JP2020089025A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion device in which a case is less likely to be deformed.SOLUTION: A power conversion device comprises: a layered unit 10 in which a power card 14 accommodating a semiconductor element and a cooler 12 are alternately layered; and a case accommodating the layered unit. In addition, a spring 18 that is fitted between an end face, in a layering direction, of the layered unit and a support portion 6 erecting from a bottom surface of the case, and that applies a load F in the layering direction to the layering unit; and a spacer 20 fitted between the support portion and the spring. A notch is provided at a corner between a surface opposite to the spacer of the support portion and an upper surface, and a projection 22 that engages with the notch is provided in a counter surface to the support portion of the spacer. A groove 28 is provided in a boundary with a projection on the counter surface and a bottom surface side of the projection, and a gap is ensured between a part higher than a groove in the counter surface and the support portion. Thus, interference between a fillet R3 that may arise at a root of the projection and an edge corner of the notch is avoided.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。特に、半導体素子を収容したパワーカードと冷却器を交互に積層した積層ユニットを備える電力変換装置に関する。 The technique disclosed in the present specification relates to a power conversion device. In particular, the present invention relates to a power conversion device including a laminated unit in which a power card containing a semiconductor element and a cooler are alternately laminated.

モータに電力を供給するインバータや電圧を変換する電圧コンバータでは、IGBTなどの発熱量の大きい半導体素子を他の回路とは別に集積し、集中的に冷却する構造が採用されることがある。そのような集積構造の一つに、発熱量の大きい半導体素子を収めた平板型のパワーカードと平板型の冷却器を交互に積層した積層ユニットが知られている。 An inverter that supplies electric power to a motor or a voltage converter that converts a voltage may employ a structure in which semiconductor elements such as IGBTs that generate a large amount of heat are integrated separately from other circuits and are cooled intensively. As one of such integrated structures, there is known a laminated unit in which a flat plate type power card containing a semiconductor element having a large heat generation and a flat plate type cooler are alternately laminated.

積層ユニットは、パワーカードから冷却器へ熱が良く伝わるように、積層方向に圧力が加えられた状態でケースに取り付けられる。具体的には、積層ユニットの積層方向の端面とケースの底面から立設している支持部との間にバネが嵌挿され、そのバネが積層ユニットに圧力を加える。一方、多数のパワーカードと冷却器が積層されている場合、積層ユニットは、積層方向の長さのばらつきが大きくなる。積層方向の長さのばらつきは、積層ユニットを押付ける力を不均一にさせ、パワーカードから冷却器への熱伝導効率を悪化させる要因の一つとなる。この積層ユニットを押付ける力のばらつきを抑制するために、特許文献1では、バネと支持部との間にスペーサを配している。スペーサは、突出長さの異なる複数の凸部を有しており、スペーサの凸部とケースの支持部の凹部が嵌合する。それぞれの凸部はスペーサの異なる面に設けられている。特許文献1は、スペーサの向きを変え、スペーサの凸部と支持部の凹部の組み合わせを変えることでバネと支持部の間の距離を調整することができる技術を開示している。特許文献1では上記した支持部をストッパ部と称している。 The laminated unit is attached to the case while pressure is applied in the laminating direction so that heat can be well transferred from the power card to the cooler. Specifically, a spring is fitted and inserted between an end face in the stacking direction of the stacked unit and a support portion standing upright from the bottom surface of the case, and the spring applies pressure to the stacked unit. On the other hand, when a large number of power cards and coolers are stacked, the stacking unit has a large variation in the length in the stacking direction. The variation in the length in the stacking direction is one of the factors that make the pressing force of the stacking unit non-uniform and deteriorate the heat transfer efficiency from the power card to the cooler. In Patent Document 1, a spacer is arranged between the spring and the supporting portion in order to suppress the variation in the pressing force of the laminated unit. The spacer has a plurality of convex portions having different protruding lengths, and the convex portion of the spacer and the concave portion of the supporting portion of the case fit into each other. The respective convex portions are provided on different surfaces of the spacer. Patent Document 1 discloses a technique in which the distance between the spring and the support portion can be adjusted by changing the direction of the spacer and changing the combination of the convex portion of the spacer and the concave portion of the support portion. In patent document 1, the above-mentioned support part is called a stopper part.

