(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、コンデンサモジュール及びそれを用いた電力変換装置の冷却効率を向上させることである。【解決手段】上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、流路形成体を備えた筐体と、直流電流を交流電流に相互に変換し、かつ前記流路形成体の一方の面側に配置されたパワーモジュールと、前記流路形成体の他方の面側に配置された平滑用のコンデンサモジュールと、を備え、前記コンデンサモジュールは、コンデンサセルと、該コンデンサセルと電気的に接続される導体板と、該コンデンサセル及び該導体板の一部を封止するための封止材と、該コンデンサセルと該導体板の一部と該封止材を収納しかつ前記流路形成体と対向する伝熱面を有するケースとを備え、前記ケースは、前記伝熱面の面積より小さい該ケース側壁に開口部が形成される。【選択図】  図７
2010182898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を流すための流路を形成する流路形成体を備えた筐体と、
直流電流を交流電流に相互に変換し、かつ前記流路形成体の一方の面側に配置されたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに入力される直流電流を平滑化し、かつ前記流路形成体の他方の面側に配置されたコンデンサモジュールと、を備えた電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、
コンデンサセルと、
該コンデンサセルと電気的に接続される導体板と、
該コンデンサセル及び該導体板の一部を封止するための封止材と、
該コンデンサセルと該導体板の一部と該封止材を収納し、かつ前記流路形成体と対向する伝熱面を有するケースとを備え、
前記ケースは、前記伝熱面の面積より小さい該ケース側壁に開口部が形成され、
前記導体板は、前記開口部から突出し、かつ前記流路形成体の側部を通って、前記パワーモジュールと電気的に接続される電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記ケースは金属で構成され、かつ当該ケース内には前記封止材が充填される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記ケースは、前記開口部を有する面とその面に対向する面との距離が、前記開口部を有する面の各辺の長さよりも大きくなるように形成される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記コンデンサモジュールが配置された側の面に第１流路開口部が設けられ、
前記ケースの前記伝熱面が当該第１流路開口部を塞ぐように設置され、当該伝熱面が前記流路形成体の内部に流れる冷却水と直接接触する電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載された電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記パワーモジュールが配置された側の面に第２流路開口部が設けられ、当該第２流路開口部は、前記パワーモジュールの伝熱面によって塞がれ、当該伝熱面が前記流路形成体の内部に流れる冷却水と直接接触する電力変換装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載された電力変換装置であって、
前記ケースの前記伝熱面には、前記流路の深さを狭まるために流路側に突出した突出面が形成される電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記筐体は、前記コンデンサモジュールと対向する当該筐体の内壁が、当該コンデンサモジュールと空間を介するように形成される電力変換装置。
【請求項８】
直流電流を交流電流に相互に変換するパワーモジュールに入力される直流電流を平滑化し、かつ電力変換装置に用いられるコンデンサモジュールであって、
コンデンサセルと、
該コンデンサセルと電気的に接続される導体板と、
該コンデンサセル及び該導体板の一部を封止するための封止材と、
該コンデンサセルと該導体板の一部と該封止材を収納し、かつ冷却水が流れる流路形成体と対向する伝熱面を有するケースとを備え、
前記ケースは、前記伝熱面の面積より小さくかつ該ケースの側壁を形成する側面に開口部を有し、
前記導体板は、前記開口部から突出し、かつ前記流路形成体の側部を通って、前記パワーモジュールと電気的に接続されるように形成されるコンデンサモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載されたコンデンサモジュールであって、
前記ケースは金属で構成され、かつ当該ケース内には前記封止材が充填されるコンデンサモジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載されたコンデンサモジュールであって、
前記ケースは、前記開口部を有する面とその面に対向する面との距離が、前記開口部を有する面の各辺の長さよりも大きくなるように形成されるコンデンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用モータに用いるコンデンサモジュール及びそれを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを使用しないでモータの出力で動かされる純粋な電気自動車や、エンジンとの併用であるハイブリッドタイプの自動車は、駆動用モータを制御するための電力変換装置を備える。電力変換装置自体の発熱や、近傍に配置されたエンジンからの伝熱によって、電力変換装置の内部部品の温度が、その耐熱温度を超えてしまうおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、電力変換装置に入力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を冷却するために、当該コンデンサモジュールを冷却ジャケットに接触させる技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、コンデンサモジュール内に搭載されたコンデンサ素子の放熱を更に向上させることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、コンデンサモジュール及びそれを用いた電力変換装置の冷却効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るコンデンサモジュール及び電力変換装置は、コンデンサセルと、該コンデンサセルと電気的に接続される導体板と、該コンデンサセル及び該導体板の一部を封止するための封止材と、ケースとを備え、前記ケースは、前記伝熱面の面積より小さくかつ該ケースの側壁を形成する側面に開口部を有するように構成される。
