(57)【要約】【課題】課題はパワーモジュールの冷却効率の向上、およびパワーモジューのベース板の平面度を維持する製造し易い構造。【解決手段】自動車に搭載される電力変換器に冷却水を流す水路を並列に配置し、前記水路にそれぞれ開口を設け、開口からパワーモジュールの放熱フィンを突出させると共に開口をパワーモジュールのベース板で塞ぐ構造とした。またパワーモジュールのベース板に銅以外の金属を混ぜることで前記ベース板の硬度を増し、フィンのロー付け工程での平面度の劣化を抑える構成とした。【選択図】図１４
2007295765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置されたパワーモジュールと前記ハウジングの内部に配置されたコンデンサモジュールと冷却通路を形成する冷却通路形成体とを備え、
前記冷却通路に開口が形成されており、
前記パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面にロー付けにて固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に保持される複数の半導体チップとを有し、
前記パワーモジュールの前記放熱フィンが前記開口から前記冷却通路内に突出すると共に、前記パワーモジュールの前記ベース板で前記開口が塞がれるようにして前記パワーモジュールが冷却通路形成体に固定されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項２】
金属製のハウジングと、前記ハウジングの低部に配置された冷却通路を形成するための冷却通路形成体と、前記ハウジングの内部に配置されたパワーモジュールおよびコンデンサモジュールとを備え、
前記冷却通路に開口が形成されており、
前記パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面にロー付けにて固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に保持される複数の半導体チップとを有し、
前記パワーモジュールの前記放熱フィンが前記開口から前記冷却通路内に突出するようにして前記パワーモジュールが冷却通路形成体に固定され、
前記ハウジングには冷媒を取り込む入口管と冷媒を排出する出口管とが固定され、前記冷却通路の入口部は、前記冷却通路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらに前記冷却通路の出口部は、前記冷却通路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の電力変換装置において、前記金属のベース板の他方の面に絶縁基板が半田層により固定され、前記絶縁基板に複数のチップが半田層により固定されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項４】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置された複数のパワーモジュールと前記ハウジングの内部に配置されたコンデンサモジュールと冷却水路を形成する水路形成体とを備え、
前記水路形成体は並列に配置された冷却水路を有しており、
前記並列の冷却水路にはそれぞれ開口が形成されており、
前記各パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面に固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に固定された複数の半導体チップとを有し、
一方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された一方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、一方のパワーモジュールが前記水路形成体に保持され、
他方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された他方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、他方のパワーモジュールが前記水路形成体に保持され、
前記ハウジングに金属製の板状の保持体が固定されており、前記板状の保持体に前記コンデンサモジュールが固定され、
前記水路形成体が前記ハウジングに固定されていて、前記水路形成体が前記水路内を流れる冷却水により冷却されることで、前記パワーモジュールと共に前記ハウジングが冷却され、前記金属製の板状の保持体が冷却され、前記コンデンサモジュールが冷却されるように構成されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項５】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置された複数のパワーモジュールと前記ハウジングの内部に配置されたコンデンサモジュールと冷却水路を形成する水路形成体とを備え、
前記水路形成体は並列に配置された冷却水路を有しており、
前記並列の冷却水路にはそれぞれ開口が形成されており、
前記各パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面に固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に固定された複数の半導体チップとを有し、
一方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された一方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、一方のパワーモジュールが前記水路形成体に保持され、
他方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された他方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、他方のパワーモジュールが前記水路形成体に保持され、
前記ハウジングには冷却水を取り込む入口管と冷却水を排出する出口管とが固定され、
前記冷却水路の前記入口管とつながる前記冷却水路の入口部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらに前記冷却水路の前記出口管とつながる前記冷却水路の出口部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらに並列に配置された冷却水路をつなぐ冷却水路の折り返し部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項６】
請求項４あるいは請求項５に記載の電力変換装置において、前記各パワーモジュールの各ベース板の他方の面には絶縁基板が固定され、前記絶縁基板に複数のチップが固定されていて、
前記並列に配置された複数のパワーモジュールはそれぞれ、コンデンサへの接続端子が前記並列配置の内側に設けられ、回転電機につながる交流端子は前記並列配置の外側に配置されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項７】
請求項４あるいは請求項５に記載の電力変換装置において、前記各パワーモジュールの各ベース板の他方の面には絶縁基板が半田層により固定され、前記絶縁基板に複数のチップが半田層により固定されていて、
前記並列に配置された複数のパワーモジュールはそれぞれ、コンデンサへの接続端子が前記並列配置の内側に設けられ、回転電機につながる交流端子は前記並列配置の外側に配置されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の内の１の請求項に記載の電力変換装置において、前記パワーモジュールのベース板は銅を主成分として他の金属を含有する合金であり、前記ベース板に前記放熱フィンが固定された状態で前記他方の面の前記銅合金の硬度がＨＶ５０以上であることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、前記ベース板の一方の面にはロー付けにより前記放熱フィンが固定されており、前記ベース板の厚さは２ミリメータ〜４ミリメータの厚さを有し、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力変換装置において、前記ベース板には厚さが３μｍ以上９μｍ以下のニッケルメッキが施されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１１】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置されたパワーモジュールとコンデンサモジュールと冷却通路を形成する冷却通路形成体とを備え、
前記冷却通路に開口が形成されており、
前記パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面にロー付けにて固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に保持される複数の半導体チップとを有し、
前記パワーモジュールの前記放熱フィンが前記開口から前記冷却通路内に突出すると共に、前記パワーモジュールの前記ベース板で前記開口が塞がれるようにして前記パワーモジュールが冷却通路形成体の一方の面に固定されていて、前記コンデンサモジュールが前記冷却通路形成体の他方の面に固定されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１２】
金属製のハウジングと、前記ハウジングに固定された冷却通路を形成するための冷却通路形成体と、前記ハウジングの内部に配置されたパワーモジュールおよびコンデンサモジュールとを備え、
前記冷却通路には開口が形成されており、
前記パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面にロー付けにて固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に保持される複数の半導体チップとを有し、
前記パワーモジュールの前記放熱フィンが前記開口から前記冷却通路内に突出するようにして前記パワーモジュールが冷却通路形成体の一方の面に固定され、前記コンデンサモジュールが前記冷却通路形成体の他方の面に固定され、
前記ハウジングには冷媒を取り込む入口管と冷媒を排出する出口管とが固定され、前記入口管につながる前記冷却通路の入口部は、前記冷却通路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらに前記出口管につながる前記冷却通路の出口部は、前記冷却通路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１１あるいは請求項１２に記載の電力変換装置において、前記金属のベース板の他方の面に絶縁基板が半田層により固定され、前記絶縁基板に複数のチップが半田層により固定されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１４】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置された複数のパワーモジュールとコンデンサモジュールと冷却水路を形成する水路形成体とを備え、
前記水路形成体は前記ハウジングに固定されており、内部に並列に配置された冷却水路を有しており、
前記並列の冷却水路にはそれぞれ開口が形成されており、
前記各パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面に固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に固定された複数の半導体チップとを有し、
一方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された水路の一方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、一方のパワーモジュールが前記水路形成体の一方の面に固定され、
他方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された他方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、他方のパワーモジュールが前記水路形成体の一方の面に固定され、
前記コンデンサモジュールが前記水路形成体の他方の面に固定されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１５】
金属製のハウジングと前記ハウジングの内部に配置された複数のパワーモジュールとコンデンサモジュールと冷却水路を形成するための水路形成体とを備え、
前記水路形成体は内部に並列に配置された冷却水路を有しており、
前記並列の冷却水路にはそれぞれ開口が形成されており、
前記各パワーモジュールは金属のベース板と前記ベース板の一方の面に固定された放熱フィンと前記ベース板の他方の面に固定された複数の半導体チップとを有し、
