JP2016208641A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接工程を不要にして製造工程を簡素化するとともに、組み付け作業性を向上でき、半導体素子の保護回路や制御回路を構成する電子部品を半導体モジュールに近い領域に配置して、小型化することができる提供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、複数の半導体モジュール１０、連結部材２０、バスバ３１を備える。半導体モジュール１０は貫通孔１２ａが形成された複数のパワー端子１２を備える。連結部材２０はパワー端子１２が接合される複数の導電部材２１と、導電部材２１を保持する保持部材２２とからなる。連結部材２０には保護回路又は制御回路の一部を構成する電子部品４０が搭載される。導電部材２１の第１の面２１１ｂ〜２１４ｂと、バスバ３１〜３３にはパワー端子１２が接続され、第２の面２１１ａ〜２１３ｃにはバスバ３１〜３３が接続され、第１の面２１１ｂ〜２１４ｂは互いに同一平面（Ｕ）上に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、電力変換装置において、半導体素子を備える複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールに接続された複数のバスバと、半導体素子の制御回路や保護回路を形成する電子部品とを備えたものが特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の構成では、複数のバスバはバスバ封止部材により封止されており、バスバ封止部材には上記電子部品としての電流センサを保持する保持部が形成されている。

特開２０１３−２５８８４３号公報

上記構成では、複数の半導体モジュールは複数の冷却管とともに積層されて、積層体を構成している。そして、バスバ封止部材は積層体の外形に沿うように矩形の枠状に形成されており、対向する一対の辺部の間を橋渡すようにしてバスバを固定されている。そのため、当該枠状のバスバ保持部に保持された電流センサは、積層体の外側に位置して、半導体モジュールから離れた位置に配設されることとなる。そのため、装置の小型化を図るには改善の余地がある。

また、半導体素子の保護回路や制御回路を形成する電子部品を、半導体モジュールと接続されるバスバに取り付けて、当該電子部品を半導体モジュールに近い領域に配置することにより、装置の小型化を図ることが考えらえる。しかしながら、半導体モジュールとバスバとは溶接により接合されるため、溶接時の熱が当該電子部品に伝播して当該電子部品を破損させるおそれがある。そのため、当該電子部品を半導体モジュールに近い領域に配置するには、当該電子部品に特別な熱対策を施すなどの必要が生じるという問題がある。

また、上述の如く、半導体モジュールとバスバとは溶接により接合されるため、溶接工程が必須となり、製造工程が煩雑となるという問題もある。また、従来の構成において、半導体モジュールとバスバとの接合を、締結部材を介した締結により行うことも考えられる。しかしながら、例えば、特許文献１に開示の構成において、締結部材により、半導体モジュールとバスバとを締結するとすれば、組み付け作業において、積層方向に隣り合うパワー端子の間で締結作業を行う必要があり、組み付け作業性が悪いという問題が生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、溶接工程を不要にして製造工程を簡素化するとともに、組み付け作業性を向上し、半導体素子の保護回路や制御回路を構成する電子部品を半導体モジュールに近い領域に配置して、小型化することができる電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、半導体素子を内蔵する平板状の本体部と、該本体部からその主面に平行に突出するとともに貫通孔が形成された複数のパワー端子とを備える複数の半導体モジュールと、
上記半導体素子を駆動制御する制御回路が形成された制御基板と、
上記パワー端子のそれぞれが上記貫通孔に挿通された第１の締結部材を介して締結される複数の導電部材と、該複数の導電部材を保持する保持部材とからなり、上記複数の半導体モジュールのうち、少なくとも２個の上記半導体モジュールを連結する連結部材と、
上記導電部材に第２の締結部材を介して電気的に接合されて上記半導体モジュールと通電される複数のバスバと、
を備え、
上記連結部材には、上記半導体モジュールとともに上記半導体素子を過電流又は過電圧から保護する保護回路又は上記制御回路の一部を構成する電子部品が搭載されており、
上記導電部材はそれぞれ、上記パワー端子が接続される第１の面と、上記バスバが接続される第２の面とを有し、
上記複数の導電部材における上記第１の面が互いに同一平面上に位置していることを特徴とする電力変換装置にある。

上記電力変換装置においては、半導体モジュールのパワー端子と連結部材とが第１の締結部材によって締結され、バスバと連結部材とが第２の締結部材によって締結されている。すなわち、半導体モジュールとバスバとは連結部材を介して締結されて電気的に接続されている。そのため、溶接工程が不要となり、製造工程の簡素化が図られる。

そして、上述のごとく、溶接工程が不要となることから、溶接時の熱による破損等を考慮する必要がなくなる。そのため、制御回路又は保護回路の一部を構成する電子部品を特別な熱対策を施すことなく、容易に連結部材に搭載することができる。これにより、かかる電子部品を半導体モジュールに近い領域に配設できるとともに、かかる電子部品の設置場所を別に確保する必要がないため、装置を小型化することができる。

また、導電部材はそれぞれ、パワー端子が接続される第１の面と、バスバが接続される第２の面とを有している。すなわち、導電部材において、パワー端子及びバスバのそれぞれが接続される面が異なっている。そして、上述の如く、半導体モジュールのパワー端子とバスバとは、導電部材を介して互いに電気的に接続されるため、予め、導電部材が保持された連結部材をパワー端子に接続した状態で、組み付けを行うことができる。これらにより、組み付け作業時に、パワー端子と導電部材との締結作業が容易となるとともに、バスバと導電部材との締結作業も容易となるため、組み付け作業性が向上する。

