JP2020182363A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体モジュール用の冷却器の冷媒流通管と外部配管との間に介装されるコネクタについて低コストで汎用性を高めることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール１０と、冷却器２０と、半導体モジュール１０及び冷却器２０を収容するケース３０と、冷却器２０の冷媒流通管としての導入管２２に接続されるコネクタ４０と、導入管２２とコネクタ４０との間を封止する封止部材５０と、を備え、コネクタ４０は、導入管２２に連通するパイプ部４１と、ケース３０に固定されるフランジ部４５と、を有し、フランジ部４５の挿通孔４７にパイプ部４１が挿通された状態でパイプ部４１及びフランジ部４５が互いに接合されている。【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置に関する。
従来、電気自動車やハイブリッド自動車等には、車両走行用のモータを駆動させるために、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が搭載されている。下記特許文献１には、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却するための冷却器と、半導体モジュール及び冷却器を収容するケースと、冷却器の冷媒流通管である冷媒導入管及び冷媒排出管のそれぞれに設けられたコネクタと、を備える電力変換装置が開示されている。
この電力変換装置において、コネクタは、冷却器の冷媒流通管と外部配管との間に介装されるものである。このコネクタは、冷媒流通管と連通する筒状部と、筒状部から径方向外方へ突出した鍔部と、を有し、樹脂材料からなる一体部品として構成されている。
特開２０１５−５３７６３号公報
上記の電力変換装置において、コネクタに接続される外部配管の形状が変わると、それに応じてコネクタの形状の変更が必要になる。このとき、コネクタが一体部品であると、多種形状の外部配管との接続について汎用性を高めるために、想定される外部配管の形状に応じた種類のコネクタを準備する必要がある。この場合、コネクタの形状変更がコネクタ全体に及ぶため、コネクタの作製に要するコストが高くなるという問題が生じ得る。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、半導体モジュール用の冷却器の冷媒流通管と外部配管との間に介装されるコネクタについて低コストで汎用性を高め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、
スイッチング素子（１１）を内蔵した半導体モジュール（１０）と、
上記半導体モジュールとの間で熱交換可能な熱交換部（２１）と、上記熱交換部に冷媒を導入する導入管（２２）と、上記熱交換部から冷媒を排出する排出管（２３）と、を有する冷却器（２０）と、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を収容するケース（３０）と、
上記ケースの外部において上記冷却器の上記導入管及び上記排出管の少なくとも一方である冷媒流通管（２２，２３）に接続されるコネクタ（４０，１４０）と、
上記冷媒流通管と上記コネクタとの間を封止する封止部材（５０）と、
を備え、
上記コネクタは、上記冷媒流通管に連通するパイプ部（４１）と、上記ケースに固定されるフランジ部（４５）と、を有し、上記フランジ部の挿通孔（４７）に上記パイプ部が挿通された状態で上記パイプ部及び上記フランジ部が互いに接合されている、電力変換装置（１，１０１）、
にある。
上記電力変換装置において、冷却器の熱交換部は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールとの間で熱交換可能である。コネクタは、ケースの外部において冷却器の導入管及び排出管の少なくとも一方である冷媒流通管に接続される。このコネクタは、冷却器の冷媒流通管と外部配管との間に介装されるものである。冷媒流通管にコネクタが接続されたとき、封止部材を介して冷媒流通管とコネクタとの間が封止される。
ここで、コネクタは、フランジ部の挿通孔に、このフランジ部とは別部材であるパイプ部が挿通された状態で、パイプ部及びフランジ部が互いに接合されるように構成されている。このため、異なる形状の外部配管に対して、フランジ部を共通化する一方で、フランジ部とは別部材であるパイプ部の形状のみを変更することによって、多種形状の外部配管との接続について汎用性を高めることができる。このとき、パイプ部の形状変更のみで対応できるため、例えばフランジ部の成形のための金型の数を増やす必要がなく、コネクタの作製に要するコストを低く抑えることができる。
以上のごとく、上記態様によれば、半導体モジュール用の冷却器の冷媒流通管と外部配管との間に介装されるコネクタについて低コストで汎用性を高めることができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態１の電力変換装置の断面図。 図１のII-II線断面矢視図。 図１中の半導体モジュールの正面図。 実施形態１の電力変換装置のインバータ回路図。 図１中の第１領域の断面図。 図１中の第２領域の断面図。 コネクタ及び封止部材の組付け時の様子を模式的に示す図。 実施形態１の電力変換装置のコネクタをパイプ部側から視た斜視図。 図８のコネクタをフランジ部の裏面側から視た斜視図。 図８のコネクタについてのカシメ加工の作業を示すフローチャート。 図１０中の第１ステップにおいてパイプ部及びフランジ部の仮組みの状態を示す斜視図。 図１０の接合作業で使用するカシメ加工用治具の斜視図。 図１０中の第２ステップの様子を模式的に示す図。 図１０中の第３ステップの様子を模式的に示す図。 図１０中の第４ステップの様子を模式的に示す図。 実施形態２の電力変換装置のコネクタについて図９に対応した斜視図。 図１６のコネクタの分解斜視図。
