JP2012010426A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサモジュールと半導体モジュールとの接続において、従来よりもコストを低減でき、作業性を向上させる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、電力源から電力が供給され、一以上のコンデンサ素子１３を含むコンデンサモジュール１０と、上下に直列接続されて電力源から供給される電力を変換する一以上のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む半導体モジュール４０と、半導体モジュール４０を冷却する冷却器５０とを備える。さらに、コンデンサ素子１３の端子に接続する第１導電板２１，３１と、複数の半導体モジュール４０の端子４１，４２に接続する第２導電板２２，３２とを一体形成するバスバー２０，３０を有する。第２導電板２２，３２の端部は、各端子４１，４２を各々挟むように櫛状切欠部２３，３４を形成する。螺子等が不要で部品点数が減ってコストを低減でき、作業性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともコンデンサモジュール，半導体モジュール，冷却器を備える電力変換装置に関する。

従来の電力変換装置では、バスバーの接続端子の位置を緩和するため、バスバーとコンデンサモジュールは一体的に構成されたモジュール構造とする技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１の段落００２９を参照すると、上記バスバーは絶縁材を介在させて配線板を重畳させた構成である。また特許文献１の図６と図８を参照すると、バスバーとコンデンサモジュールとの間、バスバーと半導体素子との間は、いずれも螺子を用いて直接的または間接的に電気的接続を行う。以下、本明細書において「接続」という場合には、特に明示しない限り電気的接続を意味する。

特開２００７−３３６７６１号公報

しかし、特許文献１の技術を、一のコンデンサモジュールと複数の半導体素子との間の接続に適用とすると、次のような問題がある。第１点は、バスバーは絶縁材を介在させて配線板を重畳させる必要があるため、単に配線板（導電板）を用いる場合に比べてコスト高となる。また、特許文献１の図６と図８に示されるバスバーは長板状に形成しているので、電流の経路面積を広く確保できない。よって、電流が流れる際にバスバー自体が発熱するので、コンデンサモジュールや半導体素子の発熱を逃がすことはできない。

第２点は、バスバーを用いてコンデンサモジュールと半導体素子との接続を行うには複数箇所で螺子込みを行う必要があり、作業に時間を要する。特許文献１の段落００５５を参照すると、バスバーと半導体素子との接続では螺子自体が電流の通路になる。そのため、経路長が増大するだけでなく、接触断面積が小さいために損失が増大していた。第３点は、外部から断続して振動を受けて螺子が緩むと、コンデンサモジュールと半導体素子との接続が不安定になる可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、第１の目的は、コンデンサモジュールと半導体モジュールとの接続において、従来よりもコストを低減でき、作業性を向上させることである。第２の目的は、従来よりも経路長や損失を低減することである。第３の目的は、外部からの振動を受けても接続の安定性を向上することである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電力源から電力が供給され、一以上のコンデンサ素子を含むコンデンサモジュールと、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する一以上のスイッチング素子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器と、を備える電力変換装置において、前記コンデンサ素子の端子に接続する第１導電板と、複数の前記半導体モジュールの端子に接続する第２導電板とを一体形成する導電部材を有し、前記第２導電板の端部は、複数の前記半導体モジュールの各端子をそれぞれ挟むように櫛状切欠部を形成することを特徴とする。

この構成によれば、導電部材は第１導電板と第２導電板とを所定形状（例えば断面がＬ字状等）に形成する。さらに第２導電板の端部に櫛状切欠部を形成するので、複数の半導体モジュールの各端子をそれぞれ挟むようにして接続することができる。導電部材は、第１導電板をコンデンサ素子の端子に接続し、第２導電板を半導体モジュールに接続するので、螺子等の締結部材が不要になる。よって、部品点数を減らしてコストを低減でき、作業性を向上させることができる。また導電部材の表面積を広くして、電流の経路面積を広く確保できるので、電流が流れても発熱し難く、逆にコンデンサモジュールや半導体モジュールで発生した熱を逃がし得る放熱機能を奏する。

なお、「導電部材」は第１導電板と第２導電板とが一体形成される導電性の部材であれば、第２導電板の端部を除いて形状を問わず、材質を問わない。「コンデンサ素子」にはキャパシタ等の蓄放電素子を含む。「冷却器」は半導体モジュールを冷却可能な構造を有するものであれば、空冷や水冷等の方式や形状等を問わない。当該冷却器はさらにコンデンサモジュールを冷却可能な構造を含む。「スイッチング素子」にはスイッチング機能を有する任意の半導体素子を用いることができ、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等が該当する。

