(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モジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、
前記パワーモジュールを駆動するドライバ回路基板と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置され、
前記ドライバ回路基板は、前記パワーモジュールの制御端子と半田により接続され、
前記第２流路形成体は、前記第１流路形成体及び前記中継流路形成体とは分離して構成されており、前記中継流路形成体とは固定手段を用いて固定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、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体を挟んで前記収納空間とは反対側に配置される電力変換装置。
【請求項３】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置され、
前記第１流路形成体に形成された流路と繋がるとともに当該流路に流れる冷媒が流入する入口部と、
前記第１流路形成体に形成された前記流路と繋がるとともに当該流路に流れる前記冷媒が流出する出口部と、を有し、
前記第１流路形成体と前記中継流路形成体と前記第２流路形成体は、前記冷媒が、前記第１流路形成体に形成された前記流路、前記中継流路形成体に形成された流路、前記第２流路形成体に形成された流路の順に流れ、再び前記第１流路形成体に形成された前記流路に戻るように形成される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記第２流路形成体は、冷媒が流れる流路と繋がる開口部を形成し、
前記開口部は、前記パワーモジュールの金属ベースによって塞がれる電力変換装置。
【請求項５】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置され、
前記パワーモジュールに印加される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣＤＣコンバータを備え、
前記ＤＣＤＣコンバータは、前記第１流路形成体を挟んで前記収納空間と向き合うように、前記第１流路形成体に固定される電力変換装置。
【請求項６】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置され、
前記電気回路部品は、前記パワーモジュールに供給される直流電流を平滑化するための平滑コンデンサと、前記パワーモジュールの駆動を制御する制御回路基板を含んで構成され、
前記平滑コンデンサは、前記第１流路形成体側に接続され、
前記制御回路基板は、前記第２流路形成体側に接続される電力変換装置。
【請求項７】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置され、
前記中継流路形成体は、前記筺体の内壁に接触した状態で当該筐体内に配置される電力変換装置。
【請求項８】
直流電流を交流電流に変換する電力変換装置であって、
電気回路部品を収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置され、かつ冷却冷媒を流すための流路を形成する第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体を対向して配置され、かつ冷却冷媒を流すための流路を形成する第２流路形成体と、
前記筺体の所定の一面に形成され、かつ前記第１流路形成体の流路と繋がる入口孔及び出口孔と、を備え、
前記第１流路形成体の流路は、前記筺体の所定の一面と対向する当該筺体の他方の面に向かって形成される第１流路と、前記第１流路と並べて配置され前記第１流路と繋がりかつ前記出口孔と向かって形成される第２流路により構成され、
前記第２流路形成体の流路は、前記第１流路が配置された側から前記第２流路が配置された側に向かって形成される第３流路と、前記第３流路と並べて配置され前記第３流路と繋がりかつ前記第１流路が配置された側に向かって形成される第４流路により構成され、
前記収納領域を跨いで、かつ前記第１流路と前記第３流路を繋ぐ第１中継流路と、
前記収納領域を跨いで、かつ前記第１流路と前記第４流路を繋ぐ第２中継流路と、を備える電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記第１流路形成体の前記第１流路の幅は、当該第１流路形成体の前記第２流路の幅よりも小さく形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、
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、を有し、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定される電力変換装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記パワーモジュールは、複数のパワースイッチング素子によりそれぞれ構成される上アーム回路及び下アーム回路を有し、
前記上アーム回路を構成する複数のパワースイッチング素子は、前記第２流路形成体の前記第３流路又は前記第４流路のいずれか一方と向き合う位置に配置され、
前記下アーム回路を構成する複数のパワースイッチング素子は、前記第２流路形成体の前記第３流路又は前記第４流路のいずれか他方と向き合う位置に配置される電力変換装置。
【請求項１２】
直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、
前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、
前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、
前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体
と、
前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成
体と、を備え、
前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、
前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体
によって形成される空間に配置される電力変換装置を搭載した車両であって、
前記パワーモジュールから出力される前記交流電流によって駆動する車両駆動用のモータと、
前記モータと協調して車両の駆動力を発生するエンジンと、
トランスミッションと、を有し、
前記電力変換装置は、前記エンジンと前記トランスミッションの少なくともいずれか一方と前記電気回路部品が前記中継流路形成体を介して対向するように配置される車両。
【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ために使用する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力変換装置は、直流電源から直流電力を受ける平滑用のコンデンサモジュールと、コンデンサモジュールから直流電力を受けて交流電力を発生するインバータ回路と、インバータ回路を制御するための制御回路と、を備えている。交流電力は例えばモータに供給され、供給された交流電力に応じて回転トルクを発生するモータは、一般的には発電機としての機能を有しており、外部からモータに対して機械エネルギが供給されると、モータは供給される機械エネルギに基づいて交流電力を発生する。上記電力変換装置は交流電力を直流電力に変換する機能も備えている場合が多く、モータが発生する交流電力は直流電力に変換される。直流電力から交流電力への変換、あるいは交流電力から直流電力への変換は上記制御装置によって制御される。
【０００３】
例えば上記モータが同期電動機の場合には、同期電動機の回転子の磁極位置に対する固定子が発生する回転磁界の位相を制御することにより、上記電力変換に係る制御を行うことができる。電力変換装置の一例は特開２００９−４４８９１号公報に開示されている。
【０００４】
電力変換装置は、例えば自動車に搭載され、同じく自動車に搭載された二次電池から直流電力を受け、走行用の回転トルクを発生する電動機に供給するための交流電力を発生する。また車の回生制動運転時には制動力を発生するために電動機は走行エネルギに基づき交流電力を発生し、発生した交流電力は電力変換装置によって直流電力に変換され、上記二次電池に蓄電され、再び車両走行用などの電力として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４４８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力変換装置、特に車載用の電力変換装置で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。また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る。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をできるだけ大きくすることである。さらにハイブリッド自動車システムの車両搭載部品には電力変換装置の他に冷却を必要とする車載電機機器（具体的にはＤＣ−ＤＣコンバータ）が存在する。電力変換装置を冷却する冷媒で冷却を必要とする部品を同時に冷却できることがハイブリッド自動車システムとして望ましい。
【０００７】
本発明の課題は、冷却性能向上とハイブリッド自動車システムとしても小型化が可能な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】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワーモジュールと、前記パワーモジュールの駆動に関わる電気回路部品と、前記電気回路部品の収納する収納領域を形成する筺体と、前記収納領域の側部に配置される第１流路形成体と、前記収納領域を挟んで前記第１流路形成体と向き合う位置に配置される第２流路形成体と、前記収納領域を跨いで、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体を繋ぐ中継流路形成体と、を備え、前記パワーモジュールは、前記第２流路形成体側に固定され、前記電気回路部品は、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体と前記中継流路形成体によって形成される空間に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却効率が向上し電力変換装置の冷却容積に対する変換電力の比をより大きくできる。また発熱量に合わせた収納領域を設けることができ効率的に発熱体が収納され薄型化，小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図２】インバータ装置、インバータ装置あるいはインバータ装置の電気回路構成を説明するための図である。
