(57)【要約】【課題】生産性の向上およびリアクトルからの放熱性の向上を図ることができる、パワーコントロールユニットの冷却構造を提供する。【解決手段】パワーカード１４１〜１４７は、表面および裏面にそれぞれ放熱面１４８，１４９を有している。パワーカード１４１〜１４７は、並べて配置されて、その表裏両側から冷却水路１９３の第１分岐路１９４と第２分岐路１９５とに挟まれている。また、第２分岐路１９５は、リアクトル２５を収容する金属ケース１３１の左側面、正面および右側面に接触している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面を有するケースに収容されたリアクトルと、半導体スイッチング素子を内蔵し、第１平面およびその反対側の第２平面ならびに前記第１平面および前記第２平面の周囲を取り囲む周縁部を有するモジュールとを備えるパワーコントロールユニットにおける冷却構造であって、
冷媒を流通させる冷媒路が前記モジュールを前記第１平面側および前記第２平面側の両側から挟んで前記第１平面および前記第２平面に接触して設けられ、
前記ケースの少なくとも１つの面に、前記冷媒路が接触している、パワーコントロールユニットの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に搭載されるパワーコントロールユニットの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車には、モータジェネレータと、モータジェネレータに対する電力の入出力を制御するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）とが搭載されている。
【０００３】
ＰＣＵは、駆動用電池の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータで昇圧された電圧を交流電圧に変換するインバータとを備えている。昇圧コンバータは、リアクトルと、２個の半導体スイッチング素子の直列回路とを含む。インバータは、２個の半導体スイッチング素子の直列回路をモータジェネレータの各相に対応して設け、それらの直列回路を互いに並列に接続して構成されている。
【０００４】
かかる構成のＰＣＵでは、リアクトルおよび各半導体スイッチング素子からの発熱が問題となる。そこで、リアクトルの底面を放熱部材に接合し、また、２個の半導体スイッチング素子の直列回路が作り込まれたチップをその表裏両側からヒートスプレッダで挟み込むことによりパワーカードを形成し、そのパワーカードと冷却水が流通する冷却板とを交互に積層する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１１２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、パワーカードと冷却板とを良好に密着させて冷却性能を高めるには、パワーカードと冷却板との積層体を締め付ける面圧を管理しなければならず、それらの組み立てに時間およびコストがかかる。
【０００７】
また、リアクトルから発生する熱に関しては、リアクトルの底面から放熱部材に放熱されるのみであり、大電力の出力時に放熱が発熱に追いつかず、リアクトルが高温となるので、出力電力が制限されるという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、生産性の向上およびリアクトルからの放熱性の向上を図ることができる、パワーコントロールユニットの冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係るパワーコントロールユニットの冷却構造は、複数の面を有するケースに収容されたリアクトルと、半導体スイッチング素子を内蔵し、第１平面およびその反対側の第２平面ならびに第１平面および第２平面の周囲を取り囲む周縁部を有するモジュールとを備えるパワーコントロールユニットにおける冷却構造であって、冷媒を流通させる冷媒路がモジュールを第１平面側および第２平面側の両側から挟んで第１平面および第２平面に接触して設けられ、ケースの少なくとも１つの面に、冷媒路が接触している。
【００１０】
この構成によれば、第１平面とその反対側に第２平面とを有するモジュールが第１平面側および第２平面側の両側から冷媒路に挟まれている。そのため、冷媒路を流れる冷媒によりモジュールの第１平面および第２平面を冷却することができ、モジュールに内蔵されている半導体スイッチング素子を冷却することができる。すなわち、冷媒路を流れる冷媒とモジュールに内蔵されている半導体スイッチング素子との間でモジュールの第１平面および第２平面を介して熱交換を行うことができ、その熱交換により、半導体スイッチング素子を冷却することができる。
【００１１】
