(57)【要約】【課題】  液体冷媒を流す流路の簡素化により小型のパワー半導体モジュール及び電力変換装置を提供することである。【課題手段】  本発明に係るパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子と、導体板と、金属製ケースと、表面側カバーと、裏面側カバーと、前記金属製ケースの一辺側に配置される入口部と、前記金属製ケースの前記一辺側に配置される出口部と、を備え、前記金属製ケースは、第１放熱部と、前記導体板を挟んで前記第１放熱部と対向する第２放熱部とを有し、前記表面側カバーは、前記第１放熱部との間に表面側流路の空間を形成するように前記第１放熱部と対向した位置に配置され、前記裏面側カバーは、前記第２放熱部との間に裏面側流路の空間を形成するように前記第２放熱部と対向した位置に配置され、前記入口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がっており、前記出口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がる。【選択図】  図１９（ｂ）
2014023327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続される導体板と、
前記パワー半導体素子と前記導体板を収納する金属製ケースと、
前記金属製ケースの一方の外面に接合される表面側カバーと、
前記金属製ケースの他方の外面に接合される裏面側カバーと、
前記金属製ケースの一辺側に配置される入口部と、
前記金属製ケースの前記一辺側に配置される出口部と、を備え、
前記金属製ケースは、第１放熱部と、前記導体板を挟んで前記第１放熱部と対向する第２放熱部とを有し、
前記表面側カバーは、前記第１放熱部との間に表面側流路の空間を形成するように前記第１放熱部と対向した位置に配置され、
前記裏面側カバーは、前記第２放熱部との間に裏面側流路の空間を形成するように前記第２放熱部と対向した位置に配置され、
前記入口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がっており、
前記出口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がるパワー半導体モジュール。
【請求項２】
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続される導体板と、
前記パワー半導体素子及び前記導体板を収納し、かつ第１放熱部と第２放熱部を有する金属製ケースと、
前記第１放熱部が配置された側の前記金属製ケースの外面に接合される表面側カバーと、
前記第２放熱部が配置された側の前記金属製ケースの外面に接合される裏面側カバーと、
前記表面側カバーと前記第１放熱部との間に配置される第１壁と、
前記裏面側カバーと前記第２放熱部との間に配置される第２壁と、
前記表面側カバーの一辺側に配置される入口部と、
前記裏面側カバーの前記一辺側に配置される出口部と、を備え、
前記第１放熱部は、前記導体板を挟んで前記第２放熱部と対向して配置され、
前記第１壁は、当該第１壁と前記表面側カバーとの間に第１流路空間と、当該第１壁と前記第１放熱部との間に第２流路空間と、を形成するように、前記金属製ケースに接合され、
前記第２壁は、当該第２壁と前記第２放熱部との間に第３流路空間と、当該第２壁と前記裏面側カバーとの間に第４流路空間と、を形成するように、前記金属製ケースに接合され、
前記入口部は、前記第１流路空間と繋がり、
前記第１壁は、当該第１壁を介して前記入口部とは反対側であって、当該第１壁の先端部と前記表面側カバーの内壁との間に、前記第１流路空間と前記第２流路空間と繋ぐ第１空間を形成し、
前記金属製ケースは、前記金属製ケースの前記一辺側であって、前記第２流路空間と前記第３流路空間と繋ぐ貫通孔を形成し、
前記第２壁は、当該第２壁を介して前記出口部とは反対側であって、当該第２壁の先端部と前記裏面側カバーの内壁との間に、前記第３流路空間と前記第４流路空間と繋ぐ第２空間を形成し、
前記出口部は、前記第４流路空間と繋がるパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールであって、
前記表面側カバーおよび前記裏面側カバーが樹脂組成物であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールであって、
前記導体板と電気的に接続される主端子を備え、
前記金属製ケースは、前記一辺側とは反対側の他辺側に、前記パワー半導体素子及び前記導体板の収納空間と繋がる開口部を形成し、
前記主端子は、前記開口部を介して前記金属製ケースの外部に突出するパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記金属製ケースは、前記表側流路の空間と前記裏側流路側の空間を繋げるように前記金属製ケースを貫通する第１貫通孔を形成し、
前記入口部は、前記第１貫通孔と繋がるパワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記金属製ケースは、前記表側流路の空間と前記裏側流路側の空間を繋げるように前記金属製ケースを貫通するとともに前記第１貫通孔とは壁により隔てられる第２貫通孔を形成し、
前記出口部は、前記第２貫通孔と繋がるパワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１、５または６に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールであって、
前記金属製ケースは、前記第１放熱部から前記表面側カバーに向かって突出する第１フィンを有し、
前記第１フィンの先端部は、前記表面側カバーと接触するパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記表面側カバーは、前記第１フィンと接触する第１樹脂カバーと、前記第１樹脂カバーを覆って形成されるとともに前記第１樹脂カバーとは異なる樹脂材料に構成される第２樹脂カバーを有するパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項１、５に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールであって、
前記表面側カバーは、当該表面側カバーから前記第１放熱部に向かって突出する第１突出部を有し、
前記第１突出部の先端部は、前記第１放熱部と接触するとともに前記表面側流路の空間を前記入口部と繋がる第１流路の空間と前記出口部と繋がる第２流路の空間に分けるパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記第１放熱部は、前記第１突出部の先端部とはめあう凹部を形成するパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項９に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記パワー半導体素子は複数設けられ、かつインバータ回路の上アームを構成する第１ＩＧＢＴ及び第１ダイオードと、インバータ回路の下アームを構成する第２ＩＧＢＴ及び第２ダイオードにより構成され、
前記第１ＩＧＢＴ及び前記第１ダイオードは、前記第１流路と対向して配置され、
前記第２ＩＧＢＴ及び前記第２ダイオードは、前記第２流路と対向して配置されるパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載されたパワー半導体モジュールであって、
前記金属製ケースは、前記第２放熱部から前記裏面側カバーに向かって突出する第２フィンを有し、
前記第２フィンの先端部は、前記裏面側カバーと接触し、
前記裏面側カバーは、前記第２フィンと接触する第３樹脂カバーと、前記第３樹脂カバーを覆って形成されるとともに前記第３樹脂カバーとは異なる樹脂材料に構成される第４樹脂カバーを有し、
前記第２樹脂カバーは、前記第４樹脂カバーと一体に形成され、
一体に形成された前記第２樹脂カバーと前記第４樹脂カバーは、前記第１樹脂カバーと前記第３樹脂カバーを覆って形成されるパワー半導体モジュール。
【請求項１３】
請求項１ないし１２に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールを搭載した電力変換装置であって、
前記パワー半導体素子に伝達される直流電流を平滑化するコンデンサモジュールを備え、
前記コンデンサモジュールは、前記表面側カバーの外面又は前記裏面側カバーの外面のいずれかと接触するように配置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】
環境対策などの観点から、モータを駆動するために直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の重要性が益々増大している。電力変換装置に対しては、小型化が要求されている。特に自動車では、ハイパワーと小型化を両立するため、冷却効率の高い、水冷方式が採用されている。そこで、パワー半導体モジュールの対向する両面を冷却する両面冷却方式が作用されている（特許文献１）。しかしながら、液体冷媒を流す流路の簡素化することにより、更なるパワー半導体モジュール及び電力変換装置の小型化を図ることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体冷媒を流す流路の簡素化により小型のパワー半導体モジュール及び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】
【０００５】
本発明に係るパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と電気的に接続される導体板と、前記パワー半導体素子と前記導体板を収納する金属製ケースと、前記金属製ケースの一方の外面に接合される表面側カバーと、前記金属製ケースの他方の外面に接合される裏面側カバーと、前記金属製ケースの一辺側に配置される入口部と、前記金属製ケースの前記一辺側に配置される出口部と、を備え、前記金属製ケースは、第１放熱部と、前記導体板を挟んで前記第１放熱部と対向する第２放熱部とを有し、前記表面側カバーは、前記第１放熱部との間に表面側流路の空間を形成するように前記第１放熱部と対向した位置に配置され、前記裏面側カバーは、前記第２放熱部との間に裏面側流路の空間を形成するように前記第２放熱部と対向した位置に配置され、前記入口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がっており、前記出口部は、前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液体冷媒を流す流路の簡素化によりパワー半導体モジュール及び電力変換装置の小型化を達成できる。また一方で、電力変換装置の設計自由度の向上と、組立性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【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】モジュール回路部３０１の組立工程を説明するための図である。
【図６】モジュール回路部３０１と補助モジュール配線部６０１を、接続部３７０で接合した状態の斜視図である。
【図７（ａ）】図６に示す状態に、第一封止樹脂３４８及び配線絶縁部６０８を形成したパワー半導体モジュール３００ａを示す斜視図である。
【図７（ｂ）】図７（ａ）の断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図８（ａ）】図７（ａ）に示す状態にさらに、モジュールケース３０４を取り付けたパワー半導体モジュール３００ａを示す斜視図である。
【図８（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（ａ）】図８（ａ）に示す状態にさらに第二封止樹脂３５１及び表面側カバー４６０ａ、裏面側カバー４６０ｂを形成したパワー半導体モジュール３００ａを示す斜視図である。
【図９（ｂ）】図７（ｂ）、図８（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（ｃ）】図９（ａ）の断面Ｉで切断して方向Ｊから見たときの断面図である。
【図９（ｄ）】図９（ｃ）に示すフィン勘合部３０７ａの拡大図である。
【図１０（ａ）】パワー半導体モジュール３００と流路形成体１２およびケース１０の連結構造の断面で、図５（ｂ）の断面Ｆで切断して方向Ｇから見たときと同じ部位の断面である。
【図１０（ｂ）】本発明のパワー半導体モジュール３００のフィン３０５Ａのフィンのレイアウトを変えた例である。
【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（ａ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを、図５（ａ）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１２（ｂ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの他の実施形態を、図１２（ａ）と同じ断面を同じ方法から見た断面図である。
【図１３】パワー半導体モジュール３００ａの表面側カバー４６０ａおよび、裏面側カバー４６０ｂを一体形成したモジュールの斜視図を示す。
