JP5789576B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は直流電力を交流電力に変換しあるいは交流電力を直流電力に変換するために使用する電力変換装置に関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置である。

一般に電力変換装置は、直流電力を受けて交流電力を発生するインバータ回路とインバータ回路を制御するための制御回路を備えている。近年は、電力変換装置の小型化が求められている。特にハイブリッド自動車や電気自動車の分野においては、車室外のとりわけエンジンルームのできるだけ小さなスペースに搭載されることが望まれており、車両への搭載性を向上させるため、更なる小型化が要求されている。

また、駆動源として用いるモータの運転時間や運転条件（高出力トルク条件）が拡大する傾向にあり、電力変換装置の信頼性の向上も同時に求められている。

電力変換装置を小型化するために、ドライバ回路基板の配線距離を短くさせる一例が、特開２００８−２９０９４号公報に開示されている。

しかしながら、電力変換装置の更なる小型化と信頼性の向上が求められている。

特開２００８−２９０９４号公報

本発明の課題は、電力変換装置の小型化と、信頼性を向上させることである。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路を搭載したドライバ回路基板と、前記交流電流を伝達する交流側中継導体と、交流コネクタと、を備え、前記パワー半導体モジュールは、前記交流側中継導体と接続される交流側端子と、前記ドライバ回路基板と接続される前記制御側端子と、を有し、前記交流コネクタは、前記ドライバ回路基板を介して前記パワー半導体モジュールとは反対側に配置され、前記ドライバ回路基板は、低い電圧から高い電圧に変圧して前記ドライバ回路に変圧された電圧を供給するトランスと、当該トランスと前記ドライバ回路を接続する配線と、を有し、さらに前記ドライバ回路基板は、前記ドライバ回路を挟んで前記トランスとは反対側に配置される貫通孔を形成し、前記交流側中継導体は、前記貫通孔を通って、前記前記交流側コネクタと接続される。

これにより、ドライバ回路基板の回路配線が容易となり、ドライバ回路基板の回路の集積化が可能となるため、電力変換装置の小型化が望める。トランスの弱電系回路は交流側中継導体を流れる交流電圧の電圧変動の影響を受けにくくなり、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、電力変換装置をさらに小型化し、信頼性を向上することができる。

ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。 図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。 電力変換装置の構成を説明するための分解斜視図である。 電力変換装置の全体構成を説明するために構成要素に分解した斜視図である。 流路形成体１２を説明するために、図４に示す流路形成体１２を底側から見た図である。 図６（ａ）は、パワー半導体モジュール３００ａの外観を示す斜視図である。図６（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００ａの断面図である。 図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図７（ｃ）はフィン３０５が加圧されて薄肉部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。 図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ）、図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 図８に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。 モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。 図１１（ａ）は、コンデンサモジュール５００の外観を示す斜視図である。図１１（ｂ）は、コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。 図３のＡ−Ａ面で切った電力変換装置２００の断面図である。 蓋８と制御回路基板２０を取り除き、ドライバ回路基板２２と金属ベース板１１を分解した斜視図である。 図１３の面Ｂで切った断面斜視図である。 図５に示された流路形成体１２の面Ｃで切った断面図である。 蓋８と制御回路基板２０と金属ベース板１１とドライバ回路基板２２とを取り除いた電力変換装置２００の上面図である。 ドライバ回路基板２２の下面図である。

次に図面を使用して本発明に係る実施の形態を説明する。図１は本発明に係る電力変換装置を、エンジンとモータの両方を使用して走行するいわゆるハイブリッド用自動車に適用したシステム図である。本発明に係る電力変換装置はハイブリッド用車両のみならず、モータのみで走行するいわゆる電気自動車にも適用可能であり、また一般産業機械に使用されているモータを駆動するための電力変換装置としても使用可能である。しかし上述あるいは以下に説明のとおり、本発明に係る電力変換装置は特に上記ハイブリッド用自動車や上記電気自動車に適用すると、小型化の観点あるいは信頼性の観点、その他、いろいろの観点で優れた効果が得られる。ハイブリッド用自動車に適用した電力変換装置は電気自動車に適用した電力変換装置と略同じ構成であり、代表例としてハイブリッド自動車に適用した電力変換装置について説明する。

図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２は車両の走行用トルクを発生する。またモータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１あるいはモータジェネレータＭＧ２に外部から加えられる機械エネルギを電力に変換する機能を有する。モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。

エンジンＥＧＮの出力側及びモータジェネレータＭＧ２の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。一方回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギとして使用される。また高電圧用のバッテリ１３６の蓄電している電力が少なくなった場合に、エンジンＥＧＮが発生する回転エネルギをモータジェネレータＭＧ２により交流電力に変換し、次に交流電力を電力変換装置２００により直流電力に変換し、バッテリ１３６を充電することができる。エンジンＥＧＮからモータジェネレータＭＧ２への機械エネルギの伝達は動力分配機構ＴＳＭによって行われる。

次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０とインバータ回路１４２は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０あるいは１４２との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流コネクタ１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。同様にモータジェネレータＭＧ２をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４２は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子１５９を介してモータジェネレータＭＧ２に供給する。モータジェネレータＭＧ２とインバータ回路１４２からなる構成は第２電動発電ユニットとして動作する。第１電動発電ユニットと第２電動発電ユニットは、運転状態に応じて両方をモータとしてあるいは発電機として運転する場合、あるいはこれらを使い分けて運転する場合がある。また片方を運転しないで、停止することも可能である。

なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンＥＧＮの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。

