電力変換装置
【課題】加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向のフレームに対する半導体積層ユニットの振動を抑制することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール１１と、冷却管１２０とからなる半導体積層ユニット１０と、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４とを有している。また、電力変換装置１は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在する当接プレート３と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４と当接プレート３とを内側に配設したフレーム２１とを有している。半導体積層ユニット１０は、当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４とを有している。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール１１と、冷却管１２０とからなる半導体積層ユニット１０と、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４とを有している。また、電力変換装置１は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在する当接プレート３と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４と当接プレート３とを内側に配設したフレーム２１とを有している。半導体積層ユニット１０は、当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４とを有している。
【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】
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力の生成に用いられる。
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確保するため大きな駆動電力が必要となってきている。それゆえ、その交流モータ向けの駆動電力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、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを冷却することができるように、冷媒を内部に流す複数の冷却管を半導体モジュールと積層した電力変換装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
かかる電力変換装置９は、図１２及び図１３に示すごとく、半導体モジュール９２１と冷却管９２２との積層体である半導体積層ユニット９２をフレーム９３の内側に配置してなる。フレーム９３は、上記積層方向と直交する方向に開口する開放部９３１を有する。また、フレーム９３の内側には、半導体積層ユニット９２を上記積層方向に加圧する加圧部材９６が、半導体積層ユニット９２の積層方向の一端に配されている。
【０００４】
ところで、かかる電力変換装置９は、上述のごとく、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等、振動を受けやすい環境に設置される場合がある。
電力変換装置９では、加圧部材９６によって、半導体積層ユニット９２をフレーム９３の内壁部に対して大きな力で加圧することで、半導体積層ユニット９２を上記積層方向に固定している。そのため、上記振動が加わっても上記積層方向については、フレーム９３に対して半導体積層ユニット９２が振動することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６８１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６８２０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、フレーム９３における開放部９３１の開口する方向（以下、これを開口方向という。）については、フレーム９３に対する半導体積層ユニット９２の固定手段がない。そのため、特に上記開口方向についても振動を受けやすい設置環境においては、半導体積層ユニット９２における半導体モジュール９２１と冷却管９２２との間にずれが生じるおそれが考えられる。そうすると、半導体積層ユニット９２における半導体モジュール９２１の冷却機能が低下するという事態を招くおそれもある。
【０００７】
また、半導体積層ユニット９２の一部や、半導体積層ユニット９２と加圧部材９６との間の介在物をフレーム９３に固定することにより、半導体積層ユニット９２の振動を規制することも考えられるが、この場合には、加圧部材９６による半導体積層ユニット９２への加圧力の伝達を阻害することとなる。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向のフレームに対する半導体積層ユニットの振動を抑制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両主面から冷却する複数の冷却管とを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における上記積層方向の一端側に配置され、該半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と、
該加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在すると共に該半導体積層ユニットに対して面接触した当接プレートと、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材と上記当接プレートとを内側に配設したフレームと、
該フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段と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）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる電力変換装置は、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段を有している。したがって、上記当接プレートを介して積層方向に加圧された上記半導体積層ユニットの上記積層方向と直交する方向の振動を抑制することができる。それゆえ、上記半導体モジュールと冷却管とのずれを防ぐことができる。
【００１１】
特に、上記振動規制手段は、上記当接プレートの振動を規制することによって、上記半導体積層ユニットの振動を規制している。上記当接プレートは、上記加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在するものであり、この部分における積層方向に直交する方向の振動は大きくなりやすい。それゆえ、この部分にある上記当接プレートの振動を、上記振動規制手段が規制することにより、上記半導体積層ユニットの振動を効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、上記振動規制手段は、上記フレームに対する上記当接プレートの積層方向の移動を許容している。そのため、上記振動規制手段を設けても、加圧部材の加圧力が上記半導体積層ユニットに伝わることを阻害することがない。それゆえ、上記加圧部材の加圧力を上記半導体積層ユニットに充分に伝えることができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向のフレームに対する半導体積層ユニットの振動を抑制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、電力変換装置を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における、振動規制手段を示す部分説明図。
【図４】実施例３における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図５】実施例３における、バックプレートの形状例を示す要部断面図。
【図６】実施例４における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図７】実施例５における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図８】実施例５における、バックプレートの形状例を示す要部断面図。
【図９】実施例６における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図１０】実施例７における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１２】背景技術における、電力変換装置の説明図。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記電力変換装置において、上記振動規制手段は、例えば、上記当接プレートや上記フレームとは別の部材を配置することにより構成することもできるし、上記当接プレートや上記フレームの形状等によって構成することもできる。
