電力変換装置
【課題】強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供する。
【解決手段】液冷式冷却容器３１，３２，３３には冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０が連結され、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、一対の挟持部６７，６８および当該一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。一対の挟持部６７，６８は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが少なくとも１つのばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により圧接される。
【解決手段】液冷式冷却容器３１，３２，３３には冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０が連結され、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、一対の挟持部６７，６８および当該一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。一対の挟持部６７，６８は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが少なくとも１つのばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により圧接される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に電力変換装置の製造方法が開示されている。電力変換装置は、冷却管部とその両端部に設けた連結管部とに冷媒流路を連通させた冷却管を複数用い、複数の冷却管同士を連結管部において連結させ、冷却管同士の間に半導体モジュールを挟持した状態で、ケース内に収納している。電力変換装置を製造する際には、まず、複数の冷却管同士を連結管部において仮状態で連結してなる仮組体を、ケース内に配置する。そして、仮組体における冷却管同士の間に半導体モジュールを配置する。また、複数の冷却管のうち一方側端部に位置する一方側冷却管をケースにおける一方の壁面に対面させ、複数の冷却管のうち他方側端部に位置する他方側冷却管を加圧治具によって加圧し、連結管部同士を嵌合させて、複数の冷却管同士の間に半導体モジュールを挟持した組付体を形成する。さらに、加圧治具によって加圧した際に、他方側冷却管とケースにおける他方の壁面との間に形成された空間に、組付体における挟持状態を保持する押圧ばねを配置する。これにより、ケースのサイズを極力小さくすることができ、かつ冷却管に対する半導体モジュールの挟持位置を安定させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、仮固定から本固定すべく強制変形を維持するため、より強力なばね部材が必要になる。また、ハンドリングに余分な工数がかかる。
本発明の目的は、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、スイッチング用電子部品と、前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に配置される密接部と、他方に配置される支持部と、前記密接部と前記支持部とをつなぐ連結部と、を有するばね部材と、を備え、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器に対し冷却液供給パイプが連結され、冷却液供給パイプにより、液冷式冷却容器に冷却液が供給される。また、液冷式冷却容器に連結された冷却液排出パイプにより、液冷式冷却容器から冷却液が排出される。
【０００７】
スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に、ばね部材における密接部が配置されるとともに他方にばね部材における支持部が配置される。そして、少なくとも１つのばね部材によりスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、スイッチング用電子部品と、前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される一対の挟持部および当該一対の挟持部をつなぐ連結部を有するばね部材と、を備え、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器に対し冷却液供給パイプが連結され、冷却液供給パイプにより、液冷式冷却容器に冷却液が供給される。また、液冷式冷却容器に連結された冷却液排出パイプにより、液冷式冷却容器から冷却液が排出される。
【００１０】
スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、ばね部材における一対の挟持部が積層体のスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。そして、少なくとも１つのばね部材によりスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電力変換装置において、前記積層体は、前記液冷式冷却容器を挟んで一対の前記スイッチング用電子部品を配してなり、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材で圧接されることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、液冷式冷却容器を挟んで一対のスイッチング用電子部品を配した積層体に対し、少なくとも１つのばね部材でスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とを圧接することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記ばね部材は、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工してなることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工することによりばね部材を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な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】
【００１５】
【図１】本実施形態における電力変換装置の斜視図。
【図２】電力変換装置の側面図。
【図３】電力変換装置の縦断面図。
【図４】（ａ）はスイッチング用電子部品の平面図、（ｂ）はスイッチング用電子部品の正面図、（ｃ）はスイッチング用電子部品の側面図。
【図５】（ａ）は冷却機構の平面図、（ｂ）は冷却機構の正面図、（ｃ）は冷却機構の側面図。
【図６】（ａ）はばね部材の平面図、（ｂ）はばね部材の正面図、（ｃ）はばね部材の側面図。
【図７】別例の電力変換装置の側面図。
【図８】別例の電力変換装置の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１７】
図１，２に示すように、電力変換装置１０は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と、液冷式冷却容器３１，３２，３３と、冷却液供給パイプ４０と、冷却液排出パイプ５０と、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６と、固定部材７０を備えている。
【００１８】
本実施形態では電力変換装置１０はハイブリッド車に搭載され、車載用電池の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧用コンバータ）と走行用モータを駆動するインバータを構成している。なお、これに限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいはインバータに適用してもよい。
【００１９】
スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータにおける上アームや下アームを構成するパワートランジスタであり、スイッチング動作に伴い発熱する。スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６を冷却するための冷却機構Ｃが、液冷式冷却容器３１，３２，３３と冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０とにより構成されている。
