JP2016059201A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け性を向上すると共に絶縁性を確保しながら、簡便な構造でバスバーの電圧を測定することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】絶縁材Ｉを介して板状の一対のバスバー６０、７０が積層された構成を有すると共に、一対のバスバー６０、７０がそれらの幅方向が上下方向になるように垂直配置された積層バスバーＢは、一対のバスバー６０、７０の各々の一部から分岐して回路基板１００に向かって延在する一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８を備え、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８は、一対のバスバー６０、７０に対して対称に配設された態様で、一対のバスバー６５〜６８、７５〜７８に交差する交差方向に延在しながら回路基板１００に向かって上方に延在して回路基板１００に電気的に接続する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、ハイブリッド自動車である車両に対して好適に適用され得る電力変換装置に関する。

近年、四輪自動車等の車両においては、駆動システムに内燃機関であるエンジンと電動モータとを協働して用いるハイブリッド自動車が普及してきている。

かかるハイブリッド自動車においては、エンジンと電動モータとを協働した状態で稼働させる電子制御装置の一つとして、電力変換装置を内蔵した電力制御装置が用いられている。このような電力変換装置は、相対的に大きな電力を入出力するものであるため、電気配線として、金属材から成る平板状の複数のバスバーが配策されている。

かかる複数のバスバーは、電力変換の際にスイッチング動作を行う複数の半導体素子等が収容されたケース内に配策されるものであるため、電力変換装置のサイズを不要に増大しないようにケース内に配策される必要がある。

かかる状況下で、特許文献１は、電力半導体装置及びインバータブリッジモジュールに関し、筐体の第１の側面から引き出された第１のコレクタ端子５と、筐体の第１の側面から引き出された第１のエミッタ端子６と、筐体の第１の側面と反対側の第２の側面から引き出され、第１のコレクタ端子５又は第１のエミッタ端子６と筐体内部で電気的に接続された第２のコレクタ端子７又は第２のエミッタ端子８と、を備えた少なくとも一対の電力半導体装置を、Ｐバスバー１とＮバスバー２とを挟むように配置し、出力端子を第２のコレクタ端子７又は第２のエミッタ端子８から取り出すことにより、Ｐバスバー１とＮバスバー２とを近接して平行に並置した構成を開示する。

特開２００７−２３６０４４号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成においては、Ｐバスバー１とＮバスバー２とを近接して平行に並置するものであるため、Ｐバスバー１及びＮバスバー２間の距離を小さく設定することが可能となるが、バスバーにはバッテリの電圧を昇圧等した相対的に大きな電力が入力されるものであるため、バスバーの電圧（電位）を測定することが必要な場合が考えられる。かかる必要性は、バスバーが積層構造になる等のバスバーの構成が複雑になった場合により大きくなる。

ここで、本発明者の更なる検討によれば、特許文献１の構成においては、バスバーの電圧を測定する構成は何等開示されてはいないし、仮にバスバーの電圧を測定しようとすると、電圧測定用のハーネスや端子を別途バスバーに接続する必要があり、そのための部品点数や組立工数が増大してしまい、改良の余地がある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、半田付け性を向上すると共に絶縁性を確保しながら、簡便な構造でバスバーの電圧を測定することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、半導体素子と、前記半導体素子を冷却する冷却器と、前記半導体素子と電気的に接続する回路基板と、前記半導体素子と電気的に接続する積層バスバーと、を備えると共に、前記冷却器の上方に前記半導体素子及び前記積層バスバーを配設し、更にそれらの上方に前記回路基板を配設して、前記半導体素子のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置において、前記積層バスバーは、絶縁材を介していずれも板状の一対のバスバーが積層された構成を有すると共に、前記一対のバスバーがそれらの幅方向が上下方向になるように垂直配置され、前記積層バスバーは、更に、前記一対のバスバーの各々の一部から分岐して前記回路基板に向かって延在すると共に、前記回路基板と電気的に接続する一対の電圧測定端子を備え、前記一対の電圧測定端子は、前記一対のバスバーに対して対称に配設された態様で、前記一対のバスバーに交差する交差方向に延在しながら前記回路基板に向かって上方に延在して前記回路基板に電気的に接続することを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記一対のバスバーは、各々、平板状の高背延在部と、前記高背延在部よりも上下方向の長さが短い平板状の低背延在部と、を含み、前記一対の電圧測定端子は、各々、前記高背延在部の上端部から前記交差方向に延在する突出部と、前記突出部から上方に延在する起立部と、を含み、前記突出部の上端は、対応する前記高背延在部の上端と面一に設定され、前記起立部の上部分は、測定端子部に設定されて前記回路基板に電気的に接続されることを第２の局面とする。

