JP2018107949A - インバータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストを抑制すると共にインバータ構成部品を適切に固定して、より小型化が可能なインバータユニットを実現する。【解決手段】インバータユニット１は、スイッチング素子ユニット３０及び平滑コンデンサ４を少なくとも含むインバータ構成部品２と、インバータ構成部品２を収容するケース５とを備え、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３と、電力端子３３に電気的に接続される接続端子４２，６２との溶接部７が、スイッチング素子ユニット３０において複数のスイッチング素子が配列される配列面に直交する方向Ｚに見て、インバータ構成部品２と重複する位置に配置され、少なくとも溶接部７を覆う状態でケース５内に樹脂１０が充填されている。【選択図】図５

Description

本発明は、インバータ回路が形成されたスイッチング素子ユニットと、平滑コンデンサとを有するインバータユニットに関する。

下記に示す特許文献１には、ケース（２０）の内部に、インバータ回路（８０）を構成する半導体モジュール（５０，５１，５２）、及び平滑コンデンサ（４０）を収容して構成された半導体装置（１０）の一例が例示されている（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。この半導体装置（１０）では、平滑コンデンサ（４０）の端子（４５，４６）と、半導体モジュール（５０，５１，５２）の端子（５６，５７）とは、ケース（２０）の外部でボルト（Ｂｏ１）とナット（Ｎｕ１）とによって締結されている（特許文献１：図１、図２、［００２５］等参照。）。

特許文献１では、ケース（２０）の外部において端子同士がネジ締結されるため、ケース（２０）の外部にもスペースが必要であり、半導体装置（１０）の小型化には限界がある。また、端子同士をネジ締結するための工程を要することにより、部品コストや生産コストの低減にも限界がある。

特開２０１４−２２９７８２号公報

上記背景に鑑みて、生産コストを抑制すると共にインバータ構成部品を適切に固定して、より小型化が可能なインバータユニットを実現することが望まれる。

上記に鑑みたインバータユニットは、１つの態様として、複数のスイッチング素子を用いて直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路が形成されたスイッチング素子ユニットと、前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑する平滑コンデンサとを少なくとも含むインバータ構成部品と、 前記インバータ構成部品を収容するケースと、を備え、前記スイッチング素子ユニットの電力端子と、当該電力端子に電気的に接続される接続端子の溶接部が、前記スイッチング素子ユニットにおいて複数の前記スイッチング素子が配列される配列面に直交する方向に見て、前記インバータ構成部品と重複する位置に配置され、少なくとも前記溶接部を覆う状態で前記ケース内に樹脂が充填されている。

この構成によれば、ネジなどの締結部材を用いることなく、溶接によってスイッチング素子ユニットと平滑コンデンサとが電気的に接続される。これにより、接続工程に要する時間及び部品コストを低減することができる。また、締結のための空間を設ける必要もないので、インバータユニットをより小型化することもできる。また、ケースの中には、溶接部を覆う状態で樹脂が充填されるので、振動や衝撃によって溶接部に掛かる力を低減し、インバーユニットの信頼性を確保することもできる。このように、本構成によれば、生産コストを抑制すると共にインバータ構成部品を適切に固定して、より小型化が可能なインバータユニットを実現することができる。

インバータユニットのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

インバータユニットを含む回転電機駆動装置の模式的ブロック図 インバータユニットの分解斜視図 カバーケースを外した状態でのインバータユニットの上面図 樹脂を充填前のインバータユニットの断面図 樹脂を充填後のインバータユニットの断面図 平滑コンデンサとスイッチング素子ユニットとの他の接続例を示す説明図 平滑コンデンサとスイッチング素子ユニットとの他の接続例を示す説明図

以下、回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に適用される形態を例として、インバータユニットの実施形態を図面に基づいて説明する。図１のブロック図は、インバータユニット１を含む回転電機駆動装置のシステム構成を模式的に示している。図１に示すように、インバータユニット１は、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路３Ｃを備えている。本実施形態では、交流の回転電機８０及び高圧バッテリ９３（直流電源、後述する低圧直流電源と区別する場合は高圧直流電源）に接続されて、複数相の交流と直流との間で電力を変換するインバータ回路３Ｃを例示する。インバータ回路３Ｃは、高圧バッテリ９３にコンタクタ９０を介して接続されると共に、交流の回転電機８０に接続されて直流と複数相の交流（ここでは３相交流）との間で電力を変換する。インバータ回路３Ｃは、上段側スイッチング素子３Ｈと下段側スイッチング素子３Ｌとの直列回路により構成された交流１相分のアーム３Ａを複数本（ここでは３本）備えている。

回転電機８０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動力源とすることができる。また、回転電機８０は、電動機としても発電機としても機能することができる。回転電機８０は、インバータ回路３Ｃを介して高圧バッテリ９３から供給される電力を、車両の車輪を駆動する動力に変換する（力行）。或いは、回転電機８０は、不図示の内燃機関や車輪から伝達される回転駆動力を電力に変換し、インバータ回路３Ｃを介して高圧バッテリ９３を充電する（回生）。高圧バッテリ９３は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。回転電機８０が、車両の駆動力源の場合、高圧バッテリ９３は、大電圧大容量の直流電源であり、定格の電源電圧は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。

以下、インバータ回路３Ｃの直流側の正極電源ラインＰと負極電源ラインＮとの間の電圧を、直流リンク電圧Ｖｄｃと称する。インバータ回路３Ｃの直流側には、直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑する平滑コンデンサ４（直流リンクコンデンサ）が備えられている。平滑コンデンサ４は、回転電機８０の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を安定化させる。

