特許 7393941 電力変換システム

(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】

(24)【登録日】2023-11-29

(45)【発行日】2023-12-07

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019235121

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021103932

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】清水 浩史

(72)【発明者】

【氏名】赤間 貞洋

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１８９１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７０８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２８６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２２８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２７０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０４５８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する複数の半導体素子（２７１，２７２，５１～５６，８１１，８１２，８２１，８２２，８３１，８３２，８４１，８４２，８５１，８５２，８６１，８６２，１１１～１１６）が一体化された半導体モジュール（２１～２７，５０，８１～８６，１１０）と、
冷媒が流れることにより前記レグを構成する前記複数の半導体素子を冷却する冷却流路（４０～４７，６３～６５，７３～７５，９３～９５，１０３～１０５，１２３～１２５）を備える冷却器（３０，６０，７０，９０，１００，１２０）と、
を備える電力変換システム（１～６）であって、
前記電力変換器として、第１インバータ（ＩＮＶ１）及び第２インバータ（ＩＮＶ２）が備えられ、
３相分の巻線を有する回転電機と、
制御部（１２）と、
を備え、
前記第１インバータは、前記半導体モジュールとして、複数の前記半導体素子としての上アームスイッチ（ＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａ）及び下アームスイッチ（ＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂ）の直列接続体が一体化された３相分の半導体モジュールを備え、
前記第２インバータは、前記半導体モジュールとして、複数の前記半導体素子としての上アームスイッチ（ＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａ）及び下アームスイッチ（ＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂ）の直列接続体が一体化された３相分の半導体モジュールを備え、
各相において、前記巻線の一端には、前記第１インバータが備える前記上，下アームスイッチの接続点が接続され、
各相において、前記巻線の他端には、前記第２インバータが備える前記上，下アームスイッチの接続点が接続され、
前記第１インバータが備える前記上，下アームスイッチの直列接続体に直流電源（ＶＤＣ）が並列接続され、
前記第１インバータが備える各相の前記上アームスイッチの高電位側端子と、前記第２インバータが備える各相の前記上アームスイッチの高電位側端子とを接続する高電位接続線（Ｌａ）と、
前記第１インバータが備える各相の前記下アームスイッチの低電位側端子と、前記第２インバータが備える各相の前記下アームスイッチの低電位側端子とを接続する低電位接続線（Ｌｂ）と、
を備え、
前記制御部は、
各相において、相電圧の半周期である第１期間（Ｔ１）にて、前記第１インバータが備える前記上，下アームスイッチを交互に閉状態とするＰＷＭ制御を実行し、かつ、前記第２インバータが備える前記上アームスイッチを閉状態に固定するとともに前記第２インバータが備える前記下アームスイッチを開状態に固定する処理と、
各相において、前記第１期間に続く期間であって相電圧の半周期である第２期間（Ｔ２）にて、前記第２インバータが備える前記上，下アームスイッチを交互に閉状態とするＰＷＭ制御を実行し、かつ、前記第１インバータが備える前記上アームスイッチを閉状態に固定するとともに前記第１インバータが備える前記下アームスイッチを開状態に固定する処理と、
を交互に行うＨ駆動を実行し、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールにおいて、前記上，下アームスイッチのうち、前記Ｈ駆動の実行中に最大発熱量が大きい側のスイッチ（２７１，５１～５３，８１１，８２１，８３１，８４１，８５１，８６１，１１１，１１３，１１５）が前記冷却流路の上流側となり、前記Ｈ駆動の実行中に前記最大発熱量が小さい側のスイッチ（２７２，５４～５６，８１２，８２２，８３２，８４２，８５２，８６２，１１２，１１４，１１６）が前記冷却流路の下流側となるように、前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールが前記冷却器に対して配置される電力変換システム。

【請求項2】

複数の前記半導体素子は、上面視したときの形状が略長方形であり、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールは、複数の前記半導体素子の略長方形の短辺方向が、前記冷却流路の冷媒の流れ方向に略平行となる位置関係で配置される請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

前記冷却器は、前記冷却流路を内部に備えるとともに厚み方向に積層された複数の冷却板（４０～４７）と、前記複数の冷却板の積層方向に連結する入口流路（３１）および出口流路（３２）とを備える積層冷却器であり、
前記冷媒は、前記入口流路から流入して前記複数の冷却板の冷却流路を通過して前記出口流路から流出し、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールは、前記積層冷却器の前記冷却板の間に、最大発熱量が大きい前記半導体モジュールほど前記入口流路の上流側となる順序で配置される請求項１または２に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールは、その外部に露出するとともに前記複数の半導体素子のそれぞれに電気的に接続する複数の外部端子（２７１ｇ，２７２ｇ，２７６，５１ｄ，５６ｄ，１１１ｄ，１１６ｄ）と、を備え、
前記複数の外部端子が露出する方向は、前記半導体素子に対して前記冷却流路の冷媒の流れ方向に略垂直な方向である請求項１～３のいずれかに記載の電力変換システム。

【請求項5】

前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュール（８１～８６）をそれぞれ冷却する前記冷却流路が直列に接続されており、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが備える各相の前記半導体モジュールは、各々に含まれる複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子ほど前記冷却流路の上流側となり、前記最大発熱量が小さい半導体素子ほど前記冷却流路の下流側となるように配置される請求項１～４のいずれかに記載の電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換器として作動する複数の半導体素子を含む半導体モジュールと、この複数の半導体素子を冷却する冷却器とを備えた電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、電力変換器として機能する半導体モジュールと、冷却装置とを含む電力変換装置（電力変換システム）が記載されている。半導体モジュールは、最大発熱量が異なる複数の発熱素子（半導体素子）を含む。冷却装置は、発熱素子を冷却するための冷却ブロックと、冷却ブロックを介して発熱素子による発熱を放熱する冷却フィンとを備える。この冷却装置では、冷却ブロックの均熱化を目的として、冷却ブロックに接触するヒートパイプが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－７５２５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電力変換システムにおいて、インバータのスイッチング素子として複数の半導体素子が用いられる。複数の半導体素子の最大発熱量が互いに異なると、最大発熱量の大きい半導体素子ほど素子温度が高温となって素子の劣化が早くなる等の特性のばらつきが生じ得ることが懸念される。これを抑制するためには、最大発熱量が大きい半導体素子を効率よく冷却し、除熱量を大きくして、複数の半導体素子間の素子温度のばらつきを抑制することが有効である。

