(57)【要約】  電力変換装置は、パワー半導体素子と、パワー半導体素子と接合された第１及び第２導体板と、第１及び第２絶縁部材と、これらを収納する金属製のケースと、金属製の流路形成体とを有する。ケースは、その一部が第３絶縁部材を介して金属製の流路形成体に固定される。パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流は、第１絶縁部材の寄生容量及び／又は第２絶縁部材の寄生容量と第３絶縁部材の寄生容量とを含んで構成される直列回路を経由して、流路形成体に伝達される。
2012043088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング動作により直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の一方の主面と接合材を介して接合された第１導体板と、
前記パワー半導体素子の他方の主面と接合材を介して接合された第２導体板と、
前記パワー半導体素子が配置された側とは反対側の前記第１導体板の面と対向する第１絶縁部材と、
前記パワー半導体素子が配置された側とは反対側の前記第２導体板の面と対向する第２絶縁部材と、
前記パワー半導体素子と前記第１及び第２導体板と前記第１及び第２絶縁部材とを収納する金属製のケースと、
冷却冷媒が流れる流路を形成する金属製の流路形成体と、を備え、
前記ケースは、当該ケースの一部が第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定されることにより、前記流路形成体の前記流路内に保持され、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流は、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量と前記第３絶縁部材の寄生容量とを含んで構成される直列回路を経由して、前記流路形成体に伝達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、
前記流路形成体に接触及び固定された金属板をさらに備え、
前記流路形成体に固定される前記ケースの一部は、当該ケースのフランジ部を形成しており、
前記ケースのフランジ部の一方の面は、前記第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定され、
前記ケースのフランジ部の他方の面は、第４絶縁部材を介して前記金属板に固定され、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流は、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量と前記第３絶縁部材及び／又は前記第４絶縁部材の寄生容量とを含んで構成される直列回路を経由して、前記流路形成体に伝達される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
一端を前記ケースに電気的に接続されるとともに他端を前記流路形成体に電気的に接続された抵抗素子をさらに備え、
前記抵抗素子は、前記第３絶縁部材の寄生容量と電気的に並列に接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記抵抗素子の抵抗値は、前記漏洩電流が流れる際に、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第１スイッチング周波数域と、前記第３絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第２スイッチング周波数域との間の周波数域において、抵抗性の特性を有するように設定される電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記流路形成体に接触及び固定された金属板をさらに備え、
前記流路形成体に固定される前記ケースの一部は、当該ケースのフランジ部を形成しており、
前記ケースのフランジ部の一方の面は、前記第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定され、
前記ケースのフランジ部の他方の面は、前記漏洩電流が流れる際に所定の前記パワー半導体素子の周波数域において抵抗性を有する導電性部材を介して前記金属板に固定される電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記導電性部材の抵抗値は、前記漏洩電流が流れる際に、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第１スイッチング周波数域と、前記第３絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第２スイッチング周波数域との間の周波数域において、抵抗性の特性を有するように設定される電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の電動化が進むにつれて、自動車への搭載品数が多くなっている電気電子装置に対する電磁環境適合性への規制が厳しくなっている。そのため、車載インバータ等のあらゆる電気装置もしくはそれらを構成するハーネスからの放射ノイズの低減が求められている。特に、インバータ装置に搭載するパワーモジュールに用いられるパワー半導体の技術革新により、高速スイッチングが実現される反面、インバータ出力端子電圧の高速スイッチング変動に応じ、当該パワーモジュールに寄生する容量を介し接地面へ流れ出るコモンモード電流が増大するという問題が生じる。このコモンモード電流が、各装置で共有する接地面を迷走することにより、大きな電流ループを形成し、放射ノイズを増大させてしまう。【０００３】
上述したノイズ発生の要因を解消するためには、コモンモード電流が流れ難くなるような接続構造とすることが効果的である。例えば、特許文献１では、冷却ベースとアース間を絶縁させ、ダンピング抵抗を挿入することで、コモンモード電流を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００６−２５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１では、ダンピング抵抗値の選定によっては、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を十分に抑制できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様による電力変換装置は、スイッチング動作により直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子の一方の主面と接合材を介して接合された第１導体板と、前記パワー半導体素子の他方の主面と接合材を介して接合された第２導体板と、前記パワー半導体素子が配置された側とは反対側の前記第１導体板の面と対向する第１絶縁部材と、前記パワー半導体素子が配置された側とは反対側の前記第２導体板の面と対向する第２絶縁部材と、前記パワー半導体素子と前記第１及び第２導体板と前記第１及び第２絶縁部材とを収納する金属製のケースと、冷却冷媒が流れる流路を形成する金属製の流路形成体と、を備え、前記ケースは当該ケースの一部が第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定されることにより、前記流路形成体の前記流路内に保持され、前記パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流は、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量と前記第３絶縁部材の寄生容量とを含んで構成される直列回路を経由して、前記流路形成体に伝達される。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の電力変換装置は、前記流路形成体に接触及び固定された金属板をさらに備えてもよい。