KR102412723B1 - 전력 변환기 - Google Patents

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아키히로 우에다
고지 야스이
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Abstract

전력 변환기 (2 ; 2a) 는, 전력 변환용의 반도체 소자 (11a ; 11b) 를 수용하고 있는 복수의 파워 모듈 (10 ; 110) 과, 복수의 파워 모듈 (10 ; 110) 의 적층체 (20) 를 제 1 방향에 있어서 사이에 두고 있는 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 과, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향에 있어서의 상기 적층체 (20) 의 각각의 측단에서 상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 을 연결하고 있는 1 쌍의 연결빔 (33 ; 133) 과, 각각의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 의 제어 단자 (15) 에 접속되어 있는 기판 (40) 을 포함한다. 상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 의 적어도 일방에, 상기 기판 (40) 을 위치 결정하는 위치 결정부 (35 ; 36) 가 형성되어 있다.

Description

전력 변환기{POWER CONVERTER}
본 명세서가 개시하는 기술은, 전력 변환용의 반도체 소자를 수용하고 있는 복수의 파워 모듈의 적층체를 구비하고 있는 전력 변환기에 관한 것이다.
복수의 파워 모듈과 복수의 냉각기의 적층체를 구비하고 있는 전력 변환기가 일본 공개특허공보 2017-085822, 일본 공개특허공보 2011-103728 에 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 2017-085822, 일본 공개특허공보 2011-103728 의 전력 변환기는, 전기 자동차에 탑재된다. 전력 변환기는, 전원의 전력을 주행용의 모터의 구동 전력으로 변환하는 디바이스이다. 복수의 파워 모듈의 각각은 전력 변환용의 반도체 소자를 수용하고 있다. 전력 변환용의 반도체 소자는 발열량이 크다. 복수의 파워 모듈과 복수의 냉각기는 1 개씩 교대로 적층되어 있고, 각각의 파워 모듈은 양측에서 냉각된다. 파워 모듈과 냉각기를 밀착시키기 위해, 적층체는 스프링으로 적층 방향으로 가압된다. 적층체의 적층 방향의 일단은 하우징의 내면에 꽉 눌리고, 스프링이 타단측으로부터 적층체에 압력을 가하고 있다.
일본 공개특허공보 2017-085822 의 전력 변환기에서는, 각각의 파워 모듈로부터 제어 단자가 연장되어 있고, 복수의 파워 모듈의 제어 단자는 기판에 접속되어 있다. 기판으로부터 파워 모듈의 반도체 소자로 제어 단자를 통해서 구동 신호가 보내진다. 기판은 전력 변환기의 하우징에 고정되어 있다.
일본 공개특허공보 2017-085822 의 전력 변환기에서는, 적층체와 기판이 개별적으로 하우징에 고정되어 있다. 전력 변환기가 진동했을 때에 적층체 (파워 모듈) 와 기판이 상대적으로 변위되어, 제어 단자의 기판과의 접속 지점에 강한 힘이 가해질 우려가 있다. 또, 기판과 적층체의 상대적인 위치 오차가 큰 경우에도 제어 단자의 기판과의 접속 지점에 강한 힘이 가해질 우려가 있다. 제어 단자와 기판의 접속 지점에 강한 힘이 가해지면 접촉 불량을 발생시킬 우려가 있다. 일본 공개특허공보 2017-085822 의 전력 변환기에서는, 기판과 적층체 (파워 모듈) 사이에는 공간 (간극) 이 확보되어 있고, 긴 제어 단자가 채용되어 있다. 제어 단자가 길면, 기판과 적층체 (파워 모듈) 의 상대적인 변위에 대해 제어 단자가 변형될 수 있어, 기판과의 접속 지점에 발생하는 힘을 완화시킬 수 있다. 그러나, 기판과 적층체 (파워 모듈) 사이의 공간은 데드 스페이스이다. 본 명세서는, 제어 단자와 기판의 접속 지점의 내진동 특성을 확보하면서, 기판과 적층체 (파워 모듈) 사이의 공간을 작게 할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는 전력 변환기이다. 상기 전력 변환기는,
전력 변환용의 반도체 소자를 수용하고 있는 복수의 파워 모듈과, 복수의 파워 모듈의 적층체를 제 1 방향에 있어서 사이에 두고 있는 1 쌍의 유지판과, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향에 있어서의 상기 적층체의 각각의 측단에서 상기 1 쌍의 유지판을 연결하고 있는 1 쌍의 연결빔과, 각각의 상기 파워 모듈의 제어 단자에 접속되어 있는 기판을 포함한다. 상기 1 쌍의 유지판의 적어도 일방에는, 상기 기판을 위치 결정하는 위치 결정부가 형성되어 있다. 상기 제어 단자는, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향의 양방과 교차하는 제 3 방향을 따라 연장되어 있다. 상기 기판은, 상기 제 3 방향에서 상기 적층체에 인접하고 있다.
