JP4935883B2

JP4935883B2 - バスバーアッセンブリ

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Publication number: JP4935883B2
Application number: JP2009269800A
Authority: JP
Inventors: 誘紀郎後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: US20110127061A1; CN102082516B; CN102082516A; JP2011114193A; US8383939B2

Description

本発明は、電力変換装置における複数の半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有するバスバーアッセンブリに関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されたインバータ等の電力変換装置は、複数の半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有する。例えば、第１バスバーは直流電源の正極に電気的に接続され、第２バスバーは直流電源の負極に電気的に接続される。
図８に示すごとく、これらの第１バスバー９１と第２バスバー９２とを互いに平行に配置すると共に両者を樹脂成形体９３によってモールドしてなるバスバーアッセンブリ９が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−２１３５４０号公報

しかしながら、第１バスバー９１と第２バスバー９２との双方を樹脂によってモールドする際には、両者の位置関係を正確に維持しながら成形を行う必要がある。すなわち、両者の位置関係によっては、バスバーのインダクタンスや、第１バスバー９１と第２バスバー９２との間の絶縁抵抗等の電気的特性が変化するおそれがあるため、設計通りの位置関係を維持する必要がある。そして、第１バスバー９１及び第２バスバー９２を樹脂モールドする際、成形型内における樹脂の流動によって第１バスバー９１及び第２バスバー９２が位置ずれしてしまうおそれがあるため、これらをしっかりと成形型内において固定する必要がある。ところが、第１バスバー９１と第２バスバー９２との双方を同時に成形型内における所定の位置に正確に保持することは困難であり、また、そのための型構造は複雑にならざるを得ない。

また、第１バスバー９１と第２バスバー９２との双方を樹脂成形体９３にて覆うと、第１バスバー９１及び第２バスバー９２の放熱性が充分に得られず、バスバーアッセンブリ９の温度上昇を招くおそれがある。
また、第１バスバー９１と第２バスバー９２との双方を覆うだけの量の樹脂が必要となり、材料費が高くなるという問題もある。

また、樹脂モールド成形する際には、図９に示すごとく、第１バスバー９１の接続端子部９１１と第２バスバー９２の接続端子部９２１とを樹脂成形体９３の外へ露出させる必要があるが、このような状態で樹脂成形体９３を成形する際には、成形型の型抜き方向が図９における矢印Ｋ１〜Ｋ４に示すように、４方向必要となり、成形型の複雑化を招くことにもなる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係を正確に保持することができ、放熱性に優れ、製造容易、かつ低コスト化を実現できるバスバーアッセンブリを提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置において、複数の上記半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有するバスバーアッセンブリであって、
上記第１バスバー及び上記第２バスバーは、平板状の本体部と、該本体部から該本体部の主面と平行な方向に突出すると共に上記主電極端子と接続される接続端子部とからなり、
上記第１バスバーの上記本体部の少なくとも一部は、上記第１バスバーの主面と平行な座面を備えた樹脂成形体によってモールドされており、
上記第２バスバーは、上記樹脂成形体によってモールドされておらず、上記第１バスバーに対して所定の間隔を設けつつ積層された状態で、上記第２バスバーの上記本体部において上記樹脂成形体の座面に配置されて固定されていることを特徴とするバスバーアッセンブリにある（請求項１）。
本発明の第２の他の態様は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置において、複数の上記半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有するバスバーアッセンブリであって、
上記第１バスバー及び上記第２バスバーは、平板状の本体部と、該本体部から該本体部の主面と平行な方向に突出すると共に上記主電極端子と接続される接続端子部とからなり、
上記第１バスバーの上記本体部の少なくとも一部は、樹脂成形体によってモールドされており、
上記第２バスバーは、上記第１バスバーに対して所定の間隔を設けつつ積層された状態で、上記第２バスバーの上記本体部において上記樹脂成形体に固定されており、
該樹脂成形体は、上記第１バスバーの裏面を露出させる裏面側開口部と、上記第１バスバーの表面を露出させる表面側開口部とを有し、上記裏面側開口部と上記表面側開口部とは、上記第１バスバーの主面の広がり方向の同一位置に形成されており、かつ、上記表面側開口部の周囲には、上記樹脂成形体の表面から上記第２バスバーの厚みよりも高く突出したボス部が形成されており、該ボス部は、上記第２バスバーに穿設された位置決め用開口部に挿嵌されていることを特徴とするバスバーアッセンブリにある（請求項３）。

