(57)【要約】【課題】半導体モジュールを密閉状態に収容するケースの切欠部にシール材を介してケース内に挿通された配管がケース内負圧により引き込まれても、シール材とケースとの間に隙間ができないようにすること。【解決手段】本電力変換装置は、半導体モジュールとこれを冷却する冷却管がケース３内に収容され、冷却管に冷却媒体を供給する冷媒供給管４１と、その冷却媒体を排出する冷媒排出管とがシール材５０の貫通口に密着状態に挿通され、このシール材５０がケース３の切欠部３５に嵌合されて成る。シール材５０は、切欠部３５に嵌合する凹溝５ａが形成され、凹溝５ａの底面に突起した各リブ５ｂが形成され、凹溝５ａの底面の両側に直立する側面の片側に突起したリブ５ｃが形成されて成る。このシール材５０が切欠部３５に嵌合された際に、リブ５ｂが切欠部３５の半周回面に押圧され、他のリブ５ｃがケース３の外側に押圧状態となる。【選択図】図７
2011086761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換を行う複数の半導体モジュールと、これら半導体モジュールを冷却する互いに連結された複数の冷却管とが交互に積層されてケース内に密閉状態に収容され、前記冷却管に冷却媒体をケース外部から供給する冷媒供給管と、その供給された冷却媒体を冷却管からケース外部へ排出する冷媒排出管とが、概略中央部分に貫通口が形成された弾性部材によるシール材の当該貫通口に密着状態に挿通され、このシール材がケースの壁面を貫通する凹状又は貫通口状の切欠部に密閉状態に嵌合される電力変換装置において、
前記シール材は、前記切欠部の周回面部分に嵌合する凹溝が形成され、当該凹溝の周回底面に第１突起部が複数平行に周回して形成され、当該凹溝の底面の両側に直立する周回側面の片側に第２突起部が周回して形成されて成るものであって、前記第１突起部が当該切欠部の周回面に押圧され且つ前記第２突起部が当該ケースの外側の壁面に押圧された状態となるように前記ケースの切欠部に嵌合されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記シール材は、前記凹溝の底面の両側に直立する周回側面のうち前記第２突起部側とは対向する側に第３突起部が周回して形成されて成るものであって、前記第１突起部が当該切欠部の周回面に押圧され且つ前記第２突起部及び前記第３突起部が当該ケースの壁面の内外面の両側から互いに向かって押圧された状態となるように前記ケースの切欠部に嵌合されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケース内に複数の半導体モジュールを収納して構成される電力変換装置に関し、特に半導体モジュールを冷却する冷媒をケース内に供給する冷媒供給管並びにその供給された冷媒をケース外に排出する冷媒排出管を、ケース壁面の貫通口に気密状態に保持するシール材に特徴を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述の「技術分野」に記載したシール材を有する電力変換装置として特許文献１に記載のものが有る。図１に示すように、電力変換装置１は、ＤＣ−ＤＣ（直流−直流）コンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール２１並びにこれら半導体モジュール２１を冷却する互いに連結された複数の冷却管２２を交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、この半導体積層ユニット２を内側に収容するケース３とを備え、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するために用いられる。この他、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等にも用いられる。
【０００３】
半導体積層ユニット２は、ケース３の外部から複数の冷却管２２の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管４１と、複数の冷却管２２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管４２とを、積層方向の一端の冷却管２２にそれぞれ接続してなる。冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、図１の矢印Ｙ１方向から見たケース３の側面図である図２に示すように、ケース３の側面に形成された２つの概略半円形の凹状の切欠部３５に、図３に示すように、防水用のゴム等の弾性部材によるシール材５を介して挿通されている。つまり、シール材５は切欠部３５よりもややサイズの大きい概略半円形状を成す。更に、シール材５の中央部分には貫通口が形成され、この貫通口に冷媒供給管４１又は媒排出管４２が気密状態に挿通されている。
【０００４】
また、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、シール材５よりもケース３の内側に冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持する把持治具（図示せず）を係合するための治具係合部６１が外周に嵌合され、更に、ケース３の外部においてホース位置決め部６２が外周に嵌合されている。このホース位置決め部６２は、ケース３の外部から冷媒供給管４１に冷却媒体を供給するための外部供給ホース６２１及び冷媒排出管４２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホース６２２を位置決めするためのものである。
【０００５】
