(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手段とを、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手段とは、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、及び、上記冷却手段の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記フレームは、上記冷媒導入管及び冷媒排出管を載置するための載置面を有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記載置面に載置されており、かつ、該載置面よりも外方側において、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
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手段とを、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手段とは、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囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられており、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレームには留め付けられていない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手段とを、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手段とは、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囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられており、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の内側に配設されており、
上記フレームは、上記クランプ固定部に対向する位置に、内側に後退した逃げ凹部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の外側に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の内側に配設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３に記載の電力変換装置において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレームには留め付けられていない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１５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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
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に固定されたコンデンサ９２２等の電子部品が発する振動や車体から伝わる振動によって、電子部品の故障や断線等の不具合が発生しやすい。また、ケース９４に直接コンデンサ９２２等を固定すると、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。
【０００６】
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。
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。
【０００７】
また、冷却器９３は、該冷却器９３へ冷却媒体を導入する冷媒導入管と冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有する（図示略）。これらの冷媒導入管及び冷媒排出管は、電力変換装置９から突出し、被搭載部である車両のエンジンルーム等に配設された冷媒配管と接続する必要がある。そのためにも、被搭載部における電力変換装置９の搭載時における位置決めは精度よく行う必要がある。しかし、ケース９４を基準とした冷媒導入管及び冷媒排出管の位置や突出方向がずれてしまうと、被搭載部に電力変換装置９を精度よく位置決めして搭載しても、結局、エンジンルーム内における冷媒配管との接続が困難となる。
【０００８】
また、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管と、上記冷媒配管との接続を行う際、接続部において、軸線方向と直交する方向に外力が加わる。このとき、上記冷媒導入管又は上記冷媒排出管に大きな応力が作用することがあり、場合によっては、上記冷媒導入管又は上記冷媒排出管の変形を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、冷媒導入管及び冷媒排出管の位置ずれや変形を確実に防ぎ、ケースの剛性を高めつつ、メンテナンス性及び搭載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】
【００１０】
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手段とを、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手段とは、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、及び、上記冷却手段の少なくとも一部を四方から囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記フレームは、上記冷媒導入管及び冷媒排出管を載置するための載置面を有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記載置面に載置されており、かつ、該載置面よりも外方側において、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
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手段とを、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手段とは、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囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられており、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレームには留め付けられていないことを特徴とする電力変換装置にある（請求項２）。
本発明の第３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手段とを、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手段とは、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囲むように形成され、
