JP6504018B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等には、モータを駆動させるため、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個有している。半導体モジュールは、半導体素子に流れる被制御電流によって発熱する。

そこで、特許文献１には、半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却管とを、交互に積層して半導体積層ユニットを構成した電力変換装置が開示されている。これにより、半導体モジュールを、積層方向の両側から冷却することができ、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。

また、上記電力変換装置は、積層方向における半導体積層ユニットの端部に、半導体積層ユニットを積層方向に加圧するばね部材が配置されている。半導体積層ユニット及びばね部材は、ケース内に収容されている。ばね部材は、円柱形状の支承体を介してケースの内壁に支承されている。そして、上記電力変換装置は、ばね部材の付勢力によって半導体モジュールと冷却管とを密着させ、半導体モジュールの冷却効率の向上を図ろうとしている。

特開２００９−２７８０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置には、以下のような課題がある。
半導体積層ユニットに対するばね部材の付勢力は、半導体モジュールの冷却性の観点、半導体積層ユニットの剛性の観点から、一定の範囲内にあることが求められる。
ところが、ばね部材の付勢力は、ばね部材のバネ特性、ばね部材の弾性変形量等に依存する。そして、ばね部材の弾性変形量は、ケースの積層方向の寸法、半導体積層ユニットの積層方向の寸法等に依存する。そのため、ケースの積層方向の寸法、半導体積層ユニットの積層方向の寸法等に設計誤差が生じると、ばね部材の付勢力にも誤差が生じてしまう。特に、半導体積層ユニットの積層方向の寸法は、複数の半導体モジュールの寸法誤差と複数の冷却管の寸法誤差とが累積するため、誤差が生じやすく、これに伴ってばね部材の付勢力にも誤差が生じやすくなってしまう。

そのため、上記電力変換装置においては、異なる直径を有する複数種類の支承体を用意しなければならない。すなわち、上記電力変換装置においては、半導体積層ユニットの積層方向の寸法等に応じて、適切な直径を有する支承体を選択することにより、半導体積層ユニットの積層方向の寸法誤差等を吸収し、ばね部材の付勢力を調整することが行われる。しかしながら、互いに異なる直径を有する複数種類の支承体を準備しなければならない。そのため、電力変換装置の生産コストを低減し難いという問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、生産コストの低減を図りつつ、半導体積層ユニットに作用する加圧力を容易に調整することが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、半導体素子を内蔵してなる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と共に積層配置されて半導体積層ユニット（１０）を構成する複数の冷却管（２）と、
上記半導体積層ユニットに対して積層方向（Ｘ）の両側から対向する前方壁部（３１）及び後方壁部（３２）を有するケース（３）と、
上記積層方向における上記半導体積層ユニットと上記後方壁部との間に配され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧するばね部材（４）と、
上記積層方向における上記ばね部材と上記後方壁部との間に配された一対の支承体（５）と、を有し、
上記ばね部材は、上記積層方向に直交する横方向（Ｙ）に長尺な形状を有すると共に、上記横方向の両端において上記一対の支承体によって、それぞれ支承される一対の被支承部（４１）と、該一対の被支承部の間において上記半導体積層ユニットを押圧する押圧部（４２）とを有し、
上記支承体は、上記積層方向と上記横方向との双方に直交する高さ方向（Ｚ）に立設する柱形状を有しており、かつ、上記被支承部と上記後方壁部との間に安定して挟持される安定姿勢（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６）を３つ以上得ることができるような形状であり、
上記支承体は、上記高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、上記３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができ、
上記３つ以上の安定姿勢は、上記積層方向における上記支承体の寸法が互いに異なるような姿勢であり、
上記支承体は、上記高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、上記３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができ、
上記３つ以上の安定姿勢は、上記積層方向における上記支承体の寸法が互いに異なるような姿勢であり、
上記支承体は、外周面（５０）が３つの平坦面（５３）を有する三角柱形状を有し、かつ、該３つの平坦面の法線方向における寸法が互いに異なる、電力変換装置（１）にある。
本発明の他の態様は、半導体素子を内蔵してなる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と共に積層配置されて半導体積層ユニット（１０）を構成する複数の冷却管（２）と、
上記半導体積層ユニットに対して積層方向（Ｘ）の両側から対向する前方壁部（３１）及び後方壁部（３２）を有するケース（３）と、
上記積層方向における上記半導体積層ユニットと上記後方壁部との間に配され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧するばね部材（４）と、
上記積層方向における上記ばね部材と上記後方壁部との間に配された一対の支承体（５）と、を有し、
上記ばね部材は、上記積層方向に直交する横方向（Ｙ）に長尺な形状を有すると共に、上記横方向の両端において上記一対の支承体によって、それぞれ支承される一対の被支承部（４１）と、該一対の被支承部の間において上記半導体積層ユニットを押圧する押圧部（４２）とを有し、
上記支承体は、上記積層方向と上記横方向との双方に直交する高さ方向（Ｚ）に立設する柱形状を有しており、かつ、上記被支承部と上記後方壁部との間に安定して挟持される安定姿勢（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６）を３つ以上得ることができるような形状であり、
上記支承体は、上記高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、上記３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができ、
上記３つ以上の安定姿勢は、上記積層方向における上記支承体の寸法が互いに異なるような姿勢であり、
上記支承体は、外周面（５０）が３つの平坦面（５３）を有する三角柱形状を有し、かつ、該３つの平坦面の法線方向における寸法が互いに異なる、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置において、支承体は、上記安定姿勢を３つ以上得ることができるような形状である。そして、支承体は、高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができる。さらに、３つ以上の安定姿勢は、積層方向における支承体の寸法が互いに異なるような姿勢である。それゆえ、支承体を自転させて、配置姿勢を変えることにより、半導体積層ユニットに作用する加圧力を容易に調整することができる。そのため、互いに直径の異なる複数の支承体を用意する必要がない。それゆえ、電力変換装置の生産コストの低減を図ることができる。

