JP2013128349A - 端子台、半導体装置および車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールと組み合わされて電力や信号の入出力が行われるターミナルの被水を防止して耐環境性を向上させること。
【解決手段】端子台１０は、それぞれが半導体素子としてのスイッチング素子を含む回路を樹脂モールドして形成された複数のスイッチングモジュール５Ｘ等と組み合わされて半導体装置としての電力変換器１１を構成している。端子台１０は、複数のスイッチングモジュール５Ｘ等を相互に接続するとともにスイッチングモジュール５Ｘ等を他の部品に接続する配線ターミナル５８が樹脂材料にてインサート成形され、一方の面に、複数のスイッチングモジュール５Ｘ等のそれぞれを別々に嵌め込んで収納する複数の収納用凹部１００を有する。
【選択図】図１８

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される端子台、半導体装置および車両用回転電機に関する。

従来から、電気モジュールを構成するスイッチング素子等の各部品を、放熱器上に順番に組み付けるようにした回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、放熱器の上に複数の電子モジュールを取り付け、さらにその上に信号相互接続部品や電力相互接続部品などを取り付けている。

特表２００８−５４３２６６号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された構成では、放熱器上に電子モジュールや信号相互接続部品、電力相互接続部品を順番に取り付けており、これらの間で電力や信号の入出力を行うターミナルが露出するため、カバーに設けられた開口から雨水等が浸入した際にターミナル間あるいはターミナルと他の部位との短絡やターミナルの腐食が発生するおそれがあり、耐環境性が低下するという問題があった。また、順番に電子モジュールや信号相互接続部品、電力相互接続部品を取り付けるため、部品点数が多く、各部品の位置決めが煩雑になり、組み付け工程が複雑になるという問題があった。さらに、電子モジュールのターミナルの露出部分を熱硬化性の封止材で封止しようとすると、熱容量が大きい放熱器を含む全体を一緒に加熱して一定温度を維持する必要があり、製造に時間がかかるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、モジュールと組み合わされて電力や信号の入出力が行われるターミナルの被水を防止して耐環境性を向上させることができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、部品点数を低減でき、部品の位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、モジュールの封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の端子台は、それぞれが半導体素子を含む回路を樹脂モールドして形成された複数の半導体モジュールと組み合わされて半導体装置を構成する端子台であって、複数の半導体モジュールを相互に接続するとともに半導体モジュールを他の部品に接続する配線ターミナルが樹脂材料にてインサート成形され、一方の面に、複数の半導体モジュールのそれぞれを別々に嵌め込んで収納する複数の収納用凹部を有している。

配線ターミナルがインサート成形されて端子台が形成されているため、配線ターミナルの露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台に複数の収納用凹部が形成されており、それぞれに半導体モジュールを嵌め込んで収容することができるため、半導体モジュールの位置決めが容易となる。しかも、半導体モジュールを端子台の収納用凹部に収納した状態で一体化してこれらをひとまとまりの部品とすることができるため、部品点数を減らすとともにこの端子台を用いた装置（例えば、車両用回転電機）の組み付け工程の簡略化が可能となる。

また、上述した収納用凹部は、半導体モジュールの外形に沿った形状を有することが望ましい。これにより、半導体モジュールを収納用凹部に挿入する向きに沿った厚み（端子台と半導体モジュールの組立体の厚み）を薄くすることができる。

また、上述した半導体モジュールの側面と収納用凹部の側面により充填用凹部が形成され、半導体モジュールから突出する接続ターミナルと配線ターミナルとが充填用凹部内で接続され、収納用凹部に半導体モジュールが収納されて接続ターミナルと配線ターミナルの接続が行われた後に、充填用凹部に熱硬化性の封止材が充填されることが望ましい。ターミナル接続部を封止材で覆うことにより、腐食が発生しやすい部位の被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、封止材を充填するためのケース等の別部品が不要になるため、部品点数を減らすことができる。さらに、半導体モジュールと端子台とを組み合わせた状態で、放熱板やフレーム等の熱容量の大きい他の放熱部材と切り離した状態で封止材の熱硬化を行うことができるため、封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる。

