(57)【要約】【課題】小型化が可能な半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置を提供する。【解決手段】バスバー４０Ｐは電源ラインを構成し、バスバー４０Ｎはアースラインを構成する。バスバー４０Ｐ，４０Ｎは、絶縁部材を介して絶縁基板５０の法線方向に積層される。このとき、上層側に位置するバスバー４０Ｐは金属部材で構成され、下層側に位置するバスバー４０Ｎは絶縁基板５０上に形成された配線層で構成される。一方のバスバーを配線層として絶縁基板５０に固着させたことで当該バスバーの放熱が確保される。これにより、当該バスバーを比較的断面積の小さい配線層とすることができるため、半導体モジュールを法線方向に小型化できる。半導体モジュールをハイブリッド車両の駆動装置に搭載することにより、車両搭載時の鉛直方向に小型化できるとともに、車両の重心位置を低くして走行安定性を向上することができる。【選択図】図２
2007220976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の一方極に接続される第１電源線と、
前記電源の他方極に接続される第２電源線と、
前記第１電源線と前記第２電源線との間に接続される第１および第２のスイッチング素子と、
前記第１および第２のスイッチング素子が搭載された絶縁基板とを備え、
前記第１電源線は、前記第１のスイッチング素子の第１電極層に結合されるバスバーからなり、
前記第２電源線は、前記絶縁基板上に配設され、前記第２のスイッチング素子の第２電極層に結合される配線層からなる、半導体モジュール。
【請求項２】
前記絶縁基板上に配設され、前記第１および第２のスイッチング素子の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、
前記第１電源線、前記第１および第２のスイッチング素子および前記第２電源線を導通するための第１導線部材と、
前記第１および第２のスイッチング素子の制御電極と前記信号線層とを導通するための第２導線部材とをさらに備え、
前記信号線層は、前記第１導線部材と前記第２導線部材との延在方向が互いに略垂直となるように配置される、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１電極層と前記第２電極層とは、前記スイッチング素子の通過電流が互いに逆方向に流れるように配置される、請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記絶縁基板下面に装着された放熱部材をさらに備える、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパと、
前記ダンパの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、
前記内燃機関の発生した動力に前記回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、
前記ダンパ、前記回転電機および前記動力伝達機構を収容するケースと、
前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備え、
前記パワー制御ユニットは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを含み、前記回転軸方向から投影した場合に、前記ケースの前記ダンパ、前記回転電機、および前記動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の水平方向の寸法に収まるように、前記ケース内に配置される、ハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項６】
内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパと、
前記ダンパの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、
前記内燃機関の発生した動力に前記回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、
前記ダンパ、前記回転電機および前記動力伝達機構を収容するケースと、
前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備え、
前記パワー制御ユニットは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを含み、前記回転軸方向から投影した場合に、前記ケースの前記ダンパ、前記回転電機、および前記動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の鉛直方向の寸法に収まるように、前記ケース内に配置される、ハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項７】
前記パワー制御ユニットは、
前記回転電機の回転中心軸に対する一方側に配置されるリアクトルと、
前記回転電機の前記回転中心軸に対する他方側に配置されるコンデンサとをさらに含む、請求項５または請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置に関し、より特定的には、インバータやコンバータを構成する半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子（パワー半導体素子）を高速スイッチングすることにより、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するものである。
【０００４】
たとえば特許文献１は、スイッチング素子を電源あるいは負荷に接続する導体としてのバスバーを備えたスイッチング回路において、異なる複数のバスバーが絶縁体を挟んで締結された状態で基台上に固定されることを特徴とするスイッチング回路を開示する。
【０００５】
