JP5561623B2 - Terminal block, semiconductor device and rotating electric machine for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される端子台、半導体装置および車両用回転電機に関する。 The present invention relates to a terminal block, a semiconductor device, and a vehicular rotating electrical machine mounted on a passenger car, a truck, and the like.
従来から、電気モジュールを構成するスイッチング素子等の各部品を、放熱器上に順番に組み付けるようにした回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、放熱器の上に複数の電子モジュールを取り付け、さらにその上に信号相互接続部品や電力相互接続部品などを取り付けている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a rotating electrical machine in which components such as switching elements constituting an electric module are sequentially assembled on a radiator (see, for example, Patent Document 1). Specifically, a plurality of electronic modules are mounted on a heat radiator, and further, signal interconnection components, power interconnection components, and the like are mounted thereon.
ところで、上述した特許文献1に開示された構成では、放熱器上に電子モジュールや信号相互接続部品、電力相互接続部品を順番に取り付けており、これらの間で電力や信号の入出力を行うターミナルが露出するため、カバーに設けられた開口から雨水等が浸入した際にターミナル間あるいはターミナルと他の部位との短絡やターミナルの腐食が発生するおそれがあり、耐環境性が低下するという問題があった。また、順番に電子モジュールや信号相互接続部品、電力相互接続部品を取り付けるため、部品点数が多く、各部品の位置決めが煩雑になり、組み付け工程が複雑になるという問題があった。さらに、電子モジュールのターミナルの露出部分を熱硬化性の封止材で封止しようとすると、熱容量が大きい放熱器を含む全体を一緒に加熱して一定温度を維持する必要があり、製造に時間がかかるという問題があった。
Incidentally, in the configuration disclosed in
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、モジュールと組み合わされて電力や信号の入出力が行われるターミナルの被水を防止して耐環境性を向上させることができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、部品点数を低減でき、部品の位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、モジュールの封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる端子台、半導体装置および車両用回転電機を提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and its purpose is to prevent the terminal from being flooded with power and signals in combination with the module and improve environmental resistance. Another object is to provide a terminal block, a semiconductor device, and a rotating electrical machine for a vehicle that can be used. Another object of the present invention is to provide a terminal block, a semiconductor device, and a vehicular rotating electrical machine that can reduce the number of components, facilitate positioning of components, and simplify the assembly process. Furthermore, another object of the present invention is to provide a terminal block, a semiconductor device, and a vehicular rotating electrical machine that can shorten the time required for manufacturing by shortening the thermosetting time of the sealing material of the module.
上述した課題を解決するために、本発明の端子台は、それぞれが半導体素子を含む回路を樹脂モールドして形成された複数の半導体モジュールと組み合わされて半導体装置を構成する端子台であって、複数の半導体モジュールを相互に接続するとともに半導体モジュールを他の部品に接続する配線ターミナルが樹脂材料にてインサート成形され、一方の面に、複数の半導体モジュールのそれぞれを別々に嵌め込んで収納する複数の収納用凹部を有している。 In order to solve the above-described problems, the terminal block of the present invention is a terminal block that constitutes a semiconductor device in combination with a plurality of semiconductor modules each formed by resin-molding a circuit including a semiconductor element, A wiring terminal for connecting a plurality of semiconductor modules to each other and connecting the semiconductor modules to other components is insert-molded with a resin material, and a plurality of semiconductor modules are individually fitted and stored on one surface. A recess for storage.
配線ターミナルがインサート成形されて端子台が形成されているため、配線ターミナルの露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台に複数の収納用凹部が形成されており、それぞれに半導体モジュールを嵌め込んで収容することができるため、半導体モジュールの位置決めが容易となる。しかも、半導体モジュールを端子台の収納用凹部に収納した状態で一体化してこれらをひとまとまりの部品とすることができるため、部品点数を減らすとともにこの端子台を用いた装置(例えば、車両用回転電機)の組み付け工程の簡略化が可能となる。 Since the wiring terminal is insert-molded to form the terminal block, exposure of the wiring terminal can be reduced to prevent water exposure, and environmental resistance can be improved. In addition, a plurality of recesses for storage are formed in the terminal block, and the semiconductor module can be fitted and stored in each of them, so that the semiconductor module can be easily positioned. In addition, since the semiconductor modules can be integrated in a state where they are stored in the storage recesses of the terminal block, and these can be integrated into a single component, the number of components is reduced and a device using this terminal block (for example, a vehicle rotation) The assembly process of the electric machine can be simplified.
また、上述した収納用凹部は、半導体モジュールの外形に沿った形状を有することが望ましい。これにより、半導体モジュールを収納用凹部に挿入する向きに沿った厚み(端子台と半導体モジュールの組立体の厚み)を薄くすることができる。 Moreover, it is desirable that the above-described housing recess has a shape that follows the outer shape of the semiconductor module. Thereby, the thickness (thickness of the assembly of the terminal block and the semiconductor module) along the direction in which the semiconductor module is inserted into the housing recess can be reduced.
