(57)【要約】【課題】積層体や加圧部材が当接するフレームの当接部の強度を十分に確保することができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール２１と半導体モジュール２１を冷却する冷却管２２とを積層してなる積層体２と、積層体２における積層方向Ｘの一端側に配置され、積層体２を積層方向Ｘに加圧する加圧部材３と、積層体２及び加圧部材３を内側に収容するフレーム４とを備えている。フレーム４には、フレーム４の表面から突出して形成されていると共に、積層体２及び加圧部材３の少なくともいずれかが当接する当接面４５１を有する複数の当接部４５が設けられ、複数の当接部４５は、フレーム４と共に鋳造により一体的に成形してなる。当接部４５の当接面４５１は、フレーム４の成形時において、最終的に当接面４５１となる位置よりも突出してなる突出部を成形し、その後、突出部を除去することによって形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵し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管とを積層してなる積層体と、
該積層体における積層方向の一端側に配置され、上記積層体を上記積層方向に加圧する加圧部材と、
上記積層体及び上記加圧部材を内側に収容するフレームとを備え、
該フレームには、該フレームの表面から突出して形成されていると共に、上記積層体及び上記加圧部材の少なくともいずれかが当接する当接面を有する複数の当接部が設けられ、該複数の当接部は、上記フレームと共に鋳造により一体的に成形してなり、
上記当接部の上記当接面は、上記フレームの成形時において、最終的に上記当接面となる位置よりも突出してなる突出部を成形し、その後、該突出部を除去することによって形成したものであ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、上記フレームにおける上記当接部の上記当接面は、上記突出部を切削により除去することによって形成したものであ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、半導体素子を内蔵した半導体モジュール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の動力源である交流モータと、車両に搭載された直流バッテリーとの間において、電力の変換を行うための電力変換装置がある。
この電力変換装置は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数有しているが、これらの半導体モジュールは、そこに流れる被制御電流によって発熱する。特に、近年、交流モータに要求される駆動力の上昇に伴って被制御電流が大きくなり、半導体モジュールの発熱が大きくなる傾向にある。
【０００３】
そこで、半導体モジュールを冷却して温度上昇を抑制することができる電力変換装置が提案されている（特許文献１参照）。
このような電力変換装置としては、例えば、図９に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール９２１と半導体モジュール９２１を冷却する冷却管９２２とを積層してなる積層体９２と、積層体９２を積層方向Ｘに加圧する加圧部材９３と、積層体９２及び加圧部材９３を内側に収容するフレーム９４とを備えた電力変換装置９１がある。
【０００４】
そして、積層体９２の積層方向Ｘの一方の端面は、フレーム９４の一部に当接している。また、積層体９２の積層方向Ｘの他方側には、加圧部材９３の板ばね９３１が弾性変形した状態で配置され、その板ばね９３１の両端部との間には、それぞれ支承ピン９３２が配置されている。これにより、積層体９２は、板ばね９３１の付勢力によって積層方向Ｘに加圧された状態で、フレーム９４内に保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３０８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記構成の電力変換装置９１の場合、積層体９２の積層方向Ｘの一方の端面が当接しているフレーム９４の当接部９４５（９４５ａ）には、板ばね９３１の付勢力が積層体９２を介して作用する。また、加圧部材３の支承ピン９３２が当接しているフレーム９４の当接部９４５（９４５ｂ）には、板ばね９３１の付勢力に抗する力が支承ピン９３２を介して作用する。そのため、積層体９２や加圧部材９３が当接するフレーム９４の当接部９４５を他の部分よりも厚肉とし、その強度を確保している。
【０００７】
