JP5211568B2 - 電力変換装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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きている。それ故、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。
次いで、ばね部材932を減圧方向に復元させながら、ばね部材932の支承部933を支承ピン913に支承させる。これにより、ばね部材932は、所定の変位において、所定の押圧力を半導体積層ユニット92に与えた状態で落ち着く。
上記電力変換装置の筐体に上記半導体積層ユニットを配置した後、
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部に、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有する加圧部材を配置し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させた状態で、上記一対の支承部の後方位置において上記筐体内に一対の支承体を配設し、
次いで、上記押圧治具を後退させて上記ばね部材が復元する方向に上記一対の支承部を変位させることにより、該支承部と上記筐体の内壁との間に上記支承体が挟持される状態で、上記支承部を上記支承体に支承させる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)。
上記電力変換装置の製造方法においては、上記加圧部材を筐体に取付ける際に、上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させる。すなわち、ばね端部を押圧治具によって押圧することにより、ばね部材を弾性変形させる。これにより、比較的小さい荷重でばね部材を大きく弾性変形させることができる。つまり、支承部よりも内側の部分において押圧する場合に比べて、小さい荷重でばね部材を大きく弾性変形させることができる。
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込むときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置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)。
また、上記ばね部材は、自然長における上記一対のばね端部の間の距離をAとし、自然長における上記一対の支承部の間の距離をBとしたとき、A≧1.22Bを満たすことが好ましい(請求項5)。
上記ばね部材は、一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置している。そして、上記一対のばね端部の間の距離Aと、上記一対の支承部の間の距離Bとは、A≧1.22Bを満たすことが好ましい。この場合、上記一対のばね端部は、上記支承体の配設位置よりも充分に外側に配置される。これにより、半導体積層ユニットの一端に加圧部材を配置して押圧する際に、多少の寸法公差や配置のずれが生じても、支承体に干渉することなく、一対のばね端部に押圧治具を確実に当接させることができる。これにより、押圧治具によって上記一対のばね端部を上記当接プレート側へ確実に押圧することができる。
さらに、半導体積層ユニットの積層方向の寸法に応じて、ばね部材の支承部を支承する支承体として、直径の異なる支承体を多種類用意する必要がなくなり、製造コストを低減し、生産効率を向上させることができる。
第3の発明は、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一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込んで上記ばね部材を弾性変形させるときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
上記ばね部材は、上記ばね端部における上記支承体側の面と端面との間の角部に、曲面を設けてなることを特徴とする電力変換装置にある(請求項6)。
第4の発明は、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一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込んで上記ばね部材を弾性変形させるときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
上記ばね部材は、上記支承部と上記ばね端部との間に、上記支承体側に凸となるように屈曲した屈曲部を設けてなることを特徴とする電力変換装置にある(請求項7)。
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。
また、本明細書において、特に断らない限り、半導体積層ユニットを押圧する方向を前方、その反対を後方として説明する。
この場合には、上記押圧治具を上記ばね端部に安定して当接させることができ、より確実にばね部材を弾性変形させることができる。
この場合にも、上記押圧治具を上記ばね端部に安定して当接させることができ、より確実にばね部材を弾性変形させることができる。
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びその製造方法につき、図1〜図12を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図3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。
該加圧部材3は、冷却管22の主面に当接する当接面311を有する当接プレート31と、該当接プレート31における当接面311と反対側の面に配されたばね部材32とを有する。