上記冷却手段は、該冷却手段内に冷却媒体を導入する冷媒導入管と、上記冷却手段から上記冷却媒体を排出する冷媒排出管とを有し、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレーム及び上記ケースの外方へ突出しており、
上記ケースは、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部と、該パイプ挿通部に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部とを有し、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられており、
上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の内側に配設されており、
上記フレームは、上記クランプ固定部に対向する位置に、内側に後退した逃げ凹部を設けてな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】
【００１１】
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手段とを上記フレームに固定し、これらの電子部品と冷却手段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。これにより、内部ユニットに含まれる一つ一つの電子部品及び冷却手段に対して、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手段が受けることを抑制することができる。
【００１２】
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。
【００１３】
また、このようにケースと内部ユニットとを分離した状態で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、ケースに複数の作業用の開口部と、該開口部を覆う蓋を設ける必要がない。そのため、ケース本体の開口部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、ケースの水密性を高めやすくすると共に、シール材を少なくすることができ、シール材の塗布等の工数の低減、材料費の低減を図ることができる。
【００１４】
しかし、上記冷却手段を固定したフレームを、ケースに組み付けた構造の場合、ケースに対する冷媒導入管及び冷媒排出管の位置精度が低下するおそれがある。すなわち、ケースに対する冷媒導入管及び冷媒排出管の位置ずれ量は、フレームに対する冷却手段の位置ずれとケースに対するフレームの位置ずれとが重なって大きくなる場合がある。
【００１５】
そこで、上記電力変換装置においては、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を、上記クランプ固定部に固定されるクランプ部材によって上記ケースに留め付けられている。これにより、ケースに対する上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の位置決め精度を高めて、電力変換装置の被搭載部への搭載性を効果的に向上させることができる。すなわち、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を、上記ケースに対して直接留め付けるよう構成することで、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管と上記ケースとの間に介在する部品数を低減することができる。これにより、ケースに対する寸法公差の積み重ねによる影響を低減し、上記ケースに対する上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の位置精度を向上することができる。
【００１６】
また、上記クランプ固定部を上記ケースの上記パイプ挿通部と隣接した位置に設けることで、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の先端部に対してより近い位置で上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を留め付けることができる。これにより、組付け作業時等において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の先端部に外力が加わった場合においても、変形を防ぐことができる。すなわち、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管において、その先端部と上記クランプ固定部との間の距離が大きくなるほど、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管にかかるモーメントが大きくなり、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に大きな応力が作用しやすい。また、上記クランプ固定部を支点として、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管と上記冷却管との接合部に大きな応力が作用することも考えられる。したがって、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の先端部と上記クランプ固定部との間の距離を小さくし、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管にかかるモーメントを低減することで、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に作用する応力を低減することができる。
【００１７】
このように、本発明によれば、冷媒導入管及び冷媒排出管の位置ずれや変形を確実に防ぎ、ケースの剛性を高めつつ、メンテナンス性及び搭載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】
【００１８】
【図１】実施例１における、電力変換装置の要部説明図。
【図２】実施例１における、フレームの上面図。
【図３】図２のＡ矢視図。
【図４】実施例１における、内部ユニットを示す説明図。
【図５】図４のＢ矢視図。
【図６】実施例１における、ケース本体の上面図。
【図７】図６のＣ矢視図。
【図８】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図９】図８における、Ｄ−Ｄ線矢視部分断面図。
【図１０】比較例１における、電力変換装置の断面図。
【図１１】実施例２における、電力変換装置の要部説明図。
【図１２】（ａ）実施例２における、前方壁部の斜視断面図、（ｂ）実施例１における前方壁部の斜視断面図。
【図１３】実施例３における、電力変換装置の要部説明図。
【図１４】実施例４における、電力変換装置の要部説明図。
【図１５】背景技術における、電力変換装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明にかかる上記電力変換装置は、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ものである。
【００２０】
