JP5652370B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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１１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、半導体積層ユニット９２の積層方向と直交する方向に開口する開放部９３１を有する。
かかる電力変換装置９は、図１１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、半導体積層ユニット９２の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（図示略）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。また、半導体モジュール９２１は、制御端子９２３を有しており、電力変換回路を構成する制御回路基板９４と接続されている。
また、フレーム９３は、半導体積層ユニット９２に対して、積層方向に直交する方向の一方側に配される底部９３２と、この底部９３２の外周端縁から立設し開放部９３１をなす壁部９３３とを有している。つまり、壁部９３３の内側空間は底部と反対側の全面が開放している。また、壁部９３３の立設側端部に形成された基板固定部９３５に制御回路基板９４を固定してある。
しかしながら、フレーム９３は、底部９３２と反対側の全面を開放しているため、フレーム９３において制御回路基板９４側の剛性が低くなりやすい。そのため、電力変換装置９が振動したとき、壁部９３３における制御回路基板９４側の部位に振れが生じやすい。壁部９３３において制御回路基板９４側の部位が振れることにより、その先端側に形成された基板固定部９３５に固定された制御回路基板９４に応力が生じる場合がある。これにより、制御回路基板９４と制御端子９２３との間において接続不良等が生じるおそれがある
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、フレームの耐振性を向上し、半導体モジュールと接続される制御回路基板に生じる応力を低減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。
本発明の一態様は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールが有する制御端子と接続される制御回路基板と、
上記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と上記冷却器とを内側に収容するフレームと、
上記半導体モジュールと上記制御回路基板との間に配され、複数の上記制御端子が挿通されると共に挿通された該制御端子との間に隙間が形成される端子挿通孔を有し、導電性材料によって形成された基板固定プレートと、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を挟んで、上記制御回路基板と反対側に配された底部とを有し、
上記フレームは、対向配置された一対の壁部を備えており、
上記基板固定プレートに形成された上記端子挿通孔は、少なくとも、上記基板固定プレートの法線方向及び上記一対の壁部の並び方向と直交する横方向における幅寸法が上記半導体モジュールの幅寸法よりも小さく形成されており、
上記基板固定プレートが上記一対の壁部の基板側端部同士を固定すると共に、上記一対の壁部の間に上記半導体モジュール及び上記冷却器が配されており、
上記底部が上記一対の壁部の基板側端部と反対側に配された端部同士を固定しており、
上記制御回路基板が上記基板固定プレートに固定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）。
上記半導体モジュールが有する制御端子と接続される制御回路基板と、
上記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と上記冷却器とを内側に収容するフレームと、
上記半導体モジュールと上記制御回路基板との間に配され、複数の上記制御端子が挿通されると共に挿通された該制御端子との間に隙間が形成される端子挿通孔を有し、導電性材料によって形成された基板固定プレートと、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を挟んで、上記制御回路基板と反対側に配された底部とを有し、
上記フレームは、対向配置された一対の壁部を備えており、
上記基板固定プレートに形成された上記端子挿通孔は、少なくとも、上記基板固定プレートの法線方向及び上記一対の壁部の並び方向と直交する横方向における幅寸法が上記半導体モジュールの幅寸法よりも小さく形成されており、
上記基板固定プレートが上記一対の壁部の基板側端部同士を固定すると共に、上記一対の壁部の間に上記半導体モジュール及び上記冷却器が配されており、
上記底部が上記一対の壁部の基板側端部と反対側に配された端部同士を固定しており、
上記制御回路基板が上記基板固定プレートに固定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）。
