(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部を有しており、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記支持部と上記底部との間の内角における角度が鋭角であることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置の製造方法において、上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項３】
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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置の製造方法において、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項５】
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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置の製造方法において、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を配置することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置の製造方法において、上記位置決め部材は、上記電力変換装置の一部として、該電力変換装置に配設することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電力変換装置の製造方法において、上記位置決め部材は、上記フレームと一体に形成されていることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項９】
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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間及び上記加圧部材と上記後方壁部との間の少なくとも一方には介在部材を配してあり、該介在部材は、上記半導体積層ユニット又は上記後方壁部に当接する面と上記加圧部材に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置において、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記介在部材として当接プレートが配されていること特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の電力変換装置において、上記加圧部材と上記後方壁部との間には、上記介在部材として支承部材が配されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部と、反力を受けない一般部とを有し、上記支持部と上記底部との間の内角における角度は、上記一般部と上記底部との間の内角における角度より小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換装置において、上記位置決め部材は、上記フレームと一体に形成され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半導体モジュールの冷却手段を備えた電力変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、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力の生成に用いられる。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電力が必要となってきている。それゆえ、その交流モータ向けの駆動電力を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
【０００３】
そこで、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを冷却することができるように、冷媒を内部に流す複数の冷却管を半導体モジュールと積層した電力変換装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
かかる電力変換装置９は、図１０及び図１１に示すごとく、半導体モジュール９２１と冷却管９２２との積層体である半導体積層ユニット９２をフレーム９３の内側に配置してなる。フレーム９３は、半導体積層ユニット９２の積層方向と直交する方向に配された底部９３１と、この底部９３１の周囲から立設した壁部９３２とからなる。壁部９３２における、立設方向の端部には、開口部９３３が形成されている。フレーム９３の内側には、半導体積層ユニット９２を上記積層方向に加圧する加圧部材９６が、上記積層方向の一端に配されている。
【０００５】
また、半導体モジュール９２１において、主面と直交する端面には、底部の法線方向に突出する制御端子９２３及び主電極端子９２４を配してある。制御端子９２３は、制御回路基板（図示略）に半田付けされ、主電極端子９２４は、バスバー（図示略）に溶接される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６６８１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電力変換装置９において、加圧部材９６から半導体積層ユニット９２に加圧力が加えられると、加圧部材９６と対向する壁部９３２に反力がかかる。このとき、フレーム９３は、底部９３１を配した側に比べ、開口部９３３側の剛性が低いため、加圧部材９６と対向する壁部９３２における開口部９３３側の端部が上記積層方向に広がるように変形しやすい。
【０００８】