【図１４（ａ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ｄの斜視図である。
【図１４（ｂ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ｄを方向Ｈから見たときの外観図である。
【図１５（ａ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ｄを連結する時に用いる、冷媒流路配管４６６ａの断面図である。
【図１５（ｂ）】冷媒流路配管４６６ａを用いパワー半導体モジュール３００ｄを連結した例であり、図１４（ａ）に示した方向Ｈから見たときの外観図である。
【図１６（ａ）】本実施形態のパワー半導体モジュール３００ｄを連結する時に用いる、冷媒流路配管４６６ｂの断面図である。
【図１６（ｂ）】冷媒流路配管４６６ｂを用いパワー半導体モジュール３００ｄを連結した例であり、図１４（ａ）に示した方向Ｈから見たときの外観図である。
【図１７（ａ）】図７（ａ）で示す状態に、モジュールケース３０４を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１７（ｂ）】図１７（ａ）の断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【図１８（ａ）】図１７（ｂ）に示される状態に、第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂを接合する様子を示す図である。
【図１８（ｂ）】モジュールケース３０４に第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂが接合され、続いて表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂを接合する様子を示す図である。
【図１８（ｃ）】モジュールケース３０４の第１面３０８Ａにおいて、第一壁４９１ａが接合される位置を示す図である。
【図１８（ｄ）】モジュールケース３０４に表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂを接合した状態を示す図である。
【図１８（ｅ）】モジュールケース３０４と表面側カバー４９０ａが接合される位置を示す図である。
【図１９（ａ）】図１７に示す状態に、表面側カバー４９０ａ、裏面側カバー４９０ｂ、第一壁４９１ａ、第二壁４９２ｂを形成したパワー半導体モジュール３００ｆを示す斜視図である。
【図１９（ｂ）】図１７（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２０】複数のパワー半導体モジュール３００ｆを、パワー半導体モジュール３００ｆの短手方向に隣接して、流路形成体１２上に配置する例である。
【図２１】パワー半導体モジュール３００ｆとコンデンサモジュール５００の配置例を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する本発明が適用された実施の形態に記載の電力変換装置およびこの装置を使用したシステムは、製品化のために解決することが望ましい色々な課題を解決している。これら実施の形態が解決している色々な課題の一つに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化、高出力化に係る課題があり、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化、高出力化の向上の効果に止まらず、上記課題や効果以外に色々な課題を解決し、色々な効果を達成することができる。
【０００９】
さらに、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した小型化、高出力化の課題、また上述の発明の効果の欄に記載した小型化、高出力化の効果を達成する構成についても、上述の課題を解決するための手段の欄に記載した構成だけで無く、他の構成によっても上記課題が解決でき、上記効果を得ることができる。
【００１０】
すなわち小型化、高出力化の課題や効果に関して上述した構成以外の構成によって、大きくは小型化、高出力化に関する課題解決や効果達成につながるが、より具体的に見れば異なっている観点において課題が解決され、効果が得られている。以下その代表的なものを幾つか列挙する。さらにそれ以外については実施の形態の説明の中で述べる。
【００１１】
本発明の目的を解決するための電流変換装置の構成の１つは次の通りである。
【００１２】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と電気的に接続される導体板と、第１放熱部を有するとともに前記導体板を挟んで前記第１放熱部と対向する第２放熱部を有する金属製ケースと、を備え、前記第１放熱部との間に表面側流路の空間を形成するように前記第１放熱部と対向した位置に配置されるとともに前記金属製ケースの外面に接合される表面側カバーと、前記第２放熱部との間に裏面側流路の空間を形成するように前記第２放熱部と対向した位置に配置されるとともに前記金属製ケースの外面に接合される裏面側カバーと、前記金属製ケースの一辺側に前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がる入口部と、前記金属製ケースの前記一辺側に前記表面側流路及び前記裏面側流路と繋がる出口部と、を有するパワー半導体モジュール。前記パワー半導体モジュールを用いた電力変換装置。パワー半導体モジュール放熱面をカバーで覆うことで形成された流路を冷媒が流れる、冷媒流路一体型のパワー半導体モジュールとなることで、冷媒流路を含めた構造の小型化が可能となり、さらに、電力変換装置全体の設計自由度の向上し、電力変換装置全体レイアウト最適化によりさらに全体構造の小型を達成することができる。本発明のパワー半導体モジュールは、第一放熱部と第二放熱部を有する略直方体の形状をしており、この放熱部を冷媒により冷却するための流路入口及び出口を略直方体の一辺に集約する構成とすることで、電力変換装置の冷媒流路との連結構造が小型化、簡素化することができる。
【００１３】
電力変換装置の小型化の課題を解決するための構成を次に記載する。直流電流を平滑化するコンデンサ回路部と、冷却冷媒を流す流路を形成する流路形成体と、前記コンデンサ回路部から出力される直流電流が供給されかつ３相の交流電流をモータに供給する、本発明のパワー半導体モジュールと、前記コンデンサ回路部と前記流路形成体と前記パワー半導体モジュールを収納するケースと、前記コンデンサ回路部及び前記直流端子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と、を備え、前記流路形成体は略直方体の平板の形状で、前記パワー半導体モジュールと連結する冷媒出入口および、前記コンデンサの下面から冷却が可能な、コンデンサ搭載部を有している。前記パワー半導体モジュールは、第１相の交流電流を出力する第１パワー半導体モジュールと第２相の交流電流を出力する第２パワー半導体モジュールと第３相の交流電流を出力する第３パワー半導体モジュールを含んで構成され、前記第１パワー半導体モジュール及び前記第２パワー半導体モジュールは前記流路形成体に隣接して接合され、前記第３パワー半導体モジュールは前記コンデンサ回路部を介して前記第１パワー半導体モジュールと向かい合うように前記流路形成体に固定され、前記電気回路素子は、前記コンデンサ回路部を介して前記第２パワー半導体モジュールと向かい合う位置に配置される。この構成により、相毎に設けられたパワー半導体モジュールをコンデンサ回路部の一方の側面に２つ、他方の側面に１つ設けるように配置しても、パワー半導体モジュールとコンデンサ回路部とが整然と構成されかつ冷媒流路の冷却性能を十分に引き出すことできる。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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３相に対応して備えている。
【００２２】
これらの３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３相の各相巻線に対応している。３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及び交流端子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交流バスバー８０２と接続される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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３相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により３相分の電流を求めても良い。
【００３２】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ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。
【００３３】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、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。
【００３４】
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，ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の下面には、開口１６が形成される。流路形成体１２は、開口１６を塞ぐようにケース１０の下面に取り付けられる。入口配管１３からの流路は、流路形成体１２の冷媒流入口４８６ａに連結され、かつ、出口配管１４から繋がる流路は、流路形成体１２の冷媒流出口４８６ｂに連結されている。流路形成体１２には、開口部４８７ａ〜４８７ｆが形成されている。開口部４８７ａ〜４８７ｆは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとそれぞれ連結される。入口配管１３より流入した冷媒は、流路形成体１２に形成された開口部４８７ａ〜４８７ｆをそれぞれ経由して、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ内と、冷媒流出口４８６ｂを通り最終的に出口配管１４より流出する。流路形成体１２とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃとの連結方法及び冷媒経路については図１０において後述する。
【００３８】
流路形成体１２上部には、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、流路形成体１２内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００は冷却される。
【００３９】
またコンデンサモジュール５００の外側面に沿ってパワー半導体モジュールが載置されているので、コンデンサモジュール５００と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。流路形成体１２に固定されるパワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂ、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３相の各層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。
【００４０】
コンデンサモジュール５００の上方には、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、交流バスバーや保持部材を備えており、電流センサ１８０を保持している。
【００４１】
流路形成体１２の主構造はアルミ材の鋳造で作ることにより、冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。さらに流路形成体１２とケース１０を同一のアルミ材の鋳造で作ることにより、機械的強度を強くする効果がある。また、電力変換装置１２全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
さらに制御回路基板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。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施形態に係るケース１０は、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コンバータから延ばされる端子や、直流側のバスバーアッセンブリ９００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。  
なお、蓋１８は、ＤＣＤＣコンバータから延ばされる端子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。
