JP5423654B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置に関する。
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、電源電力から駆動用モータを駆動するための駆動用電力に変換するためのインバータやコンバータ等の電力変換装置が搭載されている。図３５に示すごとく、かかる電力変換装置９は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール９２１やコンデンサ９２２を始めとして、電力変換回路を構成する各種電子部品を備えている（特許文献１参照）。また、半導体モジュール９２１の温度上昇を抑制するために、これらを冷却する冷却器９３が半導体モジュール９２１に接触配置されている。
さらには、電力変換装置９は、半導体モジュール９２１を制御する制御回路が形成された制御回路基板９６をも備えている。
そして、これらの半導体モジュール９２１等の電子部品、冷却器９３、制御回路基板９６は、ケース９４に固定され、ケース９４内に密封されている。
特開２００９−１５９７６７号公報
しかしながら、ケース９４の剛性が充分に高くないと、ケース９４に固定された電子部品や制御回路基板９６が大きく振動して断線等の原因となったり、外力が内部の電子部品等に加わって故障の原因となったりするなどの不具合が発生しやすい。
また、電力変換装置９は、エンジンルームなどに配置されることがあるが、この場合、急激な温度変化に伴って、ケース９４が熱膨張あるいは熱収縮することがある。このとき、ケース９４に直接、各種部品が組み付けられていると、これらの部品に熱応力が加わり、故障の原因を招くおそれがある。
また、特許文献１に記載の電力変換装置９は、ケース９４を、ケース本体９４０とその両側に設けた下蓋９４１と上蓋９４２とによって構成してある。そのため、ケース９４には、二か所の大きなシール面が形成され、これら２つのシール面の水密性を確保する必要がある。それゆえ、シール材を多く形成する必要があり、コスト面においても、製造面においても、不利となりやすい。
また、メンテナンスの際には、下蓋９４１と上蓋９４２とを取り外す必要があるため、メンテナンスの作業性も高いとは言い難い。
仮に、単に下蓋９４１を廃止して、ケース９４を、底部のあるケース本体と上蓋とによって構成すれば、シール面を一つにできるが、この場合は、メンテナンス性がさらに低下することとなるし、ケース９４の剛性がさらに低下することにもなる。
また、ケース９４に直接コンデンサ９２２等の電子部品を固定すると、その振動がケース９４を通じて車体等に伝わり、不快な振動音が車内に伝わるなどの不具合も生じやすい。逆に、エンジンの振動が、ケース９４を通じて電子部品や制御回路基板９６に伝わって、断線や故障の原因となるおそれもある。
また、電力変換装置を搭載する車種によって、被搭載部（エンジンルーム等）の形状や構造が異なると、それに応じて電力変換装置における外部レイアウトとの接続位置を変更するなど、その形状を車種ごとに変更する必要がある。かかる観点において、ケースに各種電子部品及び冷却器を直接組み付ける構造の電力変換装置においては、ケースのみならずその内部のレイアウトをも変更する必要が生じる。その結果、車種ごとに設計変更を余儀なくされ、生産性を向上させ難く、低コスト化の阻害要因ともなる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ケースの剛性を高めつつ、電子部品へ加わる外力を低減することができ、かつ、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供しようとするものである。
第１の発明は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵すると共に該スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子を有する複数の半導体モジュールを上記電子部品として上記フレームの内側に備えると共に、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備え、
上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
上記冷却器は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管を有し、該複数の冷却管と上記複数の半導体モジュールとが互いに積層された積層体が上記内部ユニットに含まれており、
上記積層体は、上記冷却管と上記半導体モジュールとを交互に積層してなり、
上記半導体モジュールは、上記制御端子を、上記積層体の積層方向に直交する方向であって上記フレームによって囲まれた方向に直交する高さ方向に突出形成してなり、
上記フレームは、上記制御回路基板を固定する基板固定部を、上記制御端子の突出方向に突出形成してなり、
該基板固定部は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に、上記制御回路基板と当接する基板当接面を有していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
第２の発明は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵すると共に該スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子を有する複数の半導体モジュールを上記電子部品として上記フレームの内側に備えると共に、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備え、
上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を有し、該ユニット固定部は、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置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６）。
上記電力変換装置においては、上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とを上記フレームに固定し、これらの電子部品と冷却器とフレームとを一体化した一つの内部ユニットを構成している。そして、該内部ユニットをケース内に固定している。そのため、内部ユニットがケースの内部において梁の役割を果たし、ケースの剛性を高めることができる。
そして、これによって、ケース自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケースの材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
また、内部ユニットをケースに固定することによって、内部ユニットに含まれる一つ一つの電子部品及び冷却器に対して、ケースを通じて外力が加わることを抑制することができる。すなわち、外部からの振動や、熱応力などの影響を、内部ユニットに含まれる電子部品及び冷却器が受けることを抑制することができる。
また、上記内部ユニットを構成することによって、ケースに直接電子部品をはじめとする各種部品を組み付けるのではなく、フレームに対して電子部品等を組み付けて内部ユニットを組み立てた後、内部ユニットをケースに組み付けることで、電力変換装置を得ることができる。そのため、電力変換装置の組み立て作業を容易に行うことができる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニットごとケースから取り出して、ケースの外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
また、このようにケースの外部において電子部品の組み付けやメンテナンスを行うことができるため、ケースには複数の蓋を設ける必要がない。そのため、ケース本体と蓋との間のシール面を一箇所とすることができる。それゆえ、ケースの水密性が必要な場合にも、ケースの水密性を高めやすくなると共に、シール材を少なくすることができ、材料費の低減、シール材の塗布等の工数の低減を図ることができる。
また、上記内部ユニットは上記ケース内に密封されている。すなわち、フレームを含めて内部ユニット全体をケース内に密封してあるため、シール面を一箇所とすることができる。
また、上記内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケースに固定されている。これにより、上記フレームが上述した梁の役割を直接果たすため、より一層ケースの剛性を高めることができる。
また、上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成されている。これにより、フレームを導体で構成すれば、フレームによって、電子部品から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。上記ケースも導体によって構成されることが多いが、フレームとケースとによって、電子部品の電磁ノイズを二重で遮蔽することができる。また、上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成されている。そのため、フレームによって、例えば半導体モジュールなど、電磁ノイズを発生しやすい電子部品を囲むことにより、フレームが導体であれば、少なくともフレームによって囲まれた周囲への電磁ノイズの漏れを抑制することができる。
