(実施例1)
次に、電力変換装置の実施例について、図1〜図8を用いて説明する。
本例の電力変換装置3は、図1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、該半導体モジュール21を冷却する冷却管22とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有する。
半導体積層ユニット2の積層方向Zの端部29には、該半導体積層ユニット2を積層方向Zに加圧する加圧部材1が配置されている。なお、本実施例においては、加圧部材1が半導体積層ユニット2を押圧する方向を前方Z1といい、その反対側を後方Z2という。
次に、電力変換装置の実施例について、図1〜図8を用いて説明する。
本例の電力変換装置3は、図1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、該半導体モジュール21を冷却する冷却管22とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有する。
半導体積層ユニット2の積層方向Zの端部29には、該半導体積層ユニット2を積層方向Zに加圧する加圧部材1が配置されている。なお、本実施例においては、加圧部材1が半導体積層ユニット2を押圧する方向を前方Z1といい、その反対側を後方Z2という。
図1〜図8に示すごとく、加圧部材1は、半導体積層ユニット2の積層方向Zにおける後方Z2側の端部29に当接する当接プレート12と、該当接プレート12を半導体積層ユニット2に向かって押圧する弾性部材11とを有する。
当接プレート12は、冷却管22の主面220に当接する平板状の前面部120と、該前面部120の幅方向Yの両端を折り曲げて半導体積層ユニット2から遠ざかる方向に立設された一対のリブ部121と、該一対のリブ部121の一方から他方へ向かって形成されて弾性部材11を支持する後方支持部122とを一体的に構成してなる。本例において、後方支持部122は、一対のリブ部121の双方から延設されており、幅方向Yに対向するように配置されている。弾性部材11は、前面部120と一対のリブ部12と後方支持部122との間に保持されている。本例において、後方支持部122は、弾性部材11側に曲げられており、後方支持部122の先端が弾性部材11に当接している。
当接プレート12は、冷却管22の主面220に当接する平板状の前面部120と、該前面部120の幅方向Yの両端を折り曲げて半導体積層ユニット2から遠ざかる方向に立設された一対のリブ部121と、該一対のリブ部121の一方から他方へ向かって形成されて弾性部材11を支持する後方支持部122とを一体的に構成してなる。本例において、後方支持部122は、一対のリブ部121の双方から延設されており、幅方向Yに対向するように配置されている。弾性部材11は、前面部120と一対のリブ部12と後方支持部122との間に保持されている。本例において、後方支持部122は、弾性部材11側に曲げられており、後方支持部122の先端が弾性部材11に当接している。
また、図2〜5、図7、及び図8に示すごとく、当接プレート12の前面部120の中央には、半導体積層ユニット2から遠ざかる方向、即ち後方Z2の方向に前面部120から突出する凸部13(131)を有している。凸部131は、前面部120が半導体積層ユニット2と当接する当接面123側からその反対面124側へ向けて打ち出し加工を行うことにより形成されている。凸部131は、前面部120の当接面123側から反対面124側に突出する。凸部131の当接面123側には窪み133が形成されている(図2、図5、図7、及び図8参照)。
また、図1、図3、図4、図6、図7、及び図9に示すごとく、弾性部材11は、厚み2mmの一枚の金属板からなる板ばねである。弾性部材11は、その中央部が当接プレート12の前面部120側に円弧状に湾曲した押圧部113と、押圧部113の長さ方向Xの両側において押圧部113と同方向に湾曲した被支承部114とからなる。
また、弾性部材11の中央には、当接プレート12の前面部120に形成された凸部131と係合する凹部14(141)が形成されている。本例において、凹部141は、板ばねからなる弾性部材11を厚み方向に貫通する貫通穴である。
また、弾性部材11の中央には、当接プレート12の前面部120に形成された凸部131と係合する凹部14(141)が形成されている。本例において、凹部141は、板ばねからなる弾性部材11を厚み方向に貫通する貫通穴である。
図3、図4、図7、及び図8に示すごとく、当接プレート12と弾性部材11は、凸部131が凹部141に挿入された状態で重ね合わされている。凸部131の突出量は、例えば弾性部材11の厚みと略同程度以下、即ち2mm程度以下とすることができる。本例において、凸部131の先端は、凹部141内に配置されており、弾性部材11よりも後方Z2側には露出していない。
