(57)【要約】【課題】半導体モジュールに対する密封性を確保しながら、耐久性の低下を抑制する。【解決手段】電力変換装置１は、積層体７１と、支持フレーム６３と、接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６と、ケース６７と、を備える。積層体７１は、複数の半導体モジュール６１と、冷却体６２が交互に積層されて形成されている。支持フレーム６３は、積層体７１を支持する。接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６は、積層体７１を積層方向（第１方向Ｄ１）において支持フレーム６３に押し付ける。ケース６７は、支持フレーム６３とは別体に形成され、積層体７１、支持フレーム６３、接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６を収容する。【選択図】図１
2019122136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換用のスイッチング素子を有する複数の半導体モジュールと、冷媒が流通する冷媒流路を有する複数の冷却体と、が積層されて配置された積層体と、
前記積層体を支持する支持フレームと、
前記積層体を積層方向において前記支持フレームに押し付ける押付部材と、
前記支持フレームとは別体に形成され、前記積層体、前記支持フレーム、及び前記押付部材を収容するケースと、
を備える、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記支持フレームは、
前記積層方向の両端に配置された第１端部及び第２端部と、
前記積層方向に直交する方向の両端に配置された第３端部及び第４端部とを有して構成される枠状体を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記支持フレームの前記第３端部及び前記第４端部には、
前記積層方向に直交する方向に見たときに、前記積層体と重なる位置に開放部が形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記支持フレームの前記第１端部及び前記第２端部には、
前記積層方向に見たときに、前記積層体と重なる位置に第２の開放部が形成されている、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記支持フレームの前記枠状体には、前記枠状体の内側を貫通する開口部が形成されている、
ことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記開口部に臨んで配置されるゲートドライブ回路と、
前記開口部を通じて前記半導体モジュールと前記ゲートドライブ回路とを接続する信号線と、
を備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記支持フレームは、
前記ケースに固定される固定部を備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項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】
従来、半導体積層ユニットと、半導体積層ユニットを収容する筐体と、筐体の開口孔に挿入された加圧部材と、筐体の開口孔を閉塞する閉塞部材と、閉塞部材と筐体の表面との間をシールするシール部材と、を備える電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電力変換装置において、閉塞部材は、半導体積層ユニットの積層方向において、加圧部材を半導体積層ユニットに押し付ける。加圧部材は、弾性力によって半導体積層ユニットを積層方向に加圧し、半導体積層ユニットを筐体内の壁部に押し付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０４３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る電力変換装置は、半導体積層ユニットを支持する筐体の内部を密に維持するために筐体と閉塞部材との間をシールするシール部材を備えている。しかしながら、シール部材が筐体と閉塞部材との間の可動部位に設けられたことに起因して、シール部材に振動が加わりやすくなり、シール部材が劣化し易くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、半導体モジュールに対する密封性を確保しながら、シール部材の耐久性の低下を抑制することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換用のスイッチング素子（例えば、実施形態での各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，Ｓ１，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ，Ｓ２）を有する複数の半導体モジュール（例えば、実施形態での半導体モジュール６１）と、冷媒が流通する冷媒流路（例えば、実施形態での冷媒流路６２ａ）を有する複数の冷却体（例えば、実施形態での冷却体６２）と、が積層されて配置された積層体（例えば、実施形態での積層体７１）と、前記積層体を支持する支持フレーム（例えば、実施形態での支持フレーム６３）と、前記積層体を積層方向（例えば、実施形態での第１方向Ｄ１）において前記支持フレームに押し付ける押付部材（例えば、実施形態での接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６）と、前記支持フレームとは別体に形成され、前記積層体、前記支持フレーム、及び前記押付部材を収容するケース（例えば、実施形態でのケース６７）と、を備える。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の電力変換装置では、前記支持フレームは、前記積層方向の両端に配置された第１端部（例えば、実施形態での第１端部８１）及び第２端部（例えば、実施形態での第２端部８２）と、前記積層方向に直交する方向の両端に配置された第３端部（例えば、実施形態での第３端部８３）及び第４端部（例えば、実施形態での第４端部８４）とを有して構成される枠状体（例えば、実施形態での矩形枠状体８５）を備えてもよい。