また、上記電力変換装置においては、上記電子部品及び上記冷却器をフレームに固定してなる上記内部ユニットを、フレームにおいてケースに固定してある。そのため、フレームとの固定部さえ統一しておけば、ケースの外形を、電力変換装置の被搭載部（エンジンルーム等）に応じて変更することで、ケース内のレイアウトを車種ごとに変更する必要がない。その結果、内部ユニットの構造を変更することなく、ケースの外形のみを変更することで、多種にわたる車種に対応することができる。したがって、生産性に優れた、低コストの電力変換装置を得ることが可能となる。
また、上記フレームは、上記基板固定部を有する。これにより、制御回路基板をも内部ユニットの一部として組み付けることができるため、電力変換装置の組み立てをより容易に行うことができる。また、外部の振動や外力が制御回路基板に伝わることを抑制することができる。また、上記基板固定部は、上記半導体モジュールの制御端子の突出方向に突出形成してなる。これにより、半導体モジュールの制御端子と制御回路基板との接続を容易かつ確実に行いやすくなる。
そして、特に上記第１の発明にかかる電力変換装置においては、基板固定部は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に、上記制御回路基板と当接する基板当接面を有している。それゆえ、基板固定部に制御回路基板を固定したとき、半導体モジュールの制御端子と制御回路基板との接続を容易かつ確実に行うことができる。
また、上記第２の発明にかかる電力変換装置においては、上記ユニット固定部が、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置されている。これにより、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。すなわち、仮に、上記ユニット固定部が上記制御回路基板の外縁よりも内側に配置されていたとすると、上記制御回路基板が邪魔になって、該制御回路基板を組み付けた後の内部ユニットを上記ケースに固定する作業を容易に行うことができなくなる。例えば、ケースの壁に孔をあけて、そこにボルト等を挿通して内部ユニットをケースに固定するなどの方法を採らざるをえなくなるが、その場合、作業性が低下するばかりでなく、ケース内外の水密性を確保するためのシール材の配設部分が増えてしまうという問題も生じる。
しかし、ユニット固定部を上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
また、上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵してなる複数の半導体モジュールを上記電子部品として備えている。これにより、外力の影響を受けやすいスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールへ加わる外力を低減することができる。そのため、より効果的に電力変換装置の耐久性を向上することができる。
また、上記冷却器は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管を有し、該複数の冷却管と上記複数の半導体モジュールとが互いに積層された積層体が上記内部ユニットに含まれている。これにより、上記積層体を上記ケースの外において組み立てることができるため、一層製造容易な電力変換装置を得ることができる。
また、上記積層体は、上記冷却管と上記半導体モジュールとを交互に積層してなる。これにより、上記半導体モジュールを効率的に冷却することができると共に、積層体の小型化を実現することができる。
以上のごとく、本発明によれば、ケースの剛性を高めつつ、電子部品へ加わる外力を低減することができ、かつ、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供することができる。
実施例１における、電力変換装置の断面概略説明図。 実施例１における、フレームの平面図。 実施例１における、フレームの底面図。 図２のＡ−Ａ（ａ−ａ）線矢視断面図。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。 実施例１における、フレームの正面図。 実施例１における、フレームに積層体及び端子台等を組み付けた状態の平面図。 実施例１における、フレームに更にバスバーアッセンブリ等を組み付けた状態の平面図。 図８のＣ視図。 図７のＤ−Ｄ線矢視断面図。 実施例１における、フレームに更にコンデンサを組み付けた状態の平面図。 図１１のＥ視図。 実施例１における、フレームに更に制御回路基板を組み付けた状態、すなわち内部ユニットの平面図。 実施例１における、内部ユニットの正面図。 実施例１における、内部ユニットの側面図。 実施例１における、内部ユニットをケースに収納した状態の平面図。 図１６のＦ−Ｆ線矢視断面図。 図１６のＧ−Ｇ線矢視断面図。 実施例１における、図１６のＧ−Ｇ線矢視断面相当の電力変換装置の断面図。 実施例２における、電力変換装置の断面図。 実施例２における、蓋体を取り付ける前の電力変換装置の平面図。 実施例２における、内部ユニットの側面図。 実施例２における、内部ユニットの底面図。 実施例２における、フレームの正面図。 実施例２における、フレームの平面図。 実施例２における、フレームの底面図。 実施例３における、制御回路基板を取り付ける前の内部ユニットの平面図。 実施例３における、制御回路基板の平面図。 実施例３における、制御回路基板を取り付ける前の内部ユニットの側面図。 実施例３における、内部ユニットの上方に制御回路基板を配置した状態を示す組立方法の側面説明図。 実施例３における、制御端子の先端部のみをスルーホールに挿入した状態を示す組立方法の側面説明図。 実施例３における、制御回路基板を動かしてスルーホールへの制御端子の位置合わせを行う状態を示す組立方法の側面説明図。 実施例３における、制御回路基板を取り付けた状態の内部ユニットの側面図。 実施例３における、制御回路基板を取り付けた状態の内部ユニットの平面図。 背景技術における、電力変換装置の断面図。
本発明に係る電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、電源電力から駆動用モータを駆動するための駆動用電力に変換するのに用いられる。
また、高さ方向から見た上記フレームの形状としては、例えば、上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲む四角形状、三方から囲むコ字形状、あるいは、間に電子部品を配置した略平行な一対の壁部と両者をつなぐ壁部とからなるＨ字形状とすることができる。
第１の発明において、上記フレームは、上記基板固定部の上記基板当接面から突出すると共に上記制御回路基板に設けた位置決め穴に挿嵌される位置決めピンを有し、該位置決めピンの先端は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記半導体モジュールに対する上記制御回路基板の位置決めを正確に行うことができるため、半導体モジュールと制御回路基板との接続を確実に行うことができる。また、位置決めピンの先端は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に配置されている。これにより、複数の半導体モジュールの制御端子を、制御回路基板における所定の接続部に挿入して、制御回路基板を基板固定部に固定する作業が容易となる。すなわち、複数の制御端子を制御回路基板における複数の接続部に挿入するにあたっては、位置決めピンを位置決め穴に挿嵌させるよりも先に、制御端子を制御回路基板における接続部に挿入しないと、その挿入作業がきわめて困難となる。そこで、位置決めピンの先端を、制御端子の先端よりもフレームに近い高さ方向の位置に配置しることにより、位置決めピンと位置決め穴との嵌合よりも先に、制御回路基板の接続部への制御端子の挿入を先に行うことができる。これにより、内部ユニットへの制御回路基板の取付を容易に行うことができる。
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を有し、該ユニット固定部は、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。すなわち、仮に、上記ユニット固定部が上記制御回路基板の外縁よりも内側に配置されていたとすると、上記制御回路基板が邪魔になって、該制御回路基板を組み付けた後の内部ユニットを上記ケースに固定する作業を容易に行うことができなくなる。例えば、ケースの壁に孔をあけて、そこにボルト等を挿通して内部ユニットをケースに固定するなどの方法を採らざるをえなくなるが、その場合、作業性が低下するばかりでなく、ケース内外の水密性を確保するためのシール材の配設部分が増えてしまうという問題も生じる。
しかし、ユニット固定部を上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
