特許 6039356 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039356

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20161128BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20161128BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20161128BHJP

   H01L 23/34 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H01L25/04 C

   H01L23/34 A

【請求項の数】10

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-232807(P2012-232807)

(22)【出願日】2012年10月22日

(65)【公開番号】特開2014-87124(P2014-87124A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井出 英一

(72)【発明者】

【氏名】服部 幸男

(72)【発明者】

【氏名】徳山 健

(72)【発明者】

【氏名】中津 欣也

(72)【発明者】

【氏名】原 陽成

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 俊也

【審査官】 安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９８８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９９６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５２４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６４６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３３６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５８３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１３９７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／００−２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれと対面する放熱部を有すると共に、当該放熱部同士を連結する薄肉部を有し、
前記放熱部は、前記薄肉部の変形によって前記複数のパワー半導体モジュールの放熱面に当接されたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

請求項１記載の電力変換装置において、
前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と、前記バスバーと、を覆う筐体を備え、
前記バスバーは、前記第１の領域と前記第２の領域との間の空間から前記筐体と前記複数のコンデンサ素子との間の空間に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該筐体と当該複数のコンデンサ素子との間の空間に延在する延在部を形成したことを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１記載の電力変換装置において、
前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールの収納空間を隔てる隔壁を有し、
前記隔壁は、前記薄肉部よりも肉厚の肉厚部で形成されたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記複数のパワー半導体モジュールに制御信号を印加する制御信号端子と前記バスバーとの間に金属製シールド板を設けたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
変換された前記複数相の交流電流を出力する交流バスバーを備え、
前記交流バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールから突出する交流端子と接続されるバスバー中継導体板を有し、
前記バスバー中継導体板は、並べて配置された前記複数のコンデンサ素子の間に配置されたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項５記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーには、前記第１の領域と前記第２の領域との空間を繋ぐ貫通孔が形成され、
前記バスバー中継導体板は、前記交流端子から前記貫通孔を通って前記空間まで延設された出力端である交流バスバー端子と接続されたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項7】

請求項５又は６記載の電力変換装置において、
前記複数のコンデンサ素子と前記交流バスバーとを保持する絶縁性台座を備えたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記複数のパワー半導体モジュールを収納した前記収納ケースの外側に冷媒流路を流すための流路形成体が当該収納ケースを覆うように形成され、
前記流路形成体に冷媒流入配管と冷媒流出配管とが接続されたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、
前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と、前記バスバーと、を覆う筐体を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールを収納した前記収納ケースの外側に冷媒流路を流すための流路形成体が当該収納ケースを覆うように形成され、
前記筐体に設けられた冷媒流入配管からの冷媒が当該筐体の下面に設けた流路と前記流路形成体内の流路とを経由して当該筐体に設けられた冷媒流出配管から流出されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、
前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、
前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、
前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列上の一方の側面の側であり且つ前記複数のコンデンサ素子の配置側とは反対側の前記一方の側面の側に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向に沿って立設し、
更に、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの前記一方の側面の側から他方の側面の側に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該複数のパワー半導体モジュールと前記複数のコンデンサ素子との下面側にまで延在する延在部を形成したことを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等に搭載される電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）においては、バッテリの電力により走行用回転電機を駆動するための電力変換装置が搭載されている。電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の電力変換装置においては、居住スペースの確保などの観点から、装置の小型化に対する要求が強い。

【0003】

また、電力性能やノイズ等を考慮すると、電力変換装置からモータへ電力を供給する配線は短いほど良く、電力変換装置はモータの近傍に配置するのが好ましく、例えば、モータの上下に配置される場合が多い。そのような配置の場合、車室空間確保のため、電力変換装置の上下方向の配置スペースを大きく取ることに制約を受けて、電力変換装置の高さ寸法をなるべく小さく抑える必要がある。

【0004】

電力変換装置の配置スペースを小さくする従来技術として、例えば、特許文献１には、モータステータの外周にパワー半導体モジュールやコンデンサを搭載し、機電一体型とすることで小型化を図る方法が開示されている。この特許文献１によれば、電力変換装置の冷却のための冷媒がパワー半導体モジュール側の冷媒流路を通流した後にコンデンサ側冷媒流路に流入することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２１３４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の特許文献１に示すように、モータステータの外周面側にパワー半導体モジュールやコンデンサを搭載する機電一体型の構成の場合、パワー半導体モジュールやコンデンサの構造、外形をモータの機種毎に設計する必要があること、及びレイアウト変更に対する自由度がない等の課題が生じる。また、上記の特許文献１では、複数のパワー半導体モジュールとコンデンサを電気的接続する直流側バスバーの配置構成について、電力損失並びに冷却性能からの観点での配慮がなされていない。

【0007】

そこで、本発明は、上記の課題を解決するために、電力変換装置を機電一体型の構成とせずに、その高さ寸法をより薄くするとともに、冷却性能を向上させ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】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電力変換装置は、直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列配置された第１の領域と前記複数のコンデンサ素子の配置された第２の領域との間の空間に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの同一列配置方向に沿って形成されており、前記収納ケースは、前記複数のパワー半導体モジュールのそれぞれと対面する放熱部を有すると共に、当該放熱部同士を連結する薄肉部を有し、前記放熱部は、前記薄肉部の変形によって前記複数のパワー半導体モジュールの放熱面に当接されたことを特徴とする。