また、上述した樹脂材料および封止材は、熱伝導率が良好な材料が用いられることが望ましい。これにより、端子台に収納した半導体モジュールの放熱を、半導体モジュールの露出した面側だけでなく、収納用凹部に接した面を介して行うことができるため、発熱体となる半導体モジュールに対して冷却効率を上げることができる。また、端子台に埋め込まれた配線ターミナルが発熱した際にも効率よく放熱することができる。

また、上述した収納用凹部の底面には、インサート成形時に配線ターミナルの位置決めを行うために用いられて配線ターミナルの一部が露出する穴が設けられており、収納用凹部に半導体モジュールが収納されたときに、穴が外部に露出しないことが望ましい。これにより、配線ターミナルをインサート成形する際に位置決め用に設けられた穴（ピン穴）を半導体モジュールで塞ぐことができるため、この穴を通して水等の異物が浸入することを防止することができ、耐環境性をさらに向上させることができる。また、別部品等を用いて穴を塞ぐための工程が不要になるため、工程の簡略化が可能となる。

また、上述した配線ターミナルには、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルと、信号を入出力する信号用配線ターミナルとが含まれており、電力用配線ターミナルは、複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部の底面と平行になるように配置され、信号用配線ターミナルは、複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部の底面と垂直になるように配置されていることが望ましい。これにより、端子台の厚みを厚くすることなく電力用配線ターミナルを幅広の導電体で形成することができるため、その抵抗値を下げて発熱量を減らすことが可能となる。また、信号用配線ターミナルの導電体の向きを端子台の厚み方向に合わせることにより、端子台の反り等の変形を防止することが可能になる。

また、本発明の半導体装置は、上述した端子台と、端子台に含まれる複数の収納用凹部のそれぞれに収納された複数の半導体モジュールとを備えている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる半導体装置を実現することができる。

また、本発明の車両用回転電機は、上述した半導体装置を電力変換器として用いる車両用回転電機であって、界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを保持するフレームと、固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線に供給する電力変換器とを備え、電力変換器は、それぞれが半導体素子としてのスイッチング素子を有する複数の半導体モジュールと、端子台とを備えている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる車両用発電機を実現することができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 スイッチングモジュールの構成を示す図である。 車両用発電機をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。 車両用発電機をリヤ側から見た図である。 リヤカバーを取り外した車両用発電機をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。 リヤカバーを取り外した車両用発電機をリヤ側から見た図である。 車両用発電機のリヤ側の部分的な断面図である。 スイッチングモジュール内部の実装状態を示す平面図である。 スイッチングモジュールの平面図である。 スイッチングモジュールの斜視図である。 スイッチングモジュールの斜視図である。 スイッチングモジュールの部分的な拡大側面図である。 端子台の平面図である。 端子台の裏面図である。 端子台の斜視図である。 端子台に含まれる配線ターミナルの形状を示す平面図である。 図１６のＡ−Ａ線拡大断面図である。 電力変換器の裏面図である。 電力変換器１１を裏側から見た部分的な斜視図である。 リヤフレームの平面図である。 リヤフレームの斜視図である。

以下、本発明の端子台、半導体装置および車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つのスイッチングモジュール群５、６、発電制御装置７、端子台１０を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子２０（図３）が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。この回転子と固定子２０は同心状に対向配置されている。界磁巻線４に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方のスイッチングモジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）のスイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。スイッチングモジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方のスイッチングモジュール群６は、他方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）のスイッチングモジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。スイッチングモジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。スイッチングモジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各スイッチングモジュールの出力電圧）Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、Ｐ端子（相電圧検出用の検出端子）に接続された固定子巻線のいずれかの相巻線（例えばＷ相）の電圧に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４へ供給する励磁電流を停止あるいは低減する。さらに、発電制御装置７は、制御信号端子としてのＥＲＲ端子および通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、エラー情報等の通信メッセージを送信あるいは受信する。

