(57)【要約】【課題】低コストで製造できる生産性の高いパワーモジュールおよびそれを備えた輸送機器を提供する。【解決手段】本発明によるパワーモジュールは、複数の電力用半導体素子を含む基板と、基板を収容する枠体と、枠体とは別体に形成され、複数の電力用半導体素子のいずれかに電気的に接続された端子と、端子を枠体に固定する固定手段とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力用半導体素子を含む基板と、
前記基板を収容する枠体と、
前記枠体とは別体に形成され、前記複数の電力用半導体素子のいずれかに電気的に接続された端子と、
前記端子を前記枠体に固定する固定手段と、
を備えたパワーモジュール。
【請求項２】
前記端子は板状である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
電源から供給される電圧を平滑化するコンデンサをさらに備える請求項１または２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記端子は、その一端部と他端部との間に、前記コンデンサとの電気的な接続を行うための接続部を有する請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記枠体は、前記基板を収容する第１の空間と、前記コンデンサを収容する第２の空間とを含んでいる請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記枠体は、前記基板および前記コンデンサを共通に収容する空間を含んでいる請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記複数の電力用半導体素子を制御する回路を含む制御基板をさらに備え、
前記制御基板は前記枠体の内部に収容されている、請求項１から６のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記固定手段は、前記枠体自体に形成された構造および前記端子自体に形成された構造の少なくとも一方を含む請求項１から７のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記固定手段は、前記枠体の表面に形成された溝を含む請求項１から８のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記溝を規定する複数の面は、逆テーパ状の側面を含む請求項９に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記固定手段は、前記溝内に形成された突起を含む請求項９に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記固定手段は、前記端子の端部に形成された板ばねを含む請求項１から９のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記固定手段は、前記枠体の表面に形成された突起と、前記端子に形成され前記突起に嵌合する開口部とを含む、請求項１から９のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
前記固定手段は、前記枠体および前記端子とは別個に設けられた部材を含む請求項１から９のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項１５】
前記固定手段は、前記枠体と前記端子とを互いに接着する接着部材を含む請求項１から９および１４に記載のパワーモジュール。
【請求項１６】
前記固定手段は、前記枠体と前記端子とを互いに機械的に結合する機械的結合部材を含む請求項１から９および１４に記載のパワーモジュール。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載のパワーモジュールを備えた輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関し、特に、輸送機器の駆動源として用いられるモータに電力を供給するためのパワーモジュールに関する。また、本発明は、そのようなパワーモジュールを備えた輸送機器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題の観点から電動機（以下では単に「モータ」）を駆動源とする輸送機器が注目されている。また、モータは、内燃機関に比べ、駆動時に発生する動作音が小さいという利点や、外形の設計自由度が大きく、駆動源が必要となる場所に近接して配置することが可能であるという利点を備えている。このため、従来の内燃機関を用いた輸送機器にはない特徴を備えた新しい輸送機器を実現することも可能であり、こうした観点からもモータを用いた輸送機器の開発が進められている。
【０００３】
モータを備えた輸送機器は、モータに電力を供給し、回転数を制御するためのパワーモジュール（「電力用半導体装置」とも呼ばれる。）を備えている。図１６は、従来のパワーモジュール５００を含む駆動系を模式的に示す回路図である。図１６に示すように、パワーモジュール５００は、複数の電力用半導体素子（トランジスタ）５１３と、トランジスタ５１３を制御する制御回路５５１とを含んでいる。各トランジスタ５１３のゲート電極には、制御回路５５１に含まれるゲート駆動回路５５２によって生成された制御信号が印加される。バッテリ５０１から供給される電力は、パワーモジュール５００によって適切な駆動電力に変換され、モータ５０２へ供給される。バッテリ５０１は、電圧変動を平滑化するためのコンデンサ５４０と並列に接続されている。
