(57)【要約】【課題】小型化しやすい電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、スイッチング素子２４を内蔵したモジュール本体部２１と、モジュール本体部２１からモジュール本体部２１の主面に平行な方向に突出したパワー端子２２とを備えた半導体モジュール２と、半導体モジュール２に電気的に接続される電子部品３と、を備える。パワー端子２２の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、モジュール本体部２１の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向としたとき、モジュール本体部２１に対してＺ方向に隣接し、かつ、パワー端子２２に対してＹ方向に隣接する空間である、隣接空間１１に、電子部品３の部品本体部３１の少なくとも一部が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子（２４）を内蔵したモジュール本体部（２１）と、該モジュール本体部から該モジュール本体部の主面に平行な方向に突出したパワー端子（２２）とを備えた半導体モジュール（２）と、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品（３）と、を備えた電力変換装置（１）であって、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向としたとき、
上記モジュール本体部に対してＺ方向に隣接し、かつ、上記パワー端子に対してＹ方向に隣接する空間である、隣接空間（１１）に、上記電子部品の部品本体部（３１）の少なくとも一部が配置されている、電力変換装置。
【請求項２】
上記モジュール本体部は、互いに並列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を内蔵している、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記モジュール本体部は、互いに直列接続されると共にＹ方向に並んだ複数の上記スイッチング素子を内蔵している、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記半導体モジュールは、互いに同じ方向に突出した複数の上記パワー端子からなるパワー端子群（２２０）を有し、Ｙ方向における上記モジュール本体部の第１端部（２１１）から上記パワー端子群までの距離（ｄ１）は、Ｙ方向における上記モジュール本体部の第２端部（２１２）から上記パワー端子群までの距離（ｄ２）よりも長く、上記第１端部側の上記隣接空間に、上記部品本体部の少なくとも一部が配置されており、上記第１端部と上記第２端部とは、Ｙ方向における互いに反対側の端部である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記パワー端子群のうち最も上記第１端部に近い位置に配された上記パワー端子は、その少なくとも一部が、上記モジュール本体部のＹ方向における中央に対して上記第２端部側の領域に、配置されている、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記パワー端子群は、３本以上の上記パワー端子を有し、上記パワー端子群のうちの過半数の上記パワー端子は、上記モジュール本体部のＹ方向における中央（Ｃ２１）に対して上記第２端部側の領域に収まるように配置されている、請求項４又は５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記半導体モジュールは、上記モジュール本体部における、上記パワー端子が突出した面とは異なる面から、制御端子（２３）を突出してなる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記パワー端子の一つに接続される出力配線（４１）の一部を保持する配線保持体（５）と、上記制御端子と接続される制御基板（６）と、をさらに有し、上記制御端子は、上記モジュール本体部から、上記パワー端子と反対側へ突出してなり、上記制御基板は、Ｚ方向において上記半導体モジュールに対向配置されており、上記配線保持体は、上記半導体モジュールに対してＹ方向における上記第２端部側に、配置されている、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記モジュール本体部は、上記スイッチング素子として、互いに直列接続された上アームスイッチング素子（２４ｕ）と下アームスイッチング素子（２４ｄ）とを内蔵しており、上記上アームスイッチング素子と上記下アームスイッチング素子とは、互いにＹ方向に並んで配置されており、上記上アームスイッチング素子は、上記下アームスイッチング素子よりも、上記第２端部側に配置され、上記制御基板は、上記半導体モジュールと上記配線保持体との双方に対して、Ｚ方向に対向しており、上記配線保持体は、上記出力配線に流れる電流を検出する電流センサ（７）を備えている、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
上記モジュール本体部は、上記スイッチング素子として、互いに直列接続された上アームスイッチング素子（２４ｕ）と下アームスイッチング素子（２４ｄ）とを内蔵しており、上記上アームスイッチング素子と上記下アームスイッチング素子とは、互いにＹ方向に並んで配置されており、上記上アームスイッチング素子は、上記下アームスイッチング素子よりも、上記第１端部側に配置され、上記制御基板は、上記半導体モジュールと上記配線保持体との双方に対して、Ｚ方向に対向しており、上記制御基板には、上記出力配線に流れる電流を検出する電流センサ（７）が搭載されている、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
