JP6171656B2

JP6171656B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6171656B2
Application number: JP2013150285A
Authority: JP
Inventors: 徳紘工藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: JP2015023688A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両には、ＤＣ−ＤＣコンバータやこれを搭載した充電装置等の電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置としては、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１の電力変換装置は、半導体モジュール、トランス、コンデンサ等の電子部品と、これら電子部品を収容するケースとを有している。

ケースは、矩形状の底部と、底部の外周縁から立設すると共に底部と反対側の上端に開口部を有する壁部とを備えたケース本体と、壁部の開口部を覆う蓋体とを有している。
ケースとしては、ケース本体が、アルミダイキャストによって形成され、蓋体が、ステンレス等の板金部材をプレス加工して形成されたものが知られている。

車両の生産ラインにおける電力変換装置の車両への搭載は、ロボット等を用いて行われることから、ケースに把持部を設ける場合がある。この把持部は、蓋体の外周縁から互いに反対側でかつ外側に向かって突出させて形成することができる。

特開２０１３−２１８７６号公報

しかしながら、特許文献１の電力変換装置には以下の課題がある。
特許文献１の電力変換装置において、ケースの蓋体は、板金部材によって形成されているため、成形性等を確保するため肉厚を比較的薄く設定してあり、剛性を確保するのが難しい。そのため、蓋体に形成された把持部を把持した際に、電力変換装置の自重によって蓋体が変形するおそれがある。

従来は、蓋体の変形を防ぐために、把持部の近傍にケース本体と蓋体との固定部を設け、蓋体にかかる荷重の一部を固定部に分散していた。しかし、固定部を設けることで、電力変換装置を構成する部品点数及び組立作業工数の増大につながっていた。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、構成部品の点数及び組立作業工数を低減しながら、蓋体の変形を抑制することの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、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを有する半導体ユニットと、
該半導体ユニットを収容するケースとを備えており、
該ケースは、半導体ユニットの下方に配される底部と該底部から上記半導体ユニット側に向かって該半導体ユニットの側方を囲むように立設し上方が開口した壁部とを有するケース本体と、該ケース本体の上部に配される蓋体とを有しており、
該蓋体は、上記ケース本体の開口を覆う板状の蓋体本体部と、該蓋体本体部の外周縁における互いに反対側の位置から外周側に向かって突出した一対の把持部とを有しており、
上記蓋体本体部は、上記ケース本体の上端面と当接するシール部と、上記一対の把持部の間における上記シール部よりも内側に形成された仮想領域とを有しており、
該仮想領域は、上記蓋体の法線方向から見たときに、上記一対の把持部の並び方向に直交する直交方向において同じ側に配された上記一対の把持部の端部同士をつなぐ一対の仮想線と、該一対の仮想線の間に配された上記シール部の内周縁とによって囲まれた領域であり、
上記蓋体本体部には、上記蓋体の法線方向から見たときに、上記一対の把持部の並び方向と直交する直交方向に対し交差する方向に沿うと共に、上記蓋体本体部の法線方向に突出する補強突出部が形成されており、
上記蓋体の法線方向から見たときに、上記補強突出部の少なくとも一部が上記仮想領域に位置し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、上記仮想領域に、上記補強突出部が形成されている。そのため、上記一対の把持部における並び方向と直交する断面において、断面二次モーメントを効果的に増大させることができる。これにより、上記蓋体の剛性を向上し、上記一対の把持部に荷重がかかった際に上記蓋体が変形するのを抑制することができる。

また、上記蓋体自体の形状によって、その剛性を向上させることができるため、特に他部材を補強部材として設けることなく、上記蓋体の変形を抑制することができる。そのため、上記蓋体の構造を簡略化すると共に、上記電力変換装置における構成部品数及び組付作業工数の低減が可能となる。