端子台１０は、スイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ相互の接続、スイッチングモジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ相互の接続、スイッチングモジュール５Ｘ等と他の部品（例えば発電制御装置７）との接続を行うものである。端子台１０の具体例については後述する。この端子台１０と２つのスイッチングモジュール群５、６によって、本発明の半導体装置としての電力変換器１１が構成されている。また、上述したスイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれが本発明の半導体モジュールに対応する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、スイッチングモジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、スイッチングモジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他のスイッチングモジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、スイッチングモジュール５Ｘは、２つの半導体素子としてのＭＯＳトランジスタ５０、５１と、制御回路５４とを備えている。

ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースがＰ端子を介して固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＢＡＴＴ端子（バッテリ端子）を介して電気負荷１８やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＰ端子を介してＸ相巻線に接続され、ソースがＧＮＤ端子を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１からなる直列回路がバッテリ９の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１の接続点にＸ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

制御回路５４は、整流動作を開始および終了するタイミングの判定動作、整流動作を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定動作、このオン／オフタイミングに対応したＭＯＳトランジスタ５０、５１の駆動動作、電圧や電流あるいは温度を監視して異常発生の有無を判定する自己診断動作などを行う。

例えば、スイッチングモジュール５Ｘに設けられた制御信号端子としてのＦ端子が発電制御装置７のＦ端子に接続されており、制御回路５４は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号（励磁電流）の有無を監視し、ＰＷＭ信号の出力が所定時間（例えば３０μ秒間）継続したときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオン／オフして整流動作を開始する。また、制御回路５４は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号の出力が所定時間（例えば１秒間）中断したときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフして整流動作を終了する。さらに、制御回路５４は、異常発生時には、制御信号端子としてのＥＲＲ端子（エラー端子）から異常発生を知らせる信号を出力する。例えば、各スイッチングモジュール５Ｘ等のＥＲＲ端子は１本の共通の信号線に接続されており、いずれかのスイッチングモジュール５Ｘ等からこの信号線に異常発生を知らせる信号が出力されると、発電制御装置７は、異常発生に対応して所定の処理（例えば、ＥＣＵ８に対する通知）を行う。

次に、車両用発電機１や電力変換器１１、スイッチングモジュール５Ｘの具体的な構造について説明する。なお、スイッチングモジュール５Ｘ以外のスイッチングモジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構造を有しており、詳細な説明は省略する。

図３は、車両用発電機１をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図４は、車両用発電機１をリヤ側から見た図である。図５は、リヤカバーを取り外した車両用発電機１をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図６は、リヤカバーを取り外した車両用発電機１をリヤ側から見た図である。図７は、車両用発電機１のリヤ側の部分的な断面図である。

これらの図に示すように、車両用発電機１は、固定子２０、回転子３０（図７）、フロントフレーム２２、リヤフレーム２４、リヤカバー２６、発電制御装置７、電力変換器１１、ブラシ装置１２を含んで構成されている。

フロントフレーム２２およびリヤフレーム２４は、固定子２０を両側から挟み込んで固定するとともに、この固定子２０の内側に対向配置されている回転子３０を回転可能に支持した状態で収容している。ブラシ装置１２は、バッテリ９あるいは電力変換器１１から回転子３０の界磁巻線４に励磁電流を供給する。

リヤカバー２６は、リヤフレーム２４の外側に取り付けられる発電制御装置７、電力変換器１１、ブラシ装置１２の全体を覆って、これらを保護する。このリヤカバー２６には、軸方向端面であって、電力変換器１１に対向する位置に放射状かつ同心状に配置された複数の吸気口２７が、ブラシ装置１２に対応する位置（図４に示す例ではブラシ装置１２に隣接する位置であってブラシ装置１２と電圧制御装置７の中間位置）に吸気口２８が形成されている。

また、リヤフレーム２４の軸方向端面には、対向面が直接接触した状態で電力変換器１１が搭載されており、リヤフレーム２４が電力変換器１１で発生した熱を放熱する放熱部材として用いられる。このため、リヤフレーム２４の軸方向端面は、放熱に適した形状に形成されており、その詳細については後述する。