【００２０】
スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は同一構成となっている。本実施形態では、各スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は、図４に示すようにパワーモジュールである。パワーモジュールは、複数のパワートランジスタ（チップ）を樹脂材にてモールドすることにより長方形の板状をなしている。長方形の板状をなす本体部２８における上面から制御用のピン２９が突出し、ピン２９は上方に直線的に延びている。
【００２１】
図１，２の液冷式冷却容器３１，３２，３３は同一構成となっている。各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、扁平で、かつ、左右方向に長い長方形状をなしている。また、各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、内部に冷却液通路が形成されている。詳しくは、各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、図３に示すように、２枚のプレート３５，３６を用いて構成され、一対のプレート３５，３６を重ね合わせてロウ付けすることにより内部に冷却液通路が形成されている。つまり、一方の外殻プレート３５と他方の外殻プレート３６は外周縁部が鍔状に形成され、この外周縁部（鍔部）において接合され、一方の外殻プレート３５と他方の外殻プレート３６との間に冷却液通路が形成されている。また、プレート３５，３６間の冷却液通路には波板（放熱フィン）３７がロウ付けされている。
【００２２】
図５に示すように、左右に長い長方形状をなす各液冷式冷却容器３１，３２，３３は立設され、右側部分には、１本の冷却液供給パイプ４０が連結されている。冷却液供給パイプ４０は水平方向（Ｘ方向）に延びている。また、左右に長い長方形状をなす各液冷式冷却容器３１，３２，３３における左側部分には、１本の冷却液排出パイプ５０が連結されている。冷却液排出パイプ５０は水平方向（Ｘ方向）に延びている。冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０とはＹ方向に一定の距離を保った状態で平行に配置されている。液冷式冷却容器３１と液冷式冷却容器３２、液冷式冷却容器３２と液冷式冷却容器３３とは、Ｘ方向において一定の距離だけ離間している。
【００２３】
冷却液供給パイプ４０の内部と各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路とは連通している。同様に、冷却液排出パイプ５０の内部と各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路とは連通している。そして、冷却液供給パイプ４０により各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路に冷却液（例えば水）が供給される。また、各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路を通過した冷却液が冷却液排出パイプ５０により液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路から排出される。
【００２４】
図６に示すように、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、同一構成となっている。各ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、帯板状のばね鋼板を曲げ加工して形成したものである。ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器との積層体の両側に配置される一対の挟持部６７，６８および一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。連結部６９は、水平方向（Ｘ方向）に延びている。連結部６９の一端において挟持部６７が下方に屈曲しているとともに連結部６９の他端において挟持部６８が下方に屈曲している。下方に延びる挟持部６７，６８は、下端側の途中の部位において互いに接近する方向に「く」の字状に屈曲形成されている。
【００２５】
図１，２に示すように、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と、スイッチング用電子部品２１〜２６を冷却するための液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して積層されている。そして、この積層体がばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により挟持されている。
【００２６】
つまり、積層体のスイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ一対の挟持部６７，６８が配置されている。そして、スイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）により圧接される。
【００２７】
詳しくは、図３において、液冷式冷却容器３１におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２１が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２２が当接している。スイッチング用電子部品２１と液冷式冷却容器３１とスイッチング用電子部品２２との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６１，６４により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６１，６４によりスイッチング用電子部品２１と液冷式冷却容器３１とスイッチング用電子部品２２との積層体が挟持されている。
【００２８】
同様に、図３の液冷式冷却容器３２におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２３が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２４が当接している。スイッチング用電子部品２３と液冷式冷却容器３２とスイッチング用電子部品２４との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６２，６５により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６２，６５によりスイッチング用電子部品２３と液冷式冷却容器３２とスイッチング用電子部品２４との積層体が挟持されている。
【００２９】
また、図３の液冷式冷却容器３３におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２５が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２６が当接している。スイッチング用電子部品２５と液冷式冷却容器３３とスイッチング用電子部品２６との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６３，６６により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６３，６６によりスイッチング用電子部品２５と液冷式冷却容器３３とスイッチング用電子部品２６との積層体が挟持されている。
【００３０】
なお、スイッチング用電子部品（２１，２２，２３，２４，２５，２６）と液冷式冷却容器（３１，３２，３３）との当接面においては位置決めのための凹凸が形成され、凹部に凸部が嵌め込まれることにより両者の位置が決められるようになっている。例えば、液冷式冷却容器（３１，３２，３３）の表面に凸部を形成するとともにスイッチング用電子部品（２１，２２，２３，２４，２５，２６）の本体部２８の表面に凹部を形成する。
【００３１】