以上のごとく、上記電力変換装置によれば、構成部品の点数及び組立工数を低減しながら、蓋体の変形を抑制することができる。

実施例１における、電力変換装置の平面図。図１における、II-II矢視断面図。図１における、III−III矢視断面図。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。図５における、VI−VI矢視断面図。実施例４における、補強突出部の形状の一例を示す断面図。実施例４における、補強突出部の形状の他の例を示す断面図。

上記電力変換装置における上記補強突出部は、上記並び方向において途切れることなく連続して形成されていることが好ましい。この場合には、上記補強突出部による剛性向上効果を上記蓋体のより広い範囲に付与することができる。これにより、上記蓋体の変形をより確実に抑制することができる。

また、上記補強突出部における上記並び方向の端部は、上記仮想領域における上記並び方向の端部に配されていることが好ましい。この場合には、上記把持部と上記補強突出部との距離を短縮し、上記把持部にかかる荷重を上記補強突出部によって確実に受けることができる。それゆえ、上記補強突出部による剛性向上効果を確実に得ることができる。

また、上記補強突出部は、上記並び方向と平行に形成されていることが好ましい。この場合には、上記蓋体における上記補強突出部による剛性向上効果をより向上することができる。

また、上記直交方向における上記補強突出部の幅寸法は、上記仮想領域の幅寸法よりも大きいことが好ましい。この場合には、上記蓋体における上記補強突出部による剛性向上効果をさらに向上することができる。

（実施例１）
上記電力変換装置にかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図２に示すごとく、電力変換装置１は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール３１を有する半導体ユニット３と、半導体ユニット３を収容するケース２とを備えている。
ケース２は、半導体ユニット３の下方に配される底部２１１と底部２１１から半導体ユニット３側に向かって半導体ユニット３の側方を囲むように立設し上方が開口した壁部２１２とを有するケース本体２１と、ケース本体２１の上部に配される蓋体２２とを有している。

図１〜図３に示すごとく、蓋体２２は、ケース本体２１の開口を覆う板状の蓋体本体部２３と、蓋体本体部２３の外周縁における互いに反対側の位置から外周側に向かって突出した一対の把持部２６とを有している。蓋体本体部２３は、ケース本体２１の上端面と当接するシール部２４と、一対の把持部２６の間におけるシール部２４よりも内側に形成された仮想領域２７とを有している。
仮想領域２７には、蓋体２２の法線方向Ｚから見たとき、一対の把持部２６の並び方向Ｙと直交する直交方向Ｘに対して交差する方向に沿うと共に、蓋体本体部２３の法線方向Ｚに突出する補強突出部２８が形成されている。

以下、さらに詳細に説明する。
図１及び図２に示すごとく、本例においては、蓋体２２における一対の把持部２６が並んだ方向を並び方向Ｙ、蓋体２２の主面と直交する方向を法線方向Ｚ、また、並び方向Ｙ及び法線方向Ｚの両方と直交する方向を直交方向Ｘとして、以下説明する。
また、直交方向Ｘにおいて、冷媒導入管３２３及び冷媒排出管３２４の先端側を前方とし、反対側を後方とする。また、法線方向Ｚにおいて、補強突出部２８の突出する側を上方とし、反対側を下方とする。

本例の電力変換装置１は、例えば、ハイブリッド自動車等において、直流電源から、三相交流モータ（図示略）に通電する駆動電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を生成するための装置である。
図２に示すごとく、電力変換装置１は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュール３１を有する半導体ユニット３と、半導体ユニット３と共に電力変換回路を構成する電子部品と、これらを内包するケース２とを有している。

半導体ユニット３は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュール３１と、半導体モジュール３１を冷却する冷却器３２とを備えている。
半導体モジュール３１は、スイッチング素子を有する本体部３１１と、本体部３１１から上方に向かって延びる複数の制御端子３１２と、冷却器３２から下方に向かって延びる複数の主電極端子３１３（図示略）とを有している。