回転子３０は、軸方向端面に冷却ファン３２を備えている。回転子３０とともに冷却ファン３２が回転すると、リヤカバー２６に設けられた複数の吸気口２７およびリヤカバー２６とリヤフレーム２４の間の隙間から冷却風が取り込まれる。この冷却風は、リヤフレーム２４と電力変換器１１の間（凹部２４２）を通った後、凹部２４２の内径側に形成された吸気口２４６を介してリヤフレーム２４内に導かれ、固定子巻線２、３を冷却した後リヤフレーム２４の外部に排出される。なお、回転子３０とともに冷却ファン３２が回転すると、リヤカバー２６に設けられた吸気口２８からもリヤカバー２６内に冷却風が取り込まれる。この冷却風は、ブラシ装置１２や電圧制御装置７の近傍を流れるため、これらを効率よく冷却するとともに、冷却風を利用したブラシ摩耗粉の排出を行う場合にはその排出効果を高めることができる。

次に、スイッチングモジュール５Ｘ等の構造の詳細について説明する。図８は、スイッチングモジュール５Ｘ内部の実装状態を示す平面図である。図９は、スイッチングモジュール５Ｘの平面図である。図１０、図１１は、スイッチングモジュール５Ｘの斜視図である。図１２は、スイッチングモジュール５Ｘの部分的な拡大側面図である。図８〜図１２において示されている各端子に付された符号（Ｐ、ＢＡＴＴ、ＧＮＤ、Ｆ、ＥＲＲ）は、図２において同じ符号が付された各端子に対応している。

図８において、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０およびローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のそれぞれは、同一の製造方法で同一のサイズに形成されている。また、これらのＭＯＳトランジスタ５０、５１や制御回路５４のそれぞれはリードフレーム上に搭載されており、発熱量が多いＭＯＳトランジスタ５０、５１の直下には放熱用のヒートシンク５６が備わっている。スイッチングモジュール５Ｘは、ヒートシンク５６以外の構成部品全体がモールド樹脂で封止された半導体パッケージとして形成されており、ヒートシンク５６が露出した状態で取り付けられたモジュール本体６０からＰ端子、ＢＡＴＴ端子、ＧＮＤ端子、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８の一部が突出している。この中でＧＮＤ端子に対応する接続ターミナル５８は、ヒートシンク５６と同じ端子形状を有しており、ヒートシンク５６をリヤフレーム２４にネジ固定する際に同時にねじ締めされてリヤフレーム２４に対して電気的な接続が行われる。

なお、図１０あるいは図１１に示すように、モジュール本体６０の側面には、接続ターミナル５８の他に、複数の電極５９が露出している（以後、この電極５９を「露出電極」と称する）。接続ターミナル５８をインサート成型する際にその位置決めおよび固定用にモジュール本体６０から突出する電極が用いられ、樹脂成型終了後に突出部分を切断した跡が一部の露出電極５９として残っている。また、スイッチングモジュール５Ｘを製造した際にその機能試験等を行うためにモジュール本体６０から突出する電極が用いられ、試験終了後に突出部分を切断した跡が他の露出電極５９として残っている。

ところで、モジュール本体６０から突出するＰ端子に対応する接続ターミナル５８は、固定子巻線２のＸ相巻線から引き出される引き出し線５５を接続することにより発生する応力を緩和する形状を有する。以後、Ｐ端子に対応する接続ターミナル５８を他の接続ターミナル５８と区別するために「接続ターミナル５８Ｐ」として説明を行う。

図９〜図１２に示すように、接続ターミナル５８Ｐは、固定子巻線２のＸ相巻線から引き出される引き出し部としての引き出し線５５との接続を行う接続部５８０と、この接続部５８０とモジュール本体６０との間でこれらを連結する連結部５８２とを有する。接続部５８０と連結部５８２は、モジュール本体６０内に埋設された部分を含んで、金属の板材をプレス成型することにより形成される。

接続部５８０は、引き出し線５５の延在方向に沿った長さが、この延在方向と垂直な向きに沿った長さの方が長い幅広の長方形形状を有している。図１２において、接続部５８の高さ方向を「縦方向」、高さ方向と垂直な方向を「横方向」とすると、引き出し線５５の延在方向に沿った向きが縦方向であり、接続部５８０は、横長の長方形形状を有する。この接続部５８０の横方向の長さは、引き出し線５５の幅の複数倍よりも長い値に設定されている。また、横長の長方形形状を有する平板状の接続部５８０を長手方向の途中で折り返して引き出し線５５を挟み込んだ後に、これらの間が溶接される。

