(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、外郭を構成するケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットを構成する上記電子部品と上記冷却器とは、上記フレームを介して上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記内部ユニットは、被制御電力を入出力する入出力端子を一端に設けたバスバーを有し、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部を複数有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品、及び、上記冷却器の少なくとも一部を四方から囲むように形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記内部ユニットは、被制御電力を入出力する入出力端子を一端に設けたバスバーを有し、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部を複数有し、
上記フレームは、被制御電力を入出力する上記入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備え、複数の上記バスバー固定部のうちの少なくとも２個は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３において、上記バスバーは、３個以上の上記バスバー固定部によって上記フレームに固定されており、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置された上記バスバー固定部の数は、上記フレームの中央よりも上記端子台から遠い位置に配置された上記バスバー固定部の数よりも多いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、絶縁部材からなり、上記バスバーを保持するバスバー保持部と、上記バスバーとを備えるバスバーアッセンブリが構成されており、上記バスバーアッセンブリは上記バスバー保持部において上記フレームに固定され、上記バスバー保持部に形成された係合部と、上記フレームに形成された被係合部とからなる位置決め部を備え、上記係合部を上記被係合部に係合させることにより、上記バスバーアッセンブリと上記フレームとの位置合わせができるよう構成され、上記位置決め部は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５において、上記内部ユニットは、複数の上記電子部品に接続する共通バスバーを備え、上記バスバー保持部は、上記共通バスバーを橋渡しするための２つのバスバー支持部と、該バスバー支持部を繋ぐ中間部とを備え、上記バスバー支持部よりも上記中間部の方が、多くの上記バスバー固定部によって上記フレームに固定され、上記中間部において上記バスバーが固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項において、上記バスバーの入出力端子は、外部機器の端子に対して直接、接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項において、上記内部ユニットは、上記電子部品としてコンデンサを備え、上記フレームは、該フレームに上記コンデンサを固定するコンデンサ固定部を有し、上記バスバー固定部及び上記コンデンサ固定部は上記フレームから同一方向に突出しており、上記バスバー固定部の先端は、上記コンデンサ固定部の先端よりも上記フレームに近い位置に存在していることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、電源電力から駆動用モータを駆動するための駆動用電力に変換するためのインバータやコンバータ等の電力変換装置が搭載されている。図２９に示すごとく、かかる電力変換装置９は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール９２１やコンデンサ９２２を始めとして、電力変換回路を構成する各種電子部品を備えている（特許文献１参照）。また、半導体モジュール９２１の温度上昇を抑制するために、これらを冷却する冷却器９３が半導体モジュール９２１に接触配置されている。
【０００３】
さらには、電力変換装置９は、半導体モジュール９２１を制御する制御回路が形成された制御回路基板９６をも備えている。
そして、これらの半導体モジュール９２１等の電子部品、冷却器９３、制御回路基板９６は、ケース９４に固定され、ケース９４内に密封されている。
【０００４】
また、電子部品には、金属板からなるバスバーが接続されている。このバスバーも、ケース９４に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５９７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ケース９４の剛性が充分に高くないと、ケース９４に固定された電子部品やバスバーが大きく振動して断線等の原因となったり、外力が内部の電子部品等に加わって故障の原因となったりするなどの不具合が発生しやすい。
【０００７】
また、電力変換装置９は、エンジンルームなどに配置されることがあるが、この場合、急激な温度変化に伴って、ケース９４が熱膨張あるいは熱収縮することがある。このとき、ケース９４に直接、各種部品が組み付けられていると、これらの部品に熱応力が加わり、故障の原因を招くおそれがある。
【０００８】
また、特許文献１に記載の電力変換装置９は、ケース９４を、ケース本体９４０とその両側に設けた下蓋９４１と上蓋９４２とによって構成してある。そのため、ケース９４には、二か所の大きなシール面が形成され、これら２つのシール面の水密性を確保する必要がある。それゆえ、シール材を多く形成する必要があり、コスト面においても、製造面においても、不利となりやすい。
【０００９】
また、メンテナンスの際には、下蓋９４１と上蓋９４２とを取り外す必要があるため、メンテナンスの作業性も高いとは言い難い。
仮に、単に下蓋９４１を廃止して、ケース９４を、底部のあるケース本体と上蓋とによって構成し、シール面を一つにしようとすると、構成部品をケース本体に組み付けることは非常に困難である。すなわち、冷却器９３をはさんで制御回路基板９６の反対側の部品であるコンデンサやバスバーを半導体モジュール９２１に組み付け・溶接することは現実的にむずかしい。仮に実現できたとしても、その場合はケース本体を深くしなければならず、ケース９４の剛性がさらに低下することにもなる。
【００１０】
また、ケース９４に直接コンデンサ９２２等の電子部品を固定すると、その振動がケース９４を通じて車体等に伝わり、不快な振動音が車内に伝わるなどの不具合も生じやすい。逆に、エンジンの振動が、ケース９４を通じて電子部品に伝わって、断線や故障の原因となるおそれもある。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ケースの剛性を高めつつ、電子部品及びバスバーへ加わる外力を低減することができ、かつ、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第1の態様は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、外郭を構成するケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットを構成する上記電子部品と上記冷却器とは、上記フレームを介して上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記内部ユニットは、被制御電力を入出力する入出力端子を一端に設けたバスバーを有し、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部を複数有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
また、本発明の第２の態様は、電力変換回路を構成する複数の電子部品と、少なくとも一部の上記電子部品を冷却する冷却器とを、ケース内に収容してなる電力変換装置であって、
上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とは、これらが固定されるフレームと共に一体化されて一つの内部ユニットを構成し、
該内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケース内に固定され、
上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記内部ユニットは、被制御電力を入出力する入出力端子を一端に設けたバスバーを有し、上記フレームは、上記バスバーを固定するバスバー固定部を複数有し、
