JP2023141445A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は実施の形態1に係る電力変換装置1の概略を示す斜視図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25及びケース16の筒部16aの一部を取り除いて示した図、図2は電力変換装置1のバスバー11とケース16の概略を示す斜視図、図3は電力変換装置1のバスバー11の概略を示す斜視図、図4は電力変換装置1の概略を示す平面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25及びケース16の筒部16aの一部を取り除いて示した図、図5は図4のA-A断面位置で切断した電力変換装置1の概略を示す断面図、図6は実施の形態1に係る電力変換装置1のヒューズ部23の電流密度を説明する図、図7は電力変換装置の要部を示す図で、図7(a)はヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いてヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図、図7(b)はヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いてヒューズ部23の周囲の部分を示した断面図、図8は電力変換装置1の要部を示す図で、図8(a)はヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図、図8(b)はヒューズ部23の周囲の部分を示した断面図である。電力変換装置1は、入力電流を直流から交流、交流から直流、または入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。
電力変換装置1は、電力用半導体素子14と、バスバー11と、ヒートシンク13と、ケース16とを備える。筐体12は、図1に示すように、ヒートシンク13とケース16とから、有底筒状に形成される。筐体12は、電力用半導体素子14を有した電力変換モジュール10とバスバー11とを収容する。ヒートシンク13は、電力用半導体素子14が熱的に接続された配置面13aを有する。バスバー11は、電力用半導体素子14に電力を供給する。ケース16は、配置面13aに配置され、バスバー11を一体成形している。以下、各部の詳細について説明する。各部の説明において、「縦方向」は、筐体12の筒部16aが延出している方向を意味するものとし、「横方向」は、筐体12の底部であるヒートシンク13が延在している方向を意味するものとする。図5において、縦方向をAで示し、横方向をBで示す。
本実施の形態では、電力変換装置1は、2つの電力変換モジュール10を有する。電力変換装置1が有する電力変換モジュール10の個数は、2個に限るものではない。電力変換モジュール10は、図5に示すように、配線パターン状に形成された複数の配線部材17と、スイッチング動作の可能な電力用半導体素子14と、電力用半導体素子14と出力側の配線部材17bとを電気的に接続する半導体素子用配線部材18と、制御用端子19と、導電性接合材20と、これらを封止するモールド樹脂21とを備える。配線部材17は、温度センサなどの他の実装部品(図示せず)を有しても構わない。導電性接合材20は、正極側の配線部材17aと電力用半導体素子14、半導体素子用配線部材18と出力側の配線部材17b、及び半導体素子用配線部材18と電力用半導体素子14のそれぞれを相互に接合する。
ヒートシンク13は、例えば、アルミニウム、鉄、銅などの純金属、またはアルミニウム合金、鉄合金、銅合金など合金により作製される。これらの材料は、20W/(m・K)以上の熱伝導率を有する材料である。本実施の形態では、ヒートシンク13は矩形の平板状に形成される。ヒートシンク13の形状は、矩形の平板状に限るものではない。ヒートシンク13の配置面13aとは反対側の外面13cには、互いに間隔を空けて配列された平板状の複数のフィン15が設けられている。フィン15は外気に接しており、ヒートシンク13はフィン15から外部に放熱する。なお、ヒートシンク13に冷媒が流れる流路を形成しても構わない。
バスバー11は、図3に示すように、本体部11aと、本体部11aから延出し、電力用半導体素子14を接続した正極側の配線部材17aに接続された接続端子11bとを有する。接続端子11bは、配置面13aに沿って延出し、断面積が前後の部分よりも小さいヒューズ部23を有する。バスバー11は、導電性が良好で熱伝導率の高い、銅、アルミニウム、銅合金、またはアルミ合金などの金属により作製される。本実施の形態では、バスバー11は板状に形成される。バスバー11の本体部11aは、板状に限るものではなく、柱状であっても構わない。バスバー11の表面は、Au、Ni、Snなどの金属材料でメッキされていても構わない。バスバー11には、数アンペアから数百アンペア程度の大電流が流れる。バスバー11は1つに限るものではなく、複数のバスバー11を設けても構わない。ヒューズ部23は、電力変換モジュール10の構成に応じて、単数または複数設けられる。
