特許 7551927 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】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240909BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023534557

(86)(22)【出願日】2021-07-15

(86)【国際出願番号】 JP2021026704

(87)【国際公開番号】W WO2023286257

(87)【国際公開日】2023-01-19

【審査請求日】2023-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】錦見 総徳

(72)【発明者】

【氏名】平尾 高志

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 敬吾

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１２５２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１５０４７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１０３３８０（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】

半導体素子が封止された半導体モジュールと、
前記半導体モジュールより導出された前記半導体素子の制御端子を介して前記半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された回路基板と、
前記半導体モジュールと前記回路基板との間に配置され、前記半導体モジュールを冷却する第１の冷却部材と、
前記制御端子と前記駆動回路とを接続する中継端子と、を備え、
前記半導体モジュールより導出された前記半導体素子の制御端子は、複数本の制御端子を備え、
前記中継端子は、複数本の前記制御端子に対応する複数本の端子導体と、前記複数本の端子導体を一体的に固定する固定部と、前記半導体素子の複数本の前記制御端子の挿入をガイドするガイド部と、を備え、
前記ガイド部と前記固定部とは、複数本の前記端子導体により連結され、
前記固定部は、前記第１の冷却部材に固定されるか、または、前記第１の冷却部材と前記回路基板との間に設けられた隔壁に固定される電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記隔壁と該隔壁の周囲に形成された側壁よりなる筐体と、
前記筐体との間に第１空間部を形成する第１蓋と、
前記筐体との間に第２空間部を形成する第２蓋と、を備え、
前記第１空間部に、前記半導体モジュールが配置され、前記第２空間部に、前記回路基板が配置される電力変換装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記半導体モジュールは、複数個配列して設けられ、
前記固定部は、各半導体モジュールより導出された前記半導体素子の各制御端子を一体的に固定する電力変換装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記半導体モジュールを挟んで前記第１の冷却部材と反対側に配置される第２の冷却部材を備える電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子が封止された半導体モジュールによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。この半導体素子は通電により発熱するため、半導体モジュールを冷却する必要がある。このため、電力変換装置には、半導体モジュールの近傍に半導体モジュールを冷却する冷却部材が設けられている。また、電力変換装置には、半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された回路基板を設ける必要がある。この場合に、冷却部材を挟んで、半導体モジュールと回路基板との間の信号配線が長くなると、半導体モジュールと回路基板との接続時の組立性や、電力変換装置の厳しい使用環境下での振動や熱変化等に対する耐久性などを考慮する必要がある。

【0003】

特許文献１には、３個のパワーモジュールと、３個のパワーモジュールの配列面と直交する方向へパワーモジュールから導出される複数本の信号端子と、パワーモジュールの配列に重なる位置に配置される制御回路基板とを備え、パワーモジュールと制御回路基板との間に１個の中継コネクタを介挿したパワードライブユニットが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】日本国特開２００６－３３２２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、冷却部材を挟んだ構成は考慮されておらず、パワーモジュールと制御回路基板との間の信号配線が長くなった場合に、組立性や耐久性に課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による電力変換装置は、半導体素子が封止された半導体モジュールと、前記半導体モジュールより導出された前記半導体素子の制御端子を介して前記半導体素子を駆動する駆動回路が搭載された回路基板と、前記半導体モジュールと前記回路基板との間に配置され、前記半導体モジュールを冷却する第１の冷却部材と、前記制御端子と前記駆動回路とを接続する中継端子と、を備え、前記半導体モジュールより導出された前記半導体素子の制御端子は、複数本の制御端子を備え、前記中継端子は、複数本の前記制御端子に対応する複数本の端子導体と、前記複数本の端子導体を一体的に固定する固定部と、前記半導体素子の複数本の前記制御端子の挿入をガイドするガイド部と、を備え、前記ガイド部と前記固定部とは、複数本の前記端子導体により連結され、前記固定部は、前記第１の冷却部材に固定されるか、または、前記第１の冷却部材と前記回路基板との間に設けられた隔壁に固定される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電力変換装置の組立性や耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電力変換装置の分解斜視図である。