さらに、上述のごとく、導電部材において、パワー端子及びバスバのそれぞれが接続される面が異なっているため、パワー端子と導電部材とを締結する方向と、バスバと導電部材とを締結する方向が異なるようにすることができる。これにより、組み付け作業の各作業段階において、一方向組み付けとすることが容易となるため、組み付け作業性が一層向上する。さらに、連結部材において、複数の導電部材が保持部材に保持されているとともに、複数の導電部材における第１の面が互いに同一平面上に位置しているため、複数の導電部材をパワー端子にそれぞれ締結する際の組み付け作業性が一層向上する。

以上のごとく、本発明によれば、溶接工程を不要にして製造工程を簡素化するとともに、組み付け作業性を向上し、半導体素子の保護回路や制御回路を構成する電子部品を半導体モジュールに近い領域に配置して、小型化することができる電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の上面図。 実施例１における、積層体の正面図。 図２における、III-III線位置断面図。 実施例１における、連結部材により連結された半導体モジュールの上面図。 実施例１における、電力変換回路を示す回路図。 実施例１における、導電部材の斜視図。 図２における、VIIa-VIIa線位置（ａ）、VIIb-VIIb線位置（ｂ）、VIIc-VIIc線位置（ｃ）、VIId-VIId線位置（ｄ）での連結部材の断面図。 変形例１における、図２のIII-III線位置相当の断面図。 実施例２における、図２のIII-III線位置相当の断面図。 変形例２における、図２のIII-III線位置相当の断面図。 変形例２における、導電部材の斜視図。 変形例３における、半導体モジュールの正面図。 実施例３における、積層体の正面図。 実施例３における、電力変換回路を示す回路図。 変形例４における、積層体の正面図。 図１５における、XVI-XVI線位置断面図。 実施例４における、積層体の正面図。 実施例４における、電力変換回路を示す回路図。

本発明の電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド自動車に使用することができる。

（実施例１）
実施例に係る電力変換装置につき、図１〜図７を用いて説明する。
図１に示すように、本例の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール１０と、制御基板１７と、連結部材２０と、バスバ３１、３２、３３と、を備える。
半導体モジュール１０は、図２及び図４に示すように、半導体素子１９を内蔵する平板状の本体部１１と、本体部１１からその主面１１ａ、１１ｂに平行に突出するとともに貫通孔１２ａが形成された複数のパワー端子１２を備える。
制御基板１７には、半導体素子１９を駆動制御する制御回路が形成されている。
連結部材２０は、複数の導電部材２１及び保持部材２２からなる。複数の導電部材２１には、パワー端子１２がそれぞれ接合される。保持部材２２は複数の導電部材２１を保持している。そして、連結部材２０は、少なくとも２個の半導体モジュール１０を連結している。
バスバ３１、３２、３３は、導電部材２１に電気的に接合されて、半導体モジュール１０と通電される。
そして、連結部材２０には、半導体素子１９を過電流又は過電圧から保護する保護回路又は制御回路の一部を構成する電子部品４０（図１参照）が搭載されている。
導電部材２１はそれぞれ、パワー端子１２が接続される第１の面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂと、バスバ３１、３２、３３が接続される第２の面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃとを有する。そして、図４に示すように、複数の導電部材２１における第１の面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂが互いに同一平面（Ｕ）上に位置している。

以下、本例の電力変換装置１について、詳述する。
図１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール１０と複数の冷却管５０とを積層してなる積層体１５を有する。個々の半導体モジュール１０は、図２に示すように、本体部１１、パワー端子１２及び制御端子１３を備える。本体部１１は平板状を成している。パワー端子１２は、本体部１１の主面１１ａ、１１ｂ（図４参照）に平行に本体部１１の一方の端面１１ｃから突出している。制御端子１３は、パワー端子１２の突出する側と反対の端面１１ｄからパワー端子１２と反対方向に突出している。パワー端子１２は帯状をしており、それぞれ貫通孔１２ａが形成されている。制御端子１３は棒状をなしている。

図１に示すように、積層体１５において、隣り合う冷却管５０の間に、２個の半導体モジュール１０が互いの主面１１ａ、１１ｂが平行となるとともに、図２に示すように、互いのパワー端子１２の突出方向が平行となるように配されている。図３に示すように、半導体モジュール１０と冷却管５０との間には、両者の間の絶縁を維持するシート状の絶縁部材６５がそれぞれ介在している。

本例では、図１に示すように、隣り合う冷却管５０の間における２個の半導体モジュール１０の並び方向（幅方向）をＸとし、積層体１５における半導体モジュール１０と冷却管５０との積層方向をＹとし、図２に示すように、半導体モジュール１０におけるパワー端子１２の突出方向（高さ方向）をＺとする。そして、図１に示すように、積層体１５は、金属製のフレーム１４内において、加圧部材１６によって金属製のフレーム１４の一方の内側面に向かって、積層方向Ｙに加圧された状態で固定されている。積層体１５における高さ方向Ｚの下側には、制御基板１７が備えられる。制御基板１７には、各半導体モジュール１０の制御端子１３が接続されており、各半導体モジュール１０を駆動制御するとともに、各信号が送受信されて電力変換回路を制御するよう構成されている。