弾性部材11を当接プレート12に組付けて加圧部材1を得るにあたっては、まず、図9に示すごとく、弾性部材11として中央に所定の直径の貫通孔からなる凹部141を有する板ばねを準備する。また、図10に示すごとく、幅方向Yの両端に一対のリブ部121を有し、前面部120の中央に反対面124側に突出する凸部131を有する当接プレート12を準備する。一対のリブ部121は、金属板の両端を直角に屈曲させることにより形成することができる。また、一対のリブ部121には、それぞれリブ部121から延設された一対の後方支持部122が形成されている。
そして、図10に示す状態、即ち、一対の後方支持部122が一対のリブ部121とそれぞれ同一平面上にある状態の当接プレート12に対して、弾性部材11を前面部120の反対面123側から重ね合わせる(図11参照)。このとき、図11に示すごとく、弾性部材11の凹部141を当接プレート12の前面部120に形成された凸部131に挿入することにより弾性部材11と当接プレート12との位置決めを行う。
そして、図10に示す状態、即ち、一対の後方支持部122が一対のリブ部121とそれぞれ同一平面上にある状態の当接プレート12に対して、弾性部材11を前面部120の反対面123側から重ね合わせる(図11参照)。このとき、図11に示すごとく、弾性部材11の凹部141を当接プレート12の前面部120に形成された凸部131に挿入することにより弾性部材11と当接プレート12との位置決めを行う。
次いで、図2〜図4、及び図6〜図8に示すごとく、後方支持部122をリブ部121と略直角となるように内側に屈曲させ、さらに後方支持部122が弾性部材11に当接するまで屈曲させる(図8参照)。
これにより、弾性部材11を、当接プレート12における前面部120と一対のリブ部121と後方支持部122との間に保持し、弾性部材11は当接プレート12から外れない状態となる。
以上により、加圧部材1を得ることができる。
これにより、弾性部材11を、当接プレート12における前面部120と一対のリブ部121と後方支持部122との間に保持し、弾性部材11は当接プレート12から外れない状態となる。
以上により、加圧部材1を得ることができる。
図1に示すごとく、電力変換装置3は、半導体積層ユニット2、加圧部材1などを収容するケース30を有する。ケース30においては、加圧部材1を半導体積層ユニット2との間に狭持する側面301に、加圧部材1が半導体積層ユニット2を押圧する方向、即ち前方方向Z1に突出する2つの支承部31が形成されている。支承部31には、加圧部材1の弾性部材11の被支承部114が係止される。そして、支承部31と半導体積層ユニット2との間において、弾性部材11が前後に拡がる方向に付勢された状態で、半導体積層ユニット2の一端29に加圧部材1が配置されている。そのため、弾性部材11は、押圧部113において当接プレートを押圧する(図7参照)。これにより、図1に示すごとく、加圧部材1は半導体積層ユニット2を積層方向に押圧している。また、本例においては、ケース30に一体的に形成された支承部31に、弾性部材11の被支承部114を係止させているが、支承部31の代わりにケース30の側面301に一対の支承ピン(図示略)を配置し、これらの支承ピン(図示略)に弾性部材11の被支承部114を係止させる構成にすることもできる。
電力変換装置3は、例えば、DC−DCコンバータやインタバータ等である。そして、電力変換装置3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。
また、電力変換装置3は、半導体積層ユニット2のほか、半導体モジュール21に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有している。
また、電力変換装置3は、半導体積層ユニット2のほか、半導体モジュール21に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有している。
半導体積層ユニット2は、図1に示すごとく、複数の半導体モジュール21と冷却管22とを交互に積層してなり、各冷却管22の両端を、冷媒の供給を担う冷媒供給ヘッダ232と冷媒の排出を担う冷媒排出ヘッダ233とに連通させた多層積層構造のユニットである。本例では、隣り合わせに積層した冷却管22の間に半導体モジュール21を配置してある。
本例の冷却管22は、内部に、例えば、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、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流動させる中空部を有してなる管である。
