(57)【要約】【課題】振動等による冷媒導入管、冷媒排出管及び電子部品の位置ずれを抑止できるとともに部品点数の少ない電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体素子を備えた半導体モジュール１１と、半導体モジュール１１を冷却する冷却器２と、リアクトル３とをフレーム４に搭載してなる電力変換装置１である。冷却器２は、フレーム４の一端から突出する冷媒導入管２０と冷媒排出管２１とを備えている。フレーム４は、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との間にリアクトル３を搭載している。フレーム４には、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１をフレーム４に向かって押さえる一対のパイプ押さえ部５０と、リアクトル３をフレーム４に向かって押さえる部品押さえ部５１とを備えた固定部材５が締結されている。固定部材５は、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との並び方向における外側の双方においてフレーム４に締結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を備えた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器と、上記半導体モジュールに接続される電子部品とをフレームに搭載してなる電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記フレームの一端から突出する冷媒導入管と冷媒排出管とを備えており、
上記フレームは、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に、上記電子部品を搭載しており、
上記フレームには、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を上記フレームに向かって押さえる一対のパイプ押さえ部と、上記電子部品を上記フレームに向かって押さえる部品押さえ部とを備えた固定部材が締結されており、
上記固定部材は、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との並び方向における外側の双方において上記フレームに締結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に記載の電力変換装置において、上記部品押さえ部は、上記一対のパイプ押さえ部よりも、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の突出方向における幅が大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力変換装置において、上記電子部品は中芯を備えたリアクトルであり、上記部品押さえ部と上記中芯とが当接し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、半導体モジュールと冷却器と電子部品とを備えた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、インバータ等の電力変換装置が搭載されている。該電力変換装置は、その電力変換回路を構成する半導体モジュールとこれを冷却する冷却器とを備えており、高出力かつ小型のものが望まれている。
【０００３】
上記冷却器は、半導体モジュールから発生する熱を効率よく除去するため、冷却器内に冷媒液を流通させている。そのため、上記冷却器は、冷却器内に冷媒液を導入する冷媒導入管と、冷却器外へ冷媒液を排出する冷媒排出管とを備えている。
【０００４】
このような電力変換装置の例として、例えば特許文献１や特許文献２に開示された電力変換装置が提案されている。特許文献１に開示された電力変換装置は、冷媒導入管と冷媒排出管とが電力変換装置のフレームの一端から突出している。そして、冷媒導入管と冷媒排出管とは、それぞれ別々のクランプによってフレームに固定されている。また、特許文献２に開示された電力変換装置は、冷媒導入管と冷媒排出管とが、放電抵抗等の発熱部品が取り付けられた兼用ブラケットによりフレームに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８２６２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された電力変換装置は、使用時や製造工程等における振動や衝撃に対して、冷媒導入管及び冷媒排出管の固定が不十分となるおそれがある。つまり、特許文献１に開示された電力変換装置のクランプは、冷媒導入管または冷媒排出管を挟む一方の端部はフレームに固定されるものの、他方の端部は何ら拘束されていない。すなわち、上記クランプはフレームに対して片持ちの状態で固定されているため、その固定状態が不安定となりやすい。
【０００７】
また、特許文献２に開示された電力変換装置は、フレームに対する兼用ブラケットの固定部位が冷媒導入管と冷媒排出管との間に配設され、兼用ブラケットの両端は何ら拘束されていない。そのため、振動や衝撃等により冷媒導入管及び冷媒排出管の位置ずれが発生するおそれがある。
【０００８】
また、特許文献１に開示された電力変換装置は、冷媒導入管及び冷媒排出管がそれぞれ１つずつのクランプにより固定されている。そのため、部品点数が増加するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された電力変換装置は、兼用ブラケットにおけるフレームとは反対側の面に電子部品を取り付けてある。そのため、電子部品を兼用ブラケットに保持しておく手段が別途必要になる。また、電子部品の保持手段の保持力が充分でないと、振動等によって電子部品の位置ずれを招きかねない。