【図2】（Ａ）（Ｂ）電力変換装置の斜視図である。

【図3】（Ａ）（Ｂ）半導体モジュールの冷却構造を示す分解斜視図である。

【図4】（Ａ）（Ｂ）制御端子を折り曲げる前の半導体モジュールを示す図である。

【図5】（Ａ）（Ｂ）制御端子を折り曲げた後の半導体モジュールを示す図である。

【図6】（Ａ）（Ｂ）中継端子を示す図である。

【図7】半導体モジュールを筐体に設置した外観斜視図である。

【図8】半導体モジュールを筐体に設置した状態の一部拡大断面図である。

【図9】（Ａ）（Ｂ）電力変換装置の組立工程を示す図である。

【図10】（Ａ）（Ｂ）電力変換装置の組立工程を示す図である。

【図11】電力変換装置を下方から見た下面図である。

【図12】電力変換装置を上方から見た上面図である。

【図13】（Ａ）（Ｂ）本実施形態の変形例１を示す図である。

【図14】（Ａ）（Ｂ）本実施形態の変形例２を示す図である。

【図15】電力変換装置の回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

【0010】

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0011】

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

【0012】

図１は、本実施形態にかかる電力変換装置１０００の分解斜視図である。
詳細は後述するが、半導体モジュール冷却構造は、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１及び第２の冷却部材１１０、１２０（図３（Ａ）参照）を備える。このような冷却構造を備えた半導体モジュール１００は、下部カバー（第１蓋）６１０と筐体６００の隔壁６０１との間の第１空間６０４に設置される。第１空間６０４には、さらに、交流バスバ３００、平滑コンデンサ４００、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）フィルタ５００が設置される。上部カバー（第２蓋）６２０と筐体６００の隔壁６０１との間の第２空間６０５には回路基板７００が設置される。筐体６００は、隔壁６０１と該隔壁６０１の周囲に形成された側壁６０２よりなり、下部カバー６１０と上部カバー６２０によって閉塞される。筐体６００の側壁６０２と下部カバー６１０、上部カバー６２０との間は、シールリング又は液状シールが設けられ、電力変換装置１０００の内部気密を確保している。下部カバー６１０、上部カバー６２０、筐体６００の材料は主に導電性金属であるがその他の材料を用いてもよい。

【0013】

半導体モジュール１００は、平滑コンデンサ４００、ＥＭＣフィルタ５００を介して、図示省略したバッテリに接続され、バッテリより直流電力が供給される。また、半導体モジュール１００は、半導体モジュール１００内に封止された半導体素子をスイッチング動作させることにより、直流電力を交流電力に変換する。直流電力はバッテリより直流入力部６０８を介して供給される。変換された交流電力は、交流バスバ３００から交流電流として出力する。出力された交流電流は図示省略したモータへ供給され、モータを駆動する。なお、交流バスバ３００の近傍には電流センサが配置されている。

【0014】

平滑コンデンサ４００のキャパシタ素子は、巻回されたフィルムなどで形成されたキャパシタ素子であり、電荷を蓄える機能を持ち、プラスチックなどの素材でできたケース内部に、充填剤などによって封止固定されている。また、平滑コンデンサ４００の端子は、例えば銅などの導電性材料で形成された丸棒や平板などの形状の部材であり、キャパシタ素子と外部の直流バスバとを電気的に接続する。本実施形態では、平板状の端子がキャパシタ素子上面と略平行となるように、充填封止面と露出して形成されている。

【0015】

半導体モジュール１００より導出された半導体素子の制御端子は中継端子２００から筐体６００を介して、回路基板７００に接続される。回路基板７００上には、半導体素子を駆動する駆動回路を構成する電子部品が搭載されている。駆動回路は、半導体素子の制御端子に制御信号を入力して、半導体素子をスイッチング動作させる。半導体モジュール１００の両面に配置される第１及び第２の冷却部材１１０、１２０には、冷媒が流通しているが、この冷媒は筐体６００の側壁６０２に設けられた入口流路６０６、出口流路６０７より入出力される。

【0016】

図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、電力変換装置１０００の斜視図である。図２（Ａ）は、電力変換装置１０００を下方から見た斜視図であり、図２（Ｂ）は、電力変換装置１０００を上方から見た斜視図である。

【0017】

図２（Ａ）に示すように、電力変換装置１０００の下部カバー６１０から交流バスバ３００が突出し、図示省略したモータへ接続される。下部カバー６１０は四隅に電力変換装置１０００をビスでモータ等へ固定するための取付穴が設けられている。

【0018】

図２（Ｂ）に示すように、電力変換装置１０００の上部カバー６２０から信号コネクタ７１０の一方が突出し、図示省略した外部の制御装置へ接続される。信号コネクタ７１０の他方は、回路基板７００上に配置されたコントローラ等の電子部品に接続されている。なお、信号コネクタ７１０の一方を上部カバー６２０から突出させたが、上部カバー６２０と筐体６００の側壁６０２との間から突出させてもよい。

【0019】

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、本実施形態にかかる半導体モジュール１００の冷却構造を示す分解斜視図である。図３（Ａ）は、冷却構造を示す分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、ベース板１４０の平面図である。

【0020】

図３（Ａ）に示すように、半導体モジュール１００の冷却構造は、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０と、第１の冷却部材１１０を挟んで半導体モジュール１００と対向するベース板１４０と、第２の冷却部材１２０を半導体モジュール１００に向かって押圧するばね板部材１３０とにより構成される。

