JP2011223753A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の冷却を確保しつつ、電力変換装置を構成する部品を簡単に交換することができると共に、組み立ての作業の簡素化が図られた電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体ユニットは、電極を含む半導体素子および、外部に向けて突出し、電極に接続された第１端子部を含む半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却装置と、コンデンサを内部に含み、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵを受け入れると共に、半導体モジュールに着脱可能に設けられたコンデンサモジュール５０と、コンデンサモジュール５０内に設けられると共に、フィルムコンデンサ７０に接続され、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵに着脱可能に接続される圧着片７２Ｐ，７２Ｎとを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体素子が収容され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装置とを含む電力変換装置に関する。

半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む電力変換装置について、従来から各種提案されている。

たとえば、特開２００５−２３７１４１号公報に記載されたインバータは、パワーカードと、コンデンサと、制御基板と、パワーカード、コンデンサおよび制御基板を収容するケースとを備えている。ケースは、パワーカードを収容する収容部と、パワーカードの周囲に冷却媒体を循環させる循環経路部とを有する。パワーカードは、半導体素子と、この半導体素子の両面に設けられた放熱板とを含む。パワーカードは、パワーカードと収容部との隙間に充填された絶縁性樹脂によって固定されている。

このインバータを組み立てる際には、まず、収容部にパワーカードを収容し、隙間に絶縁性樹脂を充填し、パワーカードを収容部に固定する。その後、制御基板やコンデンサを取り付けて各配線を接合する。

特開２００５−７３３７３号公報に記載された電力変換装置は、半導体モジュールと、半導体モジュールの制御端子に接続された制御回路基板と、半導体モジュールの主電力端子が接続されたバスバーアッセンブリとを備える。バスバーアッセンブリのバスバーおよび主電力端子と、制御電極端子および接続端子とは、それぞれ、溶接、ビス止め、半田等によって接続されている。

特開平９−１６２０６１号公報に記載されたコンデンサは、基板に形成されたソケットハウジングに差し込むだけで基板との接続が可能となっている。

特開２００６−１７４５６６号公報に記載された電流制御素子は、フィルムコンデンサ中にＩＧＢＴ素子とダイオード素子とを巻込んだものとなっている。

特開２００１−２５７４３７号公報に記載されセラミック基板は、その上面にセラミックコンデンサ、パワーＩＣ等の電子部品が実装されている。このセラミック基板の下面には、接着剤を介してヒートシンクが接着されている。

特開２００５−２３７１４１号公報 特開２００５−７３３７３号公報 特開平９−１６２０６１号公報 特開２００６−１７４５６６号公報 特開２００１−２５７４３７号公報

特開２００５−２３７１４１号公報に記載されたインバータにおいて、パワーカードはケースに固定されているため、半導体素子が損傷した場合に、パワーカードのみを交換することができない。このため、インバータの略全体を交換する必要が生じるという問題がある。

また、上記インバータを組み立てる際には、パワー素子の固定および各配線の接合等を要し、インバータの組み立てに手間を要する。

特開２００５−７３３７３号公報に記載された電力変換装置においては、バスバーアッセンブリのバスバーおよび主電力端子と、制御電極端子および接続端子とは、それぞれ、溶接、ビス止め、半田等によって接続されている。このため、半導体モジュールや半導体モジュールに接続されたバスバーモジュール等の機器が損傷した場合には、損傷した半導体モジュールおよび半導体モジュールに接続された機器のみを交換することが非常に困難なものとなっている。

さらに、この電力変換装置では、半導体モジュールとバスバーモジュールとを溶接等により接合する必要があり、電力変換装置の組み立てが非常の困難なものとなっている。

特開平９−１６２０６１号公報には、半導体素子とコンデンサとの接続に関して何ら記載されていない。

仮に、上記コンデンサの端子を受け可能であっても、電極に接続される端子部を半導体素子に形成することは困難であり、仮にこのような端子を半導体素子に形成できたとしても、半導体素子が大型化しやすい。

特開２００６−１７４５６６号公報に記載された電流制御素子は、ＩＧＢＴ素子がフィルムコンデンサに巻き込まれており、ＩＧＢＴ素子の冷却を図ることが困難なものとなっている。

