(57)【要約】【課題】  大電流が流れる導体部材で発生した熱による、電力変換装置を構成する部材への影響を低減することである。【解決手段】  本発明に係る電力変換装置は、複数のパワー半導体モジュールと、コンデンサと、前記複数のパワー半導体モジュールと前記コンデンサを接続する導体部材と、を備え、前記導体部材は、第1導体部材と、前記コンデンサと接続されるとともに当該第1導体部材とは異なる材料により構成されかつ当該第1導体部材よりも伝導性が小さい第2導体部材と、を有し、前記第1導体部材は、前記第2導体部材と接続するための接続部を形成する本体部と、当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともに前記複数のパワー半導体モジュールのいずれか一つの直流端子と接続される第1接続端子と、当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともにパワー半導体モジュールの直流端子と接続される第2接続端子と、を有する。【選択図】  図３
2016063668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー半導体モジュールと、
直流電力を平滑化するコンデンサと、
前記複数のパワー半導体モジュールと前記コンデンサを接続する導体部材と、を備え、
前記導体部材は、
前記複数のパワー半導体モジュールと接続される第1導体部材と、
前記コンデンサと接続されるとともに当該第1導体部材とは異なる材料により構成されかつ当該第1導体部材よりも伝導性が小さい第2導体部材と、を有し、
前記第1導体部材は、
前記第2導体部材と接続するための接続部を形成する本体部と、
当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともに前記複数のパワー半導体モジュールのいずれか一つの直流端子と接続される第1接続端子と、
当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともに前記第1接続端子と接続されるパワー半導体モジュールとは異なるパワー半導体モジュールの直流端子と接続される第2接続端子と、を有する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第２導体部材は、前記第１導体部材との接続部を形成する部分において、ＦＳＷの接合痕が残る面側に凸部を形成し、
前記第１導体部材は、前記第２導体部材との接続部を形成する部分において、ＦＳＷの接合痕が残る面側に、前記凸部と繋がる凹部を形成する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特にハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド車電気自動車に用いられる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車の高出力化の要求が高まり、駆動用モータに交流電流を供給する電力変換装置に大電流を流す必要がある。電力変換装置は、大電流を伝達する導体部材を備える。特許文献１で示すインバータ導体部は導体部材800で形成され、例えば銅などの導電率の高い材料でパワーモジュール及びキャパシタを接続する。
【０００３】
しかしながら、パワーモジュール及びキャパシタの上面に投影される面積を要するため、製品の小型軽量化を図る上で、重量増の原因となっている。
【０００４】
また、銅の使用量は原価低減を図る上で減少させたい。または極力小さい面積とするか、代替材（例えばアルミニウム）への置換えが必要である。
【０００５】
しかし、導体部材のパワーモジュールと接続する部位近傍では、導体部材の幅も限られるため電流集中が起こり、発熱量が大きくなってしまう。代替材として軽量で安価なアルミに導体部材を置換えたいが、前述の理由で置換えが出来ない箇所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2014-82822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、大電流が流れる導体部材で発生した熱による、電力変換装置を構成する部材への影響を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、複数のパワー半導体モジュールと、直流電力を平滑化するコンデンサと、前記複数のパワー半導体モジュールと前記コンデンサを接続する導体部材と、を備え、前記導体部材は、前記複数のパワー半導体モジュールと接続される第1導体部材と、前記コンデンサと接続されるとともに当該第1導体部材とは異なる材料により構成されかつ当該第1導体部材よりも伝導性が小さい第2導体部材と、を有し、前記第1導体部材は、前記第2導体部材と接続するための接続部を形成する本体部と、当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともに前記複数のパワー半導体モジュールのいずれか一つの直流端子と接続される第1接続端子と、当該本体部の幅よりも小さい幅で形成されるとともに前記第1接続端子と接続されるパワー半導体モジュールとは異なるパワー半導体モジュールの直流端子と接続される第2接続端子と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電力変換装置を構成する部材への熱の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置200の展開斜視図である。
【図２】導体部材801を拡大した斜視図である。
【図３】モールド材851を除いた第１モールドバスバー801の斜視図である。
【図４】図２の平面Ａの矢印方向から見た第１モールドバスバー801の断面図であり、上側の図はモールド材によるモールド前であり、下側の図はモールド材によるモールド後である。
【図５】他の実施形態に係る第１導体部材810と第２導体部材820の接合構成に関する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面によって説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置200の展開斜視図である。図２は、第１モールドバスバー801の斜視図である。図３は、モールド材851を除いた第１モールドバスバー801の斜視図である。
【００１３】
筐体220は、パワー半導体モジュール300aないし300cとコンデンサモジュール500と、第１モールドバスバー801と、第２モールドバスバー802及び回路基板20を収納又は支持する。筐体220は金属製、例えばアルミニウム合金より構成される。
【００１４】
パワー半導体モジュール300aないし300cは、直流電流を交流電流に変換し、それぞれＵ相交流電流、Ｖ相交流電流、Ｗ相交流電流を出力する。パワー半導体モジュール300aないし300cは、それぞれパワーモジュール端子302を有する。パワーモジュール端子302は、第１モールドバスバー801又は第２モールドバスバー802と接続され、直流電流を伝達する。