特開2013−162541号公報JP, 2013-162541, A

特許文献1に開示する電力変換装置では、スペーサの凸部と支持部の凹部が嵌合している。スペーサのケースに対する位置を固定するため、スペーサの凸部の側面と支持部の凹部の内側の面を当接させる。このため、スペーサの凸部の根元では、スペーサの直交する2面、すなわち、支持部との対向面と凸部の側面が支持部と当接する。 In the power conversion device disclosed in Patent Document 1, the protrusion of the spacer and the recess of the support are fitted together. In order to fix the position of the spacer with respect to the case, the side surface of the convex portion of the spacer is brought into contact with the inner surface of the concave portion of the support portion. Therefore, at the root of the protrusion of the spacer, the two orthogonal surfaces of the spacer, that is, the surface facing the support and the side surface of the protrusion contact the support.

スペーサの凸部の根元に微小なフィレット(2平面の境界の湾曲面)が形成されることがある。このフィレットは、スペーサの製造工程で発生するものである。先に述べたように、スペーサの凸部の根元では、直交する2面が支持部と当接しているため、スペーサの凸部の根元にフィレットが発生すると、支持部の凹部の縁の角とフィレットが干渉する。先に述べたように、スペーサは積層ユニットを押付ける力を弾性部材から受けている。また、支持部の凹部は支持部の上面に形成されているため、バネ荷重が凹部に偏ると支持部が変形しやすい。このため、スペーサの凸部の根元のフィレットと支持部の凹部の角が干渉すると、支持部は、上側が倒れてスペーサから離れる方向に変形する。 A minute fillet (a curved surface of a boundary between two planes) may be formed at the base of the convex portion of the spacer. This fillet is generated in the spacer manufacturing process. As described above, at the base of the convex portion of the spacer, two orthogonal surfaces are in contact with the supporting portion. Therefore, when a fillet occurs at the base of the convex portion of the spacer, the corner of the edge of the concave portion of the supporting portion is Fillets interfere. As described above, the spacer receives the force for pressing the laminated unit from the elastic member. Further, since the concave portion of the supporting portion is formed on the upper surface of the supporting portion, the supporting portion is easily deformed when the spring load is biased toward the concave portion. Therefore, when the fillet at the base of the convex portion of the spacer and the corner of the concave portion of the supporting portion interfere with each other, the supporting portion is deformed in a direction in which the upper side falls and moves away from the spacer.

支持部の上側がスペーサから離れる方向に変形すると、積層ユニットを押付ける力が小さくなる。本明細書では、スペーサの凸部の根元のフィレットと支持部の凹部の干渉による支持部の変形を抑制する電力変換装置を開示する。 When the upper side of the support portion is deformed in the direction away from the spacer, the force for pressing the laminated unit becomes small. This specification discloses a power conversion device that suppresses deformation of a support portion due to interference between a fillet at the base of a convex portion of a spacer and a recess of a support portion.

本明細書が開示する電力変換装置は、半導体素子を収容したパワーカードと冷却器を交互に積層した積層ユニットと、積層ユニットを収容するケースを備えている。また、この電力変換装置は、積層ユニットの積層方向の端面と、ケースの底面から立設している支持部との間に嵌挿されており、積層ユニットに積層方向の荷重を加えるバネと、支持部とバネの間に嵌挿されているスペーサを備えている。 The power conversion device disclosed in the present specification includes a laminated unit in which a power card containing a semiconductor element and a cooler are alternately laminated, and a case containing the laminated unit. Further, this power conversion device is fitted and inserted between an end face in the stacking direction of the stacking unit and a support portion standing upright from the bottom surface of the case, and a spring for applying a load in the stacking direction to the stacking unit, A spacer is fitted between the support portion and the spring.

この電力変換装置では、支持部のスペーサに対向する面と上面との角に切欠が設けられており、スペーサの支持部との対向面に、切欠に勘合する凸部が設けられている。また、対向面の凸部との境界であって凸部の底面側との境界に溝が設けられているとともに、対向面の溝より上方と支持部の間に隙間が確保されている。 In this power conversion device, a notch is provided at a corner between a surface of the supporting portion facing the spacer and the upper surface, and a convex portion that fits into the notch is provided on a surface of the spacer facing the supporting portion. Further, a groove is provided at a boundary between the convex portion of the facing surface and a bottom surface side of the convex portion, and a gap is secured between the groove above the facing surface and the supporting portion.

上述した電力変換装置では、スペーサの対向面の凸部との境界であって凸部の底面側との境界に溝が設けられている。凸部が切欠に勘合すると、凸部の根元の底面側のフィレットは溝の中に位置することになる。このため、フィレットは支持部の切欠の縁の角と干渉しない。 In the power conversion device described above, the groove is provided at the boundary with the convex portion on the facing surface of the spacer and at the boundary with the bottom surface side of the convex portion. When the protrusion is fitted into the notch, the fillet on the bottom surface side of the root of the protrusion is located in the groove. Therefore, the fillet does not interfere with the corners of the notch of the support.

