JP5381789B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する。

内燃機関と電気モータの両方を駆動源として有するハイブリッド自動車や、その他、電気モータを駆動源として備えた自動車等では、直流電力と交流電力との間で双方向変換する大容量のインバータを必要とする。そのため、インバータを含む電力変換装置が種々開発されてきた。

電力変換装置は、ＩＧＢＴ素子等を内蔵した半導体モジュールを用いて構成するが、上記のごとく大容量であるため、半導体モジュールからの発熱量も大きくなる傾向にある。そのため、電力変換装置は、上記半導体モジュールを冷却する冷却器を組み込んで構成する。

特許文献１に記載の電力変換装置１００は、図１０に示す様に複数の半導体モジュール１０１と、半導体積層ユニット１０３と、半導体積層ユニット１０３を収容するケース１０４とを含んで構成されている。

半導体積層ユニット１０３は、半導体モジュール１０１と積層冷却器１０２を構成する複数の冷却管１０２ａとが交互に積層され構成されている。そして、半導体積層ユニット１０３は、冷却管１０２ａの内部に冷却水を供給するための供給管１０２ｂと、冷却管１０２ａからケース１０４の外部に冷却水を排出するための排出管１０２ｃとが、冷却管１０２ａの積層方向の端部であって、冷却管１０２ａの長手方向の両端にろう付け接続されて構成されている。

また、供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃの端部近傍には、図１１に示すシール部材１０５がそれぞれ配設されており、ケース１０４に形成されたＵ字状の嵌合部１０４ａと嵌合している。シール部材１０５は、ゴム製でケース１０４外部からの浸水を防止している。シール部材１０５は、正面視で外観がＵ字状に形成され、一定の厚みで形成されている。また、シール部材１０５には、供給管１０２ｂ又は排出管１０２ｃを挿通するための挿通孔１０５ａが形成されている。そして、シール部材１０５は、挿通孔１０５ａの内周面に供給管１０２ｂ又は排出管１０２ｃと当接してシールするパイプシール部１０５ｂを備えている。さらに、シール部材１０５は、挿通孔１０５ａの径外方における外周壁面にケース１０４の嵌合部１０４ａと当接してシールするケースシール部１０５ｃを備えている。つまり、シール部材１０５には、ケース１０４に対する外側へのシール部と、供給管１０２ｂ又は排出管１０２ｃに対する内側へのシール部とが、挿通孔１０５ａの軸方向と垂直な同一面上に設けられている。

このようなシール部材１０５は、供給管１０２ｂ又は排出管１０２ｃが挿入された状態でケース１０４の嵌合部１０４ａに嵌合される。その結果、パイプシール部１０５ｂとケースシール部１０５ｃとに適度な圧縮量が生じ、供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃの外周面に対し適度な押圧力が作用する。これにより、シール部材１０５のケース１０４に対するシール性と、供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃに対するシール性が発揮される。

特開２００９−９４２５７号公報

しかしながら、上記冷却管１０２ａと供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃとをろう付けする工程において、図１０の２点鎖線で示す様に積層した冷却管１０２ａに対し供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃが「位置ずれ」を起こすことがある。「位置ずれ」とは、図１０及び図１２に示す様に、冷却管１０２ａから所定距離離れた所で、冷却管１０２ａに対して設計通りに接続された場合の供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃの中心位置（図１２の１点鎖線）と、実際に接続されている供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃの中心位置（図１２中の２点鎖線）とが異なることをいう。以下、発明が解決しようとする課題、課題を解決するための手段及び、発明を実施するための形態において、このずれを「位置ずれ」という。なお、図１０及び図１２中の２点鎖線で示す供給管１０２ｂ管排出管１０２ｃの位置ずれは、便宜上誇張して描いている。

シール部材１０５は、供給管１０２ｂ又は排出管１０２ｃが挿入された挿通孔１０５ａと嵌合部１０４ａとの冷却管１０２ａの長手方向における中心位置が同一である場合に、パイプシール部１０５ｂとケースシール部１０５ｃとが適度な圧縮量が発生するように形成されている。

