JP4708487B2 - インバータ装置用中継接続部材 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子を有する回路を含むインバータ装置に収容され、前記回路と前記インバータ装置の出力端子とを電気的に接続するインバータ装置用中継接続部材の改良に関する。

従来から、電動機に供給される電力を制御するインバータ装置が知られている。このインバータ装置は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子である半導体チップと、これを実装するインバータ用回路基板と、半導体チップを駆動制御する制御基板とを含むインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）を有する。

インテリジェントパワーモジュールには、回路基板の電力を出力する出力電極が設けられる。そして、インバータ装置には、これの電力を電動機に出力する出力端子が設けられる。出力電極と出力端子は、中継接続部材であるバスバーにより電気的に接続される例がある。具体的には、バスバーの一端が、出力電極（例えばバスバー）にボルトにより締結され、バスバーの他端が出力端子（例えばバスバー）にボルトにより締結され、出力電極と出力端子が電気的に接続される。

また、中継接続部材には、これに流れる電流を検出する電流検出器が設けられる例がある。電流検出器は、バスバーを貫通させるコアと、コアのギャップ部に配置されるホール素子などの磁束密度検出素子と、この素子を搭載する回路基板とを有する。この電流検出器においては、バスバーに電流が流れると、その電流によりコア内部に磁界が発生し、磁束密度検出素子がその磁界の強さを電圧信号に変換することにより電流値を検出することができる。

下記特許文献１には、電力変換装置に収容され、半導体モジュールと出力端子台とを接続するバスバーの電流を検出する電流センサが記載されている。この電流センサは、バスバーとこれを貫通するコアとが一体構造になるように樹脂成形されたケースを有し、このケースにホール素子と回路基板とが固定されている。

特開２００６−１９４６５０号公報

従来のインバータ装置においては、中継接続部材であるバスバーが、インバータ用回路の出力電極とインバータ装置の出力端子とに、ボルトの締結によりそれぞれ接続される。このため、中継接続部材を複数（例えば三相交流電力用に３本）取り付けようとすると、締結作業に時間が掛かってしまうという問題がある。

また、並んで配置される中継接続部材の間隔を、ボルトの締結に用いられる工具スペースを考慮した間隔にする必要があるので、インバータ装置内における中継接続部材の収容スペースが大型化してしまうという問題がある。

また、中継接続部材の取り付け時において、中継接続部材であるバスバーが電流検出器のコアに確実に貫通することができるように、コアの貫通部がバスバーに対して余裕を持った大きさに形成される必要があるので、コアが大型化してしまい、インバータ装置内におけるコアの収容スペースが大型化してしまうという問題がある。

さらに、中継接続部材であるバスバーには、ボルト締結用の領域と、この領域に重ならないようにコアを取り付ける領域とが必要になるので、バスバーが長さ方向において大型化してしまい、インバータ装置内におけるバスバーの収容スペースが大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的の一つは、インバータ用回路の出力電極とインバータ装置の出力端子との電気的な接続を簡易な構成で行うことができるインバータ装置用中継接続部材を提供することにある。

また、本発明の目的の一つは、インバータ装置の小型化に対応することができるインバータ装置用中継接続部材を提供することにある。

本発明は、スイッチング素子を有する回路を含むインバータ装置に収容され、前記回路と前記インバータ装置の出力端子とを電気的に接続するインバータ装置用中継接続部材において、前記回路の出力電極と前記出力端子の雄タブとにそれぞれ嵌合接続する中継端子と、前記中継端子を、内部に形成される空間に収容するハウジングであって、前記中継端子の電流を検出する電流検出器が一体構造になるように樹脂成形されたハウジングと、を有することを特徴とする。

また、中継端子は、挿入される前記雄タブが正常の位置から軸方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能であるとともに、挿入された前記雄タブが正常の位置から軸方向に直交する第１直交方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能である接点部を有することができる。

また、前記接点部は、前記第１直交方向に互いに間隔を空けて、前記第１直交方向に変位可能な一対の弾性支持片に支持され、前記接点部は、挿入される前記雄タブの側面に接触することができる。

