(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半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層し、該各冷却管の両端が冷媒の供給を担う冷媒供給ヘッダと冷媒の排出を担う冷媒排出ヘッダとに連通してなる半導体積層ユニット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の積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記当接プレートは、該当接プレートの曲げ剛性を増加させるための曲げ剛性増加手段を設けてなり、
該曲げ剛性増加手段は、上記当接プレートに設けたリブであり、
上記当接プレートにおいて、上記冷媒供給ヘッダと上記冷媒排出ヘッダとの並び方向と、上記積層方向との双方に直交する方向を、上記当接プレートの幅方向とし、上記並び方向を上記当接プレートの長さ方向としたとき、上記リブは、上記当接プレートの幅方向の端部の少なくとも一方に、上記当接プレートの長さ方向に沿って形成されてい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、上記当接プレート及び上記ばね部材の少なくとも一方は、互いの幅方向の位置決めを行うための位置決め手段を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２において、上記位置決め手段は、上記当接プレートの上記リブの内側面及び上記ばね部材の外側面の少なくとも一方に設けた凸部からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニット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の積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記当接プレートは、該当接プレートの曲げ剛性を増加させるための曲げ剛性増加手段を設けてなり、
該曲げ剛性増加手段は、上記当接プレートに設けたリブであり、
該リブは、上記当接プレートの幅方向の端部の少なくとも一方に形成されており、
上記当接プレート及び上記ばね部材の少なくとも一方は、互いの幅方向の位置決めを行うための位置決め手段を設けてなり、
該位置決め手段は、上記当接プレートの上記リブの内側面及び上記ばね部材の外側面の少なくとも一方に設けた凸部からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記当接プレートと上記ばね部材とは、互いの当接部分において互いに遊嵌する突起部と嵌入部とを有す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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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流の生成に用いられることがある。
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流が必要となってきている。
それ故、その交流モータ向けの駆動電流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、図１０に示すごとく、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュール９２１を均一に冷却することができるように、冷媒の供給及び排出を担う一対のヘッダ９２３の間に多数の冷却管９２２が配置されている電力変換装置９が提案されている（特許文献１参照）。そして、該電力変換装置９は、冷却管９２２の間に半導体モジュール９２１を挟持した半導体積層ユニット９２と、該半導体積層ユニット９２の積層方向の端部に半導体積層ユニット９２を積層方向に加圧するばね部材９３１とを有する。
【０００４】
該ばね部材９３１は、半導体積層ユニット９２の積層方向の端面をなす冷却管９２２の主面９２０に対して、当接プレート９３２を介して当接している。これにより、ばね部材９３１による押圧力が冷却管９２２の主面９２０全体に対して均一にかかるようにしてある。
【０００５】
ところが、当接プレート９３２の曲げ剛性が不充分であると、ばね部材９３１によって押圧された当接プレート９３２が、ばね部材９３１との当接部分９３３を中心に反ってしまうおそれがある。そのため、半導体積層ユニット９２をその積層方向に均一に押圧することが困難となるおそれがある。それ故、半導体モジュール９２１と冷却管９２２とを面接触させて両者の密着性を確保して半導体モジュール９２１から冷却管９２２への伝熱を充分に行うことが困難となるおそれがある。そして、その結果、半導体モジュール９２１を充分に冷却することが困難となるおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体モジュールを充分に冷却することができる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】
