JP2010115061A

JP2010115061A - 電力変換装置

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Publication number: JP2010115061A
Application number: JP2008287023A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukushima; 明福島; Toshiichi Kato; 敏一加藤; Akio Yokota; 明雄横田; Ichiro Suzuki; 伊知郎鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: JP5272667B2

Abstract

【課題】複数個の半導体モジュールを配設した金属製ケースに対するバスバーの組付性を向上させることができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール３を金属製ケース２に配設してなり、半導体モジュール３における接続端子３１は、金属製ケース２の外部との接続を行うためのバスバー５と接合してある。バスバー５の少なくともいずれかは、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とを、３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための３本１組の出力結線を構成している。３本１組の出力結線を構成するバスバー５は、いずれもプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とに対して一方側から接触している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置に関する。

インバータ等の電力変換装置においては、例えば、特許文献１に開示されるように、半導体モジュールを外部のモータ等の負荷に接続するために、アルミニウム等から構成したケースに絶縁を行ってバスバーを配置している。また、特許文献１においては、半導体モジュールから突出するパワー端子をバスバーと接続することが開示されている。

特許４０５２２４１号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、駆動回路を構成する半導体モジュールを３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するためのバスバーにおいて、半導体モジュールにおける接続端子（パワー端子）との接合の仕方については何ら工夫がなされていない。すなわち、従来の電力変換装置においては、複数個の半導体モジュールにおける接続端子に対して、いずれかの半導体モジュールにおける接続端子には一方側からバスバーを接続し、他の半導体モジュールにおける接続端子には他方側からバスバーを接合する構造が採用されている。そのため、複数個の半導体モジュールの配置関係の寸法のばらつきが大きい場合には、すべての接続端子とバスバーとを安定して接触させることが困難であった。また、すべての接続端子とバスバーとを安定して接触させるためには大きな力で押圧する必要が生じ、バスバーの組付性が優れなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数個の半導体モジュールを配設した金属製ケースに対するバスバーの組付性を向上させ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。

本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
上記金属製ケースにおいては、複数個の上記半導体モジュールが配列してあり、該複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、
上記バスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための３本１組の出力結線を構成しており、
該３本１組の出力結線を構成するバスバーは、いずれも上記接続端子に対して一方側から接触していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

本発明の電力変換装置は、金属製ケースにおけるバスバーの配設状態に工夫をし、バスバーの組付性の向上を図っている。
具体的には、本発明のバスバーの少なくともいずれかは、３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための３本１組の出力結線を構成している。この３本１組の出力結線を構成するバスバーは、いずれもプラス側半導体モジュールにおける接続端子及びマイナス側半導体モジュールにおける接続端子に対して、一方側から接触している。
これにより、複数個の半導体モジュールを配設した金属製ケースに対して、バスバーを組み付ける際には、各バスバーは、各半導体モジュールにおける接続端子に対する一方側から接触させることができる。そのため、複数本のバスバーを、複数個の半導体モジュールにおける接続端子に対して同時に接触させることができ、安定して接続端子とバスバーとを接合することができる。

それ故、本発明の電力変換装置によれば、複数個の半導体モジュールを配設した金属製ケースに対するバスバーの組付性を向上させることができる。

上述した本発明の電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、モールド樹脂によって絶縁を行った状態で一体化してバスバーユニットを形成しており、該バスバーユニットは、上記モールド樹脂に設けた係合部を上記金属製ケースに設けた被係合部に係合させて、該金属製ケースに固定することにより、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーを、いずれも上記接続端子に対して一方側から押圧して接触させることが好ましい（請求項２）。
この場合には、３本１組の出力結線を構成するバスバーをバスバーユニットとして、複数個の半導体モジュールを配設した金属製ケースに組み付ける際に、モールド樹脂に設けた係合部と金属製ケースに設けた被係合部とを係合させることにより、３本１組の出力結線を構成するバスバーを、簡単に各接続端子に対して同時に一方側から接触させることができる。