図3、図4に示すごとく、ばね部材32は、電力変換装置1の筐体11の内壁111との間に介在される一対の支承体としての支承ピン13に支承部322を支承させると共に当接プレート31に押圧部321を当接させて、当接プレート31を支承ピン13から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されている。
ばね部材32は、一対のばね端部323を支承ピン13よりも外方に配置している。
また、上記一対の支承ピン13は円柱形状を有する。
そして、当接プレート31及びばね部材32は、いずれも、炭素工具鋼(SK85、旧SK5)等の金属からなる。
そして、半導体モジュール21は、冷却器220における隣り合う冷却管22の間に2個づつ並列配置された状態で挟持されている。半導体モジュール21は両面に放熱板を露出させており、この放熱板と扁平形状の上記冷却管22の主面221とを密着させることにより、両者の間で熱交換を行うことができるよう構成されている。
なお、冷却器220においては、例えば連結パイプ222を蛇腹状にしたり、連結パイプ222と冷却管22との取付部にダイヤフラム部を設けたりすることにより、隣り合う冷却管22の間の間隔をある程度変化させることができるよう構成してある。
まず、電力変換装置1の筐体11に半導体積層ユニット2を配置する。
次いで、図1に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の一方の端部に、当接プレート31とばね部材32とを有する加圧部材3を配置する。
次いで、押圧治具4を後退させてばね部材32が復元する方向に一対の支承部322を変位させることにより、該支承部322と筐体11の内壁111との間に支承ピン13が挟持される状態で支承ピン13に支承させる。
以上により、図1に示すごとく、半導体積層ユニット2が加圧部材3によって積層方向に加圧された電力変換装置1を得る。
そして、加圧部材3を配設した後における加圧部材3による半導体積層ユニット2への押圧力は、半導体モジュール21の冷却効率を充分に確保することができると共に半導体積層ユニット2の変形を防ぐことができる所定の範囲内(本例においては、2.1〜5kN)となるようにする。
なお、所定の押圧力を付与したときの半導体積層ユニット2の積層寸法の変化がある程度予測できる場合には、押圧治具4の押圧は、一定の変位量にて行うこともできる。
本例の電力変換装置の製造方法においては、図5に示すごとく、上記加圧部材3を筐体13に取付ける際に、ばね部材32における支承部322よりも外側の一対のばね端部323に押圧治具4を当接させてばね端部323を当接プレート31側へ押し込むことによりばね部材32を弾性変形させる。すなわち、ばね端部323を押圧治具4によって押圧することにより、ばね部材32を弾性変形させる。これにより、比較的小さい荷重でばね部材32を大きく弾性変形させることができる。
このことにつき、図7を用いて説明する。
基本的に、ばね部材32においては、当接部材31に当接する押圧部321の中央部分からの距離が長い位置ほど、小さな力で大きく変位させることができる。それ故、支承部322において押圧する場合の荷重−変位曲線L0と、支承部322よりも内側において押圧する場合の荷重−変位曲線L1と、支承部322よりも外側(ばね端部323)において押圧する場合の荷重−変位曲線L2とは、図7のようになる。すなわち、ばね部材32への押圧治具4の当接部が外側へ行くほど、荷重に対する変位の大きさが大きくなる。
なお、図7においては、上限値の5kNまで押圧治具4による押圧を行ったときの荷重−変位曲線を示している。
すなわち、本例において、半導体積層ユニット2への加圧部材3による押圧力は、半導体モジュール21の冷却効率を確保すべく、2.1kN以上必要であるとする。一方、押圧治具4による半導体積層ユニット2への押圧力の上限値は、半導体積層ユニット2の強度との関係で、5kN以下であるとする。このとき許容されるばね部材32の変位の幅は、図5(A)に示す加圧部材3(ばね部材32)の弾性力が下限値(2.1kN)のときのばね部材32の変位と、図5(B)に示す押圧治具4による半導体積層ユニット2への押圧力が上限値(5kN)のときのばね部材32の変位との差xp2となる。この差xp2は、図7に示した差xp2でもある。
すなわち、図11(A)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法が小さいときには、ばね部材32へ付与する押圧力を比較的小さくして(例えば押圧力を2.1kNとして)、ばね部材32の弾性変形の変位量を小さくする。一方、図11(C)に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層方向の寸法が大きいときには、ばね部材32へ付与する押圧力を比較的大きくして(例えば押圧力を5kNとして)、ばね部材32の弾性変形の変位量を大きくする。このとき、ばね部材32の弾性力が小さくなりすぎず、また、押圧治具4による押圧力が大きくなりすぎることを防ぐことができる。
ばね部材32の支承部322の内側において加圧してばね部材32を変形させる場合(図6)でも、図8に示すごとく、半導体積層ユニット2の積層公差Lcが小さいときには、上記の許容範囲内におけるばね部材32の変位の幅xp1が小さくても、少ない種類の支承ピン13で対応できる。例えば、xp1≧Lcであれば、1種類の支承ピン13で対応できる。
この問題は、許容範囲内におけるばね部材32の変位の幅xp(上述のxp1、xp2)に対するLcの大きさが大きくなればなるほど大きくなる。すなわち、Lc/xpが1以下(すなわちxp≧Lc)であれば、上述のごとく、支承ピン13の直径は1種類で対応できる。しかしながら、Lc/xpが1を超えると支承ピン13の直径は、2種類以上必要となる。具体的には、必要な支承ピン13の直径の種類の最低数Npは、Np≧(Lc/xp)を満たす最小の自然数となる。
