JP6227755B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、自動車、鉄道、産業機器、電力機器等に利用される電力変換装置に関する。
近年、省エネルギー化のためにパワー半導体チップと呼ばれる半導体素子のスイッチングを利用した高効率な電力変換装置が自動車、鉄道、産業機器、電力機器等広い分野で利用されている。このように用いられるパワー半導体チップは、通電による発熱量が高く冷却する必要があるとともに、小型化が求められている。
特にパワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールが複数個ある場合、これに対して放熱体や変換器を構成する他部品に電気接続する場合、冷却性能や電気性能や絶縁性能を確保するにあたって、電力変換装置が複雑化して大型化する問題がある。
本発明に関わる従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されているような構造がある。
特許文献１に記載された電力変換装置は、パワー半導体チップを搭載した複数の回路体を一つの放熱体に設置した構造をしている。また、放熱体に取り付けるにあたって、応力の発生をネジで行い、応力の平面圧力化用の部材、放熱体と半導体素子を搭載した回路体とのクリアランスをなくす部材を用いた構造をとっている。
特開２０００−０９１４８５号公報
上述した特許文献１の構造では、放熱体、パワー半導体チップから発生した熱を放熱体に伝熱するための部材、ネジで発生した応力を平面に変換する部材等、機能が異なる部品を多数用意する必要があり、部品の設置するための体積が大きくなり電力変換装置が小型化が困難であった。また、組立性の向上も困難であった。
本発明は、上記課題に鑑み、パワー半導体チップを搭載した回路体を放熱体に設置するにあたり、ネジやバネ等の押圧部材の体積増加を低減し、電力変換装置の小型化を図ることである。
また別の目的として、電力変換装置の組立性を向上させることである。
上記課題を解決するために本発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有する回路体と、第１凹部及び冷却面を形成するベース部材と、前記ベース部材の前記第１凹部に挿入される楔と、を備え、前記ベース部材の前記第１凹部は、前記冷却面を形成する基台部と、前記冷却面とは反対側の面に配置された第１壁と、当該第１壁と当該基台部を繋げる中間部と、により形成され、前記第１壁は、前記楔を挿入させるための挿入空間と、前記回路体の放熱面と伝熱経路を形成する伝熱面と、を形成し、前記中間部は、前記楔が前記挿入空間に挿入されることにより、前記第１壁が前記回路体の配置方向に向かって変位するように塑性変形し、前記ベース部材は、引き抜き工法又は押し出し工法によって、前記基台部と前記第１壁と前記中間部とが同一材料で一体に形成され、前記中間部は、引き抜き方向又は押し出し方向に沿って前記第１壁の一端から他端まで連続で形成される。
本発明により電力変換装置の小型化を図ることができる。また電力変換装置の組立性を向上させることができる。
本実施形態に関する電力変換装置９０１の一例の斜視図である。 図１のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 回路体１１の斜視図である。 図３のＤＤ’断面図である。 ベース部材３００の斜視図である。 ベース部材３００のＢＢ’／ＣＣ’断面図である。 回路体１１〜１３の挿入工程である。 楔３１〜３４の挿入工程である。 ベース部材３００に楔３１〜３４を挿入した際に、楔から第１壁３０２を通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果を表す図である。図９(a)は、比較例で中間部３０４がない場合である。 ベース部材３００に楔３１〜３４を挿入した際に、楔から第１壁３０２を通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果を表す図である。図９(b)は本実施の形態であり、中間部３０４を設けた場合である。 ベース部材３００に設けた中間部３０４の変形例に関する解析結果を示す。 他の実施形態に関する電力変換装置９０２の斜視図である。 図１１のＡＡ’／ＢＢ’断面をＣＣ’方向から見た断面図である。 図１１のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 他の実施形態に関する電力変換装置９０２の斜視図である。 図１４のＡＡ’／ＢＢ’断面をＣＣ’方向から見た断面図である。 図１４のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０４の断面模式図である。 図１７の構成の効果を示すための解析モデルの比較例である。 図１７の構成の効果を示すための解析モデルを示す。 図１８(ｂ)に示された第１楔３２Ａ〜第３楔３２Ｃをベース部材３３０に挿入した際に、第１楔３２Ａ〜第３楔３２Ｃから第１壁３０２Ｂを通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果を示す。 他の実施形態に係る電力変換装置９０５の斜視図である。 図２０のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見たから断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０５の応力解析結果である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０６の斜視図である。 図２３のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０７の斜視図である。 図２５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 図２５の説示した電力変換装置９０７の変形例に係る電力変換装置９０７’を示す断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０８の斜視図である。 図２８のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９０９の斜視図である。 図３０のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９１０の斜視図である。 図３２のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た一つの断面図である。 図３２のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た他の断面図である。 他の実施形態に係る電力変換装置９１１の斜視図である。 図３５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た一つの断面図である。 図３５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た他の断面図である。