上記フレームは、被制御電力を入出力する上記入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備え、複数の上記バスバー固定部のうちの少なくとも２個は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項３）。
【発明の効果】
【００１３】
上記電力変換装置においては、上記電子部品の少なくとも一部と上記冷却器とを上記フレームに固定し、これらの電子部品と冷却器とフレームとを一体化した一つの内部ユニットを構成している。そして、該内部ユニットをケース内に固定している。そのため、内部ユニットがケースの内部において梁の役割を果たし、ケースの剛性を高めることができる。
そして、これによって、ケース自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケースの材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
【００１４】
また、内部ユニットをケースに固定することによって、内部ユニットに含まれる一つ一つの電子部品及び冷却器に対して、ケースを通じて外力が加わることを抑制することができる。すなわち、外部からの振動や、熱応力などの影響を、内部ユニットに含まれる電子部品及び冷却器が受けることを抑制することができる。
【００１５】
また、上記内部ユニットを構成することによって、ケースに直接電子部品をはじめとする各種部品を組み付けるのではなく、フレームに対して電子部品等を組み付けて内部ユニットを組み立てた後、内部ユニットをケースに組み付けることで、電力変換装置を得ることができる。そのため、電力変換装置の組み立て作業を容易に行うことができる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニットごとケースから取り出して、ケースの外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
【００１６】
また、このようにケースの外部において電子部品の組み付けやメンテナンスを行うことができるため、ケースには複数の蓋を設ける必要がない。そのため、ケース本体と蓋との間のシール面を一箇所とすることができる。それゆえ、ケースの水密性が必要な場合にも、その水密性を高めやすくなると共に、シール材を少なくすることができ、材料費の低減、シール材の塗布等の工数の低減を図ることができる。
【００１７】
また、上記内部ユニットは、上記フレームにおいて上記ケースに固定されている。このようにすると、上記フレームが上述した梁の役割を直接果たすため、より一層ケースの剛性を高めることができる。
【００１８】
また、上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成されている。これにより、フレームを導体で構成すれば、フレームによって、電子部品から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。上記ケースも導体によって構成されることが多いが、フレームとケースとによって、電子部品の電磁ノイズを二重で遮蔽することができる。また、上記フレームは、上記内部ユニットを構成する上記電子部品の少なくとも一部を四方から囲むように形成されている。そのため、フレームによって、例えば半導体モジュールなど、電磁ノイズを発生しやすい電子部品を囲むことにより、フレームが導体であれば、少なくともフレームによって囲まれた四方への電磁ノイズの漏れを抑制することができる。
【００１９】
また、内部ユニットは、上記バスバーを有し、上記フレームは、バスバーを固定するバスバー固定部を複数有する。
これにより、バスバーをフレームに固定できるため、ケースを通じて外力がバスバーに加わることを抑制することができる。また、バスバー固定部を複数有するため、バスバーを安定して固定することができる。また、バスバーの組付作業性も向上する。
【００２０】
以上のごとく、本発明によれば、ケースの剛性を高めつつ、電子部品及びバスバーへ加わる外力を低減することができ、かつ、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面概略説明図。
【図２】実施例１における、フレームの平面図。
【図３】実施例１における、フレームの底面図。
【図４】図２のＡ−Ａ（ａ−ａ）線矢視断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図６】実施例１における、フレームの正面図。
【図７】実施例１における、フレームに積層体及び端子台等を組み付けた状態の平面図。
【図８】実施例１における、フレームに更にバスバーアッセンブリ等を組み付けた状態の平面図。
【図９】図８のＣ視図。
【図１０】図７のＤ−Ｄ線矢視断面図。
【図１１】実施例１における、フレームに更にコンデンサを組み付けた状態の平面図。
【図１２】図１１のＥ視図。
【図１３】実施例１における、フレームに更に制御回路基板を組み付けた状態、すなわち内部ユニットの平面図。
【図１４】実施例１における、内部ユニットの正面図。
【図１５】実施例１における、内部ユニットの側面図。
【図１６】実施例１における、内部ユニットをケースに収納した状態の平面図。
【図１７】図１６のＦ−Ｆ線矢視断面図。
【図１８】図１６のＧ−Ｇ線矢視断面図。
【図１９】実施例１における、図１６のＧ−Ｇ線矢視断面相当の電力変換装置の断面図。
【図２０】実施例１における、フレームとバスバーアッセンブリの拡大断面図。
【図２１】実施例１における、端子台の拡大断面図。
【図２２】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図２３】実施例２における、蓋体を取り付ける前の電力変換装置の平面図。
【図２４】実施例２における、内部ユニットの側面図。
【図２５】実施例２における、内部ユニットの底面図。
【図２６】実施例２における、フレームの正面図。
【図２７】実施例２における、フレームの平面図。
【図２８】実施例２における、フレームの底面図。
【図２９】背景技術における、電力変換装置の断面図。
【図３０】背景技術における、バスバーの入出力端子の拡大平面図。
【図３１】仮に、コンデンサ固定部の先端をバスバー固定部の先端よりもフレームに近い位置に配置した場合における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、電源電力から駆動用モータを駆動するための駆動用電力に変換するのに用いられる。
【００２３】
また、本発明の第２の態様において、上記フレームは、被制御電力を入出力する上記入出力端子を載置して、該入出力端子を外部機器の端子と接続するための端子台を備え、複数の上記バスバー固定部のうちの少なくとも２個は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置されている。
したがって、上記ケースの外で上記端子台をフレームに組み付けることができるため、上記端子台の組み付けを容易に行うことができる。
また、フレームの中央よりも端子台に近い位置に、少なくとも２個のバスバー固定部が配置されているため、上記バスバーを上記フレームに安定して固定することができると共に、上記端子台に上記入出力端子を安定して配置することができる。その結果、入出力端子と外部端子との安定した接続状態を確保することができる。
【００２４】
また、上記バスバーは、３個以上の上記バスバー固定部によって上記フレームに固定されており、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に配置された上記バスバー固定部の数は、上記フレームの中央よりも上記端子台から遠い位置に配置された上記バスバー固定部の数よりも多いことが好ましい（請求項４）。
この場合には、３個以上のバスバー固定部を有するため、バスバーをフレームに、より安定して固定することができる。また、フレームの中央よりも端子台に近い位置に、より多くのバスバー固定部を設けたため、入出力端子の位置精度を高めることができる。これにより、入出力端子と、外部機器の端子とを接続する作業を容易に行うことが可能になる。
【００２５】
また、絶縁部材からなり、上記バスバーを保持するバスバー保持部と、上記バスバーとを備えるバスバーアッセンブリが構成されており、上記バスバーアッセンブリは上記バスバー保持部において上記フレームに固定され、上記バスバー保持部に形成された係合部と、上記フレームに形成された被係合部とからなる位置決め部を備え、上記係合部を上記被係合部に係合させることにより、上記バスバーアッセンブリと上記フレームとの位置合わせができるよう構成され、上記位置決め部は、上記フレームの中央よりも上記端子台に近い位置に形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、フレームの中央よりも端子台に近い位置に上記位置決め部を形成したため、入出力端子の位置精度を高めることができる。これにより、入出力端子と、外部機器の端子とを接続する作業を容易に行うことが可能になる。
【００２６】
