JP6336060B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、パワーモジュールおよび制御装置がフレームユニット内に収納された電力変換装置に関し、特に、パワーモジュールの液冷構造に関するものである。

従来の駆動装置では、角柱形状の空間が内部に形成された中空筒状のヒートシンクがモータの軸端に配置され、パワーモジュールがヒートシンクの径方向内方を向く側壁面に配置されていた（例えば、特許文献１参照）。

従来の整流装置では、ダイオードを平板状のヒートシンク母材の一面に実装した後、ヒートシンク母材を円弧状に曲げ成形して、ヒートシンクアッセンブリを作製していた（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−１７６９９９号公報 特開２０１０−２８８４００号公報

従来の駆動装置では、パワーモジュールがヒートシンクの径方向内方を向く側壁面に配置されているので、装置の小型化が図られる。しかしながら、ヒートシンクの径方向内方を向く側壁面へのパワーモジュールの配置作業が煩雑であり、組み立て作業性が低下するという課題があった。

また、従来の整流装置では、ダイオードを平板状の一面に実装できるので、ダイオードの配置作業が簡易となり、組み立て作業性が向上される。しかしながら、ダイオードの冷却構造は、ダイオードでの発熱をヒートシンクの放熱フィンから空気に放熱する、空冷構造であった。

電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される小型かつ高出力の電力変換装置では、電力変換装置の出力密度が高く、発熱量が大きい。そこで、従来の整流装置におけるヒートシンクアッセンブリ構造を電力変換装置に適用した場合、空冷のみではパワーモジュールの冷却が不十分であり、パワーモジュールの温度上昇が抑制できず、パワーモジュールの破壊を引き起こす恐れがあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、パワーモジュールの組み立て作業性の向上と冷却性能の向上を実現できる電力変換装置を得ることを目的としている。

この発明による電力変換装置は、筒状のアウターフレームおよび上記アウターフレームの内部に嵌合された状態で保持されている筒状のインナーフレームからなるフレームユニットと、上記フレームユニットの軸方向両端又は一端に配設されるブラケットと、上記フレームユニット内に収納され、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと、上記フレームユニット内に収納され、上記パワーモジュールの駆動を制御する制御装置と、を備えている。そして、液冷ジャケットが上記インナーフレームと上記アウターフレームとの間に環状に構成され、上記インナーフレームは、複数のベース部材および複数の上記ベース部材を一続きに連結する連結部を備え、複数の上記ベース部材は、連結方向の両端に位置する上記ベース部材を突き合わせた状態で筒状に構成され、上記パワーモジュールが、上記インナーフレームの径方向内方を向く側壁面に取りつけられ、上記液冷ジャケットを密閉するシール部材が、連結方向の両端に位置する上記ベース部材の突き合わせ部に軸方向の一端から他端に至るように配置され、かつ上記インナーフレームと上記ブラケットとの間に配置され、かつ上記アウターフレームと上記ブラケットとの間に配置されている。

この発明によれば、インナーフレームが、連結部より一続きに連結されたベース部材を連結部で曲げて環状に構成されている。そこで、一続きに連結されたベース部材を直線状に展開した状態で、パワーモジュールをベース部材に実装でき、パワーモジュールの組み立て作業性が向上される。
また、液冷ジャケットがアウターフレームとインナーフレームとの間に構成されているので、液冷媒を用いてパワーモジュールを冷却でき、パワーモジュールの冷却性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す一部破断斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す横断面図である。 図２のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置における一体シール部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ｏ−Ｃ矢視断面の要部断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す横断面図である。 図８のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す横断面図である。 図１１の埋め込み部材周りを示す要部断面図である。 図１１のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。 図１１のＡ−Ｏ−Ｃ矢視断面の要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の実施態様の切り込み周りを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す横断面図である。 図１７のＡ−Ｂ矢視断面の要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す横断面図である。 図２０のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す一部破断斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す横断面図、図３は図２のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置における一体シール部材を示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路図、図６はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す斜視図、図７は図２のＡ−Ｏ−Ｃ矢視断面の要部断面図である。なお、図１では、便宜上、フロントブラケットおよび制御基板が省略されている。また、横断面図とは電力変換装置の軸方向と垂直な平面における断面図である。

図１から図３において、電力変換装置１００は、パワーモジュール３と、パワーモジュール３の駆動を制御する制御基板６と、パワーモジュール３、制御基板６などを内部に収納するフレームユニット４０と、フレームユニット４０の軸方向両端部に配置されて、フレームユニット４０の開口を塞口するフロントブラケット７およびリアブラケット８と、を備える。

フレームユニット４０は、円筒形状に作製されたアウターフレーム１と、アウターフレーム１に内嵌状態に収納、保持されるインナーフレーム２と、を備える。

インナーフレーム２は、後述するように、連結部としての薄肉連結部２１により一続きに連結された６つのベース部材２０を環状に曲げ成形して、内部に６角柱状の内周面を有する筒状体に構成される。パワーモジュール３が、インナーフレーム２の径方向内方を向く側壁面（モジュール搭載面）のそれぞれに実装される。突出部４がインナーフレーム２の外周面の、各パワーモジュール３の実装領域の径方向外方の領域を、径方向外方に突出させて、構成されている。この突出部４の外周面は、アウターフレーム１の内周面の内径と同等の外径の円筒面の一部で構成されている。そして、周方向に延びる溝が軸方向に一定のピッチで突出部４に形成されて、放熱フィン５が構成される。放熱フィン５の周方向幅は、インナーフレーム２とパワーモジュール３との接触領域の周方向幅に一致している。