また、上記基板固定部は、上記ユニット固定部よりも内側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、上記制御回路基板を上記フレームに容易に固定することができると共に、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。
また、上記冷却器は、該冷却器に冷却媒体を導入する冷媒導入管と冷却媒体を排出する冷媒排出管とを、上記積層体の積層方向の前端から前方に突出形成してなり、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースから突出しており、上記フレームは、上記積層体における積層方向の両側に配された前方壁部及び後方壁部と、上記前方壁部と上記後方壁部とをその両端において連結する一対の側方壁部とを有し、少なくとも一つの上記基板固定部は、上記前方壁部に形成されており、該前方壁部に形成した上記基板固定部は、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に配置していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記制御回路基板の外形を小さくすることができると共に、フレームの外形を小さくすることができる。すなわち、前方壁部に設けた上記基板固定部を上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との並び方向の外側に配置すると、そこに固定する制御回路基板の外形を大きくする必要が生じるし、フレームも大きくせざるを得ない。特に、冷媒導入管及び冷媒排出管をクランプするクランプ部材を前方壁部に固定する場合、このクランプ部材と上記基板固定部との干渉を避ける必要がある。この場合、一対の基板固定部を上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との並び方向の外側に配置しようとすると、一対の基板固定部の間の距離が特に長くなり、その結果、制御回路基板の外形およびフレームの外形を大きくする必要が生じる。
そこで、基板固定部を上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に配置することにより、制御回路基板及びフレームの大型化を防ぎ、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。
第２の発明において、上記基板固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記制御回路基板を上記フレームに容易に固定することができると共に、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。
また、上記内部ユニットは、上記積層体を積層方向に加圧する加圧部材を備え、該加圧部材は、上記フレームの一部と上記積層体における積層方向の一端との間に介設され、上記積層体における積層方向の他端は、上記フレームの他の一部によって支承されていることが好ましい。この場合には、上記加圧部材の反力を上記フレームによって支えることができる。そのため、上記ケースには上記加圧部材の反力に対抗する剛性が必要なく、その厚みを厚くしたり、リブ等を設けたりする必要もない。その結果、ケースの軽量化、低コスト化を実現することができる。
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を複数有しており、上記積層体及び上記加圧部材による積層方向外側へ向かう反力を受ける上記フレームにおける一対の支承部よりも積層方向外側の双方に、少なくとも１個ずつ上記ユニット固定部が配置されていることが好ましい。この場合には、上記積層体及び上記加圧部材による反力に対する上記フレームの剛性を上記ケースによって向上させることができる。すなわち、上記ケースが上記フレームを補強することとなり、上記反力によってフレームが変形することを効果的に防止することができる。
また、上記フレームは、上記積層体における積層方向の両側に配された前方壁部及び後方壁部と、上記前方壁部と上記後方壁部とをその両端において連結する一対の側方壁部とを有することが好ましい。この場合には、上記積層体を上記フレームの内側において安定して固定することができる。
また、上記前方壁部及び上記後方壁部は、上記側方壁部よりも、壁厚みが大きいことが好ましい。この場合には、上記加圧部材の反力を受ける上記前方壁部及び上記後方壁部の剛性を高めることができると共に、上記加圧部材の反力を直接受けない上記側方壁部の軽量化を図ることができる。その結果、上記加圧部材の反力に対抗するのに必要な上記フレームの剛性を確保しつつ、効果的にフレームの軽量化を図ることができる。
また、上記前方壁部及び上記後方壁部は、その少なくとも一部を、積層方向に垂直な一対の縦板部と該一対の縦板部の中央部においてこれらを連結する連結部とからなる断面略Ｈ字形状のＨ型壁部によって構成してあることが好ましい。この場合には、上記前方壁部及び上記後方壁部の高い剛性を確保しつつフレームの軽量化を図ることができる。
また、上記側方壁部は、その少なくとも一部を、上記フレームの内側に面する主面を有する主壁部と、該主壁部における積層方向に直交する方向の一端から上記フレームの内側に向って突出した内向部とからなる断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してあることが好ましい。この場合には、充分な剛性を確保しつつ上記側方壁部の軽量化及び材料費の低減を図ることができる。
また、上記複数の冷却管は長尺形状を有し、その長手方向の両端部付近において互いに連結され、上記冷却管と共に積層された上記半導体モジュールは、被制御電力が入出力される主電極端子と上記スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子とを、互いに反対方向へ突出形成してなると共に、積層方向及び上記冷却管の長手方向に直交する高さ方向に突出させており、上記フレームは、上記高さ方向の双方に解放されていることが好ましい。この場合には、上記半導体モジュールへのバスバーや制御回路基板等の組み付けを容易に行うことができる。
また、上記内部ユニットは、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備えることが好ましい。この場合には、上記制御回路基板をケースに直接取り付ける必要がないため、その組み付け作業を容易に行うことができると共に、制御回路基板へ加わる外力を低減することができる。
また、上記内部ユニットは、上記電子部品としてコンデンサを備えることが好ましい。この場合には、上記コンデンサへ加わる外力を低減することができる。また、コンデンサから上記ケースへ伝わる振動を抑制することができ、ケースを介してコンデンサの振動が外部へ伝わることを抑制することができる。これにより、例えば、電力変換装置を搭載した車両において、コンデンサの振動に起因する不快音が車内に伝達することを抑制することができる。
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部と、上記内部ユニットに上記コンデンサを固定するコンデンサ固定部とを有し、該コンデンサ固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることが好ましい。この場合には、上記コンデンサを上記フレームに容易に固定することができると共に、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。
また、上記内部ユニットは、被制御電力を入出力する入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備えることが好ましい。この場合には、上記ケースの外で上記端子台を内部ユニットに組み付けることができるため、上記端子台の組み付けを容易に行うことができる。
また、該電力変換装置は、上記入出力端子を一端に設けたバスバーを有し、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部を複数有することが好ましい。この場合には、上記バスバーを上記フレームに安定して固定することができる。
また、上記電力変換装置は、上記バスバーを複数本有し、該複数本のバスバーのうちの少なくとも２本は、互いに樹脂によって部分的にモールドされることによって一体化されたバスバーアッセンブリを構成してなり、該バスバーアッセンブリを上記フレームに対して固定する複数の上記バスバー固定部のうちの少なくとも２個は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置されていることが好ましい。この場合には、上記バスバーアッセンブリを上記フレームに安定して固定することができると共に、上記端子台に上記入出力端子を安定して配置することができる。その結果、入出力端子と外部端子との安定した接続状態を確保することができる。
また、上記内部ユニットは、電力変換回路を構成するすべての上記電子部品を含むことが好ましい。この場合には、電力変換回路を構成するすべての電子部品を外力から保護することができると共に、製造容易かつメンテナンス性に優れた電力変換装置を得ることができる。
