(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冷却する互いに連結された複数の冷却管とを交互に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を内側に収容するケース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は、上記ケースの外部から上記複数の冷却管の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管と、上記複数の冷却管から上記ケースの外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管とを、積層方向の一端の上記冷却管にそれぞれ接続してなり、
上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管と上記ケースとの間には、防水用のシール材が配設されており、
上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管は、上記シール材よりも上記半導体積層ユニット側の側面部の一部に、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管を把持する把持治具を係合するための治具係合部を有す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、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を内側に向かって窪ませた状態で形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管における側面部の一部の全周にわた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５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管は、側面部の一部に、それぞれ上記ケースの外部から上記冷媒供給管に冷却媒体を供給するための外部供給ホース及び上記冷媒排出管から上記ケースの外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホースを位置決めするためのホース位置決め部を有し、該ホース位置決め部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の一部を変形させてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５において、上記ホース位置決め部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で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、複数の半導体モジュールによって構成される電力変換装置に関する。
【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流を生成するために用いられる。
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得る必要があるため、大きな駆動電流が必要である。それゆえ、その交流モータ向けの駆動電流を生成する電力変換装置においては、上記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１１に示すごとく、電力変換装置９には、半導体モジュール９２１を冷却する冷却ユニットが組み込まれている。具体的には、電力変換装置９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９２１と該複数の半導体モジュール９２１を冷却する互いに連結された複数の冷却管９２２とを交互に積層してなる半導体積層ユニット９２と、該半導体積層ユニット９２を内側に収容するケース９３とを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、半導体積層ユニット９２は、積層方向の一端の冷却管９２２において、ケース９３の外部から冷却管９２２の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管９４１と、冷却管９２２からケース９３の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管９４２とに接続されている。
また、冷媒供給管９４１及び冷媒排出管９４２とケース９３との間には、防水用のシール材９５が配設されている。
【０００５】
電力変換装置９を組み立てるに当たっては、まず、複数の冷却管９２２を積層する。このとき、積層方向の一端の冷却管９２２には、冷媒供給管９４１と冷媒排出管９４２とを接続する。
次いで、冷媒供給管９４１及び冷媒排出管９４２の外周にシール材９５を嵌合する。
その後、積層された複数の冷却管９２２の間に半導体モジュール９２１を配設する。
【０００６】
ここで、冷媒供給管９４１及び冷媒排出管９４２の外周にシール材９５を嵌合するに当たっては、積層された複数の冷却管９２２の部分を保持することが考えられる。
しかしながら、上記のごとく積層された複数の冷却管９２２を把持しながらシール材９５の嵌合作業を行うと、冷却管９２２同士の間隔が狭まったり、冷却管９２２が歪んだりしてしまうおそれがある。
【０００７】
その結果、半導体モジュール９２１を冷却管９２２同士の間に配設できなくなってしまうという問題が生じるおそれがある。また、半導体モジュール９２１と冷却管９２２の主面とが充分に接触することができなくなったり、冷却管９２２内部の通水路が変形することにより冷却媒体が流れにくくなったりして、半導体モジュール９２１を充分に冷却することができなくなってしまうという問題が生じるおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−５３３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、積層された複数の冷却管を変形させることなく冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設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】
【００１０】
本発明は、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冷却する互いに連結された複数の冷却管とを交互に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を内側に収容するケース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は、上記ケースの外部から上記複数の冷却管の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管と、上記複数の冷却管から上記ケースの外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管とを、積層方向の一端の上記冷却管にそれぞれ接続してなり、
