一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置
【課題】複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置の小型化を図ることである。
【解決手段】本発明に係る一体型電力変換装置は、第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される。
【解決手段】本発明に係る一体型電力変換装置は、第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やプラグインハイブリッド車は、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池を搭載している。高電圧蓄電池は、車両駆動用のモータを駆動するためのインバータ装置に電力を供給する。低電圧蓄電池は、車両のライトやラジオなどの補機を作動させる。このような車両は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行うＤＣＤＣコンバータ装置を搭載している。
【０００３】
このような車両においては、車両全体の容積に対する室内の割合をできるだけ大きくし、居住性を良くすることが望まれている。このため、インバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置は、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いる。例えば、以下の特許文献１では、インバータ装置とＤＣ／ＤＣコンバータ装置との冷却水路を接続するホースに電食が生じないように、インバータ装置とＤＣ／ＤＣコンバータ装置とを一体型とする構造が提案されている。
【０００４】
エンジンルーム内の温度環境は高温域であるため、インバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置の制御機能低下や構造部品の劣化を早めることが考えられる。このためインバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置の冷却機構としては、一般に水に混合物で構成する冷媒によりこれらの装置を冷却しており、この冷却方法含む冷却機構として、冷却効率が高く省スペース性を良くすることが重要になっている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１においては、インバータ装置およびＤＣＤＣコンバータ装置のそれぞれに対して冷却パイプを含む冷却機構が必要なため、冷却経路が複雑化し、車載スペースが増大するという問題があった。また、ホースの材質に制約があり、かつ、ホースの抵抗値を管理する必要があるという問題も生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る一体型電力変換装置は、第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るＤＣＤＣコンバータ装置は、高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子と前記トランス回路を収納するケースと、を備え、前記ケースは、他の電子機器に設けられた流路の一部を形成するためのカバーと一体に形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によりは、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。
【図２】一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。
【図３】インバータ装置２００の構成を説明する回路ブロック図である。
【図４】インバータ装置２００の分解斜視図である。
【図５】（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。（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６】理解を助けるために、図５に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂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。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は図５（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、（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【図７】図６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。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は図５（ｂ），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。
【図８】図７に示す状態からさらに第一封止樹脂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９】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１０】インバータ装置２００のケース１０の底面側から見た分解斜視図である。
【図１１】ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路構成を示す図である。
【図１２】ＤＣＤＣコンバータ装置１００の分解斜視図である。
【図１３】ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化した電力変換装置の断面図である。
【図１４】ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース内の部品配置を模式的に示した図である。
【図１５】他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。
【図１６】他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。
【図１７】図１５の断面Ｂの矢印方向から見た断面図である。
【図１８】図１５の断面Ｃの矢印方向から見た断面図である。
【図１９】図１６の断面Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１，図２は、一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。本実施形態に係る一体型電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化したものであり、図１，図２ではＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを分離した状態で示した。ＤＣＤＣコンバータ装置１００は、複数のボルト１１３ａ及び１１３ｂによりインバータ装置２００のケース底面側に固定されている。ボルト１１３ａはインバータ装置２００側からＤＣＤＣコンバータ装置１００に対して固定されるボルトであり、ボルト１１３ｂはＤＣＤＣコンバータ装置１００からインバータ装置２００側に対して固定されるボルトである。
【００１４】
本実施形態に係る一体型電力変換装置は主に電気自動車等に適用され、インバータ装置２００は車載の高電圧蓄電池からの電力により走行用モータを駆動する。車両にはライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池が搭載されており、ＤＣＤＣコンバータ装置１００は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行う。なお、電気自動車以外の電力変換装置に、電気自動車用の電力変換装置と同様なニーズがあれば、本実施形態に係る一体型電力変換装置を適用することもできる。
【００１５】
図２に示されるように、冷媒流路１９を形成する流路形成体１９ｓが、インバータ装置２００のケース１０内に収納されている。冷媒は入口配管１３から流路内に流入し、出口配管１４から流出する。流路形成体１９ｓは、冷媒流路１９と繋がる開口部４０４を有する。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、このケース１１１の一部が開口部４０４を塞ぐように、インバータ装置２００のケース１０に固定される。なおケース１１１は、ケース１１１からの冷媒流路１９への熱伝達を促進するために、流路形成体１９ｓ側に固定されていてもよい。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、後述する底面部１１１ｂ及び凹部１１１ｄを形成する。
【００１６】
本実施形態に係る一体型電力変換装置は、冷媒流路１９が入口配管１３及び出口配管１４を有しており、発熱量がＤＣＤＣコンバータ装置１００よりも大きいインバータ装置２００を冷却することを重視する構成となっている。本実施形態の構成により、インバータ装置２００側の冷却性能を大幅に低減することなく、ＤＣＤＣコンバータ装置１００について冷却性能を向上させることできる。
【００１７】
図３はインバータ装置２００の構成を説明する回路ブロック図である。なお、図３では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。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とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備えている。
【００１８】
これらの３相は、この実施の形態では走行用モータに対応する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、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流端子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交流バスバー８０２と接続される。
【００１９】
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に電気的に接続されている。また、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に電気的に接続されている。
【００２０】
上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
【００２１】
ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
【００２２】
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１５５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１６５との間に電気的に接続されている。
【００２３】
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は、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。
【００２４】
コンデンサモジュール５００は、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子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、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。
【００２５】
一方、交流電力からインバータ回路１４０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、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子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。
【００２６】
