JP2012191767A

JP2012191767A - 電力変換装置

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Publication number: JP2012191767A
Application number: JP2011053733A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Endo; 大輔遠藤; Tomohito Iguchi; 智史井口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: JP5488503B2

Abstract

【課題】コンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３とが積層されて、積層体１０を構成している。半導体モジュール２は、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵する。冷媒流路３は、半導体モジュール２を冷却している。電力変換装置１は、平滑用のコンデンサ６と、積層体１０を固定する金属製のフレーム４を備える。フレーム４には、積層体１０を搭載する積層体搭載部４０と、コンデンサ３を収容する収容凹部４１が形成されている。フレーム４は、積層体搭載部４０において、冷媒１２によって冷却される。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層体を固定するフレームを備えた電力変換装置に関する。

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１６に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュール９２０と、該半導体モジュール９２０を冷却する複数の冷却管９２１とを積層した積層体９２を備えるものが従来から知られている（下記特許文献１参照）。

半導体モジュール９２０は、パワー端子９２３と制御端子９２４とを備える。制御端子９２４には、制御回路基板９１０が接続されている。パワー端子９２３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と、直流電源の負電極に接続される負極端子と、交流負荷に接続される交流端子とがある。制御回路基板９１０が半導体モジュール９２０を制御することにより、正極端子と負極端子との間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子から出力している。

また、電力変換装置９１は、昇圧用のリアクトル９９と、昇圧した直流電圧を平滑化するためのコンデンサ９３とを備える。パワー端子９２３とコンデンサ９３、リアクトル９９等は、図示しないバスバーによって電気的に接続されている。

積層体９２、コンデンサ９３等は、収納ケース９０に収納されている。また、積層体９２の積層方向Ｘにおける一方の端部には、ばね部材９８が設けられている。このばね部材９８を使って、積層体９２をリアクトル９９に向けて押圧している。これにより、積層体９２を収納ケース９０内に固定している。

冷却管９２１内には冷媒流路９２５が形成されている。かかる構成の電力変換装置９１において、冷媒流路９２５に冷媒を流すことによって、半導体モジュール９２０を冷却している。

国際公開第２００８／１０８０９０

しかしながら、電力変換装置９１を稼動すると、半導体モジュール９２０だけでなく、コンデンサ９３も発熱する。従来の電力変換装置９１は、冷媒流路９２５内を流れる冷媒を使って半導体モジュール９２０を冷却できるが、コンデンサ９３の冷却には冷媒の冷却効果が充分寄与しているとはいえない。そのため、半導体モジュール９２０を冷却するための冷媒を用いて、コンデンサをも効果的に冷却できる電力変換装置が望まれていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、電力変換回路を構成する半導体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、
上記半導体モジュールに流れる被制御電流を平滑化するコンデンサと、
上記積層体を固定する金属製のフレームと、
上記コンデンサと上記半導体モジュールとを電気的に接続すると共に上記被制御電流が流れるバスバーとを備え、
該フレームには上記積層体を搭載する積層体搭載部と、上記コンデンサを収容する収容凹部とが形成され、上記積層体搭載部において、上記フレームは上記冷媒によって冷却されるよう構成されており、
上記コンデンサは、上記収容凹部内に設けたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を上記収容凹部内に封止する封止部材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）。

上記電力変換装置においては、金属製の上記フレームに上記収容凹部を形成し、この収容凹部内にコンデンサを収容した。また、冷媒を使ってフレームを冷却するよう構成した。このようにすると、フレームは、熱伝導率が高い金属によって形成されているため、冷却されたフレームの収容凹部に収容したコンデンサも冷却することができる。すなわち、冷媒はフレームを介してコンデンサを効果的に冷却することができる。また、半導体モジュールを冷却する冷媒によってコンデンサをも冷却することができるため、コンデンサの冷却のために別途冷却手段を設ける必要がない。それゆえ、部品点数の増加や、電力変換装置の大型化を招くことなく、コンデンサの冷却効率を向上させることができる。