【図３（ａ）】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３（ｂ）】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（ａ）】冷媒の流れを簡易的に示した図である。
【図５（ｂ）】筐体１２に第２流路形成体５２にパワーモジュール３００を実装した上面図である。
【図５（ｃ）】図５（ｂ）のＡ−Ａ断面基準の断面図である。
【図５（ｄ）】筐体１２に第２流路形成体５２を実装した上面図である。
【図５（ｅ）】筐体１２に第２流路形成体５２を実装した下面図である。
【図６（ａ）】第２流路形成体５２の外観斜視図である。
【図６（ｂ）】第２流路形成体５２の下面図である。
【図７（ａ）】サブアッセンブリ５７の詳細な外観斜視図である。
【図７（ｂ）】サブアッセンブリ５７の筺体内実装図である。
【図８（ａ）】本実施形態の電力変換装置とＤＣＤＣコンバータ９００を組み合わせた外観斜視図である。
【図８（ｂ）】図８（ａ）の上面図である。
【図８（ｃ）】図８（ｂ）のＡ−Ａ断面基準の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図９（ｂ）は、パワーモジュール３００の上面図である。
【図１０】本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図であり、 （ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である金属ベースおよび３つの上下アーム直列回路のうち１つを抜き出した図であり、（ｂ）は、金属ベース，回路配線パターンおよび絶縁基板の分解斜視図である。
【図１１】（ａ）は、直流バスバーの構造を分かりやすくするため、パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図であり、（ｂ）は、その要部を示す拡大図である。
【図１２】（ａ）は、上下アーム直列回路を説明するための図であり、（ｂ）は、パワーモジュール３００の電流経路を説明するための図である。
【図１３】コンデンサモジュール５００の外観構成を示す斜視図である。
【図１４】樹脂などの充填材５２２を充填する前のコンデンサモジュール５００の状態を示す斜視図である。
【図１５】コンデンサセル５１４の構成を説明するための図である。
【図１６（ａ）】本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００，第２流路形成体５２，積層導体板７００、およびパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。
【図１６（ｂ）】積層導体板７００の分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すパワーモジュール３００と直流側導体板の接続箇所の拡大図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
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。
【００１３】
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ある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。
【００１４】
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、ある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。
【００１５】
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の駆動源および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。
【００１６】
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の両端には一対の前輪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一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。
【００１７】
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の出力側およ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。なお、モータジェネレータ１９２，１９４および動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体１２の内部に収納されている。
【００１８】
モータジェネレータ１９２，１９４は、回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることによりモータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。
【００１９】
本実施形態では、モータジェネレータ１９２およびインバータ装置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およびインバータ装置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。
【００２０】
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電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力ある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。
【００２１】
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。補機としてはたと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からインバータ装置４３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。インバータ装置４３はインバータ装置１４０，１４２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。たとえばモータ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１４０，１４２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１９２，１９４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１４０，１４２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１４０，１４２の回路構成と同じである。
【００２２】
インバータ装置１４０，インバータ装置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１４０，１４２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１２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。
【００２３】
またインバータ装置１４０，インバータ装置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１２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，インバータ装置１４２およびインバータ装置４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
【００２４】
次に、図２を用いてインバータ装置１４０，インバータ装置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，インバータ装置１４２あるいはインバータ装置４３をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置１４０，インバータ装置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なし、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。
【００２５】
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、半導体回路であるインバータ回路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）およびダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０およびダイオード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）、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。
【００２６】
上アームと下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０は、スイッチング用パワー半導体素子であり、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
【００２７】
インバータ回路１４４は三相ブリッジ回路により構成されており、三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。
【００２８】
