(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワーモジュールと、
前記直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、
前記パワーモジュールと前記コンデンサモジュールを電気的に接続する導体と、
冷媒を流す流路を形成する水路形成体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記水路形成体の第１面に配置され、
前記コンデンサモジュールは、前記第１面とは前記流路を挟んで反対側の前記水路形成体の第２面に配置され、
前記導体は、前記コンデンサ素子との接続部から、前記コンデンサ素子と前記水路形成体の前記第２面との間の空間を介して、前記パワーモジュールまで延ば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、
前記導体は、正極導体と負極導体との間に絶縁シートを挟んだ積層構造である電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、一方の面に前記パワー半導体素子を配置するとともに他方の面に放熱フィンを有するベース板を有し、
前記水路形成体は、当該水路形成体の前記第１面に前記流路と繋がる開口を有し、
前記ベース板は、前記水路形成体の前記開口を塞ぎ、
前記放熱フィンは、前記流路内に向かって突出する電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記導体は、前記積層構造で前記水路形成体の側部を通る電力変換装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、直流端子と、前記一方の面に配置されるとともに前記パワー半導体素子を囲むケースとを有し、
前記ケースは、前記ベース板と接触する底面部と、当該底面部と対向する上面部と、前記パワー半導体素子を収納する空間を形成する内周壁部と、当該内周壁部と対向する外周壁部とにより構成され、
前記直流端子は、前記外周壁部に配置される電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載された電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、Ｕ相を構成するパワー半導体素子と、Ｖ相を構成するパワー半導体素子と、Ｗ相を構成するパワー半導体素子とを有し、
前記直流端子は、Ｕ相直流端子と、Ｖ相直流端子と、Ｗ相直流端子とにより構成される電力変換装置。
【請求項７】
請求項５に記載された電力変換装置であって、
前記導体は、前記パワーモジュール側の先端部において互いに反対方向に屈曲するとともに当該屈曲した先に前記直流端子との接続面を有する電力変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし４に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、直流端子と、当該直流端子を固定する樹脂ケースとを有し、
前記直流端子は、正極端子と、負極端子とを有し、
前記正極端子は、前記樹脂ケース内において、前記負極端子と対向する部分を有する電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載された電力変換装置であって、
前記樹脂ケースは、前記正極端子と前記負極端子の間の空間に配置された絶縁物と同じ樹脂材料により構成される電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載された電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、前記正極端子と前記負極端子の間の空間に配置された絶縁シートを有し、
前記絶縁シートは、前記樹脂ケースと別の材料により構成される電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１ないし４に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、直流端子を有し、
前記直流端子は、複数の正極端子と、複数の負極端子とを有し、
前記複数の正極端子及び前記複数の負極端子は、前記パワーモジュールの一方側に揃えて配置される電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記コンデンサモジュールは、前記コンデンサ素子を収納するコンデンサケースを有し、
前記コンデンサケースは、熱伝導性の部材により構成され、
さらに前記コンデンサケースは、前記水路形成体の前記第２面に熱的に接続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、直流電力を交流電力に変換する、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】
モータや発電機として動作する回転電機に交流電力を供給し、あるいは回転電機から交流電力を受ける電力変換装置は厳しい環境で使用される場合がある。例えば自動車に搭載して使用される場合、高温の環境の下など厳しい環境下で使用される場合がある。また、電力変換装置が変換する電力も大きくなる傾向がある。例えば数百アンペアの電流が流れる状況下で使用される可能性がある。
【０００３】
単にインダクタンスを低減することに関する技術は、次の特許文献１および特許文献２に開示されている。また、単に冷却することに関する技術は、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６８９４２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３２６８８号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９７４８号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
厳しい環境で使用される電力変換装置において高い信頼性を維持することが必要である。特に自動車に搭載して使用される場合、温度の高い環境あるいは数百ボルト数百アンペアといった大きい電力を処理する使用の場合、電力変換装置の故障は自動車の大きな事故を誘発する恐れがある。したがって高い信頼性が求められる。
【０００６】
電力変換装置では信頼性を高める上で、電力変換装置の電気回路部品の異常な温度での使用をさけることが重要であり、電力変換装置の温度に関する改善が重要である。異常な高温状態から電力変換装置を保護するには、優れた冷却構造とすることと共に発熱を抑えられる構造とすることが重要である。
【０００７】
電力変換装置において、電力変換装置の有するインバータからの発熱が大きく、インバータの発熱を抑えると共にインバータなどの冷却を効率よく行えることが必要である。インバータはスイッチング動作時の発熱量が大きく、スイッチング動作時の動作時間を短くすることで発熱量を抑えることが可能である。しかし処理すべき電流量が大きくなる傾向にあり、例えば数百アンペアの電流を短期間に導通や遮断するとインダクタンスによる電圧は値上がりの現象が生じ、単にスイッチング動作時の動作時間を短くすると、高電圧による信頼性の低下を招くこととなる。このためスイッチング動作時の動作時間を短くすることが困難であった。
【０００８】
このため、電力変換装置を効率よく冷却すると共に発熱を低減するという観点から、インダクタンスを低減することが望まれる。これにより、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題を解決するため、本発明の一つの特徴は、電力変換装置のインバータを構成するパワー半導体のチップを金属ベースの一方の面に設け、前記金属ベースの他方の面を冷却する構造とし、前記インバータの直流端子とコンデンサモジュールの前記直流端子とを第１の幅広導体および第２の幅広導体で電気的に接続し、前記第１の幅広導体と前記第２の幅広導体とを積層構造としたことである。
【００１０】
その他に多くの特徴を有しているが、これらは以下の実施形態の中で詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電力変換装置が備えられる電気自動車の一実施例を示すシステム図。
【図２】本発明による電力変換装置の分解斜視図。
【図３】本発明による電力変換装置の分解斜視図であって、図２の場合とは異なった方向から観た図。
【図４】本発明による電力変換装置の分解斜視図であって、図２あるいは図３の場合とは異なった方向から観た図。
【図５】本発明による電力変換装置の一実施例を示す外観斜視図。
【図６】本発明による電力変換装置の一実施例を正面壁面側から観た図。
【図７】本発明による電力変換装置の一実施例を示す側面図で、端子ボックスが取り付けられた側から観た図。
【図８】図５のＩ−Ｉ線における断面図。
【図９】本発明による電力変換装置において、そのハウジングの内部にパワーモジュールとスイッチ駆動回路基板を配置した状態を示す図。
【図１０】本発明による電力変換装置において、そのハウジングの内部にコンデンサモジュールを配置させた状態を示す図。
【図１１】本発明による電力変換装置において、前記ハウジングの内部に回転電機制御回路基板を配置した図。
【図１２】本発明による電力変換装置において、前記ハウジングの水路形成体の蓋を取り外し、底側から上部を見た図。
【図１３（Ａ）】前記水路形成体の蓋を示す図で、蓋の平面図。
【図１３（Ｂ）】前記水路形成体の蓋を示す図で、蓋の側面図。
【図１４】図１２のII−II断面図。
【図１５】図１４のIII−III断面図。
【図１６】本実施例におけるパワーモジュールの樹脂蓋を取り除いた図。
【図１７】本実施例におけるパワーモジュールのフィン側から見た図。
【図１８】図１６のIV−IV断面図。
【図１９】図１８の他の実施例を示すパワーモジュールの断面図。
【図２０（Ａ）】本実施例におけるパワーモジュールの外観図で、平面図。
【図２０（Ｂ）】本実施例におけるパワーモジュールの外観図で、側面図。
【図２０（Ｃ）】本実施例におけるパワーモジュールの外観図で、正面図。
【図２１】本実施例におけるパワーモジュールの配置図。
【図２２】本実施例における回路図。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る電力変換装置の構成を示す断面図。
【図２４】第２実施例の電力変換装置の水路の上部の平面図。
【図２５】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２６】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２７】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２８】本実施例における半導体パワーモジュールの内部構造を示す図。
【図２９（Ａ）】図２８の半導体パワーモジュールの部分拡大図。
【図２９（Ｂ）】図２９（Ａ）におけるケースを取り除いた状態を示す部分拡大図。
【図２９（Ｃ）】直流端子部の断面図。
【図３０（Ａ）】本実施例における端子構造を示す図。
【図３０（Ｂ）】本実施例における端子構造の他の実施形態を示す図。
【図３０（Ｃ）】本実施例における端子構造の他の実施形態を示す図。
【図３１（Ａ）】本実施例における半導体パワーモジュールの他の実施形態を示す部分拡大図。
【図３１（Ｂ）】直流端子部の断面図。
【図３２（Ａ）】本実施例における半導体パワーモジュールとコンデンサとの接続部を示す図。
【図３２（Ｂ）】接続部の要部断面図。
【図３２（Ｃ）】接続部における他の実施形態の要部断面図。
【図３２（Ｄ）】接続部における他の実施形態の要部断面図。
【図３２（Ｅ）】接続部における他の実施形態の要部断面図。
【図３２（Ｆ）】接続部における他の実施形態の要部断面図。
【図３２（Ｇ）】接続部における他の実施形態の要部断面図。
【図３３（Ａ）】本実施例における電力変換装置の他の実施形態を示す分解図。
【図３３（Ｂ）】図３３（Ａ）の実施形態を示す一体構成図。
【図３３（Ｃ）】図３３（Ｂ）の電力変換装置の断面図。
【図３４】本実施例における端子構造の他の実施形態を示す図。
【図３５（Ａ）】本実施例における積層構造の他の実施形態を示す図。
【図３５（Ｂ）】本実施例における積層構造のさらなる他の実施形態を示す図。
【図３６（Ａ）】パワーモジュールの直流端子対における他の実施形態を示した斜視図。
【図３６（Ｂ）】図３６（Ａ）の分解図。
【図３６（Ｃ）】図３６（Ａ）のＣ−Ｃ′で切断した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の形態では、半導体モジュールに放熱フィンを設け、この放熱フィンにより半導体モジュールを効率良く冷却する構成とした。更に冷却水で電力変換装置を効率良く冷却する構成とすることで、平滑用のコンデンサモジュールの温度上昇を低く抑えられる構造とした。また前記インバータと前記コンデンサモジュールとの間の電気回路のインダクタンスを低減する構成としたことで発熱を低く抑えられる構成とした。すなわち前記回路を低インダクタンスとすることで、スイッチング時間特にインバータを構成するパワーモジュールの導通状態から遮断状態に変わるときの動作時間を短く設定でき、この動作時間の短縮によりインバータの発熱を低減できる。
【００１４】
また以下に説明する実施例では、半導体モジュールの金属ベースである放熱基板の平面度が高い精度で維持でき、あわせて製造しやすい効果がある。また複数の半導体チップを備えた絶縁基板を複数個共通の金属ベースに接着した構造で製造可能であり、絶縁基板の接着の信頼性が高く、また半導体モジュールの放熱効率を向上できる。
【００１５】
以下の実施例では、コンデンサモジュールと半導体パワーモジュール間のインダクタンスを低く抑えることができる。コンデンサモジュールと半導体パワーモジュール間の導体のインダクタンスを低くできるのに加え、前記導体と前記半導体パワーモジュールの端子の接続部のインダクタンスを低減できる。また半導体パワーモジュールの直流側端子の部分のインダクタンスを低減できる。これらを作業性の良い構造で実現できる。またそれに加えコンデンサモジュール内のインダクタンスを低減できる。
【００１６】
第１と第２の実施例では、冷媒と半導体モジュールの熱伝達効率が高く、さらに信頼性の高い冷却が可能であり、発熱の低減と効率よい放熱を高い信頼性を持って実現できる。
【００１７】
第１と第２の実施例では、冷媒としてエンジンの冷却水を利用可能であり、車載の搭載性が向上し、駆動システム全体の構成がシンプルとなる。エンジンの冷却水を使用可能とするために以下の実施例では、冷却水路と放熱フィンとの関係の構造が改善されている。また冷却通路と平滑コンデンサ取り付けの構造が改善されている。