상기 제 1 양태에 의하면, 적층체를 사이에 두고 있는 1 쌍의 유지판에 기판이 고정된다. 1 쌍의 유지판을 개재하여 적층체와 기판의 상대 위치가 정해지므로, 기판과 적층체 (파워 모듈) 는 일체로 진동한다. 진동시, 적층체 (파워 모듈) 와 기판의 상대적인 변위가 작아진다. 또, 적층체 (파워 모듈) 에 대한 기판의 상대적인 위치도 정확하게 정해진다. 그러므로, 적층체의 파워 모듈과 기판 사이의 공간을 좁게 해도 (즉, 짧은 제어 단자를 채용해도), 제어 단자와 기판의 접속 지점에 강한 힘이 가해지는 것이 방지된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 전력 변환기는, 콘덴서를 포함해도 된다. 복수의 상기 파워 모듈은, 상기 제어 단자가 형성되어 있는 면과는 반대측의 면에 파워 단자를 가지고 있어도 되고, 상기 콘덴서가, 복수의 상기 파워 모듈의 상기 파워 단자에 접속되어 있어도 된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 상기 1 쌍의 유지판의 적어도 일방이 상기 적층체를 수용하고 있는 하우징의 내면에 접하고 있어도 된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 상기 전력 변환기는, 탄성 부재를 포함해도 된다. 상기 1 쌍의 연결빔의 각각은 상기 제 1 방향에서 제 1 분할빔과 제 2 분할빔으로 분할되어 있어도 되고, 상기 제 1 분할빔과 상기 제 2 분할빔이 상기 탄성 부재로 연결되어 있어도 된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 상기 전력 변환기는, 스프링을 포함하고 있어도 된다.
상기 1 쌍의 유지판의 일방과 상기 적층체 사이에 압축된 상기 스프링이 끼워져 있어도 된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 상기 제 2 방향은, 상기 제 1 방향과 직교하고 있어도 되고,
상기 제 3 방향은, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향의 양방과 직교하고 있어도 된다.
상기 제 1 양태에 있어서, 전력 변환기는, 상기 제 1 방향을 따라 복수의 상기 파워 모듈과 적층되어 있는 복수의 냉각기를 포함하고 있어도 된다. 상기 적층체는, 복수의 상기 파워 모듈과 상기 복수의 냉각기를 포함해도 된다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적 및 산업적 중요성은 동일한 참조부호들이 동일한 요소들을 표시하는 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1 은, 실시예의 전력 변환기가 채용하고 있는 파워 모듈의 사시도이다.
도 2 는, 실시예의 전력 변환기가 채용하고 있는 파워 모듈의 사시도이다 (아래에서 비스듬하게 본 도면).
도 3 은, 전력 변환기의 사시도이다.
도 4 는, 적층체와 프레임의 분해도이다.
도 5 는, 적층체와 프레임의 어셈블리와 기판과 콘덴서의 분해도이다.
도 6 은, 전력 변환기의 측면도이다.
도 7 은, 전력 변환기의 평면도이다 (하우징 형성).
도 8 은, 프레임의 변형예와 적층체의 어셈블리의 사시도이다 (구속링을 제거한 도면).
도 9 는, 프레임의 변형예와 적층체의 어셈블리의 사시도이다 (구속링을 장착한 도면).
도 10 은, 파워 모듈의 변형예의 사시도이다 (아래에서 비스듬하게 본 도면).
도 11 은, 파워 모듈의 변형예를 채용한 전력 변환기의 측면도이다.
도면을 참조하여 실시예의 전력 변환기 (2) 를 설명한다. 실시예의 전력 변환기 (2) 는, 전기 자동차에 탑재된다. 전력 변환기 (2) 는, 전원의 전력을 주행용의 모터의 구동 전력으로 변환하는 디바이스이다. 전력 변환기 (2) 는, 전력 변환용의 반도체 소자를 수용하고 있는 복수의 파워 모듈 (10) 을 구비하고 있다.