以下、電力変換装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載され、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う車載用電力変換装置として構成される。
なお、本明細書では、特に断わらない限り、冷却器において互いに平行配置された複数の冷却管の積層方向である第１方向を矢印Ｘで示し、各冷却管が延びる第２方向を矢印Ｙで示し、第１方向及び第２方向の双方に直交する第３方向を矢印Ｚで示すものとする。
（実施形態１）
図１及び図２に示されるように、実施形態１の電力変換装置１は、概して、複数の半導体モジュール１０と、冷却器２０と、ケース３０と、を備えている。
ケース３０は、複数の半導体モジュール１０と、冷却器２０と、それ以外の複数の要素を収容する金属製の収容体として構成されている。複数の要素には、コンデンサ２と、制御基板３と、リアクトル４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５が含まれている。
コンデンサ２は、コンデンサ素子２ａと、一対の金属電極２ｐ，２ｎと、を有する。一方の金属電極２ｐは、金属製のバスバ６を介して、半導体モジュール１０に内蔵されているスイッチング素子１１の正極端子１１ｐに電気的に接続されている。他方の金属電極２ｎは、金属製のバスバ７を介して、半導体モジュール１０のスイッチング素子１１の負極端子１１ｎに電気的に接続されている。
冷却器２０は、冷却媒体（以下、単に「冷媒」という。）を利用して複数の半導体モジュール１０を冷却する機能を有する。この冷却器２０は、積層型の冷却器であり、複数の半導体モジュール１０と共に積層配置される複数の冷却管２１を備えている。複数の冷却管２１は、複数の半導体モジュール１０のそれぞれが介装される空間２１ａを隔てて互いに平行配置されており、第１方向Ｘに積層されている。
冷却管２１は、第２方向Ｙに長尺状に延在し、且つ第１方向Ｘについての断面形状（第１方向Ｘ及び第３方向Ｚで規定される平面における断面形状）が矩形である。この冷却管２１は、導入管２２及び排出管２３のそれぞれに並列的に接続されている。冷却管２１は、半導体モジュール１０との間で熱交換可能な熱交換部として構成されている。このため、冷却管２１は熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム等の金属材料からなるのが好ましい。
複数の冷却管２１のうちの外側冷却管２１Ａは、加圧用の板バネ２７によって図１中の右側に加圧されている。板バネ２７は、ケース３０に固定された支持ピン２８に支持されている。この板バネ２７が外側冷却管２１Ａを加圧することによって、複数の冷却管２１と複数の半導体モジュール１０とを第１方向Ｘに圧接することができる。
なお、本実施形態では、第１方向Ｘに９つの冷却管２１が積層され、且つ９つの冷却管２１によって形成された８つの空間２１ａのそれぞれに半導体モジュール１０が介装される場合について例示しているが、半導体モジュール１０及び冷却管２１のそれぞれの数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。
導入管２２及び排出管２３はいずれも、複数の冷却管２１の積層方向である第１方向Ｘに延びており、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２のそれぞれにおいてコネクタ４０を介してケース３０に固定されている。コネクタ４０には、ゴムホース等の外部配管Ｅが接続される。導入管２２及び排出管２３は、冷却管２１と同様の材料、例えばアルミニウム等の金属材料からなるのが好ましい。
ここで、導入管２２は、冷却管２１に冷媒を導入するための配管であり、排出管２３は、冷却管２１から冷媒を排出するための配管である。これにより、導入管２２から導入された冷媒は、複数の冷却管２１を第２方向に並流し、各冷却管２１内の冷媒流路を流れるときにこの冷却管２１の第１方向Ｘの両側に位置する半導体モジュール１０を冷却したのちに排出管２３から排出される。
典型的な冷媒として、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などを使用することができる。
図３に示されるように、半導体モジュール１０は、モジュール本体に２つのスイッチング素子１１を内蔵する２ｉｎ１型のモジュールである。この半導体モジュール１０は、一対の電極端子である前記の正極端子１１ｐ及び負極端子１１ｎと、後述の補助バッテリ（図４中の補助バッテリＢ２）の正極に接続される出力端子１２と、制御基板３のうちスイッチング素子１１を駆動制御する制御回路に接続される複数の制御端子１３と、を備えている。
図４に示されるように、電力変換装置１は、直流電源Ｂ１から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路であるインバータ回路７０を有する。このインバータ回路７０において、複数の半導体モジュール１０は、制御基板３に電気的に接続されており、該制御基板３によってそのスイッチング動作（オンオフ動作）が制御される。制御基板３は、図２に示されるように、ケース３０に固定されている．