また、上記内部ユニットは、複数の上記電子部品に接続する共通バスバーを備え、上記バスバー保持部は、上記共通バスバーを橋渡しするための２つのバスバー支持部と、該バスバー支持部を繋ぐ中間部とを備え、上記バスバー支持部よりも上記中間部の方が、多くの上記バスバー固定部によって上記フレームに固定され、上記中間部において上記バスバーが固定されていることが好ましい（請求項６）。
【００２７】
この場合には、２つのバスバー支持部によって共通バスバーを橋渡ししているため、この２つのバスバー支持部の間に位置する電子部品に対して、共通バスバーを接続しやすい。また、バスバーを固定する中間部と、バスバー支持部とを比べると、中間部の方が多くのバスバー固定部によって固定されている。そのため、バスバーの位置精度を向上しやすくなり、該バスバーに形成した入出力端子の位置精度も向上しやすい。
【００２８】
また、上記バスバーの入出力端子は、外部機器の端子に対して直接、接続されることが好ましい（請求項７）。
従来の電力変換装置は、図３０に示すごとく、バスバーの入出力端子９９と、外部機器の端子９９０との間に、他の導電部材９５を介在させていた。導電部材９５を介在させないと、入出力端子９９を長めに形成しなくてはならず、入出力端子９９の位置精度が低下し、端子９９０と入出力端子９９とを接続しにくくなるためである。しかしながら、このようにすると、部品点数が増加したり、入出力端子９９と導電部材９５とをボルト９５１で締結する工程が必要になったりするため、電力変換装置の製造コストが上昇しやすくなる。
上述したように、本発明では、フレームが複数のバスバー固定部を有するため、入出力端子を長く形成しても、入出力端子の位置精度を高めることができる。そのため、バスバーの入出力端子と外部機器の端子とを容易に接続することが可能になる。また、入出力端子を長くし、入出力端子と外部機器の端子とを直接、接続すれば、部品点数を減らすことができ、電力変換装置の製造コストを低減することが可能になる。
【００２９】
なお、本明細書において、入出力端子と外部機器の端子とが「直接」接続するとは、入出力端子と、外部機器の端子との間に導電性部材が介在しておらず、入出力端子の表面と、外部機器の端子の表面とが接触していることを意味する。例えば、入出力端子と外部機器の端子とにボルト貫通孔を形成し、該ボルト貫通孔にボルトを挿通して締結することにより、入出力端子と外部機器の端子とを直接、接続することができる。また、入出力端子と外部機器の端子とに、溶接をするための平板状の溶接部位を予め形成しておき、これらを重ね合わせて溶接することによっても、直接、接続することが可能である。
【００３０】
また、上記内部ユニットは、上記電子部品としてコンデンサを備え、上記フレームは、該フレームに上記コンデンサを固定するコンデンサ固定部を有し、上記バスバー固定部及び上記コンデンサ固定部は上記フレームから同一方向に突出しており、上記バスバー固定部の先端は、上記コンデンサ固定部の先端よりも上記フレームに近い位置に存在していることが好ましい（請求項８）。
この場合には、耐振動性、耐熱性、組立性に優れた電力変換装置を得ることができる。すなわち、バスバーアッセンブリは、コンデンサとフレームとの間に介在しているため、仮に図３１に示すごとく、バスバー固定部９７０の先端９７１が、コンデンサ固定部９６０の先端９６１よりもフレーム９８０から遠い位置に存在していると、コンデンサ９２２にボス９２３等を設けない限り、コンデンサ９２２とバスバーとを共にフレーム９８０に組み付けることが、配線等の観点から困難となる。また、コンデンサ９２２の筐体は樹脂で形成されているため、ボス９２３を形成すると、ボス９２３も樹脂製となる。樹脂製のボス９２３は、振動や熱ストレスに弱いという問題がある。
しかしながら、バスバー固定部の先端を、コンデンサ固定部の先端よりもフレームに近い位置に設ければ、ボス９２３を形成する必要が無くなり、コンデンサ固定部にコンデンサを接続することが可能になる。コンデンサ固定部は、フレームと共に金属で形成できるため、振動や熱に対してより強くすることができる。
【００３１】
また、上記内部ユニットは、スイッチング素子を内蔵してなる複数の半導体モジュールを上記電子部品として備えていることが好ましい。この場合には、外力の影響を受けやすいスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールへ加わる外力を低減することができる。そのため、より効果的に電力変換装置の耐久性を向上することができる。
【００３２】
また、上記冷却器は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管を有し、該複数の冷却管と上記複数の半導体モジュールとが互いに積層された積層体が上記内部ユニットに含まれていることが好ましい。この場合には、上記積層体を上記ケースの外において組み立てることができるため、一層製造容易な電力変換装置を得ることができる。
【００３３】
また、上記積層体は、上記冷却管と上記半導体モジュールとを交互に積層してなることが好ましい。
この場合には、上記半導体モジュールを効率的に冷却することができると共に、積層体の小型化を実現することができる。
【００３４】
また、上記内部ユニットは、上記積層体を積層方向に加圧する加圧部材を備え、該加圧部材は、上記フレームの一部と上記積層体における積層方向の一端との間に介設され、上記積層体における積層方向の他端は、上記フレームの他の一部によって支承されていることが好ましい。この場合には、上記加圧部材の反力を上記フレームによって支えることができる。そのため、上記ケースには上記加圧部材の反力に対抗する剛性が必要なく、その厚みを厚くしたり、リブ等を設けたりする必要もない。その結果、ケースの軽量化、低コスト化を実現することができる。
【００３５】
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を複数有しており、上記積層体及び上記加圧部材による積層方向外側へ向かう反力を受ける上記フレームにおける一対の支承部よりも積層方向外側の双方に、少なくとも１個ずつ上記ユニット固定部が配置されていることが好ましい。この場合には、上記積層体及び上記加圧部材による反力に対する上記フレームの剛性を上記ケースによって向上させることができる。すなわち、上記ケースが上記フレームを補強することとなり、上記反力によってフレームが変形することを効果的に防止することができる。
【００３６】
また、上記フレームは、上記積層体における積層方向の両側に配された前方壁部及び後方壁部と、上記前方壁部と上記後方壁部とをその両端において連結する一対の側方壁部とを有することが好ましい。この場合には、上記積層体を上記フレームの内側において安定して固定することができる。
【００３７】
また、上記前方壁部及び上記後方壁部は、上記側方壁部よりも、壁厚みが大きいことが好ましい。この場合には、上記加圧部材の反力を受ける上記前方壁部及び上記後方壁部の剛性を高めることができると共に、上記加圧部材の反力を直接受けない上記側方壁部の軽量化を図ることができる。その結果、上記加圧部材の反力に対抗するのに必要な上記フレームの剛性を確保しつつ、効果的にフレームの軽量化を図ることができる。
【００３８】
また、上記前方壁部及び上記後方壁部は、その少なくとも一部を、積層方向に垂直な一対の縦板部と該一対の縦板部の中央部においてこれらを連結する連結部とからなる断面略Ｈ字形状のＨ型壁部によって構成してあることが好ましい。この場合には、上記前方壁部及び上記後方壁部の高い剛性を確保しつつフレームの軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、上記側方壁部は、その少なくとも一部を、上記フレームの内側に面する主面を有する主壁部と、該主壁部における積層方向に直交する方向の一端から上記フレームの内側に向って突出した内向部とからなる断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してあることが好ましい。この場合には、充分な剛性を確保しつつ上記側方壁部の軽量化及び材料費の低減を図ることができる。
【００４０】
また、上記複数の冷却管は長尺形状を有し、その長手方向の両端部付近において互いに連結され、上記冷却管と共に積層された上記半導体モジュールは、被制御電力が入出力される主電極端子と上記スイッチング素子を制御する制御電流が入力される制御端子とを、互いに反対方向へ突出形成してなると共に、積層方向及び上記冷却管の長手方向に直交する高さ方向に突出させており、上記フレームは、上記高さ方向の双方に解放されていることが好ましい。この場合には、上記半導体モジュールへのバスバーや制御回路基板等の組み付けを容易に行うことができる。
【００４１】
また、上記内部ユニットは、上記スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板を備えることが好ましい。この場合には、上記制御回路基板をケースに直接取り付ける必要がないため、その組み付け作業を容易に行うことができると共に、制御回路基板へ加わる外力を低減することができる。
【００４２】