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ＩＧＢＴ３２８，３３０を用いることを例示している。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極１５３，１６３，エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子１５５，１６５），ゲート電極（ゲート電極端子１５４，１６４）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極１５３，１６３とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極およびアノード電極の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。
【００２９】
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三相分設けられている。３つの上下アーム直列回路１５０はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応し、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極１６３と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、交流端子１５９および交流コネクタ１８８を介して電気的に接続されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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バ回路１７４とを備えている。
【００３２】
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、およ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。本実施形態では三相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、二相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【００３３】
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。
【００３４】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。
【００３５】
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。たとえば、各アームの信号用エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知およ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。
【００３６】
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、この切り替わり時にモータジェネレータ１９２の固定子巻線に発生する電流は、ダイオード１５６，１６６を含む回路を流れる。
【００３７】
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，負極端子）１５８，上下アームの中間電極１６９に接続されている交流端子１５９，上アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１５５，上アームのゲート電極端子１５４，下アームの信号用端子（信号用エミッタ電極端子）１６５，下アームのゲート電極端子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三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ようにした回路構成の電力変換装置であってもよい。
【００３８】
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８を参照しながら以下説明する。
【００３９】
図３（ａ）は本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の全体構成の一方の側から見た外観斜視図であり、図３（ｂ）は本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の全体構成の他方の側から見た外観斜視図である。電力変換装置２００は、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、筐体１２短辺側外周の１つに設けられた入口配管１３および出口配管１４と、筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース３１と、上部ケース３１の開口部を塞ぐための上部カバー３０と筐体１２の下部開口を塞ぐための下部カバー３２とを有する。
【００４０】
電力変換装置２００の短辺側の外周にはモータジェネレータ１９２や１９４との接続に用いる交流ターミナル１８とバッテリとの接続に用いる直流ターミナル１７が設けられる。交流ターミナル１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２，１９４とを電気的に接続するために用いられる。
【００４１】
直流ターミナル１７は直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０，直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。
【００４２】
コネクタ２１は、上部ケース３１に実装された制御回路基板２０に接続されている。外部からの各種信号は、コネクタ２１を介して制御回路基板２０に伝送される。本実施形態では、コネクタ２１と直流ターミナル１７は電力変換装置２００の外周面の異なる短辺側に設けられている。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することができ、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。
【００４３】
電力変換装置２００の内部構成について図４〜図８を使用して説明する。
【００４４】
図４は本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。
【００４５】
図５は流路１９の構造と冷媒の流れの詳細図であり、図５（ａ）は冷媒の流れを簡易的に示した図、図５（ｂ）は筐体１２に第２流路形成体５２にパワーモジュール３００を実装した上面図、図５（ｃ）は断面図（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面基準）、図５（ｄ）は筐体１２に第２流路形成体５２を実装した上面図、図５（ｅ）は筐体１２に第２流路形成体５２を実装した下面図である。
【００４６】
図６（ａ）は第２流路形成体５２の外観斜視図であり、図６（ｂ）は第２流路形成体５２の下面図である。
【００４７】
図７（ａ）はサブアッセンブリ５７の詳細な外観斜視図であり、図７（ｂ）はサブアッセンブリ５７の筺体内実装図である。
【００４８】
図８（ａ）は本実施形態の電力変換装置とＤＣＤＣコンバータ９００を組み合わせた外観斜視図であり、図８（ｂ）は上面図、図８（ｃ）は断面図（（ｂ）のＡ−Ａ断面基準）である。
【００４９】
図４〜図８において、２００は電力変換装置、３０は上部カバー、３１は上部ケース、１１は金属ベース板、７００は積層導体板、１２は筐体、１３は入口配管、１４は出口配管、３２は下部カバー、１７は直流ターミナル、１８は交流ターミナル、５１は第１流路形成体、５２は第２流路形成体、５５は中継流路形成体、１９ａは第１流路部、１９ｂは第２流路部、１９ｃは第３流路部、１９ｄは第４流路部、１９ｆは第１中継流路部、１９ｇは第２中継流路部、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２はドライバ基板でドライバ回路１７４を保持している。
１８０は、交流電流を検出する電流センサである。
【００５０】
３００はパワーモジュール（半導体モジュール部）で１個設けられており、パワーモジュール３００にはインバータ回路１４４が内蔵されている。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、５１４はコンデンサセル、９００はＤＣＤＣコンバータ、９０１はＤＣＤＣコンバータケースをそれぞれ表す。
【００５１】
図５（ａ）に示された第１収納領域６１は、図４の筐体１２の内部空間の一部であって、第２流路形成体５２よりも下方の空間に対応する。図５（ａ）に示された第２収納領域６２は、図４の筐体１２の内部空間の一部であって、第２流路形成体５２よりも上方の空間に対応する。
【００５２】
図５（ａ）に示された第１流路部１９ａ及び第２流路部１９ｂは、図５（ｅ）に示された第１流路形成体５１により形成される。つまり図５（ｅ）に示されるように、入口配管１３及び出口配管１４は筺体１２の所定の一面に形成され、入口配管１３は第１流路部１９ａと繋がり、出口配管１４は第２流路部１９ｂと繋がる。第１流路部１９ａは、冷却冷媒の流れが筺体１２の所定の一面と対向する筺体１２の他方の面に向かって流れるように形成される。第２流路部１９ｂは、第１流路部１９ａと並べて配置され、かつ第１流路部１９ａと繋がり、さらに出口配管１４と向かって形成される。
【００５３】
図５（ａ）に示された第３流路部１９ｃ及び第４流路部１９ｄは、図５（ｄ）に示された第２流路形成体５２により形成される。つまり図５（ｄ）に示されるように、第３流路部１９ｃは、第１流路部１９ａが配置された側から第２流路部１９ｂが配置された側に向かって形成される。第４流路部１９ｄは、第３流路部１９ｃと並べて配置され、かつ第３流路部１９ｃと繋がり、さらに第１流路部１９ａが配置された側に向かって形成される。
【００５４】
図５（ａ）に示された第１中継流路部１９ｆ及び第２中継流路部１９ｇは、図５（ｃ）に示された中継流路形成体５５により形成される。つまり図５（ｃ）に示されるように、第１中継流路部１９ｆは、第１収納領域６１を跨いで、かつ第１流路部１９ａと第３流路部１９ｃを繋いでいる。第２中継流路部１９ｇは、第１中継流路部１９ｆと並べて配置され、かつ第１収納領域６１を跨いで、さらに第１流路部１９ａと第４流路部１９ｄを繋いでいる。
【００５５】
冷却冷媒の流れは筐体の短辺側に設けられた入口配管１３から流入し、第１流路部１９ａを図５（ｅ）の矢印の方向である長方形の長辺に沿って流れ、長辺の途中で第１収納領域６１を跨ぐように中継流路形成体５５中の第１中継流路部１９ｆを矢印の方向へ上昇し、上昇した冷媒は第２流路形成体５２の第３流路部１９ｃへ流入する。さらに冷却冷媒は、第３流路部１９ｃにおいて冷媒の流れが折り返され、第４流路部１９ｄを通り、冷媒は流出される。流出された冷媒は再び第１収納領域６１を跨ぐように中継流路形成体５５中の第２中継流路部１９ｇを通り下降する。下降した冷媒は再び筐体１２と下部カバー３２により形成された第１流路部１９ａを筐体１２の外周を沿うように通り出口へ向かい出口配管１４から冷媒を流出する。