【０００８】
（３）上記（２）に記載の電力変換装置では、前記支持フレームの前記第３端部及び前記第４端部には、前記積層方向に直交する方向に見たときに、前記積層体と重なる位置に開放部（例えば、実施形態での第３開放部８３ａ及び第４開放部８４ａ）が形成されてもよい。
【０００９】
（４）上記（２）又は（３）に記載の電力変換装置では、前記支持フレームの前記第１端部及び前記第２端部には、前記積層方向に見たときに、前記積層体と重なる位置に第２の開放部（例えば、実施形態での第１開放部８１ａ及び第２開放部８２ａ）が形成されてもよい。
【００１０】
（５）上記（２）から（４）の何れか１つに記載の電力変換装置では、前記支持フレームの前記枠状体には、前記枠状体の内側を貫通する開口部（例えば、実施形態での第２開口部８５ｄ）が形成されてもよい。
【００１１】
（６）上記（５）に記載の電力変換装置は、前記開口部に臨んで配置されるゲートドライブ回路（例えば、実施形態でのゲートドライブユニット２９）と、前記開口部を通じて前記半導体モジュールと前記ゲートドライブ回路とを接続する信号線（例えば、実施形態での制御電極７０ａ，７０ｂ）と、を備えてもよい。
【００１２】
（７）上記（１）から（６）の何れか1つに記載の電力変換装置では、前記支持フレームは、前記ケースに固定される固定部（例えば、実施形態での固定部６３ｂ）を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記（１）によれば、積層体を支持する支持フレームとは別体に形成されたケースを備えるので、積層体を密封する場合には、ケースをシールするシール部材を備えればよいため、例えば、シール部材が可動部位に設けられる場合に比べて、シール部材の劣化又は耐久性の低下を抑制することができる。
【００１４】
上記（２）の場合、枠状体によって積層体を安定的に支持することができる。
【００１５】
上記（３）の場合、枠状体の厚さ方向から積層体を支持フレームに組み付ける場合であっても、開放部を介して積層体の保持が容易となり、作業効率を向上させることができる。また、第３端部及び第４端部に開放部が形成されていない場合に比べて、支持フレームを軽量化することができる。
【００１６】
上記（４）の場合、例えば、積層体が、位置決め用の部材又は冷却体に接続される冷媒供給管及び冷媒排出管などを、積層方向の外方に突出させて備える場合であっても、積層体から突出する部位を第２の開放部に配置することができ、積層体を枠状体の厚さ方向から支持フレームに容易に組み付けることができる。また、第１端部及び第２端部に第２の開放部が形成されていない場合に比べて、支持フレームを軽量化することができる。
【００１７】
上記（５）の場合、枠状体の内側を貫通する開口部を通じて積層体に他の機器を接続することができ、追加的な部材を必要とせずにケースによって密封性を確保することができる。また、開口部が形成されていない場合に比べて、支持フレームを軽量化することができる。
【００１８】
上記（６）の場合、枠状体の内側を貫通する開口部を通じて信号線によって半導体モジュールとゲートドライブ回路とを効率的に接続することができる。
【００１９】
上記（７）の場合、ケースに対して支持フレームを着脱可能に構成することができ、支持フレームの置き換えを可能にすることで、電力変換装置の汎用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電力変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電力変換装置の一部の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力変換装置の一部の構成を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電力変換装置の支持フレームの構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置において図２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電力変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態による電力変換装置は、モータとバッテリとの間の電力授受を制御する。例えば、電力変換装置は、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の構成を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線矢視図である。図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の一部の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の一部の構成を示す分解斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の支持フレームの構成を示す斜視図である。
【００２４】
＜車両＞
図３に示すように、車両１０は、電力変換装置１に加えて、バッテリ１１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用の第１モータ１２（ＭＯＴ）、発電用の第２モータ１３（ＧＥＮ）と、を備えている。
バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ１１は、電力変換装置１の直流コネクタ１ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備えている。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
【００２５】
第１モータ１２は、バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。第２モータ１３は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させる。ここで、第２モータ１３には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されている。例えば、第１モータ１２及び第２モータ１３の各々は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。第１モータ１２及び第２モータ１３の各々は、インナーロータ型である。各モータ１２，１３は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、をそれぞれ備えている。第１モータ１２の３相のステータ巻線は、電力変換装置１の第１の３相コネクタ１ｂに接続されている。第２モータ１３の３相のステータ巻線は、電力変換装置１の第２の３相コネクタ１ｃに接続されている。