このように壁部９３２が傾斜することにより、加圧部材９６の加圧方向が開口部９３３側に向かって傾斜し、半導体積層ユニット９２にかかる加圧力に偏りを生じさせる。これにより、半導体モジュール９２１と冷却管９２２との間の密着力が部分的に低下し、半導体積層ユニット９２の冷却性能が低下するおそれがある。また、加圧力の偏りによって、半導体積層ユニット９２の半導体モジュール９２１が開口部９３３側にずれることにより、制御端子９２３と制御回路基板との半田付け部や、主電極端子９２４とバスバーとの溶接部において、作業性の悪化や接続不良等が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、半導体積層ユニットにおける半導体モジュールのずれを防ぐと共に、半導体積層ユニットの冷却性能の低下を抑制することのできる電力変換装置及びその製造方法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、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部を有しており、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記支持部と上記底部との間の内角における角度が鋭角であることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
本発明の第２の態様は、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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
本発明の第３の態様は、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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置の製造方法であって、
上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配するにあたり、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてあり、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
【００１１】
本発明の第４の態様は、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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間及び上記加圧部材と上記後方壁部との間の少なくとも一方には介在部材を配してあり、該介在部材は、上記半導体積層ユニット又は上記後方壁部に当接する面と上記加圧部材に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることを特徴とする電力変換装置にある。
【００１２】
本発明の第５の態様は、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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部と、反力を受けない一般部とを有し、上記支持部と上記底部との間の内角における角度は、上記一般部と上記底部との間の内角における角度より小さいことを特徴とする電力変換装置にある。
【００１３】
上記電力変換装置は、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と該複数の半導体モジュールを両主面から冷却する複数の冷却管とを積層してなる半導体積層ユニットと、
該半導体積層ユニットにおける積層方向に直交する方向において、積層方向と略平行に配された底部と、該底部において積層方向の前端側及び後端側からそれぞれ上記半導体積層ユニット側へ立設した前方壁部及び後方壁部とを少なくとも備えたフレームと、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の後端側と上記フレームの後方壁部との間に配置され、上記半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材とを有する電力変換装置であって、
上記フレームは、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を有しており、
上記加圧部材の加圧方向が上記底部に向かって傾斜するよう構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
第１〜第３の態様にかかる上記電力変換装置の製造方法においては、少なくとも上記半導体積層ユニットに対し上記加圧部材の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させてある。そのため、上記電力変換装置の完成時においては、上記加圧部材の加圧方向を上記積層方向に近づけることができる。
【００１５】
すなわち、上記加圧部材の加圧力が上記半導体積層ユニットに加わることにより反力が生じ、この反力は、上記フレームの上記後方壁部に加わる。このとき、上記フレームの剛性は、上記底部の法線方向において、上記底部を配した側に比べ上記底部を配していない側の剛性が低くなる。そのため、上記後方壁部に反力が加わることによって、上記後方壁部における上記底部を配していない側の端部が上記積層方向に広がるように、すなわち上記半導体積層ユニットから離れるように変形する。
【００１６】
ここで、仮に加圧力付与開始時点において、上記加圧部材の加圧方向が上記積層方向に平行となっていると、加圧力の反力によって上記後方壁部が上記のように変形したとき、組付後の状態において、上記加圧部材の加圧方向が上記底部と反対側へ傾斜してしまうこととなる。これに対し、加圧力付与開始時点において、傾斜した上記加圧部材の加圧方向は、上記後方壁部が上記のように変形した時、積層方向と平行な方向に近づくこととなる。それゆえ、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材とを上記フレーム内に組付けた後の状態において、上記加圧部材の加圧力を積層方向に近い状態とすることができる。その結果、得られた上記電力変換装置においては、上記加圧部材の加圧力を効率よく、かつ均一に上記半導体積層ユニットへ伝達し、上記半導体モジュールと上記冷却管とのずれを防ぐと共に、上記半導体積層ユニットの冷却性能の低下を抑制することができる。
