電力変換装置
【課題】耐振性に優れた積層体１０を備えた電力変換装置１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２及び冷媒流路３０を積層した積層体１０と、該積層体１０を保持するフレーム４とを備える。フレーム４は、底壁部４０と、該底壁部４０から板厚方向（Ｚ方向）に向かって立設した側壁部４１とを有する。側壁部４１の内側に形成された収納空間Ｓに積層体１０が収納されている。フレーム４の開口部４００を塞ぐように、蓋板５が固定されている。積層体１０の冷却管３から上記板厚方向に第１突部６１が突出している。蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０を上記板厚方向に挟持している。第１突部６１は、上記板厚方向に圧潰された状態で蓋板５に当接している。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール２及び冷媒流路３０を積層した積層体１０と、該積層体１０を保持するフレーム４とを備える。フレーム４は、底壁部４０と、該底壁部４０から板厚方向（Ｚ方向）に向かって立設した側壁部４１とを有する。側壁部４１の内側に形成された収納空間Ｓに積層体１０が収納されている。フレーム４の開口部４００を塞ぐように、蓋板５が固定されている。積層体１０の冷却管３から上記板厚方向に第１突部６１が突出している。蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０を上記板厚方向に挟持している。第１突部６１は、上記板厚方向に圧潰された状態で蓋板５に当接している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図１７、図１８に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９２と、該半導体モジュール９２を冷却する冷却管９３とを積層した積層体９１０を備えたものが知られている。
【０００３】
半導体モジュール９２は、半導体素子を封止した本体部９２０と、該本体部９２０から突出したパワー端子９９および制御端子９７を備える。パワー端子９９には、直流電源（図示しない）の正電極に接続される正極端子９９ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子９９ｂと、交流負荷に接続される交流端子９９ｃとがある。また、制御端子９７には、制御回路基板９８が接続されている。制御回路基板９８が複数の半導体モジュール９２を制御することにより、正極端子９９ａと負極端子９９ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子９９ｃから出力している。
【０００４】
また、電力変換装置９１は、昇圧用のリアクトル９５と、昇圧した直流電圧を平滑化するためのコンデンサ９６を備える。リアクトル９５と、コンデンサ９６と、パワー端子９９とは、図示しないバスバーによって電気的に接続されている。また、積層体９１０、リアクトル９５等はケース９００内に収納されている。
【０００５】
図１８に示すごとく、積層体９１０の積層方向（Ｘ方向）における一端には、ばね部材９４が設けられている。このばね部材９４を用いて、積層体９１０をケース９００へ向けて押圧している。これにより、積層体９１０をケース９００内に固定している。
【０００６】
電力変換装置９１は、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される。車両が走行すると振動が生じるため、この振動に耐えられるよう、電力変換装置９１には耐振性が必要とされている。積層体９１０は、ばね部材９４によって積層方向（Ｘ方向）へ押圧されているため、Ｘ方向への振動には強い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら従来の電力変換装置９１は、Ｘ方向に直交する方向（Ｙ方向、Ｚ方向）への、積層体９１０の振動を抑制する部材が少ないため、Ｙ方向やＺ方向へ積層体９１０が振動しやすいという問題がある。そのため、Ｙ方向やＺ方向に振動Ｖが発生した場合に、積層体９１０の積層状態や、制御端子９７と制御回路基板９８との接続状態に影響を与えるおそれがある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、耐振性に優れた積層体を備えた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】
第１の発明は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
該積層体を保持するフレームとを備え、
該フレームは、底壁部と、該底壁部から該底壁部の板厚方向に向かって立設した側壁部とを有し、該側壁部の内側に形成された収納空間に上記積層体が収納され、上記底壁部において上記積層体が支持されており、
上記収納空間に上記積層体を収納するための開口部を塞ぐように、蓋板が上記フレームに固定され、
上記積層体は、上記冷媒流路を内部に有する流路形成部材を有すると共に、該流路形成部材から、上記板厚方向における上記蓋板側または上記底壁部側に向かって突出した第１突部を有し、
該蓋板と上記底壁部との間で上記積層体を上記板厚方向に挟持しており、上記第１突部は、上記板厚方向に圧潰された状態で上記蓋板または上記底壁部に当接していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【００１１】
第２の発明は、上記電力変換装置を製造する方法であって、複数の上記流路形成部材を、互いに所定間隔をおいた状態で上記フレーム内に収容する流路形成部材収容工程と、複数の上記半導体モジュールを互いに所定間隔をおいた状態で位置決め治具に保持させるモジュール保持工程と、上記複数の半導体モジュールを保持した上記位置決め治具を上記流路形成部材に接近させると共に、該位置決め治具に形成した被係合部と上記第１突部とを係合することにより、上記複数の半導体モジュールを上記複数の流路形成部材に対して上記積層方向及び上記幅方向に位置合わせする位置合わせ工程と、位置合わせした状態で上記複数の半導体モジュールを上記位置決め治具から押し出して個々の上記流路形成部材の間に上記半導体モジュールを介在させる押し出し工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項５）。
【００１２】
また、第３の発明は、上記電力変換装置を製造する方法であって、
上記第１突部が上記フレームの開口側または上記底壁部側を向いた状態で、上記積層体を上記フレーム内に収容する積層体収容工程と、
上記フレームの開口を塞ぐように蓋板を固定することにより、上記第１突部を上記底壁部の板厚方向に圧潰すると共に、該蓋板と上記底壁部との間で、上記積層体を上記板厚方向に挟持して保持する積層体保持工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項６）。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明にかかる電力変換装置は、蓋板と底壁部との間で積層体を板厚方向に挟持してなるため、積層体の、板厚方向における振動を抑制できる。しかも、第１突部が圧潰された状態で積層体を挟持しているため、第１突部において積層体を蓋板または底壁部に密着させることができる。また、積層体の、第１突部を設けた側とは反対側も、蓋板または底壁部に密着させることができる。そのため、蓋板と底壁部との間で積層体の板厚方向へのガタ量が少なくなり、積層体を板厚方向にしっかりと挟持することが可能になる。これにより、積層体の、板厚方向における耐振性を高めることができる。
【００１４】
また、第２の発明に係る電力変換装置の製造方法においては、位置決め治具に形成した上記被係合部を上記第１突部に係合させることにより、上記位置合わせ工程を行うことが可能になる。そのため、位置合わせ工程を行うための専用の突部を、流路形成部材に設ける必要がなくなる。
【００１５】
また、第３の発明にかかる電力変換装置の製造方法は、上記積層体保持工程において、フレームに蓋板を固定する際に、第１突部を上記板厚方向に圧潰するため、第１突部において積層体を蓋板または底壁部に確実に当接させることができる。そのため、積層体を板厚方向両側からしっかり固定でき、積層体の、板厚方向における耐振性を向上させることができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、耐振性に優れた積層体を備えた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】
【００１７】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図４】実施例１における、冷却管の部分拡大斜視図。
【図５】実施例１における、流路形成部材収容工程の説明図。
【図６】実施例１における、流路形成部材収容工程を説明するための拡大断面図。
