JP5272666B2

JP5272666B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP5272666B2
Application number: JP2008287022A
Authority: JP
Inventors: 明福島; 敏一加藤; 浩近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: JP2010115060A

Description

本発明は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置に関する。

インバータ等の電力変換装置においては、例えば、特許文献１に開示されるように、半導体モジュールを外部のモータ等の負荷に接続するために、アルミニウム等から構成したケースに絶縁を行ってバスバーを配置している。また、特許文献１においては、半導体モジュールから突出するパワー端子をバスバーと接続することが開示されている。

特許４０５２２４１号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、パワー端子と接合するバスバーの部位を山形の突起形状にし、このバスバーの突起形状の部位をパワー端子と接合している。そのため、バスバーに突起形状を形成する部位にバスバーの構成材料が必要となり、材料の歩留りを向上させるためには十分ではない。一方、突起形状がないバスバーとパワー端子とを接合する際には、これらの溶接等による接合性が優れない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、バスバーと半導体モジュールにおける接続端子との接合性及びバスバーを構成する材料の歩留り性を向上させ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、電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
該バスバーは、上記接続端子と対面する部位において、当該バスバーの端部を所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部同士の間に残された山状残部を溶融させて、上記接続端子と接合してあり、
上記山状残部を構成する側面は、該山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してあり、
上記２つの凹部は、それぞれＶ状溝からなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
本発明の他の態様は、電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
該バスバーは、上記接続端子と対面する部位において、当該バスバーの端部を所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部同士の間に残された山状残部を溶融させて、上記接続端子と接合してあり、
上記山状残部を構成する側面は、該山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してあり、
上記２つの凹部の一方は、Ｖ状溝からなり、他方は、上記山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状の側面と、該側面の基部から連続して当該バスバーの端部と平行に形成した底面とを備えた形状を有することを特徴とする電力変換装置にある（請求項２）。

本発明の電力変換装置は、金属製ケースにおいて配設したバスバーの形状に工夫をし、バスバーと半導体モジュールにおける接続端子との接合性及びバスバーを構成する材料の歩留り性の向上を図っている。
具体的には、本発明のバスバーは、半導体モジュールにおける接続端子と接合する前において、接続端子との対面部位に、上記２つの凹部及び山状残部を形成してなる。そして、バスバーと半導体モジュールにおける接続端子とを溶接等によって接合する際には、バスバーにおける山状残部を、半導体モジュールにおける接続端子と効果的に溶融させることができる。これにより、バスバーと半導体モジュールにおける接続端子とを確実に接合することができる。
この山状残部を効果的に溶融させることができる理由は、山状残部が接続端子と対面する部位の端部の長さを適切に確保することができるためであると考える。

また、本発明のバスバーは、２つの凹部を形成した形状により、従来のバスバーにおける突起形状を形成する必要がなく、バスバーを構成する材料の使用量を減少させることができる。
それ故、本発明の電力変換装置は、バスバーと半導体モジュールにおける接続端子との接合性及びバスバーを構成する材料の歩留り性を向上させることができる。

上述した本発明の電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記山状残部を構成する側面は、該山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成されている。
これにより、バスバーにおける山状残部を、半導体モジュールにおける接続端子とさらに効果的に溶融させることができ、バスバーと半導体モジュールとの接合性をさらに向上させることができる。

本発明の一態様においては、上記２つの凹部は、それぞれＶ状溝から構成されている。
これにより、凹部の形成が簡単である。また、金型によって凹部を加工するときには、金型の寿命を向上させることができる。

本発明の他の態様においては、上記２つの凹部の一方は、Ｖ状溝から構成し、他方は、上記山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状の側面と、該側面の基部から連続して当該バスバーの端部と平行に形成した底面とを備えた形状から構成されている。
これにより、バスバーにおいて、底面を形成した側の断面積を、Ｖ状溝を形成した側の断面積よりも意図的に小さくすることができる。そして、Ｖ状溝を形成した側を電流が流れる頻度が多い側とし、底面を形成した側を電流が流れる頻度が少ない側とすることができる。

