(57)【要約】【課題】板部同士を重ね合わせて接合した構成を有するバスバの反り等の変形を防止し、又は抑制できる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のそれぞれに設けられかつ所定の並び方向に列をなすように配置された複数の端子と所定の接続対象部品とがバスバを介して接続された半導体モジュールの端子接続構造において、バスバ６には、半導体モジュールの並び方向に沿って延ばされた第１板部と、上記並び方向に沿った第１板部の縁部から第１板部の表面に接するように折り返されて前記第１板部に接合される第２板部と、第１板部及び第２板部のそれぞれから端子と接続されるように延ばされた接続部６ｂとを設け、第１板部と第２板部との接合部６ｃの周囲には開口部６ｄを設ける。【選択図】図３
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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に設けられかつ所定の並び方向に列をなすように配置された複数の端子と所定の接続対象部品とがバスバを介して接続された半導体モジュールの端子接続構造であって、
前記バスバには、前記半導体モジュールの並び方向に沿って延ばされた第１板部と、当該第１板部の前記並び方向に沿った縁部から前記第１板部の表面に接するように折り返されて前記第１板部に接合される第２板部と、前記第１板部及び前記第２板部のそれぞれから前記端子と接続されるように延ばされた接続部とが設けられ、
前記第１板部と前記第２板部との接合部の周囲には開口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端子と接続対象部品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の一例として、半導体モジュールのそれぞれの積層方向に沿って列状に並んでいる端子と接続対象部品とをバスバによって接続する構造が用いられることがある。そのような用途に適用されるバスバとしては、半導体モジュールの積層方向に沿って延ばされた第１板部と、第１板部の縁部からヘミング曲げ加工によって概略１８０°折り返されて第１板部に接合される第２板部と、第１板部及び第２板部のそれぞれから各半導体モジュールの端子と接続されるように延ばされた接続部とを備えたバスバが知られている（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２０１７−７９５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したヘミング曲げを利用したバスバでは、第１板部と第２板部とを溶接等で接合する際にそれらの接合部に歪みが発生し、それによりバスバに反り等の変形が生じるおそれがある。バスバの変形は、端子接続構造の性能に影響を及ぼす可能性がある。例えば、半導体モジュールの正極端子及び負極端子のそれぞれと接続される一対のバスバを比較的小さい距離で並走させて相互インダクタンスによるインダクタンス低減効果を狙った場合、バスバの変形によってバスバ間の距離が増加し、インダクタンス低減効果が損なわれるおそれがある。バスバを絶縁体に沿って配置してバスバの絶縁性を確保する場合、バスバの変形によってバスバ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、板部同士を重ね合わせて接合する構成を有するバスバの変形を防止し、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に設けられかつ所定の並び方向に列をなすように配置された複数の端子と所定の接続対象部品とがバスバを介して接続された半導体モジュールの端子接続構造であって、前記バスバには、前記半導体モジュールの並び方向に沿って延ばされた第１板部と、当該第１板部の前記並び方向に沿った縁部から前記第１板部の表面に接するように折り返されて前記第１板部に接合される第２板部と、前記第１板部及び前記第２板部のそれぞれから前記端子と接続されるように延ばされた接続部とが設けられ、前記第１板部と前記第２板部との接合部の周囲には開口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】図１の電力変換装置におけるバスバとコンデンサとを拡大して示す平面図。
【図３】図２に示したバスバを下面側から見た状態を示す図。