【0005】

特許文献１では、複数の発熱素子の発熱量に偏りが生じる場合において冷却効率が低下することを抑制するために、ヒートパイプは、最大発熱量が比較的大きい発熱素子の近傍で分割されている。すなわち、冷却する半導体モジュールにおける最大発熱量が比較的大きい半導体素子の位置に応じてヒートパイプの形状が決定される。このため、ヒートパイプを含む冷却装置の構成は、実質的に、冷却する半導体モジュール専用に設計されるものとなる。このため、最大発熱量が大きい半導体素子の位置が異なる半導体モジュールや、各半導体素子の最大発熱量が殆ど相違しない半導体モジュールなどに適用する際に、冷却装置としての機能を十分に活かすことができない場合があり、汎用性が低い。

【0006】

上記に鑑み、本発明は、冷却器としての汎用性を確保しつつ、半導体モジュールが備える最大発熱量が異なる複数の半導体素子を効率よく冷却できる技術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】

【0007】

本発明は、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する複数の半導体素子がモールド材に一体に封止された半導体モジュールと、前記レグを構成する前記複数の半導体素子を冷却する冷却流路を備える冷却器と、を備える電力変換システムを提供する。この電力変換システムでは、前記半導体モジュールは、前記レグを構成する前記複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子が前記冷却流路の上流側となり、前記最大発熱量が小さい半導体素子が前記冷却流路の下流側となるように前記冷却器に対して配置される。

【0008】

本発明の電力変換システムでは、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子が冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子が冷却流路の下流側となるように、半導体モジュールが冷却器に対して配置される。このため、最大発熱量が大きい半導体素子については、冷却流路における上流側を流れる比較的低温の冷媒によって冷却でき、除熱量を大きくすることができる。また、最大発熱量が小さい半導体素子については、冷却流路における下流側を流れる、上流側よりも温度が上昇した冷媒によって冷却でき、除熱量は比較的小さくなる。最大発熱量が大きい半導体素子ほど冷却流路の上流側に配置されて、より低温の冷媒によって効率よく冷却することにより除熱量が大きくなるため、半導体素子間の温度のばらつきを抑制できる。さらには、冷却器における冷却流路の冷媒の流れ方向に応じて、半導体モジュールを配置することにより、半導体素子間の温度のばらつきを抑制する効果を得られる。このため、電力変換システムにおいて、冷却器としての汎用性を確保しつつ、半導体モジュールが備える最大発熱量が異なる複数の半導体素子を効率よく冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る電力変換システムの概要図。

【図2】図１に示す電力変換システムにおける冷却板と半導体モジュールとの位置関係を示す図。

【図3】図１に示す半導体モジュールの平面図。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線断面図。

【図5】図３のＶ－Ｖ線断面図。

【図6】図３に示す半導体モジュールを示す回路図。

【図7】半導体モジュールが適用される回転電機の駆動装置。

【図8】回転電機をＨ駆動する際の非対称スイッチング制御の一例としての交互ＰＷＭ駆動の駆動パターンを示す図。

【図9】図７に示す交互ＰＷＭ駆動時の電流経路を示す図。

【図10】図１に示す冷却器における半導体モジュールの設置位置と熱抵抗との関係を示す図。

【図11】冷却板と半導体素子との関係を示す図。

【図12】第２実施形態に係る電力変換システムの概要図。

【図13】第３実施形態に係る電力変換システムの平面図。

【図14】図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図。

【図15】第４実施形態に係る電力変換システムの平面図。

【図16】図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線断面図。

【図17】変形例に係る電力変換システムの概要図。

【図18】変形例に係る電力変換システムの概要図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る電力変換システム１は、冷却器３０と、複数の半導体モジュール２１～２７とを備えている。

【0011】

図１，２に示すように、冷却器３０は、厚み方向（図１に示すｙ軸方向）に積層された複数の冷却板４０～４７と、冷却板４０～４７の積層方向に延在し、冷却板４０～４７とを連結する入口流路３１および出口流路３２とを備える積層冷却器である。冷却板４０～４７は、大きさおよび形状が同一であり、互いに概ね等間隔で、ｙ軸の正方向から負方向に向かって冷却板４０，４１，…，４７の順序で配置されている。

【0012】

冷却板４０～４７の形状について、図２に冷却板４７を例示してさらに説明する。ｚｘ平面視すると、冷却板４７は、略六角形状であり、その内部に冷媒が流れる流路である冷媒流路が設けられている。冷却板４７は、ｘ軸の正方向の端部に入口側接続孔４７１を備え、ｘ軸の負方向の端部に出口側接続孔４７２を備えている。入口側接続孔４７１には、入口流路３１が接続され、出口側接続孔４７２には、出口流路３２が接続される。入口流路３１と、冷却板４７内の冷媒流路と、出口流路３２とは、連通するように接続されている。入口流路３１から冷却器３０に供給される冷媒は、入口流路３１内をｙ軸の負方向に向かって流れて、入口側接続孔４７１から冷却板４７内に流入する。冷媒は、冷却板４７内をｘ軸の正方向に向かって流れて、出口側接続孔４７２から出口流路３２の内部に流出する。出口流路３２においては、冷媒はｙ軸の正方向に向かって流れて、冷却器３０から排出される。冷却板４０～４６においても、同様に、入口流路３１内をｙ軸の負方向に向かって流れる冷媒は、入口側接続孔から冷却板４０～４６に流入し、冷却板４０～４６内をｘ軸の正方向に向かって流れて、出口側接続孔から出口流路３２の内部に流出する。

【0013】

冷却板４０～４７内には、インナーフィン等の冷媒の流れ方向や乱れ等を調整する構成が設けられていてもよい。冷却板４０～４７内の冷媒の流路は、ｘ軸の正方向に向かって直線的に形成された流路である必要はなく、ｚ軸方向やｙ軸方向に蛇行しながら全体としてｘ軸の負方向側が上流かつ正方向側が下流となっていればよい。

【0014】

複数の半導体モジュール２１～２７は、外観の形状および大きさが同じ半導体モジュールである。図３～５に例示する半導体モジュール２７は、ｚｘ平面視するときに略長方形となるモールド材２７３と、モールド材２７３の長方形の長辺側からｚ軸の負方向に突出する第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇと、ｚ軸の正方向に突出する第２外部端子２７６と、モールド材２７３のｙ方向の両面においてモールド材２７３から露出する電極２７１ａ，２７２ａ，２７１ｆ，２７２ｆとを備えている。

