電力変換装置
【課題】直流電源の電圧を昇降圧するコンバータと、コンバータで得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータを駆動するインバータとを備える電力変換装置において、多数のスイッチング素子モジュールをコンパクトに纏めて効果的に冷却し得るようにし、磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに及ぶことを極力避ける。
【解決手段】全てのスイッチング素子モジュール２７Ｃ，２７Ｆが水冷型の第１のヒートシンク４０の上下両面に装着されて成るスイッチング素子組立ユニット６７の上方に、水冷型の第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、複数の磁気部品２４，２６が配置される。
【解決手段】全てのスイッチング素子モジュール２７Ｃ，２７Ｆが水冷型の第１のヒートシンク４０の上下両面に装着されて成るスイッチング素子組立ユニット６７の上方に、水冷型の第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、複数の磁気部品２４，２６が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチング素子モジュールおよび複数の磁気部品を少なくとも一部の構成部品としつつ直流電源の電圧を昇降圧するコンバータと、前記スイッチング素子モジュールとは別の複数のスイッチング素子モジュールを一部の構成部品としつつ前記コンバータで得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータを駆動するインバータとを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のスイッチング素子モジュールを冷却装置における一対の冷媒チューブ間に挟むようにして主回路部を構成し、磁気部品を含むパワー配線部と、スイッチング素子モジュールを制御する制御回路を有する制御回路基板部との間に前記主回路部を介在させて、インバータを構成するようにしたものが、特許文献１で既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１で開示された電力変換装置はインバータであるが、コンバータおよびインバータを含む電力変換装置では、コンバータおよびインバータがそれぞれ複数ずつのスイッチング素子モジュールを備えており、多数のスイッチング素子モジュールを冷却する必要があるが、多数のスイッチング素子モジュールを冷却する構造が大型化することは避けたい。またコンバータが備える磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに作用することも極力避ける必要がある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、多数のスイッチング素子モジュールをコンパクトに纏めて効果的に冷却することを可能とし、しかも磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに及ぶことを極力避け得るようにした電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のスイッチング素子モジュールおよび複数の磁気部品を少なくとも一部の構成部品としつつ直流電源の電圧を昇降圧するコンバータと、前記スイッチング素子モジュールとは別の複数のスイッチング素子モジュールを一部の構成部品としつつ前記コンバータで得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータを駆動するインバータとを備える電力変換装置において、水冷型の第１ヒートシンクと、前記コンバータおよび前記インバータの一部をそれぞれ構成しつつ第１のヒートシンクの上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュールとで構成されるスイッチング素子組立ユニットの上方に、水冷型の第２のヒートシンクを前記スイッチング素子組立ユニットとの間に介在させるようにして、複数の前記磁気部品が配置されることを第１の特徴とする。
【０００７】
また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、第１のヒートシンクに、ねじ軸部を両端部に有する複数のスタッドボルトが、前記ねじ軸部を第１のヒートシンクの上下両面から突出させるようにして植設され、前記各スイッチング素子モジュールが、前記各スタッドボルトのうち選択されたスタッドボルトの前記ねじ軸部に締結されるようにして第１のヒートシンクの上下両面に装着されることを第２の特徴とする。
【０００８】
本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、第１および第２のヒートシンクに冷却水を分配して供給すべく、冷却水供給源が第１および第２のヒートシンクに並列に接続されることを第３の特徴とする。
【０００９】
本発明は、第１〜第３の特徴の構成のいずれかに加えて、偶数個の前記スイッチング素子モジュールが、第１のヒートシンクの上下両面に略対称配置で装着されることを第４の特徴とする。
【００１０】
さらに本発明は、第１〜第４の特徴の構成のいずれかに加えて、前記コンバータの一部を構成して第１のヒートシンクの上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュールと、前記磁気部品のうち前記コンバータの一部を構成する前記スイッチング素子モジュールに直接連なる磁気部品とが、バスバーで接続されることを第５の特徴とする。
【００１１】
なお実施の形態の燃料電池１５および蓄電池１６が本発明の直流電源に対応し、実施の形態の第１インダクタ２４、第２インダクタ２５、三相トランス２６および二相トランス３３が本発明の磁気部品に対応し、実施の形態の冷却水ポンプ８０が本発明の冷却水供給源に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、コンバータおよびインバータの一部をそれぞれ構成する複数のスイッチング素子モジュールが、水冷型の第１のヒートシンクの上下両面に装着されることでスイッチング素子組立ユニットが構成され、そのスイッチング素子組立ユニットの上方に、水冷型の第２のヒートシンクをスイッチング素子組立ユニットとの間に介在させて複数の磁気部品が配置されるので、コンパクト化を可能としつつ複数のスイッチング素子モジュールおよび磁気部品を効率よく冷却することが可能であり、しかも磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに及ぶことを第２のヒートシンクで抑制することができる。
【００１３】
また本発明の第２の特徴によれば、第１のヒートシンクに植設されたスタッドボルトの両端部のねじ軸部が第１のヒートシンクの上下両面から突出され、複数のスイッチング素子モジュールが、選択されたスタッドボルトのねじ軸部に締結されるので、第１のヒートシンクの上下両面に、各スイッチング素子モジュールを少ない部品で容易に装着することができる。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、冷却水供給源が第１および第２のヒートシンクに並列に接続され、冷却水供給源からの冷却水が第１および第２のヒートシンクに分配して供給されるので、スイッチング素子モジュールおよび磁気部品の冷却にあたって最適な冷却性能が得られるようにすることができる。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、偶数個の前記スイッチング素子モジュールが、第１のヒートシンクの上下両面に略対称に配置されるので、各スイッチング素子モジュールの冷却性能を最適化することができる。
【００１６】
さらに本発明の第５の特徴によれば、コンバータにおけるスイッチング素子モジュールが第１のヒートシンクに装着されてスイッチング素子組立ユニットが構成され、コンバータにおける複数の磁気部品が第２のヒートシンクをスイッチング素子組立ユニットとの間に介在させてスイッチング素子組立ユニットの上方に配置され、相互に直接連なるスイッチング素子モジュールおよび磁気部品がバスバーで接続されるので、バスバーの最短化を図ることができるとともに、組立を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電力変換装置の概略全体回路図である。
【図２】スイッチング素子組立ユニットの側面図である。
【図３】制御回路を省略した状態での図２の３矢視図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】スイッチング素子組立ユニットの要部切欠き斜視図である。
【図６】図２の６−６線断面図である。
【図７】第１のヒートシンクでの冷却水流通方向での熱伝達率の変化をスイッチング素子組立ユニットの縦断面と対比させて示す図である。
【図８】電力変換装置の斜視図である。
【図９】図８の９矢視平面図である。
【図１０】図９の１０矢視図である。
【図１１】図９の１１−１１線断面図である。
【図１２】図１０の１２−１２線に沿う第２のヒートシンクの断面図である。
【図１３】冷却水の循環回路を示す図である。
【図１４】図９の１４−１４線断面図である。
【図１５】コンデンサユニットの分解斜視図である。
【図１６】スイッチング素子組立ユニット、直流リンクコンデンサユニットおよび外部バスバーユニットの分解斜視図である。
【図１７】外部バスバーユニットの分解斜視図である。
【図１８】外部バスバーユニットがない状態（ａ）ならびに外部バスバーユニットがある状態（ｂ）でのコンバータおよびインバータ間での電流経路を対比しつつ簡略化して示す図である。
【図１９】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路の一例を示す簡略図である。
【図２０】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路の他の例を示す簡略図である。
【図２１】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路のさらに他の例を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図２１を参照しながら説明すると、先ず図１において、この電力変換装置は、第１の直流電源である燃料電池１５で得られる直流電力と、第２の直流電源である蓄電池１６で得られる直流電力とを、駆動輪を駆動する動力を発揮する電動モータ１７に供給される三相交流電力に変換するようにして車両に搭載されるものであり、燃料電池１５で得られる直流電圧を昇降圧する第１コンバータ１８と、蓄電池１６で得られる直流電圧を昇降圧する第２コンバータ１９と、第１および第２コンバータ１８，１９からの直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ１７を駆動するインバータ２０と、前記両コンバータ１８，１９および前記インバータ２０間に設けられる直流リンクコンデンサユニット２１とを備える。
【００１９】
第１コンバータ１８は、第１入力コンデンサ２２と、第１インダクタ２４と、一次巻線２６Ａ、二次巻線２６Ｂおよび三次巻線２６Ｃを有する三相トランス２６と、第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃとを備える。
【００２０】
燃料電池１５のマイナス側端子には、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０に共通であるグランドライン２８が接続されており、第１入力コンデンサ２２は、燃料電池１５のプラス側端子に接続される第１入力側プラスライン２９および前記グランドライン２８間に設けられ、第１インダクタ２４の一端は第１入力側プラスライン２９に接続される。また三相トランス２６における一次巻線２６Ａ、二次巻線２６Ｂおよび三次巻線２６Ｃの一端は第１インダクタ２４の他端に並列接続される。
【００２１】
第１スイッチング素子モジュール２７Ａは、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０に共通である共通プラスライン３０および三相トランス２６の一次巻線２６Ａ間に配設される第１プラス側スイッチング素子３１Ａと、前記一次巻線２６Ａおよび前記グランドライン２８間に配設される第１マイナス側スイッチング素子３２Ａとを備え、第２スイッチング素子モジュール２７Ｂは、前記共通プラスライン３０および三相トランス２６の二次巻線２６Ｂ間に配設される第２プラス側スイッチング素子３１Ｂと、前記二次巻線２６Ｂおよび前記グランドライン２８間に配設される第２マイナス側スイッチング素子３２Ｂとを備え、第３スイッチング素子モジュール２７Ｃは、前記共通プラスライン３０および三相トランス２６の三次巻線２６Ｃ間に配設される第３プラス側スイッチング素子３１Ｃと、前記三次巻線２６Ｃおよび前記グランドライン２８間に配設される第３マイナス側スイッチング素子３２Ｃとを備える。
【００２２】
第２コンバータ１９は、第２入力コンデンサ２３と、第２インダクタ２５と、一次巻線３３Ａおよび二次巻線３３Ｂを有する二相トランス３３と、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅとを備える。
【００２３】
第２入力コンデンサ２３は、蓄電池１６のプラス側端子に接続される第２入力側プラスライン３４と、蓄電池１６のマイナス側端子に接続されるグランドライン２８との間に設けられ、第２インダクタ２５の一端は第２入力側プラスライン３４に接続される。また二相トランス３３における一次巻線３３Ａおよび二次巻線３３Ｂの一端は第２インダクタ２５の他端に並列接続される。
【００２４】
第４スイッチング素子モジュール２７Ｄは、前記共通プラスライン３０および二相トランス３３の一次巻線３３Ａ間に配設される第４プラス側スイッチング素子３１Ｄと、前記共通プラスライン３０および前記グランドライン２８間に配設される第４マイナス側スイッチング素子３２Ｄとを備え、第５スイッチング素子モジュール２７Ｅは、前記共通プラスライン３０および二相トランス３３の二次巻線３３Ｂ間に配設される第５プラス側スイッチング素子３１Ｅと、前記共通プラスライン３０および前記グランドライン２８間に配設される第５マイナス側スイッチング素子３２Ｅとを備える。
【００２５】
インバータ２０は、第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈを備える。
【００２６】
第６スイッチング素子モジュール２７Ｆは、前記共通プラスライン３０ならびに三相の交流モータである電動モータ１７に連なるＵ相の電源ライン３５Ｕ間に配設される第６プラス側スイッチング素子３１Ｆと、Ｕ相の電源ライン３５Ｕおよび前記グランドライン２８間に配設される第６マイナス側スイッチング素子３２Ｆとを備え、第７スイッチング素子モジュール２７Ｇは、前記共通プラスライン３０ならびに電動モータ１７に連なるＶ相の電源ライン３５Ｖ間に配設される第７プラス側スイッチング素子３１Ｇと、Ｖ相の電源ライン３５Ｖおよび前記グランドライン２８間に配設される第７マイナス側スイッチング素子３２Ｇとを備え、第８スイッチング素子モジュール２７Ｈは、前記共通プラスライン３０ならびに電動モータ１７に連なるＷ相の電源ライン３５Ｗ間に配設される第８プラス側スイッチング素子３１Ｈと、Ｗ相の電源ライン３５Ｗおよび前記グランドライン２８間に配設される第８マイナス側スイッチング素子３２Ｈとを備える。
【００２７】
ところで第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、この実施の形態では、ＩＧＢＴ（Insulatead Gate Bipolar Transistor）と、エミッタからコレクタに向かう側を順方向として各ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードとから成るものである。