また、仮に、コンデンサとフレームとを別部品にすると、コンデンサとフレームを固定する為の締結部品（ボルトなど）が必要となり、部品点数が増えるが、上記電力変換装置においては、フレームに形成した収容凹部内にコンデンサを収容したため、コンデンサ固定用の締結部品が不要となる。そのため、部品点数を減らすことができ、電力変換装置の製造コストを低減できる。

以上のごとく、本発明によれば、コンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の平面図。図１のＡ−Ａ断面図。実施例１における、フレームの平面図。図３のＢ矢視図。実施例１における、フレームに積層体および絶縁部材を取り付けた状態の平面図。図５のフレームに、さらにバスバーとコンデンサ素子を取り付けた状態の平面図。図６のＣ−Ｃ断面図。実施例１における、絶縁部材の平面図。図８のＤ矢視図。図８のＥ矢視図。実施例１における、内側側壁部に絶縁部材を取り付ける行程の説明図。図１１に続く図。バスバーを絶縁部材に取り付けた状態における、図１２のＦ−Ｆ断面図。図１３のＧ矢視図。実施例１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。従来例における、電力変換装置の断面図。

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。
本発明において、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を内蔵する本体部と、該本体部から突出すると共に上記バスバーに接続されるパワー端子とを備え、上記収容凹部は、上記パワー端子の突出方向に立設した側壁部によって囲まれると共に上記パワー端子の突出方向に開口してなり、上記バスバーは上記側壁部のうち上記積層体と上記コンデンサとの間に配された内側側壁部を跨ぐよう設けられており、上記内側側壁部の開口側端縁と上記バスバーとの間には、上記バスバーと上記内側側壁部とを絶縁するための絶縁部材が取り付けられていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、絶縁部材によって、バスバーとフレームとを絶縁することができる。そのため、バスバーに高電圧を印加しても、フレームに漏電しにくくなる。

また、上記内側側壁部は、上記積層体の積層方向に平行であり、上記積層方向における上記絶縁部材の両端には、上記パワー端子の突出方向へ突出する位置決め突部が形成されており、上記バスバーと上記位置決め突部との間には隙間が形成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、バスバーが積層方向へ位置ずれした場合に、上記位置決め突部にバスバーが当接するため、絶縁部材に対してバスバーが大きく位置ずれすることを防止できる。
また、バスバーと位置決め突部との間に隙間を設けると、電力変換装置の製造工程において、パワー端子とバスバーとの接続作業を容易に行うことが可能になる。すなわち、例えば複数の半導体モジュールと複数の冷却管とを積層して積層体を形成する場合、個々の半導体モジュールや冷却管の寸法ばらつきが重なって、積層方向におけるパワー端子の位置ずれが生じやすい。そのため、仮にバスバーを積層方向に移動できなかったとすると、パワー端子とバスバーとが密着しにくくなるため、これらの接続作業が困難になりやすい。しかしながら、上記位置決め突部とバスバーとの間に隙間を設けておけば、パワー端子とバスバーとの接続作業を行う際に、バスバーを積層方向へ移動させることが可能となる。そのため、パワー端子とバスバーとを密着させやすくなり、これらの接続作業を容易に行うことが可能になる。

また、上記バスバーは、上記パワー端子の突出方向へ凸となる状態で断面略コ字状に屈曲した折曲部が形成されており、該折曲部が上記絶縁部材に係合することにより、上記内側側壁部との間に所定の間隙を設けた状態で、上記バスバーを上記絶縁部材に固定するよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、上記折曲部が絶縁部材に係合しているため、冷媒流路の長手方向における、バスバーの位置ずれを防止することができる。また、内側側壁部とバスバーとの間に隙間を設けているため、これらの接触を防止でき、充分に絶縁することができる。