また、上述した半導体モジュールの側面と収納用凹部の側面により充填用凹部が形成され、半導体モジュールから突出する接続ターミナルと配線ターミナルとが充填用凹部内で接続され、収納用凹部に半導体モジュールが収納されて接続ターミナルと配線ターミナルの接続が行われた後に、充填用凹部に熱硬化性の封止材が充填されることが望ましい。ターミナル接続部を封止材で覆うことにより、腐食が発生しやすい部位の被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、封止材を充填するためのケース等の別部品が不要になるため、部品点数を減らすことができる。さらに、半導体モジュールと端子台とを組み合わせた状態で、放熱板やフレーム等の熱容量の大きい他の放熱部材と切り離した状態で封止材の熱硬化を行うことができるため、封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる。 Also, a filling recess is formed by the side surface of the semiconductor module and the side of the recess for storage described above, the connection terminal protruding from the semiconductor module and the wiring terminal are connected in the recess for filling, and the semiconductor module is stored in the storage recess. After the connection terminal and the wiring terminal are connected, it is desirable that the filling recess is filled with a thermosetting sealing material. By covering the terminal connection portion with the sealing material, it is possible to prevent the portion where the corrosion is likely to occur and to improve the environmental resistance. In addition, since a separate part such as a case for filling the sealing material is not necessary, the number of parts can be reduced. Furthermore, since the sealing material can be thermally cured in a state where the semiconductor module and the terminal block are combined and separated from other heat radiating members having a large heat capacity such as a heat sink and a frame, the heat of the sealing material The time required for production can be shortened by shortening the curing time.
また、上述した樹脂材料および封止材は、熱伝導率が良好な材料が用いられることが望ましい。これにより、端子台に収納した半導体モジュールの放熱を、半導体モジュールの露出した面側だけでなく、収納用凹部に接した面を介して行うことができるため、発熱体となる半導体モジュールに対して冷却効率を上げることができる。また、端子台に埋め込まれた配線ターミナルが発熱した際にも効率よく放熱することができる。 In addition, it is desirable that the resin material and the sealing material described above be made of materials having good thermal conductivity. As a result, the semiconductor module stored in the terminal block can be dissipated not only through the exposed surface side of the semiconductor module but also through the surface in contact with the recess for storage. Cooling efficiency can be increased. Also, heat can be efficiently radiated when the wiring terminal embedded in the terminal block generates heat.
また、上述した収納用凹部の底面には、インサート成形時に配線ターミナルの位置決めを行うために用いられて配線ターミナルの一部が露出する穴が設けられており、収納用凹部に半導体モジュールが収納されたときに、穴が外部に露出しないことが望ましい。これにより、配線ターミナルをインサート成形する際に位置決め用に設けられた穴(ピン穴)を半導体モジュールで塞ぐことができるため、この穴を通して水等の異物が浸入することを防止することができ、耐環境性をさらに向上させることができる。また、別部品等を用いて穴を塞ぐための工程が不要になるため、工程の簡略化が可能となる。 In addition, the bottom of the above-described storage recess is provided with a hole that is used to position the wiring terminal during insert molding and exposes a part of the wiring terminal, and the semiconductor module is stored in the storage recess. It is desirable that the hole is not exposed to the outside. Thereby, since the hole (pin hole) provided for positioning when the wiring terminal is insert-molded can be closed with the semiconductor module, it is possible to prevent foreign matters such as water from entering through the hole, The environmental resistance can be further improved. In addition, since a process for closing the hole using another part or the like is not necessary, the process can be simplified.
また、上述した配線ターミナルには、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルと、信号を入出力する信号用配線ターミナルとが含まれており、電力用配線ターミナルは、複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部の底面と平行になるように配置され、信号用配線ターミナルは、複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部の底面と垂直になるように配置されている。これにより、端子台の厚みを厚くすることなく電力用配線ターミナルを幅広の導電体で形成することができるため、その抵抗値を下げて発熱量を減らすことが可能となる。また、信号用配線ターミナルの導電体の向きを端子台の厚み方向に合わせることにより、端子台の反り等の変形を防止することが可能になる。 The wiring terminals described above include a power wiring terminal that inputs and outputs generated power or operating power and a signal wiring terminal that inputs and outputs signals. The power wiring terminal includes a plurality of storage terminals. It is a plate-like conductor that extends along the direction in which the recesses are arranged, and is arranged so that the long side portion of the cross section is parallel to the bottom surface of the recess for storage, and the signal wiring terminal has a plurality of storage It is a plate-like conductor extending along the direction in which the concave portions are arranged, and is arranged so that the long side portion of the cross section is perpendicular to the bottom surface of the concave portion for storage . As a result, since the power wiring terminal can be formed of a wide conductor without increasing the thickness of the terminal block, the resistance value can be lowered to reduce the amount of heat generation. Further, by aligning the direction of the conductor of the signal wiring terminal with the thickness direction of the terminal block, it is possible to prevent deformation such as warping of the terminal block.
また、本発明の半導体装置は、上述した端子台と、端子台に含まれる複数の収納用凹部のそれぞれに収納された複数の半導体モジュールとを備えている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる半導体装置を実現することができる。 The semiconductor device of the present invention includes the terminal block described above and a plurality of semiconductor modules housed in each of a plurality of housing recesses included in the terminal block. As a result, it is possible to realize a semiconductor device that has excellent environmental resistance, can reduce the number of components, can be easily positioned, can simplify the assembly process, and can shorten the curing time of the sealing material. it can.
また、本発明の車両用回転電機は、上述した半導体装置を電力変換器として用いる車両用回転電機であって、界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、回転子と対向配置された固定子と、回転子と固定子とを保持するフレームと、固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線に供給する電力変換器とを備え、電力変換器は、それぞれが半導体素子としてのスイッチング素子を有する複数の半導体モジュールと、端子台とを備えている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる車両用発電機を実現することができる。 A rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention is a rotating electrical machine for a vehicle that uses the semiconductor device described above as a power converter, and is disposed so as to face a rotor that is magnetized by energizing a field winding. The stator, the frame that holds the rotor and the stator, and the alternating current induced in the stator winding provided in the stator is converted into direct current and supplied to the battery, or supplied from the battery. A power converter that converts a direct current into an alternating current and supplies the stator winding, and the power converter includes a plurality of semiconductor modules each having a switching element as a semiconductor element, and a terminal block Yes. As a result, it is possible to realize a vehicular generator that has excellent environmental resistance, can reduce the number of parts, can be easily positioned, can simplify the assembly process, and can shorten the curing time of the sealing material. be able to.
