JP2011135737A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子台を小型化でき、かつ容易に取り付けることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】外部接続用端部４１を載置する載置面５０を有し、外部機器の接続端子７を外部接続用端部４１に重ね合わせた状態で、接続端子７と外部接続用端部４１とを載置面５０上にて電気的に接続する端子台５を備える。端子台５は、外部接続用端部４１の延出方向外側から端子台支承部６の支承面６０と外部接続用端部４１の主面４２との間に挿入配置されている。端子台５には、半導体モジュール２に近い側の端面５３と、載置面５０との間に面取部５１が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バスバーを固定するための端子台を有する電力変換装置に関する。

従来から、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置が知られている（下記特許文献１〜４参照）。電力変換装置は、図１５に示すごとく、複数個の半導体モジュール９１と冷却チューブ９９とを積層し、収納ケース９４に収納したもので、半導体モジュール９１のパワー端子９２に電気的に接続したバスバー９３を有する。

図１６、図１７に示すごとく、バスバー９３は、端子台９５を介して、外部機器の接続端子９８に接続される。端子台９５は、挿通孔９００を有する樹脂部材９７と、該樹脂部材９７の挿通孔９００に挿通され、両端に貫通孔９６ａ，９６ｂを有する複数の中継バスバー９６とを備える。樹脂部材９７には固定部９７ａが形成されている。

バスバー９３を接続端子９８に接続する際には、先ず、図１６、図１７に示すごとく、端子台９５の固定部９７ａを収納ケース９４の被固定部９４ａに取り付け、固定する。同時に、中継バスバー９６の貫通孔９６ａとバスバー９３の貫通孔９３ａを一致させる。そして貫通孔９６ａ，９３ａにボルトを挿通して、中継バスバー９６とバスバー９３を締結する。
その後、図１７に示すごとく、中継バスバー９６に外部機器の接続端子９８を接続する。すなわち、中継バスバー９６の上側貫通孔９６ｂと、外部機器の接続端子９８の貫通孔９８ａとを一致させ、これらの貫通孔９６ｂ，９８ａにボルトを挿入して、中継バスバー９６と接続端子９８とを締結する。これにより、図１８に示すごとく、バスバー９３と接続端子９８とが電気的に接続される。

端子台９５を用いると、接続端子９８の接続作業を容易に行うことが可能になる。すなわち、上述のように、端子台９５は収納ケース９４に固定されるため、中継バスバー９６がぐらつきにくくなり、安定させることができる。そのため、中継バスバー９６に対して接続端子９８を容易に接続することが可能になる。

特開２００１−３２０００５号公報 特開１９９９−１４４７８３号公報 特開２００１−２５１０８９号公報 特開２００４−３２７１８５号公報

しかしながら、従来の端子台９５は、中継バスバー９６を有するため、小型化しにくいという問題があった。また、端子台９５を小型化しにくいため、電力変換装置自体も小型化しにくいという問題もあった。また、接続端子９８を接続するための作業工数が多く、部品点数も多いという問題があった。中継バスバー９６を設けなければ、端子台９５を小型化でき、部品点数も減少できるが、その代わりに以下の問題が生じる。すなわち、仮に樹脂部材９７に中継バスバー９６を設けず、挿通孔９００にバスバー９３を直接、挿入しようとすると、バスバー９３の先端と挿通孔９００とを精確に位置合わせしなければ挿入できないため、作業性が低下する。特に、複数のバスバー９３を備える場合は、複数のバスバー９３を全て同時に挿通孔９００に入れる必要があり、作業性が低下しやすい。
そのため、端子台を小型化でき、かつ容易に取り付けることができる電力変換装置が望まれていた。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、端子台を小型化でき、かつ容易に取り付けることができ、更には装置自体も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した本体部を有し、上記スイッチング素子に導通したパワー端子が上記本体部から突出した複数個の半導体モジュールと、
該複数個の半導体モジュールを収納する収納ケースと、
上記パワー端子に溶接される溶接用端部と、該溶接用端部に導通し上記収納ケースからケース外へ延出した外部接続用端部とを有するバスバーと、
上記外部接続用端部を載置する載置面を有し、外部機器の接続端子を上記外部接続用端部に重ね合わせた状態で、該接続端子と上記外部接続用端部とを上記載置面上にて電気的に接続する端子台と、
上記収納ケースの側面に該収納ケースと一体的に設けられ、上記外部接続用端部の延出方向へ突出するとともに、上記端子台を支承する支承面が形成された端子台支承部とを備え、
上記端子台は、上記外部接続用端部の延出方向外側から上記端子台支承部の上記支承面と上記外部接続用端部の主面との間に挿入配置されており、
上記端子台には、上記半導体モジュールに近い側の端面と、上記載置面との間に面取部が形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いて説明する。端子台がその役割を果たすためには、端子台支承部の支承面から外部接続用端部の主面までの間隔と、端子台の高さが略同一である必要がある。この端子台を収納ケースに取り付けるには、外部接続用端部及び端子台支承部の延出方向外側から端子台を接近させて、上記主面と支承面の間に端子台を差し込む必要がある。
ここで仮に、端子台に上記面取部を設けなかったとすると、端子台が精確に位置合わせされておらず、外部接続用端部よりにずれた状態で端子台が挿入された場合には、端子台の端面に外部接続用端部が当接するため、端子台を容易に挿入することができなくなる。しかし、本発明では端子台の端面と載置面との間に面取部を設けたので、端子台をスムーズに挿入することが可能となる。

