(57)【要約】【課題】大きさを小型化することができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、半導体モジュール４１と、半導体モジュール４１を冷却する冷却器６とを有する半導体ユニット４と、半導体ユニット４を収容する導電性材料からなるケース２と、半導体モジュール４１の主電極端子４１２と接続された電極バスバー４２とを有している。ケース２は、半導体ユニット４の周囲に配されたケース壁部２１を有しており、ケース壁部２１には、外部機器と接続された外部バスバー７を挿通可能に、貫通形成された貫通孔２１２が形成されている。ケース壁部２１の貫通孔２１２と隣り合う位置には、電極バスバー４２と外部バスバー７とを載置し接続するための端子台３が一体に接合されている。端子台３が、電極バスバー４２及び外部バスバー７とケース２との間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されている。【選択図】図１
2014236604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュール（４１）と、該半導体モジュール（４１）を冷却する冷却器（６）とを有する半導体ユニット（４）と、
該半導体ユニット（４）を収容する、導電性材料からなるケース（２）と、
上記半導体モジュール（４１）の主電極端子（４１２）と接続された電極バスバー（４２）とを有しており、
上記ケース（２）は、上記半導体ユニット（４）の周囲に配されたケース壁部（２１、２１ａ、２１ｂ）を有しており、
該ケース壁部（２１、２１ａ、２１ｂ）には、外部機器と接続された外部バスバー（７）を挿通可能に、貫通形成された貫通孔（２１２）が形成されており、
上記ケース壁部（２１、２１ａ、２１ｂ）の上記貫通孔（２１２）と隣り合う位置には、上記電極バスバー（４２）と上記外部バスバー（７）とを載置し接続するための端子台（３）が一体に接合されており、該端子台（３）が、上記電極バスバー（４２）及び該外部バスバー（７）と上記ケース（２）との間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項２】
上記ケース（２）の内側において上記貫通孔（２１２）と隣接した位置には、上記端子台（３）を支承する支承面（２２１）を備えた搭載部（２２）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
【請求項３】
上記支承面（２２１）における上記貫通孔（２１２）の貫通方向と交差した方向に配された両端部には、上記端子台（３）側に立設するように一対の側方内壁部（２３４）がそれぞれ形成されており、上記端子台（３）は、上記一対の側方内壁部（２３４）の表面に配され、上記電極バスバー（４２）及び上記外部バスバー（７）と、上記側方内壁部（２３４）との間を電気的に絶縁する側方絶縁部（３２）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）。
【請求項４】
上記側方絶縁部（３２）は、上記側方内壁部（２３４）の表面と、上記ケース壁部（２１、２１ａ、２１ｂ）における内周面の少なくとも一部との間に、連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項５】
上記一対の側方内壁部（２３４）における上記端子台（３）と反対側の端部には、該端部同士の少なくとも一部を繋ぐように形成された金属製のシールド部材（２３）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項６】
上記端子台（３）の上記貫通方向における長さ寸法は、上記電極バスバー（４２）と上記外部バスバー（７）とを接続するのに用いられる接続用金具（３３）の外形よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【請求項７】
上記ケース（２）と上記端子台（３）とが、接着剤によって一体に接合された接着複合体（１００）を形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車などにおいては、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器とを有する半導体ユニットを備えた電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置としては、例えば、特許文献１に示されたものがある。
【０００３】
特許文献１の電力変換装置は、複数の半導体モジュールと冷却器とを積層した半導体ユニットと、半導体ユニットと外部負荷とを接続するための端子台と、半導体ユニット及び端子台を収容するケースとを有している。
端子台上には、半導体モジュールにおける主電極端子と接続されたバスバーと、外部負荷と接続された外部配線とが配置されており、両者が接続固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電力変換装置には以下の問題点がある。