【図７】図６のＣ矢視図。
【図８】実施例１における、モジュール保持工程の説明図。
【図９】実施例１における、位置合わせ工程および押し出し工程の説明図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ拡大断面図。
【図１１】実施例１における、押し出し工程が完了した状態での電力変換装置の断面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ拡大断面図。
【図１３】実施例１における、積層体保持工程を説明するための拡大断面図。
【図１４】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図１５】実施例２における、第３突部の拡大斜視図。
【図１６】実施例２における、半導体モジュールと冷媒流路とを一体化した例。
【図１７】従来例における、電力変換装置の断面図。
【図１８】図１７のＦ−Ｆ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載するための車載用電力変換装置とすることができる。
【００１９】
また、上記積層体は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向に向かって上記流路形成部材から互いに反対側に突出した一対の第２突部を有し、上記積層体は、上記収納空間内において上記側壁部によって上記幅方向に挟持され、上記一対の第２突部は、圧潰された状態で上記側壁部にそれぞれ当接していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、積層体は、側壁部によって上記幅方向にも挟持されているため、該幅方向における積層体の振動を抑制できる。しかも、一対の第２突部が側壁部によって圧潰された状態で、積層体を挟持しているため、第２突部において積層体と側壁部とを密着させることができる。そのため、収納空間内において積層体の幅方向へのガタ量が少なくなり、積層体の、幅方向における耐振性をも高めることが可能になる。すなわち、板厚方向及び幅方向の双方について、積層体の耐振性を高めることができる。
【００２０】
また、上記一対の第２突部の側部にはそれぞれテーパ面が形成されており、上記幅方向における上記一対のテーパ面間の間隔は、上記底壁部から上記蓋板に向かうほど次第に広くなっており、上記第２突部の、上記板厚方向における上記蓋板側の部位が、上記側壁部によって圧潰されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、積層体をフレームに収納する作業を行う場合に、幅方向における一対のテーパ面間の間隔が狭い側から、流路形成部材をフレームに収納できるため、収納作業を行いやすくなる。
【００２１】
また、上記蓋板は剛性部材であり、該蓋板は上記板厚方向に貫通した貫通穴を有し、上記半導体モジュールは電極端子を有し、該電極端子は上記貫通穴を貫通しており、上記第１突部は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向における上記貫通穴の両側に配置され、該貫通穴の両側における一対の上記第１突部の間隔は、上記幅方向における上記半導体モジュールの幅よりも長いことが好ましい（請求項４）。
この場合には、一対の第１突部の間に位置する貫通穴の、上記幅方向における幅をも広くすることができる。そのため、半導体モジュールの電極端子が、貫通穴の内面に接触する不具合を防止しやすくなる。
なお、例えば、半導体モジュールの信号端子やパワー端子を、上記電極端子として貫通穴に貫通させることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明に実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図１３を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３０とを積層してなる積層体１０と、フレーム４とを備える。半導体モジュール２は、スイッチング素子を内蔵している。また、冷媒流路３０には、半導体モジュール２を冷却する冷媒１５が流れる。フレーム４は、積層体１０を保持している。
フレーム４は、底壁部４０と、該底壁部４０から底壁部４０の板厚方向（Ｚ方向）に向かって立設した側壁部４１とを有する。側壁部４１の内側に形成された収納空間Ｓに積層体１０が収納されている。底壁部４０において積層体１０が支持されている。
【００２３】
収納空間Ｓに積層体１０を収納するための開口部４００を塞ぐように、蓋板５がフレーム４に固定されている。
積層体１０は、冷媒流路３０を内部に有する流路形成部材である冷却管３を有する。冷却管３から、板厚方向（Ｚ方向）における蓋板５側に向かって第１突部６１が突出している。
蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０を板厚方向（Ｚ方向）に挟持している。第１突部６１は、板厚方向（Ｚ方向）に圧潰された状態で蓋板５に当接している。
【００２４】
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用電力変換装置である。
【００２５】
半導体モジュール２は、スイッチング素子を封止した本体部２０を備える。この本体部２０から複数の信号端子２１およびパワー端子２２が、Ｚ方向に向かって互いに反対側に突出している。信号端子２１は制御回路基板１１に接続している。また、パワー端子２２には、直流電源（図示しない）の正電極に接続した正極端子２２ａと、直流電源の負電極に接続した負極端子２２ｂと、交流負荷に接続した交流端子２２ｃとがある。制御回路基板１１の制御回路が複数の半導体モジュール２のオンオフ動作を制御することにより、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子２２ｃから出力している。
【００２６】
図１に示すごとく、蓋板５には、Ｚ方向に貫通した貫通穴５０が形成されている。制御端子２１は、貫通穴５０を貫通し、蓋板５の、Ｚ方向における収納空間Ｓとは反対側まで延びている。そして、制御端子２１の先端は、上記制御回路基板１１に接続している。制御回路基板１１は、蓋板５に設けられた固定部１１０に固定されている。
【００２７】
また、底壁部４０には、Ｚ方向に貫通した底壁側貫通穴４５が形成されている。パワー端子２２は、この底壁側貫通穴４５を挿通している。個々のパワー端子２２には、図示しないバスバーが接続されている。
【００２８】
図２に示すごとく、フレーム４は、Ｚ方向（紙面に垂直な方向）から見た形状が略矩形状を呈している。複数の冷却管３のうち、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）における一端に位置する冷却管３ａには、冷媒流路３０に冷媒１５を導入するための導入パイプ１３と、冷媒流路３０から冷媒１５を導出するための導出パイプ１４とが取り付けられている。隣り合う２個の冷却管３の間は、冷媒流路３０の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、一対の連結管３１によって接続されている。導入パイプ１３から冷媒１５を導入すると、冷媒１５は冷媒流路３０内を分配されて流れ、導出パイプ１４から導出する。これにより、半導体モジュール２を冷却するようになっている。
【００２９】
図２、図３に示すごとく、フレーム４の、Ｘ方向に直交する２つの内面４０１，４０２のうち、導入パイプ１３及び導出パイプ１４を設けた側の内面４０１（一方の内面４０１）と、積層体１０との間にばね部材１２が設けられている。このばね部材１２を使って積層体１０をＸ方向に押圧し、他方の内面４０２に押し付けている。これにより、積層体１０をフレーム４内に保持すると共に、冷却管３と半導体モジュール２とを密着させている。ばね部材１２と積層体１０との間には、冷却管３ａがばね部材１２の弾性力によって変形することを防止するための補強板１６が介在している。
【００３０】
なお、本例では、フレーム４の一方の内面４０１と積層体１０との間にばね部材１２を設けたが、フレーム４の他方の内面４０２と積層体１０との間にばね部材１２を設けてもよい。この場合、積層体１０は、一方の内面４０１に向かって押圧されることになる。
【００３１】
図４、図１２に示すごとく、第１突部６１は、冷却管３からＺ方向に突出した板状部６１１と、該板状部６１１の先端６１５に設けられ、板状部６１１と一体に形成された円弧状部６１２とを備える。板状部６１１の板厚方向は、Ｘ方向と一致している。円弧状部６１２の厚さは、板状部６１１の厚さと略同一である。Ｙ方向から見た場合に、円弧状部６１２の外面６１３は略半円状を呈している。円弧状部６１２は、Ｚ方向における、冷却管３とは反対側に向かって凸となる形状に形成されている。蓋板５を固定する前の状態において、円弧状部６１２の先端６１４は、Ｚ方向における、板状部６１１の先端６１５と略同じ高さ位置にある。また、図１３に示すごとく、蓋板５をフレーム４に固定すると、円弧状部６１２の頂点６１６に蓋板５が当接し、蓋板５によって円弧状部６１２が冷却管３側に押圧される。そして、板状部６１１の先端６１５において円弧状部６１２が折れ曲がる。これにより、第１突部６１が圧潰される。