図１に示すように、高圧バッテリ９３とインバータ回路３Ｃとの間には、コンタクタ９０が備えられている。具体的には、コンタクタ９０は、平滑コンデンサ４と高圧バッテリ９３との間に配置されている。コンタクタ９０は、インバータユニット１（平滑コンデンサ４、インバータ回路３Ｃ）と、高圧バッテリ９３との電気的な接続を切り離すことが可能である。コンタクタ９０が接続状態（閉状態）において高圧バッテリ９３とインバータ回路３Ｃ（及び回転電機８０）とが電気的に接続され、コンタクタ９０が開放状態（開状態）において高圧バッテリ９３とインバータ回路３Ｃ（及び回転電機８０）との電気的接続が遮断される。

本実施形態において、このコンタクタ９０は、車両内の上位の制御装置の１つである車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９１（VCL-CTRL）からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）と称される。コンタクタ９０は、車両のイグニッションキー（ＩＧキー）がオン状態（有効状態）の際にリレーの接点が閉じて導通状態（接続状態）となり、ＩＧキーがオフ状態（非有効状態）の際にリレーの接点が開いて非導通状態（開放状態）となる。

上述したように、インバータ回路３Ｃは、直流リンク電圧Ｖｄｃを有する直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機８０に供給すると共に、回転電機８０が発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。インバータ回路３Ｃは、複数のスイッチング素子３を有して構成される。スイッチング素子３には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子３としてＩＧＢＴが用いられる。

例えば直流と複数相の交流との間で電力変換するインバータ回路３Ｃは、よく知られているように複数相のそれぞれに対応する数のアーム３Ａを有するブリッジ回路により構成される。３相の回転電機８０の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル８１のそれぞれに一組の直列回路（アーム３Ａ）が対応したブリッジ回路が構成される。アーム３Ａの中間点、つまり、正極電源ラインＰの側のスイッチング素子３（上段側スイッチング素子３Ｈ）と負極電源ラインＮ側のスイッチング素子３（下段側スイッチング素子３Ｌ）との接続点は、回転電機８０の３相のステータコイル８１にそれぞれ接続される。尚、各スイッチング素子３には、負極“Ｎ”から正極“Ｐ”へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード３Ｄが備えられている。本実施形態では、フリーホイールダイオード３Ｄも含め、３相分のアーム３Ａを構成するスイッチング素子３が１つのパワーモジュールに一体化されてスイッチング素子ユニット３０が構成されている。スイッチング素子３は、平面的に並んで配置されており、これらのスイッチング素子３が並ぶ方向をスイッチング素子３の配列面と称する。

図１に示すように、インバータ回路３Ｃは、インバータ制御装置１１（M-CTRL）により制御される。インバータ制御装置１１は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、インバータ制御装置１１は、車両ＥＣＵ９１等の他の制御装置等から要求信号として提供される回転電機８０の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ回路３Ｃを介して回転電機８０を制御する。回転電機８０の各相のステータコイル８１を流れる実電流は電流センサ８２により検出され、インバータ制御装置１１はその検出結果を取得する。また、回転電機８０のロータの各時点での磁極位置は、例えばレゾルバなどの回転センサ８３により検出され、インバータ制御装置１１はその検出結果を取得する。

尚、回転センサ８３は回転電機８０やステータコイル８１の温度を検出する温度センサを内蔵していると好適である。或いは、回転センサ８３と共に回転電機８０の近傍に温度センサが備えられ、共通のケーブル等によってそれらのセンサの検出結果がインバータ制御装置１１に伝達されてもよい。本実施形態では、回転電機８０のステータコイル８１に接続される交流接続端子６２を備える機器側端子台６（交流端子台）の近傍に、センサ接続コネクタ１６が配置されている形態を例示している。しかし、交流接続端子６２と共にセンサ接続コネクタ１６が機器側端子台６に備えられていてもよい。

インバータ制御装置１１は、電流センサ８２及び回転センサ８３の検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。インバータ制御装置１１は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。

ところで、インバータ制御装置１１には、各スイッチング素子３に対するスイッチング制御信号（ＩＧＢＴの場合、ゲート駆動信号）の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて中継する駆動回路が備えられている。つまり、インバータ回路３Ｃを構成する各スイッチング素子３の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）は、駆動回路を介してインバータ制御装置１１の中核となるマイクロコンピュータ等に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。車両ＥＣＵ９１や、スイッチング制御信号を生成するインバータ制御装置１１の中核となるマイクロコンピュータ等は、図１に示すような低圧バッテリ９５（低圧直流電源）から電力を供給されて動作する低圧系回路である。低圧系回路は、インバータ回路３Ｃなどの回転電機８０を駆動するための高圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。多くの場合、車両には、高圧バッテリ９３の他に、高圧バッテリ９３よりも低電圧（例えば１２〜２４［Ｖ］）の電源である低圧バッテリ９５も搭載されている。車両ＥＣＵ９１やインバータ制御装置１１の動作電圧は、例えば５［Ｖ］や３．３［Ｖ］であり、低圧バッテリ９５から電力を供給されて動作する。このため、インバータ制御装置１１には、スイッチング制御信号を駆動する駆動回路が備えられている。