上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管と上記ケースとの間には、防水用のシール材が配設されており、
上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管は、上記シール材よりも上記半導体積層ユニット側の側面部の一部に、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管を把持する把持治具を係合するための治具係合部を有することを特徴とする電力変換装置にある(請求項１)。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管は、上記シール材よりも上記半導体積層ユニット側の側面部の一部に、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管を把持する把持治具を係合するための治具係合部を有する。かかる構成によれば、把持治具によって冷媒供給管及び冷媒排出管を把持した状態で、シール材を冷媒供給管及び冷媒排出管に配設することができる。したがって、シール材を配設するに当たって、積層された複数の冷却管に力が作用することを防ぐことができる。
それゆえ、冷却管を変形させることなく冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、積層された複数の冷却管を変形させることなく冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設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】
【００１３】
本発明（請求項１）において、上記電力変換装置は、例えば、自動車用インバータのほか、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等に用いることができる。
上記半導体モジュールには、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードとを内蔵することができる。
【００１４】
上記冷却媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、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などを用いることができる。
なお、上記治具係合部は、上記シール材を位置決めするための位置決め手段としても用いることができる。
【００１５】
また、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷媒供給管及び冷媒排出管を内側から外側に向かって突出させることにより、治具係合部を容易に形成することができる。また、把持治具を治具係合部の冷却管側の面に当接させながら、シール材を冷媒供給管及び冷媒排出管に嵌合させることができる。また、冷媒供給管内及び冷媒排出管内の断面積が小さくなることがないため、冷却媒体の流量が低減することもない。
【００１６】
また、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を内側に向かって窪ませた状態で形成されていてもよい（請求項３）。
この場合にも、冷媒供給管及び冷媒排出管を外側から内側に向かって窪ませることにより、治具係合部を容易に形成することができる。また、把持治具を治具係合部に嵌入させで係合させながら、シール材を冷媒供給管及び冷媒排出管に嵌合させることができる。
【００１７】
また、上記治具係合部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管における側面部の一部の全周にわたって形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、把持治具を治具係合部に確実に係合することができる。
【００１８】
また、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管は、側面部の一部に、それぞれ上記ケースの外部から上記冷媒供給管に冷却媒体を供給するための外部供給ホース及び上記冷媒排出管から上記ケースの外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホースを位置決めするためのホース位置決め部を有し、該ホース位置決め部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の一部を変形させてなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、ホース位置決め部を目印として、外部供給ホース及び外部排出ホースを、冷媒供給管及び冷媒排出管の所定の位置に容易に配置することができる。
【００１９】
また、上記ホース位置決め部は、上記冷媒供給管及び上記冷媒排出管の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、外部供給ホース及び外部排出ホースをホース位置決め部に当接させることにより、冷媒供給管及び冷媒排出管のそれぞれの所定の位置に容易に配置することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例に係る電力変換装置につき、図１〜図８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複数の半導体モジュール２１と該複数の半導体モジュール２１を冷却する互いに連結された複数の冷却管２２とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、該半導体積層ユニット２を内側に収容するケース３とを有する。
【００２１】
半導体積層ユニット２は、図１、図２に示すごとく、ケース３の外部から複数の冷却管２２の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管４１と、複数の冷却管２２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管４２とを、積層方向の一端の冷却管２２にそれぞれ接続してなる。
【００２２】
そして、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２とケース３との間には、図１、図５〜図８に示すごとく、防水用のシール材５が配設されている。
冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、シール材５よりも半導体積層ユニット２側の側面部の一部に、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持する把持治具７を係合するための治具係合部６１を有する。
【００２３】