上記パワー端子群において、Ｙ方向の上記第２端部に最も近い位置に配された上記パワー端子は、上記出力配線に接続される出力端子（２２Ａ）である、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
上記パワー端子群は、上記出力端子以外の上記パワー端子として、正極端子（２２Ｐ）と負極端子（２２Ｎ）とを有し、上記正極端子と上記負極端子とは、互いにＸ方向に並んで配置されている、請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
複数の上記半導体モジュールが互いにＸ方向に積層配置されており、複数の上記半導体モジュールは、Ｚ方向の同じ方向に、上記パワー端子を突出させている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
複数の上記半導体モジュールは、複数の冷却管（８１）と共に、Ｘ方向に積層されており、上記冷却管は、Ｙ方向に冷媒（ｗ）を流通させるよう構成されており、上記モジュール本体部の上記第１端部よりも上記第２端部側が、上記冷媒の上流側である、請求項１３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の電力変換装置として、例えば、実施形態１に開示されているような半導体モジュールを備えたものがある。かかる電力変換装置は、半導体モジュールの他に、例えば、コンデンサ等、半導体モジュールに電気的に接続された電子部品を備える。そして、これらの電子部品が、半導体モジュールと共に筐体に収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、電力変換装置の高出力化に伴い、電力変換装置の体格も大きくなりやすい。その一方で、電力変換装置の小型化が求められている。半導体モジュールと電子部品との配置関係によっては、デッドスペースが生じやすくなり、電力変換装置の小型化が困難となるおそれもある。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小型化しやすい電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、スイッチング素子（２４）を内蔵したモジュール本体部（２１）と、該モジュール本体部から該モジュール本体部の主面に平行な方向に突出したパワー端子（２２）とを備えた半導体モジュール（２）と、
上記半導体モジュールに電気的に接続される電子部品（３）と、を備えた電力変換装置（１）であって、
上記パワー端子の突出方向に平行な方向をＺ方向とし、上記モジュール本体部の主面の法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向としたとき、
上記モジュール本体部に対してＺ方向に隣接し、かつ、上記パワー端子に対してＹ方向に隣接する空間である、隣接空間（１１）に、上記電子部品の部品本体部（３１）の少なくとも一部が配置されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記電力変換装置においては、上記隣接空間に、上記電子部品の部品本体部の少なくとも一部を配置している。これにより、デッドスペースとなりやすい上記隣接空間を有効利用することができる。その結果、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。
【０００８】
以上のごとく、上記態様によれば、小型化しやすい電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１における、Ｘ方向から見た、電力変換装置の一部の説明図。
【図２】実施形態１における、半導体モジュールの正面説明図。
【図３】図３のIII矢視図。
【図４】実施形態１における、Ｚ方向から見た、電力変換装置の説明図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。
【図６】実施形態１における、電力変換装置の回路図。
【図７】実施形態１における、制御基板の一部の説明図。
【図８】実施形態２における、Ｘ方向から見た、電力変換装置の一部の説明図。
【図９】実施形態２における、制御基板の一部の説明図。
【図１０】実施形態４における、半導体モジュールの斜視説明図。
【図１１】図１０のXI矢視図。
【図１２】実施形態４における、Ｘ方向から見た、電力変換装置の一部の説明図。
【図１３】実施形態４における、Ｚ方向から見た、電力変換装置の一部の説明図。
【図１４】実施形態４における、電力変換装置の回路図。
【図１５】実施形態５における、Ｚ方向から見た、電力変換装置の一部の説明図。
【図１６】図１５におけるXVI−XVI線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図１に示すごとく、半導体モジュール２と、コンデンサ３と、を備えている。
【００１１】
半導体モジュール２は、モジュール本体部２１と、パワー端子２２とを備えている。モジュール本体部２１は、スイッチング素子２４を内蔵している。パワー端子２２は、モジュール本体部２１からモジュール本体部２１の主面に平行な方向に突出している。なお、主面に平行な方向は、主面に対して概略平行な方向であれば、これを含む。すなわち、パワー端子２２の突出方向が、主として、主面に平行な方向を向いていれば、若干傾斜していてもよい。
コンデンサ３は、半導体モジュール２に電気的に接続される電子部品である。
【００１２】
パワー端子２２の突出方向に平行な方向をＺ方向とする。モジュール本体部２１の主面の法線方向をＸ方向とする。Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向とする。