以下、本発明の端子台、半導体装置および車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の車両用発電機1は、2つの固定子巻線2、3、界磁巻線4、2つのスイッチングモジュール群5、6、発電制御装置7、端子台10を含んで構成されている。
Hereinafter, a vehicle generator according to an embodiment to which a terminal block, a semiconductor device, and a vehicular rotating electrical machine of the present invention are applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle generator according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
一方の固定子巻線2は、多相巻線(例えばX相巻線、Y相巻線、Z相巻線からなる三相巻線)であって、固定子鉄心(図示せず)に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線3は、多相巻線(例えばU相巻線、V相巻線、W相巻線からなる三相巻線)であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線2に対して電気角で30度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら2つの固定子巻線2、3と固定子鉄心によって固定子20(図3)が構成されている。
One stator winding 2 is a multiphase winding (for example, a three-phase winding composed of an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding), and is wound around a stator core (not shown). It is disguised. Similarly, the other stator winding 3 is a multi-phase winding (for example, a three-phase winding composed of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding). The stator winding 2 is wound at a position shifted by 30 degrees in terms of electrical angle. In the present embodiment, a stator 20 (FIG. 3) is constituted by these two
界磁巻線4は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極(図示せず)に巻装されて回転子を構成している。この回転子と固定子20は同心状に対向配置されている。界磁巻線4に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線2、3が交流電圧を発生する。
The field winding 4 is wound around a field pole (not shown) disposed opposite to the inner peripheral side of the stator core to constitute a rotor. The rotor and the
一方のスイッチングモジュール群5は、一方の固定子巻線2に接続されており、全体で三相全波整流回路(ブリッジ回路)が構成され、固定子巻線2に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群5は、固定子巻線2の相数に対応する数(三相巻線の場合には3個)のスイッチングモジュール5X、5Y、5Zを備えている。スイッチングモジュール5Xは、固定子巻線2に含まれるX相巻線に接続されている。スイッチングモジュール5Yは、固定子巻線2に含まれるY相巻線に接続されている。スイッチングモジュール5Zは、固定子巻線2に含まれるZ相巻線に接続されている。
One switching module group 5 is connected to one stator winding 2 to form a three-phase full-wave rectifier circuit (bridge circuit) as a whole, and the alternating current induced in the stator winding 2 is converted into direct current. Convert to current. The switching module group 5 includes a number of
他方のスイッチングモジュール群6は、他方の固定子巻線3に接続されており、全体で三相全波整流回路(ブリッジ回路)が構成され、固定子巻線3に誘起される交流電流を直流電流に変換する。このスイッチングモジュール群6は、固定子巻線3の相数に対応する数(三相巻線の場合には3個)のスイッチングモジュール6U、6V、6Wを備えている。スイッチングモジュール6Uは、固定子巻線3に含まれるU相巻線に接続されている。スイッチングモジュール6Vは、固定子巻線3に含まれるV相巻線に接続されている。スイッチングモジュール6Wは、固定子巻線3に含まれるW相巻線に接続されている。
The other switching module group 6 is connected to the other stator winding 3 to form a three-phase full-wave rectifier circuit (bridge circuit) as a whole, and the alternating current induced in the stator winding 3 is converted into direct current. Convert to current. The switching module group 6 includes a number of
発電制御装置7は、F端子を介して接続された界磁巻線4に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機1の出力電圧(各スイッチングモジュールの出力電圧)VB が調整電圧Vreg になるように制御する。例えば、発電制御装置7は、出力電圧VB が調整電圧Vreg よりも高くなったときに界磁巻線4への励磁電流の供給を停止し、出力電圧VB が調整電圧Vreg よりも低くなったときに界磁巻線4に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧VB が調整電圧Vreg になるように制御する。また、発電制御装置7は、P端子(相電圧検出用の検出端子)に接続された固定子巻線のいずれかの相巻線(例えばW相)の電圧に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線4へ供給する励磁電流を停止あるいは低減する。さらに、発電制御装置7は、制御信号端子としてのERR端子および通信線を介してECU8(外部制御装置)と接続されており、ECU8との間で双方向のシリアル通信(例えば、LIN(Local Interconnect Network)プロトコルを用いたLIN通信)を行い、エラー情報等の通信メッセージを送信あるいは受信する。
