本發(fā)明涉及電力變換器和用于制造電力變換器的方法。本發(fā)明尤其涉及一種分別收納半導(dǎo)體元件的多個(gè)電源卡和多個(gè)冷卻器相層疊的電力變換器，并且涉及一種用于制造該電力變換器的方法。

背景技術(shù)：

電力變換器的發(fā)熱量大。開(kāi)關(guān)元件或稱(chēng)為功率元件的用于電力變換的半導(dǎo)體元件的發(fā)熱量特別大。例如，向電動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)供給電力的電力變換器設(shè)置有大量開(kāi)關(guān)元件，因而發(fā)熱量特別大。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)No.2012-238681(JP 2012-238681 A)、日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)No.2006-165534(JP 2006-165534 A)和日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)No.2012-009568(JP 2012-009568 A)公開(kāi)了用于聚集發(fā)熱量大的大量開(kāi)關(guān)元件并有效地冷卻所述開(kāi)關(guān)元件的技術(shù)。在JP 2012-238681 A中公開(kāi)的技術(shù)中，采用了一種層疊單元，其中設(shè)置有收納開(kāi)關(guān)元件的多個(gè)電源卡和多個(gè)冷卻器，并且電源卡和冷卻器交替地層疊。每個(gè)平板型電源卡都通過(guò)使冷卻器靠接在各電源卡的兩面上而被冷卻。JP 2012-238681 A公開(kāi)了冷卻器的本體為鋁。已知該類(lèi)型的冷卻器容易通過(guò)壓制熱傳導(dǎo)率高的金屬(典型地，鋁)來(lái)制造。在沿層疊單元的層疊方向在層疊單元上施加壓力的狀態(tài)下將層疊單元收納在電力變換器外殼中，以便提高從電源卡到冷卻器的熱傳遞效率。在JP 2012-238681 A中，通過(guò)在層疊單元的端面與外殼的內(nèi)側(cè)面之間插入板簧來(lái)對(duì)層疊單元施加壓力。

在JP 2006-165534 A和JP 2012-009568 A中，公開(kāi)了一種層疊單元，其中電源卡被組裝在具有致冷劑在其內(nèi)部流動(dòng)的樹(shù)脂質(zhì)本體的冷卻器中，并且冷卻器被層疊。在該層疊單元中，與JP 2012-238681 A中記載的技術(shù)不一樣，冷卻劑在電源卡周?chē)鲃?dòng)。因此，冷卻性能高。

在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)No.2004-180824(JP 2004-180824 A)中，公開(kāi)了墊片的示例。

在JP 2012-238681 A中記載的層疊單元中，從成型和熱傳導(dǎo)性的角度，冷卻器的本體由金屬片制成。然而，當(dāng)在由金屬片制成的冷卻器上沿層疊方向施加壓力時(shí)，冷卻器的變形量大，從而導(dǎo)致電源卡的位置誤差大。

JP 2006-165534 A和JP 2012-009568 A中記載的技術(shù)通過(guò)使電源卡直接暴露于致冷劑流來(lái)實(shí)現(xiàn)高冷卻性能，而不需要JP 2012-238681 A中記載的這種冷卻器。然而，由于電源卡直接暴露于致冷劑流，難以采取措施來(lái)使電源卡防水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的技術(shù)提供了一種電力變換器，其即使對(duì)于冷卻器和電源卡相層疊的結(jié)構(gòu)也具有高強(qiáng)度，并且確保了電源卡的冷卻性能。本說(shuō)明書(shū)還提供了一種用于制造電力變換器的方法。

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的電力變換器具有以下結(jié)構(gòu)。所述電力變換器包括多個(gè)電源卡、多個(gè)冷卻器和一加壓部件。每個(gè)所述電源卡都收納半導(dǎo)體元件。所述多個(gè)冷卻器與所述電源卡層疊，并且每個(gè)所述冷卻器都與所述電源卡對(duì)向。所述冷卻器包括本體、墊片和金屬板。所述本體由樹(shù)脂制成，并且所述本體具有設(shè)置在所述冷卻器的與鄰接的所述電源卡對(duì)向的側(cè)面中的開(kāi)口。所述金屬板的位于一側(cè)的面構(gòu)造成經(jīng)所述墊片閉塞所述開(kāi)口，而所述金屬板的另一面與所述電源卡對(duì)向。所述加壓部件構(gòu)造成在層疊單元上沿層疊方向施加壓力。所述多個(gè)電源卡和所述多個(gè)冷卻器被層疊在所述層疊單元中。所述開(kāi)口由所述金屬板利用由所述加壓部件施加在所述層疊單元上的壓力密封。

上述電力變換器對(duì)于沿層疊方向被施加壓力的層疊單元中的冷卻器采用樹(shù)脂質(zhì)本體。由于樹(shù)脂質(zhì)本體容易成型為復(fù)雜形狀，所以可以以低成本獲得高強(qiáng)度的本體。通過(guò)采用樹(shù)脂質(zhì)本體，確保了冷卻器的強(qiáng)度，并且抑制了由于壓力的施加而引起的變形。然而，樹(shù)脂的熱傳導(dǎo)率比諸如鋁的金屬低。因此，在本說(shuō)明書(shū)中的層疊單元的冷卻器中，對(duì)于傳遞電源卡的熱的部件使用金屬板。具體而言，在樹(shù)脂質(zhì)本體的與電源卡對(duì)向的面中設(shè)置有開(kāi)口，并且金屬板配置成閉塞該開(kāi)口。金屬板的一個(gè)面與電源卡對(duì)向。由于該金屬板，電源卡的熱有效地傳遞到本體內(nèi)部的致冷劑。本體的內(nèi)部用作供致冷劑流動(dòng)的流動(dòng)通路。因此，致冷劑與金屬板的背面直接接觸。從而，也可以確保高冷卻性能。