そのため、パイプシール部１０２ｂとケースシール部１０２ｃとが同一面上である場合には、位置ずれが生じた供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃのシール部材１０５が、嵌合部１０４ａに嵌合されると挿通孔１０５ａの中心位置と、ケース１０４の嵌合部１０４ａの中心位置とが異なるようになる。そのため、供給管１０２ｂ及び排出管１０２ｃのシール部材１０５に対する押圧力が、挿通孔１０５ａを挟んだ両側で異なるようになる。具体的には、挿通孔１０５ａを挟んだ一方側のケースシール部１０５ｃへの押圧力は大きくなり、他方側のケースシール部１０５ｃへの押圧力は小さくなる。すると、図１２に破線で示す押圧力が小さくなったケースシール部１０５ｃにおいて、嵌合部１０４ａに対する圧縮量が充分でなくなり、シール不良になって防水性が低下するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、供給管及び排出管の位置ずれが生じた場合でも、シール不良による防水性低下を抑制できるシール部材を備える電力変換装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために請求項１に記載の発明は、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半導体モジュールを冷却する冷却器と、半導体モジュールと冷却器を収納するケースとを有する電力変換装置であって、冷却器は、冷却器本体と、冷却器本体に接続されケース外部から冷却器内部に冷却水を供給するための供給管と、冷却器本体に接続され冷却器からケース外部に冷却水を排出するための排出管とを備え、冷却器本体に接続された供給管及び排出管には、ケースに嵌合配置されるシール部材が配設されており、シール部材は、供給管及び排出管が挿入される挿通孔と、挿通孔に形成され供給管及び排出管とのシールを行うパイプシール部と、シール部材の外周面にケースとのシールを行うケースシール部とを備え、パイプシール部とケースシール部とは供給管及び排出管の軸方向にオフセットして形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、供給管及び排出管とのシールを行うパイプシール部と、ケースとのシールを行うケースシール部とを軸方向にオフセットさせていることにより、供給管及び排出管の位置ずれが生じても、ケースシール部においてケースに対する押圧力の変化を抑制できる。そのため、供給管及び排出管の位置ずれによるシール部材の防水性能の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、シール部材は、パイプシール部が形成された第１固形部と、ケースシール部が形成された第２固形部とを備え、供給管及び排出管の径方向において、第１固形部は第２固形部より小さく形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、供給管及び排出管とのシールを行う第１固形部の肉厚を、ケースとのシールを行う第２固形部よりも薄く形成することができるため、第２固形部の変形が容易になり、位置ずれへの許容範囲を広げることができる。

請求項３に記載の発明は、挿通孔は第１挿通孔と第２挿通孔とが連続して形成され、第１挿通孔にはパイプシール部が形成され、第２挿通孔と第２挿通孔に連なる第１挿通孔の所定部分とは、パイプシール部の内径よりも大径に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、第１挿通孔と連なる第２挿通孔の内径を供給管及び排出管の外径よりも大径に形成することができる。このため、供給管及び排出管の外径と第２挿通孔の内径との寸法差により、供給管及び排出管の位置ずれの許容範囲を拡大することができる。

請求項４に記載の発明は、シール部材は、パイプシール部が、ケースの内側に配置される構成とされていることを特徴とする。

上記構成によれば、シール部材のパイプシール部をケースの内側に配置することによって、パイプシール部のケース外側への突出量を低減することができる。

請求項５に記載の発明は、シール部材は、パイプシール部が形成された部位が、第１固形部の外周からクランプで締め付けていることを特徴とする。

上記構成によれば、第１固形部に形成されたパイプシール部の供給管及び排出管への押圧力が大きくなり、供給管及び排出管に対するシール性が向上する。

請求項６に記載の発明は、半導体モジュールと冷却器とはフレームに固定されてケースに収容されており、シール部材は、パイプシール部がフレームと重なるように構成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、パイプシール部をフレーム上に配置することができる。そのため、フレーム上に重ねて配置したパイプシール部の距離だけ、フレームとケースとの間に位置するシール部材の距離を縮めることができる。これにより、フレーム上に配置しない場合と比べて、フレームとケース間の距離を縮めることができる。

請求項７に記載の発明は、冷却器の供給管及び排出管はフレームにパイプクランプによって締め付け固定され、パイプクランプは、シール部材のうちパイプシール部が形成された部位を供給管及び排出管と共に外周から締め付けていることを特徴とする。

上記構成によれば、従来、冷却管及び排出管をフレームに締め付け固定するために用いられていたパイプクランプを、シール部材の第１固形部を外周から締め付ける部材として兼用することで、第１固形部を外周から締め付ける部材をパイプクランプとは別に設ける必要がなくなる。そのため、部品点数の増加を招くことなくケースに対するシール性を向上させることができる。

請求項８に記載の発明は、第１固形部におけるパイプシール部と第２固形部におけるケースシール部との間は軸方向に直線状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、シール部材の軸方向にオフセットさせたパイプシール部とケースシール部とが直線状に形成されているため、供給管及び排出管にシール部材を配設する際に、シール部材が折れ曲がることを抑制する。その結果、シール部材の供給管及び排出管への組み付け性を向上することができる。

