JP2018019566A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】端子部材とバスバーを溶接する際に、溶接によって発生した熱が端子部材を介して半導体素子等に伝わるような事態を抑えることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体モジュール１１３ａは、半導体素子１１３ｂと、素子搭載部材１１３ｃと、第１端子部材１１３ｄと、第２端子部材１１３ｅとを備えている。半導体素子１１３ｂは、素子搭載部材１１３ｃに搭載されている。第１端子部材１１３ｄは、素子搭載部材１１３ｃに一体に設けられ、基端部が素子搭載部材１１３ｃに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１、１１２に溶接されている。第２端子部材１１３ｅは、基端部が配線部材１１３ｇを介して半導体素子１１３ｂに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１に溶接されている。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの先端部と基端部の間には、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌが設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、バスバーと、バスバーに溶接される半導体モジュールとを備えた電力変換装置に関する。
従来、バスバーと、バスバーに溶接される半導体モジュールとを備えた電力変換装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている車両用回転電機の電力変換装置がある。
この電力変換装置は、導電バスバー構造体と、電力半導体モジュールとを備えている。
導電バスバー構造体は、後述する電力半導体モジュールのＰ端子及びＡＣ端子を配線する部材である。導電バスバー構造体は、電力入出力ターミナルと、ＡＣターミナルとを備えている。
電力入出力ターミナルは、Ｐ端子を配線する金属からなる板状のバスバーである。ＡＣターミナルは、ＡＣ端子を配線する金属からなる板状のバスバーである。電力入出力ターミナル及びＡＣターミナルは、先端部側を露出させた状態で樹脂によってモールドされている。
電力半導体モジュールは、直列接続された２個のスイッチング素子と、素子搭載部材と、Ｐ端子と、ＡＣ端子とを備えている。
素子搭載部材は、半導体素子が搭載される金属からなる板状の部材である。半導体素子は、素子搭載部材に搭載され、素子搭載部材に接続されている。Ｐ端子は、素子搭載部材に一体に設けられ、基端部が素子搭載部材に接続されるとともに、先端部が電力入出力ターミナルに溶接される金属からなる板状の部材である。ＡＣ端子部材は、基端部が配線部材を介して半導体素子に接続されるともに、先端部がＡＣターミナルに接続される金属からなる板状の部材である。素子搭載部材は、一体に設けられるＰ端子より板厚方向の寸法が大きくなるように設定されている。
電力半導体モジュールは、素子搭載部材の一面、Ｐ端子及びＡＣ端子の先端部側を露出した状態で、樹脂でモールドされている。Ｐ端子及びＡＣ端子は、露出した部分が直角に屈曲成形されている。Ｐ端子の先端部は、電力入出力ターミナルの先端部に溶接されている。ＡＣ端子の先端部は、ＡＣターミナルの先端部に溶接されている。
端子とターミナルを溶接する際、溶接によって発生した熱が、端子を介して半導体素子と素子搭載部材の接続部や半導体素子に伝わる。その結果、半導体素子等に熱ストレスが加わり、不具合を引き起こす可能性がある。そこで、半導体素子等に伝わる熱を抑えるため、溶接の際に冷やし金が用いられている。冷やし金は、溶接によって発生した熱を放熱させるための金属からなる治具である。端子とターミナルを溶接する場合、端子とターミナルを冷やし金で挟み込んで溶接する。これにより、溶接によって発生した熱が冷やし金を介して放熱される。その結果、端子を介して半導体素子等に伝わる熱を抑えることができる。しかも、素子搭載部材は、一体に設けられるＰ端子より板厚方向の寸法が大きい。そのため、熱容量が大きく、Ｐ端子を介して熱が伝わっても温度上昇が緩やかである。従って、半導体素子等に加わる熱ストレスをより抑えることができる。
特開２０１４−２１２６６６号公報
ところで、前述した電力変換装置において、装置の小型化のために電力半導体モジュールの端子の長さを短くした場合、冷やし金を配置するための充分なスペースを確保できなくなる。そのため、放熱性のよい大きな冷やし金を用いることができなくなる。その結果、溶接によって発生した熱が、冷やし金を介して充分に放熱されず、端子を介して半導体素子等に伝わり易くなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、端子部材とバスバーを溶接する際に、溶接によって発生した熱が端子部材を介して半導体素子等に伝わるような事態を抑え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。