【0021】

半導体モジュール１００は、半導体素子を封止してなるもので、本実施形態では３個の半導体モジュールを並列に配列した例で説明するが、半導体モジュールの個数は一例である。なお、複数個配列した半導体モジュールを総称して半導体モジュール１００と称する場合がある。

【0022】

第１および第２の冷却部材１１０、１２０は、熱伝導グリスや放熱シートなどの熱伝導部材を介して半導体モジュール１００の両面に密着され、第１および第２の冷却部材１１０、１２０の内部を流通する冷媒により、半導体モジュール１００が冷却される。

【0023】

半導体モジュール１００からは、制御信号を入力する制御端子１０１と、交流バスバ３００に接続される交流端子１０２が導出されている。制御端子１０１は、第１の冷却部材１１０を跨いで、後述する中継端子２００（図６、図８参照）に接続される。交流端子１０２の反対側には直流バスバに接続される直流端子が導出され、直流バスバには、平滑コンデンサ４００やＥＭＣフィルタ５００に接続される。

【0024】

ばね板部材１３０は、複数の脚部１３１が一体的に形成されている。そして、複数の脚部１３１は、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、および第１の冷却部材１１０の両側面に延在して、ベース板１４０の端部に係止される。これにより、ばね板部材１３０は、第２の冷却部材１２０を半導体モジュール１００に向かって押圧する。換言すれば、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、および第１の冷却部材１１０が、ばね板部材１３０とベース板１４０との間で押圧される。ばね板部材１３０の中央部には２個の開口部１３４が形成されている。第１の冷却部材１１０と第２の冷却部材１２０とは水路接続部１２１で接続されている。なお、後述するように、第１及び第２の冷却部材１１０、１２０の入り口は、入口流路６０６から流入する冷媒を導く第３流路に、第１及び第２の冷却部材１１０、１２０の出口は、冷媒を出口流路６０７まで導く第４流路に接続される。

【0025】

図３（Ｂ）は、ベース板１４０の上面図である。
ベース板１４０は、ビスを挿入する取付穴１４１を４隅に有する。ビスを取付穴１４１に通して、一体となった半導体モジュール１００、第１および第２の冷却部材１１０、１２０からなる構造体を、筐体６００の隔壁６０１へ固定する。

【0026】

ベース板１４０は、位置決め穴１４２を有する。この位置決め穴１４２は、構造体を筐体６００へ固定する際に、筐体６００に設けられた突部と位置決め穴１４２を嵌合する位置決めとして使用する。

【0027】

本実施形態では、ばね板部材１３０の四隅から各１本、計４本の脚部１３１が、さらに、半導体モジュール１００の両側面に半導体モジュール１００の配列方向に沿って所定間隔で計４本の脚部１３１が、ベース板１４０へ向けて延在して一体的に形成されている。各脚部１３１は、半導体モジュール１００から導出される制御端子１０１、交流端子１０２および直流端子と離間して絶縁距離を保つ位置に所定間隔で形成される。

【0028】

ベース板１４０は、ばね板部材１３０の脚部１３１の先端に設けられたクリップ部１３５と係止する第１係止部１４３を２箇所、第２係止部１４４を６箇所有する。第１係止部１４３は、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５と係止および位置決めを行うもので、脚部１３１の断面形状に合わせたコの字形状を有し、ベース板１４０の対角２箇所に配置される。第２係止部１４４は、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５と係止を行う。また、ベース板１４０には、半導体モジュール１００より導出される制御端子１０１を、回路基板７００へ向けて通すために、制御端子開口１４５が設けられている。

【0029】

ばね板部材１３０は、第２の冷却部材１２０と当接する加圧部１３２と、加圧部１３２と脚部１３１を繋ぐ屈曲部１３３とを備える。加圧部１３２は、半導体モジュール１００の配列方向に沿ってばね板部材１３０の中央部に形成されている。屈曲部１３３は、半導体モジュール１００の配列方向に沿ってばね板部材１３０の中央部の両側に形成されている。ばね板部材１３０の中央部にある加圧部１３２は、第２の冷却部材１２０の中央部に向けて突出し、第２の冷却部材１２０の中央部と当接する構造である。ばね板部材１３０の中央部の両側に位置する屈曲部１３３は、第２の冷却部材１２０の中央部の両側と離間する構造である。脚部１３１の先端は折り曲げられ、クリップ部１３５が形成されている。

【0030】

ばね板部材１３０は、ステンレス鋼などの材料で形成され、外力が加わると復元力が作用することにより押圧力を生じる。ばね板部材１３０の加圧部１３２を第２の冷却部材１２０の中央部へ当接して押圧して、ばね板部材１３０の脚部１３１のクリップ部１３５をベース板１４０に係止する。すると、屈曲部１３３の押圧力により、第２の冷却部材１２０、半導体モジュール１００、第１の冷却部材１１０およびベース板１４０が圧接される。

