(57)【要約】【課題】大きさを容易に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、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２を備えた半導体ユニット１０と、半導体モジュール２が有する複数の出力端子２３１にそれぞれ接続された複数の出力バスバー４と、出力バスバー４を内側に挿通する集磁コア５２を備えた電流センサ５０とを有している。電流センサ５０内に配される複数の出力バスバー４は、板状をなしており、複数の出力バスバー４は、厚さ方向に並んで配されている。【選択図】図１
2015012743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール（２）を備えた半導体ユニット（１０）と、
上記半導体モジュール（２）が有する複数の出力端子（２３１）にそれぞれ接続された複数の出力バスバー（４）と、
該出力バスバー（４）を内側に挿通する集磁コア（５２）を備えた電流センサ（５０）とを有しており、
該電流センサ（５０）内に配される上記複数の出力バスバー（４）は、板状をなすと共に、該出力バスバー（４）の厚さ方向に並んで配されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項２】
上記半導体ユニット（１０）は、上記半導体モジュール（２）を冷却する冷却装置（３）を備え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】
上記冷却装置（３）は、内部に冷媒流路（３１１）を備えた複数の冷却管（３１）を備えており、上記半導体ユニット（１０）は、複数の上記半導体モジュール（２）と、上記複数の冷却管（３１）とを交互に積層した積層構造を有しており、上記複数の出力バスバー（４）の厚さ方向と上記半導体ユニット（１０）の積層方向とが同一方向であることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置（１）。
【請求項４】
上記複数の出力バスバー（４）のうち少なくとも２つには、上記電流センサ（５０）がそれぞれ配されており、上記電流センサ（５０）は、上記集磁コア（５２）における上記バスバー（４）の挿通方向において、互いにずれた位置に配されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の電力変換装置（１）。
【請求項５】
上記挿通方向から見たとき、上記電流センサ（５０）は、少なくとも一部が互いに重なり合うように配されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置（１）。
【請求項６】
複数の上記電流センサ（５０）は、上記出力バスバー（４）と外部機器の外部配線（９）とを接続する端子台（５）に内蔵されており、該端子台（５）は、上記電流センサ（５０）の信号を出力するための信号出力部（５３）を備えていることを特徴とする請求項１〜５に記載の電力変換装置（１）。
【請求項７】
上記信号出力部（５３）は、上記集磁コア（５２）の挿通方向と、該挿通方向と直交する直交方向とのいずれの方向から見ても、上記信号出力部（５３）が上記半導体ユニット（１０）の外形よりも外側に配されていることを特徴とする請求項６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は、直流電源を三相交流電源に変換する電力変換装置が用いられている。この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。特許文献１の電力変換装置は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、各半導体モジュールの出力端子と接続された３つのバスバーと、バスバーを挿通する集磁コアを備えた電流センサとを有している。
【０００３】
電流センサ内に配される３つのバスバーは板状をなしており、その幅方向に並べて配置されている。また、３つのバスバーのうち２つのバスバーが集磁コアを挿通する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８２６２９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に示された電力変換装置には以下の課題がある。
特許文献１の電力変換装置においては、３つのバスバーが幅方向に並んで配されている。そのため、バスバーの並び方向における配置スペースが大きくなりやすい。
【０００６】
また、バスバーを挿通配置する電流センサにおいても、集磁コアの内周形状をバスバーと対応した形状とするため、幅方向における大きさが大きくなりやすい。
このように、バスバー及び電流センサの配置スペースが大きくなることで、電力変換装置が大型化しやすい。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、容易に小型化することのできる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】
本発明の一態様は、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールを備えた半導体ユニットと、
上記半導体モジュールが有する複数の出力端子にそれぞれ接続された複数の出力バスバーと、
該出力バスバーを内側に挿通する集磁コアを備えた電流センサとを有しており、
該電流センサ内に配される上記出力バスバーは、板状をなすと共に、該出力バスバーの厚さ方向に並んで配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】