また、前記接点部は、さらに、挿入される前記雄タブが正常の位置から軸方向と第１直交方向とに直交する第２直交方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能であることが好適である。

また、第２直交方向における前記接点部の長さが、同じ方向における前記雄タブの長さより大きいことが好適である。

さらに、前記電流検出器は、前記中継端子を貫通させるコアと、前記コアのギャップ部に配置される磁束密度検出素子と、前記磁束密度検出素子を搭載する回路基板と、を有することができる。

本発明のインバータ装置用中継接続部材によれば、インバータ用回路の出力電極とインバータ装置の出力端子との電気的な接続を簡易な構成で行うことができる。また、本発明のインバータ装置用中継接続部材によれば、インバータ装置の小型化に対応することができる。

本実施形態におけるインバータ装置の構成を示す図である。 本実施形態における中継接続部材の構成を示す図である。 中継接続部材が出力電極と出力端子とに嵌合接続した状態を示す図である。 出力端子の雄タブが正常の位置からｘ方向に変位した場合の状態を示す図である。 出力端子の雄タブが正常の位置からｙ方向に変位した場合の状態を示す図である。 出力端子の雄タブが正常の位置からｚ方向に変位した場合の状態を示す図である。

以下、本発明に係るインバータ装置用中継接続部材の実施形態について、図を用いて説明する。まず、インバータ装置の構成について図１を用いて説明する。

インバータ装置１０は、インテリジェントパワーモジュール１２（図中の破線で示す）と、出力端子１４と、インテリジェントパワーモジュール１２と出力端子１４とを電気的に接続する中継接続部材１６とを有する。インテリジェントパワーモジュール１２と中継接続部材１６は、インバータ装置１０のケース１８（図中の一点鎖線で示す）に収容され、出力端子１４は、インバータ装置１０のケース１８に設けられる。

インテリジェントパワーモジュール１２は、スイッチング素子である半導体チップ２０と、おもて面に半導体チップ２０を実装するインバータ用回路基板２２と、インバータ用回路基板２２の裏面に設けられ、半導体チップ２０で発生した熱を放熱するヒートシンク２４と、半導体チップ２０を駆動制御する制御基板（図示せず）とを有する。

半導体チップ２０は、インバータや昇圧コンバータに用いられるスイッチング素子であり、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、サイリスタ等などで構成される。

インバータ用回路基板２２のおもて面には、電気回路が形成され、この電気回路上に半導体チップ２０がはんだ付けにより電気的に接続される。

ヒートシンク２４は、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムまたは銅により形成される。ヒートシンク２４は、冷却液が流れる流路（図示せず）を有する。なお、ヒートシンク２４の底板に、電子機器（図示せず）を接するように設けることができる。電子機器とは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータやリアクトルのことであり、この電子機器で生じた熱も、ヒートシンク２４が放熱することができる。

また、インテリジェントパワーモジュール１２は、半導体チップ２０からワイヤ２６を介して電力を出力する出力電極２８を有する。本実施形態の出力電極２８は、平板状のバスバーである。このバスバーが中継接続部材１６に電気的に接続する。しかし、出力電極２８は、平板状のバスバーに限らず、ピン状の導体部材とすることもできる。

出力端子１４は、電動機（図示せず）に接続され、インテリジェントパワーモジュール１２から出力された電力を、電動機に出力する。電動機は、インバータ装置１０で直流電力から変換された三相交流電力が供給されて回転駆動するモータである。本実施形態の出力端子１４は、ピン状の雄タブ３０を有する。この雄タブ３０が中継接続部材１６に電気的に接続する。しかし、雄タブ３０の形状はピン状に限らず、平板状とすることもできる。

次に、本実施形態における中継接続部材１６の構成について、図２から６を用いて説明する。一例として、三相交流電力用の３つの電路を有する中継接続部材１６について説明する。なお、電路の数は一例であって、本発明は電路の数３つに限定されず、２つの三相交流電力用を一体とした６つの電路を有する中継端子部材にも適用することができる。