このようにして、図３の冷却機構Ｃは複数の冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）と、これを連通して連結する２本のパイプ部（冷却液供給パイプ４０、冷却液排出パイプ５０）とからなる。そして、発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）は、冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）の両側に冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）を挟み込むように配置されている。ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６で冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）と発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）とが圧接されている。これにより、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが熱的に結合する状態で支持されている。
【００３２】
また、図１に示すように、固定部材７０は、長方形状をなし、水平状態に配置される四角枠部７１と、四角枠部７１の一方の長辺から延びるアーム部７２，７３と、四角枠部７１の他方の長辺から延びるアーム部７４，７５とから構成されている。各アーム部７２，７３，７４，７５は同一構成となっている。アーム部７２，７３は四角枠部７１から下方に延びるとともに下端から水平方向に延びている。アーム部７２，７３における水平部の先端部は図２に示すケース８０における載置部８１，８２に締結される。このとき、アーム部７２，７３における水平部においては、冷却液供給パイプ４０を挟持するように半円弧形状に形成されているとともに、ケース８０の載置部８１，８２についても半円弧形状に形成されており、この部位において冷却液供給パイプ４０を支持している。
【００３３】
同様に、アーム部７４，７５は四角枠部７１から下方に延びるとともに下端から水平方向に延びている。アーム部７４，７５における水平部の先端部は図２に示すケース８０における載置部に締結される。このとき、アーム部７４，７５における水平部においては、冷却液排出パイプ５０を挟持するように半円弧形状に形成されているとともに、ケース８０の載置部についても半円弧形状に形成されており、この部位において冷却液排出パイプ５０を支持している。
【００３４】
このようにして、電力変換装置１０はケース８０の内部において所定の位置に支持されている。
図２に示すように、固定部材７０の四角枠部７１の上面には制御基板９０が搭載され、制御基板９０に対しスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６における制御用のピン２９が貫通した状態ではんだ付けされている。そして、制御基板９０に搭載したドライブ回路等によりスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６が駆動されるようになっている。
【００３５】
次に、このように構成した電力変換装置１０の作用を説明する。
まず、組み付けについて説明する。
図４のスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２１，２２，２３，２４，２５，２６と、図５の冷却機構Ｃ（液冷式冷却容器３１，３２，３３に冷却液供給パイプ４０および冷却液排出パイプ５０を連結したもの）と、図６に示すばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６を用意する。
【００３６】
そして、液冷式冷却容器３１の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２１，２２を配した状態でばね部材６１，６４を上から下に挿入してばね部材６１，６４により挟持する。同様に、液冷式冷却容器３２の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２３，２４を配した状態でばね部材６２，６５を上から下に挿入してばね部材６２，６５により挟持する。また、液冷式冷却容器３３の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２５，２６を配した状態でばね部材６３，６６を上から下に挿入してばね部材６３，６６により挟持する。
【００３７】
引き続き、ばね部材６１〜６６を用いて冷却機構Ｃにスイッチング用電子部品２１〜２６を組み付けたものを、ケース８０の内部に配置する。さらに、固定部材７０をケース８０の内部に配置して、固定部材７０によりケース８０に固定する。つまり、固定部材７０のアーム部７２，７３，７４，７５の先端部をケース８０側に締結することにより冷却機構Ｃのパイプ４０，５０をケース８０に固定する。また、固定部材７０の四角枠部７１の上に制御基板９０を装着する。
【００３８】
このように組み付けた後において電力変換装置１０は以下のように動作する。
各液冷式冷却容器３１，３２，３３（内部の冷却液通路）に対し冷却液供給パイプ４０から冷却液が供給される。この冷却液は各液冷式冷却容器３１，３２，３３の内部の冷却液通路を通過する。そして、各液冷式冷却容器３１，３２，３３から冷却液が冷却液排出パイプ５０を通して排出される。
【００３９】
一方、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６はコンバータやインバータの上下アームを構成するパワートランジスタであり、スイッチング動作に伴い発熱する。このとき、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３との積層体が挟持されており、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが熱的に結合する状態で支持されている。
【００４０】
よって、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６において発生する熱は液冷式冷却容器３１，３２，３３の内部を流れる冷却液との間で熱交換が行われてスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６が冷却される。
【００４１】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、一対の挟持部６７，６８および当該一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。一対の挟持部６７，６８は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体のスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。そして、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが少なくとも１つのばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することができる。
【００４２】
詳しく説明する。特許文献１に開示の構造においては、発熱部（半導体モジュール）を冷却機構（冷却管）で挟み込む構造をとる電力変換装置において、発熱部が冷却機構と確実に圧接するようにするため、全体をケース壁等を利用して板ばねで一括押し付けしている。さらに、発熱部（半導体モジュール）を冷却機構（冷却管）にセットした後もその状態を維持する治具（加圧治具も含む）が必要になる。これに対し、本実施形態ではその必要がない。
【００４３】
また、特許文献１においては仮固定から本固定するために冷却機構（冷却管）の強制（塑性）変形が必要であったが、本実施形態では１本の冷却液供給パイプ４０と、１本の冷却液排出パイプ５０を用いており、強制変形させない。そのため、強制変形に伴う破損の心配がない。よって、冷却機構をより安価に製作することが可能になる。さらに、本実施形態では強制変形を維持する必要がないため、押し付け力の小さいばね（ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６）が利用でき、組み付けに加圧治具を必要としない。つまり、特許文献１では仮固定から本固定するために強制変形を維持するため、より強力なばね部材が必要になるとともにハンドリングなどに余分な工数がかかる。本実施形態では本固定等のための治具を不要にでき、また、強力なばね部材は不要であるとともに、ハンドリングが容易である。特許文献１では複数の発熱部と冷却機構をすべて同時に圧をかけなければならないため、仮位置決めを行うための治具が大がかりになるが、本実施形態では大がかりな治具を不要にすることができる。特許文献１ではケース壁などを利用するためケース設計が制約されてしまうが、本実施形態ではモジュールの圧接にケース壁が不要となり、ケース設計の制約が受けにくくなる。さらに、本実施形態では全体をばねで押さえるのではなく、個別に押さえることができる。