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は、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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００２９】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００３０】
また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
【００３１】
直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
【００３２】
上位の制御装置からコネクタ２１を介して受けた制御信号と、直流コネクタ１３８を介して受けた直流電圧は、インターフェースケーブル１０２を経由し、インバータ装置２００の開口部２０１を通してまた開口部１０１を通してＤＣＤＣコンバータ装置１００に配信される。
【００３３】
図４は、インバータ装置２００の分解斜視図である。流路形成体１９ｓは、流路形成部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含んで構成される。流路形成部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ケース１０内の底部側に、コの字形状に配置される。なお、流路形成部１２ｃは流路形成部１２ａと平行に対向配置されている。
【００３４】
互いに平行となっている流路形成部１２ａ，１２ｃには、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを冷媒流路内に装着するための開口部４００が複数形成されている。図４に示す例では、図示左側の設けられた流路形成部１２ａには、パワー半導体モジュール３００ａ，３００ｂが装着される２つの開口部４００が形成されている。一方、図では見えないが、反対側に平行に設けられた流路形成部１２ｃにはパワー半導体モジュール３００ｃが装着される開口部４００が１つ形成されている。これらの開口部４００は、流路形成部１２ａ〜１２ｃにパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを固定することによって塞がれる。
【００３５】
流路形成体１２が形成する一方の第１流路部１９ａと他方の第３流路部１９ｃの間には、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、コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納される。これにより、冷媒流路１９内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００が冷やされる。コンデンサモジュール５００は、流路形成部１２ａ〜１２ｃに囲まれるように配置されるため、効率良く冷却されることができる。
【００３６】
またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って流路が形成されているので、流路やコンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール３００との配置が整然と整い、全体がより小型となる。
【００３７】
コンデンサモジュール５００の上方には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。
【００３８】
流路形成体１９ｓとケース１０とは一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷媒流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１９ｓとケース１０とが一体構造となり、インバータ装置２００全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
【００３９】
ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００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。
【００４０】
金属ベース板１１は、ケース１０に固定される。当該金属ベース板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。当該金属ベース板１１が、高いノイズ抑制機能を有する点は後述する。
【００４１】
蓋８は、金属ベース板１１に固定されて、制御回路基板２０を外部からの電磁ノイズから保護する。
【００４２】
本実施形態に係るケース１０は、流路形成体１２が収納された部分は略直方体の形状を為しているが、ケース１０の一側面側から突出収納部１０ｇが形成されている。当該突出収納部１０ｇには、ＤＣＤＣコンバータ装置１００から延ばされる端子や、抵抗器４５０が収納される。ここで抵抗器４５０は、コンデンサモジュール５００のコンデンサ素子に蓄えられた電荷を放電するための抵抗素子である。このようにバッテリ１３６とコンデンサモジュール５００との間の電気回路部品を突出収納部１０ｇに集約しているため、配線の複雑化を抑制することができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
【００４３】
図５ないし図９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５乃至図９において信号端子３２５Ｕは、図３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３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３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３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３に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００４４】
図５（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５（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。
【００４５】
図６は、理解を助けるために、図５に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂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６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は図５（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６（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【００４６】
図７は、図６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７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図５（ｂ），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。
【００４７】
図８は、図７に示す状態からさらに第一封止樹脂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。
【００４８】
図９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７および図８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一封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁シート３３３が熱圧着される。第一封止樹脂３４８は図７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。
【００４９】
第一封止樹脂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シート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、第二封止樹脂３５１が充填される。
【００５０】
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、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂによって、その外周を囲まれている。また、図５（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５（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
【００５１】
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冷媒流路１９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湾曲部３０４Ａが形成されている。湾曲部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。
【００５２】
上述のように導体板３１５等を絶縁シート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。さらに絶縁シート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シート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。
【００５３】
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（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）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（１５９）が形成されている。本実施形態では、図８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。
【００５４】
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（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図８に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、第二封止樹脂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。
【００５９】
図８に示されるように、接続部３７０の補助モジュール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一封止樹脂３４８の一つの面に沿って、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。
【００６０】
ここで、モジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一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）および素子側直流負極接続端子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。
【００６１】
上記の各端子は、いずれも第一封止樹脂３４８および第二封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第一封止樹脂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一封止樹脂３４８の一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、第二封止樹脂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、第一封止樹脂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。