図２のＡ−Ｏ部に位置するインナーフレーム２の端部突き合わせ面２５の外周縁部には、切り欠き１３が軸方向一端から他端に至るように形成され、Ｉ型シール部材１２ａが切り欠き１３内に嵌め込まれている。さらに、仕切り板１４が、Ｉ型シール部材１２ａとアウターフレーム１との間に配設され、切り欠き１３の両側に形成された突出部４間に構成される空間が周方向に２つに仕切られている。

制御基板６は、パワーモジュール３の駆動を制御する制御装置であり、フレームユニット４０内の軸方向一端側に、軸方向と直交するように配置されている。フロントブラケット７は、円盤状に作製され、フレームユニット４０の軸方向一端に配置され、アウターフレーム１にネジ止め固定され、フレームユニット４０の軸方向一端側の開口を塞口している。リアブラケット８は、円盤状に作製され、フレームユニット４０の軸方向他端に配置され、アウターフレーム１にネジ止め固定され、フレームユニット４０の軸方向他端側の開口を塞口している。

フロントブラケット第１シール溝９ａが、フロントブラケット７のアウターフレーム１との接触面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。また、フロントブラケット第２シール溝９ｂが、フロントブラケット７のインナーフレーム２との接触面の薄肉連結部２１と相対する位置に、溝方向を周方向として環状に形成されている。リング状のフロント側第１シール部材１１ａが、フロントブラケット第１シール溝９ａに装着され、リング状のフロント側第２シール部材１２ｂが、フロントブラケット第２シール溝９ｂに装着されている。

リアブラケット第１シール溝１０ａが、リアブラケット８のアウターフレーム１との接触面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。また、リアブラケット第２シール溝１０ｂが、リアブラケット８のインナーフレーム２との接触面の薄肉連結部２１と相対する位置に、溝方向を周方向として環状に形成されている。リング状のリア側第１シール部材１１ｂが、リアブラケット第１シール溝１０ａに装着され、リング状のリア側第２シール部材１２ｃが、リアブラケット第１シール溝１０ｂに装着されている。

ここで、図４に示されるように、Ｉ型シール部材１２ａ、フロント側第２シール部材１２ｂ、およびリア側第２シール部材１２ｃは、一体シール部材１２として一体に成形されている。

入口側ニップル１５および出口側ニップル１６が、仕切り板１４により仕切られた２つの空間のそれぞれに臨むようにフロントブラケット７に設けられている。また、端子ユニット（図示せず）がフロントブラケット７に備えられている。

このように構成された電力変換装置１００では、放熱フィン５間の冷媒流路１８が突出部４間に構成される空間により連通されて、環状の液冷ジャケットが構成される。そこで、図２において、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒が、液冷ジャケット内を周方向に反時計回りに循環し、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される。そして、液冷ジャケットからインナーフレーム２の端部突き合わせ部を通って径方向内方への液冷媒の漏洩がＩ型シール部材１２ａにより阻止される。また、液冷ジャケットからフレームユニット４０とフロントブラケット７との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂにより阻止される。さらに、液冷ジャケットからフレームユニット４０とリアブラケット８との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、リア側第１シール部材１１ｂおよびリア側第２シール部材１２ｃにより阻止される。

ここで、液冷媒としては、水、エチレングリコールなどの不凍液、オートマチックトランスミッションオイルなどを用いることができる。

つぎに、図５を参照しつつ、電力変換装置１００における電気回路について説明する。
パワーモジュール３は、上アーム側トランジスタ６３ａと下アーム側トランジスタ６３ｂを備え、上アーム側トランジスタ６３ａが正極端子６１ａと交流端子６２との間に挿入され、下アーム側トランジスタ６３ｂが交流端子６２と負極端子６３ｂとの間に挿入されて、１相分の回路を構成している。そして、上アーム側トランジスタ６３ａと下アーム側トランジスタ６３ｂとが絶縁性樹脂により樹脂封止され、正極端子６１ａ、負極端子６１ｂおよび交流端子６２が樹脂封止部から延出されている。

このように構成された６つのパワーモジュール３が電力変換装置１００に内蔵され、正極端子６１ａと負極端子６１ｂには、直流電源（図示せず）が接続され、６つの交流端子６２には、交流モータ（図示せず）の入力端子が接続される。なお、図示していないが、パワーモジュール３を構成する上アーム側トランジスタ６３ａおよび下アーム側トランジスタ６３ｂには、ダイオードが並列に取りつけられている。また、上アーム側トランジスタ６３ａおよび下アーム側トランジスタ６３ｂには、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子が用いられる。

つぎに、インナーフレーム２の構造について図６を参照しつつ説明する。
インナーフレーム２は、アルミニウムや銅などの良熱伝導材料を用いて作製された６つのベース部材２０を薄肉連結部２１で一続きに連結して構成される。
ベース部材２０は、外周面が円筒面の一部で構成され、内周面が外周面の半径方向に直交する平坦面で構成された短冊形に作製される。さらに、ベース部材２０の外周面の周方向両側の部分が、ベース部材２０の外周面の中央部分の外周面より小径の円筒面の一部で構成される。これにより、ベース部材２０の周方向の中央部分が外径側に突出し、突出部４となる。また、図示していないが、放熱フィン５が突出部４に形成される。そして、ベース部材２０の平坦面で構成される内周面がモジュール搭載面２２となる。

