JP7019092B2 - 素子モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、素子モジュールに関する。
従来、コイルエンドを形成するように積層された複数のバスバーを備える回転電機のステータが開示されている。
従来、複数の単電池に接合されて電池積層方向に所定間隔を置いて配置された複数のバスバーを備える電池ユニットが開示されている。
隙間なく積層された複数の板状のバスバーでは、積層体全体の冷却性を向上させることが困難である可能性があった。
電池積層方向に所定間隔を置いて配置された複数のバスバーでは、電池積層方向での複数のバスバーの位置決め精度を向上させることが困難である可能性があった。
日本国特開2006-42500号公報 日本国特開2015-2141号公報
本発明が解決しようとする課題は、導電部材の位置決め精度を向上させつつ所望の冷却性を確保する素子モジュールを提供することである。
実施形態の素子モジュールは、素子と、3枚以上の導電部材と、スペーサー部材とを備える。3枚以上の導電部材は、所定方向に並んで配置されるとともに3枚以上の導電部材のうちの所定方向の端部に配置された導電部材に、素子が接続されている。スペーサー部材は、所定方向で隣り合う2つの導電部材の間に配置されるとともに各導電部材の一部と接する。
実施形態の素子モジュールの斜視図。 実施形態の素子モジュールの入出力端子をX-Z平面で切断した断面図。 実施形態の素子モジュールの入出力端子をY軸方向から見た側面図。 実施形態の変形例での素子モジュールの入出力端子をX-Z平面で切断した断面図。
以下、実施形態の素子モジュールについて添付図面を参照しながら説明する。
図1は、実施形態の素子モジュール10の斜視図である。図2は、実施形態の素子モジュール10の入出力端子25をX-Z平面で切断した断面図である。
以下において、3次元空間で互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の各軸方向は、各軸に平行な方向である。例えば、素子モジュール10の左右方向は、X軸方向と平行である。素子モジュール10の前後方向は、Y軸方向と平行である。素子モジュール10の上下方向(厚さ方向)は、Z軸方向と平行である。
図1に示すように、実施形態の素子モジュール10は、少なくとも1つの半導体素子を備える。例えば、素子モジュール10は、ブリッジ接続される2つのスイッチング素子を備える。2つのスイッチング素子は、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームに配置されるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の2つのトランジスタ11である。素子モジュール10は、各トランジスタ11のコレクタ-エミッタ間にエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオード13を備える。2つのトランジスタ11及び2つのダイオード13は基板15に装着されている。基板15は、樹脂又はセラミックスから成る絶縁部と銅等から成る導電部とが一体化された板状部材である。素子モジュール10は、直流と交流との間で電力変換を行うインバータのブリッジ回路を構成するパワーモジュールである。
素子モジュール10は、例えば、筐体21と、ヒートシンク22と、正極端子23と、負極端子24と、入出力端子25と、制御端子26とを備える。
筐体21の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。筐体21は、電気的絶縁性の樹脂材料等によって形成されている。例えば、筐体21は、2つのトランジスタ11及び2つのダイオード13を内部に収容する。筐体21は、各端子23,24,25,26を保持して、上部21aから外部に露出させる。筐体21は、2つのトランジスタ11及び2つのダイオード13が装着される基板15を、下部21bから外部に露出させる。
ヒートシンク22は、筐体21の下部21bに固定されている。ヒートシンク22は、筐体21の下部21bから露出する基板15に接触する。
正極端子23、負極端子24及び入出力端子25の各々は、例えば、導体板30によって形成されている。正極端子23は、ハイサイドアームのトランジスタ11のコレクタに接続されている。負極端子24は、ローサイドアームのトランジスタ11のエミッタに接続されている。入出力端子25は、相互に接続されるハイサイドアームのトランジスタ11のエミッタとローサイドアームのトランジスタ11のコレクタとに接続されている。例えば、正極端子23、負極端子24及び入出力端子25の各々を構成する導体板30には、外部の導電部材(図示略)を固定するボルト(図示略)が挿入されるボルト挿入孔30aが形成されている。
入出力端子25は、例えば、交流(AC)の入出力用の端子である。図2に示すように、入出力端子25は、例えば、複数のAC導体板31と、少なくとも1つのスペーサー部材33とを備える。
入出力端子25を形成する導体板30であるAC導体板31は、いわゆるブスバー(busbar)であって、銅等の金属によって形成されている。複数のAC導体板31は、板厚方向に並んで配置されている。板厚方向は、例えば、Z軸方向である。
スペーサー部材33の外形は、例えば、AC導体板31よりも小さな円環板状に形成されている。スペーサー部材33は、導電性の金属材料によって形成されている。スペーサー部材33は、板厚方向で隣り合う2つのAC導体板31の間に配置されている。スペーサー部材33は、板厚方向の両側から2つのAC導体板31によって挟み込まれている。スペーサー部材33は、板厚方向で隣り合う2つのAC導体板31の各対向面31Aの一部に接触することによって、相互の一部以外の部位の間に空隙35を形成している。スペーサー部材33には、AC導体板31のボルト挿入孔30aに連なって通じるように臨む貫通孔33aが形成されている。例えば、スペーサー部材33は、いわゆるワッシャー(座金)である。