本発明にかかる電力変換装置は、上記一対の壁部を連結すると共に、上記半導体モジュールと上記制御回路基板との間に配された上記基板固定プレートを備えている。そのため、上記基板固定プレートが補強部材の役割を果たし、上記フレームの剛性が向上する。これにより、上記電力変換装置に振動が加わることにより、上記フレームの上記制御回路基板側の部位に変形が生じるのを抑制することができる。したがって、上記制御回路基板の振動を抑制し、上記制御回路基板に応力がかかることを防止することができる。これにより、上記半導体モジュールの上記制御端子と上記制御回路基板との接続不良を防ぐことができる。
また、上記制御回路基板は、上記基板固定プレートに固定されている。そのため、上記基板固定プレートに、上述した補強部材としての役割と、上記制御回路基板を固定する構造を集約することができる。これにより、上記基板固定プレートを上記フレームにおける上記壁部に固定した構成においても、上記制御回路基板を適切な位置に固定することができる。また、上記フレームに基板固定部を設ける必要がなくなり、上記フレームの構造を簡単にすることができる。
以上のごとく、本発明によれば、フレームの耐振性を向上し、半導体モジュールと接続される制御回路基板に生じる応力を低減できる電力変換装置を提供することができる。
上記電力変換装置において、上記フレームは、上記半導体モジュールにおける上記制御端子の立設方向と直交する方向の全周を囲むように形成されていてもよい（請求項２）。この場合には、上記フレームの剛性を向上することができる。それゆえ、上記フレームの振動を効果的に防止することができる。
また、上記フレームは、上記壁部と上記基板固定プレートとを一体に形成していてもよい（請求項３）。この場合には、上記壁部と上記基板固定プレートとを一つの部品として、容易に扱うことができる。また、上記電力変換装置を構成する部品点数を低減し、構造を簡略化することができる。
また、複数の上記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媒流路とを積層してなる半導体積層ユニットを上記フレームの内側に収容していてもよい（請求項４）。この場合には、上記基板固定プレートによって、上記フレームの変形を抑制することにより、上記半導体モジュールと上記冷媒流路との間におけるずれ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を安定して保持することができる。
また、上記フレームには、上記一対の壁部における上記半導体積層ユニットを挟んで上記制御回路基板と反対側に配された下端側端部同士を固定するように、底部が配されている。この場合には、上記フレームの剛性をより向上することができる。それゆえ、上記フレームの振動をより効果的に防止することができる。
また、上記半導体積層ユニットは、上記基板固定プレートと上記底部との間に挟持されていてもよい（請求項５）。この場合には、上記フレームに対して上記半導体積層ユニットが相対的に動くことを防止し、上記半導体積層ユニットが振動により受ける負荷を低減することができる。
また、上記フレームは、少なくとも上記半導体積層ユニットにおける積層方向の両側に上記壁部を備え、上記半導体積層ユニットの積層方向の一端と上記フレームの上記壁部との間に、上記半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材が配設されていてもよい（請求項６）。上記加圧部材によって、上記半導体積層ユニットを加圧した構造においては、上記フレームの剛性が要求される。そのため、上記基板固定プレートによって上記フレームの剛性を高め、変形を抑制した構成が特に有用となる。
また、上記端子挿通孔は、上記制御端子の立設方向に向かって断面が縮小するように形成してあり、上記端子挿通孔によって上記制御回路基板に対する上記制御端子の位置決めを行うことができるよう構成していてもよい（請求項７）。この場合には、上記制御端子に対する上記基板固定プレートの位置を規制し、上記基板固定プレートに固定される上記制御回路基板と上記制御端子との間における位置決めをより容易に行うことができる。また、上記半導体モジュールが配される側における上記端子挿通孔の断面は大きく、上記制御回路基板側に向かうにつれて上記端子挿通孔の断面が小さくなっている。そのため、上記制御端子を上記端子挿通孔に挿通しやすく、かつ上記制御回路基板と上記制御端子との位置決めを正確に行うことができる。
尚、金属材料からなる上記基板固定プレートにおいて、上記端子挿通孔の大きさを小さくした場合には、上記端子挿通孔の内周と上記制御端子との間に絶縁処理を施すことが好ましい。例えば、上記基板固定プレートの表面に絶縁層を設けたり、絶縁性樹脂製のカラー等を設けることができる。また、上記基板固定プレート自体を絶縁性樹脂により形成してもよい。この場合には、上記基板固定プレートと上記制御端子とが通電し、上記電力変換回路が短絡することを防止できる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置について、図１〜図３を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール１１と、半導体モジュール１１が有する制御端子１１３と接続される制御回路基板４と、半導体モジュール１１を内側に収容するフレーム３とを有している。フレーム３は、対向配置された一対の壁部３２と、一対の壁部３２を連結すると共に半導体モジュール１１と制御回路基板４との間に配された基板固定プレート２とを備えている。半導体モジュール１１は、一対の壁部３２の間に配置され、制御回路基板４は、基板固定プレート２に固定されている。