この電力変換装置において、前記流路形成体に固定される前記ケースの一部は、当該ケースのフランジ部を形成しており、前記ケースのフランジ部の一方の面は、前記第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定され、前記ケースのフランジ部の他方の面は、第４絶縁部材を介して前記金属板に固定され、前記パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流は、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量と前記第３絶縁部材及び／又は前記第４絶縁部材の寄生容量とを含んで構成される直列回路を経由して、前記流路形成体に伝達されることが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１の態様の電力変換装置は、一端を前記ケースに電気的に接続されるとともに他端を前記流路形成体に電気的に接続された抵抗素子をさらに備えてもよい。この電力変換装置において、前記抵抗素子は、前記第３絶縁部材の寄生容量と電気的に並列に接続されることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第３の態様の電力変換装置において、前記抵抗素子の抵抗値は、前記漏洩電流が流れる際に、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第１スイッチング周波数域と、前記第３絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第２スイッチング周波数域との間の周波数域において、抵抗性の特性を有するように設定されることが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第１の態様の電力変換装置は、前記流路形成体に接触及び固定された金属板をさらに備えてもよい。この電力変換装置において、前記流路形成体に固定される前記ケースの一部は、当該ケースのフランジ部を形成しており、前記ケースのフランジ部の一方の面は、前記第３絶縁部材を介して前記流路形成体に固定され、前記ケースのフランジ部の他方の面は、前記漏洩電流が流れる際に所定の前記パワー半導体素子の周波数域において抵抗性を有する導電性部材を介して前記金属板に固定されることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第５の態様の電力変換装置において、前記導電性部材の抵抗値は、前記漏洩電流が流れる際に、前記第１絶縁部材の寄生容量及び／又は前記第２絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第１スイッチング周波数域と、前記第３絶縁部材の寄生容量による容量性の特性を示す前記パワー半導体素子の第２スイッチング周波数域との間の周波数域において、抵抗性の特性を有するように設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、パワーモジュールから漏洩する高周波のコモンモード電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ハイブリッド電気自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】図１に示すインバータ回路１４０の電気回路の構成を示す回路図である。
【図３】電力変換装置２００の外観斜視図である。
【図４】電力変換装置２００の外観斜視図である。
【図５】図４に示す電力変換装置２００から蓋８，直流インターフェイス１３７および交流インターフェイス１８５を外した状態を示す図である。
【図６】図５において流路形成体１２からハウジング１０を外した状態を示す図である。
【図７】電力変換装置２００の分解斜視図である。
【図８】流路形成体１２にパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ，コンデンサモジュール５００，バスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図である。
【図９】流路形成体１２からバスバーアッセンブリ８００を外した状態を示す。
【図１０】流路形成体１２の斜視図である。
【図１１】流路形成体１２を裏面側から見た分解斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、本実施形態のパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。図１２（ｂ）は、本実施形態のパワーモジュール３００Ｕを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１２（ａ）に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂３５１を取り除いたパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。図１３（ｂ）は、そのパワーモジュール３００Ｕを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。図１３（ｃ）は、フィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の当該パワーモジュール３００Ｕの断面図を示している。
【図１４】図１４（ａ）は、図１３（ａ）に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。図１４（ｂ）は、そのパワーモジュール３００Ｕを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図１５】図１４（ａ）に示す状態からさらに第一封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。
【図１６】モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。
【図１７】コンデンサモジュール５００の外観斜視図である。
【図１８】バスバーアッセンブリ８００の斜視図である。
【図１９】開口部４０２ａ〜４０２ｃにパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗが固定され、収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納された流路形成体１２を示す図である。
【図２０】第１実施例に係る図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。
【図２１】第２実施例に係る図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。
【図２２】インピーダンスＺの特性概形図である。
【図２３】第３実施例に係る図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。
【図２４】パワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に固定するための固定部分の別手段を示した図である。
【図２５】パワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に固定するための固定部分のさらに別手段を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明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詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の制御構成と電力変換装置の回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
【００１０】
図１は、ハイブリッド電気自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１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。
【００１１】
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少なく、この観点でも自動車用として優れている。
【００１２】
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に伝達される。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。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に伝達される。モータジェネレータＭＧ１は、車輪から供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電する。バッテリ１３６に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。
