(57)【要約】  パワー半導体素子と、パワー半導体素子と接続される直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、上面に複数のボス部を有し、パワー半導体素子及びサポートケースが取り付けられるヒートシンクと、複数の脚部が形成されたケース部材を有する平滑コンデンサと、平滑コンデンサと直流入力端子を接続するバスバーとを有し、ケース部材の複数の脚部を、ヒートシンクの複数のボス部にそれぞれ固定してなる電力変換装置において、熱によるボス部の伸縮量と脚部の伸縮量の和が、熱によるサポートケースの伸縮量とバスバーの伸縮量の和に対し、０．９〜１．１の範囲内となる材質及び寸法で、ボス部、脚部、サポートケース及びバスバーを形成する。
2018193588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と接続される直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、
上面に複数のボス部を有し、前記パワー半導体素子及び前記サポートケースが取り付けられるヒートシンクと、
複数の脚部が形成されたケース部材と、
前記ケース部材に収容される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記直流入力端子とを接続するバスバーとを有し、
前記ケース部材の前記複数の脚部が、前記ヒートシンクの前記複数のボス部にそれぞれ固定される電力変換装置であって、
熱による前記ボス部の伸長量と前記脚部の伸長量の和が、
熱による前記サポートケースの伸長量と前記バスバーの伸長量の和に対し、
０．９〜１．１の範囲内となる材質及び寸法で、
前記ボス部、前記脚部、前記サポートケース及び前記バスバーが形成された、
電力変換装置。
【請求項２】
筐体内に、
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と接続される直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、
上面に複数のボス部を有し、前記パワー半導体素子及び前記サポートケースが取り付けられるヒートシンクと、
複数の脚部が形成されたケース部材と、
前記ケース部材に収容される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記直流入力端子とを接続するバスバーとを有し、
前記バスバーは、ネジにより、前記直流入力端子に取付けられ、
前記ケース部材の前記複数の脚部が、前記ヒートシンクの前記複数のボス部にそれぞれ固定される電力変換装置であって、
前記ボス部の線膨張係数をαｈ、
前記ヒートシンクの前記上面から前記ボス部の座面までの距離をＬｈ、
前記脚部の線膨張係数をαｓ、
前記ケース部材から前記ボス部へ延伸する前記脚部の長さをＬｓ、
前記サポートケースの線膨張係数をαｒ、
前記ヒートシンクの前記上面から、前記ネジが取付けられるネジ穴の中心までの距離をＬｒ、
前記バスバーの線膨張係数をαｂ、
前記ケース部材の開口面から、前記ネジ穴の中心までの距離をＬｂとしたときに、
（αｈ×Ｌｈ ＋αｓ×Ｌｓ）／（αｒ×Ｌｒ ＋αｂ×Ｌｂ）
の値が、０．９から１．１の範囲内となる材質及び寸法で、
前記ボス部、前記脚部、前記サポートケース及び前記バスバーが形成された、
電力変換装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクの上方に、前記パワー半導体素子の中継端子と電気的に接続される基板を有し、
前記ヒートシンクの上面から前記基板の上面までの距離をＬｋとしたとき、
Ｌｈ＜Ｌｋである、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーは、
前記ケース部材から、前記直流入力端子との接続部までの間に、曲げ部を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記サポートケースと前記ケース部材及び前記脚部の線膨張係数は、
前記ヒートシンク及びボス部の線膨張係数よりも小さく、
