JP5782845B2 - 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力が必要となってきている。それゆえ、その交流モータ向けの駆動電力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。
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部を有しており、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記支持部と上記底部との間の内角における角度が鋭角であることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
本発明の第2の態様は、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
本発明の第3の態様は、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と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と上記加圧部材との間及び上記加圧部材と上記後方壁部との間の少なくとも一方には介在部材を配してあり、該介在部材は、上記半導体積層ユニット又は上記後方壁部に当接する面と上記加圧部材に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置にある。
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部と、反力を受けない一般部とを有し、上記支持部と上記底部との間の内角における角度は、上記一般部と上記底部との間の内角における角度より小さいことを特徴とする電力変換装置にある。
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記フレームは、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を有しており、
上記加圧部材の加圧方向が上記底部に向かって傾斜するよう構成されていてもよい。
また、上記電力変換装置においては、テーパ形状を有する上記介在部材を設けることにより、上記フレームや上記加圧部材等の構造及び構成を大きく変更する必要がなくなる。したがって、上記電力変換装置の製造方法をより容易に実現することができる。
また、上記電力変換装置の完成状態においても上記位置決め部材を備え、その効果を得ることができる。そのため、上記半導体モジュールのずれをより確実に防止することができる。
本発明の第1の態様にかかる電力変換装置及びその製造方法の実施例について、図1〜図5を参照して説明する。
尚、図1〜図5においては、電力変換装置1の形状等を誇張して描いてある(後述の図6〜図9も同様である)。
本例において、半導体モジュール11と冷却管121が積層された方向を積層方向X、冷却管121の長手方向を横方向Y、また、積層方向X及び横方向Yの両方に対して直交する方向を高さ方向Zとして、以下説明する。
また、積層方向Xにおいて、加圧部材3を配した側を後方とし、反対側を前方とする。また、高さ方向Zにおいて、フレーム2の底部21が配される側を下方とし、反対側を上方とする。
半導体積層ユニット10は、同図中に示すごとく、複数の半導体モジュール11と、該複数の半導体モジュール11を両主面から冷却する複数の冷却管121とを積層してなる。
図1に示すごとく、加圧部材3は湾曲して形成された板ばねからなり、加圧部材3の横方向Yの中央において当接プレート41を介して半導体積層ユニットを押圧する押圧部31と、横方向Yの両端部において支承部材42に支承される一対の被支承部32とを有している。
当接プレート41は、加圧部材3と半導体積層ユニット10との間に配されており、半導体積層ユニット10の後端に配される冷却管121と面接触している。
支承部材42は、加圧部材3と、後述する後方壁部222の支持部223との間に配されている。
後方壁部222には、図3及び図4に示すごとく、支承部材42と当接し加圧部材3の反力を受ける支持部223と、支承部材42とは当接せず反力を受けない一般部224とを設けてある。支持部223と底部21との間の内角における角度は、一般部224と底部21との間の内角における角度より小さい。また、支持部223は、加圧力付与開始時点において、支持部223と底部21との間の内角における角度が鋭角となるように形成してある。このように支持部223を形成することにより、少なくとも半導体積層ユニット10に対して加圧部材3の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点において、加圧部材3の加圧方向は底部21に向かって傾斜させることができる。
また、フレーム2は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属又は合金によって構成することができる。
まず、図5に示す位置決め部材5の上方にフレーム2を配置する。次いで、位置決め部材5上に載置されたフレーム2の内側に半導体積層ユニット10を載置する。このとき、フレーム2の底部挿通孔211に半導体モジュール11の主電極端子112を差し入れ、冷却管121の横方向Yにおける両端部を底部21上に載置すると共に、半導体モジュール11の下方側の端面を位置決め部材5に当接させる。これにより、位置決め部材5は、複数の半導体モジュール11の底部21の法線方向(高さ方向Z)における位置を規制する。
本例の電力変換装置の製造方法においては、少なくとも半導体積層ユニット10に対し加圧部材3の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点において、加圧部材3の加圧方向を底部21に向かって傾斜させてある。そのため、電力変換装置1の完成時においては、加圧部材3の加圧方向を積層方向Xに近づけることができる。
本例は、実施例1の電力変換装置1に対して、フレーム2及び支承部材42の形状を変更した例である。
図6に示すごとく、本例の電力変換装置1における支承部材42は、略円錐台形状をなしており、加圧部材3に当接する支承前面421と後方壁部222に当接する支承後面422とが底部21へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有している。
また、図7に示すごとく、フレーム2の底部挿通孔211には、半導体モジュール11における底部21側の位置決めを行う位置決め部材5が積層方向Xに沿うように配してある。尚、位置決め部材5は、フレーム2と一体に形成されている。
その他の構成は実施例1と同様である。
まず、フレーム2の内側に半導体積層ユニット10を配置する。このとき、半導体モジュール11の下方端面をフレーム2が有する位置決め部材5に当接して、複数の半導体モジュール11の底部21の法線方向(高さ方向Z)における位置を規制する。
その他の製造方法については、実施例1と同様である。
また、電力変換装置1においては、テーパ形状を有する支承部材42を設けることにより、フレーム2や加圧部材3等の構造及び構成を大きく変更する必要がなくなる。したがって、電力変換装置1の製造方法をより容易に実現することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、実施例2に対して、当接プレート41及び支承部材42の形状を変更した例である。
本例の電力変換装置1における当接プレート41は、図8に示すごとく、加圧部材3に当接するプレート前面411と後方壁部222に当接するレート後面412とが底部21へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有している。
支承部材42は、実施例1と同様に、円柱形状を有している。
その他の構成は実施例2と同様である。
その他、実施例2と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、組立後の電力変換装置1における加圧部材3の加圧方向が斜め下方となるようにした例である。
図9に示すごとく、本例の電力変換装置1において、フレーム2の底部挿通孔211には、半導体モジュール11における底部21側の位置決めを行う位置決め部材5を積層方向Xに沿うように設けてある。
その他の構成は実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
10 半導体積層ユニット
11 半導体モジュール
121 冷却管
2 フレーム
21 底部
221 前方壁部
222 後方壁部
3 加圧部材
Claims (14)
- 電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部を有しており、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記支持部と上記底部との間の内角における角度が鋭角であることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1に記載の電力変換装置の製造方法において、上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有してい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複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置の製造方法において、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有してい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複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置の製造方法において、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を配置することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
- 請求項6に記載の電力変換装置の製造方法において、上記位置決め部材は、上記電力変換装置の一部として、該電力変換装置に配設することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
- 請求項6又は7に記載の電力変換装置の製造方法において、上記位置決め部材は、上記フレームと一体に形成されてい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複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と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と上記加圧部材との間及び上記加圧部材と上記後方壁部との間の少なくとも一方には介在部材を配してあり、該介在部材は、上記半導体積層ユニット又は上記後方壁部に当接する面と上記加圧部材に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記介在部材として当接プレートが配されていること特徴とする電力変換装置。
- 請求項9又は10に記載の電力変換装置において、上記加圧部材と上記後方壁部との間には、上記介在部材として支承部材が配されてい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複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部と、反力を受けない一般部とを有し、上記支持部と上記底部との間の内角における角度は、上記一般部と上記底部との間の内角における角度より小さいことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項9〜12のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項13に記載の電力変換装置において、上記位置決め部材は、上記フレームと一体に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
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