【００２８】
直流リンクコンデンサユニット２１は、共通プラスライン３０およびグランドライン２８間に設けられる平滑コンデンサ３６…を有する。なお図１では簡略化のために１個の平滑コンデンサ３６しか図示されていないが、直流リンクコンデンサユニット２１は、三相の交流モータである電動モータ１７のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相にそれぞれ対応して共通プラスライン３０およびグランドライン２８間に設けられる平滑コンデンサ３６…を有するものである。
【００２９】
また共通プラスライン３０およびグランドライン２８間には、一対の放電抵抗３７，３７から成る直列回路が接続される。
【００３０】
図２および図３を併せて参照して、第１コンバータ１８が備える第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃと、第２コンバータ１９が備える第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅと、インバータ２０が備える第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈとは、水冷型の第１のヒートシンク４０の上下両面に配設される。
【００３１】
さらに図４〜図６を併せて参照して、第１のヒートシンク４０は、一方向に長く形成されるヒートシンク本体４１と、該ヒートシンク本体４１との間に第１の冷却水通路４３を形成するようにしてヒートシンク本体４１に上方から結合される蓋体４２とから成る。而して第１の冷却水通路４３は、第１のヒートシンク４０の一端から他端側に向かって該ヒートシンク４０の長手方向に延びる往路部４３ａと、第１のヒートシンク４０の他端から一端側に向かって前記往路部４３ａと平行に延びる復路部４３ｂとが、第１のヒートシンク４０の他端側で相互に連通するように形成されるものであり、第１のヒートシンク４０の一端には、第１の冷却水通路４３における往路部４３ａに通じる冷却水入口管４４と、第１の冷却水通路４３における復路部４３ｂに通じる冷却水出口管４５とが設けられ、冷却水入口管４４から第１の冷却水通路４３内に導入された冷却水は、図６の矢印４６で示す流通方向に沿って往路部４３ａ内を第１のヒートシンク４０の他端側に流れ、さらに第１のヒートシンク４０の他端側で復路部４３ｂ側に反転して第１のヒートシンク４０の一端側の冷却水出口管４５から導出されることになる。
【００３２】
ところで、第１コンバータ１８が３個の第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを備え、第２コンバータ１９が２個の第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅを備え、インバータ２０が３個の第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈを備えるので、第１のヒートシンク４０の両表面に配設されるのは偶数個、この実施の形態では８個のスイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈであり、それらのスイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着される。
【００３３】
しかも第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの発熱量がたとえば７００Ｗであるときに、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの発熱量はたとえば５００Ｗ、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの発熱量はたとえば１１００Ｗであるので、より冷却し易い第１のヒートシンク４０の下面側の方に発熱量が高いスイッチング素子モジュールが配置されるようにしつつ、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着されるものであり、この実施の形態では、第１のヒートシンク４０の上面に第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ｂ，２７Ｃと、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅとが配設され、第１のヒートシンク４０の下面に第１スイッチング素子モジュール２７Ａと、第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈとが配設される。
【００３４】
図４に注目して、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈを第１のヒートシンク４０の幅方向一側、この実施の形態では第１の冷却水通路４３の往路部４３ａ側に配置するとともに、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを第１のヒートシンク４０の幅方向他側、この実施の形態では第１の冷却水通路４３の復路部４３ｂ側に配置するようにして、第１のヒーシンク４０の上下両面に配設される。
【００３５】
第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈをそれぞれ構成する複数のチップ、この実施の形態では６個のチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２は、図３で示すように、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように配置されるものであり、図４で示すように、銅電極５３上にハンダ層５４を介して配設され、絶縁基板５５を前記銅電極５３との間に挟む銅電極５６がハンダ層５７を介して銅ベースプレート５８上に固着される。
【００３６】
前記銅ベースプレート５８上には、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈ毎に配置する開口部５９…をそれぞれ有して矩形の枠状に形成される合成樹脂製のケース６０，６０…が配置されるものであり、銅ベースプレート５８…およびケース６０…が第１のヒートシンク４０に固定される。
【００３７】
第１のヒートシンク４０には、図５で明示するように、ねじ軸部６３ａ，６３ａを両端部にそれぞれ有する複数のスタッドボルト６３…が、前記各ケース６０…の４つの隅角部にそれぞれ対応した位置で前記ねじ軸部６３ａ…を第１のヒートシンク４０の上下両面から突出させるようにして植設される。而して第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのケース６０…および銅ベースプレート５８…が、前記各スタッドボルト６３…のうち選択されたスタッドボルト６３…の前記ねじ軸部６３ａ…に螺合するナット６４…を締め付けて締結することで、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に装着される。
【００３８】
しかも前記ケース６０…内には、前記各チップ４７〜５２、銅電極５３、ハンダ層５４、絶縁基板５５、銅電極５６およびハンダ層５７を埋没させるようにして、合成樹脂から成る被覆層６５…が形成されるものであり、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈの第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、前記被覆層６５…内に封入されることになる。またケース６０…には、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈの導通・遮断をそれぞれ切換制御する制御回路６６…が、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを覆うようにして取付けられる。
【００３９】
第１のヒートシンク４０と、第１のヒートシンク４０の上下両面に装着される第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈとは、その制御回路６６…を含んでスイッチング素子組立ユニット６７を構成する。
【００４０】
ところで第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、三相トランス２６、二相トランス３３および電動モータ１７に接続されるべき端子を第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置するようにして第１のヒートシンク４０に装着されるものであり、第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの三相トランス２６に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃと、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの二相トランス３３に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ｄ，６８Ｅと、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの電動モータ１７に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ｆ，６８Ｇ，６８Ｈとが、第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置されるようにして、前記ケース６０…に取付けられる。
【００４１】
また前記各スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおいて、共通プラスライン３０に接続されるべきプラス側接続端子６９，６９…と、グランドライン２８に接続されるべきマイナス側接続端子７０，７０…とは、第１のヒートシンク４０の幅方向他側で各スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈ毎に並列配置されるようにして、前記ケース６０…に取付けられる。
【００４２】
第１のヒートシンク４０が有する第１の冷却水通路４３内には、流通方向４６に直交する断面をＶ字状としてアルミニウム合金等の軽金属で形成された複数の板材が並設されて成る複数の冷却フィン７１，７１…が、第１の冷却水通路４３内を幅方向に複数に分割しつつ流通方向４６に延びるようにして配設される。
【００４３】
一方、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈをそれぞれ構成する複数のチップ４７〜５２は、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように、すなわちチップ４７，４８と、チップ４９，５０と、チップ５１，５２とが前記流通方向４６に並ぶように配置される。それに対して前記冷却フィン７１，７１…は、図７（ａ）で示すように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離して配置されるとともに、図６で明示するように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に前記流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置される。
【００４４】
ところで前記各冷却フィン７１，７１…に沿って冷却水が流通する際に、各冷却フィン７１，７１…の入口付近には流速分布の変化に伴う温度の助走区間があり、その区間では下流側に向かって熱伝達率が減少し、温度の助走区間を経過した後に流速分布が一定となる発達した領域での一定の熱伝達率に漸近することが知られており、助走区間では比較的高い熱伝達率が得られるものの、発達した領域では冷却フィン７１の表面との間の境界層が厚くなって熱伝達効率が低下してしまう。このため第１の冷却水通路４３内に流通方向４６に沿って長く連なるフィンを配設した場合には、第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが難しい。しかるに上述のように、冷却フィン７１，７１…が、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離しつつ、各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置されるので、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離した冷却フィン７１，７１…の入口毎に、図７（ｂ）で示すような温度助走区間を形成することができ、それによって第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが可能となる。
【００４５】
図８〜図１１を併せて参照して、前記スイッチング素子組立ユニット６７の一側方には、第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置されるようにしてケース６０…に取付けられる端子部材６８Ａ〜６８Ｈを貫通せしめるようにして、電流センサ等を配設するための基板７２が配置されており、該基板７２は第１のヒートシンク４０に固定される。また前記スイッチング素子組立ユニット６７の上方には、第２のヒートシンク７３が配置され、第１コンバータ１８における第１インダクタ２４および三相トランス２６と、第２コンバータ１９における第２インダクタ２５および二相トランス３３と、第１コンバータ１８の第１入力コンデンサ２２および第２コンバータ１９の第２入力コンデンサ２３が一体化されて成るコンデンサユニット３８とが、第２のヒートシンク７３を前記スイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、第２のヒートシンク７３の上方に配置される。
【００４６】
第２のヒートシンク７３は、第１のヒートシンク４０の長手方向と同方向に長く形成されるヒートシンク本体７４と、該ヒートシンク本体７４との間に第２の冷却水通路７６を形成するようにしてヒートシンク本体７４に下方から結合される蓋体７５とから成り、第１のヒートシンク４０よりも薄く形成される。
【００４７】
図１２において、第２の冷却水通路７６は、第２のヒートシンク７３の一端から他端側に向かって該ヒートシンク７３の長手方向に延びる往路部７６ａと、第２のヒートシンク７３の他端から一端側に向かって前記往路部７６ａと平行に延びる復路部７６ｂが、第２のヒートシンク７３の他端側で相互に連通するようにして前記ヒートシンク本体７４および蓋体７５間に形成されるものであり、第２のヒートシンク７３の一端には、前記往路部７６ａに通じる冷却水入口管７８と、前記復路部７６ｂに通じる冷却水出口管７９とが設けられ、冷却水入口管７８から第２の冷却水通路７６内に導入された冷却水は、矢印７７で示す流通方向に沿って第２の冷却水通路７６の往路部７６ａ内を第２のヒートシンク７３の他端側に流れ、さらに第２のヒートシンク７３の他端側で復路部７６ｂｂ側に反転して第２のヒートシンク７３の一端側の冷却水出口管７９から導出されることになる。また第２のヒートシンク７３におけるヒートシンク本体７４には、第２の冷却水通路７６の往路部７６ａに配置される整流壁部７４ａが前記流通方向７７に沿って延びるようにして一体に設けられる。
【００４８】
図１３において、第１のヒートシンク４０における第１の冷却水通路４３と、第２のヒートシンク７３における第２の冷却水通路７６とには、冷却水供給源である冷却水ポンプ８０の吐出口が並列に接続されており、第１および第２の冷却水通路４３，７６から導出された冷却水は電動モータ１７を冷却した後、ラジエータ８１で冷却されて冷却水ポンプ８０の吸入口に戻る。
【００４９】