以上のごとく、上記態様においては、生産コストの低減を図りつつ、半導体積層ユニットに作用する加圧力を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電力変換装置の上面図。 図１の、II−II線矢視断面図。 実施形態１における、支承体の斜視図。 実施形態１における、支承体の上面図。 実施形態１における、支承体を第一安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態１における、支承体を第二安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態１における、支承体を第三安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態１における、（Ａ）第一安定姿勢（Ｂ）第二安定姿勢（Ｃ）第三安定姿勢、の支承体の積層方向の長さを比較するための説明図。 実施形態２における、電力変換装置の上面図。 実施形態２における、支承体の斜視図。 実施形態２における、支承体の上面図。 実施形態２における、支承体を第一安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態２における、支承体を第二安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態２における、支承体を第三安定姿勢にしたときの、電力変換装置の一対の支承体周辺の拡大上面図。 実施形態２における、（Ａ）第一安定姿勢、（Ｂ）第二安定姿勢、（Ｃ）第三安定姿勢、の支承体の積層方向の長さを比較するための説明図。

（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、複数の半導体モジュール１１と複数の冷却管２とケース３とばね部材４と支承体５とを有する。半導体モジュール１１は、半導体素子を内蔵してなる。複数の冷却管２は、複数の半導体モジュール１１と共に積層配置されて半導体積層ユニット１０を構成する。ケース３は、半導体積層ユニット１０に対して積層方向Ｘの両側から対向する前方壁部３１及び後方壁部３２を有する。ばね部材４は、積層方向Ｘにおける半導体積層ユニット１０と後方壁部３２との間に配されている。そして、ばね部材４は、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する。支承体５は、積層方向Ｘにおけるばね部材４と後方壁部３２との間に配されている。

図１、図５〜図７に示すごとく、ばね部材４は、積層方向Ｘに直交する横方向Ｙに長尺な形状を有する。そして、ばね部材４は、一対の被支承部４１と押圧部４２とを有する。一対の被支承部４１は、横方向Ｙの両端において一対の支承体５によって、それぞれ支承される。押圧部４２は、一対の被支承部４１の間において半導体積層ユニット１０を押圧する。図３に示すごとく、支承体５は、積層方向Ｘと横方向Ｙとの双方に直交する高さ方向Ｚに立設する柱形状を有している。また、図５〜図７に示すごとく、支承体５は、被支承部４１と後方壁部３２との間に安定して挟持される安定姿勢を３つ以上得ることができるような形状である。支承体５は、高さ方向Ｚに平行な回転軸の回りに自転させることにより、３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができる。図８に示すごとく、３つ以上の安定姿勢は、積層方向Ｘにおける支承体５の寸法が互いに異なるような姿勢である。

