(57)【要約】【課題】部品点数を削減することができ，かつ，パワー配線部からのノイズの影響を抑制することができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと，該半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む主回路部１０と，半導体モジュールの信号端子に電気的に接続され，半導体モジュールを制御する制御回路を有する制御回路基板部２と，半導体モジュールの主電極端子に接続され，半導体モジュールに対して電流を入出させるパワー配線部３とを有してなる。主回路部１０は，制御回路基板部２とパワー配線部３との間に介在させてある。パワー配線部３には，半導体モジュールに接続される昇圧回路の少なくとも一部を構成する電子部品を併設してあることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと，該半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む主回路部と，
上記半導体モジュールの信号端子に電気的に接続され，上記半導体モジュールを制御する制御回路を有する制御回路基板部と，
上記半導体モジュールの主電極端子に接続され，上記半導体モジュールに対して電流を入出させるパワー配線部とを有してなり，
上記主回路部は，上記制御回路基板部と上記パワー配線部との間に介在させてあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において，上記パワー配線部には，上記半導体モジュールに接続される電子部品を併設してあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２において，上記電子部品は，昇圧回路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記半導体モジュールは，半導体素子を内蔵したモジュール本体部と，該モジュール本体部から突出させた上記主電極端子と，該主電極端子の突出方向と略１８０度異なる方向へ突出させた上記信号端子とよりなり，
上記冷却装置は，上記モジュール本体部を両面から挟持するように配置される一対の冷媒チューブを有し，該冷媒チューブ内に冷却媒体を流通させることにより，上記モジュール本体部を両面から冷却するよう構成されており，
かつ，上記半導体モジュールは，上記一対の冷媒チューブの長手方向に対して略直角の互いに異なる方向に上記主電極端子と上記信号端子とがそれぞれ突出するように配置してあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４において，上記主回路部は，上記冷媒チューブと上記半導体モジュールとを交互に複数積層した積層構造を有しており，その積層方向と直交する方向の一面から上記半導体モジュールの上記主電極端子を突出させると共にその反対面から上記信号端子を突出させてい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，半導体モジュールを用いたインバータ装置等の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば，内燃機関と電気モータの両方を駆動源として有するハイブリッド自動車，その他，電気モータを駆動源として備えた自動車等では，直流電力と交流電力との間で双方向変換する大容量のインバータを必要とする。そのため，このインバータを含む電力変換装置が種々開発されてきた。
【０００３】
インバータ回路（電力変換回路）は，ＩＧＢＴ素子等を内蔵した半導体モジュールを用いて構成するが，上記のごとく大容量であるため，発熱量も大きい。そのため，従来の電力変換装置９は，図６に示すごとく，上記半導体モジュール９２を冷却する冷却装置９１を組み込んで構成する。
【０００４】
より具体的には，冷却装置９１に対面するように半導体モジュール９２を配置し，さらに半導体モジュール９２に対面するようにバスバー等の電流を半導体モジュール９２に対して入出させるパワー配線部９３を配置し，さらにシールド層９４を介して，制御回路基板部９５を配置して電力変換装置９を構成する。制御回路基板部９５は，半導体モジュール９２を制御するものであるが，上記パワー配線部９３からのノイズの影響を避けるために，上記シールド層９４の介設が必須となる。
このような電力変換装置の構造は，例えば特許文献１等にも示されている。
【０００５】
しかしながら，従来の電力変換装置９においては，次のような問題がある。