【図４】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５】図４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６】図４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７】負極側バスバの最終形状を示す斜視図。
【図８】負極側バスバの第１板部と第２板部との接合部及びその周囲を拡大して示す図。
【図９】図８の変形例を示す図。
【図１０】図８の他の変形例を示す図。
【図１１】図８のさらなる変形例を示す図。
【図１２】図９の変形例を示す図。
【図１３】図１０の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図８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、図２はその電力変換装置の一部を拡大して示している。まず、これらの図を参照して電力変換装置１の概略構成を説明する。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及び図２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。図２以下でも図１に準じて方向を示す場合がある。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、いずれも平板状に構成された部分を含み、それらの平板部分が冷却器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の順で重ね合わされるようにして配置されている。図１及び図２では、上側に配置されたバスバ６の基板部６ａが示されており、その基板部６ａの下方に絶縁体７及びバスバ５が配置されている。バスバ６の基板部６ａは第１板部Ｐ１及び第２板部Ｐ２をヘミング曲げ加工によって重ね合わせた構成を有しているが、その詳細は後述する。板部Ｐ１、Ｐ２に関する「第１」及び「第２」の語はそれらを区別するためにのみ用いるものであって、何らかの順序その他の意義を含むものではない。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】
図３は負極側バスバ６を下面側、つまり絶縁体７と接する側から見た状態を示している。負極側バスバ６は、上述した基板部６ａと、その基板部６ａから負極端子２ｃに沿うように図１のＺ正方向に概略９０°曲げられた複数の接続部６ｂとを備えている。接続部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、接続部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を冷却器３上に配置したとき、各接続部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。基板部６ａは上述したように第１板部Ｐ１と第２板部Ｐ２とを含む。ただし、図３では第２板部Ｐ２が第１板部Ｐ１の背後に隠れて見えていない。第１板部Ｐ１は半導体モジュール２の並び方向に沿って平坦に延ばされている。第２板部Ｐ２は第１板部Ｐ１のコンデンサ４とは反対側でかつ半導体モジュール２の並び方向に沿って延びる縁部にて折り返されて第１板部Ｐ１の表面に重ね合わされる。板部Ｐ１、Ｐ２の重ね合わせ部分は接合部６ｃにて複数箇所で接合される。接合部６ｃの周囲には接合部６ｃを挟むようにして一対の開口部６ｄが形成される。開口部６ｄは、接合部６ｃの接合時に生じる歪を低減するために設けられる。開口部６ｄは一例として矩形状であるが、その他の形状でもよい。この点は後述する。
【００１２】
負極側バスバ６には複数の抜き孔６ｅも形成される。図１から明らかなように、抜き孔６ｅは、絶縁体７に形成された筒部７ｂを貫通させるための孔である。半導体モジュール２の正極端子２ｂは筒部７ｂを通過して負極側バスバ６の上方に突出する。図示を省略したが、正極側バスバ５にも負極側バスバ６の接続部６ｂと同様の接続部が設けられ、それらの接続部も筒部７ｂを通過し、正極端子２ｂと向かい合うようにして接触する。図８にも示したように、接合部６ｃは接続部６ｂの並び方向に関して抜き孔６ｅ間のブリッジ部６ｆの延長上に位置し、開口部６ｄは一つの接合部６ｃを挟んで接続部６ｂの並び方向に概ね対称的に設けられている。つまり、接合部６ｃを基準として同一形状の一対の開口部６ｄが対称的な位置に設けられている。開口部６ｄをこのように設けた理由は後述する。
【００１３】