中継接続部材１６は、出力電極２８と出力端子１４の雄タブ３０とにそれぞれ嵌合接続する中継端子３２を３個有する。この構成により、中継接続部材１６に出力電極２８と出力端子１４の雄タブ３０とを挿入するだけで、これらを、中継端子３２を介して電気的に容易に接続することができる。ボルト締結が無くなるため、ボルト締結用の工具スペースを考慮した間隔を空けて各中継端子３２を配置する必要がなくなるので、その間隔より小さい間隔を空けて各中継端子３２を配置することができ、中継接続部材１６の小型化を図ることができる。また、ボルト締結が無くなると、従来技術で説明したように、中継接続部材において、ボルト締結用の領域と、コアを取り付ける領域とを分ける必要がなくなる。つまり、本実施形態の中継接続部材１６によれば、中継端子３２と、出力電極２８及び雄タブ３０とが嵌合接続する領域に重なるようにコアを取り付けることができる。よって、中継接続部材１６の軸方向の長さを短くすることができ、中継接続部材１６の小型化を図ることができる。

また、中継接続部材１６は、所定の間隔を空けて配置された中継端子３２をそれぞれ区切るように、中継端子３２を収容するハウジング３４を有する。ハウジング３４は、中継端子３２を流れる電流を検出する電流検出器３６が一体構造になるように樹脂成形される。

電流検出器３６は、両端の中継端子３２がそれぞれ貫通するように設けられたコア３８ａ，３８ｂと、コア３８ａ，３８ｂの各ギャップ部（図示せず）に配置される磁束密度検出素子（図示せず）と、この素子を搭載する回路基板３９とを有する。電流検出器３６は、中継端子３２に電流が流れると、その電流によりコア３８ａ，３８ｂ内部に磁界が発生し、磁束密度検出素子がその磁界の強さを電圧信号に変換することにより電流値を検出する。この電流値は電流検出器３６からインテリジェントパワーモジュール１２の制御基板に出力され、制御基板は電流値に基づいて半導体チップ２０を駆動制御する。

電流検出器３６がハウジング３４に一体に樹脂成形されることにより、中継接続部材１６の取り付け時において、コア３８ａ，３８ｂに中継端子３２をそれぞれ貫通させる作業が無くなる。よって、従来技術で説明したような、コア３８ａ，３８ｂの貫通部を予め大きく形成する必要が無くなるので、コア３８ａ，３８ｂは従来のコアより小型化を図ることができ、中継接続部材１６の小型化を図ることができる。また、従来の電流検出器は、例えばインテリジェントパワーモジュールの固定部材を介して支持されていたが、本実施形態の電流検出器３６は中継接続部材１６のハウジング３４に一体に取り付けられるので、従来の固定部材のスペースを省くことができる。

図３は、中継接続部材１６が出力電極２８と出力端子１４とに嵌合接続した状態を示す図である。この図及び後述する図４から６は、中継接続部材１６の一つの中継端子３２を挙げ、この中継端子３２が出力電極２８と出力端子１４の雄タブ３０に接続する状態を示す。

中継端子３２は、中継接続部材１６に挿入される出力電極２８に接触する第１接点部４０と、中継接続部材１６に挿入される雄タブ３０に接触する第２接点部４２とを有する。第１接点部４０と第２接点部４２とは弾性支持片４４に支持される。第１接点部４０は、出力電極２８の端面に接触するように弾性支持片４４に支持される。第１接点部４０が出力電極２８の端面に接触することにより、軸方向、すなわちｘ方向の中継端子３２内部側への出力電極２８の移動が規制される。一方、第２接点部４２は、雄タブ３０の側面に接触するように弾性支持片４４に支持される。第２接点部４２が雄タブ３０の側面に接触するので、第２接点部４２によって、軸方向、すなわちｘ方向の中継端子３２内部側への雄タブ３０の移動が規制されることはない。本実施形態の弾性支持片４４と第１及び第２接点部４０，４２とは一体に形成されている。

