(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した本体部を有し、該スイッチング素子に導通したパワー端子が上記本体部の端面から突出した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを上記本体部の両主面から冷却する複数個の冷却チューブとを積層した積層体と、
上記パワー端子に溶接されたバスバーとを備え、
上記パワー端子は金属板から形成されており、該パワー端子は、上記本体部から突出すると共にその主面が上記本体部の主面に平行な端子本体部と、該端子本体部の先端から上記積層体の積層方向に突出した接続部とを有し、
上記積層方向に並んだ複数個の上記パワー端子の上記接続部と上記バスバーとは、互いの主面を対向させた状態で接続されており、上記バスバーは、上記接続部に押圧されることによって該バスバーの板厚方向へ弾性変形しており、
上記バスバーには、直流電源の正極端子に接続される正極バスバーと、上記直流電源の負極端子に接続される負極バスバーとがあり、上記正極バスバーと上記負極バスバーとは上記板厚方向に所定間隔をおいて対向配置され、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、それぞれ上記接続部に溶接されており、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、上記接続部に押圧されることにより、それぞれ同一方向に変形していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記バスバーは、剛性が部分的に小さい剛性小部を有し、該剛性小部が上記板厚方向へ変形するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２において、上記バスバーの板厚を部分的に薄くして上記剛性小部を形成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２において、上記バスバーの側部には、上記板厚方向と上記積層方向との双方に直交する方向に延びるスリットが、上記積層方向に複数箇所形成されており、上記積層方向に隣り合う２個のスリットの間に形成された突出部の主面に上記接続部が当接し、上記突出部の根元部分に上記剛性小部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４において、上記突出部の上記根元部分は、上記積層方向の少なくとも一方側から切り欠かれた切欠部を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の半導体モジュールと冷却チューブとを積層して構成した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、図１３に示すごとく、スイッチング素子を内蔵した複数個の半導体モジュール９１と、該半導体モジュール９１を冷却する複数個の冷却チューブ９２とを有するものがある（下記特許文献１参照）。個々の半導体モジュール９１は、スイッチング素子に導通した制御端子９６とパワー端子９３とを備える。
【０００３】
パワー端子９３には、直流電源の正電極に接続される正極端子９３ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子９３ｂと、交流負荷に接続される交流端子９３ｃとがある。パワー端子９３には、バスバー９５が溶接されている。
また、制御端子９６には、制御回路基板９９が接続されている。この制御回路基板９９によって、半導体モジュール９１内のスイッチング素子の動作制御をする。これにより、正極端子９３ａと負極端子９３ｂとの間に印加される直流電圧を交流に変換し、交流端子９３ｃから出力する。
【０００４】
パワー端子９３の側部には、バスバー９５に接続するための接続部９４が形成されている。図１４（Ａ）に示すごとく、接続部９４とバスバー９５とを接続する前の状態においては、パワー端子９３と接続部９４のなす角度θは鈍角になっている。そして図１４（Ｂ）に示すごとく、接続部９４をバスバー９５に押し当てて、接続部９４を折り曲げつつバスバー９５に接続する。これにより、半導体モジュール９１が図１４（Ｂ）のｙ方向に位置ずれした場合でも、バスバー９５と接続部９４とが密着するようにしている。このように、接続部９４とバスバー９５を密着させることにより、続いて行われる、接続部９４の端面９４ａへの溶接工程をスムーズに行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４２０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の電力変換装置９０は、接続部９４の長さＬ（図１４（Ｂ）参照）を十分に長くすることができなかった。この長さＬを長くしすぎると、図１３に示すごとく、接続部９４が隣のパワー端子９３と干渉してしまうからである。そのため、接続部９４の長さＬを短くせざるを得ず、変形しにくくなってしまい、バスバー９５と接続部９４を密着させることが困難になる場合があった。そのため、バスバー９５と接続部９４との溶接工程をスムーズに行えない場合があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、パワー端子とバスバーとを溶接しやすい電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した本体部を有し、該スイッチング素子に導通したパワー端子が上記本体部の端面から突出した複数個の半導体モジュールと、該半導体モジュールを上記本体部の両主面から冷却する複数個の冷却チューブとを積層した積層体と、