【００１０】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたもので、振動等による冷媒導入管、冷媒排出管及び電子部品の位置ずれを抑止できるとともに部品点数の少ない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】
【００１１】
本発明の一態様は、半導体素子を備えた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器と、上記半導体モジュールに接続される電子部品とをフレームに搭載してなる電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記フレームの一端から突出する冷媒導入管と冷媒排出管とを備えており、
上記フレームは、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との間に、上記電子部品を搭載しており、
上記フレームには、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を上記フレームに向かって押さえる一対のパイプ押さえ部と、上記電子部品を上記フレームに向かって押さえる部品押さえ部とを備えた固定部材が締結されており、
上記固定部材は、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との並び方向における外側の双方において上記フレームに締結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）。
【発明の効果】
【００１２】
上記電力変換装置は、上記一対のパイプ押さえ部を備えた上記固定部材が、上記冷媒導入管と上記冷媒排出管との並び方向における外側の双方において上記フレームに締結されている。つまり、上記固定部材は、上記一対のパイプ押さえ部の外側の２箇所において上記フレームに締結されている。そのため、上記固定部材を上記フレームに対して安定して固定することができる。特に、その締結部分が上記一対のパイプ押さえ部の外側であるため、振動等が加わった場合にも上記一対のパイプ押さえ部がずれたり変形したりし難く、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管が位置ずれすることを効果的に防ぐことができる。
【００１３】
また、上記固定部材は、上記一対のパイプ押さえ部と、上記部品押さえ部とを備えている。その結果、パイプ押さえ部を一体化することができるうえに、部品押さえ部まで一体化することもできる。これにより、部品点数を削減することができる。
【００１４】
また、上記部品押さえ部は、上記電子部品を上記フレームに向かって押さえている。つまり、上記電子部品は、上記フレームと上記部品押さえ部との間に狭持されている。その結果、振動等による上記電子部品の位置ずれを効果的に防ぎやすく、また上記固定部材の構成を簡素化しやすい。
【００１５】
以上のごとく、上記態様によれば、振動等による冷媒導入管、冷媒排出管及び電子部品の位置ずれを抑止できるとともに部品点数の少ない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】
【００１６】
【図１】実施例１における、電力変換装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例２における、電力変換装置の平面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図５】実施例２における、固定部材の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上記電力変換装置において、上記部品押さえ部は、上記一対のパイプ押さえ部よりも、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管の突出方向における幅を大きくしてもよい（請求項２）。
この場合、上記部品押さえ部と上記電子部品との当接する面積が大きくなるため、上記電子部品から発生する熱を、上記パイプ押さえ部を通じて上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管へ効率よく放熱することができる。また、上記部品押さえ部が、対流または放射による上記電子部品からの熱伝達を遮ることができる。これにより、上記部品押さえ部を挟んで上記電子部品と反対側の位置に比較的熱に弱い部品を配置することも可能とすることができる。
【００１８】
また、上記電子部品は中芯を備えたリアクトルであり、上記部品押さえ部と上記中芯とが当接していてもよい（請求項３）。
この場合には、上記リアクトルから発生する熱がこもりやすい上記中芯から、上記部品押さえ部を介して上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管へ効率よく放熱することができる。その結果、上記リアクトルをより効率よく冷却することができる。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例について、図１及び図２を用いて説明する。電力変換装置１は、図１に示すごとく、半導体素子を備えた複数の半導体モジュール１１と、該半導体モジュール１１を冷却する冷却器２と、半導体モジュール１１に接続される電子部品としてのリアクトル３とをフレーム４に搭載している。冷却器２は、フレーム４の一端から突出する冷媒導入管２０と冷媒排出管２１とを備えている。フレーム４は、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との間に、リアクトル３を搭載している。また、フレーム４には、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１をフレーム４に向かって押さえる一対のパイプ押さえ部５０と、リアクトル３をフレーム４に向かって押さえる部品押さえ部５１とを備えた固定部材５が締結されている。そして、固定部材５は、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との並び方向（以下、この方向を「横方向Ｙ」という。）における外側の双方においてフレーム４に締結されている。