【0009】

また、上記目的を達成するため、本発明の他形態に係る電力変換装置は、直流電圧を平滑化する複数のコンデンサ素子と、前記複数のコンデンサ素子からの直流電流を複数相の交流電流に変換するインバータ回路を持つ複数のパワー半導体モジュールと、前記複数のコンデンサ素子と前記複数のパワー半導体モジュールとを電気的に接続するバスバーと、前記複数のパワー半導体モジュールの各々から突出して設けられた直流正極及び負極端子と、を備え、前記複数のパワー半導体モジュールは、収納ケースに収納されて同一平面上且つ同一列上で隣接して配置され、前記複数のコンデンサ素子は、前記収納ケースに収納された前記複数のパワー半導体モジュールの同一列の配置方向に平行な方向に沿って並べて配置され、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの同一列上の一方の側面の側であり且つ前記複数のコンデンサ素子の配置側とは反対側の前記一方の側面の側に配置されると共に、当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向にそれぞれ設けられた前記直流正極及び前記負極端子と対向するように当該複数のパワー半導体モジュールの当該一方の側面の方向に沿って立設し、更に、前記バスバーは、前記複数のパワー半導体モジュールの前記一方の側面の側から他方の側面の側に向けて屈曲する屈曲部を形成すると共に、当該複数のパワー半導体モジュールと前記複数のコンデンサ素子との下面側にまで延在する延在部を形成したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電力変換装置の電力損失の低減が可能であるために冷却性能を向上させることができ、さらに、電力変換装置の高さ寸法を小さくして薄型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロックを示す概念図である。

【図2】本実施形態に係る電力変換装置における車両での配置場所を示す模式図である。

【図3】本実施形態に係る電力変換装置におけるインバータ回路を含めた電気回路の接続構成を示す図である。

【図4】本実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図である。

【図5】第１の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。

【図6】本実施形態に係る電力変換装置における各ユニット、流路形成体及び筐体を示す分解斜視図である。

【図7】本実施形態に関するパワー半導体モジュールの端子構造を示す斜視図である。

【図8】図７に示すＡ−Ａ線の切断面におけるパワー半導体モジュールの断面図である。

【図9】本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路構成を示す回路図である。

【図10】本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路の組立分解図である。

【図11】本実施形態に関するパワー半導体モジュールの内蔵回路の組立後の斜視図である。

【図12】本実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、流路形成体、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。

【図13】本実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、流路形成体、バスバーユニットを示す分解斜視図である。

【図14】図１２に示すＢ−Ｂ線の切断面におけるパワー半導体モジュールとそれを収納する金属製ケースの断面図である。

【図15】図１４に示すパワー半導体モジュールの収納用金属ケースの変形構成例を示す断面図である。

【図16】本実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。

【図17】本実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。

【図18】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。

【図19】第２の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。

【図20】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置から筐体を取り除いてパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットの配置を示す斜視図である。

【図21】第３の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニットを示す分解斜視図である。

【図22】本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び磁気干渉抑制部材の配置を示す斜視図である。

【図23】第４の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び磁気干渉抑制部材の配置を示す上視図である。

【図24】本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び冷却用の流路形成通路の配置を示す概略斜視図である。

【図25】第５の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び流路形成体の配置と、冷却用の流路形成通路の配置とを示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の第１〜第５の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下説明する。まず、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置について、図１〜図１７を参照して説明する。なお、図１〜図４に示す構成は、本発明の第２〜第５の実施形態に係る電力変換装置においても共通する基盤的技術を示しており、第１の実施形態に限るものではない。また、本発明の第１〜第５の実施形態に係る電力変換装置は、ＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ、以下「ＨＥＶ」と記述する）に限らず、プラグインハイブリッド自動車（ｐｌｕｇ−ｉｎ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ、以下「ＰＨＥＶ」と記述する）あるいは電気自動車（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ、以下「ＥＶ」と記述する）等の車両に搭載される電力変換装置にも適用でき、さらには、建設機械等の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。

【0013】

図１において、エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１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に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。モータジェネレータＭＧ１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を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウ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小さく、この観点でも自動車用として優れている。

【0014】

エンジンＥＧＮの出力側の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。

【0015】

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ーとして使用される。

【0016】

次に、電力変換装置２００について説明する。電力変換装置２００に設けられたインバータ回路１４０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との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流コネクタ１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は電動発電ユニットとして動作する。

【0017】

なお、本発明の実施形態では、バッテリ１３６の電力によって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、本発明の実施形態では、電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンＥＧＮの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。

【0018】

また、図１では省略したが、バッテリ１３６はさらに補機用のモータ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パワー半導体モジュールに供給され、補機用パワー半導体モジュールは交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワー半導体モジュールは、インバータ回路１４０と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。

【0019】

また、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサ５００を備えている。

【0020】

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信号用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、信号用コネクタ２１から入力される指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１の制御量を演算し、さらに、モータジェネレータＭＧ１をモータとして運転するか発電機として運転するか演算する。電力変換装置２００は、その演算結果に基づいて制御パルスを発生し、発生した制御パルスをドライバ回路１７４へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０を制御するための駆動パルスを発生する。

【0021】

図２は、車両における電力変換装置２００の配置場所を模式的に示したものである。車両前方方向からエンジンＥＧＮ、トランスミッションＴＭの順に配置され、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭの筐体下方に配置されている。トランスミッションＴＭのケース内前方（電力変換装置２００の上方）には、モータジェネレータＭＧ１が配置されている。ここで、省スペースの観点から、電力変換装置２００の配置スペースは小さいほど良い。また、電力変換装置２００からモータジェネレータＭＧ１へ電力を供給する配線は短いほど良く、電力変換装置２００はモータジェネレータＭＧ１の近傍に配置するのが好ましい。