特開２００１−２５７４３７号公報に記載されたセラミック基板においては、セラミックコンデンサ、およびパワーＩＣ等の電子部品を半田等で接着する必要があり、組み立てが非常に困難なものとなっている。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子の冷却を確保しつつ、電力変換装置を構成する部品を簡単に交換することができると共に、組み立ての作業の簡素化が図られた電力変換装置を提供することである。

本発明に係る電力変換装置は、電極を含む半導体素子および、外部に向けて突出し、電極に接続された第１端子部を含む半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却装置と、コンデンサを内部に含み、第１端子部を受け入れると共に、半導体モジュールに着脱可能に設けられたコンデンサモジュールと、コンデンサモジュール内に設けられると共に、コンデンサに接続され、第１端子部に着脱可能に接続される第２端子部とを備える。

好ましくは、上記半導体モジュールは、複数設けられ、コンデンサモジュールは、半導体モジュールごとに設けられる。

好ましくは、上記半導体モジュールおよび、半導体モジュールに接続されたコンデンサモジュールを収容する収容ケースをさらに備える、上記冷却装置は、収容ケースの表面に設けられる。好ましくは、上記第２端子部は、挿入される第１端子部によって押し退けられると共に、挿入された第１端子部に圧着する圧着片とされた。

本発明に係る電極変換装置は、他の局面では、電極を含む半導体素子、および電極に接続され、外部に向けて突出する第１端子部を含む半導体モジュールと、コンデンサおよびコンデンサに接続された第２端子部を含むコンデンサユニットと、第１端子部および第２端子部に接続されるバスバーユニットとを備える。上記バスバーユニットは、第１端子部と着脱可能に設けられた第３端子部と、第２端子部に着脱可能に設けられた第４端子部とを含む。

本発明に係る電力変換装置によれば、半導体素子の冷却を確保しつつ、電力変換装置を構成する部品を簡単に交換することができると共に、組み立ての作業の簡素化を図ることができる。

この発明に係る半導体ユニット（電力変換装置）１０を搭載したモータ駆動装置１００の回路図である。 半導体ユニット１０の平面図である。 半導体ユニット１０を模式的に示す斜視図である。 半導体モジュール６２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す正面図である。 図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 コンデンサモジュール５０の斜視図である。 ケース４６を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の斜視図である。 コンデンサモジュール５０の断面図である。 コンデンサモジュール５０Ａおよび半導体モジュール６２の変形例を示す斜視図である。 半導体ユニット１０の変形例を示す斜視図である。 半導体モジュール６２の変形例を示す平面図である。 図１３に示す半導体モジュール６２の断面図である。 図１４に示すセラミックコンデンサ７３の配置態様と異なるセラミックコンデンサ７３の配置態様を示す模式図である。 本実施の形態２に係る半導体ユニット１０の斜視図である。 バスバーユニット９０の斜視図である。 ケース９２内に配置され、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵに接続される圧着部８５Ｐ，８５Ｎとを示す斜視図である。 コンデンサモジュール５０の平面図である。 ケース５３の上面部を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の平面図である。 圧着部５７および圧着部５８を示す斜視図である。

図１から図２１を用いて、本発明の実施の形態に係る電気機器について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明に係る半導体ユニット（電力変換装置）１０を搭載したモータ駆動装置１００の回路図である。

図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，３１と、制御装置３０とを備える。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、三相交流回転電機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２は、主として電動機として動作する。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインＬＮ１に接続され、他方端はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインＬＮ１に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインＬＮ２に接続される。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。

なお、本実施の形態においては、３つのダイオードＤ１および３つのスイッチング素子Ｑ１が並列に接続されている。また、３つのダイオードＤ２および３つのスイッチング素子Ｑ１が並列に接続されている。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

インバータ３１は、インバータ１４と同様の構成から成る。なお、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，３１に含まれるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

バッテリＢは、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池セルを多数直列に接続して構成される高電圧のバッテリである。なお、バッテリＢを、これらの２次電池以外に、キャパシタ、コンデンサあるいは燃料電池などで構成しても良い。

コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。

昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってスイッチング素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。

また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４および／またはインバータ３１から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４，３１へ供給する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１に従ったトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

インバータ３１は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２に従ったトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ３１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

半導体ユニット１０は、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、インバータ３１と、コンデンサＣ２とを含む。なお、リアクトルＬは、比較的大きなモジュールであるため、半導体ユニット１０の外部に配置される。

図２は、半導体ユニット１０の平面図である。この図２に示すように、半導体ユニット１０は、複数の半導体モジュール６０〜６８と、半導体モジュール６０〜６８を冷却する冷却装置２０と、複数のコンデンサモジュール５０〜５２と含む。

各半導体モジュール６０〜６８は、プレート状に形成されており、２つの対向する主表面を有する。各半導体モジュール６０〜６８は、互いに間隔をあけて配置されている。

半導体モジュール６０には、図１に示すＷ相アーム１７が収容されている。半導体モジュール６１には、Ｖ相アーム１６が収容され、半導体モジュール６２には、Ｕ相アーム１５が収容されている。そして、半導体モジュール６０、半導体モジュール６１および半導体モジュール６２によって、インバータ１４が構成されている。

半導体モジュール６０〜６２は、半導体モジュール６０〜６２下に配置されたコンデンサモジュール５０に接続されている。

半導体モジュール６３には、図１に示すインバータ３１のＷ相アームが収容され、半導体モジュール６４には、インバータ３１のＶ相アームが収容されている。半導体モジュール６５には、インバータ３１のＵ相アームが収容されている。そして、半導体モジュール６３〜６５によって、インバータ３１が構成されている。

半導体モジュール６３〜６５は、半導体モジュール６３〜６５下に配置されたコンデンサモジュール５１に接続されている。半導体モジュール６６，６７，６８の各々には、図１に示す１つのスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１および１つのスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２が収容されている。

半導体モジュール６６〜６８は、半導体モジュール６６〜６８下に配置されたコンデンサモジュール５２に接続されている。

冷却装置２０は、冷媒が供給される供給管２１と、供給管２１に接続された複数の冷却管２２と、各冷却管２２が接続された排出管２３とを含む。

各冷却管２２は、各半導体モジュール６０〜６８の主表面上を通るように配置されている。これにより、各半導体モジュール６０〜６８は、冷却管２２内を流れる冷媒によって冷却される。

図３は、半導体ユニット１０を模式的に示す斜視図である。この図３においては、冷却装置２０は省略されている。この図３に示すように、各半導体モジュール６０〜６８の上方には、制御基板２５が配置されている。なお、制御基板２５は、制御装置３０に設けられている。各半導体モジュール６０〜６８と制御基板２５とは複数の端子によって接続されている。

また、各半導体モジュール６０〜６８は、端子によって、各コンデンサモジュール５０〜５２と接続されている。図４は、半導体モジュール６２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す正面図である。

この図４に示すように、半導体モジュール６２内には、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ３、スイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ４が収容されている。

半導体モジュール６２は、スイッチング素子Ｑ３に接続され、制御基板２５に向けて突出する複数の制御端子４１Ｕと、スイッチング素子Ｑ４に接続された複数の制御端子４１Ｕとを含む。そして、複数の制御端子４１Ｕと制御基板２５とが接続されており、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４の駆動が制御されている。

半導体モジュール６２は、外部に向けて突出するバスバー（第１端子部）４０ＰＵと、外部に向けて突出するバスバー（第１端子部）４０ＮＵとを含む。

バスバー４０ＰＵとバスバー４０ＮＵとは、いずれも、制御端子４１Ｕと反対側に設けられており、コンデンサモジュール５０に向けて突出している。

図５は、図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。この図５に示すように、半導体モジュール６２は、板状に形成されたＰ電極板３１Ｐと、このＰ電極板３１Ｐと間隔をあけて配置されたＮ電極板３１Ｎと、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎと間隔をあけて配置された共通電極板３３と、共通電極板３３およびＰ電極板３１Ｐ間に配置されたスイッチング素子Ｑ３と、共通電極板３３およびＮ電極板３１Ｎ間に配置されたスイッチング素子Ｑ４とを含む。