먼저, 파워 모듈 (10) 에 대해 설명한다. 도 1 에, 파워 모듈 (10) 의 사시도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도면 중의 좌표계의 ＋Z 방향을 위로 정의한다. 도 2 에, 파워 모듈 (10) 을 아래에서 비스듬하게 본 사시도를 나타낸다. 도 1 과 도 2 에서 좌표계의 방향이 상이한 것에 유의하고자 한다.
파워 모듈 (10) 은, 전력 변환용의 2 개의 반도체 소자 (11a, 11b) 를 수용하고 있다. 반도체 소자 (11a, 11b) 는, 스위칭 소자이며, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 혹은, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 이다. 반도체 소자 (11a, 11b) 는, IGBT 와 MOSFET 이외의 스위칭 소자여도 된다. 또, 반도체 소자 (11a, 11b) 는, 스위칭 소자와 다이오드가 역병렬로 접속된 복합 디바이스여도 된다.
2 개의 반도체 소자 (11a, 11b) 는, 수지제의 패키지 (12) 에 매설되어 있다. 패키지 (12) 는 편평하고, 양측의 광폭면에 방열판 (13) 이 노출되어 있다. 방열판 (13) 은, 이후에 설명하는 냉각기 (21) 에 접하여, 반도체 소자 (11a, 11b) 의 열을 효율적으로 냉각기 (21) 에 전달한다.
2 개의 반도체 소자 (11a, 11b) 는, 패키지 (12) 의 내부에서 직렬로 접속되어 있다. 패키지 (12) 의 하면으로부터 3 개의 파워 단자 (14a-14c) 가 연장되어 있다. 2 개의 반도체 소자 (11a, 11b) 의 직렬 접속의 정극과 부극의 각각이 파워 단자 (14a, 14b) 의 각각에 도통하고 있다. 직렬 접속의 중점은 파워 단자 (14c) 에 도통하고 있다.
패키지 (12) 의 상면에서는, 복수의 제어 단자 (15) 가 연장되어 있다. 복수의 제어 단자 (15) 는, 반도체 소자 (11a, 11b) 의 게이트 전극이나 온도 센서에 도통하고 있다.
3 개의 파워 모듈 (10) 을 병렬로 접속하면, 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하는 인버터를 실현할 수 있다.
도 3 에, 전력 변환기 (2) 의 사시도를 나타낸다. 도 3 은, 전력 변환기 (2) 의 주요 부품만을 나타내고 있고, 전력 변환기 (2) 의 하우징, 및, 하우징에 수용되는 다른 디바이스의 도시는 생략하고 있다.
전력 변환기 (2) 는, 복수의 파워 모듈 (10) 과, 복수의 냉각기 (21) 와, 기판 (40) 과, 콘덴서 (50) 를 구비하고 있다. 도 3 에서는, 기판 (40) 은 가상선으로 그리고 있다.
전력 변환기 (2) 는, 7 개의 파워 모듈 (10) 을 구비하고 있다. 도 3 에서는, 좌단의 파워 모듈 (10) 에만 부호 10 을 부여하고, 나머지 파워 모듈에는 부호를 생략하였다. 앞서 서술한 바와 같이, 3 개의 파워 모듈 (10) 을 병렬로 접속하면, 인버터를 구성할 수 있다. 7 개의 파워 모듈 (10) 은, 2 세트의 인버터와, 1 개의 전압 컨버터에 사용된다. 1 개의 파워 모듈 (10) 이 전압 컨버터에 사용된다.
복수의 파워 모듈 (10) 과 복수의 냉각기 (21) 는, 1 개씩 교대로 적층되어 있다. 도 3 에서는, 좌단의 파워 모듈 (10) 을 사이에 두는 1 쌍의 냉각기 (21) 에만 부호를 부여하고, 나머지 냉각기에는 부호를 생략하였다. 복수의 파워 모듈 (10) 과 복수의 냉각기 (21) 는, 적층체 (20) 를 구성한다. 또한, 적층체 (20) 는, 반드시 복수의 파워 모듈 (10) 과 복수의 냉각기 (21) 로 구성되어 있을 필요는 없고, 예를 들어, 복수의 파워 모듈 (10) 만으로 구성되어 있어도 된다. 도면 중의 좌표계의 X 방향이, 복수의 파워 모듈 (10) 과 복수의 냉각기 (21) 의 적층 방향에 상당한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 복수의 파워 모듈 (10) 과 복수의 냉각기 (21) 의 적층 방향 (X 방향) 을 단순히 적층 방향이라고 칭하는 경우가 있다.
