JP7133762B2 - 電力変換装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換装置とその製造方法に関する。

特許文献１、２に、複数の半導体モジュールと複数の冷却器とを交互に積層した電力変換装置が記載されている。この種の電力変換装置では、半導体モジュールと冷却器との間の密着性を高めるために、半導体モジュールと冷却器との積層体を、その積層方向に向けて加圧保持する必要がある。そのために、例えば特許文献１の電力変換装置では、積層体とそれを収容するケースとの間に、圧縮されたばね部材が設けられている。あるいは、特許文献２の電力変換装置では、開口を有するハウジング本体と、その開口を塞ぐハウジングカバーとで積層体を挟持する構造が採用されており、積層体に所定の加圧力を加えた状態でハウジング本体とハウジングカバーとをボルトで連結している。

特開２０１２－２５７４１６号公報 特開２０１６－１２３１４７号公報

特許文献１の構造では、ケース内に積層体とばね部材との両者を収容する必要があり、積層体に対して比較的に大きなケースが必要とされる。また、ばね部材の反力に抗するために、ケースに必要とされる剛性も比較的に高くなり、この点においてもケースの大型化、即ち、電力変換装置の大型化を招いてしまう。一方、特許文献２の構造によると、ばね部材を省略することができるので、電力変換装置の小型化を図ることができる。しかしながら、ばね部材が存在しないことから、半導体モジュールや冷却器に例えばクリープ変形が生じると、積層体への加圧力が不足してしまうおそれがある。本明細書では、電力変換装置の小型化を実現しつつ、積層体への加圧力を十分に確保し得る技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、複数の冷却器と、フレームとを備える。複数の半導体モジュールの各々は、半導体素子を有する。複数の冷却器の各々は、その内部に冷媒の流路を有する。フレームは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器とが交互に積層された積層体を、当該積層体の積層方向に沿って加圧保持する。フレームは、第１フレームと、第１フレームとの間で積層体を挟持する第２フレームとを備える。第１フレームは、積層体を三方向から取り囲むように屈曲する板材であって、積層体の積層方向に沿って延びる一対の側壁と、一対の側壁の間を延びるとともに積層体に当接する当接壁とを有している。当接壁は、フレームの外側に撓んでいる。一対の側壁の各々は、フレームの内側に撓んでいる。

上記の構成では、半導体モジュールと冷却器との積層体が、第１フレームと第２フレームとの間に挟持されている。第１フレームは、積層体を三方向から取り囲むように屈曲する板材で構成されており、各々の壁面が板ばねのように撓んでいる。これにより、第１フレーム自体が、ばね部材としての役割を果たすことができる。従って、ばね部材や高剛性を有するケースを必要とすることなく、積層体への十分な加圧力を確保することができる。すなわち、電力変換装置の小型化を実現しつつ、積層体への加圧力を十分に確保することができる。

本技術の一実施形態では、第２フレームの積層方向における曲げ剛性は、第１フレームの当接壁の積層方向における曲げ剛性よりも高くてもよい。このような構成によると、第２フレームの変形が抑制されることから、例えば第２フレームを基準とすることによって、電力変換装置の組み付け作業を精度よく行うことができる。

上記に加え、又は代えて、第２フレームの積層方向における曲げ剛性は、第１フレームの側壁の板厚方向における曲げ剛性よりも高くてもよい。このような構成によっても、第２フレームの変形が抑制されることから、例えば第２フレームを基準とすることによって、電力変換装置の組み付け作業を精度よく行うことができる。

本技術の一実施形態において、第２フレームは、少なくとも一つの屈曲部を有する板材であり、当該屈曲部の屈曲ライン（すなわち、稜線）は、一対の側壁の間で前記積層方向に対して直角方向に曲がっていてもよい。このような構成によると、曲げ剛性の高い第２フレームを容易に製造することができる。

本技術の一実施形態において、第１フレームは金属で構成されていてもよい。このような構成によると、所望の特性（例えば、適度な弾性や強度）を有する第１フレームを、容易に製造することができる。