半導体モジュール６２は、Ｐ電極板３１Ｐ上に形成された半田３４と、この半田３４によって固定されたスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３上に形成された半田３５と、半田３５によって固定された銅スペーサ３６と、この銅スペーサ３６上に形成され、共通電極板３３に固定された半田３７とを含む。Ｎ電極板３１Ｎの上面上には、Ｐ電極板３１Ｐの上面上と同様に、半田によって固定されたスイッチング素子Ｑ４および銅スペーサが配置されている。

図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。この図６に示すように、共通電極板３３と、Ｐ電極板３１Ｐとの間には、スイッチング素子Ｑ３、ダイオードＤ３および銅スペーサが半田によって固定されている。

図５および図６に示すように、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎと、共通電極板３３との間には、樹脂３９が充填されている。

共通電極板３３の対向する２つの主表面のうち、一方の主表面は、樹脂３９から露出している。Ｐ電極板３１Ｐの対向する２つの主表面のうち、一方の主表面が樹脂３９から露出している。Ｎ電極板３１Ｎの対向する２つの主表面のうち、一方の主表面が樹脂３９から露出している。そして、樹脂３９から露出した各主表面上に、図２に示す冷却管２２が配置されている。

図５および図６において、Ｐ電極板３１Ｐには、バスバー４０ＰＵが一体的に接続されている。そして、Ｎ電極板３１Ｎには、バスバー４０ＮＵが一体的に接続されている。
共通電極板３３には、中間電極１４Ｕが一体的に接続されている。なお、バスバー４０ＰＵは、Ｐ電極板３１Ｐよりも薄く形成されており、バスバー４０ＮＵもＮ電極板３１Ｎよりも薄くなるように形成されている。同様に中間電極１４Ｕは、共通電極板３３よりも薄くなるように形成されている。

バスバー４０ＮＵおよびバスバー４０ＰＵは、樹脂３９から突出しており、コンデンサモジュール５０に接続されている。なお、バスバー４０ＮＵは、図１に示すバスバー４０Ｎの一部を構成し、バスバー４０ＰＵは図１に示すバスバー４０Ｐの一部を構成する。

半導体モジュール６２には、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｕが形成されており、制御端子４１Ｕは、ボンディングワイヤ４２によってスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に接続されている。共通電極板３３に形成された中間電極１４Ｕは、図１に示すように、モータジェネレータＭＧ１に接続されており、Ｕ相コイルの端部に接続される。

図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。この図７に示すように、半導体モジュール６１は、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｖと、コンデンサモジュール５０に向けて突出するバスバー４０ＮＶおよびバスバー４０ＰＶとを含む。

半導体モジュール６０は、制御基板２５に向けて突出する制御端子４１Ｗと、コンデンサモジュール５０に向けて突出するバスバー４０ＮＷおよびバスバー４０ＰＷとを含む。

各半導体モジュール６０〜６２の主表面上には、冷却管２２が配置されている。各半導体モジュール６０〜６２の主表面上には、セラミック絶縁基板４４が配置されている。このセラミック絶縁基板４４と、各半導体モジュール６０〜６２の主表面との間にはグリース４５が塗布されている。

セラミック絶縁基板４４上には冷却管２２が配置されており、セラミック絶縁基板４４と冷却管２２との間にはグリース４３が塗布されている。

なお、図４等に示される中間電極１４Ｕおよび各半導体モジュール６１，６０の中間電極は、端子台に接続され、この端子台には、モータジェネレータＭＧ１の各コイルに接続されている。同様に、図２に示す半導体モジュール６３〜６５および半導体モジュール６６〜６８も構成されている。

図８は、コンデンサモジュール５０の斜視図である。この図８に示すように、コンデンサモジュール５０は、内部に複数のコンデンサを収容するケース４６を備えている。

ケース４６の表面のうち、各半導体モジュール６０〜６２が配置される上面には、複数の穴部４７Ｐ，４７Ｎが形成されている。なお、この図８に示す例においては、３つの穴部４７Ｐが間隔をあけて形成されており、穴部４７Ｎも間隔をあけて３つ形成されている。