すなわち，上記従来の電力変換装置９では，制御回路基板部９５の動作性能を高めるために，上記シールド層９４の介設が不可欠である。そのため，部品点数が増加し，全体のコスト低減要求に対応することが困難となる。
【０００６】
また，上記シールド層９４の存在によって，パワー配線部９３から制御回路基板部９５へのノイズの影響を低減はできるものの，依然として，制御回路基板部９５と半導体モジュール９２とを接続する接続線９５５がシールド層９４及びパワー配線部９３の部分を貫通する構造となる。そのため，上記接続線９５へのノイズの影響をなくすことが困難である。
【特許文献１】特開平１１−６９７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，部品点数を削減することができ，かつ，パワー配線部からのノイズの影響を抑制することができる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】
【０００８】
本発明は，電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと，該半導体モジュールを冷却する冷却装置とを含む主回路部と，
上記半導体モジュールの信号端子に電気的に接続され，上記半導体モジュールを制御する制御回路を有する制御回路基板部と，
上記半導体モジュールの主電極端子に接続され，上記半導体モジュールに対して電流を入出させるパワー配線部とを有してなり，
上記主回路部は，上記制御回路基板部と上記パワー配線部との間に介在させてあることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の電力変換装置は，上記のごとく，半導体モジュールとその冷却装置とよりなる主回路部を，上記制御回路基板部とパワー配線部とによって挟持するように配置してある。そのため，上記主回路部が，上記制御回路基板部とパワー配線部との間におけるシールド部として機能し，パワー配線部からの電気的なノイズが制御回路基板部に伝わることを抑制することができる。これにより，従来必要であったシールド層を不要にすることができ，部品点数を減らすことができる。
【００１０】
また，上記主回路部と上記制御回路基板部とは隣接して配置しているので，両者の間の電気的接合部は，両者の境界部分に配置することができ，上記パワー配線部を貫通させる必要がない。それ故，さらにパワー配線部から制御回路基板部への電気的なノイズの影響を抑制することができる。
このように，本発明によれば，部品点数を削減することができ，かつ，パワー配線部からのノイズの影響を抑制することができる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】
【００１１】
本発明の電力変換装置において，上記パワー配線部は，例えば三相モータに連結されるバスバー等と，これらと上記半導体モジュールの上記主電極端子との接続部等により構成され，制御すべき電流を半導体モジュールに入力すると共に半導体モジュールから出力する部分である。
また，上記制御回路基板部は，上記半導体モジュールの信号端子に接続され，半導体モジュールに対して制御信号を送る制御回路を有してなる部分である。
そして，上記主回路部は，上記半導体モジュールとこれを冷却する冷却装置とを含んで構成される。
上記半導体モジュールとしては，１種又は複数の半導体素子を用いて構成し，上記主電極端子と信号端子とを設けたものを用いる。この半導体モジュールとしては，後述するごとく，両面冷却タイプ，すなわち，一方の面からだけでなく，これに対向するもう一つの面から冷却できる構造のものが好ましい。
【００１２】
また，上記パワー配線部には，上記半導体モジュールに接続される電子部品を併設してあることが好ましい（請求項２）。上記電子部品は，該電子部品そのもの、もしくはそれにつながるバスバが電気的なノイズを発する場合があり，上記パワー配線部に配置することが好ましい。これにより，上記電子部品からの上記制御回路基板部への電気的なノイズの影響を抑制することができる。上記電子部品としては，例えば，リアクトル，コンデンサ等の部品がある。また、これら電子部品により昇圧回路が構成される（請求項３）。
【００１３】