また、ベース部材２０の内周面の長さ方向一側の部分が、ベース部材２０の外周面の周方向両側の部分を構成する円筒面より小径の円筒面の一部で構成され、凹部２３となる。
このように構成された６つのベース部材２０が、周方向の側面の外周縁部を薄肉連結部２１で一続きに連結される。連結されたベース部材２０の薄肉連結部２１を挟んで相対する側面が連結部突き合わせ面２４となる。連結方向の一端に位置するベース部材２０の周方向一側の側面が端部突き合わせ面２５となり、切り欠き１３が端部突き合わせ面２５の外周縁部に形成されている。同様に、連結方向の他端に位置するベース部材２０の周方向他側の側面が端部突き合わせ面２５となり、切り欠き１３が端部突き合わせ面２５の外周縁部に形成されている。そして、一続きに連結された６つのベース部材２０は、各薄肉連結部２１で曲げて、ベース部材２０の連結部突き合わせ面２４同士を突き合わせ、最後に端部突き合わせ面２５同士を突き合わせて、円環状に構成される。切り欠き１３および薄肉連結部２１が同一円周上に位置している。

このよう構成された電力変換装置１００を組み立てるには、まず、インナーフレーム２を直線状に展開し、パワーモジュール３を各ベース部材２０のモジュール搭載面２２に搭載する。ついで、Ｉ型シール部材１２ａを一端に位置するベース部材２０に形成された切り欠き１３に嵌め込む。ついで、薄肉連結部２１で折り曲げて、６つのベース部材２０を円環状に曲げ、円環状のインナーフレーム２を作製する。
ついで、ベース部材２０に形成された凹部２３を軸方向一端側に向けて、円環状に曲げられたインナーフレーム２を、アウターフレーム１内に挿入する。さらに、制御基板６をベース部材２０の凹部２３により構成される環状の凹部内に配設する。

ついで、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂを、フロントブラケット７に形成されたフロントブラケット第１シール溝９ａおよびフロントブラケット第２シール溝９ｂに装着する。そして、フロントブラケット７をアウターフレーム１およびインナーフレーム２の軸方向一端にネジ止め固定する。
ついで、リア側第１シール部材１１ｂおよびリア側第２シール部材１２ｃを、リアブラケット８に形成されたリアブラケット第１シール溝１０ａおよびリアブラケット第２シール溝１０ｂに装着する。そして、リアブラケット８をアウターフレーム１およびインナーフレーム２の軸方向他端にネジ止め固定し、電力変換装置１００が組み立てられる。

例えば、特許文献１では、筒状のヒートシンク（インナーフレーム２に相当）の径方向内方を向く側壁面にパワーモジュールを実装している。そこで、パワーモジュールのモジュール搭載面への固定が筒状のヒートシンク内での煩雑な作業となるので、組み立て作業性が低下する。一方、この実施の形態１によれば、インナーフレーム２を直線状に展開した状態で、パワーモジュール３をモジュール搭載面２２に実装できるので、パワーモジュール３のモジュール搭載面２２への固定が簡易な作業となり、パワーモジュール３の組み立て作業性が向上される。

また、ベース部材２０が薄肉連結部２１のみで連結されている。そこで、パワーモジュール３が壊れて内部で短絡し、大電流が流れ、規定以上の熱量が発生しても、当該熱は薄肉連結部２１を介して隣のベース部材２０に伝達しにくく、放熱フィン５間を流れる液冷媒に放熱される。そこで、仮に１つのパワーモジュール３が壊れて発熱しても、当該熱が他のパワーモジュール３に伝達されて、他のパワーモジュール３を壊すように事態の発生が未然に防止される。

インナーフレーム２が薄肉連結部２１により一続きに連結されたベース部材２０を、薄肉連結部２１で曲げて円環状に構成されているので、インナーフレーム２の外周面のつなぎ目は、端部突き合わせ面２５の突き合わせ部のみとなる。そこで、端部突き合わせ面２５の突き合わせ部、フロントブラケット７とフレームユニット４０の軸方向一端面との接続部、およびリアブラケット８とフレームユニット４０の軸方向他端面との接続部の３カ所にシール構造を設けるだけで、アウターフレーム１とインナーフレーム２との間に液冷ジャケットを構成できるので、電力変換装置１００の小型化が図られる。

液冷媒を用いてパワーモジュール３を冷却しているので、パワーモジュール３の冷却性能が向上される。さらに、放熱フィン５が、液冷ジャケット内に突出するようにベース部材２０の外周部に形成されているので、ベース部材２０のモジュール搭載面２２に搭載されたパワーモジュール３で発生した熱を効率よく液冷媒に放熱することができる。これらにより、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載できる高出力の電力変換装置１００を実現できる。

薄肉連結部２１により一続きに連結されたベース部材２０は、薄肉連結部２１で曲げられて、ベース部材２０の周方向の側面同士を突き合わせて円環状に構成されるので、ベース部材２０の突出部４間に形成される液冷ジャケットの内周面が略円筒面に形成できる。したがって、ベース部材２０の突出部４間に形成される液冷ジャケットを流れる液冷媒の圧力損失を低減することができる。

なお、上記実施の形態１では、ベース部材２０の周方向の側面の外周縁部同士を薄肉連結部２１で連結しているが、ベース部材２０の周方向の側面の内周縁部同士を薄肉連結部２１で連結してもよいし、ベース部材２０の周方向の側面の径方向中央部同士を薄肉連結部２１で連結してもよい。
また、上記実施の形態１では、ベース部材２０は、薄肉連結部２１により連結され、かつ直線状に展開されているので、周方向に分割された放熱フィン５の個数はベース部材２０の個数分形成される。しかし、放熱フィン５の個数は、パワーモジュール３の個数より多くしてもよい。つまり、放熱フィン５の個数をパワーモジュール３の個数以上とすれば、パワーモジュール３の冷却性を向上することができる。