また、上記山状残部におけるストレート状端面の形成長さは、２〜４ｍｍとし、上記２つの凹部の形成深さは、１〜２ｍｍとすることが好ましい（請求項３）。
この場合には、バスバーにおける山状残部を半導体モジュールにおける接続端子とさらに効果的に溶融させることができる。
山状残部におけるストレート状端面の形成長さが２ｍｍ未満であるとき、及び２つの凹部の形成深さが１ｍｍ未満であるときには、山状残部が小さくなり、山状残部を接続端子と十分に溶融させることができなくなる。
一方、山状残部におけるストレート状端面の形成長さが４ｍｍを超えるときには、接続端子の幅寸法上、２つの凹部を接続端子と対面させ難くなる。また、２つの凹部の形成深さが２ｍｍを超えるときには、バスバーの剛性が低下するおそれがある。

また、上記半導体モジュールは、上記金属製ケースにおいて複数個を配列し、上記バスバーは、上記複数個の半導体モジュールに対応して、複数本を上記金属製ケースに配設することができる（請求項４）。
この場合には、複数本のバスバーにおいて、半導体モジュールにおける接続端子との対面部位に、２つの凹部及び山状残部を形成することができ、複数個の半導体モジュールをバスバーによって外部と接続することができる。

また、上記複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、上記複数本のバスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子とマイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための出力結線を構成することができる（請求項５）。
この場合には、ブリッジ型駆動回路と３相交流モータとを接続するためのバスバーの接合性及び歩留り性を向上させることができる。

また、上記複数個の半導体モジュールのいずれかは、昇圧コンバータ回路を構成するプラス側半導体モジュールとマイナス側半導体モジュールとであり、上記複数本のバスバーのいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを上記昇圧コンバータ回路を構成するリアクトルと結線するための出力結線を構成することもできる（請求項６）。
この場合には、昇圧コンバータ回路と電源とを接続するためのバスバーの接合性及び歩留り性を向上させることができる。

また、上記半導体モジュールは、上記金属製ケースにおいて複数個を配列し、上記バスバーは、上記複数個の半導体モジュールに対応して、複数本を上記金属製ケースに配設し、上記複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、上記複数本のバスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための出力結線を構成しており、上記Ｖ状溝からなる一方の凹部は、上記いずれかのコイルに接続される側に形成することができる（請求項７）。
この場合には、ブリッジ型駆動回路と３相交流モータとを接続するためのバスバーの接合性及び歩留り性を向上させることができる。また、この場合には、バスバーにおいて、底面を形成した側の断面積を、Ｖ状溝を形成した側の断面積よりも意図的に小さくし、Ｖ状溝を形成した側を電流が流れる頻度が多い側とし、底面を形成した側を電流が流れる頻度が少ない側とすることができる。

以下に、本発明の電力変換装置１にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、電力変換回路を構成するスイッチング素子３２を備えた半導体モジュール３を、金属製ケース２に配設してなる。半導体モジュール３における接続端子（パワー端子）３１は、図４〜図６に示すごとく、金属製ケース２の外部との電気的接続を行うために、金属製ケース２に対してモールド樹脂４１によって絶縁を行って配設したバスバー５と接合してある。バスバー５は、図１４に示すごとく、接続端子３１と対面する部位５６において、バスバー５の端部を所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部５３同士の間に残された山状残部５４を溶融させて、接続端子３１と接合してある。
なお、後述するように、図４、図５は、２つに分割した場合のバスバーユニット４Ａ、４Ｂを示し、図６は、分割していないバスバーユニット４を示す。

以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図１６を参照して詳説する。
本例においては、プラス側半導体モジュール３Ａ、マイナス側半導体モジュール３Ｂを総称して半導体モジュール３ということがあり、モータ用バスバー５Ａ及びリアクトルバスバー５Ｂを総称してバスバー５ということがある。また、その他の構成要素についても同様である。

