(57)【要約】【課題】課題は、半導体モジュール以外の構成部品に対して半導体モジュールから与える熱影響を低減できる電力変換装置の提供にある。【解決手段】上記課題は、電力変換用の主回路を構成する半導体モジュール２０，３０と、主回路に電気的に接続されたコンデンサ５０と、電力変換の動作をさせるための駆動信号を主回路に供給する駆動回路を備えた駆動回路基板７０，７１と、駆動信号を供給させるための制御信号を駆動回路に供給する制御回路を備えた制御回路基板７４とを収納する筐体の内部に、冷媒流路２８を備えかつ室を形成するための周壁が熱伝導性部材によって形成された冷却室を構成し、少なくとも半導体モジュール２０，３０をその冷却室の内部に収納し、少なくともコンデンサ５０及び制御回路基板７４を冷却室の外部に配置することにより解決できる。【選択図】  図１
2011155838.tif 000002
【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複数のパワー半導体素子を有する第１半導体モジュールと、
直流電流を交流電流に変換する複数のパワー半導体素子を有する第２半導体モジュールと、
前記直流電流を平滑化するコンデンサと、
前記コンデンサから前記半導体モジュールへ前記直流電流を伝達するコンデンサ端子と、
冷却冷媒が流れる流路を形成するとともに熱伝導性部材により形成された流路形成体と、を備え、
前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールは、前記流路形成体の一方側に配置されるとともに所定空間を介して並べて配置され、
前記コンデンサは、前記流路形成体を介して前記半導体モジュールとは反対側に配置され、
前記流路形成体は、前記第１及び第２半導体モジュールが配置された側の空間と前記コンデンサが配置された側の空間とを繋ぐ貫通孔を形成し、さらに当該貫通孔は前記所定の空間と対向する位置に形成され、
前記第１半導体モジュールの直流端子は、前記貫通孔に最も近い前記第１半導体モジュールの辺側に配置され、
前記第２半導体モジュールの直流端子は、前記貫通孔に最も近い前記第２半導体モジュールの辺側に配置され、
前記コンデンサ端子は、前記貫通孔を通って前記コンデンサと前記半導体モジュールを電気的に接続する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電力変換装置であって、
前記流路形成体は、前記流路と繋がる第１開口及び第２開口を前記第１及び第２半導体モジュールが配置された側に形成し、
前記第１半導体モジュールは、絶縁部材を介して前記パワー半導体素子を実装する第１金属製ベース板を有し、
前記第２半導体モジュールは、絶縁部材を介して前記パワー半導体素子を実装する第２金属製ベース板を有し、
前記第１金属製ベース板は、前記第１開口を塞ぐことにより前記冷却冷媒と直接接触し、
前記第２金属製ベース板は、前記第２開口を塞ぐことにより前記冷却冷媒と直接接触する電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記コンデンサは、前記流路形成体に接触された状態で、前記流路形成体の他方側に配置される電力変換装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記コンデンサ端子は、板状の正極側コンデンサ端子と、前記正極側コンデンサ端子と対向する板状の負極側コンデンサ端子と、当該正極側コンデンサ端子と当該負極側コンデンサ端子の間に配置される絶縁部材と、により構成される電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記第１及び第２半導体モジュールは、板状の正極側モジュール端子と、板状の負極側モジュール端子と、をそれぞれ有し、
前記正極側コンデンサ端子及び前記負極側コンデンサ端子は、前記貫通孔から前記半導体モジュールが配置された空間まで突出しており、
前記正極側モジュール端子は、前記正極側コンデンサ端子の突出方向に沿って形成され、かつ当該正極側コンデンサ端子と接続され、
前記負極側モジュール端子は、前記負極側コンデンサ端子の突出方向に沿って形成され、かつ当該負極側コンデンサ端子と接続される電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置であって、
前記第１及び第２半導体モジュールを収納する収納空間及び開口部を形成するケースを備え、
前記ケースの開口部は、前記流路形成体により塞がれる電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置であって、
前記パワー半導体素子の駆動を制御する制御回路を実装した制御回路基板を備え、
前記制御回路基板は、前記ケースの収納空間の外側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、入力電力を所定の電力に変換して出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置に関する背景技術としては、例えば特許文献１に開示されたインバータ装置が知られている。特許文献１には、スイッチング素子パワーモジュール，平滑コンデンサ及び制御ユニットの順にそれらを基台を介してケース内に積み上げ配置し、インバータ装置の小型化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９９３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車に搭載されて車両駆動用電動機の駆動を制御する電力変換装置にはさらなる低コスト化が望まれている。これは、電力変換装置の低コスト化により、車両に搭載される電動駆動システムの低コスト化を図り、車両駆動の電動化をこれまで以上に普及させるためである。これにより、地球環境に及ぼす影響のさらなる低減，燃費のさらなる向上が図れる。