請求項２に記載の発明は、電力源から電力が供給され、一以上のコンデンサ素子を含むコンデンサモジュールと、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する一以上のスイッチング素子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器と、を備える電力変換装置において、前記コンデンサ素子の端子に接続する第１導電板と、複数の前記半導体モジュールの端子に接続する第２導電板とを一体形成する導電部材を有し、前記第２導電板の所定部位および前記半導体モジュールの各端子のうちで、一方の端子を凸形状に形成し、他方の端子を凹形状に形成し、これらの凹凸形状を嵌め合わせて接続を行うことを特徴とする。

この構成によれば、一体形成された導電部材のうちで第２導電板の所定部位（接続用部位）と、半導体モジュールの各端子とは、嵌め合わせて接続を行うコネクタ構造である。すなわち導電部材および半導体モジュールの各端子は、電流通路を確保する機能だけでなく、締結部材と同等の機能をも備える。よって、部品点数を減らしてコストを低減でき、作業性を向上させることができる。また導電部材の表面積を広くして、電流の経路面積を広く確保できるので、電流が流れても発熱し難く、逆にコンデンサモジュールや半導体モジュールで発生した熱を逃がし得る放熱機能を奏する。

請求項３に記載の発明は、電位の異なる二以上の前記導電部材を有し、二以上の前記導電部材は、板面とほぼ並行な方向に並べて配置することを特徴とする。この構成によれば、導電部材の位置精度を維持し易くなり、接続の工程を簡素化できる。また、二以上の導電部材（特に第２導電板）は表面に露出するので、放熱板としての機能をも奏する。

請求項４に記載の発明は、電位の異なる二以上の前記導電部材を有し、二以上の前記導電部材は、板面に対する法線方向に配置することを特徴とする。この構成によれば、第２導電板と半導体モジュールの各端子とを所定領域内に集中させることができるので、工具（例えば溶接トーチやハンダごて等）を用いた接合（接続）を行い易くなる。

請求項５に記載の発明は、二以上の前記導電部材は、所定距離以内に近接して配置することを特徴とする。この構成によれば、対向する導電部材の相互間に生じる相互インダクタンスによる等価直列インダクタンスの低減効果が得られるので、半導体モジュールに含まれるスイッチング素子の動作時に発生するサージ電圧を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、二以上の前記導電部材の相互間には、前記コンデンサ素子に蓄積された電荷を放電させる放電素子を絶縁材料で封止した放電モジュールを介在させることを特徴とする。この構成によれば、放電モジュールは絶縁材料で形成されるので絶縁ギャップを保持することができる。また、放電モジュール内に封止された放電素子（例えば抵抗器やバリスタ等）によってコンデンサ素子に蓄積された電荷を放電させることができる。これらの機能を集約できるために小型化でき、コストを低く抑えることができる。

請求項７に記載の発明は、前記導電部材は、前記第１導電板を前記コンデンサ素子の端子に接続した状態で前記コンデンサモジュールと一体化する構成であることを特徴とする。この構成によれば、導電部材はコンデンサモジュールと一体化しているので、第２導電板に備える櫛状切欠部と半導体モジュールの各端子とを接続するだけで済む。したがって、接続作業が少なくなるので作業性が向上する。

請求項８に記載の発明は、前記第２導電板と、前記半導体モジュールの各端子との間は、接合による接続を行うことを特徴とする。この構成によれば、第２導電板と半導体モジュールの各端子とが接合（例えば溶接やハンダ付け等）されるので、外部から断続して振動を受けても緩みが発生することはない。したがって、コンデンサモジュールと半導体モジュールとの接続を長期に亘って確実に保持することができる。

請求項９に記載の発明は、前記導電部材は、一の平面状導電板を加工して形成することを特徴とする。「加工」は機械的な加工を意味し、例えばプレス加工，折り曲げ加工，切断加工などが該当する。この構成によれば、コンデンサモジュールや半導体モジュールのレイアウトや形状等が変わっても、一の平面状導電板を加工するだけでよい。言い換えれば、導電部材は簡単な形状で済むので、環境変化に対してもコストを低く抑えられる。

本発明の第１構成例を模式的に示す図である。 導電部材の第１形成例を示す図である。 本発明の第２構成例を模式的に示す図である。 導電部材の第２形成例を示す図である。 半導体モジュールの構成例を示す図である。 コンデンサジュールの構成例を示す図である。 本発明の第３構成例を模式的に示す図である。 本発明の第４構成例を模式的に示す図である。 放電モジュールの構成例を模式的に示す図である。 第１構成例による電力変換装置の外観例を示す斜視図である。 導電部材の第３形成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は二の導電部材を板面に対する法線方向に配置する例であって、図１と図２を参照しながら説明する。第１構成例について、図１（Ａ）には平面図を示し、図１（Ｂ）には図１（Ａ）に示すIB−IB線矢視の断面図を示す。導電部材の第１形成例について、図２（Ａ）には所定電位（ＶＨ）側に用いるバスバーを斜視図で示し、図２（Ｂ）には基底電位（Ｎ）側に用いるバスバーを斜視図で示す。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す電力変換装置は、コンデンサモジュール１０、バスバー２０，３０、半導体モジュール４０、冷却器５０などを有する。コンデンサモジュール１０は、一以上のコンデンサ素子１３を含むモジュールである。