【０００９】
上記電力変換装置においては、上記複数の出力バスバーが板状をなすと共に、その厚さ方向に並んで配されている。上記出力バスバーは、上述のごとく、板状をなしているため、幅方向の寸法及び長手方向の寸法に比べて厚さ方向の寸法が小さい。したがって、上記出力バスバーを厚さ方向に並べて配置することにより、上記出力バスバーの並び方向における配置スペースを小さくすることができる。
【００１０】
また、上記出力バスバーは、上記電流センサに挿通された部位においても、厚さ方向に並べて配置されている。そのため、上記出力バスバーの形状に対応して、上記電流センサにおける上記並び方向の寸法を小さくすることができる。これにより、上記電流センサにおいても上記並び方向の寸法を小さくすることができる。
このように、上記複数の出力バスバーの上記並び方向における配置スペースと、上記電流センサの外形とを小さくすることにより、上記電力変換装置の大きさを小さくすることができる。
【００１１】
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、その大きさを容易に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、電力変換装置を示す平面図。
【図２】図１における、II−II矢視断面図。
【図３】図１における、III−III矢視断面図。
【図４】図１における、IV−IV矢視断面図。
【図５】図１における、Ｖ−Ｖ矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記電力変換装置において、上記半導体ユニットは、上記半導体モジュールを冷却する冷却装置を備えていることが好ましい。この場合には、上記電流センサの近傍に上記冷却装置が配置することができ、該冷却装置によって上記電流センサを冷却することができる。
【００１４】
また、上記冷却装置は、内部に冷媒流路を備えた複数の冷却管を備えており、上記半導体ユニットは、複数の上記半導体モジュールと、上記複数の冷却管とを交互に積層した積層構造を有しており、上記複数の出力バスバーの厚さ方向と上記半導体ユニットの積層方向とが同一方向であることが好ましい。この場合には、上記複数の出力バスバーを上記厚さ方向と直交する方向に引き出すために必要となる上記複数の出力バスバーにおける曲げ数を低減することができる。これにより、上記出力バスバーの全長を短くすると共に、該出力バスバーを容易に製造することができる。それゆえ、上記電力変換装置の生産性を向上することができる。
【００１５】
また、上記複数の出力バスバーのうち少なくとも２つには、上記電流センサがそれぞれ配されており、上記電流センサは、上記集磁コアにおける上記出力バスバーの挿通方向において、互いにずれた位置に配されていることが好ましい。この場合には、上記電流センサ同士の磁気干渉を低減することができる。これにより、上記電流センサの上記並び方向における間隔を低減することができ、上記電流センサに必要な、上記並び方向の配置スペースを小さくすることができる。
【００１６】
また、上記挿通方向から見たとき、上記電流センサは、少なくとも一部が互いに重なり合うように配されていることが好ましい。この場合には、上記並び方向において、上記電流センサの配置スペースをより小さくすることができる。
【実施例】
【００１７】
（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５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、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュール２を備えた半導体ユニット１０と、半導体モジュール２が有する複数の出力端子２３１にそれぞれ接続された複数の出力バスバー４と、出力バスバー４を内側に挿通する集磁コア５２を備えた電流センサ５０とを有している。
複数の出力バスバー４は、板状をなしており、出力バスバー４の厚さ方向に並んで配されている。
【００１８】
以下、さらに詳細に説明する。
本例においては、図１及び図２に示すごとく、半導体モジュール２と冷却装置３の冷却管３１とが積層された方向を積層方向Ｘ、冷却管３１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３２１及び冷媒排出管３２２におけるケース８から突出した先端側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Ｚにおいて、出力端子２３１の先端側を下方とし、反対側を上方とする。
【００１９】
本例の電力変換装置１は、例えば、ハイブリッド自動車等において、直流電源から、三相交流モータ（図示略）に通電する駆動電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を生成するための装置である。
図１〜図３に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を備えた半導体ユニット１０と、複数の半導体モジュール２における出力端子２３１と接続された複数の出力バスバー４と、出力バスバー４と外部機器（図示略）の外部配線９とを接続するための端子台５と、これらを内包するケース８とを有している。
【００２０】
図１〜図３に示すごとく、ケース８は、アルミニウム合金によって形成された箱型をなしており、略矩形状をなす底部８１と、底部８１の外周縁から、高さ方向Ｚに沿って延びる壁部８２と、壁部８２の上部を覆う蓋体８３とを有している。