上述したように、実施形態の素子モジュール10によれば、入出力端子25の複数のAC導体板31は、スペーサー部材33を介して積層配置されることによって、積層方向の位置決め精度を容易に向上させることができる。スペーサー部材33は、積層方向で隣り合う2つのAC導体板31の各対向面31Aの一部のみに接触することによって、相互の一部以外の部位の間に形成される空隙35を介して各AC導体板31の放熱性及び冷却性を向上させることができる。
図3は、実施形態の素子モジュール10の入出力端子25をY軸方向から見た側面図である。
図3に示すように、実施形態の素子モジュール10では、積層方向で隣り合う2つのAC導体板31の空隙35に冷却用の空気等の冷媒CWが流通することによって、複数のAC導体板31の放熱性及び冷却性が向上させられている。例えば、積層方向で隣り合う2つのAC導体板31の間に空隙35が設けられない場合に比べて、冷媒CWに接触するAC導体板31の表面積を増大させて、冷却効率を向上させることができる。
例えば、入出力端子25を複数のAC導体板31の積層体と同一厚みの単一の導体板によって形成する場合等に比べて、各AC導体板31の厚みが薄くなることに伴い、表皮効果及びインダクタンスを低減することができる。各AC導体板31の厚みが薄くなることに伴い、入出力端子25の柔軟性を向上させ、外部の導電部材に作用する圧力を低減させ、外部の導電部材との接触抵抗を低減することができる。
例えば、絶縁部と導電部との一体化によって小型化された基板15に起因して、ヒートシンク22と反対側の各端子23,24,25のうち入出力端子25の温度が上昇し易い場合であっても、放熱性及び冷却性の向上によって温度上昇を抑制することができる。
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、入出力端子25の各AC導体板31とスペーサー部材33とは別体であるとしたが、これに限定されず、一体であってもよい。
図4は、実施形態の変形例での素子モジュール10の入出力端子25をX-Z平面で切断した断面図である。
図4に示すように、変形例での素子モジュール10の入出力端子25は、上述した実施形態のAC導体板31及びスペーサー部材33の組み合わせの代わりに突出部41aが設けられたAC導体板41を備える。
突出部41aの外形は、例えば、AC導体板41の板厚方向の両面のうち一方の表面から突出する凸状に形成されている。突出部41aの先端は、AC導体板41に隣り合う他のAC導体板41の板厚方向の両面のうち他方の表面に接触する。突出部41aは、積層方向で隣り合う2つのAC導体板41の対向面41Aの間に空隙43を形成する。AC導体板41及び突出部41aには、外部の導電部材(図示略)を固定するボルト(図示略)が挿入されるボルト挿入孔41bが形成されている。
このように、AC導体板31及びスペーサー部材33の組み合わせの代わりに突出部41aが設けられたAC導体板41を備えることにより、AC導体板41の積層方向の位置決め精度をさらに容易に向上させることができる。また、AC導体板41に突出部41aが一体化されているので、AC導体板31全体としての放熱面積を向上させることができる。このため、AC導体板41の放熱性及び冷却性を向上できる。
上述した実施形態において、スペーサー部材33の外形は、円環板状であるとしたが、これに限定されず、他の形状であってもよい。例えば、スペーサー部材33の外形は、各AC導体板31の少なくとも一面からZ軸方向に突出する複数の凸状等であってもよい。
上述した実施形態において、入出力端子25を、複数のAC導体板31と少なくとも1つのスペーサー部材33との積層体によって構成するとしたが、これに限定されない。正極端子23、負極端子24及び入出力端子25の全て又は少なくとも1つは、複数の導体板30と少なくとも1つのスペーサー部材33との積層体によって構成されてもよい。
上述した実施形態において、正極端子23、負極端子24及び入出力端子25の各々に接続される外部の導電部材(図示略)は、複数の導体板と少なくとも1つのスペーサー部材との積層体によって構成されてもよい。
上述した実施形態において、素子モジュール10は、2つのトランジスタ11及び2つのダイオード13を備えるとしたが、これに限定されず、適宜の個数の半導体素子又は他の素子を備えてもよい。この場合、各1つの正極端子23、負極端子24及び入出力端子25に限定されず、各素子に接続される適宜の個数の端子を備えてもよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、入出力端子25の複数のAC導体板31,41は、スペーサー部材33や突出部41aを介して積層配置されることによって、積層方向の位置決め精度を容易に向上させることができる。スペーサー部材33や突出部41aは、積層方向で隣り合う2つのAC導体板31、41の各対向面31A,41Aの一部のみに接触することによって、相互の一部以外の部位の間に形成される空隙35,43を介して各AC導体板31,41の放熱性及び冷却性を向上させることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10…素子モジュール、11…トランジスタ、13…ダイオード、15…基板、21…筐体、22…ヒートシンク、23…正極端子、24…負極端子、25…入出力端子、26…制御端子、31…AC導体板、33…スペーサー部材、41…AC導体板、41a…突出部

Claims (4)

  1. 素子と、
    所定方向に並んで配置される3枚以上の導電部材と、
    前記所定方向で隣り合う2つの前記導電部材の間に配置されるとともに各前記導電部材の一部に接するスペーサー部材と
    を備え、
    前記3枚以上の導電部材のうちの前記所定方向の端部に配置された導電部材に、前記素子が接続されている
    素子モジュール。
  2. 各前記導電部材及び前記スペーサー部材は一体である
    請求項1に記載の素子モジュール。
  3. 前記スペーサー部材の外形は、各前記導電部材の少なくとも一面から前記所定方向に突出する複数の凸状である
    請求項2に記載の素子モジュール。
  4. 前記スペーサー部材の外形は、環状である
    請求項1又は請求項2に記載の素子モジュール。
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