連結部５８２は、接続部５８０の一部に連結された長方形形状を有しており、長手方向に沿ってＳ字状に折り曲げられたベンド構造を含んでいる。ベンド構造を備えることにより、主に引き出し線５５の延在方向に加わる繰り返し応力を吸収して緩和することが可能となる。

なお、上述した引き出し線５５を接続ターミナル５８Ｐに溶接する工程は、スイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けて電力変換器１１を完成させた後に、電力変換器１１をリヤフレーム２４に組み付ける際に行われる。

次に、端子台１０の詳細形状および端子台１０へスイッチングモジュール５Ｘ等を組み付ける具体例について説明する。図１３は、端子台１０の平面図である。図１４は、端子台１０の裏面図である。図１５は、端子台１０の斜視図である。図１６は、端子台１０に含まれる配線ターミナルの形状を示す平面図であり、図１４に示した裏面図に対応するターミナル形状が示されている。図１７は、図１６のＡ−Ａ線拡大断面図であり、配線ターミナルのみに着目した断面形状が示されている。図１８は、電力変換器１１の裏面図であって、図１４に示した端子台１０に６個のスイッチングモジュール５Ｘ等を組み付けた組立体としての電力変換器１１が示されている。図１９は、電力変換器１１を裏側から見た部分的な斜視図であり、端部に配置されたスイッチングモジュール５Ｘ周辺の構造が示されている。

端子台１０は、６個のスイッチングモジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを組み付けたときにこれらを収容する６個の収納用凹部１００を一方の面側（リヤフレーム２４に電力変換器１１を組み付けたときにリヤフレーム２４の軸方向端面に対向する側）に有する。これらの収納用凹部１００は、スイッチングモジュール５Ｘ等の外形に沿った形状を有している。

また、端子台１０は、少なくとも２種類の配線ターミナル１０２、１０４が樹脂材料にてインサート成形されており、端子台１０からは、各スイッチングモジュール５Ｘ等に対応して、内径側から１本の配線ターミナル１０２が、収納用凹部１００の底面から２本の配線ターミナル１０４が突出している。

上述したように、スイッチングモジュール５Ｘ等のモジュール本体６０からは、Ｐ端子、ＢＡＴＴ端子、ＧＮＤ端子、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８が突出しており、ＢＡＴＴ端子に対応する接続ターミナル５８が配線ターミナル１０２に接続され、Ｆ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８が２本の配線ターミナル１０４のそれぞれに接続される。これらの接続は溶接によって行われるが、一部をはんだ付けによって行うようにしてもよい。なお、配線ターミナル１０２が、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルに対応する。また、配線ターミナル１０４が、信号を入出力する信号用配線ターミナルに対応する。

図１６および図１７に示すように、電力用配線ターミナルとしての配線ターミナル１０２は、端子台１０の複数の収納用凹部１００が並んだ向き（図１４や図１６において紙面と平行な向き）に沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分（長手方向）が収納用凹部１００の底面と平行になるように配置されている。また、信号用配線ターミナルとしての配線ターミナル１０４は、端子台１０の複数の収納用凹部１００が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部１００の底面と垂直になるように配置されている。これにより、端子台１０の厚みを厚くすることなく配線ターミナル１０２を幅広の導電体で形成することができるため、その抵抗値を下げて大電流が流れた際の配線ターミナル１０２での発熱量を減らすことが可能となる。また、配線ターミナル１０４の導電体の向きを端子台１０の厚み方向に合わせることにより、端子台１０の反り等の変形を防止することが可能になる。

また、各収納用凹部１００の底面には、インサート成形時に配線ターミナル１０２、１０４の位置決めを行うために用いられて配線ターミナル１０２、１０４の一部が外部に露出する穴（ピン穴）１０３、１０５が設けられている。これらの穴１０３、１０５は、各収納用凹部１００にスイッチングモジュール５Ｘ等が収納されたときに、モジュール本体６０によって塞がれるため、外部に露出しないようになっている。なお、本実施形態では、複数の穴１０５の一部については、スイッチングモジュール５Ｘ等が収納された後も、以下で説明する充填用凹部１０８の底面に露出する位置に形成されており、封止材が充填されたときに外部に露出しないようになっている。