【００２６】
＜電力変換装置＞
電力変換装置１は、パワーモジュール２１と、リアクトル２２と、コンデンサユニット２３と、抵抗器２４と、第１電流センサ２５と、第２電流センサ２６と、第３電流センサ２７と、電子制御ユニット２８（ＭＯＴ  ＧＥＮ  ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット２９（Ｇ／Ｄ  ＶＣＵ  ＥＣＵ）と、を備えている。
パワーモジュール２１は、第１電力変換回路部３１と、第２電力変換回路部３２と、第３電力変換回路部３３と、を備えている。第１電力変換回路部３１は、第１の３相コネクタ１ｂによって第１モータ１２の３相のステータ巻線に接続されている。第１電力変換回路部３１は、バッテリ１１から第３電力変換回路部３３を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換する。第２電力変換回路部３２は、第２の３相コネクタ１ｃによって第２モータ１３の３相のステータ巻線に接続されている。第２電力変換回路部３２は、第２モータ１３から入力される３相交流電力を直流電力に変換する。第２電力変換回路部３２によって変換された直流電力は、バッテリ１１及び第１電力変換回路部３１の少なくとも一方に供給することが可能である。
【００２７】
第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備えている。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとが、それぞれブリッジ接続されている。
【００２８】
ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨは、コレクタが正極バスバーＰＩに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーＰＩは、コンデンサユニット２３の正極バスバー５０ｐに接続されている。
ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、エミッタが負極バスバーＮＩに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーＮＩは、コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎに接続されている。
【００２９】
各相においてハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタは、接続点ＴＩにおいてローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続されている。
第１電力変換回路部３１の各相において接続点ＴＩを形成する第１バスバー５１は第１入出力端子Ｑ１に接続されている。第１入出力端子Ｑ１は、第１の３相コネクタ１ｂに接続されている。第１電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩは、第１バスバー５１、第１入出力端子Ｑ１、及び第１の３相コネクタ１ｂを介して第１モータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。
【００３０】
第２電力変換回路部３２の各相において接続点ＴＩを形成する第２バスバー５２は第２入出力端子Ｑ２に接続されている。第２入出力端子Ｑ２は、第２の３相コネクタ１ｃに接続されている。第２電力変換回路部３２の各相の接続点ＴＩは、第２バスバー５２、第２入出力端子Ｑ２、及び第２の３相コネクタ１ｃを介して第２モータ１３の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
【００３１】
第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々は、ゲートドライブユニット２９から各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。第１電力変換回路部３１は、バッテリ１１から第３電力変換回路部３３を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換し、第１モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。第２電力変換回路部３２は、第２モータ１３の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、第２モータ１３の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する。
【００３２】
第３電力変換回路部３３は、電圧コントロールユニット（ＶＣＵ）である。第３電力変換回路部３３は、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子を備えている。例えば、第３電力変換回路部３３は、ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１及びローサイドアームの第２トランジスタＳ２を備えている。
【００３３】
第１トランジスタＳ１は、コレクタが正極バスバーＰＶに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの正極バスバーＰＶは、コンデンサユニット２３の正極バスバー５０ｐに接続されている。第２トランジスタＳ２は、エミッタが負極バスバーＮＶに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの負極バスバーＮＶは、コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎに接続されている。コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎは、バッテリ１１の負極端子ＮＢに接続されている。ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１のエミッタはローサイドアームの第２トランジスタＳ２のコレクタに接続されている。第３電力変換回路部３３は、第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の各々のコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