【０００５】
電力変換装置の低コスト化を図る解決方法の１つとしては、電力変換装置を電動機の近傍、例えば電動機が搭載された変速機の筐体に取り付け、電力変換装置と電動機との間を電気的に接続する配線の削除が考えられる。これを実現するためには、例えば電力変換用主回路を構成する半導体モジュールの半導体チップを小型化して電力変換装置の小型化を図り、限られた車載スペースの中において電力変換装置を変速機の筐体に取り付けできるようにする必要がある。
【０００６】
しかしながら、半導体チップを小型化すると、半導体チップの発熱が増加する。これにより、半導体モジュールから電力変換装置の内部に放出される熱が増加して電力変換装置の内部温度が上昇する。このため、半導体モジュールを含む電力変換装置構成部品を１つのケース内に配置する電力変換装置では、半導体モジュール以外の電力変換装置構成部品に熱影響を与えると考えられる。また、前述した背景技術においてもそこまで考慮していない。従って、半導体チップの小型化による電力変換装置の小型化にあたっては、半導体モジュール以外の電力変換装置構成部品に半導体モジュールから与える熱影響の低減が必要である。
【０００７】
また、半導体チップの発熱は半導体のスイッチング動作時の損失にも起因する。このようなことから、半導体のスイッチング動作時の損失をさらに低減して半導体チップからの発熱を抑えることにより、半導体チップの小型化を実現可能なものにできる。半導体のスイッチング動作時の損失をさらに低減するためには、半導体モジュールに電気的に接続されたコンデンサと半導体モジュールとの間の接続導体におけるインダクタンスをさらに低減することが重要である。従って、半導体チップの小型化による電力変換装置の小型化にあたっては、半導体のスイッチング動作時の損失を低減して半導体チップの発熱を抑えることにより、半導体モジュール以外の電力変換装置構成部品に半導体モジュールから与える熱影響の低減が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体モジュール以外の構成部品に対して半導体モジュールから与える熱影響を低減できる電力変換装置を提供する。
【０００９】
ここに、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複数のパワー半導体素子を有する第１半導体モジュールと、直流電流を交流電流に変換する複数のパワー半導体素子を有する第２半導体モジュールと、前記直流電流を平滑化するコンデンサと、前記コンデンサから前記半導体モジュールへ前記直流電流を伝達するコンデンサ端子と、冷却冷媒が流れる流路を形成するとともに熱伝導性部材により形成された流路形成体と、を備え、前記第１半導体モジュール及び前記第２半導体モジュールは、前記流路形成体の一方側に配置されるとともに所定空間を介して並べて配置され、前記コンデンサは、前記流路形成体を介して前記半導体モジュールとは反対側に配置され、前記流路形成体は、前記第１及び第２半導体モジュールが配置された側の空間と前記コンデンサが配置された側の空間とを繋ぐ貫通孔を形成し、さらに当該貫通孔は前記所定の空間と対向する位置に形成され、前記第１半導体モジュールの直流端子は、前記貫通孔に最も近い前記第１半導体モジュールの辺側に配置され、前記第２半導体モジュールの直流端子は、前記貫通孔に最も近い前記第２半導体モジュールの辺側に配置され、前記コンデンサ端子は、前記貫通孔を通って前記コンデンサと前記半導体モジュールを電気的に接続する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周壁が熱伝導性部材によって形成された冷却室に半導体モジュールを収納するようにしたので、半導体モジュールからの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放出することを抑制でき、少なくともコンデンサ及び制御回路に対する熱影響を低く抑えることができる。従って、本発明によれば、半導体モジュール以外の構成部品に対して半導体モジュールから与える熱影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。
【図２】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す上部平面図。
【図３】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。
【図４】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。
【図５】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。
【図６】第１実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す分解斜視図。
【図７】第１実施例のインバータ装置ユニットの電気的な回路構成を示す回路図。
【図８】第１実施例のインバータ装置ユニットが適用されるハイブリッド電気自動車の駆動システムの構成を示すブロック図。
【図９】第２実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。
【図１０】第３実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。