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部を有し、該ユニット固定部は、上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置されていることが好ましい。この場合には、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。すなわち、仮に、上記ユニット固定部が上記制御回路基板の外縁よりも内側に配置されていたとすると、上記制御回路基板が邪魔になって、該制御回路基板を組み付けた後の内部ユニットを上記ケースに固定する作業を容易に行うことができなくなる。例えば、ケースの壁に孔をあけて、そこにボルト等を挿通して内部ユニットをケースに固定するなどの方法を採らざるをえなくなるが、その場合、作業性が低下するばかりでなく、ケース内外の水密性を確保するためのシール材の配設部分が増えてしまうという問題も生じる。
しかし、ユニット固定部を上記制御回路基板の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
【００４３】
また、上記フレームは、上記内部ユニットに上記制御回路基板を固定する基板固定部を有し、該基板固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることが好ましい。この場合には、上記制御回路基板を上記フレームに容易に固定することができると共に、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。
【００４４】
また、上記内部ユニットは、上記電子部品としてコンデンサを備えることが好ましい。
この場合には、上記コンデンサへ加わる外力を低減することができる。また、コンデンサから上記ケースへ伝わる振動を抑制することができ、ケースを介してコンデンサの振動が外部へ伝わることを抑制することができる。これにより、例えば、電力変換装置を搭載した車両において、コンデンサの振動に起因する不快音が車内に伝達することを抑制することができる。
【００４５】
また、上記フレームは、上記内部ユニットを上記ケースに固定するユニット固定部と、上記内部ユニットに上記コンデンサを固定するコンデンサ固定部とを有し、該コンデンサ固定部は、上記ユニット固定部よりも内側に配置されていることが好ましい。この場合には、上記コンデンサを上記フレームに容易に固定することができると共に、上記内部ユニットを上記ケースに容易に組み付けることができる。
【００４６】
また、上記内部ユニットは、電力変換回路を構成するすべての上記電子部品を含むことが好ましい。この場合には、電力変換回路を構成するすべての電子部品を外力から保護することができると共に、製造容易かつメンテナンス性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【００４７】
また、上記フレームは、少なくとも一方の端部が上記ケース内に配された導電ワイヤーを保持するワイヤー保持部を有することが好ましい。この場合には、上記導電ワイヤーを上記フレームに沿わせることができる。それゆえ、内部ユニットをケースに収納したり、あるいはケースから取り出したりする際に、導電ワイヤーが引っかかるなどの不具合を防止することができる。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図２１を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の電子部品（半導体モジュール２１、コンデンサ２２等）と、少なくとも一部の電子部品（本例においては半導体モジュール２１）を冷却する冷却器３とを、ケース４内に収容してなる。
半導体モジュール２１と冷却器３とは、これらが固定されるフレーム５と共に一体化されて一つの内部ユニット１０を構成している。
内部ユニット１０は、ケース４内に固定されている。
【００４９】
図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０は、フレーム５においてケース４に固定されている。フレーム５は、内部ユニット１０を構成する複数の半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されている。フレーム５は、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金の成形体によって構成することができる。
また、ケース４も、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金からなる。
【００５０】
また、図８に示すごとく、内部ユニット１０は、被制御電力を入出力する入出力端子７１を一端に設けたバスバー７０を有する。フレーム５は、バスバー７０を固定する複数のバスバー固定部５８（５８ａ〜５８ｃ）を有する。
【００５１】
半導体モジュール２１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（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２１は、スイッチング素子を樹脂モールドしてなる本体部２１１と、該本体部２１１から互いに反対方向に突出した主電極端子２１２及び制御端子２１３とからなる。主電極端子２１２からは被制御電力が半導体モジュール２１に入出力され、制御端子２１３には、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
【００５２】
図７、図１０に示すごとく、冷却器３は内部に冷媒流路を備える複数の冷却管３１を有する。そして、複数の冷却管３１と複数の半導体モジュール２１とが互いに積層された積層体１１が内部ユニット１０に含まれている。積層体１１は、冷却管３１と半導体モジュール２１とを交互に積層してなる。そして、半導体モジュール２１は両主面から冷却管３１によって挟持されている。また、隣り合う冷却管３１の間には、２個の半導体モジュール２１が挟持されている。
【００５３】
図７に示すごとく、複数の冷却管３１は、積層方向Ｘに直交する方向に長く、その長手方向（この方向を、以下、適宜「横方向Ｙ」という。）の両端部において、隣り合う冷却管３１同士が変形可能な連結管３２によって連結されている。冷却器３は、積層方向Ｘの一端に配された冷却管３１における横方向Ｙの両端部に設けた冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を有する。
【００５４】
これにより、冷媒導入管３３１から導入された冷却媒体は、連結管３２を適宜通り、各冷却管３１に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通する。そして、各冷却管３１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール２１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管３２を適宜通り、冷媒排出管３３２に導かれ、冷却器３から排出される。
【００５５】
冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
【００５６】
内部ユニット１０は、積層体１１を積層方向Ｘに加圧する加圧部材１２を備える。加圧部材１２は、フレーム５の一部と積層体１１における積層方向Ｘの一端（これを以下「後端」という。）との間に介設されている。積層体１１における積層方向Ｘの他端（これを以下「前端」という。）は、フレーム５の他の一部によって支承されている。
【００５７】
加圧部材１２は、積層体１１側に向って凸状に湾曲した板ばねによって構成されている。また、加圧部材１２と積層体１１との間には、平板状の補強板１３が介設されており、加圧部材１２の押圧力が冷却管３１に局部的にかからないようにして、冷却管３１の変形を防いでいる。また、加圧部材１２の長手方向（横方向Ｙ）の両端部と、フレーム５との間には、支承ピン１４が挟持されている。この一対の支承ピン１４によって、加圧部材１２が後方から支承されている。
【００５８】
フレーム５は、積層体１１における積層方向Ｘの両側に配された前方壁部５２及び後方壁部５３と、前方壁部５２と後方壁部５３とをその両端において連結する一対の側方壁部５４とを有する。すなわち、図２、図３に示すごとく、フレーム５は、積層方向Ｘ及び横方向Ｙに直交する方向（以下、これを「高さ方向Ｚ」という。）から見たとき、略長方形状を有する。
【００５９】
フレーム５は、図１〜図３、図１９に示すごとく、内部ユニット１０をケース４に固定するユニット固定部５１を複数有している。積層体１１及び加圧部材１２による積層方向Ｘの外側へ向かう反力を受けるフレーム５における一対の支承部（前方壁部５２の内側面５２１および後方壁部５３の内側面５３１）よりも積層方向Ｘの外側の双方に、少なくとも１個ずつユニット固定部５１が配置されている。本例においては、上記内側面５２１よりも外側に２個のユニット固定部５１が形成され、上記内側面５３１よりも外側に他の２個のユニット固定部５１が形成されている。