しかしながら、フレーム９４を例えばダイカスト等の鋳造方法で成形する場合、フレーム９４の表面から突出して形成され、他の部分よりも厚肉となる当接部９４５、特に当接部９４５の先端部には、鋳巣が形成されやすいという問題がある。そのため、形成された鋳巣によって当接部９４５の強度を十分に確保することができず、当接部９４５に大きな力が加わった際にフレーム９４が変形するおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、積層体や加圧部材が当接するフレームの当接部の強度を十分に確保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】
【０００９】
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵し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管とを積層してなる積層体と、
該積層体における積層方向の一端側に配置され、上記積層体を上記積層方向に加圧する加圧部材と、
上記積層体及び上記加圧部材を内側に収容するフレームとを備え、
該フレームには、該フレームの表面から突出して形成されていると共に、上記積層体及び上記加圧部材の少なくともいずれかが当接する当接面を有する複数の当接部が設けられ、該複数の当接部は、上記フレームと共に鋳造により一体的に成形してなり、
上記当接部の上記当接面は、上記フレームの成形時において、最終的に上記当接面となる位置よりも突出してなる突出部を成形し、その後、該突出部を除去することによって形成したものであ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】
【００１０】
上記電力変換装置において、フレームには、該フレームの表面から突出して形成され、該フレームと共に鋳造により一体的に成形してなる複数の当接部が設けられている。そして、積層体及び加圧部材の少なくともいずれかが当接する当接部の当接面は、フレームの成形時において、最終的に当接面となる位置よりも突出してなる突出部を成形し、その後、該突出部を除去することによって形成したものである。これにより、積層体や加圧部材が当接するフレームの当接部の強度を十分に確保することができる。
【００１１】
すなわち、上記フレームを例えばダイカスト等の鋳造により成形する場合、フレームの表面から突出して形成され、他の部分よりも厚肉となる当接部、特にその先端部には、鋳巣が形成されやすい。そこで、フレームを成形する際に、最終的に当接部の当接面となる位置よりも突出してなる突出部を成形しておく。これにより、成形時に発生する鋳巣がフレームにおいて突出し、厚肉に成形した部分の先端部に当たる突出部に形成されるようにすることができる。
【００１２】
よって、成形したフレームから突出部を除去し、当接面を含む当接部を形成することにより、最終的に当接部となる部分に鋳巣が形成されることを抑制することができる。その結果、積層体や加圧部材が当接する部分であり、十分な強度が要求されるフレームの当接部の強度を十分に確保することができる。そして、フレームにおける当接部の変形等を防止することができる。
【００１３】
このように、積層体や加圧部材が当接するフレームの当接部の強度を十分に確保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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、（ａ）図１のＡ−Ａ線矢視断面説明図、（ｂ）図１のＢ−Ｂ線矢視断面説明図。
【図３】実施例１における、成形したフレームを示す説明図。
【図４】実施例１における、突出部を除去したフレームを示す説明図。
【図５】実施例２における、電力変換装置の構成を示す説明図。
【図６】実施例２における、成形したフレームを示す説明図。
【図７】実施例２における、突出部を除去したフレームを示す説明図。
【図８】実施例３における、加圧部材の配置を変更した例を示す説明図。
【図９】従来における、電力変換装置の構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
また、上記加圧部材としては、例えば、板ばね、コイルばね等の弾性部材を用いることができる。
また、上記フレームは、例えば、ダイカスト等の鋳造方法により成形することができる。
【００１６】
また、上記フレームにおける上記当接部の上記当接面は、上記突出部を切削により除去することによって形成したものである構成とすることができる（請求項２）。
この場合には、成形したフレームの突出部を容易に除去することができると共に、当接部の当接面を精度良く形成することができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
上記電力変換装置にかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２１と半導体モジュール２１を冷却する冷却管２２とを積層してなる積層体２と、積層体２における積層方向Ｘの一端側に配置され、積層体２を積層方向Ｘに加圧する加圧部材３と、積層体２及び加圧部材３を内側に収容するフレーム４とを備えている。