本実施形態では、コンデンサ２Ａと、リアクトル４と、２つの半導体モジュール１０Ａとによって、電力変換回路であるインバータ回路７０の昇圧部７１が構成されている。この昇圧部７１は、半導体モジュール１０Ａのスイッチング動作（オンオフ動作）によって直流電源Ｂ１の電圧を昇圧する機能を有する。
コンデンサ２Ａは、直流電源Ｂ１から供給される電流に含まれるノイズ電流を除去するためのコンデンサであり、フィルタコンデンサとも称呼される。このコンデンサ２Ａは、前記のコンデンサ２と同様に、フィルムコンデンサ素子を有するコンデンサとして構成されている。リアクトル４は、インダクタを利用した受動素子である。
一方で、前記のコンデンサ２と、６つの半導体モジュール１０Ｂとによって、電力変換回路であるインバータ回路７０の変換部７２が構成されている。この変換部７２は、昇圧部７１で昇圧された後の直流電力を半導体モジュール１０Ｂのスイッチング動作（オンオフ動作）によって交流電力に変換する機能を有する。
コンデンサ２は、昇圧部７１で昇圧された直流電力を平滑化するためのコンデンサであり、平滑コンデンサとも称呼される。変換部７２で得られた交流電力によって、車両走行用の三相交流モータＭが駆動される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、直流電源Ｂ１に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ５は、直流電源Ｂ１の電圧を降圧して、直流電源Ｂ１よりも低圧の補助バッテリＢ２を充電するのに用いられる。補助バッテリＢ２は、車両に搭載される各種機器の電源として使用される。
昇圧部７１を流れる電流は、電流センサ７３によって検出される。また、変換部７２と三相交流モータＭとの間を流れる電流は、電流センサ７４，７５によって検出される。電流センサ７３，７４，７５は、制御基板３に電気的に接続されており、電流センサ７３，７４，７５による検出情報が制御基板３に伝送されるようになっている。
図５に示されるように、電力変換装置１は、コネクタ４０と、第１封止部材５０と、第２封止部材６０と、を備えている。
冷媒流通管としての導入管２２は、ケース３０に貫通形成された貫通孔３１に挿通されており、先端部がケース３０の外部まで突出するように構成されている。この導入管２２は、ケース３０の外部において１つのコネクタ４０に接続されるよう構成されている（図１中の第１領域Ｒ１を参照）。この導入管２２とコネクタ４０との間が第１封止部材５０によって封止されている。
コネクタ４０は、導入管２２に連通する筒状のパイプ部４１と、複数の締結部材８によってケース３０に固定されるフランジ部４５と、を有する。
パイプ部４１とフランジ部４５は、いずれも金属材料からなり、一体状に接合されている。従って、コネクタ４０は、金属材料からなる。コネクタ４０の金属材料として、典型的には、冷媒に対する耐食性の高いステンレス材料を使用することができる。
パイプ部４１は、導入管２２の外径を上回る内径を有する内筒部４２と、内筒部４２から径方向外方へ突出した円板状の突出部４３と、内筒部４２を挟んで突出部４３と反対側の位置から径方向外方へ突出した突出部４４と、を有する。このパイプ部４１の内筒部４２の内側に導入管２２の先端部が挿入される。また、パイプ部４１には、導入管２２に連通する外部配管Ｅ（図１参照）が接続される。このため、パイプ部４１が、実質的なコネクタ４０を構成している。
フランジ部４５は、パイプ部４１の内筒部４２の外周に配置される円筒状の外筒部４６と、外筒部４６から径方向外方へ延出した円板状の鍔部４８と、を有する。外筒部４６の筒内空間は、パイプ部４１の内筒部４２が挿通される挿通孔４７として構成される。このため、外筒部４６は、挿通孔４７の開口縁部となる。鍔部４８には、締結部材８の軸部が挿入される複数の取付孔４８ａが設けられている。
外筒部４６は、パイプ部４１においていずれも外筒部４６に隣接して径方向外方へ突出した突出部４３と突出部４４との間に挟み込まれている。このとき、突出部４３及び突出部４４は、パイプ部４１及びフランジ部４５がパイプ部４１の軸方向である第１方向Ｘに相対移動するのを規制する軸方向規制部を構成している。
第１封止部材５０は、コネクタ側筒状部としての筒状部５１と、筒状部５１から径方向外方へ延出した円板状の鍔部５２と、水密封止用第１突出部としての突出部５３と、水密封止用第２突出部としての突出部５４と、を有する。以下、この第１封止部材５０を、単に「封止部材５０」という。
封止部材５０は、骨格部分を形成する金属製の芯材５０ａと、芯材５０ａのまわりを樹脂材料で被覆する樹脂部と、を有する。封止部材５０の突出部５３，５４は、芯材５０ａのまわりの樹脂部によって形成されている。
封止部材５０は、コネクタ４０に対して挿入方向Ｄ２に挿入された状態で、このコネクタ４０とともにケース３０に組付けられる。
封止部材５０の筒状部５１は、コネクタ４０の内周面４０ａと導入管２２の外周面２２ａとの間に介装される。鍔部５２は、第１方向Ｘについてフランジ部４５との間でパイプ部４１の突出部４３を挟み込むように配置される。
突出部５３は、筒状部５１からコネクタ４０の内周面４０ａに向けて径方向外方へ環状に突出した環状突出部として構成されている。この突出部５３において第１方向Ｘと第３方向Ｚとで定まる平面についての断面形状は、第１方向Ｘの幅が径方向外方に向かうにつれて漸減するような略台形になっている。このため、突出部５３によって台形リップシール構造が形成されている。この突出部５３がコネクタ４０の内周面４０ａに当接する。このとき、突出部５３はコネクタ４０の内周面４０ａによって押し縮められて弾性変形することで水密封止性能を発揮する。