図２、図３に示すごとく、モジュール本体部２１に対してＺ方向に隣接し、かつ、パワー端子２２に対してＹ方向に隣接する空間を、隣接空間１１とする。なお、図２、図３に、隣接空間１１を、破線のハッチングを付した空間として示す。その隣接空間１１に、図１、図４に示すごとく、電子部品であるコンデンサ３の部品本体部３１の少なくとも一部が配置されている。
【００１３】
コンデンサ３は、コンデンサ素子を内蔵した部品本体部３１と、部品本体部３１から引き出されたコンデンサ端子（図示略）とを有する。つまり、部品本体部３１には、コンデンサ端子を含まない。すなわち、コンデンサ端子ではなく、部品本体部３１の少なくとも一部が隣接空間１１に配置される。なお、コンデンサ端子が隣接空間１１に配置されていてもよい。コンデンサ端子は、パワー端子２２に電気的に接続される。部品本体部３１は、絶縁樹脂によって、コンデンサ端子を封止している。
【００１４】
モジュール本体部２１は、図２、図６に示すごとく、互いに直列接続された複数のスイッチング素子２４を内蔵している。具体的には、高電位側の上アームスイッチング素子２４ｕと、低電位側の下アームスイッチング素子２４ｄとが、モジュール本体部２１に内蔵されている。そして、これらのスイッチング素子２４が、Ｙ方向に並んでいる。モジュール本体部２１は、スイッチング素子２４を、絶縁樹脂によって封止している。
【００１５】
半導体モジュール２は、図２、図３に示すごとく、互いに同じ方向に突出した複数のパワー端子２２からなるパワー端子群２２０を有する。Ｙ方向におけるモジュール本体部２１の第１端部２１１からパワー端子２２までの距離ｄ１は、Ｙ方向におけるモジュール本体部２１の第２端部２１２からパワー端子２２までの距離ｄ２よりも長い。第１端部２１１側の隣接空間１１に、部品本体部３１の少なくとも一部が配置されている。ここで、第１端部２１１と第２端部２１２とは、Ｙ方向における互いに反対側の端部である。
【００１６】
なお、上述の距離ｄ１とは、第１端部２１１側の端縁が、パワー端子群２２０に属するパワー端子２２のうち最も第１端部２１１に近い位置にあるパワー端子２２の当該端縁までの距離である。つまり、図２、図３において、左端のパワー端子２２（２２Ｎ）の左端縁と、第１端部２１１とのＹ方向の距離が、距離ｄ１である。
【００１７】
同様に、上述の距離ｄ２とは、第２端部２１２側の端縁が、パワー端子群２２０に属するパワー端子２２のうち最も第２端部２１２に近い位置にあるパワー端子２２の当該端縁までの距離である。つまり、図２、図３において、右端のパワー端子２２（２２Ａ）の右端縁と、第２端部２１２とのＹ方向の距離が、距離ｄ２である。
【００１８】
パワー端子群２２０のうち最も第１端部２１１に近い位置に配されたパワー端子２２は、その少なくとも一部が、モジュール本体部２１のＹ方向における中央Ｃ２１に対して第２端部２１２側の領域に、配置されている。
本形態においては、後述する負極端子２２Ｎの一部が、中央Ｃ２１に対して第２端部２１２側の領域に配置されている。さらに、本形態においては、最も第１端部２１１に近い側のパワー端子２２（ここでは、負極端子２２Ｎ）のＹ方向の中央Ｃ２２が、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも、第２端部２１２側に配されている。
【００１９】
パワー端子群２２０は、３本以上のパワー端子２２を有する。パワー端子群２２０のうちの過半数のパワー端子２２は、モジュール本体部２１のＹ方向における中央Ｃ２１に対して第２端部２１２側の領域に収まるように配置されている。
本形態においては、パワー端子群２２０は、３本のパワー端子２２からなる。それゆえ、その過半数である２本以上のパワー端子２２が中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側の領域に収まっている。すなわち、後述する出力端子２２Ａと正極端子２２Ｐとが、中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側の領域に収まっている。
【００２０】
図４、図５に示すごとく、電力変換装置１においては、複数の半導体モジュール２が互いにＸ方向に積層配置されている。複数の半導体モジュール２は、Ｚ方向の同じ方向に、パワー端子２２を突出させている。
【００２１】
半導体モジュール２は、図２、図５に示すごとく、モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面とは異なる面から、制御端子２３を突出してなる。本形態においては、制御端子２３は、モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面と反対側の面から突出している。すなわち、制御端子２３は、Ｚ方向において、パワー端子２２と反対向きに突出している。
【００２２】
電力変換装置１は、図１に示すごとく、配線保持体５と制御基板６とをさらに有する。配線保持体５は、パワー端子２２の一つに接続される出力配線としての出力バスバー４１を保持する。制御基板６には、制御端子２３が接続される。制御端子２３は、モジュール本体部２１から、パワー端子２２と反対側へ突出してなる。制御基板６は、Ｚ方向において半導体モジュール２に対向配置されている。配線保持体５は、図１、図４に示すごとく、半導体モジュール２に対してＹ方向における第２端部２１２側に、配置されている。
【００２３】
本形態において、配線保持体５は、出力バスバー４１と、外部配線（図示略）とを接続するための端子台である。つまり、端子台としての配線保持体５には、出力バスバー４１の端子を、外部配線の端子とともに載置し、ボルト等によって両者を締結することにより、接続することができるよう構成されている。ここで、外部配線は、例えば回転電機に接続される配線である。なお、配線保持体５は、樹脂成形体からなる。そして、配線保持体５は、電力変換装置１の筐体に固定されている。