【００６２】
補助モジュール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。
【００６３】
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，ＩＧＢＴ３３０とそれぞれ接続されている。
【００６４】
図９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１５５，１６６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、例えばはんだ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。
【００６５】
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９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。
【００６６】
図１０は、インバータ装置２００のケース１０の底面側から見た分解斜視図である。ケース１０は、４つの側壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備える直方体形状を有している。コの字形状の冷媒流路１９は、直線状の３つの流路部（第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃ）から構成される。開口部４０４もコの字形状をしており、この開口部４０４はＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１によって塞がれる。ケース１１１とケース１０の間には、シール部材４０９が設けられ冷媒流路の気密性を保っている。
【００６７】
符号１０ｅで示す部分は、コンデンサモジュール５００を収納する収納空間４０５（図４参照）の底部を形成する。
【００６８】
冷媒は、矢印４１７で示すように入口配管１３に流入し、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａ内を矢印４１８の方向に流れる。さらに、冷媒は、ケース１０の短手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂ内を、矢印４２１の方向に流れる。この第２流路部１９ｂは折り返し流路を形成する。さらに、冷媒は、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された流路形成部１２の第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは、コンデンサモジュール５００を挟んで第１流路部１９ａと平行に設けられている。冷媒は、矢印４２３で示すように出口配管１４から流出される。
【００６９】
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。
【００７０】
次に、ＤＣＤＣコンバータ装置１００について説明する。図１１は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ装置１００では、降圧及び昇圧を行う双方向ＤＣＤＣ対応としている。そのために、降圧回路（ＨＶ回路）、昇圧回路（ＬＶ回路）は、ダイオード整流ではなく同期整流構成としている。また、ＨＶ／ＬＶ変換で高出力とするために、スイッチング素子に大電流部品を採用し、かつ、平滑コイルの大型化を図っている。
【００７１】
具体的には、ＨＶ／ＬＶ側共に、リカバリーダイオードを持つＭＯＳＦＥＴを利用したＨブリッジ型・同期整流スイッチング回路構成（Ｈ１〜Ｈ４）とした。スイッチング制御にあっては、ＬＣ直列共振回路（Ｃｒ，Ｌｒ）を用いて高スイッチング周波数（１００ｋＨｚ）でゼロクロススイッチングさせ、変換効率を向上させて熱損失を低減するようにした。加えて、アクティブクランプ回路を設けて、降圧動作時の循環電流による損失を低減させ、ならびに、スイッチング時のサージ電圧発生を抑制してスイッチング素子の耐圧を低減させることで、回路部品の低耐圧化を図ることで装置を小型化している。
【００７２】
さらに、ＬＶ側の高出力を確保するために、全波整流型の倍電流（カレントダブラー）方式とした。なお、高出力化にあたり、複数のスイッチング素子を並列同時作動させることで高出力を確保している。図１１の例では、ＳＷＡ１〜ＳＷＡ４，ＳＷＢ１〜ＳＷＢ４のように４素子並列とした。また、スイッチング回路および平滑リアクトルの小型リアクトル（Ｌ１，Ｌ２）を、対称性を持たせるように２回路並列配置とすることで高出力化している。このように、小型リアクトルを２回路配置とすることで、大型リアクトル１台を配置させる場合に比べて、ＤＣＤＣコンバータ装置全体の小型化が可能となる。
【００７３】
図１１の回路構成図の下部に、降圧回路および昇圧回路用の駆動回路および動作検出回路、インバータ装置経由で上位の制御装置との通信機能を担う制御回路部を示す。上位の制御装置との通信をインバータ装置経由とすることにより、インバータ装置とＤＣＤＣコンバータ装置を一体化した構成、インバータ装置単体の構成の各場合でも、上位の制御装置との通信インターフェースは共通化が可能となる。
【００７４】
図１２，図１３および図１４は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００における部品配置を説明する図である。図１２はＤＣＤＣコンバータ装置１００の分解斜視図である。図１３は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化した電力変換装置の断面図である。図１４は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース内の部品配置を模式的に示した図である。
【００７５】
図１２に示すように、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路部品は、金属製（例えば、アルミダイカスト製）のケース１１１内に収納されている。ケース１１１の開口部にはケースカバー１１２がボルト固定される。ケース１１１内の底面部分には、主トランス３３，インダクタ素子３４，スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４が搭載されたパワー半導体モジュール３５，スイッチング素子３６が搭載されている昇圧回路基板３２，コンデンサ３８等が載置されている。主な発熱部品は、主トランス３３，インダクタ素子３４，パワー半導体モジュール３５およびスイッチング素子３６である。
【００７６】
なお、図１１の回路図との対応を記載すると、主トランス３３はトランスＴｒに、インダクタ素子３４はカレントダブラーのリアクトルＬ１，Ｌ２に、スイッチング素子３６はスイッチング素子ＳＷＡ１〜ＳＷＡ４，ＳＷＢ１〜ＳＷＢ４にそれぞれ対応している。昇圧回路基板３２には、図１１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等も搭載されている。
【００７７】
スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の端子３９はケース１１１の開口部側へと延在しており、パワー半導体モジュール３５の上方に配置された降圧回路基板３１と接続されている。降圧回路基板３１はケース１１１の底面から上方に突出した複数の支持部材上に固定される。パワー半導体モジュール３５においては、スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４は、パターンが形成された金属基板上に実装されており、金属基板の裏面側はケース底面に密着するように固定されている。スイッチング素子３６が実装される昇圧回路基板３２も同様の金属基板で構成されている。図１２では、昇圧回路基板３２はコンデンサ３８等の陰に隠れて見えないので、破線で示している。
【００７８】
制御回路基板３０には、昇圧回路や降圧回路に設けられたスイッチング素子を制御する制御回路が実装されている制御回路基板３０は金属製のベース板３７上に固定されている。ベース板３７はケース１１１の底面部から上方に突出した複数の支持部１１１ａに固定されている。これにより、制御回路基板３０は、ケース底面部に配置された発熱部品（主トランス３３，インダクタ素子３４やパワー半導体モジュール３５など）の上方に、ベース板３７を介して配置されることになる。
【００７９】
図１３および図１４を参照して、ＤＣＤＣコンバータ装置１００に設けられた部品の配置について説明する。図１３は、図１０の断面Ａの矢印方向から見た断面図である。前述したように、インバータ装置２００のケース１０内には、側壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃに沿って流路形成部１２ａ〜１２ｃが設けられている。図１３に示される断面図には、流路形成部１２ａ及び１２ｃのみ示されている。
【００８０】
側壁１０ａに沿った流路形成部１２ａには第１流路部１９ａが形成され、側壁１０ｂに沿った流路形成部１２ｂには第２流路部１９ｂが形成され、側壁１０ｃに沿った流路形成部１２ｃには第３流路部１９ｃが形成されている。第１流路部１９ａにはパワー半導体モジュール３００ａが挿入され、第３流路部１９ｃにはパワー半導体モジュール３００ｃが挿入されている。
【００８１】
ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１には、このケース１１１の底面の外周面に凹部１１１ｄが形成されている。図１に示すように、ケース１１１の凹部１１１ｄは、ケース１０の底部外周面に設けられた第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃに対向している。
【００８２】
主トランス３３は、第１流路部１９ａと対向するケース１１１内周面に固定されている。一方、スイッチング素子３６と搭載する昇圧回路基板３２やコンデンサ３８は、第３流路部１９ｃと対向するケース１１１内周面に固定されている。
【００８３】
ベース板３７はケース１１１に形成された支持部１１１ａ上にボルト固定されている。制御回路基板３０はベース板３７の上面に形成された凸部３７ａ上にボルト等により固定されている。ケース１１１の開口部にはケースカバー１１２が取り付けられ、ケース１１１は密閉されている。
【００８４】
ケース１１１の凹部１１１ｄは、インバータ装置２００のケース１０の冷媒流路１９の壁の一部を形成する。このため、ケース１１１は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃを流れる冷媒によって直接的に冷却されている。
【００８５】
また、ケース１１１の底面部に、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の構成部品のうち発熱量が大きい部品を固定することにより、効果的に冷却が行われる。また、ベース板３７は金属で形成されているので、制御回路基板３０で発生した熱は支持部１１１ａおよびケース１１１を介してケース１０へと伝達される。また、ベース板３７は、ケース１１１の底面部に設けられた発熱部品からの輻射熱の遮蔽部材として機能するとともに、銅材等を用いることでスイッチング素子からのスイッチング放射ノイズを遮蔽するシールドとしても機能する。
【００８６】
インバータ装置２００のケース１０は開口部２０１を有し、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１はケース１０との対向面に開口部１０１を有する。接合部材１０３は、開口部１０１及び開口部２０１に嵌め合わせられる。接合部材１０３とケース１０との間と、接合部材１０３とケース１１１との間には、シール部材１０４が設けられ、外部との気密性を保っている。
【００８７】
またパワー導線７０１は、例えば降圧回路部３１等のスイッチング素子の駆動電圧を生成する駆動回路部に対して駆動電力を伝達する。通信導線７０２は、駆動回路部を駆動するための信号を伝達する。本実施形態では、パワー導線７０１や通信導線７０２のようなインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とのインターフェースの機能を担うケーブルをインターフェースケーブルと定義する。
【００８８】