上記バスバーアッセンブリにおいて、上記第２バスバーは上記樹脂成形体によってモールドされていない。そのため、樹脂成形体を成形するに当たっては、上記第１バスバーのみをインサートすればよい。それゆえ、樹脂成形体の成形時において、第１バスバーと第２バスバーとの双方を成形型内において保持する必要がなく、このときの第１バスバーと第２バスバーとの位置ずれによって両者の位置関係がずれるという不具合を防ぐことができる。
すなわち、第１バスバーさえ成形型内において正確な位置に保持しておけば、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係を正確に保持することができる。

また、上記樹脂成形体によって上記第１バスバーをモールドした後、上記第２バスバーを樹脂成形体に固定すればよいため、樹脂成形体の成形を容易に行うことができる。すなわち、成形型の型抜き方向を互いに反対の２方向にすることができ、成形型の数も２個で済む。そのため、上記バスバーアッセンブリは製造が容易である。

また、第２バスバーは樹脂成形体にモールドされないため、少なくとも一方の主面の全体を露出させることができる。そのため、放熱性に優れたバスバーアッセンブリを得ることができる。
さらに、樹脂成形体は第１バスバーのみをモールドすればよいため、使用する樹脂の量を少なくすることができ、材料費を低減することができる。その結果、バスバーアッセンブリの低コスト化を実現することができる。

以上のごとく、本発明によれば、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係を正確に保持することができ、放熱性に優れ、製造容易、かつ低コスト化を実現できるバスバーアッセンブリを提供することができる。

実施例における、バスバーアッセンブリの斜視図。実施例における、バスバーアッセンブリの平面図。実施例における、ボス部周辺のバスバーアッセンブリの断面図。実施例における、組立前の、樹脂モールドされた第１バスバーと、第２バスバーの斜視図。実施例における、半導体モジュールを接続したバスバーアッセンブリの斜視図。実施例における、半導体モジュールと第１バスバー及び第２バスバーとの接続部分の説明図。実施例における、樹脂成形体の成形方法の説明図。従来例における、バスバーアッセンブリの断面図。従来例における、バスバーアッセンブリと型抜き方向の斜視説明図。

本発明の第２の態様において、上記樹脂成形体は、上記第１バスバーの裏面を露出させる裏面側開口部と、上記第１バスバーの表面を露出させる表面側開口部とを有し、上記裏面側開口部と上記表面側開口部とは、上記第１バスバーの主面の広がり方向の同一位置に形成されており、かつ、上記表面側開口部の周囲には、上記樹脂成形体の表面から上記第２バスバーの厚みよりも高く突出したボス部が形成されており、該ボス部は、上記第２バスバーに穿設された位置決め用開口部に挿嵌されている。

この場合には、上記樹脂成形体の成形時において、上記第１バスバーを成形型内において固定しやすい。すなわち、上記裏面側開口部及び上記表面側開口部となる部分において、成形型の一部を配置すると共に、上記第１バスバーを両面から保持、固定することができる。
また、上記ボス部を設けることによって、上記樹脂成形体に上記第２バスバーを取り付けるに当たって、その位置決めをボス部によって行うことができる。これにより、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係を正確に保つことができる。