【００１８】
また以下に説明する、２個の回転電機を制御する機能を有する電力変換装置に関する第１と第２の実施例によれば、装置全体の構造がシンプルで、さらに高い冷却効率がえられる。またこの装置は製造しやすい構造をなしている。
【実施例１】
【００１９】
《電気自動車１００》
図１は、本発明による電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例を示す構成図である。なお本発明による電力変換装置２００は純粋な電気自動車にもハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下代表してハイブリッド型の電気自動車の実施例を説明する。
【００２０】
ハイブリッド型の電気自動車１００には、エンジン１２０と第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０と、前記第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０に高電圧の直流電力を供給するバッテリ１８０が搭載されている。さらに低電圧電力（１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給するが、図示を省略する。
【００２１】
エンジン１２０および第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０に基づく回転トルクは、変速機１５０とデファレンシャルギア１６０に伝達され、前輪１１０に伝達される。
【００２２】
前記変速機１５０を制御する変速機制御装置１５４とエンジン１２０を制御するエンジン制御装置１２４と電力変換装置２００を制御する回転電機制御回路基板７００の前記回転電機制御回路とリチウムイオン電池などのバッテリ１８０を制御するバッテリ制御装置１８４と統合制御装置１７０とが、それぞれ通信回線１７４によって接続されている。
【００２３】
前記統合制御装置１７０は、下位の制御装置である、変速機制御装置１５４やエンジン制御装置１２４や電力変換装置２００やバッテリ制御装置１８４からそれぞれの状態を表す情報を、通信回線１７４を介して受け取る。これらの情報に基づき、前記統合制御装置１７０によって各制御装置の制御指令が演算され、前記統合制御１７０から各制御装置への制御指令が前記通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。例えば前記バッテリ制御装置１８４はリチウムイオン電池であるバッテリ１８０の放電状況やリチウムイオン電池を構成する各単位セル電池の状態をバッテリ１８０の状態として統合制御装置１７０に報告する。前記統合制御装置１７０は前記報告から前記バッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置２００に発電運転の指示を出す。統合制御装置１７０はまたエンジン１２０と第１や第２の回転電気１３０，１４０の出力トルクを管理し、エンジンと前記第１や第２の回転電機１３０，１４０の出力トルクの総合トルクあるいはトルク分配比を演算処理し、処理結果に基づく制御指令を変速機制御装置１５４やエンジン制御装置１２４や電力変換装置２００へ送信する。トルク指令に基づき電力変換装置２００は第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０を制御し、どちらか一方の回転電機であるいは両方の回転電機で指令のトルク出力を、あるいは発電電力を発生するようにこれらの回転電機を制御する。
【００２４】
前記電力変換装置２００は統合制御装置１７０からの指令に基づき第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０を運転するためにインバータを構成するパワー半導体のスイッチング動作を制御する。これらパワー半導体のスイッチング動作により、第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０が電動機としてあるいは発電機として運転される。
【００２５】
電動機として運転する場合は高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が前記電力変換装置２００のインバータに加えられ、インバータを構成するパワー半導体のスイッチング動作を制御することにより直流電力が３相交流電流に変換され、前記回転電機１３０あるいは１４０に供給される。一方発電機として運転される場合、回転電機１３０あるいは１４０の回転子が外部からの回転トルクで回転し、この回転トルクに基づき前記回転電機の固定子巻線に３相交流電力を発生する。発生した３相交流電力は前記電力変換装置２００で直流電力に変換され、前記高電圧のバッテリ１８０に供給され、前記バッテリ１８０が直流電力により充電される。
【００２６】
図１に示すとおり、電力変換装置２００は、直流電源の電圧変動を押さえる複数の平滑用のコンデンサを有するコンデンサモジュール３００と、複数のパワー半導体を内蔵するパワーモジュール５００、このパワーモジュール５００のスイッチング動作を制御するスイッチング駆動回路を備えた基板（以下スイッチング駆動回路基板）６００、および前記スイッチング動作の時間幅を決める信号すなわちパルスワイドモデュレーションの制御を行うＰＷＭ信号を発生する回転電機制御回路を備えた基板（以下回転電機制御回路基板と記す）７００から構成されている。前記高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池であり、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。
【００２７】
《電力変換装置の全体構成》
図２，図３および図４は、前述した電力変換装置２００の分解斜視図であり、該電力変換装置２００の全体的な構成を概略的に示している。図２と図３と図４は前記電力変換装置２００をそれぞれ異なる方向から見た分解斜視図である。
【００２８】
電力変換装置２００は箱体の形状をなすハウジング２１０を有し、このハウジング２１０の底部には冷却水が循環する冷却通路である冷却水路２１６を内部に有する水路形成体２２０が設けられている。前記ハウジング２１０の底部には、前記冷却水路２１６に冷却水を供給するための入口管２１２および出口管２１４が該ハウジング２１０の外側へ突出している。水路形成体２２０は冷却通路を形成する冷却通路形成体としての機能を持ち、この実施例では冷媒としてエンジン冷却水を使用しており、構成２２０は冷却水路形成体としての機能を有している。
【００２９】
図１のパワーモジュール５００は、前記ハウジング２１０内に並設される第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４で構成されている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４には冷却用の放熱フィン５０６，５０７がそれぞれ設けられている。一方前記水路形成体２２０には開口２１８，２１９が設けられている。前記第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４を水路形成体２２０に固定することで、前記冷却用の放熱フィン５０６，５０７がそれぞれ前記開口２１８，２１９から水路２１６の内部に突出する。前記開口２１８，２１９は放熱フィン５０６，５０７の周囲の金属壁で塞がれ、冷却水路が形成されると共に冷却水が漏れないように前記開口が塞がれる。
【００３０】
この第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、ハウジング２１０の冷却水の入口管２１２および冷却水の出口管２１４が形成された側壁面に直交する仮想の線分を境にして左右のそれぞれに配置されている。前記水路形成体２２０の内部に形成される冷却水路は、冷却水の入口管２１２からハウジング底部の長手方向に沿って他端まで延び、該他端部でＵ文字状に折り返され、再びハウジング底部の長手方向に沿って出口管２１４まで延びている。前記長手方向に沿った並行する２組の水路が前記水路形成体２２０内に形成され、前記水路形成体２２０にはそれぞれの水路に貫通する形状の前記開口２１８と２１９が形成されている。前記通路に沿って前記水路形成体２２０に第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４が固定される。第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４に設けられた放熱フィンが水路に突出することで効率の良い冷却が成されると共に、金属製の前記水路形成体２２０に第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４の放熱面が密着することで効率の良い放熱構造を実現できる。さらに前記開口２１８，２１９は第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４の放熱面でそれぞれ塞がれるので、構造が小型になると共に冷却効果が向上する。
【００３１】
前記第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４にそれぞれ積層して、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４が並設されて配置されている。前記第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４は、図１で説明したスイッチング駆動回路基板６００を構成する。
【００３２】
前記第１のパワーモジュール５０２の上方に配置される第１の駆動回路基板６０２は平面的に観た場合、該第１のパワーモジュール５０２より若干小さく形成されている。同様に、前記第２のパワーモジュール５０４の上方に配置される第２の駆動回路基板６０４も平面的に観た場合、該第２のパワーモジュール５０４より若干小さく形成されている。
【００３３】
前記ハウジング２１０の側面には前記冷却水の入口管２１２および出口管２１４が設けられ、この側面にさらに孔２６０に形成され、この孔２６０に信号用のコネクタ２８２が配置される。このコネクタ２８２の取り付け位置の該ハウジング２１０内部には、該信号用のコネクタ２８２に近接して固定されるノイズ除去基板５６０および第２の放電基板５２０が配置されている。前記ノイズ除去基板５６０および第２の放電基板５２０の取り付け面が、前記第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４等の取り付け面と平行の面となるように、これらは取り付けられている。
【００３４】
前記複数の駆動回路基板６０２と６０４の上方には平滑用の複数のコンデンサを有するコンデンサモジュール３００が配置され、このコンデンサモジュール３００は第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を有しており、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、それぞれ、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４の上方に配置されている。
【００３５】
第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の上方には、平板状の保持板３２０が、その周辺を前記ハウジング２１０の内壁面に密着して固定されて配置されている。この保持板３２０は、前記パワーモジュールの側の面に、前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を支持すると共に、その反対側の面に回転電機制御回路基板７００を保持し、固定している。そして、この保持板３２０は金属材料から構成され、前記コンデンサモジュール３０２と３０４および回転電機制御回路基板７００の発熱した熱を前記ハウジング２１０に流し、放熱する。
【００３６】
上述のように、前記パワーモジュール５００とスイッチング駆動回路基板６００とノイズ除去基板５６０と第２の放電基板５２０とコンデンサモジュール３００と保持板３２０と回転電機制御回路基板７００とをハウジング２１０内に収納し、ハウジング２１０の上部の開口は金属製のカバー２９０によって塞がれている。
【００３７】
また、ハウジング２１０の前記冷却水の入口管２１２および出口管２１４が設けられた側壁を正面とした場合に、その側壁には、端子ボックス８００が取り付けられて配置されている。この端子ボックス８００には、前記バッテリ１８０から直流電力が供給されるための直流電力用端子８１２とその内部に設けられた直流電力用の端子台８１０と、第１の回転電機１３０および第２の回転電機１４０と接続する交流電力用端子８２２とその内部に設けられた交流用の端子台８２０とが設けられている。
【００３８】
直流電力用の端子台８１０はバスバーを介して前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の電極に電気的に接続され、交流用の端子台８２０は前記パワーモジュール５００を構成する複数のパワーモジュール５０２と５０４の端子とそれぞれバスバーを介して電気的に接続されている。
【００３９】
なお、この端子ボックス８００は、その本体８４０に前記直流電力用の端子台８１０を配置させた底板部８４４とカバー部８４６とが取り付けられることによって構成されるようになっている。該端子ボックス８００の組み立てを容易にするためである。前記電力変換装置２００は、図５の如く、コンパクトな形状をなしている。
【００４０】
《電力変換装置２００の各構成部材》
次に、前記図２乃至図７に示した電力変換装置２００の詳細な構成を説明する。
【００４１】
〈ハウジング２１０〉
図５のＩ−Ｉ線における断面を図８に示す。ハウジング２１０は、金属材料、例えばアルミで作られており、略方形状の箱体である。ハウジング２１０の底部に冷却水路を備えた水路形成体２２０を有していて、上部は開口している。ハウジング２１０の底部の冷却水路は出入り口の反対部分で折り返されることにより、２つの冷却水路が併設され、これら冷却水路を冷却水が循環するように構成されている。前記折り返される冷却水路は該冷却水が流れる空間部を中央に挟んだ二重構造からなる水路形成体２２０を備えている。前記水路形成体２２０の上側板に、図示の如く、水路に沿って開口２１８と開口２１９が形成されている。
【００４２】