파워 모듈 (10) 을 사이에 두는 1 쌍의 냉각기 (21) 는, 2 개의 연결관 (22a, 22b) 으로 연결되어 있다. 냉각기 (21) 의 내부는 냉매가 통과하는 유로로 되어 있고, 2 개의 연결관 (22a, 22b) 은, 이웃하는 냉각기 (21) 의 유로를 연통한다. 모든 쌍의 냉각기 (21) 는, 2 개의 연결관 (22a, 22b) 으로 연결된다. 2 개의 연결관 (22a, 22b) 은, 도면 중의 좌표계의 Y 방향에서 파워 모듈 (10) 을 사이에 두도록 배치되어 있다. 도 3 에서는, 1 세트의 연결관에만 부호 22a, 22b 를 부여하고, 나머지 연결관에는 부호를 생략하였다.
적층체 (20) 의 적층 방향의 일단의 냉각기 (21) 에는, 공급관 (23a) 과 배출관 (23b) 이 형성되어 있다. 공급관 (23a) 과 배출관 (23b) 은, 도시 생략된 냉매 순환 장치에 접속된다. 공급관 (23a) 으로부터 공급되는 냉매는, 연결관 (22a) 을 통해서 모든 냉각기 (21) 에 분배된다. 냉매는 냉각기 (21) 의 내부의 유로를 흐르는 동안에 파워 모듈 (10) 의 열을 흡수한다. 앞서 서술한 바와 같이, 파워 모듈 (10) 의 패키지 (12) 의 표면에는 방열판 (13) 이 노출되어 있고, 냉매는, 방열판 (13) 을 통해 반도체 소자 (11a, 11b) 의 열을 흡수한다. 열을 흡수한 냉매는, 연결관 (22b) 과 배출관 (23b) 을 통해서 냉매 순환 장치로 되돌아온다.
적층체 (20) 는, 프레임 (30) 에 구속되어 있다. 프레임 (30) 은 적층체 (20) 를 둘러싸고 있다. 프레임 (30) 은, 1 쌍의 유지판 (31, 32) 과, 1 쌍의 연결빔 (33) 으로 구성된다. 도 4 에, 적층체 (20) 와 프레임 (30) 의 분해도를 나타낸다. 도 3 과 함께 도 4 를 참조하면서 프레임 (30) 을 설명한다. 도 4 에서는, 적층 방향의 일단측의 냉각기 (21) 를 냉각기 (21a) 라고 칭하고, 타단측의 냉각기 (21) 를 냉각기 (21b) 라고 칭하여 구별한다.
1 쌍의 유지판 (31, 32) 은, 적층 방향 (X 방향) 에 있어서 적층체 (20) 를 사이에 두도록 배치되어 있다. 유지판 (31) 은, 적층체 (20) 의 일단측의 냉각기 (21a) 에 맞닿아 있고, 유지판 (32) 은, 판 스프링 (34) 을 개재하여 타단측의 냉각기 (21b) 에 대향하고 있다. 유지판 (31) 에는, 1 쌍의 관통공 (31a) 이 형성되어 있고, 일방의 관통공 (31a) 에 공급관 (23a) 이 통과되고, 타방의 관통공 (31a) 에 배출관 (23b) 이 통과된다.
1 쌍의 유지판 (31, 32) 은, Y 방향에 있어서의 적층체 (20) 의 각각의 측단에서, 1 쌍의 연결빔 (33) 에 의해 연결되어 있다. 1 쌍의 연결빔 (33) 은, Y방향으로 적층체 (20) 를 사이에 두도록 배치되어 있다. 1 쌍의 유지판 (31, 32) 과 1 쌍의 연결빔 (33) 에 의해 적층체 (20) 가 둘러싸인다.
각각의 연결빔 (33) 은, 유지판 (31) 에 연결되어 있는 제 1 분할빔 (33a) 과, 유지판 (32) 에 연결되어 있는 제 2 분할빔 (33b) 으로 분할되어 있다. 제 1 분할빔 (33a) 의 선단과 제 2 분할빔 (33b) 의 선단이 용접에 의해 접합된다. 도 3 에 있어서 부호 33c 가 접합 지점을 나타내고 있다. 도 4 에는, 제 1 분할빔 (33a) 과 제 2 분할빔 (33b) 을 접합하기 전의 프레임 (30) 이 그려져 있다.