また、本発明では、端子台の載置面に外部接続用端部を載置し、この外部接続用端部に外部機器の接続端子を重ね合わせて、載置面上において外部接続用端部と接続端子とを電気的に接続している。
このようにすると、バスバーの外部接続用端部と、外部機器の接続端子とを直接、接続できるので、端子台に中継用のバスバーを設ける必要がなくなり、端子台を小型化することができる。その結果、電力変換装置自体を小型化できる。

以上のごとく、本発明によれば、端子台を小型化でき、かつ容易に取り付けることができ、更には装置自体も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、正極バスバーおよび負極バスバーを省略した、電力変換装置の平面図であって、端子台を取り付ける前の平面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 実施例１における、電力変換装置の平面図であって、端子台を取り付けた後の平面図。 実施例１における、半導体モジュールの斜視図。 実施例１における、半導体モジュールとバスバーの溶接部分の断面図。 実施例１における、端子台の拡大斜視図。 図２の要部拡大図。 実施例１における、外部接続用端部が面取部に当接した状態における、端子台の拡大断面図。 実施例１における、外部接続用端部が載置面に移行した状態における、端子台の拡大断面図。 実施例１における、端子台を収納ケースに取り付けた状態における断面図。 実施例１における、外部機器の接続端子を外部接続用端部に重ね合わせ、雄螺子と雌螺子で締結した状態における断面図。 実施例２における、外部接続用端部の断面図。 実施例２における、外部接続用端部の断面図であって、端子側面取部をアール状にしたもの。 実施例３における、端子台および収納ケースの断面図。 従来例における、電力変換装置の平面図。 図１５のＢ−Ｂ断面図であって、端子台を収納ケースに取り付ける工程を表す図。 従来例における、固定した端子台に、外部機器の接続端子を接続する工程を表す図。 接続端子を固定した後における、図１７のＣ−Ｃ断面図。

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。
本発明において、上記端子台には、上記端子台支承部の上記支承面に接触する接触面と、上記端面との間に、支承部側面取部が形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、端子台の挿入作業を、一層容易にすることができる。すなわち、上述したように、端子台を収納ケースに取り付けるには、外部接続用端部及び端子台支承部の延出方向外側から端子台を接近させて、上記主面と支承面との間に端子台を差し込む必要がある。この際、端子台が精確に位置合わせされておらず、端子台支承部よりにずれた状態で端子台が挿入された場合には、端子台の端面に端子台支承部が当接して、端子台を容易に挿入できないことがある。しかし、本発明のように、端子台の端面と接触面との間に支承部側面取部を設ければ、端子台をスムーズに挿入することが可能となる。

また、上記端子台は、上記端子台支承部に形成された被係合部に係合する係合部を有し、該係合部が上記被係合部に係合することにより、上記収納ケースに対する上記端子台の位置合わせができるよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、収納ケースに対して端子台の位置合わせをすることができるため、端子台の挿入作業を一層、容易にすることが可能になる。