在本說(shuō)明書(shū)中記載的電力變換器中，利用層疊單元在層疊單元的層疊方向上承受的壓力來(lái)密封金屬板與開(kāi)口之間的間隙。墊片嵌插在金屬板與開(kāi)口周?chē)谋倔w側(cè)面之間的間隙中，并且開(kāi)口與金屬板之間的間隙隨著上述壓力壓縮墊片而被密封。利用上述結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)化開(kāi)口的密封結(jié)構(gòu)。在上述電力變換器中，冷卻器具有高強(qiáng)度，此外，電源卡具有良好的冷卻效率。

本說(shuō)明書(shū)中記載的用于制造電力變換器的方法具有以下結(jié)構(gòu)。所述電力變換器具有多個(gè)電源卡和多個(gè)冷卻器相層疊的層疊單元。所述冷卻器包括本體和金屬板。所述本體在與鄰接的電源卡對(duì)向的側(cè)面上具有開(kāi)口。所述本體由樹(shù)脂制成。所述制造方法包括：將所述金屬板固定在每個(gè)所述電源卡上；在所述固定之后將所述電源卡和所述本體層疊成使得所述金屬板覆蓋所述開(kāi)口并形成所述層疊單元；以及在沿層疊方向在所述層疊單元上施加壓力的同時(shí)將所述層疊單元收納在外殼中。

根據(jù)該制造方法，可以同時(shí)將電源卡和金屬板相對(duì)于冷卻器的本體定位。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中：

圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的電力變換器的層疊單元的透視圖；

圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的電力變換器的外殼內(nèi)部的布局的俯視圖；

圖3是冷卻器的分解透視圖；

圖4是一組冷卻器和夾在所述冷卻器之間的電源卡的透視圖；

圖5是沿圖4中的線(xiàn)V-V截取的截面圖；

圖6是利用圖5中的虛線(xiàn)VI所示的范圍的擴(kuò)大視圖；

圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的電力變換器中的層疊單元的透視圖；

圖8是一組冷卻器和夾在所述冷卻器之間的電源卡的透視圖；

圖9是圖8所示的子組件的分解透視圖；

圖10A是具有翅片的金屬板的分解透視圖，圖10B是具有翅片的金屬板的透視圖；

圖11A是電源卡子組件的分解透視圖，圖11B是電源卡子組件的透視圖；以及

圖12是沿圖8中的線(xiàn)AA截取的截面圖，圖12B是沿圖8中的線(xiàn)BB截取的截面圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例的電力變換器。首先，提供層疊單元的概要。圖1示出層疊單元10的透視圖。層疊單元10是安裝在電動(dòng)車(chē)輛上的電力變換器的主要部件。該電力變換器使電池的直流電力升壓，進(jìn)一步將直流電力變換為交流，并且向行駛用電機(jī)供給該電力。該電力變換器包括升高電壓的電壓變換器回路，和逆變器回路。該電壓變換器回路是升壓/減壓變換器并且包括兩個(gè)半導(dǎo)體元件(IGBT)。該逆變器回路包括六個(gè)半導(dǎo)體元件。該電力變換器包括共計(jì)八個(gè)半導(dǎo)體元件。由于半導(dǎo)體元件導(dǎo)通和切斷大電流，所以每個(gè)半導(dǎo)體元件都產(chǎn)生大量熱。根據(jù)車(chē)輛類(lèi)型(電力變換器的類(lèi)型)，半導(dǎo)體元件的數(shù)量可以不同。

層疊單元10是將上述八個(gè)半導(dǎo)體元件聚集在一個(gè)位置并且集中地冷卻半導(dǎo)體元件的單元。層疊單元10是其中四個(gè)電源卡3a、3b、3c、3d和五個(gè)冷卻器2a、2b、2c、2d、2e交替地層疊的單元。圖中的X軸方向?qū)?yīng)于層疊方向。多個(gè)冷卻器2a至2e具有相同結(jié)構(gòu)。類(lèi)似地，多個(gè)電源卡3a至3d具有相同結(jié)構(gòu)。在下文中，在不進(jìn)行區(qū)分的情況下表述多個(gè)冷卻器2a至2e中的任一個(gè)冷卻器的情況下，冷卻器被表述為“冷卻器2”。類(lèi)似地，在不進(jìn)行區(qū)分的情況下表述多個(gè)電源卡3a至3d中的任一個(gè)電源卡的情況下，電源卡被表述為“電源卡3”。

每個(gè)電源卡3都是其中兩個(gè)半導(dǎo)體元件利用樹(shù)脂模塑的包裝件。兩個(gè)半導(dǎo)體元件在各電源卡3的內(nèi)部串聯(lián)連接。三個(gè)端子29從各電源卡3伸出。三個(gè)端子29分別對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體元件的串聯(lián)回路的高電位側(cè)端子和低電位側(cè)端子以及位于該串聯(lián)回路的中點(diǎn)的端子。除三個(gè)端子29以外，與半導(dǎo)體元件(IGBT)的柵極連接的端子(柵極端子)從電源卡3在位于端子29伸出的側(cè)面的相對(duì)側(cè)的側(cè)面上伸出。柵極端子在圖11A等中被示出。

液體致冷劑經(jīng)過(guò)將電源卡3夾在中間的冷卻器2的內(nèi)部。例如，致冷劑為水或LLC(長(zhǎng)效冷卻劑)。每個(gè)冷卻器2在電源卡3在Y軸方向上的兩側(cè)都具有通孔43。當(dāng)冷卻器2被層疊時(shí)，相鄰的冷卻器2的通孔43彼此連接。相連的通孔43構(gòu)成將致冷劑供給到冷卻器2的本體內(nèi)部的流動(dòng)通路P2的供給通路P1和排出已從流動(dòng)通路P2通過(guò)的致冷劑的排出通路P3。蓋28設(shè)置在層疊單元10的一端中并且閉塞冷卻器2e的通孔。