請求項９に記載の発明は、シール部材は、シール部材の内部に芯金を設置していることを特徴とする。

上記構成によれば、半導体モジュール及び冷却器をケースに収納する場合や、フレームを介して半導体モジュール及び冷却器をケースへ収容する場合に、シール部材の変形を抑制することができる。これにより、ケースやケース蓋に対するシール性を向上することができる。

電力変換装置を示す分解斜視図 電力変換装置を示す分解斜視図 電力変換装置を示す平面図 半導体モジュールを示す斜視図 （Ａ）は第１実施形態におけるシール部材を示す斜視図、（Ｂ）は同じくシール部材を示す断面図 シール部材とその周辺構造を示す要部断面図 （Ａ）は他の実施形態におけるシール部材を示す斜視図、（Ｂ）は同じくシール部材を示す断面図 他の実施形態における電力変換装置を示す平面図 他の実施形態における電力変換装置を示す平面図 従来の電力変換装置を示す平面図 （Ａ）は従来のシール部材を示す斜視図、（Ｂ）は同じくシール部材を示す断面図 従来の電力変換装置を示す要部正面図

［第１実施形態］
本発明を適用した一実施形態の電力変換装置１について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す様に、本実施形態の電力変換装置１は、半導体積層ユニット４を組み付けたフレーム５をケース６内に収容し、ケース蓋７が組み付けられて構成されている。なお、図１及び図２においては、図面の便宜上バネ部材１０、バネ固定用ピン１１、及び当接板１２を除いて記載している。

ケース６は、内部空間を有し、上方が開口した直方体形状の箱体である。また、ケース６を構成する一側壁には、２つのＵ字状の嵌合部６１が所定間隔を開けて切欠き形成されている。

ケース６内部に収容されている半導体積層ユニット４は、複数の半導体モジュール２と、複数の半導体モジュール２を冷却する積層冷却器３とから構成される。

図３に示す様に、積層冷却器３は、半導体モジュール２と当接し挟持する複数の冷却管３１ａと冷却管３１ａ同士を連結する連結部３１ｂとからなる冷却器本体３１を備えている。冷却管３１ａは、扁平長方形状に形成され、所定の間隔を有して積層されている。複数の冷却管３１ａの長手方向両端には、冷却管３１ａ同士を連結する連結部３１ｂが形成されており、冷却管３１ａの内部と連結部３１ｂの内部には冷却水が流通する。なお、積層冷却器３は本発明の冷却器に相当する。

冷却管３１ａの積層方向の端部であって、連結部３１ｂの延長線上には、冷却管３１ａ及び連結部３１ｂの内部に冷却水を供給するための供給管３２と、冷却水を排出するための排出管３３とがそれぞれ接続されている。

冷却管３１ａは連結部３１ｂが一体形成された図示しない２枚のプレートが重ね合わされて形成されている。供給管３２及び排出管３３は、それぞれ円筒状に形成されている。そして、冷却管３１ａを構成するプレートと供給管３２及び排出管３３とはろう付けにより接合されている。

供給管３２及び排出管３３には、ケース６に形成された嵌合部６１と嵌合するシール部材８がそれぞれ配設されている。シール部材８は、ケース６外部からの浸水を防止する。

積層された複数の冷却管３１ａの間には、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２が配置されている。半導体モジュール２は、１種又は複数種類の半導体素子を用いてモールド成形して構成されている。図４に示す様に半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部２１と、モジュール本体部２１から突出させた電極端子２２と、電極端子２２の突出方向と反対側のモジュール本体部２１から突出させた信号端子２３とを備える。そして、モジュール本体部２１は、その主面両面に放熱板２４を設けている。本実施形態では、一対の冷却管３１ａの間には、２つの半導体モジュール２が、冷却管３１ａの長手方向に並べて配置され、半導体モジュール２は一対の冷却管３１ａに挟持されている。

図２及び図３に示す様に半導体積層ユニット４の外周側には、半導体積層ユニット４を囲むように、フレーム５が設けられている。フレーム５は、半導体積層ユニット４を収容する内部空間を有し、上下方向が開口した矩形状の枠体である。また、フレーム５を構成する第１〜第４側壁５ａ〜５ｄのうち、第１〜第３側壁５ａ〜５ｃの下端部から、フレーム５の内側に向けて延設された底部５１が形成されている。そして、フレーム５を構成する第４側壁５ｄには、半導体積層ユニット４の供給管３２及び排出管３３を支持するＵ字状の切り欠き部５２が２箇所に並べて形成されている。また、第４側壁５ｄは、他の側壁５ａ〜５ｃと比べて厚肉に形成されている。さらに、第４側壁５ｄの中間部分は、フレーム５内側に向けて両端側の部分よりも突出して形成され冷却管３１ａに接触している。