本明細書は、上記した電力変換装置を製造する製造方法も開示する。この製造方法は、第１フレームと第２フレームとの間に積層体を配置する工程と、第１フレームの両端を固定した状態で、第２フレームを積層体に向けて加圧する工程と、その加圧する工程において積層体に第１加圧力が加えられた状態で、第２フレームを第１フレームに対して固定する工程とを備えてもよい。この場合、積層体に第１加圧力が加えられたときに、当接壁がフレームの外側に撓むとともに、一対の側壁の各々がフレームの内側に撓むとよい。このような構成によると、積層体の加圧状態をモニタリングしながら、第２フレームを第１フレームに対して固定することができるので、積層体への加圧力を精度よく調整することができる。

本技術の一実施形態では、積層体において、隣り合う半導体モジュールと冷却器の間にはグリス状のサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ：THERMAL INTERFACE MATERIAL）が塗布されていてもよい。この場合、製造方法は、加圧する工程を実行する前に、当接壁の外側に荷重受けを設置する工程をさらに備えてもよい。そして、前記した加圧する工程では、積層体に加えられる加圧力を、第１加圧力よりも大きい第２加圧力まで上昇させた後に前記した第１加圧力まで低下させるとよい。このような構成によると、隣り合う半導体モジュールと冷却器の間に塗布されたグリス状のＴＩＭを、比較的に短時間でなじませることができる。

本技術の一実施形態では、加圧する工程において、積層体に加えられる加圧力を、第１加圧力よりも大きい第３加圧力まで上昇させた後に第１加圧力まで低下させることで、第１フレームの屈曲部に塑性変形を生じさせてもよい。このような構成によると、応力が集中する屈曲部（即ち、当接壁と側壁との接続部分）では、塑性変形に起因する加工硬化によって弾性域（即ち、弾性変形が維持される荷重の範囲）が拡大する。また、第１フレームは、各々が板ばねとして機能する当接壁と側壁が、屈曲部を介して接続されている構造である。従って、屈曲部における残留歪みが大きくなるとしても、屈曲部の弾性限界における応力が拡大することで、第１フレーム全体としての残留歪みは比較的に小さく抑制される。これにより、ばね部材としての役割を果たす第１フレームのばね特性、特に、第１フレームが弾性変形し得る許容変位域が大幅に向上し得る。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換装置の斜視図である。 実施例の電力変換装置の組付け前の構成部品を示す分解斜視図である。 実施例の電力変換装置を上から見た平面図である。 組付け前の電力変換装置の各部品の配置を表す平面図である。 加圧する工程において、電力変換装置を表わす平面図である。 第２フレームに、第１フレームを所望の形状に撓ませる加圧力が加えられている時の電力変換装置を表わす平面図である。 荷重受けを設置する工程のときの電力変換装置の平面図である。 荷重受けを設置した後の加圧する工程のときの電力変換装置の平面図である。 第２フレームに、第１フレームの屈曲部に塑性変形を生じさせる加圧力を加圧しているときの電力変換装置の平面図である 屈曲部に塑性変形を生じさせるときの相当応力と変位、及び反力と変位の関係を表わすグラフである。

図面を参照して実施例の電力変換装置９０を説明する。実施例の電力変換装置９０は、電源と負荷との間で電力変換を行う。電力変換装置９０は、例えば電気自動車に搭載されるが、電気自動車に搭載される電力変換装置に限定されず、様々な用途の電力変換装置として使用することができる。図１に示すように、電力変換装置９０は、積層体１０と、フレーム２０とを備える。積層体１０は、フレーム２０によって加圧保持されている。

