電力変換装置
【課題】電力変換装置の小型化を図ることであり、電力変換装置の容積に対する変換する最大電力量の比を増大することである。
【解決手段】流路形成体１２にコンデンサモジュール５００を固定し、前記コンデンサモジュール５００の外周に沿って形成された冷媒流路に両面冷却構造のパワー半導体モジュール３００を複数個挿入し、前記コンデンサモジュール５００や前記パワー半導体モジュール３００の上にバスバーアッセンブリ８００を配置し、上記バスバーアッセンブリ８００を前記流路形成体１２に固定するようにした。この構造によりコンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００とをコンパクトに配置することができ、さらにバスバーアッセンブリ８００が必要する空間を少なくできる。
【解決手段】流路形成体１２にコンデンサモジュール５００を固定し、前記コンデンサモジュール５００の外周に沿って形成された冷媒流路に両面冷却構造のパワー半導体モジュール３００を複数個挿入し、前記コンデンサモジュール５００や前記パワー半導体モジュール３００の上にバスバーアッセンブリ８００を配置し、上記バスバーアッセンブリ８００を前記流路形成体１２に固定するようにした。この構造によりコンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００とをコンパクトに配置することができ、さらにバスバーアッセンブリ８００が必要する空間を少なくできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力変換装置は、直流電源から直流電力を受ける平滑用のコンデンサモジュールとコンデンサモジュールから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。前記交流電力は例えばモータに供給され、供給された交流電力に応じてモータは回転トルクを発生する。前記モータは一般的には発電機としての機能を有しており、外部からモータに対して機械エネルギが供給されると、前記モータは供給される機械エネルギに基づいて交流電力を発生する。上記電力変換装置は交流電力を直流電力に変換する機能も備えている場合が多く、モータが発生する交流電力は直流電力に変換される。直流電力から交流電力への変換、あるいは交流電力から直流電力への変換は上記制御装置によって制御される。例えば上記モータが同期電動機の場合には、同期電動機の回転子の磁極位置に対する固定子が発生する回転磁界の位相を制御することにより、上記電力変換に係る制御を行うことができる。電力変換装置の一例は特開２００９−２１９２１７０号公報に開示されている。
【０００３】
電力変換装置は、例えば自動車に搭載され、同じく自動車に搭載された二次電池から直流電力を受け、走行用の回転トルクを発生する電動機に供給するための交流電力を発生する。また車の回生制動運転時には制動力を発生するために電動機は走行エネルギに基づき交流電力を発生し、発生した交流電力は電力変換装置によって直流電力に変換され、上記二次電池に蓄電され、再び車両走行用などの電力として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環境対策などの観点から、モータを駆動するために直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の重要性が益々増大している。電力変換装置に対してはさらなる小型化のニーズが大きい。つまり電力変換装置の容積に対する変換電力の比をより大きくすることが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、より小型化が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的を解決するための構成の１つは次の通りである。
【０００８】
電力変換装置のハウジングの内に、冷却媒体を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを少なくとも１つ内蔵する複数のパワー半導体モジュールと平滑用のコンデンサモジュールとを備える。前記パワー半導体モジュールは半導体チップに電流を流すための直流端子や前記チップの動作を制御するための制御端子や交流電力を取り出す交流端子を有する。前記ハウジングの縦方向において、前記冷媒流路や前記コンデンサモジュールに対して空間を介して一方側に交流バスバーアッセンブリを配置し、前記交流バスバーアッセンブリのさらに一方側にドライバ回路を配置する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力変換装置の容積に対する変換電力の比をより大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。（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、理解を助けるために、モジュールケース３０４と絶縁シート３３３と第一封止樹脂３４８と第二封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの内部断面図である。（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００ａの内部構成を説明するための斜視図である。
【図８】（ａ）は、図７（ｂ）の構造の理解を助けるための分解図である。（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００の回路図である。
【図９】（ａ）は、インダクタンスの低減効果を説明する回路図である。（ｂ）は、インダクタンスの低減作用を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）は補助モールド体６００の斜視図である。（ｂ）は補助モールド体６００の透過図である。
【図１１】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１２】流路形成体１２にパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリを組み付けた状態の外観斜視図である。
【図１３】図１２の破線で示す部分Ａの拡大図である。
【図１４】パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールを組み付けた流路形成体１２とバスバーアッセンブリ８００との関係を示す分解斜視図である。
【図１５】保持部材８０３を除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。
【図１６】パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリ８００と補機用モジュール３５０を組み付けた流路形成体１２の外観斜視図である。
【図１７】説明のために制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の斜視図である。
【図１８】図１７の破線Ｂでの断面を、矢印Ｃの方向から見た断面図である。
【図１９】図４に示す冷却部４０７の部分での断面図である。
【図２０】流路形成体１２に他の構成のパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとを組み付けた上面図である。
【図２１】図２０に示すパワー半導体モジュールと交流バスバーの接続状態を示す上面図である。
【図２２】図２０に示す流路形成体にバスバーアッセンブリを取り付けた状態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する本発明が適用された実施の形態に記載の電力変換装置およびこの装置を使用したシステムは、製品化のために解決することが望ましい色々な課題を解決している。これら実施の形態が解決している色々な課題の一つに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題があり、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果がある。すなわち以下に詳述する電力変換装置およびこの電力変換装置を使用したシステムは、製品化のために解決することが望ましい色々な課題を解決していて、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題があり、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果に止まらず、上記課題や効果以外に色々な課題を解決し、色々な効果を達成することができる。さらに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果を達成する構成についても、上述の課題を解決するための手段の欄に記載した構成だけで無く、他の構成によっても上記課題が解決でき、上記効果を得ることができる。すなわち小型化の課題や効果に関して上述した構成以外の構成によって、大きくは小型化に関する課題解決や効果達成につながるが、より具体的に見れば異なっている観点において課題が解決され、効果が得られている。以下その代表的なものを幾つか列挙する。さらにそれ以外については実施の形態の説明の中で述べる。
【００１２】
より小型化が望ましい課題を解決するための構成１を次に記載する。構成１は、ハウジング内に、冷媒流路と平滑用のコンデンサモジュールを配置し、さらに前記冷媒流路に沿って縦長形状のパワー半導体モジュールを配置し、前記コンデンサモジュールから前記パワー半導体モジュールに直流電流を流すための直流バスバーを配置し、直流バスバーの縦方向における上側に交流バスバーを配置し、前記交流バスバーの上に前記パワー半導体モジュールを制御するための制御信号線を配置する構成である。この構成により、電力変換装置の全体構成をより整然とした状態で配置でき、電力変換装置の小型化が可能となる。また冷媒流路を横切る横方向における、すなわち、電力変換装置の横方向のサイズをより小さくできる効果を得ることができる。上記効果は特にインバータの上下のアームの直列回路を内蔵したパワー半導体モジュールを使用する場合に大きな効果が得られるが、上下のアームのどちらか１つのアームを挿入したパワー半導体モジュールを使用する場合であっても効果が達成できる。ただし、１つのアームを挿入したパワー半導体モジュールを使用する場合には、インバータの上アーム用と下用のパワー半導体モジュールを別々に使用するため、これらアーム接続するためのバスバー構成が増加する。
【００１３】
上述の構成１において、さらにまた、直流バスバーや交流バスバーを電力変換装置のハウジング内のより側部側に配置し、これらバスバーの中央側に併設して前記コンデンサモジュールを配置でき、コンデンサモジュールの上部を有効に利用できる。例えばその他の回路をコンデンサモジュールの上部を配置でき、例えば実施の形態の如くコンプレッサなどの補機用の電動機を駆動する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールをこの部分に配置することができる。これらにより、電力変換装置の小型化を実現できる。さらに加えて、前記コンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの接続距離が短くなり、低インダクタンス化において効果がある。さらに溶接により電気的に接続する場合には、溶接器具を使用する空間が確保し易く、生産性が向上する。
【００１４】
さらに上述の構成１において、コンデンサモジュールの外形に沿って冷媒流路を形成する流路形成体を設け、前記コンデンサモジュールを前記流路形成体に固定する構成とすることで、前記冷媒流路により前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとを合せて冷却できる。さらに直流バスバーや交流バスバーを側部の方に寄せて配置できるので、前記コンデンサモジュールの上側に配置した前記他の回路を流路形成体に接近して配置できる。前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとに加え、前記他の回路を効率的に冷却できる。前記他の回路とは回路を構成するためのいろいろな部品であっても良い。特に上述の通り、補機用の半導体モジュールを他の回路としてこの部分に配置することで、装置全体をより小型化でき、さらに補機用の半導体モジュールを効率的に冷却でき、信頼性の向上にもつながる。
【００１５】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成２を次に記載する。構成２は、パワー半導体モジュールから交流電力を出力するための、あるいはモータが発生した交流電力をパワー半導体モジュールに供給するための複数の交流バスバーを幅広の導体で構成し、各交流バスバーの幅の狭い面をハウジングの縦方向に沿うように、幅の広い面を互いに対向するように並べて配置したことである。この構成により、複数の交流バスバーが占める体積を小さくできる効果がある。
【００１６】
また上述の構成２に加え、上記複数の交流バスバーを交流バスバーアッセンブリとして一体化する構成とする。交流バスバーアッセンブリが、固定部を有する保持部材を有していて、前記保持部材に前記複数の交流バスバーを固定することにより前記複数の交流バスバーを一体化する構成とする。この構成により全体がより小型化できる。さらに交流バスバーアッセンブリの固定部を固定することで、前記複数の交流バスバーを固定でき、生産性が向上する。さらに他の回路やハウジング内面との緩衝の可能性も低減でき、信頼性の向上につながる。
【００１７】
また上述の構成２に加え、ハウジングの側部に沿って冷媒を流すための流路を配置し、前記冷媒の流路に沿って交流バスバーを配置するようにすれば、さらに電力変換装置の小型化の達成が容易と成る。また前記冷媒の流路に沿ってパワー半導体モジュールを配置することとなるので、電気的な接続も容易となる。
【００１８】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成３を次に記載する。構成３は；パワー半導体モジュールから交流電力を出力するための、あるいはモータが発生した交流電力をパワー半導体モジュールが受けるための、複数の交流バスバーを幅広の導体で構成し；各交流バスバーを、ハウジングの両側部の方にそれぞれ配置された冷媒流路に沿って配置し；両側部の前記交流バスバーに対してこれより中央の位置に、他の回路を配置したことである。他の回路としては、例えば実施の形態の如くコンプレッサなどの補機用の電動機を駆動する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールを配置することができる。これらにより、電力変換装置の小型化を実現できる。またこの効果に加え、補機用の半導体モジュールなどの他の回路を、冷媒流路を構成する流路形成他に直接あるいは接近して固定でき、パワー半導体モジュールに加え補機用の半導体モジュールなどの他の回路を効率良く冷却できる。
【００１９】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成４を次に記載する。構成４は；冷媒の流路に沿って配置したパワー半導体モジュールから突出する信号端子の接続位置を直流端子や交流端子より、縦方向のより一方側の方の位置に設け；前記縦方向において、コンデンサモジュールや交流バスバーよりドライバ回路を縦方向においてより一方側の位置に配置したことである。このような構成とすることで、大電流を流す直流や交流バスバーを配置する位置と前記信号端子に信号を供給する配線の位置とを、縦方向において分けることができ、配線を整理して配置できる。このことは電力変換装置の小型化の実現につながる。さらに大電流を流す直流や交流バスバーを溶接接続工程により接続し、前記信号端子の接続を半田接続工程で行う場合に、溶接工程と半田工程とを分けることができ、生産性の向上につながる。
【００２０】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成５を次に記載する。構成５は、電力変換装置を略直方体の構造とし、その上面の四角形の長辺側に沿って冷媒を流す冷媒流路を配置し、冷媒の流路に沿ってパワー半導体モジュールを配置し、さらに交流バスバーを幅広導体で構成すると共に、各交流導体の幅の狭い面を縦方向に、幅広面が互いに対向するようにして前記冷媒の流路に沿って伸びるように配置し、これら冷媒流路に沿って伸びる交流バスバーを前記電力変換装置の略四角形の短辺側に揃え、この短辺から交流電力を出力する構造としたことである。このような構造とすることで、交流バスバーの占める空間を小さくでき、また他の回路との配置関係が整い、電力変換装置をより小型にすることが可能となる。
【００２１】
生産性の向上に係る課題を解決するための構成６を次に記載する。構成６は、電力変換装置のハウジングの内部に冷媒流路を形成するための冷媒流路形成体にコンデンサモジュールやパワー半導体モジュールを固定し、さらにその上に交流バスバーアッセンブリを配置する構造としている。このような構造とすることで、コンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの接続を容易に行うことができ、次にパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとの接続を容易に行うことができる。このことにより、生産性が向上する。特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接続部には大電流が流れるため、溶接により電気的な接続を行うことが多い。先ずコンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとを溶接により接続し、次に交流バスバーアッセンブリを固定してパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとを溶接により接続することが可能となる。溶接による接続では溶接の器具を溶接部分に導くことが必要となり、上記の構造では、溶接器具を溶接部分に導くことが可能となる。また先に溶接による接続を行い、次に半田による接続を行うことで、作業性が向上する。上記構造は小型化に寄与するだけでなく、溶接工程により電気的な接続を行う場合には、生産性が向上する。さら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電気的な接続やパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとの電気的な接続に溶接工程を使用することで、パワー半導体モジュールの端子部分にねじ止めのための面積を確保することが不要となり、パワー半導体モジュールをより小型にでき、このことは電力変換装置の小型化につながる。
【００２２】
生産性の向上に係る課題を解決するための他の構成７を次に記載する。構成７は；上述の構成４で説明した構成と基本的に同じであり；冷媒の流路に沿って配置したパワー半導体モジュールから突出する信号端子の接続部を直流端子や交流端子の接続部より、縦方向のより一方側の方に配置し；前記縦方向において、コンデンサモジュールや交流バスバーよりドライバ回路を縦方向におけるより一方側の方に配置したことである。このような構成とすることで、大電流を流すバスバーを配置する位置と前記信号端子に信号を供給する配線の位置とを、縦方向において分け配置することで、縦方向に順に組み立てることができ、さらに縦方向に順に接続作業を行うことができる。このことにより、生産性が向上する。
【００２３】
上記構成７においてさらに、大電流を流すバスバーに関係する電気的な接続を溶接接続により行い、信号端子に関する配線の接続を半田接続により行うことで、溶接工程を半田工程と分け、直流バスバーの溶接工程と交流バスバーの溶接工程とを近づけて行うことができる。このことにより、生産性が向上する。
【００２４】
信頼性の向上に係る課題を解決するための構成８を次に記載する。構成８は；金属性のハウジング内に、冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体を配置し；前記流路形成体に交流電流を流すための交流バスバーを固定し；前記交流バスバーを流れる電流を検出するための電流センサをバスバーに固定する構造である。前記流路形成体に固定されるバスバーに電流センサを配置することで、冷媒により冷却された流路形成体を介して交流バスバーを冷却し、モータ側から伝達される熱による交流バスバーの温度上昇を押さえ、電流センサの温度上昇を抑えることができる。
【００２５】
例えば、電力変換装置を車両のトランスミッションの如く高温度になる可能性の有る部材に固定する場合には、ハウジングを介して熱が伝達されてくる。またモータに交流電力を供給する交流バスバーは材料が銅であるため、良好な熱伝導体である。このためモータの熱が交流バスバーを介して伝えられ、電流センサの温度を高める可能性がある。構成８では、冷媒流路を形成する前記流路形成体に交流バスバーを固定し、前記交流バスバーに電流センサを固定したので、電流センサの温度上昇を抑制でき、信頼性が向上する。
【００２６】
信頼性の向上に係る課題を解決するための他の構成９を次に記載する。構成９は、上述の構成８において、固定部材および保持部材を有する交流バスバーアッセンブリを設け、この交流バスバーアッセンブリの前記保持部材により、前記交流バスバーを保持し固定する構成である。交流バスバーアッセンブリの固定手段により交流バスバーアッセンブリを前記流路形成体に固定する構成としている。交流バスバーアッセンブリ自身は上記固定部材により前記流路形成体に固定される。
【００２７】
この構成により交流バスバーアッセンブリの組み付けが容易と成ると共に、交流バスバーアッセンブリを前記流路形成体により冷却することができる。交流バスバーを効率的に冷却することができる。電流センサの温度上昇を抑制できるので電流センサ信頼性および電力変換装置全体の信頼性が向上する。電流センサは高温に弱い温度特性を有しており、電流センサの熱対策は重要な解決されるべき課題である。
【００２８】
信頼性の向上に係る課題を解決するための他の構成１０を次に記載する。構成１０は、冷媒の流れによりパワー半導体モジュールを冷却するための冷媒流路に加え、冷媒通路の外周面で冷却する構成を設け、前記外周面に冷却したい回路を配置する構成とした。より具体的には、冷媒の流れにより冷却するためにパワー半導体モジュールを冷媒流路内に挿入し、外周面により冷却するために冷却したい回路を前記外周面に密着させる構成とした。冷却したい回路としては、例えば実施の形態に説明の如く、車載コンプレッサなどの車載の補機用の電動機に供給する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールがあり、前記補機用の半導体モジュールを冷却のための前記外周面に固定する構成としている。
【００２９】
以下の実施の形態では、前記冷媒流路を形成する流路形成体に、冷媒である水を溜める空間を形成し、流路形成体の外周面の内の前記水を溜める空間の外周面に前記補機用の半導体モジュールを配置している。この構成により、パワー半導体モジュールを冷却すると共に前記補機用の半導体モジュールを効率的に冷却できる。
【００３０】
前記構成１０に加え、流路形成体に平滑用のコンデンサモジュールを収納する窪みを形成し、流路形成体に前記コンデンサモジュールを固定することで、前記パワー半導体モジュールと前記補機用の半導体モジュールと前記コンデンサモジュールを効率良く冷却できると共に、これらをコンパクトに配置でき、電力変換装置のより小型化と効率の良い冷却とを両立できる。さらにこれらを流路形成体に固定したので電力変換装置の組み体制にも優れている。
【００３１】
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ズである。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２を自動車に搭載する場合に、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジュームなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また永久磁石型の同期電動機は、誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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、交流端子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１２０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。
【００３６】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用の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、あるいは制御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モジュール３５０に供給され、補機用モジュール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１９４の容量より小さいので、補機用モジュール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。
【００３７】
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や補機用モジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂへ、上記制御パルスを供給する。補機用モジュール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、補機用モジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂ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。