【００１３】
次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０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いる。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、交流端子１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。
【００１４】
なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット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。
【００１５】
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モジュールに供給され、補機用パワー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。なお、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モジュール５００を備えている。
【００１６】
電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、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、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算する。これらの演算結果に基づいて制御回路１７２は制御パルスを発生し、その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。
【００１７】
次に、図２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、以下の例では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、これを以下略して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とで、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を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に対応して備えている。
【００１８】
これらの３相は、この実施の形態ではモータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９と交流端子１８８との間を接続する後述の交流バスバー８０２を通して、モータジェネレータＭＧ１へ接続される。
【００１９】
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に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、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。
【００２０】
上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
【００２１】
ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。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。
【００２２】
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。
【００２３】
スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
【００２４】
コンデンサモジュール５００は、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とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の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。
【００２５】
一方、交流電力からインバータ回路１４０によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
【００２６】
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を備えている。マイクロコンピュータ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。
【００２７】
目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めても良い。
【００２８】
制御回路１７２内のマイクロコンピュータは、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、マイクロコンピュータは、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、制御回路１７２内のマイクロコンピュータは、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。
【００３１】
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クロコンピュータに入力されている。また、マイクロコンピュータには直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイクロコンピュータは、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。
【００３２】
図３，図４は本発明に係る実施の形態としての電力変換装置２００の外観斜視図である。図４は交流コネクタ１８７および直流コネクタ１３８を外した状態を示す。本実施の形態の電力変換装置２００は、平面形状がほぼ正方形の直方体形状としたことにより小型化が図れ、また、車両への取り付けが容易となるという効果を有している。８は蓋、１０はハウジング、１２は流路形成体、１３は冷却媒体の入口配管、１４は出口配管、４２０は下カバーである。コネクタ２１は、外部との接続のために設けられた信号用のコネクタである。
【００３３】
蓋８は、電力変換装置２００を構成する回路部品が収納されるハウジング１０の上部開口部に固定される。ハウジング１０の下部に固定される流路形成体１２は、後述するパワーモジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によってこれらを冷却する。冷却媒体としては、例えば水が用いられる場合が多く、以下では冷媒として説明する。入口配管１３および出口配管１４は流路形成体１２の一側面に設けられ、入口配管１３から供給された冷媒は流路形成体１２内の後述する流路１９に流入し、出口配管１４から排出される。なお、冷媒の流入及び流出する方向を変更しても、冷却効率や圧力損失に対して大きな影響を与えない。つまり冷媒が出口配管１４側から流入し、入口配管１３から流出しても、冷却効率や圧力損失はほぼ変化はない。つまり、本実施形態に係る電力変換装置２００は、当該電力変換装置２００の中央部に対して入口配管１３と出口配管１４の配置が対称性を有しているので、車両の冷媒配管の配線の状況に応じて冷媒の流入及び流出する方向を変更できるという利点を有している。
【００３４】
交流コネクタ１８７が装着される交流インターフェイス１８５および直流コネクタ１３８が装着される直流インターフェイス１３７は、ハウジング１０の側面に設けられている。交流インターフェイス１８５は配管１３，１４が設けられている側面に設けられており、交流インターフェイス１８５に装着された交流コネクタ１８７の交流配線１８７ａは配管１３，１４の間を通って下方に延びている。直流インターフェイス１３７は交流インターフェイス１８５が設けられた側面に隣接する側面に設けられており、直流インターフェイス１３７に装着された直流コネクタ１３８の直流配線１３８ａも電力変換装置２００の下方に延びている。