上述した電力変換装置では、スペーサの対向面の溝より上方と支持部の間に隙間が確保されている。すなわち、スペーサの対向面は、溝より上方では支持部と当接していない。凸部の根元の左右側の境界のフィレットは、隙間に位置するため支持部の切欠の縁の角と干渉しない。すなわち、スペーサは、支持部の上側に荷重を偏らせることがない。本明細書が開示する電力変換装置は、スペーサの凸部の根元のフィレットと、支持部の切欠の縁の角との干渉を回避することで、支持部の変形を抑制することができる。 In the above-described power conversion device, a gap is secured between the groove above the facing surface of the spacer and the support portion. That is, the facing surface of the spacer does not contact the supporting portion above the groove. Since the fillets on the left and right sides of the root of the convex portion are located in the gap, they do not interfere with the corners of the notch of the support portion. That is, the spacer does not bias the load to the upper side of the support portion. The power conversion device disclosed in this specification can suppress the deformation of the support portion by avoiding the interference between the fillet at the base of the convex portion of the spacer and the corner of the edge of the notch of the support portion.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details of the technology disclosed in the present specification and further improvements will be described in “Mode for Carrying Out the Invention” below.

実施例の電力変換装置の平面図である。It is a top view of the power converter of an Example. スペーサ周辺を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the spacer periphery. 図2のIII−IIIの線における実施例の電力変換装置の部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the power converter of the embodiment taken along the line III-III in FIG. 2. スペーサの斜視図である。It is a perspective view of a spacer.

図面を参照して実施例の電力変換装置2を説明する。実施例の電力変換装置2は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータである。電力変換装置2は、IGBTやダイオード(還流ダイオード)など、大電流を扱う多数の半導体素子を備える。それらの素子は、デジタル信号用の回路と異なり数十〜数百アンペアの電流を流すため、デジタル信号用の回路より発熱量が格段に大きい。そこで、電力変換装置2は、発熱量の大きいIGBTなどの半導体素子を、デジタル信号用の回路から分離し集積した積層ユニット10を有する。 A power conversion device 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device 2 of the embodiment is an inverter that is mounted on an electric vehicle and that converts the DC power of a battery into AC power for driving a motor. The power conversion device 2 includes a large number of semiconductor elements such as IGBTs and diodes (reflux diodes) that handle large currents. Unlike the circuit for digital signals, these elements pass a current of several tens to several hundreds of amperes, and therefore generate a much larger amount of heat than the circuit for digital signals. Therefore, the power conversion device 2 has a laminated unit 10 in which semiconductor elements such as IGBTs that generate a large amount of heat are separated from the digital signal circuit and integrated.

図1は、実施例の電力変換装置2の平面図である。図1に示すように、電力変換装置2は、ケース4と、積層ユニット10と、バネモジュール18と、スペーサ20を備えている。なお、本明細書及び図面では、積層ユニット10を加圧するバネモジュール18と、ケース4に設けられた支持部6と、その間に嵌挿されるスペーサ20に着目して説明する。このため、他の部品、例えば、大容量コンデンサやリアクトル、スイッチング素子の端子等は、説明と図示を省略する。 FIG. 1 is a plan view of a power conversion device 2 of the embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion device 2 includes a case 4, a laminated unit 10, a spring module 18, and a spacer 20. In the present specification and the drawings, the spring module 18 that pressurizes the laminated unit 10, the support portion 6 provided in the case 4, and the spacer 20 that is fitted between them will be focused and described. Therefore, description and illustration of other components such as a large-capacity capacitor, a reactor, and terminals of switching elements are omitted.

ケース4は、積層ユニット10とバネモジュール18、スペーサ20を収容する筐体である。ケース4は、X軸方向正側に底面から立設する2個の支持部6を有している。支持部6は略正方形の断面を有する柱状である。支持部6は、上面にX軸方向に延びている溝6aを有している。ケース4の2個の支持部6の構造は同一である。 The case 4 is a housing that houses the laminated unit 10, the spring module 18, and the spacer 20. The case 4 has two support portions 6 standing on the positive side in the X-axis direction from the bottom surface. The support portion 6 is a column having a substantially square cross section. The support portion 6 has a groove 6a extending in the X-axis direction on the upper surface. The structures of the two support portions 6 of the case 4 are the same.

積層ユニット10は、複数のパワーカード14と複数の冷却器12を含んでおり、パワーカード14と冷却器12を交互に積層したユニットである。パワーカード14は、2個の半導体素子14aと14b(図3参照)を樹脂でモールドしたパッケージである。パワーカード14に含まれる半導体素子を冷却するため、パワーカード14は、両側から冷却器12により挟まれている。 The laminated unit 10 includes a plurality of power cards 14 and a plurality of coolers 12, and is a unit in which the power cards 14 and the coolers 12 are alternately laminated. The power card 14 is a package in which two semiconductor elements 14a and 14b (see FIG. 3) are molded with resin. In order to cool the semiconductor elements included in the power card 14, the power card 14 is sandwiched by the coolers 12 from both sides.