また，上記半導体モジュールは，半導体を内蔵したモジュール本体部と，該モジュール本体部から突出させた上記主電極端子と，該主電極端子の突出方向と略１８０度異なる方向へ突出させた上記信号端子とよりなり，上記冷却装置は，上記モジュール本体部を両面から挟持するように配置される一対の冷媒チューブを有し，該冷媒チューブ内に冷却媒体を流通させることにより，上記モジュール本体部を両面から冷却するよう構成されており，かつ，上記半導体モジュールは，上記一対の冷媒チューブの長手方向に対して略直角の互いに異なる方向に上記主電極端子と上記信号端子とがそれぞれ突出するように配置してあることが好ましい（請求項４）。
【００１４】
この場合には，上記半導体モジュールと上記冷媒チューブとを並列して配置することができ，かつ，その配列方向に直交する異なる方向に上記主電極端子と信号端子とをそれぞれ配置することができる。そのため，上記半導体モジュールと冷媒チューブとを配列してなる主回路部の両面に上記制御回路基板部とパワー配線部とを振り分けて配置することが非常に容易となる。
【００１５】
また，上記主回路部は，上記冷媒チューブと上記半導体モジュールとを交互に複数積層した積層構造を有しており，その積層方向と直交する方向の一面から上記半導体モジュールの上記主電極端子を突出させると共にその反対面から上記信号端子を突出させていることが好ましい（請求項５）。
この場合には，半導体モジュールと冷媒チューブとの積層構造体を一つのユニットとしてまとめることが容易となり，主回路部全体をコンパクト化することができると共に，製造上の取り扱いを容易にすることができる。
【００１６】
なお，上記半導体モジュールと冷媒チューブとの配列は，上記１列の半導体モジュールを挟持する２つ１組の冷媒チューブを一単位とし，この単位を繰り返し配置する配列方法を採用することもできる。この場合には，上記一単位のものを複数作製し，これらを並列に配置し，複数の冷媒チューブを一対のヘッダ部により連結することによって全体をユニット化することができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例に係る電力変換装置につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は，ハイブリッド自動車用の電力変換装置であり，図１に示すごとく，主回路部１０と制御回路基板部２とパワー配線部３とよりなる。そして，主回路部１０は，上記制御回路基板部２と上記パワー配線部３との間に介在させてある。
【００１８】
図２，図３に示すごとく，上記主回路部１０は，電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール４と，該半導体モジュール４を冷却する冷却装置５とを含んで構成されている。また，上記制御回路基板部２は，半導体モジュール４の信号端子４２に電気的に接続され，上記半導体モジュール４を制御する制御回路（図示略）を有する基板である。また，パワー配線部３は，半導体モジュール４の主電極端子４１に接続され，上記半導体モジュール４に対して電流を入出させる部分である。
【００１９】
本例においては，図２，図３（ｂ）に示すごとく，半導体モジュール４として，半導体素子を内蔵したモジュール本体部４０と，該モジュール本体部４０から突出させた主電極端子４１と，該主電極端子４１の突出方向と略１８０度異なる方向へ突出させた上記信号端子４２とよりなる。そして，モジュール本体部４０は，その主面両面４０１，４０２に上記主電極端子４１に導通する放熱板４５１を露出させてある。
【００２０】
冷却装置５は，図３（ｂ）に示すごとく，モジュール本体部４０を両面から挟持するように配置される一対の冷媒チューブ５１を有している。本例では，一対の冷媒チューブ５１の間に２つの半導体モジュール４を並べて挟持させた。そして，全体的には，冷媒チューブ５１と半導体モジュール４の列とを交互に積層して上記主回路部１０を構成した。これにより，すべての半導体モジュール４は，その両面４０１，４０２を冷媒チューブ５１により挟持された状態となる。
【００２１】
各冷媒チューブ５１は，その内部に図示しない冷媒通路を有しており，これに冷却媒体を流通可能に構成してある。また，同図に示すごとく，複数の冷媒チューブ５１の両端をそれぞれ連結するように蛇腹パイプ５９を配置し，ヘッダ部５０を形成してある。そして，冷媒チューブ５１内に冷却媒体を流通させることにより，モジュール本体部４０を両面４０１，４０２から冷却することができる。また，各半導体モジュール４は，上記一対の冷媒チューブ５１の長手方向に対して略直角の互いに異なる方向に主電極端子４１と信号端子４２とがそれぞれ突出するように配置される。これにより，半導体モジュール４と冷媒チューブ５１とを配列してなる主回路部１０の両面に上記制御回路基板部２とパワー配線部３とを振り分けて配置することが非常に容易となる。
【００２２】