前記ヒートシンク及びボス部の線膨張係数は、
前記バスバーの線膨張係数よりも小さい、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記サポートケースと前記ケース部材及び前記脚部は、ＰＰＳ樹脂で形成され、
前記ヒートシンク及びボス部は、ＡＤＣ１２で形成され、
前記バスバーは、アルミで形成される、
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
筐体内に、
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と接続される直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、
上面に複数のボス部を有し、前記パワー半導体素子及び前記サポートケースが取り付けられるヒートシンクと、
複数の脚部が形成されたケース部材と、
前記ケース部材に収容される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記直流入力端子とを接続するバスバーとを有し、
前記ケース部材の前記複数の脚部は、前記脚部と一体化されたカラーを有し、
前記複数の脚部が、前記カラーと中間部材を介して、前記ヒートシンクの前記複数のボス部にそれぞれ固定される電力変換装置であって、
熱による前記ボス部の伸長量と前記中間部材の伸長量の和が、
熱による前記サポートケースの伸長量と前記バスバーの伸長量の和に対し、
０．９〜１．１の範囲内となる材質及び寸法で、
前記ボス部、前記中間部材、前記サポートケース及び前記バスバーが形成された、
電力変換装置。
【請求項８】
筐体内に、パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の中継端子と電気的に接続される基板と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続される、直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、
上面に複数のボス部を有し、前記パワー半導体素子及び前記サポートケースが取り付けられるヒートシンクと、
複数の脚部が形成されたケース部材と、
前記ケース部材に収容される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記直流入力端子とを接続するバスバーとを有し、
前記ケース部材の前記複数の脚部は、前記脚部と一体化されたカラーを有し、
前記複数の脚部が、前記カラーと中間部材を介して、前記ヒートシンクの前記複数のボス部にそれぞれ固定される電力変換装置であって、
前記バスバーは、ネジにより、前記サポートケースに取り付けられ、
前記ケース部材は、カラーを備えた複数の脚部を有し、
前記ケース部材の前記複数の脚部が、前記カラーと中間部材を介して、それぞれ前記複数のボス部の座面に固定される電力変換装置であって、
前記ボス部の線膨張係数をαｈ、
前記ヒートシンクの前記上面から前記ボス部の座面までの距離をＬｈ、
前記中間部材の線膨張係数をαｓ、
前記中間部材の長さをＬｓ、
前記サポートケースの線膨張係数をαｒ、
前記ヒートシンクの前記上面から、前記ネジが取り付けられるネジ穴の中心までの距離をＬｒ、
前記バスバーの線膨張係数をαｂ、
前記ケース部材の開口面から、前記ネジ穴の中心までの距離をＬｂ、
前記ケース部材に充填される注型樹脂の線膨張係数をαｃ、
前記ケース部材の開口面から、前記カラーと前記中間部材との当接面までの距離をＬｃとしたとき、
（αｈ×Ｌｈ ＋αｓ×Ｌｓ）／（αｒ×Ｌｒ ＋αｂ×Ｌｂ＋αｃ×Ｌｃ）
の値が、０．９から１．１の範囲内となる材質及び寸法で、
前記ボス部、前記中間部材、前記サポートケース及び前記バスバーが形成された、
電力変換装置。
【請求項９】
前記サポートケースと前記ケース部材及び前記脚部の線膨張係数は、
前記中間部材の線膨張係数よりも小さく、
前記中間部材の線膨張係数は、
前記ヒートシンク及びボス部の線膨張係数よりも小さく、
前記ヒートシンク及びボス部の線膨張係数は、