【０００８】
これにより、封止材にクラックが発生することを抑制して、コンデンサセルから伝熱面までの伝熱抵抗が増大することを抑制する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、コンデンサモジュール及びそれを用いた電力変換装置の冷却効率を向上させるができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成図である。
【図３】本実施形態に係る電力変換装置の全体構成の外観斜視図を示す。
【図４】本実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。
【図５】（ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、（ｂ）は、当該パワーモジュール３００の上面図である。
【図６】上部ケース１０を取り除き、さらにその他側壁に搭載するターミナルケースや筐体内部にある基板関係部品を取り除いた電力変換装置２００の外観斜視図である。
【図７】（ａ）は、本実施形態に係るコンデンサモジュール５００及びその周辺部品を抜き出した外観斜視図である。（ｂ）は、本実施形態に係るコンデンサモジュール５００及びその周辺部品を直流側中継端子５１０，５１２側から見た図である。
【図８】本実施形態に係るコンデンサモジュール５００の外観斜視図である。
【図９】（ａ）は、コンデンサモジュール５００の内部が分かるように、樹脂などの封止材５５２を充填する前の状態を示す斜視図である。（ｂ）は、コンデンサモジュール５００の板状導体５４９ａにコンデンサ素子５１４を固定した構造を示す図である。
【図１０】封止材５５２を挿入するための開口部５５１の面積の違いによるコンデンサケース５０２の曲げ変形を示した簡易モデル図である。
【図１１】図１０（ａ）及び（ｂ）で説明した同様の条件で、温度変化を与えた場合の最大応力の発生位置とその値を解析した結果を相当応力（ミーゼス）により示す図である。
【図１２】電力変換装置２００の断面図を示す。
【図１３】コンデンサ素子５１４と冷却水流路１９との関係を示した模式図である。
【図１４】パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【００１２】
本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は運転モードに応じ、車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
【００１３】
なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶，航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
【００１４】
図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、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ので、ここではモータジェネレータと記すこととする。
【００１５】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。
【００１６】
前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ１９２，１９４及び動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
【００１７】
モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることによりモータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。
【００１８】
本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
【００１９】
また、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１９２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電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０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。
【００２０】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機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り、バッテリ１３６からインバータ４３装置に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。前記インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数，電力を制御する。例えばモータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能はインバータ装置１４０や１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力がインバータ装置１４０や１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。
【００２１】
インバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００は電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置は、インバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００を電力変換装置の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。
【００２２】
またインバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３さらにコンデンサモジュール５００を一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。またコンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０や１４２およびインバータ装置４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
【００２３】