また、治具係合部６１は、図３、図６〜図８に示すごとく、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２における側面部の一部の全周にわたって、外側に向かって突出させた状態で形成されている。すなわち、本例においては、治具係合部６１は、治具係合部６１が形成されていない部分の冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２よりも外径が大きい。
【００２４】
本例の電力変換装置１につき、以下に詳細に説明する。
本例の電力変換装置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られるインバータ等の電力変換装置であるが、そのほか、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等にも用いることができる。
半導体モジュール２１には、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードとを内蔵することができる。
【００２５】
冷却媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、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などを用いることができる。
【００２６】
半導体積層ユニット２は、上記のごとく、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。
また、冷却管２２同士は、図１、図２、図４〜図８に示すごとく、上流側においては供給側連結部２２１によって連結されており、下流側においては排出側連結部２２２によって連結されている。
【００２７】
また、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を設けた側とは反対側における半導体積層ユニット２とケース３との間には、図１に示すごとく、弾性力を有するバネ部材１１が配設されている。
ここで、ケース３は、バネ部材１１の幅方向の両端部を係止する固定用部材１２が当接する部材当接部３２と、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を設けた側の端部における冷却管２２の主面に当接する主面当接部３３とを有する。
【００２８】
そして、バネ部材１１は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を設けた側と反対側の端部における冷却管２２の主面に当接する当接板部１３と固定用部材１２との間において、半導体積層ユニット２をケース３の内部において冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２側に向かって押圧する方向に付勢された状態で配設される。
このバネ部材１１の付勢力により、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を設けた側の端部における冷却管２２の主面が主面当接部３３と当接する。
【００２９】
冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、図１に示すごとく、側面部の一部に、それぞれケース３の外部から冷媒供給管４１に冷却媒体を供給するための外部供給ホース６２１及び冷媒排出管４２からケース３の外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホース６２２を位置決めするためのホース位置決め部６２を有する。そして、本例においては、ホース位置決め部６２は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２において、治具係合部６１よりも外部供給ホース６２１及び外部排出ホース６２２側に配設されている。
【００３０】
そして、ホース位置決め部６２は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されている。すなわち、本例においては、ホース位置決め部６２は、ホース位置決め部６２が形成されていない部分の冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２よりも外径が大きい。
【００３１】
また、上記のごとく、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２とケース３との間には、防水用のシール材５が配設されている。そして、ケース３の側面部の一部には、図６に示すごとく、シール材５よりも若干径が小さい切欠部３５が形成されている。かかる切欠部３５にシール材５が嵌合されている。
【００３２】
次に、本例の電力変換装置１の組立手順につき説明する。
まず、供給側連結部２２１同士及び排出側連結部２２２同士を連結して、図４〜図６に示すような複数の冷却管２２を積層した積層型冷却器２０を形成する。このとき、積層型冷却器２０の片方の端部の冷却管２２には、冷媒供給管４２及び冷媒排出管４１を接続する。
【００３３】
次いで、図４、図５に示すごとく、治具係合部６１に把持治具７を係合させた状態で、把持治具７によって冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持する。
次いで、内側の穴が円環形状であって冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の外径よりも若干小さい内径を有するシール材５を、図５に示す矢印Ａの方向に挿入していき、ホース位置決め部６２を通過させた後、治具係合部６１に当接するまで冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の外周に嵌入させる。このとき、シール材５はホース位置決め部６２の外径よりも小さい内径を有するが、例えば伸縮性に優れたゴム部材などを使用すれば、ホース位置決め部６２を容易に通過させることができ、シール性能に影響はない。
【００３４】
次いで、図６に示すごとく、積層型冷却器２０をケース３に収容する。このとき、切欠部３５にシール材５が嵌合される。
次いで、図７に示すごとく、各冷却管２２同士の間にそれぞれ二個ずつの半導体モジュール２１を並列に挿入して半導体積層ユニット２を形成する。
【００３５】
次いで、図１、図８に示すごとく、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を設けた側と反対側における半導体積層ユニット２とケース３のばね当接面３２との間にバネ部材１１を配設する。これにより、該バネ部材１１は、固定用部材１２と当接板部１３との間で付勢されて、ケース３の内部において半導体モジュール２１と冷却管２２とが密着するように半導体積層ユニット２を積層方向に押圧する。
さらに、その後、図１に示すごとくホース位置決め手段６２に当接するまで、外部供給ホース６２１及び外部排出ホース６２２を、それぞれ冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２に挿入する。
【００３６】
なお、本例においては、図１に示すごとく、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を外側に向かって突出させてなる治具係合部６１を示したが、治具係合部６１は、例えば、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の外周に別部材を取り付けて形成することもできる。