また、本発明は、第１又は第２の局面に加えて、更に、前記半導体素子を収容する樹脂ケースを備え、前記積層バスバーの一部は、前記樹脂ケースにモールド成形され、前記樹脂ケースは、その周壁の上端面を陥設した一対の凹部を有し、前記一対の電圧測定端子は、前記一対の凹部から対応して上方に対応して延出することを第３の局面とする。

また、本発明は、第３の局面に加えて、前記一対の凹部は、各々、前記一対の電圧測定端子が対応して延出する部分で前記一対の凹部の底部を突設した凸部を各々有することを第４の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる電力変換装置によれば、半導体素子と電気的に接続する積層バスバーが、絶縁材を介していずれも板状の一対のバスバーが積層された構成を有すると共に、一対のバスバーがそれらの幅方向が上下方向になるように垂直配置され、積層バスバーが、更に、一対のバスバーの各々の一部から分岐して回路基板に向かって延在すると共に、回路基板と電気的に接続する一対の電圧測定端子を備え、一対の電圧測定端子が、一対のバスバーに対して対称に配設された態様で、一対のバスバーに交差する交差方向に延在しながら回路基板に向かって上方に延在して回路基板に電気的に接続するものであるため、半田付け性を向上すると共に絶縁性を確保しながら、簡便な構造でバスバーの電圧を測定できる電力変換装置を提供することができる。特に、一対の電圧測定端子が、一対のバスバーに対して対称に配設された態様で、一対のバスバーに交差する交差方向に延在しながら回路基板に向かって上方に延在して回路基板に電気的に接続するものであるため、積層バスバーのリアクタンスへの影響を低減した態様で、部品点数の削減、省スペース化及び全体構成の小型化をすることができると共に、電圧測定端子長を長くすることができて電圧測定経路の熱抵抗が大きくなるため、一対の電圧測定端子から一対のバスバーへの熱引きを小さくすることができ、この結果、フロー半田時等の半田付け性を向上することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる電力変換装置によれば、一対のバスバーが、各々、
平板状の高背延在部と、高背延在部よりも上下方向の長さが短い平板状の低背延在部と、を含み、一対の電圧測定端子が、各々、高背延在部の上端部から交差方向に延在する突出部と、突出部から上方に延在する起立部と、を含み、突出部の上端が、対応する高背延在部の上端と面一に設定され、起立部の上部分が、測定端子部に設定されて回路基板に電気的に接続されるものであるため、積層バスバーのリアクタンスを不要に増大させない態様で、一対のバスバーの成形時の歩留まりを向上することができると共に、省スペース化及び全体構成の小型化をすることができる。

また、本発明の第３の局面にかかる電力変換装置によれば、更に、半導体素子を収容する樹脂ケースを備え、積層バスバーの一部が、樹脂ケースにモールド成形され、樹脂ケースが、その周壁の上端面を陥設した一対の凹部を有し、一対の電圧測定端子が、一対の凹部から対応して上方に対応して延出するものであるため、部品点数を削減した態様で、積層バスバーの測定端子部を含む部分を電気的に絶縁しながら、測定端子部の半田付けの際に形成されるフィレットの逃げ空間を確保することができ、この結果、回路基板と積層バスバーとの間隔を狭くすることができて、樹脂ケースのサイズを小さくすることができる。

また、本発明の第４の局面にかかる電力変換装置によれば、一対の凹部が、各々、一対の電圧測定端子が対応して延出する部分で一対の凹部の底部を突設した凸部を各々有するものであるため、一対の電圧測定端子の固定強度及び位置精度を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態における電力変換装置が適用される電力制御装置の構成を示す斜視図である。 図２（ａ）は、本実施形態における電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の部分拡大平面図である。 図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ部分拡大断面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の部分拡大斜視図である。 図４は、本実施形態における電力変換装置の積層バスバーの構成を示す部分拡大斜視図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電力変換装置につき、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸の方向は、上下方向に相当するものとする。