【００５６】
第１収納領域６１は空間平面６面（上面，下面，側面４面）のうち、少なくとも３面は冷却冷媒が流れる流路形成体に囲まれて構成されていることにより、冷却効率に優れた収納領域となる。これにより電気部品どうしの熱伝達や電力変換装置２００外部からの伝達熱のいずれか又はそれらの組み合わせによる電気部品への熱の影響を低減することができるので電力変換装置２００の信頼性が向上すると共に、小型化が可能になる。
【００５７】
コンデンサモジュール５００は後述するコンデンサ素子を内蔵しており、この素子の耐熱温度が他の電気部品に比較して低いので、パワーモジュール３００からの熱伝達を抑制する必要性が高い。そのため、本実施形態においては第１収納領域６１には、コンデンサモジュール５００が配置される。
【００５８】
なお第１収納領域６１には、電力変換装置の中で耐熱温度が比較的低い部品を有するモジュールを配置することが望ましい。場合によっては、パワーモジュール３００又はＤＣＤＣコンバータが配置されてもよい。
【００５９】
本実施形態のパワーモジュール３００は、第２流路形成体５２を挟んで第１収納領域６１と反対側の第２収納領域６２に配置されている。これにより、電力変換装置２００の中でも最も発熱量が大きいパワーモジュール３００から発生するふく射熱の影響を他の電気回路部品が受けることを低減でき、電気回路部品の信頼性を向上させることができる。さらに第２流路形成体５２の第１収納領域６１側の面に他の電気部品を搭載することが可能となり第２流路形成体５２を流れる冷媒によってパワーモジュール３００と当該の電気部品を同時に冷却することが可能で収納効率が向上し電力変換装置２００の小型化につながる。
【００６０】
また図７（ａ）に示されるように、本実施形態の電力変換装置２００は、第２流路形成体５２と、パワーモジュール３００と、積層導体板７００と、金属ベース板１１と、ドライバ基板２２とを備えたサブアッセンブリ５７を有する。ここでサブアッセンブリ化のためには、第２流路形成体５２は、第１流路形成体５１及び中継流路形成体５５とは分離して構成されており、中継流路形成体５５とは他の固定手段を用いて固定されることになる。
【００６１】
サブアッセンブリ５７は、パワーモジュール３００の上方に、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極側端子と接続される正極側導体板７０２と、負極側端子と接続される負極側導体板７０４と、正極側端子と負極側端子との間に配置される絶縁部材によって構成される。これにより積層導体板７００の積層面積を広げることができるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
【００６２】
積層導体板７００の上方には金属ベース板１１とドライバ回路基板２２が配置されている。ドライバ回路基板２２には図２に示すドライバ回路１７４が搭載されている。金属ベース板１１はドライバ回路基板２２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、ドライバ回路基板２２で発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。
【００６３】
このようにサブアッセンブリ化することにより、パワーモジュール３００の交流端子を筺体１２内部のどの側面方向にも配置できるようになる。パワーモジュール３００の交流端子は交流ターミナル１８とバスバーで接続される。ゆえに交流端子を筺体１２内部のどの側面にも配置できるということは交流ターミナル１８近傍に交流端子を配置が可能となり交流端子と交流ターミナル１８間のバスバーは短く簡易な構造を実現でき、小型化が可能になる。
【００６４】
また、パワーモジュールの制御端子とドライバ回路基板２２の半田接続を製造ライン外で行えることにより半田時の半田ボールの飛散による不良、半田フィレット目視確認容易による半田フィレット不良が減少、サブアッセンブリでの気密試験実施が可能となるため電力変換装置としての気密不良も減少することにより信頼性が向上する。
【００６５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、第２流路形成体５２の上面には流れの方向に開口部４００が形成されている。開口部４００を塞ぐようにパワーモジュール３００の金属ベース３０４（図１１参照）が第２流路形成体５２の上面に固定されている。金属ベースは直接冷媒により冷却されるため冷却効率が向上し金属ベース上にインバータ回路１４４を高密度で集積できるためパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。また金属ベース３０４には放熱のためのフィン３０５が設けられており、冷却効率が向上する。
【００６６】
第２流路形成体５２は、シールをするためのＯリング溝８００を設け気密を確保しているがＯリングの代わりに樹脂材・液状シール・パッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。実施形態構成５では第２流路形成体５２とパワーモジュール３００でサブアッセンブリ化しているためサブアッセンブリの気密確保を少数の部品点数で確認でき、電力変換装置２００の不良を低減できると共に組立性も向上する。
【００６７】
また、図８（ｃ）に示されるように、パワーモジュール３００に印加される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣＤＣコンバータ９００は、第１流路形成体５１を挟んで第１収納領域６１と向き合うように、第１流路形成体５１に固定される。
【００６８】
電力変換装置２００とＤＣＤＣコンバータ９００は、例えばネジ等の固定部材により締結されている。電力変換装置２００下部は下部カバー３２と筺体１２で第１流路形成体５１を構成している。そのため、冷却効率の優れた下部カバー３２が、ＤＣＤＣコンバータケース９０１と密接に接触する。ＤＣＤＣコンバータ９００の内部部品はＤＣＤＣコンデンサケース９０１に実装されており、ＤＣＤＣコンバータ９００の内部発熱体（具体的にはリアクトル，コンデンサ）が発熱した熱はＤＣＤＣコンバータケース９０１と電力変換装置下部カバー３２を介して冷媒に熱的に伝導される。
【００６９】
電力変換装置２００を冷却する冷媒をＤＣＤＣコンバータ９００の冷却にも共通使用することにより、新たにＤＣＤＣコンバータ９００側に冷媒を設けることなくハイブリッド自動車システムとしても小型化が可能となる。また電力変換装置内部にＤＣＤＣコンバータ９００を実装することも可能ではあるが、組立性，信頼性およびリビルト性の面で優れている。なお、電力変換装置２００に組み合わせた車載電機機器をＤＣＤＣコンバータ９００としているが、ＤＣＤＣコンバータ９００に限定するものではない。
【００７０】
また、本実施形態の中継流路形成体５５は、筺体１２の内壁に接触した状態で形成され、例えば中継流路形成体５５と筺体１２とが一体に成形されていても良い。中継流路形成体５５は、筺体１２の内壁に接触した状態形成することにより機械的強度向上に加え熱伝導がよくなり冷却効率が向上する。本実施形態では筐体１２，上部ケース３１，下部カバー３２，第２流路形成体５２をアルミ材の鋳造としたことで、中継流路形成体５５を筺体１２の内壁の一部とすることができる。これにより中継流路形成体５５を筺体１２が一体化できさらに機械的強度向上と熱伝導向上が可能となる。
【００７１】
また、図５（ｅ）に示されるように、第１流路形成体５１の第１流路部１９ａの幅は、当該第１流路形成体５１の第２流路部１９ｂの幅よりも小さく形成される。
【００７２】
これにより圧力損失低減と小型化が可能となる。圧力損失は流路断面積の増減が１つのパラメータとして上げられるが、本実施形態では入口配管１３から流入した冷媒は断面積が大幅に変わることなく第１流路部１９ａを流れ、第２流路部１９ｂで幅が広がる。第２流路部１９ｂで幅が広がることにより筐体１２と冷媒の接触面積が増加し筐体１２全体の冷却が可能となり冷却効率が向上する。
【００７３】
また圧力損失を抑えることを考慮すると第１流路部１９ａ幅は第１中継流路部１９ｆと略同一断面積であることが望ましい、第１中継流路部１９ｆは第１収納領域６１を跨ぐことから、断面積を拡大すると電力変換装置２００も大型化するため第１流路部１９ａを小さくすることは薄型化，小型化に寄与している。
【００７４】
また、中継流路形成体５５は、入口配管１３と直接接続された第１流路部１９ａと接続している。つまり、パワーモジュール３００が接続された第２流路形成体５２は、出口配管１４から流出する冷媒よりも十分に冷えた入口配管１３からの冷媒によって冷却されることになる。したがって、発熱量が大きいパワーモジュール３００を優先的に冷却することができるので、インバータ回路１４４を高密度で集積できるためパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。
【００７５】
また、パワーモジュール３００は、複数のパワースイッチング素子によりそれぞれ構成される上アーム回路１５１及び下アーム回路１５２を有し、上アーム回路１５１を構成する複数のパワースイッチング素子は、第２流路形成体５２の第３流路部１９ｃ又は第４流路部１９ｄのいずれか一方と向き合う位置に配置され、下アーム回路１５２を構成する複数のパワースイッチング素子は、第２流路形成体５２の第３流路部１９ｃ又は第４流路１９ｄのいずれか他方と向き合う位置に配置される。
【００７６】
図６（ａ）に示されるように第２流路形成体５２は、第３流路部１９ｃと第４流路部１９ｄを隔てる隔壁４０８を有する。第３流路部１９ｃを流れる冷媒は第４流路部１９ｄを流れる冷媒より温度が低い。なぜなら第４流路部１９ｄを流れる冷媒は第３流路部１９ｃで上アーム回路１５１又は下アーム回路と熱交換を終えているからである。しかし第２流路形成体５２内部で往路、復路が向き合うよう折り返しを行うため、流路の復路内の冷媒の熱を、流路の往路内の冷媒に熱伝達して冷媒の温度を均一化することができる。冷媒の第３流路部１９ｃと第４流路部１９ｄ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、この隔壁４０８が第２流路形成体５２と一体に作られていることで冷媒の温度差を抑える効果が有る。
【００７７】
また図５（ｄ）及び図５（ｅ）に示されるように、車両はモータジェネレータ１９２と協調して車両の駆動力を発生するエンジンと変速機１１８とを有する。電力変換装置２００はエンジンと変速機１１８の少なくともいずれか一方と電気回路部品が中継流路形成体５２を介して対向するように配置される。
【００７８】