【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乃至図９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。さらに図１０を用いて、パワー半導体モジュール３００と流路形成体１２およびケースの連結構造および、冷媒の流れを説明する。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５乃至図９において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子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。
【００４９】
図５は、モジュール回路部３０１の組立工程を説明するための図である。
【００５０】
図６は、モジュール回路部３０１と補助モジュール配線部６０１を、接続部３７０で接合した状態の斜視図である。
【００５１】
図７は、図６に示す状態に、第一封止樹脂３４８及び配線絶縁部６０８を形成し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）は断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【００５２】
図８は、図７に示す状態にさらに、モジュールケース３０４を取り付け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。
【００５３】
図９は、図８に示す状態にさらに第二封止樹脂３５１及び表面側カバー４６０ａ、裏面側カバー４６０ｂを形成したパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図９（ａ）は斜視図であり、図９（ｂ）は図７（ｂ）、図８（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（ｃ）は断面Ｉで切断して方向Ｊから見たときの断面図である。図９（ｄ）は図９（ｃ）に示すフィン勘合部３０７ａの拡大図である。
【００５４】
図５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１５５，１６６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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
図５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。
【００５８】
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。
【００５９】
図６に示されるように、接続部３７０の補助モジュール配線部６０１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。
【００６０】
一方、接続部３７０のモジュール回路部３０１側には、多面体形状を有する第一封止樹脂３４８（図７（ｂ）参照）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一次封止体３０２の製造が容易となる。
【００６１】
ここで、図７においてモジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出して形成され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３１５Ｄ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（信号端子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（信号端子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。
【００６２】
補助モジュール配線部６０１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において信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
【００６３】
一方、モジュール回路部３０１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。
【００６４】
図７に示されるように、補助モールド体６００は、補助モジュール配線部６０１と樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって形成される。配線絶縁部６０８は、補助モジュール配線部６０１の一部（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）を相互に絶縁された状態で一体に成形される。直流正極端子３１５Ｂ、直流負極端子３１９Ｂ、交流端子３２０Ｂ、信号端子３２５Ｕおよび信号端子３２５Ｌは、配線絶縁部６０８から外側に突出して形成されている。
【００６５】
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。
【００６６】
また、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や信号端子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。
【００６７】
導体板３１５は、パワー半導体素子が固着される面とは反対側の面に放熱面３１５Ｓを有する。導体板３１８は、パワー半導体素子が固着される面とは反対側の面に放熱面３１８Ｓを有する。導体板３１９は、パワー半導体素子が固着される面とは反対側の面に放熱面３１９Ｓを有する。導体板３２０は、パワー半導体素子が固着される面とは反対側の面に放熱面３２０Ｓを有する。
【００６８】
モジュール一次封止体３０２は、モジュール回路部３０１を第一封止樹脂３４８によって封止して形成される。第一封止樹脂３４８は、放熱面３１５Ｓ、３１８Ｓ、３１９Ｓ、３２０Ｓが露出した状態で形成される。さらに第一封止樹脂３４８は図７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。
【００６９】
素子側直流正極接続端子３１５Ｄ等の端子は、上述の通り、第一封止樹脂３４８から突出して形成されている。第一封止樹脂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、第一封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。このような構成としたことで、第一封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体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。
【００７０】
補助モールド体６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体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。
【００７１】
図８に示されるように、モジュールケース３０４は一面に挿入口３０６と他面に底部を有する筒形状に形成される。モジュールケース３０４は、図８（ａ）に示されるように、他の面より広い面である第１面３０８Ａと第２面３０８Ｂ（図示されていない）がそれぞれ対向した状態で形成される。第１面３０８Ａ及び第２面３０８Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１面３０８Ａ及び第２面３０８Ｂ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。挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂによって、その外周を囲まれている。
【００７２】
モジュールケース３０４は、熱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の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が曲面を成していても良い。
【００７３】
モジュールケース３０４の第１面３０８Ａには、第一放熱部３１０Ａが形成される。そしてモジュールケース３０４の第２面３０８Ｂには、第二放熱部３１０Ｂが形成される。第一放熱部３１０Ａと第二放熱部３１０Ｂはそれぞれ対向して配置されている。
【００７４】
第一放熱部３１０Ａは、モジュールケース３０４の内面とは反対の面に、第一放熱面３０９Ａを有する。第一放熱面３０９Ａには、フィン３０５Ａが形成される。第二放熱部３１０Ｂも同様に、モジュールケース３０４の内面とは反対の面に、第二放熱面３０９Ｂを有する。第二放熱面３０９Ｂには、フィン３０５Ｂが形成される。
【００７５】
さらに第一放熱部３１０Ａ及び第二放熱部３１０Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている薄肉部３０４Ａが形成されている。
【００７６】
モジュールケース３０４の内部には、モジュール一次封止体３０２が挿入口３０６から挿入される。モジュール一次封止体３０２は、当該モジュール一次封止体３０２の放熱面３１８Ｓ、３１９Ｓが第一放熱部３１０Ａに対向し、かつ当該モジュール一次封止体３０２の放熱面３１５Ｓ、３２０Ｓが第二放熱部３１０Ｂに対向するように配置される。すなわち本構造においては、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が、第一放熱面３０９Ａ及び第二放熱面３０９Ｂと対向して配置されている。
【００７７】
また、モジュールケース３０４の内面とモジュール一次封止体３０２の放熱面３１８Ｓ，３１９Ｓとの間には、絶縁部材３３３Ａが挟まれる。同様に、モジュールケース３０４の内面と放熱面３１５Ｓ，３２０Ｓとの間には、絶縁部材３３３Ｂが挟まれる。モジュール一次封止体３０２とモジュールケース３０４は絶縁部材３３３Ａ、３３３Ｂを介して熱圧着される。この際、薄肉部３０４Ａは、フィン３０５Ａ及び３０５Ｂ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、モジュール一次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。
【００７８】
上述のように、モジュール一次封止体３０２の放熱面を、絶縁部材３３３Ａ及び３３３Ｂ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、モジュール一次封止体３０２の放熱面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３０５Ａ及び３０５Ｂへ伝達できる。さらに絶縁部材３３３Ａ、３３３Ｂ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部材３３３Ａ、３３３Ｂ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。
【００７９】
また、本発明における構成では、略直方体形状を有するモジュールケース３０４の挿入口３０６に対向する面（底面）側の一辺の近くに、第１面３０８Ａと第２面３０８Ｂを繋いで貫通する第一貫通孔４６２ａ及び第二貫通孔４６２ｂが形成されている。これら第一貫通孔４６２ａと第二貫通孔４６２ｂは、壁４７０によって隔てられている。また、第一貫通孔４６２ａ及び第二貫通孔４６２ｂは、壁３０４Ｃによって、モジュールケース３０４の内面と隔てられている。そして、モジュールケース３０４の底面には、冷媒流入口４６３ａと冷媒流出口４６３ｂが形成されている。冷媒流入口４６３ａは、第一貫通孔４６２ａへ繋がるように貫通している。冷媒流出口４６３ｂは、第二貫通孔４６２ｂへ繋がるように貫通している。
【００８０】
また、モジュールケース３０４は、図４に示した流路形成体１２にネジを用いて固定するための固定部４７１、４７２を形成する。固定部４７１は、第１面３０８Ａ及び第２面３０８Ｂと繋がる側面上に形成される。当該固定部４７１が形成される面は、第二貫通孔４６２ｂよりも第一貫通孔４６２ａに近い方の側面である。固定部４７２は、固定部４７１が形成される面と対向する面上に形成される。固定部４７１及び４７２は、当該固定部の下面が、冷媒流入口４６３ａ及び冷媒流出口４６３ｂが形成されるモジュールケースの底面と同一平面を為すように形成されている。
【００８１】
このように、冷媒の入出口をパワー半導体モジュールの一辺に集約することで、小型化と組立性の向上を図ることができる。冷媒の入出口は、モジュールケース３０４の底面側の辺に限らず、直流正極端子３１５Ｂと直流負極端子３１９Ｂ、交流端子３２０Ｂが突出している一辺以外のどの三辺にも、設けることができる。
【００８２】
図９に示すように、モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第二封止樹脂３５１が充填される。接続部３７０は、第二封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂで囲まれる空間内において封止される。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。
【００８３】