【００１６】
また、上記振動規制手段は、上記フレームと上記当接プレートとの間に直接的又は間接的に介在された弾性部材からなることが好ましい（請求項２）。この場合には、効果的に上記フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制することができる。すなわち、弾性部材からなる上記振動規制手段によって、上記半導体積層ユニットの積層方向に直交する方向の振動を吸収しながら抑制することができる。
【００１７】
また、上記振動規制手段は、上記フレーム及び上記当接プレートに直接的又は間接的に固定されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記振動規制手段と上記フレーム及び上記当接プレートとの間における相対的な移動量をより確実に規制することができる。これにより、上記振動規制手段による振動抑制効果をより高めることができる。また、弾性体からなる振動規制手段は、上記加圧部材から上記半導体積層ユニットに加わる加圧力に伴う上記当接プレートの変位に対しては、形状を変形させながら追従することができる。したがって、上記振動規制手段が上記フレーム及び上記当接プレートに固定されていても、上記加圧部材の加圧力が、上記半導体積層ユニットへと充分に伝達される。
【００１８】
また、上記振動規制手段は、上記フレームもしくはこれに固定された固定部材、又は上記当接プレートもしくはこれに固定された固定部材に対して、上記積層方向に摺動可能に配設されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記加圧部材により生じる上記積層方向の加圧力を上記半導体積層ユニットに一層効率よく伝達しつつ、上記積層方向に直交する方向における振動を抑制することができる。
【００１９】
また、上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットに当接する当接面を構成する当接板部と、該当接板部から上記積層方向に上記加圧部材へ延設された庇部とを備え、該庇部における上記加圧部材と反対側の面に上記振動規制手段が配設されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記振動規制手段から生じた異物が加圧部材に付着することを防ぐことができる。
【００２０】
また、上記当接プレートは、上記庇部から上記加圧部材と反対側に立設されると共に、上記振動規制手段と上記半導体積層ユニットとの間に配置された衝立部を有することが好ましい（請求項６）。この場合には、上記振動規制手段から生じた異物が、上記半導体積層ユニットに付着することを防ぐことができる。これにより、上記半導体積層ユニットと、該半導体積層ユニットにおける電気接点等に異物が付着することによる導通不良や絶縁不良等の不具合を防止できる。
【００２１】
また、上記加圧部材は、コイルバネを用いることができる（請求項７）。この場合には、上記振動規制手段による上記半導体積層ユニットの振動規制効果を充分に発揮することができる。すなわち、コイルバネは、伸縮方向に対して直交する方向にたわみやすいため、上記加圧部材をコイルバネとした場合、上記半導体積層ユニットの上記積層方向に対して直交する方向に振動しやすい。そこで、上記振動規制手段を設けることにより、上記半導体積層ユニットの振動を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、上記振動規制手段は、上記積層方向に直交すると共に互いに直交する二方向の上記当接プレートの振動を規制するよう構成されていることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記半導体積層ユニットにおける上記積層方向と直交するあらゆる方向の振動を効果的に防止することができる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置１について、図１及び図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、半導体積層ユニット１０と、該半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４とを有している。半導体積層ユニット１０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１１と、該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２０とを積層してなる。そして、半導体積層ユニット１０における積層方向Ｘの一端側に加圧部材４が配置されている。
また、電力変換装置１は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在すると共に該半導体積層ユニット１０に対して面接触した当接プレート３と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４と当接プレート３とを内側に配設したフレーム２１とを有している。さらに、半導体積層ユニット１０は、フレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４とを有している。
【００２４】
本例の電力変換装置１について、さらに詳細に説明する。
本例において、半導体モジュール１１と冷却管１２０とが積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管１２０の長手方向を横方向Ｙ、また、積層方向Ｘ及び横方向Ｙの両方に対して直交する方向を高さ方向Ｚとして、以下説明する。
また、積層方向Ｘにおいて、半導体積層ユニット１０に対して加圧部材４が配された側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、後述する蓋体２２が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
【００２５】
電力変換装置１は、図１及び図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体積層ユニット１０と、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４とを内包するフレーム２１とを有している。
半導体積層ユニット１０は、図１及び図２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１１と、該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２０とを積層してなる。
【００２６】
半導体モジュール１１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を内蔵してなる。半導体モジュール１１は、スイッチング素子を樹脂モールドしてなる平板状の本体部１１１と、該本体部１１１の端面から互いに反対方向に突出した主電極端子１１２及び制御端子１１３とからなる。平板状の本体部１１１における主面の法線方向が積層方向Ｘとなるように、半導体モジュール１１は冷却管１２０と積層されている。主電極端子１１２は、高さ方向Ｚの下方に突出させてあり、制御端子１１３は、高さ方向Ｚの上方に突出させてある。主電極端子１１２は、バスバー（図示略）と接続されており、該バスバーを介して被制御電力が半導体モジュール１１に入出力される。また、制御端子１１３は、制御回路基板（図示略）と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。また、半導体モジュール１１は、一対の冷却管１２０の間に２個ずつ並列配置してある。
【００２７】
冷却管１２０は、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部において、隣り合う他の冷却管１２０と連結管１２３を通じて連結されている。そして、積層方向Ｘの一端に配された冷却管１２０における横方向Ｙの両端部に、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２が接続されている。これら冷却管１２０、連結管１２３、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２によって、冷却器１２が構成されている。この冷却器１２は、アルミニウム等の金属によって構成されている。
【００２８】
冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２は、図１に示すごとく、半導体積層ユニット１０の前端部に配された冷却管１２０の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管１２１から導入された冷却媒体は、適宜連結管１２３を通り、各冷却管１２０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、各冷却管１２０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。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、適宜下流側の連結管１２３を通り、冷媒排出管１２２に導かれ排出される。冷却媒体としては、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。
【００２９】
フレーム２１は、上方に開口した開口部２１７を有する。そしてフレーム２１の上面には、開口部２１７を閉塞する蓋体２２が固定されている。
フレーム２１は、図２に示すごとく、半導体積層ユニット１０の下方に配される矩形形状の底部２１１と、底部２１１の外周において上方に立設した壁部２１２とからなる。底部２１１には、半導体モジュール１１の主電極端子１１２を挿通する底部端子挿通穴２１６が形成されている。また、壁部２１２は、積層方向Ｘの両側に配された前方壁部２１３及び後方壁部２１４と、前方壁部２１３と後方壁部２１４とをその両端において連結する一対の側方壁部２１５とを有する。
【００３０】
蓋体２２は、図２に示すごとく、半導体モジュール１１の制御端子１１３を挿通する蓋体端子挿通穴２２１を有しており、ボルト（図示略）により、フレーム２１の４つの壁部２１２を上端において連結するように配される。
フレーム２１及び蓋体２２は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属又は合金によって構成することができる。
【００３１】
図１及び図２に示すごとく、半導体積層ユニット１０は、フレーム２１の内側に加圧部材４の付勢力によって押圧保持されている。加圧部材４はコイルバネからなり、その付勢力によって、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに押圧保持している。加圧部材４は、前方壁部２１３と半導体積層ユニット１０の前面との間に配されている。
【００３２】
加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間には、半導体積層ユニット１０に対して面接触した当接プレート３を配してある。
当接プレート３は、図２に示すごとく、加圧部材４の後端部と半導体積層ユニット１０の前面との間に配される当接板部３１と、該当接板部３１の上端から前方へ立設した庇部３２と、当接板部３１の下端から前方へ立設した脚板部３３とからなる。
庇部３２における上面と脚板部３３における下面には、振動規制手段３４をそれぞれ配してある。本例における振動規制手段３４は、直方体形状を有する弾性部材からなり、庇部３２及び脚板部３３にそれぞれ接着固定してある。そして、庇部３２に固定した振動規制手段３４は、フレーム２１に固定された固定部材である蓋体２２に接着固定し、脚板部３３に固定した振動規制手段３４はフレーム２１の底部２１１に接着固定してある。
【００３３】
電力変換装置１を組み立てるにあたって、フレーム２１の内側に半導体積層ユニット１０と振動規制手段３４を固定した当接プレート３と加圧部材４とを配した後、フレーム２１の壁部２１２における上端に蓋体２２を連結することにより、庇部３２に設けた振動規制手段３４は、蓋体２２の下面に当接し、脚板部３３の上面に設けた振動規制手段３４はフレーム２１の底部２１１における上面に当接する。このとき、フレーム２１が変形しない範囲で、フレーム２１により、弾性部材を圧縮することが好ましい。これにより、弾性部材に付勢力が生じ、半導体積層ユニット１０の振動をより確実に防止することができる。
【００３４】
本例においては、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２を半導体積層ユニット１０の前方側に配したが、これに限るものではなく、加圧部材４とは反対側に配してもよい。例えば、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２を後端部に配される冷却管１２０の後面から後方に向かって突出させてもよい。
【００３５】
また、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２とは、本例のごとく両方を一方向に突出するように配設してもよいし、それぞれ異なる方向へ突出するように配設してもよい。例えば、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２とのいずれか一方を、半導体積層ユニット１０における前方に配された冷却管１２０から前方に向かって突出するように配し、他方を半導体積層ユニット１０における後方に配された冷却管１２０から後方に向かって突出するように配してもよい。
【００３６】
また、本例に示すごとく、振動規制手段３４をフレーム２１及び蓋体２２に固定した場合、振動規制手段３４は、振動規制手段３４のなす直方体の長手方向が、横方向Ｙとなるように配することが好ましい。この場合には、横方向Ｙの振動をより効果的に抑制することができる。
【００３７】
次に、本例における作用効果を説明する。
電力変換装置１は、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４を有している。したがって、当接プレート３を介して積層方向Ｘに加圧された半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘと直交する方向の振動を抑制することができる。それゆえ、半導体モジュール１１と冷却管１２０とのずれを防ぐことができる。
【００３８】
特に、振動規制手段３４は、当接プレート３の振動を規制することによって、半導体積層ユニット１０の振動を規制している。当接プレート３は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在するものであり、この部分における積層方向Ｘに直交する方向の振動は大きくなりやすい。それゆえ、この部分にある当接プレート３の振動を、振動規制手段３４が規制することにより、半導体積層ユニット１０の振動を効果的に抑制することができる。
【００３９】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容している。そのため、振動規制手段３４を設けても、加圧部材４の加圧力が半導体積層ユニット１０に伝わることを阻害することがない。それゆえ、加圧部材４の加圧力を半導体積層ユニット１０に充分に伝えることができる。
【００４０】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１及び蓋体２と当接プレート３との間に介在された弾性部材からなる。そのため、効果的にフレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制することができる。すなわち、弾性部材からなる振動規制手段３４によって、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘに直交する方向の振動を吸収しながら抑制することができる。
【００４１】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１及び当接プレート３に固定されている。そのため、振動規制手段３４とフレーム２１及び当接プレート３との間における相対的な移動量をより確実に規制することができる。これにより、振動規制手段３４による振動抑制効果をより高めることができる。また、弾性体からなる振動規制手段３４は、加圧部材４から半導体積層ユニット１０に加わる加圧力に伴う当接プレート３の変位に対しては、形状を変形させながら追従することができる。したがって、振動規制手段３４がフレーム２１及び当接プレート３に固定されていても、加圧部材４の加圧力が、半導体積層ユニット１０へと充分に伝達される。
【００４２】
また、当接プレート３は、半導体積層ユニット１０に当接する当接面を構成する当接板部３１と、該当接板部３１から積層方向Ｘに加圧部材４へ延設された庇部３２とを備え、該庇部３２における加圧部材４と反対側の面に振動規制手段３４が配設されている。そのため、振動規制手段３４から生じた異物が加圧部材４に付着することを防ぐことができる。
【００４３】
また、加圧部材４は、コイルバネを用いることができる。そのため、振動規制手段３４による半導体積層ユニット１０の振動規制効果を充分に発揮することができる。すなわち、コイルバネは、伸縮方向に対して直交する方向にたわみやすいため、加圧部材４をコイルバネとした場合、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘに対して直交する方向に振動しやすい。そこで、振動規制手段３４を設けることにより、半導体積層ユニット１０の振動を効果的に防止することができる。
【００４４】
以上のごとく、本例によれば、加圧部材４による半導体積層ユニット１０への加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘと直交する方向のフレーム２１に対する半導体積層ユニット１０の振動を抑制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。