図１は、本実施形態に関する電力変換装置９０１の一例の斜視図である。
本実施形態の目的は、楔による平面加圧で回路体を固定し、電力変換装置９０１の小型化を図ることである。
複数の回路体１１ないし１３と楔３１〜３４はＢＢ’方向に沿って並べて配置されている。基材部３０１は、その下面側、つまりＣＣ’方向のＣ側に、冷却面３００Ａを形成する。回路体１１ないし１３は、制御信号を伝達する制御端子１０１と、直流電流又は交流電流を伝達するパワー端子１０２及び１０３を有する。制御端子１０１とパワー端子１０２及び１０３は、基材部３０１が配置された側と反対側、つまりＣ’側から突出する。
回路体１１ないし１３は、図４にて後述するＩＧＢＴやダイオードなどのパワー半導体素子１００と、パワー半導体素子１００のコレクタ電極と電気的に接続される配線層１０４Ａと、パワー半導体素子１００のエミッタ電極と電気的に接続される配線層１０４Ｂと、をそれぞれ有する。さらに回路体１１ないし１３は、パワー半導体素子１００と配線層１０４Ａと配線層１０４Ｂを封止する封止樹脂１０７(図３参照)をそれぞれ有する。また回路体１１ないし１３は、ＢＢ’方向に沿った方向の両面にＡＡ’とＣＣ’方向によって形成される面と平行となる放熱面１０６(図３参照)を有する。
ベース部材３００は、回路体１１〜１３が挿入されかつ当該回路体１１〜１３を収納する第１凹部２１〜２３と、楔３１〜３４を挿入されかつ当該楔３１〜３４を収納する第２凹部４１〜４４と、を形成する。第１凹部２１〜２３及び第２凹部４１〜４４は、ＡＡ’方向に沿って形成され、かつＢＢ’方向に並べて配置される。
ベース部材３００の第１壁３０２は、回路体１１〜１３の間の空間、及び回路体１１の側部と回路体１３の側部に配置され、回路体１１〜１３から発生した熱を受ける。ベース部材３００の基材部３０１は、第１壁３０２を介して、回路体１１〜１３から発生した熱を集約する。
第２凹部４１〜４４は、その底部、つまり基材部３０１側には、ＢＢ’方向の大きさが大きくなるように形成される。ベース部材３００の中間部３０４は、第２凹部４１〜４４の底部が大きくなったことにより、第１壁３０２のＢＢ’方向の大きさよりも小さくなった箇所である。
第２壁３０３は、ベース部材３００の側壁を形成する。ベース部材３００は、基材部３０１と第１壁３０２と中間部３０４と第２壁３０３が一体成型される。
楔３１〜３４は、第１壁３０２と回路体１１〜１３とのクリアランス（空間）なくすために、回路体１１〜１３にＢＢ’方向に平行な圧縮力を発生させるように、ベース部材３００に固定される。
これにより、回路体１１〜１３に設けられた放熱面１０６全体に対し、圧縮力が発生するので、第１壁３０２との界面熱抵抗を低減できる。楔３１〜３４の挿入方向は、ＣＣ’方向である。
楔３１〜３４と第２凹部４１〜４４は、楔挿入方向（ＣＣ’方向）に沿って、基材部３０１に対して同一の傾斜角度を有している。これにより、楔の挿入量が増加すると、第１壁３０２と回路体１１〜１３との空間除去や回路体１１〜１３に対する圧縮力増加を可能とする。
図２は、図１のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。
第１凹部２１〜３３は、回路体１１〜１３を挿入可能にするようにＢＢ’方向に回路体１１〜１３よりも少し大きくし、回路体１１〜１３との間にクリアランスを設けている。
第２凹部４１〜４４は、楔挿入方向（ＣＣ’方向）に沿って、基材部３０１に対してＢＢ’方向に対して同一の傾斜角度を有している。これにより、楔の挿入による第１壁３０２の変形をＢＢ’方向に均一化でき、回路体１１〜１３に対する圧縮方向の面圧均一化を実現する。
第１壁３０２は、回路体１１〜１３側が回路体の放熱面１０６と平行に形成される。一方、第１壁３０２は、楔３１〜３４側が楔３１〜３４と同一の傾斜角度となるように形成される。第１壁３０２の根元は、第２凹部４１〜４４の幅を広げることにより形成された中間部３０４を有する。そして第１壁３０２は、基材部３０１と一体化されている。
中間部３０４は、詳細は後述するが、楔３１〜３４が打ち込まれた際に塑性変形しやすい形状となっており、ＡＡ’方向沿って同一の形状とすることで、第１壁３０２が均一に変形して、回路体１１〜１３にかかる面圧を均一にできる効果を有する。
また、楔３１〜３４が押し込む際、中間部３０４の存在により、小さい押し込み力で回路体１１〜１３の放熱面１０６に圧縮方向の均一な面圧を付与することができる。これにより、基材部３０１の冷却面３００Ａには反りやうねりが発生しないため、熱抵抗を増加させず冷却器への設置することが可能となる。また、楔３１〜３４を押し込む荷重を小さくできるため、クリープの影響が小さくなる。
基材部３０１は、第１壁３０２が変形しても冷却面３００Ａにうねりや反りが発生しないように、第１壁３０２や中間部３０４よりも厚くすることにより剛性を高めている。また、回路体１１〜１３から発生した熱を集約して、パワー半導体素子１００の温度上昇量を低減できる効果を有する。さらに、変形しないことで、回路体１１〜１３の位置関係がずれないようにしている。
これにより、制御端子１０１や、パワー端子１０２および１０３同士の電気的な接続が容易になるとともに、絶縁距離を確保するためのスペースを大きくとる必要がなくなり、電力変換装置だけでなく電力変換器の小型化が可能となる。
側壁となる第２壁３０３は、基材部３０１と同様に、第１壁３０２よりも厚くし剛性を高めて変形し難くしている。基材部３０１とあわせて第２壁部３０３が存在することで、いずれの方向に対しても基準面が存在するので、電力変換装置の作製プロセス時や、その後の電力変換器への取り付けの際の基準面として、冷却器やコンデンサ等他の部品との位置あわせが容易となり、生産性が向上する。
図３は、回路体１１の斜視図である。図４は、図３のＤＤ’断面図である。回路体１１〜１３は、同様な構成なので、代表例として回路体１１について説明する
図４に示されるように、回路体１１は、ＩＧＢＴやダイオードなどのパワー半導体素子１００と、パワー半導体素子１００のコレクタ電極と電気的に接続される配線層１０４Ａと、パワー半導体素子１００のエミッタ電極と電気的に接続される配線層１０４Ｂと、をそれぞれ有する。
さらに回路体１１は、パワー半導体素子１００と配線層１０４Ａと配線層１０４Ｂを封止する封止樹脂１０７(図３参照)をそれぞれ有する。また回路体１１は、ＢＢ’方向に沿った方向の両面にＡＡ’とＣＣ’方向によって形成される面と平行となる放熱面１０６(図３参照)を有する。