〔電力制御装置の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における電力変換装置が適用される電力制御装置の構成につき、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における電力変換装置が適用される電力制御装置の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、電力制御装置１は、その最下部に配置されたロアケース１０と、その上に固設されたミドルケース２０と、その上に固設されたアッパケース１１０と、その上に固設されて電力制御装置１の最上部を塞ぐカバー１２０と、を備え、図示を省略するハイブリッド自動車等の車両に装着される。ロアケース１０、ミドルケース２０、アッパケース１１０及びカバー１２０は、典型的には、いずれもアルミニウム材等の金属製の鋳物又はプレス加工による成形品であり、これらはボルト等の締結部材１３０で締結されて組立体となる。かかる電力制御装置１は、典型的には、いずれも車両に装着され図示を省
略するが、２次電池であるバッテリから駆動電動モータに供給する電力、及び回生機構からバッテリに供給する電力を制御する。なお、電力制御装置１は、必要に応じ、このように供給される電力の一方のみを制御してもよい。

具体的には、ロアケース１０は、ｘ−ｙ平面に平行な平面上を上下軸回りに周回するロア周壁１２と、その底部を塞ぐ底壁１４と、ロア周壁１２の四隅に配設されると共に車両への装着部である固定部１６と、を備える。ロアケース１０内には、図示を省略する平滑コンデンサ等が収容されて装着されると共に、底壁１４を介して、それから下方に向かって延出して下端部が外方に露出した３相電流用コネクタが装着される。なお、図１中では、入力側３相電流用コネクタ１８のみを示している。

ミドルケース２０は、ｘ−ｙ平面に平行な平面上を上下軸回りに周回するミドル周壁２２と、それに固設されると共にミドルケース２０に対してクーラントを供給するクーラント供給管２４と、ミドル周壁２２に固設されると共にミドルケース２０に対して供給されたクーラントを排出するクーラント排出管２６と、ミドル周壁２２に連なる張り出し部に固設された直流電流用コネクタ２８と、を備える。ミドルケース２０内には、図示を省略する昇降圧リアクトルが収容されて装着されると共に、詳細は後述する電力変換装置２が収容されて装着される。なお、昇降圧リアクトルは、バッテリから駆動電動モータに電力が供給される際に昇圧リアクトルとして機能し、回生機構からバッテリに電力が供給される際に降圧リアクトルとして機能する。

アッパケース１１０は、ｘ−ｙ平面に平行な平面上を上下軸回りに周回するアッパ周壁１１２と、それに装着される入出力信号用コネクタ１１４と、を備える。アッパケース１１０内には、図示を省略する電力制御用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が収容されて装着される。

カバー１２０は、その外周縁部がアッパケース１１０のアッパ周壁１１２に固設される板状部材である。ロアケース１０のロア周壁１２、ミドルケース２０のミドル周壁２２、アッパケース１１０のアッパ周壁１１２、ロアケース１０の底壁１４、及びカバー１２０により、それらの内部に収容空間が画成される。

〔電力変換装置の構成〕
次に、更に、図２（ａ）から図３（ａ）をも参照して、本実施形態における電力変換装置の構成につき、詳細に説明する。

図２（ａ）は、本実施形態における電力変換装置の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の部分拡大平面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ部分拡大断面図である。

図２（ａ）から図３（ａ）に示すように、電力変換装置２は、水冷式であり、ミドルケース２０に固設されると共にその内部の構成要素を冷却する冷却器４０と、その上に固設されたケース５０と、その内部に収容されると共に冷却器４０上に装着された下回路基板９０と、それに電気的に接続されると共にその上に半田層９３を介して装着された複数の半導体素子９４と、それらが電気的に接続すると共にそれらの上方でケース５０の上部に装着された上回路基板１００と、下回路基板９０、複数の半導体素子９４及び上回路基板１００に電気的に接続しながら下回路基板９０に装着されると共に、ケース５０内で複数の半導体素子９４間の空間を延在しながらｘ軸の正負両側で両端部がケース５０外に延出してそれに固設され、第１のバスバー６０、第２のバスバー７０及びそれらの間に配設された絶縁材Ｉから成る積層バスバーＢと、ケース５０に固設された出力側３相端子８６と、ケース５０に固設された入力側３相端子８８と、を備える。この結果、冷却器４０、下
回路基板９０、半田層９３、半導体素子９４及び上回路基板１００は、上下方向に順に積層されて、下回路基板９０、半田層９３及び半導体素子９４は、ケース５０内に収容される。かかる電力変換装置２は、典型的には、バッテリからの直流電力を３相電流の電力に変換して駆動電動モータに供給するＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換機能、及び回生機構からの３相電流の電力を直流電力に変換してバッテリに供給するＡＣ／ＤＣ変換機能の双方を有する。なお、電力変換装置２は、必要に応じＤＣ／ＡＣ変換機能及びＡＣ／ＤＣ変換機能の一方を有していてもよい。