バッテリ１３６はさらに補機用モータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用モータとしては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは冷却用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６から直流電力が補機用パワーモジュール３５０に供給され、補機用パワーモジュール３５０で交流電力を発生し、交流端子１２０を介して補機用モータ１９５に供給される。補機用パワーモジュール３５０はインバータ回路１４０や１４２と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。補機用モータ１９５の容量がモータジェネレータＭＧ１やＭＧ２の容量より小さいので、補機用パワーモジュール３５０の最大変換電力がインバータ回路１４０や１４２より小さいが、上述の如く補機用パワーモジュール３５０の基本的な構成や基本的な動作はインバータ回路１４０や１４２と略同じである。なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２、インバータ回路３５０Ｂに供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
電力変換装置２００は上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。コネクタ２１からの指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１やモータジェネレータＭＧ２、補機用モータ１９５の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４や補機用パワーモジュール３５０のドライバ回路３５０Ａへ、上記制御パルスを供給する。補機用パワーモジュール３５０は専用の制御回路を有しても良い、この場合はコネクタ２１からの指令に基づいて上記専用の制御回路が制御パルスを発生し、補機用パワーモジュール３５０のドライバ回路３５０Ａへ供給する。

上記制御パルスに基づいてドライバ回路１７４がインバータ回路１４０やインバータ回路１４２を制御するための駆動パルスを発生する。また補機用パワーモジュール３５０のインバータ回路３５０Ｂを駆動するための制御パルスをドライバ回路３５０Ａが発生する。

次に、図２を用いてインバータ回路１４０やインバータ回路１４２の電気回路の構成を説明する。図１に示す補機用パワーモジュール３５０のインバータ回路３５０Ｂの回路構成も基本的にはインバータ回路１４０の回路構成と類似しているので、図２においてインバータ回路３５０Ｂの具体的な回路構成の説明は省略し、インバータ回路１４０を代表例として説明する。ただし、補機用パワーモジュール３５０は出力電力が小さいので、以下に説明する各相の上アームや下アームを構成する半導体チップや該チップを接続する回路が補機用パワーモジュール３５０の中に集約されて配置されている。

さらにインバータ回路１４０やインバータ回路１４２は回路構成も動作も極めて類似しているので、インバータ回路１４０で代表して説明する。

なお以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。インバータ回路１４０は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アームの直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相に対応して備えている。

これらの３相はこの実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０は、前記直列回路の中点部分である中間電極１６８から交流電流が出力され、この交流電流は交流端子１５９又は交流コネクタ１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２と接続する。上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４にそれぞれ電気的に接続されている。

ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極との間に電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。

コンデンサモジュール５００は、複数の正極側のコンデンサ端子５０６と複数の負極側のコンデンサ端子５０４とバッテリ正極側端子５０９とバッテリ負極側端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、バッテリ正極側端子５０９やバッテリ負極側端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の複数の正極側のコンデンサ端子５０６や複数の負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０やインバータ回路１４２、補機用パワーモジュール３５０へ供給される。一方交流電力からインバータ回路１４０やインバータ回路１４２によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、バッテリ正極側端子５０９やバッテリ負極側端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報として、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めても良い。

図３は、本発明に係る実施の形態としての電力変換装置２００の分解斜視図を示す。電力変換装置２００は、後述するパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとコンデンサモジュール５００を収納するケースとして機能するとともに流路を形成する流路形成体１２と、蓋８とを有する。なお、本実施形態の流路形成体１２とは別にケース体を設けて、この流路形成体１２をケースに収納する構成にしてもよい。

蓋８は、電力変換装置２００を構成する回路部品を収納し、流路形成体１２に固定される。蓋８の内側の上部には、制御回路１７２を実装した制御回路基板２０が配置されている。蓋８の上面には、第１開口２０２と第３開口２０４ａと第４開口２０４ｂと第５開口２０５が設けられる。さらに蓋８の側壁には、第２開口２０３が設けられる。

コネクタ２１は、制御回路基板２０に設けられるとともに第１開口２０２を介して外部に突出する。負極側電力線５１０と正極側電力線５１２は、直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００などを電気的に接続するとともに第２開口２０３を介して外部に突出する。

交流側中継導体８０２ａないし８０２ｃは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃと接続されるとともに第３開口２０４ａを介して外部に突出する。交流側中継導体８０２ｄないし８０２ｆは、パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃと接続されるとともに第４開口２０４ｂを介して外部に突出する。不図示の補機用パワーモジュール３５０の交流出力端子は、第５開口２０５を介して外部に突出する。

コネクタ２１等の端子の嵌合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から嵌合面を上向きにして出すことが好ましい。例えば、電力変換装置２００が、トランスミッションＴＭの上方に配置される場合には、トランスミッションＴＭの配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。

なお蓋８は、金属製であり、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃとドライバ回路基板２２と制御回路基板２０と金属製ベース板１１を収納するケースとして機能する。

またコネクタ２１は、第１開口２０２を介して、蓋８の収納空間から蓋８の外部に突出する。これによりコネクタ２１が実装された制御回路基板２０は、金属製ベース板１１の上に取付けられているため、コネクタ２１に外部から物理的な力が加わっても、制御回路基板２０への負荷が抑えられるため、耐久性を含めた信頼性の向上が望める。

図４は、電力変換装置２００の流路形成体１２の内部に収納される構成の理解を助けるために分解した全体斜視図である。

流路形成体１２は、冷却冷媒が流れる流路と繋がる開口部４００ａ〜４００ｃ及び開口部４０２ａ〜４０２ｃを形成する。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれ、また開口部４０２ｄ〜４０２ｆは挿入されたパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃによって塞がれる。

流路形成体１２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃが収納される空間の側部に、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。

コンデンサモジュール５００は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が３相の各相においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。

流路形成体１２の流路の主構造を流路形成体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、流路は冷却効果に加え機械的強度を強くすることができる。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１２と流路とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。なお、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃを流路に固定することで流路を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に流路形成体１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００、補機用パワーモジュール３５０、基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。

ドライバ回路基板２２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃやコンデンサモジュール５００の上方に配置される。またドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。