これに対して、本発明においては、A≧1.22Bを満たしているため、多少の寸法公差や配置のずれが生じても、一対のばね端部に押圧治具4を確実に当接させることができる。
また、上記実施例1において、ばね部材の支承部を支承する支承体として、円柱形状の支承ピン13を用いる例を示したが、上記支承体としては、例えば三角柱形状、四角柱形状、半円柱形状、楕円柱形状等、円柱形状以外の形状のものを用いることもできる。
本例は、図13に示すごとく、ばね部材32のばね端部323における支承ピン13側の面324と端面325との間の角部326に、曲面を設けた例である。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、押圧治具4をばね端部323に安定して当接させることができ、より確実にばね部材32を弾性変形させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図14に示すごとく、ばね部材32の支承部322とばね端部323との間に、支承ピン13側に凸となるように屈曲した屈曲部327を設けた例である。本例においては、ばね端部323が半導体積層ユニット2の積層方向に略垂直となる。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、押圧治具4をばね端部323に安定して当接させることができ、より確実にばね部材32を弾性変形させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
11 筐体
111 内壁
13 支承体
2 半導体積層ユニット
21 半導体モジュール
22 冷却管
3 加圧部材
31 当接部材
311 当接面
32 ばね部材
321 押圧部
322 支承部
323 ばね端部
4 押圧部材
Claims (7)
- 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を製造する方法であって、
上記電力変換装置の筐体に上記半導体積層ユニットを配置した後、
上記半導体積層ユニットの積層方向の一方の端部に、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有する加圧部材を配置し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材における上記支承部よりも外側の一対のばね端部に押圧治具を当接させて上記ばね端部を上記当接プレート側へ押し込むことにより上記ばね部材を弾性変形させた状態で、上記一対の支承部の後方位置において上記筐体内に一対の支承体を配設し、
次いで、上記押圧治具を後退させて上記ばね部材が復元する方向に上記一対の支承部を変位させることにより、該支承部と上記筐体の内壁との間に上記支承体が挟持される状態で、上記支承部を上記支承体に支承させることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1において、上記ばね部材は、上記ばね端部における上記支承体側の面と端面との間の角部に、曲面を設けてなることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
- 請求項1又は2において、上記ばね部材は、上記支承部と上記ばね端部との間に、上記支承体側に凸となるように屈曲した屈曲部を設けてなることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
- 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一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込むときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4において、上記ばね部材は、自然長における上記一対のばね端部の間の距離をAとし、自然長における上記一対の支承部の間の距離をBとしたとき、A≧1.22Bを満たすことを特徴とする電力変換装置。
- 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一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込んで上記ばね部材を弾性変形させるときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
上記ばね部材は、上記ばね端部における上記支承体側の面と端面との間の角部に、曲面を設けてなることを特徴とする電力変換装置。 - 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一方の端部には、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されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記ばね部材は、上記当接プレート側に凸の状態で湾曲した押圧部と、該押圧部の両端に形成された支承部とを有し、
上記ばね部材は、上記電力変換装置の筐体の内壁と上記支承部との間に介在される一対の支承体に上記支承部を支承させると共に上記当接プレートに上記押圧部を当接させて、上記当接プレートを上記支承体から離れる方向に押圧するように付勢された状態で配設されており、
上記ばね部材は、該ばね部材を上記当接プレート側に押し込んで上記ばね部材を弾性変形させるときに押圧治具が当接する一対のばね端部を上記支承体よりも外方に配置しており、
上記ばね部材は、上記支承部と上記ばね端部との間に、上記支承体側に凸となるように屈曲した屈曲部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
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