そして、図1に示すごとく、冷媒入口231より冷媒供給ヘッダ232を介して冷却管22へと供給された冷媒は、冷却管22内を通過する際に、冷却管22と絶縁材を介して面接触することができるように設けられた半導体モジュール21の放熱板(図示略)から受熱する。そして、受熱した冷媒は、さらに冷却管22内を通過し、冷媒排出ヘッダ233を介して冷媒出口234へ向かって流れて、そこから排出される。
このようにして、半導体積層ユニット2においては、冷媒を冷却管22内において循環させて、半導体素子との熱交換を行うことにより、半導体モジュール21を冷却する。
そして、上述したように、半導体積層ユニット2の積層方向の端部29には、図1に示すごとく、当接プレート12と弾性部材11とにより構成される加圧部材1が配されている。
このようにして、半導体積層ユニット2においては、冷媒を冷却管22内において循環させて、半導体素子との熱交換を行うことにより、半導体モジュール21を冷却する。
そして、上述したように、半導体積層ユニット2の積層方向の端部29には、図1に示すごとく、当接プレート12と弾性部材11とにより構成される加圧部材1が配されている。
本例においては、半導体積層ユニット2の積層方向における一端28に冷媒入口231及び冷媒出口234を形成し、その反対側の端部29に加圧部材1を配置した例を示すが、加圧部材1を、積層方向における冷媒入口231及び冷媒出口234を形成した端部28に配置してもよい。即ち、加圧部材1は、半導体積層ユニット2の積層方向Zにおけるいずれの端部に配置してもよい。また、積層方向Zの両端に加圧部材1を配置する構成も可能である。
また、本例においては、図1に示すごとく、6個の半導体モジュール21を直列に積層してなる半導体積層ユニット2を用いた。半導体モジュール21の積層パターンはこれに限定されず、半導体モジュールを並列に積層してなる半導体積層ユニットを用いることもできる。例えば並列に配置した2つの半導体モジュールをそれぞれ積層方向に6つずつ配置して合計12個の半導体モジュールを有する半導体積層ユニットを用いることもできる。
また、冷媒入口231と冷媒出口234は、本例のごとく両方を一方向に突出するように配設してもよいし、それぞれ異なる方向へ突出するように配設してもよい。例えば、冷媒入口231と冷媒出口234とのいずれか一方を、半導体積層ユニット2における前方に配された冷却管22から前方Z1に向かって突出するように配し、他方を半導体積層ユニット2における後方に配された冷却管22から後方Z2に向かって突出するように配してもよい。
次に、本例の電力変換装置3の作用効果について説明する。
図2〜図8に示すごとく、加圧部材1においては、当接プレート12の前面部120又は弾性部材11のいずれか一方が凸部13を有し、他方が凸部13と係合する凹部14を有している。そして、凸部13が凹部14に挿入された状態で当接プレート12の前面部120と弾性部材11とが重ね合わされている。
そのため、当接プレート12の前面部120に弾性部材11を重ね合わせて加圧部材1を構成する際に、当接プレート12と弾性部材11との位置決めを容易に行うことができる(図9〜図11参照)。即ち、凸部13と凹部14を係合させることにより、当接プレート12と弾性部材11との位置決めを容易に行うことができる。
図2〜図8に示すごとく、加圧部材1においては、当接プレート12の前面部120又は弾性部材11のいずれか一方が凸部13を有し、他方が凸部13と係合する凹部14を有している。そして、凸部13が凹部14に挿入された状態で当接プレート12の前面部120と弾性部材11とが重ね合わされている。
そのため、当接プレート12の前面部120に弾性部材11を重ね合わせて加圧部材1を構成する際に、当接プレート12と弾性部材11との位置決めを容易に行うことができる(図9〜図11参照)。即ち、凸部13と凹部14を係合させることにより、当接プレート12と弾性部材11との位置決めを容易に行うことができる。
本例において、図1〜図8に示すごとく、当接プレート12は、半導体積層ユニット2から遠ざかる方向に前面部120から突出する凸部131を有し、弾性部材11は、凸部131と係合する凹部141を有する。そのため、当接プレート12の前面部120に形成された凸部131に弾性部材11に形成された凹部141を挿入させた状態で当接プレート12と弾性部材11を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
また、上記のごとく、凸部131及び凹部141を係合させることにより位置決めを行うため、従来のようにリベット用の別部材を用いる必要がなくなる。そのため、加圧部材1の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止することができる。