【０００４】
図１７に、特許文献１に開示されているパワーモジュール６００の具体的な構造を示す。パワーモジュール６００は、図１７に示すように、枠体（ケース）６２０と、枠体６２０の内部に収容された基板６１０とを備えている。
【０００５】
枠体６２０は、熱可塑性樹脂を用いて射出成形により形成されている。枠体６２０は、筒状の形状を有しており、基板６１０は、枠体６２０の下側を塞ぐように配置されている。
【０００６】
基板６１０は、金属ベース板６１１ａと、金属ベース板６１１ａに支持された絶縁層６１１ｂと、絶縁層６１１ｂの表面に形成された回路パターン上に実装された電力用半導体素子６１３とを有する。回路パターン上には、他に、回路構成に必要なダイオードや抵抗器等の電子部材６１５が実装されている。
【０００７】
パワーモジュール６００は、さらに、電力用半導体素子６１３や電子部材６１５と外部回路とを接続するための端子６３０を備えている。端子６３０は、図１７に示すように、枠体６２０にインサートされている。つまり、枠体６２０と端子６３０とがインサート成形によって一体化されている。インサート成形とは、金型内にインサート品を装填した後、樹脂を注入してインサート品を溶融樹脂で包んで固化させ、一体化した複合部品を作る手法である。端子６３０は、一端部が枠体６２０内部の空間に露出し、他端部が外部に露出している。電力用半導体素子６１３や電子部材６１５と端子６３０とはボンディングワイヤ６１４によって電気的に接続されている。枠体６２０内には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂６０１が充填されている。また、電力用半導体素子６１３については、枠体６２０内の全体に充填された樹脂６０１よりも柔軟性、弾力性に優れた樹脂６０２で覆われている。
【特許文献１】特許第３７９７０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、特許文献１に開示されているパワーモジュール６００では、枠体６２０と端子６３０とをインサート成形によって一体化させることによって、端子６３０が枠体６２０に固定されている。
【０００９】
しかしながら、インサート成形を行うための金型は複雑で高精度の仕様であるので、非常に高価である。そのため、製造個数がさほど多くない（例えば１０万個以下）場合には、金型償却費が高額となり、製品単価を引き上げる要因となる。また、開発段階では設計変更の度に金型の変更が必要となるので、金型が高価であると金型費が嵩んでしまう。このように、インサート成形によって端子が枠体に固定された構成を採用すると、パワーモジュールの製造コストが増加し、生産性が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで製造できる生産性の高いパワーモジュールおよびそれを備えた輸送機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるパワーモジュールは、複数の電力用半導体素子を含む基板と、前記基板を収容する枠体と、前記枠体とは別体に形成され、前記複数の電力用半導体素子のいずれかに電気的に接続された端子と、前記端子を前記枠体に固定する固定手段と、を備える。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記端子は板状である。
【００１３】
ある好適な実施形態において、本発明によるパワーモジュールは、電源から供給される電圧を平滑化するコンデンサをさらに備える。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記端子は、その一端部と他端部との間に、前記コンデンサとの電気的な接続を行うための接続部を有する。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記枠体は、前記基板を収容する第１の空間と、前記コンデンサを収容する第２の空間とを含んでいる。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記枠体は、前記基板および前記コンデンサを共通に収容する空間を含んでいる。
【００１７】
ある好適な実施形態において、本発明によるパワーモジュールは、前記複数の電力用半導体素子を制御する回路を含む制御基板をさらに備え、前記制御基板は前記枠体の内部に収容されている。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体自体に形成された構造および前記端子自体に形成された構造の少なくとも一方を含む。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体の表面に形成された溝を含む。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記溝を規定する複数の面は、逆テーパ状の側面を含む。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記溝内に形成された突起を含む。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記端子の端部に形成された板ばねを含む。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体の表面に形成された突起と、前記端子に形成され前記突起に嵌合する開口部とを含む。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体および前記端子とは別個に設けられた部材を含む。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体と前記端子とを互いに接着する接着部材を含む。