【図１１】第４実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。
【図１２】第４実施例のインバータ装置ユニットが適用されるハイブリッド電気自動車の駆動システムの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
以下に説明する実施例では、本発明が適用される電力変換装置として、特に熱サイクルや動作的環境などが大変厳しい車載用インバータ装置を例に挙げて説明する。車載用インバータ装置は、車載電動機の駆動を制御する制御装置として車載電機システムに備えられており、車載電源を構成する車載バッテリ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載電動機に供給することにより、車載電動機の駆動を制御するものである。
【００１４】
尚、以下に説明する構成は、ＤＣ／ＤＣコンバータや直流チョッパなどの直流−直流電力変換装置或いは交流−直流電力変換装置にも適用可能である。また、以下に説明する構成は、工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムに用いられたり、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電力変換装置に対しても適用可能である。特に低コスト化及び小型化を狙った電力変換装置への適用が好ましい。
【実施例１】
【００１５】
本発明の第１実施例を図１乃至図８に基づいて説明する。
【００１６】
まず、図８を用いて、本実施例のハイブリッド電気自動車について説明する。
【００１７】
本実施例のハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）は電動車両の一種であり、２つの駆動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１０４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１３０，１４０を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。
【００１８】
車体（図示省略）のフロント部には前輪車軸１０２が回転可能に軸支されている。前輪車軸１０２の両端には１対の前輪１０１が設けられている。車体のリア部には、図示省略したが、両端に１対の後輪が設けられた後輪車軸が回転可能に軸支されている。本実施例のＨＥＶでは、前輪１０１を、動力によって駆動される主輪、図示省略した後輪を、連れ回される従輪とする、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。
【００１９】
前輪車軸１０３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）１０３が設けられている。前輪車軸１０３は前輪側ＤＥＦ１０３の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１０３の入力側には変速機１０５の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１０３は、変速機１０５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１０２に分配する差動式動力分配機構である。変速機１０５の入力側にはモータジェネレータ１３０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１３０の入力側には動力分配機構１５０を介してエンジン１０４の出力側及びモータジェネレータ１４０の出力側が機械的に接続されている。
【００２０】
尚、モータジェネレータ１３０，１４０及び動力分配機構１５０は、変速機１５０の筐体の内部に収納されている。
【００２１】
動力分配機構１５０は歯車１５１〜１５８から構成された差動機構である。ここで、歯車１５３〜１５６はかさ歯車である。歯車１５１，１５２，１５７，１５８は平歯車である。モータジェネレータ１３０の動力は変速機１５０に直接に伝達される。モータジェネレータ１３０の軸は歯車１５７と同軸になっている。これにより、モータジェネレータ１３０への駆動電力の供給が無い場合には、歯車１５７に伝達された動力がそのまま変速機１５０の入力側に伝達されることになる。エンジン１０４の作動によって歯車１５１が駆動されると、エンジン１０４の動力は歯車１５１から歯車１５２に、次に、歯車１５２から歯車１５４及び歯車１５６に、次に、歯車１５４及び歯車１５６から歯車１５８にそれぞれ伝達され、最終的には歯車１５７に伝達される。モータジェネレータ１４０の作動によって歯車１５３が駆動されると、モータジェネレータ１４０の回転は歯車１５３から歯車１５４及び歯車１５６に、次に、歯車１５４及び歯車１５６から歯車１５８のそれぞれに伝達され、最終的には歯車１５７に伝達される。
【００２２】
尚、動力分配機構１５０としては遊星歯車機構などの他の機構を用いても構わない。
【００２３】
モータジェネレータ１３０は回転子に界磁用の永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子コイルに供給される交流電力がインバータ装置１１０によって制御されることによりその駆動が制御される。モータジェネレータ１４０もモータジェネレータ１３０と同様の同期機であり、インバータ装置１２０によってその駆動が制御される。インバータ装置１１０，１２０にはバッテリ１０６が電気的に接続されており、バッテリ１０６からインバータ装置１１０，１２０への電力の供給、インバータ装置１１０，１２０からバッテリ１０６への電力の供給が可能である。