また、回路体１１は、ＢＢ’方向に垂直な回路体１１の両面に、放熱面１０６を有する。パワー半導体素子１００は、その両面に主電極を有する。放熱面１０６Ａは、パワー半導体素子１００のコレクタ側電極と平行になるように配置される。放熱面１０６Ｂは、パワー半導体素子１００のエミッタ側電極と平行になるように配置される
配線層１０４Ａおよび配線層１０４Ｂは、それぞれＩＧＢＴのコレクタ側電極面とエミッタ側電極面に平行に対向して電気的に接続されており、磁界を打ち消すことでインダクタンスを低減した構造となっている。
パワー端子１０２は、接合材料により配線層１０４Ａと接続される。この接合材料は、例えば、はんだや粒径が５０μｍ以下の酸化銀(ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ)、あるいは酸化銅（ＣｕＯ）粒子を主体とする。
配線層１０４Ａは、例えば銅（Ｃｕ）やアルミ（Ａｌ）、それら合金からなる電気抵抗が小さい金属である。また、配線層１０４Ａの合成熱膨張係数を低減することで、パワー半導体素子１００に付与される熱応力を緩和できる。電流耐量や熱広がり性を維持しつつ、合成熱膨張係数を低くするには、配線層１０４Ａに対し絶縁層１０５Ａ側に高熱伝導で低熱膨張な層を挿入する。例えば、ＣｕやＡｌやその合金に対してモリブデン、タングステン、カーボンなどが分散、複合化されたものがある。
絶縁層１０５Ａは、例えばアルミナや窒化アルミや窒化珪素などの高熱伝導な酸化物や窒化物の焼結板、アルミナや窒化アルミや窒化ホウ素などの高熱伝導なフィラーが分散した樹脂である。いずれも厚さが絶縁に必要な厚さに制御されている。
放熱面１０６Ａは、銅やアルミ、それら合金からなる高熱伝導な金属や銅やアルミに対してモリブデン、タングステン、カーボンが分散あるいは複合化された高熱伝導で低熱膨張な材質である。絶縁層１０５Ａの外側に存在し、絶縁層１０５Ａに機械的損傷が入らないようにしている。
なお、配線層１０４Ｂと絶縁層１０５Ｂと放熱面１０６Ｂは、配線層１０４Ａと絶縁層１０５Ａと放熱面１０６Ａと同様の特性を有する。
封止樹脂１０７は、トランスファー成型により封止されることで、放熱面１０６ＡＢの露出面（放熱面）が平行で厚さが均一な回路体１１としている。また、トランスファー成型時に制御端子１０１やコレクタ側のパワー端子１０２、エミッタ側のパワー端子１０３を型締めしているため、これらの端子も放熱面に平行であるとともに、端子間の位置関係が均一となる。
封止樹脂１０７は、例えば樹脂は接着性のあるフェノール系、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、エポキシ系、シリコン系、ビスマレイミドトリアジン系、シアネートエステル系を基にした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を制御しパワー半導体素子１００や絶縁層１０５に発生する熱応力を大幅に低減している。
放熱面１０６Ａおよび放熱面１０６Ｂは、封止樹脂１０７から露出するようにトランスファー成型する。また、放熱面１０６Ａおよび放熱面１０６Ｂが露出しない場合は、研削等により露出させることができる。その際、制御端子１０１やパワー端子１０２やパワー端子１０３を基準面として研削して厚さを揃えることが可能であり、これにより位置決め性を維持できる。本実施例のように絶縁層１０５Ａや絶縁層１０５Ｂの外側に放熱面１０６Ａおよび１０６Ｂを設けるとともに、封止樹脂１０７で封止しているため、研削工程により絶縁性の劣化を防止できる。
図５ないし図８を用いて本実施形態の電力変換装置の作製プロセスについて説明する。図５は、ベース部材３００の斜視図である。図６は、ベース部材３００のＢＢ’／ＣＣ’断面図である。図７は、回路体１１〜１３の挿入工程である。図８は、楔３１〜３４の挿入工程である。
ベース部材３００は、熱伝導率の高いＡｌやＣｕならびにそれらの合金で形成される。伝熱部となる第１壁部３０２と集熱部となる基材部３０１は界面がなく一体であり、界面存在による熱抵抗の増加がない。
また、ベース部材３００は、ＡＡ’方向に押し出すか引き抜き成型することで、基材部３０１に第１壁３０２、第２壁３０３、第１凹部２１〜２３、第２凹部４１〜４４を高精度で一体化した状態で構成できる。
図６に示されるように、第１凹部２１〜２３は、回路体１１〜１３側の第１壁面２０の角度θaが９０°となっており、回路体１１〜１３は基材部３０１に直交するとともに第２壁部３０３に対して平行となるように収納できる。また、第１凹部２１〜２３は、ＡＡ’側の側面は空洞になっており、回路体１１〜１３を第１凹部２１〜２３に挿入後に、回路体１１〜１３に対してアクセスが可能となっている。
これにより、図７に記載の回路体１１〜１３の挿入工程や楔３１〜３４の挿入工程時にＢＢ’方向に傾いたり、ＡＡ’方向にずれたりしないよう簡易治具で位置決め可能となる。簡易治具は第１凹部２１〜２３が楔３１〜３４挿入後にせまくなる分を見込んで、幅を小さくすることで楔挿入後に抜くことが可能である。また、第２壁３０３については、楔の挿入前後も変形しないよう剛性を付与しているため、基準面３０３Ａおよび３０３Ｂを用いて深さ方向（ＣＣ’方向）の位置決めをすることも可能となる。
第２凹部４１〜４３は、楔３１〜３４側の第１壁面４０の角度θbや楔３１〜３４側の第２壁面３０が９０°よりも小さい傾斜角とすることで、楔３１〜３４の挿入量により、第１壁３０２が回路体１１〜１３側に変形するようになっている。楔３１〜３４の挿入時や押し込み時の位置あわせや変形防止治具の設置についても、基準面３０３Ａおよび３０３Ｂが存在することで容易に設定可能となる。楔３１〜３４は高剛性な材料からなりＦｅやＡｌやＣｕそれらの合金やグラファイトなどが選ばれる。特にＡｌやＣｕ、それらの合金は易加工性があり、高精度な傾斜角を実現できる。また、最表面の凹凸をなくし、楔押し込み時に第１壁３０２との隙間をなくすようにＳｎ等柔らかい金属薄層を形成してもよい。
図９は、ベース部材３００に楔３１〜３４を挿入した際に、楔から第１壁３０２を通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果を表す図である。図９(a)は、比較例で中間部３０４がない場合、図９(b)は本実施の形態であり、中間部３０４を設けた場合である。
回路体１２の色が明色になるとクリアランスがなくなり加圧が付与できていることを示す。楔３２を押し込む荷重をそれぞれ２．５ＭＰａと一致させることで比較を行った。図９(a)の中間部３０４がない場合は、明色の場所がほとんどないのに対し、図９（b）の中間部３０４を形成することで、回路体１２と第１壁３０２とのクリアランスがなくなり、回路体１２の放熱面１０６（破線部）の付近にて圧縮力が発生するとともに均一となっていることがわかる。
