JP6107400B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、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器とを備えた電力変換装置に関する。

インバータ等の電力変換装置はスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを備えている。また、半導体モジュールの温度上昇を抑制するための冷却器が半導体モジュールに接触配置されている。冷却器には、該冷却器へ冷却媒体を導入、排出する冷媒導入管及び冷媒排出管が設けてある。

電力変換装置を車両等に設置したとき、この冷媒導入管及び冷媒排出管の先端部には、それぞれホースが取付けられる。その際に、冷媒導入管及び冷媒排出管の突出方向に直交する方向に外力がかかり、冷却管と冷媒導入管又は冷媒排出管との接続部に負荷がかかる。また、取付後においても、冷媒導入管及び冷媒排出管の先端部には、ホースからの外力が繰り返し突出方向と直交する方向にかかり、接続部に繰り返し負荷がかかることとなる。
係る負荷を低減すべく、兼用ブラケットを用いて冷媒導入管と冷媒排出管とを兼用ブラケットの押付部によりフレーム側へ押し付けて、兼用ブラケットとフレームとにより冷媒導入管及び冷媒排出管を狭持した構成が開示されている（特許文献１）。

特開２０１０−１２４５２３号公報

しかしながら、兼用ブラケットは、冷媒導入管及び冷媒排出管をフレーム側へ押し付けているだけであって、冷媒導入管及び冷媒排出管に固定されているわけではない。それゆえ、冷媒導入管又は冷媒排出管にかかった外力は、兼用ブラケットにおける冷媒導入管又は冷媒排出管を押し付けている部分のみで受けることとなる。それゆえ、冷媒導入管又は冷媒排出管に大きな外力がかかると、兼用ブラケットが変形しやすい。そして、一旦兼用ブラケットが変形すると、兼用ブラケットと冷媒導入管又は冷媒排出管との間に隙間が生じてしまうことも考えられる。

そうすると、その後に、冷媒導入管又は冷媒排出管の先端部に外力がかかった際には、その外力が直接冷媒導入管又は冷媒排出管の根元である冷却管との接続部に作用し、この負荷が繰り返しかかることとなる。かかる状況は、冷却器の耐久性の観点において、好ましいものではない。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、冷媒導入管又は冷媒排出管の先端部にかかった外力に対する耐久性を向上させ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、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器と、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を支持するフレームと、
上記冷却器から同じ方向に突出した冷媒導入管及び冷媒排出管と、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に対して上記冷却器との接続部よりも突出先端側に離れた位置において固定され、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管とを互いに連結固定する連結部材と、を備えており、
上記連結部材は、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に配置され、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管におけるそれぞれの外周面に対して、全周のうちの一部に接合されていることを特徴とする電力変換装置にある。
本発明の他の態様は、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器と、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を支持するフレームと、
上記冷却器から同じ方向に突出した冷媒導入管及び冷媒排出管と、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に対して上記冷却器との接続部よりも突出先端側に離れた位置において固定され、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管とを互いに連結固定する連結部材と、を備えており、
上記連結部材は、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に対してろう付けによって接合されていることを特徴とする電力変換装置にある。

上記電力変換装置においては、冷媒導入管及び冷媒排出管に対して、冷却器との接続部よりも突出先端側において、上記連結部材を固定している。これにより、冷媒導入管と冷媒排出管とを連結部材により互いに連結固定して、これらを一体化している。すなわち、冷媒導入管及び冷媒排出管と、冷却器と、連結部材とが、一体化されて一つの構造体を構成している。それゆえ、冷媒導入管又は冷媒排出管のいずれか一方の先端部にかかった外力を、冷媒導入管及び冷媒排出管と、冷却器と、連結部材とからなる構造体の全体によって分散して受けることができる。

それゆえ、冷媒導入管又は冷媒排出管に大きな外力がかかったときにも、冷媒導入管及び冷媒排出管と、冷却器と、連結部材とからなる構造体全体に外力を分散できるため、冷媒導入管又は冷媒排出管等の変形を防ぐことができる。

また、冷媒導入管や冷媒排出管等に若干の変形が生じたとしても、冷媒導入管及び冷媒排出管と、冷却器と、連結部材とが一体化された状態が維持されている以上、その後にかかる外力によって、接続部に局部的な負荷が作用することを防ぐことができる。その結果、冷媒導入管又は冷媒排出管に繰り返しかかる外力に対する耐久性を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷媒導入管又は冷媒排出管の先端部にかかった外力に対する耐久性を向上させる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、電力変換装置の平面図。 図１のII−II線矢視断面図。 実施例１における、クランプによる冷媒導入管（冷媒排出管）の固定構造の断面図。 実施例２における、電力変換装置の平面図。 実施例３における、電力変換装置の平面図。