図２は、インバータユニット１の分解斜視図を示している。インバータユニット１は、インバータ構成部品２としての平滑コンデンサ４、スイッチング素子ユニット３０、機器側端子台６（交流端子台）が、制御基板ユニット１４と共にケース５に収容されて構成されている。制御基板ユニット１４は、インバータ制御装置１１が形成された制御基板１２と、制御基板１２に対するノイズシールドとして機能する導電性のプレート１３とを備えている。導電性のプレート１３は、制御基板１２のグラウンド（図１に示す低圧バッテリ９５の負極電圧“Ｇ”と同電位）と電気的に接続されている。

ケース５は、ケース本体５２とカバーケース５１とを有している。ケース本体５２は、底部５４と、底部５４から立ち上がる壁部５６と、壁部５６における底部５４とは反対側の端部５６ｔにより形成される開口部５８とを有する部材である。カバーケース５１は、平板状（又はケース本体５２の側に向けて伏せた皿状）であり、壁部５６の端部５６ｔに当接して開口部５８を塞ぐ部材である。壁部５６の端部５６ｔは、フランジ状に形成されている。当該フランジ状の端部５６ｔにカバーケース５１が当接した状態で、ケース締結ボルト５９によりカバーケース５１とフランジ状の端部５６ｔを締結することによって、インバータ構成部品２及び制御基板ユニット１４を内包したケース５が形成される。詳細は、図５を参照して後述するが、ケース５の内部に樹脂１０が注入され、ケース５の内部においてインバータ構成部品２及び制御基板ユニット１４が固定される。

以下、図１及び図２に加えて、図３から図５も参照して、インバータユニット１の構成について説明する。図３は、カバーケース５１を取り付ける前のインバータユニット１の上面図を示しており、図４は、樹脂１０が充填される前のインバータユニット１の断面図を示しており、図５は、樹脂１０を充填された後のインバータユニット１の断面図を示している。

図５に示すように、インバータユニット１は、複数のスイッチング素子３を用いて直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路３Ｃが形成されたスイッチング素子ユニット３０と、インバータ回路３Ｃの直流側の電圧である直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑する平滑コンデンサ４とを少なくとも含むインバータ構成部品２と、インバータ構成部品２を収容するケース５と、を備えている。インバータユニット１には、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３（直流バスバー３１、交流バスバー３２）と、電力端子３３に電気的に接続される接続端子（第２直流接続端子４２、交流接続端子６２）とが、溶接により接合された接合部７（第２接合部７２、第３接合部７３）が形成されている。

不図示であるが、上述したように、スイッチング素子ユニット３０においては、平面的に（本実施形態ではＸＹ平面に沿って）スイッチング素子３が配列されている。ここで、スイッチング素子ユニット３０において複数のスイッチング素子３が配列される面を配列面と称する。接合部７（７２，７３）は、配列面に直交する方向（本例ではＸＹ平面に直交する方向：Ｚ方向）に見て、インバータ構成部品２と重複する位置に配置されている。また、樹脂１０は、少なくとも接合部７（７２，７３）を覆う状態でケース５内に充填されている。尚、図５には、樹脂１０が制御基板ユニット１４を覆う状態で充填されている形態を示している。

本実施形態では、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３には、交流側電力端子である交流バスバー３２が含まれる。また、インバータ構成部品２には、交流バスバー３２に電気的に接続される交流接続端子６２を有する機器側端子台６が含まれる。そして、接合部７には、交流バスバー３２と交流接続端子６２とが溶接により接合される箇所（後述する第３接合部７３）が含まれる。この接合部（第３接合部７３）は、配列面に直交する方向（Ｚ方向）に見て、機器側端子台６と重複する位置に配置されている。尚、後述するように、スイッチング素子ユニット３０と機器側端子台６とは、配列面に沿う方向（ＸＹ平面に沿う方向）に並んで配置されている。

また、接合部７は、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３（直流バスバー３１、交流バスバー３２）と、これに電気的に接続される接続端子（第２直流接続端子４２、交流接続端子６２）とが溶接される箇所（第２接合部７２、第３接合部７３）だけでなく、他の箇所にも存在する。接合部７は、高圧バッテリ９３に接続される直流電源接続端子２２と、平滑コンデンサ４の正負両極端子である第１直流接続端子４１とが溶接によって接合される箇所（第１接合部７１）にも存在する。

尚、平滑コンデンサ４は、直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑するものであり、平滑コンデンサ４の正負両極端子は、インバータ回路３Ｃの直流側にも接続される。本実施形態では、上述した第１直流接続端子４１と電気的に接続されて、第１直流接続端子４１と同一の電位を有する第２直流接続端子４２が、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１（電力端子３３）と溶接によって接合されて第２接合部７２を形成している。上述したように、この第２接合部７２は、配列面に直交する方向（本例ではＸＹ平面に直交する方向：Ｚ方向）に見て、インバータ構成部品２と重複する位置に配置されている。また、少なくとも第２接合部７２を覆う状態でケース５内には樹脂１０が充填されている。尚、本実施形態では、平滑コンデンサ４の直流接続端子４３として、第１直流接続端子４１及び第２直流接続端子４２を有している形態を例示しているが、共通の直流接続端子４３が、高圧バッテリ９３に接続される直流電源接続端子２２、及び、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１と溶接によって接合されていてもよい。