上記パワー端子に溶接されたバスバーとを備え、
上記パワー端子は金属板から形成されており、該パワー端子は、上記本体部から突出すると共にその主面が上記本体部の主面に平行な端子本体部と、該端子本体部の先端から上記積層体の積層方向に突出した接続部とを有し、
上記積層方向に並んだ複数個の上記パワー端子の上記接続部と上記バスバーとは、互いの主面を対向させた状態で接続されており、上記バスバーは、上記接続部に押圧されることによって該バスバーの板厚方向へ弾性変形しており、
上記バスバーには、直流電源の正極端子に接続される正極バスバーと、上記直流電源の負極端子に接続される負極バスバーとがあり、上記正極バスバーと上記負極バスバーとは上記板厚方向に所定間隔をおいて対向配置され、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、それぞれ上記接続部に溶接されており、
上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、上記接続部に押圧されることにより、それぞれ同一方向に変形していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の作用効果について説明する。本発明では、パワー端子を、上記端子本体部と上記接続部とを有する構造にした。また、この接続部をバスバーに押し当てて、バスバーが板厚方向へ弾性変形するようにした。
このようにバスバーを変形させると、パワー端子とバスバーの溶接作業を容易に行うことが可能になる。すなわち、パワー端子側を変形させる場合は（図１３、図１４参照）、上述したように、積層方向ｘにおける接続部９４の長さＬに設計的制限があるため、接続部９４を短くせざるを得ない。そのため、接続部９４の剛性が高くなり、変形させにくくなってしまう。これに対して、バスバーは上述のような制限がないため、充分な弾性変形を得るための設計をしやすい。このようにバスバーを変形させることにより、接続部とバスバーとを密着させやすくなり、これらの溶接作業を容易に行うことが可能になる。
【００１０】
また、積層体を構成する個々の半導体モジュールの位置は、バスバーの板厚方向に多少ばらつくこともある。本発明では、バスバーが弾性変形するため、半導体モジュールの位置が上記板厚方向にばらついていたとしても、接続部とバスバーとを密着させやすい。そのため、接続部とバスバーを容易に溶接することができる。
【００１１】
また、本発明では、接続部とバスバーとを、互いの主面を対向させた状態で接続している。そのため、半導体モジュールの位置が上記積層方向にばらついたり、又は積層方向と上記板厚方向との双方に直交する方向にばらついたりした場合でも、接続部がバスバーに対して平行に移動するだけなので、これらを容易に接続することができる。
【００１２】
このように、本発明では、半導体モジュールの位置がどの方向にばらついた場合でも、パワー端子の接続部とバスバーとを容易に密着させることができる。これにより、接続部とバスバーとを容易に溶接することが可能になる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、パワー端子とバスバーとを溶接しやすい電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の斜視図であって、パワー端子とバスバーを接続する前の状態の斜視図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の斜視図であって、パワー端子をバスバーに接続した状態の斜視図。
【図３】図２のＡ矢視図。
【図４】実施例１における、バスバーの平面図。
【図５】図２における、パワー端子とバスバーをＸ方向から見た拡大図。
【図６】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図７】実施例２における、バスバーの平面図であって、図８のＣ矢視図。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図。
【図９】実施例３における、バスバーの平面図。
【図１０】実施例４における、電力変換装置の斜視図であって、パワー端子とバスバーを接続する前の状態の斜視図。