本実施の形態では、第１壁３０２の根元付近の加圧力は、その他の部分よりも小さくなる傾向が見られた。これに対し、本実施形態である封止樹脂１０７を設けたことで、基材部３０１に対するスペーサとして機能し、放熱面１０６に均一な面圧が付与されることがわかる。このように、封止樹脂１０７は、放熱面１０６に均一な面圧を付与効果があることがわかる。
図１０は、ベース部材３００に設けた中間部３０４の変形例に関する解析結果を示す。図１０は、図９と同様にベース部材３００に楔３１〜３４を挿入した際に、楔から第１壁３０２を通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果であり、本実施例では、第２凹部４２を、図９(b)に示された構成よりも基材部３０１側に移行させている。これにより、第１壁３０２の根元付近の加圧力は、その他の部分よりも小さくなる傾向が緩和できることがわかる。
図１１は、他の実施形態に関する電力変換装置９０２の斜視図である。図１２は、図１１のＡＡ’／ＢＢ’断面をＣＣ’方向から見た断面図である。図１３は、図１１のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。前述した実施形態の同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
図１ないし図９にて示された実施形態とは、楔３１〜３４の挿入方向を、ＡＡ’方向に変更したことが異なる。
本実施形態にかかる電力変換装置９０２は、複数の回路体１１〜１３と楔３１〜３４がＡＡ’方向に沿ってＢＢ’方向に並列に配置している。ＣＣ’方向のＣ側に冷却面３００Ａを有する基材部３０１、Ｃ’側に回路体１１〜１３から突出した制御端子１０１とパワー端子１０２、１０３が配置している。
楔３１〜３４は、第１壁３０２と回路体１１〜１３とのクリアランス（空間）をなくすとともに、回路体１１〜１３に対し、ＢＢ’方向に平行な圧縮力を発生させてベース部材３００に固定する。回路体１１〜１３に設けられた放熱面１０６全体に対し、圧縮力が発生することで、第１壁３０２との界面熱抵抗を低減させるものである。楔の挿入方向は、ＡＡ’方向である。図１３に示すように、楔３１〜３４と第２凹部４１〜４４は、楔挿入方向（ＡＡ’方向）に沿って、ＢＢ’面に対して傾斜角度を有している。これにより、楔の挿入量を増加することで、第１壁３０２と回路体１１〜１３との空間除去と回路体１１〜１３に対する圧縮方向の面圧増加を制御できる。
楔３１〜３４を押し込む場所を回路体１１〜１３と別に設けたため、回路体の機械的損傷を与えることなく設置することが可能となる。回路体１１〜１３をベース部材３００に固定するために、回路体１１〜１３に付与されている応力は均一であり、さらに小さいため、回路体の損傷を防止することが可能である。
回路体１１〜１３の放熱面に沿った楔を用いることで面状に応力を発生できるので、面圧を広げるための部材の必要がなく電力変換装置９０２を小型化できる。回路体１１〜１３の放熱面１０６から冷却面３００Ａまでの伝熱部である第１壁３０２と基材部３０１は伝熱部となる第１壁部３０２と集熱部となる基材部３０１は界面がなく一体であり、界面存在による熱抵抗の増加がない。回路体１１〜１３の固定に低熱伝導な樹脂等を用いる場合に比較して、熱抵抗の増加を防止できる。また、放熱体と回路体１１〜１３は接着層や接合層が存在しないため、使用環境下でのクラック発生による熱抵抗の増加を防止できる。
第１凹部２１〜２３を設けたので、生産時の仮挿入が効率よくできる。また、収納部を貫通孔化したこと、変形が生じない第２壁部３０３を設けたため、生産中の位置あわせが容易である。また、収納された回路体の制御端子１０１等は、位置決めされているため、その後の接続が容易であるとともに、絶縁距離の確保が高精度にでき接続絶縁部の小型化が可能となる。
大電流を扱う大型変換器の場合、複数のＩＧＢＴやダイオードチップを回路体に搭載する場合は、本実施例のようにＡＡ’方向に沿って搭載数を増加させることが好ましい。ＣＣ’方向に沿って増加させる場合に比較して、冷却面３００Ａに対する各パワー半導体１０３の熱抵抗が増加しないで大電流化に対応できる。その場合、回路体１１〜１３のＡＡ’方向の幅が増加するが、楔３１〜３４のＡＡ’方向の幅を増加することで、回路体に付与する面圧の均一さや圧縮力を維持することが可能となる。ネジやバネ等の加圧の場合は、必要加圧方向に対して加圧される構造体の長さが大きくなると面圧の均一さや圧縮力を維持することが難しく、ネジあるいはバネ、それら加圧部材数の増加や大きさの増加を必要とし電力変換装置が大きくなり、加圧用部材部での熱抵抗が増加することで小型、放熱性が損なわれる。
回路体１１〜１３と第１壁３０２の間には、凹凸をなくすためにグリースやカーボンシートを挿入してもよい。楔３１〜３４と基材部３０１には空間が存在する。楔３１〜３４も伝熱部として利用して放熱性をさらに向上させるには、楔３１〜３４を押し込む前に、ＡＡ’方向に伸張したＳｎやＩｎ丸線やカーボンシートなどの空気や樹脂よりも熱伝導率を高い部材を楔収納部の基材部３０１上に設置する。
この状態で、楔を押し込むと、それらの材料は楔やベース部材に対し柔らかいため、楔やベース部材を変形することなく基材部３０１と楔３１〜３４の間の隙間を埋めることができる。本実施例のように、第２凹部のＡＡ’方向が貫通しているため、楔や回路体とベース部材の接触熱抵抗を低減するためのＡＡ’方向に伸張した部材を設置することが容易である。
図１４は、他の実施形態に関する電力変換装置９０２の斜視図である。図１５は、図１４のＡＡ’／ＢＢ’断面をＣＣ’方向から見た断面図である。図１６は、図１４のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
図１ないし図１３に示された楔３１〜３４とは、楔を二分割することで、楔自体が挿入時に厚さが変化させ、楔を収納するための凹部の幅変化に対し、面圧が損なわれないようし、生産性を向上させる点が異なる。
楔３１は、第１楔３１Ａと第２楔３１Ｂに二分割される。同様に楔３２は、第１楔３２Ａと第２楔３２Ｂに二分割され、楔３３は、第１楔３３Ａと第２楔３３Ｂに二分割される。
これにより、図１４及び図１５に示されるように、第２凹部４１〜４４のＢＢ’方向の幅に対する製造ばらつきが生じても、第１楔３１Ａ〜３４Ａと第２楔３１Ｂ〜３４Ｂの位置関係で第２凹部４１〜４４のＢＢ’方向の幅に一致させるようにでき、第１壁３０２を回路体１１〜１３に圧縮する面圧の均一性を高めることが可能となる。
第１楔３１Ａ〜３４Ａと第２楔３１Ｂ〜３４Ｂの挿入方向は、ＡＡ’方向あるいはＣＣ’方向である。ＡＡ’方向から挿入する場合は、ＡＡ’方向に沿って二分割し、ＣＣ’方向から挿入する場合は、ＣＣ’方向に沿って二分割するとともに、それぞれの分割方向に対し反転した傾斜角度を与えることで厚みの調整が可能となる。
