JP2010135093A - インバータ検査用の端子接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ２の検査時に、端子３０に容易に接続でき、かつ端子３０が傷つく等のダメージを防止でき、接触抵抗を小さくすることが可能な端子接続装置１を提供する。
【解決手段】半導体モジュール３と、冷却管４とが交互に複数個、積層されるとともに、複数個の半導体モジュール３から各々突出する端子３０が同一方向を向くよう構成されたインバータ２に通電して検査する際に用いるインバータ検査用の端子接続装置１である。端子接続装置１は、端子３０を挟持することにより端子３０と電気的に接続可能に形成された接続部１０が、所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体１１をなし、接続部集合体１１がインバータ２に対して一体的に相対移動可能に構成されるとともに、全ての端子３０と接続部１０とがそれぞれ接続するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータの検査時において、インバータの端子に容易に接続できる端子接続装置に関する。

従来から、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載されるインバータが知られている。このインバータは、車両に搭載された直流電源の電力を交流へ変換するためのもので、インバータにより得られた交流電力を使って交流モータ等を駆動し、車両を走行させる（下記特許文献１）。

インバータは、パワーＭＯＳ等の半導体モジュールと、冷却管とを交互に積層した構造を有している。パワーＭＯＳには大電流が流れるため発熱量が多く、この発熱を冷却管により冷却している。インバータを製造し、出荷する際には、冷却管による冷却性能が所定の基準を満たしているか否か検査する必要がある。

図１０は、従来のインバータ９０の冷却性能を検査する時における、端子９２の接続構造を示したものである。図示するごとく、２個の半導体モジュール９１ａ，９１ｂが配置され、その半導体モジュール９１ａ，９１ｂから突出する端子９２を接続するために、銅板９３ａ〜９３ｃが取り付けられている。半導体モジュール９１ａ，９１ｂには大電流を流すため、銅板９３ａ〜９３ｃと端子９２との接触抵抗を小さくする必要がある。そのため、螺子９４を使って強い力で銅板９３ａ〜９３ｃを締め付けている。銅板９３を取付けた後、図の矢印に示す方向に電流を流して、半導体モジュール９１を発熱させる。

検査時には全ての半導体モジュールを同時に発熱させる必要があるため、積層配置されている他の半導体モジュール（図示しない）にも同時に銅板を取り付ける必要がある。１個のインバータが有する端子は例えば５０個程度にもなり、これら全ての端子に銅板を取付ける必要がある。

特開２００８−２０６３４５号公報

ところが、上記インバータ９０の検査工程では、銅板９３を手作業で取り付けているので、取り付け時に端子が曲がったり傷が付いたりする問題がある。また、作業性が悪いという問題がある。特に、インバータ９０がケース（図示しない）に入れられた状態で検査を行うため、狭いスペース内で螺子止め作業をしなくてはならず、作業にかかる労力が大きいという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、インバータの検査時に、端子に容易に接続でき、かつ端子が傷つく等のダメージを防止でき、接触抵抗を小さくすることが可能な端子接続装置を提供することを課題とする。

本発明は、封止部材内に半導体素子が封止され、該半導体素子に導通する端子が上記封止部材から突出する形に形成された半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とが交互に複数個、積層されるとともに、複数個の上記半導体モジュールから各々突出する上記端子が同一方向を向くよう構成されたインバータに通電して検査する際に用いるインバータ検査用の端子接続装置であって、
上記端子を挟持することにより該端子と電気的に接続可能に形成された接続部が、所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体をなし、該接続部集合体が上記インバータに対して一体的に相対移動可能に構成されているとともに、該接続部集合体を上記インバータに接近させることによって全ての上記端子に対して上記接続部を接続位置に配置できるよう構成されていることを特徴とするインバータ検査用の端子接続装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明は、インバータの端子を挟持することにより該端子と電気的に接続可能な接続部を備える。そして、この接続部が所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体をなしている。接続部集合体はインバータに対して一体的に相対移動可能に構成されており、接続部集合体をインバータに接近させることによって、全ての端子に対して接続部を接続位置に配置できるようになっている。