一方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された水路の内の一方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、一方のパワーモジュールが前記水路形成体の一方の面に固定され、
他方のパワーモジュールの前記放熱フィンは、並列に配置された他方の水路の開口から前記水路内に突出し前記パワーモジュールのベース板で前記開口を閉じるようにして、他方のパワーモジュールが前記水路形成体の一方の面に固定され、
前記コンデンサモジュールは前記水路形成体の他方の面に固定され、
前記ハウジングには冷却水を取り込む入口管と冷却水を排出する出口管とが固定され、
前記冷却水路の前記入口管とつながる前記冷却水路の入口部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらに前記冷却水路の前記出口管とつながる前記冷却水路の出口部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっており、さらな並列に配置された冷却水路をつなぐ冷却水路の折り返し部は、前記冷却水路の前記放熱フィンが突出している部分に比べ深くなっていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１４あるいは請求項１５に記載の電力変換装置において、前記各パワーモジュールの各ベース板の他方の面には絶縁基板が固定され、前記絶縁基板に複数のチップが固定されていて、
前記並列に配置された複数のパワーモジュールはそれぞれ、コンデンサへの接続端子が前記並列配置の内側に設けられ、回転電機につながる交流端子は前記並列配置の外側に配置されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１７】
請求項１４あるいは請求項１５に記載の電力変換装置において、前記各パワーモジュールの各ベース板の一方の面には放熱フィンがロー付けされており、前記各パワーモジュールの各ベース板の他方の面には絶縁基板が半田層により固定され、前記絶縁基板に複数のチップが半田層により固定されていて、
前記並列に配置された複数のパワーモジュールはそれぞれ、コンデンサへの接続端子が前記並列配置の内側に設けられ、回転電機につながる交流端子は前記並列配置の外側に配置されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１１乃至請求項１７の内の１の請求項に記載の電力変換装置において、前記パワーモジュールのベース板は銅を主成分として他の金属を含有する合金であり、前記ベース板に前記放熱フィンが固定された状態で前記他方の面の前記銅合金の硬度がＨＶ５０以上であることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電力変換装置において、前記ベース板の一方の面にはロー付けにより前記放熱フィンが固定されており、前記ベース板の厚さは２ミリメータ乃至４ミリメータの厚さを有し、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の電力変換装置において、前記ベース板には厚さが３μｍ以上９μｍ以下のニッケルメッキが施されていることを特徴とする、車両搭載の回転電機に接続される電力変換装置。
【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、たとえば車両に搭載するに好適な電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に代わりモータの出力で動かされる純粋な電気自動車や、内燃機関とモータの併用で動かされるハイブリッドタイプの電気自動車がある。このような電気自動車では、回転電機とこの回転電機に電力を供給する電力変換装置とが搭載される。
【０００３】
上記電力変換装置は、直流電力を受けて回転電機を駆動する交流電力に変換する機能、あるいはそれに加え回転電機が発生する交流電力を二次電池に供給するための直流電力に変換する機能を有している。このような機能を達成するため、電力変換装置はインバータを構成するための半導体モジュールや上記半導体を制御するための制御回路やコンデンサを有している。
【０００４】
インバータを構成する半導体の冷却については特許文献１（特開２００５−259748号公報）に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５９７４８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記電気自動車に搭載される電力変換装置は、耐熱性の観点に関し厳しい環境のもとで使用され、しかも高い信頼性を維持することが必要である。このためには電力変換装置に内蔵されるインバータを構成する半導体モジュールの冷却効率の向上が必要であり、しいては電力変換装置のより効率的な冷却が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、冷却効率がより向上した電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、冷媒を流す冷却通路に開口を形成し、半導体モジュールを冷却するための放熱フィンを前記開口から冷却通路内に突出させる構造とすることで、半導体モジュールをより効率的に冷却すると共に電力変換装置の冷却効率をより向上したことである。上記放熱フィンは例えば上記半導体モジュールにロー付けにて固定される。
【０００９】
本発明の他の特徴は、冷媒を流す冷却通路に開口を設け、半導体モジュールを冷却するための放熱フィンを前記開口から冷却通路内に突出させると共に、前記開口を前記放熱フィンが固定されているベース板で塞ぐ構造とすることで、半導体モジュールをより効率的に冷却すると共に電力変換装置の冷却効率をより向上したことである。
【００１０】
他の特徴は、実施例の中でさらに説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明には、半導体モジュールの冷却効率を向上でき、冷却効率がより向上した電力変換装置を提供できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に説明する第１と第２の実施例では、半導体モジュールに放熱フィンを設け、この放熱フィンを冷却通路である冷却水路内に突出させると共に、冷媒である冷却水により直接放熱フィンを冷却し、半導体モジュールをおよび前記半導体モジュールの制御回路または平滑用のコンデンサモジュールを冷却する構成としたことで電力変換装置をより効率良く冷却することが可能と成った。
【００１３】
また以下に説明する第１と第２の実施例では、半導体モジュールのベース板である放熱基板の平面度が高い精度で維持でき、あわせて製造しやすい効果がある。また複数の半導体チップを備えた絶縁基板を複数個共通のベース板に接着した構造で製造可能であり、絶縁基板の接着の信頼性が高く、また半導体モジュールの高い放熱効率を確保できる。
【００１４】
以下の実施例では、半導体モジュールには放熱フィンが固定されている。この放熱フィンは半導体モジュールのベース板の一方の面にロー付けにより固定される。ロー付け工程では前記ベース板を高温にすることが必要である。ベース板を熱伝導性の優れた銅金属の板で製造する場合、純粋な銅金属は優れた熱伝導特性を有するが、前記ロー付け工程で高温にすることにより柔らかくなり、反対面に半導体チップを有する絶縁基板を接着し難くなる課題が生ずる。これらの課題を解決するために、前記ベース板を製造するための銅金属に不純物を含有させると硬度が増し、半導体チップを有する絶縁基板を接着する面の平面度が維持でき、半導体チップのベース板への接着工程が容易となる。しかし、熱伝導性が低下するとの新たな課題が発生する。すなわち相反する現象が生じ、不純物の含有量を調整することが望ましい。
【００１５】
これらの課題は半導体チップを有する絶縁基板が小さい場合はあまり問題ではない。車載に搭載される回転電機に供給される電圧および電力が大きくなり、これに伴って半導体モジュールの絶縁基板は大きくなる傾向にある。また半導体チップを複数個あるいはそれ以上を接着した絶縁基板を使用することが作業性などの点で望ましい。さらにこれら絶縁基板を複数個集め、これら複数個の絶縁基板を共通の金属性ベース板に接着することが望まれる。この場合に絶縁基板そのものが大きくなり、またベース板の面積が広くなり、上記課題がより強く現れる。以下に説明する実施例１や実施例２ではベース板の硬度と熱伝導性との望ましい関係を明らかにしており、これらの課題を解決できる。
【００１６】
さらに以下に説明する第１と第２の実施例の構造や製法によれば、半導体モジュールの放熱基板への取り付けが比較的容易で、長い年月にわたる使用に対しても、高い信頼性を維持できる。
【００１７】
第１と第２の実施例では、冷媒と半導体モジュールの熱熱伝達効率が高く、さらに信頼性の高い冷却が可能である。
【００１８】
第１と第２の実施例では、冷媒としてエンジンの冷却水を利用可能であり、車載の搭載性が向上し、駆動システム全体の構成がシンプルとなる。エンジンの冷却水を使用可能とするために以下の実施例では、冷却水路と放熱フィンとの関係の構造が改善されている。また冷却通路と平滑コンデンサ取り付けの構造が改善されている。
【００１９】
また以下に説明する、２個の回転電機を制御する機能を有する電力変換装置に関する第１と第２の実施例によれば、装置全体の構造がシンプルで、さらに高い冷却効率がえられる。またこの装置は製造しやすい構造をなしている。
〔第１の実施例〕
《電気自動車１００》
図１は、本発明による電力変換装置が備えられるハイブリッド型の電気自動車の一実施例を示す構成図である。なお本発明による電力変換装置２００は純粋な電気自動車にもハイブリッド型の電気自動車に適用できるが、以下代表してハイブリッド型の電気自動車の実施例を説明する。
【００２０】
ハイブリッド型の電気自動車１００には、エンジン１２０と第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０と、前記第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０に高電圧の直流電力供給するバッテリ１８０が搭載されている。さらに低電圧電力(１４ボルト系電力)を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給するが、図示を省略する。
【００２１】
エンジン１２０および第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０に基づく回転トルクは、変速機１５０とデファレンシャルギア１６０に伝達され、前輪１１０に伝達される。
【００２２】
前記変速機１５０を制御する変速機制御装置１５４とエンジン１２０を制御するエンジン制御装置１２４と電力変換装置２００を制御する回転電機制御回路基板７００の前記回転電機制御回路とリチュームイオン電池などのバッテリ１８０を制御するバッテリ制御装置１８４と統合制御装置１７０とが、それぞれ通信回線１７４によって接続されている。
【００２３】
前記統合制御装置１７０は、下位の制御装置である、変速機制御装置１５４やエンジン制御装置１２４や電力変換装置２００やバッテリ制御装置１８４からそれぞれの状態を表す情報を、通信回線１７４を介して受け取る。これらの情報に基づき、前記統合制御装置１７０によって各制御装置の制御指令が演算され、前記統合制御１７０から各制御装置への制御指令が上記通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。例えば上記バッテリ制御装置１８４はリチュームイオン電池であるバッテリ１８０の放電状況やリチュームイオン電池を構成する各単位セル電池の状態をバッテリ１８０の状態として統合制御装置１７０に報告する。前記統合制御装置１７０は上記報告から上記バッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置２００に発電運転の指示を出す。統合制御装置
１７０はまたエンジン１２０と第１や第２の回転電気１３０，１４０の出力トルクを管理し、エンジンと前記第１や第２の回転電機１３０，１４０の出力トルクの総合トルクあるいはトルク分配比を演算処理し、処理結果に基づく制御指令を変速機制御装置１５４やエンジン制御装置１２４や電力変換装置２００へ送信する。トルク指令に基づき電力変換装置２００は第１の回転電機１３０と第２の回転電機１４０を制御し、どちらか一方の回転電機であるいは両方の回転電機で指令のトルク出力を、あるいは発電電力を発生するようにこれらの回転電機を制御する。
【００２４】
前記電力変換装置２００は統合制御装置１７０からの指令に基づき第１の回転電機130と第２の回転電機１４０を運転するためにインバータを構成するパワー半導体のスイッチング動作を制御する。これらパワー半導体のスイッチング動作により、第１の回転電機
１３０と第２の回転電機１４０が電動機としてあるいは発電機として運転される。
【００２５】