【0015】

半導体モジュール２１～２７は、モールド材２７３の略長方形の長辺方向が、冷却板４０～４７内を流れる冷媒の流れ方向に略平行となる位置関係で配置されている。第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇおよび第２外部端子２７６がモールド材２７３から露出する方向は、冷却流路としての冷却板４７における冷媒の流れ方向（ｘ軸方向）に略垂直な方向（ｚ軸方向）である。冷却板４０～４７を冷媒が通過することによって、半導体モジュール２１～２７におけるレグを構成する２つの半導体素子を冷却できる。冷却板４０～４７は、冷媒が流れることによりレグを構成する複数の半導体素子を冷却する冷却流路の機能を有する。

【0016】

モールド材２７３の内部には、ｘ軸方向に隣接して配置された状態で、上面視したときの形状が略長方形である２つの半導体素子２７１，２７２が封止されている。半導体素子２７１，２７２は、その略長方形の短辺方向（ｘ軸方向）に並べて配置された状態で、モールド材２７３に封止されている。例えば、半導体素子２７１，２７２が縦型のＭＯＳＦＥＴである場合には、ｙ軸の正方向側がドレイン電極であり、ｙ軸の負方向側がソース電極である。

【0017】

半導体素子２７１，２７２のドレイン電極は、それぞれ、はんだ接合層２７１ｂ、２７２ｂを介して電極２７１ａ，２７２ａに接合されている。半導体素子２７１，２７２のソース電極は、それぞれ、はんだ接合層２７１ｃ，２７１ｅ，２７２ｃ，２７２ｅおよび電極２７１ｄ，２７２ｄを介して、電極２７１ｆ，２７２ｆに接合されている。電極２７１ｆと電極２７２ａとは、接続部２７７によって電気的に接続されている。これによって、図６に示すように、半導体素子２７１のソース電極と、半導体素子２７２のドレイン電極とは互いに接続されて、半導体素子２７１と半導体素子２７２とは直列接続されている。

【0018】

第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇは、それぞれ、半導体素子２７１，２７２の電極パッドにボンディングワイヤによって接続された制御端子である。第２外部端子２７６は、それぞれ、半導体素子２７１，２７２のパワー端子である。より具体的には、図３，６に示すように、制御端子である第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇは、それぞれ、半導体素子２７１，２７２のエミッタ端子（Ｅ端子）、ゲート端子（Ｇ端子）、電流検出セル端子（Ｓ端子）、温度検出ダイオードのアノード端子（Ａ端子）およびカソード端子（Ｋ端子）を含んでいる。また、パワー端子である第２外部端子２７６は、正極端子（Ｐ端子）、負極端子（Ｎ端子）、出力端子（Ｏ端子）を含んでいる。Ｐ端子は、電極２７１ａと電気的に接続しており、Ｎ端子は、電極２７２ｆと電気的に接続しており、Ｏ端子は、電極２７１ｆおよび電極２７２ａと電気的に接続している。

【0019】

図１に示すように、半導体モジュール２１～２７は、冷却器３０の冷却板４０の間に１つずつ収容され、冷却板４１～４６を介して厚み方向（ｙ軸方向）に積層された状態で配置される。半導体モジュール２１は、冷却板４０と冷却板４１とに接して挟持されている。半導体モジュール２２は、冷却板４１と冷却板４２とに接して挟持されている。半導体モジュール２３は、冷却板４２と冷却板４３とに接して挟持されている。半導体モジュール２４は、冷却板４３と冷却板４４とに接して挟持されている。半導体モジュール２５は、冷却板４４と冷却板４５とに接して挟持されている。半導体モジュール２６は、冷却板４５と冷却板４６とに接して挟持されている。半導体モジュール２７は、冷却板４６と冷却板４７とに接して挟持されている。冷却板４０～４７は、半導体モジュール２１～２７の２つの平面に露出して設けられた電極（例えば電極２７１ａ，２７１ｆ，２７２ａ，２７２ｆ）を介して、モールド材の内部の半導体素子（例えば半導体素子２７１，２７２）を冷却する。半導体モジュール２１～２７における発熱は、ｙ軸の正方向および負方向において接する２つの冷却板によって効率よく除熱される。

【0020】

図２に示すように、半導体モジュール２７は、冷媒の流れ方向の上流側（ｘ軸の負方向側）に半導体素子２７１が配置され、下流側（ｘ軸の正方向側）に半導体素子２７２が配置された状態となるように、冷却板４６と冷却板４７との間に挟持されている。冷却板４６および冷却板４７内を流れる冷媒は、半導体素子２７１を冷却した後に、半導体素子２７２を冷却する。半導体モジュール２１～２７は、２つの半導体素子２７１，２７２の略長方形の短辺方向が、冷却板４０～４７の冷媒の流れ方向に略平行となる位置関係で配置されている。

【0021】

半導体モジュール２１～２７は、最大発熱量が大きい半導体モジュールほど入口流路の上流側となる順序で配置される。半導体素子２７１，２７２は、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する２つの半導体素子であり、より具体的には、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである。

【0022】

図７に、半導体素子２７１，２７２が適用される電力変換回路の一例を示す。図７は、回転電機の駆動制御を実行する駆動装置１０を示す。回転電機は、Ｕ相巻線Ｕと、Ｖ相巻線Ｖと、Ｗ相巻線Ｗとを備えている。駆動装置１０は、駆動回路１１と、制御部１２と、直流電源ＶＤＣとを備えている。駆動回路１１は、第１インバータＩＮＶ１と、第２インバータＩＮＶ２と、高電位接続線Ｌａと、低電位接続線Ｌｂと、接続線スイッチＳＣとを備えている。

【0023】

第１インバータＩＮＶ１は、直流電源ＶＤＣに接続されており、回転電機のＵ相巻線の一端に接続された上アームスイッチＳＵ１ａ及び下アームスイッチＳＵ１ｂと、Ｖ相巻線の一端に接続された上アームスイッチＳＶ１ａ及び下アームスイッチＳＶ１ｂと、Ｗ相巻線の一端に接続された上アームスイッチＳＷ１ａ及び下アームスイッチＳＷ１ｂとを備える。