The power
端子台10は、スイッチングモジュール5X、5Y、5Z相互の接続、スイッチングモジュール6U、6V、6W相互の接続、スイッチングモジュール5X等と他の部品(例えば発電制御装置7)との接続を行うものである。端子台10の具体例については後述する。この端子台10と2つのスイッチングモジュール群5、6によって、本発明の半導体装置としての電力変換器11が構成されている。また、上述したスイッチングモジュール5X、5Y、5Z、6U、6V、6Wのそれぞれが本発明の半導体モジュールに対応する。
The
本実施形態の車両用発電機1はこのような構成を有しており、次に、スイッチングモジュール5X等の詳細について説明する。
The
図2は、スイッチングモジュール5Xの構成を示す図である。なお、他のスイッチングモジュール5Y、5Z、6U、6V、6Wも同じ構成を有している。図2に示すように、スイッチングモジュール5Xは、2つの半導体素子としてのMOSトランジスタ50、51と、制御回路54とを備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
MOSトランジスタ50は、ソースがP端子を介して固定子巻線2のX相巻線に接続され、ドレインがBATT端子(バッテリ端子)を介して電気負荷18やバッテリ9の正極端子に接続された上アーム(ハイサイド側)のスイッチング素子である。MOSトランジスタ51は、ドレインがP端子を介してX相巻線に接続され、ソースがGND端子を介してバッテリ9の負極端子(アース)に接続された下アーム(ローサイド側)のスイッチング素子である。これら2つのMOSトランジスタ50、51からなる直列回路がバッテリ9の正極端子と負極端子の間に配置され、これら2つのMOSトランジスタ50、51の接続点にX相巻線が接続されている。また、MOSトランジスタ50、51のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはMOSトランジスタ50、51の寄生ダイオード(ボディダイオード)によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、MOSトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。
The
制御回路54は、整流動作を開始および終了するタイミングの判定動作、整流動作を実施するためのMOSトランジスタ50、51のオン/オフタイミングの設定動作、このオン/オフタイミングに対応したMOSトランジスタ50、51の駆動動作、電圧や電流あるいは温度を監視して異常発生の有無を判定する自己診断動作などを行う。
The
例えば、スイッチングモジュール5Xに設けられた制御信号端子としてのF端子が発電制御装置7のF端子に接続されており、制御回路54は、発電制御装置7のF端子から界磁巻線4に供給されるPWM信号(励磁電流)の有無を監視し、PWM信号の出力が所定時間(例えば30μ秒間)継続したときに、MOSトランジスタ50、51をオン/オフして整流動作を開始する。また、制御回路54は、発電制御装置7のF端子から界磁巻線4に供給されるPWM信号の出力が所定時間(例えば1秒間)中断したときに、MOSトランジスタ50、51をオフして整流動作を終了する。さらに、制御回路54は、異常発生時には、制御信号端子としてのERR端子(エラー端子)から異常発生を知らせる信号を出力する。例えば、各スイッチングモジュール5X等のERR端子は1本の共通の信号線に接続されており、いずれかのスイッチングモジュール5X等からこの信号線に異常発生を知らせる信号が出力されると、発電制御装置7は、異常発生に対応して所定の処理(例えば、ECU8に対する通知)を行う。
For example, the F terminal as a control signal terminal provided in the
次に、車両用発電機1や電力変換器11、スイッチングモジュール5Xの具体的な構造について説明する。なお、スイッチングモジュール5X以外のスイッチングモジュール5Y、5Z、6U、6V、6Wも同じ構造を有しており、詳細な説明は省略する。
Next, specific structures of the
図3は、車両用発電機1をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図4は、車両用発電機1をリヤ側から見た図である。図5は、リヤカバーを取り外した車両用発電機1をリヤ側斜め後方から見た外観斜視図である。図6は、リヤカバーを取り外した車両用発電機1をリヤ側から見た図である。図7は、車両用発電機1のリヤ側の部分的な断面図である。
FIG. 3 is an external perspective view of the
これらの図に示すように、車両用発電機1は、固定子20、回転子30(図7)、フロントフレーム22、リヤフレーム24、リヤカバー26、発電制御装置7、電力変換器11、ブラシ装置12を含んで構成されている。
As shown in these figures, the
フロントフレーム22およびリヤフレーム24は、固定子20を両側から挟み込んで固定するとともに、この固定子20の内側に対向配置されている回転子30を回転可能に支持した状態で収容している。ブラシ装置12は、バッテリ9あるいは電力変換器11から回転子30の界磁巻線4に励磁電流を供給する。
The
リヤカバー26は、リヤフレーム24の外側に取り付けられる発電制御装置7、電力変換器11、ブラシ装置12の全体を覆って、これらを保護する。このリヤカバー26には、軸方向端面であって、電力変換器11に対向する位置に放射状かつ同心状に配置された複数の吸気口27が、ブラシ装置12に対応する位置(図4に示す例ではブラシ装置12に隣接する位置であってブラシ装置12と電圧制御装置7の中間位置)に吸気口28が形成されている。
The
また、リヤフレーム24の軸方向端面には、対向面が直接接触した状態で電力変換器11が搭載されており、リヤフレーム24が電力変換器11で発生した熱を放熱する放熱部材として用いられる。このため、リヤフレーム24の軸方向端面は、放熱に適した形状に形成されており、その詳細については後述する。
Further, the
回転子30は、軸方向端面に冷却ファン32を備えている。回転子30とともに冷却ファン32が回転すると、リヤカバー26に設けられた複数の吸気口27およびリヤカバー26とリヤフレーム24の間の隙間から冷却風が取り込まれる。この冷却風は、リヤフレーム24と電力変換器11の間(凹部242)を通った後、凹部242の内径側に形成された吸気口246を介してリヤフレーム24内に導かれ、固定子巻線2、3を冷却した後リヤフレーム24の外部に排出される。なお、回転子30とともに冷却ファン32が回転すると、リヤカバー26に設けられた吸気口28からもリヤカバー26内に冷却風が取り込まれる。この冷却風は、ブラシ装置12や電圧制御装置7の近傍を流れるため、これらを効率よく冷却するとともに、冷却風を利用したブラシ摩耗粉の排出を行う場合にはその排出効果を高めることができる。
The
次に、スイッチングモジュール5X等の構造の詳細について説明する。図8は、スイッチングモジュール5X内部の実装状態を示す平面図である。図9は、スイッチングモジュール5Xの平面図である。図10、図11は、スイッチングモジュール5Xの斜視図である。図12は、スイッチングモジュール5Xの部分的な拡大側面図である。図8〜図12において示されている各端子に付された符号(P、BATT、GND、F、ERR)は、図2において同じ符号が付された各端子に対応している。
Next, details of the structure of the