次に、図４〜図７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４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。原版６Ａには、基板部６ａ、接続部６ｂ、開口部６ｄ、及び抜き孔６ｅが形成されている。基板部６ａには、第１板部Ｐ１及び第２板部Ｐ２が境界線ＢＬを挟んで一枚に展開された状態で含まれている。接続部６ｂは、第１板部Ｐ１及び第２板部Ｐ２に一列ずつ合計二列に分けて形成される。接続部６ｂの各列において、接続部６ｂの並び間隔は、最終製品の負極側バスバ６における接続部６ｂの並び間隔の２倍である。また、開口部６ｄは、第１板部Ｐ１の接続部６ｂと抜き孔６ｅとに挟まれた領域に形成されている。
【００１４】
次に、図５に矢印Ｂで例示したように、第１板部Ｐ１の接続部６ｂが上方に略９０°、第２板部Ｐ２の接続部６ｂが下方に略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、第１板部Ｐ１と第２板部Ｐ２との境界線ＢＬを折り曲げ線として、第２板部Ｐ２が第１板部Ｐ１の上面側（表面側）と重なるように１８０°折り返される（矢印Ｃ参照）。つまり、第２板部Ｐ２がヘミング曲げ加工される。これにより、図６に示した二次中間品６Ｃが形成される。さらに、図７に示すように、第１板部Ｐ１と第２板部Ｐ２とは接合部６ｃにて接合される。また、基板部６ａの両端等も必要に応じて折り返される。それにより、負極側バスバ６が形成される。接合部６ｃにおける接合には一例として、スポット溶接、あるいはレーザー溶接等の溶接による接合法が用いられる。得られた負極側バスバ６において各板部Ｐ１、Ｐ２に分けられていた接続部６ｂは一列に整列し、それらの接続部６ｂの間隔は負極側バスバ６における接続部６ｂの間隔と一致する。
【００１５】
以上の形態のバスバ６によれば、第１板部Ｐ１及び第２板部Ｐ２を接合部６ｃにて溶接するとしても、その溶接時に生じる熱歪が周囲の開口部６ｄによって逃される。それにより、接合部６ｃの周囲における熱歪の残留が防止され、又は抑制される。したがって、負極側バスバ６が絶縁体７から浮き上がるように反るといったバスバ６の変形を抑制し、又は防止することができる。その結果、バスバ６の変形によって生じ得る不都合、例えば正極側バスバ５と負極側バスバ６との距離の増加に伴うインダクタンス低減効果の減少、あるいは負極側バスバ６と絶縁体７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を解消し、又は抑制することが可能である。
【００１６】
また、図８にも示したように、接合部６ｃは抜き孔６ｅ間のブリッジ部６ｆの延長上であってかつコンデンサ４と接続部６ｂとの間に位置し、開口部６ｄは、接合部６ｃを挟んで負極端子２ｃ及び接続部６ｂの並び方向（図１のＸ方向）に対称的に設けられている。図１及び図２から明らかなように、半導体モジュール２の負極端子２ｃは正極端子２ｂの列から見てコンデンサ４の反対側に配列されている。したがって、コンデンサ４と負極端子２ｃとの間では、図８に矢印ＣＲで示したように、ブリッジ部６ｆ及び接合部６ｃを経由して第１板部Ｐ１から第２板部Ｐ２へと電流の経路が形成される。開口部６ｄはその電流の経路を避けて配置されているため、開口部６ｄによって電流が妨げられることがない。よって、インダクタンスの悪化といった不都合が生じるおそれを排除し、あるいは抑制することが可能である。また、形状が等しい一対の開口部６ｄが接合部６ｃを挟んで対称的な位置に設けられているため、開口部６ｄによる歪の解消が等しく作用する。そのため、歪によるバスバ６の変形防止又は抑制効果をさらに高めることが可能である。
【００１７】
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、開口部６ｄは図８に示した例に限定されず、適宜の変形が可能である。例えば、図９に示すように、接合部６ｃに沿って三日月状に延びる一対の開口部６ｄが設けられてもよいし、図１０に示すように、接合部６ｃに沿って幅一定で延びる部分円弧状の開口部６ｄが設けられてもよい。なお、接合部６ｃの周囲における電流経路が十分に確保できる場合には、例えば図１１〜図１３に示すように、一対の開口部６ｄが負極端子２ｃ及び接続部６ｂの並び方向と直交する方向（図１のＹ方向）に並ぶように設けられてもよい。なお、図１１〜図１３の変形例は図８〜図１０に示した開口部６ｄの並び方向を９０°回転させた例である。その他にも開口部の形状は適宜の変更が可能であり、開口部６ｄの個数も一対には限られない。形状が異なる複数種類の開口部を適宜に組み合わせて接合部の周囲に配置してもよい。
【００１８】