この構成によると、全ての端子に対して接続部を一括して接続できるようになる。そのため従来のように、個々の端子に個別に銅板等を接続し、螺子止めする作業が必要なくなり、作業工数を低減することが可能となる。また、螺子止め時に端子が傷付いたり曲がったりする不具合を防止できる。さらに、個々の端子を強い力で挟持できるので、端子と接続部との接触抵抗を小さくすることができる。インバータの検査時には大電流を流すため、上述のように接触抵抗を小さくできれば、発熱ロスを抑制することも可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、インバータの検査時に、端子に容易に接続でき、かつ端子が傷つく等のダメージを防止でき、接触抵抗を小さくすることが可能な端子接続装置を提供することができる。

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（請求項１）において、上記接続部は、絶縁板と、上記端子の挿入方向中間位置に設けられた支点にて上記絶縁板に対して回動可能に支持されるとともに、該支点から上記端子の挿入方向後端側に向かうほど上記絶縁板との間隔が広がる形状の楔入部が形成された、導電性材料からなる電極と、上記楔入部に挿入される楔と、該楔を動かす駆動機構と、を備え、上記電極は、上記駆動機構によって上記楔が上記楔入部に挿入されることにより、先端側にて上記絶縁板との間が閉じて上記端子を挟持するよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記楔入部に楔を入れることにより、電極と絶縁板が閉じ、端子を挟持することが可能な構成となっている。全ての接続部に楔を同時に入れることにより、全ての端子を一括して接続することができる。また、楔を入れる力を使って端子を強くクランプできるため、電極と端子との接触抵抗を小さくすることが可能である。

また、上記接続部は、絶縁板と、導電性材料からなる電極と、アクチュエータとを備え、上記電極は、上記絶縁板との間が開いて上記端子を挿入可能となる開位置と、上記アクチュエータにより押圧されることにより上記絶縁板と上記電極とで上記端子を挟持する閉位置との間で移動可能に構成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、複数個ある接続部を、アクチュエータを使って一度に開閉できるため、全ての端子を一括して接続することが可能である。また、アクチュエータの力を強くすれば、電極と端子との接触抵抗を小さくすることができる。なお、アクチュエータとしては、例えばエアシリンダを採用することができる。

また、上記接続部集合体は、上記半導体モジュールの積層方向に移動可能に構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、端子の積層位置誤差に追従することが可能になる。すなわち、インバータは上述したように半導体モジュールと冷却管とを積層した構造を有しているため、半導体モジュールおよび冷却管の厚さばらつきにより、製品ごとに端子の位置がずれる問題がある。そのため、接続部集合体を積層方向に移動可能に構成すれば、検査をする際に、接続部集合体を端子の位置に合わせて調節できるため、端子の接続を行いやすくなる。

また、上記インバータの検査は、上記端子に所定の電流を流すことにより全ての上記半導体モジュールを発熱させるとともに、上記冷却管に冷媒を流すことにより該半導体モジュールを冷却し、該半導体モジュールの温度を測定して上記冷却管による冷却性能を検査するものであることが好ましい（請求項５）。
この場合には、本発明による効果が特に大きい。すなわち、インバータの冷却性能検査では半導体モジュールに特に大きな電流を流し、各半導体モジュールを発熱させる。この際、上記端子接続装置を用いて接続すれば、端子と接続部とを挟持して、接触抵抗を小さくできるため、その接触抵抗による電力ロスを低減することができ、冷却性能検査を精度よく行うことが可能となる。
なお、冷却性能検査では、全ての半導体モジュールに一度に電流を流す。そして、冷却管に水等の冷媒を流して半導体モジュールを冷却する。半導体モジュールには温度センサが設けられており、その測定した温度から後述する熱抵抗値を算出する。この熱抵抗値が予め定められた値を超えた場合に、不良品であると判断される。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる端子接続装置につき、図１〜図７を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例は、インバータ２に通電して検査する際に用いるインバータ検査用の端子接続装置１である。インバータ２は、図２に示すごとく、封止部材３１内に半導体素子が封止され、その半導体素子に導通する端子３０が封止部材３１から突出する形に形成された半導体モジュール３を備える。この半導体モジュール３と、冷却管４とが交互に複数個、積層されるとともに、複数個の半導体モジュール３から各々突出する端子３０が同一方向を向くよう構成されている。
また、図１に示すごとく、端子３０を挟持することにより端子３０と電気的に接続可能に形成された接続部１０が、所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体１１をなし、接続部集合体１１がインバータ２に対して一体的に相対移動可能に構成されているとともに、接続部集合体１１をインバータ２に接近させることによって全ての端子３０に対して接続部１０を接続位置に配置できるよう構成されている。