そして、穴部４７Ｐは、図７に示すバスバー４０ＰＵ，４０ＰＶ，４０ＰＷのいずれかを受け入れ、穴部４７Ｎは、バスバー４０ＮＵ，４０ＮＶ，４０ＮＷのいずれかを受け入れる。

図９は、ケース４６を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の斜視図である。この図９に示すように、コンデンサモジュール５０は、複数のフィルムコンデンサ７０と、フィルムコンデンサ７０の一方の端部に配置された電極板７１Ｐと、フィルムコンデンサ７０の他方の端部に配置された電極板７１Ｎとを含む。電極板７１Ｎおよび電極板７１Ｐは、各フィルムコンデンサ７０を並列接続している。

電極板７１Ｎには間隔を隔てて複数の圧着片７２Ｎが形成され、電極板７１Ｐにも、間隔をあけて複数の圧着片７２Ｐが形成されている。なお、圧着片７２Ｐは、電極板７１Ｐの一部を折り曲げることで形成された屈曲片７４Ｐに形成されている。同様に、圧着片７２Ｎは、電極板７１Ｎの一部を折り曲げて形成された屈曲片７４Ｎに形成されている。

図１０は、コンデンサモジュール５０の断面図である。この図１０に示すように、平板状に形成されたバスバー４０ＰＵの主表面と対向するように屈曲片７４Ｐが配置されている。そして、圧着片７２Ｐがバスバー４０ＰＵの主表面に向けて張り出し、バスバー４０ＰＵと圧着片７２Ｐとが接触している。同様に、屈曲片７４Ｎは、バスバー４０ＮＵと対向するように配置されており、圧着片７２Ｎがバスバー４０ＮＵに向けて張り出している。そして、圧着片７２Ｎとバスバー４０ＮＵとが接触している。

なお、圧着片７２Ｐおよび圧着片７２Ｎの高さ方向の中央部には、バスバー４０ＰＵおよびバスバー４０ＮＵに向けて張り出す腹部が形成されている。そして、バスバー４０ＰＵが穴部４７Ｐ内に挿入されていない状態では、穴部４７Ｐと圧着片７２Ｐとを平面視すると、圧着片７２Ｐの腹部は穴部４７Ｐ内に位置している。

このため、バスバー４０ＰＵが穴部４７Ｐ内に挿入されると、バスバー４０ＰＵは、圧着片７２Ｐを押しのけ、圧着片７２Ｐが弾性変形する。そして、圧着片７２Ｐの腹部が、バスバー４０ＰＵに圧着し、電極板７１Ｐとバスバー４０ＰＵとが電気的に接続される。

同様に、圧着片７２Ｎも、電極板７１Ｎとの付根部から先端部側に向かうにつれて、
ケース４６の内方に向けて突出するように形成されている。この圧着片７２Ｎは、ケース４６の内方に向けて張り出す腹部と、この腹部の先端部側に形成され、挿入されたバスバー４０ＮＵから離れるように湾曲する反り部とを含む。

そして、バスバー４０ＮＵが挿入されていない状態で、穴部４７Ｎおよび圧着片７２Ｎとを平面視すると、圧着片７２Ｎの腹部が穴部４７Ｎ内に位置している。

このため、バスバー４０ＮＵが穴部４７Ｎ内に挿入されると、バスバー４０ＮＵが圧着片７２Ｎを押しのける。そして、圧着片７２Ｎが弾性変形し、圧着片７２Ｎがバスバー４０ＮＵに圧着し、バスバー４０ＮＵと電極板７１Ｎとが電気的に接続される。

このように、バスバー４０ＰＵおよびバスバー４０ＮＵとを穴部４７Ｐおよび穴部４７Ｎに挿入することで、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とを電気的に接続することができ、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵと、圧着片７２Ｐ，７２Ｎとを溶接する必要がない。

このため、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とは、互いに着脱可能に設けられており、半導体モジュール６２とコンデンサモジュール５０とを電気的に接続した状態であっても、半導体モジュール６２からコンデンサモジュール５０を取り外すことができる。