突出部５４は、筒状部５１から導入管２２の外周面２２ａに向けて径方向内方へ環状に突出した環状突出部として構成されている。この突出部５４は、全体として芯材５０ａの右先端部に相当する部位から図５中の右方へと延出したアーム部に設けられている。このアーム部において第１方向Ｘと第３方向Ｚとで定まる平面についての断面形状は、環状の２つの突出部５４が第１方向Ｘに離間して配置された形状になっている。このため、２つの突出部５４によって２重リップシール構造が形成されている。
２つの突出部５４が導入管２２の外周面２２ａに当接したとき、各突出部５４が導入管２２の外周面２２ａによって押し縮められて弾性変形することで水密封止性能を発揮する。この突出部５４において、可撓性を有する樹脂製のアーム部を長くすることによって、アーム部が導入管２２の偏心に追従して弾性変形するようになり、高い水密封止性能を維持することができる。このような形状の突出部５４は、導入管２２の偏心に対する追従性に優れている。
これら突出部５３及び突出部５４はいずれも、突起部分を周方向に環状に延ばしたような形状であり、第２方向Ｙと第３方向Ｚによって定まる平面上に延在している。
本実施形態では、１つの突出部５３が筒状部５１の外面に配置され、２つの突出部５４が第１方向Ｘの間隔をあけて筒状部５１の内面に配置されている。
なお、突出部５３及び突出部５４のそれぞれの数、配置、形状については、上記のものに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。即ち、突出部５３と突出部５４が同数であってもよいし、或いは突出部５３と突出部５４が異なる数であってもよい。また、突出部５３の断面形状として、第１方向Ｘの幅が概ね一定となる矩形などの形状を採用することもできる。封止性能を高めるためには、突出部５３及び突出部５４の数を増やすのが好ましい。
第２封止部材６０は、第１方向Ｘについて封止部材５０よりも冷却器２０の冷却管２１側の位置に、ケース３０の貫通孔３１と導入管２２との間を封止するように設けられるものである。第２封止部材６０は、封止部材５０に対して別部材として構成されている。
この第２封止部材６０は、ケース側筒状部としての筒状部６１と、筒状部６１から径方向外方へ延出した円板状の鍔部６２と、気密封止用第１突出部としての突出部６３と、気密封止用第２突出部としての突出部６４と、を有する。以下、この第２封止部材６０を、単に「封止部材６０」という。
封止部材６０は、封止部材５０と同様に、骨格部分を形成する金属製の芯材６０ａと、芯材６０ａのまわりを樹脂材料で被覆する樹脂部と、を有する。封止部材６０の突出部６３，６４は、芯材６０ａのまわりの樹脂部によって形成されている。
封止部材６０は、ケース３０に対して挿入方向Ｄ１に挿入されることによって、ケース３０に組付けられる。封止部材６０の筒状部６１は、ケース３０の貫通孔３１の内周面３１ａと導入管２２の外周面２２ａとの間に介装される。鍔部６２は、第１方向Ｘについてケース３０の端面３２に外部から当接するように配置される。
なお、本実施形態において、封止部材６０の挿入方向Ｄ１は、封止部材５０の挿出方向Ｄ１に相当する。また、封止部材６０の挿出方向Ｄ２は、封止部材５０の挿入方向Ｄ２に相当する。
このとき、封止部材６０の鍔部６２は、封止部材５０の挿出方向Ｄ１について封止部材５０の鍔部５２と重なるように設けられている。この場合、鍔部６２は、封止部材５０の鍔部５２に対して挿出方向Ｄ１にオーバーラップするように寸法設定されるのが好ましい。これにより、鍔部６２は、封止部材５０の挿出方向Ｄ１の動きを規制する第１封止部材用規制部となる。その結果、封止部材５０が抜け出しにくくなり、この封止部材５０による水密封止性能を維持できる。
突出部６３は、筒状部６１からケース３０の貫通孔３１の内周面３１ａに向けて径方向外方へ環状に突出した環状突出部として構成されている。この突出部６３において第１方向Ｘと第３方向Ｚとで定まる平面についての断面形状は、第１方向Ｘの幅が径方向外方に向かうにつれて漸減するような略台形になっている。このため、突出部６３によって台形リップシール構造が形成されている。この突出部６３が貫通孔３１の内周面３１ａに当接する。このとき、突出部６３は貫通孔３１の内周面３１ａによって押し縮められて弾性変形することで気密封止性能を発揮する。
また、突出部６３は、封止部材６０がケース３０に挿入される挿入時に、その一部が径方向外方にはみ出すことによって引掛部６３ａを形成する。この引掛部６３ａは、ケース３０の係止部３３に引っ掛かることで封止部材６０の抜け止め防止機能を発揮する。ケース３０の係止部３３には、角が斜めに削られたＣ面取り加工がなされている。この係止部３３は、周方向に環状に設けられてもよいし、或いは周方向に部分的に設けられてもよい。
突出部６４は、筒状部６１から導入管２２の外周面２２ａに向けて径方向内方へ環状に突出した環状突出部として構成されている。この突出部６４は、全体として芯材６０ａの左先端部に相当する部位から図５中の右方へと延出したアーム部に設けられている。このアーム部において第１方向Ｘと第３方向Ｚとで定まる平面についての断面形状は、環状の２つの突出部６４が第１方向Ｘに離間して配置された形状になっている。このため、２つの突出部６４によって２重リップシール構造が形成されている。