図２に示すように、冷却管５０は幅方向Ｘに延びた長板状を成しており、内側に冷媒を流通させる冷媒流路５０ａ（図３参照）を有する。冷却管５０における幅方向Ｘの両側には、連結管５１が接続されている。連結管５１は、筒状を成しており、隣り合う冷却管５０における互いの冷媒流路５０ａ（図３参照）を連通させるように両冷却管５０にそれぞれ接合されている。図１に示すように、積層方向Ｙにおける一端側に位置する冷却管５０には、外部から冷媒流路５０ａに冷媒を導入させる冷媒導入管５２と、冷媒流路５０ａから冷媒を導出される冷媒導出管５３がそれぞれ接合されている。

図２に示すように、隣り合う冷却管５０の間における２個の半導体モジュール１０のそれぞれのパワー端子１２は、連結部材２０によって連結されている。これにより、図４に示すように、２個の半導体モジュール１０が互いの主面１１ａが平面Ｓ上に位置するとともに、２個の半導体モジュール１０が互いの主面１１ｂが平面Ｔ上に位置しており、互いの主面１１ａ、１１ｂが同一平面Ｓ、Ｔ上に並んだ状態となっている。連結部材２０は、導電性を有する金属製の導電部材２１と、絶縁性を有する樹脂製の保持部材２２とからなる。導電部材２１は、保持部材２２に埋め込まれた状態で保持部材２２に保持されている。

導電部材２１は、図２、図４、図６及び図７に示すように、第１導電部材２１１、第２導電部材２１２、第３導電部材２１３及び第４導電部材２１４とからなる。各導電部材２１１〜２１４は、いずれも、Ｚ方向に延びる略四角柱状をなしており、Ｚ方向の長さが互いに異なっている。第１導電部材２１１と第４導電部材２１４とは、第５導電部材２１５により、互いの底部２１１ａ、２１４ａにおいて、電気的に接続されている。一方、第２導電部材２１２及び第３導電部材２１３の底部２１２ａ、２１３ａはいずれも第５導電部材２１５から離隔した状態で保持部材２２に保持されている。

図６及び図７に示すように、各導電部材２１１、２１２、２１３、２１４におけるＹ方向の一方の側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂは、保持部材２２から露出しているとともに面一となっている。すなわち、図４に示すように、各導電部材２１１〜２１４における側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂが互いに同一平面Ｕ上に位置している。図６及び図７に示すように、そして、側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂには、第１ねじ孔２２１、２２２、２２３、２２４がそれぞれＹ方向に形成されている。これにより、側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂが、パワー端子１２が接続される第１の面となっている。一方、第５導電部材２１５のＹ方向の一方の側面２１５ａも保持部材２２から露出しているが、側面２１１ｂ〜２１４ｂよりも奥まっており、これらと面一とはなっていない。

また、図７に示すように、第１〜第３導電部材２１１、２１２、２１３の上面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃも保持部材２２から露出している。そして、上面２１１ｃ〜２１３ｃには、第２ねじ孔２３１、２３２、２３３がＺ方向に形成されている。これにより、上面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃが、バスバ３１、３２、３３が接続される第２の面となっている。一方、第４導電部材２１４の上面２１４ｃは保持部材２２から露出しておらず、ねじ孔も形成されていない。

図６及び図７に示すように、第１〜第３導電部材２１１〜２１３におけるＹ方向の一方の側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂと反対側の側面２１１ｄ、２１２ｄ、２１３ｄにおけるＺ方向の下側領域には段差部２４１、２４２、２４３がそれぞれ形成されている。一方、第４導電部材２１４のＹ方向の一方の側面２１４ｂと反対側の側面２１４ｄには、段差部は形成されていない。

図２に示すように、各導電部材２１１〜２１４を保持する保持部材２２は、幅方向Ｘに長い略直方体を成している。幅方向Ｘの両端には、Ｚ方向の下側に向かって突出する位置決め突起２４がそれぞれ形成されている。位置決め突起２４は、冷却管５０に接続される一対の連結管５１における半導体モジュール１０に対向する部分にそれぞれ当接している。なお、位置決め突起２４は、連結管５１に当接する側の面にＺ方向に延びるリブ状の突出部２４ａを有しており、連結管５１の表面に周方向に形成された溝（図示せず）に入り込みように構成されている。

そして、図２に示すように、２個の半導体モジュール１０が第１ねじ孔２２１〜２２４を介して、連結部材２０に第１の締結部材としてのねじ６０により締結固定されている。これにより、各導電部材２１１〜２１４にパワー端子１２がそれぞれ電気的に接続されることとなる。図３に示すように、第５導電部材２１５の側面２１５ａは奥まっているため、パワー端子１２と第５導電部材２１５とが接しないようになっている。