【００４４】
（２）積層体は、液冷式冷却容器（３１，３２，３３）を挟んで一対のスイッチング用電子部品（２１，２２、２３，２４、２５，２６）を配してなり、スイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）で圧接される。よって、液冷式冷却容器（３１〜３３）を挟んで一対のスイッチング用電子部品（２１，２２、２３，２４、２５，２６）を配した積層体に対し、少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）でスイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とを圧接することができる。
【００４５】
（３）ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、ばね鋼板を屈曲形成してなるので、ばね鋼板を屈曲形成することによりばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６を容易に構成することができる。
【００４６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図２の構成に代わり図７に示すように構成してもよい。図２においては発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）の数は「６」であり、冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）の数は「３」であり、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６の数は「６」であった。図７においては、スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０１と液冷式冷却容器１１１とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０２との積層体がばね部材６１，６４で挟持されている。同様に、スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０３と液冷式冷却容器１１２とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０４との積層体がばね部材６２，６５で挟持されている。スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０５と液冷式冷却容器１１３とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０６との積層体がばね部材６３，６６で挟持されている。スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０７と液冷式冷却容器１１４とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０８との積層体がばね部材１２１，１２２で挟持されている。
【００４７】
よって、図７では発熱部（スイッチング用電子部品１０１〜１０８）の数は「８」であり、冷却部（液冷式冷却容器１１１〜１１４）の数は「４」であり、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６，１２１，１２２の数は「８」である。
【００４８】
このようにして、図２の構成に比べ図７の構成において、発熱部および冷却部の数が異なっている。よって、圧接にケース壁等を利用しない構造のため、このように数が変わっても容易に対応が可能となる。
【００４９】
・ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、ばね鋼板を屈曲形成して構成したが、これに限ることなく、例えば、銅板を曲げ加工して構成してもよい。
・ばね部材は、ばね鋼板を引き抜き加工して構成してもよい。この場合、ばね部材を容易に構成することができ、ばね部材を大量生産する場合、安価になる。
【００５０】
・図８に示すように、ばね部材１６０は、密接部１６１と支持部１６２と連結部１６３を有する構成としてもよい。密接部１６１は直線的に延びている。支持部１６２は「く」の字状をなし、密接部１６１に接近する方向に屈曲している。連結部１６３は、密接部１６１と支持部１６２とをつないでいる。
【００５１】
図８において積層体は、液冷式冷却容器１５１を挟んで一対のスイッチング用電子部品１５０，１５２を配してなる。ばね部材１６０の密接部１６１と支持部１６２とは、スイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが向かい合っている面と反対側の面の一方と、他方に配置される。即ち、密接部１６１はスイッチング用電子部品１５０に接し、支持部１６２はスイッチング用電子部品１５２に接する。ここで、密接部１６１は積層体（スイッチング用電子部品１５０）に密接する。また、支持部１６２は積層体（スイッチング用電子部品１５２）に対し一点を支点として加圧している。そして、スイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが少なくとも１つのばね部材１６０により圧接される。なお、電力変換装置についての他の構成については図１〜６を用いて説明したものと同様である。
【００５２】
図８の構成とした場合にも、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することができる。この場合、ばね部材の構成が簡略化され、容易に作成することができる。
【００５３】
・図１等では１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体に対し２個のばね部材を用いたが、これに限るものではない。例えば、１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体を１個のばね部材で挟持してもよいし、他にも、１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体に対し３個以上のばね部材を用いてもよい。
【００５４】
・図１等では３個の液冷式冷却容器３１，３２，３３を具備する３連式であり、図７では４個の液冷式冷却容器１１１，１１２，１１３，１１４を具備する４連式であったが、これに限ることはない。具体的には、２個の液冷式冷却容器を具備する２連式でも、５個以上の液冷式冷却容器を具備する方式でも、１個の液冷式冷却容器を具備する方式でもよい。
【００５５】
・液冷式冷却容器を挟んで一対のスイッチング用電子部品を配した積層体を、ばね部材により挟持したが、これに限らず、液冷式冷却容器の片側にスイッチング用電子部品を配した積層体を、ばね部材により挟持してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…電力変換装置、２１…スイッチング用電子部品、２２…スイッチング用電子部品、２３…スイッチング用電子部品、２４…スイッチング用電子部品、２５…スイッチング用電子部品、２６…スイッチング用電子部品、３１…液冷式冷却容器、３２…液冷式冷却容器、３３…液冷式冷却容器、４０…冷却液供給パイプ、５０…冷却液排出パイプ、６１…ばね部材、６２…ばね部材、６３…ばね部材、６４…ばね部材、６５…ばね部材、６６…ばね部材、１０１…スイッチング用電子部品、１０２…スイッチング用電子部品、１０３…スイッチング用電子部品、１０４…スイッチング用電子部品、１０５…スイッチング用電子部品、１０６…スイッチング用電子部品、１０７…スイッチング用電子部品、１０８…スイッチング用電子部品、１１１…液冷式冷却容器、１１２…液冷式冷却容器、１１３…液冷式冷却容器、１１４…液冷式冷却容器、１２１…ばね部材、１２２…ばね部材、１６０…ばね部材、１６１…密接部、１６２…支持部、１６３…連結部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に電力変換装置の製造方法が開示されている。電力変換装置は、冷却管部とその両端部に設けた連結管部とに冷媒流路を連通させた冷却管を複数用い、複数の冷却管同士を連結管部において連結させ、冷却管同士の間に半導体モジュールを挟持した状態で、ケース内に収納している。電力変換装置を製造する際には、まず、複数の冷却管同士を連結管部において仮状態で連結してなる仮組体を、ケース内に配置する。そして、仮組体における冷却管同士の間に半導体モジュールを配置する。また、複数の冷却管のうち一方側端部に位置する一方側冷却管をケースにおける一方の壁面に対面させ、複数の冷却管のうち他方側端部に位置する他方側冷却管を加圧治具によって加圧し、連結管部同士を嵌合させて、複数の冷却管同士の間に半導体モジュールを挟持した組付体を形成する。さらに、加圧治具によって加圧した際に、他方側冷却管とケースにおける他方の壁面との間に形成された空間に、組付体における挟持状態を保持する押圧ばねを配置する。これにより、ケースのサイズを極力小さくすることができ、かつ冷却管に対する半導体モジュールの挟持位置を安定させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、仮固定から本固定すべく強制変形を維持するため、より強力なばね部材が必要になる。また、ハンドリングに余分な工数がかかる。