図３に示すように、半導体積層ユニット４とフレーム５との間であって、供給管３２及び排出管３３と、冷却管３１ａを挟んで反対側には、バネ部材１０、バネ固定用ピン１１、及び当接板１２が配設されている。

バネ部材１０は湾曲した板バネであり、バネ固定用ピン１１は円柱状のピンである。バネ部材１０は、その長手方向の両端をバネ固定用ピン１１によって固定され、供給管３２及び排出管３３側に向かって付勢された状態で配設されている。また、バネ部材１０と冷却管３１ａとの間にはバネ部材１０及び冷却管３１ａと当接する当接板１２が配置されている。その結果、バネ部材１０が半導体モジュール２と冷却管３１ａとを積層方向に圧縮しており、これにより、冷却管３１ａと、半導体モジュール２の放熱板２４との接触が確保されている。また、バネ固定用ピン１１は、その下端部がフレーム５の底部５１に固定されている。

また、フレーム５の切り欠き部５２にはパイプクランプ９が設けられている。パイプクランプ９は、供給管３２及び排出管３３の周方向の略半分を覆うように形成され、一端は供給管３２及び排出管３３とフレーム５の切り欠き部５２との間に挟持され、他端は第１側壁５ａ及び第３側壁５ｃにネジ止め固定されている。その結果、供給管３２及び排出管３３は切り欠き部５２とパイプクランプ９によって固定されている。

ここで、本発明の特徴的構成について説明する。

供給管３２及び排出管３３に配設されているシール部材８は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す様に、円筒部８１と、Ｕ字部８２とが一体に形成されている。そして、円筒部８１及びＵ字部８２には、供給管３２及び排出管３３を挿通するため挿通孔８ａが連通して設けられている。以下、挿通孔８ａに供給管３２及び排出管３３を挿通する方向を、シール部材８における「軸方向」という。

Ｕ字部８２は円筒部８１の軸方向先端に形成されている。円筒部８１は円筒状に形成され、Ｕ字部８２は軸方向視の外観がＵ字状に形成されている。また、挿通孔８ａの軸方向両端にはテーパ８ｂが形成されており、供給管３２及び排出管３３の挿通をスムーズに行うようになっている。シール部材８はゴム等の軟質弾性材を用いて形成されている。

挿通孔８ａは円筒部８１に形成された円筒部挿通孔８１ａと、Ｕ字部に形成されたＵ字部挿通孔８２ａとが連続して形成され、この円筒部挿通孔８１ａ、Ｕ字部挿通孔８２ａの順に、供給管３２及び排出管３３が挿入される。なお、円筒部８１は本発明の第１固形部に相当し、Ｕ字部８２は第２固形部に相当する。また、円筒部挿通孔８１ａは本発明の第１挿通孔に相当し、Ｕ字部挿通孔８２ａは第２挿通孔に相当する。図５（Ｂ）中の２点鎖線は、円筒部８１とＵ字部８２とを区切る線として便宜上描いたものである。

Ｕ字部８２は、軸方向に所定の厚みを有しており、円筒部８１の径方向において円筒部８１より大きく形成されている。そして、円筒部８１はその軸方向の長さがＵ字部８２の肉厚より長く形成され、径方向においてＵ字部８２よりも薄肉に形成されている。

円筒部挿通孔８１ａの内周面のうち反Ｕ字部８２側には、パイプシール部８１ｂが形成されている。パイプシール部８１ｂは、環状突起が軸方向に複数並べて形成されている。パイプシール部８１ｂの内径は、供給管３２及び排出管３３の外径より僅かに小さく、供給管３２及び排出管３３の外周面がパイプシール部８１ｂに圧接されている。この結果、供給管３２及び排出管３３とパイプシール部８１ｂとの間からの浸水、つまり挿通孔８ａからの浸水を防止している。一方、円筒部挿通孔８１ａのＵ字部８２側には、パイプシール部８１ｂが形成されておらず、環状突起が形成されたパイプシール部８１ｂの内径よりも大径の内周面が形成された大径部８１ｃを有している。Ｕ字部挿通孔８２ａの内周面にも環状突起のシール部は形成されておらず、大径部８１ｃの内周面及びＵ字部挿通孔８２ａは円柱状の曲面が連なって形成されている。そのため、Ｕ字部挿通孔８２ａの内径も、環状突起が形成されたパイプシール部８１ｂの内径よりも大径に形成されている。

