JP2011109767A

JP2011109767A - 電力変換装置

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Publication number: JP2011109767A
Application number: JP2009260758A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Kato; 敏一加藤; Yukio Goto; 誘紀郎後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-06-02
Anticipated expiration: 2029-11-16
Also published as: JP5446761B2

Abstract

【課題】対向配置した２個のバスバーの、板厚方向における全体の長さを短くすることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数個の半導体モジュール２と、複数個の冷却チューブ４とを積層した積層体１０を備える。半導体モジュール２のパワー端子３は、積層方向Ｘへ少なくとも２列に並んでいる。電力変換装置１は、一方の列３１に属するパワー端子３に接続する第１バスバー５と、他方の列３２に属するパワー端子３に接続する第２バスバー６を備える。第１バスバー５および第２バスバー６は、板状の本体部５０，６０と、接続端子５１，６１を有する。第１バスバー５の接続端子５１は第２バスバー６側に突出し、第２バスバー６の接続端子６１は第１バスバー５側に突出するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バスバーを備えた電力変換装置に関する。

従来から、直流電源から供給される直流電力を交流に変換する電力変換装置が知られている（特許文献１参照）。
図８に、従来の電力変換装置９０の分解斜視図を示す。また、図８のａ−ａ断面図を図９に示し、図８のｂ−ｂ断面図を図１０に示す。図８に示すごとく、従来の電力変換装置９０は、複数個の半導体モジュール９１と冷却チューブ９８とを積層して構成されている。半導体モジュール９１はパワー端子９２，９３を備えており、このパワー端子９２，９３は、積層方向ｘへ少なくとも２列に並んでいる。そして、一方の列のパワー端子９２にバスバー９４の接続端子９６が接続し、他方の列のパワー端子９３にバスバー９５の接続端子９７が接続している。バスバー９４，９５は、金属板からなる本体部９４０，９５０を有する。バスバー９４，９５は、本体部９４０，９５０の板厚方向に所定間隔をおいて対向配置されている。

接続端子９６，９７は、本体部９４０，９５０の側部にＬ字状の切り込み９００を入れ、この切り込み９００と折曲線９０１に囲まれる部分を該折曲線９０１に沿って直角に折り曲げることにより、形成されている。
また、バスバー９４には貫通孔９６０が形成されており、パワー端子９３は、この貫通孔９６０を通って接続端子９７に接続されている。

パワー端子９３と接続端子９７とを接続する際には、図１０に示すごとく、パワー端子９３の端面９３０とバスバー９５の表面９５ａとを面一にし、この端面９３０と表面９５ａの間を溶接する。他方のバスバー９４の接続端子９６と、パワー端子９２とを接続する際にも、同様に溶接を行う。

特開２００６−２９５９９７号公報

しかしながら、従来の電力変換装置９０は、図９に示すごとく、接続端子９６，９７を同一方向へ折り曲げていたため、２個のバスバー９４，９５の対向方向外側に接続端子９６が位置していた。それ故、２個のバスバー９４，９５が電力変換装置９０内に占めるスペースが大きくなり、電力変換装置９０の小型化を阻む要因となっていた。

一方、近年、パワー端子９２，９３と接続端子９６，９７との電気的な接続信頼性を高めるため、図９に示すごとく、上記板厚方向における接続端子９６，９７の長さｈを長くすることが求められている。ｈを長くすれば、接続端子９６，９７の表面積が大きくなり、パワー端子９２，９３との接触面積が大きくなって、接続信頼性が高くなるからである。
しかしながら、上述したように、本体部９４０，９５０の対向方向外側に接続端子９６が位置しているため、接続端子９６の長さｈを長くすると、バスバー９４，９５が電力変換装置９０内に占めるスペースが大きくなり、電力変換装置９０が大型化しやすくなる。
そのため、本体部９４０，９５０の板厚方向における接続端子９６，９７の長さｈを長くした場合でも、２個のバスバー９４，９５が電力変換装置９０内に占めるスペースを小さくでき、小型化ができる電力変換装置９０が望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、２個のバスバーが装置内に占めるスペースを小さくでき、小型化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内蔵すると共に、該スイッチング素子に導通したパワー端子を備えた複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数個の冷却チューブとを積層してなり、上記パワー端子が積層方向へ少なくとも２列に並んだ積層体と、
２列に並んだ上記パワー端子のうち、一方の列に属する全ての上記パワー端子に接続する第１バスバーと、
他方の列に属する全ての上記パワー端子に接続する第２バスバーとを備え、
上記第１バスバーおよび上記第２バスバーは、板状の本体部と、該本体部から側方へ伸びるとともに該本体部の板厚方向へ突出し、上記パワー端子に各々接続する複数個の接続端子とを有し、上記第１バスバーの上記本体部と、上記第２バスバーの上記本体部とは上記板厚方向に所定間隔をおいて対向配置されており、
上記第１バスバーの上記接続端子は上記第２バスバー側に突出し、上記第２バスバーの上記接続端子は上記第１バスバー側に突出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にある（請求項１）。