特に、ＡＡ’方向から分割された第１楔３１Ａ〜３３Ａと第２楔３１Ｂ〜３３Ｂを挿入する場合、第一の実施形態の例と異なりベース部材３２０の第１壁面４０と第２壁面３０のＡＡ’方向に傾斜した角度を設けなくてよいため、押し出しや引き抜き製法でＡＡ’方向に伸長させたベース部材３２０を作製し、必要長さにカットしてベース部材３２０を作製でき、個別に作製するよりも生産性が高まる。
図１５及び図１６に示される第１壁面４０、第１壁面２０、第２壁面３０は、第１楔３１Ａ〜３３Ａと第２楔３１Ｂ〜３３Ｂを挿入するＡＡ’方向に沿って、基材部３０１に対し直交した角度を有している。
図１５に示されるように、第１楔３１Ａ〜３３Ａと第２楔３１Ｂ〜３３Ｂとの接触面５０は、ＡＡ’方向に沿って、ＢＢ’に対して傾斜角θdを有する。これにより、第２凹部４１〜４４のＢＢ’方向の幅に対する製造ばらつきが生じても、第１楔３１Ａ〜３３Ａと第２楔３１Ｂ〜３３Ｂの位置関係で第２凹部４１〜４４のＢＢ’方向の幅に一致させることができる。
また言い換えると、接触面５０は、第２楔３１Ｂと対向する第１楔３１Ａの面を第１面と、第１楔３１Ａと対向する第２楔３１Ｂの面を第２面と、の２面が接触する面のことである。そして、当該第１面と回路体１１等の放熱面１０６との傾斜角度は、当該第２面の回路体１１等の放熱面１０６に対する傾斜角度に対して反転している。
また、第２凹部４１〜４４のＢＢ’方向に沿って第１楔３１Ａ〜３３Ａと第２楔３１Ｂ〜３３Ｂを挿入する場合は、図１６に示すように先端部に突起を設けることで、機械的な衝撃等で抜けないような加工を施すことが容易となる。
図１７は、他の実施形態に係る電力変換装置９０４の断面模式図である。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。図１ないし図１６で示された電力変換装置とは、楔を三分割することにより、楔自体が挿入時に傾斜角度を第１壁３２０と一致させ、第２凹部４１〜４４の傾斜角度の変化に対し面圧が損なわれないよう生産性を向上させる点が異なる。
楔３１は、第１楔３１Ａと、第１楔３１Ａとは異なる傾斜角を有する第２楔３１Ｂと、第１楔３１Ａと第２楔３１Ｂとの間に挿入される第３楔３１Ｃと、により構成される。楔３２〜３４も同様である
また、楔３１〜３４は、ＡＡ’（紙面）方向に沿って平行に同一形状を為している。後述するが、これにより、第２凹部４１〜４４の傾斜角度に対する製造ばらつきが生じても、第２壁側楔面と第１壁側楔面が第２壁と第１壁に一致でき、第１壁３０２を回路体１１〜１３に圧縮する面圧の均一性を高めることが可能となる。
図１８(a)は、図１７の構成の効果を示すための解析モデルの比較例である。図１８(b)は、図１７の構成の効果を示すための解析モデルを示す。図１８(a)及び図１８(b)ともに、図１７の点線Ｐの拡大図である。
図１８(a)に示されるように、回路体１１と１２は、一方の第１壁３０２Ａと他方の第１壁３０２Ｂを介して楔３２を押し込まれて面圧がかかる。第１壁３０２Ａおよび第１壁３０２Ｂは、それぞれ基材部３０１に中間部３０４を介して一体化されている。４０Ａは回路体１１側の第１壁３０２Ａの面であり、６０Ａは回路体１１側の楔３２の面であり傾斜角度が一致しており、面４０Ａと面６０Ａ間には隙間がない状態となっている。一方、面４０Ｂは回路体１２側の第１壁３０２Ｂの面、面６０Ｂは回路体１２側楔３２面であり、傾斜角が異なることで面４０Ｂと面６０Ｂとの間に隙間が存在するモデルとしている。
図１８(ｂ)に示されるように、回路体１１と１２は、一方の第１壁３０２Ａと他方の第１壁３０２Ｂを介して、３つに分割された楔３２Ａ〜３２Ｃを押し込まれて面圧がかかる。第１壁３０２Ａおよび第１壁３０２Ｂは、それぞれ基材部３０１に中間部３０４を介して一体化されており、楔以外は比較例と同様の形状としている。
４０Ａは、回路体１１側の第１壁３０２Ａの面であり、６０Ａは回路体１１側の第１楔３２Ａの面であり傾斜角度が一致しており、面４０Ａと面６０Ａとの間には隙間がない状態となっている。一方、面４０Ｂは回路体１２側の第１壁３０２Ｂの面、面６０Ｂは回路体１２側楔３２Ｂの面であり、傾斜角が異なるものの、楔３２Ｂが第１壁３０２Ｂ側に時計回りに変位（回転）することで、面４０Ｂと面６０Ｂとの間に隙間が存在しない状態となっている。
一方で、第２楔３２Ｂが変位（回転）したことで、楔３２Ａと楔３２Ｂとの間に隙間が存在する。第１楔３２Ａと第２楔３２Ｂとの間の隙間は、第２楔３２Ｂの第１楔３２Ａに対する回転角に合わせ、ＣＣ’方向に沿って大きくなる。ＣＣ’上方には、第３楔３２Ｃが存在し、第１楔３２Ａと第３楔３２Ｃの接触面３０Ｃと第１楔３２Ｂと第３楔３２Ｃの接触面３０Ｄを有する。接触面３０Ｃと接触面３０Ｄは、第２楔３２Ｂが回転する前（第１楔３２Ａと第２楔３２Ｂ間に隙間が存在しない状態）では、接触面３０Ｃと接触面３０Ｄが第３楔３２Ｃと同一の傾斜角となっている。よって、第２楔３２Ｂが回転したことで、第２楔３２Ｂと第３楔３２Ｃとの間（３０Ｄ）に隙間が存在する。
図１９は、図１８(ｂ)に示された第１楔３２Ａ〜第３楔３２Ｃをベース部材３３０に挿入した際に、第１楔３２Ａ〜第３楔３２Ｃから第１壁３０２Ｂを通して回路体１２に付与できる応力を解析した結果を示す。
図１９の縦軸は、回路体１２にかかる面圧であり、横軸は回路体１２の上端からの距離である。第１楔３２Ａと回転した第２楔３２Ｂで回路体１２に付与できる応力は、図中の（Ａ）であり、第２楔３２Ｂが回転したことで、第１楔３２Ａと第２楔３２Ｂとの間に隙間が存在するため、上方部で面圧が小さくなることがわかる。次に、第３楔３２Ｃが押し込まれることで図中の（Ｂ）となり面圧が均一化することがわかる。
図２０は、他の実施形態に係る電力変換装置９０５の斜視図である。図２１は、図２０のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見たから断面図である。図２２は、他の実施形態に係る電力変換装置９０５の応力解析結果である。本実施形態の目的は、楔の数を削減して生産性向上や低コスト化を図ることである。
電力変換装置９０５は、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２、第１壁３０２’、第２壁３０３、中間部３０４、中間部３０４’を有するベース部材３４０と回路体１１〜１３と楔３１および３４とから構成される。回路体１１〜１３は、前述の実施形態と同様である。楔３１、３４は第２壁３０３側にだけ存在する。
第１壁３０２と第１壁３０２’と基材部３０１には、それぞれ中間部３０４と中間部３０４３０４’を有する。中間部３０４は第２凹部４１および４４の根元に孔径の大きい貫通孔を形成することにより設けられる。中間部３０４’は貫通孔５１及び貫通孔５２を形成することによりを設けられる。