このインターフェースケーブルは、接合部材１０３に形成された貫通孔を通ってインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とを接続する。また別の言い方をすると、インターフェースケーブルは、開口部２０１及び開口部１０１を通ってインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とを接続する。本実施形態においては、開口部２０１及び開口部１０１が形成された面は、ケース１０とケース１１１が対向しかつ、インターフェースケーブルが金属製のケース１０とケース１１１に覆われるように、形成される。これにより、ケース１０とケース１１１が電磁シールドを強化され、開口部２０１及び開口部１０１から放射される電磁ノイズを低減することができる。
【００８９】
またケース１１１は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する部分に凹部１１１ｄがそれぞれ形成されている。これにより、凹部１１１ｄが形成された部分が薄くなり、ＤＣＤＣコンバータ装置１００側の冷却を促進することができる。
【００９０】
図１４の平面図は、ケース１１１の底面部１１１ｂに設けられた発熱部品の配置を示したものであり、ケースカバー１１２を外した状態を示す。破線はインバータ装置２００のケース１０に設けられた第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃの配置を示している。
【００９１】
主トランス３３および２つのインダクタ素子３４は、第１流路部１９ａと対向するケース底面部に配置されている。また、降圧回路を構成するパワー半導体モジュール３５および降圧回路基板３１は、主に第２流路部１９ｂと対向する底面部１１１ｂに配置されている。昇圧回路を構成するスイッチング素子３６および昇圧回路基板３２は、第３流路部１９ｃと対向する底面部１１１ｂに配置されている。このように、比較的発熱量の大きな部品を第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する位置に配置して、冷却効率を高めるようにしている。
【００９２】
特に、パワー半導体モジュール３５が第２流路部１９ｂと対向するようにケース１１１の底面に配置した場合、パワー半導体モジュール３５内のＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑えることができ、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の性能を発揮しやすくなる。
【００９３】
また、主トランス３３が第１流路部１９ａと対向するようにケース１１１の底面に配置した場合、主トランス３３の巻線の温度上昇を抑えることができ、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の性能を発揮しやすくなる。
【００９４】
なお、本実施形態と同様の作用及び効果を発揮するために、インバータ装置２００のケース１０の開口部４０４を塞ぐカバーを設け、そのカバーの熱伝導が良好となるようにＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１と一体に構成されていてもよい。
【００９５】
図１５ないし図１９は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の他の実施例を示す図である。
【００９６】
図１５は、他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。本実施例は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、凹部１１１ｅが形成されている。図１７は、図１５の断面Ｂの矢印方向から見た断面図である。図１８は、図１５の断面Ｃの矢印方向から見た断面図である。
【００９７】
本実施形態に係る凹部１１１ｄは、前述の実施例と同様に第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する位置に配置される。凹部１１１ｅは、凹部１１１ｄとは異なる部分に形成され、凹部１１１ｄに挟まれる位置に配置される。凹部１１１ｅは、インバータ装置２００のケース１０の底部１０ｅと対向する。この凹部１１１ｅと底部１０ｅとにより形成される空間は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと繋がっている。これにより、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃに流れる冷媒が、凹部１１１ｅと底部１０ｅとにより形成される空間に流れることになる。したがって、流路部から遠い位置に配置されている底部１０ｅの中央部の冷却性能を向上させることができる。本実施形態においては、底面１０ｅの中央部に位置しているコンデンサモジュール５００や昇圧回路基板３２の冷却条件を改善することができる。また、昇圧回路基板３２上のスイッチング素子３６の温度を低減することもできる。また、ケース１１１の軽量化を図ることができる。
【００９８】
また図１７に示されるように、前述の実施形態にて説示した接合部材１０３が不要となるように、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の開口部１０１にインバータ装置２００に向けて突出する突起部１０５が設けられ、かつ、シール部材１０４がインバータ装置２００の外部との気密性を保っている。
【００９９】
図１６は、他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、凹部１１１ｅ及び凸部１１１ｆが形成されている。図１９は、図１６の断面Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【０１００】
凹部１１１ｅは前述の実施例と同様の構成及び機能である。凸部１１１ｆは、前述の実施例において説示した第２流路部１９ｂに向かって突出する。これにより、第２流路部１９ｂを流れる冷却冷媒が凹部１１１ｅ側に迂回して流れることを促進する。なお、この凸部１１１ｆの高さが高いほど、凹部１１１ｅ側に流れる迂回流量が増える。そのため、凹部１１１ｅによって冷却される電子部品に応じて、この凸部１１１ｆの高さを設定することができる。
【０１０１】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では、ＰＨＥＶあるいはＥＶ等の車両に搭載される電力変換装置を例に説明したが、本発明はこれらに限らず建設機械等の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１１１ ケース
１０ａ〜１０ｄ 側壁
１０ｆ 側面
１９ 冷媒流路
１９ａ 第１流路部
１９ｂ 第２流路部
１９ｃ 第３流路部
２０，３０ 制御回路基板
３３ 主トランス
３４ インダクタ素子
３５ パワー半導体モジュール
３６ スイッチング素子
３７ ベース板
１００ ＤＣＤＣコンバータ装置
１０１，２０１ 開口部
１０３ 接合部材
１０４，４０９ シール部材
１１１ａ 支持部
１１１ｂ 底面部
１１１ｄ，１１１ｅ 凹部
１１１ｆ 凸部
２００ インバータ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やプラグインハイブリッド車は、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池を搭載している。高電圧蓄電池は、車両駆動用のモータを駆動するためのインバータ装置に電力を供給する。低電圧蓄電池は、車両のライトやラジオなどの補機を作動させる。このような車両は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行うＤＣＤＣコンバータ装置を搭載している。
【０００３】
このような車両においては、車両全体の容積に対する室内の割合をできるだけ大きくし、居住性を良くすることが望まれている。このため、インバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置は、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いる。例えば、以下の特許文献１では、インバータ装置とＤＣ／ＤＣコンバータ装置との冷却水路を接続するホースに電食が生じないように、インバータ装置とＤＣ／ＤＣコンバータ装置とを一体型とする構造が提案されている。
【０００４】
エンジンルーム内の温度環境は高温域であるため、インバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置の制御機能低下や構造部品の劣化を早めることが考えられる。このためインバータ装置やＤＣＤＣコンバータ装置の冷却機構としては、一般に水に混合物で構成する冷媒によりこれらの装置を冷却しており、この冷却方法含む冷却機構として、冷却効率が高く省スペース性を良くすることが重要になっている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１においては、インバータ装置およびＤＣＤＣコンバータ装置のそれぞれに対して冷却パイプを含む冷却機構が必要なため、冷却経路が複雑化し、車載スペースが増大するという問題があった。また、ホースの材質に制約があり、かつ、ホースの抵抗値を管理する必要があるという問題も生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る一体型電力変換装置は、第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るＤＣＤＣコンバータ装置は、高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子と前記トランス回路を収納するケースと、を備え、前記ケースは、他の電子機器に設けられた流路の一部を形成するためのカバーと一体に形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によりは、複数の電力変換装置を一体化した一体型電力変換装置及びそれに用いられるＤＣＤＣコンバータ装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。
【図２】一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。
【図３】インバータ装置２００の構成を説明する回路ブロック図である。
【図４】インバータ装置２００の分解斜視図である。
【図５】（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。（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６】理解を助けるために、図５に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂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。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は図５（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、（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【図７】図６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。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は図５（ｂ），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。
【図８】図７に示す状態からさらに第一封止樹脂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９】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１０】インバータ装置２００のケース１０の底面側から見た分解斜視図である。
【図１１】ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路構成を示す図である。
【図１２】ＤＣＤＣコンバータ装置１００の分解斜視図である。