ケース16は、図4に示すように、配置面13aに垂直な方向に見て、ヒューズ部23の周囲を取り囲むヒューズ囲い部24を有する。ヒューズ部23は、ケース16から露出している。ヒューズ囲い部24は、ケース16におけるバスバー11を一体成形した部分と一体化されている。本実施の形態では、配置面13aに垂直な方向に見て、ヒューズ囲い部24の内周側の形状は矩形であるが、内周側の形状は矩形に限るものではない。ヒューズ囲い部24の内側には、図8(a)に示すように、ヒューズ部23を包埋したヒューズ部包埋用樹脂部材25が、配置面13aから後述する切り欠き部26の一部または全部が埋まる位置まで充填されている。ヒューズ部包埋用樹脂部材25により、ヒューズ部23は外気から遮断されている。このように構成することで、ヒューズ部23における電力用半導体素子14と筐体12との間での短絡、及び電力用半導体素子14内部の回路異常によるショートが生じて大電流が流れ、ヒューズ部23が溶断した際に溶断したヒューズ部23の溶融部材の外部への飛散を防止することができる。また、溶融部材がヒューズ部包埋用樹脂部材25の内部で十分に分散され、ヒューズ部23の溶断後のヒューズ部23の溶断部における通電経路の維持を防止することができる。
本願の要部である切り欠き部26について説明する。切り欠き部26は、ヒューズ部包埋用樹脂部材25の充填高さの精度を上げて、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を適正な高さまで充填するための、ヒューズ囲い部24に設ける充填高さ確認用の部分である。ヒューズ囲い部24は、図7(a)及び図7(b)に示すように、配置面13aとは反対側の第1端面24aを有し、第1端面24aにおける内周側の端部に、外周側及び配置面13aの側に引っ込んだ少なくとも一つの切り欠き部26を有する。図7(a)及び図7(b)には、切り欠き部26を説明するために、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を図示していない。図8(a)及び図8(b)に示すように、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を充填する際、切り欠き部26の部分にヒューズ部包埋用樹脂部材25が充填されることを確認することで、予め定めたヒューズ部包埋用樹脂部材25の充填高さの精度を容易に確保することができる。
本実施の形態における電力変換装置1の変形例について説明する。図10は実施の形態1に係る別の電力変換装置1の概略を示す平面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25及びケース16の筒部16aの一部を取り除いて示した図である。電力変換装置1は、複数の電力用半導体素子(図示せず)を備え、複数の電力用半導体素子から一つの電力変換モジュール10が形成される。バスバー11は、複数の接続端子11bを有し、複数の接続端子11bは、複数の電力用半導体素子のそれぞれが接続された正極側の配線部材17aに接続される。複数の接続端子11bにおける複数のヒューズ部23のそれぞれを、ヒューズ囲い部24が取り囲んでいる。図10では電力変換装置1は2つの電力用半導体素子を備え、バスバー11は2つの接続端子11bを有しているが、電力用半導体素子と接続端子11bの個数はこれに限るものではなく、3つ以上であっても構わない。このように構成することで、複数の電力変換モジュールが1つの電力変換モジュール10で形成されるので、電力変換モジュール10を小型化することができる。電力変換モジュール10が小型化されるので、電力変換装置1を小型化することができる。
本実施の形態における電力変換装置1の別の変形例について説明する。図11は実施の形態1に係る別の電力変換装置1の概略を示す平面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25及びケース16の筒部16aの一部を取り除いて示した図である。電力変換装置1は、複数の電力用半導体素子(図示せず)を備え、複数の電力用半導体素子のそれぞれから電力変換モジュール10のそれぞれが形成される。バスバー11は、複数の接続端子11bを有し、複数の接続端子11bは、複数の電力用半導体素子のそれぞれが接続された正極側の配線部材17aに接続される。複数の接続端子11bにおける複数のヒューズ部23を、一つのヒューズ囲い部24が取り囲んでいる。このように構成することで、隣り合うヒューズ部23の距離を近くすることができるので、電力変換装置1を小型化することができる。また、ヒューズ囲い部24が一つにまとめられているため、ヒューズ部包埋用樹脂部材25の充填回数、及び充填時間を減らすことができるので、電力変換装置1の生産性を向上させることができる。
本実施の形態における電力変換装置1のさらに別の変形例について説明する。図12は実施の形態1に係る別の電力変換装置1のヒューズ部23の周囲の部分を示した断面図である。変形例3におけるヒューズ部包埋用樹脂部材25は、粘度の異なる複数の樹脂部材からなる。図12に示した例では、ヒューズ部包埋用樹脂部材25は、粘度の異なる樹脂部材であるヒューズ部包埋用樹脂部材25aとヒューズ部下側用樹脂部材25bとから形成される。ヒューズ部下側用樹脂部材25bは、ヒューズ部23よりも配置面13aの側に、配置面13aに当接して配置される。ヒューズ部下側用樹脂部材25bは、ヒューズ部包埋用樹脂部材25aよりも高い粘度を有している。ヒューズ部包埋用樹脂部材25aとヒューズ部下側用樹脂部材25bは粘度の異なる異種の樹脂材料でもよく、粘度の異なる同種の樹脂材料(例えばシリコンゲル)であっても構わない。
