(57)【要約】【課題】  耐振動，耐温度サイクルストレス性に優れた電圧センサ用配線構造を備えた電力変換装置を提供する。【解決手段】  電力変換装置２０は、金属ケース４と、金属ケース４の内部に設けられ、複数のパワー半導体素子を備えたパワーモジュール５と、パワーモジュール５の上に搭載され、複数のパワー半導体素子を駆動するための回路を備えた駆動回路基板１と、駆動回路基板１の上に設けられた電圧センサ３と、金属ケース４と駆動回路基板１との間を電気的に接続するための金属板２と、金属板２を駆動回路基板１に固定するためのネジ及び半田付け部と、電圧センサ３と半田付け部との間を電気的に接続するために、駆動回路基板１に形成された第１配線６９と、ネジと半田付け部との間を電気的に接続するために、駆動回路基板１に形成された第２配線６７とを有する。【選択図】図６
2008301608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケースと、
前記金属ケースの内部に設けられ、複数のパワー半導体素子を備えたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの上に搭載され、前記複数のパワー半導体素子を駆動するための回路を備えた駆動回路基板と、
前記駆動回路基板の上に設けられた電圧センサと、
前記金属ケースと前記駆動回路基板との間を電気的に接続するための金属板と、
前記金属板を前記駆動回路基板に固定するための第１固定部及び第２固定部と、
前記電圧センサと前記第２固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された第１配線と、
前記第１固定部と前記第２固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された第２配線と、を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記第１固定部はネジであり、前記第２固定部は第１半田であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、
前記金属板は、本体部とリード部とを備え、
前記本体部は、前記金属ケースと前記駆動回路基板を固定する前記ネジとの間を接続する部分であり、
前記リード部は、前記ネジと前記第１半田との間を接続する部分であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３記載の電力変換装置において、
前記リード部の幅は、前記本体部の幅より狭いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４記載の電力変換装置において、
前記本体部には穴が設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４記載の電力変換装置において、
前記本体部の中間部における幅は、前記ネジによる固定部の幅より狭いことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５記載の電力変換装置において、
前記リード部の先端部は、前記駆動回路基板の平面に対して垂直方向に曲がっており、
前記駆動回路基板はスルーホールを有し、
前記リード部の前記先端部は、前記スルーホールに貫通しており、
前記スルーホールにおいて、前記駆動回路基板と前記リード部との間は前記第１半田により固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記電圧センサは、前記金属ケースとバッテリの負極との間の電圧を測定するものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力変換装置において、
前記電圧センサは、前記駆動回路基板に形成された第３配線により前記バッテリの負極に電気的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項２記載の電力変換装置において、
前記金属板の前記リード部は、屈曲部を有し、
前記リード部と前記駆動回路基板との間を固定する前記第１半田とは別の第２の半田を備えていることを特徴する電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電力変換装置において、
第２の半田は、前記リード部の前記屈曲部と前記第１半田との間に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
金属ケースと、
前記金属ケースの内部に設けられ、複数のパワー半導体素子を備えたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの上に搭載され、前記複数のパワー半導体素子を駆動するための回路を備えた駆動回路基板と、
前記金属ケースに固定され、前記パワーモジュールと前記駆動回路基板との間に配置されたシールド板と、
前記駆動回路基板の上に設けられた電圧センサと、
前記シールド板から延びた突起部と、
前記シールド板と前記駆動回路基板に固定するための第１固定部と、
前記突起部と前記駆動回路基板に固定するための第２固定部と、
前記電圧センサと前記第１固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された配線と、を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の電力変換装置において、
前記駆動回路基板には、前記突起部を貫通させるためのスルーホールが設けられており、
前記第１固定部はネジであり、
前記第２固定部は前記スルーホールに設けられた半田であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の電力変換装置において、
前記シールド板と前記突起部とは一体に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の電力変換装置において、