これによれば、電源または負荷とスイッチング回路との間で電流を流すのに十分な広い断面積を備えた導体として、金属部材からなるバスバーが適用される。そして、電源正極に接続される電源正極側バスバーと電源負極に接続される電源負極側バスバーとは、基台上に絶縁体を挟んで一体的に締結された状態となるように固定される。
【特許文献１】特開２００３−９５０７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３８８２号公報
【特許文献３】特開平１１−２９９０５６号公報
【特許文献４】特開平１１−１８７５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のスイッチング回路においては、各々が金属部材からなるバスバーが絶縁体を挟んで基台の法線方向に重なって配置されるため、基台の法線方向に増長させるという問題がある。そのため、ＩＰＭにおいて小型化が強く要求されるところ、法線方向における小型化に限界が生じていた。
【０００７】
また、上記のスイッチング回路は、スイッチング素子と電源側バスバーとの間、およびスイッチング素子と負荷側バスバー（Ｕ相側バスバー、Ｖ相側バスバー、Ｗ相バスバー）との間の接続関係について開示しているものの、各スイッチング素子にスイッチング動作を制御する信号を入力するための信号線の取出し口の配置については開示していない。したがって、ＩＰＭの小型化には、信号線の取出し口の配置についても十分な考慮が必要である。
【０００８】
それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化が可能な半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、半導体モジュールは、電源の一方極に接続される第１電源線と、電源の他方極に接続される第２電源線と、第１電源線と第２電源線との間に接続される第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子が搭載された絶縁基板とを備える。第１電源線は、第１のスイッチング素子の第１電極層に結合されるバスバーからなり、かつ、第２電源線は、絶縁基板上に配設され、第２のスイッチング素子の第２電極層に結合される配線層からなる。
【００１０】
上記の半導体モジュールによれば、従来、共に金属部材からなるバスバーで構成されていた第１および第２電源線の一方を配線層として絶縁基板に組込むことにより、当該配線層から絶縁基板への放熱経路が確保される。この結果、配線層の薄層化が可能となるため、半導体モジュールを基板垂直方向において小型化することができる。
【００１１】
好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板上に配設され、第１および第２のスイッチング素子の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、第１電源線、第１および第２のスイッチング素子および第２電源線を導通するための第１導線部材と、第１および第２のスイッチング素子の制御電極と信号線層とを導通するための第２導線部材とをさらに備える。信号線層は、第１導線部材と第２導線部材との延在方向が互いに略垂直となるように配置される。
【００１２】
上記の半導体モジュールによれば、これまで信号線層を介在して配置されていた一方のスイッチング素子の第１電極層と他方のスイッチング素子の第２電極層とを近接して配置することができる。これにより、電極層に分布するインダクタンスを低減できるため、スイッチング時の誘起電圧（フライバック電圧）を低減することができる。この結果、スイッチング素子を耐圧がより低い小型の素子で構成できるため、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、第１電極層と第２電極層とは、スイッチング素子の通過電流が互いに逆方向に流れるように配置される。
【００１４】
上記の半導体モジュールによれば、各々の電極層の周囲に生じる磁界が互いに逆の回転方向となって相殺されることにより、電極層に分布するインダクタンスを低減することができる。
【００１５】
好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板下面に装着された放熱部材をさらに備える。
【００１６】
上記の半導体モジュールによれば、配線層から絶縁基板を介して放熱部材に伝搬する放熱経路が形成されるため、配線層の冷却効率をさらに高めることができる。この結果、配線層をより薄層化することができ、半導体モジュールの小型化が促進される。
【００１７】
この発明の他の局面によれば、ハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパと、ダンパの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、内燃機関の発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、ダンパ、回転電機および動力伝達機構を収容するケースと、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備える。パワー制御ユニットは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを含み、回転軸方向から投影した場合に、ケースのダンパ、回転電機、および動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の水平方向の寸法に収まるように、ケース内に配置される。
【００１８】
上記のハイブリッド車両の駆動装置によれば、コンパクトなハイブリッド車両の駆動装置が実現される。
【００１９】