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の電力変換装置は、バスバーと、バスバーに溶接される半導体モジュールと、を備えた電力変換装置であって、半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子が搭載される板状の素子搭載部材と、素子搭載部材に一体に設けられ、基端部が素子搭載部材に接続されるとともに、先端部がバスバーに溶接される板状の第１端子部材と、基端部が配線部材を介して半導体素子に接続されるとともに、先端部がバスバーに溶接される板状の第２端子部材と、を有し、第１端子部材及び第２端子部材のうち少なくとも第１端子部材は、先端部と基端部の間に断面積が部分的に小さい小断面積部を有する。
この構成によれば、小断面積部によって、第１端子部材及び第２端子部材のうち少なくとも第１端子部材の先端部から基端部までの熱抵抗を大きくすることができる。そのため、充分な大きさの冷やし金を配置できない場合でも、溶接によって発生した熱が端子部材を介して半導体素子等に伝わるような事態を抑えることができる。従って、冷やし金の配置スペースを小さくでき、電力変換装置を小型化することができる。
請求項２に記載の電力変換装置は、小断面積部は、板厚方向の寸法が同一で幅方向の寸法が部分的に小さい。この構成によれば、小断面積部を確実に設けることができる。しかも、板厚方向の寸法を小さくする場合に比べ、容易に設けることができる。
請求項３に記載の電力変換装置は、小断面積部は、幅方向に間隔を隔てて設けられる複数の微小断面積部からなる。この構成によれば、小断面積部の表面積を増加させることができる。そのため、小断面積部における放熱性を向上させることができる。従って、半導体素子等に加わる熱ストレスを抑えることができる。
請求項４に記載の電力変換装置は、素子搭載部材は、第１端子部材より板厚方向の寸法が大きい。この構成によれば、素子搭載部材の熱容量を大きくすることができる。そのため、第１端子部材を介して素子搭載部材に熱が伝わったとしても、素子搭載部材の温度上昇は緩やかになる。従って、半導体素子等に加わる熱ストレスを抑えることができる。
請求項５に記載の電力変換装置は、半導体モジュールの熱を放熱するヒートシンクと、半導体モジュールをヒートシンクに接着する放熱接着部材と、を有し、半導体モジュールは、素子搭載部材の一面、第１端子部材及び第２端子部材の先端部側を露出した状態で、半導体素子、素子搭載部材の他面、第１端子部材及び第２端子部材の基端部側を封止する樹脂モールド部材を有し、露出した素子搭載部材の一面が放熱接着部材のみを介してヒートシンクに接着されている。この構成によれば、第１端子部材を介して素子搭載部材に熱が伝わったとしても、素子搭載部材の露出した一面から放熱接着部材及びヒートシンクを介して放熱することができる。そのため、半導体素子等に加わる熱ストレスを確実に抑えることができる。
請求項６に記載の電力変換装置は、半導体モジュールは、第１端子部材及び第２端子部材の露出した部分のうち、少なくとも第１端子部材の露出した部分のいずれかが放熱接着部材を介してヒートシンクに接着されている。この構成によれば、端子部材を介して熱が伝わったとしても、端子部材の露出した部分から放熱接着部材及びヒートシンクを介して放熱することができる。そのため、半導体素子等に加わる熱ストレスをより確実に抑えることができる。
請求項７に記載の電力変換装置は、第１端子部材及び第２端子部材のうち少なくとも第１端子部材は、溶接されるバスバーよりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている。この構成によれば、溶接によって発生した熱は、端子部材よりもバスバーに伝わり易くなる。そのため、端子部材を介して伝わる熱をより確実に抑えることができる。
請求項８に記載の電力変換装置は、第１端子部材及び第２端子部材のうち少なくとも第１端子部材は、溶接されるバスバーよりも板厚方向の寸法が小さい。この構成によれば、端子部材の熱抵抗をバスバーの熱抵抗よりも大きくすることができる。そのため、溶接によって発生した熱は、端子部材よりもバスバーに伝わり易くなる。従って、端子部材を介して伝わる熱をより確実に抑えることができる。
制御装置一体型回転電機の軸方向断面図である。 制御装置一体型回転電機の側面図である。 ケースの蓋部を外した状態における後側から見た制御装置一体側回転電機の平面図である。 ケースの蓋部を外した状態における制御装置の側面図である。 半導体モジュールの内部構造を説明するための端子部材が屈曲成形されていない状態における断面図である。 図５における６−６矢視断面図である。 図５における７−７矢視断面図である。 端子部材が屈曲成形された状態における図５に対応する半導体モジュールの平面図である。 図８の一方の側面図である。 図８の他方の側面図である。 放熱接着部材を介してヒートシンクに接着されるとともに、バスバーに溶接された状態における半導体モジュールの平面図である。 図１１の一方の側面図である。 図１１の他方の側面図である。 図１１における１４−１４矢視断面図である。 図１１における１５−１５矢視断面図である。 図１４における溶接の状況を説明するための説明図である。 図１５における溶接の状況を説明するための説明図である。 変形形態における図５に対応する断面図である。
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載される制御装置一体型回転電機に適用した例を示す。
まず、図１〜図１７を参照して本実施形態の制御装置一体型回転電機の構成について説明する。