本発明の目的は、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、スイッチング用電子部品と、前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に配置される密接部と、他方に配置される支持部と、前記密接部と前記支持部とをつなぐ連結部と、を有するばね部材と、を備え、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器に対し冷却液供給パイプが連結され、冷却液供給パイプにより、液冷式冷却容器に冷却液が供給される。また、液冷式冷却容器に連結された冷却液排出パイプにより、液冷式冷却容器から冷却液が排出される。
【０００７】
スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に、ばね部材における密接部が配置されるとともに他方にばね部材における支持部が配置される。そして、少なくとも１つのばね部材によりスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、スイッチング用電子部品と、前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される一対の挟持部および当該一対の挟持部をつなぐ連結部を有するばね部材と、を備え、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器に対し冷却液供給パイプが連結され、冷却液供給パイプにより、液冷式冷却容器に冷却液が供給される。また、液冷式冷却容器に連結された冷却液排出パイプにより、液冷式冷却容器から冷却液が排出される。
【００１０】
スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、ばね部材における一対の挟持部が積層体のスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。そして、少なくとも１つのばね部材によりスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とが圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電力変換装置において、前記積層体は、前記液冷式冷却容器を挟んで一対の前記スイッチング用電子部品を配してなり、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材で圧接されることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、液冷式冷却容器を挟んで一対のスイッチング用電子部品を配した積層体に対し、少なくとも１つのばね部材でスイッチング用電子部品と液冷式冷却容器とを圧接することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、前記ばね部材は、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工してなることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工することによりばね部材を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な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】
【００１５】
【図１】本実施形態における電力変換装置の斜視図。
【図２】電力変換装置の側面図。
【図３】電力変換装置の縦断面図。
【図４】（ａ）はスイッチング用電子部品の平面図、（ｂ）はスイッチング用電子部品の正面図、（ｃ）はスイッチング用電子部品の側面図。
【図５】（ａ）は冷却機構の平面図、（ｂ）は冷却機構の正面図、（ｃ）は冷却機構の側面図。
【図６】（ａ）はばね部材の平面図、（ｂ）はばね部材の正面図、（ｃ）はばね部材の側面図。
【図７】別例の電力変換装置の側面図。
【図８】別例の電力変換装置の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１７】
図１，２に示すように、電力変換装置１０は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と、液冷式冷却容器３１，３２，３３と、冷却液供給パイプ４０と、冷却液排出パイプ５０と、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６と、固定部材７０を備えている。
【００１８】
本実施形態では電力変換装置１０はハイブリッド車に搭載され、車載用電池の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧用コンバータ）と走行用モータを駆動するインバータを構成している。なお、これに限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータあるいはインバータに適用してもよい。
【００１９】
スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータにおける上アームや下アームを構成するパワートランジスタであり、スイッチング動作に伴い発熱する。スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６を冷却するための冷却機構Ｃが、液冷式冷却容器３１，３２，３３と冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０とにより構成されている。
【００２０】
スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は同一構成となっている。本実施形態では、各スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６は、図４に示すようにパワーモジュールである。パワーモジュールは、複数のパワートランジスタ（チップ）を樹脂材にてモールドすることにより長方形の板状をなしている。長方形の板状をなす本体部２８における上面から制御用のピン２９が突出し、ピン２９は上方に直線的に延びている。
【００２１】
図１，２の液冷式冷却容器３１，３２，３３は同一構成となっている。各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、扁平で、かつ、左右方向に長い長方形状をなしている。また、各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、内部に冷却液通路が形成されている。詳しくは、各液冷式冷却容器３１，３２，３３は、図３に示すように、２枚のプレート３５，３６を用いて構成され、一対のプレート３５，３６を重ね合わせてロウ付けすることにより内部に冷却液通路が形成されている。つまり、一方の外殻プレート３５と他方の外殻プレート３６は外周縁部が鍔状に形成され、この外周縁部（鍔部）において接合され、一方の外殻プレート３５と他方の外殻プレート３６との間に冷却液通路が形成されている。また、プレート３５，３６間の冷却液通路には波板（放熱フィン）３７がロウ付けされている。
【００２２】
図５に示すように、左右に長い長方形状をなす各液冷式冷却容器３１，３２，３３は立設され、右側部分には、１本の冷却液供給パイプ４０が連結されている。冷却液供給パイプ４０は水平方向（Ｘ方向）に延びている。また、左右に長い長方形状をなす各液冷式冷却容器３１，３２，３３における左側部分には、１本の冷却液排出パイプ５０が連結されている。冷却液排出パイプ５０は水平方向（Ｘ方向）に延びている。冷却液供給パイプ４０と冷却液排出パイプ５０とはＹ方向に一定の距離を保った状態で平行に配置されている。液冷式冷却容器３１と液冷式冷却容器３２、液冷式冷却容器３２と液冷式冷却容器３３とは、Ｘ方向において一定の距離だけ離間している。