【0022】

このような事情のため、電力変換装置２００は、図２に示すようなトランスミッションＴＭの下部のように狭いスペースに配置される場合が多く、電力変換装置２００の小型化・薄型化が望まれている。なお、図２の配置は一例を示したものであり、トランスミッションＴＭのケース内エンジン側に設けたり、ベルハウジングに内蔵したりする。

【0023】

次に、図３を用いてインバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する。なお、スイッチング用パワー半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、によって、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０が、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備わったものである。

【0024】

これらの３相は、本発明の実施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においては、直列回路の中点部分である中間電極１６９は、交流端子１５９、交流バスバー８０２、交流コネクタ１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に接続されている。直列回路１５０から出力される交流電流は、中間電極１６９から上記経路によりモータジェネレータＭＧ１へ出力される。

【0025】

上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、図３に示すように、直流正極端子１５７を介してコンデンサ５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、直流負極端子１５８を介してコンデンサ５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。

【0026】

図１と図３に示すように、制御回路１７２は上位の制御装置から信号用コネクタ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の各相の直列回路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。

【0027】

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へ駆動パルスを供給する。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する。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。

【0028】

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とを備えている。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とを備えている。ダイオード１５６は、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６は、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。

【0029】

スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子として、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。

【0030】

コンデンサ５００に関して、図３に示すように、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とが設けられている。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５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。

【0031】

一方、インバータ回路１４０によって交流電力から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５００に供給される。また、直流電力は、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。

【0032】

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。

【0033】

目標トルク値は、不図示の上位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、後述する電流センサモジュール１８０（図３を参照）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、電流センサモジュール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。

【0034】

制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。

【0035】

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。

【0036】

また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。

【0037】

直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは、直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０の直流正極側の電圧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。

【0038】

図４は電力変換装置２００の外観斜視図である。本実施形態の電力変換装置２００は、図２に示すような配置に対応するために、後述する構成を採用することによって電力変換装置２００全体の高さ寸法を低く抑えている。筐体１０は平面視形状が略矩形状の金属製ケースであり、側面には冷却媒体（例えば、冷却水などが用いられ、以下では冷媒と記す）を筐体内に流入させるための配管１３と、冷媒を流出するための冷媒流出配管１４が配設されている。符号５０８，５０９は、図３に示すように直流入力用の正負電源端子であり、８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２ＷはＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した交流バスバー端子である。コネクタ２１は、外部（例えば、上位制御装置）との接続のために設けられた信号用のコネクタである。

【0039】

「第１の実施形態」
次に、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成について、図５と図６を用いて説明する。図５は第１の実施形態に係る電力変換装置２００の内部構成の分解斜視図である。図５（ａ）は図４に示す上カバー３を省き、図５（ｂ）は図４に示す筐体１０を省いた図である。図６は図５（ａ）に示す回路基板２０と制御回路１７２を省き、流路形成体１２、コンデンサユニット４、パワー半導体モジュールユニット５ならびにバスバーユニット６の筐体１０への組立分解図である。

【0040】

筐体１０内の図示右上側には、図２に示したインバータ回路１４０を設けたパワー半導体モジュールユニット５が、筐体１０の長手方向に沿うように配置され、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体１２内で冷却されている。一方、筐体１０内の図示左下側には、コンデンサ５００とＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した交流バスバー中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗを収納するコンデンサユニット４が、パワー半導体モジュールユニット５に対して並行に配置され、筐体１０の床面に対し、接触して設置されている。

【0041】

コンデンサユニット４およびパワー半導体モジュールユニット５の間にはバスバーユニット６が配置され、その上方には図４に示す信号用コネクタ２１を取り付けた回路基板２０が設置されている。回路基板２０には、図３に示した制御回路１７２およびドライバ回路１７４が設置されている。上カバー３は、筐体１０の開口部を覆うようにボルト固定されている。交流バスバー中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗは、交流バスバーホルダ８００に固定された交流バスバー端子８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗにねじ止めされるとともに、交流バスバーホルダ８００に設置された電流センサモジュール１８０（図示せず）により各相を流れる電流が各々検出される。

【0042】

パワー半導体モジュールユニット５は上下の両面冷却方式であり、搭載床面積を小さくすることで、コンデンサユニット４の搭載面積を広くして筐体１０の床面を介した冷却能力を向上するとともに、流路形成体１２により筐体１０が冷却できる構造となっている。

【0043】

次に、第１の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗの詳細構成について、図７〜図１１を用いて以下説明する。図３に示したように、インバータ回路１４０には、Ｕ，ＶおよびＷ相のそれぞれに関する直列回路１５０が設けられている。パワー半導体モジュール３００ＵにはＵ相の直列回路１５０が設けられ、パワー半導体モジュール３００ＶにはＶ相の直列回路１５０が設けられ、パワー半導体モジュール３００ＷにはＷ相の直列回路１５０が設けられている。パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗはいずれも同一構造を有しており、ここではパワー半導体モジュール３００Ｕを例に説明する。なお、本実施形態では、パワー半導体モジュール３００はＵ，ＶおよびＷ相からなる３相を形成するモジュールを例示しているが、これに限らずパワー半導体モジュール３００を２相形成のものとしてモータジェネレータＭＧ１の回転磁界を構成してもよい。