まず、電力変換装置１の全体の構成について説明する。
図７、図８に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ハイブリッド自動車又は電気自動車における３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを駆動するためのインバータを構成する。なお、３相交流モータは、モータジェネレータとして用いる。
本例のインバータは、メインモータ６Ａを駆動するものと、サブモータ６Ｂを駆動するものと、リヤモータ６Ｃを駆動するものとがある。本例の半導体モジュール３は、メインモータ６Ａ用のブリッジ型駆動回路７Ａ、サブモータ６Ｂ用のブリッジ型駆動回路７Ｂ、リヤモータ６Ｃ用のブリッジ型駆動回路７Ｃに用いたものと、バッテリ（電源）６１の電圧を昇圧して各ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃに印加することができる昇圧コンバータ回路７Ｄに用いたものとがある。バッテリ６１には、供給電圧を安定させるためのコンデンサ６１１が接続してある。

本例の金属製ケース２は、アルミニウム材料から構成されており、本例のバスバー５は、銅材料から構成されている。また、バスバー５は、複数本がまとまった状態でモールド樹脂４１によるモールド成形が行ってある。モールド樹脂４１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂とすることができる。
図１〜図３に示すごとく、金属製ケース２においては、複数個の半導体モジュール３と、複数個の半導体モジュール３を冷却するための冷却器２１とが配設してある。冷却器２１は、半導体モジュール３を挟持するように両側から接触する複数の冷却器本体２１１と、複数の冷却器本体２１１への冷却水の循環を行う一対の冷却管２１２とを有している。

図７に示すごとく、本例の半導体モジュール３は、スイッチング素子３２としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、保護用ダイオード等を備えて構成されている。なお、スイッチング素子３２は、ＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等とすることもできる。
また、本例において、半導体モジュール３における接続端子（パワー端子）３１とは、スイッチング素子３２のコレクタ端子もしくはエミッタ端子（あるいはドレイン端子もしくはソース端子）のことをいう。半導体モジュール３には、その他、制御信号用端子３３等が形成されている（図２参照）。
本例の半導体モジュール３は、３つのプラス側半導体モジュール３Ａと３つのマイナス側半導体モジュール３Ｂとを備えたブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃと、３つのプラス側半導体モジュール３Ａと３つのマイナス側半導体モジュール３Ｂとを備えた昇圧コンバータ回路７Ｄとに使用されている。

図１〜図３に示すごとく、金属製ケース２においては、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ又は昇圧コンバータ回路７Ｄを構成する一対のプラス側半導体モジュール３Ａ、３Ｃ及びマイナス側半導体モジュール３Ｂ、３Ｄが、冷却器本体２１１同士の間に挟持された状態で横方向（長手方向）Ｌに並んでおり、かつ、一対のプラス側半導体モジュール３Ａ及びマイナス側半導体モジュール３Ｂは、冷却器本体２１１同士の間に挟持された状態で縦方向（積層方向）Ｄに複数段に並んでいる。

図３、図６に示すごとく、本例のバスバー５は、半導体モジュール３における２つの接続端子３１、３１０のうちの一方に接続するものである。バスバー５と接続を行っていない他方の接続端子３１０は、別のバスバー（図示省略）によって電源ライン（図７、図８において、Ｐ（プラス）、Ｎ（マイナス）で示す。）に接続される。
図６においては、バスバーユニット４を２つに分割する場合（図４、図５）の分割位置を２点鎖線によって示す。

図８に示すごとく、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃを構成する各モータ用バスバー５Ａは、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１とを、３相交流モータ６Ａ、６Ｂ、６ＣのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル６０とそれぞれ結線するための出力結線を構成している。
このモータ用バスバー５Ａは、図９、図１０に示すごとく、いずれかのコイル６０に導通させる出力側導体部分５１と、この出力側導体部分５１に繋がる中間導体部分５２とによって形成されている。中間導体部分５２の先端部には、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ａが形成されており、中間導体部分５２と出力側導体部分５１との中間部位には、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｂが形成されている。
モータ用バスバー５Ａにおける出力側導体部分５１は、中間導体部分５２と平行に形成した平行部分５１１と、平行部分５１１に対して９０°屈曲した屈曲部分５１２とを有しており、屈曲部分５１２の先端部には、金属製ケース２の外部と接続するための出力端子部５１３が設けられている。