【００３２】
図１、図２に示すごとく、積層体１０は、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）と上記板厚方向（Ｚ方向）との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）に向かって冷却管３から互いに反対側に突出した一対の第２突部６２を有する。積層体１０は、収納空間Ｓ内において側壁部４１によってＹ方向に挟持されている。一対の第２突部６２ａ，６２ｂは、圧潰された状態で側壁部４１にそれぞれ当接している。
なお、本例の第１突部６１および第２突部６２は、冷却管３と一体に形成され、それぞれアルミニウム等の金属からなる。
【００３３】
図１に示すごとく、一対の第２突部６２の側部にはそれぞれテーパ面６９が形成されている。Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔は、底壁部４０から蓋板５側に向かうほど次第に広くなっている。そして、第２突部６２の、Ｚ方向における蓋板５側の部位が、側壁部４１によって圧潰されている。
【００３４】
蓋板５は剛性部材からなる。蓋板５の材料としては、例えば、鉄やアルミニウム等の金属や、樹脂が用いられる。また、上述したように、蓋板５はＺ方向に貫通した貫通穴５０を備える。そして、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）は貫通穴５０を貫通している。第１突部６１は、Ｙ方向における貫通穴５０の両側に配置されている。そして、貫通穴５０の両側における一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間隔Ｗ１は、Ｙ方向における半導体モジュール２の幅Ｗ２よりも長い。
なお、本例では、信号端子２１（電極端子）が貫通穴５０を貫通しているが、パワー端子２２が貫通穴５０を貫通するようにしてもよい。
【００３５】
次に、本例の電力変換装置１の製造方法について説明する。本例では、次の積層体収容工程（図５〜図１２参照）と、積層体保持工程（図１、図１３参照）とを行う。積層体収容工程では、図１１に示すごとく、積層体１０をフレーム４内に収容し、第１突部６１がフレーム４の開口４００側を向いた状態にする。また、積層体保持工程では、図１、図１３に示すごとく、フレーム４の開口４００を塞ぐように蓋板５を固定する。そして、第１突部６１をＺ方向に圧潰すると共に、蓋板５と底壁部４０との間で、積層体１０をＺ方向に挟持して保持する。
【００３６】
積層体保持工程は、次の流路形成部材収容工程（図５〜図７参照）と、モジュール保持工程（図８参照）と、位置合わせ工程（図９参照）と、押し出し工程（図９参照）とに細分化することができる。
図７に示すごとく、流路形成部材収容工程では、複数の冷却管３を、互いに平行にした状態でフレーム４内に収納する。この工程では、略矩形状を呈するフレーム４の短辺方向（Ｙ方向）に対して、冷却管３の長手方向が平行になるように、該冷却管３をフレーム４内に収納する。複数の冷却管３は、その長手方向における両端部を一対の連結管３１を使って予め連結しておく。複数の冷却管３は、隣り合う２個の冷却管３の間に、連結管３１と同じ長さの隙間ｄ１を空けた状態で、フレーム４に収納される。この間隔ｄ１は、半導体モジュール２の厚さよりも長くなるようにしておく。
【００３７】
図５に示すごとく、第２突部６２には、上述したテーパ面６９が形成されている。流路形成部材収容工程では、一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の、Ｙ方向における間隔が狭い側から、冷却管３をフレーム４内に収容し、図６に示すごとく、冷却管３を底壁部４０に当接させる。このとき、一対の第２突部６２のうち一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間のＹ方向における間隔が広い部位６２０が一対の側壁部４１に当接すると共に圧潰されながら、冷却管３がフレーム４内に挿入される。これにより、冷却管３がＹ方向から一対の側壁部４１によって挟持された状態でフレーム４内に収まる。
【００３８】
図７に示すごとく、流路形成部材収容工程が完了すると、全ての第１突部６１が、Ｚ方向における同一方向側を向く。全ての第１突部６１のＺ方向における位置は、略同一になる。
【００３９】
また、上記モジュール保持工程では、図８に示すごとく、複数の半導体モジュール２を、互いに所定間隔ｄ２をおいた状態で位置決め治具７に保持させる。間隔ｄ２は、冷却管３の厚さよりも長くしておく。位置決め治具７は、Ｚ方向から見た場合の形状が略矩形状の枠部７１と、該枠部７１の内面７５から枠内に突出した複数の保持用突部７２を備える。そして、Ｙ方向に相対向した一対の保持用突部７２を使って半導体モジュール２を保持するようになっている。
【００４０】
図９、図１０に示すごとく、位置決め治具７の枠部７１には、パワー端子２２の突出側の端面７９に、凹状の被係合部７０が形成されている。この被係合部７０を用いて、位置合わせ工程を行う。位置合わせ工程では、複数の半導体モジュール２を保持した位置決め治具７を冷却管３に接近させ、被係合部７０と第１突部６１とを係合させる。これにより、複数の半導体モジュール２を複数の冷却管３に対してＸ方向及びＹ方向に位置合わせする。
【００４１】
図８に示すごとく、位置決め治具７には２個の被係合部７０が形成されている。この２個の被係合部７０は、Ｚ方向から見た場合に、矩形状の枠部７１の対角線上にそれぞれ位置している。２個の被係合部７０のうち一方の被係合部７０ａは、図７に示す複数の冷却管３のうちＸ方向における一端に位置する冷却管３ａの、Ｙ方向における導出パイプ１４側の第１突部６１ｃに係合する。また、２個の被係合部７０のうち他方の被係合部７０ｂは、図７に示す複数の冷却管３のうちＸ方向における他端に位置する冷却管３ｂの、Ｙ方向における導入パイプ１３側の第１突部６１ｄに係合する。
【００４２】
このように位置合わせ工程を行った後、押し出し工程を行う。押し出し工程では、図９に示すごとく、位置合わせした状態で複数の半導体モジュール２を位置決め治具７から押し出して、個々の冷却管３の間に半導体モジュール２を介在させる。
【００４３】
以上の工程を行った後、フレーム４の一方の内面４０１（図２参照）と積層体１０との間に、Ｘ方向に押圧して弾性変形させたばね部材１２を挿入し、弾性復帰させる。これにより、ばね部材１２の弾性力を使って積層体１０を他方の内面４０２に向けて押圧し、積層体１０をフレーム４内に固定すると共に、個々の半導体モジュール２と冷却管３とを密着させる。
【００４４】
図１１に示すごとく、蓋板５を固定する前の状態においては、第１突部６１と信号端子２１とが、側壁部４１の端面４１５からＺ方向外側に突出している。この状態の後、蓋板５（図１参照）を使って開口部４００を塞ぎ、蓋板５をフレーム４に固定する。例えば、蓋板５を、側壁部４１の端面４１５にカシメ固定する。蓋板５をフレーム４の開口部４００に配置する際には、まず、蓋板５を、端面４１５に当接させるようにフレーム４側へ押圧する。このとき、図１３に示すごとく、円弧状部６１２の頂点６１６に蓋板５が当接する。そして、円弧状部６１２が、Ｚ方向における冷却管３側に押圧される。そして、板状部６１１の先端６１５において円弧状部６１２が折れ曲がる。これにより、第１突部６１が圧潰される。また、信号端子２１は、蓋板５の貫通穴５０内を挿通する。この後、制御回路基板１１（図１参照）を蓋板５に固定すると共に、信号端子を制御回路基板１１に接続する。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０をＺ方向に挟持しているため、積層体１０の、Ｚ方向における振動を抑制できる。しかも、本例では第１突部６１が圧潰された状態で積層体１０を挟持しているため、第１突部６１において積層体１０を蓋板５に密着させることができる。また、積層体１０の、第１突部６１を設けた側面３４とは反対側の側面３５も、底壁部４０に密着させることができる。そのため、蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０のＺ方向へのガタ量が少なくなり、積層体１０をＺ方向にしっかりと挟持することが可能になる。これにより、積層体１０の、Ｚ方向における耐振性を高めることができる。
【００４６】
また、本例の積層体１０は、側壁部４１によってＹ方向に挟持されている。そして、冷却管３に形成した一対の第２突部６２が、圧潰された状態で側壁部４１にそれぞれ当接している。