この発明の他の局面によれば、ハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパと、ダンパの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、内燃機関の発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、ダンパ、回転電機および動力伝達機構を収容するケースと、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備える。パワー制御ユニットは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュールを含み、回転軸方向から投影した場合に、ケースのダンパ、回転電機、および動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の鉛直方向の寸法に収まるように、ケース内に配置される、ハイブリッド車両の駆動装置。
【００２０】
上記のハイブリッド車両の駆動装置によれば、インバータが一体化され小型化されたハイブリッド車両の駆動装置が実現される。
【００２１】
好ましくは、パワー制御ユニットは、回転電機の回転中心軸に対する一方側に配置されるリアクトルと、回転電機の回転中心軸に対する他方側に配置されるコンデンサとをさらに含む。
【００２２】
上記のハイブリッド車両の駆動装置によれば、高さを低く抑えつつコンパクトなハイブリッド車両の駆動装置を実現することができる。さらに、車両の重心を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、電源に接続される第１および第２電源線の一方を配線層として絶縁基板に組込むことにより、半導体モジュールを法線方向に小型化することができる。
【００２４】
また、隣り合うスイッチング素子の第１電極層と第２電極層とを近接して配置できるため、電極層に分布するインダクタンスを低減することができる。この結果、スイッチング素子を小型化することができ、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。
【００２５】
さらに、この発明による半導体モジュールをハイブリッド車両の駆動装置に搭載することにより、車両搭載時の鉛直方向に小型化することができる。また、車両の重心位置を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２７】
図１は、この発明による半導体モジュールを搭載したモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【００２８】
図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，３１と、制御装置３０とを備える。
【００２９】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、三相交流回転電機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２は、主として電動機として動作する。
【００３０】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインＬＮ１に接続され、他方端はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインＬＮ１に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインＬＮ２に接続される。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。
【００３１】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインＬＮ１とアースラインＬＮ２との間に並列に設けられる。
【００３２】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３３】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３４】
インバータ３１は、インバータ１４と同様の構成から成る。なお、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，３１に含まれるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、たとえばＭＯＳトランジスタが適用される。
【００３５】
バッテリＢは、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池セルを多数直列に接続して構成される高電圧のバッテリである。なお、バッテリＢを、これらの２次電池以外に、キャパシタ、コンデンサあるいは燃料電池などで構成しても良い。
【００３６】
コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００３７】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってスイッチング素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００３８】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４および／またはインバータ３１から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。
【００３９】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４，３１へ供給する。
【００４０】
インバータ１４は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１に従ったトルクを発生するように駆動される。
【００４１】
また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００４２】