【０００８】
第１の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層し、該各冷却管の両端が冷媒の供給を担う冷媒供給ヘッダと冷媒の排出を担う冷媒排出ヘッダとに連通してなる半導体積層ユニット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の積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記当接プレートは、該当接プレートの曲げ剛性を増加させるための曲げ剛性増加手段を設けてなり、
該曲げ剛性増加手段は、上記当接プレートに設けたリブであり、
上記当接プレートにおいて、上記冷媒供給ヘッダと上記冷媒排出ヘッダとの並び方向と、上記積層方向との双方に直交する方向を、上記当接プレートの幅方向とし、上記並び方向を上記当接プレートの長さ方向としたとき、上記リブは、上記当接プレートの幅方向の端部の少なくとも一方に、上記当接プレートの長さ方向に沿って形成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１）。
第２の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニット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の積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配されており、
該加圧部材は、上記冷却管の主面に当接する当接面を有する当接プレートと、該当接プレートにおける上記当接面と反対側の面に配されたばね部材とを有し、
上記当接プレートは、該当接プレートの曲げ剛性を増加させるための曲げ剛性増加手段を設けてなり、
該曲げ剛性増加手段は、上記当接プレートに設けたリブであり、
該リブは、上記当接プレートの幅方向の端部の少なくとも一方に形成されており、
上記当接プレート及び上記ばね部材の少なくとも一方は、互いの幅方向の位置決めを行うための位置決め手段を設けてなり、
該位置決め手段は、上記当接プレートの上記リブの内側面及び上記ばね部材の外側面の少なくとも一方に設けた凸部からなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項４）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記加圧部材は、上記当接プレートと上記ばね部材とを有し、上記当接プレートは、上記曲げ剛性増加手段を設けてなる。即ち、上記当接プレートは、上記曲げ剛性増加手段により曲げ剛性が増加しているため、上記ばね部材の弾性力によって押圧されても、上記当接プレートが反ることを防ぐことができる。
【００１０】
そのため、上記当接プレートの当接面により、上記半導体積層ユニットを全体にわたってその積層方向に均一に押圧することができる。これにより、上記半導体モジュールと上記冷却管とを面接触させて充分に密着させることができるため、上記半導体モジュールから上記冷却管へと充分に伝熱することができ、その結果、上記半導体モジュールを充分に冷却することができる。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュールを充分に冷却することができる電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明（請求項１）又は第２の発明（請求項４）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、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の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
尚、上記半導体モジュールと上記冷却管とは、直接密着していても良いし、絶縁材等を介して密着していても良い。
【００１３】
上記曲げ剛性増加手段は、上記当接プレートに設けたリブである。
これにより、上記当接プレートに上記曲げ剛性増加手段を容易に形成することができる。
【００１４】
上記リブは、上記当接プレートの幅方向の端部の少なくとも一方に形成されている。
これにより、上記当接プレートに上記曲げ剛性増加手段を一層容易に形成することができる。
【００１５】
第１の発明において、上記当接プレート及び上記ばね部材の少なくとも一方は、互いの幅方向の位置決めを行うための位置決め手段を設けてなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記当接プレートと上記ばね部材との互いの幅方向の位置決めを容易かつ確実に行うことができ、上記加圧部材を上記電力変換装置に容易に組み付けることができる。
【００１６】
上記位置決め手段は、上記当接プレートの上記リブの内側面及び上記ばね部材の外側面の少なくとも一方に設けた凸部からなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記位置決め手段を容易に形成することができる。
【００１７】