說(shuō)明包括層疊單元10的電力變換器100的外殼內(nèi)部的裝置布局。圖2是電力變換器100的俯視圖。在外殼20中，除層疊單元10以外還收納有多個(gè)電容器元件24和電抗器25。一些電容器元件24與電壓變換器的低電壓側(cè)連接并且構(gòu)成濾波電容器。其余的電容器元件24與電壓變換器回路的高電壓側(cè)連接并且構(gòu)成平滑化電容器。由于電力變換器100處理要供給到行駛用電機(jī)的大電流，所以電容器元件24的體格大。電抗器25用在斬波電壓變換器回路中。

層疊單元10配置在設(shè)置于外殼20中的支承壁20a和20b之間，并且由嵌插在層疊單元10的一端與支承壁20b之間的板簧23沿層疊方向加壓。將致冷劑從外殼的外側(cè)供給到層疊單元10中的供給管21和從層疊單元10排出致冷劑的排出管22與層疊單元10的一端連接。供給管21和排出管22分別與上述供給通路P1和排出通路P3連通。

除上述裝置以外，在外殼20中還安裝有產(chǎn)生要供給到電源卡3中的半導(dǎo)體元件的PWM信號(hào)的控制板。然而，未示出該控制板。

接下來(lái)說(shuō)明冷卻器2的結(jié)構(gòu)。圖3是冷卻器2的分解透視圖。冷卻器2的本體40由樹(shù)脂制成。盡管具有如圖3所示的復(fù)雜形狀，但由于本體40由樹(shù)脂制成，所以本體40通過(guò)例如注射成型而以低成本非常精確地制造。在本體40的內(nèi)部有供致冷劑通過(guò)的流動(dòng)通路P2。當(dāng)從層疊方向(圖中的X方向)觀察時(shí)在本體40的中央設(shè)置有開(kāi)口41a。開(kāi)口41a設(shè)置在與電源卡3對(duì)向的位置處。開(kāi)口41a由金屬板32a閉塞。更具體而言，金屬板32a經(jīng)硅橡膠墊片34a靠接在開(kāi)口41a周?chē)谋倔w側(cè)面44a上，并且閉塞開(kāi)口41a。在本體40在Y方向上的兩端中設(shè)置有突出部42，突出部42在層疊方向的一側(cè)(X正方向)突出。金屬板32a緊密地附著在一對(duì)突出部42之間的本體側(cè)面44a上。在本體40在層疊方向上的另一側(cè)(X負(fù)方向)設(shè)置有開(kāi)口41b。開(kāi)口41b也設(shè)置在與不同電源卡3對(duì)向的位置處。開(kāi)口41b由金屬板32b閉塞。更具體而言，金屬板32b經(jīng)硅橡膠墊片34b靠接在開(kāi)口41b周?chē)谋倔w側(cè)面44b上并且閉塞開(kāi)口41b。在本體40在X負(fù)方向上的側(cè)面上——換言之在設(shè)置有開(kāi)口41b的側(cè)面上——設(shè)置有凹部46，金屬板32b嵌入凹部46中。

電源卡3靠接在金屬板32a的外側(cè)。另一電源卡3靠接在金屬板32b的外側(cè)。多個(gè)冷卻器2和多個(gè)電源卡3逐一交替地層疊，并且冷卻器2的本體40、金屬板32a(32b)和電源卡3彼此緊密地附著。如上所述，壓力沿層疊單元10的層疊方向施加到層疊單元10上。由于該壓力，金屬板32a(32b)與本體40之間的墊片34a(34b)變形，由此密封開(kāi)口41a(41b)。

在金屬板32a(32b)的背面(與本體40的內(nèi)部對(duì)向的側(cè))上設(shè)置有多個(gè)翅片33。金屬板32a(32b)的背面面對(duì)本體40的內(nèi)部，并與在本體內(nèi)部的流動(dòng)通路P2中流動(dòng)的致冷劑直接接觸。因此，電源卡3的熱主要經(jīng)金屬板32a(32b)和金屬板32a(32b)的背面上的翅片33放出到致冷劑中。

本體40中當(dāng)從層疊方向(圖中的X軸方向)觀察時(shí)在開(kāi)口41a在Y軸方向上的兩側(cè)設(shè)置有沿層疊方向突出的突出部42。在突出部42的內(nèi)側(cè)形成有沿層疊方向貫通的通孔43。如上所述，在層疊單元10中，突出部42與相鄰的冷卻器的本體40接合，并且通孔43彼此連接，由此形成供給通路P1和排出通路P3。通路P1、P3與本體內(nèi)部的流動(dòng)通路P2連通。致冷劑經(jīng)上述供給管21和供給通路P1分配給所有冷卻器。致冷劑在流過(guò)流動(dòng)通路P2的同時(shí)經(jīng)金屬板32a(32b)和翅片33吸收電源卡3的熱。已吸熱的致冷劑經(jīng)排出通路P3和排出管22排出到外殼外部。

如上所述，冷卻器2的本體由樹(shù)脂制成。如圖3所示，本體40的突出部42具有比設(shè)置有開(kāi)口41a的部分大的在層疊方向上的厚度。因此，突出部42能維持關(guān)于層疊方向的高強(qiáng)度，并且能減小抵抗壓力的變形量。另一墊片31靠接在突出部42的邊緣表面上，由此密封突出部42與相鄰的冷卻器的本體40之間的間隙。墊片34a、31的厚度被選擇成使得同時(shí)實(shí)現(xiàn)墊片34a對(duì)本體40與金屬板32a之間的間隙的密封和墊片31對(duì)突出部42與相鄰的本體40之間的間隙的密封。例如，墊片31的厚度被設(shè)定為比墊片34a的厚度大。于是，可以在確保利用墊片34a實(shí)現(xiàn)的密封之后確保利用墊片31實(shí)現(xiàn)的密封。