【0044】

図７はパワー半導体モジュール３００Ｕの斜視図であり、図８は図７のＡ−Ａ線の切断断面を示す図である。図８に示すように、パワー半導体モジュール３００Ｕは直列回路１５０を構成する半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）を、導体板３１５，３２０と導体板３１８，３１９に電気的に接合し（図９をも参照）、絶縁性のモールド樹脂３４８で封止したものである。

【0045】

図９は、パワー半導体モジュール３００の内蔵回路構成を示す回路図であり、図１０は実装形態を示す組立分解図であり、図１１が組立後の形態である。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のカソード電極は、導体板３１５に金属接合材１６０（たとえば、ＳｎやＺｎやＢｉを主体としたはんだ合金による溶融接合、酸化銀や酸化銅や銀を主体とした微粒子による焼結接合、図１０を参照）を介して接続する。導体板３１５には直流正極端子１５７が接続されている。ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極は、導体板３１８に金属接合材１６０を介して接続する。図３に示すＩＧＢＴ３２８のゲート電極１５４には、３つの信号端子３２５Ｕが並列に金属ワイヤを介して電気的に接続する（図７では端子３２５Ｕが３つ示され、図９では端子３２５Ｕが２つ示されていて端子数が異なるが、制御用の端子として種々利用されることもあり、端子数が異なることも有り得る）。

【0046】

一方、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のカソード電極は、導体板３２０に金属接合材１６０を介して接続する。導体板３２０は、中間電極１６９（図３をも参照）によって導体板３１８に金属接合材１６０を介して接続されるとともに、交流端子１５９が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極は、導体板３１９に金属接合材１６０を介して接続する。導体板３１９には、直流負極端子１５８が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のゲート電極１６４には、３つの信号端子３２５Ｌが並列に金属ワイヤを介して電気的に接続する（図示せず）。パワー半導体モジュール３００の組立後の状態を図８と図１１に示す。

【0047】

図１１に示す状態から、タイバー３７２を挟んでトランスファーモールド成型した後、タイバー３７２を切り離し、図７に示すように、また、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌと他の信号端子３３６Ｕ，３３６Ｌと直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、交流端子１５９（図３を参照）が一部露出した状態で、図８と図９に示す導体板３１５，３１８，３１８，３２０で挟まれたパワー半導体素子を絶縁性モールド樹脂３４８（図８を参照）で覆う。このとき、パワー半導体素子を挟持した導体板３１５，３１８，３１９，３２０の外側の面は放熱面として機能するため、図８に示すように絶縁性モールド樹脂３４８から露出させておく。

【0048】

トランスファーモールド用の絶縁性モールド樹脂３４８としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体板３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュール３００の寿命をのばすことが可能となる。

【0049】

次に、第１の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット５の詳細構成について、図１２〜図１４を用いて以下説明する。図１２と図１３は、パワー半導体モジュールユニット５と、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体１２と、バスバーユニット６と、を示す図であり、図１２は当該図に示されたパワー半導体モジュールユニット５等の各種構成体の斜視図であり、図１３は当該図に示されたパワー半導体モジュールユニット５等の各種構成体の分解斜視図である。また、図１４は図１２に示すＢ−Ｂ線の切断面を示す図である。

【0050】

パワー半導体モジュールユニット５は、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗとこれらパワー半導体モジュールを収納する金属製のケース３０４を備えている。

【0051】

流路形成体１２は、図１３に示すように、冷媒流路１２０内に設置した部品を冷却する冷却器として機能するものであり、金属製（例えば、アルミ）の直方体形状であって、長手方向の一端には冷媒流入用の配管１３（図４を参照）が設けられ、反対側の端面には冷媒排出用の配管１４が設けられている。流路形成体１２の側面には、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを収納した金属製ケース３０４を冷媒流路１２０内に挿入するための流路形成体開口１２０Ａが形成されている。金属製ケース３０４には、その開口部側にフランジ３０７を備え、Ｏリングなどのシール材を介して流路形成体開口１２０Ａにフランジ３０７を設置する。

【0052】

図１３に示すように、金属製ケース３０４は、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗに冷媒が浸入しないＣＡＮ型の水密構造となっている。ＣＡＮ型とは、一面に設けられた挿入口を有する有底筒状のケースである。つまり、金属製ケース（収納ケース）３０４は、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを挿入する開口部以外に開口を設けない構造であり、挿入口の部分にはフランジ３０７が設けられている。また、フランジ３０７の挿入口側には、バスバーユニット６を固定するためのネジ穴と流路形成体１２が設けられ、挿入口からは、端子類が引出せるようになっている。

【0053】

図１３と図１４に示すように、金属製ケース３０４は扁平なケースであり、表裏両面には収納するパワー半導体モジュールの放熱面である導体板３１５，３１８，３１９，３２０に投影した位置に放熱ベース部３０５と冷却フィン３０６とを備えている。また、金属製ケース３０４の各放熱ベース部３０５の周囲には、図１４の断面図に示すように、薄肉部３０４Ａと厚肉部３０４Ｃを備え、放熱ベース部３０５を反対側の放熱ベース部方向（図１４で上下方向）へ押圧した際に、薄肉部３０４Ａのみが変形することで、一対の放熱ベース部３０５の間に各半導体モジュールがそれぞれの厚さに合わせて挟持できる構造となっている。