図１〜図４に示す制御装置一体型回転電機１は、車両に搭載され、バッテリから電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する装置である。また、車両のエンジンから駆動力が供給されることで、バッテリを充電するための電力を発生する装置でもある。制御装置一体型回転電機１は、回転電機１０と、制御装置１１とを備えている。
回転電機１０は、電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する機器である。また、エンジンから駆動力が供給されることで、バッテリを充電するための電力を発生する機器でもある。回転電機１０は、固定子１００と、回転子１０１と、回転軸１０２と、ハウジング１０３とを備えている。
固定子１００は、磁路の一部を構成するとともに、電力が供給されることで磁束を発生する部材である。具体的には、交流が供給されることで磁束を発生する部材である。また、回転子１０１の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。固定子１００は、固定子コア１００ａと、電機子巻線１００ｂとを備えている。
固定子コア１００ａは、磁路の一部を構成するとともに、電機子巻線１００ｂを保持する磁性材からなる円環状の部材である。図示は省略されているが、固定子コア１００ａは、電機子巻線１００ｂを収容する複数のスロットを備えている。
電機子巻線１００ｂは、交流が供給されことで磁束を発生する部材である。また、回転子１０１の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。電機子巻線１００ｂは、２組のＹ結線された３相巻線によって構成されている。電機子巻線１００ｂは、固定子コア１００ａのスロットに収容され保持されている。
回転子１０１は、磁路の一部を構成するとともに、電力が供給されることで磁束を発生する部材である。具体的には、直流が供給されることで磁束を発生する部材である。回転子１０１は、電機子巻線１００ｂの発生した磁束と鎖交することで回転力を発生する。また、車両のエンジンから供給される駆動力によって回転することで、発生した磁束が電機子巻線１００ｂと鎖交し、電機子巻線１００ｂが交流を発生する。回転子１０１は、回転子コア１０１ａと、界磁巻線１０１ｂと備えている。
回転子コア１０１ａは、磁路の一部を構成するとともに、界磁巻線１０１ｂを保持する磁性材からなる部材である。いわゆるランデル型ポールコアである。回転子コア１０１ａは、界磁巻線１０１ｂを収容する円環状の中空部を備えている。また、回転軸１０２が挿通した状態で固定される貫通孔部を備えている。
界磁巻線１０１ｂは、直流が供給されることで磁束を発生し、回転子コア１０１ａの外周面に磁極を形成する部材である。界磁巻線１０１ｂは、回転子コア１０１ａに形成されている円環状の中空部に収容され保持されている。
回転子１０１は、回転子コア１０１ａの外周面を、固定子コア１００ａの内周面と所定間隔を隔てて対向させた状態で設けられている。
回転軸１０２は、回転子１０１に固定されるとともにハウジング１０３に回転可能に支持され、回転子１０１とともに回転する円柱状の部材である。回転軸１０２は、回転子１０１の貫通孔部に挿通した状態で、軸方向中央部が回転子コア１０１ａに固定されている。回転軸１０２は、スリップリング１０２ａを備えている。ここで、軸方向とは、回転電機１０の回転軸心の方向のことである。つまり、回転軸１０２の軸方向のことである。以下同様である。
スリップリング１０２ａは、界磁巻線１０１ｂに直流を供給する金属からなる円筒状の部材である。スリップリング１０２ａは、回転軸１０２の後端部の外周面に絶縁部材１０２ｂを介して固定され、配線部材を介して界磁巻線１０１ｂに接続されている。
ハウジング１０３は、固定子１００及び回転子１０１の軸方向両端部を覆うとともに、回転軸１０２を回転可能に支持する部材である。また、制御装置１１が固定される部材でもある。ハウジング１０３は、フロントハウジング１０３ａと、リヤハウジング１０３ｂとを備えている。
フロントハウジング１０３ａは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向前端部を覆うとともに、回転軸１０２の前側を回転可能に支持する部材である。フロントハウジング１０３ａは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向前端部を覆うように、固定子コア１００ａの前端部に固定されている。また、回転軸１０２の前端部を前方に突出させた状態で、軸受１０３ｃを介して回転軸１０２の前側を回転可能に支持している。
リヤハウジング１０３ｂは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向後端部を覆うとともに、回転軸１０２の後側を回転可能に支持する部材である。また、制御装置１１が固定される部材でもある。リヤハウジング１０３ｂは、固定子１００及び回転子１０１の軸方向後端部を覆うように、固定子コア１００ａの後端部に固定されている。また、回転軸１０２の後端部を後方に突出させた状態で、軸受１０３ｄを介して回転軸１０２の後側を回転可能に支持している。
制御装置１１は、回転電機１０に駆動力を発生させるために、バッテリから回転電機１０に供給される電力を制御する装置である。また、バッテリを充電するために、回転電機１０の発生した電力を変換してバッテリに供給する装置でもある。制御装置１１が、本発明の電力変換装置に相当する。制御装置１１は、ケース１１０と、バスバー１１１、１１２と、インバータ回路１１３と、ヒートシンク１１４と、放熱接着部材１１５と、界磁回路１１６と、ブラシ１１７と、制御回路１１８とを備えている。