冷却器12は、その内部を冷媒が流れる。積層方向(図中のX軸方向)から見て、冷却器12はパワーカード14を挟んで両側に貫通孔を有しており、その貫通孔に連結管16が接続されている。連結管16は、隣接する冷却器の貫通孔同士を接続する。積層ユニット10のX軸方向負側の端の冷却器12には、冷媒供給管8aと冷媒排出管8bが接続されている。冷媒供給管8aと冷媒排出管8bは、ケース4の外へと伸びており、不図示の冷媒循環装置と連結される。冷媒供給管8aを介して電力変換装置2の外部から冷媒が積層ユニット10へ供給される。冷媒は各連結管16を通じて全ての冷却器12に分配される。冷媒は冷却器12の筐体内を流れる間に隣接するパワーカード14から熱を吸収する。冷却器12から出た冷媒は他方の連結管16と冷媒排出管8bを通じて外部へと排出される。 The cooling medium flows through the inside of the cooler 12. When viewed from the stacking direction (X-axis direction in the drawing), the cooler 12 has through holes on both sides with the power card 14 interposed therebetween, and the connecting pipe 16 is connected to the through holes. The connecting pipe 16 connects the through holes of the adjacent coolers. A refrigerant supply pipe 8a and a refrigerant discharge pipe 8b are connected to the cooler 12 on the negative side in the X-axis direction of the laminated unit 10. The coolant supply pipe 8a and the coolant discharge pipe 8b extend to the outside of the case 4 and are connected to a coolant circulation device (not shown). Refrigerant is supplied to the laminated unit 10 from the outside of the power conversion device 2 via the refrigerant supply pipe 8a. The refrigerant is distributed to all the coolers 12 through each connecting pipe 16. The refrigerant absorbs heat from the adjacent power card 14 while flowing through the housing of the cooler 12. The refrigerant discharged from the cooler 12 is discharged to the outside through the other connecting pipe 16 and the refrigerant discharge pipe 8b.

パワーカード14と冷却器12は、互いに幅広面を当接させることで熱伝導を行っている。この熱伝導を促進するため、積層ユニット10には、バネモジュール18により積層方向に荷重が加えられている。バネモジュール18は、圧力分散板や板バネを含んでいる。圧力分散板の幅広面は、冷媒供給管8aと接続する冷却器12と逆側の端の冷却器12の幅広面と当接し、積層方向に荷重を加える。バネモジュール18は、2個の板バネを有している。板バネが変形することでバネモジュール18は積層方向への荷重を発生させる。 The power card 14 and the cooler 12 conduct heat by bringing their wide surfaces into contact with each other. In order to promote this heat conduction, a load is applied to the stacking unit 10 in the stacking direction by the spring module 18. The spring module 18 includes a pressure distribution plate and a plate spring. The wide surface of the pressure distribution plate comes into contact with the wide surface of the cooler 12 at the end opposite to the cooler 12 connected to the refrigerant supply pipe 8a and applies a load in the stacking direction. The spring module 18 has two leaf springs. When the leaf spring is deformed, the spring module 18 generates a load in the stacking direction.

バネモジュール18の板バネの変形量は、積層ユニット10の積層方向の長さと、ケース4の積層ユニット10を嵌挿する空間の長さにより決まる。積層ユニット10は、複数の冷却器12とパワーカード14が積層されているため、長さがばらつきやすい。このばらつきを吸収するため、バネモジュール18の板バネとケース4の支持部6の間にはスペーサ20が嵌挿されている。 The amount of deformation of the leaf spring of the spring module 18 is determined by the length of the laminated unit 10 in the laminating direction and the length of the space in which the laminated unit 10 of the case 4 is inserted. Since the plurality of coolers 12 and the power card 14 are laminated in the laminated unit 10, the length easily varies. In order to absorb this variation, a spacer 20 is fitted between the leaf spring of the spring module 18 and the support portion 6 of the case 4.

図2を用いてスペーサ20と支持部6の詳細構造について説明する。図2は、図1におけるY軸方向正側のスペーサ20周辺の拡大図である。先に述べたように、スペーサ20は、バネモジュール18の板バネと当接している。このため、スペーサ20は、バネモジュール18から荷重Fを受けている。 The detailed structure of the spacer 20 and the support portion 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the spacer 20 on the Y axis direction positive side in FIG. As described above, the spacer 20 is in contact with the leaf spring of the spring module 18. Therefore, the spacer 20 receives the load F from the spring module 18.