特許文献１の電力変換装置において、端子台とケースとは、ボルトなどの固定用部材によって固定されるのが一般的である。そのため、端子台には、固定用部材を配するための固定部が必要となる。そのため、バスバーと外部配線とを接続するのに必要な大きさに、固定部の大きさが加わり、端子台の大きさが大きくなる。そのため、端子台を収容するケースの大きさが大型化し、電力変換装置自体の大きさが大型化することとなる。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型化が可能な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】
【０００７】
本発明の一態様は、 半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器とを有する半導体ユニットと、
該半導体ユニットを収容する、導電性材料からなるケースと、
上記半導体モジュールの主電極端子と接続された電極バスバーとを有しており、
上記ケースは、上記半導体ユニットの周囲に配されたケース壁部を有しており、
該ケース壁部には、外部機器と接続された外部バスバーを挿通可能に、貫通形成された貫通孔が形成されており、
上記ケース壁部の上記貫通孔と隣り合う位置には、上記電極バスバーと上記外部バスバーとを載置し接続するための端子台が一体に接合されており、該端子台が、上記電極バスバー及び該外部バスバーと上記ケースとの間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されていることを特徴とする電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記電力変換装置において、上記ケース壁部の上記貫通孔と隣り合う位置には、上記端子台が一体に接合されている。つまり、上記ケースと上記端子台とは、ボルトなどの固定用部材を用いることなく、両者を互いに接触させて一体に接合している。そのため、端子台に従来必要であった固定用部材が配される部位を省略することができる。これにより、上記端子台の大きさを小型化することができる。
【０００９】
また、上記ケース壁部と上記端子台とを、固定用部材を介することなく、直接接合することにより、両者の間の隙間を省略することができる。また、上記ケース壁部と上記端子台とを直接接合することにより、両者間における位置決めをより正確に行うことができる。そのため、上記端子台の組み付けばらつきに伴う、上記電極バスバー及び上記外部バスバーの位置ずれを抑制することができる。これにより、上記ケース内における上記端子台を配置するために必要なスペースを小さくし、上記ケースの小型化をすることができる。
このように、上記ケースを小型化することで、上記電力変換装置を小型化することができる。
【００１０】
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、その大きさを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、電力変換装置の断面図。
【図２】図１における、端子台周辺の部分拡大図。
【図３】図２における、III−III矢視断面図。
【図４】図３における、IV−IV矢視断面図。
【図５】実施例２における、電力変換装置の部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記電力変換装置において、上記ケースの内側における上記貫通孔と隣接した位置には、上記端子台を支承する支承面を備えた搭載部が形成されていることが好ましい。この場合には、上記端子台の形状を簡略化しつつ、上記搭載部によって、上記端子台を確実かつ安定して支承することができる。
【００１３】
また、上記支承面における上記貫通孔の貫通方向と交差した方向に配された両端部には、上記端子台側に立設するように一対の側方内壁部がそれぞれ形成されており、上記端子台は、上記一対の側方内壁部の表面に配され、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと、上記側方内壁部との間を電気的に絶縁する側方絶縁部を有していてもよい。この場合には、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと上記側方内壁部との接触を上記側方絶縁部によって防止することができる。これにより、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと上記側方内壁部との間における電気的絶縁を確保することができる。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