【００１７】
第４の態様にかかる上記電力変換装置は、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間もしくは上記加圧部材と上記後方壁部との間に、上記のごとくテーパ形状を設けた上記介在部材を配してある。この上記介在部材を配することにより、上記加圧部材の加圧方向を上記介在部材のテーパ形状に沿って傾斜させることができる。したがって、少なくとも加圧力付与開始時点において、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
また、上記電力変換装置においては、テーパ形状を有する上記介在部材を設けることにより、上記フレームや上記加圧部材等の構造及び構成を大きく変更する必要がなくなる。したがって、上記電力変換装置の製造方法をより容易に実現することができる。
【００１８】
第５の態様にかかる上記電力変換装置は、上記後方壁部が、上記加圧部材の反力を受ける支持部と、反力を受けない一般部とを有し、上記支持部と上記底部との間の内角における角度は、上記一般部と上記底部との間の内角における角度より小さい。すなわち、上記支持部の法線方向を上記底部に向かうように傾斜させて形成することにより、上記加圧部材を傾斜して配することができる。したがって、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００１９】
上記電力変換装置においては、上記フレームの内側に上記半導体積層ユニット及び上記加圧部材を配し上記加圧部材の加圧力が加わった状態においても、上記加圧部材の加圧方向が上記底部に向かって傾斜している。また、上記フレームは、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する上記位置決め部材を有している。
【００２０】
そのため、上記フレーム内に上記半導体積層ユニットを配した際には、上記半導体積層ユニットは、上記加圧部材の加圧力によって上記位置決め部材に向かって押圧されるように配される。このとき、上記半導体モジュールは、上記加圧部材の加圧力によって上記位置決め部材に向かって押し当てられ、その配設位置が決められる。したがって、上記半導体モジュールが上記底部の法線方向にずれることを確実に防止することができる。
【００２１】
上記のごとく、本発明によれば、半導体積層ユニットにおける半導体モジュールのずれを防ぐと共に、半導体積層ユニットの冷却性能の低下を抑制することのできる電力変換装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１における、電力変換装置を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視線断面図。
【図３】実施例１における、フレームを示す説明図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視線断面図。
【図５】実施例１における、位置決め部材を示す断面図。
【図６】実施例２における、電力変換装置の要部断面図。
【図７】実施例２における、位置決め部材を示す断面図。
【図８】実施例３における、電力変換装置の要部断面図。
【図９】実施例４における、電力変換装置の要部断面図。
【図１０】背景技術における、電力変換装置を示す説明図。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ矢視線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上記電力変換装置の製造方法において、上記後方壁部は、上記加圧部材の反力を受ける支持部を有しており、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記支持部と上記底部との間の内角における角度が鋭角であることが好ましい。この場合には、上記後方壁部に上記支持部を設けることによって、加圧力付与開始時点において上記加圧部材を上記底部に向かって傾斜して配することができる。すなわち、上記支持部と上記底部との間における内角の角度を鋭角とすることにより、上記支持部における法線方向を上記底部に向かって傾斜して形成することができる。これにより、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００２４】
また、上記後方壁部と上記加圧部材との間には、上記加圧部材を支承する支承部材を配し、該支承部材は、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることが好ましい。この場合には、上記支承部材を配することによって、上記加圧部材を傾斜して配することができる。すなわち、上記加圧部材は、上記支承部材のテーパ形状に沿って配されるため、上記加圧部材の加圧方向を傾斜させることができる。これにより、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００２５】
また、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記半導体積層ユニットに対して面接触する当接プレートを配してあり、該当接プレートは、上記加圧部材に当接する面と上記後方壁部に当接する面とが底部へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有していることが好ましい。この場合には、上記当接プレートを配することによって、加圧力付与開始時点における上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。すなわち、上記加圧部材の加圧力は、上記当接プレートを介して上記半導体積層ユニットへと伝達される。上記当接プレートはテーパ形状を有しているため、上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００２６】