さらに制御回路基板２０の機械的な共振周波数を高める作用をする。すなわち金属ベース板１１に制御回路基板２０を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。例えばトランスミッションから伝わる振動周波数に対して制御回路基板２０の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。

図５は流路形成体１２を説明するための説明図で、図４に示す流路形成体１２を下から見た図である。

流路形成体１２には、１つの側壁１２ａに、入口配管１３と出口配管１４が設けられる。冷却冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に流入するとともに、入口配管１３を通って流路形成体１２の一方の辺に沿って形成された第１流路部１９ａを流れる。第２流路部１９ｂは、折り返し流路部を介して第１流路部１９ａと接続され、かつ第１流路部１９ａと平行に形成される。第３流路部１９ｃは、折り返し流路部を介して第２流路部１９ｂと接続され、かつ第２流路部１９ｂと平行に形成される。第４流路部１９ｄは、折り返し流路部を介して第３流路部１９ｃと接続され、かつ第３流路部１９ｃと平行に形成される。第５流路部１９ｅは、折り返し流路部を介して第４流路部１９ｄと接続され、かつ第４流路部１９ｄと平行に形成される。第６流路部１９ｆは、折り返し流路部を介して第５流路部１９ｅと接続され、かつ第５流路部１９ｅと平行に形成される。つまり、第１流路部１９ａないし第６流路部１９ｆは、１つに繋がった蛇行する流路を形成する。

第１流路形成体４４１は、第１流路部１９ａと第２流路部１９ｂと第３流路部１９ｃと第４流路部１９ｄと第５流路部１９ｅと第６流路部１９ｆを形成する。第１流路部１９ａ、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ、第５流路部１９ｅ及び第６流路部１９ｆは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。

第７流路部１９ｇは、第６流路部１９ｆと繋がっており、かつ図４で示されたコンデンサモジュール５００の収納空間４０５と対向する位置に形成される。第２流路形成体４４２は、この第７流路部１９ｇを形成する。第７流路部１９ｇは、深さ方向よりも幅方向が大きく形成される。

第８流路部１９ｈは、第７流路部１９ｇと繋がっており、かつ後述する補機用パワーモジュール３５０と対向する位置に形成される。また第８流路部１９ｈは、出口配管１４と接続される。第３流路形成体４４４は、この第８流路部１９ｈを形成する。この第８流路部１９ｈは、幅方向より深さ方向が大きく形成される。

流路形成体１２の下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成される。該開口部４０４は、下カバー４２０によって塞がれる。シール部材４０９が、下カバー４２０と流路形成体１２の間に設けられ、気密性を保っている。

また下カバー４２０には、流路形成体１２から遠ざかる方向に向かって突出する凸部４０６ａないし４０６ｆが形成される。凸部４０６ａないし４０６ｆは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに対応して設けられている。つまり、凸部４０６ａは、第１流路部１９ａと対向して形成される。凸部４０６ｂは、第２流路部１９ｂと対向して形成される。凸部４０６ｃは、第３流路部１９ｃと対向して形成される。凸部４０６ｄは、第４流路部１９ｄと対向して形成される。凸部４０６ｅは、第５流路部１９ｅと対向して形成される。凸部４０６ｆは、第６流路部１９ｆと対向して形成される。

第７流路部１９ｇの深さ及び幅は、第６流路部１９ｆの深さ及び幅から大きく変化する。この大きな流路形状の変更による冷却媒体の整流および流速の管理を行うことができるように、第２流路形成体４４２は第７流路部１９ｇに突出するストレートフィン４４７を設けることが好ましい。

同様に、第８流路部１９ｈの深さ及び幅は、第７流路部１９ｇの深さ及び幅から大きく変化する。この大きな流路形状の変更による冷却媒体の整流および流速の管理を行うことができるように、第３流路形成体４４４は第８流路部１９ｈに突出するストレートフィン４４８を設けることが好ましい。

図６乃至図１０を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの詳細構成を説明する。上記パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃはいずれも同じ構造であり、代表してパワー半導体モジュール３００ａの構造を説明する。尚、図６乃至図１０において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。図６（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。図７は、理解を助けるために、図６に示す状態からネジ３０９および第２封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図７（ｃ）はフィン３０５が加圧されて薄肉部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。

図８は、図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ）、図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。

図９は、図８に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図１０は、モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が、図８および図９に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、あるいは導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第１封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁部材３３３が熱圧着される。第１封止樹脂３４８は図８に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。

第１封止樹脂３４８により封止されたモジュール一次封止体３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁部材３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第２封止樹脂３５１が充填される。

モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料（Ａｌ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃ等）で構成される。挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂよって、その外周を囲まれている。また、図６（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が配置されている。

当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図６（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる流路内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている薄肉部３０４Ａが形成されている。薄肉部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール一次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。

上述のように導体板３１５等を絶縁部材３３３を介してモジュールケース３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁部材３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁部材３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。

モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂと直流負極端子３１９Ｂがそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２に交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂが形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。

モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕと信号端子３２５Ｌがそれぞれ形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３３０に接続される。

直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。補助モールド体６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。

直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。

モジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第２封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワー半導体モジュール３００ａの小型化が実現できる。

図９に示されるように、接続部３７０の補助モールド体６００側には、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃ、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃ、補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕおよび補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のモジュール一次封止体３０２側には、多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の１つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール一次封止体３０２の製造が容易となる。

ここで、モジュール一次封止体３０２の第１封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに１つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。

上記の各端子は、いずれも第１封止樹脂３４８および第２封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第１封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の１つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第２封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、第１封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。

補助モールド体６００側において、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ、直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕ、３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌにおいて信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。

一方、モジュール一次封止体３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５、３１９、３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８、３３０とそれぞれ接続されている。図１０に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えば半田材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図１０に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３２０と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３２０と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３２０と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を中間電極３２９を介して接続する。その後、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続する。