【0054】

このとき、導体板３１５，３１８，３１９，３２０と放熱ベース部３０５の間には、絶縁層３３３を介して絶縁が確保される。絶縁層３３３は、高熱伝導な絶縁性のセラミックスを高含有した樹脂を用いる。これにより、放熱ベース部３０５と導体板３１５，３１８，３１９，３２０が隙間無く接着される。

【0055】

金属製ケース３０４は、薄肉部３０４Ａとフィン３０６を備えた放熱ベース部３０５と、厚肉部３０４Ｂを備えたフランジ３０７と、をそれぞれ鍛造、鋳造することで作製し、レーザ溶接や摩擦攪拌接合により一体化する。

【0056】

押圧によるパワー半導体モジュールの収納よりも先に金属製ケース３０４を一体化する場合には、押圧によるパワー半導体モジュールの収納時に金属製ケース３０４全体に反り変形ができないように、図１４に示すように各パワー半導体モジュールの間に、さらに厚肉部３０４Ｃを設ける。

【0057】

これに対して、薄肉部３０４Ａとフィン３０６を備えた放熱ベース部３０５と、各パワー半導体モジュールと、を絶縁層３３３により接続してから、厚肉部３０４Ｂを備えたフランジ３０７を取り付ける際には、図１５に示すように、各パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの間の厚肉部３０４Ｃは不要となる。図１５は図１４に示すパワー半導体モジュールの収納用金属ケースの変形構成例を示す断面図である。上述した一体化の際に、薄肉部３０４Ａが設けられこの部分が変形し応力を受け持つことで、絶縁層３３３に発生する応力を低減することが可能となる。

【0058】

ここで、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗは、それぞれの直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ、交流端子１５９（図９を参照）が、溶接やろう接によりバスバーユニット６の正極端子中継部５０９ａ、負極端子中継部５０８ａ、信号端子中継部３４０、交流端子中継部８０４Ｕ，８０４Ｖ，８０４Ｗ（図１３を参照）に接合され位置決めされている。その後、金属製ケース３０４に絶縁層３３３を介して収納した後に、バスバーユニット６との各接続部も含めた金属製ケース３０４の残りの空間に絶縁性の封止樹脂３５１（図１３では省略、図１４を参照）を封止することでパワー半導体モジュールユニット５が完成するとともに、さらに絶縁信頼性を向上することができる。

【0059】

絶縁性封止樹脂３５１としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂に対してはＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を金属製ケース３０４や各半導体モジュールに近づける。これにより、絶縁層３３３と金属製ケース３０４や各半導体モジュール間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワー半導体モジュールの寿命をのばすことが可能となる。

【0060】

次に、第１の実施形態に係る電力変換装置におけるコンデンサユニット４の詳細構成について、図１６と図１７を用いて以下説明する。図１６と図１７はバスバーユニット６とコンデンサユニット４を示す図であり、図１６は当該図に示された構成体の斜視図であり、図１７は当該図に示された構成体の分解斜視図である。

【0061】

図１７に示すように、コンデンサユニット４は、コンデンサ正極接続端子５００ｐとコンデンサ負極接続端子５００ｎとから成るコンデンサバスバーと、複数のコンデンサ素子５００ａと、交流バスバー中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗと、で構成されている。コンデンサバスバーのコンデンサ正極接続端子５００ｐとコンデンサ負極接続端子５００ｎは、バスバーユニット６の正極端子中継部５０９ｂ、負極端子中継部５０８ｂと溶接やろう接により電気的接合されている。電気的接合前のコンデンサ素子５００ａと交流バスバー中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗは、ベース（絶縁性台座）１９（図５（ｂ）を参照）をガイドとして仮固定し、筐体１０床面に接触できるようにしている。各コンデンサ素子や各交流バスバーと筐体床面間には、隙間を減らし放熱性を向上するとともに、絶縁を確保するための樹脂を設置している。また、ベース（絶縁性台座）１９自体で絶縁を確保してもよい。この場合、導電性で高放熱なグリスや樹脂を設置できる。

【0062】

コンデンサユニット４は、バスバーユニット６を仮想境界面としてパワー半導体モジュールユニット５と対称となる位置に配置されている。この配置により、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗと複数のコンデンサ素子５００ａは、正極側バスバー５０９’と負極側バスバー５０８’とからなるバスバー５０１を介して近接配置されるため（コンデンサ素子とパワー半導体モジュールとの間に流れる電流はバスバー５０１で直結されているため）、バスバー５０１で発生する抵抗損失を抑制し発熱量を低減することが可能となる。さらには、バスバーユニット６が介在することによって、パワー半導体モジュール３００からコンデンサ素子５００ａへの伝熱を抑制できることより、コンデンサ素子の温度上昇を低減することが可能であり、コンデンサの信頼性及び寿命を向上させる効果がある。

【0063】

また、コンデンサ素子５００ａは、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗに備えたそれぞれの交流端子１５９に接続され且つパワー半導体モジュールユニット５と反対側へ直線状に延伸したＵ，Ｖ，Ｗ相の交流バスバー８０２の中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗの間に並列に配置している。この並列配置により、電力変換装置２００の高さ寸法を低くすることができる。さらに、コンデンサユニット４及びＵ，Ｖ，Ｗ相の交流バスバーの中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗを筐体１０の床面に近接させられることより放熱性を向上することができる。

【0064】

また、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗと同数個あるいは倍数個となるように配置させると良い。これにより、各コンデンサ素子５００ａから各パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗへ供給する電力が略均等に分配され、特定のコンデンサからの電力過剰供給が抑制されるため、コンデンサの信頼性及び寿命を向上させる効果がある。