また、上記外部接続用端部および上記接続端子は、雄螺子と、該雄螺子に螺合する雌螺子とによって締結されており、上記端子台の上記載置面に形成された凹部に上記雌螺子が収納されていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、雌螺子を凹部内に予め収納しておくことができるため、外部接続用端部と接続端子とを締結する際に、雄螺子のみを用いて締結作業を行うことができる。これにより、外部接続用端部と接続端子との締結作業を容易に行うことが可能になる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置について、図１〜図１１を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数個の半導体モジュール２を備える。個々の半導体モジュール２は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した本体部２０（図４参照）を有し、該スイッチング素子に導通したパワー端子２１が本体部２０から突出している。複数個の半導体モジュール２は、図１に示すごとく、収納ケース３に収納されている。
また、電力変換装置１は、パワー端子２１に溶接される溶接用端部４０と、該溶接用端部４０に導通し収納ケース３からケース外へ延出した外部接続用端部４１とを有するバスバー４を備える。

電力変換装置１は、端子台５を備える。端子台５は、外部接続用端部４１を載置する載置面５０を有し、外部機器の接続端子７（図１１参照）を外部接続用端部４１に重ね合わせた状態で、接続端子７と外部接続用端部４１とを載置面５０上にて電気的に接続する。
図１、図２に示すごとく、電力変換装置１は、収納ケース３の側面に収納ケース３と一体的に設けられ、外部接続用端部４１の延出方向へ突出するとともに、端子台５を支承する支承面６０が形成された端子台支承部６を備える。
図２、図３に示すごとく、端子台５は、外部接続用端部４１の延出方向外側から端子台支承部６の支承面６０と外部接続用端部４１の主面４２との間に挿入配置されている。
また、端子台５には、半導体モジュール２に近い側の端面５３と、載置面５０との間に面取部５１が形成されている。
以下、詳説する。

本例の電力変換装置１は、ハイブリッドカーや電気自動車等に搭載されるもので、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う。図１に示すごとく、半導体モジュール２のパワー端子２１は、直流電源の正極端子に接続される正極端子２１ａと、直流電源の負極端子に接続される負極端子２１ｂと、交流負荷に接続される交流端子２１ｃとがある。図２に示すごとく、正極端子２１ａには正極バスバー４００が接続され、負極端子２１ｂには負極バスバー４０１が接続されている。
また、図２、図４に示すごとく、半導体モジュール２は制御端子２２を有する。この制御端子２２は、図示しない制御回路基板に接続されている。この制御回路基板から制御信号を送信することにより、上述したスイッチング素子（ＩＧＢＴ素子）のスイッチング動作を制御する。これにより直流電力を交流電力に変換し、三相交流モータ（図示しない）を駆動させて、車両を走行させる。

一方、図５に示すごとく、バスバー４の溶接用端部４０と、半導体モジュール２の交流端子２１ｃとは溶接されている。本例では、交流端子２１ｃの主面と溶接用端部４０の主面とを重ね合わせ、端面２１０，４０３に溶接工程を行うことにより、これら交流端子２１ｃと溶接用端部４０とを溶接している。

図１に示すごとく、バスバー４の外部接続用端部４１は、収納ケース３から側方に延出している。
また、収納ケース３にはコンデンサ１０が収納されている。このコンデンサ１０から、バスバーからなる直流入力端部１００が、外部接続用端部４１と同一方向に延出している。コンデンサ１０は、上述した正極バスバー４００及び負極バスバー４０１（図２参照）に電気的に接続されている。

図１に示すごとく、収納ケース３には３個の端子台支承部６が設けられている。個々の端子台支承部６に形成された支承面６０は、外部接続用端部４１の主面４２（図２参照）と平行になっている。

一方、図６に示すごとく、端子台５は、外部接続用端部４１を載置する載置面５０を有する。また、端子台５は、直流入力端部１００を載置する直流入力用載置面５９を有する。

また、図７に示すごとく、端子台５は、端子台支承部６に形成された被係合部６２に係合する係合部５２を有し、係合部５２が被係合部６２に係合することにより、収納ケース３に対する端子台５の位置合わせができるよう構成されている。

端子台５には面取部５１が形成されている。図７、図８に示すごとく、端子台支承部６と外部接続用端部４１との間に端子台５を挿入すると、外部接続用端部４１の先端が面取部５１に当接する場合がある。この場合、端子台５をそのまま挿入すれば、外部接続用端部４１が面取部５１において摺動し、図９に示すごとく、外部接続用端部４１が載置面５０上に乗り上げる。