また、上記実施の形態１では、放熱フィン５の周方向幅がインナーフレーム２とパワーモジュール３との接触領域の周方向幅と一致しているが、放熱フィン５の周方向幅をインナーフレーム２とパワーモジュール３との接触領域の周方向幅より広くしてもよい。つまり、放熱フィン５の周方向幅をインナーフレーム２とパワーモジュール３との接触領域の周方向幅以上の長さとすれば、パワーモジュール３の冷却性を向上することができる。
また、上記実施の形態１では、放熱フィン５が、それぞれ、周方向に延びて、突出部４の外周面に軸方向に一定のピッチで形成されているが、放熱フィン５は、それぞれ、軸方向に延びて、突出部４の外周面に周方向に一定のピッチで形成されてもよい。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る電力変換装置を示す横断面図、図９は図８のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図、図１０はこの発明の実施の形態２に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。

図８から図１０において、アウターフレーム１とリアブラケット８が一体成形され、有底円筒状に構成されている。

インナーフレーム２Ａは、ベース部材２０の周方向の側面の径方向中央部同士を薄肉連結部２１により一続きに連結された９個のベース部材２０を薄肉連結部２１で環状に曲げ、連結方向の両端に位置するベース部材２０の端部突き合わせ面２５を突き合わせて、内部に９角柱状の内周面を有する筒状体に構成される。切り欠き１３が、連結方向の両端に位置するベース部材２０の端部突き合わせ面２５の外径縁部と内径縁部に、軸方向一端から他端に至るように形成されている。Ｉ型シール部材１２ａが切り欠き１３のそれぞれに嵌め込まれている。

フロントブラケット第１シール溝９ａが、フロントブラケット７のアウターフレーム１との接触面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。また、フロントブラケット第２シール溝９ｂが、フロントブラケット７のインナーフレーム２Ａとの接触面の薄肉連結部２１より内径側に、溝方向を周方向として環状に形成されている。フロント側第１シール部材１１ａが、フロントブラケット第１シール溝９ａに装着され、フロント側第２シール部材１２ｂが、フロントブラケット第２シール溝９ｂに装着されている。

リアブラケット第２シール溝１０ｂが、リアブラケット８のインナーフレーム２との接触面の薄肉連結部２１より内径側に、溝方向を周方向として環状に形成されている。リア側第２シール部材１２ｃが、リアブラケット第１シール溝１０ｂに装着されている。

このように構成された電力変換装置１０１を組み立てるには、まず、インナーフレーム２Ａを直線状に展開し、パワーモジュール３を各ベース部材２０のモジュール搭載面２２に搭載する。ついで、Ｉ型シール部材１２ａを一端に位置するベース部材２０に形成された切り欠き１３に嵌め込む。ついで、連結部突き合わせ面２４と端部突き合わせ面２５のそれぞれに補助シール材又はシール部材としての液状ガスケット１７を塗布し、薄肉連結部２１で折り曲げて、９つのベース部材２０を円環状に曲げ、円環状のインナーフレーム２Ａを作製する。

ついで、リア側第２シール部材１２ｃをリアブラケット８に形成されたリアブラケット第２シール溝１０ｂに装着する。ついで、円環状に曲げられたインナーフレーム２Ａを、アウターフレーム１内に挿入する。さらに、制御基板６をインナーフレーム２Ａ内の軸方向一側に配設する。

ついで、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂを、フロントブラケット７に形成されたフロントブラケット第１シール溝９ａおよびフロントブラケット第２シール溝９ｂに装着する。そして、フロントブラケット７をアウターフレーム１およびインナーフレーム２Ａの軸方向一端にネジ止め固定し、電力変換装置１０１が組み立てられる。

ここで、フレームユニット４０Ａは、アウターフレーム１と、インナーフレーム２Ａと、を備える。電力変換装置１０１には、９個のパワーモジュール３が搭載されているので、フロントブラケット７に装着された端子ユニット（図示せず）には、正極端子６１ａ、負極端子６１ｂ、および９本の交流端子６２が備えられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された電力変換装置１０１においても、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒が、周方向に反時計回りに循環し、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される液冷ジャケットが構成される。そして、液冷ジャケットからインナーフレーム２の端部突き合わせ部を通って径方向内方への液冷媒の漏洩がＩ型シール部材１２ａにより阻止される。また、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ａとフロントブラケット７との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂにより阻止される。さらに、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ａとリアブラケット８との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、リア側第２シール部材１２ｃにより阻止される。

この実施の形態２では、インナーフレーム２Ａが、９つのベース部材２０を薄肉連結部２１により一続きに連結して構成されている。そして、端部突き合わせ面２５の突き合わせ部、フロントブラケット７とフレームユニット４０Ａの軸方向一端面との接続部、およびリアブラケット８とインナーフレーム２Ａの軸方向他端面との接続部の３カ所にシール構造を設けるだけで、アウターフレーム１とインナーフレーム２Ａとの間に液冷ジャケットを構成している。したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