電動機として運転する場合は高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が前記電力変換装置２００のインバータに加えられ、インバータを構成するパワー半導体のスイッチング動作を制御することにより直流電力が３相交流電流に変換され、前記回転電機１３０あるいは１４０に供給される。一方発電機として運転される場合、回転電機１３０あるいは140の回転子が外部からの回転トルクで回転し、この回転トルクに基づき前記回転電機の固定子巻線に３相交流電力を発生する。発生した３相交流電力は前記電力変換装置２００で直流電力に変換され、前記高電圧のバッテリ１８０に供給され、前記バッテリ１８０が直流電力により充電される。
【００２６】
図１に示すとおり、電力変換装置２００は、直流電源の電圧変動を押さえる複数の平滑用のコンデンサを有するコンデンサモジュール３００と、複数のパワー半導体を内蔵するパワーモジュール５００、このパワーモジュール５００のスイッチング動作を制御するスイッチング駆動回路を備えた基板（以下スイッチング駆動回路基板）６００、および前記スイッチング動作の時間幅を決める信号すなわちパルスワイドモデュレーションの制御を行うＰＷＭ信号を発生する回転電機制御回路を備えた基板（以下回転電機制御回路基板と記す）７００から構成されている。
【００２７】
前記高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池であり、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。
《電力変換装置の全体構成》
図２，図３および図４は、前述した電力変換装置２００の分解斜視図であり、該電力変換装置２００の全体的な構成を概略的に示している。図２と図３と図４は前記電力変換装置２００をそれぞれ異なる方向から見た分解斜視図である。また図５，図６および図７は電力変換装置２００の外観図であり、図６と図７は図５と異なる方向の外観図である。
【００２８】
電力変換装置２００は箱体の形状をなすハウジング２１０を有し、このハウジング210の底部には冷却水が循環する冷却通路である冷却水路２１６を内部に有する水路形成体
２２０が設けられている。前記ハウジング２１０の底部には、前記冷却水路２１６に冷却水を供給するための入口管２１２および出口管２１４が該ハウジング２１０の外側へ突出している。水路形成体２２０は冷却通路を形成する冷却通路形成体としての機能を持ち、この実施例では冷媒としてエンジン冷却水を使用しており、構成２２０は冷却水路形成体としての機能を有している。
【００２９】
図１のパワーモジュール５００は、前記ハウジング２１０内に並設される第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４で構成されている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４には冷却用の放熱フィン５０６，５０７がそれぞれ設けられている。一方前記水路形成体２２０には開口２１８，２１９が設けられている。前記第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４を水路形成体２２０に固定することで、上記冷却用の放熱フィン５０６，５０７がそれぞれ前記開口２１８，２１９から水路２１６の内部に突出する。前記開口２１８，２１９は放熱フィン５０６，５０７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前記開口が塞がれる。
【００３０】
この第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、ハウジング２１０の冷却水の入口管２１２および冷却水の出口管２１４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。前記水路形成体２２０の内部に形成される冷却水路は、冷却水の入口管２１２からハウジング底部の長手方向に沿って他端まで延び、該他端部でＵ文字状に折り返され、再びハウジング底部の長手方向に沿って出口管２１４まで延びている。上記長手方向に沿った並行する２組の水路が前記水路形成体２２０内に形成され、前記水路形成体２２０にはそれぞれの水路に貫通する形状の前記開口２１８と219が形成されている。上記通路に沿って前記水路形成体２２０に第１のパワーモジュール
５０２と第２のパワーモジュール５０４が固定される。第１と第２のパワーモジュール
５０２，５０４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、金属製の前記水路形成体２２０に第１と第２のパワーモジュール５０２，504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。さらに前記開口２１８，
２１９は第１と第２のパワーモジュール５０２，５０４の放熱面でそれぞれ塞がれるので、構造が小型になると共に冷却効果が向上する。
【００３１】
前記第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４にそれぞれ積層して、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４が並設されて配置されている。前記第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４は、図１で説明したスイッチング駆動回路基板６００を構成する。
【００３２】
前記第１のパワーモジュール５０２の上方に配置される第１の駆動回路基板６０２は平面的に観た場合、該第１のパワーモジュール５０２より若干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５０４の上方に配置される第２の駆動回路基板６０４も平面的に観た場合、該第２のパワーモジュール５０４より若干小さく形成されている。
【００３３】
前記ハウジング２１０の側面には前記冷却水の入口管２１２および出口管２１４が設けられ、この側面にさらに孔２６０に形成され、この孔２６０に信号用のコネクタ２８２が配置される。このコネクタ２８２の取り付け位置の該ハウジング２１０内部には、該信号用のコネクタ２８２に近接して固定されるノイズ除去基板５６０および第２の放電基板
５２０が配置されている。前記ノイズ除去基板５６０および第２の放電基板５２０の取り付け面が、前記第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４等の取り付け面と平行の面となるように、これらは取り付けられている。
【００３４】
前記複数の駆動回路基板６０２と６０４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３００が配置され、このコンデンサモジュール３００は第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を有しており、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、それぞれ、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４の上方に配置されている。
【００３５】
第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の上方には、平板状の保持板３２０が、その周辺を前記ハウジング２１０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３２０は、前記パワーモジュールの側の面に、前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を支持すると共に、その反対側の面に回転電機制御回路基板７００を保持し、固定している。そして、この保持板３２０は金属材料から構成され、前記コンデンサモジュール３０２と３０４および回転電機制御回路基板７００の発熱した熱を前記ハウジング２１０に流し、放熱する。
【００３６】
上述のように、前記パワーモジュール５００とスイッチング駆動回路基板６００とノイズ除去基板５６０と第２の放電基板５２０とコンデンサモジュール３００と保持板３２０と回転電機制御回路基板７００とをハウジング２１０内に収納し、ハウジング２１０の上部の開口は金属製のカバー２９０によって塞がれている。
【００３７】
また、ハウジング２１０の前記冷却水の入口管２１２および出口管２１４が設けられた側壁を正面とした場合に、その側壁には、端子ボックス８００が取り付けられて配置されている。この端子ボックス８００には、前記バッテリ１８０から直流電力が供給されるための直流電力用端子８１２と、その内部に設けられた直流電力用の端子台８１０と、第１の回転電機１３０および第２の回転電機１４０と接続する交流電力用端子８２２と、その内部に設けられた交流用の端子台８２０とが設けられている。
【００３８】
直流電力用の端子台８１０はバスバーを介して前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の電極に電気的に接続され、交流用の端子台８２０は前記パワーモジュール５００を構成する複数のパワーモジュール５０２と５０４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。
【００３９】
なお、この端子ボックス８００は、その本体８４０に前記直流電力用の端子台８１０を配置させた底板部８４４とカバー部８４６とが取り付けられることによって構成される。該端子ボックス８００の組み立てを容易にするためである。
【００４０】
前記電力変換装置２００は、図５の如く、コンパクトな形状をなしている。
《電力変換装置２００の各構成部材》
次に、前記図２ないし図７に示した電力変換装置２００の詳細な構成について説明をする。
〈ハウジング２１０〉
上記図面および図５のＩ−Ｉ線における断面を示す図８において、ハウジング２１０は、金属材料例えばアルミで作られており、略方形状の箱体である。ハウジング２１０の底部に冷却水路を備えた水路形成体２２０を有していて、上部は開口している。ハウジング２１０の底部の冷却水路は出入り口の反対部分で折り返されることにより、２つの冷却水路が併設され、これら冷却水路を冷却水が循環するように構成されている。上記折り返される冷却水路は該冷却水が流れる空間部を中央に挟んだ二重構造からなる水路形成体220を備えている。前記水路形成体２２０の上側板に、図示の如く、水路に沿って開口２１８と開口２１９が形成されている。
【００４１】
ハウジング２１０の下部には第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４からなる一対のパワーモジュールが配置され、それぞれの各第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４は水路形成体２２０の上方に配置されて固定されている。各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の放熱面には、多数の並設された放熱フィン５０６と５０７とを備えている。この放熱フィン５０６と５０７が、それぞれ前記水路形成体２２０の開口２１８と２１９の内部に突出している。さらに前記開口はそれぞれ放熱フィン５０６と５０７の周囲のパワーモジュール５０２と５０４の放熱面で閉じられ、これにより水漏れが防止され、密閉した水路２１６が形成される。
【００４２】
このような構成により、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール504
は効率よく冷却される。また、各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の各放熱フィン５０６と５０７が前記開口２１８と２１９に沿って挿入される構成となることにより、ハウジング２１０に対する各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の位置決めの効果を有する。
【００４３】
ハウジング２１０に、比較的小さな孔２６２および比較的大きな面積を有する孔２６４が順次並設されて形成されている（図３参照）。ハウジング２１０の側壁部には端子ボックス８００が配置されており、該端子ボックス８００内の直流電力用の端子台８１０は前記孔２６２を通してハウジング２１０内の第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４に電気的に接続され、該端子ボックス８００内の交流用の端子台８２０は前記孔２６４を通してハウジング２１０内の第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４に電気的にバスバー８６０と８６２によって接続される。前記バスバーの一部は図８に開示されている。
〈パワーモジュール５００およびスイッチ駆動回路基板６００〉
図９は、前記ハウジング２１０の内部にパワーモジュール５００とスイッチ駆動回路基板６００を配置させた状態を示す平面図である。
【００４４】