また、上記のごとく、凸部131及び凹部141を係合させることにより位置決めを行うため、従来のようにリベット用の別部材を用いる必要がなくなる。そのため、加圧部材1の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止することができる。
また、本例において、凹部141は弾性部材を厚み方向に貫通する貫通穴である。
そのため、凹部141を容易に形成することができる。
加圧部材1において、凸部131の先端は、凹部141内に配置されている。そのため、凸部131の先端が貫通穴からなる凹部141を突き抜けて露出することを防止することができる。本例においては、当接プレート12が凸部131を有し、弾性部材11が弾性部材11を厚み方向に貫通する貫通穴からなる凹部141を有する。この場合には、凸部131の突出幅を弾性部材11の厚みよりも大きくする構成も可能である。しかし、この場合には、弾性部材の貫通穴に挿入された凸部が弾性部材の厚みを突き抜けて、半導体積層ユニットから遠ざかる方向に突出し、弾性部材の後方側から凸部の先端が露出する(図示略)。そのため、凸部が露出した部分において、加圧部材における半導体積層ユニットの反対側のスペースが小さくなる。これに対し、本例のように、凸部131の先端を凹部141内に配置させると、凸部131が弾性部材11の後方Z2側から露出することを防止することができる(図7及び図8参照)。そのため、図1に示すごとく、加圧部材1における半導体積層ユニット2の反対側のスペース35をより十分に確保することができる。
そのため、凹部141を容易に形成することができる。
加圧部材1において、凸部131の先端は、凹部141内に配置されている。そのため、凸部131の先端が貫通穴からなる凹部141を突き抜けて露出することを防止することができる。本例においては、当接プレート12が凸部131を有し、弾性部材11が弾性部材11を厚み方向に貫通する貫通穴からなる凹部141を有する。この場合には、凸部131の突出幅を弾性部材11の厚みよりも大きくする構成も可能である。しかし、この場合には、弾性部材の貫通穴に挿入された凸部が弾性部材の厚みを突き抜けて、半導体積層ユニットから遠ざかる方向に突出し、弾性部材の後方側から凸部の先端が露出する(図示略)。そのため、凸部が露出した部分において、加圧部材における半導体積層ユニットの反対側のスペースが小さくなる。これに対し、本例のように、凸部131の先端を凹部141内に配置させると、凸部131が弾性部材11の後方Z2側から露出することを防止することができる(図7及び図8参照)。そのため、図1に示すごとく、加圧部材1における半導体積層ユニット2の反対側のスペース35をより十分に確保することができる。
また、弾性部材11は、前面部120と一対のリブ部121と後方支持部122との間に保持されている。そのため、加圧部材1において、弾性部材11が当接プレート12から脱落することを防止することができる。これにより、弾性部材11と当接プレート12とを一体化してなる加圧部材1を電力変換装置3に組み付けることができるため、加圧部材1の組付けを容易に行うことができる。
また、図1〜図8に示すごとく、当接プレート12は、一対のリブ部121を有している。そのため、当接プレート12は、リブ部121により曲げ剛性が向上している。そのため、弾性部材11の弾性力によって当接プレート12が押圧されても、当接プレート12が反ることを防ぐことができる。それ故、当接プレート12の前面部120により、半導体積層ユニット2を全体にわたってその積層方向Zに均一に押圧することができる。これにより、半導体モジュール21と冷却管22とを面接触させて充分に密着させることができ、半導体モジュール21から冷却管22へと充分に伝熱することができる。その結果、半導体モジュール21を充分に冷却することができる。
このように、本例によれば、加圧部材1の部品点数を減らすことができ、重量及び製造コストの増大を防止できる電力変換装置3を提供することができる。
(実施例2)
実施例1においては、当接プレートに凸部を形成し、弾性部材に凹部を形成して加圧部材を構成する例を示した。これに対し、本例は、弾性部材に凸部を形成し、当接プレートに凹部を形成して加圧部材を構成する例である。本例の加圧部材も、実施例1と同様に、半導体積層ユニットの積層方向の端部に配置され、電力変換装置を構成するために用いられる。
実施例1においては、当接プレートに凸部を形成し、弾性部材に凹部を形成して加圧部材を構成する例を示した。これに対し、本例は、弾性部材に凸部を形成し、当接プレートに凹部を形成して加圧部材を構成する例である。本例の加圧部材も、実施例1と同様に、半導体積層ユニットの積層方向の端部に配置され、電力変換装置を構成するために用いられる。