さらに、上記表面側開口部を設けると、該表面側開口部を介して第１バスバーと第２バスバーとの絶縁抵抗が低下することが考えられるが、表面側開口部の周囲に上記ボス部を設けることによって、樹脂成形体の表面に沿った第１バスバーと第２バスバーとの間の沿面距離を長くすることができる。その結果、第１バスバーと第２バスバーとの間の絶縁抵抗を充分に稼ぐことができる。
また、上記のように、樹脂成形体の成形時における第１バスバーの固定と、樹脂成形体と第２バスバーとの位置決めと、第１バスバーと第２バスバーとの間の沿面距離の確保という、３つの機能を、一箇所に設けた上記裏面側開口部と上記表面側開口部と上記ボス部とによって担うことができる。それゆえ、バスバーアッセンブリの構造を簡略化することができる。

なお、本明細書においては、第１バスバーにおける第２バスバー側の面を、第１バスバーにおける「表面」とし、その反対側面を、第１バスバーにおける「裏面」として説明する。

また、本発明の第１の態様において、上記第２バスバーは、上記樹脂成形体と反対側の主面の全体を露出させていることが好ましい（請求項２）。
また、本発明の第２の態様において、上記裏面側開口部及び上記表面側開口部に露出した上記第１バスバーの露出部は、上記裏面側開口部及び上記表面側開口部よりも直径の小さい小開口部を設けてなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記樹脂成形体を成形する際に、上記小開口部の周囲における第１バスバーを表裏から挟持すると共に、成形型の一部を上記小開口部に嵌合させることができる。その結果、成形型に対して、第１バスバーを、その厚み方向のみならず、主面に平行な方向の位置決めをも正確に行うことができる。

また、上記裏面側開口部、上記表面側開口部、及び上記ボス部は、上記樹脂成形体における複数個所に形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記樹脂成形体の成形時における第１バスバーの位置決めをより正確に行うことができると共に、樹脂成形体に対する第２バスバーの位置決めをより正確に行うことができる。その結果、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係をより正確に保つことができる。

本発明の実施例にかかるバスバーアッセンブリにつき、図１〜図７を用いて説明する。
本例のバスバーアッセンブリ１は、図５に示すごとく、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュール４を備えた電力変換装置４０において、複数の半導体モジュール４の主電極端子４１がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー２１及び第２バスバー２２を有する。

図１、図２、図５に示すごとく、第１バスバー２１及び第２バスバー２２は、平板状の本体部２１１、２２１と、該本体部２１１、２２１から該本体部２１１、２２１の主面と平行な方向に突出すると共に主電極端子４１と接続される接続端子部２１２、２２２とからなる。
第１バスバー２１の本体部２１１の少なくとも一部は、樹脂成形体３によってモールドされている。
第２バスバー２２は、第１バスバー２１に対して所定の間隔を設けつつ積層された状態で、第２バスバー２２の本体部２２１において樹脂成形体３に固定されている。

電力変換装置４０は、直流電源と交流負荷との間において、直流電力と交流電力との電力変換を行っている。
電力変換装置４０は、複数の半導体モジュール４とこれらを冷却する冷却管（図示略）とを交互に積層してなる。図５、図６に示すごとく、各半導体モジュール４は、主面と直交する端面から３本の主電極端子４１を互いに平行に突出形成してなる。そして、３本の主電極端子４１のうちの１本が第１バスバー２１に接続され、他の１本が第２バスバー２２に接続されている。また、さらに他の１本は、三相交流回転電機等の交流負荷（図示略）の電極に接続される。

第１バスバー２１は、直流電源の正極に電気的に接続され、第２バスバー２２は、直流電源の負極に電気的に接続される。
第１バスバー２１及び第２バスバー２２は、銅等からなる金属板によって構成されており、図２、図４に示すごとく、金属板の一辺に複数の切欠部２３を設けることによってそれぞれ複数の接続端子部２１２、２２２を形成してある。第１バスバー２１には、第２バスバー２２の切欠部２３と、厚み方向に重なる位置に切欠部２３よりも幅及び長さが大きい貫通孔２４を形成してある。