上記電力変換装置において、上記連結部材は、板状体からなり、その厚み方向が上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の突出方向となるように配設されていることが好ましい。この場合には、冷媒導入管及び冷媒排出管の突出方向に直交する方向からの外力に対する耐久性を向上させることができる。

（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図３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、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を冷却する冷却器３と、半導体モジュール２及び冷却器３を支持するフレーム４とを備えている。冷却器３は、冷却器３から同じ方向に突出した冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２を有する。

また、電力変換装置１は、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２に対して冷却器３との接続部３３よりも突出先端側において固定されている連結部材５を有する。連結部材５は、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とを互いに連結固定している。

以下、電力変換装置１の各部について詳細に説明する。本例に示す電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に用いられる三相交流電機（図示略）と接続されるものである。

図１に示すごとく、冷却器３は、内部に冷却媒体を流通させる流通流路を有する複数の冷却管３４を、所定の間隔を設けて積層配置すると共に、隣り合う冷却管３４同士を、その長手方向の両端部において連結管３５によって連結してなる。そして、積層方向の一端（以下において、適宜「前端」という。）に配置された冷却管３４における長手方向の両端部に、冷却媒体を冷却器３に導入、排出するための冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２が設けてある。

隣り合う冷却管３４の間には、半導体モジュール２が配置されており、半導体モジュール２は、その両主面から一対の冷却管３４によって狭持されている。すなわち、複数の冷却管３４と複数の半導体モジュール２とは交互に積層されている。

これにより、冷媒導入管３１から導入された冷却媒体は、連結管３５を適宜通り、各冷却管３４に分配されると共にその長手方向に流通する。そして、各冷却管３４を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール２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３５を適宜通り、冷媒排出管３２に導かれ、冷却器３から排出される。

また、複数の冷却管３４と複数の半導体モジュール２との積層体は、フレーム４内に配置されており、フレーム４は金属製のケース１０内に配置されている。そして、積層体は、積層方向の他端（以下において、適宜「後端」という。）からバネ部材１１によって積層方向に押圧されている。すなわち、フレーム４における前端壁部４１に積層体の前端に配された冷却管３４が接触し、フレーム４における後端壁部４２と積層体の後端に配された冷却管３４との間に、積層方向に広がる方向に付勢されたバネ部材１１が配置されている。バネ部材１１と冷却管３４との間には、冷却管３４の変形を防止するための当接板１２が配置されている。

フレーム４の前端壁部４１には、図３に示すような凹状支承部４１１が一対形成されている。この一対の凹状支承部４１１に冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２が支承されている。また、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２をフレーム４に向かって押圧するためのクランプ６が、フレーム４に固定されている。そして、前端壁部４３における凹状支承部４１１に隣接する部分に、係合穴４１２が形成されている。クランプ６は、一方の端部はボルト１３によってフレーム４に固定されており、他方の端部は、係合穴４１２に係合している。

また、図１に示すごとく、連結部材５は、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２に対して冷却器３との接続部３３よりも突出先端側において固定されている。そして、連結部材５は、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とを互いに連結固定する。すなわち、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２と、冷却器３と、連結部材５とが、一体化されて一つの構造体を構成している。本例においては、連結部材５は、ケース１０内に配置されている。

また、図１、図２に示すごとく、連結部材５は、板状体からなり、その厚み方向が冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２の突出方向となるように配設されている。また、連結部材５は、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２との間に配置され、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２におけるそれぞれの外周面に対して、全周のうちの一部に接合されている。

連結部材５は、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２に対してろう付けによって接合されている。なお、冷却器３と冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２との接続部３３や、冷却器３の各部にも、ろう付け接合が用いられている。

本例のケース１０、冷却器３、フレーム４、連結部材５、クランプ６はアルミニウム材料から構成されている。半導体モジュール２は、スイッチング素子をモールド樹脂によってモールド成形してなる。

以下に、本例の作用効果について説明する。
上記電力変換装置１においては、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２に対して、冷却器３の接続部３３よりも突出先端側において、連結部材５を固定している。これにより、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とを連結部材５により互いに連結固定して、これらを一体化している。それゆえ、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２の先端部にホースが取付けられる際や、電力変換装置１を設置した車両が走行している際に、冷媒導入管３１又は冷媒排出管３２のいずれか一方の先端部にかかる外力を、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２と、冷却器３と、連結部材５とからなる構造体の全体によって分散して受けることができる。