端子台５と対向して配された壁部８２には、外部配線９を挿通する壁部挿通孔８２１が貫通形成されている。
【００２１】
図１、図３及び図４に示すごとく、底部８１には、信号出力部５３を挿通可能な貫通孔８１１が形成されている
図１〜図３に示すごとく、ケース８に収容された半導体ユニット１０は、スイッチング素子を内蔵した複数の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する冷却装置３とを備えている。
【００２２】
図１及び図５に示すごとく、冷却装置３は、半導体モジュール２の両面に配された冷却管３１と、冷却管３１へ冷媒を循環させるための冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２を有している。本例において、冷却管３１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３１１を有している。複数の冷却管３１は、半導体モジュール２を両面から挟持するように配されており、隣り合う冷却管３１は、横方向Ｙの両端部付近において連結管３３によって、互いに連結されている。そして、冷却管３１と半導体モジュール２とが交互に積層されることによって、積層部１１が形成されている。
【００２３】
図１及び図５に示すごとく、冷媒導入管３２１及び冷媒排出管３２２は、積層部１１の前端部に配された冷却管３１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３２１から導入された冷媒は、適宜連結管３３を通り、各冷却管３１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、各冷却管３１を流れる間に、冷媒は半導体モジュール２との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、下流側の連結管３３を通り、冷媒排出管３２２に導かれ排出される。冷媒としては、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。
【００２４】
図１、図２及び図５に示すごとく、半導体モジュール２は、スイッチング素子を有する本体部２１と、本体部２１から上方に向かって延びる複数の制御端子２２と、本体部２１から下方に向かって延びる複数の主電極端子２３とを有している。
【００２５】
図１〜図３に示すごとく、半導体ユニット１０を構成する半導体モジュール２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２における本体部２１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２１から上方に延びるよう形成された制御端子２２は、制御回路基板７３と接続されており、スイッチング素子を制御する制御信号が入力される。
【００２６】
図１及び図２に示すごとく、本体部２１から下方に延びるよう形成された主電極端子２３は、正極端子２３２、負極端子２３３及び出力端子２３１の３つからなる。各半導体モジュール２の出力端子２３１は、複数のスイッチング素子によって形成されたブリッジ回路において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかを出力するように設定してある。また、正極端子２３２及び負極端子２３３の先端部は、図示しない補助端子台に接続されている。
【００２７】
図１及び図２に示すごとく、出力端子２３１には、出力バスバー４が接続されている。
出力バスバー４は、出力端子２３１と接続される端子接続部４１と、端子接続部４１における端子台５側の側面から端子台５に向かって延設された延設部４２とを有している。出力バスバー４は、板状の銅板によって形成されており、端子接続部４１から延設部４２の間は、曲げ加工を施すことなく、平坦な板状に形成されている。また、複数の出力バスバー４は、板厚方向に並んで配されており、その並び方向が、半導体ユニット１０における積層方向Ｘとなる。
端子接続部４１は、略長方形状をなしており、長手方向が上下方向となるように配されている。
【００２８】
図２に示すごとく、延設部４２は、端子接続部４１と接続された水平接続部４２１と水平接続部４２１から延設された傾斜接続部４２２と、傾斜接続部４２２からさらに延設された挿通配置部４２３とを有している。
水平接続部４２１は、端子台５側に向かって、横方向Ｙに沿って水平に形成されている。
傾斜接続部４２２は、端子台５側に向かうにつれ、上方に傾斜して形成されている。
挿通配置部４２３は、水平接続部４２１の先端から端子台５側に向かって横方向Ｙにそって形成されており、端子台５に内蔵された電流センサ５０の集磁コア５２に挿通配置されている。
【００２９】
図１〜図３に示すごとく、バスバー４における端子台５側の先端部には、出力端部４３が形成されている。出力端部４３は、端子台５に挿通された挿通配置部４２３の先端から、端子台５の外側面に前方又は後方に向かって折り曲げると共に上方に向かって延びるように形成してある。出力端部４３には、固定ボルト６１を挿通する貫通孔４３１が形成されている。外部機器の外部配線９と出力端部４３の貫通孔４３１とに挿通された固定ボルト６１を、固定ナット６２に螺号することにより、外部配線９と出力バスバー４とを接続及び固定することができる。
【００３０】
図１、図２及び図４に示すごとく、端子台５は、樹脂をモールドして形成されており、複数の電流センサ５０と、電流センサ５０が発する信号を外部機器へと出力するための信号出力部５３とを有している。