次に、図２を用いてインバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３の電気回路構成を説明する。尚、図１，図２に示す実施形態では、インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１４０や１４２あるいはインバータ装置４３は同様の構成で同様の作用をためし、同様の機能を有しているので、ここでは、代表例としてインバータ装置１４０の説明を行う。
【００２４】
本実施形態に係る電力変換装置２００は、インバータ装置１４０とコンデンサモジュール５００とを備え、インバータ装置１４０はインバータ回路１４４と制御部１７０とを有している。また、インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）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、からなる上下アーム直列回路１５０を複数有し（図２の例では３つの上下アーム直列回路１５０，１５０，１５０）、それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）から交流端子１５９を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する構成である。また、制御部１７０はインバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。
【００２５】
上アームと下アームのＩＧＢＴ３２８や３３０は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、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１９２の電機子巻線に供給される。
【００２６】
インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、３相分の上下アーム直列回路１５０，１５０，１５０がそれぞれ、バッテリ１３６の正極側と負極側に電気的に接続されている直流正極端子３１４と直流負極端子３１６の間に電気的に並列に接続されている。
【００２７】
本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８や３３０を用いることを例示している。ＩＧＢＴ３２８や３３０は、コレクタ電極１５３，１６３，エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子１５５，１６５），ゲート電極（ゲート電極端子１５４，１６４）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極１５３，１６３とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）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。
【００２８】
上下アーム直列回路１５０は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相分設けられている。３つの上下アーム直列回路１５０，１５０，１５０はそれぞれ、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極１６３を接続する中間電極１６９，交流端子１５９を介してモータジェネレータ１９２へのＵ相，Ｖ相，Ｗ相を形成している。上下アーム直列回路同士は電気的に並列接続されている。上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続（直流バスバーで接続）されている。各アームの中点部分（上アームのＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と下アームのＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極との接続部分）にあたる中間電極１６９は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線の対応する相巻線に交流コネクタ１８８を介して電気的に接続されている。
【００２９】
コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の正極側が、コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ電極にはバッテリ１３６の負極側がそれぞれ直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール５００は、上アームＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３とバッテリ１３６の正極側との間と、下アームＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とバッテリ１３６の負極側との間で接続され、バッテリ１３６と上下アーム直列回路１５０に対して電気的に並列接続される。
【００３０】
制御部１７０はＩＧＢＴ３２８，３３０を作動させるためのものであり、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する制御回路１７２と、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成するドライブ回路１７４とを備えている。
【００３１】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０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。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。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。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（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３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００３２】
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１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，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。
【００３３】
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、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に、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。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