【図１１】実施例４における、バスバーの平面図であって、図１２のＥ矢視図。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ断面図。
【図１３】従来例における、電力変換装置の分解斜視図。
【図１４】図１３のＺ方向から見た電力変換装置の拡大図であって、（Ａ）バスバーとパワー端子の、接続前の拡大図（Ｂ）バスバーとパワー端子の、接続後の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記バスバーは、剛性が部分的に小さい剛性小部を有し、該剛性小部が上記板厚方向へ変形するよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、剛性小部においてバスバーを変形させやすくなる。これにより、バスバーと接続部とを密着させやすくなり、溶接工程を行いやすくなる。
【００１６】
また、上記バスバーの板厚を部分的に薄くして上記剛性小部を形成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、バスバーの板厚を部分的に薄くすることにより、剛性小部を形成することができる。バスバーの板厚を薄くするためには、例えば研削加工を行うことができる。研削加工は低コストで行えるため、バスバーの製造コストを低くすることができる。
【００１７】
また、上記バスバーの側部には、上記板厚方向と上記積層方向との双方に直交する方向に延びるスリットが、上記積層方向に複数箇所形成されており、上記積層方向に隣り合う２個のスリットの間に形成された突出部の主面に上記接続部が当接し、上記突出部の根元部分に上記剛性小部が形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、バスバーにスリットを入れるという簡単な工程を行うだけで、板厚方向に弾性変形しやすいバスバーを製造することができる。すなわち、上記構造にすると、隣り合う２個のスリットの間に形成された突出部が、根元付近において弾性変形しやすくなる。また、上記構成によると、突出部の、根元部分の板厚を薄くする等の加工を併せて行うことができる。そのため、バスバーを更に弾性変形しやすくすることができる。これにより、パワー端子の接続部とバスバーとを密着させやすくなり、これらの溶接を一層、容易に行うことが可能になる。
【００１８】
また、上記突出部の上記根元部分は、上記積層方向の少なくとも一方側から切り欠かれた切欠部を有することが好ましい（請求項５）。
このようにすると、突出部の根元部分がより変形しやすくなる。そのため、パワー端子の接続部とバスバーとを密着させやすくなり、溶接工程を更に容易に行える。
【００１９】
また、上記バスバーには、直流電源の正極端子に接続される正極バスバーと、上記直流電源の負極端子に接続される負極バスバーとがあり、上記正極バスバーと上記負極バスバーとが板厚方向に所定間隔をおいて対向配置されている。
そのため、正極バスバーと負極バスバーとの間に生じる寄生インダクタンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子を動作させた際に、該スイッチング素子の端子間に生じるサージ電圧を小さくすることができる。そのため、スイッチング素子が破壊されにくくなる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図６を用いて説明する。
図２、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数個の半導体モジュール２と冷却チューブ３とを積層した積層体４を備える。個々の半導体モジュール２は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を内蔵した本体部２０を有し、スイッチング素子に導通したパワー端子６が本体部２０の端面から突出している。また、冷却チューブ３は、半導体モジュール２を本体部２０の両主面から冷却している。
【００２１】
また、電力変換装置１は、パワー端子６に溶接されたバスバー５を備える。
パワー端子６は金属板から形成されている。パワー端子６は、本体部２０から突出すると共にその主面６００（図３参照）が本体部２０の主面２００に平行な端子本体部６０と、端子本体部６０の先端から積層体４の積層方向Ｘに突出した接続部６１とを有する。
図２、図３に示すごとく、積層方向Ｘに並んだ複数個のパワー端子６の接続部６１とバスバー５とは、互いの主面６０１，５０１を対向させた状態で接続されている。また、図５に示すごとく、バスバー５は、接続部６１に押圧されることによってバスバー５の板厚方向Ｙへ弾性変形している。
以下、詳説する。
【００２２】
図２に示すごとく、隣り合う２個の冷却チューブ３の間に、２個の半導体モジュール２が介在している。個々の半導体モジュール２は、２個のパワー端子６と、制御端子２１を備える。パワー端子６には、直流電源の正電極に接続される正極端子６ａと、直流電源の負電極に接続される負極端子６ｂと、交流負荷に接続される交流端子６ｃとがある。正極端子６ａと負極端子６ｂにはバスバー５が溶接されている。また、交流端子６ｃにも、図示しない別のバスバーが溶接されている。