第１コンバータ１８の三相トランス２６は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側すなわち基板７２が配置される側であって第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側すなわち冷却水入口管４４，７８および冷却水出口管４５，７９が設けられる側に配置されるようにして第２のヒートシンク７３上に固定されており、この三相トランス２６を覆う第１カバー８４が第２のヒートシンク７３に固定される。
【００５０】
また第２コンバータ１９の二相トランス３３は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側で前記三相トランス２６と並ぶ位置に配置され、第２コンバータ１９の第２インダクタ２５は、前記二相トランス３３を前記三相トランス２６との間に挟むようにして第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側に配置され、第２のヒートシンク７３上に固定される前記二相トランス３３および第２インダクタ２５は、第２のヒートシンク７３に固定される第２カバー８５で共通に覆われる。しかも第１カバー８４には前記基板７２の上方に位置する第１端子台８６が固定され、第２カバー８５には前記基板７２の上方に位置する第２端子台８７が固定される。
【００５１】
第１端子台８６には、三相トランス２６の各巻線２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを第１インダクタ２４に接続するための共通端子８８と、各巻線２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃに個別に接続するための個別端子８９，９０，９１とが設けられており、各個別端子８９〜９１には、第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの三相トランス２６に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃが、基板７２の外方に位置するバスバー９２，９３，９４を介して接続される。
【００５２】
第２端子台８７には、二相トランス２６の各巻線３３Ａ，３３Ｂを第２インダクタ２５に接続するための共通端子９５と、各巻線３３Ａ，３３Ｂを第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅに接続するための個別端子９６，９７とが、共通端子９５の下方に個別端子９６が配置されるとともに共通端子９５の上方に個別端子９７が配置されるようにして設けられるとともに、第２インダクタ２５の両端に連なる端子９８，９９とが設けられる。前記個別端子９６，９７には、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの二相トランス３３に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ｄ，６８Ｅが、基板７２の外方に位置するバスバー１００，１０１を介して接続される。また共通端子９５および前記端子９８はバスバー１０２を介して接続される。
【００５３】
第１コンバータ１８の第１インダクタ２４は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向他側すなわち基板７２が配置される側と反対側であって第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側すなわち冷却水入口管４４，７８および冷却水出口管４５，７９が設けられる側に、三相トランス２６と並ぶようにして配置されて第２のヒートシンク７３上に固定されており、この第１インダクタ２４を覆う第３カバー１０５が第２のヒートシンク７３に固定される。しかも第３カバー１０５には、第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側に配置されるようにして第３端子台１０６が固定される。
【００５４】
また第３端子台１０６には、第１インダクタ２４の両端に連なる端子１０７，１０８が設けられており、一方の端子１０７には、スイッチング素子組立ユニット６７および第２のヒートシンク７３間を、第２のヒートシンク７３の長手方向他端側に延びるバスバー１０９が接続され、他方の端子１０８には、第１端子台８６に設けられた前記共通端子８８がバスバー１１０を介して接続される。
【００５５】
コンデンサユニット３８は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向他側すなわち基板７２が配置される側と反対側に、第１インダクタ２４と並ぶように配置されて第２のヒートシンク７３に固定されるものであり、このコンデンサユニット３８は、第２のヒートシンク７３に固定される第４カバー１１１で覆われる。
【００５６】
図１４および図１５において、コンデンサユニット３８の一部を構成する第１入力コンデンサ２２は、並列配置される複数個の第１コンデンサ素子１１２，１１２…が接続されて成り、コンデンサユニット３８の残部を構成する第２入力コンデンサ２３は、第１コンデンサ素子１１２，１１２…の配列方向に平行に並ぶ複数個の第２コンデンサ素子１１３，１１３…が接続されて成るものである。同一個数に設定される第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…は、そのマイナス側を相互に対向させるようにして配列されており、第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…のマイナス側にハンダで接続される複数のマイナス側接続片１１４ａ，１１４ａ…を有する共通バスバー１１４が第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…を上方から覆うように配置され、第１コンデンサ素子１１２，１１２…のプラス側にハンダで接合される複数のプラス側接続片１１５ａ，１１５ａ…を有する第１個別バスバー１１５と、第２コンデンサ素子１１３，１１３…のプラス側にハンダで接続される複数のプラス側接続片１１６ａ，１１６ａ…を有する第２個別バスバー１１６とが、前記共通バスバー１１４との間に絶縁紙１１７を挟むようにして共通バスバー１１４上に配置される。而して共通バスバー１１４と第１および第２バスバー１１５，１１６とで第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…，１１３，１１３…が接続されて成るコンデンサユニット３８は、合成樹脂から成る被覆層１１８に埋封されるようにしてケース１１９内に収容され、そのケース１１９が第４カバー１１１で覆われる。
【００５７】
しかも前記共通バスバー１１４には、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に共通のアース端子１２０が前記被覆層１１８から突出するようにして一体に突設され、第１および第２個別バスバー１１５，１１６には、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に個別に対応したプラス端子１２１，１２２が前記アース端子１２０を両側から挟むようにして一体に突設され、両プラス端子１２１，１２２も前記被覆層１１８から突出する。
【００５８】
前記コンデンサユニット３８を第１インダクタ２４との間に挟む位置で第２のヒートシンク７３の他端部上には第４端子台１２３が固定されており、この第４端子台１２３には、燃料電池１５を接続するための燃料電池用プラス側およびマイナス側端子１２４，１２５と、蓄電池１６を接続するための蓄電池用プラス側およびマイナス側端子１２６，１２７が設けられる。
【００５９】
而して前記コンデンサユニット３８のプラス端子１２１と、第１インダクタ２４に連なって第３端子台１０６に設けられた端子１０７に接続されたバスバー１０９とが、燃料電池用プラス側端子１２４に連なるように第４端子台１２３に接続され、前記コンデンサユニット３８のプラス端子１２２と、第２インダクタ２５に連なるようにして第２端子台８７に設けられた端子９９に連なるバスバー１２８とが、蓄電池用プラス側端子１２６に連なるように第４端子台１２３に接続される。
【００６０】
また第１のヒートシンク４０の他端には、電動モータ１７に連なるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電源ライン３５Ｕ，３６Ｖ，３５Ｗを接続するための第５端子台１３０が固定されており、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの電動モータ１７に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ｆ〜６８Ｈに一端がそれぞれ接続されるバスバー１３１，１３２，１３３が第５端子台１３０まで延設される。
【００６１】
ところで前記基板７２と反対側には、直流リンクコンデンサユニット２１が配置されており、この直流リンクコンデンサユニット２１は、ステイ１３５，１３５によって第１のヒートシンク４０に支持され、第１のヒートシンク４０および直流リンクコンデンサユニット２１間には、外部バスバーユニット１３６が配置される。
【００６２】
図１６において、前記直流リンクコンデンサユニット２１において第１のヒートシンク４０側の側面には、第１のヒートシンク４０の上下両面に装着された第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈがそれぞれ備えるプラス側接続端子６９…およびマイナス側接続端子７０…に接続されるべきプラス側接続端子１３９…およびマイナス側接続端子１４０…が突出される。
【００６３】
図１７において、前記外部バスバーユニット１３６は、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…および直流リンクコンデンサユニット２１のプラス側接続端子１３９…に接続される複数のプラス側接続片１４１ａ，１４１ａ…を両側から突出せしめるプラス側外部バスバー１４１と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…および直流リンクコンデンサユニット２１のマイナス側接続端子１４０…に接続される複数のマイナス側接続片１４２ａ，１４２ａ…を両側から突出せしめるマイナス側外部バスバー１４２とを備え、プラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２と、プラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２間に挟まれる平板状の絶縁部材１４３と、該絶縁部材１４３との間にプラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２を挟む平板状の絶縁部材１４４，１４５とが積層されることで、直流リンクコンデンサユニット２１の外方に配置される外部バスバーユニット１３６が構成される。
【００６４】
また外部バスバーユニット１３６におけるマイナス側外部バスバー１４２の一端には、プラス側外部バスバー１４１の一端よりも突出する取付け板部１４２ｂが一体に設けられており、この取付け板部１４２ｂが、ボルト１４６で第１のヒートシンク４０に固定され、外部バスバーユニット１３６は、第１のヒートシンク４０に直接当接される。
【００６５】
而して直流リンクコンデンサユニット２１のプラス側接続端子１３９…と、外部バスバーユニット１３６のプラス側接続片１４１ａ…と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…とは、図１１で示すように、プラス側接続端子１３９…，６９…間にプラス側接続片１４１ａ…を挟むようにしてボルト１４７…で接続される。また直流リンクコンデンサユニット２１のマイナス側接続端子１４０…と、外部バスバーユニット１３６のマイナス側接続片１４２ａ…と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…とは、マイナス側接続端子１４０…，７０…間に、マイナス側接続片１４２ａ…を挟むようにしてボルト１４８…で接続される。
【００６６】
ところで第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９で得られた直流電力は、インバータ２０で交流電力に変換されて電動モータ１７に供給されるのであるが、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９からの電力は、直流リンクコンデンサユニット２１の平滑コンデンサ３６…に一旦蓄えられ、その蓄えられた電力をインバータ２０が取り出すことになる。このような電力の流れは電流の流れに置き換えることができ、外部バスバーユニット１３６が設けられていないときには、図１８（ａ）の細線矢印で示すように、平滑コンデンサ３６から供給される電流ｉ１と、平滑コンデンサ３６を通らずに第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９から供給される電流ｉ２とが、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を通ってインバータ２０に流れることになる。このように直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線が全ての電流を負担するような構成とすると、内部配線は発熱や肥大化を生じることになり、配線の発熱は平滑コンデンサ３６に熱的悪影響を及ぼす。
【００６７】
それに対し、第１コンバータ１８および第２コンバータ１９と、直流リンクコンデンサユニット２１との間に外部バスバーユニット１３６を介在せしめると、図１８（ｂ）の細線矢印で示すように、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９から供給される電流ｉ２の一部ｉ２′が、外部バスバーユニット１３６におけるプラス側外部バスバー１４１を通ってインバータ２０側に直接流れるので、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流を少なく抑え、平滑コンデンサ３６に与える熱影響を小さく抑えることができる。
【００６８】
またインバータ２０の第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈにおける第６〜第８プラス側スイッチング素子３１Ｆ〜３１Ｈおよび第６〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ｆ〜３２Ｈの導通・遮断を切換えることによって直流リンクコンデンサユニット２１内には転流電流が流れるものであり、簡略化のために、インバータ２０のＷ相に対応する部分を省略して、第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇならびに第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇの導通・遮断を切換えたときの直流リンクコンデンサユニット２１内および外部バスバーユニット１３６を流れる転流電流の経路を図１９〜図２１を参照しながら説明する。
【００６９】
先ず第６プラス側スイッチング素子３１Ｆおよび第７マイナス側スイッチング素子３２Ｇを導通し、第６マイナス側スイッチング素子３２Ｆおよび第７プラス側スイッチング素子３１Ｇを遮断したときには、図１９の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ３，ｉ４に対応した電流ｉ３′，ｉ４′が外部バスバーユニット１３６のプラス側およびマイナス側バスバー１４１，１４２を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７０】