半導体ユニット３を構成する半導体モジュール３１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。本例の半導体モジュール３１における本体部３１１は、平板状をなしており、２つのスイッチング素子を樹脂モールドして形成されている。
本体部３１１から上方に延びるよう形成された制御端子３１２は、制御回路基板３１４と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。

図１及び図２に示すごとく、冷却器３２は、半導体モジュール３１の両面に配された熱交換部３２１と、熱交換部３２１へ冷媒を循環させるための冷媒導入管３２３及び冷媒排出管３２４を有している。本例において、熱交換部３２１は、アルミニウム等の金属によって構成されており、内部に冷媒を流通する冷媒流路３２２を有している。複数の熱交換部３２１は、半導体モジュール３１を両面から挟持するように配されており、隣り合う熱交換部３２１は、直交方向Ｘの両端部付近において連結管（図示略）によって、互いに連結されている。そして、熱交換部３２１と半導体モジュール３１とが交互に積層されることによって、半導体ユニット３が形成されている。

冷媒導入管３２３及び冷媒排出管３２４は、半導体ユニット３の前端部に配された熱交換部３２１の前面から、前方に向かって突出すると共に、ケース２に形成された貫通孔２１３にそれぞれ挿通するように設けられている。

冷却器３２において、冷媒導入管３２３から導入された冷媒は、適宜連結管を通り、各熱交換部３２１に分配されると共にその長手方向（直交方向Ｘ）に流通する。そして、各熱交換部３２１を流れる間に、冷媒は半導体モジュール３１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、下流側の連結管を通り、冷媒排出管３２４に導かれ排出される。冷媒としては、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。

図２に示すごとく、ケース２には、半導体ユニット３と共に電力変換回路を構成する電子部品として、トランス４１及びコンデンサ４２が配されている。尚、電子部品は、電力変換回路の構成によって、適宜選択することができる。

図１〜図３に示すごとく、半導体ユニット３を収容するケース２は、底部２１１と壁部２１２とを備えたケース本体２１と、ケース本体２１の上部に配される蓋体２２とを有している。

図２に示すごとく、ケース本体２１は、半導体ユニット３及び電子部品の下方に配される底部２１１と、底部２１１から立設した壁部２１２とを有している。
底部２１１は、平板状をなしており、上方から見たときの外形は矩形形状をなすと共に半導体ユニット３及び電子部品の外形よりも大きく形成されている。
壁部２１２は、四角筒形状をなしており、底部２１１の外周縁から半導体ユニット３側に向かって、半導体ユニット３の側方を囲むように立設すると共に上方が開口している。

図１〜図３に示すごとく、蓋体２２は、ケース本体２１の開口を覆う蓋体本体部２３と、蓋体本体部２３の外周縁から外側に向かって突出した一対の把持部２６とを有している。
一対の把持部２６は、直交方向Ｘにおいて、蓋体本体部２３における互いに反対側の位置から外周側に向かってそれぞれ突出して形成されている。各把持部２６は、蓋体本体部２３の蓋体２２の直交方向Ｘ両側にそれぞれ延びる側方延設部２６１と、側方延設部２６１の外周側先端から下方に向かって延びる垂下部２６２とを有している。

蓋体本体部２３は、ケース本体２１における壁部２１２と当接するシール部２４と、シール部２４の内側に形成された被覆部２５とを有している。
シール部２４は、蓋体本体部２３の外周縁全周に沿って、壁部２１２の上端面に沿うように形成されている。また、シール部２４には、蓋体２２とケース本体２１とを固定するためのボルト貫通孔２４１が形成されている。ボルト貫通孔２４１に固定用ボルトを挿通配置すると共に、壁部２１２における上端面に形成されたネジ穴（図示略）に螺合することにより、蓋体２２とケース本体２１とを互いに固定することができる。尚、本例の蓋体２２には、法線方向Ｚから見た４つの角部の内側で、かつ壁部２１２におけるネジ穴と対応した位置に貫通孔が形成されている。