また、図８に示すごとく、昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル用バスバー５Ｂは、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１とマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１とを、昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル６２と結線するための出力結線を構成している。
このリアクトル用バスバー５Ｂは、図１１に示すごとく、リアクトル６２に導通させる出力側導体部分５１Ｘと、この出力側導体部分５１Ｘに繋がる中間導体部分５２Ｘとによって形成されている。中間導体部分５２Ｘの先端部には、マイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｄが形成されており、中間導体部分５２Ｘと出力側導体部分５１Ｘとの中間部位には、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ｃが形成されている。
リアクトル用バスバー５Ｂにおける出力側導体部分５１Ｘは、中間導体部分５２Ｘと平行に形成した平行部分５１１Ｘと、平行部分５１１Ｘに対して９０°屈曲した屈曲部分５１２Ｘとを有しており、屈曲部分５１２Ｘの先端部には、リアクトル６２と接続する出力端子部５１３Ｘが設けられている。

図９に示すごとく、本例のメインモータ６Ａの結線に用いる３本１組のモータ用バスバー５Ａは、出力側導体部分５１における平行部分５１１から分岐して、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｂに対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１と対面する分岐マイナス側対面部位５７Ｂを形成するマイナス側分岐部５５Ｂを有している。また、メインモータ６Ａの結線に用いる３本１組のモータ用バスバー５Ａは、中間導体部分５２から分岐して、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ａに対向する位置に、他のプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１と対面する分岐プラス側対面部位５７Ａを形成するプラス側分岐部５５Ａを有している。
そして、マイナス側分岐部５５Ｂは、マイナス側対面部位５６Ｂに対して当該モータ用バスバー５Ａの長手方向Ｌにオフセットした位置において、出力側導体部分５１における平行部分５１１に繋がっており、プラス側分岐部５５Ａは、プラス側対面部位５６Ａに対して当該モータ用バスバー５Ａの長手方向Ｌにオフセットした位置において、中間導体部分５２に繋がっている。

図８に示すごとく、本例の昇圧コンバータ回路７Ｄは、３つのプラス側半導体モジュール３Ｃを並列に接続して用いると共に、３つのマイナス側半導体モジュール３Ｄを並列に接続して用いる。
図１１に示すごとく、本例のリアクトル６２の結線に用いるリアクトル用バスバー５Ｂは、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘから分岐して、プラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面するプラス側対面部位５６Ｃに対向する位置に、他のプラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面する分岐プラス側対面部位５７Ｃを形成するプラス側分岐部５５Ｃを有し、このプラス側分岐部５５Ｃから延設して、分岐プラス側対面部位５７Ｃに対向する位置に、さらに他のプラス側半導体モジュール３Ｃにおける接続端子３１と対面する第２分岐プラス側対面部位５７Ｅを形成する第２プラス側分岐部５５Ｅを有している。

また、同図に示すごとく、本例のリアクトル６２の結線に用いるリアクトル用バスバー５Ｂは、中間導体部分５２Ｘから分岐して、マイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面するマイナス側対面部位５６Ｄに対向する位置に、他のマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面する分岐マイナス側対面部位５７Ｄを形成するマイナス側分岐部５５Ｄを有し、このマイナス側分岐部５５Ｄから延設して、分岐マイナス側対面部位５７Ｄに対向する位置に、さらに他のマイナス側半導体モジュール３Ｄにおける接続端子３１と対面する第２分岐マイナス側対面部位５７Ｆを形成する第２マイナス側分岐部５５Ｆを有している。

そして、プラス側分岐部５５Ｃは、プラス側対面部位５６Ｃに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘに繋がっており、第２プラス側分岐部５５Ｅは、分岐プラス側対面部位５７Ｃに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、プラス側分岐部５５Ｃに繋がっている。
また、マイナス側分岐部５５Ｄは、マイナス側対面部位５６Ｄに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、中間導体部分５２Ｘに繋がっており、第２マイナス側分岐部５５Ｆは、分岐マイナス側対面部位５７Ｄに対して当該リアクトル用バスバー５Ｂの長手方向Ｌにオフセットした位置において、マイナス側分岐部５５Ｄに繋がっている。

