JP2022090975A - Terminal weld joint and power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、端子溶接継手および電力変換装置に関する。 The present invention relates to a terminal welded joint and a power conversion device.
電力変換装置(インバータ)やエンジンコントロールユニット、モータ、電池などでは、電気的な接続を得るため、バスバと呼ばれる導体を用いる。このバスバは導電性が求められるため、一般的に、銅やアルミが用いられており、接続方法にはTIG(Tungsten Inert Gas)溶接が用いられる。この溶接によるバスバ同士の継手の方法として、拝み継手や重ね継手が採用されている。 In power converters (inverters), engine control units, motors, batteries, etc., conductors called bus bars are used to obtain electrical connections. Since this bus bar is required to have conductivity, copper or aluminum is generally used, and TIG (Tungsten Inert Gas) welding is used as the connection method. As a method of joining bus bars by this welding, a worship joint or a lap joint is adopted.
本願発明の背景技術として、下記の特許文献1が知られている。特許文献1には、半導体モジュール2に接続している複数の交流バスバ3a,3b,3cのうち一部の交流バスバ3a,3bには、連結部33に、第1接続部31よりも厚さが厚い厚肉部34が形成されることで、電子部品の温度上昇を抑制している技術が開示されている。
The following Patent Document 1 is known as a background technique of the present invention. In Patent Document 1, among a plurality of AC bus bars 3a, 3b, 3c connected to the
特許文献1に記載の継手方法では、外観から継手の溶接部の品質を判断できず、溶接部(厚肉部)34の品質管理に困難が生じている。以上を鑑みて、本発明は、バスバの溶接部の品質を効率的に管理できるバスバ溶接継手を提供することが課題である。 In the joint method described in Patent Document 1, the quality of the welded portion of the joint cannot be determined from the appearance, and it is difficult to control the quality of the welded portion (thick portion) 34. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a bus bar welded joint capable of efficiently controlling the quality of the welded portion of the bus bar.
端子溶接継手および電力変換装置は、長方形状の板である第1の部材および第2の部材が互いに面同士で重ね合されて接合される溶接構造である溶接継手であって、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する溶接部は、前記第1の部材における前記第2の部材とは反対側の面から前記第2の部材まで到達する重ね溶接部と、前記第1の部材の少なくとも一端において、前記第1の部材と前記第2の部材とが溶融接合される隅肉溶接部と、を有する。 The terminal welded joint and the power conversion device are welded joints having a welded structure in which a first member and a second member, which are rectangular plates, are superposed on each other and joined to each other. The welded portion that joins the member and the second member includes a lap weld portion that reaches from the surface of the first member opposite to the second member to the second member, and the first member. At least one end of the member has a fillet welded portion to which the first member and the second member are melt-bonded.
本発明によれば、バスバの溶接部の品質を効率的に管理できるバスバ溶接継手を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a bus bar welded joint capable of efficiently controlling the quality of the welded portion of the bus bar.
(従来技術と本発明の比較)
従来技術および本発明共通で使用される継手について説明する。スイッチング素子等を備えたパワーモジュール、平滑化コンデンサ、バスバ、制御回路等で構成され、バッテリ等の直流電源から交流電流を生成しているインバータ装置において、バスバはパワーモジュール、平滑コンデンサなどと電気的に接続されている。また、パワーモジュールで生成された交流電流は、このバスバを介してモータへ供給されている。このバスバと他の電子部品との溶接による接続について、従来では、拝み継手と呼ばれる継手方法が採用されている。
(Comparison between the prior art and the present invention)
A joint used in common with the prior art and the present invention will be described. In an inverter device that consists of a power module equipped with a switching element, a smoothing capacitor, a bus bar, a control circuit, etc., and generates alternating current from a DC power source such as a battery, the bus bar is electrically connected to the power module, smoothing capacitor, etc. It is connected to the. Further, the alternating current generated by the power module is supplied to the motor via this bus bar. Conventionally, a joint method called a worship joint has been adopted for the connection between the bus bar and other electronic components by welding.
