(57)【要約】      （修正有）【課題】低インダクタンス化の実現と小型化の実現を両立させた電力変換装置を提供する。【解決手段】駆動用パワーモジュール３００と、補機用パワーモジュール４３と、コンデンサモジュールと、直流電流伝達部３１４，３１６と、流路形成体１９と、筐体１２と、を備え、筐体は、流路形成体１９により、第１の領域と第２の領域に分けられ、流路形成体の側部に繋ぎ空間４０６が形成され、駆動用パワーモジュールは第１の領域内に配置され、コンデンサモジュールは第２の領域側の開口を塞ぐためのケース１６に配置され、直流電流伝達部は、駆動用パワーモジュールとコンデンサモジュールを接続し、補機用パワーモジュールは、第２の領域内であってコンデンサモジュールとは所定空間を介して流路形成体側に配置され、かつコンデンサモジュールから延びる補機用パワーモジュール端子５３２，５３４が当該所定空間を通って補機用パワーモジュールと接続される。【選択図】図７
2010063355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用モータに交流電流を出力する駆動用パワーモジュールと、
車両に搭載された補機用モータに交流電流を出力するための補機用パワーモジュールと、
電源から供給される直流電流を平滑化して、当該平滑化された直流電流を前記駆動用パワーモジュール及び前記補機用パワーモジュールに供給するコンデンサモジュールと、
正極導体板と、当該正極導体板に対して絶縁部材を介して対向する負極導体板とにより構成される直流電流伝達部と、
冷却媒体を流す流路を形成するための流路形成体と、
前記駆動用パワーモジュールと前記補機用パワーモジュールと前記コンデンサモジュールと前記直流電流伝達部と前記流路形成体とを内蔵する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記流路形成体が当該筐体内に配置されることにより、第１の領域と第２の領域に分けられるとともに、前記流路形成体の側部に前記第１の領域と前記第２の領域とを繋ぐ繋ぎ空間が形成され、かつ当該第２の領域側の当該筐体は開口する形状を成し、
前記駆動用パワーモジュールは、前記第１の領域内であって前記流路形成体側に配置され、
前記コンデンサモジュールは、前記第２の領域側の開口を塞ぐためのケースに配置され、かつ前記ケースと前記コンデンサモジュールとの間に熱伝導路が形成され、
前記直流電流伝達部は、前記繋ぎ空間を通って前記駆動用パワーモジュールと前記コンデンサモジュールを接続し、
前記補機用パワーモジュールは、前記第２の領域内であって前記コンデンサモジュールとは所定空間を介して前記流路形成体側に配置され、かつ前記コンデンサモジュールから延びる補機用パワーモジュール端子が当該所定空間を通って当該補機用パワーモジュールと接続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において、
前記コンデンサモジュールは、前記流路形成体側に開口を形成するコンデンサケースと、当該コンデンサケースに収納されたコンデンサセルと、当該コンデンサセルを封止するために当該コンデンサケース内に充填された封止材と、を有し、
前記直流電流伝達部を構成する前記正極導体板と前記負極導体板は、前記コンデンサケースの開口から露出する前記封止材から積層状態で突出し、前記駆動用パワーモジュールと接続される電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールの補機用パワーモジュール端子は、前記コンデンサケースの開口から露出する前記封止材から突出し、前記補機用パワーモジュールと接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置において、
前記駆動用パワーモジュールは、インバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が発生する熱を放熱するための金属ベース板と、を有し、
前記流路形成体は、前記第１の領域側に前記流路に繋がる開口を形成し、
前記駆動用パワーモジュールの金属ベース板は、前記流路形成体の開口を塞ぐように当該流路形成体に固定され、前記流路に流れる冷却冷媒に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において、
前記駆動用パワーモジュールの前記金属ベース板は、前記開口から前記流路に突出するフィンを有する電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載されたいずれかの電力変換装置において、
前記流路形成体は、前記第１の領域側に形成された第１開口部と、前記第２の領域側に形成された第２開口部とを形成し、
前記第２開口部は、当該第２開口部の少なくとも一部が前記１開口部と対向するように、前記冷却水流路に形成される電力変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載されたいずれかの電力変換装置において、
前記駆動用パワーモジュールを制御するための制御回路部を備え、
前記筐体は、前記第１の領域側を形成する当該筐体に開口を形成し、当該開口は金属製保持板によって塞がれ、
前記制御回路部は、前記金属製保持板に固定され、当該金属製保持板と当該制御回路部との間に熱伝導路が形成される電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載された電力変換装置において、
前記コンデンサモジュールは、前記流路形成体側に開口を形成するコンデンサケースと、当該コンデンサケースに収納されたコンデンサセルと、を有し、
前記コンデンサセルは、前記コンデンサケースの開口まで延ばされた前記直流電流伝達部と前記コンデンサケースの底面との間に配置され、かつ当該コンデンサセルは、当該コンデンサケースと熱伝導経路を形成する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流電力を交流電力に変換し、あるいは交流電力を直流電力に変換する電力変
換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、直流電源から供給された直流電力を回転電機などの交流電気負荷に供
給するための交流電力に変換する機能、あるいは回転電機により発電された交流電力を直
流電源に供給するための直流電力に変換する機能を備えている。前記変換機能を果すため
、電力変換装置はスイッチング素子を有するインバータ回路を有しており、前記スイッチ
ング素子が導通動作や遮断動作を繰り返すことにより直流電力から交流電力へあるいは交
流電力から直流電力への前記電力変換を行う。
【０００３】
前記スイッチング動作により電流が遮断されるので回路に存在するインダクタンスによ
りスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧を低減するために平滑コンデンサを設ける
と共に直流電気回路のインダクタンスを低減することが望ましい。インダクタンスを低減
することによりスパイク電圧を抑える技術が特許文献１(特開２００２−３４２６８号公
報)に記載されている。前記特許文献１によれば、平滑コンデンサとスイッチング素子間
の配線長さを短くすることでインダクタンスを低減し、スパイク電圧を小さくできる、と
記載されている。
【０００４】
車両に搭載される電力変換装置は車載電源から直流電力を受け、この直流電力を例えば
車両駆動用回転電機に供給するための３相交流電力に変換する。車両駆動用回転電機の発
生トルクの要求が初期の物に比べ大きくなっている。このため電力変換装置が変換する電
力が大きくなる傾向にある。また車両に搭載される電力変換装置は工場内に設置される一
般の産業機械の電力変換装置に比べ高い温度環境で使用される。このため一般の電力変換
装置に比べ、車両用電力変換装置は電力変換装置自身が発生する熱をできるだけ低減する
ことが望まれている。電力変換装置自身が発生する熱の内、インバータ回路を構成するス
イッチング素子が発生する熱が大きな割合を占め、スイッチング素子の発熱をできるだけ
低減することが望ましい。
【０００５】
前記スイッチング素子は遮断状態から導通状態への切り替り時、あるいは導通状態から
遮断状態への切り替り時に発熱量が増大するので、上記切り替り動作時の発熱を低減する
ことが望ましい。この発熱量を低減するためには上記スイッチング素子の前記切り替り動
作時間を短くすることが第１の対応策である。またスイッチング素子の上記スイッチング
動作を行う間隔を長くする、即ち単位時間当たりのスイッチング素子の動作回数を少なく
することにより総合的な発熱量を低減することが第２の対応策である。上記第２の対応策
においてスイッチング素子の上記スイッチング動作を行う間隔を非常に長くすることは制
御精度を低下させる可能性があり、単位時間当たりのスイッチング素子の動作回数を大き
く減らすには限界がある。
【０００６】
特許文献２(特開２００７−１４３２７２号公報)には、低インダクタンス化を図ること
により、インバータ回路のスイッチング素子の切り替りに必要な時間を短くし、スイッチ
ング素子のスイッチング動作の一回あたりの発熱量を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０３４２６８号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に記載した技術は、上記背景技術に記載したように、前記スイッチング
素子の切り替え動作時の発熱低減に対する配慮に欠ける面がある。
【０００９】
前記特許文献２には、低インダクタンス化がスイッチング素子の一回あたりの動作の発
熱量の低減に繋がること及び低インダクタンス化を実現するための技術が記載されている
が、電力変換装置、特に車載用の電力変換装置では車載内部の空間が狭く、発熱量の低減
と共に電力変換装置のより小型化が望まれていて、この点で特許文献２には課題が存する
。
【００１０】
電力変換装置が変換する電力量が増大すると装置が大型化する傾向に有り、電力量の増
大にかかわらず装置の体積の増大をできるだけ抑えることが望ましい。例えば電力変換装
置の単位体積当たりの変換可能な最大電力の値が増大するように工夫することが望ましい
。このためには低インダクタンス化の実現と小型化の両立が望ましい。ここで小型化とは
電力変換装置の単位体積当たりの変換可能最大電力値の値をできるだけ大きくすることで
ある。
【００１１】
本発明の目的は、低インダクタンス化の実現と小型化の実現を両立させた電力変換装置
を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。  
車両駆動用モータに交流電流を出力する駆動用パワーモジュール（３００）と、車両に搭載された補機用モータに交流電流を出力するための補機用パワーモジュール（４３）と、電源から供給される直流電流を平滑化して、当該平滑化された直流電流を前記駆動用パワーモジュール及び前記補機用パワーモジュールに供給するコンデンサモジュール（５００）と、正極導体板と、当該正極導体板に対して絶縁部材を介して対向する負極導体板とにより構成される直流電流伝達部（３１４，３１６）と、冷却媒体を流す流路を形成するための流路形成体（１９）と、前記駆動用パワーモジュールと前記補機用パワーモジュールと前記コンデンサモジュールと前記直流電流伝達部と前記流路形成体とを内蔵する筐体（１２）と、を備え、
前記筐体は、前記流路形成体が当該筐体内に配置されることにより、第１の領域と第２の領域に分けられるとともに、前記流路形成体の側部に前記第１の領域と前記第２の領域とを繋ぐ繋ぎ空間が形成され、かつ当該第２の領域側の当該筐体は開口する形状を成し、前記駆動用パワーモジュールは、前記第１の領域内であって前記流路形成体側に配置され、前記コンデンサモジュールは、前記第２の領域側の開口を塞ぐためのケース（１６）に配置され、かつ前記ケースと前記コンデンサモジュールとの間に熱伝導路が形成され、前記直流電流伝達部は、前記繋ぎ空間を通って前記駆動用パワーモジュールと前記コンデンサモジュールを接続し、前記補機用パワーモジュールは、前記第２の領域内であって前記コンデンサモジュールとは所定空間を介して前記流路形成体側に配置され、かつ前記コンデンサモジュールから延びる補機用パワーモジュール端子（５３２，５３４）が当該所定空間を通って当該補機用パワーモジュールと接続される構成とする。
【００１３】
また、前記電力変換装置であって、前記コンデンサモジュールは、前記流路形成体側に開口を形成するコンデンサケースと、当該コンデンサケースに収納されたコンデンサセルと、当該コンデンサセルを封止するために当該コンデンサケース内に充填された封止材と、を有し、前記直流電流伝達部を構成する前記正極導体板と前記負極導体板は、前記コンデンサケースの開口から露出する前記封止材から積層状態で突出し、前記駆動用パワーモジュールと接続される構成とする。
【００１４】
また、前記電力変換装置であって、前記コンデンサモジュールの補機用パワーモジュール端子は、前記コンデンサケースの開口から露出する前記封止材から突出し、前記補機用パワーモジュールと接続される構成とする。
【００１５】
また、前記電力変換装置であって、前記駆動用パワーモジュールは、インバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が発生する熱を放熱するための金属ベース板と、を有し、前記流路形成体は、前記第１領域側に前記流路に繋がる開口を形成し、前記駆動用パワーモジュールの金属ベース板は、前記流路形成体の開口を塞ぐように当該流路形成体に固定され、前記流路に流れる冷却冷媒に直接接触する構成とする。
【００１６】
また、前記電力変換装置において、前記駆動用パワーモジュールの前記金属ベース板は、前記開口から前記流路に突出するフィンを有する構成とする。
【００１７】
また、前記電力変換装置において、前記流路形成体は、前記第１領域側に形成された第１開口部と、前記第２領域側に形成された第２開口部とを形成し、前記第２開口部は、当該第２開口部の少なくとも一部が前記１開口部と対向するように、前記冷却水流路に形成される構成とする。
【００１８】
また、前記電力変換装置において、前記駆動用パワーモジュールを制御するための制御回路部を備え、前記筐体は、前記第１の領域側を形成する当該筐体に開口を形成し、当該開口は金属製保持板（１１）によって塞がれ、前記制御回路部は、前記金属製保持板に固定され、当該金属製保持板と当該制御回路部との間に熱伝導路が形成される構成とする。
【００１９】