【００４５】
（実施例２）
本例は、図１及び図２に示した実施例１の電力変換装置において、振動規制手段３４を低摩擦部材に変更した例である。本例においては、振動規制手段３４がフレーム２１及び蓋体２２に対して固定されていない。すなわち、フレーム２１及び蓋体２２と振動規制手段３４との間において摺動可能に構成されており、当接プレート３は、積層方向Ｘに移動することができる。
本例において、振動規制手段３４には、フッ素樹脂等の低摩擦樹脂や、低摩擦コーティングを施した金属等からなる低摩擦部材を用いることが好ましい。また、フレーム２１の底部２１１上面及び蓋体２２の下面には、低摩擦コーティング等の低摩擦処理を施すことが好ましい。この場合には、振動規制手段３４とフレーム２１及び蓋体２２との間の摺動性を向上し、当接プレート３を滑らかに移動させることができる。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００４６】
本例の電力変換装置１においては、振動規制手段３４が、フレーム２１及び蓋体２２に対して、積層方向Ｘに摺動可能に配設されている。そのため、加圧部材４により生じる積層方向Ｘの加圧力を半導体積層ユニット１０に一層効率よく伝達しつつ、積層方向Ｘに直交する方向における振動を抑制することができる。
また、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
（実施例３）
本例は、図４及び図５に示すごとく、振動規制手段３４を当接プレート３により構成した例である。
図４に示す当接プレート３は、その庇部３２をフレーム２１の蓋体２２に当接し、脚板部３３をフレーム２１の底部２１１に当接させてある。これによって、当接プレート３自体が、当接プレート３の高さ方向Ｚの振動を規制する振動規制手段３４を構成している。
【００４８】
本例において、当接プレート３とフレーム２１及び蓋体２２との当接面には、低摩擦コーティング等の低摩擦処理を施してあることが好ましい。この場合には、振動規制手段３４とフレーム２１及び蓋体２２との間の摺動性を向上し、当接プレート３を滑らかに移動させることができる。
【００４９】
また、図５に示すごとく、当接プレート３において庇部３２と脚板部３３とを形成することなく、当接板部３１により構成することもできる。この場合には、当接板部３１の上端を蓋体２２に当接し、当接板部３１の下端をフレーム２１の底部２１１に当接させてある。
その他の構成は、実施例１と同様である。
本例においては、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、当接プレート３の庇部３２に振動規制手段３４としての弾性部材を設け、当接プレート３の脚板部３３は、フレーム２１と接触させてある。
本例において、振動規制手段３４は、庇部３２及び蓋体２２に対して接着固定してある。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図７及び図８に示すごとく、当接プレート３の庇部３２を前方に向かって延長すると共に、衝立部３５とを設けた例である。
衝立部３５は、庇部３２から加圧部材４と反対側に立設されると共に、振動規制手段３４と半導体積層ユニット１０との間に設けてある。
本例において、庇部３２と衝立部３５は、図７に示すごとく、平板状の当接板部３１に、庇部３２と衝立部３５により形成された略Ｌ字断面の接合部材３５１を接合して形成してもよい。また、図８に示すごとく、曲げ加工によって、庇部３２及び衝立部３５を形成してもよい。
振動規制手段３４は、庇部３２に接着固定されていると共に、蓋体２２に対して摺動可能に配置されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５２】
本例の電力変換装置１においては、当接プレート３が庇部３２を備えているため、加圧部材４への異物の付着を防止することができる。したがって、振動規制手段３４と蓋体２２とが摺動することによって摩耗粉等の異物が生じたとしても、加圧部材４への異物の付着を効果的に防止することができる。
【００５３】
また、当接プレート３は、庇部３２１から加圧部材４と反対側に立設されると共に、振動規制手段３４と半導体積層ユニット１０との間に配置された衝立部３５を有している。そのため、振動規制手段３４から生じた異物が、半導体積層ユニット１０に付着することを防ぐことができる。これにより、半導体積層ユニット１０と、該半導体積層ユニット１０における電気接点等に異物が付着することによる導通不良や絶縁不良等の不具合を防止できる。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
尚、振動規制手段３４を蓋体３４に固定し、振動規制手段３４と庇部３２との間において摺動させることもできる。
【００５４】
（実施例６）
本例は、図９に示すごとく、当接プレート３の庇部３２における上面に振動規制手段３４を設け、当接プレート３の下端をフレーム２１から離して配置した例である。本例において、振動規制手段３４は弾性部材からなり、振動規制手段３４は庇部３２及び蓋体２２の両方に固定してある。また、振動規制手段３４を、脚板部３３に設けて、脚板部３３とフレーム２１の底部２１１との両方に固定し、当接プレート３の上端を蓋体２２から離して形成してもよい。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（実施例７）
本例は、図１０及び図１１に示すごとく、振動規制手段３４と当接プレート３との間に、レール部材３４３を介在させた例である。
振動規制手段３４は、蓋体２２の下面に固定してある。また、レール部材３４３は、庇部３２の上面に固定されており、振動規制手段３４を積層方向Ｘに摺動可能に保持している。レール部材３４３は、積層方向Ｘに互いに平行に形成された一対のレール壁部３４４と、該一対のレール壁部３４４の下端同士を繋ぐレール底部３４５とからなる。振動規制手段３４は、レール部材３４３におけるレール底部３４５と一対のレール壁部３４４の間に摺動可能に保持されている。
また、レール部材３４３と、振動規制手段３４とは、互いの間の摩擦抵抗を小さくするよう構成してあることが好ましい。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
振動規制手段３４は、レール部材３４３によって、積層方向Ｘに直交すると共に互いに直交する二方向（横方向Ｙ及び高さ方向Ｚ）の当接プレート３の振動を規制されている。そのため、半導体積層ユニット１０における積層方向Ｘと直交するあらゆる方向の振動を効果的に防止することができる。
また、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、加圧部材４は、コイルバネに限らず、板バネ等のバネ部材や、他の弾性体等、種々の部材を用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電力変換装置
１０ 半導体積層ユニット
１１ 半導体モジュール
１２０ 冷却管
２１ フレーム
３ 当接プレート
３１ 当接板部
３４ 振動規制手段
４ 加圧部材
【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】
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力の生成に用いられる。
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確保するため大きな駆動電力が必要となってきている。それゆえ、その交流モータ向けの駆動電力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、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを冷却することができるように、冷媒を内部に流す複数の冷却管を半導体モジュールと積層した電力変換装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
かかる電力変換装置９は、図１２及び図１３に示すごとく、半導体モジュール９２１と冷却管９２２との積層体である半導体積層ユニット９２をフレーム９３の内側に配置してなる。フレーム９３は、上記積層方向と直交する方向に開口する開放部９３１を有する。また、フレーム９３の内側には、半導体積層ユニット９２を上記積層方向に加圧する加圧部材９６が、半導体積層ユニット９２の積層方向の一端に配されている。
【０００４】
ところで、かかる電力変換装置９は、上述のごとく、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等、振動を受けやすい環境に設置される場合がある。