前記バスバーの線膨張係数よりも小さい、
請求項７又は８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記サポートケースと前記ケース部材及び前記脚部は、ＰＰＳで形成され、
前記中間部材は、黄銅で形成され、
前記ヒートシンク及びボス部は、ＡＤＣ１２で形成され、
前記バスバーは、アルミで形成される、
請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記サポートケースは、ＰＰＳで形成され、
前記中間部材は、ＳＵＳ３０４で形成され、
前記ボス部は、ＡＤＣ１２で形成され、
前記バスバーは、無酸素銅で形成される、
請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記中間部材が、延長ネジである、
請求項７からの１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記中間部材が、スリーブである、
請求項７から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記スリーブと前記カラーとの当接面は、
前記ケース部材の上下方向の中心線より上方に形成される、
請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記スリーブの内径は、前記カラーの内径より小さい、
請求項１３又は１４に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記脚部は、前記ケース部材と一体化され、
前記脚部の肉厚は、前記ケース部材に向かうにしたがって厚くなる、
請求項１から請求項１５のいずれか１項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、平滑コンデンサと平滑コンデンサが取り付けられる筐体の、熱収縮量の差による影響を受けない、平滑コンデンサ取り付け機構を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車は環境対策及び燃費向上を目的として、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車といった、従来の内燃機関以外に電気の動力を利用した車両の開発および市場への投入が急速に進んでいる。これらの自動車には、電気を動力に変換する電力変換装置が搭載されている。【０００３】
この電力変換装置の筐体内には、スイッチング素子等の発熱素子を冷却するための水冷式ヒートシンク、制御回路基板、昇圧コンバータなどの部品が収容されている。さらに、リップル電流を抑制する平滑コンデンサ、電源接続用端子台、モーター接続用端子台などの部品が収容されている。そして、これらの部品は、高圧系および低圧系のバスバー又はハーネスにより電気的に接続されている。【０００４】
このように、多数の部品を搭載する電力変換装置では、小型化、軽量化、低コスト化、耐振性向上及び組立性向上が要求されている。このため、各部品を、構造材を兼ねた筐体と蓋部材に取り付け、筐体に蓋部材を締結した後、筐体に設けたサービスホールを介して電気的に接続する構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。【０００５】
また、電力変換装置を高出力化するためには、平滑コンデンサの高容量化および高電圧化が必要である。また、電力変換装置を高容量化するためには、コンデンサ素子の数を増やすこと又はサイズを大きくすることが必要である。そして、電力変換装置を高耐電圧化するためには、コンデンサ素子を覆う絶縁樹脂の肉厚を厚くする必要がある。よって、平滑コンデンサのケース部材のサイズを大きくする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１６３１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、金属製の筐体の内壁にサイズの大きい平滑コンデンサを固定した場合、金属製の筐体と平滑コンデンサの線膨張係数の差により、平滑コンデンサを筐体に固定する樹脂製脚部間に応力が集中し、疲労破壊及びネジの緩みが発生するおそれがある。