また、前記電力変換装置において、前記コンデンサモジュールは、前記流路形成体側に開口を形成するコンデンサケースと、当該コンデンサケースに収納されたコンデンサセルと、を有し、前記コンデンサセルは、前記コンデンサケースの開口まで延ばされた前記直流電流伝達部と前記コンデンサケースの底面との間に配置され、かつ当該コンデンサセルは、当該コンデンサケースと熱伝導経路を形成する構成とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、平滑コンデンサおよびインバータ回路のインダクタンスが低減できる
と共に電力変換装置の体積の増大を抑えることができ、電力変換装置の単位体積あたりの
最大変換電力の値を大きくできる。その他の効果は以下に説明の実施形態の説明の中で述
べる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】上下アームの直列回路及び制御部を含むインバータ装置、インバータ装置の直流側に接続されたコンデンサからなる電力変換装置と、バッテリと、モータジェネレータと、を備えた車両駆動用電機システムの回路構成を示す図である。
【図３】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である。
【図４】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。
【図５】本発明の実施形態に関する筐体、及び冷却水流路内の冷却水流れを示す図である。
【図６】本実施形態に関するパワーモジュールを搭載した筐体を下方からみた平面図である。
【図７】本実施形態に関する、図３及び図４に示す電力変換装置の全体構成を切断したときの断面図である。
【図８】図７に示す電力変換装置の主要部を取り上げた断面図である。
【図９】図３の左側面を左側から見た左側面図である。
【図１０】図３の右側面を右側から見た右側面図である。
【図１１】図３の背面を背面側から見た背面図である。
【図１２】本実施形態に関するパワーモジュールの上方からの斜視図である。
【図１３】本実施形態に関するパワーモジュールの下方からの斜視図である。
【図１４】本実施形態に関するパワーモジュールの断面図である。
【図１５】本実施形態に関するパワーモジュールを搭載した筐体の平面図である。
【図１６】本実施形態に関するＩＧＢＴのターンオン時の電流の流れを示す図である。
【図１７】本実施形態に関するＩＧＢＴのターンオン時の電流及び電圧波形を示す図である。
【図１８】本実施形態に関するＩＧＢＴのターンオフ時の電流の流れを示す図である。
【図１９】本実施形態に関するＩＧＢＴのターンオフ時の電流及び電圧波形を示す図である。
【図２０】本実施形態に関するパワーモジュールにおいて、金属ベースに設けられた絶縁基板上における上下アーム直列回路の具体的設置を示す配置構成とその機能乃至作用を示す説明図である。
【図２１】本実施形態に関するパワーモジュールを上方からみた配置構成を示す平面図である。
【図２２】本実施形態に関するコンデンサモジュールにおける充填材付き外観構成を示す斜視図である。
【図２３】本実施形態に関するパワーモジュールとコンデンサモジュールの結合構造を上方から見た斜視図である。
【図２４】本実施形態に関するパワーモジュールの直流端子とコンデンサ端子との接続部付近の電流の流れを示す図である。
【図２５】本実施形態に関するコンデンサモジュールにおける充填材無し外観構成を示す上方からの斜視図である。
【図２６】本実施形態に関するコンデンサモジュールにおける、一対の負極側コンデンサ端子と正極側コンデンサ端子を形成するコンデンサモジュールの基本的単位を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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
るが、まず、はじめに、本実施形態に係る電力変換装置における、改善改良すべき技術的
課題とこの技術的課題を解決するための技術の概要について説明する。
【００２３】
〔インダクタンスの低減に係る説明〕
電気回路のインダクタンスの低減に係る工夫には次の３つの観点がある。第１の観点は
パワーモジュールのインダクタンス低減である。第２の観点はコンデンサモジュールのイ
ンダクタンス低減である。第３の観点はパワーモジュールとコンデンサモジュールとの接
続回路のインダクタンス低減である。上記観点1から観点３の全てを実施することが最も
望ましい。しかし３つの観点の内1つの観点を実施することでも効果があり、さらに３つ
の観点の内の２つの観点を実施することでさらに好ましい効果がある。
【００２４】
第１の観点であるパワーモジュールのインダクタンスの低減について次に説明する。パ
ワーモジュールはインバータ回路に使用される半導体素子のチップを内蔵しており、前記
パワーモジュールは直流電力を授受するための直流端子が設けられている。前記直流端子
から前記半導体素子までの直流導体は、正極用導体板と負極用導体板が絶縁材を挟んで重
ねられることによる積層構造を成している。この積層構造により、直流端子から半導体素
子までの電気回路のインダクタンスを大幅に低減することができる。
【００２５】
さらにまたパワーモジュールの内部には、インバータ回路の上アーム用半導体チップと
インバータ回路の下アーム用半導体チップとの直列回路を単位とし、前記直列回路が３組
並列に配置されている。以下の実施形態では、前記各直列回路へ直流電力を供給するため
の正極端と負極端とが接近して配置されている。直流電力供給するための前記正極端と負
極端とが接近して設けられているので、前記正極端から供給され、上アーム用半導体チッ
プと下アーム用半導体チップを通り、前記負極端に戻る電流の流れはループ形状に近い形
状となる。電流の流れがループ形状に近くなることにより、半導体チップの冷却用金属板
に渦電流が誘起され、この渦電流の誘起によりインダクタンスが低下する。以下の実施形
態では上アームと下アームからなる各直列回路へ直流電力を供給するための正極端と負極
端とが接近して設けられているのでインダクタンスを低減できる。
【００２６】
さらにまた、上アーム用半導体チップと下アーム用半導体チップとの直列回路の正極端
子と負極端子とを上アーム用半導体チップと下アーム用半導体チップとの中央部に配置し
、正極端子と負極端子の位置の一方側に上アーム用半導体チップを配置し、また他方側に
下アーム用半導体チップを配置している。このように中央から電流を供給し、一方側と他
方側に前記直列回路を配置することで、電流の流れがループ形状を形作り易くなる。この
ためインダクタンスをより低減できる特性を得ることができる。
【００２７】
以下の実施形態では、上述のとおり、パワーモジュールの直流端子と前記直列回路の正
極端子と負極端子間は積層構造の導体板が使用されているのでインダクタンスを低減でき
、さらに前記直列回路の内部は電流がループ形状を描いて流れるので、インダクタンスが
低減する。従ってパワーモジュールの直流端子から内部のインダクタンスを低減すること
ができる。
【００２８】
第２の観点であるコンデンサモジュールのインダクタンス低減について説明する。コン
デンサモジュールには正極導体板と負極導体板を有する積層導体が設けられ、この積層導
体の平面部にコンデンサセルを複数個並列に配置し、各コンデンサセルの両端の電極を前
記正極導体板と負極導体板とに接続する構造としている。この構造によりコンデンサモジ
ュールの内部のインダクタンスを低減することができる。また後述する実施形態では前記
正極導体板と負極導体板を有する積層導体がコンデンサモジュールから外に積層状態で突
出して伸び、コンデンサモジュールの直流端子を形成している。内部の積層構造の導体板
が連続して伸びコンデンサモジュールの端子を形成しているので、インダクタンスを低減
することができる。
【００２９】
第３の観点であるパワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続回路のインダクタ
ンスの低減について説明する。以下の実施形態ではパワーモジュールとコンデンサモジュ
ールの端子はそれぞれ積層構造を成し、さらにこれらの端子が直接接続しているので、パ
ワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続回路のインダクタンスを低減することが
できる。
【００３０】
上述のとおり、パワーモジュールとコンデンサモジュールとを直接接続することが望ま
しいが、直接接続しない場合でも、正極導体板と負極導体板からなる積層構造の導体板を
使用してパワーモジュールとコンデンサモジュールの直流端子を接続することでインダク
タンスを低減できる。
【００３１】
さらにまた、パワーモジュールとコンデンサモジュールとを直接接続部分あるいは積層
構造の導体板を使用した場合の接続部分において、各接続部分のインダクタンスを低減す
ることが望ましい。後述する実施形態では、接続部は、積層構造の正極と負極の導体板が
互いに反対方向に屈曲し、積層構造の各導体の内側面が開いて接続面となり、同様の形状
を成す接続相手の接続面と接続される。このような接続構造とすることで接続部分のイン
ダクタンスが非常に低くなり、パワーモジュールとコンデンサモジュールとの間のインダ
クタンスを大幅に低減できる。
【００３２】
〔電力変換装置の小型化に関する説明〕
電力変換装置の小型化に関する工夫を次の５つの観点で説明する。第１の観点は冷却水
流路を電力変換装置の筐体の中ほどに配置し、前記冷却水流路の両面を利用して冷却する
ことにより、電力変換装置の小型化を図ったことである。第２の観点は冷却水流路の側部
と前記筐体との間にパワーモジュールとコンデンサモジュールとの電気的な接続を行うた
めの空間を設けることにより、電力変換装置の小型化を図ったことである。第３の観点は
冷却水流路の冷却水の流路方向に沿って２組のパワーモジュールを併設して配置したこと
で、電気配線が簡素化され、小型化が可能となったことである。第４の観点はパワーモジ
ュールの構造的な改善である。第５の観点はコンデンサモジュールの構造的な改善である
。上記観点のそれぞれにおいて効果があり、またこれらの観点を組み合わせて実施するこ
とで、さらに大きな効果を得ることができる。
【００３３】
前記第１の観点について説明する。後述の実施形態では、電力変換装置の筐体の中ほど
に冷却水流路を配置し、前記冷却水流路の両面を利用して冷却する構造を有している。こ
の構造により冷却効率が向上し、小型化に繋がる。さらにまた以下の実施形態では、冷却
水流路の一方の側にパワーモジュールを配置し、冷却水流路の他方の側にコンデンサモジ
ュールを配置することができ、パワーモジュールとコンデンサモジュールの冷却構造が必
要とする体積を小さくでき、結果として電力変換装置の小型化が可能となる。
【００３４】
さらに他の工夫点として、冷却水流路の位置に対してパワーモジュールを配置した側に
、パワーモジュール内部の半導体素子を駆動するための駆動回路を配置することで、パワ
ーモジュールと駆動回路との接続の簡素化が図れ、小型化が可能となる。
【００３５】
さらに他の工夫点として冷却水流路の一方の面にパワーモジュールを配置し、冷却水流
路の他方の面に補機用のインバータ装置を設けることで、冷却効率が向上し、結果として
電力変換装置の小型化が可能となる。ここで補機用のインバータ装置とは例えば車両用エ
アーコンディショナーの駆動用モータのためのインバータ装置やオイルポンプ用モータの
ためのインバータ装置などである。さらに前記冷却水流路の他方の側に補機用のインバー
タ装置とコンデンサモジュールとを設けることで、前記コンデンサモジュールを車両駆動
用回転電機の平滑用コンデンサとして使用するのに加え、前記補記用インバータの平滑コ
ンデンサとしても使用できる。従って回路構成が簡素化され電力変換装置をより小型にす
ることが可能となる。
【００３６】
第２の観点について説明する。略長方形を成す筐体の一方の辺に沿って冷却水流路を形
成し、前記一方の辺に垂直な方向における、流路の側部と筐体との間に、冷却水流路の一
方側空間と他方側空間とを繋ぐ穴すなわち貫通する空間を設け、前記空間を介して、冷却
水流路の一方側に設けられた電気部品と冷却水流路の他方側に設けられた電気部品との電
気接続を行う構造としている。この貫通する空間を介して必要な電気的接続を行うことが
でき、接続の簡素化が図れると共に電力変換装置の小型化が可能となる。
【００３７】
第３の観点について説明する。以下の実施形態では、略長方形を成す筐体の一方の辺に
沿って冷却水流路を形成し、この冷却水流路の冷却水の流れの方向に２組のパワーモジュ
ールを並べて配置している。さらに前記２組のパワーモジュールの直流側端子と交流側端
子を、前記冷却水の流れの方向と垂直の方向に設けている。このような配置および構造に
より前記冷却水流路と筐体との間の空間を端子の配置に利用でき、電力変換装置を小型化
することができる。また２組のパワーモジュールの端子が２組のパワーモジュールの併設
方向と垂直方向にあり、お互いに干渉しあう可能性が少なく、小型化が可能となる。また
前述のように前記２組のパワーモジュールの直流側端子が前記冷却水流路と筐体との間に
位置するので、前記パワーモジュールの直流側端子の位置である冷却水流路と筐体との間
に、冷却水流路の一方側と他方側とを繋ぐ空間を形成することが可能となる。この空間を
介して冷却水流路の一方側の前記パワーモジュールの直流側端子とコンデンサモジュール
の直流側端子とを接続することができ、配線の簡素化が可能となることで電力変換装置の
小型化が実現できる。また信頼性も向上する。
【００３８】
第４の観点であるパワーモジュールの小型化について説明する。後述する２組のパワー
モジュールは同様の構造を有している。各パワーモジュールにはインバータ回路の上アー
ムと下アームからなる直列回路を３相交流のＵ相とＶ相とＷ相とに対応させて設けている
。上記直列回路を併設して設けているので、各直列回路の半導体チップが整然と並べて配
置することが可能となり、パワーモジュールの小型化に繋がる。
【００３９】
また以下の実施形態では、インバータ回路を構成する半導体素子が放熱用金属板に絶縁
層を介して固定され、パワーモジュールへの直流電力を供給するための直流導体が前記半
導体素子の上から供給される構造となっている。すなわち、半導体素子の一方側に放熱用
金属板が設けられ半導体素子の他方側に前記直流導体が配置される構造となっている。こ
の構造によりパワーモジュール自身が小型となり、電力変換装置の小型化に繋がる。
【００４０】
さらに以下に記述する実施形態では、パワーモジュールの交流側端子がパワーモジュー