２つの突出部６４が導入管２２の外周面２２ａに当接したとき、各突出部６４が導入管２２の外周面２２ａによって押し縮められて弾性変形することで気密封止性能を発揮する。この突出部６４において、可撓性を有する樹脂製のアーム部を長くすることによって、アーム部が導入管２２の偏心に追従して弾性変形するようになり、高い水密封止性能を維持することができる。このような形状の突出部６４は、導入管２２の偏心に対する追従性に優れている。
これら突出部６３及び突出部６４はいずれも、突起部分を周方向に環状に延ばしたような形状であり、第２方向Ｙと第３方向Ｚによって定まる平面上に延在している。
本実施形態では、１つの突出部６３が筒状部６１の外面に配置され、２つの突出部６４が第１方向Ｘの間隔をあけて筒状部６１の内面に配置されている。また、２つの突出部６３のそれぞれと２つの突出部６４のそれぞれが第３方向Ｚについて互いに重なるように構成されている。
なお、突出部６３及び突出部６４のそれぞれの数、配置、形状については、上記のものに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更が可能である。即ち、突出部６３と突出部６４が同数であってもよいし、或いは突出部６３と突出部６４が異なる数であってもよい。また、突出部６３の断面形状として、第１方向Ｘの幅が概ね一定となる矩形などの形状を採用することもできる。封止性能を高めるためには、突出部６３及び突出部６４の数を増やすのが好ましい。
コネクタ４０を導入管２２よりも冷媒に対する耐食性の高い材料によって構成する場合、耐食性の低い導入管２２側の封止性能を強化するために、封止部材５０において突出部５４を突出部５３よりも増やしたり、封止部材６０において突出部６４を突出部６３よりも増やしたりすることもできる。
封止部材５０の鍔部５２の第１対向面５２ａと封止部材６０の鍔部６２の第２対向面６２ａとの間には、第１方向Ｘの間隙５５が形成されている。このとき、第１対向面５２ａと第２対向面６２ａは、第１方向Ｘについて互いに対向している。これにより、間隙５５は、封止部材５０と導入管２２の外周面２２ａとの間の空間からケース３０の外部に通じる冷媒排出用経路を構成している。この間隙５５は、導入管２２の外周面２２ａ側の空間に冷媒が流れ込んだ場合に、この冷媒をケース３０の外部へ排出する機能を有する。この間隙５５によれば、ケース３０の内部へ冷媒が流入するのを防ぐことができる。
図６に示されるように、冷媒流通管としての排出管２３は、導入管２２と同様に、ケース３０に貫通形成された貫通孔３１に挿通されており、先端部がケース３０の外部まで突出するように構成されている。この排出管２３は、ケース３０の外部において、導入管２２の場合と同様のコネクタ４０に接続されるよう構成されている（図１中の第２領域Ｒ２を参照）。この排出管２３とコネクタ４０との間が、導入管２２の場合と同様の封止部材５０によって封止されている。
コネクタ４０は、筒状のパイプ部４１が排出管２３に連通するように構成されている。パイプ部４１の内筒部４２は、排出管２３の外径を上回る内径を有する。この内筒部４２の内側に排出管２３の先端部が挿入される。また、パイプ部４１には、排出管２３に連通する外部配管Ｅ（図１参照略）が接続される。
封止部材５０及び封止部材６０は、導入管２２の場合と同様のものであり、相違点のみを説明する。
封止部材５０の筒状部５１は、コネクタ４０の内周面４０ａと排出管２３の外周面２３ａとの間に介装される。この封止部材５０において、突出部５３が筒状部５１からコネクタ４０の内周面４０ａに向けて径方向外方へ突出しており、突出部５４が筒状部５１から排出管２３の外周面２３ａに向けて径方向内方へ突出している。
封止部材６０の筒状部６１は、ケース３０の貫通孔３１の内周面３１ａと排出管２３の外周面２３ａとの間に介装される。この封止部材６０において、突出部６３が筒状部６１からケース３０の貫通孔３１の内周面３１ａに向けて径方向外方へ突出しており、突出部６４が筒状部６１から導入管２２の外周面２２ａに向けて径方向内方へ突出している。
封止部材５０と封止部材６０との間に形成されている間隙５５は、排出管２３の外周面２３ａ側の空間からケース３０の外部に通じる冷媒排出用経路を構成している。この間隙５５は、排出管２３の外周面２３ａ側の空間に冷媒が流れ込んだ場合に、この冷媒をケース３０の外部へ排出する機能を有する。
次に、図７を参照しながら、ケース３０から突出する導入管２２にコネクタ４０を接続する作業について説明する。なお、この作業は、ケース３０から突出する排出管２３にコネクタ４０を接続する作業と同様である。このため、以下では、導入管２２に関する作業についてのみ説明し、排出管２３に関する作業についての説明を省略する。
図７に示されるように、ケース３０から突出する導入管２２にコネクタ４０を接続する前に、封止部材５０がコネクタ４０に予め組付けれ、また封止部材６０がケース３０に予め組付けられる。
封止部材５０は、コネクタ４０の筒内に挿入された筒状部５１を、鍔部５２がコネクタ４０に当接するまで挿入方向Ｄ２に押し込むことによって、コネクタ４０に組付けられる。このとき、封止部材５０の突出部５３がコネクタ４０の内周面４０ａを摺動する。
封止部材６０は、導入管２２に挿通された後にケース３０の貫通孔３１に挿入された筒状部６１を、鍔部６２がケース３０に当接するまで挿入方向Ｄ１に押し込むことによって、ケース３０に組付けられる。このとき、封止部材６０の突出部６３がケース３０の貫通孔３１の内周面３１ａを摺動し、また封止部材６０の突出部６４が導入管２２の外周面２２ａを摺動する。