また、複数のモジュールが設けられる構成では、その複数のモジュールを冷媒路に沿って並べて配置すれば、モジュールと冷媒路とを積層する必要がないので、モジュールと冷媒路とを良好に密着させるための面圧の管理が簡単である。そのため、それらの組み立てに要する時間およびコストの低減させることができる。しかも、モジュールと冷媒路とが積層される構成では、モジュール間の間隔が狭いので、リアクトルを収容するケースに支持されるバスバーとモジュールに設けられる端子とを接続する方法がレーザ溶接に限られるのに対し、複数のモジュールが冷媒路に沿って並べて配置される場合、バスバーとモジュールの端子との接続をねじ締結により達成することができる。そのため、レーザ溶接機の導入のための設備投資を不要にでき、また、バスバーとモジュールの端子との接続作業の簡素化による作業コストの削減を図ることができる。
【００１２】
そして、冷媒路がリアクトルを収容するケースの複数の面のうちの少なくとも１つの面に接触しているので、冷媒路を流れる冷媒によりリアクトルを良好に冷却することができる。その結果、リアクトルの温度上昇を抑制することができ、リアクトルにおける損失の低減を図ることができる。また、リアクトルおよび半導体スイッチング素子の温度上昇を抑制できるので、リアクトルおよび半導体スイッチング素子によって昇圧コンバータが構成される場合に、昇圧コンバータを大電力化することができ、パワーコントロールユニットの出力密度を向上させることができる。
【００１３】
パワーコントロールユニットは、バスバーが支持される端子台を備え、モジュールは、半導体スイッチング素子と電気的に接続された端子を備え、当該端子は、バスバーに接触した状態で端子台にねじ締結により固定されてもよい。
【００１４】
パワーカードと冷却板とが積層された従来の構成では、モジュールは、端子とバスバーとの接合および冷却板による挟持力で支持され、バスバーを支持する端子台に固定されない。そのため、パワーコントロールユニットが振動したときに、パワーカードが振動し、バスバーや端子に応力が集中して、金属疲労による破壊が発生するおそれがある。そこで、パワーカードに内蔵されている回路基板と端子との接続に応力を緩和できる特殊なコネクタが使用される。また、モータを制御する制御基板をパワーコントロールユニットに固定するためのねじにゴムワッシャーが仕様される。さらには、パワーコントロールユニットを車両に取り付けるブラケットにゴムマウントが使用される。これらの３重の緩衝構造により、パワーカードの振動を抑制しているが、部品点数の増加によるコストアップの問題がある。
【００１５】
これに対し、モジュールの端子とバスバーとが端子台に固定される構成では、パワーコントロールユニットが振動したときに、モジュールが振動することを抑制でき、バスバーとモジュールの端子との接続部分に加わる応力を低減することができる。その結果、パワーコントロールユニットの耐振動性能が向上し、従来の構造に採用されている３重の緩衝構造を不要にすることができ、コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生産性の向上およびリアクトルからの放熱性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るＰＣＵを備えるハイブリッドシステムの回路図である。
【図２】ＰＣＵの図解的な側面図である。
【図３】図２に示される側面をＰＣＵの正面とした場合のＰＣＵの図解的な左側面図である。
【図４】図２に示される切断面線Ａ−ＡにおけるＰＣＵの図解的な断面図である。
【図５】図４に示される第１分岐路および第２分岐路の断面図である。
【図６】冷却水路の構成の変形例を示す図解的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
＜ハイブリッドシステム＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＰＣＵ４を備えるハイブリッドシステム１の回路図である。
【００２０】
ハイブリッドシステム１は、発電機２および駆動モータ３を含む。また、ハイブリッドシステム１には、図示されていないが、エンジンが含まれる。エンジンは、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。
【００２１】
発電機２は、モータジェネレータ（ＭＧ１）であり、たとえば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータからなる。発電機２の回転軸は、エンジン（図示せず）のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電機２は、エンジンの停止時に、エンジンをクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジンの始動後、発電機２は、エンジンの動力を電力に変換する発電機として機能する。
【００２２】