【００６０】
ユニット固定部５１は、フレーム５から外方へ突出形成されると共に貫通孔が形成されている。該貫通孔にボルト５１１を挿通すると共に該ボルト５１１をケース４の内部に形成されたユニット支承部４１におけるネジ孔に螺合することにより、フレーム５をケース４に固定し、すなわち、内部ユニット１０をケース４に固定している。
【００６１】
図２、図４、図５に示すごとく、前方壁部５２及び後方壁部５３は、側方壁部５４よりも、壁厚みｔ１、ｔ２が大きい。ここで、壁厚みｔ１、ｔ２とは、冷却管３１が、積層方向Ｘあるいは横方向Ｙに投影される部分における、積層方向Ｘあるいは横方向Ｙの寸法をいうものとする。
【００６２】
前方壁部５２及び後方壁部５３は、その少なくとも一部を、図４、図１０に示すごとく、断面略Ｈ字形状のＨ型壁部５５によって構成してある。Ｈ型壁部５５は、積層方向Ｘに垂直な一対の縦板部５５１と該一対の縦板部５５１の中央部においてこれらを連結する連結部５５２とからなる。
【００６３】
図２、図３に示すごとく、側方壁部５４は、その一部を、断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してある。Ｌ型壁部（側方壁部５４）は、図５に示すごとく、フレーム５の内側に面する主面を有する主壁部５４１と、該主壁部５４１における積層方向Ｘに直交する方向の一端からフレーム５の内側に向って突出した内向部５４２とからなる。本例においては、側方壁部５４のすべてが上記Ｌ型壁部からなる。
なお、図２、図７に示すごとく、支承ピン１４を配置する領域付近においては、側方壁部５４の内向部５４２が他の部分よりも内側に突出している。
【００６４】
フレーム５は、高さ方向Ｚの双方に解放されている。すなわち、フレーム５の内側は高さ方向Ｚに貫通してなる。そして、図９、図１０に示すごとく、半導体モジュール２１の主電極端子２１２及び制御端子２１３は、フレーム５における高さ方向Ｚの一方（下方）と他方（上方）に突出している。本明細書において、主電極端子２１２の突出方向を下方、制御端子２１３の突出方向を上方として説明するが、上下は特に限定されるものではなく、便宜的なものである。
なお、前後や横などの表現も、同様に便宜的なものであることは言うまでもない。
【００６５】
また、図１、図１３〜図１９に示すごとく、内部ユニット１０は、スイッチング素子を制御する制御回路を形成した制御回路基板６を備えている。半導体モジュール２１における制御端子２１３は、制御回路基板６に接続されている。図１３、図１４に示すごとく、フレーム５におけるユニット固定部５１は、制御回路基板６の外縁よりも外側に配置されている。
【００６６】
また、フレーム５は、図２、図１４、図１５に示すごとく、内部ユニット１０に制御回路基板６を固定する基板固定部５６を、ユニット固定部５１よりも内側に設けている。
基板固定部５６は、前方壁部５２と後方壁部５３とのそれぞれから２本ずつ高さ方向Ｚ（上方）へ突出形成されたボスによって構成されている。これらの基板固定部５６にはネジ孔が形成されており、４個所の基板固定部５６においてビス５６１によって制御回路基板５６をフレーム５に固定してある（図１３〜図１５）。
【００６７】
また、図１４、図１５に示すごとく、内部ユニット１０はコンデンサ２２を備えている。フレーム５は、該フレーム５にコンデンサ２２を固定するコンデンサ固定部５７を有する。図３、図１１、図１４に示すごとく、該コンデンサ固定部５７は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。
コンデンサ固定部５７は、前方壁部５２と後方壁部５３とのそれぞれから２本ずつ、基板固定部５６とは反対側の高さ方向Ｚ（下方）へ突出形成されたボスによって構成されている。これらのコンデンサ固定部５７にはネジ孔が形成されており、４個所のコンデンサ固定部５７においてボルト５７１によってコンデンサ２２をフレーム５に固定してある。
【００６８】
また、図１４に示すごとく、バスバー固定部５８及びコンデンサ固定部５７はフレーム５から同一方向に突出している。そして、バスバー固定部５８の先端５８０は、コンデンサ固定部５７の先端５７０よりもフレーム５に近い位置に存在している。
【００６９】
また、図１１〜図１５に示すごとく、フレーム５は、被制御電力を入出力する入出力端子７１を載置して、該入出力端子７１を外部機器（直流バッテリー、回転電機等）の端子と接続するための端子台７を備えている。図２１に示すごとく、入出力端子７１は、外部機器の端子７５０に対して直接、接続される。
また、図１１〜図１５に示すごとく、端子台７は、フレーム５から突出形成された支持アーム５４３に、ボルト５４４によって固定されている。
【００７０】
入出力端子７１には、コンデンサ２２の一対の電極と電気的に接続された一対のコンデンサ端子７１Ｐ、７１Ｎと、半導体モジュール２１の主電極端子２１２と電気的に接続されると共に三相交流回転電機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電極に接続される３本の出力端子７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗがある。
入出力端子７１は、バスバーの一端に形成され、該バスバーの他端がコンデンサ２２や半導体モジュール２１に接続されている。
【００７１】
図８に示すごとく、絶縁部材（合成樹脂）からなり、バスバー７０を保持するバスバー保持部７２０と、バスバー７０とによってバスバーアッセンブリ７２が構成されている。バスバーアッセンブリ７２はバスバー保持部７２０においてフレーム５に固定されている。
フレーム５は、図３、図１４、図１５に示すごとく、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）を固定するバスバー固定部５８を複数有する。そして、バスバー固定部５８のうちの２個は、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されている。
【００７２】
なお、本例では、複数のバスバー７０をバスバー保持部７２０によってモールドして一体に形成したが、各バスバー７０を別々のバスバー保持部７２０でモールドしてもよい。また、モールドする代わりに、ネジ等の締結部材を使ってバスバー７０をバスバー保持部７２０に固定してもよい。また、バスバー保持部７２０に溝を形成し、該溝にバスバー７０を圧入して固定してもよい。
【００７３】
本例では図８に示すごとく、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）は、３個のバスバー固定部５８（５８ａ〜５８ｃ）によってフレーム５に固定されている。そして、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されたバスバー固定部５８（５８ａ、５８ｂ）の数（２個）は、フレーム５の中央よりも端子台７から遠い位置に配置されたバスバー固定部５８（５８ｃ）の数（１個）よりも多い。
【００７４】
また、図８に示すごとく、内部ユニット１０は、複数の半導体モジュール２１に接続する共通バスバー７００を備える。バスバー保持部７２０は、共通バスバー７００を橋渡しするための２つのバスバー支持部７２０ａ，７２０ｃと、該バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃを繋ぐ中間部７２０ｂとを備える。バスバー保持部７２０は、半導体モジュール２１を四方から囲むフレーム５の３方から半導体モジュール２１を囲んでいる。そして、バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃよりも中間部７２０ｂの方が、多くのバスバー固定部５８によってフレーム５に固定されている。また、中間部７２０ｂにおいてバスバー７０が固定されている。
【００７５】
なお、本例では、バスバー保持部７２０を、バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃと中間部７２０ｂとを備えたコ字状に形成したが、ロ字状や６角形にしてもよい。
【００７６】
また、バスバーアッセンブリ７２のバスバー保持部７２０には貫通孔５８５が形成されており、該貫通孔５８５にボルト５８１を挿入し、バスバー固定部５８に螺合することにより、バスバーアッセンブリ７２をフレーム５に固定している。
【００７７】
また、図２０に示すごとく、電力変換装置１は、バスバーアッセンブリ７２のバスバー保持部７２０に形成された係合部５９１と、フレーム５に形成された被係合部５９２とからなる位置決め部５９３を備える。係合部５９１を被係合部５９２に係合させることにより、バスバーアッセンブリ７２とフレーム５との位置合わせができるよう構成されている。そして図８に示すごとく、位置決め部５９３は、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に形成されている。
【００７８】