本発明の作用効果につき説明する。本発明の電力変換装置は第１バスバーと第２バスバーを備え、これらのバスバーは、それぞれ上記本体部と上記接続端子とを有する。第１バスバーの本体部と、第２バスバーの本体部とは、それぞれ板厚方向に所定間隔をおいて対向配置されている。そして、第１バスバーの接続端子は第２バスバー側に突出し、第２バスバーの接続端子は第１バスバー側に突出している。

このようにすると、各々の接続端子を、対向配置された２個の本体部の間に位置させることができる。そのため、２個の本体部の間の空間を有効活用することが可能になる。これにより、２個のバスバーが電力変換装置内に占めるスペースを小さくすることができ、電力変換装置を小型化することができる。

以上のごとく、本発明によれば、２個のバスバーが装置内に占めるスペースを小さくでき、小型化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、電力変換装置の分解斜視図。実施例１における、電力変換装置の斜視図であって、冷却管を省略して描いたもの。実施例１における、電力変換装置の要部拡大断面図。実施例１における、折り曲げ前の状態での第１バスバーの平面図。実施例１における、折り曲げ前の状態での第２バスバーの平面図。実施例１における、バスバーの平面図。実施例２における、第１バスバーの斜視図。従来例における、電力変換装置の分解斜視図。図８のａ−ａ断面図。図８のｂ−ｂ断面図。

本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１バスバー及び上記第２バスバーにおいては、一枚の金属板に所定の間隔で切り込みを入れて、この切り込みと折曲線とに囲まれる部分を、該折曲線に沿って直角に折り曲げることにより、接触部を板厚方向へ突出させることができる。

上記接続端子は、上記パワー端子の主面に接触する接触部と、該接触部よりも上記本体部に近い位置に設けられた中間部とを有し、該中間部が、上記板厚方向と上記積層方向との双方に直交する折曲線に沿って折り曲げられることにより、上記接触部が上記板厚方向へ突出するよう構成されていることが好ましい（請求項２）。

このようにすると、上記板厚方向における、接続端子の長さを長くすることができる。そのため、接続端子とパワー端子との接触面積が大きくなり、接続端子とパワー端子との電気的な接続信頼性を高めることができる。

すなわち、上記構成にすると、上記のごとく、一枚の金属板に所定の間隔で切り込みを入れ、折曲線に沿って折り曲げて上記中間部及び上記接触部を形成する場合、中間部を折り曲げる前の状態において、上記積層方向における接触部の長さを長くすることができ、パワー端子のピッチと殆ど同じ長さにすることができる。したがって、中間部を折り曲げた後の状態において、上記板厚方向における接触部の突出長さを長くすることができる。

また、上記第１バスバーと上記第２バスバーのうち、少なくとも一方のバスバーは、上記接続端子のピッチＰと、上記板厚方向における上記接触部の突出長さＢと、上記板厚方向における上記中間部の突出長さＡとが、Ａ＜Ｂ＜Ｐの関係を有することが好ましい（請求項３）。
このようにすると、一枚の金属板の側部に所定の間隔で切り込みを入れ、接続端子を折り曲げ形成する場合に、接続端子のピッチＰと、板厚方向における接触部の突出長さＢとがＢ＜Ｐの関係を有しているため、接続端子を折り曲げる前の状態において、上記ピッチＰの範囲内で接触部を形成することができる。
また、板厚方向における中間部の突出長さＡと、上記Ｂとが、Ａ＜Ｂの関係を有している。このようにすると、Ａが小さいため、中間部のうち、板厚方向に突出しない部分の、積層方向の幅を確保することができる。これにより、本体部と中間部とが接続する部分の幅を確保することが可能になり、本体部と接触部との間の導通を確保することができる。

また、上記第１バスバーと上記第２バスバーのうち、少なくとも一方のバスバーは、上記接続端子のピッチＰと、上記板厚方向における上記中間部の突出長さＡとが、Ａ＜Ｐ／２の関係を有することが好ましい（請求項４）。
このようにすると、板厚方向における中間部の突出長さＡが短くなるので、中間部のうち、板厚方向に突出しない部分の、積層方向における長さを長くすることができる。これにより、本体部と中間部とが接続する部分の幅を長くすることが可能になる。そのため、本体部と中間部との間に流れる電流によって発生する抵抗熱を少なくすることができる。