【００３５】
このように、交流インターフェイス１８５と配管１３，１４とが同一側面１２ｄの側に配置され、交流配線１８７ａが配管１３，１４の間を通るように下方に引き出されているので、配管１３，１４、交流コネクタ１８７および交流配線１８７ａの占める空間を小さくでき、装置全体の大型化を低減できる。また、配管１３，１４に対して交流配線１８７ａを下方に引き出しているので、交流配線１８７ａの取り回しが容易になり生産性が向上する。
【００３６】
図５は、図４に示す電力変換装置２００から蓋８，直流インターフェイス１３７および交流インターフェイス１８５を外した状態を示す図である。ハウジング１０の一側面には交流インターフェイス１８５が固定される開口１０ａが形成され、隣接する他の側面には直流インターフェイス１３７が固定される開口１０ｂが形成されている。開口１０ａからは３本の交流バスバー８０２、すなわち、Ｕ相交流バスバー８０２Ｕ，Ｖ相交流バスバー８０２ＶおよびＷ相交流バスバー８０２Ｗが突出し、開口１０ｂからは直流側の電源端子５０８，５０９が突出している。
【００３７】
図６は、図５において流路形成体１２からハウジング１０を外した状態を示す図である。ハウジング１０は２つの収納空間を有しており、隔壁１０ｃによって上部収納空間と下部収納空間とに区画されている。上部収納空間にはコネクタ２１が固定された制御回路基板２０が収納され、下部収納空間にはドライバ回路基板２２および後述するバスバーアッセンブリ８００が収納される（図７参照）。制御回路基板２０には図２に示した制御回路１７２が実装され、ドライバ回路基板２２にはドライバ回路１７４が実装されている。制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とは不図示のフラットケーブル（後述する図７参照）によって接続されるが、そのフラットケーブルは隔壁１０ｃに形成されたスリット状の開口１０ｄを通って下部収納空間から上部収納空間へと引き出される。
【００３８】
図７は電力変換装置２００の分解斜視図である。蓋８の内側の、すなわちハウジング１０の上部収納空間には、上述したように制御回路１７２を実装した制御回路基板２０が配置されている。蓋８には、コネクタ２１用の開口（不図示）が形成されている。電力変換装置２００内の制御回路を動作させる低電圧の直流電力は、コネクタ２１から供給される。
【００３９】
詳細は後述するが、流路形成体１２には、入口配管１３から流入した冷媒が流れる流路が形成されている。流路は、流路形成体１２の３つの側面に沿って流れるようなコの字形状の流路を形成している。入口配管１３から流入した冷媒はコの字形状流路の一端から流路内に流入し、流路内を流れた後に、流路の他端に接続されている出口配管１４から流出される。
【００４０】
流路の上面には３つの開口部４０２ａ〜４０２ｃが形成されており、直列回路１５０（図１参照）を内蔵したパワーモジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗがそれらの開口部４０２ａ〜４０２ｃから流路内に挿入される。パワーモジュール３００ＵにはＵ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＶにはＶ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＷにはＷ相の直列回路１５０が内蔵されている。これらパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗは同一構成になっており、外観形状も同一形状である。開口部４０２ａ〜４０２ｃは、挿入されたパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗのフランジ部によって塞がれる。
【００４１】
流路形成体１２には、コの字形状の流路によって囲まれるように、電装部品を収納するための収納空間４０５が形成されている。本実施形態では、この収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納されている。収納空間４０５に収納されたコンデンサモジュール５００は、流路内を流れる冷媒によって冷却される。コンデンサモジュール５００の上方には、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗが装着されたバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、流路形成体１２の上面に固定される。バスバーアッセンブリ８００には、電流センサ１８０が固定されている。
【００４２】
ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００に設けられた支持部材８０７ａに固定されることにより、バスバーアッセンブリ８００の上方に配置される。上述したように、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とはフラットケーブルによって接続される。フラットケーブルは隔壁１０ｃに形成されたスリット状の開口１０ｄを通って下部収納空間から上部収納空間へと引き出される。
【００４３】
このように、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗとドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが高さ方向に階層的に配置され、制御回路基板２０が強電系のパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗから最も遠い場所に配置されるので、制御回路基板２０側にスイッチングノイズ等が混入するのを低減することができる。さらに、ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とは隔壁１０ｃによって区画された別の収納空間に配置されるため、隔壁１０ｃが電磁シールドとして機能し、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減することができる。なお、ハウジング１０はアルミ等の金属材で形成されている。
【００４４】
さらに、ハウジング１０に一体に形成された隔壁１０ｃに制御回路基板２０が固定されるため、外部からの振動に対して制御回路基板２０の機械的な共振周波数が高くなる。そのため、電力変換装置２００が車両側からの振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。
【００４５】
以下では、流路形成体１２と、流路形成体１２に固定されるパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ，コンデンサモジュール５００およびバスバーアッセンブリ８００についてより詳しく説明する。図８は、流路形成体１２にパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗ，コンデンサモジュール５００，バスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図である。また、図９は、流路形成体１２からバスバーアッセンブリ８００を外した状態を示す。バスバーアッセンブリ８００は、流路形成体１２にボルト固定される。
【００４６】
まず、図１０，図１１を参照しながら流路形成体１２について説明する。図１０は流路形成体１２の斜視図であり、図１１は流路形成体１２を裏面側から見た分解斜視図である。図１０に示すように、流路形成体１２は平面形状が略正方形の直方体を成し、その側面１２ｄに入口配管１３および出口配管１４が設けられている。なお、側面１２ｄは、配管１３，１４が設けられている部分が段差状に形成されている。図１１に示すように、流路１９は、残りの３つの側面１２ａ〜１２ｃに沿うようにコの字形状に形成されている。そして、流路形成体１２の裏面側には、流路１９の横断面形状とほぼ同一形状を有する、１つに繋がったコの字形状の開口部４０４が形成されている。この開口部４０４は、コの字形状の下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と流路形成体１２との間にはシール部材４０９ａが設けられ、気密性が保たれている。
【００４７】