図8において、ハイサイド側のMOSトランジスタ50およびローサイド側のMOSトランジスタ51のそれぞれは、同一の製造方法で同一のサイズに形成されている。また、これらのMOSトランジスタ50、51や制御回路54のそれぞれはリードフレーム上に搭載されており、発熱量が多いMOSトランジスタ50、51の直下には放熱用のヒートシンク56が備わっている。スイッチングモジュール5Xは、ヒートシンク56以外の構成部品全体がモールド樹脂で封止された半導体パッケージとして形成されており、ヒートシンク56が露出した状態で取り付けられたモジュール本体60からP端子、BATT端子、GND端子、F端子、ERR端子に対応する接続ターミナル58の一部が突出している。この中でGND端子に対応する接続ターミナル58は、ヒートシンク56と同じ端子形状を有しており、ヒートシンク56をリヤフレーム24にネジ固定する際に同時にねじ締めされてリヤフレーム24に対して電気的な接続が行われる。
In FIG. 8, the high-
なお、図10あるいは図11に示すように、モジュール本体60の側面には、接続ターミナル58の他に、複数の電極59が露出している(以後、この電極59を「露出電極」と称する)。接続ターミナル58をインサート成型する際にその位置決めおよび固定用にモジュール本体60から突出する電極が用いられ、樹脂成型終了後に突出部分を切断した跡が一部の露出電極59として残っている。また、スイッチングモジュール5Xを製造した際にその機能試験等を行うためにモジュール本体60から突出する電極が用いられ、試験終了後に突出部分を切断した跡が他の露出電極59として残っている。
As shown in FIG. 10 or FIG. 11, in addition to the
ところで、モジュール本体60から突出するP端子に対応する接続ターミナル58は、固定子巻線2のX相巻線から引き出される引き出し線55を接続することにより発生する応力を緩和する形状を有する。以後、P端子に対応する接続ターミナル58を他の接続ターミナル58と区別するために「接続ターミナル58P」として説明を行う。
Incidentally, the
図9〜図12に示すように、接続ターミナル58Pは、固定子巻線2のX相巻線から引き出される引き出し部としての引き出し線55との接続を行う接続部580と、この接続部580とモジュール本体60との間でこれらを連結する連結部582とを有する。接続部580と連結部582は、モジュール本体60内に埋設された部分を含んで、金属の板材をプレス成型することにより形成される。
As shown in FIGS. 9 to 12, the
接続部580は、引き出し線55の延在方向に沿った長さが、この延在方向と垂直な向きに沿った長さの方が長い幅広の長方形形状を有している。図12において、接続部58の高さ方向を「縦方向」、高さ方向と垂直な方向を「横方向」とすると、引き出し線55の延在方向に沿った向きが縦方向であり、接続部580は、横長の長方形形状を有する。この接続部580の横方向の長さは、引き出し線55の幅の複数倍よりも長い値に設定されている。また、横長の長方形形状を有する平板状の接続部580を長手方向の途中で折り返して引き出し線55を挟み込んだ後に、これらの間が溶接される。
The connecting
連結部582は、接続部580の一部に連結された長方形形状を有しており、長手方向に沿ってS字状に折り曲げられたベンド構造を含んでいる。ベンド構造を備えることにより、主に引き出し線55の延在方向に加わる繰り返し応力を吸収して緩和することが可能となる。
The connecting
なお、上述した引き出し線55を接続ターミナル58Pに溶接する工程は、スイッチングモジュール5X等を端子台10に組み付けて電力変換器11を完成させた後に、電力変換器11をリヤフレーム24に組み付ける際に行われる。
The above-described process of welding the
次に、端子台10の詳細形状および端子台10へスイッチングモジュール5X等を組み付ける具体例について説明する。図13は、端子台10の平面図である。図14は、端子台10の裏面図である。図15は、端子台10の斜視図である。図16は、端子台10に含まれる配線ターミナルの形状を示す平面図であり、図14に示した裏面図に対応するターミナル形状が示されている。図17は、図16のA−A線拡大断面図であり、配線ターミナルのみに着目した断面形状が示されている。図18は、電力変換器11の裏面図であって、図14に示した端子台10に6個のスイッチングモジュール5X等を組み付けた組立体としての電力変換器11が示されている。図19は、電力変換器11を裏側から見た部分的な斜視図であり、端部に配置されたスイッチングモジュール5X周辺の構造が示されている。
Next, a detailed example of the
端子台10は、6個のスイッチングモジュール5X、5Y、5Z、6U、6V、6Wを組み付けたときにこれらを収容する6個の収納用凹部100を一方の面側(リヤフレーム24に電力変換器11を組み付けたときにリヤフレーム24の軸方向端面に対向する側)に有する。これらの収納用凹部100は、スイッチングモジュール5X等の外形に沿った形状を有している。
The
また、端子台10は、少なくとも2種類の配線ターミナル102、104が樹脂材料にてインサート成形されており、端子台10からは、各スイッチングモジュール5X等に対応して、内径側から1本の配線ターミナル102が、収納用凹部100の底面から2本の配線ターミナル104が突出している。
Further, at least two types of
上述したように、スイッチングモジュール5X等のモジュール本体60からは、P端子、BATT端子、GND端子、F端子、ERR端子に対応する接続ターミナル58が突出しており、BATT端子に対応する接続ターミナル58が配線ターミナル102に接続され、F端子、ERR端子に対応する接続ターミナル58が2本の配線ターミナル104のそれぞれに接続される。これらの接続は溶接によって行われるが、一部をはんだ付けによって行うようにしてもよい。なお、配線ターミナル102が、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルに対応する。また、配線ターミナル104が、信号を入出力する信号用配線ターミナルに対応する。
As described above, the
図16および図17に示すように、電力用配線ターミナルとしての配線ターミナル102は、端子台10の複数の収納用凹部100が並んだ向き(図14や図16において紙面と平行な向き)に沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分(長手方向)が収納用凹部100の底面と平行になるように配置されている。また、信号用配線ターミナルとしての配線ターミナル104は、端子台10の複数の収納用凹部100が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が収納用凹部100の底面と垂直になるように配置されている。これにより、端子台10の厚みを厚くすることなく配線ターミナル102を幅広の導電体で形成することができるため、その抵抗値を下げて大電流が流れた際の配線ターミナル102での発熱量を減らすことが可能となる。また、配線ターミナル104の導電体の向きを端子台10の厚み方向に合わせることにより、端子台10の反り等の変形を防止することが可能になる。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