【００３８】
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に示す補機用モジュール３５０のインバータ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モジュール３５０の中に集約されて配置されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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１６９から交流電流が出力され、この交流電流は交流端子１５９及び交流コネクタ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や８０４と接続する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，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。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。
【００４７】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路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エミッタ電極１５５及び信号用エミッタ電極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。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路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。
【００４８】
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、トランスミッションＴＭに固定された電力変換装置２００の回路部品を収納するためのアルミニウム製の底を有するハウジング１０と蓋８とを有する。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。流路形成体１２は、後述するパワー半導体モジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によってこれらを冷却する。また、流路形成体１２は、ハウジング１０に固定され、かつハウジング１０の底部に入口配管１３と出口配管１４が設けられている。入口配管１３から冷却媒体である水が流路形成体１２に流入し、冷却に使用した後と出口配管１４から流出する。
【００４９】
蓋８は、電力変換装置２００を攻勢する回路部品を収納し、ハウジング１０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には、外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４とが設けられており、第１開口２０２を介して前記コネクタ２１が外部の制御装置と接続され、制御回路基板２０に設けられた制御回路１７２と上位の制御装置などの外部の制御装置との間で信号伝送を行う。電力変換装置２００内の制御回路を動作させる低電圧の直流電力は、前記コネクタ２１から供給される。第２開口２０４には、バッテリ１３６との間で直流電力を送受するための直流コネクタ１３８が設けられており、電力変換装置２００内部に高電圧直流電力を供給するための負極側電力線５１０と正極側電力線５１２は、バッテリ１３６と直流電力の授受を行う直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００などとを電気的に接続する。
【００５０】
コネクタ２１と負極側電力線５１０や正極側電力線５１２は、蓋８の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、また負極側電力線５１０や正極側電力線５１２の先端部は、第２開口２０４から突出して直流コネクタ１３８の端子を構成する。蓋８には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。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。特に、本実施形態のように、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。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対して蓋８を上方向から組付ける構成となることで、蓋８がハウジング１０に組付けられたときに、蓋８と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
【００５１】
図４は、電力変換装置２００のハウジング１０の内部に収納される構成を理解を助けるために分解した斜視図である。流路形成体１２には、図５に示す冷媒流路１９が両サイドに沿うように形成されている。該冷媒流路１９の一方側の上面には、開口部４００ａ〜４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、また該冷媒流路１９の他方側の上面には、開口部４０２ａ〜４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成されている。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれる、また開口部４０２ａ〜４０２ｃ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。
【００５２】
流路形成体１２が形成する一方と他方の流路の間には、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は冷やされる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための冷媒流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための冷媒流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って冷媒を流す流路が形成されているので、冷却効率が向上すると共に、冷媒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３０１との配置が整然と整い、全体がより小型と成る。また冷媒流路１９がコンデンサモジュール５００の長辺に沿って配置されており、冷媒流路１９と冷媒流路１９に挿入固定されるパワー半導体モジュール３００と３０１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相の各層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。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
【００５３】
流路形成体１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に冷媒の流れを変える空間を内部に備える冷却部４０７が設けられている。冷却部４０７は、流路形成体１２と一体に形成され、この実施の形態では、補機用モジュール３５０を冷却するために利用される。補機用モジュール３５０は冷却部４０７の外周面である冷却面に固定され、前記冷却面の内側に形成された空間に冷媒を蓄え、この冷媒によって冷却部４０７が冷却され、補機用モジュール３５０の温度上昇が抑えられる。前記冷媒は前記冷媒流路１９内を流れる冷媒であり、パワー半導体モジュール３００や３０１とコンデンサモジュール５００と共に補機用モジュール３５０が冷却される。補機用モジュール３５０の両側部には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー１８６や保持部材を備えており、電流センサ１８０を保持し、固定している。詳細は後述する。
【００５４】
このように流路形成体１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように冷媒流路１９を設け、それぞれの冷媒流路１９に車両駆動用の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を配置し、さらに流路形成体１２の上面に補機用モジュール３５０を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。
【００５５】
また流路形成体１２の冷媒流路１９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、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１２と冷媒流路１９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を冷媒流路１９に固定することで冷媒流路１９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，補機用モジュール３５０，バスバーアッセンブリ８００，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。
【００５６】
ドライバ回路基板２２は、補機用モジュール３５０及びバスバーアッセンブリ８００の上方、すなわち蓋側に配置される。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、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。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。
【００５７】
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を下から見た図ある。流路形成体１２とこの流路形成体１２の内部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５（図４参照）に沿って形成された冷媒流路１９は一体に鋳造されている。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、該開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と流路形成体１２の間には、シール部材４０９ａ及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
【００５８】
下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３（図４参照）を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４（図４参照）を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッションＴＭの配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６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。冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に、入口孔４０１を通って、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａに向かって流れる。第１流路部１９ａは冷媒の流れを変える空間を形成しており、該空間で冷却部４０７の内面に衝突し、流れの方向を変える。この衝突時に冷却部４０７の熱を奪う作用を為す。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
【００５９】
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃ，第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃが、流路形成体１２の上面側に形成された開口部４００ａ〜４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワー半導体モジュール３００ａの収納空間とパワー半導体モジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワー半導体モジュール３００ｂの収納空間とパワー半導体モジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの収納空間及び中間部材を形成する。また、流路形成体１２は、開口部４０４と開口部４００ａ〜４００ｃ及び４０２ａ〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【００６０】
下カバー４２０には、ハウジング１０と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０ａ及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０ａは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００の流路形成体１２を、トランスミッションＴＭやモータジェネレータＭＧ１の円柱形状に合わせて形成されたハウジング１０の内壁に強固に固定することができる。
【００６１】
また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワー半導体モジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱，発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
【００６２】
そこで本実施形態では、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃや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は、流路形成体１２を挟んで、トランスミッションＴＭを収納したハウジング１０とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、流路形成体１２とハウジング１０との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された流路形成体１２及びハウジング１０で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図４に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、流路形成体１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、流路形成体１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、冷媒流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
【００６３】
図６乃至図１０を用いてインバータ回路１４０およびインバータ回路１４２に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃおよ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およ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３２１は、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００６４】
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の断面図である。
【００６５】
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乃至図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３１６や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。これら導体板には、信号端子３２５Ｕや信号端子３２５Ｌである信号配線を一体成型して成る補助モールド体６００が組みつけられる。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。
【００６６】
モジュールケース３０４は、アルミ合金材料例えばＡｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ−Ｃ等から構成され、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、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。
【００６７】
このような形状の金属性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。
【００６８】
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を充填される。また、図８及び図９に示されるように、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための直流正極配線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）が形成されている。モータジェネレータＭＧ１あるいは１９４に交流電力を供給するための交流配線３２０が設けられており、その先端に交流端子３２１（１５９）が形成されている。本実施形態では、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と一体成形され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と一体成形され、交流配線３２０は導体板３１６と一体成形される。
【００６９】
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。
【００７０】
図７（ａ）は、理解を助けるために、モジュールケース３０４と絶縁シート３３３と第一封止樹脂３４８と第二封止樹脂３５１を取り除いた内部断面図である。図７（ｂ）は、内部斜視図である。図８（ａ）は、図７（ｂ）の構造の理解を助けるための分解図である。図８（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００の回路図である。また、図９（ａ）は、インダクタンスの低減効果を説明する回路図であり、図９（ｂ）は、インダクタンスの低減作用を説明するための電流の流れを示す斜視図である。
【００７１】
まず、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）と導体板の配置を、図８（ｂ）に示された電気回路と関連付けて説明する。図７（ｂ）に示されるように、直流正極側の導体板３１５と交流出力側の導体板３１６は、略同一平面状に配置される。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３１６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。同様に、交流導体板３１８と導体板３１９は、略同一平面状に配置される。交流導体板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。
【００７２】
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７（ａ）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３１６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３１６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３１６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。
【００７３】
直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、樹脂材料で成形された補助モールド体６００を介して対向した状態で略平行に延びる形状を成している。信号端子３２５Ｕや信号端子３２５Ｌは、補助モールド体６００に一体に成形されて、かつ直流正極配線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。補助モールド体６００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と直流負極配線３１９Ａと信号端子３２５Ｕと信号端子３２５Ｌとの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。さらに、直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａを略平行に対向するように配置したことにより、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。
【００７４】
低インダクタンス化が生じる作用について、図９（ａ）を用いて説明する。図９（ａ）において、下アーム側のダイオード１６６が順方向バイアス状態で導通している状態とする。この状態で、上アーム側ＩＧＢＴ３２８がＯＮ状態になると、下アーム側のダイオード１６６が逆方向バイアスとなりキャリア移動に起因するリカバリ電流が上下アームを貫通する。このとき、各導体板３１５，３１６，３１８，３１９には、図９（ｂ）に示されるリカバリ電流３６０が流れる。リカバリ電流３６０は、点線で示されるとおり、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）と対向に配置された直流正極端子３１５Ｂ（１５７）を通り、続いて各導体板３１５，３１６，３１８，３１９により形成されるループ形状の経路を流れ、再び直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と対向に配置された直流負極端子３１９Ｂ（１５８）を介して実線に示すように流れる。ループ形状経路を電流が流れることによって、モジュールケース３０４の第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂに渦電流３６１が流れる。この渦電流３６１の電流経路に等価回路３６２が発生する磁界相殺効果によって、ループ形状経路における配線インダクタンス３６３が低減する。
【００７５】
なお、リカバリ電流３６０の電流経路がループ形状に近いほど、インダクタンス低減作用が増大する。本実施形態では、ループ形状の電流経路は点線で示す如く、導体板３１５の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側に近い経路を流れ、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６内を通る。そしてループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１８の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、その後、点線で示す如く導体板３１６の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６内を通る。さらにループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１９の直流負極配線３１９Ａ側に近い経路を流れる。このようにループ形状の電流経路が、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）や直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に対して、近い側や遠い側の経路を通ることで、よりループ形状に近い電流経路が形成される。
【００７６】
図１０（ａ）は補助モールド体６００の斜視図、図１０（ｂ）は補助モールド体６００の透過図である。
【００７７】
補助モールド体６００は、信号導体３２４をインサート成形により一体化している。ここで、信号導体３２４は、上アーム側のゲート電極端子１５４やエミッタ電極端子１５５及び上アーム側のゲート電極端子１６４やエミッタ電極端子１６５（図２参照）、さらにはパワー半導体素子の温度情報を伝達するための端子が含まれる。本実施形態の説明では、これらの端子を総称して、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌと表現する。
【００７８】
信号導体３２４は、一方の端部に信号端子３２５Ｕや３２５Ｌを形成し、他方の端部に素子側信号端子３２６Ｕや３２６Ｌを形成する。素子側信号端子３２６Ｕや３２６Ｌは、パワー半導体素子の表面電極に設けられた信号パッドと、例えばワイヤにより接続される。第１封止部６０１Ａは、図８（ａ）に示された直流正極配線３１５Ａや直流負極配線３１９Ａあるいは交流配線３２０の形状の長軸に対してこれを横切る方向に延びる形状を成す。一方、第２封止部６０１Ｂは、直流正極配線３１５Ａや直流負極配線３１９Ａあるいは交流配線３２０の形状の長軸に対して略平行な方向に延びる形状を成す。また、第２封止部６０１Ｂは、上アーム側の信号端子３２５Ｕを封止するための封止部と、下アーム側の信号端子３２５Ｌを封止するための封止部とにより構成される。
【００７９】