図３に示すように、連結部材２０のＺ方向の下側には、絶縁部材６５の縁部６５ａに当接して絶縁部材６５の位置ずれを防止するように構成された位置ずれ防止突起２５が形成されている。半導体モジュール１０と冷却管５０との間には、両者間の熱伝導を向上させるための熱伝導性ペースト６６が存在している。そして、一対の半導体モジュール１０を絶縁部材６５とともに冷却管５０の間に差し込む際に、熱伝導性ペースト６６によって絶縁部材６５がすり上がってしまうのを位置ずれ防止突起２５が防止している。絶縁部材６５は、半導体モジュール１０の本体部１１の主面１１ａ、１１ｂにおいて矩形に露出した放熱部１１ｅを覆うように放熱部１１ｅよりも大きい矩形に形成されている。

そして、図３に示すように、第１導電部材２１１の上面２１１ｃに、第１バスバ３１が当接されて、第２の締結部材としてのねじ６１が第２ねじ孔２３１に、螺入されることにより、第１バスバ３１と第１導電部材２１１とが電気的に接続される。なお、本例では、第２の締結部材としてのねじ６１は、第１の締結部材としてのねじ６０と同一形状のものである。また、図１に図示しないが、図２に示すように、第２導電部材２１２の上面２１２ｃに当接して、ねじ及び第２ねじ孔２３２を介して第２導電部材２１２に電気的に接続される第２バスバ３２と、第３導電部材２１３の上面２１３ｃに当接して、ねじ６１と第２ねじ孔２３３とを介して電気的に接続される第３バスバ３３とが備えられている。そして、半導体モジュール１０は、第１バスバ３１、第２バスバ３２、第３バスバ３３と電気的に接続されて、図５に示す電力変換回路を構成している。なお、図示しないが、当該電力変換回路には、半導体素子を過電流又は過電圧から保護する保護回路が備えられている。

図２に示すように、第１導電部材２１１は、保持部材２２のＺ方向の上面２２ａから突出して導電部材突出部２１１ｅを形成している。そして、環状の電流センサ４１の内側に、導電部材突出部２１１ｅが嵌め込まれている。電流センサ４１は、図示しないリード線を介して制御基板１７に電気的に接続されて、制御回路の一部を形成する電子部品４０を成している。

図２及び図３に示すように、保持部材２２には、電流センサ４１を保持部材２２に固定するための電子部品固定部２３が形成されている。電子部品固定部２３は、保持部材２２の上端において、電流センサ４１の角部４１ａを保持するように形成されている。

本例の電力変換装置１の組み立て方法について、以下に説明する。
まず、図２に示すように、２個の半導体モジュールのパワー端子１２を導電部材２１に、第１ねじ孔２２１〜２２４を介してねじ６０によって締結して固定する。これにより、半導体モジュール連結体１８を形成する。そして、複数の冷却管５０を連結管５１で連結しておく。そして、絶縁部材６５を放熱部１１ｅに重ね合わせた半導体モジュール連結体１８を、隣り合う冷却管５０の間に挿入して、図１に示すように、積層体１５を形成する。

その後、積層体１５を加圧部材１６とともにフレーム１４に取り付ける。そして、第１導電部材２１１の導電部材突出部２１１ｅに電子部品固定部２３を介して電流センサ４１を取り付けた後、バスバ３１、３２、３３を第２ねじ孔２３１〜２３３を介してねじ６１により第１〜第３導電部材２１１〜２１３に取り付ける。また、制御端子１３に制御基板１７を接続する。このようにして、電力変換装置１を組み立てることができる。

次に、本例の電力変換装置１における作用効果について、詳述する。
電力変換装置１によれば、半導体モジュール１０のパワー端子１２と連結部材２０とが第１の締結部材としてのねじ６０によって締結され、バスバ３１、３２、３３と連結部材２０とが第２の締結部材としてのねじ６１によって締結されている。すなわち、半導体モジュール１０とバスバ３１、３２、３３とは連結部材２０を介して締結されて電気的に接続されている。そのため、溶接工程が不要となり、製造工程の簡素化が図られる。

そして、上述の如く、溶接工程が不要となることから、溶接時の熱による破損等を考慮する必要がなくなる。そのため、制御回路又は保護回路の一部を構成する電子部品４０を特別な熱対策を施すことなく、容易に連結部材２０に搭載することができる。これにより、かかる電子部品４０を半導体モジュール１０に近い領域に配設できるとともに、かかる電子部品４０の設置場所を別に確保する必要がないため、電力変換装置１を小型化することができる。

また、導電部材２１はそれぞれ、パワー端子１２が接続される第１の面としての側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂと、バスバ３１、３２、３３が接続される第２の面としての上面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃを有している。すなわち、導電部材２１において、パワー端子１２が接続される面と、バスバ３１、３２、３３が接続される面とが異なっており、本例では、両者は互いに９０°異なる方向に面した面となっている。さらに、本例では、上面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃの高さ（Ｚ方向における位置）が互いに異なっている。そして、上述の如く、半導体モジュール１０のパワー端子１２とバスバ３１、３２、３３とは、導電部材２１を介して互いに電気的に接続されるため、予め、連結部材２０に保持された導電部材２１をパワー端子１２に接続した状態で、組み付けを行うことができる。さらに、本例では、導電部材２１において、上面２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃの高さが異なっていることから、バスバ３１、３２、３３を折り曲げるなどの特別な加工を施さなくても、組付けを行うことができる。これらにより、組み付け作業時に、パワー端子１２と導電部材２１との締結作業が容易となるとともに、バスバ３１、３２、３３と導電部材２１との締結作業も容易となる。そのため、組み付け作業性を向上することとなる。