電力変換装置９では、加圧部材９６によって、半導体積層ユニット９２をフレーム９３の内壁部に対して大きな力で加圧することで、半導体積層ユニット９２を上記積層方向に固定している。そのため、上記振動が加わっても上記積層方向については、フレーム９３に対して半導体積層ユニット９２が振動することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６８１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６８２０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、フレーム９３における開放部９３１の開口する方向（以下、これを開口方向という。）については、フレーム９３に対する半導体積層ユニット９２の固定手段がない。そのため、特に上記開口方向についても振動を受けやすい設置環境においては、半導体積層ユニット９２における半導体モジュール９２１と冷却管９２２との間にずれが生じるおそれが考えられる。そうすると、半導体積層ユニット９２における半導体モジュール９２１の冷却機能が低下するという事態を招くおそれもある。
【０００７】
また、半導体積層ユニット９２の一部や、半導体積層ユニット９２と加圧部材９６との間の介在物をフレーム９３に固定することにより、半導体積層ユニット９２の振動を規制することも考えられるが、この場合には、加圧部材９６による半導体積層ユニット９２への加圧力の伝達を阻害することとなる。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向のフレームに対する半導体積層ユニットの振動を抑制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両主面から冷却する複数の冷却管とを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における上記積層方向の一端側に配置され、該半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と、
該加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在すると共に該半導体積層ユニットに対して面接触した当接プレートと、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材と上記当接プレートとを内側に配設したフレームと、
該フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段と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）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる電力変換装置は、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段を有している。したがって、上記当接プレートを介して積層方向に加圧された上記半導体積層ユニットの上記積層方向と直交する方向の振動を抑制することができる。それゆえ、上記半導体モジュールと冷却管とのずれを防ぐことができる。
【００１１】
特に、上記振動規制手段は、上記当接プレートの振動を規制することによって、上記半導体積層ユニットの振動を規制している。上記当接プレートは、上記加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在するものであり、この部分における積層方向に直交する方向の振動は大きくなりやすい。それゆえ、この部分にある上記当接プレートの振動を、上記振動規制手段が規制することにより、上記半導体積層ユニットの振動を効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、上記振動規制手段は、上記フレームに対する上記当接プレートの積層方向の移動を許容している。そのため、上記振動規制手段を設けても、加圧部材の加圧力が上記半導体積層ユニットに伝わることを阻害することがない。それゆえ、上記加圧部材の加圧力を上記半導体積層ユニットに充分に伝えることができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、加圧部材による半導体積層ユニットへの加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニットの積層方向と直交する方向のフレームに対する半導体積層ユニットの振動を抑制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、電力変換装置を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における、振動規制手段を示す部分説明図。
【図４】実施例３における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図５】実施例３における、バックプレートの形状例を示す要部断面図。
【図６】実施例４における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図７】実施例５における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図８】実施例５における、バックプレートの形状例を示す要部断面図。
【図９】実施例６における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図１０】実施例７における、電力変換装置を示す要部断面図。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１２】背景技術における、電力変換装置の説明図。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記電力変換装置において、上記振動規制手段は、例えば、上記当接プレートや上記フレームとは別の部材を配置することにより構成することもできるし、上記当接プレートや上記フレームの形状等によって構成することもできる。
【００１６】
また、上記振動規制手段は、上記フレームと上記当接プレートとの間に直接的又は間接的に介在された弾性部材からなることが好ましい（請求項２）。この場合には、効果的に上記フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制することができる。すなわち、弾性部材からなる上記振動規制手段によって、上記半導体積層ユニットの積層方向に直交する方向の振動を吸収しながら抑制することができる。
【００１７】
また、上記振動規制手段は、上記フレーム及び上記当接プレートに直接的又は間接的に固定されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記振動規制手段と上記フレーム及び上記当接プレートとの間における相対的な移動量をより確実に規制することができる。これにより、上記振動規制手段による振動抑制効果をより高めることができる。また、弾性体からなる振動規制手段は、上記加圧部材から上記半導体積層ユニットに加わる加圧力に伴う上記当接プレートの変位に対しては、形状を変形させながら追従することができる。したがって、上記振動規制手段が上記フレーム及び上記当接プレートに固定されていても、上記加圧部材の加圧力が、上記半導体積層ユニットへと充分に伝達される。
【００１８】
また、上記振動規制手段は、上記フレームもしくはこれに固定された固定部材、又は上記当接プレートもしくはこれに固定された固定部材に対して、上記積層方向に摺動可能に配設されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記加圧部材により生じる上記積層方向の加圧力を上記半導体積層ユニットに一層効率よく伝達しつつ、上記積層方向に直交する方向における振動を抑制することができる。
【００１９】
また、上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットに当接する当接面を構成する当接板部と、該当接板部から上記積層方向に上記加圧部材へ延設された庇部とを備え、該庇部における上記加圧部材と反対側の面に上記振動規制手段が配設されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記振動規制手段から生じた異物が加圧部材に付着することを防ぐことができる。
【００２０】
また、上記当接プレートは、上記庇部から上記加圧部材と反対側に立設されると共に、上記振動規制手段と上記半導体積層ユニットとの間に配置された衝立部を有することが好ましい（請求項６）。この場合には、上記振動規制手段から生じた異物が、上記半導体積層ユニットに付着することを防ぐことができる。これにより、上記半導体積層ユニットと、該半導体積層ユニットにおける電気接点等に異物が付着することによる導通不良や絶縁不良等の不具合を防止できる。
【００２１】