また、本発明の第３の態様においては、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の内側に配設されている。これにより、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を上記ケースの外側に突出させつつ、上記シール部材によって上記ケースを密閉することができる。また、上記クランプ固定部を上記シール部材の内側に配設することによって、上記クランプ固定部が被水することを防止することができる。これにより、クランプ固定部における錆や腐食の発生を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の第３の態様においては、上記フレームは、上記クランプ固定部に対向する位置に、内側に後退した逃げ凹部を設けてなる。これにより、上記逃げ凹部の内側に上記クランプ固定部を配することができるため、フレームの外形を小さくすることができる。その結果、上記電力変換装置の小型化を容易にすることができる。
【００２２】
また、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の外周面と上記パイプ挿通部の内周縁との間は、シール部材によって水密的に封止されており、上記クランプ固定部は、上記シール部材の外側に配設されていてもよい（請求項４）。この場合には、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を上記ケースの外側に突出させつつ、上記シール部材によって上記ケースを密閉することができる。また、上記クランプ固定部をより上記接続部に近い位置に配置することができるため、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の位置精度をより高めることができると共に、先端部に加わる外力によって上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管に作用する応力をより低減することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の態様においては、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管は、上記フレームには留め付けられていない。これにより、ケースへの内部ユニットの組付けを容易にすることができると共に、部品点数を低減することができる。すなわち、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管が上記フレームに留め付けられていなければ、上記内部ユニットを上記ケースに組み付ける際、上記フレームと上記ケースとの間に多少のずれがあっても、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を上記クランプ部材によってケースのクランプ固定部に留め付けることができる。また、上記フレームに対して、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を留め付ける部材が不要となり、部品点数を低減することができる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置１につき、図１〜図９を用いて説明する。
電力変換装置１は、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（半導体モジュール２１）を冷却する冷却手段とを、ケース４内に収容してなる。半導体モジュール２１と冷却手段とは、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、該内部ユニット１０は、フレーム５においてケース４内に固定されている。
【００２５】
フレーム５は、内部ユニット１０を構成する半導体モジュール２１を囲むように形成されている。本例の冷却手段は、複数の冷却管３１を備えた冷却器３からなり、該冷却器３内に冷却媒体を導入する冷媒導入管３３１と、冷却手段から冷却媒体を排出する冷媒排出管３３２とを有する。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、フレーム５及びケース４の外方へ突出している。
【００２６】
ケース４は、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をそれぞれ挿通させる一対のパイプ挿通部４４と、該パイプ挿通部４４に対して挿通方向に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部４５とを有している。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、クランプ固定部４５に固定されるクランプ部材３４によってケース４に留め付けられている。
【００２７】
本例の電力変換装置１について、より詳細に説明する。
半導体モジュール２１と冷却管３１とが積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管３１の長手方向を横方向Ｙ、また、積層方向Ｘ及び横方向Ｙの両方に対して直交する方向を高さ方向Ｚとして、以下説明する。
また、積層方向Ｘにおいて、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２がケース４から突出した先端部側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、後述する蓋体４００（図８参照）が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
【００２８】
電力変換装置１は、図８及び図９に示すごとく、電力変換回路を備えた内部ユニット１０と、該内部ユニット１０を内包するケース４とを有している。
内部ユニット１０は、図４及び図５に示すごとく、構成部品を固定するフレーム５と、上記電力変換回路を構成する複数の半導体モジュール２１と、該複数の半導体モジュール２１を冷却する冷却器３と、を有している。
【００２９】
フレーム５は、図１に示すごとく、内部ユニット１０を構成する積層体１１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、フレーム５の外周面には、横方向Ｙ側に位置する面における積層方向Ｘの両端部に、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をそれぞれ設けてある。該ユニット固定部５１は、フレーム５から外方へ突出形成されている。
【００３０】
また、フレーム５は、図２及び図３に示すごとく、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。前方壁部５２には、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を挿通するための配管用凹面５２２を形成してある。図２に示すごとく、高さ方向Ｚからの面視において略長方形状を有すると共に、高さ方向Ｚに開放された貫通部を有してなる。
【００３１】
フレーム５の内側には、図１に示すごとく、半導体モジュール２１と冷却器３とが配されている。