正極側端子と負極側端子は、モジュールケース３０４から積層状態で外に延出している。このような構成としたことで、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、互いに打ち消しあ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。
【００８４】
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交流端子３２０Ｂ（１５９）が形成されている。本実施形態では、図６に示す如く、直流正極端子３１５Ｂは導体板３１５と接続され、直流負極端子３１９Ｂは導体板３１９と接続され、交流端子３２０Ｂは導体板３２０と接続される。
【００８５】
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信号端子３２５Ｕ（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図６に示す如く、信号端子３２５ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号端子３２５ＬはＩＧＢＴ３３０と接続される。
【００８６】
また、第一放熱部３１０Ａを覆うように表面側カバー４６０ａが形成され、第二放熱部３１０Ｂを覆うように裏面側カバー４６０ｂが形成されている。また、当該表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、第一貫通孔４６２ａ及び第二貫通孔４６２ｂも覆って形成されている。
【００８７】
表面側カバー４６０ａは、モジュールケース３０４の第１面３０８Ａに接合される。表面側カバー４６０ａと第１面３０８Ａとの接合部は、第１面３０８Ａの外周付近に位置する。裏面側カバー４６０ｂは、モジュールケース３０４の第２面３０８Ｂに接合される。裏面側カバー４６０ｂと第２面３０８Ｂの接合部は、第２面３０８Ｂの外周付近に位置する。
【００８８】
このような構成により、表面側カバー４６０ａと第一放熱面３０９Ａの間には表面側流路空間が形成され、裏面側カバー４６０ｂと第二放熱面３０９Ｂの間には裏面側流路空間が形成される。表面側流路空間は、インバータ回路の上アームを構成するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６に対向する第一表面側流路空間４５５Ａと、インバータ回路の下アームを構成するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６に対向する第二表面側流路空間４５６Ａの、二つの流路空間を有する。裏面側流路空間も同様に、インバータ回路の上アームを構成するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６に対向する第一裏面側流路空間４５５Ｂと、インバータ回路の下アームを構成するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６に対向する第二裏面側流路空間４５６Ｂの、二つの流路空間を有する。
【００８９】
ここで、第一表面側流路空間４５５Ａと第一貫通孔４６２ａとを繋ぐ空間を、表面側流路入口空間４５７Ａと称し、第一裏面側流路空間４５５Ｂと第一貫通孔４６２ａとを繋ぐ空間を、裏面側流路入口空間４５７Ｂと称する。
【００９０】
また、図９（ｃ）に示されるように、第二表面側流路空間４５６Ａと第二貫通孔４６２ｂとを繋ぐ空間を、表面側流路出口空間４５８Ａと称し、第二裏面側流路空間４５６Ｂと第二貫通孔４６２ｂとを繋ぐ空間を、裏面側流路出口空間４５８Ｂと称する。
【００９１】
冷媒分岐部４５９Ａは、冷媒流入口４６３ａ、第一貫通孔４６２ａ、及び壁３０４Ｃによって形成される。冷媒分岐部４５９Ａにおける冷媒の流れを、図９（ｂ）を用いて以下に説明する。
【００９２】
図９（ｂ）には、冷媒流入口４６３ａから流入する冷媒の流れ４８５を図示している。冷媒流入口４６３ａから流入した冷媒は壁３０４Ｃへ向かって流れる。壁３０４Ｃへ衝突した冷媒は、分岐される。分岐された一方の冷媒は、第一貫通孔４６２ａを通って表面側カバー４６０ａに向かって流れる。表面側カバー４６０ａに衝突した冷媒は、表面側流路入口空間４５７Ａを経由して、第一表面側流路空間４５５Ａへと流れる。分岐された他方の冷媒は、第一貫通孔４６２ａを通って裏面側カバー４６０ｂに向かって流れる。裏面側カバー４６０ｂに衝突した冷媒は、裏面側流路入口空間４５７Ｂを経由して、第一裏面側流路空間４５５Ｂへと流れる。
【００９３】
冷媒合流部４５９Ｂは、冷媒流出口４６３ｂ、第二貫通孔４６２ｂ、及び壁３０４Ｃによって形成される。冷媒合流部４５９Ｂにおける冷媒の流れを、図９（ｃ）を用いて以下に説明する。
【００９４】
図９（ｃ）には、図９（ｂ）と同様に、冷媒の流れ４８５が図示されている。冷媒合流部４５９Ｂにおいて冷媒は、冷媒分岐部４５９Ａにおける冷媒とは逆方向に流れる。すなわち、第二表面側流路空間４５６Ａを流れる冷媒は、表面側流路出口空間４５８Ａへと流れ、続いて第二貫通孔４６２ｂへと流れる。一方、第二裏面側流路空間４５６Ｂを流れる冷媒は、裏面側流路出口空間４５８Ｂへと流れ、続いて第二貫通孔４６２ｂへと流れる。第二表面側流路空間４５６Ａから第二貫通孔４６２ｂへと流入した冷媒と、第二裏面側流路空間４５６Ｂから第二貫通孔４６２ｂへと流入した冷媒は、第二貫通孔４６２ｂ内において合流する。その後、冷媒は冷媒流出口４６３ｂを介してパワー半導体モジュール３００ａの外に流出される。
【００９５】
図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示したように、フィン３０５Ａの先端部と表面側カバー４６０ａが接触し、同様にフィン３０５Ｂの先端部と裏面側カバー４６０ｂが接触している。このような構成とすることで、フィン３０５Ａ、３０５Ｂの先端部を流れる冷媒バイパス流を防ぐことができるため、冷却効率を損なうことがない。
【００９６】
また、図９（ｄ）に示したように、表面側カバー４６０ａにはあらかじめ、フィン３０５Ａの先端部と勘合しうる凹部３０７が形成されている。図示されていないが、裏面側カバー４６０ｂにも同様に、フィン３０５Ｂの先端部と勘合しうる凹部３０７が形成されている。フィン３０５Ａ及びフィン３０５Ｂの先端部と勘合して冷媒流路を形成することによっても冷媒バイパス流を防止する効果が期待され、冷却効率の損失を防ぐことができる。
【００９７】
本実施形態におけるパワー半導体モジュール３００ａの表面側カバー４６０ａと裏面側カバー４６０ｂは、特に限定されるわけではないが、樹脂製、金属製、無機化合物の何れの材料も用いることができる。
【００９８】
また前記表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂの形成方法は、モジュールケース３０４との間で冷媒の流出が起きないよう高いシール性を確保する必要がある。表面側カバー４６０ａとモジュールケース３０４の接合や、裏面側カバー４６０ｂとモジュールケース３０４の接合には、有機系、金属系、無機ガラス、あるいはこれらの混合物からなる接着剤を用いることができる。
【００９９】
また、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂが金属製の場合には、これら表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂを、モジュールケース３０４と溶接によって接合することができる。
【０１００】
また、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂが樹脂製の場合には、これら表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂを、モジュールケース３０４の上に直接射出成形することが可能である。
【０１０１】
シール性や生産性、軽量化の観点から、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂの材料は樹脂組成物が望ましく、射出成形や融着などの工法を組み合わせて行うことが望ましい。
【０１０２】
これらの工法および、その他のパワー半導体モジュールの構成に関しては、図１２において後述する。
【０１０３】
図１０を用い、ケース１０と流路形成体１２とパワー半導体モジュール３００が連結された構造と冷媒の流れを説明する。図１０（ａ）は、パワー半導体モジュール３００と流路形成体１２およびケース１０の連結構造の断面で、図９（ｂ）の断面Ｆで切断して方向Ｇから見たときと同じ部位の断面である。図１０（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００のフィン３０５Ａのフィンのレイアウトを変えた例である。
【０１０４】
表面側カバー４６０ａは、当該表面側カバー４６０ａと一体に形成された第一放熱面側流路仕切り板４６１ａを有する。第一放熱面側流路仕切り板４６１ａは、表面側カバー４６０ａから第一放熱面３０９Ａに向かって突出した形状で形成されている。第一放熱面側流路仕切り板４６１ａの先端部は、第一放熱面３０９Ａに接触している。第一放熱面側流路仕切り板４６１ａによって、表面側流路空間は、第一表面側流路空間４５５Ａと第二表面側流路空間４５６Ａの二つの流路空間に分けられる。
【０１０５】
また、第一放熱面側流路仕切り板４６１ａの先端部は、モジュールケース３０４の第１面３０８Ａにも接触している。このような構成により、第一貫通孔４６２ａに繋がる表面側流路入口空間４５７Ａと、第二貫通孔４６２ｂに繋がる表面側流路出口空間４５８Ａとは、空間的に隔てられる。
【０１０６】
尚、第一放熱面側流路仕切り板４６１ａは表面側カバー４６０ａにあらかじめ形成され、第二放熱面側流路仕切り板４６１ｂは裏面側カバー４６０ｂにあらかじめ形成されていることが、製造プロセス上簡素化でき望ましい。
【０１０７】
流路形成体１２は、流路形成部材１２ａ及び流路形成部材１２ｂにより構成される。流路形成部材１２ａと流路形成部材１２ｂは、シール部材４８１ａを介して連結されている。
【０１０８】
流路形成部材１２ａには、冷媒流入口４８６ａ、冷媒流出口４８６ｂ（図４参照）、開口部４８７ａ〜４８７ｆ（４８７ｅ、４８７ｆは図４参照）が設けられている。また、流路形成部材１２ｂには壁３１ａ、３１ｂ、３１ｃが形成されている。
【０１０９】
流路形成部材１２ａと、流路形成部材１２ｂと、壁３１ａ及び３１ｂと、によって流路空間３０ａが形成される。また、流路形成部材１２ａと、流路形成部材１２ｂと、壁３１ｂ及び３１ｃと、によって流路空間３０ｂが形成される。また、流路形成部材１２ａと、流路形成部材１２ｂと、壁３１ｃと、によって流路空間３０ｃが形成される。
【０１１０】
ケース１０には、入口配管１３に繋がる入口空間１０ｂが形成されている。入口空間１０ｂと流路空間３０ａは、冷媒流入口４８６ａを介して繋がれる。ケース１０と流路形成部材１２ａの間には、冷媒の流出を防ぐために、シール部材４６０ａが設けられる。
【０１１１】
パワー半導体モジュール３００ａの固定部４７１及び４７２がネジ４８４によって流路形成部材１２ａに固定されることによって、パワー半導体モジュール３００ａは流路形成部材１２ａに固定される。
【０１１２】
開口部４８７ａは、パワー半導体モジュール３００ａの底面部に設けられた冷媒流入口４６３ａと繋がる位置に形成される。流路空間３０ａと、表面側流路入口空間４５７Ａ及び裏面側流路入口空間４５７Ｂ（図９参照）とは、開口部４８７ａと、冷媒流入口４６３ａと、第一貫通孔４６２ａと、を介して繋がれる。パワー半導体モジュール３００ａと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ａと冷媒流入口４６３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｂが設けられる。
【０１１３】
また、開口部４８７ｂは、冷媒流出口４６３ｂと繋がる位置に形成される。流路空間３０ｂと、表面側流路出口空間４５８Ａ及び裏面側流路出口空間とは、開口部４８７ｂと、冷媒流出口４６３ｂと、第二貫通孔４６２ｂと、を介して繋がれる。パワー半導体モジュール３００ａと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｂと冷媒流出口４６３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｃが設けられる。
【０１１４】
同様に、パワー半導体モジュール３００ｂの固定部４７１及び４７２がネジ４８４によって流路形成部材１２ａに固定することによって、パワー半導体モジュール３００ｂは流路形成部材１２ａに固定される。
【０１１５】
開口部４８７ｃは、パワー半導体モジュール３００ｂの底面部に設けられた冷媒流入口４６３ａと繋がる位置に形成される。流路空間３０ｂと、表面側流路入口空間４５７Ａ及び裏面側流路入口空間４５７Ｂ（図９（ｂ）参照）とは、開口部４８７ｃと、冷媒流入口４６３ａと、第一貫通孔４６２ａと、を介して繋がれる。パワー半導体モジュール３００ｂと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｃと冷媒流入口４６３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｄが設けられる。
【０１１６】