パワーモジュール５００を構成する第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、前記ハウジング２１０の内部において、回転電機制御基板７００や第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４とよりも冷却水路側に配置されている。第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４は、冷却水路に沿って並列して配置されている。
【００４５】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれの直流端子ＩＴ１とＩＴ２および交流端子ＯＴ１とＯＴ２が同方向となるように配置させた状態で幾何学的にも同一の構成からなり、一方の第１のパワーモジュール５０２に対し、他方の第２のパワーモジュール５０４を１８０°回転させて配置することにより、それらの直流端子ＩＴ１，ＩＴ２が互いに中央部で向き合うようにして配置され、交流端子ＯＴ１と
ＯＴ２が互いに前記ハウジング２１０の側壁側に配置されている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれの直流端子にＩＴ１、ＩＴ２において対応するもの同士を近接配置させるため、第１と第２のパワーモジュール５０２と
５０４は互いに長手方向に若干ずれた配置となっている。
【００４６】
図９の開示内容では、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれスイッチ駆動回路基板６０２と６０４とに重ねて配置されているため、前記直流端子ＩＴ１とＩＴ２および交流端子ＯＴ１とＯＴ２がスイッチ駆動回路基板６０２と６０４の短手方向の両サイドに目視された状態となっている。
【００４７】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の直流端子ＩＴ１と
ＩＴ２は前記コンデンサモジュール３０２と３０４との各端子と電気的に接続され、各第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の交流端子ＯＴ１とＯＴ２は前記端子ボックス８００内の交流用の端子台８２０に接続されている。
【００４８】
第１のパワーモジュール５０２の交流端子ＯＴ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する各端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗからなり、これら各端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，ＯＴ１ｗは、それぞれその配置個所から並設された各パワーモジュール５０２と５０４の一方の短辺側に沿って引き回された後にハウジング２１０の側壁部２３４の側において立設されたバスバー８６０ｕと８６０ｖと８６０ｗを介して、前記ハウジング２１０の主側壁部234に形成された孔２６４を通して突出されるリード端子ＯＬ１ｕ，ＯＬ１ｖ，ＯＬ１ｗに引き出されるようになっている。本実施例ではバスバー８６０ｕと８６０ｖと８６０ｗは水路の出入り口と反対の側を迂回している。
【００４９】
第２のパワーモジュール５０４の交流端子ＯＴ２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応した各端子ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗからなり、これら各端子ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗは、それぞれ、その配置個所からハウジング２１０の側壁部２３４の側において立設されたバスバー８６２ｕと８６２ｖと８６２ｗを介して前記孔２６４を通して突出されるリード端子ＯＬ２ｕ，ＯＬ２ｖ，ＯＬ２ｗに引き出される。
【００５０】
各パワーモジュール５０２と５０４やスイッチ駆動回路基板６０２と６０４の上方には、コンデンサモジュール３０２や３０４および回転電気制御回路基板７００が配置されている。
【００５１】
上記各パワーモジュール５０２と５０４とは、その周辺部にねじ孔が形成され、このねじ孔を通してハウジング２１０の低部に位置する水路形成体２２０にねじＳＣ１によって固定されている。
【００５２】
また、パワーモジュール５０２と５０４との上方に配置されている駆動回路基板６０２と６０４は、ねじＳＣ２によって該パワーモジュール５０２と５０４とに固定されている。
【００５３】
また、図９において、第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４は、上述したように、それぞれ、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４にスイッチング信号を供給するための回路基板として構成されている。これら第１の駆動回路基板６０２と第２の駆動回路基板６０４には、その主表面に設けられたコネクタＣＮを介してハーネスＨＮが引き出され、このハーネスＨＮは回転電機制御回路基板７００に接続されている。
〈コンデンサモジュール３００〉
図１０は、複数の平滑コンデンサを備えたコンデンサモジュール３００を前記ハウジング２１０の内部に配置した状態を示す平面図である。
【００５４】
上記コンデンサモジュール３００は第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を有していて、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４はたとえば樹脂材料作られた直方体状のケースにそれぞれたとえば５あるいは６個のフィルムコンデンサ（コンデンサセル）が収納されて作られている。
【００５５】
図８や図１０に示す如く、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４はそれぞれ並列されて配置され、第１のコンデンサモジュール３０２は前記第１の駆動回路基板６０２の上方に、第２のコンデンサモジュール３０４は前記第２の駆動回路基板６０４の上方に配置される。
【００５６】
第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４は第１と第２のパワーモジュール
５０２と５０４の直流端子に接続部ＪＮ（ＪＮ１とＪＮ２を含む）により電気的に接続されている。
【００５７】
なお、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、パワーモジュール５００におけるＵ相アームにおける一対の直流端子、Ｖ相アームにおける一対の直流端子、Ｗ相アームにおける一対の直流端子にそれぞれ接続される構成になっている。従って第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４の電気的接続は、図１０に示すごとく、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４のそれぞれに関して６箇所ずつ接続されている。この配置により、コンデンサモジュールとパワーモジュール間のインダクタンスを低減することができる。インダクタンスを低減することにより、パワーモジュールのスイッチング動作による、電圧の一時的な電圧上昇を抑えることができる、などの効果がある。
【００５８】
図１０で、第１と第２のコンデンサモジュール３０２と３０４とには、直流電力用の端子台８１０に接続される一対の電極ＴＭ１と電極ＴＭ２とがそれぞれ備えられ、この電極を介して外部の直流電源に接続される。第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４のそれぞれの電極ＴＭ１とＴＭ２は、いずれもハウジング２１０の水路出入り口側に配置されている。これは端子ボックス８００内に配置される直流電力用の端子台８１０が配置されている側と同じ側とすることで、外部の直流電源である高電圧バッテリとの配線が容易になり、作業性が向上する。
【００５９】
図１０で、第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は、それぞれその四隅において、ナットが埋め込まれた固定用孔ＦＨ１とＦＨ２が形成されており、前記保持板３２０の前記固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に対応する孔を通して当該固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に螺入されるねじＳＣ４（図１１参照）によって、第１のコンデンサモジュール３０２および第２のコンデンサモジュール３０４は保持板３２０に固定される。すなわち、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４は保持板３２０に懸架された状態で固定される。
〈保持板３２０〉
図１１は、前記ハウジング２１０の内部に保持板３２０を配置させた状態を示す平面図で、該保持板３２０に搭載された回転電機制御回路基板７００を示している。回転電機制御回路基板７００を備えた制御基板ブラケットとして構成される保持板３２０は、前記ハウジング２１０の内部において、前記コンデンサモジュール３００の上側に位置した状態で前記ハウジング２１０に固定されている。
【００６０】
ハウジング２１０の内側面にはその周方向に沿ってほぼ等間隔に複数個の突起体ＰＲ
（図９と図１０参照）が形成され、該突起体ＰＲの上端面が前記保持板３２０をその周辺において支持し、該保持板３２０の周辺に形成されたねじ孔を通して前記突出体ＰＲの上端面に螺入されるねじＳＣ４によって保持板３２０が固定される。周辺に設けられた数多くの上記突起体の上面の広い面積で上記保持板を受けるので、ハウジング２１０と保持板３２０とは良好な熱伝導状態となる。保持板３２０は、その機械的強度を向上するため、ハウジング２１０と同様熱伝達の良い金属材料、例えばアルミ材料で作られている。また、前記回転電機制御回路基板７００が載置される面においてパターン化された凹凸面が形成されている。
【００６１】
保持板３２０の前記凹面は、前記回転電機制御回路基板７００の該保持板３２０の側の面における配線層等の形成領域に対向した部分において形成され、これにより、前記配線層等が金属材である保持板３２０と接触するのを防止でき、該配線層に電気的短絡が生じるのを防止できる。特にパワーモジュール５０２と５０４の交流端子ＯＴ１とＯＴ２とが設けられる部分は窪みである凹形状となっている。また直流電源の接続部にも窪みである凹形状が形成されている。
【００６２】
前記保持板３２０の前記回転電機制御回路基板７００との対向面の前記凹面内に、図３に示すように、複数の散在されたボス部ＢＳが形成され、このボス部において前記回転電機制御回路基板７００に形成されたねじ孔を通して螺入されるねじＳＣ６（図１６参照）によって、該回転電機制御回路基板７００が保持板３２０に固定されるようになっている。
【００６３】
上述のように、前記保持板３２０は、その下方に配置される前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４を、該保持板３２０に形成されたねじ孔を通し前記第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４の四隅に設けられた固定用孔ＦＨ１，ＦＨ２に螺入されるねじＳＣ４によって、固定していることは上述した通りである。
【００６４】
このように、各第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール304は、ハウジング２１０に当接されて配置されている保持板３２０に固体された構成となっているため、該第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４から発生した熱は保持板３２０を通してハウジング２１０に伝導され易く、放熱効果に優れた構成となっている。またハウジング２１０は冷却水路により冷却されるので、上記コンデンサモジュール３０２と３０４の温度上昇を低く抑えることが可能となる。
〈回転電機制御回路基板７００〉
図１１は、前記ハウジング２１０内の保持板３２０上に搭載させた回転電機制御回路基板７００を示した平面図である。
【００６５】
この回転電機制御回路基板７００は、小信号用の電子部品がコネクタＣＮとともに搭載されている。このコネクタＣＮは、ハーネスＨＮを介してたとえば前記スイッチ駆動回路基板６０２と６０４に搭載されたコネクタＣＮに接続されている。
【００６６】
この回転電機制御回路基板７００は、その周辺の四隅の各領域において、また、該周辺を除く中央部の領域であって、各部品が搭載された領域およびこれら部品を接続する配線層が形成された領域を回避させた領域において、ねじ孔が形成され、これらねじ孔を通して前記保持板３２０に螺入されるねじＳＣ６によって、該保持板３２０に固定されるようになっている。
【００６７】
これにより、前記回転電機制御回路基板７００は、たとえばその周縁部のみでフレームに固定される構造の場合と比較して、振動等で中央が撓んでしまうという弊害を回避することができる。
【００６８】
上述したように、この回転電機制御回路基板７００は、ハウジング２１０に当接されて配置されている保持板３２０に載置された構成となっているため、該回転電機制御回路基板７００から発生した熱は保持板３２０を通してハウジング２１０に伝導され易く放熱効果に優れた構成となっている。