圖4示出兩個(gè)冷卻器2a、2b和夾在冷卻器2a、2b之間的電源卡3a的透視圖。圖5示出沿圖4中的線(xiàn)V-V截取的截面圖。參考圖4和圖5提供對(duì)電源卡3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，并且還對(duì)冷卻器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。圖4僅示出兩個(gè)冷卻器2a、2b和一個(gè)電源卡3a。應(yīng)當(dāng)注意的是，如圖1所示，另一電源卡和另一冷卻器層疊在冷卻器2a的電源卡3a的另一側(cè)，并且此外，另一電源卡和另一冷卻器也層疊在冷卻器2b的另一側(cè)。在圖4中，所有金屬板都具有相同的附圖標(biāo)記32。以下，在表述多個(gè)金屬板中的任一個(gè)的情況下，將金屬板稱(chēng)為金屬板32。關(guān)于后述的絕緣板9a、9b，在表述絕緣板9a、9b中的任一個(gè)的情況下，將絕緣板稱(chēng)為絕緣板9。

說(shuō)明電源卡3a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電源卡3a是兩個(gè)半導(dǎo)體元件51由樹(shù)脂包封件54密封的裝置。盡管圖5中僅示出一個(gè)半導(dǎo)體元件，但另一半導(dǎo)體元件位于半導(dǎo)體51的紙面背側(cè)。兩個(gè)半導(dǎo)體元件51是IGBT。兩個(gè)半導(dǎo)體元件51在樹(shù)脂包封件54的內(nèi)部串聯(lián)連接。半導(dǎo)體元件51是小型平板芯片，發(fā)射電極在半導(dǎo)體元件51的兩個(gè)平面中的一個(gè)平面上露出，而集電電極在另一面上露出。未示出柵電極。導(dǎo)電間隔件52與半導(dǎo)體元件51的兩面上的電極接觸，并且散熱片53、56與間隔件52的另一側(cè)接觸。散熱片53、56的一個(gè)面從樹(shù)脂包封件54露出。散熱片53、56也用作端子，并且散熱片56將兩個(gè)半導(dǎo)體元件51串聯(lián)連接。兩個(gè)散熱片53布置在與圖5中的紙面垂直的方向上。散熱片53中的一個(gè)散熱片還用作串聯(lián)連接的高電位側(cè)端子，并且另一個(gè)散熱片還用作低電位側(cè)端子。圖5清楚地示出散熱片53從端子29接續(xù)，該端子29從樹(shù)脂包封件54向上延伸。由于散熱片53、56與半導(dǎo)體元件51的電極電氣地接續(xù)，所以絕緣板9a設(shè)置在電源卡3a的一側(cè)以確保散熱片53與冷卻器2的金屬板32a之間的絕緣。類(lèi)似地，絕緣板9b設(shè)置在電源卡3a的另一側(cè)以確保散熱片56與冷卻器2的金屬板32b之間的絕緣。對(duì)于用于絕緣板9的材料，使用具有高導(dǎo)熱率的陶瓷。在絕緣板9與電源卡3之間和絕緣板9與金屬板32之間涂布有油脂。通過(guò)沿層疊方向施加至層疊單元10的壓力，薄而均勻地形成油脂層。

接下來(lái)，對(duì)經(jīng)絕緣板9與電源卡3a對(duì)向的冷卻器2a、2b的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。在位于本體40在層疊方向上的一側(cè)的側(cè)面44a中設(shè)置有開(kāi)口41a。在另一側(cè)面44b上設(shè)置有開(kāi)口41b。各開(kāi)口41a由金屬板32a經(jīng)墊片34a密封。盡管在圖5中將墊片34a的截面表達(dá)為橢圓形，但稍后描述墊片34a的形狀的細(xì)節(jié)。翅片33在金屬板32a的背面上延伸。在本體40的另一側(cè)面44b上設(shè)置有開(kāi)口41b。開(kāi)口41b由金屬板32b經(jīng)墊片34b密封。墊片34a和34b相同。在位于本體40的兩側(cè)的開(kāi)口41a、41b的外部分別設(shè)置有金屬板32a、32b。各金屬板32a、32b的翅片33的遠(yuǎn)端在本體內(nèi)部彼此對(duì)向?？稍O(shè)置隔板47以填埋一對(duì)翅片的遠(yuǎn)端之間的間隙。隔板47通過(guò)限定出本體40內(nèi)部的流動(dòng)通路P2而有助于致冷劑的平順流動(dòng)。此外，隔板47降低了由層疊方向上的壓力導(dǎo)致的金屬板32a、32b的撓度。隔板47可由樹(shù)脂或金屬制成。在隔板47由樹(shù)脂制成的情況下，可與本體40一體地形成隔板47。在圖3中，未示出隔板47。

說(shuō)明墊片34a。圖6示出圖5中用附圖標(biāo)記VI表示的虛線(xiàn)的范圍的放大視圖。墊片34a嵌插在開(kāi)口41a周?chē)谋倔w側(cè)面44a與金屬板32a之間的間隙中。墊片34a由柔性并具有高耐熱性的硅橡膠制成。如圖6中清楚地示出的，墊片34a在金屬板側(cè)(圖中左側(cè))和本體側(cè)(圖中右側(cè))分別具有從墊片34a的本體35a突出的兩個(gè)突起。墊片34a的截面是一致的，并且突起圍繞開(kāi)口41a并形成突條35。簡(jiǎn)言之，墊片34a具有雙重圍繞開(kāi)口41a的四個(gè)環(huán)狀突條35b。通過(guò)具有以多重方式圍繞開(kāi)口41a的環(huán)狀突條35b，各突條抵抗層疊方向上的壓力被良好地?cái)D壓，從而更有把握地密封金屬板32a與開(kāi)口41a之間的間隙。突條35b有時(shí)稱(chēng)為唇部。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖3和圖5中的墊片的截面形狀被簡(jiǎn)化。類(lèi)似的墊片34b同樣被夾在位于另一側(cè)的本體側(cè)面44b和金屬板32b之間。