インバータ３１は、コンデンサＣ２を介してバッテリＢから直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２に従ったトルクを発生するように駆動される。
【００４３】
また、インバータ３１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４４】
以上の構成において、インバータ１４，３１と昇圧コンバータ１２とは、一体化されてこの発明による「半導体モジュール」を構成する。なお、昇圧コンバータ１２に含まれるリアクトルＬ１および平滑用のコンデンサＣ２は、比較的大きな部品であるため、半導体モジュールの外部に別途配置される。
【００４５】
次に、図２を用いて、この発明による半導体モジュールの具体的構成例を説明する。
図２は、この発明による半導体モジュールの全体構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、便宜上、図２の上下方向を縦方向、同左右方向を横方向として説明する。
【００４６】
図２を参照して、半導体モジュール１０は、絶縁基板５０上を横方向に延在するバスバー４０Ｐ，４０Ｎ，４２Ｐ，４２Ｎと、バスバー４０Ｐ，４０Ｎを挟んでその上下に配置されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８とを備える。
【００４７】
絶縁基板５０は、たとえばポリミイドからなる。なお、絶縁基板５０をポリミイドとした場合は、窒化アルミニウムとした場合に対して熱膨張などにより基板に発生する応力に対する耐久性が向上するため、大面積化に有利である。
【００４８】
さらに、絶縁基板５０の下面には、放熱板６０が取り付けられている。放熱板６０は、後述するように半導体モジュール１０の冷却を行なうものである。
【００４９】
バスバー４０Ｐは、図１の昇圧コンバータ１２−インバータ１４，３１間を結ぶ電源ラインＬＮ１を構成し、バスバー４０Ｎは、図１の昇圧コンバータ１２−インバータ１４，３１間を結ぶアースラインＬＮ２を構成する。バスバー４０Ｐとバスバー４０Ｎとは、後述するように、図示しない絶縁部材を介在して絶縁基板５０の法線方向（紙面垂直方向に相当）に積層されてなる。
【００５０】
さらに、バスバー４０Ｐはスイッチング素子Ｑ１を介してバスバー４２Ｐに接続され、バスバー４０Ｎはスイッチング素子Ｑ２を介してバスバー４２Ｎに接続される。バスバー４２Ｐ，４２Ｎはそれぞれ、図示しないバッテリＢの正極および負極に接続される。すなわち、バスバー４０Ｐとバスバー４２Ｐとが一体となって図１の電源ラインＬＮ１を構成し、バスバー４０Ｎとバスバー４２Ｎとが一体となって図１のアースラインＬＮ２を構成する。
【００５１】
そして、バスバー４０Ｐ，４０Ｎの上側に配置されるスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、図１のインバータ３１を構成する。バスバー４０Ｐ，４０Ｎの下側に配置されるスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、図１のインバータ１４を構成する。そして、バスバー４０Ｐ，４０Ｎの上下にそれぞれ配置されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、図１の昇圧コンバータ１２を構成する。
【００５２】
たとえば図２の例では、紙面右側から左側に向けて順に、インバータ１４，３１のＵ相アーム１５（スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４）、インバータ１４，３１のＶ相アーム１６（スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６）、およびインバータ１４，３１のＷ相アーム１７（スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８）が配置される。なお、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、各々、並列に配された２個のスイッチング素子で構成されるが、これは、通過電流の増大によってスイッチング素子に過大な負荷がかかるのを防止したことによる。
【００５３】
インバータ１４，３１の各相アームにおいて、バスバー４０Ｐとバスバー４０Ｎとの間に直列接続される２個のスイッチング素子は、絶縁基板５０上にパターンとして形成された電極層と各スイッチング素子とをワイヤによって接続することにより形成される。
【００５４】
図３は、インバータ１４，３１の３相アーム１５〜１７の具体的な構成を示す平面図である。なお、３相アーム１５〜１７はともに共通の構成からなるため、図３では代表的にインバータ１４，３１のＵ相アーム１５の構成を説明する。
【００５５】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
図３、図４を参照して、インバータ３１のＵ相アーム１５は、バスバー４０Ｐ，４０Ｎの上側に配置され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、Ｐ電極層３１ＰＵと、中間電極層３１Ｕと、Ｎ電極層３１ＮＵとを含む。
【００５６】
Ｐ電極層３１ＰＵ、中間電極層３１ＵおよびＮ電極層３１ＮＵはともに、絶縁基板５０上にパターンとして形成される。Ｐ電極層３１ＰＵは、一方端が電源ラインＬＮ１を構成するバスバー４０Ｐに結合される。Ｎ電極層３１ＮＵは、一方端がアースラインＬＮ２を構成するバスバー４０Ｎに結合される。中間電極層３１Ｕは、図１のＵ相アーム１５の中間点に相当し、図示しないバスバーを介してモータジェネレータＭＧ２のＵ相コイル端に接続される。
【００５７】
スイッチング素子Ｑ３は、コレクタが中間電極層３１Ｕに導通するように中間電極層３１Ｕに固着される。スイッチング素子Ｑ３のエミッタは、ワイヤＷＬ１によりＰ電極層３１ＰＵに接続される。
【００５８】
スイッチング素子Ｑ４は、コレクタがＮ電極層３１ＮＵに導通するようにＮ電極層３１ＮＵに固着される。スイッチング素子Ｑ４のエミッタは、ワイヤＷＬ１により中間電極層３１Ｕに接続される。