駆動モータ３は、モータジェネレータ（ＭＧ２）であり、たとえば、ブラシレスＤＣモータからなる。駆動モータ３の回転軸は、動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪に分配されて伝達される。
【００２３】
また、ハイブリッドシステム１は、発電機２および駆動モータ３をそれぞれ制御するためのＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）４と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池５とが搭載されている。
【００２４】
＜ＰＣＵの回路構成＞
ＰＣＵ４は、駆動用電池５の電圧を昇圧する昇圧コンバータ１１、昇圧コンバータ１１で昇圧された電圧を交流電圧に変換するインバータ１２，１３、昇圧コンバータ１１のリプル電流および駆動用電池５の電圧の変動を吸収するコンデンサ１４および昇圧コンバータ１１による昇圧後の電圧の変動を吸収するコンデンサ１５を備えている。
【００２５】
昇圧コンバータ１１は、２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）２１，２２と、２個のＦＷＤ（FWD: Free Wheeling Diode：還流ダイオード）２３，２４と、リアクトル２５とを含む。一方のＩＧＢＴ２１のエミッタが他方のＩＧＢＴ２２のコレクタと接続されることにより、２個のＩＧＢＴ２１，２２は、直列に接続されている。一方のＩＧＢＴ２１のコレクタは、ＤＣ配線２６と接続されている。他方のＩＧＢＴ２２のエミッタは、Ｎ配線２７と接続されている。Ｎ配線２７は、駆動用電池５の負極と接続されている。２個のＦＷＤ２３，２４は、それぞれＩＧＢＴ２１，２２と並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ２１，２２のエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ２１，２２のコレクタと接続されている。リアクトル２５は、その一端がＰ配線２８を介して駆動用電池５の正極と接続され、他端が２個のＩＧＢＴ２１，２２間とＪ配線２９を介して接続されている。
【００２６】
インバータ１２は、発電機２に対応づけて設けられている。インバータ１２は、６個のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕ，３１Ｖ，３２Ｖ，３１Ｗ，３２Ｗと、６個のＦＷＤ３３Ｕ，３４Ｕ，３３Ｖ，３４Ｖ，３３Ｗ，３４Ｗとを含む。
【００２７】
６個のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕ，３１Ｖ，３２Ｖ，３１Ｗ，３２Ｗは、２個のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕの組、２個のＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖの組および２個のＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗの組に分かれている。
【００２８】
２個のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕの組において、一方のＩＧＢＴ３１Ｕのエミッタが他方のＩＧＢＴ３２Ｕのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕの接続点（ＩＧＢＴ３１ＵのエミッタおよびＩＧＢＴ３２Ｕのコレクタ）は、Ｕ相配線３５を介して発電機２のＵ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ３３Ｕ，３４Ｕは、それぞれＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕのコレクタと接続されている。
【００２９】
２個のＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖの組において、一方のＩＧＢＴ３１Ｖのエミッタが他方のＩＧＢＴ３２Ｖのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖの接続点（ＩＧＢＴ３１ＶのエミッタおよびＩＧＢＴ３２Ｖのコレクタ）は、Ｖ相配線３６を介して発電機２のＶ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ３３Ｖ，３４Ｖは、それぞれＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ３１Ｖ，３２Ｖのコレクタと接続されている。
【００３０】
