(57)【要約】【課題】バスバを絶縁体に拘束してバスバの浮き上がりを防止し、又は抑制することが可能な半導体モジュールの端子接続構造を提供する。【解決手段】複数の半導体モジュール２のそれぞれから同一方向に突出する正極端子２ｂ及び負極端子２ｃと所定の接続対象部品４とをバスバ５、６を介して接続する半導体モジュールの端子接続構造において、各バスバ５、６には、平坦に延びる板部と、板部から同一方向に屈曲して正極側端子２ｂ又は負極側端子２ｃと接合される接合部とが設けられ、バスバ５、６は、半導体モジュール２側から端子２ｂ、２ｃの突出方向に沿って、いずれか一方のバスバ５の板部、絶縁体７、及び他方のバスバ６の板部の順で重なるように配置され、他方のバスバ６には、当該バスバが端子２ｂ、２ｃの突出方向に関して絶縁体７から遠ざかる側に変位しないようにして絶縁体７とかみ合う拘束部６ｄが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体モジュールのそれぞれから同一方向に突出する正極端子及び負極端子と所定の接続対象部品とを正極側バスバ及び負極側バスバを介して接続する半導体モジュールの端子接続構造であって、
前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれには、平坦に延びる板部と、前記板部から同一方向に屈曲して前記正極側端子又は前記負極側端子と接合される接合部とが設けられ、
前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれは、前記複数の半導体モジュール側から前記正極端子及び負極端子の突出方向に沿って、いずれか一方のバスバの板部、絶縁体、及び他方のバスバの板部の順で重なるように、かつ前記正極側バスバの前記接合部が前記正極端子に、前記負極側バスバの前記接合部が前記負極端子にそれぞれ接合するように配置され、
前記他方のバスバには、当該他方のバスバが前記突出方向に関して前記絶縁体から遠ざかる側に変位しないようにして前記絶縁体とかみ合う拘束部が設けられている半導体モジュールの端子接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体モジュールのそれぞれの正極端子及び負極端子と接続対象とがバスバを介して接続された端子接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ回路、コンバータ回路等を含んだ電力変換装置には、パワー半導体とも称される複数の半導体モジュールが実装されている。半導体モジュールはコンデンサ等の接続対象部品と適宜に接続されるが、その接続を実現する構造として、複数の半導体モジュールがそれぞれの正極端子及び負極端子を同一方向に揃って突出させるようにして一列に並べて積層され、半導体モジュールの列上には一対のバスバの板部がそれらの間に絶縁体を挟むようにして重ね合わされ、一方のバスバの板部から起こされた接合部が各半導体モジュールの正極端子に、他方のバスバの板部から起こされた接合部が各半導体モジュールの負極端子にそれぞれ接合された端子接続構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１２８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
絶縁体を挟んで一対のバスバの板部を重ね合わせた構造では、絶縁体に対して半導体モジュールの反対側に配置されるバスバが絶縁体から浮き上がることによって不都合が生じるおそれがある。例えば、バスバを極小距離で並行に配置した構造では、相互インダクタンスによるインダクタンス低減効果が期待できるが、バスバが浮き上がれば板部間の距離が拡大し、インダクタンス低減効果が損なわれるおそれがある。