【0065】

次に、第１の実施形態に係る電力変換装置におけるバスバーユニット６の詳細構成について、図１３と図１７を用いて以下説明する。図１３と図１７に示すように、バスバーユニット６は、パワー半導体モジュールユニット５のパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを収納する金属製ケース３０４の開口部側に対し、平行に積層された１対の正極導体板（正極側バスバー）５０９’と負極導体板（負極側バスバー）５０８’とを備えている。

【0066】

正極導体板５０９’は、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの各直流正極端子１５７（図３と図９を参照）方向に引き出された正極端子中継部５０９ａと、コンデンサ５００の正極接続端子５００ｐ方向に引き出された正極端子中継部５０９ｂと、を有し、筐体１０の開口側（図面上方）に折れ曲がっている。負極導体板５０８’も同様に、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの各直流負極端子１５８とコンデンサ５００の負極接続端子５００ｎ方向に引き出された負極端子中継部５０８ａと負極端子中継部５０８ｂと、を有し、筐体１０の開口側に折れ曲がっている。

【0067】

また、バスバーユニット６には、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの各交流端子１５９や交流バスバー中継部８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗに接続する交流端子中継部８０４Ｕ，８０４Ｖ，８０４Ｗと、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ（図８と図９を参照）を中継する信号端子中継部３４０と、がそれぞれ形成されている（図１３を参照）。バスバーユニット６は、図示するように扁平な形状をしており、絶縁性樹脂５５０を用いて射出成型や圧着成型されることで、バスバーに繋がるそれぞれの連結端子が一体成型されている。

【0068】

以上説明したように、本発明の実施形態では、電力変換装置を構成するパワー半導体モジュール３００、コンデンサユニット４を筐体１０（例．金属製ケース）の床面に対して同一平面状に配置して薄型化することができた。この配置に対して、パワー半導体モジュールユニット５からの引き出される直流正極端子１５７，直流負極端子１５８とコンデンサから引き出されるコンデンサ５００の正極接続端子５００ｐ，負極接続端子５００ｎを、バスバーユニット６における負極導体板５０８’，正極導体板５０９’の面において略同一平面上に揃え、さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相を連絡する負極導体板５０８’，正極導体板５０９’を積層（薄板状の正負極導体板を互いの面が対面するように積層配置）できるようにした。

【0069】

次に、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成と作用乃至効果との関係について以下説明する。本実施形態における上述した構成により、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの直流正極端子１５７，直流負極端子１５８と各コンデンサ素子５００ａの正極接続端子５００ｐ，負極接続端子５００ｎとの距離が短くなって抵抗損失を低減できる。さらに、負極導体板５０８’と正極導体板５０９’との積層化によるインダクタンスの低減効果で、電力変換装置回路のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制でき、回路の高速スイッチング化により損失を低減できる。また、電力変換装置を構成するパワー半導体モジュールユニット５とコンデンサユニット４に対して、上述した構成と配置を有するバスバーユニット６を設置したことで、電力変換装置の薄型化を図りつつ、インバータ回路１４０からの発熱量を低減できるようにした。

【0070】

電力変換装置の中で最も発熱が大きいパワー半導体モジュールユニット５に対し、最も冷却能力の高い水冷方式を採用しつつ、上下両面からパワー半導体モジュールユニット５を冷却させることで、パワー半導体モジュールユニット５や冷却流路の設置底面積を減少できる。また、コンデンサ素子５００ａと負極導体板５０８’，正極導体板５０９’とを筐体１０（金属製ケース）との設置底面から冷却でき、放熱面が薄型化により広く取れるので、コンデンサ素子５００ａとバスバー５０１の温度上昇を抑制できて信頼性が向上する。このように、電力変換装置の薄型化を図りつつ信頼性を高めることが可能となる。

【0071】

本実施形態では、図１２と図１３に示すように流路形成体１２下に設けたベース１８（図５（ｂ）にはベース１８が示されていて、図５（ｂ）が筐体１０を取り除いた図示構造であるので、ベース１８は筐体１０とは別物）にガイド溝を設け、パワー半導体モジュールユニット５やバスバーユニット６を嵌め込むことで、流路形成体１２による筐体１０の冷却や筐体１０によるバスバーユニット６の冷却効率を向上できる構造とした。また、コンデンサユニット４についても、図５（ｂ）に示したように、ベース（絶縁性台座）１９を設置して筐体１０と各部材の接触をより確実にできる。ベース１８やベース１９への各ユニットの設置や各ユニットの引き出し端子の向きがフランジ３０７の開口方向に揃えていることで、筐体１０へ各部材を収納する組み立てが容易となり、生産性が向上する。また、ベース１８やベース１９を採用することで、冷却性能を向上する放熱グリスや放熱樹脂シートを各部材の底面に設置しやすくなる効果がある。

【0072】

また、パワー半導体モジュールユニット５の水密性の金属製ケース３０４は、水密性を確保するためのフランジ３０７を有しており、流路形成体１２の流路形成体開口１２０Ａにシールを介して設置される。本実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の直列回路を構成するパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗ毎に金属製ケース３０４を一つずつ三つ用意せず、一つのケースに内蔵する構造とした。この内蔵構造により、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの間隔に存在するフランジ３０７（パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗ毎のフランジ）を省略でき、フランジ３０７の面積を小さくできるとともに、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの並置間隔を最小に配置可能となる。