〈カバー２９０〉
カバー２９０は、前記ハウジング２１０の内部に、前記第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４，スイッチ駆動回路基板６０２，６０４，第１のコンデンサモジュール３０２と第２のコンデンサモジュール３０４，保持板３２０，回転電機制御回路基板７００を順次収納させた後に、該ハウジング２１０の開口を閉塞させる蓋材からなっている。
【００６９】
このカバー２９０は、その材料がたとえばハウジング２１０と同様の材料で構成され、その周辺において周方向にほぼ等間隔に沿って並設されたねじ孔を通してハウジング210の上端面に螺入されるねじＳＣ７によって、該ハウジング２１０に固定されている（図５参照）。
〈第１と第２のパワーモジュール５０２と５０４の冷却構造〉
上述のごとく、電力変換装置２００の底部には冷却水路が形成されている。図１２は、ハウジング２１０の底から上を見た構造図であり、水路形成体２２０の一部である水路保持部材９０２を示す。前記水路保持部材９０２は他の水路形成体２２０である底板９３４を取り付けるための外周部９０４を有し、外周部９０４にはねじ止め用の孔ＳＣ９が多数設けられている。一部だけ符号を付し、他は符号を省略する。外周部９０４の内側に水漏れを防ぐためのシール溝９０６が設けられ、前記シール溝９０６の内側の前記水路保持部材９０２には、両サイドに外側領域部９１２が設けられ、さらに前図で冷却水路２１６として説明した第１と第２の水路９２２と９２４と中央部９０８とが設けられている。前記シール溝にオーリングまたはゴムなどのシール部材を嵌め、ねじ孔ＳＣ９をねじで締めつけることでシール機能を持つ。水路９２２（先に２１６として説明）の入口部９１６に冷却水が供給され、第１の水路９２２を矢印の方向に冷却水が流れ、折り返し通路９２４で冷却水の流れがＵ字状に変わり、第２の水路９２４を矢印の方向に流れ、水路９２４の出口部９１８から排出される。第１と第２の水路９２２と９２４には孔である開口２１８と２１９とが設けられている。以下に説明する図１３に記載の底板９３４を取り付けることで水路９２２と９２４が形成されると共に、開口２１８と２１９が水路に上記水路の開口構造となる。
【００７０】
第１の水路９２２と第２の水路９２６との間に設けられた前記中央部９０８、および第１の水路９２２と外周部９０４との間および第２の水路９２６と外周部９０４との間に設けられた外側領域部９１２にはそれぞれアルミダイキャストの肉厚を薄くするための窪み９３２が設けられている。
【００７１】
図１３（Ａ）と（Ｂ）に、図１２に示すハウジング２１０の底を塞ぐ底板９３４を示す。底板９３４と前記水路保持部材９０２とは水路を形成する水路形成体であり、図１３
（Ａ）の矢印の如く、水が流れる。底板９３４にはねじ孔ＳＣ９が多数設けられており、前記水路保持部材９０２の外周部９０４のねじ孔ＳＣ９を介してねじで締め付けられる。底板９３４には第１の凸部９３５と第２の凸部９３６とが設けられており、この凸部935が水路９２２に挿入され、凸部９３６が水路９２６に挿入される。なお、窪み９３８はアルミダイキャストの肉厚を薄くするために設けられている。
【００７２】
図１２のII―II断面に沿った水路９２２の断面を図１４に示す、なお水路９２６もほぼ同じ形状である。図１２と図１３と図１４において、水路保持部材９０２には並列に配置された複数の水路９２２と９２４とが設けられている。入口管２１２（図１２には記載省略）から冷却水は入口部９１６に導入される。水路の入口部９１６にはハウジング２１０と一体の金属部材により形成された天井８８２が設けられ、水路の両脇には図１５の側壁９８８と９９０で示すハウジング２１０と一体の金属部材が設けられている。水路は図
１２に示す如く入口管の後水路の幅が徐々に広がり、一方水路の深さが徐々に浅くなっている、これにより冷却水の流れがスムーズとなり、渦が生じにくく、流体抵抗が少ない。入口部から水は開口部を有する水路に導かれる。開口部を有する水路では、水路の底に図１３に示す凸部９３５を設けることで水路の底が盛り上がり、水路の深さは放熱フィンの高さよりやや深い形状となる。放熱フィンの高さは６ミリメータから８ミリメータであり、水路の深さは１０ミリメータ以下、望ましくは９ミリメータ以下である。
【００７３】
水路形成体２２０の前記凸部９３５の反対側には開口２１８が作られており、この開口２１８にパワーモジュール５０２のベース板９４４に設けられた放熱フィン５０６が突出するようにして、パワーモジュール５０２がねじＳＣ１により固定されている。図示されていないが並列配置された他の水路９２６が形成されている水路形成体２２０の開口には、パワーモジュール５０４が固定されている。このようにすることで放熱フィンと冷却媒体である水との熱交換効率が向上する。また併設される水路９２２と９２６とのつなぎめである折り返し部はフィンが突出する部分より水路が深くなっており、流体抵抗が減少し、冷水の流れが改善される。
【００７４】
パワーモジュール５０４は以下説明するパワーモジュール５０２と同様の構造で、ほぼ同じように固定されているので、代表してパワーモジュール５０２で説明する。水路922の前記開口２１８から複数の放熱フィン５０６（この実施例では３個の放熱フィン）が水路に突出している。放熱フィン５０６は金属のベース板９４４の一方の面に設けられており、金属のベース板９４４の他方の面には半導体チップが設けられている。前記半導体チップは樹脂ケース９４６で密封されている。この構成は、パワーモジュール５０４と水路９２６との関係でも同じである。
【００７５】
パワーモジュール５０２は図９や図１４に示す如く、金属板９８２と共にねじＳＣ１で水路を形成する水路形成体に固定される。この実施例ではハウジング２１０と一体形成された水路カバー８８２に固定される。パワーモジュール５０２のねじ止めにより、パワーモジュール５０２の放熱面で前記水路９２２の開口２１８を塞ぐ。パワーモジュール502の放熱面と前記開口周辺の水路形成体との間に密閉部材例えばオーリング９８６が設けられ、水漏れを防止することが可能な構造となっている。
【００７６】
前記金属板９８２と対向して金属または熱伝導性の優れた比較的柔らかい樹脂からなる放熱板９８４が設けられ、この放熱板９８４に対向して駆動回路基板６０２が設けられている。駆動回路基板６０２の熱は放熱板９８４を介して水路形成体に伝わり、冷却水に伝達することで駆動回路基板６０２の温度上昇を低く抑えることが可能となる。以上の構成および作用効果はパワーモジュール５０４と駆動回路基板６０４に関しても同じである。
【００７７】
図１４のIII―III断面の部分拡大図を図１５に示す。水路９２２を形成するための水路形成体２２０の底部に底板９３４が設けられている。水路の両側部はハウジング２１０と一体に設けられた側板９８８と９９０とによって形成されている。前記側板９８８と990と水路形成体２２０との密閉は、密閉部材たとえばオーリングまたはオーリングより幅の広いガスケットからなるシール部材９８６によって達成される。また水路９２２の上部の開口２１８は先に説明したとおり、パワーモジュール５０２の金属製のベース板９４４の放熱面により密閉される。この密閉を行うために、密閉部材たとえばオーリングまたはガスケットなどのシール部材９８６が設けられている。前記金属のベース板９４４の反対面には複数の半導体チップが固定されており、樹脂ケース９４６で密閉されている。
【００７８】
パワーモジュール５０２の上には上述のとおり放熱板９８２および放熱板９８４を挟んで前記駆動回路基板６０２がねじＳＣ２により固定されている。
【００７９】
上記説明では図１４に示す如く、水路の入口部と出口部および折り返し部で、水路を深くし、放熱フィンの挿入部は上記水路位置に比べ浅い形状にしている。フィン挿入部の水路の深さはフィンの高さ方向の長さより少し長い寸法の深さになっている。この実施例では上述のとおり、フィンの高さが６ミリメータ〜８ミリメータで、水路の深さは１０ミリメータ以下、好ましくは９ミリメータ以下である。以上の構成や作用，効果はパワーモジュール５０４とその水路を含む水路形成体においても同じである。
〈パワーモジュール〉
図１７にパワーモジュール５０２あるいは５０４をフィン側から見た状態を示し、パワーモジュール５０２あるいは５０４の樹脂ケース９４６を外した状態を図１６に示す。また図１８に図１６のIV―IV断面を示す。実際の断面図では、半導体部分の断面が３個表示されるが、説明を分かり易くするために、半導体チップ３個の内２個についてはこれを省略し、半導体チップの１個のみを実際より拡大して記載した。
【００８０】
金属のベース板の放熱面には図１７に示す如く３組の放熱フィン５０６Ａと５０６Ｂと５０６Ｃとが設けられている。前記放熱フィンの外周の放熱面には水路の冷却水の漏れを防止するシール部材９８６としてオーリングまたはガスケットが設けられている。上記金属ベース板の放熱面を水路の開口部にねじなどで強く押し付けることで、前記ベース板
９４４で水路９２２（２１６）や９２６（２１６）の開口を塞ぎ、前記シール部材９８６により、水路内の冷却水の水漏れが防止できる。
【００８１】
放熱フィンは図１８に示す如く、ロー材９４８により固定される。このロー付けは例えば摂氏６００度から７００度で行われる。前記３組の放熱フィンに対応して、前記金属のベース板９４４の反対面に絶縁基板９５６が図１８に示す如く、第２の半田層９６２により接着されている。
【００８２】
前記金属のベース板９４４は銅を主成分とし、この銅に不純物を加えた合金である。硬度が放熱フィン５０６のロー付け後において、ＨＶ５０以上が望ましく熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上が望ましい。このベース板の厚さは２ミリメータ〜４ミリメータの範囲である。また平面度が各絶縁基板の範囲であるいは固定ねじ孔９７８で囲まれるはんいないで０.１mm以下が最適、０.２mm以下が望ましい。さらにインバータを構成する半導体チップの範囲である６個の絶縁基板の範囲で平面度が０.３mm以下が最適で、０.４mm以下の確保が望ましい。銅に銅より硬い不純物を混ぜるとその割合が増すごとに硬度が上がる。しかし、上記不純物は一般に銅より熱伝導率が低いので、全体の熱伝導率が低下する。従って不純物の割合を調整し、上記硬度と上記熱伝導率が維持できることが望ましい。また上記ベース板には厚さ約３〜９μｍのニッケルメッキを施すことが望ましい。図１８に示す如く、一方に放熱フィン５０６をロー付けし、他方に半導体チップの絶縁基板９５６を半田付けする。この場合銅の面には傷があるかもしれない、適度な厚さのメッキを施すことで、表面荒らさを適切に維持できる。この実施例では、少なくとも絶縁基板の搭載する範囲とＯリングが当たる範囲の表面粗さはＲａ＝３.２を満足することか望ましい。
〈半導体モジュールの製造〉
図１８で上記条件を満足する、銅を主成分とする合金のベース板に、金属製の放熱フィン５０６を摂氏６００度から７００度でロー付けされる。場合によっては８００度乃至
９００度になる可能性がある。ベース板９４４が柔らかいとこのロー付け作業で平面度が悪くなり、その後の絶縁基板９５６の接着が困難になる。不純物の含有割合を適度に選定することで、ロー付け作業後の特性が硬度に関しＨＶ５０以上で、またロー付け作業後の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の特性を確保できる。図１６に示すようにこの作業で３個のフィン５０６Ａ〜５０６Ｃがロー付けされる。
【００８３】
また他の作業工程で、絶縁基板９５６に高温半田で半導体チップ９５２を接着する。第１の半田層９５８はこの工程で作られた層で半導体チップ９５２と絶縁基板とを固着している。この半田層は高温半田の層であり、第２の半田層９６２である低温半田の接着作業で溶解することはない。図１６に示すように、１個の絶縁基板９５６にダイオードチップ９５４とＩＧＢＰチップ９５２が３組ずつ接着される。参照符号は煩雑さを避けるため、１個の絶縁基板９５６に対してのみ表示し、他は省略した。３組のダイオードチップ954とＩＧＢＰチップ９５２とを有する１個の絶縁基板を２個対向して並列に配置することでＵＶＷ相の内の１相に対応し、ベース板９４４の裏に接着された１個のフィンに対応している。図１６のベース板９４４は、３相用のインバータを構成するため、上記対向して並列に配置された絶縁基板を３組有している。各絶縁基板は同じ構造をなしている。
【００８４】
上記作業の後、３組の半導体チップ９５２を接着した６個の絶縁基板９５６と、３個の放熱フィン５０６を有するベース板９４４とを図１６と図１７に示す位置関係となるように低温の第２の半田９６２で接着する。すなわち２個の絶縁基板に対してベース板９４４の半対面に１個のフィンがロー付けされる位置関係で接着される。図１８で放熱フィン