コの字形状を成す流路１９は、冷媒の流れる方向によって３つの流路区間１９ａ，１９ｂ，１９ｃに分けられる。詳細は後述するが、第１の流路区間１９ａは、配管１３，１４が設けられた側面１２ｄと対向する位置の側面１２ａに沿って設けられ、第２の流路区間１９ｂは側面１２ａの一方の側に隣接する側面１２ｂに沿って設けられ、第３の流路区間１９ｃは側面１２ａの他方の側に隣接する側面１２ｃに沿って設けられている。冷媒は入口配管１３から流路区間１９ｂに流入し、破線矢印で示すように流路区間１９ｂ，流路区間１９ａ，流路区間１９ｃの順に流れ、出口配管１４から流出される。
【００４８】
図１０に示すように、流路形成体１２の上面側には、流路区間１９ａに対向する位置に側面１２ａに平行な長方形の開口部４０２ａが形成され、流路区間１９ｂに対向する位置に側面１２ｂに平行な長方形の開口部４０２ｂが形成され、流路区間１９ｃに対向する位置に側面１２ｃに平行な長方形の開口部４０２ｃが形成されている。これらの開口部４０２ａ〜４０２ｃを通して、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗが流路１９内に挿入される。
【００４９】
図１１に示すように、下カバー４２０には、上述した開口部４０２ａ〜４０２ｃと対向する位置に、流路１９の下側に向かって突出する凸部４０６がそれぞれ形成されている。これらの凸部４０６は流路１９側から見ると窪みとなっており、開口部４０２ａ〜４０２ｃから挿入されたパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの下端部分が、これらの窪みに入り込む。流路形成体１２は、開口部４０４と開口部４０２ａ〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【００５０】
図１０に示すように、流路形成体１２には、３辺を流路１９で囲まれるように形成され矩形状の収納空間４０５が設けられている。この収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納される。流路１９で囲まれた収納空間４０５は直方体形状であるため、コンデンサモジュール５００を直方体形状にすることができ、コンデンサモジュール５００の生産性が良くなる。
【００５１】
図１２乃至図１６を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの詳細構成を説明する。上記パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗはいずれも同じ構造であり、代表してパワーモジュール３００Ｕの構造を説明する。尚、図１２乃至図１６において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００５２】
図１２乃至図１６を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの詳細構成を説明する。
【００５３】
図１２（ａ）は、本実施形態のパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。図１２（ｂ）は、本実施形態のパワーモジュール３００Ｕを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【００５４】
図１３は、理解を助けるために、図１２に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂３５１を取り除いたパワーモジュール３００Ｕを示す図である。図１３（ａ）は斜視図であり、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図１３（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【００５５】
図１４は、図１３に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワーモジュール３００Ｕを示す図である。図１４（ａ）は斜視図であり、図１４（ｂ）は図１２（ｂ），図１３（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【００５６】
図１５は、図１４に示す状態からさらに第一封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワーモジュール３００Ｕの斜視図である。
【００５７】
図１６は、モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。
【００５８】
上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が、図１４および１５に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、あるいは導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第一封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁シート３３３が熱圧着される。第一封止樹脂３４８は図１４に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。
【００５９】
第一封止樹脂３４８により封止されたモジュール一次封止体３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁シート３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第二封止樹脂３５１を充填される。
【００６０】
モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料（Ａｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ−Ｃ等）で構成され、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ部３０４Ｂよって、その外周を囲まれている。また、図１２（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が配置されている。当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図１２（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
【００６１】
このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる流路１９内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ部３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている湾曲部３０４Ａが形成されている。湾曲部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール一次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。
【００６２】
上述のように導体板３１５等を絶縁シート３３３を介してモジュールケース３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁シート３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁シート３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
【００６３】
モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）がそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータＭＧ１に交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂ（１５９）が形成されている。本実施形態では、図１５に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。
【００６４】
モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕ（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図１５に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