また、上記被係合部は、上記一方側から他方側に向けて形成した複数の案内溝であり、上記係合部は、上記案内溝内を摺動する複数の突起部であり、上記金属製ケースに対して上記バスバーユニットを配置し、上記複数の案内溝に対して上記複数の突起部を摺動させて、当該金属製ケースに対して当該バスバーユニットを固定することにより、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーを、いずれも上記接続端子に対して一方側から押圧して接触させることが好ましい（請求項３）。
この場合には、係合部と被係合部との構成が簡単であり、組付時には、３本１組の出力結線を構成するバスバーを、さらに簡単に各接続端子に対して同時に一方側から接触させることができる。

また、上記金属製ケースには、上記ブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとが複数組配設してあり、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、上記いずれかのコイルに導通させる出力側導体部分と、該出力側導体部分と繋がる中間導体部分とを有しており、該中間導体部分の先端部には、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面するプラス側対面部位が形成されており、上記中間導体部分と上記出力側導体部分との中間部位には、上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面するマイナス側対面部位が形成されており、上記出力側導体部分は、上記中間導体部分と平行に形成した平行部分と、該平行部分に対して９０°屈曲した屈曲部分とを有し、かつ該屈曲部分の先端部には、外部と接続するための出力端子部を有しており、上記金属製ケースにおいては、上記複数組のブリッジ型駆動回路について上記３本１組の出力結線を構成するバスバーが、上記出力端子部を同じ側に並べた状態で配列してあると共に、いずれも上記接続端子に対して一方側から接触していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、組付時には、複数組のブリッジ型駆動回路について３本１組の出力結線を構成するバスバーをまとめて、各接続端子に対して同時に一方側から接触させることができる。

また、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、上記出力側導体部分における上記平行部分から分岐して、上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する上記マイナス側対面部位に対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する分岐マイナス側対面部位を形成するマイナス側分岐部を有していると共に、上記中間導体部分から分岐して、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する上記プラス側対面部位に対向する位置に、他のプラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する分岐プラス側対面部位を形成するプラス側分岐部を有しており、上記マイナス側分岐部は、上記マイナス側対面部位に対して当該バスバーの長手方向にオフセットした位置において、上記出力側導体部分における上記平行部分に繋がっており、上記プラス側分岐部は、上記プラス側対面部位に対して当該バスバーの長手方向にオフセットした位置において、上記中間導体部分に繋がっており、上記マイナス側対面部位、上記分岐マイナス側対面部位、上記プラス側対面部位及び上記分岐プラス側対面部位のいずれも、上記接続端子に対して一方側から接触していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、３本１組の出力結線を構成するバスバーが、分岐マイナス側対面部位又は分岐プラス側対面部位の特殊な形状を有しているときでも、組付時には、複数組のブリッジ型駆動回路について３本１組の出力結線を構成するバスバーをまとめて、各接続端子に対して同時に一方側から接触させることができる。

また、上記複数個の半導体モジュールのいずれかは、上記３相交流モータに印加する電圧を昇圧するための昇圧コンバータ回路を構成するプラス側半導体モジュールとマイナス側半導体モジュールであり、上記複数本のバスバーのいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記昇圧コンバータ回路を構成するリアクトルと結線するための出力結線を構成しており、上記バスバーユニットは、１つの上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーと上記昇圧コンバータ回路を構成するバスバーとを配列した状態で上記モールド樹脂によって一体化した第１バスバーユニットと、２つの上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーを２組配列した状態で上記モールド樹脂によって一体化した第２バスバーユニットとからなり、上記第１バスバーユニットと上記第２バスバーユニットとを上記金属製ケースに固定した状態において、上記第２バスバーユニットにおける一方の上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーにおける上記出力端子部は、上記第１バスバーユニットにおける上記昇圧コンバータ回路を構成するバスバーの外側位置に重なって配置することができる（請求項６）。

この場合には、３組のブリッジ型駆動回路及び昇圧コンバータ回路を有する電力変換装置について、第１バスバーユニットと第２バスバーユニットとに分けてモールド成形することにより、モールド樹脂の注入経路を短くすることができ、モールド成形を容易にすることができる。
また、第２バスバーユニットにおける一方のブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーにおける出力端子部を、第１バスバーユニットにおける昇圧コンバータ回路を構成するバスバーの外側位置に重なって配置することにより、昇圧コンバータ回路の外側の空いたスペースを活用し、金属製ケースを大型化させることなく出力端子部を複数配置することができる。