該貫通孔２４は、図５、図６に示すごとく、第２バスバー２２に接続される半導体モジュール４の主電極端子４１を挿通させるためのものである。
また、第１バスバー２１及び第２バスバー２２は、コンデンサ（図示略）の両電極とそれぞれ接続される端子２１５、２２５を本体部２１１、２２２に設けてなる。

樹脂成形体３は、図３に示すごとく、第１バスバー２１の裏面を露出させる裏面側開口部３１と、第１バスバー２１の表面を露出させる表面側開口部３２とを有する。裏面側開口部３１と表面側開口部３２とは、第１バスバー２１の主面の広がり方向の同一位置に形成されている。
表面側開口部３２の周囲には、樹脂成形体３の表面から第２バスバー２２の厚みよりも高く突出したボス部３３が形成されている。該ボス部３３は、第２バスバー２２に穿設された位置決め用開口部２２３に挿嵌されている。

裏面側開口部３１及び表面側開口部３２に露出した第１バスバー２１の露出部２１３は、表面側開口部３２及び裏面側開口部３１よりも直径の小さい小開口部２１４を設けてなる。
裏面側開口部３１と表面側開口部３２と小開口部２１４とは、いずれも平面視において円形の開口部であって、互いの中心を第１バスバー２１の厚み方向の一直線上に配置している。また、裏面側開口部３１と表面側開口部３２とは、互いに同等の直径を有する。
また、裏面側開口部３１、表面側開口部３２、及びボス部３３は、樹脂成形体３における複数個所に形成されている。本例においては、図１、図２に示すごとく、これらは３箇所に形成されている。

図３、図４に示すごとく、樹脂成形体３は、第１バスバー２１の主面と平行な座面３４を有し、該座面３４からボス部３３が突出している。
第２バスバー２２は、本体部２２１における上記３個のボス部３３に対応する位置にそれぞれ位置決め用開口部２２３を設けてある。これらの位置決め用開口部２２３にそれぞれボス部３３を挿嵌させながら、本体部２２１を座面３４に配置する。これにより、第２バスバー２２は、樹脂成形体２に対して位置決めされ、第１バスバー２１に対して位置決めされる。

そして、ボルト１１を、第２バスバー２２に設けた２個のボルト挿通穴２２４に挿通すると共に、樹脂成形体３における座面３４に設けられた２個のネジ穴３５に螺合させることにより、図１に示すごとく、第１バスバー２１と一体化された樹脂成形体３に第２バスバー２２を固定する。これにより、バスバーアッセンブリ１が得られる。

第１バスバー２１の本体部２１１の一部を封止する樹脂成形体３を成形するに当たっては、図７に示すごとく、下型５１と上型５２とからなる成形型内に第１バスバー２１の本体部２１１の一部を配置する。下型５１は、キャビティ下面５１１から突出した支承部５１２と、該支承部５１２の先端面から更に突出した下側突起部５１３とを有する。上型５２は、キャビティ上面５２１に平面視円環状の凹陥部５２４を設けると共に、該凹陥部５２４の内側からキャビティ上面５２１よりも下方まで突出した押さえ部５２２と、該押さえ部５２２の先端面から更に突出した上側突起部５２３とを有する。
これらの支承部５１２、下側突起部５１３、凹陥部５２４、押さえ部５２２、及び上側突起部５２３は、それぞれ下型５１或いは上型５２における３箇所に形成されている。

下型５１と上型５２との間に配置される第１バスバー２１の本体部２１１は、支承部５１２に支承されると共に押さえ部５２２によって押さえ込まれる。すなわち、第１バスバー２１の本体部２１１は、３箇所において、支承部５１２と押さえ部５２２とによって両面から挟持される。これにより、成形型に対する第１バスバー２１の厚み方向の位置決めがなされる。