また第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇを導通し、第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇを遮断したときには、図２０の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ５に対応した電流ｉ５′が外部バスバーユニット１３６のマイナス側バスバー１４２を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７１】
さらに第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇを導通し、第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇを遮断したときには、図２１の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ６に対応した電流ｉ６′が外部バスバーユニット１３６のプラス側バスバー１４１を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７２】
すなわち第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…を外部バスバーユニット１３６によって直流リンクコンデンサユニット２１の外方で共通に接続し、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…を外部バスバーユニット１３６によって直流リンクコンデンサユニット２１の外方で共通に接続することによって、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９からインバータ２０に供給される電流の一部が直流リンクコンデンサユニット２１の外方を通り、インバータ２０での第６〜第８プラス側スイッチング素子３１Ｆ〜３１Ｈおよび第６〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ｆ〜３２Ｈの導通・遮断切換えによって生じる転流電流の一部が直流リンクコンデンサユニット２１の外方を通るようにすることができる。
【００７３】
次にこの実施の形態の作用について説明すると、水冷型の第１ヒートシンク４０の上下両面に、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０の一部をそれぞれ構成しつつ第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが装着されることでスイッチング素子組立ユニット６７が構成され、そのスイッチング素子組立ユニット６７の上方に、水冷型の第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、第１コンバータ１８における第１インダクタ２４および三相トランス２６と、第２コンバータ１９における第２インダクタ２５および二相トランス３３とが配置されるので、コンパクト化を可能としつつ、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈと、第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３とを効率よく冷却することが可能であり、しかも第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３によるノイズの影響が第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈに及ぶことを第２のヒートシンク７３で抑制することができる。
【００７４】
また第１コンバータ１８が備える第１入力コンデンサ２２と、第２コンバータ１９が備える第２入力コンデンサ２３とが一体化されて成るコンデンサユニット３８が、第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、スイッチング素子組立ユニット６７の上方に配置されるので、第１および第２入力コンデンサ２２，２３のコンパクトな配置によって電力変換装置のコンパクト化が可能となるとともに、第１および第２入力コンデンサ２２，２３への第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈからの熱伝達を第２のヒートシンク７３で抑制することができる。
【００７５】
しかもコンデンサユニット３８は、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に共通である単一のアース端子１２０を有するものであるので、コンデンサユニット３８をより一層コンパクト化することが可能となるだけでなく、配線インダクタンスの低減が可能となる。
【００７６】
また偶数個である第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着されるので、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈの冷却性能を最適化することができる。
【００７７】
しかも第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは接続端子の向きを同一として第１のヒートシンク４０に装着されており、第１および第２コンバータ１８，１９の一部を構成して第１のヒートシンク４０に装着される第１〜第５スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｅと、第１および第２コンバータ１８，１９の一部を構成して第２のヒートシンク７３上に配設されるとともに第１〜第５スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｅに直接連なる三相トランス２６および二相トランス３３とが、バスバー９２，９３，９４，１００，１０１で接続されるので、バスバー９２〜９４，１００，１０１の最短化を図ることができるとともに、組立を容易とすることができる。
【００７８】
ところで第１のヒートシンク４０には、ねじ軸部６３ａ，６３ａを両端部に有する複数のスタッドボルト６３…が第１のヒートシンク４０の上下両面から突出させるようにして植設されており、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのケース６０…および銅ベースプレート５８…が、前記各スタッドボルト６３…のうち選択されたスタッドボルト６３…の前記ねじ軸部６３ａ…に螺合するナット６４…を締め付けて締結することで、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に装着されるので、第１のヒートシンク４０の上下両面に、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを少ない部品で容易に装着することができる。
【００７９】
また第１のヒートシンク４０における第１の冷却水通路４３および第２ヒートシンク７３における第２の冷却水通路７６に冷却水を供給する冷却水ポンプ８０は、第１および第２の冷却水通路４３，７６に並列接続されており、冷却水ポンプ８０からの冷却水が第１および第２のヒートシンク４０，７３に分配して供給されるので、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈならびに第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３の冷却にあたって最適な冷却性能が得られるようにすることができる。
【００８０】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、複数のチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２を有しており、それらのチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２は、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように第１のヒートシンク４０に配設されており、第１のヒートシンク４０が有する第１の冷却水通路４３内には、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離して配置されるとともに、図６で明示するように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に前記流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置される複数の冷却フィン７１，７１…が配設されている。
【００８１】
これにより流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離した冷却フィン７１，７１…の入口毎に、図７（ｂ）で示すような温度助走区間を形成して、第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが可能となる。
【００８２】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈと、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈとは、第１の冷却水通路４３の流通方向４６に沿って離隔した位置に配置されるものであり、この実施の形態では、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈが第１の冷却水通路４３の往路部４３ａに対応する位置に配置されるのに対して、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは第１の冷却水通路４３の復路部４３３ｂに対応する位置に配置されており、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈならびに第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈ毎に温度の助走区間が生じるようにして、より冷却効率を高めることができる。
【００８３】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、それを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈならびに第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを合成樹脂から成る被覆層６５…内に封入した状態で第１のヒートシンク４０に装着されるものであり、被覆層６５…からの放熱ならびに第１のヒートシンク４０からの冷却によって、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈをより効果的に冷却することができる。
【００８４】
ところで第１および第２コンバータ１８，１９と、インバータ２０との間には、平滑コンデンサ３６…を有する直流リンクコンデンサユニット２１が設けられており、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０が備える第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…およびマイナス側接続端子７０…は、前記直流リンクコンデンサユニット２１が備えるプラス側接続端子１３９…およびマイナス側接続端子１４０…に接続されるのであるが、前記プラス側接続端子６９…、１３９サ…にはプラス側外部バスバー１４１が共通に接続され、前記マイナス側接続端子７０…、１４０…にはマイナス側外部バスバー１４２が共通に接続されており、直流リンクコンデンサユニット２１の外方に配置されるプラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２が相互間に絶縁部材１４３を介在させて積層されることで外部バスバーユニット１３６として一体化されるので、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を通る電流を減少し、平滑コンデンサ３６…に熱的悪影響を及ぼすような発熱が直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線で生じることを防止することができる。
【００８５】
さらに外部バスバーユニット１３６が、第１のヒートシンク４０に直接当接されるので、外部バスバーユニット１３６で生じた熱を第１のヒートシンク４０側に直接伝達するようにして、直流リンクコンデンサユニット２１の近傍の温度上昇を抑制することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１５・・・直流電源である燃料電池
１６・・・直流電源である蓄電池
１７・・・電動モータ
１８，１９・・・コンバータ
２０・・・インバータ
２４・・・磁気部品である第１インダクタ
２５・・・磁気部品である第２インダクタ
２６・・・磁気部品である三相トランス
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ；２７Ｄ，２７Ｅ，２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈ・・・スイッチング素子モジュール
３３・・・磁気部品である二相トランス
４０・・・第１のヒートシンク
６３・・・スタッドボルト
６３ａ・・・ねじ軸部
６７・・・スイッチング素子組立ユニット
７３・・・第２のヒートシンク
８０・・・冷却水供給源である冷却水ポンプ
９２，９３，９４，１００，１０１・・・バスバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチング素子モジュールおよび複数の磁気部品を少なくとも一部の構成部品としつつ直流電源の電圧を昇降圧するコンバータと、前記スイッチング素子モジュールとは別の複数のスイッチング素子モジュールを一部の構成部品としつつ前記コンバータで得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータを駆動するインバータとを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のスイッチング素子モジュールを冷却装置における一対の冷媒チューブ間に挟むようにして主回路部を構成し、磁気部品を含むパワー配線部と、スイッチング素子モジュールを制御する制御回路を有する制御回路基板部との間に前記主回路部を介在させて、インバータを構成するようにしたものが、特許文献１で既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１で開示された電力変換装置はインバータであるが、コンバータおよびインバータを含む電力変換装置では、コンバータおよびインバータがそれぞれ複数ずつのスイッチング素子モジュールを備えており、多数のスイッチング素子モジュールを冷却する必要があるが、多数のスイッチング素子モジュールを冷却する構造が大型化することは避けたい。またコンバータが備える磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに作用することも極力避ける必要がある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、多数のスイッチング素子モジュールをコンパクトに纏めて効果的に冷却することを可能とし、しかも磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに及ぶことを極力避け得るようにした電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のスイッチング素子モジュールおよび複数の磁気部品を少なくとも一部の構成部品としつつ直流電源の電圧を昇降圧するコンバータと、前記スイッチング素子モジュールとは別の複数のスイッチング素子モジュールを一部の構成部品としつつ前記コンバータで得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータを駆動するインバータとを備える電力変換装置において、水冷型の第１ヒートシンクと、前記コンバータおよび前記インバータの一部をそれぞれ構成しつつ第１のヒートシンクの上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュールとで構成されるスイッチング素子組立ユニットの上方に、水冷型の第２のヒートシンクを前記スイッチング素子組立ユニットとの間に介在させるようにして、複数の前記磁気部品が配置されることを第１の特徴とする。