また、上記接続端子は、上記パワー端子に接触する接触部と、該接触部よりも本体部に近い位置に設けられた中間部とを有し、上記積層体の積層方向と、上記本体部の板厚方向との双方に直交する回転軸線を中心として中間部を捻じ曲げることにより、上記接触部が上記板厚方向へ突出していることが好ましい（請求項５）。
このように、中間部を捻じ曲げて接続端子を形成すると、上述のように中間部を折り曲げた場合と比較して、接続端子の製造工程が簡単になる。そのため、バスバーの製造コストを低くすることが可能になる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵すると共に、該スイッチング素子に導通したパワー端子３を備えた複数個の半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を冷却する複数個の冷却チューブ４とを積層した積層体１０を備える。このパワー端子３は、積層方向Ｘへ少なくとも２列に並んでいる。
また、電力変換装置１は、２列に並んだパワー端子３のうち、一方の列３１に属する全てのパワー端子３に接続する第１バスバー５を備える。
また、電力変換装置１は、他方の列３２に属する全てのパワー端子３に接続する第２バスバー６を備える。

第１バスバー５および第２バスバー６は、板状の本体部５０，６０を備える。また、第１バスバー５および第２バスバー６は、本体部５０，６０から側方へ伸びるとともに本体部５０，６０の板厚方向Ｙへ突出し、パワー端子３に各々接続する複数個の接続端子５１，６１を有する。第１バスバー５の本体部５０と、第２バスバー６の本体部６０とは板厚方向Ｙに所定間隔をおいて対向配置されている。
そして、第１バスバー５の接続端子５１は第２バスバー６側に突出し、第２バスバー６の接続端子６１は第１バスバー５側に突出するよう構成されている。
以下、詳説する。

図１〜図３に示すごとく、第１バスバー５の本体部５０と、第２バスバー６の本体部６０とは、樹脂製の固定部材７によって固定されている。また、第１バスバー５の本体部５０には複数の貫通孔５５が形成されており、他方の列３２に属するパワー端子３は、この貫通孔５５を通って接続端子６１に接続されている。

また、図２、図３に示すごとく、接続端子５１とパワー端子３とを接続する際には、接続端子５１の端面５００とパワー端子３の端面３００とを面一にするか又は近接させ、これらの端面５００，３００に溶接作業を行うことによって、接続する。同様にして、接続端子６１の端面６００とパワー端子３の端面３００とを面一にするか又は近接させ、これらの端面６００，３００に溶接作業を行うことによって、接続端子６１とパワー端子３とを接続する。

本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載されるもので、直流電源から供給される直流電力を交流に変換する。第１バスバー５は直流電源の一方の電極（正極または負極）に接続され、第２バスバー６は直流電源の他方の電極に接続されている。そして、半導体モジュール２に内蔵されているスイッチング素子がオンオフ動作することにより、直流電力を交流電力に変換している。交流電力は、図２に示すごとく、半導体モジュール２の交流出力端子８ａ，８ｂから出力される。得られた交流電力を使って、図示しない三相交流モータを駆動し、車両を走行させる。
なお、半導体モジュール２は制御端子２０を備えている。この制御端子２０は制御基板（図示しない）に接続されている。制御基板から制御端子２０へ制御信号を送信することにより、上記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する。

一方、図１に示すごとく、隣り合う冷却チューブ４同士は、接続管７０，７１によって接続されている。上述した冷媒は、接続管７０，７１を通って、全ての冷却チューブ４の中を流れる。

図１、図２に示すごとく、接続端子５１，６１は、金属板の側部に所定の間隔で切り込み（スリット）を形成し、このスリットの間を折曲線５４，６４に沿って直角に折り曲げることにより形成されている。図４に、折り曲げ前の第１バスバー５の平面図を示し、図５に折り曲げ前の第２バスバー６の平面図を示す。
図１、図４に示すごとく、第１バスバー５の接続端子５１は、パワー端子３の主面に接触する接触部５２と、該接触部５２よりも本体部５０に近い位置に設けられた中間部５３とを有する。そして、中間部５３が、本体部５０の板厚方向Ｙと、積層体１０の積層方向Ｘとの双方に直交する折曲線５４に沿って折り曲げられることにより、接触部５２が板厚方向Ｙへ突出するよう構成されている。
なお、図５に示すごとく、第２バスバー６も同様の構造になっている。