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に開口部６ｄを設けているが、正極側バスバ５にもヘミング曲げ加工による折り曲げ構造が存在し、かつその曲げ返された部分の接合によって反り等の変形が生じる場合には、正極側バスバ５に対して上記と同様に開口部が設けられてもよい。また、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、正極側バスバの接合部の周囲に開口部が設けられてよい。半導体モジュールの端子の列と接続されるべき全てのバスバに上述した開口部を設ける必要は必ずしもなく、ヘミング曲げ加工によって第１板部と第２板部とが重ね合わされる構造を有するバスバであって、接合部の形成に伴って生じ得る歪が許容限度を超える変形をもたらす可能性があるバスバを適宜に選択して開口部を設けるものとしてよい。開口部が設けられるべき位置は、接合部に生じ得る歪を逃してバスバの反りを実用上十分な程度に低減できるように設定されていれば足り、「接合部の周囲」はそのような位置を含む概念である。
【００１９】
上記の形態では、接合部を溶接により接合するものとしたが、接合部の周囲に形成されるべき開口部は溶接時の熱による歪に限らず、機械的な圧力その他を接合部に加える場合に生じる歪を逃し得るものである。したがって、第１板部と第２板部との接合部は溶接による接合法が適用される例に限らず、金属板同士の接合に用い得る各種の接合法にて接合されてよい。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）のそれぞれに設けられかつ所定の並び方向に列をなすように配置された複数の端子（一例として２ｃ）と所定の接続対象部品（４）とがバスバ（６）を介して接続された半導体モジュールの端子接続構造であって、前記バスバには、前記半導体モジュールの並び方向に沿って延ばされた第１板部（Ｐ１）と、当該第１板部の前記並び方向に沿った縁部から前記第１板部の表面に接するように折り返されて前記第１板部に接合される第２板部（Ｐ２）と、前記第１板部及び前記第２板部のそれぞれから前記端子と接続されるように延ばされた接続部（６ｂ）とが設けられ、前記第１板部と前記第２板部との接合部の周囲には開口部（６ｄ）が設けられているものである。
【００２２】
上記態様によれば、バスバの第１板部と第２板部とを重ね合わせて接合する際に生じ得る歪を接合部の周囲の開口部によって逃がすことができるので、バスバへの歪の残留を防止し、又は抑制してバスバの反り等の変形を防止し、又は抑制することが可能である。したがって、バスバの変形に伴なって生じる不都合、例えばバスバの反りによるインダクタンス低減効果の低下、あるいは絶縁性の低下といった不都合を解消し、又は低減して、信頼性の高い端子接続構造を実現することができる。
【００２３】
上記の態様において、前記接合部を挟んで対称的に複数の開口部が設けられてもよい。それにより、開口部による歪の解消効果を等しく作用させて反り等の変形の防止又は抑制効果を高めることができる。また、前記接合部は前記接続部と前記接続対象部品との間に位置し、前記開口部は、前記接続対象部品と前記接続部間の電流の経路（ＣＲ）を避けるように設けられてもよい。これによれば、バスバの接続部と接続対象部品との間の電流を妨げないように開口部が設けられるので、インダクタンスの低下といった不都合の発生を防止し、又は抑制することが可能である。さらに、前記バスバの前記接続部よりも前記接続対象部品に近い位置には、当該バスバが接続されるべき端子とは極性が異なる端子（２ｂ）、及び当該端子と接続されるべき他のバスバ（５）の接続部が通過する複数の抜き孔（６ｅ）が形成され、前記接合部は前記抜き孔間の領域（６ｆ）の延長上に位置していてもよい。これによれば、接続対象部品と第２板部の接続部との間において、抜き孔間の領域と板部同士の接合部とを結ぶように電流を通過させ、その電流に対して妨げとならないように開口部を配置することができる。
【符号の説明】
【００２４】
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
６  負極側バスバ
６ａ  基板部
６ｂ  接続部
６ｃ  接合部
６ｄ  開口部
６ｆ  ブリッジ部
７  絶縁体
Ｐ１  第１板部
Ｐ２  第２板部
【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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【図１３】
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