【0073】

また、複数のパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを一つの金属製ケース３０４に収納する際に、一対の負極導体板５０８’，正極導体板５０９’を有するバスバーユニット６に連結していることで（バスバーユニット６を予めパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗに連結した状態で金属製ケース３０４に収納する）、金属製ケース３０４内の平面方向に対し、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを所定位置に配置可能となる。ここで、連結していない状態で収納されたパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗにおいては、連結のための配線のスペースを要するので、これとの対比において、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗ同士の間隔を最小にでき、上述したバスバーの長手方向長さを短くできるので、その分だけ損失を低減できる効果が大きくなる。また、上述した各コンデンサ素子５００ａとの対称性も高まりコンデンサ５００の信頼性も向上する。

【0074】

金属製ケース３０４に収納する複数のパワー半導体モジュール毎に金属製ケース３０４の周囲に薄肉部３０４Ａを設けることで、パワー半導体モジュールの厚さにあわせ薄肉部３０４Ａが変形して放熱ベース部３０５の間隔を制御できるので、絶縁層３３３を絶縁に必要な最小厚さに設定でき、放熱性を高めることが可能となる。一方で、薄肉部３０４Ａを設けたことでフランジ３０７は押圧時に変形しないので、高い水密信頼性を有する。

【0075】

パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗをその長手方向に対して複数に分割して配置する構造とした。分割せずに一体化するものに比べて、絶縁性モールド樹脂
（トランスファーモールド法）３４８（図８と図１４を参照）での封止時や絶縁層３３３での収納時の昇降温で発生する熱応力を小さくすることができる。これにより、反りなどの熱変形を極力小さくでき、絶縁層３３３の厚みばらつきによる熱抵抗の増加や冷却フィン３０６と流路形成体１２の冷媒流路１２０（図１３を参照）を成す内壁との隙間ばらつきによる熱伝達率減少を抑制でき信頼性を向上できる。

【0076】

「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置について、図１８と図１９を参照して説明する。図１８はパワー半導体モジュールユニット５とコンデンサユニット４とバスバーユニット６を組み合わせた構成の斜視図であり、図１９はその分解斜視図である。

【0077】

第２の実施形態において、パワー半導体モジュールユニット５及び交流バスバー８０２は第１の実施形態と同様である。第２の実施形態の特徴は、正極導体板５０９’と負極導体板５０８’とから成るバスバー５０１が積層した状態で筐体１０の床面に近接するようにコンデンサユニット４側に屈曲伸長していることである。

【0078】

複数のコンデンサ素子５００ａは交流バスバー中継部８０３の間に並列に配置され、コンデンサ素子５００ａの正極接続端子５００ｐ及び負極接続端子５００ｎは筐体１０の床面と垂直を成す向きでバスバー５０１と接続されている。これにより、バスバー５０１は筐体１０の広い床面を介して放熱させることが可能となる。また、コンデンサ素子５００ａと交流バスバー中継部８０３は床面敷設のバスバー５０１を介して間接的に筐体１０へ放熱させることが可能である。さらに、バスバー５０１の正極導体板５０９’と負極導体板５０８’の積層対向面積を増加させられることによって、第１の実施形態よりもインダクタンスの低減効果を大きくすることができる。

【0079】

「第３の実施形態」
次に、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置について、図２０と図２１を参照して説明する。図２０はパワー半導体モジュールユニット５とコンデンサユニット４とバスバーユニット６を組み合わせた構成の斜視図であり、図２１はその分解斜視図である。第３の実施形態において、パワー半導体モジュールユニット５は第１の実施形態と同様である。

【0080】

第３の実施形態の特徴は、正極導体板５０９’と負極導体板５０８’とから成るバスバー５０１は、積層した状態で、金属製ケース３０４のフランジ３０７に対向するように立設する構造を有するとともに、パワー半導体モジュールユニット５の流路形成体１２及びコンデンサ素子５００の底面に沿うように、かつ、筐体１０の床面に近接するように屈曲伸長した構造である。複数のコンデンサ素子５００ａは、コンデンサ素子の正極接続端子５００ｐ及び負極接続端子５００ｎが筐体１０の床面と垂直を成す向きでバスバー５０１と接続されている。

【0081】

上述した構成により、バスバー５０１は、流路形成体１２及び筐体１０を介して放熱させることが可能となる。また、コンデンサ素子５００ａは流路形成体１２の近傍に隣接して配置させることより、コンデンサ素子５００ａの放熱を容易にすることができ、バスバー５０１を介して間接的に筐体１０へ放熱させることも可能である。

【0082】

そして、パワー半導体モジュールユニット５を収納した金属製ケース３０４のフランジ３０７側（フランジ３０７側にパワー半導体モジュール３００の各種端子が配列されている）が、筐体１０の側面近傍に配置されることより、交流バスバー８０２の長さは短縮できる（具体的には、交流バスバー端子８０２Ｕ，Ｖ，Ｗに連結される交流バスバー中継部８０３Ｕ，Ｖ，Ｗを短くできる）。これにより、交流バスバー８０２の抵抗損失が低減することより発熱を抑制する効果である。さらに、上述した底面配置されたバスバー５０１の正極導体板５０９’と負極導体板５０８’の積層対向面積を増加させられることより、低インダクタンスの効果を有する。

【0083】

「第４の実施形態」
次に、本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置について、図２２と図２３を参照して説明する。図２２はパワー半導体モジュールユニット５とコンデンサユニット４とバスバーユニット６と磁気干渉抑制部材とを組み合わせた構成の斜視図であり、図２３はその上視図である。