補助モールド体６００は、その長さが、横に並べられた導体板３１５と３１６との全体の長さ、あるいは横に並べられた導体板３１９と３２０との全体の長さより長く形成される。つまり、横に並べられた導体板３１５と３１６の長さ、あるいは横に並べられた導体板３１９と３２０の長さが、補助モールド体６００の横方向の長さの範囲内に入っている。
【００８０】
第１封止部６０１Ａは、窪み形状を成しておりかつ当該窪みに直流負極配線３１９Ａを嵌合するための配線嵌合部６０２Ｂを形成する。また第１封止部６０１Ａは、窪み形状を成しておりかつ当該窪みに直流正極配線３１５Ａを嵌合するための配線嵌合部６０２Ａを形成する。さらに第１封止部６０１Ａは、配線嵌合部６０２Ａの側部に配置されおり、かつ窪み形状を成し、さらに当該窪みに交流配線３２０を嵌合するための配線嵌合部６０２Ｃを形成する。これら配線嵌合部６０２Ａ〜６０２Ｃに各配線が嵌合されることにより、各配線の位置決めが為される。これにより、各配線を強固に固定した後に樹脂封止材の充填作業を行うことが可能となり、量産性が向上する。
【００８１】
また、配線絶縁部６０８が、配線嵌合部６０２Ａと配線嵌合部６０２Ｂの間から、第１封止部６０１Ａから遠ざかる方向に突出する。板形状を成す配線絶縁部６０８が直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａの間に介在することにより、絶縁性を確保しながら、低インダクタンス化のための対向配置が可能となる。
【００８２】
また、第１封止部６０１Ａには、樹脂封止する際に用いられる金型と接触する金型押圧面６０４が形成され、かつ金型押圧面６０４は、樹脂封止する際の樹脂漏れを防止するための突起部６０５が第１封止部６０１の長手方向の外周を一周して形成される。突起部６０５は、樹脂漏れ防止効果を高めるために、複数設けられる。さらに、これら配線嵌合部６０２Ａと配線嵌合部６０２Ｂにも突起部６０５が設けられているので、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａの周囲から樹脂封止材が漏れるのを防止できる。ここで、第１封止部６０１Ａ，第２封止部６０１Ｂ、及び突起部６０５の材料としては、１５０〜１８０℃程度の金型に設置されることを考慮すると、高耐熱性が期待できる熱可塑性樹脂の液晶ポリマーやポリブチレンテレクタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が望ましい。
【００８３】
また、第１封止部６０１Ａの短手方向のパワー半導体素子側には、図１０（ｂ）に示される貫通孔６０６が長手方向に複数設けられる。これにより、貫通孔６０６に第一封止樹脂３４８が流入して硬化することにより、アンカー効果が発現して、補助モールド体６００は第一封止樹脂３４８に強固に保持され、温度変化や機械的振動によって応力がかかっても両者は剥離しない。貫通孔の変わりに凸凹の形状としても剥離しがたくなる。また、第１封止部６０１Ａにポリイミド系のコート剤を塗布するか、あるいは表面を粗化することでもある程度の効果が得られる。
【００８４】
モジュール一次封止体３０２における第１封止樹脂３４８の封止工程では、まず各配線を支持した補助モールド体６００を、１５０〜１８０℃程度に余熱された金型に挿入する。本実施形態では、補助モールド体６００，直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０，導体板３１５，導体板３１６，導体板３１８，導体板３１９が、それぞれ強固につながっているため、補助モールド体６００を所定の位置に設置することで主要回路およびパワー半導体素子が所定の位置に設置される。従って生産性が向上すると共に、信頼性が向上する。
【００８５】
また、第２封止部６０１Ｂは、モジュールケース３０４近傍からドライバ回路基板２２近傍まで延ばされるように形成される。これにより、強電配線の間をかいくぐってドライバ回路基板２２との配線を行う際に、高電圧にさらされても正常にスイッチング制御信号を伝達できるようになる。また、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０，信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが、モジュールケース３０４から同一方向に突出しても、電気的絶縁を確保することができ、信頼性を確保できる。
【００８６】
図１１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５１７により構成されている。積層導体板５０１は以下に説明の如く、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。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９は、積層導体板５０１の短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。正極側の電源端子５０９及び負極側の電源端子５０８には、図２で説明した如く、直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給される。
【００８７】
コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃ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、各パワー半導体モジュール３００の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で、各パワー半導体モジュール３０１の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。なお、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ａを構成する負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｆも同様である。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，コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、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。
【００８８】
コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方であるコンデンサモジュール５００の内部側に、複数個設けられる。本実施の形態では、８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８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１６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に示される点線ＡＡ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。
【００８９】
コンデンサセル５１４が冷媒流路に沿った方向に多数配置されているので、冷媒流路に沿って配置されるパワーモジュール３００やパワー半導体モジュール３０１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上下アームの直列回路１５０に対して均一化し易い傾向となる。また各コンデンサセル５１４を冷媒により均一に冷却できる効果がある。またコンデンサ端子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て積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、上記収納部５１１は、図に記載の上面及び下面が略長方形状を成す。コンデンサケース５０２には、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〜５２０ｈが設けられる。パワー半導体モジュールとの間に、孔５２０ｂ，孔５２０ｃ，孔５２０ｆ，孔５２０ｇが設けられることで、パワー半導体モジュールと冷媒流路１９との気密性を向上させている。収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めされることが容易になる。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と負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子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（不図示）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
【００９２】
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冷媒流路が設けられており、冷却効率が向上する。さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が冷媒流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
【００９３】
以下の説明で、直流正極端子３１５Ｂと図２に記載の正極端子１５７は同じものである。また直流負極端子３１９Ｂと図２に記載の負極端子１５８は同じものである。図１２は、流路形成体１２にパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリを組み付けた外観斜視図である。図１３は、図１２の部分Ａの拡大図である。図１１および図１２，図１３において、直流正極端子３１５Ｂ（１５７），直流負極端子３１９Ｂ（１５８），交流端子３２１（１５９）及び第２封止部６０１Ｂは、ハウジング１０の縦方向に蓋側に向けて延びている。直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の電流経路の面積は、積層導体板５０１の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板５０１から直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に集中することになる。また、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）が積層導体板５０１を横切る方向に突出する場合、言い換えると、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）が積層導体板５０１とねじれの関係にある場合、新たな接続用導体が必要になり生産性低下やコスト増大の可能性がある。
【００９４】
そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部を有し、その先端部に接続部５４２を有している。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部を有し、その先端部に接続部５４５を有している。前記接続部５４２と前記接続部５４５との間にパワー半導体モジュール３００や３０１の直流負極端子３１９Ｂ（１５８）や直流正極端子３１５Ｂ（１５７）が挟まれるようにして接続されている。これにより、コンデンサ端子５０４ａや５０６ａが接続部５４２や５４５の直前まで絶縁シートを介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子５０４ａや５０６ａの配線部分のインダクタンスを低減することができる。さらに、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）の先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。このため、低インダクタンス化による特性改善に加え生産性を向上させることができる。
【００９５】
パワー半導体モジュール３００や３０１の交流端子３２１（１５９）の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動できるように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１（１５９）の溶接箇所と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の溶接箇所は、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
【００９６】
さらに、図４及び図１２に示されるように、複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
【００９７】
図１４は、パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールを組み付けた流路形成体１２とバスバーアッセンブリ８００の分解斜視図である。図１５は、保持部材８０３を除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。図１４及び図１５において、バスバーアッセンブリ８００は、それぞれ両サイドに配置された第１と第２交流バスバーを保持し固定するための保持部材８０３と、上記両サイドに設けられた第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆと、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと、を備えている。前記バスバーアッセンブリ８００にはさらに両サイドに設けられた第１および第２交流バスバー８０２と８０４を流れる交流電流を検出するための電流センサ１８０が設けられている。両サイドに設けられた上記第１および第２交流バスバー８０２，８０４はそれぞれ幅広導体で作られており、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの設置箇所まで両サイドの第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、幅広面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように配置されている。第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは電流センサ１８０ａあるいは１８０ｂの貫通孔の手前で、それぞれ略直角に折り曲げられ、これら交流バスバーの幅広面が積層導体板５０１の主面と略平行の状態になる。電流センサ１８０ａや電流センサ１８０ｂの孔を貫通後、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続される。第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは大部分が幅広面をコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直の状態、すなわち交流バスバーの幅狭面が電力変換装置の縦方向を向く状態を成している。図１５に記載の如く、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは前記電流センサ１８０ａや電流センサ１８０ｂの孔を貫通後、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆに形成された接続部８０５ａ〜８０５ｆ（接続部８０５ｄ〜８０５ｆは不図示）で、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続される。
【００９８】
上述の如く、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、接続部８０５ａ〜８０５ｆの近傍で、コンデンサモジュール５００側に向かって略直角に折り曲げられる。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。さらに第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの近傍から、図１２や図１４，図１５に示す如く、流路形成体１２の短手方向の一方の辺１２ａに向かって延ばされ、当該辺１２ａを横切るように形成される。つまり、複数の第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面が向かい合った状態で、当該第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが辺１２ａを横切るように形成される。
【００９９】
交流バスバー８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｄ，８０２ｅが、ハウジング１０の内側両サイドに配置された冷媒流路に沿って両サイドに配置されていることにより、装置全体の大型化を低減できる。また幅広導体の幅狭面が装置の縦方向を向くようにそろえて配置しているので、第１交流バスバー８０２や第２交流バスバー８０４が占める空間を小さくでき、装置全体の大型化を低減できる。さらにまた流路形成体１２の一面側から複数の交流バスバーを突出させることで、電力変換装置２００の外部での配線の取り回しが容易になり、生産性が向上する。
【０１００】
図１４に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆ，電流センサ１８０ａ，１８０ｂ及び第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。この保持部材８０３により、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが金属製の流路形成体１２及びハウジング１０との間の絶縁性を向上させる。
【０１０１】
バスバーアッセンブリ８００は、保持部材８０３によって流路形成体１２に固定される構造になっている。仮にハウジング１０に外部から熱が伝達されても、冷却媒体の流路が形成されている流路形成体１２は温度上昇が抑えられる。この流路形成体１２にバスバーアッセンブリ８００を固定することで、バスバーアッセンブリ８００の温度上昇を抑えることができるのみならず、バスバーアッセンブリ８００に保持された電流センサ１８０の温度上昇を抑えることができる。電流センサ１８０は熱に弱い特性を有しており、上記構造により、電流センサ１８０ａ，１８０ｂの信頼性を向上させることができる。さらに本実施例の如く、電力変換装置をトランスミッションに固定する場合には、ハウジング１０にトランスミッションＴＭ側から熱が伝達されるだけでなく、モータジェネレータ側から第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆを介して熱が伝達される。これらの熱を流路形成体１２で遮断し、あるいは熱を冷媒に逃がすことができ、電流センサ１８０ａ，１８０ｂの温度上昇を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
図１４に示されるように、保持部材８０３は、図４に示されたドライバ回路基板２２を指示するための支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂを備えている。支持部材８０７ａは、複数設けられ、かつ流路形成体１２の長手方向の一方の辺に沿って形成される。また、支持部材８０７ｂは、複数設けられ、かつ流路形成体１２の長手方向の他方の辺に沿って並べて形成される。支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
【０１０３】
さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂが配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを有している。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂを貫通するように構成される。図１５に示されるように、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂを有する。信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂは、ドライバ回路基板２２の配線パターンと半田によって接合される。本実施形態では、保持部材８０３，支持部材８０７ａ，８０７ｂ及び突起部８０６ａ，８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
【０１０４】
これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及び半田接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
【０１０５】
本実施の形態では、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭに設けられたハウジング１０に固定されるので、トランスミッションＴＭからの振動の影響を大きく受ける。そこで、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０８を設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。例えば支持部材８０８によってドライバ回路基板２２の中央部を指示することで、ドライバ回路基板２２の共振周波数をトランスミッションＴＭから伝達されてくる振動の周波数より高くすることができ、ドライバ回路基板２２に加わるトランスミッションＴＭの振動の影響を低減できる。なお、バスバーアッセンブリ８００の保持部材８０３は流路形成体１２に螺子により固定される。
【０１０６】
また、保持部材８０３は、補機用モジュール３５０の一方の端部を固定するためのブラケット８０９を設ける。また図４に示されるように、補機用モジュール３５０は冷却部４０７に配置されることにより、当該補機用モジュール３５０の他方の端部が当該冷却部４０７に固定される。これにより、補機用モジュール３５０に加わる振動の影響を低減するとともに、固定用の部品点数を削減することができる。
【０１０７】
図１６は、パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリ８００と補機用モジュール３５０を流路形成体１２に組み付けた状態の外観斜視図である。電流センサ１８０は、約１００℃以上の温度になるとセンサとして使用できないことがある。車載用の電力変換装置では使用される環境が非常に厳しく、高温になる場合があり、電流センサ１８０を熱から保護することが重要な課題の１つである。特に、本実施の形態では、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭに搭載されるので、当該トランスミッションＴＭから発せられる熱の影響から電流センサ１８０を保護することが重要な課題となる。
【０１０８】
そこで、本実施の形態では、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、流路形成体１２を挟んでトランスミッションＴＭとは反対側に配置される。これにより、トランスミッションＴＭが発する熱が電流センサに伝達しづらくなり、電流センサの温度上昇を抑えられる。さらに、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、図５に示された第３流路１９ｃを横切るように形成される。そして、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、第３流路部１９ｃを横切る第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの部分よりもパワーモジュールの交流端子３２１（１５９）に近い側に配置される。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが冷媒によって間接的に冷却され、交流バスバーから電流センサ、更にはパワーモジュール内の半導体チップに伝わる熱を和らげることができるため、信頼性が向上する。
【０１０９】
図１６に示される流れ方向８１１は、図５にて示された第４流路１９ｄを流れる冷媒の流れ方向を示す。同様に、流れ方向８１２は、図５にて示された第２流路１９ｂを流れる冷媒の流れ方向を示す。本実施の形態では、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、電力変換装置２００の上方から投影したときに、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂの投影部が冷媒流路１９の投影部に囲まれるように配置される。これにより電流センサをトランスミッションＴＭからの熱から更に保護することができる。
【０１１０】
図１７は、理解を助けるために制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した状態の斜視図である。図１６に示すように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、図１６の電流センサ１８０の上方に配置され、さらに図１４に示されたバスバーアッセンブリ８００に設けられる支持部材８０７ａ及び８０７ｂによって支持される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置され、この実施の形態では、流路形成体１２から立設された複数の支持部材１５によって支持される。制御回路基板２０は、金属ベース板１１の上方に配置され、上記金属ベース板１１に固定される。
【０１１１】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に階層的に配置され、また制御回路基板２０が強電系のパワー半導体モジュール３００及び３０１から最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入を抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された流路形成体１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