このとき、封止部材６０が挿入方向Ｄ１に押し込まれると、この封止部材６０は、突出部６３に径方向外方にはみ出すことによって形成された引掛部６３ａが係止部３３に引っ掛かることでケース３０に対して係止される。このとき、ケース３０の係止部３３は、突出部６３の引掛部６３ａが引っ掛かることによって、封止部材６０の挿出方向Ｄ２の動きを規制する第２封止部材用規制部としての機能を果たす。また、係止部３３にＣ面取り加工がなされているため、封止部材６０の損傷を防ぐのに効果がある。
その後、ケース３０とコネクタ４０とを互いに近接させて、導入管２２を封止部材５０の筒状部５１の筒内に挿入させる。このとき、封止部材５０の突出部５４が導入管２２の外周面２２ａを摺動する。そして、コネクタ４０は、フランジ部４５の取付孔４８ａに挿入された締結部材８を介してケース３０に締結される（図５参照）。
図８に示されるように、コネクタ４０は、フランジ部４５の挿通孔４７にパイプ部４１が挿通された状態でパイプ部４１及びフランジ部４５が互いに接合されている。
図９に示されるように、パイプ部４１の突出部４３は、周方向に延在する環状の端面が第１方向Ｘについての凹凸面（段差面）を形成するように構成されている。この凹凸面は、フランジ部４５の外筒部４６に対して係合凸部４３ａと係合凹部４３ｂが周方向に交互に配置されることによって形成されている。
パイプ部４１と同様に、フランジ部４５の外筒部４６は、周方向に延在する環状の端面が第１方向Ｘについての凹凸面（段差面）を形成するように構成されている。この凹凸面は、パイプ部４１の突出部４３に対して係合凸部４６ａと係合凹部４６ｂが周方向に交互に配置されることによって形成されている。
そして、コネクタ４０は、パイプ部４１側の複数の係合凸部４３ａがフランジ部４５側の複数の係合凹部４６ｂに嵌り込み、且つフランジ部４５側の複数の係合凸部４６ａがパイプ部４１側の複数の係合凹部４３ｂに嵌り込んだ嵌合構造を有する。この嵌合構造は、パイプ部４１及びフランジ部４５がパイプ部の周方向に相対移動するのを規制する周方向規制部としての機能を果たす。
この嵌合構造は、パイプ部４１に設けられた第１係合部としての係合凸部４３ａ及び係合凹部４３ｂと、フランジ部４５においてパイプ部４１の係合凸部４３ａ及び係合凹部４３ｂに係合する第２係合部としての係合凹部４６ｂ及び係合凸部４６ａと、によって構成されている。
なお、この嵌合構造について、係合凸部４３ａ、係合凹部４３ｂ、係合凸部４６ａ、係合凹部４６ｂの数は、必要に応じて適宜に変更可能である。
本実施形態において、コネクタ４０における上記の嵌合構造は、塑性加工の１つであるカシメ加工によって形成されている。このカシメ加工について、図１０〜図１５を参照しながら説明する。
図１０に示されるように、コネクタ４０についてのカシメ加工は、第１ステップＳ１０１から第５ステップＳ１０５までの作業を順次実行することによって可能になる。なお、必要に応じて、このフローチャートに１または複数のステップを追加したり、各ステップを複数に分割したり、複数のステップを統合したりしてもよい。
図１０の第１ステップＳ１０１は、カシメ加工前のパイプ部４１Ａ及びフランジ部４５Ａを仮組みするステップである。このとき、フランジ部４５Ａの外筒部４６には、予め係合凸部４６ａと係合凹部４６ｂが周方向に交互に形成されており、この外筒部４６の筒内空間である挿通孔４７にパイプ部４１Ａが挿通される（図１１参照）。このとき、パイプ部４１Ａの突出部４４（図５及び図６参照）がフランジ部４５Ａの外筒部４６に当接することによって、パイプ部４１Ａは、その内筒部４２の一方の端部４２ａが外筒部４６から露出した状態でフランジ部４５Ａに対して位置決めされる。
図１２に示されるように、カシメ加工用治具８０がパイプ部４１Ａ及びフランジ部４５のカシメ加工に使用される。カシメ加工用治具８０は、変形防止ガイド８１と、第１パンチ８２と、第２パンチ８３と、荷重受け８４（図１３参照）と、を有する。
変形防止ガイド８１は、カシメ加工時にパイプ部４１Ａの内筒部４２の変形が生じるのを防ぐためのものである。この変形防止ガイド８１は、パイプ部４１Ａの内筒部４２の内径と同様の外径を有する円柱状の部材として構成されている。
第１パンチ８２は、パイプ部４１Ａの内筒部４２の一方の端部４２ａを押圧することによってこの端部４２ａを突出部４３へと変形させる初期段階の加工を担うものである。この第１パンチ８２は、テーパー形状の押圧面８２ａを有する円錐台状の部材として構成されている。
第２パンチ８３は、第１パンチ８２の使用後に使用される。この第２パンチ８３は、パイプ部４１Ａの内筒部４２の端部４２ａを押圧することによってこの端部４２ａを突出部４３へと変形させる最終段階の加工を担うものである。この第２パンチ８３は、パイプ部４１Ａの内筒部４２の端部４２ａを押圧する平面視が円形の押圧面を有し、この押圧面は、凸面８３ａと凹面８３ｂが周方向に交互に配置されることによって形成されている。
荷重受け８４は、第１パンチ８２及び第２パンチ８３のそれぞれから受ける押圧荷重を受けるためのものである。
図１０の第２ステップＳ１０２は、第１ステップＳ１０１の後で、変形防止ガイド８１をパイプ部４１Ａの内筒部４２の筒内に挿入するステップである。この第２ステップＳ１０２によれば、図１３に示されるように、荷重受け８４に対してパイプ部４１Ａ及びフランジ部４５Ａがセットされた状態で、変形防止ガイド８１がパイプ部４１Ａの内筒部４２の筒内に挿入される。
図１０の第３ステップＳ１０３は、第２ステップＳ１０２の後で、第１パンチ８２による加工を行うステップである。この第３ステップＳ１０３によれば、図１４に示されるように、パイプ部４１Ａの内筒部４２の端部４２ａは、第１パンチ８２の押圧面８２ａを介して押圧されて径方向外方へ押し広げられる。