また、上記フレームは、少なくとも一方の端部が上記ケース内に配された導電ワイヤーを保持するワイヤー保持部を有することが好ましい。この場合には、上記導電ワイヤーを上記フレームに沿わせることができる。それゆえ、内部ユニットをケースに収納したり、あるいはケースから取り出したりする際に、導電ワイヤーが引っかかるなどの不具合を防止することができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図１９を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の電子部品（半導体モジュール２１、コンデンサ２２等）と、少なくとも一部の電子部品（本例においては半導体モジュール２１）を冷却する冷却器３とを、ケース４内に収容してなる。
半導体モジュール２１と冷却器３とは、これらが固定されるフレーム５と共に一体化されて一つの内部ユニット１０を構成している。
内部ユニット１０は、ケース４に固定されると共にケース４内に密封されている。
図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０は、フレーム５においてケース４に固定されている。フレーム５は、導体からなり、内部ユニット１０を構成する複数の半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されている。フレーム５は、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金の成形体によって構成することができる。
また、ケース４も、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金からなる。
半導体モジュール２１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を内蔵してなる。半導体モジュール２１は、スイッチング素子を樹脂モールドしてなる本体部２１１と、該本体部２１１から互いに反対方向に突出した主電極端子２１２及び制御端子２１３とからなる。主電極端子２１２からは被制御電力が半導体モジュール２１に入出力され、制御端子２１３には、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
図７、図１０に示すごとく、冷却器３は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管３１を有する。そして、複数の冷却管３１と複数の半導体モジュール２１とが互いに積層された積層体１１が内部ユニット１０に含まれている。積層体１１は、冷却管３１と半導体モジュール２１とを交互に積層してなる。そして、半導体モジュール２１は両主面から冷却管３１によって挟持されている。また、隣り合う冷却管３１の間には、２個の半導体モジュール２１が挟持されている。
図７に示すごとく、複数の冷却管３１は、積層方向Ｘに直交する方向に長く、その長手方向（この方向を、以下、適宜「横方向Ｙ」という。）の両端部において、隣り合う冷却管３１同士が変形可能な連結管３２によって連結されている。冷却器３は、積層方向Ｘの一端に配された冷却管３１における横方向Ｙの両端部に設けた冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を有する。
これにより、冷媒導入管３３１から導入された冷却媒体は、連結管３２を適宜通り、各冷却管３１に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通する。そして、各冷却管３１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール２１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管３２を適宜通り、冷媒排出管３３２に導かれ、冷却器３から排出される。
冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、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用いることができる。
内部ユニット１０は、積層体１１を積層方向Ｘに加圧する加圧部材１２を備える。加圧部材１２は、フレーム５の一部と積層体１１における積層方向Ｘの一端（これを以下「後端」という。）との間に介設されている。積層体１１における積層方向Ｘの他端（これを以下「前端」という。）は、フレーム５の他の一部によって支承されている。
加圧部材１２は、積層体１１側に向って凸状に湾曲した板ばねによって構成されている。また、加圧部材１２と積層体１１との間には、平板状の補強板１３が介設されており、加圧部材１２の押圧力が冷却管３１に局部的にかからないようにして、冷却管３１の変形を防いでいる。また、加圧部材１２の長手方向（横方向Ｙ）の両端部と、フレーム５との間には、支承ピン１４が挟持されている。この一対の支承ピン１４によって、加圧部材１２が後方から支承されている。
フレーム５は、積層体１１における積層方向Ｘの両側に配された前方壁部５２及び後方壁部５３と、前方壁部５２と後方壁部５３とをその両端において連結する一対の側方壁部５４とを有する。すなわち、図２、図３に示すごとく、フレーム５は、積層方向Ｘ及び横方向Ｙに直交する方向（以下、これを「高さ方向Ｚ」という。）から見たとき、略長方形状を有する。
フレーム５は、図１〜図３、図１９に示すごとく、内部ユニット１０をケース４に固定するユニット固定部５１を複数有している。積層体１１及び加圧部材１２による積層方向Ｘの外側へ向かう反力を受けるフレーム５における一対の支承部（前方壁部５２の内側面５２１および後方壁部５３の内側面５３１）よりも積層方向Ｘの外側の双方に、少なくとも１個ずつユニット固定部５１が配置されている。本例においては、上記内側面５２１よりも外側に２個のユニット固定部５１が形成され、上記内側面５３１よりも外側に他の２個のユニット固定部５１が形成されている。
ユニット固定部５１は、フレーム５から外方へ突出形成されると共に貫通孔が形成されている。該貫通孔にボルト５１１を挿通すると共に該ボルト５１１をケース４の内部に形成されたユニット支承部４１におけるネジ孔に螺合することにより、フレーム５をケース４に固定し、すなわち、内部ユニット１０をケース４に固定している。
図２、図４、図５に示すごとく、前方壁部５２及び後方壁部５３は、側方壁部５４よりも、壁厚みｔ１、ｔ２が大きい。ここで、壁厚みｔ１、ｔ２とは、冷却管３１が、積層方向Ｘあるいは横方向Ｙに投影される部分における、積層方向Ｘあるいは横方向Ｙの寸法をいうものとする。
前方壁部５２及び後方壁部５３は、その少なくとも一部を、図４、図１０に示すごとく、断面略Ｈ字形状のＨ型壁部５５によって構成してある。Ｈ型壁部５５は、積層方向Ｘに垂直な一対の縦板部５５１と該一対の縦板部５５１の中央部においてこれらを連結する連結部５５２とからなる。
図２、図３に示すごとく、側方壁部５４は、その一部を、断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してある。Ｌ型壁部（側方壁部５４）は、図５に示すごとく、フレーム５の内側に面する主面を有する主壁部５４１と、該主壁部５４１における積層方向Ｘに直交する方向の一端からフレーム５の内側に向って突出した内向部５４２とからなる。本例においては、側方壁部５４のすべてが上記Ｌ型壁部からなる。
なお、図２、図７に示すごとく、支承ピン１４を配置する領域付近においては、側方壁部５４の内向部５４２が他の部分よりも内側に突出している。
フレーム５は、高さ方向Ｚの双方に解放されている。すなわち、フレーム５の内側は高さ方向Ｚに貫通してなる。そして、図９、図１０に示すごとく、半導体モジュール２１の主電極端子２１２及び制御端子２１３は、フレーム５における高さ方向Ｚの一方（下方）と他方（上方）に突出している。本明細書において、主電極端子２１２の突出方向を下方、制御端子２１３の突出方向を上方として説明するが、上下は特に限定されるものではなく、便宜的なものである。
なお、前後や横などの表現も、同様に便宜的なものであることは言うまでもない。
また、図１、図１３〜図１９に示すごとく、内部ユニット１０は、スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板６を備えている。半導体モジュール２１における制御端子２１３は、制御回路基板６に接続されている。図１３、図１４に示すごとく、フレーム５におけるユニット固定部５１は、制御回路基板６の外縁よりも外側に配置されている。
また、フレーム５は、図２、図１４、図１５に示すごとく、内部ユニット１０に制御回路基板６を固定する基板固定部５６を、ユニット固定部５１よりも内側に設けている。
基板固定部５６は、前方壁部５２と後方壁部５３とのそれぞれから２本ずつ高さ方向Ｚ（上方）へ突出形成されたボスによって構成されている。これらの基板固定部５６にはネジ孔が形成されており、４個所の基板固定部５６においてビス５６１によって制御回路基板６をフレーム５に固定してある（図１３〜図１５）。
基板固定部５６は、図１２、図１４、図１５に示すごとく、半導体モジュール２１の制御端子２１３の突出方向に突出形成してなり、制御端子２１３の先端２１４よりもフレーム５に近い側に、制御回路基板６と当接する基板当接面５６２を有している。