さらに、上述のごとく、導電部材２１において、パワー端子１２及びバスバ３１、３２、３３のそれぞれが接続される面が異なっており、パワー端子１２と導電部材２１とを締結する方向と、バスバ３１、３２、３３と導電部材２１とを締結する方向が異なるっている。これにより、組み付け作業の各作業段階において、一方向組み付けとすることが容易となるため、組み付け作業性を一層向上することができる。さらに、連結部材２０において、複数の導電部材２１が保持部材２２に保持されているとともに、複数の導電部材２１における第１の面としての側面２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂが互いに同一平面Ｕ上に位置しているため、複数の導電部材２１をパワー端子１２にそれぞれ締結する際の組み付け作業性が一層向上する。

また、本例では、第１の締結部材としてのねじ６０と第２の締結部材としてのねじ６１とは、同一形状のものを採用している。これにより、部品の共通化が図れ、製造コストを低減できる。

そして、本例では、電子部品４０は、バスバ３１に通電される電力を検出する電流検出回路を構成する電流センサ４１である。従来、電流センサはバスバモジュールのモールド樹脂に取り付けられることによって半導体モジュール１０から離れた位置に配設されているとともに、半導体モジュール１０に電気的に接続されるバスバを当該電流センサが設けられる位置まで引き伸ばしている。しかし、本例では、上記電子部品４０としての電流センサ４１が備えられることにより、従来の構成に比べて、電流センサ４１を半導体モジュール１０に近い領域に配設できる。そして、電流センサ４１が設けられた位置までバスバ３１を引き伸ばす必要がないため、バスバ３１の長さを短くすることができる。これにより、電力変換装置１の小型化が図られるとともに、製造コストの低減が図られる。

また、従来、半導体モジュール１０から離れた位置に配設された電流センサまで引き伸ばされたバスバは半導体モジュールを並列接続するものであり、電流センサは当該並列接続後における電流値を検出している。一方、本例では、半導体モジュール１０に近い領域に電流センサ４１が配置されており、バスバ３１において半導体モジュール１０の並列接続前における個々の半導体モジュール１０から出力される電流値を検出している。そのため、従来に比べて、一つの電流センサ４１が検出する電流値が小さくなっていることから、電流センサ４１として大型で高精度な大電流用センサを使用する必要がない。これにより、電流センサ４１の小型化を図ることができる。また、検出する電流値が小さくなるため、より安価なシャント抵抗からなる電流センサを使用することができ、低コスト化を図ることができる。また、半導体モジュールは部品の共通化のために同一特性のものを並列接続することが一般的である。そして、同一特性の半導体モジュールを並列接続した場合には、並列接続前の電流値は並列接続後の電流値の並列数分の１となる。そのため、並列接続前の一カ所の電流値を検出することにより、電流センサ４１の個数は従来と同等としつつ、並列接続後の電流値を特定することができる。

また、電流センサ４１は、連結部材２０に備えられた第１導電部材２１１が挿通された状態で連結部材２０に固定されている。これにより、電流センサ４１の形状は、第１導電部材２１１の加工精度を考慮すればよく、連結部材２０の位置ずれ量を考慮する必要がない。そのため、電流センサ４１の小型化が図られる。

また、本例では、保持部材２２は、電子部品４０を固定する電子部品固定部２３を備えている。これにより、電子部品固定部２３を介して、連結部材２０に電子部品４０を固定できるため、電子部品４０を半導体モジュール１０に近い領域に確実に配設することができる。

また、本例では、連結部材２０は、２個の半導体モジュール１０を互いの主面１１ａ、１１ｂがそれぞれ同一平面Ｓ、Ｔ上に並んだ状態で連結して半導体モジュール連結体１８を形成している。半導体モジュール連結体１８は複数備えられるとともに、半導体モジュール１０を冷却する冷媒を流通させる冷却管５０も複数備えられる。そして、複数の半導体モジュール連結体１８と複数の冷却管５０とは、主面１１ａに直交する方向に積層されるとともに、複数の冷却管５０における互いに隣り合う冷却管５０が連結管５１により連通されてなる積層体１５が形成されている。これより、連結部材２０に搭載された電子部品４０は、連結部材２０を介して積層体１５と一体となるため、電力変換装置１の組み立て作業性が向上する。

また、本例では、保持部材２２には、連結管５１に当接して半導体モジュール連結体１８を位置決めする位置決め突起２４が形成されている。これにより、位置決め突起２４が、連結管５１を介して連結された冷却管５０同士の間に半導体モジュール連結体１８を挿入する際の位置決めをするためのガイドとなる。そのため、容易に半導体モジュール連結体１８を位置決めすることができ、電力変換装置１の組み立て作業性が向上する。

また、本例では、半導体モジュール１０と冷却管５０との間には、両者の間を絶縁するシート状の絶縁部材６５が介在されており、保持部材２２は、絶縁部材６５の縁部６５ａに当接して絶縁部材６５の位置ずれを防止する位置ずれ防止部２５を有している。これにより、連結管５１を介して連結された冷却管５０同士の間に半導体モジュール連結体１８を挿入する際に、絶縁部材６５が位置ずれするのを防止することができ、電力変換装置１の組み立て作業性が向上する。