インバータ２についてさらに詳細に説明する。図２に示すごとく、個々の冷却管４は連結部材４０によって連結されている。また、導入口４１と導出口４２を備える。半導体モジュール３に電流を流すと発熱するため、水等の冷媒ｗを導入口４１から導入して、半導体モジュール３を冷却する。
封止部材３１は四辺形板状に形成されており、この封止部材３１の主面に冷却管４が密着している。また、半導体モジュール３は、直流端子３０ａと交流端子３０ｂの２個の端子３０を備える。図２に示すごとく、半導体モジュール３を２列に配置し、外側に直流端子３０ａが位置し、内側に交流端子３０ｂが位置するようにしてある。

図３は、ケース２０を取付けたインバータ２の斜視図である。このように、インバータ２は、ケース２０を取付けた状態で検査が行われる。

図４は、車両に搭載されたインバータ２およびその周辺部品の回路図である。図示するごとく、車両には直流電源７０と、コンバータ７１、インバータ２、三相交流モータ７２が搭載されている。直流電源７０の直流電圧をコンバータ７１にて昇圧する。そして、昇圧した電圧が半導体モジュール３ａ，３ｂの直流端子３０ａに印加される。半導体モジュール３はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、各々のゲート端子が図示しない制御回路に接続されている。そしてＩＧＢＴをオンオフ制御することにより、交流端子３０ｂから交流電力を出力する。この交流電力により、三相交流モータ７２を駆動する。

一方、図５に示すごとく、インバータ２の検査では、ケース２０の開口部２００から接続部集合体１１を入れ、全ての端子３０に接続部１０を接続させる。接続部１０の拡大図を図６に示す。
図示するごとく、接続部１０は、絶縁板５と、導電性材料からなる電極６を備える。この電極６は、端子３０の挿入方向中間位置に設けられた支点６０にて絶縁板５に対して回動可能に支持されるとともに、支点６０から端子３０の挿入方向後端側６３に向かうほど絶縁板５との間隔が広がる形状の楔入部８が形成されている。また、楔入部８に挿入される楔７と、該楔７を動かす駆動機構（図示しない）と、を備える。電極６は、駆動機構によって楔７が楔入部８に挿入されることにより、先端６２側にて絶縁板５との間が閉じて端子３０を挟持するよう構成されている。
すなわち、図６（Ａ）に示すごとく、楔７を押さないとスプリング６１の力により電極６が開き、端子３０を受入可能な状態となる。端子３０が入った後、楔７を押して、端子３０を挟持する。

図７に、接続部１０および半導体モジュール３の正面図を示す。図示するごとく、接続部１０の電極６は第１電極６ａ、第２電極６ｂ、第３電極６ｃの３個の電極から構成されている。第１電極６ａおよび第３電極６ｃは、半導体モジュール３の直流端子３０ａに接続される。また、第２電極６ｂは、２個の交流端子３０ｂに接続される。接続した後、全ての半導体モジュール３をオンにし、第１電極６ａから第３電極６ｃへ電流を流して、全ての半導体モジュール３を均等に発熱させる。そして、冷却管４に冷媒を流すことにより半導体モジュール３を冷却し、半導体モジュール３の温度を測定して冷却管４による冷却性能を検査する。

例えば、個々の半導体モジュール３が数百Ｗの電力を消費するように一定の電流を流す。そして、冷却管に所定温度の冷媒を流し、半導体モジュール３内に設けられた温度センサにより温度を測定する。測定した温度をｔ（℃）とし、消費電力をＱ（Ｗ）とした場合、以下に示す熱抵抗値を算出する。
熱抵抗値＝ｔ／Ｑ
この熱抵抗値が、予め定められた規格を超えた場合は、不良品として判定される。

なお、本例では、接続部１０と端子３０との間に存在する接触抵抗により消費される電力が、例えば１Ｗ以下となるように、挟持する力を調節している。
また、本例では、図１に示すごとく、接続部集合体１１は、半導体モジュール３の積層方向Ｘに移動可能に構成されている。