ケース１１０は、リヤハウジング１０３ｂの軸方向後端部に設けられ、インバータ回路１１３、ヒートシンク１１４、放熱接着部材１１５、界磁回路１１６、ブラシ１１７及び制御回路１１８を収容する樹脂からなる箱状の部材である。また、バスバー１１１、１１２及びその他の配線用のバスバーを固定する部材でもある。ケース１１０は、本体部１１０ａと、蓋部１１０ｂとを備えている。
本体部１１０ａは、インバータ回路１１３、界磁回路１１６及び制御回路１１８を固定する部材である。また、バスバー１１１、１１２及びその他の配線用のバスバーを固定する部材でもある。本体部１１０ａは、リヤハウジング１０３ｂの軸方向後端部に固定されている。
蓋部１１０ｂは、本体部１１０ａの後側を覆う部材である。蓋部１１０ｂは、本体部１１０ａの後側を覆うように設けられている。
バスバー１１１は、インバータ回路１１３をバッテリに配線するための金属からなる板状の部材である。バスバー１１２は、インバータ回路１１３を電機子巻線１００ｂに配線するための金属からなる板状の部材である。バスバー１１１、１１２は、接続する部分を露出させた状態でケース１１０の本体部１１０ａにインサート成形されている。
インバータ回路１１３は、バッテリから供給される直流を交流に変換して電機子巻線１００ｂに供給する回路である。また、電機子巻線１００ｂから供給される交流を直流に変換してバッテリに供給する回路でもある。インバータ回路１１３は、３個の半導体モジュール１１３ａを備えている。
電機子巻線１００ｂが２組の３相巻線によって構成されているため、インバータ回路１１３は、２組の３相インバータによって構成されている。３相インバータが６個のスイッチング素子によって構成されるため、インバータ回路１１３は、１２個のスイッチング素子によって構成されている。
半導体モジュール１１３ａは、インバータ回路１１３を構成するスイッチング素子のうち、４個のスイッチング素子を有するモジュールである。具体的には、直列接続された２個のスイッチング素子を２組有するモジュールである。図５〜図７に示すように、半導体モジュール１１３ａは、半導体素子１１３ｂと、素子搭載部材１１３ｃと、第１端子部材１１３ｄと、第２端子部材１１３ｅと、第３端子部材１１３ｆと、配線部材１１３ｇ、１１３ｈと、樹脂モールド部材１１３ｉとを備えている。なお、半導体モジュール１１３ａは、後述する制御基板１１８ａにはんだ付けされる端子部材も備えているが、溶接されるものではなく本発明とは関係しないため、説明を省略する。
半導体素子１１３ｂは、スイッチング素子を構成する半導体からなる素子である。具体的には、ＦＥＴを構成する半導体からなる素子である。
素子搭載部材１１３ｃは、半導体素子１１３ｂが搭載される金属からなる板状の部材である。半導体素子１１３ｂは、素子搭載部材１１３ｃに搭載され、はんだ１１３ｊを介して素子搭載部材１１３ｃに接続されている。具体的には、ドレインが素子搭載部材１１３ｃに接続されている。
第１端子部材１１３ｄは、素子搭載部材１１３ｃに一体に設けられ、基端部が素子搭載部材１１３ｃに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１、１１２に溶接される金属からなる板状の部材である。第１端子部材１１３ｄは、第１端子部材１１３ｄが溶接されるバスバー１１１、１１２よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている。第１端子部材１１３ｄは、小断面積部１１３ｋを備えている。
小断面積部１１３ｋは、断面積が部分的に小さい部位である。具体的には、先端部側の隣接する部分より断面積が小さい部位である。より具体的には、先端部側の隣接する部分と板厚方向の寸法が同一で、先端部側の隣接する部分よりも幅方向の寸法が小さい部位である。小断面積部１１３ｋは、第１端子部材１１３ｄの先端部と基端部の間に設けられている。
素子搭載部材１１３ｃは、第１端子部材１１３ｄより板厚方向の寸法が大きくなるように設定されている。第１端子部材１１３ｄは、素子搭載部材１１３ｃの側面であって、半導体素子１１３ｂが搭載される面に近い部分に一体に設けられている。なお、第１端子部材１１３ｄは、素子搭載部材１１３ｃの側面のどの部分に一体に設けられていてもよい。
第２端子部材１１３ｅは、基端部が配線部材１１３ｇを介して半導体素子１１３ｂに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１に溶接される金属からなる板状の部材である。第２端子部材１１３ｅは、素子搭載部材１１３ｃとは別体で設けられている。第２端子部材１１３ｅは、第２端子部材１１３ｅが溶接されるバスバー１１１よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている。第２端子部材１１３ｅは、小断面積部１１３ｌを備えている。
小断面積部１１３ｌは、断面積が部分的に小さい部位である。具体的には、先端部側の隣接する部分より断面積が小さい部位である。より具体的には、先端部側の隣接する部分と板厚方向の寸法が同一で、先端部側の隣接する部分よりも幅方向の寸法が小さい部位である。小断面積部１１３ｌは、第２端子部材１１３ｅの先端部と基端部の間に設けられている。