冷却器４０は、典型的には、アルミ材等の金属製の鋳物成形品であり、クーラント供給管２４に連通するクーラント導入管４２と、クーラント排出管２６に連通するクーラント導出管４４と、クーラント導入管４２及びクーラント導出管４４間を連通するクーラント流路４６と、ミドルケース２０に固設される４個の支持部４８と、を備える。冷却器４０は、クーラント流路４６内を流れるクーラントにより、下回路基板９０及び半田層９３を介して複数の半導体素子９４を冷却する。

ケース５０は、典型的には、非導電性の樹脂（合成樹脂）製の成形品であり、ｘ−ｙ平面に平行な平面上を上下軸回りに周回する縦周壁５２と、縦周壁５２の上面の一部を陥設して形成された一対の凹部５４と、一対の凹部５４の底部を各々突設して形成された一対の凸部５６と、縦周壁５２の外側の四隅に形成されると共に冷却器４０の支持部４８に対応して締結等により装着される装着部５８と、を備える。縦周壁５２は、ｘ軸に平行な方向が長手方向でｙ軸に平行な方向が幅方向になる平面視で矩形状の枠体である。

出力側３相端子８６は、ｘ軸の正方向に順に隣接すると共に、いずれもケース５０の縦周壁５２のｙ軸の負方向側の外壁部に固設された出力側Ｕ相端子８６Ｕ、出力側Ｖ相端子８６Ｖ及び出力側Ｗ相端子８６Ｗを備える。これらには、複数の半導体素子９４の対応する端子が電気的に接続すると共に、ロアケース１０に装着された出力側３相電流用コネクタに電気的に接続する。

入力側３相端子８８は、出力側３相端子８６ｘ軸の正方向側でその方向に順に隣接すると共に、いずれもケース５０の縦周壁５２のｙ軸の負方向側の外壁部に固設された入力側Ｕ相端子８８Ｕ、入力側Ｖ相端子８８Ｖ及び入力側Ｗ相端子８８Ｗを備える。これらには、複数の半導体素子９４の対応する端子が電気的に接続すると共に、ロアケース１０に装着された入力側３相電流用コネクタ１８に電気的に接続する。

下回路基板９０は、ｘ−ｙ平面に平行に配設されると共に、典型的には、平板状のＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄ）基板であり、アルミナセラミックス基板である絶縁基板９１上に銅回路板９２を接合した回路基板である。絶縁基板９１の下面は、図示を省略する半田層を介してクーラント流路４６が形成された冷却器４０の上面に装着される。銅回路板９２の上面の所定部位には、半田層９３が接合される。

複数の半導体素子９４は、典型的には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子であり、半田層９３を介して、下回路基板９０の銅回路板９２上に接合されると共に、それらの端子は、対応して下回路基板９０の銅回路板９２に電気的に接続される。複数の半導体素子９４、ロアケース１０内の平滑コンデンサ、及びミドルケース２０内の昇降圧リアクトルは、電力変換回路の構成要素である。

上回路基板１００は、ｘ−ｙ平面に平行に配設されると共に、典型的には、平板状のＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）等の回路基板であり、一対の貫通
孔１０２を有する。上回路基板１００の上には複数の半導体素子９４を駆動する図示を省略した駆動回路を構成する半導体素子等が実装される。上回路基板１００の駆動回路には、複数の半導体素子９４の対応する端子が電気的に接続する。かかる駆動回路による駆動制御の下で、複数の半導体素子９４が協働してスイッチング動作を行い、電力変換装置２の電力変換機能が実現される。

〔バスバーの構成〕
次に、更に、図３（ｂ）及び図４をも参照して、本実施形態における電力変換装置の積層バスバーの構成につき、詳細に説明する。

図３（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置の部分拡大斜視図であり、図４は、本実施形態における電力変換装置の積層バスバーの構成を示す部分拡大斜視図である。なお、図３（ｂ）中では、上回路基板の図示を省略している。また、図３（ｂ）が示す構成は、第１のバスバー６０及び第２のバスバー７０で共通であるため、図３（ｂ）中では、第２のバスバー７０に関する符号を括弧書きで示している。