【００２０】
電力変換装置１は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール１１がバスバー等の配線導体を介して互いに電気的に接続されている。半導体モジュール１１は、ＩＧＢＴ素子等のスイッチング素子を樹脂モールドしてなるモールド部１１０と、該モールド部１１０から互いに反対方向に突出した主電極端子及び制御端子とを備えている。そして、複数の半導体モジュール１１は、図１に示すごとく、モールド部１１０の主面１１１を冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１の突出方向に向けて配列されている。なお、主電極端子、制御端子及び半導体モジュール１１間を接続する配線導体等は、便宜上図１への記載を省略している。
【００２１】
冷却器２は、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１と、複数の冷却管２２と、該冷却管２２同士を接続する連結管２３とから構成されている。また、複数の冷却管２２は、図１に示すごとく、複数の半導体モジュール１１と、モールド部１１０の主面１１１と当接するように交互に積層されることにより積層体１２を形成している。以下、この積層体１２の積層方向を「積層方向Ｘ」という。
【００２２】
冷却管２２は、横方向Ｙに長尺な形状である。冷却器２は、図１に示すごとく、この冷却管２２を積層方向Ｘに複数並べてなるとともに、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部付近において、積層方向Ｘに隣り合う冷却管２２同士を連結管２３によって連結してなる。そして、冷却器２は、隣り合う冷却管２２の間に半導体モジュール１１を両主面１１１から狭持することができるよう構成されている。また、隣り合う冷却管２２の間には、横方向Ｙに互いに並んだ一対の半導体モジュール１１が狭持されている。これにより、複数の半導体モジュール１１が積層方向Ｘに配列されている。
【００２３】
また、積層体１２における積層方向Ｘの一端に配された冷却管２２からは、図１に示すごとく、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１が突出形成されている。冷媒導入管２０と冷媒排出管２１とは、上記冷却管２２の横方向Ｙにおける両端部から延伸され、フレーム４の積層方向Ｘにおける一対の側壁４０（４０ａ、４０ｂ）のうち一方の側壁４０ａから突出している。
【００２４】
これにより、冷媒導入管２０から導入された冷却媒体は、連結管２３を適宜通り、各冷却管２２に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通可能となる。そして、各冷却管２２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ことができる。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管２３を適宜通り、冷媒排出管２１に導かれ、冷却器２より排出される。
【００２５】
フレーム４は、図１に示すごとく、積層方向Ｘと横方向Ｙとの双方に直交する方向（以下、この向きを「高さ方向Ｚ」という。）から見て略長方形を呈している。フレーム４の積層方向Ｘにおける一方の側壁４０ａ側には、高さ方向Ｚの一方に底壁部４１が設けられている。そして該底壁部４１には、図２に示すごとく、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１を支承する一対のパイプ固定溝４１０と、固定部材５を締結する一対の締結部４１１と、リアクトル３を保持する部品保持部４２とが配設されている。また、図１に示すごとく、フレーム４の積層方向Ｘにおける他方の側壁４０ｂ側には積層体１２が配置されるよう構成されており、該積層体１２が配置される領域において、フレーム４の高さ方向Ｚの両面が開放されている。
【００２６】
一対のパイプ固定溝４１０は、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１がフレーム４の側壁４０ａへ貫通する部分を基端として、積層方向Ｘにおいて積層体１２側へ向けて伸びるように設けられた断面Ｖ字状の溝である。一対のパイプ固定溝４１０と固定部材５の一対のパイプ押さえ部５０との間には、図２に示すごとく、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１が各々狭持されている。
【００２７】
一対の締結部４１１は、図２に示すごとく、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との並び方向（横方向Ｙ）の外側に配設されており、それぞれ１つのネジ穴４１２を備えている。
【００２８】
部品保持部４２は、図２に示すごとく、高さ方向Ｚにおいて底壁部４１とは反対側の面が開放された略直方体形状を呈しており、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との間に配設されている。そして、部品保持部４２に保持されるリアクトル３は、部品保持部４２内に配置された状態において、該部品保持部４２の開口面から高さ方向Ｚの一面３０が突出している。これにより、固定部材５の部品押さえ部５１とリアクトル３とが高さ方向Ｚにおいて当接し、リアクトル３を押さえることができるよう構成されている。
【００２９】
固定部材５は、図２に示すごとく、横方向Ｙに長尺な板棒状の金属を屈曲して形成されており、部品押さえ部５１と、一対のパイプ押さえ部５０と、板厚方向に貫通して形成された一対のボルト挿通穴５２とを備えている。
【００３０】