ハウジング２１０の下部には第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４からなる一対のパワーモジュールが配置され、それぞれの各第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４は水路形成体２２０の上方に配置されて固定されている。各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の放熱面には、多数の並設された放熱フィン５０６と５０７とを備えている。この放熱フィン５０６と５０７が、それぞれ前記水路形成体２２０の開口２１８と２１９の内部に突出している。さらに前記開口はそれぞれ放熱フィン５０６と５０７の周囲のパワーモジュール５０２と５０４の放熱面で閉じられ、これにより水漏れが防止され、密閉した水路２１６が形成される。
【００４３】
このような構成により、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は効率よく冷却される。また、各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の各放熱フィン５０６と５０７が前記開口２１８と２１９に沿って挿入される構成となることにより、ハウジング２１０に対する各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の位置決めの効果を有する。
【００４４】
ハウジング２１０に、比較的小さな孔２６２および比較的大きな面積を有する孔２６４が順次並設されて形成されている（図３参照）。ハウジング２１０の側壁部には端子ボックス８００が配置されており、該端子ボックス８００内の直流電力用の端子台８１０は前記孔２６２を通してハウジング２１０内の第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４に電気的に接続され、該端子ボックス８００内の交流用の端子台８２０は前記孔２６４を通してハウジング２１０内の第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４に電気的にバスバー８６０と８６２によって接続される。前記バスバーの一部は図８に開示されている。
【００４５】
〈パワーモジュール５００およびスイッチ駆動回路基板６００〉
図９は、前記ハウジング２１０の内部にパワーモジュール５００とスイッチ駆動回路基板６００を配置させた状態を示す平面図である。
【００４６】
パワーモジュール５００を構成する第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、前記ハウジング２１０の内部において、回転電機制御基板７００や第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４とよりも冷却水路側に配置されている。第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、冷却水路に沿って並列して配置されている。
【００４７】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれの直流端子ＩＴ１とＩＴ２および交流端子ＯＴ１とＯＴ２が同方向となるように配置させた状態で幾何学的にも同一の構成からなり、一方の第１のパワーモジュール５０２に対し、他方の第２のパワーモジュール５０４を１８０°回転させて配置することにより、それらの直流端子ＩＴ１，ＩＴ２が互いに中央部で向き合うようにして配置され、交流端子ＯＴ１とＯＴ２が互いに前記ハウジング２１０の側壁側に配置されている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれの直流端子にＩＴ１，ＩＴ２において対応するもの同士を近接配置させるため、第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は互いに長手方向に若干ずれた配置となっている。
【００４８】
図９では、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれスイッチ駆動回路基板６０２と６０４とに重ねて配置されているため、前記直流端子ＩＴ１とＩＴ２および交流端子ＯＴ１とＯＴ２がスイッチ駆動回路基板６０２と６０４の短手方向の両サイドに目視された状態となっている。
【００４９】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の直流端子ＩＴ１とＩＴ２は前記コンデンサモジュール３０２と３０４との各端子と電気的に接続され、各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の交流端子ＯＴ１とＯＴ２は前記端子ボックス８００内の交流用の端子台８２０に接続されている。
【００５０】
第１のパワーモジュール５０２の交流端子ＯＴ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する各端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗからなり、これら各端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗは、それぞれその配置個所から並設された各パワーモジュール５０２と５０４の一方の短辺側に沿って引き回された後にハウジング２１０の側壁部２３４の側において立設されたバスバー８６０ｕと８６０ｖと８６０ｗを介して、前記ハウジング２１０の主側壁部２３４に形成された孔２６４を通して突出されるリード端子ＯＬ１ｕ，ＯＬ１ｖ，ＯＬ１ｗに引き出されるようになっている。本実施例ではバスバー８６０ｕと８６０ｖと８６０ｗは水路の出入り口と反対の側を迂回している。
【００５１】
第２のパワーモジュール５０４の交流端子ＯＴ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応した各端子ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗからなり、これら各端子ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗは、それぞれ、その配置個所からハウジング２１０の側壁部２３４の側において立設されたバスバー８６２ｕと８６２ｖと８６２ｗを介して前記孔２６４を通して突出されるリード端子ＯＬ２ｕ，ＯＬ２ｖ，ＯＬ２ｗに引き出される。
【００５２】
各パワーモジュール５０２と５０４やスイッチ駆動回路基板６０２と６０４の上方には、コンデンサモジュール３０２や３０４および回転電気制御回路基板７００が配置されている。
【００５３】
前記各パワーモジュール５０２と５０４は、その周辺部にねじ孔が形成され、このねじ孔を通してハウジングの底部の水路形成体２２０にねじＳＣ１によって固定されている。また、パワーモジュール５０２と５０４との上方に配置されている駆動回路基板６０２と６０４は、ねじＳＣ２によって該パワーモジュール５０２と５０４とに固定されている。
【００５４】
また、図９において、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４は、上述したように、それぞれ、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４にスイッチング信号を供給するための回路基板として構成されている。これら第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４には、その主表面に設けられたコネクタＣＮを介してハーネスＨＮが引き出され、このハーネスＨＮは回転電機制御回路基板７００に接続されている。
【００５５】
〈コンデンサモジュール３００〉
図１０は、複数の平滑コンデンサを備えたコンデンサモジュール３００を前記ハウジング２１０の内部に配置した状態を示す平面図である。前記コンデンサモジュール３００は第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を有していて、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４はたとえば樹脂材料で作られた直方体状のケースにそれぞれたとえば５あるいは６個のフィルムコンデンサ（コンデンサセル）が収納されて作られている。
【００５６】
図８や図１０に示す如く、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４はそれぞれ並列されて配置され、第１のコンデンサモジュール３０２は前記第１の駆動回路基板６０２の上方に、第２のコンデンサモジュール３０４は前記第２の駆動回路基板６０４の上方に配置される。第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４は第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４の直流端子に接続部ＪＮ（ＪＮ１とＪＮ２を含む）により電気的に接続されている。
【００５７】
なお、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、パワーモジュール５００におけるＵ相アームにおける一対の直流端子，Ｖ相アームにおける一対の直流端子，Ｗ相アームにおける一対の直流端子にそれぞれ接続される構成になっている。従って第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４の電気的接続は、図１０に示すごとく、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４のそれぞれに関して６箇所ずつ接続されていて、コンデンサモジュールとパワーモジュール間の接続は幅広の金属導体の間に幅広の絶縁体を挟んだ積層構造となっている。この構造により、コンデンサモジュールとパワーモジュールとの間の電気回路のインダクタンスを低減できる。インダクタンスを低減することにより、パワーモジュールのスイッチング動作による、電圧の一時的な電圧上昇を抑えることができる効果があり、スイッチング動作時間をその分短くでき、発熱を低減できる制御が実現可能となる。
【００５８】
図１０で、第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４とには、直流電力用の端子台８１０に接続される一対の電極ＴＭ１と電極ＴＭ２とがそれぞれ備えられ、この電極を介して外部の直流電源に接続される。第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４のそれぞれの電極ＴＭ１とＴＭ２は、いずれもハウジング２１０の水路出入り口側に配置されている。これは端子ボックス８００内に配置される直流電力用の端子台８１０が配置されている側と同じ側とすることで、外部の直流電源である高電圧バッテリとの配線が容易になり、作業性が向上する。
【００５９】
図１０で、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、それぞれその四隅において、ナットが埋め込まれた固定用孔ＦＨ１とＦＨ２が形成されており、前記保持板３２０の前記固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に対応する孔を通して当該固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に螺入されるねじＳＣ４（図１１参照）によって、第１のコンデンサモジュール３０２および第２のコンデンサモジュール３０４は保持板３２０に固定される。すなわち、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は保持板３２０に懸架された状態で固定される。
【００６０】
〈保持板３２０〉
図１１は、前記ハウジング２１０の内部に保持板３２０を配置させた状態を示す平面図で、該保持板３２０に搭載された回転電機制御回路基板７００を示している。保持板３２０は回転電機制御回路基板７００を備えた制御基板ブラケットとして構成され、前記ハウジング２１０の内部において、前記コンデンサモジュール３００の上側に位置した状態で前記ハウジング２１０に固定されている。
【００６１】
ハウジング２１０の内側面にはその周方向に沿ってほぼ等間隔に複数個の突起体ＰＲ（図９と図１０参照）が形成され、該突起体ＰＲの上端面が前記保持板３２０をその周辺において支持し、該保持板３２０の周辺に形成されたねじ孔を通して前記突出体ＰＲの上端面に螺入されるねじＳＣ４によって保持板３２０が固定される。周辺に設けられた数多くの前記突起体の上面の広い面積で前記保持板を受けるので、ハウジング２１０と保持板３２０とは良好な熱伝導状態となる。保持板３２０は、その機械的強度を向上するため、ハウジング２１０と同様熱伝達の良い金属材料、例えばアルミ材料で作られている。また、前記回転電機制御回路基板７００が載置される面においてパターン化された凹凸面が形成されている。
【００６２】
保持板３２０の前記凹面は、前記回転電機制御回路基板７００の該保持板３２０の側の面における配線層等の形成領域に対向した部分において形成され、これにより、前記配線層等が金属材である保持板３２０と接触するのを防止でき、該配線層に電気的短絡が生じるのを防止できる。特にパワーモジュール５０２と５０４の交流端子ＯＴ１とＯＴ２とが設けられる部分は窪みである凹形状となっている。また直流電源の接続部にも窪みである凹形状が形成されている。前記保持板３２０の前記回転電機制御回路基板７００との対向面の前記凹面内に、図３に示すように、複数の散在されたボス部ＢＳが形成され、このボス部において前記回転電機制御回路基板７００に形成されたねじ孔を通して螺入されるねじＳＣ６（図１６参照）によって、該回転電機制御回路基板７００が保持板３２０に固定されるようになっている。
【００６３】
上述のように、前記保持板３２０は、その下方に配置される前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を、該保持板３２０に形成されたねじ孔を通し前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の四隅に設けられた固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に螺入されるねじＳＣ４によって、固定していることは上述した通りである。
【００６４】
このように、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、ハウジング２１０に当接されて配置されている保持板３２０に固体された構成となっているため、該第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４から発生した熱は保持板３２０を通してハウジング２１０に伝導され易く、放熱効果に優れた構成となっている。またハウジング２１０は冷却水路により冷却されるので、前記コンデンサモジュール３０２と３０４の温度上昇を低く抑えることが可能となる。