第１壁３０４’は、楔３１と３４を挿入することで、それぞれ回路体１２側に変形し圧縮させることができる。
中間部３０４’は、第１壁３０２’が変形しやすいように形成してある。つまり中間部３０４’は、第２凹部４１および第２凹部４４の根元の貫通孔よりも大きくして、中間部３０４よりも変形しやすいようにしている。この時、第１壁３０２’は、内部に楔が挿入されていないため、楔との界面熱抵抗がなく基材部３０１に伝熱することが可能となる。
また、ベース部材３４０は、ＡＡ’方向に押し出すか引き抜き成型することで、基材部３０１に第１壁３０２と３０２’、第２壁３０３、第１凹部２１〜２３、第２凹部４１および４４、貫通孔５１および５２を高精度で一体化した状態で用意できる。
図２２は、ベース部材３４０に楔３１と楔３４を挿入後、楔３１と楔３４から第１壁３０２Ｂを通して回路体１２と１３に付与される応力の解析結果を示す。なお、楔３１と楔３４の挿入は左右から同時に行う。図２２の明色は、回路体１２や１３と第１壁３０２’や３０２とのクリアランスがなくなり、回路体１２や１３の放熱面１０６（破線部）の付近にて圧縮力が発生していることがわかる。
図２３は、他の実施形態に係る電力変換装置９０６の斜視図である。図２４は、図２３のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。本実施形態の目的は、電力変換装置の水路等の冷却装置への取り付け生産性を向上するとともに、本発明の電力変換装置の冷却性を向上させることである。
電力変換装置９０６であり、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２、第２壁３０３、第３壁３０５を有するベース部材３５０と冷却水路４００、入力水路４０１Ａ〜４０１Ｃおよび出力水路４０２Ａ〜４０２Ｃと回路体１１〜１３と楔３１〜３４とから構成される。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
第３壁部３０５は、例えばＡＡ’方向に引き抜き法や押し出し法によって基材部３０１と一体成型されている。これにより冷却面３００Ａと平行な面を有する。よって、ネジ９０により冷却流路４００に対し、電力変換装置９０６をグリスやカーボンシート等を介して取り付ける際に、グリスやカーボンシートの厚み均一化ができ、熱抵抗を低減することが可能となる。
冷却流路４００は、入力水路４０１と出力水路４０２を有する。図２３に示すように、入力水路４０１Ａ〜４０１Ｃおよび出力水路４０２Ａ〜４０２Ｃは、回路体１１〜１３の伝熱部である第１壁３０２とＣＣ’方向から見て重なるように存在することで、冷却効率を向上することができる。
さらに、同一発熱量の回路体１１〜１３を用いた場合、回路体１２と接する第１壁３０２が最も温度が高くなるため、これらの第１壁３０２と重なる入力水路４０１Ａ〜４０１Ｃを入力側、それ以外の第１壁３０２と重なる出力水路４０２Ａ〜４０２Ｃを出力側とすることでさらに冷却効率を向上することが可能となる。
図２５は、他の実施形態に係る電力変換装置９０７の斜視図である。図２６は、図２５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。本実施形態では、電力変換装置を空冷する場合に効率的に冷却可能な構造を提示する。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
ベース部材３６０は、前述の実施形態のいずれでも良い。ここでは図２３に説示した電力変換装置の構成を用いる。第３壁部３０５は、例えばＡＡ’方向に引き抜き法や押し出し法によって基材部３０１と一体成型されている。ネジ９０により電力変換装置の筐体（不図示）に取り付ける際、空冷ファンの風流に対し高精度に位置決めして設置可能となる。
ここで、冷却面３００Ａが空冷用のフィン３０６となっていることが、これまでの実施形態と異なる。空冷用のフィン３０６は、第１壁３０２等と同様にＡＡ’方向に伸長して基材部３０１と一体化されている。これにより、フィンをかしめ等やフィン材よりも熱伝導が小さいろう材などで接合する構造に比較して、熱抵抗の増加を防止することが可能となり、効率良く冷却することが可能となる。
図２７は、図２５の説示した電力変換装置９０７の変形例に係る電力変換装置９０７’を示す断面図である。
本実施形態では、前述の本実施形態とは、回路体１１〜１３の挿入方向と楔３１〜３４の挿入方向が異なる。また本実施形態では、楔３１〜３４が空冷フィン３０６を兼ねている点が異なる。
空冷フィンをかねる楔３１〜３４は、ベース部材３７０に収納されない部分を太くし、楔３１〜３４をベース部材３７０に押し込む際に、楔３１〜３４が破壊しないような形状としている。また、熱伝達率を向上するために別のフィン部材３０７がろう接やかしめ等で取り付けられている。楔３１〜３４は、同時に押し込まれるため、フィン部材３０７がＣＣ’方向に重なる部分を作っても干渉しないような構造にすることが可能である。重なる部分を作ることで空冷部３０４Ａの面積を増加できるので、熱伝達率が向上し効率的な冷却が可能となる。
図２８は、他の実施形態に係る電力変換装置９０８の斜視図である。図２９は、図２８のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。本実施形態では、電力変換装置を水冷する場合に効率的に冷却可能な構造を提示する。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
電力変換装置９０８は、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２、第２壁３０３、第３壁３０５を有するベース部材３８０と、水路４０１Ｂ、水路４０１Ｃ、水路４０２Ｂ、水路４０２Ｃと、回路体１１〜１３と楔３１〜３４とから構成される。楔３１〜３４は、他の実施形態のいずれでもよいが、ここでは図１にて示された実施形態例を示す。
ベース部材３８０は、前述した実施形態のいずれでもよく、第１凹部と第２凹部、回路体の伝熱部となる第１壁３０２、冷却面３００Ａを有する基材部３０１と側壁である第２壁３０３を有する。また、第１壁３０２の変形しやすくするように、第１壁３０２は中間部３０４を介して基材部３０１と一体化されている。さらに、図２３に示した実施形態と同様に、第３壁部３０５を有している。
第３壁部３０５は、例えばＡＡ’方向に引き抜き法や押し出し法によって基材部３０１と一体成型されている。ネジ９０により変換器の筐体に取り付ける際、変換器内部の流路に対し高精度に位置決めして設置可能となる。
また、ベース部材３８０の基材部３０１には、水路４０１Ｂ、水路４０１Ｃ、水路４０２Ｂ、水路４０２Ｃやヒートパイプ等の挿入孔を内蔵している点が異なる。これにより、図２３に示した実施形態で存在した冷却面３００Ａと冷却流路４００の間に存在するグリースやカーボンシート等の熱障壁がなくなるため、熱抵抗を低減し効率的に冷却することが可能となる。
