(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半導体モジュールと、
冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、
前記交流電流を検出する電流センサと、を備え、
前記パワー半導体モジュールは、前記パワー半導体素子の一方の面と対向する金属製の第１放熱ベースと、前記パワー半導体素子の他方の面と対向する金属製の第２放熱ベースと、当該第１放熱ベースと当該第２放熱ベースに挟まれた空間から突出して前記交流電流を伝達する交流端子と、を有し、
前記流路形成体は、前記第１放熱ベースの側部に配置された第１流路と、前記パワー半導体モジュールを介して当該第１流路と対向して配置された第２流路と、を有し、
前記電流センサは、前記交流端子に貫通される位置に配置され、
さらに前記電流センサは、前記第１放熱ベースに固定する第１固定部と、前記第２放熱ベースに固定する第２固定部と、を有する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記第１放熱ベース及び前記第２放熱ベースには、前記交流端子を囲むフランジ部を形成され、
前記電流センサの前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記フランジ部に固定される電力変換装置。
【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、
前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路を搭載したドライバ回路基板と、
前記ドライバ回路基板と接続される配線基板と、を備え、
前記パワー半導体モジュールは、前記パワー半導体素子と接続される制御端子を有し、
前記制御端子は、前記第１放熱ベース及び前記第２放熱ベースにおける前記交流端子が突出する側に配置され、
前記配線基板は、前記電流センサから突出する電流センサ端子及び前記制御端子と接続される電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載された電力変換装置であって、
前記配線基板は、フレキシブルプリント基板である電力変換装置。
【請求項５】
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、
前記パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する制御回路を搭載した制御回路基板と、
前記制御回路基板と接続されるとともに前記交流端子の突出方向と平行に配置された配線基板と、
前記パワー半導体モジュールは、前記パワー半導体素子と接続される制御端子を有し、
前記制御端子は、前記第１放熱ベース及び前記第２放熱ベースにおける前記交流端子が突出する側に配置され、
前記配線基板は、前記電流センサから突出する電流センサ端子と前記制御端子と接続されるとともに前記パワー半導体素子を駆動するドライバ回路を実装する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータを制御する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、特に電気自動車に用いられる電力変換装置の場合、電力用の半導体素子から交流電流を伝達する交流バスバーの端部までの間に、最大で４５０Ａrms程度の大電流を通電させる場合があるため、交流バスバーには大電流が流れ、ジュール熱により高温になる。交流電流の電流値を検出するための電流センサはこの交流バスバーを貫通させるため、交流バスバーの発熱により高温にさらされるという問題が生じた。
【０００３】
電流センサは、通常、ギャップを有するコアと、コアのギャップ部に搭載したホール素子とにより構成され、コアを貫通する電流により発生する磁束をコアで収束させ、コアのギャップ部に生じる、磁束をホール素子で検知することで、交流バスバーに流れる電流量を検知することができる。ここで、交流バスバーの発熱で電流センサの周囲温度や電流センサそのものの温度が上昇すると、コアを搭載する樹脂が溶融したり、ホール素子の許容温度を超え、温度ドリフトによる誤差が増加したり、さらにはホール素子は通常ＧａＡｓ等の化合物半導体であるため、半導体の許容温度を超え動作しなくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１（特開２００６−８１３０８号公報）では、電流センサをパワー半導体モジュールを冷却するヒートシンク上にパワーモジュールと並列に搭載することで、バスバーの発熱で生じる電流センサの熱をヒートシンクへ放熱して、ＡＣ出力に大電流を通電させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、電流センサの冷却のためのスペースを確保するためにヒートシンクを大型化する必要があるため、電力変換装置が大型化する課題があった。
【０００７】
また別の課題として、電流センサのコアの磁束を計測するためのホール素子と接続される信号端子が、パワー半導体モジュールの制御端子と同じ方向に出ることになるため、パワー半導体モジュールの制御端子をドライバ回路基板に半田付け等に接続するのと同じ工程で、ホール素子の信号端子をドライバ回路基板に半田付けする必要が生じるという課題があった。つまり、パワー半導体モジュールの制御端子は、通常のパワー半導体素子駆動用に２端子、パワー半導体素子の電流センサ用に１端子及びパワー半導体素子の温度を検知するために２端子の合計５端子必要である。温度検知をインバータ回路の上下アームのうち片方のアームに係るパワー半導体素子の温度のみを検出するとしても、上下アーム一相分で少なくとも８本必要である。三相分では合計８×３＝２４の制御端子が必要である。これに、電流センサのための端子３本×３出力＝９本を加えると、合計３３本となる。このように多数の信号端子をドライバ回路基板に挿入するのはきわめて困難であることに加え、半田付けの工程では工数が多くかかってしまい、インバータ最終組立工程における生産性も低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明の課題は、電力変換装置を大型化させずに、電流センサの熱対策を行うことである。また本発明の別の課題は、電力変換装置の組み立て工程において生産性を損なわないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、前記交流電流を検出する電流センサと、を備え、前記パワー半導体モジュールは、前記パワー半導体素子の一方の面と対向する金属製の第１放熱ベースと、前記パワー半導体素子の他方の面と対向する金属製の第２放熱ベースと、当該第１放熱ベースと当該第２放熱ベースに挟まれた空間から突出して前記交流電流を伝達する交流端子と、を有し、前記流路形成体は、前記第１放熱ベースの側部に配置された第１流路と、前記パワー半導体モジュールを介して当該第１流路と対向して配置された第２流路と、を有し、前記電流センサは、前記交流端子に貫通される位置に配置され、さらに前記電流センサは、前記第１放熱ベースに固定する第１固定部と、前記第２放熱ベースに固定する第２固定部と、を有する。これにより、電力変換装置を大型化させずに、電流センサの熱対策を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、電力変換装置を大型化を抑制しながら、電流センサを熱から保護することができる。また本発明の別の効果として、電力変換装置の組み立て工程において生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。
【図２】図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。
【図３】電力変換装置２００の外観斜視図である。
【図４】電力変換装置２００を分解した斜視図である。
【図５】図４に示すケース１０を下から見た図である。
【図６】図６（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図７】図６に示す状態からネジ３０９および第２封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図であり、図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図８】図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図であり、図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ），図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図９】図８に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。
【図１０】モジュール１次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。
【図１１】コンデンサモジュール５００の構造を説明するための斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、ケース１０にパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとコンデンサモジュール５００とバスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の部分Ａの拡大図である。
【図１３】図１３（ａ）は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図１３（ｂ）は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図１４（ｂ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。
【図１５】金属ベース板１１を分離した状態の電力変換装置２００の斜視図である。
【図１６】図１５の断面Ｂの矢印方向からみた電力変換装置２００の断面図である。
【図１７】交流端子８２２ａ〜８２２ｃの周辺部品の拡大図である。
【図１８】負極側の直流端子９００ａと正極側の直流端子９００ｂの周辺部品の拡大図である。
【図１９】交流端子８２２ａ〜８２２ｃ及び直流端子９００ａと９００ｂが組み付けられたケース１０、さらに車両側のコネクタ１９３の分解斜視図である。
【図２０】交流端子８２２ａ〜８２２ｃ及び直流端子９００ａが配置された側からみたケース１０の側面図である。
【図２１】樹脂封止材５５０を取り除いたコンデンサモジュール５００の上面図である。
【図２２】図４に示されたコンデンサモジュール５００よりも上方に配置された電気部品を取り除いた電力変換装置２００の上面図である。
【図２３】図２２の一点鎖線ＡＡの矢印方向から見た断面図である。
【図２４】図２２の一点鎖線ＢＢの矢印方向から見た断面図である。
【図２５】コネクタ５１とドライバ回路基板２２に設けられたコネクタ５５との接続状態を示す側面図である。
【図２６】図２６（ａ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図２６（ｂ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。
【図２７】コネクタ５１とドライバ回路基板２２との接続状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ１は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。