このようにすると、積層体１０は、側壁部４１によってＹ方向にも挟持されているため、Ｙ方向における積層体１０の振動を抑制できる。しかも、本例では一対の第２突部６２が側壁部４１によって圧潰された状態で、積層体１０を挟持しているため、第２突部６２において積層体１０と側壁部４１とを密着させることができる。そのため、収納空間Ｓ内において積層体１０のＹ方向へのガタ量が少なくなり、積層体１０の、Ｙ方向における耐振性をも高めることが可能になる。すなわち、Ｚ方向及びＹ方向の双方について、積層体１０の耐振性を高めることができる。
【００４７】
また、図５に示すごとく、一対の第２突部６２の側部にはそれぞれテーパ面６９が形成されている。Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔は、Ｚ方向において底壁部４０から遠ざかるほど広くなっている。そして、Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔が狭い側から、冷却管３をフレーム４内に収容している。
このようにすると、冷却管３をフレーム４内に収容する工程（流路形成部材収容工程）を行いやすくなる。
【００４８】
また、本例では図１に示すごとく、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）が、金属製の蓋板５の貫通穴５０を貫通している。第１突部６１は、Ｙ向における貫通穴５０の両側に配置されている。貫通穴５０の両側における一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間隔Ｗ１は、Ｙ方向における半導体モジュール２の幅Ｗ２よりも長い。
このようにすると、一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間に介在する貫通穴５０の、Ｙ方向における幅をも広くすることができる。そのため、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）が、貫通穴５０の内面に接触する不具合を防止しやすくなる。
なお、本例では、信号端子２１が貫通穴５０を貫通しているが、パワー端子２２が貫通穴５０を貫通するように構成した場合も、同様の効果を奏する。
【００４９】
また、本例では図５〜図９に示すごとく、流路形成部材収容工程（図５〜図７参照）と、モジュール保持工程（図８参照）と、位置合わせ工程（図９参照）と、押し出し工程（図９参照）とを行う。位置合わせ工程では、図９に示すごとく、位置決め治具７に形成した被係合部７０を第１突部６１に係合させることにより、複数の冷却管３に対して位置決め治具７を位置合わせする。
このようにすると、第１突部６１を使って位置合わせ工程を行えるため、位置合わせ工程を行うための専用の突部を、冷却管３に設ける必要がなくなる。
【００５０】
以上のごとく、本例によれば、耐振性に優れた積層体１０を備えた電力変換装置１を提供することができる。
【００５１】
（実施例２）
本例は、図１４に示すごとく、冷却管３に第３突部６３を設けた例である。本例の冷却管３は、実施例１と同様に、それぞれ２個の第１突部６１及び第２突部６２を備える。本例の冷却管３は、これら第１突部６１と第２突部６２に加えて、２個の第３突部６３を備える。２個の第３突部６３は、Ｚ方向において、第１突部６１とは反対側に突出している。また、２個の第３突部６３は、Ｙ方向において、半導体モジュール２の両側に位置している。２個の第３突部６３のうち、一方の第３突部６３ａは、第１突部６１（図４参照）と同様の形状をしている。一方の第３突部６３ａは、圧潰した状態で底壁部４２に当接している。
【００５２】
また、図１５に示すごとく、他方の第３突部６３ｂには切欠部６３０が形成されている。この切欠部６３０が、底壁部４２に形成した底壁側貫通穴４５に係合している。他方の第３突部６３ｂの一部６３５は、底壁側貫通穴４５内に位置し、底壁側貫通穴４５の内面４２５に密着している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５３】
本例の作用効果について説明する。本例では、第３突部６３ｂに形成した切欠部６３０が、底壁部４２に形成した底壁側貫通穴４５に係合している。第３突部６３ｂの一部は、底壁側貫通穴４５内に位置し、底壁側貫通穴４５の内面４２５に密着している。
このようにすると、第３突部６３ｂによって、積層体１０のＹ方向への耐振性をも向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００５４】
なお、実施例１、実施例２では、冷媒流路３０を冷却管３によって形成し、該冷却管３を半導体モジュール２に接触させたが、本発明の電力変換装置は、これに限られるものではない。すなわち、例えば図１６に示すごとく、半導体モジュール２に直接、冷媒１５が接触するように冷媒流路３０を設けることもできる。図１６の例では、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２の本体部２０を、積層方向（Ｘ方向）に直交する方向から間に空間を設けつつ囲むと共に、本体部２０よりも積層方向（Ｘ方向）の幅の大きい枠体８０を本体部２０と一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール８を積層することで、半導体モジュール２と冷媒流路３０とが積層される構造にしてある。
【００５５】
また、実施例１、２では、第１突部６１は蓋板５側に突出しているが、底壁部４０側に突出していてもよい。また、実施例１、２では、信号端子２１は蓋板５側に突出し、パワー端子２２は蓋板５の反対側に突出しているが、これら信号端子２１とパワー端子２２の突出方向を逆にしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 電極端子
３ 流路形成部材（冷却管）
３０ 冷媒流路
４ フレーム
４０ 底壁部
４１ 側壁部
５ 蓋板
６１ 第１突部
６２ 第２突部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図１７、図１８に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール９２と、該半導体モジュール９２を冷却する冷却管９３とを積層した積層体９１０を備えたものが知られている。
【０００３】
半導体モジュール９２は、半導体素子を封止した本体部９２０と、該本体部９２０から突出したパワー端子９９および制御端子９７を備える。パワー端子９９には、直流電源（図示しない）の正電極に接続される正極端子９９ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子９９ｂと、交流負荷に接続される交流端子９９ｃとがある。また、制御端子９７には、制御回路基板９８が接続されている。制御回路基板９８が複数の半導体モジュール９２を制御することにより、正極端子９９ａと負極端子９９ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子９９ｃから出力している。
【０００４】
また、電力変換装置９１は、昇圧用のリアクトル９５と、昇圧した直流電圧を平滑化するためのコンデンサ９６を備える。リアクトル９５と、コンデンサ９６と、パワー端子９９とは、図示しないバスバーによって電気的に接続されている。また、積層体９１０、リアクトル９５等はケース９００内に収納されている。
【０００５】
図１８に示すごとく、積層体９１０の積層方向（Ｘ方向）における一端には、ばね部材９４が設けられている。このばね部材９４を用いて、積層体９１０をケース９００へ向けて押圧している。これにより、積層体９１０をケース９００内に固定している。
【０００６】
電力変換装置９１は、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される。車両が走行すると振動が生じるため、この振動に耐えられるよう、電力変換装置９１には耐振性が必要とされている。積層体９１０は、ばね部材９４によって積層方向（Ｘ方向）へ押圧されているため、Ｘ方向への振動には強い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら従来の電力変換装置９１は、Ｘ方向に直交する方向（Ｙ方向、Ｚ方向）への、積層体９１０の振動を抑制する部材が少ないため、Ｙ方向やＺ方向へ積層体９１０が振動しやすいという問題がある。そのため、Ｙ方向やＺ方向に振動Ｖが発生した場合に、積層体９１０の積層状態や、制御端子９７と制御回路基板９８との接続状態に影響を与えるおそれがある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、耐振性に優れた積層体を備えた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】
第１の発明は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
該積層体を保持するフレームとを備え、
該フレームは、底壁部と、該底壁部から該底壁部の板厚方向に向かって立設した側壁部とを有し、該側壁部の内側に形成された収納空間に上記積層体が収納され、上記底壁部において上記積層体が支持されており、