５０６とベース板９４４との接着温度が一番高く、ロー材を使用して接着される。次に高い温度の接着は、半導体チップ９５２と絶縁基板９５６との接着で高温半田を使用して行われる。一番低い温度の接着が絶縁基板９５６とベース板との接着で、低温半田を使用して行われる。上記ロー材による放熱フィン５０６の接着温度が高いので、ベース板９４４の金属が純粋な銅より硬い金属を使用しないと、ロー付けにより、ベース板９４４の反対面の平面度が低下し、絶縁基板の接着が困難になる。上述のように不純物となる金属の含有量を増やすと平面度を維持し易くなるが、熱伝導率が低下し、絶縁基板９５６の冷却効果が低下する。両方の特性を両立する条件が上述した、ロー付け作業後の特性が硬度に関しＨＶ５０以上で、またロー付け後の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の特性である。また各絶縁基板９５６の領域での平面度が０.１mm以下であることが最適で、平面度が０.２mm以下であることが望ましい。またベース板９４４の６個の絶縁基板が接着されるエリアの平面度が高く維持できることが望ましく、６個の絶縁基板の接着されるエリア（全絶縁基板の接着エリア）で平面度０.３mm以下が最適で、これに近い０.４mm以下が望ましい。
【００８５】
他の考え方として、取り付けねじ孔９７８で区切られるエリア内の平面度が０.１mm以下であることが最適で、平面度が０.２mm以下であることが望ましい。
【００８６】
本実施例ではベース板９４４に複数個の絶縁基板９５６を配置しており、これらの各絶縁基板９５６内に複数の半導体チップをそれぞれ高電圧に耐える配置関係を維持している。このように例えば３００ボルト以上の直流電力を受けて交流電力に変換する半導体チップ複数個有する絶縁基板９５６では、絶縁基板の面積が広くなり、各絶縁基板９５６の接着の範囲内においてそれぞれ平面度０.２mm以下が望ましく、最適には平面度０.１mm以下を維持するが望まれる。
【００８７】
図１６で１個の絶縁基板に接着されている３組の半導体チップは、この実施例では、
ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）チップとダイオードチップであり、図１８のチップ９５２がＩＧＢＴチップである。またＩＧＢＴチップに隣接するダイオードチップ９５４は図１８の構造と同じ構造であり、同じ製造方法で絶縁基板９５６に接着される。違いは半導体チップ９５２がダイオードチップ９５４に代わる点である。各絶縁基板に対し３個のＩＧＢＴチップ９５２と３個のダイオードチップ９５４とが高温半田で接着され、これら６個のチップを備えた絶縁基板９５６が６個、図１６に示す配列でベース板９４４に低温半田で接着される。
【００８８】
上記実施例では、半導体チップ９５２にＩＧＢＴチップを使用したが、ＭＯＳトランジスタのチップを使用しても良い。この場合、ダイオードチップ９５４は不要となる。
【００８９】
図１６と図１７と図１８で、孔９７８は半導体モジュールを通路形成体２２０に取り付けるためのねじ孔である。
【００９０】
図１９は、図１８の他の実施例であり、放熱フィン５０６の形状をピン形状としたものである。図１８の波形状の放熱フィン５０６と同様にロー材にてベース板９４４にロー付けされる。ロー材層９４８により金属のベース板とピン形状のフィンが接着されている。この実施例では放熱フィンであるピンの高さはベース面から６mmないし８mmの高さである。図１４における放熱フィンが挿入されている位置の水路の深さは１０mm以下、望ましくは９mm以下である。各フィンのエリア、図１７の５０６Ａのエリアでのピンの数は３００本から７００本である。ピンの太さは、ロー付け部で直径３mmから５mm、その高さは0.5
mmから１.５mm で、さらにそれより高い部分の直径は２mmから３mmである。これらのピンは千鳥状に配置されている。
【００９１】
図２０（Ａ）から（Ｃ）はパワーモジュール５０２あるいは５０４の外観図である。図２０（Ａ）はパワーモジュール５０２あるいは５０４の平面図、図２０（Ｂ）は側面図、図２０（Ｃ）は正面図である。上述のとおり、図１６と図１７に記載のパワーモジュールは図２０のパワーモジュールの樹脂ケースを取り除いた構造である。なお、放熱フィン
５０６は図１６と図１７ではピン形状ではなく波型フィンになっている。図２０（Ａ）に示す平面図において、一方の端に回転電機と接続する交流用端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，
ＯＴ１ｗが設けられている。反対側である他の端部には直流電源に接続する直流用端子
ＩＴ１ＮとＩＴ１Ｐとが３組設けられている。これらの端子は、図９の如く配置され、コンデンサの端子と接続される。なお、端子ＩＴ１Ｎは直流電源の負側に接続され、端子
ＩＴ１Ｐは直流電源の正側に接続される。図２０の３組の直流端子ＩＴ１ＮとＩＴ１Ｐは正側端子どうしおよび負側端子どうしがそれぞれ電気的に並列接続される。
【００９２】
基準ピン９９２はパワーモジュール５０２あるいは５０４に固定される駆動回路６０２や６０４の位置決めのために設けられている。
【００９３】
パワーモジュール５０２あるいは５０４の放熱フィンを水路９２２や９２６の開口218や２１９にそれぞれ突出させて固定した状態での、パワーモジュール５０２とパワーモジュール５０４の位置関係を図２１に示す。矢印は水路の水流の方向を示す。２個のパワーモジュール５０２と５０４とを並列にしかも直流用端子が内側になるように配置する。この配置により中央部でコンデンサの端子と接続でき、装置全体がシンプルな構造となる。また短い配線でしかも直流の正側と負側とを対向させてコンデンサモジュー３０２や304と接続することが可能となり、この配線部のインダクタンスを低減でき、パワーモジュール５０２と５０４とのスイッチング動作による電圧の跳ね上がりを低く抑えることが可能となる。
【００９４】
また本装置では、直流電源の正極にＩＴ１ＰとＩＴ２Ｐとが接続され、直流電源の負極にＩＴ１ＮとＩＴ２Ｎとが接続されることとなる。図２１に示すの如くパワーモジュール５０２あるいは５０４を少しずらせて並列に配置することで、同じ形状のパワーモジュールをパワーモジュール５０２あるいは５０４として使用できる。しかも接続距離が短くなり、上記インダクタンスを低減できる効果がある。パワーモジュール５０２あるいは504のＮ端子どうしを近くに配置し、Ｐ端子どうしを近くに配置できる。これにより接続線の配置が整然とした関係となり、上記インダクタンスを低減でき、また配設作業が容易と成る。
【００９５】
回転電機につながる交流端子ＯＴ１とＯＴ２とが並列配置されたパワーモジュール502あるいは５０４の外側にそれぞれ配置されるので、交流端子ＯＴ１とＯＴ２とを異なる回転電機の端子と接続するバスバーを配置しやすい構造となっている。装置全体の構造がシンプルで、作業性も向上する。
〈電気回路の説明〉
図２２は本実施例の電力変換装置２００の回路図であり、電力変換装置２００には、インバータ装置を構成する第１のパワーモジュール５０２とインバータ装置を構成する第２のパワーモジュール５０４とコンデンサジュール３００とインバータ装置の第１の駆動回路基板６０２に実装された駆動回路９２とインバータ装置の第２の駆動回路基板６０４に実装された駆動回路９４と回転電機制御回路基板７００に実装された制御回路９３とコネクタ基板７２に実装されたコネクタ７３及びコンデンサジュール３００の放電回路（図示省略）を駆動する駆動回路９１と電流センサ９５や９６が設けられている。
【００９６】
尚、図２２では、電源系と信号系との区別がし易いように、電源系を実線で、信号系を点線でそれぞれ図示している。
【００９７】
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、対応するインバータ装置の電力変換用主回路を構成しており、図１６に示すように、複数のスイッチング用パワー半導体素子を備えている。第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は、それぞれ対応する駆動回路９２と９４とから出力された駆動信号によって動作し、高電圧バッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、対応する回転電機１３０や１４０の電機子巻線にその電力を供給する。主回路は図２２に示す３相ブリッジ回路であり、３相分の直列回路がそれぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されて構成されている。この直列回路は図１６に示す、対向して配置された絶縁基板９５６に接着された半導体チップ９５２によって構成される。図２２に示す上記第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の半導体チップは図１６に示すように配置されている。
〈第２のパワーモジュール５０４の説明〉
第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４とは図２２に示す如く、回路構成が同じであり、第２のパワーモジュール５０４で代表して説明する。本実施例では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。上記ＩＧＢＴ２１のチップは図１６と図１８と図１９の半導体チップ９５２に対応し、ダイオード３８は上記図のダイオードチップ９５４に対応する。先に説明したとおり、スイッチング用パワー半導体素子としては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。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。尚、ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、ＩＧＢＴのように、別途、ダイオードを設ける必要がない。
【００９８】
各相のアームはＩＧＢＴ２１のソース電極とＩＧＢＴ２１のドレイン電極が電気的に直列に接続されて構成されている。尚、本実施例では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１個しか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。図２２に示す実施例では、各相の各上下アームはそれぞれ３つのＩＧＢＴによって構成している。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のドレイン電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１８０の負極側それぞれ電気的に接続されている。バッテリ１８０の正極側に接続すべき上記半導体モジュール５０２と５０４の端子を図２０や図２１ではＩＴ１ＰまたはIT2Pとして示している。またバッテリ１８０の負極側に接続すべき上記半導体モジュール502と５０４の端子を図２０や図２１ではＩＴ１ＮまたはＩＴ２Ｎとして示している。
【００９９】
各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのソース電極と下アーム側のＩＧＢＴのドレイン電極との接続部分）は、対応する回転電機１３０や１４０の対応する相の電機子巻線に電気的に接続されている。この中点は図２０や図２１では端子ＯＴ１ｕ，ＯＴ１ｖ，
ＯＴ１ｗ，ＯＴ２ｕ，ＯＴ２ｖ，ＯＴ２ｗとして示す。
【０１００】
駆動回路９２，９４は、対応するインバータ装置の駆動部を構成しており、制御回路
９３から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの回路９２や９４で発生した駆動信号は、対応する第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４に出力される。駆動回路９２，９４は、各相の各上下アームに対応する複数の回路を１つの回路に集積した、６個のＩＧＢＴを駆動する回路を１ブロックに収めた集積回路により構成されている。各相の各上下アームに対応する回路としては、インターフェース回路，ゲート回路，異常検出回路などを備えている。
【０１０１】
制御回路９３は各インバータ装置の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路９３には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値），電流センサ９５，９６及び回転電機１３０や１４０に搭載された回転センサが検知した信号（センサ出力）が入力されている。制御回路９３はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路９２や９４にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
【０１０２】
コネクタ７３は電力変換装置２００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。
【０１０３】
コンデンサジュール３００は図１０のコンデンサモジュール３０２と３０４とを有しており、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するためのものであり、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４の直流側の端子に電気的に並列に接続されている。
【０１０４】
駆動回路９１は、コンデンサジュール３００に蓄積された電荷を放電するために設けられた放電回路（図示省略）を駆動するためのものである。
〈第２の実施例〉