なお、本例では、連結部材２０は２個の半導体モジュール２０を連結することとしたが、３個以上の半導体モジュール１０を連結するように構成されていてもよい。この場合においても、本例と同等の作用効果を奏する。

本例では、導電部材２１に形成された第１ねじ孔２１１〜２１４、第２ねじ孔２３１〜２３４に、ネジ溝が形成されており、導電部材２１と第１締結部材（ねじ６０）及び第２締結部材（ねじ６１）とが直接結合されている。これにより、第１締結部材６０及び第２締結部材６１と螺合するナットなどが不要となるため、部品点数を削減できる。また、組み付け作業性を向上できる。

これに替えて、図８に示す変形例１のように、第１導電部材２１１に、第１導電部材２１の形成材料よりも機械的強度（例えば、ビッカーズ硬さ）の大きい材料からなるとともに、ねじ６０が結合される被結合部材２６０、ねじ６１が結合される被結合部材２６１がインサートされているようにしてもよい。すなわち、図８に示すように、第１導電部材２１１に形成された第１ねじ孔２２１に、被結合部材２６０が挿入されている。被結合部材２６０を介して、導電部材２１とねじ６０及びねじ６１とが結合されるようにしてもよい。

被結合部材２６０は、ステンレス鋼製とすることができ、導電部材２１の形成材料である銅よりもビッカーズ硬さが大きい。被結合部材２６０として、例えば、ヘリサート、Ｅ−サート（登録商標）などを採用できる。ヘリサートは、ワイヤ状の当該形成材料をらせん状に巻きあげて円筒状に成形してある。これにより、被結合部材２６０としてのヘリサートの内周面及び外周面には、ねじ溝が形成されている。そのため、被結合部材２６０を第１ねじ孔２２１に螺入して、図８に示すように、第１導電部材２１１にインサートすることができる。そして、被結合部材２６０の内側にねじ６０を螺入することにより、被結合部材２６０を介して、第１導電部材２１１とねじ６０とを結合することができる。被結合部材２６１も、被結合部材２６０と同様とすることができる。

なお、被結合部材２６０及び被結合部材２６１の一方のみを備えることとしてもよい。また、図８では、第１導電部材２１１について説明したが、第２〜第４導電部材２１２、２１３、２１４についても同様の構成とすることができる。

当該変形例１の電力変換装置１によれば、導電部材２１よりも機械的強度が高い被結合部材２６０及び被結合部材２６１を介して、ねじ６０及びねじ６１が結合されるため、比較的柔らかい材料である銅からなる導電部材２１に、ねじ６０及びねじ６１を確実に結合して、パワー端子１２及びバスバ３１、３２、３３を確実に締結固定することができる。これにより、振動に対する耐久性や信頼性が向上する。

以上のごとく、本例によれば、溶接工程を不要にして製造工程を簡素化するとともに、組み付け作業性を向上でき、半導体素子１９の保護回路や制御回路を構成する電子部品４０を半導体モジュール１０に近い領域に配置して、小型化することができる電力変換装置１を提供することができる。

（実施例２）
本例の電力変換装置１では、実施例１において第１の締結部材として使用したねじ６０及び第２の締結部材として使用したねじ６１（図３参照）に替えて、図９に示すように、第１の締結部材としてリベット構造を有するリベット６００を使用し、第２の締結部材としてリベット構造を有するリベット６１０を使用している。

また、実施例１において導電部材２１に形成されていた第１ねじ孔２２１、第２ねじ孔２３１に替えて、本例では、第１凹部２５１、第２凹部２７１が形成されており、導電部材２１は薄型薄板状の略Ｌ字型となっている。なお、その他の構成は実施例１の場合と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略するものとする。

図９に示すように、第１リベット６００は、第１導電部材２１１における第１の面としての側面２１１ｂとパワー端子１２とを打ち抜いて、両者を締結している。同様に、第２リベット６００は、第１導電部材２１１における第２の面としての上面２１１ｃとバスバ３１とを打ち抜いて、両者を締結している。

次に、本例の電力変換装置１における作用効果について、詳述する。
実施例２の電力変換装置１によれば、導電部材にめねじ加工が不要となり、製造工程を簡素化できる。また、導電部材２１は薄型となるため、材料コストを低減できる。本例においても、実施例１において第１及び第２の締結部材としてねじ６０、６１（図３参照）を使用することによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

なお、本例では、第１の締結部材及び第２の締結材として、リベット６００とリベット６１０とを備えることとしたが、これに替えて、以下に示す変形例２のようにしてもよい。すなわち、図１０に示すように、第１の締結部材及び第２の締結材として、導電部材２１に一体的に形成されたリベット構造６０１とリベット構造６０２が備えられている。そして、第１の締結部材としてのリベット構造６０１は、パワー端子１２の締結前の状態では、図１１において符号６０１ａで示すように、円柱状をなしている。そして、締結前のリベット構造６６１１ａは、パワー端子１２の貫通孔１２ａに挿通された後、先端がかしめられることにより、図１０に示すように、リベット構造６０１の先端が貫通孔１２ａよりも大きくなって、パワー端子１２と導電部材２１とが締結されることとなる。