本発明の実施例にかかる電力変換装置について、図１〜図３を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール１１と、半導体モジュール１１が有する制御端子１１３と接続される制御回路基板４と、半導体モジュール１１を内側に収容するフレーム３とを有している。フレーム３は、対向配置された一対の壁部３２と、一対の壁部３２を連結すると共に半導体モジュール１１と制御回路基板４との間に配された基板固定プレート２とを備えている。半導体モジュール１１は、一対の壁部３２の間に配置され、制御回路基板４は、基板固定プレート２に固定されている。
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、後述する半導体モジュール１１と冷却管１２１が積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管１２１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、後述する冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３がフレーム３から突出した先端部側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、基板固定プレート２が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
本例において、後述する半導体モジュール１１と冷却管１２１が積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管１２１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、後述する冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３がフレーム３から突出した先端部側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、基板固定プレート２が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
電力変換装置１は、図１〜図３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を内包するフレーム３とを有している。
半導体積層ユニット１０は、同図中に示すごとく、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１２１とを積層してなる。
半導体積層ユニット１０は、同図中に示すごとく、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１２１とを積層してなる。
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１２１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４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。
冷媒流路は、図１及び図３に示すごとく、半導体モジュール１１の両主面に配された冷媒流路と、該冷媒流路へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３を有している。本例において、上記冷媒流路は、アルミニウム等の金属によって構成された冷却管１２１からなり、複数の冷却管１２１が半導体モジュール１１を両主面から挟持するように配されている。隣り合う冷却管１２１は、横方向Ｙの両端部付近において連結管１２４によって、互いに連結されている。これら冷却管１２１、連結管１２４、冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３によって、冷却器１２が構成されている。
冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３は、図１及び図３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１２１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１２２から導入された冷却媒体は、適宜連結管１２４を通り、各冷却管１２１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１２１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１２４を通り、冷媒排出管１２３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。
半導体積層ユニット１０は、図２及び図３に示すごとく、半導体積層ユニット１０を加圧する板バネからなる加圧部材５と共にフレーム３の内側に配される。加圧部材５は、フレーム３の内側において加圧部材５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。また、加圧部材５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の後端面に対して面接触した当接板５１を配してある。