端子台１０に対するスイッチングモジュール５Ｘ等の組み付けは、各収納用凹部１００に各モジュール本体６０を別々に嵌め込んで収納した後に、対応する接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４を接合し、さらにモジュール本体６０周囲に形成された充填用凹部に熱硬化性の封止材を充填して硬化させることにより行われる。この封止材と端子台１０の成型に用いられる樹脂材料は、ともに熱伝導率が良好な材料が用いられている。例えば、封止材としてシリコン樹脂を用い、端子台１０の樹脂材料として、このシリコン樹脂との接着性が良好なＰＰＳ樹脂を用いる場合が考えられる。このような場合に、金属粉末（例えばアルミニウム）等の熱伝導率が良好な添加剤を混合して、これらの材料の熱伝導率を向上させるようにしてもよい。

図１４に示すように、端子台１０の各収納用凹部１００には、この収納用凹部１００にスイッチングモジュール５Ｘ等のモジュール本体６０を組み込んだ際にモジュール本体６０の一部が当接する３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が含まれる。これら３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がモジュール本体６０の一部に当接することにより、収納用凹部１００内でのモジュール本体６０の位置が拘束されるようになっている。これにより、接合対象となる接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４の位置合わせが行われ、次工程での溶接等が容易となる。

また、このようにしてモジュール本体６０が収納用凹部１００に組み込まれた状態では、図１８および図１９に示すように、モジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により２箇所に充填用凹部１０６、１０８が形成される。これら２箇所の充填用凹部１０６、１０８は、各スイッチングモジュール５Ｘ等を収納用凹部１００に嵌め込んで組み付けて、端子台１０の３箇所の位置決め部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をモジュール本体６０の一部に当接した際に形成されるようになっている。

一方の充填用凹部１０６の内部空間には、モジュール本体６０の一の側面から突出するＦ端子、ＥＲＲ端子に対応する接続ターミナル５８と露出電極５９（図１１）とが含まれている。この充填用凹部１０６は、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、接続ターミナル５８と配線ターミナル１０２、１０４の接合部を含む露出部分と露出電極５９の両方が封止材によって覆われる。

他方の充填用凹部１０８には、モジュール本体６０の他の側面から突出する露出電極５９（図１０）が含まれている。この充填用凹部１０８は、充填用凹部１０６と同様に、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体６０の側面と収納用凹部１００の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、露出電極５９が封止材によって覆われる。

このようにして６個のスイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けることにより電力変換器１１が形成される。この電力変換器１１をリヤフレーム２４に組み付けた後に、固定子巻線２、３の各相巻線から引き出される引き出し線５５が各スイッチングモジュール５Ｘ等のＰ端子に対応する接続ターミナル５８に接続される。

なお、上述した説明では、全てのスイッチングモジュール５Ｘ等を同じように配線するものとしたが、実際には、図１８に示すように端部に配置されたスイッチングモジュール６ＷのＰ端子については特異な接続がなされている。具体的には、端子台１０には内部で相互に接続された３つの配線ターミナル１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃが備わっている（図１３）。この中で、配線ターミナル（第３の接続端子）１０１Ａは、固定子巻線６のＷ相巻線から引き出される引き出し線５５に接続される。また、配線ターミナル（第１の接続端子）１０１Ｂは、スイッチングモジュール６ＷのＰ端子に対応する接続ターミナル５８に対応する位置に配置され、この接続ターミナル５８に接続される。さらに、配線ターミナル１０１Ｃ（第２の接続端子）は、発電制御装置７が組み付けられた際に発電制御装置７のＰ端子に接続される。

このような配線ターミナル１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを用いることにより、固定子巻線６のＷ相の相電圧をスイッチングモジュール６Ｗと発電制御装置７の両方に取り込むことができ、しかも、スイッチングモジュール６Ｗのターミナル形状および配置を他のスイッチングモジュール５Ｘ等と同じにすることができ、部品点数の削減が可能となる。