また、半導体積層ユニット２は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却管２２とを交互に積層してなるが、冷却管２２同士は、上流側においては供給側連結部２２１によって連結され、下流側においては排出側連結部２２２によって連結されている。その下流側のケース３と半導体積層ユニット２との間には、弾性力を有するバネ部材１１が配設されている。ここで、ケース３は、バネ部材１１の幅方向の両端部を係止する固定用部材１２が当接する部材当接部３２と、上流側端部の冷却管２２の主面に当接する主面当接部３３とを有する。バネ部材１１は、下流側端部における冷却管２２の主面に当接する当接板部１３と固定用部材１２との間において、半導体積層ユニット２を上流側に押圧した付勢状態で配設する。このバネ部材１１の付勢力により、上流側端部における冷却管２２の主面が主面当接部３３と当接している。また、図には示さないが、ケース３の上面は内部が密閉状態となるように蓋が施される。
【０００６】
このような構成によって、半導体モジュール２１と交互に積層された複数の冷却管２２を変形させることなく、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２にシール材５を配設することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９４２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したような特許文献１の電力変換装置１においては、図４（ａ）に冷媒供給管４１をケース３に密着保持するシール材５周辺の平面図及び（ｂ）に（ａ）に示す矢印Ｙ２方向から見たシール材５の側面図に示すように、シール材５は、その概略半円形状の湾曲部分である半周回面にケース３の切欠部３５に嵌る凹溝５ａが形成されており、更に凹溝５ａの半周回底面に突起状のリブ５ｂが２つ平行に半周回して形成されている。更に説明すると、凹溝５ａはケース３の切欠部３５に僅かなギャップを介して嵌合され、この嵌合状態において各リブ５ｂが切欠部３５の半周回面に押し付けられる状態となる。この状態によってシール材５は、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）をケース３に外部から内部へ気密状態に挿通して保持している。つまり、ケース３内は外部から遮断された密閉状態となっている。
【０００９】
このように密閉状態のケース３の内部が急激に冷やされると内部が負圧となる。このように負圧となった場合、シール材５は弾性部材であるため、図４（ａ）に矢印Ｙ３で示すように、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）がその軸方向にケース３の内部に引き込まれる。この引き込みの際、シール材５が変形して各リブ５ｂがケース３の切欠部３５の半周回面から離れて隙間ができ、この隙間から外部の湿った空気や水分がケース３の内部へ浸入してしまうケースがある。この場合、ケース３の内部には高電圧が印加される半導体モジュール２１が配設されているので、放電や短絡などの電気的な障害が発生するという問題がある。
【００１０】
また、上記のようにシール材５が軸方向に動かないようにするため、リブ５ｂを更に高くして冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）が嵌合されたシール材５をケース３に締め付ける力を強くすればよい。しかし、この場合、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）が嵌合されたシール材５をケース３に組み付ける場合、リブ５ｂを強く圧縮して組み付ける必要があるのでシール材５の組み付け性が悪くなる。また、ケース３の切欠部３５への締め付け力が強いので長期の使用時に切欠部３５が破損することになる。更に、シール材５の弾性強度を更に強くしてもよいがこの場合も組み付け性が悪くなる。更には、シール材５の内部に金具を入れる方法もあるが、この場合、シール材５の部品コストが高くなってしまう。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールを密閉状態に収容するケースの切欠部にシール材を介してケース内に挿通された配管がケース内負圧により引き込まれても、シール材とケースとの間に隙間ができないようにすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、電力変換を行う複数の半導体モジュールと、これら半導体モジュールを冷却する互いに連結された複数の冷却管とが交互に積層されてケース内に密閉状態に収容され、前記冷却管に冷却媒体をケース外部から供給する冷媒供給管と、その供給された冷却媒体を冷却管からケース外部へ排出する冷媒排出管とが、概略中央部分に貫通口が形成された弾性部材によるシール材の当該貫通口に密着状態に挿通され、このシール材がケースの壁面を貫通する凹状又は貫通口状の切欠部に密閉状態に嵌合される電力変換装置において、
前記シール材は、前記切欠部の周回面部分に嵌合する凹溝が形成され、当該凹溝の周回底面に第１突起部が複数平行に周回して形成され、当該凹溝の底面の両側に直立する周回側面の片側に第２突起部が周回して形成されて成るものであって、前記第１突起部が当該切欠部の周回面に押圧され且つ前記第２突起部が当該ケースの外側の壁面に押圧された状態となるように前記ケースの切欠部に嵌合されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、密閉状態のケースの内部が急激に冷やされ内部が負圧となった際に、シール材は弾性部材であるため、冷媒供給管及び冷媒排出管がその軸方向にケースの内部に引き込まれる。この際、シール材が変形して切欠部の周回面に押圧された第１突起部はその周回面から離れて隙間ができる。しかし、ケースの外側の壁面に押圧された第２突起部は、冷媒供給管及び冷媒排出管の軸方向と同一方向に突出してケースの外側の壁面に押圧されている。従って、冷媒供給管及び冷媒排出管がその軸方向にケースの内部に引き込まれた場合、第２突起部はその軸方向と同じ方向に圧縮されてケースの外側の壁面に強く押し付けられるので、ケースとシール材との間に隙間ができることは無い。