なお、リアクトル用バスバー５Ｂは、図１２に示すごとく、プラス側分岐部５５Ｃ及び第２プラス側分岐部５５Ｅを分岐させずに、出力側導体部分５１Ｘにおける平行部分５１１Ｘに並列に形成し、マイナス側分岐部５５Ｄ及び第２マイナス側分岐部５５Ｆを分岐させずに、中間導体部分５２Ｘに並列に形成することもできる。この場合には、プラス側分岐部５５Ｃ、第２プラス側分岐部５５Ｅ、マイナス側分岐部５５Ｄ及び第２マイナス側分岐部５５Ｆに接続した各半導体モジュール３からリアクトル６２への通電経路を短縮することができる。また、この場合には、リアクトル用バスバー５Ｂにおいて、半導体モジュール３における接続端子３１を接続する部分には、貫通穴５８を形成することができる。

図１に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａ及びリアクトル用バスバー５Ｂは、モールド樹脂４１によって絶縁を行った状態で一体化してバスバーユニット４Ａ、４Ｂを形成している。また、本例のバスバーユニット４は、第１バスバーユニット４Ａと第２バスバーユニット４Ｂとの２つに分割して、金属製ケース２に組み付けてある。
図４に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａは、メインモータ６Ａ用のブリッジ型駆動回路７Ａを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａと昇圧コンバータ回路７Ｄを構成するリアクトル用バスバー５Ｂとを配列した状態でモールド樹脂４１によって一体化してある。図５に示すごとく、第２バスバーユニット４Ｂは、サブモータ６Ｂ用のブリッジ型駆動回路７Ｂを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａと、リヤモータ６Ｃ用のブリッジ型駆動回路７Ｃを構成する３本１組のモータ用バスバー５Ａとを配列した状態でモールド樹脂４１によって一体化してある。

図４に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１における屈曲部分５１２を形成した側の端部においては、３本のモータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２と、リアクトル用バスバー５Ｂの中間導体部分５２Ｘの先端とを覆っている。また、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、リアクトル用バスバー５Ｂの出力側導体部分５１Ｘにおける屈曲部分５１２Ｘを形成した側の端部においては、リアクトル用バスバー５Ｂの屈曲部分５１２Ｘと、３本のモータ用バスバー５Ａの中間導体部分５２の先端とを覆っている。そして、第１バスバーユニット４Ａを構成するモールド樹脂４１は、３本のモータ用バスバー５Ａとリアクトル用バスバー５Ｂとを一体化している。

図５に示すごとく、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの出力側導体部分５１における屈曲部分５１２を形成した側の端部においては、６本のモータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２を覆っている。また、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、モータ用バスバー５Ａの屈曲部分５１２を形成した側の端部とは反対側の端部においては、６本のモータ用バスバー５Ａの中間導体部分５２の先端を覆っている。そして、第２バスバーユニット４Ｂを構成するモールド樹脂４１は、６本のモータ用バスバー５Ａを一体化している。
また、図４、図５に示すごとく、各モータ用バスバー５Ａにおける出力端子部５１３は、バスバー５の端部にナット５１４を圧入して構成されている。ナット５１４の開口先端部は、このナット５１４にビスを締め付ける際に生ずる異物がナット５１４内から落下しないように、キャップ５１５によって封止してある。

図３に示すごとく、本例の金属製ケース２には、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂを取り付けるための取付穴（ネジ穴）２２と、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂにおけるモールド樹脂４１に設けた係合部４３を係合させる被係合部２３とが形成してある。図４、図５に示すごとく、各バスバーユニット４Ａ、４Ｂのモールド樹脂４１には、ビスを貫通配置してこのビスを取付穴２２に螺合させるための貫通孔４２と、モールド樹脂４１から突出させた係合部４３とが形成されている。貫通孔４２の周囲には金属製カラーがモールド樹脂４１に一体成形されている。
図１３に示すごとく、本例の被係合部２３は、取付穴２２の近傍において、一方側から他方側に向けて（複数本のバスバー５を配列した方向に向けて）形成した複数の案内溝２３であり、本例の係合部４３は、案内溝２３内を摺動する複数の突起部４３である。また、案内溝２３の終端部（バスバーユニット４Ａ、４Ｂを一端側にスライドさせた終端部）には、突起部４３が収まる穴部２３１が形成されている。なお、複数本のバスバー５を配列した方向は、複数個の半導体モジュール３を冷却器本体２１１を介して重ねて配置する積層方向Ｄに相当する。