【０００７】
また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、第１のヒートシンクに、ねじ軸部を両端部に有する複数のスタッドボルトが、前記ねじ軸部を第１のヒートシンクの上下両面から突出させるようにして植設され、前記各スイッチング素子モジュールが、前記各スタッドボルトのうち選択されたスタッドボルトの前記ねじ軸部に締結されるようにして第１のヒートシンクの上下両面に装着されることを第２の特徴とする。
【０００８】
本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、第１および第２のヒートシンクに冷却水を分配して供給すべく、冷却水供給源が第１および第２のヒートシンクに並列に接続されることを第３の特徴とする。
【０００９】
本発明は、第１〜第３の特徴の構成のいずれかに加えて、偶数個の前記スイッチング素子モジュールが、第１のヒートシンクの上下両面に略対称配置で装着されることを第４の特徴とする。
【００１０】
さらに本発明は、第１〜第４の特徴の構成のいずれかに加えて、前記コンバータの一部を構成して第１のヒートシンクの上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュールと、前記磁気部品のうち前記コンバータの一部を構成する前記スイッチング素子モジュールに直接連なる磁気部品とが、バスバーで接続されることを第５の特徴とする。
【００１１】
なお実施の形態の燃料電池１５および蓄電池１６が本発明の直流電源に対応し、実施の形態の第１インダクタ２４、第２インダクタ２５、三相トランス２６および二相トランス３３が本発明の磁気部品に対応し、実施の形態の冷却水ポンプ８０が本発明の冷却水供給源に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、コンバータおよびインバータの一部をそれぞれ構成する複数のスイッチング素子モジュールが、水冷型の第１のヒートシンクの上下両面に装着されることでスイッチング素子組立ユニットが構成され、そのスイッチング素子組立ユニットの上方に、水冷型の第２のヒートシンクをスイッチング素子組立ユニットとの間に介在させて複数の磁気部品が配置されるので、コンパクト化を可能としつつ複数のスイッチング素子モジュールおよび磁気部品を効率よく冷却することが可能であり、しかも磁気部品によるノイズの影響がスイッチング素子モジュールに及ぶことを第２のヒートシンクで抑制することができる。
【００１３】
また本発明の第２の特徴によれば、第１のヒートシンクに植設されたスタッドボルトの両端部のねじ軸部が第１のヒートシンクの上下両面から突出され、複数のスイッチング素子モジュールが、選択されたスタッドボルトのねじ軸部に締結されるので、第１のヒートシンクの上下両面に、各スイッチング素子モジュールを少ない部品で容易に装着することができる。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、冷却水供給源が第１および第２のヒートシンクに並列に接続され、冷却水供給源からの冷却水が第１および第２のヒートシンクに分配して供給されるので、スイッチング素子モジュールおよび磁気部品の冷却にあたって最適な冷却性能が得られるようにすることができる。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、偶数個の前記スイッチング素子モジュールが、第１のヒートシンクの上下両面に略対称に配置されるので、各スイッチング素子モジュールの冷却性能を最適化することができる。
【００１６】
さらに本発明の第５の特徴によれば、コンバータにおけるスイッチング素子モジュールが第１のヒートシンクに装着されてスイッチング素子組立ユニットが構成され、コンバータにおける複数の磁気部品が第２のヒートシンクをスイッチング素子組立ユニットとの間に介在させてスイッチング素子組立ユニットの上方に配置され、相互に直接連なるスイッチング素子モジュールおよび磁気部品がバスバーで接続されるので、バスバーの最短化を図ることができるとともに、組立を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電力変換装置の概略全体回路図である。
【図２】スイッチング素子組立ユニットの側面図である。
【図３】制御回路を省略した状態での図２の３矢視図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】スイッチング素子組立ユニットの要部切欠き斜視図である。
【図６】図２の６−６線断面図である。
【図７】第１のヒートシンクでの冷却水流通方向での熱伝達率の変化をスイッチング素子組立ユニットの縦断面と対比させて示す図である。
【図８】電力変換装置の斜視図である。
【図９】図８の９矢視平面図である。
【図１０】図９の１０矢視図である。
【図１１】図９の１１−１１線断面図である。
【図１２】図１０の１２−１２線に沿う第２のヒートシンクの断面図である。
【図１３】冷却水の循環回路を示す図である。
【図１４】図９の１４−１４線断面図である。
【図１５】コンデンサユニットの分解斜視図である。
【図１６】スイッチング素子組立ユニット、直流リンクコンデンサユニットおよび外部バスバーユニットの分解斜視図である。
【図１７】外部バスバーユニットの分解斜視図である。
【図１８】外部バスバーユニットがない状態（ａ）ならびに外部バスバーユニットがある状態（ｂ）でのコンバータおよびインバータ間での電流経路を対比しつつ簡略化して示す図である。
【図１９】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路の一例を示す簡略図である。
【図２０】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路の他の例を示す簡略図である。
【図２１】外部バスバーユニットがある状態での直流リンクコンデンサユニット内での転流電流の経路のさらに他の例を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図２１を参照しながら説明すると、先ず図１において、この電力変換装置は、第１の直流電源である燃料電池１５で得られる直流電力と、第２の直流電源である蓄電池１６で得られる直流電力とを、駆動輪を駆動する動力を発揮する電動モータ１７に供給される三相交流電力に変換するようにして車両に搭載されるものであり、燃料電池１５で得られる直流電圧を昇降圧する第１コンバータ１８と、蓄電池１６で得られる直流電圧を昇降圧する第２コンバータ１９と、第１および第２コンバータ１８，１９からの直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ１７を駆動するインバータ２０と、前記両コンバータ１８，１９および前記インバータ２０間に設けられる直流リンクコンデンサユニット２１とを備える。
【００１９】
第１コンバータ１８は、第１入力コンデンサ２２と、第１インダクタ２４と、一次巻線２６Ａ、二次巻線２６Ｂおよび三次巻線２６Ｃを有する三相トランス２６と、第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃとを備える。
【００２０】
燃料電池１５のマイナス側端子には、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０に共通であるグランドライン２８が接続されており、第１入力コンデンサ２２は、燃料電池１５のプラス側端子に接続される第１入力側プラスライン２９および前記グランドライン２８間に設けられ、第１インダクタ２４の一端は第１入力側プラスライン２９に接続される。また三相トランス２６における一次巻線２６Ａ、二次巻線２６Ｂおよび三次巻線２６Ｃの一端は第１インダクタ２４の他端に並列接続される。
【００２１】
第１スイッチング素子モジュール２７Ａは、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０に共通である共通プラスライン３０および三相トランス２６の一次巻線２６Ａ間に配設される第１プラス側スイッチング素子３１Ａと、前記一次巻線２６Ａおよび前記グランドライン２８間に配設される第１マイナス側スイッチング素子３２Ａとを備え、第２スイッチング素子モジュール２７Ｂは、前記共通プラスライン３０および三相トランス２６の二次巻線２６Ｂ間に配設される第２プラス側スイッチング素子３１Ｂと、前記二次巻線２６Ｂおよび前記グランドライン２８間に配設される第２マイナス側スイッチング素子３２Ｂとを備え、第３スイッチング素子モジュール２７Ｃは、前記共通プラスライン３０および三相トランス２６の三次巻線２６Ｃ間に配設される第３プラス側スイッチング素子３１Ｃと、前記三次巻線２６Ｃおよび前記グランドライン２８間に配設される第３マイナス側スイッチング素子３２Ｃとを備える。
【００２２】
第２コンバータ１９は、第２入力コンデンサ２３と、第２インダクタ２５と、一次巻線３３Ａおよび二次巻線３３Ｂを有する二相トランス３３と、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅとを備える。
【００２３】
第２入力コンデンサ２３は、蓄電池１６のプラス側端子に接続される第２入力側プラスライン３４と、蓄電池１６のマイナス側端子に接続されるグランドライン２８との間に設けられ、第２インダクタ２５の一端は第２入力側プラスライン３４に接続される。また二相トランス３３における一次巻線３３Ａおよび二次巻線３３Ｂの一端は第２インダクタ２５の他端に並列接続される。
【００２４】
第４スイッチング素子モジュール２７Ｄは、前記共通プラスライン３０および二相トランス３３の一次巻線３３Ａ間に配設される第４プラス側スイッチング素子３１Ｄと、前記共通プラスライン３０および前記グランドライン２８間に配設される第４マイナス側スイッチング素子３２Ｄとを備え、第５スイッチング素子モジュール２７Ｅは、前記共通プラスライン３０および二相トランス３３の二次巻線３３Ｂ間に配設される第５プラス側スイッチング素子３１Ｅと、前記共通プラスライン３０および前記グランドライン２８間に配設される第５マイナス側スイッチング素子３２Ｅとを備える。
【００２５】
インバータ２０は、第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈを備える。
【００２６】
第６スイッチング素子モジュール２７Ｆは、前記共通プラスライン３０ならびに三相の交流モータである電動モータ１７に連なるＵ相の電源ライン３５Ｕ間に配設される第６プラス側スイッチング素子３１Ｆと、Ｕ相の電源ライン３５Ｕおよび前記グランドライン２８間に配設される第６マイナス側スイッチング素子３２Ｆとを備え、第７スイッチング素子モジュール２７Ｇは、前記共通プラスライン３０ならびに電動モータ１７に連なるＶ相の電源ライン３５Ｖ間に配設される第７プラス側スイッチング素子３１Ｇと、Ｖ相の電源ライン３５Ｖおよび前記グランドライン２８間に配設される第７マイナス側スイッチング素子３２Ｇとを備え、第８スイッチング素子モジュール２７Ｈは、前記共通プラスライン３０ならびに電動モータ１７に連なるＷ相の電源ライン３５Ｗ間に配設される第８プラス側スイッチング素子３１Ｈと、Ｗ相の電源ライン３５Ｗおよび前記グランドライン２８間に配設される第８マイナス側スイッチング素子３２Ｈとを備える。
【００２７】
ところで第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、この実施の形態では、ＩＧＢＴ（Insulatead Gate Bipolar Transistor）と、エミッタからコレクタに向かう側を順方向として各ＩＧＢＴに並列接続されるダイオードとから成るものである。
【００２８】
直流リンクコンデンサユニット２１は、共通プラスライン３０およびグランドライン２８間に設けられる平滑コンデンサ３６…を有する。なお図１では簡略化のために１個の平滑コンデンサ３６しか図示されていないが、直流リンクコンデンサユニット２１は、三相の交流モータである電動モータ１７のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相にそれぞれ対応して共通プラスライン３０およびグランドライン２８間に設けられる平滑コンデンサ３６…を有するものである。
【００２９】
また共通プラスライン３０およびグランドライン２８間には、一対の放電抵抗３７，３７から成る直列回路が接続される。
【００３０】
図２および図３を併せて参照して、第１コンバータ１８が備える第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃと、第２コンバータ１９が備える第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅと、インバータ２０が備える第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈとは、水冷型の第１のヒートシンク４０の上下両面に配設される。
【００３１】
さらに図４〜図６を併せて参照して、第１のヒートシンク４０は、一方向に長く形成されるヒートシンク本体４１と、該ヒートシンク本体４１との間に第１の冷却水通路４３を形成するようにしてヒートシンク本体４１に上方から結合される蓋体４２とから成る。而して第１の冷却水通路４３は、第１のヒートシンク４０の一端から他端側に向かって該ヒートシンク４０の長手方向に延びる往路部４３ａと、第１のヒートシンク４０の他端から一端側に向かって前記往路部４３ａと平行に延びる復路部４３ｂとが、第１のヒートシンク４０の他端側で相互に連通するように形成されるものであり、第１のヒートシンク４０の一端には、第１の冷却水通路４３における往路部４３ａに通じる冷却水入口管４４と、第１の冷却水通路４３における復路部４３ｂに通じる冷却水出口管４５とが設けられ、冷却水入口管４４から第１の冷却水通路４３内に導入された冷却水は、図６の矢印４６で示す流通方向に沿って往路部４３ａ内を第１のヒートシンク４０の他端側に流れ、さらに第１のヒートシンク４０の他端側で復路部４３ｂ側に反転して第１のヒートシンク４０の一端側の冷却水出口管４５から導出されることになる。
【００３２】
ところで、第１コンバータ１８が３個の第１、第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを備え、第２コンバータ１９が２個の第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅを備え、インバータ２０が３個の第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈを備えるので、第１のヒートシンク４０の両表面に配設されるのは偶数個、この実施の形態では８個のスイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈであり、それらのスイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着される。
【００３３】