つまり、本実施の形態に係る半導体ユニット１０は、共通電極板３３またはＰ電極板３１Ｐに接続されたバスバー４０ＮＵ，４０ＰＵを含む半導体モジュール６２と、半導体モジュール６２を冷却する冷却装置２０と、フィルムコンデンサ７０およびフィルムコンデンサ７０に電気的に接続された圧着片７２Ｐ，７２Ｎを含み、半導体モジュール６２に着脱可能に設けられたコンデンサモジュール５０とを含む。

そして、この半導体ユニット１０によれば、たとえば、コンデンサモジュール５０や半導体モジュール６２が劣化若しくは損傷した場合には、劣化等したコンデンサモジュール５０や半導体モジュール６２のみを交換することができる。

さらに、各半導体モジュール６２のバスバーをコンデンサモジュール５０の穴部４７Ｎ，４７Ｐに挿入することで、半導体ユニット１０を組み立てることができ、半導体ユニット１０を簡単に組み立てることができる。すなわち、溶接工程等を省略することができ、製造工程の低減を図ることができる。

図１１は、コンデンサモジュール５０および半導体モジュール６２の変形例を示す斜視図である。この図１１に示すように、半導体モジュール６２ごとにコンデンサモジュール５０Ａを接続するようにしてもよい。コンデンサモジュール５０Ａ内には、フィルムコンデンサが１つ収容されている。このため、特定のフィルムコンデンサが劣化した場合には、そのフィルムコンデンサが収容されたコンデンサモジュール５０Ａを交換することで、半導体ユニット１０を修繕することができる。

なお、図１２に示すように、半導体モジュール６２およびコンデンサモジュール５０Ａを樹脂ケース４８内に収容し、半導体モジュール６２およびコンデンサモジュール５０Ａをユニット化してもよい。なお、樹脂ケース４８内にはポッティング材が充填されている。

この場合、図２に示す冷却管２２は、樹脂ケース４８の表面上に配置され、コンデンサモジュール５０Ａと、半導体モジュール６２とを冷却することができる。

図１３は、半導体モジュール６２の変形例を示す平面図である。この図１３に示す例においては、フィルムコンデンサの代わりに、セラミックコンデンサ７３が採用されている。図１４は、図１３に示す半導体モジュール６２の断面図である。この図１４に示すように、セラミックコンデンサ７３は、半導体モジュール６２のＰ電極板３１Ｐと、Ｎ電極板３１Ｎと接続されている。

この半導体ユニット１０によれば、バスバー等の接続配線を省略することができ、インダクタンスの低減および寄生インダクタンスの低減を図ることができる。これに伴い、半導体ユニット１０の性能向上を図ることができる。図１５は、図１４に示すセラミックコンデンサ７３の配置態様と異なるセラミックコンデンサ７３の配置態様を示す模式図である。この図１５に示す例においては、セラミックコンデンサ７３をＰ電極板３１ＰとＮ電極板３１Ｎとの間に配置し、セラミックコンデンサ７３、Ｐ電極板３１ＰおよびＮ電極板３１Ｎは直列に接続されている。Ｐ電極板３１Ｐおよびセラミックコンデンサ７３はブロック電極で接続され、Ｎ電極板３１Ｎとセラミックコンデンサ７３ともブロック電極で接続されている。このように、セラミックコンデンサ７３を配置することで、セラミックコンデンサ７３がショート故障した場合においても、半導体モジュール６２の信頼性を確保することができる。

（実施の形態２）
図１６から図２１を用いて、本発明の実施の形態２に係る半導体ユニット１０について説明する。なお、図１６から図２１に示す構成のうち、上記図１から図１３に示す構成と同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１６は、本実施の形態２に係る半導体ユニット１０の斜視図である。なお、この図１６において、冷却装置２０は図示されていない。この図１６に示すように、半導体ユニット１０は、半導体モジュール６０〜６２等の複数の半導体モジュールと、内部にコンデンサが収容されたコンデンサモジュール５０と、バスバーユニット９０とを備えている。