上述した半導体積層ユニット１０を内包するフレーム３は、図１〜図３に示すごとく、
半導体ユニット１０の積層方向Ｘ及び横方向Ｙを囲う四角筒状の壁部３２を有している。壁部３２には、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３１と、壁部３２の開放部３２４を覆う基板固定プレート２とが固定されている。
半導体ユニット１０の積層方向Ｘ及び横方向Ｙを囲う四角筒状の壁部３２を有している。壁部３２には、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３１と、壁部３２の開放部３２４を覆う基板固定プレート２とが固定されている。
底部３１には、半導体モジュール１１の主電極端子１１２と冷却管１２１の下面から突出する半導体モジュール１１の下端部とを挿通する底部挿通孔３１１が形成されている。したがって、図１に示すごとく、底部３１は、半導体モジュール１１の下端部に対して横方向Ｙにおける両側の位置において、冷却管１２１の下面と当接するように形成してある。また、壁部３２は、積層方向Ｘの両側に配された前方壁部３２１と後方壁部３２２とをその両端において連結する一対の側方壁部３２３とを有する。すなわち、壁部３２は、制御端子１１３の立設方向と直交する方向の全周を囲むように形成されている。
フレーム３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。
フレーム３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。
図１〜図３に示すごとく、壁部３２の内側空間は、その上面の全面を開放した開放部３２４を有する。そして、壁部３２の上端には、開放部３２４を覆うように基板固定プレート２が固定されている。該基板固定プレート２は、壁部３２における立設側端部３２５に対してボルト（図示略）を締め付けることにより固定されている。基板固定プレート２は、図２に示すごとく、平板状のプレート本体部２１と、該プレート本体部２１の上面に設けられた４つの基板固定部２２とを有している。
プレート本体部２１には、半導体モジュール１１の制御端子１１３を挿通する端子挿通孔２１１を設けてある。
また、基板固定部２２には、タップ穴を形成してあり、該タップ穴にスクリュー２３を締め付けることで制御回路基板４を固定することができる。
また、基板固定部２２には、タップ穴を形成してあり、該タップ穴にスクリュー２３を締め付けることで制御回路基板４を固定することができる。
基板固定プレート２は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属及び合金等によって構成することができる。本例においては、半導体モジュール１１の制御端子１１３と基板固定プレート２とが接触し、電力変換回路が短絡することを防止するため、表面に絶縁層を形成したアルミニウム合金を用いた。制御端子１１３と基板固定プレート２との間における絶縁方法としては、端子挿通孔２１１に樹脂等の絶縁材からなるカラー等を設けてもよい。
図１〜図３に示すごとく、基板固定プレート２の基板固定部２２には、半導体モジュール１１の制御を行う制御回路を設けた制御回路基板４が配してある。該制御回路基板４は、半導体モジュール１１の制御端子１１３と接続されると共に、基板固定部２２上にスクリュー２３によって締付け固定されている。
また、本例においては、加圧部材５を半導体積層ユニット１０の後方側に配したが、これに限るものではなく、冷媒導入管１２２及び冷媒排出管１２３を設けた側に配してもよい。例えば、冷媒導入管１２２と冷媒排出管１２３との間に加圧部材５を配し、フレーム３の前方壁部３２１と半導体積層ユニット１０の前面との間で加圧力を生じさせてもよい。
また、冷媒導入管１２２と冷媒排出管１２３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１２２と冷媒排出管１２３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１２１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１２１から後方に向かって突出するように配してもよい。
次に、本例における作用効果を説明する。
本例の電力変換装置１は、一対の壁部３２を連結すると共に、半導体モジュール１１と制御回路基板４との間に配された基板固定プレート２を備えている。そのため、基板固定プレート２がフレーム３において補強部材の役割を果たし、フレーム３の剛性が向上する。これにより、電力変換装置１に振動が加わることによって、フレーム３の制御回路基板４側の部位に変形が生じるのを抑制することができる。それゆえ、制御回路基板４の振動を抑制し、制御回路基板４に応力がかかることを防止することができる。
本例の電力変換装置１は、一対の壁部３２を連結すると共に、半導体モジュール１１と制御回路基板４との間に配された基板固定プレート２を備えている。そのため、基板固定プレート２がフレーム３において補強部材の役割を果たし、フレーム３の剛性が向上する。これにより、電力変換装置１に振動が加わることによって、フレーム３の制御回路基板４側の部位に変形が生じるのを抑制することができる。それゆえ、制御回路基板４の振動を抑制し、制御回路基板４に応力がかかることを防止することができる。