ルからさらに伸びて電力変換装置の交流出力端子として使用される。この構造により、組
立部品数が少なくなり、生産性の向上だけでなく、電力変換装置の小型化に繋がる。
【００４１】
第５の観点である、コンデンサモジュールに関する改善について説明する。コンデンサ
モジュールは、積層構造の正極および負極導体板にコンデンサセルを複数個併設し、各コ
ンデンサセルの正極と負極を前記正極および負極導体板に電気的に接続する構造を有して
いる。コンデンサセルを固定した前記積層構造の導体板に複数個さらに併設する構成を有
しており、大きな容量のコンデンサモジュールを比較的小型の形状で作ることが可能とな
る。またコンデンサモジュールの小型化は電力変換装置の小型化に繋がる。
【００４２】
さらにまたコンデンサセルとしてフィルムと薄い絶縁部材とを巻回したフィルムコンデ
ンサを使用し、フィルムコンデンサの外周面が前記積層構造の導体板の面に対向するよう
に固定することで、コンデンサモジュール自身が小型化するのに加え、振動などに強い構
造となり、信頼性が向上する。
【００４３】
さらに前記積層構造の導体板の長辺方向に複数個のコンデンサセルを並べ、前記導体板
の幅方向にコンデンサセルの電極が配置される構造とすることで、コンデンサセルと前記
導体板との接続が容易となり、生産性が向上する。
【００４４】
上述した発明の解決しようとする課題や目的効果とは異なる他の課題についても、以下
に説明の実施形態は解決すると共に新たな効果を奏する。以下新たな、解決しようとする
課題についても説明する。
【００４５】
〔信頼性の向上〕
以下に記載の実施形態では、冷却水流路の側部と筐体との間に貫通する空間を形成して
、パワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続を行っている。冷却水流路とは異な
る位置に空間を形成し、この空間を介して上記接続を行っているので、冷却水の影響を受
け難く、信頼性が向上する。
【００４６】
また、パワーモジュールの交流出力端子である、モータジェネレータに接続するための
Ｕ相とＶ相とＷ相の交流バスバーをピン結合とすることで、モータジェネレータからの振
動による交流バスバーとパワーモジュール基板との半田付け固着に対する剥離への悪影響
を防止しており、電力変換装置の信頼性が向上する。さらにピン結合という簡易な結合手
法を用いることで作業性や組立性を向上させている。
【００４７】
〔生産性の向上〕
さらに、冷却部の筐体は、パワーモジュールの放熱フィンを冷却する冷却水通路のため
の冷却水空間の外に、パワーモジュールとコンデンサとを接続する直流接続端子構造を包
囲する包囲空間を有し、この接続端子構造を筐体で被うことにより、電力変換装置の全体
構造の簡易化、小型化が図られ、組立性も向上する。加えて、冷却水空間内の冷却水が、
冷却部筐体を介して、コンデンサの冷却にも寄与することができる。
【００４８】
また、パワーモジュールとコンデンサとの接続については、互いの接続端が工夫をもっ
て延設され、接続部材を介在させずに直接に互いの接続端を接続する構成を採用すること
によって接続端子構造が簡単となり、小型化に貢献し、作業性、組立性の向上に繋がって
いる。
【００４９】
〔冷却効率の向上〕
本実施形態に係る電力変換装置は、片側に放熱フィンを有するパワーモジュール（半導
体モジュール）の内部にインバータ装置の上下アームの直列回路を収納し、パワーモジュ
ールを冷却部内に挿入し、放熱フィンを冷却水で直接冷却する構造を備えている。また、
冷却水の流路を形成する冷却部の筐体内にパワーモジュールと直流電源の平滑用コンデン
サを内包するように積層する構成、すなわち、パワーモジュールとコンデンサとで水路を
挟むサンドイッチ構造を採用することで、冷却効率が向上させることができ、冷却効率の
向上により電力変換装置の小型化を図っている。
【００５０】
また長方形状の筐体の短辺側から冷却水が冷却水流路に挿入され、前記冷却水流路が長
方形状の筐体の長辺に沿って伸びると共に再び筐体の長辺に沿って戻る形状をしている。
【００５１】
２組のパワーモジュールがそれぞれ行きと帰りの前記冷却水流路で冷やされるように配置
されており、冷却効率が向上する。またインバータ回路の上アームを構成するチップの位
置と下アームを構成するチップの位置がそれぞれ行きと帰りの前記冷却水流路と対応した
位置となっているので、冷却効率が向上する。この冷却効率の向上は信頼性の向上や装置
の小型化にも好影響を及ぼしている。以上の説明は、本発明の実施形態における効果や解
決される課題について説明したものである。本実施形態の詳細については以下に説明する
。
【００５２】
次に、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。図２は
上下アームの直列回路及び制御部を含むインバータ装置、インバータ装置の直流側に接続
されたコンデンサモジュールを備えた電力変換装置と、バッテリと、モータジェネレータ
と、を備えた車両駆動用電機システムの回路構成を示す図である。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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１
９２，１９４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。
【００５８】
動力分配機構１２２は歯車１２３〜１３０から構成された差動機構である。歯車１２５
〜１２８は傘歯車である。歯車１２３，１２４，１２９，１３０は平歯車である。モータ
ジェネレータ１９２の動力は変速機１１８に直接に伝達される。モータジェネレータ１９
２の軸は歯車１２９と同軸になっている。この構成により、モータジェネレータ１９２に
対して駆動電力の供給が無い場合には、歯車１２９に伝達された動力がそのまま変速機１
１８の入力側に伝達される。
【００５９】
エンジン１２０の作動によって歯車１２３が駆動されると、エンジン１２０の動力は歯
車１２３から歯車１２４に、次に、歯車１２４から歯車１２６及び歯車１２８に、次に、
歯車１２６及び歯車１２８から歯車１３０にそれぞれ伝達され、最終的には歯車１２９に
伝達される。モータジェネレータ１９４の作動によって歯車１２５が駆動されると、モー
タジェネレータ１９４の回転は歯車１２５から歯車１２６及び歯車１２８に、次に、歯車
１２６及び歯車１２８から歯車１３０のそれぞれに伝達され、最終的には歯車１２９に伝
達される。尚、動力分配機構１２２としては上述した差動機構に代えて、遊星歯車機構な
どの他の機構を用いても構わない。
【００６０】
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１
４０，１４２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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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４
３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。
【００６６】
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１４
２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為
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。
【００６７】
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Ｉ
ＧＢＴ３３０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。
【００６８】
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１９
２の電機子巻線に供給される。上述のとおり、インバータ装置１４０はモータジェネレー
タ１９２が発生する三相交流電力を直流電力に変換することもできる。
【００６９】
本実施形態に係る電力変換装置２００は図１に記載の如くインバータ装置１４０と１４
２さらにインバータ装置４３とコンデンサモジュール５００を有しているが、上述のとお
りインバータ装置１４０と１４２さらにインバータ装置４３は同様の回路構成であるので
インバータ装置１４０を代表として記載し、インバータ装置１４２とインバータ装置４３
は、既に上述したとおり省略した。
【００７０】
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。ここで、上下アーム直列回路１５０はアームと呼称されており、上アーム側の
スイッチング用パワー半導体素子３２８及びダイオード１５６と下アーム側のスイッチン
グ用パワー半導体素子３３０及びダイオード１６６を備えている。
【００７１】
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１
５４，１６４）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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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Ｐ
ＷＭ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。
【００７８】
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ＩＧＢＴ３２
８，３３０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ＩＧＢＴ３２
８，３３０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。
【００７９】
図２において、上下アーム直列回路１５０は、上アームのＩＧＢＴ３２８及び上アーム
のダイオード１５６と、下アームのＩＧＢＴ３３０及び下アームのダイオード１６６との
直列回路であり、ＩＧＢＴ３２８，３３０はスイッチング用半導体素子である。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。
【００８０】
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）１５
５、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。
【００８１】
次に、図１および図２に記載した電力変換装置２００の全体構成について、図３〜図７
を参照しながら以下説明する、尚図１乃至図２と同じ参照符号は同じ部品を示し、既に説
明した内容については説明を省略する。図３は電力変換装置２００の全体構成の外観斜視
図である。図４は本実施形態に係る電力変換装置２００の全体構成を各構成要素に分解し
た斜視図である。図５は図３及び図４に示す電力変換装置のハウジングである筐体と前記
筐体の内部に設けられた冷却水流路を示す説明図である。図６冷却水流路を筐体の底部側
から見た説明図である。図７は電力変換装置２００を図６に示すＡ−Ａの位置で断面し、
中央側を見た断面図である。
【００８２】
図３〜図７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は制御回路基板で図２に示す制御回路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は駆動回路基板で図２に示すドライバ回路１７４を保持している。
【００８３】
２３は基板間コネクタで前記制御回路基板２０に設けられた制御回路１７２と電気的に接
続されるために設けられており、図２に示す信号線１７６の接続に使用される、尚信号線
の図示は省略する。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図２に示すインバータ回路１４４が内蔵されてい
る。３０２はパワーモジュールケース、３０４は金属ベース、１８８は交流コネクタ、３
１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、４９：鋳造肉盗み、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。
【００８４】
本実施形態に係る電力変換装置２００は、大きく構成要素を分けると、直流電力と交流
電力との変換を行うパワーモジュール（半導体モジュール部）３００と、直流電源の電圧
平滑用のコンデンサモジュール５００と、パワーモジュール３００などを冷却するための
冷却水流路１９とから構成される。図３に示すように、本実施形態に係る電力変換装置２
００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。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３組の交流ターミナルケース１
７が設けられている。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。
【００８５】
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、前記冷却水流路１
９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３０
０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。
【００８６】
前記冷却水流路１９の下側にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口４０４が形成さ
れており、前記開口４０４はカバー４２０で塞がれている。また前記冷却水流路１９の下
側には補機用のインバータ装置４３が取り付けられている。前記補機用のインバータ装置
４３は、図２に示すインバータ回路１４４と同様の回路が内蔵されており、前記インバー
タ回路１４４を構成しているパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュールを有している
。補機用のインバータ装置４３は前記内蔵している前記パワーモジュールの放熱金属面が