Ｕ字部８２には、Ｕ字部８２の外周に沿ってケースシール部８２ｂと位置決め部８２ｃとが形成されている。位置決め部８２ｃは、Ｕ字部８２の外周のうち湾曲した外周部位における軸方向の両端に突出して形成され、嵌合部６１に対する位置決めを行うようになっている。ケースシール部８２ｂは、Ｕ字部８２の外周に亘って形成されており、環状突起が軸方向に複数並べて形成されている。Ｕ字部８２の外周のうち湾曲した部位におけるケースシール部８２ｂは、ケース６の嵌合部６１に圧接され、Ｕ字部８２の外周のうち直線部位に形成されたケースシール部８２ｂは、ケース蓋７に圧接される。この結果、ケース６に形成された嵌合部６１とＵ字部８２との間からの浸水及び、ケース蓋７とＵ字部８２との間からの浸水が防止されている。

また、パイプシール部８１ｂのＵ字部８２側端部は、円筒部８１内における大径部８１ｃにより、Ｕ字部８２のケースシール部８２ｂから、換言するとＵ字部８２の円筒部８１側端部から所定距離Ｄだけ離間して形成されている。つまり、シール部材８は、円筒部８１のパイプシール部８１ｂとＵ字部８２のケースシール部８２ｂとを軸方向にオフセットさせて形成されている。また、円筒部８１は、パイプシール部８１ｂから大径部８１ｃに亘って、軸方向に同じ肉厚でＵ字部８２に向かって直線状に形成されている。

また、Ｕ字部８２の内部には、Ｕ字部８２の外観に沿って芯金８３が埋設されている。芯金８３は、Ｕ字部挿通孔８２ａを囲うように蹄状に形成されている。また、蹄状の芯金８３の直線部分は湾曲部分よりも厚肉に形成されている。

このように構成されたシール部材８は、図６に示す様に円筒部８１をケース６内側に、Ｕ字部８２の一部である位置決め部８２ｃをケース６外側に突出するようにして、嵌合部６１に配設されている。また、ケース６内のフレーム５に対しては、円筒部８１の一部がフレーム５内に配置されている。具体的には、円筒部８１のパイプシール部８１ｂがフレーム５の切り欠き部５２と重なるように配置され、パイプシール部８１ｂからＵ字部８２までのパイプシール部８１ｂが形成されていない所定距離Ｄ離間した部分がフレーム５とケース６との隙間に配置されるように、円筒部８１がフレーム５に載置されている。

上述したように円筒部８１の一部をフレーム５の切り欠き部５２と重なるように配置されているため、パイプクランプ９は、供給管３２及び排出管３３と円筒部８１とを外周から締め付け固定している。その結果、パイプクランプ９は、円筒部挿通孔８１ａの内周面に形成されたパイプシール部８１ｂを、円筒部８１を介して外周から締め付けることとなる。

次に本実施形態の作用効果について説明する。

従来のシール部材は、供給管及び排出管に対する内側へのシール性と、ケースの嵌合部に対する外側へのシール性とを確保するために、外側と内側という相反する押圧力が同一面上で作用していたのに対して、上記構成では、パイプシール部８１ｂとケースシール部８２ｂとを、軸方向にオフセットさせている。つまり、円筒部８１に形成されたパイプシール部８１ｂとＵ字部８２に形成されたケースシール部８２ｂとが所定距離Ｄ離して形成されている。これにより、パイプシール部８１ｂが形成されたシール部材８の仮想平面上では供給管３２及び排出管３３に対する内側への押圧力のみが作用し、ケースシール部８２ｂが形成されたシール部材８の仮想平面上では、ケース６に対する外側への押圧力のみが作用する。つまり、供給管３２及び排出管３３に対するシール性は、円筒部８１に設けられたパイプシール部８１ｂによって確保され、ケース６へのシール性は、円筒部８１と軸方向に並ぶＵ字部８２に設けられたケースシール部８２ｂによって確保される。