図３（ｂ）及び図４に示すように、積層バスバーＢは、第１のバスバー６０、第２のバスバー７０及びそれらの間に配設された絶縁材Ｉから構成される積層構造体であり、下回路基板９０の上方で複数の半導体素子９４間の間隙部を通るようにケース５０内をその長手方向に延在すると共に、ケース５０のｘ軸の正負両方向側の縦周壁５２を貫通してそれらの外部に延出する。第１のバスバー６０は、バッテリの負電位に電気的に接続する一方で、第２のバスバー７０は、ミドルケース２０内の昇降圧リアクトルを介してバッテリの正電位に電気的に接続し、第１のバスバー６０に流れる電流及び第２のバスバー７０に流れる電流の向きは、逆方向である。絶縁材Ｉは、電気的な絶縁材であり、必要に応じて接着剤を用いて、第１のバスバー６０及び第２のバスバー７０をその両側に固設する。

具体的には、第１のバスバー６０は、その幅方向が上下方向になるように垂直配置された導電性の板状部材、典型的には、金属製の一枚の板状部材から成り、ケース５０のｘ軸の負方向側の縦周壁５２の外壁部に固設された第１の負電位接続端子部６１と、ケース５０のｘ軸の正方向側の縦周壁５２の外壁部に固設された第２の負電位接続端子部６２と、第２の負電位接続端子部６２のｙ軸の正方向側の端部に連なってそれから縦周壁５２の内方側に延在する高背延在部６３と、第１の負電位接続端子部６１のｙ軸の正方向側の端部に連なってそれから縦周壁５２の内方側に延在してケース５０内を延在する低背延在部６４と、高背延在部６３及び低背延在部６４の間を接続する連絡部６５と、を備え、これらはいずれも平板状である。これらは、詳細は後述する負電位側測定端子よりも板幅が相対的に広い部分であり、バスバー本体部に相当する。負電位側測定端子が付加されることをも考慮して、高背延在部６３の上下方向に長さ（板幅）Ｈ１は、低背延在部６４の上下方向に長さ（板幅）Ｈ２よりも長くなるように設定されることが、積層バスバーＢのリアクタンスを低減する観点から好ましい。第１の負電位接続端子部６１、第２の負電位接続端子部６２、高背延在部６３及び低背延在部６４は、板幅が相対的に広い部分であり、バスバー本体部に相当する。連絡部６５は、高背延在部６３及び低背延在部６４がｙ軸の方向に偏位されているためにそれらを連絡するために付加的に設けられており、これらが同一直線上に連なる場合等には設けられる必要はない。第１の負電位接続端子部６１は、ロアケース１０内の平滑コンデンサを介してミドルケース２０に装着された直流電流用コネクタ２８に電気的に接続する。第２の負電位接続端子部６２の電位は、バッテリに対する複数の半導体素子９４の最下流側の電位である。低背延在部６４には、複数の半導体素子９４の対応する端子が電気的に接続する。

ここで、第１のバスバー６０は、更に、高背延在部６３のｘ軸の負方向側の上端部に連なってそれからｙ軸の負方向側に分岐するように曲げられてその方向に突出しながら連絡
部６５の上方を延在する突出部６６と、突出部６６のｙ軸の負方向側の端部に連なってそれから上方側に曲げられてその方向に突出しながら延在する起立部６７と、起立部６７の上構成部分であって上回路基板１００に電気的に接続する第１の測定端子部６８と、を備える。突出部６６、起立部６７及び第１の測定端子部６８は、高背延在部６３及び低背延在部６４の各々の板幅方向の長さよりも短い板幅方向の長さを各々有し、実質的に棒状の負電位側測定端子を構成する。突出部６６は、負電位側測定端子の全長を長く設定してその端部間の熱抵抗を増大することに寄与し、このことは、第１の測定端子部６８を上回路基板１００にフロー半田等で半田付けをする際の熱引きを低減して半田付け性を向上することに寄与する。但し、突出部６６の突出方向は、ｙ軸の負方向に平行であっても、ｙ軸の負方向に交差する方向であってもよい。突出部６６の上端の高さ位置は、第１のバスバー６０の成形時の歩留まりを悪化させず、かつ積層バスバーＢの上端の高さ位置やケース５０の縦周壁５２の上端の高さ位置を不要に上昇させない観点から、突出部６６の上端と高背延在部６３の上端とが面一になって高背延在部６３の上端の高さ位置に等しくなるように設定することが好ましい。突出部６６及び起立部６７は、主として直線状であるが、負電位側測定端子の全長をより長く設定するように湾曲状等に形成してもよい。