【0024】

第２インバータＩＮＶ２は、直流電源ＶＤＣに接続されており、回転電機のＵ相巻線の他端に接続された上アームスイッチＳＵ２ａ及び下アームスイッチＳＵ２ｂと、Ｖ相巻線の他端に接続された上アームスイッチＳＶ２ａ及び下アームスイッチＳＶ２ｂと、Ｗ相巻線の他端に接続された上アームスイッチＳＷ２ａ及び下アームスイッチＳＷ２ｂとを備える。

【0025】

半導体素子２７１，２７２は、それぞれ、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する。高電位接続線Ｌａは、第１インバータＩＮＶ１の直流高電位側と第２インバータＩＮＶ２の直流高電位側とを接続する配線である。低電位接続線Ｌｂは、第１インバータＩＮＶ１の直流低電位側と第２インバータの直流低電位側とを接続する。

【0026】

第１インバータＩＮＶ１において、各相の上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａの高電位側端子は直流電源ＶＤＣの正極端子に接続され、各相の下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂの低電位側端子は直流電源ＶＤＣの負極端子に接続されている。

【0027】

第２インバータＩＮＶ２において、各相の上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａの高電位側端子は高電位接続線Ｌａに接続され、各相の下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂの低電位側端子は低電位接続線Ｌｂに接続されている。

【0028】

第１インバータＩＮＶ１において、各相の上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａと下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂとの間の中間点には、それぞれ、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの一端（第２インバータＩＮＶ２と接続されていない一端）が接続されている。第２インバータＩＮＶ２において、各相の上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａと下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂとの間の中間点には、それぞれ、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの一端（第１インバータＩＮＶ１と接続されていない一端）が接続されている。

【0029】

接続線スイッチＳＣは、高電位接続線Ｌａに設けられており、高電位接続線Ｌａを導通または遮断することにより、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを導通または遮断する。接続線スイッチＳＣが閉状態（オン状態）の場合には、駆動回路１１は、Ｈブリッジ回路として利用することができ、回転電機のＨ駆動が可能となる。

【0030】

接続線スイッチＳＣが開状態（オフ状態）の場合には、駆動回路１１によって回転電機のＹ駆動が可能となる。例えば、第２インバータＩＮＶ２の全ての上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａを閉状態とするとともに全ての下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂを開状態とすることにより、回転電機のＹ駆動が可能となる。すなわち、回転電機のＵ相巻線Ｕと、Ｖ相巻線Ｖと、Ｗ相巻線ＷとをＹ結線で接続することができる。この場合、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａは、Ｙ結線（星形結線）の中性点を構成する中性点構成スイッチに相当する。

【0031】

制御部１２は、ＣＰＵや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、第１インバータＩＮＶ１および第２インバータＩＮＶ２における各スイッチの開閉（オンオフ）により通電制御を実施する。回転電機の検出情報には、例えば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子の回転角度（電気角情報）や、電圧センサにより検出される電源電圧（インバータ入力電圧）、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。制御部１２は、さらに、接続線スイッチＳＣの開閉を制御する。制御部１２は、第１インバータＩＮＶ１および第２インバータＩＮＶ２の各スイッチおよび接続線スイッチＳＣを操作する操作信号を生成して出力する。

【0032】

図８は、制御部１２による第１インバータＩＮＶ１および第２インバータＩＮＶ２のスイッチ制御の一例を示す図である。より具体的には、接続線スイッチＳＣを閉状態に制御して回転電機をＨ駆動する際の駆動例として、交互ＰＷＭ駆動を実行する場合の駆動パターンを示している。交互ＰＷＭ駆動は、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを交互に作動させる非対称スイッチング制御の一例である。

【0033】

図８に示す交互ＰＷＭ駆動においては、期間Ｔ１と期間Ｔ２とによってＵ相電圧ＶＵの波形の１周期が構成されている。Ｕ相電流ＩＵは、Ｕ相電圧ＶＵに対して位相が９０°遅れている。期間Ｔ１において第１インバータＩＮＶ１側では、ＰＷＭ制御を実行し、第２インバータＩＮＶ２側では、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａを閉状態かつ下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂを開状態に固定する。期間Ｔ２において第２インバータＩＮＶ２側では、ＰＷＭ制御を実行し、第１インバータＩＮＶ１側では、上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａを閉状態かつ下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂを開状態に固定する。交互に期間Ｔ１と期間Ｔ２の制御が実行される。

【0034】

図９には、期間Ｔ１において駆動回路１１に流れる電流経路を太線で示している。期間Ｔ１において、Ｕ相電流が負電流である場合には、図９に矢印で示す方向に電流が流れ、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａのＭＯＳＦＥＴに電流が流れる。Ｕ相電流が正電流である場合には、図９に矢印で示す方向とは逆方向に電流が流れ、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａのダイオードに電流が流れる。期間Ｔ１ごとに周期的に上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａに電流が流れる一方で、期間Ｔ１においては下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂには電流が流れないという状態が繰り返される。このため、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａにおける最大発熱量は、下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂにおける最大発熱量よりも大きくなる。

【0035】

図８，９に示すように、交互ＰＷＭ制御を実行する際に、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２のうち、ＰＷＭ制御をしていない側のインバータ（例えば第２インバータＩＮＶ２）では、上アームスイッチ（例えば、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａ）は閉状態に制御されて電流が流れ、下アームスイッチ（例えば、下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂ）は開状態に制御されて電流が流れない。このため、上アームスイッチにおいては、導通損失が生じ、下アームスイッチでは、導通損失が生じない。導通損失により、上アームスイッチにおける最大発熱量は、下アームスイッチにおける最大発熱量よりも大きくなる。半導体素子２７１が上アームスイッチとして機能し、半導体素子２７２が下アームスイッチとして機能する場合には、半導体素子２７１の最大発熱量は、半導体素子２７２の最大発熱量よりも大きくなる。

【0036】

電力変換システム１において、半導体モジュール２１～２７は、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する２つの半導体素子を備える。そして、冷却器３０は、半導体モジュール２１～２７のそれぞれについて、レグを構成する２つの半導体素子を冷却する冷却流路を備える冷却器としての機能を有する。なお、冷却流路とは、その入口から出口の間に冷却対象となる半導体モジュールが配置され、半導体モジュールに含まれるレグを構成する複数の半導体素子を冷却する冷媒の流路である。冷却流路を通過した冷媒は、半導体モジュールにおけるレグを構成する複数の半導体素子からの発熱により、加熱される。半導体モジュール２１～２７は、レグを構成する複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子が冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子が冷却流路の下流側となるように冷却器に対して配置されている。