前記電圧センサは、前記金属ケースとバッテリの負極との間の電圧を測定するものであることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特に、電圧センサを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置に印加される高電圧ライン（バッテリから供給される正負の電源ライン）は、安全のため、電力変換装置の金属ケースから電気的に絶縁させる必要がある。何らかの異常が生じて、高電圧ラインと金属ケースとの間の絶縁性が低下した場合には、これを検知することが要求される。このため、一般的に、電力変換装置には、高電圧ラインと金属ケースの間の絶縁性の低下を検知するためのリーク検出回路が用意されている。
【０００３】
リーク検出回路には電圧センサが設けられている。電圧センサは、高電圧ラインと電力変換装置の金属ケースとの間の電圧を計測する。このため、電圧センサと金属ケースとの間の接続が必要となる。
【０００４】
従来は、リード線等の柔らかい配線部材を用いて、この接続を行っていた。しかし、このような配線方法では、電力変換装置の振動が大きい場合、配線が振れることによりリード線が切れる等の問題があった。
【０００５】
特開２０００−２８５９９９号公報（特許文献１）では、配線の代わりに金属板を設けて、一方を接続対象にネジで固定し、他方を金属板にネジ山を設けて基板を挟み込む形で基板に固定している。そして、金属板の先端にリードを設けて基板に半田付けすることにより、電気的に接続している。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８５９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電力変換装置が低温と高温との間で温度が上下する環境にて使用された場合、上記構成では、温度サイクルによる半田疲労により、半田にクラックが生じるおそれがある。この結果、電気的接続が不完全となる可能性がある。
【０００８】
本発明は、振動や温度変化に対して強固な電圧センサ用配線構造を備えた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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置のうち代表的な一つは、金属ケースと、前記金属ケースの内部に設けられ、複数のパワー半導体素子を備えたパワーモジュールと、前記パワーモジュールの上に搭載され、前記複数のパワー半導体素子を駆動するための回路を備えた駆動回路基板と、前記駆動回路基板の上に設けられた電圧センサと、前記金属ケースと前記駆動回路基板との間を電気的に接続するための金属板と、前記金属板を前記駆動回路基板に固定するための第１固定部及び第２固定部と、前記電圧センサと前記第２固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された第１配線と、前記第１固定部と前記第２固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された第２配線とを有する。
【００１０】
また、本発明の電力変換装置のうち代表的な他の一つは、金属ケースと、前記金属ケースの内部に設けられ、複数のパワー半導体素子を備えたパワーモジュールと、前記パワーモジュールの上に搭載され、前記複数のパワー半導体素子を駆動するための回路を備えた駆動回路基板と、前記金属ケースに固定され、前記パワーモジュールと前記駆動回路基板との間に配置されたシールド板と、前記駆動回路基板の上に設けられた電圧センサと、前記シールド板から延びた突起部と、前記シールド板と前記駆動回路基板に固定するための第１固定部と、前記突起部と前記駆動回路基板に固定するための第２固定部と、前記電圧センサと前記第１固定部との間を電気的に接続するために、前記駆動回路基板に形成された配線とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態における電力変換装置２０を用いて構成した車載用電機システムと、内燃機関のエンジンシステムを組み合わせたハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」という。）のブロック図である。
【００１４】
本実施形態のＨＥＶは、前輪ＦＲＷ，ＦＬＷ，後輪ＲＲＷ，ＲＬＷ，前輪車軸ＦＤＳ，後輪車軸ＲＤＳ，デファレンシャルギアＤＥＦ，変速機５７，エンジン５５，回転電機１３０，１４０，電力変換装置２０，バッテリ７０，エンジン制御装置ＥＣＵ，変速機制御装置ＴＣＵ，回転電機制御装置ＭＣＵ，バッテリ制御装置ＢＣＵ，車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮを備える。
【００１５】
本実施例では、駆動力は、エンジン５５と２つの回転電機１３０，１４０で発生し、変速機５７，デファレンシャルギアＤＥＦ，前輪車軸ＦＤＳを通じて前輪ＦＲＷ，ＦＬＷに伝わる。
【００１６】
変速機５７は、複数のギアから構成され、速度等の運転状態に応じてギア比を変えることができる装置である。
【００１７】
デファレンシャルギアＤＥＦは、カーブなどで左右の車輪ＦＲＷ，ＦＬＷに速度差があるときに、適切に左右に動力を分配する装置である。
【００１８】
エンジン５５は、インジェクタ，スロットルバルブ，点火装置，吸排気バルブ（いずれも図示省略）等の複数のコンポーネントで構成される。インジェクタは、エンジン５５の気筒内に噴射する燃料を制御する燃料噴射弁である。スロットルバルブは、エンジン５５の気筒内に供給される空気の量を制御する絞り弁である。点火装置は、エンジン５５の気筒内の混合気を燃焼させる火源である。吸排気バルブは、エンジン５５の気筒の吸気及び排気に設けられた開閉弁である。
【００１９】
回転電機１３０，１４０は、三相交流同期式、つまり永久磁石回転電機であるが、三相交流誘導式回転電機やリラクタンス式回転電機等を用いてもよい。
【００２０】
回転電機１３０，１４０は、回転する回転子と、回転磁界を発生する固定子からなる。
【００２１】
回転子は、鉄心の内部に複数の永久磁石を埋め込んで、または、鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置して構成する。固定子は、電磁鋼板に銅線を巻回して構成する。
【００２２】
固定子の巻線に三相交流電流を流すことにより、回転磁界が発生し、回転子が発生させるトルクにより、回転電機１３０，１４０を回転させることができる。
【００２３】