【００６５】
〈回転電機制御回路基板７００〉
図１１は、前記ハウジング２１０内の保持板３２０上に搭載させた回転電機制御回路基板７００を示した平面図である。この回転電機制御回路基板７００は、小信号用の電子部品がコネクタＣＮとともに搭載されている。このコネクタＣＮは、ハーネスＨＮを介してたとえば前記スイッチ駆動回路基板６０２と６０４に搭載されたコネクタＣＮに接続されている。この回転電機制御回路基板７００は、その周辺の四隅の各領域において、また、該周辺を除く中央部の領域であって、各部品が搭載された領域およびこれら部品を接続する配線層が形成された領域を回避させた領域において、ねじ孔が形成され、これらねじ孔を通して前記保持板３２０に螺入されるねじＳＣ６によって、該保持板３２０に固定されるようになっている。前記回転電機制御回路基板７００は、たとえばその周縁部のみでフレームに固定される構造の場合と比較して、振動等で中央が撓んでしまうという弊害を回避することができる。上述したように、この回転電機制御回路基板７００は、ハウジング２１０に当接されて配置されている保持板３２０に載置された構成となっているため、該回転電機制御回路基板７００から発生した熱は保持板３２０を通してハウジング２１０に伝導され易く放熱効果に優れた構成となっている。
【００６６】
〈カバー２９０〉
カバー２９０は、前記ハウジング２１０の内部に、前記第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４，スイッチ駆動回路基板６０２，６０４，第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４，保持板３２０，回転電機制御回路基板７００を順次収納させた後に、該ハウジング２１０の開口を閉塞させる蓋材からなっている。
【００６７】
〈第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４の冷却構造〉
上述のごとく、電力変換装置２００の一方の面の側、底部には冷却水路が形成されている。図１２は、ハウジング２１０の底から上を見た構造図であり、底部の水路形成体２２０の一部である水路保持部材９０２を示す。前記水路保持部材９０２は他の水路形成体２２０である底板９３４を取り付けるための外周部９０４を有し、外周部９０４にはねじ止め用の孔ＳＣ９が多数設けられている。一部だけ符号を付し、他は符号を省略する。外周部９０４の内側に水漏れを防ぐためのシール溝９０６が設けられ、前記シール溝９０６の内側の前記水路保持部材９０２には、両サイドに外側領域部９１２が設けられ、さらに前図で冷却水路２１６として説明した第１と第２の水路９２２と９２６と中央部９０８とが設けられている。前記シール溝にオーリングまたはゴムなどのシール部材を嵌め、ねじ孔ＳＣ９をねじで締め付けることでシール機能を持つ。水路９２２（先に２１６として説明）の入口部９１６に冷却水が供給され、第１の水路９２２を矢印の方向に冷却水が流れ、折り返し通路９２４で冷却水の流れがＵ字状に変わり、第２の水路９２６を矢印の方向に流れ、水路９２６の出口部９１８から排出される。第１と第２の水路９２２と９２６には孔である開口２１８と２１９とが設けられている。以下に説明する図１３に記載の底板９３４を取り付けることで水路９２２と９２６が形成されると共に、開口２１８と２１９が水路に前記水路の開口構造となる。
【００６８】
第１の水路９２２と第２の水路９２６との間に設けられた前記中央部９０８、および第１の水路９２２と外周部９０４との間および第２の水路９２６と外周部９０４との間に設けられた外側領域部９１２にはそれぞれアルミダイキャストの肉厚を薄くするための窪み９３２が設けられている。
【００６９】
図１３（Ａ）と（Ｂ）に、図１２に示すハウジング２１０の底を塞ぐ底板９３４を示す。底板９３４と前記水路保持部材９０２とは水路を形成する水路形成体であり、図１３（Ａ）の矢印の如く、水が流れる。底板９３４にはねじ孔ＳＣ９が多数設けられており、前記水路保持部材９０２の外周部９０４のねじ孔ＳＣ９を介してねじで締め付けられる。底板９３４には第１の凸部９３５と第２の凸部９３６とが設けられており、この凸部９３５が水路９２２に挿入され、凸部９３６が水路９２６に挿入される。なお、窪み９３８はアルミダイキャストの肉厚を薄くするために設けられている。
【００７０】
図１２のII−II断面に沿った水路９２２の断面を図１４に示す、なお水路９２６もほぼ同じ形状である。図１２と図１３と図１４において、水路保持部材９０２には並列に配置された複数の水路９２２と９２６とが設けられている。入口管２１２（図１２には記載省略）から冷却水は入口部９１６に導入される。水路の入口部９１６にはハウジング２１０と一体の金属部材により形成された天井８８２が設けられ、水路の両脇には図１５の側壁９８８と９９０で示すハウジング２１０と一体の金属部材が設けられている。水路は図１２に示す如く入口管の後水路の幅が徐々に広がり、一方水路の深さが徐々に浅くなっている。これにより冷却水の流れがスムーズとなり、渦が生じにくく、流体抵抗が少ない。入口部から水は開口部を有する水路に導かれる。開口部を有する水路では、水路の底に図１３に示す凸部９３５を設けることで水路の底が盛り上がり、水路の深さは放熱フィンの高さよりやや深い形状となる。放熱フィンの高さは６ミリメータから８ミリメータであり、水路の深さは１０ミリメータ以下、望ましくは９ミリメータ以下である。
【００７１】
水路形成体２２０の前記凸部９３５の反対側には開口２１８が作られており、この開口２１８にパワーモジュール５０２の金属ベース９４４に設けられた放熱フィン５０６が突出するようにして、パワーモジュール５０２がねじＳＣ１により固定されている。図示されていないが並列配置された他の水路９２６が形成されている水路形成体２２０の開口には、パワーモジュール５０４が固定されている。このようにすることで放熱フィンと冷却媒体である水との熱交換効率が向上する。また併設される水路９２２と９２６とのつなぎめである折り返し部はフィンが突出する部分より水路が深くなっており、流体抵抗が減少し、冷水の流れが改善される。
【００７２】
パワーモジュール５０４は以下説明するパワーモジュール５０２と同様の構造で、ほぼ同じように固定されているので、代表してパワーモジュール５０２で説明する。水路９２２の前記開口２１８から複数の放熱フィン５０６（この実施例では３個の放熱フィン）が水路に突出している。放熱フィン５０６は金属の金属ベース９４４の一方の面に設けられており、金属の金属ベース９４４の他方の面には半導体チップが設けられている。前記半導体チップは樹脂ケース９４６で密封されている。この構成は、パワーモジュール５０４と水路９２６との関係でも同じである。
【００７３】
パワーモジュール５０２は図９や図１４に示す如く、金属板９８２と共にねじＳＣ１で水路を形成する水路形成体に固定される。この実施例ではハウジング２１０と一体形成された水路カバー８８２に固定される。パワーモジュール５０２のねじ止めにより、パワーモジュール５０２の放熱面で前記水路９２２の開口２１８を塞ぐ。パワーモジュール５０２の放熱面と前記開口周辺の水路形成体との間に密閉部材例えばオーリング９８６が設けられ、水漏れを防止することが可能な構造となっている。
【００７４】
前記金属板９８２と対向して金属または熱伝導性の優れた比較的柔らかい樹脂からなる放熱板９８４が設けられ、この放熱板９８４に対向して駆動回路基板６０２が設けられている。駆動回路基板６０２の熱は放熱板９８４を介して水路形成体に伝わり、冷却水に伝達することで駆動回路基板６０２の温度上昇を低く抑えることが可能となる。以上の構成および作用効果はパワーモジュール５０４と駆動回路基板６０４に関しても同じである。
【００７５】
図１４のIII−III断面の部分拡大図を図１５に示す。水路９２２を形成するための水路形成体２２０の底部に底板９３４が設けられている。水路の両側部はハウジング２１０と一体に設けられた側板９８８と９９０とによって形成されている。前記側板９８８と９９０と水路形成体２２０の底部との密閉は、密閉部材たとえばオーリングまたはオーリングより幅の広いガスケットからなるシール部材９８６によって達成される。また水路９２２の上部の開口２１８は先に説明したとおり、パワーモジュール５０２の金属製ベース９４４の放熱面により密閉される。この密閉を行うために、密閉部材たとえばオーリングまたはガスケットなどのシール部材９８６が設けられている。前記金属ベース９４４の反対面には複数の半導体チップが固定されており、樹脂ケース９４６で密閉されている。パワーモジュール５０２の上には上述のとおり放熱板９８２および放熱板９８４を挟んで前記駆動回路基板６０２がねじＳＣ２により固定されている。
【００７６】
前記説明では図１４に示す如く、水路の入口部と出口部および折り返し部で、水路を深くし、放熱フィンの挿入部は前記水路位置に比べ浅い形状にしている。フィン挿入部の水路の深さはフィンの高さ方向の長さより少し長い寸法の深さになっている。この実施例では上述のとおり、フィンの高さが６ミリメータ〜８ミリメータで、水路の深さは１０ミリメータ以下、好ましくは９ミリメータ以下である。以上の構成や作用，効果はパワーモジュール５０４とその水路を含む水路形成体においても同じである。
【００７７】
〈パワーモジュール〉
図１７にパワーモジュール５０２あるいは５０４をフィン側から見た状態を示し、パワーモジュール５０２あるいは５０４の樹脂ケース９４６を外した状態を図１６に示す。また図１８に図１６のIV−IV断面を示す。実際の断面図では、半導体部分の断面が３個表示されるが、説明を分かり易くするために、半導体チップ３個の内２個についてはこれを省略し、半導体チップの１個のみを実際より拡大して記載した。金属ベース９４４の放熱面には図１７に示す如く３組の放熱フィン５０６Ａと５０６Ｂと５０６Ｃとが設けられている。前記放熱フィンの外周の放熱面には水路の冷却水の漏れを防止するシール部材８６としてオーリングまたはガスケットが設けられている。前記金属ベース板の放熱面を水路の開口部にねじなどで強く押し付けることで、前記金属ベース９４４で水路９２２（２１６）や９２６（２１６）の開口を塞ぎ、前記シール部材９８６により、水路内の冷却水の水漏れが防止できる構造となっている。
【００７８】
放熱フィンは図１８に示す如く、ロー材９４８により固定される。このロー付けは例えば摂氏６００度から７００度で行われる。前記３組の放熱フィンに対応して、前記金属ベース９４４の反対面に絶縁基板９５６が図１８に示す如く、第２の半田層９６２により接着されている。
【００７９】
前記金属ベース９４４は銅を主成分とし、この銅に不純物を加えた合金である。硬度が放熱フィン５０６のロー付け後において、ＨＶ５０以上が望ましく熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上が望ましい。この金属ベースの厚さは２ミリメータ〜４ミリメータの範囲である。また平面度が各絶縁基板の範囲であるいは固定ねじ孔９７８で囲まれる範囲内で０.１mm以下が最適、０.２mm以下が望ましい。さらにインバータを構成する半導体チップの範囲である６個の絶縁基板の範囲で平面度が０.３mm以下が最適で、０.４mm以下の確保が望ましい。銅に銅より硬い不純物を混ぜるとその割合が増すごとに硬度が上がる。しかし、前記不純物は一般に銅より熱伝導率が低いので、全体の熱伝導率が低下する。従って不純物の割合を調整し、前記硬度と前記熱伝導率が維持できることが望ましい。また前記金属ベースには厚さ約３〜９μｍのニッケルメッキを施すことが望ましい。図１８に示す如く、一方に放熱フィン５０６をロー付けし、他方に半導体チップの絶縁基板９５６を半田付けする。この場合銅の面には傷があるかもしれない、適度な厚さのメッキを施すことで、表面粗さを適切に維持できる。この実施例では、少なくとも絶縁基板の搭載する範囲とＯリングが当たる範囲の表面粗さはＲａ＝３.２を満足することか望ましい。
【００８０】
〈半導体モジュールの製造〉
図１８で前記条件を満足する、銅を主成分とする合金のベース板に、金属製の放熱フィン５０６を摂氏６００度から７００度でロー付けされる。場合によっては８００度乃至９００度になる可能性がある。金属ベースが柔らかいとこのロー付け作業で平面度が悪くなり、その後の絶縁基板９５６の接着が困難になる。不純物の含有割合を適度に選定することで、ロー付け作業後の特性が硬度に関しＨＶ５０以上で、またロー付け作業後の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の特性を確保できる。図１６に示すようにこの作業で３個の放熱フィン５０６Ａ〜５０６Ｃがロー付けされる。
【００８１】
また他の作業工程で、絶縁基板９５６に高温半田で半導体チップ９５２を接着する。第１の半田層９５８はこの工程で作られた層で半導体チップ９５２と絶縁基板とを固着している。この半田層は高温半田の層であり、第２の半田層９６２である低温半田の接着作業で溶解することはない。図１６に示すように、１個の絶縁基板９５６にダイオードチップ９５４とＩＧＢＰチップ９５２が３組ずつ接着される。参照符号は煩雑さを避けるため、１個の絶縁基板９５６に対してのみ表示し、他は省略した。３組のダイオードチップ９５４とＩＧＢＰチップ９５２を有する１個の絶縁基板を２個対向して並列に配置することでＵＶＷ相の内の１相に対応し、金属ベース９４４の裏に接着された１個のフィンに対応している。図１６の金属ベース９４４は、３相用のインバータを構成するため、前記対向して並列に配置された絶縁基板を３組有している。各絶縁基板は同じ構造をなしている。
【００８２】
前記作業の後、３組の半導体チップ９５２を接着した６個の絶縁基板９５６と、３個の放熱フィン５０６を有する金属ベース９４４とを図１６と図１７に示す位置関係となるように低温半田である半田９６２で接着する。すなわち２個の絶縁基板に対して金属ベース９４４の半対面に１個のフィンがロー付けされる位置関係で接着される。図１８で放熱フィン５０６と金属ベース９４４との接着温度が一番高く、ロー材を使用して接着される。次に高い温度の接着は、半導体チップ９５２と絶縁基板９５６との接着で高温半田を使用して行われる。一番低い温度の接着が絶縁基板９５６と金属ベースとの接着で、低温半田を使用して行われる。前記ロー材による放熱フィン５０６の接着温度が高いので、金属ベース９４４の金属が純粋な銅より硬い金属を使用しないと、ロー付けにより、金属ベース９４４の半対面の平面度が低下し、絶縁基板の接着が困難になる。上述のように不純物となる金属の含有量を増やすと平面度を維持し易くなるが、熱伝導率が低下し、絶縁基板９５６の冷却効果が低下する。両方の特性を両立する条件が上述した、ロー付け作業後の特性が硬度に関しＨＶ５０以上で、またロー付け後の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の特性である。また各絶縁基板９５６の領域での平面度が０.１mm以下であることが最適で、平面度が０.２mm以下であることが望ましい。また金属ベース９４４の６個の絶縁基板が接着されるエリアの平面度が高く維持できることが望ましく、６個の絶縁基板の接着されるエリア（全絶縁基板の接着エリアで平面度０.３mm以下が最適で、これに近い０.４mm以下が望ましい。