【００１５】
コンデンサモジュール500は、直流電力を平滑化する。コンデンサ端子701は、第１モールドバスバー801又は第２モールドバスバー802と接続される。
【００１６】
第１モールドバスバー801及び第２モールドバスバー802は、パワーモジュール端子302及びコンデンサ端子701と接続され、パワー半導体モジュール300aないし300cとコンデンサモジュール500との間に直流電流を伝達する中継導体として機能する。
【００１７】
本実施形態においては、第１モールドバスバー801は正極側の直流中継導体として機能し、第２モールドバスバー802は負極側の直流中継導体として機能する。
【００１８】
図２に示されるように、第１モールドバスバー801はモールド材851を有し、モールド材851は、筐体220への固定用の部材として機能する。同様に第２モールドバスバー802はモールド材852を有し、モールド材852は、筐体220への固定用の部材として機能する。
【００１９】
回路基板20はノイズ影響の低減と素子発熱の熱引きをするため金属製の基板ベース11上に配置させる。
【００２０】
図３に示されるように、第１モールドバスバー801は、第１導体部材810と第２導体部材820を含んで構成される。第１導体部材810は第１接続部814を設け、第２導体部材820は第２接続部822を設ける。第１導体部材810は、第１接続部814と第２接続部822が接合されることにより、第２導体部材820と接続される。第１接続部814と第２接続部822との接合は、FSW等の工法で為される。
【００２１】
第２導体部材820は、第１導体部材810とは異なる材料により構成されるとともに第１導体部材810よりも大きい体積である。例えば、第１導体部材810は導電性が優れた銅材により構成され、第２導体部材820は軽量化に優れたアルミニウム材により構成される。また第２導体部材820は、コンデンサ端子701と接続されるコンデンサ側接続端子821を有する。
【００２２】
第１導体部材810は、第１接続部814を形成する本体部815と、第１接続端子811と、第２接続端子812と、第３接続端子813と、により構成される。第１接続端子811は本体部815と接続されかつパワー半導体モジュール300aと接続される。また第１接続端子811の幅ｆは、本体部815の幅Fよりも小さく形成される。同様に第２接続端子812は本体部815と接続されかつパワー半導体モジュール300bと接続される。また第２接続端子812の幅ｆは、本体部815の幅Fよりも小さく形成される。第３接続端子813も同様である。
【００２３】
本体部815は、第１接続端子811と第２接続端子812と第３接続端子813を連結する部材として機能しているため、パワー半導体モジュール300aないし300cが動作している時に還流電流が流れやすく発熱が起きやすい箇所である。そこで、本体部815を有する第１導体部材810は導電性が優れた銅材により構成され、第２導体部材820は銅材よりも導電性が小さいアルミニウム材により構成される。
【００２４】
これにより、第２導体部材820は第１導体部材810に比べて電流が流れにくくなり、還流電流によって発生した熱を第２導体部材820へ伝えにくくする。それによって、第２導体部材820に接続されるコンデンサモジュール500への入熱を抑制する効果がある。
【００２５】
図２と図３を比較すると分かるように、第１接続部814と第２接続部822は、モールド材851により覆われる。これにより、第１導体部材810と第２導体部材820のねじりや反りに対して第１接続部814と第２接続部822にひびや剥離の発生を防ぎ、モールド材851が補強の役割をもたせる。
【００２６】
また、モールド材851の四隅や接合部の側部に一定数以上のねじ留め点を設けることで筐体220と接続を行い、振動が加わった際に第１導体部材810と第２導体部材820に振れや反りの現象による破壊を防止する。これにより振動等の外力に対しての信頼性確保が図れる。
【００２７】
図４は、図２の平面Ａの矢印方向から見た第１モールドバスバー801の断面図であり、上側の図はモールド材によるモールド前であり、下側の図はモールド材によるモールド後である。
【００２８】
第１導体部材810と第２導体部材820のそれぞれの端部形状（第１接続部814と第２接続部822）を段差付きの形状とすることで、接合時に段差同士を重ね合わせ導体部材の板厚を増すことなく接続できる。
【００２９】
つまり、第２導体部材820は、第１導体部材810との接続部を形成する部分において、ＦＳＷの接合痕が残る面側に凸部823を形成する。一方、第１導体部材810は、第２導体部材820との接続部を形成する部分において、ＦＳＷの接合痕が残る面側に、凸部823と繋がる凹部を形成する。
【００３０】
これにより、導体部材を段差なしで繋げる場合に比べて、モールド材851の流動性が良くなりモールドの欠陥の発生を抑える。
【００３１】
また端部形状を段差付きの形状とすることで、接合時に段差同士を重ね合わせバスバー板厚を増すことなく繋げる。これにより、モールド時の高さ寸法の低減が図れ、製品の小型化（低背化）に繋がる。
【００３２】
図５は、他の実施形態に係る第１導体部材810と第２導体部材820の接合構成に関する断面図である。
【００３３】
銅材により構成された第１導体部材810を下面とし、アルミニウムにより構成された第２導体部材820を第１導体部材810の上面に配置する。そして、第２導体部材820にＦＳＷのツールを接触させる。これにより、アルミ側を攪拌した熱で銅を軟化させ、ツール直下の段差の合わせ面に接合面を形成できる。
【００３４】
銅とアルミの位置が逆の場合、または銅とアルミを同時に突き合わせた場合には、銅側の融点がアルミに対して高いためアルミが溶け落ち、接合部の健全性が保てなく恐れがあるためである。
【符号の説明】
【００３５】
11…基板ベース、20…回路基板、200…電力変換装置、220…筐体、300a…パワー半導体モジュール、300b…パワー半導体モジュール、300c…パワー半導体モジュール、302…パワーモジュール端子、500…コンデンサモジュール、701…コンデンサ端子、801…第１モールドバスバー、802…第２モールドバスバー、810…第１導体部材、811…第１接続端子、812…第２接続端子、813…第３接続端子、814…第１接続部、815…本体部、816…凹部、820…第２導体部材、821…コンデンサ側接続端子、822…第２接続部、823…凸部、851…モールド材、852…モールド材
【図１】
2016063668.tif 000003
【図２】
2016063668.tif 000004
【図３】
2016063668.tif 000005
【図４】
2016063668.tif 000006
【図５】
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