【0031】

半導体モジュール１００の配列方向に沿ったばね板部材１３０の中央部の加圧部１３２によって、第２の冷却部材１２０の中央部が均一に押圧され、半導体モジュール１００の中央部に面圧がかかる。中央部に面圧がかかることにより、半導体モジュール１００の両面に対して第１および第２の冷却部材１１０、１２０を均等に押し当てることができる。これにより、半導体モジュール１００の両面に塗布される熱伝導グリスなどの熱伝導部材との密着性が上昇し、半導体モジュール１００に対する冷却性能を良好に維持できる。そして、加圧部１３２と屈曲部１３３とを有するばね板部材１３０は、厚さを薄く構成できるので、冷却構造を小型化することが可能になる。さらに、脚部１３１は、ばね板部材１３０と一体的に形成された薄板形状であるので、半導体モジュール１００の側面に沿って配置することができ、冷却構造を小型化することが可能になる。

【0032】

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、制御端子１０１を折り曲げる前の半導体モジュール１００の１個を示す図である。図４（Ａ）は、外観斜視図であり、図４（Ｂ）は、上面図である。
図４（Ａ）では１個の半導体モジュール１００を図示するが、半導体モジュール１００は配列方向Ａに隣接して３個を配置してなる。半導体モジュール１００の１個は、例えばＵ相の上下アームに対応する半導体素子が２個直列に接続して構成される。半導体素子は、例えばＩＧＢＴ、ダイオードよりなる。半導体モジュール１００の他の２個は、Ｖ相およびＷ相の上下アームに対応する半導体素子である。

【0033】

図４（Ａ）のように、複数本の制御端子１０１を折り曲げる前の半導体モジュール１００は、配列方向Ａと直行する半導体モジュール１００の面に沿った水平方向に、Ｕ相の交流端子３００ｕと上下アームの両端に接続される直流端子１０３が互いに反対側に真っ直ぐ導出されている。さらに、２個の半導体素子のゲート電極にそれぞれ接続される制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌが互いに反対側に真っ直ぐ導出されている。制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌはそれぞれ複数本の制御端子を有する。

【0034】

図４（Ｂ）は、半導体モジュール１００の１個の上面図であるが、半導体モジュール１００の上面には、発熱した半導体素子を冷却する冷却面１０１ｂがあり、冷却面１０１ｂに第２の冷却部材１２０が熱伝導部材を介して密着される。なお、図示省略するが、半導体モジュール１００の下面には、同様に冷却面１０１ａがあり、冷却面１０１ａに第１の冷却部材１１０が熱伝導部材を介して密着されている。

【0035】

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、制御端子１０１を折り曲げた後の半導体モジュール１００の１個を示す図である。図５（Ａ）は、外観斜視図であり、図５（Ｂ）は、上面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）と同一箇所には同一の符号を付してその説明を簡潔に行う。
制御端子１０１ｕｕ、１０１ｕｌは、第１の冷却部材１１０を跨いで、回路基板７００に接続するために、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す水平方向から、図示下方向に折り曲げられる。その結果、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、複数本の制御端子１０１は下方向に折り曲げられ、後述するように中継端子２００を介して、回路基板７００に接続される。

【0036】

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、中継端子２００を示す図である。図６（Ａ）は、外観斜視図であり、図６（Ｂ）は、側面図である。
図６（Ａ）に示すように、中継端子２００は、制御端子１０１と同数の複数本（本実施形態では５本）の端子導体２０１が並列に配置される。そして、中継端子２００は、複数本の端子導体２０１を一体的に固定する固定部２０２と、半導体素子からの複数本の制御端子１０１の挿入をガイドするガイド部２０３を備える。固定部２０２とガイド部２０３とは複数本の端子導体２０１により連結されている。固定部２０２およびガイド部２０３は絶縁性の樹脂により形成され、複数本の端子導体２０１を固定保持している。

【0037】

中継端子２００の固定部２０２は、フランジ部２０２ａと位置合わせ部２０２ｂと係合部２０２ｃを備える。フランジ部２０２ａは、中継端子２００を筐体６００の隔壁６０１へ固定した場合に、隔壁６０１の上面にフランジ部２０２ａの下面が当接して、中継端子２００を直立状態に保持する。位置合わせ部２０２ｂは、隔壁６０１の上面に予め設けられている突起と嵌合することにより、中継端子２００の位置決めを行う。なお、位置合わせ部２０２ｂにビスなどを使用して、筐体６００への固定として用いてもよい。係合部２０２ｃには、図６（Ｂ）に示すように、対向する２本の脚部が延在し、隔壁６０１に予め設けられた中継端子２００の配置穴へ中継端子２００の脚部を挿入した場合に、２本の脚部は配置穴を通して、配置穴を形成している隔壁６０１の下面に係止される。