また、図３、図４に示すごとく、第１バスバー５は、接続端子５１のピッチＰと、本体部５０の板厚方向Ｙにおける接触部５２の突出長さＢと、上記板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡとが、Ａ＜Ｂ＜Ｐの関係を有する。

さらに、図４に示すごとく、第１バスバー５は、接続端子５１のピッチＰと、本体部５０の板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡとが、Ａ＜Ｐ／２の関係を有する。

本例の作用効果について説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は第１バスバー５と第２バスバー６を備え、これらのバスバー５，６は、それぞれ本体部５０，６０と接続端子５１，６１とを有する。第１バスバー５の本体部５０と、第２バスバー６の本体部６０とは、それぞれ板厚方向Ｙに所定間隔をおいて対向配置されている。そして、第１バスバー５の接続端子５１は第２バスバー６側に突出し、第２バスバー６の接続端子６１は第１バスバー５側に突出している。

このようにすると、図１に示すごとく、各々の接続端子５１，６１を、対向配置された２個の本体部５０，６０の間に位置させることができる。そのため、２個の本体部５０，６０の間の空間を有効活用することが可能になる。これにより、２個のバスバー５，６が電力変換装置１内に占めるスペースを小さくすることができ、電力変換装置１を小型化することができる。

また、本例では図３、図４に示すごとく、第１バスバー５の接続端子５１は、接触部５２と、該接触部５２よりも本体部５０に近い位置に設けられた中間部５３とを有し、中間部５３が折曲線５４に沿って折り曲げられることにより、接触部５２が板厚方向Ｙへ突出するよう構成されている。また、図５に示すごとく、第２バスバー６の接続端子６１も同様の構造をしている。

このようにすると、板厚方向Ｙにおける、接続端子５１，６１の長さを長くすることができる。そのため、接続端子５１，６１とパワー端子３との接触面積が大きくなり、接続端子５１，６１とパワー端子３との電気的な接続信頼性を高めることができる。

すなわち、上記構成にすると、上記のごとく、一枚の金属板に所定の間隔でスリット５６を入れ、折曲線５４に沿って折り曲げて中間部５３及び接触部５２を形成する場合、中間部５３を折り曲げる前の状態（図４）において、積層方向Ｘにおける接触部５２の長さを長くすることができ、パワー端子３のピッチと殆ど同じ長さにすることができる。したがって、中間部５３を折り曲げた後の状態（図３）において、板厚方向Ｙにおける接触部５２の突出長さを長くすることができる。

なお、図４、図５に示すバスバー５，６の代わりに、以下に説明するバスバー５’を使用してもよい。このバスバー５’は、図６に示すごとく、一枚の金属板にＬ字状のスリット５６’を複数形成し、このスリット５６’と折曲線５４’とに囲まれる接続部５１’を、折曲線５４’に沿って直角に折り曲げたものである。
しかし、この場合は、接触部５２’を本体部５０’に繋げるための繋ぎ部５９を、隣り合う接続部５１’と接続部５１’との間に形成しなくてはならないため、積層方向Ｘにおける接続部５１’の長さＣを長くすることができない。Ｃを無理に長くすると、接続部５１’のピッチＰは変えられないため、積層方向Ｘにおける繋ぎ部５９の長さＤが短くなる。そのため、電流が流れる際に繋ぎ部５９から発生する抵抗熱が大きくなったり、繋ぎ部５９の機械的強度が低下したりする場合がある。
そのため、図４、図５に示すバスバー５，６の構成とすることによって、接触部５２の突出長さを長くすることができる。

一方、本例では図４に示すごとく、第１バスバー５は、接続端子５１のピッチＰと、板厚方向Ｙにおける接触部５２の突出長さＢと、板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡとが、Ａ＜Ｂ＜Ｐの関係を有する。
このようにすると、一枚の金属板の側部に所定の間隔で切り込みを入れ、接続端子５を折り曲げ形成する場合に、接続端子５のピッチＰと、板厚方向Ｙにおける接触部５２の突出長さＢとがＢ＜Ｐの関係を有しているため、接続端子５１を折り曲げる前の状態（図４）において、上記ピッチＰの範囲内で接触部５１を形成することができる。
また、板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡと、上記Ｂとが、Ａ＜Ｂの関係を有している。このようにすると、Ａが小さいため、中間部５３のうち、板厚方向Ｙに突出しない部分５３ａの、積層方向Ｘの幅Ｗ２を確保することができる。これにより、本体部５０と中間部５３とが接続する部分の幅Ｗ１を確保することが可能になり、本体部５０と接触部５２との間の導通を確保することができる。