図２、図３に示すように、積層体１０は、半導体モジュール１２と、冷却器１４とを交互に積層したユニットである。図示は省略してあるが、半導体モジュール１２は複数の半導体素子を内蔵しているデバイスである。半導体素子は電力変換用であり、パワー半導体素子とも称される。パワー半導体素子に大電流が流れたときの発熱量は大きい。従って、電力変換装置９０には、半導体モジュール１２を冷却するために冷却器１４が用意されている。特に、各々の半導体モジュール１２に対して、二つの冷却器１４が両側から隣接しているので、各々の半導体モジュール１２は効果的に冷却される。隣り合う半導体モジュール１２と冷却器１４との間には絶縁板１９が配置されている。また、隣り合う半導体モジュール１２と絶縁板１９、及び、絶縁板１９と冷却器１４との間には、グリス状のＴＩＭが塗布されている。グリス状のＴＩＭは、熱の伝達効率を向上させるために塗布されている。なお、図２においては、一つの半導体モジュール１２だけに符号１２を付し、他の半導体モジュールには符号を省略した。また、一つの冷却器だけに符号１４を付し、他の冷却器には符号を省略した。さらに、一つの絶縁板だけに符号１９を付し、他の絶縁板には符号を省略した。他の図についても同様である。

冷却器１４は、内部に冷媒が流れる流路を有している。冷媒は、積層体１０の積層方向（図２のｘ方向）と交差する方向（図２のｙ方向）に流れる。複数の冷却器１４は、連通管で連通されている。電力変換装置９０の積層方向の一端に位置する冷却器１４には、冷媒供給管１５と冷媒排出管１６が連結されている。冷媒供給管１５を通じて供給される冷媒は、連通管を通じて全ての冷却器１４に分配される。冷媒は各冷却器１４を通る間に隣接する半導体モジュール１２から熱を吸収する。各冷却器１４を通った冷媒は連通管を通り、冷媒排出管１６から排出される。冷却器１４を流れる冷媒は液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ(Long Life Coolant)である。

上記の通り、複数の半導体モジュール１２と複数の冷却器１４の積層体１０は、フレーム２０によって、積層方向に向けて加圧保持されている。これは、半導体モジュール１２と冷却器１４の密着性を高め、冷却器１４による半導体モジュール１２の冷却性能を向上させるためである。フレーム２０は、第１フレーム３０と、第２フレーム４０により構成されている。第２フレーム４０は、第１フレーム３０との間で積層体１０を挟持する。なお、第２フレーム４０と積層体１０との間には、前部スペーサ１７が介挿されている。また、第１フレーム３０と積層体１０との間には、後部スペーサ１８が介挿されている。第１フレーム３０と第２フレーム４０により、積層体１０は積層方向（ｘ方向）に加圧保持されている。

第１フレーム３０は、当接壁３２と、一対の側壁３４ａ、３４ｂとを備える。一対の側壁３４ａ、３４ｂは、積層体１０の積層方向に沿って延びており、積層体１０を介して互いに対向している。当接壁３２は、一対の側壁３４ａ、３４ｂの間を延びている。当接壁３２と側壁３４ａは、屈曲部３６ａで互いに接続されている。また、当接壁３２と側壁３４ｂは、屈曲部３６ｂで互いに接続されている。すなわち、第１フレーム３０は、積層体１０を三方向から取り囲むように屈曲する板材である。当接壁３２は、後部スペーサ１８を介して、積層体１０を積層方向に押圧している。第１フレーム３０は、例えば金属で構成されている。

当接壁３２は、フレーム２０の外側に撓んでいる。また、側壁３４ａ、３４ｂの各々は、フレーム２０の内側に撓んでいる。詳しくは後述するが、第１フレーム３０の両端を固定した状態で、第２フレーム４０を積層体１０に向けて加圧することにより、当接壁３２及び側壁３４ａ、３４ｂの各々は、上記の形状に撓む。第２フレーム４０は、当接壁３２がフレーム２０の外側に撓んでいるとともに、側壁３４ａ、３４ｂの各々が、フレーム２０の内側に撓んでいる状態で、第１フレーム３０と固定されている。第２フレーム４０は、例えば溶接によって第１フレーム３０に対して固定される。

第２フレーム４０の積層方向（ｘ方向）における曲げ剛性は、当接壁３２の積層方向（ｘ方向）における曲げ剛性、及び側壁３４ａ、３４ｂの板厚方向（ｙ方向）における曲げ剛性よりも高い。これにより、第２フレーム４０の変形が抑制される。従って、例えば第２フレーム４０を基準とすることによって、電力変換装置９０の組み付け作業を精度よく行うことができる。また、第１フレーム３０は金属で構成されているので、所望の特性（例えば、適度な弾性や強度）を有する第１フレーム３０を、容易に製造することができる。