また、上記加圧部材は、コイルバネを用いることができる（請求項７）。この場合には、上記振動規制手段による上記半導体積層ユニットの振動規制効果を充分に発揮することができる。すなわち、コイルバネは、伸縮方向に対して直交する方向にたわみやすいため、上記加圧部材をコイルバネとした場合、上記半導体積層ユニットの上記積層方向に対して直交する方向に振動しやすい。そこで、上記振動規制手段を設けることにより、上記半導体積層ユニットの振動を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、上記振動規制手段は、上記積層方向に直交すると共に互いに直交する二方向の上記当接プレートの振動を規制するよう構成されていることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記半導体積層ユニットにおける上記積層方向と直交するあらゆる方向の振動を効果的に防止することができる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置１について、図１及び図２を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、半導体積層ユニット１０と、該半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４とを有している。半導体積層ユニット１０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１１と、該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２０とを積層してなる。そして、半導体積層ユニット１０における積層方向Ｘの一端側に加圧部材４が配置されている。
また、電力変換装置１は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在すると共に該半導体積層ユニット１０に対して面接触した当接プレート３と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４と当接プレート３とを内側に配設したフレーム２１とを有している。さらに、半導体積層ユニット１０は、フレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４とを有している。
【００２４】
本例の電力変換装置１について、さらに詳細に説明する。
本例において、半導体モジュール１１と冷却管１２０とが積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管１２０の長手方向を横方向Ｙ、また、積層方向Ｘ及び横方向Ｙの両方に対して直交する方向を高さ方向Ｚとして、以下説明する。
また、積層方向Ｘにおいて、半導体積層ユニット１０に対して加圧部材４が配された側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、後述する蓋体２２が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
【００２５】
電力変換装置１は、図１及び図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体積層ユニット１０と、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに加圧する加圧部材４と、半導体積層ユニット１０と加圧部材４とを内包するフレーム２１とを有している。
半導体積層ユニット１０は、図１及び図２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１１と、該複数の半導体モジュール１１を両主面から冷却する複数の冷却管１２０とを積層してなる。
【００２６】
半導体モジュール１１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を内蔵してなる。半導体モジュール１１は、スイッチング素子を樹脂モールドしてなる平板状の本体部１１１と、該本体部１１１の端面から互いに反対方向に突出した主電極端子１１２及び制御端子１１３とからなる。平板状の本体部１１１における主面の法線方向が積層方向Ｘとなるように、半導体モジュール１１は冷却管１２０と積層されている。主電極端子１１２は、高さ方向Ｚの下方に突出させてあり、制御端子１１３は、高さ方向Ｚの上方に突出させてある。主電極端子１１２は、バスバー（図示略）と接続されており、該バスバーを介して被制御電力が半導体モジュール１１に入出力される。また、制御端子１１３は、制御回路基板（図示略）と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。また、半導体モジュール１１は、一対の冷却管１２０の間に２個ずつ並列配置してある。
【００２７】
冷却管１２０は、その長手方向（横方向Ｙ）の両端部において、隣り合う他の冷却管１２０と連結管１２３を通じて連結されている。そして、積層方向Ｘの一端に配された冷却管１２０における横方向Ｙの両端部に、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２が接続されている。これら冷却管１２０、連結管１２３、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２によって、冷却器１２が構成されている。この冷却器１２は、アルミニウム等の金属によって構成されている。
【００２８】
冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２は、図１に示すごとく、半導体積層ユニット１０の前端部に配された冷却管１２０の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管１２１から導入された冷却媒体は、適宜連結管１２３を通り、各冷却管１２０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、各冷却管１２０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。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、適宜下流側の連結管１２３を通り、冷媒排出管１２２に導かれ排出される。冷却媒体としては、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。
【００２９】
フレーム２１は、上方に開口した開口部２１７を有する。そしてフレーム２１の上面には、開口部２１７を閉塞する蓋体２２が固定されている。
フレーム２１は、図２に示すごとく、半導体積層ユニット１０の下方に配される矩形形状の底部２１１と、底部２１１の外周において上方に立設した壁部２１２とからなる。底部２１１には、半導体モジュール１１の主電極端子１１２を挿通する底部端子挿通穴２１６が形成されている。また、壁部２１２は、積層方向Ｘの両側に配された前方壁部２１３及び後方壁部２１４と、前方壁部２１３と後方壁部２１４とをその両端において連結する一対の側方壁部２１５とを有する。
【００３０】
蓋体２２は、図２に示すごとく、半導体モジュール１１の制御端子１１３を挿通する蓋体端子挿通穴２２１を有しており、ボルト（図示略）により、フレーム２１の４つの壁部２１２を上端において連結するように配される。
フレーム２１及び蓋体２２は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属又は合金によって構成することができる。
【００３１】
図１及び図２に示すごとく、半導体積層ユニット１０は、フレーム２１の内側に加圧部材４の付勢力によって押圧保持されている。加圧部材４はコイルバネからなり、その付勢力によって、半導体積層ユニット１０を積層方向Ｘに押圧保持している。加圧部材４は、前方壁部２１３と半導体積層ユニット１０の前面との間に配されている。
【００３２】
加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間には、半導体積層ユニット１０に対して面接触した当接プレート３を配してある。
当接プレート３は、図２に示すごとく、加圧部材４の後端部と半導体積層ユニット１０の前面との間に配される当接板部３１と、該当接板部３１の上端から前方へ立設した庇部３２と、当接板部３１の下端から前方へ立設した脚板部３３とからなる。
庇部３２における上面と脚板部３３における下面には、振動規制手段３４をそれぞれ配してある。本例における振動規制手段３４は、直方体形状を有する弾性部材からなり、庇部３２及び脚板部３３にそれぞれ接着固定してある。そして、庇部３２に固定した振動規制手段３４は、フレーム２１に固定された固定部材である蓋体２２に接着固定し、脚板部３３に固定した振動規制手段３４はフレーム２１の底部２１１に接着固定してある。
【００３３】
電力変換装置１を組み立てるにあたって、フレーム２１の内側に半導体積層ユニット１０と振動規制手段３４を固定した当接プレート３と加圧部材４とを配した後、フレーム２１の壁部２１２における上端に蓋体２２を連結することにより、庇部３２に設けた振動規制手段３４は、蓋体２２の下面に当接し、脚板部３３の上面に設けた振動規制手段３４はフレーム２１の底部２１１における上面に当接する。このとき、フレーム２１が変形しない範囲で、フレーム２１により、弾性部材を圧縮することが好ましい。これにより、弾性部材に付勢力が生じ、半導体積層ユニット１０の振動をより確実に防止することができる。
【００３４】
本例においては、冷媒導入管１２１及び冷媒排出管１２２を半導体積層ユニット１０の前方側に配したが、これに限るものではなく、加圧部材４とは反対側に配してもよい。例えば、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２を後端部に配される冷却管１２０の後面から後方に向かって突出させてもよい。