即ち、インバータユニット１は、以下のように第１接合部７１と、第２接合部７２と、第３接合部７３との３つの接合部７を有する。これらの接合部７、具体的には、第１接合部７１と、第２接合部７２と、第３接合部７３とは、後述するように溶接によって接合された部位である。従って、接合部７は溶接部に相当し、第１接合部７１は第１溶接部に相当し、第２接合部７２は第２溶接部に相当し、第３接合部７３は第３溶接部に相当する。第１接合部７１は、高圧バッテリ９３（直流電源）に接続される直流電源接続端子２２と、平滑コンデンサ４の正負両極端子（直流接続端子４３）である第１直流接続端子４１とが溶接によって接合された箇所である。第２接合部７２は、平滑コンデンサ４の直流接続端子４３である第２直流接続端子４２と、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３である直流バスバー３１（直流側電力端子）とが溶接によって接合された箇所である。第３接合部７３は、スイッチング素子ユニット３０の電力端子３３である交流バスバー３２（交流側電力端子）と、交流バスバー３２に電気的に接続される交流接続端子６２とが溶接によって接合された箇所である。尚、交流接続端子６２は、回転電機８０のステータコイル８１に電気的に接続される接続端子である。

全ての接合部７（第１接合部７１、第２接合部７２、第３接合部７３）は、ケース本体５２の開口部５８の側に配置されており、図３からも明らかなように、容易に溶接することができる。上記においては、樹脂１０が、少なくとも接合部７（７２，７３）を覆う状態でケース５内に充填されていると説明したが、より具体的には、樹脂１０は、第１接合部７１と第２接合部７２と第３接合部７３とを少なくとも覆う状態でケース５内に充填されている。

図２から図５に示すように、スイッチング素子ユニット３０と平滑コンデンサ４とは、ケース本体５２の載置面５５に沿って並んで配置されている。本実施形態において、載置面５５は、段差を有する面であるが、インバータ構成部品２が載置される各面は、ほぼＸＹ平面に沿った平面である。つまり、本実施形態においては、スイッチング素子ユニット３０において複数のスイッチング素子３が配列される配列面及び載置面５５は、ほぼ平行な面であり、共にほぼＸＹ平面に平行な面である。従って、スイッチング素子ユニット３０と平滑コンデンサ４とは、ケース本体５２の載置面５５に当接すると共に、配列面に沿って並んで配置されているということもできる。尚、上述したように、スイッチング素子ユニット３０及び機器側端子台６も、載置面５５に沿う方向（配列面に沿う方向）に並んで配置されている。

ケース本体５２は、載置面５５（配列面）に沿う方向へ平滑コンデンサ４が移動することを規制する規制部５７を有する。平滑コンデンサ４には、図３から図５に示すように、係合爪４７が形成されており、この係合爪４７が規制部５７に係合する。係合爪４７は、図３に示す上面図において矩形状となる平滑コンデンサ４の対角に２箇所設けられている（図３では一方の係合爪４７はスイッチング素子ユニット３０によって不可視。）。本実施形態では、このように係合爪４７を２箇所に備える形態を例示しているが、もちろん１箇所であっても３箇所であってもよい。また、このような係合爪４７と係合するように規制部５７が設けられることなく、単純に平滑コンデンサ４の外形部に当接するように規制部５７が設けられる形態を妨げるものでもない。何れにせよ、平滑コンデンサ４のＸＹ平面に沿った方向へ移動を規制できるように、規制部５７が設けられていればよい。

上述したように、平滑コンデンサ４のＸＹ平面に沿った方向へ移動は規制部５７によって規制されている。平滑コンデンサ４のＺ方向に沿った方向へ移動はスイッチング素子ユニット３０によって規制される。これにより、平滑コンデンサ４は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸全ての方向への移動を規制される。図４及び図５に示すように、平滑コンデンサ４の正負両極端子（直流接続端子４３）である第２直流接続端子４２には、直流バスバー３１が、平滑コンデンサ４を挟んで載置面５５とは反対側で当接している。つまり、直流側電力端子である直流バスバー３１は、平滑コンデンサ４を挟んで載置面とは反対側から第２直流接続端子４２に当接して、平滑コンデンサ４をケース本体５２に固定している。

さらに、パワーモジュールとしてのスイッチング素子ユニット３０は、ケース本体５２に対してパワーモジュール締結ボルト３９（締結部材）を用いて締結されている。これにより、スイッチング素子ユニット３０を介して、平滑コンデンサ４がより強固にケース本体５２に固定される。

以下、インバータユニット１の組み立て方法について説明する。はじめに、ケース本体５２の載置面５５に平滑コンデンサ４及び機器側端子台６が載置される。この際、載置面５５に形成された規制部５７に平滑コンデンサ４の係合爪４７が係合するように、平滑コンデンサ４が載置される。機器側端子台６は、端子台締結ボルト６９によってケース本体５２に固定される。

次に、ケース本体５２の載置面５５にスイッチング素子ユニット３０が載置される。この際、Ｚ方向に見て、平滑コンデンサ４の第２直流接続端子４２に、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１（直流側電力端子）が重複する状態で、第２直流接続端子４２と直流バスバー３１とが当接する。直流バスバー３１は、第２直流接続端子４２よりも開口部５８の側に位置している。また、Ｚ方向に見て、機器側端子台６の交流接続端子６２に、スイッチング素子ユニット３０の交流バスバー３２（交流側電力端子）が重複する状態で、交流接続端子６２と交流バスバー３２とが当接する。交流バスバー３２は、交流接続端子６２よりも開口部５８の側に位置している。