【図１３】ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化した電力変換装置の断面図である。
【図１４】ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース内の部品配置を模式的に示した図である。
【図１５】他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。
【図１６】他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。
【図１７】図１５の断面Ｂの矢印方向から見た断面図である。
【図１８】図１５の断面Ｃの矢印方向から見た断面図である。
【図１９】図１６の断面Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１，図２は、一体型電力変換装置の外観を示す図である斜視図である。本実施形態に係る一体型電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化したものであり、図１，図２ではＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを分離した状態で示した。ＤＣＤＣコンバータ装置１００は、複数のボルト１１３ａ及び１１３ｂによりインバータ装置２００のケース底面側に固定されている。ボルト１１３ａはインバータ装置２００側からＤＣＤＣコンバータ装置１００に対して固定されるボルトであり、ボルト１１３ｂはＤＣＤＣコンバータ装置１００からインバータ装置２００側に対して固定されるボルトである。
【００１４】
本実施形態に係る一体型電力変換装置は主に電気自動車等に適用され、インバータ装置２００は車載の高電圧蓄電池からの電力により走行用モータを駆動する。車両にはライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池が搭載されており、ＤＣＤＣコンバータ装置１００は、高電圧蓄電池から低電圧蓄電池への電力変換または低電圧蓄電池から高電圧蓄電池への電力変換を行う。なお、電気自動車以外の電力変換装置に、電気自動車用の電力変換装置と同様なニーズがあれば、本実施形態に係る一体型電力変換装置を適用することもできる。
【００１５】
図２に示されるように、冷媒流路１９を形成する流路形成体１９ｓが、インバータ装置２００のケース１０内に収納されている。冷媒は入口配管１３から流路内に流入し、出口配管１４から流出する。流路形成体１９ｓは、冷媒流路１９と繋がる開口部４０４を有する。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、このケース１１１の一部が開口部４０４を塞ぐように、インバータ装置２００のケース１０に固定される。なおケース１１１は、ケース１１１からの冷媒流路１９への熱伝達を促進するために、流路形成体１９ｓ側に固定されていてもよい。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、後述する底面部１１１ｂ及び凹部１１１ｄを形成する。
【００１６】
本実施形態に係る一体型電力変換装置は、冷媒流路１９が入口配管１３及び出口配管１４を有しており、発熱量がＤＣＤＣコンバータ装置１００よりも大きいインバータ装置２００を冷却することを重視する構成となっている。本実施形態の構成により、インバータ装置２００側の冷却性能を大幅に低減することなく、ＤＣＤＣコンバータ装置１００について冷却性能を向上させることできる。
【００１７】
図３はインバータ装置２００の構成を説明する回路ブロック図である。なお、図３では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。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とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備えている。
【００１８】
これらの３相は、この実施の形態では走行用モータに対応する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、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流端子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交流バスバー８０２と接続される。
【００１９】
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に電気的に接続されている。また、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に電気的に接続されている。
【００２０】
上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
【００２１】
ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
【００２２】
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１５５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１６５との間に電気的に接続されている。
【００２３】
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は、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。
【００２４】
コンデンサモジュール５００は、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子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、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。
【００２５】
一方、交流電力からインバータ回路１４０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、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子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。
【００２６】
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は、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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
【００２９】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００３０】
また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
【００３１】
直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
【００３２】
上位の制御装置からコネクタ２１を介して受けた制御信号と、直流コネクタ１３８を介して受けた直流電圧は、インターフェースケーブル１０２を経由し、インバータ装置２００の開口部２０１を通してまた開口部１０１を通してＤＣＤＣコンバータ装置１００に配信される。
【００３３】
図４は、インバータ装置２００の分解斜視図である。流路形成体１９ｓは、流路形成部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含んで構成される。流路形成部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ケース１０内の底部側に、コの字形状に配置される。なお、流路形成部１２ｃは流路形成部１２ａと平行に対向配置されている。
【００３４】
互いに平行となっている流路形成部１２ａ，１２ｃには、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを冷媒流路内に装着するための開口部４００が複数形成されている。図４に示す例では、図示左側の設けられた流路形成部１２ａには、パワー半導体モジュール３００ａ，３００ｂが装着される２つの開口部４００が形成されている。一方、図では見えないが、反対側に平行に設けられた流路形成部１２ｃにはパワー半導体モジュール３００ｃが装着される開口部４００が１つ形成されている。これらの開口部４００は、流路形成部１２ａ〜１２ｃにパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを固定することによって塞がれる。
【００３５】
流路形成体１２が形成する一方の第１流路部１９ａと他方の第３流路部１９ｃの間には、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、コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納される。これにより、冷媒流路１９内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００が冷やされる。コンデンサモジュール５００は、流路形成部１２ａ〜１２ｃに囲まれるように配置されるため、効率良く冷却されることができる。
【００３６】
またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って流路が形成されているので、流路やコンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール３００との配置が整然と整い、全体がより小型となる。
【００３７】
コンデンサモジュール５００の上方には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。
【００３８】
流路形成体１９ｓとケース１０とは一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷媒流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１９ｓとケース１０とが一体構造となり、インバータ装置２００全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
【００３９】
ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００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。
【００４０】
金属ベース板１１は、ケース１０に固定される。当該金属ベース板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。当該金属ベース板１１が、高いノイズ抑制機能を有する点は後述する。
【００４１】
蓋８は、金属ベース板１１に固定されて、制御回路基板２０を外部からの電磁ノイズから保護する。
【００４２】
本実施形態に係るケース１０は、流路形成体１２が収納された部分は略直方体の形状を為しているが、ケース１０の一側面側から突出収納部１０ｇが形成されている。当該突出収納部１０ｇには、ＤＣＤＣコンバータ装置１００から延ばされる端子や、抵抗器４５０が収納される。ここで抵抗器４５０は、コンデンサモジュール５００のコンデンサ素子に蓄えられた電荷を放電するための抵抗素子である。このようにバッテリ１３６とコンデンサモジュール５００との間の電気回路部品を突出収納部１０ｇに集約しているため、配線の複雑化を抑制することができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
【００４３】
図５ないし図９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５乃至図９において信号端子３２５Ｕは、図３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３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３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３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３に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００４４】