上記収納空間に上記積層体を収納するための開口部を塞ぐように、蓋板が上記フレームに固定され、
上記積層体は、上記冷媒流路を内部に有する流路形成部材を有すると共に、該流路形成部材から、上記板厚方向における上記蓋板側または上記底壁部側に向かって突出した第１突部を有し、
該蓋板と上記底壁部との間で上記積層体を上記板厚方向に挟持しており、上記第１突部は、上記板厚方向に圧潰された状態で上記蓋板または上記底壁部に当接していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【００１１】
第２の発明は、上記電力変換装置を製造する方法であって、複数の上記流路形成部材を、互いに所定間隔をおいた状態で上記フレーム内に収容する流路形成部材収容工程と、複数の上記半導体モジュールを互いに所定間隔をおいた状態で位置決め治具に保持させるモジュール保持工程と、上記複数の半導体モジュールを保持した上記位置決め治具を上記流路形成部材に接近させると共に、該位置決め治具に形成した被係合部と上記第１突部とを係合することにより、上記複数の半導体モジュールを上記複数の流路形成部材に対して上記積層方向及び上記幅方向に位置合わせする位置合わせ工程と、位置合わせした状態で上記複数の半導体モジュールを上記位置決め治具から押し出して個々の上記流路形成部材の間に上記半導体モジュールを介在させる押し出し工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項５）。
【００１２】
また、第３の発明は、上記電力変換装置を製造する方法であって、
上記第１突部が上記フレームの開口側または上記底壁部側を向いた状態で、上記積層体を上記フレーム内に収容する積層体収容工程と、
上記フレームの開口を塞ぐように蓋板を固定することにより、上記第１突部を上記底壁部の板厚方向に圧潰すると共に、該蓋板と上記底壁部との間で、上記積層体を上記板厚方向に挟持して保持する積層体保持工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項６）。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明にかかる電力変換装置は、蓋板と底壁部との間で積層体を板厚方向に挟持してなるため、積層体の、板厚方向における振動を抑制できる。しかも、第１突部が圧潰された状態で積層体を挟持しているため、第１突部において積層体を蓋板または底壁部に密着させることができる。また、積層体の、第１突部を設けた側とは反対側も、蓋板または底壁部に密着させることができる。そのため、蓋板と底壁部との間で積層体の板厚方向へのガタ量が少なくなり、積層体を板厚方向にしっかりと挟持することが可能になる。これにより、積層体の、板厚方向における耐振性を高めることができる。
【００１４】
また、第２の発明に係る電力変換装置の製造方法においては、位置決め治具に形成した上記被係合部を上記第１突部に係合させることにより、上記位置合わせ工程を行うことが可能になる。そのため、位置合わせ工程を行うための専用の突部を、流路形成部材に設ける必要がなくなる。
【００１５】
また、第３の発明にかかる電力変換装置の製造方法は、上記積層体保持工程において、フレームに蓋板を固定する際に、第１突部を上記板厚方向に圧潰するため、第１突部において積層体を蓋板または底壁部に確実に当接させることができる。そのため、積層体を板厚方向両側からしっかり固定でき、積層体の、板厚方向における耐振性を向上させることができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、耐振性に優れた積層体を備えた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】
【００１７】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図４】実施例１における、冷却管の部分拡大斜視図。
【図５】実施例１における、流路形成部材収容工程の説明図。
【図６】実施例１における、流路形成部材収容工程を説明するための拡大断面図。
【図７】図６のＣ矢視図。
【図８】実施例１における、モジュール保持工程の説明図。
【図９】実施例１における、位置合わせ工程および押し出し工程の説明図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ拡大断面図。
【図１１】実施例１における、押し出し工程が完了した状態での電力変換装置の断面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ拡大断面図。
【図１３】実施例１における、積層体保持工程を説明するための拡大断面図。
【図１４】実施例２における、電力変換装置の断面図。
【図１５】実施例２における、第３突部の拡大斜視図。
【図１６】実施例２における、半導体モジュールと冷媒流路とを一体化した例。
【図１７】従来例における、電力変換装置の断面図。
【図１８】図１７のＦ−Ｆ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載するための車載用電力変換装置とすることができる。
【００１９】
また、上記積層体は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向に向かって上記流路形成部材から互いに反対側に突出した一対の第２突部を有し、上記積層体は、上記収納空間内において上記側壁部によって上記幅方向に挟持され、上記一対の第２突部は、圧潰された状態で上記側壁部にそれぞれ当接していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、積層体は、側壁部によって上記幅方向にも挟持されているため、該幅方向における積層体の振動を抑制できる。しかも、一対の第２突部が側壁部によって圧潰された状態で、積層体を挟持しているため、第２突部において積層体と側壁部とを密着させることができる。そのため、収納空間内において積層体の幅方向へのガタ量が少なくなり、積層体の、幅方向における耐振性をも高めることが可能になる。すなわち、板厚方向及び幅方向の双方について、積層体の耐振性を高めることができる。
【００２０】
また、上記一対の第２突部の側部にはそれぞれテーパ面が形成されており、上記幅方向における上記一対のテーパ面間の間隔は、上記底壁部から上記蓋板に向かうほど次第に広くなっており、上記第２突部の、上記板厚方向における上記蓋板側の部位が、上記側壁部によって圧潰されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、積層体をフレームに収納する作業を行う場合に、幅方向における一対のテーパ面間の間隔が狭い側から、流路形成部材をフレームに収納できるため、収納作業を行いやすくなる。
【００２１】
また、上記蓋板は剛性部材であり、該蓋板は上記板厚方向に貫通した貫通穴を有し、上記半導体モジュールは電極端子を有し、該電極端子は上記貫通穴を貫通しており、上記第１突部は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向における上記貫通穴の両側に配置され、該貫通穴の両側における一対の上記第１突部の間隔は、上記幅方向における上記半導体モジュールの幅よりも長いことが好ましい（請求項４）。
この場合には、一対の第１突部の間に位置する貫通穴の、上記幅方向における幅をも広くすることができる。そのため、半導体モジュールの電極端子が、貫通穴の内面に接触する不具合を防止しやすくなる。
なお、例えば、半導体モジュールの信号端子やパワー端子を、上記電極端子として貫通穴に貫通させることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明に実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図１３を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３０とを積層してなる積層体１０と、フレーム４とを備える。半導体モジュール２は、スイッチング素子を内蔵している。また、冷媒流路３０には、半導体モジュール２を冷却する冷媒１５が流れる。フレーム４は、積層体１０を保持している。
フレーム４は、底壁部４０と、該底壁部４０から底壁部４０の板厚方向（Ｚ方向）に向かって立設した側壁部４１とを有する。側壁部４１の内側に形成された収納空間Ｓに積層体１０が収納されている。底壁部４０において積層体１０が支持されている。
【００２３】
収納空間Ｓに積層体１０を収納するための開口部４００を塞ぐように、蓋板５がフレーム４に固定されている。
積層体１０は、冷媒流路３０を内部に有する流路形成部材である冷却管３を有する。冷却管３から、板厚方向（Ｚ方向）における蓋板５側に向かって第１突部６１が突出している。
蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０を板厚方向（Ｚ方向）に挟持している。第１突部６１は、板厚方向（Ｚ方向）に圧潰された状態で蓋板５に当接している。
