(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵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器と、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部と、上記半導体モジュールの主電極端子に電気的に接続され、上記半導体モジュールに対して電流を入出させるバスバーと、該バスバーを介して上記主電極端子に電気的に接続されるスナバコンデンサ、平滑コンデンサ、及びリアクトルとを有し、
上記スナバコンデンサは、上方の上記冷却器、下方の上記平滑コンデンサ、及び側方の上記リアクトルによって、少なくとも３方を囲まれており、
上記電力変換装置は、上記制御回路部に電源を供給するための信号コネクタを有し、該信号コネクタと上記スナバコンデンサとの間に上記リアクトルが配置してい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、上記バスバーは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも３方を囲まれ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、電力変換装置は、上記半導体モジュールを冷却する冷却器を組み込んで構成する。
【０００４】
また、電力変換装置は、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、半導体モジュールを制御する制御回路部とを有する。
そして、パワー配線部に流れる大電流に起因する電磁ノイズの影響を、制御回路部に与えないようにするために、図４に示すごとく，主回路部９２を、パワー配線部９４と制御回路部９３との間に配置した電力変換装置９が開示されている（特許文献１）。パワー配線部９４は、バスバー９４１と、該バスバー９４によって主回路部９２と接続されたコンデンサ９４２及びリアクトル９４３とを有する。
【０００５】
上記コンデンサ９４２としては、フィルタコンデンサ、平滑コンデンサ、及びスナバコンデンサがある。この中で、スナバコンデンサは、半導体モジュールのスイッチング動作時に発生する電圧サージを抑制して、過電圧による半導体モジュールの破損を防止している。それ故、スナバコンデンサには、半導体モジュールのスイッチング動作の度にサージ電圧を吸収するための突入電流が流れ、スナバコンデンサ自身から高周波の電磁ノイズが放射される。この電磁ノイズによって、制御回路部９３の誤動作を招いたり、信号コネクタを通じて制御回路部９３へ供給される制御回路用電源にノイズが入ったり、車両のラジオ等にノイズを与えたりするおそれがある。
【０００６】
そこで、スナバコンデンサから放射される電磁ノイズの影響を防止するために、スナバコンデンサの周囲に、鉄板等からなる電磁遮蔽手段を設ける必要があった。しかし、かかる電磁遮蔽手段を改めて設けることは、部品点数を増やすこととなり、製造コストの増加や、装置の大型化を招くおそれがあるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０７３３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な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】
【０００９】
本発明は、半導体素子を内蔵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器と、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部と、上記半導体モジュールの主電極端子に電気的に接続され、上記半導体モジュールに対して電流を入出させるバスバーと、該バスバーを介して上記主電極端子に電気的に接続されるスナバコンデンサ、平滑コンデンサ、及びリアクトルとを有し、
上記スナバコンデンサは、上方の上記冷却器、下方の上記平滑コンデンサ、及び側方の上記リアクトルによって、少なくとも３方を囲まれており、
上記電力変換装置は、上記制御回路部に電源を供給するための信号コネクタを有し、該信号コネクタと上記スナバコンデンサとの間に上記リアクトルが配置していることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記スナバコンデンサは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも３方を囲まれている。そのため、スナバコンデンサから放射された電磁ノイズを少なくとも３方において遮蔽することができる。これにより、電磁ノイズの影響を受けやすい部品、配線、機器等を、上記の電磁遮蔽された方向に配置することにより、それらの正常な動作を確保することができる。また、その結果、電力変換装置の正常な動作を確保することもできる。
【００１１】
また、上記のごとく、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、電磁ノイズの遮蔽を行うことにより、新たな電磁遮蔽手段の設置を省略することができる。それ故、電磁遮蔽のために部品点数を増やす必要がなくなり、製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な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】
【００１３】