以下に、本発明の電力変換装置１にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、電力変換回路を構成するスイッチング素子３２を備えた半導体モジュール３を、金属製ケース２に配設してなる。半導体モジュール３における接続端子３１は、図４〜図６に示すごとく、金属製ケース２の外部との電気的接続を行うために、金属製ケース２に対してモールド樹脂４１によって絶縁を行って配設したバスバー５と接合してある。
金属製ケース２においては、複数個の半導体モジュール３が配列してあり、複数個の半導体モジュール３の少なくともいずれかは、３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを駆動するためのブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃを構成する３つのプラス側半導体モジュール３Ａと３つのマイナス側半導体モジュール３Ｂとである。

図７、図８に示すごとく、バスバー５の少なくともいずれかは、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とを、３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６ＣのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル６０とそれぞれ結線するための３本１組の出力結線を構成している。図２、図６に示すごとく、電力変換装置１において、３本１組の出力結線を構成するバスバー５は、いずれもプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とに対して一方側から接触している。図２において、各バスバー５が接続端子３１に接触する方向を矢印Ｆで示す。
なお、後述するように、図４、図５は、２つに分割した場合のバスバーユニット４Ａ、４Ｂを示し、図６は、分割していないバスバーユニット４を示す。

以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図１５を参照して詳説する。
本例においては、プラス側半導体モジュール３Ａ、マイナス側半導体モジュール３Ｂを総称して半導体モジュール３ということがあり、モータ用バスバー５Ａ及びリアクトルバスバー５Ｂを総称してバスバー５ということがある。また、その他の構成要素についても同様である。

図７、図８に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ハイブリッド自動車又は電気自動車における３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを駆動するためのインバータを構成する。なお、３相交流モータは、モータジェネレータとして用いる。
本例のインバータは、メインモータ６Ａを駆動するものと、サブモータ６Ｂを駆動するものと、リヤモータ６Ｃを駆動するものとがある。本例の半導体モジュール３は、メインモータ６Ａ用のブリッジ型駆動回路７Ａ、サブモータ６Ｂ用のブリッジ型駆動回路７Ｂ、リヤモータ６Ｃ用のブリッジ型駆動回路７Ｃに用いたものと、バッテリ（電源）６１の電圧を昇圧して各ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃに印加することができる昇圧コンバータ回路７Ｄに用いたものとがある。バッテリ６１には、供給電圧を安定させるためのコンデンサ６１１が接続してある。

本例の金属製ケース２は、アルミニウム材料から構成されており、本例のバスバー５は、銅材料から構成されている。また、バスバー５は、複数本がまとまった状態でモールド樹脂４１によるモールド成形が行ってある。モールド樹脂４１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂とすることができる。
図１〜図３に示すごとく、金属製ケース２においては、複数個の半導体モジュール３と、複数個の半導体モジュール３を冷却するための冷却器２１とが配設してある。冷却器２１は、半導体モジュール３を挟持するように両側から接触する複数の冷却器本体２１１と、複数の冷却器本体２１１への冷却水の循環を行う一対の冷却管２１２とを有している。

図７に示すごとく、本例の半導体モジュール３は、スイッチング素子３２としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、保護用ダイオード等を備えて構成されている。なお、スイッチング素子３２は、ＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等とすることもできる。
また、本例において、半導体モジュール３における接続端子（パワー端子）３１とは、スイッチング素子３２のコレクタ端子もしくはエミッタ端子（あるいはドレイン端子もしくはソース端子）のことをいう。半導体モジュール３には、その他、制御信号用端子３３等が形成されている（図２参照）。
本例の半導体モジュール３は、３つのプラス側半導体モジュール３Ａと３つのマイナス側半導体モジュール３Ｂとを備えたブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃと、３つのプラス側半導体モジュール３Ａと３つのマイナス側半導体モジュール３Ｂとを備えた昇圧コンバータ回路７Ｄとに使用されている。