しかも第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの発熱量がたとえば７００Ｗであるときに、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの発熱量はたとえば５００Ｗ、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの発熱量はたとえば１１００Ｗであるので、より冷却し易い第１のヒートシンク４０の下面側の方に発熱量が高いスイッチング素子モジュールが配置されるようにしつつ、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着されるものであり、この実施の形態では、第１のヒートシンク４０の上面に第２および第３スイッチング素子モジュール２７Ｂ，２７Ｃと、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅとが配設され、第１のヒートシンク４０の下面に第１スイッチング素子モジュール２７Ａと、第６、第７および第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈとが配設される。
【００３４】
図４に注目して、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈを第１のヒートシンク４０の幅方向一側、この実施の形態では第１の冷却水通路４３の往路部４３ａ側に配置するとともに、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを第１のヒートシンク４０の幅方向他側、この実施の形態では第１の冷却水通路４３の復路部４３ｂ側に配置するようにして、第１のヒーシンク４０の上下両面に配設される。
【００３５】
第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈをそれぞれ構成する複数のチップ、この実施の形態では６個のチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２は、図３で示すように、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように配置されるものであり、図４で示すように、銅電極５３上にハンダ層５４を介して配設され、絶縁基板５５を前記銅電極５３との間に挟む銅電極５６がハンダ層５７を介して銅ベースプレート５８上に固着される。
【００３６】
前記銅ベースプレート５８上には、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈ毎に配置する開口部５９…をそれぞれ有して矩形の枠状に形成される合成樹脂製のケース６０，６０…が配置されるものであり、銅ベースプレート５８…およびケース６０…が第１のヒートシンク４０に固定される。
【００３７】
第１のヒートシンク４０には、図５で明示するように、ねじ軸部６３ａ，６３ａを両端部にそれぞれ有する複数のスタッドボルト６３…が、前記各ケース６０…の４つの隅角部にそれぞれ対応した位置で前記ねじ軸部６３ａ…を第１のヒートシンク４０の上下両面から突出させるようにして植設される。而して第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのケース６０…および銅ベースプレート５８…が、前記各スタッドボルト６３…のうち選択されたスタッドボルト６３…の前記ねじ軸部６３ａ…に螺合するナット６４…を締め付けて締結することで、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に装着される。
【００３８】
しかも前記ケース６０…内には、前記各チップ４７〜５２、銅電極５３、ハンダ層５４、絶縁基板５５、銅電極５６およびハンダ層５７を埋没させるようにして、合成樹脂から成る被覆層６５…が形成されるものであり、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈの第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、前記被覆層６５…内に封入されることになる。またケース６０…には、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈの導通・遮断をそれぞれ切換制御する制御回路６６…が、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを覆うようにして取付けられる。
【００３９】
第１のヒートシンク４０と、第１のヒートシンク４０の上下両面に装着される第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈとは、その制御回路６６…を含んでスイッチング素子組立ユニット６７を構成する。
【００４０】
ところで第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、三相トランス２６、二相トランス３３および電動モータ１７に接続されるべき端子を第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置するようにして第１のヒートシンク４０に装着されるものであり、第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの三相トランス２６に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃと、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの二相トランス３３に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ｄ，６８Ｅと、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの電動モータ１７に接続されるべき端子に連なる端子部材６８Ｆ，６８Ｇ，６８Ｈとが、第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置されるようにして、前記ケース６０…に取付けられる。
【００４１】
また前記各スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおいて、共通プラスライン３０に接続されるべきプラス側接続端子６９，６９…と、グランドライン２８に接続されるべきマイナス側接続端子７０，７０…とは、第１のヒートシンク４０の幅方向他側で各スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈ毎に並列配置されるようにして、前記ケース６０…に取付けられる。
【００４２】
第１のヒートシンク４０が有する第１の冷却水通路４３内には、流通方向４６に直交する断面をＶ字状としてアルミニウム合金等の軽金属で形成された複数の板材が並設されて成る複数の冷却フィン７１，７１…が、第１の冷却水通路４３内を幅方向に複数に分割しつつ流通方向４６に延びるようにして配設される。
【００４３】
一方、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈにおける第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈをそれぞれ構成する複数のチップ４７〜５２は、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように、すなわちチップ４７，４８と、チップ４９，５０と、チップ５１，５２とが前記流通方向４６に並ぶように配置される。それに対して前記冷却フィン７１，７１…は、図７（ａ）で示すように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離して配置されるとともに、図６で明示するように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に前記流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置される。
【００４４】
ところで前記各冷却フィン７１，７１…に沿って冷却水が流通する際に、各冷却フィン７１，７１…の入口付近には流速分布の変化に伴う温度の助走区間があり、その区間では下流側に向かって熱伝達率が減少し、温度の助走区間を経過した後に流速分布が一定となる発達した領域での一定の熱伝達率に漸近することが知られており、助走区間では比較的高い熱伝達率が得られるものの、発達した領域では冷却フィン７１の表面との間の境界層が厚くなって熱伝達効率が低下してしまう。このため第１の冷却水通路４３内に流通方向４６に沿って長く連なるフィンを配設した場合には、第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが難しい。しかるに上述のように、冷却フィン７１，７１…が、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離しつつ、各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置されるので、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離した冷却フィン７１，７１…の入口毎に、図７（ｂ）で示すような温度助走区間を形成することができ、それによって第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが可能となる。
【００４５】
図８〜図１１を併せて参照して、前記スイッチング素子組立ユニット６７の一側方には、第１のヒートシンク４０の幅方向一側に配置されるようにしてケース６０…に取付けられる端子部材６８Ａ〜６８Ｈを貫通せしめるようにして、電流センサ等を配設するための基板７２が配置されており、該基板７２は第１のヒートシンク４０に固定される。また前記スイッチング素子組立ユニット６７の上方には、第２のヒートシンク７３が配置され、第１コンバータ１８における第１インダクタ２４および三相トランス２６と、第２コンバータ１９における第２インダクタ２５および二相トランス３３と、第１コンバータ１８の第１入力コンデンサ２２および第２コンバータ１９の第２入力コンデンサ２３が一体化されて成るコンデンサユニット３８とが、第２のヒートシンク７３を前記スイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、第２のヒートシンク７３の上方に配置される。
【００４６】
第２のヒートシンク７３は、第１のヒートシンク４０の長手方向と同方向に長く形成されるヒートシンク本体７４と、該ヒートシンク本体７４との間に第２の冷却水通路７６を形成するようにしてヒートシンク本体７４に下方から結合される蓋体７５とから成り、第１のヒートシンク４０よりも薄く形成される。
【００４７】
図１２において、第２の冷却水通路７６は、第２のヒートシンク７３の一端から他端側に向かって該ヒートシンク７３の長手方向に延びる往路部７６ａと、第２のヒートシンク７３の他端から一端側に向かって前記往路部７６ａと平行に延びる復路部７６ｂが、第２のヒートシンク７３の他端側で相互に連通するようにして前記ヒートシンク本体７４および蓋体７５間に形成されるものであり、第２のヒートシンク７３の一端には、前記往路部７６ａに通じる冷却水入口管７８と、前記復路部７６ｂに通じる冷却水出口管７９とが設けられ、冷却水入口管７８から第２の冷却水通路７６内に導入された冷却水は、矢印７７で示す流通方向に沿って第２の冷却水通路７６の往路部７６ａ内を第２のヒートシンク７３の他端側に流れ、さらに第２のヒートシンク７３の他端側で復路部７６ｂｂ側に反転して第２のヒートシンク７３の一端側の冷却水出口管７９から導出されることになる。また第２のヒートシンク７３におけるヒートシンク本体７４には、第２の冷却水通路７６の往路部７６ａに配置される整流壁部７４ａが前記流通方向７７に沿って延びるようにして一体に設けられる。
【００４８】
図１３において、第１のヒートシンク４０における第１の冷却水通路４３と、第２のヒートシンク７３における第２の冷却水通路７６とには、冷却水供給源である冷却水ポンプ８０の吐出口が並列に接続されており、第１および第２の冷却水通路４３，７６から導出された冷却水は電動モータ１７を冷却した後、ラジエータ８１で冷却されて冷却水ポンプ８０の吸入口に戻る。
【００４９】
第１コンバータ１８の三相トランス２６は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側すなわち基板７２が配置される側であって第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側すなわち冷却水入口管４４，７８および冷却水出口管４５，７９が設けられる側に配置されるようにして第２のヒートシンク７３上に固定されており、この三相トランス２６を覆う第１カバー８４が第２のヒートシンク７３に固定される。
【００５０】
また第２コンバータ１９の二相トランス３３は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側で前記三相トランス２６と並ぶ位置に配置され、第２コンバータ１９の第２インダクタ２５は、前記二相トランス３３を前記三相トランス２６との間に挟むようにして第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向一側に配置され、第２のヒートシンク７３上に固定される前記二相トランス３３および第２インダクタ２５は、第２のヒートシンク７３に固定される第２カバー８５で共通に覆われる。しかも第１カバー８４には前記基板７２の上方に位置する第１端子台８６が固定され、第２カバー８５には前記基板７２の上方に位置する第２端子台８７が固定される。
【００５１】
第１端子台８６には、三相トランス２６の各巻線２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを第１インダクタ２４に接続するための共通端子８８と、各巻線２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃに個別に接続するための個別端子８９，９０，９１とが設けられており、各個別端子８９〜９１には、第１〜第３スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｃの三相トランス２６に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃが、基板７２の外方に位置するバスバー９２，９３，９４を介して接続される。
【００５２】
第２端子台８７には、二相トランス２６の各巻線３３Ａ，３３Ｂを第２インダクタ２５に接続するための共通端子９５と、各巻線３３Ａ，３３Ｂを第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅに接続するための個別端子９６，９７とが、共通端子９５の下方に個別端子９６が配置されるとともに共通端子９５の上方に個別端子９７が配置されるようにして設けられるとともに、第２インダクタ２５の両端に連なる端子９８，９９とが設けられる。前記個別端子９６，９７には、第４および第５スイッチング素子モジュール２７Ｄ，２７Ｅの二相トランス３３に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ｄ，６８Ｅが、基板７２の外方に位置するバスバー１００，１０１を介して接続される。また共通端子９５および前記端子９８はバスバー１０２を介して接続される。
【００５３】
第１コンバータ１８の第１インダクタ２４は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向他側すなわち基板７２が配置される側と反対側であって第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側すなわち冷却水入口管４４，７８および冷却水出口管４５，７９が設けられる側に、三相トランス２６と並ぶようにして配置されて第２のヒートシンク７３上に固定されており、この第１インダクタ２４を覆う第３カバー１０５が第２のヒートシンク７３に固定される。しかも第３カバー１０５には、第１および第２のヒートシンク４０，７３の一端側に配置されるようにして第３端子台１０６が固定される。