以上の構成によると、半導体モジュール１２と冷却器１４との積層体１０が、第１フレーム３０と第２フレーム４０との間に挟持されている。第１フレーム３０は、積層体１０を三方向から取り囲むように屈曲する板材で構成されており、当接壁３２及び側壁３４ａ、３４ｂが板ばねのように撓んでいる。これにより、第１フレーム３０自体が、積層体１０を積層方向に沿って押圧するばね部材としての役割を果たすことができる。従って、ばね部材や高剛性を有するケースを必要とすることなく、積層体１０への十分な加圧力を確保することができる。すなわち、電力変換装置９０の小型化を実現しつつ、積層体１０への加圧力を十分に確保することができる。

本実施例において、第２フレーム４０は、少なくとも一つの屈曲部を有する板材であってもよい。第２フレーム４０に設けられる屈曲部の屈曲ライン（すなわち、稜線）は、一対の側壁３４ａ、３４ｂの間で、積層方向に対して直角方向に曲がっている。このような構成によると、曲げ剛性の高い第２フレーム４０を容易に製造することができる。なお、第２フレーム４０は、必ずしも板材に限られず、例えばブロック状の部材であってもよい。

続いて、図４から図６を参照して、実施例の電力変換装置９０の製造方法について説明する。図４に示すように、先ず、積層体１０を、第１フレーム３０と第２フレーム４０との間に配置する工程が実施される。前述したように、積層体１０では、半導体モジュール１２と冷却器１４とが交互に積層されている。隣り合う半導体モジュール１２と冷却器１４との間には、絶縁板１９が介挿されている。そして、半導体モジュール１２と絶縁板１９の間、及び絶縁板１９と冷却器１４の間には、グリス状のＴＩＭが塗布されている。なお、この段階で積層体１０には押圧力が付与されておらず、積層体１０は仮の組付け状態であると言える。

上記の通り、第１フレーム３０は、積層体１０を三方向から取り囲むように屈曲する板材である。第１フレーム３０の当接壁３２は、後部スペーサ１８を介して、積層体１０に積層方向の一方から対向する。第２フレーム４０は、前部スペーサ１７を介して、積層体１０に積層方向の他方から対向する。図４に示すように、この段階では、第１フレーム３０の当接壁３２及び側壁３４ａ、３４ｂのそれぞれに撓みは生じていない。すなわち、当接壁３２及び側壁３４ａ、３４ｂの各々は、平坦な形状を維持している。当接壁３２と一方の側壁３４ａとが互いに接続する屈曲部３６ａにおいて、当接壁３２と当該側壁３４ａとがなす角は例えば直角である。同様に、当接壁３２と他方の側壁３４ｂが互いに接続する屈曲部３６ｂにおいて、当接壁３２と当該側壁３４ｂとがなす角は例えば直角である。

次に、図５に示すように、第２フレーム４０を積層体１０に向けて加圧する工程が実施される。この加圧する工程において、第１フレーム３０の両端は、固定部材５２ａ、５２ｂによって固定される。詳しくは、一方の固定部材５２ａに、一方の側壁３４ａの開放端が固定され、他方の固定部材５２ｂに、他方の側壁３４ｂの開放端が固定される。第１フレーム３０の両端が固定部材５２ａ、５２ｂにより固定された状態で、第２フレーム４０に加圧力が加えられる。第２フレーム４０に加えられる加圧力は、積層方向（図５のｘ方向）に沿った力である。図５の矢印は、第２フレーム４０に加えられる加圧力を表している。これにより、積層体１０は積層方向に加圧される。

第２フレーム４０に加えられる加圧力が大きくなると、積層体１０においては、半導体モジュール１２と絶縁板１９と冷却器１４の密着性が向上する。それとともに、当接壁３２は、フレーム２０の外側に撓む。また、側壁３４ａ、３４ｂの各々は、フレーム２０の内側に撓む。説明の便宜上、第１フレーム３０が所望の形状に撓むときに、第２フレーム４０に加えられる加圧力を第１加圧力Ｆ１とする。