【００２４】
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用電力変換装置である。
【００２５】
半導体モジュール２は、スイッチング素子を封止した本体部２０を備える。この本体部２０から複数の信号端子２１およびパワー端子２２が、Ｚ方向に向かって互いに反対側に突出している。信号端子２１は制御回路基板１１に接続している。また、パワー端子２２には、直流電源（図示しない）の正電極に接続した正極端子２２ａと、直流電源の負電極に接続した負極端子２２ｂと、交流負荷に接続した交流端子２２ｃとがある。制御回路基板１１の制御回路が複数の半導体モジュール２のオンオフ動作を制御することにより、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとの間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子２２ｃから出力している。
【００２６】
図１に示すごとく、蓋板５には、Ｚ方向に貫通した貫通穴５０が形成されている。制御端子２１は、貫通穴５０を貫通し、蓋板５の、Ｚ方向における収納空間Ｓとは反対側まで延びている。そして、制御端子２１の先端は、上記制御回路基板１１に接続している。制御回路基板１１は、蓋板５に設けられた固定部１１０に固定されている。
【００２７】
また、底壁部４０には、Ｚ方向に貫通した底壁側貫通穴４５が形成されている。パワー端子２２は、この底壁側貫通穴４５を挿通している。個々のパワー端子２２には、図示しないバスバーが接続されている。
【００２８】
図２に示すごとく、フレーム４は、Ｚ方向（紙面に垂直な方向）から見た形状が略矩形状を呈している。複数の冷却管３のうち、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）における一端に位置する冷却管３ａには、冷媒流路３０に冷媒１５を導入するための導入パイプ１３と、冷媒流路３０から冷媒１５を導出するための導出パイプ１４とが取り付けられている。隣り合う２個の冷却管３の間は、冷媒流路３０の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、一対の連結管３１によって接続されている。導入パイプ１３から冷媒１５を導入すると、冷媒１５は冷媒流路３０内を分配されて流れ、導出パイプ１４から導出する。これにより、半導体モジュール２を冷却するようになっている。
【００２９】
図２、図３に示すごとく、フレーム４の、Ｘ方向に直交する２つの内面４０１，４０２のうち、導入パイプ１３及び導出パイプ１４を設けた側の内面４０１（一方の内面４０１）と、積層体１０との間にばね部材１２が設けられている。このばね部材１２を使って積層体１０をＸ方向に押圧し、他方の内面４０２に押し付けている。これにより、積層体１０をフレーム４内に保持すると共に、冷却管３と半導体モジュール２とを密着させている。ばね部材１２と積層体１０との間には、冷却管３ａがばね部材１２の弾性力によって変形することを防止するための補強板１６が介在している。
【００３０】
なお、本例では、フレーム４の一方の内面４０１と積層体１０との間にばね部材１２を設けたが、フレーム４の他方の内面４０２と積層体１０との間にばね部材１２を設けてもよい。この場合、積層体１０は、一方の内面４０１に向かって押圧されることになる。
【００３１】
図４、図１２に示すごとく、第１突部６１は、冷却管３からＺ方向に突出した板状部６１１と、該板状部６１１の先端６１５に設けられ、板状部６１１と一体に形成された円弧状部６１２とを備える。板状部６１１の板厚方向は、Ｘ方向と一致している。円弧状部６１２の厚さは、板状部６１１の厚さと略同一である。Ｙ方向から見た場合に、円弧状部６１２の外面６１３は略半円状を呈している。円弧状部６１２は、Ｚ方向における、冷却管３とは反対側に向かって凸となる形状に形成されている。蓋板５を固定する前の状態において、円弧状部６１２の先端６１４は、Ｚ方向における、板状部６１１の先端６１５と略同じ高さ位置にある。また、図１３に示すごとく、蓋板５をフレーム４に固定すると、円弧状部６１２の頂点６１６に蓋板５が当接し、蓋板５によって円弧状部６１２が冷却管３側に押圧される。そして、板状部６１１の先端６１５において円弧状部６１２が折れ曲がる。これにより、第１突部６１が圧潰される。
【００３２】
図１、図２に示すごとく、積層体１０は、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）と上記板厚方向（Ｚ方向）との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）に向かって冷却管３から互いに反対側に突出した一対の第２突部６２を有する。積層体１０は、収納空間Ｓ内において側壁部４１によってＹ方向に挟持されている。一対の第２突部６２ａ，６２ｂは、圧潰された状態で側壁部４１にそれぞれ当接している。
なお、本例の第１突部６１および第２突部６２は、冷却管３と一体に形成され、それぞれアルミニウム等の金属からなる。
【００３３】
図１に示すごとく、一対の第２突部６２の側部にはそれぞれテーパ面６９が形成されている。Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔は、底壁部４０から蓋板５側に向かうほど次第に広くなっている。そして、第２突部６２の、Ｚ方向における蓋板５側の部位が、側壁部４１によって圧潰されている。
【００３４】
蓋板５は剛性部材からなる。蓋板５の材料としては、例えば、鉄やアルミニウム等の金属や、樹脂が用いられる。また、上述したように、蓋板５はＺ方向に貫通した貫通穴５０を備える。そして、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）は貫通穴５０を貫通している。第１突部６１は、Ｙ方向における貫通穴５０の両側に配置されている。そして、貫通穴５０の両側における一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間隔Ｗ１は、Ｙ方向における半導体モジュール２の幅Ｗ２よりも長い。
なお、本例では、信号端子２１（電極端子）が貫通穴５０を貫通しているが、パワー端子２２が貫通穴５０を貫通するようにしてもよい。
【００３５】
次に、本例の電力変換装置１の製造方法について説明する。本例では、次の積層体収容工程（図５〜図１２参照）と、積層体保持工程（図１、図１３参照）とを行う。積層体収容工程では、図１１に示すごとく、積層体１０をフレーム４内に収容し、第１突部６１がフレーム４の開口４００側を向いた状態にする。また、積層体保持工程では、図１、図１３に示すごとく、フレーム４の開口４００を塞ぐように蓋板５を固定する。そして、第１突部６１をＺ方向に圧潰すると共に、蓋板５と底壁部４０との間で、積層体１０をＺ方向に挟持して保持する。
【００３６】
積層体保持工程は、次の流路形成部材収容工程（図５〜図７参照）と、モジュール保持工程（図８参照）と、位置合わせ工程（図９参照）と、押し出し工程（図９参照）とに細分化することができる。
図７に示すごとく、流路形成部材収容工程では、複数の冷却管３を、互いに平行にした状態でフレーム４内に収納する。この工程では、略矩形状を呈するフレーム４の短辺方向（Ｙ方向）に対して、冷却管３の長手方向が平行になるように、該冷却管３をフレーム４内に収納する。複数の冷却管３は、その長手方向における両端部を一対の連結管３１を使って予め連結しておく。複数の冷却管３は、隣り合う２個の冷却管３の間に、連結管３１と同じ長さの隙間ｄ１を空けた状態で、フレーム４に収納される。この間隔ｄ１は、半導体モジュール２の厚さよりも長くなるようにしておく。
【００３７】
図５に示すごとく、第２突部６２には、上述したテーパ面６９が形成されている。流路形成部材収容工程では、一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の、Ｙ方向における間隔が狭い側から、冷却管３をフレーム４内に収容し、図６に示すごとく、冷却管３を底壁部４０に当接させる。このとき、一対の第２突部６２のうち一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間のＹ方向における間隔が広い部位６２０が一対の側壁部４１に当接すると共に圧潰されながら、冷却管３がフレーム４内に挿入される。これにより、冷却管３がＹ方向から一対の側壁部４１によって挟持された状態でフレーム４内に収まる。
【００３８】
図７に示すごとく、流路形成部材収容工程が完了すると、全ての第１突部６１が、Ｚ方向における同一方向側を向く。全ての第１突部６１のＺ方向における位置は、略同一になる。
【００３９】
また、上記モジュール保持工程では、図８に示すごとく、複数の半導体モジュール２を、互いに所定間隔ｄ２をおいた状態で位置決め治具７に保持させる。間隔ｄ２は、冷却管３の厚さよりも長くしておく。位置決め治具７は、Ｚ方向から見た場合の形状が略矩形状の枠部７１と、該枠部７１の内面７５から枠内に突出した複数の保持用突部７２を備える。そして、Ｙ方向に相対向した一対の保持用突部７２を使って半導体モジュール２を保持するようになっている。