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記シール材は、前記凹溝の底面の両側に直立する周回側面のうち前記第２突起部側とは対向する側に第３突起部が周回して形成されて成るものであって、前記第１突起部が当該切欠部の周回面に押圧され且つ前記第２突起部及び前記第３突起部が当該ケースの壁面の内外面の両側から互いに向かって押圧された状態となるように前記ケースの切欠部に嵌合されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、シール材は、ケースの壁面の内外面に両側から互いに向かって押し付けられる第２突起部及び第３突起部が形成されているので、シール材をケースの切欠部に嵌合する際に、シール材の前後左右を確認してケースの外側面に突起部が配置されるように意識する必要がなくなる。従って、ケースへの組み付け性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の電力変換装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１の矢印Ｙ１方向から見たケースの側面図である。
【図３】上記ケースの側面の切欠部にシール材を介して冷媒供給管及び冷媒排出管を挿通状態に嵌合した際の側面図である。
【図４】（ａ）は従来の電力変換装置において冷媒供給管をケースに密着保持するシール材周辺の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｙ２方向から見たシール材の側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。
【図６】本実施形態の電力変換装置においてケースの側面の切欠部にシール材を介して冷媒供給管及び冷媒排出管を挿通状態に嵌合した際の側面図である。
【図７】（ａ）は本実施形態の電力変換装置において冷媒供給管をケースに密着保持するシール材周辺の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｙ４方向から見たシール材の側面図である。
【図８】（ａ）は本実施形態の電力変換装置において冷媒供給管をケースに密着保持する他のシール材周辺の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｙ５方向から見たシール材の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
【００１８】
図５は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。
【００１９】
図５に示す電力変換装置１００が、図１に示した従来の電力変換装置１と異なる点は、シール材５０の構成にある。
【００２０】
但し、電力変換装置１００は、複数の半導体モジュール２１並びにこれら半導体モジュール２１を冷却する互いに連結された複数の冷却管２２を交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、この半導体積層ユニット２を内側に収容するケース３とを備える。半導体積層ユニット２は、ケース３の外部から複数の冷却管２２の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管４１と、複数の冷却管２２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管４２とを、積層方向の一端の冷却管２２にそれぞれ接続してなる。冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、ケース３の側面（壁面）に形成された２つの概略半円形の凹状の切欠部３５（図２参照）に、図６に示すように、防水用のゴム等の弾性部材によるシール材５０を介して挿通されている。つまり、シール材５０は切欠部３５よりもややサイズの大きい概略半円形状を成す。更に、シール材５０の中央部分には貫通口が形成され、この貫通口に冷媒供給管４１又は媒排出管４２が気密状態に挿通されている。
【００２１】
また、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、シール材５０よりもケース３の内側に冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持する把持治具（図示せず）を係合するための治具係合部６１が外周に嵌合され、更に、ケース３の外部においてホース位置決め部６２が外周に嵌合されている。このホース位置決め部６２は、ケース３の外部から冷媒供給管４１に冷却媒体を供給するための外部供給ホース６２１及び冷媒排出管４２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホース６２２を位置決めするためのものである。
【００２２】
また、半導体積層ユニット２は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却管２２とを交互に積層してなるが、冷却管２２同士は、上流側においては供給側連結部２２１によって連結され、下流側においては排出側連結部２２２によって連結されている。その下流側のケース３と半導体積層ユニット２との間には、弾性力を有するバネ部材１１が配設されている。ここで、ケース３は、バネ部材１１の幅方向の両端部を係止する固定用部材１２が当接する部材当接部３２と、上流側端部の冷却管２２の主面に当接する主面当接部３３とを有する。バネ部材１１は、下流側端部における冷却管２２の主面に当接する当接板部１３と固定用部材１２との間において、半導体積層ユニット２を上流側に押圧した付勢状態で配設する。このバネ部材１１の付勢力により、上流側端部における冷却管２２の主面が主面当接部３３と当接している。また、図には示さないが、ケース３の上面は内部が密閉状態となるように蓋が施される。