この実施の形態２によれば、ベース部材２０の連結部突き合わせ面２４および端部突き合わせ面２５に液状ガスケット１７が塗布されているので、フロント側およびリア側第２シール部材１２ｂ，１２ｃの配置の自由度が大きくなる。液状ガスケット１７が連結部突き合わせ面２４の突き合わせ部に配設されているので、インナーフレーム２Ａの薄肉連結部２１の位置では、薄肉連結部２１からインナーフレーム２Ａの内径端までの径方向領域がシール領域となる。また、液状ガスケット１７が端部突き合わせ面２５の突き合わせ部に配設されているので、インナーフレーム２Ａの端部突き合わせ面２５の突き合わせ部の位置では、インナーフレーム２Ａの全径方向領域がシール領域となる。したがって、フロント側およびリア側第２シール部材１２ｂ，１２ｃは、薄肉連結部２１の位置における径方向シール領域と端部突き合わせ面２５の突き合わせ部の位置における径方向シール領域の重なる径方向領域に配置することができる。つまり、フロント側およびリア側第２シール部材１２ｂ，１２ｃは、薄肉連結部２１と相対する径方向位置に配置してもよく、薄肉連結部２１より内径側に配置してもよい。

また、アウターフレーム１とリアブラケット８とが一体成形されているので、リア側第１シール部材１１ｂが不要となり、部品点数が削減され、組み立て作業性が向上される。

なお、上記実施の形態２では、薄肉連結部２１がベース部材２０の側面の径方向中央部を連結するように形成されているが、薄肉連結部２１がベース部材２０の側面の外周縁部を連結するように形成されてもよい。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３に係る電力変換装置を示す横断面図、図１２は図１１の埋め込み部材周りを示す要部断面図、図１３は図１１のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図、図１４は図１１のＡ−Ｏ−Ｃ矢視断面の要部断面図、図１５はこの発明の実施の形態３に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。

図１１から図１５において、電力変換装置１０２が、モータユニット２００の軸方向一端に配設されている。
モータユニット２００は、円筒部３０ａと円筒部３０ａの軸方向一端側の開口を塞口する底部３０ｂからなる円筒状のモータフレーム３０と、円筒部３０ａの軸方向他端側に配置された端板３１と、底部３０ｂと端板３１に回転可能に支持された主軸３２に固着されてモータフレーム３０内に回転可能に配設された回転子３３と、固定子鉄心３５および固定子鉄心３５に装着された固定子巻線３６を有し、固定子鉄心３５を円筒部３０ａ内に挿入、保持されて、回転子３３を取り囲むように配設された固定子３４と、を備えている。

冷媒流路３７が、それぞれ、流路方向を周方向として、固定子鉄心３５の外周面に、軸方向に一定のピッチで形成されている。そして、連通溝３８が、溝方向を軸方向として、固定子鉄心３５の外周面に、軸方向一端から他端側に形成されている。これにより、軸方向に配列された冷媒流路３７が連通溝３８により連通される。

そして、モータフレーム３０が、底部３０ｂを軸方向一側に向けて、円筒状のアウターフレーム１Ａに軸方向他側から挿入され、アウターフレーム１Ａに溶接などにより固着され、アウターフレーム１Ａの軸方向他側に収納、保持される。そして、端板３１が、モータフレーム３０の開口を塞口するように、モータフレーム３０の軸方向他端にネジ止め固定され、モータユニット２００がアウターフレーム１Ａに組み込まれる。

インナーフレーム２Ｂは、ベース部材２０の周方向の側面の内周縁部同士を薄肉連結部２１により一続きに連結された６個のベース部材２０を薄肉連結部２１で環状に曲げ、連結方向の両端に位置するベース部材２０の端部突き合わせ面２５に液状ガスケット１７を塗布して突き合わせて、内部に６角柱状の内周面を有する筒状体に構成される。そして、切り欠き１３が、連結方向の両端に位置するベース部材２０の連結部突き合わせ面２４の外径縁部に、軸方向一端から他端に至るように形成されている。Ｉ型シール部材１２ａが切り欠き１３に嵌め込まれている。切り込み２６が、筒状体に構成されたインナーフレーム２Ｂの連結されたベース部材２０の薄肉連結部２１の外周側に、軸方向一端から他端に至るように形成される。そして、埋め込み部材２７が、液状ガスケット１７が塗布された切り込み２６に嵌め込まれている。さらに、パワーモジュール３が、各ベース部材２０のモジュール搭載面２２に、２個ずつ周方向に並んで実装されている。

そして、パワーモジュール３が実装された筒状のインナーフレーム２Ｂが、アウターフレーム１Ａに軸方向一側から挿入され、アウターフレーム１Ａの軸方向一側に収納、保持される。このとき、端部突き合わせ面２５の突き合わせ部の周方向両側に形成された突出部４間に構成される空間が、固定子鉄心３５に形成された連通溝３８と軸方向に相対するように、インナーフレーム２Ｂが位置決めされる。そして、仕切り板１４が、突出部４間に構成される空間および連通溝３８を周方向に２つの空間に仕切るように配設されている。さらに、制御基板６がインナーフレーム２Ｂ内の軸方向一側に収納され、フロントブラケット７が、アウターフレーム１Ａの軸方向一端面にネジ止め固定され、電力変換装置１０２が組み立てられる。

また、フロントブラケット第１シール溝９ａが、フロントブラケット７のアウターフレーム１Ａとの接触面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。また、フロントブラケット第２シール溝９ｂが、フロントブラケット７のインナーフレーム２Ｂとの接触面の埋め込み部材２７と相対する位置に、溝方向を周方向として環状に形成されている。さらに、リアブラケット第２シール溝１０ｂが、底部３０ｂのインナーフレーム２Ｂとの接触面の埋め込み部材２７と相対する位置に、溝方向を周方向として環状に形成されている。つまり、底部３０ｂが電力変換装置１０２のリアブラケットを兼用している。そして、フロント側第１シール部材１１ａが、フロントブラケット第１シール溝９ａに装着され、フロント側第２シール部材１２ｂが、フロントブラケット第２シール溝９ｂに装着され、リア側第２シール部材１２ｃが、リアブラケット第１シール溝１０ｂに装着されている。