【００２４】
図２、図６に示すごとく、モジュール本体部２１は、スイッチング素子２４として、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとを内蔵している。上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとは、互いにＹ方向に並んで配置されている。上アームスイッチング素子２４ｕは、下アームスイッチング素子２４ｄよりも、第２端部２１２側に配置されている。図１に示すごとく、制御基板６は、半導体モジュール２と配線保持体５との双方に対して、Ｚ方向に対向している。配線保持体５は、出力バスバー４１に流れる電流を検出する電流センサ７を備えている。
【００２５】
制御基板６の主面がＺ方向を向いており、モジュール本体部２１及び配線保持体５に、Ｚ方向から対向している。電流センサ７の信号線７１は、配線保持体５から制御基板６側へ突出している。そして、信号線７１が、制御基板６に接続されている。
また、図２に示すごとく、制御端子２３としては、上アームスイッチング素子２４ｕに接続される制御端子２３ｕと、下アームスイッチング素子２４ｄに接続される制御端子２３ｄとがある。そして、上アーム側の制御端子２３ｕは、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側の領域に配置されている。下アーム側の制御端子２３ｄは、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第１端部２１１側の領域に配置されている。
【００２６】
図１〜図４に示すごとく、パワー端子群２２０において、Ｙ方向の第２端部２１２に最も近い位置に配されたパワー端子２２は、出力バスバー４１に接続される出力端子２２Ａである。
本形態においては、パワー端子群２２０は、３本のパワー端子２２を有する。そして、３本のパワー端子２２のうち、最も第２端部２１２側に、出力端子２２Ａが配されている。すなわち、図１、図２に示すごとく、３本のパワー端子２２のうち、出力端子２２Ａが、Ｙ方向における最も配線保持体５に近い位置に配置されている。
【００２７】
パワー端子群２２０に属する出力端子２２Ａ以外のパワー端子２２としては、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとがある。本形態においては、パワー端子群２２０のうち、負極端子２２Ｎが、Ｙ方向における最も第１端部２１１に近い位置に配置されている。正極端子２２Ｐは、Ｙ方向において、負極端子２２Ｎと出力端子２２Ａとの間に配置されている。  このように、本形態においては、３本のパワー端子２２は、Ｙ方向に並んで配置されている。
【００２８】
図６に回路図を示すように、本実施形態の電力変換装置１は、例えば、車両に搭載されるインバータである。そして、直流電源ＢＡＴと三相交流の回転電機ＭＧとの間において、直流電力と交流電力との電力変換を行う。電力変換装置１のスイッチング回路部は、３相のレグを備える。すなわち、３相のレグは、直流電源ＢＡＴの正極に接続される正極配線１２Ｐと、直流電源ＢＡＴの負極に接続される負極配線１２Ｎとの間に、互いに並列に接続されている。各レグは、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとによって形成されている。これらの上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとが、一つの半導体モジュール２に内蔵されている。
【００２９】
そして、各レグにおける、上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとの接続点が、それぞれ出力配線（すなわち出力バスバー４１）を介して、回転電機ＭＧの３つの電極に接続されている。また、直流電源ＢＡＴとスイッチング回路部との間において、正極配線と負極配線とを懸架するように、コンデンサ３が接続されている。また、各スイッチング素子２４には、フライホイールダイオードが逆並列接続されている。
【００３０】
なお、スイッチング素子２４は、ＩＧＢＴにて構成することができる。ここで、ＩＧＢＴは、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略である。また、スイッチング素子２４は、ＭＯＳＦＥＴとすることもできる。ＭＯＳＦＥＴは、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、金属酸化物電界効果トランジスタの略である。
【００３１】
図４に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、複数の冷却管８１と共に、Ｘ方向に積層されている。冷却管８１は、Ｙ方向に冷媒ｗを流通させるよう構成されている。モジュール本体部２１の第１端部２１１よりも第２端部２１２側が、冷媒ｗの上流側である。配線保持体５は、冷却管８１に対して、Ｙ方向における、コンデンサ３と反対側の位置に配置されている。なお、図１においては、冷却管８１を省略してある。
【００３２】
半導体モジュール２は、略直方体形状のモジュール本体部２１を有する。モジュール本体部２１は、他の面よりも面積の大きい一対の主面を備えている。この主面の法線方向が、Ｘ方向である。また、半導体モジュール２のパワー端子２２は、略板状に形成されている。パワー端子２２の主面は、モジュール本体部２１の主面と略平行である。
図２に示すごとく、モジュール本体部２１は、その両主面に、放熱板２１３を露出させている。冷却管８１は、半導体モジュール２の放熱板２１３に熱的に接触するように、配置されている。