【0037】

電力変換システム１によれば、最大発熱量が大きい半導体素子（例えば半導体素子２７１）については、冷却流路の上流側を流れる比較的低温の冷媒によって冷却でき、除熱量を大きくすることができる。また、最大発熱量が小さい半導体素子（例えば半導体素子２７２）については、冷却流路の下流側を流れる、上流側よりも温度が上昇した冷媒によって冷却でき、除熱量は比較的小さくなる。電力変換システム１によれば、最大発熱量が大きい半導体素子ほど冷却流路の上流側に配置されて、より低温の冷媒によって効率よく冷却することにより除熱量が大きくなるため、半導体モジュール２１～２７のそれぞれが含む２つの半導体素子間の温度のばらつきを抑制できる。電力変換システム１によれば、半導体素子間の温度のばらつきを抑制できる効果は、冷却器３０の冷却板４０～４７における冷却流路の冷媒の流れ方向に応じて、半導体モジュール２１～２７を配置することにより得られる。このため、冷却器３０としての汎用性を確保しつつ、半導体モジュール２１～２７が備える最大発熱量が異なる複数の半導体素子を効率よく冷却できる。

【0038】

また、半導体モジュール２１～２７は、２つの半導体素子の略長方形の短辺方向が、冷却板４０～４７の冷媒の流れ方向に略平行となる位置関係で配置されている。半導体素子の短辺方向に冷媒が流れるため、冷媒が冷却板４０～４７の半導体素子に接する領域を通過する前後の温度差を小さくすることができる。このため、半導体素子内における熱分布を緩和することができ、半導体素子の性能をより有効に利用することができる。

【0039】

さらに、半導体モジュール２１～２７は、複数の外部端子がモールド材から露出する方向が冷却流路における冷媒の流れ方向に略垂直な方向となるように配置されている。外部端子は、半導体素子を上面視したときの短辺側に延在しているため、このように配置することにより、半導体素子の短辺方向に冷媒が流れるように半導体モジュール２１～２７を配置し易くなる。

【0040】

また、半導体モジュール２１～２７は、駆動回路１１のような駆動回路のインバータを構成する、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチに適用できる。駆動回路１１において交互ＰＷＭ駆動を行う際に、上アームスイッチと下アームスイッチのいずれか一方の最大発熱量が、他方の最大発熱量よりも大きくなる場合において、上アームスイッチと下アームスイッチの素子温度のばらつきを抑制することができる。

【0041】

なお、半導体モジュール２１～２７間で、最大発熱量が相違する場合には、最大発熱量が大きい半導体モジュールほど入口流路３１の上流側となる順序で半導体モジュール２１～２７を配置することが好ましい。図１０に、冷却器３０の冷媒入口側からの段数と、熱抵抗の関係を示す。段数１～７は、冷却板４０～４７の間の半導体モジュールを収容するスペースの順序を示しており、ｙ軸の正方向側ほど段数が小さく、負方向側ほど段数が大きい。具体的には、冷却板４０と冷却板４１との間が段数１に相当し、冷却板４６と冷却板４７との間が段数７に相当する。

【0042】

図１０に示すように、段数１～６の間では、段数が大きくなるほど熱抵抗が大きくなり、半導体モジュールを冷却する能力が低下する。このため、最大発熱量が大きい半導体モジュールほど段数が小さい側に配置し、最大発熱量が小さい半導体モジュールほど段数が大きい側に配置することが好ましい。なお、図１０において、段数７においては、段数６よりも熱抵抗が低くなっている。これは、冷却板４１～４６は、ｙ軸の正方向および負方向に配置された２つの半導体モジュールを冷却するのに対し、冷却板４７は、１つの半導体モジュールを冷却するため、段数６よりも冷媒入口側に対し下流であっても、熱抵抗が低くなったものと推察できる。

【0043】

また、半導体モジュールと冷却板とは、冷却板を流れる冷媒が、最大発熱量が大きい半導体素子と最大発熱量が小さい半導体素子とを同時に冷却しないような位置関係に配置されることが好ましい。例えば、図１１に示すように、最大発熱量が相違する２つの半導体素子２８１，２８２が、冷媒の流れ方向に垂直な方向に隣接するように配置される場合には、半導体素子２８１を冷却する冷却板４８１と、半導体素子２８２を冷却する冷却板４８２とを個別に備える冷却器を用いることが好ましい。半導体素子２８１の最大発熱量が半導体素子２８２の最大発熱量よりも大きい場合には、例えば、冷媒が冷却板４８１を流れた後で、冷却板４８２を流れるように構成してもよい。なお、モールド材２８３から露出する外部端子２８１ｄ，２８２ｄは、それぞれ、半導体素子２８１，２８２に接続する外部端子であり、より具体的には、第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇと同様の制御端子である。

【0044】

（第２実施形態）
第１実施形態では、２つの半導体素子がモールド材に一体に封止された半導体モジュール２１～２７を例示して説明したが、半導体モジュールは、３つ以上の半導体素子をモールド材、またはゲル材で一体にモジュール化された状態で有するものであってもよい。例えば、図１２に示すように、電力変換システム２は、冷却器６０と、６つの半導体素子５１～５６を内包する１つの半導体モジュール５０とを備えている。

【0045】

冷却器６０は、入口流路６１と、出口流路６２と、冷却流路６３～６５とを備えている。入口流路６１および出口流路６２は、ｙ軸方向に延在しており、ｘ軸方向に離間して配置されている。冷却流路６３～６５は、入口流路６１および出口流路６２との間でｘ軸方向に延在するとともに、互いに離間して、ｙ軸の正方向から負方向に向かって、冷却流路６３，６４，６５の順序で配置されている。冷却流路６３～６５は、それぞれ、入口流路６１と出口流路６２とを接続している。

【0046】

入口流路６１から冷却器６０に供給される冷媒は、入口流路６１内をｙ軸の負方向に向かって流れて、冷却流路６３～６５に流入する。冷媒は、冷却流路６３～６５内をｘ軸の正方向に向かって流れて、出口流路６２の内部に流出する。出口流路６２においては、冷媒はｙ軸の負方向に向かって流れて、冷却器６０から排出される。