また、電力変換装置が高温の状態で車両が水溜りに入ると、跳ね上げられた大量の水により金属製の筐体が急冷されることがある。このような状況においては、筐体と平滑コンデンサの線膨張係数の差に加え、熱伝達係数の差と熱容量の差により、筐体と平滑コンデンサの熱収縮量の差はさらに大きくなる。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、平滑コンデンサと平滑コンデンサが取り付けられる筐体の、熱収縮量の差による影響を受けない、平滑コンデンサ取り付け機構を有する電力変換装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力変換装置は、筐体内に、パワー半導体素子と、パワー半導体素子と接続される直流入力端子及び交流出力端子が取付けられたサポートケースと、上面に複数のボス部を有し、パワー半導体素子及びサポートケースが取り付けられるヒートシンクと、複数の脚部が形成されたケース部材を有する平滑コンデンサと、平滑コンデンサと直流入力端子を接続するバスバーとを筐体内に有し、平滑コンデンサのケース部材の複数の脚部を、ヒートシンクの複数のボス部にそれぞれ固定してなる電力変換装置において、熱によるボス部の伸縮量と脚部の伸縮量の和が、熱によるサポートケースの伸縮量とバスバーの伸縮量の和に対し、０．９〜１．１の範囲内となる材質及び寸法で、ボス部、脚部、サポートケース及びバスバーを形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換装置によれば、筐体が高温から急冷される状況下においても、平滑コンデンサが急冷されないように、筐体に平滑コンデンサを直接接触させないように支持している。これにより、平滑コンデンサと筐体の熱収縮量の差による、平滑コンデンサを支持するケース部材の脚部の疲労破壊及びケース部材を固定するネジの緩みを防ぐことのできる、電力変換装置を得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置の縦断面図である。
【図２】実施の形態１の脚部の変形例の上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における電力変換装置の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３における電力変換装置の縦断面図である。
【図６】実施の形態３における電力変換装置の第１変形例を示す図である。
【図７】実施の形態３における電力変換装置の第２変形例を示す図である。
【図８】実施の形態３の中間スリーブの変形例の上面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の電力変換装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置１００を示す構成図である。図１に示すように、実施の形態１の電力変換装置１００は、冷却水通路２ｅを有する水冷式のヒートシンク２の上面２ａに固定された筐体７を有している。電力変換装置１００は、筐体７の中に、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１を制御及び駆動する基板３と、パワー半導体素子１に電気的に接続される直流入力端子４ａ及び交流出力端子４ｂが取付けられたサポートケース４とを有している。
【００１４】
パワー半導体素子１は、ヒートシンク２の上面２ａに複数配置されており、各パワー半導体素子１から上方に延出する中継端子１ａは、各パワー半導体素子１の上方に配置された基板３と、電気的に接続されている。さらに、ヒートシンク２の上面２ａには、バスバー４ｃがインサート成形された、サポートケース４が配置されている。バスバー４ｃは、直流入力端子４ａと各パワー半導体素子１を電気的に接続するとともに、各パワー半導体素子１と交流出力端子４ｂを電気的に接続している。また、サポートケース４の上部には、パワー半導体素子１が発する磁気ノイズを遮蔽し、基板３の回路が影響を受けないようにする金属板２０が配置されている。