被覆部２５は、シール部２４の内周縁から上方でかつ内周側に向かって傾斜したテーパ部２５１と、テーパ部２５１の上部を覆う上面部２５２とを有している。本例においては、被覆部２５において、一対の把持部２６の間に配された領域を仮想領域２７とした。より詳しく説明すると、仮想領域２７は、各把持部２６の直交方向Ｘにおいて同じ側に配された端部同士をつなぐ一対の仮想線２７１と、一対の仮想線２７１の間に配されたシール部２４の内周縁２４２とによって囲まれた領域である。

仮想領域２７には、一対の把持部２６の並び方向Ｙに沿うと共に、蓋体本体部２３の法線方向Ｚに突出する補強突出部２８が形成されている。
補強突出部２８は、長方形状をなす突出頂面２８１と、突出頂面２８１と被覆部２５とを繋ぐように形成された突出側面２８２とを有している。

突出頂面２８１は、法線方向Ｚと直交すると共に長手方向が並び方向Ｙとなるように配されている。
突出側面２８２は、突出頂面２８１の外周縁と被覆部２５とを繋ぐ傾斜面からなる。尚、突出側面２８２の傾斜角度は、被覆部２５におけるテーパ部２５１の傾斜角度と同一としてある。したがって、並び方向Ｙにおける両端に配された突出側面２８２は、テーパ部２５１と連続した平面によって形成されており、仮想領域２７における並び方向Ｙの両端部に配されている。

本例において、補強突出部２８における直交方向Ｘの幅寸法は、仮想領域２７における幅寸法よりも小さく設定されている。また、補強突出部２８の直交方向Ｘにおける中心は、仮想領域２７の中心と重なるように配されている。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１においては、仮想領域２７に、補強突出部２８が形成されている。そのため、一対の把持部２６における並び方向Ｙと直交する断面において、断面二次モーメントを効果的に増大させることができる。これにより、蓋体２２の剛性を向上し、一対の把持部２６に荷重がかかった際の蓋体２２の変形を抑制することができる。

また、蓋体２２自体の形状によって、その剛性を向上させることができるため、特に他部材を補強部材として設けることなく、蓋体２２の変形を抑制することができる。そのため、蓋体２２の構造を簡略化すると共に、電力変換装置１における構成部品数及び組付作業工数の低減が可能となる。

また、補強突出部２８は、並び方向Ｙにおいて途切れることなく連続して形成されている。そのため、補強突出部２８による剛性向上効果を蓋体２２のより広い範囲に付与することができる。これにより、蓋体２２の変形をより確実に抑制することができる。

また、補強突出部２８における並び方向Ｙの端部は、仮想領域２７における並び方向Ｙの端部に配されている。そのため、把持部２６と補強突出部２８との距離を短縮し、把持部２６にかかる荷重を補強突出部２８によって受けることができる。それゆえ、補強突出部２８による剛性向上効果を確実に得ることができる。

また、補強突出部２８は、並び方向Ｙと平行に形成されている。そのため、蓋体２２における補強突出部２８による剛性向上効果をより向上することができる。

以上のごとく、本例の電力変換装置１によれば、構成部品の点数及び組立工数を低減しながら、蓋体２２の変形を抑制することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、実施例１の電力変換装置１における補強突出部２８の形状を変更した例である。
本例の電力変換装置１における補強突出部２８は、補強頂面の幅寸法が、仮想領域２７の幅寸法よりも大きく設定されている。したがって、補強突出部２８の幅寸法についても、仮想領域２７の幅寸法よりも大きい。
尚、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。

本例に示す電力変換装置１において、直交方向Ｘにおける補強突出部２８の幅寸法は、仮想領域２７の幅寸法よりも大きい。そのため、蓋体２２における補強突出部２８による剛性向上効果をさらに向上することができる。