図１１（ａ）は、コンデンサモジュール５００の外観を示す斜視図である。図１１（ｂ）は、コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。積層導体板５０１は、板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５５０により構成されている。積層導体板５０１は、各相の上下アームの直列回路１５０を流れる電流に対して磁束を互いに相殺しあうので、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に関して低インダクタンス化が図られる。

バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成され、それぞれ正極導体板５０７と負極導体板５０５に接続されている。補機用コンデンサ端子５１６及び５１７は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成され、それぞれ正極導体板５０７と負極導体板５０５に接続されている。

中継導体部５３０は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、中継導体部５３０の端部から突出しており、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに対応して形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆも、中継導体部５３０の端部から突出しており、各パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに対応して形成される。中継導体部５３０及びコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃのいずれも、絶縁シート５５０を挟んだ積層状態により構成され、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に関して低インダクタンス化が図られる。また、中継導体部５３０は、電流の流れを妨げるような貫通孔等が全く形成されないか、できるだけ少なくなるように構成される。

このような構成により、相毎に設けられたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ間にスイッチング時に生じる還流電流が中継導体部５３０に流れ易くなり、積層導体板５０１側に流れにくくなる。よって、還流電流による積層導体板５０１の発熱を低減することができる。

なお、本実施形態では、負極導体板５０５、正極導体板５０７、バッテリ負極側端子５０８、バッテリ正極側端子５０９、中継導体部５３０及びコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、一体に成形された金属製の板で構成され、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に対してインダクタンス低減の効果を有する。

コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方に複数個設けられる。本実施の形態では、３つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の３つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計６個のコンデンサセルが設けられる。

積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図１１（ａ）に示される点線Ａ−Ａを境にて対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに供給する場合に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。

コンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、スズなどの導電体を吹き付けて製造される。

コンデンサケース５０２は、コンデンサセル５１４を収納するための収納部５１１を備え、収納部５１１は上面及び下面が略長方形状を成す。コンデンサケース５０２は、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔５２０ａ〜５２０ｄ設けられる。本実施形態のコンデンサケース５０２は、熱伝導性を向上させるために、高熱伝導性の樹脂により構成されるが、金属等で構成されていてもよい。

また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆとバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材５５１が充填される。

また、コンデンサセル５１４は、スイッチング時のリップル電流により、内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体の電気抵抗により発熱する。そこで、コンデンサセル５１４の熱を、コンデンサケース５０２を介して逃がし易くするために、コンデンサセル５１４を充填材でモールドする。さらに樹脂製の充填材を用いることにより、コンデンサセル５１４の耐湿も向上させることができる。

本実施形態では、コンデンサモジュール５００の収納部５１１の長手方向に沿って第７流路部１９ｇが設けられており（図５参照）、冷却効率が向上する。

また、ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａは、正極導体板５０７と接続され、正極とグランドと間に発生する所定ノイズを除去する。ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ｂは、負極導体板５０５と接続され、負極とグランドと間に発生する所定ノイズを除去する。ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａ及び５１５ｂは、コンデンサセル５１４よりも容量が小さくなるように設定される。またノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａ及び５１５ｂは、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆよりもバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９に近づけて配置される。これにより、バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ正極側端子５０９に混入する所定ノイズを早期に除去することができ、パワー半導体モジュールに対するノイズの影響を小さくできる。

図１２は、図３のＡ−Ａ面で切った電力変換装置２００の断面図である。

パワー半導体モジュール３００ｂは図５にて示された第２流路部１９ｂ内に収納される。モジュールケース３０４の外壁は、第２流路部１９ｂ内に流れる冷却冷媒と直接接触する。他のパワー半導体モジュール３００ａと３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａないし３０１ｃも、パワー半導体モジュール３００ｂと同様に、各流路部の内部に収納される。

パワー半導体モジュール３００ｂはコンデンサモジュール５００の側部に配置される。コンデンサモジュールの高さ５４０は、パワー半導体モジュールの高さ３６０よりも小さく形成される。ここでコンデンサモジュールの高さ５４０は、コンデンサケース５０２の底面部５１３からコンデンサ端子５０３ｂまでの高さであり、パワー半導体モジュールの高さ３６０はモジュールケース３０４の底面部から信号端子３２５Ｕの先端までの高さである。

そして第２流路形成体４４２は、コンデンサモジュール５００の下部に配置される第７流路部１９ｇを設ける。つまり第７流路部１９ｇは、パワー半導体モジュール３００ｂの高さ方向に沿って、コンデンサモジュール５００と並べて配置される。この第７流路部の高さ４４３は、パワー半導体モジュールの高さ３６０とコンデンサモジュールの高さ５４０との差分よりも小さくなる。なお、第７流路部の高さ４４３は、パワー半導体モジュールの高さ３６０とコンデンサモジュールの高さ５４０との差分と同じであってもよい。

パワー半導体モジュール３００ｂとコンデンサモジュール５００が互いに隣接することにより、接続距離を短くなるので、低インダクタンス化及び低損失化が可能となる。

また一方で、パワー半導体モジュール３００ｂとコンデンサモジュール５００とが、同一面での固定、接続作業が可能となるため、組立性の向上が可能となる。

また一方で、コンデンサモジュールの高さ５４０を、パワー半導体モジュールの高さ３６０よりも低く抑えることにより、第７流路部１９ｇをコンデンサモジュール５００の下部に配置することができるため、コンデンサモジュール５００の冷却も可能となる。また、コンデンサモジュール５００の上部とパワー半導体モジュール３００ｂの上部の高さが近距離となるので、コンデンサ端子５０３ｂがコンデンサモジュール５００の高さ方向に長くなることを抑制することができる。

また一方で、第７流路部１９ｇをコンデンサモジュール５００の下部に配置することで、コンデンサモジュール５００の側部に冷却流路を配置することを避けて、コンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ｂを近づけて、コンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ｂとの配線距離を長くなることを抑制することができる。