【００１８】
フレーム４には、フレーム４の表面から突出して形成されていると共に、積層体２及び加圧部材３の少なくともいずれかが当接する当接面４５１を有する複数の当接部４５が設けられている。複数の当接部４５は、フレーム４と共に鋳造により一体的に成形してなる。当接部４５の当接面４５１は、フレーム４の成形時において、最終的に当接面４５１となる位置よりも突出してなる突出部４９（図３）を成形し、その後、突出部４９を除去することによって形成したものである。
以下、これを詳説する。
【００１９】
なお、本例では、図１、図２に示すごとく、半導体モジュール２１と冷却管２２とが積層されている方向を積層方向Ｘ、冷却管２２の長手方向を横方向Ｙ、積層方向Ｘ及び横方向Ｙに直交する方向を高さ方向Ｚとして説明する。
また、積層方向Ｘにおいて、後述する冷媒導入管２４及び冷媒排出管２５がフレーム４から突出している側を前方、その反対側を後方として説明する。
【００２０】
図１に示すごとく、電力変換装置１において、積層体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。
半導体モジュール２１は、積層方向Ｘの両側から冷却管２２によって挟持されており、隣り合う冷却管２２の間には、２個の半導体モジュール２１が挟持されている。また、半導体モジュール２１は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子やＦＷＤ等のダイオードを内蔵している（図示略）。
【００２１】
複数の冷却管２２は、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部２２１、２２２において、隣り合う冷却管２２同士が変形可能な連結管２３によって連結されている。また、積層方向Ｘの前端に配設された冷却管２２の両端部２２１、２２２には、外部から冷媒を導入する冷媒導入管２４と、外部に冷媒を排出する冷媒排出管２５とが連結されている。冷媒導入管２４及び冷媒排出管２５は、その一部をフレーム４の外側に突出させている。また、冷却管２２、連結管２３、冷媒導入管２４及び冷媒排出管２５は、アルミニウム又はその合金からなる。
【００２２】
冷媒導入管２４から導入された冷媒は、冷媒導入管２４側の連結管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）に流通する。そして、冷媒は、各冷却管２２を流れる間に、半導体モジュール２１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出管２５側の連結管２３を適宜通り、冷媒排出管２５から排出される。
【００２３】
なお、冷却管２２等に流通させる冷媒としては、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。
【００２４】
同図に示すごとく、積層体２の後方側には、弾性部材３１と一対の支承ピン３２とからなる加圧部材３が配置されている。
弾性部材３１は、平板状の板ばねであり、積層体２側に向かって凸状に湾曲した押圧部３１１と、押圧部３１１の両側に形成され、支承ピン３２を支承する被支承部３１２とを有する。押圧部３１１は、積層体２の後端面２０２に当接している。
一対の支承ピン３２は、弾性部材３１の被支承部３１２と後述するフレーム４の当接部４５（４５ｂ）との間に配置されている。
【００２５】
同図に示すごとく、フレーム４は、積層体２を四方から囲むように形成されており、積層体２及び加圧部材３を内側に収容している。フレーム４は、例えば、アルミニウム、鉄等の金属又は合金の成形体によって構成することができる。
また、フレーム４は、積層体２における積層方向Ｘの両側に配置された前方壁部４１及び後方壁部４２と、前方壁部４１と後方壁部４２とをその両端において連結する一対の側方壁部４３、４４とを有する。
【００２６】
フレーム４の前方壁部４１には、フレーム４の表面から後方側に突出してなると共に、積層体２が当接する当接部４５（４５ａ）が形成されている。当接部４５（４５ａ）の当接面４５１（４５１ａ）には、積層体２の前端面２０１が当接している。
フレーム４の一対の側方壁部４３、４４と後方壁部４２との間にそれぞれ形成された２つの隅部には、フレーム４の表面から内側に向けて突出してなると共に、加圧部材３が当接する当接部４５（４５ｂ）が形成されている。当接部４５（４５ｂ）の当接面４５１（４５１ｂ）には、加圧部材３の支承ピン３２が当接している。
【００２７】
図２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、フレーム４において、複数の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）の高さ方向Ｚの高さｈ１、ｈ２は、フレーム４のその他の部分（前方壁部４１、後方壁部４２、側方壁部４３、４４）の高さ方向Ｚの高さＨよりも小さい。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、説明の便宜上、フレーム４のみを図示してある。