図２に示すごとく、第１バスバーユニット４Ａは、モールド樹脂４１に設けた突起部４３を金属製ケース２に設けた案内溝２３に対して一方側に摺動させて、金属製ケース２に固定することにより、３本のモータ用バスバー５Ａ及びリアクトル用バスバー５Ｂを、いずれも各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から押圧して接触させている。また、第２バスバーユニット４Ｂは、モールド樹脂４１に設けた突起部４３を金属製ケース２に設けた案内溝２３に対して一方側に摺動させて、金属製ケース２に固定することにより、６本のモータ用バスバー５Ａを、いずれも各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から押圧して接触させている。図２において、各バスバー５が接続端子３１に接触する方向を矢印Ｆで示す。
そして、金属製ケース２においては、９本のモータ用バスバー５Ａにおける各対面部位５６、５７とリアクトル用バスバー５Ｂにおける各対面部位５６、５７とのすべてが、各半導体モジュール３における接続端子３１に対して一方側から接触した状態で接合されている。

次に、バスバー５の各対面部位５６、５７の形状について説明する。
図１４に示すごとく、各バスバー５には、接続端子３１と接合する前の状態において、接続端子３１との各対面部位５６、５７に、２つの凹部５３と山状残部５４とがそれぞれ形成されている。
各バスバー５は、板状部材を屈曲させて形成してあり、板状部材の厚み方向を半導体モジュール３の積層方向Ｄに向けて配置されている。各バスバー５は、金属製ケース２において配列されており、各半導体モジュール３における接続端子３１は、バスバー５の長手方向Ｌに対して直交する方向から交わって接合される。
各バスバー５において、山状残部５４を構成する側面５４２は、この山状残部５４において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してある。各山状残部５４は、バスバー５の端面によって形成されたストレート状端面５４１に対する長手方向Ｌの両側にそれぞれ凹部５３を形成してなる。

図９、図１０に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａにおいて、マイナス側半導体モジュール３Ｂにおける接続端子３１を接合するマイナス側対面部位５６Ｂにおける２つの凹部５３は、それぞれＶ状溝５３１からなる。また、図１１に示すごとく、リアクトル用バスバー５Ｂにおいては、各半導体モジュール３Ｃ、３Ｄにおける接続端子３１を接合する各対面部位５６Ｃ、５６Ｄにおける２つの凹部５３は、それぞれＶ状溝５３１からなる。

また、図９、図１０、図１５に示すごとく、本例のモータ用バスバー５Ａにおいて、プラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１を接合するプラス側対面部位５６Ａにおける２つの凹部５３の一方は、Ｖ状溝５３１からなり、他方は、山状残部５４において鈍角状の角部をなす傾斜状の側面５４２と、側面５４２の基部から連続してバスバー５の端部と平行に形成した底面５３２とを備えた形状を有している。そして、ブリッジ型駆動回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃのプラス側半導体モジュール３Ａにおける接続端子３１を接合するプラス側対面部位５６Ａにおいて、Ｖ状溝５３１からなる一方の凹部５３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル６０に接続される側に形成されている。

また、図１４に示すごとく、本例の各バスバー５Ａ、５Ｂの各対面部位５６においては、山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１が２〜４ｍｍであり、２つの凹部５３の形成深さＨ１が１〜２ｍｍに形成されている。
なお、各バスバー５Ａ、５Ｂにおける凹部５３は、Ｖ状溝５３１とする以外にも、例えば、図１６に示すごとく、一方に傾斜状の側面５４２を有すると共に他方に垂直状の側面５３２を有する形状にすることもできる。

本例のバスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とは、バスバー５の各対面部位５６、５７における山状残部５４を、ＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接によって接続端子３１に溶融させて接合されている。このＴＩＧ溶接は、溶接材料に溶加棒を用い、溶接部を不活性ガスでシールドしながら、タングステン電極に生じるアークによって溶融接合させる。なお、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とは、その他のアーク溶接を行って、接合することもできる。
なお、図１４において、接続端子３１に溶融させる山状残部５４の部分を斜線部Ｇによって示す。