あるいは、バスバの浮き上がりにより、板部と絶縁体との接触面積が減少して絶縁性が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明はバスバを絶縁体に拘束してバスバの浮き上がりを防止し、又は抑制することが可能な半導体モジュールの端子接続構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る端子接続構造は、複数の半導体モジュールのそれぞれから同一方向に突出する正極端子及び負極端子と所定の接続対象部品とを正極側バスバ及び負極側バスバを介して接続する半導体モジュールの端子接続構造であって、前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれには、平坦に延びる板部と、前記板部から同一方向に屈曲して前記正極側端子又は前記負極側端子と接合される接合部とが設けられ、前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれは、前記複数の半導体モジュール側から前記正極端子及び負極端子の突出方向に沿って、いずれか一方のバスバの板部、絶縁体、及び他方のバスバの板部の順で重なるように、かつ前記正極側バスバの前記接合部が前記正極端子に、前記負極側バスバの前記接合部が前記負極端子にそれぞれ接合するように配置され、前記他方のバスバには、当該他方のバスバが前記突出方向に関して前記絶縁体から遠ざかる側に変位しないようにして前記絶縁体とかみ合う拘束部が設けられているものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一形態に係る端子接続構造が適用された電力変換装置の一例を示す斜視図。
【図２】一対のバスバと絶縁体との積層部分の詳細を示す斜視図。
【図３】図２に示した拡大部分を図１のＹ方向に沿って見た状態を示す垂直断面図。
【図４】図２に示した拡大部分を図１のＸ方向に沿って見た状態を示す垂直断面図。
【図５】負極側バスバを絶縁体に装着する様子を示す図。
【図６】負極側バスバが絶縁体に装着された状態を示す図。
【図７】負極側バスバを形成する基礎として打ち抜かれた原版を示す図。
【図８】図７の原版に基づいて形成される一次中間品を示す斜視図。
【図９】図７の原版に基づいて形成される二次中間品を示す斜視図。
【図１０】負極側バスバの最終形状を示す斜視図。
【図１１】図５の変形例を示す図。
【図１２】図６の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図１０を参照して本発明の一形態を説明する。図１は、本形態の端子接続構造が適用された電力変換装置の一例を示している。図示の電力変換装置１は、例えば電動車両のパワーコントロールユニットに組み込まれ、車両のバッテリから印加される電圧を昇圧し、あるいは電動機から印加される電圧を降圧するコンバータ回路、及び直流電力と交流電力との変換を担当するインバータ回路といった駆動回路を含んでいる。回路構成は適宜でよく、その詳細は説明を省略する。電力変換装置１には、一列に並べられた複数の半導体モジュール２と、それらの半導体モジュール２を冷却する冷却器３と、各半導体モジュール２の接続対象部品の一例としてのコンデンサ４と、各半導体モジュール２とコンデンサ４とを接続する一対のバスバ５、６と、バスバ５、６の間に介在する絶縁体７とを備えている。なお、複数の半導体モジュール２は互いに等しい構成を備えており、図１ではそれらの一部のみに代表して参照符号を付してある。以下同様に、構成が等しい複数の要素については、一部の要素のみに代表して参照符号を付すことがある。また、以下において、電力変換装置１における方向を特定する場合には、図１に示すように、半導体モジュール２の並び方向をＸ方向、並び方向と直交する上下方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向の両者に直交する方向をＹ方向と称し、各方向における向きについては＋で示した側を正方向、−で示した側を負方向と称することがある。ただし、これらの呼称は説明の便宜のために設定するものである。
【０００９】
半導体モジュール２は、一例として、コンバータ回路又はインバータ回路における電力変換用のスイッチング素子として構成されている。その種の半導体モジュール２はパワー半導体と呼ばれることがある。各半導体モジュール２は、スイッチング素子を構成するトランジスタ、ダイオード等の素子類が封入された平坦なカード状、一例として矩形のカード状のパッケージ２ａを有し、パッケージ２ａの一側面からは正極端子２ｂ、負極端子２ｃ及び中点端子２ｄが同一方向（図１ではＺ正方向）に突出するようにして引き出されている。各端子２ｂ、２ｃ及び２ｄは、一例として半導体モジュール２のパッケージ２ａの表裏面と平行な平板状に形成され、端子２ｂ、２ｃ、２ｄの並び方向はパッケージ２ａの辺方向と平行である。
【００１０】