ここで、フレームユニット４０Ｂは、アウターフレーム１Ａと、インナーフレーム２Ｂと、を備える。電力変換装置１０２には、１２個のパワーモジュール３が搭載されているので、フロントブラケット７に装着された端子ユニット（図示せず）には、正極端子６１ａ、負極端子６１ｂ、および１２本の交流端子６２が備えられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された電力変換装置１０２では、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒の一部が、周方向に反時計回りに循環し、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される液冷ジャケットが構成される。そして、液冷ジャケットからインナーフレーム２の端部突き合わせ部を通って径方向内方への液冷媒の漏洩がＩ型シール部材１２ａにより阻止される。また、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ｂとフロントブラケット７との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂにより阻止される。さらに、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ｂと底部３０ｂとの間を通って径方向内方への液冷媒の漏洩が、リア側第２シール部材１２ｃにより阻止される。

また、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒の残部が、連通溝３８の仕切り板１４により仕切られた一方の空間に流れ、冷媒流路３７を周方向に流れて、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される液冷ジャケットが構成される。

この実施の形態３では、インナーフレーム２Ｂが、６つのベース部材２０を薄肉連結部２１により一続きに連結して構成されている。そして、端部突き合わせ面２５の突き合わせ部、フロントブラケット７とフレームユニット４０Ｂの軸方向一端面との接続部、および底部３０ｂとインナーフレーム２Ｂの軸方向他端面との接続部の３カ所にシール構造を設けるだけで、アウターフレーム１Ａとインナーフレーム２Ｂとの間に液冷ジャケットを構成している。したがって、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

この実施の形態３によれば、薄肉連結部２１がベース部材２０の側面の内周縁部同士を連結するように形成されているので、切り込み２６が薄肉連結部２１の外径側に形成される。インナーフレーム２Ｂは、ベース部材２０の薄肉連結部２１を塑性変形させて略円筒状に形成されるので、薄肉連結部２１とフロントブラケット７との接触面には隙間が生じる可能性がある。そして、隙間が薄肉連結部２１とフロントブラケット７との接触面に生じると、液冷媒が当該隙間を通って径方向内方に漏洩する恐れがある。しかし、埋め込み部材２７が、液状ガスケット１７が塗布された切り込み２６に嵌め込まれているので、液冷ジャケットから切り込み２６を通って径方向内方への液冷媒の漏洩が阻止される。さらに、液状ガスケット１７が端部突き合わせ面２５間に配設されている。そこで、フロント側およびリア側第２シール部材１２ｂ，１２ｃの配置の自由度が大きくなる。つまり、フロント側およびリア側第２シール部材１２ｂ，１２ｃは、薄肉連結部２１と相対する径方向位置に配置してもよく、薄肉連結部２１より外径側に配置してもよい。

また、埋め込み部材２７が切り込み２６に嵌め込まれているので、液冷媒の圧力損失が低減される。さらに、隣り合うベース部材２０の突出部４間に構成される液冷媒の流路の内周面が略円筒面の一部で構成されるように埋め込み部材２７の外周面を形成すれば、液冷媒の圧力損失を一層低減することができる。
また、電力変換装置１０２がモータユニット２００の軸方向一側に配置され、電力変換装置１０２の液冷ジャケットとモータユニット２００の液冷ジャケットが軸方向に併設され、両液冷ジャケットが連通されている。そこで、電力変換装置１０２とモータユニット２００の体格を小さくすることができる。

なお、上記実施の形態３では、薄肉連結部２１がベース部材２０の側面の内周縁部を連結するように形成されているが、薄肉連結部２１は、ベース部材２０の側面の径方向中央部を連結するように形成されてもよい。
また、上記実施の形態３では、埋め込み部材２７が切り込み２６の軸方向の全長に渡って埋め込まれているが、埋め込み部材２７は、図１６に示されるように、切り込み２６の軸方向の両端部のみに埋め込まれてもよい。
また、上記実施の形態３では、パワーモジュール３がベース部材２０のモジュール搭載面２２に周方向に並んで実装されているが、パワーモジュール３は、ベース部材２０のモジュール搭載面２２に軸方向に並んで実装されてもよい。
また、上記実施の形態３では、モータユニット２００が電力変換装置１０２の軸端に配置されているが、モータユニット２００に替えて発電機などの回転電機を電力変換装置１０２の軸端に配置してもよい。

実施の形態４．
図１７はこの発明の実施の形態４に係る電力変換装置を示す横断面図、図１８は図１７のＡ−Ｂ矢視断面の要部断面図、図１９はこの発明の実施の形態４に係る電力変換装置におけるインナーフレームを直線状に展開した状態を示す要部断面図である。

図１７から図１９において、アウターフレーム１Ｂは、軸心と直交する断面が６角形の６角筒体に作製され、突出部５０が、それぞれ、径方向内方を向く側壁面の周方向中央部の領域を径方向内方に突出させて形成されている。さらに、周方向に延びる溝が軸方向に一定のピッチで突出部５０に形成されて、放熱フィン（図示せず）が構成される。