ここで、冷却管３１ａを構成するプレートと供給管３２及び排出管３３とのろう付けによって供給管３１及び排出管３２の位置ずれが生じた積層冷却器３がフレーム５を介してケース６に組み付けられた場合を想定する。この場合、軸方向と直交する平面において、Ｕ字部８２はＵ字部挿通孔８２ａの中心位置が変位することなく、円筒部８１はパイプシール部８１ｂが形成された反Ｕ字部８２側の円筒部挿通孔８１ａの中心位置と供給管３２及び排出管３３の中心位置とが一致した状態を維持したまま、円筒部８１の大径部８１ｃが供給管３２及び排出管３３の位置ずれに合わせて変形する。

円筒部８１のパイプシール部８１ｂとＵ字部８２のケースシール部８２ｂとの間に所定距離Ｄの大径部８１ｃが形成されており、この大径部８１ｃに形成された円筒部挿通孔８１ａ及びＵ字部挿通孔８２ａの内径が、円筒部挿通孔８１ａのパイプシール部８１ｂの内径より大きく形成されている。これにより、Ｕ字部８２のケースシール部８２ｂがケース６の嵌合部６１に固定されていても、この所定距離Ｄ間の円筒部８１（大径部８１ｃ）の伸縮、及び供給管３２並びに排出管３３の外径とＵ字部挿通孔８２ａの内径との寸法差によって許容される範囲内で、円筒部８１は軸方向と直交する方向に変位が可能となっている。その結果、供給管３２及び排出管３３の位置ずれが生じても円筒部８１の変形により、Ｕ字部８２の変形は生じず、Ｕ字部８２のケースシール部８２ｂからケース６及びケース蓋７への押圧力は変化しない。これにより、供給管３２及び排出管３３の位置ずれが生じても、パイプシール部８１ｂの供給管３２及び排出管３３に対するシール性の低下の抑制を図ることができる。また、ケースシール部８２ｂの嵌合部６１に対するシール性の低下の抑制を図ることができる。よって、供給管３２及び排出管３３の冷却管３１ａに対する接合方向の自由度を上げることができる。

また、シール部材８は、パイプシール部８１ｂが形成された円筒部８１とケースシール部８２ｂが形成されたＵ字部８２とを備え、供給管３２及び排出管３３の径方向において、円筒部８１はＵ字部８２より小さく形成されている。このため、供給管３２及び排出管３３とのシールを行う円筒部８１の肉厚を、ケース６とのシールを行うＵ字部８２よりも薄く形成することができる。従って、円筒部８１とＵ字部８２とを同じ大きさにする場合に比べて円筒部８１の変形が容易になり、位置ずれへの許容範囲を広げることができる。

また、Ｕ字部挿通孔８２ａとＵ字部挿通孔８２ａに連なる円筒部挿通孔８１ａの所定部分は、つまり大径部８１ｃはパイプシール部８１ｂの内径よりも大径に形成されている。このため、供給管３２及び排出管３３の外径と大径部８１ｃ及びＵ字部挿通孔８２ａの内径との寸法差により、供給管３２及び排出管３３の位置ずれの許容範囲を拡大することができる。

また、シール部材８の円筒部８１をケース６の内側に配置しているため、円筒部８１を外側に配置する場合と比べて、円筒部８１つまりシール部材８のケース６外側への突出量を低減することができる。その為、ケース６外側に突出した供給管３２及び排出管３３のレイアウトの自由度を上げることができる。

また、パイプクランプ９を用いて円筒部８１を外周から締め付けている。これにより、円筒部挿通孔８１ａの内周面に形成されたパイプシール部８１ｂの、供給管３２及び排出管３３に対する押圧力を増加させ、シール性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、ケース６の内側に配置されたフレーム５上に円筒部８１を重ねて配置している。そのため、フレーム５上に重ねて配置したパイプシール部８１ｂの距離だけ、フレーム５とケース６との間に位置するシール部材８の距離を縮めることができる。これにより、フレーム５上に重ねて配置しない場合と比べて、フレーム５とケース６間の距離を縮めることができる。その結果、電力変換装置１の小型化を図ることができる。

また、上述したようにフレーム５上に円筒部８１を重ねて配置し、パイプシール部８１ｂのシール性を向上させるために、パイプクランプ９を用いている。従来、供給管３２及び排出管３３をフレーム５に締め付け固定するために用いているパイプクランプ９を円筒部８１の締め付け部材として兼用することで、円筒部８１外周から締め付ける際に、別部材を用いる必要がなくなる。そのため、部品点数の増加を招くことなく、電力変換装置１の小型化とシール性向上の両立を図ることができる。