注意，給出在第一實(shí)施例中描述的技術(shù)。在根據(jù)該實(shí)施例的冷卻器中，開(kāi)口41a周?chē)膫?cè)面44a(參見(jiàn)圖3)是平坦的，并且墊片34a配置在該平坦面上(參見(jiàn)圖6)。然而，可采用一種結(jié)構(gòu)，其中在本體側(cè)面44a上設(shè)置有圍繞開(kāi)口41a的溝槽，并且墊片34a收納在該溝槽中。這種情況下，墊片34a的一部分從溝槽露出，使得露出部與金屬板32a接觸并密封開(kāi)口41a。相反，在金屬板32a中可設(shè)置有溝槽，墊片的一部分埋設(shè)在該溝槽中。這同樣適用于位于另一側(cè)的開(kāi)口41b和開(kāi)口41b周?chē)膫?cè)面44b。其他冷卻器102a、102d、102e具有與102b、102c相同的結(jié)構(gòu)。由于這種結(jié)構(gòu)，可以容易地將墊片34固定在給定位置，這有助于減少冷卻器的組裝工時(shí)。

多個(gè)翅片33設(shè)置在金屬板32的背面(本體的內(nèi)側(cè))上。金屬板32和翅片33均由鋁制成。翅片33是金屬板32的一部分，并且翅片33和金屬板32通過(guò)擠出成型同時(shí)制作。翅片33也可與金屬板32分開(kāi)制作，并且稍后安裝在金屬板32上。

金屬板32和絕緣板9可預(yù)先附著在電源卡3上。如上所述，通過(guò)對(duì)層疊單元10施加壓力壓來(lái)實(shí)現(xiàn)利用金屬板32a(32b)密封開(kāi)口41a(41b)。因此，金屬板32不需要固定在冷卻器2的本體40上。因此，通過(guò)預(yù)先將金屬板32和絕緣板9附著在電源卡3上，可以簡(jiǎn)化層疊單元10的組裝和向外殼20中插入的步驟。

如上所述，在電源卡3的側(cè)面上露出的散熱片53、56與內(nèi)部的半導(dǎo)體元件51導(dǎo)通。絕緣板9在散熱片53(56)與金屬板32之間絕緣。因此，絕緣板9是電源卡3的其中一個(gè)構(gòu)件。代替絕緣板9，在電源卡3的表面上可設(shè)置有覆蓋散熱片53(56)的絕緣膜。措辭“電源卡3和冷卻器2被層疊”包括絕緣板被夾在和未被夾在電源卡3與冷卻器2之間的兩種情況。

根據(jù)第一實(shí)施例的突出部42中的通孔對(duì)應(yīng)于與本體內(nèi)部的空間連通的連通孔的一個(gè)例子。具有通孔43的突出部42也可被稱(chēng)為“筒部42”。

(第二實(shí)施例)接下來(lái)，利用圖7至圖12B說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的電力變換器100b。電源卡3與第一實(shí)施例中的電源卡3相同，并且因此省略了說(shuō)明。在第二實(shí)施例中，還說(shuō)明用于制造電力變換器的方法。

圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的電力變換器100b的層疊單元10b的透視圖。在層疊單元10b中，四個(gè)電源卡3a至3d和五個(gè)冷卻器102a至102e被層疊。各電源卡和各冷卻器屬于平板型，并且被層疊成使得電源卡的平坦面和冷卻器的平坦面彼此對(duì)向。位于層疊方向(圖中的X軸方向)上的兩端的冷卻器102a和102e具有與其它冷卻器102b至102d稍微不同的形狀，但與其它冷卻器102b至102d基本上相同。電源卡3a至3d和冷卻器102a至102e逐一交替地層疊，并且冷卻器與電源卡的每個(gè)面對(duì)向。以下，在表述電源卡3a至3d中的任一個(gè)電源卡的情況下，將電源卡稱(chēng)為電源卡3。盡管稍后給出細(xì)節(jié)，但在各冷卻器102至102e的與各電源卡3對(duì)向的面中設(shè)置有開(kāi)口，并且各開(kāi)口由金屬板132密封。絕緣板片109被夾在金屬板132與電源卡3之間。絕緣板片109是電源卡3的一部分。

在冷卻器102a上安裝有致冷劑供給管91和致冷劑排出管92。致冷劑供給管91對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的供給管21，并且致冷劑排出管92對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的排出管22(參見(jiàn)圖2)。經(jīng)電源卡彼此鄰接的冷卻器彼此連通，并且致冷劑經(jīng)致冷劑供給管91供給到各冷卻器102a至102e。致冷劑從各冷卻器102a至102e的本體內(nèi)部通過(guò)。已吸收電源卡的熱的致冷劑經(jīng)致冷劑排出管92排出到外部。致冷劑是液體，并且典型地可以是水。

在冷卻器102的兩側(cè)設(shè)置有要固定在外殼上的凸緣101a。冷卻器102e的位于層疊方向上的外側(cè)的面中的開(kāi)口被預(yù)先閉塞。盡管未示出，但與第一實(shí)施例一樣，層疊單元10b也固定在外殼上，并且外殼和板簧沿層疊方向向?qū)盈B單元10b施加壓力。板簧配置在冷卻器102e的外側(cè)。在各冷卻器102a至102e的頂面上設(shè)置有輕量化溝槽146。

圖8示出一對(duì)冷卻器102b、102c和夾在冷卻器102b、102c之間的電源卡3b的透視圖。應(yīng)當(dāng)注意，另一電源卡和另一冷卻器在電源卡3b的相對(duì)側(cè)與冷卻器102b連接，并且另一電源卡和另一冷卻器也在冷卻器102c的另一側(cè)連接。圖9示出圖8所示的結(jié)構(gòu)的分解圖。冷卻器102b和102c具有相同結(jié)構(gòu)。對(duì)冷卻器102b和冷卻器102c的相同構(gòu)件使用相同的附圖標(biāo)記。以下主要對(duì)圖9中的冷卻器102b進(jìn)行說(shuō)明。因此，在以下說(shuō)明中，對(duì)具有附圖標(biāo)記的構(gòu)件參照?qǐng)D9中的冷卻器102b，除非將對(duì)冷卻器102b和102c進(jìn)行區(qū)分。