一方で、第２のバスバー７０は、第１のバスバー６０と同様に、その幅方向が上下方向になるように垂直配置された導電性の板状部材、典型的には、金属製の一枚の板状部材から成り、ケース５０のｘ軸の負方向側の縦周壁５２の外壁部に固設された第１の正電位接続端子部７１と、ケース５０のｘ軸の正方向側の縦周壁５２の外壁部に固設された第２の正電位接続端子部７２と、第２の正電位接続端子部７２のｙ軸の負方向側の端部に連なってそれから縦周壁５２の内方側に延在する高背延在部７３と、第１の正電位接続端子部７１のｙ軸の負方向側の端部に連なってそれから縦周壁５２の内方側に延在してケース５０内を延在する低背延在部７４と、高背延在部７３及び低背延在部７４の間を接続する連絡部７５と、を備え、これらはいずれも平板状である。これらは、詳細は後述する正電位側測定端子よりも板幅が相対的に広い部分であり、バスバー本体部に相当する。正電位側測定端子が付加されることをも考慮して、高背延在部７３の上下方向に長さ（板幅）は、低背延在部７４の上下方向に長さ（板幅）よりも長くなるように設定されることが、積層バスバーＢのリアクタンスを低減する観点から好ましい。連絡部７５は、高背延在部７３及び低背延在部７４がｙ軸の方向に偏位されているためにそれらを連絡するために付加的に設けられており、これらが同一直線上に連なる場合等には設けられる必要はない。第１の正電位接続端子部７１は、ロアケース１０内の平滑コンデンサ及びミドルケース２０内の昇降圧リアクトルを介してミドルケース２０に装着された直流電流用コネクタ２８に電気的に接続する。第２の正電位接続端子部７２の電位は、バッテリに対する複数の半導体素子９４の最下流側の電位である。低背延在部７４には、複数の半導体素子９４の対応する端子が電気的に接続する。

ここで、第２のバスバー７０は、更に、高背延在部７３のｘ軸の負方向側の上端部に連なってそれからｙ軸の正方向側に分岐するように曲げられてその方向に突出しながら延在する突出部７６と、突出部７６のｙ軸の正方向側の端部に連なってそれから上方側に曲げられてその方向に突出しながら延在する起立部７７と、起立部７７の上構成部分であって上回路基板１００に電気的に接続する第２の測定端子部７８と、を備える。突出部７６、起立部７７及び第２の測定端子部７８は、高背延在部７３及び低背延在部７４の各々の板幅方向の長さよりも短い板幅方向の長さを各々有し、実質的に棒状の正電位側測定端子を構成する。突出部７６は、負電位側測定端子の全長を長く設定してその端部間の熱抵抗を増大することに寄与し、このことは、第２の測定端子部７８を上回路基板１００にフロー半田等で半田付けをする際の熱引きを低減して半田付け性を向上することに寄与する。突出部７６の突出方向は、ｙ軸の正方向に平行であっても、ｙ軸の正方向に交差する方向であってもよい。但し、突出部７６の上端の高さ位置は、第２のバスバー７０の歩留まりを悪化させず、かつ積層バスバーＢの上端の高さ位置やケース５０の縦周壁５２の上端の高
さ位置を不要に上昇させない観点から、突出部７６の上端と高背延在部７３の上端とが面一になって高背延在部７３の上端の高さ位置に等しくなるように設定することが好ましい。突出部７６及び起立部７７は、主として直線状であるが、正電位側測定端子の全長をより長く設定するように湾曲状等に形成してもよい。

より詳しくは、第１のバスバー６０における突出部６６、起立部６７及び第１の測定端子部６８から成る負電位側測定端子と、第２のバスバー７０における突出部７６、起立部７７及び第２の測定端子部７８から成る正電位側測定端子と、は、高背延在部６３及び高背延在部７３に対応する部分での積層バスバーＢにおけるｘ軸方向に平行な延在方向に対してｙ軸の方向で対称、つまり、第１のバスバー６０における高背延在部６３と、第２のバスバー７０における高背延在部７３と、のｙ軸方向の中央におけるｘ−ｚ平面に平行な中央面に対して面対称に配設され、この結果、突出部６６及び突出部７６は、互いに同一直線上を延在してそれらの長さが等しく、かつ第１の測定端子部６８で終端する起立部６７及び第２の測定端子部７８で終端する起立部７７は、互いに平行に延在してそれらの長さが等しくなるように配設されていることになる。これは、ケース５０内の空間の有効容積を不要に阻害せず、かつ積層バスバーＢのリアクタンスへの影響を低減するためである。かかる中央面は、絶縁材Ｉが平板状である場合には、ｘ−ｚ平面に平行なその中央面に相当する。また、第１のバスバー６０における連絡部６５及び第２のバスバー７０における連絡部７５が設けられていない場合には、負電位側測定端子及び正電位側測定端子は、積層バスバーＢにおけるｘ軸方向に平行な延在方向に対してｙ軸の方向で対称に配設されると単純化して記述できる。