本形態のコンデンサモジュール１０は、少なくともケース１１、樹脂材１２、コンデンサ素子１３、バスバー２０，３０の一部を含んで構成される。ケース１１の形状は任意であるが、例えば一面が開口する桝状に形成したものを図示している。ケース１１とコンデンサ素子１３との大きさに応じて、ケース１１内に収容可能なコンデンサ素子１３の数は任意である。本形態では理解し易くするために、一のコンデンサ素子１３を収容した例を図示している。複数のコンデンサ素子１３を収容する場合には、バスバー２０に接続する一端子と、バスバー３０に接続する他端子とが揃うように並べて収容する。

コンデンサ素子１３の一端子にはバスバー２０の第１導電板２１が接触して接続され、同じく他端子にはバスバー３０の第１導電板３１が接触して接続される。この接続状態を保ったままで溶融した樹脂材１２が流し込まれた後、冷却して樹脂材１２を固める。樹脂材１２には任意の熱硬化性樹脂を適用することができ、例えばフェノール樹脂（ＰＦ），エポキシ樹脂（ＥＰ），メラミン樹脂（ＭＦ），尿素樹脂（ユリア樹脂；ＵＦ），不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ），アルキド樹脂，ポリウレタン（ＰＵＲ），熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）などが該当する。樹脂材１２が固化（硬化）すると、コンデンサモジュール１０はバスバー２０，３０と一体化される。

バスバー２０，３０はそれぞれが「導電部材」に相当し、板面に対する法線方向（図１（Ｂ）の上下方向）に距離Ｌを空けて配置される。このバスバー２０，３０の具体的な構成例については後述する（図２を参照）。

半導体モジュール４０は、上下に直列接続されて電力源から供給される電力を変換するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含み、複数の端子（端子４１，４２，４３，４４，４５）を所定位置にそれぞれ備える。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、例えばＩＧＢＴを用いる。本形態の半導体モジュール４０では、封入するスイッチング素子の数が２であり、端子の数が５であるが、これらの数は目的等に合わせて適宜に設定される。なお、バスバー２０，３０に接続するための端子４１，４２は、特定方向（図１（Ｂ）では上方向）に突出するように配置する必要がある。

冷却器５０は、半導体モジュール４０の両面（対向面）から冷却する。具体的には、二つの流路管５１と、これらの流路管５１をつなぐ複数の連結管とからなる。複数の連結管は平面状部位を有し、当該平面状部位が半導体モジュール４０の両面と密接に接触するように形成される。一方の流路管５１から流体（例えば水，空気，冷却液等）を流入させ、複数の連結管に分かれて流通させて半導体モジュール４０の冷却を行い、他方の流路管５１から流体を流出させる。本形態の冷却器５０は、複数（図１（Ａ）では三つ）の半導体モジュール４０について両面（対向面）を同時に冷却するように構成されている。

次にバスバー２０，３０の構成例について、図２を参照しながら説明する。バスバー２０，３０は、一の平面状導電板を加工して形成される。加工方法は任意であり、例えばプレス加工，折り曲げ加工，切断加工などが該当する。

図２（Ａ）に示すバスバー２０は、第１導電板２１と第２導電板２２とを一体形成した導電性部材（例えば銅板などの金属板）である。本形態のバスバー２０は、図示するように第１導電板２１と第２導電板２２とを断面がＬ字状に形成している。第１導電板２１の一部（下端）には、コンデンサ素子１３側に向けて凸状に形成された接触部２４を有する。第２導電板２２の端部には櫛状切欠部２３を有し、半導体モジュール４０の端子（例えば端子４１）を挟むように切り欠く。

図２（Ｂ）に示すバスバー３０は、第１導電板３１と第２導電板３２とを一体形成した導電性部材である。本形態のバスバー３０は、図示するように第１導電板３１と第２導電板３２とを断面がＬ字状に形成している。第１導電板３１の一部（下端）には、コンデンサ素子１３側に向けて凸状に形成した接触部３５を有する。第２導電板３２の端部には櫛状切欠部３４を有し、半導体モジュール４０の端子（例えば端子４２）を挟むように切り欠く。さらに、第２導電板３２の中央部には接触回避穴３３を有する。この接触回避穴３３は、図１に示すようにバスバー２０と接続する端子４１を通し、当該端子４１との接触を回避することを目的として設ける。