弾性支持片４４は、ｘ方向に延びて形成され、ｘ方向に直交するｙ方向（図３に示す）に間隔を空けて対向するように設けられている。つまり、第１接点部４０と第２接点部４２は、それぞれｙ方向に間隔を空けて対向するように設けられている。弾性支持片４４は、ｙ方向にハウジング３４内で傾くことができる板状の弾性部材であり、出力電極２８が挿入される側の端部においてのみハウジング３４に固定される。このため、弾性支持片４４の、雄タブ３０が挿入される側は、ｙ方向に変位可能である。つまり、第２接点部４２は、ｙ方向に変位可能である。

この構成により、図４に示されるように、第２接点部４２は、挿入される雄タブ３０が正常の位置からｘ方向に変位しても、雄タブ３０に対して接触することができる。また、図５に示されるように、第２接点部４２は、挿入される雄タブ３０が正常の位置からｙ方向に変位しても、雄タブ３０に対して接触することができる。

図６は、図３のＡ方向から見た図である。図６に示されるように、ｘ方向とｙ方向に直交するｚ方向における第２接点部４２の長さＬ１が、ｚ方向における雄タブ３０の長さＬ２より大きい。よって、第２接点部４２は、挿入される雄タブ３０が正常の位置からｚ方向に変位しても、雄タブ３０に対して接触することができる。

本実施形態の中継接続部材１６によれば、組み立て時において、出力電極２８と出力端子１４に位置ずれが生じたとしても、中継端子３２がその位置ずれを許容して出力電極２８と雄タブ３０との電気的な接続を維持することができる。

本実施形態においては、第２接点部４２が、各方向に変位する雄タブ３０に対して接触することができるように構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、第１接点部４０をそのような構成にすることができる。

本実施形態においては、出力端子１４がインバータ装置１０のケース１８に設けられる場合について説明したが、この構成に限定されず、電動機のケースに設けられてもよい。

１０ インバータ装置、１２ インテリジェントパワーモジュール、１４ 出力端子、１６ 中継接続部材、１８ ケース、２０ 半導体チップ、２２ インバータ用回路基板、２４ ヒートシンク、２８ 出力電極、３０ 雄タブ、３２ 中継端子、３４ ハウジング、３６ 電流検出器、３８ コア、３９ 回路基板、４０ 第１接点部、４２ 第２接点部、４４ 弾性支持片。

Claims (6)

1. スイッチング素子を有する回路を含むインバータ装置に収容され、前記回路と前記インバータ装置の出力端子とを電気的に接続するインバータ装置用中継接続部材において、
   前記回路の出力電極と前記出力端子の雄タブとにそれぞれ嵌合接続する中継端子と、
   前記中継端子を、内部に形成される空間に収容するハウジングであって、前記中継端子の電流を検出する電流検出器が一体構造になるように樹脂成形されたハウジングと、
   を有することを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
2. 請求項１に記載のインバータ装置用中継接続部材において、
   中継端子は、挿入される前記雄タブが正常の位置から軸方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能であるとともに、挿入された前記雄タブが正常の位置から軸方向に直交する第１直交方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能である接点部を有する、
   ことを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
3. 請求項２に記載のインバータ装置用中継接続部材において、
   前記接点部は、前記第１直交方向に互いに間隔を空けて、前記第１直交方向に変位可能な一対の弾性支持片に支持され、
   前記接点部は、挿入される前記雄タブの側面に接触する、
   ことを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
4. 請求項３に記載のインバータ装置用中継接続部材において、
   前記接点部は、さらに、挿入される前記雄タブが正常の位置から軸方向と第１直交方向とに直交する第２直交方向に変位しても、前記雄タブに対して接触可能である、
   ことを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
5. 請求項４に記載のインバータ装置用中継接続部材において、
   第２直交方向における前記接点部の長さが、同じ方向における前記雄タブの長さより大きい、
   ことを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のインバータ装置用中継接続部材において、
   前記電流検出器は、
   前記中継端子を貫通させるコアと、
   前記コアのギャップ部に配置される磁束密度検出素子と、
   前記磁束密度検出素子を搭載する回路基板と、
   を有する、
   ことを特徴とするインバータ装置用中継接続部材。
   

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