電力変換装置２０は、パワー半導体素子のスイッチング動作により、回転電機１３０，１４０に与える電流を制御するものである。すなわち、パワー半導体素子が、バッテリ７０からの直流電流を、回転電機１３０，１４０に流したり（オン）、切ったり（オフ）することで、回転電機１３０，１４０を制御する。本実施例では、回転電機１３０，１４０は三相交流モータであるため、オン／オフスイッチングの時間幅の粗密により、三相交流電圧発生させ、回転電機１３０，１４０の駆動力を制御する（ＰＷＭ制御）。
【００２４】
電力変換装置２０は、スイッチング時に瞬時に電力を供給するコンデンサモジュール１３，スイッチングするパワーモジュール５，パワーモジュール５を駆動する駆動回路装置ＤＣＵ、及び、スイッチングの時間幅の粗密を決める回転電機制御装置ＭＣＵから構成する。
【００２５】
回転電機制御装置ＭＣＵは、総合制御装置ＧＣＵからの回転数指令ｎ* 、トルク指令値τ* に基づいて回転電機１３０，１４０を駆動するため、パワーモジュール５のスイッチング動作を制御する。このため、回転電機制御装置ＭＣＵは、必要な演算を行うためのマイコン，データマップなどのメモリを搭載している。
【００２６】
駆動回路装置ＤＣＵは、回転電機制御装置ＭＣＵで決定されたＰＷＭ信号に基づいて、パワーモジュール５を駆動する。このため、パワーモジュール５の駆動に必要な、数Ａ，数十Ｖの駆動能力を持つ回路が搭載されている。また、高電位側のパワー半導体素子を駆動するために、制御信号を絶縁分離する回路を搭載している。
【００２７】
バッテリ７０は、直流電源で、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの電力密度の高い２次電池で構成する。バッテリ７０は、電力変換装置２０を介して、回転電機１３０，１４０に電力を供給し、または、逆に、回転電機１３０，１４０の発電力を電力変換装置２０で変換して貯蔵する。
【００２８】
変速機５７，エンジン５５，電力変換装置２０，バッテリ７０は、各々、変速機制御装置ＴＣＵ，エンジン制御装置ＥＣＵ，回転電機制御装置ＭＣＵ，バッテリ制御装置ＢＣＵにより制御される。これらの制御装置は、車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮにより、総合制御装置ＧＣＵに接続され、総合制御装置ＧＣＵからの指令値に基づき統括されるとともに、総合制御装置ＧＣＵとの間での双方向通信も可能である。各制御装置は、総合制御装置ＧＣＵの指令信号（指令値），各種センサ、他の制御装置の出力信号（各種パラメータ値）、予め記憶装置に記憶されているデータやマップ等に基づいて、機器を制御する。
【００２９】
例えば、総合制御装置ＧＣＵは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジン５５の運転効率が良くなるように、エンジン５５側の出力トルク値と第１の回転電機１３０側の出力トルク値とに分配する。分配されたエンジン５５側の出力トルク値はエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ＥＣＵに伝達され、分配された第１の回転電機１３０側の出力トルク値はモータトルク指令信号として回転電機制御装置ＭＣＵに伝達され、各々、エンジン５５，回転電機１３０を制御する。
【００３０】
次に、ハイブリッド自動車の運転モードを説明する。
【００３１】
まず、車両の発進時や低速走行時においては、主に回転電機１３０を回転電機として動作させ、回転電機１３０で発生した回転駆動力を、変速機５７及びデファレンシャルギアＤＥＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達する。これにより、前輪車軸ＦＤＳが回転電機１３０の回転駆動力によって回転駆動されて前輪ＦＲＷ，ＦＬＷが回転駆動し、車両が走行する。このとき、回転電機１３０には、バッテリ７０からの出力電力（直流電力）が電力変換装置２０によって三相交流電力に変換され、供給される。
【００３２】
次に、車両の通常走行時（中速，高速走行時）においては、エンジン５５と回転電機１３０を併用し、エンジン５５で発生した回転駆動力と、回転電機１３０で発生した回転駆動力とを、変速機５７及びデファレンシャルギアＤＦＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達する。これにより、前輪車軸ＦＤＳがエンジン５５と回転電機１３０の回転駆動力によって前輪ＦＲＷ，ＦＬＷが回転駆動され、車両が走行する。また、エンジン５５で発生した回転駆動力の一部は、回転電機１４０に供給される。この動力の分配により、回転電機１４０は、エンジン５５で発生した回転駆動力の一部によって回転駆動され、発電機として動作し、発電する。回転電機１４０によって発電された三相交流電力は、電力変換装置２０に供給され、一旦直流電力に整流された後、三相交流電力に変換して、回転電機１３０に供給する。これにより、回転電機１３０は回転駆動力を発生することが可能になる。
【００３３】
次に、車両の加速時、特にエンジン５５に供給される空気量を制御するスロットル弁の開度が全開になる急加速時（例えば、急勾配坂の登坂時で、アクセルの踏み込み量が大きい時）においては、前述した通常走行時の動作に加え、バッテリ７０からの出力電力を電力変換装置２０によって三相交流電力に変換して回転電機１３０に供給し、回転電機１３０によって発生する回転駆動力を増加する。
【００３４】
次に、車両の減速・制動時においては、前輪ＦＲＷ，ＦＬＷの回動による駆動車軸ＦＤＳの回転駆動力をデファレンシャルギアＤＦＦ、変速機５７を介して回転電機１３０に供給して、回転電機１３０を発電機として動作させ、発電させる。発電によって得られた三相交流電力（回生エネルギー）は、電力変換装置２０によって直流電力に整流され、バッテリ７０に供給される。これにより、バッテリ７０を充電することができる。
【００３５】
車両の停止時は、基本的にはエンジン５５及び回転電機１３０，１４０の駆動は停止するが、バッテリ７０の残量が少ない場合には、エンジン５５を駆動して回転電機１４０を発電機として動作させ、得られた発電電力を電力変換装置２０を介してバッテリ７０を充電する。
【００３６】
なお、１３０，１４０の発電，駆動の役割は、特に限定されず、効率によっては、上述と逆の役割で動作することも可能である。
【００３７】
本発明の実施形態における電力変換装置２０の主回路の回路図を図２に示す。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３８】