開口部４８７ｄは、冷媒流出口４６３ｂと繋がる位置に形成される。流路空間３０ｃと、表面側流路出口空間４５８Ａ及び裏面側流路出口空間４５８Ｂとは、開口部４８７ｄと、冷媒流出口４６３ｂと、第二貫通孔４６２ｂと、を介して繋がれる。パワー半導体モジュール３００ｂと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｄと冷媒流出口４６３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｅが設けられる。
【０１１７】
図示されていないが、パワー半導体モジュール３００ｃも同様の方法で、流路形部材１２ａに固定、連結されている。
【０１１８】
図１０（ａ）には、冷媒の流れ４８５ａ〜４８５ｎが図示してある。入口配管１３より流入した冷媒は、冷媒の流れ４８５ａのように、冷媒流入口４８６ａ経由して、流路形成体１２に導入される。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｂのように、流路空間３０ａを、冷媒流入口４８６ａ側から開口部４８７ａ側に向かって流れる。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｃのように、開口部４８７ａ、冷媒流入口４６３ａを通ってパワー半導体モジュール３００ａに導入される。その後、図９（ｂ）において上述したように、冷媒は、第一貫通孔４６２ａを経由して、表面側流路入口空間４５７Ａと裏面側流路入口空間４５７Ｂとに分岐される。
【０１１９】
その後、３０９第一表面側流路空間４５５Ａにおいては、冷媒の流れ４８５ｄのように、ダイオード１５６、ＩＧＢＴ３２８と対向する位置を冷媒が流れる。続いて、冷媒の流れ４８５ｅのように、冷媒は第一放熱面側流路仕切り板４６１ａを回りこむ。その後、冷媒の流れ４８５ｆのように、冷媒はＩＧＢＴ３３０、ダイオード１６６と対向する第二表面側流路空間４５６Ａを流れる。そして、冷媒は表面側流路出口空間４５８Ａへと流れる。
【０１２０】
表面側流路空間とモジュールケース３０４を挟んで対向する面に形成された裏面側流路空間においても同様に、表面側の冷媒流路と並行して流れる。すなわち、冷媒は裏面側流路入口空間４５７Ｂ（図９（ｂ）参照）から、裏面側流路出口空間へ、冷媒の流れ４８５ｄ、４８５ｅ、４８５ｆの順に流れる。
【０１２１】
その後、表面側流路出口空間４５８Ｂと裏面側流路出口空間は、第二貫通孔４６２Ｂにおいて合流する。その後、合流した冷媒は冷媒流出口４６３ｂを流れる。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｇのように流路形成部材１２ａに形成された開口部４８７ｂを通り、流路形成体１２に流入する。
【０１２２】
その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｈに示すように、流路空間３０ｂを、開口部４８７ｂ側から開口部４８７ｃ側に向かって流れる。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｉのように、開口部４８５ｃを通り、パワー半導体モジュール３００ｂに導入される。パワー半導体モジュール３００ｂに導入された冷媒は、上記パワー半導体モジュール３００ａと同様の経路を、冷媒の流れ４８５ｊ、４８５ｋ、４８５ｌに示されるように流れる。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｍのように、開口部４８５ｄを通り、流路形成体１２に流入する。
【０１２３】
その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｎに示すように、流路空間３０ｃを流れる。
【０１２４】
本実施形態におけるパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、３３０、およびダイオード１５６、１６６）は、表面側流路空間により，第一放熱面３０９Ａを介して、表面から冷却される。そして同時に、ＩＧＢＴ３２８、３３０、およびダイオード１５６、１６６は、裏面側流路空間により、第二放熱面３０９Ｂを介して、裏面からも冷却される。このように、パワー半導体素子が表裏面から同時に冷却されることで、小型で高放熱なパワーモジュールを達成することができる。
【０１２５】
パワー半導体モジュールの表面側と裏面側の両方に冷媒を流すための流路空間を形成する場合、パワー半導体モジュールに表面側入口部、表面側出口部、裏面側入口部及び裏面側出口部が必要になる。これら４つの出入口部が、本実施形態のような流路形成体１２と接続される場合、パワー半導体モジュールと流路形成体１２との間に４つの接続部が必要になり、接続信頼性の維持や生産性の向上を図ることが困難になる。
【０１２６】
そこで、本実施形態に係るパワー半導体モジュールでは、冷媒分岐部４５９Ａが表面側入口部と表面側出口部を繋ぎ、冷媒合流部４５９Ｂが裏面側入口部と裏面側出口部を繋いでいる。これにより、パワー半導体モジュール３００ａと流路形成体１２との間の入口側接続部が１つに集約され、またパワー半導体モジュール３００ａと流路形成体１２との間の出口側接続部が１つに集約される。したがって、パワー半導体モジュール３００ａと流路形成体１２との間の接続部における接続信頼性の維持や生産性の向上を図ることできる。
【０１２７】
本実施形態におけるパワー半導体モジュール３００ａのフィン３０５Ａ、３０５Ｂのフィン形状は特に限定されるわけではないが、ピン形状のものが望ましい。パワー半導体モジュール３００ａ内の表面側流路空間を流れる冷媒は、第一放熱面側流路仕切り板４６１ａの周りを回りこむように流れていく。また、裏面側流路空間を流れる冷媒は、第二放熱面側流路仕切り板４６１ｂの周りを回りこむように流れていく。この際表面側流路空間及び裏面側流路空間外周側を流れる冷媒の流速が遅くなり、圧損の増加や冷却性の低下の原因となる場合がある。
【０１２８】
その場合は、図１０（ｂ）に示すように、第一放熱面３０９Ａの外周部３１３において、フィン３０５Ａの配置密度を、内周部である第一放熱面側流路仕切り板４６１ａ付近におけるフィン３０５Ａの配置密度に比べて低くする。また、第二放熱面３０９Ｂ側も同様の構成とする。このような構成によって、冷媒が外周部を流れやすくすることが望ましい。
【０１２９】
以上のように本実施形態のパワー半導体モジュールは、モジュールの表裏面の放熱面のそれぞれに対して冷媒流路が形成されており、冷媒流路を含めた小型化が可能である。さらに、直流および交流の各種端子や信号端子等が設けられている辺とは反対側の辺に、冷媒流入口および冷媒流出口が設けられていることにより、電気的な配線と冷媒流路の干渉を避けることができる。
【０１３０】
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。コンデンサケース５０２は、その内部に複数のフィルムコンデンサを備える略直方体形状のケースである。フィルムコンデンサは、樹脂封止材５５０によってコンデンサケース５０２内に封止される。また、フィルムコンデンサは樹脂封止材５５０内において、負極導体板及び正極導体板に電気的に接続されている。
【０１３１】
コンデンサケース５０２の長辺側には、コンデンサ端子５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃが設けられる。コンデンサ端子５０３ａ、５０３ｂは、コンデンサケース５０２の一辺側に設けられ、コンデンサ端子５０３ｃは、コンデンサ端子５０３ａ、５０３ｂとはコンデンサケース５０２を挟んで対向する辺側に設けられる。また、コンデンサ端子５０３ｃは、コンデンサケース５０２を挟んでコンデンサ端５０３ａと向かい合って配置されている。
【０１３２】
コンデンサ端子５０３ａはパワー半導体モジュール３００ａに接続され、コンデンサ端子５０３ｂはパワー半導体モジュール３００ｂに接続され、コンデンサ端子５０３ｃはパワー半導体モジュール３００ｃに接続される。
【０１３３】
コンデンサ端子５０３ａは、負極側コンデンサ端子５０４ａ、正極側コンデンサ端子５０６ａ、絶縁部材５１７ａにより構成される。絶縁部材５１７ａは、負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間に設けられる。
【０１３４】
コンデンサ端子５０３ｂは、負極側コンデンサ端子５０４ｂ、正極側コンデンサ端子５０６ｂ、絶縁部材５１７ｂにより構成される。絶縁部材５１７ｂは、負極側コンデンサ端子５０４ｂと正極側コンデンサ端子５０６ｂとの間に設けられる。
【０１３５】
コンデンサ端子５０３ｃは、負極側コンデンサ端子５０４ｃ、正極側コンデンサ端子５０６ｃ、絶縁部材５１７ｃにより構成される。絶縁部材５１７ｃは、負極側コンデンサ端子５０４ｃと正極側コンデンサ端子５０６ｃとの間に設けられる。
【０１３６】
これらコンデンサ端子５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃは、樹脂封止材５５０の露出面から突出して形成されている。負極側コンデンサ端子５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃは、樹脂封止材５５０の内部において、フィルムコンデンサの負極導体板に電気的に接続される。また、正極側コンデンサ端子５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃは、樹脂封止材５５０の内部において、フィルムコンデンサの正極導体板に電気的に接続される。当該負極導体板及び正極導体板の間にも、コンデンサ端子５０３ａ等と同様に、絶縁部材が設けられている。このように負極導体板と正極導体板とで積層導体板を構成することにより、低インダクタンス化が実現される。
【０１３７】
コンデンサケース５０２における、コンデンサ端子５０３ａ、５０３ｂが設けられている長辺側の側面には、パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂが配される。パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂは、各々の表面側流路空間が表面側カバー４６０ａを挟んでコンデンサケース５０２に対向するように、配される。
【０１３８】
パワー半導体モジュール３００ａの直流負極端子３１９Ｂは、コンデンサ端子５０３ａの負極側コンデンサ端子５０４ａと接続され、パワー半導体モジュール３００ａの直流正極端子３１５Ｂは、コンデンサ端子５０３ａの正極側コンデンサ端子５０６ａと接続される。パワー半導体モジュール３００ｂの直流負極端子３１９Ｂ及び直流正極端子３１５Ｂも同様に、コンデンサ端子５０３ｂに接続される。
【０１３９】
また、コンデンサケース５０２を挟んで、パワー半導体モジュール３００ａと対向する位置には、パワー半導体モジュール３００ｃが配される。パワー半導体モジュール３００ｃは、当該パワー半導体モジュール３００ｃの表面側流路空間が表面側カバー４６０ａを挟んでコンデンサケース５０２に対向するように、配される。パワー半導体モジュール３００ｃの直流負極端子３１９Ｂ及び直流正極端子３１５Ｂも、パワー半導体モジュール３００ａ、３００ｂと同様に、コンデンサ端子５０３ｃに接続される。
【０１４０】
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。突出収納部５０２ａが形成される形成される辺は、コンデンサ端子５０３ｃが設けられる辺と同一の辺側である。また、突出収納部５０２ａは、コンデンサケース５０２を挟んでパワー半導体モジュール３００ｂと対向する位置に形成される。
【０１４１】
突出収納部５０２ａには、ノイズ除去用のコンデンサが収納される。また、突出収納部５０２ａにおいて、電源端子５０８、５０９が樹脂封止材５５０の露出面から突出して形成される。当該電源端子５０８、５０９は、樹脂封止材５５０の露出面から突出し、突出収納部５０２ａが形成されているコンデンサケースの一側面の法線方向に折れ曲がり、そして樹脂封止材５５０の露出面とは反対面に向かって折れ曲がっている。
【０１４２】
電源端子５０８、５０９には、バッテリ１３６から直流電力が供給される。ノイズ除去用コンデンサは、電源端子５０８、５０９に電気的に接続されており、かつ、グラウンドとも電気的に接続されている。バッテリ１３６から供給される直流電力に重畳するノイズは、このノイズ除去用コンデンサにより除去する。
【０１４３】
また、電源端子５０８は樹脂封止材５５０の内部において、積層導体板の負極導体板と電気的に接続される。電源端子５０９は樹脂封止材５５０の内部において、積層導体板の正極導体板と電気的に接続される。すなわち、電源端子５０８、５０９とフィルムコンデンサとは、積層導体板を介して電気的に接続されている。
【０１４４】
また、ノイズ除去用コンデンサは、コンデンサケース５０２内のフィルムコンデンサに比べて小型である。そのため、突出収納部５０２ａの高さは、コンデンサケース５０２の高さよりも低く形成されている。
【０１４５】
また、コンデンサケース５０２には、当該コンデンサケース５０２の外周部に、螺子を貫通させるための孔５２０ａ〜５２０ｄが設けられる。孔５２０ａ〜５２０ｄ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、螺子が貫通される。
【０１４６】