【００８３】
他の考え方として、取り付けねじ孔９７８で区切られるエリア内の平面度が０.１mm以下であることが最適で、平面度が０.２mm以下であることが望ましい。
【００８４】
本実施例では金属ベース９４４に複数個の絶縁基板９５６を配置しており、これらの各絶縁基板９５６内に複数の半導体チップをそれぞれ高電圧に耐える配置関係を維持している。このように例えば３００ボルト以上の直流電力を受けて交流電力に変換する半導体チップ複数個有する絶縁基板９５６では、絶縁基板の面積が広くなり、各絶縁基板９５６の接着の範囲内においてそれぞれ平面度０.２mm以下が望ましく、最適には平面度０.１mm以下を維持することが望まれる。
【００８５】
図１６で１個の絶縁基板に接着されている３組の半導体チップは、この実施例では、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）チップとダイオードチップであり、図１８のチップ９５２がＩＧＢＴチップである。またＩＧＢＴチップに隣接するダイオードチップ９５４は図１８の構造と同じ構造で同じ製造方法で絶縁基板９５６に接着され、違いは半導体チップ９５２がダイオードチップ９５４に代わる点である。絶縁基板に対し３個のＩＧＢＴチップ９５２と３個のダイオードチップ９５４とが高温半田で接着され、これら６個のチップを備えた絶縁基板９５６が６個、図１６に示す配列で金属ベース９４４に低温半田で接着される。
【００８６】
前記実施例では、半導体チップ９５２にＩＧＢＴチップを使用したが、ＭＯＳトランジスタのチップを使用しても良い。この場合、ダイオードチップ９５４は不要となる。
【００８７】
図１６と図１７と図１８で、孔９７８は半導体モジュールを通路形成体２２０に取り付けるためのねじ孔である。
【００８８】
図１９は、図１８の他の実施例であり、放熱フィン５０６の形状をピン形状としたものである。図１８の波形状の放熱フィン５０６と同様にロー材にて金属ベース９４４にロー付けされる。ロー材９４８により金属のベース板とピン形状のフィンが接着されている。この実施例では放熱フィンであるピンの高さはベース面から６mm乃至８mmの高さである。図１４における放熱フィンが挿入されている位置の水路の深さは１０mm以下、望ましくは９mm以下である。各フィンのエリア、図１７の放熱フィン５０６Ａのエリアでのピンの数は３００本から７００本である。ピンの太さは、ロー付け部で直径３mmから５mm、その高さは０.５mmから１.５mmで、さらにそれより高い部分の直径は２mmから３mmである。これらのピンは千鳥状に配置されている。
【００８９】
図２０（Ａ）から（Ｃ）はパワーモジュール５０２あるいは５０４の外観図である。図２０（Ａ）はパワーモジュール５０２あるいは５０４の平面図、図２０（Ｂ）は側面図、図２０（Ｃ）は正面図である。上述のとおり、図１６と図１７に記載のパワーモジュールは図２０のパワーモジュールの樹脂ケースを取り除いた構造である。図２０（Ａ）に示す平面図において、一方の端に回転電機と接続する交流用端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗが設けられている。反対側である他の端部には直流電源に接続する直流用端子ＩＴ１ＮとＩＴ１Ｐとが３組設けられている。これらの端子は、図９の如く配置され、コンデンサの端子と接続される。なお、端子ＩＴ１Ｎは直流電源の負側に接続され、端子ＩＴ１Ｐは直流電源の正側に接続される。図２０の３組の直流端子ＩＴ１ＮとＩＴ１Ｐは正側端子どうしおよび負側端子どうしがそれぞれ電気的に並列接続される。
【００９０】
基準ピン９９２はパワーモジュール５０２あるいは５０４に固定される駆動回路６０２や６０４の位置決めのために設けられている。
【００９１】
パワーモジュール５０２あるいは５０４の放熱フィンを水路９２２や９２６の開口２１８や２１９にそれぞれ突出させて固定した状態での、パワーモジュール５０２とパワーモジュール５０４の位置関係を図２１に示す。矢印は水路の水流の方向を示す。２個のパワーモジュール５０２と５０４とを並列にしかも直流用端子が内側になるように配置する。この配置により中央部でコンデンサの端子と接続でき、装置全体がシンプルな構造となる。また短い配線でしかも直流の正側と負側とを対向させてコンデンサモジュール３０２や３０４と積層構造で接続することが可能となり、この配線部のインダクタンスを低減でき、パワーモジュール５０２と５０４とのスイッチング動作による電圧の跳ね上がりを低く抑えることが可能となる。
【００９２】
また本装置では、パワーモジュールの直流端子の正極ＩＴ１ＰとＩＴ２Ｐとが互いに接続され、直流端子の負極ＩＴ１ＮとＩＴ２Ｎとが互いに接続されている。図２１に示すの如くパワーモジュール５０２あるいは５０４を少しずらせて並列に配置することで、同じ形状のパワーモジュールをパワーモジュール５０２あるいは５０４として使用できる。しかも接続距離が短くなり、前記インダクタンスを低減できる効果がある。パワーモジュール５０２あるいは５０４の負極であるＮ端子どうしを近くに配置し、正極であるＰ端子どうしを近くに配置できる。これにより接続線の配置が整然とした関係となり生産性である配設作業が向上する。さらにインダクタンスを低減できる。
【００９３】
回転電機につながる交流端子ＯＴ１とＯＴ２とが並列配置されたパワーモジュール５０２あるいは５０４の外側にそれぞれ配置されるので、交流端子ＯＴ１とＯＴ２とを異なる回転電機の端子と接続するバスバーを配置しやすい構造となっている。装置全体の構造がシンプルで、作業性も向上する。
【００９４】
〈電気回路の説明〉
図２２は本実施例の電力変換装置２００の回路図であり、電力変換装置２００には、インバータ装置を構成する第１のパワーモジュール５０２とインバータ装置を構成する第２のパワーモジュール５０４とコンデンサモジュール３００とインバータ装置の第１の駆動回路基板６０２に実装された駆動回路９２とインバータ装置の第２の駆動回路基板６０４に実装された駆動回路９４と回転電機制御回路基板７００に実装された制御回路９３とコネクタ基板７２に実装されたコネクタ７３及びコンデンサモジュール３００の放電回路（図示省略）を駆動する駆動回路９１と電流センサ９５や９６が設けられている。
【００９５】
尚、図２２では、電源系と信号系との区別がし易いように、電源系を実線で、信号系を点線でそれぞれ図示している。
【００９６】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、対応するインバータ装置の電力変換用主回路を構成しており、図１６に示すように、複数のスイッチング用パワー半導体素子を備えている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれ対応する駆動回路９２と９４とから出力された駆動信号によって動作し、高電圧バッテリ１８０から供給された直流電力を３相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機１３０や１４０の電機子巻線に供給する。主回路は図２２に示す３相ブリッジ回路であり、３相分の直列回路がそれぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されて構成されている。この直列回路は図１６に示す、対向して配置された絶縁基板９５６に接着された半導体チップ９５２よって構成される。図２２に示す前記第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の半導体チップは図１６に示すように配置されている。
【００９７】
〈第２のパワーモジュール５０４の説明〉
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４とは図２２に示す如く、回路構成が同じであり、第２のパワーモジュール５０４で代表して説明する。本実施例では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８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、ＩＧＢＴ２１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ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。前記ＩＧＢＴ２１のチップは図１６と図１８と図１９の半導体チップ９５２に対応し、ダイオード３８は前記図のダイオードチップ９５４に対応する。先に説明したとおり、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。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。尚、ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、ＩＧＢＴのように、別途、ダイオードを設ける必要がない。
【００９８】
各相のアームはＩＧＢＴ２１のソース電極とＩＧＢＴ２１のドレイン電極が電気的に直列に接続されて構成されている。尚、本実施例では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。図２２に示す実施例では、各相の各上下アームはそれぞれ３つのＩＧＢＴによって構成している。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のドレイン電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１８０の負極側それぞれ電気的に接続されている。バッテリ１８０の正極側に接続すべき前記パワーモジュール５０２と５０４の端子を図２０や図２１ではＩＴ１ＰまたはＩＴ２Ｐとして示している。またバッテリ１８０の負極側に接続すべき前記パワーモジュール５０２と５０４の端子を図２０や図２１ではＩＴ１ＮまたはＩＴ２Ｎとして示している。
【００９９】
各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのソース電極と下アーム側のＩＧＢＴのドレイン電極との接続部分）は、対応する回転電機１３０や１４０の対応する相の電機子巻線に電気的に接続されている。この中点は図２０や図２１では端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗ，ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗとして示す。
【０１００】
駆動回路９２，９４は、対応するインバータ装置の駆動部を構成しており、制御回路９３から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの回路９２や９４で発生した駆動信号は、対応する第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４に出力される。駆動回路９２，９４は、各相の各上下アームに対応する複数の回路を１つの回路に集積した、６個のＩＧＢＴを駆動する回路を１ブロックに収めた集積回路により構成されている。各相の各上下アームに対応する回路としては、インターフェース回路，ゲート回路，異常検出回路などを備えている。
【０１０１】
制御回路９３は各インバータ装置の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路９３には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値），電流センサ９５，９６及び回転電機１３０や１４０に搭載された回転センサが検知した信号（センサ出力）が入力されている。制御回路９３はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路９２や９４にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
【０１０２】
コネクタ７３は電力変換装置２００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。
【０１０３】
コンデンサモジュール３００は図１０のコンデンサモジュール３０２と３０４とを有しており、ＩＧＢＴ２１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ための平滑回路を構成するためのものであり、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４の直流側の端子に電気的に並列に接続されている。駆動回路９１は、コンデンサモジュール３００に蓄積された電荷を放電するために設けられた放電回路（図示省略）を駆動するためのものである。
【実施例２】
【０１０４】
次に、図２３乃至図２８を用いて、第２の実施例を説明する。第２の実施例と、先に説明した図２２に示す回路図および図１６から図２１に示すパワーモジュールの構造および図１２から図１５で説明した冷却水路の基本的構造は、基本的考え方は同じであり、同じ作用と効果を有している。相違する点は、第１の実施例ではインバータ装置２００の底部に冷却水路９２２と９２６を備えているのに対し、第２の実施例はインバータ装置２００の中段に冷却水路を設けた点である。第２の実施例では、冷却水路の形成体の両面にパワーモジュール５０２，５０４やコンデンサモジュール３０２や３０４などの冷却すべき電気部品を装着でき、両面を利用して冷却できる。例えば冷却水路形成体の一方の面に半導体モジュールであるパワーモジュール５０２と５０４を装着してこれらを冷却すると共に、前記冷却水路形成体の他方の面でコンデンサモジュール３０２と３０４を冷却する構造とすることが可能である。
【０１０５】
以下電力変換装置の第２の実施例を説明する。電力変換装置２００は、下部ケース１３の上に第２ベース１２が、第２ベース１２の上に第１ベース１１が、第１ベース１１の上に上部ケース１０がそれぞれ積み重ねされた配置で固定されている。前記積み上げられて固定されたハウジングすなわちインバータ装置２００の外観の形状は、角部が丸みを帯びた全体的には直方体の形状である。前記ハウジングの構成部品はアルミニウム材のような熱伝導性に優れた材料で作られている。本ハウジングは第１の実施例で説明したハウジング２１０の機能を基本的に有し、前記ハウジングは下部ケース１３と上部ケース１０を備えている。これらケースからなるハウジングの中央部に、第１ベース１１と第２ベース１２からなる水路形成体が固定され、この水路形成体の両面に以下に説明するパワーモジュールやコンデンサモジュールなどの電気部品が装着される。