半導体モジュール６２のバスバー（第１端子部）４０ＰＵ，４０ＮＵは、バスバーユニット９０に接続されている。同様に、他の半導体モジュールのバスバー４０ＰＶ，４０ＮＶ，４０ＰＷ，４０ＮＷがバスバーユニット９０に接続されている。

バスバーユニット９０は、コンデンサモジュール５０に向けて突出し、コンデンサモジュール５０内に設けられた端子部に接続される複数の端子部８０ＰＵ，８０ＰＶ，８０ＰＷ，８０ＮＵ，８０ＮＶ，８０ＮＷを含む。

図１７は、バスバーユニット９０の斜視図である。この図１７に示すように、バスバーユニット９０は、内部にバスバーや配線等が収容されたケース９２と、ケース９２からコンデンサモジュール５０に向けて突出する複数の端子部８０ＮＵ，８０ＰＵとを備える。

ケース９２の上面には、図１６に示す半導体モジュール６０〜６８が配置され、ケース９２の上面には、各半導体モジュール６０〜６８のバスバーを受け入れる穴部８４が複数形成されている。

図１８は、ケース９２内に配置され、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵに接続される圧着部８５Ｐ，８５Ｎとを示す斜視図である。

この図１８に示すように、ケース９２内には、配線８１および配線８３と、配線８１および配線８３間に配置された絶縁板８２とを含む。

配線８３には、圧着部（第３端子部）８５Ｐが形成されており、配線８１には、圧着部（第３端子部）８５Ｎが形成されている。

圧着部８５Ｐは配線８３の一部を切り欠き、配線８３から張り出すように湾曲させることで形成されている。そして、図１７に示す穴部８４に図１６に示すバスバー４０ＰＵが挿入されると、圧着部８５Ｐは、バスバー４０ＰＵによって、配線８３側に押しのけられる。圧着部８５Ｐは、弾性変形可能に形成されており、バスバー４０ＰＵによって押しのけられると、その弾性力によって、バスバー４０ＰＵに圧着する。これにより、バスバー４０ＰＵと圧着部８５Ｐとが電気的に接続される。

圧着部８５Ｎは、配線８１の一部を切り欠き、配線８１および配線８３から張り出すように、湾曲させることで形成されている。絶縁板８２および配線８３には、穴部が形成されており、圧着部８５Ｎは、この穴部をとおり、配線８３より外方向に張り出すように形成されている。

この圧着部８５Ｎも、弾性変形可能に形成されており、穴部８４から挿入されバスバー４０ＮＵによって、配線８３側に押しのけられる。これにより、圧着部８５Ｎは、挿入されたバスバー４０ＮＵに圧着する。

なお、図１８において、バスバー４０ＰＵ，４０ＮＵと接続される端子部として機能する圧着部８５Ｐおよび圧着部８５Ｎについて説明したが、バスバーユニット９０内には、他のバスバー４０ＰＶ等と圧着する圧着部が設けられている。

配線８３には、コンデンサモジュール５０に向けて突出する端子部（第４端子部）８０ＰＵが形成されており、配線８１には、コンデンサモジュール５０に向けて突出する端子部（第４端子部）８０ＮＵが形成されている。

図１９は、コンデンサモジュール５０の平面図であり、この図１９に示すように、コンデンサモジュール５０は、複数のコンデンサを収容するケース５３を含む。このケース５３の上面側には、バスバーユニット９０が配置され、ケース５３の上面には、複数の穴部５４が形成されている。穴部５４は、図１８に示す端子部８０ＮＵ，８０ＰＵを受け入れる。

図２０は、ケース５３の上面部を取り外した状態におけるコンデンサモジュール５０の平面図である。この図２０に示すように、コンデンサモジュール５０内には、複数のフィルムコンデンサ７０と、このフィルムコンデンサ７０の正極に接続された電極５５と、フィルムコンデンサ７０の負極に接続された電極５６とを含む。

電極５５には、圧着部（第２端子部）５８が形成されており、電極５６にも、圧着部（第２端子部）５８が接続されている。

図２１は、圧着部５７および圧着部５８を示す斜視図である。この図２１に示すように、圧着部５７は、電極５５からケース５３の内方に向けて張り出すように湾曲している。

そして、図１９に示す穴部５４から端子部８０ＰＵが挿入されると、端子部８０ＰＵによって電極５５側に押しのけられるように変形する。これにより、圧着部５７は、挿入された端子部８０ＰＵに圧着される。