スペーサ20は、凸部22と、第1対向面24と、第2対向面26を有している。第1対向面24と第2対向面26は、支持部6の荷重受け面6bと対向している。第2対向面26と荷重受け面6bは当接している。このため、バネモジュール18からスペーサ20が受けた荷重Fは、スペーサ20を介して支持部6へ伝わる。一方、図2に示すように、第1対向面24と支持部6の荷重受け面6bの間には隙間Sが確保されている。スペーサ20は、第1対向面24の中央部に凸部22を有している。凸部22のY軸方向の幅は、スペーサ20本体のY軸方向の幅の略半分である。凸部22のX軸方向の長さは、スペーサ20本体のX軸方向の長さの略3分の1である。 The spacer 20 has a convex portion 22, a first facing surface 24, and a second facing surface 26. The first facing surface 24 and the second facing surface 26 face the load bearing surface 6b of the support portion 6. The second facing surface 26 and the load receiving surface 6b are in contact with each other. Therefore, the load F received by the spacer 20 from the spring module 18 is transmitted to the support portion 6 via the spacer 20. On the other hand, as shown in FIG. 2, a gap S is secured between the first facing surface 24 and the load receiving surface 6b of the support portion 6. The spacer 20 has a protrusion 22 at the center of the first facing surface 24. The width of the convex portion 22 in the Y-axis direction is approximately half the width of the spacer 20 main body in the Y-axis direction. The length of the convex portion 22 in the X-axis direction is approximately one third of the length of the spacer 20 main body in the X-axis direction.

また、支持部6は、上面に溝6aを有している。溝6aは、支持部6の荷重受け面6bからその反対側の面まで貫通している。溝6aは、別言すれば、支持部6の荷重受け面6bと上面との角に設けられた切欠である。 Further, the support portion 6 has a groove 6a on the upper surface. The groove 6a penetrates from the load receiving surface 6b of the support portion 6 to the opposite surface. In other words, the groove 6a is a notch provided at a corner between the load receiving surface 6b and the upper surface of the support portion 6.

スペーサ20の凸部22は、そのY軸方向の両面の一部を支持部6の溝6aの内側の面と当接させている。後述するが、凸部22の下側の面も溝6aの底面と当接している。すなわち、スペーサ20のケース4に対する位置は、凸部22と溝6aの嵌合により定まる。別言すれば、凸部22は、スペーサ20のケース4に対する位置決め構造に相当する。 The convex portion 22 of the spacer 20 has a part of both surfaces in the Y-axis direction abutted on the inner surface of the groove 6 a of the support portion 6. As will be described later, the lower surface of the convex portion 22 is also in contact with the bottom surface of the groove 6a. That is, the position of the spacer 20 with respect to the case 4 is determined by the fitting of the convex portion 22 and the groove 6a. In other words, the convex portion 22 corresponds to a positioning structure for the spacer 20 with respect to the case 4.

図2に示すように、スペーサ20の凸部22の側面と第1対向面24はフィレットR1、R2でつながっている。先に述べたように第1対向面24と支持部6の荷重受け面6bの間には隙間Sが確保されている。このため、フィレットR1とR2は、隙間Sに納まる。すなわち、フィレットR1とR2は、支持部6の溝6aの縁の角と干渉しない。 As shown in FIG. 2, the side surface of the convex portion 22 of the spacer 20 and the first facing surface 24 are connected by fillets R1 and R2. As described above, the gap S is secured between the first facing surface 24 and the load receiving surface 6b of the support portion 6. Therefore, the fillets R1 and R2 are accommodated in the gap S. That is, the fillets R1 and R2 do not interfere with the corners of the edges of the groove 6a of the support portion 6.

図3を用いて、スペーサ20の溝28について説明する。図3は図2におけるIII−III線に沿った電力変換装置2の部分断面図である。なお、図3では、スペーサ20と積層ユニット10の位置関係を理解しやすくするため、スペーサ20と支持部6の断面図に積層ユニット10の一部を追加している。図3に示すように、スペーサ20は、ケース4の底面から立設している支持部6とバネモジュール18の板バネの間に嵌挿されている。先に述べたように、スペーサ20の上部には凸部22が設けられている。凸部22の下側の面は、支持部6の溝6aの底面と当接している。これにより、スペーサ20の支持部6に対する高さ方向の位置が固定される。スペーサ20は、下部に支持部6の荷重受け面6bと当接する第2対向面26を有している。第2対向面26の凸部22との底面側の境界には溝28が設けられている。 The groove 28 of the spacer 20 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the power conversion device 2 taken along the line III-III in FIG. In FIG. 3, in order to facilitate understanding of the positional relationship between the spacer 20 and the laminated unit 10, a part of the laminated unit 10 is added to the cross-sectional view of the spacer 20 and the supporting portion 6. As shown in FIG. 3, the spacer 20 is fitted and inserted between the support portion 6 standing upright from the bottom surface of the case 4 and the leaf spring of the spring module 18. As described above, the protrusion 22 is provided on the spacer 20. The lower surface of the convex portion 22 is in contact with the bottom surface of the groove 6 a of the support portion 6. As a result, the position of the spacer 20 in the height direction with respect to the support portion 6 is fixed. The spacer 20 has a second facing surface 26 that abuts the load receiving surface 6b of the support portion 6 at the lower portion. A groove 28 is provided on the boundary between the second facing surface 26 and the convex portion 22 on the bottom surface side.