冷却器３には、図１のＸ方向に互いに平行かつ等間隔に配置された複数の平板状の熱交換部３ａと、それらの熱交換部３ａに対して冷媒、例えば冷水を流通させる一対の冷媒管３ｂとが設けられている。冷媒はいずれか一方の冷媒管３ｂから流入して他方の冷媒管３ｂから排出される。熱交換部３ａの個数は半導体モジュール２よりも一つ多く設定されている。半導体モジュール２は、それらの端子２ｂ、２ｃ、２ｄの突出方向を同一方向、例えば図１のＺ正方向に揃えた状態で熱交換部３ａ間の隙間に一つずつ配置されることにより、図１のＸ方向に一列に並べて配置されている。バスバ５、６及び絶縁体７は、冷却器３の上面側（Ｚ正方向の側）に、一方のバスバ５、絶縁体７及び他方のバスバ６の順で重ね合わせて配置されている。下側のバスバ５は各半導体モジュール２の正極端子２ｂとコンデンサ４とを接続し、上側のバスバ６は各半導体モジュール２の負極端子２ｃとコンデンサ４とを接続する。以下、バスバ５を正極側バスバ５、バスバ６を負極側バスバ６と呼ぶことがある。なお、中点端子２ｄの接続先に関しては説明を省略する。
【００１１】
バスバ５、６及び絶縁体７の積層部分の詳細を図２〜図４に示す。なお、図２は図１の部分拡大図、図３及び図４は図２に示した拡大部分における垂直断面図であって、いずれの図でも正極端子２ｂ及び負極端子２ｃの図示は省略されている。まず、図３及び図４に示したように、正極側バスバ５は、絶縁体７の下面側に沿って平坦に延びる板部５ａと、その板部５ａから同一方向（Ｚ正方向）に概略９０°屈曲する複数の接合部５ｂとを備えている。接合部５ｂのそれぞれは半導体モジュール２の正極端子２ｂと１対１に対応付けて設けられ、接合部５ｂの個数は正極端子２ｂの個数に等しく、それらの並び方向の間隔は正極端子２ｂの間隔と等しい。それにより、正極側バスバ５を冷却器３上に配置したとき、各接合部５ｂは半導体モジュール２のそれぞれの正極端子２ｂと向かい合うようにして正極端子２ｂと接触する。
【００１２】
負極側バスバ６は、絶縁体７の上面側に沿って平坦に延びる板部６ａと、その板部６ａから同一方向に概略９０°屈曲する複数の接合部６ｂとを備えている。接合部６ｂのそれぞれは半導体モジュール２の負極端子２ｃと１対１に対応付けて設けられ、接合部６ｂの個数は負極端子２ｃの個数に等しく、それらの並び方向の間隔は負極端子２ｃの間隔と等しい。それにより、負極側バスバ６を絶縁体７上に配置したとき、各接合部６ｂは半導体モジュール２のそれぞれの負極端子２ｃと向かい合うようにして負極端子２ｃと接触する。なお、板部５ａ、６ａは概ね一枚の平板状に形成されるが、それぞれの一部が１８０°折り返されている。したがって、図３及び図４では板部５ａ、６ａのそれぞれが二枚重ねの平板状に示されている（図４の参照符号５、６を参照）。
【００１３】
絶縁体７は例えば樹脂等の絶縁性の材料によって構成される。図３によく示されているように、絶縁体７には、平板状の基部７ａと、基部７ａから同一方向（Ｚ正方向）に突出する中空の筒部７ｂとが設けられている。基部７ａには、正極側バスバ５が嵌め合わされるバスバ取付溝７ｃが形成されている。バスバ取付溝７ｃにより基部７ａには薄板部７ｄが生じる。その薄板部７ｄを挟んでバスバ５、６の板部５ａ、５ｂが向かい合うことにより、バスバ５、６間における並走効果が増大し、相互インダクタンスによるインダクタンス低減効果が増大する。筒部７ｂは正極端子２ｂ及び正極側バスバ５の接合部５ｂを通過させる部分である。筒部７ｂの個数は正極端子２ｂ及び接合部５ｂの個数に等しく、かつ筒部７ｂの並び間隔も正極端子２ｂ及び接合部５ｂの並び間隔と同じである。負極側バスバ６には、各筒部７を通過させるための抜き孔６ｃが形成されている。
【００１４】
図３に示したように、絶縁体７の基部７ａにおいて、バスバ取付溝７ｃの反対側に位置する端部には掛止部７ｅ及び溝部７ｆが設けられている。一方、図２に示したように、負極側バスバ６の一端部（図１のＹ正方向の端部）には複数の爪部６ｄが形成されている。各爪部６ｄは、負極側バスバ６が半導体モジュール２の端子２ｂ、２ｃの突出方向に関して絶縁体７から遠ざかる側に変位しないようにして絶縁体７とかみ合う拘束部の一例として設けられている。すなわち、図５に矢印Ｆで示したように、負極側バスバ６を絶縁体７の上方から基部７ａに乗せる際、爪部６ｄは基部７ａの掛止部７ｅを乗り越えて溝部７ｆに嵌り合う。爪部６ｄの先端側は１８０°折り返された形状であって厚みが増している。