上記電力変換装置にかかる実施例について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すごとく、電力変換装置１は、半導体モジュール４１と、半導体モジュール４１を冷却する冷却器６とを有する半導体ユニット４と、半導体ユニット４を収容する導電性材料からなるケース２と、半導体モジュール４１の主電極端子４１２と接続された電極バスバー４２とを有している。ケース２は、半導体ユニット４の周囲に配されたケース壁部２１を有しており、ケース壁部２１には、外部機器と接続された外部バスバー７を挿通可能に、貫通形成された貫通孔２１２が形成されている。ケース壁部２１の貫通孔２１２と隣り合う位置には、電極バスバー４２と外部バスバー７とを載置し接続するための端子台３が一体に接合されている。端子台３が、電極バスバー４２及び外部バスバー７とケース２との間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されている。
【００１５】
以下、さらに詳細に説明する。
本例においては、図１及び図３に示すごとく、半導体モジュール４１と冷却器６６の冷却チューブ６１とが積層された方向を積層方向Ｘ、冷却チューブ６１の長手方向を横方向Ｙ、また、積層方向Ｘ及び横方向Ｙの両方に対して直交する方向を高さ方向Ｚとして、以下説明する。
また、積層方向Ｘにおいて、冷媒導入管６２１及び冷媒排出管６２２がケース２から突出した先端部側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、後述する蓋体２４が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
【００１６】
本例の電力変換装置１は、電気自動車において、直流電源から供給される電力を三相交流へと変換し出力するものである。
図１に示すごとく、本例において、電力変換装置１を構成する半導体ユニット４は、複数の半導体モジュール４１と、半導体モジュール４１を冷却する冷却器６とを有している。
【００１７】
図１に示すごとく、冷却器６は、半導体モジュール４１の両面に配された冷却チューブ６１と、冷却チューブ６１へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管６２１及び冷媒排出管６２２とを有している。冷却チューブ６１は、アルミニウム等の金属によって構成されており、内部に冷媒を流通する冷媒流路６１１を有している。複数の冷却チューブ６１は、半導体モジュール４１を両面から挟持するように配されており、隣り合う冷却チューブ６１は、横方向Ｙの両端部付近において連結管（図示略）によって、互いに連結されている。そして、冷却チューブ６１と半導体モジュール４１とが交互に積層されることによって、積層部が形成されている。
【００１８】
図１に示すごとく、冷媒導入管６２１及び冷媒排出管６２２は、前端部に配された冷却チューブ６１の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管６２１から導入された冷却媒体は、適宜冷却チューブ６１を繋ぐ連結管を通り、各冷却チューブ６１に分配されると共にその長手方向（横方向Ｙ）に流通する。そして、各冷却チューブ６１を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール４１との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管を通り、冷媒排出管６２２に導かれ排出される。冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
【００１９】
図１に示すごとく、半導体モジュール４１は、スイッチング素子を有する本体部４１１と、本体部４１１から上方に向かって延びる複数の制御端子４１３と、本体部４１１から下方に向かって延びる複数の主電極端子４１２とを有している。
【００２０】
図１に示すごとく、半導体ユニット４を構成する半導体モジュール４１としては、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を内蔵してなる。本例の半導体モジュール４１における本体部４１１は、平板状をなしており、２つのスイッチング素子を樹脂モールドして形成されている。
本体部４１１から上方に延びるよう形成された制御端子４１３は、制御回路基板８１と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
【００２１】
図１及び図３に示すごとく、本体部４１１から下方に延びるよう形成された主電極端子４１２は、正極端子、負極端子及び出力端子の３つからなる。各主電極端子４１２には、電極バスバー４２が接続されており、正極端子及び負極端子に接続された一対の電極バスバー４２の一端は、直流電源と接続するため端子台３上に配される。また、出力端子におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続された出力バスバー（図示略）の一端は、三相交流回転電気と接続するため、図示しない出力端子台上に配される。尚、本例においては、電極バスバー４２と出力バスバーとをそれぞれ別の端子台に配しているが、１つの端子台上において、各バスバーと外部バスバー７とを接続してもよい。
【００２２】
図１に示すごとく、半導体ユニット４の下方には、半導体ユニット４と共に電力変換回路を構成する電子部品８２が配してある。電子部品８２としては、例えば、リアクトルやコンデンサ等がある。
【００２３】