実施の形態2に係る電力変換装置1について説明する。図13は実施の形態2に係る電力変換装置1の要部を示す図である。図13(a)はヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図、図13(b)はヒューズ部23の周囲の部分を示した断面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図である。実施の形態2に係る電力変換装置1は、切り欠き部26の切り欠き面の断面の形状が、実施の形態1とは異なる形状になっている。
実施の形態3に係る電力変換装置1について説明する。図14は実施の形態3に係る電力変換装置1の要部を示す図である。図14(a)はヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図、図14(b)はヒューズ部23の周囲の部分を示した断面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図である。実施の形態3に係る電力変換装置1は、切り欠き部26の切り欠き面の断面の形状が、実施の形態1とは異なる形状になっている。
実施の形態4に係る電力変換装置1について説明する。図15は実施の形態4に係る電力変換装置1の要部を示す図である。図15(a)はヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図、図15(b)はヒューズ部23の周囲の部分を示した平面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図である。実施の形態4に係る電力変換装置1は、切り欠き部26の個数が、実施の形態1とは異なる個数になっている。
実施の形態5に係る電力変換装置1について説明する。図16は実施の形態5に係る電力変換装置1の要部を示す図である。図16(a)はヒューズ部23の周囲の部分を示した斜視図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図、図16(b)はヒューズ部23の周囲の部分を示した平面図で、ヒューズ部包埋用樹脂部材25を取り除いて示した図である。実施の形態5に係る電力変換装置1は、切り欠き部26が特定の箇所に形成された構成になっている。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (8)
- 電力用半導体素子と、
前記電力用半導体素子が熱的に接続された配置面を有したヒートシンクと、
前記電力用半導体素子に電力を供給するバスバーと、
前記配置面に配置され、前記バスバーを一体成形したケースと、を備え、
前記バスバーは、本体部と、前記本体部から延出し、前記電力用半導体素子の配線部材に接続された接続端子と、を有し、
前記接続端子は、前記配置面に沿って延出し、断面積が前後の部分よりも小さいヒューズ部を有し、
前記ケースは、前記配置面に垂直な方向に見て、前記ヒューズ部の周囲を取り囲むヒューズ囲い部を有し、前記ヒューズ部は、前記ケースから露出し、
前記ヒューズ囲い部は、前記配置面とは反対側の第1端面を有し、前記第1端面における内周側の端部に、外周側及び前記配置面の側に引っ込んだ少なくとも一つの切り欠き部を有し、
前記ヒューズ囲い部の内側には、前記ヒューズ部を包埋したヒューズ部包埋用樹脂部材が、前記配置面から前記切り欠き部の一部または全部が埋まる位置まで充填されている電力変換装置。 - 前記切り欠き部の切り欠き面の断面は、外周側及び前記配置面の側に引っ込んだ曲面である請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記切り欠き部の切り欠き面の断面は、内周側に向かうに従って、前記配置面の側に向かう傾斜面である請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記切り欠き部の切り欠き面の断面は、前記配置面の側に向かう面と内周側に向かう面とからなる段差面である請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記ヒューズ部包埋用樹脂部材は、粘度の異なる複数の樹脂部材からなる請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記ヒューズ囲い部は、複数の前記切り欠き部を有している請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記切り欠き部は、前記配置面に垂直な方向に見て、前記ヒューズ部の延出方向に垂直な方向に対向した前記ヒューズ囲い部の部分に形成されている請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 複数の前記電力用半導体素子を備え、
前記バスバーは、複数の前記接続端子を有し、
複数の前記接続端子は、複数の前記電力用半導体素子のそれぞれの前記配線部材に接続され、
複数の前記接続端子における複数の前記ヒューズ部を、前記ヒューズ囲い部が取り囲んでいる請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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