（実施例１）
本例の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図１５を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール２と、冷媒流路３と、コンデンサ６と、フレーム４と、バスバー５とを備える。複数の半導体モジュール２と複数の冷媒流路３とが積層されて、積層体１０を構成している。半導体モジュール２は、電力変換回路を構成する半導体素子を内蔵する。冷媒流路３は、冷却管３５の内部に形成されている。半導体モジュール２を冷却する冷媒１２が、冷媒流路３内を流れている。
コンデンサ６は、半導体モジュール２に流れる被制御電流を平滑化する。フレーム４は金属製であり、積層体１０を固定している。
バスバー５は、コンデンサ６と半導体モジュール２とを電気的に接続すると共に被制御電流が流れる。

フレーム４には、積層体１０を搭載する積層体搭載部４０と、コンデンサ６を収容する収容凹部４１とが形成されている。積層体搭載部４０において、フレーム４は冷媒１２によって冷却される。
コンデンサ６は、収容凹部４１内に設けたコンデンサ素子６０と、該コンデンサ素子６０を収容凹部４１内に封止する封止部材６１とを有する。

フレーム４は、収容凹部４１の開口部４１０側から見た平面形状が、図３に示すごとく、略矩形状である。そして、この矩形における一つの長辺に沿って、その全長にわたり、収容凹部４１が略矩形状に形成されている。また、フレーム４における収容凹部４１が形成された領域以外の部分が、積層体搭載部４０となっている。収容凹部４１は、図４に示すごとく、矩形状のコンデンサ底壁部４０５と、コンデンサ底壁部４０５の周縁の４辺からそれぞれ開口方向へ立設した側壁部４６とによって形成されている。

フレーム４の積層体搭載部４０は、板状の底部４５０と、底部４５０から該底部４５０の板厚方向（Ｚ方向）へ突出した固定用壁部４３及び載置壁部４２からなる。収容凹部４１を構成する側壁部４６（内側側壁部４６ａ）の、コンデンサ底壁部４０５から開口部４１０側へ寄った位置に、積層体搭載部４０の底部４５０が接続している。底部４５０とコンデンサ底壁部４０５とは略平行である。

底部４５０における固定用壁部４３と載置壁部４２との間の一部には、底部４５０の板厚方向に貫通する矩形状の穴部４５が形成されている。固定用壁部４３は穴部４５における載置壁部４２と反対側の辺に沿って、載置壁部４２と対向するように側壁部４６の立設方向と同一方向に立設している。載置壁部４２は、図３、図４に示すごとく、底部４５０のＸ方向における一方の端部から、Ｚ方向に向かって開口部４１０側およびコンデンサ底壁部４０５側の両方に突出し、Ｘ方向に垂直に形成されている。載置壁部４２には、パイプ１１が係合する凹部４４が形成されている。

図１、図２に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵した本体部２０と、該本体部２０から突出したパワー端子２１を備える。本体部２０は、直方体形状を呈する。パワー端子２１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２１ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子２１ｂと、交流負荷に接続される出力端子２１ｃとがある。正極端子２１ａには、正極バスバー５ａが接続され、負極端子２１ｂには、負極バスバー５ｂが接続されている（図６参照）。出力端子２１ｃにも、図示しないバスバーが接続される。なお、正極端子２１ａと負極端子２１ｂとの位置は、逆にしてもよい。

図２に示すごとく、パワー端子２１ａ〜２１ｃは、本体部２０の一方の側面２９０から、側壁部４６の立設方向と同一方向に突出している。また、本体部２０の他方の側面２９１から、複数の制御端子２２が、パワー端子２１とは反対方向に突出している。制御端子２２は、図示しない制御回路基板に接続される。制御回路基板が半導体モジュール２のオンオフ動作を制御することにより、正極端子２１ａと負極端子２１ｂとの間に印加される直流電力を交流電力に変換し、出力端子２１ｃから出力している。