インナーフレーム２Ｃは、６つの矩形平板状のベース部材５５を有し、ベース部材５５の周方向の側面の外周縁部同士を連結部としての曲げ容易部５６により一続きに連結された６つのベース部材５５を曲げ容易部５６で環状に曲げ、連結方向の両端に位置するベース部材５５の端部突き合わせ面５８を突き合わせて、外部に６角柱状の内周面を有し、かつ内部に６角柱状の内周面を有する筒状体に構成される。そして、ベース部材５５の連結部突き合わせ面２５の突き合わせ部の外周部が、溶接により、軸方向一端から他端に至るように接合一体化されている。さらに、パワーモジュール３が、各ベース部材５５のモジュール搭載面５７に、１個ずつ実装されている。

ここで、インナーフレーム２Ｃは、例えばアルミニウムや銅などの矩形平板の一面に、短辺方向と平行な切り込みを、長辺方向に等しいピッチで５つ形成されて構成される。そして、切り込み間がベース部材５５を構成し、切り込みの部位が薄肉となり曲げ容易部５６を構成する。また、アルミニウムや銅などの平板の厚みが薄い場合には、あて板などを用いて平板を曲げて、インナーフレームを構成してもよい。この場合、曲げ部がベース部材間の連結部となる。

そして、パワーモジュール３が実装された筒状のインナーフレーム２Ｃが、アウターフレーム１Ｂに軸方向一側から挿入され、アウターフレーム１Ｂ内に収納、保持される。このとき、突出部５０の先端面がベース部材５５の外周面に接している。そして、仕切り板１４が、突出部５０間に構成される空間を周方向に２つの空間に仕切るように配設されている。さらに、制御基板６がインナーフレーム２Ｃ内の軸方向一側に収納されている。

突起部７１が、フロントブラケット７Ａの一面の外周側に、６角形のリング形状に形成されている。そして、突起部７１は、インナーフレーム２Ｃの外周面形状に略等しい内周面形状、かつアウターフレーム１Ｂの内周面形状に略等しい外周面形状に形成されている。さらに、フロントブラケット第１シール溝９ａが、フロントブラケット７Ａのアウターフレーム１Ｂとの接触面、すなわち突起部７１の外周面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。また、フロントブラケット第２シール溝９ｂが、フロントブラケット７Ａのインナーフレーム２Ｃとの接触面、すなわち突起部７１の内周面に、溝方向を周方向として環状に形成されている。リング状のフロント側第１シール部材１１ａが、フロントブラケット第１シール溝９ａに装着され、リング状のフロント側第２シール部材１２ｂが、フロントブラケット第２シール溝９ｂに装着されている。

なお、リアブラケットも、フロントブラケット７Ａと同様に構成されているので、ここでは、その説明を省略する。

そこで、フロントブラケット７Ａが、軸方向一側から、突起部７１をアウターフレーム１Ｂとインナーフレーム２Ｃとの間の隙間に挿入し、アウターフレーム１Ｂの軸方向一端面にネジ止め固定される。同様に、リアブラケット（図示せず）が、軸方向他側から、突起部をアウターフレーム１Ｂとインナーフレーム２Ｃとの間の隙間に挿入し、アウターフレーム１Ｂの軸方向他端面にネジ止め固定され、電力変換装置１０３が組み立てられる。

ここで、フレームユニット４０Ｃは、アウターフレーム１Ｂと、インナーフレーム２Ｃと、を備える。電力変換装置１０３には、６個のパワーモジュール３が搭載されているので、フロントブラケット７Ａに装着された端子ユニット（図示せず）には、正極端子６１ａ、負極端子６１ｂ、および６本の交流端子６２が備えられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された電力変換装置１０３では、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒が、図１７中、周方向に反時計回りに循環し、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される液冷ジャケットが構成される。そして、インナーフレーム２Ｃの端部突き合わせ面の突き合わせ部を接合した溶接部がシール部材として機能するので、液冷ジャケットからインナーフレーム２Ｃの端部突き合わせ部を通って径方向内方への液冷媒の漏洩が阻止される。また、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ｃとフロントブラケット７Ａとの間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩が、フロント側第１シール部材１１ａおよびフロント側第２シール部材１２ｂにより阻止される。さらに、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ｃとリアブラケットとの間を通って径方向内方への液冷媒の漏洩が、リア側第１シール部材およびリア側第２シール部材により阻止される。

この実施の形態４では、インナーフレーム２Ｃが、６つのベース部材５５を曲げ容易部５６により一続きに連結して構成されている。そして、端部突き合わせ面５８の突き合わせ部、フロントブラケット７Ａとフレームユニット４０Ｃの軸方向一端面との接続部、およびリアブラケットとフレームユニット４０Ｃの軸方向他端面との接続部の３カ所にシール構造を設けるだけで、アウターフレーム１Ｂとインナーフレーム２Ｃとの間に液冷ジャケットを構成している。したがって、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
図２０はこの発明の実施の形態５に係る電力変換装置を示す横断面図、図２１は図２０のＡ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。

図２０および図２１において、インナーフレーム２Ｂは、ベース部材２０の周方向の側面の内周縁部同士を薄肉連結部２１により一続きに連結された６個のベース部材２０を薄肉連結部２１で環状に曲げ、連結方向の両端に位置するベース部材２０の端部突き合わせ面２５に液状ガスケット７０を塗布して突き合わせて、内部に６角柱状の内周面を有する筒状体に構成される。そして、切り込み２６が、筒状体に構成されたインナーフレーム２Ｂの連結されたベース部材２０の薄肉連結部２１の外周側に、軸方向一端から他端に至るように形成される。さらに、パワーモジュール３が、各ベース部材２０のモジュール搭載面２２に、２個ずつ周方向に並んで実装されている。