【００３５】
また、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２とは、本例のごとく両方を一方向に突出するように配設してもよいし、それぞれ異なる方向へ突出するように配設してもよい。例えば、冷媒導入管１２１と冷媒排出管１２２とのいずれか一方を、半導体積層ユニット１０における前方に配された冷却管１２０から前方に向かって突出するように配し、他方を半導体積層ユニット１０における後方に配された冷却管１２０から後方に向かって突出するように配してもよい。
【００３６】
また、本例に示すごとく、振動規制手段３４をフレーム２１及び蓋体２２に固定した場合、振動規制手段３４は、振動規制手段３４のなす直方体の長手方向が、横方向Ｙとなるように配することが好ましい。この場合には、横方向Ｙの振動をより効果的に抑制することができる。
【００３７】
次に、本例における作用効果を説明する。
電力変換装置１は、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制する振動規制手段３４を有している。したがって、当接プレート３を介して積層方向Ｘに加圧された半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘと直交する方向の振動を抑制することができる。それゆえ、半導体モジュール１１と冷却管１２０とのずれを防ぐことができる。
【００３８】
特に、振動規制手段３４は、当接プレート３の振動を規制することによって、半導体積層ユニット１０の振動を規制している。当接プレート３は、加圧部材４と半導体積層ユニット１０との間に介在するものであり、この部分における積層方向Ｘに直交する方向の振動は大きくなりやすい。それゆえ、この部分にある当接プレート３の振動を、振動規制手段３４が規制することにより、半導体積層ユニット１０の振動を効果的に抑制することができる。
【００３９】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容している。そのため、振動規制手段３４を設けても、加圧部材４の加圧力が半導体積層ユニット１０に伝わることを阻害することがない。それゆえ、加圧部材４の加圧力を半導体積層ユニット１０に充分に伝えることができる。
【００４０】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１及び蓋体２と当接プレート３との間に介在された弾性部材からなる。そのため、効果的にフレーム２１に対する当接プレート３の積層方向Ｘの移動を許容しつつ、当接プレート３の積層方向Ｘに直交する方向の振動を規制することができる。すなわち、弾性部材からなる振動規制手段３４によって、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘに直交する方向の振動を吸収しながら抑制することができる。
【００４１】
また、振動規制手段３４は、フレーム２１及び当接プレート３に固定されている。そのため、振動規制手段３４とフレーム２１及び当接プレート３との間における相対的な移動量をより確実に規制することができる。これにより、振動規制手段３４による振動抑制効果をより高めることができる。また、弾性体からなる振動規制手段３４は、加圧部材４から半導体積層ユニット１０に加わる加圧力に伴う当接プレート３の変位に対しては、形状を変形させながら追従することができる。したがって、振動規制手段３４がフレーム２１及び当接プレート３に固定されていても、加圧部材４の加圧力が、半導体積層ユニット１０へと充分に伝達される。
【００４２】
また、当接プレート３は、半導体積層ユニット１０に当接する当接面を構成する当接板部３１と、該当接板部３１から積層方向Ｘに加圧部材４へ延設された庇部３２とを備え、該庇部３２における加圧部材４と反対側の面に振動規制手段３４が配設されている。そのため、振動規制手段３４から生じた異物が加圧部材４に付着することを防ぐことができる。
【００４３】
また、加圧部材４は、コイルバネを用いることができる。そのため、振動規制手段３４による半導体積層ユニット１０の振動規制効果を充分に発揮することができる。すなわち、コイルバネは、伸縮方向に対して直交する方向にたわみやすいため、加圧部材４をコイルバネとした場合、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘに対して直交する方向に振動しやすい。そこで、振動規制手段３４を設けることにより、半導体積層ユニット１０の振動を効果的に防止することができる。
【００４４】
以上のごとく、本例によれば、加圧部材４による半導体積層ユニット１０への加圧力の伝達を阻害することなく、半導体積層ユニット１０の積層方向Ｘと直交する方向のフレーム２１に対する半導体積層ユニット１０の振動を抑制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。
【００４５】
（実施例２）
本例は、図１及び図２に示した実施例１の電力変換装置において、振動規制手段３４を低摩擦部材に変更した例である。本例においては、振動規制手段３４がフレーム２１及び蓋体２２に対して固定されていない。すなわち、フレーム２１及び蓋体２２と振動規制手段３４との間において摺動可能に構成されており、当接プレート３は、積層方向Ｘに移動することができる。
本例において、振動規制手段３４には、フッ素樹脂等の低摩擦樹脂や、低摩擦コーティングを施した金属等からなる低摩擦部材を用いることが好ましい。また、フレーム２１の底部２１１上面及び蓋体２２の下面には、低摩擦コーティング等の低摩擦処理を施すことが好ましい。この場合には、振動規制手段３４とフレーム２１及び蓋体２２との間の摺動性を向上し、当接プレート３を滑らかに移動させることができる。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００４６】
本例の電力変換装置１においては、振動規制手段３４が、フレーム２１及び蓋体２２に対して、積層方向Ｘに摺動可能に配設されている。そのため、加圧部材４により生じる積層方向Ｘの加圧力を半導体積層ユニット１０に一層効率よく伝達しつつ、積層方向Ｘに直交する方向における振動を抑制することができる。
また、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
（実施例３）
本例は、図４及び図５に示すごとく、振動規制手段３４を当接プレート３により構成した例である。
図４に示す当接プレート３は、その庇部３２をフレーム２１の蓋体２２に当接し、脚板部３３をフレーム２１の底部２１１に当接させてある。これによって、当接プレート３自体が、当接プレート３の高さ方向Ｚの振動を規制する振動規制手段３４を構成している。
【００４８】
本例において、当接プレート３とフレーム２１及び蓋体２２との当接面には、低摩擦コーティング等の低摩擦処理を施してあることが好ましい。この場合には、振動規制手段３４とフレーム２１及び蓋体２２との間の摺動性を向上し、当接プレート３を滑らかに移動させることができる。
【００４９】
また、図５に示すごとく、当接プレート３において庇部３２と脚板部３３とを形成することなく、当接板部３１により構成することもできる。この場合には、当接板部３１の上端を蓋体２２に当接し、当接板部３１の下端をフレーム２１の底部２１１に当接させてある。
その他の構成は、実施例１と同様である。
本例においては、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、当接プレート３の庇部３２に振動規制手段３４としての弾性部材を設け、当接プレート３の脚板部３３は、フレーム２１と接触させてある。
本例において、振動規制手段３４は、庇部３２及び蓋体２２に対して接着固定してある。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図７及び図８に示すごとく、当接プレート３の庇部３２を前方に向かって延長すると共に、衝立部３５とを設けた例である。
衝立部３５は、庇部３２から加圧部材４と反対側に立設されると共に、振動規制手段３４と半導体積層ユニット１０との間に設けてある。
本例において、庇部３２と衝立部３５は、図７に示すごとく、平板状の当接板部３１に、庇部３２と衝立部３５により形成された略Ｌ字断面の接合部材３５１を接合して形成してもよい。また、図８に示すごとく、曲げ加工によって、庇部３２及び衝立部３５を形成してもよい。
振動規制手段３４は、庇部３２に接着固定されていると共に、蓋体２２に対して摺動可能に配置されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５２】
本例の電力変換装置１においては、当接プレート３が庇部３２を備えているため、加圧部材４への異物の付着を防止することができる。したがって、振動規制手段３４と蓋体２２とが摺動することによって摩耗粉等の異物が生じたとしても、加圧部材４への異物の付着を効果的に防止することができる。
【００５３】