【００５４】
また第３端子台１０６には、第１インダクタ２４の両端に連なる端子１０７，１０８が設けられており、一方の端子１０７には、スイッチング素子組立ユニット６７および第２のヒートシンク７３間を、第２のヒートシンク７３の長手方向他端側に延びるバスバー１０９が接続され、他方の端子１０８には、第１端子台８６に設けられた前記共通端子８８がバスバー１１０を介して接続される。
【００５５】
コンデンサユニット３８は、第１および第２のヒートシンク４０，７３の幅方向他側すなわち基板７２が配置される側と反対側に、第１インダクタ２４と並ぶように配置されて第２のヒートシンク７３に固定されるものであり、このコンデンサユニット３８は、第２のヒートシンク７３に固定される第４カバー１１１で覆われる。
【００５６】
図１４および図１５において、コンデンサユニット３８の一部を構成する第１入力コンデンサ２２は、並列配置される複数個の第１コンデンサ素子１１２，１１２…が接続されて成り、コンデンサユニット３８の残部を構成する第２入力コンデンサ２３は、第１コンデンサ素子１１２，１１２…の配列方向に平行に並ぶ複数個の第２コンデンサ素子１１３，１１３…が接続されて成るものである。同一個数に設定される第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…は、そのマイナス側を相互に対向させるようにして配列されており、第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…のマイナス側にハンダで接続される複数のマイナス側接続片１１４ａ，１１４ａ…を有する共通バスバー１１４が第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…；１１３，１１３…を上方から覆うように配置され、第１コンデンサ素子１１２，１１２…のプラス側にハンダで接合される複数のプラス側接続片１１５ａ，１１５ａ…を有する第１個別バスバー１１５と、第２コンデンサ素子１１３，１１３…のプラス側にハンダで接続される複数のプラス側接続片１１６ａ，１１６ａ…を有する第２個別バスバー１１６とが、前記共通バスバー１１４との間に絶縁紙１１７を挟むようにして共通バスバー１１４上に配置される。而して共通バスバー１１４と第１および第２バスバー１１５，１１６とで第１および第２コンデンサ素子１１２，１１２…，１１３，１１３…が接続されて成るコンデンサユニット３８は、合成樹脂から成る被覆層１１８に埋封されるようにしてケース１１９内に収容され、そのケース１１９が第４カバー１１１で覆われる。
【００５７】
しかも前記共通バスバー１１４には、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に共通のアース端子１２０が前記被覆層１１８から突出するようにして一体に突設され、第１および第２個別バスバー１１５，１１６には、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に個別に対応したプラス端子１２１，１２２が前記アース端子１２０を両側から挟むようにして一体に突設され、両プラス端子１２１，１２２も前記被覆層１１８から突出する。
【００５８】
前記コンデンサユニット３８を第１インダクタ２４との間に挟む位置で第２のヒートシンク７３の他端部上には第４端子台１２３が固定されており、この第４端子台１２３には、燃料電池１５を接続するための燃料電池用プラス側およびマイナス側端子１２４，１２５と、蓄電池１６を接続するための蓄電池用プラス側およびマイナス側端子１２６，１２７が設けられる。
【００５９】
而して前記コンデンサユニット３８のプラス端子１２１と、第１インダクタ２４に連なって第３端子台１０６に設けられた端子１０７に接続されたバスバー１０９とが、燃料電池用プラス側端子１２４に連なるように第４端子台１２３に接続され、前記コンデンサユニット３８のプラス端子１２２と、第２インダクタ２５に連なるようにして第２端子台８７に設けられた端子９９に連なるバスバー１２８とが、蓄電池用プラス側端子１２６に連なるように第４端子台１２３に接続される。
【００６０】
また第１のヒートシンク４０の他端には、電動モータ１７に連なるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電源ライン３５Ｕ，３６Ｖ，３５Ｗを接続するための第５端子台１３０が固定されており、第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈの電動モータ１７に接続されるべき端子に連なって前記基板７２を貫通する端子部材６８Ｆ〜６８Ｈに一端がそれぞれ接続されるバスバー１３１，１３２，１３３が第５端子台１３０まで延設される。
【００６１】
ところで前記基板７２と反対側には、直流リンクコンデンサユニット２１が配置されており、この直流リンクコンデンサユニット２１は、ステイ１３５，１３５によって第１のヒートシンク４０に支持され、第１のヒートシンク４０および直流リンクコンデンサユニット２１間には、外部バスバーユニット１３６が配置される。
【００６２】
図１６において、前記直流リンクコンデンサユニット２１において第１のヒートシンク４０側の側面には、第１のヒートシンク４０の上下両面に装着された第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈがそれぞれ備えるプラス側接続端子６９…およびマイナス側接続端子７０…に接続されるべきプラス側接続端子１３９…およびマイナス側接続端子１４０…が突出される。
【００６３】
図１７において、前記外部バスバーユニット１３６は、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…および直流リンクコンデンサユニット２１のプラス側接続端子１３９…に接続される複数のプラス側接続片１４１ａ，１４１ａ…を両側から突出せしめるプラス側外部バスバー１４１と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…および直流リンクコンデンサユニット２１のマイナス側接続端子１４０…に接続される複数のマイナス側接続片１４２ａ，１４２ａ…を両側から突出せしめるマイナス側外部バスバー１４２とを備え、プラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２と、プラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２間に挟まれる平板状の絶縁部材１４３と、該絶縁部材１４３との間にプラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２を挟む平板状の絶縁部材１４４，１４５とが積層されることで、直流リンクコンデンサユニット２１の外方に配置される外部バスバーユニット１３６が構成される。
【００６４】
また外部バスバーユニット１３６におけるマイナス側外部バスバー１４２の一端には、プラス側外部バスバー１４１の一端よりも突出する取付け板部１４２ｂが一体に設けられており、この取付け板部１４２ｂが、ボルト１４６で第１のヒートシンク４０に固定され、外部バスバーユニット１３６は、第１のヒートシンク４０に直接当接される。
【００６５】
而して直流リンクコンデンサユニット２１のプラス側接続端子１３９…と、外部バスバーユニット１３６のプラス側接続片１４１ａ…と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…とは、図１１で示すように、プラス側接続端子１３９…，６９…間にプラス側接続片１４１ａ…を挟むようにしてボルト１４７…で接続される。また直流リンクコンデンサユニット２１のマイナス側接続端子１４０…と、外部バスバーユニット１３６のマイナス側接続片１４２ａ…と、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…とは、マイナス側接続端子１４０…，７０…間に、マイナス側接続片１４２ａ…を挟むようにしてボルト１４８…で接続される。
【００６６】
ところで第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９で得られた直流電力は、インバータ２０で交流電力に変換されて電動モータ１７に供給されるのであるが、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９からの電力は、直流リンクコンデンサユニット２１の平滑コンデンサ３６…に一旦蓄えられ、その蓄えられた電力をインバータ２０が取り出すことになる。このような電力の流れは電流の流れに置き換えることができ、外部バスバーユニット１３６が設けられていないときには、図１８（ａ）の細線矢印で示すように、平滑コンデンサ３６から供給される電流ｉ１と、平滑コンデンサ３６を通らずに第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９から供給される電流ｉ２とが、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を通ってインバータ２０に流れることになる。このように直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線が全ての電流を負担するような構成とすると、内部配線は発熱や肥大化を生じることになり、配線の発熱は平滑コンデンサ３６に熱的悪影響を及ぼす。
【００６７】
それに対し、第１コンバータ１８および第２コンバータ１９と、直流リンクコンデンサユニット２１との間に外部バスバーユニット１３６を介在せしめると、図１８（ｂ）の細線矢印で示すように、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９から供給される電流ｉ２の一部ｉ２′が、外部バスバーユニット１３６におけるプラス側外部バスバー１４１を通ってインバータ２０側に直接流れるので、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流を少なく抑え、平滑コンデンサ３６に与える熱影響を小さく抑えることができる。
【００６８】
またインバータ２０の第６〜第８スイッチング素子モジュール２７Ｆ〜２７Ｈにおける第６〜第８プラス側スイッチング素子３１Ｆ〜３１Ｈおよび第６〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ｆ〜３２Ｈの導通・遮断を切換えることによって直流リンクコンデンサユニット２１内には転流電流が流れるものであり、簡略化のために、インバータ２０のＷ相に対応する部分を省略して、第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇならびに第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇの導通・遮断を切換えたときの直流リンクコンデンサユニット２１内および外部バスバーユニット１３６を流れる転流電流の経路を図１９〜図２１を参照しながら説明する。
【００６９】
先ず第６プラス側スイッチング素子３１Ｆおよび第７マイナス側スイッチング素子３２Ｇを導通し、第６マイナス側スイッチング素子３２Ｆおよび第７プラス側スイッチング素子３１Ｇを遮断したときには、図１９の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ３，ｉ４に対応した電流ｉ３′，ｉ４′が外部バスバーユニット１３６のプラス側およびマイナス側バスバー１４１，１４２を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７０】
また第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇを導通し、第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇを遮断したときには、図２０の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ５に対応した電流ｉ５′が外部バスバーユニット１３６のマイナス側バスバー１４２を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７１】
さらに第６および第７プラス側スイッチング素子３１Ｆ，３１Ｇを導通し、第６および第７マイナス側スイッチング素子３２Ｆ，３２Ｇを遮断したときには、図２１の細線矢印で示すように、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を流れる電流ｉ６に対応した電流ｉ６′が外部バスバーユニット１３６のプラス側バスバー１４１を流れることになり、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００７２】
すなわち第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…を外部バスバーユニット１３６によって直流リンクコンデンサユニット２１の外方で共通に接続し、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのマイナス側接続端子７０…を外部バスバーユニット１３６によって直流リンクコンデンサユニット２１の外方で共通に接続することによって、第１コンバータ１８もしくは第２コンバータ１９からインバータ２０に供給される電流の一部が直流リンクコンデンサユニット２１の外方を通り、インバータ２０での第６〜第８プラス側スイッチング素子３１Ｆ〜３１Ｈおよび第６〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ｆ〜３２Ｈの導通・遮断切換えによって生じる転流電流の一部が直流リンクコンデンサユニット２１の外方を通るようにすることができる。
【００７３】
次にこの実施の形態の作用について説明すると、水冷型の第１ヒートシンク４０の上下両面に、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０の一部をそれぞれ構成しつつ第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが装着されることでスイッチング素子組立ユニット６７が構成され、そのスイッチング素子組立ユニット６７の上方に、水冷型の第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、第１コンバータ１８における第１インダクタ２４および三相トランス２６と、第２コンバータ１９における第２インダクタ２５および二相トランス３３とが配置されるので、コンパクト化を可能としつつ、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈと、第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３とを効率よく冷却することが可能であり、しかも第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３によるノイズの影響が第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈに及ぶことを第２のヒートシンク７３で抑制することができる。
【００７４】
また第１コンバータ１８が備える第１入力コンデンサ２２と、第２コンバータ１９が備える第２入力コンデンサ２３とが一体化されて成るコンデンサユニット３８が、第２のヒートシンク７３をスイッチング素子組立ユニット６７との間に介在させるようにして、スイッチング素子組立ユニット６７の上方に配置されるので、第１および第２入力コンデンサ２２，２３のコンパクトな配置によって電力変換装置のコンパクト化が可能となるとともに、第１および第２入力コンデンサ２２，２３への第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈからの熱伝達を第２のヒートシンク７３で抑制することができる。