【００２３】
半導体モジュール２の制御端子２１には、制御回路基板（図示しない）が接続されている。制御回路基板は、半導体モジュール２内のスイッチング素子の動作を制御する。これにより、正極端子６ａと負極端子６ｂとの間に印加される直流電圧を交流に変換し、交流端子６ｃから出力する。
【００２４】
パワー端子６は、金属板を直角に折り曲げて端子本体部６０と接続部６１を形成したものである。図２に示すごとく、正極端子６ａの端子本体部６０は、負極端子６ｂの端子本体部６０と比較して、Ｙ方向における長さが長くなっている。また、正極端子６ａの接続部６１と、負極端子６ｂの接続部６１とは、Ｘ方向における長さは略同じである。
【００２５】
電力変換装置１を製造する際には、まず積層体４を組み立てる。そして図５に示すごとく、接続部６１に対してバスバー５を僅かに斜めに配置して、接続部６１をバスバー５に押し当てる。そして、バスバー５を板厚方向Ｙに弾性変形させ、接続部６１の端面６１０側において、接続部６１の主面６０１をバスバー５の主面５０１に密着させる。その後、端面６１０，５１０の間に溶接工程を行う。
【００２６】
図２、図４に示すごとく、本例のバスバー５は、剛性が部分的に小さい剛性小部７を有し、該剛性小部７が板厚方向へ変形するよう構成されている。
図２、図４に示すごとく、バスバー５の側部には、板厚方向Ｙと積層方向Ｘとの双方に直交する方向Ｚに延びるスリット５０が、積層方向Ｘに複数箇所形成されている。そして、積層方向Ｘに隣り合う２個のスリット５０の間に形成された突出部５１の主面５０１に接続部６１が当接する。また、突出部５１の根元部分５２が板厚方向Ｙに弾性変形するようになっている。すなわち、突出部５１の根元部分５２に剛性小部７が形成されている。
【００２７】
また、図２に示すごとく、バスバー５には、直流電源の正極端子に接続される正極バスバー５ａと、直流電源の負極端子に接続される負極バスバー５ｂとがあり、正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとが板厚方向Ｙに所定間隔をおいて対向配置されている。
【００２８】
一方、図２に示すごとく、隣り合う２個の冷却チューブ３は、Ｚ方向の両端において、接続管４２によって接続されている。冷媒を導入管４０から導入すると、接続管４２を通って冷媒が全ての冷却チューブ３内を流れ、導出管４１から導出される。これにより、半導体モジュール２を冷却している。
【００２９】
次に、本発明の電力変換装置１の回路図の説明をする。図６に示すごとく、電力変換装置１は、コンバータ部１０ａとインバータ部１０ｂとを備える。コンバータ部１０ａとインバータ部１０ｂは、図６に示すごとく、複数個の半導体モジュール２から構成されている。個々の半導体モジュール２は、スイッチング素子２３（ＩＧＢＴ素子）と、フリーホイールダイオード２４とを備える。
コンバータ部１０ａは、直流電源１１の電圧を昇圧する。また、インバータ部１０ｂは、昇圧された直流電圧を、スイッチング素子２３のスイッチング動作によって交流電圧に変換し、交流端子６ｃから出力する。
本例の電力変換装置１は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載されるものである。車両には、三相交流モータ１２が搭載されている。電力変換装置１によって得られた交流電力を利用して、三相交流モータ１２を駆動し、車両を走行させる。
【００３０】
本例の作用効果について説明する。
本例では、パワー端子６の接続部６１をバスバー５に押し当てて、バスバー５を板厚方向Ｙへ弾性変形させている。
このようにすると、パワー端子６とバスバー５の溶接作業を容易に行うことが可能になる。すなわち、パワー端子を変形させる場合は（図１３、図１４参照）、積層方向ｘにおける接続部９４の長さＬを長くしすぎると、隣のパワー端子と干渉してしまうため、この長さＬを短くせざるを得ない。そのため、接続部９４の剛性が高くなって、曲げにくくなる場合がある。これに対して、バスバー５は上述のような制限がないため、充分な弾性変形を得るための設計をしやすい。例えば本例では、図４に示すごとく、バスバー５の側部にスリット５０を入れて、スリット５０間に形成された突出部５１を弾性変形させているが、このスリット５０の長さＬ１を長くすることにより、突出部５１を変形させやすくすることができる。このようにバスバー５を変形させることにより、接続部６１とバスバー５とを密着させやすくなり、これらの溶接作業を容易に行うことが可能になる。
【００３１】
また、積層体４を構成する個々の半導体モジュール２の位置は、板厚方向Ｙ（図２参照）に多少ばらつくこともある。本例では、バスバー５が弾性変形するため、半導体モジュール２の位置が板厚方向Ｙにばらついていたとしても、接続部６１とバスバー５とを密着させやすい。そのため、接続部６１とバスバー５を容易に溶接することができる。
【００３２】