【０１１２】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際の、配線コネクタを用いると接続工程の煩雑さや、接続ミスを防止することが望ましい。図１７では、ドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する第１孔２４及び第２孔２６が形成される。また第１孔２４にはパワー半導体モジュール３００の信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。さらに第２孔２６には電流センサ１８０の信号線１８２が挿入され、信号線１８２はドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。なお、流路形成体１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側から半田接合が行われる。
【０１１３】
これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワー半導体モジュール３００の信号端子３２５と電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向から半田により接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。また、ドライバ回路基板２２に、信号端子３２５を貫通させるための第１孔２４や、信号線１８２を貫通させるための第２孔２６をそれぞれ設けることにより接続ミスの危険性を少なくすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態のドライバ回路基板２２は、流路形成体１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（不図示）を実装している。これにより、半田接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、半田接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
【０１１５】
本実施の形態においては、冷媒流路１９に流れる冷媒によって、冷媒流路１９内に挿入され固定されたパワー半導体モジュール３００及び３０１を冷却すると共に、コンデンサモジュール５００を冷却する。さらに、補機用モジュール３５０も発熱による温度上昇を抑えるため、冷却することが望ましい。ハウジング１０内で冷却できる部分が限られているので、冷却方法や冷却構造の工夫が必要である。
【０１１６】
そこで、本実施の形態では、補機用モジュール３５０の金属ベースで形成された放熱面が、図４に示す冷却部４０７と対向するように配置される。図４の冷却部４０７は補機用モジュール３５０を冷却するために設けられている。冷却部４０７の裏側は図５に示されている。また冷却部４０７の部分での断面図を図１９に示す。図４，図５，図１９において、補機用モジュール３５０はその放熱面が冷却部４０７の外周面に接するようにして固定される。前記冷却部４０７が入口配管１３の上方に形成されているので、下方から流入する冷媒が冷却部４０７の内壁に衝突して、効率良く補機用モジュール３５０から熱を奪うことができる。図１９の破線で示す入口配管１３から流入した冷媒が冷却部４０７の内部に形成された冷媒溜め１９ｆの上面に衝突して流れの方向が変えられ、このとき冷却部４０７の熱を奪う。方向を変えられた冷媒は、流路１９ａから図４や図５に示す流路１９ｂに流れ込み、パワー半導体モジュール３００及び３０１を冷却する。パワー半導体モジュール３０１を冷却した冷媒は、流路１９ｅに流入し、破線で示す出口配管１４から排出される。流路１９ｅの上部には冷媒溜り１９ｇが形成され、冷媒溜り１９ｇの冷媒により冷却部４０７が冷却される。冷媒流路の流体抵抗を適切な状態とするため、流入側の冷媒溜め１９ｆを出口側の冷媒溜り１９ｇより大きくしている。このような構造により、効率良く補機用モジュール３５０を冷却することができる。
【０１１７】
図１８は、図１７の破線Ｂで示す面の、電力変換装置２００をＣ方向から見た断面図である。モジュールケース３０４に設けられたフランジ３０４Ｂは、流路形成体１２の流路の開口に押し付けられ、流路形成体１２にモジュールケース３０４を押しつけることにより、冷媒流路１９の気密性を向上させることができる。パワー半導体モジュール３００の冷却効率を向上させるために、冷媒流路１９内の冷媒をフィン３０５が形成された領域に流すようにする必要がある。モジュールケース３０４は湾曲部３０４Ａのスペースを確保するために、モジュールケース３０４の下部にはフィン３０５が形成されていない。そこで下カバー４２０は、モジュールケース３０４の下部が、当該下カバー４２０に形成された凹部４３０に嵌合されるように形成される。これにより、冷却フィンが形成されていない空間に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
【０１１８】
図６から図１０に記載の如く、上記実施の形態では、パワー半導体モジュール３００や３０１は図２に示す上下アームの直列回路１５０を内蔵し、インダクタンスの低減を図っている。インダクタンスの低減の観点では特性が低下するが、上アームと下アームを別々のパワー半導体モジュールで構成し、パワー半導体モジュールの外部で上アームと下アームを直列に接続する構成が考えられる。これら他の実施の形態として、図２０から図２２に上アームと下アームを別々のパワー半導体モジュールで構成した実施の形態を示す。図２０はパワー半導体モジュールに上あるいは下アームを収納したパワー半導体モジュールを使用し、これらパワー半導体モジュールを流路形成体１２に収納した状態の上面図である。
【０１１９】
図２０において、流路形成体１２には、図５で説明のごとく、長辺に沿って冷媒の流路が両側に形成されており、上アームを収納した上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アームを収納した下アーム半導体モジュール１５０Ｂとが交互に前記冷媒流路に挿入されている。上アーム半導体モジュール１５０Ａは図２に示す正極端子１５７と交流電流を取り出す交流端子１６９Ａと制御のための端子１５４と１５５とを備えている。また下アーム半導体モジュール１５０Ｂは負極端子１５８と交流電流を取り出す交流端子１６９Ｂと制御のための端子１５４と１５５とを備えている。流路形成体１２の中央にコンデンサモジュール５００が図４に示されているのと同様に収納されており、正極側のコンデンサ端子５０６が正極端子１５７に接続され、負極側のコンデンサ端子５０４が負極端子１５８に接続されている。コンデンサには正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８に図１のバッテリ１３６から直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給され、コンデンサモジュール５００は上アーム半導体モジュール１５０Ａの正極端子１５７と下アーム半導体モジュール１５０Ｂの負極端子１５８にそれぞれ直流電力を供給する。ここで上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとを接続すると上下アームの直列回路１５０が作られる。
【０１２０】
図２１は、上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとバスバー８０２ａ〜８０２ｃとの接続関係を示す図であり、図２２は上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとバスバーアッセンブリ８００との接続関係を示す図である。図２０において、上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとの接続を、図２１および図２２では交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆで行う。例えば図２１において、交流バスバー８０２ａにより、交流端子１６９Ａと交流端子１６９Ｂとを接続する。交流バスバー８０２ａは上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂとの直列接続の機能と直列接続点からの交流電流の取り出しの２つの機能を果している。同様に交流バスバー８０２ｂから交流バスバー８０２ｆはそれぞれ対応する上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂとの直列接続の機能と直列接続点からの交流電流の取り出しの２つの機能をそれぞれ果している。図２２は交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆを保持するための保持部材８０３を備えている。
【０１２１】
図２０から図２２の実施の形態は、コンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール，電流センサ１８０，バスバーアッセンブリ８００の冷却、および組立て方法については、図３から図５および図１１〜図１９の実施の形態と基本的には同じである。従って図３から図５および図１１〜図１９の実施の形態で説明した課題の解決や効果は同様に得ることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ ハウジング
１１ 金属ベース板
１２ 流路形成体
１３ 入口配管
１４ 出口配管
１９ 冷媒流路
２０ 制御回路基板
１３６ バッテリ
１４０，１４２ インバータ回路
１５０ 上下アームの直列回路
１５０Ａ 上アーム半導体モジュール
１５０Ｂ 下アーム半導体モジュール
１７４ ドライバ回路
１８０ 電流センサ
２００ 電力変換装置
３５０ 補機用モジュール
４０７ 冷却部
５００ コンデンサモジュール
５０４ 負極側のコンデンサ端子
５０６ 正極側のコンデンサ端子
５０８ 負極側の電源端子
５０９ 正極側の電源端子
５１４ コンデンサセル
８００ バスバーアッセンブリ
８０２，８０５ 交流バスバー
８０３ 保持部材
【技術分野】
【０００１】
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する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力変換装置は、直流電源から直流電力を受ける平滑用のコンデンサモジュールとコンデンサモジュールから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。前記交流電力は例えばモータに供給され、供給された交流電力に応じてモータは回転トルクを発生する。前記モータは一般的には発電機としての機能を有しており、外部からモータに対して機械エネルギが供給されると、前記モータは供給される機械エネルギに基づいて交流電力を発生する。上記電力変換装置は交流電力を直流電力に変換する機能も備えている場合が多く、モータが発生する交流電力は直流電力に変換される。直流電力から交流電力への変換、あるいは交流電力から直流電力への変換は上記制御装置によって制御される。例えば上記モータが同期電動機の場合には、同期電動機の回転子の磁極位置に対する固定子が発生する回転磁界の位相を制御することにより、上記電力変換に係る制御を行うことができる。電力変換装置の一例は特開２００９−２１９２１７０号公報に開示されている。
【０００３】
電力変換装置は、例えば自動車に搭載され、同じく自動車に搭載された二次電池から直流電力を受け、走行用の回転トルクを発生する電動機に供給するための交流電力を発生する。また車の回生制動運転時には制動力を発生するために電動機は走行エネルギに基づき交流電力を発生し、発生した交流電力は電力変換装置によって直流電力に変換され、上記二次電池に蓄電され、再び車両走行用などの電力として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環境対策などの観点から、モータを駆動するために直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の重要性が益々増大している。電力変換装置に対してはさらなる小型化のニーズが大きい。つまり電力変換装置の容積に対する変換電力の比をより大きくすることが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、より小型化が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的を解決するための構成の１つは次の通りである。
【０００８】
電力変換装置のハウジングの内に、冷却媒体を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを少なくとも１つ内蔵する複数のパワー半導体モジュールと平滑用のコンデンサモジュールとを備える。前記パワー半導体モジュールは半導体チップに電流を流すための直流端子や前記チップの動作を制御するための制御端子や交流電力を取り出す交流端子を有する。前記ハウジングの縦方向において、前記冷媒流路や前記コンデンサモジュールに対して空間を介して一方側に交流バスバーアッセンブリを配置し、前記交流バスバーアッセンブリのさらに一方側にドライバ回路を配置する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力変換装置の容積に対する変換電力の比をより大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。（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、理解を助けるために、モジュールケース３０４と絶縁シート３３３と第一封止樹脂３４８と第二封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの内部断面図である。（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００ａの内部構成を説明するための斜視図である。
【図８】（ａ）は、図７（ｂ）の構造の理解を助けるための分解図である。（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００の回路図である。
【図９】（ａ）は、インダクタンスの低減効果を説明する回路図である。（ｂ）は、インダクタンスの低減作用を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）は補助モールド体６００の斜視図である。（ｂ）は補助モールド体６００の透過図である。
【図１１】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１２】流路形成体１２にパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリを組み付けた状態の外観斜視図である。
【図１３】図１２の破線で示す部分Ａの拡大図である。
【図１４】パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールを組み付けた流路形成体１２とバスバーアッセンブリ８００との関係を示す分解斜視図である。
【図１５】保持部材８０３を除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。
【図１６】パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリ８００と補機用モジュール３５０を組み付けた流路形成体１２の外観斜視図である。
【図１７】説明のために制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の斜視図である。
【図１８】図１７の破線Ｂでの断面を、矢印Ｃの方向から見た断面図である。
【図１９】図４に示す冷却部４０７の部分での断面図である。
【図２０】流路形成体１２に他の構成のパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとを組み付けた上面図である。
【図２１】図２０に示すパワー半導体モジュールと交流バスバーの接続状態を示す上面図である。
【図２２】図２０に示す流路形成体にバスバーアッセンブリを取り付けた状態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する本発明が適用された実施の形態に記載の電力変換装置およびこの装置を使用したシステムは、製品化のために解決することが望ましい色々な課題を解決している。これら実施の形態が解決している色々な課題の一つに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題があり、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果がある。すなわち以下に詳述する電力変換装置およびこの電力変換装置を使用したシステムは、製品化のために解決することが望ましい色々な課題を解決していて、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題があり、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果に止まらず、上記課題や効果以外に色々な課題を解決し、色々な効果を達成することができる。さらに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化の課題、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化の効果を達成する構成についても、上述の課題を解決するための手段の欄に記載した構成だけで無く、他の構成によっても上記課題が解決でき、上記効果を得ることができる。すなわち小型化の課題や効果に関して上述した構成以外の構成によって、大きくは小型化に関する課題解決や効果達成につながるが、より具体的に見れば異なっている観点において課題が解決され、効果が得られている。以下その代表的なものを幾つか列挙する。さらにそれ以外については実施の形態の説明の中で述べる。
【００１２】
より小型化が望ましい課題を解決するための構成１を次に記載する。構成１は、ハウジング内に、冷媒流路と平滑用のコンデンサモジュールを配置し、さらに前記冷媒流路に沿って縦長形状のパワー半導体モジュールを配置し、前記コンデンサモジュールから前記パワー半導体モジュールに直流電流を流すための直流バスバーを配置し、直流バスバーの縦方向における上側に交流バスバーを配置し、前記交流バスバーの上に前記パワー半導体モジュールを制御するための制御信号線を配置する構成である。この構成により、電力変換装置の全体構成をより整然とした状態で配置でき、電力変換装置の小型化が可能となる。また冷媒流路を横切る横方向における、すなわち、電力変換装置の横方向のサイズをより小さくできる効果を得ることができる。上記効果は特にインバータの上下のアームの直列回路を内蔵したパワー半導体モジュールを使用する場合に大きな効果が得られるが、上下のアームのどちらか１つのアームを挿入したパワー半導体モジュールを使用する場合であっても効果が達成できる。ただし、１つのアームを挿入したパワー半導体モジュールを使用する場合には、インバータの上アーム用と下用のパワー半導体モジュールを別々に使用するため、これらアーム接続するためのバスバー構成が増加する。
【００１３】
上述の構成１において、さらにまた、直流バスバーや交流バスバーを電力変換装置のハウジング内のより側部側に配置し、これらバスバーの中央側に併設して前記コンデンサモジュールを配置でき、コンデンサモジュールの上部を有効に利用できる。例えばその他の回路をコンデンサモジュールの上部を配置でき、例えば実施の形態の如くコンプレッサなどの補機用の電動機を駆動する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールをこの部分に配置することができる。これらにより、電力変換装置の小型化を実現できる。さらに加えて、前記コンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの接続距離が短くなり、低インダクタンス化において効果がある。さらに溶接により電気的に接続する場合には、溶接器具を使用する空間が確保し易く、生産性が向上する。
【００１４】
さらに上述の構成１において、コンデンサモジュールの外形に沿って冷媒流路を形成する流路形成体を設け、前記コンデンサモジュールを前記流路形成体に固定する構成とすることで、前記冷媒流路により前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとを合せて冷却できる。さらに直流バスバーや交流バスバーを側部の方に寄せて配置できるので、前記コンデンサモジュールの上側に配置した前記他の回路を流路形成体に接近して配置できる。前記パワー半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとに加え、前記他の回路を効率的に冷却できる。前記他の回路とは回路を構成するためのいろいろな部品であっても良い。特に上述の通り、補機用の半導体モジュールを他の回路としてこの部分に配置することで、装置全体をより小型化でき、さらに補機用の半導体モジュールを効率的に冷却でき、信頼性の向上にもつながる。
【００１５】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成２を次に記載する。構成２は、パワー半導体モジュールから交流電力を出力するための、あるいはモータが発生した交流電力をパワー半導体モジュールに供給するための複数の交流バスバーを幅広の導体で構成し、各交流バスバーの幅の狭い面をハウジングの縦方向に沿うように、幅の広い面を互いに対向するように並べて配置したことである。この構成により、複数の交流バスバーが占める体積を小さくできる効果がある。
【００１６】
また上述の構成２に加え、上記複数の交流バスバーを交流バスバーアッセンブリとして一体化する構成とする。交流バスバーアッセンブリが、固定部を有する保持部材を有していて、前記保持部材に前記複数の交流バスバーを固定することにより前記複数の交流バスバーを一体化する構成とする。この構成により全体がより小型化できる。さらに交流バスバーアッセンブリの固定部を固定することで、前記複数の交流バスバーを固定でき、生産性が向上する。さらに他の回路やハウジング内面との緩衝の可能性も低減でき、信頼性の向上につながる。
【００１７】
また上述の構成２に加え、ハウジングの側部に沿って冷媒を流すための流路を配置し、前記冷媒の流路に沿って交流バスバーを配置するようにすれば、さらに電力変換装置の小型化の達成が容易と成る。また前記冷媒の流路に沿ってパワー半導体モジュールを配置することとなるので、電気的な接続も容易となる。
【００１８】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成３を次に記載する。構成３は；パワー半導体モジュールから交流電力を出力するための、あるいはモータが発生した交流電力をパワー半導体モジュールが受けるための、複数の交流バスバーを幅広の導体で構成し；各交流バスバーを、ハウジングの両側部の方にそれぞれ配置された冷媒流路に沿って配置し；両側部の前記交流バスバーに対してこれより中央の位置に、他の回路を配置したことである。他の回路としては、例えば実施の形態の如くコンプレッサなどの補機用の電動機を駆動する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールを配置することができる。これらにより、電力変換装置の小型化を実現できる。またこの効果に加え、補機用の半導体モジュールなどの他の回路を、冷媒流路を構成する流路形成他に直接あるいは接近して固定でき、パワー半導体モジュールに加え補機用の半導体モジュールなどの他の回路を効率良く冷却できる。
【００１９】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成４を次に記載する。構成４は；冷媒の流路に沿って配置したパワー半導体モジュールから突出する信号端子の接続位置を直流端子や交流端子より、縦方向のより一方側の方の位置に設け；前記縦方向において、コンデンサモジュールや交流バスバーよりドライバ回路を縦方向においてより一方側の位置に配置したことである。このような構成とすることで、大電流を流す直流や交流バスバーを配置する位置と前記信号端子に信号を供給する配線の位置とを、縦方向において分けることができ、配線を整理して配置できる。このことは電力変換装置の小型化の実現につながる。さらに大電流を流す直流や交流バスバーを溶接接続工程により接続し、前記信号端子の接続を半田接続工程で行う場合に、溶接工程と半田工程とを分けることができ、生産性の向上につながる。
【００２０】
より小型化が望ましいとの課題を解決するための他の構成である構成５を次に記載する。構成５は、電力変換装置を略直方体の構造とし、その上面の四角形の長辺側に沿って冷媒を流す冷媒流路を配置し、冷媒の流路に沿ってパワー半導体モジュールを配置し、さらに交流バスバーを幅広導体で構成すると共に、各交流導体の幅の狭い面を縦方向に、幅広面が互いに対向するようにして前記冷媒の流路に沿って伸びるように配置し、これら冷媒流路に沿って伸びる交流バスバーを前記電力変換装置の略四角形の短辺側に揃え、この短辺から交流電力を出力する構造としたことである。このような構造とすることで、交流バスバーの占める空間を小さくでき、また他の回路との配置関係が整い、電力変換装置をより小型にすることが可能となる。
【００２１】