また、円筒部８１の大径部８１ｃがＵ字部８２に向かって直線状に形成されている。例えば、円筒部８１とＵ字部８２とが蛇腹形状で繋がっている場合には、供給管３２及び排出管３３を挿通穴８ａに挿入する際に、この蛇腹部分が容易に折れ曲がってしまうため組み付け性は低下する。このような構成と異なり、供給管３２及び排出管３３をシール部材８の挿通孔８ａに挿入する際に、蛇腹形状と比べて、円筒部８１とＵ字部８２とを繋ぐ部分が折れ曲がることを抑制することができる。その結果、シール部材８の供給管３２及び排出管３３への組み付け性を向上することができる。

また、シール部材８は、ケース６及びケース蓋７と嵌合するＵ字部８２の内部に芯金８３が埋設されていることによって、半導体積層ユニット４を組み付けたフレーム５をケース６へ収容する場合や、ケース６にケース蓋７を組み付ける場合において、Ｕ字部８２の変形を抑制することができる。これにより、ケースシール部８２ｂのシール性を向上することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、供給管及び排出管の位置ずれによる防水性能の低下を招くことがないシール部材を備える電力変換装置を提供することができる。

［他の実施形態］
・第１実施形態では、シール部材８は、パイプシール部８１ｂを備える円筒部８１と、ケースシール部８２ｂを備えるＵ字部８２とから構成されていたが、ケースシール部８２ｂを形成する部分については、軸方向視がＵ字状でなくてもよい。例えば、図７に示す様に、ケースシール部８２ｂ備える部分を軸方向視丸型に形成してもよい。

このようなシール部材８は、第１実施形態の円筒部８１に相当する第１円筒部１８１と、Ｕ字部８２に相当する第２円筒部１８２とが一体に形成されている。この態様においては第１円筒部１８１と第２円筒部１８２とは略同径に形成されている。この場合には、第１円筒部１８１の挿通孔の内周面にパイプシール部８１ｂを設け、第２円筒部１８２の径外周に沿って環状突起のケースシール部８２ｂを設けることで、第１実施形態と同様の効果が得られる。このように構成した場合は、第１円筒部１８１が第１固形部に相当し、第２円筒部１８２が第２固形部に相当する。

・第１実施形態では、パイプシール部８１ｂをケース６内側、具体的にはフレーム５の切り欠き部５２と重なるように配置したが、図８に示す様にパイプシール部８１ｂをケース６外側に向けて配置してもよい。この場合には、ケース６内で供給管３２及び排出管３３を固定するパイプクランプ９とは別のクランプ９１を用いてケース６外側に配置されたパイプシール部８１ｂの外周を締め付けることにより、パイプシール部８１ｂのシール性向上を図ることができる。

・第１実施形態では、パイプシール部８１ｂをフレーム５の切り欠き部５２と重なるように配置したが、図９に示す様にパイプシール部８１ｂをフレーム５とは重ならないように配置してもよい。つまり、フレーム５の切り欠き部５２には供給管３２及び排出管３３のみを配置し、パイプシール部８１ｂをケース６とフレーム５との間に配置してもよい。パイプシール部８１ｂをフレーム５とは重ならないように配置した場合も、パイプクランプ９とは別のクランプ９１を用いて、ケース６内に配置されたパイプシール部８１ｂの外周を締め付けることにより、パイプシール部８１ｂのシール性向上を図ることができる。

・第１実施形態では、Ｕ字部８２に位置決め部８２ｃを形成したが、位置決め部８２ｃは形成しなくてもよい。

・第１実施形態では、シール部材８の内部に芯金８３を設置して形成していたが、芯金８３は設置しなくてもよい。この場合には、芯金８３を配置しないため、シール部材８の軽量化及び製造時におけるコストダウンを図ることができる。

・第１実施形態では、蹄状に形成した芯金８３の直線部分を湾曲した部分よりも厚肉に形成したが、全周を同じ肉厚にしてもよい。

・第１実施形態では、半導体積層ユニット４をケース６に収容する際に、フレーム５を介していたが、フレーム５を用いず、半導体積層ユニット４を直接ケース６に収容してもよい。

・第１実施形態では、シール部材８の円筒部８１の外周からパイプクランプ９で締め付けてパイプシール部８１ｂのシール性向上を図っていたが、パイプクランプ９により外周から締め付ける構成を採用しなくてもよい。

・第１実施形態では、円筒部８１はＵ字部８２よりも小さく形成されていたが、円筒部８１はＵ字部８２よりも小さく形成しなくてもよい。例えば、円筒部８１をＵ字部８２と同等、またはＵ字部よりも大きく形成してもよい。