この拝み継手は、バスバを縦型にした状態で継手する方法であるため、空間効率が低く、小型化(低背化)や省スペース化には不利な溶接継手方法である。そのため、バスバの溶接には、拝み継手から重ね継手への変更が要求されている。 Since this worship joint is a method of joining with the bus bar in a vertical shape, it has low space efficiency and is a welded joint method that is disadvantageous for miniaturization (shortening of height) and space saving. Therefore, it is required to change from a worship joint to a lap joint for welding the bass bar.
この重ね継手は、バスバを上下に重ねて接合する溶接継手方法であり、空間効率に優れている。しかし、重ね継手の接合部は重ね部の界面であるために、目視で接合部を外側から見たときに溶接が正しくできているかどうかの確認が難しい。よって、溶接部の品質管理の点で課題があった。この場合、別の検査工程によって溶接部の品質保証が必要になる。 This lap joint is a welded joint method in which bass bars are laid on top of each other and joined, and is excellent in space efficiency. However, since the joint portion of the lap joint is the interface of the lap portion, it is difficult to visually confirm whether or not the weld is performed correctly when the joint portion is viewed from the outside. Therefore, there is a problem in terms of quality control of the welded portion. In this case, it is necessary to guarantee the quality of the welded portion by another inspection process.
そこで、本発明において、溶接部は重ね溶接部と隅肉溶接部とを有し、隅肉溶接部が重ね溶接部と溶融して接合していることを、外側から目視で確認できるようにした。このようにすることで、従来に比べて、別の検査工程が不要になるため、工程短縮でき、バスバの溶接部の品質を効率的に管理できるバスバ溶接継手を実現できる。 Therefore, in the present invention, the welded portion has a lap welded portion and a fillet welded portion, and it is possible to visually confirm from the outside that the fillet welded portion is melted and joined with the lap welded portion. .. By doing so, a separate inspection process is not required as compared with the conventional case, so that the process can be shortened and a Basba welded joint capable of efficiently controlling the quality of the welded portion of the Basba can be realized.
(本発明の第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
(First Embodiment of the present invention)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the technical idea of the present invention may be realized by combining other known components. In each figure, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
また、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 Further, the position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range and the like disclosed in the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る、端子溶接継手を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a terminal welded joint according to the first embodiment of the present invention.
端子1a、1bは長方形状であり、上下に互いの面同士で重ね合わされて配置されている。なお、本実施形態では、端子1a、1bの材質は純銅(C1020)であり、端子1aは幅7mm,厚み1mm、端子1bは幅4mm,厚み0.5mmとして説明する。
The
溶接部2は、端子1bの短辺方向において、一方の端部からもう一方の端部まで形成されている。これにより、面同士で重ね合わされている端子1aと端子1bとが接合されている。端子1aと端子1bの端部とは、互いに溶融接合されることで隅肉溶接部2aが形成されている。これにより、端子1aと端子1bとが、溶接部2によって連続性がある状態であることがわかる。
The
図2は、端子溶接継手の形成方法を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a method of forming a terminal welded joint.