図１０の第４ステップＳ１０４は、第３ステップＳ１０３に引き続いて、第２パンチ８３による加工を行うステップである。この第４ステップＳ１０４によれば、図１５に示されるように、パイプ部４１Ａの内筒部４２の端部４２ａは、第２パンチ８３の押圧面を介して押圧されて径方向外方へ更に押し広げられる。このとき、第２パンチ８３の押圧面を形成する複数の凸面８３ａ及び凹面８３ｂによって、パイプ部４１Ａの内筒部４２の端部４２ａは、フランジ部４５Ａの外筒部４６とともに塑性変形する。
これにより、図９に示されるように、第２パンチ８３の各凸面８３ａによって、内筒部４２の端部４２ａに突出部４３の各係合凸部４３ａが形成され、且つ各係合凸部４３ａが外筒部４６の各係合凹部４６ｂと嵌合する。また、第２パンチ８３の各凹面８３ｂによって、突出部４３の係合凹部４３ｂが押圧されて外筒部４６の各係合凸部４６ａと嵌合する。その結果、パイプ部４１とフランジ部４５がカシメ加工によって互いに接合されたコネクタ４０が形成される。
図１０の第５ステップＳ１０５は、第４ステップＳ１０４の後で、変形防止ガイド８１をコネクタ４０から抜き出すステップである。
次に、上述の実施形態１の作用効果について説明する。
上記の電力変換装置１において、冷却器２０の熱交換部である冷却管２１は、スイッチング素子１１を内蔵した半導体モジュール１０との間で熱交換可能である。コネクタ４０は、ケース３０の外部において冷却器２０の導入管２２及び排出管２３のそれぞれに対してコネクタ４０が接続されている。このコネクタ４０は、冷却器２０の導入管２２又は排出管２３と外部配管Ｅとの間に介装されるものである。導入管２２又は排出管２３にコネクタ４０が接続されたとき、封止部材５０を介して導入管２２又は排出管２３とコネクタ４０との間が封止される。
ここで、コネクタ４０は、フランジ部４５の挿通孔４７に、このフランジ部４５とは別部材であるパイプ部４１が挿通された状態で、カシメ加工によってパイプ部４１及びフランジ部４５が互いに接合されるように構成されている。
このため、異なる形状の外部配管Ｅに対して、フランジ部４５を共通化する一方で、フランジ部４５とは別部材であるパイプ部４１の形状のみ変更することによって、多種形状の外部配管Ｅとの接続について汎用性を高めることができる。
このとき、パイプ部４１の形状変更のみで対応できるため、例えばフランジ部４５の成形のための金型の数を増やす必要がなく、コネクタ４０の作製に要するコストを低く抑えることができる。
パイプ部４１の形状変更については、図８に示されるように直線的に延びる直管に対して、任意の角度で折れ曲がった曲管、異なる形状をつなぎ合わせてなる異形管などを採用することができる。
以上のごとく、上述の実施形態１によれば、半導体モジュール１０用の冷却器２０の冷媒流通管である導入管２２又は排出管２３と外部配管Ｅとの間に介装されるコネクタ４０について低コストで汎用性を高めることができる電力変換装置１を提供することができる。
上記の電力変換装置１のコネクタ４０によれば、パイプ部４１の突出部４３及び突出部４４によってフランジ部４５の外筒部４６を挟み込むことによって、パイプ部４１及びフランジ部４５が軸方向である第１方向Ｘに相対移動するのを規制することができる。
上記の電力変換装置１のコネクタ４０によれば、パイプ部４１の突出部４３に設けられた係合凸部４３ａ及び係合凹部４３ｂと、フランジ部４５の外筒部４６に設けられた係合凸部４６ａ及び係合凹部４６ｂと、が互いに嵌合することによってパイプ部４１及びフランジ部４５が周方向に相対移動するのを規制することができる。
特に、パイプ部４１の突出部４３は、パイプ部４１及びフランジ部４５の軸方向の相対移動を規制する機能と、パイプ部４１及びフランジ部４５の周方向の相対移動を規制する機能と、の両機能を兼ね備えている。
上記の電力変換装置１のコネクタ４０によれば、カシメ加工を利用してパイプ部４１及びフランジ部４５を一体に接合することができる。これにより、成形にかかる型費を削減することができ、パイプ部４１及びフランジ部４５を低コストで接合できる。
なお、上述の実施形態１に特に関連する変更例として、パイプ部４１及びフランジ部４５の軸方向の相対移動を規制するための軸方向規制部を、突出部４３及び突出部４４のうちのいずれか一方によって構成したり、は突出部４３及び突出部４４とは別の部位によって構成したりしてもよい。
以下、上記の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。
（実施形態２）
図１６に示されるように、実施形態２の電力変換装置１０１は、コネクタ１４０の構造について実施形態１のものと相違している。
その他は、実施形態１と同様である。
図１７に示されるように、コネクタ１４０において、パイプ部４１Ａの突出部４３は、内筒部４２の端部４２ａから第１方向Ｘに沿って突出し且つ周方向に概ね等間隔で配置された複数の係合片４３ｃによって構成されている。パイプ部４１Ａは、内筒部４２が外筒部４６の挿通孔４７に挿通された状態で、複数の係合片４３ｃが塑性加工である曲げ加工を用いて径方向外方に押し曲げられることによってパイプ部４１（図１６参照）になる。
また、このコネクタ１４０において、フランジ部４５の外筒部４６の環状の端面には、複数の係合溝４６ｃが周方向に概ね等間隔で設けられている。複数の係合溝４６ｃは、プレス加工、切り欠き加工、曲げ加工等の塑性加工を利用して形成されている。
そして、図１６に示されるように、パイプ部４１において径方向外方に押し曲げられた複数の係合片４３ｃのそれぞれが、フランジ部４５の複数の係合溝４６ｃのそれぞれに嵌合することによって、コネクタ１４０が形成される。