そして、パワーモジュール３が実装された筒状のインナーフレーム２Ｂが、アウターフレーム１に軸方向一側から挿入され、アウターフレーム１の軸方向一側に収納、保持される。仕切り板１４が、端部突き合わせ面２５の周方向両側に位置する突出部４間に構成される空間を周方向に２つの空間に仕切るように配設されている。さらに、制御基板６がインナーフレーム２Ｂ内の軸方向一側に収納され、フロントブラケット７が、アウターフレーム１の軸方向一端面にネジ止め固定され、電力変換装置１０４が組み立てられる。

ここで、フレームユニット４０Ｄは、アウターフレーム１と、インナーフレーム２Ｂと、を備える。アウターフレーム１とリアブラケット８が一体成形され、有底円筒状に構成されている。また、シール部材としての液状ガスケット７０が、アウターフレーム１とフロントブラケット７との接触面、インナーフレーム２Ｂとフロントブラケット７との接触面、インナーフレーム２Ｂとリアブラケット８との接触面、およびインナーフレーム２Ｂの両端に位置するベース部材２０の端部突き合わせ面２５に塗布されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された電力変換装置１０４では、入口側ニップル１５から仕切り板１４により仕切られた一方の空間に供給された液冷媒が、周方向に反時計回りに循環し、仕切り板１４により仕切られた他方の空間に戻り、出口側ニップル１６から排出される液冷ジャケットが構成される。そして、液冷ジャケットからインナーフレーム２Ｂの端部突き合わせ面２５間を通って径方向内方への液冷媒の漏洩、液冷ジャケットからフレームユニット４０Ｂとフロントブラケット７との間を通って径方向外方および内方への液冷媒の漏洩、さらには、液冷ジャケットからフロントブラケット７とリアブラケット８との間を通って径方向内方への液冷媒の漏洩が、液状ガスケット７０により阻止される。

したがって、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態５によれば、液状ガスケット７０を塗布することにより、液冷媒の漏洩を防いでいるので、シール用の新たな部材が不要となり、構成の簡素化が図られる。

なお、上記各実施の形態では、フロントブラケット第１および第２シール溝、およびリアブラケット第１および第２シール溝が、フロントブラケットおよびリアブラケットに形成されているが、これらのシール溝は、アウターフレームおよびインナーフレームに形成されてもよい。

Claims (10)

1. 筒状のアウターフレームおよび上記アウターフレームの内部に嵌合された状態で保持されている筒状のインナーフレームからなるフレームユニットと、
   上記フレームユニットの軸方向両端又は一端に配設されるブラケットと、
   上記フレームユニット内に収納され、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと、
   上記フレームユニット内に収納され、上記パワーモジュールの駆動を制御する制御装置と、を備え、
   液冷ジャケットが上記インナーフレームと上記アウターフレームとの間に環状に構成され、
   上記インナーフレームは、複数のベース部材および複数の上記ベース部材を一続きに連結する連結部を備え、
   複数の上記ベース部材は、連結方向の両端に位置する上記ベース部材を突き合わせた状態で筒状に構成され、
   上記パワーモジュールが、上記インナーフレームの径方向内方を向く側壁面に取りつけられ、
   上記液冷ジャケットを密閉するシール部材が、連結方向の両端に位置する上記ベース部材の突き合わせ部に軸方向の一端から他端に至るように配置され、かつ上記インナーフレームと上記ブラケットとの間に配置され、かつ上記アウターフレームと上記ブラケットとの間に配置されている電力変換装置。
2. 上記連結部は、径方向厚さが上記ベース部材の径方向厚さより薄い薄肉連結部である請求項１記載の電力変換装置。
3. 上記インナーフレームと上記ブラケットとの間に配置された上記シール部材は、上記連結部で連結されている上記ベース部材間では、上記薄肉連結部と上記ブラケットとの間に配置されている請求項２記載の電力変換装置。
4. 上記薄肉連結部が上記ベース部材の内径縁部より外径側の部位同士を連結し、
   補助シール材が、連結された上記ベース部材間の上記薄肉連結部の内径側に配設されている請求項２又は請求項３記載の電力変換装置。
5. 上記薄肉連結部が上記ベース部材の内径縁部同士又は径方向中央部同士を連結し、
   切り込みが、連結された上記ベース部材の上記薄肉連結部の外径側に形成され、
   埋め込み部材が、上記切り込みに嵌め込まれ、
   補助シール材が、上記埋め込み部材と上記切り込みとの間に配設されている請求項２又は請求項３記載の電力変換装置。
6. 連結方向の両端に位置する上記ベース部材の突き合わせ部において上記シール部材が配置された領域における径方向のシール領域と、上記インナーフレームと上記ブラケットとの間において上記シール部材が配置されている領域における径方向のシール領域が重なっている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 連結方向の両端に位置する上記ベース部材の突き合わせ部に配置されている上記シール部材と、上記インナーフレームと上記ブラケットとの間に配置されている上記シール部材とが、一体に構成されている請求項６記載の電力変換装置。
8. 上記液冷ジャケットは、周方向に分割された複数の放熱フィンを備え、上記放熱フィンの個数は、上記ベース部材の個数以上である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 上記複数の放熱フィンは、それぞれ、上記パワーモジュールと上記インナーフレームとの接触領域の径方向外方に配設され、かつ対応する上記パワーモジュールと上記インナーフレームとの接触領域の周方向幅以上の長さの周方向幅に形成されている請求項８記載の電力変換装置。
10. 上記フレームユニットの軸方向他端に回転電機が備えられている請求項１から請求項９にいずれか１項に記載の電力変換装置。

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