図５（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５（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。
【００４５】
図６は、理解を助けるために、図５に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂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６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は図５（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６（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【００４６】
図７は、図６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７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図５（ｂ），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。
【００４７】
図８は、図７に示す状態からさらに第一封止樹脂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。
【００４８】
図９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７および図８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一封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁シート３３３が熱圧着される。第一封止樹脂３４８は図７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。
【００４９】
第一封止樹脂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シート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、第二封止樹脂３５１が充填される。
【００５０】
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、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂによって、その外周を囲まれている。また、図５（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５（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
【００５１】
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冷媒流路１９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湾曲部３０４Ａが形成されている。湾曲部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。
【００５２】
上述のように導体板３１５等を絶縁シート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。さらに絶縁シート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シート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。
【００５３】
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（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）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（１５９）が形成されている。本実施形態では、図８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。
【００５４】
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（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図８に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、第二封止樹脂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。
【００５９】
図８に示されるように、接続部３７０の補助モジュール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一封止樹脂３４８の一つの面に沿って、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。
【００６０】
ここで、モジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一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）および素子側直流負極接続端子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。
【００６１】
上記の各端子は、いずれも第一封止樹脂３４８および第二封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第一封止樹脂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一封止樹脂３４８の一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、第二封止樹脂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、第一封止樹脂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。
【００６２】
補助モジュール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。
【００６３】
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，ＩＧＢＴ３３０とそれぞれ接続されている。
【００６４】
図９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１５５，１６６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、例えばはんだ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。
【００６５】
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９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。
【００６６】
図１０は、インバータ装置２００のケース１０の底面側から見た分解斜視図である。ケース１０は、４つの側壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備える直方体形状を有している。コの字形状の冷媒流路１９は、直線状の３つの流路部（第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃ）から構成される。開口部４０４もコの字形状をしており、この開口部４０４はＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１によって塞がれる。ケース１１１とケース１０の間には、シール部材４０９が設けられ冷媒流路の気密性を保っている。
【００６７】
符号１０ｅで示す部分は、コンデンサモジュール５００を収納する収納空間４０５（図４参照）の底部を形成する。
【００６８】
冷媒は、矢印４１７で示すように入口配管１３に流入し、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａ内を矢印４１８の方向に流れる。さらに、冷媒は、ケース１０の短手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂ内を、矢印４２１の方向に流れる。この第２流路部１９ｂは折り返し流路を形成する。さらに、冷媒は、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された流路形成部１２の第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは、コンデンサモジュール５００を挟んで第１流路部１９ａと平行に設けられている。冷媒は、矢印４２３で示すように出口配管１４から流出される。
【００６９】
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。
【００７０】
次に、ＤＣＤＣコンバータ装置１００について説明する。図１１は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ装置１００では、降圧及び昇圧を行う双方向ＤＣＤＣ対応としている。そのために、降圧回路（ＨＶ回路）、昇圧回路（ＬＶ回路）は、ダイオード整流ではなく同期整流構成としている。また、ＨＶ／ＬＶ変換で高出力とするために、スイッチング素子に大電流部品を採用し、かつ、平滑コイルの大型化を図っている。
【００７１】
具体的には、ＨＶ／ＬＶ側共に、リカバリーダイオードを持つＭＯＳＦＥＴを利用したＨブリッジ型・同期整流スイッチング回路構成（Ｈ１〜Ｈ４）とした。スイッチング制御にあっては、ＬＣ直列共振回路（Ｃｒ，Ｌｒ）を用いて高スイッチング周波数（１００ｋＨｚ）でゼロクロススイッチングさせ、変換効率を向上させて熱損失を低減するようにした。加えて、アクティブクランプ回路を設けて、降圧動作時の循環電流による損失を低減させ、ならびに、スイッチング時のサージ電圧発生を抑制してスイッチング素子の耐圧を低減させることで、回路部品の低耐圧化を図ることで装置を小型化している。
【００７２】
さらに、ＬＶ側の高出力を確保するために、全波整流型の倍電流（カレントダブラー）方式とした。なお、高出力化にあたり、複数のスイッチング素子を並列同時作動させることで高出力を確保している。図１１の例では、ＳＷＡ１〜ＳＷＡ４，ＳＷＢ１〜ＳＷＢ４のように４素子並列とした。また、スイッチング回路および平滑リアクトルの小型リアクトル（Ｌ１，Ｌ２）を、対称性を持たせるように２回路並列配置とすることで高出力化している。このように、小型リアクトルを２回路配置とすることで、大型リアクトル１台を配置させる場合に比べて、ＤＣＤＣコンバータ装置全体の小型化が可能となる。
【００７３】
図１１の回路構成図の下部に、降圧回路および昇圧回路用の駆動回路および動作検出回路、インバータ装置経由で上位の制御装置との通信機能を担う制御回路部を示す。上位の制御装置との通信をインバータ装置経由とすることにより、インバータ装置とＤＣＤＣコンバータ装置を一体化した構成、インバータ装置単体の構成の各場合でも、上位の制御装置との通信インターフェースは共通化が可能となる。
【００７４】
図１２，図１３および図１４は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００における部品配置を説明する図である。図１２はＤＣＤＣコンバータ装置１００の分解斜視図である。図１３は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００とインバータ装置２００とを一体化した電力変換装置の断面図である。図１４は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース内の部品配置を模式的に示した図である。