上述した電力変換装置の構成では、位置決めと接合を行えばコンデンサ素子１３とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との接続を行うことができる。すなわち、コンデンサモジュール１０に一体化したバスバー２０，３０を、各端子４１が櫛状切欠部２３に入り、各端子４２が櫛状切欠部３４に入るように図１（Ｂ）の下方向に下ろして位置決めする。そして、端子４１と櫛状切欠部２３とが接触し、端子４２と櫛状切欠部３４と接触した状態のままで、工具（例えば溶接トーチやハンダごて等）を用いて接合（接続）を行う。

なお、図１（Ａ）に示すように半導体モジュール４０の端子４１，４２，４３は一面の一部が凸状に形成されている。よって接合の際には、溶融した接合材料（例えば溶接棒）は櫛状切欠部２３，３４との隙間に入り得るので、接合力が増す。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、コンデンサ素子１３の端子に接続する第１導電板２１，３１と、複数の半導体モジュール４０の端子４１，４２に接続する第２導電板２２，３２とを一体形成するバスバー２０，３０を備えた（図１，図２を参照）。また、第２導電板２２，３２の端部は、複数の半導体モジュール４０の各端子４１，４２をそれぞれ挟むように櫛状切欠部２３，３４を形成した（図１，図２を参照）。この構成によれば、螺子等の締結部材が不要になるので、部品点数を減らしてコストを低減でき、作業性を向上させることができる。またバスバー２０，３０の表面積を広くして、電流の経路面積を広く確保できるので、電流が流れても発熱し難く、逆にコンデンサモジュール１０や半導体モジュール４０で発生した熱を逃がすことができる。

請求項４に対応し、バスバー２０，３０は板面に対する法線方向に配置する構成とした（図１（Ｂ）を参照）。この構成によれば、第２導電板２２，３２の端部と半導体モジュール４０の各端子４１，４２とを所定領域内に集中させることができるので、工具を用いた接合が行い易くなる。

請求項５に対応し、バスバー２０，３０は距離Ｌに近接して配置する構成とした（図１（Ｂ）を参照）。この構成によれば、対向するバスバー２０，３０の相互間に生じる相互インダクタンスによる等価直列インダクタンスの低減効果が得られるので、半導体モジュール４０に含まれるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作時に発生するサージ電圧を抑制することができる。

請求項７に対応し、第２導電板２２，３２の端部と、半導体モジュール４０の各端子４１，４２との間は、接合によって接続を行う構成とした（図１（Ａ）を参照）。この構成によれば、外部から断続して振動を受けても緩みが発生することはない。したがって、コンデンサモジュール１０と半導体モジュール４０との接続を長期に亘って確実に保持することができる。

請求項８に対応し、バスバー２０，３０はそれぞれ一の平面状導電板を加工して形成する構成とした（図２を参照）。この構成によれば、コンデンサモジュール１０や半導体モジュール４０のレイアウトや形状等が変わっても、一の平面状導電板を加工するだけでよい。言い換えれば、バスバー２０，３０は簡単な形状で済むので、環境変化に対してもコストを低く抑えられる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は二の導電部材を板面とほぼ並行な方向に並べて配置する例であって、図３と図４を参照しながら説明する。第２構成例について、図３（Ａ）には平面図を示し、図３（Ｂ）には側面図を示す。導電部材の第２形成例について、図４（Ａ）には所定電位（ＶＨ）側に用いるバスバーを斜視図で示し、図４（Ｂ）には基底電位（Ｎ）側に用いるバスバーを斜視図で示す。なお、実施の形態１で用いた要素と同一の要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態２は、次の二点で実施の形態１と相違する。第１点は、二のバスバーを配置する形態が異なり、バスバー６０，７０は板面とほぼ並行な方向に並べて配置する。図３（Ａ）に示すバスバー６０，７０が上下に並び、図３（Ｂ）に示すように横から見るとほぼ同じ高さに配置される。バスバー６０，７０はそれぞれが「導電部材」に相当する。これらのバスバー６０，７０をコンデンサモジュール１０と一体化する方法や工程等については、実施の形態１と同様である。

第２点はバスバーの形状が異なり、バスバー２０に代えてバスバー６０を用い、バスバー３０に代えてバスバー７０を用いる。図４（Ａ）に示すバスバー６０は、第１導電板６１と第２導電板６２とを一体形成した導電性部材である。本形態のバスバー６０は、第１導電板６１と第２導電板６２とを断面がＬ字状に形成する。第１導電板６１の一部（下端）にはコンデンサ素子１３に向かって凸形状の接触部６４を備え、第１導電板２１に備える接触部２４と同等の機能を奏する。第２導電板６２は、第１導電板６１と同じ辺であって反対側端部に櫛状切欠部６３を備え、第２導電板２２に備える櫛状切欠部２３と同等の機能を奏する。