さらに端子台５を挿入すると、図１０に示すごとく、係合部５２が被係合部６２の奥部に当接する。この位置で、端子台５の固定孔５７ａ，５７ｂ（図３参照）にボルトを挿入することにより、端子台５を端子台支承部６に対して固定する。

端子台５を固定位置まで挿入し、外部接続用端部４１を載置面に載置させた後、図１１に示すごとく、外部機器の接続端子７を外部接続用端部４１に重ね合わせる。接続端子７と外部接続用端部４１には各々貫通孔７１０、４１０が形成されている。接続端子７を外部接続用端部４１に重ね合わせる際に、貫通孔７１０を貫通孔４１０に対して位置合わせする。
端子台５の載置面５０には凹部５６が形成されており、この凹部５６に、雌螺子７１が収納されている。図１１に示すごとく、接続端子７を外部接続用端部４１に重ね合わせた後、雄螺子７０を貫通孔７１０，４１０に差し込んで、雌螺子７１に螺合させる。これにより、外部接続用端部４１と接続端子７とを締結する。

次に、本例の電力変換装置１の製造方法について説明する。本例の電力変換装置１の製造方法は、収納ケース３に複数の半導体モジュール２を収納する収納工程と、パワー端子２１にバスバー４の溶接用端部４０を溶接する溶接工程（図５参照）と、溶接工程によって加熱されたバスバー４を冷却する冷却工程と、合成樹脂からなる端子台５を収納ケース３に取り付けて、端子台５の載置面５０に外部接続用端部４１を載置する端子台取付工程（図７〜図１１参照）とをこの順に行う。

溶接工程は、例えばアーク溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等を採用できる。
また、冷却工程は、例えば、風を当てて冷却したり、所定時間放置して冷却したりする方法を採用できる。冷却工程では、合成樹脂が変質したり溶けたりしない温度、例えば室温程度までバスバー４を冷却する。
端子台取付工程では、上述したように、端子台支承部６の支承面６０と外部接続用端部４１の主面４２との間に端子台５を挿入する（図７〜図１１参照）。
その後、外部機器の接続端子７を外部接続用端部４１に重ね合わせ、雄螺子７０を差し込んで、接続端子７と外部接続用端部４１とを締結する（図１１参照）。

本例の作用効果について説明する。
端子台５がその役割を果たすためには、図７に示すごとく、端子台支承部６の支承面６０から外部接続用端部４１の主面４２までの間隔Ｄと、端子台５の高さＨが略同一である必要がある。この端子台５を収納ケース３に取り付けるには、図７に示すごとく、外部接続用端部４1及び端子台支承部６の延出方向外側から端子台５を接近させて、主面４２と支承面６０の間に端子台５を差し込む必要がある。
ここで仮に、端子台５に面取部５１を設けなかったとすると、端子台５が精確に位置合わせされておらず、外部接続用端部４１よりにずれた状態で端子台が挿入された場合には、端子台５の端面５３に外部接続用端部４１が当接するため、端子台５を容易に挿入することができなくなる。しかし、本例では端子台５の端面５３と載置面５０との間に面取部５１を設けたので、端子台５をスムーズに挿入することが可能となる。

また、本例では、図１１に示すごとく、端子台５の載置面５０に外部接続用端部４１を載置し、さらに外部機器の接続端子７を重ね合わせて、載置面５０上において、外部接続用端部４１と接続端子７とを電気的に接続している。
このようにすると、バスバー４の外部接続用端部４１と、外部機器の接続端子７とを直接、接続できるので、端子台５に中継用のバスバーを設ける必要がなくなり、端子台５を小型化することができる。これにより、電力変換装置１自体を小型化できる。また、端子台５の部品点数を減らすことができる。

また、本例では、図２に示すごとく、端子台５は、端子台支承部６に形成された被係合部６２に係合する係合部５２を有し、係合部５２が被係合部６２に係合することにより、収納ケース３に対する端子台５の位置合わせができるよう構成されている。
このようにすると、収納ケース３に対して端子台５の位置合わせをすることができるため、端子台５の挿入作業を一層、容易にすることが可能になる。

また、本例では、図１１に示すごとく、端子台５の載置面５０に雌螺子７１を収納するための凹部５６が形成されている。
このようにすると、雌螺子７１を凹部５６内に予め収納しておくことができるため、外部接続用端部４１と接続端子７とを締結する際に、雄螺子のみを用いて締結作業を行うことができる。これにより、外部接続用端部４１と接続端子７との締結作業を容易に行うことが可能になる。