水路４０１Ｂ、水路４０１Ｃ、水路４０２Ｂ、水路４０２Ｃは、図２３に示した実施形態で説明したように、発熱量が大きくなる第１壁３０２側から冷媒を入力し、発熱量が小さい第１壁３０２側から冷媒を出力することで冷却効率をさらに向上が可能となる。
図３０は、他の実施形態に係る電力変換装置９０９の斜視図である。図３１は、図３０のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た断面図である。本実施形態では、電力変換装置を水冷する場合に効率的に冷却可能な構造を提示する。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
電力変換装置９０９は、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２および第１壁３０２’、第２壁３０３、第３壁３０５を有するベース部材３９０と水路４０１および４０２と回路体１１〜１３と楔３１および３４とから構成される。楔３１と３４は、前述の実施形態のいずれでもよいが、ここでは図２０に示された実施形態例を示す。
ベース部材３９０は、前述の実施形態のいずれでもよく、第１凹部と第２凹部、回路体１１〜１３の伝熱部となる第１壁３０２と第１壁３０２’、冷却面３００Ａを有する基材部３０１と側壁である第２壁３０３を有する。また、第１壁３０２の変形しやすくするように、第１壁３０２と第１壁３０２’は中間部３０４を介して基材部３０１と一体化されている。また、さらに、図２３の実施形態と同様に、第３壁部３０５を有している。第３壁部３０５は、例えばＡＡ’方向に引き抜き法や押し出し法によって基材部３０１と一体成型されている。ネジ９０により変換器の筐体に取り付ける際、変換器内部の流路に対し高精度に位置決めして設置可能となる。
本実施例では、ベース部材３９０の第１壁３０２と第１壁３０２’に、流路あるいは流路やヒートパイプ等の挿入孔を内蔵している点が異なる。この構造をとることにより、冷却面３００Ａを発熱源となる回路体１１〜１３の近くに設置できるため、熱抵抗を低減し効率的に冷却することが可能となる。
水路４０１Ｂ、水路４０１Ｃ、水路４０２Ｂ、水路４０２Ｃは、図２３の実施形態で説明したように、発熱量が大きくなる第１壁３０２’側から冷媒を入力し、発熱量が小さい第１壁３０２側から冷媒を出力することで冷却効率をさらに向上可能となる。
図３２は、他の実施形態に係る電力変換装置９１０の斜視図である。図３３は、図３２のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た一つの断面図である。図３４は、図３２のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た他の断面図である。本実施形態では、電力変換装置に連結バスバーを接続する場合の信頼性を向上する構造を提示する。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
電力変換装置９１０は、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２、第２壁３０３、中間部３０４、第三壁３０５を有するベース部材３５０と回路体１１〜１３と楔３１および３４、連結バスバー１０２Ｑおよび連結バスバー１０３Ｑ、絶縁支柱８０１および絶縁支柱８０２とから構成される。ベース部材３５０は、前述の実施形態のいずれでもよいが、ここでは、図２３の実施形態の例を用いて説明する。
連結バスバー１０２Ｑおよび連結バスバー１０３Ｑは、回路体１１〜１３を並列に用いる場合に回路体１１〜１３同士を連結する部材である。よって、連結バスバー１０２Ｑおよび連結バスバー１０３Ｑには、回路体１１〜１３のパワー端子１０２やパワー端子１０３よりも大電流が流れるため、断面積を大きくして発熱量を下げる必要がある。また、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑは、回路体１１〜１３外部でもＢＢ’／ＡＡ’面に配線して、互いに対向させることでインダクタンスを低減している。パワー端子１０２に対する連結バスバー１０２Ｑの接続部は、連結バスバー１０２Ｑの一部が端子状にＣＣ’方向に折り曲げて形成している（バスバー接続端子１０２Ａ）。図３３に示すように、折り曲げに用いた空間（バスバー貫通孔１０２Ｂ）はＣＣ’方向に貫通しており、回路体１１〜１３側のパワー端子１０２を通す空間になっており生産性が高まる。同様にして、バスバー接続端子１０３Ａとバスバー貫通孔１０３Ｂを形成する。一方、図３４に示すように、連結バスバー１０２Ｑには、回路体１１〜１３側のパワー端子１０３を通す空間（バスバー貫通孔１０２Ｂ）も形成しており、こちらは絶縁距離を確保できる孔径となっている。
絶縁支柱８０１および絶縁支柱８０２は、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑの重量により、回路体１１〜１３のパワー端子１０２やパワー端子１０３に応力がかからないよう、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑを支持する機能を有する。次に、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑの絶縁距離を確保できるよう位置決めする機能もある。また、絶縁支柱８０１内を通して連結バスバー外部端子１０２Ｃや連結バスバー外部端子１０３Ｃを形成させるとともに、側壁に突起を設けることで、絶縁距離を確保する役割も同時に発揮できる。一方、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑはベース部材３５０の基準面となる第２壁３０３や第３壁３０５に取り付けられることで、回路体１１〜１３側のパワー端子１０２およびパワー端子１０３とバスバー接続端子１０２Ａおよびバスバー接続端子１０３Ａの接続時の高精度な位置あわせが可能であり、バスバー部の空間体積を低減し電力変換装置を小型化できる。
図３５は、他の実施形態に係る電力変換装置９１１の斜視図である。図３６は、図３５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た一つの断面図である。図３７は、図３５のＢＢ’／ＣＣ’断面をＡＡ’方向から見た他の断面図である。本実施形態では、電力変換装置に連結バスバーを接続する場合のインダクタンスの低減と小型化可能な構造を提示する。前述した実施形態と同じ図面番号の構成は、同じ機能を有するので、説明を省略する。