図１に示すごとく、半導体ユニット４を収容するケース２は、略矩形からなる平板状のケース底部２５と、ケース底部２５の外周縁全周から上方に向かって立設したケース壁部２１と、ケース壁部２１の上部に配されるケース蓋体２４とを有している。
【００２４】
図１に示すごとく、本例において、ケース底部２５は絶縁性樹脂によって形成されており、ケース壁部２１の下端内周に接合されている。
また、ケース蓋体２４は、略平板状をなしており、ケース壁部２１上端における開口部を覆っている。
【００２５】
図１に示すごとく、ケース壁部２１は、軸方向が上下方向となる四角筒状をなしており、一つのケース壁部２１ａには、冷却器６の冷媒導入管６２１及び冷媒排出管６２２がそれぞれ配される略Ｕ字状からなる一対の配管用貫通孔２１３が形成してある。
また、図１及び図２に示すごとく、配管用貫通孔２１３が形成されたケース壁部２１ａと対向して形成されたケース壁部２１ｂは、端子台３が接合される搭載部２２と、搭載部２２上に配されたシールド部材２３とを有している。
【００２６】
図２及び図３に示すごとく、搭載部２２は、ケース壁部２１ｂの上端部近傍に形成された略矩形形状の凹部２１１の内側から、ケース２の外側の位置に形成してある。搭載部２２は、端子台３を支承する支承面２２１を有している。
支承面２２１は、ケース壁部２１ｂの上端部から下方に向かって窪むように形成された凹部２１１における下端から、ケース２の外側に向かって水平に形成されている。本例においては、搭載部２２を、ケース２の外側へ部分的に突出させている。そのため、ケース２内におけるスペースを有効に活用しつつ、電力変換装置１の大型化を最小限に抑えることができる。
【００２７】
図２〜図４に示すごとく、端子台３には、シールド部材２３が配されている。シールド部材２３は、アルミニウム合金からなり、端子台３の上方に配される上方シールド部２３１と、上方シールド部２３１の前端部から下方に延びる前方シールド部２３２と、前方シールド部２３２の下端から後方に向かって延びる下端シールド部２３３と、前方シールド部２３２の横方向Ｙ両端から後方に向かって延びる一対の側方内壁部２３４とを有している。
【００２８】
図２〜図４に示すごとく、上方シールド部２３１は、一対の側方内壁部２３４における上端部の一部同士を繋ぐように形成されている。
前方シールド部２３２には、長手方向が横方向Ｙとなるように形成された長円形状の貫通孔２１２が貫通形成されており、外部バスバー７を挿通配置可能に構成されている。尚、貫通孔２１２の貫通方向は、積層方向Ｘと平行となる。
【００２９】
図２〜図３に示すごとく、一対の側方内壁部２３４は、平板状をなしており、前方シールド部２３２の横方向Ｙ両端から、支承面２２１の横方向Ｙ両端に沿うように形成されている。尚、本例の側方内壁部２３４は、別部材として形成されたシールド部材２３の一部として形成されており、ケース２とシールド部材２３とを接合することでケース壁部２３ｂに形成される。
【００３０】
図２〜図４に示すごとく、搭載部２２に配された端子台３は、略直方体をなす端子台本体部３１と、端子台本体部３１の上面における横方向Ｙ両端から上方に向かって延びる一対の側方絶縁部３２とを有している。
【００３１】
図２及び図３に示すごとく、端子台本体部３１は、絶縁性樹脂によって形成されており、長手方向が横方向Ｙとなるように支承面２２１上に接合されている。また、端子台本体部３１における積層方向Ｘの幅は、外部バスバー７と電極バスバー４２とを接続するための接続用金具３３の外径寸法より大きく、接続用金具３３のナット３３１を内蔵している。本例において、接続用金具３３は、一対のボルト３３２と一対のナット３３１とからなり、一対のナット３３１は横方向Ｙに並んで端子台３に内蔵されている。各接続用金具３３上において、電極バスバー４２と外部バスバー７と重ねて配すると共に、電極バスバー４２及び外部バスバー７のボルト挿通穴７１にボルト３３２を相通し、ボルト３３２とナット３３１とを螺合することにより、電極バスバー４２及び外部バスバー７を固定接続している。
【００３２】
図２〜図４に示すごとく、端子台本体部３１の上面における横方向Ｙ両端から上方に向かって延びる一対の側方絶縁部３２は、側方内壁部２３４を覆う内壁被覆部３２１と、ケース壁部２１ｂの内周面の一部を覆うケース被覆部３２３とを有している。内壁被覆部３２１とケース被覆部３２３とは連続して形成されている。また、ケース被覆部３２３は、凹部２１１の周囲を一定範囲覆うように形成されている。本例においては、ケース被覆部３２３は、凹部２１１の下方におけるケース壁部２１ｂの内周面にも形成されている。
【００３３】
ケース２、シールド部材２３及び端子台３は、接着剤によって、一体に接合された接着複合体１００をなしている。本例においては、まずシールド部材２３と端子台３とを接着剤によって接合した後、これをケース２の搭載部２２に接着剤を用いて接合した。このような接着複合体１００を形成する方法として、例えば、特開２００９−６４６４８に示された方法などがある。
【００３４】
具体的に説明すると、ケース２及びシールド部材２３の表面には、微細凹凸面が形成されると共に、微細凹凸面の表面に金属酸化物層又は金属リン酸化物層が形成される。ケース２、シールド部材２３、及び端子台３を、一液性熱硬化型樹脂接着剤の硬化物である接着剤層によって接着接合することで接着複合体１００が形成される。