【００６５】
直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。補助モールド体６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。
【００６６】
直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。
【００６７】
モジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第二封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワーモジュール３００Ｕの小型化が実現できる。
【００６８】
図１５に示されるように、接続部３７０の補助モールド体６００側には、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃ，補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃ，補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕおよび補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のモジュール一次封止体３０２側には、多面体形状を有する第一封止樹脂３４８の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール一次封止体３０２の製造が容易となる。
【００６９】
ここで、モジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流負極接続端子３１９Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。
【００７０】
上記の各端子は、いずれも第一封止樹脂３４８および第二封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第一封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する第一封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第二封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、第一封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。
【００７１】
補助モールド体６００側において、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ，直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕ，３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ，３２４Ｌにおいて信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
【００７２】
一方、モジュール一次封止体３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５，３１９，３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ，３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８，３３０とそれぞれ接続されている。
【００７３】
次に、図１６を用いてモジュール一次封止体３０２の組立工程を説明する。
【００７４】
図１６に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。
【００７５】
各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図１６に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３２０と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３２０と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３２０と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。
【００７６】
上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を中間電極３２９を介して接続する。その後、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続する（図１５参照）。
【００７７】
この状態まで組み立てられたら、パワー半導体素子およびボンディングワイヤ３７１を含む部分を第一封止樹脂３４８により封止する（図１４参照）。このとき、上下から金型で押さえ、トランスファーモールドにより第一封止樹脂３４８を金型内に充填して成形する。
【００７８】
第一封止樹脂３４８により封止したら、タイバー３７２を切除して、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌをそれぞれ分離する。そして、一辺側に一列に並べられている素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌの各端部を、それぞれ同一方向に折り曲げる。これにより、図１４に示すようにモジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００とを金属接合する際の作業を容易化して生産性を向上すると共に、金属接合の信頼性を向上することができる。
【００７９】
図１７は、コンデンサモジュール５００の外観斜視図である。コンデンサモジュール５００内には複数のコンデンサセルが設けられている。コンデンサモジュール５００の上面には、コンデンサモジュール５００の流路１９に対向する面に近接して、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃが突出するように設けられている。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、各パワーモジュール３００の正極端子１５７及び負極端子１５８に対応して形成される。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは同一形状を成し、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃを構成する負極側コンデンサ端子５０４と正極側コンデンサ端子５０６との間には絶縁シートが設けられ、端子間の絶縁が確保されている。
【００８０】
コンデンサモジュール５００の側面５００ｄの側の上部には、突出部５００ｅ，５００ｆが形成されている。突出部５００ｅ内には放電抵抗が実装され、突出部５００ｆ内にはコモンモードノイズ対策用のＹコンデンサが実装されている。また、突出部５００ｆの上面から突出した端子５００ｇ，５００ｈに、図５に示した電源端子５０８，５０９が取り付けられる。図１０に示すように、開口４０２ｂ，４０２ｃと側面１２ｄとの間には凹部４０５ａ，４０５ｂが形成されており、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２の収納空間４０５に収納すると、突出部５００ｅは凹部４０５ａに収納され、突出部５００ｆは凹部４０５ｂに収納される。
【００８１】
突出部５００ｅ内に実装された放電抵抗は、インバータ停止時にコンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに溜まった電荷を放電するための抵抗である。突出部５００ｅが収納される凹部４０５ａは、入口配管１３から流入した冷媒の流路の直上に設けられているので、放電時の放電抵抗の温度上昇を抑えることができる。
【００８２】