本発明の溶接部2を得るための溶接設備は、シールドガスノズル11、レーザ加工ヘッド13、レーザ発振器14、光ファイバ15、XYステージ16を有している。
The welding equipment for obtaining the
レーザ発振器14で生成したレーザ10を、光ファイバ15とレーザ加工ヘッド13とを通じて、XYステージ上の端子1aと端子1bに照射する。レーザ10を端子1bの一方の端部側に照射し、レーザ照射中にXYステージが図2の右方向へ動作することにより、端子1aと端子1bの一方の端部とが溶融していく。
The
端子1aと端子1bとの溶融部分が混ざり合うことにより、端子1bの一方側に前述した隅肉溶接部が形成される。さらにXYステージ16を移動させることにより、端子1aと端子1bとが溶融して混ざり合うことにより、前述した重ね溶接部が形成される。さらに、XYステージ16を移動させることにより、端子1bのもう一方側にもう一つの隅肉溶接部が形成される。このようにすることで、端子1aと端子1bとの溶接部ができる。
By mixing the molten portions of the
なお、レーザ10は、波長が1070nmのファイバレーザとし、また、シールドガスノズルから放出されるシールドガス12には、アルゴンガスを用いたが、これに限定しなくてもよい。同様に、熱源としてレーザ10を用いて溶接しているが、レーザに限定しなくてもよい。また、XYステージ16を直線に移動させて、直線形状の溶接部2を形成させたが、溶接部2を円状に形成してもよい。
The
図3は、図1のA-A断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
重ね溶接部3の両端は隅肉溶接部2aである。隅肉溶接部2aは、端子1aと金属接合している状態であることが確認できる。また、前述した端子1bはすべて溶融されて重ね溶接部3の一部になり、端子1aと金属接合している状態が確認できる。これにより、端子1aと端子1bが実質的に溶融接合されている。
Both ends of the lap welded
重ね溶接部3と隅肉溶接部2aの境界は、端子1b(図1)の端面で定義される。この境界を基準に考えると、形成された隅肉溶接部2aの幅は重ね溶接部3の幅よりも小さくなる。これを確認することで、隅肉溶接部2aと重ね溶接部3の金属接合の連続性があるかどうかの確認と共に、正常に溶接設備(図2)が動作しているかどうかを確かめることができる。
The boundary between the
図4は、本発明の第1の実施形態に係る、端子溶接継手の不良例である。 FIG. 4 is a defective example of the terminal welded joint according to the first embodiment of the present invention.
レーザ出力が小さい場合には、溶接部2の溶込み不良が発生することがある。図4では、端子1aと端子1bの端部とが溶融する際に溶融量が不十分であり、互いに混ざり合っていない。その結果、隅肉溶接部は形成されず、端子1aと端子1bの溶接部2が溶融接合されずに切り離されている状態になっている。また、端子1bの溶接部2は溶融しているが、レーザ出力が小さいことで端子1aまで溶融せず、端子1bから端子1aまで到達して溶接される重ね溶接部を形成できなかった。
If the laser output is small, poor penetration of the welded
このように、隅肉溶接部と重ね溶接部の溶融挙動は一致しており、隅肉溶接部が溶融できていなければ、重ね溶接部も溶融できていないことがわかる。そのため、隅肉溶接部の出来栄えを評価することにより、重ね溶接部の品質も推定可能である。 As described above, the melting behavior of the fillet welded portion and the lap welded portion are the same, and if the fillet welded portion is not melted, it can be seen that the lap welded portion is not melted either. Therefore, the quality of the lap weld can be estimated by evaluating the performance of the fillet weld.
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る、重ねた端子を説明する図である。図5(a)は溶接対象物の斜視図、図5(b)はその断面図を示す。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating stacked terminals according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5A shows a perspective view of the object to be welded, and FIG. 5B shows a cross-sectional view thereof.
本実施形態では、端子1bAに開口部であるスリット27が入っている。なお、端子1bAおよび端子1aAの材質は、第1の実施形態と同様に純銅(C1020)であり、端子1bAは幅12mm,厚み1mm、端子1aAは幅12mm,厚み2mmとしている。また、端子1bAのスリット27の形状は角を取った長方形とし、長さ6mm,幅3mmの貫通スリット27としている。
In the present embodiment, the terminal 1bA has a
図6は、図5に端子溶接継手を形成した図である。図5(a)は溶接対象物の斜視図、図5(b)はその断面図を示す。 FIG. 6 is a diagram in which a terminal welded joint is formed in FIG. FIG. 5A shows a perspective view of the object to be welded, and FIG. 5B shows a cross-sectional view thereof.