本実施形態の電力変換装置２０は、スイッチング時に瞬時に電力を供給するコンデンサモジュール１３，スイッチング動作を行うパワーモジュール５，パワーモジュール５のスイッチング電力を供給する駆動回路装置ＤＣＵ、回転電機を制御するためにパワーモジュール５のスイッチング動作を制御する回転電機制御装置ＭＣＵから構成される。
【００３９】
なお、図２では、第１の回転電機１３０に対する電力変換装置２０の構成のみを示しているが、図１の電力変換装置２０は、第２の回転電機１４０に対するパワーモジュール５，駆動回路装置ＤＣＵも備えており、それらの構成は、図２に示すものと同様である。
【００４０】
パワーモジュール５は、オン／オフのスイッチング動作を行うパワー半導体素子Ｍ（Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｐｖ，Ｍｎｖ，Ｍｐｗ，Ｍｎｗ）を用いて、３相交流出力のための３個（Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ）のブリッジ回路を構成する。
【００４１】
ブリッジ回路の両端は、接続端子部１５ａ及び接続端子部１６ａを通じて、コンデンサモジュール１３の接続端子部１５ｂ，１６ｂと接続される。また、コンデンサモジュール１３は、接続端子部１５ｃ，１６ｃを通じてバッテリ７０に接続される。
【００４２】
ブリッジ回路の中点は、接続端子部２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗを通じて、回転電機１３０の３相入力接続端子部（Ｕ接続端子部，Ｖ接続端子部，Ｗ接続端子部）に接続される。
【００４３】
ブリッジ回路は、アームともよばれ、高電位側に接続されたパワー半導体素子を上アーム、低電位側に接続されたパワー半導体素子を下アームと呼ぶ。
【００４４】
３個のブリッジ回路（Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ）のパワー半導体素子は、３相交流電圧を発生するようにそれぞれ１２０°の位相差を持たせてオン／オフのスイッチング動作を行い、高電位側（上アーム），低電位側（下アーム）の接続を切り換える。これにより、時間幅に粗密のあるパルス電圧波形の３相交流電圧を発生させる。
【００４５】
パワー半導体素子Ｍ（Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｐｖ，Ｍｎｖ，Ｍｐｗ，Ｍｎｗ）は、大電流によるスイッチングを行うため、パワー半導体素子を駆動するための駆動回路が必要となる。このため、パワーモジュール５に、パワー半導体素子を駆動するための駆動回路装置ＤＣＵが接続される。
【００４６】
また、駆動回路装置ＤＣＵには、回転電機制御装置ＭＣＵが接続される。駆動回路装置ＤＣＵは、回転電機制御装置ＭＣＵから、回転電機の回転数，トルク応じたスイッチング時間幅，タイミング（パルス電圧の粗密幅）の各信号を受ける。
【００４７】
本実施例では、パワー半導体素子Ｍ（Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｐｖ，Ｍｎｖ，Ｍｐｗ，Ｍｎｗ）として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。このため、スイッチング時における電流を還流させるためのダイオードＤ（Ｄｐｕ，Ｄｎｕ，Ｄｐｖ，Ｄｎｖ，Ｄｐｗ，Ｄｎｗ）が、ＩＧＢＴに外付けで逆並列に接続されている。
【００４８】
また、本実施例では、各相の上／下アームのパワー半導体素子Ｍは、１つの素子で構成されている（ダイオードを入れると２つ）が、電流容量に合わせて、パワー半導体素子Ｍを並列接続させることもできる。
【００４９】
また、本実施例では、パワー半導体素子ＭとしてＩＧＢＴを用いたが、ＩＧＢＴに代えて、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。この場合は、ＭＯＳＦＥＴにはその構造上、還流用ダイオードが内蔵されているため、ダイオードを外付けしなくてもよい。
【００５０】
本実施例において、少なくとも２つの電圧センサを備えたリーク検出回路を有する。１つの電圧センサは、高電圧ラインである正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインの間の電圧を計測する電圧センサ（Ｖ１）である。他の１つは、高電圧ラインである負極側（Ｎ）ラインと電力変換装置の金属ケースとの間の電圧を計測するセンサ（Ｖ２）である。
【００５１】
ただし、これらの２つの電圧センサＶ１，Ｖ２に代えて、１つの電圧センサとチップ抵抗等を用いた切り換えスイッチを採用することもできる。すなわち、切り換えスイッチを用いて、電圧センサの一方端子を正極側（Ｐ）ラインと金属ケースとで切り換えることにより、１つの電圧センサにより２箇所の電圧を計測することが可能である。
【００５２】
なお、本実施例のように、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインとの間に直列に挿入した抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を同一に設定した場合、電力変換装置２０の高圧系の絶縁が正常であれば、負極側（Ｎ）ラインと金属ケースとの間の電圧は、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインとの間の電圧の１／２の電圧となる。しかし、何らかの異常により、正極側（Ｐ）ラインと金属ケースとの間の絶縁や負極側（Ｎ）ラインと金属ケースとの間の絶縁が劣化する可能性がある。この場合、各電圧の大きさは上下に振れることになるため、絶縁性の劣化を確実に検知することができる。
【００５３】
なお、本実施例では、抵抗Ｒ１，Ｒ２を同一としたが、必要に応じて、この抵抗値の相対関係を変えてもよい。
【００５４】
図３は、本実施例における電力変換装置２０の分解斜視図であり、図４は、本実施例における電力変換装置２０の外観斜視図である。
【００５５】
電力変換装置２０は箱体の形状をなす金属ケース４を有し、金属ケース４の底部には、冷却水が循環する冷媒通路７６を内部に有する水路形成体４８が設けられている。金属ケース４の底部には、冷媒通路７６に冷却水を供給するための入口管７２および出口管７４が金属ケース４の外側へ突出している。水路形成体４８は冷媒通路を形成するものであり、本実施例では、冷媒としてエンジン冷却水が用いられる。