また、本例では図４に示すごとく、第１バスバー５は、接続端子５１のピッチＰと、板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡとが、Ａ＜Ｐ／２の関係を有する。
このようにすると、板厚方向Ｙにおける中間部５３の突出長さＡが短くなるので、中間部５３のうち、板厚方向Ｙに突出しない部分５３ａの、積層方向Ｘにおける長さＷ２を長くすることができる。これにより、本体部５０と中間部５３とが接続する部分の幅Ｗ１を長くすることが可能になる。そのため、本体部５０と中間部５３との間に流れる電流によって発生する抵抗熱を少なくすることができる。

以上のごとく、本例によれば、２個のバスバー５，６が装置内に占めるスペースを小さくでき、小型化できる電力変換装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、第１バスバー５の接続端子５１の形状を変更した例である。図７に示すごとく、本例では、接続端子５１は、パワー端子３に接触する接触部５２と、該接触部５２よりも本体部５０に近い位置に設けられた中間部５３とを有し、上記積層体１０の積層方向Ｘと、本体部５０の板厚方向Ｙとの双方に直交する回転軸線５７を中心として中間部５３を捻じ曲げることにより、接触部５２を板厚方向Ｙへ突出させている。
例えば、中間部５３の、積層方向Ｘにおける中央を通る回転軸線５７を中心として、中間部５３を９０°捻じ曲げることにより、接触部５２を板厚方向Ｙへ突出させる。
この場合、第１バスバー５の接触部５２は、その大部分を第２バスバー６側へ突出させるが、僅かに反対側へ突出していてもよい。同様に、第２バスバー６の接触部６２は、その大部分を第１バスバー５側へ突出させるが、僅かに反対側へ突出していてもよい。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

本例の作用効果について説明する。このように、中間部５３を捻じ曲げて接続端子５１を形成すると、上述のように中間部５３を折曲線５４に沿って折り曲げた場合と比較して、接続端子５１の製造工程が簡単になる。そのため、バスバー５，６の製造コストを低くすることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

１電力変換装置
２半導体モジュール
３パワー端子
３１第１列
３２第２列
４冷却チューブ
５第１バスバー
５０本体部
５１接続端子
６第２バスバー
６０本体部
６１接続端子

Claims

電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵すると共に、該スイッチング素子に導通したパワー端子を備えた複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数個の冷却チューブとを積層してなり、上記パワー端子が積層方向へ少なくとも２列に並んだ積層体と、
２列に並んだ上記パワー端子のうち、一方の列に属する全ての上記パワー端子に接続する第１バスバーと、
他方の列に属する全ての上記パワー端子に接続する第２バスバーとを備え、
上記第１バスバーおよび上記第２バスバーは、板状の本体部と、該本体部から側方へ伸びるとともに該本体部の板厚方向へ突出し、上記パワー端子に各々接続する複数個の接続端子とを有し、上記第１バスバーの上記本体部と、上記第２バスバーの上記本体部とは上記板厚方向に所定間隔をおいて対向配置されており、
上記第１バスバーの上記接続端子は上記第２バスバー側に突出し、上記第２バスバーの上記接続端子は上記第１バスバー側に突出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。
請求項１において、上記接続端子は、上記パワー端子の主面に接触する接触部と、該接触部よりも上記本体部に近い位置に設けられた中間部とを有し、該中間部が、上記板厚方向と上記積層方向との双方に直交する折曲線に沿って折り曲げられることにより、上記接触部が上記板厚方向へ突出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。
請求項２において、上記第１バスバーと上記第２バスバーのうち、少なくとも一方のバスバーは、上記接続端子のピッチＰと、上記板厚方向における上記接触部の突出長さＢと、上記板厚方向における上記中間部の突出長さＡとが、Ａ＜Ｂ＜Ｐの関係を有することを特徴とする電力変換装置。
請求項２または請求項３において、上記第１バスバーと上記第２バスバーのうち、少なくとも一方のバスバーは、上記接続端子のピッチＰと、上記板厚方向における上記中間部の突出長さＡとが、Ａ＜Ｐ／２の関係を有することを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、上記接続端子は、上記パワー端子に接触する接触部と、該接触部よりも本体部に近い位置に設けられた中間部とを有し、上記積層体の積層方向と、上記本体部の板厚方向との双方に直交する回転軸線を中心として中間部を捻じ曲げることにより、上記接触部が上記板厚方向へ突出していることを特徴とする電力変換装置。