第１の発明又は第２の発明において、上記当接プレートと上記ばね部材とは、互いの当接部分において互いに遊嵌する突起部と嵌入部とを有することが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記当接プレートと上記ばね部材との互いの幅方向及び長さ方向の位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
尚、上記突起部と上記嵌入部とは、それぞれ当接プレートとばね部材とのいずれに設けても良い。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本例の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図６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、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２１と、該半導体モジュール２１を冷却する冷却管２２とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２を有する。
【００１９】
該半導体積層ユニット２の積層方向の端部には、図１〜図６に示すごとく、半導体積層ユニット２を積層方向に加圧する加圧部材３が配されている。
該加圧部材３は、冷却管２２の主面２２０に当接する当接面３２０を有する当接プレート３２と、該当接プレート３２における当接面３２０と反対側の面に配されたばね部材３１とを有する。
そして、上記当接プレート３２は、図１〜図３、図５、図６に示すごとく、該当接プレート３２の曲げ剛性を増加させるための曲げ剛性増加手段としてのリブ３２１を設けてなる。
【００２０】
本例の電力変換装置１につき、以下に詳細に説明する。
電力変換装置１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインタバータ等である。そして、電力変換装置１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流の生成に用いることができる。
また、電力変換装置１は、半導体積層ユニット２のほか、半導体モジュール２１に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有している。
【００２１】
上記半導体積層ユニット２は、図１に示すごとく、複数の半導体モジュール２１と扁平形状の冷却管２２とを交互に積層してなり、各冷却管２２の両端を、冷媒の供給を担う冷媒供給ヘッダ２３２と冷媒の排出を担う冷媒排出ヘッダ２３３とに連通させた多層積層構造のユニットである。本例では、隣り合わせに積層した冷却管２２の間に、それぞれ二つの半導体モジュール２１を並列配置してある。
【００２２】
また、上述したように、半導体積層ユニット２の積層方向の端部には、図１〜図６に示すごとく、当接プレート３２とばね部材３１とにより構成される加圧部材３が配されている。
上記当接プレート３２には、上述のごとく、リブ３２１により形成された曲げ剛性増加手段が形成されており、本例において、上記リブ３２１は、図２、図３、図５に示すごとく、当接プレート３２の幅方向の両端部に形成されている。
【００２３】
上記ばね部材３１は、図１、図２、図４、図６に示すごとく、その中央部が半導体積層ユニット２側に湾曲してなる。
また、ばね部材３１は、図２〜図４、図６に示すごとく、当接プレート３２に当接する前方板ばね３１１と該前方板ばね３１１の後面に重ねた後方板ばね３１２とにより構成されている。
ばね部材３１は、図１に示すごとく、後方板ばね３１２における長さ方向の両端部が、電力変換装置１のケース１０内に固定された２個の固定ピン１１に係止されており、該固定ピン１１と半導体積層ユニット２との間において、ばね部材３１が広がる方向に付勢された状態で配置することにより、半導体積層ユニット２を積層方向に押圧している。
【００２４】
ばね部材３１には、図２〜図４に示すごとく、当接プレート３２とばね部材３１との互いの幅方向の位置決めを行うための位置決め手段が設けてある。本例においては、該位置決め手段とは、前方板ばね３１１の幅方向の外側面に設けた凸部３１３である。そして、該凸部３１３は、前方板ばね３１１の長さ方向の両端部であって幅方向の両外側面に計四つ形成されている。
【００２５】
そして、当接プレート３２とばね部材３１とは、図４〜図６に示すごとく、互いの当接部分３３にそれぞれ嵌入部３２４と突起部３１４とを有し、そこで互いに遊嵌されている。尚、ばね部材３１に設けられた突起部３１４の突出量は、当接プレート３２の厚み以下である。
また、嵌入部３２４は、当接プレート３２を貫通した孔であっても良いし、貫通しない凹部であっても良い。
【００２６】
本例の冷却管２２は、図１に示すごとく、内部に、例えば、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、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流動させる中空部を有してなる扁平形状の管である。
【００２７】