【００３４】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０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エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０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ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路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ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路１５０（引いては、この回路１５０を含む半導体モジュール）を過温度或いは過電圧から保護する。
【００３５】
インバータ回路１４４の上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時のモータジェネレータ１９２の固定子巻線の電流は、ダイオード１５６，１６６によって作られる回路を流れる。
【００３６】
上下アーム直列回路１５０は、図示するように、Positive端子（Ｐ端子，正極端子）１５７，Negative端子（Ｎ端子１５８，負極端子），上下アームの中間電極１６９からの交流端子１５９，上アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１５５，上アームのゲート電極端子１５４，下アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１６５，下アームのゲート端子電極１６４、を備えている。また、電力変換装置２００は、入力側に直流コネクタ１３８を有し、出力側に交流コネクタ１８８を有して、それぞれのコネクタ１３８と１８８を通してバッテリ１３６とモータジェネレータ１９２にそれぞれ接続される。また、モータジェネレータへ出力する３相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に２つの上下アーム直列回路を並列接続する回路構成の電力変換装置であってもよい。
【００３７】
図３及び図４において、２００は電力変換装置、１０は上部ケース、１１は金属ベース板、１２は筐体、１３は冷却水入口配管、１４は冷却水出口配管、４２０はカバー、１６は下部ケース、１７は交流ターミナルケース、１８は交流ターミナル、１９は冷却水流路、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２は駆動回路基板でドライバ回路１７４を保持している。３００はパワーモジュール（半導体モジュール部）で２個設けられており、それぞれのパワーモジュールにはインバータ回路１４４が内蔵されている。７００は平板積層バスバー、８００はＯリング、３０４は金属ベース、１８８は交流コネクタ、３１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、５００はコンデンサモジュール、５０２はコンデンサケース、５０４は正極側コンデンサ端子、５０６は負極側コンデンサ端子、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。
【００３８】
図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成の外観斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観は、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、前記筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられた冷却水入口配管１３および冷却水出口配管１４と、前記筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１６とを固定して形成されたものである。筐体１２の底面図あるいは上面図の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。
【００３９】
前記電力変換装置２００の長辺側の外周にはモータジェネレータ１９２や１９４との接続を助けるための２組の交流ターミナルケース１７が設けられる。交流ターミナル１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２，１９４とを電気的に接続して、該パワーモジュール３００から出力される交流電流を該モータジェネレータ１９２，１９４へ伝達する。
【００４０】
コネクタ２１は、筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に接続されており、外部からの各種信号を該制御回路基板２０に伝送する。直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。ここで本実施形態では、コネクタ２１は、前記筐体１２の短辺側の外周面の一方側に設けられる。一方、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、前記コネクタ２１が設けられた面とは反対側の短辺側の外周面に設けられる。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することでき、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。
【００４２】
図４に示すように、筐体１２の中ほどに冷却水流路１９が設けられ、該冷却水流路１９の上部には流れの方向に並んで２組の開口４００と４０２が形成されている。前記２組の開口４００と４０２がそれぞれパワーモジュール３００で塞がれる様に２個のパワーモジュール３００が前記冷却水流路１９の上面に固定されている。各パワーモジュール３００には放熱のためのフィン３０５が設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ前記冷却水流路１９の開口４００と４０２から冷却水の流れの中に突出している。
【００４３】
前記冷却水流路１９の下側には、コンデンサモジュール５００の上部によって塞がれる開口４０４及び４０６が形成されている。また、パワーモジュール３００と筐体１２との間には、シールをするためのＯリング８００が設けられる。本実施形態ではシール材をＯリングとしているが、Ｏリングの代わりに樹脂材・液状シール・パッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。
【００４４】