冷却器３は、半導体モジュール２１の両面に配された冷媒流路と、該冷媒流路へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を有している。本例において、上記冷媒流路は、アルミニウム等の金属によって構成された冷却管３１によって形成され、複数の冷却管３１が半導体モジュール２１を両面から挟持するように配されている。隣り合う冷却管３１は、横方向Ｙの両端部付近において連結管３２によって、互いに連結されている。そして、冷却管３１と半導体モジュール２１とが交互に積層されることによって、積層体１１が形成されている。
【００３２】
冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、積層体１１の前端部に配された冷却管３１の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管３３１から導入された冷却媒体は、適宜連結管３２を通り、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を通り、冷媒排出管３３２に導かれ排出される。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。
【００３３】
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。図４及び図５に示すごとく、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平板状の本体部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。本例において、主電極端子２１２は、高さ方向Ｚの下方に突出させてあり、制御端子２１３は、高さ方向Ｚの上方に突出させてある。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。また、一対の冷却管３１の間には、２個の半導体モジュール２１が、並列配置されている。
【００３４】
フレーム５の内側に配置された積層体１１は、図１に示すごとく、加圧部材１２の不勢力によって押圧保持されている。加圧部材１２は、積層体１１側に向かって凸となるよう湾曲した板ばねによって構成されており、積層体１１の後端部とフレーム５の後方壁部５３との間に配してある。また、加圧部材１２と後方壁部５３の間には、支承ピン１４を配してある。
積層体１１の前端部は、フレーム５の前方壁部５２に圧接されている。これにより、冷却管３１と半導体モジュール２１とが、互いに圧接した状態でフレーム５内に保持されている。積層体１１の前端部に設けた冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、フレーム５の前方壁部５２に形成された配管用凹面５２２に配されている。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部は、フレーム５の外周面から前方に突出して配されている。突出した部位に環状パッキン３３３（防水シール）を配してある。
【００３５】
また、内部ユニット１０は、図５に示すごとく、コンデンサ２２と、半導体モジュール２１を制御する制御回路が形成された制御回路基板６をも備える。
コンデンサ２２は、フレーム５の下面から下方に向かって形成されたコンデンサ固定部５７に、ボルト５７１によって固定されている。
また、制御回路基板６は、フレーム５の上面から上方に向かって形成された制御回路基板固定部５６に、ボルト５６１によって固定されている。
【００３６】
上記のように構成された内部ユニット１０が、図１、図８及び図９に示すごとく、ケース４の内部に収容されている。
ケース４は、図８及び図９に示すごとく、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。
ケース本体４０は、図６及び図７に示すごとく、矩形形状の底部４０４と該底部の各辺から上方に起立した４つの壁部を有すると共に開口部の外周にフランジ部４２を設けてなる。ケース本体４０の４つの壁部において、後述のパイプ挿通部４４を設ける壁部を前面壁部４０１として、該前面壁部４０１と対向する壁部を後面壁部４０２とする。また、前面壁部４０１と後面壁部４０２とを繋ぐ壁部を側面壁部４０３とする。
【００３７】
また、ケース本体４０は、前面壁部４０１に冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をそれぞれ挿通させる凹部からなる一対のパイプ挿通部４４を形成してあり、該パイプ挿通部４４に対して挿通方向における内側に隣接する位置に設けた一対のクランプ固定部４５を設けてある。該クランプ固定部４５の上面には、クランプ部材３４（図１及び図９参照）を固定するためのタップ穴をそれぞれ形成してある。
【００３８】
また、ケース本体４０の内側において、側面壁部４０３とクランプ固定部４５の側面とがなす角部と、後面壁部４０２と側面壁部４０３とがなす角部には、ユニット支承部４１をそれぞれ設けてある。該ユニット支承部４１の上面には、内部ユニット１０を固定するためのタップ穴をそれぞれ形成してある。
【００３９】
内部ユニット１０は、図８及び図９に示すごとく、フレーム５に設けたユニット固定部５１の貫通孔にボルト５１１を挿通すると共に、該ボルト５１１をユニット支承部４１におけるタップ穴に締結することにより、ケース本体４０に固定されている。
このとき、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、ケース本体４０のパイプ挿通部４４に環状パッキン３３３を嵌合すると共に、クランプ部材３４を介して固定部４５に留め付けられている。
クランプ部材３４は、図１及び図９に示すごとく、ボルト挿通穴を有する平板状の固定部３４１と、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を押圧保持する略Ｕ字状の保持部３４２とからなる。クランプ部材３４は、固定部３４１が冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２のＹ方向外側に位置するように配されている。
【００４０】
蓋体４００は、図８及び図９に示すごとく、ケース本体４０の底部と略同一形状を有する上面部と、該上面部の各辺から下方に垂下した４つの壁部を有すると共に、４つの壁部により形成される開口部の外周にフランジ部４２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。
【００４１】
また、図１及び図８に示すごとく、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、その一部をケース４の外に突出させてある。冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、環状パッキン３３３をケース４のパイプ挿通部４４に嵌合した状態で、環状パッキン３３３をケース本体４０と蓋体４００とで挟持し水密性を確保している。
【００４２】
本例においては、加圧部材１２を積層体１１の後方側に配したが、これに限るものではなく、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を設けた側に配してもよい。例えば、冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２との間に加圧部材１２を配し、フレーム５の前方壁部５２と後方壁部５３との間で押圧力を生じさせてもよい。
【００４３】