與根據(jù)第一實(shí)施例的冷卻器2一樣，冷卻器102b由具有開(kāi)口141a、141b的樹(shù)脂本體140和閉塞開(kāi)口的金屬板132a、132b制成。在圖8和圖9中，未示出閉塞冷卻器102b的開(kāi)口141a的金屬板和閉塞冷卻器102c的開(kāi)口141b的金屬板。閉塞冷卻器102b的開(kāi)口141a的金屬板與閉塞冷卻器102c的開(kāi)口141a的金屬板132a相似。閉塞冷卻器102c的開(kāi)口141b的金屬板與閉塞冷卻器102b的開(kāi)口141b的金屬板132b相同。盡管稍后提供細(xì)節(jié)，但金屬板132a、132b如圖9所示安裝在電源卡3b上。類(lèi)似地，在其它電源卡3a、3c、3d中的每個(gè)電源卡的兩面上安裝有金屬板132a、132b。

詳細(xì)說(shuō)明冷卻器102b的結(jié)構(gòu)。在樹(shù)脂本體140中，在與電源卡3b對(duì)向的側(cè)面144b中設(shè)置有開(kāi)口141b。在與電源卡3a(圖9、圖10A和圖10B中未示出)對(duì)向的側(cè)面144a中設(shè)置有開(kāi)口141a。對(duì)于開(kāi)口141a和開(kāi)口141a周?chē)慕Y(jié)構(gòu)，請(qǐng)參照?qǐng)D9所示的冷卻器102c的開(kāi)口141a和開(kāi)口141a周?chē)慕Y(jié)構(gòu)。

開(kāi)口141a由金屬板132a經(jīng)墊片134a密封。開(kāi)口141b由金屬板132b經(jīng)墊片134b密封。如上所述，由于沿層疊方向向?qū)盈B單元10b施加壓力，該壓力確保了開(kāi)口141a和金屬板132a的密封以及開(kāi)口141b和金屬板132b的密封。因此，金屬板132a、132b無(wú)需固定在本體140上。盡管在本體140的側(cè)面144a(144b)中設(shè)置有用于收納墊片134a(134b)的溝槽，但該溝槽在圖9中未被示出。稍后說(shuō)明收納墊片134a(134b)的溝槽。

在不加以區(qū)分地對(duì)待金屬板132a和132b的情況下，將各金屬板稱(chēng)為金屬板132。同樣，在不加以區(qū)分地對(duì)待絕緣板片109a和109b的情況下，將絕緣板片稱(chēng)為絕緣板片109。在金屬板132的一個(gè)面(與本體140對(duì)向的面)上，設(shè)置有翅片133，并且另一面與電源卡3b對(duì)向。金屬板132經(jīng)絕緣板片109固定在電源卡3b上。使用硅基散熱用粘接劑來(lái)固定金屬板132和絕緣板片109。將類(lèi)似的粘接劑用于固定絕緣板片109和電源卡3b。當(dāng)位于本體140的兩側(cè)的開(kāi)口141a、141b被閉塞時(shí)，本體140的內(nèi)部形成致冷劑流動(dòng)通路P2。由于翅片133與流動(dòng)通路P2中的致冷劑直接接觸，所以電源卡3b的熱經(jīng)金屬板132和翅片133由致冷劑良好地吸收。

在本體140在層疊方向上的側(cè)面上分別設(shè)置有兩個(gè)突出部142。兩個(gè)突出部142沿層疊方向突出。兩個(gè)突出部142在從層疊方向(X軸線(xiàn)方向)觀察時(shí)位于電源卡3b的兩側(cè)。在突出部142的內(nèi)側(cè)設(shè)置有沿層疊方向貫通的通孔143。當(dāng)一對(duì)冷卻器102b、102c經(jīng)電源卡3b彼此接合時(shí)，冷卻器102b的在一側(cè)的突出部142并且冷卻器102c的在另一側(cè)的突出部142經(jīng)另一墊片135彼此連接。沿層疊方向施加的壓力確保了彼此連接的兩個(gè)突出部142的密封。由于一對(duì)相鄰的冷卻器的突出部142彼此連接，內(nèi)部的通孔143彼此連通。鄰接的冷卻器的內(nèi)部空間P2經(jīng)兩個(gè)相連的通孔143彼此連通。盡管在突出部142的邊緣面147a、147b中設(shè)置有收納墊片135的溝槽，但這些溝槽在圖9中未被示出。稍后描述收納墊片135的溝槽。具有通孔143的突出部142也可被稱(chēng)為“筒部142”。在本體140的頂面(與Z軸正方向?qū)ο虻拿?中設(shè)置有輕量化溝槽146。

說(shuō)明用于制造電力變換器10b的方法。圖10A至圖11B示出電源卡子組件的組裝工序。以下將圖7中的冷卻器102b至102d中的一個(gè)冷卻器稱(chēng)為冷卻器102。如上所述，作為冷卻器102的構(gòu)件的金屬板132a、132b在被組裝在冷卻器102的本體140上之前固定在電源卡3上。具體而言，金屬板132a固定在電源卡3中的一個(gè)電源卡(例如，電源卡3b)上，并且金屬板132b固定在另一電源卡3(例如，電源卡3c)上。金屬板132b固定在電源卡3b的另一側(cè)面上，并且金屬板132a固定在電源卡3c的另一側(cè)面上。簡(jiǎn)言之，金屬板132a固定在電源卡中的該電源卡在層疊方向(X軸方向)上的側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面上，并且金屬板132b固定在另一側(cè)面上。固定在電源卡中的一個(gè)電源卡的側(cè)面上的金屬板用作用于密封不同冷卻器的開(kāi)口的構(gòu)件。

首先，準(zhǔn)備圖9所示的冷卻器102的本體140。準(zhǔn)備足夠用于層疊單元的多個(gè)本體140。可以通過(guò)樹(shù)脂注射成型以低成本制作本體140。除本體140以外，準(zhǔn)備多個(gè)電源卡。