また、当接プレート３は、庇部３２１から加圧部材４と反対側に立設されると共に、振動規制手段３４と半導体積層ユニット１０との間に配置された衝立部３５を有している。そのため、振動規制手段３４から生じた異物が、半導体積層ユニット１０に付着することを防ぐことができる。これにより、半導体積層ユニット１０と、該半導体積層ユニット１０における電気接点等に異物が付着することによる導通不良や絶縁不良等の不具合を防止できる。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
尚、振動規制手段３４を蓋体３４に固定し、振動規制手段３４と庇部３２との間において摺動させることもできる。
【００５４】
（実施例６）
本例は、図９に示すごとく、当接プレート３の庇部３２における上面に振動規制手段３４を設け、当接プレート３の下端をフレーム２１から離して配置した例である。本例において、振動規制手段３４は弾性部材からなり、振動規制手段３４は庇部３２及び蓋体２２の両方に固定してある。また、振動規制手段３４を、脚板部３３に設けて、脚板部３３とフレーム２１の底部２１１との両方に固定し、当接プレート３の上端を蓋体２２から離して形成してもよい。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（実施例７）
本例は、図１０及び図１１に示すごとく、振動規制手段３４と当接プレート３との間に、レール部材３４３を介在させた例である。
振動規制手段３４は、蓋体２２の下面に固定してある。また、レール部材３４３は、庇部３２の上面に固定されており、振動規制手段３４を積層方向Ｘに摺動可能に保持している。レール部材３４３は、積層方向Ｘに互いに平行に形成された一対のレール壁部３４４と、該一対のレール壁部３４４の下端同士を繋ぐレール底部３４５とからなる。振動規制手段３４は、レール部材３４３におけるレール底部３４５と一対のレール壁部３４４の間に摺動可能に保持されている。
また、レール部材３４３と、振動規制手段３４とは、互いの間の摩擦抵抗を小さくするよう構成してあることが好ましい。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
振動規制手段３４は、レール部材３４３によって、積層方向Ｘに直交すると共に互いに直交する二方向（横方向Ｙ及び高さ方向Ｚ）の当接プレート３の振動を規制されている。そのため、半導体積層ユニット１０における積層方向Ｘと直交するあらゆる方向の振動を効果的に防止することができる。
また、実施例２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、加圧部材４は、コイルバネに限らず、板バネ等のバネ部材や、他の弾性体等、種々の部材を用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電力変換装置
１０ 半導体積層ユニット
１１ 半導体モジュール
１２０ 冷却管
２１ フレーム
３ 当接プレート
３１ 当接板部
３４ 振動規制手段
４ 加圧部材
【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両主面から冷却する複数の冷却管とを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における上記積層方向の一端側に配置され、該半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と、
該加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在すると共に該半導体積層ユニットに対して面接触した当接プレートと、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材と上記当接プレートとを内側に配設したフレームと、
該フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段と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に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレームと上記当接プレートとの間に直接的又は間接的に介在された弾性部材からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレーム及び上記当接プレートに直接的又は間接的に固定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又は２に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレームもしくはこれに固定された固定部材と、上記当接プレートもしくはこれに固定された固定部材との間において、上記積層方向に摺動可能に配設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のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットに当接する当接面を構成する当接板部と、該当接板部から上記積層方向に上記加圧部材へ延設された庇部とを備え、該庇部における上記加圧部材と反対側の面に上記振動規制手段が配設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、上記当接プレートは、上記庇部から上記加圧部材と反対側に立設されると共に、上記振動規制手段と上記半導体積層ユニットとの間に配置された衝立部を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記加圧部材は、コイルバネからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記積層方向に直交すると共に互いに直交する二方向の上記当接プレートの振動を規制するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【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両主面から冷却する複数の冷却管とを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における上記積層方向の一端側に配置され、該半導体積層ユニットを上記積層方向に加圧する加圧部材と、
該加圧部材と上記半導体積層ユニットとの間に介在すると共に該半導体積層ユニットに対して面接触した当接プレートと、
上記半導体積層ユニットと上記加圧部材と上記当接プレートとを内側に配設したフレームと、
該フレームに対する上記当接プレートの上記積層方向の移動を許容しつつ、上記当接プレートの上記積層方向に直交する方向の振動を規制する振動規制手段と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に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレームと上記当接プレートとの間に直接的又は間接的に介在された弾性部材からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレーム及び上記当接プレートに直接的又は間接的に固定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又は２に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記フレームもしくはこれに固定された固定部材と、上記当接プレートもしくはこれに固定された固定部材との間において、上記積層方向に摺動可能に配設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のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットに当接する当接面を構成する当接板部と、該当接板部から上記積層方向に上記加圧部材へ延設された庇部とを備え、該庇部における上記加圧部材と反対側の面に上記振動規制手段が配設されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、上記当接プレートは、上記庇部から上記加圧部材と反対側に立設されると共に、上記振動規制手段と上記半導体積層ユニットとの間に配置された衝立部を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記加圧部材は、コイルバネからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、上記振動規制手段は、上記積層方向に直交すると共に互いに直交する二方向の上記当接プレートの振動を規制するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１００９８（Ｐ２０１２−２１００９８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４６９７（Ｐ２０１１−７４６９７）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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