【００３５】
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置１において、ケース壁部２１の貫通孔２１２と隣り合う位置には、端子台３が一体に接合されている。つまり、ケース２と端子台３とは、ボルト３３２などの固定用部材を用いることなく、両者を互いに接触させて一体に接合している。そのため、端子台３に従来必要であった固定用部材が配される部位を省略することができる。これにより、端子台３の大きさを小型化すことができる。
【００３６】
また、ケース壁部２１と端子台３とを、固定用部材を介することなく、直接接合することにより、両者の間に隙間を省略することができる。また、ケース壁部２１と端子台３とを直接接合することにより、両者間における位置決めをより正確に行うことができる。そのため、端子台３の組み付けばらつきに伴う、電極バスバー４２及び外部バスバー７の位置ずれを抑制することができる。これにより、ケース２内における端子台３を配置するために必要なスペースを小さくし、ケース２の小型化をすることを防止できる。
このように、ケース２を小型化することで、電力変換装置１を小型化することができる。
【００３７】
また、ケース２の内側における貫通孔２１２と隣接した位置には、端子台３を支承する支承面２２１を備えた搭載部２２が形成されている。そのため、端子台３の形状を簡略化しつつ、搭載部２２によって、端子台３を確実かつ安定して支承することができる。
【００３８】
また、支承面２２１における貫通孔２１２の貫通方向（積層方向Ｘ）と交差した方向（横方向Ｙ）に配された両端部には、端子台３側に立設するように一対の側方内壁部２３４がそれぞれ形成されており、端子台３は、一対の側方内壁部２３４の表面に配され、電極バスバー４２及び外部バスバー７と、側方内壁部２３４との間を電気的に絶縁する側方絶縁部３２を有している。そのため、電極バスバー４２及び外部バスバー７と側方内壁部２３４との接触を側方絶縁部３２によって防止することができる。これにより、電極バスバー４２及び外部バスバー７と側方内壁部２３４との間における絶縁を確保することができる。
【００３９】
また、側方絶縁部３２は、側方内壁部２３４の表面と、ケース壁部２１における内周面の少なくとも一部との間に、連続して形成されている。そのため、側方絶縁部３２によってより広範囲を覆うことができる。これにより、電極バスバー４２及び外部バスバー７と側方内壁部２３４との通電をより確実に防止することができる。
【００４０】
一対の側方内壁部２３４における端子台３と反対側の端部には、端部同士の少なくとも一部を繋ぐように形成された金属製のシールド部材２３を備えている。そのため、端子台３における、貫通方向と直行する方向を、シールド部材２３とケース壁部２１とによって囲うことができる。これにより、シールド部材２３とケース壁部２１とが電気シールドの役割を果たし、端子台３の周囲に電気ノイズが伝播することを防止できる。
【００４１】
端子台３の貫通方向における長さ寸法は、電極バスバー４２と外部バスバー７とを接続するのに用いられる接続用金具３３の外形よりも大きく設定してある。そのため、接続用金具３３を端子台３に内蔵することができる。これにより、電力変換装置１の構成部品の点数を提言することができる。
【００４２】
ケース２と端子台３とが、接着剤によって一体に接合された接着複合体１００を形成している。そのため、ケース２と端子台３とを容易かつ確実に接合することができる。
【００４３】
以上のごとく、本例の電力変換装置１によれば、その大きさを小型化することができる。
【００４４】
尚、本例においては、搭載部２２を、ケース壁部２１ｂとシールド部材２３とによって構成したがこれに限るものではない。例えば、ケース壁部２１ｂによって一体に形成してもよいし、シールド部材２３によって構成する範囲を拡大してもよい。
【００４５】
（実施例２）
本例は、実施例１における電力変換装置の形状を変更した例である。
図５に示すごとく、本例の電力変換装置１においては、搭載部２２を、ケース壁部２１ｂからケースの内側に向かって突出させている。
尚、本例又は本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００４６】
本例の電力変換装置１においては、搭載部２２が、ケース２の外側に突出することが無いため、電力変換装置１の大きさに影響を与えることがない。したがって、電力変換装置１をより小型化することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  電力変換装置
１００  接着複合体
２  ケース
２１  ケース壁部
２１２  貫通孔
３  端子台
４  半導体ユニット
４１  半導体モジュール
４１２  主電極端子
４２  電極バスバー
６  冷却器
７  外部バスバー
【図１】
2014236604.tif 000003
【図２】
2014236604.tif 000004
【図３】
2014236604.tif 000005
【図４】
2014236604.tif 000006
【図５】
2014236604.tif 000007