溶接部2Aは、スリット27同士を跨ぐようにして2本の溶接部が形成されている。レーザ10(図2)を、端子1bAの一方の端部から照射することで、端子1bAの端部と端子1aAとが溶融し混ざり合う。これにより、スリット27の一方に、端子1bA(の端部)と端子1aAの隅肉溶接部2aAが形成される。さらに、XYステージ16(図2)を移動させることにより、端子1bAと端子1aAが溶融して混ざり合って、端子1bAから端子1aAまで到達して溶接されている、重ね溶接部3Aが形成される。
In the welded
さらに、レーザ10が端子1bAのスリット27のもう一方に到達すると、端子1bAの端部と端子1aAが溶融して混ざり合うことにより、スリット27のもう一方に、端子1bA(の端部)と端子1aAの隅肉溶接部2aAが形成される。本実施形態では、溶接部2Aの縦断面を確認すると、隅肉溶接部2aAおよび重ね溶接部3Aは、金属的な結合が得られていることがわかる。
Further, when the
図7は、本発明の第2の実施形態に係る、端子溶接継手の不良例である。 FIG. 7 is a defective example of the terminal welded joint according to the second embodiment of the present invention.
端子1bAおよび端子1aAの溶融部2Aは、レーザ出力が小さい等の理由により、溶融不良で前述した隅肉溶接部2aAが形成できていない状態である。このように、レーザ照射によって、端子1bAのスリット27の端部と端子1aAは溶融するが、溶融量が不十分であり、混ざり合っていない。その結果、隅肉溶接部2aAは形成されなかった。また、端子1bAは溶融しているが、レーザ出力不足により端子1aAまで到達して溶融せず、図6のように重ね溶接部3Aを形成することはできなかった。
The
このようにスリット27を有する溶接継手においても、隅肉溶接部2aAと重ね溶接部3Aの溶融挙動は一致していることを確認できる。そのため、第1の実施形態と同様に、隅肉溶接部2aAの外側から、端子1bA(の端部)と端子1aAの金属接合の連続性があるかどうかの確認により、重ね溶接部3Aが端子1bAから端子1aAまで到達して溶接されているかどうかがわかる。よって、隅肉溶接部2aAの出来栄えを評価することにより、溶接部2Aの品質も推定可能である。
As described above, even in the welded joint having the
(第1および第2実施形態を実現する電力変換装置)
図8は、本発明の端子溶接継手を備える、インバータを説明する図である。
(Power conversion device that realizes the first and second embodiments)
FIG. 8 is a diagram illustrating an inverter including the terminal welded joint of the present invention.
インバータ100は、キャパシタ33、バスバ32、パワーモジュール30(その他の部品は省略)から構成されている。キャパシタ33とパワーモジュール30は、バスバ32によって電気的に接続されている。
The
このインバータ100において、本発明の溶接継手は、バスバ32とキャパシタ33との溶接、およびバスバ32とパワーモジュール30との溶接に適用することができる。
In the
バスバ32とキャパシタ端子34の溶接では、バスバ32を図8の上側に配置した重ね溶接を採用している。この溶接において、バスバ端子32aにはスリット27の加工が施されており、スリット27を含めてレーザ溶接することにより、隅肉溶接部と重ね溶接部を形成することができる(第2の実施形態を参照)。隅肉溶接部が重ね溶接部との接続がされているかどうかを外側から確認することで、溶接部の品質を管理することが可能である。
In the welding of the
パワーモジュール端子31とバスバ端子32bの溶接では、バスバ端子32bを図8の上側に配置した重ね溶接を採用しており、バスバ32の端部からレーザ溶接することにより、隅肉溶接部と重ね溶接部を形成することができる(第1の実施形態を参照)。同様に、隅肉溶接部が重ね溶接部との接続がされているかどうかを外側から確認することで、溶接部の品質を管理することが可能である。
In the welding of the
このように、重ね継手の品質管理がしやすくなることで、端子溶接の際の継ぎ手方法に採用しやすくなり、拝み継手などの構成を採用するよりもインバータ100の内部の空間を効率的に利用することができる。これにより、インバータ100の小型化や低背化に寄与できる。
In this way, by facilitating quality control of the lap joint, it becomes easier to adopt it as a joint method at the time of terminal welding, and the space inside the
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(1)端子溶接継手は、長方形状の板である第1の部材および第2の部材が互いに面同士で重ね合されて接合される溶接構造である溶接継手であって、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する溶接部は、前記第1の部材における前記第2の部材とは反対側の面から前記第2の部材まで到達する重ね溶接部と、前記第1の部材の少なくとも一端において、前記第1の部材と前記第2の部材とが溶融接合される隅肉溶接部と、を有する。このようにしたことで、バスバの溶接部の品質を効率的に管理できるバスバ溶接継手を提供できる。 (1) The terminal welded joint is a welded joint having a welded structure in which a first member and a second member, which are rectangular plates, are superposed on each other and joined to each other, and the first member. The welded portion that joins the second member to the second member is a lap weld portion that reaches from the surface of the first member opposite to the second member to the second member, and the first member. At at least one end of the above, there is a fillet welded portion to which the first member and the second member are melt-bonded. By doing so, it is possible to provide a Basba welded joint capable of efficiently controlling the quality of the welded portion of the Basba.
(2)隅肉溶接部は、第1の部材が有する開口部の縁に形成される。このようにしたことで、スリットを有した端子においても、隅肉溶接部から溶接部全体の品質管理ができる。 (2) The fillet weld is formed on the edge of the opening of the first member. By doing so, it is possible to control the quality of the entire welded portion from the fillet welded portion even in the terminal having a slit.
(3)端子溶接継手が形成される第1の部材および第2の部材は、銅またはアルミニウムを主成分とする。このようにしたことで、端子同士の金属接合ができる。 (3) The first member and the second member on which the terminal welded joint is formed are mainly composed of copper or aluminum. By doing so, metal bonding between the terminals can be performed.
(4)重ね溶接部の幅は、隅肉溶接部の幅よりも大きい。このようにしたことで、隅肉溶接部と重ね溶接部の金属接合の連続性の確認と共に、正常に溶接設備が動作しているかどうかを確かめることができる。 (4) The width of the lap weld is larger than the width of the fillet weld. By doing so, it is possible to confirm the continuity of the metal joint between the fillet welded portion and the lap welded portion and to confirm whether or not the welding equipment is operating normally.
(5)直流電流を伝達する直流バスバ(バスバ32)と、直流バスバに接続される電子部品(キャパシタ33、パワーモジュール30)と、を備えた電力変換装置(インバータ100)であって、直流バスバは、電子部品と接続するための第1の端子(バスバ端子32a,32b)を有し、電子部品は、第1の端子と接続するための第2の端子(キャパシタ端子34、パワーモジュール端子31)を有し、第1の端子と第2の端子は、前記第1の端子または前記第2の端子のどちらか一方の端子における前記第1の端子と前記第2の端子の接合面とは反対側の面から、もう一方の端子まで到達して溶接される重ね溶接部と、第1の端子の少なくとも一端において、第1の端子と第2の端子とが溶融接合される隅肉溶接部と、を有する。このようにしたことで、本発明の端子溶接継手を電力変換装置に採用することができる。
(5) A power conversion device (inverter 100) including a DC bus bar (bus bar 32) for transmitting a direct current and an electronic component (
なお、以上説明した実施形態では、バスバ32が有するバスバ端子32a,32bとキャパシタ端子34、パワーモジュール端子31とをそれぞれ溶接する際に、バスバ端子32a,32b側に隅肉溶接部と重ね溶接部をそれぞれ形成する例を説明したが、キャパシタ端子34やパワーモジュール端子31側に隅肉溶接部と重ね溶接部を形成してもよい。このようにしても、インバータ100におけるバスバ32とキャパシタ33、パワーモジュール30との溶接に本発明の端子溶接継手を適用することが可能である。
In the embodiment described above, when the
また、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能であり、その態様も本発明の範囲内に含まれる。 Further, it is possible to delete, replace with another configuration, or add another configuration without departing from the technical idea of the invention, and the embodiment thereof is also included in the scope of the present invention.