【００１４】
モータジェネレータＭＧ１は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータＭＧ１を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
【００１５】
エンジンＥＧＮの出力側の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。
【００１６】
次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０は、バッテリ１３６と直流側コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流側コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流側コネクタ１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。
【００１７】
なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータＭＧ１の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンＥＧＮの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【００１８】
なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
【００１９】
電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、コネクタ２１から入力される指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路１７４へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０を制御するための駆動パルスを発生する。
【００２０】
次に、図２を用いてインバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応して備えている。
【００２１】
これらの三相は、この実施の形態ではモータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の三相の各相巻線に対応している。三相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流側コネクタ１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２や８０４と接続される。
【００２２】
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。
【００２３】
上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
【００２４】
ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
【００２５】
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。
【００２６】
スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
【００２７】
コンデンサモジュール５００は、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流側コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。
【００２８】
一方、交流電力からインバータ回路１４０によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流側コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
【００２９】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。
【００３０】
目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では、電流センサ１８０は三相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、二相分の電流値を検出するようにし、演算により三相分の電流を求めても良い。
【００３１】
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ＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、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。
【００３２】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００３３】
また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
【００３４】
直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、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，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
【００３５】
図３は、電力変換装置２００の外観斜視図である。図４は、電力変換装置２００のケース１０の内部構成を説明するために、理解を助けるために電力変換装置２００を分解した斜視図である。
【００３６】
冷媒を流入するための入口配管１３と冷媒を流出するための出口配管１４が、ケース１０の同一側面上に配置される。ケース１０は、図５に示す冷媒流路１９が当該ケース１０の両サイドに沿うように流路形成体１２を収納する。流路形成体１２の一方のサイドの上面には、開口部４００ａ及び開口部４００ｂがケース１０の側面に沿って形成され、また流路形成体１２の他方のサイドの上面には、開口部４００ｃが形成されている。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれる。
【００３７】
流路形成体１２が形成する一方の第１流路部１９ａと他方の第２流路部１９ｃの間には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。これにより、冷媒流路１９内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００が冷やされる。コンデンサモジュール５００は、冷媒流路１９ａ〜１９ｃに囲まれるように配置されるため、効率良く冷却されることができる。
【００３８】
またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って流路が形成されているので、流路やコンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール３００との配置が整然と整い、全体がより小型となる。また第１流路部１９ａ及び第３流路部１９ｃがコンデンサモジュール５００の長辺に沿って配置されており、冷媒流路１９に挿入固定されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとの距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が三相の各相においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
【００３９】
図４に示されるように、コンデンサモジュール５００の上方には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバーや当該交流バスバーを保持する保持部材８０３を備えている。
【００４０】
流路形成体１２とケース１０とは一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷媒流路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流路形成体１２とケース１０とが一体構造となり、電力変換装置２００全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
【００４１】
ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００の上方に配置される。またドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。
【００４２】
金属ベース板１１は、ケース１０に固定される。当該金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板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ドライバ回路基板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。当該金属ベース板１１が、高いノイズ抑制機能を有する点は後述する。
【００４３】
さらに金属ベース板１１は、制御回路基板２０の機械的な共振周波数を高める作用を奏する。すなわち金属ベース板１１に制御回路基板２０を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。エンジン等から伝わる振動周波数に対して制御回路基板２０の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。
【００４４】
蓋８は、金属ベース板１１に固定されて、制御回路基板２０を外部からの電磁ノイズから保護する。
【００４５】
本実施形態に係るケース１０は、流路形成体１２が収納された部分は略直方体の形状を為しているが、ケース１０の一側面側から突出収納部１０ａが形成されている。当該突出収納部１０ａには、ＤＣＤＣコンバータ７００から延ばされる端子７０２や、後述する直流側のバスバーアッセンブリ８００や、抵抗器４５０が収納される。ここで抵抗器４５０は、コンデンサモジュール５００のコンデンサ素子に蓄えられた電荷を放電するための抵抗素子である。このようにバッテリ１３６とコンデンサモジュール５００との間の電気回路部品を突出収納部１０ａに集約しているため、配線の複雑化を抑制することができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
【００４６】
なお、図４に示される蓋１８は、ＤＣＤＣコンバータ７００から延ばされる端子７０２を接続するための作業用の窓１７を塞ぐための部材である。なお、ＤＣＤＣコンバータ７００は、ケース１０の底面と対向する面に、端子７０２を貫通するための開口部７０１を形成する。
【００４７】
このように、電力変換装置２００の底部に流路形成体１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００，バスバーアッセンブリ８００，基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
【００４８】
図５はケース１０及び流路形成体１２を説明するための図であり、図４に示すケース１０を下から見た図である。