【０１０６】
前記ハウジングは、アルミなどの熱伝導性に優れた部材によって全周（周壁，天井壁，底壁）が囲まれており、前記第１と第２ベース１１と１２による冷却水路が前記ハウジングに、熱伝導が良好な構造で固定されているので、前記ハウジング自身が良好に冷却される。前記ハウジングの内部には、前記第１と第２ベース１１と１２から構成される水路形成体によってその内部に冷却水路が形成され、ハウジング内に水路形成体の上と下にそれぞれ室が形成される。前記水路形成体は、冷媒である冷却水を流すための２つの冷却水路９２２と９２６とを並列に形成している。前記構成により、前記２つの室は前記冷却水路によって熱的に隔てられ、一方の室から他方の室への熱影響を抑制できる。更にそれぞれの部屋および部屋の壁が冷却される。
【０１０７】
水路形成体の上部の室には、ハウジングの長手方向に沿って第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４が図２４に示すように並設されている。前記冷却水路９２２と９２６には図１２と図１３で説明したように、それぞれ開口２１８と２１９とが形成されており、この開口からパワーモジュール５０２と５０４の放熱フィンが水路内に突出している。また開口２１８と２１９は前記パワーモジュール５０２と５０４の金属ベース２３の放熱面で塞がれ、これにより第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は効率良く冷却される。また第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４から放出された熱が下部の室に熱的影響を及ぼすのを抑制できる。
【０１０８】
ハウジングの長手方向の一側面には図２７に記載のごとく、冷却水路９２２や９２６と連通する入口管２１２と出口管２１４が設けられている。冷却水路９２２と９２６の各々はハウジングの長手方向に沿って平行に延びており、お互いハウジングの長手方向の他端部においてＵ字状に折り返されて連通している。図１２〜図１４で説明した水路の形状と第２の実施例の水路の形状はほぼ同じである。
【０１０９】
第１ベース１１の冷却水路９２２や９２６のそれぞれには上述のように開口２１８と２１９が設けられ、この開口２１８と２１９からパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４に設けられた放熱フィンが水路内に突出し、前記開口２１８と２１９はパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の金属ベース２３で塞がれる。前記フィンが冷媒で直接冷却され、前記金属ベース２３は水路９２２や９２６を流れる冷媒によって効率的に冷却される。
【０１１０】
前記金属ベース２３は図１８や図１９で説明した金属ベース９４４と形状および作用効果は同じものであり、銅を主成分とする熱伝導性優れた金属部材料により構成されており、水路９２２や９２６の内部に突出する放熱フィンがその冷媒流路側の面に設けられている。放熱フィンは図１８や図１９により説明した放熱フィン５０６や５０７と同じ構造となっており、冷媒による実質的な冷却面積が増加し、冷媒による冷却効果を向上できる。
【０１１１】
図１４に記載のごとく、第２の実施例においても、入口管２１２から供給された冷却水は、第１の水路９２２の入口部で深くなっており、その後放熱フィン５０６の突出しているところで第１の水路９２２は浅くなる。第１の水路９２２と第２の水路９２６とのつなぎ部である水路の折り返し部では前記放熱フィン５０６の突出している部分に比べ再び水路が深くなり、第２の水路９２６の放熱フィン５０７突出している部分で浅くなる。第２の水路９２６の出口部で水路は放熱フィンの突出している部分に比べ深くなり、出口管２１４につながる。この水路の形状および作用効果は図１２や図１３，図１４で説明した形状と同じであり、放熱フィンの突出しているところでは冷却水全体ができるだけ効率的にフィンと熱交換でき、フィンの無い部分はできるだけ流体抵抗を小さくし、冷却システム全体としての冷却効率を向上するものである。
【０１１２】
パワーモジュール５０２や５０４の金属製の金属ベース２３がそれぞれ水路の開口を塞ぐように設けられ、前記金属ベース２３の上面には、図１５から図２１で説明した樹脂ケース２４が設けられている。図２３〜図２７の樹脂ケース２４は、図１４や図１５および図２０の樹脂ケース９４６と同じものである。なお、図２３や図２４では第１のパワーモジュール５０２の内部が理解できるように、本来設けられている第１のパワーモジュール５０２の樹脂ケース２４の上蓋を意図的に取り除いて記載している。また図２４の右側の列に示す第１のパワーモジュール５０２の６個の絶縁基板２２の上に接着されている半導体チップと配線構造は中央の２つについてのみ具体的に記載しており、他の４個は絶縁基板２２に接着されている半導体素子を省略している。
【０１１３】
樹脂ケースの長手方向に延びる側壁であって、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の対向側に位置する側壁には直流正極側のモジュール端子２６（図２４参照）及び直流負極側のモジュール端子３３（図２４参照）が収納室毎に対応して設けられている。直流正極側のモジュール端子３３及び直流負極側のモジュール端子２６は樹脂ケース２４の側部から上方に突出している。直流正極側のモジュール端子３３及び直流負極側のモジュール端子２６の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面が樹脂ケースの表面に露出している。これにより、各収納室の内部には直流正極側のモジュール電極３６及び直流負極側のモジュール電極３７が形成される。前記端子２６は第１の実施例を説明する図２０と図２１のＩＴ１ＰやＩＴ２Ｐと同じ端子であり、端子３３は図２０と図２１のＩＴ１ＮやＩＴ２Ｎと同じ端子である。
【０１１４】
樹脂ケースの長手方向に延びる側壁であって、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の対向側とは反対側に位置する側壁には交流モジュール端子２７（図２４参照）が設けられている。交流モジュール端子２７は樹脂ケースの側壁から上方に突出している。交流モジュール端子２７の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面が樹脂ケース２４の表面に露出している。これにより、各収納室の内部には交流モジュール電極３５が形成される。前記交流用の端子２７は第１の実施例を説明する図２０や図２１の端子ＯＴ１ｕやＯＴ１ｖやＯＴ１ｗやＯＴ２ｕやＯＴ２ｖやＯＴ２ｗと同じ形状と作用効果をなす。
【０１１５】
各収納室の金属ベース２３の上面には２つの絶縁基板２２がハウジングの長手方向に並設されている。各絶縁基板２２の上面には２つの板状の配線部材３９（図２４参照）がハウジングの長手方向に並設されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の一方側に設けられた配線部材３９の一方側は直流正極側モジュール電極３６と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の他方側に設けられた配線部材３９の一方側は直流負極側モジュール電極３７と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の他方側は交流モジュール電極３５と電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。
【０１１６】
各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の一方側の上面には、ハウジングの長手方向に並べられたＩＧＢＴ２１とダイオード３８とがハウジングの短手方向に３つ並設されて実装されている。これにより、各相の上下アームがそれぞれ構成される。ＩＧＢＴ２１とダイオード３８は、交流モジュール電極３５と電気的に接続された配線部材３９に電気的に接続されている。ＩＧＢＴ２１のゲート電極はコネクタ２５に電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。コネクタ２５は樹脂ケースの金属ベース２３の上面の３つの領域を形成する４つの側壁にそれぞれ設けられている。前記ＩＧＢＴチップ２１やダイオードチップ３８の配列は図１６で説明した配置関係と同じである。第２の実施例の絶縁基板２２は第１の実施例の絶縁基板９５６と同じものであり、同じ作用効果をなす。
【０１１７】
樹脂ケースの上部には板状のモジュールケース蓋３４が設けられている。モジュールケース蓋３４は、樹脂ケースの上部開口部を覆って収納室を塞ぐ天井壁を構成しており、樹脂ケースと同じ絶縁樹脂から成形されている。モジュールケース蓋３４の上面には、配線シート３１と、配線シート３１に電気的に接続された配線コネクタ３２が設けられている。配線シート３１は、モジュールケース蓋３４に設けられた貫通孔から上方に突出したコネクタ２５と電気的に接続されている。配線コネクタ３２は、図示省略した配線によって第１の駆動回路基板７０と第２の駆動回路基板７１の駆動回路と電気的に接続されている。前記駆動回路は図２２に示す駆動回路９２や９４と同じであり、第１の実施例の駆動回路基板６０２や６０４の回路と同じである。
【０１１８】
ハウジングの下部の冷却室内にはコンデンサモジュール３００が設けられている。このコンデンサモジュール３００は２個のコンデンサモジュール３０２と３０４を有しており、第１の実施例や図２２の回路における、コンデンサモジュール３００と同じものである。
【０１１９】
コンデンサモジュール３００は、第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４の直流側端子と近接配置されるように、第２ベース１２の中央（πの２本足によって囲まれた領域）の下方側に電気的な端子が位置するように配置されている。コンデンサモジュール３００は、ハウジングの高さ方向の断面形状が長丸形状の４つの電解コンデンサから構成されている。４つの電解コンデンサはその長手方向がハウジングの長手方向と同じ方向を向くように、ハウジングの長手方向と短手方向に２つずつ並設され、保持バンド５２を介してコンデンサケース５１の内部に収納されている。コンデンサケース５１は上部が開放した熱伝導性容器であって、ケース上部のフランジ部と第２ベース１２のπの２本の足の下端部が接触している。これにより、コンデンサモジュール３００と水路９２２や９２６が熱伝導性の優れた状態で熱的に接続され、コンデンサモジュール３００を十分に冷却できる。
【０１２０】
各電解コンデンサは、コンデンサケース５３の上部の開口部を塞ぐコンデンサ蓋５４を貫通した正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６を備えている。正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６は板状のものであり、短手方向に面するように対向しており、コンデンサ蓋５４と一体形成された板状の絶縁部材５５を短手方向から挟み込んでいる。コンデンサ端子は、コンデンサケース５３に４つの電解コンデンサを収納した際、短手方向に隣り合うもの同士の長手方向の位置が異なるように設けている。
【０１２１】
第１の駆動回路基板７０は、第１のパワーモジュール５０２側の第２ベース１２の下方側であって、πの足の片方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。第２の駆動回路基板７１は、第２のパワーモジュール５０４側の第２ベース１２の下方側であって、πの足の他方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。駆動回路基板７０と７１は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路と駆動回路基板７０や７１とを熱的に接続することができ、駆動回路基板７０や７１を冷媒である冷却水によって冷却できる。
【０１２２】
回転電機制御回路基板７４はコンデンサケース５３の短手方向の一方側（第２のパワーモジュール５０４側）の側面と対向するように設けている。回転電機制御回路基板７４は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、水路９２２や９２６と回転電機制御回路基板７４とが熱伝導性の良い状態で配置でき、回転電機制御回路基板７４を冷媒によって効率的に冷却できる。
【０１２３】
コネクタ基板７２はコンデンサケース５３の短手方向の他方側（第１のパワーモジュール５０２側）の側面と対向するように設けている。コネクタ基板７２は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路２８とコネクタ基板７２とを熱的に接続することができ、コネクタ基板７２を冷媒によって冷却できる。コネクタ７３はハウジングの長手方向の他方側の側端面から外部に突出している。
【０１２４】
コンデンサモジュール３００と第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４とは直流側接続導体４０によって電気的に接続される。直流側接続導体４０は、第１ベース１１の中央部及び第２ベースの中央部に設けられ長孔（ハウジングの長手方向に長い孔）であって、ハウジングの高さ方向に貫通した貫通孔を介して上下の冷却室に延びている。
【０１２５】
直流側接続導体４０は、ハウジングの長手方向に延びる板状の直流正極側バスバー４５と、ハウジングの長手方向に延びる板状の直流負極側バスバー４４とを絶縁シート４３を介してハウジングの短手方向に積層し、直流正極側モジュール端子４２と正極側コンデンサ端子４６とを直流正極側バスバー４５に一体に形成し、かつ直流負極側モジュール端子４１と負極側コンデンサ端子４７とを直流負極側バスバー４４に一体に形成した積層構造の配線部材である。このような構造によれば、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４とコンデンサジュール５０との間を低インダクタンスにでき、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の一時的な電圧上昇を低減できる。またスイッチング速度を早めても一時的な電圧上昇を低減できることから、スイッチング速度を早くでき、それによりスイッチング動作時のパワーモジュールの発熱を抑制できる。