したがって、爪部６ｄが溝部７ｆに嵌り合うことにより、端子２ｂ、２ｃの突出方向（図１のＺ正方向）に関して爪部６ｄが掛止部７ｅとかみ合い、それにより、爪部６ｄが端子２ｂ、２ｃの突出方向に相対変位不可能となるように絶縁体７に拘束される。このため、負極側バスバ６の浮き上がりが阻止される。仮に負極側バスバ６が絶縁体７から浮き上がれば、バスバ５、６の板部５ａ、６ａ間の距離が拡大して上述したインダクタンス低減効果が損なわれ、あるいは負極側バスバ６と絶縁体７との接触面積が減少して絶縁性が低減する、といった不都合が生じるおそれがあるが、爪部６ｄにて負極側バスバ６の浮き上がりが阻止されることにより、そのような不都合の発生を抑制し、あるいは防止することができる。なお、図５において、負極側バスバ６を下方に移動させて絶縁体７上に装着するのは、抜き孔６ｃに絶縁体７の筒部７ｂを通過させるためである。つまり、抜き孔６ｃを筒部７ｂが貫通する構造のため、絶縁体７に対して負極側バスバ６を板部６ａの表面に沿った方向に変位させることは困難又は不可能である。そのため、爪部６ｄも、絶縁体７の上方からの装着時に掛止部７ｅを乗り越えて溝部７ｆにはめ合わせることが可能な形状とされている。各バスバ５、６のコンデンサ４側の端部は、例えばコンデンサ４との接合部分にて適宜に拘束される。よって、負極側バスバ６の反対側（図１のＹ正方向）の端部を爪部６ｄにて拘束すれば、負極側バスバ６の浮き上がりは十分に抑制することが可能である。
【００１５】
次に、図７〜図１０を参照して負極側バスバ６を形成する手順の一例を説明する。負極側バスバ６を形成するには、まず図７に示すように、一枚の導電性の金属板を打ち抜き加工して負極側バスバ６の原版６Ａを形成する。その原版６Ａには接合部６ｂ及び抜き孔６ｃが打ち抜かれて板部６ａと面一の状態で形成される。ただし、接合部６ｂは二列に亘って千鳥状に形成されている。接合部６ｂの各列において、接合部６ｂの並び間隔は、最終製品の負極側バスバ６における接合部６ｂの並び間隔の２倍である。また、接合部６ｂの列間の二箇所には爪部６ｄが板部６ａと面一の状態で形成される。次に、図８に矢印Ｂで例示したように、外側の列の接合部６ｂが下方に略９０°、内側の列の接合部６ｂが上方に略９０°それぞれ折り曲げられる。これにより一次中間品６Ｂが形成される。その後、接合部６ｂの列間の中間に設定された折れ線ＦＬ−ＦＬに沿って外側の列の接合部６ｂが板部６ａの上面側と重なるように１８０°折り返される（矢印Ｃ参照）。これにより、図９に示した二次中間品６Ｃが形成される。なお、このときの折り返し部分は板部６ａに対して溶接等によって接合されてよい。二次中間品６Ｃにおいて接合部６ｂは一列に整列し、それらの接合部６ｂの間隔は負極側バスバ６における接合部６ｂの間隔と一致する。爪部６ｄは板部６ａと面一をなすように延ばされた状態に維持される。その後、図９に矢印Ｄで示したように二次中間品６Ｃの爪部６ｄが下方に折り曲げられる。具体的には爪部６ｄの先端側が下方に略１８０°折り曲げられるとともに、爪部６ｄの基部側が下方に略９０°折り返される。また、板部６ａの両端等も必要に応じて折り返される。それにより、図１０に示した負極側バスバ６が形成される。
【００１６】
本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されず、種々の変形又は変更が施された形態にて実施されてよい。例えば、上記の形態では、負極側バスバ６の爪部６ｄを絶縁体７への装着前の段階で予め所定形状に成形したが、例えば図１１及び図１２に示したように、負極側バスバ６を絶縁体７に乗せた後に爪部６ｄを掛止部７ｅに沿って図１１の矢印Ｅで示したごとく折り曲げ加工することにより、爪部６ｄを掛止部７ｅとかみ合わせるようにしてもよい。この他にも、バスバの浮き上がりを防ぐための拘束部はバスバの適宜の位置に設けられてよく、その形状も絶縁体から遠ざかる側へのバスバの変位を抑制できる限りにおいて適宜に変形可能である。例えば、絶縁体７の基部（ただし、薄板部７ｄの範囲を除く）に貫通孔を形成し、その貫通孔に負極側バスバ６と一体の先広がり形状のボス、ピン等をはめ合わせることにより負極側バスバ６の浮き上がりを阻止してもよい。
【００１７】
上記の形態では、半導体モジュール２の列からみて、正極側バスバ５、絶縁体７及び負極側バスバ６の順で重ね合わせる構造に対応して負極側バスバ６の絶縁体７からの浮き上がりを拘束部の一例としての爪部６ｄによって阻止したが、負極側バスバが半導体モジュールと絶縁体との間に配置され、かつ絶縁体の上方に正極側バスバが配置される場合には、正極側バスバの浮き上がりを拘束部にて拘束すればよい。