앞서 서술한 바와 같이, 적층체 (20) 의 일단의 냉각기 (21b) 와 유지판 (32) 사이에는 판 스프링 (34) 이 끼워져 있다. 제 1 분할빔 (33a) 과 제 2 분할빔 (33b) 은, 판 스프링 (34) 에 의해 적층체 (20) 가 적층 방향으로 가압된 상태에서 접합된다. 즉, 프레임 (30) 은, 적층체 (20) 가 가압된 상태로 유지한다. 바꾸어 말하면, 프레임 (30) 은, 판 스프링 (34) 이 압축된 상태에서, 판 스프링 (34) 과 적층체 (20) 를 구속한다. 판 스프링 (34) 의 가압에 의해, 냉각기 (21) 와 파워 모듈 (10) 이 강하게 접촉하여, 파워 모듈 (10) 로부터 냉각기 (21) 에 열이 잘 전달된다.
적층체 (20) 와 프레임 (30) 의 어셈블리를 어셈블리 (39) 라고 칭한다. 어셈블리 (39) 위에 기판 (40) 이 고정되고, 어셈블리 아래에 콘덴서 (50) 가 고정된다. 도 5 에, 어셈블리 (39) 와 기판 (40) 과 콘덴서 (50) 의 분해도를 나타낸다. 여기에서는, 도 3 과 도 5 를 참조하면서 전력 변환기 (2) 의 구조를 설명한다.
기판 (40) 에는, 파워 모듈 (10) 에 수용되어 있는 반도체 소자 (11a, 11b) 를 제어하는 회로가 실장되어 있다. 기판 (40) 위에는 메모리나 연산 유닛 등 다양한 칩이 실장되어 있지만, 그들 칩의 도시는 생략되어 있다. 기판 (40) 에 실장되어 있는 제어 회로는, 도시 생략된 상위 제어기로부터 보내지는 지령에 기초하여, 반도체 소자 (11a, 11b) 를 위한 구동 신호를 생성한다. 기판 (40) 에는 다수의 관통공 (43) 이 형성되어 있고, 각각의 관통공 (43) 에 파워 모듈 (10) 의 제어 단자 (15) 가 접속된다. 관통공 (43) 에는, 기판 (40) 위의 프린트 배선 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 을 통해서 반도체 소자 (11a, 11b) 와 제어 회로가 전기적으로 접속된다.
제어 회로가 생성하는 구동 신호는, 관통공 (43) 과 제어 단자 (15) 를 통해서 반도체 소자 (11a, 11b) 에 보내진다. 앞서 서술한 바와 같이, 제어 단자 (15) 의 몇개는, 파워 모듈 (10) 이 구비하는 센서에 접속되어 있고, 센서의 신호도, 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 을 통해서 기판 (40) 에 실장되어 있는 제어 회로에 보내진다. 제어 회로는, 센서 데이터에 기초하여, 반도체 소자 (11a, 11b) 가 과열되지 않게, 반도체 소자 (11a, 11b) 에 흐르는 전력을 제어한다.
도 3, 도 5 에 나타나 있는 바와 같이, 제어 단자 (15) 는, 파워 모듈 (10) 의 상측으로 연장되어 있고, 기판 (40) 은 어셈블리 (39) 의 상측에 이웃하도록 배치된다.
기판 (40) 은, 프레임 (30) 의 유지판 (31, 32) 에 고정된다. 유지판 (31) 의 상면에는, 유지판 (31) 에 대해 기판 (40) 의 상대적인 위치를 결정하는 돌기 (35) 가 형성되어 있고, 유지판 (32) 의 상면에도 기판 (40) 의 위치를 결정하는 돌기 (36) 가 형성되어 있다. 유지판 (31) (32) 의 돌기 (35) (36) 에 대응하여, 기판 (40) 에는, 끼워 맞춤공 (41) (42) 이 형성되어 있다. 유지판 (31) (32) 의 돌기 (35) (36) 가 기판 (40) 의 끼워 맞춤공 (41) (42) 에 끼워 맞춰지고, 유지판 (31, 32) (즉, 어셈블리 (39)) 에 대한 기판 (40) 의 상대적인 위치가 정해짐과 함께, 기판 (40) 은 유지판 (31, 32) (즉 어셈블리 (39)) 에 고정된다.