冷却水入出口配管１３，１４からの冷却水が冷却水流路１９を流れることによって、併設されている２個のパワーモジュール３００が有する放熱フィンが冷却され、前記２個のパワーモジュール３００全体が冷却される。さらに、コンデンサモジュール５００は、冷却水流路１９内の冷却水と直接接触することにより、コンデンサモジュール５００内のコンデンサ素子を十分に冷却することができる。
【００４５】
パワーモジュール３００の上方には、該パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００に跨って、２つのパワーモジュール３００の幅方向に幅広に構成されている。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極側端子と接続される正極側導体板７０２と、負極側端子と接続される負極側導体板７０４と、該正極側端子と該負極側端子と間に配置される絶縁部材によって構成される。これにより積層導体板７００の積層面積を広げることができるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。また、一つの積層導体板７００を２つのパワーモジュール３００に載置した後、積層導体板７００とパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続を行うことができるので、パワーモジュール３００を２つ備える電力変換装置であっても、その組立工数を抑えることができる。
【００４６】
積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置され、駆動回路基板２２には図２に示すドライバ回路１７４が搭載され、制御回路基板２０には図２に示すＣＰＵを有する制御回路１７２が搭載される。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置され、金属ベース板１１は両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に駆動回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体１９の中央部に冷却水流路１９を設け、その一方の側に車両駆動用のパワーモジュール３００を配置し、また他方の側に補機用のパワーモジュール４３を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また筐体中央部の冷却水流路１９の主構造を筐体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷却水流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで筐体１２と冷却水流路１９とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
【００４７】
駆動回路基板２２には、金属ベース板１１を通り抜けて、制御回路基板２０の回路群との接続を行う基板間コネクタ２３が設けられている。また、制御回路基板２０には外部との電気的接続を行うコネクタ２１が設けられている。コネクタ２１により電力変換装置の外の、例えばバッテリ１３６として車に搭載されているリチウム電池モジュールとの信号の伝送が行われ、リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が送られてくる。前記制御回路基板２０に保持されている制御回路１７２との信号の授受を行うために前記基板間コネクタ２３が設けられており、図示を省略しているが図２に示す信号線１７６が設けられ、この信号線１７６と基板間コネクタ２３を介して制御回路基板２０からインバータ回路のスイッチングタイミングの信号が駆動回路基板２２に伝達され、駆動回路基板２２で駆動信号であるゲート駆動信号を発生し、パワーモジュールのゲート電極にそれぞれ印加される。
【００４８】
筐体１２の上部と下部には開口が形成され、これら開口はそれぞれ上部ケース１０と下部ケース１６が例えばネジなどで筐体１２に固定されることにより塞がれる。筐体１２の中央に冷却水流路１９が設けられ、前記冷却水流路１９にパワーモジュール３００やカバー４２０を固定する。このようにして冷却水流路１９を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次に前記筐体１２の上部と下部の開口から基板やコンデンサモジュール５００を取り付ける作業を行うことができる。このように中央に冷却水流路１９配置し、次に前記筐体１２の上部と下部の開口から必要な部品を固定する作業が行える構造をためしており、生産性が向上する。また冷却水流路１９を最初に完成させ、水漏れ試験の後その他の部品を取り付けることが可能となり、生産性と信頼性の両方が向上する。
【００４９】
図５（ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図５（ｂ）は、当該パワーモジュール３００の上面図である。図１４は、直流バスバーの構造を分かりやすくするため、パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図である。
【００５０】
３０２はパワーモジュールケース、３０４は金属ベース、３０５はフィン（図１４参照）、３１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、３１８は絶縁紙、３２０Ｕ／３２０Ｌはパワーモジュールの制御端子、３２８は上アーム用のＩＧＢＴ、３３０は下アーム用のＩＧＢＴ、１５６／１６６はダイオード、３３４は絶縁基板（図１４参照）、３３４ｋは絶縁基板３３４上の回路配線パターン（図１４参照）、３３４ｒは絶縁基板３３４下の回路配線パターン３３７（図１４参照）、をそれぞれ表す。
【００５１】
パワーモジュール３００は、大きく分けて、例えば樹脂材料のパワーモジュールケース３０２内の配線を含めた半導体モジュール部と、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子（直流正極端子３１４や制御端子３２０Ｕなど）と、から構成される。そして外部と接続する端子として、パワーモジュール３００は、モータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続する直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６とを有している。
【００５２】
また、前記半導体モジュール部は、絶縁基板３３４の上に上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０，ダイオード１５６／１６６などが設けられて、レジン又はシリコンゲル（不図示）によって保護されている。絶縁基板３３４はセラミック基板であっても良いし、さらに薄い絶縁シートであってもよい。
【００５３】