【００５６】
電力変換装置２０のパワーモジュール５は、金属ケース４内に並設される第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂで構成されている。第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂには、冷却用の放熱フィン（図示せず）がそれぞれ設けられている。一方、水路形成体４８には開口４９が設けられている。第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂを水路形成体４８に固定することで、冷却用の放熱フィンがそれぞれ開口４９から冷媒通路７６の内部に突出する。開口４９は、放熱フィンの周囲の金属壁で塞がれ、冷却水路が形成されると共に冷却水が漏れないように開口４９が塞がれる。
【００５７】
第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂは、金属ケース４の冷却水の入口管７２および冷却水の出口管７４が形成された側壁面に直交する仮想の線分を境にして左右のそれぞれに配置されている。
【００５８】
水路形成体４８の内部に形成される冷却水路は、冷却水の入口管７２から金属ケース底部の長手方向に沿って他端まで延び、他端部でＵ文字状に折り返され、金属ケース４の底部の長手方向に沿って出口管７４まで延びている。上記長手方向に沿った並行する２組の水路が水路形成体４８内に形成され、水路形成体４８にはそれぞれの水路に貫通する形状の開口４９が形成されている。上記通路に沿って水路形成体４８に第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂが固定される。
【００５９】
第１と第２のパワーモジュール５Ａ，５Ｂに設けられた放熱フィンが水路に突出することで効率の良い冷却が成されると共に、金属製の水路形成体４８に第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂの放熱面が密着することで効率の良い放熱構造を実現できる。さらに、開口４９は、第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂの放熱面でそれぞれ塞がれるため、構造が小型になるとともに、冷却効果が向上する。
【００６０】
第１のパワーモジュール５Ａと第２のパワーモジュール５Ｂにそれぞれ積層して、第１の駆動回路基板１Ａと第２の駆動回路基板１Ｂが並設されて配置されている。第１の駆動回路基板１Ａと第２の駆動回路基板１Ｂは、図１で示した駆動回路基板１を構成する。
【００６１】
第１のパワーモジュール５Ａの上方に配置される第１の駆動回路基板１Ａは、平面的に見たとき、第１のパワーモジュール５Ａよりやや小さく形成されている。同様に、前記第２のパワーモジュール５Ｂの上方に配置される第２の駆動回路基板１Ｂも、平面的に見たとき、第２のパワーモジュール５Ｂよりやや小さく形成されている。
【００６２】
金属ケース４の側面には、冷却水の入口管７２および出口管７４が設けられ、この側面にさらに孔８１に形成され、この孔８１に信号用のコネクタ８２が配置される。
【００６３】
第１の駆動回路基板１Ａと第２の駆動回路基板１Ｂの上方には、平滑用の複数のコンデンサを有するコンデンサモジュール１３が配置され、このコンデンサモジュール１３は、第１のコンデンサモジュール１３ａと第２のコンデンサモジュール１３ｂを有している。第１のコンデンサモジュール１３ａと第２のコンデンサモジュール１３ｂは、それぞれ、第１の駆動回路基板１Ａと第２の駆動回路基板１Ｂの上方に配置されている。
【００６４】
第１のコンデンサモジュール１３ａと第２のコンデンサモジュール１３ｂの上方には、平板状の保持板６２が、その周辺を金属ケース４の内壁面に密着して固定されて配置されている。この保持板６２は、パワーモジュールの側の面に、第１のコンデンサモジュール１３ａと第２のコンデンサモジュール１３ｂを支持するとともに、その反対側の面に、回転電機制御回路基板７５を保持し、固定している。そして、この保持板６２は金属材料から構成され、コンデンサモジュール１３ａとコンデンサモジュール１３ｂ、及び、回転電機制御装置ＭＣＵを搭載した制御回路基板７５の発熱した熱を金属ケース４に流し、放熱する。
【００６５】
上述のように、パワーモジュール５と駆動回路基板１とコンデンサモジュール１３と保持板６２と制御回路基板７５とを金属ケース４内に収納し、金属ケース４の上部の開口は金属製のカバー９０によって塞がれている。カバー９０は、ネジ５０を用いて金属ケース４に固定されている。
【００６６】
また、金属ケース４の冷却水の入口管７２及び出口管７４が設けられた側壁を正面とした場合、その側壁には、端子ボックス８０が取り付けられて配置されている。端子ボックス８０には、バッテリ７０からの直流電力をコンデンサモジュール１３の接続端子部１５ｃ，１６ｃに供給するための直流電力用コネクタ９５，９６と、その内部に設けられた直流電力用の端子台８５と、第１の回転電機１３０及び第２の回転電機１４０に接続するための交流電力用コネクタ９１，９２と、その内部に設けられた交流用の端子台８３とが設けられている。
【００６７】
直流電力用の端子台８５は、バスバーを介して第１のコンデンサモジュール１３ａと第２のコンデンサモジュール１３ｂの電極に電気的に接続され、交流用の端子台８３はパワーモジュール５を構成する複数のパワーモジュール５Ａ，５Ｂの端子とそれぞれバスバーを介して電気的に接続されている。
【００６８】
なお、この端子ボックス８０は、その本体８４に直流電力用の端子台８５を配置させた底板部６４とカバー部６６とが取り付けられることによって構成されるようになっている。端子ボックス８０の組み立てを容易にするためである。
【００６９】
以上のように構成することにより、小型な電力変換装置２０を提供することができる。
【００７０】
図５に、本実施例におけるパワーモジュール５の斜視図を示す。
【００７１】
パワーモジュール５は、複数のパワー半導体素子Ｍ（Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｐｖ，Ｍｎｖ，Ｍｐｗ，Ｍｎｗ）を備えている。また、電流を還流させるためのダイオードＤ（Ｄｐｕ，Ｄｎｕ，Ｄｐｖ，Ｄｎｖ，Ｄｐｗ，Ｄｎｗ）が、パワー半導体素子Ｍと並列に設けられている。なお、本実施例では、パワー半導体素子Ｍ及びダイオードＤは、それぞれ同一の２つの素子が並列接続されて回路上の個々の素子を構成している。ただし、素子の個数は仕様等に応じて適宜変更が可能である。