【００３３】
冷却管８１は、内部に冷媒ｗを流通させる冷媒流路を備えている。Ｘ方向に隣り合う冷却管８１同士は、Ｙ方向における両端部付近において、連結管８２によって接続されている。また、Ｘ方向の一端に配された冷却管８１には、冷媒ｗを導入する冷媒導入管８３と、冷媒ｗを排出する冷媒排出管８４とが設けてある。冷却管８１は、アルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属によって構成されている。
【００３４】
冷媒導入管８３から導入された冷媒ｗは、適宜、連結管８２を介して各冷却管８１に流入する。冷却管８１に導入された冷媒ｗは、Ｙ方向に流れる。このときの冷媒ｗの流れる向きは、モジュール本体部２１の第２端部２１２側から第１端部２１１側へ向かう向きである。そして、この間に、冷媒ｗは、モジュール本体部２１と熱交換を行うことで、モジュール本体部２１を冷却する。受熱した冷媒ｗは、第１端部２１１側の連結管８２を適宜介して、冷媒排出管８４から排出される。
【００３５】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、上記隣接空間１１に、コンデンサ３の部品本体部３１の少なくとも一部を配置している。これにより、デッドスペースとなりやすい隣接空間１１を有効利用することができる。その結果、電力変換装置１の小型化を容易にすることができる。
【００３６】
モジュール本体部２１は、互いに直列接続された複数のスイッチング素子２４を内蔵している。それゆえ、単数のスイッチング素子が内蔵されている場合に比べ、モジュール本体部２１が大型化しやすい。それゆえ、隣接空間１１が大きくなりやすい。そこで、この隣接空間１１を有効活用することにより、効果的に電力変換装置１の小型化を図ることができる。特に、複数のスイッチング素子２４がＹ方向に並んで配置されているため、隣接空間１１が大きくなりやすい。本形態においては、この隣接空間１１をデッドスペースとすることなく、有効活用している。
【００３７】
図２、図３に示すごとく、モジュール本体部２１の第１端部２１１からパワー端子群２２０までの距離ｄ１は、モジュール本体部２１の第２端部２１２からパワー端子群２２０までの距離ｄ２よりも長い。そして、第１端部２１１側の隣接空間１１に、部品本体部３１の少なくとも一部が配置されている。それゆえ、より効果的に、デッドスペースを有効利用することができる。すなわち、一つの半導体モジュール２に対して、隣接空間１１は、２か所に形成され得る。そして、その２か所の隣接空間１１の大きさに差を設けたうえで、大きい方の隣接空間１１に、部品本体部３１の少なくとも一部を配置している。それゆえ、デッドスペースを極力低減することが可能となる。その結果、電力変換装置１の小型化を効果的に図ることができる。
【００３８】
パワー端子群２２０のうち最も第１端部２１１に近い位置に配されたパワー端子２２は、その少なくとも一部が、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１に対して第２端部２１２側の領域に、配置されている。これにより、第１端部２１１側の隣接空間１１を大きくすることができる。そして、その隣接空間１１に、コンデンサ３の部品本体部３１を配置することで、空間を一層効率的に利用することができる。その結果、電力変換装置１の一層の小型化を実現することができる。
【００３９】
３本以上のパワー端子２２を有するパワー端子群２２０のうちの過半数のパワー端子２２が、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１に対して第２端部２１２側の領域に収まるように配置されている。これにより、パワー端子群２２０を、第２端部２１２に近づけやすくなる。その結果、第２端部２１２側の隣接空間１１を小さくしやすい。それゆえ、デッドスペースを低減しやすい。また、第１端部２１１側の隣接空間１１は、大きくなりやすいが、その隣接空間１１には、コンデンサ３の部品本体部３１が配置されるため、電力変換装置１の小型化を図りやすい。
【００４０】
また、モジュール本体部２１における、パワー端子２２が突出した面とは異なる面から、制御端子２３が突出している。それゆえ、隣接空間１１には、制御端子２３が存在しない状態とすることができる。それゆえ、この隣接空間１１にコンデンサ３の部品本体部３１を配置して、有効利用することで、効果的に電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００４１】
制御端子２３はパワー端子２２と反対側へ突出し、制御基板６はＺ方向において半導体モジュール２に対向配置され、配線保持体５は半導体モジュール２に対して第２端部２１２側に配置されている。これにより、半導体モジュール２とコンデンサ３と配線保持体５と制御基板６とをコンパクトに配置しやすくなる。また、これらの間の電気的配線も短くしやすくなる。
【００４２】
モジュール本体部２１において、上アームスイッチング素子２４ｕは下アームスイッチング素子２４ｄよりも第２端部２１２側に配置されている。また、制御基板６は、半導体モジュール２と配線保持体５との双方に対して、Ｚ方向に対向している。配線保持体５は、電流センサ７を備えている。かかる構成によって、図７に示すごとく、制御基板６における配線設計（すなわち、アートワーク）を容易にすることができる。
【００４３】