図１〜図３に示すごとく、金属製ケース２においては、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ又は昇圧コンバータ回路７Ｄを構成する一対のプラス側半導体モジュール３Ａ、３Ｃ及びマイナス側半導体モジュール３Ｂ、３Ｄが、冷却器本体２１１同士の間に挟持された状態で横方向（長手方向）Ｌに並んでおり、かつ、一対のプラス側半導体モジュール３Ａ及びマイナス側半導体モジュール３Ｂは、冷却器本体２１１同士の間に挟持された状態で縦方向（積層方向）Ｄに複数段に並んでいる。

図３、図６に示すごとく、本例のバスバー５は、半導体モジュール３における２つの接続端子３１、３１０のうちの一方に接続するものである。バスバー５と接続を行っていない他方の接続端子３１０は、別のバスバー（図示省略）によって電源ライン（図７、図８において、Ｐ（プラス）、Ｎ（マイナス）で示す。）に接続される。
図６においては、バスバーユニット４を２つに分割する場合（図４、図５）の分割位置を２点鎖線によって示す。

図８に示すごとく、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃを構成する各モータ用バスバー５Ａは、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とを、３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６ＣのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル６０とそれぞれ結線するための出力結線を構成している。
このモータ用バスバー５Ａは、図９、図１０に示すごとく、いずれかのコイル６０に導通させる出力側導体部分５１と、この出力側導体部分５１に繋がる中間導体部分５２とによって形成されている。中間導体部分５２の先端部には、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ａが形成されており、中間導体部分５２と出力側導体部分５１との中間部位には、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｂが形成されている。
モータ用バスバー５Ａにおける出力側導体部分５１は、中間導体部分５２と平行に形成した平行部分５１１と、平行部分５１１に対して９０°屈曲した屈曲部分５１２とを有しており、屈曲部分５１２の先端部には、金属製ケース２の外部と接続するための出力端子部５１３が設けられている。

また、図８に示すごとく、昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル用バスバー５Ｂは、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１とを、昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル６２と結線するための出力結線を構成している。
このリアクトル用バスバー５Ｂは、図１１に示すごとく、リアクトル６２に導通させる出力側導体部分５１Ｘと、この出力側導体部分５１Ｘに繋がる中間導体部分５２Ｘとによって形成されている。中間導体部分５２Ｘの先端部には、マイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｄが形成されており、中間導体部分５２Ｘと出力側導体部分５１Ｘとの中間部位には、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ｃが形成されている。
リアクトル用バスバー５Ｂにおける出力側導体部分５１Ｘは、中間導体部分５２Ｘと平行に形成した平行部分５１１Ｘと、平行部分５１１Ｘに対して９０°屈曲した屈曲部分５１２Ｘとを有しており、屈曲部分５１２Ｘの先端部には、リアクトル６２と接続する出力端子部５１３Ｘが設けられている。

図９に示すごとく、本例のメインモータ６Ａの結線に用いる３本１組のモータ用バスバー５Ａは、出力側導体部分５１における平行部分５１１から分岐して、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｂに対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面する分岐マイナス側対面部位５７Ｂを形成するマイナス側分岐部５５Ｂを有している。また、メインモータ６Ａの結線に用いる３本１組のモータ用バスバー５Ａは、中間導体部分５２から分岐して、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ａに対向する位置に、他のプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面する分岐プラス側対面部位５７Ａを形成するプラス側分岐部５５Ａを有している。
そして、マイナス側分岐部５５Ｂは、マイナス側対面部位５６Ｂに対して当該モータ用バスバー５Ａの長手方向Ｌにオフセットした位置において、出力側導体部分５１における平行部分５１１に繋がっており、プラス側分岐部５５Ａは、プラス側対面部位５６Ａに対して当該モータ用バスバー５Ａの長手方向Ｌにオフセットした位置において、中間導体部分５２に繋がっている。

図８に示すごとく、本例の昇圧コンバータ回路７Ｄは、３つのプラス側半導体モジュール３Ｃを並列に接続して用いると共に、３つのマイナス側半導体モジュール３Ｄを並列に接続して用いる。
図１１に示すごとく、本例のリアクトル６２の結線に用いるリアクトル用バスバー５Ｂは、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘから分岐して、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ｃに対向する位置に、他のプラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面する分岐プラス側対面部位５７Ｃを形成するプラス側分岐部５５Ｃを有し、このプラス側分岐部５５Ｃから延設して、分岐プラス側対面部位５７Ｃに対向する位置に、さらに他のプラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面する第２分岐プラス側対面部位５７Ｅを形成する第２プラス側分岐部５５Ｅを有している。