【００２６】
ある好適な実施形態において、前記固定手段は、前記枠体と前記端子とを互いに機械的に結合する機械的結合部材を含む。
【００２７】
ある好適な実施形態において、本発明による輸送機器は、上記構成を有するパワーモジュールを備える。
【００２８】
本発明によるパワーモジュールでは、端子が枠体とは別体に形成されており、固定手段によって枠体に固定されている。従って、枠体を成形するための金型は、インサート成形に用いられるような複雑な仕様で非常に高価なものである必要はなく、単純な仕様で比較的安価なものであってよい。そのため、製造個数がさほど多くない場合であっても金型償却費を低額にでき、金型償却費に起因した製品単価の上昇を抑制することができる。また、開発段階で設計変更の度に金型の変更が必要となっても、金型費を低廉にできる。このように、本発明によると、パワーモジュールの製造コストを削減し、生産性を向上させることができる。つまり、本発明によるパワーモジュールは、低コストで製造でき、生産性が高い。
【００２９】
端子は板状であることが好ましい。板状の端子は、大電力の供給に適し、成形も容易である。また、端子の端部を基板に接合する（例えば基板に半田付けする）場合には、接合面積をかせぎやすい。
【００３０】
本発明によるパワーモジュールは、電源から供給される電圧を平滑化するコンデンサをさらに備えることが好ましい。コンデンサがパワーモジュールに内蔵されていることにより、コンデンサまで含めた装置サイズを小さくすることができる。また、電力用半導体素子とコンデンサ取付点との間の配線長を短くできるので、コンデンサの一方の端子から他方の端子に至る回路のインダクタンスを小さくでき、電力用半導体素子がスイッチングする際に発生するノイズ（サージ電圧）を低減できる。そのため、電力用半導体素子の定格電圧に比べ印加電圧が十分に小さくなって電力用半導体素子の故障率が低下するので、信頼性が向上する。また、印加電圧が小さくなるので、より低い定格電圧の電力用半導体素子の使用が可能となる。定格電圧の低い電力用半導体素子は一般的に電力損失が小さく、低コストであるため、パワーモジュール全体での電力損失も低減でき、コストも低減できる。
【００３１】
パワーモジュールがコンデンサを内蔵する場合には、例えば、端子がその一端部と他端部との間に、コンデンサとの電気的な接続を行うための接続部を有することにより、電力用半導体素子とコンデンサ取付点との間の配線長を短くできる。
【００３２】
枠体が、基板を収容する第１の空間とコンデンサを収容する第２の空間とを含んでいる構成を採用すると、パワーモジュールの鉛直方向（基板の主面に直交する方向）のサイズ（つまり高さ）を小さくできる。
【００３３】
また、枠体が、基板およびコンデンサを共通に収容する空間を含んでいる構成を採用すると、パワーモジュールの水平方向（基板の主面が広がる方向）のサイズを小さくできる。
【００３４】
本発明によるパワーモジュールは、複数の電力用半導体素子を制御する回路を含む制御基板をさらに備えてもよい。典型的には、制御基板も枠体の内部に収容される。
【００３５】
端子を枠体に固定する固定手段は、例えば、枠体自体に形成された構造および端子自体に形成された構造の少なくとも一方を含んでいる。
【００３６】
枠体自体に形成された構造は、例えば、枠体の表面に形成された溝である。このような溝に端子を嵌合させることにより、端子を枠体に固定することができる。溝を規定する複数の面が逆テーパ状の側面を含んでいたり、溝内に突起が形成されていたりすると、端子をより強固に固定することができる。
【００３７】
端子自体に形成された構造は、例えば、端子の端部に形成された板ばねである。板ばねを含む端子が、枠体を板ばねの弾性力を利用して挟持することにより、端子を枠体に固定することができる。
【００３８】
また、枠体の表面に形成された突起（枠体自体に形成された構造である）と、端子に形成され突起に嵌合する開口部（端子自体に形成された構造である）とを組み合わせて用いてもよい。枠体の突起と端子の開口部とを互いに嵌合させることにより、端子を枠体に固定することができる。
【００３９】
固定手段は、あるいは、枠体および端子とは別個に設けられた部材を含んでもよい。
【００４０】
枠体および端子とは別個に設けられた部材は、例えば、枠体と端子とを互いに接着する接着部材である。接着剤層や接着テープなどの接着部材を用いて枠体と端子とを接着することにより、端子を枠体に固定することができる。
【００４１】
枠体および端子とは別個に設けられた部材は、あるいは、枠体と端子とを互いに機械的に結合する機械的結合部材である。ビスやリベットなどの機械的結合部材を用いて枠体と端子とを機械的に結合させることにより、端子を枠体に固定することができる。
【００４２】