図１８は、バスバーアッセンブリ８００の斜視図である。バスバーアッセンブリ８００は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗと、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを保持し固定するための保持部材８０３と、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを流れる交流電流を検出するための電流センサ１８０と、を備えている。交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは、それぞれ幅広導体で形成されている。樹脂等の絶縁材料で形成された保持部材８０３には、ドライバ回路基板２２を保持するための複数の支持部材８０７ａが、保持部材８０３から上方に突出するように形成されている。
【００８３】
電流センサ１８０は、図８に示すようにバスバーアッセンブリ８００を流路形成体１２上に固定したときに、流路形成体１２の側面１２ｄに近接した位置で側面１２ｄに平行となるように、バスバーアッセンブリ８００に配置されている。電流センサ１８０の側面には、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを貫通させるための貫通孔１８１がそれぞれ形成されている。電流センサ１８０の貫通孔１８１が形成されている部分にはセンサ素子が設けられており、電流センサ１８０の上面から各センサ素子の信号線１８２ａが突出している。各センサ素子は、電流センサ１８０の延在方向、すなわち流路形成体１２の側面１２ｄの延在方向に並んで配置されている。交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは各貫通孔１８１を貫通し、その先端部分が平行に突出している。
【００８４】
図１８に示されるように、保持部材８０３には、位置決め用の突起部８０６ａ，８０６ｂが上方に向かって突出するように形成されている。電流センサ１８０はネジ止めにより保持部材８０３に固定されるが、その際に突起部８０６ａ，８０６ｂと電流センサ１８０の枠体に形成された位置決め孔とを係合させることで、電流センサ１８０の位置決めが行われる。さらに、ドライバ回路基板２２を支持部材８０７ａに固定する際に、ドライバ回路基板２２側に形成された位置決め孔に位置決め用の突起部８０６ａ，８０６ｂを係合させることで、電流センサ１８０の信号線１８２ａがドライバ回路基板２２のスルーホールに位置決めされる。信号線１８２ａは、ドライバ回路基板２２の配線パターンと半田によって接合される。
【００８５】
本実施形態では、保持部材８０３，支持部材８０７ａ及び突起部８０６ａ，８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。このように、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及び半田接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
【００８６】
交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは幅広面が水平となるように保持部材８０３に固定され、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの交流端子１５９に接続される接続部８０５が垂直に立ち上がっている。接続部８０５は先端が凹凸形状をしており、溶接時にこの凹凸部分に熱が集中するような形状となっている。
【００８７】
上述したように電流センサ１８０は流路形成体１２の側面１２ｄに平行に配置されているので、電流センサ１８０の貫通孔１８１から突出した各交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは、流路形成体１２の側面１２ｄに配置されることになる。各パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗは、流路形成体１２の側面１２ａ，１２ｂ，１２ｃに沿って形成された流路区間１９ａ，１９ｂ，１９ｃに配置されるので、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの接続部８０５は、バスバーアッセンブリ８００の側面１２ａ〜１２ｃに対応する位置に配置される。その結果、図８に示すように、Ｕ相交流バスバー８０２Ｕは側面１２ｂの近傍に配置されたパワーモジュール３００Ｕから側面１２ｄまで延接され、Ｖ相交流バスバー８０２Ｖは側面１２ａの近傍に配置されたパワーモジュール３００Ｖから側面１２ｄまで延接され、Ｗ相交流バスバー８０２Ｗは側面１２ｃの近傍に配置されたパワーモジュール３００Ｗから側面１２ｄまで延設される。
【００８８】
図１９は、開口部４０２ａ〜４０２ｃにパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗが固定され、収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納された流路形成体１２を示す図である。図１９に示す例では、開口部４０２ｂにＵ相のパワーモジュール３００Ｕが固定され、開口部４０２ａにＶ相のパワーモジュール３００Ｖが固定され、開口部４０２ｃにＷ相のパワーモジュール３００Ｗが固定される。その後、コンデンサモジュール５００が収納空間４０５に収納され、コンデンサ側の端子と各パワーモジュールの端子とが溶接等により接続される。各端子は、流路形成体１２の上端面から突出しており、上方から溶接機をアプローチして溶接作業が行われる。
【００８９】
なお、コの字形状に配置された各パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂ（図１２参照）は、図１７に示される、コンデンサモジュール５００の上面に突出して設けられたコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃと接続される。３つのパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗはコンデンサモジュール５００を囲むように設けられているため、コンデンサモジュール５００に対する各パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの位置的関係が同等となり、同一形状のコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃを用いてバランス良くコンデンサモジュール５００に接続することができる。そのため、コンデンサモジュール５００とパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗとの回路定数が３相の各相においてバランスし易くなり、電流の出し入れがし易い構造となっている。
【００９０】
図２０は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００において、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２に搭載するための第一の実施例を示す図である。図２０は図７中のＡＡ′を垂直方向に切り出した断面図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。以降ではＵ相のパワーモジュール３００Ｕについて説明するが、Ｖ相，Ｗ相のパワーモジュール３００Ｖ，３００Ｗの搭載に関しても同様である。
【００９１】
パワーモジュール３００Ｕのモジュールケース３０４と、当該パワーモジュール３００Ｕを搭載する流路形成体１２とを電気的に絶縁するため、モジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂの上下に、当該フランジ部３０４Ｂと接触するリング形状の絶縁物５５０ａ及び５５０ｂを設ける。ここで、絶縁物５５０ａ及び５５０ｂには耐クリープ性のある部材、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用いる。なお、流路形成体１２は、車体アースに接地されている。
【００９２】
そして、リング形状の固定用金属板５５２を絶縁物５５０ｂの上方からねじ留めすることで、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に固定される。絶縁物５５０ａにはシール部材５５１が設けられ、パワーモジュール３００Ｕと流路形成体１２との間の気密性が保たれている。また、モジュールケース３０４には腐食防止のためアルマイト処理等を施してもよい。
【００９３】