【００２３】
冷却液供給パイプ４０の内部と各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路とは連通している。同様に、冷却液排出パイプ５０の内部と各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路とは連通している。そして、冷却液供給パイプ４０により各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路に冷却液（例えば水）が供給される。また、各液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路を通過した冷却液が冷却液排出パイプ５０により液冷式冷却容器３１，３２，３３の冷却液通路から排出される。
【００２４】
図６に示すように、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、同一構成となっている。各ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、帯板状のばね鋼板を曲げ加工して形成したものである。ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、スイッチング用電子部品と液冷式冷却容器との積層体の両側に配置される一対の挟持部６７，６８および一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。連結部６９は、水平方向（Ｘ方向）に延びている。連結部６９の一端において挟持部６７が下方に屈曲しているとともに連結部６９の他端において挟持部６８が下方に屈曲している。下方に延びる挟持部６７，６８は、下端側の途中の部位において互いに接近する方向に「く」の字状に屈曲形成されている。
【００２５】
図１，２に示すように、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と、スイッチング用電子部品２１〜２６を冷却するための液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して積層されている。そして、この積層体がばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により挟持されている。
【００２６】
つまり、積層体のスイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ一対の挟持部６７，６８が配置されている。そして、スイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）により圧接される。
【００２７】
詳しくは、図３において、液冷式冷却容器３１におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２１が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２２が当接している。スイッチング用電子部品２１と液冷式冷却容器３１とスイッチング用電子部品２２との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６１，６４により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６１，６４によりスイッチング用電子部品２１と液冷式冷却容器３１とスイッチング用電子部品２２との積層体が挟持されている。
【００２８】
同様に、図３の液冷式冷却容器３２におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２３が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２４が当接している。スイッチング用電子部品２３と液冷式冷却容器３２とスイッチング用電子部品２４との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６２，６５により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６２，６５によりスイッチング用電子部品２３と液冷式冷却容器３２とスイッチング用電子部品２４との積層体が挟持されている。
【００２９】
また、図３の液冷式冷却容器３３におけるＸ方向の一方の面にスイッチング用電子部品２５が当接しているとともにＸ方向の他方の面にスイッチング用電子部品２６が当接している。スイッチング用電子部品２５と液冷式冷却容器３３とスイッチング用電子部品２６との積層体は、Ｘ方向における両側からばね部材６３，６６により自身のばね性にて挟持されている。つまり、図１のＹ方向において離間して配したばね部材６３，６６によりスイッチング用電子部品２５と液冷式冷却容器３３とスイッチング用電子部品２６との積層体が挟持されている。
【００３０】
なお、スイッチング用電子部品（２１，２２，２３，２４，２５，２６）と液冷式冷却容器（３１，３２，３３）との当接面においては位置決めのための凹凸が形成され、凹部に凸部が嵌め込まれることにより両者の位置が決められるようになっている。例えば、液冷式冷却容器（３１，３２，３３）の表面に凸部を形成するとともにスイッチング用電子部品（２１，２２，２３，２４，２５，２６）の本体部２８の表面に凹部を形成する。
【００３１】
このようにして、図３の冷却機構Ｃは複数の冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）と、これを連通して連結する２本のパイプ部（冷却液供給パイプ４０、冷却液排出パイプ５０）とからなる。そして、発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）は、冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）の両側に冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）を挟み込むように配置されている。ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６で冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）と発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）とが圧接されている。これにより、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが熱的に結合する状態で支持されている。
【００３２】
また、図１に示すように、固定部材７０は、長方形状をなし、水平状態に配置される四角枠部７１と、四角枠部７１の一方の長辺から延びるアーム部７２，７３と、四角枠部７１の他方の長辺から延びるアーム部７４，７５とから構成されている。各アーム部７２，７３，７４，７５は同一構成となっている。アーム部７２，７３は四角枠部７１から下方に延びるとともに下端から水平方向に延びている。アーム部７２，７３における水平部の先端部は図２に示すケース８０における載置部８１，８２に締結される。このとき、アーム部７２，７３における水平部においては、冷却液供給パイプ４０を挟持するように半円弧形状に形成されているとともに、ケース８０の載置部８１，８２についても半円弧形状に形成されており、この部位において冷却液供給パイプ４０を支持している。
【００３３】
同様に、アーム部７４，７５は四角枠部７１から下方に延びるとともに下端から水平方向に延びている。アーム部７４，７５における水平部の先端部は図２に示すケース８０における載置部に締結される。このとき、アーム部７４，７５における水平部においては、冷却液排出パイプ５０を挟持するように半円弧形状に形成されているとともに、ケース８０の載置部についても半円弧形状に形成されており、この部位において冷却液排出パイプ５０を支持している。
【００３４】
このようにして、電力変換装置１０はケース８０の内部において所定の位置に支持されている。
図２に示すように、固定部材７０の四角枠部７１の上面には制御基板９０が搭載され、制御基板９０に対しスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６における制御用のピン２９が貫通した状態ではんだ付けされている。そして、制御基板９０に搭載したドライブ回路等によりスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６が駆動されるようになっている。
【００３５】