次に、図２３乃至図２８を用いて、第２の実施例を説明する。第２の実施例と、先に説明した図２２に示す回路図および図１６から図２１に示すパワーモジュールの構造および図１２から図１５で説明した冷却水路の基本的構造は、基本的考え方は同じであり、同じ作用と効果を有している。相違する点は、第１の実施例では電力変換装置２００の底部に冷却水路９２２と９２６を備えているのに対し、第２の実施例では電力変換装置２００の中段に冷却水路を設けた点である。第２の実施例では、冷却水路の形成体の両面にパワーモジュール５０２，５０４やコンデンサモジュール３０２や３０４などの冷却すべき電気部品を装着でき、両面を利用して冷却できる。例えば冷却水路形成体の一方の面に半導体モジュールであるパワーモジュール５０２と５０４を装着してこれらを冷却すると共に、上記冷却水路形成体の他方の面でコンデンサモジュール３０２と３０４を冷却する構造とすることが可能である。
【０１０５】
以下電力変換装置の第２の実施例を説明する。電力変換装置２００は、下部ケース１３の上に第２ベース１２が、第２ベース１２の上に第１ベース１１が、第１ベース１１の上に上部ケース１０がそれぞれ積み重ねされた配置で固定されている。上記積み上げられて固定されたハウジングすなわち電力変換装置２００の外観の形状は、角部が丸みを帯びた全体的には直方体の形状である。前記ハウジングの構成部品はアルミニウム材のような熱伝導性に優れた材料で作られている。本ハウジングは第１の実施例で説明したハウジング２１０の機能を基本的に有し、前記ハウジングは下部ケース１３と上部ケース１０を備えている。これらケースからなるハウジングの中央部に、第１ベース１１と第２ベース１２からなる水路形成体が固定され、この水路形成体の両面に以下に説明するパワーモジュールやコンデンサモジュールなどの電気部品が装着される。
【０１０６】
前記ハウジングは、アルミなどの熱伝導性に優れた部材によって全周（周壁，天井壁，底壁）が囲まれており、前記第１と第２ベース１１と１２による冷却水路が前記ハウジングに、熱伝導が良好な構造で固定されているので、前記ハウジング自身が良好に冷却される。前記ハウジングの内部には、前記第１と第２ベース１１と１２から構成される水路形成体によってその内部に冷却水路が形成され、ハウジング内に水路形成体の上と下にそれぞれ室が形成される。前記水路形成体は、冷媒である冷却水を流すための２つの冷却水路９２２と９２６とを並列に形成している。上記構成により、上記２つの室は上記冷却水路によって熱的に隔てられ、一方の室から他方の室への熱影響を抑制できる。更にそれぞれの部屋および部屋の壁が冷却される。
【０１０７】
水路形成体の上部の室には、ハウジングの長手方向に沿って第１のパワーモジュール
５０２と第２のパワーモジュール５０４が図２４や図２８に示すように並設されている。上記冷却水路９２２と９２６には図１２と図１３で説明したように、それぞれ開口２１８と２１９とが形成されており、この開口からパワーモジュー５０２と５０４の放熱フィンが水路内に突出している。また開口２１８と２１９は上記パワーモジュー５０２と５０４のベース板２３の放熱面で塞がれ、これにより第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４は効率良く冷却される。また第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４から放出された熱が下部の室に熱的影響を及ぼすのを抑制できる。
【０１０８】
ハウジングの長手方向の一側面には図２７に記載のごとく、冷却水路９２２や９２６と連通する入口管２１２と出口管２１４が設けられている。冷却水路９２２と９２６の各々はハウジングの長手方向に沿って平行に延びており、お互いハウジングの長手方向の他端部においてＵ字状に折り返されて連通している。図１２〜図１４で説明した水路の形状と第２の実施例の水路の形状はほぼ同じである。
【０１０９】
第１ベース１１の冷却水路９２２や９２６のそれぞれには上述のように開口２１８と
２１９（図２８参照）が設けられ、パワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール
５０４に設けられた放熱フィンがこの開口２１８と２１９から水路内に突出し、上記開口
２１８と２１９はパワーモジュール５０２とパワーモジュール５０４のベース板２３で塞がれる。上記フィンが冷媒で直接冷却され、上記ベース板２３は冷媒流路（水路９２２や９２６）を流れる冷媒によって効率的に冷却される。
【０１１０】
上記ベース板２３は図１８や図１９で説明したベース板９４４と形状および作用効果は同じものであり、銅を主成分とする熱伝導性優れた金属部材料により構成されており、冷媒流路（水路９２２や９２６）の内部に突出する放熱フィンがその冷媒流路側の面に設けられている。放熱フィンは図１８や図１９により説明した放熱フィン５０６や５０７と同じ構造となっており、冷媒による実質的な冷却面積が増加し、冷媒による冷却効果を向上できる。
【０１１１】
図２８に記載のごとく、入口管２１２から供給された冷却水は、第１の水路９２２の入口部で深くなっており、その後放熱フィン５０６の突出しているところで第１の水路922は浅くなる。第１の水路９２２と第２の水路９２６とのつなぎ部である水路の折り返し部では前記放熱フィン５０６の突出している部分に比べ再び水路が深くなり、第２の水路
９２６の放熱フィン５０７が突出している部分で浅くなる。第２の水路９２６の出口部で水路は放熱フィンの突出している部分に比べ深くなり、出口管２１４につながる。この水路の形状および作用効果は図１２や図１３，図１４で説明した形状と同じであり、放熱フィンの突出しているところでは冷却水全体ができるだけ効率的にフィンと熱交換でき、フィンの無い部分はできるだけ流体抵抗を小さくし、冷却システム全体としての冷却効率を向上するものである。
【０１１２】
パワーモジュール５０２や５０４の金属製のベース板２３がそれぞれ水路の開口を塞ぐように設けられ、前記ベース板２３の上面には、図１５から図２１で説明した樹脂ケース２４が設けられている。図２３〜図２８の樹脂ケース２４は、図１４や図１５および図
２０の樹脂ケース９４６と同じものである。なお、図２３や図２４，図２８では第１のパワーモジュール５０２の内部が理解できるように、本来設けられている第１のパワーモジュール５０２の樹脂ケース２４の上蓋を意図的に取り除いて記載している。また図２４の右側の列に示す第１のパワーモジュール５０２の６個の絶縁基板２２の上に接着されている半導体チップと配線構造は中央の２つについてのみ具体的に記載しており、他の４個は絶縁基板２２に接着されている半導体素子を省略している。
【０１１３】
樹脂ケースの長手方向に延びる側壁であって、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の対向側に位置する側壁には直流正極側のモジュール端子２６
（図２４参照）及び直流負極側のモジュール端子３３（図２４参照）が収納室毎に対応して設けられている。直流正極側のモジュール端子３３及び直流負極側のモジュール端子
２６は樹脂ケース２４の側部から上方に突出している。直流正極側のモジュール端子３３及び直流負極側のモジュール端子２６の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面が樹脂ケースの表面に露出している。これにより、各収納室の内部には直流正極側のモジュール電極３６及び直流負極側のモジュール電極３７が形成される。上記端子２６は第１の実施例を説明する図２０と図２１のＩＴ１ＰやＩＴ２Ｐと同じ端子であり、端子３３は図２０と図２１のＩＴ１ＮやＩＴ２Ｎと同じ端子である。
【０１１４】
樹脂ケースの長手方向に延びる側壁であって、第１のパワーモジュール５０２と第２のパワーモジュール５０４の対向側とは反対側に位置する側壁には交流モジュール端子２７（図２４参照）が設けられている。交流モジュール端子２７は樹脂ケースの側壁から上方に突出している。交流モジュール端子２７の突出側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面が樹脂ケース２４の表面に露出している。これにより、各収納室の内部には交流モジュール電極３５が形成される。上記交流用の端子２７は第１の実施例を説明する図２０や図２１の端子ＯＴ１ｕやＯＴ１ｖやＯＴ１ｗやＯＴ２ｕやＯＴ２ｖやＯＴ２ｗと同じ形状と作用効果をなす。
【０１１５】
各収納室のベース板２３の上面には２つの絶縁基板２２がハウジングの長手方向に並設されている。各絶縁基板２２の上面には２つの板状の配線部材３９（図２４参照）がハウジングの長手方向に並設されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の一方側に設けられた配線部材３９の一方側は直流正極側モジュール電極３６と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２の他方側に設けられた配線部材３９の一方側は、直流負極側のモジュール電極３７と電気的に接続されている。各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の他方側は交流モジュール電極３５と電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。
【０１１６】
各収納室の２つの絶縁基板２２に設けられた配線部材３９の一方側の上面には、ハウジングの長手方向に並べられたＩＧＢＴ２１とダイオード３８とがハウジングの短手方向に３つ並設されて実装されている。これにより、各相の上下アームがそれぞれ構成される。ＩＧＢＴ２１とダイオード３８は、交流モジュール電極３５と電気的に接続された配線部材３９に電気的に接続されている。ＩＧＢＴ２１のゲート電極はコネクタ２５に電気的に接続されている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ２９によって行われる。コネクタ２５は樹脂ケースのベース板２３の上面の３の領域を形成する４つの側壁にそれぞれ設けられている。上記ＩＧＢＴチップ２１やダイオードチップ３８の配列は図１６で説明した配置関係と同じである。第２の実施例の絶縁基板２２は第１の実施例の絶縁基板956と同じものであり、同じ作用効果をなす。
【０１１７】
樹脂ケースの上部には板状のモジュールケース蓋３４が設けられている。モジュールケース蓋３４は、樹脂ケースの上部開口部を覆って収納室を塞ぐ天井壁を構成しており、樹脂ケースと同じ絶縁樹脂から成形されている。モジュールケース蓋３４の上面には、配線シート３１と、配線シート３１に電気的に接続された配線コネクタ３２が設けられている。配線シート３１は、モジュールケース蓋３４に設けられた貫通孔から上方に突出したコネクタ２５と電気的に接続されている。配線コネクタ３２は、図示省略した配線によって第１の駆動回路基板７０と第２の駆動回路基板７１の駆動回路と電気的に接続されている。前記駆動回路は図２２に示す駆動回路９２や９４と同じであり、第１の実施例の駆動回路基板６０２や６０４の回路と同じである。
【０１１８】
ハウジングの下部の冷却室内にはコンデンサジュール３００が設けられている。このコンデンサ３００は２個のコンデンサモジュール３０２と３０４を有しており、第１の実施例や図２２の回路における、コンデンサモジュール３００と同じものである。
【０１１９】
コンデンサジュール３００は、第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４の直流側端子と近接配置されるように、第２ベース１２の中央（πの２本足によって囲まれた領域）の下方側に電気的な端子が位置するように配置されている。コンデンサジュール３００は、ハウジングの高さ方向の断面形状が長丸形状の４つの電解コンデンサから構成されている。４つの電解コンデンサはその長手方向がハウジングの長手方向と同じ方向を向くように、ハウジングの長手方向と短手方向に２つずつ並設され、保持バンド５２を介してコンデンサケース５１の内部に収納されている。コンデンサケース５１は上部が開放した熱伝導性容器であって、ケース上部のフランジ部と第２ベース１２のπの２本の足の下端部が接触している。これにより、コンデンサジュール３００と冷媒流路
（水路９２２や９２６）が熱伝導性の優れた状態で熱的に接続され、コンデンサジュール３００を十分に冷却できる。
【０１２０】
各電解コンデンサは、コンデンサケース５３の上部の開口部を塞ぐコンデンサ蓋５４を貫通した正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６を備えている。正極側コンデンサ端子５７及び負極側コンデンサ端子５６は板状のものであり、短手方向に面するように対向しており、コンデンサ蓋５４と一体形成された板状の絶縁部材５５を短手方向から挟み込んでいる。コンデンサ端子は、コンデンサケース５３に４つの電解コンデンサを収納した際、短手方向に隣り合うもの同士の長手方向の位置が異なるように設けている。
【０１２１】