本発明（請求項１）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
また、上記半導体モジュールは、例えばＩＧＢＴ素子等の半導体素子を内蔵してなり、電力変換回路の一部を構成する。
【００１４】
また、上記電力変換装置は、上記制御回路部に電源を供給するための信号コネクタを有し、該信号コネクタと上記スナバコンデンサとの間に上記リアクトルが配置している。
これにより、上記スナバコンデンサから放射される電磁ノイズが上記信号コネクタを通じて制御回路部へ供給される制御回路用電源に与える影響を防ぐことができる。これにより、制御回路部における正常な動作を確保することができる。
【００１５】
また、上記バスバーは、上記冷却器、上記平滑コンデンサ、及び上記リアクトルによって、少なくとも３方を囲まれていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記スナバコンデンサに接続されたバスバーから放射される電磁ノイズを、少なくとも３方において遮蔽することができる。これにより、スナバコンデンサから放射される電磁ノイズのほかに、スナバコンデンサに接続されたバスバーから放射される電磁ノイズをも遮蔽して、これらの電磁ノイズが周囲の部品、配線、機器等に影響を与えることを防ぐことができる。
それ故、電力変換装置の正常な動作を一層確保することができる。
【実施例】
【００１６】
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、半導体素子を内蔵する半導体モジュール２１と、該半導体モジュール２１を冷却する冷却器２２とを有する。半導体モジュール２１の信号端子２１１には、半導体モジュール２１を制御する制御回路部３が電気的に接続されている。また、半導体モジュール２１の主電極端子２１１には、半導体モジュール２１に対して電流を入出させるバスバー４１が電気的に接続されている。また、主電極端子２１１には、スナバコンデンサ４２３、平滑コンデンサ４２２、フィルタコンデンサ４２１、及びリアクトル４３がバスバー４１を介して電気的に接続されている。図１はフィルタコンデンサ４２１と平滑コンデンサ４２２を別体として設けた例であるが、これらを一体としてパッケージすることも可能である。
【００１７】
そして、図１に示すごとく、スナバコンデンサ４２３は、冷却器２２、平滑コンデンサ４２２、及びリアクトル４３によって、３方を囲まれている。
また、電力変換装置１は、制御回路部３に電源を供給するための信号コネクタ１４を有し、該信号コネクタ１４とスナバコンデンサ４２３との間にリアクトル４３が配置している。
また、バスバー４１も、冷却器２２、平滑コンデンサ４２２、及びリアクトル４３によって、３方を囲まれている。
【００１８】
本例の電力変換装置１は、図３に示すごとく、昇圧コンバータ部（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１１とインバータ部１２とを有するインバータ回路１００を構成した自動車用のインバータである。即ち、電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータ５１に通電する駆動電流の生成に用いることができる。
【００１９】
上記昇圧コンバータ部１１及びインバータ部１２には、ＩＧＢＴ素子２１３とダイオード２１４とを内蔵した半導体モジュール２１がそれぞれ複数配設されている。半導体モジュール２１は、制御回路部３による制御によりスイッチング動作を行い、主電極端子２１２に入出する被制御電流を制御する。
【００２０】
昇圧コンバータ部１１には、入力電圧を昇圧するためのリアクトル４３が配設されている。リアクトル４３の構成材料の大半は鉄からなる。
また、昇圧コンバータ部１１の外部電源５２側には、フィルタコンデンサ４２１が接続されている。該フィルタコンデンサ４２１は、直流の外部電源５２から昇圧コンバータ部１１に入力される電源電流に含まれるリプル電流を吸収して、電源電流を安定化する。
【００２１】
また、昇圧コンバータ部１１とインバータ部１２との間には、平滑コンデンサ４２２が接続されている。平滑コンデンサ４２２は、断続電流となる昇圧コンバータ部１１の出力電流を平滑化して、安定した直流電流をインバータ部１２に入力させる。
また、インバータ部１２には、スナバコンデンサ４２３が配設されている。スナバコンデンサ４２３は、半導体モジュール２１のスイッチング動作時に発生する電圧サージを抑制して、過電圧による半導体モジュール２１の破損を防止している。
また、インバータ部１２には、バスバー４１を介して三相の交流モータ５１が接続され、インバータ部１２によって生成された駆動電流を交流モータ５１に供給する。
【００２２】
図１に示すごとく、半導体モジュール２１は、半導体素子を内蔵したモジュール本体部２１０と、該モジュール本体部２１０から突出させた主電極端子２１２と、該主電極端子２１２の突出方向と略１８０度異なる方向へ突出させた信号端子２１１とよりなる。そして、モジュール本体部２１０は、その主面に放熱板を露出させてある（図示略）。
【００２３】
冷却器２２は、図１、図２に示すごとく、モジュール本体部２１０を両面から挟持するように配置される冷却管２２１を複数有している。本例では、隣り合う冷却管２２１の間に２つの半導体モジュール２１を並べて挟持させている。そして、全体的には、冷却管２２１と半導体モジュール２１の列とを交互に積層している。これにより、すべての半導体モジュール２１は、その両主面を冷却管２２１により挟持された状態となる。
【００２４】