生産性の向上に係る課題を解決するための構成６を次に記載する。構成６は、電力変換装置のハウジングの内部に冷媒流路を形成するための冷媒流路形成体にコンデンサモジュールやパワー半導体モジュールを固定し、さらにその上に交流バスバーアッセンブリを配置する構造としている。このような構造とすることで、コンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとの接続を容易に行うことができ、次にパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとの接続を容易に行うことができる。このことにより、生産性が向上する。特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接続部には大電流が流れるため、溶接により電気的な接続を行うことが多い。先ずコンデンサモジュールとパワー半導体モジュールとを溶接により接続し、次に交流バスバーアッセンブリを固定してパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとを溶接により接続することが可能となる。溶接による接続では溶接の器具を溶接部分に導くことが必要となり、上記の構造では、溶接器具を溶接部分に導くことが可能となる。また先に溶接による接続を行い、次に半田による接続を行うことで、作業性が向上する。上記構造は小型化に寄与するだけでなく、溶接工程により電気的な接続を行う場合には、生産性が向上する。さら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電気的な接続やパワー半導体モジュールと交流バスバーアッセンブリとの電気的な接続に溶接工程を使用することで、パワー半導体モジュールの端子部分にねじ止めのための面積を確保することが不要となり、パワー半導体モジュールをより小型にでき、このことは電力変換装置の小型化につながる。
【００２２】
生産性の向上に係る課題を解決するための他の構成７を次に記載する。構成７は；上述の構成４で説明した構成と基本的に同じであり；冷媒の流路に沿って配置したパワー半導体モジュールから突出する信号端子の接続部を直流端子や交流端子の接続部より、縦方向のより一方側の方に配置し；前記縦方向において、コンデンサモジュールや交流バスバーよりドライバ回路を縦方向におけるより一方側の方に配置したことである。このような構成とすることで、大電流を流すバスバーを配置する位置と前記信号端子に信号を供給する配線の位置とを、縦方向において分け配置することで、縦方向に順に組み立てることができ、さらに縦方向に順に接続作業を行うことができる。このことにより、生産性が向上する。
【００２３】
上記構成７においてさらに、大電流を流すバスバーに関係する電気的な接続を溶接接続により行い、信号端子に関する配線の接続を半田接続により行うことで、溶接工程を半田工程と分け、直流バスバーの溶接工程と交流バスバーの溶接工程とを近づけて行うことができる。このことにより、生産性が向上する。
【００２４】
信頼性の向上に係る課題を解決するための構成８を次に記載する。構成８は；金属性のハウジング内に、冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体を配置し；前記流路形成体に交流電流を流すための交流バスバーを固定し；前記交流バスバーを流れる電流を検出するための電流センサをバスバーに固定する構造である。前記流路形成体に固定されるバスバーに電流センサを配置することで、冷媒により冷却された流路形成体を介して交流バスバーを冷却し、モータ側から伝達される熱による交流バスバーの温度上昇を押さえ、電流センサの温度上昇を抑えることができる。
【００２５】
例えば、電力変換装置を車両のトランスミッションの如く高温度になる可能性の有る部材に固定する場合には、ハウジングを介して熱が伝達されてくる。またモータに交流電力を供給する交流バスバーは材料が銅であるため、良好な熱伝導体である。このためモータの熱が交流バスバーを介して伝えられ、電流センサの温度を高める可能性がある。構成８では、冷媒流路を形成する前記流路形成体に交流バスバーを固定し、前記交流バスバーに電流センサを固定したので、電流センサの温度上昇を抑制でき、信頼性が向上する。
【００２６】
信頼性の向上に係る課題を解決するための他の構成９を次に記載する。構成９は、上述の構成８において、固定部材および保持部材を有する交流バスバーアッセンブリを設け、この交流バスバーアッセンブリの前記保持部材により、前記交流バスバーを保持し固定する構成である。交流バスバーアッセンブリの固定手段により交流バスバーアッセンブリを前記流路形成体に固定する構成としている。交流バスバーアッセンブリ自身は上記固定部材により前記流路形成体に固定される。
【００２７】
この構成により交流バスバーアッセンブリの組み付けが容易と成ると共に、交流バスバーアッセンブリを前記流路形成体により冷却することができる。交流バスバーを効率的に冷却することができる。電流センサの温度上昇を抑制できるので電流センサ信頼性および電力変換装置全体の信頼性が向上する。電流センサは高温に弱い温度特性を有しており、電流センサの熱対策は重要な解決されるべき課題である。
【００２８】
信頼性の向上に係る課題を解決するための他の構成１０を次に記載する。構成１０は、冷媒の流れによりパワー半導体モジュールを冷却するための冷媒流路に加え、冷媒通路の外周面で冷却する構成を設け、前記外周面に冷却したい回路を配置する構成とした。より具体的には、冷媒の流れにより冷却するためにパワー半導体モジュールを冷媒流路内に挿入し、外周面により冷却するために冷却したい回路を前記外周面に密着させる構成とした。冷却したい回路としては、例えば実施の形態に説明の如く、車載コンプレッサなどの車載の補機用の電動機に供給する交流電力を発生するための補機用の半導体モジュールがあり、前記補機用の半導体モジュールを冷却のための前記外周面に固定する構成としている。
【００２９】
以下の実施の形態では、前記冷媒流路を形成する流路形成体に、冷媒である水を溜める空間を形成し、流路形成体の外周面の内の前記水を溜める空間の外周面に前記補機用の半導体モジュールを配置している。この構成により、パワー半導体モジュールを冷却すると共に前記補機用の半導体モジュールを効率的に冷却できる。
【００３０】
前記構成１０に加え、流路形成体に平滑用のコンデンサモジュールを収納する窪みを形成し、流路形成体に前記コンデンサモジュールを固定することで、前記パワー半導体モジュールと前記補機用の半導体モジュールと前記コンデンサモジュールを効率良く冷却できると共に、これらをコンパクトに配置でき、電力変換装置のより小型化と効率の良い冷却とを両立できる。さらにこれらを流路形成体に固定したので電力変換装置の組み体制にも優れている。
【００３１】
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ズである。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２を自動車に搭載する場合に、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジュームなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また永久磁石型の同期電動機は、誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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、交流端子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１２０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。
【００３６】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機用の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、あるいは制御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モジュール３５０に供給され、補機用モジュール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１９４の容量より小さいので、補機用モジュール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。
【００３７】
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や補機用モジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂへ、上記制御パルスを供給する。補機用モジュール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、補機用モジュール３５０のドライバ回路３５０Ｂ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。
【００３８】
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に示す補機用モジュール３５０のインバータ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モジュール３５０の中に集約されて配置されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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１６９から交流電流が出力され、この交流電流は交流端子１５９及び交流コネクタ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や８０４と接続する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，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。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。
【００４７】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路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エミッタ電極１５５及び信号用エミッタ電極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。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路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。
【００４８】
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、トランスミッションＴＭに固定された電力変換装置２００の回路部品を収納するためのアルミニウム製の底を有するハウジング１０と蓋８とを有する。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。流路形成体１２は、後述するパワー半導体モジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によってこれらを冷却する。また、流路形成体１２は、ハウジング１０に固定され、かつハウジング１０の底部に入口配管１３と出口配管１４が設けられている。入口配管１３から冷却媒体である水が流路形成体１２に流入し、冷却に使用した後と出口配管１４から流出する。
【００４９】
蓋８は、電力変換装置２００を攻勢する回路部品を収納し、ハウジング１０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には、外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４とが設けられており、第１開口２０２を介して前記コネクタ２１が外部の制御装置と接続され、制御回路基板２０に設けられた制御回路１７２と上位の制御装置などの外部の制御装置との間で信号伝送を行う。電力変換装置２００内の制御回路を動作させる低電圧の直流電力は、前記コネクタ２１から供給される。第２開口２０４には、バッテリ１３６との間で直流電力を送受するための直流コネクタ１３８が設けられており、電力変換装置２００内部に高電圧直流電力を供給するための負極側電力線５１０と正極側電力線５１２は、バッテリ１３６と直流電力の授受を行う直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００などとを電気的に接続する。
【００５０】
コネクタ２１と負極側電力線５１０や正極側電力線５１２は、蓋８の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、また負極側電力線５１０や正極側電力線５１２の先端部は、第２開口２０４から突出して直流コネクタ１３８の端子を構成する。蓋８には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。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。特に、本実施形態のように、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。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対して蓋８を上方向から組付ける構成となることで、蓋８がハウジング１０に組付けられたときに、蓋８と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
【００５１】
図４は、電力変換装置２００のハウジング１０の内部に収納される構成を理解を助けるために分解した斜視図である。流路形成体１２には、図５に示す冷媒流路１９が両サイドに沿うように形成されている。該冷媒流路１９の一方側の上面には、開口部４００ａ〜４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、また該冷媒流路１９の他方側の上面には、開口部４０２ａ〜４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成されている。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれる、また開口部４０２ａ〜４０２ｃ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。
【００５２】
流路形成体１２が形成する一方と他方の流路の間には、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は冷やされる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための冷媒流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための冷媒流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って冷媒を流す流路が形成されているので、冷却効率が向上すると共に、冷媒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３０１との配置が整然と整い、全体がより小型と成る。また冷媒流路１９がコンデンサモジュール５００の長辺に沿って配置されており、冷媒流路１９と冷媒流路１９に挿入固定されるパワー半導体モジュール３００と３０１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相の各層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。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
【００５３】
流路形成体１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に冷媒の流れを変える空間を内部に備える冷却部４０７が設けられている。冷却部４０７は、流路形成体１２と一体に形成され、この実施の形態では、補機用モジュール３５０を冷却するために利用される。補機用モジュール３５０は冷却部４０７の外周面である冷却面に固定され、前記冷却面の内側に形成された空間に冷媒を蓄え、この冷媒によって冷却部４０７が冷却され、補機用モジュール３５０の温度上昇が抑えられる。前記冷媒は前記冷媒流路１９内を流れる冷媒であり、パワー半導体モジュール３００や３０１とコンデンサモジュール５００と共に補機用モジュール３５０が冷却される。補機用モジュール３５０の両側部には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー１８６や保持部材を備えており、電流センサ１８０を保持し、固定している。詳細は後述する。
【００５４】
このように流路形成体１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように冷媒流路１９を設け、それぞれの冷媒流路１９に車両駆動用の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を配置し、さらに流路形成体１２の上面に補機用モジュール３５０を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。
【００５５】
また流路形成体１２の冷媒流路１９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、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１２と冷媒流路１９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を冷媒流路１９に固定することで冷媒流路１９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，補機用モジュール３５０，バスバーアッセンブリ８００，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。
【００５６】
ドライバ回路基板２２は、補機用モジュール３５０及びバスバーアッセンブリ８００の上方、すなわち蓋側に配置される。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、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。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。
【００５７】
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を下から見た図ある。流路形成体１２とこの流路形成体１２の内部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５（図４参照）に沿って形成された冷媒流路１９は一体に鋳造されている。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、該開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と流路形成体１２の間には、シール部材４０９ａ及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
【００５８】
下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３（図４参照）を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４（図４参照）を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッションＴＭの配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６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。冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に、入口孔４０１を通って、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａに向かって流れる。第１流路部１９ａは冷媒の流れを変える空間を形成しており、該空間で冷却部４０７の内面に衝突し、流れの方向を変える。この衝突時に冷却部４０７の熱を奪う作用を為す。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、流路形成体１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
【００５９】
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃ，第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃが、流路形成体１２の上面側に形成された開口部４００ａ〜４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワー半導体モジュール３００ａの収納空間とパワー半導体モジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワー半導体モジュール３００ｂの収納空間とパワー半導体モジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの収納空間及び中間部材を形成する。また、流路形成体１２は、開口部４０４と開口部４００ａ〜４００ｃ及び４０２ａ〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【００６０】
下カバー４２０には、ハウジング１０と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０ａ及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０ａは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００の流路形成体１２を、トランスミッションＴＭやモータジェネレータＭＧ１の円柱形状に合わせて形成されたハウジング１０の内壁に強固に固定することができる。
【００６１】
また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワー半導体モジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱，発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
【００６２】
そこで本実施形態では、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃや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は、流路形成体１２を挟んで、トランスミッションＴＭを収納したハウジング１０とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、流路形成体１２とハウジング１０との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された流路形成体１２及びハウジング１０で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図４に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、流路形成体１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、流路形成体１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、冷媒流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
【００６３】
図６乃至図１０を用いてインバータ回路１４０およびインバータ回路１４２に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃおよ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およ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３２１は、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００６４】
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の断面図である。
【００６５】
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乃至図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３１６や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。これら導体板には、信号端子３２５Ｕや信号端子３２５Ｌである信号配線を一体成型して成る補助モールド体６００が組みつけられる。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。
【００６６】
モジュールケース３０４は、アルミ合金材料例えばＡｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ−Ｃ等から構成され、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、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。
