JP2018182075A - コンデンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサモジュールが備えているバスバの振動に対する耐久性を向上させる。【解決手段】コンデンサ素子と、正極バスバ３０と、負極バスバ４０と、正極バスバ３０と負極バスバ４０の間を絶縁している絶縁板５０と、樹脂パッケージ４２を備えている。絶縁板５０は、正極バスバ３０と負極バスバ４０のうちのいずれか一方のバスバとの接触面における長手方向の両端部近傍にそれぞれ凸部５０ａを有し、一方のバスバは、その凸部を受け入れる孔４０ａを有している。凸部５０ａの側面には、凸部５０ａが孔４０ａに挿入された状態で、孔の内周側面に接する少なくとも１つの突起が設けられており、その少なくとも１つの突起によって絶縁板が一方のバスバに固定されている。凸部５０ａは、樹脂パッケージ４２によって封止されている。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、コンデンサモジュールに関する。

例えば、走行用のモータに駆動電力を供給する電力制御装置は、コンデンサモジュールを備えている。コンデンサモジュールは、平滑用のコンデンサ素子と、そのコンデンサ素子をインバータ回路に接続するバスバを備えている。

特許文献１に、コンデンサ素子と、コンデンサ素子の正極に接続されている正極バスバと、コンデンサ素子の負極に接続されている負極バスバと、正極バスバと負極バスバの間を絶縁している絶縁板と、樹脂パッケージを備えているコンデンサモジュールが開示されている。樹脂パッケージは、少なくとも絶縁板の一部と、正極バスバの一部と、負極バスバの一部と、コンデンサ素子を封止している。正極バスバと負極バスバは、その一部同士が対向しており、絶縁板は、正極バスバと負極バスバが対向する範囲において、正極バスバと負極バスバの間に配置されている。コンデンサ素子は、正極バスバと負極バスバによってインバータ回路に接続されている。なお、「バスバ」とは、大電力を低損失で伝送するための細長い金属板（あるいは金属棒）である。

特開２０１５−１３６２２４号公報

コンデンサモジュールは、振動を受ける環境下で利用されることがある。この場合、振動によってバスバがダメージを受ける虞、あるいはバスバを封止している樹脂パッケージがダメージを受ける虞がある。そのため、コンデンサモジュールには、振動に対する耐久性が求められる。本明細書では、コンデンサモジュールの振動に対する耐久性を向上させる技術を提供する。

本明細書が開示するコンデンサモジュールは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子の正極に接続されている正極バスバと、コンデンサ素子の負極に接続されている負極バスバと、正極バスバと負極バスバの間を絶縁している絶縁板と、樹脂パッケージを備えている。樹脂パッケージは、少なくとも絶縁板の一部と、正極バスバの一部と、負極バスバの一部と、コンデンサ素子を封止している。正極バスバと負極バスバは、その一部同士が対向している。絶縁板は、正極バスバと負極バスバが対向する範囲において、正極バスバと負極バスバの間に配置されている。絶縁板は、正極バスバと負極バスバのうちのいずれか一方のバスバとの接触面における長手方向の両端部近傍にそれぞれ凸部を有し、一方のバスバは、その凸部を受け入れる孔を有している。凸部の側面には、凸部が孔に挿入された状態で、孔の内周側面に接する少なくとも１つの突起が設けられており、その少なくとも１つの突起によって絶縁板が一方のバスバに固定されている。凸部は、樹脂パッケージで封止されている。

上記のコンデンサモジュールでは、絶縁板の長手方向の両端部近傍のそれぞれに設けられている凸部がバスバの孔に挿入されており、凸部の側面に形成されている少なくとも１つの突起によって、絶縁板がバスバに固定されている。これにより、バスバの振動を抑制し、バスバの振動に対する耐久性を向上させることができる。また、仮に凸部が樹脂パッケージ内に封止されていないと、凸部と樹脂パッケージが振動して接触し、異物を発生する可能性がある。一方、上記のコンデンサモジュールでは、凸部が樹脂パッケージ内に封止されているため、異物の発生がない。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のコンデンサモジュールを含む電力制御装置の内部レイアウトを示す平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２の符号ＩＩＩで示す範囲の拡大図である。 実施例の絶縁板の斜視図である。 実施例の絶縁板が固定されたバスバの斜視図である。 図５の符号ＶＩで示す範囲の拡大図である。

まず、図１を参照して、電力制御装置１０の内部のレイアウトを説明する。ケース１２の中には、実施例のコンデンサモジュール２、積層ユニット２０、リアクトル６、フィルタコンデンサ７などが収容されている。これらの部品のほか、積層ユニット２０の下方には回路基板８（図２）が収容されている。ケース１２の中には他の部品も収容されているが、それらの図示と説明は省略する。