本発明によるパワーモジュールは、低コストで製造でき、生産性が高いので、各種の輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、低コストで製造できる生産性の高いパワーモジュールおよびそれを備えた輸送機器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４５】
まず、図１を参照しながら、本実施形態におけるパワーモジュール（電力用半導体装置）１００が用いられる輸送機器の駆動系の概略を説明する。図１は、パワーモジュール１００を含む駆動系を模式的に示す回路図である。
【００４６】
図１に示す駆動系は、パワーモジュール１００と、パワーモジュール１００に電力を供給するバッテリ１０１と、パワーモジュール１００によって駆動されるモータ１０２とを含んでいる。
【００４７】
バッテリ１０１は、パワーモジュール１００に電気的に接続されており、電圧を平滑化するためのコンデンサ４０と並列に接続されている。後に詳しく説明するように、コンデンサ４０は、パワーモジュール１００に搭載されている。
【００４８】
本実施形態におけるモータ１０２は、ブラシレスＤＣモータである。モータ１０２の３つの端子に位相が１２０度ずつ異なる３相交流電流を印加することにより、モータ１０２が回転駆動される。
【００４９】
パワーモジュール１００は、バッテリ１０１から電力を受け取り、モータ１０２を回転させるのに適した駆動電力を生成する。上述したようにモータ１０２は３相交流電流により駆動されるので、パワーモジュール１００は、バッテリ１０１から供給される直流電流から３相交流電流を生成する。このために、パワーモジュール１００には、それぞれが直列接続された２つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１３からなる３つの電流経路が形成されている。すなわち、パワーモジュール１００は、電力用半導体素子（電流の供給を制御するためのスイッチング動作を行う半導体素子）として６つの電界効果型トランジスタ１３を含んでいる。
【００５０】
本実施形態では、ＭＯＳ型の電界効果型トランジスタ（以下では単に「トランジスタ」と称する。）を電力用半導体素子（スイッチング素子）として用いるが、バイポーラトランジスタなどの他のトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ以外にダイオードやサイリスタなど大電流を印加することができる他の電力用半導体素子を用いてもよい。電力用半導体素子は、狭義には、モータ駆動用半導体スイッチング素子である。
【００５１】
各トランジスタ１３のゲート電極には、制御回路５１に含まれるゲート駆動回路５２によって生成された制御信号が印加され、制御信号に基づき各ＦＥＴがスイッチング動作を行う。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）による周波数で高速にスイッチングされ、これにより、３相交流電流が生成され、モータ１０２に供給される。
【００５２】
次に、図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、パワーモジュール１００の具体的な構成を説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００を模式的に示す断面図および上面図である。
【００５３】
パワーモジュール１００は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、複数のトランジスタ（電力用半導体素子）１３を含む基板（電力回路基板）１０と、基板１０を内部に収容する枠体（ケース）２０と、それぞれが複数のトランジスタ１３のいずれかに電気的に接続された複数の端子３０とを備えている。パワーモジュール１００は、さらに、電源であるバッテリ１０１から供給される電圧を平滑化するコンデンサ４０と、トランジスタ１３を制御する回路（制御回路）５１を含む制御基板５０とを備えている。
【００５４】
基板１０は、絶縁性の表面を有する板状部材１１を含んでいる。本実施形態では、この板状部材１１は、ベース基板１１ａと、ベース基板１１ａの表面上に設けられた絶縁層１１ｂとを有する。ベース基板１１ａは、例えばアルミニウムから形成されており、絶縁層１１ｂは、例えばエポキシ樹脂から形成されている。
【００５５】
パワーモジュール１００では、トランジスタ１３や配線に大電流が流れることによって大きな熱が生じるので、生じた熱を板状部材１１を介してパワーモジュール１００の外部へ放散できるよう、板状部材１１は熱伝導性に優れていることが好ましい。絶縁層１１ｂは一般に熱伝導性が低いため、絶縁層１１ｂを絶縁性を確保できる程度に薄くし、ベース基板１１ａを基板１０の強度を確保できる十分な厚さにすることが好ましい。熱伝導性および構造材としての強度の観点からは、金属基板をベース基板１１ａとして用いることが好ましい。あるいは、絶縁性および熱伝導性の両方に優れた材料を用いて板状部材１１を形成してもよい。
【００５６】
絶縁層１１ｂ上（つまり板状部材１１の絶縁性表面上）には導電性パターン１２が形成されている。導電性パターン１２は、例えば銅箔である。導電性パターン１２上に、トランジスタ１３が設けられている。トランジスタ１３は、そのドレイン電極が導電性パターン１２に接触するよう導電性パターン１２に半田付けされている。