前記冷却水流路１９の下面に対向するようにして、前記冷却水流路１９の下面に固定され
ている。
【００８７】
さらに前記冷却水流路１９の下部に放熱作用を為す下部ケース１６が設けられ、前記下
部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が、コンデンサモジュール５００の金属材
からなるケースの放熱面が前記下部ケース１６の面に対向するようにして前記下部ケース
１６の面に固定されている。この構造により冷却水流路１９の上面と下面とを利用して効
率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。
【００８８】
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。冷却水流路１９の下面に設けられた補機用のインバ
ータ装置４３も同時に冷却する。
【００８９】
さらに冷却水流路１９が設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の
下部に設けられた下部ケース１６が冷却され、この冷却によりコンデンサモジュール５０
０の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的伝導され、コンデンサモジ
ュール５００が冷却される。
【００９０】
詳細は後述するが、本実施形態では、パワーモジュール３００の直流正極バスバー３１
４、直流負極バスバー３１６は、コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５
０４、負極側コンデンサ端子５０６にそれぞれ直接に電気的及び機械的に筐体１２内で接
続されている。この接続のための貫通孔４０６が形成されている。
【００９１】
パワーモジュール３００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。
【００９２】
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１７
２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。
【００９３】
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が例えばネジ等で筐体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
える構造を為しており、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。
【００９４】
図５は冷却水流路１９を有する筐体１２のアルミ鋳造品を示す図であり、図５（Ａ）は
筐体１２の斜視図、図５（Ｂ）は筐体１２の上面図、図５（Ｃ）は筐体１２の下面図であ
る。図５に示す如く筐体１２と前記筐体１２の内部に設けられた冷却水流路１９が一体に
鋳造されている。筐体１２の上面あるいは下面は略長方形の形状を為し、長方形の短辺の
一方側筐体側面に冷却水を取り入れるための入口孔４０１が設けられ、同じ側面に出口孔
４０３が設けられている。
【００９５】
前記入口孔４０１から冷却水流路１９に流入した冷却水は、矢印４１８の方向である長
方形の長辺に沿って流れ、長方形の短辺の他方側側面の手前近傍で矢印４２１のように折
り返し、再び長方形の長辺に沿って矢印４２２の方向に流れ、出口孔４０３から流出する
。冷却水流路１９の行き側と帰り側にそれぞれ２個ずつの開口４００と４０２とが形成さ
れている。前記開口には後述する図１３に示すパワーモジュール３００がそれぞれ固定さ
れ、各パワーモジュール３００の放熱のためのフィンがそれぞれの開口から冷却水の流れ
の中に突出する構造となっている。前記筐体１２の流れの方向すなわち長辺の沿った方向
にパワーモジュール３００が並べて固定され、この固定により前記各パワーモジュール３
００により冷却水流路１９の開口を完全に塞ぐことができるように、支持部４１０が筐体
と一体成形されている。この支持部４１０は略中央に位置し、支持部４１０に対して冷却
水の出入り口側の方に１つのパワーモジュール３００が固定され、また前記支持部４１０
に対して冷却水の折り返し側の方に他の１つのパワーモジュール３００が固定される。図
５（Ｂ）に示す螺子穴４１２は前記出入り口側のパワーモジュール３００を冷却水流路１
９に固定するために使用され、この固定により開口４００が密閉される。また螺子穴４１
４は前記折り返し側のパワーモジュール３００を冷却水流路１９に固定するために使用さ
れ、この固定により開口４０２が密閉される。
【００９６】
前記出入り口側のパワーモジュール３００は入口孔４０１からの冷たい冷却水と出口側
に近いため暖められた冷却水で冷やされることとなる。一方前記折り返し側のパワーモジ
ュール３００は少し温められた冷却水により冷却されるが、出口孔４０３近くの冷却水よ
りは温度が低くなる。結果として折り返し冷却通路と２つのパワーモジュール３００の配
置関係は、２つのパワーモジュール３００の冷却効率が均衡した状態となるメリットがあ
る。
【００９７】
前記支持部４１０はパワーモジュール３００の固定のために使用され、開口４００や４
０２の密閉のために必要である。さらに前記支持部４１０は筐体１２の強度の強化に大き
な効果がある。冷却水流路１９は上述の通り折り返し形状であり、行き側流路と帰り側流
路を隔てる隔壁４０８が設けられ、この隔壁４０８が前記支持部４１０と一体に作られて
いる。隔壁４０８は単に行き側流路と帰り側流路を隔てる作用の他に、筐体の機械的な強
度を高める作用をしている。また折り返し通路間の熱の伝達通路としての作用を為し、冷
却水の温度を均一化する作用を為す。冷却水の入口側と出口側との温度差が大きいと冷却
効率のムラが大きくなる。ある程度の温度差は仕方ないが、前記隔壁４０８が前記支持部
４１０と一体に作られていることで冷却水の温度差を抑える効果が有る。
【００９８】
図５（Ｃ）は前記冷却水流路１９の裏面を示しており、前記支持部４１０に対応した裏
面に開口４０４が形成されている。この開口４０４は、筐体の鋳造により形成する前記支
持部４１０と筐体１２一体構造の歩留まりを向上するためのものである。開口４０４の形
成により、鋳造品では、前記支持部４１０と冷却水流路１９の底部との二重構造が無くな
り、鋳造し易く、生産性が向上する。
【００９９】
前記冷却水流路１９の側部と長方形の長辺との間に通路の上側と下側とを貫通する貫通
穴４０６を形成している。前記冷却水流路１９を挟んで両側に電気部品が取り付けられる
ため、前記両側の電気部品の電気的な接続が必要となる。貫通孔４０６は冷却水流路１９
の両側の電気部品の電気的な接続行うための孔である。
【０１００】
図５に示す筐体構造は鋳造生産特にアルミダイキャスト生産に適した構造をしている。
【０１０１】
すなわち冷却水流路１９と筐体１２との一体構造を完成に近い形状で製造できる効果があ
る。矢印４２１で示す水路の折り返し部分を開口４０２の一部としていることで折り返し
部分の一体鋳造が可能となった。すなわち開口４０２にパワーモジュール３００を固定す
ることで折り返し通路が完成する。さらに折る返し通路を冷却に利用できることで、良い
小型化が可能となっている。冷却水流路１９周辺は開口面に対して略垂直であり、前記隔
壁４０８の側面も略垂直である。このような形状とすることで、上面に開口４００および
４０２にパワーモジュール３００を固定子、裏面にカバー４２０を固定することで水路が
完成する。この時点で水路の水漏れの検査を行い、次に部品の取り付けを行うことで不良
品を早く取り除き生産性を向上できる効果がある。
【０１０２】
冷却水流路１９の上面開口にパワーモジュール３００を固定し、裏面開口にカバー４２
０を固定した状態を図６に示す。筐体１２の長方形の１方の長辺側において、筐体１２の
外に交流電力線１８６および交流コネクタ１８８が突出している。なお、図７の断面図は
電力変換装置２００の交流コネクタ１８８側に、モータジェネレータ１９２や１９４の交
流端子と前記交流コネクタ１８８とを繋ぐための交流ターミナルケース１７を取り付けた
状態を示している。
【０１０３】
図６において、筐体１２の長方形の他方の長辺側内部に前記貫通孔４０６が形成されて
おり、前記貫通孔４０６を通してパワーモジュール３００の直流正極端子３１４と直流負
極端子３１６が見えている。破線で示した補機用インバータ装置４３はこの後取り付けら
れる。また図６には冷却水入口配管１３と冷却水出口配管１４が螺子により固定されてい
る。図６の状態で水漏れ検査を実施できる。この検査に合格したものに、前記補機用イン
バータ装置４３が取り付けられ、さらにコンデンサモジュール５００が取り付けられる。
【０１０４】
図７は必要な部品および配線を行った状態を示す電力変換装置２００の断面図であり、
基本的な構造は図３から図６に基づいて、既に説明したとおりである。図３から図６に記
載した内容との相違点は、図７では、電力変換装置２００の交流コネクタ１８８側に、モ
ータジェネレータ１９２の端子と交流コネクタ１８８とを接続するための交流ターミナル
ケース１７を設けた点である。
【０１０５】
図7で、筐体１２の断面における上下方向の中央部には筐体１２と一体にアルミダイキ
ャストで作られた２つの冷却水流路１９が設けられ、冷却水流路１９の上面側に形成され
た開口にパワーモジュール３００が設置されている。図７の左側が行き側の冷却水流路１
９で右側が折り返し側の冷却水流路１９である。行き側および折り返し側の冷却水流路１
９は上述のとおりそれぞれ開口が設けられ、前記開口はパワーモジュール３００の放熱の
ための金属ベース３０４で塞がれ、前記金属ベース３０４に設けられた放熱のためのフィ
ン３０５が冷却水の流れのなかに前記開口から突出している。前記冷却水流路１９の下面
側には補機用のインバータ装置４３が固定されている。
【０１０６】
図７の左側に断面が直方体形状すなわちバスバー形状の交流電力線１８６がパワーモジ
ュール３００内部から伸びて交流コネクタ１８８を形成している。図７の右側には、直方
体形状すなわちバスバー形状の直流正極／負極端子３１４，３１６がそれぞれ配置されて
いる。また、筐体１２内で冷却水流路１９の右端側に貫通孔４０６が形成され、パワーモ
ジュール３００の前記直流正極／負極端子３１４，３１６が、コンデンサモジュール５０
０から伸びてきたコンデンサ正極／負極と直接に電気的及び機械的に接続している。筐体
１２の略中央を長方形の長辺方向に往復する冷却水流路１９が配置され、前記冷却水の流
れ方向と略垂直の方向に交流コネクタ１８８と直流正極／負極端子３１４、３１６が配置
される構造となっているので電気配線が整然と配置され、電力変換装置２００の小型化に
繋がっている。さらにパワーモジュール３００の直流側の正極／負極導体板３１５、３１
７および交流側電力線１８６がパワーモジュール３００の外に突出して接続端子を形成し
ているため構造がたいへん簡単で、また他の接続導体が使用されていないため小型化にな
っている。この構造により生産性が向上し、信頼性も向上する。パワーモジュール３００
の直流正極／負極端子３１４、３１６とコンデンサモジュール５００の負極側／正極側端
子５０４、５０６が接続する貫通孔４０６は、前記冷却水流路１９とは筐体１２内部の枠
体で隔絶している構造であり、信頼性が向上する。
【０１０７】
筐体１２の下側開口には熱伝導性に優れるアルミ製の下部ケース１６が設けられている
。下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００の金属製コンデンサケース５０２が固
定されている。前記下部ケース１６は筐体１２を介して冷却水流路１９を流れる冷却水で
冷却されるため、コンデンサモジュール５００の内部で発生した熱は前記下部ケース１６
を通して放熱する。
【０１０８】
発熱量の大きいパワーモジュール３００を冷却水流路１９の一方の面に固定すると共に
パワーモジュール３００のフィン３０５が冷却水流路１９の開口から水路内に突出するよ
うにして効率良く冷却し、次に放熱量の大きい補機用インバータ装置４３を冷却水流路１
９の他方の面で冷却し、さらに次に発熱量が大きいコンデンサモジュール５００を筐体１
２および下部ケース１６を介して冷却する構造としている。このように放熱量の多さにあ
わせた冷却構造としているので、冷却効率や信頼性が向上すると共に、電力変換装置２０
０をより小型化することができる。
【０１０９】
さらに補機用インバータ装置４３を冷却水流路１９のコンデンサモジュール５００側面
に固定しているので、補機用インバータ装置４３の平滑用コンデンサとしてコンデンサモ
ジュール５００を使用でき、この場合配線距離が短くなる効果がある。また配線距離が短
いことからインダクタンスを小さくできる効果がある。
【０１１０】
冷却水流路１９の一方の面に固定された、この例では上方、パワーモジュール３００の
さらに上方には、図２のドライバ回路１７４を保持した駆動回路基板２２が配置され、さ
らにその上方には放熱および電磁シールドの作用をする金属ベース板１１を介在させて制
御回路基板２０がコネクタ２１を付設して配置されている。なお制御回路基板２０には図
２の制御回路１７２が搭載されている。上部ケース１０を筐体１２に固定することによっ
て、本実施形態に係る電力変換装置２００が構成される。
【０１１１】
上述のように、制御回路基板２０とパワーモジュール３００との間に駆動回路基板２２
を配置しているので、制御回路基板２０からインバータ回路の動作タイミングが駆動回路
基板２２に伝えられ、それに基づいて駆動回路基板２２でゲート信号が作られ、パワーモ
ジュール３００のゲートにそれぞれ印加される。このように電気的な接続関係に沿って制
御回路基板２０や駆動回路基板２２を配置しているので、電気配線が簡素化でき、電力変
換装置２００の小型化に繋がる。
【０１１２】
図８は、上述の冷却についてその考え方を説明する図である。冷却水流路１９の一方の
面にパワーモジュール３００を固定し、他方の面に補機用インバータ装置４３を固定する
ことで、冷却水流路１９でパワーモジュール３００と補機用インバータ装置４３を同時に
冷却する。この場合、パワーモジュール３００は放熱のためのフィンが冷却水流路１９の
冷却水と直接、接するのでより冷却効果が大きい。さらに冷却水流路１９で筐体１２を冷
却し、筐体１２に下部ケース１６や金属ベース板１１を固定することで下部ケース１６や
金属ベース板１１を介して冷却する。下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００の
金属ケースが固定されるので下部ケース１６と筐体１２を介してコンデンサモジュール５