図５（ｂ）は、金属ベース３０４に固着された熱伝導性の良いセラミックからなる絶縁基板３３４の上に、上下アーム直列回路が具体的にどのような配置で設置されているかを示す配置構成図とその機能を示す説明図である。図５（ｂ）に示すＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード３２７，３３２はそれぞれ２つのチップを並列接続して上アーム，下アームを構成し、上下アームに通電可能な電流容量を増やしている。
【００５４】
図１４に示されるように、金属ベース３０４は、冷却水流路に浸されて冷却水へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィン３０５を有している。また、金属ベース３０４は、その一方の面にインバータ回路を構成するＩＧＢＴやダイオードを実装し、該金属ベース３０４の外周に樹脂製のパワーモジュールケース３０２を備える。金属ベース３０４の他方の面にフィン３０５がロウ付け又は、金属ベース３０４とフィン３０５が鍛造により一体成型される。金属ベース３０４とフィン３０５が鍛造により一体成型されることによって、パワーモジュール３００の生産性が向上するとともに、金属ベース３０４からフィン３０５までの熱伝導率を向上させ、ＩＧＢＴ及びダイオードの放熱性を向上させることができる。また、金属ベース３０４のビッカース硬度を６０以上とすることで、温度サイクルによって生ずる金属ベース３０４のラチェット変形を抑制し、金属ベース３０４と筐体１２とのシール性を向上させることができる。さらに、図１４（ａ）に示す如く上下アームにそれぞれ対応してフィン３０５が設けられており、これらのフィン３０５は往復する冷却水流路１９の開口から水路内に突出する。金属ベース３０４のフィン３０５周辺の金属面は前記冷却水流路１９に設けられた開口を閉じるために使用される。
【００５５】
なお、本実施形態のフィン３０５形状はピン型であるが、他の実施形態として、冷却水の流れ方向に沿って形成されたストレート型であってもよい。フィン３０５形状にストレート型を用いた場合には、冷却水を流すための圧力を低減させることができ、一方ピン型を用いた場合には冷却効率を向上させることができる。
【００５６】
金属ベース３０４の一方の面には、絶縁基板３３４が固定され、絶縁基板３３４にはんだ３３７より、その上に上アーム用のＩＧＢＴ３２８や上アーム用のダイオード１５６さらに下アーム用のＩＧＢＴ３３０や下アーム用のダイオード１６６のチップが固定される。
【００５７】
図６は、上部ケース１０を取り除き、さらにその他側壁に搭載するターミナルケースや筐体内部にある基板関係部品を取り除いた電力変換装置２００の外観斜視図である。積層導体板７００の長手方向の一端は、コンデンサモジュール５００から延びる接続端子とボルト９２０によって締結されている。一方、積層導体板７００の長手方向の他端は、パワーモジュール３００の正極直流端子３１４及び負極直流端子３１６と接続される。
【００５８】
図７（ａ）は、本実施形態に係るコンデンサモジュール５００及びその周辺部品を抜き出した外観斜視図である。図７（ｂ）は、本実施形態に係るコンデンサモジュール５００及びその周辺部品を直流側中継端子５１０，５１２側から見た図である。
【００５９】
下部ケース１６は、その中央部に、コンデンサモジュール５００を載置するための窪み部を有する。当該窪み部とコンデンサモジュール５００とを熱的に接触させることにより、コンデンサモジュール５００内のコンデンサ素子が発生する熱を下部ケース１６側に逃がすことができる。ここで、窪み部とコンデンサモジュール５００とを熱的に接触とは、窪み部とコンデンサモジュール５００とを直接接触させたり、放熱グリースを介して接続させたりすることである。
【００６０】
コンデンサモジュール５００は、コンデンサ素子を収納するためのコンデンサケース５０２を有する。コンデンサケース５０２は、ケース上面５０２ａとケース側壁５０２ｂとから構成される。なお、後述するが、ケース側壁５０２ｂの所定の一面には、負極側コンデンサ端子５０４及び正極側コンデンサ端子５０６を突出させるための開口部を備える。ケース上面５０２ａの面積は、コンデンサケース５０２の底面の面積よりも大きく形成される。ケース側壁５０２ｂよりも突出したケース上面５０２ａのフランジ部には、筐体１２に固定するためのボルトを貫通させるボルト穴５５０を備える。なお後述するが、ケース上面５０２ａは、開口部４０４及び４０６を塞ぐように筐体１２に固定される。これにより、ケース上面５０２ａは、冷却水流路１９の裏蓋を兼ねている。
【００６１】
負極側コンデンサ端子５０４ａ〜５０４ｄ及び正極側コンデンサ端子５０６ａ〜５０６ｄは、コンデンサモジュール５００の長手方向に沿って一列に並べられる。一方、直流側中継端子５１０及び５１２は、コンデンサモジュール５００の短手方向の辺側に設けられる。これにより、直流側中継端子５１０及び５１２に供給された直流電力は、コンデンサ素子を介して正極側コンデンサ端子５０６ａ〜ｄに伝達されることになる。つまり、コンデンサモジュール５００内のコンデンサ素子は、電気的にも物理的にもバッテリ１３６とパワーモジュール３００との間に接続されるので、直流側に生じるリップル電圧を吸収して効率よく、平滑化された電圧をパワーモジュールに供給することできる。
【００６２】
図７（ｂ）に示されるように、直流側中継端子５１０，５１２は、コンデンサモジュール５００の短手方向の一方辺側には設けられ、かつ略十文字形を成している。端子５１０ａ及び５１２ａはバッテリ１３６側と接続され、端子５１０ｂ及び５１２ｂは、例えば電動エアコン，オイルポンプ用モータ，電動パワステなどの車載電動補機への中継端子として使用される。また、端子５１０ｃ及び５１２ｃは、コンデンサケース５０２から延びる端子と接続され、端子５１０ｄ，５１２ｄは、ノイズ低減用のコンデンサ素子９００と接続されている。つまり、コンデンサモジュール５００は端子５１０ａ，５１２ａを介してバッテリ１３６と接続されており、かつコンデンサ素子９００は、コンデンサモジュール５００よりもバッテリ１３６に近い側に電気的に接続している。これにより、外部からの電磁ノイズを効果的に除去することができる。
【００６３】
図８は、本実施形態に係るコンデンサモジュール５００の外観斜視図である。コンデンサケース５０２はアルミや銅などの熱伝導性の高い金属で一体成型される。また、コンデンサケース５０２の長手方向側のケース側壁５０２ｂには、開口部５５１が形成される。組立性を考慮して、当該コンデンサ素子は板状導体５４９ａ〜５４９ｄに接続された後に、当該コンデンサ素子と板状導体５４９ａ〜５４９ｄが、コンデンサケース５０２内に収納されるようにする。コンデンサ素子をコンデンサケース５０２内に収納した後に、樹脂などで構成された封止材５５２が、開口部５５１から挿入される。封止材５５２が露出された面から、板状導体板５４９ａ〜５４９ｄの一部と、直流入力端子５３２及び５３４とが延びる。板状導体５４９ａ〜５４９ｄは、ケース上面５０２ａ側に略直角に折り曲げられ、さらに板状導体５４９ａ〜５４９ｄの端部は、コンデンサケース５０２側を向くように折り曲げられる。板状導体５４９ａ〜５４９ｄの先端部付近には、積層導体板７００と接続するための端子５０４ａ〜５０４ｄ，及び５０６ａ〜５０６ｄが形成される。直流入力端子５３２及び５３４は、ケース側壁５０２ｂ側に略直角に折り曲げられ、さらに、直流入力端子５３２及び５３４の端部は、ケース側壁５０２ｂ側に近づくように折り曲げられる。