電力変換装置２００は車両のエンジンやトランスミッション１１８近傍に配置されることが少なくない。その場合、電力変換装置２００は高温となったエンジンやトランスミッション１１８の熱影響（具体的にはふく射熱）を受ける。エンジン１２０やトランスミッション１１８近傍にある電力変換装置２００の内壁は温められ、場合によっては電力変換装置２００、電気回路部品の収納領域に影響を与える。しかし中継流路形成体５２を電力変換装置の側面にもつ本実施形態は流路を流れる冷媒により外部からの熱入力を効果的に冷却（遮蔽）することができ電力変換装置２００の小型化が可能となる。
【００７９】
図９（ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図９（ｂ）は、当該パワーモジュール３００の上面図である。図１０は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。図１１は、直流バスバーの構造を分かりやすくするため、パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図である。図１０（ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である金属ベース３０４および３つの上下アーム直列回路のうち１つ、を抜き出した図である。図１０（ｂ）は、金属ベース３０４，回路配線パターンおよび絶縁基板３３４の分解斜視図である。
【００８０】
図９（ａ）において、３０２はパワーモジュールケース、３０４は金属ベース、３０５はフィン（図１１参照）、３１４ａは直流正極端子接続部、３１６ａは直流負極端子接続部、３１８は絶縁紙（図１０参照）、３２０Ｕ／３２０Ｌはパワーモジュール３００の制御端子、３２８は上アーム用のＩＧＢＴ、３３０は下アーム用のＩＧＢＴ、１５６／１６６はダイオード、３３４は絶縁基板（図１１参照）、３３４ｋは絶縁基板３３４上の回路配線パターン（図１１参照）、３３４ｒは絶縁基板３３４下の回路配線パターン（図１１参照）、３３７は回路配線パターン３３４ｒを金属ベース３０４に接合するはんだをそれぞれ表す。
【００８１】
パワーモジュール３００は、主に、例えば樹脂材料のパワーモジュールケース３０２内の配線を含めた半導体モジュール部と、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子（直流正極端子３１４や制御端子３２０Ｕ等）と、から構成される。そして外部と接続する端子として、パワーモジュール３００は、モータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続する直流正極端子３１４および直流負極端子３１６（図１０参照）とを有している。
【００８２】
半導体モジュール部は、絶縁基板３３４の上に上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６等が設けられて、レジンまたはシリコンゲル（不図示）によって保護されている。絶縁基板３３４はセラミック基板であっても良いし、さらに薄い絶縁シートであってもよい。
【００８３】
図９（ｂ）は、金属ベース３０４に固着された熱伝導性の良いセラミックからなる絶縁基板３３４の上に、上下アーム直列回路が具体的にどのような配置で設置されているかを示す配置構成図である。図９（ｂ）に示すＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード３２７，３３２はそれぞれ２つのチップを並列接続して上アーム，下アームを構成し、上下アームに通電可能な電流容量を増やしている。
【００８４】
図１０に示すように、パワーモジュール３００に内蔵された直流端子３１３は、絶縁紙３１８を挟んで、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の積層構造を有する（図１０の点線部）。直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の端部は、互いに反対方向に屈曲され、積層導体板７００とパワーモジュール３００とを電気的に接続するための負極接続部３１６ａおよび正極接続部３１４ａを形成している。積層導体板７００との接続部３１４ａおよび３１６ａがそれぞれ２つ設けられることにより、負極接続部３１６ａおよび正極接続部３１４ａから３つの上下アーム直列回路までの平均距離がほぼ等しくなるので、パワーモジュール３００内の寄生インダクタンスのバラツキを低減することができる。
【００８５】
直流正極端子３１４，絶縁紙３１８，直流負極端子３１６を積層して組立てたときに、負極接続部３１６ａと正極接続部３１４ａが互いに反対方向に屈曲した構造となる。絶縁紙３１８は、負極接続部３１６ａに沿って曲げ、正極，負極の端子の絶縁沿面距離を確保する。絶縁紙３１８は、耐熱が必要なときは、ポリイミドやメタ系アラミド繊維、トラッキング性を高めたポリエステルなどを複合したシートを用いる。また、ピンフォールなどの欠陥を考慮して、信頼性を高めるときは２枚重ねする。また、破れたり，裂けたりすることを防ぐために、コーナ部にアールを設けたり、端子のエッジが絶縁紙に触れないよう、打ち抜き時のダレ面を絶縁紙に面する方向にする。本実施例では、絶縁物として絶縁紙を用いたが、他の例として、端子に絶縁物をコーティングしてもよい。寄生インダクタンスを低減するため、例えば、６００Ｖ耐圧のパワーモジュールのときは、正極，負極間の距離を０.５mm以下とし、絶縁紙の厚さは、その半分以下とする。
【００８６】
直流正極端子３１４および直流負極端子３１６は、回路配線パターン３３４ｋと接続するための接続端３１４ｋ，３１６ｋを有する。それぞれの接続端３１４ｋ，３１６ｋは、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に対して２つ設けられている。これにより、後述するように、各相のアーム毎に、２つの小ループ電流経路を形成した回路配線パターンと接続することができる。また、各接続端３１４ｋ，３１６ｋは、回路配線パターン３３４ｋの方向に向かって突出し、かつ回路配線パターン３３４ｋとの接合面を形成するために、その先端部が屈曲している。接続端３１４ｋ，３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋは、はんだなどを介して接続されるか、もしくは直接金属同士を超音波溶接により接続される。
【００８７】
パワーモジュール３００、特に金属ベース３０４は、温度サイクルによって膨張および収縮する。この膨張および収縮によって、接続端３１４ｋ，３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋの接続部は、亀裂または破断するおそれが生じる。そこで、本実施形態に係るパワーモジュール３００では、図９に示すように、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６が積層されることにより形成される積層平面部３１９が、絶縁基板３３４を搭載した側の金属ベース３０４の平面に対して、略平行となるように構成されている。これにより、積層平面部３１９は、前述の膨張および収縮により発生する金属ベース３０４の反り返りに対応した反り返り動作が可能となる。そのため、積層平面部３１９に一体に形成された接続端３１４ｋ，３１６ｋの剛性は、金属ベース３０４の反り返りに対して、小さくすることができる。したがって、接続端３１４ｋ，３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋとの接合面の垂直方向に加わる応力を緩和することができ、この接合面の亀裂または破断を防止することができる。
【００８８】
なお、本実施形態に係る積層平面部３１９は、金属ベース３０４の幅方向および奥行き方向の両方の反り返りに対応して反り返り動作が可能となるように、積層平面部３１９の幅方向の長さを１３０mm、奥行き方向の長さを１０mmとして、奥行き方向の長さを大きめにしている。また、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６のそれぞれの積層平面部３１９の厚さは、反り返り動作をしやすいように１mmと比較的薄く設定されている。
【００８９】
図１１に示されるように、金属ベース３０４は、流路１９を流れる冷却水へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィン３０５を有している。金属ベース３０４は、その一方の面にインバータ回路を構成するＩＧＢＴやダイオードを実装し、金属ベース３０４の外周に樹脂製のパワーモジュールケース３０２を備える。金属ベース３０４の他方の面にフィン３０５がロウ付けで突設されている。金属ベース３０４とフィン３０５を鍛造により一体成型してもよい。この製造方法では、パワーモジュール３００の生産性が向上するとともに、金属ベース３０４からフィン３０５までの熱伝導率が向上し、ＩＧＢＴおよびダイオードの放熱性を向上させることができる。また、金属ベース３０４をビッカース硬度６０以上の材料で製造することで、温度サイクルによって生ずる金属ベース３０４のラチェット変形を抑制し、金属ベース３０４と筐体１２とのシール性を向上させることができる。さらに、図１１（ａ）に示す如く、上下アームにそれぞれ対応するように２組のフィン群３０５Ｇが設けられており、これらのフィン群３０５Ｇは往復する流路１９の上方の開口部４００，４０２から水路内に突出する。金属ベース３０４のフィン群３０５Ｇ周囲の金属面は冷却ジャケット１９に設けられた開口部４００，４０２を閉じるために使用される。
【００９０】
なお、本実施形態のフィン３０５の形状はピン型であるが、他の実施形態として、冷却水の流れ方向に沿って形成されたストレート型であってもよい。フィン３０５の形状をストレート型とした場合には、冷却水を流すための圧力を低減させることができ、一方、ピン型のフィンを用いた場合には冷却効率を向上させることができる。
【００９１】
金属ベース３０４の一方の面には、絶縁基板３３４が固定され、絶縁基板３３４上にははんだ３３７より、上アーム用のＩＧＢＴ３２８と上アーム用のダイオード１５６、および下アーム用のＩＧＢＴ３３０や下アーム用のダイオード１６６を有するチップが固定される。
【００９２】
図１２（ａ）に示すように、上下アーム直列回路１５０は、上アーム回路１５１，下アーム回路１５２、これら上下アーム回路１５１，１５２を結線するための端子３７０、および交流電力を出力するための交流端子１５９を備えている。また、図１２（ｂ）に示すように、上アーム回路１５１は、金属ベース３０４の上に、回路配線パターン３３４ｋを形成した絶縁基板３３４を設け、回路配線パターン３３４ｋの上にＩＧＢＴ３２８，ダイオード１５６を実装して構成されている。
【００９３】
ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６は、それらの裏面側の電極と、回路配線パターン３３４ｋとが、はんだにより接合される。絶縁基板３３４は、回路配線パターン面とは反対側の面（裏面）が、パターンの無い、いわゆるベタパターンを形成している。この絶縁基板３３４の裏面のベタパターンと、金属ベース３０４とが、はんだで接合されている。下アーム回路１５２も上アームと同様に、金属ベース３０４の上に配置された絶縁基板３３４と、この絶縁基板３３４の上に配線された回路配線パターン３３４ｋと、この回路配線パターン３３４ｋの上に実装されたＩＧＢＴ３３０，ダイオード１６６とを備えている。
【００９４】
ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６の裏面側の電極も、回路配線パターン３３４ｋとはんだで接合される。なお、本実施形態における各相の各アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した１組の回路部を２組並列に接続して構成される。要求される回路部の組数は、モータジェネレータ１９２に通電される電流量によって決定される。本実施形態に係るモータジェネレータ１９２に通電される電流よりも大電流が必要な場合には、回路部を３組、もしくはそれ以上を並列接続して構成される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、回路部を１組のみで構成される。
【００９５】
図１２（ｂ）を用いてパワーモジュール３００の電流経路を説明する。パワーモジュール３００の上アーム回路１５１に流れる電流の経路を以下に示す。（１）不図示の直流正極端子３１４から接続導体部３７１Ｕ、（２）接続導体部３７１Ｕから素子側接続導体部３７２Ｕを介して上アーム用ＩＧＢＴ３２８および上アーム用ダイオード１５６の一方側電極（素子側接続導体部３７２Ｕと接続された側の電極）、（３）上アーム用ＩＧＢＴ３２８および上アーム用ダイオード１５６の他方側電極からワイヤ３３６を介して接続導体部３７３Ｕ、（４）接続導体部３７３Ｕから結線端子３７０の接続部３７４Ｕ，３７４Ｄを介して接続導体部３７１Ｄを流れる。なお、前述のように上アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した回路部を２組並列に接続して構成される。よって、上記（２）の電流経路において、電流は、素子側接続導体部３７２Ｕにて２つに分岐され、分岐された電流は２組の回路部へそれぞれ流れる。
【００９６】
パワーモジュール３００の下アーム回路１５２に流れる電流経路を以下に示す。（１）接続導体部３７１Ｄから素子側接続導体部３７２Ｄを介して下アーム用ＩＧＢＴ３３０および上アーム用ダイオード１６６の一方側電極（素子側接続導体部３７２Ｄと接続された側の電極）、（２）下アーム用ＩＧＢＴ３３０および下アーム用ダイオード１６６の他方側電極からワイヤ３３６を介して接続導体部３７３Ｄ、（３）接続導体部３７３Ｄから不図示の直流負極端子３１６を流れる。なお、上アームと同様に下アームは、ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６を並列接続した回路部を２組並列に接続して構成されるので、上記（１）の電流経路において、電流は、素子側接続導体部３７１Ｄにて２つに分岐され、分岐された電流は２組の回路部へそれぞれ流れる。
【００９７】
ここで、上アーム回路のＩＧＢＴ３２８（およびダイオード１５６）と不図示の直流正極端子３１４とを接続するための接続導体部３７１Ｕは、絶縁基板３３４の一辺の略中央部付近に配置される。そして、ＩＧＢＴ３２８（およびダイオード１５６）は、接続導体部３７１Ｕが配設された絶縁基板３３４の一辺側とは反対側である他辺側の近傍に実装される。また、本実施形態においては、２つ備えられた接続導体部３７３Ｕは、前述の接続導体部３７１Ｕを挟んで、かつ絶縁基板３３４の一辺側に一列に配置される。
【００９８】
このような回路パターンおよび実装パターン、すなわち、絶縁基板３３４上の回路配線パターンを、概ねＴ字形状の配線パターンと、概ねＴ字の縦棒（３７１Ｕ）の両側に、２つの配線パターン（３７１Ｕ）とし、接続端３７１Ｕ，３７３Ｕから端子を実装することで、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング時の過渡的な電流経路は、図１２（ｂ）の矢印３５０（破線）に示すようなＭ字状の電流経路、すなわち２つの小ループ電流経路となる（矢印の方向は下アームターンオン時）。この２つの小ループ電流経路の周辺には、図１２（ｂ）の矢印３５０Ｈ方向（実線）の磁界３５０Ｈが発生する。この磁界３５０Ｈによって、絶縁基板３３４の下方に配置された金属ベース３０４に、誘導電流、いわゆる渦電流３４０が誘導される。この渦電流３４０は、前述の磁界３５０Ｈを打ち消す方向の磁界３４０Ｈを発生させ、上アーム回路で生じる寄生インダクタンスを低減させることができる。
【００９９】
上述の２つの小ループ電流は、絶縁基板３３４上に流れる電流同士が打ち消し合うような２つのＵターン電流である。このため、図１２（ｂ）の磁界３５０Ｈに示すように、パワーモジュール３００の内部に、より小さいループ磁界ができるため、寄生インダクタンスを低減できる。さらに、スイッチング時に生ずる磁界ループが小さく、パワーモジュール３００内部に磁界ループを閉じ込めることができるため、パワーモジュール３００の外の筐体１２への誘導電流を低減し、制御回路基板上の回路の誤動作や、電力変換装置の外部への電磁ノイズも防止できる。
【０１００】
下アーム回路も前述の上アーム回路と同様な回路配線パターンおよび実装パターンとを有する。すなわち、下アーム回路のＩＧＢＴ３３０（およびダイオード１６６）と不図示の直流負極端子３１６とを接続するための接続導体部３７１Ｄは、絶縁基板３３４の一辺の略中央部付近に配置される。そして、ＩＧＢＴ３３０（およびダイオード１６６）は、接続導体部３７１Ｄが配設された絶縁基板３３４の一辺側とは反対の他辺側の近傍に実装される。また、本実施形態においては、２つ備えられた接続導体部３７３Ｄは、前述の接続導体部３７１Ｄを挟んで、かつ絶縁基板３３４の一辺側に一列に配置される。
【０１０１】
このような回路配線パターンおよび実装パターンとすることにより、下アーム回路側においても、前述の寄生インダクタンスを低減させる効果を奏する。なお、本実施形態において、各相の各アームの電流経路の入口は、例えば２つの接続導体部３７３Ｕに挟まれた接続導体部３７１Ｕとなり、一方電流経路の出口は、２つの接続導体部３７３Ｕとなっている。しかし、これら入口と出口が逆となっても、各相の各アームにおいて前述の小ループ電流経路が形成される。そのため、前述同様に、各相の各アームの寄生インダクタンス低減および電磁ノイズ防止を図ることができる。
【０１０２】
本実施形態のコンデンサモジュール５００の詳細構造について、図１３乃至図１５を参照しながら以下説明する。図１３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１４は、図１３に示すコンデンサモジュール５００の内部が分かるように、樹脂などの充填材５２２を充填する前の状態を示す斜視図である。図１５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。
【０１０３】
図１３乃至図１５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。
【０１０４】
図１３および図１５に示されるように、負極導体板５０５と正極導体板５０７とからなる積層導体板７００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。負極導体板５０５と正極導体板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。
【０１０５】
図１５に示されるように、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であるコンデンサセル５１４は、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属フィルムの各々を正極，負極としたフィルムコンデンサ５１５で構成する。正極，負極の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極，負極電極となり、スズなどの導電材５０８を吹き付けて製造される。
【０１０６】
また、図１５に示されるように、負極導体板５０５と正極導体板５０７は、薄板状の幅広導体で構成し、絶縁シート５１７を介して積層した積層構造を採用し、寄生インダクタンスを低減する。積層導体の端部には、コンデンサセルの導電材５０８と接続するための端子５１６，５１８が設けられている。端子５１６，５１８は、２個のコンデンサセル５１４の導電材５０８と、半田あるいは溶接により電気的に接続される。半田装置による半田付け作業もしくは溶接機による溶接作業が行いやすくなるように、また、コンデンサセルの検査がしやすくなるように、すなわち、端子５１６，５１８と接続される電極面がセルの外側になるように、コンデンサセルを配置するとともに、導体板の構造を設計して、１つのコンデンサセル群を構成している。このようなコンデンサセル群を用いることにより、コンデンサセル群の数を増減することにより、要求されるコンデンサ容量に対応することができる。その結果、多種多様のコンデンサモジュールに共通のコンデンサセルを使用することができ、量産に適したコンデンサモジュールとすることが可能となる。寄生インダクタンスを低減するため、また、放熱のためにも、端子５１６，５１８をそれぞれ複数設けるのが好ましい。
【０１０７】
薄板状の幅広導体である負極導体板５０５と正極導体板５０７の一方の端部には、積層導体板７００と接続するための負極側コンデンサ端子５０４，正極側コンデンサ端子５０６が設けられている。負極導体板５０５と正極導体板５０７の他方の端部には、バッテリ電力を受電する端子に接続する直流負極側接続端子５１０，直流正極側接続端子５１２が設けられている。
【０１０８】
図１４に示すコンデンサモジュール５００は、２個のコンデンサセルを１単位とするコンデンサセル群を２列縦に配置して構成している。コンデンサモジュール５００の外部との接続端子として、積層導体板７００と接続する２対の負極側コンデンサ端子５０４，正極側コンデンサ端子５０６と、バッテリ電力を受電する直流正負極側接続端子５１０および５１２と、補機用インバータのパワーモジュール３００に給電する補機用正負極端子５３２および５３４とが用いられている。負極側コンデンサ端子５０４，正極側コンデンサ端子５０６には開口部５０９，５１１が形成され、パワーモジュール３００の直流正負極端子３１６，３１４がボルト固定できるように、開口部５０９，５１１の裏側にナットが溶接されている。