【００７５】
図１２に示すように、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の回路部品は、金属製（例えば、アルミダイカスト製）のケース１１１内に収納されている。ケース１１１の開口部にはケースカバー１１２がボルト固定される。ケース１１１内の底面部分には、主トランス３３，インダクタ素子３４，スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４が搭載されたパワー半導体モジュール３５，スイッチング素子３６が搭載されている昇圧回路基板３２，コンデンサ３８等が載置されている。主な発熱部品は、主トランス３３，インダクタ素子３４，パワー半導体モジュール３５およびスイッチング素子３６である。
【００７６】
なお、図１１の回路図との対応を記載すると、主トランス３３はトランスＴｒに、インダクタ素子３４はカレントダブラーのリアクトルＬ１，Ｌ２に、スイッチング素子３６はスイッチング素子ＳＷＡ１〜ＳＷＡ４，ＳＷＢ１〜ＳＷＢ４にそれぞれ対応している。昇圧回路基板３２には、図１１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２等も搭載されている。
【００７７】
スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の端子３９はケース１１１の開口部側へと延在しており、パワー半導体モジュール３５の上方に配置された降圧回路基板３１と接続されている。降圧回路基板３１はケース１１１の底面から上方に突出した複数の支持部材上に固定される。パワー半導体モジュール３５においては、スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４は、パターンが形成された金属基板上に実装されており、金属基板の裏面側はケース底面に密着するように固定されている。スイッチング素子３６が実装される昇圧回路基板３２も同様の金属基板で構成されている。図１２では、昇圧回路基板３２はコンデンサ３８等の陰に隠れて見えないので、破線で示している。
【００７８】
制御回路基板３０には、昇圧回路や降圧回路に設けられたスイッチング素子を制御する制御回路が実装されている制御回路基板３０は金属製のベース板３７上に固定されている。ベース板３７はケース１１１の底面部から上方に突出した複数の支持部１１１ａに固定されている。これにより、制御回路基板３０は、ケース底面部に配置された発熱部品（主トランス３３，インダクタ素子３４やパワー半導体モジュール３５など）の上方に、ベース板３７を介して配置されることになる。
【００７９】
図１３および図１４を参照して、ＤＣＤＣコンバータ装置１００に設けられた部品の配置について説明する。図１３は、図１０の断面Ａの矢印方向から見た断面図である。前述したように、インバータ装置２００のケース１０内には、側壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃに沿って流路形成部１２ａ〜１２ｃが設けられている。図１３に示される断面図には、流路形成部１２ａ及び１２ｃのみ示されている。
【００８０】
側壁１０ａに沿った流路形成部１２ａには第１流路部１９ａが形成され、側壁１０ｂに沿った流路形成部１２ｂには第２流路部１９ｂが形成され、側壁１０ｃに沿った流路形成部１２ｃには第３流路部１９ｃが形成されている。第１流路部１９ａにはパワー半導体モジュール３００ａが挿入され、第３流路部１９ｃにはパワー半導体モジュール３００ｃが挿入されている。
【００８１】
ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１には、このケース１１１の底面の外周面に凹部１１１ｄが形成されている。図１に示すように、ケース１１１の凹部１１１ｄは、ケース１０の底部外周面に設けられた第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃに対向している。
【００８２】
主トランス３３は、第１流路部１９ａと対向するケース１１１内周面に固定されている。一方、スイッチング素子３６と搭載する昇圧回路基板３２やコンデンサ３８は、第３流路部１９ｃと対向するケース１１１内周面に固定されている。
【００８３】
ベース板３７はケース１１１に形成された支持部１１１ａ上にボルト固定されている。制御回路基板３０はベース板３７の上面に形成された凸部３７ａ上にボルト等により固定されている。ケース１１１の開口部にはケースカバー１１２が取り付けられ、ケース１１１は密閉されている。
【００８４】
ケース１１１の凹部１１１ｄは、インバータ装置２００のケース１０の冷媒流路１９の壁の一部を形成する。このため、ケース１１１は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃを流れる冷媒によって直接的に冷却されている。
【００８５】
また、ケース１１１の底面部に、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の構成部品のうち発熱量が大きい部品を固定することにより、効果的に冷却が行われる。また、ベース板３７は金属で形成されているので、制御回路基板３０で発生した熱は支持部１１１ａおよびケース１１１を介してケース１０へと伝達される。また、ベース板３７は、ケース１１１の底面部に設けられた発熱部品からの輻射熱の遮蔽部材として機能するとともに、銅材等を用いることでスイッチング素子からのスイッチング放射ノイズを遮蔽するシールドとしても機能する。
【００８６】
インバータ装置２００のケース１０は開口部２０１を有し、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１はケース１０との対向面に開口部１０１を有する。接合部材１０３は、開口部１０１及び開口部２０１に嵌め合わせられる。接合部材１０３とケース１０との間と、接合部材１０３とケース１１１との間には、シール部材１０４が設けられ、外部との気密性を保っている。
【００８７】
またパワー導線７０１は、例えば降圧回路部３１等のスイッチング素子の駆動電圧を生成する駆動回路部に対して駆動電力を伝達する。通信導線７０２は、駆動回路部を駆動するための信号を伝達する。本実施形態では、パワー導線７０１や通信導線７０２のようなインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とのインターフェースの機能を担うケーブルをインターフェースケーブルと定義する。
【００８８】
このインターフェースケーブルは、接合部材１０３に形成された貫通孔を通ってインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とを接続する。また別の言い方をすると、インターフェースケーブルは、開口部２０１及び開口部１０１を通ってインバータ装置２００とＤＣＤＣコンバータ装置１００とを接続する。本実施形態においては、開口部２０１及び開口部１０１が形成された面は、ケース１０とケース１１１が対向しかつ、インターフェースケーブルが金属製のケース１０とケース１１１に覆われるように、形成される。これにより、ケース１０とケース１１１が電磁シールドを強化され、開口部２０１及び開口部１０１から放射される電磁ノイズを低減することができる。
【００８９】
またケース１１１は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する部分に凹部１１１ｄがそれぞれ形成されている。これにより、凹部１１１ｄが形成された部分が薄くなり、ＤＣＤＣコンバータ装置１００側の冷却を促進することができる。
【００９０】
図１４の平面図は、ケース１１１の底面部１１１ｂに設けられた発熱部品の配置を示したものであり、ケースカバー１１２を外した状態を示す。破線はインバータ装置２００のケース１０に設けられた第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃの配置を示している。
【００９１】
主トランス３３および２つのインダクタ素子３４は、第１流路部１９ａと対向するケース底面部に配置されている。また、降圧回路を構成するパワー半導体モジュール３５および降圧回路基板３１は、主に第２流路部１９ｂと対向する底面部１１１ｂに配置されている。昇圧回路を構成するスイッチング素子３６および昇圧回路基板３２は、第３流路部１９ｃと対向する底面部１１１ｂに配置されている。このように、比較的発熱量の大きな部品を第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する位置に配置して、冷却効率を高めるようにしている。
【００９２】
特に、パワー半導体モジュール３５が第２流路部１９ｂと対向するようにケース１１１の底面に配置した場合、パワー半導体モジュール３５内のＭＯＳＦＥＴの温度上昇を抑えることができ、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の性能を発揮しやすくなる。
【００９３】
また、主トランス３３が第１流路部１９ａと対向するようにケース１１１の底面に配置した場合、主トランス３３の巻線の温度上昇を抑えることができ、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の性能を発揮しやすくなる。
【００９４】
なお、本実施形態と同様の作用及び効果を発揮するために、インバータ装置２００のケース１０の開口部４０４を塞ぐカバーを設け、そのカバーの熱伝導が良好となるようにＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１と一体に構成されていてもよい。
【００９５】
図１５ないし図１９は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の他の実施例を示す図である。
【００９６】
図１５は、他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。本実施例は、ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、凹部１１１ｅが形成されている。図１７は、図１５の断面Ｂの矢印方向から見た断面図である。図１８は、図１５の断面Ｃの矢印方向から見た断面図である。
【００９７】
本実施形態に係る凹部１１１ｄは、前述の実施例と同様に第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと対向する位置に配置される。凹部１１１ｅは、凹部１１１ｄとは異なる部分に形成され、凹部１１１ｄに挟まれる位置に配置される。凹部１１１ｅは、インバータ装置２００のケース１０の底部１０ｅと対向する。この凹部１１１ｅと底部１０ｅとにより形成される空間は、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃと繋がっている。これにより、第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ及び第３流路部１９ｃに流れる冷媒が、凹部１１１ｅと底部１０ｅとにより形成される空間に流れることになる。したがって、流路部から遠い位置に配置されている底部１０ｅの中央部の冷却性能を向上させることができる。本実施形態においては、底面１０ｅの中央部に位置しているコンデンサモジュール５００や昇圧回路基板３２の冷却条件を改善することができる。また、昇圧回路基板３２上のスイッチング素子３６の温度を低減することもできる。また、ケース１１１の軽量化を図ることができる。
【００９８】
また図１７に示されるように、前述の実施形態にて説示した接合部材１０３が不要となるように、ＤＣＤＣコンバータ装置１００の開口部１０１にインバータ装置２００に向けて突出する突起部１０５が設けられ、かつ、シール部材１０４がインバータ装置２００の外部との気密性を保っている。
【００９９】
図１６は、他の実施例に係るＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１の斜視図である。ＤＣＤＣコンバータ装置１００のケース１１１は、凹部１１１ｅ及び凸部１１１ｆが形成されている。図１９は、図１６の断面Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【０１００】