【００５７】
枠体２０は、樹脂（例えばＰＢＴ、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂）から形成されている。枠体２０は、基板１０を収容する第１の空間２１と、コンデンサ４０を収容する第２の空間２２とを含んでいる。第１の空間２１は、枠体２０の側壁部２０ａによって筒状に包囲された空間であり、上側および下側が開放されている。基板１０は、第１の空間２１の下側を塞ぐように収容されている。一方、第２の空間２２は、枠体２０の側壁部２０ａおよび底部２０ｂによって袋状に包囲された空間であり、コンデンサ４０は枠体２０の底部２０ｂ上に載置されている。
【００５８】
端子３０は、枠体２０とは別体に形成されている。つまり、本実施形態では、端子３０は枠体２０にインサートされておらず、端子３０と枠体２０とをインサート成形により一体化する構成は採用されていない。端子３０は、りん青銅や黄銅などの金属材料から形成されている。
【００５９】
本実施形態における端子３０は、板状であり、基板１０や枠体２０の表面に沿うように屈曲している。端子３０とトランジスタ１３とは、ワイヤ１４および／または導電性パターン１２によって電気的に接続されている。ワイヤ１４は、例えばアルミニウムから形成されている。複数の端子３０は、バッテリ１０１に電気的に接続される電力用端子３０Ａと、制御基板５０の制御回路５１に電気的に接続される信号用端子３０Ｂとを含んでいる。枠体２０の上部には、電力用端子３０Ａと外部配線との電気的な接続を行うための孔２０ｃが設けられており、この孔２０ｃ内にはめ込まれたナット２３を用いたねじ止めにより、電力用端子３０Ａとバッテリ１０１との電気的な接続が行われる。勿論、電力用端子３０Ａとバッテリ１０１との電気的な接続を確保する手法はこれに限定されるものではない。
【００６０】
コンデンサ４０は、例えば電解コンデンサである。図２（ａ）および（ｂ）には、円柱状のコンデンサ４０を例示している。既に述べたように、電力用端子３０Ａと外部配線とは、枠体２０の上部において（つまり電力用端子３０Ａの一端部において）接続されている。これに対し、コンデンサ４０は、図２（ａ）に示すように、より基板１０に近い位置で電力用端子３０Ａと接続されている。すなわち、電力用端子３０Ａは、その一端部と他端部との間（枠体２０の側壁部２０ａに沿った部分）に、コンデンサ４０との電気的な接続を行うための接続部３１を有する。
【００６１】
接続部３１は、コンデンサ４０の底面から突出した端子（「コンデンサ端子」と呼ぶ。）４１と接続されている。コンデンサ端子４１は、枠体２０の側壁部（より具体的には第１の空間２１と第２の空間２２とを隔てる側壁部）２０ａを貫通するように設けられており、電力用端子３０Ａの接続部３１とは溶接や半田付けにより接合されている。本実施形態における２つの電力用端子３０Ａは、ほぼ同じ高さに接続部３１を有している。
【００６２】
制御基板５０上には、トランジスタ１３を制御するための制御回路５１が形成されている。制御基板５０は、枠体２０の内部に収容されており、より具体的には、上方から見たときに基板１０と重なるように、第１の空間２１内に収容されている。制御基板５０は、枠体２０に設けられた突起などによって支持されている。
【００６３】
基板１０および制御基板５０を収容する第１の空間２１には、防水および振動対策を目的として樹脂（例えばウレタン樹脂）１が充填されている。また、トランジスタ１３に接続されたワイヤ１４を振動等から保護するために、トランジスタ１３およびトランジスタ１３に接続されたワイヤ１４は、異なる樹脂（例えばエポキシ樹脂）２で局所的に封止されている。
【００６４】
本実施形態におけるパワーモジュール１００の端子３０は、既に述べたように枠体２０とは別体に形成されており、パワーモジュール１００は、端子３０を枠体２０に固定する固定手段を備えている。以下、固定手段の具体例を説明する。
【００６５】
固定手段は、例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示すような、枠体２０の表面に形成された溝２４である。図３（ａ）は、電力用端子３０Ａを固定するための溝２４を示し、図３（ｂ）は、信号用端子３０Ｂを固定するための溝２４を示している。溝２４は、枠体２０の側壁部２０ａの内側表面に、上下方向に延びるように形成されている。各溝２４は、底面２４ａと２つの側面２４ｂおよび２４ｃとによって規定されており、各溝２４を規定する複数の面は、逆テーパ状に形成された側面２４ｃを含んでいる。そのため、溝２４の幅は、溝２４の底部から上部に向かうにつれてわずかに狭くなっている。なお、ここでは、２つの側面２４ｂおよび２４ｃの一方のみが逆テーパ状に形成されている例を図示しているが、両方の側面を逆テーパ状に形成してもよい。これらの溝２４に、図４（ａ）および（ｂ）に示すように電力用端子３０Ａおよび信号用端子３０Ｂを嵌合させることにより、枠体２０に端子３０が固定される。
【００６６】
上述したように、本実施形態におけるパワーモジュール１００では、端子３０が枠体２０とは別体に形成されており、固定手段（例えば上述した溝２４）によって枠体２０に固定されている。従って、枠体２０を成形するための金型は、インサート成形に用いられるような複雑な仕様で非常に高価なものである必要はなく、単純な仕様で比較的安価なものであってよい。そのため、製造個数がさほど多くない場合であっても金型償却費を低額にでき、金型償却費に起因した製品単価の上昇を抑制することができる。また、開発段階で設計変更の度に金型の変更が必要となっても、金型費を低廉にできる。このように、本実施形態のパワーモジュール１００のような構成を採用することにより、製造コストを削減し、生産性を向上させることができる。つまり、本実施形態のパワーモジュール１００は、低コストで製造でき、生産性が高い。