また、各収納用凹部100の底面には、インサート成形時に配線ターミナル102、104の位置決めを行うために用いられて配線ターミナル102、104の一部が外部に露出する穴(ピン穴)103、105が設けられている。これらの穴103、105は、各収納用凹部100にスイッチングモジュール5X等が収納されたときに、モジュール本体60によって塞がれるため、外部に露出しないようになっている。なお、本実施形態では、複数の穴105の一部については、スイッチングモジュール5X等が収納された後も、以下で説明する充填用凹部108の底面に露出する位置に形成されており、封止材が充填されたときに外部に露出しないようになっている。
In addition, holes (pin holes) 103 and 105 used for positioning the
端子台10に対するスイッチングモジュール5X等の組み付けは、各収納用凹部100に各モジュール本体60を別々に嵌め込んで収納した後に、対応する接続ターミナル58と配線ターミナル102、104を接合し、さらにモジュール本体60周囲に形成された充填用凹部に熱硬化性の封止材を充填して硬化させることにより行われる。この封止材と端子台10の成型に用いられる樹脂材料は、ともに熱伝導率が良好な材料が用いられている。例えば、封止材としてシリコン樹脂を用い、端子台10の樹脂材料として、このシリコン樹脂との接着性が良好なPPS樹脂を用いる場合が考えられる。このような場合に、金属粉末(例えばアルミニウム)等の熱伝導率が良好な添加剤を混合して、これらの材料の熱伝導率を向上させるようにしてもよい。
Assembling of the
図14に示すように、端子台10の各収納用凹部100には、この収納用凹部100にスイッチングモジュール5X等のモジュール本体60を組み込んだ際にモジュール本体60の一部が当接する3箇所の位置決め部S1、S2、S3が含まれる。これら3箇所の位置決め部S1、S2、S3がモジュール本体60の一部に当接することにより、収納用凹部100内でのモジュール本体60の位置が拘束されるようになっている。これにより、接合対象となる接続ターミナル58と配線ターミナル102、104の位置合わせが行われ、次工程での溶接等が容易となる。
As shown in FIG. 14, each
また、このようにしてモジュール本体60が収納用凹部100に組み込まれた状態では、図18および図19に示すように、モジュール本体60の側面と収納用凹部100の側面により2箇所に充填用凹部106、108が形成される。これら2箇所の充填用凹部106、108は、各スイッチングモジュール5X等を収納用凹部100に嵌め込んで組み付けて、端子台10の3箇所の位置決め部S1、S2、S3をモジュール本体60の一部に当接した際に形成されるようになっている。
Further, in the state where the module
一方の充填用凹部106の内部空間には、モジュール本体60の一の側面から突出するF端子、ERR端子に対応する接続ターミナル58と露出電極59(図11)とが含まれている。この充填用凹部106は、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体60の側面と収納用凹部100の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、接続ターミナル58と配線ターミナル102、104の接合部を含む露出部分と露出電極59の両方が封止材によって覆われる。
The internal space of one
他方の充填用凹部108には、モジュール本体60の他の側面から突出する露出電極59(図10)が含まれている。この充填用凹部108は、充填用凹部106と同様に、封止材を硬化前に保持可能な閉塞空間がモジュール本体60の側面と収納用凹部100の側面により形成されたものであって、封止材を充填した後に加熱して硬化させることにより、露出電極59が封止材によって覆われる。
The
このようにして6個のスイッチングモジュール5X等を端子台10に組み付けることにより電力変換器11が形成される。この電力変換器11をリヤフレーム24に組み付けた後に、固定子巻線2、3の各相巻線から引き出される引き出し線55が各スイッチングモジュール5X等のP端子に対応する接続ターミナル58に接続される。
In this manner, the
なお、上述した説明では、全てのスイッチングモジュール5X等を同じように配線するものとしたが、実際には、図18に示すように端部に配置されたスイッチングモジュール6WのP端子については特異な接続がなされている。具体的には、端子台10には内部で相互に接続された3つの配線ターミナル101A、101B、101Cが備わっている(図13)。この中で、配線ターミナル(第3の接続端子)101Aは、固定子巻線6のW相巻線から引き出される引き出し線55に接続される。また、配線ターミナル(第1の接続端子)101Bは、スイッチングモジュール6WのP端子に対応する接続ターミナル58に対応する位置に配置され、この接続ターミナル58に接続される。さらに、配線ターミナル101C(第2の接続端子)は、発電制御装置7が組み付けられた際に発電制御装置7のP端子に接続される。
In the above description, all the
このような配線ターミナル101A、101B、101Cを用いることにより、固定子巻線6のW相の相電圧をスイッチングモジュール6Wと発電制御装置7の両方に取り込むことができ、しかも、スイッチングモジュール6Wのターミナル形状および配置を他のスイッチングモジュール5X等と同じにすることができ、部品点数の削減が可能となる。
By using
次に、電力変換器11が組み付けられるリヤフレーム24の軸方向端面の放熱に適した形状について説明する。図20は、リヤフレーム24の平面図である。図21は、リヤフレーム24の斜視図である。これらの図に示すように、リヤフレーム24は、周方向に所定の間隔で配置された6箇所の凸部240と、周方向に隣接する2つの凸部240の間に形成された凹部242と、凹部242の底面に形成されたリブ形状部244とを軸方向端面に有する。
Next, the shape suitable for heat dissipation of the axial end surface of the
凸部240は、平坦な上面部分が、電力変換器11を組み付けた際に6個のスイッチングモジュール5X等のヒートシンク56と全面で対向して接触する。また、凹部242は、周方向に隣接する2つのスイッチングモジュール5X等の間に配置されている。この凹部242は、冷却ファン32(図7)によって発生する冷却風の通路として用いられる。この通路内にリブ形状部244を配置することにより、通路内でのリヤフレーム24の表面積を増大させている。上述した凸部240、凹部242およびリブ形状部244は、延在方向が回転子30の回転軸(図7)を中心とした放射状になるように配置されている。凸部240を放射状に配置することにより、回転子30を回転可能に支持する軸受け36を収納するリヤフレーム24の軸受け収納部248を各凸部240を用いて強固に支えている。また、各凸部240は、回転子30の回転軸を中心とした円弧上に均等な間隔で配置されていることが望ましい。
When the
このように、本実施形態の端子台10では、配線ターミナル102、104がインサート成形されているため、配線ターミナル102、104の露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台10に複数の収納用凹部100が形成されており、それぞれにスイッチングモジュール5X等を嵌め込んで収容することができるため、スイッチングモジュール5X等の位置決めが容易となる。しかも、スイッチングモジュール5X等を端子台10の収納用凹部100に収納した状態で一体化してこれらをひとまとまりの部品とすることができるため、部品点数を減らすとともにこの端子台10を用いた装置(例えば、車両用発電機1)の組み付け工程の簡略化が可能となる。