各冷却管２２１は、その内部に冷媒流路２２２を有しており、これに冷却媒体を流通させることができるよう構成してある。また、複数の冷却管２２１の両端をそれぞれ連結するように蛇腹構造或いはダイアフラム構造を設けた連結パイプ２２３を配置し、２箇所のヘッダ部２２４を形成してある。また、該２箇所のヘッダ部２２４の端部には、冷却器２２の積層方向の一端に配された冷却管２２１に接続された冷媒導入口２２５と冷媒排出口２２６とがそれぞれ設けてある。
なお、冷却器２２は、アルミニウムの押出成形品或いはアルミニウム板のプレス成形体等によって構成される。
【００２５】
そして、冷却管２２１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２１０を両面から冷却することができる。また、図１に示すごとく、各半導体モジュール２１は、冷却管２２１の長手方向（水平方向）に対して略直角の互いに異なる方向に主電極端子２１２と信号端子２１１とがそれぞれ突出するように配置される。即ち、主電極端子２１２を下方に、信号端子２１１を上方に、それぞれ突出させる。
【００２６】
そして、信号端子２１１には冷却器２２の上方に配された制御回路部３が接続され、主電極端子２１２には冷却器２２の下方に配されたバスバー４１が接続されている。バスバー４１には、その下方に配されたスナバコンデンサ４２３、フィルタコンデンサ４２１、及び平滑コンデンサ４２２が接続されている。
【００２７】
また、上記平滑コンデンサ４２２は、例えば樹脂フィルムの表面にアルミニウム、亜鉛等の金属層を蒸着した金属化フィルムを巻回してなるフィルムコンデンサによって構成することができる。そして、この平滑コンデンサ４２２がスナバコンデンサ４２３の下方に配されている。
【００２８】
また、図１、図２に示すごとく、上記冷却器２２における積層方向の端部であって、冷媒導入口２２５と冷媒排出口２２６との間の空間には、リアクトル４３が配設されている。該リアクトル４３の配設位置は、スナバコンデンサ４２３及びバスバー４１の側方でもある。
これにより、スナバコンデンサ４２３及びバスバー４１は、側方のリアクトル４３と、上方の冷却器２と、下方の平滑コンデンサ４２２とによって囲まれた状態となる。
また、電力変換装置１のケース１０の上部の側面には、上記信号コネクタ１４が配設されている。そして、信号コネクタ１４とスナバコンデンサ４２３及びバスバー４１との間には、上記リアクトル４３が配置することとなる。
【００２９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スナバコンデンサ４２３は、冷却器２２、平滑コンデンサ４２２、及びリアクトル４３によって、少なくとも３方を囲まれている。そのため、スナバコンデンサ４２３から放射された電磁ノイズを少なくとも３方において遮蔽することができる。これにより、例えば、制御回路部３、信号コネクタ１４、自動車のラジオ等、電磁ノイズの影響を受けやすい部品、配線、機器等を、上記の電磁遮蔽された方向に配置することにより、それらの正常な動作を確保することができる。また、その結果、電力変換装置１の正常な動作を確保することもできる。
【００３０】
また、上記のごとく、冷却器２２、平滑コンデンサ４２２、及びリアクトル４３によって、電磁ノイズの遮蔽を行うことにより、新たな電磁遮蔽手段の設置を省略することができる。それ故、電磁遮蔽のために部品点数を増やす必要がなくなり、製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、バスバー４１も、冷却器２２、平滑コンデンサ４２２、及びリアクトル４３によって、少なくとも３方を囲まれているため、スナバコンデンサ４２３に接続されたバスバー４１から放射される電磁ノイズをも、少なくとも３方において遮蔽することができる。これにより、スナバコンデンサ４２３から放射される電磁ノイズのほかに、スナバコンデンサ４２３に接続されたバスバー４１から放射される電磁ノイズをも遮蔽して、これらの電磁ノイズが周囲の部品、配線、機器等に影響を与えることを防ぐことができる。
それ故、電力変換装置１の正常な動作を一層確保することができる。
【００３２】
また、信号コネクタ１４とスナバコンデンサ４２３及びバスバー４１との間にリアクトル４３が配置しているため、スナバコンデンサ４２３及びバスバー４１から放射される電磁ノイズが、信号コネクタ１４を通じて制御回路部３へ供給される制御回路用電源に与える影響を防ぐことができる。これにより、制御回路部３における正常な動作を確保することができる。
【００３３】
以上のごとく、本例によれば、正常な動作を確保すると共に、小型かつ安価な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例における、電力変換装置の縦断面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面説明図。
【図３】実施例における、電力変換回路の説明図。
【図４】従来例における、電力変換装置の斜視説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１  電力変換装置
２１  半導体モジュール
２１１  信号端子
２１２  主電極端子
２２  冷却器
３  制御回路部
４１  バスバー
４２２  平滑コンデンサ
４２３  スナバコンデンサ
４３  リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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