【００６７】
図３（ａ）および（ｂ）に示した溝２４を規定する複数の面は、逆テーパ状に形成された側面２４ｃを含んでおり、溝２４の幅は、溝２４の底部から上部に向かうにつれて狭くなっている。そのため、端子３０をより強固に固定することができる。
【００６８】
また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、溝２４内に突起２５を形成してもよい。突起２５は、２つの側面２４ｂから溝２４の幅方向中央に向かって突出している。このような溝２４に図６（ａ）および（ｂ）に示すように端子３０を嵌合させることによっても、強固な固定を行うことができる。
【００６９】
端子３０は、板状であることが好ましい。板状の端子３０は、大電力の供給に適し、成形も容易である。また、端子３０の端部を基板１０に接合する（例えば基板１０に半田付けする）場合には、接合面積をかせぎやすい。
【００７０】
続いて、固定手段の他の具体例を説明する。
【００７１】
固定手段として、図７（ａ）および（ｂ）に示すような、端子３０の端部に形成された板ばね３２を用いてもよい。板ばね３２を含む端子３０が、枠体２０を板ばね３２の弾性力を利用して挟持することにより、端子３０の枠体２０への固定が行われる。板ばね３２は、例えば端子３０の他の部分と一体に形成されており、高弾性の金属材料を用いて端子３０を形成することにより、板ばね３２を端部に含む端子３０が得られる。
【００７２】
また、固定手段として、図８（ａ）および（ｂ）に示すような、枠体２０の表面に形成された突起２６と、この突起２６に嵌合するように端子３０に形成され開口部３３とを用いてもよい。枠体２０の突起２６と端子３０の開口部３３とが互いに嵌合することにより、端子３０が枠体２０に固定される。ここでは、１つの端子３０につき２つの突起２６および２つの開口部３３を設けているが、突起２６および開口部３３の個数はこれに限定されるものではない。
【００７３】
図７に示した板ばね３２や図８に示した突起２６および開口部３３は、枠体２０の表面に形成された溝（端子３０を収容し得る溝）とともに用いてもよいし、そのような溝と組み合わせることなく用いてもよいが、端子３０をより強固に固定して位置ずれを防止する観点からは、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示しているように、溝とともに用いることが好ましい。
【００７４】
上述した固定手段は、枠体２０自体に形成された構造（溝２４や突起２５、２６）および端子３０自体に形成された構造（板ばね３２や開口部３３）の少なくとも一方を含んでいるが、固定手段として、枠体２０および端子３０とは別個に設けられた部材を用いてもよい。
【００７５】
そのような部材として、例えば、図９に示すような、枠体２０と端子３０とを互いに接着する接着部材６０を用いることができる。接着部材６０は、例えば、枠体２０の表面または端子３０の表面に接着剤を塗布することによって形成された接着剤層や、基材の両面に粘着剤を塗布することによって形成された接着テープ（接着シート）である。
【００７６】
あるいは、枠体２０と端子３０とを互いに機械的に結合する機械的結合部材を用いることもできる。機械的結合部材は、例えば、図１０（ａ）および（ｂ）に示すようなビス６２や、図１１（ａ）および（ｂ）に示すようなリベット６４である。ここでは、１つの端子３０につき２つのビス６２や２つのリベット６４を設けているが、ビス６２およびリベット６４の個数はこれに限定されるものではない。また、機械的結合部材として、ボルトとナットとを組み合わせて用いてもよい。
【００７７】
図９に示した接着部材６０や図１０および図１１に示した機械的結合部材は、枠体２０の表面に形成された溝（端子３０を収容し得る溝）とともに用いてもよいし、そのような溝と組み合わせることなく用いてもよいが、端子３０をより強固に固定して位置ずれを防止する観点からは、図９、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に示しているように、溝とともに用いることが好ましい。
【００７８】
上述したように、固定手段としては、種々の構造や部材を用いることができるので、それぞれの構造や部材の利点を考慮して適宜選択すればよい。図３や図５に示したような枠体２０の表面に形成された溝２４を用いると、端子３０は単純な形状であってよく、端子３０に特別な加工を行う必要がない。図７に示したような端子３０の端部に形成された板ばね３２を用いると、枠体２０が単純な形状であってよい。図８に示したような枠体２０の表面に形成された突起２６と突起２６に嵌合するように端子３０に形成された開口部３３とを用いる場合には、端子３０が比較的単純な形状（開口部３３を形成するだけなので）であってよい。
【００７９】
また、図９に示すような枠体２０と端子３０とを互いに接着する接着部材６０を用いる場合には、枠体２０および端子３０には固定のための構造を形成する必要がないので、枠体２０および端子３０の両方を単純な形状とすることができる。図１０および図１１に示したような機械的結合部材を用いる場合には、枠体２０および端子３０を単純な形状とできるし、また、結合力が強く、信頼性が高いという利点も得られる。