【0084】

第４の実施形態の特徴は、第１の実施形態との比較において、バスバー５０１の正極導体板５０９’と負極導体板５０８’に加えて、導体もしくは磁性体の薄板５５５を設けている点にある。なお、この薄板５５５は磁気シールドの機能を奏しているものであるので、第１の実施形態の外に、第２と第３の実施形態に対しても同様に磁気シールドを為す薄板５５５を設けてもよい。

【0085】

第４の実施形態において、薄板５５５は、バスバーユニット６に備えられた信号端子中継部３４０と正極導体板５０９’又は負極導体板５０８’との間に設けられている。また、薄板５５５は、筐体１０もしくは筐体１０と電気的に接続された流路形成体１２Ａまたは金属製ケース３０４に（図５をも参照）、ネジなどにより接続させてもよい。これにより、大電力を扱うバスバー５０１と低電圧を扱う制御信号端子である信号端子中継部３４０との磁気干渉を抑制でき、誤動作を防ぐことができる。また、この磁気干渉はスイッチング速度が高速であるほど影響が大きくなる。本実施形態の採用によって、磁気干渉を抑制するため、高速スイッチングが可能となり電力変換装置の損失を低減させる効果を有している。

【0086】

「第５の実施形態」
次に、本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置について、図２４と図２５を参照して説明する。図２４は、本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び冷却用の流路形成通路の配置を示す概略斜視図であり、図２５は第５の実施形態に係る電力変換装置におけるパワー半導体モジュールユニット、コンデンサモジュールユニット、バスバーユニット及び流路形成体の配置と、冷却用の流路形成通路の配置とを示す分解斜視図である。

【0087】

第５の実施形態の特徴は、図５と図６に示す第１の実施形態における、パワー半導体モジュールユニット５に対し流路形成体１２を用いて水冷している構成に対して、流路形成体１２に加えて、筐体１０の床面に流路１５（冷媒流入配管１３と冷媒流出配管１４と流路形成体１２に繋がる流路）を形成することで、バスバーユニット６とコンデンサユニット４を水冷できる構成とすることにある。この構成により、バスバーユニット６とコンデンサユニット４に対する筐体１０床面での冷却性能を向上できるとともに、筐体１０を介してモータに設置する場合にモータからの伝熱を冷却水により防止できるため、電力変換装置を近接して設置することが可能となる。また、筐体１０を介してモータを冷却することも可能となる。ここで、ユニット５，４，６を載置するベース１８の下方に流路１５が形成され、この流路１５と流路形成体１２内の流路を経由して、冷媒流入配管１３と冷媒流出配管１４間で冷媒が流れることとなる。

【0088】

また、パワー半導体モジュールユニット５により冷却水が温度上昇するため、冷却水の上流側（冷媒流入配管１３）をコンデンサユニット４側にすることで、コンデンサユニットに対する冷却性能を高めている。

【0089】

以上説明したように、本発明の各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の技術的特徴を損なわない限り、本発明は上述した各実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

【符号の説明】

【0090】

３：上カバー、４：コンデンサユニット、５：パワー半導体モジュールユニット、６：バスバーユニット、１０：筐体（金属製ケース）、１２，１２Ａ：流路形成体、１３：冷媒流入配管、１４：冷媒流出配管、１５：流路、１８：ベース、１９：絶縁性台座（ベース）、２０：回路基板、２１：信号用コネクタ、１２０：冷媒流路、１２０Ａ：流路形成体開口、１３６：バッテリ、１３８：直流コネクタ、１８８：交流コネクタ、１４０：インバータ回路、１５０：直列回路、１５６，１６６：ダイオード、１５７：直流正極端子、１５８：直流負極端子、１５９：交流端子、１７２：制御回路、１７４:ドライバ回路、１８０：電流センサモジュール、１８８：交流コネクタ、
２００：電力変換装置、３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗ：パワー半導体モジュール、３０４：金属製ケース（収納ケース）、３０４Ａ：薄肉部、３０４Ｂ，３０４Ｃ：厚肉部、３０５：放熱ベース部、３０６：冷却フィン、３０７：フランジ、３１５，３１８，３１９，３２０：導体板、３２５Ｌ，３２５Ｕ：信号端子、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、３３３：絶縁層、３４０：信号端子中継部、３４８：絶縁性モールド樹脂、３５１：絶縁性封止樹脂、
５００：コンデンサ、５００ａ：コンデンサ素子、５００ｐ：正極接続端子、５００ｎ：負極接続端子、５０１：バスバー、５０４：負極側コンデンサ端子、５０６：正極側コンデンサ端子、５０８：負極側電源端子、５０８ａ，５０８ｂ：負極端子中継部、５０８’：負極側バスバー（負極導体板）、５０９：正極側電源端子、５０９ａ，５０９ｂ：正極端子中継部、５０９’：正極側バスバー（正極導体板）、５５０：絶縁性樹脂、５５５：磁気干渉抑制部材、
８００：交流バスバーホルダ、８０２：交流バスバー、８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗ：交流バスバー端子、８０３Ｕ，８０３Ｖ，８０３Ｗ：交流バスバー中継部、８０４Ｕ，８０４Ｖ，８０４Ｗ：交流端子中継部、
ＥＧＮ：エンジン、ＭＧ１：モータジェネレータ、ＴＳＭ：動力分配機構、ＴＭ：トランスミッション、ＤＥＦ：ディファレンシャルギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】