本実施形態の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、電源電力を駆動用モータの駆動に必要な駆動用電力に変換するインバータとして用いることができる。
なお、積層方向Ｘにおける、ばね部材４に対して半導体積層ユニット１０が配された側を前方、その反対側を後方という。

図１に示すごとく、ケース３は、矩形枠体形状を有する。ケース３は、前方壁部３１、後方壁部３２、及び一対の側方壁部３３を有する。前方壁部３１及び後方壁部３２は、積層方向Ｘに互いに対向している。一対の側方壁部３３は、横方向Ｙにおける前方壁部３１及び後方壁部３２の端部同士を積層方向Ｘに連結している。一対の側方壁部３３は、互いに横方向Ｙに対向している。

図１、図２に示すごとく、ケース３内に、半導体積層ユニット１０が配されている。半導体モジュール１１は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、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。

半導体モジュール１１は、積層方向Ｘの両側から、一対の冷却管２によって挟持されている。積層方向Ｘに隣り合う冷却管２は、横方向Ｙの両端部付近において、連結管２１によって互いに連結されている。連結管２１は、例えばその形状を蛇腹状にしたり、冷却管２との接続部にダイヤフラムを設けたりすることにより、隣り合う冷却管２の間の間隔を変化させることができるよう構成されている。

複数の冷却管２のうち、前端に配された冷却管２の前面は、前方壁部３１に当接している。また、前端の冷却管２からは、冷却管２に冷媒を導入するための冷媒導入管２２と冷却管２から冷媒を排出するための冷媒排出管２３とが、前方に向って突出形成されている。冷媒導入管２２及び冷媒排出管２３は、側方壁部３３を積層方向Ｘに貫通しており、ケース３の外側に突出している。

ケース３内における半導体積層ユニット１０の後面には、当接板１２が面接触して配置されている。当接板１２は、剛性の高い平板状の部材である。

図１、図５〜図７に示すごとく、当接板１２の後面に、ばね部材４が当接している。上述のごとく、ばね部材４は、一対の被支承部４１と押圧部４２とを有する。押圧部４２は、横方向Ｙにおけるばね部材４の中央部に形成されている。押圧部４２は、前方へ突出するように湾曲し、当接板１２の後面に当接している。一対の被支承部４１は、横方向Ｙにおける押圧部４２の両端から横方向Ｙに延設されている。一対の被支承部４１は、前方へ突出するように湾曲している。被支承部４１の後面４１１は、積層方向Ｘの前方に凹んだ曲面である。そして、一対の被支承部４１の後面４１１と後方壁部３２の前面との間に、一対の支承体５が挟持されている。なお、後方壁部３２の前面における、少なくとも支承体５が当接している部位は、積層方向Ｘに直交する平面である。

図３、図４に示すごとく、支承体５は、高さ方向Ｚに直交する方向における円柱の端部を高さ方向Ｚに沿った２つの平面にて切り欠いたような形状を有している。支承体５の外周面５０は、曲面部５１と２つの平面部５２とを有する。図４に示すごとく、曲面部５１は、高さ方向Ｚに直交する断面の形状が１８０°を超える中心角θを有する円弧状を呈する。２つの平面部５２は、高さ方向Ｚに直交する方向を向いている。また、高さ方向Ｚに直交する断面において、２つの平面部５２は、曲面部５１の円弧の中心Ｃと同心の、曲面部５１を通る仮想円Ｄの内側に位置している。２つの平面部５２は、法線方向が互いに異なっている。そして、図４、図８に示すごとく、２つの平面部５２の法線方向における、支承体５の寸法は、互いに異なる。

支承体５は、例えば円柱状の金属部材を切削加工して２つの平面部５２を形成することにより、形成することができる。すなわち、仮想円Ｄは、切削加工により平面部５２が形成される前の状態の支承体５の外形をも表している。なお、支承体５の製造方法はこれに限られず、例えば成形にて、２つの平面部５２を形成することもできる。