図12に示すごとく、本例の加圧部材1において、弾性部材11は、半導体積層ユニット側(当接プレート12の前面部120側)に突出する凸部132を有し、当接プレート12は、前面部120に凸部132と係合する凹部142を有する。弾性部材11の凸部132は、弾性プレート11の中央であって、円弧状に湾曲した押圧部113の中央に形成されている。凸部132は、積層方向Zの前方Z1、当接プレート12の前面部120側に突出している。凸部132は、打ち出し加工を行うことにより形成されており、凸部132の突出面とは反対面には、窪み134が形成されている。
また、当接プレート12の前面部120の中央には、弾性部材11に形成された凸部132と係合する凹部142が形成されている。本例において、凹部142は、前面部120を厚み方向に貫通する貫通穴である。
弾性部材11と当接プレート12とは、凸部132が凹部142に挿入された状態で重ね合わされている。凸部132の突出量は、例えば当接プレート12の前面部120の厚みと略同程度以下とすることができる。本例において、凸部132の先端は、凹部142内に配置されており、当接プレート12の前面部120の当接面123よりも前方Z1側には露出していない。
本例の加圧部材1及び電力変換装置は、その他には実施例1と同様の構成を有する。なお、図12は、実施例1の図7と同じ位置における断面を示すものである。
本例の加圧部材1及び電力変換装置は、その他には実施例1と同様の構成を有する。なお、図12は、実施例1の図7と同じ位置における断面を示すものである。
本例の加圧部材1は、弾性部材11が半導体積層ユニット側に突出する凸部132を有し、当接プレート12がその前面部120に凸部132と係合する凹部142を有している。
そのため、当接プレート12の前面部120に形成された凹部142に弾性部材11に形成された凸部132を挿入させた状態で当接プレート12と弾性部材11を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
そのため、当接プレート12の前面部120に形成された凹部142に弾性部材11に形成された凸部132を挿入させた状態で当接プレート12と弾性部材11を重ね合わせることにより容易に両者の位置決めを行うことができる。
また、貫通穴などからなる凹部142を弾性部材11に形成することを回避することができる。そのため、弾性部材11の破損を防止することができる。
弾性部材11は、その弾性力により当接プレート12の前面部120を半導体積層ユニット側に押圧するが、弾性部材に貫通穴などの凹部があると、弾性力により弾性部材11が破損してしまうおそれがある。本例のように、弾性部材11に凸部132を形成し、当接プレート12に凹部142を形成すると、弾性部材11に凹部142を形成する必要がなくなるため、弾性部材11の破損を回避することができる。
弾性部材11は、その弾性力により当接プレート12の前面部120を半導体積層ユニット側に押圧するが、弾性部材に貫通穴などの凹部があると、弾性力により弾性部材11が破損してしまうおそれがある。本例のように、弾性部材11に凸部132を形成し、当接プレート12に凹部142を形成すると、弾性部材11に凹部142を形成する必要がなくなるため、弾性部材11の破損を回避することができる。
また、本例のように、当接プレート12が凹部142を有し、弾性部材11が凸部132を有する場合においては、凸部132の突出量を大きくすると、凸部132の先端が、当接プレート12の前面部120に形成された凹部142を突き抜けて露出してしまうおそれがある。この場合には、半導体積層ユニット2に当接する当接面123側から凸部132が露出してしまう。その結果、当接プレート12の前面部120が十分に半導体積層ユニット2を押圧することができなくなるおそれがある。
本例においては、弾性部材11の凸部132の突出量を当接プレート12の前面部120の厚み以下にすることにより、図12に示すごとく凸部132の先端を前面部120の凹部142内に配置させている。
そのため、凸部132の先端が貫通穴などの凹部142を突き抜けて当接面123側に露出することを防止することができる
本例の加圧部材1は、その他に実施例1と同様の効果を奏する。なお、実施例1と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本例においては、弾性部材11の凸部132の突出量を当接プレート12の前面部120の厚み以下にすることにより、図12に示すごとく凸部132の先端を前面部120の凹部142内に配置させている。
そのため、凸部132の先端が貫通穴などの凹部142を突き抜けて当接面123側に露出することを防止することができる