また、冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２とは、本例のごとく両方を一方向に突出するように配設してもよいし、それぞれ異なる方向へ突出するように配設していてもよい。例えば、冷媒導入管３３１と冷媒排出管３３２とのいずれか一方を、積層体１１における前方に配された冷却管３１から前方に向かって突出するように配し、他方を積層体１１における後方に配された冷却管３１から後方に向かって突出するように配してもよい。
【００４４】
また、冷却手段は、本例に示す冷却器３のように複数の冷却管３１を積層配置したものでなくてもよい。例えば、半導体モジュール２１の本体部２１１を積層方向Ｘに直交する方向から囲むと共に積層方向Ｘに貫通するように配設された壁部を、半導体モジュール２１と一体化したものを積層して、積層体１１を構成することもできる。この場合、隣り合う半導体モジュール２１（本体部２１１）の間に冷媒流路が形成されることとなる。
【００４５】
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置１においては、半導体モジュール２１，コンデンサ２２等の電子部品と冷却器３（冷却手段）とをフレーム５に固定し、半導体モジュール２１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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４本体４０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４の水密性が必要な場合にも、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。
【００４９】
しかし、冷却器３を固定したフレーム５を、ケース４に組み付けた構造の場合、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置精度が低下するおそれがある。すなわち、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置ずれ量は、フレーム５に対する冷却器３の位置ずれとケース４に対するフレーム５の位置ずれとが重なって大きくなる場合がある。
【００５０】
そこで、本例の電力変換装置１においては、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を、クランプ固定部４５に固定されるクランプ部材３４によってケース４に留め付けられている。これにより、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置決め精度を高めて、電力変換装置１の被搭載部への搭載性を効果的に向上させることができる。すなわち、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を、ケース４に対して直接留め付けるよう構成することで、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２とケース４との間に介在する部品数を低減することができる。これにより、ケース４に対する寸法公差の積み重ねによる影響を低減し、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置精度を向上することができる。
【００５１】
また、クランプ固定部４５をケース４のパイプ挿通部４４と隣接した位置に設けることで、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部に対してより近い位置で冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を留め付けることができる。これにより、組付け作業時等において、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部に外力が加わった場合においても、変形を防ぐことができる。すなわち、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２において、その先端部とクランプ固定部４５との間の距離が大きくなるほど、クランプ固定部４５にかかるモーメントが大きくなり、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に大きな応力が作用しやすい。また、クランプ固定部４５を支点として、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２と冷却管３１との接合部に大きな応力が作用することも考えられる。したがって、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部とクランプ固定部４５との間の距離を小さくし、クランプ固定部４５にかかるモーメントを低減することで、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に作用する応力を低減することができる。
【００５２】
また、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の外周面とパイプ挿通部４４の内周縁との間は、シール部材（環状パッキン３３３）によって水密的に封止されており、クランプ固定部４５は、シール部材の内側に配設してある。そのため、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をケース４の外側に突出させつつ、シール部材によってケース４を密閉することができる。また、クランプ固定部４５をシール部材の内側に配設することによって、クランプ固定部４５が被水することを防止することができる。これにより、クランプ固定部４５における錆や腐食の発生を防止することができる。
【００５３】
また、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２は、フレーム５には留め付けられていない。そのため、ケース４への内部ユニット１０の組付けを容易にすることができると共に、部品点数を低減することができる。すなわち、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２がフレーム５に留め付けられていなければ、内部ユニット１０をケース４に組み付ける際、フレーム５とケース４との間に多少のずれがあっても、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をクランプ部材３４によってケース４のクランプ固定部４５に留め付けることができる。また、フレーム５に対して、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を留め付ける部材が不要となり、部品数を低減することができる。
【００５４】
このように、本例によれば、ケース４の剛性及び組立後の寸法精度を高めつつ、構成部品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、搭載性に優れた低コストの電力変換装置１を提供することができる。
【００５５】
（比較例１）