また、図１４、図１５に示すごとく、内部ユニット１０はコンデンサ２２を備えている。フレーム５は、内部ユニット１０にコンデンサ２２を固定するコンデンサ固定部５７を有する。図３、図１１、図１４に示すごとく、該コンデンサ固定部５７は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。
コンデンサ固定部５７は、前方壁部５２と後方壁部５３とのそれぞれから２本ずつ、基板固定部５６とは反対側の高さ方向Ｚ（下方）へ突出形成されたボスによって構成されている。これらのコンデンサ固定部５７にはネジ孔が形成されており、４個所のコンデンサ固定部５７においてボルト５７１によってコンデンサ２２をフレーム５に固定してある。
また、図１１〜図１５に示すごとく、内部ユニット１０は、被制御電力を入出力する入出力端子７１を載置して、該入出力端子７１を外部機器（直流バッテリー、回転電機等）の端子と接続するための端子台７を備えている。
端子台７は、フレーム５における一方の側方壁部５４から外方へ突出形成された２本の支持アーム５４３に、ボルト５４４によって固定されている。
入出力端子７１には、コンデンサ２２の一対の電極と電気的に接続された一対のコンデンサ端子７１Ｐ、７１Ｎと、半導体モジュール２１の主電極端子２１２と電気的に接続されると共に三相交流回転電機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電極に接続される３本の出力端子７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗがある。
入出力端子７１は、バスバーの一端に形成され、該バスバーの他端がコンデンサ２２や半導体モジュール２１に接続されている。
複数本のバスバーのうち、出力端子７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗをそれぞれ有するバスバー７０は、互いに樹脂によって部分的にモールドされることによって一体化されたバスバーアッセンブリ７２を構成してなる。
フレーム５は、図３、図１４、図１５に示すごとく、バスバーアッセンブリ７２を固定するバスバー固定部５８を複数有する。本例においては、バスバー固定部５８は３個形成されている。そして、バスバー固定部８のうちの２個は、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されている。
内部ユニット１０は、電力変換回路を構成するすべての電子部品を含んでいる。すなわち、電力変換装置１におけるすべての電子部品は、内部ユニット１０に属しており、ケース４に直接固定された電子部品は存在しない。
また、図１に示すごとく、ケース４は、上方が開口したケース本体４０と、該ケース本体４０の開口部を閉塞する蓋体４００とからなる。上記ユニット支承部４１は、ケース本体４０と一体成形されている。
ケース本体４０は、開口部の外周にフランジ部４２を設けてなり、蓋体４００の外周にもフランジ部４２０が設けてある。ケース本体４０と蓋体４００とは、互いの開口端にシール材（図示略）を介在させた状態で両者のフランジ部４２、４２０を互いに重ね合わせ、ボルト４３１とナット４３２とによって締結されている。これにより、内部ユニット１０は、ケース４内に密封されることとなる。
図１６、図１９に示すごとく、積層体１１（図７参照）に接続された冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、その一部をケース４の外に突出させている。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の外周には、環状パッキン３３３が取り付けてある。図１６に示すごとく、ケース本体４０には、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を通過させる凹部４４が２個所に形成されており、これら２つの凹部４４に、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に取り付けた環状パッキン３３３を配置した状態で、環状パッキン３３３をケース本体４０と蓋体４００とで挟持する。これにより、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をケース４の外に突出させつつ、ケース４を密閉することができる。
また、内部ユニット１０における各種電子部品や制御回路基板６と、外部機器とを電気的に接続するために、ケース４には適宜、配線の挿通部や、コネクタ等を設けてあるが、これらの開口部には、適宜シール材等を設けることによって、ケース４内外の水密性を確保している。
本例の電力変換装置１を組み立てるに当たっては、まず、図１３〜図１５に示すごとく、内部ユニット１０を組み立てる。その後、図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０をケース本体４０内に収納すると共に固定する。そして、最後に、図１、図１９に示すごとく、蓋体４００をケース本体４０に締結することによって、ケース４内に内部ユニット１０を密封する。
内部ユニット１０を組み立てるに当たっては、まず、図２〜図６に示すフレーム５を用意する。
次いで、フレーム５の内側に、図７、図１０に示すごとく、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却管３１とを積層してなる積層体１１を配置する。なお、この段階より前に、複数の冷却管３１は連結管３２によって連結されていると共に冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２が接合された冷却器３が既に組み立てられている。積層体１１をフレーム５の内側に配置したとき、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、図７に示すごとく、フレーム５に形成した管用凹面５２２（図２、図６）に載置される。
そして、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、前方壁部５２に固定されるクランプ部材１６によって上方からフレーム５に向かって押さえつけられるようにクランプされる。
また、積層体１１の後端とフレーム５の後方壁部５３との間に、加圧部材１２を配置する。
次いで、加圧部材１２の両端部付近を積層方向Ｘの前方へ、押圧治具によって押し込むことによって、加圧部材１２を弾性変形させつつ、積層体１１を圧縮する。加圧部材１２を所定量変形させた時点で、加圧部材１２の両端部とフレーム５の後方壁部５３との間に、円柱状の支承ピン１４を挿入する。その後、上記押圧治具を後方へ移動させながら加圧部材１２から離すことにより、一対の支承ピン１４が加圧部材１２と後方壁部５３との間に挟持された状態となる。この状態は、すなわち、加圧部材１２の付勢力によって積層体１１が積層方向に所定の圧力によって圧縮された状態でもある。
次いで、図７〜図９に示すごとく、端子台７をフレーム５における支持アーム５４３に、ボルト５４４によって固定する。
次いで、バスバー７０を樹脂モールドしてなるバスバーアッセンブリ７２をフレーム５に取り付けると共に、バスバー７０を半導体モジュール２１の主電極端子２１２に溶接する。また、バスバー７０における出力端子７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗを端子台７に載置する。バスバーアッセンブリ７２は、フレーム５の３箇所のバスバー固定部５８において、ボルト５８１によって固定する。
次いで、半導体モジュール２１をコンデンサ２２と接続するためのバスバー７００を、半導体モジュール２１の主電極端子２１２に溶接すると共にバスバーアッセンブリ７２にボルト７０１によって固定する。
次いで、図１１、図１２に示すごとく、コンデンサ２２をフレーム５の下側に固定する。すなわち、コンデンサ２２をフレーム５におけるコンデンサ固定部５７にボルト５７１によって締結する。
また、コンデンサ２２における一対のコンデンサ端子７１Ｐ、７１Ｎを端子台７に載置する。
次いで、図１３〜図１５に示すごとく、制御回路基板６をフレーム５の上側に配置して、制御回路基板５に形成したスルーホールに半導体モジュール２１の制御端子２１３を挿通すると共に接続する。そして、フレーム５における基板固定部５６に、ビス５６１によって制御回路基板６を固定する。
以上により、内部ユニット１０が完成する。
その後、図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０を、ケース本体４０に固定する。
すなわち、ケース本体４０に形成されたユニット支承部４１の上面に、内部ユニット１０の外郭を構成するフレーム５のユニット固定部５１を載置する。このとき、冷却器３の冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に取り付けた環状パッキン３３３を、ケース本体４０に形成された凹部４４に嵌め込む。
この状態で、ボルト５１１を、ユニット固定部５１に設けた挿通孔に挿通すると共にユニット支承部４１に設けたネジ孔にねじ込むことによって、ケース本体４０に内部ユニット１０を固定する。
次いで、シール材を介在させながら、図１、図１９に示すごとく、蓋体４００をケース本体４０の開口部に配置し、フランジ部４２、４２０において、ボルト４３１とナット４３２とによって両者を締結する。これにより、内部ユニット１０をケース４内に密封する。