【００３４】
ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１とローサイドアームの第２トランジスタＳ２との接続点を形成する第３バスバー５３は、リアクトル２２に接続されている。リアクトル２２の両端は、第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の接続点と、バッテリ１１の正極端子ＰＢとに接続されている。リアクトル２２は、コイルと、コイルの温度を検出する温度センサとを備えている。温度センサは、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。
【００３５】
第３電力変換回路部３３は、ゲートドライブユニット２９から第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の各々のゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、トランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００３６】
第３電力変換回路部３３は、昇圧時において、第２トランジスタＳ２がオン（導通）及び第１トランジスタＳ１がオフ（遮断）に設定される第１状態と、第２トランジスタＳ２がオフ（遮断）及び第１トランジスタＳ１がオン（導通）に設定される第２状態とを交互に切り替える。第１状態では、順次、バッテリ１１の正極端子ＰＢ、リアクトル２２、第２トランジスタＳ２、バッテリ１１の負極端子ＮＢへと電流が流れ、リアクトル２２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第２状態では、リアクトル２２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル２２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトル２２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ１１の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間に印加される。
【００３７】
第３電力変換回路部３３は、回生時において、第２状態と、第１状態とを交互に切り替える。第２状態では、順次、第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ、第１トランジスタＳ１、リアクトル２２、バッテリ１１の正極端子ＰＢへと電流が流れ、リアクトル２２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第１状態では、リアクトル２２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトル２２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトル２２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間の電圧よりも低い降圧電圧がバッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に印加される。
【００３８】
コンデンサユニット２３は、第１平滑コンデンサ４１と、第２平滑コンデンサ４２と、ノイズフィルタ４３と、を備えている。
【００３９】
第１平滑コンデンサ４１は、バッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に接続されている。第１平滑コンデンサ４１は、第３電力変換回路部３３の回生時における第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第２平滑コンデンサ４２は、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間、並びに第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間に接続されている。第２平滑コンデンサ４２は、正極バスバー５０ｐ及び負極バスバー５０ｎを介して、複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ、並びに正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶに接続されている。第２平滑コンデンサ４２は、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。第２平滑コンデンサ４２は、第３電力変換回路部３３の昇圧時における第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４０】
ノイズフィルタ４３は、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間、並びに第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間に接続されている。ノイズフィルタ４３は、直列に接続される２つのコンデンサを備えている。２つのコンデンサの接続点は、車両１０のボディグラウンド等に接続されている。
抵抗器２４は、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間、並びに第３電力変換回路部３３の正極バスバーＰＶ及び負極バスバーＮＶ間に接続されている。
【００４１】