기판 (40) 이 유지판 (31, 32) 에 위치 결정되어 고정되는 것의 이점을 설명한다. 기판 (40) 은 유지판 (31, 32) (즉 어셈블리 (39)) 에 고정되므로, 전력 변환기 (2) 가 진동할 때, 기판 (40) 과 파워 모듈 (10) 은 함께 진동한다. 기판 (40) 과 적층체 (20) (파워 모듈 (10)) 가 따로 따로 하우징에 고정되면, 기판 (40) 의 진동과 적층체 (20) (파워 모듈 (10)) 의 진동에 차가 발생한다. 기판 (40) 과 적층체 (20) (파워 모듈 (10)) 가 따로 따로 진동하는 경우, 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 이 접하고 있는 부분에 높은 응력이 발생할 우려가 있다. 혹은, 기판 (40) 과 어셈블리 (39) 가 따로 따로 하우징에 고정되는 경우, 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 사이에 위치 오차가 발생하고, 위치 오차에서 기인하여 제어 단자 (15) 에 높은 응력이 발생할 우려가 있다.
제어 단자 (15) 에 높은 응력이 발생하면, 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 사이에 접촉 불량을 발생시킬 우려가 있다. 높은 응력을 완화시키기 위해서는, 긴 제어 단자를 채용하여, 제어 단자 (15) 의 변형을 허용할 필요가 있다. 그러나, 긴 제어 단자를 채용하면, 적층체 (20) (파워 모듈 (10)) 와 기판 (40) 사이에 불필요한 공간이 생겨 버린다.
한편, 실시예의 전력 변환기 (2) 에서는, 어셈블리 (39) 에 대한 기판 (40) 의 위치가 정확하게 정해진다. 게다가, 기판 (40) 이 어셈블리 (39) 에 고정되어 있기 때문에, 기판 (40) 과 어셈블리 (39) (파워 모듈 (10)) 가 함께 진동한다. 그 때문에, 제어 단자 (15) 와 관통공 (43) 이 접하고 있는 지점에 높은 응력이 발생하지 않는다. 높은 응력이 발생하지 않기 때문에, 짧은 제어 단자 (15) 를 채용할 수 있어, 파워 모듈 (10) 과 기판 (40) 사이의 불필요한 공간을 작게 할 수 있다.
도 6 에 전력 변환기 (2) 의 측면도를 나타낸다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 파워 모듈 (10) 과 기판 (40) 사이의 공간 (간극 G) 은 작다. 또한, 유지판 (31, 32) 의 상면의 위치는, 파워 모듈 (10) 의 상면의 위치보다 미소하게 높으면 된다.
어셈블리 (39) 의 하측에는 콘덴서 (50) 가 배치된다. 파워 모듈 (10) 은, 도면 중의 좌표계의 Z 방향에서 제어 단자 (15) 가 형성되어 있는 면 (상면) 과는 반대측의 면 (하면) 에 파워 단자 (14a, 14b) 를 가지고 있고, 콘덴서 (50) 는, 그 파워 단자 (14a, 14b) 에 접속된다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 (50) 의 상면에 제 1 단자 (51a) 와 제 2 단자 (51b) 가 노출되어 있다. 콘덴서 (50) 의 제 1 단자 (51a) 는, 복수의 파워 모듈 (10) 의 정극의 파워 단자 (14a) 에 접속되고, 제 2 단자 (51b) 는, 파워 모듈 (10) 의 부극의 파워 단자 (14b) 에 접속된다. 파워 단자 (14a, 14b) 는, 하방으로 연장되어 있고, 도중에서 X 방향으로 굴곡되어 있다. 파워 단자 (14a, 14b) 의 굴곡되어 있는 선단이 콘덴서 (50) 의 단자 (51a, 51b) 에 접속된다. 콘덴서 (50) 는, 파워 모듈 (10) 이 수용하고 있는 반도체 소자 (11a, 11b) 의 스위칭 노이즈를 억제하기 위해서 구비되어 있다.
도 7 에, 전력 변환기 (2) 의 평면도를 나타낸다. 도 7 에는, 어셈블리 (39) 를 수용하는 하우징 (60) 도 그려져 있다. 도 7 에서는, 기판 (40) 과 콘덴서 (50), 및, 하우징 (60) 에 수용되는 것 이외의 디바이스의 도시는 생략하고 있다. 유지판 (31) 은, 하우징 (60) 의 내면 (60a) 에 접하고 있다. 적층체 (20) 는 프레임 (30) 에 의해 구속되어 있으므로, 프레임 (30) 과 내면 (60a) 사이에 불필요한 공간을 형성할 필요가 없다. 또한, 유지판 (32) 이 하우징 (60) 의 내면에 접하고 있어도 된다.