さらに、下側突起部５１３と上側突起部５２３とは、第１バスバー２１の小開口部２１４に嵌入される。これにより、成形型に対する第１バスバー２１の主面の広がり方向の位置決めがなされる。
この状態で、第１バスバー２１の本体部２１１の一部における表面側、裏面側、及び外周の一部に、キャビティ５３が形成される。このキャビティ５３に溶融樹脂を充填することにより、第１バスバー２１の本体部２１１の一部を封止した樹脂成形体３を成形する。このとき、上型５２における凹陥部５２４に充填された樹脂がボス部３３となる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記バスバーアッセンブリ１において、第２バスバー２２は樹脂成形体３によってモールドされていない。そのため、樹脂成形体３を成形するに当たっては、図７に示すごとく、第１バスバー２１のみをインサートすればよい。それゆえ、樹脂成形体３の成形時において、第１バスバー２１と第２バスバー２２との双方を成形型内において保持する必要がなく、このときの第１バスバー２１と第２バスバー２２との位置ずれによって両者の位置関係がずれるという不具合を防ぐことができる。
すなわち、第１バスバー２１さえ成形型内において正確な位置に保持しておけば、第１バスバー２１と第２バスバー２２との位置関係を正確に保持することができる。

また、樹脂成形体３によって第１バスバー２１をモールドした後、第２バスバー２２を樹脂成形体３に固定すればよいため、樹脂成形体３の成形を容易に行うことができる。すなわち、成形型の型抜き方向を互いに反対の２方向（図７における上下方向）にすることができ、成形型の数も下型５１と上型５２との２個で済む。そのため、バスバーアッセンブリ１は製造が容易である。

また、第２バスバー２２は樹脂成形体３にモールドされず、図１〜図３に示すごとく、一方の主面の全体を露出させることができる。そのため、放熱性に優れたバスバーアッセンブリ１を得ることができる。
さらに、樹脂成形体３は第１バスバー２１のみをモールドすればよいため、使用する樹脂の量を少なくすることができ、材料費を低減することができる。その結果、バスバーアッセンブリ１の低コスト化を実現することができる。

図３に示すごとく、樹脂成形体３は、裏面側開口部３１と表面側開口部３２とを有し、かつ、表面側開口部３２の周囲にはボス部３３が形成されており、ボス部３３は、第２バスバー２に穿設された位置決め用開口部２２３に挿嵌されている。
そのため、樹脂成形体３の成形時において、第１バスバー２１を成形型内において固定しやすい。すなわち、裏面側開口部３１及び表面側開口部３２となる部分において、図７に示すごとく、成形型の一部である支承部５１２及び押さえ部５２２を配置すると共に、第１バスバー２１を両面から保持、固定することができる。
また、ボス部３３を設けることによって、樹脂成形体３に第２バスバー２２を取り付けるに当たって、その位置決めをボス部３３によって行うことができる。これにより、第１バスバー２１と第２バスバー２２との位置関係を正確に保つことができる。

さらに、表面側開口部３２を設けると、該表面側開口部３２を介して第１バスバー２１と第２バスバー２２との絶縁抵抗が低下することが考えられるが、表面側開口部３２の周囲にボス部３３を設けることによって、樹脂成形体３の表面に沿った第１バスバー２１と第２バスバー２２との間の沿面距離を長くすることができる。その結果、第１バスバーと第２バスバーとの間の絶縁抵抗を充分に稼ぐことができる。
ここで、上記沿面距離は、ボス部３３の内外表面に沿って、図３に示す表面側開口部３２の下端３２１から上端３２２、ボス部３３の上端の外縁３３１を通り、ボス部３３の外周面と第２バスバー２２との接触部３３２に至るまでの距離となる。

また、上記のように、樹脂成形体３の成形時における第１バスバー２１の固定と、樹脂成形体３と第２バスバー２２との位置決めと、第１バスバー２１と第２バスバー２２との間の沿面距離の確保という、３つの機能を、一箇所に設けた裏面側開口部３１と表面側開口部３２とボス部３３とによって担うことができる。それゆえ、バスバーアッセンブリ１の構造を簡略化することができる。