【００４９】
ケース１０の下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成され、該開口部４０４は下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０とケース１０の間には、シール部材４０９が設けられ気密性を保っている。
【００５０】
下カバー４２０には、冷媒流路１９が配置された側と反対側の方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに対応して設けられている。なお、凸部４０７は、パワー半導体モジュールとは対応していないが、冷媒流路１９の断面積を調整するために設けられる。
【００５１】
冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に、入口配管１３を通って、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａ内を流れ方向４１８のように流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、ケース１０の短手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れ方向４２１のように流れる。第２流路部１９ｂは折り返し流路を形成する。また冷媒は、流れ方向４２２のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは、コンデンサモジュール５００を挟んで第１流路部１９ａと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、出口配管１４を通って流出する。
【００５２】
第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。また、流路形成体１２は、ケース１０裏面に形成された開口部４０４と、開口部４００ａ〜４００ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【００５３】
図６乃至図１０を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの詳細構成を説明する。上記パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃはいずれも同じ構造であり、代表してパワー半導体モジュール３００ａの構造を説明する。尚、図６乃至図１０において制御端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極端子１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、制御端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
【００５４】
図６（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【００５５】
図７は、理解を助けるために、図６に示す状態からネジ３０９および第２封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図７（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
【００５６】
図８は、図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ），図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【００５７】
図９は、図８に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。
【００５８】
図１０は、モジュール１次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。
【００５９】
上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が、図８および図９に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、あるいは導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第１封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁シート３３３が熱圧着される。第１封止樹脂３４８は図８に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。
【００６０】
第１封止樹脂３４８により封止されたモジュール１次封止体３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁シート３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第２封止樹脂３５１が充填される。
【００６１】
モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料（Ａｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ−Ｃ等）で構成され、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂよって、その外周を囲まれている。また、図６（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が配置されている。当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図６（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
【００６２】
このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる冷媒流路１９内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている湾曲部３０４Ａが形成されている。湾曲部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール１次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。
【００６３】
上述のように導体板３１５等を絶縁シート３３３を介してモジュールケース３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁シート３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁シート３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
【００６４】
モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）がそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２に交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂ（１５９）が形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。
【００６５】
モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に制御端子３２５Ｕ（１５４，１５５）と制御端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
【００６６】
図１３（ａ）は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図１３（ｂ）は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。
【００６７】
電流センサ１８０ａは、ギャップを有するコアを樹脂でモールドしたものであり、コアのギャップ部にはホール素子を有するＩＣを搭載する。また電流センサ１８０ａは、当該電流センサ１８０ａの一方の側面から突出してフランジ部３０４Ｂに固定される第１固定部と、当該電流センサ１８０ａの他方の側面から突出してフランジ部３０４Ｂに固定される第２固定部と、を有する。さらに電流センサ１８０ａは、電流センサ１８０ａ内のＩＣと電気的接続された信号端子１８４が、パワー半導体モジュール３００ａの上方まで延長され、制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌと同様、ドライバ回路基板２２に半田付けにより接続される。パワー半導体モジュール３００ｂ及び３００ｃに接続される電流センサも電流センサ１８０ａと同様の構成である。
【００６８】
ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動用の電力変換装置の場合、交流配線３２０Ａには数百アンペアの大電流を通電する。そのため、ジュール熱により発熱するが、電流センサ１８０ａは、冷却用のフィン３０５に近いフランジ部３０４Ｂにネジで固定されため、電流センサ１８０ａが受けた熱は、第１固定部１８１ａ及び第２固定部１８１ｂ，フランジ部３０４Ｂ，フィン３０５、冷媒の順に流れ、電流センサ１８０ａが冷却されるため、交流配線３２０Ａに大電流を流しても電流センサ１８０ａを許容温度以下で使用することができ、耐熱性を向上させることができる。
【００６９】
本実施形態では電流センサ１８０ａをパワー半導体モジュール３００ａにネジで固定する際に、直接固定しているが、間に放熱用グリス等を用いて熱伝導率を向上させる方法も有効である。
【００７０】
なお、本実施形態では、電流センサ１８０ａを固定するのに、接着剤を用いてもよい、また、電流センサ１８０ａを両面冷却パワー半導体モジュール３００にモールドしてもよい。
【００７１】
モジュールケース３０４にフランジ部３０４Ｂが設けられていない場合であっても、電流センサ１８０ａの第１固定部１８１ａ及び第２固定部１８１ｂは、モジュールケース３０４の第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの垂直方向の面、つまりモジュールケース３０４の厚み方向の面に直接接続されることにより、電流センサ１８０ａを熱から保護することができる。
【００７２】
直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
【００７３】
補助モールド体６００は、モジュール１次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール１次封止体３０２と補助モールド体６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。
【００７４】
直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや制御端子３２５Ｕ，３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。
【００７５】
モジュール１次封止体３０２と補助モールド体６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第２封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワー半導体モジュール３００ａの小型化が実現できる。