次に、このように構成した電力変換装置１０の作用を説明する。
まず、組み付けについて説明する。
図４のスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２１，２２，２３，２４，２５，２６と、図５の冷却機構Ｃ（液冷式冷却容器３１，３２，３３に冷却液供給パイプ４０および冷却液排出パイプ５０を連結したもの）と、図６に示すばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６を用意する。
【００３６】
そして、液冷式冷却容器３１の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２１，２２を配した状態でばね部材６１，６４を上から下に挿入してばね部材６１，６４により挟持する。同様に、液冷式冷却容器３２の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２３，２４を配した状態でばね部材６２，６５を上から下に挿入してばね部材６２，６５により挟持する。また、液冷式冷却容器３３の両側にスイッチング用電子部品（パワーモジュール）２５，２６を配した状態でばね部材６３，６６を上から下に挿入してばね部材６３，６６により挟持する。
【００３７】
引き続き、ばね部材６１〜６６を用いて冷却機構Ｃにスイッチング用電子部品２１〜２６を組み付けたものを、ケース８０の内部に配置する。さらに、固定部材７０をケース８０の内部に配置して、固定部材７０によりケース８０に固定する。つまり、固定部材７０のアーム部７２，７３，７４，７５の先端部をケース８０側に締結することにより冷却機構Ｃのパイプ４０，５０をケース８０に固定する。また、固定部材７０の四角枠部７１の上に制御基板９０を装着する。
【００３８】
このように組み付けた後において電力変換装置１０は以下のように動作する。
各液冷式冷却容器３１，３２，３３（内部の冷却液通路）に対し冷却液供給パイプ４０から冷却液が供給される。この冷却液は各液冷式冷却容器３１，３２，３３の内部の冷却液通路を通過する。そして、各液冷式冷却容器３１，３２，３３から冷却液が冷却液排出パイプ５０を通して排出される。
【００３９】
一方、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６はコンバータやインバータの上下アームを構成するパワートランジスタであり、スイッチング動作に伴い発熱する。このとき、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３との積層体が挟持されており、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが熱的に結合する状態で支持されている。
【００４０】
よって、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６において発生する熱は液冷式冷却容器３１，３２，３３の内部を流れる冷却液との間で熱交換が行われてスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６が冷却される。
【００４１】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、一対の挟持部６７，６８および当該一対の挟持部６７，６８をつなぐ連結部６９を有する。一対の挟持部６７，６８は、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体のスイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される。そして、スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６と液冷式冷却容器３１，３２，３３とが少なくとも１つのばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６により圧接される。よって、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することができる。
【００４２】
詳しく説明する。特許文献１に開示の構造においては、発熱部（半導体モジュール）を冷却機構（冷却管）で挟み込む構造をとる電力変換装置において、発熱部が冷却機構と確実に圧接するようにするため、全体をケース壁等を利用して板ばねで一括押し付けしている。さらに、発熱部（半導体モジュール）を冷却機構（冷却管）にセットした後もその状態を維持する治具（加圧治具も含む）が必要になる。これに対し、本実施形態ではその必要がない。
【００４３】
また、特許文献１においては仮固定から本固定するために冷却機構（冷却管）の強制（塑性）変形が必要であったが、本実施形態では１本の冷却液供給パイプ４０と、１本の冷却液排出パイプ５０を用いており、強制変形させない。そのため、強制変形に伴う破損の心配がない。よって、冷却機構をより安価に製作することが可能になる。さらに、本実施形態では強制変形を維持する必要がないため、押し付け力の小さいばね（ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６）が利用でき、組み付けに加圧治具を必要としない。つまり、特許文献１では仮固定から本固定するために強制変形を維持するため、より強力なばね部材が必要になるとともにハンドリングなどに余分な工数がかかる。本実施形態では本固定等のための治具を不要にでき、また、強力なばね部材は不要であるとともに、ハンドリングが容易である。特許文献１では複数の発熱部と冷却機構をすべて同時に圧をかけなければならないため、仮位置決めを行うための治具が大がかりになるが、本実施形態では大がかりな治具を不要にすることができる。特許文献１ではケース壁などを利用するためケース設計が制約されてしまうが、本実施形態ではモジュールの圧接にケース壁が不要となり、ケース設計の制約が受けにくくなる。さらに、本実施形態では全体をばねで押さえるのではなく、個別に押さえることができる。
【００４４】
（２）積層体は、液冷式冷却容器（３１，３２，３３）を挟んで一対のスイッチング用電子部品（２１，２２、２３，２４、２５，２６）を配してなり、スイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とが少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）で圧接される。よって、液冷式冷却容器（３１〜３３）を挟んで一対のスイッチング用電子部品（２１，２２、２３，２４、２５，２６）を配した積層体に対し、少なくとも１つのばね部材（６１〜６６）でスイッチング用電子部品（２１〜２６）と液冷式冷却容器（３１〜３３）とを圧接することができる。
【００４５】
（３）ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、ばね鋼板を屈曲形成してなるので、ばね鋼板を屈曲形成することによりばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６を容易に構成することができる。
【００４６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図２の構成に代わり図７に示すように構成してもよい。図２においては発熱部（スイッチング用電子部品２１，２２，２３，２４，２５，２６）の数は「６」であり、冷却部（液冷式冷却容器３１，３２，３３）の数は「３」であり、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６の数は「６」であった。図７においては、スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０１と液冷式冷却容器１１１とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０２との積層体がばね部材６１，６４で挟持されている。同様に、スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０３と液冷式冷却容器１１２とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０４との積層体がばね部材６２，６５で挟持されている。スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０５と液冷式冷却容器１１３とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０６との積層体がばね部材６３，６６で挟持されている。スイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０７と液冷式冷却容器１１４とスイッチング用電子部品（パワーモジュール）１０８との積層体がばね部材１２１，１２２で挟持されている。