第３端子部材１１３ｆは、素子搭載部材１１３ｃに一体に設けられ、基端部が素子搭載部材１１３ｃに接続されるとともに、先端部が配線部材１１３ｇを介して半導体素子１１３ｂに接続される金属からなる板状の部材である。
第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅは、これらが溶接されるバスバー１１１、１１２よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている。また、これらが溶接されるバスバー１１１、１１２よりも板厚方向の寸法が小さくなるように設定されている。
配線部材１１３ｇは、第３端子部材１１３ｆの先端部を半導体素子１１３ｂに接続する金属からなる板状の部材である。配線部材１１３ｇの一端は第３端子部材１１３ｆの先端部に、他端は半導体素子１１３ｂにそれぞれ接続されている。具体的には、他端は、半導体素子１１３ｂのソースに接続されている。
配線部材１１３ｈは、第２端子部材１１３ｅの基端部を半導体素子１１３ｂに接続する金属からなる板状の部材である。配線部材１１３ｈの一端は第２端子部材１１３ｅの基端部に、他端は半導体素子１１３ｂにそれぞれ接続されている。具体的には、他端は、半導体素子１１３ｂのソースに接続されている。
樹脂モールド部材１１３ｉは、半導体素子１１３ｂ、素子搭載部材１１３ｃ、第１端子部材１１３ｄ、第２端子部材１１３ｅ及び第３端子部材１１３ｆを封止する樹脂からなる部材である。樹脂モールド部材１１３ｉは、素子搭載部材１１３ｃの一面、第３端子部材１１３ｆの一面、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの先端部側を露出した状態で、半導体素子１１３ｂ、素子搭載部材１１３ｃの他面、第３端子部材１１３ｆの他面、第１端子部材１１３ｄの基端部側及び第２端子部材１１３ｅの基端部側を封止している。具体的には、素子搭載部材１１３ｃの一面、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの小断面積部１１３ｋ、１１３ｌを露出した状態で半導体素子１１３ｂ、素子搭載部材１１３ｃの他面、第１端子部材１１３ｄの基端部側及び第２端子部材１１３ｅの基端部側を封止している。図８〜図１０に示すように、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅは、露出した小断面積部１１３ｋ、１１３ｌで直角に屈曲成形されている。
図１〜図４に示すヒートシンク１１４は、半導体モジュール１１３ａ毎に設けられ、半導体モジュール１１３ａの熱を放熱する金属からなる部材である。ヒートシンク１１４は、本体部１１４ａと、フィン部１１４ｂとを備えている。
本体部１１４ａは、矩形板状の部位である。フィン部１１４ｂは、本体部１１４ａの一面側に所定間隔を空けて複数形成される薄板状の部位である。
ヒートシンク１１４は、本体部１１４ａの他面を回転電機側に露出させるとともに、フィン部１１４ｂを反回転電機側に露出させた状態で、ケース１１０の本体部１１０ａにインサート成形されている。
図１、図１１〜図１５に示す放熱接着部材１１５は、半導体モジュール１１３ａをヒートシンク１１４に接着する熱伝導性及びシール性を有する部材である。具体的には、金属のフィラーを含んだシリコンからなる部材である。
図１４に示すように、半導体モジュール１１３ａは、露出した素子搭載部材１１３ｃの一面が放熱接着部材１１５のみを介してヒートシンク１１４に接着されている。また、図１１〜図１５に示すように、樹脂モールド部材１１３ｉの外周面の近傍において、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの露出した部分のうちヒートシンク１１４に対向する部分が放熱接着部材１１５を介してヒートシンク１１４に接着されている。具体的には、少なくとも露出した小断面積部１１３ｋ、１１３ｌの一部が放熱接着部材１１５を介してヒートシンク１１４に接着されている。さらに、ヒートシンク１１４とケース１１０の境界部分を覆うように、放熱接着部材１１５が設けられている。そして、第１端子部材１１３ｄの先端部が、バスバー１１１、１１２の先端部に溶接されている。また、第２端子部材１１３ｅの先端部が、バスバー１１１の先端部に溶接されている。
例えば、図１６に示すように、第１端子部材１１３ｄとバスバー１１１を接地した冷やし金ＣＨで挟み込む。そして、トーチＴの先端部から第１端子部材１１３ｄ及びバスバー１１１の先端部に向かってシールドガスを吐出しながら、溶接棒ＷＲに電圧を印加する。その結果、溶接棒ＷＲの先端部と第１端子部材１１３ｄ及びバスバー１１１の先端部の間でアークＡが発生し、第１端子部材１１３ｄ及びバスバー１１１の先端部が溶けて溶接される。
また、図１７に示すように、第２端子部材１１３ｅとバスバー１１１を接地した冷やし金ＣＨで挟み込む。そして、トーチＴの先端部から第２端子部材１１３ｅ及びバスバー１１１の先端部に向かってシールドガスを吐出しながら、溶接棒ＷＲに電圧を印加する。その結果、溶接棒ＷＲの先端部と第２端子部材１１３ｅ及びバスバー１１１の先端部の間でアークＡが発生し、第２端子部材１１３ｅ及びバスバー１１１の先端部が溶けて溶接される。
図１に示す界磁回路１１６は、界磁巻線１０１ｂに界磁電流を供給する回路である。界磁回路１１６は、スイッチング素子１１６ａを備えている。スイッチング素子１１６ａは、後述する制御回路１１８が実装された制御基板１１８ａに設けられている。