以上により、電力変換装置１を完成させる。
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、電子部品（半導体モジュール２１、コンデンサ２２等）と冷却器３とをフレーム５に固定し、これらの電子部品と冷却器３とフレーム５とを一体化した一つの内部ユニット１０を構成している。そして、該内部ユニット１０をケース４内に固定している。そのため、内部ユニット１０がケース４の内部において梁の役割を果たし、ケース４の剛性を高めることができる。
そして、これによって、ケース４自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケース４の材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
また、内部ユニット１０をケース４に固定することによって、内部ユニット１０に含まれる一つ一つの電子部品及び冷却器３に対して、ケース４を通じて外力が加わることを抑制することができる。すなわち、外部からの振動や、熱応力などの影響を、内部ユニット１０に含まれる電子部品及び冷却器３が受けることを抑制することができる。
また、内部ユニット１０を構成することによって、ケース４に直接電子部品をはじめとする各種部品を組み付けるのではなく、フレーム５に対して電子部品等を組み付けて内部ユニット１０を組み立てた後、内部ユニット１０をケース４に組み付けることで、電力変換装置１を得ることができる。そのため、電力変換装置１の組み立て作業を容易に行うことができる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニット１０ごとケース４から取り出して、ケース４の外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
また、このようにケース４の外部において電子部品の組み付けやメンテナンスを行うことができるため、ケース４には複数の蓋を設ける必要がない。そのため、ケース本体４０と蓋体４００との間のシール面を一箇所とすることができる。それゆえ、ケース４の水密性を高めやすくなると共に、シール材を少なくすることができ、材料費の低減、シール材の塗布等の工数の低減を図ることができる。
また、内部ユニット１０はケース４内に密封されている。すなわち、フレーム５を含めて内部ユニット１０全体をケース４内に密封してあるため、シール面を一箇所とすることができる。
また、内部ユニット１０は、フレーム５においてケース４に固定されており、フレーム５が上述した梁の役割を直接果たすため、より一層ケース４の剛性を高めることができる。
また、フレーム５は、導体からなり、複数の半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されているため、フレーム５によって、半導体モジュール２１から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。ケース４も導体によって構成されているが、フレーム５とケース４とによって、半導体モジュール２１の電磁ノイズを二重で遮蔽することができる。また、フレーム５は、半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されているため、電力変換装置１の四方への電磁ノイズの漏れを抑制することができる。
また、図７、図１０に示すごとく、複数の冷却管３１と複数の半導体モジュール２１とが互いに積層された積層体１１が内部ユニット１０に含まれている。これにより、積層体１１をケース４の外において組み立てることができるため、一層製造容易な電力変換装置１を得ることができる。
また、積層体１１は、冷却管３１と上記半導体モジュール２１とを交互に積層してなるため、半導体モジュール２１を効率的に冷却することができると共に、積層体１１の小型化を実現することができる。
また、内部ユニット１０は、加圧部材１２を備えている。そして、加圧部材１２は、フレーム５における後方壁部５３と積層体１１の後端との間に介設され、積層体１１の前端は、フレーム５における前方壁部５２によって支承されている。それゆえ、加圧部材１２の反力をフレーム５によって支えることができる。そのため、ケース４には加圧部材１２の反力に対抗する剛性が必要なく、その厚みを厚くしたり、リブ等を設けたりする必要もない。その結果、ケース４の軽量化、低コスト化を実現することができる。
また、フレーム５は、ユニット固定部５１を複数有して、積層体１１及び加圧部材１２による積層方向Ｘの外側へ向かう反力を受けるフレーム５における一対の支承部（前方壁部５２の内側面５２１及び後方壁部５３の内側面５３１）よりも積層方向Ｘの外側の双方に、２個ずつユニット固定部５１が配置されている。これにより、積層体１１及び加圧部材１２による反力に対するフレーム５の剛性をケース４によって向上させることができる。すなわち、ケース４がフレーム５を補強することとなり、反力によってフレーム５が変形することを効果的に防止することができる。
また、フレーム５は、前方壁部５２及び後方壁部５３と一対の側方壁部５４とを有する。これにより、積層体１１をフレーム５の内側において安定して固定することができる。
また、前方壁部５２及び後方壁部５３は、側方壁部５４よりも、壁厚みが大きい。すなわち、図４、図５に示す板厚みｔ１、ｔ２が、ｔ１＞ｔ２である。これにより、加圧部材１２の反力を受ける前方壁部５２及び後方壁部５３の剛性を高めることができると共に、加圧部材１２の反力を直接受けない側方壁部５４の軽量化を図ることができる。その結果、加圧部材１２の反力に対抗するのに必要なフレーム５の剛性を確保しつつ、効果的にフレーム５の軽量化を図ることができる。
また、図４に示すごとく、前方壁部５２及び後方壁部５３は、その一部を、断面略Ｈ字形状のＨ型壁部５５によって構成してある。これにより、前方壁部５２及び後方壁部５３の高い剛性を確保しつつフレーム５の軽量化を図ることができる。
また、図５に示すごとく、側方壁部５４は、断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してあるため、充分な剛性を確保しつつ側方壁部５４の軽量化及び材料費の低減を図ることができる。
また、図１０に示すごとく、冷却管３１と共に積層された半導体モジュール２１は、主電極端子２１２と制御端子２１３とを、互いに反対方向へ突出形成してなると共に、高さ方向Ｚに突出させており、フレーム５は、高さ方向Ｚの双方に解放されている。これにより、図８、図１３〜図１５に示すごとく、半導体モジュール２１へのバスバー７０、７００や制御回路基板６の組み付けを容易に行うことができる。
また、内部ユニット１０は、制御回路基板６をも備えている。そのため、制御回路基板６をケース４に直接取り付ける必要がないため、その組み付け作業を容易に行うことができると共に、制御回路基板６へ加わる外力を低減することができる。
また、図２に示すごとく、フレーム５に設けたユニット固定部５１は、制御回路基板６の外縁よりも外側に配置されている。それゆえ、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。すなわち、仮に、ユニット固定部５１が制御回路基板６の外縁よりも内側に配置されていたとすると、制御回路基板６が邪魔になって、制御回路基板６を組み付けた後の内部ユニット１０をケース４に固定する作業を容易に行うことができなくなる。
例えば、ケース４の壁に孔をあけて、そこにボルト等を挿通して内部ユニット１０をケース４に固定するなどの方法を採らざるをえなくなるが、その場合、作業性が低下するばかりでなく、ケース４内外の水密性を確保するためのシール材の配設部分が増えてしまうという問題も生じる。
しかし、ユニット固定部５１を制御回路基板６の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
また、フレーム５は、基板固定部５６を有する。これにより、制御回路基板６をも内部ユニット１０の一部として組み付けることができるため、電力変換装置１の組み立てをより容易に行うことができる。また、外部の振動や外力が制御回路基板６に伝わることを抑制することができる。また、基板固定部５６は、半導体モジュール２１の制御端子２１３の突出方向に突出形成してなる。これにより、半導体モジュール２１の制御端子２１３と制御回路基板６との接続を容易かつ確実に行いやすくなる。
そして、特に、基板固定部５６は、制御端子２１３の先端２１４よりもフレーム５に近い側に、制御回路基板５６と当接する基板当接面５６２を有している。それゆえ、基板固定部５６に制御回路基板６を固定したとき、半導体モジュール２１の制御端子２１３と制御回路基板６との接続を容易かつ確実に行うことができる。
また、フレーム５に設けた基板固定部５６は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。そのため、制御回路基板６をフレーム５に容易に固定することができると共に、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。
また、内部ユニット１０はコンデンサ２２をも備えている。それゆえ、コンデンサ２２へ加わる外力を低減することができる。また、コンデンサ２２からケース４へ伝わる振動を抑制することができ、ケース４を介してコンデンサ２２の振動が外部へ伝わることを抑制することができる。これにより、例えば、電力変換装置１を搭載した車両において、コンデンサ２２の振動に起因する不快音が車内に伝達することを抑制することができる。