また、本例では、図２に示すごとく、接続部６１とバスバー５とを、互いの主面６０１，５０１を対向させた状態で接続している。そのため、半導体モジュール２の位置が積層方向Ｘにばらついたり、又はＺ方向にばらついたりした場合でも、接続部６１がバスバー５に対して平行に移動するだけなので、これらを容易に接続することができる。
【００３３】
このように、本例では、半導体モジュール２の位置がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のどの方向にばらついた場合でも、パワー端子６の接続部６１とバスバー５とを容易に密着させることができる。これにより、接続部６１とバスバー５とを容易に溶接することが可能になる。
【００３４】
また、本例では、図２に示すごとく、バスバー５に、剛性が部分的に小さい剛性小部７を形成した。
このようにすると、バスバー５を剛性小部７において変形させやすくなる。これにより、バスバー５と接続部６１とを密着させやすくなり、溶接工程を行いやすくなる。
【００３５】
より詳しくは、図２、図４に示すごとく、本例では、バスバー５の側部に、Ｚ方向に延びるスリット５０を、Ｘ方向に複数個形成した。そして、隣り合う２個のスリット５０の間に形成した突出部５１の根元部分５２が、Ｙ方向に弾性変形するようにした。
このようにすると、バスバー５にスリット５０を入れるという簡単な工程を行うだけで、板厚方向Ｙに弾性変形しやすいバスバー５を製造することができる。また、上記構成によると、突出部５１の、根元部分５２の板厚を薄くする等の加工を併せて行うことができる。そのため、バスバー５を更に弾性変形しやすくすることができる。これにより、パワー端子６の接続部６１とバスバー５とを密着させやすくなり、これらの溶接を一層、容易に行うことが可能になる。
【００３６】
また、本例では、パワー端子６に接続した正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとは、板厚方向Ｙに所定間隔をおいて対向配置されている。
このようにすると、正極バスバー５ａと負極バスバー５ｂとの間に生じる寄生インダクタンスを小さくすることができる。これにより、スイッチング素子２３を動作させた際に、スイッチング素子２３の端子間に生じるサージ電圧を小さくすることができる。そのため、スイッチング素子２３が破壊されにくくなる。また、コンデンサ１３（図６参照）を小さくできる等のメリットもある。
【００３７】
以上のごとく、本例によれば、パワー端子６とバスバー５とを溶接しやすい電力変換装置１を提供することができる。
【００３８】
（実施例２）
本例は、バスバー５の形状を変更した例である。図７、図８に示すごとく、本例は、バスバー５の側部に、Ｚ方向に延びるスリット５０をＸ方向に複数個形成した。そして、隣り合う２個のスリット５０の間に形成された突出部５１の根元部分５２において、バスバー５の板厚を部分的に薄くした。
このようにすると、突出部５１の根元部分５２の板厚が薄いので、接続部６１を突出部５１に押し当てた場合に、この根元部分５２が弾性変形しやすい。そのため、接続部６１とバスバー５を密着させやすくなり、これら接続部６１とバスバー５を溶接しやすくなる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。
【００３９】
（実施例３）
本例は、バスバー５の形状を変更した例である。図９に示すごとく、本例では、突出部５１の根元部分５２は、積層方向Ｘの少なくとも一方側から切り欠かれた切欠部５３を有する。
このようにすると、突出部５１の根元部分５２がより変形しやすくなる。そのため、パワー端子６の接続部６１とバスバー５とを密着させやすくなり、これらの溶接を更に容易に行える。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。
【００４０】
（実施例４）
本例は、バスバー５の形状を変更した例である。図１０〜図１２に示すごとく、本例のバスバー５は、板状であり、スリット部が形成されておらず、端面５２０から少し離れた位置に、Ｘ方向に延びる凹部５４を形成した。そして、パワー端子６の接続部６１に押圧されることにより、薄肉部５４ａ，５４ｂが弾性変形するようにした。
このようにすると、バスバー５にスリットを形成する必要がなくなる。また、凹部５４は、例えば研削加工を行って形成することができる。研削加工は低コストで行えるため、バスバー５の製造コストを低くすることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
２０  本体部
３  冷却チューブ
４  積層体
５  バスバー
６  パワー端子
６０  端子本体部
６１  接続部
【図１】
0005387425.tif 000002
【図２】
0005387425.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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