同様に、圧着部５８も、穴部５４から端子部８０ＮＵが挿入されると、この端子部８０ＮＵによって、電極５６側に押しのけられる。圧着部５８は、端子部８０ＮＵによって押しのけられると、挿入された端子部８０ＮＵに圧着する。

なお、この図２０に示すように、コンデンサモジュール５０内には、図１６に示す端子部８０ＮＶ〜８０ＰＷに対応する圧着部が設けられている。

本実施の形態に係る半導体ユニット１０によれば、端子部８０ＮＵ〜８０ＰＷをコンデンサモジュール５０の穴部５４に挿入することで、バスバーユニット９０とコンデンサモジュール５０とを接続することができる。

さらに、各半導体モジュール６０〜６８のバスバーを穴部８４に挿入することで、各半導体モジュール６０〜６８とバスバーユニット９０とを接続することができる。

このため、半導体ユニット１０を簡単に組み立てることができる。
さらに、一部の半導体モジュールが損傷した場合や、バスバーユニット９０、コンデンサモジュール５０が損傷した場合には、損傷したモジュールのみを交換することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、電力変換装置に適用することができ、特に、半導体素子が収容され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装置とを含む電力変換装置に好適である。

１０ 半導体ユニット、１２ 昇圧コンバータ、１４，３１ インバータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ 中間電極、２０ 冷却装置、２１ 供給管、２２ 冷却管、２３ 排出管、２５ 制御基板、３０ 制御装置、３１ インバータ、３３ 共通電極板、３６ 銅スペーサ、３９ 樹脂、４０ＰＵ，４０ＮＵ，４０ＰＶ，４０ＮＶ，４０ＰＷ，４０ＮＷ バスバー、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ 制御端子、４２ ボンディングワイヤ、４３ グリース、４４ セラミック絶縁基板、４５ グリース、４６ ケース、４７Ｐ，４７Ｎ 穴部、４８ 樹脂ケース、５０，５０Ａ コンデンサモジュール、５３ ケース、５４ 穴部、５５，５６ 電極、５７，５８ 圧着部、６６，６７，６８ 半導体モジュール、７０ フィルムコンデンサ、７２Ｐ，７２Ｎ 圧着片、７３ セラミックコンデンサ、８０ＰＵ，８０ＰＶ，８０ＰＷ，８０ＮＵ，８０ＮＶ，８０ＮＷ 端子部。

Claims (5)

1. 電極を含む半導体素子および、外部に向けて突出し、前記電極に接続された第１端子部を含む半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールを冷却する冷却装置と、
   コンデンサを内部に含み、前記第１端子部を受け入れると共に、前記半導体モジュールに着脱可能に設けられたコンデンサモジュールと、
   前記コンデンサモジュール内に設けられると共に、前記コンデンサに接続され、前記第１端子部に着脱可能に接続される第２端子部と、
   を備えた、電力変換装置。
2. 前記半導体モジュールは、複数設けられ、
   前記コンデンサモジュールは、前記半導体モジュールごとに設けられた、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記半導体モジュールおよび、前記半導体モジュールに接続された前記コンデンサモジュールを収容する収容ケースをさらに備え、
   前記冷却装置は、前記収容ケースの表面に設けられた、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第２端子部は、挿入される前記第１端子部によって押し退けられると共に、挿入された前記第１端子部に圧着する圧着片とされた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 電極を含む半導体素子、および前記電極に接続され、外部に向けて突出する第１端子部を含む半導体モジュールと、
   コンデンサおよび前記コンデンサに接続された第２端子部を含むコンデンサユニットと、
   前記第１端子部および前記第２端子部に接続されるバスバーユニットと、
   を備え、
   前記バスバーユニットは、前記第１端子部と着脱可能に設けられた第３端子部と、前記第２端子部に着脱可能に設けられた第４端子部とを含む、電力変換装置。

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