２個のＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗの組において、一方のＩＧＢＴ３１Ｗのエミッタが他方のＩＧＢＴ３２Ｗのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗの接続点（ＩＧＢＴ３１ＷのエミッタおよびＩＧＢＴ３２Ｗのコレクタ）は、Ｗ相配線３７を介して発電機２のＷ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ３３Ｗ，３４Ｗは、それぞれＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ３１Ｕ，３２Ｕのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ３１Ｗ，３２Ｗのコレクタと接続されている。
【００３１】
ＩＧＢＴ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの各コレクタは、ＤＣ配線２６と接続され、ＩＧＢＴ３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各エミッタは、Ｎ配線２７と接続されている。
【００３２】
インバータ１３は、駆動モータ３に対応づけて設けられている。インバータ１２は、６個のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕ，４１Ｖ，４２Ｖ，４１Ｗ，４２Ｗと、６個のＦＷＤ４３Ｕ，４４Ｕ，４３Ｖ，４４Ｖ，４３Ｗ，４４Ｗとを含む。
【００３３】
６個のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕ，４１Ｖ，４２Ｖ，４１Ｗ，４２Ｗは、２個のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕの組、２個のＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖの組および２個のＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗの組に分かれている。
【００３４】
２個のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕの組において、一方のＩＧＢＴ４１Ｕのエミッタが他方のＩＧＢＴ４２Ｕのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕの接続点（ＩＧＢＴ４１ＵのエミッタおよびＩＧＢＴ４２Ｕのコレクタ）は、Ｕ相配線４５を介して駆動モータ３のＵ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ４３Ｕ，４４Ｕは、それぞれＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ４１Ｕ，４２Ｕのコレクタと接続されている。
【００３５】
２個のＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖの組において、一方のＩＧＢＴ４１Ｖのエミッタが他方のＩＧＢＴ４２Ｖのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖの接続点（ＩＧＢＴ４１ＶのエミッタおよびＩＧＢＴ４２Ｖのコレクタ）は、Ｖ相配線４６を介して駆動モータ３のＶ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ４３Ｖ，４４Ｖは、それぞれＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ４１Ｖ，４２Ｖのコレクタと接続されている。
【００３６】
２個のＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗの組において、一方のＩＧＢＴ４１Ｗのエミッタが他方のＩＧＢＴ４２Ｗのコレクタと接続されることにより、ＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗが直列に接続されている。２個のＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗの接続点（ＩＧＢＴ４１ＷのエミッタおよびＩＧＢＴ４２Ｗのコレクタ）は、Ｗ相配線４７を介して駆動モータ３のＷ相巻線と接続されている。２個のＦＷＤ４３Ｗ，４４Ｗは、それぞれＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗと並列に設けられ、それぞれのアノードがＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗのエミッタと接続され、それぞれのカソードがＩＧＢＴ４１Ｗ，４２Ｗのコレクタと接続されている。