００が冷却される。さらに金属ベース板１１を介して制御回路基板２０や駆動回路基板２
２を冷却する。このように中央に冷却水流路１９を設け、一方に金属ベース板１１を設け
、他方に下部ケース１６を設けることで、電力変換装置２００を構成するのに必要な部品
を発熱量に応じ、効率良く冷却することができる。また電力変換装置２００の内部に部品
が整然と配置されることとなり、小型化が可能となる。
【０１１３】
さらに中央部の冷却水流路１９にパワーモジュール３００を取り付けた状態で水漏れの
テストを行うことが可能となり、テストを終えてから筐体１２の上と下とから必要な部品
を固定できるので、生産性に優れている。
【０１１４】
本発明の実施形態に係る電力変換装置の特徴についてさらに説明する。本実施形態に係
る電力変換装置の全体積層構成と冷却構造では、主たる発熱体であるパワーモジュール３
００は、冷却水流路１９を流れる冷却水によって直接冷却され、発熱体であるコンデンサ
モジュール５００は冷却水流路１９を間にしてパワーモジュール３００とサンドイッチ構
造となっており、このサンドイッチの積層構造によって電力変換装置の薄型化、小型化が
図られている。
【０１１５】
電力変換装置の放熱機能を果たす放熱体は、第１に冷却水流路１９であるが、この他に
も金属ベース板１１がその機能を奏している（放熱機能を果たすために金属ベース板１１
を設けている）。金属ベース板１１は、電磁シールド機能を果たすとともに、制御回路基
板２０や駆動回路基板２２からの熱を受けて、筐体１２に熱を伝導し、冷却水流路１９の
冷却水で放熱される。さらに、下部ケース１６も熱伝導性の良い材料でできていて、コン
デンサモジュール５００からの発熱を受け、筐体１９に熱を伝導し、冷却水流路１９の冷
却水で放熱される。また、冷却水流路１９の下部カバー１５側である他方の側には、車内
用エアコン、オイルポンプ、他用途のポンプ用として用いる、比較的小容量の補機用イン
バータ装置４３を設置してもよい。この補機用インバータ装置４３からの発熱は、前記筐
体１２の中間枠体を通して冷却水流路１９の冷却水で放熱される。
【０１１６】
このように、本実施形態に係る電力変換装置は、放熱体が３層の積層体を形成しており
、すなわち、金属ベース板１１、冷却部９の冷却水流路１９、下部ケース１９という積層
構造であり、これらの放熱体はそれぞれの発熱体（パワーモジュール３００、回路基板２
０，２２、コンデンサモジュール５００）に隣接して階層的に設置される。階層構造の中
央部には、主たる放熱体である冷却水流路１９が存在し、金属ベース板１１と下部ケース
１６は筐体１２を通して冷却水流路１９の冷却水に熱を伝える構造となっている。筐体１
２内に３つの放熱体（冷却水流路１９、金属ベース板１１、下部ケース１６）が収容され
て、放熱性を向上させるとともに薄型化、小型化に寄与している。
【０１１７】
次に、本実施形態に係る電力変換装置の全体構成における各側面の外観構造について、
図９、図１０及び図１１を参照しながら以下説明する。図９は本実施形態に関する図３の
左側面を左側から見た左側面図である。図１０は本実施形態に関する図３の右側面を右側
から見た右側面図である。図１１は本実施形態に関する図３の背面を背面側から見た背面
図である。
【０１１８】
図９において、筐体１２の上下方向の中央部分に冷却水の入口配管１３と出口配管１４
を並列して設け、これらの配管１３，１４を通して冷却水を循環することによりパワーモ
ジュール３００が金属ベース３０４を介して冷却されることになる。電磁シールド用の金
属ベース板１１が筐体１２の上縁部に配置され、その上部に上部ケース１０が、その下部
に下部ケース１６が固定されて、本実施形態の電力変換装置が一体的構造となっている。
【０１１９】
筐体１２を介して冷却水流路からの冷源が効率良くコンデンサモジュール５００に伝わる
ように、筐体１２は熱伝導効率の良い材料が選定され、例えばアルミ材で作られている。
【０１２０】
長方形の形状をした筐体１２の短辺側の側面に入口配管１３と出口配管１４を並列して
設けていることで、内部の冷却通路を長くできる効果がある。また電力変換装置２００を
車に搭載し、冷却水を流すための配管接続作業において、入口配管１３と出口配管１４を
隣接して設けていることで、上記接続作業が行い易い効果がある。
【０１２１】
図１０は、図９に示す側面と対向する反対側の側面であり、図４に示す制御回路基板２
０のコネクタ２１が上部ケース１０に設けられている。このコネクタ２１は、図２に示す
制御部１７０が外部との信号を授受するための接続端子である。筐体１２には、バッテリ
と接続する直流正極側接続端子５１０と直流負極側接続端子５１２が設けられており、こ
れらの接続端子５１０，５１２は、図２に示す直流コネクタ１３８に対応する。また、筐
体１２からは交流電力線１８６が突出し、その先端が交流コネクタ１８８を形成している
。
【０１２２】
冷却水の出入り側と反対の側にバッテリとの接続端子や通信のための信号線用のコネク
タ２１を設けているので、信頼性が向上すると共に、車に電力変換装置２００を搭載する
際の作業性が向上する。
【０１２３】
図１１は、図３を背面から見た背面図であり、モータへの交流接続端子を形成する交流
コネクタ１８８が設けられている。制御回路基板２０からのコネクタ２１と冷却水入口配
管１３がそれぞれ図の左右に突設されている。また、筐体１２には筐体材料を鋳造する際
の肉盗み４９が形成されている。なお、図１１の例では、図２に示す３つの上下アーム直
列回路からなる、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の交流電力線１８６を備えたパワーモジュール（半
導体モジュール）３００が２つ併設された構造例を示している。
【０１２４】
図１１からわかるように、冷却水の供給や排出と信号や直流電力の授受と交流電力の授
受とをそれぞれ筐体１２の異なる側面で行っているので、作業性が向上すると共に、信頼
性が向上する。
【０１２５】
次に、本実施形態に係る電力変換装置におけるパワーモジュール３００の詳細構造につ
いて、図１２〜図１４、及び図２１を参照しながら以下説明する。図１２は本実施形態に
関するパワーモジュールの上方からの斜視図である。図１３は本実施形態に関するパワー
モジュールの下方からの斜視図である。図１４は本実施形態に関するパワーモジュールの
断面図である。図２１は本実施形態に関するパワーモジュールの平面図である。
【０１２６】
図１２〜図１４、および図２１を用いてパワーモジュール３００の構造を説明する。上
記図で、３００はパワーモジュール（半導体モジュール）、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、１８６は断面が略長方形の交流電力線、３
１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、３１８は薄い絶縁材、１５４／１５５はパ
ワーモジュール３００の上アーム用ＩＧＢＴの制御端子、１６４／１６５はパワーモジュ
ール３００の下アーム用ＩＧＢＴの制御端子、３２２はチップ保護用レジン又はシリコン
ゲル、３２４は交流バスバーとして作用する交流電力線の保持用ピン、３２６はＩＧＢＴ
、３２８は上アーム用ＩＧＢＴ、３３０は下アーム用ＩＧＢＴ、１５６／１６６はダイオ
ード、３３４は絶縁基板、３３７は導体、をそれぞれ表す。
【０１２７】
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と、金属材料、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉ
Ｃなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子と、からなる。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
交流コネクタ１８８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。また、半導体モジュールは、絶縁基板３３４の上に
上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６等が設けられて、レジ
ン又はシリコンゲル３２２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。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の反対側にフィンの形状
３０５を有している。
【０１２８】
コンデンサモジュール５００と接続する直流端子３１４と３１６は、図示例では基板３
３４の中央部分において、接続すべき部位で半田又は超音波接合で固着され（図１４を参
照）、端子３１４と３１６の間に薄い絶縁材３１８を介在させて両者の絶縁を取って、直
流正極端子３１４を上にしてパワーモジュール３００の右端にまで持ち来たらし、両導体
板と絶縁材３１８を捻って最終的に図２１に示すようにコンデンサの端子部と接続する端
子部を一列上に形成する。
【０１２９】
図１２乃至図１４および図２１において、金属ベース３０４の一方の面にインバータ回
路を構成するＩＧＢＴやダイオードを内蔵した樹脂製のパワーモジュールケース３０２を
有し、金属ベース３０４の他方の面にフィン３０５が図１３に示す如くロウ付けしている
。金属ベース３０４の一方の面には図１４や図２１に示す如く絶縁基板３３４が固定され
、絶縁基板３３４に薄い導体３３７が貼り付けられ、その上に上アーム用ＩＧＢＴ３２８
や上アーム用ダイオード１５６さらに下アーム用ＩＧＢＴ３３０や下アーム用ダイオード
１６６のチップが半田などにより固定されている。図１４に示す如く、積層構造の直流正
極／負極端子３１４，３１６から絶縁材３１８を挟んだ積層構造の正極導体板３１５と負
極導体板３１７とにより略中央に導かれる。図１４において積層状の導体板３１５と３１
７の金属ベース３０４側、すなわち図１４で直流端子側に上アームのチップが固定されて
おり、交流コネクタ１８８側に下アームのチップが固定されている。このように略中央か
ら直流電流を供給する構造とすることで、後述するようにインダクタンスを低減できる。
【０１３０】
金属ベース３０４を挟んで上アームのチップと対応する位置にフィン３０５がロウ付け
されている。また金属ベース３０４を挟んで下アームのチップと対応する位置にフィン３
０５がロウ付けされている。図１３や図１４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１
９に設けられた開口を閉じるために使用される。
【０１３１】
図１４で上下アームの接続点である交流端子１５９（図２参照）に交流電力線１８６が
接続され、前記交流電力線１８６はパワーモジュール３００から外に突出してその先端部
が交流コネクタ１８８を形成する。パワーモジュールケース３０２からＵ相とＶ相とＷ相
に対応した交流電力線１８６が突出して伸び、交流コネクタ１８８を形成する状態を図１
２と図１３に示す。
【０１３２】
また、交流電力線１８６のパワーモジュール３００への固着形態について図１４を参照
しながら説明する。断面が略直方体の交流電力線１８６は、図示例を参照すると、その右
端側で絶縁基板３３４の適宜の接続部位において半田等で固着されており、その左端側で
ある交流コネクタ１８８で、モータジェネレータ１９２からの接続端部と接続されている
（不図示）。交流電力線１８６の左端側は、自動車に搭載されたモータからの振動の影響
を受けることになる。交流電力線１８６は大電流に対応して断面が略直方体の強固な導体
であり、モータからの振動が交流電力線１８６を介して絶縁基板３３４の接続部位に伝わ
ることになると、当該接続部位の接続不良を引き起こす恐れがある。そこで、本実施形態
においては、図２１に示されるように、この接続部位と交流コネクタ１８８の途中に交流
電力線１８６を保持する保持用ピン３２４を設けて、この保持用ピン３２４によってモー
タからの振動が直接に絶縁基板３３４との接続部位に伝わらないようにしている。
【０１３３】
ここで、保持用ピン３２４は、パワーモジュールケース３０２と一体又は一体的に形成
されており、この保持用ピン３２４に交流電力線１８６を挿通させて位置決めすることが
できる。さらに、保持用ピン３２４を交流電力線１８６（屈曲させた平板形状のバー）と
一体又は一体的構造にして、このピンをパワーモジュールケース３０２の穴に嵌入させて
位置決めしてもよい。要は、モータを含めた外部からの振動などによる応力を保持用ピン
３２４で受け止めて、交流電力線１８６と絶縁基板３３４との接続部位に外部応力の影響
を及ぼさないようにする構造であれば、ピンに限ることはない。図２１の例では、各相の
交流電力線１８６にはそれぞれ２本のピンが設けられている。このピンは円柱ピンでもよ
く、また、十字型ピンであってもよい。
【０１３４】
また、交流電力線１８６は、図６や図１１からも分かるように、筐体１２の外枠から突
出した延在構造となっていて、モータ側からの接続部材端子と自由度をもって接続可能な
形状を構成している。この延在構造によって、交流電力線１８６の端子がパワーモジュー
ル３００のケースに固定して収まっている従来例のものに比べて、交流コネクタ１８８と
パワーモジュール３００の交流出力端とをつなぐ中間部材を不要として、交流電力線１８
６が筐体の外部に突出しているのでモータ側接続部材端子との結合接続が容易となり作業
性が向上する。また部品数もへり、接続箇所が減るので信頼性が向上する。このように、
交流電力線１８６の突出した延在構造と保持用ピン３２４との関連構成が、外部からの応
力や振動による絶縁基板３３４への影響を防ぐとともに、モータ側接続部材端子との結合
接続を容易にするという相乗効果を引き起こしているのである。
【０１３５】
絶縁基板３３４は、セラミックを挟んでその両側にＣｕ又はＡｌの膜を形成したもので
あり、図１４の図示例で、絶縁基板３３４の下側に半田によってフィン又はピン付き金属
ベース３０４（Ｃｕ，Ａｌ又はＡｌＳｉＣ）が固着され、その上側には半田によってＩＧ
ＢＴ３２６やダイオード３３２が、半田又は超音波接合によって直流端子３１４，３１６
が固着される。また、図２１において、パワーモジュールの制御端子１５４，１５５，１
６４，１６５が図示されているが、これらは、図２で説明した上・下アームのゲート電極
端子１５４，１６４や、エミッタ電極端子１５５，１６５であり、ＩＧＢＴのスイッチン
グ動作を制御するための信号が印加される。
【０１３６】
図２１に示すパワーモジュール３００における上下アーム直列回路の配置構成について
、さらに説明すると、パワーモジュール３００は、その断面構造をみると、図１４に示さ