【0047】

半導体モジュール５０は、例えば、図７に示す各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２に含まれる６つのスイッチを一体に包含する半導体モジュールとして、駆動回路１１に適用できる。半導体モジュール５０を第１インバータＩＮＶ１に適用する場合には、例えば、半導体素子５１，５４は、それぞれ、図７に示すＵ相の上アームスイッチＳＵ１ａと、下アームスイッチＳＵ１ｂとして機能する。半導体素子５２，５５は、それぞれ、図７に示すＶ相の上アームスイッチＳＶ１ａと、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する。半導体素子５３，５６は、それぞれ、図７に示すＷ相の上アームスイッチＳＷ１ａと、下アームスイッチＳＷ１ｂとして機能する。

【0048】

上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａとして機能する半導体素子５１～５３に電気的に接続する外部端子（例えば外部端子５１ｄ）は、半導体素子５１～５３に対してｙ軸の正方向側に延在しており、半導体モジュール５０から露出している。下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂとして機能する半導体素子５４～５６に電気的に接続する外部端子（例えば外部端子５６ｄ）は、半導体素子５４～５６に対してｙ軸の負方向側に延在しており、半導体モジュール５０から露出している。半導体素子５１～５６にそれぞれ接続する外部端子は、第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇと同様の制御端子である。

【0049】

半導体モジュール５０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチの各組が、冷却流路６３～６５によって冷却されるような位置関係で、冷却器６０に対して配置される。Ｕ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチである半導体素子５１，５４は、冷却流路６３に接する位置に配置される。Ｖ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチである半導体素子５２，５５は、冷却流路６４に接する位置に配置される。Ｗ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチである半導体素子５３，５６は、冷却流路６３に接する位置に配置される。冷却流路６３～６５の上流側には、上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａとして機能する半導体素子５１～５３が位置し、下流側には、下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂとして機能する半導体素子５４～５６に位置するように、半導体モジュール５０は配置される。

【0050】

電力変換システム２において、半導体モジュール５０は、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する２つの半導体素子の組を３組備える。そして、冷却器６０は、上アームスイッチおよび下アームスイッチの各組ごとに、２つの半導体素子を冷却する冷却流路６３～６５を備える。３組の上アームスイッチおよび下アームスイッチは、互いに冷却流路における冷媒の流れ方向に略直交する方向に沿って配置される。半導体モジュール５０は、レグを構成する複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子（例えば上アームスイッチとして機能する半導体素子５１～５３）が冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子（例えば下アームスイッチとして機能する半導体素子５４～５６）が冷却流路の下流側となるように冷却器に対して配置されている。

【0051】

半導体モジュール５０のように、上アームスイッチおよび下アームスイッチの組を複数含む半導体モジュールにおいても、上アームスイッチおよび下アームスイッチの各組を冷却する複数の冷却流路６３～６５を含む冷却器６０に対して、上アームスイッチおよび下アームスイッチの各組が互いに冷却流路における冷媒の流れ方向に略直交する方向に沿うように配置することによって、半導体素子間の温度のばらつきを抑制する効果を得ることができる。

【0052】

（第３実施形態）
第１および第２実施形態においては、半導体モジュールに接する冷却流路が互いに並列に構成されている場合を例示して説明したが、冷却流路は、直列に接続されたものであってもよい。第３実施形態に係る電力変換システム３は、図１３，１４に示すように、冷却器７０と、２つの半導体素子を内包する３つの半導体モジュール８１～８３とを備えている。

【0053】

冷却器７０は、その内部に、冷媒が流れる冷媒流路としての入口流路７１と、出口流路７２と、冷却流路７３～７５と、中継流路７６，７７を備えている。入口流路７１、出口流路７２および中継流路７６，７７は、ｙ軸方向に延在して配置されている。冷却流路７３～７５は、ｘ軸方向に延在するとともに、互いに離間して、ｙ軸の正方向から負方向に向かって、冷却流路７３，７４，７５の順序で配置されている。各流路は、入口流路７１、冷却流路７３、中継流路７６、冷却流路７４、中継流路７７、冷却流路７５、出口流路７２の順序で直列に接続され、全体として、ｘ軸方向に蛇行しながらｙ軸の正方向から負方向に向かって進行する冷媒流路を構成している。

【0054】

入口流路７１から冷却器７０に流入する冷媒は、入口流路７１をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路７３をｘ軸の正方向に向かって流れ、次に中継流路７６をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路７４をｘ軸の負方向に向かって流れ、次に中継流路７７をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路７５をｘ軸の正方向に向かって流れ、最後に出口流路７２をｙ軸の負方向に向かって流れて、冷却器７０から流出する。

【0055】

半導体モジュール８１～８３は、外部端子等の図示を省略しているが、第１実施形態における半導体モジュール２１～２７と同様の半導体モジュールである。半導体モジュール８１においては、２つの半導体素子８１１，８１２がモールド材に一体に封止されており、半導体素子８１１，８１２は、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである。半導体モジュール８２においては、２つの半導体素子８２１，８２２がモールド材に一体に封止されており、半導体素子８２１，８２２は、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである。半導体モジュール８３においては、２つの半導体素子８３１，８３２がモールド材に一体に封止されており、半導体素子８３１，８３２は、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである。

【0056】

半導体モジュール８１～８３は、図７に示す各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２に含まれる上アームスイッチおよび下アームスイッチの組を一体に包含する半導体モジュールとして、駆動回路１１に適用できる。半導体モジュール８１～８３を第１インバータＩＮＶ１に適用する場合には、例えば、半導体素子８１１，８１２は、それぞれ、図７に示すＵ相の上アームスイッチＳＵ１ａ、下アームスイッチＳＵ１ｂとして機能する。半導体素子８２１，８２２は、それぞれ、図７に示すＶ相の上アームスイッチＳＶ１ａと、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する。半導体素子８３１，８３２は、それぞれ、図７に示すＷ相の上アームスイッチＳＷ１ａと、下アームスイッチＳＷ１ｂとして機能する。

【0057】

Ｕ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８１は、上アームスイッチＳＵ１ａとして機能する半導体素子８１１が冷却流路７３の上流側（ｘ軸の負方向側）となり、下アームスイッチＳＵ１ｂとして機能する半導体素子８１２が下流側となるように配置される。

【0058】

Ｖ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８２は、上アームスイッチＳＶ１ａとして機能する半導体素子８２１が冷却流路７４の上流側（ｘ軸の正方向側）となり、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する半導体素子８２２が下流側となるように配置される。