また、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２における治具係合部６１とホース位置決め部６２との間に、シール材５を位置決めするためのシール位置決め部を形成することもできる。
【００３７】
次に、本例の作用効果につき説明する。
冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２は、シール材５よりも半導体積層ユニット２側の側面部の一部に、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持する把持治具７を係合するための治具係合部６１を有する。かかる構成によれば、把持治具７によって冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を把持した状態で、シール材５を冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２に配設することができる。したがって、シール材５を配設するに当たって、積層された複数の冷却管２２に力が作用することを防ぐことができる。
それゆえ、冷却管２２を変形させることなく冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２にシール材５を配設することができる。
【００３８】
また、治具係合部６１は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されている。すなわち、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２を内側から外側に向かって突出させることにより、治具係合部６１を容易に形成することができる。また、把持治具７を治具係合部６１の冷却管２２側の面に当接させながら、シール材５を冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２に嵌合させることができる。また、冷媒供給管４１内及び冷媒排出管４２内の断面積が小さくなることがないため、冷却媒体の流量が低減することもない。
【００３９】
また、治具係合部６１は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２における側面部の一部の全周にわたって形成されているため、把持治具７を治具係合部６１に確実に係合することができる。
また、ホース位置決め部６２は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の一部を変形させてなる。これにより、ホース位置決め部６２を目印として、外部供給ホース６２１及び外部排出ホース６２２を、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の所定の位置に容易に配置することができる。
【００４０】
また、ホース位置決め部６２は、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の側面部の一部を外側に向かって突出させた状態で形成されている。そのため、外部供給ホース６２１及び外部排出ホース６２２を、ホース位置決め部６２に当接させることにより冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２のそれぞれの所定の位置に容易に配置することができる。
【００４１】
以上のごとく、本例によれば、積層された複数の冷却管を変形させることなく冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設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。
【００４２】
（実施例２）
本例は、図９、図１０に示すごとく、治具係合部６１が、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の側面部の一部を内側に向かって窪ませた状態で形成されている半導体積層ユニット２の例である。すなわち、本例においては、治具係合部６１は、治具係合部６１が形成されていない部分の冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２よりも外径が小さい。
そして、本例の半導体積層ユニット２においては、図１０に示すごとく、把持治具７を治具係合部６１に嵌入させて係合させながら、シール材５を冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２に嵌合させることができる。
【００４３】
なお、上記治具係合部６１を、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２の側面部の一部において全周ではなく外周の一部に形成することとすれば、治具係合部６１以外の部分で内部の通水路の断面積を確保することができ、冷媒供給管４１内及び冷媒排出管４２内の断面積が小さくなることを抑制することができる。その結果、冷媒供給管４１及び冷媒排出管４２内を流れる冷却媒体の流量が低減することを抑制することができる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の上面図。
【図２】実施例１における、半導体積層ユニットの上面図。
【図３】実施例１における、冷媒供給管及び冷媒排出管の斜視図。
【図４】実施例１における、冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設している状態を示す説明図。
【図５】実施例１における、冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設した後の状態を示す説明図。
【図６】実施例１における、ケースに積層冷却器を配設している状態を示す斜視説明図。
【図７】実施例１における、半導体モジュールを積層冷却器に配設して半導体積層ユニットを構成している状態を示す斜視説明図。
【図８】実施例１における、押圧部材により、冷却管同士の間隔を狭めている状態を示す斜視説明図。
【図９】実施例２における、半導体積層ユニットの側面図。
【図１０】実施例２における、冷媒供給管及び冷媒排出管にシール材を配設している状態を示す説明図。
【図１１】従来例における、電力変換装置の上面図。
【符号の説明】
【００４５】
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
３  ケース
４１  冷媒供給管
４２  冷媒排出管
６１  治具係合部
【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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【図１０】
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【図１１】
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