制御基板６は、半導体モジュール２及び配線保持体５に対して、Ｚ方向に対向するように配置されている。それゆえ、制御基板６は、配線保持体５側（すなわち、図７の右側）に大きく面積を取りやすい。一方、上アームスイッチング素子２４ｕの制御端子２３は、Ｕ相とＶ相とＷ相との間の沿面距離を稼ぐことが求められる。それゆえ、制御基板６において、上アーム側の制御端子２３ｕが接続されるプリント配線の形成領域を広く取ることが求められる。つまり、上アーム側の領域６ｕにおいては、図７に示すごとく、Ｕ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｕと、Ｖ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｖと、Ｗ相の制御端子２３が接続されるプリント配線の形成領域６Ｗとは、互いに充分な沿面距離を介して離れて形成される。そうすると、制御基板６における上アーム側の領域６ｕは、大きくなりやすい。
【００４４】
一方、下アーム側の制御端子２３ｄが接続されるプリント配線の形成領域６ｄは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の間において、特に沿面距離を設ける必要がない。それゆえ、この領域６ｄは比較的小さくしやすい。
そこで、上アーム側の領域６ｕを、配線保持体５に近い側とすることで、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
【００４５】
パワー端子群２２０において、第２端部２１２に最も近い位置に配されたパワー端子２２は、出力端子２２Ａである。これにより、出力端子２２Ａを配線保持体５に近づけることができる。その結果、出力配線の引き回しを簡素化することができ、出力配線を短くすることができる。
【００４６】
図４、図５に示すごとく、複数の半導体モジュール２が互いにＸ方向に積層配置されており、複数の半導体モジュール２は、Ｚ方向の同じ方向に、パワー端子２２を突出させている。これにより、複数の半導体モジュール２及びその周囲の部品をコンパクトに配置しやすくなる。そして、この場合、複数の隣接空間１１がＸ方向に並ぶこととなる。これらの隣接空間１１に跨るように、コンデンサ３の部品本体部３１の少なくとも一部を配置することができる。その結果、複数の隣接空間１１を、一層有効利用することができる。
【００４７】
冷却管８１は、モジュール本体部２１の第１端部２１１よりも第２端部２１２側が、冷媒ｗの上流側である。これにより、モジュール本体部２１における、より高温となりやすい第２端部２１２側の部分を、より低温となりやすい冷媒ｗによって冷却することができる。すなわち、半導体モジュール２は、モジュール本体部２１における第２端部２１２側にパワー端子群２２０が偏った配置となっている。この場合、モジュール本体部２１においては、第２端部２１２側において、パワー端子２２とスイッチング素子２４との間の電流経路が短くなりやすい。これに伴い、モジュール本体部２１内における第２端部２１２側の領域の方が、多くの電流が流れやすくなり、発熱量も多くなりやすい。一方、冷却管８１における冷媒ｗは、上流側の方が低温である。それゆえ、発熱量が多くなりやすい第２端部２１２側を、冷却管８１における冷媒ｗの上流側とする。これにより、モジュール本体部２１を全体として効率的に冷却することができる。
【００４８】
以上のごとく、本実施形態によれば、小型化しやすい電力変換装置を提供することができる。
【００４９】
（実施形態２）
本形態は、図８に示すごとく、モジュール本体部２１において、上アームスイッチング素子２４ｕが、下アームスイッチング素子２４ｄよりも、第１端部２１１側に配置されている形態である。そして、制御基板６に、電流センサ７が搭載されている。
【００５０】
本形態においては、パワー端子群２２０のうち、正極端子２２Ｐが、Ｙ方向における最も第１端部２１１に近い位置に配置されている。負極端子２２Ｎは、Ｙ方向において、正極端子２２Ｐと出力端子２２Ａとの間に配置されている。また、上アーム側の制御端子２３ｕは、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第１端部２１１側の領域に配置されている。下アーム側の制御端子２３ｄは、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側の領域に配置されている。
【００５１】
出力バスバー４１は、配線保持体５に保持されると共に、制御基板６を貫通している。そして、制御基板６における、出力バスバー４１が貫通する箇所に、電流センサ７が配置されている。これにより、電流センサ７が出力バスバー４１に流れる電流を検出することができるよう構成されている。なお、図９に示すごとく、電流センサ７は３個設けてあり、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力バスバー４１に流れる電流を検出するよう構成されている。
【００５２】
本形態において、配線保持体５は、出力バスバー４１の一部をインサートした樹脂成形体からなる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００５３】
本形態においては、下記の観点で、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
すなわち、上述したように、下アーム側の制御端子２３ｄが接続されるプリント配線の形成領域６ｄは、上アーム側の制御端子２３ｕが接続されるプリント配線の形成領域６ｕと比べて、小さくしやすい。
【００５４】
それゆえ、下アーム側の領域６ｄを、配線保持体５に近い側とすることで、制御基板６における配線保持体５とＺ方向に対向する領域を、電流センサ７の搭載スペースとして確保しやすくなる。このように、本形態においても、制御基板６における配線設計を容易にすることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００５５】
（実施形態３）
本形態は、図１０、図１１に示すごとく、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが、互いにＸ方向に並んで配置されている形態である。