図４（Ｂ）に示すバスバー７０は、第１導電板７１と第２導電板７２とを一体形成した導電性部材である。本形態のバスバー７０は、第１導電板７１と第２導電板７２とを断面がＬ字状に形成する。第１導電板７１の一部（下端）にはコンデンサ素子１３に向かって凸形状の接触部７４を備え、第１導電板３１に備える接触部３５と同等の機能を奏する。第２導電板７２は、第１導電板７１とは対向する辺であって反対側端部に櫛状切欠部７３を備え、第２導電板３２に備える櫛状切欠部３４と同等の機能を奏する。

上述した電力変換装置の構成では、位置決めと接合を行えばコンデンサ素子１３とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との接続を行うことができる。ただし、実施の形態１と比較すると、コンデンサモジュール１０と冷却器５０との配置が異なる。

まず、コンデンサモジュール１０に一体化したバスバー６０，７０を、各端子４１が櫛状切欠部６３に入り、各端子４２が櫛状切欠部７３に入るように図３（Ｂ）の下方向に下ろして位置決めする。そして、端子４１と櫛状切欠部６３とが接触し、端子４２と櫛状切欠部７３と接触した状態のままで、工具を用いて接合（接続）を行う。

上述した実施の形態２によれば、請求項３に対応し、バスバー６０，７０は板面とほぼ並行な方向に並べて配置する構成とした（図３（Ａ）を参照）。この構成によれば、バスバー６０，７０の位置精度を維持し易くなり、接続の工程を簡素化できる。また、二以上のバスバー６０，７０（特に第２導電板６２，７２）は表面に露出するので、放熱板としての機能をも奏する。その他については実施の形態１と同様の構成であるので、請求項１，請求項５，請求項７および請求項８に対応する作用効果を得ることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、バスバーおよび半導体モジュールの端子に凹凸形状を施し、当該凹凸形状を嵌め合わせて接続を行う例について図５〜図７を参照しながら説明する。図５には半導体モジュールの構成例を示す。図６にはコンデンサジュールの構成例を示す。図７には第３構成例を模式的に示す。なお、実施の形態１で用いた要素と同一の要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

まず半導体モジュール４０ａの構成例について、図５を参照しながら説明する。図５（Ａ）には平面図を示し、図５（Ｂ）には図５（Ａ）に示すVB−VB線矢視の断面図を示す。図５（Ａ）に示す冷却器５０は、８つの半導体モジュール４０ａを同時に収容して冷却可能に構成されている。図５（Ｂ）に示す半導体モジュール４０ａは、図１（Ｂ）に示す半導体モジュール４０と比較すると、端子の形状が異なる。すなわち半導体モジュール４０ａに備える凸状端子４１ａ，４２ａ，４３ａは端子の一部（端部）が凸状に形成され、平板状に形成された端子４１，４２，４３と異なる。

次にバスバー８０，９０の構成例について、図６を参照しながら説明する。図６（Ａ）には平面図を示し、図６（Ｂ）には図６（Ａ）に示すVIB−VIB線矢視の断面図を示す。図６（Ａ）には、バスバー８０，９０を一体化させたコンデンサモジュール１０を示す。

図６（Ｂ）に示すバスバー８０は、第１導電板８１と第２導電板８２とを断面がＬ字状に一体形成した導電性部材である。同様に、バスバー９０は第１導電板９１と第２導電板９２とを断面がＬ字状に一体形成した導電性部材である。第１導電板８１をコンデンサ素子１３の一端子に接触させて接続し、第１導電板９１をコンデンサ素子１３の他端子に接触させて接続する。第２導電板８２には、図６（Ａ）に示すように複数の嵌合穴からなる凹状部群８２ａを備える。同様に、第２導電板９２には複数の嵌合穴からなる凹状部群９２ａを備える。凹状部群８２ａ，９２ａがそれぞれ備える嵌合穴は、図５（Ａ）に示す冷却器５０に備える半導体モジュール４０ａと同数か多い数である。各嵌合穴は、半導体モジュール４０ａに備える凸状端子と嵌め合わせ可能な形状で形成される。なお、第２導電板８２と第２導電板９２とが接触しないようにするため、段違いとなるように形成される。図６（Ｂ）に示す形態では、第２導電板８２を表面側に位置させ、第２導電板９２の表面側をケース１１で覆って第２導電板８２よりも内側（下側）に位置させる。