また、同図に示すごとく、本例のリアクトル６２の結線に用いるリアクトル用バスバー５Ｂは、中間導体部分５２Ｘから分岐して、マイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｄに対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面する分岐マイナス側対面部位５７Ｄを形成するマイナス側分岐部５５Ｄを有し、このマイナス側分岐部５５Ｄから延設して、分岐マイナス側対面部位５７Ｄに対向する位置に、さらに他のマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面する第２分岐マイナス側対面部位５７Ｆを形成する第２マイナス側分岐部５５Ｆを有している。

そして、プラス側分岐部５５Ｃは、プラス側対面部位５６Ｃに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘに繋がっており、第２プラス側分岐部５５Ｅは、分岐プラス側対面部位５７Ｃに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、プラス側分岐部５５Ｃに繋がっている。
また、マイナス側分岐部５５Ｄは、マイナス側対面部位５６Ｄに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、中間導体部分５２Ｘに繋がっており、第２マイナス側分岐部５５Ｆは、分岐マイナス側対面部位５７Ｄに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、マイナス側分岐部５５Ｄに繋がっている。

なお、リアクトル用バスバー５Ｂは、図１２に示すごとく、プラス側分岐部５５Ｃ及び第２プラス側分岐部５５Ｅを分岐させずに、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘに並列に形成し、マイナス側分岐部５５Ｄ及び第２マイナス側分岐部５５Ｆを分岐させずに、中間導体部分５２Ｘに並列に形成することもできる。この場合には、プラス側分岐部５５Ｃ、第２プラス側分岐部５５Ｅ、マイナス側分岐部５５Ｄ及び第２マイナス側分岐部５５Ｆに接続した各半導体モジュール３からリアクトル６２への通電経路を短縮することができる。また、この場合には、リアクトル用バスバー５Ｂにおいて、半導体モジュール３における接続端子３１を接続する部分には、貫通穴５８を形成することができる。

図１に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａ及びリアクトル用バスバー５Ｂは、モールド樹脂４１によって絶縁を行った状態で一体化してバスバーユニット４Ａ、４Ｂを形成している。また、本例のバスバーユニット４は、第１バスバーユニット４Ａと第２バスバーユニット４Ｂとの２つに分割して、金属製ケース２に組み付けてある。
図４に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａは、メインモータ６Ａ用のブリッジ型駆動回路７Ａを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａと昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル用バスバー５Ｂとを配列した状態でモールド樹脂４１によって一体化してある。図５に示すごとく、第２バスバーユニット４Ｂは、サブモータ６Ｂ用のブリッジ型駆動回路７Ｂを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａと、リヤモータ６Ｃ用のブリッジ型駆動回路７Ｃを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａとを配列した状態でモールド樹脂４１によって一体化してある。

図４に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１における屈曲部分５１２を形成した側の端部においては、３本のモータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２と、リアクトル用バスバー５Ｂの中間導体部分５２Ｘの先端とを覆っている。また、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、リアクトル用バスバー５Ｂの出力側導体部分５１Ｘにおける屈曲部分５１２Ｘを形成した側の端部においては、リアクトル用バスバー５Ｂの屈曲部分５１２Ｘと、３本のモータ用バスバー５Ａの中間導体部分５２の先端とを覆っている。そして、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、３本のモータ用バスバー５Ａとリアクトル用バスバー５Ｂとを一体化している。

図５に示すごとく、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１における屈曲部分５１２を形成した側の端部においては、６本のモータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２を覆っている。また、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２を形成した側の端部とは反対側の端部においては、６本のモータ用バスバー５Ａの中間導体部分５２の先端を覆っている。そして、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、６本のモータ用バスバー５Ａを一体化している。