【００１５】
基板３の上方には、基板３と間隔を空けて、ケース部材５ｂに覆われた平滑コンデンサ５が配置されている。また、基板の下方には、直流入力端子４ａ及び交流出力端子４ｂが取付けられたサポートケース４が配置されている。
【００１６】
平滑コンデンサ５は、ケース部材５ｂの下方の開口面５ｅから下方に延伸するバスバー５ａにより、直流入力端子４ａに電気的に接続されている。バスバー５ａと直流入力端子４ａとは、ネジ６ａによってサポートケース４に固定されている。また、平滑コンデンサ５に内蔵されるＹコンデンサのグランドバスバー端子５ｆは、脚部５ｄとともに、ネジ６ｂによりボス部２ｂに固定されている。
【００１７】
平滑コンデンサ５のケース部材５ｂの側面には、金属製のカラー５ｃがインサート成形された複数の脚部５ｄが一体に形成されている。ヒートシンク２には、ヒートシンク２の上面２ａから平滑コンデンサ５に向けて延伸する複数のボス部２ｂが形成されている。平滑コンデンサ５の複数の脚部５ｄは、それぞれネジ６ｂにより、複数のボス部２ｂに固定されている。このように、平滑コンデンサ５は、平滑コンデンサ５が収容されるケース部材５ｂの複数の脚部５ｄを介して、ヒートシンク２から延出する複数のボス部２ｂに固定されており、筐体７には接触していない。
【００１８】
そして、ボス部２ｂの線膨張係数をαｈ、ヒートシンク２の上面２ａからボス部の座面２ｃまでの高さをＬｈ、ケース部材５ｂ及び脚部５ｄの線膨張係数をαｓ、ケース部材５ｂからボス部２ｂへ延伸する脚部５ｄの長さをＬｓ、サポートケース４の線膨張係数をαｒ、サポートケース４が配置されたヒートシンク２の上面２ａから、サポートケース４のネジ穴の中心４ｅまでの距離をＬｒ、バスバー５ａの線膨張係数をαｂ、ケース部材５ｂの開口面５ｅからネジ穴の中心４ｅまでの距離をＬｂとしたときに、
（αｈ×Ｌｈ ＋αｓ×Ｌｓ）／（αｒ×Ｌｒ ＋αｂ×Ｌｂ）
の値が、０．９から１．１の範囲内となるように、ボス部、脚部、サポートケース及びバスバーの材質及び寸法を決定する。
【００１９】
例えば、サポートケース４、ケース部材５ｂ及び脚部５ｄを、線膨張係数が２０×１０-6 （１／Ｋ）のＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）で形成し、ヒートシンク２及びボス部２ｂを、線膨張係数が２１×１０-6 （１／Ｋ）のＡＤＣ１２（アルミダイカスト）で形成する。そして、平滑コンデンサ５のバスバー５ａを、線膨張係数が２３〜２４×１０-6 （１／Ｋ）のアルミで形成し、カラー５ｃ及びネジ６ｂを、線膨張係数が１１〜１２×１０-6 （１／Ｋ）の鉄で形成する。
【００２０】
すると、各部品の線膨張係数の大きさは、αｒ（サポートケース４）＝αｓ（ケース部材５ｂ及び脚部５ｄ）＜αｈ（ボス部２ｂ）＜αｂ（バスバー５ａ）という関係になる。よって、バスバー５ａの伸縮量に釣り合わせるためには、脚部５ｄの長さＬｓを短くして、ボス部２ｂの高さＬｈを高くすればよい。これにより、耐振性と耐冷熱サイクル性が両立できる。また、Ｙコンデンサのグランドバスバー端子５ｆの長さが短くなるため、平滑コンデンサ５のノイズを高効率でグランド側のヒートシンク２に流すことができ、ノイズを低減させることができる。
【００２１】
また、カラー５ｃとネジ６ｂの材質を、線膨張係数が等しくなるように選定することにより、冷熱サイクル時におけるカラー５ｃの伸縮量とネジ６ｂの伸縮量を等しくしている。これにより、ネジ６ｂの緩みが抑制される。
【００２２】
なお、図１では、平滑コンデンサ５に内蔵されるＹコンデンサのグランドバスバー端子５ｆを、脚部５ｄとともにボス部２ｂに固定しているが、グランドバスバー端子５ｆを単独でボス部２ｂに固定してもよい。
【００２３】
このように、実施の形態１の電力変換装置１００によれば、（ボス部の熱膨張量＋脚部の熱膨張量）／（サポートケースの熱膨張量＋バスバーの熱膨張量）が、０．９〜１．１の範囲内となるように、各部品の寸法を決定している。これにより、平滑コンデンサ５が高温となり、平滑コンデンサ５のケース部材５ｂの脚部５ｄが、ヒートシンク２側へ延伸した場合であても、脚部５ｄに応力が集中することを抑制し、脚部５ｄが疲労破壊すること及びネジ６ａが緩むことを防止することができる。