次に、本例の電力変換装置１による作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１は、金属製ケース２において配設したバスバー５の形状に工夫をし、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１との接合性及びバスバー５を構成する材料の歩留り性の向上を図っている。
具体的には、本例のバスバー５は、半導体モジュール３における接続端子３１と接合する前において、接続端子３１との対面部位に、上記２つの凹部５３及び山状残部５４を形成してなる。そして、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とを溶接等によって接合する際には、バスバー５における山状残部５４を、半導体モジュール３における接続端子３１と効果的に溶融させることができる。これにより、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１とを確実に接合することができる。
この山状残部５４を効果的に溶融させることができる理由は、山状残部５４が接続端子３１と対面する部位の端部の長さを適切に確保することができるためであると考える。

また、本例のバスバー５は、２つの凹部５３を形成した形状により、従来のバスバー５における突起形状を形成する必要がなく、バスバー５を構成する材料の使用量を減少させることができる。
それ故、本例の電力変換装置１は、バスバー５と半導体モジュール３における接続端子３１との接合性及びバスバー５を構成する材料の歩留り性を向上させることができる。

（確認試験）
本確認試験においては、各バスバー５における接続端子３１との対面部位の適切な形状を確認するための試験を行った。
具体的には、種々の対面部位５５の形状を有するバスバー５を準備し、接続端子３１とＴＩＧ溶接を行って、バスバー５の一部が接続端子３１に溶融した面積（溶融面積）を測定した。以下のサンプル１〜９のバスバー５を準備し、溶融面積を測定した。
（サンプル１）２つの凹部５３の形成深さＨ１を１ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を０ｍｍとした場合。
（サンプル２）２つの凹部５３の形成深さＨ１を１ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を２ｍｍとした場合。
（サンプル３）２つの凹部５３の形成深さＨ１を１ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を４ｍｍとした場合。
（サンプル４）１ｍｍの形成深さＨ１の凹部５３を３つ形成し山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を０ｍｍとした場合。

（サンプル５）２つの凹部５３の形成深さＨ１を２ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を０ｍｍとした場合。
（サンプル６）２つの凹部５３の形成深さＨ１を２ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を２ｍｍとした場合。
（サンプル７）２つの凹部５３の形成深さＨ１を２ｍｍとし山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を４ｍｍとした場合。
（サンプル８）２ｍｍの形成深さＨ１の凹部５３を３つ形成し山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を０ｍｍとした場合。
（サンプル９）凹部５３を形成していない場合。
なお、バスバー５の板厚は２ｍｍとし、接続端子３１の板厚は０．６ｍｍとした。

図１７は、サンプル１、５の形状を示し、図１４は、サンプル２、３、６、７の形状を示し、図１８は、サンプル４、８の形状を示し、図１９は、サンプル９の形状を示す。
図２０には、上記確認試験を行った結果を示す。同図においては、サンプル１〜９をＳ１〜９で示す。同図において、２つの凹部５３の形成深さＨ１を２ｍｍとし、山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を２〜４ｍｍとした場合（サンプル６、７）の溶融面積が５ｍｍ²以上と大きいことがわかった。また、２つの凹部５３の形成深さＨ１を１ｍｍとし、山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を２〜４ｍｍとした場合（サンプル２、３）についても、溶融面積が、４ｍｍ²ぐらいとなり（約３．６ｍｍ以上となり）、残りのサンプル１、４、５、８、９に比べて大きいことがわかった。
このことより、接続端子３１との接合前の状態において、山状残部５４におけるストレート状端面５４１の形成長さＬ１を２〜４ｍｍとし、２つの凹部５３の形成深さＨ１を１〜２ｍｍとすることが好ましいことがわかった。