それゆえ、冷媒導入管３１又は冷媒排出管３２に大きな外力がかかったときにも、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２と、冷却器３と、連結部材５とからなる構造体全体に外力を分散できるため、冷媒導入管３１又は冷媒排出管３２等の変形を防ぐことができる。

また、冷媒導入管３１や冷媒排出管３２等に若干の変形が生じたとしても、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２と、冷却器３と、連結部材５とが一体化された状態が維持されている以上、その後にかかる外力によって、接続部３３に局部的な負荷が作用することを防ぐことができる。その結果、冷媒導入管３１又は冷媒排出管３２に繰り返しかかる外力に対する耐久性を向上させることができる。

また、連結部材５は、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２との間に配置され、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２におけるそれぞれの外周面に対して、全周のうちの一部に接合されている。それゆえ、連結部材５を冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とに組付けやすく、電力変換装置１の製造を容易にすることができる。

また、連結部材５は、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２に対してろう付けによって接合されている。それゆえ、連結部材５を、冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とに効率良く接合できる。すなわち、冷却器３と冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２との接続部３３や、冷却器３の各部にも、ろう付け接合が用いられているが、連結部材５も同様にろう付けすることにより、新たな接合工程を設けることなく、冷却管３の接合と同時に連結部材５の接合を行うことができる。
以上のごとく、本例によれば、冷媒導入管３１又は冷媒排出管３２の先端部にかかった外力に対する耐久性を向上させる電力変換装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、連結部材５を金属性ケース１０の外側に設置した例である。
すなわち、本例の電力変換装置１においては、連結部材５が、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２の突出先端に、より近い位置に固定されている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、接続部３３から連結部材５までの距離を大きくすることができる。それゆえ、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２と、冷却器３と、連結部材５とからなる構造体の剛性を向上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。

（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、連結部材５をフレーム４に固定した例である。
本例において、連結部材５は、連結部材５の幅方向（冷媒導入管３１と冷媒排出管３２との並び方向）における中央から冷却器３側へ延出する延出部５１を備えている。延出部５１において、連結部材５がボルト１４によってフレーム４に固定されている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要件等を表す。

本例の場合には、クランプ６だけではなく連結部材５によっても、冷媒導入管３１及び冷媒排出管３２を、フレーム４に固定している。それゆえ、より安定して冷媒導入管３１と冷媒排出管３２とをフレーム４に固定することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、実施例１〜３においては、クランプ６を用いた例を示したが、クランプを用いずに、電力変換装置を構成することもできる。

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却器
３１ 冷媒導入管
３２ 冷媒排出管
３３ 接続部
４ フレーム
５ 連結部材

Claims (4)

1. 電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（２）と、
   該半導体モジュール（２）を冷却する冷却器（３）と、
   上記半導体モジュール（２）及び上記冷却器（３）を支持するフレーム（４）と、
   上記冷却器（３）から同じ方向に突出した冷媒導入管（３１）及び冷媒排出管（３２）と、
   上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）に対して上記冷却器（３）との接続部（３３）よりも突出先端側に離れた位置において固定され、上記冷媒導入管（３１）と上記冷媒排出管（３２）とを互いに連結固定する連結部材（５）と、を備えており、
   上記連結部材（５）は、上記冷媒導入管（３１）と上記冷媒排出管（３２）との間に配置され、上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）におけるそれぞれの外周面に対して、全周のうちの一部に接合されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
2. 上記連結部材（５）は、上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）に対してろう付けによって接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
3. 電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（２）と、
   該半導体モジュール（２）を冷却する冷却器（３）と、
   上記半導体モジュール（２）及び上記冷却器（３）を支持するフレーム（４）と、
   上記冷却器（３）から同じ方向に突出した冷媒導入管（３１）及び冷媒排出管（３２）と、
   上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）に対して上記冷却器（３）との接続部（３３）よりも突出先端側に離れた位置において固定され、上記冷媒導入管（３１）と上記冷媒排出管（３２）とを互いに連結固定する連結部材（５）と、を備えており、
   上記連結部材（５）は、上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）に対してろう付けによって接合されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
4. 上記連結部材（５）は、板状体からなり、その厚み方向が上記冷媒導入管（３１）及び上記冷媒排出管（３２）の突出方向となるように配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。

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