当該変形例２の電力変換装置１によれば、実施例２の場合と同等の作用効果を示すとともに、第１の締結部材及び第２の締結部材が導電部材２１と一体的に形成されているため、これらが別体である場合に比べて、部品点数を削減できる。

なお、本例では、パワー端子１２に形成された貫通孔１２ａの形状を円形としたが、図１２に示す変形例３のように、星形状としてもよい。当該変形例３の電力変換装置１によれば、リベット構造６０１をかしめたときに、貫通孔１２ａの内壁の凹凸にリベット構造６０１がくい込むこととなる。これにより、パワー端子１２と導電部材２１とを確実に締結することができるとともに、リベット構造６０１からパワー端子１２（半導体モジュール１０）が脱落することを防止できる。また、パワー端子１２の成形は、プレス加工により行っており、貫通孔１２ａも当該プレス加工によって形成できるため、星形状の貫通孔１２ａを形成するために作業工程が増えることもない。

なお、本明細書における「星形状」とは、図１２に示すように、貫通孔１２ａの内周面において複数の凸部１２１ａと凹部１２２ａとが周方向に繰り返し形成されている形状をいうものとする。そして、貫通孔１２ａの形状は、図１２に示すように、凸部１２１ａと凹部１２２ａとの大きさが均等に形成されているものに限らず、凸部１２１ａと凹部１２２ａとの大きさが不均一に形成されていてもよい。また、貫通孔１２ａを星形状とすることに替えて、貫通孔１２ａは円形としつつ、リベット構造６０１を断面星形状の柱状としてもよい。この場合も図１２に示す変形例の場合と同等の作用効果を奏する。なお、リベット構造６１１（図１１）及びバスバ３１、３２、３３において、バスバ３１、３２、３３の貫通孔又はリベット構造６１１のいずれかを上述と同様に星形状にしてもよい。

（実施例３）
本例では、実施例１において、電子部品４０として電流センサ４１（図２参照）が連結部材２０に搭載されることとしたが、これに替えて、図１３に示すように、電子部品４０として電力変換回路の一部を構成する回路基板４２が連結部材２０に搭載されている。なお、実施例１と同等の部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本例では、回路基板４２は、保持部材２２に形成された導電パターン２１６に接合されており、導電パターン２１６を介して、第２導電部材２１２と第３導電部材２１３とに電気的に接続されている。本例では、回路基板４２には、スナバコンデンサを有するスナバ回路４２ａ（図１４参照）が形成されている。図１４に示すように、スナバ回路４２ａは、半導体素子１９に接続され、半導体素子１９においてスイッチング動作時に発生する電圧サージを抑止して、過電圧による半導体素子１９の破壊を防止している。

また、図１３に示すように、保持部材２２には、電子部品４０としての回路基板４２における制御信号を通電させるための接続部４３が形成されている。接続部４３には、制御回路基板１７に接続されるワイヤハーネス４４が接続される。接続部４３に接続されたワイヤハーネス４４を介して、回路基板４２への制御信号が通電される。

次に、本例の電力変換装置１における作用効果について、詳述する。
本例では電子部品４０として、電力変換回路の一部を構成する回路基板４２が備えられる。これにより、従来、制御基板１７に設けられていた回路の一部を回路基板４２に形成することにより、制御回路基板１７を小さくすることができるため、電力変換装置１の小型化が図られる。

また、本例では、電子部品４０としての回路基板４２には、半導体素子１９を過電流又は過電圧から保護する保護回路の一部を構成するスナバ回路４２ａが形成されている。これにより、スナバ回路４２ａを半導体モジュール１０の近くに配設できるため、寄生インダクタンスを小さくできる。さらにスナバ回路４２ａは各段の半導体モジュール１０の近くに配置できるため、各段のインダクタンスを均等に小さくできる。

なお、電子部品４０としての回路基板４２に、昇圧回路により昇圧された高圧電力を検出する高電圧検出回路が形成されていることとしてもよい。この場合には、制御基板１７に高圧電力が通電する高電圧部分を設ける必要がなくなるため、制御基板１７を大きくしなくても高電圧部と低電圧部との絶縁距離を確保しやすくなる。そのため、電力変換装置１の小型化を図ることができる。

また、本例では、連結部材２０に、電子部品４０を制御する制御信号を通電させる接続部４３が形成されている。これにより、電子部品４０への接続部と連結部材２０とを一体化できるため、一層小型化が図られる。なお、本例によっても、実施例１において電子部品４０として電流センサ４１を備えることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

なお、本例では、回路基板４２は、保持部材２２に設けられた導電パターン２１６に接合されることとしたが、これに替えて、図１５、図１６に示す変形例４のように、回路基板４２はパワー端子１２に接合されてもよい。回路基板４２をパワー端子１２に接合するには、まず、ねじ孔４２ａを有する回路基板４２を第２導電部材２１２と第３導電部材２１３との間に橋渡すように配設する。そして、回路基板４２とパワー端子１２と第２導電部材２１２とを、第１ねじ孔２２２を介してねじ６０により共締めする。同様に、回路基板４２とパワー端子１２と第３導電部材２１３とを、第１ねじ孔２２３を介してねじ６０により共締めする。このようにして、回路基板４２が導電部材２１２、２１３に直接接合されるようにしてもよい。当該変形例４の電力変換装置１によっても、本例と同等の作用効果を奏する。