またドライバ回路基板２２は、ドライバ回路の駆動電源を生成するトランス２４を搭載する。このトランス２４の高さは、ドライバ回路基板２２に搭載された回路部品の高さよりも大きく形成される。ドライバ回路基板２２とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間の空間は、信号端子３２５Ｕや直流正極端子３１５Ｂが配置される。一方、ドライバ回路基板２２とコンデンサモジュール５００との間の空間には、トランス２４を配置する。これにより、ドライバ回路基板２２とコンデンサモジュール５００との間のスペースを有効利用が可能となる。またドライバ回路基板２２のトランス２４が配置された面とは反対側の面には、高さを揃えた回路部品を実装することで、ドライバ回路基板２２と金属ベース板１１との距離を抑えることができる。

図１３は、蓋８と制御回路基板２０を取り除き、ドライバ回路基板２２と金属ベース板１１を分解した斜視図である。

ドライバ回路基板２２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの上部に配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２を挟んでパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとは反対側に配置される。

ドライバ回路基板２２は、交流側中継導体８０２ａを貫通する貫通孔２２ａを、交流側中継導体８０２ｂを貫通する貫通孔２２ｂを、交流側中継導体８０２ｃを貫通する貫通孔２２ｃを、交流側中継導体８０２ｄを貫通する貫通孔２２ｄを、交流側中継導体８０２ｅを貫通する貫通孔２２ｅを、交流側中継導体８０２ｆを貫通する貫通孔２２ｆを、それぞれを形成する。なお、本実施形態では電流センサ１８０ａは貫通孔２２ａに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｃは貫通孔２２ｃに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｄが貫通孔２２ｄに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｆは貫通孔２２ｆに嵌め合わされている。しかしながら全ての貫通孔２２ａ〜２２ｆに対して電流センサを設けても良い。

ドライバ回路基板２２に貫通孔２２ａ〜２２ｆを設けることにより、電流センサをドライバ回路基板２２に直接配置することができ、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆの配線を簡素にでき、小型に寄与する。

また電流センサ１８０ａ等は、ドライバ回路基板２２とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間の空間に配置される。パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃは直流正極端子３１５Ｂ等を有し、これら直流正極端子３１５Ｂ等はドライバ回路基板２２との間に十分な絶縁距離を確保する必要がある。

その絶縁距離を確保するための空間内に電流センサ１８０ａ等を配置することにより、電力変換装置内の空間を絶縁空間及び電流センサの配置空間を共用することができる。よって電力変換装置の小型化に繋がる。

金属ベース板１１は、貫通孔２２ａ〜２２ｃと対向する位置に貫通孔１１ａが形成され、貫通孔２２ｄ〜２２ｆと対向する位置に貫通孔１１ｂが形成される。また図３に示されるように蓋８は、貫通孔１１ａと対向する位置に第３開口２０４ａを形成して、交流コネクタ１８８を形成する。また蓋８は、貫通孔１１ｂと対向する位置に第４開口２０４ｂを形成して、交流コネクタ１５９を形成する。

これにより、交流コネクタ１８８とパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間にドライバ回路基板２２を配置する場合であっても、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆの配線の複雑化を抑制し、電力変換装置２００の小型化を図ることができる。

また、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃのそれぞれは、長手方向の辺と短手方向の辺を有する短形状である。同様にコンデンサモジュール５００は、長手方向の辺と短手方向の辺を有する短形状である。そして、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃは、それぞれの短手方向の辺がコンデンサモジュール５００の長手方向の辺に沿って一列に並ぶように配置される。

これにより、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとの間の距離が近づき、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３間の距離を短くすることができるため、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ間に流れる還流電流による発熱を抑制することができる。パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃについても同様である。

また、貫通孔２２ａ〜２２ｃは、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆの配列方向に沿って、ドライバ回路基板２２に設けられる。またドライバ回路基板２２は、コンデンサモジュール５００の長手方向の辺を一辺とし、コンデンサモジュール５００の短手方向の辺とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃの長手方向の辺を合わせた長さをもう一辺とした、長方形状を有している。

これにより、貫通孔２２ａ〜２２ｃは、ドライバ回路基板２２の一辺に沿って配置されるため、貫通孔を複数有していても、広い範囲の回路配線面積を確保することが可能となる。

金属製の支持部材８０３は、流路形成体１２から突出するとともに流路形成体１２と接続される。金属ベース板１１は、支持部材８０３の先端部に支持される。流路形成体１２は、電気的なグランドに接続される。漏洩電流の流れ８０４は、ドライバ回路基板２２から金属ベース板１１、支持部材８０３、さらに流路形成体１２の順に流れる漏洩電流の流れ方向を示す。また、漏洩電流の流れ８０５は、制御回路基板２０から金属ベース板１１、支持部材８０３、さらに流路形成体１２の順に流れる漏洩電流の流れ方向を示す。これにより、効率よく制御回路基板２０とドライバ回路基板２２の漏洩電流をグランドに流すことができる。

図３に示すように、制御回路基板２０は、第１開口２０２を形成する蓋８の一面と対向して配置される。そしてコネクタ２１は、制御回路基板２０に直接実装され、かつ蓋８に形成された第１開口２０２を介して外部に突出する。これにより、電力変換装置２００内部の空間を有効的に利用することが可能となる。

また、コネクタ２１が実装された制御回路基板２０は、金属ベース板１１に固定されているため、コネクタ２１に外部から物理的な力が加わっても、制御回路基板２０への負荷が抑えられるため、耐久性を含めた信頼性の向上が望める。

図１４は、図１３の面Ｂで切った断面斜視図である。接続部２３ａは、パワー半導体モジュール３００ａの信号端子３２５Ｕとドライバ回路基板２２との接続部である。接続部２３ｂは、パワー半導体モジュール３００ａの信号端子３２５Ｌとドライバ回路基板２２との接続部である。接続部２３ａ及び２３ｂは、半田材により形成される。