内部ユニット１０は、電力変換回路を構成するすべての電子部品を含んでいる。すなわち、電力変換装置１におけるすべての電子部品は、内部ユニット１０に属しており、ケース４に直接固定された電子部品は存在しない。
また、図１に示すごとく、ケース４は、上方が開口したケース本体４０と、該ケース本体４０の開口部を閉塞する蓋体４００とからなる。上記ユニット支承部４１は、ケース本体４０と一体成形されている。
【００７９】
ケース本体４０は、開口部の外周にフランジ部４２を設けてなり、蓋体４００の外周にもフランジ部４２０が設けてある。ケース本体４０と蓋体４００とは、互いの開口端にシール材（図示略）を介在させた状態で両者のフランジ部４２、４２０を互いに重ね合わせ、ボルト４３１とナット４３２とによって締結されている。これにより、内部ユニット１０は、ケース４内に密封されることとなる。
【００８０】
図１６、図１９に示すごとく、積層体１１（図７参照）に接続された冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、その一部をケース４の外に突出させている。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の外周には、環状パッキン３３３が取り付けてある。図１６に示すごとく、ケース本体４０には、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を通過させる凹部４４が２個所に形成されており、これら２つの凹部４４に、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に取り付けた環状パッキン３３３を配置した状態で、環状パッキン３３３をケース本体４０と蓋体４００とで挟持する。これにより、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をケース４の外に突出させつつ、ケース４を密閉することができる。
【００８１】
また、内部ユニット１０における各種電子部品や制御回路基板６と、外部機器とを電気的に接続するために、ケース４には適宜、配線の挿通部や、コネクタ等を設けてあるが、これらの開口部には、適宜シール材等を設けることによって、ケース４内外の水密性を確保している。
【００８２】
本例の電力変換装置１を組み立てるに当たっては、まず、図１３〜図１５に示すごとく、内部ユニット１０を組み立てる。その後、図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０をケース本体４０内に収納すると共に固定する。そして、最後に、図１、図１９に示すごとく、蓋体４００をケース本体４０に締結することによって、ケース４内に内部ユニット１０を密封する。
【００８３】
内部ユニット１０を組み立てるに当たっては、まず、図２〜図６に示すフレーム５を用意する。
次いで、フレーム５の内側に、図７、図１０に示すごとく、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却管３１とを積層してなる積層体１１を配置する。なお、この段階より前に、複数の冷却管３１は連結管３２によって連結されていると共に冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２が接合された冷却器３が既に組み立てられている。積層体１１をフレーム５の内側に配置したとき、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、図７に示すごとく、フレーム５に形成した管用凹面５２２（図２、図６）に載置される。
【００８４】
また、積層体１１の後端とフレーム５の後方壁部５３との間に、加圧部材１２を配置する。
次いで、加圧部材１２の両端部付近を積層方向Ｘの前方へ、押圧治具によって押し込むことによって、加圧部材１２を弾性変形させつつ、積層体１１を圧縮する。加圧部材１２を所定量変形させた時点で、加圧部材１２の両端部とフレーム５の後方壁部５３との間に、円柱状の支承ピン１４を挿入する。その後、上記押圧治具を後方へ移動させながら加圧部材１２から離すことにより、一対の支承ピン１４が加圧部材１２と後方壁部５３との間に挟持された状態となる。この状態は、すなわち、加圧部材１２の付勢力によって積層体１１が積層方向に所定の圧力によって圧縮された状態でもある。
【００８５】
次いで、図７〜図９に示すごとく、端子台７をフレーム５における支持アーム５４３に、ボルト５４４によって固定する。
次いで、バスバー７０を樹脂モールドしてなるバスバーアッセンブリ７２をフレーム５に取り付けると共に、バスバー７０を半導体モジュール２１の主電極端子２１２に溶接する。また、バスバー７０における出力端子７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗを端子台７に載置する。バスバーアッセンブリ７２は、フレーム５の３箇所のバスバー固定部５８において、ボルト５８１によって固定する。
【００８６】
次いで、半導体モジュール２１をコンデンサ２２と接続するための共通バスバー７００を、半導体モジュール２１の主電極端子２１２に溶接すると共にバスバーアッセンブリ７２にボルト７０１によって固定する。
【００８７】
次いで、図１１、図１２に示すごとく、コンデンサ２２をフレーム５の下側に固定する。すなわち、コンデンサ２２をフレーム５におけるコンデンサ固定部５７にボルト５７１によって締結する。
また、コンデンサ２２における一対のコンデンサ端子７１Ｐ、７１Ｎを端子台７に載置する。
【００８８】
次いで、図１３〜図１５に示すごとく、制御回路基板６をフレーム５の上側に配置して、制御回路基板５に形成したスルーホールに半導体モジュール２１の制御端子２１３を挿通すると共に接続する。そして、フレーム５における基板固定部５６に、ビス５６１によって制御回路基板６を固定する。
以上により、内部ユニット１０が完成する。
【００８９】
その後、図１６〜図１８に示すごとく、内部ユニット１０を、ケース本体４０に固定する。
すなわち、ケース本体４０に形成されたユニット支承部４１の上面に、内部ユニット１０の外郭を構成するフレーム５のユニット固定部５１を載置する。このとき、冷却器３の冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に取り付けた環状パッキン３３３を、ケース本体４０に形成された凹部４４に嵌め込む。
この状態で、ボルト５１１を、ユニット固定部５１に設けた挿通孔に挿通すると共にユニット支承部４１に設けたネジ孔にねじ込むことによって、ケース本体４０に内部ユニット１０を固定する。
【００９０】
次いで、シール材を介在させながら、図１、図１９に示すごとく、蓋体４００をケース本体４０の開口部に配置し、フランジ部４２、４２０において、ボルト４３１とナット４３２とによって両者を締結する。これにより、内部ユニット１０をケース４内に密封する。
以上により、電力変換装置１を完成させる。
【００９１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、電子部品（半導体モジュール２１、コンデンサ２２等）と冷却器３とをフレーム５に固定し、これらの電子部品と冷却器３とフレーム５とを一体化した一つの内部ユニット１０を構成している。そして、該内部ユニット１０をケース４内に固定している。そのため、内部ユニット１０がケース４の内部において梁の役割を果たし、ケース４の剛性を高めることができる。
そして、これによって、ケース４自体の肉厚を特に大きくしたり、補強リブを形成したりしなくても、充分な剛性を得ることができるため、ケース４の材料コストや製造コストを低減することができると共に、その重量を低減することが可能となる。
【００９２】
また、内部ユニット１０をケース４に固定することによって、内部ユニット１０に含まれる一つ一つの電子部品及び冷却器３に対して、ケース４を通じて外力が加わることを抑制することができる。すなわち、外部からの振動や、熱応力などの影響を、内部ユニット１０に含まれる電子部品及び冷却器３が受けることを抑制することができる。
【００９３】
また、内部ユニット１０を構成することによって、ケース４に直接電子部品をはじめとする各種部品を組み付けるのではなく、フレーム５に対して電子部品等を組み付けて内部ユニット１０を組み立てた後、内部ユニット１０をケース４に組み付けることで、電力変換装置１を得ることができる。そのため、電力変換装置１の組み立て作業を容易に行うことができる。
また、メンテナンス時においても、内部ユニット１０ごとケース４から取り出して、ケース４の外でメンテナンスを行うことができるため、その作業性を向上させることができる。
【００９４】
また、このようにケース４の外部において電子部品の組み付けやメンテナンスを行うことができるため、ケース４には複数の蓋を設ける必要がない。そのため、ケース本体４０と蓋体４００との間のシール面を一箇所とすることができる。それゆえ、ケース４の水密性を高めやすくなると共に、シール材を少なくすることができ、材料費の低減、シール材の塗布等の工数の低減を図ることができる。
また、内部ユニット１０はケース４内に密封されている。すなわち、フレーム５を含めて内部ユニット１０全体をケース４内に密封してあるため、シール面を一箇所とすることができる。