また，制御回路基板部２は，図３（ｃ）に示すごとく，半導体モジュール４の信号端子４２を挿入配置する接続穴２２を複数有しており，この接続穴２２に信号端子４２を挿入することによって制御回路と信号端子４２とが電気的に接続されるように構成されている。なお，制御回路基板部２に立設させた支持棒２９は，主回路部１０の冷媒チューブ５１に当接して，主回路部１０と制御回路基板部２との間の距離を一定に保つためのスペーサとして機能するものである。
【００２３】
また，パワー配線部３は，図３（ａ）に示すごとく，図示しない三相モータに接続される複数のバスバー３１と，これらの一部をモールドした樹脂モールド部３０とにより構成されている。またパワー配線部３の主回路部１０に面した面３０２には，上記半導体モジュール４の主電極端子４１に接合される接合端子部（図示略）が複数設けられている。
【００２４】
そして，図３，図４に示すごとく，主回路部１０の上方にパワー配線部３を隣接配置し，下方に制御回路基板部２を隣接配置し，かつ，半導体モジュール４の主電極端子４１とパワー配線部３を電気的に接続し，信号端子４２を制御回路基板部２に電気的に接合することによって，本例の電力変換装置１が得られる。
【００２５】
本例の電力変換装置１は，上記のごとく，半導体モジュール４とその冷却装置５とよりなる主回路部１０を，上記制御回路基板部２とパワー配線部３とによって挟持するように配置してある。そのため，上記主回路部１０が，上記制御回路基板部２とパワー配線部３との間におけるシールド部として機能し，パワー配線部３からの電気的なノイズが制御回路基板部２に伝わることを抑制することができる。これにより，従来必要であったシールド層を不要にすることができ，部品点数を減らすことができる。
【００２６】
また，主回路部１０と制御回路基板部２とは隣接して配置しているので，両者の間の電気的接合部は，両者の境界部分に配置することができ，上記パワー配線部３を貫通させる必要がない。それ故，さらにパワー配線部３から制御回路基板部２への電気的なノイズの影響を抑制することができる。
【００２７】
さらに，本例では，上記半導体モジュール４として，両面冷却可能であると共に，主電極端子４１と信号端子４２とを略１８０度異なる方向へ突出させた構造のものを採用した。そしてこの構造を最大限利用して，上記のごとく冷媒チューブ５１との積層構造を実現すると共に，その積層方向と直交する異なる方向に主電極端子４１と信号端子４２とがそれぞれ突出するような構造とした。これにより，半導体モジュール４の冷却効率の向上と，主回路部１０の両面に制御回路基板部２とパワー配線部３とを振り分けて配置する構造の実現を容易に成し遂げることができた。
【００２８】
なお，本例では，制御回路基板部２の上方に主回路部１０を，さらにその上方にパワー配線部３を配置した構造としたが，この相対的な関係を維持したまま，上下方向を逆転させた形態，あるいは，９０度反転させた形態などに変更することは勿論可能である。
【００２９】
（実施例２）
本例は，図５に示すごとく，実施例１における電力変換装置１を基にして，そのパワー配線部３に，昇圧回路の一部を構成するリアクトル６１とコンデンサ６２とを配設した例である。
この場合には，昇圧回路を構成する電子部品であるリアクトル６１及びコンデンサ６２から制御回路基板部３への電気的なノイズの影響を抑制することができる。
その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１における、電力変換装置の各部の配置を示す説明図。
【図２】実施例１における、半導体モジュールを示す説明図。
【図３】実施例１における、（ａ）パワー配線部、（ｂ）主回路部、（ｃ）制御回路基板部をそれぞれ示す説明図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の構成を示す説明図。
【図５】実施例２における、電力変換装置の構成を示す説明図。
【図６】従来例における、電力変換装置の各部の配置を示す説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１  電力変換装置
１０  主回路部
２  制御回路基板部
３  パワー配線部
３１  バスバー
４  半導体モジュール
４１  主電極端子
４２  信号端子
５  冷却装置
５１  冷媒チューブ
【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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