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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