・第１実施形態では、Ｕ字部挿通孔８２ａと大径部８１ｃの内径である円筒部挿通孔８１ａの所定部分はパイプシール部８１ｂの内径よりも大径に形成したが、Ｕ字部挿通孔８２ａのみを大径とし、円筒部挿通孔８１ａの所定部分をパイプシール部８１ｂと同径にしてもよい。

・第１実施形態では、複数の冷却管３１ａと連結部３１ｂとから冷却器本体３１を構成したが、単一の冷却管から冷却器本体を構成してもよい。

・第１実施形態では、半導体モジュール２と冷却管３１ａとを積層させて積層冷却器３としたが、半導体モジュール２と冷却管３１ａとを積層構造とすることなく、冷却器の上面及び下面の少なくとも一方に半導体モジュールを当接配置させる構成を採用してもよい。

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 積層冷却器（冷却器）
３１ 冷却器本体
３１ａ 冷却管
３１ｂ 連結部
３２ 供給管
３３ 排出管
４ 半導体積層ユニット
５ フレーム
６ ケース
８ シール部材
８ａ 挿通孔
８１ 円筒部（第１固形部）
８１ａ 円筒部挿通孔（第１挿通孔）
８１ｂ パイプシール部
８２ Ｕ字部（第２固形部）
８２ａ Ｕ字部挿通孔（第２挿通孔）
８２ｂ ケースシール部
８３ 芯金
９ パイプクランプ

Claims (9)

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（２）と、前記半導体モジュール（２）を冷却する冷却器（３）と、前記半導体モジュール（２）と前記冷却器（３）を収納するケース（６）とを有する電力変換装置であって、
   前記冷却器（３）は、冷却器本体（３１）と、前記冷却器本体（３１）に接続され前記ケース（６）外部から前記冷却器（３）内部に冷却水を供給するための供給管（３２）と、前記冷却器本体（３１）に接続され前記冷却器（３１）から前記ケース（６）外部に冷却水を排出するための排出管（３３）とを備え、
   前記冷却器本体（３１）に接続された前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）には、前記ケース（６）に嵌合配置されるシール部材（８）が配設されており、
   前記シール部材（８）は、前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）が挿入される挿通孔（８ａ）と、前記挿通孔（８ａ）に形成され前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）とのシールを行うパイプシール部（８１ｂ）と、前記シール部材（８）の外周面に前記ケース（６）とのシールを行うケースシール部（８２ｂ）とを備え、
   前記パイプシール部（８１ｂ）と前記ケースシール部（８２ｂ）とは前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）の軸方向にオフセットして形成されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記シール部材（８）は前記パイプシール部（８１ｂ）が形成された第１固形部（８１、１８１）と、前記ケースシール部（８２ｂ）が形成された第２固形部（８２、１８２）とを備え、前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）の径方向において、前記第１固形部（８１、１８１）は前記第２固形部（８２、１８２）より小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記挿通孔（８ａ）は第１挿通孔（８１ａ）と第２挿通孔（８２ａ）とが連続して形成され、前記第１挿通孔（８１ａ）には前記パイプシール部（８１ｂ）が形成され、前記第２挿通孔（８２ａ）と前記第２挿通孔（８２ａ）に連なる第１挿通孔（８１ａ）の所定部分とは、前記パイプシール部（８１ｂ）の内径よりも大径に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記シール部材（８）は、前記パイプシール部（８１ｂ）が、前記ケース（６）の内側に配置される構成とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記シール部材（８）は、前記パイプシール部（８１ｂ）が形成された部位が、前記第１固形部（８１，１８１）の外周からクランプ（９、９１）で締め付けていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記半導体モジュール（２）と前記冷却器（３）とはフレーム（５）に固定されて前記ケース（６）に収容されており、前記シール部材（８）は、前記パイプシール部（８１ｂ）が前記フレーム（５）と重なるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の電力変換装置。
7. 前記冷却器（３）の前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）は前記フレーム（５）にパイプクランプ（９）によって締め付け固定され、前記パイプクランプ（９）は、前記シール部材（８）のうち前記パイプシール部（８１ｂ）が形成された部位を前記供給管（３２）及び前記排出管（３３）と共に外周から締め付けていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記第１固形部（８１、１８１）における前記パイプシール部（８１ｂ）と前記第２固形部（８２、１８２）における前記ケースシール部（８２ｂ）との間は軸方向に直線状に形成されていることを特徴とする請求項２〜７いずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記シール部材（８）は、シール部材（８）の内部に芯金（８３）を設置していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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