また、制御回路基板４は、基板固定プレート２に固定されている。そのため、基板固定プレート２に、上述した補強部材としての役割と、制御回路基板４を固定する構造を集約することができる。これにより、基板固定プレート２をフレーム３における壁部３２に固定した構成においても、制御回路基板４を適切な位置に固定することができる。また、フレーム３に基板固定部を設ける必要がなくなり、フレーム３の構造を簡単にすることができる。
また、フレーム３は、半導体モジュール１１における制御端子１１３の立設方向と直交する方向の全周を囲むように形成されている。そのため、フレーム３の剛性を向上することができる。それゆえ、フレーム３の振動を効果的に防止することができる。
また、フレーム３は、壁部３２と基板固定プレート２とを一体に形成されている。そのため、壁部３２と基板固定プレート２とを一つの部品として、容易に扱うことができる。また、電力変換装置１を構成する部品点数を低減し、構造を簡略化することができる。
また、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１２１とを積層してなる半導体積層ユニット１０をフレーム３の内側に収容している。そのため、基板固定プレート２によって、フレーム３の変形を抑制することにより、半導体モジュール１１と冷却管１２１との間におけるずれを防ぐことができる。これにより、半導体積層ユニット１０を安定して保持することができる。
また、フレーム３が、半導体積層ユニット１０を挟んで制御回路基板４と反対側に配された底部３１を備えている。そのため、フレーム３の剛性をより向上することができる。それゆえ、フレーム３の振動をより効果的に防止することができる。
また、フレーム３は、半導体積層ユニット１０における積層方向の両側に壁部３２を備え、半導体積層ユニット１０の積層方向の一端とフレーム３の壁部３２との間に、半導体積層ユニット１０を積層方向に加圧する加圧部材５が配設されている。加圧部材５によって、半導体積層ユニット１０を加圧した構造においては、フレーム３の剛性が要求される。そのため、基板固定プレート２によってフレーム３の剛性を高め、変形を抑制した構成が特に有用となる。
以上のごとく、本例によれば、フレームの耐振性を向上し、半導体モジュールと接続される制御回路基板に生じる応力を低減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。
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、半導体積層ユニット１０を、基板固定プレート２と底部３１との間に挟持した例である。
本例においては、フレーム３の壁部３２の高さを、フレーム３内に配置した半導体積層ユニット１０における冷却管１２１の上端部と略同一の高さとした。
また、基板固定プレート２のプレート本体部２１における端子挿通孔２１１の大きさを拡大し、冷却管１２１の上端部から突出した半導体モジュール１１の上端を挿通可能に構成してある。これによって、底部３１と基板固定プレート２とによって、複数の冷却管１２１を、高さ方向Ｚから挟持している。また、半導体モジュール１１を挟んで、横方向Ｙの両側において、冷却管１２１が保持された構成としてある。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例は、図４に示すごとく、半導体積層ユニット１０を、基板固定プレート２と底部３１との間に挟持した例である。
本例においては、フレーム３の壁部３２の高さを、フレーム３内に配置した半導体積層ユニット１０における冷却管１２１の上端部と略同一の高さとした。
また、基板固定プレート２のプレート本体部２１における端子挿通孔２１１の大きさを拡大し、冷却管１２１の上端部から突出した半導体モジュール１１の上端を挿通可能に構成してある。これによって、底部３１と基板固定プレート２とによって、複数の冷却管１２１を、高さ方向Ｚから挟持している。また、半導体モジュール１１を挟んで、横方向Ｙの両側において、冷却管１２１が保持された構成としてある。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例の電力変換装置１においては、底部３１と基板固定プレート２とによって半導体積層ユニット１０を挟持することができる。そのため、フレーム３に対して半導体積層ユニット１０が相対的に動くことを防止し、半導体積層ユニット１０が振動により受ける負荷を低減することができる。
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。
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。
（参考例１）
本例は、図５に示すごとく、基板固定プレート２の端子挿通孔２１１の形状を変更した例である。
本例においては、１本の制御端子１１３に対して１つの端子挿通孔２１１を設定してある。また、端子挿通孔２１１は、制御端子１１３の立設方向に向かって断面が縮小するように形成してあり、端子挿通孔２１１によって制御回路基板４に対する制御端子１１３の位置決めを行うことができるよう構成してある
その他の構成は実施例１と同様である。
本例は、図５に示すごとく、基板固定プレート２の端子挿通孔２１１の形状を変更した例である。