接下來(lái)，制造電源卡3和金屬板132a、132b的子組件。如前文所述，在不加以區(qū)分地表述金屬板132a、132b的情況下，將金屬板稱(chēng)為金屬板132。當(dāng)不加以區(qū)分地表達(dá)絕緣板109a、109b時(shí)，將絕緣板片表述為絕緣板片109。首先，將多個(gè)翅片133釬焊在金屬板132的一個(gè)面上，并且將絕緣板片109附著到另一面上(圖10A)。圖10B是翅片133和絕緣板片109附接在金屬板132上之后的視圖。以下，有時(shí)將圖10B所示的翅片133、金屬板132和絕緣板片109稱(chēng)為帶翅片的金屬板130。另外，在附圖中，以強(qiáng)調(diào)厚度的方式示出翅片133以便幫助理解。然而，實(shí)際的翅片非常薄。金屬板132和翅片133兩者都由鋁制成。

接下來(lái)，將兩個(gè)帶翅片的金屬板(金屬板130a、金屬板130b)分別附著到電源卡3在層疊方向上的側(cè)面上(圖11A)。以下有時(shí)將該工序稱(chēng)為第一工序。將兩個(gè)半導(dǎo)體元件51埋入電源卡3中。電源卡3的本體54由樹(shù)脂制成，并且兩個(gè)半導(dǎo)體元件51由本體54密封。散熱片116a、116b在本體54的表面上露出。散熱片116a、116b與本體54內(nèi)部的半導(dǎo)體元件51接觸。帶翅片的金屬板130b在電源卡3上安裝成與散熱片116a、116b對(duì)向。另一些散熱片在電源卡3的背面上露出，并且?guī)С崞慕饘侔?30a安裝在該背面上。圖11B示出帶翅片的金屬板130a、130b安裝在電源卡3上的子組件的透視圖。作為冷卻器102的一部分的金屬板132在冷卻器被組裝之前固定在電源卡3上。以下有時(shí)將圖11B中的子組件稱(chēng)為電源卡子組件131。四個(gè)電源卡3a至3d中的每個(gè)電源卡都以相同方式組裝在電源卡子組件131中。

接下來(lái)，如圖7所示，交替地層疊四個(gè)電源卡3a至3d(四個(gè)電源卡子組件131)和五個(gè)冷卻器102a至102c的本體140。簡(jiǎn)言之，金屬板132a(132b)固定于其上的電源卡在本體上安裝成覆蓋冷卻器的本體140的開(kāi)口141a(141b)。以下有時(shí)將該工序稱(chēng)為第二工序。第二工序在第一工序之后執(zhí)行。應(yīng)指出，各冷卻器在多個(gè)電源卡子組件131和多個(gè)冷卻器的本體140逐一交替地層疊時(shí)完成。在位于層疊單元10b的一端中的冷卻器102a的一個(gè)側(cè)面上未設(shè)置開(kāi)口。在另一側(cè)面中，與冷卻器102b相似地設(shè)置有開(kāi)口141b，并且開(kāi)口141b由金屬板132b閉塞。金屬板132b預(yù)先固定在電源卡3a的側(cè)面上。在位于層疊單元10b的另一端中的冷卻器102e的一個(gè)側(cè)面上未設(shè)置開(kāi)口。在另一面中，與冷卻器102b相似地設(shè)置有開(kāi)口141a，并且開(kāi)口141a由金屬板132a閉塞。金屬板132a預(yù)先固定在電源卡3d的側(cè)面上。

如圖8和圖9所示，金屬板132嵌入本體140的兩個(gè)突出部142之間，并且因此確定金屬板132的位置。電源卡3在金屬板132嵌合在本體140上之前固定在金屬板132上。因此，一旦金屬板132嵌合在本體140上，便從屬地確定電源卡3在本體140上的位置。簡(jiǎn)言之，在根據(jù)本實(shí)施例的制造工序(上述第一工序和第二工序)中，電源卡3和冷卻器102容易定位。

接下來(lái)，將層疊單元10b連同板簧一起收納在外殼中。外殼和板簧與根據(jù)第一實(shí)施例的圖2中的外殼和板簧相似。然而，如上所述，板簧插入冷卻器102e與外殼的壁面之間。層疊單元10b在承受層疊方向上來(lái)自板簧的壓力的同時(shí)被保持在外殼中。最后，其余構(gòu)件(圖2中的電容器元件24和電抗器25，等等)收納在外殼中，由此完成電力變換器100b。

說(shuō)明墊片134a(134b)、135。圖12A是沿圖8中的線(xiàn)AA截取的放大截面圖。圖12B是沿圖8中的線(xiàn)BB截取的放大截面圖。如圖12A和圖12B所示，在本體的與金屬板132a(132b)對(duì)向的側(cè)面中以圍繞開(kāi)口141a(141b)的方式設(shè)置有溝槽61。墊片134a(134b)收納在溝槽61中。墊片134a(134b)具有兩個(gè)唇部139(突條)，并且兩個(gè)唇部139雙重地圍繞開(kāi)口141a(141b)。有時(shí)將具有兩個(gè)唇部139的墊片134a(134b)稱(chēng)為雙唇部墊片。為了幫助理解，在圖12A的右上方單獨(dú)示出了墊片134a。

在本體140的突出部132的邊緣面147a中的一個(gè)邊緣面中設(shè)置有溝槽64，并且在另一邊緣面147b中設(shè)置有形狀與溝槽64不同的溝槽63。溝槽63和溝槽64彼此對(duì)向，并且墊片135收納在溝槽63與溝槽64之間。如上所述，墊片135密封鄰接的冷卻器的一對(duì)突出部142之間的間隙。墊片135也屬于雙唇部型。