ブラシ１１７は、図５に示すように、ケース１１０の本体部１１０ａの中央部に設けられたブラシホルダー部１１０ｃに保持され、界磁回路１１６から界磁巻線１０１ｂにスリップリング１０２ａを介して界磁電流を供給する部材である。
図１に示す制御回路１１８は、インバータ回路１１３及び界磁回路１１６を制御する回路である。インバータ回路１１３及び制御回路１１８は、ケース１１０内において樹脂１１０ｄで封止されている。
次に、図１、図３及び図４を参照して制御装置一体型回転電機の動作について説明する。まず、車両を駆動するための駆動力を発生する際の動作について説明する。
車両のイグニッションスイッチがオン状態になると、図１に示すバスバー１１１を介してインバータ回路１１３の半導体モジュール１１３ａに直流が供給される。また、制御基板１１８ａを介して、界磁回路１１６及び制御回路１１８に直流が供給される。
直流が供給されることで、界磁回路１１６及び制御回路１１８は動作を開始する。制御回路１１８は、外部から入力される指令等に基づいて、インバータ回路１１３及び界磁回路１１６を制御する。界磁回路１１６は、ブラシ１１７及びスリップリング１０２ａを介して界磁巻線１０１ｂに直流を供給する。インバータ回路１１３は、バスバー１１１を介して供給された直流を交流に変換し、図３及び図４に示すバスバー１１２を介して電機子巻線１００ｂに供給する。その結果、回転電機１０は、車両を駆動するため駆動力を発生する。
次に、バッテリを充電するための電力を発生する際の動作について説明する。
エンジンから駆動力が供給されることで、電機子巻線１００ｂは交流を発生する。制御回路１１８は、半導体モジュール１１３ａのスイッチング素子のスイッチングを停止させる。半導体モジュール１１３ａは、スイッチング素子に形成されているダイオードによって、電機子巻線１００ｂから図３及び図４に示すバスバー１１２を介して供給される交流を直流に変換し、バッテリに供給する。その結果、バッテリは、回転電機１０の発生した電力によって充電される。
次に、本実施形態の制御装置一体型回転電機の効果について説明する。
本実施形態によれば、半導体モジュール１１３ａは、半導体素子１１３ｂと、素子搭載部材１１３ｃと、第１端子部材１１３ｄと、第２端子部材１１３ｅとを備えている。半導体素子１１３ｂは、素子搭載部材１１３ｃに搭載されている。第１端子部材１１３ｄは、素子搭載部材１１３ｃに一体に設けられ、基端部が素子搭載部材１１３ｃに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１、１１２に溶接されている。第２端子部材１１３ｅは、基端部が配線部材１１３ｇを介して半導体素子１１３ｂに接続されるとともに、先端部がバスバー１１１に溶接されている。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの先端部と基端部の間には、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌが設けられている。そのため、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌによって、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの先端部から基端部までの熱抵抗を大きくすることができる。従って、充分な大きさの冷やし金を配置できない場合でも、溶接によって発生した熱が第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅを介して半導体素子１１３ｂ等に伝わるような事態を抑えることができる。これにより、冷やし金の配置スペースが抑えられ、制御装置１１を小型化することができる。
本実施形態によれば、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌは、幅方向の寸法が小さい。そのため、断面積が小さい小断面積部１１３ｋ、１１３ｌを確実に設けることができる。しかも、板厚方向の寸法を小さくする場合に比べ、容易に設けることができる。
本実施形態によれば、素子搭載部材１１３ｃは、第１端子部材１１３ｄより板厚方向の寸法が大きい。そのため、素子搭載部材１１３ｃの熱容量を大きくすることができる。従って、第１端子部材１１３ｄを介して素子搭載部材１１３ｃに熱が伝わったとしても、素子搭載部材１１３ｃの温度上昇は緩やかになる。これにより、半導体素子１１３ｂと、半導体素子１１３ｂを素子搭載部材１１３ｃに接続するはんだ１１３ｊに加わる熱ストレスを抑えることができる。
本実施形態によれば、制御装置１１は、ヒートシンク１１４と、放熱接着部材１１５とを備えている。ヒートシンク１１４は、半導体モジュール１１３ａの熱を放熱する部材である。放熱接着部材１１５は、半導体モジュール１１３ａをヒートシンク１１４に接着する部材である。半導体モジュール１１３ａは、素子搭載部材１１３ｃの一面、第３端子部材１１３ｆの一面、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの先端部側を露出した状態で、半導体素子１１３ｂ、素子搭載部材１１３ｃの他面、第３端子部材１１３ｆの他面、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの基端部側を封止する樹脂モールド部材１１３ｉを有している。そして、半導体モジュール１１３ａは、露出した素子搭載部材１１３ｃの一面が放熱接着部材１１５のみを介してヒートシンク１１４に接着されている。そのため、第１端子部材１１３ｄを介して素子搭載部材１１３ｃに熱が伝わったとしても、素子搭載部材１１３ｃの露出した一面から放熱接着部材１１５及びヒートシンク１１４を介して放熱することができる。そのため、半導体素子１１３ｂと、半導体素子１１３ｂを素子搭載部材１１３ｃに接続するはんだ１１３ｊに加わる熱ストレスを確実に抑えることができる。