また、本例の電力変換装置１の製造方法は、上述のごとく、収納工程と、溶接工程と、冷却工程と、端子台取付工程とをこの順に行う。
バスバー４の溶接用端部４０をパワー端子２１に溶接すると、溶接用端部４０の温度が上昇するとともに、熱伝導によって外部接続用端部４１の温度も上昇する。加熱された外部接続用端部４１に合成樹脂製の端子台５を取り付けると、端子台５が変質したり溶けたりするが、本例では、このような不具合を防止できる。すなわち、本例では、バスバー４の溶接用端部４０をパワー端子２１に溶接した後、冷却工程を行って、バスバー４を冷却する。そして、冷えた外部接続用端部に対して、端子台５を取り付ける。これにより、外部接続用端部４１の熱によって合成樹脂製の端子台５が変質する等の不具合を防止できる。

以上のごとく、本例によれば、端子台５を小型化でき、かつ容易に取り付けることができ、更には装置自体も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、外部接続用端部４１の形状を変更した例である。図１２に示すごとく、本例の外部接続用端部４１は、端子台支承部６側の主面４２と、端面４２０との間に端子側面取部４３が形成されている。この端子側面取部４３は、図１２に示すごとく、テーパ状に形成されている。
また、図１３に示すごとく、端子側面取部４３をアール状に形成してもよい。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
本例では、外部接続用端部４１に端子側面取部４３を形成したので、端子台５を取り付ける作業を一層、容易にすることができる。
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、端子台５の形状を変更した例である。図１４に示すごとく、本例における端子台５には、端子台支承部６の支承面６０に接触する接触面５５と、端面５３との間に、支承部側面取部５４が形成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
本例では、端子台５の挿入作業を、一層容易にすることができる。すなわち、上述したように、端子台５を収納ケース３に取り付けるには、外部接続用端部４１及び端子台支承部６の延出方向外側から端子台５を接近させて、主面４２と支承面６０との間に端子台５を差し込む必要がある。この際、端子台５が精確に位置合わせされておらず、端子台支承部６よりにずれた状態で端子台５が挿入された場合には、端子台５の端面５３に端子台支承部６が当接して、端子台５を容易に挿入できないことがある。しかし、本例のように、端子台５の端面５３と接触面５５との間に支承部側面取部５４を設ければ、端子台をスムーズに挿入することが可能となる。

その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２１ パワー端子
３ 収納ケース
４ バスバー
４０ 溶接用端部
４１ 外部接続用端部
５ 端子台
５０ 載置面
５１ 面取部
６ 端子台支承部
６０ 支承面
７ 接続端子

Claims (4)

1. 電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した本体部を有し、上記スイッチング素子に導通したパワー端子が上記本体部から突出した複数個の半導体モジュールと、
   該複数個の半導体モジュールを収納する収納ケースと、
   上記パワー端子に溶接される溶接用端部と、該溶接用端部に導通し上記収納ケースからケース外へ延出した外部接続用端部とを有するバスバーと、
   上記外部接続用端部を載置する載置面を有し、外部機器の接続端子を上記外部接続用端部に重ね合わせた状態で、該接続端子と上記外部接続用端部とを上記載置面上にて電気的に接続する端子台と、
   上記収納ケースの側面に該収納ケースと一体的に設けられ、上記外部接続用端部の延出方向へ突出するとともに、上記端子台を支承する支承面が形成された端子台支承部とを備え、
   上記端子台は、上記外部接続用端部の延出方向外側から上記端子台支承部の上記支承面と上記外部接続用端部の主面との間に挿入配置されており、
   上記端子台には、上記半導体モジュールに近い側の端面と、上記載置面との間に面取部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記端子台には、上記端子台支承部の上記支承面に接触する接触面と、上記端面との間に、支承部側面取部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、上記端子台は、上記端子台支承部に形成された被係合部に係合する係合部を有し、該係合部が上記被係合部に係合することにより、上記収納ケースに対する上記端子台の位置合わせができるよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記外部接続用端部および上記接続端子は、雄螺子と、該雄螺子に螺合する雌螺子とによって締結されており、上記端子台の上記載置面に形成された凹部に上記雌螺子が収納されていることを特徴とする電力変換装置。

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