れるように、フィン３０５を備えた金属ベース３０４上に、上下両面をＣｕ膜形成したセ
ラミックからなる絶縁基板３３４が半田付けされている。金属ベース３０４それ自身及び
フィン３０５は、高い熱伝導性を備え、放熱機能を有する。金属ベース３０４の上面Ｃｕ
膜上に、ＩＧＢＴ３２６とダイオード３３２等の発熱体が半田付けされて搭載されている
。
【０１３７】
図２０は、金属ベース３０４に設けられた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
の機能乃至作用を示す説明図である。ここで、パワーモジュールのインダクタンス低減に
ついて概説する。図２０（Ａ）をみると、パワーモジュール３００の接続端子を構成する
直流正極端子３１４は正極導体板３１５と一体に作られており、上アームの上を通って延
び、導体３２９と接続するための接合部３３９を半田等により形成する。直流負極端子３
１６は同様に負極導体板３１７と一体に作られており、上アームの上を通って延び、導体
３３７と接続するための接合部３４１を半田等により形成する。
【０１３８】
ここで、接合部３３９と接合部３４１は、本実施形態では絶縁基板３３４の略中央部且
つ左端側に隣接して配置されている（図２０（Ａ）を参照）。直流端子３１４や３１６と
接合部３３９や３４１との間の接続は、薄い絶縁材３１８を介して積層構造を成す正極導
体板３１５と負極導体板３１７とによって行われる。これら正極導体板３１５と負極導体
板３１７との互いの電流の向きは逆方向である（電流流れ３３８の矢印方向を参照）。図
２０に示すＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード３２７，３３２はそれぞれ並列接続され
た２組のアームが搭載していて上下アームに流れる電流を増大させている。また図２０を
使用して後述するように、接合部３３９と接合部３４１は近接して配置されている。接合
部３３９と接合部３４１を接近して配置することにより、上記上下アームに流れるリカバ
リ電流が接合部３３９から円を描いて接合部３４１に至るようになる。この円を描く電流
により、金属ベース３０４に渦電流が誘起され、リカバリ電流に対するインダクタンスが
低減する。
【０１３９】
次に、パワーモジュール３００内部のインダクタンスの低減についての詳細について、
図１６〜図２０と図２１を用いて以下説明する。図１６〜図２０を使用して、リカバリ電
流とスパイク電圧との関係、さらに発熱、インダクタンス低減の効果について説明する。
【０１４０】
先に動作を説明した図２のインバータ回路１４４で、上アームと下アームの直列回路１５
０が３相の各相に対応して設けられている。通常の動作では上下アーム直列回路１５０の
上アームのＩＧＢＴ３２８あるいは下アームのＩＧＢＴ３３０のどちらかのＩＧＢＴが導
通している場合、他方のＩＧＢＴは遮断している。すなわち上下のＩＧＢＴが同時に導通
することが無い。このため上下ＩＧＢＴを短絡的に流れる電流は存在しない。しかし、Ｉ
ＧＢＴを使用したインバータ回路あるいはＭＯＳＦＥＴを使用したインバータ回路では上
下アーム直列回路１５０を短絡的に流れる電流が発生する。この電流は例えばリカバリ電
流と呼ばれる電流に起因する電流で、ＩＧＢＴと並列に接続されたダイオード１５６やダ
イオード１６６に起因する電流である。なおＭＯＳＦＥＴを使用したインバータ回路では
各ＭＯＳＦＥＴの内部にダイオード１５６やダイオード１６６と同等のダイオードが作ら
れているので現象としては同じである。以下代表してＩＧＢＴを使用した回路で説明する
。
【０１４１】
図１６と図１７に基づいて前記リカバリ電流の一例を説明する。図１６（Ａ）は複数の
ＩＧＢＴ３２６のうちの一つを示す。ＩＧＢＴ３２６のコレクタは逆方向接続のダイオー
ド１５６とモータジェネレータ１９２を介してバッテリ１３６の正極に接続され、下アー
ム用ＩＧＢＴ３３０のエミッタがバッテリ１３６の負極に接続されている。この回路にお
いて、図１６（Ａ）は下アーム用ＩＧＢＴ３３０が遮断状態でモータジェネレータ１９２
の固定子の還流電流がダイオード１５６を介して流れている状態を示している。
【０１４２】
図１６（Ｂ）において、下アーム用ＩＧＢＴ３３０が導通するとバッテリ１３６の正極
から浮遊インダクタンス３３５とモータジェネレータ１９２の固定子、下アーム用ＩＧＢ
Ｔ３３０を介してバッテリ１３６の負極に至る電流が流れる。このとき上アーム用ダイオ
ード１５６は逆バイアスであるが、リカバリ電流６１４が流れ、モータジェネレータ１９
２を流れる電流６００に加え、リカバリ電流６１４が加算された状態でＩＧＢＴのコレク
タ電流として流れる。ここで上アーム用ダイオード１５６の蓄積キャリアがリカバリ電流
６１４として流れると蓄積キャリアが消滅し、ダイオード１５６に空乏層が作られ、電流
６１４が消滅する。下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流は図１６(Ｃ)に示すごとく
電流６００のみとなる。
【０１４３】
図１７は下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６とコレクタ電圧６０４を示し
ており、図１６（Ａ）の状態が図１７のグラフの時間軸のもっとも左の状態である。ＩＧ
ＢＴ３３０のゲートに駆動電圧が加えられると、ゲート電流が流れ始める。この電流によ
りゲート−エミッタ間容量とゲート−コレクタ間容量を充電し、これらが充電されるに従
い、下アーム用ＩＧＢＴ３３０のゲート電圧は増加する。上アーム用ダイオード１５６に
はモータジェネレータ１９２の還流電流が流れている。ゲート電圧６０２が、閾値Ｖｔｈ
１を越える時点ｔ０から下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６が流れ始める。
【０１４４】
このとき、下アーム用ＩＧＢＴ３３０にはダイオード１５６のリカバリ電流６１４とモ
ータジェネレータ１９２を流れる電流６００の重畳された電流がＩＧＢＴ３３０のコレク
タ電流６０２として流れる。時点ｔ1以降ＩＧＢＴ３３０導通状態となり、コレクタとエ
ミッタ間電圧６０４は急激に減少する。ＩＧＢＴ３３０にはモータジェネレータ１９２を
流れる電流６００にリカバリ電流６１４が加算された電流が流れるので、コレクタ電流６
０６は電流６００より大きいピーク電流６１４を持つ。一方、ダイオード１５６の蓄積キ
ャリアがなくなるとリカバリ電流６１４は無くなり、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０
６はモータジェネレータ１９２を流れる電流６００となる。
【０１４５】
時間ｔ０からｔ２までの期間はコレクタ−エミッタ間電圧６０４が高い状態となってい
るため、いわゆるターンオン損失が発生し、大きな熱がＩＧＢＴ３３０に発生する。また
電流６００にリカバリ電流６１４が加算されたコレクタ電流６０６の変化電流とインダク
タンス３３５とにより電圧が発生する。特にリカバリ電流６１４は上下アームを流れるの
で上下アームを通る直流回路のインダクタンス３３５でスパイク電圧が発生する。
【０１４６】
上記説明は上下アームを流れる電流の一例である。インバータ回路１４４の制御方法に
おいて、あるいは制御状態において、上下アームのＩＧＢＴは同時に導通することが無い
が、上下アームを通る電流が流れる状態が、実際にはいろいろ生じる。
【０１４７】
図１８と図１９を使用してＩＧＢＴの遮断動作の状況を説明する。図１８において図１
６と同じ番号を付したものは図１６と同様の部品であり、同様の動作を為す。図１８（Ａ
）で下アーム用ＩＧＢＴ３３０は導通状態にあり、バッテリ１３６から浮遊インダクタン
ス３３５とモータジェネレータ１９２の固定子とを介してコレクタ電流が流れている。こ
のとき下アーム用ＩＧＢＴ３３０は導通状態であり、下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレク
タ電圧は図１９のグラフ一点鎖線の左端のごとく低い。なお、グラフ６２４はコレクタ電
流の変化を示す。
【０１４８】
図１９のグラフのごとく、パワーモジュール３００のゲート電圧を下げ、ゲート電圧６
２２が閾値Ｖｔｈ２より小さくなると、コレクタ電流６２４は減少し始め、それと共にコ
レクタに加わる一点鎖線で示す電圧が上昇する。下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電
流が減少し始めると、その減少率ｄｉ／ｄｔと直流回路に存在するインダクタンス成分３
３５によりスパイク電圧（Ｌ×ｄｉ／ｄｔ）が発生し、下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレ
クタ電圧と上記スパイク電圧の合成ベクトルが、例えば直流正極端子３１４と直流負極端
子３１６との間などの直流回路に生じる電圧となる。ＩＧＢＴ３３０のコレクタ−エミッ
タ間にスパイク電圧が加わるため、コレクタ電圧は大きな電圧となる。
【０１４９】
ゲート電圧６２２が閾値Ｖｔｈ２よりさらに減少したことにより、下アーム用ＩＧＢＴ
３３０コレクタ電圧に加わる６２６が上昇し、図１９に一点鎖線で示すごとくピーク電圧
６２８を有する。次にＩＧＢＴ３３０のチャネルが消滅するとコレクタ電流は流れなくな
り、図１８（Ｂ）に示すように、モータジェネレータ１９２の電流はダイオード１５６を
介して還流することで維持される。
【０１５０】
図１９に示されたコレクタ電流は変化幅Δｉを持ち、この変化幅Δｉはターンオフ時の
コレクタ電流変化であり、Δｔはコレクタ電流が１０％から９０％まで減少する間の時間
、いわゆる切り替り動作時間である。前述したように、電流の時間変化率Δｉ／Δｔが大
きくなると、ＩＧＢＴ３３０の回路に浮遊したインダクタンス３３５（インダクタンス成
分Ｌ）が存在するため、インダクタンス３３５に流れる電流の時間変化によってスパイク
電圧（Ｌ×Δｉ／Δｔ）が発生する。なおベクトル方向は省略している。このスパイク電
圧により、素子や装置に大きな電圧がかかり、電圧破壊の原因やノイズの原因となる。下
アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流とコレクタ電圧の積に基づいて損失すなわち熱が
発生する。
【０１５１】
このスパイク電圧を低減するため、時間変化率Δｉ／Δｔを小さくする、すなわちゲー
ト電圧の変化を緩やかにする。このことによりコレクタ電流の時間変化率Δｉ／Δｔが小
さくなり、スパイク電圧が小さくなる。しかし発熱時間Δｔ＋Ｔが長くなり、発熱量が大
きくなる。このため浮遊インダクタンス３３５（Ｌ値）を小さくし、インダクタンスＬの
減少により時間変化率Δｉ／Δｔを小さくしても大きなスパイク電圧が発生しない状態と
なり、時間変化率Δｉ／Δｔを小さくすることにより、発熱期間Ｔ＋Δｔの時間を短くす
ることが望ましい。
【０１５２】
また従来、単位時間当たりのインバータ回路１４４のＩＧＢＴの動作回数を減少させて
単位時間当たりの発熱量を下げることが行われているが、制御応答性を考慮すると好まし
いことではない。すなわちＩＧＢＴのゲートを制御するＰＷＭ(パルスワイドモデュレー
ション)の周波数を低くすることが行われている。しかし制御の応答性や制御精度の点で
上記周波数を下げることは好ましくない。
【０１５３】
本実施形態ではインバータ回路の直流側回路のインダクタンスが非常に少なくできる。
【０１５４】
例えば６０ナノヘンリ以下が非常に容易に、３０ナノヘンリ以下が容易に実現でき、適切
に設計すれば２０ナノヘンリ以下が実現できる。インダクタンス成分の減少により、時間
変化率Δｉ／Δｔを大きくできる。またＩＧＢＴ３３０などのスイッチング周波数(ＰＷ
Ｍの基本周波数)を大きくすることができる。例えば、スイッチング周波数を１ｋＨｚ以
上、好ましくは１０ｋＨｚ以上することができる。切り替り動作時間(図１９のΔｔ：コ
レクタ電流が９０％から１０％に減少する時間)を１μｓ以下、好ましくは０．５μｓ以
下、さらに好ましくは０．２μＳ以下とすることができる。このような特性を持つ電力変
換装置２００においてはスパイク電圧を適正に抑え、さらに高性能の制御性を確保しつつ
発熱量を極めて少なくできる。それにより冷却水としてエンジン冷却水を使用できる可能
性がある。
【０１５５】
次に、図２０と図２１に基づいてパワーモジュール３００のインダクタンス低減につい
て説明する。図２１は既に説明の如く、パワーモジュール３００の上面図であり、図２０
は、図２１において３相の内の1相に関する上下アーム直列回路１５０を代表として取り
上げ、インダクタンス低減の作用を説明する説明図である。なお図２０は1つの相につい
て代表して説明するものであり、３相の内の他相についても同様のことが言える。図２０
（Ａ）は上下アーム直列回路１５０のチップの配置状態とダイオードのリカバリ電流の流
れを示す図、図２０（Ｂ）はダイオードのリカバリ電流の流れる回路図、図２０（Ｃ）は
金属ベース３０４に生じる誘導電流を示す。
【０１５６】
図２１に示すパワーモジュール３００の構造は既に説明のとおりであり、図１４で説明
のように、金属ベース３０４の裏面にフィン３０５を備えている。前記金属ベース３０４
の表面にはセラミック基板などの薄い絶縁材３３４が半田付けなどの手段で固定されてい
る。前記薄い絶縁材３３４の面に、例えば銅膜などで作られた導体３２９や導体３３１、
導体３３３、導体３３７が固定され、前記導体３２９には上アームを構成するＩＧＢＴ３
２８のチップとダイオード１５６のチップが電気的に並列接続された状態で、ＩＧＢＴチ
ップのコレクタ面やダイオードチップのカソード面が導体３２９面に固定されている。ま
た前記導体３３３の面には下アームを構成するＩＧＢＴ３３０のチップとダイオード１６
６のチップが電気的に並列接続された状態で、ＩＧＢＴチップのコレクタ面やダイオード
チップのカソード面が導体３３３の面に固定されている。
【０１５７】
パワーモジュール３００の直流正極端子３１４と一体の正極導体板３１５や、直流負極
端子３１６と一体の負極導体板３１７とが絶縁材を介して積層構造を成しており、前記積
層構造の導体板が上アームの配置されている部分の上を通って略中央まで延び、前記正極
導体板３１５が前記導体３２９に接続部３３９で接続し、また負極導体板３１７が導体３
３７と接続部３４１で接続している。前記接合部３３９と接合部３４１は、この実施形態
では、上アーム用導体３２９と下アーム用導体３３７の略中央部に接近して配置されてい
る。接合部３３９と接合部３４１を接近して配置することにより、前記上下アームに流れ
るリカバリ電流が接合部３３９から閉じた円を描いて接合部３４１にいたるように流れる