冷卻器102b的一個(gè)面具有三個(gè)開(kāi)口(開(kāi)口141b和兩個(gè)通孔143)。三個(gè)開(kāi)口經(jīng)一個(gè)墊片134b和兩個(gè)墊片135密封。為了確保同時(shí)密封三個(gè)開(kāi)口，冷卻器102b具有以下結(jié)構(gòu)。首先，墊片134b的高度小于墊片135的高度。溝槽61的位于開(kāi)口側(cè)的邊緣61a的高度H1大于位于外側(cè)的邊緣61b的高度H2。因此，位于開(kāi)口側(cè)的邊緣61a靠接在金屬板132b上。當(dāng)位于開(kāi)口側(cè)的邊緣61a與金屬板132b彼此靠接時(shí)，高度小的墊片134b被適度地壓縮在本體140與金屬板132b之間，由此確保了開(kāi)口141b與金屬板132b之間的密封。通過(guò)將金屬板132b靠接在位于開(kāi)口側(cè)的邊緣61a上，精確地確定了本體140和金屬板132b在層疊方向上的相對(duì)位置。

此時(shí)，決定本體各部分的尺寸以便確保冷卻器102b的突出部142與冷卻器102c的鄰接的突出部142之間的間隙H5。墊片135比墊片134b高，并且當(dāng)確保了間隙H5時(shí)，墊片135被適度地壓縮在溝槽63與溝槽64之間，從而確保了一對(duì)突出部142(通孔143)的密封。這同樣適用于開(kāi)口141a和墊片134a。

給出與在實(shí)施例中說(shuō)明的技術(shù)有關(guān)的注意點(diǎn)。如在第二實(shí)施例中所述，密封冷卻器的開(kāi)口的金屬板132在安裝在冷卻器的本體140上之前固定在電源卡3上。優(yōu)選將硅基散熱用粘接劑用于固定金屬板132。金屬板可通過(guò)錫焊而不是粘接而固定在電源卡上。作為冷卻器的一個(gè)構(gòu)件的金屬板固定在電源卡上，并且沿層疊方向?qū)Χ鄠€(gè)電源卡和多個(gè)冷卻器施加壓力。因此，金屬板不一定必須固定在冷卻器的本體上。換言之，金屬板在未固定在冷卻器的本體上的情況下利用沿層疊方向的壓力壓靠在本體的開(kāi)口上。

根據(jù)第二實(shí)施例的本體140像根據(jù)第一實(shí)施例的本體40一樣由樹(shù)脂制成?？梢酝ㄟ^(guò)注射成型等以低成本制造具有復(fù)雜形狀的樹(shù)脂本體。特別地，能以低成本制作具有厚的側(cè)板和對(duì)層疊方向上的壓力的良好抵抗性的本體。簡(jiǎn)言之，根據(jù)實(shí)施例的電力變換器具有多個(gè)冷卻器和多個(gè)電源卡被層疊但耐層疊的結(jié)構(gòu)。此外，在根據(jù)實(shí)施例的電力變換器中，金屬板配置在冷卻器的與電源卡對(duì)向的面上，并且因此確保了高冷卻器性能。由于樹(shù)脂比金屬輕，所以樹(shù)脂質(zhì)本體就輕量化而言是有利的。

外殼可具有框架形狀。電力變換器的外殼除收納層疊單元以外還收納各種裝置。層疊單元的外殼可以是收納在電力變換器的外殼中的框架(內(nèi)側(cè)外殼)。優(yōu)選地，墊片具有以多重方式圍繞開(kāi)口的多個(gè)突條。此外，絕緣板可被夾在金屬板與電源卡之間。絕緣板是電源卡的一部分。

金屬板可與電源卡直接接觸，或絕緣板可被夾在金屬板與電源卡之間。在第二實(shí)施例中，絕緣板片被夾在冷卻器的金屬板與電源卡之間。絕緣板片是絕緣板的一個(gè)類(lèi)型。根據(jù)實(shí)施例的絕緣板或絕緣板片對(duì)應(yīng)于絕緣部件的一個(gè)例子。絕緣板片也可被視為電源卡的一部分。例如，在散熱片在電源卡的側(cè)面上露出的情況下，可以通過(guò)設(shè)置絕緣部件來(lái)確保絕緣。在確保電源卡的側(cè)面上的散熱片與電源卡內(nèi)部的半導(dǎo)體元件之間的絕緣的情況下，不需要絕緣板(絕緣板片)。

在冷卻器完成之后插入電源卡的過(guò)程中，已知在冷卻器與電源卡之間涂布油脂以便改善冷卻器與電源卡之間的傳熱。在根據(jù)第二實(shí)施例的電力變換器的情況下，由于作為冷卻器的一部分的金屬板利用粘接劑等預(yù)先固定在電源卡上，所以存在不需要油脂的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的特征也可采用不同方式表現(xiàn)如下。電力變換器包括多個(gè)電源卡和多個(gè)冷卻器相層疊的層疊單元，和收納層疊單元的外殼。在層疊單元中，儲(chǔ)存半導(dǎo)體元件的電源卡與冷卻器交替地層疊。外殼在沿層疊單元的層疊方向?qū)盈B單元施加壓力的同時(shí)收納層疊單元。冷卻器設(shè)置有樹(shù)脂質(zhì)本體和金屬板。本體的內(nèi)部是空的，并且在與電源卡對(duì)向的側(cè)面中設(shè)置有開(kāi)口。金屬板經(jīng)墊片靠接在本體的開(kāi)口周?chē)谋倔w側(cè)面上，閉塞開(kāi)口，并且與電源卡鄰接。當(dāng)壓力沿層疊單元的層疊方向施加在層疊單元上時(shí)，開(kāi)口由金屬板密封。

優(yōu)選地，在實(shí)施例中說(shuō)明的電力變換器適用于電動(dòng)車(chē)輛、混合動(dòng)力車(chē)輛或燃料電池車(chē)輛。

已詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體例子，但它們僅僅是例子并且不限制權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求的范圍中記載的技術(shù)包含上述具體例子的各種改型和變更。在本說(shuō)明書(shū)和附圖中說(shuō)明的技術(shù)要素單獨(dú)或作為各種組合實(shí)現(xiàn)了技術(shù)實(shí)用性，并且不限于提交時(shí)在權(quán)利要求中記載的組合。此外，本說(shuō)明書(shū)和附圖中作為示例描述的技術(shù)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的并通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)目的而具有技術(shù)實(shí)用性。