【００３７】
ＩＧＢＴ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの各コレクタは、ＤＣ配線２６と接続され、ＩＧＢＴ３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各エミッタは、Ｎ配線２７と接続されている。
【００３８】
コンデンサ１４は、その一端がＰ配線２８と接続され、他端がＮ配線２７と接続されている。
【００３９】
コンデンサ１５は、その一端がＤＣ配線２６と接続され、他端がＮ配線２７と接続されている。
【００４０】
また、ＰＣＵ４には、７個の電流センサ５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７が備えられている。電流センサ５１〜５７は、それぞれＮ配線２７、Ｕ相配線３５、Ｖ相配線３６、Ｗ相配線３７、Ｕ相配線４５、Ｖ相配線４６およびＷ相配線４７を流れる電流を検出する。
【００４１】
＜ＰＣＵの機械的構成＞
図２は、ＰＣＵ４の図解的な側面図である。図３は、図２に示される側面をＰＣＵ４の正面とした場合のＰＣＵ４の図解的な左側面図である。図４は、図２に示される切断面線Ａ−ＡにおけるＰＣＵ４の図解的な断面図である。なお、以下では、図２に示される側面をＰＣＵ４の正面とし、ＰＣＵ４をその正面側から見たときを基準に前後左右を規定する。
【００４２】
ＰＣＵ４は、図２および図３に示されるように、上面が開放された四角容器状で樹脂製の樹脂ケース６１を備えている。樹脂ケース６１内には、コンデンサ１４，１５を構成するフィルムコンデンサ６２が収容されている。フィルムコンデンサ６２は、樹脂ケース６１内に充填された樹脂により封止されている。
【００４３】
樹脂ケース６１の一側面には、図２に示されるように、上端部および下端部にそれぞれ端子台６３，６４が樹脂ケース６１と一体に形成されている。また、樹脂ケース６１の一側面側には、ＤＣ配線２６、Ｎ配線２７、Ｐ配線２８およびＪ配線２９をそれぞれ構成するＤＣバスバー６５、Ｎバスバー６６、Ｐバスバー６７およびＪバスバー６８が配置されている。ＤＣバスバー６５、Ｎバスバー６６およびＪバスバー６８には、端子台６３に被さる部分に、それぞれ貫通孔７１，７２，７３が貫通して形成されている。端子台６３には、貫通孔７１，７２，７３とそれぞれ重なる位置に、凹状のねじ穴７４，７５，７６が形成されている。また、Ｎバスバー６６は、端子台６４にねじ７７で締結されている。Ｐバスバー６７は、端子台６３，６４にそれぞれねじ７８，７９で締結されている。Ｊバスバー６８は、端子台６３にねじ８１およびねじ穴７６にねじ込まれるねじで締結されている。
【００４４】
樹脂ケース６１の左側面には、図３に示されるように、上端部および下端部にそれぞれ端子台８２，８３が樹脂ケース６１と一体に形成されている。また、樹脂ケース６１の左側には、ＤＣ配線２６を構成する３本のＤＣバスバー８４，８５，８６と、Ｎ配線２７を構成する３本のＮバスバー８７，８８，８９と、Ｕ相配線３５を構成するＵバスバー９１、Ｖ相配線３６を構成するＶバスバー９２およびＷ相配線３７を構成するＷバスバー９３が配置されている。ＤＣバスバー８４〜８６、Ｎバスバー８７〜８９、Ｕバスバー９１、Ｖバスバー９２およびＷバスバー９３には、端子台８２に被さる部分に、それぞれ貫通孔１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９が貫通して形成されている。端子台８２には、貫通孔１０１〜１０９とそれぞれ重なる位置に、凹状のねじ穴１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９が形成されている。また、Ｕバスバー９１、Ｖバスバー９２およびＷバスバー９３は、端子台８３にそれぞれねじ１２１，１２２，１２３で締結されている。
【００４５】
なお、樹脂ケース６１の右側面にも、端子台、ＤＣバスバー、Ｎバスバー、Ｕバスバー、ＷバスバーおよびＶバスバーが設けられているが、その構成については、左側面の構成を左右反転した構成であるので、説明および図示を省略する。
【００４６】
樹脂ケース６１の上方には、上面が開放された四角容器状で金属製（たとえば、アルミニウム製）の金属ケース１３１を備えている。金属ケース１３１内には、リアクトル２５が収容されている。Ｐバスバー６７およびＪバスバー６８は、リアクトル２５と電気的に接続されている。リアクトル２５は、金属ケース１３１内に充填された樹脂により封止されている。金属ケース１３１の底面は、樹脂ケース６１内に充填された樹脂の上面に接している。金属ケース１３１の上面は、金属板１３２により閉鎖されている。
【００４７】
なお、図２および図３では、金属ケース１３１および金属板１３２が樹脂ケース６１の一側面と平行な平面で切断した断面で示されている。
【００４８】