また、積層バスバーＢにおいて、高背延在部６３、突出部６６、高背延在部７３及び突出部７６の全体は、ケース５０の縦周壁５２と一体にモールド成形されていることが、これらの電気的な絶縁性を確保した態様で、装置全体の部品点数を削減しながら積層バスバーＢをケース５０に確実に固定する観点から好ましい。

ここで、積層バスバーＢにおいて、起立部６７及び起立部７７の各々の下部は、ケース５０の縦周壁５２と一体成形されているが、それらの上部、第１の測定端子部６８及び第２の測定端子部７８は、ケース５０の縦周壁５２の上方に露出する。併せて、縦周壁５２の上端には、その上面を陥設した一対の凹部５４が設けられ、起立部６７及び起立部７７の上部は、一対の凹部５４から対応して上方に延出して露出することが好ましい。これは、第１の測定端子部６８及び第２の測定端子部７８が上回路基板１００に一対の貫通孔１０２を対応して介して半田Ｗで半田付けされた際に、上回路基板１００の下面側の一対の凹部５４で半田Ｗの特にフィレットの逃げ部を設定するためである。かかる半田付けは、典型的にはフロー半田付けである。更に、一対の凹部５４の各々の底部には、それらの上面を突設した凸部５６を設けられることが好ましい。これは、縦周壁５２内からその外部に延出する起立部６７及び起立部７７の露出下端部を、凸部５６で補強して支持するためである。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における電力変換装置２においては、半導体素子９４と電気的に接続する積層バスバーＢが、絶縁材Ｉを介していずれも板状の一対のバスバー６０、７０が積層された構成を有すると共に、一対のバスバー６０、７０がそれらの幅方向が上下方向になるように垂直配置され、積層バスバーＢが、更に、一対のバスバー６０、７０の各々の一部から分岐して回路基板１００に向かって延在すると共に、回路基板１００と電気的に接続する一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８を備え、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８が、一対のバスバー６０、７０に対して対称に配設された態様で、一対のバスバー６５〜６８、７５〜７８に交差する交差方向に延在しながら回路基板１００に向かって上方に延在して回路基板１００に電気的に接続するものであるため、半田付け性を向上すると共に絶縁性を確保しながら、簡便な構造でバスバ
ーの電圧を測定できる電力変換装置２を提供することができる。特に、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８が、一対のバスバー６０、７０に対して対称に配設された態様で、一対のバスバー６０、７０に交差する交差方向に延在しながら回路基板１００に向かって上方に延在して回路基板１００に電気的に接続するものであるため、積層バスバーＢのリアクタンスへの影響を低減した態様で、部品点数の削減、省スペース化及び全体構成の小型化をすることができると共に、電圧測定端子長を長くすることができて電圧測定経路の熱抵抗が大きくなるため、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８から一対のバスバーへの熱引きを小さくすることができ、この結果フロー半田時等の半田付け性を向上することができる。

また、本実施形態における電力変換装置２においては、一対のバスバー６０、７０が、各々、平板状の高背延在部６３、７３と、高背延在部６３、７３よりも上下方向の長さが短い平板状の低背延在部６４、７４と、を含み、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８が、各々、高背延在部６３、７３の上端部から交差方向に延在する突出部６６、７６と、突出部６６、７６から上方に延在する起立部６７、７７と、を含み、突出部６６、７６の上端が、対応する高背延在部６３、７３の上端と面一に設定され、起立部６７、７７の上部分が、測定端子部６８、７８に設定されて回路基板１００に電気的に接続されるものであるため、積層バスバーＢのリアクタンスを不要に増大させない態様で、一対のバスバー６０、７０の成形時の歩留まりを向上することができると共に、省スペース化及び全体構成の小型化をすることができる。

また、本実施形態における電力変換装置２においては、更に、半導体素子９４を収容する樹脂ケース５０を備え、積層バスバーＢの一部が、樹脂ケース５０にモールド成形され、樹脂ケース５０が、その周壁５２の上端面を陥設した一対の凹部５４を有し、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８が、一対の凹部５４から対応して上方に対応して延出するものであるため、部品点数を削減した態様で、積層バスバーＢの測定端子部６８、７８を含む部分を電気的に絶縁しながら、測定端子部６８、７８の半田付けの際に形成されるフィレットの逃げ空間を確保することができ、この結果、回路基板１００と積層バスバーＢとの間隔を狭くすることができて、樹脂ケース５０のサイズを小さくすることができる。