本体部２０の一方の側面２９０は、側壁部４６の開口側端縁４６ｂよりも、Ｚ方向においてコンデンサ底壁部４０５側に位置している。

正極端子２１ａは、負極端子２１ｂよりもＺ方向における開口部４１０側に突出している。負極端子２１ｂの先端面２１０ｂと、出力端子２１ｃの先端面２１０ｃとは、側壁部４６の開口側端縁４６ｂよりも、Ｚ方向においてコンデンサ底壁部４０５側に位置している。正極端子２１ａの先端面２１０ａは、側壁部４６の開口側端縁４６ｂよりも、Ｚ方向においてコンデンサ底壁部４０５から遠い位置に存在している。
なお、正極端子２１ａの先端面２１０ａは、側壁部４６の開口側端縁４６ｂよりも、Ｚ方向においてコンデンサ底壁部４０５側に位置していてもよい。

図１、図５に示すごとく、積層体１０の積層方向（Ｘ方向）に隣り合う２個の冷却管３５は、該冷却管３５の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、連結管３６によって連結されている。また、複数の冷却管３５のうち、積層方向（Ｘ方向）の一端に位置する冷却管３５ａには、一対のパイプ１１が取り付けられている。一方のパイプ１１ａから冷媒１２を導入すると、冷媒１２は冷却管３５内を分配されて流れ、他方のパイプ１１ｂから導出する。これにより、半導体モジュール２を冷却している。

また、冷却管３５ａと載置壁部４２との間であって、パイプ１１ａ，１１ｂの間には、ばね部材１４が設けられている。このばね部材１４を使って、積層体１０を固定用壁部４３へ向けて押圧することにより、積層体１０をフレーム４に固定している。
なお、本例では、載置壁部４２と冷却管３５ａとの間にばね部材１４を配置したが、固定用壁部４３と冷却管３５ｂとの間にばね部材１４を配置し、積層体１０を載置壁部４２側へ押圧してもよい。

図２に示すごとく、積層体搭載部４０の底部４５０の穴部４５内に、本体部２０の一部が位置している。また、冷却管３５のＹ方向における両端部は、底部４５０上に載置されている。

図１に示すごとく、Ｘ方向の他端に位置する冷却管３５ｂは、Ｘ方向に直交する面であって、半導体モジュール２と反対側の面において、固定用壁部４３に接触している。また、冷却管３５ｂを含めた全ての冷却管３５は、図２に示すごとく、Ｙ方向の両端部において、底部４５０に接触している。これにより、冷媒流路３内を流れる冷媒１２を使って、フレーム４を冷却している。

本例では、コンデンサ素子６０として、フイルムコンデンサを用いている。コンデンサ素子６０の両端面は、バスバー５と接続するための電極面６５になっている。２個の電極面６５ａ，６５ｂは、コンデンサ底壁部４０５、または側壁部４６と略平行である。正極バスバー５ａは、コンデンサ素子６０の電極面６５ａ，６５ｂのうち、収容凹部４１の開口部４１０に近い電極面６５ａに接続している。また、図７に示すごとく、負極バスバー５ｂは、コンデンサ底壁部４０５に近い電極面６５ｂに接続している。
なお、本例では、図１に示すごとく、収容凹部４１内に複数のコンデンサ素子６０をＸ方向に一列に配列したが、２列以上に配列してもよい。

バスバー５ａ，５ｂは、共通部５５と、共通部５５からＹ方向に延出した複数の端子接続部５６とを備える。図１、図２に示すごとく、正極バスバー５ａは、共通部５５ａを挟んで端子接続部５６と反対側に、複数のコンデンサ素子６０の電極面６５ａに接続したコンデンサ接続部５８ａと、折曲部５７ａとを備える。折曲部５７ａは、共通部５５ａとコンデンサ接続部５８ａとを接続すると共に、Ｚ方向へ凸となる状態で断面略コ字状に屈曲してなる。内側側壁部４６ａの開口側端縁４６ｂと折曲部５７ａとの間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁部材７（７ａ）が介在している。