スイッチング素子ユニット３０は、この状態で、パワーモジュール締結ボルト３９によってケース本体５２に固定される。これにより、上述したように、平滑コンデンサ４は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸全ての方向への移動を規制される。尚、スイッチング素子ユニット３０が載置される載置面５５の下部（ケース本体５２の底部５４）には、冷媒が流れるヒートシンクが構成されている。冷媒は、冷媒流路５２ｃを介して循環する。

３つのインバータ構成部品２、つまり、平滑コンデンサ４、スイッチング素子ユニット３０、機器側端子台６は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸全ての方向への移動を規制された状態で、ケース本体５２に位置決めされている。以下に説明するように、各インバータ構成部品２の電気的接続は、ボルトなどの締結部材を用いることなく、溶接によって実施される。従って、ボルトなどの締結部材の使用量、並びに締め工程等が低減される。また、ボルトなどによる締結では、部材同士が当接する部分の電気抵抗やインダクタンスを含むインピーダンスが大きくなったり、接合部７ごとにバラツキが大きくなったりする可能性がある。しかし、溶接によって接合部７を形成することによって、インピーダンスが大きくなることを抑制することができると共に、接合部７ごとのバラツキも抑えることができる。その結果、インバータ回路３Ｃの電気的特性への影響を抑制することができる。

３つのインバータ構成部品２の位置決めが完了した後、図２に示す高圧直流電源接続コネクタ２１がケース本体５２の高圧直流電源接続孔５２ａに取り付けられる。高圧直流電源接続コネクタ２１の先端に形成された直流電源接続端子２２は、高圧直流電源接続孔５２ａを貫通し、ケース本体５２の内部空間において、Ｚ方向に見て平滑コンデンサ４の第１直流接続端子４１と重複する位置に配置される。尚、直流電源接続端子２２は、第１直流接続端子４１よりも開口部５８の側に配置されて、第１直流接続端子４１と当接している。

次に、開口部５８から溶接用工具をケース本体５２の内部へ挿入して第１接合部７１、第２接合部７２、第３接合部７３を形成するように溶接が行われる。つまり、平滑コンデンサ４の第１直流接続端子４１と直流電源接続端子２２とが溶接されて第１接合部７１が形成され、第２直流接続端子４２と直流バスバー３１（直流側電力端子）とが溶接されて第２接合部７２が形成され、交流接続端子６２と交流バスバー３２（交流側電力端子）とが溶接されて第３接合部７３が形成される。尚、溶接の順序は任意である。

第１接合部７１、第２接合部７２、第３接合部７３の形成が完了すると、低圧回路接続ハーネス２５がケース本体５２の低圧回路接続孔５２ｂに取り付けられる。次に、制御基板１２とプレート１３とが一体化された制御基板ユニット１４が、スイッチング素子ユニット３０の上に設置される。つまり、制御基板１２は、スイッチング素子ユニット３０を挟んで載置面５５とは反対側（開口部５８の側）に配置されている。制御基板１２には、複数のスイッチング素子３をスイッチング制御する制御回路（インバータ制御装置１１）が形成されている。プレート１３は、導電性部材により形成されており、制御基板１２に対するノイズシールドとして機能する。上述したように、プレート１３は、制御基板１２のグラウンド（図１に示す低圧バッテリ９５の負極電圧“Ｇ”と同電位）と電気的に接続されている。

制御基板ユニット１４（プレート１３）とケース本体５２とは、基板締結ボルト１９（締結部材）によって締結され、ケース本体５２に固定される。ここでは、制御基板１２（制御基板ユニット１４）が、１箇所のみで、ケース本体５２に対して基板締結ボルト１９を用いて締結されている形態を例示しているが、複数箇所で締結されることを妨げるものではない。尚、ケース本体５２及び基板締結ボルト１９は、導電性部材により形成されている。また、カバーケース５１及びケース締結ボルト５９も、導電性部材により形成されている。そして、上述したように、制御基板１２のグラウンドと導電性のプレート１３とは電気的に接続されている。従って、基板締結ボルト１９を介してケース５と制御基板１２のグラウンドとが電気的に接続される。

制御基板ユニット１４がケース本体５２に取り付けられると、低圧回路接続ハーネス２５の先端に設けられた低圧回路接続コネクタ２７が、制御基板１２に実装されたコネクタハウジング１７に取り付けられる。尚、上記においては、溶接の際に、溶接用工具が低圧回路接続ハーネス２５に接触することを防止するために、溶接後に低圧回路接続ハーネス２５をケース本体５２に取り付ける形態を例示しているが、溶接の前に低圧回路接続ハーネス２５をケース本体５２に取り付けることを妨げるものではない。また、上記においては、制御基板ユニット１４を、基板締結ボルト１９を用いてケース本体５２に固定した後、低圧回路接続ハーネス２５を制御基板１２に接続する形態を例示したが、固定の前に低圧回路接続ハーネス２５を接続する形態を妨げるものではない。

図３から図６には不図示であるが、センサ接続コネクタ１６もハーネスによって制御基板１２と接続される。ケース本体５２への部品の取り付けや配線が完了すると、ケース本体５２とカバーケース５１とがケース締結ボルト５９によって締結されて、図４の断面図に示す状態となる。ケース本体５２とカバーケース５１との当接部は、シール部材５３にシールされている。また、高圧直流電源接続孔５２ａや低圧回路接続孔５２ｂもシールされており、ケース５の内部は密閉空間となる。