【００６７】
このような形状の金属性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。
【００６８】
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を充填される。また、図８及び図９に示されるように、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための直流正極配線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）が形成されている。モータジェネレータＭＧ１あるいは１９４に交流電力を供給するための交流配線３２０が設けられており、その先端に交流端子３２１（１５９）が形成されている。本実施形態では、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と一体成形され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と一体成形され、交流配線３２０は導体板３１６と一体成形される。
【００６９】
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。
【００７０】
図７（ａ）は、理解を助けるために、モジュールケース３０４と絶縁シート３３３と第一封止樹脂３４８と第二封止樹脂３５１を取り除いた内部断面図である。図７（ｂ）は、内部斜視図である。図８（ａ）は、図７（ｂ）の構造の理解を助けるための分解図である。図８（ｂ）は、パワー半導体モジュール３００の回路図である。また、図９（ａ）は、インダクタンスの低減効果を説明する回路図であり、図９（ｂ）は、インダクタンスの低減作用を説明するための電流の流れを示す斜視図である。
【００７１】
まず、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）と導体板の配置を、図８（ｂ）に示された電気回路と関連付けて説明する。図７（ｂ）に示されるように、直流正極側の導体板３１５と交流出力側の導体板３１６は、略同一平面状に配置される。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３１６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。同様に、交流導体板３１８と導体板３１９は、略同一平面状に配置される。交流導体板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。
【００７２】
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７（ａ）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３１６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３１６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３１６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。
【００７３】
直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、樹脂材料で成形された補助モールド体６００を介して対向した状態で略平行に延びる形状を成している。信号端子３２５Ｕや信号端子３２５Ｌは、補助モールド体６００に一体に成形されて、かつ直流正極配線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。補助モールド体６００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と直流負極配線３１９Ａと信号端子３２５Ｕと信号端子３２５Ｌとの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。さらに、直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａを略平行に対向するように配置したことにより、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。
【００７４】
低インダクタンス化が生じる作用について、図９（ａ）を用いて説明する。図９（ａ）において、下アーム側のダイオード１６６が順方向バイアス状態で導通している状態とする。この状態で、上アーム側ＩＧＢＴ３２８がＯＮ状態になると、下アーム側のダイオード１６６が逆方向バイアスとなりキャリア移動に起因するリカバリ電流が上下アームを貫通する。このとき、各導体板３１５，３１６，３１８，３１９には、図９（ｂ）に示されるリカバリ電流３６０が流れる。リカバリ電流３６０は、点線で示されるとおり、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）と対向に配置された直流正極端子３１５Ｂ（１５７）を通り、続いて各導体板３１５，３１６，３１８，３１９により形成されるループ形状の経路を流れ、再び直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と対向に配置された直流負極端子３１９Ｂ（１５８）を介して実線に示すように流れる。ループ形状経路を電流が流れることによって、モジュールケース３０４の第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂに渦電流３６１が流れる。この渦電流３６１の電流経路に等価回路３６２が発生する磁界相殺効果によって、ループ形状経路における配線インダクタンス３６３が低減する。
【００７５】
なお、リカバリ電流３６０の電流経路がループ形状に近いほど、インダクタンス低減作用が増大する。本実施形態では、ループ形状の電流経路は点線で示す如く、導体板３１５の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側に近い経路を流れ、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６内を通る。そしてループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１８の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、その後、点線で示す如く導体板３１６の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６内を通る。さらにループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１９の直流負極配線３１９Ａ側に近い経路を流れる。このようにループ形状の電流経路が、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）や直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に対して、近い側や遠い側の経路を通ることで、よりループ形状に近い電流経路が形成される。
【００７６】
図１０（ａ）は補助モールド体６００の斜視図、図１０（ｂ）は補助モールド体６００の透過図である。
【００７７】
補助モールド体６００は、信号導体３２４をインサート成形により一体化している。ここで、信号導体３２４は、上アーム側のゲート電極端子１５４やエミッタ電極端子１５５及び上アーム側のゲート電極端子１６４やエミッタ電極端子１６５（図２参照）、さらにはパワー半導体素子の温度情報を伝達するための端子が含まれる。本実施形態の説明では、これらの端子を総称して、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌと表現する。
【００７８】
信号導体３２４は、一方の端部に信号端子３２５Ｕや３２５Ｌを形成し、他方の端部に素子側信号端子３２６Ｕや３２６Ｌを形成する。素子側信号端子３２６Ｕや３２６Ｌは、パワー半導体素子の表面電極に設けられた信号パッドと、例えばワイヤにより接続される。第１封止部６０１Ａは、図８（ａ）に示された直流正極配線３１５Ａや直流負極配線３１９Ａあるいは交流配線３２０の形状の長軸に対してこれを横切る方向に延びる形状を成す。一方、第２封止部６０１Ｂは、直流正極配線３１５Ａや直流負極配線３１９Ａあるいは交流配線３２０の形状の長軸に対して略平行な方向に延びる形状を成す。また、第２封止部６０１Ｂは、上アーム側の信号端子３２５Ｕを封止するための封止部と、下アーム側の信号端子３２５Ｌを封止するための封止部とにより構成される。
【００７９】
補助モールド体６００は、その長さが、横に並べられた導体板３１５と３１６との全体の長さ、あるいは横に並べられた導体板３１９と３２０との全体の長さより長く形成される。つまり、横に並べられた導体板３１５と３１６の長さ、あるいは横に並べられた導体板３１９と３２０の長さが、補助モールド体６００の横方向の長さの範囲内に入っている。
【００８０】
第１封止部６０１Ａは、窪み形状を成しておりかつ当該窪みに直流負極配線３１９Ａを嵌合するための配線嵌合部６０２Ｂを形成する。また第１封止部６０１Ａは、窪み形状を成しておりかつ当該窪みに直流正極配線３１５Ａを嵌合するための配線嵌合部６０２Ａを形成する。さらに第１封止部６０１Ａは、配線嵌合部６０２Ａの側部に配置されおり、かつ窪み形状を成し、さらに当該窪みに交流配線３２０を嵌合するための配線嵌合部６０２Ｃを形成する。これら配線嵌合部６０２Ａ〜６０２Ｃに各配線が嵌合されることにより、各配線の位置決めが為される。これにより、各配線を強固に固定した後に樹脂封止材の充填作業を行うことが可能となり、量産性が向上する。
【００８１】
また、配線絶縁部６０８が、配線嵌合部６０２Ａと配線嵌合部６０２Ｂの間から、第１封止部６０１Ａから遠ざかる方向に突出する。板形状を成す配線絶縁部６０８が直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａの間に介在することにより、絶縁性を確保しながら、低インダクタンス化のための対向配置が可能となる。
【００８２】
また、第１封止部６０１Ａには、樹脂封止する際に用いられる金型と接触する金型押圧面６０４が形成され、かつ金型押圧面６０４は、樹脂封止する際の樹脂漏れを防止するための突起部６０５が第１封止部６０１の長手方向の外周を一周して形成される。突起部６０５は、樹脂漏れ防止効果を高めるために、複数設けられる。さらに、これら配線嵌合部６０２Ａと配線嵌合部６０２Ｂにも突起部６０５が設けられているので、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａの周囲から樹脂封止材が漏れるのを防止できる。ここで、第１封止部６０１Ａ，第２封止部６０１Ｂ、及び突起部６０５の材料としては、１５０〜１８０℃程度の金型に設置されることを考慮すると、高耐熱性が期待できる熱可塑性樹脂の液晶ポリマーやポリブチレンテレクタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が望ましい。
【００８３】
また、第１封止部６０１Ａの短手方向のパワー半導体素子側には、図１０（ｂ）に示される貫通孔６０６が長手方向に複数設けられる。これにより、貫通孔６０６に第一封止樹脂３４８が流入して硬化することにより、アンカー効果が発現して、補助モールド体６００は第一封止樹脂３４８に強固に保持され、温度変化や機械的振動によって応力がかかっても両者は剥離しない。貫通孔の変わりに凸凹の形状としても剥離しがたくなる。また、第１封止部６０１Ａにポリイミド系のコート剤を塗布するか、あるいは表面を粗化することでもある程度の効果が得られる。
【００８４】
モジュール一次封止体３０２における第１封止樹脂３４８の封止工程では、まず各配線を支持した補助モールド体６００を、１５０〜１８０℃程度に余熱された金型に挿入する。本実施形態では、補助モールド体６００，直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０，導体板３１５，導体板３１６，導体板３１８，導体板３１９が、それぞれ強固につながっているため、補助モールド体６００を所定の位置に設置することで主要回路およびパワー半導体素子が所定の位置に設置される。従って生産性が向上すると共に、信頼性が向上する。
【００８５】
また、第２封止部６０１Ｂは、モジュールケース３０４近傍からドライバ回路基板２２近傍まで延ばされるように形成される。これにより、強電配線の間をかいくぐってドライバ回路基板２２との配線を行う際に、高電圧にさらされても正常にスイッチング制御信号を伝達できるようになる。また、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０，信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが、モジュールケース３０４から同一方向に突出しても、電気的絶縁を確保することができ、信頼性を確保できる。
【００８６】
図１１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５１７により構成されている。積層導体板５０１は以下に説明の如く、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。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９は、積層導体板５０１の短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。正極側の電源端子５０９及び負極側の電源端子５０８には、図２で説明した如く、直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給される。
【００８７】
コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃ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、各パワー半導体モジュール３００の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で、各パワー半導体モジュール３０１の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して形成される。なお、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ａを構成する負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｆも同様である。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，コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、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。
【００８８】
コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方であるコンデンサモジュール５００の内部側に、複数個設けられる。本実施の形態では、８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８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１６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に示される点線ＡＡ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。
【００８９】
コンデンサセル５１４が冷媒流路に沿った方向に多数配置されているので、冷媒流路に沿って配置されるパワーモジュール３００やパワー半導体モジュール３０１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上下アームの直列回路１５０に対して均一化し易い傾向となる。また各コンデンサセル５１４を冷媒により均一に冷却できる効果がある。またコンデンサ端子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て積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、上記収納部５１１は、図に記載の上面及び下面が略長方形状を成す。コンデンサケース５０２には、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〜５２０ｈが設けられる。パワー半導体モジュールとの間に、孔５２０ｂ，孔５２０ｃ，孔５２０ｆ，孔５２０ｇが設けられることで、パワー半導体モジュールと冷媒流路１９との気密性を向上させている。収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めされることが容易になる。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と負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子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（不図示）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
【００９２】
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冷媒流路が設けられており、冷却効率が向上する。さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が冷媒流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
【００９３】
以下の説明で、直流正極端子３１５Ｂと図２に記載の正極端子１５７は同じものである。また直流負極端子３１９Ｂと図２に記載の負極端子１５８は同じものである。図１２は、流路形成体１２にパワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリを組み付けた外観斜視図である。図１３は、図１２の部分Ａの拡大図である。図１１および図１２，図１３において、直流正極端子３１５Ｂ（１５７），直流負極端子３１９Ｂ（１５８），交流端子３２１（１５９）及び第２封止部６０１Ｂは、ハウジング１０の縦方向に蓋側に向けて延びている。直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の電流経路の面積は、積層導体板５０１の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板５０１から直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に集中することになる。また、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）が積層導体板５０１を横切る方向に突出する場合、言い換えると、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）が積層導体板５０１とねじれの関係にある場合、新たな接続用導体が必要になり生産性低下やコスト増大の可能性がある。
【００９４】
そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部を有し、その先端部に接続部５４２を有している。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部を有し、その先端部に接続部５４５を有している。前記接続部５４２と前記接続部５４５との間にパワー半導体モジュール３００や３０１の直流負極端子３１９Ｂ（１５８）や直流正極端子３１５Ｂ（１５７）が挟まれるようにして接続されている。これにより、コンデンサ端子５０４ａや５０６ａが接続部５４２や５４５の直前まで絶縁シートを介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子５０４ａや５０６ａの配線部分のインダクタンスを低減することができる。さらに、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）の先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。このため、低インダクタンス化による特性改善に加え生産性を向上させることができる。
【００９５】
パワー半導体モジュール３００や３０１の交流端子３２１（１５９）の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動できるように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１（１５９）の溶接箇所と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の溶接箇所は、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
【００９６】
さらに、図４及び図１２に示されるように、複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃは、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
【００９７】
図１４は、パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールを組み付けた流路形成体１２とバスバーアッセンブリ８００の分解斜視図である。図１５は、保持部材８０３を除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。図１４及び図１５において、バスバーアッセンブリ８００は、それぞれ両サイドに配置された第１と第２交流バスバーを保持し固定するための保持部材８０３と、上記両サイドに設けられた第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆと、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと、を備えている。前記バスバーアッセンブリ８００にはさらに両サイドに設けられた第１および第２交流バスバー８０２と８０４を流れる交流電流を検出するための電流センサ１８０が設けられている。両サイドに設けられた上記第１および第２交流バスバー８０２，８０４はそれぞれ幅広導体で作られており、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの設置箇所まで両サイドの第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、幅広面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように配置されている。第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは電流センサ１８０ａあるいは１８０ｂの貫通孔の手前で、それぞれ略直角に折り曲げられ、これら交流バスバーの幅広面が積層導体板５０１の主面と略平行の状態になる。電流センサ１８０ａや電流センサ１８０ｂの孔を貫通後、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続される。第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは大部分が幅広面をコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直の状態、すなわち交流バスバーの幅狭面が電力変換装置の縦方向を向く状態を成している。図１５に記載の如く、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは前記電流センサ１８０ａや電流センサ１８０ｂの孔を貫通後、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆに形成された接続部８０５ａ〜８０５ｆ（接続部８０５ｄ〜８０５ｆは不図示）で、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続される。
【００９８】
上述の如く、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、接続部８０５ａ〜８０５ｆの近傍で、コンデンサモジュール５００側に向かって略直角に折り曲げられる。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。さらに第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの近傍から、図１２や図１４，図１５に示す如く、流路形成体１２の短手方向の一方の辺１２ａに向かって延ばされ、当該辺１２ａを横切るように形成される。つまり、複数の第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面が向かい合った状態で、当該第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが辺１２ａを横切るように形成される。
【００９９】
交流バスバー８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｄ，８０２ｅが、ハウジング１０の内側両サイドに配置された冷媒流路に沿って両サイドに配置されていることにより、装置全体の大型化を低減できる。また幅広導体の幅狭面が装置の縦方向を向くようにそろえて配置しているので、第１交流バスバー８０２や第２交流バスバー８０４が占める空間を小さくでき、装置全体の大型化を低減できる。さらにまた流路形成体１２の一面側から複数の交流バスバーを突出させることで、電力変換装置２００の外部での配線の取り回しが容易になり、生産性が向上する。