上述した電力変換装置の構成では、嵌め合わせ（位置決め）を行うだけでコンデンサ素子１３とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との接続を行うことができる。なお、実施の形態１と比較すると、コンデンサモジュール１０と冷却器５０との配置が異なる。

図７に示すように、半導体モジュール４０ａの上方からコンデンサモジュール１０を下ろし、半導体モジュール４０ａの凸状端子４１ａが凹状部群８２ａの嵌合穴と嵌め合わせ、同じく凸状端子４２ａが凹状部群９２ａの嵌合穴と嵌め合わせる。図７に示す位置関係の場合は、コンデンサモジュール１０の自重によって凸状端子４１ａ，４２ａと嵌合穴との嵌合状態が維持される。図７に示す位置関係が上下方向で逆の場合であっても、半導体モジュール４０ａの自重によって嵌合状態が維持される。

上述した実施の形態３によれば、請求項２に対応し、コンデンサ素子１３の端子に接続する第１導電板８１，９１と、複数の半導体モジュール４０ａの凸状端子４１ａ，４２ａに接続する第２導電板８２，９２とを一体形成するバスバー８０，９０を備えた（図６を参照）。また、第２導電板８２，９２の上面部位に嵌合穴（凹形状）を形成し半導体モジュール４０ａの各凸状端子４１ａ，４２ａを凸形状に形成し（図５を参照）、これらの凹凸形状を嵌め合わせて接続を行う構成とした（図７を参照）。この構成によれば、凹凸形状を嵌め合わせて接続を行うコネクタ構造であるので、電流通路を確保する機能だけでなく、締結部材と同等の機能をも備える。よって、部品点数を減らしてコストを低減でき、作業性を向上させることができる。またバスバー８０，９０の表面積を広くして、電流の経路面積を広く確保できるので、電流が流れても発熱し難く、逆にコンデンサモジュール１０や半導体モジュール４０ａで発生した熱を逃がし得る放熱機能を奏する。その他については実施の形態２と同様の構成であるので、請求項３，請求項５，請求項７および請求項８に対応する作用効果を得ることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は、バスバーの相互間に放電モジュールを介在させる例であり、図８と図９を参照しながら説明する。図８には第４構成例を模式的に示す。図９には放電モジュールの構成例を模式的に示す。なお、実施の形態１で用いた要素と同一の要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１（Ｂ）に代わる図８において、放電モジュールは、板面に対する法線方向に距離Ｌを空けて配置されるバスバー２０，３０（より具体的には第２導電板２２，３２）の相互間に介在する。バスバー２０，３０の隙間を有効利用するとともに、外部から物理的な力を受けても第２導電板２２，３２同士が接触しないように保護する機能を担う。

放電モジュールにかかる二つの構成例を図９に断面図で示す。すなわち図９（Ａ）には第１構成例としての放電モジュール１００を示し、図９（Ｂ）には第２構成例としての放電モジュール１００ａを示す。図９（Ａ）に示す放電モジュール１００は、接続端子１０２，１０６と放電素子１０４とを絶縁性材料１０１によって封止する。絶縁性材料１０１としては、樹脂材料やセラミック材料を用いることができる。絶縁性材料１０１は樹脂材１２と同等の素材を用いる。接続端子１０２と接続端子１０６とは互いに反対面にそれぞれ一部が露出するように、言い換えれば放電モジュール１００が挟まれる第２導電板２２，３２にそれぞれ接触して接続するように配置する。

接続端子１０２，１０６は導電性部材で形成する。接続端子１０２には被締結部１０２ａが形成され、第２導電板２２にあけられた穴を通した締結部材１０３と締結する。同様に、接続端子１０６には被締結部１０６ａが形成され、第２導電板３２にあけられた穴を通した締結部材１０５と締結する。締結部材１０３，１０５は例えばボルトやネジ等が該当し、導電性部材のものを用いる。本形態では、被締結部１０２ａ，１０６ａには雌ネジを用い、締結部材１０３，１０５には雄ネジを用いるが、逆の形態としてもよい。接続端子１０２と接続端子１０６との間に接続される放電素子１０４は、抵抗器やバリスタ等のように、コンデンサモジュール１０に蓄積された電荷を放電させる回路素子が用いられる。

図９（Ｂ）に示す放電モジュール１００ａは、接続端子１０２，１０６と放電素子１０４とを絶縁性材料１０１によって封止する点は放電モジュール１００と同じであるが、次の二点で相違する。第１点は、第２導電板３２の穴のみを通す締結部材１０５に代えて、第２導電板２２，３２の同一軸上にあける双方の穴を通す締結部材１０７を用いることである。締結部材１０７に導電性部材を用いるとショートさせることになるので、絶縁性部材のものを用いる。第２点は、第２導電板３２にはネジ穴３２ａを形成することである。