【0038】

中継端子２００のガイド部２０３は、図６（Ｂ）に示すように、半導体素子からの複数本の制御端子１０１が挿入される複数のガイド穴２０３ａを備える。各ガイド穴２０３ａには対応する端子導体２０１が配設されており、ガイド穴２０３ａに案内されて制御端子１０１が挿入されると制御端子１０１と端子導体２０１が接触する。なお、制御端子１０１が挿入された後は、端子導体２０１の上端部２０１ａと制御端子１０１とが接続される。また、端子導体２０１の下端部２０１ｃは、回路基板７００に接続される。

【0039】

図７は、半導体モジュール１００を筐体６００に設置した外観斜視図である。図１と同一箇所には同一の符号を付してその説明を簡潔に行う。
筐体６００の隔壁６０１には、半導体モジュール１００が設置されている。半導体モジュール１００は３個配列されており、図５を参照して説明したように、制御端子１０１は半導体モジュール１００の配列方向Ａと直行する半導体モジュール１００の面に沿った水平方向で反対側にそれぞれ３本、計６本が導出されている。６本の制御端子１０１は、６個の中継端子２００を介して、回路基板７００に接続される。中継端子２００は、筐体６００の隔壁６０１に設置されている。

【0040】

図８は、半導体モジュール１００を筐体６００に設置した状態の一部拡大断面図である。図７のＸ－Ｘ線の断面図である。図３、図６、図７と同一箇所には同一の符号を付してその説明を簡潔に行う。

【0041】

図８に示すように、中継端子２００は筐体６００の隔壁６０１に設けられた配置穴６０３に設置されている。中継端子２００は、係合部２０２ｃの２本の脚部が配置穴６０３を通して、隔壁６０１の下面に係止される。

【0042】

制御端子１０１は、中継端子２００のガイド部２０３に挿入され、制御端子１０１は端子導体２０１の上端部２０１ａと接続される。なお、制御端子１０１と上端部２０１ａとの接続は、溶接による接続、半田による接続、その他の接続でもよい。また、端子導体２０１の下端部２０１ｃは、回路基板７００のスルーホールに挿通され、はんだ付けにより回路基板７００の配線パターンと接続される。

【0043】

なお、中継端子２００は、筐体６００の隔壁６０１に固定された例で説明したが、半導体モジュール１００と回路基板７００の間に配置される中継部材、例えば、第１の冷却部材１１０、筐体６００のその他の部材に固定してもよい。

【0044】

中継端子２００は、固定部２０２とガイド部２０３とを複数本の端子導体２０１により連結しているので、端子導体２０１の上端部２０１ａと下端部２０１ｃとの間に位置ずれが生じたとしても、これを吸収することができる。そのため、電力変換装置１０００の厳しい使用環境下での振動や熱変化等に対する耐久性が向上する。なお、中継端子２００は、固定部２０２とガイド部２０３とを分離することなく樹脂等により一体的に形成してもよい。この場合も、中継端子２００を介して、制御端子１０１を回路基板７００に接続するので、半導体モジュール１００と回路基板７００との間に位置ずれが生じたとしても、これを吸収することができ、電力変換装置１０００の厳しい使用環境下での振動や熱変化等に対する耐久性が向上する。さらに、中継端子２００を用いることにより、半導体モジュール１００から導出する制御端子１０１を長くすることなく、第１の冷却部材１１０や隔壁６０１を跨いで回路基板７００に接続できる。中継端子２００を用いない場合は、制御端子１０１を長くする必要があり、電力変換装置１０００の厳しい使用環境下では振動や熱変化等により複数本の制御端子１０１が短絡・断線するなどの問題や、長い制御端子１０１を回路基板７００へ接続する必要からその寸法精度を高くしたり、また組立に手間がかかるなどの問題が生じる。本実施形態によれば、電力変換装置１０００の組立性や耐久性が向上する。

【0045】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、電力変換装置１０００の組立工程を示す図である。図９（Ａ）は、第１工程を、図９（Ｂ）は、第２工程を示す。

【0046】

図９（Ａ）に示す第１工程では、ＥＭＣフィルタ５００を第１空間６０４に配置する。必要に応じて、ＥＭＣフィルタ５００と筐体６００との間には、冷却性を向上させるため、ポッティングを行う。ポッティングとは、主剤となるポリオールと硬化剤のイソシアネートとを化学反応させた透明なポリウレタン樹脂を塗布し硬化させる加工である。

【0047】

なお、隔壁６０１には、入口流路６０６から流入する冷媒を第１及び第２の冷却部材１１０、１２０の入り口６３３まで導く第３流路６３０と、第１及び第２の冷却部材１１０、１２０の出口６４４から出口流路６０７まで導く第４流路６４０が形成されている。すなわち、第３流路６３０は、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１(図１２参照)との間に形成される。第４流路６４０も同様に、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。