【０１００】
図１４に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆ，電流センサ１８０ａ，１８０ｂ及び第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。この保持部材８０３により、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが金属製の流路形成体１２及びハウジング１０との間の絶縁性を向上させる。
【０１０１】
バスバーアッセンブリ８００は、保持部材８０３によって流路形成体１２に固定される構造になっている。仮にハウジング１０に外部から熱が伝達されても、冷却媒体の流路が形成されている流路形成体１２は温度上昇が抑えられる。この流路形成体１２にバスバーアッセンブリ８００を固定することで、バスバーアッセンブリ８００の温度上昇を抑えることができるのみならず、バスバーアッセンブリ８００に保持された電流センサ１８０の温度上昇を抑えることができる。電流センサ１８０は熱に弱い特性を有しており、上記構造により、電流センサ１８０ａ，１８０ｂの信頼性を向上させることができる。さらに本実施例の如く、電力変換装置をトランスミッションに固定する場合には、ハウジング１０にトランスミッションＴＭ側から熱が伝達されるだけでなく、モータジェネレータ側から第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆを介して熱が伝達される。これらの熱を流路形成体１２で遮断し、あるいは熱を冷媒に逃がすことができ、電流センサ１８０ａ，１８０ｂの温度上昇を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
図１４に示されるように、保持部材８０３は、図４に示されたドライバ回路基板２２を指示するための支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂを備えている。支持部材８０７ａは、複数設けられ、かつ流路形成体１２の長手方向の一方の辺に沿って形成される。また、支持部材８０７ｂは、複数設けられ、かつ流路形成体１２の長手方向の他方の辺に沿って並べて形成される。支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
【０１０３】
さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂが配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを有している。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂを貫通するように構成される。図１５に示されるように、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂを有する。信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂは、ドライバ回路基板２２の配線パターンと半田によって接合される。本実施形態では、保持部材８０３，支持部材８０７ａ，８０７ｂ及び突起部８０６ａ，８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
【０１０４】
これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及び半田接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
【０１０５】
本実施の形態では、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭに設けられたハウジング１０に固定されるので、トランスミッションＴＭからの振動の影響を大きく受ける。そこで、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０８を設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。例えば支持部材８０８によってドライバ回路基板２２の中央部を指示することで、ドライバ回路基板２２の共振周波数をトランスミッションＴＭから伝達されてくる振動の周波数より高くすることができ、ドライバ回路基板２２に加わるトランスミッションＴＭの振動の影響を低減できる。なお、バスバーアッセンブリ８００の保持部材８０３は流路形成体１２に螺子により固定される。
【０１０６】
また、保持部材８０３は、補機用モジュール３５０の一方の端部を固定するためのブラケット８０９を設ける。また図４に示されるように、補機用モジュール３５０は冷却部４０７に配置されることにより、当該補機用モジュール３５０の他方の端部が当該冷却部４０７に固定される。これにより、補機用モジュール３５０に加わる振動の影響を低減するとともに、固定用の部品点数を削減することができる。
【０１０７】
図１６は、パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとバスバーアッセンブリ８００と補機用モジュール３５０を流路形成体１２に組み付けた状態の外観斜視図である。電流センサ１８０は、約１００℃以上の温度になるとセンサとして使用できないことがある。車載用の電力変換装置では使用される環境が非常に厳しく、高温になる場合があり、電流センサ１８０を熱から保護することが重要な課題の１つである。特に、本実施の形態では、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭに搭載されるので、当該トランスミッションＴＭから発せられる熱の影響から電流センサ１８０を保護することが重要な課題となる。
【０１０８】
そこで、本実施の形態では、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、流路形成体１２を挟んでトランスミッションＴＭとは反対側に配置される。これにより、トランスミッションＴＭが発する熱が電流センサに伝達しづらくなり、電流センサの温度上昇を抑えられる。さらに、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、図５に示された第３流路１９ｃを横切るように形成される。そして、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、第３流路部１９ｃを横切る第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの部分よりもパワーモジュールの交流端子３２１（１５９）に近い側に配置される。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが冷媒によって間接的に冷却され、交流バスバーから電流センサ、更にはパワーモジュール内の半導体チップに伝わる熱を和らげることができるため、信頼性が向上する。
【０１０９】
図１６に示される流れ方向８１１は、図５にて示された第４流路１９ｄを流れる冷媒の流れ方向を示す。同様に、流れ方向８１２は、図５にて示された第２流路１９ｂを流れる冷媒の流れ方向を示す。本実施の形態では、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、電力変換装置２００の上方から投影したときに、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂの投影部が冷媒流路１９の投影部に囲まれるように配置される。これにより電流センサをトランスミッションＴＭからの熱から更に保護することができる。
【０１１０】
図１７は、理解を助けるために制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した状態の斜視図である。図１６に示すように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、図１６の電流センサ１８０の上方に配置され、さらに図１４に示されたバスバーアッセンブリ８００に設けられる支持部材８０７ａ及び８０７ｂによって支持される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置され、この実施の形態では、流路形成体１２から立設された複数の支持部材１５によって支持される。制御回路基板２０は、金属ベース板１１の上方に配置され、上記金属ベース板１１に固定される。
【０１１１】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に階層的に配置され、また制御回路基板２０が強電系のパワー半導体モジュール３００及び３０１から最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入を抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された流路形成体１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
【０１１２】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際の、配線コネクタを用いると接続工程の煩雑さや、接続ミスを防止することが望ましい。図１７では、ドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する第１孔２４及び第２孔２６が形成される。また第１孔２４にはパワー半導体モジュール３００の信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。さらに第２孔２６には電流センサ１８０の信号線１８２が挿入され、信号線１８２はドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。なお、流路形成体１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側から半田接合が行われる。
【０１１３】
これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワー半導体モジュール３００の信号端子３２５と電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向から半田により接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。また、ドライバ回路基板２２に、信号端子３２５を貫通させるための第１孔２４や、信号線１８２を貫通させるための第２孔２６をそれぞれ設けることにより接続ミスの危険性を少なくすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態のドライバ回路基板２２は、流路形成体１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（不図示）を実装している。これにより、半田接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、半田接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
【０１１５】
本実施の形態においては、冷媒流路１９に流れる冷媒によって、冷媒流路１９内に挿入され固定されたパワー半導体モジュール３００及び３０１を冷却すると共に、コンデンサモジュール５００を冷却する。さらに、補機用モジュール３５０も発熱による温度上昇を抑えるため、冷却することが望ましい。ハウジング１０内で冷却できる部分が限られているので、冷却方法や冷却構造の工夫が必要である。
【０１１６】
そこで、本実施の形態では、補機用モジュール３５０の金属ベースで形成された放熱面が、図４に示す冷却部４０７と対向するように配置される。図４の冷却部４０７は補機用モジュール３５０を冷却するために設けられている。冷却部４０７の裏側は図５に示されている。また冷却部４０７の部分での断面図を図１９に示す。図４，図５，図１９において、補機用モジュール３５０はその放熱面が冷却部４０７の外周面に接するようにして固定される。前記冷却部４０７が入口配管１３の上方に形成されているので、下方から流入する冷媒が冷却部４０７の内壁に衝突して、効率良く補機用モジュール３５０から熱を奪うことができる。図１９の破線で示す入口配管１３から流入した冷媒が冷却部４０７の内部に形成された冷媒溜め１９ｆの上面に衝突して流れの方向が変えられ、このとき冷却部４０７の熱を奪う。方向を変えられた冷媒は、流路１９ａから図４や図５に示す流路１９ｂに流れ込み、パワー半導体モジュール３００及び３０１を冷却する。パワー半導体モジュール３０１を冷却した冷媒は、流路１９ｅに流入し、破線で示す出口配管１４から排出される。流路１９ｅの上部には冷媒溜り１９ｇが形成され、冷媒溜り１９ｇの冷媒により冷却部４０７が冷却される。冷媒流路の流体抵抗を適切な状態とするため、流入側の冷媒溜め１９ｆを出口側の冷媒溜り１９ｇより大きくしている。このような構造により、効率良く補機用モジュール３５０を冷却することができる。
【０１１７】
図１８は、図１７の破線Ｂで示す面の、電力変換装置２００をＣ方向から見た断面図である。モジュールケース３０４に設けられたフランジ３０４Ｂは、流路形成体１２の流路の開口に押し付けられ、流路形成体１２にモジュールケース３０４を押しつけることにより、冷媒流路１９の気密性を向上させることができる。パワー半導体モジュール３００の冷却効率を向上させるために、冷媒流路１９内の冷媒をフィン３０５が形成された領域に流すようにする必要がある。モジュールケース３０４は湾曲部３０４Ａのスペースを確保するために、モジュールケース３０４の下部にはフィン３０５が形成されていない。そこで下カバー４２０は、モジュールケース３０４の下部が、当該下カバー４２０に形成された凹部４３０に嵌合されるように形成される。これにより、冷却フィンが形成されていない空間に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
【０１１８】
図６から図１０に記載の如く、上記実施の形態では、パワー半導体モジュール３００や３０１は図２に示す上下アームの直列回路１５０を内蔵し、インダクタンスの低減を図っている。インダクタンスの低減の観点では特性が低下するが、上アームと下アームを別々のパワー半導体モジュールで構成し、パワー半導体モジュールの外部で上アームと下アームを直列に接続する構成が考えられる。これら他の実施の形態として、図２０から図２２に上アームと下アームを別々のパワー半導体モジュールで構成した実施の形態を示す。図２０はパワー半導体モジュールに上あるいは下アームを収納したパワー半導体モジュールを使用し、これらパワー半導体モジュールを流路形成体１２に収納した状態の上面図である。
【０１１９】
図２０において、流路形成体１２には、図５で説明のごとく、長辺に沿って冷媒の流路が両側に形成されており、上アームを収納した上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アームを収納した下アーム半導体モジュール１５０Ｂとが交互に前記冷媒流路に挿入されている。上アーム半導体モジュール１５０Ａは図２に示す正極端子１５７と交流電流を取り出す交流端子１６９Ａと制御のための端子１５４と１５５とを備えている。また下アーム半導体モジュール１５０Ｂは負極端子１５８と交流電流を取り出す交流端子１６９Ｂと制御のための端子１５４と１５５とを備えている。流路形成体１２の中央にコンデンサモジュール５００が図４に示されているのと同様に収納されており、正極側のコンデンサ端子５０６が正極端子１５７に接続され、負極側のコンデンサ端子５０４が負極端子１５８に接続されている。コンデンサには正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８に図１のバッテリ１３６から直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給され、コンデンサモジュール５００は上アーム半導体モジュール１５０Ａの正極端子１５７と下アーム半導体モジュール１５０Ｂの負極端子１５８にそれぞれ直流電力を供給する。ここで上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとを接続すると上下アームの直列回路１５０が作られる。
【０１２０】
図２１は、上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとバスバー８０２ａ〜８０２ｃとの接続関係を示す図であり、図２２は上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとバスバーアッセンブリ８００との接続関係を示す図である。図２０において、上アーム半導体モジュール１５０Ａの交流端子１６９Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂの交流端子１６９Ｂとの接続を、図２１および図２２では交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆで行う。例えば図２１において、交流バスバー８０２ａにより、交流端子１６９Ａと交流端子１６９Ｂとを接続する。交流バスバー８０２ａは上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂとの直列接続の機能と直列接続点からの交流電流の取り出しの２つの機能を果している。同様に交流バスバー８０２ｂから交流バスバー８０２ｆはそれぞれ対応する上アーム半導体モジュール１５０Ａと下アーム半導体モジュール１５０Ｂとの直列接続の機能と直列接続点からの交流電流の取り出しの２つの機能をそれぞれ果している。図２２は交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆを保持するための保持部材８０３を備えている。
【０１２１】
図２０から図２２の実施の形態は、コンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール，電流センサ１８０，バスバーアッセンブリ８００の冷却、および組立て方法については、図３から図５および図１１〜図１９の実施の形態と基本的には同じである。従って図３から図５および図１１〜図１９の実施の形態で説明した課題の解決や効果は同様に得ることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ ハウジング
１１ 金属ベース板
１２ 流路形成体
１３ 入口配管
１４ 出口配管
１９ 冷媒流路
２０ 制御回路基板
１３６ バッテリ
１４０，１４２ インバータ回路
１５０ 上下アームの直列回路
１５０Ａ 上アーム半導体モジュール
１５０Ｂ 下アーム半導体モジュール
１７４ ドライバ回路
１８０ 電流センサ
２００ 電力変換装置
３５０ 補機用モジュール
４０７ 冷却部
５００ コンデンサモジュール
５０４ 負極側のコンデンサ端子
５０６ 正極側のコンデンサ端子
５０８ 負極側の電源端子
５０９ 正極側の電源端子
５１４ コンデンサセル
８００ バスバーアッセンブリ
８０２，８０５ 交流バスバー
８０３ 保持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの縦方向における底側であって、前記ハウジングの内部の側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられている複数のパワー半導体モジュールと、
前記ハウジングの側部に沿って形成された冷媒流路に対して中央側に配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対して、縦方向における蓋側に配置されたドライバ回路と、を有し、
前記各パワー半導体モジュールは、前記冷媒流路に挿入された状態で流路形成体に固定され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記各パワー半導体モジュールによって発生する交流電流を流すための複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、前記複数の交流バスバーは前記冷媒流路に沿って伸びる形状を成し、前記交流バスバーアッセンブリは前記複数の固定部によって固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールは略長方形の形状をなし、前記長方形の長辺に沿って前記冷媒流路が形成され、前記交流バスバーアッセンブリの複数の固定部は、前記冷媒流路に沿って配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールの外周に沿って前記冷媒流路が形成され、
前記ドライバ回路はドライバ基板に形成されており、前記ドライバ基板は固定するための複数のドライバ固定部を有しており、前記ドライバ固定部は前記冷媒流路に沿って配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側に底を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジングの縦方向における底側に冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられている複数のパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に併設して配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に半導体チップの制御信号を供給するドライバ回路と、有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子と前記各パワー半導体モジュールの直流端子とが電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる幅広導体からなる複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、
前記幅広導体からなる各交流バスバーは、それぞれ幅広導体の狭い面が縦方向を向き、幅広面が縦方向を横切る方向を向いていて、前記各交流バスバーの幅広面が空間を介して対向するように配置されており、
前記交流バスバーアッセンブリの各交流バスバーは対応するパワー半導体モジュールの交流端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーアッセンブリより蓋側に、前記ドライバ回路を有する基板が配置され、
前記パワー半導体モジュールの交流端子と対応する前記交流バスバーアッセンブリとが溶接により接続され、前記ドライバ回路を有する基板と前記パワー半導体モジュールの制御端子とが半田により接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を、他方側に底を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジング内の底側であって、前記ハウジング内部の両側部のそれぞれに沿って、第１と第２の冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記第１と第２の冷媒流路に挟まれて配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジング内の蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に制御信号を供給するドライバ回路と、を有し、
前記第１と第２の冷媒流路にそれぞれ挿入されて、複数の前記パワー半導体モジュールが配置され、
前記コンデンサモジュールの直流端子と対応する前記パワー半導体モジュールの直流端子とが電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記第１と第２の冷媒流路に沿ってそれぞれ配置された、幅広形状の交流バスバーをそれぞれ複数有する第１と第２の交流バスバーの組と、該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、
前記各交流バスバーの組は、幅広形状の交流バスバーのそれぞれの狭い面が縦方向を向き、幅広面が縦方向を横切る方向を向いて固定されており、第１の交流バスバーの組は第１の冷媒流路に沿って配置され、第２の交流バスバーの組は第２の冷媒流路に沿って配置され、
前記第１と第２の交流バスバーの組の間に電気回路を配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
前記第１と第２の交流バスバーの組の間に配置された電気回路は補機用モータを駆動する交流電力を発生するための補機用のインバータ回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
内部に収納空間を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、直流端子を備えた平滑用のコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールに沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための上下アームの直列回路を内蔵し、前記上下アームの直列回路に電流を流すための直流端子と交流電力を出力するための交流端子と前記上下アームの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対してさらに縦方向の一方側に配置されたドライバ回路と、有し、
前記冷媒流路に挿入されて複数の前記パワー半導体モジュールが配置され、