【００７６】
図９に示されるように、接続部３７０の補助モジュール体６００側には、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃ，補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃ，補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕおよび補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のモジュール１次封止体３０２側には、多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール１次封止体３０２の製造が容易となる。
【００７７】
ここで、モジュール１次封止体３０２の第１封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流負極接続端子３１９Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（制御端子３２５Ｕと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（制御端子３２５Ｌと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。
【００７８】
上記の各端子は、いずれも第１封止樹脂３４８および第２封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第１封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第２封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、第１封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール１次封止体３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消し合う方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。
【００７９】
補助モジュール体６００側において、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ，直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕ，３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ，３２４Ｌにおいて制御端子３２５Ｕ，３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
【００８０】
一方、モジュール１次封止体３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５，３１９，３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ，３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８，３３０とそれぞれ接続されている。
【００８１】
図１０に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。
【００８２】
各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図１０に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３２０と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３２０と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３２０と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を中間電極３２９を介して接続する。その後、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続する。
【００８３】
図１１は、コンデンサモジュール５００の構造を説明するための斜視図である。図１１には示されていないが、コンデンサケース５０２の内部には、フィルムコンデンサが複数設けられ、当該フィルムコンデンサは負極導体板及び正極導体板に電気的に接続される。負極導体板と正極導体板との間には低インダクタンス化のために絶縁性部材が配置され、負極導体板と正極導体板は積層状態で構成される。つまり負極導体板と正極導体板は積層導体板を構成する。
【００８４】
樹脂封止材５５０は、コンデンサケース５０２にフィルムコンデンサ及び積層導体板を固定するために当該コンデンサケース５０２内に充填される。負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９は、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、樹脂封止材５５０の露出面から突出し、さらにコンデンサケース５０２の側面の方に折り曲げられる。正極側の電源端子５０９及び負極側の電源端子５０８には、図２で説明した如く、直流側コネクタ１３８を介して直流電力が供給される。
【００８５】
コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、半導体モジュール３００の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して設けられる。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ａを構成する負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間には、絶縁シート５１７ａが設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｃも同様である。
【００８６】
コンデンサケース５０２には、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔５２０ａ〜５２０ｄが設けられる。
【００８７】
また、コンデンサケース５０２の長辺側の一側面には、突出収納部５０２ａが形成される。この突出収納部５０２ａ内には、フィルムコンデンサ及び電源端子５０８，５０９に対して電気的に直列または並列に接続される電気回路素子が収納される。本実施形態においては、バッテリ１３６からのノイズを除去しかつグラウンドに電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサが収納される。このコンデンサはフィルムコンデンサに比べて小型のため、突出収納部５０２ａの高さはコンデンサケース５０２の高さよりも小さく形成されている。つまり、突出収納部５０２ａの下方には空間が形成される。図３に示された流路形成体１２は、この空間に冷媒流路１９の一部を形成している。これにより、ノイズ除去用のコンデンサを冷却することができるとともに、冷媒流路１９の断面積を局所的に大きくすることを抑制して圧力損失の増大を防止している。
【００８８】
図１２（ａ）は、ケース１０にパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとコンデンサモジュール５００とバスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の部分Ａの拡大図である。
【００８９】
直流正極端子３１５Ｂ（１５７），直流負極端子３１９Ｂ（１５８），交流端子３２１（１５９）及び第２封止部６０１Ｂは、ケース１０の縦方向に蓋８側に向けて延びている。直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の電流経路の面積は、コンデンサモジュール５００内の積層導体板の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板から直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に集中することになる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部５４０を有し、その先端部に接続部５４２を有している。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部５４３を有し、その先端部に接続部５４５を有している。前記接続部５４２と前記接続部５４５との間にパワー半導体モジュール３００ａの直流負極端子３１９Ｂ（１５８）や直流正極端子３１５Ｂ（１５７）が挟まれるようにして接続されている。
【００９１】
これにより、負極側コンデンサ端子５０４ａや正極側コンデンサ端子５０６ａが接続部５４２や５４５の直前まで絶縁シートを介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子の配線部分のインダクタンスを低減することができる。さらに、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）の先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。このため、低インダクタンス化による特性改善に加え生産性を向上させることができる。
【００９２】
パワー半導体モジュール３００ａの交流端子３２１（１５９）の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動できるように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１（１５９）の溶接箇所と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の溶接箇所は、ケース１０の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
【００９３】
さらに、図４及び図１２に示されるように、複数のパワー半導体モジュール３００ａ及び３００ｂは、ケース１０の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｂを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
【００９４】
図１５は、金属ベース板１１を分離した状態の電力変換装置２００の斜視図である。また、図１６は、図１５の断面Ｂの矢印方向からみた電力変換装置２００の断面図である。
【００９５】
金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置される。本実施の形態では、ケース１０の開口部の周縁が金属ベース板１１によって塞がれる。制御回路基板２０は、金属ベース板１１と蓋８によって形成される空間に収納される。
【００９６】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に階層的に配置され、また制御回路基板２０が強電系のパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃから最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等の混入を抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された流路形成体１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