また、図３に示すごとく、フレーム５に設けたコンデンサ固定部５７は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。そのため、コンデンサ２２をフレーム５に容易に固定することができると共に、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。
また、内部ユニット１０は、端子台７をも備えている。これにより、ケース４の外で端子台７を内部ユニット１０に組み付けることができるため、端子台７の組み付けを容易に行うことができる。
また、フレーム５は、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）を固定するバスバー固定部５８を複数有する。これにより、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）をフレーム５に安定して固定することができる。
また、図３、図８に示すごとく、複数のバスバー固定部５８のうちの２個は、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されている。これにより、バスバーアッセンブリ７２をフレーム５に安定して固定することができると共に、端子台７に入出力端子７１を安定して配置することができる。その結果、入出力端子７１と外部端子との安定した接続状態を確保することができる。
また、内部ユニット１０は、電力変換回路を構成するすべての電子部品を含んでいる。そのため、電力変換回路を構成するすべての電子部品を外力から保護することができると共に、製造容易かつメンテナンス性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
以上のごとく、本例によれば、ケースの剛性を高めつつ、電子部品へ加わる外力を低減することができ、かつ、水密性、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図２０〜図２６に示すごとく、フレーム５に導電ワイヤー１５を保持するワイヤー保持部５９を設けた電力変換装置１の例である。
上記導電ワイヤー１５は、少なくとも一方の端部がケース４内に配されている。本例においては、導電ワイヤー１５は、ケース４内において、コンデンサ２２と制御回路基板６との間を接続している。そして、この導電ワイヤー１５を通じて、コンデンサ２２にかかる電圧、すなわち電力変換装置１への入力電圧の信号を制御回路基板６へ送ることができるようにしてある。
導電ワイヤー１５は、両端部を除いて樹脂によって被覆された被覆導線からなり、可撓性を有する。そして、導電ワイヤー１５は、フレーム５の外側を通過して、制御回路基板６とコンデンサ２２とを接続している。
ワイヤー保持部５９は、図２１、図２３、図２５、図２６に示すごとく、上記高さ方向Ｚから見た形状が鉤状を有し、図２０、図２２、図２４に示すごとく、高さ方向Ｚに長く形成されている。ワイヤー保持部５９は、フレーム５における前方壁部５２から外側へ突出形成されている。そして、図２１、図２３に示すごとく、ワイヤー保持部５９と前方壁部５２との間の空間に、導電ワイヤー１５の一部を嵌合させている。
また、図２０〜図２３に示すごとく、バスバーアッセンブリ７２には、積層方向Ｘの前方へ突出した前方突出部７２１が形成されており、該前方突出部７２１は、高さ方向Ｚから見たとき、ワイヤー保持部５９の開口側に対向する位置に配されている。そして、この前方突出部７２１によって、導電ワイヤー１５がワイヤー保持部５９から外れないようにしてある。
また、ワイヤー保持部５９は、導電ワイヤー１５における制御回路基板６との接続部１５１と、略同等の横方向Ｙの位置に配置されている。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、導電ワイヤー１５をフレーム５に沿わせることができる。それゆえ、内部ユニット１０をケース４に収納したり、あるいはケース４から取り出したりする際に、導電ワイヤー１５が引っかかるなどの不具合を防止することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、ワイヤー保持部５９に保持させる導電ワイヤー１５は、上記のように、コンデンサ２２と制御回路基板６との間に接続されるものに限らず、他の導電ワイヤーであってもよい。また、ワイヤー保持部５９の形成方向や形成位置、或いは形状等についても、限定されるものではなく、例えば、横方向Ｙに導電ワイヤー１５を添わせるように形成することもできる。また、必要に応じて、ワイヤー保持部５９をフレーム５の複数個所に設けることもできる。
（実施例３）
本例は、図２７〜図３４に示すごとく、フレーム５に設けた基板固定部５６に、制御回路基板６の位置決めを行うための位置決めピン５６３を突出形成した例である。
すなわち、本例において、フレーム５は、図２７〜図２９に示すごとく、基板固定部５６の基板当接面５６２から突出すると共に、制御回路基板６に設けた位置決め穴６１（図２８）に挿嵌される位置決めピン５６３を有する。図２９に示すごとく、位置決めピン５６３の先端５６４は、半導体モジュール２１の制御端子２１３の先端２１４よりもフレーム５に近い高さ方向Ｚの位置に配置されている。
図２７に示すごとく、フレーム５は、基板固定部５６を４個設けてなり、そのうちの２個に、上記位置決めピン５６３を形成してなる。すなわち、４個の基板固定部５６は、ボス形状を有し、それぞれの先端面である基板当接面５６２からネジ穴５６４が穿設されている。そして、４個の基板固定部５６のうちの２個は、基板当接面５６２が長円形状となっており、ネジ穴５６４に隣接して、円柱状の位置決めピン５６３が突出している。
基板固定部５６は、フレーム５における前方壁部５２と後方壁部５３とにそれぞれ２個ずつ形成されている。前方壁部５２に形成した２個の基板固定部５６は、冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との間に配置している。
この前方壁部５２に形成した２個の基板固定部５６のうちの一方と、後方壁部５３に形成した２個の基板固定部５６のうちの一方とに、それぞれ位置決めピン５６３が設けられている。
本例の電力変換装置１においても、実施例１と同様に複数の半導体モジュール２１と複数の冷却管３１とを交互に積層した積層体１１を、フレーム５内に配設して、内部ユニット１０を構成している。
図２９に示すごとく、半導体モジュール２１の制御端子２１３は部分的に屈曲したベント部２１５を有する。そして、高さ方向Ｚにおいて、冷媒導入管３３１又は冷媒排出管３３２の上端面３３４を基準にして、環状パッキン３３３の上端面３３５までの距離ｄ１と、制御端子２１３のベント部２１５の上端２１５ｔまでの距離ｄ２と、基板固定部５６の基板当接面５６２までの距離をｄ３としたとき、ｄ３＞ｄ２＞ｄ１の関係が成り立つ。
すなわち、冷媒導入管３３１又は冷媒排出管３３２の上端面３３４を基準にして、基板固定部５６の基板当接面５６２はベント部２１５の上端２１５ｔよりも高さ方向Ｚの上方に突出し、環状パッキン３３３はベント部２１５の上端２１５ｔよりも高さ方向Ｚの下方に収まっている。
また、図３４に示すごとく、ユニット固定部５１は、フレーム５の４つ角からそれぞれ外方へ突出形成されており、制御回路基板６の外縁よりも外側に配置されている。そして、図２７に示すごとく、基板固定部５６は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、フレーム５が位置決めピン５６３を有する。それゆえ、半導体モジュール２１に対する制御回路基板６の位置決めを正確に行うことができるため、半導体モジュール２１と制御回路基板６との接続を確実に行うことができる。また、図２９に示すごとく、位置決めピン５６３の先端５６４は、制御端子２１３の先端２１４よりもフレーム５に近い高さ方向Ｚの位置に配置されている。これにより、複数の半導体モジュール２１の制御端子２１３を、制御回路基板６における所定の接続部であるスルーホール６２（図２８）に挿入して、制御回路基板６を基板固定部５６に固定する作業が容易となる。すなわち、複数の制御端子２１３を制御回路基板６における複数のスルーホール６２に挿入するにあたっては、位置決めピン５６３を位置決め穴６１に挿嵌させるよりも先に、制御端子２１３を制御回路基板６における接続部６２に挿入しないと、その挿入作業がきわめて困難となる。
具体的には、制御回路基板６を内部ユニット１０に組み付ける際、まず、図３０に示すごとく、制御回路基板６を、内部ユニット１０から高さ方向Ｚの上方に配置する。そして、図３１に示すごとく、最初に、上方に突出した複数の半導体モジュール２１の制御端子２１３の先端部のみが、制御回路基板６の複数のスルーホール６２に挿入されるように、制御回路基板６を下げる。このとき、位置決めピン５６３は制御回路基板６の位置決め穴６１に挿入されていない。
次いで、図３２に示すごとく、制御回路基板６を内部ユニット１０に対して積層方向Ｘに動かす。このとき、制御端子２１３は、主にベント部２１５において積層方向Ｘに撓みながら、制御回路基板６の動きに追従する。この制御回路基板６及び制御端子２１３の動きによって、制御回路基板６のスルーホール６２に対してすべての制御端子２１３の位置が合わせられ、すべての制御端子２１３がそれぞれのスルーホール６２に挿通される。