電力変換装置９１１であり、冷却面３００Ａ、基材部３０１、第１壁３０２、第２壁３０３、中間部３０４、第３壁３０５を有するベース部材３５０と回路体１１〜１３と楔３１〜３４、連結バスバー１０２Ｑおよび連結バスバー１０３Ｑ、絶縁支柱８０１および絶縁支柱８０２と封止ゲル８０３とから構成される。
ベース部材３５０は、前述の実施形態のいずれでもよいが、ここでは、図２３の実施形態の例を用いて説明する。ベース部材３５０は、第１凹部と第２凹部、回路体１１〜１３の伝熱部となる第１壁３０２、冷却面３００Ａを有する基材部３０１と側壁である第２壁３０３を有する。また、第１壁３０２の変形しやすくするように、第１壁３０２は中間部３０４を介して基材部３０１と一体化されている。第３壁部３０５は、例えばＡＡ’方向に引き抜き法や押し出し法によって基材部３０１と一体成型されている。ネジ９０により変換器の筐体に取り付ける際、変換器内部の流路に対し高精度に位置決めして設置可能となる。
絶縁支柱８０１および絶縁支柱８０２は、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑの重量により、回路体１１〜１３のパワー端子１０２やパワー端子１０３に応力がかからないよう、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑを支持する機能を有する。次に、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑの絶縁距離を確保できるよう位置決めする機能もある。また、絶縁支柱８０１内を通して連結バスバー外部端子１０２Ｃや連結バスバー外部端子１０３Ｃを形成させるとともに、側壁に突起を設けることで、絶縁距離を確保する役割も同時に発揮できる。一方、ベース部材３５０の基準面となる第２壁３０３や第三壁３０５に取り付けることで、回路体側の端子１０２および１０３と連結バスバー接続端子１０２Ａおよび１０３Ａの接続時の高精度な位置あわせが可能であり、バスバー部の空間体積を低減し電力変換装置を小型化できる。
本実施形態では、回路体のパワー端子１０２やパワー端子１０３、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑ、両者の接続部まで含めた領域をシリコーンゲル等の絶縁封止材８０３で封止することで、連結バスバー１０２Ｑと連結バスバー１０３Ｑの絶縁距離の縮小を可能にしている。シリコーンゲルを封止できるよう、絶縁支柱８０１と絶縁支柱８０２は、ベース部材３５０を囲む形状としゲル漏れしない形状とした。これにより、さらに電力変換装置を小型化できる。
１１…回路体、１２…回路体、１３…回路体、２１…第１凹部、２２…第１凹部、２３…、第１凹部、３１…楔、３２…楔、３３…楔、３４…楔、４１…第２凹部、４２…第２凹部、４３…第２凹部、４４…第２凹部、１０１…制御端子、１０２…パワー端子、１０３…パワー端子、３００…ベース部材、３００Ａ…冷却面、３０１…基材部、３０２…第１壁、３０３…第２壁、３０４…中間部、９０１…電力変換装置

Claims (10)

  1. スイッチング素子を有する回路体と、
    第１凹部及び冷却面を形成するベース部材と、
    前記ベース部材の前記第１凹部に挿入される楔と、を備え、
    前記ベース部材の前記第１凹部は、前記冷却面を形成する基台部と、前記冷却面とは反対側の面に配置された第１壁と、当該第１壁と当該基台部を繋げる中間部と、により形成され、
    前記第１壁は、前記楔を挿入させるための挿入空間と、前記回路体の放熱面と伝熱経路を形成する伝熱面と、を形成し、
    前記中間部は、前記楔が前記挿入空間に挿入されることにより、前記第１壁が前記回路体の配置方向に向かって変位するように塑性変形し、
    前記ベース部材は、引き抜き工法又は押し出し工法によって、前記基台部と前記第１壁と前記中間部とが同一材料で一体に形成され、
    前記中間部は、引き抜き方向又は押し出し方向に沿って前記第１壁の一端から他端まで連続で形成される電力変換装置。
  2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
    前記楔は、第１楔と、第２楔と、により構成され、
    前記第２楔と対向する第１楔の面を第１面と、前記第１楔と対向する前記第２楔の面を第２面と定義し、
    前記第１楔及び前記第２楔は、前記第１面の前記回路体の放熱面に対する傾斜角度が前記第２面の前記回路体の放熱面に対する傾斜角度に対して反転するように形成される電力変換装置。
  3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
    前記楔は、第１楔と、第２楔と、当該第１楔及び当該第２楔との間に配置される第３楔と、により構成され、
    前記第３楔が挿入されることにより、前記第１楔と前記第２楔が前記挿入空間を形成する内壁に向かって押圧される電力変換装置。
  4. 請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記ベース部材は、前記回路体を挟んで前記第１壁と対向して配置される第２壁を有し、
    前記第２壁には、前記楔を挿入する前記挿入空間を形成しない電力変換装置。
  5. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記基台部の前記冷却面と熱的に接続する冷却体を備え、
    前記基台部は、前記冷却面と平行に形成されるとともに前記冷却体に固定される第３壁を有する電力変換装置。
  6. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記冷却面を形成する前記基台部に対し、空冷フィンが同一材料で一体に形成される電力変換装置。
  7. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記基台部には、冷却冷媒を流す流路が形成される電力変換装置。
  8. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記第１壁には、冷却冷媒を流す流路が形成される電力変換装置。
  9. 請求項１ないし８に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記回路体に電流を伝達するバスバーと、
    前記ベース部材に支持される樹脂製の支柱部と、を備え、
    前記バスバーは、前記支柱部によって支持される電力変換装置。
  10. 請求項１から９に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    前記楔及び前記第１壁を覆うゲル材を備える電力変換装置。
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