【0048】

図９（Ｂ）に示す第２工程では、平滑コンデンサ４００を第１空間６０４に配置する。必要に応じて、平滑コンデンサ４００と筐体６００との間には、冷却性を向上させるため、ポッティングを行う。

【0049】

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、電力変換装置１０００の組立工程を示す図である。図１０（Ａ）は、第３工程を、図１０（Ｂ）は、第４工程を示す。
図１０（Ａ）に示す第３工程では、６個の中継端子２００を、筐体６００の隔壁６０１に設けられた配置穴６０３に設置する。中継端子２００は、位置合わせ部２０２ｂ（図６（Ａ）参照）を、隔壁６０１の上面に予め設けられている突起と嵌合することにより、中継端子２００の位置決めを行う。そして、中継端子２００の係合部２０２ｃの２本の脚部が配置穴６０３を通して、隔壁６０１の下面に係止され、中継端子２００のフランジ部２０２ａの下面が隔壁６０１の上面に当接して、中継端子２００を直立状態に保持する。

【0050】

図１０（Ｂ）に示す第４工程では、半導体モジュール１００を第１空間６０４に配置する。半導体モジュール１００より導出している制御端子１０１を、中継端子２００のガイド部２０３（図６（Ａ）参照）に挿入する。その後、制御端子１０１は端子導体２０１の上端部２０１ａと接続される。なお、制御端子１０１と上端部２０１ａとの接続は、溶接による接続、半田による接続、その他の接続でもよい。

【0051】

図１１は、電力変換装置１０００を下方から見た下面図であり、下部カバー６１０を取り除いた状態を示す。
前述した第１工程～第４工程により、筐体６００には、ＥＭＣフィルタ５００、平滑コンデンサ４００、半導体モジュール１００が設置され、各々の端子が溶接等により接続される。半導体モジュール１００の制御端子１０１は、中継端子２００に接続されている。半導体モジュール１００の両面に配置される第１及び第２の冷却部材１１０、１２０には、入口流路６０６より冷媒が流入し、第１及び第２の冷却部材１１０、１２０を通り、半導体モジュール１００を両面から冷却する。そして、冷媒は出口流路６０７より流出し、図示省略したポンプにより、入口流路６０６より再び流入して循環される。

【0052】

図１２は、電力変換装置１０００を上方から見た上面図であり、上部カバー６２０とその下の回路基板７００を取り除いた状態を示す。
図１２に示すように、筐体６００の隔壁６０１には、６か所の配置穴６０３に６個の中継端子２００が設置されている。また、隔壁６０１には、電流センサからの信号線を通す開口部６０９が設けられている。隔壁６０１には、第３流路６３０と第４流路６４０が形成されている。第３流路６３０は、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。第４流路６４０も同様に、隔壁６０１に凹部を形成し、この凹部と流路カバー６３１との間に形成される。流路カバー６３１と隔壁６０１は摩擦撹拌接合される。なお、一般的なシールリングや液状シールを使用し流路カバー６３１をねじ止めする構造にしても良い。

【0053】

隔壁６０１には、回路基板７００の冷却用台座６３２が設けられている。回路基板７００を隔壁６０１にビスなどで固定した場合に、冷却用台座６３２と回路基板７００が接触し、冷却用台座６３２を介して回路基板７００上に配置された電子部品を冷却する。隔壁６０１には、第３流路６３０および第４流路６４０が形成されているので、隔壁６０１が冷却され、隔壁６０１に設けられた冷却用台座６３２を介して回路基板７００へ冷却熱を伝達することができる。

【0054】

図示省略するが、隔壁６０１の上には、回路基板７００が隔壁６０１にビスなどで固定される。回路基板７００は、筐体６００を構成する隔壁６０１にビスなどで直接固定されるので、別部品を介在して固定する場合と比較して、回路基板７００の剛性を高く保つことができる。このため、振動等の外力に対し振れや変形等を小さくできる。そして、回路基板７００のスルーホールに中継端子２００の端子導体２０１の下端部２０１ｃが挿通され、はんだ付けにより回路基板７００の配線パターンと接続される。

【0055】

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、本実施形態の変形例１を示す図である。変形例１では、中継端子２００’を一体的に構成し、端子導体２０１’を図示下方向へ向けた構成である。図１３（Ａ）は、半導体モジュール１００と中継端子２００’の斜視図であり、図１３（Ｂ）は、中継端子２００’の断面図である。

【0056】

図１３（Ａ）に示すように、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０とがベース板１４０に固定されている。ベース板１４０は筐体６００の隔壁６０１に固定される。