コンデンサ接続部５８ａは、図１に示すごとく、収納凹部４１の開口部４１０から見た平面形状が矩形状である。また、Ｘ方向において、コンデンサ接続部５８ａは積層体１０よりも長い。Ｘ方向において、共通部５５ａは積層体１０と略同じ長さである。Ｙ方向において、共通部５５ａは内側側壁部４６ａから半導体モジュール２の正極端子２１ａ付近までの長さを有する。また、Ｙ方向において、端子接続部５６ａの長さは、正極端子２１ａの長さと略同一である。個々の端子接続部５６ａは、Ｘ方向の一方を向く端面５６０において、正極端子２１ａの主面に接続している。

図２に示すごとく、共通部５５ａ及び端子接続部５６ａは、互いの主表面が面一である。

図６、図７に示すごとく、負極バスバー５ｂも正極バスバー５ａと同様の構造を有する。Ｘ方向における、負極バスバー５ｂの共通部５５ｂの長さは、正極バスバー５ａの共通部５５ａ（図１参照）と略同一である。また、Ｙ方向における、負極バスバー５ｂの端子接続部５６ｂの長さは、負極端子２１ｂと略同一である。負極バスバー５ｂのコンデンサ接続部５８ｂは、コンデンサ素子６０の、底部側の電極面６５ｂに接続している。Ｚ方向において、負極バスバー５ｂの共通部５５ｂ及び端子接続部５６ｂは、正極バスバー５ａ（図２参照）の共通部５５ａ及び端子接続部５６ａよりもコンデンサ底壁部４０５側に位置している。

また、負極バスバー５ｂは、共通部５５ｂとコンデンサ接続部５８ｂとを接続する折曲部５７ｂを備える。折曲部５７ｂは、Ｚ方向へ凸となる状態で断面略コ字状に屈曲されている。内側側壁部４６ａの開口側端縁４６ｂと折曲部５７ｂとの間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁部材７（７ｂ）が介在している。

なお、図６、図７は、電力変換装置１を製造する途中段階を表した図であって、収納凹部４１内に封止部材６１を注入していない状態の平面図および断面図である。
また、本例における折曲部５７ａ，５７ｂは、バスバー５を４箇所において略直角に折り曲げて形成したものであるが、Ｚ方向へ凸となるようバスバー５を湾曲させて形成してもよい。

図８〜図１０に示すごとく、絶縁部材７は、バスバー５の折曲部５７が係合する、略直方体形状の本体部７１を備える。本体部７１の６個の表面のうち、Ｚ方向に直交する載置面７１０と、Ｙ方向に直交する側面７１２、７１３とに、折曲部５７が密着する（図１３参照）。載置面７１０は、Ｚ方向からみた平面視が略矩形状である。また、本体部７１のＸ方向における長さＷ２は、内側側壁部４６ａに形成した、後述する切欠部４９（図１１参照）のＸ方向の長さと略同一である。

本体部７１のＸ方向における両端部には、一対の位置決め突部７０（７０ａ，７０ｂ）が、Ｚ方向におけるバスバー５の載置側に突出している。Ｘ方向における、一対の位置決め突部７０ａ，７０ｂ間の間隔Ｗ１は、折曲部５７のＸ方向の長さＷ４（図１４参照）よりも長い。位置決め突部７０は、本体部７１の、一方の側面７１２から他方の側面７１３に渡って連続的に形成されており、Ｙ方向に延びている。
なお、位置決め突部７０を、側面７１２，７１３の間の一部にのみ形成したり、断続的に形成したりしてもよい。

本体部７１の、Ｙ方向における両端部には、一対の固定用突部７２（７２ａ，７２ｂ）が、Ｚ方向における、位置決め突部７０の突出側とは反対側に突出している。一対の固定用突部７２ａ，７２ｂ間の、Ｙ方向における間隔Ｗ３は、内側側壁部４６ａの板厚と略同一である（図１３参照）。固定用突部７２ａ，７２ｂは、本体部７１の端面７１４，７１５の間に渡って連続的に形成されており、Ｘ方向に延びている。固定用突部７２の延出方向（Ｘ方向）と、位置決め突部７０の延出方向（Ｙ方向）とは、互いに直交している。
なお、固定用突部７２を、本体部７１の端面７１４，７１５の間の一部に形成したり、断続的に形成したりしてもよい。