本例においては、１本の制御端子１１３に対して１つの端子挿通孔２１１を設定してある。また、端子挿通孔２１１は、制御端子１１３の立設方向に向かって断面が縮小するように形成してあり、端子挿通孔２１１によって制御回路基板４に対する制御端子１１３の位置決めを行うことができるよう構成してある
その他の構成は実施例１と同様である。
本例の電力変換装置１においては、制御端子１１３に対する基板固定プレート２の位置を規制し、基板固定プレート２に固定される制御回路基板４と制御端子１１３との間における位置決めをより容易に行うことができる。また、半導体モジュール１１が配される側における端子挿通孔２１１の断面は大きく、制御回路基板４側に向かうにつれて端子挿通孔２１１の断面が小さくなっている。そのため、制御端子１１３を端子挿通孔２１１に挿通しやすく、かつ制御回路基板４と制御端子１１３との位置決めを正確に行うことができる。
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。
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。
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、底部３１と壁部３２とを別部材により形成した例である。
高さ方向Ｚと直交する方向を囲むように形成された４つの壁部３２と、平板状の底部３１とは、別部材によって構成してなる。また、底部３１は、壁部３２の下端部にボルト（図示略）によって連結される。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例は、図４に示すごとく、底部３１と壁部３２とを別部材により形成した例である。
高さ方向Ｚと直交する方向を囲むように形成された４つの壁部３２と、平板状の底部３１とは、別部材によって構成してなる。また、底部３１は、壁部３２の下端部にボルト（図示略）によって連結される。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例の電力変換装置１においては、壁部３２と底部３１とを別部材とすることにより、各部材の形状を単純化することができ、生産性を向上することができる。また、壁部３２又は底部３１を、電力変換装置１を構成する部品にて構成することもできる。例えば、底部３１を、半導体モジュール１１の主電極端子１１２と接続されるバスバーアッセンブリにより構成することができる。これにより電力変換装置１を構成する部品点数及び部品組付けの工程数を削減することができる。
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。
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。
（参考例２）
本例は、図７及び図８に示すごとく、フレーム３を壁部３２及び基板固定プレート２により形成した例である。
壁部３２は、半導体積層ユニット１０における制御端子１１３の立設方向（高さ方向Ｚ）と直交する方向の全周を囲むように形成されている。また、壁部３２は、上端及び下端の両方にそれぞれ開放した開放部３２４を有している。
壁部３２の上端には、開放部３２４を覆うように基板固定プレート２が固定してある。
その他の構成は実施例１と同様である。
また、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。
本例は、図７及び図８に示すごとく、フレーム３を壁部３２及び基板固定プレート２により形成した例である。
壁部３２は、半導体積層ユニット１０における制御端子１１３の立設方向（高さ方向Ｚ）と直交する方向の全周を囲むように形成されている。また、壁部３２は、上端及び下端の両方にそれぞれ開放した開放部３２４を有している。
壁部３２の上端には、開放部３２４を覆うように基板固定プレート２が固定してある。
その他の構成は実施例１と同様である。
また、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。
（参考例３）
本例は、図９及び図１０に示すごとく、壁部３２と基板固定プレート２とを一体としてフレーム３を形成した例である。
壁部３２は、基板固定プレート２の外周側から高さ方向Ｚにおける上方及び下方の両側に向かって立設している。同図中に示すごとく、積層方向Ｘ及び横方向Ｙと直交する平面におけるフレーム３の断面形状は、略Ｈ形状をなしている。
本例は、図９及び図１０に示すごとく、壁部３２と基板固定プレート２とを一体としてフレーム３を形成した例である。
壁部３２は、基板固定プレート２の外周側から高さ方向Ｚにおける上方及び下方の両側に向かって立設している。同図中に示すごとく、積層方向Ｘ及び横方向Ｙと直交する平面におけるフレーム３の断面形状は、略Ｈ形状をなしている。
下方に向かって立設した壁部３２の内側には、半導体積層ユニット１０を配置してある。また、上方に向かって立設した壁部３２の内側には、基板固定プレートの上面に固定された制御回路基板４を配置してある。
その他の構成は実施例１と同様である。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例の電力変換装置１において、フレーム３は、壁部３２と基板固定プレート２とを一体に形成してある。そのため、壁部３２と基板固定プレート２とを一つの部品として、容易に扱うことができる。