【0059】

Ｗ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８３は、上アームスイッチＳＷ１ａとして機能する半導体素子８１１が冷却流路７５の上流側（ｘ軸の負方向側）となり、下アームスイッチＳＷ１ｂとして機能する半導体素子８３２が下流側となるように配置される。

【0060】

冷却器７０のように、複数の半導体モジュール８１～８３をそれぞれ冷却する冷却流路７３～７５が直列に接続されている場合には、冷却流路７３～７５のそれぞれに対応する半導体モジュール８１～８３において、それぞれ、最大発熱量が大きい半導体素子ほど冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子ほど冷却流路の下流側となるように配置する。これによって、半導体モジュール８１～８３のそれぞれにおいて、半導体素子８１１，８１２間の温度のばらつき、半導体素子８２１，８２２間の温度のばらつき、半導体素子８３１，８３２間の温度のばらつき、を抑制する効果を得ることができる。

【0061】

（変形例）
第３実施形態として、図１３，１４では、冷却流路７３～７５の上面に接するように半導体モジュール８１～８３が配置される場合を例示して説明したが、図１５，１６に示すように、半導体モジュールは、冷却流路の冷媒と直接接するようにしてもよい。

【0062】

図１５，１６に示す電力変換システム４は、冷却器９０と、２つの半導体素子を内包する３つの半導体モジュール８４～８６とを備えている。冷却器９０は、その内部に、冷媒流路としての入口流路９１と、出口流路９２と、冷却流路９３～９５と、中継流路９６，９７を備えている。入口流路９１、出口流路９２および中継流路９６，９７は、ｙ軸方向に延在して配置されている。冷却流路９３～９５は、ｘ軸方向に延在するとともに、互いに離間して、ｙ軸の正方向から負方向に向かって、冷却流路９３，９４，９５の順序で配置されている。各流路は、入口流路９１、冷却流路９３、中継流路９６、冷却流路９４、中継流路９７、冷却流路９５、出口流路９２の順序で直列に接続され、全体として、ｘ軸方向に蛇行しながらｙ軸の正方向から負方向に向かって進行する冷媒流路を構成している。

【0063】

入口流路９１から冷却器９０に流入する冷媒は、入口流路９１をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路９３をｘ軸の正方向に向かって流れ、次に中継流路９６をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路９４をｘ軸の負方向に向かって流れ、次に中継流路９７をｙ軸の負方向に向かって流れ、次に冷却流路９５をｘ軸の正方向に向かって流れ、最後に出口流路９２をｙ軸の負方向に向かって流れて、冷却器９０から流出する。

【0064】

半導体モジュール８４においては、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである２つの半導体素子８４１，８４２がモールド材に一体に封止されている。半導体モジュール８５においては、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである２つの半導体素子８５１，８５２がモールド材に一体に封止されている。半導体モジュール８６においては、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチである２つの半導体素子８６１，８６２がモールド材に一体に封止されている。図１５，１６に示すように、冷却器９０には、ｚ軸の正方向側の外表面から冷媒流路まで達する装着孔が設けられている。半導体モジュール８４～８６は、冷却器９０の外表面側からｚ軸の負方向に装着孔に差し込まれて、それぞれ、その一部が冷却流路９３～９５内に配置され、冷却流路９３～９５を流れる冷媒に浸漬される。半導体モジュール８４～８６の外部端子は、冷却流路９３～９５内に配置された場合に、冷媒に浸漬しない位置（例えば、冷却器９０のｚ軸の正方向側の面よりもさらにｚ軸の正方向側となる位置）において、モールド材から突出している。

【0065】

半導体モジュール８４～８６は、図７に示す各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２に含まれる上アームスイッチおよび下アームスイッチの組を一体に包含する半導体モジュールとして、駆動回路１１に適用できる。例えば、Ｕ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８４は、上アームスイッチＳＵ１ａとして機能する半導体素子８４１が冷却流路９３の上流側（ｘ軸の負方向側）となり、下アームスイッチＳＵ１ｂとして機能する半導体素子８４２が下流側となるように配置される。

【0066】

Ｖ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８５は、上アームスイッチＳＶ１ａとして機能する半導体素子８５１が冷却流路９４の上流側（ｘ軸の正方向側）となり、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する半導体素子８５２が下流側となるように配置される。

【0067】

Ｗ相の上アームスイッチおよび下アームスイッチとして機能する半導体モジュール８６は、上アームスイッチＳＷ１ａとして機能する半導体素子８６１が冷却流路９５の上流側（ｘ軸の負方向側）となり、下アームスイッチＳＷ１ｂとして機能する半導体素子８６２が下流側となるように配置される。

【0068】

上記の各実施形態において説明した電力変換システムにおいて、半導体モジュールおよび冷却器の形態は、適宜、変更することもできる。

【0069】

例えば、図１５に示す冷却器９０を、図１２と同様に並列な冷却流路１０３～１０５を有する冷却器１００に置き換えて、図１７に示す電力変換システム５を構成してもよい。電力変換システム５は、冷却器１００と、半導体モジュール８４～８６とを備える。冷却器１００は、入口流路１０１と、出口流路１０２と、冷却流路１０３～１０５とを備えている。冷却器６０と同様に、入口流路１０１から冷却器１００に供給される冷媒は、入口流路１０１内をｙ軸の負方向に向かって流れて、冷却流路１０３～１０５に流入する。冷媒は、冷却流路１０３～１０５内をｘ軸の正方向に向かって流れて、出口流路１０２の内部に流出する。半導体モジュール８４～８６は、上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａとして機能する半導体素子８４１，８５１，８６１が冷却流路１０３～１０５の上流側（ｘ軸の負方向側）となり、下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂとして機能する半導体素子８４２，８５２，８６２が下流側（ｘ軸の正方向側）となるように、それぞれ配置される。

【0070】

また、例えば、図１２に示す冷却器６０を、図１３と同様に直列な冷却流路１２３～１２５を有する冷却器１２０に置き換えて、図１８に示す電力変換システム６を構成してもよい。冷却器１２０は、入口流路１２１と、出口流路１２２と、冷却流路１２３～１２５と、中継流路１２６，１２７を備えている。各流路は、入口流路１２１、冷却流路１２３、中継流路１２６、冷却流路１２４、中継流路１２７、冷却流路１２５、出口流路１２２の順序で直列に接続され、全体として、ｘ軸方向に蛇行しながらｙ軸の正方向から負方向に向かって進行する冷媒流路を構成している。