コンデンサモジュール５００を上述のような構成としたことにより、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と向かい合うように流路形成体１２に固定される。さらにノイズ除去用コンデンサは、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る。これにより、相毎に設けられたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃを、コンデンサモジュール５００の一方の側面に２つ、他方の側面に１つ設けるように配置しても、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とが整然と構成され、かつ冷媒流路１９の冷却性能を十分に引き出すことできる。
【０１４７】
さらに前述した通り、電源端子５０８及び５０９は、ノイズ除去用コンデンサが収容される突出収納部５０２ａから突出している。そのため、電源端子５０８及び５０９は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃのいずれよりもノイズ除去用コンデンサに近い配置となり、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに対するノイズの影響を低減している。
【０１４８】
図１２に本実施形態におけるパワー半導体モジュール３００ａの断面構造を、図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）に示す図は、図９（ｂ）と同じく、図９（ａ）を断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図となっている。また、図１２（ｂ）に他の実施形態であるパワー半導体モジュール３００ｄの断面模式図を示す。
【０１４９】
本実施形態における表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、樹脂組成物であることが望ましい。樹脂組成物は熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂どちらも用いることができ、どちらか一方に限定するものではないが、望ましくは、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を用いることが量産性の点で望ましい。
【０１５０】
樹脂組成物は、接着剤を介してモジュールケース３０４と接合できるほか、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂とも直接モジュールケース３０４上に接合することができる。熱可塑性樹脂を用いる場合は、熱可塑性樹脂を溶融させるために、図１２（ａ）に示す溶融エネルギー印加方向４６４より、レーザーや熱などのエネルギーを照射する。これによりモジュールケース３０４は加熱され、熱可塑性樹脂を融着することができる。また熱硬化性樹脂の場合には、半硬化状態の樹脂を加熱硬化することで、接合することが可能となる。
【０１５１】
冷媒流路の気密性を確保するため、モジュールケース３０４と表面側カバー４６０ａの密着性およびモジュールケース３０４と裏面側カバー４６０ｂの密着性が重要である。本実施形態では、モジュールケース３０４の表面にあらかじめ表面処理をすることが望ましい。表面処理の方法としては、モジュールケース３０４が金属製などの場合、電解脱脂洗浄、プラズマ洗浄処理、シランカップリン剤による処理、酸やアルカリによる表面の粗面化処理等を行うことが望ましい。モジュールケース３０４が有機表面処理アルミニウム製の場合は、アルマイト処理などの表面酸化処理を行うことが望ましい。
【０１５２】
パワー半導体モジュールのカバー材料として樹脂組成物を用いることで、フィン３０５Ａ、３０５Ｂの加工時の高さばらつきを、柔軟性のある樹脂組成物Ａの変形により吸収することができる。これにより、冷媒流路の間隔が一定となるため、冷媒バイパス流を防止する効果が期待され、冷却効率の損失を防ぐことができる。
【０１５３】
さらに、予め樹脂組成物Ａに、放熱フィン３０５Ａ、３０５Ｂのレイアウトに合わせた凹形状の窪みを形成し、フィン３０５Ａ、３０５Ｂと嵌めあう形状にしておくことが好適である。こうすることでフィン３０５Ａ、３０５Ｂの加工の精度をそれほど高くしなくても、安定したこのため冷媒流路の形状が得られることができる。
【０１５４】
図１２（ｂ）には、他の実施形態によるパワー半導体モジュール３００ｄの断面模式図を示す。このパワー半導体モジュール３００ｄは、量産性にすぐれた樹脂組成物の射出成形により成形されるパワー半導体モジュールを提供する。
【０１５５】
まず、第一放熱面側内面樹脂カバー４６５ａと第二放熱面側内面樹脂カバー４６５ｂを、樹脂組成物Ａを用いてあらかじめ成形する。第一放熱面側内面樹脂カバー４６５ａは、第一放熱部３１０Ａ、第一貫通孔４６２ａ、第二貫通孔４６２ｂ（不図示）を覆うようにケース状に成形され、第１面３０８Ａ上に配される。第二放熱面側内面樹脂カバー４６５ｂは、第二放熱部３１０Ｂ、第一貫通孔４６２ａ、第二貫通孔４６２ｂ（不図示）を覆うようにケース状に成形され、第２面３０８Ｂ上に配される。
【０１５６】
その後、第一放熱面側内面樹脂カバー４６５ａと第二放熱面側内面樹脂カバー４６５ｂを覆って樹脂組成物Ｂが射出成形される。これにより、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂが一体に形成される。
【０１５７】
この際、樹脂組成物Ｂは、樹脂組成物Ａよりも融点が低いものを用いる。このようにすることで、樹脂組成物Ａを溶融することなく、樹脂組成物Ｂによる射出成形が可能である。樹脂組成物Ａと樹脂組成物Ｂの組み合わせは特に限定されるわけではないが、例えば、樹脂組成物Ａとしてポリエーテルエーテルケトン、樹脂組成物Ｂとしてポリフェニレンスフィドの組み合わせが好適である。
【０１５８】
図１３に、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂを一体形成したパワー半導体モジュール３００ｄの斜視図を示す。表面側カバー４６０ａと裏面側カバー４６０ｂは、境界面４６０ｃを境に、便宜上表面側カバー４６０ａと裏面側カバー４６０ｂを区別して記載している。境界面４６０ｃは、モジュールケース３０４の第１面３０８Ａ及び３０８Ｂに繋がる面のうち、固定部４７１が形成される面及び固定部４７２が形成される面と対向する位置にある。
【０１５９】
図１２（ａ）の実施例におけるパワー半導体モジュール３００ａにおいては、樹脂組成物で構成される表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、金属材料で構成されるモジュールケース３０４に接合される。このような構成においては、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、別々にモジュールケース３０４に固定されるため、例えば表面側カバー４６０ａや裏面側カバー４６０ｂがモジュールケース３０４から脱落若しくは接合部の一部が剥離するなど、カバー内の気密性が失われる恐れがある。
【０１６０】
一方、図１３の実施例におけるパワー半導体モジュール３００ｄにおいて、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、射出成形で一体に形成される。
【０１６１】
つまり、樹脂組成物で構成される表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂは、異種材料である金属材料から構成されるモジュールケース３０４と接合されるだけではなく、同種材料の一体形成によってモジュールケース３０４に固定される。
【０１６２】
一般的に、金属と樹脂組成物の接合面を有する構造よりも、同種の樹脂構造による一体構造の方が、気密性や接合部の長期安定性の点において優れる。第一放熱面側内面樹脂カバー４６５ａ及び第二放熱面側内面樹脂カバー４６５ｂは、一体成形された樹脂組成物によって周囲からモジュールケース３０４に束縛されるため、例えば表面側カバー４６０ａ又は裏面側カバー４６０ｂの一方がモジュールケース３０４から脱落するなどの事態はより発生し難くなる。
【０１６３】
したがって、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂを一体成形することで、気密性や接続の長期信頼性が向上する。
【０１６４】
また、表面側カバー４６０ａ及び裏面側カバー４６０ｂを一体に形成することで、射出形成プロセス時間を短くすることができる。
【０１６５】
以上の工法により、冷媒水路が一体となった、パワー半導体モジュールの量産性の向上が達成される。
【０１６６】
図１４に本発明の他の実施例のパワー半導体モジュール３００ｅを示す。図１４（ａ）に示す外観斜視図のＨの方向からの模式図を図１４（ｂ）に示す。
【０１６７】
図１４（ｂ）に示すように、このパワー半導体モジュール３００ｅでは、モジュールケース３０４の冷媒流入口４６３ａ及び冷媒流出口４６３ｂが設けられている一面に、冷媒流路取付孔４７３ａ〜４７３ｄが設けられている。冷媒流路取付孔４７３ａ及び４７３ｂは、冷媒流入口４６３ａを挟んで互いに対向する位置に形成される。冷媒流路取付孔４７３ｃ及び４７３ｄは、冷媒流出口４６３ｂを挟んで互いに対向する位置に形成される。
【０１６８】
そのほかのパワー半導体モジュール構造は、図９に示したパワー半導体モジュール３００ａと同一である。
【０１６９】
図１５に示すのは、流路形成体１２を用いずにパワー半導体モジュール３００ｅを連結した冷媒流路構造の例である。図１５（ａ）は、パワー半導体モジュール３００ｅ同士を連結する際に用いる冷媒流路配管４６６ａの断面図である。図１５（ｂ）は、冷媒流路配管４６６ａを用いて、パワー半導体モジュール３００ｅを連結した例であり、図１４（ａ）に示した方向Ｈから見たときの外観図である。
【０１７０】
冷媒流路配管４６６ａは、配管入口部４６７ｂと配管出口部４６７ａを有している。当該冷媒流路配管４６６ａは、配管入口部４６７ｂと配管出口部４６７ａを繋いでＵ字型の冷媒流路４６７を形成している。冷媒は、配管入口部４６７ｂから冷媒流路４６７を流れ、その後配管出口部４６７ａへ流れる。
【０１７１】
配管出口部４６７ａは、冷媒流路配管４６６ａをパワー半導体モジュール３００ｅに接続する際に、パワー半導体モジュール３００ｅの底面に形成された冷媒流入口４６３ａに挿入される部位である。配管入口部４６７ｂは、冷媒流出口４６３ｂに挿入される部位である。配管出口部４６７ａ及び配管入口部４６７ｂには、冷媒の流出を防ぐため、シール部材４６８ａが設けられる。
【０１７２】
冷媒流路配管４６６ａには、鍔部４６８ｂが形成される。鍔部４６８ｂには、ネジを貫通させるための孔が形成される。冷媒流路配管４６６ａのパワー半導体モジュール３００ｅへの取り付けは、ネジ４６９を鍔部４６８ｂに形成された孔を介して冷媒流路取付孔４７３ａ〜４７３ｄに埋め込むことで行う。
【０１７３】
本連結例においては、パワー半導体モジュール３００ｅ同士は、長手方向に直列に連結される。冷媒は、冷媒の流れ４８５に示されるように、パワー半導体モジュール３００ｅの長手方向に沿って、冷媒流路配管４６６ａの中を流れる。
【０１７４】
このように、冷媒流路配管４６６ａを用いることで、流路形成体１２を用いることなく、冷媒流路を形成することが可能となる。流路形成体１２の配置にとらわれることなく、多彩なパワー半導体モジュールのレイアウトが可能となるため、設計の自由度が高くなり、最適レイアウトにより電力変換装置全体の小型化が可能となる。
【０１７５】
また、本連結例においてはパワー半導体モジュール同士が長手方向に直列に連結されており、パワー半導体モジュール３００ｅの表面側カバー若しくは裏面側カバーに、例えばコンデンサモジュールやバスバーのような電力変換装置内の他の構成部品を隣接して配置することが面積を大きく確保することができる。このような構成とすることで、パワー半導体素子の冷却と同時に、パワー半導体モジュール外部の構成部品も冷却することができ、電力変換装置全体の冷却効率の向上を図ることができる。
【０１７６】
図１６に示すのは、流路形成体１２を用いずにパワー半導体モジュール３００ｅを連結した、図１５とは異なる冷媒流路構造の例である。
【０１７７】
図１６（ａ）は、パワー半導体モジュール３００ｅ同士を連結する際に用いる冷媒流路配管４６６ｂの断面図である。図１６（ｂ）は、冷媒流路配管４６６ｂを用いて、パワー半導体モジュール３００ｅを連結した例であり、図１４（ａ）に示した方向Ｈから見たときの外観図である。図１６（ｂ）においては、パワー半導体モジュール３００ｅが短手方向に積層された状態で、冷媒流路が連結されている。
【０１７８】
図１５と共通の符号を付してある部材については、同様の作用効果を有する。図１６が図１５と異なる点は、冷媒流路配管４６６ｂと、パワー半導体モジュール３００ｅ同士の積層状態である。図１６（ｂ）においては、第一のパワー半導体モジュール３００ｅの裏面側カバー４６０ｂと第二のパワー半導体モジュール３００ｅの裏面側カバー４６０ｂが向かい合うように配置し、さらに第二のパワー半導体モジュール３００ｅの表面側カバー４６０ａと第三のパワー半導体モジュール３００ｅの表面側カバー４６０ａが向かい合うように配置している。
【０１７９】
冷媒は、冷媒の流れ４８５に示されるように、第一のパワー半導体モジュール３００ｅの冷媒流出口４６３ｂから、第二のパワー半導体モジュール３００ｅの冷媒流入口４６３ａへと、パワー半導体モジュール３００ｅの短手方向と平行に流れる。
【０１８０】
このように、冷媒流路配管４６６ｂを用いることで、流路形成体１２を用いることなく、冷媒流路を形成することが可能となる。流路形成体１２の配置にとらわれることなく、多彩なパワー半導体モジュールのレイアウトが可能となるため、設計の自由度が高くなり、最適レイアウトにより電力変換装置全体の小型化が可能となる。