カバーケース５１には、樹脂注入孔５Ｒが形成されており、樹脂注入孔５Ｒからケース５の内部空間へ液状の樹脂１０（例えばウレタン樹脂）が注入される。上述したように、樹脂１０は、少なくとも、第１接合部７１、第２接合部７２、第３接合部７３を覆う状態となるまで注入される。本実施形態では、図５に示すように、樹脂１０は、制御基板１２を覆う状態までケース５に充填される。樹脂１０の注入が完了すると、樹脂注入孔５Ｒを塞ぎ、恒温槽にて硬化処理が施される。樹脂１０が硬化すると、樹脂１０に覆われた各部品はケース５に対して強固に固定される。

尚、例えば加熱により液状化し、温度が低下すると硬化するような樹脂を用いる場合などでは恒温槽を用いずに硬化処理を行ってもよい。上述したように、制御基板１２（制御基板ユニット１４）は、１箇所で基板締結ボルト１９により締結されているだけである。従って、樹脂１０が制御基板１２を覆う状態まで注入されることで、制御基板１２（制御基板ユニット１４）が安定して固定される。

また、樹脂注入孔５Ｒは、樹脂１０の注入のために専用孔として設けられる形態に限定されるものではない。密閉されたケース５内の温度変化による空気の膨張・収縮に対応して、ケース５への空気の出入りを調整すると共に、水や油などの侵入を防ぐためにブリーザーと称される調整孔が設けられる場合がある。このブリーザーを樹脂注入孔５Ｒとして利用することも好適である。

〔その他の実施形態〕
以下、その他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記においては、平滑コンデンサ４の第２直流接続端子４２とスイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１（直流側電力端子）との第２接合部７２が、Ｚ方向に見て平滑コンデンサ４と重複する位置にある形態を例示した。しかし、Ｚ方向に見てスイッチング素子ユニット３０と重複する位置まで、平滑コンデンサ４からＸ方向に第２直流接続端子４２が延伸し、Ｚ方向に見てスイッチング素子ユニット３０と重複する位置に第２接合部７２がある形態であってもよい。同様に、第３接合部７３も、上記のようにＺ方向に見て機器側端子台６と重複する位置に限らず、Ｚ方向に見てスイッチング素子ユニット３０と重複する位置にある形態であってもよい。

（２）上記においては、平滑コンデンサ４の第１直流接続端子４１よりも開口部５８の側に、高圧バッテリ９３（直流電源）に接続される直流電源接続端子２２が位置した状態で両端子が溶接されて第１接合部７１が形成される形態を例示した。また、平滑コンデンサ４の第２直流接続端子４２よりも開口部５８の側に、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１（直流側電力端子）が位置した状態で両端子が溶接されて第２接合部７２が形成される形態を例示した。また、スイッチング素子ユニット３０の交流バスバー３２（交流側電力端子）に電気的に接続される交流接続端子６２よりも開口部５８の側に、交流バスバー３２が位置した状態で両端子が溶接されて第３接合部７３が形成される形態を例示した。つまり、接合部７が形成される対象となる２つの端子は、互いにＺ方向に見て重複する状態で溶接される形態を例示した。しかし、接合部７が形成される対象となる２つの端子の配置は、このようにＺ方向に見て重複する状態に限定されるものではない。

例えば、図６に例示するように、端子の先端部同士を当接させて、当該先端部を溶接することによって接合部７が形成されてもよい。図６では、平滑コンデンサ４の第２直流接続端子４２と、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１とを突き合わせて、第２接合部７２が形成される形態を模式的に例示している。この場合も、接合部７が形成される位置を、Ｚ方向（スイッチング素子３の配列面に直交する方向）に見てインバータ構成部品２と重複する位置にすることができる。図６では、上記において例示した形態と同様に、平滑コンデンサ４と重複する位置に第２接合部７２が形成される形態を例示しているが、第２接合部７２は、スイッチング素子ユニット３０と重複する位置に形成されてもよい。尚、第１接合部７１及び第３接合部７３については、第２接合部７２と同様であるので詳細な説明は省略する。

また、図７に例示するように、接合対象の両端子の先端部をＺ方向に屈曲させて屈曲部を形成し、当該屈曲部同士を当接させて溶接することによって接合部７が形成されてもよい。この場合も、開口部５８からＸ方向に沿って容易に溶接を行うことができる。或いは、屈曲した先の先端部をＺ方向から溶接して接合することもできる。図６と同様に、図７では、平滑コンデンサ４の第２直流接続端子４２と、スイッチング素子ユニット３０の直流バスバー３１とを接合して第２接合部７２が形成される形態を模式的に例示している。この場合も、接合部７が形成される位置を、Ｚ方向（スイッチング素子３の配列面に直交する方向）に見てインバータ構成部品２と重複する位置にすることができる。図７では、上記において例示した形態と同様に、平滑コンデンサ４と重複する位置に第２接合部７２が形成される形態を例示しているが、第２接合部７２は、スイッチング素子ユニット３０と重複する位置に形成されてもよい。尚、第１接合部７１及び第３接合部７３については、第２接合部７２と同様であるので詳細な説明は省略する。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したインバータユニット（１）の概要について簡単に説明する。