実施例における、電力変換装置を示す平面説明図。実施例における、電力変換装置を示す断面説明図。実施例における、バスバーを配設する前の電力変換装置を示す斜視図。実施例における、第１バスバーユニットを示す斜視図。実施例における、第２バスバーユニットを示す斜視図。実施例における、他のバスバーユニットを示す斜視図。実施例における、電力変換装置の構成を示す概略的な回路図。実施例における、電力変換装置の配線状態を示す概略的な説明図。実施例における、モータ用バスバーを示す斜視図。実施例における、他のモータ用バスバーを示す斜視図。実施例における、リアクトル用バスバーを示す斜視図。実施例における、他のリアクトル用バスバーを示す斜視図。実施例における、金属製ケースにおける取付穴及び被係合部の周辺を拡大して示す斜視図。実施例における、バスバーにおける山状残部及び一対の凹部の形成部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。実施例における、バスバーにおける山状残部及び一対の凹部の形成部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。実施例における、バスバーにおける山状残部及び一対の凹部の形成部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。確認試験における、バスバーにおける対面部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。確認試験における、バスバーにおける対面部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。確認試験における、バスバーにおける対面部位を接続端子と対面させた状態を示す平面説明図。確認試験における、各サンプルについてバスバーにおける対面部位の一部が接続端子に溶融した面積を示すグラフ。

符号の説明

１電力変換装置
２金属製ケース
３半導体モジュール
３１接続端子
３２スイッチング素子
４バスバーユニット
４１モールド樹脂
５バスバー
５３凹部
５３１Ｖ状溝
５３２底面
５４山状残部
５４１ストレート状端面
５４２側面
５６、５７対面部位

Claims

電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
該バスバーは、上記接続端子と対面する部位において、当該バスバーの端部を所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部同士の間に残された山状残部を溶融させて、上記接続端子と接合してあり、
上記山状残部を構成する側面は、該山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してあり、
上記２つの凹部は、それぞれＶ状溝からなることを特徴とする電力変換装置。
電力変換回路を構成するスイッチング素子を備えた半導体モジュールを、金属製ケースに配設してなる電力変換装置において、
上記半導体モジュールにおける接続端子は、外部との接続を行うために上記金属製ケースにおいて絶縁を行って配設したバスバーと接合してあり、
該バスバーは、上記接続端子と対面する部位において、当該バスバーの端部を所定の間隔を空けて陥没させた２つの凹部同士の間に残された山状残部を溶融させて、上記接続端子と接合してあり、
上記山状残部を構成する側面は、該山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状に形成してあり、
上記２つの凹部の一方は、Ｖ状溝からなり、他方は、上記山状残部において鈍角状の角部をなす傾斜状の側面と、該側面の基部から連続して当該バスバーの端部と平行に形成した底面とを備えた形状を有することを特徴とする電力変換装置。
請求項１又は２において、上記山状残部におけるストレート状端面の形成長さは、２〜４ｍｍであり、上記２つの凹部の形成深さは、１〜２ｍｍであることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記半導体モジュールは、上記金属製ケースにおいて複数個が配列してあり、
上記バスバーは、上記複数個の半導体モジュールに対応して、複数本が上記金属製ケースに配設してあることを特徴とする電力変換装置。
請求項４において、上記複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、
上記複数本のバスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子とマイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための出力結線を構成していることを特徴とする電力変換装置。
請求項４又は５において、上記複数個の半導体モジュールのいずれかは、昇圧コンバータ回路を構成するプラス側半導体モジュールとマイナス側半導体モジュールとであり、
上記複数本のバスバーのいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを上記昇圧コンバータ回路を構成するリアクトルと結線するための出力結線を構成していることを特徴とする電力変換装置。
請求項２において、上記半導体モジュールは、上記金属製ケースにおいて複数個が配列してあり、
上記バスバーは、上記複数個の半導体モジュールに対応して、複数本が上記金属製ケースに配設してあり、
上記複数個の半導体モジュールの少なくともいずれかは、３相交流モータを駆動するためのブリッジ型駆動回路を構成する３つのプラス側半導体モジュールと３つのマイナス側半導体モジュールとであり、
上記複数本のバスバーの少なくともいずれかは、上記プラス側半導体モジュールにおける接続端子と上記マイナス側半導体モジュールにおける接続端子とを、上記３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルとそれぞれ結線するための出力結線を構成しており、
上記Ｖ状溝からなる一方の凹部は、上記いずれかのコイルに接続される側に形成してあることを特徴とする電力変換装置。