また、壁部３２を、基板固定プレート２の外周側から高さ方向Ｚにおける上方及び下方の両側に向かって立設することにより、フレーム３の剛性を向上することができる。これにより、フレーム３の耐振性をより向上することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
上記実施例においては、冷媒流路を冷却管の内側に形成し、該冷却管を半導体モジュールに接触させた例を示したが、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、上記半導体モジュールに直接冷却媒体が接触するように冷媒流路を設けることもできる。
また、上記実施例においては、複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを交互に積層した半導体積層ユニットを用いた例を示したが、複数の半導体モジュールを一体化、又は複数の半導体モジュールと冷媒流路とを一体化させたパワーモジュールをフレーム内に収容することもできる。
また、上記実施例においては、複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを交互に積層した半導体積層ユニットを用いた例を示したが、複数の半導体モジュールを一体化、又は複数の半導体モジュールと冷媒流路とを一体化させたパワーモジュールをフレーム内に収容することもできる。
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
１１３ 制御端子
１２ 冷媒流路
２ 基板固定プレート
２２ 基板固定部
２３ スクリュー
３ フレーム
３１ 底部
３２ 壁部
３２５ 立設側端部
４ 制御回路基板
１０ 半導体積層ユニット
１１ 半導体モジュール
１１３ 制御端子
１２ 冷媒流路
２ 基板固定プレート
２２ 基板固定部
２３ スクリュー
３ フレーム
３１ 底部
３２ 壁部
３２５ 立設側端部
４ 制御回路基板
Claims (7)
- 電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、
上記半導体モジュールが有する制御端子と接続される制御回路基板と、
上記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と上記冷却器とを内側に収容するフレームと、
上記半導体モジュールと上記制御回路基板との間に配され、複数の上記制御端子が挿通されると共に挿通された該制御端子との間に隙間が形成される端子挿通孔を有し、導電性材料によって形成された基板固定プレートと、
上記半導体モジュール及び上記冷却器を挟んで、上記制御回路基板と反対側に配された底部とを有し、
上記フレームは、対向配置された一対の壁部を備えており、
上記基板固定プレートに形成された上記端子挿通孔は、少なくとも、上記基板固定プレートの法線方向及び上記一対の壁部の並び方向と直交する横方向における幅寸法が上記半導体モジュールの幅寸法よりも小さく形成されており、
上記基板固定プレートが上記一対の壁部の基板側端部同士を固定すると共に、上記一対の壁部の間に上記半導体モジュール及び上記冷却器が配されており、
上記底部が上記一対の壁部の基板側端部と反対側に配された端部同士を固定しており、
上記制御回路基板が上記基板固定プレート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１に記載の電力変換装置において、上記フレームは、上記半導体モジュールにおける上記制御端子の立設方向と直交する方向の全周を囲むように形成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項１又は２に記載の電力変換装置において、上記フレームは、上記壁部と上記基板固定プレートとを一体に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置において、複数の上記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媒流路とを積層してなる半導体積層ユニットを上記フレームの内側に収容してなることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項４に記載の電力変換装置において、上記半導体積層ユニットは、上記基板固定プレートと上記底部との間に挟持されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項５に記載の電力変換装置において、上記フレームは、少なくとも上記半導体積層ユニットにおける積層方向の両側に上記壁部を備え、上記半導体積層ユニットの積層方向の一端と上記フレームの上記壁部との間に、上記半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材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、上記端子挿通孔は、上記制御端子の立設方向に向かって断面が縮小するように形成してあり、上記端子挿通孔によって上記制御回路基板に対する上記制御端子の位置決めを行うことができるよう構成してあることを特徴とする電力変換装置。
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