図3に示すように、凸部22の下側の根元にはフィレットR3が付いている。フィレットR3は、溝28の内部に位置している。別言すれば、フィレットR3は、溝28内に納まっている。このため、フィレットR3は、支持部6の溝6aの縁の角と干渉しない。このように、実施例の電力変換装置2では、スペーサ20に溝28と、第1対向面24を設けることで、スペーサ20の凸部22の根元に付されたフィレットR1〜R3と溝6aの縁の角の干渉を回避することができる。フィレットR1〜R3と溝6aとの干渉回避の効果については後述する。 As shown in FIG. 3, a fillet R3 is attached to the root of the lower side of the convex portion 22. The fillet R3 is located inside the groove 28. In other words, the fillet R3 is housed in the groove 28. Therefore, the fillet R3 does not interfere with the corner of the edge of the groove 6a of the support portion 6. As described above, in the power conversion device 2 of the embodiment, by providing the groove 28 and the first facing surface 24 in the spacer 20, the fillets R1 to R3 attached to the root of the convex portion 22 of the spacer 20 and the groove 6a are provided. Edge corner interference can be avoided. The effect of avoiding interference between the fillets R1 to R3 and the groove 6a will be described later.

スペーサ20は、第2対向面26の下方に、下側ほど支持部6から遠くなるように傾斜する斜面を有している。電力変換装置2の組立工程で、積層ユニット10とケース4の支持部6の間にスペーサ20を上方から嵌挿するときに、斜面がガイドとなる。 The spacer 20 has, below the second facing surface 26, an inclined surface that is inclined so as to be farther from the support portion 6 toward the lower side. In the process of assembling the power conversion device 2, when the spacer 20 is inserted from above between the laminated unit 10 and the support portion 6 of the case 4, the inclined surface serves as a guide.

ここで、溝28と、スペーサ20がバネモジュール18から受ける荷重の高さ方向における位置関係について図3を用いて説明する。先に述べたように積層ユニット10にバネモジュール18が荷重を加えているため、その反力によりスペーサ20は、バネモジュール18の板バネから荷重を受けている。積層ユニット10は、パワーカード14の半導体素子14a、14bから発生する熱を冷却器12により冷却している。すなわち、バネモジュール18で積層方向に荷重を加えて冷却器12と当接させる必要がある部分は、パワーカード14の半導体素子14a、14bが配置されている部分である。半導体素子14a、14bが配置されていない部分は、冷却器12で冷却する必要はない。すなわち、半導体素子14a、14bが配置されていない部分には荷重を加える必要はない。 Here, the positional relationship in the height direction of the load received from the spring module 18 on the groove 28 and the spacer 20 will be described with reference to FIG. Since the spring module 18 applies a load to the laminated unit 10 as described above, the spacer 20 receives a load from the leaf spring of the spring module 18 due to its reaction force. The laminated unit 10 uses the cooler 12 to cool the heat generated from the semiconductor elements 14a and 14b of the power card 14. That is, the portion of the spring module 18 that needs to be applied to the cooler 12 by applying a load in the stacking direction is the portion where the semiconductor elements 14a and 14b of the power card 14 are arranged. It is not necessary to cool the portion where the semiconductor elements 14a and 14b are not arranged by the cooler 12. That is, it is not necessary to apply a load to the portions where the semiconductor elements 14a and 14b are not arranged.