【００２４】
また、電力変換装置１００が高温の状態で車が水溜りに入ると、跳ね上げられた大量の水によって金属製の筐体７が急冷されることがある。この場合には、筐体７と平滑コンデンサ５の線膨張係数の差に加え、熱伝達係数の差と熱容量の差により、筐体７と平滑コンデンサ５の熱収縮量の差はさらに大きくなる。
【００２５】
このような場合であっても、実施の形態１の電力変換装置１００によれば、平滑コンデンサ５が、筐体７に接触しないように支持されているため、平滑コンデンサ５が急冷されることはない。よって、平滑コンデンサ５が急冷されることによる、脚部５ｄ間への応力集中を抑制し、脚部５ｄが疲労破壊すること及びネジ６ａが緩むことを防止することができる。
【００２６】
また、筐体７に平滑コンデンサ５を固定していないため、筐体７を金属製の板金で加工することができ、筐体７の軽量化と加工コストを低減させることができる。さらに、平滑コンデンサ５が作動時に発する振動が筐体７に直接伝播しないため、平滑コンデンサ５の作動音が、筐体７の外部へ漏れることを抑制する効果もある。
【００２７】
さらに、冷間始動後の高負荷走行によって、平滑コンデンサ５が高温となり、平滑コンデンサ５とヒートシンク２の水平方向の熱膨張量に大きな差が生じたとしても、ヒートシンク２の上面２ａから平滑コンデンサ５に向けて延伸したボス部２ｂが撓むことにより、脚部５ｄに発生する応力を緩和することができる。よって、脚部５ｄの疲労破壊およびネジ６ａの緩みを抑制することができる。
【００２８】
そして、ヒートシンク２の上面２ａから突出するようにボス部２ｂを形成することにより、ボス部２ｂに加工される雌ねじ部分が、ヒートシンク２の冷却水通路２ｅと干渉しない。これにより、ボス部２ｂの配置及び本数が自由にレイアウトできる。また、ボス部２ｂの肉厚により、ボス部２ｂに、耐振性と耐冷熱サイクル性を両立可能な剛性を付与することができる。
【００２９】
なお、図１では、ボス部２ｂの座面２ｃを、ケース部材５ｂの開口面５ｅよりも低い位置に設定しているが、これに限るものではない。例えば、脚部５ｄの長さＬｓを０として、ボス部２ｂの座面２ｃが、ケース部材５ｂの開口面５ｅより上方となるようにしてもよい。
【００３０】
また、図１では、脚部５ｄをＬ字状に形成しているが、これに限るものではない。ここで、図２は脚部５ｄの変形例の上面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。例えば、脚部５ｄは、図２及び図３に示すように、脚部５ｄとケース部材５ｂとの接続部の肉厚を、脚部５ｄからケース部材５ｂに向かうにしたがって増加するように形成している。このような形状の脚部５ｄにより、ケース部材５ｂの側壁が補強され、各脚部５ｄの変形及び疲労破壊を抑制することができる。
【００３１】
実施の形態２． 
図４は、本発明の実施の形態２による電力変換装置２００を示す図である。実施の形態２による電力変換装置２００は、平滑コンデンサ５のバスバー５ａに曲げ部５ｇを形成している点が、実施の形態１とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】
図４に示すように、実施の形態２による電力変換装置２００は、平滑コンデンサ５と直流入力端子４ａを接続するバスバー５ａの板厚を１．８ｍｍ以下とし、曲げ部５ｇを形成している。
【００３３】
電力変換装置２００では、始動後の高負荷時に、平滑コンデンサ５とサポートケース４の温度が上昇して、ヒートシンク２との温度差が大きくなる。すると、ボス部２ｂの熱膨張量に脚部５ｄの熱膨張量を加えたものと、サポートケース４の熱膨張量にバスバー５ａの熱膨張量を加えたものとの間に、大きな差が生じ、バスバー５ａが伸びて脚部５ｄに負荷がかかる。
【００３４】
このような場合であっても、実施の形態２による電力変換装置２００によれば、バスバー５ａの板厚を薄くして、曲げ部５ｇを形成しているため、バスバー５ａの熱膨張量を、曲げ部５ｇで吸収することができる。これにより、脚部５ｄにかかる負荷を緩和することができる。さらに、バスバー５ａをサポートケース４に固定しているネジ６ａの緩みを防止することができる。