図１、図５〜図７に示すごとく、曲面部５１の曲率半径は、被支承部４１の後面４１１の曲率半径よりも小さい。

図３に示すごとく、各平面部５２は、高さ方向Ｚに延びる辺と高さ方向Ｚに直交する方向に延びる辺を有する長方形形状を呈している。各平面部５２は、曲面部５１と反対側の端部が、他の平面部５２と接している。２つの平坦面５２が曲面部５１側になす角度は、鈍角である。２つの平面部５２は、高さ方向Ｚに直交する方向の寸法が互いに異なる。以下においては、適宜、２つの平面部５２のうち、高さ方向Ｚに直交する方向の寸法が長い方の平面部５２を長平面部５２１といい、高さ方向Ｚに直交する方向の寸法が短い方の平面部５２を短平面部５２２という。

図４、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示すごとく、長平面部５２１の法線方向における支承体５の寸法Ｌ３は、短平面部５２２の法線方向における支承体５の寸法Ｌ２よりも小さい。また、図４、図８に示すごとく、曲面部５１の円弧の中心Ｃを通る、高さ方向Ｚに直交する直線であって、曲面部５１の２箇所を通る直線が延びる方向の寸法Ｌ１は、寸法Ｌ２及び寸法Ｌ３よりも大きい。すなわち、支承体５の寸法関係は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３となっている。

図５〜図７に示すごとく、電力変換装置１に組み込まれた一対の支承体５は、積層方向Ｘの寸法が互いに同じになるよう配される。本実施形態において、電力変換装置１に組み込まれた一対の支承体５は、高さ方向Ｚから見て、互いの中間を通る積層方向Ｘの対称軸を基準にして、互いに線対称となる状態で配されている。すなわち、一方の被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持された支承体５は、他方の被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持された支承体５を、積層方向Ｘに平行な軸を中心として１８０°回転させた姿勢で配されている。なお、これに限られず、一方の被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持された支承体５は、他方の被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持された支承体５と同じ姿勢で配されていても良い。これによっても、一対の支承体５の積層方向Ｘの寸法は、同じとなる。

上述のごとく、支承体５は、安定姿勢で、被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持されている。ここで、安定姿勢は、被支承部４１と後方壁部３２との間で挟圧された状態における支承体５の姿勢が、時間の経過に伴って変化しない姿勢である。また、安定姿勢は、例えば、車両の通常運転時に生じる振動等の外力が電力変換装置１に作用しても、支承体５の姿勢の変化が生じないような姿勢である。支承体５が安定姿勢で被支承部４１と後方壁部３２との間に挟持されることにより、ばね部材４、ケース３及び支承体５相互間の位置が時間の経過によって変化せず、一対の支承体５によって安定してばね部材４を支承することができる。図５〜図７に示すごとく、本実施形態において、支承体５は、３つの安定姿勢の間で姿勢を変化させることができる。本実施形態において、適宜、３つの安定姿勢を、それぞれ第一安定姿勢Ａ１、第二安定姿勢Ａ２、第三安定姿勢Ａ３という。

図５、図８（Ａ）に示すごとく、第一安定姿勢Ａ１は、支承体５の曲面部５１が、被支承部４１の後面４１１と後方壁部３２の前面との双方に当接した支承体５の姿勢である。これにより、図８（Ａ）に示すごとく、第一安定姿勢Ａ１における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ１となる。この第一安定姿勢Ａ１は、曲面部５１の２箇所にてばね部材４と後方壁部３２とに当接する姿勢である。しかし、支承体５に作用する力が、全方向において釣り合うため、安定姿勢となる。

図６、図８（Ｂ）に示すごとく、第二安定姿勢Ａ２は、支承体５の曲面部５１が被支承部４１の後面４１１と当接し、支承体５の短平面部５２２が後方壁部３２の前面と面接触した支承体５の姿勢である。これにより、図８（Ｂ）に示すごとく、第二安定姿勢Ａ２における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ２となる。

図７、図８（Ｃ）に示すごとく、第三安定姿勢Ａ３は、支承体５の曲面部５１が被支承部４１の後面４１１と当接し、支承体５の長平面部５２１が後方壁部３２の前面と面接触した支承体５の姿勢である。これにより、図８（Ｃ）に示すごとく、第三安定姿勢Ａ３における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ３となる。

上述のごとく、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係を有することから、図８に示すごとく、安定姿勢は、第一安定姿勢Ａ１、第二安定姿勢Ａ２、第三安定姿勢Ａ３の順に、支承体５の積層方向Ｘの寸法が長くなる。