また、少なくとも加圧力付与開始時点においては、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を配置することが好ましい。この場合には、上記フレームの内側に上記半導体積層ユニットを配置する際に、上記半導体積層ユニットに加圧力が付与されていない状態においても、上記半導体モジュールが上記底部側にずれることを防止できる。したがって、上記半導体モジュールを適正な位置に配することが容易となる。それゆえ、上記半導体モジュールのずれを防ぐと共に、半導体積層ユニットにおける冷却性能の低下を抑制した上記電力変換装置の生産を容易にし生産効率を向上することができる。
【００２７】
また、上記位置決め部材は、上記電力変換装置の一部として、該電力変換装置に配設することが好ましい。この場合には、上記電力変換装置の完成状態においても上記位置決め部材を備え、その効果を得ることができる。そのため、上記半導体モジュールのずれをより確実に防止することができる。
【００２８】
また、上記位置決め部材は、上記フレームと一体に形成されていることが好ましい。この場合には、上記電力変換装置に上記位置決め部材を設けるに際して、上記電力変換装置における部品点数及び組付工数の増加を伴わない。したがって、構造の複雑化及び生産性の低下を防止することができる。
【００２９】
また、上記電力変換装置において、上記半導体積層ユニットと上記加圧部材との間には、上記介在部材として当接プレートが配されていることが好ましい。この場合には、容易に上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００３０】
また、上記加圧部材と上記後方壁部との間には、上記介在部材として支承部材が配されていることが好ましい。この場合には、容易に上記加圧部材の加圧方向を上記底部に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた上記電力変換装置の製造方法を容易に実現することができる。
【００３１】
また、上記電力変換装置は、上記半導体積層ユニットにおける上記底部側から上記複数の半導体モジュールの端面に当接して、上記底部の法線方向における上記複数の半導体モジュールの位置を規制する位置決め部材を備えていることが好ましい。この場合にも、上記フレームの内側に上記半導体積層ユニットを配置する際に、上記半導体モジュールが上記底部側にずれることを防止できる。したがって、上記半導体モジュールを適正な位置に配することができる。
また、上記電力変換装置の完成状態においても上記位置決め部材を備え、その効果を得ることができる。そのため、上記半導体モジュールのずれをより確実に防止することができる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
本発明の第１の態様にかかる電力変換装置及びその製造方法の実施例について、図１〜図５を参照して説明する。
尚、図１〜図５においては、電力変換装置１の形状等を誇張して描いてある（後述の図６〜図９も同様である）。
【００３３】
電力変換装置１は、図１及び図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体積層ユニット１０と、底部２１と前方壁部２２１及び後方壁部２２２とを少なくとも備えたフレーム２と、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材３とを有している。半導体積層ユニット１０は、複数の半導体モジュール１１と該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２１とを積層してなる。フレーム２は、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘと直交する方向において、積層方向Ｘと略平行に配された底部２１と、該底部２１において積層方向Ｘの前端側及び後端側からそれぞれ半導体積層ユニット１０側へ立設した前方壁部２２１及び後方壁部２２２とを有している。加圧部材３は、半導体積層ユニット１０における積層方向Ｘの後端側とフレーム２の後方壁部２２２との間に配置されている。
【００３４】
電力変換装置１は、フレーム２の内側に半導体積層ユニット１０及び加圧部材３を配するにあたり、少なくとも半導体積層ユニット１０に対し加圧部材３の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点においては、加圧部材３の加圧方向を底部２１に向かって傾斜させてある。
【００３５】
以下、本例に示す電力変換装置１及びその製造方法について、さらに詳細に説明する。
本例において、半導体モジュール１１と冷却管１２１が積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管１２１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、加圧部材３を配した側を後方とし、反対側を前方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、フレーム２の底部２１が配される側を下方とし、反対側を上方とする。
【００３６】
電力変換装置１は、図１及び図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体積層ユニット１０と、半導体積層ユニット１０を内包するフレーム２と、該フレーム２の内側に半導体積層ユニット１０と共に配される加圧部材３とを有している。
半導体積層ユニット１０は、同図中に示すごとく、複数の半導体モジュール１１と、該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２１とを積層してなる。
【００３７】