【００６４】
本実施形態のコンデンサモジュール５００内部の詳細構造について、図９（ａ）と図９（ｂ）を参照しながら以下説明する。図９（ａ）は、コンデンサモジュール５００の内部が分かるように、樹脂などの封止材５５２を充填する前の状態を示す斜視図である。図９（ｂ）は、コンデンサモジュール５００の板状導体５４９ａにコンデンサ素子５１４を固定した構造を示す図である。
【００６５】
図９（ａ）に示されるように、板状導体５４９ａ〜５４９ｄは、それぞれ正極導体板と負極導体板と絶縁シートから構成され、当該絶縁シートは正極導体板と負極導体板の間に挟まれる。板状導体５４９ａ〜５４９ｄは複数組、本実施形態では４組、直流入力端子５３２及び５３４に対して電気的に並列に接続される。板状導体５４９ａ〜５４９ｄには、複数個のコンデンサ素子５１４の正極と負極がそれぞれ並列接続されるための端子５７０が複数個設けられている。また、板状導体５４９ａ〜５４９ｄは、端子５０４ａ〜５０４ｄ及び５０６ａ〜５０６ｄが形成された側とは反対側において、直流入力端子５３２及び５３４と接続されている板状導体５３５及び５３６と接続する。板状導体５３５及び５３６は、ケース側壁５０２ｂに形成された開口部５５１まで延びている。つまり、パワーモジュール３００と接続される端子５０４ａ〜５０４ｄ及び５０６ａ〜５０６ｄと直流入力端子５３２及び５３４との間の電流経路の途中で、コンデンサ素子５１４が接続されている。これにより、複数のコンデンサ素子５１４の容量を有効利用することができる。
【００６６】
図９（ｂ）に示されるように、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であるコンデンサ素子５１４は、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極，負極としたフィルムコンデンサで構成する。正極，負極の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極，負極電極となり、スズなどの導電体を吹き付けて製造される。
【００６７】
また、図９（ａ）に示されるように、板状導体５４９ａ〜５４９ｄは、薄板状の幅広導体で構成し、絶縁シートを介して積層構造をとり、寄生インダクタンスを低減する。端子５７０は、２個のコンデンサ素子５１４の電極と、半田あるいは溶接により電気接続する。半田装置もしくは、溶接機がしやすく、検査しやすいように、接続面が外側になるコンデンサセル配置，導体構造をとり、添付のような２個のコンデンサセルを１つのコンデンサセル群とする単位を構成する。このようなセル群をつくることで、コンデンサ容量に応じて増減でき、量産に適する。寄生インダクタンスを低減するため、また、放熱のためにも、端子５７０を複数設けてもよい。５００は、２個の素子群が４列縦に配置して合計８個のコンデンサ素子５１４で構成する。
【００６８】
コンデンサモジュール５００は、スイッチング時のリップル電流により、コンデンサセル内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体（端子）の電気抵抗により発熱する。コンデンサ素子５１４の耐湿のため、コンデンサ素子５１４、内部導体（端子）は、コンデンサケース５０２に樹脂で含浸（モールド）される。このため、コンデンサ素子５１４や内部導体は、樹脂を介してコンデンサケース５０２と密着した状態となり、コンデンサ素子の発熱がコンデンサケース５０２に伝わりやすい構造になる。さらに本構造では、板状導体５４９ａ〜５４９ｄとコンデンサ素子は、端子５７０によって直接接続されるため、コンデンサ素子の発熱が板状導体５４９ａ〜５４９ｄに直接伝わり、幅広導体によりモールド樹脂へ熱が伝わりやすい構造となる。
【００６９】
本実施形態においては図９（ａ）に示すように、板状導体５４９ａ〜５４９ｄは、４列縦に独立して配置された構成をためすが、これら４列の板状導体５４９ａ〜５４９ｄを一体の幅広導体板として、全てのコンデンサ素子５１４をこの幅広導体板に接続する構成としてもよい。これにより、部品点数を削減することができ、生産性を向上させることができるとともに、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。さらに、幅広導体板を使用することで、寄生インダクタンスを低減することができる。
【００７０】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、封止材５５２を挿入するための開口部５５１の面積の違いによるコンデンサケース５０２の曲げ変形を示した簡易モデル図である。図１０（ａ）〜（ｃ）の条件は、コンデンサケース５０２に金属ケースである。図１０（ａ）は、開口部５５１がコンデンサケース５０２の中で最も大きい面積であるケース上面５０２ａの設けられた場合である。図１０（ｂ）は、開口部５５１がケース上面５０２ａの面積よりも小さいケース側壁５０２ｂ側の面に設けた場合である。図中の矢印Ａは封止材５５２の注入方向を示している。なお、図１０（ａ）（ｂ）のモデルでは、内部に注入された封止材５５２の縦，横，高さの三辺の長さが等しくなり、（ａ）と（ｂ）の封止材５５２は同じ体積になっており、さらに封止材５５２を取り囲むコンデンサケース５０２の板厚も同じ条件である。
【００７１】
図１０（ａ）の場合、コンデンサケース５０２の底面と封止材５５２の露出面との線膨張係数の差によって、周囲の温度が変化した場合に図１０（ｃ）で示すような曲げ変形の応力が働くことになる。これにより、封止材５５２内部に埋められているコンデンサ素子５１４にひっぱり方向のストレスを与え、素子の寿命が短くなることが懸念される。
【００７２】
そこで、図１０（ｂ）のようにコンデンサケース５０２の各面の中でケース上面５０２ａの面積よりも小さい面に開口部５５１を備えることにより、この曲げ方向のストレスを緩和することできる。したがって、図１０（ａ）の場合に比べて、コンデンサ素子に加わる不要なストレスを緩和し、素子の寿命を延ばすことができる。
【００７３】
図１１は、図１０（ａ）及び（ｂ）で説明した同様の条件で、温度変化を与えた場合の最大応力の発生位置とその値を解析した結果を相当応力（ミーゼス）により示す図である。図中の矢印Ａは、図１０と同様に封止材５５２の注入面を示している。図中に示した数値は各解析モデルで生じた応力の最大値を示す。
【００７４】
図１１（ａ）で分かるように、図１０（ａ）に示したコンデンサケース５０２では、当該コンデンサケース５０２と封止材５５２との界面に最も大きな応力が発生し、これが樹脂の剥離を促進する原因となる。一方で、図１０（ｂ）では、（ａ）と同じ封止材の量であるにもかかわらず最大応力の値そのものを約１５％下げることが可能であり、その発生位置も開口部５５１とは対向する面側付近で発生する。最大応力が発生する理由は、開口部５５１から奥側ほど圧縮応力が高まるためと考えられる。