【００２８】
また、後述のごとく、複数の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）は、フレーム４と共に鋳造により一体的に成形してなる。また、フレーム４における当接部４５（４５ａ、４５ｂ）の当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）は、フレーム４を成形する際に、最終的に当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）となる位置よりも突出してなる突出部４９（４９ａ、４９ｂ）（図３）を成形し、その後、突出部４９（４９ａ、４９ｂ）を切削により除去することによって形成したものである。
【００２９】
そして、図１に示すごとく、加圧部材３の弾性部材３１は、積層体２の後端面２０２と支承ピン３２との間において、積層方向Ｘに弾性変形した状態で挟持されている。また、弾性部材３１は、押圧部３２１よって積層体２の後端面２０２を押圧している。これにより、積層体２は、弾性部材３２の付勢力によって積層方向Ｘに加圧された状態で、フレーム４内に保持されている。
【００３０】
次に、本例のフレーム４の製造手順について、簡単に説明する。
まず、図３に示すごとく、フレーム４をダイカストによる鋳造により成形する。このとき、フレーム４の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）が形成される位置に、最終的に当接部４５（４５ａ、４５ｂ）の当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）となる位置よりも突出してなる突出部４９（４９ａ、４９ｂ）を成形しておく。
【００３１】
次いで、図４に示すごとく、成形したフレーム４のうち、突出部４９（４９ａ、４９ｂ）を切削により除去する。そして、当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）を有する当接部４５（４５ａ、４５ｂ）を形成する。これにより、複数の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）を有するフレーム４を製造する。
【００３２】
次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、フレーム４には、フレーム４の表面から突出して形成され、フレーム４と共に鋳造により一体的に成形してなる複数の当接部４５が設けられている。そして、積層体２及び加圧部材３の少なくともいずれかが当接する当接部４５の当接面４５１は、フレーム４の成形時において、最終的に当接面４５１となる位置よりも突出してなる突出部４９を成形し、その後、突出部４９を除去することによって形成したものである。これにより、積層体２や加圧部材３が当接するフレーム４の当接部４５の強度を十分に確保することができる。
【００３３】
すなわち、フレーム４をダイカストのような鋳造により成形する場合、フレーム４の表面から突出して形成され、他の部分よりも厚肉となる当接部４５、特にその先端部には、鋳巣が形成されやすい。そこで、フレームを成形する際に、最終的に当接部４５の当接面４５１となる位置よりも突出してなる突出部４９を成形しておく。これにより、成形時に発生する鋳巣がフレーム４において突出し、厚肉に成形した部分の先端部に当たる突出部４９に形成されるようにすることができる。
【００３４】
よって、成形したフレーム４から突出部４９を除去し、当接面４５１を含む当接部４５を形成することにより、最終的に当接部４５となる部分に鋳巣が形成されることを抑制することができる。その結果、積層体２や加圧部材３が当接する部分であり、十分な強度が要求されるフレーム４の当接部４５の強度を十分に確保することができる。そして、フレーム４における当接部４５の変形等を防止することができる。
【００３５】
また、本例では、フレーム４における当接部４５の当接面４５１は、突出部４９を切削により除去することによって形成したものである。そのため、成形したフレーム４の突出部４９を容易に除去することができると共に、当接部４５の当接面４５１を精度良く形成することができる。
【００３６】
また、フレーム４において、複数の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）の高さ方向Ｚの高さｈ１、ｈ２は、フレーム４のその他の部分（前方壁部４１、後方壁部４２、側方壁部４３、４４）の高さ方向Ｚの高さＨよりも小さい。すなわち、当接部４５（４５ａ、４５ｂ）は、フレーム４の高さ方向Ｚの一部から突出した形状となっており、鋳造による成形時に鋳巣がより形成されやすい形状となっている。そのため、上述した効果をより一層有効に発揮することができる。