【０１２６】
直流正極側のモジュール端子４２は、直流正極側のモジュール端子３３が樹脂ケースから上方に突出する位置において直流正極側バスバー４５の上部から上方に向かって延びて、ハウジングの短手方向に面するように直流正極側モジュール端子３３と対向して直流正極側モジュール端子３３にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流正極側モジュール端子３３と電気的に接続されている。直流負極側モジュール端子４１は、直流負極側モジュール端子２６が樹脂ケースから上方に突出する位置において直流負極側バスバー４４の上部から上方に向かって延びて、ハウジングの短手方向に面するように直流負極側モジュール端子２６と対向して直流負極側モジュール端子２６にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流負極側モジュール端子２６と電気的に接続されている。
【０１２７】
正極側のコンデンサ端子４６及び負極側のコンデンサ端子４７は、コンデンサ端子が突出する位置において直流正極側バスバー４５及び直流負極側バスバー４４の下部から下方に延びて、ハウジングの短手方向に面してコンデンサ端子をハウジングの短手方向から挟み込み、同極のコンデンサ端子と対向して同極のコンデンサ端子にねじ等の固定手段によって固定されることにより、同極のコンデンサ端子と電気的に接続されている。このような配線構造によれば、直流正極側のバスバー４５及び直流負極側のバスバー４４から各コンデンサ端子に至る配線部分も正極側と負極側とを対向させることができ、さらなる低インダクタンス化を図った配線部材が得られ、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の一時的な電圧上昇を低減できる。またスイッチング速度を早めても一時的な電圧上昇を低減できることから、同じ電圧まで上昇電圧を認めるとすると、インダクタンスの低減によりスイッチング速度を早くでき、それによりスイッチング動作時の半導体の発熱を抑制できる。
【０１２８】
前記実施例では冷却水路を並列に配置し、水路と水路の間の領域に穴を開け、この穴を通してコンデンサモジュール３００の端子と半導体モジュールであるパワーモジュール５０２や５０４の直流端子とを接続でき、冷却効率の向上とインダクタンスの低減の両課題を両立できる。
【０１２９】
ハウジングの長手方向の他方側端部には直流端子８０が設けられている。直流端子８０は、直流正極側の外部端子８２と直流負極側の外部端子８１と直流正極側の接続端子８６と直流負極側の接続端子８５と直流正極側の外部端子８２と直流正極側の接続端子８６とを接続する直流正極側のバスバー８４と直流負極側の外部端子８１と直流負極側の接続端子８５とを接続する直流負極側のバスバー８３とを備えたものである。
【０１３０】
直流正極側の外部端子８２及び直流負極側の外部端子８１は、ハウジングの長手方向の他方側の側端面に設けられた貫通孔１７に装着されるコネクタを介して延びる外部ケーブルと電気的に接続される。直流正極側バスバー８４と直流負極側バスバー８３はハウジングの短手方向に面して対向するように、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４側に延びている。直流正極側接続端子８６は直流正極側モジュール端子３３，４２に、直流負極側接続端子８５は直流負極側モジュール端子２６，４１にそれぞれ電気的に接続されている。
【０１３１】
上部ケース１０の上面に設けられた孔は１８は、直流正極側の外部端子８２及び直流負極側の外部端子８１と外部ケーブルとの接続作業に用いられるものであり、作業時以外は蓋で塞がれている。
【０１３２】
ハウジングの内部の短手方向の両端のそれぞれには３相分の交流バスバー６０が配置されている。交流バスバー６０は、第１ベース１１及び第２ベース１２のハウジングの短手方向の端部に設けられた上下方向（ハウジングの高さ方向）の貫通孔を介して冷却水路の下部の室から冷却水路の上部の室に延びている。水路の上部の室にある交流バスバー６０の一端側には交流側モジュール端子６１が形成されており、ハウジングの短手方向に面して交流側モジュール端子２７と対向し、交流側モジュール端子２７にねじ等の固定手段によって固定されることにより、交流側モジュール端子２７に電気的に接続されている。水路の下部の室にある交流バスバー６０の他端側には、回転電機１３０，１４０に至る外部ケーブルとの外部接続端子６２が形成され、端子ホルダー６３によって保持されている。
【０１３３】
尚、符号１４は、電力変換装置２００のハウジングを変速機１０５のハウジング或いはエンジン１０４及び変速機１０５のハウジングに固定するための取り付け足であり、ＳＵＳなどの剛体を採用して強度を確保している。また、変速機１５及びエンジン１０４からの振動を抑制するようにベンド形状とし弾性を持たせている。
【０１３４】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷媒通路である冷却水の通路に開口を設け、前記開口から放熱フィンを水路に突出し、冷媒である冷却水で直接放熱フィンを冷却するので、冷却効率が向上する。
【０１３５】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水による直接的な放熱フィンの冷却に加え、前記放熱フィンを接着する金属製のベース板で前記開口を塞ぐ構造であり、冷却効率の向上に加え装置全体がシンプルな構造となる。
【０１３６】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水による直接的な放熱フィンの冷却に加え、インバータを構成するためのスイッチング半導体を内蔵した前記放熱フィンを有するパワーモジュールの直流端子を前記パワーモジュールの一方側に揃えて配置したことにより、コンデンサモジュールとの接続構造が簡単化され、インダクタンスが低減する。
【０１３７】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水路を並列に配置し、冷却水路の開口を並列に配置し、前記開口にそれぞれ冷却フィンを突出することで直接的に前記放熱フィンを冷却し、さらにインバータを構成するためのスイッチング半導体を内蔵した前記放熱フィンを有するパワーモジュールの直流端子を前記並列に配置された水路の内側の方に揃えて配置したことにより、コンデンサモジュールとの接続構造が簡単化され、インダクタンスが低減する。さらにまたコンデンサモジュールを複数に分けて並列に配置し、コンデンサモジュールの端子を並列配置の内側としたことで、冷却効率の向上や全体構成の単純化の効果に加え、直流回路のインダクタンスを低減できる。
【０１３８】
前記パワーモジュールでは半導体素子や放熱フィンを保持する金属製のベース板を、銅に他の金属を含有させた材料を使用することで硬度をましている。これによりフィンのロー付け作業による平面度の乱れを押さえることが可能となり、その後の複数の半導体チップを有する絶縁基板の接着を容易としている。また前記絶縁基板を複数個同じ金属ベースに接着することが容易で、長く使用してもその信頼性を維持できる。
【０１３９】
次に、前記実施例１及び２の電力変換装置の双方に適用される半導体パワーモジュールについて、図２８〜図３６を参照しながら詳細に説明する。
【０１４０】
図２８は、前記実施例で説明した半導体パワーモジュールの内部構造を示した図である。半導体チップとその端子との接続を含めて示している。図２９（Ａ）と図２９（Ｂ）は、図２８の図示ケースを取り除いた状態を示す部分拡大図であり、図２９（Ｃ）は直流端子の断面図である。金属ベース９４４の一方に半導体チップが固定され、樹脂ケース９４６で密封されている。この実施例では、上述と少し異なり、ＩＧＢＴ９５２およびダイオード９５４が並列に接続されている。これは並列回路の構成とすることで制御対象の電流を増やすためである。直流端子の正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎは、対抗する配置で積層構造をなして前記チップに並列配置のボンディングで接続される。前記チップはインバータのＵ相の上アームを構成する。一方その左に配置されている２列のチップは前記インバータの下アームを構成する。
【０１４１】
直流端子が、幅広導体が対向する配置で絶縁物を間に挟む積層構造をなしているので、インダクタンスが低く抑えられている。端子ＧＴＵＵはインバータのＵ相の下アームを制御するＩＧＢＴのゲート端子である。
【０１４２】
なお、ＩＧＢＴ９５２及びダイオード９５４は、窒化アルミ（ＡｌＮ）等の絶縁基板９５６上に搭載されている。窒化アルミ（ＡｌＮ）は、良好な熱伝導性を有するため、好んで用いられる。また、窒化アルミ（ＡｌＮ）に代えて、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いることも可能である。窒化ケイ素（ＳｉＮ）は靭性が高いため、絶縁基板９５６を薄く形成することができる。
【０１４３】
絶縁基板９５６には、金属ベース９４４側には、Ｎｉメッキした銅などで全面パターンが形成され、チップ９５２側にはＮｉメッキした銅などで配線パターンが形成されている。絶縁基板９５６の両面に金属を貼り付けることにより、チップ９５２と金属ベース９４４との半田付けを可能にするとともに、絶縁基板９５６を金属で挟んだサンドイッチ構造としている。このような構成により、温度変化したときに熱膨張係数の差による変形を防いでいる。このサンドイッチ構造を採用した結果、絶縁基板９５６を薄くすると、スイッチング時にチップ９５２側の配線パターンに流れる電流変化に応じて、金属ベース９４４側の全面パターンに誘導されるうず電流が多くなる。結果として、絶縁基板９５６上の配線パターンの寄生インダクタンスを低減することができ、パワーモジュールの低インダクタンス化に貢献する。
【０１４４】
図２９（Ｂ）は、端子構造を説明するために、図２９（Ａ）の樹脂ケース９４６を取り除いた上体を示す。正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎは幅広構造で、互いに対向して配置されている。図３０（Ａ）は端子構造を示しており、１０１２と１０１４は正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎの導体側接続部であり、端部が互いに反対方向に折れ曲がっている。１０２２と１０２４は正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎの中間導体であり、間に絶縁シートを挟む構造で積層構造をしている。
【０１４５】
１０３２と１０３４は正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎのチップ側接続部であり、互いに同方向に曲がっている。チップ側接続部１０３２と１０３４が互いに長さを異にしているのは、半導体チップと電気的につながっている導体と並列的に接続されるためである。図２９（Ａ）ではワイヤボンディングが並列的に配置されており、インダクタンスを低減する。なお、図２９（Ａ）で端子ＯＴ１Ｕは３相電力を出力する端子の内のＵ相端子である。図２９（Ｃ）では導体の端子との接続を容易となすため樹脂ケースにナット１１１２と１１１４が埋め込まれており、図３０に示すごとく、導体側接続部にボルトが通る穴が設けられており、ねじで締め付ける構造となっている。
【０１４６】
１０３２と１０３４は正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎのチップ側接続部であり、互いに同方向に曲がっている。チップ側接続部１０３２と１０３４が互いに長さが異なるのは、半導体チップと電気的につながっている配線パターンの導体と並列的に接続されるためである。このように、絶縁物を介して積層した平板状の正極，負極端子導体のチップ側接続部を同方向に折り曲げることで、積層平板導体を２面で構成し、端子にもっとも近い絶縁基板の端辺に平行に配線パターンを設けることが可能となる。このため、絶縁基板に余分なスペースができず、絶縁基板を小型化できる。図２９（Ａ）ではワイヤボンディングが並列的に配置されており、正極，負極の端子に接続されたワイヤボンディングに流れる電流が逆方向となる。この結果、電流が作る磁場が打ち消し合うため、インダクタンスが低減する。なお、図２９（Ａ）で端子ＯＴ１Ｕは３相電力を出力する端子の内のＵ相端子である。図２９（Ｃ）では導体の端子との接続を容易となすため樹脂ケースにナット１１１２と１１１４が埋め込まれており、図３０に示すごとく、コンデンサにつながる外部導体側接続部にボルトが通る穴が設けられており、ねじで締め付ける構造となっている。この接続部では、前述のように、コンデンサの端子と、パワーモジュールの端子の各々の接続部に流れる電流の方向が逆方向になる。このため、電流が作る磁場が打ち消し合い、インダクタンスを低減することができる。
【０１４７】
図３１（Ａ）と図３１（Ｂ）は他の実施形態であり、正極端子ＩＴ１Ｐおよび負極端子ＩＴ１Ｎの間の電気的な耐圧を増大するため、配置の高さを変えた構造である。高さを変えることで沿面距離が長くなり、絶縁耐圧が増加する。パワーモジュールの端子と同様に、パワーモジュール接続部に合うように配置の高さを変えて、コンデンサの端子の配置の高さを変える。このようにすることで、コンデンサの絶縁の沿面距離を取ることができる。また、パワーモジュールの端子とコンデンサモジュールの端子を接続したとき、互いの接続部を流れる電流の方向が逆になる。この結果、電流が作る磁場が打ち消し合うため、寄生インダクタンスを低減できる。パワーモジュール，コンデンサの端子の配置の高さを変えたときに伸びた平板導体部では、互いに流れる電流の方向が逆になる。この結果、電流が作る磁場が打ち消し合うため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
【０１４８】
図３２（Ｂ）には、パワーモジュール側の直流端子対とコンデンサ側の直流端子対の接続部について、その詳細を示した断面図である。パワーモジュール側の直流端子対は、平板導体である正極端子ＩＴ１Ｐと負極端子ＩＴ１Ｎとが絶縁物１２８８を介して積層して構成されている。正極端子ＩＴ１Ｐ及び負極端子ＩＴ１Ｎは、それらの先端部において互いに反対方向に屈曲している。屈曲した先は、コンデンサ側の直流端子対を構成する正極端子１４２４Ｐ及び負極端子１４２４Ｎと電気的に接続された接続面となる。この接続面において、パワーモジュール側の直流端子対とコンデンサ側の直流端子対は、ねじで固定される。
【０１４９】