本実施形態において、支承体５は、第一安定姿勢Ａ１、第二安定姿勢Ａ２、及び第三安定姿勢Ａ３のいずれかの姿勢で、配置されている。支承体５の配置姿勢は、ばね部材４から半導体積層ユニット１０への加圧力が、適切なものとなるよう適宜選択される。ここで、ばね部材４から半導体積層ユニット１０への加圧力は、ばね部材４の弾性変形量に依存する。すなわち、支承体５の配置姿勢は、ケース３の積層方向Ｘの寸法、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法に応じて、ばね部材４の弾性変形量が適切なものとなるよう適宜選択される。なお、ばね部材４から半導体積層ユニット１０への加圧力が適切であるかどうかは、半導体モジュール１１の冷却性の観点、半導体積層ユニット１０の剛性の観点から求められる。

次に、ケース３に対する支承体５の配置姿勢の選択の仕方について、その一例を説明する。
例えば、個々の製品ごとに、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法に公差がある。ここで、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が設計値よりも大きく形成されると、半導体積層ユニット１０と後方壁部３２との間の隙間が設計よりも狭く形成される。一方、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が設計値よりも小さく形成されると、半導体積層ユニット１０と後方壁部３２との間の隙間が設計よりも広く形成される。これら２つの状況において、積層方向Ｘの支承体５の寸法が同じであると、前者の状態においては、ばね部材４による半導体積層ユニット１０への加圧力が小さすぎ、後者の状態においては、ばね部材４による半導体積層ユニット１０への加圧力が大きすぎるという事態が生じ得る。

そこで、前者の状態においては、図８（Ａ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第一安定姿勢Ａ１を選択する。一方、後者の状態においては、図８（Ｃ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第三安定姿勢Ａ３を選択する。また、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が、設計値に近くなるように形成されたときには、図８（Ｂ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第二安定姿勢Ａ２を選択する。以上のように、ケース３に対する支承体５の姿勢を選択することにより、ばね部材４から半導体積層ユニット１０への加圧力を適切なものにすることができる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
電力変換装置１において、支承体５は、安定姿勢を３つ以上得ることができるような形状である。そして、支承体５は、高さ方向Ｚに平行な回転軸の回りに自転させることにより、３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができる。さらに、３つ以上の安定姿勢は、積層方向Ｘにおける支承体５の寸法が互いに異なるような姿勢である。それゆえ、支承体５を、自転させて、配置姿勢を変えることにより、半導体積層ユニット１０に作用する加圧力を容易に調整することができる。そのため、互いに直径の異なる複数の支承体５を用意する必要がない。それゆえ、電力変換装置１の生産コストの低減を図ることができる。

また、支承体５の外周面５０は、曲面部５１と２つの平面部５２を有する。それゆえ、３つの安定姿勢における積層方向Ｘの寸法が互いに異なる支承体５を、容易に製造することができる。

また、支承体５の曲面部５１の曲率半径は、被支承部４１の後面４１１の曲率半径よりも小さい。それゆえ、支承体５によって、ばね部材４を安定して支承しやすい。

以上のごとく、本実施形態においては、生産コストの低減を図りつつ、半導体積層ユニットに作用する加圧力を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図９〜図１５に示すごとく、実施形態１に対して、支承体５の形状を変更した実施形態である。図１０に示すごとく、支承体５は、外周面５０が３つの平坦面５３を有する三角柱形状を有する。さらに、図１０、図１１に示すごとく、支承体５は、３つの平坦面５３の法線方向における寸法が互いに異なる。

図９、図１２〜図１４に示すごとく、本実施形態においても、被支承部４１の後面４１１は、積層方向Ｘの前方に凹んだ曲面である。図１０、図１１に示すごとく、支承体５は、平坦面５３同士の間の角部５４が曲面状に形成されている。そして、図９、図１２〜図１４に示すごとく、角部５４の曲率半径は、被支承部４１の後面４１１の曲率半径よりも小さい。

図１０、図１１に示すごとく、支承体５は、平坦面５３同士の間の角部５４が、平坦面５３同士を滑らかに連結するように曲面状に形成されている。本実施形態において、支承体５は、正三角柱状の金属部材の側面間の角を切削加工して３つの角部５４を形成することにより、形成されている。図１１においては、角部５４が形成される前の状態の支承体５の外形を、二点鎖線にて表している。なお、支承体５の製造方法はこれに限られず、例えば成形にて、３つの角部５３を曲面状に形成することもできる。