上記に鑑みたインバータユニット（１）は、１つの態様として、複数のスイッチング素子（３）を用いて直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路（３Ｃ）が形成されたスイッチング素子ユニット（３０）と、前記インバータ回路（３Ｃ）の直流側の電圧（Ｖｄｃ）を平滑する平滑コンデンサ（４）とを少なくとも含むインバータ構成部品（２）と、 前記インバータ構成部品（２）を収容するケース（５）と、を備え、前記スイッチング素子ユニット（３０）の電力端子（３３）と、当該電力端子（３３）に電気的に接続される接続端子（４２，６２）との溶接部（７（７２，７３））が、前記スイッチング素子ユニット（３０）において複数の前記スイッチング素子（３）が配列される配列面に直交する方向に見て、前記インバータ構成部品（２）と重複する位置に配置され、少なくとも前記溶接部（７）を覆う状態で前記ケース（５）内に樹脂（１０）が充填されている。

この構成によれば、ネジなどの締結部材を用いることなく、溶接によってスイッチング素子ユニット（３０）と平滑コンデンサ（４）とが電気的に接続される。これにより、接続工程に要する時間及び部品コストを低減することができる。また、締結のための空間を設ける必要もないので、インバータユニット（１）をより小型化することもできる。また、ケース（５）の中には、溶接部（７）を覆う状態で樹脂（１０）が充填されるので、振動や衝撃によって、溶接された溶接部（７）へ掛かる力を低減し、インバーユニット（１）の信頼性を確保することもできる。このように、本構成によれば、生産コストを抑制すると共にインバータ構成部品（２）を適切に固定して、より小型化が可能なインバータユニット（１）を実現することができる。

また、１つの態様として、前記スイッチング素子ユニット（３０）の前記電力端子（３３）には、交流側電力端子である交流バスバー（３２）が含まれ、前記インバータ構成部品（２）として、前記交流バスバー（３２）に電気的に接続される交流接続端子（６２）を有する交流端子台（６）をさらに備え、前記スイッチング素子ユニット（３０）と前記交流端子台（６）とは、前記配列面に沿う方向に並んで配置され、前記溶接部（７）は、前記交流バスバー（３２）と前記交流接続端子（６２）とが接合される箇所を含み、当該溶接部（７（７３））は、前記配列面に直交する方向に見て、前記交流端子台（６）と重複する位置に配置されていると好適である。

スイッチング素子ユニット（３０）と交流端子台（６）とが配列面に沿う方向に並んで配置され、さらに、交流バスバー（３２）と交流接続端子（６２）とが配列面に直交する方向に見て交流端子台（６）と重複することにより、高い空間利用効率でインバータ構成部品（２）を配置して、インバータユニット（１）を小型に構成することができる。

また、１つの態様として、前記スイッチング素子ユニット（３０）の前記電力端子（３３）には、直流側電力端子である直流バスバー（３１）が含まれ、前記直流バスバー（３１）と重複する前記インバータ構成部品（２）は、前記平滑コンデンサ（４）であり、前記スイッチング素子ユニット（３０）と前記平滑コンデンサ（４）とは、前記ケース（５）の載置面（５５）に当接すると共に、前記配列面に沿う方向に並んで配置されていると好適である。

スイッチング素子ユニット（３０）と平滑コンデンサ（４）とが配列面に沿う方向に並んで配置されることにより、配列面に沿う方向において高い空間利用効率でインバータ構成部品（２）を配置して、インバータユニット（１）を小型に構成することができる。

また、前記スイッチング素子ユニット（３０）の前記電力端子（３３）に、直流側電力端子である直流バスバー（３１）が含まれ、前記直流バスバー（３１）と重複する前記インバータ構成部品（２）が、前記平滑コンデンサ（４）であり、前記スイッチング素子ユニット（３０）と前記平滑コンデンサ（４）とが、前記ケース（５）の載置面（５５）に当接すると共に、前記配列面に沿う方向に並んで配置されている場合、前記平滑コンデンサ（４）の正負両極端子である直流接続端子（４３）に、前記直流バスバー（３１）が、前記平滑コンデンサ（４）を挟んで前記載置面（５５）とは反対側で当接していると好適である。

平滑コンデンサ（４）の配列面に直交する方向への移動は、配列面に直交する方向に見て平滑コンデンサ（４）と重複する位置にあって平滑コンデンサ（４）の直流接続端子（４３）と当接する直流バスバー（３１）によって規制される。従って、平滑コンデンサ（４）はネジやボルトなどの締結部材を用いなくても、適切にケース（５）に固定される。

また、前記スイッチング素子ユニット（３０）の前記電力端子（３３）に、直流側電力端子である直流バスバー（３１）が含まれ、前記直流バスバー（３１）と重複する前記インバータ構成部品（２）が、前記平滑コンデンサ（４）であり、前記スイッチング素子ユニット（３０）と前記平滑コンデンサ（４）とが、前記ケース（５）の載置面（５５）に当接すると共に、前記配列面に沿う方向に並んで配置されている場合、前記ケース（５）が、前記配列面に沿う方向へ前記平滑コンデンサ（４）が移動することを規制する規制部（５７）を有していると好適である。

また、平滑コンデンサ（４）の配列面に沿う方向への移動が規制部（５７）によって規制されるので、平滑コンデンサ（４）はネジやボルトなどの締結部材を用いなくても、適切にケース（５）に固定される。ここで、さらに、前記平滑コンデンサ（４）の正負両極端子である直流接続端子（４３）に、前記直流バスバー（３１）が、前記平滑コンデンサ（４）を挟んで前記載置面（５５）とは反対側で当接していると、平滑コンデンサ（４）の配列面に直交する方向への移動も、直流バスバー（３１）によって規制される。つまり、平滑コンデンサ（４）の配列面に沿う方向への移動が、規制部（５７）によって規制され、配列面に直交する方向への移動が、直流バスバー（３１）によって規制されるので、ネジやボルトなどの締結部材を用いなくても、平滑コンデンサ（４）を適切にケース（５）に固定することができる。