第１電流センサ２５は、第１電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩを成し、第１入出力端子Ｑ１と接続される第１バスバー５１に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。第２電流センサ２６は、第２電力変換回路部３２の各相の接続点ＴＩを成すとともに第２入出力端子Ｑ２と接続される第２バスバー５２に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。第３電流センサ２７は、第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の接続点を成すとともにリアクトル２２と接続される第３バスバー５３に配置され、リアクトル２２に流れる電流を検出する。
第１電流センサ２５、第２電流センサ２６、及び第３電流センサ２７の各々は、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。
【００４２】
電子制御ユニット２８は、第１モータ１２及び第２モータ１３の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット２８の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。例えば、電子制御ユニット２８は、第１電流センサ２５の電流検出値と第１モータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。例えば、電子制御ユニット２８は、第２電流センサ２６の電流検出値と第２モータ１３に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。制御信号は、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
【００４３】
ゲートドライブユニット２９は、電子制御ユニット２８から受け取る制御信号に基づいて、第１電力変換回路部３１及び第２電力変換回路部３２の各々の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット２９は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット２９は、第３電力変換回路部３３の第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の各々をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット２９は、第３電力変換回路部３３の昇圧時における昇圧電圧指令又は第３電力変換回路部３３の回生時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、第１トランジスタＳ１及び第２トランジスタＳ２の比率である。
【００４４】
図１及び図２に示すように、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール６１と、複数の冷却体６２と、支持フレーム６３と、接続プレート６４と、ばね部材６５と、カバー６６と、ケース６７と、蓋部材６８と、シール部材６９と、を備えている。
【００４５】
図２に示すように、複数の半導体モジュール６１の各々は、例えば、上述したハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子によって形成される素子列を備えている。
第１電力変換回路部３１において、ハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬは素子列ＰＵ１を形成し、ハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬは素子列ＰＶ１を形成し、ハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬは素子列ＰＷ１を形成している。
第２電力変換回路部３２において、ハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬは素子列ＰＵ２を形成し、ハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬは素子列ＰＶ２を形成し、ハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬは素子列ＰＷ２を形成している。
第３電力変換回路部３３において、ハイサイドアームの第１トランジスタＳ１及びローサイドアームの第２トランジスタＳ２は素子列ＰＳを形成している。
【００４６】
例えば、各半導体モジュール６１において、各素子列ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２，ＰＳは、電気的絶縁性の樹脂材料を用いたモールド成型により形成される樹脂モールド体Ｍの内部に固定されている。各素子列ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２に接続される正極バスバーＰＩ、負極バスバーＮＩ、第１バスバー５１又は第２バスバー５２、及び制御電極７０ａと、素子列ＰＳに接続される正極バスバーＰＶ、負極バスバーＮＶ、第３バスバー５３、及び制御電極７０ｂとは、樹脂モールド体Ｍの外部に突出している。各制御電極７０ａ，７０ｂは、各素子列ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２，ＰＳのゲートとゲートドライブユニット２９とを接続している。
【００４７】
図１、図２及び図４に示すように、複数の冷却体６２の各々の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。各冷却体６２の内部には、冷媒が流通する冷媒流路６２ａが形成されている。複数の冷却体６２の各々は、冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃに連結されている。各冷却体６２の冷媒流路６２ａと、冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃの各内部空間とは、相互に通じている。
各冷却体６２は、各半導体モジュール６１が搭載される搭載面６２Ａを備えている。各冷却体６２は、厚さ方向における搭載面６２Ａの反対側の内面（つまり、冷媒流路６２ａを形成する壁面の一部）上にヒートシンクとして機能する複数のフィンを備えている。