図６は、第２フレーム４０に第１加圧力Ｆ１が加えられている時の電力変換装置９０を表わす平面図である。図６のｘ軸正の向きの矢印は、第２フレーム４０に加えられる第１加圧力Ｆ１を表している。図６のｘ軸負の向きの矢印は、第１加圧力Ｆ１に対する反力を表している。上記の通り、第２フレーム４０に第１加圧力Ｆ１が加えられているとき、第１フレーム３０が所望の形状に撓む。すなわち、当接壁３２は、フレーム２０の外側に撓む。また、側壁３４ａ、３４ｂの各々は、フレーム２０の内側に撓む。このような状態で、第２フレーム４０を、第１フレーム３０に対して固定する工程を実行する。第２フレーム４０は、例えば溶接によって第１フレーム３０に対して固定することができる。

第２フレーム４０が第１フレーム３０に対して固定されたら、第２フレーム４０に加えられている第１加圧力Ｆ１を除荷する。第２フレーム４０に第１加圧力Ｆ１を加えた状態で第２フレーム４０を第１フレーム３０に対して固定するため、第１加圧力Ｆ１を除荷しても、積層体１０には積層方向にかかる加圧力として、第１加圧力Ｆ１が保持される。

さらに、第２フレーム４０が第１フレーム３０に対して固定されたら、固定部材５２ａ、５２ｂを第１フレーム３０の両端から除去する。以上により、実施例の電力変換装置９０が完成する。

以上に述べた電力変換装置９０の製造方法によると、積層体１０の加圧状態をモニタリングしながら、第２フレーム４０を第１フレーム３０に対して固定することができる。従って、例えば積層体１０に生じ得る製造上の寸法誤差にかかわらず、積層体１０への加圧力を精度よく調整することができる。

また、上述した電力変換装置９０の製造方法において、加圧する工程を実行する前に、荷重受け５６を設置する工程を実行してもよい。これは、半導体モジュール１２と絶縁板１９、及び絶縁板１９と冷却器１４の間に塗布されているグリス状のＴＩＭを効率的になじませるために行う工程である。一般に、グリス状のＴＩＭをなじませるための時間と、積層体１０に加圧される加圧力、すなわち、第２フレーム４０に加圧される加圧力は反比例する。つまり、第２フレーム４０に加圧される加圧力を大きくすると、グリス状のＴＩＭをなじませるための時間が短くなる。ところが、加圧力を過度に大きくすると、第１フレーム３０の意図しない変形やダメージを与えるおそれがある。これを避けるために、荷重受け５６は設置される。

図７は、荷重受け５６を設置する工程のときの電力変換装置９０の平面図である。図７に示すように、第１フレーム３０と第２フレーム４０との間に積層体１０が配置された状態において、当接壁３２の外側に荷重受け５６を設置する。

当接壁３２の外側に荷重受け５６を設置した後、加圧する工程を実行する。図８は、荷重受け５６を設置した後の加圧する工程のときの電力変換装置９０の平面図である。なお、荷重受け５６が当接壁３２の外側に設置されている場合においては、加圧する工程において、第１フレーム３０の両端は、固定部材５２ａ、５２ｂに対して必ずしも固定される必要はない。

荷重受け５６が当接壁３２の外側に設置されている場合、加圧する工程では、まず第２フレーム４０に加圧する加圧力を、第２加圧力Ｆ２まで上昇させる。第２加圧力Ｆ２は、第１加圧力Ｆ１よりも大きい。図８のｘ軸正の向きの矢印は、第２フレーム４０に加えられる第２加圧力Ｆ２を表している。図８のｘ軸負の向きの矢印は、第２加圧力Ｆ２に対する反力を表している。その際、荷重受け５６を当接壁３２の外側に設置しているので、第１フレーム３０に撓みは生じない。その後、第２フレーム４０に加圧している第２加圧力Ｆ２を除荷する。第２加圧力Ｆ２を除荷したら、当接壁３２の外側に設置されている荷重受け５６を除去する。その後、第１フレーム３０の両端を固定部材５２ａ、５２ｂで固定する。第１フレーム３０の両端を固定したら、第２フレーム４０に第１加圧力Ｆ１を加圧し、第１フレーム３０を所望の形状に撓ませる。