【００４０】
図９、図１０に示すごとく、位置決め治具７の枠部７１には、パワー端子２２の突出側の端面７９に、凹状の被係合部７０が形成されている。この被係合部７０を用いて、位置合わせ工程を行う。位置合わせ工程では、複数の半導体モジュール２を保持した位置決め治具７を冷却管３に接近させ、被係合部７０と第１突部６１とを係合させる。これにより、複数の半導体モジュール２を複数の冷却管３に対してＸ方向及びＹ方向に位置合わせする。
【００４１】
図８に示すごとく、位置決め治具７には２個の被係合部７０が形成されている。この２個の被係合部７０は、Ｚ方向から見た場合に、矩形状の枠部７１の対角線上にそれぞれ位置している。２個の被係合部７０のうち一方の被係合部７０ａは、図７に示す複数の冷却管３のうちＸ方向における一端に位置する冷却管３ａの、Ｙ方向における導出パイプ１４側の第１突部６１ｃに係合する。また、２個の被係合部７０のうち他方の被係合部７０ｂは、図７に示す複数の冷却管３のうちＸ方向における他端に位置する冷却管３ｂの、Ｙ方向における導入パイプ１３側の第１突部６１ｄに係合する。
【００４２】
このように位置合わせ工程を行った後、押し出し工程を行う。押し出し工程では、図９に示すごとく、位置合わせした状態で複数の半導体モジュール２を位置決め治具７から押し出して、個々の冷却管３の間に半導体モジュール２を介在させる。
【００４３】
以上の工程を行った後、フレーム４の一方の内面４０１（図２参照）と積層体１０との間に、Ｘ方向に押圧して弾性変形させたばね部材１２を挿入し、弾性復帰させる。これにより、ばね部材１２の弾性力を使って積層体１０を他方の内面４０２に向けて押圧し、積層体１０をフレーム４内に固定すると共に、個々の半導体モジュール２と冷却管３とを密着させる。
【００４４】
図１１に示すごとく、蓋板５を固定する前の状態においては、第１突部６１と信号端子２１とが、側壁部４１の端面４１５からＺ方向外側に突出している。この状態の後、蓋板５（図１参照）を使って開口部４００を塞ぎ、蓋板５をフレーム４に固定する。例えば、蓋板５を、側壁部４１の端面４１５にカシメ固定する。蓋板５をフレーム４の開口部４００に配置する際には、まず、蓋板５を、端面４１５に当接させるようにフレーム４側へ押圧する。このとき、図１３に示すごとく、円弧状部６１２の頂点６１６に蓋板５が当接する。そして、円弧状部６１２が、Ｚ方向における冷却管３側に押圧される。そして、板状部６１１の先端６１５において円弧状部６１２が折れ曲がる。これにより、第１突部６１が圧潰される。また、信号端子２１は、蓋板５の貫通穴５０内を挿通する。この後、制御回路基板１１（図１参照）を蓋板５に固定すると共に、信号端子を制御回路基板１１に接続する。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０をＺ方向に挟持しているため、積層体１０の、Ｚ方向における振動を抑制できる。しかも、本例では第１突部６１が圧潰された状態で積層体１０を挟持しているため、第１突部６１において積層体１０を蓋板５に密着させることができる。また、積層体１０の、第１突部６１を設けた側面３４とは反対側の側面３５も、底壁部４０に密着させることができる。そのため、蓋板５と底壁部４０との間で積層体１０のＺ方向へのガタ量が少なくなり、積層体１０をＺ方向にしっかりと挟持することが可能になる。これにより、積層体１０の、Ｚ方向における耐振性を高めることができる。
【００４６】
また、本例の積層体１０は、側壁部４１によってＹ方向に挟持されている。そして、冷却管３に形成した一対の第２突部６２が、圧潰された状態で側壁部４１にそれぞれ当接している。
このようにすると、積層体１０は、側壁部４１によってＹ方向にも挟持されているため、Ｙ方向における積層体１０の振動を抑制できる。しかも、本例では一対の第２突部６２が側壁部４１によって圧潰された状態で、積層体１０を挟持しているため、第２突部６２において積層体１０と側壁部４１とを密着させることができる。そのため、収納空間Ｓ内において積層体１０のＹ方向へのガタ量が少なくなり、積層体１０の、Ｙ方向における耐振性をも高めることが可能になる。すなわち、Ｚ方向及びＹ方向の双方について、積層体１０の耐振性を高めることができる。
【００４７】
また、図５に示すごとく、一対の第２突部６２の側部にはそれぞれテーパ面６９が形成されている。Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔は、Ｚ方向において底壁部４０から遠ざかるほど広くなっている。そして、Ｙ方向における一対のテーパ面６９ａ，６９ｂ間の間隔が狭い側から、冷却管３をフレーム４内に収容している。
このようにすると、冷却管３をフレーム４内に収容する工程（流路形成部材収容工程）を行いやすくなる。
【００４８】
また、本例では図１に示すごとく、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）が、金属製の蓋板５の貫通穴５０を貫通している。第１突部６１は、Ｙ向における貫通穴５０の両側に配置されている。貫通穴５０の両側における一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間隔Ｗ１は、Ｙ方向における半導体モジュール２の幅Ｗ２よりも長い。
このようにすると、一対の第１突部６１ａ，６１ｂの間に介在する貫通穴５０の、Ｙ方向における幅をも広くすることができる。そのため、半導体モジュール２の信号端子２１（電極端子）が、貫通穴５０の内面に接触する不具合を防止しやすくなる。
なお、本例では、信号端子２１が貫通穴５０を貫通しているが、パワー端子２２が貫通穴５０を貫通するように構成した場合も、同様の効果を奏する。
【００４９】
また、本例では図５〜図９に示すごとく、流路形成部材収容工程（図５〜図７参照）と、モジュール保持工程（図８参照）と、位置合わせ工程（図９参照）と、押し出し工程（図９参照）とを行う。位置合わせ工程では、図９に示すごとく、位置決め治具７に形成した被係合部７０を第１突部６１に係合させることにより、複数の冷却管３に対して位置決め治具７を位置合わせする。
このようにすると、第１突部６１を使って位置合わせ工程を行えるため、位置合わせ工程を行うための専用の突部を、冷却管３に設ける必要がなくなる。
【００５０】
以上のごとく、本例によれば、耐振性に優れた積層体１０を備えた電力変換装置１を提供することができる。
【００５１】
（実施例２）
本例は、図１４に示すごとく、冷却管３に第３突部６３を設けた例である。本例の冷却管３は、実施例１と同様に、それぞれ２個の第１突部６１及び第２突部６２を備える。本例の冷却管３は、これら第１突部６１と第２突部６２に加えて、２個の第３突部６３を備える。２個の第３突部６３は、Ｚ方向において、第１突部６１とは反対側に突出している。また、２個の第３突部６３は、Ｙ方向において、半導体モジュール２の両側に位置している。２個の第３突部６３のうち、一方の第３突部６３ａは、第１突部６１（図４参照）と同様の形状をしている。一方の第３突部６３ａは、圧潰した状態で底壁部４２に当接している。
【００５２】
また、図１５に示すごとく、他方の第３突部６３ｂには切欠部６３０が形成されている。この切欠部６３０が、底壁部４２に形成した底壁側貫通穴４５に係合している。他方の第３突部６３ｂの一部６３５は、底壁側貫通穴４５内に位置し、底壁側貫通穴４５の内面４２５に密着している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５３】
本例の作用効果について説明する。本例では、第３突部６３ｂに形成した切欠部６３０が、底壁部４２に形成した底壁側貫通穴４５に係合している。第３突部６３ｂの一部は、底壁側貫通穴４５内に位置し、底壁側貫通穴４５の内面４２５に密着している。
このようにすると、第３突部６３ｂによって、積層体１０のＹ方向への耐振性をも向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００５４】
なお、実施例１、実施例２では、冷媒流路３０を冷却管３によって形成し、該冷却管３を半導体モジュール２に接触させたが、本発明の電力変換装置は、これに限られるものではない。すなわち、例えば図１６に示すごとく、半導体モジュール２に直接、冷媒１５が接触するように冷媒流路３０を設けることもできる。図１６の例では、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２の本体部２０を、積層方向（Ｘ方向）に直交する方向から間に空間を設けつつ囲むと共に、本体部２０よりも積層方向（Ｘ方向）の幅の大きい枠体８０を本体部２０と一体に備えた冷却器一体型半導体モジュール８を積層することで、半導体モジュール２と冷媒流路３０とが積層される構造にしてある。
【００５５】