【００７２】
パワーモジュール５の向かい合う長辺に沿って、コンデンサモジュール１３に接続される接続端子部が配置されている。正極側の接続端子部１６ａと負極側の接続端子部１５ａが複数個一列に並んで配置されている。また、パワーモジュール５の他の長辺には、回転電機１３０を駆動する交流電流を出力するための接続端子部２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗが一列に配置されている。接続端子部２４Ｕ，２４Ｖ，２４ＷからそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電流を出力することにより、回転電機１３０が駆動制御される。パワー半導体素子Ｍ，ダイオードＤ、及び、各接続端子部の間は、アルミワイヤ８により電気的に接続されている。
【００７３】
また、パワーモジュール５には、駆動回路基板１から与えられた制御信号（ゲート信号）をパワー半導体素子Ｍ（Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｐｖ，Ｍｎｖ，Ｍｐｗ，Ｍｎｗ）のゲート端子に伝達するためのゲートピン２５が設けられている。パワー半導体素子Ｍは、駆動回路基板１からのゲート信号に基づいて制御される。パワー半導体素子Ｍは６組配置されているため、それぞれのパワー半導体素子Ｍに接続される６組のゲートピンが設けられている。
【００７４】
パワー半導体素子Ｍ及びダイオードＤは、窒化アルミ（ＡｌＮ）等の絶縁基板５６上に搭載されている。窒化アルミ（ＡｌＮ）は、良好な熱伝導性を有するため、好んで用いられる。また、窒化アルミ（ＡｌＮ）に代えて、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いることも可能である。窒化ケイ素（ＳｉＮ）は靭性が高いため、絶縁基板５６を薄く形成することができる。
【００７５】
絶縁基板５６には、金属ベース２６側の面において、Ｎｉメッキした銅等で全面またはその一部にのみパターンが形成され、パワー半導体素子Ｍ等が配置される面には、Ｎｉメッキした銅等で配線パターンが形成されている。絶縁基板５６の両面に金属を貼り付けることにより、パワー半導体素子Ｍ等と金属ベース２６とのはんだ付けを可能にするとともに、絶縁基板５６を金属で挟んだサンドイッチ構造としている。このような構成により、温度変化したときに熱膨張係数の差による変形を抑制することができる。
【００７６】
このサンドイッチ構造を採用した結果、絶縁基板５６を薄くすると、パワー半導体素子Ｍのスイッチング時に、パワー半導体素子Ｍの搭載側の配線パターンに流れる電流変化に応じて、金属ベース２６側の全面パターンに誘導されるうず電流が多くなる。この結果、絶縁基板５６上の配線パターンの寄生インダクタンスを低減することができ、パワーモジュール５の低インダクタンス化に寄与する。
【００７７】
また、パワーモジュール５の下部には、銅等で形成された金属ベース２６が設けられている。金属ベース２６の下には、直線形状やピン形状の放熱フィン（図示せず）が形成されている。パワーモジュール５を金属ケース４に搭載することにより冷媒通路が形成され、金属ベース２６の下には、直接、冷却水が流れる。
【００７８】
次に、本発明の電圧センサの接続構成について、複数の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００７９】
（実施例１）
図６乃至図８に、実施例１における構造図を示す。図６は、本実施例の正面図である。図７は、本実施例の側面図である。図８は、図６のVIII−VIIIにおける断面図である。
【００８０】
これらの図において、５はパワーモジュール、１は駆動回路基板、３は駆動回路基板１の上に搭載される電圧センサ、４はパワーモジュール５を搭載する電力変換装置２０の金属ケースである。パワーモジュール５は、ネジ６にて金属ケース４に固定されている。２は金属ケース４と駆動回路基板１上の電圧センサを接続する金属板である。金属板２は、錫メッキが施されている。
【００８１】
駆動回路基板１は、プリント基板で構成されており、プリント基板上に電圧センサ３、及び、パワーモジュール５を駆動するドライバＩＣ等の電子部品３８が搭載されている。駆動回路基板１に搭載される各種回路や各種電子部品３８により、駆動回路装置ＤＣＵが構成される。
【００８２】
本実施例において、電圧センサ３は、高電圧ラインである負極側（Ｎ）ラインと電力変換装置の金属ケースとの間の電圧を計測するセンサ（Ｖ２）である。ただし、切り換えスイッチにより計測対象を、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインとの間の電圧、または、負極側（Ｎ）ラインと金属ケース４との間の電圧、の２つの間で変えることのできるセンサであってもよい。すなわち、電圧センサ３は、負極側（Ｎ）ラインと金属ケース４との間の電圧を計測できるものであればよい。
【００８３】
通常、これら高電圧を検知する電圧センサ３は、制御装置等の弱電系統から絶縁する必要がある。このため、一般的に、電圧センサ３は、パワーモジュール５上に搭載された駆動回路基板１の上に搭載される。
【００８４】
また、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインとの間を接続するため、所定の端子が、複数の制御端子の一部としてパワーモジュール５に用意されている。これらの端子は、それぞれ、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインと電気的に接続されている。このため、この端子間を接続するための配線を用いることにより、正極側（Ｐ）ラインと負極側（Ｎ）ラインとの間の電圧を計測しることができる。
【００８５】
一方、負極側（Ｎ）ラインと金属ケース４との間の電圧を計測する場合、駆動回路基板１と電力変換装置２０の金属ケース４との間を電気的に接続する必要がある。このため、本実施例では、駆動回路基板１と金属ケース４との間を、金属板２を用いて電気的に接続している。
【００８６】