次に、電力変換器１１が組み付けられるリヤフレーム２４の軸方向端面の放熱に適した形状について説明する。図２０は、リヤフレーム２４の平面図である。図２１は、リヤフレーム２４の斜視図である。これらの図に示すように、リヤフレーム２４は、周方向に所定の間隔で配置された６箇所の凸部２４０と、周方向に隣接する２つの凸部２４０の間に形成された凹部２４２と、凹部２４２の底面に形成されたリブ形状部２４４とを軸方向端面に有する。

凸部２４０は、平坦な上面部分が、電力変換器１１を組み付けた際に６個のスイッチングモジュール５Ｘ等のヒートシンク５６と全面で対向して接触する。また、凹部２４２は、周方向に隣接する２つのスイッチングモジュール５Ｘ等の間に配置されている。この凹部２４２は、冷却ファン３２（図７）によって発生する冷却風の通路として用いられる。この通路内にリブ形状部２４４を配置することにより、通路内でのリヤフレーム２４の表面積を増大させている。上述した凸部２４０、凹部２４２およびリブ形状部２４４は、延在方向が回転子３０の回転軸（図７）を中心とした放射状になるように配置されている。凸部２４０を放射状に配置することにより、回転子３０を回転可能に支持する軸受け３６を収納するリヤフレーム２４の軸受け収納部２４８を各凸部２４０を用いて強固に支えている。また、各凸部２４０は、回転子３０の回転軸を中心とした円弧上に均等な間隔で配置されていることが望ましい。

このように、本実施形態の端子台１０では、配線ターミナル１０２、１０４がインサート成形されているため、配線ターミナル１０２、１０４の露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台１０に複数の収納用凹部１００が形成されており、それぞれにスイッチングモジュール５Ｘ等を嵌め込んで収容することができるため、スイッチングモジュール５Ｘ等の位置決めが容易となる。しかも、スイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０の収納用凹部１００に収納した状態で一体化してこれらをひとまとまりの部品とすることができるため、部品点数を減らすとともにこの端子台１０を用いた装置（例えば、車両用発電機１）の組み付け工程の簡略化が可能となる。

また、端子台１０に設けられた各収納用凹部１００をスイッチングモジュール５Ｘ等のの外形に沿った形状とすることにより、スイッチングモジュール５Ｘ等を各収納用凹部１００に挿入する向きに沿った厚み（端子台１０とスイッチングモジュール５Ｘ等の組立体としての電力変換器１１の厚み）を薄くすることができる。

また、充填用凹部１０６、１０８内に封止材を充填してターミナル接続部を封止材で覆うことにより、腐食が発生しやすい部位の被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、封止材を充填するためのケース等の別部品が不要になるため、部品点数を減らすことができる。さらに、スイッチングモジュール５Ｘ等と端子台１０とを組み合わせた状態であって、放熱板やリヤフレーム２４等の熱容量の大きい他の放熱部材と切り離した状態で封止材の熱硬化を行うことができるため、封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる。

また、端子台１０の樹脂材料や封止材として熱伝導率が良好な材料を用いることにより、端子台１０に収納したスイッチングモジュール５Ｘ等の放熱を、スイッチングモジュール５Ｘ等の露出した面側（ヒートシンク５６側）だけでなく、収納用凹部１００に接した面を介して行うことができるため、発熱体となるスイッチングモジュール５Ｘ等に対して冷却効率を上げることができる。また、端子台１０に埋め込まれた配線ターミナル１０２、１０４が発熱した際にも効率よく放熱することができる。

また、配線ターミナル１０２、１０４をインサート成形して端子台１０を成型する際に位置決め用に設けられた穴１０３、１０５をスイッチングモジュール５Ｘ等で塞ぐことができるため、これらの穴１０３、１０５を通して水等の異物が浸入することを防止することができ、耐環境性をさらに向上させることができる。また、別部品等を用いてこれらの穴１０３、１０５を塞ぐための工程が不要になるため、工程の簡略化が可能となる。