【００８０】
本実施形態におけるパワーモジュール１００は、図１および図２に示したように、コンデンサ４０を備えている。つまり、コンデンサ４０がパワーモジュール１００に内蔵されている。
【００８１】
これに対し、図１６や図１７に示した従来のパワーモジュールでは、コンデンサはパワーモジュールの外部に配置される。そのため、コンデンサまで含めた装置サイズが大きくなってしまう。また、電力用半導体素子とコンデンサ取付点との間の配線長が長くなるので、回路のインダクタンスが大きくなり、電力用半導体素子がスイッチングする際に発生するノイズが大きくなるという不具合も発生する。
【００８２】
本実施形態では、電源から供給される電圧を平滑化するコンデンサ４０がパワーモジュール１００に内蔵されているので、コンデンサ４０まで含めた装置サイズを小さくすることができる。また、トランジスタ（電力用半導体素子）１３とコンデンサ４０取付点との間の配線長を短くできる（例えば端子３０の一端部と他端部との間に設けた接続部３１において接続が行われる）ので、コンデンサ４０の一方の端子４１から他方の端子４１に至るまでの回路のインダクタンスを小さくでき、トランジスタ１３がスイッチングする際に発生するノイズ（サージ電圧）を低減できる。そのため、トランジスタ１３の定格電圧に比べ印加電圧が十分に小さくなってトランジスタ１３の故障率が低下するので、信頼性が向上する。また、印加電圧が小さくなるので、より低い定格電圧の電力用半導体素子の使用が可能となる。定格電圧の低い電力用半導体素子は一般的に電力損失が小さく、低コストであるため、パワーモジュール１００全体の電力損失も低減でき、コストをいっそう低減できる。
【００８３】
なお、第２の空間２２へのコンデンサ４０の収容の仕方は、図２に示した構成に限定されるものではない。コンデンサ４０を収容する他の構成の一例を図１２（ａ）および（ｂ）に示す。図２（ａ）および（ｂ）に示した構成では、比較的小径で長いコンデンサ４０が横向きに（つまり底面および頂面が側壁部２０ａに対向し、側面が底部２０ｂに対向するように）収容されている。これに対し、図１２（ａ）および（ｂ）に示す構成では、比較的大径で短い（つまりより扁平な）コンデンサ４０が縦向きに（つまり側面が側壁部２０ａに対向し、底面が底部２０ｂに対向するように）収容されている。第２の空間２２を規定する側壁部２０ａは、コンデンサ４０の側面形状に沿うように湾曲している。また、下方に突出するコンデンサ端子４１は、側壁部２０ａを貫通するように設けられた導電性部材４２を介して電力用端子３０Ａの接続部３１に電気的に接続されている。
【００８４】
また、枠体２０は、基板１０を収容する第１の空間２１とコンデンサ４０を収容する第２の空間２２とを必ずしも含んでいる必要はなく、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１０およびコンデンサ４０を共通に収容する空間２７を含んでいてもよい。図１３（ａ）および（ｂ）に示す構成では、枠体２０は、図２に示した第２の空間２２を含んでおらず、基板１０とコンデンサ４０とを同じ（単一の）空間２７に収容している。コンデンサ４０は、具体的には、電力回路基板１０と制御基板５０との間に配置されている。
【００８５】
図１３（ａ）および（ｂ）に示したように、枠体２０が基板１０およびコンデンサ４０を共通に収容する空間２７を含んでいる構成は、パワーモジュール１００の水平方向（基板１０や制御基板５０の主面が広がる方向）のサイズを小さくできるという利点がある。
【００８６】
一方、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、枠体２０が基板１０を収容する第１の空間２１とコンデンサ４０を収容する第２の空間２２とを含んでいる構成は、パワーモジュール１００の鉛直方向（基板１０や制御基板５０の主面に直交する方向）のサイズ（つまり高さ）を小さくできるという利点がある。
【００８７】
また、パワーモジュール１００は、図１４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、複数のコンデンサ４０を備えてもよい。ここでは、２つのコンデンサ４０が第２の空間２２内に収容されている構成を例示している。パワーモジュール１００が複数のコンデンサ４０を内蔵することにより、静電容量が増大し、出力電流が大きい場合でも電圧変動を好適に抑制することができる。各コンデンサ４０の２つのコンデンサ端子４１は、図１４（ａ）に示すように鉛直方向に沿って並んでおり、電力用端子３０Ａの水平方向に延びるように分岐した部分３４に接続されている。
【００８８】
本実施形態におけるパワーモジュール１００は、モータを駆動源として備える種々の輸送機器に好適に用いられる。図１５に、本実施形態におけるパワーモジュール１００を備えた電動車両４３０を示す。
【００８９】
電動車両４３０は、ゴルフ場においてゴルフバッグなどの荷物や人員を搬送するために用いられるカートである。電動車両４３０は、走行駆動用モータ４３１と、これによって駆動される２個の後輪４３２と、手動または自動で操舵される前輪４３４とを備えている。走行駆動用モータ４３１の駆動力は、図示しないトランスミッションを介して後輪４３２に伝達される。前輪４３４は、ハンドル４３５の手動操作または自動操作により操舵される。