半導体モジュール１１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１１は、図２及び図５に示すごとく、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１１１と、該本体部１１１の端面から互いに反対方向に突出した主電極端子１１２及び制御端子１１３とからなる。平板状の本体部１１１における主面の法線方向が積層方向Ｘとなるように、半導体モジュール１１は冷却管１２１と積層されている。主電極端子１１２は、高さ方向Ｚの下方に突出させてあり、制御端子１１３は、高さ方向Ｚの上方に突出させてある。主電極端子１１２は、バスバー（図示略）と接続されており、該バスバーを介して被制御電力が半導体モジュール１１に入出力される。また、制御端子１１３は、制御回路基板（図示略）と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
【００３８】
冷却管１２１は、図１及び図２に示すごとく、半導体モジュール１１の両主面に配されると共に、冷却管１２１へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３を有している。本例において、冷却管１２１は、アルミニウム等の金属によって構成され、複数の冷却管１２１が半導体モジュール１１を両主面から挟持するように配されている。隣り合う冷却管１２１は、横方向Ｙの両端部付近において連結管１２４によって、互いに連結されている。これら冷却管１２１、連結管１２４、冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３によって、冷却器１２が構成されている。
【００３９】
冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３は、図１及び図２に示すごとく、半導体積層ユニット１０の前端部に配された冷却管１２１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１２２から導入された冷却媒体は、適宜連結管１２４を通り、各冷却管１２１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１２１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール１１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、適宜下流側の連結管１２４を通り、冷媒排出管１２３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。
【００４０】
半導体積層ユニット１０は、図１及び図２に示すごとく、加圧部材３と共にフレーム２の内側に配される。加圧部材３は、その付勢力によって半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに押圧保持している。また、フレーム２の内側には、加圧部材３と共に、下記の介在部材４を配してある。
図１に示すごとく、加圧部材３は湾曲して形成された板ばねからなり、加圧部材３の横方向Ｙの中央において当接プレート４１を介して半導体積層ユニットを押圧する押圧部３１と、横方向Ｙの両端部において支承部材４２に支承される一対の被支承部３２とを有している。
【００４１】
介在部材４としては、図１及び図２に示すごとく、平板状をなす当接プレート４１と、円筒状をなす支承部材４２とがある。
当接プレート４１は、加圧部材３と半導体積層ユニット１０との間に配されており、半導体積層ユニット１０の後端に配される冷却管１２１と面接触している。
支承部材４２は、加圧部材３と、後述する後方壁部２２２の支持部２２３との間に配されている。
【００４２】
上述した半導体積層ユニット１０を内包するフレーム２は、図３及び図４に示すごとく、半導体積層ユニット１０の下方に配される底部２１と、底部２１の外周において上方に立設すると共に高さ方向Ｚと直交する方向の全周を囲む壁部２２とからなる。底部２１には、半導体モジュール１１の主電極端子１１２を挿通する底部挿通孔２１１が形成されている。また、図５に示すごとく、底部２１は、冷却管１２１の下面と当接するように形成してある。
【００４３】
フレーム２は、壁部２２として、図３に示すごとく、積層方向Ｘの両側に配された前方壁部２２１及び後方壁部２２２と、その両端において連結する一対の側方壁部２２５とを有する。
後方壁部２２２には、図３及び図４に示すごとく、支承部材４２と当接し加圧部材３の反力を受ける支持部２２３と、支承部材４２とは当接せず反力を受けない一般部２２４とを設けてある。支持部２２３と底部２１との間の内角における角度は、一般部２２４と底部２１との間の内角における角度より小さい。また、支持部２２３は、加圧力付与開始時点において、支持部２２３と底部２１との間の内角における角度が鋭角となるように形成してある。このように支持部２２３を形成することにより、少なくとも半導体積層ユニット１０に対して加圧部材３の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点において、加圧部材３の加圧方向は底部２１に向かって傾斜させることができる。
また、フレーム２は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属又は合金によって構成することができる。
【００４４】
次に、上記のごとく構成された電力変換装置１の製造方法について説明する。
まず、図５に示す位置決め部材５の上方にフレーム２を配置する。次いで、位置決め部材５上に載置されたフレーム２の内側に半導体積層ユニット１０を載置する。このとき、フレーム２の底部挿通孔２１１に半導体モジュール１１の主電極端子１１２を差し入れ、冷却管１２１の横方向Ｙにおける両端部を底部２１上に載置すると共に、半導体モジュール１１の下方側の端面を位置決め部材５に当接させる。これにより、位置決め部材５は、複数の半導体モジュール１１の底部２１の法線方向（高さ方向Ｚ）における位置を規制する。
【００４５】