図１１に示すごとく、各角部５４は、その角部５４に隣接しない平坦面５３の法線方向における削られ長さが互いに異なる。これにより、支承体５は、各平坦面５３の法線方向における寸法が互いに異なるよう形成されている。以下において、削られ長さが一番短い角部５４を第一角部５４１、削られ長さが二番目に短い角部５４を第二角部５４２、削られ長さが一番長い角部５４を第三角部５４３という。なお、「削られ長さ」は、各平坦面５３の法線方向において、切削加工される前の支承体の寸法から、切削加工された後の支承体５の寸法を引いた長さをいう。

図１１、図１５に示すごとく、第一角部５４１に隣接しない平坦面５３の法線方向における支承体５の寸法Ｌ４と、第二角部５４２に隣接しない平坦面５３の法線方向における支承体５の寸法Ｌ５と、第三角部５４３に隣接しない平坦面５３の法線方向における支承体５の寸法Ｌ６とは、Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌ６の関係を満たす。

図１２〜図１５に示すごとく、本実施形態において、支承体５は、３つの安定姿勢の間で姿勢を変化させることができる。本実施形態において、適宜、３つの安定姿勢をそれぞれ第一安定姿勢Ａ４、第二安定姿勢Ａ５、第三安定姿勢Ａ６という。

図１２、図１５（Ａ）に示すごとく、第一安定姿勢Ａ４は、第一角部５４１が被支承部４１の後面４１１と当接し、第一角部５４１に隣接しない平坦面５３が後方壁部３２の前面と面接触した支承体５の姿勢である。これにより、図１５（Ａ）に示すごとく、第一安定姿勢Ａ４における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ４となる。

図１３、図１５（Ｂ）に示すごとく、第二安定姿勢Ａ５は、第二角部５４２が被支承部４１の後面４１１と当接し、第二角部５４２に隣接しない平坦面５３が後方壁部３２の前面と面接触した支承体５の姿勢である。これにより、図１５（Ｂ）に示すごとく、第二安定姿勢Ａ５における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ５となる。

図１４、図１５（Ｃ）に示すごとく、第三安定姿勢Ａ６は、第三角部５４３が被支承部４１の後面４１１と当接し、第三角部５４３に隣接しない平坦面５３が後方壁部３２の前面と面接触した支承体５の姿勢である。これにより、図１５（Ｃ）に示すごとく、第三安定姿勢Ａ６における支承体５の積層方向Ｘの寸法は、Ｌ６となる。

上述のごとく、Ｌ４、Ｌ５、及びＬ６は、Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌ６の関係を有することから、図１５に示すごとく、安定姿勢は、第一安定姿勢Ａ４、第二安定姿勢Ａ５、第三安定姿勢Ａ６の順に、支承体５の積層方向Ｘの寸法が長くなる。

本実施形態においても、支承体５は、第一安定姿勢Ａ４、第二安定姿勢Ａ５、及び第三安定姿勢Ａ６のいずれかの姿勢で配置されている。

次に、ケース３に対する支承体５の配置姿勢の選択の仕方について、その一例を説明する。
半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が設計値よりも大きく形成されると、半導体積層ユニット１０と後方壁部３２との間の隙間が設計よりも狭く形成される。一方、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が設計値よりも小さく形成されると、半導体積層ユニット１０と後方壁部３２との間の隙間が設計よりも広く形成される。

そこで、前者の状態においては、図１５（Ａ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第一安定姿勢Ａ４を選択する。一方、後者の状態においては、図１５（Ｃ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第三安定姿勢Ａ６を選択する。また、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘの寸法が、設計値に近くなるように形成されたときには、図１５（Ｂ）に示すごとく、支承体５の姿勢として第二安定姿勢Ａ５を選択する。以上のように、ケース３に対する支承体５の姿勢を選択することにより、ばね部材４から半導体積層ユニット１０への加圧力を適切なものにすることができる。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本実施形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 電力変換装置
１０ 半導体積層ユニット
１１ 半導体モジュール
２ 冷却管
３ ケース
３１ 前方壁部
３２ 後方壁部
４ ばね部材
４１ 被支承部
４２ 押圧部
５ 支承体
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 安定姿勢
Ｘ 積層方向
Ｙ 横方向
Ｚ 高さ方向