第１の駆動回路基板７０は、第２ベース１２のパワーモジュール５０２側の下方側であって、πの足の片方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。第２の駆動回路基板７１は、第２のパワーモジュール５０４側の第２ベース１２の下方側であって、πの足の他方と第２ベース１２のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。駆動回路基板７０と７１は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路と駆動回路基板７０や７１とを熱的に接続することができ、駆動回路基板７０や７１を冷媒である冷却水によって冷却できる。
【０１２２】
回転電機制御回路基板７４はコンデンサケース５３の短手方向の一方側（第２のパワーモジュール５０４側）の側面と対向するように設けている。回転電機制御回路基板７４は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路（水路９２２や９２６）と回転電機制御回路基板７４とが熱伝導性の良い状態で配置でき、回転電機制御回路基板７４を冷媒によって効率的に冷却できる。
【０１２３】
コネクタ基板７２はコンデンサケース５３の短手方向の他方側（第１のパワーモジュール５０２側）の側面と対向するように設けている。コネクタ基板７２は第２ベース１２と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路２８とコネクタ基板７２とを熱的に接続することができ、コネクタ基板７２を冷媒によって冷却できる。コネクタ７３はハウジングの長手方向の他方側の側端面から外部に突出している。
【０１２４】
コンデンサジュール３００と第１のパワーモジュール５０２や第２のパワーモジュール５０４とは直流側接続導体４０によって電気的に接続される。直流側接続導体４０は、第１ベース１１の中央部及び第２ベースの中央部に設けられ長孔（ハウジングの長手方向に長い孔）であって、ハウジングの高さ方向に貫通した貫通孔を介して上下の冷却室に延びている。
【０１２５】
直流側接続導体４０は、ハウジングの長手方向に延びる板状の直流正極側バスバー４５と、ハウジングの長手方向に延びる板状の直流負極側バスバー４４とを絶縁シート４３を介してハウジングの短手方向に積層し、直流正極側モジュール端子４２と正極側コンデンサ端子４６とを直流正極側バスバー４５に一体に形成し、かつ直流負極側モジュール端子４１と負極側コンデンサ端子４７とを直流負極側バスバー４４に一体に形成したラミネート構造の配線部材である。このような構造によれば、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４とコンデンサジュール５０との間を低インダクタンスにでき、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の一時的な電圧上昇を低減できる。またスイッチング速度を早めても一時的な電圧上昇を低減できることから、スイッチング速度を早くでき、それによりスイッチング動作時の半導体の発熱を抑制できる。
【０１２６】
直流正極側のモジュール端子４２は、直流正極側のモジュール端子３３が樹脂ケースから上方に突出する位置において直流正極側バスバー４５の上部から上方に向かって延びて、ハウジングの短手方向に面するように直流正極側モジュール端子３３と対向して直流正極側モジュール端子３３にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流正極側モジュール端子３３と電気的に接続されている。直流負極側モジュール端子４１は、直流負極側モジュール端子２６が樹脂ケースから上方に突出する位置において直流負極側バスバー４４の上部から上方に向かって延びて、ハウジングの短手方向に面するように直流負極側モジュール端子２６と対向して直流負極側モジュール端子２６にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流負極側モジュール端子２６と電気的に接続されている。
【０１２７】
正極側のコンデンサ端子４６及び負極側のコンデンサ端子４７は、コンデンサ端子が突出する位置において直流正極側バスバー４５及び直流負極側バスバー４４の下部から下方に延びて、ハウジングの短手方向に面してコンデンサ端子をハウジングの短手方向から挟み込み、同極のコンデンサ端子と対向して同極のコンデンサ端子にねじ等の固定手段によって固定されることにより、同極のコンデンサ端子と電気的に接続されている。このような配線構造によれば、直流正極側のバスバー４５及び直流負極側のバスバー４４から各コンデンサ端子に至る配線部分も正極側と負極側とを対向させることができ、さらなる低インダクタンス化を図った配線部材が得られ、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作時の一時的な電圧上昇を低減できる。またスイッチング速度を早めても一時的な電圧上昇を低減できることから、同じ電圧まて上昇電圧を認めるとすると、インダクタンスの低減によりスイッチング速度を早くでき、それによりスイッチング動作時の半導体の発熱を抑制できる。
【０１２８】
上記実施例では冷却水路を並列に配置し、水路と水路の間の領域に穴を開け、この穴を通してコンデンサモジュール３００の端子と半導体モジュールであるパワーモジュール
５０２や５０４の直流端子とを接続でき、冷却効率の向上とインダクタンスの低減の両課題を両立できる。
【０１２９】
ハウジングの長手方向の他方側端部には直流端子８０が設けられている。直流端子８０は、直流正極側の外部端子８２と直流負極側の外部端子８１と直流正極側の接続端子８６と直流負極側の接続端子８５と直流正極側の外部端子８２と直流正極側の接続端子８６とを接続する直流正極側のバスバー８４と直流負極側の外部端子８１と直流負極側の接続端子８５とを接続する直流負極側のバスバー８３とを備えたものである。
【０１３０】
直流正極側の外部端子８２及び直流負極側の外部端子８１は、ハウジングの長手方向の他方側の側端面に設けられた貫通孔１７に装着されるコネクタを介して延びる外部ケーブルと電気的に接続される。直流正極側バスバー８４と直流負極側バスバー８３はハウジングの短手方向に面して対向するように、第１のパワーモジュール５０２，第２のパワーモジュール５０４側に延びている。直流正極側接続端子８６は直流正極側モジュール端子
３３，４２に、直流負極側接続端子８５は直流負極側モジュール端子２６，４１にそれぞれ電気的に接続されている。
【０１３１】
上部ケース１０の上面に設けられた孔１８は、直流正極側の外部端子８２及び直流負極側の外部端子８１と外部ケーブルとの接続作業に用いられるものであり、作業時以外は蓋で塞がれている。
【０１３２】
ハウジングの内部の短手方向の両端のそれぞれには３相分の交流バスバー６０が配置されている。交流バスバー６０は、第１ベース１１及び第２ベース１２のハウジングの短手方向の端部に設けられた上下方向（ハウジングの高さ方向）の貫通孔を介して冷却水路の下部の室から冷却水路の上部の室に延びている。水路の上部の室にある交流バスバー６０の一端側には交流側モジュール端子６１が形成されており、ハウジングの短手方向に面して交流側モジュール端子２７と対向し、交流側モジュール端子２７にねじ等の固定手段によって固定されることにより、交流側モジュール端子２７に電気的に接続されている。水路の下部の室にある交流バスバー６０の他端側には、回転電機１３０，１４０に至る外部ケーブルとの外部接続端子６２が形成され、端子ホルダー６３によって保持されている。
【０１３３】
尚、符号１４は、電力変換装置２００のハウジングを変速機１０５のハウジング或いはエンジン１０４及び変速機１０５のハウジングに固定するための取り付け足であり、SUSなどの剛体を採用して強度を確保している。また、変速機１５及びエンジン１０４からの振動を抑制するようにベンド形状とし弾性を持たせている。
【０１３４】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷媒通路である冷却水の通路に開口を設け、前記開口から放熱フィンを水路に突出し、冷媒である冷却水で直接放熱フィンを冷却するので、冷却効率が向上する。
【０１３５】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水による直接的な放熱フィンの冷却に加え、前記放熱フィンを接着する金属製のベース板で前記開口を塞ぐ構造であり、冷却効率の向上に加え装置全体がシンプルな構造となる。
【０１３６】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水による直接的な放熱フィンの冷却に加え、インバータを構成するためのスイッチング半導体を内蔵した前記放熱フィンを有するパワーモジュールの直流端子を前記パワーモジュールの一方側に揃えて配置したことにより、コンデンサモジュールとの接続構造が簡単化され、インダクタンスが低減する。
【０１３７】
以上説明した第１と第２の本実施例では、冷却水路を並列に配置し、冷却水路の開口を並列に配置し、前記開口にそれぞれ冷却フィンを突出することで直接的に前記放熱フィンを冷却し、さらにインバータを構成するためのスイッチング半導体を内蔵した前記放熱フィンを有するパワーモジュールの直流端子を前記並列に配置された水路の内側の方に揃えて配置したことにより、コンデンサモジュールとの接続構造が簡単化され、インダクタンスが低減する。さらにまたコンデンサモジュールを複数に分けて並列に配置し、コンデンサモジュールの端子を並列配置の内側としたことで、冷却効率の向上や全体構成の単純化の効果に加え、直流回路のインダクタンスを低減できる。
【０１３８】
上記パワーモジュールでは半導体素子や放熱フィンを保持する金属製のベース板を、銅に他の金属を含有させた材料を使用することで硬度をましている。これによりフィンのロー付け作業による平面度の乱れを押さえることが可能となり、その後の複数の半導体チップを有する絶縁基板の接着を容易としている。また上記絶縁基板を複数個同じベース板に接着することが容易で、長く使用してもその信頼性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明による電力変換装置が備えられる電気自動車の一実施例を示すシステム図。
【図２】本発明による電力変換装置の分解斜視図。
【図３】本発明による電力変換装置の分解斜視図であって、図２の場合とは異なった方向から観た図。
【図４】本発明による電力変換装置の分解斜視図であって、図２あるいは図３の場合とは異なった方向から観た図。
【図５】本発明による電力変換装置の一実施例を示す外観斜視図。
【図６】本発明による電力変換装置の一実施例を正面壁面側から観た図。
【図７】本発明による電力変換装置の一実施例を示す側面図で、端子ボックスが取り付けられた側から観た図。
【図８】図５のＩ−Ｉ線における断面図。
【図９】本発明による電力変換装置において、そのハウジングの内部にパワーモジュールとスイッチ駆動回路基板を配置した状態を示す図。
【図１０】本発明による電力変換装置において、そのハウジングの内部にコンデンサモジュールを配置させた状態を示す図。
【図１１】本発明による電力変換装置において、前記ハウジングの内部に回転電機制御回路基板を配置した図。
【図１２】本発明による電力変換装置において、前記ハウジングの水路形成体の蓋を取り外し、底側から上部を見た図。
【図１３】前記水路形成体の蓋を示す図で、（Ａ）は蓋の平面図、（Ｂ）は蓋の側面図。
【図１４】図１２のII―II断面図。
【図１５】図１４のIII―III断面図。
【図１６】本発明に係るパワーモジュールの樹脂蓋を取り除いた図。
【図１７】本発明によるパワーモジュールのフィン側から見た図。
【図１８】図１６のIV―IV断面図。
【図１９】図１８の他の実施例を示すパワーモジュールの断面図。
【図２０】本発明の係るパワーモジュールの外観図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図。
【図２１】本発明の係るパワーモジュールの配置図。
【図２２】本発明の係る回路図。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る電力変換装置の構成を示す断面図。
【図２４】第２実施例の電力変換装置の水路の上部の平面図。
【図２５】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２６】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２７】第２実施例の電力変換装置の側面図。
【図２８】第２実施例の電力変換装置の分解斜視図。
【符号の説明】
【０１４０】
１０…上部ケース、１１…第１のベース、１２…第２のベース、１３…下部ケース、
２２，９５６…絶縁基板、２３，９４４…ベース板、２４…樹脂ケース、１００…電気自動車，１８０…バッテリ、２００…電力変換装置、２１８，２１９…開口、３００…コンデンサモジュール、５０２，５０４…パワーモジュール、５０６，５０７…放熱フィン、９２２，９２６…水路、９２４…水路の折り返し部、９４８…ロー付け層、９５８…第１の半田層、９６２…第２の半田層。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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