【0057】

半導体モジュール１００は、３個配列して設けられ、中継端子２００’は、３個の半導体モジュール１００より導出された半導体素子の３個の制御端子１０１を一体的に固定する固定部２０２’を備えている。固定部２０２’は絶縁性の樹脂により形成され、３個の端子導体２０１’を固定保持している。中継端子２００’は、半導体モジュール１００の配列の両側であって、ベース板１４０にビスにより設置される。

【0058】

図１３（Ｂ）は、中継端子２００’をベース板１４０に設置した状態の断面図である。制御端子１０１は図示上方向へ折り曲げられる。そして、制御端子１０１は端子導体２０１’の上端部と接続される。なお、制御端子１０１と端子導体２０１’の上端部との接続は、溶接による接続、半田による接続、その他の接続でもよい。端子導体２０１’の下端部は、回路基板７００に接続される。

【0059】

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、本実施形態の変形例２を示す図である。変形例２では、中継端子２００”を一体的に構成し、端子導体２０１’を図示上方向へ向けた構成である。図１４（Ａ）は、半導体モジュール１００と中継端子２００”の斜視図であり、図１４（Ｂ）は、中継端子２００”の断面図である。

【0060】

図１４（Ａ）に示すように、半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０とがベース板１４０に固定されている。ベース板１４０は筐体６００の隔壁６０１に固定される。

【0061】

半導体モジュール１００は、３個配列して設けられ、中継端子２００”は、３個の半導体モジュール１００より導出された半導体素子の３個の制御端子１０１を一体的に固定する固定部２０２’を備えている。固定部２０２’は絶縁性の樹脂により形成され、３個の端子導体２０１’を固定保持している。中継端子２００”は、半導体モジュール１００の配列の両側であって、ベース板１４０にビスにより設置される。

【0062】

図１４（Ｂ）は、中継端子２００”をベース板１４０に設置した状態の断面図である。制御端子１０１は図示下方向へ折り曲げられる。そして、制御端子１０１は端子導体２０１’の下端部と接続される。なお、制御端子１０１と端子導体２０１’の下端部との接続は、溶接による接続、半田による接続、その他の接続でもよい。端子導体２０１’の上端部は、半導体モジュール１００の上方に設けられた基板に接続される。この基板には、半導体モジュール１００を駆動する駆動回路の電子部品が搭載される。このように、中継端子２００”の端子導体２０１’の向きを変更することにより基板等のレイアウトの自由度が向上する。なお、図６を参照して説明した中継端子２００の端子導体２０１の向きを変更してもよい。この場合も、回路基板７００等のレイアウトの自由度が向上する。

【0063】

変形例１、２によれば、中継端子２００’、２００”は、複数個の半導体モジュール１００より導出される複数個の制御端子１０１を一体的に固定できるので、電力変換装置１０００の製造組立を簡略化でき、また、電力変換装置１０００の厳しい使用環境下での振動や熱変化等に対する耐久性が向上する。

【0064】

図１５は、電力変換装置１０００の回路構成図である。
電力変換装置１０００は、バッテリ２０００より直流入力部６０８を介して供給された直流電力を交流電力に変換し、交流バスバ３００へ交流電流を出力する。出力された交流電流はモータ３０００へ供給され、モータ３０００を駆動する。

【0065】

電力変換装置１０００は、ＥＭＣフィルタ５００、平滑コンデンサ４００、半導体モジュール１００、回路基板７００を備える。なお、半導体モジュール１００の両面に配置される第１および第２の冷却部材１１０、１２０、第３流路６３０、第４流路６４０、中継端子２００等は図示を省略する。

【0066】

ＥＭＣフィルタ５００は、バッテリ２０００からの正極配線及び負極配線に接続される。ＥＭＣフィルタ５００は、正極配線及び負極配線を含む直流配線を囲んだ磁性体のフィルタコア５０１と、フィルタコア５０１の前段において直流配線と接続されるＸコンデンサ５０２、Ｙコンデンサ５０３と、フィルタコア５０１の後段において直流配線と接続されるＹコンデンサ５０４とを備えている。Ｙコンデンサ５０３、５０４は、正極配線とGNDとの間、および負極配線とGNDとの間に接続される。Ｙコンデンサ５０３、５０４とフィルタコア５０１は、コモンモードノイズを低減する。Ｘコンデンサ５０２は、ノーマルモードノイズを低減用する。幅広い周波数帯域での高電圧伝導ノイズを抑制するため、一般的には、並列接続される容量が異なる２つのコンデンサが用いられる。

【0067】

平滑コンデンサ４００は、ＥＭＣフィルタ５００からの正極配線及び負極配線に接続される。平滑コンデンサ４００は、半導体モジュール１００内の半導体素子のスイッチング動作時に、直流高電圧と接続するバスバである直流配線において発生するリプル電圧やリプル電流を抑制することにより、半導体モジュール１００に印加される直流電圧を平滑化する。