【０１０９】
コンデンサケース５０２は、端子カバー５２０を備え、端子の位置を決めるとともに、電力変換装置の筐体１２との絶縁をとる。また、コンデンサケース５０２は、セル群の位置決めのための、仕切りがセル群とセル群の間に設ける。コンデンサケース５０２の材料としては、熱伝導性に優れた材料を用い、コンデンサセル群とコンデンサセル群の間の仕切りに放熱用の熱伝導性のよい材料を埋め込んでもよい。
【０１１０】
コンデンサモジュール５００では、コンデンサセル内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜，内部導体（端子）の電気抵抗により、スイッチング時にリップル電流が流れると発熱する。コンデンサセルの耐湿のため、コンデンサセル，内部導体（端子）は、コンデンサケース５０２に樹脂で含浸（モールド）する。このため、コンデンサセルや内部導体は、樹脂を介してコンデンサケース５０２と密着した状態となり、コンデンサセルの発熱がケースに伝わりやすい構造になる。さらに本構造では、負極導体板５０５，正極導体板５０７とコンデンサセルの導電材５０８と端子５１６，５１８を直接接続するため、コンデンサセルの発熱が負極，正極導体に直接伝わり、幅広導体によりモールド樹脂へ熱が伝わりやすい構造となる。このため、図７のように、コンデンサケース５０２から下部カバー３２、下部カバー３２から筐体１２さらに流路１９へ熱が良好に伝わり、放熱性を確保できる。
【０１１１】
図１４に示すように、本実施形態では、負極導体板５０５および正極導体板５０７の積層構造を２列縦に独立して配置してコンデンサモジュールを構成している。これら２列の負極導体板５０５および正極導体板５０７を一体の幅広導体板として、全てのコンデンサセル５１４をこの幅広導体板に接続する構成としてもよい。これにより、部品点数を削減することができ、生産性を向上させることができるとともに、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。さらに、幅広導体板を使用することで、寄生インダクタンスを低減することができる。
【０１１２】
図１６（ａ）は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００，積層導体板７００、および２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。図１６（ｂ）は、積層導体板７００の分解斜視図である。
【０１１３】
図１６（ａ）に示されるように、交流端子１５９と反対側に、２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続部が設けられている。パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続は、平板上の積層導体板７００によって行われる。
【０１１４】
筺体１２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（不図示）が収納され、コンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の一方の長辺に沿って配列されている。図１７（ａ）に示されるように負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６の上端部の正極接続部および負極接続部５０４ｃ，５０６ｂは、コンデンサセル５１４の上面より突き出た位置に配置されている。
【０１１５】
パワーモジュール３００と接続される積層導体板７００は、パワーモジュール３００を覆うように配置される。そして、負極側コンデンサ端子５０４及び正極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の開口面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字構造の負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６の上端部の正極接続部５０６ｂおよび負極接続部５０４ｃが、電力変換装置２００の組立時において、積層導体板７００に直接に当接してボルトで接続されることとなる。
【０１１６】
図１６（ｂ）に示されるように、この積層導体板７００は、平板状の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４と、これら正極側導体板７０２と負極側導体板７０４に挟まれる絶縁シート７０６により構成されている。すなわち積層導体板７００は積層構造として形成されているので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
【０１１７】
図１６（ａ）および図９（ｂ）に示すように、複数の上アーム制御端子３２０Ｕは、パワーモジュール３００のＡ辺側（図９（ｂ）参照）の中央部付近に寄せて配置される。すなわち、Ｕ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せ、Ｗ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せ、パワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近に一列に上アーム制御端子３２０Ｕが配置されている。そして、積層導体板７００は、この複数の上アーム制御端子３２０Ｕを貫通するための透孔７０５を有し、この透孔７０５の両脇においても、正極側導体板７０２と負極側導体板７０４とが積層されている。これらの構成により、負極側導体板７０４と正極側導体板７０２との積層面積を広げることができ、さらにパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。
【０１１８】
図９（ｂ）に示すパワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近、すなわち上アーム制御端子３２０Ｕ付近にボス３２１を配置する。このボス３２１に、ドライバ回路１７４が実装されたドライバ回路基板２２を固定するとともに、上アーム制御端子３２０Ｕをドライバ回路基板２２に形成された孔に貫通させる。その後、ドライバ回路基板２２上の端子とアーム制御端子３２０Ｕとを溶接等により接合させる。このような構成により、上アーム制御端子３２０Ｕとドライバ回路基板２２上の端子との接合部が、ボス３２１に対して近い距離となるので、車両走行時における耐振動が向上する。
【０１１９】
ドライバ回路基板２２は積層導体板７００の上方に配置される。そこで、図１７（ｂ）に示すように、積層導体板７００は、ドライバ回路基板２２側に負極側導体板７０４を備え、一方、パワーモジュール３００側に正極側導体板７０２を備える。これにより、高電圧となる正極側導体板７０２とドライバ回路基板２２との間には、低電圧の負極側導体板７０４および絶縁シート７０６が存在し、ドライバ回路基板２２が高電圧に触れることを防止させることができる。
【０１２０】
図１６（ｂ）に示すように、正極側導体板７０２は、パワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、さらに２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。同様に、負極側導体板７０４は、パワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。
これにより、積層導体板７００が幅広になるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスを低減させることができる。
【０１２１】
図９に示すように、パワーモジュール３００は、正極側接続部３１４ａと負極側接続部３１６ａを１組として、パワーモジュール３００の一辺側に１組の接続部３１４ａ，３１６ａが配置され、その反対側の辺に他の１組の接続部３１４ａ，３１６ａが配置される。
積層導体板７００は、これら２組の接続部３１４ａ，３１６ａの上方にまたがって配置され、さらに各接続部３１４ａ，３１６ａとボルトにより接続される。これにより、コンデンサモジュール５００から供給される直流電流が、１組の接続部３１４ａ，３１６ａ側に集中することが無くなるため、すなわち、２組の接続部３１４ａ，３１６ａに直流電流が分散されることになるため、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までのインダクタンスを低減させることができる。
【０１２２】
前述したように、コンデンサモジュール５００には、複数のコンデンサセル５１４が内蔵されている。本実施形態においては、２つのコンデンサセル５１４でコンデンサセル群を構成し、このコンデンサセル群を２組設けている。さらに各組に対応した幅広導体（正極導体板５０７および負極導体板５０５）を備えている。図１４に示されるように、負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６は、それぞれの幅広導体に一つずつ接続される。本実施形態においては、これらすべての負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６を、１組の積層導体板７００に電気的に接続させる。
これにより、パワーモジュール３００に対して、全てのコンデンサセル５１４が電気的に接続される関係となり、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。また、この１組の積層導体板７００を用いることにより、コンデンサモジュール５００内部を、２つのコンデンサセル５１４で構成されるコンデンサセル群ごとに分割させて構成させることができ、モータジェネレータ１９２の電流容量に合わせて、コンデンサセル群を構成するコンデンサセル５１４の単位数を容易に変更させることができる。
【０１２３】
積層導体板７００を構成する正極側導体板７０２と負極側導体板７０４は、寄生インダクタンスを小さくするために、それらの隙間距離をできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、積層導体板７００に、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００を結線するための曲げ構造部が存在する場合には、その曲げ構造部には、平板部よりも大きい隙間距離が生じてしまい、寄生インダクタンスが大きくなってしまう。
【０１２４】