凹部１１１ｅは前述の実施例と同様の構成及び機能である。凸部１１１ｆは、前述の実施例において説示した第２流路部１９ｂに向かって突出する。これにより、第２流路部１９ｂを流れる冷却冷媒が凹部１１１ｅ側に迂回して流れることを促進する。なお、この凸部１１１ｆの高さが高いほど、凹部１１１ｅ側に流れる迂回流量が増える。そのため、凹部１１１ｅによって冷却される電子部品に応じて、この凸部１１１ｆの高さを設定することができる。
【０１０１】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では、ＰＨＥＶあるいはＥＶ等の車両に搭載される電力変換装置を例に説明したが、本発明はこれらに限らず建設機械等の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１１１ ケース
１０ａ〜１０ｄ 側壁
１０ｆ 側面
１９ 冷媒流路
１９ａ 第１流路部
１９ｂ 第２流路部
１９ｃ 第３流路部
２０，３０ 制御回路基板
３３ 主トランス
３４ インダクタ素子
３５ パワー半導体モジュール
３６ スイッチング素子
３７ ベース板
１００ ＤＣＤＣコンバータ装置
１０１，２０１ 開口部
１０３ 接合部材
１０４，４０９ シール部材
１１１ａ 支持部
１１１ｂ 底面部
１１１ｄ，１１１ｅ 凹部
１１１ｆ 凸部
２００ インバータ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、
前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、
前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、
前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される一体型電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路と対向する部分に凹部を形成する一体型電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路と対向する部分とは異なる部分に凹部を形成し、
前記凹部は前記流路と繋がる一体型電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路内に向かって突出する凸部を有し、
前記凸部は、前記流路内に流れる前記冷却冷媒を前記第２ケースの前記凹部に迂回させる一体型電力変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、車両駆動用モータを駆動する交流電流を出力し、
前記第２電力変換装置は、前記第２パワー半導体モジュールに収納されかつ高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、を有するＤＣＤＣコンバータであり、
前記トランス回路は、前記流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載された一体型電力変換装置であって、
前記流路形成体は、第１流路と、前記第１流路と平行に形成された第２流路と、を有し、
前記トランス回路は、前記第１流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置され、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記第２流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載された一体型電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記第１流路と前記第２流路を接続する第３流路を有し、
前記低電圧側半導体素子は、前記第３流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、前記第１パワー半導体モジュールに供給される直流電流を平滑化するコンデンサを有し、
前記コンデンサは、前記第１流路と前記第２流路の間に挟まれる一体型電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、車両駆動用モータを駆動する交流電流を出力し、
前記第２電力変換装置は、前記第２パワー半導体モジュールに収納されかつ高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子を駆動する駆動回路部と、前記駆動回路部の駆動電力を伝達するパワー導線と、前記駆動回路部を駆動するための信号を伝達する通信導線と、を有するＤＣＤＣコンバータであり、
前記第１ケースは、第１開口部を有し、
前記第２ケースは、前記第１ケースとの対向面に第２開口部を有し、
前記第２開口部は、前記第１開口部と対向するように設けられ、
前記パワー導線及び前記通信導線は、前記第１開口部及び前記第２開口部を貫通し、前記駆動回路部の駆動電力及び駆動信号を前記第１電力変換装置側から取得する一体型電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された一体型電力変換装置であって、
前記第２ケースは、前記第１開口部に嵌め合わされる凸部を有する一体型電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記第１ケースに固定されるカバーであり、
前記カバーは、前記第２ケースに一体に形成される一体型電力変換装置。
【請求項１３】
高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、
低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、
トランス回路と、
前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子と前記トランス回路を収納するケースと、を備え、
前記ケースは、他の電子機器に設けられた流路の一部を形成するためのカバーと一体に形成されるＤＣＤＣコンバータ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載されたＤＣＤＣコンバータ装置であって、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記流路と対向するように前記ケースの底面に配置されるＤＣＤＣコンバータ装置。
【請求項１】
第１電力変換装置と第２電力変換装置を接続した一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、電力を変換する第１パワー半導体モジュールと、冷却冷媒が流れる流路を形成する流路形成部と、前記第１パワー半導体モジュールと前記流路形成体を収納する第１ケースと、前記流路と繋がる入口配管と、前記流路と繋がる出口配管と、を備え、
前記第２電力変換装置は、電力を変換する第２パワー半導体モジュールと、前記第２パワー半導体モジュールを収納する第２ケースと、
前記流路形成体は、前記流路と繋がる開口部を有し、
前記第２ケースは、当該第２ケースの一部が前記開口部を塞ぐように、前記流路形成体または前記第１ケースに固定される一体型電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路と対向する部分に凹部を形成する一体型電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路と対向する部分とは異なる部分に凹部を形成し、
前記凹部は前記流路と繋がる一体型電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載された一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記流路内に向かって突出する凸部を有し、
前記凸部は、前記流路内に流れる前記冷却冷媒を前記第２ケースの前記凹部に迂回させる一体型電力変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、車両駆動用モータを駆動する交流電流を出力し、
前記第２電力変換装置は、前記第２パワー半導体モジュールに収納されかつ高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、を有するＤＣＤＣコンバータであり、
前記トランス回路は、前記流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載された一体型電力変換装置であって、
前記流路形成体は、第１流路と、前記第１流路と平行に形成された第２流路と、を有し、
前記トランス回路は、前記第１流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置され、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記第２流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載された一体型電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記第１流路と前記第２流路を接続する第３流路を有し、
前記低電圧側半導体素子は、前記第３流路と対向するように前記第２ケースの底面に配置される一体型電力変換装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、前記第１パワー半導体モジュールに供給される直流電流を平滑化するコンデンサを有し、
前記コンデンサは、前記第１流路と前記第２流路の間に挟まれる一体型電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載された一体型電力変換装置であって、
前記第１電力変換装置は、車両駆動用モータを駆動する交流電流を出力し、
前記第２電力変換装置は、前記第２パワー半導体モジュールに収納されかつ高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、トランス回路と、前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子を駆動する駆動回路部と、前記駆動回路部の駆動電力を伝達するパワー導線と、前記駆動回路部を駆動するための信号を伝達する通信導線と、を有するＤＣＤＣコンバータであり、
前記第１ケースは、第１開口部を有し、
前記第２ケースは、前記第１ケースとの対向面に第２開口部を有し、
前記第２開口部は、前記第１開口部と対向するように設けられ、
前記パワー導線及び前記通信導線は、前記第１開口部及び前記第２開口部を貫通し、前記駆動回路部の駆動電力及び駆動信号を前記第１電力変換装置側から取得する一体型電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された一体型電力変換装置であって、
前記第２ケースは、前記第１開口部に嵌め合わされる凸部を有する一体型電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１に記載されたいずれかの一体型電力変換装置であって、
前記開口部を塞ぐ前記第２ケースの一部は、前記第１ケースに固定されるカバーであり、
前記カバーは、前記第２ケースに一体に形成される一体型電力変換装置。
【請求項１３】
高電圧電源に接続される高電圧側スイッチング素子と、
低電圧電源に接続される低電圧側半導体素子と、
トランス回路と、
前記高電圧側スイッチング素子と前記低電圧側半導体素子と前記トランス回路を収納するケースと、を備え、
前記ケースは、他の電子機器に設けられた流路の一部を形成するためのカバーと一体に形成されるＤＣＤＣコンバータ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載されたＤＣＤＣコンバータ装置であって、
前記第２パワー半導体モジュールは、前記流路と対向するように前記ケースの底面に配置されるＤＣＤＣコンバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−９９０５３（Ｐ２０１３−９９０５３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８１５９（Ｐ２０１１−２３８１５９）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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