図１１に示すごとく、内側側壁部４６ａの開放側端縁４６ｂには矩形状の切欠部４９が形成されている。図１２に示すごとく、この切欠部４９に絶縁部材７を差し込み、一対の固定用突部７２ａ，７２ｂによって内側側壁部４６ａを挟持している。これにより、絶縁部材７の、Ｙ方向への位置規制をしている。本体部７１の端面７１４，７１５は切欠部４９の側面４９０ａ，４９０ｂにそれぞれ密着している。側面４９０ａ，４９０ｂ間で本体部７１を挟持することにより、絶縁部材７の、Ｘ方向への位置規制をしている。また、本体部７１の、一対の固定用突部７２ａ，７２ｂ間に介在する底面７１１は、切欠部４９の、側面４９０ａ，４９０ｂ間を繋ぐ表面４９０ｃに密着している。

図１３に示すごとく、切欠部４９に固定した絶縁部材７に対して、バスバー５の折曲部５７が係合している。折曲部５７は、第１部分５７１と、第２部分５７２と、第３部分５７３とからなる。第１部分５７１は、バスバー５の共通部５５からＺ方向に向かって突出している。第２部分５７２は、第１部分５７１の、Ｚ方向における共通部５５とは反対側の端部からＹ方向に延びている。第３部分５７３は、第２部分５７２の、Ｙ方向における第１部分５７１とは反対側の端部からＺ方向に延び、コンデンサ接続部５８に繋がっている。第１部分５７１と第３部分５７３との間のＹ方向における間隔Ｗ５は、絶縁部材７の、側面７１２，７１３間のＹ方向における長さと略等しい。第１部分５７１と第３部分５７３とによって絶縁部材７を挟持することにより、バスバー５の、Ｙ方向への位置規制をしている。

また、固定用突部７２ｂの端面７２０は、バスバー５のコンデンサ接続部５８よりも、Ｚ方向において開口部４１０側に位置している。バスバー５は、第３部分５７３と内側側壁部４６ａとの間に、固定用突部７２ｂのＹ方向における厚さと同じ長さの隙間Ｄを設けた状態で、絶縁部材７に固定されている。隙間Ｄは、バスバー５と側壁部４６との間に生じる電位差を絶縁するために必要な、封止部材６１に応じて決まる絶縁距離以上の長さである。

上述したように、一対の位置決め突部７０ａ，７０ｂの間のＸ方向における間隔Ｗ１（図１４参照）は、折曲部５７のＸ方向における長さＷ４よりも長い。そのため、折曲部５７の第２部分５７２と一方の位置決め突部７０ａとの間、および第２部分５７２と他方の位置決め突部７０ｂとの間に、所定の間隙ｄが形成される。このように間隙ｄを設けることにより、バスバー５は、折曲部５７を絶縁部材７に係合させた状態で、折曲部５７が位置決め突部７０ａ，７０ｂに当接するまでの間、Ｘ方向に移動できるようになっている。

次に、電力変換装置１の製造方法について説明する。まず、図３、図４に示すごとく、金属製のフレーム４を用意する。そして、図５に示すごとく、フレーム４に積層体１０を載置する。この際、フレーム４の穴部４５に半導体モジュール２の制御端子２２を差し入れ、冷却管３５のＹ方向における両端部を底部４５０上に載置させる。その後、冷却管３５ａと載置壁部４２との間の空間に、その空間のＸ方向の幅よりも全長が短くなるように圧縮変形させたばね部材１４を挿入する。そして、ばね部材１４の圧縮を解除することで、ばね部材１４の復元力を使って積層体１０を固定用壁部４３に向けて押圧する。これにより、積層体１０をフレーム４に固定する。また、内側側壁部４６ａの切欠部４９に絶縁部材７を取り付ける。
なお、本例ではばね部材１４としてコイルばねを用いたが、板ばね等、他の種類のばねを用いてもよい。