図４に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａにおいて、メインモータ６Ａ用の３本のモータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１の屈曲部分５１２は、バスバー５の配列方向（積層方向Ｄ）の一方側に向けて屈曲しており、図５に示すごとく、第２バスバーユニット４Ｂにおいて、サブモータ６Ｂ用の３本のモータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１の屈曲部分５１２も、バスバー５の配列方向（積層方向Ｄ）の一方側に向けて屈曲している。

図１に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａと第２バスバーユニット４Ｂとを金属製ケース２に固定した状態において、第２バスバーユニット４Ｂのサブモータ６Ｂ用の３本のモータ用バスバー５Ａにおける出力側導体部分５１の屈曲部分５１２及び出力端子部５１３は、第１バスバーユニット４Ａにおけるリアクトル用バスバー５Ｂにおける中間導体部分５２Ｘの先端部に対する外側位置に重なって配置されている。これにより、昇圧コンバータ回路７Ｄの外側の空いたスペースを活用し、金属製ケース２を大型化させることなく出力端子部５１３を複数配置することができる。
また、３組のブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び昇圧コンバータ回路７Ｄを有する電力変換装置１について、第１バスバーユニット４Ａと第２バスバーユニット４Ｂとに分けてモールド成形することにより、モールド樹脂４１の注入経路を短くすることができ、モールド成形を容易にすることができる。

図１４に示すごとく、各バスバー５において、接続端子３１との各対面部位５６、５７には、接続端子３１と接合する前の状態において、所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部５３と凹部５３同士の間に残された山状残部５４とがそれぞれ形成されている。そして、各バスバー５は、接続端子３１と対面する部位５６、５７において、山状残部５４を溶融させて接続端子３１と接合してある。
同図において、接続端子３１に溶融させる山状残部５４の部分を斜線部Ｇによって示す。

各バスバー５は、板状部材を屈曲させて形成してあり、板状部材の厚み方向を半導体モジュール３の積層方向Ｄに向けて配置されている。各バスバー５は、金属製ケース２において配列されており、各半導体モジュール３における接続端子３１は、バスバー５の長手方向Ｌに対して直交する方向から交わって接合される。
各バスバー５において、山状残部５４を構成する側面５４２は、この山状残部５４において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してある。各山状残部５４は、バスバー５の端面によって形成されたストレート状端面５４１に対する長手方向Ｌの両側にそれぞれ凹部５３を形成してなる。

図９、図１０に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａにおいて、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１を接合するマイナス側対面部位５６Ｂにおける２つの凹部５３は、それぞれＶ状溝５３１からなる。また、図１１に示すごとく、リアクトル用バスバー５Ｂにおいては、各半導体モジュール３Ｃ、３Ｄにおける接続端子３１を接合する各対面部位５６Ｃ、５６Ｄにおける２つの凹部５３は、それぞれＶ状溝５３１からなる。

また、図９、図１０、図１５に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａにおいて、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１を接合するプラス側対面部位５６Ａにおける２つの凹部５３の一方は、Ｖ状溝５３１からなり、他方は、山状残部５４において鈍角状の角部をなす傾斜状の側面５４２と、側面５４２の基部から連続してバスバー５の端部と平行に形成した底面５３２とを備えた形状を有している。そして、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃのプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１を接合するプラス側対面部位５６Ａにおいて、Ｖ状溝５３１からなる一方の凹部５３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル６０に接続される側に形成されている。
また、図１４に示すごとく、本例の各バスバー５Ａ、５Ｂの各対面部位５６においては、山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１が２〜４ｍｍであり、２つの凹部５３の形成深さＨ１が１〜２ｍｍに形成されている。

本例のバスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とは、バスバー５の各対面部位５６、５７における山状残部５４を、ＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接によって接続端子３１に溶融させて接合されている。このＴＩＧ溶接は、溶接材料に溶加棒を用い、溶接部を不活性ガスでシールドしながら、タングステン電極に生じるアークによって溶融接合させる。なお、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とは、その他のアーク溶接を行って、接合することもできる。

また、図４、図５に示すごとく、各モータ用バスバー５Ａにおける出力端子部５１３は、バスバー５の端部にナット５１４を圧入して構成されている。ナット５１４の開口先端部は、このナット５１４にビスを締め付ける際に生ずる異物がナット５１４内から落下しないように、キャップ５１５によって封止してある。