【００９７】
図１５では、ドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する孔２４が形成される。また孔２４にはパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの制御端子３２５Ｕ及び制御端子３２５Ｌが挿入され、制御端子３２５Ｕ及び制御端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。なお、流路形成体１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側から半田接合が行われる。
【００９８】
これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、本実施形態のドライバ回路基板２２は、流路形成体１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（不図示）を実装している。これにより、半田接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、半田接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
【００９９】
図１７は、交流端子８２２ａ〜８２２ｃの周辺部品の拡大図である。交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃは、第１支持部材８２０によって支持されるとともに、その先端は交流端子８２２ａ〜８２２ｃと接続される。交流端子８２２ａ〜８２２ｃは、円筒形状の雌型コネクタである。
【０１００】
第１支持部材８２０は、固定部８２６によってケース１０に固定される。また第１支持部材８２０は、ケース１０の外側に向かって突出しておりかつ交流端子８２２ａ〜８２２ｃの先端部を覆って構成される端子カバー部８２８ａ〜８２８ｃを有する。交流端子８２２ａ〜８２２ｃは、図１９に示された車両側のコネクタ１９３と接続される。電力変換装置２００の輸送時や車両への組付け時や試験時や部品交換時にはコネクタ１９３が取外された状態であるので、交流端子が露出する可能性がある。その際、作業者が露出した交流端子８２２ａ〜８２２ｃに触れることによる感電を防止する必要があるが、上記の構成により交流端子８２２ａ〜８２２ｃの先端部を絶縁物で覆うことで感電を防止することができる。
【０１０１】
また第１支持部材８２０は、図１９に示される交流側コネクタ１８８が第１支持部材８２０から離脱したこと、つまり交流側コネクタ１８８と交流端子８２２ａ〜８２２ｃとが電気的に非接続状態となったことを検知する接続検知回路８３０を保持している。この接続検知回路８３０は、交流側コネクタ１８８側に設けられた同様の接続検知回路と嵌め合うことによって接続状態であることを検知している。そして、接続検知回路８３０が交流側コネクタ１８８と交流端子８２２ａ〜８２２ｃとが電気的に非接続状態となったことを検知した場合、制御回路基板２０に当該検知情報を伝達し、当該制御回路基板２０は当該検知情報に基づいてパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃの駆動を抑制または停止するように制御する。
【０１０２】
なお、接続検知回路８３０は、制御回路基板２０と交流端子８２２ａ等との閉回路を構成しており、いずれかの箇所が切断され、電気的に非接続状態となった時に、制御回路基板２０がパワー半導体モジュールの駆動を抑制または停止する信号を発する。
【０１０３】
上記の構成により、電力変換装置２００の車両への組付け時や試験時や部品交換時のような、作業者が車両側のコネクタ１９３を取外して、交流端子８２２ａ〜８２２ｃが露出される時に、電力変換装置２００の駆動が停止することで作業者の安全を確保することができる。また、振動により接続検知回路８３０が誤って脱落し、予期しないタイミングで電力変換装置２００の駆動が停止することを防止するために、接続検知回路８３０はケース１０に強固に固定された第１支持部材８２０に支持されている。
【０１０４】
さらに、第１支持部材８２０は、ケース１０の外側に向かって突出する突出部８３２を有する。突出部８３２は、交流端子８２２ａ〜８２２ｃを囲むように形成され、かつ当該の突出部８３２の外縁が図５に示される開口部１０ｂの内縁と嵌め合うように形成される。これにより、交流端子８２２ａ〜８２２ｃと開口部１０ｂの内縁部との位置精度を向上させることができる。また、防水効果も向上させることができる。さらに、交流端子８２２ａ〜８２２ｃを保持する第１支持部材８２０とケース１０との接触面積を大幅に増大させることができるため、交流端子８２２ａ〜８２２ｃの共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。したがって、交流端子８２２ａ〜８２２ｃ周辺の耐振動性を向上させることができる。
【０１０５】
さらに、第１支持部材８２０は、ケース１０の開口部１０ｂを塞ぐ為の遮蔽部８３４を有する。遮蔽部８３４は、端子カバー部８２８ａ〜８２８ｃと突出部８３２との間を埋めるように形成される。電力変換装置２００のみを輸送する時や車両への組付け時や試験時や部品交換時には、ネジや工具等の異物が外部からケース１０内部へ混入する可能性がある。ケース１０内部へ混入した異物は電気的接続箇所の短絡や構成部品の破損に繋がり、電力変換装置２００を破壊に至らせる可能性がある。そこで上記の構成のように遮蔽部８３４によってケース１０内部と外部を遮断することにより外部からの異物の混入を防止することができる。
【０１０６】
図１８は、負極側の直流端子９００ａと正極側の直流端子９００ｂの周辺部品の拡大図である。
【０１０７】
負極側の直流バスバー９０２ａは、一方の先端がコンデンサモジュール５００の負極側の電源端子５０８と接続され、一方の先端が直流端子９００ａと接続される。同様に、正極側の直流バスバー９０２ｂは、一方の先端がコンデンサモジュール５００の正極側の電源端子５０９と接続され、一方の先端が直流端子９００ｂと接続される。直流端子９００ａ及び９００ｂは、円筒形状の雌型コネクタである。
【０１０８】
第２支持部材９０４は、固定部９０６によってケース１０に固定される。また第２支持部材９０４は、ケース１０の外側に向かって突出しておりかつ直流端子９００ａ及び９００ｂの先端部を覆って構成される端子カバー部９０８ａ及び９０８ｂを有する。直流端子９００ａ及び９００ｂは、図１９に示された車両側のコネクタ１９３と接続される。電力変換装置２００の輸送時や車両への組付け時や試験時や部品交換時にはコネクタ１９３が取外された状態であるので、直流端子が露出する可能性がある。その際、作業者が露出した直流端子９００ａ及び９００ｂに触れることによる感電を防止する必要があるが、上記の構成により直流端子９００ａ及び９００ｂの先端部を絶縁物で覆うことで感電を防止することができる。
【０１０９】
また第２支持部材９０４は、図１９に示される直流側コネクタ１３８が第２支持部材９０４から離脱したこと、つまり直流側コネクタ１３８と直流端子９００ａ及び９００ｂとが電気的に非接続状態となったことを検知する接続検知回路９１０を保持している。この接続検知回路９１０は、直流側コネクタ１３８側に設けられた同様の接続検知回路と嵌め合うことによって接続状態であることを検知している。そして、接続検知回路９１０が直流側コネクタ１３８と直流端子９００ａ及び９００ｂとが電気的に非接続状態となったことを検知した場合、制御回路基板２０に当該検知情報を伝達し、当該制御回路基板２０は当該検知情報に基づいて電力変換装置２００の駆動を抑制または停止するように制御する。
【０１１０】
なお、接続検知回路８３０は、制御回路基板２０と直流端子と閉回路を構成しており、いずれかの箇所が切断され、電気的に非接続状態となった時に、制御回路基板２０がパワー半導体モジュールの駆動を抑制または停止する信号を発する。
【０１１１】
また、本実施形態においては、交流端子８２２ａ〜８２２ｃ側にも接続検知回路８３０を設けており、制御回路基板２０と直流端子と交流端子と閉回路を構成しており、いずれかの箇所が切断され、電気的に非接続状態となった時に、制御回路基板２０がパワー半導体モジュールの駆動を抑制または停止する信号を発するように構成されている。なお、図１９に示すようにコネクタ１９３が直流側コネクタ１３８と交流側コネクタ１８８と一体となって構成されている場合には、接続検知回路８３０と接続検知回路９１０のいずれか一方のみを設ければ、電力変換装置２００の駆動を抑制または停止するような制御を実行することができる。
【０１１２】
上記の構成により、電力変換装置２００の車両への組付け時や試験時や部品交換時のような、作業者が車両側のコネクタ１９３を取外して、直流端子９００ａ及び９００ｂが露出される時に、電力変換装置２００の駆動が停止することで作業者の安全を確保することができる。また、振動により接続検知回路９１０が誤って脱落して予期しないタイミングで電力変換装置２００の駆動が停止することを防止するために、接続検知回路９１０はケース１０に強固に固定された第２支持部材９０４に支持されている。
【０１１３】
さらに、第２支持部材９０４は、ケース１０の外側に向かって突出する突出部９１２を有する。突出部９１２は、直流端子９００ａ及び９００ｂを囲むように形成され、かつ当該の突出部８３２の外縁が図５に示される開口部１０ｃの内縁と嵌め合うように形成される。これにより、直流端子９００ａ及び９００ｂと開口部１０ｃの内縁部との位置精度を向上させることができる。また、防水効果も向上させることができる。さらに、直流端子９００ａ及び９００ｂを保持する第２支持部材９０４とケース１０との接触面積を大幅に増大させることができるため、直流端子９００ａ及び９００ｂの共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。したがって、直流端子９００ａ及び９００ｂ周辺の耐振動性を向上させることができる。
【０１１４】
さらに、第２支持部材９０４は、ケース１０の開口部１０ｃを塞ぐ為の遮蔽部９１４を有する。遮蔽部９１４は、端子カバー部９０８ａ及び９０８ｂと突出部９１２との間を埋めるように形成される。電力変換装置２００のみを輸送する時や車両への組付け時や試験時や部品交換時には、ネジや工具等の異物が外部からケース１０内部へ混入する可能性がある。ケース１０内部へ混入した異物は電気的接続箇所の短絡や構成部品の破損に繋がり、電力変換装置２００を破壊に至らせる可能性がある。そこで上記の構成のように遮蔽部９１４によってケース１０内部と外部を遮断することにより外部からの異物の混入を防止することができる。
【０１１５】
図１９は、交流端子８２２ａ〜８２２ｃ及び直流端子９００ａと９００ｂが組み付けられたケース１０、さらに車両側のコネクタ１９３の分解斜視図である。
【０１１６】