Thus, in the
また、端子台10に設けられた各収納用凹部100をスイッチングモジュール5X等のの外形に沿った形状とすることにより、スイッチングモジュール5X等を各収納用凹部100に挿入する向きに沿った厚み(端子台10とスイッチングモジュール5X等の組立体としての電力変換器11の厚み)を薄くすることができる。
Further, by forming each
また、充填用凹部106、108内に封止材を充填してターミナル接続部を封止材で覆うことにより、腐食が発生しやすい部位の被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、封止材を充填するためのケース等の別部品が不要になるため、部品点数を減らすことができる。さらに、スイッチングモジュール5X等と端子台10とを組み合わせた状態であって、放熱板やリヤフレーム24等の熱容量の大きい他の放熱部材と切り離した状態で封止材の熱硬化を行うことができるため、封止材の熱硬化時間を短くして製造に要する時間を短縮することができる。
Also, filling the sealing recesses 106 and 108 with the sealing material and covering the terminal connecting portion with the sealing material prevents the portion where the corrosion is likely to occur from being exposed to water and improves the environmental resistance. it can. In addition, since a separate part such as a case for filling the sealing material is not necessary, the number of parts can be reduced. Further, the sealing material can be thermally cured in a state in which the
また、端子台10の樹脂材料や封止材として熱伝導率が良好な材料を用いることにより、端子台10に収納したスイッチングモジュール5X等の放熱を、スイッチングモジュール5X等の露出した面側(ヒートシンク56側)だけでなく、収納用凹部100に接した面を介して行うことができるため、発熱体となるスイッチングモジュール5X等に対して冷却効率を上げることができる。また、端子台10に埋め込まれた配線ターミナル102、104が発熱した際にも効率よく放熱することができる。
Further, by using a material having good thermal conductivity as a resin material or a sealing material for the
また、配線ターミナル102、104をインサート成形して端子台10を成型する際に位置決め用に設けられた穴103、105をスイッチングモジュール5X等で塞ぐことができるため、これらの穴103、105を通して水等の異物が浸入することを防止することができ、耐環境性をさらに向上させることができる。また、別部品等を用いてこれらの穴103、105を塞ぐための工程が不要になるため、工程の簡略化が可能となる。
In addition, since the
また、本実施形態の電力変換装置11は、上述した端子台10と、この端子台10に含まれる複数の収納用凹部100のそれぞれに収納された複数のスイッチングモジュール5X等とを含んで構成されている。さらに、本実施形態の車両用発電機1は、上述した電力変換器11を含んで構成されている。これにより、耐環境性に優れ、部品点数が低減でき、位置決めが容易であり、組み付け工程を簡略化することができ、封止材の硬化時間を短縮することができる電力変換装置11や車両用発電機1を実現することができる。
The
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、2つの固定子巻線2、3と2つのスイッチングモジュール群5、6を備えるようにしたが、一方の固定子巻線2と一方のスイッチングモジュール群5を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、2つのスイッチングモジュール群5、6のそれぞれに3つのスイッチングモジュールを含ませるようにしたが、スイッチングモジュールの数は3以外であってもよい。また、上述した実施形態では、Y結線された2つの固定子巻線2、3を備えた車両用発電機1について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機やこれに用いられる半導体装置、端子台についても本発明を適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the two
また、上述した実施形態では、各スイッチングモジュール5X等を用いて整流動作(発電動作)を行う場合について説明したが、MOSトランジスタ50、51のオン/オフタイミングを変更することにより、バッテリ9から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線2、3に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機やこれに用いられる半導体装置、端子台に本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the rectifying operation (power generation operation) is performed using each
また、上述した実施形態では、スイッチングモジュール5X等を端子台10に組み付けて組立体としての電力変換器11を形成し、この電力変換器11をリヤフレーム24の軸方向端面に組み付けるようにしたが、電力変換器11とリヤフレーム24との間に放熱板等の他の放熱部材を介在させる場合にも本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the
上述したように、本発明によれば、配線ターミナルがインサート成形されて端子台が形成されているため、配線ターミナルの露出を少なくして被水を防止し、耐環境性を向上させることができる。また、端子台に複数の収納用凹部が形成されており、それぞれに半導体モジュールを嵌め込んで収容することができるため、半導体モジュールの位置決めが容易となる。 As described above, according to the present invention, since the wiring terminal is insert-molded to form the terminal block, exposure of the wiring terminal can be reduced to prevent water exposure, and environmental resistance can be improved. . In addition, a plurality of recesses for storage are formed in the terminal block, and the semiconductor module can be fitted and stored in each of them, so that the semiconductor module can be easily positioned.