1a、1aA、1b、1bA・・・端子
2、2A・・・溶接部
2a、2aA・・・隅肉溶接部
3、3A・・・重ね溶接部
10・・・レーザ
11・・・シールドガスノズル
12・・・シールドガス
13・・・レーザ加工ヘッド
14・・・レーザ発振器
15・・・光ファイバ
16・・・XYステージ
27・・・スリット
30・・・パワーモジュール
31・・・パワーモジュール端子
32・・・バスバ
32a、32b・・・バスバ端子
33・・・キャパシタ
34・・・キャパシタ端子
100・・・インバータ
1a, 1aA, 1b, 1bA ... Terminal 2, 2A ... Welded
Claims (5)
前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する溶接部は、前記第1の部材における前記第2の部材とは反対側の面から前記第2の部材まで到達する重ね溶接部と、前記第1の部材の少なくとも一端において、前記第1の部材と前記第2の部材とが溶融接合される隅肉溶接部と、を有する
端子溶接継手。 A welded joint having a welded structure in which a first member and a second member, which are rectangular plates, are superposed on each other and joined to each other.
The welded portion that joins the first member and the second member is a lap weld portion that reaches from the surface of the first member opposite to the second member to the second member. A terminal welded joint having a fillet welded portion in which the first member and the second member are melt-bonded at at least one end of the first member.
前記隅肉溶接部は、前記第1の部材が有する開口部の縁に形成される
端子溶接継手。 The terminal welded joint according to claim 1.
The fillet weld is a terminal welded joint formed on the edge of the opening of the first member.
前記第1の部材および前記第2の部材は、銅またはアルミニウムを主成分とする
端子溶接継手。 The terminal welded joint according to claim 1.
The first member and the second member are terminal welded joints containing copper or aluminum as a main component.
前記重ね溶接部の幅は、前記隅肉溶接部の幅よりも大きい
端子溶接継手。 The terminal welded joint according to claim 1.
A terminal welded joint in which the width of the lap weld is larger than the width of the fillet weld.
前記直流バスバは、前記電子部品と接続するための第1の端子を有し、
前記電子部品は、前記第1の端子と接続するための第2の端子を有し、
前記第1の端子と前記第2の端子は、重ね合わされて配置され、
前記第1の端子と前記第2の端子とを接合する溶接部は、前記第1の端子または前記第2の端子のどちらか一方の端子における前記第1の端子と前記第2の端子の接合面とは反対側の面から、もう一方の端子まで到達して溶接される重ね溶接部と、前記第1の端子または前記第2の端子のどちらか一方の端子の少なくとも一端において、前記第1の端子と前記第2の端子とが溶融接合される隅肉溶接部と、を有する
電力変換装置。 A power conversion device including a DC bus bar that transmits a direct current and an electronic component connected to the DC bus bar.
The DC bus bar has a first terminal for connecting to the electronic component.
The electronic component has a second terminal for connecting to the first terminal.
The first terminal and the second terminal are arranged so as to be overlapped with each other.
The welded portion that joins the first terminal and the second terminal is a joint between the first terminal and the second terminal at either the first terminal or the second terminal. At least one end of a lap weld portion that reaches and is welded from a surface opposite to the surface to the other terminal and one of the first terminal and the second terminal, the first terminal. A power conversion device having a fillet welded portion in which the terminal of the above and the second terminal are melt-bonded.
Priority Applications (2)
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