Claims (4)

1. 半導体素子を内蔵してなる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と共に積層配置されて半導体積層ユニット（１０）を構成する複数の冷却管（２）と、
   上記半導体積層ユニットに対して積層方向（Ｘ）の両側から対向する前方壁部（３１）及び後方壁部（３２）を有するケース（３）と、
   上記積層方向における上記半導体積層ユニットと上記後方壁部との間に配され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧するばね部材（４）と、
   上記積層方向における上記ばね部材と上記後方壁部との間に配された一対の支承体（５）と、を有し、
   上記ばね部材は、上記積層方向に直交する横方向（Ｙ）に長尺な形状を有すると共に、上記横方向の両端において上記一対の支承体によって、それぞれ支承される一対の被支承部（４１）と、該一対の被支承部の間において上記半導体積層ユニットを押圧する押圧部（４２）とを有し、
   上記支承体は、上記積層方向と上記横方向との双方に直交する高さ方向（Ｚ）に立設する柱形状を有しており、かつ、上記被支承部と上記後方壁部との間に安定して挟持される安定姿勢（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６）を３つ以上得ることができるような形状であり、
   上記支承体は、上記高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、上記３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができ、
   上記３つ以上の安定姿勢は、上記積層方向における上記支承体の寸法が互いに異なるような姿勢であり、
   上記支承体の外周面（５０）は、上記高さ方向に直交する断面の形状が１８０°以上の中心角（θ）を有する円弧状を呈する曲面部（５１）と、上記高さ方向に直交する方向を向いた２つの平面部（５２、５２１、５２２）と、を有し、
   上記高さ方向に直交する断面において、上記２つの平面部は、上記曲面部の円弧の中心（Ｃ）と同心の、上記曲面部を通る仮想円（Ｄ）の内側に位置しており、上記２つの平面部は、法線方向が互いに異なっており、上記２つの平面部の法線方向における、上記支承体の寸法が互いに異なる、電力変換装置（１）。
2. 上記被支承部の後面（４１１）は、上記積層方向の前方に凹んだ曲面であり、上記支承体の上記曲面部の曲率半径は、上記被支承部の上記後面の曲率半径よりも小さい、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 半導体素子を内蔵してなる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と共に積層配置されて半導体積層ユニット（１０）を構成する複数の冷却管（２）と、
   上記半導体積層ユニットに対して積層方向（Ｘ）の両側から対向する前方壁部（３１）及び後方壁部（３２）を有するケース（３）と、
   上記積層方向における上記半導体積層ユニットと上記後方壁部との間に配され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧するばね部材（４）と、
   上記積層方向における上記ばね部材と上記後方壁部との間に配された一対の支承体（５）と、を有し、
   上記ばね部材は、上記積層方向に直交する横方向（Ｙ）に長尺な形状を有すると共に、上記横方向の両端において上記一対の支承体によって、それぞれ支承される一対の被支承部（４１）と、該一対の被支承部の間において上記半導体積層ユニットを押圧する押圧部（４２）とを有し、
   上記支承体は、上記積層方向と上記横方向との双方に直交する高さ方向（Ｚ）に立設する柱形状を有しており、かつ、上記被支承部と上記後方壁部との間に安定して挟持される安定姿勢（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６）を３つ以上得ることができるような形状であり、
   上記支承体は、上記高さ方向に平行な回転軸の回りに自転させることにより、上記３つ以上の安定姿勢の間で姿勢を変化させることができ、
   上記３つ以上の安定姿勢は、上記積層方向における上記支承体の寸法が互いに異なるような姿勢であり、
   上記支承体は、外周面（５０）が３つの平坦面（５３）を有する三角柱形状を有し、かつ、該３つの平坦面の法線方向における寸法が互いに異なる、電力変換装置（１）。
4. 上記被支承部の後面（４１１）は、上記積層方向の前方に凹んだ曲面であり、上記支承体は、上記平坦面同士の間の角部（５４、５４１、５４２、５４３）が曲面状に形成されており、該角部の曲率半径は、上記被支承部の上記後面の曲率半径よりも小さい、請求項３に記載の電力変換装置。

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