（実施例４）
本例の電力変換装置１は、電子部品４０として、図１７、図１８に示すように、放電抵抗４５を備える。なお、その他の構成は実施例１の場合と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略するものとする。放電抵抗４５は、半導体モジュール１０における２個の半導体素子２１に接続されている。

これにより、放電抵抗４５は、半導体モジュール連結体１８ごとに一つ又は数個ずつ設けられることとなり、複数の放電抵抗４５が並列接続される。そのため、個々の放電抵抗の発熱量が小さくなり、かつ放電抵抗同士４５の間隔が広がるため他の放電抵抗４５からの受熱を抑えることができる。これにより、個々の放電抵抗４５は積極的に冷却しなくてもよくなるため、放電抵抗４５の設置場所の自由度が高まり、装置の小型化を図ることができる。なお、本例によっても、実施例１において電子部品４０として電流センサ４１を備えることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

１ 電力変換装置
１０ 半導体モジュール
１１ 本体部
１２ パワー端子
１５ 積層体
１８ 半導体モジュール連結体
２０ 連結部材
２１ 導電部材
２２ 保持部材
３１ バスバ
４０ 電子部品
４１ 電流センサ
５０ 冷却管
６５ 絶縁部材

Claims (10)

1. 半導体素子（１９）を内蔵する平板状の本体部（１１）と、該本体部（１１）からその主面（１１ａ、１１ｂ）に平行に突出するとともに貫通孔（１２ａ）が形成された複数のパワー端子（１２）とを備える複数の半導体モジュール（１０）と、
   上記半導体素子（１９）を駆動制御する制御回路が形成された制御基板（１７）と、
   上記パワー端子（１２）のそれぞれが上記貫通孔（１２ａ）に挿通された第１の締結部材（６０）を介して締結される複数の導電部材（２１）と、該複数の導電部材（２１）を保持する保持部材（２２）とからなり、上記複数の半導体モジュール（１０）のうち、少なくとも２個の上記半導体モジュール（１０）を連結する連結部材（２０）と、
   上記導電部材（２１）に第２の締結部材（６１）を介して電気的に接合されて上記半導体モジュール（１０）と通電される複数のバスバ（３１、３２、３３）と、
   を備え、
   上記連結部材（２０）には、上記半導体素子（１９）を過電流又は過電圧から保護する保護回路又は上記制御回路の一部を構成する電子部品（４０）が搭載されており、
   上記導電部材（２１）はそれぞれ、上記パワー端子（１２）が接続される第１の面（２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ）と、上記バスバ（３１、３２、３３）が接続される第２の面（２１１ａ、２１１ｃ、２１２ｃ、２１３ｃ）とを有し、
   上記複数の導電部材（２１）における上記第１の面（２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ）が互いに同一平面（Ｕ）上に位置していることを特徴とする電力変換装置（１）。
2. 上記導電部材（２１）には、該導電部材（２１）の形成材料よりも機械的強度の高い材料からなるとともに、上記第１の締結部材（６０）又は上記第２の締結部材（６１）が結合される被結合部材（２６０、２６１）がインサートされ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）。
3. 上記第１の締結部材（６０）及び／又は上記第２の締結部材（６１）は、リベット構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
4. 上記第１の締結部材（６０）及び／又は上記第２の締結部材（６１）は、上記導電部材（２１）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置（１）。
5. 上記貫通孔（１２ａ）は、星形状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置（１）。
6. 上記電子部品（４０）は、上記バスバ（３１）を通電する電流を検出する電流センサ（４１）であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
7. 上記電子部品（４０）は、上記保護回路の一部を構成するスナバ回路（４２ａ）が形成された回路基板（４２）であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置（１）。
8. 上記連結部材（２０）は、上記２個の半導体モジュール（１０）を互いの主面（１１ａ、１１ｂ）がそれぞれ同一平面（Ｓ，Ｔ）上に並んだ状態で連結して半導体モジュール連結体（１８）を形成しており、該半導体モジュール連結体（１８）は複数備えられるとともに、上記半導体モジュール（１０）を冷却する冷媒を流通させる冷却管（５０）が複数備えられ、上記複数の半導体モジュール連結体（１８）と上記複数の冷却管（５０）とは上記本体部（１１）の主面（１１ａ、１１ｂ）に直交する方向に積層されるとともに上記複数の冷却管（５０）における互いに隣り合う上記冷却管（５０）が連結管（５１）により連通されてなる積層体（１５）が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）。
9. 上記保持部材（２２）には、上記連結管（５１）に当接して上記半導体モジュール連結体（１８）を位置決めする位置決め突起（２４）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置（１）。
10. 上記半導体モジュール（１０）と上記冷却管（５０）との間には、両者の間を絶縁するシート状の絶縁部材（６５）が介在されており、上記保持部材（２２）は、上記絶縁部材（６５）の縁部（６５ａ）に当接して上記絶縁部材（６５）の位置ずれを防止する位置ずれ防止部（２４）を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の電力変換装置（１）。

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