コンデンサモジュール２は、電力制御装置１０が備えるインバータ回路への入力電流を平滑化するために備えられている。なお、電力制御装置１０は、インバータ回路の前段に昇圧回路を備えている。コンデンサモジュール２は、昇圧回路とインバータ回路の間に接続されている。コンデンサモジュール２の詳細な構成は、後述する。

コンデンサモジュール２に隣接して積層ユニット２０が配置されている。積層ユニット２０は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却器２２が１個ずつ交互に積層されているデバイスである。なお、複数の半導体モジュールのうち、一つのみに符号２１を付し、他の半導体モジュールへは符号を省略した。冷却器２２についても同様である。

各半導体モジュール２１には２個のスイッチング素子（半導体素子）が収容されている。積層ユニット２０は、ケース１２に設けられた支持壁５と、２本の支持柱４の間に挿入されている。図示を省略しているが、支持柱４と積層ユニット２０の間には板バネが挿入されており、その板バネにより、積層ユニット２０はその積層方向に加圧されつつ、ケース１２に支持される。積層方向の加圧によって半導体モジュール２１と冷却器２２の密着性が高まり、冷却性能が向上する。また、積層ユニット２０の一端には冷媒供給管２３と冷媒排出管２４が接続されており、それら管の先端はケース１２を貫通し、ケース１２の外に開いている。冷媒供給管２３から供給された冷媒は全ての冷却器２２に分配される。冷媒は冷却器２２の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール２１から熱を吸収する。冷却器２２を通過した冷媒は、冷媒排出管２４を通じて電力制御装置１０の外へと排出される。積層ユニット２０は、複数の半導体モジュール２１と複数の冷却器２２を一つずつ交互に積層する構造によって、各半導体モジュール２１に収容されているスイッチング素子を効率よく冷却することができる。

各半導体モジュール２１に収容されている２個のスイッチング素子は、半導体モジュール２１の内部で直列に接続されている。スイッチング素子の直列接続の高電位側の端子２５ａ、低電位側の端子２５ｂ、及び、中点の端子２５ｃが、各半導体モジュール２１の本体から延びている。複数の半導体モジュール２１が収容する複数のスイッチング素子のいくつかは昇圧回路に用いられ、残りのスイッチング素子はインバータ回路に用いられる。なお、リアクトル６も、昇圧回路の一部品である。また、フィルタコンデンサ７は、昇圧回路に入力される電流を平滑化するために備えられている。リアクトル６、フィルタコンデンサ７については、詳しい説明を省略する。また、半導体モジュール２１の端子２５ｃには、交流出力を外部へ伝達するためのバスバが接続されているが、そのバスバと、そのバスバの先端に接続されているコネクタ端子の図示は省略している。

先に述べたように、コンデンサモジュール２は、昇圧回路とインバータ回路の間に接続される。コンデンサモジュール２は、複数個の半導体モジュール２１のうちの多くと接続されることになる。正極バスバ３０と負極バスバ４０が、コンデンサモジュール２内のコンデンサ素子４１（図２）と複数個の半導体モジュール２１を電気的に接続している。即ち、コンデンサモジュール２は、正極バスバ３０と負極バスバ４０を介して、積層ユニット２０と接続している。

図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。コンデンサモジュール２は、コンデンサ素子４１と、コンデンサ素子４１の正極に接続されている正極バスバ３０と、コンデンサ素子４１の負極に接続されている負極バスバ４０と、正極バスバ３０と負極バスバ４０の間を絶縁している絶縁板５０と、樹脂パッケージ４２を備える。正極バスバ３０と負極バスバ４０は、その一部同士が対向しており、絶縁板５０は、２つのバスバが対向する範囲において、２つのバスバの間に配置されている。また、樹脂パッケージ４２は、少なくとも絶縁板５０の一部と、正極バスバ３０の一部と、負極バスバ４０の一部と、コンデンサ素子４１を封止する樹脂のモールド体である。

各半導体モジュール２１は、端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃとは反対側に制御端子２７を備えており、その制御端子２７が回路基板８と接続されている。制御端子２７は、スイッチング素子のゲート電極につながっており、回路基板８は、スイッチング素子に与えるゲート信号を生成する。

図３は、図２の符号ＩＩＩで示す範囲の拡大図を示している。絶縁板５０には、凸部５０ａが設けられており、負極バスバ４０には、凸部５０ａを受け入れるように孔４０ａが設けられている。絶縁板５０は、樹脂パッケージ４２によって覆われている部分において、孔４０ａに凸部５０ａが挿入されることで、負極バスバ４０に固定されている。