【００２４】
本実施例では、モータジェネレータ１３０及びインバータ装置１１０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１４０及びインバータ装置１２０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１０４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１０４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１０４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。
【００２５】
また、本実施例では、バッテリ１０６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１３０の動力のみによって車両の駆動ができる。
【００２６】
さらに、本実施例では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１０４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１０６の充電ができる。
【００２７】
次に、図７を用いて、本実施例のインバータ装置１１０，１２０の電気的な回路構成について説明する。
【００２８】
本実施例のインバータ装置１１０，１２０は１つにまとまった形で１つのインバータ装置ユニットとして構成されている。インバータ装置ユニットには、インバータ装置１１０の半導体モジュール２０と、インバータ装置１２０の半導体モジュール３０と、コンデンサ５０と、インバータ装置１１０の駆動回路基板７０に実装された駆動回路９２と、インバータ装置１２０の駆動回路基板７１に実装された駆動回路９４と、制御回路基板７４に実装された制御回路と、コネクタ基板７２に実装されたコネクタ７３及びコンデンサ５０の放電回路（図示省略）を駆動する駆動回路９１と、電流センサ９５，９６が設けられている。
【００２９】
尚、本実施例では、電源系と信号系との区別がし易いように、電源系を実線で、信号系を点線でそれぞれ図示している。
【００３０】
半導体モジュール２０，３０は、対応するインバータ装置１１０，１２０の電力変換用主回路を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を備えている。半導体モジュール２０，３０は、対応する駆動回路９２，９４から出力された駆動信号を受けて動作し、高圧バッテリＨＢＡら供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応するモータジェネレータ１３０，１４０の電機子巻線に供給する。主回路は３相ブリッジ回路であり、３相分の直列回路がバッテリ１０６の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されて構成されている。
【００３１】
直列回路はアームとも呼ばれ、上アーム側スイッチング用パワー半導体素子と下アーム側スイッチング用パワー半導体素子とが電気的に直列に接続されることにより構成されている。本実施例では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。尚、ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、ＩＧＢＴのように、別途、ダイオードを設ける必要がない。
【００３３】
各相のアームはＩＧＢＴ２１のソース電極とＩＧＢＴ２１のドレイン電極が電気的に直列に接続されて構成されている。尚、本実施例では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成される場合もある。本実施例では、後述するように各相の各上下アームは３つのＩＧＢＴによって構成している。
【００３４】
各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のドレイン電極はバッテリ１０６の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１０６の負極側それぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのソース電極と下アーム側のＩＧＢＴのドレイン電極との接続部分）は、対応するモータジェネレータ１３０，１４０の対応する相の電機子巻線に電気的に接続されている。
【００３５】
駆動回路９２，９４は、対応するインバータ装置１１０，１２０の駆動部を構成しており、制御回路９３から出力された制御信号（制御値）に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの回路において発生した駆動信号は、対応する半導体モジュール２０，３０に出力される。駆動回路９２，９４は、各相の各上下アームに対応する複数の回路を１つの回路に集積した、いわゆる６ｉｎ１タイプの集積回路により構成されたものである。各相の各上下アームに対応する回路としては、インターフェース回路，ゲート回路，異常検出回路などを備えている。
【００３６】
制御回路９３はインバータ装置１１０，１２０の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路９３には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値），電流センサ９５，９６及びモータジェネレータ１３０，１４０に搭載された回転センサからの検知信号（センサ値）が入力されている。制御回路９３はそれらの入力信号に基づいて制御信号（制御値）を演算し、駆動回路９２，９４に出力する。