また、半導体積層ユニット１０における後方側に配された冷却管１２１の後面に当接プレート４１を配する。この当接プレート４１と後方壁部２２２との間の空間に、圧縮変形させた加圧部材３と一対の支承部材４２を挿入する。また、支承部材４２は、加圧部材３の被支承部３２と後方壁部２２２の支持部２２３とに当接するようにする。そして、加圧部材３の圧縮を解除することで、加圧部材３の加圧力によって半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに押圧する。このとき、後方壁部２２２が上述のように変形すると、加圧力付与開始時点において、底部２１に向かって傾斜していた加圧部材３の加圧方向は、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘへと近づけられることとなる。その後、位置決め部材５を取り外す。
【００４６】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の電力変換装置の製造方法においては、少なくとも半導体積層ユニット１０に対し加圧部材３の加圧力を付与し始める加圧力付与開始時点において、加圧部材３の加圧方向を底部２１に向かって傾斜させてある。そのため、電力変換装置１の完成時においては、加圧部材３の加圧方向を積層方向Ｘに近づけることができる。
【００４７】
すなわち、加圧部材３の加圧力が半導体積層ユニット１０に加わることにより反力が生じ、この反力は、フレーム２の後方壁部２２２に加わる。このとき、フレーム２の剛性は、底部２１の法線方向（高さ方向Ｚ）において、底部２１を配した側に比べ底部２１を配していない側の剛性が低くなる。そのため、後方壁部２２２に反力が加わることによって、後方壁部２２２における底部２１を配していない側の端部が積層方向Ｘに広がるように、すなわち半導体積層ユニット１０から離れるように変形する。
【００４８】
ここで、仮に加圧力付与開始時点において、加圧部材３の加圧方向が積層方向Ｘに平行となっていると、加圧力の反力によって後方壁部２２２が上記のように変形したとき、組付後の状態において、加圧部材３の加圧方向が底部２１と反対側へ傾斜してしまうこととなる。これに対し、加圧力付与開始時点において、傾斜した加圧部材３の加圧方向は、後方壁部２２２が上記のように変形した時、積層方向Ｘと平行な方向に近づくこととなる。それゆえ、半導体積層ユニット１０と加圧部材３とをフレーム２内に組付けた後の状態において、加圧部材３の加圧力を積層方向Ｘに近い状態とすることができる。その結果、得られた電力変換装置１においては、加圧部材３の加圧力を効率よく、かつ均一に半導体積層ユニット１０へ伝達し、半導体モジュール１１と冷却管１２１とのずれを防ぐと共に、半導体積層ユニット１０の冷却性能の低下を抑制することができる。
【００４９】
電力変換装置１は、後方壁部２２２が、加圧部材３の反力を受ける支持部２２３と、反力を受けない一般部２２４とを有している。また、支持部２２３と底部２１との間の内角における角度は、一般部２２４と底部２１との間の内角における角度より小さく、少なくとも加圧力付与開始時点においては、支持部２２３と底部２１との間の内角における角度が鋭角である。すなわち、支持部２２３の法線方向を底部２１に向かうように傾斜させて形成することにより、加圧部材３を傾斜して配することができる。したがって、少なくとも加圧力付与開始時点においては、加圧部材３の加圧方向を底部２１に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた電力変換装置１の製造方法を容易に実現することができる。
【００５０】
また、少なくとも加圧力付与開始時点においては、半導体積層ユニット１０における底部２１側から複数の半導体モジュール１１の端面に当接して、底部２１の法線方向における複数の半導体モジュール１１の位置を規制する位置決め部材５を配置してある。そのため、フレーム２の内側に半導体積層ユニット１０を配置する際に、半導体積層ユニット１０に加圧力が付与されていない状態においても、半導体モジュール１１が底部２１側にずれることを防止できる。したがって、半導体モジュール１１を適正な位置に配することが容易となる。それゆえ、半導体モジュール１１のずれを防ぐと共に、半導体積層ユニット１０における冷却性能の低下を抑制した電力変換装置１の生産を容易にし生産効率を向上することができる。
【００５１】
上記のごとく、本例によれば、半導体積層ユニット１０における半導体モジュール１１のずれを防ぐと共に、半導体積層ユニット１０の冷却性能の低下を抑制することのできる電力変換装置及びその製造方法を提供することができる。
【００５２】
（実施例２）
本例は、実施例１の電力変換装置１に対して、フレーム２及び支承部材４２の形状を変更した例である。
図６に示すごとく、本例の電力変換装置１における支承部材４２は、略円錐台形状をなしており、加圧部材３に当接する支承前面４２１と後方壁部２２２に当接する支承後面４２２とが底部２１へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有している。
【００５３】
また、フレーム２の後方壁部２２２における支持部２２３は、一般部２２４と同一平面状に形成されている。尚、加圧力付与開始時点において支持部２２３及び一般部２２４は、底部２１に対して直角となるように形成されている。そして、加圧部材３の加圧力が付与された後、後方壁部２２２に反力が加わることによって、後方壁部２２２における底部２１を配していない側の端部が積層方向Ｘに広がるように、すなわち半導体積層ユニット１０から離れるように変形する。
また、図７に示すごとく、フレーム２の底部挿通孔２１１には、半導体モジュール１１における底部２１側の位置決めを行う位置決め部材５が積層方向Ｘに沿うように配してある。尚、位置決め部材５は、フレーム２と一体に形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５４】
本例の電力変換装置１の製造方法について説明する。
まず、フレーム２の内側に半導体積層ユニット１０を配置する。このとき、半導体モジュール１１の下方端面をフレーム２が有する位置決め部材５に当接して、複数の半導体モジュール１１の底部２１の法線方向（高さ方向Ｚ）における位置を規制する。
【００５５】