【００５６】
半導体モジュール２は、３本のパワー端子２２として、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎと出力端子２２Ａとを有する。そして、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが、Ｘ方向に並んで配置されている。すなわち、Ｘ方向から見たとき、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが互いに重なるように配置されている。
【００５７】
正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとは、互いの主面をＸ方向に対向させるように配置されている。また、本形態においては、３本のパワー端子２２は、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも、第２端部２１２側の領域に収まるように配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００５８】
本形態においては、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとが、互いの主面をＸ方向に対向させるように配置されている。これにより、パワー端子群２２０の配置スペースを、Ｙ方向において、短くすることができる。それゆえ、隣接空間１１がＹ方向に大きく生じやすい。この隣接空間１１に、コンデンサ３の部品本体部３１の少なくとも一部を配置することで、一層の省スペース化を図ることができる。
【００５９】
また、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとにおけるインダクタンスを低減することができる。すなわち、互いに逆向きに電流が流れる、正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとを、互いに対向させることで、両者のそれぞれに起因する磁界を打ち消し合うことができる。その結果、インダクタンス低減を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００６０】
（実施形態４）
本形態は、図１２〜図１４に示すごとく、複数の上アームスイッチング素子２４ｕと複数の下アームスイッチング素子２４ｄとを、一つの半導体モジュール２０に内蔵した形態である。
【００６１】
すなわち、実施形態１と同様に、半導体モジュール２０のモジュール本体部２１は、上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとを内蔵したものではある。これに加えて、モジュール本体部２１は、互いに並列接続された複数のスイッチング素子２４を内蔵しているものでもある。
【００６２】
そして、図１２に示すごとく、２個の上アームスイッチング素子２４ｕと２個の下アームスイッチング素子２４ｄとが、Ｙ方向に並んで配置されている。すなわち、４つのスイッチング素子２４が、Ｙ方向に並んで配置されている。具体的には、互いに並列接続された２個の上アームスイッチング素子２４ｕが、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側に配置されている。互いに並列接続された２個の下アームスイッチング素子２４ｄが、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第１端部２１１側に配置されている。
【００６３】
制御端子２３は、４つのグループに分かれて、いずれもＺ方向におけるパワー端子２２と反対側に突出している。具体的には、４つのスイッチング素子２４にそれぞれ接続された制御端子２３は、それぞれのスイッチング素子２４に対応するＹ方向の位置に、配置されている。
【００６４】
本形態においては、パワー端子群２２０における３本のパワー端子２２は、すべて、モジュール本体部２１の中央Ｃ２１よりも第２端部２１２側の領域に配置されている。そして、第１端部２１１側の隣接空間１１に、コンデンサ３の一部が配置されている。
【００６５】
４つのスイッチング素子２４を内蔵した半導体モジュール２０は、図１３に示すごとく、複数個、Ｘ方向に配列されている。同図においては、冷却管は記載されていないが、実施形態１（図４参照）と同様に、複数の半導体モジュール２０は、冷却管と共に積層されていてもよい。
【００６６】
そして、積層配置された複数の半導体モジュール２０に隣接する複数の隣接空間１１にわたって、コンデンサ３の一部が配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００６７】
本形態においては、隣接空間１１がより大きくなりやすい。そのため、この隣接空間１１にコンデンサ３を配置することで、一層効果的に、省スペース化を図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００６８】
なお、本形態において、上アームスイッチング素子２４ｕと下アームスイッチング素子２４ｄとの配置を逆にした構成とすることもできる。この場合、これに応じて、３つのパワー端子２２の配列や制御端子２３の配列を対応させることとなる。
【００６９】
（実施形態５）
本形態は、図１５、図１６に示すごとく、内蔵するスイッチング素子２４の数が異なる複数の半導体モジュール２０を備えた電力変換装置１の形態である。
すなわち、図１５に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、スイッチング素子２４を４個内蔵した半導体モジュール２０と、スイッチング素子２４を２個内蔵した半導体モジュール２００との双方を有する。