【００２３】
このような構成の電力変換装置１００において、シール材５０が従来のシール材５と異なる点を図７に示す。図７（ａ）は冷媒供給管４１をケース３に密着保持するシール材５０周辺の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｙ４方向から見たシール材５０の側面図である。この図７に示すように、シール材５０は、その概略半円形状の湾曲部分である半周回面にケース３の切欠部３５に嵌る凹溝５ａが形成され、その凹溝５ａの半周回底面に突起状のリブ（第１突起部）５ｂが２つ平行に半周回して形成され、更に、凹溝５ａの底面の両側に直立する半周回側面（ケース３の側面と平行な面）の片側に突起状のリブ（第２突起部）５ｃが半周回して形成されている。
【００２４】
更に説明すると、凹溝５ａはケース３の切欠部３５に僅かなギャップを介して嵌合され、この嵌合状態において各リブ５ｂが切欠部３５の半周回面に押し付けられる状態となり、更に、リブ５ｃがケース３の外側面に押し付けられる状態となる。この状態によってシール材５０は、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）をケース３に外部から内部へ気密状態に挿通して保持している。つまり、ケース３内は外部から遮断された密閉状態となっている。
【００２５】
このようなシール材５０を用いた場合に、密閉状態のケース３の内部が急激に冷やされ内部が負圧となった際に、シール材５０は弾性部材であるため、図７（ａ）に矢印Ｙ３で示すように、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）がその軸方向にケース３の内部に引き込まれる。この際、シール材５０が変形して切欠部３５の半周回面に押し付けられた各リブ５ｂはその半周回面から離れて隙間ができる。しかし、ケース３の外側面に押し付けられたリブ５ｃは、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）の軸方向と同一方向に突出してケース３の外側面に押し付けられている。このため、冷媒供給管４１（及び冷媒排出管４２）がその軸方向にケース３の内部に引き込まれた場合、リブ５ｃはその軸方向と同じ方向に圧縮されてケース３の外側面に強く押し付けられるので、ケース３とシール材５０との間に隙間ができることは無い。
【００２６】
従って、本実施形態の電力変換装置１００のシール材５０によれば、従来のように、ケース３とシール材５との間に隙間ができることによって、その隙間から外部の湿った空気や水分がケース３の内部へ浸入し、内部の高電圧が印加される半導体モジュール２１において放電や短絡などの電気的な障害が発生するといったことを防止することが出来る。
【００２７】
また、シール材５０は、ケース３の外側面に押し付けられるリブ５ｃを各リブ５ｂに加えて追加しただけの構成なので、ケース３の切欠部３５への組み付け性も良い。更に、シール材５０の弾性強度を強くするといったこともないので、長期の使用時にも切欠部３５の部分が破損するといったことは無い。更には、シール材５０の内部に金具を入れるといったこともないので、シール材５０の部品コストが高くなることも無い。
【００２８】
この他、図８に示すように、更にリブ（第３突起部）５ｄを追加してシール材５０−１を構成しても良い。但し、図８（ａ）は冷媒供給管４１をケース３に密着保持するシール材５０−１周辺の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｙ５方向から見たシール材５０−１の側面図である。この図８に示すように、シール材５０−１は、更に、凹溝５ａの両側の半周回側面（ケース３の側面と平行な面）のうちリブ５ｃ側とは対向する側に突起状のリブ５ｄが半周回して形成されている。つまり、リブ５ｄは、シール材５０−１をケース３の切欠部３５に嵌合した際に、ケース３の内側面に押し付けられる状態となる。更に説明すると、シール材５０−１をケース３の切欠部３５に嵌合した場合、各リブ５ｂが切欠部３５の半周回面に押し付けられる状態となり、また、リブ５ｃがケース３の外側面に押し付けられる状態となり、更に、リブ５ｄがケース３の内側面に押し付けられる状態となる。
【００２９】
つまり、シール材５０−１は、ケース３の内外面に両側から互いに向かって押し付けられるリブ５ｃ，５ｄが形成されているので、シール材５０−１をケース３の切欠部３５に嵌合する際に、シール材５０−１の前後左右を確認してケース３の外側面にリブ５ｃが配置されるように意識する必要がなくなる。従って、ケース３への組み付け性が向上するといったメリットがある。
【００３０】
また、上記では、切欠部３５がケース３の側面に形成された概略半円形の凹状を成していたが、側面を貫通する貫通口であっても良い。この場合、シール材５０又は５０−１は、その切欠部の貫通口に嵌合する形状を成す。
【符号の説明】
【００３１】
１，１００  電力変換装置
２  半導体積層ユニット
３  ケース
５，５０，５０−１  シール材
１１  バネ部材
１２  固定用部材
１３  当接板部
２１  半導体モジュール
２２  冷却管
３２  部材当接部
３３  主面当接部
３５  切欠部
４１  冷媒供給管
４２  冷媒排出管
６１  治具係合部
６２  ホース位置決め部
２２１  供給側連結部
２２２  排出側連結部
６２１  外部供給ホース
６２２  外部排出ホース
【図１】
2011086761.tif 000003
【図２】
2011086761.tif 000004
【図３】
2011086761.tif 000005
【図４】
2011086761.tif 000006
【図５】
2011086761.tif 000007
【図６】
2011086761.tif 000008
【図７】
2011086761.tif 000009
【図８】
2011086761.tif 000010