本実施形態によれば、半導体モジュール１１３ａは、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの露出した部分が放熱接着部材１１５を介してヒートシンク１１４に接着されている。そのため、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅを介して熱が伝わったとしても、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの露出した部分から放熱接着部材１１５及びヒートシンク１１４を介して放熱することができる。従って、半導体素子１１３ｂと、半導体素子１１３ｂを素子搭載部材１１３ｃに接続するはんだ１１３ｊに加わる熱ストレスをより確実に抑えることができる。
本実施形態によれば、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅは、溶接されるバスバー１１１、１１２よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている。そのため、溶接によって発生した熱は、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅよりもバスバー１１１、１１２に伝わり易くなる。従って、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅを介して伝わる熱をより確実に抑えることができる。
本実施形態によれば、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅは、溶接されるバスバー１１１、１１２よりも断面積が小さい。そのため、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの熱抵抗をバスバー１１１、１１２の熱抵抗よりも大きくすることができる。従って、溶接によって発生した熱は、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅよりもバスバー１１１、１１２に伝わり易くなる。これにより、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅを介して伝わる熱をより確実に抑えることができる。
本実施形態によれば、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅは、溶接されるバスバー１１１、１１２よりも板厚方向の寸法が小さい。そのため、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅの断面積をバスバー１１１、１１２の断面積よりも確実に小さくすることができる。
本実施形態によれば、インバータ回路１１３は、ケース１１０内において樹脂１１０ｄで封止されている。インバータ回路１１３を構成する半導体モジュール１１３ａは、放熱接着部材１１５を介してヒートシンク１１４に接着されている。放熱接着部材１１５は、ヒートシンク１１４と本体部１１０ａの境界部分を覆うように、設けられている。そのため、放熱接着部材１１５によって、インサート成形されたヒートシンク１１４と本体部１１０ａの間からインバータ回路１１３を封止するための樹脂１１０ｄが漏れるような事態を抑えることができる。また、放熱接着部材１１５として、ヒートシンク１１４及び本体部１１０ａの樹脂部に対して良接着性の接着部材を選定することで、ヒートシンク１１４と本体部１１０ａの間から水が浸入するような事態を抑えることができる。
なお、本実施形態では、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅが切り欠かれ、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌが一体的に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。図１８に示すように、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅに、板厚方向に貫通する孔部１１３ｍ、１１３ｎを設けることによって小断面積部１１３ｋ、１１３ｌを形成してもよい。この場合、小断面積部１１３ｋは、孔部１１３ｍによって幅方向に間隔を隔てて設けられる２つの微小断面積部１１３ｏによって構成される。小断面積部１１３ｌは、孔部１１３ｎによって幅方向に間隔を隔てて設けられる２つの微小断面積部１１３ｐによって構成される。これにより、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌの表面積を増加させることができる。そのため、小断面積部１１３ｋ、１１３ｌにおける放熱性を向上させることができる。従って、半導体素子１１３ｂ等に加わる熱ストレスを抑えることができる。なお、小断面積部は、幅方向に間隔を隔てて設けられる３つ以上の微小断面積部によって構成されていてもよい。