【００７５】
つまり、略直方体のコンデンサケース５０２の各面の中で、開口部５５１は、最も大きい面積である面に形成せず、２番に大きい面積を有する面に設けるか、好ましくは最も小さい面積を有する面に設ける。また、開口部５５１を有する面と対向する面との間の長さは、開口部５５１を有する面の各辺の長さよりも大きいことが好ましい。これにより、ケース界面で発生する応力を低減させることが可能であり、温度サイクルなどの熱的ストレスに対して信頼性の高いコンデンサを提供することができる。
【００７６】
図１２は、電力変換装置２００の断面図を示す。矢印Ｂは冷却水の流れ方向を示している。図１２中では、水の流れが一方方向に見えるが、実際には冷却水流路１９の入口と出口が同じ高さに設けられ、冷却水流路１９はＵターンしている。したがって、冷却水入口配管１３から入った冷却水は、図の左側で紙面奥側に進み、その後矢印とは逆方向に進み水路出口の冷却水出口配管１４に向かうことになる。
【００７７】
図１２に示されるように、本実施例ではケース上面５０２ａが水路の裏蓋を兼ねている。つまり、本構造により、水路の裏蓋とコンデンサを別体で設けるより部品点数が少なく、また、電力変換装置２００の全体高さを低くすることが可能である。
【００７８】
パワーモジュール３００の冷却性能を向上するには、コンデンサケースの突出部５５３の上面とフィン３０５の下面の間のギャップは可能な限り狭くし、冷却水の流速を上げる。しかしながら、冷却水出入口配管１３，１４があるため、安易にギャップを狭くすることができない。つまり、これら冷却水出入口配管１３，１４の直径は、自動車側の冷却水ホースのサイズにより決められており、フィン下のギャップに合わせて細くされることは許容され難い。
【００７９】
パワーモジュール３００を冷却水流路１９に固定するためのボルト（Ｍ６）の勘合穴は、冷却水流路１９側に設けられる。この勘合穴の深さ（呼び径６の１.５倍の９mm）は、通常、フィン３０５の高さ（７mm）よりも大きくなる。これによりフィン下ギャップ（本実施形態では２mm）を大きくしてしまう。そこで、水路の底蓋でもあるコンデンサケース上面でフィン３０５に相当するエリアのみをフィン側に突出させることで、必要な流速の確保しつつパワーモジュール３００の固定と冷却水入口配管１３の組合せを両立させている。
【００８０】
コンデンサケースの突出部５５３は、流速を上げるためには突出高さを高くすることが有効になるが、それは同時にコンデンサ素子５１４にとっては水路までの熱抵抗が増大することになる。つまり、パワーモジュール３００の冷却のために必要な冷却水の流速を規定するギャップ高さとコンデンサの冷却に必要な水路までの熱抵抗を、突出部５５３の高さを調節することで両立させることができる。そのギャップと突出部５５３の高さの設計は、電力変換装置に求められる出力によって最適化される。
【００８１】
なお、突出部５５３は、冷却水入口配管１３に近い側には傾斜部５５３ａを、冷却水流路１９のＵターンに近い側には傾斜部５５３ｂを設けている。傾斜部５５３ａ及び５５３ｂは流路深さが徐々に変化するように形成されるため、流路内の圧力損失が低減されることになる。
【００８２】
本実施形態では、コンデンサ素子５１４と水路の間には、コンデンサケースの突出部５５３と樹脂の封止材５２２があるものの、空気の層は存在しない。この縦構造の効果を次の図１３の模式図で説明する。
【００８３】
図１３は、コンデンサ素子５１４と冷却水流路１９との関係を示した模式図である。これら図中の矢印はコンデンサ素子５１４から冷却水流路１９への熱の流れを示している。
【００８４】
ＨＥＶ駆動用インバータは、エンジン付近の高温環境下に配置される。またＨＥＶ駆動用インバータに用いられる平滑用コンデンサは、前述のエンジン付近の温度環境下では、コンデンサ素子の信頼性が低下する恐れがある。そこで、平滑用コンデンサは、エンジン付近の温度よりも低い温度状態に保たれた冷却水によって冷却されることが求められる。この場合、平滑用コンデンサから流路までの熱抵抗が高くなってしまう要因、例えば、平滑用コンデンサと流路との間に空気を介するような場合を排除することが望ましい。またモジュール内のコンデンサ素子を封止する封止材にクラックなどが発生した場合には、そのクラックに空気などが侵入してしまうような場合も想定され、平滑用コンデンサから流路までの熱抵抗が高くなるおそれがある。したがって、図１０及び図１１にて説明したようなクラック発生を抑制するための対策とともに、平滑用コンデンサに対する熱対策を考慮する必要がある。
【００８５】
図１３（ａ）は、冷却水流路１９の底面を形成する流路形成体４２０とコンデンサモジュール５００とが空間を介して設けられた場合を示す。図１３（ａ）の場合、コンデンサモジュール５００は下部ケース１６に固定される。この場合、コンデンサモジュール５００はインバータ筐体から下部ケースを介して間接的に冷却可能なものの、コンデンサモジュール上部と水路の間には空気の層があり、コンデンサの熱は水路に伝わりづらい。また、図１３（ａ）に示される構造では、下部ケース１６とコンデンサケース５０２を一体化する考えも可能であるが、これは、自動車などでみられるソークバック状態（冷却水が止まった状態で外気のみが温度上昇する場面）で外からの熱がコンデンサモジュール５００に伝わりやすく、コンデンサ素子５１４の使用条件としては厳しくなる可能性がある。
【００８６】
そこで、図１３（ｂ）に示されるように、コンデンサケース５０２を金属一体成型で製造する。また、ケース上面を流路形成体４２０を兼ねており、コンデンサ素子の熱は水路側に伝わり易くなる。一方で、下部ケース１６との間には空気の層が残り、外気との断熱の役割を果たす。つまり、通常使用状態においてコンデンサ素子５１４の熱は積極的に水路側に引くことが可能で、ソークバック時にはコンデンサ下部の空気の層５６０により断熱されつつもその上部は水路と密接しており、外からのあおり熱をうけにくい構造になっている。
【００８７】
上述した各実施形態に係る構成はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。各実施形態に係る構成での効果を単独であるいは相乗して奏することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１２  筐体
１９  冷却水流路
１２５  電力変換装置
３００  パワーモジュール
５００  コンデンサモジュール
５０２  コンデンサケース
５１４  コンデンサ素子
５４９ａ〜５４９ｄ  板状導体
５５１  開口部
５５２  封止材
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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