電圧センサ３の一方側端子は、駆動回路基板１上に設けられた配線６８を介して、パワーモジュール５に設けられた複数の制御端子のうちの一部（図示せず）に電気的に接続される。この制御端子は、負極側（Ｎ）ラインに電気的に接続されている。
【００８７】
また、電圧センサの他方側端子は、駆動回路基板１上に設けられた配線６９、及び、金属板２を介して、電力変換装置２０の金属ケース４に電気的に接続される。金属板２と金属ケース４との接続部は、ネジ６を用いて固定される。本実施例では、ネジ６を２箇所設けて固定されているが、これに限られず、必要に応じて、ネジ６の個数を変更してもよい。
【００８８】
一方、駆動回路基板１と金属板２との接続部は、パワーモジュール５の上に駆動回路基板１と金属板２とを友締めするようにして、ネジ７にて固定される。
【００８９】
金属板２は、金属ケース４と駆動回路基板１とをネジ６，７にて固定する部分である本体部２２、及び、本体部２２のうちネジ７で固定されてた部分から先端方向に延びたリード部２３からなる。図８に示すように、金属板２から延びた幅細のリード部２３は、その先端が下方向に曲がっており、先端部分は駆動回路基板１に設けられたスルーホール５３に挿入される。スルーホール５３において、リード部２３の先端と駆動回路基板１上の配線６８は、半田５２にて電気的に接続される。
【００９０】
このように、電圧センサ３の一方端子に電気的に接続された配線６９と金属板２との間は、ネジ７とスルーホール５３に設けられた半田５２とを用いて固定されている。金属板２は、ネジ７と半田５２にて２重に接続されているため、確実な固定を確保することができ、電気的接続の信頼性を向上させることが可能になる。
【００９１】
以上の構成によれば、電力変換装置２０に大きな振動が印加された場合でも、金属ケース４と駆動回路基板１との間を接続する金属板２が、大きな振動により断線することを効果的に防止することができる。また、振動や、プリント基板の枯れ（プリント基板の垂直方向の縮み）でネジ７が緩んだ場合でも、金属板２のリード部２３が駆動回路基板１に半田５２にて確実に接続されているため、金属ケース４と駆動回路基板１との間を接続する金属板２が断線することを防ぐことが可能になる。
【００９２】
また、本実施例では、半田５２にて接続された接続部とネジ７にて固定された金属板２の本体部２２との間を電気的に接続するための配線６７が、駆動回路基板１に形成されている。配線６７は、ネジ７と半田５２との間を電気的に接続するためのリード部２３と電気的に並列に設けられる。
【００９３】
このような構成によれば、温度サイクル等の熱ストレスによりリード部２３の半田付け部にクラックが入り、リード部２３の電気接続が不完全になった場合でも、ネジ７の固定部に電圧センサ３と接続する別の配線６７が形成されているため、金属ケース４と電圧センサ３との電気接続が断線することなく、電圧センサ３にて金属ケースと負極（Ｎ）ラインとの間の電圧計測を維持することができる。結果として、信頼性を向上させた電力変換装置を提供することが可能になる。
【００９４】
また、リード部２３の幅は、本体部２２の幅より狭くなっている。これは、簡便に半田付けを可能にするためである。リード部２３は、半田５２により駆動回路基板１と接続されるが、リード部２３の幅を広くすると、半田付けをする際の熱が拡散して、半田付けを行うことが困難になる。
【００９５】
同様な理由で、本体部２２から先端部へと延びるリード部２３の長さは、比較的長くしている。このため、本体部２２から先端部へと延びる第１方向のリード部２３の長さは、本体部２２の幅（第１方向と同一方向）よりも長くすることが好ましい。
【００９６】
また、金属板２の本体部２２において、半田付けを行う際の熱が金属ケース４側に伝達することを防止するため、本体部２２には穴７１が形成されている。このように、穴７１を設けることにより、本体部２２の見かけ上の幅が狭くなるため、熱の伝達が起こりにくくなりる。この結果、半田付けが容易になり、半田接続を確実なものとすることが可能になる。
【００９７】
なお、本実施例では、本体部２２に穴７１を設けたが、熱の伝達が起こりにくくする構造であれば、他の方法でもよい。例えば、本体部２２の中間部での幅をネジ７による固定部での幅より狭くするなど、本体部２２の幅を部分的に狭くするようにすることもできる。
【００９８】
図２に示すように、金属板２の本体部２２は、金属ケース４側のネジ６による固定部と駆動回路基板１側のネジ７による固定部の高さが異なるため、その高さに合うように傾斜を設けている。
【００９９】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
【０１００】
図９は、本実施例の特徴を示す構造図である。本図には、金属ケース４と電圧センサ３との間を電気的接続するための金属板２の詳細な構造が示されている。
【０１０１】
本実施例の金属板２は、金属板２の先端部に設けられているリード部２３に屈曲構造２７を有する。すなわち、本実施例のリード部２３は、本体部２２から直線状に延び、その途中で４箇所の屈曲部があり、半田５２へ直線状に延びた構造を有する。このような屈曲構造２７を備える点で、実施例１のように直線状に本体部２２から半田５２へ延びる構成とは異なる。
【０１０２】
本実施例の上記構成によれば、温度変化により引き起こされるリード部２３の伸縮により、半田５２，５４にクラックが入るおそれがある場合でも、屈曲構造２７において機械的なストレスを吸収することができる。すなわち、屈曲構造２７を設けたことにより、リード部２３には、本体部２２から先端部に向かう第１方向とは垂直である第２方向に伸びる２箇所が設けられている。このため、第１方向の機械的ストレスを、屈曲されて第２方向に伸びたリード部により吸収することができる。この結果、半田５２，５４のクラックの発生を効果的に防止することが可能になり、信頼性の高い電力変換装置を実現することが可能になる。
【０１０３】
また、本実施例のリード部２３は、２箇所で半田付けが行われる。すなわち、先端部における半田５２と、屈曲部と先端部との間に設けられた半田５４とを有する。リード部２３の先端だけでなく、その中間部分においても半田付けを行う点で、実施例１の構成とは異なる。
【０１０４】
なお、先端部の半田５２が設けられる箇所においては、実施例１と同様に、駆動回路基板１にスルーホール５３が設けられている。リード部２３の先端は、このスルーホール５３の内部に挿入され、半田５２により電気的接続がなされる。一方、中間部の半田５４が設けられる箇所においては、駆動回路基板１にスルーホールは設けられていない。このため、駆動回路基板１上に半田５４を介して、駆動回路基板１とリード部２３とが接続される。ただし、中間部の半田５４が設けられる箇所において、駆動回路基板１にスルーホールを設ける構成でもよい。