比較例の電力変換装置９０は、図１０に示すごとく、ケース本体４０にはクランプ固定部４５を設けておらず、フレーム５にクランプ固定部５９を形成してある。冷媒導入管３３１及び冷媒排出間３３２は、クランプ部材３４によって、クランプ固定部５９に留め付けてある。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
比較例１においては、上記のごとく、ケース４の内側に配されるフレーム５に設けたクランプ固定部５９に冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を留めつけている。したがって、クランプ固定部５９の位置は、実施例１のクランプ固定部４５の位置よりも積層体１１に近い側に配されている。そのため、比較例１における、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部からクランプ部材３４の前方に配される端面までの距離Ｌ２は、実施例１における冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部からクランプ部材３４の前方に配される端面までの距離Ｌ１（図１）よりも大きくなる。したがって、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端に外力が作用したときに、実施例１に示すクランプ固定部４５で固定された冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２にかかるモーメントは、比較例１に示すクランプ固定部５９で固定された冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２にかかるモーメントよりも小さくなる。それゆえ、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２にかかる応力は、比較例１よりも実施例１の方が小さくなる。
【００５７】
また、比較例１においては、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２をフレーム５に留め付け、内部ユニット１０をケース４に組み付けている。そのため、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置は、各部品の寸法公差及び各部品間の組付け公差が積み重なって影響するため、厳しい寸法管理が必要となる場合がある。
それに対して、実施例１においては、ケース４に対して冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２を直接留め付ける構成としているため、各部品の寸法公差及び各部品間の組付け公差の影響を低減し、ケース４に対する冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の位置精度を向上することができる。
【００５８】
（実施例２）
本例は、図１１及び図１２に示すごとく、フレーム５の前方壁部５２の形状を変更した例である。
本例において、ケース４の前方壁部５２は、図１２に示すごとく、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の上下方向における中央部において、これらを連結する連結部５５２と、縦板部５５１に対して傾斜した複数のリブ部５５３とを有する。隣り合うリブ部５５３は、傾斜方向が互いに逆であり、これらのリブ部５５３と一対の縦板部５５１とによってトラスを形成している。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５９】
上記のごとく、前方壁部５２にトラスを形成することにより、必要な強度を保ちながら、前方壁部５２の厚さを低減し、ケース４の大きさを小さくすることができる。それゆえ、電力変換装置１の小型化を容易とすることができる。また、本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
（実施例３）
本例は、図１３に示すごとく、実施例２に示す電力変換装置１において、フレーム５の前方壁部５２に逃げ凹部５２３を設けた例である。
フレーム５の前方壁部５２には、ケース４に設けたクランプ固定部４５に対向する位置に、内側に後退した逃げ凹部５２３を設けてあり、前方壁部５２の中央部が前方に突出した形状をなしている。該逃げ凹部５２３には、クランプ固定部４５が配されており、横方向Ｙにおいて前方壁部５２の中央部とクランプ固定部４５とは隣接して配される。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００６１】
本例の場合には、逃げ凹部５２３の内側にクランプ固定部４５を配することができるため、フレーム５の外形を小さくすることができる。その結果、電力変換装置１の小型化を容易にすることができる。また、逃げ凹部５２３は、冷却管３１と半導体モジュール２１とが積層される位置からオフセットした位置にあり、前方壁部５２における冷却管３１と半導体モジュール２１とが積層される部分は十分な厚みを有すると共にトラスを構成してなる。それゆえ、加圧部材１２によって加圧された積層体１１を、加圧部材１２と反対側から十分に支承することができる。つまり、加圧部材１２による加圧力に対するフレーム５の剛性を十分確保しつつ、電力変換装置１の小型化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
（実施例４）
本例の電力変換装置１は、図１４に示すごとく、実施例２に対して、クランプ固定部４５の位置を変更した例である。
本例においては、ケース本体４０のクランプ固定部４５を、パイプ挿通部４４の貫通方向において、シール部材（環状パッキン３３３）の外側に配設してある。
その他の構成は実施例２と同様である。
【００６３】
本例の場合には、クランプ固定部４５をより冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２の先端部に近い位置に配置することができる。したがって、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２にかかるモーメントをより低減すると共に、冷媒導入管３３１及び冷媒排出管３３２に作用する応力をより確実に低減することができる。
その他、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  電力変換装置
１０  内部ユニット
３  冷却器
３３１  冷媒導入管
３３２  冷媒排出管
３４  クランプ部材
４  ケース
４４  パイプ挿通部
４５  クランプ固定部
５  フレーム
【図１】
0005640826.tif 000002
【図２】
0005640826.tif 000003
【図３】
0005640826.tif 000004
【図４】
0005640826.tif 000005
【図５】
0005640826.tif 000006
【図６】
0005640826.tif 000007
【図７】
0005640826.tif 000008
【図８】
0005640826.tif 000009
【図９】
0005640826.tif 000010
【図１０】
0005640826.tif 000011
【図１１】
0005640826.tif 000012
【図１２】
0005640826.tif 000013
【図１３】
0005640826.tif 000014
【図１４】
0005640826.tif 000015
【図１５】
0005640826.tif 000016