【０１８１】
また、本連結例のような構成においては、例えば第一のパワー半導体モジュール３００ｅの裏面側カバー４６０ｂと第二のパワー半導体モジュール３００ｅの裏面側カバー４６０ｂのように、パワー半導体モジュールのカバー内の冷媒同士が対向して流れており、パワー半導体モジュール外部から表面側カバー若しくは裏面側カバーを介しての熱の吸収が抑制され、冷却に用いられる冷媒の温度を低く保つことができる。その結果、パワー半導体素子の冷却効率を向上させることができる。
【０１８２】
以上のように、パワー半導体モジュール３００ｅにおいては、流路形成体１２以外でも、冷媒流路配管４６６ａ、４６６ｂを用いることで多彩なパワー半導体モジュールのレイアウトが可能となり、設計の自由度が高くなり、最適レイアウトにより電力変換装置の全体の小型化が可能となる。冷媒流路配管４６６ａ、４６６ｂは、金属、無機セラミックス、樹脂材料などを用いることができる。配管の耐久性や形状の自由度から、金属あるいは樹脂材料を用いることが望ましい。
【０１８３】
図１７乃至図１９に本発明におけるパワー半導体モジュールの他の形態であるパワー半導体モジュール３００ｆを示す。
【０１８４】
図１７は、図７で示す状態に、モジュールケース３０４を取り付けた状態である。図１７（ａ）は斜視図であり、図１７（ｂ）は断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
【０１８５】
図８のパワー半導体モジュール３００ａと異なる点について述べる。図８のパワー半導体モジュール３００ａにおいては、第一貫通孔４６２ａと第二貫通孔４６２ｂが壁４７０によって隔てられているが、パワー半導体モジュール３００ｆにおいてはこれらが一体に貫通孔４９２として形成されている。さらに、パワー半導体モジュール３００ａにおいては冷媒流入口４６３ａと冷媒流出口４６３ｂが形成されているが、パワー半導体モジュール３００ｆにおいてはこれらが形成されていない。また、パワー半導体モジュール３００ａの固定部４７１、４７２は、当該固定部の下面がモジュールケース３０４の底面と同一平面を為しているが、パワー半導体モジュール３００ｆにおける固定部４７１、４７２は、当該固定部の下面がモジュールケース３０４の底面よりも突出して形成されている。その他の点については、図１７のパワー半導体モジュール３００ｆは、図８のパワー半導体モジュール３００ａと同様の構成を為している。
【０１８６】
図１８は、図１７で示すパワー半導体モジュール３００ｆに対して、表面側カバー４９０ａ、裏面側カバー４９０ｂ、第一壁４９１ａ、第二壁４９２ｂを接合する手順を示す図である。図１８（ａ）は、図１７（ｂ）に示される状態に、第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂを接合する様子を示す図である。図１８（ｂ）は、モジュールケース３０４に第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂが接合され、続いて表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂを接合する様子を示す図である。図１８（ｃ）は、モジュールケース３０４の第１面３０８Ａにおいて、第一壁４９１ａが接合される位置を示す図である。図１８（ｄ）は、モジュールケース３０４に表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂを接合した状態を示す図である。図１８（ｅ）は、モジュールケース３０４と表面側カバー４９０ａが接合される位置を示す図である。
【０１８７】
図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示されるように、第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂはモジュールケース３０４に接合される。第１壁４９１ａは、接合部４９５ａを介して、第１面３０８Ａに接合される。第２壁４９１ｂは、接合部４９５ａを介して、第２面３０８Ｂに接合される。また、図１８（ｂ）に示されるように、第一壁４９１ａはフィン３０５Ａと接触しており、第二壁４９２ｂはフィン３０５Ｂと接触している。これにより、第一壁４９１ａ及び第二壁４９２ｂはモジュールケース３０４との間に接合部４９５ｂを形成している。
【０１８８】
図１８（ｃ）を用いて接合部４９５ａが形成される位置について説明する。第１面３０８Ａにおいて、第一放熱面３０７Ａ（第一放熱部３１０Ａ）を挟んで、貫通孔４９２とは反対側の領域には、接合部４９５ａは形成されない。それ以外の領域について、第一放熱面３０７Ａ（第一放熱部３１０Ａ）と貫通孔４９２を囲む三辺に、接合部４９５ａが形成される。第二壁４９１ｂと第２面３０８Ｂの接合も、第一壁４９１ａと同様に形成される。
【０１８９】
図１８（ｄ）に示されるように、表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂはモジュールケース３０４に接合される。第１面３０８Ａと表面側カバー４９０ａの接合、若しくは第２面３０８Ｂと裏面側カバー４９０ｂの接合は、接合部４９５ｃを介して形成される。さらに、接合部４９５ｃは、モジュールケース３０４の第１面３０８Ａや第２面３０８Ｂだけでなく、当該モジュールケース３０４の底面まで及んで形成される。また、表面側カバー４９０ａと裏面側カバー４９０ｂは、接合部４９５ｄを介して接合される。
【０１９０】
表面側カバー４９０ａには、当該表面側カバー４９０ａの外面のうち、モジュールケース３０４の底面側の一面において、冷媒をケース内に導入するための冷媒流入口４９３ａが形成されている。裏面側カバー４９０ｂには、当該裏面側カバー４９０ｂの外面のうち、モジュールケース３０４の底面側の一面において、冷媒をケース内から排出するための冷媒流出口４９３ｂが形成されている。
【０１９１】
図１８（ｅ）を用いて接合部４９５ｃが形成される位置について説明する。図１８（ｅ）に示されるように、接合部４９５ｃは、接合部４９５ａを囲むように、第１面３０８Ａの外周部に形成される。略長方形形状の第１面３０８Ａの外周部のうち、接合部４９５ａが形成される三辺側においては、接合部４９５ｃは、接合部４９５ａとの間に隙間が生じないように形成することが望ましい。接合部４９５ａが形成されていない一辺側には、表面側カバー４９０ａと第１壁４９１ａのいずれとも接触しない領域である非接合部４９５ｅを設ける。裏面側カバー４９０ｂと第２面３０８Ｂの接合も同様にして形成される。
【０１９２】
そして表面側カバー４９０ａとモジュールケース３０４は、当該モジュールケース３０４の底面においても接合部４９５ｃを形成している。裏面側カバー４９０ｂも同様である。モジュールケース３０４の底面側まで覆うように形成された表面側カバー４９０ａ及び裏面側カバー４９０ｂは、モジュールケース３０４の底面側において熱融着などにより接合され、接合部４９５ｄを形成する。
【０１９３】
接合部４９５ｄは図１８（ｅ）に示されるように、固定部４７１におけるモジュールケース３０４の底面から突出している部位と、固定部４７２におけるモジュールケース３０４の底面から突出している部位との間の空間において形成される。
【０１９４】
図１９は、図１８で示す手順によりモジュールケース３０４に対して、表面側カバー４９０ａ、裏面側カバー４９０ｂ、第一壁４９１ａ、第二壁４９２ｂを形成したパワー半導体モジュール３００ｆを示す図である。図１９（ａ）は斜視図であり、図１９（ｂ）は図１７（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。
【０１９５】
図１９（ｂ）に示されるように、表面側カバー４９０ａと第１壁４９１ａの間には、第一流路空間４９６ａが形成される。第１壁４９１ａと第一放熱面３０９Ａの間には、第二流路空間４９６ｂが形成される。第二放熱面３０９Ｂと第２壁４９１ｂの間には、第三流路空間４９６ｃが形成される。第２壁４９１ｂと裏面側カバー４９０ｂの間には、第四流路空間４９６ｄが形成される。また、第１壁４９１ａの接合部４９５ａが形成されていない一辺側の端部と、表面側カバー４９０ａの冷媒流入口４９３ａが形成される面と対向する面との間には、第一空間４９４ａが形成される。第一空間４９４ａは、第一流路空間４９６ａと第二流路空間４９６ｂを繋ぐように形成されている。第２壁４９１ｂの接合部４９５ａが形成されていない一辺側の端部と、裏面側カバー４９０ｂの冷媒流出口４９３ｂが形成される面と対向する面との間には、第二空間４９４ｂが形成される。第二空間４９４ｂは、第三流路空間４９６ｃと第四流路空間４９６ｄを繋ぐように形成されている。
【０１９６】
図１９（ｂ）を用いて流路形成体等に連結された場合の、パワー半導体モジュール３００ｆ内の冷媒の流れ４８８ａ〜４８８ｉを説明する。冷媒は、冷媒の流れ４８８ａのように冷媒流入口４９３ａより流入する。その後、第一流路空間４９６ａを冷媒の流れ４８８ｂのように流れる。その後、第一空間４９４ａを冷媒の流れ４８８ｃのように経由して、第二流路空間４９６ｂに流れ込む。第二流路空間４９６ｂを流れる冷媒は、冷媒の流れ４８８ｄのように流れて第一放熱面３０９Ａを冷却する。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８８ｅのように貫通孔４９２を通り、第三流路空間４９６ｃに流れ込む。第三流路空間４９６ｃを流れる冷媒は、冷媒の流れ４８８ｆのように流れて第二放熱面３０９Ｂを冷却する。その後、冷媒は、第二空間４９４ｂを冷媒の流れ４８８ｇのように流れる。その後、冷媒は、第四流路空間を冷媒の流れ４８８ｈのように流れる。その後、冷媒流出口４９３ｂから冷媒の流れ４８８ｉのようにパワー半導体モジュール外へ排出される。
【０１９７】
本実施例に係るパワー半導体モジュール３００ｆでは、図１０に示す第一放熱面側流路仕切り板４６１ａや第二放熱面側流路仕切り板４６１ｂを有していない。これにより、放熱面上の流路空間内を流れる冷媒は、ほぼ一定の流速で流れ、面内の流速のばらつきが小さく抑えることができる。したがって、冷却の効率に優れたパワー半導体モジュールを提供することができる。さらに、流路仕切り板が存在しない分、放熱面と冷媒の接触面積をより多く設けることができる。したがって、本実施例に係るパワー半導体モジュール３００ｆは、冷却の効率に優れる。
【０１９８】
また、図５や図１０に示すように、パワー半導体モジュール内部において、上アーム側のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６）と下アーム側のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６）が放熱面内に横並びで配置されている。図１０に示すパワー半導体モジュール３００ａにおいては、冷媒は、上アーム側のパワー半導体素子を冷却した後、下アーム側の半導体素子を冷却するという順番になっており、上アーム側のパワー半導体素子の冷却効率よりも下アーム側の半導体素子の冷却効率が低下する恐れがあった。しかし本実施例によれば、これら上アーム側のパワー半導体素子と下アーム側の半導体素子が、冷媒の流れる方向に対して並列に配置されているため、これらを均一に冷却することができる。
【０１９９】
さらに、第一放熱面３０９Ａと表面側カバー４９０ａとの間に、第１壁４９１ａを設けることで、第一流路空間４９６ａと第二流路空間４９６ｂの２つの流路空間が形成されている。同様に、第二放熱面３０９Ｂと裏面側カバー４９０ｂとの間に、第２壁４９１ｂを設けることで、第三流路空間４９６ｃと第四流路空間４９６ｄの２つの流路空間が形成されている。このように、モジュールケースの放熱面とパワー半導体モジュール外気との間に、複数の空間層を設けることで、例えば外気温が高い状況においても、パワー半導体素子はモジュール外部からの温度影響を受けにくい。したがって、パワー半導体素子は安定して駆動することができるため、長期信頼性が向上する。
【０２００】
図２０及び図２１にパワー半導体モジュール３００ｆと、流路形成体１２の配置例を示す。図２０は、複数のパワー半導体モジュール３００ｆを、パワー半導体モジュール３００ｆの短手方向に隣接して、流路形成体１２上に配置する例である。図２１は、パワー半導体モジュール３００ｆとコンデンサモジュール５００の配置例である。
【０２０１】
図２０に示す実施例においては、流路形成部材１２ａには、開口部４８７ｇ〜４８７ｌが設けられている。
【０２０２】
開口部４８７ｇは、第一のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流入口４９３ａと繋がる位置に形成される。第一のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｇと冷媒流入口４９３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｆが設けられる。
【０２０３】
開口部４８７ｈは、第一のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流出口４９３ｂと繋がる位置に形成される。第一のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｈと冷媒流出口４９３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｇが設けられる。
【０２０４】