また、半導体積層ユニット１０における後方側に配された冷却管１２１の後面に当接プレート４１を配する。この当接プレート４１と後方壁部２２２との間の空間に、圧縮変形させた加圧部材３と一対の支承部材４２を挿入する。そして、加圧部材３の圧縮を解除することで、加圧部材３の加圧力によって半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに押圧する。加圧部材３の反力を受けた後方壁部２２２は、変形し、その法線方向が底部２１とは反対側の方向に向かうように傾斜する。このとき、加圧部材３と後方壁部２２２との間には、上記のごとくテーパ形状を有する支承部材４２を配してあるため、加圧部材３の加圧方向を積層方向Ｘに近づけることができる。
その他の製造方法については、実施例１と同様である。
【００５６】
電力変換装置１において、加圧部材３と後方壁部２２２との間には、介在部材４として支承部材４２が配されている。この支承部材４２を配することにより、加圧部材３の加圧方向を支承部材４２のテーパ形状に沿って傾斜させることができる。したがって、少なくとも加圧力付与開始時点において、加圧部材３の加圧方向を底部２１に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた電力変換装置１の製造方法を容易に実現することができる。
また、電力変換装置１においては、テーパ形状を有する支承部材４２を設けることにより、フレーム２や加圧部材３等の構造及び構成を大きく変更する必要がなくなる。したがって、電力変換装置１の製造方法をより容易に実現することができる。
【００５７】
また、位置決め部材５は、電力変換装置１の一部として、フレーム２と一体に形成されている。そのため、電力変換装置１の完成状態においても位置決め部材５を備え、その効果を得ることができる。したがって、半導体モジュール１１のずれをより確実に防止することができる。また、電力変換装置１における部品点数及び組付工数の増加を伴わない。これにより、構造の複雑化及び生産性の低下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得ることができる。
【００５８】
（実施例３）
本例は、実施例２に対して、当接プレート４１及び支承部材４２の形状を変更した例である。
本例の電力変換装置１における当接プレート４１は、図８に示すごとく、加圧部材３に当接するプレート前面４１１と後方壁部２２２に当接するレート後面４１２とが底部２１へ向かうほど互いに近付くようなテーパ形状を有している。
支承部材４２は、実施例１と同様に、円柱形状を有している。
その他の構成は実施例２と同様である。
【００５９】
電力変換装置１において、半導体積層ユニット１０と加圧部材３との間には、介在部材４として当接プレート４１が配されている。この当接プレート４１を配することにより、加圧部材３の加圧方向を当接プレート４１のテーパ形状に沿って傾斜させることができる。したがって、少なくとも加圧力付与開始時点において、加圧部材３の加圧方向を底部２１に向かって傾斜させることができる。それゆえ、上述の優れた電力変換装置１の製造方法を容易に実現することができる。
その他、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
（実施例４）
本例は、組立後の電力変換装置１における加圧部材３の加圧方向が斜め下方となるようにした例である。
図９に示すごとく、本例の電力変換装置１において、フレーム２の底部挿通孔２１１には、半導体モジュール１１における底部２１側の位置決めを行う位置決め部材５を積層方向Ｘに沿うように設けてある。
【００６１】
また、本例においては、フレーム２内に半導体積層ユニット１０を配し、半導体積層ユニット１０を加圧部材３によって押圧した状態においても、加圧部材３の加圧方向は、底部２１に向かって傾斜している。つまり、フレーム２に半導体積層ユニット１０及び加圧部材３を配置して、電力変換装置１を組み立てた状態においても、加圧部材３の加圧方向が斜め下方となる。この場合、半導体モジュール１１には、下方へずれるように力が作用するが、半導体積層ユニット１０は、位置決め部材５によって支持されるため、フレーム２内に安定保持することができる。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００６２】
電力変換装置１においては、フレーム２の内側に半導体積層ユニット１０及び加圧部材３を配し加圧部材３の加圧力が加わった状態においても、加圧部材３の加圧方向が底部２１に向かって傾斜している。また、フレーム２は、底部２１の法線方向における複数の半導体モジュール１１の位置を規制する位置決め部材５を有している。
【００６３】
そのため、フレーム２内に半導体積層ユニット１０を配した際には、半導体積層ユニット１０は、加圧部材３の加圧力によって位置決め部材５に向かって押圧されるように配される。このとき、半導体モジュール１１は、加圧部材３の加圧力によって位置決め部材５に向かって押し当てられ、その配設位置が決められる。したがって、半導体モジュール１１が底部２１の法線方向にずれることを確実に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得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  電力変換装置
１０  半導体積層ユニット
１１  半導体モジュール
１２１  冷却管
２  フレーム
２１  底部
２２１  前方壁部
２２２  後方壁部
３  加圧部材
【図１】
0005782845.tif 000002
【図２】
0005782845.tif 000003
【図３】
0005782845.tif 000004
【図４】
0005782845.tif 000005
【図５】
0005782845.tif 000006
【図６】
0005782845.tif 000007
【図７】
0005782845.tif 000008
【図８】
0005782845.tif 000009
【図９】
0005782845.tif 000010
【図１０】
0005782845.tif 000011
【図１１】
0005782845.tif 000012