【００４８】
複数の半導体モジュール６１及び複数の冷却体６２は、交互に積層されて積層体７１を形成している。積層体７１の積層方向（第１方向Ｄ１）の両端には２つの冷却体６２，６２が配置されている。積層体７１は、積層方向（第１方向Ｄ１）の第１端面７１Ａ及び第２端面７１Ｂのうち、第１端面７１Ａ上から第１方向Ｄ１の外方に向かって突出する２つのピン部材７２，７２を備えている。また、積層体７１において、複数の冷却体６２に接続される冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃは、第２端面７１Ｂ上から第１方向Ｄ１の外方に向かって突出している。
【００４９】
支持フレーム６３は、積層体７１を支持する。支持フレーム６３は、例えばボルトなどの固定部材６７ａによってケース６７に固定されている。支持フレーム６３は、固定部材６７ａが装着される複数の装着孔６３ａが形成された固定部６３ｂを備えている。
【００５０】
図６に示すように、例えば、支持フレーム６３の外形は、開口する矩形箱型に形成されている。支持フレーム６３は、第１方向Ｄ１に離れて配置されるとともに第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に平行な第１端部８１及び第２端部８２と、第２方向Ｄ２に離れて配置されるとともに第１方向Ｄ１に平行な第３端部８３及び第４端部８４と、によって一体的に形成される矩形枠状体８５を備えている。例えば、第１端部８１及び第２端部８２は、第１方向Ｄ１の両端に配置され、第３端部８３及び第４端部８４は、第２方向Ｄ２の両端に配置されている。矩形枠状体８５には、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３の両端部（例えば、上部８５ａ及び底部８５ｂ）で矩形枠状体８５の内側を貫通して開口する第１開口部８５ｃ及び第２開口部８５ｄが設けられている。
【００５１】
矩形枠状体８５の第１端部８１には、第１方向Ｄ１から見て積層体７１の第１端面７１Ａの少なくとも一部を外部に露出させるように、第１方向Ｄ１から見たときに、積層体７１と重なる位置に第１開放部８１ａが形成されている。例えば、第１開放部８１ａは、第１端部８１の第３方向Ｄ３の表面８１Ａ上における第２方向Ｄ２の中央部から第３方向Ｄ３（つまり矩形枠状体８５の厚さ方向）の内方に向かって切り欠かれることによって形成されている切り欠き形状の空間である。第１開放部８１ａには、積層体７１の２つのピン部材７２，７２と、後述する接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６の一部とが配置されている（図１、図２参照）。
第１端部８１の第１方向Ｄ１の端面８１Ｂ上には、後述するカバー６６を固定する２つのボルト６６ｂ，６６ｂが装着される２つのボルト穴８１ｂ，８１ｂが形成されている。
【００５２】
矩形枠状体８５の第２端部８２には、積層体７１から突出する冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃが配置される２つの第２開放部８２ａ，８２ａが形成されている。例えば、各第２開放部８２ａは、第２端部８２の第３方向Ｄ３の表面８２Ａ上における第２方向Ｄ２に離れた２つの位置（つまり、第３方向Ｄ３から見て冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃの各々に重なる位置）から第３方向Ｄ３（つまり矩形枠状体８５の厚さ方向）の内方に向かって切り欠かれることによって形成されている切り欠き形状の空間である。
【００５３】
矩形枠状体８５の第３端部８３及び第４端部８４の各々には、第２方向Ｄ２から見て積層体７１の少なくとも一部を外部に露出させるように、第２１方向Ｄ２から見たときに、積層体７１と重なる位置に第３開放部８３ａ及び第４開放部８４ａの各々が形成されている。例えば、第３開放部８３ａ及び第４開放部８４ａの各々は、第３端部８３及び第４端部８４の各々の第３方向Ｄ３の表面８３Ａ，８４Ａ上における第１方向Ｄ１の中央部から第３方向Ｄ３（つまり矩形枠状体８５の厚さ方向）の内方に向かって切り欠かれることによって形成されている切り欠き形状の空間である。
【００５４】
図２及び図５に示すように、接続プレート６４は、矩形枠状体８５の第１端部８１の第１開放部８１ａに配置され、積層体７１の第１端面７１Ａ上に第１方向Ｄ１で積層されている。接続プレート６４には、積層体７１の２つのピン部材７２，７２が挿入される位置決め用の２つの挿入孔６４ａ，６４ａが形成されている。
【００５５】
ばね部材６５は、矩形枠状体８５の第１端部８１の第１開放部８１ａに配置され、接続プレート６４及びカバー６６によって第１方向Ｄ１の両側から挟み込まれている。例えば、ばね部材６５の外形は、自然状態において第１方向Ｄ１に湾曲する板状に形成されている。ばね部材６５は、第２方向Ｄ２の中央部が接続プレート６４に接触した状態で両端部がカバー６６によって第１方向Ｄ１に積層体７１に向かって押し込まれるように弾性変形している。弾性変形しているばね部材６５は、第２方向Ｄ２の中央部において第１方向Ｄ１に積層体７１に向かう復元力によって接続プレート６４及び積層体７１を矩形枠状体８５の第２端部８２に押し込むように、積層体７１の第１端面７１Ａを弾性的に支持している。
ばね部材６５には、積層体７１の２つのピン部材７２，７２が挿入される位置決め用の２つの挿入孔６５ａ，６５ａが形成されている。
【００５６】
カバー６６は、矩形枠状体８５の第１端部８１の端面８１Ｂに固定される第２方向Ｄ２の両端部と、第１端部８１の第１開放部８１ａに配置されるように第１方向Ｄ１に突出する中央部と、を備えている。カバー６６の中央部は、第１開放部８１ａにおいて、ばね部材６５の第２方向Ｄ２の両端部を第１方向Ｄ１に積層体７１に向かって押し込んでいる。
カバー６６の中央部には、積層体７１の２つのピン部材７２，７２が挿入される位置決め用の２つの挿入孔６６ａ，６６ａが形成されている。カバー６６の両端部には、カバー６６を第１端部８１に固定する２つのボルト６６ｂ，６６ｂが挿入される２つのボルト挿入孔６６ｃ，６６ｃが形成されている。各ボルト６６ｂは、第１端部８１の各ボルト穴８１ｂに装着されることによって、カバー６６を第１端部８１に固定している。
【００５７】