【００３７】
コネクタ７３はインバータ装置１１０，１２０の内部と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのものである。
【００３８】
コンデンサ５０は、ＩＧＢＴ２１の動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するためのものであり、半導体モジュール２０，３０の直流側に電気的に並列に接続されている。
【００３９】
駆動回路９１は、コンデンサ５０に蓄積された電荷を放電するために設けられた放電回路（図示省略）を駆動するためのものである。
【００４０】
次に、図１乃至図６を用いて、前述したインバータ装置１１０，１２０の実際の構成を説明する。
【００４１】
本実施例のインバータ装置ユニットは、下部ケース１３の上に第２ベース１２が、第２ベースの上に第１ベース１１が、第１ベース１１の上に上部ケース１０がそれぞれ積み上げられることにより形成された筐体（インバータケース）を備えている。筐体は全体的に丸みを帯びた直方体状の容器である。筐体の構成部品は全てアルミニウム製の熱伝導性部材によって構成されている。
【００４２】
筐体の内部は、板状の第１ベース１１と，パイ（π）型状の第２ベース１２によって上下方向に２つに分離されており、熱伝導性部材によって全周（周壁，天井壁，底壁）が囲まれた２つの冷却室が形成されている。２つの冷却室の境界壁を形成する第１ベース１１及び第２ベース１２には冷媒（冷却水）を流すための２つの冷媒流路２８が形成されている。以上のように筐体を構成することにより、２つの冷却室は熱的に隔てられ、一方の冷却室から他方の冷却室への熱影響を抑制できる。
【００４３】
筐体の上部の冷却室には、筐体の長手方向に長く、短手方向に短いサイズの半導体モジュール２０，３０が筐体の短手方向に並設されるように、かつ冷媒流路２８の上部に配置されるようにして収納されている。これにより、半導体モジュール２０，３０は冷媒流路２８と熱的に接続され、ＩＧＢＴ２１の動作によって発生した熱が冷媒によって冷却される。従って、半導体モジュール２０，３０から放出された熱が下部の冷却室に及ぼす影響を抑制できる。
【００４４】
筐体の長手方向の一方側の側端面には、冷媒流路２８の一方側と連通した入口配管１５と、冷媒流路２８の他方側と連通した出口配管１６が設けられている。冷媒流路２８の各々は筐体の長手方向の一方側から他方側に向かって平行に延びており、お互い筐体の長手方向の他方側の端部において連通している。すなわち冷媒流路２８はＵ字状に形成されている。
【００４５】
第１ベース１１の冷媒流路２８が形成された部位のそれぞれには伝熱プレート２８が設けられている。伝熱プレート２８は冷媒流路２８に沿って筐体の長手方向の一方側から他方側に向かって延びた長方形状のものであり、冷媒流路２８の一面を構成する板状部材である。これにより、伝熱プレート２３は、冷媒流路２８を流れる冷媒によって直接冷却される。伝熱プレート２３はアルミニウム製或いは銅製の熱伝導性部材により構成されており、冷媒流路２８の内部に突出する冷却フィン（図示省略）がその冷媒流路２８側の面に設けられている。これにより、冷媒による冷却面積が増加し、冷媒による冷却効果を向上できる。
【００４６】
伝熱プレート２３のそれぞれの上面には、伝熱プレート２３の外周縁に沿って立設するようにモジュールケース２４が設けられている。モジュールケース２４は筐体の長手方向に向かって伝熱プレート２３の上面上の領域を３つの領域に分割して、ＩＧＢＴ２１とダイオード３８とを各相毎に収納する収納室を形成している。
【００４７】
モジュールケース２４の長手方向に延びる側壁であって、半導体モジュール２０，３０の対向側に位置する側壁には直流正極側モジュール端子２６及び直流負極側モジュール端子３３が収納室毎に対応して設けられている。直流正極側モジュール端子３３及び直流負極側モジュール端子２６はモジュールケース２４の側壁から上方に突出している。直流正極側モジュール端子３３及び直流負極側モジュール端子２６の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面がモジュールケース２４の表面に露出している。これにより、各収納室の内部には直流正極側モジュール電極３６及び直流負極側モジュール電極３７が形成される。
【００４８】
モジュールケース２４の長手方向に延びる側壁であって、半導体モジュール２０，３０の対向側とは反対側に位置する側壁には交流モジュール端子２７が収納室毎に対応して設けられている。交流モジュール端子２７はモジュールケース２４の側壁から上方に突出している。交流モジュール端子２７の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面がモジュールケース２４の表面に露出している。これにより、各収納室の内部には交流モジュール電極３５が形成される。
【００４９】
各収納室の伝熱プレート２３の上面には２つの絶縁基板２２が筐体の長手方向に並設されている。各絶縁基板２２の上面には２つの板状の配線部材３９が筐体の長手方向に並設されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の一方側に設けられた配線部材３９の一方側は直流正極側モジュール電極３６と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の他方側に設けられた配線部材３９の一方側は直流負極側モジュール電極３７と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の他方側は交流モジュール電極３５と電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。