【0071】

半導体モジュール１１０は、Ｖ相の上アームスイッチＳＶ１ａとして機能する半導体素子と、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する半導体素子との位置が入れ替わっている点において、図１２に示す半導体モジュール５０と相違している。半導体モジュール１１０においては、半導体素子１１１，１１４は、それぞれ、図７に示すＵ相の上アームスイッチＳＵ１ａと、下アームスイッチＳＵ１ｂとして機能する。半導体素子１１５，１１２は、それぞれ、図７に示すＶ相の上アームスイッチＳＶ１ａと、下アームスイッチＳＶ１ｂとして機能する。半導体素子１１３，１１６は、それぞれ、図７に示すＷ相の上アームスイッチＳＷ１ａと、下アームスイッチＳＷ１ｂとして機能する。また、図１２，１８に示す６つの半導体素子５１～５６，１１１～１１６をそれぞれ内包する半導体モジュール５０，１１０についても、図１５，１７に示すように、冷却水路を流れる冷媒に少なくとも一部が浸漬されるようにしてもよい。

【0072】

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

【0073】

電力変換システム１～４は、それぞれ、電力変換器の１つの相単位として作動するレグを構成する複数の半導体素子２７１，２７２，５１～５６，８１１，８１２，８２１，８２２，８３１，８３２，８４１，８４２，８５１，８５２，８６１，８６２，１１１～１１６が一体化された半導体モジュール２１～２７，５０，８１～８６，１１０と、レグを構成する複数の半導体素子を冷却する冷却流路（例えば冷却板４０～４７，冷却流路６３～６５，７３～７５，９３～９５，１０３～１０５，１２３～１２５）を備える冷却器３０，６０，７０，９０，１００，１２０と、を備える。半導体モジュールは、レグを構成する複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子（例えば半導体素子２７１，５１～５３，８１１，８２１，８３１，８４１，８５１，８６１，１１１，１１３，１１５）が冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子（例えば半導体素子２７２，５４～５６，８１２，８２２，８３２，８４２，８５２，８６２，１１２，１１４，１１６）が冷却流路の下流側となるように冷却器に対して配置される。

【0074】

半導体モジュールにおいて、複数の半導体素子は、上面視したときの形状が略長方形であってもよい。この場合、半導体モジュールは、複数の半導体素子の略長方形の短辺方向が、冷却流路の冷媒の流れ方向に略平行となる位置関係で配置されることが好ましい。半導体素子の短辺方向に冷媒が流れるため、半導体素子内における熱分布を緩和することができ、半導体素子の性能をより有効に利用することができる。

【0075】

半導体モジュールにおいて、その外部に露出するとともに複数の半導体素子のそれぞれに電気的に接続する複数の外部端子（例えば第１外部端子２７１ｇ，２７２ｇ，第２外部端子２７６，外部端子５１ｄ，５６ｄ，１１１ｄ，１１６ｄ）が備えらえていてもよい。この場合、複数の外部端子が露出する方向は、その外部端子が電気的に接続する半導体素子に対して、冷却流路の冷媒の流れ方向に略垂直な方向であることが好ましい。半導体素子の短辺方向に冷媒が流れるように半導体モジュールを配置し易くなる。

【0076】

冷却器の形態については特に限定されず、冷媒の流路に冷媒を流して、電力変換器として機能する半導体モジュールを冷却する、多種多様な電力変換システムに適用できる。例えば、冷却器３０のように、冷却流路を内部に備えるとともに厚み方向に積層された複数の冷却板４０～４７と、複数の冷却板の積層方向に連結する入口流路３１および出口流路３２とを備える積層冷却器であってもよい。この場合、冷媒は、入口流路３１から流入して複数の冷却板４０～４７内の冷却流路を通過して出口流路３２から流出する。また、複数の半導体モジュール２１～２７は、隣接する冷却板４０～４７の間に、最大発熱量が大きい半導体モジュールほど入口流路の上流側となる順序で配置されることが好ましい。

【0077】

レグを構成する複数の半導体素子は、例えば図７に示すように、直列に接続された１組の上アームスイッチおよび下アームスイッチであってもよい。この場合、半導体モジュールは、上アームスイッチと下アームスイッチのうち、電力変換器が作動する際の最大発熱量が大きい側の一方のスイッチは冷却流路の上流側となり、他方のスイッチは冷却流路の下流側となるように配置されることが好ましい。駆動回路１１において交互ＰＷＭ駆動を行う場合等に、上アームスイッチと下アームスイッチの各組において、上アームスイッチと下アームスイッチのいずれか一方の最大発熱量が、他方の最大発熱量よりも大きくなることがある。電力変換システム１～４を駆動回路１１に適用することにより、交互ＰＷＭ駆動を行う場合等における、上アームスイッチと下アームスイッチの素子温度のばらつきを抑制することができる。

【0078】

なお、半導体モジュール５０，１１０のように、上アームスイッチおよび下アームスイッチの組を複数含んでいてもよく、冷却器６０，１２０のように、上アームスイッチおよび下アームスイッチの各組を冷却する複数の冷却流路を含む冷却器を用いてもよい。この場合、複数の上アームスイッチおよび下アームスイッチの組は、互いに冷却流路における冷媒の流れ方向に略直交する方向に沿って配置されることが好ましい。

【0079】

また、冷却器８０，９０のように、複数の半導体モジュール８１～８３，８４～８６をそれぞれ冷却する冷却流路が直列に接続されていてもよい。この場合、複数の半導体モジュールは、各々に含まれる複数の半導体素子のうち、最大発熱量が大きい半導体素子ほど冷却流路の上流側となり、最大発熱量が小さい半導体素子ほど冷却流路の下流側となるように配置されることが好ましい。

【符号の説明】

【0080】

１～６…電力変換システム、２１～２７，５０，８１～８６，１１０…半導体モジュール、２７１，２７２，５１～５６，８１１，８１２，８２１，８２２，８３１，８３２，８４１，８４２，８５１，８５２，８６１，８６２，１１１～１１６…半導体素子、３０，６０，７０，９０，１００，１２０…冷却器、４０～４７，６３～６５，７３～７５，９３～９５，１０３～１０５，１２３～１２５…冷却流路

【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】