【００９５】
また、内部ユニット１０は、フレーム５においてケース４に固定されており、フレーム５が上述した梁の役割を直接果たすため、より一層ケース４の剛性を高めることができる。
また、フレーム５は、導体からなり、複数の半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されているため、フレーム５によって、半導体モジュール２１から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。ケース４も導体によって構成されているが、フレーム５とケース４とによって、半導体モジュール２１の電磁ノイズを二重で遮蔽することができる。また、フレーム５は、半導体モジュール２１を四方から囲むように形成されているため、電力変換装置１の四方への電磁ノイズの漏れを抑制することができる。
【００９６】
また、フレーム５は、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）を固定するバスバー固定部５８を複数有する。このようにすると、バスバー７０をフレーム５に固定できるため、ケース４を通じて外力がバスバー７０に加わることを抑制することができる。また、バスバー固定部５８を複数有するため、バスバー７０（バスバーアッセンブリ７２）をフレーム５に安定して固定することができる。
【００９７】
また、図８に示すごとく、内部ユニット１０は、端子台７をも備えている。これにより、ケース４の外で端子台７を内部ユニット１０に組み付けることができるため、端子台７の組み付けを容易に行うことができる。
【００９８】
また、図３、図８に示すごとく、複数のバスバー固定部５８のうちの２個は、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されている。これにより、バスバー７０をフレーム５に安定して固定することができると共に、端子台７に入出力端子７１を安定して配置することができる。その結果、入出力端子７１と外部端子との安定した接続状態を確保することができる。
【００９９】
本例では図８に示すごとく、３個のバスバー固定部５８（５８ａ〜５８ｃ）を有する。また、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に配置されたバスバー固定部５８（５８ａ、５８ｂ）の数（２個）は、フレーム５の中央よりも端子台７から遠い位置に配置されたバスバー固定部５８（５８ｃ）の数（１個）よりも多い。
このようにすると、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に、より多くのバスバー固定部５８を設けたため、入出力端子７１の位置精度を高めることができる。すなわち、図２１に示すごとく、入出力端子７１のボルト挿通孔７７０をナット７１３の孔に精確に位置合わせできる。これにより、入出力端子７１と、外部機器の端子７５０とを容易に接続することが可能になる。
【０１００】
また、本例では、図２０に示すごとく、バスバー保持部７２０に形成された係合部５９１と、フレーム５に形成された被係合部５９２とからなる位置決め部５９３を備える。係合部５９１を被係合部５９２に係合させることにより、バスバーアッセンブリ７２とフレーム５との位置合わせができるよう構成されている。また、位置決め部５９３は、図８に示すごとく、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に形成されている。
このようにすると、フレーム５の中央よりも端子台７に近い位置に位置決め部５９３が形成されているため、入出力端子７１の位置精度を高めることができる。すなわち、図２１に示すごとく、入出力端子７１のボルト挿入孔７７０と、ナット７１３の孔とを精確に位置合わせすることができる。
そのため、入出力端子７１に形成したボルト挿通孔７７０の内径を小さくしても、このボルト挿通孔７７０をナット７１３の孔に容易に位置合わせすることができる。したがって、ボルト７１０の軸７１１を小さくすることが可能になる。これにより、ボルト１２の頭部７１２が端子７５０と接触する面積を大きくすることができ、ボルト締結時に端子７５０に加わる圧力を低減することが可能になる。そのため、端子７５０が陥没する不具合を防止でき、ボルト７１０を緩みにくくすることができる。
【０１０１】
また、図８に示すごとく、バスバー保持部７２０は、上記バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃと上記中間部７２０ｂとを備え、半導体モジュール２１を四方から囲むフレーム５の３方から半導体モジュール２１を囲んでいる。そして、バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃよりも中間部７２０ｂの方が、多くのバスバー固定部５８によってフレーム５に固定されている。また、中間部７２０ｂにおいてバスバー７０が固定されている。
【０１０２】
このようにすると、２つのバスバー支持部７２０ａ，７２０ｃによって共通バスバー７００を橋渡ししているため、この２つのバスバー支持部７２０ａ，７２０ｃの間に位置する半導体モジュール２１に対して、共通バスバー７００を接続しやすい。また、バスバー７０を固定する中間部７２０ｂと、バスバー支持部７２０ａ，７２０ｃとを比べると、中間部７２０ｂの方が多くのバスバー固定部５８によって固定されている。そのため、バスバー７０の位置精度を向上しやすくなり、該バスバー７０に形成した入出力端子７１の位置精度も向上しやすい。
【０１０３】
また、図２１に示すごとく、バスバーの入出力端子７１は、外部機器の端子７５０に対して直接、接続される。
従来の電力変換装置１は、図３０に示すごとく、バスバーの入出力端子９９と、外部機器の端子９９０との間に、他の導電部材９５を介在させていた。導電部材９５を介在させないと、入出力端子９９を長めに形成しなくてはならず、入出力端子９９の位置精度が低下し、端子９９０と入出力端子９９とを接続しにくくなるためである。しかしながら、このようにすると、部品点数が増加したり、入出力端子９９と導電部材９５とをボルト９５１で締結する工程が必要になったりするため、電力変換装置１の製造コストが上昇しやすくなる。
【０１０４】
また、本例では、複数のバスバー固定部５８を有するため、図２１に示すごとく、入出力端子７１を長く形成しても、入出力端子７１の位置精度を高めることができる。
すなわち、本例の電力変換装置１は図２１に示すごとく、入出力端子７１と、外部機器の端子７５０とを、ボルト７１０及びナット７１３で締結している。ナット７１３は、端子台７に形成した凹部７６０に予め配置されており、このナット７１３の上に入出力端子７１を載置し、さらに端子７５０を重ね合わせ、ボルト７１０をボルト挿入孔７７０に挿入して、これらを締結している。そのため、入出力端子７１の位置精度を高めることにより、入出力端子７１のボルト挿通孔７７０をナット７１３の孔に精確に位置合わせすることが可能になる。これにより、ボルト７１０による締結作業を容易に行うことができる。
また、バスバーの入出力端子７１を、外部機器の端子７５０に直接、接続できれば、他の導電部材９５（図３０参照）が不要となる。そのため、部品点数を減らすことができ、電力変換装置１の製造コストを低減することが可能になる。
【０１０５】
また、図１４に示すごとく、バスバー固定部５８及びコンデンサ固定部はフレーム５から同一方向に突出している。そして、バスバー固定部５８の先端５８０は、コンデンサ固定部５７の先端５７０よりもフレーム５に近い位置に存在している。
このようにすると、耐振動性、耐熱性、組立性に優れた電力変換装置１を得ることができる。すなわち、図１４に示すごとく、バスバーアッセンブリ７２は、コンデンサ２２とフレーム５との間に介在している。そのため、仮に図３１に示すごとく、バスバー固定部９７０の先端９７１が、コンデンサ２２固定部９６０の先端９６１よりもフレーム９８０から遠い位置に存在していると、コンデンサ９２２にボス９２３等を設けない限り、コンデンサ９２２とバスバーとを共にフレーム９８０に組み付けることが、配線等の観点から困難となる。コンデンサ９２２の筐体は樹脂で形成されているため、ボス９２３を形成すると、ボス９２３も樹脂製となる。樹脂製のボス９２３は、振動や熱ストレスに弱いという問題がある。
しかしながら、図１４に示すごとく、バスバー固定部５８の先端５８０を、コンデンサ固定部５７の先端５７０よりもフレーム５に近い位置に設ければ、ボス９２３を形成する必要が無くなり、コンデンサ固定部５７０にコンデンサ２２を接続することが可能になる。コンデンサ固定部５７０は、フレーム５と共に金属で形成できるため、振動や熱に対してより強くすることができる。
【０１０６】
また、図７、図１０に示すごとく、複数の冷却管３１と複数の半導体モジュール２１とが互いに積層された積層体１１が内部ユニット１０に含まれている。これにより、積層体１１をケース４の外において組み立てることができるため、一層製造容易な電力変換装置１を得ることができる。
【０１０７】