また、本実施形態における電力変換装置２においては、一対の凹部５４が、各々、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８が対応して延出する部分で一対の凹部５４の底部を突設した凸部５６を各々有するものであるため、一対の電圧測定端子６５〜６８、７５〜７８の固定強度位置精度を向上することができる。

なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、半田付け性を向上すると共に絶縁性を確保しながら、簡便な構造でバスバーの電圧を測定することができる電力変換装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格からハイブリッド自動車等の車両用の電力制御装置に広く適用され得るものと期待される。

１…電力制御装置
２…電力変換装置
１０…ロアケース
１２…ロア周壁
１４…底壁
１６…固定部
１８…入力側３相電流用コネクタ
２０…ミドルケース
２２…ミドル周壁
２４…クーラント供給管
２６…クーラント排出管
２８…直流電流用コネクタ
４０…冷却器
４２…クーラント導入管
４４…クーラント導出管
４６…クーラント流路
４８…支持部
５０…樹脂ケース
５２…縦周壁
５４…凹部
５６…凸部
５８…装着部
６０…第１のバスバー
６１…第１の負電位接続端子部
６２…第２の負電位接続端子部
６３…高背延在部
６４…低背延在部
６５…連絡部
６６…突出部
６７…起立部
６８…第１の測定端子部
７０…第２のバスバー
７１…第１の正電位接続端子部
７２…第２の正電位接続端子部
７３…高背延在部
７４…低背延在部
７５…連絡部
７６…突出部
７７…起立部
７８…第２の測定端子部
８６…出力側３相端子
８６Ｕ…出力側Ｕ相端子
８６Ｖ…出力側Ｖ相端子
８６Ｗ…出力側Ｗ相端子
８８…入力側３相端子
８８Ｕ…入力側Ｕ相端子
８８Ｖ…入力側Ｖ相端子
８８Ｗ…入力側Ｗ相端子
９０…下回路基板
９１…絶縁基板
９２…銅回路板
９３…半田層
９４…半導体素子
１００…上回路基板
１０２…貫通孔
１１０…アッパケース
１１２…アッパ周壁
１１４…入出力信号用コネクタ
１２０…カバー
１３０…ボルト
Ｂ…積層バスバー
Ｉ…絶縁材
Ｗ…半田

Claims (4)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を冷却する冷却器と、
   前記半導体素子と電気的に接続する回路基板と、
   前記半導体素子と電気的に接続する積層バスバーと、を備えると共に、
   前記冷却器の上方に前記半導体素子及び前記積層バスバーを配設し、更にそれらの上方に前記回路基板を配設して、前記半導体素子のスイッチング動作により電力変換機能を呈する電力変換装置において、
   前記積層バスバーは、絶縁材を介していずれも板状の一対のバスバーが積層された構成を有すると共に、前記一対のバスバーがそれらの幅方向が上下方向になるように垂直配置され、
   前記積層バスバーは、更に、前記一対のバスバーの各々の一部から分岐して前記回路基板に向かって延在すると共に、前記回路基板と電気的に接続する一対の電圧測定端子を備え、
   前記一対の電圧測定端子は、前記一対のバスバーに対して対称に配設された態様で、前記一対のバスバーに交差する交差方向に延在しながら前記回路基板に向かって上方に延在して前記回路基板に電気的に接続することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記一対のバスバーは、各々、平板状の高背延在部と、前記高背延在部よりも上下方向の長さが短い平板状の低背延在部と、を含み、
   前記一対の電圧測定端子は、各々、前記高背延在部の上端部から前記交差方向に延在する突出部と、前記突出部から上方に延在する起立部と、を含み、
   前記突出部の上端は、対応する前記高背延在部の上端と面一に設定され、
   前記起立部の上部分は、測定端子部に設定されて前記回路基板に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 更に、前記半導体素子を収容する樹脂ケースを備え、
   前記積層バスバーの一部は、前記樹脂ケースにモールド成形され、
   前記樹脂ケースは、その周壁の上端面を陥設した一対の凹部を有し、
   前記一対の電圧測定端子は、前記一対の凹部から対応して上方に対応して延出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記一対の凹部は、各々、前記一対の電圧測定端子が対応して延出する部分で前記一対の凹部の底部を突設した凸部を各々有することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

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