本例の加圧部材1は、その他に実施例1と同様の効果を奏する。なお、実施例1と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
(実施例3)
実施例1及び2においては、弾性部材として一枚の板ばねを用いた例を示した。これに対し、本例においては、複数枚の板ばねを積層させた弾性部材を用いて加圧部材を構成する例である。本例の加圧部材も、実施例1と同様に、半導体積層ユニットの積層方向の端部に配置され、電力変換装置を構成するために用いられる。
実施例1及び2においては、弾性部材として一枚の板ばねを用いた例を示した。これに対し、本例においては、複数枚の板ばねを積層させた弾性部材を用いて加圧部材を構成する例である。本例の加圧部材も、実施例1と同様に、半導体積層ユニットの積層方向の端部に配置され、電力変換装置を構成するために用いられる。
図13に示すごとく、本例の加圧部材1において、弾性部材11は、前方板ばね115及び後方板ばね116という2枚の板ばねを重ね合わせてなる。前方板ばね115及び後方板ばね116は、その中央部が当接プレート12の前面部120側に円弧状に湾曲している。後方板ばね116は、その長さ方向の両側に、中央部と同方向に湾曲した被支承部114を有している。
当接プレート12の前面部120の中央には、凹部142が形成されている。凹部142は、前面部120を厚み方向に貫通する貫通穴である。
また、前方板ばね115は、その中央に半導体積層ユニット側(当接プレート12の前面部120側)に突出する凸部132を有する。凸部132は、当接プレートの前面部120に形成された凹部142に係合する。
また、後方板ばね116は、その中央に半導体積層ユニット2側(前方板ばね115側)に突出する接合凸部135を有する。凸部132及び接合凸部135は、積層方向Zの前方Z1、当接プレート12の前面部120側に突出している。凸部132及び接合凸部135は、打ち出し加工を行うことにより形成されており、凸部132及び接合凸部135の突出面とは反対面側には窪み134、136がそれぞれ形成されている。
また、前方板ばね115は、その中央に半導体積層ユニット側(当接プレート12の前面部120側)に突出する凸部132を有する。凸部132は、当接プレートの前面部120に形成された凹部142に係合する。
また、後方板ばね116は、その中央に半導体積層ユニット2側(前方板ばね115側)に突出する接合凸部135を有する。凸部132及び接合凸部135は、積層方向Zの前方Z1、当接プレート12の前面部120側に突出している。凸部132及び接合凸部135は、打ち出し加工を行うことにより形成されており、凸部132及び接合凸部135の突出面とは反対面側には窪み134、136がそれぞれ形成されている。
図13に示すごとく、後方板ばね116の接合凸部135は、前方板ばね115の窪み134に係合する。具体的には、後方板ばね116の接合凸部135は、前方板ばね115の窪み134内に挿入されている。前方板ばね115と後方板ばね116とを重ね合わせて積層型板ばね(弾性部材11)を構成する際には、上述のように後方板ばね116の接合凸部135を前方板ばね115の窪み134内に挿入することにより、前方板ばね115と後方板ばね116との位置決めを行うことができる。
また、当接プレート12の前面部120の中央には、上述のように前方板ばね115に形成された凸部132と係合する凹部142が形成されている。
弾性部材11と当接プレート12とは、前方板ばね115の凸部132が前面部120の凹部142に挿入された状態で重ね合わされている。凸部132の突出量は、例えば当接プレート12の前面部120の厚みと略同程度以下にすることができる。本例において、凸部132の先端は、前面部120の凹部142内に配置されており、当接プレート12の前面部120の当接面123よりも前方Z1側には露出していない。
本例の加圧部材1及び電力変換装置は、その他には実施例1と同様の構成を有する。なお、図13は、実施例1の図7と同じ位置における断面を示すものである。
弾性部材11と当接プレート12とは、前方板ばね115の凸部132が前面部120の凹部142に挿入された状態で重ね合わされている。凸部132の突出量は、例えば当接プレート12の前面部120の厚みと略同程度以下にすることができる。本例において、凸部132の先端は、前面部120の凹部142内に配置されており、当接プレート12の前面部120の当接面123よりも前方Z1側には露出していない。
本例の加圧部材1及び電力変換装置は、その他には実施例1と同様の構成を有する。なお、図13は、実施例1の図7と同じ位置における断面を示すものである。