次に、本例の端子接続装置１の作用効果について説明する。
本例の端子接続装置１は、図１、図６に示すごとく、インバータ２の端子３０を挟持することにより該端子３０と電気的に接続可能な接続部１０を備える。そして、この接続部１０が所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体１１をなしている。接続部集合体１１はインバータ２に対して一体的に相対移動可能に構成されており、接続部集合体１１をインバータ２に接近させることによって全ての端子３０に対して接続部１０を接続位置に配置できるようになっている。

この構成によると、全ての端子３０に対して接続部１０を一括して接続できるようになる。そのため従来のように、個々の端子３０に個別に銅板等を接続し、螺子止めする作業が必要なくなり、作業工数を低減することが可能となる。また、螺子止め時に端子３０が傷付いたり曲がったりする不具合を防止できる。さらに、個々の端子３０を強い力で挟持できるので、端子３０と接続部１０との接触抵抗を小さくすることができる。インバータ２の検査時には大電流を流すため、上述のように接触抵抗を小さくできれば、発熱ロスを抑制することも可能となる。

また、本例では、図６に示すごとく、楔入部８に楔７を入れることにより、電極６と絶縁板５が閉じ、端子３０を挟持することが可能な構成となっている。
全ての接続部１０に楔７を同時に入れることにより、全ての端子３０を一括して接続することができる。また、楔７を入れる力を使って端子３０を強くクランプできるため、電極６と端子３０との接触抵抗を小さくすることが可能である。

また、本例の端子接続装置１は、全ての半導体モジュール３に電流を流して発熱させ、冷却管４に冷媒を流して半導体モジュール３を冷却するとともに、その冷却管４による冷却性能を検査する際に、インバータ２の端子３０との電気的接続をとるために用いられる。
この場合、本例による効果が特に大きい。すなわち、インバータ２の冷却性能検査では半導体モジュール３に特に大きな電流を流し、各半導体モジュール３を発熱させる。この際、上記端子接続装置１を用いて接続すれば、端子３０と接続部１０とを挟持して、接触抵抗を小さくできるため、その接触抵抗による電力ロスを低減することができ、冷却性能検査を精度よく行うことが可能となる。

また、本例では、接続部集合体１１は、半導体モジュール３の積層方向に移動可能に構成されている。
この場合には、端子３０の積層位置誤差に追従することが可能になる。すなわち、インバータ２は上述したように半導体モジュール３と冷却管４とを積層した構造を有しているため、半導体モジュール３および冷却管４の厚さばらつきにより、製品ごとに端子３０の位置がずれる問題がある。そのため、接続部集合体１１を積層方向に移動可能に構成すれば、検査をする際に、接続部集合体１１を端子３０の位置に合わせて調節できるため、端子３０の接続を行いやすくなる。

以上のごとく、本発明によれば、インバータ２の検査時に、端子３０に容易に接続でき、かつ端子３０が傷つく等のダメージを防止でき、接触抵抗を小さくすることが可能な端子接続装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、接続部１０の構造を変えた例である。図８に示すごとく、本例の接続部１０は、絶縁板５ａと、導電性材料からなる電極６と、アクチュエータ（図示しない）とを備える。電極６は、絶縁板５ａとの間が開いて端子３０を挿入可能となる開位置と、アクチュエータにより押圧されることにより絶縁板５ａと電極６とで端子３０を挟持する閉位置との間で移動可能に構成されている。
より詳しくは、本例では、アクチュエータとしてエアシリンダが使用されている。絶縁板５は第１絶縁板５ａと第２絶縁板５ｂとの２枚からなり、第２絶縁板５ｂの一部に電極６が設けられている。また、可動シャフト８１を備えており、エアシリンダの力により、第２絶縁板５ｂが可動シャフト８１に沿って移動する。これにより、電極６と第１絶縁板５ａとの間が閉じ、端子３０が挟持される。
なお、接続部１０にはリターンバネ８０が設けられており、エアシリンダの力を解除すると、リターンバネ８０の弾性力により、第２絶縁板５ｂが第１絶縁板５ａから離れるようになっている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