【0068】

半導体モジュール１００は、平滑コンデンサ４００からの正極配線及び負極配線（直流バスバ）に接続される。半導体モジュール１００は、半導体モジュール１００内に封止された半導体素子を有する。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用いており、以下、ＩＧＢＴと称す。上アームとして動作するＩＧＢＴ１０Ｔ及びダイオード１０Ｄと、下アームとして動作するＩＧＢＴ１０Ｔ及びダイオード１０Ｄとで、上下アームの直列回路が構成される。１個の半導体モジュール１００は、この上下アームの直列回路を備える。全体の半導体モジュール１００は、３個の半導体モジュール１００を交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分に対応して備える。上アームのＩＧＢＴ１０Ｔのコレクタ電極は、正極端子を介して平滑コンデンサ４００の正極側の端子に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ１０Ｔのエミッタ電極は、負極端子を介して平滑コンデンサ４００の負極側の端子に電気的に接続されている。そして、３個の半導体モジュール１００を用いて、インバータ回路を構成し、３相のそれぞれの上下アームの直列回路は、直列回路の中点部分である中間電極から交流電流を交流バスバ３００より出力する。交流バスバ３００の各相の出力線の近傍には電流センサ３００Ｉが設けられる。なお、半導体素子として金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴと称す）を用いてもよい。この場合はダイオード１０Ｄが不要となる。

【0069】

回路基板７００には、制御回路７０１と駆動回路７０２を構成する電子部品が搭載されている。制御回路７０１は、上位の制御装置から信号コネクタ７１０を介して制御指令を受ける。制御回路７０１は、ＩＧＢＴ１０Ｔ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。マイコンには、電流センサ３００Ｉにより検出された電流値と、モータ３０００に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）からの磁極位置が入力される。マイコンは、電流値、磁極位置、および上位の制御装置からの目標トルク値に基づいて、インバータ回路を構成する各相の直列回路の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ１０Ｔを制御する制御パルスを生成し、駆動回路７０２に供給する。

【0070】

駆動回路７０２は、制御回路７０１で生成された制御パルスに基づき、各相の直列回路の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ１０Ｔを駆動する駆動パルスを各相のＩＧＢＴ１０Ｔに供給する。ＩＧＢＴ１０Ｔは、駆動回路７０２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２０００から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力でモータ３０００を駆動する。

【0071】

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１０００は、半導体素子が封止された半導体モジュール１００と、半導体モジュール１００より導出された半導体素子の制御端子１０１を介して半導体素子を駆動する駆動回路７０２が搭載された回路基板７００と、半導体モジュール１００と回路基板７００との間に配置され、半導体モジュール１００を冷却する第１の冷却部材１１０と、制御端子１０１と駆動回路７０２とを接続する中継端子２００、２００’、２００”と、を備え、中継端子２００、２００’、２００”は、半導体モジュール１００と回路基板７００の間に配置される中継部材（隔壁６０１など）に固定される。これにより、電力変換装置の組立性や耐久性が向上する。

【0072】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１００・・・半導体モジュール、１０１・・・制御端子、１０１ｂ・・・冷却面、１０２・・・交流端子、１１０・・・第１の冷却部材、１２０・・・第２の冷却部材、１３０・・・ばね板部材、１３１・・・脚部、１３５・・・クリップ部、１４０・・・ベース板、１４１・・・取付穴、１４２・・・位置決め穴、１４３・・・第１係止部、１４４・・・第２係止部、１４５・・・制御端子開口、２００、２００’、２００”・・・中継端子、２０１、２０１’・・・端子導体、２０１ａ・・・上端部、２０１ｃ・・・下端部、２０２、２０２’・・・固定部、２０２ａ・・・フランジ部、２０２ｂ・・・位置合わせ部、２０２ｃ・・・係合部、２０３・・・ガイド部、２０３ａ・・・ガイド穴、３００・・・交流バスバ、３００Ｉ電流センサ、４００・・・平滑コンデンサ、５００・・・ＥＭＣフィルタ、５０１・・・フィルタコア、５０２・・・Ｘコンデンサ、５０３・・・Ｙコンデンサ、６００・・・筐体、６０１・・・隔壁、６０２・・・側壁、６０３・・・配置穴、６０４・・・第１空間、６０５・・・第２空間、６０６・・・入口流路、６０７・・・出口流路、６１０・・・下部カバー（第１蓋）、６２０・・・上部カバー（第２蓋）、６３０・・・第３流路、６３１・・・流路カバー、６３２・・・冷却用台座、６４０・・・第４流路、７００・・・回路基板、７０１・・・制御回路、７０２・・・駆動回路、７１０・・・信号コネクタ、１０００・・・電力変換装置、２０００・・・バッテリ、３０００・・・モータ、１０Ｔ・・・ＩＧＢＴ、１０Ｄ・・・ダイオード。

【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】