電流センサ５０は、複数の出力バスバー４の挿通配置部４２３の周囲をそれぞれ囲うように形成された集磁コア５２と、出力バスバー４に流れる電流を検知するための電流検出部５１とを有している。
【００３１】
図１、図２及び図４に示すごとく、集磁コア５２は、磁性体によって形成された長円形断面を有する略筒状をなしている。集磁コア５２は、軸方向に沿って形成されたギャップ５２２を有しており、ギャップ５２２の内側には、電流検出部５１が配置されている。
【００３２】
図１、図２及び図４に示すごとく、電流センサ５０は、複数の出力バスバー４にそれぞれ配されており、集磁コア５２における出力バスバー４の挿通方向（横方向Ｙ）において、互いにずれた位置に配されている。また、挿通方向から見たとき、隣り合う電流センサ５０は、互いに重なり合うように配されている。尚、本例においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をなす出力端子２３１に、電流センサ５０をそれぞれ１つずつ配置したがこれに限るものではなく、必要に応じて、適宜、電流センサ５０の数及び配置を変更することができる。
【００３３】
図１、図３及び図４に示すごとく、信号出力部５３は、電流検出部５１と電気的に接続された信号出力端子５３１を有している。信号出力部５３は、端子台と一体に形成されており、電流センサ５０の集磁コア５２における挿通方向と、挿通方向と直交する積層方向Ｘ及び高さ方向Ｚとのいずれの方向から見ても、信号出力部５３が半導体ユニット１０における積層部１１の外形よりも外側に配されている。
【００３４】
次に本例の作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１においては、複数の出力バスバー４が板状をなすと共に、その厚さ方向に並んで配されている。出力バスバー４は、上述のごとく、板状をなしているため、幅方向の寸法及び長手方向の寸法に比べて厚さ寸法が小さい。したがって、出力バスバー４を厚さ方向に並べて配置することにより、出力バスバー４の並び方向における配置スペースを小さくすることができる。
【００３５】
また、出力バスバー４は、電流センサ５０に挿通された部位においても、厚さ方向に並べて配置されている。そのため、出力バスバー４の形状に対応して、電流センサ５０における並び方向の寸法を小さくすることができる。これにより、電流センサ５０においても並び方向の寸法を小さくすることができる。
このように、複数の出力バスバー４の並び方向における配置スペースと、電流センサ５０の外形とを小さくすることにより、電力変換装置１の大きさを小さくすることができる。
【００３６】
また、半導体ユニット１０は、半導体モジュール２を冷却する冷却装置３を備えている。そのため、電流センサ５０の近傍に冷却装置３を配置することができ、冷却装置３によって電流センサ５０を冷却することができる。
【００３７】
また、冷却装置３は、内部に冷媒流路３１１を備えた複数の冷却管３１を備えており、半導体ユニット１０は、複数の半導体モジュール２と、複数の冷却管３１とを交互に積層した積層構造を有しており、複数の出力バスバー４の厚さ方向と半導体ユニット１０の積層方向Ｘとが同一方向である。そのため、複数の出力バスバー４を厚さ方向と直交する方向に引き出すために必要となる複数の出力バスバー４における曲げ数を低減することができる。これにより、出力バスバー４の全長を短くすると共に、出力バスバー４を容易に製造することができる。それゆえ、電力変換装置１の生産性を向上することができる。
【００３８】
また、複数の出力バスバー４には、電流センサ５０がそれぞれ配されており、電流センサ５０は、集磁コア５２の挿通方向において、互いにずれた位置に配されている。そのため、電流センサ５０同士の磁気干渉を低減することができる。これにより、電流センサ５０の並び方向における間隔を低減することができ、電流センサ５０に必要な、並び方向の配置スペースを小さくすることができる。
【００３９】
また、電流センサ５０における集磁コア５２の挿通方向（横方向Ｙ）から見たとき、電流センサ５０は、少なくとも一部が互いに重なり合うように配されていることが好ましい。この場合には、並び方向において、電流センサ５０の配置スペースをより小さくすることができる。
【００４０】
また、複数の電流センサ５０は、出力バスバー４と外部機器の外部配線９とを接続する端子台５に内蔵されており、端子台５は、電流センサ５０の信号を出力するための信号出力部５３を備えている。そのため、電流センサ５０の信号を、信号出力部５３から容易に出力することができる。また、電力変換装置１の部品点数及び組み付け工数を低減し、電力変換装置１の生産性を向上することができる。
【００４１】
また、信号出力部５３は、集磁コア５２の挿通方向と、挿通方向と直交する直交方向とのいずれの方向から見ても、信号出力部５３が半導体ユニット１０の外形よりも外側に配されている。そのため、半導体ユニット１０と信号出力部５３とを離れた位置に配することができる。これにより、信号出力部５３が発する電気ノイズが、電力変換装置１に与える影響を低減することができる。
【００４２】
以上のごとく、本例の電力変換装置１によれば、その大きさを容易に小型化することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  電力変換装置
１０  半導体ユニット
２  半導体モジュール
２３１  出力端子
４  出力バスバー
５０  電流センサ
５２  集磁コア
【図１】
2015012743.tif 000003
【図２】
2015012743.tif 000004
【図３】
2015012743.tif 000005
【図４】
2015012743.tif 000006
【図５】
2015012743.tif 000007