（実施例３）
本例は、図５及び図６に示すごとく、実施例１の電力変換装置１における補強突出部２８の形状を変更した例である。
本例の電力変換装置１においては、蓋体２２本体に２つの補強突出部２８を設けてある。
補強突出部２８は、並び方向Ｙに対して傾斜して形成されている。また、各補強突出部２８は、直交方向Ｘにおいて対称な形状で形成されている。

また、補強突出部２８における並び方向Ｙに配された突出側面２８２は、シール部２４の内周縁２７２から上方に向かって、被覆部２５におけるテーパ部２５１の傾斜角度よりも急な傾斜角度によって形成されている。
尚、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。
本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる

（実施例４）
本例は、図７及び図８に示すごとく、実施例１の電力変換装置における補強突出部の形状例を示すものである。
図７に示す電力変換装置は、半円形の断面形状をなす補強突出部を有している。
また、図８に示す電力変換装置は、略三角形の断面形状をなす補強突出部を有している。
尚、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。
本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる

上記実施例１〜上記実施例４の電力変換装置１における補強突出部２８は、その形状例の一部を示したものであり、上述した以外にも種々の形状によって形成することができる。
また、補強突出部２８における蓋体２２からの突出方向は、蓋体２２の法線方向に沿っていればよく、上記実施例１〜上記実施例４に示したように電力変換装置１の外側に向かって突出していてもよいし、これらと反対に電力変換装置１の内側に向かって突出していてもよい。いずれの場合においても、蓋体２２における剛性向上効果を得ることができる。

１電力変換装置
２ケース
２１ケース本体
２１１底部
２１２壁部
２２蓋体
２３蓋体本体部
２４シール部
２６把持部
２７仮想領域
２８補強突出部
３半導体ユニット
３１半導体モジュール

Claims

スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール（３１）を有する半導体ユニット（３）と、
該半導体ユニット（３）を収容するケース（２）とを備えており、
該ケース（２）は、半導体ユニット（３）の下方に配される底部（２１１）と該底部（２１１）から上記半導体ユニット（３）側に向かって該半導体ユニット（３）の側方を囲むように立設し上方が開口した壁部（２１２）とを有するケース本体（２１）と、該ケース本体（２１）の上部に配される蓋体（２２）とを有しており、
該蓋体（２２）は、上記ケース本体（２１）の開口を覆う板状の蓋体本体部（２３）と、該蓋体本体部（２３）の外周縁における互いに反対側の位置から外周側に向かって突出した一対の把持部（２６）とを有しており、
上記蓋体本体部（２３）は、上記ケース本体（２１）の上端面と当接するシール部（２４）と、上記一対の把持部（２６）の間における上記シール部（２４）よりも内側に形成された仮想領域（２７）とを有しており、
該仮想領域（２７）は、上記蓋体（２２）の法線方向から見たときに、上記一対の把持部（２６）の並び方向に直交する直交方向において同じ側に配された上記一対の把持部（２６）の端部同士をつなぐ一対の仮想線（２７１）と、該一対の仮想線（２７１）の間に配された上記シール部（２４）の内周縁（２４２）とによって囲まれた領域であり、
上記蓋体本体部（２３）には、上記蓋体（２２）の法線方向から見たときに、上記一対の把持部（２６）の並び方向と直交する直交方向に対し交差する方向に沿うと共に、上記蓋体本体部（２３）の法線方向に突出する補強突出部（２８）が形成されており、
上記蓋体（２２）の法線方向から見たときに、上記補強突出部（２８）の少なくとも一部が上記仮想領域（２７）に位置していることを特徴とする電力変換装置（１）。
上記並び方向において、上記補強突出部（２８）は、途切れることなく連続して形成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）。
上記補強突出部（２８）における上記並び方向の端部は、上記仮想領域（２７）における上記並び方向の端部に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）。
上記補強突出部（２８）は、上記並び方向と平行に形成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）。
上記直交方向における上記補強突出部（２８）の幅寸法は、上記仮想領域（２７）の幅寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４に記載の電力変換装置（１）。