図３に示すごとく、本例の金属製ケース２には、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂを取り付けるための取付穴（ネジ穴）２２と、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂにおけるモールド樹脂４１に設けた係合部４３を係合させる被係合部２３とが形成してある。図４、図５に示すごとく、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂのモールド樹脂４１には、ビスを貫通配置してこのビスを取付穴２２に螺合させるための貫通孔４２と、モールド樹脂４１から突出させた係合部４３とが形成されている。貫通孔４２の周囲には金属製カラーがモールド樹脂４１に一体成形されている。
図１３に示すごとく、本例の被係合部２３は、取付穴２２の近傍において、一方側から他方側に向けて（複数本のバスバー５を配列した方向に向けて）形成した複数の案内溝２３であり、本例の係合部４３は、案内溝２３内を摺動する複数の突起部４３である。また、案内溝２３の終端部（バスバーユニット４Ａ、４Ｂを一端側にスライドさせた終端部）には、突起部４３が収まる穴部２３１が形成されている。なお、複数本のバスバー５を配列した方向は、複数個の半導体モジュール３を冷却器本体２１１を介して重ねて配置する積層方向Ｄに相当する。

図１に示すごとく、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂを配設した金属製ケース２においては、３組のブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃにおける３本１組の出力結線を構成するモータ用バスバー５Ａは、出力端子部５１３を同じ側に並べて配列されている。
図２に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａは、モールド樹脂４１に設けた突起部４３を金属製ケース２に設けた案内溝２３に対して一方側に摺動させて、金属製ケース２に固定することにより、３本のモータ用バスバー５Ａ及びリアクトル用バスバー５Ｂを、いずれも各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から押圧して接触させている。また、第２バスバーユニット４Ｂは、モールド樹脂４１に設けた突起部４３を金属製ケース２に設けた案内溝２３に対して一方側に摺動させて、金属製ケース２に固定することにより、６本のモータ用バスバー５Ａを、いずれも各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から押圧して接触させている。図２において、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂを摺動させる方向を矢印Ｆで示す。

そして、金属製ケース２においては、９本のモータ用バスバー５Ａにおける各対面部位５６、５７とリアクトル用バスバー５Ｂにおける各対面部位５６、５７とのすべてが、各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から接触した状態で接合されている。
これにより、複数個の半導体モジュール３を配設した金属製ケース２に対して、第１バスバーユニット４Ａ及び第２バスバーユニット４Ｂを組み付ける際には、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂは、各半導体モジュール３における接続端子３１に対する一方側から接触させることができる。そのため、複数本のバスバー５を、複数個の半導体モジュール３における接続端子３１に対して同時に接触させることができ、安定して接続端子３１とバスバー５とを接合することができる。

それ故、本例の電力変換装置１によれば、複数個の半導体モジュール３を配設した金属製ケース２に対するバスバー５の組付性を向上させることができる。

実施例における、電力変換装置を示す平面説明図。実施例における、電力変換装置を示す断面説明図。実施例における、バスバーを配設する前の電力変換装置を示す斜視図。実施例における、第１バスバーユニットを示す斜視図。実施例における、第２バスバーユニットを示す斜視図。実施例における、他のバスバーユニットを示す斜視図。実施例における、電力変換装置の構成を示す概略的な回路図。実施例における、電力変換装置の配線状態を示す概略的な説明図。実施例における、モータ用バスバーを示す斜視図。実施例における、他のモータ用バスバーを示す斜視図。実施例における、リアクトル用バスバーを示す斜視図。実施例における、他のリアクトル用バスバーを示す斜視図。実施例における、金属製ケースにおける取付穴及び被係合部の周辺を拡大して示す斜視図。実施例における、バスバーにおける山状残部及び一対の凹部の形成部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。実施例における、バスバーにおける山状残部及び一対の凹部の形成部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。

符号の説明

１電力変換装置
２金属製ケース
２３被係合部（案内溝）
３半導体モジュール
３１接続端子
３２スイッチング素子
４バスバーユニット
４１モールド樹脂
４３係合部（突起部）
５バスバー
５１出力側導体部分
５２中間導体部分
５６、５７対面部位
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ３相交流モータ
７Ａ、７Ｂ、７Ｃブリッジ型駆動回路