以上に述べた電力変換装置９０の製造方法によると、第１フレーム３０が所望の形状に撓む第１加圧力Ｆ１よりも大きい第２加圧力Ｆ２で、第２フレーム４０を加圧する。その際、当接壁３２の外側に荷重受け５６を設置するため、第１フレーム３０に意図しない変形やダメージを与えることなく、十分な加圧力である第２加圧力Ｆ２によってグリス状のＴＩＭをなじませるための時間を短くすることを実現している。

あるいは、荷重受け５６を設置することなく、第２フレーム４０に加圧する加圧力を、最終的な加圧力である第１加圧力Ｆ１よりも大きい第３加圧力Ｆ３まで、一時的に上昇させてもよい。この第３加圧力Ｆ３は、第１フレーム３０の屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形が生じるような加圧力である。図９は、第２フレーム４０に第３加圧力Ｆ３を加圧しているときの電力変換装置９０の平面図である。図９のｘ軸正の向きの矢印は、第２フレーム４０に加えられる第３加圧力Ｆ３を表している。図９のｘ軸負の向きの矢印は、第３加圧力Ｆ３に対する反力を表している。第２フレーム４０に付加する加圧力を第３加圧力Ｆ３まで高め、屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形が生じたら、第２フレーム４０に付加する加圧力を、第３加圧力Ｆ３から第１加圧力Ｆ１に低下させる。

第２フレーム４０に加える加圧力は、第１フレーム３０において、屈曲部３６ａ、３６ｂに集中する。すなわち、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける応力は、第１フレーム３０の屈曲部３６ａ、３６ｂとは異なる部分における応力よりも大きい。従って、屈曲部３６ａ、３６ｂにおいては、第１フレーム３０の屈曲部３６ａ、３６ｂとは異なる部分よりも、塑性変形が生じやすい。屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形が生じることにより、塑性変形に起因する加工硬化によって、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける弾性域が拡大する。それとともに、屈曲部３６ａ、３６ｂにおいては、残留歪みが生じる。上記の通り、第１フレーム３０は、各々が板ばねとして機能する当接壁３２と一対の側壁３４ａ、３４ｂが、屈曲部３６ａ、３６ｂを介して接続された構造を有する。詳しくは後述するが、このような構造により、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける残留歪みが大きくなるとしても、屈曲部３６ａ、３６ｂの弾性限界における応力が拡大することで、一対の側壁３４ａ、３４ｂに生じ得る弾性変形（即ち、撓み）が増大する結果、第１フレーム３０全体で見たときの積層方向に関する残留歪みは比較的に小さく抑制される。以上に述べた電力変換装置９０の製造方法によると、ばね部材としての役割を果たす第１フレーム３０のばね特性、特に、第１フレーム３０が弾性変形し得る許容変位域が大幅に向上し得る。

図１０は、第２フレーム４０に第３加圧力Ｆ３を加え、屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形を生じさせたときの相当応力と変位、及び反力と変位の関係を表わすグラフである。ここで、相当応力とは、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける応力を意味する。また、変位とは、第１フレーム３０の積層方向における変位を意味する。反力とは、当接壁３２から積層体１０にかかる力を意味する。

図１０（Ａ）は、第１フレーム３０の板厚を３．２ミリメートルとしたときの相当応力と変位との関係を表わすグラフである。また、図１０（Ｂ）は、第１フレーム３０の板厚を３．２ミリメートルとしたときの反力と変位との関係を表わすグラフである。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）の矢印の方向が時系列を表わす。第２フレーム４０へ加圧する加圧力を大きくし、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける相当応力がＳ１まで上昇すると、変位がＤ１となる。この期間は、屈曲部３６ａ、３６ｂは弾性域である。