【０１０５】
本実施例の上記構成によれば、先端部と中間部の２箇所において半田５２，５４を備えるため、半田クラックによる半田接続部の断線の可能性を低減させることが可能になる。
【０１０６】
また、本実施例において、半田付けは２箇所にて行われているが、これに限られず、３箇所以上半田付けがなされているものであってもよい。
【０１０７】
また、中間部における半田５４は、リード部２３の先端部に近い位置に設けることがより好ましい。これは、幅の広い本体部２２に近い位置に半田を設けると、半田付けの際に熱が本体部２２へ逃げやすくなるため、半田付けが困難になるからである。より具体的には、中間部の半田５４は、屈曲部と先端部との間に設けることが好ましい。ただし、問題なく半田付けを行うことができる場合には、本体部２２の近傍、例えば、本体部と屈曲部との間において半田付けを行ってもよい。
【０１０８】
（実施例３）
次に本発明の実施例３について説明する。
【０１０９】
図１０乃至図１２は、実施例３を説明する構造図である。図１０は本実施例の正面図、図１１は本実施例の側面図、図１２は図１０のXII−XIIにおける断面図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であるため、実施例１とは異なる部分だけ説明し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【０１１０】
これらの図において、３５はシールド板である。シールド板３５は、パワーモジュール５から駆動回路基板１側へ放射される電磁ノイズを低減するために設けられている。
【０１１１】
また、これらの図に示すように、シールド板３５はパワーモジュール５と駆動回路基板１との間に搭載されている。シールド板３５の周囲の一部は、パワーモジュール５と駆動回路基板１との間に位置し、ネジ７と駆動回路基板１によりパワーモジュール５に固定される。
【０１１２】
シールド板３５は、突起部３６を有する。突起部３６は、シールド板３５の平面に対して垂直方向に延びており、駆動回路基板１のスルーホール５３を貫通している。スルーホール５３を貫通した突起部３６は、スルーホール５３において半田５２により固定される。また、突起部３６は、シールド板３５と一体に形成されている。ただし、突起部３６をシールド板３５とは別体で形成するものであってもよい。
【０１１３】
シールド板３５は、ネジ６を用いて金属ケース４に固定されている。また、シールド板３５は、ネジ７と半田５２を用いて駆動回路基板１及びパワーモジュール５に固定されている。このように、シールド板３５と駆動回路基板１及びパワーモジュール５との間は、ネジ７と半田５２により２重に固定されているため、確実な固定を確保することができ、電気的接続の信頼性を向上させることが可能になる。
【０１１４】
以上の構成によれば、電力変換装置２０に大きな振動が印加された場合でも、金属ケース４と駆動回路基板１との間を接続する金属板２が、大きな振動により断線することを効果的に防止することができる。また、振動や、プリント基板の枯れ（プリント基板の垂直方向の縮み）でネジ７が緩んだ場合でも、金属板２のリード部２３が駆動回路基板１に半田５２にて確実に接続されているため、金属ケース４と駆動回路基板１との間を接続する金属板２が断線することを防ぐことが可能になる。
【０１１５】
また、本実施例では、電圧センサ３とネジ７との間を電気的に接続するための配線７３が、駆動回路基板１に形成されている。配線７３は、ネジ７と半田５２との間を電気的に接続するための突起部３６と電気的に並列に設けられる。
【０１１６】
このような構成によれば、温度サイクル等の熱ストレスにより突起部３６の半田付け部にクラックが入り電気接続が不完全になった場合でも、ネジ７の固定部に電圧センサ３と接続する別経路である配線７３が形成されているため、金属ケース４と電圧センサ３との電気接続が断線することなく、電圧センサ３にて金属ケースと負極（Ｎ）ラインとの間の電圧計測を維持することができる。結果として、信頼性を向上させた電力変換装置を提供することが可能になる。
【０１１７】
以上のとおり、上記実施例によれば、簡易な構成で、耐振動性と耐温度サイクル性を併せ持つ、電圧センサの配線構造を備えた電力変換装置を提供することができる。結果として、信頼性の高い電力変換装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施形態における車両構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における電力変換装置の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態における電力変換装置の外観斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における電力変換装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるパワーモジュールの斜視図である。
【図６】本発明の実施例１を説明する正面図である。
【図７】本発明の実施例１を説明する側面図である。
【図８】本発明の実施例１を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施例２を説明する構造図である。
【図１０】本発明の実施例３を説明する正面図である。
【図１１】本発明の実施例３を説明する側面図である。
【図１２】本発明の実施例３を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  駆動回路基板
２  金属板
３  電圧センサ
４  金属ケース
５  パワーモジュール
６，７  ネジ
２０  電力変換装置
２２  本体部
２３  リード部
２７  屈曲構造
３５  シールド板
３６  突起部
５２，５４  半田
５３  スルーホール
６７，６８，６９，７３  配線
【図１】
2008301608.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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