本例のように、複数の板ばね115、116を重ね合わせて弾性部材11を構成する場合には、弾性部材11側に凸部132及び接合凸部136を形成すると共に、これらの突出面とは反対面側に窪み134、136を設けることができる。これにより、板ばね115、116同士を重ね合わせる際に、接合凸部136を窪み134に挿入することができるため、両者の位置決めを容易に行うことができる。また、複数の板ばねを重ね合わせてなる弾性部材11を当接プレート12に重ね合わせる際には、複数の板ばねのうち当接プレート12の前面部120に当接させる板ばね(前方板ばね115)の凸部132を、実施例2と同様に、前面部120の凹部142に挿入させる。これにより、複数の板ばねを重ね合わせてなる弾性部材11と、当接プレート12との位置決めを容易に行うことができる。
本例の加圧部材1は、その他に実施例1及び2と同様の効果を奏する。なお、実施例1と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本例の加圧部材1は、その他に実施例1及び2と同様の効果を奏する。なお、実施例1と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
1 加圧部材
11 弾性部材
12 当接プレート
13、131、132 凸部
14、141、142 凹部
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却管
3 電力変換装置
11 弾性部材
12 当接プレート
13、131、132 凸部
14、141、142 凹部
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却管
3 電力変換装置
Claims (6)
- 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)を冷却する冷却管(22)とを交互に積層してなる半導体積層ユニット(2)を有する電力変換装置(3)であって、
上記半導体積層ユニット(2)の積層方向の端部(29)には、該半導体積層ユニット(2)を積層方向に加圧する加圧部材(1)が配置されており、
該加圧部材(1)は、上記半導体積層ユニット(2)における積層方向の端部(29)に当接する当接プレート(12)と、該当接プレート(12)を上記半導体積層ユニット(2)に向かって押圧する弾性部材(11)とを有し、
上記当接プレート(12)は、上記冷却管(22)の主面(220)に当接する前面部(120)と、該前面部(120)の両端を折り曲げて上記半導体積層ユニット(2)から遠ざかる方向に立設する一対のリブ部(121)と、該一対のリブ部(121)のうちの少なくとも一方から他方へ向かって伸びるように形成された後方支持部(122)とを有し、
上記弾性部材(11)は、上記前面部(120)と上記一対のリブ部(121)と上記後方支持部(122)との間に保持されており、
上記当接プレート(12)の上記前面部(120)又は上記弾性部材(11)のいずれか一方は、上記前面部(120)又は上記弾性部材(11)から突出する凸部(13、131、132)を有し、他方は該凸部(13、131、132)と係合する凹部(14、141、142)を有しており、上記凸部(13、131、132)が上記凹部(14、141、142)に挿入された状態で上記当接プレート(12)の上記前面部(120)と上記弾性部材(11)とが重ね合わされていることを特徴とする電力変換装置(3)。 - 請求項1に記載の電力変換装置(3)において、上記当接プレート(12)は、上記半導体積層ユニット(2)から遠ざかる方向に上記前面部(120)から突出する上記凸部(131)を有し、上記弾性部材(11)は、上記凸部(131)と係合する上記凹部(141)を有することを特徴とする電力変換装置(3)。
- 請求項1に記載の電力変換装置(3)において、上記弾性部材(11)は、上記半導体積層ユニット(2)側に突出する上記凸部(132)を有し、上記当接プレート(12)は、上記前面部(120)に上記凸部(132)と係合する上記凹部(142)を有することを特徴とする電力変換装置(3)。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)において、上記凸部(131、132)の先端は、上記凹部(141、142)内に配置されていることを特徴とする
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)において、上記弾性部材(11)は、板ばね又は皿ばねであることを特徴とする電力変換装置(3)。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置(3)において、上記凹部(14、141、142)は貫通穴であることを特徴とする電力変換装置(3)。
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