ケース６７の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。ケース６７は、支持フレーム６３とは別体に形成されている。ケース６７の内部には、積層体７１を支持する支持フレーム６３が、固定部材６７ａによって固定されている。
蓋部材６８は、ケース６７の開口部を閉塞する。
シール部材６９は、ケース６７と蓋部材６８との間に配置され、蓋部材６８によって閉塞されるケース６７の内部を密封状態（例えば、液密状態）に封止する。
【００５８】
上述したように、本実施形態の電力変換装置１によれば、積層体７１を支持する支持フレーム６３とは別体に形成されたケース６７を備えるので、積層体７１を密封する場合には、ケース６７をシールするシール部材６９を備えればよいため、例えば、シール部材６９が可動部位に設けられる場合に比べて、シール部材６９の劣化又は耐久性の低下を抑制することができる。また、シール部材６９以外に追加されるシール部材及びカバーによって閉塞される開口部の増加を抑制することができるため、半導体モジュール６１の各スイッチング素子の動作に伴う放射ノイズがケース６７の外部に伝搬することを抑制して、放射ノイズの遮断性を確保することができる。
また、例えば複数の異なる車種などの装置に対応して、出力などが異なる複数の半導体モジュール６１を置き換え可能に設置する場合であっても、支持フレーム６３のみを交換して、ケース６７などの他の部品を共用することができ、電力変換装置１の汎用性を向上させることができる。
【００５９】
さらに、矩形枠状体８５の厚さ方向（第３方向Ｄ３）から積層体７１を支持フレーム６３に組み付ける場合であっても、第３開放部８３ａ及び第４開放部８４ａを介して積層体７１の保持が容易となり、作業効率を向上させることができる。また、第３端部８３及び第４端部８４に第３開放部８３ａ及び第４開放部８４ａが形成されていない場合に比べて、支持フレーム６３を軽量化することができる。
【００６０】
さらに、矩形枠状体８５の厚さ方向（第３方向Ｄ３）から積層体７１を支持フレーム６３に組み付ける場合であっても、積層体７１から突出する冷媒供給管６２ｂ及び冷媒排出管６２ｃと２つのピン部材７２，７２とを、２つの第２開放部８２ａ，８２ａ及び第１開放部８１ａに配置することができる。これにより、積層体７１を矩形枠状体８５の厚さ方向から支持フレーム６３に容易に組み付けることができる。また、第１端部８１及び第２端部８２に第１開放部８１ａ及び第２開放部８２ａが形成されていない場合に比べて、支持フレーム６３を軽量化することができる。
【００６１】
さらに、支持フレーム６３は固定部６３ｂに装着される固定部材６７ａによってケース６７に対して着脱可能に構成されるので、積層体７１及び支持フレーム６３の置き換えを可能にして、電力変換装置１の汎用性を向上させることができる。
さらに、接続プレート６４、ばね部材６５、及びカバー６６は、積層体７１の２つのピン部材７２，７２によって位置決めされるので、積層体７１を支持フレーム６３に組み付ける際の作業効率を向上させることができる。
【００６２】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、電力変換装置１のゲートドライブユニット２９は、支持フレーム６３に固定されてもよい。図７は、本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置１において図２に対応する図である。
変形例に係る電力変換装置１において、支持フレーム６３の矩形枠状体８５の底部８５ｂには、第３方向Ｄ３において矩形枠状体８５の開口部８５ｄに臨む位置にゲートドライブユニット２９が固定されている。支持フレーム６３に支持される積層体７１から第３方向Ｄ３にゲートドライブユニット２９に向かって突出する各制御電極７０ａ，７０ｂは、矩形枠状体８５の開口部８５ｄを通じてゲートドライブユニット２９に接続されている。
【００６３】
実施形態の変形例によれば、矩形枠状体８５の底部８５ｂの開口部８５ｄを通じて積層体７１の各半導体モジュール６１にゲートドライブユニット２９を効率的に接続することができ、追加的な部材を必要とせずにケース６７によって密封性を確保することができる。また、矩形枠状体８５の底部８５ｂに開口部８５ｄが形成されていない場合に比べて、支持フレーム６３を軽量化することができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態において、電力変換装置１は車両１０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
【００６５】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１…電力変換装置、１０…車両、１１…バッテリ、１２…第１モータ、１３…第２モータ、２１…パワーモジュール、２２…リアクトル、２９…ゲートドライブユニット（ゲートドライブ回路）、３１…第１電力変換回路部、３２…第２電力変換回路部、３３…第３電力変換回路部、６１…半導体モジュール、６２…冷却体、６２ａ…冷媒流路、６３…支持フレーム、６３ｂ…固定部、６４…接続プレート（押付部材）、６５…ばね部材（押付部材）、６６…カバー（押付部材）、６７…ケース、６８…蓋部材、６９…シール部材、８１…第１端部、８１ａ…第１開放部（第２の開放部）、８２…第２端部、８２ａ…第２開放部（第２の開放部）、８３…第３端部、８３ａ…第３開放部（開放部）、８４…第４端部、８４ａ…第４開放部（開放部）、８５…矩形枠状体（枠状体）、８５ｂ…底部、８５ｄ…第２開口部（開口部）、ＮＩ，ＮＶ…負極バスバー、ＰＩ，ＰＶ…正極バスバー、ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２，ＰＳ…素子列、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，Ｓ１…ハイサイドアームの各トランジスタ（スイッチング素子）、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ，Ｓ２…ローサイドアームの各トランジスタ（スイッチング素子）
【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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