【００７５】
しかもコンデンサユニット３８は、第１および第２入力コンデンサ２２，２３に共通である単一のアース端子１２０を有するものであるので、コンデンサユニット３８をより一層コンパクト化することが可能となるだけでなく、配線インダクタンスの低減が可能となる。
【００７６】
また偶数個である第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、第１のヒートシンク４０の上下両面に略対称配置で装着されるので、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈの冷却性能を最適化することができる。
【００７７】
しかも第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは接続端子の向きを同一として第１のヒートシンク４０に装着されており、第１および第２コンバータ１８，１９の一部を構成して第１のヒートシンク４０に装着される第１〜第５スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｅと、第１および第２コンバータ１８，１９の一部を構成して第２のヒートシンク７３上に配設されるとともに第１〜第５スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｅに直接連なる三相トランス２６および二相トランス３３とが、バスバー９２，９３，９４，１００，１０１で接続されるので、バスバー９２〜９４，１００，１０１の最短化を図ることができるとともに、組立を容易とすることができる。
【００７８】
ところで第１のヒートシンク４０には、ねじ軸部６３ａ，６３ａを両端部に有する複数のスタッドボルト６３…が第１のヒートシンク４０の上下両面から突出させるようにして植設されており、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのケース６０…および銅ベースプレート５８…が、前記各スタッドボルト６３…のうち選択されたスタッドボルト６３…の前記ねじ軸部６３ａ…に螺合するナット６４…を締め付けて締結することで、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈが第１のヒートシンク４０の上下両面に装着されるので、第１のヒートシンク４０の上下両面に、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを少ない部品で容易に装着することができる。
【００７９】
また第１のヒートシンク４０における第１の冷却水通路４３および第２ヒートシンク７３における第２の冷却水通路７６に冷却水を供給する冷却水ポンプ８０は、第１および第２の冷却水通路４３，７６に並列接続されており、冷却水ポンプ８０からの冷却水が第１および第２のヒートシンク４０，７３に分配して供給されるので、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈならびに第１インダクタ２４、三相トランス２６、第２インダクタ２５および二相トランス３３の冷却にあたって最適な冷却性能が得られるようにすることができる。
【００８０】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈおよび第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは、複数のチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２を有しており、それらのチップ４７，４８，４９，５０，５１，５２は、第１の冷却水通路４３における冷却水の流通方向４６に沿う方向に２個ずつ並ぶように第１のヒートシンク４０に配設されており、第１のヒートシンク４０が有する第１の冷却水通路４３内には、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離して配置されるとともに、図６で明示するように、流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に前記流通方向４６と直交する方向にオフセットして配置される複数の冷却フィン７１，７１…が配設されている。
【００８１】
これにより流通方向４６に沿って並ぶ各チップ４７，４９，５１；４８，５０，５２毎に分離した冷却フィン７１，７１…の入口毎に、図７（ｂ）で示すような温度助走区間を形成して、第１の冷却水通路４３全体で高い冷却効率を得ることが可能となる。
【００８２】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈと、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈとは、第１の冷却水通路４３の流通方向４６に沿って離隔した位置に配置されるものであり、この実施の形態では、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈが第１の冷却水通路４３の往路部４３ａに対応する位置に配置されるのに対して、第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈは第１の冷却水通路４３の復路部４３３ｂに対応する位置に配置されており、第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈならびに第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈ毎に温度の助走区間が生じるようにして、より冷却効率を高めることができる。
【００８３】
また第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈは、それを構成する第１〜第８プラス側スイッチング素子３１Ａ〜３１Ｈならびに第１〜第８マイナス側スイッチング素子３２Ａ〜３２Ｈを合成樹脂から成る被覆層６５…内に封入した状態で第１のヒートシンク４０に装着されるものであり、被覆層６５…からの放熱ならびに第１のヒートシンク４０からの冷却によって、第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈをより効果的に冷却することができる。
【００８４】
ところで第１および第２コンバータ１８，１９と、インバータ２０との間には、平滑コンデンサ３６…を有する直流リンクコンデンサユニット２１が設けられており、第１コンバータ１８、第２コンバータ１９およびインバータ２０が備える第１〜第８スイッチング素子モジュール２７Ａ〜２７Ｈのプラス側接続端子６９…およびマイナス側接続端子７０…は、前記直流リンクコンデンサユニット２１が備えるプラス側接続端子１３９…およびマイナス側接続端子１４０…に接続されるのであるが、前記プラス側接続端子６９…、１３９サ…にはプラス側外部バスバー１４１が共通に接続され、前記マイナス側接続端子７０…、１４０…にはマイナス側外部バスバー１４２が共通に接続されており、直流リンクコンデンサユニット２１の外方に配置されるプラス側およびマイナス側外部バスバー１４１，１４２が相互間に絶縁部材１４３を介在させて積層されることで外部バスバーユニット１３６として一体化されるので、直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線を通る電流を減少し、平滑コンデンサ３６…に熱的悪影響を及ぼすような発熱が直流リンクコンデンサユニット２１の内部配線で生じることを防止することができる。
【００８５】
さらに外部バスバーユニット１３６が、第１のヒートシンク４０に直接当接されるので、外部バスバーユニット１３６で生じた熱を第１のヒートシンク４０側に直接伝達するようにして、直流リンクコンデンサユニット２１の近傍の温度上昇を抑制することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１５・・・直流電源である燃料電池
１６・・・直流電源である蓄電池
１７・・・電動モータ
１８，１９・・・コンバータ
２０・・・インバータ
２４・・・磁気部品である第１インダクタ
２５・・・磁気部品である第２インダクタ
２６・・・磁気部品である三相トランス
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ；２７Ｄ，２７Ｅ，２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈ・・・スイッチング素子モジュール
３３・・・磁気部品である二相トランス
４０・・・第１のヒートシンク
６３・・・スタッドボルト
６３ａ・・・ねじ軸部
６７・・・スイッチング素子組立ユニット
７３・・・第２のヒートシンク
８０・・・冷却水供給源である冷却水ポンプ
９２，９３，９４，１００，１０１・・・バスバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子モジュール（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ；２７Ｄ，２７Ｅ）および複数の磁気部品（２４，２６；２５，３３）を有するとともに直流電源（１５，１６）の電圧を昇降圧するコンバータ（１８，１９）と、前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）とは別の複数のスイッチング素子モジュール（２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈ）を有するとともに前記コンバータ（１８，１９）で得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ（１７）を駆動するインバータ（２０）とを備える電力変換装置において、全ての前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が水冷型の第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着されて成るスイッチング素子組立ユニット（６７）の上方に、水冷型の第２のヒートシンク（７３）を前記スイッチング素子組立ユニット（６７）との間に介在させるようにして、複数の前記磁気部品（２４，２６；２５，３３）が配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
第１のヒートシンク（４０）に、ねじ軸部（６３ａ）を両端部に有する複数のスタッドボルト（６３）が、前記ねじ軸部（６３ａ）を第１のヒートシンク（４０）の上下両面から突出させるようにして植設され、前記各スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が、前記各スタッドボルト（６３）のうち選択されたスタッドボルト（６３）の前記ねじ軸部（６３ａ）に締結されるようにして第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１および第２のヒートシンク（４０，７３）に冷却水を分配して供給すべく、冷却水供給源（８０）が第１および第２のヒートシンク（４０，７３）に並列に接続されることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
偶数個の前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が、第１のヒートシンク（４０）の上下両面に略対称配置で装着されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンバータ（１８，１９）の一部を構成して第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）と、前記磁気部品（２４，２６；２５，３３）のうち前記コンバータ（１８，１９）の一部を構成する前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）に直接連なる磁気部品（２６，３３）とが、バスバー（９２，９３，９４，１００，１０１）で接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１】
複数のスイッチング素子モジュール（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ；２７Ｄ，２７Ｅ）および複数の磁気部品（２４，２６；２５，３３）を有するとともに直流電源（１５，１６）の電圧を昇降圧するコンバータ（１８，１９）と、前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）とは別の複数のスイッチング素子モジュール（２７Ｆ，２７Ｇ，２７Ｈ）を有するとともに前記コンバータ（１８，１９）で得られた直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ（１７）を駆動するインバータ（２０）とを備える電力変換装置において、全ての前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が水冷型の第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着されて成るスイッチング素子組立ユニット（６７）の上方に、水冷型の第２のヒートシンク（７３）を前記スイッチング素子組立ユニット（６７）との間に介在させるようにして、複数の前記磁気部品（２４，２６；２５，３３）が配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
第１のヒートシンク（４０）に、ねじ軸部（６３ａ）を両端部に有する複数のスタッドボルト（６３）が、前記ねじ軸部（６３ａ）を第１のヒートシンク（４０）の上下両面から突出させるようにして植設され、前記各スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が、前記各スタッドボルト（６３）のうち選択されたスタッドボルト（６３）の前記ねじ軸部（６３ａ）に締結されるようにして第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１および第２のヒートシンク（４０，７３）に冷却水を分配して供給すべく、冷却水供給源（８０）が第１および第２のヒートシンク（４０，７３）に並列に接続されることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
偶数個の前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｈ）が、第１のヒートシンク（４０）の上下両面に略対称配置で装着されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンバータ（１８，１９）の一部を構成して第１のヒートシンク（４０）の上下両面に装着される複数の前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）と、前記磁気部品（２４，２６；２５，３３）のうち前記コンバータ（１８，１９）の一部を構成する前記スイッチング素子モジュール（２７Ａ〜２７Ｅ）に直接連なる磁気部品（２６，３３）とが、バスバー（９２，９３，９４，１００，１０１）で接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−４５２０（Ｐ２０１１−４５２０Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５６４２（Ｐ２００９−１４５６４２）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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