上記のような構成により、パワーモジュール３００Ｕの絶縁シート３３３に寄生する寄生容量Ｃacと、絶縁物５５０ａ及び５５０ｂに寄生する合算容量Ｃiが電気的に直列配置される。そのため、パワーモジュール３００Ｕから流路形成体１２までの間のインピーダンスが高くなり、ＩＧＢＴ３２８及び３３０のスイッチング動作により生じる漏洩電流を低減できる。
【００９４】
なお、モジュールケース３０４は、モジュールケース３０４の一部であるフランジ部３０４Ｂが絶縁物５５０ａ及び５５０ｂを介して流路形成体１２に固定されることによって、流路内に保持される。このフランジ部３０４Ｂは、モジュールケース３０４と一体に形成されていても、別部材としてモジュールケース３０４に接続していても良い。
【００９５】
図２１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００において、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２に搭載するための第二の実施例を示す図である。本図は図２０に示した第一の実施例と同様に、図７中のＡＡ′を垂直方向に切り出した断面図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。本実施例において、パワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に搭載する機構は前述した第一の実施例と同様であり、第一の実施例との相違箇所は、モジュールケース３０４と流路形成体１２の間に任意の抵抗値Ｒを有する抵抗体５５３を挿入した点である。
【００９６】
上記の構成により、パワーモジュール３００Ｕの絶縁シート３３３に寄生する寄生容量Ｃacと、絶縁物５５０ａ及び５５０ｂに寄生する合算容量Ｃiと、抵抗体５５３の抵抗値Ｒとにより、パワーモジュール３００Ｕ内の導体板３２０から流路形成体１２を見たインピーダンスＺに任意の周波数依存性を持たせることができる。
【００９７】
そのインピーダンスＺの特性概形図を図２２に示す。従来のモジュールケース３０４と流路形成体１２を電気的に接続した構成の場合、インピーダンスＺには絶縁シート３３３の寄生容量Ｃac成分のみが現れるため、インピーダンスＺは同図中破線で示したように周波数に反比例した特性を示す。つまり、高周波数になる程インピーダンスＺが低くなり、高周波の漏洩電流が流れ易くなる。
【００９８】
一方、本実施例では、インピーダンスＺは同図中実線で示したように、低域遮断周波数ｆL＝１／２πＲＣacと高域遮断周波数ｆH＝１／２πＲＣiを有する特性となる。具体的には、インピーダンスＺは、ｆL以下の周波数では、絶縁シート３３３の寄生容量Ｃacによる容量性の特性を示す。ｆH以上の周波数では、絶縁物５５０ａ及び５５０ｂに寄生する合算容量Ｃiによる容量性の特性を示す。ｆL以上ｆH以下の周波数では、挿入した抵抗体５５３の抵抗値Ｒによる抵抗性の特性を示す。すなわち、モジュールケース３０４と流路形成体１２を電気的に絶縁し抵抗体５５３を挿入することにより、インピーダンスＺを高められ、かつｆL以上ｆH以下の周波数ではインピーダンスＺの特性が抵抗性に見える。そのため、パワーモジュール内の寄生容量Ｃacと外部の寄生インダクタンスとで引き起こされる共振現象を防ぐことができ、高周波の漏洩電流を低減可能となる。
【００９９】
なお、抵抗体５５３は、図２１に示すように、一端がモジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂに接続され、他端が導電性のねじ５６０に接続される。これにより、抵抗体５５３の他端は、流路形成体１２と電気的に接続される。
【０１００】
あるいは、抵抗体５５３は、一端がモジュールケース３０４のいずれかの箇所と接続され、かつ他端が流路形成体１２に直接に接続されてもよい。
【０１０１】
図２３（ａ）は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００において、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２に搭載するための第三の実施例を示す図である。本図は図２０に示した第一の実施例や図２１に示した第二の実施例と同様に、図７中のＡＡ′を垂直方向に切り出した断面図であり、パワーモジュール３００Ｕが流路形成体１２に搭載された状態を示す。
【０１０２】
本実施例では、前述した第二の実施例の抵抗体（Ｒ）５５３を導電性樹脂５５４に置換した構成である。モジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂの下側に、シール部材５５１が設けられた絶縁物５５０ａを配置する。その上側に、任意の抵抗値Ｒを有する導電性樹脂５５４を設けることで、モジュールケース３０４と流路形成体１２の間に抵抗値Ｒを有する抵抗体が挿入された構成と等価となる。例えば、導電性樹脂５５４として、炭素繊維を含有したＰＰＳコンパウンドを用いることができる。この場合、導電性樹脂５５４の抵抗値Ｒは、炭素繊維の含有率により調整可能である。
【０１０３】
また、図２３（ｂ）に示すように、一般に抵抗体の抵抗値は抵抗体の断面積Ｓと厚さｄで定められることより、導電性樹脂５５４の形状によっても抵抗値Ｒを調整可能である。本実施例により、導電性樹脂５５４を用いることで抵抗器が不要となり、組立性が向上する。なお、所望の抵抗値が得られるものであれば、導電性樹脂５５４の代わりに他の導電性部材を用いてもよい。
【０１０４】
図２４及び図２５に、前述した第一、第二及び第三の各実施例におけるパワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に固定するための固定部分の別手段を示す。図２４に示される固定手段は、モジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂの外周に沿って配置されるリング形状の絶縁物５５０ａと、絶縁材料もしくは導電性樹脂材からなる部材５５５と、固定用金属板５５２とを、一括してねじ留めすることにより、パワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に固定している。
【０１０５】
当該絶縁物５５０ａと、当該部材５５５と、当該固定用金属板５５２と、当該フランジ部３０４Ｂには、固定用のねじ具が通るようにそれぞれ貫通孔５５９が設けられている。ここで、前述した第一及び第二の実施例に本固定手段を用いた場合、部材５５５にはＰＰＳ等の絶縁材料を用いる。
【０１０６】
一方、前述した第三の実施例に本固定手段を用いた場合では、部材５５５には導電性樹脂材を用いる。導電性樹脂からなる部材５５５の抵抗値は、部材５５５がモジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂと接する面と、部材５５５が流路形成体１２と接する面との間で規定されるので、当該導電性樹脂からなる部材５５５とねじ５６０とが接触しないようにすることが好ましい。そのため、当該部材５５５に十分な大きさの貫通孔５５９を設けるか、もしくは部材５５５を適切な位置に位置決めできるよう加工されていれば、組立性が改善される。
【０１０７】
次に、図２５に示される固定手段は、パワーモジュール３００Ｕと流路形成体１２とを固定するためのねじに、絶縁性ねじ５６１を用いた場合の手段である。この場合、絶縁材料もしくは導電性樹脂材からなる部材５５５を、モジュールケース３０４のフランジ部３０４Ｂと流路形成体１２との間に介在させ、フランジ部３０４Ｂの上方から絶縁性ねじ５６１を用いてねじ留めすることにより、パワーモジュール３００Ｕを流路形成体１２に固定する構成とすればよい。
【０１０８】
以上説明した各実施例及び変形例により、第１絶縁部材及び／又は第２絶縁部材としての絶縁シート３３３に寄生する寄生容量Ｃacと、第３絶縁部材としての絶縁物５５０ａ及び／又は絶縁物５５０ｂに寄生する合算容量Ｃiとが電気的に直列配置する。そのため、パワー半導体素子から流路形成体１２間のインピーダンスＺが高くなり、パワー半導体素子のスイッチング動作により生じる漏洩電流を低減できる。
【０１０９】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１０年第２２０２４０号（２０１０年９月３０日出願）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012043088.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
2012043088.tif 000028
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