そして、制御回路基板６が４個の基板固定部５６における基板当接面５６２に当接し、この状態において、図３３に示すごとく、ビス５６１にて制御回路基板６を４個の基板固定部５６に固定する。
以上により、内部ユニット１０に制御回路基板６が固定される。
このような組付手順を実現すべく、図２９に示すごとく、位置決めピン５６３の先端５６４を、制御端子２１３の先端２１４よりもフレーム５に近い高さ方向Ｚの位置に配置している。かかる配置によって、図３１に示すごとく、位置決めピン５６２と位置決め穴６１との嵌合よりも先に、制御回路基板６のスルーホール６２への制御端子２１３の挿入を先に行うことができる。これにより、内部ユニット１０への制御回路基板６の取付を容易に行うことができる。
また、図２７に示すごとく、前方壁部５２に形成した基板固定部５６は、冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との間に配置している。これにより、制御回路基板６の外形を小さくすることができると共に、フレーム５の外形を小さくすることができる。すなわち、前方壁部５２に設けた基板固定部５６を冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との並び方向の外側に配置すると、そこに固定する制御回路基板６の外形を大きくする必要が生じるし、フレーム５も大きくせざるを得ない。
特に、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２はクランプ部材１６によって前方壁部５２に固定されているため、このクランプ部材１６と基板固定部５６との干渉を避ける必要がある。そして、クランプ部材１６は、冷媒排出管３３１と冷媒排出管３３２との並び方向の外側において、ボルト１６１によって前方壁部５２に固定されている。それゆえ、一対の基板固定部５６を冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との並び方向の外側に配置しようとすると、一対の基板固定部５６の間の距離が特に長くなり、その結果、制御回路基板６の外形およびフレーム５の外形を大きくする必要が生じる。
そこで、基板固定部５６を冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との間に配置することにより、制御回路基板６及びフレーム５の大型化を防ぎ、電力変換装置１の小型化を容易にすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、上記実施例においては、複数の冷却管３１と複数の半導体モジュール２１とを交互に積層した積層体１１を内部ユニット１０に備えた電力変換装置１の例を示したが、第２の発明にかかる電力変換装置は、これに限らず、積層されていない半導体モジュール２１等の電子部品の少なくとも一部が内部ユニット１０に固定されている構造であってもよい。
また、第２の発明に係る電力変換装置においては、必ずしも、基板固定部は、制御端子の先端よりもフレームに近い高さ方向の位置に、基板当接面を有していなくてもよく、例えば基板固定部の基板当接面が制御端子の先端よりもフレームから遠い高さ方向位置に形成されていてもよい。
１ 電力変換装置
１０ 内部ユニット
１１ 積層体
２１ 半導体モジュール
２１３ 制御端子
２１４ 先端
２２ コンデンサ
３ 冷却器
３１ 冷却管
４ ケース
５ フレーム
５６ 基板固定部
５６２ 基板当接面
６ 制御回路基板
７ 端子台

Claims (7)

  1. 電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
    上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
    該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
    上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
    上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵すると共に該スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子を有する複数の半導体モジュールを上記電子部品として上記フレームの内側に備えると共に、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備え、
    上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
    上記冷却器は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管を有し、該複数の冷却管と上記複数の半導体モジュールとが互いに積層された積層体が上記内部ユニットに含まれており、
    上記積層体は、上記冷却管と上記半導体モジュールとを交互に積層してなり、
    上記半導体モジュールは、上記制御端子を、上記積層体の積層方向に直交する方向であって上記フレームによって囲まれた方向に直交する高さ方向に突出形成してなり、
    上記フレームは、上記制御回路基板を固定する基板固定部を、上記制御端子の突出方向に突出形成してなり、
    該基板固定部は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に、上記制御回路基板と当接する基板当接面を有していることを特徴とする電力変換装置。
  2. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記フレームは、上記基板固定部の上記基板当接面から突出すると共に上記制御回路基板に設けた位置決め穴に挿嵌される位置決めピンを有し、該位置決めピンの先端は、上記制御端子の先端よりも上記フレームに近い上記高さ方向の位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
  3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を有し、該ユニット固定部は、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
  4. 請求項３に記載の電力変換装置において、上記基板固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記冷却器は、該冷却器に冷却媒体を導入する冷媒導入管と冷却媒体を排出する冷媒排出管とを、上記積層体の積層方向の前端から前方に突出形成してなり、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースから突出しており、上記フレームは、上記積層体における積層方向の両側に配された前方壁部及び後方壁部と、上記前方壁部と上記後方壁部とをその両端において連結する一対の側方壁部とを有し、少なくとも一つの上記基板固定部は、上記前方壁部に形成されており、該前方壁部に形成した上記基板固定部は、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に配置していることを特徴とする電力変換装置。
  6. 電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
    上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
    該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
    上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を内側に配置するように形成され、かつ、上記ケース内に配置されると共に上記ケースの内側にて固定され、
    上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵すると共に該スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子を有する複数の半導体モジュールを上記電子部品として上記フレームの内側に備えると共に、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備え、
    上記フレームは、上記半導体モジュール、及び上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されており、
    上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を有し、該ユニット固定部は、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
  7. 請求項６に記載の電力変換装置において、上記基板固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
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