昇圧コンバータ１１のＩＧＢＴ２１，２２とＦＷＤ２３，２４とを含む回路、インバータ１２のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２ＵとＦＷＤ３３Ｕ，３４Ｕとを含む回路、ＩＧＢＴ３１Ｖ，３２ＶとＦＷＤ３３Ｖ，３４Ｖとを含む回路およびＩＧＢＴ３１Ｗ，３２ＷとＦＷＤ３３Ｗ，３４Ｗとを含む回路、ならびにインバータ１３のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２ＵとＦＷＤ４３Ｕ，４４Ｕとを含む回路、ＩＧＢＴ４１Ｖ，４２ＶとＦＷＤ４３Ｖ，４４Ｖとを含む回路およびＩＧＢＴ４１Ｗ，４２ＷとＦＷＤ４３Ｗ，４４Ｗとを含む回路は、それぞれチップに作り込まれている。各チップがその表裏両側から板状で金属製（たとえば、銅製）のヒートスプレッダに挟まれて、ヒートスプレッダ間およびヒートスプレッダの周縁部が樹脂で封止されることにより、パワーカード１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１４７が形成されている。各パワーカード１４１〜１４７の表面および裏面には、それぞれヒートスプレッダの平面状の中央部がチップからの発熱を放熱する放熱面１４８，１４９として樹脂から露出している。
【００４９】
昇圧コンバータ１１のＩＧＢＴ２１，２２とＦＷＤ２３，２４とを含む回路を内蔵したパワーカード１４１は、図２に示されるように、金属ケース１３１の正面側に配置されている。
【００５０】
パワーカード１４１は、３個の端子１５１，１５２，１５３を有している。端子１５１〜１５３には、それぞれ貫通孔１５４，１５５，１５６が貫通して形成されている。端子１５１の貫通孔１５４は、ＤＣバスバー６５の貫通孔７１と重なる。ねじが貫通孔７１，１５４に通されて端子台６４のねじ穴７４にねじ込まれることにより、端子１５１がＤＣバスバー６５と接続されるとともに端子台６３に締結される。端子１５２の貫通孔１５５は、Ｎバスバー６６の貫通孔７２と重なる。ねじが貫通孔７２，１５５に通されて端子台６３のねじ穴７５にねじ込まれることにより、端子１５２がＮバスバー６６と接続されるとともに端子台６３に締結される。端子１５３の貫通孔１５６は、Ｊバスバー６８の貫通孔７３と重なる。ねじが貫通孔７３，１５６に通されて端子台６３のねじ穴７６にねじ込まれることにより、端子１５３がＪバスバー６８と接続されるとともに端子台６３に締結される。
【００５１】
インバータ１２のＩＧＢＴ３１Ｕ，３２ＵとＦＷＤ３３Ｕ，３４Ｕとを含む回路を内蔵したパワーカード１４２、ＩＧＢＴ３１Ｖ，３２ＶとＦＷＤ３３Ｖ，３４Ｖとを含む回路を内蔵したパワーカード１４３およびＩＧＢＴ３１Ｗ，３２ＷとＦＷＤ３３Ｗ，３４Ｗとを含む回路を内蔵したパワーカード１４４は、金属ケース１３１の左側に、パワーカード１４１と同じ高さの位置で金属ケース１３１の左側面に向かって左側からこの順で横並びに等間隔を空けて配置されている。
【００５２】
パワーカード１４２は、３個の端子１６１，１６２，１６３を有している。端子１６１〜１６３には、それぞれ貫通孔１６４，１６５，１６６が貫通して形成されている。端子１６１の貫通孔１６４は、ＤＣバスバー８４の貫通孔１０１と重なる。ねじが貫通孔１０１，１６４に通されて端子台８２のねじ穴１１１にねじ込まれることにより、端子１６１がＤＣバスバー８４と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１６２の貫通孔１６５は、Ｎバスバー８７の貫通孔１０４と重なる。ねじが貫通孔１０４，１６５に通されて端子台８２のねじ穴１１４にねじ込まれることにより、端子１６２がＮバスバー８７と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１６３の貫通孔１６６は、Ｕバスバー９１の貫通孔１０７と重なる。ねじが貫通孔１０７，１６６に通されて端子台８２のねじ穴１１７にねじ込まれることにより、端子１６３がＵバスバー９１と接続されるとともに端子台８２に締結される。
【００５３】
パワーカード１４３は、３個の端子１７１，１７２，１７３を有している。端子１７１〜１７３には、それぞれ貫通孔１７４，１７５，１７６が貫通して形成されている。端子１７１の貫通孔１７４は、ＤＣバスバー８５の貫通孔１０２と重なる。ねじが貫通孔１０２，１７４に通されて端子台８２のねじ穴１１２にねじ込まれることにより、端子１７１がＤＣバスバー８５と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１７２の貫通孔１７５は、Ｎバスバー８８の貫通孔１０５と重なる。ねじが貫通孔１０５，１７５に通されて端子台８２のねじ穴１１５にねじ込まれることにより、端子１７２がＮバスバー８８と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１７３の貫通孔１７６は、Ｖバスバー９２の貫通孔１０８と重なる。ねじが貫通孔１０８，１７６に通されて端子台８２のねじ穴１１８にねじ込まれることにより、端子１７３がＶバスバー９２と接続されるとともに端子台８２に締結される。