【００５０】
各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の一方側の上面には、筐体の長手方向に並べられたＩＧＢＴ２１とダイオード３８とが筐体の短手方向に３つ並設されて実装されている。これにより、各相の上下アームがそれぞれ構成される。ＩＧＢＴ２１とダイオード３８は、交流モジュール電極３５と電気的に接続された配線部材３９に電気的に接続されている。ＩＧＢＴ２１のゲート電極はコネクタ２５に電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。コネクタ２５はモジュールケース２４の伝熱プレート２３の上面の３の領域を形成する４つの側壁にそれぞれ設けられている。
【００５１】
モジュールケース２４の上部には板状のモジュールケース蓋３４が設けられている。モジュールケース蓋３４は、モジュールケース２４の上部開口部を覆って収納室を塞ぐ天井壁を構成しており、モジュールケース２４と同じ絶縁樹脂から成形されている。モジュールケース蓋３４の上面には、配線シート３１と、配線シード３１に電気的に接続された配線コネクタ３２が設けられている。配線シート３１は、モジュールケース蓋３４に設けられた貫通孔から上方に突出したコネクタ２５と電気的に接続されている。配線コネクタ３２は、図示省略した配線によって駆動回路基板７０，７１の駆動回路９２，９４と電気的に接続されている。
【００５２】
筐体の下部の冷却室内にはコンデンサ５０、駆動回路基板７０，７１，制御基板７４及びコネクタ基板７２が収納されている。
【００５３】
コンデンサ５０は、半導体モジュール２０，３０の直流側と近接配置されるように、第２ベース１２の中央（πの２本足によって囲まれた領域）の下方側に配置されている。コンデンサ５０は、筐体の高さ方向の断面形状が長丸形状の４つの電解コンデンサから構成されている。４つの電解コンデンサはその長手方向が筐体の長手方向と同じ方向を向くように、筐体の長手方向と短手方向に２つずつ並設され、保持バンド５２を介してコンデンサケース５１の内部に収納されている。コンデンサケース５１は上部が開放した熱伝導性容器であって、ケース上部のフランジ部と第２ベース１２のπの２本の足の下端部が接触している。これにより、コンデンサ５０と冷媒流路２８とを熱的に接続でき、コンデンサ５０を冷媒によって冷却できる。
【００５４】
各電解コンデンサは、コンデンサケース５３の上部の開口部を塞ぐコンデンサ蓋５４を貫通した正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６を備えている。正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６は板状のものであり、短手方向に面するように対向しており、コンデンサ蓋５４と一体形成された板状の絶縁部材５５を短手方向から挟み込んでいる。コンデンサ端子は、コンデンサケース５３に４つの電解コンデンサを収納した際、短手方向に隣り合うもの同士の長手方向の位置が異なるように設けている。
【００５５】
駆動回路基板７０は、半導体モジュール２０側の第２ベース１２の下方側であって、πの足の片方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。駆動回路基板７１は、半導体モジュール３０側の第２ベース１２の下方側であって、πの足の他方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。駆動回路基板７０，７１は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路２８と駆動回路基板７０，７１とを熱的に接続することができ、駆動回路基板７０，７１を冷媒によって冷却できる。
【００５６】
制御回路基板７４はコンデンサケース５３の短手方向の一方側（半導体モジュール３０側）の側面と対向するように設けている。制御回路基板７４は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路２８と制御回路基板７４とを熱的に接続することができ、制御回路基板７４を冷媒によって冷却できる。
【００５７】
コネクタ基板７２はコンデンサケース５３の短手方向の他方側（半導体モジュール２０側）の側面と対向するように設けている。コネクタ基板７２は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路２８とコネクタ基板７２とを熱的に接続することができ、コネクタ基板７２を冷媒によって冷却できる。コネクタ７３は筐体の長手方向の他方側の側端面から外部に突出している。
【００５８】
コンデンサ５０と半導体モジュール２０，３０は直流側接続導体４０によって電気的に接続される。直流側接続導体４０は、第１ベース１１の中央部及び第２ベースの中央部に設けられ長孔（筐体の長手方向に長い孔）であって、筐体の高さ方向に貫通した貫通孔を介して上下の冷却室に延びている。
【００５９】
直流側接続導体４０は、筐体の長手方向に延びる板状の直流正極側バスバー４５と、筐体の長手方向に延びる板状の直流負極側バスバー４４とを絶縁シート４３を介して筐体の短手方向に積層し、直流正極側モジュール端子４２と正極側コンデンサ端子４６とを直流正極側バスバー４５に一体に形成し、かつ直流負極側モジュール端子４１と負極側コンデンサ端子４７とを直流負極側バスバー４４に一体に形成したラミネート構造の配線部材である。このような構造によれば、半導体モジュール２０，３０とコンデンサ５０との間を低インダクタンスにでき、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の損失による発熱を抑制できる。