図3に示すように、スペーサ20では、溝28や、荷重受け面6bとの間に隙間を有する第1対向面24と、下方の斜面は、半導体素子14a、14bが配置されていない部分に設けられている。別言すれば、スペーサ20の支持部6と当接しない部分は、半導体素子14a、14bが配置されていない部分に設けられている。すなわち、半導体素子14a、14bが配置されている部分では、スペーサ20はバネモジュール18と当接し、スペーサ20の第2対向面26は支持部6の荷重受け面6bと当接している。スペーサ20は、高さ方向において半導体素子14a、14bが配置されている部分ではバネモジュール18の荷重Fをケース4の支持部6へ伝えることで、冷却器12にバネモジュール18の荷重をかけている。これにより、半導体素子14a、14bから発生する熱を冷却器12に効率的に伝えている。 As shown in FIG. 3, in the spacer 20, the groove 28, the first facing surface 24 having a gap between it and the load receiving surface 6b, and the lower slope are located in the portions where the semiconductor elements 14a and 14b are not arranged. It is provided. In other words, the portion of the spacer 20 that does not come into contact with the support portion 6 is provided in a portion where the semiconductor elements 14a and 14b are not arranged. That is, in the portion where the semiconductor elements 14 a and 14 b are arranged, the spacer 20 is in contact with the spring module 18, and the second facing surface 26 of the spacer 20 is in contact with the load receiving surface 6 b of the support portion 6. The spacer 20 transfers the load F of the spring module 18 to the support portion 6 of the case 4 in the portion where the semiconductor elements 14a and 14b are arranged in the height direction, thereby applying the load of the spring module 18 to the cooler 12. There is. Thereby, the heat generated from the semiconductor elements 14a and 14b is efficiently transmitted to the cooler 12.

スペーサ20の凸部22と支持部6の溝6aは、半導体素子14a、14bよりも高い位置にある。先に述べたように、支持部6の荷重受け面6bがスペーサ20の第2対向面26が当接し、バネモジュール18の反力を支えている。凸部22のフィレットR1〜R3と溝6aの縁が干渉すると、反力がフィレットR1〜R3と溝6aの縁との干渉部分に偏って加わってしまう。支持部6の上端付近に偏った荷重が加わると、支持部6が積層ユニット10から離れる方向に変形し易くする。支持部6の変形は、バネモジュール18が積層ユニット10に加える荷重を弱めてしまう。実施例の電力変換装置2では、フィレットR1〜R3が溝6aの縁と干渉しない構造を有している。実施例の電力変換装置2は、支持部6の変形を抑制することができる。 The convex portion 22 of the spacer 20 and the groove 6a of the support portion 6 are located higher than the semiconductor elements 14a and 14b. As described above, the load receiving surface 6b of the supporting portion 6 contacts the second facing surface 26 of the spacer 20 and supports the reaction force of the spring module 18. When the fillets R1 to R3 of the convex portion 22 interfere with the edges of the groove 6a, the reaction force is biasedly applied to the interference portion between the fillets R1 to R3 and the edge of the groove 6a. When a biased load is applied to the vicinity of the upper end of the support portion 6, the support portion 6 is easily deformed in the direction away from the laminated unit 10. The deformation of the support portion 6 weakens the load applied to the laminated unit 10 by the spring module 18. The power converter 2 of the embodiment has a structure in which the fillets R1 to R3 do not interfere with the edges of the groove 6a. The power conversion device 2 of the embodiment can suppress the deformation of the support portion 6.

図4を用いてスペーサ20の形状を説明する。図4はスペーサ20の形状を示す上方斜視図である。スペーサ20は、矩形断面が高さ方向に延びている矩形断面の柱状であり、上部に凸部22と第1対向面24を有している。下側の端部は斜面であり、斜面の上側に第2対向面26を有している。第1対向面24と第2対向面26は溝28で隔てられている。スペーサ20は、鉄等の金属で構成されており、例えば鋳造で製造される。このため、鋳造型からの取り外しやすさ等の要件から、スペーサ20の角部にはフィレットが発生する。凸部22の根元にはフィレットR1〜R3が発生しており、下側のフィレットR3は、溝28の内部に発生している。なお、スペーサ20は金属の削り出しで製造してもよい。 The shape of the spacer 20 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an upper perspective view showing the shape of the spacer 20. The spacer 20 has a columnar shape with a rectangular cross section having a rectangular cross section extending in the height direction, and has a convex portion 22 and a first facing surface 24 on the upper portion. The lower end is a slope, and has a second facing surface 26 above the slope. The first facing surface 24 and the second facing surface 26 are separated by a groove 28. The spacer 20 is made of metal such as iron, and is manufactured by, for example, casting. Therefore, fillets are generated at the corners of the spacer 20 due to requirements such as ease of removal from the casting mold. Fillets R1 to R3 are generated at the base of the convex portion 22, and the lower fillet R3 is generated inside the groove 28. The spacer 20 may be manufactured by cutting out metal.