このように、コネクタ１４０は、パイプ部４１側の複数の係合片４３ｃがフランジ部４５側の複数の係合溝４６ｃに嵌り込んだ嵌合構造を有する。この嵌合構造は、パイプ部４１及びフランジ部４５がパイプ部の周方向に相対移動するのを規制する周方向規制部としての機能を果たす。
なお、この嵌合構造において、係合片４３ａ及び係合溝４６ｃの数を、必要に応じて適宜に変更可能である。
実施形態２の電力変換装置１０１のコネクタ１４０によれば、カシメ加工以外の塑性加工を利用してパイプ部４１及びフランジ部４５を一体に接合することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
上述の実施形態では、冷却器２０の導入管２２及び排出管２３のそれぞれにコネクタ４０，１４０を接続する場合について例示したが、これに代えて、導入管２２及び排出管２３のいずれか一方にコネクタ４０，１４０を接続し、且ついずれか他方にコネクタ４０，１４０とは別構造のコネクタを接続するようにしてもよい。
上述の実施形態では、金属材料からなるコネクタ４０，１４０を採用する場合について例示したが、これに代えて、樹脂材料のような金属材料とは別の材料からなるコネクタ４０，１４０を採用することもできる。
上述の実施形態では、コネクタ４０，１４０に軸方向規制部と周方向規制部の両方を設ける場合について例示したが、これに代えて、このコネクタ４０，１４０の軸方向規制部と周方向規制部との少なくとも一方を省略した構造を採用することもできる。
上述の実施形態では、複数の半導体モジュール１０を冷却する積層型の冷却器２０について例示したが、半導体モジュールとの間で熱交換可能な熱交換部と、熱交換部に冷媒を導入する導入管と、熱交換部から冷媒を排出する排出管と、を有するものであれば、冷却器の構造は積層型に限定されるものではなく、必要に応じて別構造の冷却器を採用することもできる。
１，１０１ 電力変換装置
１０ 半導体モジュール
１１ スイッチング素子
２０ 冷却器
２１ 冷却管（熱交換部）
２２ 導入管（冷媒流通管）
２３ 排出管（冷媒流通管）
３０ ケース
４０，１４０ コネクタ
４１ パイプ部
４３ 突出部（軸方向規制部）
４３ａ 係合凸部（第１係合部、周方向規制部）
４３ｂ 係合凹部（第１係合部、周方向規制部）
４３ｃ 係合片（第１係合部、周方向規制部）
４４ 突出部（軸方向規制部）
４５ フランジ部
４６ 外筒部（開口縁部）
４６ａ 係合凸部（第２係合部、周方向規制部）
４６ｂ 係合凹部（第２係合部、周方向規制部）
４６ｃ 係合溝（第２係合部、周方向規制部）
４７ 挿通孔
５０ 第１封止部材（封止部材）

Claims (7)

  1. スイッチング素子（１１）を内蔵した半導体モジュール（１０）と、
    上記半導体モジュールとの間で熱交換可能な熱交換部（２１）と、上記熱交換部に冷媒を導入する導入管（２２）と、上記熱交換部から冷媒を排出する排出管（２３）と、を有する冷却器（２０）と、
    上記半導体モジュール及び上記冷却器を収容するケース（３０）と、
    上記冷却器の上記導入管及び上記排出管の少なくとも一方である冷媒流通管（２２，２３）に接続されるコネクタ（４０，１４０）と、
    上記冷媒流通管と上記コネクタとの間を封止する封止部材（５０）と、
    を備え、
    上記コネクタは、上記冷媒流通管に連通するパイプ部（４１）と、上記ケースに固定されるフランジ部（４５）と、を有し、上記フランジ部の挿通孔（４７）に上記パイプ部が挿通された状態で上記パイプ部及び上記フランジ部が互いに接合されている、電力変換装置（１，１０１）。
  2. 上記コネクタは、上記パイプ部及び上記フランジ部が上記パイプ部の軸方向に相対移動するのを規制する軸方向規制部（４３，４４）を有する、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 上記軸方向規制部は、上記パイプ部においていずれも径方向外方へ突出する少なくとも１つの突出部（４３，４４）からなり、上記少なくとも１つの突出部が上記フランジ部のうち上記挿通孔の開口縁部（４６）に隣接して設けられている、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 上記コネクタは、上記パイプ部及び上記フランジ部が上記パイプ部の周方向に相対移動するのを規制する周方向規制部（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 上記周方向規制部は、上記パイプ部に設けられた第１係合部（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）と、上記フランジ部において上記パイプ部の上記第１係合部に係合する第２係合部（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）と、によって構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 上記コネクタの上記パイプ部及び上記フランジ部は、いずれも金属材料からなり塑性加工によって互いに接合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載に電力変換装置。
  7. 上記パイプ部及び上記フランジ部が上記塑性加工としてのカシメ加工によって互いに接合されている、請求項６に記載の電力変換装置。
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