上記構成にすると、複数個ある接続部１０を、アクチュエータを使って一度に開閉できるため、全ての端子３０を一括して接続することが可能である。また、アクチュエータの力を強くすれば、電極６と端子３０との接触抵抗を小さくすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、接続部１０の形状を変えた例である。図９に示すごとく、本例の接続部１０は、絶縁板５と、該絶縁板５に設けられ、相対向するように配置された第１電極６Ａおよび第２電極６Ｂとを備える。そして、これら第１電極６Ａと第２電極極６Ｂとは、先端部６４に向かうほど互いの間隔が広がる形状に形成されている。また、各電極６Ａ，６Ｂは弾性力により、中央部６５にて互いに押し合うようになっている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

端子３０を接続する際には、上記先端部６４から端子３０を挿入する。これにより、２個の電極６Ａ，６Ｂの弾性力によって端子３０が挟持され、電気的に接続することが可能となる。また、先端部６４が広がっているので、端子３０を入れやすい。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、インバータおよび端子接続装置の要部拡大図。 実施例１における、インバータの斜視図。 実施例１における、ケースに入れられたインバータの斜視図。 実施例１における、インバータの回路図。 実施例１における、インバータおよび端子接続装置の側面図。 実施例１における、端子および接続部の（Ａ）楔を入れる前（Ｂ）楔を入れた後の拡大図。 実施例１における、半導体モジュールおよび接続部の正面図。 実施例２における、インバータおよび端子接続装置の部分拡大図。 実施例３における、インバータおよび端子接続装置の部分拡大図。 従来例における、インバータ検査時の端子接続構造を示す図。

符号の説明

１ 端子接続装置
１０ 接続部
１１ 接続部集合体
２ インバータ
３ 半導体モジュール
３０ 端子
３１ 封止部材
４ 冷却管
５ 絶縁板
６ 電極
７ 楔

Claims (5)

1. 封止部材内に半導体素子が封止され、該半導体素子に導通する端子が上記封止部材から突出する形に形成された半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とが交互に複数個、積層されるとともに、複数個の上記半導体モジュールから各々突出する上記端子が同一方向を向くよう構成されたインバータに通電して検査する際に用いるインバータ検査用の端子接続装置であって、
   上記端子を挟持することにより該端子と電気的に接続可能に形成された接続部が、所定間隔をおいて複数個、隣接配置された接続部集合体をなし、該接続部集合体が上記インバータに対して一体的に相対移動可能に構成されているとともに、該接続部集合体を上記インバータに接近させることによって全ての上記端子に対して上記接続部を接続位置に配置できるよう構成されていることを特徴とするインバータ検査用の端子接続装置。
2. 請求項１において、上記接続部は、絶縁板と、上記端子の挿入方向中間位置に設けられた支点にて上記絶縁板に対して回動可能に支持されるとともに、該支点から上記端子の挿入方向後端側に向かうほど上記絶縁板との間隔が広がる形状の楔入部が形成された、導電性材料からなる電極と、上記楔入部に挿入される楔と、該楔を動かす駆動機構と、を備え、上記電極は、上記駆動機構によって上記楔が上記楔入部に挿入されることにより、先端側にて上記絶縁板との間が閉じて上記端子を挟持するよう構成されていることを特徴とするインバータ検査用の端子接続装置。
3. 請求項１において、上記接続部は、絶縁板と、導電性材料からなる電極と、アクチュエータとを備え、上記電極は、上記絶縁板との間が開いて上記端子を挿入可能となる開位置と、上記アクチュエータにより押圧されることにより上記絶縁板と上記電極とで上記端子を挟持する閉位置との間で移動可能に構成されていることを特徴とする端子接続装置。
4. 請求項１〜請求項３において、上記接続部集合体は、上記半導体モジュールの積層方向に移動可能に構成されていることを特徴とするインバータ検査用の端子接続装置。
5. 請求項１〜請求項４において、上記インバータの検査は、上記端子に所定の電流を流すことにより全ての上記半導体モジュールを発熱させるとともに、上記冷却管に冷媒を流すことにより該半導体モジュールを冷却し、該半導体モジュールの温度を測定して上記冷却管による冷却性能を検査するものであることを特徴とするインバータ検査用の端子接続装置。

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