金属ベース板１１の貫通孔１１ａは、接続部２３ａ及び２３ｂと対向する位置まで形成される。これにより、ドライバ回路基板２２が金属ベース板１１に固定された状態で、金属ベース板１１の貫通孔１１ａを介して接続部２３ａ及び２３ｂの接続作業を行うことができる。

また制御回路基板２０は、電力変換装置２００の上面から投影した場合に、制御回路基板２０の射影部が貫通孔１１ａの射影部と重ならないように配置される。これにより制御回路基板２０が接続部２３ａ及び２３ｂの接続作業に干渉しないとともに制御回路基板２０は、接続部２３ａ及び２３ｂからの電磁ノイズの影響を小さくすることができる。

本実施形態においては、ドライバ回路基板２２が、パワー半導体モジュール３００ａ等及びコンデンサモジュール５００と対向するように大きく形成される。このような場合でも、交流端子３２０Ｂは、コンデンサモジュール５００に対して直流正極端子３１５Ｂよりも遠くに配置される。また制御端子３２５Ｌは、直流正極端子３１５Ｂと交流端子３２０Ｂとの間に配置される。また接続部２３ｂは、制御端子３２５Ｌと対向する位置に配置される。

これにより、貫通孔２２ｂはドライバ回路基板２２上において図１７に示されたドライバ回路２５よりもドライバ回路基板２２の縁辺に近い側に配置されることになる。よって、貫通孔２２ｂが形成されることによるドライバ回路基板２２の強度の低下を抑制することができ、耐振動性能を向上させることができる。

図１７は、ドライバ回路基板２２の下面図である。

図３に示されるように、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆは、ドライバ回路基板２２を介してパワー半導体モジュールとは反対側に配置された第３開口２０４ａ又は第４開口２０４ｂ側に伸びる。交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆの配線距離を短くするために、ドライバ回路基板２２には、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆを通すための貫通孔２２ａ〜２２ｆが必要となる。またドライバ回路基板２２は、強電側配線２８や弱電側配線２７を有している。このような場合、ドライバ回路基板２２は、貫通孔２２ａ〜２２ｆが必要である一方で、強電側配線２８や弱電側配線２７を配置するための一定のスペースも必要となる。このため、ドライバ回路基板２２において、強電側配線２８や弱電側配線２７が貫通孔２２ａ〜２２ｆを迂回するように実装されることによって、配線距離の増大やドライバ回路基板の面積増大に繋がってしまう。

そこで本実施形態においては、ドライバ回路２５は、接続部２３ａ及び接続部２３ｂの周辺に配置される。トランス２４は、ドライバ回路２５を挟んで貫通孔２２ａ〜２２ｆとは反対側に配置される。トランス２４は、低い電圧から高い電圧に変圧し、ドライバ回路２５に変圧された電圧を供給する。コネクタ２６は、制御回路基板２０とハーネス等を介して電気的に接続される。また弱電側配線２７は、コネクタ２６とトランス２４とを接続する。また強電側配線２８は、トランス２４とドライバ回路２５とを接続する。

これにより、貫通孔２２ａ〜２２ｆと強電側配線２８又は弱電側配線２７の干渉を回避できる。さらに、強電側配線２８又は弱電側配線２７の周囲に、広いスペースを確保することが可能となるため、ドライバ回路基板２２の回路配線が容易となる。

また弱電側配線２７を介して入力されるトランス入力電圧は、交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆを流れる交流電圧等よりもかなり小さい電圧である。そこで本実施形態においては、トランス２４は、ドライバ回路２５を挟んで貫通孔２２ａ〜２２ｆと反対側に配置される。

これにより、ドライバ回路２５が緩衝領域となるため、トランス２４の弱電系回路は交流側中継導体８０２ａ〜８０２ｆを流れる交流電圧の電圧変動の影響を受けにくくなり、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

なおトランス２４は、一方のドライバ回路２５の実装領域と他方のドライバ回路２５の実装領域の間の領域に配置されていてもよい。この領域は、強電側配線２８の配線領域が少ない領域である。そこでトランス２４をこの領域に実装して、弱電側配線２７の電位の安定化させることができる。

図１５は、図５に示された流路形成体１２の面Ｃで切った断面図である。流路形成体１２は、第１流路部１９ａないし第６流路部１９ｆを形成する第１流路形成体４４１と、第７流路部１９ｇを形成する第２流路形成体４４２とを一体に形成する。第１流路形成体４４１は、第２流路形成体４４２の側部に配置される。第２流路形成体４４２は、第７流路部１９ｇの上方にコンデンサモジュール５００を収納する収納空間４０５を形成する。また、流路形成体１２は、収納空間４０５の側壁と第７流路部１９ｇの一部を形成するための壁４４５を有する。つまり、第１流路部１９ａないし第６流路部１９ｆは壁４４５と対向する位置に形成される。

これにより、コンデンサモジュール５００は第７流路部１９ｇによってコンデンサモジュール５００の底面が冷却されるだけでなく、コンデンサモジュール５００の高さ方向の側面も第１流路部１９ａないし第６流路部１９ｆによって冷却されることになり、コンデンサモジュール５００の冷却性が増大する。

また、壁４４５は、収納空間４０５の一部と第７流路部１９ｇの一部と第４流路部１９ｄの一部を形成する。これにより、冷却すべき収納空間を壁４４５によって区切ることができるため、コンデンサモジュールやパワー半導体モジュール毎のモジュール単位で冷却が可能となる。この結果、冷却されるべき優先度が収納空間毎に選択できるようになる。