図４は、絶縁板５０の斜視図である。凸部５０ａは、絶縁板５０の長手方向の両端部にそれぞれ１つ設けられている。また、それぞれの凸部５０ａの側面には、突起５０ａ１が設けられている。本実施例では、それぞれの突起５０ａ１は、他方の凸部５０ａの方向に延びるようにして形成されている。なお、突起５０ａ１は、凸部５０ａの側面に少なくとも１つ設けられていればよく、２以上であってもよい。

図５は、絶縁板５０が固定された負極バスバ４０の斜視図である。負極バスバ４０の長手方向の両端部には、凸部５０ａを受け入れる孔４０ａがそれぞれ形成されている。凸部５０ａは、孔４０ａに挿入されている。

図６は、図５のＡの方向から負極バスバ４０を見て、符号ＶＩの範囲を拡大した図である。図６に示すように、孔４０ａに挿入された凸部５０ａは、突起５０ａ１を介して、孔４０ａの内周側面と接している。また、突起５０ａ１は、孔４０ａの内周側面の絶縁板５０の中心側（図５，６の左側）に押付けられて変形している。図示省略しているが、もう一方の凸部５０ａの突起５０ａ１も、もう一方の孔４０ａの内周側面の絶縁板５０の中心側に押付けられて変形している。２つの突起５０ａ１が絶縁板５０の中心方向に押付けられる力によって、絶縁板５０が支持され、負極バスバ４０に固定されている。

（本実施例の効果）
本実施例では、絶縁板５０の長手方向の両端部近傍にそれぞれ１つの凸部５０ａが設けられる。凸部５０ａが負極バスバ４０の孔４０ａに挿入されることにより、それぞれの凸部５０ａの側面のそれぞれの１つの突起５０ａ１によって、絶縁板５０が負極バスバ４０に固定される。これにより、負極バスバ４０の振動が抑制されるため、負極バスバ４０の振動に対する耐久性を向上させることができる。

凸部５０ａと孔４０ａは、樹脂パッケージ４２によって封止される範囲に設けられる。凸部５０ａが、樹脂パッケージ４２の外に設けられる場合を想定すると、凸部５０ａが樹脂パッケージ４２と接触することで、異物が発生する可能性がある。しかしながら、本実施例では、凸部５０ａが樹脂パッケージ４２内に設けられるため、異物が発生しない。

以上、本発明の一実施例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（変形例１）変形例では、凸部５０ａは、絶縁板５０の両端部近傍にそれぞれ１つのみでなく、さらに追加の凸部を設けてもよい。この場合、追加の凸部も樹脂パッケージ４２に覆われる範囲に設けられることが望ましい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：コンデンサモジュール
４：支持柱
５：支持壁
６：リアクトル
７：フィルタコンデンサ
８：回路基板
１０：電力制御装置
１２：ケース
２０：積層ユニット
２１：半導体モジュール
２２：冷却器
２３：冷媒供給管
２４：冷媒排出管
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：端子
２７：制御端子
３０：正極バスバ
４０：負極バスバ
４０ａ：孔
４１：コンデンサ素子
４２：樹脂パッケージ
５０：絶縁板
５０ａ：凸部
５０ａ１：突起

Claims (1)

1. コンデンサモジュールであって、
   コンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の正極に接続されている正極バスバと、
   前記コンデンサ素子の負極に接続されている負極バスバと、
   前記正極バスバと前記負極バスバの間を絶縁している絶縁板と、
   少なくとも前記絶縁板の一部と、前記正極バスバの一部と、前記負極バスバの一部と、前記コンデンサ素子を封止している樹脂パッケージを備え、
   前記正極バスバと前記負極バスバは、その一部同士が対向しており、
   前記絶縁板は、前記正極バスバと前記負極バスバが対向する範囲において、前記正極バスバと前記負極バスバの間に配置されており、
   前記絶縁板は、前記正極バスバと前記負極バスバのうちのいずれか一方のバスバとの接触面における長手方向の両端部近傍にそれぞれ凸部を有し、
   前記一方のバスバが、前記凸部を受け入れる孔を有し、
   前記凸部の側面には、前記凸部が前記孔に挿入された状態で、前記孔の内周側面に接する少なくとも１つの突起が設けられており、
   前記少なくとも１つの突起によって前記絶縁板が前記一方のバスバに固定されており、
   前記凸部が、前記樹脂パッケージによって封止されている、
   コンデンサモジュール。
   
   

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