そして、冷媒供給ヘッダ２３２を介して冷媒入口２３１より冷却管２２へと供給された冷媒は、冷却管２２内を通過する際に、冷却管２２と絶縁材を介して面接触することができるように設けられた半導体モジュール２１の放熱板（図示略）から受熱する。そして、受熱した冷媒は、更に冷却管２２内を通過し、冷媒排出ヘッダ２３３を介して冷媒出口２３４へ向かって流れて、そこから排出される。
このようにして、半導体積層ユニット２においては、冷媒を冷却管２２内において循環させて、半導体素子との熱交換を行うことにより、半導体モジュール２を冷却する。
【００２８】
次に、本例の作用効果につき説明する。
加圧部材３は、図１〜図６に示すごとく、当接プレート３２とばね部材３１とを有し、当接プレート３２は、曲げ剛性増加手段を設けてなる。即ち、当接プレート３２は、曲げ剛性増加手段により曲げ剛性が増加しているため、ばね部材３１の弾性力によって押圧されても、当接プレート３２が反ることを防ぐことができる。
【００２９】
そのため、当接プレート３２の当接面３２０により、半導体積層ユニット２を全体にわたってその積層方向に均一に押圧することができる。これにより、半導体モジュール２１と冷却管２２とを面接触させて充分に密着させることができるため、半導体モジュール２１から冷却管２２へと充分に伝熱することができ、その結果、半導体モジュール２１を充分に冷却することができる。
【００３０】
また、上記曲げ剛性増加手段とは、図１〜図３、図５、図６に示すごとく、当接プレート３２に設けたリブ３２１であるため、当接プレート３２に曲げ剛性増加手段を容易に形成することができる。
また、リブ３２１は、図２、図３、図５に示すごとく、当接プレート３２の幅方向の両端部に形成されているため、当接プレート３２に曲げ剛性増加手段を一層容易に形成することができる。
【００３１】
また、ばね部材３１には、図２〜図４に示すごとく、該ばね部材３１と当接プレート３２との幅方向の位置決めを行うための位置決め手段を設けてなるため、当接プレート３２とばね部材３１との互いの幅方向の位置決めを容易かつ確実に行うことができ、加圧部材３を電力変換装置１に容易に組み付けることができる。
そして、位置決め手段は、同図に示すごとく、ばね部材３１の外側面に設けた凸部３１３からなるため、ばね部材３１に、位置決め手段を容易に形成することができる。
【００３２】
また、当接プレート３２とばね部材３１とは、図４〜図６に示すごとく、互いの当接部分３３において互いに遊嵌する突起部３１４と嵌入部３２４とを有するため、当接プレート３２とばね部材３１との互いの幅方向及び長さ方向の位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
【００３３】
以上のごとく、本例によれば、半導体モジュールを充分に冷却することができる電力変換装置を提供することができる。
【００３４】
（実施例２）
本例は、図７〜図９に示すごとく、当接プレート３２の幅方向の両端部に形成されたリブ３２１の内側面に、当接プレート３２とばね部材３１との互いの幅方向の位置決め手段として凸部３２３を設けた加圧部材３の例である。
【００３５】
上記凸部３２３は、幅方向の両端部に設けられた二つのリブ３２１の長さ方向の両端部の付近に計四つ形成されている。
一方、ばね部材３１には、図８に示すごとく、凸部（例えば、図２に示す符号３１３）が形成されていない。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００３６】
尚、本発明の電力変換装置における上記ばね部材の曲げ剛性増加手段としては、上記実施例１及び実施例２に示したようなリブに限らず、例えば、複数の板ばねを厚み方向に互いに積層してばね部材を構成する手段等、他の手段もある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面説明図。
【図２】実施例１における、加圧部材の斜視図。
【図３】実施例１における、加圧部材の正面図。
【図４】実施例１における、ばね部材の斜視図。
【図５】実施例１における、当接プレートの斜視図。
【図６】実施例１における、加圧部材の断面説明図。
【図７】実施例２における、加圧部材の正面図。
【図８】実施例２における、ばね部材の斜視図。
【図９】実施例２における、当接プレートの斜視図。
【図１０】従来例における、電力変換装置の断面説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１  電力変換装置
２  半導体積層ユニット
２１  半導体モジュール
２２  冷却管
２２０  主面
３  加圧部材
３１  ばね部材
３２  当接プレート
３２０  当接面
【図１】
0004525582.tif 000002
【図２】
0004525582.tif 000003
【図３】
0004525582.tif 000004
【図４】
0004525582.tif 000005
【図５】
0004525582.tif 000006
【図６】
0004525582.tif 000007
【図７】
0004525582.tif 000008
【図８】
0004525582.tif 000009
【図９】
0004525582.tif 000010
【図１０】
0004525582.tif 000011