Claims

電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
上記金属製ケースにおいては、複数個の上記半導体モジュールが配列してあり、該複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、
上記バスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための３本１組の出力結線を構成しており、
該３本１組の出力結線を構成するバスバーは、いずれも上記接続端子に対して一方側から接触していることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、モールド樹脂によって絶縁を行った状態で一体化してバスバーユニットを形成しており、
該バスバーユニットは、上記モールド樹脂に設けた係合部を上記金属製ケースに設けた被係合部に係合させて、該金属製ケースに固定することにより、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーを、いずれも上記接続端子に対して一方側から押圧して接触させていることを特徴とする電力変換装置。
請求項２において、上記被係合部は、上記一方側から他方側に向けて形成した複数の案内溝であり、上記係合部は、上記案内溝内を摺動する複数の突起部であり、
上記金属製ケースに対して上記バスバーユニットを配置し、上記複数の案内溝に対して上記複数の突起部を摺動させて、当該金属製ケースに対して当該バスバーユニットを固定することにより、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーを、いずれも上記接続端子に対して一方側から押圧して接触させていることを特徴とする電力変換装置。
請求項２又は３において、上記金属製ケースには、上記ブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとが複数組配設してあり、
上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、上記いずれかのコイルに導通させる出力側導体部分と、該出力側導体部分と繋がる中間導体部分とを有しており、
該中間導体部分の先端部には、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面するプラス側対面部位が形成されており、上記中間導体部分と上記出力側導体部分との中間部位には、上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面するマイナス側対面部位が形成されており、
上記出力側導体部分は、上記中間導体部分と平行に形成した平行部分と、該平行部分に対して９０°屈曲した屈曲部分とを有し、かつ該屈曲部分の先端部には、外部と接続するための出力端子部を有しており、
上記金属製ケースにおいては、上記複数組のブリッジ型駆動回路について上記３本１組の出力結線を構成するバスバーが、上記出力端子部を同じ側に並べた状態で配列してあると共に、いずれも上記接続端子に対して一方側から接触していることを特徴とする電力変換装置。
請求項４において、上記３本１組の出力結線を構成するバスバーは、上記出力側導体部分における上記平行部分から分岐して、上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する上記マイナス側対面部位に対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する分岐マイナス側対面部位を形成するマイナス側分岐部を有していると共に、上記中間導体部分から分岐して、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する上記プラス側対面部位に対向する位置に、他のプラス側半導体モジュールにおける接続端子と対面する分岐プラス側対面部位を形成するプラス側分岐部を有しており、
上記マイナス側分岐部は、上記マイナス側対面部位に対して当該バスバーの長手方向にオフセットした位置において、上記出力側導体部分における上記平行部分に繋がっており、上記プラス側分岐部は、上記プラス側対面部位に対して当該バスバーの長手方向にオフセットした位置において、上記中間導体部分に繋がっており、
上記マイナス側対面部位、上記分岐マイナス側対面部位、上記プラス側対面部位及び上記分岐プラス側対面部位のいずれも、上記接続端子に対して一方側から接触していることを特徴とする電力変換装置。
請求項４又は５において、上記複数個の半導体モジュールのいずれかは、上記３相交流モータに印加する電圧を昇圧するための昇圧コンバータ回路を構成するプラス側半導体モジュールとマイナス側半導体モジュールであり、
上記複数本のバスバーのいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記昇圧コンバータ回路を構成するリアクトルと結線するための出力結線を構成しており、
上記バスバーユニットは、１つの上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーと上記昇圧コンバータ回路を構成するバスバーとを配列した状態で上記モールド樹脂によって一体化した第１バスバーユニットと、２つの上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーを２組配列した状態で上記モールド樹脂によって一体化した第２バスバーユニットとからなり、
上記第１バスバーユニットと上記第２バスバーユニットとを上記金属製ケースに固定した状態において、上記第２バスバーユニットにおける一方の上記ブリッジ型駆動回路を構成する３本１組のバスバーにおける上記出力端子部は、上記第１バスバーユニットにおける上記昇圧コンバータ回路を構成するバスバーの外側位置に重なって配置してあることを特徴とする電力変換装置。