다음으로 프레임의 변형예를 설명한다. 도 8 과 도 9 에 변형예의 프레임 (130) 과 적층체 (20) 의 어셈블리 (139) 의 사시도를 나타낸다. 도 8 은 구속링 (138) (후술) 을 제거한 도면이고, 도 9 는 구속링 (138) 을 장착한 도면이다.
프레임 (130) 은, 적층 방향에서 적층체 (20) 를 사이에 두도록 배치되는 1 쌍의 유지판 (31, 32) 과, 유지판 (31, 32) 을 연결하는 1 쌍의 연결빔 (133) 을 구비하고 있다. 1 쌍의 연결빔 (133) 은, 도면 중의 좌표계의 Y 방향에서 적층체 (20) 의 양측에 위치하고 있다. 연결빔 (133) 은, 적층 방향 (X 방향) 에서 제 1 분할빔 (133a) 과 제 2 분할빔 (133b) 으로 분할되어 있다. 제 1 분할빔 (133a) 은 유지판 (31) 에 연결되어 있고, 제 2 분할빔 (133b) 은 유지판 (32) 에 연결되어 있다.
제 1 분할빔 (133a) 의 제 2 분할빔 (133b) 측의 선단에는 후크 (137a) 가 형성되어 있다. 제 2 분할빔 (133b) 의 제 1 분할빔 (133a) 측의 선단에는 후크 (137b) 가 형성되어 있다. 후크 (137a, 137b) 를 둘러싸도록, 구속링 (138) 이 장착된다. 제 1 분할빔 (133a) 과 제 2 분할빔 (133b) 은, 구속링 (138) 으로 연결된다. 제 1 분할빔 (133a) 과 제 2 분할빔 (133b) 과 구속링 (138) 이 연결빔 (133) 을 구성한다.
구속링 (138) 은 탄성체로 만들어져 있다. 구속링 (138) 은, 유지판 (31, 32) 이 적층체 (20) 를 가압한 상태에서 제 1 분할빔 (133a) 과 제 2 분할빔 (133b) 을 연결한다. 탄성체로 만들어진 구속링 (138) 을 채용함으로써, 실시예의 전력 변환기 (2) 가 구비하고 있는 판 스프링 (34) 을 불필요하게 할 수 있다. 판 스프링 (34) 이 불필요하므로, 어셈블리 (139) 의 X 방향 (적층 방향) 의 길이를 짧게 할 수 있다.
콘덴서 (50) 의 장착 방법의 변형예를 설명한다. 도 10 에 변형예의 파워 모듈 (110) 을 아래에서 본 사시도를 나타낸다. 파워 모듈 (110) 에서는, 패키지 (112) 의 하면에 파워 단자 (114a-114c) 가 노출되어 있다. 파워 단자 (114a-114c) 는, 패키지 (112) 의 하면에 대해 면일하다.
도 11 에, 파워 모듈 (110) 을 사용한 전력 변환기 (2a) 의 측면도를 나타낸다. 파워 단자 (114a-114c) 가 패키지 (112) 의 하면에 면일하게 노출되어 있으므로, 콘덴서 (50) 는 패키지 (12) 의 하면에 장착된다. 콘덴서 (50) 가 패키지 (112) 의 하면에 장착되면, 파워 단자 (114a, 114b) 가, 콘덴서 (50) 의 단자 (51a, 51b) (도 5 참조) 에 전기적으로 접속된다. 전력 변환기 (2a) 는, 콘덴서 (50) 를 파워 모듈 (110) 의 패키지 (112) 에 가깝게 할 수 있다. 기판 (40) 과 패키지 (112) 의 거리도 짧기 때문에, 전력 변환기 (2a) 는, Z 방향의 길이를 짧게 할 수 있다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 서술한다. 실시예의 전력 변환기 (2) 에서는, 유지판 (31, 32) 에, 기판 (40) 의 위치를 결정하는 돌기 (35, 36) 가 형성되어 있고, 기판 (40) 에 돌기 (35, 36) 에 끼워 맞추는 끼워 맞춤공 (41, 42) 이 형성되어 있다. 이것을 대신하여, 기판 (40) 에 돌기를 형성하고, 유지판 (31, 32) 에, 기판 (40) 의 돌기의 위치를 결정하는 홈이 형성되어 있어도 된다. 기판의 위치를 결정하는 돌기 또는 홈은, 1 쌍의 유지판 (31, 32) 의 양방에 형성되어 있어도 되지만, 유지판 (31, 32) 의 적어도 일방에 형성되어 있으면 된다. 끼워 맞춤공 (41, 42) 은 나사 홈이어도 되고, 나사 홈에 나사를 삽입함으로써 위치 결정을 실시해도 된다. 돌기 (35, 36) 는 후크여도 되고, 후크를 끼워 맞춤공 (41, 42) 에 거는 것에 의해 위치 결정을 실시해도 된다.