ケース１０は、開口部１０ｂの縁から当該ケース１０の外側に向かって突出する第１壁１０ｄを有する。第１壁１０ｄはケース１０と一体に形成されていてもよい。そして交流側コネクタ１８８が第１壁１０ｄによって囲まれた空間を通って、第１支持部材８２０に支持された交流端子８２２ａ〜８２２ｃと接続される。これにより、交流端子８２２ａ〜８２２ｃが第１壁１０ｄで覆われることになり、交流端子８２２ａ〜８２２ｃを外部からの衝撃から保護することができる。また、第１支持部材８２０の突出部８３２と第１壁１０ｄとが広い面積で接触することにより、交流端子８２２ａ〜８２２ｃの位置精度を高めることができるとともに、交流端子８２２ａ〜８２２ｃの共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。さらに交流側コネクタ１８８も第１壁１０ｄの内周で接触するように構成されるため、交流側コネクタ１８８の位置精度を高めることができるとともに、交流側コネクタ１８８の交流配線の共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。
【０１１７】
同様に、ケース１０は、開口部１０ｃの縁から当該ケース１０の外側に向かって突出する第２壁１０ｅを有する。第２壁１０ｅはケース１０と一体に形成されていてもよい。そして直流側コネクタ１３８が第２壁１０ｅによって囲まれた空間を通って、第２支持部材９０４に支持された直流端子９００ａ及び９００ｂと接続される。これにより、直流端子９００ａ及び９００ｂが第２壁１０ｅで覆われることになり、直流端子９００ａ及び９００ｂを外部からの衝撃から保護することができる。また、第２支持部材９０４の突出部９１２と第２壁１０ｅとが広い面積で接触することにより、直流端子９００ａ及び９００ｂの位置精度を高めることができるとともに、直流端子９００ａ及び９００ｂの共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。さらに直流側コネクタ１３８も第２壁１０ｅの内周で接触するように構成されるため、直流側コネクタ１３８の位置精度を高めることができるとともに、直流側コネクタ１３８の直流配線の共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができる。
【０１１８】
金属製プレート８３６は、図１７に示された第１支持部材８２０をケース１０との間に挟んで、当該第１支持部材８２０を当該ケース１０に固定するための部材である。この金属製プレート８３６は、図４に示された制御回路基板２０が配置された側の交流バスバー８２２ａ〜８２２ｃの面の少なくとも一部を覆って形成される。制御回路基板２０及び制御系信号を伝達するための配線は、微弱電流であるため交流端子８２２ａ〜８２２ｃや交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃからのノイズの影響を受けやすい。そこで、交流端子８２２ａ〜８２２ｃや交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃが導電性の部材である金属製プレート８３６により囲まれることにより、ノイズを遮断することができる。
【０１１９】
本実施形態においては、コネクタ１９３が直流側コネクタ１３８と交流側コネクタ１８８とが一体に構成されている。これにより、部品点数を低減させることができるとともに、接続作業を簡略化させることができ、生産性が向上する。しかしながら、一方で直流側コネクタ１３８と交流側コネクタ１８８を一括して取り付けるため、コネクタ１９３が大きくなって歪み易くなり、コネクタ１９３の挿入応力に偏りが生じる恐れがある。その結果コネクタ１９３や電力変換装置２００の部品が破損してしまったり、コネクタ１９３とケース１０とのシール部材に偏りが生じて防水性の低下を引き起こしてしまったりする恐れがある。またコネクタ１９３の挿入応力に偏りが生じたまま、コネクタ１９３と電力変換装置２００が車両に搭載されると、要求される耐振動性能を発揮できない恐れがある。
【０１２０】
そこで、本実施形態の交流端子８２２ａ〜８２２ｃ及び直流端子９００ａと９００ｂは、直流側コネクタ１３８と交流側コネクタ１８８とが一体に構成されたコネクタ１９３の歪みが低減されるように配置されている。具体的には図２０に示すように、交流端子８２２ａ〜８２２ｃ及び直流端子９００ａと９００ｂは、ケース１０の一側面に配置され、当該ケース１０の一側面は短手方向の辺と長手方向の辺により構成される長方形状をなしている。そして、直流端子９００ａと９００ｂは、ケース１０の一側面の短手方向の一方の辺に沿って並べて配置され、かつ交流端子８２２ａ〜８２２ｃは、ケース１０の一側面の長手方向の一方の辺に沿って並べて配置される。
【０１２１】
これにより、直流端子９００ａ及び９００ｂを通る線分と交流端子８２２ａ及び８２２ｃを通る線分によって、９０度傾いた略Ｔ字又は略Ｌ字が形成される。よって、コネクタ１９３の高さ方向（ケース１０の一側面の短手方向）と幅方向（ケース１０の一側面の長手方向）の位置決めが同時になされ、コネクタ１９３の挿入応力の偏りが生じないようにコネクタ１９３を各端子及びケース１０に固定することができる。また、コネクタ１９３の高さ方向や幅方向は極端に長くなることを抑えているので、コネクタ１９３の歪みを低減することができ、コネクタ１９３の挿入応力の偏りを低減している。またコネクタ１９３の高さ方向又は幅方向は極端に長くなることを抑えているので、コネクタ固定部１０ｆ〜１０ｍのそれぞれの間の距離を短くすることができる。これにより、コネクタ１９３とケース１０との共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができ、車両の耐振動性を向上させることができる。
【０１２２】
また本実施形態においては、交流端子８２２ｂは交流端子８２２ａ及び８２２ｃよりもケース１０の一側面の長手方向の他方の辺に近づけて配置される。このような配置に合わせて、第１支持部材８２０及び第１壁１０ｄはなだらかな角を有する逆三角形状をなしている。これにより交流側コネクタ１８８及びコネクタ１９３の高さ方向又は幅方向が極端に長くなることを抑えているので、上記のような接続信頼性及び耐振動性を向上させるような作用効果を奏する。
【０１２３】
図２１は、樹脂封止材５５０を取り除いたコンデンサモジュール５００の上面図である。
【０１２４】
コンデンサケース５０２は、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄと、負極側バスバー５４８と、不図示の正極側バスバーと、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂ、を収納する。
【０１２５】
コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄは、円筒形のフィルムコンデンサであり、直流電流を平滑化して、平滑化された直流電流をパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに出力する。コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄの一方の電極がコンデンサケース５０２の底面と向かい合うとともに、他方の電極がコンデンサケース５０２の開口側を向くように配置される。また、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄは、コンデンサケース５０２の長辺側に沿って並べて配置される。
【０１２６】
負極側バスバー５４８は、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄの他方の電極と接続される。不図示の正極側バスバーは、コンデンサケース５０２の底面とコンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄとの間に配置され、かつコンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄの一方の電極と接続される。
【０１２７】
ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、円筒形のフィルムコンデンサであり、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄよりも静電容量は小さくかつサイズも小さいコンデンサ素子である。ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａの一方の電極は、不図示の正極側バスバーと接続される。ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａの他方の電極は、金属製のケース１０を介して車体のグランドに電気的接続される。ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ｂの一方の電極は、負極側バスバー５４８と接続される。ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ｂの他方の電極は、金属製のケース１０を介して車体のグランドに電気的接続される。ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、図２のモータＭＧ１の駆動等によって発生して直流端子９００ａ〜９００ｂを介して伝播する電磁ノイズを除去するためのコンデンサ素子である。
【０１２８】
ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、コンデンサケース５０２の一方の側壁から突出した突出収納部５０２ａ内に配置される。一方、電源端子５０８ａ〜５０８ｂ及び５０９ａ〜５０９ｂは突出収納部５０２ａから突出している。コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄは、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａと５６２ｂを介して、電源端子５０８ａ〜５０８ｂと電源端子５０９ａ〜５０９ｂと電気的に接続される。
【０１２９】
図２２は、図４に示されたコンデンサモジュール５００よりも上方に配置された電気部品を取り除いた電力変換装置２００の上面図である。図２３は、図２２の一点鎖線ＡＡの矢印方向から見た断面図である。
【０１３０】
パワー半導体モジュール３００ａ及びパワー半導体モジュール３００ｂは、点線で示された第１流路部１９ａを流れる冷却冷媒の流れ方向に沿って並べて配置され、かつ流路形成体１２に固定される。パワー半導体モジュール３００ｃは、点線で示された第３流路部１９ｃであって出口配管に近い側に配置され、かつ流路形成体１２に固定される。またパワー半導体モジュール３００ｃは、コンデンサモジュール５００を介してパワー半導体モジュール３００ａと向かい合う位置に配置されている。
【０１３１】
そして、図２１にて示されたノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、コンデンサモジュール５００を介してパワー半導体モジュール３００ｂと向かい合う位置に配置されている。また図２３に示されるように、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、第３流路部１９ｃの上方に配置され、第３流路部１９ｃと熱的に接続されている。
【０１３２】
コンデンサモジュール５００に設けられた電源端子５０８ａ〜５０８ｂ及び５０９ａ〜５０９ｂは、直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂと接続される。直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂは、図１８にて説示したように、直流端子９００ａ及び９００ｂと接続される。
【０１３３】