【００３５】
また、図４に示すように、実施の形態２による電力変換装置２００は、ヒートシンク２の上面２ａから基板３の実装面である上面までの距離をＬｋとしたとき、ヒートシンク２の上面２ａからボス部の座面２ｃまでの高さＬｈに対し、Ｌｈ＜Ｌｋの関係にある。これにより、基板３の実装面がボス部２ｂの座面２ｃより高い位置になるので、基板３にパワー半導体素子１の中継端子１ａを、半田付けする工程において、部分噴流用ノズル治具の長さを短くすることができ、半田付け性が向上する。
【００３６】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による電力変換装置３００を示す図である。実施の形態３の電力変換装置３００は、ケース部材５ｂの脚部５ｄとボス部２ｂの間に、金属製の中間スリーブ９を配置した点が、実施の形態１とは異なる。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３７】
実施の形態３による電力変換装置３００は、図５に示すように、平滑コンデンサ５のケース部材５ｂに形成された各脚部５ｄを、金属製の中間スリーブ９を介して、ヒートシンク２から延出する各ボス部２ｂに固定している。
【００３８】
そして、このように構成された実施の形態１の電力変換装置３００において、ボス部２ｂの線膨張係数をαｈ、ヒートシンク２の上面２ａからボス部の座面２ｃまでの高さをＬｈ、中間スリーブ９の線膨張係数をαｓ、中間スリーブ９の長さをＬｓ、サポートケース４の線膨張係数をαｒ、ヒートシンク２の上面２ａから、サポートケース４のネジ穴の中心４ｅまでの距離をＬｒ、バスバー５ａの線膨張係数をαｂ、ケース部材５ｂの開口面５ｅからネジ穴の中心４ｅまでの距離をＬｂ、ケース部材５ｂの開口面５ｅから、脚部５ｄのカラー５ｃと中間スリーブ９の当接面９ａまでの距離をＬｃ、ケース部材５ｂ内に充填される注型樹脂の線膨張係数をαｃとしたときに、
（αｈ×Ｌｈ ＋αｓ×Ｌｓ）／（αｒ×Ｌｒ ＋αｂ×Ｌｂ＋αｃ×Ｌｃ）
の値が、０．９から１．１の範囲内となるように、ボス部、中間スリーブ、サポートケース及びバスバーの材質及び寸法を決定する。
【００３９】
例えば、サポートケース４、ケース部材５ｂ及び脚部５ｄを、線膨張係数が２０×１０-6 （１／Ｋ）のＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）で形成し、ヒートシンク２及びボス部２ｂを、線膨張係数が２１×１０-6 （１／Ｋ）のＡＤＣ１２（アルミダイカスト）で形成する。そして、平滑コンデンサ５のバスバー５ａを、線膨張係数が２３〜２４×１０-6 （１／Ｋ）のアルミで形成し、中間スリーブ９を、線膨張係数が２０．８×１０-6 （１／Ｋ）の黄銅で形成する。
【００４０】
この場合、各部品の線膨張係数の大きさは、αｒ（サポートケース４、ケース部材５ｂ及び脚部５ｄ）≒αｓ（中間スリーブ９）＜αｈ（ボス部２ｂ）＜αｂ（バスバー５ａ）という関係になる。よって、バスバー５ａの伸縮量に釣り合わせるためには、中間スリーブ９の長さＬｓを長くするか、又はボス部２ｂの高さＬｈを高くする必要がある。
【００４１】
しかしながらボス部２ｂは鋳造成型で形成されるので、金型の構造及び抜き勾配により、ボス部２ｂを形成できる高さ及び形状に制限がある。中間スリーブ９は、金属を切削加工又は絞り加工することにより形成されているので、中間スリーブ９の形状には自由度がある。そこで、実施の形態３の電力変換装置３００では、脚部５ｄとボス部２ｂの間に長い中間スリーブ９を介在させることにより、ボス部２ｂの高さを抑制している。これにより、ボス部２ｂと一体成形されるヒートシンク２の成形性の向上及び金型のサイズ縮小が可能となり、成形コストが低減でき、容易に耐振性と耐冷熱サイクル性を両立することができる。
【００４２】