さらに流路形成体１２は、第１流路形成体４４１と、第２流路形成体４４２と、第８流路部１９ｈを形成する第３流路形成体４４４を一体に形成する。第３流路形成体４４４は、第２流路形成体４４２の側部に配置される。流路形成体１２は、収納空間４０５の側壁と第８流路部１９ｈの一部を形成するための壁４６０を有する。つまり、第８流路部１９ｈは壁４６０と対向する位置に形成される。これにより、コンデンサモジュール５００は第７流路部１９ｇによってコンデンサモジュール５００の底面が冷却されるだけでなく、コンデンサモジュール５００の高さ方向の側面も第８流路部１９ｈによって冷却されることになり、コンデンサモジュール５００の冷却性がさらに増大する。

また流路形成体１２は、第８流路部１９ｈを形成する第３流路形成体４４４とを一体に形成され、更なる構造の簡素化を図っている。

また、図１２に示されるようにコンデンサ端子５０３ａないし５０３ｆは、壁４４５の上部を跨ぐように形成される。これにより、コンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの間に伝達される熱の影響を緩和することができる。

なお、図１２に示されるように絶縁部材４４６が壁４４５の上端に配置されるとともに図１１に示される中継導体部５３０と接触する。これにより、更にコンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの間に伝達される熱の影響を緩和することができる。

図１６は、蓋８と制御回路基板２０と金属ベース板１１とドライバ回路基板２２とを取り除いた電力変換装置２００の上面図である。

電力変換装置２００の上面から投影した場合に、４４１ｓは第１流路形成体４４１の射影部を示し、４４２ｓは第２流路形成体４４２の射影部を示し、４４４ｓは第３流路形成体４４４の射影部を示す。補機用パワーモジュール３５０は、第３流路形成体４４４の射影部４４４ｓと重なるように配置される。これにより、補機用パワーモジュール３５０は、第８流路部１９ｈを流れる冷却媒体によって冷却が可能となる。

また、第１流路形成体４４１及び第２流路形成体４４２は、空気層を有する空隙部１２ｅを介して、流路形成体１２の側壁１２ｂと側壁１２ｃと側壁１２ｄと対向して配置される。これにより、第１流路形成体４４１及び第２流路形成体４４２に流れる冷却媒体と外環境温度に差がある場合でも、空隙部１２ｅが断熱層となって、第１流路形成体４４１及び第２流路形成体４４２は電力変換装置２００の外環境温度の影響を受け難くすることができる。

８ 蓋
１１ 金属ベース板
１１ａ、１１ｂ、２２ａ〜２２ｆ 貫通孔
１２ 流路形成体
１２ａ〜１２ｄ 側壁
１２ｅ 空隙部
１３ 入口配管
１４ 出口配管
１９ａ 第１流路部
１９ｂ 第２流路部
１９ｃ 第３流路部
１９ｄ 第４流路部
１９ｅ 第５流路部
１９ｆ 第６流路部
１９ｇ 第７流路部
１９ｈ 第８流路部
２０ 制御回路基板
２１、２６ コネクタ
２２ ドライバ回路基板
２３ａ、２３ｂ、３７０ 接続部
２４ トランス
２５、１７４、３５０Ａ ドライバ回路
２７ 弱電側配線
２８ 強電側配線
１２０、１５９、３２０Ｂ 交流端子
１３６ バッテリ
１３８ 直流コネクタ
１４０、１４２、３５０Ｂ インバータ回路
１５０ 上下アームの直列回路
１５３、１６３ コレクタ電極
１５４、１６４ ゲート電極
１５５ 信号用エミッタ電極
１５６、１６６ ダイオード
１５７ 正極端子
１５８ 負極端子
１６０ 金属接合材
１６５ 信号用エミッタ電極
１６８、３２９ 中間電極
１７２ 制御回路
１８０、１８０ａ〜１８０ｆ 電流センサ
１８８ 交流コネクタ
１９５ 補機用モータ
２００ 電力変換装置
２０２ 第１開口
２０３ 第２開口
２０４ａ 第３開口
２０４ｂ 第４開口
２０５ 第５開口
３００ａ〜３００ｃ、３０１ａ〜３０１ｃ パワー半導体モジュール
３０２ モジュール一次封止体
３０４ モジュールケース
３０４Ａ 薄肉部
３０４Ｂ フランジ
３０５ フィン
３０６ 挿入口
３０７Ａ 第１放熱面
３０７Ｂ 第２放熱面
３０９ ネジ
３１５ 導体板
３１５Ａ 直流正極配線
３１５Ｂ 直流正極端子
３１５Ｃ 補助モジュール側直流正極接続端子
３１５Ｄ 素子側直流正極接続端子
３１８、３１９、３２０ 導体板
３１９Ａ 直流負極配線
３１９Ｂ 直流負極端子
３１９Ｃ 補助モジュール側直流負極接続端子
３１９Ｄ 素子側直流負極接続端子
３２０Ａ 交流配線
３２０Ｃ 補助モジュール側交流接続端子
３２０Ｄ 素子側交流接続端子
３２２ 素子固着部
３２４Ｌ、３２４Ｕ 信号配線
３２５Ｌ、３２５Ｕ 信号端子
３２６Ｌ、３２６Ｕ 補助モジュール側信号接続端子
３２７Ｌ、３２７Ｕ 素子側信号接続端子
３２８、３３０ ＩＧＢＴ
３２８Ａ、３３０Ａ 制御電極
３３３、４４６ 絶縁部材
３４８ 第１封止樹脂
３５０ 補機用パワーモジュール
３５１ 第２封止樹脂
３６０ パワー半導体モジュールの高さ
３７１ ボンディングワイヤ
３７２ タイバー
４００ａ〜４００ｃ、４０２ａ〜４０２ｃ、４０４ 開口部
４０５ 収納空間
４０６ａ〜４０６ｆ 凸部
４０７ 冷却部
４０９ シール部材
４１７ 流れ方向
４２０ 下カバー
４４１ 第１流路形成体
４４１ｓ 第１流路形成体の射影部
４４２ 第２流路形成体
４４２ｓ 第２流路形成体の射影部
４４３ 第７流路部の高さ
４４４ 第３流路形成体
４４４ｓ 第３流路形成体の射影部
４４５、４６０ 壁
４４７、４４８ ストレートフィン
５００ コンデンサモジュール
５０１ 積層導体板
５０２ コンデンサケース
５０３ａ〜５０３ｆ コンデンサ端子
５０４ 負極側のコンデンサ端子
５０５ 負極導体板
５０６ 正極側のコンデンサ端子
５０７ 正極導体板
５０８ バッテリ負極側端子
５０９ バッテリ正極側端子
５１０ 負極側電力線
５１１ 収納部
５１２ 正極側電力線
５１３ 底面部
５１４ コンデンサセル
５１５ａ、５１５ｂ ノイズフィルタ用コンデンサセル
５１６、５１７ 補機用コンデンサ端子
５２０ａ〜５２０ｄ 孔
５３０ 中継導体部
５４０ コンデンサモジュールの高さ
５５０ 絶縁シート
５５１ 充填材
６００ 補助モールド体
６０８ 配線絶縁部
８０２ 交流バスバー
８０２ａ〜８０２ｆ 交流側中継導体
８０３ 支持部材
８０４、８０５ 漏洩電流の流れ
ＤＥＦ デファレンシャルギア
ＥＧＮ エンジン
ＭＧ１、ＭＧ２ モータジェネレータ
ＴＭ トランスミッション
ＴＳＭ 動力分配機構