【００６０】
直流正極側モジュール端子４２は、直流正極側モジュール端子３３がモジュールケース２４から上方に突出する位置において直流正極側バスバー４５の上部から上方に向かって延びて、筐体の短手方向に面するように直流正極側モジュール端子３３と対向して直流正極側モジュール端子３３にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流正極側モジュール端子３３と電気的に接続されている。直流負極側モジュール端子４１は、直流負極側モジュール端子２６がモジュールケース２４から上方に突出する位置において直流負極側バスバー４４の上部から上方に向かって延びて、筐体の短手方向に面するように直流負極側モジュール端子２６と対向して直流負極側モジュール端子２６にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流負極側モジュール端子２６と電気的に接続されている。
【００６１】
正極側コンデンサ端子４６及び負極側コンデンサ端子４７は、コンデンサ端子が突出する位置において直流正極側バスバー４５及び直流負極側バスバー４４の下部から下方に延びて、筐体の短手方向に面してコンデンサ端子を筐体の短手方向から挟み込み、同極のコンデンサ端子と対向して同極のコンデンサ端子にねじ等の固定手段によって固定されることにより、同極のコンデンサ端子と電気的に接続されている。このような配線構造によれば、直流正極側バスバー４５及び直流負極側バスバー４４から各コンデンサ端子に至る配線部分も正極側と負極側とを対向させることができ、さらなる低インダクタンス化を図った配線部材が得られ、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の損失による発熱をさらに抑制できる。
【００６２】
筐体の長手方向の他方側端部には直流端子８０が設けられている。直流端子８０は、直流正極側外部端子８２と、直流負極側外部端子８１と、直流正極側接続端子８６と、直流負極側接続端子８５と、直流正極側外部端子８２と直流正極側接続端子８６とを接続する直流正極側バスバー８４と、直流負極側外部端子８１と直流負極側接続端子８５とを接続する直流負極側バスバー８３とを備えたものである。
【００６３】
直流正極側外部端子８２及び直流負極側外部端子８１は、筐体の長手方向の他方側の側端面に設けられた貫通孔１７に装着されるコネクタを介して延びる外部ケーブルと電気的に接続される。直流正極側バスバー８４と直流負極側バスバー８３は筐体の短手方向に面して対向するように、半導体モジュール２０，３０側に延びている。直流正極側接続端子８６は直流正極側モジュール端子３３，４２に、直流負極側接続端子８５は直流負極側モジュール端子２６，４１にそれぞれ電気的に接続されている。
【００６４】
上部ケース１０の上面に設けられた孔１８は、直流正極側外部端子８２及び直流負極側外部端子８１と外部ケーブルとの接続作業に用いられるものであり、作業時以外は蓋で塞がれている。
【００６５】
筐体の内部の短手方向の両端のそれぞれには３相分の交流バスバー６０が配置されている。交流バスバー６０は、第１ベース１１及び第２ベース１２の筐体の短手方向の端部に設けられた上下方向（筐体の高さ方向）の貫通孔を介して下部の冷却室から上部の冷却室に延びている。上部の冷却室にある交流バスバー６０の一端側には交流側モジュール端子６１が形成されており、筐体の短手方向に面して交流側モジュール端子２７と対向し、交流側モジュール端子２７にねじ等の固定手段によって固定されることにより、交流側モジュール端子２７に電気的に接続されている。下部の冷却室にある交流バスバー６０の他端側には、モータジェネレータ１３０，１４０に至る外部ケーブルとの外部接続端子６２が形成され、端子ホルダー６３によって保持されている。
【００６６】
尚、符号１４は、インバータ装置ユニットの筐体を変速機１０５の筐体或いはエンジン１０４及び変速機１０５の筐体に固定するための取り付け足であり、ＳＵＳなどの剛体を採用して強度を確保している。また、変速機１５及びエンジン１０４からの振動を抑制するようにベンド形状とし弾性を持たせている。
【００６７】
以上説明した本実施例では、インバータ装置ユニットの筐体内に、熱伝導性部材によって全周が取り囲まれた冷却室を形成し、半導体モジュール２０，３０をその部屋の中に収納するようにしたので、ＩＧＢＴ２１の小型化によってＩＧＢＴ２１の発熱が増加しても半導体モジュール２０，３０からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放出されることを抑制でき、コンデンサ５０などの他のインバータ装置の構成部品に対する熱影響を低く抑えることができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明の第２実施例を図９に基づいて説明する。
【００６９】
本実施例は第１実施例の改良例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
本実施例と第１実施例の異なる部分は、半導体モジュール２０，３０が収納された冷却室の上部に上部ケース１０と第２の上部ケース１９によって全周が取り囲まれた第３の冷却室を形成し、その中に、駆動回路基板と制御回路基板とコネクタ基板を一つにした基板９７を収納したものである。
【００７１】
半導体モジュール２０，３０の配線シート３１と基板９７は配線部材９８によって電気的に接続されている。