なお、実施の形態３の電力変換装置３００では、平滑コンデンサ５のバスバー５ａを、線膨張係数が２３〜２４×１０-6 （１／Ｋ）のアルミで形成し、中間スリーブ９を、線膨張係数が２０．８××１０-6 （１／Ｋ）の黄銅で形成したが、これに限るものではない。例えば、平滑コンデンサ５のバスバー５ａを、線膨張係数が１７．６×１０-6 （１／Ｋ）の無酸素銅で形成し、中間スリーブ９を、線膨張係数が１７．３×１０-6 （１／Ｋ）のＳＵＳ３０４で形成してもよい。
【００４３】
バスバー５ａと中間スリーブ９を、線膨張係数がほぼ等しい材料で形成することにより、バスバー５ａと中間スリーブ９の伸縮量に差が生じないようにする。これにより、図６に示す第１変形例の電力変換装置４００に示すように、バスバー５ａと中間スリーブ９の長さを等しくすることができる。
【００４４】
また、実施の形態３による電力変換装置３００では、脚部５ｄとボス部２ｂの間に、中間スリーブ９を介在させていたが、これに限るものではない。例えば、図７に示す第２変形例の電力変換装置５００のように、中間スリーブ９に代えて、延長ネジ１１を用いてもよい。これにより、電力変換装置５００の組立時に、中間スリーブ９を保持する必要がなくなり、組立性が向上する。
【００４５】
さらに、ネジ６ｂに、線膨張係数が１１〜１２×１０-6 （１／Ｋ）の安価な鉄を用いた場合、中間スリーブ９の線膨張係数が、ネジ６ｂの１.７倍以上となる。このため、ボス部２ｂの座面２ｃに負荷がかかり、ネジ６ｂに緩みが発生する場合がある。このような場合であっても、図５に示す電力変換装置５００では、電力変換装置３００の中間スリーブ９に代えて、ネジ６ｂと同様な線膨張係数を有する延長ネジ１１を用いることにより、ネジ６ｂの緩みを抑制することができる。
【００４６】
また、中間スリーブ９の内径を、カラー５ｃの内径より小さくしてもよい。これにより、ネジ６ａに対して、カラー５ｃと中間スリーブ９が互いに反対の方向にずれた場合に、カラー５ｃと中間スリーブ９の接触面積が少なくなることを防止する。これにより、ネジ６ａとカラー５ｃ及び中間スリーブ９の線膨張率の違いにより、脚部５ｄのカラー５ｃと中間スリーブ９の当接面９ａとの間にかかる面圧が上昇することを抑制し、ネジ６ａの緩みを防止することができる。
【００４７】
また、実施の形態３では、中間スリーブ９は円筒状に形成していたが、これに限るものではない。例えば、中間スリーブ９は、図８及び図９に示すような形状であってもよい。ここで、図８は、脚部５ｄを上方から見た図であり、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【００４８】
図８及び図９に示すように、中間スリーブ９の端部に、フランジ部９ｂを形成し、脚部５ｄに凸部５ｈを形成する。そして、図９に示すように、脚部５ｄと中間スリーブ９にネジ６ａを挿通した状態で、脚部５ｄの凸部５ｈと中間スリーブ９のフランジ部９ｂにクリップ１２を係合させ、中間スリーブ９を脚部５ｄに仮止めする。この状態で、脚部５ｄ及び中間スリーブ９を、ヒートシンク２のボス部２ｂに固定する。これにより、電力変換装置３００の組立時に、中間スリーブ９を脚部５ｄに保持した状態で、平滑コンデンサ５をヒートシンク２に固定することができ、電力変換装置３００の組立性が向上する。
【符号の説明】
【００４９】
１  パワー半導体素子、１ａ  中継端子、２  ヒートシンク、２ａ  上面、２ｂ  ボス部、２ｃ  座面、２ｅ  冷却水通路、３  基板、４  サポートケース、４ａ  直流入力端子、４ｂ  交流出力端子、４ｃ  バスバー、４ｅ  ネジ穴の中心、５  平滑コンデンサ、５ａ  バスバー、５ｂ  ケース部材、５ｃ  カラー、５ｄ  脚部、５ｅ  開口面、５ｇ  曲げ部、５ｈ  凸部、６ａ，６ｂ  ネジ、７  筐体、９  中間スリーブ、９ａ  当接面、９ｂ  フランジ部、１０  中心線、１１  延長ネジ、１２  クリップ、２０  金属板、１００，２００，３００，４００  電力変換装置。
【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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【国際調査報告】
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