上述した実施の形態４によれば、請求項６に対応し、バスバー２０，３０の相互間には、コンデンサモジュール１０に蓄積された電荷を放電させる放電素子１０４を絶縁材料で封止した放電モジュール１００，１００ａを介在させる構成とした（図９を参照）。この構成によれば、放電モジュール１００，１００ａは絶縁性材料１０１で形成されるので絶縁ギャップを保持することができる。また、放電モジュール１００，１００ａ内に封止された放電素子１０４によってコンデンサ素子１３に蓄積された電荷を放電させることができる。これらの機能を集約できるために小型化でき、コストを低く抑えられる。その他については実施の形態１と同様の構成であるので、請求項１，請求項４，請求項５，請求項７および請求項８に対応する作用効果を得ることができる。

〔実施の形態５〕
実施の形態５は、上述した実施の形態１〜４を一の基台上に実現する例であり、図１０を参照しながら説明する。図１０には、一例として実施の形態１で説明した第１構成例や、実施の形態１で説明した第４構成例による電力変換装置の外観例を斜視図で示す。

図１０に示す電力変換装置２００は、基台２０３上に、コンバータ回路２０１、配線基板２０２、図示しないコントローラ、コンデンサモジュール１０、冷却器５０などを配置する。コンバータ回路２０１は必要に応じて備えられ、電力源（例えばバッテリー）から供給される電圧（例えば３２５[Ｖ]等）を、半導体モジュール４０で電力変換を行うのに必要な電圧（例えば６５０[Ｖ]）に昇圧する。配線基板２０２は、コンバータ回路２０１、コントローラ、コンデンサモジュール１０、半導体モジュール４０などの相互間における電力供給や信号伝達に必要な経路を備える。

図１０において、半導体モジュール４０の端子４４，４５を配線基板２０２にコネクタ等で接続した後、バスバー２０，３０が一体化されたコンデンサモジュール１０を図面上方から下ろす。このとき、半導体モジュール４０の各端子４１を対応する櫛状切欠部２３に入れ、各端子４２を対応する櫛状切欠部３４に入れる。そして、端子４１と櫛状切欠部２３とが接触し、端子４２と櫛状切欠部３４と接触した状態のままで、工具を用いて接合（接続）を行う。よって、コンデンサモジュール１０に備えるコンデンサ素子１３と、半導体モジュール４０に備えるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（図１（Ｂ）を参照）とを簡単に接続することができる。したがって、電力変換装置２００の製造工程を簡略化することができ、作業性が向上するので、コストを低く抑えることができる。

なお図示しないが、実施の形態２で説明した第２構成例や、実施の形態３で説明した第３構成例による電力変換装置についても、同様にして基台２０３上に配置できる。上述した第１構成例および第４構成例との相違は、コンデンサモジュール１０と半導体モジュール４０との配置が異なるに過ぎない（図３（Ａ）および図７を参照）。したがって、これらの構成についても上述した作用効果を得ることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜５に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

実施の形態１では第１導電板２１，３１の端部にＬ字状に形成した接触部２４，３５を備え（図２を参照）、実施の形態２では第１導電板６１，７１の端部にＬ字状に形成した接触部６４，７４を備える構成とした（図４を参照）。この形態に代えて、第１導電板の一部を板バネ状に形成する構成としてもよい。第１導電板２１，３１に形成した例を図１１に示す。図１１（Ａ）に斜視図で示す第１導電板２１は、コンデンサ素子１３に向けて凸状に形成する板バネ部２１ａを備える。図示しないが、第１導電板３１はコンデンサ素子１３に向けて凸状に形成する板バネ部３１ａを備える。これらの板バネ部２１ａ，３１ａを備えた第１導電板２１，３１を有するバスバー２０，３０とコンデンサモジュール１０とを一体化した例を図１１（Ｂ）に示す。板バネ部２１ａ，３１ａは、コンデンサ素子１３とコンデンサモジュール１０の内壁面との間にそれぞれ入る。これらの板バネ部２１ａ，３１ａは、弾性力でコンデンサ素子１３を付勢するとともに、コンデンサ素子１３の端子と確実に接触して接続する。したがって、接触不良を防止することができる。