【００５４】
パワーカード１４４は、３個の端子１８１，１８２，１８３を有している。端子１８１〜１８３には、それぞれ貫通孔１８４，１８５，１８６が貫通して形成されている。端子１８１の貫通孔１８４は、ＤＣバスバー８６の貫通孔１０３と重なる。ねじが貫通孔１０３，１８４に通されて端子台８２のねじ穴１１３にねじ込まれることにより、端子１８１がＤＣバスバー８６と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１８２の貫通孔１８５は、Ｎバスバー８９の貫通孔１０６と重なる。ねじが貫通孔１０６，１８５に通されて端子台８２のねじ穴１１６にねじ込まれることにより、端子１８２がＮバスバー８９と接続されるとともに端子台８２に締結される。端子１８３の貫通孔１８６は、Ｗバスバー９３の貫通孔１０９と重なる。ねじが貫通孔１０９，１８６に通されて端子台８２のねじ穴１１９にねじ込まれることにより、端子１８３がＷバスバー９３と接続されるとともに端子台８２に締結される。
【００５５】
インバータ１３のＩＧＢＴ４１Ｕ，４２ＵとＦＷＤ４３Ｕ，４４Ｕとを含む回路を内蔵したパワーカード１４５、ＩＧＢＴ４１Ｖ，４２ＶとＦＷＤ４３Ｖ，４４Ｖとを含む回路を内蔵したパワーカード１４６およびＩＧＢＴ４１Ｗ，４２ＷとＦＷＤ４３Ｗ，４４Ｗとを含む回路を内蔵したパワーカード１４７は、金属ケース１３１の右側に、パワーカード１４１と同じ高さの位置で金属ケース１３１の右側面に向かって左側からこの順で横並びに等間隔を空けて配置されている。
【００５６】
なお、パワーカード１４５〜１４７と各バスバーとの接続については、パワーカード１４２〜１４４の場合と同様であるから、その説明および図示を省略する。
【００５７】
金属板１３２の上方には、金属板１３２と間隔を空けて、制御基板１９１が配置されている。制御基板１９１は、ＰＣＵ４を介して発電機２および駆動モータ３を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）の機能を有している。制御基板１９１には、各パワーカード１４１〜１４７から延出する複数の端子１９２が接続されている。
【００５８】
そして、ＰＣＵ４には、冷却水路１９３が設けられている。冷却水路１９３は、図４に示されるように、一端部が金属ケース１３１の左後方に配置される。そして、冷却水路１９３は、その一端部から前側に延び、パワーカード１４２の後側の位置で第１分岐路１９４および第２分岐路１９５に分岐している。
【００５９】
図５は、第１分岐路１９４および第２分岐路１９５の断面図である。
【００６０】
第１分岐路１９４は、図４に示されるように、パワーカード１４２〜１４４の各放熱面１４８に接触しつつ前後方向に延び、金属ケース１３１の左前方で右側に屈曲して、パワーカード１４１の放熱面１４８に接触しつつ左右方向に延び、金属ケース１３１の右前方で後側に屈曲して、パワーカード１４５〜１４７の各放熱面１４８に接触しつつ前後方向に延びている。第１分岐路１９４は、図５に示されるように、平板状の平壁部１９６と、上端部および下端部が平壁部１９６に接合され、その上端部と下端部との間が平壁部１９６に対して膨出した略コ字状の膨出壁部１９７とを含む。パワーカード１４１〜１４７の各放熱面１４８には、膨出壁部１９７における平坦な部分が面で接触している。
【００６１】
第２分岐路１９５は、図４に示されるように、パワーカード１４２〜１４４と金属ケース１３１の左側面との間をパワーカード１４２〜１４４の各放熱面１４９および金属ケース１３１の左側面に接触しつつ前後方向に延び、金属ケース１３１の左前方で右側に屈曲して、パワーカード１４１と金属ケース１３１の正面との間をパワーカード１４１の放熱面１４９および金属ケース１３１の正面に接触しつつ左右方向に延び、金属ケース１３１の右前方で後側に屈曲して、パワーカード１４５〜１４７と金属ケース１３１の右側面との間をパワーカード１４５〜１４７の各放熱面１４９および金属ケース１３１の右側面に接触しつつ前後方向に延びている。第２分岐路１９５は、図５に示されるように、平板状の平壁部１９８と、上端部および下端部が平壁部１９８に接合され、その上端部と下端部との間が平壁部１９８に対して膨出した略コ字状の膨出壁部１９９とを含む。パワーカード１４１〜１４７の各放熱面１４９には、膨出壁部１９９における平坦な部分が面で接触している。
【００６２】
第１分岐路１９４および第２分岐路１９５は、パワーカード１４７の後側の位置で１つに合流して、冷却水路１９３の他端部に接続されている。冷却水路１９３の他端部は、金属ケース１３１の右後方を後側に延びている。
【００６３】
冷却水路１９３には、その一端部から冷却水が導入される。冷却水は、第１分岐路１９４および第２分岐路１９５に分かれて流れ、冷却水路１９３の他端部で合流して、冷却水路１９３から排出される。