部品押さえ部５１は、図２に示すごとく、固定部材５の横方向Ｙにおける中央部分に形成されており、リアクトル３の高さ方向Ｚにおける一面３０と当接できるよう構成されている。また、部品押さえ部５１の両端は、各々高さ方向Ｚに屈曲されるとともに部品保持部４２の横方向Ｙにおける一対の側面４２０に沿って延伸され、部品押さえ部５１と一対のパイプ押さえ部５０とを接続する一対の接続部５３を形成している。そして、該一対の接続部５３は、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１の高さ方向Ｚにおける両端の間となる位置において再度横方向Ｙに屈曲され、一対のパイプ押さえ部５０と接続されている。
【００３１】
一対のパイプ押さえ部５０は、図２に示すごとく、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１の外形に沿うように、円弧状に屈曲されて形成されている。これにより、一対のパイプ押さえ部５０と一対のパイプ固定溝４１０との間に冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１をそれぞれ狭持することができるよう構成されている。
【００３２】
一対のボルト挿通穴５２は、図２に示すごとく、ボルト５４をフレーム４の締結部４１１に形成されたネジ穴４１２に挿入できる位置に形成されている。これにより、固定部材５はボルト挿通穴５２とネジ穴４１２とにボルト５４を挿通し、フレーム４に締結されている。
【００３３】
次に、本例の作用効果について説明する。電力変換装置１は、一対のパイプ押さえ部５０を備えた固定部材５が、図１に示すごとく、冷媒導入管２０と冷媒排出管２１との並び方向（横方向Ｙ）における外側の双方においてフレーム４に締結されている。つまり、固定部材５は、一対のパイプ押さえ部５０の外側の２箇所においてフレーム４に締結されている。そのため、固定部材５をフレーム４に対して安定して固定することができる。特に、その締結部分が一対のパイプ押さえ部５０の外側であるため、振動等が加わった場合にも一対のパイプ押さえ部５０がずれたり変形したりし難く、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１が位置ずれすることを効果的に防ぐことができる。
【００３４】
また、固定部材５は、図２に示すごとく、一対のパイプ押さえ部５０と、部品押さえ部５１とを備えている。その結果、パイプ押さえ部５０を一体化することができるうえに、部品押さえ部５１まで一体化することもできる。これにより、部品点数を削減することができる。
【００３５】
また、部品押さえ部５１は、図２に示すごとく、リアクトル３をフレーム４に向かって押さえている。つまり、リアクトル３は、フレーム４と部品押さえ部５１との間に狭持されている。その結果、振動等によるリアクトル３の位置ずれを効果的に防ぎやすく、また固定部材５の構成を簡素化しやすい。
【００３６】
以上のごとく、本例によれば、振動等による冷媒導入管、冷媒排出管及び電子部品の位置ずれを抑止できるとともに部品点数の少ない電力変換装置を提供することができる。
【００３７】
（実施例２）
本例は、図３〜図５に示すごとく、部品押さえ部５１の形状を変更し、リアクトル３の冷却性能の向上と、遮熱性の付与とを図った例である。本例の部品押さえ部５１は、図５に示すごとく、積層方向Ｘにおける幅が、接続部５３やパイプ押さえ部５０における幅よりも大きくなるよう形成されている。これにより、図３及び図４に示すごとく、高さ方向Ｚから見て部品保持部４２の全面を部品押さえ部５１で覆うことができるよう構成されている。
【００３８】
また、図３及び図４に示すごとく、リアクトル３の中芯３１が、部品押さえ部５１の略中央部と当接し、ボルト５５により締結されている。その他は、実施例１と同様である。
【００３９】
次に、本例の作用効果を説明する。本例の部品押さえ部５１は、一対のパイプ押さえ部５０よりも、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１の突出方向（積層方向Ｘ）における幅を大きくしている。これにより、部品押さえ部５１とリアクトル３との当接する面積が大きくなるため、リアクトル３から発生する熱を、パイプ押さえ部５０を通じて冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１へ効率よく放熱することができる。また、部品押さえ部５１が、対流または放射によるリアクトル３からの熱伝達を遮ることができる。これにより、部品押さえ部５１を挟んでリアクトル３と反対側の位置に比較的熱に弱い部品を配置することも可能とすることができる。特に本例においては、部品押さえ部５１が部品保持部４２の全面を覆い、かつ、リアクトル３の高さ方向Ｚにおける一面３０と全面にわたって当接しているため、放熱性と遮熱性との双方に優れた構成となる。
【００４０】
また、本例のリアクトル３は中芯３１を備えており、部品押さえ部５１と中芯３１とが当接している。そのため、リアクトル３から発生する熱がこもりやすい中芯３１から、部品押さえ部５１を介して冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１へ効率よく放熱することができる。その結果、リアクトル３をより効率よく冷却することができる。
【００４１】
また、リアクトル３の中芯３１と部品押さえ部５１の中央部とがボルト５５により締結されている。これにより、固定部材５をフレーム４に対して３点で固定することができるため、冷媒導入管２０及び冷媒排出管２１をより安定して固定することができる。また、部品押さえ部５１のがたつきを低減し、リアクトル３をより安定して固定することができる。その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  電力変換装置
１１  半導体モジュール
２  冷却器
２０  冷媒導入管
２１  冷媒排出管
３  リアクトル
４  フレーム
４２  部品保持部
５  固定部材
５０  パイプ押さえ部
５１  部品押さえ部
【図１】
2013126320.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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