本実施例の留意点を以下に述べる。支持部6の上面に設けられた溝6aは、荷重受け面6bからその反対側の面まで貫通している。溝6aは、荷重受け面6bの反対側の面まで貫通していなくてもよい。すなわち、溝6a(切欠)は、支持部6の荷重受け面6bと上面の角に設けられていればよい。 The points to be noted in the present embodiment will be described below. The groove 6a provided on the upper surface of the support portion 6 penetrates from the load receiving surface 6b to the surface on the opposite side. The groove 6a does not have to penetrate to the surface opposite to the load receiving surface 6b. That is, the groove 6a (notch) may be provided at a corner between the load receiving surface 6b and the upper surface of the support portion 6.

実施例の電力変換装置2のスペーサ20では、溝28が第1対向面24よりも深く設けられているが、本明細書に開示する技術は、これに限定されない。溝と第1対向面の深さは同じであってもよい。また、スペーサの個数や形状は、バネモジュールの形状や構造により異なる。支持部の位置や形状、また切欠の形状も、同様にバネモジュールの形状や構造により異なる。 In the spacer 20 of the power converter 2 of the embodiment, the groove 28 is provided deeper than the first facing surface 24, but the technique disclosed in this specification is not limited to this. The groove and the first facing surface may have the same depth. Also, the number and shape of the spacers differ depending on the shape and structure of the spring module. The position and shape of the support portion and the shape of the notch also vary depending on the shape and structure of the spring module.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes has technical utility.

2:電力変換装置
4:ケース
6:支持部
6a:溝
6b:荷重受け面
8a:冷媒供給管
8b:冷媒排出管
10:積層ユニット
12:冷却器
14:パワーカード
14a、14b:半導体素子
16:連結管
18:バネモジュール
20:スペーサ
22:凸部
24:第1対向面
26:第2対向面
28:溝
R1〜R3:フィレット
S:隙間
F:荷重
2: Power conversion device 4: Case 6: Support part 6a: Groove 6b: Load receiving surface 8a: Refrigerant supply pipe 8b: Refrigerant discharge pipe 10: Laminated unit 12: Cooler 14: Power cards 14a, 14b: Semiconductor element 16: Connection pipe 18: Spring module 20: Spacer 22: Convex portion 24: First facing surface 26: Second facing surface 28: Grooves R1 to R3: Fillet S: Gap F: Load

Claims (1)

半導体素子を収容したパワーカードと冷却器を交互に積層した積層ユニットと、
前記積層ユニットを収容するケースと、
前記積層ユニットの積層方向の端面と、前記ケースの底面から立設している支持部との間に嵌挿されており、前記積層ユニットに前記積層方向の荷重を加えるバネと、
前記支持部と前記バネの間に嵌挿されているスペーサと、
を備えており、
前記支持部の前記スペーサに対向する面と上面との角に切欠が設けられており、
前記スペーサの前記支持部との対向面に、前記切欠に勘合する凸部が設けられており、
前記対向面の前記凸部との境界であって前記凸部の前記底面側との境界に溝が設けられているとともに、前記対向面の前記溝より上方と前記支持部の間に隙間が確保されている、電力変換装置。
A laminated unit in which a power card containing a semiconductor element and a cooler are alternately laminated,
A case accommodating the laminated unit,
A spring, which is inserted between an end face in the stacking direction of the stacking unit and a support portion standing from the bottom surface of the case, and which applies a load in the stacking direction to the stacking unit,
A spacer fitted between the support portion and the spring;
Is equipped with
A notch is provided at a corner between a surface of the supporting portion facing the spacer and an upper surface,
On a surface of the spacer facing the support portion, a convex portion that fits into the notch is provided,
A groove is provided at a boundary between the facing surface and the convex portion and a boundary between the convex portion and the bottom surface side, and a gap is secured between the groove on the facing surface and the supporting portion. The power conversion device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013162541A (en) * 2012-02-01 2013-08-19 Toyota Motor Corp Electric power conversion system
JP2014127691A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 Toyota Motor Corp Semiconductor lamination unit
JP2015104163A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 トヨタ自動車株式会社 Power converter
JP2016029693A (en) * 2014-07-25 2016-03-03 株式会社デンソー Lamination type cooler
JP2019103282A (en) * 2017-12-04 2019-06-24 株式会社デンソー Power conversion device and its manufacturing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013162541A (en) * 2012-02-01 2013-08-19 Toyota Motor Corp Electric power conversion system
JP2014127691A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 Toyota Motor Corp Semiconductor lamination unit
JP2015104163A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 トヨタ自動車株式会社 Power converter
JP2016029693A (en) * 2014-07-25 2016-03-03 株式会社デンソー Lamination type cooler
JP2019103282A (en) * 2017-12-04 2019-06-24 株式会社デンソー Power conversion device and its manufacturing method

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