前記コンデンサモジュールの直流端子から前記パワー半導体モジュールの直流端子に直流電力が供給されるように電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる複数の幅広の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを有し、
前記パワー半導体モジュールは、両面に冷却面を有し、前記縦方向に細長くしかも流路に沿って細長い形状をなす半導体モジュールケースと前記半導体モジュールケースから前記縦方向の一方側に突出する前記直流端子と前記交流端子とを有し、さらに前記直流端子や前記交流端子に対してさらに前記縦方向の一方側に長く突出する前記制御端子とが設けられており、
前記交流バスバーアッセンブリは対応する前記パワー半導体モジュールの交流端子に電気的に接続され、
前記ドライバ回路は対応する前記パワー半導体モジュールの制御端子に上アームあるいは下アームを制御するための制御信号を供給することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記交流バスバーアッセンブリの前記幅広の交流バスバーはそれぞれ狭い面が縦方向となり、前記冷媒流路に沿ってそれぞれ伸びる形状をなしており、交流バスバーアッセンブリを構成する交流バスバーの幅広面が空間を介して互いに対向するように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８あるいは請求項９の内の一に記載の電力変換装置であって、
前記交流出力端は、前記冷媒流路に沿ってそれぞれ伸び方向に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
内部に収納空間を有する金属性のハウジングと、
直流端子を備え、前記ハウジング内に設けられた平滑用のコンデンサモジュールと
前記ハウジング内において前記コンデンサモジュールに沿うように冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対して、縦方向における一方側に配置されたドライバ回路と、を有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子と前記各パワー半導体モジュールの直流端子とが溶接によって接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを有し、該固定部によって前記交流バスバーアッセンブリが前記流路形成体に固定されている、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記各パワー半導体モジュールの交流端子は対応する前記パワー半導体モジュールの交流端子と溶接により接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部の側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けらたパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に対して中央側に配置されて前記流路形成体に固定され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
ドライバ回路と、を有し、
複数の前記パワー半導体モジュールが冷媒流路に挿入されて固定されており、
前記交流バスバーアッセンブリは幅広の複数の交流バスバーと前記交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを備えており、
交流バスバーはそれぞれ幅の狭い面が縦方向を向いており、前記それぞれの幅広面が互いに空間を介して対向するように配置されており、
前記固定部により前記交流バスバーアッセンブリが前記流路形成体に固定され、
前記ドライバ回路が前記流路形成体に固定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、前記ハウジングの側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられ、前記冷媒流路に挿入されて固定されている複数のパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に対して中央側に配置されて前記流路形成体に固定され、直流端子を備えた平滑用のコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に制御信号を供給するドライバ回路と、を有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子は、前記コンデンサモジュールから突出して対応する前記パワー半導体モジュールの前記直流端子の方に伸び、その端部が前記パワー半導体モジュールの電流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる形状をなし、前記コンデンサモジュールの直流端子の端部が前記パワー半導体モジュールの直流端子に溶接により接続され、
交流バスバーアッセンブリが有する幅広形状をなす交流バスバーは、前記パワー半導体モジュールの交流端子の方に伸び、その端部が前記交流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる形状を成し、前記端部が前記交流端子に溶接により接続され、
前記ドライバ回路は前記パワー半導体モジュールの制御端子に半田により接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールから突出して対応する前記パワー半導体モジュールの直流端子に接続される直流バスバーは、前記コンデンサモジュールから前記パワー半導体モジュールの電流端子の方にのびる第１の部分と、その端部が前記直流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる第２の部分とを有し、前記第２の部分で溶接により前記パワー半導体モジュールの直流端子に接続されており、
交流バスバーアッセンブリが有する幅広導体の交流バスバーは、前記パワー半導体モジュールの交流端子の方にのびる第１の部分と、その端部が前記交流端子に沿って縦方向における一方側に折れ曲がって伸びる第２の部分とを有し、前記第２の部分で溶接によりパワー半導体モジュールの交流端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底により塞がれているとともに前記自動車用変速機に固定するための固定部を他方側の外部に有する金属性のハウジングと、
前記金属性のハウジングの内部に配置され、冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ回路を構成する半導体チップを内蔵するパワー半導体モジュールと、直流端子を有するコンデンサモジュールと、前記パワー半導体モジュールが発生する交流電流を流すための交流バスバーアッセンブリと、電流センサと、を有し、
前記コンデンサモジュールに沿って前記冷媒流路が配置されるように前記コンデンサモジュールと前記冷媒流路とを並べて配置し、
前記交流バスバーアッセンブリは前記コンデンサモジュールに対して前記縦方向における一方側に配置され、
前記交流バスバーアッセンブリは、交流電流を流すための複数の交流バスバーと、前記複数の交流バスバーを保持すると共に固定用の固定部を有する保持部材と、を備えており、前記交流バスバーアッセンブリは前記保持部材の前記固定部によって前記流路形成体に固定され、
前記交流バスバーを流れる電流を計測するための前記電流センサを前記交流バスバーアッセンブリに固定したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれているとともに前記変速機に固定するための固定部を他方側の外部に有する金属性のハウジングと、
前記金属性のハウジングの内部の両側部にそれぞれ冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールと、前記平滑用のコンデンサモジュールとを配置し、
前記コンデンサモジュールに対して、前記縦方向における一方側に交流電流を流すための交流バスバーアッセンブリを配置し、
前記交流バスバーを流れる電流を計測するための電流センサを、前記コンデンサモジュールより、前記縦方向における一方側であって、前記冷媒を流す軸方向に対して、両側部に配置された前記冷媒流路によって挟まれる範囲内に、配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーアッセンブリは前記パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとに対して、前記縦方向における一方側に配置されており、
前記交流バスバーアッセンブリはさらに前記流路形成体に固定され、
前記流路形成体が前記ハウジングに収納されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの縦方向における底側であって、前記ハウジングの内部の側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられている複数のパワー半導体モジュールと、
前記ハウジングの側部に沿って形成された冷媒流路に対して中央側に配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対して、縦方向における蓋側に配置されたドライバ回路と、を有し、
前記各パワー半導体モジュールは、前記冷媒流路に挿入された状態で流路形成体に固定され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記各パワー半導体モジュールによって発生する交流電流を流すための複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、前記複数の交流バスバーは前記冷媒流路に沿って伸びる形状を成し、前記交流バスバーアッセンブリは前記複数の固定部によって固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールは略長方形の形状をなし、前記長方形の長辺に沿って前記冷媒流路が形成され、前記交流バスバーアッセンブリの複数の固定部は、前記冷媒流路に沿って配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールの外周に沿って前記冷媒流路が形成され、
前記ドライバ回路はドライバ基板に形成されており、前記ドライバ基板は固定するための複数のドライバ固定部を有しており、前記ドライバ固定部は前記冷媒流路に沿って配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側に底を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジングの縦方向における底側に冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられている複数のパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に併設して配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に半導体チップの制御信号を供給するドライバ回路と、有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子と前記各パワー半導体モジュールの直流端子とが電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる幅広導体からなる複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、
前記幅広導体からなる各交流バスバーは、それぞれ幅広導体の狭い面が縦方向を向き、幅広面が縦方向を横切る方向を向いていて、前記各交流バスバーの幅広面が空間を介して対向するように配置されており、
前記交流バスバーアッセンブリの各交流バスバーは対応するパワー半導体モジュールの交流端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーアッセンブリより蓋側に、前記ドライバ回路を有する基板が配置され、
前記パワー半導体モジュールの交流端子と対応する前記交流バスバーアッセンブリとが溶接により接続され、前記ドライバ回路を有する基板と前記パワー半導体モジュールの制御端子とが半田により接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を、他方側に底を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジング内の底側であって、前記ハウジング内部の両側部のそれぞれに沿って、第１と第２の冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記第１と第２の冷媒流路に挟まれて配置され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジング内の蓋側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に制御信号を供給するドライバ回路と、を有し、
前記第１と第２の冷媒流路にそれぞれ挿入されて、複数の前記パワー半導体モジュールが配置され、
前記コンデンサモジュールの直流端子と対応する前記パワー半導体モジュールの直流端子とが電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記第１と第２の冷媒流路に沿ってそれぞれ配置された、幅広形状の交流バスバーをそれぞれ複数有する第１と第２の交流バスバーの組と、該交流バスバーアッセンブリを固定するための複数の固定部とを有し、
前記各交流バスバーの組は、幅広形状の交流バスバーのそれぞれの狭い面が縦方向を向き、幅広面が縦方向を横切る方向を向いて固定されており、第１の交流バスバーの組は第１の冷媒流路に沿って配置され、第２の交流バスバーの組は第２の冷媒流路に沿って配置され、
前記第１と第２の交流バスバーの組の間に電気回路を配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
前記第１と第２の交流バスバーの組の間に配置された電気回路は補機用モータを駆動する交流電力を発生するための補機用のインバータ回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
内部に収納空間を有する金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、直流端子を備えた平滑用のコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールに沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための上下アームの直列回路を内蔵し、前記上下アームの直列回路に電流を流すための直流端子と交流電力を出力するための交流端子と前記上下アームの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対してさらに縦方向の一方側に配置されたドライバ回路と、有し、
前記冷媒流路に挿入されて複数の前記パワー半導体モジュールが配置され、
前記コンデンサモジュールの直流端子から前記パワー半導体モジュールの直流端子に直流電力が供給されるように電気的に接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる複数の幅広の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを有し、
前記パワー半導体モジュールは、両面に冷却面を有し、前記縦方向に細長くしかも流路に沿って細長い形状をなす半導体モジュールケースと前記半導体モジュールケースから前記縦方向の一方側に突出する前記直流端子と前記交流端子とを有し、さらに前記直流端子や前記交流端子に対してさらに前記縦方向の一方側に長く突出する前記制御端子とが設けられており、
前記交流バスバーアッセンブリは対応する前記パワー半導体モジュールの交流端子に電気的に接続され、
前記ドライバ回路は対応する前記パワー半導体モジュールの制御端子に上アームあるいは下アームを制御するための制御信号を供給することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記交流バスバーアッセンブリの前記幅広の交流バスバーはそれぞれ狭い面が縦方向となり、前記冷媒流路に沿ってそれぞれ伸びる形状をなしており、交流バスバーアッセンブリを構成する交流バスバーの幅広面が空間を介して互いに対向するように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８あるいは請求項９の内の一に記載の電力変換装置であって、
前記交流出力端は、前記冷媒流路に沿ってそれぞれ伸び方向に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
内部に収納空間を有する金属性のハウジングと、
直流端子を備え、前記ハウジング内に設けられた平滑用のコンデンサモジュールと
前記ハウジング内において前記コンデンサモジュールに沿うように冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられているパワー半導体モジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記交流バスバーアッセンブリに対して、縦方向における一方側に配置されたドライバ回路と、を有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子と前記各パワー半導体モジュールの直流端子とが溶接によって接続され、
前記交流バスバーアッセンブリは、前記冷媒流路に沿って伸びる複数の交流バスバーと該交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを有し、該固定部によって前記交流バスバーアッセンブリが前記流路形成体に固定されている、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記各パワー半導体モジュールの交流端子は対応する前記パワー半導体モジュールの交流端子と溶接により接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部の側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けらたパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に対して中央側に配置されて前記流路形成体に固定され、直流端子を備えたコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
ドライバ回路と、を有し、
複数の前記パワー半導体モジュールが冷媒流路に挿入されて固定されており、
前記交流バスバーアッセンブリは幅広の複数の交流バスバーと前記交流バスバーアッセンブリを固定するための固定部とを備えており、
交流バスバーはそれぞれ幅の狭い面が縦方向を向いており、前記それぞれの幅広面が互いに空間を介して対向するように配置されており、
前記固定部により前記交流バスバーアッセンブリが前記流路形成体に固定され、
前記ドライバ回路が前記流路形成体に固定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれている金属性のハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、前記ハウジングの側部に沿って冷媒流路を形成する流路形成体と、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するための半導体チップを内蔵し、前記半導体チップに電流を流すための直流端子と交流電流を流すための交流端子と前記半導体チップの動作を制御するための制御端子とが外部に突出するように設けられ、前記冷媒流路に挿入されて固定されている複数のパワー半導体モジュールと、
前記冷媒流路に対して中央側に配置されて前記流路形成体に固定され、直流端子を備えた平滑用のコンデンサモジュールと、
前記コンデンサモジュールや前記冷媒流路より、前記ハウジングの縦方向における一方側に配置された交流バスバーアッセンブリと、
前記パワー半導体モジュールの制御端子に制御信号を供給するドライバ回路と、を有し、
前記コンデンサモジュールの直流端子は、前記コンデンサモジュールから突出して対応する前記パワー半導体モジュールの前記直流端子の方に伸び、その端部が前記パワー半導体モジュールの電流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる形状をなし、前記コンデンサモジュールの直流端子の端部が前記パワー半導体モジュールの直流端子に溶接により接続され、
交流バスバーアッセンブリが有する幅広形状をなす交流バスバーは、前記パワー半導体モジュールの交流端子の方に伸び、その端部が前記交流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる形状を成し、前記端部が前記交流端子に溶接により接続され、
前記ドライバ回路は前記パワー半導体モジュールの制御端子に半田により接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールから突出して対応する前記パワー半導体モジュールの直流端子に接続される直流バスバーは、前記コンデンサモジュールから前記パワー半導体モジュールの電流端子の方にのびる第１の部分と、その端部が前記直流端子に沿って縦方向における一方側に伸びる第２の部分とを有し、前記第２の部分で溶接により前記パワー半導体モジュールの直流端子に接続されており、
交流バスバーアッセンブリが有する幅広導体の交流バスバーは、前記パワー半導体モジュールの交流端子の方にのびる第１の部分と、その端部が前記交流端子に沿って縦方向における一方側に折れ曲がって伸びる第２の部分とを有し、前記第２の部分で溶接によりパワー半導体モジュールの交流端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底により塞がれているとともに前記自動車用変速機に固定するための固定部を他方側の外部に有する金属性のハウジングと、
前記金属性のハウジングの内部に配置され、冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ回路を構成する半導体チップを内蔵するパワー半導体モジュールと、直流端子を有するコンデンサモジュールと、前記パワー半導体モジュールが発生する交流電流を流すための交流バスバーアッセンブリと、電流センサと、を有し、
前記コンデンサモジュールに沿って前記冷媒流路が配置されるように前記コンデンサモジュールと前記冷媒流路とを並べて配置し、
前記交流バスバーアッセンブリは前記コンデンサモジュールに対して前記縦方向における一方側に配置され、
前記交流バスバーアッセンブリは、交流電流を流すための複数の交流バスバーと、前記複数の交流バスバーを保持すると共に固定用の固定部を有する保持部材と、を備えており、前記交流バスバーアッセンブリは前記保持部材の前記固定部によって前記流路形成体に固定され、
前記交流バスバーを流れる電流を計測するための前記電流センサを前記交流バスバーアッセンブリに固定したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
内部に収納空間を有し、縦方向の一方側に蓋を有し、他方側が底によりふさがれているとともに前記変速機に固定するための固定部を他方側の外部に有する金属性のハウジングと、
前記金属性のハウジングの内部の両側部にそれぞれ冷媒を流すための冷媒流路を形成する流路形成体と、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールと、前記平滑用のコンデンサモジュールとを配置し、
前記コンデンサモジュールに対して、前記縦方向における一方側に交流電流を流すための交流バスバーアッセンブリを配置し、
前記交流バスバーを流れる電流を計測するための電流センサを、前記コンデンサモジュールより、前記縦方向における一方側であって、前記冷媒を流す軸方向に対して、両側部に配置された前記冷媒流路によって挟まれる範囲内に、配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーアッセンブリは前記パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールとに対して、前記縦方向における一方側に配置されており、
前記交流バスバーアッセンブリはさらに前記流路形成体に固定され、
前記流路形成体が前記ハウジングに収納されていることを特徴とする電力変換装置。
【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２０】
【図２１】
【図２２】
【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２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−２１７５４８（Ｐ２０１１−２１７５４８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８４７７７（Ｐ２０１０−８４７７７）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【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２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【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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