屈曲部３６ａ、３６ｂにおける相当応力をＳ１からさらに上昇させると、屈曲部３６ａ、３６ｂは弾性域から塑性域に変化する。屈曲部３６ａ、３６ｂにおける相当応力をＳ３まで上昇させると、屈曲部３６ａ、３６ｂにおいて塑性変形が起こることにより、第１フレーム３０の変位はＤ３まで大きくなる。その後、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける相当応力をＳ３から減少させる。それに従って、第１フレーム３０の変位は、Ｄ３よりも小さくなる。このとき、第１フレーム３０の構造により、屈曲部３６ａ、３６ｂにおける残留歪みが大きくなるとしても、第１フレーム３０全体で見たときの積層方向に関する残留歪みは比較的に小さく抑制される。つまり、ばね部材としての役割を果たす第１フレーム３０のばね特性、特に、第１フレーム３０が弾性変形し得る許容変位域が向上する。本実施例においては、図１０（Ｂ）に示すように、屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形が生じる前の第１フレーム３０の弾性限界はＤ２である。屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形が生じた後の第１フレーム３０の弾性限界はＤ３である。このように、屈曲部３６ａ、３６ｂに塑性変形を生じさせることにより、第１フレーム３０が弾性変形し得る許容変位が、Ｄ２からＤ３まで向上する。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：積層体
１２：半導体モジュール
１４：冷却器
２０：フレーム
３０：第１フレーム
３２：当接壁
３４ａ、３４ｂ：側壁
３６ａ、３６ｂ：屈曲部
４０：第２フレーム
９０：電力変換装置

Claims (9)

1. 各々が半導体素子を有する複数の半導体モジュールと、
   各々がその内部に冷媒の流路を有する複数の冷却器と、
   前記複数の半導体モジュールと前記複数の冷却器とが交互に積層された積層体を、当該積層体の積層方向に沿って加圧保持するフレームと、
   を備え、
   前記フレームは、第１フレームと、前記第１フレームとの間で前記積層体を挟持する第２フレームとを備え、
   前記第１フレームは、前記積層体を三方向から取り囲むように屈曲する板材であって、前記積層体の積層方向に沿って延びる一対の側壁と、前記一対の側壁の間を延びるとともに前記積層体に当接する当接壁とを有し、
   前記当接壁は、前記フレームの外側に撓んでおり、
   前記一対の側壁の各々は、前記フレームの内側に撓んでいる、
   電力変換装置。
2. 前記第２フレームの積層方向における曲げ剛性は、前記第１フレームの前記当接壁の積層方向における曲げ剛性よりも高い、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第２フレームの積層方向における曲げ剛性は、前記第１フレームの前記側壁の板厚方向における曲げ剛性よりも高い、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記第２フレームは、少なくとも一つの屈曲部を有する板材であり、当該屈曲部の屈曲ラインは、前記一対の側壁の間で前記積層方向に対して直角方向に曲がっている、請求項２又は３に記載の電力変換装置。
5. 前記第１フレームは、金属で構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置を製造する製造方法であって、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間に前記積層体を配置する工程と、
   前記第１フレームの両端を固定した状態で、前記第２フレームを前記積層体に向けて加圧する工程と、
   前記加圧する工程において前記積層体に第１加圧力を加えた状態で、前記第２フレームを前記第１フレームに対して固定する工程と、
   を備え、
   前記積層体に前記第１加圧力が加えられたときに、前記当接壁が前記フレームの外側に撓むとともに、前記一対の側壁の各々が前記フレームの内側に撓む、製造方法。
7. 前記積層体において、隣り合う前記半導体モジュールと前記冷却器の間にはグリス状のサーマルインターフェースマテリアルが塗布される、請求項６に記載の製造方法。
8. 前記加圧する工程を実施する前に、前記当接壁の外側に荷重受けを設置する工程をさらに備え、
   前記加圧する工程では、前記積層体に加える加圧力を、前記第１加圧力よりも大きい第２加圧力まで上昇させた後に前記第１加圧力まで低下させる、請求項６又は請求項７に記載の製造方法。
9. 前記加圧する工程では、前記積層体に加えられる加圧力を、前記第１加圧力よりも大きい第３加圧力まで上昇させた後に前記第１加圧力まで低下させ、前記第１フレームの屈曲部に塑性変形を生じさせる、請求項６から８のいずれか一項に記載の製造方法。

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