【００９０】
前側シート４３６および後側シート４３７が前後に設けられている。前側シート４３６の下方には充電用コントローラ４３８およびブレーキモータ４３９が設けられている。後側シート４３７の下方には走行駆動用モータ４３１の電源となる走行駆動用バッテリ装置４４０が設けられている。走行駆動用バッテリ装置４４０は、直列に接続された計６個（片側の３個のみを図示している）のバッテリ４４１を有している。これらのバッテリ４４１は隙間が設けられた状態で受座４４２上に載置されている。
【００９１】
走行駆動用モータ４３１の上側には走行制御用コントローラ４４３が設けられている。走行制御用コントローラ４４３は、走行駆動用バッテリ装置４４０、走行駆動用モータ４３１、ブレーキモータ４３９および操舵モータ４４４に接続されており、これらを制御する。走行制御用コントローラ４４３および走行駆動用モータ４３１は２個の後輪４３２の間に配置されている。
【００９２】
上述したパワーモジュール１００は、走行制御用コントローラ４４３内部に設置され、バッテリ４４１から直流電流の供給を受け、これを交流電流に変換する。パワーモジュール１００からの交流電流は走行駆動用モータ４３１、ブレーキモータ４３９および操舵モータ４４４に供給される。
【００９３】
なお、ここでは４輪電動車両を例示したが、電動バイクなどの２輪電動車両であってもよい。また、電動車両以外に、モータを駆動源として荷物や人員を移動させる他の輸送機器であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によると、低コストで製造できる生産性の高いパワーモジュールが提供される。本発明によるパワーモジュールは、モータを駆動源とする種々の輸送機器に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の好適な実施形態におけるパワーモジュール１００を含む駆動系を模式的に示す回路図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００を模式的に示す断面図および上面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）および（ｂ）に示した固定手段によって端子が固定されている様子を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、図５（ａ）および（ｂ）に示した固定手段によって端子が固定されている様子を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図９】パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００が備える固定手段の一例を示す図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００の他の構成を模式的に示す断面図および上面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、パワーモジュール１００の他の構成を模式的に示す断面図および上面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、パワーモジュール１００の他の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は電力用端子が設けられている側壁部を第１の空間の内側から見た図である。
【図１５】パワーモジュール１００を備えた輸送機器の一例を模式的に示す側面図である。
【図１６】従来のパワーモジュール５００を含む駆動系を模式的に示す回路図である。
【図１７】従来のパワーモジュール６００を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１、２    樹脂
１０    基板（電力回路基板）
１１    板状部材
１１ａ    ベース基板
１１ｂ    絶縁層
１２    導電性パターン
１３    トランジスタ（電力用半導体素子）
１４    ワイヤ
２０    枠体（ケース）
２０ａ    側壁部
２０ｂ    底部
２０ｃ    孔
２１    基板を収容する空間（第１の空間）
２２    コンデンサを収容する空間（第２の空間）
２３    ナット
２４    溝
２４ａ    底面
２４ｂ、２４ｃ    側面
２５    突起
２６    突起
２７    基板およびコンデンサを収容する空間
３０    端子
３０Ａ    電力用端子
３０Ｂ    信号用端子
３１    接続部
３２    板ばね
３３    開口部
４０    コンデンサ
５０    制御基板
５１    制御回路
５２    ゲート駆動回路
６０    接着部材
６２    ビス
６４    リベット
１００    パワーモジュール（電力用半導体装置）
１０１    バッテリ
１０２    モータ
４３０    電動車両
【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】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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