。このようにインバータ回路１４４のダイオードのリカバリ電流が円を描くように流れる
ことにより、金属ベース３０４に渦電流が誘起され、前記誘起された電流による磁束とリ
カバリ電流による磁束が相殺しあい、リカバリ電流に関するインダクタンスが低減する。
【０１５８】
図２０で、上アームと下アームを連結する接続端端子は図２０に端子Ａと端子Ｂとで示
されている。端子ＡとＢは絶縁基板３３４の略中央部で且つ左右の一方である右側（この
実施形態での例示）に隣接して配置されている。端子ＡとＢは、図２に示す中間電極１６
９に相当するものであって、ワイヤ３３６で接続されている。本実施形態のように接続部
３３９や接続部３４１が左右の一方に、また上アームと下アームの接続部が左右の他方に
配置されることで、リカバリ電流の流れが円を描き易くなり、インダクタンスの低減がよ
り大きくなる。
【０１５９】
図示するように、インバータ回路１４４のダイオードのリカバリ電流の流れ３３８は、
直流正極端子３１４から接合部３３９を通り、上アームのＩＧＢＴ３２８あるいはダイオ
ード１５６を経て端子Ａに至り、ワイヤ３３６を経て、端子Ｂから下アームのＩＧＢＴ３
３０あるいはダイオード１６６を経て端子接合部３４１に至り、接合部３４１から直流負
極端子３１６を巡るルートを形成している。この電流の流れ３３８は、円環状を形成して
おり、且つ接合部３３９と接合部３４１との距離を接近させて上記円ができるだけ閉じた
円となるようにしていることが特徴である。さらに、直流正極端子３１４と接合部３３９
の間、直流負極端子３１６と接合部３４１の間の導体は、図２０で模式的に棒状に示した
が、実際は図２１やその他の図で説明の通り、板状導体の積層構造であり、積層構造をし
ている正極導体板３１５と負極導体板３１７を流れる電流３３８がお互いに逆向きで略同
じ大きさであるので、互いに磁束を相殺し合い、インダクタンスが低減される。
【０１６０】
図示するように略円環状の電流ルートが形成されていることによって、図２０（Ｃ）に
記載のように、この電流によって誘起される渦電流３４０が金属ベース３０４を流れる。
【０１６１】
この渦電流３４０によって再び磁束が発生し、前記略円環状電流が発生する磁束を打ち消
す作用をするので、前記略円環状電流ルートのインダクタンスは低下する。また、接合部
３３９と接合部３４１との距離を接近させることによって、接合部３３９，３４１間が離
隔しているものとの対比で前記金属ベース３０４に誘導電流が流れ易くなり、前記インダ
クタンスがより小さくなる。
【０１６２】
前記チップ配置に係るインダクタンス低減に加えさらに、直流正極／負極端子３１４，
３１６と接合部３３９，３４１との間の並行導体配置および逆向き電流の形成によって、
この間で発生するインダクタンスを減少させることができ、リカバリ電流に関するパワー
モジュール３００全体のインダクタンスを低減することができる。
【０１６３】
図２０（Ｂ）にインバータ回路の３相の内の１相の上下アーム直列回路１５０を示す。
【０１６４】
上アーム用ＩＧＢＴ３２８と下アーム用ＩＧＢＴ３３０は同時に導通することが無いので
、上下ＩＧＢＴの短絡電流は流れない。しかしダイオード１５６やダイオード１６６には
リカバリ電流が流れ、このリカバリ電流はダイオードの極性に対して逆向きに流れるので
、ダイオードと導通状態にある上あるいは下ＩＧＢＴ３２８、３３０とで構成される直流
正極端子３１４と直流負極端子３１６間の直列回路にリカバリ電流が生じる。インバータ
のスイッチング動作による跳ね上がり電圧（スパイク電圧）の悪影響を低減するには直流
正極端子３１４と直流負極端子３１６間の直列回路全体でのインダクタンスの低減を考慮
することが必要であり、図２０（Ａ）の構造によりインダクタンスの低減が可能となる。
【０１６５】
本実施形態における半導体モジュールの低インダクタンス化と発熱低減について、さら
に概説する。過渡的な電圧上昇や半導体チップの大きな発熱は、インバータ回路を構成す
る上あるいは下アームのスイッチング動作時に発生するので、特にスイッチング動作時の
インダクタンスを低減し、跳ね上がり電圧（スパイク電圧）が低くなるようにし、それに
基づきスイッチング動作時を短くすることが望ましい。スイッチング動作時の跳ね上がり
電圧（スパイク電圧）として、単にＩＧＢＴなどのスイッチング素子を流れる電流変化を
考えるのでは十分とはいえない。過渡時にダイオードのリカバリ電流が発生し、このリカ
バリ電流に対する対策を行うことがさらに重要である。一例として下アームのダイオード
のリカバリ電流を例としてインダクタンス低減の作用を敷衍して機能的に説明する。
【０１６６】
ダイオードのリカバリ電流とはダイオードに逆バイアスであるにもかかわらず流れる電
流であり、ダイオードの順方向状態でダイオード内に満たされたキャリアに起因すると考
えられる。インバータ回路を構成する上あるいは下アームの導通動作あるいは遮断動作が
所定の順に行われることでインバータ回路の交流端子には３相交流電力が発生する。上記
スイッチング動作において、モータジェネレータの固定子巻線の電流は、前記固定子巻線
の大きなインダクタンスにより、電流値を維持する方向にインバータを構成しているダイ
オードを介して還流電流が流れる。この還流電流はダイオードの順方向電流であり、ダイ
オード内部はキャリアで満たされる。次に、上アームとして動作している半導体チップ３
２８が遮断状態から再び導通状態に切り替わると、下アームのダイオードに上述したキャ
リアに起因するリカバリ電流が流れる。定常的な動作では上下アーム直列回路のどちらか
が必ず遮断状態にあり、上下アームに短絡電流が流れることが無いが、過渡状態の電流例
えばダイオードのリカバリ電流は上下アームで構成する直列回路を流れる。この直列回路
を流れる電流が大きなスパイク電圧を発生する可能性がある。
【０１６７】
例えば、上下アーム直列回路の上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８がオフからオン
に変化したとき、正極端子３１４からＩＧＢＴ３２８、下アームダイオード１６６を通っ
て負極端子３１６に下アームダイオード１６６のリカバリ電流が流れる可能性がある。な
お、このとき、ＩＧＢＴ３３０は遮断状態にある。このリカバリ電流の流れをみると、図
２０（Ａ）に示すように、端子Ｐと接合部３３９、端子Ｎと接合部３４１間では導体が並
行して配置され、且つ逆向きの同一電流が流れる。そうすると、導体の間の空間では互い
の電流によって発生する磁界が打ち消し合うことになり、結果として電流経路のインダク
タンスが低下することとなる。いわゆる、上記の端子間の導体が接近して対抗して配置さ
れたラミネート状態にあることでインダクタンスの低減作用が生じる（ラミネート効果に
よるインダクタンス低減効果）。
【０１６８】
さらに、リカバリ電流の経路をみると、逆方向且つ並行電流の経路に続いて、ループ形
状の経路が生じている。このループ形状経路を電流が流れることによって、金属ベース３
０４に渦電流３４０が流れることとなり、この渦電流による磁界打ち消し効果によってル
ープ形状経路におけるインダクタンスの低減作用が生じる。
【０１６９】
上記説明ではダイオード１６６のリカバリ電流を例としたが、ダイオード１５６のリカ
バリ電流が下アーム用ＩＧＢＴ３３０の導通に基づいて発生する可能性がある。この場合
も図２０（Ｂ）を流れる電流に対して上述と同じ構成、作用で、インダクタンスが低減す
る。またＩＧＢＴを使用する代わりにＭＯＳトランジスタを使用する場合、見掛け上はダ
イオードを使用しないが、ＭＯＳトランジスタの内部にはダイオード１５６や１６６が存
在しており、上述の説明内容と同じ現象が生じる。図２０の構造および他の図を使用して
説明した構成はＭＯＳトランジスタを使用した場合にも上述の作用、効果を生じる。
【０１７０】
以上のように、本実施形態に関する半導体モジュールの回路構成の配置によって、ラミ
ネート配置による効果と渦電流による効果によってインダクタンスを低減することができ
る。スイッチング動作時のインダクタンスを低減することが重要であり、本実施形態の半
導体モジュールでは、上アームと下アームの直列回路を半導体モジュール内に収納してい
る。このため上下アーム直列回路を流れるダイオードのリカバリ電流に対して低インダク
タンス化が可能となるなど、過渡的な状態でのインダクタンス低減効果が大きい。インダ
クタンスが低減すれば、半導体モジュールで発生する誘起電圧は小さくなり、低損失の回
路構成を得ることができ、また、インダクタンスが小さいことによってスイッチング速度
の向上に繋げることができ、発熱期間の短縮が可能となる。
【０１７１】
図６、図１３、図１５、図２１でパワーモジュール３００の直流正極端子３１４と直流
負極端子３１６の接続部が反対方向に屈曲し、積層構造の内側面が開いて他の直流配線と
の接続面を為している。この構造は接続部のインダクタンスの低減に非常に効果がある。
【０１７２】
この作用については後述する。
【０１７３】
本実施形態におけるコンデンサモジュール５００はインダクタンスを大幅に低減できる
効果を奏する。また前記コンデンサモジュール５００は生産性に優れ、さらに放熱効果が
大きい構造である。
【０１７４】
そこで、コンデンサモジュール５００の詳細構造について、図２２乃至図２６を参照し
ながら以下説明する。図２２は本実施形態に関するコンデンサモジュールの外観構成を示
す斜視図である。図２３は前記コンデンサモジュール５００のパワーモジュール３００と
の接続状態を説明する上方からの斜視図である。図２４はインダクタンスを低減できる接
続部の構成を示す図である。図２５は図２２に示すコンデンサモジュール５００の内部が
分るように、樹脂などの充填材５２２を充填する前の状態を示す斜視図である。図２６は
さらにコンデンサモジュール５００の詳細構造である積層導体にコンデンサセル５１４を
固定した構造を示す図である。
【０１７５】
図２２乃至図２６において、５００はコンデンサモジュール、５０２はコンデンサケー
ス、５０４は負極側コンデンサ端子、５０６は正極側コンデンサ端子、５１０は直流（バ
ッテリ）負極側接続端子部、５１２は直流（バッテリ）正極側接続端子部、５３２は補機
用正極端子、５３４は補機用負極端子、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。
【０１７６】
図２５と図２６で、負極導体５０５と正極導体５０７とからなる積層導体が複数組、本
実施形態では４組、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に対して電気的に並列に接続されている。前記負極導体５０５と正極導
体５０７には、複数個のコンデンサセル５１４の正極と負極がそれぞれ並列接続されるた
めの端子５１６と端子５１８が複数個設けられている。
【０１７７】
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セル５１４はそれ
ぞれ、正極となるフィルムと負極となるフィルムの２種の導電フィルムを絶縁フィルムを
挟んで巻回して作られているフィルムコンデンサ５１５を有している。巻回構造のフィル
ムコンデンサ５１５は、一方の端に前記正極フィルムと電気的に接続されている正極側の
導電材５０８が設けられ、他方の端に前記負極フィルムと電気的に接続されている負極側
の導電材５０８が設けられている。但し負極側の導電材５０８は、陰になり、図に表れて
いない。前記正極側および負極側の導電材５０８は半田あるいは蒸着により前記巻回され
たそれぞれのフィルムに接続されている。
【０１７８】
負極導体５０５と正極導体５０７は積層構造を為しており、負極導体５０５と正極導体
５０７からなる積層の平面形状は細長い形状で、直方体に近い形状である。前記平面の短
い側の長さすなわち平面の幅は前記コンデンサセル５１４の巻回軸方向の長さに略近くな
っており、前記負極導体５０５と正極導体５０７からなる積層の短い側の端の両端に端子
５１６と端子５１８とがそれぞれ設けられている。図２６では負極側の端子５１６と端子
５１８とが陰となりあらわれていない。前記負極導体５０５と正極導体５０７からなる積
層の両端に設けられた端子５１６と端子５１８は並列に配置された２個のコンデンサセル
５１４の両端の導電材５０８とそれぞれ半田あるいは溶接により接続される。
【０１７９】
上述のとおり、巻回したフィルムコンデンサ５１５の一側端面が＋電極（図２６で端子
５１６，５１８の固着されるコンデンサの面が＋電極）で他側端面が−電極であって、負
極導体５０５と正極導体５０７とから積層導体の平面部にフィルムコンデンサ５１５が配
置され、本実施形態はコンデンサ端子５０４，５０６側に向かった方向に２個配列された
例である。
【０１８０】
そして、２個のセル群が４列縦に配置されていて、合計８個のコンデンサセル５１４が
図示の如く設けられている。２個のセルはそれぞれの一側端面が＋電極であって、この＋
電極が各端子５１６，５１８を通して正極側コンデンサ端子５０６に繋がる正極導体板５
０７に接続される。コンデンサセル５１４の他側端面は−電極であり、この−電極は、正
極導体板５０７に絶縁シート５１７を介した負極導体板５０５に接続され、負極側コンデ
ンサ端子５０４に繋がる。また、図２６で、正極導体板５０７は直流（バッテリ）正極側
接続端子部５１２に接続され、負極導体板５０５は直流（バッテリ）負極側接続端子部５
１０に接続されて、最終的にバッテリに繋がる。
【０１８１】
コンデンサセル５１４の正極が端子５１６，５１８（図２６を参照）と正極導体板５０
７を介して正極側コンデンサ端子５０６につながり、コンデンサセル５１４の負極が端子
（図２６で背面側）と負極導体板５０５を介して負極側コンデンサ端子５０４につながる
。図示の例では、一対のコンデンサ端子５０４，５０６は２個のコンデンサセル５１４が
並列接続されている。一対のコンデンサ端子５０４，５０６が図示の例では４対設けられ
ているが、これらの縦列と横列のコンデンサセルの数は容量に応じて任意の数とすること
ができる。各端子５０４，５０６には、パワーモジュール３００の直流正負極端子３１６
，３１４と直接にねじ固定できるように開口部５０９，５１１が形成されている。
【０１８２】
コンデンサモジュール５００の製法について説明する。まず正極と負極のフィルムを、
絶縁シートを挟んで巻回することによりフィルムコンデンサ５１５を生産し、その両端に
導電材５０８を前記正極と負極に電気的に接続するようにして固定し、コンデンサセル５
１４を生産する。
【０１８３】
前記端子５１６や端子５１８を備えた積層構造の平らな導体板を作る。この積層構造の