기판의 위치를 결정하는 돌기 또는 홈이, 위치 결정부의 일례이다. 기판 (40) 의 위치를 결정하는 위치 결정부는, 돌기 또는 홈 이외에, 후크나 나사여도 된다.
콘덴서 (50) 는, 도면 중의 좌표계의 Y 방향에서 적층체 (20) 의 옆에 배치되어도 된다.
도면 중의 좌표계의 X 방향 (적층 방향) 이 제 1 방향의 일례이고, Y 방향이 제 2 방향의 일례이며, Z 방향이 제 3 방향의 일례이다. 또한, Y 방향은 X 방향과 직교해도 되고, Z 방향은 X 방향과 Y 방향의 양방과 직교해도 된다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이것들은 예시에 불과하고, 특허 청구의 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구의 범위에 기재된 기술에는, 이상에서 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 그 중의 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (7)

  1. 전력 변환기 (2 ; 2a) 로서,
    전력 변환용의 반도체 소자 (11a ; 11b) 를 수용하고 있는 복수의 파워 모듈 (10 ; 110) ;
    복수의 파워 모듈 (10 ; 110) 의 적층체 (20) 를 제 1 방향에 있어서 사이에 두고 있는 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) ;
    탄성 부재 (138) ;
    상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 있어서의 상기 적층체 (20) 의 각각의 측단에서 상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 을 연결하고 있는 1 쌍의 연결빔 (33 ; 133) 으로서,
    상기 1 쌍의 연결빔 (33 ; 133) 의 각각은 상기 제 1 방향에서 제 1 분할빔 (33a ; 133a) 과 제 2 분할빔 (33b ; 133b) 으로 분할되어 있고,
    상기 제 1 분할빔 (33a ; 133a) 과 상기 제 2 분할빔 (33b ; 133b) 이 상기 탄성 부재 (138) 로 연결되어 있는, 상기 1 쌍의 연결빔 (33 ; 133) ; 및
    각각의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 의 제어 단자 (15) 에 접속되어 있는 기판 (40) 으로서, 상기 제어 단자 (15) 는, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향의 양방과 직교하는 제 3 방향을 따라 연장되어 있고, 상기 기판 (40) 은, 상기 제 3 방향에서 상기 적층체 (20) 에 인접하고 있는, 상기 기판 (40) 을 포함하고,
    상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 의 적어도 일방에 상기 기판 (40) 을 위치 결정하는 위치 결정부 (35 ; 36) 가 형성되어 있는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기 (2 ; 2a) 는 콘덴서 (50) 를 더 포함하고,
    복수의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 은, 상기 제어 단자 (15) 가 형성되어 있는 면과는 반대측의 면에 파워 단자 (14a ; 14b ; 14c) 를 가지고 있고,
    상기 콘덴서 (50) 가, 복수의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 의 상기 파워 단자 (14a ; 14b ; 14c) 에 접속되어 있는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 의 적어도 일방이 상기 적층체 (20) 를 수용하고 있는 하우징 (60) 의 내면에 접하고 있는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 의 적어도 일방이 상기 적층체 (20) 를 수용하고 있는 하우징 (60) 의 내면에 접하고 있는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 변환기 (2 ; 2a) 는 스프링 (34) 을 더 포함하고,
    상기 1 쌍의 유지판 (31 ; 32) 의 일방과 상기 적층체 (20) 사이에 압축된 상기 스프링 (34) 이 끼워져 있는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기 (2 ; 2a) 는, 상기 제 1 방향을 따라 복수의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 과 적층되어 있는 복수의 냉각기 (21) 를 더 포함하고,
    상기 적층체 (20) 는, 복수의 상기 파워 모듈 (10 ; 110) 과 상기 복수의 냉각기 (21) 를 포함하는, 전력 변환기 (2 ; 2a).
  7. 삭제
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