ここで、前記スイッチング素子ユニット（３０）が、前記ケース（５）に対して締結部材（３９）を用いて締結されていると好適である。

上述したように、スイッチング素子ユニット（３０）の直流バスバー（３１）は、配列面に直交する方向へ平滑コンデンサ（４）が移動することを規制する。また、平滑コンデンサ（４）は、上述したようにネジやボルトなどの締結部材を用いなくても、ケース（５）に固定することができる。ここで、スイッチング素子ユニット（３０）を、締結部材（３９）を用いてケース（５）に固定することで、スイチング素子ユニット（３０）だけでなく、平滑コンデンサ（４）も含めて、インバータ構成部品（２）を強固にケース（５）に固定することができる。締結部材（３９）は平滑コンデンサ（４）の固定には直接用いられず、スイッチング素子ユニット（３０）の固定に用いられるので、締結部材（３９）の利用数や締結作業に要する工数を少なく抑えることができると共に、平滑コンデンサ（４）の固定を強化することができる。

また、１つの態様として、前記ケース（５）は、底部（５４）と、前記底部（５４）から立ち上がる壁部（５６）と、前記壁部（５６）の前記底部（５４）とは反対側の端部（５６ｔ）により形成される開口部（５８）とを有するケース本体（５２）を少なくとも備え、前記インバータ構成部品（２）は、前記ケース本体（５２）に収容され、前記溶接部（７）は、前記開口部（５８）の側に配置されていると好適である。

溶接部（７）が開口部（５８）の側に配置されると、開口部（５８）から容易に溶接作業を行うことができる。つまり、生産工程における作業効率を高くすることができる。

１ インバータユニット
２ インバータ構成部品
３ スイッチング素子
３Ｃ インバータ回路
４ 平滑コンデンサ
５ ケース
６ 機器側端子台（交流端子台）
７ 接合部（溶接部）
１０ 樹脂
３０ スイッチング素子ユニット
３１ 直流バスバー（直流側電力端子、電力端子）
３２ 交流バスバー（交流側電力端子、電力端子）
３３ 電力端子
３９ パワーモジュール締結ボルト（締結部材）
４１ 第１直流接続端子（直流接続端子）
４２ 第２直流接続端子（直流接続端子）
４３ 直流接続端子
５２ ケース本体
５４ 底部
５５ 載置面
５６ 壁部
５６ｔ 壁部の端部
５７ 規制部
５８ 開口部
６２ 交流接続端子

Claims (7)

1. 複数のスイッチング素子を用いて直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路が形成されたスイッチング素子ユニットと、前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑する平滑コンデンサとを少なくとも含むインバータ構成部品と、
   前記インバータ構成部品を収容するケースと、を備え、
   前記スイッチング素子ユニットの電力端子と、当該電力端子に電気的に接続される接続端子との溶接部が、前記スイッチング素子ユニットにおいて複数の前記スイッチング素子が配列される配列面に直交する方向に見て、前記インバータ構成部品と重複する位置に配置され、
   少なくとも前記溶接部を覆う状態で前記ケース内に樹脂が充填されているインバータユニット。
2. 前記スイッチング素子ユニットの前記電力端子には、交流側電力端子である交流バスバーが含まれ、
   前記インバータ構成部品として、前記交流バスバーに電気的に接続される交流接続端子を有する交流端子台をさらに備え、
   前記スイッチング素子ユニットと前記交流端子台とは、前記配列面に沿う方向に並んで配置され、
   前記溶接部は、前記交流バスバーと前記交流接続端子とが接合される箇所を含み、
   当該溶接部は、前記配列面に直交する方向に見て、前記交流端子台と重複する位置に配置されている請求項１に記載のインバータユニット。
3. 前記スイッチング素子ユニットの前記電力端子には、直流側電力端子である直流バスバーが含まれ、
   前記直流バスバーと重複する前記インバータ構成部品は、前記平滑コンデンサであり、
   前記スイッチング素子ユニットと前記平滑コンデンサとは、前記ケースの載置面に当接すると共に、前記配列面に沿う方向に並んで配置されている請求項１又は２に記載のインバータユニット。
4. 前記平滑コンデンサの正負両極端子である直流接続端子に、前記直流バスバーが、前記平滑コンデンサを挟んで前記載置面とは反対側で当接している請求項３に記載のインバータユニット。
5. 前記ケースは、前記配列面に沿う方向へ前記平滑コンデンサが移動することを規制する規制部を有している請求項３又は４に記載のインバータユニット。
6. 前記スイッチング素子ユニットは、前記ケースに対して締結部材を用いて締結されている請求項３から５の何れか一項に記載のインバータユニット。
7. 前記ケースは、底部と、前記底部から立ち上がる壁部と、前記壁部の前記底部とは反対側の端部により形成される開口部とを有するケース本体を少なくとも備え、
   前記インバータ構成部品は、前記ケース本体に収容され、
   前記溶接部は、前記開口部の側に配置されている請求項１から６の何れか一項に記載のインバータユニット。
   

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