また、本実施形態の電力変換装置１１は、上述した端子台１０と、この端子台１０に含まれる複数の収納用凹部１００のそれぞれに収納された複数のスイッチングモジュール５Ｘ等とを含んで構成されている。さらに、本実施形態の車両用発電機１は、上述した電力変換器１１を含んで構成されている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる電力変換装置１１や車両用発電機１を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つのスイッチングモジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方のスイッチングモジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、２つのスイッチングモジュール群５、６のそれぞれに３つのスイッチングモジュールを含ませるようにしたが、スイッチングモジュールの数は３以外であってもよい。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機やこれに用いられる半導体装置、端子台についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、各スイッチングモジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機やこれに用いられる半導体装置、端子台に本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、スイッチングモジュール５Ｘ等を端子台１０に組み付けて組立体としての電力変換器１１を形成し、この電力変換器１１をリヤフレーム２４の軸方向端面に組み付けるようにしたが、電力変換器１１とリヤフレーム２４との間に放熱板等の他の放熱部材を介在させる場合にも本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、配線ターミナルがインサート成形されて端子台が形成されているため、配線ターミナルの露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台に複数の収納用凹部が形成されており、それぞれに半導体モジュールを嵌め込んで収容することができるため、半導体モジュールの位置決めが容易となる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ スイッチングモジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ スイッチングモジュール
７ 発電制御装置
９ バッテリ
１０ 端子台
１１ 電力変換器
１２ ブラシ装置
２４ リヤフレーム
２６ リヤカバー
２７、２８、２４６ 吸気口
３０ 回転子
３２ 冷却ファン
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
５４ 制御回路
５５ 引き出し線
５６ ヒートシンク
５８ 接続ターミナル
６０ モジュール本体
１００ 収納用凹部
１０２、１０４ 配線ターミナル
１０３、１０５ 穴
１０６、１０８ 充填用凹部
５８０ 接続部
５８２ 連結部

Claims (8)

1. それぞれが半導体素子を含む回路を樹脂モールドして形成された複数の半導体モジュールと組み合わされて半導体装置を構成する端子台であって、
   前記複数の半導体モジュールを相互に接続するとともに前記半導体モジュールを他の部品に接続する配線ターミナルが樹脂材料にてインサート成形され、
   一方の面に、前記複数の半導体モジュールのそれぞれを別々に嵌め込んで収納する複数の収納用凹部を有することを特徴とする端子台。
2. 請求項１において、
   前記収納用凹部は、前記半導体モジュールの外形に沿った形状を有することを特徴とする端子台。
3. 請求項１または２において、
   前記半導体モジュールの側面と前記収納用凹部の側面により充填用凹部が形成され、
   前記半導体モジュールから突出する接続ターミナルと前記配線ターミナルとが前記充填用凹部内で接続され、
   前記収納用凹部に前記半導体モジュールが収納されて前記接続ターミナルと前記配線ターミナルの接続が行われた後に、前記充填用凹部に熱硬化性の封止材が充填されることを特徴とする端子台。
4. 請求項３において、
   前記樹脂材料および前記封止材は、熱伝導率が良好な材料が用いられることを特徴とする端子台。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記収納用凹部の底面には、インサート成形時に前記配線ターミナルの位置決めを行うために用いられて前記配線ターミナルの一部が露出する穴が設けられており、
   前記収納用凹部に前記半導体モジュールが収納されたときに、前記穴が外部に露出しないことを特徴とする端子台。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記配線ターミナルには、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルと、信号を入出力する信号用配線ターミナルとが含まれており、
   前記電力用配線ターミナルは、前記複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が前記収納用凹部の底面と平行になるように配置され、
   前記信号用配線ターミナルは、前記複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が前記収納用凹部の底面と垂直になるように配置されていることを特徴とする端子台。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の端子台と、
   前記端子台に含まれる前記複数の収納用凹部のそれぞれに収納された前記複数の半導体モジュールと、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置を電力変換器として用いる車両用回転電機であって、
   界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを保持するフレームと、前記固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して前記固定子巻線に供給する前記電力変換器とを備え、
   前記電力変換器は、それぞれが前記半導体素子としてのスイッチング素子を有する複数の前記半導体モジュールと、前記端子台とを備えることを特徴とする車両用回転電機。

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