また、実施例１、２では、第１突部６１は蓋板５側に突出しているが、底壁部４０側に突出していてもよい。また、実施例１、２では、信号端子２１は蓋板５側に突出し、パワー端子２２は蓋板５の反対側に突出しているが、これら信号端子２１とパワー端子２２の突出方向を逆にしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ 電極端子
３ 流路形成部材（冷却管）
３０ 冷媒流路
４ フレーム
４０ 底壁部
４１ 側壁部
５ 蓋板
６１ 第１突部
６２ 第２突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
該積層体を保持するフレームとを備え、
該フレームは、底壁部と、該底壁部から該底壁部の板厚方向に向かって立設した側壁部とを有し、該側壁部の内側に形成された収納空間に上記積層体が収納され、上記底壁部において上記積層体が支持されており、
上記収納空間に上記積層体を収納するための開口部を塞ぐように、蓋板が上記フレームに固定され、
上記積層体は、上記冷媒流路を内部に有する流路形成部材を有すると共に、該流路形成部材から、上記板厚方向における上記蓋板側または上記底壁部側に向かって突出した第１突部を有し、
該蓋板と上記底壁部との間で上記積層体を上記板厚方向に挟持しており、上記第１突部は、上記板厚方向に圧潰された状態で上記蓋板または上記底壁部に当接し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、上記積層体は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向に向かって上記流路形成部材から互いに反対側に突出した一対の第２突部を有し、上記積層体は、上記収納空間内において上記側壁部によって上記幅方向に挟持され、上記一対の第２突部は、圧潰された状態で上記側壁部にそれぞれ当接してい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、上記一対の第２突部の側部にはそれぞれテーパ面が形成されており、上記幅方向における上記一対のテーパ面間の間隔は、上記底壁部から上記蓋板に向かうほど次第に広くなっており、上記第２突部の、上記板厚方向における上記蓋板側の部位が、上記側壁部によって圧潰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〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記蓋板は剛性部材であり、該蓋板は上記板厚方向に貫通した貫通穴を有し、上記半導体モジュールは電極端子を有し、該電極端子は上記貫通穴を貫通しており、上記第１突部は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向における上記貫通穴の両側に配置され、該貫通穴の両側における一対の上記第１突部の間隔は、上記幅方向における上記半導体モジュールの幅よりも長いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置を製造する方法であって、複数の上記流路形成部材を、互いに所定間隔をおいた状態で上記フレーム内に収容する流路形成部材収容工程と、複数の上記半導体モジュールを互いに所定間隔をおいた状態で位置決め治具に保持させるモジュール保持工程と、上記複数の半導体モジュールを保持した上記位置決め治具を上記流路形成部材に接近させると共に、該位置決め治具に形成した被係合部と上記第１突部とを係合することにより、上記複数の半導体モジュールを上記複数の流路形成部材に対して上記積層方向及び上記幅方向に位置合わせする位置合わせ工程と、位置合わせした状態で上記複数の半導体モジュールを上記位置決め治具から押し出して個々の上記流路形成部材の間に上記半導体モジュールを介在させる押し出し工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項４に記載の電力変換装置を製造する方法であって、
上記第１突部が上記フレームの開口側または上記底壁部側を向いた状態で、上記積層体を上記フレーム内に収容する積層体収容工程と、
上記フレームの開口を塞ぐように蓋板を固定することにより、上記第１突部を上記底壁部の板厚方向に圧潰すると共に、該蓋板と上記底壁部との間で、上記積層体を上記板厚方向に挟持して保持する積層体保持工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項１】
スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷媒が流れる複数の冷媒流路とを積層した積層体と、
該積層体を保持するフレームとを備え、
該フレームは、底壁部と、該底壁部から該底壁部の板厚方向に向かって立設した側壁部とを有し、該側壁部の内側に形成された収納空間に上記積層体が収納され、上記底壁部において上記積層体が支持されており、
上記収納空間に上記積層体を収納するための開口部を塞ぐように、蓋板が上記フレームに固定され、
上記積層体は、上記冷媒流路を内部に有する流路形成部材を有すると共に、該流路形成部材から、上記板厚方向における上記蓋板側または上記底壁部側に向かって突出した第１突部を有し、
該蓋板と上記底壁部との間で上記積層体を上記板厚方向に挟持しており、上記第１突部は、上記板厚方向に圧潰された状態で上記蓋板または上記底壁部に当接し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、上記積層体は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向に向かって上記流路形成部材から互いに反対側に突出した一対の第２突部を有し、上記積層体は、上記収納空間内において上記側壁部によって上記幅方向に挟持され、上記一対の第２突部は、圧潰された状態で上記側壁部にそれぞれ当接してい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、上記一対の第２突部の側部にはそれぞれテーパ面が形成されており、上記幅方向における上記一対のテーパ面間の間隔は、上記底壁部から上記蓋板に向かうほど次第に広くなっており、上記第２突部の、上記板厚方向における上記蓋板側の部位が、上記側壁部によって圧潰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〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記蓋板は剛性部材であり、該蓋板は上記板厚方向に貫通した貫通穴を有し、上記半導体モジュールは電極端子を有し、該電極端子は上記貫通穴を貫通しており、上記第１突部は、上記積層体の積層方向と上記板厚方向との双方に直交する幅方向における上記貫通穴の両側に配置され、該貫通穴の両側における一対の上記第１突部の間隔は、上記幅方向における上記半導体モジュールの幅よりも長いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置を製造する方法であって、複数の上記流路形成部材を、互いに所定間隔をおいた状態で上記フレーム内に収容する流路形成部材収容工程と、複数の上記半導体モジュールを互いに所定間隔をおいた状態で位置決め治具に保持させるモジュール保持工程と、上記複数の半導体モジュールを保持した上記位置決め治具を上記流路形成部材に接近させると共に、該位置決め治具に形成した被係合部と上記第１突部とを係合することにより、上記複数の半導体モジュールを上記複数の流路形成部材に対して上記積層方向及び上記幅方向に位置合わせする位置合わせ工程と、位置合わせした状態で上記複数の半導体モジュールを上記位置決め治具から押し出して個々の上記流路形成部材の間に上記半導体モジュールを介在させる押し出し工程とを行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項４に記載の電力変換装置を製造する方法であって、
上記第１突部が上記フレームの開口側または上記底壁部側を向いた状態で、上記積層体を上記フレーム内に収容する積層体収容工程と、
上記フレームの開口を塞ぐように蓋板を固定することにより、上記第１突部を上記底壁部の板厚方向に圧潰すると共に、該蓋板と上記底壁部との間で、上記積層体を上記板厚方向に挟持して保持する積層体保持工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２３１５９１（Ｐ２０１２−２３１５９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８１０２（Ｐ２０１１−９８１０２）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【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１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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