次に、図６、図７に示すごとく、コンデンサ素子６０の電極面６５ｂに負極バスバー５ｂを接続した状態で、該コンデンサ素子６０を収容凹部４１内に収容すると共に、負極バスバー５ｂに形成した折曲部５７ｂを絶縁部材７ｂに係合させる。その後、折曲部５７ｂが一対の位置決め突部７０ａ，７０ｂ（図１４参照）に当接するまでの間において、負極バスバー５ｂをコンデンサ素子６０と共にＸ方向に動かし、端子接続部５６ｂを負極端子２１ｂに密着させる。そして、端子接続部５６ｂと負極端子２１ｂとを溶接する。

次いで、図１、図２に示すごとく、正極バスバー５ａに形成した折曲部５７ａを絶縁部材７ａに係合させる。そして、折曲部５７ａが一対の位置決め突部７０ａ，７０ｂに当接するまでの間において、正極バスバー５ａをＸ方向に動かし、端子接続部５６ａを正極端子２１ａに密着させる。そして、端子接続部５６ａと正極端子２１ａとを溶接する。次いで、コンデンサ溶接部５８ａをコンデンサ素子６０の電極面６５ａに溶接する。その後、流動状態の封止部材６１（合成樹脂）を収容凹部４１に入れ、固化させる。これにより、コンデンサ素子６０を封止する。また、バスバー５とコンデンサ電極面６５とは、はんだ付けにより接続されてもよい。

なお、本例では、コンデンサ素子６０と正極バスバー５ａとを予め分離しておき、コンデンサ素子６０を収容凹部４１に収容した後に、正極バスバー５ａを取り付けたが、コンデンサ素子６０に正極バスバー５ａおよび負極バスバー５ｂを予め接続した状態で、コンデンサ素子６０を収容凹部４１に収容し、その後、正極バスバー５ａ及び負極バスバー５ｂをパワー端子２１に溶接してもよい。

なお、本例では、冷媒流路３を内部に有する複数の冷却管３５と、複数の半導体モジュール２とを積層して積層体１０を構成したが、図１５に示すごとく、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）の幅の大きい枠部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３とが積層される構造にしてもよい。

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においては、図１、図２に示すごとく、金属製のフレーム４に収容凹部４１を形成し、この収容凹部４１内にコンデンサ６を収容した。また、冷媒１２を使ってフレーム４を冷却するよう構成した。このようにすると、フレーム４は、熱伝導率が高い金属によって形成されているため、冷却されたフレーム４の収容凹部４１に収容したコンデンサ６も冷却することができる。すなわち、冷媒１２はフレーム４を介してコンデンサ６を効果的に冷却することができる。また、半導体モジュール２を冷却する冷媒１２によってコンデンサ６をも冷却することができるため、コンデンサ６の冷却のために別途冷却手段を設ける必要がない。それゆえ、部品点数の増加や、電力変換装置１の大型化を招くことなく、コンデンサ６の冷却効率を向上させることができる。

また、バスバー５は内側側壁部４６ａを跨ぐよう設けられており、内側側壁部４６ａの開口側端縁４６ｂとバスバー５との間には、バスバー５と内側側壁部４６ａとを絶縁するための絶縁部材７が取り付けられている。
このようにすると、絶縁部材７によって、バスバー５とフレーム４とを絶縁することができる。そのため、バスバー５に高電圧を印加しても、フレーム４に漏電しにくくなる。