また、裏面側開口部３１及び表面側開口部３２に露出した第１バスバー２１の露出部２１３は、小開口部２１４を設けてなる。そのため、図７に示すごとく、樹脂成形体３を成形する際に、小開口部２１４の周囲における第１バスバー２１を支承部５１２と押さえ部５２２とによって表裏から挟持するとともに、下側突起部５１３及び上側突起部５２３を小開口部２１４に嵌合させることができる。その結果、成形型に対して、第１バスバー２１を、その厚み方向（図７の上下方向）のみならず、主面に平行な方向（図７の左右及び紙面奥行き方向）の位置決めをも正確に行うことができる。

また、裏面側開口部３１、表面側開口部３２、及びボス部３３は、樹脂成形体３における複数個所に形成されている。これにより、樹脂成形体３の成形時における第１バスバー２１の位置決めをより正確に行うことができると共に、樹脂成形体３に対する第２バスバー２２の位置決めをより正確に行うことができる。その結果、第１バスバー２１と第２バスバー２２との位置関係をより正確に保つことができる。

以上のごとく、本例によれば、第１バスバーと第２バスバーとの位置関係を正確に保持することができ、放熱性に優れ、製造容易、かつ低コスト化を実現できるバスバーアッセンブリを提供することができる。

１バスバーアッセンブリ
２１第１バスバー
２１１本体部
２１２接続端子部
２２第２バスバー
２２１本体部
２２２接続端子部
３樹脂成形体
３１裏面側開口部
３２表面側開口部
３３ボス部
４半導体モジュール
４０電力変換装置
４１主電極端子

Claims

半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置において、複数の上記半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有するバスバーアッセンブリであって、
上記第１バスバー及び上記第２バスバーは、平板状の本体部と、該本体部から該本体部の主面と平行な方向に突出すると共に上記主電極端子と接続される接続端子部とからなり、
上記第１バスバーの上記本体部の少なくとも一部は、上記第１バスバーの主面と平行な座面を備えた樹脂成形体によってモールドされており、
上記第２バスバーは、上記樹脂成形体によってモールドされておらず、上記第１バスバーに対して所定の間隔を設けつつ積層された状態で、上記第２バスバーの上記本体部において上記樹脂成形体の座面に配置されて固定されていることを特徴とするバスバーアッセンブリ。
請求項１に記載のバスバーアッセンブリにおいて、上記第２バスバーは、上記樹脂成形体と反対側の主面の全体を露出させていることを特徴とするバスバーアッセンブリ。
半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置において、複数の上記半導体モジュールの主電極端子がそれぞれ接続される平板状の第１バスバー及び第２バスバーを有するバスバーアッセンブリであって、
上記第１バスバー及び上記第２バスバーは、平板状の本体部と、該本体部から該本体部の主面と平行な方向に突出すると共に上記主電極端子と接続される接続端子部とからなり、
上記第１バスバーの上記本体部の少なくとも一部は、樹脂成形体によってモールドされており、
上記第２バスバーは、上記第１バスバーに対して所定の間隔を設けつつ積層された状態で、上記第２バスバーの上記本体部において上記樹脂成形体に固定されており、
該樹脂成形体は、上記第１バスバーの裏面を露出させる裏面側開口部と、上記第１バスバーの表面を露出させる表面側開口部とを有し、上記裏面側開口部と上記表面側開口部とは、上記第１バスバーの主面の広がり方向の同一位置に形成されており、かつ、上記表面側開口部の周囲には、上記樹脂成形体の表面から上記第２バスバーの厚みよりも高く突出したボス部が形成されており、該ボス部は、上記第２バスバーに穿設された位置決め用開口部に挿嵌されていることを特徴とするバスバーアッセンブリ。
請求項３に記載のバスバーアッセンブリにおいて、上記裏面側開口部及び上記表面側開口部に露出した上記第１バスバーの露出部は、上記裏面側開口部及び上記表面側開口部よりも直径の小さい小開口部を設けてなることを特徴とするバスバーアッセンブリ。