開口部４８７ｉは、第二のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流入口４９３ａと繋がる位置に形成される。第二のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｉと冷媒流入口４９３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｈが設けられる。
【０２０５】
開口部４８７ｊは、第二のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流出口４９３ｂと繋がる位置に形成される。第二のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｊと冷媒流出口４９３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｉが設けられる。
【０２０６】
開口部４８７ｋは、第三のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流入口４９３ａと繋がる位置に形成される。第三のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｋと冷媒流入口４９３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｊが設けられる。
【０２０７】
開口部４８７ｌは、第三のパワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流出口４９３ｂと繋がる位置に形成される。第三のパワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｌと冷媒流出口４９３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｋが設けられる。
【０２０８】
本実施例における冷媒の流れ４８５ａ〜４８５ｎを説明する。入口配管１３より流入した冷媒は、冷媒の流れ４８５ａのように、冷媒流入口４８６ａ経由して、流路形成体１２に導入される。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｏのように、流路形成体１２内を、冷媒流入口４８６ａ側から開口部４８７ｇ側に向かって流れる。その後、開口部４８７ｇから第一のパワー半導体モジュール３００ｆへ、冷媒の流れ４８８ａのように導入される。第一のパワー半導体モジュール３００ｆ内では、図１９において前述した通り、冷媒の流れ４８８ａ〜４８８ｉのように流れる。その後、再び流路形成体１２に導入された冷媒は、冷媒の流れ４８５ｐのように流れ、第二のパワー半導体モジュール３００ｆに導入される。その後は第一のパワー半導体モジュール３００ｆと同様に、モジュール内部を流れる。その後、再び流路形成体１２に導入された冷媒は、冷媒の流れ４８５ｑのように流れ、第三のパワー半導体モジュール３００ｆに導入される。その後は、第一、第二のパワー半導体モジュール３００ｆと同様に、モジュール内部を流れる。その後、再び流路形成体１２に導入された冷媒は、冷媒の流れ４８５ｒに示すように流れる。
【０２０９】
パワー半導体モジュール３００ｆの配置においては、パワー半導体モジュール３００ｅと同様、冷媒流路配管４６６ａ、４６６ｂのような、冷媒流路配管を用いて連結することも可能である。
【０２１０】
本実施例においては、パワー半導体モジュール裏面側カバーと、他のパワー半導体モジュールの表面側カバーとが、隣接して配置されているため、図１６（ｂ）に示した配置例と同様に、パワー半導体モジュール外部からの熱の吸収が抑制され、冷媒に温度を安定して保つことができる。
【０２１１】
図２０に示す実施例においては、パワー半導体モジュール３００ｅとコンデンサモジュール５００は流路形成体１２上に隣り合うように配置されている。流路形成部材１２ａには、開口部４８７ｍ、４８７ｎが設けられている。
【０２１２】
開口部４８７ｍは、パワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流入口４９３ａと繋がる位置に形成される。パワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｍと冷媒流入口４９３ａの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｌが設けられる。
【０２１３】
開口部４８７ｎは、パワー半導体モジュール３００ｆの底面部に設けられた冷媒流出口４９３ｂと繋がる位置に形成される。パワー半導体モジュール３００ｆと流路形成部材１２ａの間には、開口部４８７ｎと冷媒流出口４９３ｂの間からの冷媒の流出を防ぐために、シール部材４８０ｍが設けられる。
【０２１４】
本実施例においては、冷媒は、入口配管１３より流入し、冷媒の流れ４８５ａのように、冷媒流入口４８６ａ経由して、流路形成体１２に導入される。その後、冷媒は、冷媒の流れ４８５ｓのように、流路形成体１２内を、冷媒流入口４８６ａ側から開口部４８７ｍ側に向かって流れる。その後、開口部４８７ｍからパワー半導体モジュール３００ｆへ導入される。パワー半導体モジュール３００ｆ内では、図１９において前述した通り、冷媒の流れ４８８ａ〜４８８ｉのように流れる。その後、再び開口部４８７ｎから流路形成体１２へ導入された冷媒は、冷媒の流れ４８５ｔのように流れる。
【０２１５】
本実施例においては、パワー半導体モジュール３００ｆとコンデンサモジュール５００が隣接して配置されているため、パワー半導体モジュール３００ｆの直流端子とコンデンサ端子５４２とを、接続する配線を短くすることができる。したがって、低インダクタンスでの接続が可能となる。
【０２１６】
さらに、流路形成体１２上のパワー半導体モジュール３００ｆの冷却と同時に、冷媒の流れ４８５ｔのように流れる冷媒によって、コンデンサモジュール５００も冷却可能である。パワー半導体モジュール３００ｅおよびコンデンサモジュール５００の一方の面においてモジュールの冷却を行い、他方の面に電気接続機能を集約することで、流路形成体１２上での配置自由度が向上し、電気特性と冷却特性の両方を最適化することができる。また、パワー半導体モジュールとコンデンサモジュールを隣接して配置することにより、流路形成体１２からの冷却だけでなく、パワー半導体モジュールの裏面側カバーを介しての冷却も期待される。
【０２１７】
また、コンデンサモジュールの冷却効率を高めるために、パワー半導体モジュール３００ｆの裏面側カバー４９０ｂと、コンデンサモジュール５００の外面を接触して配置してもよい。このような構成においては、パワー半導体モジュールの裏面側カバーを介しての更なる冷却効率の向上が期待される。
【０２１８】
以上のように、本発明の冷媒流路一体の小型パワー半導体モジュールを用いることで、設計自由度が向上し、電力変換装置の全体最適レイアウトにより小型化が可能となる。
【符号の説明】
【０２１９】
８：蓋、１０：ケース、１０ａ：突出収納部、１１：金属ベース板、１２：流路形成体、１２ａ：流路形成体部材、１２ｂ：流路形成体部材、１３：入口配管、１４：出口配管、１６：開口、１７：窓、１８：蓋、２０：制御回路基板、２１：コネクタ、２２：ドライバ回路基板、３０ａ〜３０ｄ：流路空間、３１ａ〜３１ｃ：壁、１３６：バッテリ、１３８：直流コネクタ、１４０：インバータ回路、１５０：上下アームの直列回路、１５３：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：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、１６３：コレクタ電極、１６４：ゲート電極、１６５：エミッタ電極、１６６：ダイオード、１６９：中間電極、１７２：制御回路、１７４：ドライバ回路、１８０：電流センサ、１８２：信号線、１８８：交流コネクタ、２００：電力変換装置、３００ａ〜３００ｆ：パワー半導体モジュール、３０１：モジュール回路部、３０２：モジュール１次封止体、３０４：モジュールケース、３０４Ａ：薄肉部、３０４Ｂ：フランジ、３０４Ｃ：壁、３０５Ａ：フィン、３０５Ｂ：フィン３０６：挿入口、３０７：凹部、３０７ａ：フィン勘合部、３０８Ａ：第１面、３０８Ｂ：第２面、３０９Ａ：第１放熱面、３０９Ｂ：第２放熱面、３１０Ａ：第一放熱部、３１０Ｂ：第二放熱部、３１３：外周部、３１５：導体板、３１５Ｓ：放熱面、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、３１８：導体板、３１８Ｓ：放熱面、３１９：導体板、３１９Ｓ：放熱面、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、３２０：導体板、３２０Ｓ：放熱面、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：信号配線、３２４Ｌ：信号配線、３２５Ｕ：信号端子、３２５Ｌ：信号端子、３２６Ｕ：補助モジュール側信号接続端子、３２６Ｌ：補助モジュール側信号接続端子、３２７Ｕ：素子側信号接続端子、３２７Ｌ：素子側信号接続端子、３２８：ＩＧＢＴ、３２９：中間電極、３３０：ＩＧＢＴ、３３３Ａ：絶縁部材、３３３Ｂ：絶縁部材、３４８：第１封止樹脂、３５１：第２封止樹脂、３７０：接続部、３７１：ボンディングワイヤ、３７２：タイバー、４０５：収納空間、４５０：抵抗器、４５５Ａ：第一表面側流路空間、４５５Ｂ：第一裏面側流路空間、４５６Ａ：第二表面側流路空間、４５６Ｂ：第二裏面側流路空間、４５７Ａ：表面側流路入口空間、４５７Ｂ：裏面側流路入口空間、４５８Ａ：表面側流路出口空間、４５９Ａ：冷媒分岐部、４５９Ｂ：冷媒合流部、４６０ａ：表面側カバー、４６０ｂ：裏面側カバー、４６０ｃ：表面側カバーと裏面側カバーの境界面、４６１ａ：第一放熱面側流路仕切り板、４６１ｂ：第二放熱面側流路仕切り板、４６２ａ：第一貫通孔、４６２ｂ：第二貫通孔、４６３ａ：冷媒流入口、４６３ｂ：冷媒流出口、４６４：溶融エネルギー印加方向、４６５ａ：第一放熱面側表面樹脂カバー、４６５ｂ：第二放熱面側表面樹脂カバー、４６６ａ：冷媒流路配管、４６６ｂ：冷媒流路配管、４６７：冷媒流路、４６７ａ：開口部、４６７ｂ：開口部、４６８ａ：シール部材、４６８ｂ：鍔部、４６９：ネジ、４７０：壁、４７１：固定部、４７２：固定部、４７３ａ〜４７３ｄ：冷媒流路取付孔、４８０ａ〜４８０ｍ：シール部材、４８１ａ：シール部材、４８４：ネジ、４８５：冷媒の流れ、４８５ａ〜４８５ｎ：冷媒の流れ、４８６ａ：冷媒流入口、４８６ｂ：冷媒流出口、４８７ａ〜４８７ｏ：開口部、４８８ａ〜４８８ｉ：冷媒の流れ、４９０ａ：表面側カバー、４９０ｂ：裏面側カバー、４９１ａ：第１壁、４９１ｂ：第２壁、４９２：貫通孔、４９３ａ：冷媒流入口、４９３ｂ：冷媒流出口、４９４ａ：第一空間、４９４ｂ：第二空間、４９５ａ〜４９５ｄ：接合部、４９５ｅ：非接合部、４９６ａ：第１流路空間、４９６ｂ：第２流路空間、４９６ｃ：第３流路空間、４９６ｄ：第４流路空間、５００：コンデンサモジュール、５０２：コンデンサケース、５０２ａ：突出収納部、５０３ａ〜５０３ｃ：コンデンサ端子、５０４：コンデンサ端子、５０４ａ〜５０４ｃ：負極側コンデンサ端子、５０６：コンデンサ端子、５０６ａ〜５０６ｃ：正極側コンデンサ端子、５０８：電源端子、５０９：電源端子、５２０ａ〜５２０ｄ：孔、５１７ａ〜５１７ｃ：絶縁部材、５４２：コンデンサ端子、５５０：樹脂封止材、６００：補助モールド体、６０１：補助モジュール配線部、６０８：配線絶縁部、８００：バスバーアッセンブリ、８０２ａ〜８０２ｃ：交流バスバー、９００：バスバーアッセンブリ
【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（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図９（ｃ）】
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【図９（ｄ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７（ａ）】
2014023327.tif 000029
【図１７（ｂ）】
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【図１８（ａ）】
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【図１８（ｂ）】
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【図１８（ｃ）】
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【図１８（ｄ）】
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【図１８（ｅ）】
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【図１９（ａ）】
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【図１９（ｂ）】
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【図２０】
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【図２１】
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