【００３７】
このように、本例では、積層体２や加圧部材３が当接するフレーム４の当接部４５の強度を十分に確保することができる電力変換装置１を提供することができる。
【００３８】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、加圧部材３の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、積層体２の後方側には、加圧部材３が配置されており、その加圧部材３は、コイルばねである。また、加圧部材３は、積層体２の後端面２０２と後述するフレーム４の当接部４５（４５ｂ）との間に配置され、両者に対して当接している。
【００３９】
また、フレーム４の前方壁部４１には、後方側に突出してなると共に積層体２が当接する当接部４５（４５ａ）が形成されている。当接部４５（４５ａ）の当接面４５１（４５１ａ）には、積層体２の前端面２０１が当接している。
また、フレーム４の後方壁部４２には、前方側に突出してなると共に加圧部材３が当接する当接部４５（４５ｂ）が形成されている。当接部４５（４５ｂ）の当接面４５１（４５１ｂ）には、加圧部材３が当接している。
【００４０】
また、加圧部材３は、積層体２の後端面２０２とフレーム４の当接部４５（４５ｂ）との間において、積層方向Ｘに弾性変形した状態で挟持されている。また、弾性部材３１は、積層体２の後端面２０２を押圧している。これにより、積層体２は、加圧部材３の付勢力によって積層方向Ｘに加圧された状態で、フレーム４内に保持されている。
【００４１】
次に、本例のフレーム４の製造手順について、簡単に説明する。
まず、図６に示すごとく、フレーム４をダイカストにより成形する。このとき、フレーム４の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）が形成される位置に、最終的に当接部４５（４５ａ、４５ｂ）の当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）となる位置よりも突出してなる突出部４９（４９ａ、４９ｂ）を成形しておく。
【００４２】
次いで、図７に示すごとく、成形したフレーム４のうち、突出部４９（４９ａ、４９ｂ）を切削により除去する。そして、当接面４５１（４５１ａ、４５１ｂ）を有する当接部４５（４５ａ、４５ｂ）を形成する。これにより、複数の当接部４５（４５ａ、４５ｂ）を有するフレーム４を製造する。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
【００４３】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、加圧部材３の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、積層体２の前方側には、コイルばねである加圧部材３が配置されている。加圧部材３は、積層体２の前端面２０１と後述するフレーム４の当接部４５（４５ｂ）との間に配置され、両者に対して当接している。
【００４４】
また、フレーム４の前方壁部４１には、後方側に突出してなると共に加圧部材３が当接する当接部４５（４５ｂ）が形成されている。当接部４５（４５ｂ）の当接面４５１（４５１ｂ）には、加圧部材３が当接している。
また、フレーム４の後方壁部４２には、前方側に突出してなると共に積層体２が当接する当接部４５（４５ａ）が形成されている。当接部４５（４５ａ）の当接面４５１（４５１ａ）には、積層体２の後端面２０２が当接している。
【００４５】
また、加圧部材３は、積層体２の前端面２０１とフレーム４の当接部４５（４５ｂ）との間において、積層方向Ｘに弾性変形した状態で挟持されている。また、弾性部材３１は、積層体２の前端面２０１を押圧している。これにより、積層体２は、加圧部材３の付勢力によって積層方向Ｘに加圧された状態で、フレーム４内に保持されている。
その他は、実施例２と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００４６】
１  電力変換装置
２  積層体
２１  半導体モジュール
２２  冷却管
３  加圧部材
４  フレーム
４５  当接部
４５１  当接面
４９  突出部
Ｘ  積層方向
【図１】
2013021893.tif 000003
【図２】
2013021893.tif 000004
【図３】
2013021893.tif 000005
【図４】
2013021893.tif 000006
【図５】
2013021893.tif 000007
【図６】
2013021893.tif 000008
【図７】
2013021893.tif 000009
【図８】
2013021893.tif 000010
【図９】
2013021893.tif 000011