また、図１４に示すごとく、Ｘ方向における絶縁部材７の両端には、パワー端子２１の突出方向へ突出する位置決め突部７０が形成されている。そして、バスバー５（折曲部５７）と位置決め突部７０との間には隙間ｄが形成されている。
このようにすると、バスバー５がＸ方向へ位置ずれした場合に、位置決め突部７０にバスバー５が当接するため、絶縁部材７に対してバスバー５が大きく位置ずれすることを防止できる。
また、バスバー５と位置決め突部７０との間に隙間ｄを設けると、電力変換装置１の製造工程において、パワー端子２１とバスバー５との接続作業を容易に行うことが可能になる。すなわち、例えば複数の半導体モジュール２と複数の冷却管３５とを積層して積層体１０を形成する場合、個々の半導体モジュール２や冷却管３５の寸法ばらつきが重なって、Ｘ方向におけるパワー端子２１の位置ずれが生じやすい。そのため、仮にバスバー５をＸ方向に移動できなかったとすると、パワー端子２１とバスバー５とが密着しにくくなるため、これらの接続作業が困難になりやすい。しかしながら、位置決め突部７０とバスバー５との間に隙間ｄを設けておけば、パワー端子２１とバスバー５との接続作業を行う際に、バスバー５をＸ方向へ移動させることが可能となる。そのため、パワー端子２１とバスバー５とを密着させやすくなり、これらの接続作業を容易に行うことが可能になる。

また、図１３に示すごとく、バスバー５は、パワー端子２１の突出方向へ凸となる状態で断面略コ字状に屈曲した折曲部５７を有する。この折曲部５７が絶縁部材７に係合することにより、内側側壁部４６ａとの間に間隙Ｄを設けた状態で、バスバー５を絶縁部材７に固定するよう構成されている。
このようにすると、折曲部５７が絶縁部材７に係合しているため、Ｙ方向における、バスバー５の位置ずれを防止することができる。また、内側側壁部４６ａとバスバー５との間に隙間Ｄを設けているため、これらの接触を防止でき、充分に絶縁することができる。

以上のごとく、本例によれば、コンデンサを効果的に冷却できる電力変換装置を提供することができる。

１電力変換装置
２半導体モジュール
３５冷却管
３冷媒流路
４フレーム
４０積層体搭載部
４１収容凹部
５バスバー
６コンデンサ
６０コンデンサ素子
６１封止部材
７絶縁部材

Claims

電力変換回路を構成する半導体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、
上記半導体モジュールに流れる被制御電流を平滑化するコンデンサと、
上記積層体を固定する金属製のフレームと、
上記コンデンサと上記半導体モジュールとを電気的に接続すると共に上記被制御電流が流れるバスバーとを備え、
該フレームには上記積層体を搭載する積層体搭載部と、上記コンデンサを収容する収容凹部とが形成され、上記積層体搭載部において、上記フレームは上記冷媒によって冷却されるよう構成されており、
上記コンデンサは、上記収容凹部内に設けたコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を上記収容凹部内に封止する封止部材とを有す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、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を内蔵する本体部と、該本体部から突出すると共に上記バスバーに接続されるパワー端子とを備え、上記収容凹部は、上記パワー端子の突出方向に立設した側壁部によって囲まれると共に上記パワー端子の突出方向に開口してなり、上記バスバーは上記側壁部のうち上記積層体と上記コンデンサとの間に配された内側側壁部を跨ぐよう設けられており、上記内側側壁部の開口側端縁と上記バスバーとの間には、上記バスバーと上記内側側壁部とを絶縁するための絶縁部材が取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置において、上記内側側壁部は、上記積層体の積層方向に平行であり、上記積層方向における上記絶縁部材の両端には、上記パワー端子の突出方向へ突出する位置決め突部が形成されており、上記バスバーと上記位置決め突部との間には隙間が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項３に記載の電力変換装置において、上記バスバーは、上記パワー端子の突出方向へ凸となる状態で断面略コ字状に屈曲した折曲部が形成されており、該折曲部が上記絶縁部材に係合することにより、上記内側側壁部との間に所定の間隙を設けた状態で、上記バスバーを上記絶縁部材に固定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。