そこで、本実施形態に係るパワーモジュール３００の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａ、およびコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０４ｃ，負極側接続部５０６ｂは、略同一平面上に配置されるように構成する。これにより、平板状の積層導体板７００を用いることができるため、正極側導体板７０２と負極側導体板７０４の隙間距離を小さくして、寄生インダクタンスを低減させることができる。
【０１２５】
図１７（ａ）は、図１６に示すパワーモジュール３００と積層導体板７００の接続箇所３８０（図１６（ａ）参照）の拡大図を示している。
【０１２６】
図１７（ａ）に示されるように、負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａは、直流正極端子３１４および直流負極端子３１６の端部を反対方向に屈曲させて構成され、これら負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａに対して、積層した積層導体板７００の負極側導体板７０４，正極側導体板７０２をそれぞれ接続する。これにより、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１７（ａ）に示す電流経路３８２のようになるため、負極導体板の接続部７０４ａと負極側接続部３１６ａとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極側導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側接続部３１６ａの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。
【０１２７】
一方、正極導体板の接続部７０２ａの電流は、図１７（ａ）に示されるような電流経路３８４を通る。この正極導体板の接続部７０２ａの上方には負極側導体板７０４が配置されているため、正極導体板の接続部７０２ａの電流方向と、負極側導体板７０４の電流方向とが逆方向となり、それぞれの電流によって生じる磁束が打ち消し合うことになる。その結果、正極導体板の接続部７０２ａの寄生インダクタンスを低減することができる。
【０１２８】
また、図１７（ａ）に示されるように、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ボルト等により積層導体板７００を負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａに固定した場合に、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、積層導体板７００と正極側接続部３１４ａによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側接続部３１４ａと負極側導体板７０４との絶縁を確保することができる。
【０１２９】
図１７（ｂ）は、積層導体板７００の接続箇所（パイプ）３９０の拡大図（図１６（ａ）参照）を示す。図１７（ｂ）に示されるように、コンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂおよび負極側接続部５０４ｃは、それぞれ反対方向に屈曲させて構成され、それぞれの上面に積層導体板７００の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４をそれぞれ接続する。これにより、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１７（ｂ）に示す電流経路３９２のようになるため、負極側導体板７０４の接続部７０４ｃとコンデンサモジュール５００の負極側接続部５０４ｃとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極側導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側接続部５０４ｃの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。
【０１３０】
同様に、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる正極側の電流は、図１５（ｂ）に示されるような電流経路３９４を通る。すなわち、正極導体板の接続部７０２ｂとコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂとの間でＵターン電流が形成される。したがって、正極側導体板７０２の接続部７０２ｂの周りに発生する磁束と正極側接続部５０６ｂの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。
【０１３１】
また、図１７（ｂ）に示されるように、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ボルト等により積層導体板７００をコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂおよび負極側接続部５０４ｃに固定した場合に、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、積層導体板７００と正極側接続部５０６ｂによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側接続部５０６ｂと負極側導体板７０４との絶縁を確保することができる。
【０１３２】
実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例をどのように組み合わせることも可能である。
【０１３３】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるもの
ではない。
【符号の説明】
【０１３４】
１１  金属ベース板
１２  筐体
１３  入口配管
１４  出口配管
１７  直流ターミナル
１８  交流ターミナル
１９  流路
１９ａ  第１流路部
１９ｂ  第２流路部
１９ｃ  第３流路部
１９ｄ  第４流路部
１９ｆ  第１中継流路部
１９ｇ  第２中継流路部
２０  制御回路基板
２１  コネクタ
２２  ドライバ回路基板
２３  基板間コネクタ
３０  上部カバー
３１  上部ケース
３２  下部カバー
４３  補機用インバータ装置
５１  第１流路形成体
５２  第２流路形成体
５５  中継流路形成体
５７  サブアッセンブリ
６１  第１収納領域
６２  第２収納領域
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
１２３〜１３０  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
１５１  上アーム回路
１５２  下アーム回路
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
１７６，１８２  信号線
１８０  電流センサ
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
３０６  交流バスバー
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
３１５，５０７  正極導体板
３１６  直流負極端子
３１７，５０５  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またはシリコンゲル
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
３２９，３３１，３３３  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）
３３７  はんだ
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）
３５０，３６０，３７０  ボルト
３５１，３６１  ボルト頭
３８０，３９０  接続箇所
４００，４０２，４０４  開口部
４０１  入口孔
４０３  出口孔
４０６  貫通穴
４０８  隔壁
４１０  支持部
４１２  ボルト孔（パワージュール固定用）
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
５０６  正極側コンデンサ端子
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
５１６，５１８  端子
５１７  絶縁シート
５２０  端子カバー
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  還流
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
７００  積層導体板
７０２  正極側導体板
７０４  負極側導体板
【図１】
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【図２】
0005622658.tif 000003
【図３（ａ）】
0005622658.tif 000004
【図３（ｂ）】
0005622658.tif 000005
【図４】
0005622658.tif 000006
【図５（ａ）】
0005622658.tif 000007
【図５（ｂ）】
0005622658.tif 000008
【図５（ｃ）】
0005622658.tif 000009
【図５（ｄ）】
0005622658.tif 000010
【図５（ｅ）】
0005622658.tif 000011
【図６（ａ）】
0005622658.tif 000012
【図６（ｂ）】
0005622658.tif 000013
【図７（ａ）】
0005622658.tif 000014
【図７（ｂ）】
0005622658.tif 000015
【図８（ａ）】
0005622658.tif 000016
【図８（ｂ）】
0005622658.tif 000017
【図８（ｃ）】
0005622658.tif 000018
【図９】
0005622658.tif 000019
【図１０】
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【図１１】
0005622658.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
0005622658.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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