Claims (9)

1. 直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
   前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路を搭載したドライバ回路基板と、
   前記交流電流を伝達する交流側中継導体と、
   交流コネクタと、を備え、
   前記パワー半導体モジュールは、前記交流側中継導体と接続される交流側端子と、前記ドライバ回路基板と接続される制御側端子と、を有し、
   前記交流コネクタは、前記ドライバ回路基板を介して前記パワー半導体モジュールとは反対側に配置され、
   前記ドライバ回路基板は、低い電圧から高い電圧に変圧して前記ドライバ回路に変圧された電圧を供給するトランスと、当該トランスと前記ドライバ回路を接続する配線と、を有し、
   さらに前記ドライバ回路基板は、前記ドライバ回路を挟んで前記トランスとは反対側に配置される貫通孔を形成し、
   前記交流側中継導体は、前記貫通孔を通って、前記交流コネクタと接続される電力変換装置。
2. 請求項１に記載された電力変換装置であって、
   前記直流電圧を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールを備え、
   前記コンデンサモジュールは、前記パワー半導体モジュールの側部に配置され、
   前記交流側端子は、前記コンデンサモジュールに対して前記直流側端子よりも遠くに配置され、
   前記制御側端子は、前記直流側端子と前記交流側端子との間に配置され、
   前記ドライバ回路基板は、前記パワー半導体モジュール及び前記コンデンサモジュールと対向する位置に配置され、
   前記接続部は、前記制御端子と対向する位置に配置される電力変換装置。
3. 請求項２に記載された電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュールは複数設けられ、それぞれの前記パワー半導体モジュールは長手方向の辺と短手方向の辺を有する矩形状であり、
   前記直流側端子と前記制御側端子と前記交流側端子は、前記パワー半導体モジュールの長手方向の辺に沿って並べて配置され、
   前記コンデンサモジュールは、長手方向の辺と短手方向の辺を有する矩形状であり、
   前記複数のパワー半導体モジュールは、当該複数のパワー半導体モジュールの短手方向の辺が前記コンデンサモジュールの長手方向の辺に沿って一列に並ぶように配置され、
   前記ドライバ回路基板の前記貫通孔は複数設けられ、
   前記交流側中継導体は複数設けられ、それぞれの当該交流側中継導体は対応する前記貫通孔の一つを貫通する電力変換装置。
4. 請求項１ないし３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
   前記ドライバ回路基板と前記パワー半導体モジュールとの間の空間に配置された電流センサを有し、
   前記交流側中継導体は、前記電流センサの貫通孔を通る電力変換装置。
5. 請求項３に記載された電力変換装置であって、
   冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体を有し、
   前記流路形成体は、前記複数のパワー半導体モジュールを収納する第１流路部を形成する第１流路形成体を有する電力変換装置。
6. 請求項５に記載された電力変換装置であって、
   前記流路形成体は、前記コンデンサモジュールの一面と対向して形成されるとともに前記冷却冷媒を流す第２流路部を形成する第２流路形成体を有する電力変換装置。
7. 請求項６に記載された電力変換装置であって、
   前記第１流路形成体は、前記第１流路部が前記第２流路部と繋がるように前記第２流路形成体と一体に形成される電力変換装置。
8. 請求項１ないし７に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
   前記ドライバ回路基板に前記パワー半導体素子の制御信号を出力する制御回路基板と、
   前記ケースから突出する支持部材により支持される金属製ベースと、
   前記パワー半導体モジュールと前記ドライバ回路基板と前記制御回路基板と前記金属製ベースを収納する金属製ケースと、を備え、
   前記金属製ベースは、前記ドライバ回路基板を前記パワー半導体モジュールが配置された側に保持するとともに前記制御回路基板を前記交流側コネクタが配置された側に保持し、
   前記金属製ケースは、グランドに電気的に接続される電力変換装置。
9. 請求項８に記載された電力変換装置であって、
   前記制御回路基板は、車両に搭載されたモータ駆動の指令信号を伝達する制御側コネクタを有し、
   前記金属製ケースは、前記交流側コネクタが配置された一面に開口部を形成し、
   前記制御側コネクタは、前記開口部を介して、前記金属製ケースの収納空間から当該金属製ケースの外部に突出する電力変換装置。