【００７０】
スイッチング素子２４を４個内蔵した半導体モジュール２０は、実施形態４（図１２参照）において示したものと同様である。スイッチング素子２４を２個内蔵した半導体モジュール２００は、パワー端子２２の配置以外に関して、実施形態１（図２参照）において示したものと同様である。半導体モジュール２００は、図１５、図１６に示すごとく、パワー端子群２２０が特に第２端部２１２側に偏って配置されているわけではなく、モジュール本体部２１の中央２１Ｃを中心に、略線対称に配置されている。
【００７１】
本形態の電力変換装置１は、上記２種類の半導体モジュール２０、２００を、図１５に示すごとく、一緒にＸ方向に積層する。このとき、各半導体モジュール２０、２００における３本のパワー端子２２は、いずれもＹ方向の同じ位置に配置されている。そして、各半導体モジュール２０、２００の正極端子２２Ｐ同士、負極端子２２Ｎ同士、出力端子２２Ａ同士は、いずれも、Ｘ方向に重なる位置に配置されている。
【００７２】
また、スイッチング素子２４を２個内蔵する半導体モジュール２００のモジュール本体部２１は、スイッチング素子２４を４個内蔵する半導体モジュール２０のモジュール本体部２１よりも、Ｙ方向の長さが短い。それゆえ、図示を省略する冷却管と共にこれらの半導体モジュール２０、２００を積層して、積層方向にこれらを加圧すると、各半導体モジュール２０、２００にかかる加圧力にバラツキが生じるおそれがある。そこで、半導体モジュール２００に対して、Ｙ方向に隣り合う位置に、半導体モジュール２００と同じＸ方向の厚みを有するスペーサ２９を配置している。
【００７３】
図１６に示すごとく、スペーサ２９のＺ方向の寸法は、半導体モジュール２０、２００と略同等である。また、半導体モジュール２０と半導体モジュール２００とも、Ｚ方向の寸法は互いに同等である。なお、図１６は、図１５におけるXVI−XVI線矢視断面図である。また、図１５におけるXII矢視は、実施形態４の図１２と同様に表れる。
【００７４】
図１５に示すごとく、スペーサ２９に対してＺ方向の一方に隣り合う空間１１９は、半導体モジュール２０の隣接空間１１と、Ｘ方向に並ぶこととなる。そして、空間１１９と隣接空間１１とにわたって、コンデンサ３の一部が配置されている。なお、半導体モジュール２００における第１端部２１１側の隣接空間１１にも、コンデンサ３の一部が配置されている。ただし、この半導体モジュール２００の隣接空間１１には、コンデンサ３の一部が配置されずに、半導体モジュール２０の隣接空間１１に、コンデンサ３の一部が配置された構成とすることもできる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００７５】
本形態においては、複数種類の半導体モジュール２０、２００を備えた電力変換装置１においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、複数種類の大きさの半導体モジュール２０、２００を用いる場合、本形態のようにスペーサ２９を用いることとなることもある。このスペーサ２９は、特に端子を設ける必要がないため、その端子がない分、空間１１９が生じる。この空間１１９を、隣接空間１１と共に有効活用することにより、効果的に省スペース化を図ることができる。
本形態は、例えば、複数の交流負荷を駆動する電力変換装置に適用することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００７６】
上記実施形態においては、隣接空間に配置する電子部品をコンデンサとした形態を示したが、隣接空間に配置する電子部品は、これに限られることはない。この電子部品として、例えば、リアクトルなど、他の部品を配置することもできる。
【００７７】
また、上記実施形態においては、複数の半導体モジュールをＸ方向に積層した形態を示したが、必ずしもこれに限られるものでもない。例えば、一つの半導体モジュールの隣接空間に、電子部品の少なくとも一部が配置された構成としてもよい。また、一つの半導体モジュールと、その両主面に配置した一対の冷却管とからなる構成としてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態においては、半導体モジュールが複数のスイッチング素子を内蔵したものにつき、説明したが、これに限られるものではない。すなわち、内蔵するスイッチング素子が１個である半導体モジュールを用いた電力変換装置とすることもできる。
【００７９】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  電力変換装置
１１  隣接空間
２  半導体モジュール
２１  モジュール本体部
２２  パワー端子
３  コンデンサ（電子部品）
３１  部品本体部
【図１】
2019118164.tif 000003
【図２】
2019118164.tif 000004
【図３】
2019118164.tif 000005
【図４】
2019118164.tif 000006
【図５】
2019118164.tif 000007
【図６】
2019118164.tif 000008
【図７】
2019118164.tif 000009
【図８】
2019118164.tif 000010
【図９】
2019118164.tif 000011
【図１０】
2019118164.tif 000012
【図１１】
2019118164.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019118164.tif 000015
【図１４】
2019118164.tif 000016
【図１５】
2019118164.tif 000017
【図１６】
2019118164.tif 000018