【００４７】
よって、図７では発熱部（スイッチング用電子部品１０１〜１０８）の数は「８」であり、冷却部（液冷式冷却容器１１１〜１１４）の数は「４」であり、ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６，１２１，１２２の数は「８」である。
【００４８】
このようにして、図２の構成に比べ図７の構成において、発熱部および冷却部の数が異なっている。よって、圧接にケース壁等を利用しない構造のため、このように数が変わっても容易に対応が可能となる。
【００４９】
・ばね部材６１，６２，６３，６４，６５，６６は、ばね鋼板を屈曲形成して構成したが、これに限ることなく、例えば、銅板を曲げ加工して構成してもよい。
・ばね部材は、ばね鋼板を引き抜き加工して構成してもよい。この場合、ばね部材を容易に構成することができ、ばね部材を大量生産する場合、安価になる。
【００５０】
・図８に示すように、ばね部材１６０は、密接部１６１と支持部１６２と連結部１６３を有する構成としてもよい。密接部１６１は直線的に延びている。支持部１６２は「く」の字状をなし、密接部１６１に接近する方向に屈曲している。連結部１６３は、密接部１６１と支持部１６２とをつないでいる。
【００５１】
図８において積層体は、液冷式冷却容器１５１を挟んで一対のスイッチング用電子部品１５０，１５２を配してなる。ばね部材１６０の密接部１６１と支持部１６２とは、スイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが当接して構成される積層体に対して、積層体のスイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが向かい合っている面と反対側の面の一方と、他方に配置される。即ち、密接部１６１はスイッチング用電子部品１５０に接し、支持部１６２はスイッチング用電子部品１５２に接する。ここで、密接部１６１は積層体（スイッチング用電子部品１５０）に密接する。また、支持部１６２は積層体（スイッチング用電子部品１５２）に対し一点を支点として加圧している。そして、スイッチング用電子部品１５０，１５２と液冷式冷却容器１５１とが少なくとも１つのばね部材１６０により圧接される。なお、電力変換装置についての他の構成については図１〜６を用いて説明したものと同様である。
【００５２】
図８の構成とした場合にも、強力なばね部材を不要にすることができるとともにハンドリングが容易な電力変換装置を提供することができる。この場合、ばね部材の構成が簡略化され、容易に作成することができる。
【００５３】
・図１等では１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体に対し２個のばね部材を用いたが、これに限るものではない。例えば、１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体を１個のばね部材で挟持してもよいし、他にも、１つの液冷式冷却容器とスイッチング用電子部品の積層体に対し３個以上のばね部材を用いてもよい。
【００５４】
・図１等では３個の液冷式冷却容器３１，３２，３３を具備する３連式であり、図７では４個の液冷式冷却容器１１１，１１２，１１３，１１４を具備する４連式であったが、これに限ることはない。具体的には、２個の液冷式冷却容器を具備する２連式でも、５個以上の液冷式冷却容器を具備する方式でも、１個の液冷式冷却容器を具備する方式でもよい。
【００５５】
・液冷式冷却容器を挟んで一対のスイッチング用電子部品を配した積層体を、ばね部材により挟持したが、これに限らず、液冷式冷却容器の片側にスイッチング用電子部品を配した積層体を、ばね部材により挟持してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…電力変換装置、２１…スイッチング用電子部品、２２…スイッチング用電子部品、２３…スイッチング用電子部品、２４…スイッチング用電子部品、２５…スイッチング用電子部品、２６…スイッチング用電子部品、３１…液冷式冷却容器、３２…液冷式冷却容器、３３…液冷式冷却容器、４０…冷却液供給パイプ、５０…冷却液排出パイプ、６１…ばね部材、６２…ばね部材、６３…ばね部材、６４…ばね部材、６５…ばね部材、６６…ばね部材、１０１…スイッチング用電子部品、１０２…スイッチング用電子部品、１０３…スイッチング用電子部品、１０４…スイッチング用電子部品、１０５…スイッチング用電子部品、１０６…スイッチング用電子部品、１０７…スイッチング用電子部品、１０８…スイッチング用電子部品、１１１…液冷式冷却容器、１１２…液冷式冷却容器、１１３…液冷式冷却容器、１１４…液冷式冷却容器、１２１…ばね部材、１２２…ばね部材、１６０…ばね部材、１６１…密接部、１６２…支持部、１６３…連結部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング用電子部品と、
前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に配置される密接部と、他方に配置される支持部と、前記密接部と前記支持部とをつなぐ連結部と、を有するばね部材と、
を備え、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング用電子部品と、
前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される一対の挟持部および当該一対の挟持部をつなぐ連結部を有するばね部材と、
を備え、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記積層体は、前記液冷式冷却容器を挟んで一対の前記スイッチング用電子部品を配してなり、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材で圧接されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ばね部材は、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
スイッチング用電子部品と、
前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面の一方に配置される密接部と、他方に配置される支持部と、前記密接部と前記支持部とをつなぐ連結部と、を有するばね部材と、
を備え、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング用電子部品と、
前記スイッチング用電子部品を冷却するための液冷式冷却容器と、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、
前記液冷式冷却容器に連結され、前記液冷式冷却容器から冷却液を排出する冷却液排出パイプと、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが当接して構成される積層体に対して、当該積層体の前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが向かい合っている面と反対側の面にそれぞれ配置される一対の挟持部および当該一対の挟持部をつなぐ連結部を有するばね部材と、
を備え、
前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材により圧接されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記積層体は、前記液冷式冷却容器を挟んで一対の前記スイッチング用電子部品を配してなり、前記スイッチング用電子部品と前記液冷式冷却容器とが少なくとも１つの前記ばね部材で圧接されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ばね部材は、ばね鋼板を屈曲形成または引き抜き加工してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４４８２１（Ｐ２０１２−２４４８２１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３９８４（Ｐ２０１１−１１３９８４）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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