本実施形態では、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅが先端部と基端部の間に小断面積部１１３ｋ、１１３ｌを有する例を挙げているが、これに限られるものではない。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅのうち少なくとも第１端子部材１１３ｄが、先端部と基端部の間に小断面積部１１３ｋを有していればよい。
本実施形態では、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅがバスバー１１１、１１２よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅのうち少なくとも第１端子部材１１３ｄが、バスバー１１１、１１２よりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されていればよい。
本実施形態では、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅがバスバー１１１、１１２よりも断面積が小さい例を挙げているが、これに限られるものではない。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅのうち少なくとも第１端子部材１１３ｄが、バスバー１１１、１１２よりも断面積が小さければよい。
本実施形態では、第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅがバスバー１１１、１１２よりも板厚方向の寸法が小さい例を挙げているが、これに限られるものではない。第１端子部材１１３ｄ及び第２端子部材１１３ｅのうち、少なくとも第１端子部材１１３ｄが、バスバー１１１、１１２よりも板厚方向の寸法が小さければよい。
１・・・制御装置一体型回転電機、１０・・・回転電機、１１・・・制御装置、１１１、１１２・・・バスバー、１１３・・・インバータ回路、１１３ａ・・・半導体モジュール、１１３ｂ・・・半導体素子、１１３ｃ・・・素子搭載部材、１１３ｄ・・・第１端子部材、１１３ｅ・・・第２端子部材、１１３ｉ・・・樹脂モールド部材、１１３ｋ、１１３ｌ・・・小断面積部、１１４・・・ヒートシンク、１１５・・・放熱接着部材

Claims (8)

  1. バスバー（１１１、１１２）と、
    前記バスバーに溶接される半導体モジュール（１１３ａ）と、
    を備えた電力変換装置であって、
    前記半導体モジュールは、
    半導体素子（１１３ｂ）と、
    前記半導体素子が搭載される板状の素子搭載部材（１１３ｃ）と、
    前記素子搭載部材に一体に設けられ、基端部が前記素子搭載部材に接続されるとともに、先端部が前記バスバーに溶接される板状の第１端子部材（１１３ｄ）と、
    基端部が配線部材を介して前記半導体素子に接続されるとともに、先端部が前記バスバーに溶接される板状の第２端子部材（１１３ｅ）と、
    を有し、
    前記第１端子部材及び前記第２端子部材のうち少なくとも前記第１端子部材は、先端部と基端部の間に断面積が部分的に小さい小断面積部（１１３ｋ、１１３ｌ）を有する電力変換装置。
  2. 前記小断面積部は、板厚方向の寸法が同一で幅方向の寸法が部分的に小さい請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記小断面積部は、幅方向に間隔を隔てて設けられる複数の微小断面積部（１１３ｏ、１１３ｐ）からなる請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記素子搭載部材は、前記第１端子部材より板厚方向の寸法が大きい請求項２又は３に記載の電力変換装置。
  5. 前記半導体モジュールの熱を放熱するヒートシンク（１１４）と、
    前記半導体モジュールを前記ヒートシンクに接着する放熱接着部材（１１５）と、
    を有し、
    前記半導体モジュールは、前記素子搭載部材の一面、前記第１端子部材及び前記第２端子部材の先端部側を露出した状態で、前記半導体素子、前記素子搭載部材の他面、前記第１端子部材及び前記第２端子部材の基端部側を封止する樹脂モールド部材（１１３ｉ）を有し、露出した前記素子搭載部材の前記一面が前記放熱接着部材のみを介して前記ヒートシンクに接着されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記半導体モジュールは、前記第１端子部材及び前記第２端子部材の露出した部分のうち、少なくとも前記第１端子部材の露出した部分のいずれかが前記放熱接着部材を介して前記ヒートシンクに接着されている請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記第１端子部材及び前記第２端子部材のうち少なくとも前記第１端子部材は、溶接される前記バスバーよりも熱伝導率の低い低熱伝導性材料で形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記第１端子部材及び前記第２端子部材のうち少なくとも前記第１端子部材は、溶接される前記バスバーよりも板厚方向の寸法が小さい請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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