1 車両用発電機
2、3 固定子巻線
4 界磁巻線
5、6 スイッチングモジュール群
5X、5Y、5Z、6U、6V、6W スイッチングモジュール
7 発電制御装置
9 バッテリ
10 端子台
11 電力変換器
12 ブラシ装置
24 リヤフレーム
26 リヤカバー
27、28、246 吸気口
30 回転子
32 冷却ファン
50、51 MOSトランジスタ
54 制御回路
55 引き出し線
56 ヒートシンク
58 接続ターミナル
60 モジュール本体
100 収納用凹部
102、104 配線ターミナル
103、105 穴
106、108 充填用凹部
580 接続部
582 連結部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の半導体モジュールを相互に接続するとともに前記半導体モジュールを他の部品に接続する配線ターミナルが樹脂材料にてインサート成形され、
一方の面に、前記複数の半導体モジュールのそれぞれを別々に嵌め込んで収納する複数の収納用凹部を有し、
前記配線ターミナルには、発電電力あるいは動作電力を入出力する電力用配線ターミナルと、信号を入出力する信号用配線ターミナルとが含まれており、
前記電力用配線ターミナルは、前記複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が前記収納用凹部の底面と平行になるように配置され、
前記信号用配線ターミナルは、前記複数の収納用凹部が並んだ向きに沿って延在する板状の導電体であって、横断面の長辺部分が前記収納用凹部の底面と垂直になるように配置されていることを特徴とする端子台。 A terminal block that constitutes a semiconductor device in combination with a plurality of semiconductor modules each formed by resin molding a circuit including a semiconductor element,
A wiring terminal for connecting the semiconductor modules to each other and connecting the semiconductor modules to other components is insert-molded with a resin material,
On one side, it has a plurality of storage recesses for housing fitted to each of the plurality of semiconductor modules separately,
The wiring terminals include a power wiring terminal that inputs and outputs generated power or operating power, and a signal wiring terminal that inputs and outputs signals,
The power wiring terminal is a plate-like conductor extending along the direction in which the plurality of storage recesses are arranged, so that the long side portion of the cross section is parallel to the bottom surface of the storage recess. Placed in
The signal wiring terminal is a plate-like conductor extending along the direction in which the plurality of storage recesses are arranged, so that the long side portion of the cross section is perpendicular to the bottom surface of the storage recess. terminal block, characterized that you have arranged.
前記収納用凹部は、前記半導体モジュールの外形に沿った形状を有することを特徴とする端子台。 In claim 1,
The terminal block, wherein the recess for storage has a shape along the outer shape of the semiconductor module.
前記半導体モジュールの側面と前記収納用凹部の側面により充填用凹部が形成され、
前記半導体モジュールから突出する接続ターミナルと前記配線ターミナルとが前記充填用凹部内で接続され、
前記収納用凹部に前記半導体モジュールが収納されて前記接続ターミナルと前記配線ターミナルの接続が行われた後に、前記充填用凹部に熱硬化性の封止材が充填されることを特徴とする端子台。 In claim 1 or 2,
A recess for filling is formed by the side surface of the semiconductor module and the side surface of the recess for storage,
The connection terminal protruding from the semiconductor module and the wiring terminal are connected within the filling recess,
The terminal block, wherein after the semiconductor module is stored in the storage recess and the connection terminal and the wiring terminal are connected, the filling recess is filled with a thermosetting sealing material. .
前記樹脂材料および前記封止材は、熱伝導率が良好な材料が用いられることを特徴とする端子台。 In claim 3,
A terminal block, wherein the resin material and the sealing material are made of materials having good thermal conductivity.
前記収納用凹部の底面には、インサート成形時に前記配線ターミナルの位置決めを行うために用いられて前記配線ターミナルの一部が露出する穴が設けられており、
前記収納用凹部に前記半導体モジュールが収納されたときに、前記穴が外部に露出しないことを特徴とする端子台。 In any one of Claims 1-4,
The bottom of the storage recess is provided with a hole that is used to position the wiring terminal during insert molding and exposes a part of the wiring terminal.
The terminal block, wherein the hole is not exposed to the outside when the semiconductor module is housed in the housing recess.
前記端子台に含まれる前記複数の収納用凹部のそれぞれに収納された前記複数の半導体モジュールと、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A terminal block according to any one of claims 1 to 5 ,
The plurality of semiconductor modules housed in each of the plurality of housing recesses included in the terminal block;
A semiconductor device comprising:
界磁巻線への通電によって磁化される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子と、前記回転子と前記固定子とを保持するフレームと、前記固定子に備わった固定子巻線に誘起される交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給、または、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換して前記固定子巻線に供給する前記電力変換器とを備え、
前記電力変換器は、それぞれが前記半導体素子としてのスイッチング素子を有する複数の前記半導体モジュールと、前記端子台とを備えることを特徴とする車両用回転電機。 A rotating electrical machine for a vehicle using the semiconductor device according to claim 6 as a power converter,
A rotor magnetized by energization of a field winding; a stator disposed opposite to the rotor; a frame for holding the rotor and the stator; and a stator winding provided in the stator An AC current induced in a wire is converted into a DC current and supplied to the battery, or a DC current supplied from the battery is converted into an AC current and supplied to the stator winding, and the power converter,
The electric power converter includes a plurality of the semiconductor modules each having a switching element as the semiconductor element, and the terminal block.
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