【００１８】
本発明に係る端子接続構造は、電動自動車の電力変換装置に適用される例に限らず、半導体モジュールの正極端子及び負極端子と接続対象部品との間をバスバにて接続する場合の端子接続構造として各種の用途に用いられてよい。
【００１９】
上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の各種の態様を以下に記載する。なお、以下の説明では、本発明の各態様の理解を容易にするために添付図面に図示された対応する構成要素を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の一態様に係る端子接続構造は、複数の半導体モジュール（２）のそれぞれから同一方向に突出する正極端子（２ｂ）及び負極端子（２ｃ）と所定の接続対象部品（４）とを正極側バスバ（５）及び負極側バスバ（６）を介して接続する半導体モジュールの端子接続構造であって、前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれには、平坦に延びる板部（５ａ、６ａ）と、前記板部から同一方向に屈曲して前記正極側端子又は前記負極側端子と接合される接合部（５ｂ、６ｂ）とが設けられ、前記正極側バスバ及び負極側バスバのそれぞれは、前記複数の半導体モジュール側から前記正極端子及び負極端子の突出方向に沿って、いずれか一方のバスバ（一例としてバスバ５）の板部（５ａ）、絶縁体（７）、及び他方のバスバ（一例としてバスバ６）の板部（６ａ）の順で重なるように、かつ前記正極側バスバの前記接合部が前記正極端子に、前記負極側バスバの前記接合部が前記負極端子にそれぞれ接合するように配置され、前記他方のバスバには、当該他方のバスバが前記突出方向に関して前記絶縁体から遠ざかる側に変位しないようにして前記絶縁体とかみ合う拘束部（６ｄ）が設けられているものである。
【００２１】
上記態様によれば、絶縁体に対して半導体モジュールとは反対側に配置される他方のバスバが拘束部によって絶縁体上に拘束される。そのため、絶縁体から遠ざかる側へのバスバの変位、すなわちバスバの絶縁体に対する浮き上がりを防止し、又は抑制することが可能である。したがって、一対のバスバの板部間の距離の増加に伴うインダクタンス低減効果の低下、あるいはバスバと絶縁体との接触面積の減少に伴う絶縁性の低下といった不都合が生じるおそれを低減、又は解消し、信頼性の高い端子接続構造を実現することができる。
【００２２】
上記の態様において、前記複数の半導体モジュールは所定方向に列を形成するように並べて設けられ、前記正極端子及び負極端子は前記半導体モジュールの並び方向に対する側方に揃って突出するように設けられ、前記一方のバスバの板部、前記絶縁体及び前記他方のバスバの板部が前記正極端子及び前記負極端子の突出方向に沿って重ね合わされてもよい。また、前記接続対象部品は前記正極側バスバ及び負極側バスバの一端部にて各バスバと接続され、前記拘束部は前記他方のバスバにおける前記接続対象部品に対する反対側に位置する他端部にて前記絶縁体とかみ合うように設けられてもよい。さらに、前記他方のバスバが金属板を板金加工して形成される場合、前記拘束部は前記バスバの成形過程で所定形状に形成されてもよい。あるいは、前記他方のバスバが前記絶縁体に装着される際に、前記拘束部が前記絶縁体とかみ合うように曲げ加工されてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  電力変換装置
２  半導体モジュール
２ｂ  正極端子
２ｃ  負極端子
３  冷却器
４  コンデンサ（接続対象部品）
５  正極側バスバ（一方のバスバ）
６  負極側バスバ（他方のバスバ）
５ａ、６ａ  板部
５ｂ、６ｂ  接合部
６ｄ  爪部（拘束部）
７  絶縁体
【図１】
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【図２】
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【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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