【００７２】
コンデンサ５０のコンデンサーケースは省略され、第２ベース１２のπの足がその代わりをしている。このため、第２ベース１２のπの足は下部ケース１３の底まで延びるように形成されている。
【００７３】
また、取り付け足１４を中空構造とし、その中に、交流外部端子６２に電気的に接続された電力ケーブル６４を通し、変速機１０５の筐体内に導くようにしている。このようにすることにより、電力ケーブル６４を変速機１０５の筐体内に容易に導いて、電力ケーブル６４をモータジェネレータ１３０，１４０に接続できる。
【００７４】
本実施例においても、前例と同様に、ＩＧＢＴ２１の小型化によってＩＧＢＴ２１の発熱が増加しても半導体モジュール２０，３０からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放出されることを抑制でき、コンデンサ５０などの他のインバータ装置の構成部品に対する熱影響を低く抑えることができる。
【実施例３】
【００７５】
本発明の第３実施例を図１０に基づいて説明する。
【００７６】
本実施例は第１実施例の改良例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７７】
本実施例と第１実施例の異なる部分は、半導体モジュール２０，３０が収納された冷却室の中に駆動回路基板７０，７１と、交流バスバー６０と，端子ホルダ６３とを一緒に収納している。
【００７８】
また、半導体モジュール２０，３０が収納された冷却室の下方に第２ベース１２によって第２冷却室を形成し、さらにその下方に第２ベース１２によって２つの第３冷却室を形成している。第２冷却室にはコンデンサ５０を、第３冷却室の一方には制御回路基板７４を、第３冷却室の他方にはコネクタ基板７２をそれぞれ収納している。コンデンサ５０は横置きになって筐体の短手方向に２つに分かれて収納されている。これにより、直流側接続導体４０も半導体モジュール２０側と半導体モジュール３０側とに分かれて構成されている。尚、直流側接続導体４０の構成は第１実施例と同様であるが、各端子の曲げ方が一部変わっている。また、直流側接続導体４０には、直流正極側外部端子８２と直流負極側外部端子８１が一体に形成されている。
【００７９】
尚、符号９９は、駆動回路基板７０，７１と配線シート３１とを電気的に接続するコネクタ配線である。
【００８０】
本実施例においても、前例と同様に、ＩＧＢＴ２１の小型化によってＩＧＢＴ２１の発熱が増加しても半導体モジュール２０，３０からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放出されることを抑制でき、コンデンサ５０などの他のインバータ装置の構成部品に対する熱影響を低く抑えることができる。
【実施例４】
【００８１】
本発明の第４実施例を図１１及び図１２に基づいて説明する。
【００８２】
本実施例は第１実施例の変形例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
本実施例と第３実施例の異なる部分は、後輪２０１もモータジェネレータ１６０によって駆動するようにしたものである。このため、本実施例では、１ユニットのインバータ装置１５０を備えている。モータジェネレータ１６０の動力は減速機２０４によって減速されて後輪側デファレンシャルギア２０３に伝達され、後輪側デファレンシャルギア２０３から後輪車軸２０２に伝達されるようになっている。すなわち本実施例では、四輪駆動式のハイブリッド自動車を構成している。インバータ装置１５０はバッテリ１０６に接続されている。モータジェネレータ１６０を電動機として用いる場合には、バッテリ１０６からインバータ装置１５０に電力が供給され、発電機として用いる場合にはインバータ装置１５０からバッテリ１０６に電力が供給される。
【００８４】
インバータ装置１５０の構成は、第３実施例のインバータ装置ユニットを筐体の短手方向中央において切断して得られた左半分側の構成とすると共に、第２実施例のインバータ装置ユニットのように、第３冷却室を、導体モジュール３０を収納した冷却室の上部に形成し、その中に、駆動回路基板と制御回路基板とコネクタ基板を一つにした基板９７を収納したものである。
【００８５】
また、電力ケーブル６４は、第２実施例のインバータ装置ユニットのように、中空構造の取り付け足１４を通して、変速機１０５の筐体内に導くようにしている。
【００８６】
また、インバータ装置１５０の構成としては、第１乃至３実施例のインバータ装置ユニットを筐体の短手方向中央において切断して得られた左半分側或いは右半分側の構成をそのまま用いてもよい。
【００８７】
本実施例においても、前例と同様に、ＩＧＢＴ２１の小型化によってＩＧＢＴ２１の発熱が増加しても半導体モジュール２０，３０からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放出されることを抑制でき、コンデンサ５０などの他のインバータ装置の構成部品に対する熱影響を低く抑えることができる。
【符号の説明】
【００８８】
２０，３０…半導体モジュール、５０…コンデンサ、７０，７１…駆動回路基板、７４…制御回路基板、１１０，１２０，１６０…インバータ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011155838.tif 000010
【図９】
2011155838.tif 000011
【図１０】
2011155838.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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