実施の形態１では第２導電板２２，３２にそれぞれ櫛状切欠部２３，３４を備え（図１（Ａ）を参照）、実施の形態２では第２導電板６２，７２にそれぞれ櫛状切欠部６３，７３を備える構成とした（図３（Ａ）を参照）。これらの櫛状切欠部２３，３４，６３，７３はいずれも端部を切り欠いた形状であるが、半導体モジュール４０の端子４１，４２，４３を通すことが可能な穴を第２導電板２２，３２，６２，７２に形成してもよい。単に切り欠く部位が異なるに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態１では一のコンデンサ素子１３をケース１１内に備え（図１（Ｂ）を参照）、実施の形態２では二のコンデンサ素子１３を並べてケース１１内に備える構成とした（図３（Ｂ）を参照）。ケース１１内に備えるコンデンサ素子１３の数は、平滑に必要な静電容量を得るために、三以上としてもよい。単にコンデンサ素子１３の数が異なるに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態１〜５では、一の半導体モジュール４０に上下に直列接続される二のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備える構成とした（図１（Ｂ），図５（Ｂ），図８を参照）。一の半導体モジュール４０に備えるスイッチング素子の数は、一でもよく、三以上でもよい。単にスイッチング素子の数が異なるに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態１〜５では、端子４１，４２，４３にかかる一面の一部が凸状に形成された半導体モジュール４０を用いる構成とした（図１（Ａ）、図３（Ａ）等を参照）。この形態に代えて、各端子がいずれも平面で形成された半導体モジュールを用いてもよい。接合を行うには支障が無いので、実施の形態１〜５と同様の作用効果を得ることができる。なお、端子４１，４２，４３に形成された凸状部を櫛状切欠部２３，３４や櫛状切欠部６３，７３に形成してもよい。この場合には、溶融した接合材料（例えば溶接棒）が半導体モジュールの端子との隙間に入り得るので、接合力が増す。

実施の形態１〜５では、バスバー２０，３０は樹脂材１２を用いてコンデンサモジュール１０と一体化する構成とした（図１や図３等を参照）。この形態に代えて、樹脂材１２以外の部材（例えばボルト等の締結部材による固定や、溶接や接着等による固定など）によって一体化してもよく、一体化しない構成としてもよい。一体化しない構成では、コンデンサモジュール１０を基台（例えば図１０に示す基台２０３）に固定することにより、コンデンサ素子１３と半導体モジュール４０との接続をバスバー２０，３０で行える。これらの形態であっても、実施の形態１〜５と同様の作用効果を得ることができる。

１０ コンデンサモジュール
１３ コンデンサ素子
２０，３０，６０，７０，８０，９０ バスバー（導電部材）
２１，３１，６１，７１，８１，９１ 第１導電板
２２，３２，６２，７２，８２，９２ 第２導電板
２３，３４，６３，７３ 櫛状切欠部
４０，４０ａ 半導体モジュール
５０ 冷却器
１００，１００ａ 放電モジュール
１０４ 放電素子
２００ 電力変換装置
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子

Claims (9)

1. 電力源から電力が供給され、一以上のコンデンサ素子を含むコンデンサモジュールと、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する一以上のスイッチング素子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器と、を備える電力変換装置において、
   前記コンデンサ素子の端子に接続する第１導電板と、複数の前記半導体モジュールの端子に接続する第２導電板とを一体形成する導電部材を有し、
   前記第２導電板の端部は、複数の前記半導体モジュールの各端子をそれぞれ挟むように櫛状切欠部を形成することを特徴とする電力変換装置。
2. 電力源から電力が供給され、一以上のコンデンサ素子を含むコンデンサモジュールと、上下に直列接続されて前記電力源から供給される電力を変換する一以上のスイッチング素子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器と、を備える電力変換装置において、
   前記コンデンサ素子の端子に接続する第１導電板と、複数の前記半導体モジュールの端子に接続する第２導電板とを一体形成する導電部材を有し、
   前記第２導電板の所定部位および前記半導体モジュールの各端子のうちで、一方の端子を凸形状に形成し、他方の端子を凹形状に形成し、これらの凹凸形状を嵌め合わせて接続を行うことを特徴とする電力変換装置。
3. 電位の異なる二以上の前記導電部材を有し、
   二以上の前記導電部材は、板面とほぼ並行な方向に並べて配置することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 電位の異なる二以上の前記導電部材を有し、
   二以上の前記導電部材は、板面に対する法線方向に並べて配置することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
5. 二以上の前記導電部材は、所定距離以内に近接して配置することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 二以上の前記導電部材の相互間には、前記コンデンサ素子に蓄積された電荷を放電させる放電素子を絶縁材料で封止した放電モジュールを介在させることを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。
7. 前記導電部材は、前記第１導電板を前記コンデンサ素子の端子に接続した状態で前記コンデンサモジュールと一体化する構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記第２導電板と、前記半導体モジュールの各端子との間は、接合による接続を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記導電部材は、一の平面状導電板を加工して形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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