【００６４】
＜作用効果＞
以上のように、放熱面１４８，１４９をそれぞれ表面および裏面に有するパワーカード１４１〜１４７が表裏両側から冷却水路１９３の第１分岐路１９４と第２分岐路１９５とに挟まれている。そのため、第１分岐路１９４を流れる冷媒により、パワーカード１４１〜１４７の放熱面１４８を冷却することができ、第２分岐路１９５を流れる冷媒により、パワーカード１４１〜１４７の放熱面１４９を冷却することができる。その結果、パワーカード１４１〜１４７に内蔵されているＩＧＢＴ３１ＵやＦＷＤ３３Ｕなどの半導体スイッチング素子を冷却することができる。
【００６５】
また、パワーカード１４１〜１４７が第１分岐路１９４および第２分岐路１９５に沿って並べて配置されているので、パワーカード１４１〜１４７と第１分岐路１９４および第２分岐路１９５とを良好に密着させるための面圧の管理が簡単である。そのため、それらの組み立てに要する時間およびコストの低減させることができる。しかも、パワーカード１４１の端子１５１とＤＣバスバー６５との接続など、パワーカード１４１〜１４７の端子とバスバーとの接続をねじ締結により達成することができる。そのため、レーザ溶接機の導入のための設備投資を不要にでき、また、パワーカード１４１〜１４７の端子とバスバーとの接続作業の簡素化による作業コストの削減を図ることができる。
【００６６】
そして、第２分岐路１９５がリアクトル２５を収容する金属ケース１３１の左側面、正面および右側面に接触しているので、第２分岐路１９５を流れる冷媒によりリアクトル２５を良好に冷却することができる。その結果、リアクトル２５の温度上昇を抑制することができ、リアクトル２５における損失の低減を図ることができる。そして、昇圧コンバータ１１を大電力化することができ、ＰＣＵ４の出力密度を向上させることができる。
【００６７】
また、パワーカード１４１〜１４７の端子は、バスバーに接触した状態で端子台６３，８２にねじ締結により固定されている。そのため、ＰＣＵ４が振動したときに、パワーカード１４１〜１４７が振動することを抑制でき、パワーカード１４１〜１４７の端子とバスバーとの各接続部分に加わる応力を低減することができる。その結果、ＰＣＵ４の耐振動性能が向上し、従来の構造に採用されている緩衝構造を不要にすることができ、コストの低減を図ることができる。
【００６８】
パワーカード１４１〜１４７の各放熱面１４８には、第１分岐路１９４の膨出壁部１９７における平坦な部分が面で接触し、パワーカード１４１〜１４７の各放熱面１４９には、第２分岐路１９５の膨出壁部１９９における平坦な部分が面で接触している。これにより、放熱面１４８，１４９を良好に冷却することができながら、第１分岐路１９４の上下端部および第２分岐路１９５の上下端部とパワーカード１４１〜１４７の各端子との間の距離を稼ぐことができ、パワーカード１４１〜１４７の各端子と冷却水路１９３との間の絶縁性を担保することができる。
【００６９】
＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００７０】
たとえば、前述の実施形態では、冷却水路１９３の他端部が金属ケース１３１の右後方を後側に延びているが、図６に示されるように、冷却水路１９３が金属ケース１３１の右後方で左側に屈曲して、金属ケース１３１の背面に接触しつつ左右方向に延び、冷却水路１９３の他端部が一端部の右側で後側に延びていてもよい。この構成では、金属ケース１３１の右側面、正面、左側面および背面と冷却水路１９３を流れる冷却水との間で熱交換が行われるので、金属ケース１３１に収容されているリアクトル２５を一層良好に冷却することができる。
【００７１】
冷却水は、水に限らず、水とエチレングリコールなどとの混合液、水または混合液に添加剤を加えたものであってもよい。また、冷媒は、冷却水に限らず、オイルであってもよい。
【００７２】
また、本発明は、電気自動車に搭載されるＰＣＵに適用することもできる。
【００７３】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２１，２２，３１Ｕ，３２Ｕ，３１Ｖ，３２Ｖ，３１Ｗ，３２Ｗ，４１Ｕ，４２Ｕ，４１Ｖ，４２Ｖ，４１Ｗ，４２Ｗ：ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）
２５：リアクトル
１３１：金属ケース（ケース）
１４１〜１４７：パワーカード（モジュール）
１４８，１４９：放熱面（第１平面、第２平面）
１９３：冷却水路（冷媒路）
１９４：第１分岐路（冷媒路）
１９５：第２分岐路（冷媒路）
【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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