このような配置関係により、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂがパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃからの熱を受けにくくなるので、電力変換装置２００内の電気部品がより集積化され、電力変換装置を小型化することができる。つまりノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、パワー半導体モジュール３００ａ及び３００ｂに対しては、コンデンサモジュール５００と第１流路部１９ａと第３流路部１９ｃを介して熱的に接続されている。さらにノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、パワー半導体モジュール３００ｃとは第３流路部１９ｃを介して熱的に接続されている。よってノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、３つのパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃのうち２つとは熱的に大きく離すことができるとともに、熱的に近い位置にあるパワー半導体モジュール３００ｃも冷媒が流れる第３流路部１９ｃを介しているので、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃからの熱のあおりを受けにくくなっている。
【０１３４】
また、冷媒流路１９に流れる冷媒は、パワー半導体モジュール３００ｃの近傍、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂの下方、パワー半導体モジュール３００ｂの近傍、パワー半導体モジュール３００ａの近傍の順に流れる。そのためノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂは、パワー半導体モジュール３００ｃから受けた熱のみを蓄えた冷媒によって冷やされるので、パワー半導体モジュール３００ａ及び３００ｂからの熱のあおりを受けにくくなっている。
【０１３５】
さらに、ノイズ除去用コンデンサ素子は熱に弱いので自己発熱の冷却に加えて外部からの熱の影響を防ぐ必要がある。つまり、電力変換装置２００外部から直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂを介して伝達される熱の影響を防ぐ必要がある。そこで本実施形態では、第３流路部１９ｃはノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂの直下に形成されるので、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂと第３流路部１９ｃは熱的に密接に接続される。そのため、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ〜５６２ｂの自己発熱と外部からの熱を十分に冷媒に伝達することができる。
【０１３６】
なお本実施形態では、第３流路部１９ｃの近傍に配置される電気回路部品がノイズ除去用コンデンサ素子であったが、抵抗器４５０が配置されてもよい。つまり、電力変換装置２００外部から直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂを介して伝達される熱の影響を防ぐ必要がある電気回路部品が、第３流路部１９ｃの近傍に配置されるので、コンデンサ素子５６０ｄと直流端子９０２ａ及び９０２ｂに対して電気的に直列または並列に接続される電気回路素子であればよい。
【０１３７】
直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂは、コンデンサモジュール５００に設けられた電源端子５０８ａ〜５０８ｂ及び５０９ａ〜５０９ｂ側の近傍においては、その主面どうしがズレるように形成される。一方、直流バスバー９０２ａが直流バスバー９０２ｂの上方に配置されるように形成され、直流端子９００ａ及び９００ｂの近傍においては、直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂの主面どうしが重ね合うように形成される。これにより、直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂの配線インダクタンスが低減される。
【０１３８】
また、図１８に示され直流端子９００ａ及び９００ｂは、第１パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃよりもノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂに近い位置に配置される。これにより、ケース１０内に配置された直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂの配線距離を短くすることができる。そのため、直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂから放射される電磁ノイズを低減することができる。また、直流バスバー９０２ａ及び９０２ｂを伝達する電磁ノイズが、コンデンサモジュール５００内の負極側バスバー５４８や正極側バスバーやコンデンサ素子５６０ａ等に伝達される前に、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂによって除去することができる。
【０１３９】
また、図２１に示されるように、第１パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ内のＩＧＢＴがスイッチングした場合に流れ上下アーム間に流れる還流電流５８０ａ〜５８０ｃは、負極側バスバー５４８及び正極側バスバーに流れる。本実施形態においては、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂと第１パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ内のＩＧＢＴやダイオードの配線距離は、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂと直流端子９００ａ及び９００ｂとの配線距離より小さくなっている。これにより、還流電流５８０ａ〜５８０ｃがノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂに流れることによって、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂがノイズ除去機能を十分に果たせなくなることを抑制している。
【０１４０】
なお、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂはコンデンサケース５０２の外部に配置して、流路形成体１２に固定するようにしてもよい。本実施形態においては、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄ及びノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂはフィルムコンデンサであり、熱伝導性が似ている部材を用いるので、コンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄ及びノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂが一つのコンデンサケース５０２内において樹脂封止材５５０で封止している。これにより、ノイズ除去用コンデンサ素子５６２ａ及び５６２ｂの電気的接続を行うための接続点の増大を抑制するとともに電力変換装置２００内での温度管理は容易になる。
【０１４１】
抵抗器４５０はコンデンサ素子５６０ａ〜５６０ｄに残存した電荷を熱エネルギーに変換するための放電抵抗として機能して、修理作業時の感電防止を防いでいる。そのため、抵抗器４５０は特に他の電機部品から熱的に遮断されていることが必要である。そこで、抵抗器４５０は、第３流路部１９ｃを介してコンデンサモジュール５００とは反対側に配置されている。なお抵抗器４５０は、その一側面に正極側端子４５１と負極側端子４５２を設ける。正極側端子４５１は、不図示のハーネスを介してドライバ回路基板２２に接続される。ドライバ回路基板２２には、抵抗器４５０と電気的に直列に接続されたスイッチング素子が搭載されている。一方負極側端子４５２は、負極側である電源端子５０９ａと接続される。ドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング素子のスイッチング動作が、ドライバ回路基板２２又は制御回路基板２０に搭載されたマイコン等により制御される。
【０１４２】
またケース１０の底面には、図４に示されたＤＣＤＣコンバータ７００から延びる端子７０２を貫通するための開口部７０３を形成する。図２２では、この開口部７０３は、カバー７０４によって塞がれている。このカバー７０４を使用するのは、電力変換装置２００はＤＣＤＣコンバータ７００と組み合せて使用されない場合である。図４のように電力変換装置２００とＤＣＤＣコンバータ７００が組み合わせて使用される場合には、当該カバー７０４は取り外される。これにより、本実施形態の電力変換装置２００は、車両の実施態様に応じて、ＤＣＤＣコンバータ７００を組み合せたり、取り外したりできるように構成されている。
【０１４３】
また交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃにはパワー半導体モジュール内のＩＧＢＴのスイッチング動作にともなって高周波のノイズ電流が流れる。このノイズ電流は高周波の磁界を電流の流れる向きを軸とした同心円状に発生する。そして、前記高周波の磁界が制御回路基板２０に鎖交することによりノイズを生じる。そこで本実施形態では、直流端子９００ａ及び９００ｂからケース１０内部に向かう直流バスバー９０２ａ及び９００ｂの形成方向は、図１７に示された交流端子８２２ａ〜８２２ｃからケース１０内部に向かう交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃの形成方向に沿うように形成される。これにより、交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃに流れる電流と、直流バスバー９０２ａ及び９００ｂに流れる電流の向きは逆向きであるため、交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃに流れる電流により発生する磁界と、直流バスバー９０２ａ及び９００ｂに流れる電流により発生する磁界がケース１０内で打ち消し合い交流バスバー８０５ａ〜８０５ｃと直流バスバー９０２ａ及び９００ｂに流れる電流により生じる磁界を抑制することができる。
【０１４４】
図２４は、図２２の一点鎖線ＢＢの矢印方向から見た断面図である。
【０１４５】
ＤＣＤＣコンバータ７００の端子７０２は、開口部７０３を貫通して、コンデンサモジュール５００に設けられた電源端子５０９ｂと接続される。本実施形態においては、ＤＣＤＣコンバータ７００は車両内の１２Ｖ系の電装品を駆動する為の電源に充電するための降圧回路として機能させている。しかしながら、電力変換装置２００等に異常が発生して、駆動モータへの電力供給が困難になったときに、ＤＣＤＣコンバータ７００から緊急的に電力を供給するようにしてもよい。
【０１４６】
コンデンサモジュール５００に設けられた電源端子５０８ａ，５０９ａは、ケース１０に設けられた窓１７と対向するように配置される。これにより、電源端子５０８ａ，５０９ａの接続作業性が向上する。さらに、ＤＣＤＣコンバータ７００との接続部である電源端子５０８ｂ，５０９ｂも窓１７と対向するように配置される。これにより、電源端子５０８ｂ，５０９ｂの接続作業性も向上する。