コンデンサ側の直流端子対は、平板導体である正極端子１４２４Ｐと負極端子１４２４Ｎとが絶縁シート１２８９を介して積層して構成されている。ここで、パワーモジュール側の直流端子対における絶縁物１２８８は、沿面距離を確保するため、周囲の樹脂部の高さより突出して形成されている。このため、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なっている。
【０１５０】
図３２（Ｃ）乃至図３２（Ｇ）は、図３２（Ｂ）で示した接続構造の他の実施形態である。いずれも、沿面距離を確保するため、絶縁物１２８８と絶縁シート１２８９の構成を工夫している。
【０１５１】
図３２（Ｃ）は、パワーモジュール側の絶縁物１２８８の先端部において、２つの突起が形成された構造を示している。コンデンサ側の絶縁シート１２８９の先端部は、絶縁物１２８８の２つの突起の間に配置されている。すなわち、この場合でも、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なった構成となる。
【０１５２】
スイッチング時の端子部の電流経路を図３２（Ｃ）に破線で示す。図で示すように、接続部では、同極性の電流が打ち消し合い、絶縁物を介した積層部では異極性の電流が打ち消し合う。このため、電流が作る磁束が打ち消し合い、接続部での寄生インダクタンスを小さくすることができる。
【０１５３】
図３２（Ｄ）は、パワーモジュール側の絶縁物１２８８が、その先端部において、正極端子ＩＴ１Ｐ側に屈曲した構成を示している。屈曲した絶縁物１２８８を収めるため、正極端子ＩＴ１Ｐは、コンデンサ側の正極端子１４２４Ｐとの接触部以外に平面部を設け、その平面部に屈曲した絶縁物１２８８の先端部を収めるとともに、接続面より内側に絶縁物の面を持ってくる。このような構造をとることで、接続時に絶縁物に応力が加わることによる、割れ，亀裂による劣化を避けることができる。
【０１５４】
また、コンデンサ側の絶縁シート１２８９の先端部も、正極端子１４２４Ｐ側に屈曲している。この結果、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なった構成となっている。接続時に絶縁物が重なることで、接続時の絶縁性を２重に確保している。なお、正負を逆にした構成でも可能である。
【０１５５】
図３２（Ｅ）は、パワーモジュール側の正極端子ＩＴ１Ｐと負極端子ＩＴ１Ｎとの先端部の高さを変えた構成を示している。本図では、負極端子ＩＴ１Ｎが正極端子ＩＴ１Ｐより高い位置にくるように構成している。これに伴い、絶縁物１２８８の先端部は、負極端子ＩＴ１Ｎ側において突出している。また、コンデンサ側の絶縁シート１２８９は、正極端子１４２４Ｐの屈曲部まで延びており、その絶縁シート１２８９の先端部は、絶縁物１２８８のない正極端子ＩＴ１Ｐ側に位置している。この結果、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なった構成となっている。コンデンサ端子対の間の絶縁物の厚さとモジュール端子対の間の絶縁物を重ねたときの厚さが、コンデンサ，モジュールのどちらかの大きいほうの端子間の絶縁物の厚さより薄くする。このようにすると、接続時に、絶縁物に応力が加わり、割れ，亀裂による劣化を避けることができる。なお、正負を逆にした構成でも可能である。
【０１５６】
図３２（Ｆ）は、パワーモジュール側の絶縁物１２８８の先端を周囲の樹脂部の高さより高くした構成を示している。絶縁物１２８８の先端部は、負極端子ＩＴ１Ｎ側において、周囲の樹脂部の高さより高い位置まで延びている。一方、正極端子ＩＴ１Ｐ側においては、周囲の樹脂部より低い位置にある。また、コンデンサ側の絶縁シート１２８９は、パワーモジュール側の正極端子１４２４Ｐの位置まで延びている。この結果、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なった構成となっている。なお、正負を逆にした構成でも可能である。
【０１５７】
図３２（Ｇ）は、パワーモジュール側の構成は、図３２（Ｄ）と同様であるが、コンデンサ側の構成が図３２（Ｄ）とは異なる。本図では、絶縁シート１２８９の先端部は、負極端子１４２４Ｎ側に屈曲している。すなわち、絶縁物１２８８の屈曲方向とは反対側に屈曲している。この場合でも、パワーモジュール側の絶縁物１２８８とコンデンサ側の絶縁シート１２８９とは、その先端部において互いに重なった構成となる。なお、正負を逆した構成でも可能である。
【０１５８】
また、絶縁物１２８８は、周囲の樹脂部と同様な樹脂で形成されているが、特にこれに限られず、コンデンサ側と同様な絶縁シートを樹脂の代わりに用いることもできる。つまり、端子間から絶縁シートが飛び出した形になる。絶縁シートを用いた場合、樹脂などの成型した絶縁物を積層した導体で構成する端子対よりも積層導体間の距離が縮まるため、寄生インダクタンスをさらに小さくすることができる。
【０１５９】
端子と絶縁シートを樹脂に埋め込んだ端子と絶縁シートが一体の樹脂ケースを作る方法の他に、樹脂ケースを先に作っておき、端子と絶縁シートを後から挿入する形が実現できる。この場合、端子と絶縁基板上の配線パターンとの接続に、半田を介した接続や、端子の金属と絶縁基板の配線パターン金属を超音波，溶接などの金属どうしを直接接合する接続するときに、接続面の高さ調節が、樹脂ケースと端子が独立しているため、容易になる。
【０１６０】
図３３（Ａ）は更に他の実施例であり、パワーモジュール５００と水路形成体２２０とコンデンサモジュール３００とを一体とした構造である。水路形成体２２０の両側にパワーモジュール５００とコンデンサモジュール３００とが配置されており、幅広の導体と絶縁シートの積層構造の導体１５０２でこれらの直流端子が接続されている。図３３（Ｂ）が一体構造であり、水路形成体２２０の脇に前記積層導体が位置し、これらを接続している。図３３（Ｃ）がその断面図である。パワーモジュールとコンデンサの間に冷却用の水路形成体を挟み込むことで、パワーモジュールとコンデンサの両方とも、効率の良い放熱とインダクタンス低減に基づく発熱の低減が可能となり、信頼性が向上する。コンデンサモジュール３００は、絶縁物を挟んで２枚の平板導体を積層した平板導体３０１上に、コンデンサ素子３０２が配線されている。コンデンサモジュール３００の端子は、平板導体３０１の端部を積層導体のまま折り曲げ、最後に互いに逆方向に折り曲げることにより形成される。
【０１６１】
図３４はパワーモジュール５００の端子の他の実施例で、チップ側接続部１０３２と１０３４を複数のリード構造としたものである。チップ側接続部１０３２と１０３４Ｋ先端は互いに逆方向に曲げられており、半田などで接続される。
【０１６２】
図３５（Ａ）と（Ｂ）はさらに他の実施例である。正極の幅広導体ＩＴ１Ｐと負極の幅広導体ＩＴ１Ｎが間に絶縁物１２８８を挟んだ積層構造をなしている。これら端子のチップ側接続部１０３２と１０３４が複数のリード構造となっており、半田接続あるいは超音波接続でチップ側導体と接続する。図３５（Ａ）と（Ｂ）はさらに他の実施例で端子の曲がり方がやや異なっているが作用効果は同じである。
【０１６３】
図３６（Ａ）および図３６（Ｂ）は、それぞれ、パワーモジュールの直流端子対における他の実施形態を示した斜視図および分解図である。本図の直流端子対は、正極端子ＩＴ１Ｐと負極端子ＩＴ１Ｎとの間に、絶縁シート１２８９′を介在させている。本図のように、パワーモジュール側の直流端子対にもコンデンサ側と同様な絶縁シート１２８９′を適用することにより、樹脂材の絶縁物１２８８を用いた場合と比べて、正極端子ＩＴ１Ｐと負極端子ＩＴＩＮとの間の距離を狭くすることができる。このため、パワーモジュール部におけるインダクタンスをさらに低減させることが可能になる。
【０１６４】
図３６（Ｃ）は、図３６（Ａ）のＣ−Ｃ′で切断した面を示した断面図である。正極端子ＩＴ１Ｐ及び負極端子ＩＴ１Ｎは、金型で打ち抜いて形成されるが、これらは、金型で打ち抜いたときにできるダレ面１３００とかえり面１４００が存在する。かえり面は、鋭利な端部を有しているため、絶縁シート１２８９′側を傷つける可能性がある。このため、各端子のダレ面を絶縁シート１２８９′側に持ってくることが好ましい。各端子のズレ等により、かえり面により絶縁シート１２８９′が傷つくことを防止することができる。結果として、正負直流端子対における絶縁性の信頼性を高めることが可能になる。
【０１６５】
絶縁シート１２８９は、パワーモジュールのケース成型時に内蔵する場合、成型時の３００℃程度の熱で溶けないように、高温での耐久性が良好なポリアミドイミド等の高耐熱シートを用いることが好ましい。また、パワーモジュール成型後に端子間に絶縁シートを挿入する場合は、比較的安価で、半導体の最大ジャンクション温度１５０℃以上に耐えることができるメタ系アラミド繊維（〜２６０℃）を用いることができる。
【０１６６】
なお、絶縁シート１２８９は、５０μｍ以下にすることで、端子が内部で折れ曲がった構造のときに、折り曲げ部での絶縁シートの端子への接着性を向上させることができる。
【０１６７】
以上の構造により、モジュールとコンデンサを合わせ、主回路インダクタンスを３０ｎＨ以下に低減させることができる。また、窒化ケイ素等の薄い絶縁基板を用いれば、例えば２０ｎＨ以下のようにインダクタンスをさらに低減させることができる。このため、例えばインバータの半導体チップのスイッチング時間（導通状態から遮断状態への切り替わりにかかる時間）を２μｓ以下、さらには１.２μｓ以下に、さらに短く１μｓ以下にしても電圧の上昇を許容範囲に抑えることが可能となる。なお、このときの通常の直流電圧は３００Ｖ乃至６００Ｖである。結果として、最大電流変化（ｄｉ／ｄｔ）を２ｋＡ／μｓ、好ましくは、４ｋＡ／μｓ以上にしても動作させることが可能になる。
【０１６８】
このように半導体チップのスイッチングを速くし、スイッチング時間を短くすることで、スイッチング時の半導体チップの発熱を低減することが可能となり、半導体チップのシリコンの面積を小さい、低価格のインバータを実現することができる。
【符号の説明】
【０１６９】
１０…上部ケース、１１…第１のベース、１２…第２のベース、１３…下部ケース、２２，９５６…絶縁基板、２３，９４４…金属ベース、２４…樹脂ケース、１００…電気自動車、１８０…バッテリ、２００…電力変換装置、２１８，２１９…開口、３００…コンデンサモジュール、５０２，５０４…パワーモジュール、５０６，５０７…放熱フィン、９２２，９２６…水路、９２４…折り返し通路、９４８…ロー材、９５８，９６２…半田、１２８８…絶縁物、１２８９…絶縁シート。
【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（Ａ）】
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【図１３（Ｂ）】
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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（Ａ）】
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【図２０（Ｂ）】
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【図２０（Ｃ）】
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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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９（Ａ）】
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【図２９（Ｂ）】
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【図２９（Ｃ）】
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【図３０（Ａ）】
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【図３０（Ｂ）】
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【図３０（Ｃ）】
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【図３１（Ａ）】
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【図３１（Ｂ）】
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【図３２（Ａ）】
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【図３２（Ｂ）】
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【図３２（Ｃ）】
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【図３２（Ｄ）】
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【図３２（Ｅ）】
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【図３２（Ｆ）】
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【図３２（Ｇ）】
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【図３３（Ａ）】
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【図３３（Ｂ）】
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【図３３（Ｃ）】
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【図３４】
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【図３５（Ａ）】
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【図３５（Ｂ）】
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【図３６（Ａ）】
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【図３６（Ｂ）】
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【図３６（Ｃ）】
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