導体板には直立して伸びる正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４と
が一体に形成されている。前記積層構造の導体板は、幅がフィルムコンデンサ５１５の巻
回軸方向の長さに略等しく、長手方向の長さが並列に配置されたフィルムコンデンサ５１
５の長さに略等しい、略長方形の平面を有している。前記平面に前記コンデンサセル５１
４の外周面が対向するようにコンデンサセル５１４が複数個並列に配置され、それぞれの
両端が前記端子５１６や端子５１８にそれぞれ接続されることで、コンデンサのセル群が
作られる。前記の如く図２６に示すコンデンサのセル群を生産する。このセル群は、正極
側コンデンサ端子５０６と一体に正極導体５０７とを一体に機械加工でき、さらに負極側
コンデンサ端子５０４と負極導体５０５とを一体に機械加工できる。これらを薄い絶縁材
を挟んで機械で積層構造に組み立てることができ、さらに複数のコンデンサセル５１４を
端子５１６や端子５１８に接続する工程も、端子５１６や端子５１８の両サイドに生産の
障害となるものが無いので、簡単に機械で製造できる。
【０１８４】
端子カバー５２０を備えたコンデンサケース５０２を例えば熱伝導性に優れた金属材料
でつくり、コンデンサケース５０２内に前記コンデンサのセル群を複数個挿入する。前記
各コンデンサセル５１４は、金属性コンデンサケース５０２の内側底面にコンデンサセル
５１４の外周面が対向するように配置される。図２５に示す如く所定のコンデンサのセル
群が挿入され、絶縁性の樹脂からなる充填材５２２が充填されて図２２に示すコンデンサ
モジュール５００が作られる。前記コンデンサのセル群単位で生産し、次に前記コンデン
サのセル群を必要数コンデンサケース５０２に挿入してコンデンサモジュール５００を作
ることで、車の機種に合せて利用するコンデンサのセル群の数を変えることで前記コンデ
ンサのセル群を共通に使用できる。
【０１８５】
上述のとおり、前記コンデンサのセル群は生産性に優れている効果がある。また車種に
よるコンデンサモジュール５００の仕様の違いに対し、前記コンデンサのセル群を共通に
使用でき、生産性に優れている効果がある。
【０１８６】
またコンデンサセル５１４の外周はコンデンサケース５０２の内面にほとんど接するよ
うに配置されており、コンデンサセル５１４が発生する熱をコンデンサケース５０２を介
して放熱することができる。本実施形態のコンデンサモジュール５００は良好な放熱特性
を有する。図８で説明の如くコンデンサケース５０２は下部ケース１６に保持され、下部
ケース１６および筐体１２を介して冷却水流路１９に熱が良好に伝えられ、良好な放熱特
性が得られる。
【０１８７】
またコンデンサモジュール５００は正極側コンデンサ端子５０６や負極側コンデンサ端
子５０４を有しているのみならず、補機用正極端子５３２と補機用負極端子を有しており
、これらの端子はそれぞれ直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２と直流（バッテリ）
負極側接続端子部５１０に電気的に接続されている。このような補機用端子を持つことで
、コンデンサモジュール５００を補機用にも併用できる。電力変換装置全体の機能として
車両駆動用のみならずその他の補機用の交流出力も取り出すことができ、機能向上となる
。
【０１８８】
コンデンサケース５０２は端子カバー５２０を有しており、製造工程やコンデンサモジ
ュール５００の運送途中での負極側コンデンサ端子５０４や正極側コンデンサ端子５０６
の保護となり、信頼性の向上や生産性の向上に繋がる。
【０１８９】
次に、本実施形態に係る電力変換装置におけるパワーモジュールとコンデンサ部の結合
構造について、図２３を参照しながら以下説明する。図２３は本実施形態に関するパワー
モジュールとコンデンサ部の結合構造を上方から見た斜視図である。
【０１９０】
下部ケース１６上に固定されたコンデンサケース５０２内には、多数のコンデンサセル
５１４が収納され、その負極側と正極側のコンデンサ端子５０４，５０６は、コンデンサ
ケース５０２の一側方に沿って配列されている。この当該一側方は、コンデンサ端子５０
４，５０６がコンデンサセル５１４の上面より立ち上った位置に配置されているので、そ
の形状に対応してケースも立ち上げ形状となっている。
【０１９１】
このコンデンサ端子５０４，５０６の配列に対向して、図１３や図１５に示すパワーモ
ジュール３００の直流負極端子／正極端子３１４，３１６が配列されている。そして、パ
ワーモジュール３００をコンデンサ５００の上に据え付けると、直流負極端子／正極端子
３１４，３１６の端部が、他の接続体を介在させることなく、直接にコンデンサ端子５０
４，５０６に相対向して設置することができる。
【０１９２】
すなわち、図１３や図１５に示されるように、パワーモジュール３００の直流正極端子
３１４と直流負極端子３１６は、パワーモジュールケース５０２から突出して形成されて
いる。そして、図２２に図示するように、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデン
サ端子５０４はコンデンサセル群の充填材５２２平面の側部から立ち上がった構造のＬ字
構造を形成しており、このＬ字構造のコンデンサ端子５０６，５０４がパワーモジュール
ケース３０２から突出したパワーモジュールの直流端子３１４，３１６に、電力変換装置
の組み立て時において、直接に当接してボルトで接続されることとなる。
【０１９３】
ここで、端子と端子との接続部に大きなインダクタンスが生じる恐れがある。本実施形
態におけるパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００の端子構造はインダク
タンスを低減できる構造となっている。図２４でインダクタンスの低減について説明する
。
【０１９４】
図２４に負極側コンデンサ端子５０４や正極側コンデンサ５０６とパワーモジュール３
００の直流負極端子３１６や直流正極端子３１４との接続部における電流の流れを示す。
【０１９５】
負極側コンデンサ端子５０４や正極側コンデンサ端子５０６およびはパワーモジュール３
００の直流負極端子３１６や直流正極端子３１４は、薄い絶縁材を挟んだ積層構造の導体
部と相手と接続するための接続部とから構成されており、前記導体部の端部はそれぞれ反
対方向に折り曲げられた形状を為し、積層構造の内側面が開いて、接続相手と接する接続
面を成している。
【０１９６】
図２４で前記積層構造を中心として前記接続面が左右に開いている。この開いた接続面
同士が接触し、前記接触面を介して正極および負極の導体を電流が流れる。図２４には正
極側の電流の流れ６１８と負極側の電流の流れ６２０を示す。前記接触面での電流の分布
は接触面の状態により変わるが、中央の積層部から左右に開いて分布する電流は再び中央
部の積層部に戻る構造となっている。この左右に広がる電流と接続面を通過後再び中央の
積層部に戻る電流は、その大きさが等しく方向が反対であり、互いに発生する磁束が相殺
される。このため接続部のインダクタンスが非常に小さくなる。
【０１９７】
積層構造の導体部分はインダクタンスが小さく、それに比べて接続部分のインダクタン
スが大きいという課題があった。図２４に示す構造を使用して接続すると接続部のインダ
クタンスが非常に小さくなる。本実施形態ではパワーモジュール３００の直流端子とコン
デンサモジュール５００の直流端子とを直接接続していて最適であるが、上述の説明で接
続部のインダクタンスが小さくなるので、直接接続する構造に限らず、別部材の積層構造
の接続導体を使用したとしても接続部のインダクタンスを低減する構造とすることで良好
な特性が得られる。
【０１９８】
本実施形態では、コンデンサ５００とパワーモジュール３００の端子を直接接続するこ
とによって、部品点数の減少をもたらし、組立作業性を向上することができ、小型化が図
られる。さらに、本実施形態では、従来技術におけるコンデンサモジュールとパワーモジ
ュールの端子同士を接続する中間部材の存在による浮遊インダクタンスが無くなることで
、スパイク電圧を低減でき、製品としての電力変換装置の信頼性を高めることに繋がる。
【０１９９】
図２４を使用した前述の説明のごとく、本実施形態では、接続部が互いに反対方向に開
き、相手方の導体との接続面前後で電流の流れが折り返される構造となっているので、接
続面前後の電流の磁束が相殺され、接続部でのインダクタンスの増加を抑えることができ
る。端子接続部がこのような構造を有することで接続部のインダクタンスを低減できるの
で、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との直流端子を直接接続する
ことが最適であるが、仮に両端子間に別部材の積層導体を使用したとしても全体の回路の
インダクタンスの増大を押さえることができる。
【符号の説明】
【０２００】
９：冷却部                        １０：上部ケース、
１１：金属ベース板                １２：筐体
１３：冷却水入口配管              １４：冷却水出口配管
１６：下部ケース                  １７：交流ターミナルケース
１８：交流ターミナル              １９：冷却水流路
２０：制御回路基板                ２１：コネクタ
２２：駆動回路基板                ２３：基板間コネクタ
４３：インバータ（パワーモジュールを含む補機用）
４９：鋳造肉盗み
１１０：ハイブリッド電気自動車    １１２：前輪
１１４：前輪車軸                  １１６：前輪側ＤＥＦ
１１８：変速機                    １２０：エンジン
１２２：動力分配機構              １２３，１２４，１２５：歯車
１２６，１２７，１２８：歯車      １２９，１３０：歯車
１３６：バッテリ                  １３８：直流コネクタ
１４０，１４２：インバータ装置    １４４：インバータ回路
１５０：上下アームの直列回路      １５３：上アームのコレクタ電極
１５４：上アームのゲート電極端子
１５５：上アームの信号用エミッタ電極端子
１５６：上アームのダイオード      １５７：正極（Ｐ）端子
１５８：負極（Ｎ）端子            １５９：交流端子
１６３：下アームのコレクタ電極    １６４：下アームのゲート電極端子
１６５：下アームの信号用エミッタ電極端子
１６６：下アームのダイオード      １６９：中間電極
１７０：制御部                    １７２：制御回路
１７４：ドライバ回路              １７６：信号線
１８０：検出部                    １８２：信号線
１８６：交流電力線                １８８：交流コネクタ
１９２，１９４：モータジェネレータ
１９５：モータ（補機用＝エアコン、オイルポンプ、冷却ポンプ）
２００：電力変換装置
３００：パワーモジュール（半導体モジュール）
３０２：パワーモジュールケース    ３０４：金属ベース
３０５：フィン                    
３０８：Ｕ相交流バスバー          ３１０：Ｖ相交流バスバー
３１２：Ｗ相交流バスバー          ３１４：直流正極端子
３１５：正極導体板                ３１６：直流負極端子
３１７：負極導体板                ３１８：絶縁紙
３２０：パワーモジュール制御端子
３２２：チップ保護用レジン又はシリコンゲル
３２４：交流バスバー保持用（位置決め）ピン
３２６：ＩＧＢＴ                  ３２８：上アーム用ＩＧＢＴ
３２９，３３１：導体              ３３３，３３７：導体
３３０：下アーム用ＩＧＢＴ        ３３４：絶縁基板
３３５：インダクタンス成分（等価回路）
３３６：ワイヤ                    ３３８：電流の流れ
３３９：接合部（直流正極バスバー用）
３４０：渦電流                    
３４１：接合部（直流負極バスバー用）
４００，４０２，４０４：開口部    ４０１：入口孔
４０３：出口孔                    ４０６：貫通孔
４０８：隔壁                      ４１０：支持部
４１２，４１４：ねじ穴（パワーモジュール固定用）
４１６：ねじ穴（水路カバー固定用）
４１８：冷媒の流れ（流入方向）    ４２０：カバー
４２１：冷媒の流れ（Ｕターン部）  ４２２：冷媒の流れ（流出方向）
５００：コンデンサモジュール      ５０２：コンデンサケース
５０４：負極側コンデンサ端子      ５０５：負極導体板
５０６：正極側コンデンサ端子      ５０７：正極導体板
５０８：導電材                    ５０９，５１１：開口部（端子固定用）
５１０：直流（バッテリ）負極側接続端子部
５１２：直流（バッテリ）正極側接続端子部
５１４：コンデンサセル            ５１５：フィルムコンデンサ
５１６：端子                      ５１７：絶縁シート
５１８：端子                      ５２０：端子カバー
５２１：絶縁シート                ５２２：充填材
５３２：補機用正極端子            ５３４：補機用負極端子
６００：コレクタ電流
６０２：ターンオン時ゲート電圧波形
６０４：ターンオン時コレクタ電圧波形
６０６：ターンオン時コレクタ電流波形
６０８：ダイオード                ６１０：インダクタンス負荷
６１２：環流                      ６１４：電流ピーク
６１６：ミラー期間                ６１８：電流の流れ（正極側）
６２０：電流の流れ（負極側）
６２２：ターンオフ時ゲート電圧波形
６２４：ターンオフ時コレクタ電流波形
６２６：ターンオフ時コレクタ電圧波形
６２８：電圧ピーク
【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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【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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【図２６】
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