【実施例２】
【０１４７】
本発明に係る他の実施形態について、図１４及び図２５を用いて説明する。実施例１と同じ符号を付した構成は同様の機能を有する。図１４（ａ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図１４（ｂ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。
【０１４８】
フレキシブルプリント基板５０は制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌ、電流センサ１８０ａの信号端子１８４と接続される配線基板として機能する。コネクタ５１は、フレキシブルプリント基板５０における制御端子３２５Ｕ等が接続された側とは反対側に接続される。６０はドライバ回路を構成する電子部品である。
【０１４９】
フレキシブルプリント基板５０と、各信号端子とは半田付けにて接続されており、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａからすこし距離をとった位置に、これらの配線と平行に配置されている。
【０１５０】
図２５は、コネクタ５１とドライバ回路基板２２に設けられたコネクタ５５との接続状態を示す側面図である。
【０１５１】
実施例１において、電流センサ１８０ａの熱対策を行うことが可能となったが、パワー半導体モジュール３００ａに電流センサの信号端子１８４が増え、制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌと合わせると、一相あたり１１本、三相分で３３本とドライバ回路基板へ挿入する信号端子の数が増加することとなった。
【０１５２】
そのため、信号端子をドライバ回路基板２２のスルーホールに接続する際に挿入性が悪化、この問題を解決するためにドライバ回路基板２２にガイドピン等を別途用意する必要があった。さらに、信号端子をプリント基板に挿入後半田付けする際の時間が増加する問題が生じた。
【０１５３】
そこで、本実施形態では、制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌと電流センサの信号端子１８４をフレキシブルプリント基板５０で構成し、さらにドライバ回路基板２２との接続部をコネクタ５５を用いることで、両面冷却パワー半導体モジュール３００の信号端子とドライバ回路基板２２の接続を簡素化し、インバータ最終組み立て工程での工数を低減することができる。
【０１５４】
ここで、本実施形態で用いられる配線部材はフレキシブルで容易に湾曲可能であるため、ドライバ回路基板２２との接続に、位置精度を考慮する必要がないことと、接続作業を容易にすることができるためである。
【０１５５】
また、フレキシブル基板とすることで、パワー半導体モジュール３００ａの信号端子から湾曲させて、直流正極配線３１５Ａや直流負極配線３１９Ａや交流配線３２０Ａと距離ととりながら並行に配置して、ドライバ回路基板２２と接続させることができるので、主端子で発生するノイズの影響を抑えることができる。さらに、交流配線３２０Ａで発生する熱の影響を極力回避することができる。
【０１５６】
本実施形態では、フレキシブルプリント基板５０の配線材料としてポリイミドと銅箔を用いているが、通常のガラエポ等リジッドタイプのプリント基板を使用してもよい、また、通常の配線材を用いて接続してもよい。
【０１５７】
また、制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌ、信号端子１８４とフレキシブルプリント基板５０とは、半田付けにより接続されているが、こちらもコネクタ等で接続されていてもよい。
【実施例３】
【０１５８】
本発明に係る他の実施形態について、図２６及び図２７を用いて説明する。実施例１と同じ符号を付した構成は同様の機能を有する。図２６（ａ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの上面図である。図２６（ｂ）は、他の実施形態に係るパワー半導体モジュール３００ａの側面図である。図２７は、コネクタ５１とドライバ回路基板２２との接続状態を示す側面図である。
【０１５９】
１８６はホールセンサＩＣである。電子部品６０の一部にはＩＣも内蔵され、制御回路基板２０からの入力信号に応じて、両面冷却パワー半導体３００を駆動するとともに、過電流保護，過温度保護，電源低電圧保護等、各種保護機能を有し、パワー半導体素子を保護する機能を有している。
【０１６０】
電流センサ１８０ａのコアのギャップ部に、フレキシブルプリント基板５０を延長し、そのうえにホールセンサＩＣ１８６を搭載することで、実施例１，２で用いていた電流センサの信号端子１８２を用いることなく、直接、電流センサ１８０ａの信号を、コネクタ５１経由で、制御回路基板２０に送ることができる。
【０１６１】
実施例１において、電流センサ１８０ａをパワー半導体モジュール３００ａのフランジ部３０４Ｂに固定することで、交流配線３２０Ａが若干長くなった。このことにより、フランジ部３０４Ｂから、ドライバ回路基板２２の間のスペースが長くなり、デットスペースが広くなったため、ドライバ回路基板２２上にあった部品の全部、もしくは一部を、フレキシブルプリント基板５０上に配置することにより、デットスペースの有効利用ができ、かつ、ドライバ回路基板２２をなくすことができるので、電力変換装置の小型化を行うことができている。
【０１６２】
さらに、フレキシブルプリント基板５０上にはドライバ回路を構成する部品を搭載しているため、コネクタ５１を、制御回路基板２０にコネクタ接続するだけでよいので、インバータの最終組み立て工数を大幅に低減し、低コスト化を図ることができる。
【０１６３】
以上のように、電流センサ１８０ａをパワー半導体モジュール３００ａのフランジ部３０４Ｂ又はモジュールケース３０４に直接固定して、電流センサ１８０ａについても、両方向から冷却を行うことで、インバータ装置を大型化せず、電流センサの熱対策を行うことができる。
【０１６４】
また、パワー半導体モジュール３００ａの制御端子３２５Ｕ及び３２５Ｌと電流センサの信号端子１８４をフレキシブルプリント基板５０で、上位の制御回路基板２０、又はドライバ回路基板２２等とコネクタ接続化することにより、電流センサ１８０ａの熱対策で生じた、インバータ組み立て工数の複雑化，工数の増加を防止することができる。
【０１６５】
さらには、フレキシブルプリント基板５０上に、ドライバ回路の電子部品６０やホールセンサＩＣ１８６を搭載することで、ドライバ回路基板２２をなくすことができ、ひいてはインバータ装置を小型化することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
８，１８  蓋
１０  ケース
１０ａ  突出収納部
１０ｂ，１０ｃ，４００ａ〜４００ｃ，４０４，７０１，７０３  開口部
１０ｄ  第１壁
１０ｅ  第２壁
１０ｆ〜１０ｍ  コネクタ固定部
１１  金属ベース板
１２  流路形成体
１３  入口配管
１４  出口配管
１７  窓
１９  冷媒流路
１９ａ  第１流路部
１９ｂ  第２流路部
１９ｃ  第３流路部
２０  制御回路基板
２１，５１，１９３  コネクタ
２２  ドライバ回路基板
５０  フレキシブルプリント基板
６０  電子部品
１３６  バッテリ
１３８  直流側コネクタ
１４０  インバータ回路
１５０  上下アームの直列回路
１５３，１６３  コレクタ電極
１５４  ゲート電極端子
１５５  信号用エミッタ電極
１５６，１６６  ダイオード
１５７  正極端子
１５８  負極端子
１５９  交流端子
１６０  金属接合材
１６４  ゲート電極
１６５  エミッタ電極
１６９，３２９  中間電極
１７２  制御回路
１７４  ドライバ回路
１８０ａ  電流センサ
１８１ａ  第１固定部
１８１ｂ  第２固定部
１８４  信号端子
１８６  ホールセンサＩＣ
１８８  交流側コネクタ
２００  電力変換装置
３０２  モジュール１次封止体
３０４  モジュールケース
３０４Ａ  湾曲部
３０４Ｂ  フランジ部
３０５  フィン
３０６  挿入口
３０７Ａ  第１放熱面
３０７Ｂ  第２放熱面
３０９  ネジ
３１５，３１８，３１９，３２０  導体板
３１５Ａ  直流正極配線
３１５Ｂ  直流正極端子
３１５Ｃ  補助モジュール側直流正極接続端子
３１５Ｄ  素子側直流正極接続端子
３１９Ａ  直流負極配線
３１９Ｂ  直流負極端子
３１９Ｃ  補助モジュール側直流負極接続端子
３１９Ｄ  素子側直流負極接続端子
３２０Ａ  交流配線
３２０Ｂ  交流端子
３２０Ｃ  補助モジュール側交流接続端子
３２０Ｄ  素子側交流接続端子
３２２  素子固着部
３２４Ｕ，３２４Ｌ  信号配線
３２５Ｕ，３２５Ｌ  制御端子
３２６Ｕ，３２６Ｌ  補助モジュール側信号接続端子
３２７Ｕ，３２７Ｌ  素子側信号接続端子
３２８，３３０  ＩＧＢＴ
３３３  絶縁シート
３４８  第１封止樹脂
３５１  第２封止樹脂
３７０，５４２  接続部
３７１  ボンディングワイヤ
３７２  タイバー
４０６，４０７  凸部
４０９  シール部材
４１７，４１８，４２１，４２２，４２３  流れ方向
４２０  下カバー
４５０  抵抗器
４５１  正極側端子
４５２  負極側端子
５００  コンデンサモジュール
５０２  コンデンサケース
５０４，５０６  コンデンサ端子
５０８ａ，５０８ｂ，５０９ａ，５０９ｂ  電源端子
５４０  立ち上がり部
５４８  負極側バスバー
５５０  樹脂封止材
５６０ａ〜５６０ｄ  コンデンサ素子
５６２ａ及び５６２ｂ  ノイズ除去用コンデンサ素子
５８０ａ，５８０ｂ，５８０ｃ  還流電流
６００  補助モールド体
６０８  配線絶縁部
７００  ＤＣＤＣコンバータ
７０２  端子
７０４  カバー
８００  バスバーアッセンブリ
【図１】
0005568511.tif 000002
【図２】
0005568511.tif 000003
【図３】
0005568511.tif 000004
【図４】
0005568511.tif 000005
【図５】
0005568511.tif 000006
【図６】
0005568511.tif 000007
【図７】
0005568511.tif 000008
【図８】
0005568511.tif 000009
【図９】
0005568511.tif 000010
【図１０】
0005568511.tif 000011
【図１１】
0005568511.tif 000012
【図１２】
0005568511.tif 000013
【図１３】
0005568511.tif 000014
【図１４】
0005568511.tif 000015
【図１５】
0005568511.tif 000016
【図１６】
0005568511.tif 000017
【図１７】
0005568511.tif 000018
【図１８】
0005568511.tif 000019
【図１９】
0005568511.tif 000020
【図２０】
0005568511.tif 000021
【図２１】
0005568511.tif 000022
【図２２】
0005568511.tif 000023
【図２３】
0005568511.tif 000024
【図２４】
0005568511.tif 000025
【図２５】
0005568511.tif 000026
【図２６】
0005568511.tif 000027
【図２７】
0005568511.tif 000028