また、積層体１１は、冷却管３１と上記半導体モジュール２１とを交互に積層してなるため、半導体モジュール２１を効率的に冷却することができると共に、積層体１１の小型化を実現することができる。
【０１０８】
また、内部ユニット１０は、加圧部材１２を備えている。そして、加圧部材１２は、フレーム５における後方壁部５３と積層体１１の後端との間に介設され、積層体１１の前端は、フレーム５における前方壁部５２によって支承されている。それゆえ、加圧部材１２の反力をフレーム５によって支えることができる。そのため、ケース４には加圧部材１２の反力に対抗する剛性が必要なく、その厚みを厚くしたり、リブ等を設けたりする必要もない。その結果、ケース４の軽量化、低コスト化を実現することができる。
【０１０９】
また、フレーム５は、ユニット固定部５１を複数有して、積層体１１及び加圧部材１２による積層方向Ｘの外側へ向かう反力を受けるフレーム５における一対の支承部（前方壁部５２の内側面５２１及び後方壁部５３の内側面５３１）よりも積層方向Ｘの外側の双方に、２個ずつユニット固定部５１が配置されている。これにより、積層体１１及び加圧部材１２による反力に対するフレーム５の剛性をケース４によって向上させることができる。すなわち、ケース４がフレーム５を補強することとなり、反力によってフレーム５が変形することを効果的に防止することができる。
【０１１０】
また、フレーム５は、前方壁部５２及び後方壁部５３と一対の側方壁部５４とを有する。これにより、積層体１１をフレーム５の内側において安定して固定することができる。
また、前方壁部５２及び後方壁部５３は、側方壁部５４よりも、壁厚みが大きい。すなわち、図４、図５に示す板厚みｔ１、ｔ２が、ｔ１＞ｔ２である。これにより、加圧部材１２の反力を受ける前方壁部５２及び後方壁部５３の剛性を高めることができると共に、加圧部材１２の反力を直接受けない側方壁部５４の軽量化を図ることができる。その結果、加圧部材１２の反力に対抗するのに必要なフレーム５の剛性を確保しつつ、効果的にフレーム５の軽量化を図ることができる。
【０１１１】
また、図４に示すごとく、前方壁部５２及び後方壁部５３は、その一部を、断面略Ｈ字形状のＨ型壁部５５によって構成してある。これにより、前方壁部５２及び後方壁部５３の高い剛性を確保しつつフレーム５の軽量化を図ることができる。
また、図５に示すごとく、側方壁部５４は、断面略Ｌ字状のＬ型壁部によって構成してあるため、充分な剛性を確保しつつ側方壁部５４の軽量化及び材料費の低減を図ることができる。
【０１１２】
また、図１０に示すごとく、冷却管３１と共に積層された半導体モジュール２１は、主電極端子２１２と制御端子２１３とを、互いに反対方向へ突出形成してなると共に、高さ方向Ｚに突出させており、フレーム５は、高さ方向Ｚの双方に解放されている。これにより、図８、図１３〜図１５に示すごとく、半導体モジュール２１へのバスバー７０、共通バスバー７００や制御回路基板６の組み付けを容易に行うことができる。
【０１１３】
また、内部ユニット１０は、制御回路基板６をも備えている。そのため、制御回路基板６をケース４に直接取り付ける必要がないため、その組み付け作業を容易に行うことができると共に、制御回路基板６へ加わる外力を低減することができる。
【０１１４】
また、図２に示すごとく、フレーム５に設けたユニット固定部５１は、制御回路基板６の外縁よりも外側に配置されている。それゆえ、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。すなわち、仮に、ユニット固定部５１が制御回路基板６の外縁よりも内側に配置されていたとすると、制御回路基板６が邪魔になって、制御回路基板６を組み付けた後の内部ユニット１０をケース４に固定する作業を容易に行うことができなくなる。
【０１１５】
例えば、ケース４の壁に孔をあけて、そこにボルト等を挿通して内部ユニット１０をケース４に固定するなどの方法を採らざるをえなくなるが、その場合、作業性が低下するばかりでなく、ケース４内外の水密性を確保するためのシール材の配設部分が増えてしまうという問題も生じる。
しかし、ユニット固定部５１を制御回路基板６の外縁よりも外側に配置しておくことにより、このような不具合を招くおそれがない。
【０１１６】
また、フレーム５に設けた基板固定部５６は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。そのため、制御回路基板６をフレーム５に容易に固定することができると共に、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。
【０１１７】
また、内部ユニット１０はコンデンサ２２をも備えている。それゆえ、コンデンサ２２へ加わる外力を低減することができる。また、コンデンサ２２からケース４へ伝わる振動を抑制することができ、ケース４を介してコンデンサ２２の振動が外部へ伝わることを抑制することができる。これにより、例えば、電力変換装置１を搭載した車両において、コンデンサ２２の振動に起因する不快音が車内に伝達することを抑制することができる。
【０１１８】
また、図３に示すごとく、フレーム５に設けたコンデンサ固定部５７は、ユニット固定部５１よりも内側に配置されている。そのため、コンデンサ２２をフレーム５に容易に固定することができると共に、内部ユニット１０をケース４に容易に組み付けることができる。
【０１１９】
また、内部ユニット１０は、電力変換回路を構成するすべての電子部品を含んでいる。そのため、電力変換回路を構成するすべての電子部品を外力から保護することができると共に、製造容易かつメンテナンス性に優れた電力変換装置１を得ることができる。
【０１２０】
以上のごとく、本例によれば、ケースの剛性を高めつつ、電子部品及びバスバーへ加わる外力を低減することができ、かつ、メンテナンス性に優れた低コストの電力変換装置を提供することができる。
【０１２１】
（実施例２）
本例は、図２２〜図２８に示すごとく、フレーム５に導電ワイヤー１５を保持するワイヤー保持部５９を設けた電力変換装置１の例である。
上記導電ワイヤー１５は、少なくとも一方の端部がケース４内に配されている。本例においては、導電ワイヤー１５は、ケース４内において、コンデンサ２２と制御回路基板６との間を接続している。そして、この導電ワイヤー１５を通じて、コンデンサ２２にかかる電圧、すなわち電力変換装置１への入力電圧の信号を制御回路基板６へ送ることができるようにしてある。
導電ワイヤー１５は、両端部を除いて樹脂によって被覆された被覆導線からなり、可撓性を有する。そして、導電ワイヤー１５は、フレーム５の外側を通過して、制御回路基板６とコンデンサ２２とを接続している。
【０１２２】
ワイヤー保持部５９は、図２３、図２５、図２７、図２８に示すごとく、上記高さ方向Ｚから見た形状が鉤状を有し、図２２、図２４、図２６に示すごとく、高さ方向Ｚに長く形成されている。ワイヤー保持部５９は、フレーム５における前方壁部５２から外側へ突出形成されている。そして、図２３、図２５に示すごとく、ワイヤー保持部５９と前方壁部５２との間の空間に、導電ワイヤー１５の一部を嵌合させている。
【０１２３】
また、図２２〜図２５に示すごとく、バスバーアッセンブリ７２には、積層方向Ｘの前方へ突出した前方突出部７２１が形成されており、該前方突出部７２１は、高さ方向Ｚから見たとき、ワイヤー保持部５９の開口側に対向する位置に配されている。そして、この前方突出部７２１によって、導電ワイヤー１５がワイヤー保持部５９から外れないようにしてある。
また、ワイヤー保持部５９は、導電ワイヤー１５における制御回路基板６との接続部１５１と、略同等の横方向Ｙの位置に配置されている。
その他は、実施例１と同様である。
【０１２４】
本例の場合には、導電ワイヤー１５をフレーム５に沿わせることができる。それゆえ、内部ユニット１０をケース４に収納したり、あるいはケース４から取り出したりする際に、導電ワイヤー１５が引っかかるなどの不具合を防止することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【０１２５】
なお、ワイヤー保持部５９に保持させる導電ワイヤー１５は、上記のように、コンデンサ２２と制御回路基板６との間に接続されるものに限らず、他の導電ワイヤーであってもよい。また、ワイヤー保持部５９の形成方向や形成位置、或いは形状等についても、限定されるものではなく、例えば、横方向Ｙに導電ワイヤー１５を添わせるように形成することもできる。また、必要に応じて、ワイヤー保持部５９をフレーム５の複数個所に設けることもできる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  電力変換装置
１０  内部ユニット
１１  積層体
２１  半導体モジュール
２２  コンデンサ
３  冷却器
３１  冷却管
４  ケース
５  フレーム
６  制御回路基板
７  端子台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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