【００５９】
なお、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４としてＭＯＳトランジスタを適用した場合、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４はダイオードＤ３，Ｄ４の整流特性をも兼ね備えるため、ダイオードＤ３，Ｄ４と一体化される。
【００６０】
絶縁基板５０は、下面が半田５２によって放熱板６０に接着されることによって放熱板６０に固着される。放熱板６０は、シリコングリス６２を介してヒートシンク７０上に配置される。
【００６１】
ヒートシンク７０は、複数の溝７２を有する。インバータ１４，３１の冷却系として水冷系を採用した場合、半導体モジュール１０外部に配されたラジエータ（図示せず）から供給された冷却水は、ヒートシンク７０の複数の溝７２を紙面に垂直な方向に流れることによって放熱板６０および絶縁基板５０を介してスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を冷却する。
【００６２】
図５は、図３のＶ−Ｖにおける断面を示す図である。
図５を参照して、インバータ３１のＵ相アーム１５における中間電極層３１Ｕと、インバータ１４のＵ相アーム１５における中間電極層１４Ｕとは、絶縁基板５０の縦方向（紙面に左右方向に相当）に配置される。中間電極層３１Ｕおよび中間電極層１４Ｕの各々には、スイッチング素子Ｑ３が固着されている。
【００６３】
そして、中間電極層３１Ｕと中間電極層１４Ｕとの間には、バスバー４０Ｐ，４０Ｎが配置される。バスバー４０Ｐとバスバー４０Ｎとは、絶縁部材８０を介して絶縁基板５０の法線方向に積層されている。
【００６４】
ここで、積層構造からなるバスバー４０Ｐ，４０Ｎのうちの上層側に位置するバスバー４０Ｐは、金属部材、たとえば銅からなる。これに対し、バスバー４０Ｐ，４０Ｎのうちの下層側に位置するバスバー４０は、絶縁基板５０上に形成された配線層からなる。
【００６５】
この発明による半導体モジュールは、このように、電源ラインＬＮ１およびアースラインＬＮ２をそれぞれ構成するバスバー４０Ｐ，４０Ｎの一方を配線層とすることを特徴的な構成とする。
【００６６】
かかる構成により、この発明による半導体モジュールは、バスバー４０Ｐ，４０Ｎをともに金属部材で構成する従来の半導体モジュールと比較して、以下のような効果を奏する。
【００６７】
詳細には、バスバー４０Ｐ，４０Ｎは、バッテリＢとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間で行なわれる電力授受の媒体となるため、各々について紙面に垂直な方向に電流が流れる。このとき、バスバー４０Ｐ，４０Ｎには、その通過電流と内部抵抗とに比例した熱が発生する。そこで、従来の半導体モジュールでは、通過電流の増大によってバスバー４０Ｐ，４０Ｎが過熱するのを防止するために、各バスバーに、断面積が大きい金属部材を採用して内部抵抗の低減を図っていた。そのため、半導体モジュールは、法線方向において２つの金属部材相当分だけ増長されたものとなってしまい、法線方向における小型化に限界が生じていた。
【００６８】
これに対して、この発明による半導体モジュール１０は、一方のバスバー４０Ｎを配線層として、絶縁基板５０に固着させたことにより、バスバー４０Ｎの放熱を確保しながら、法線方向における小型化を実現することができる。
【００６９】
すなわち、バスバー４０Ｎを配線層としたことにより、バスバー４０Ｎで生じた熱は、絶縁基板５０、放熱板６０およびヒートシンク７０の複数の溝７２を介して冷却水に放熱される。これにより、バスバー４０Ｎの放熱性が確保されるため、バスバー４０Ｎを比較的断面積の小さい配線層で構成することができる。結果として、半導体モジュール１０の法線方向の長さ（図中のｈ１に相当）を大幅に低減することができる。
【００７０】
以上のように、この発明による半導体モジュールは、バスバーに配線層を用いた構成により法線方向における小型化を実現する。さらに、この発明による半導体モジュールは、以下に述べるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のゲートに制御装置３０からの信号ＰＷＭＣまたはＰＷＭＩを入力するための信号線の配置構造に特徴を有する。
【００７１】
図６は、この発明による半導体モジュールの要部構成を示す平面図である。なお、図６の構成は、図３に示したインバータ１４，３１のＵ相アーム１５の構成に対して、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のゲートに信号ＰＷＭＩを入力するための信号線層１４Ｇ３，１４Ｇ４，３１Ｇ３，３１Ｇ４を付加したものである。
【００７２】
詳細には、図６を参照して、インバータ３１のＵ相アーム１５におけるスイッチング素子Ｑ３に対応する信号線層３１Ｇ３は、中間電極層３１Ｕの上下にそれぞれ配置される。なお、中間電極層３１Ｕの下側にある信号線層３１Ｇ３については、半導体モジュール１０の法線方向に沿ってバスバー４０Ｐよりも上方に配置される。信号線層３１Ｇ３は、ワイヤＷＬ２によりスイッチング素子Ｑ３のゲートに接続される。
【００７３】
同様に、インバータ３１のＵ相アーム１５におけるスイッチング素子Ｑ４に対応する信号線層３１Ｇ４は、Ｎ電極層３１ＮＵの上下にそれぞれ配置される。なお、Ｎ電極層３１ＮＵの下側にある信号線層３１Ｇ４については、半導体モジュール１０の法線方向に沿ってバスバー４０Ｐよりも上方に配置される。信号線層３１Ｇ４は、ワイヤＷＬ２によりスイッチング素子Ｑ４のゲートに接続される。
【００７４】
なお、インバータ１４のＵ相アーム１５に対応する信号線層１４Ｇ３，１４Ｇ４は、信号線層３１Ｇ３，３１Ｇ４と同様の構成からなる。そして、信号線層１４Ｇ３，１４Ｇ４，３１Ｇ３，３１Ｇ４は、半導体モジュール１０の法線方向に沿って上方に配置され、制御装置３０を搭載する制御基板（図示せず）に接続される。そして、Ｕ相アーム１５を基本単位として、各相アーム１５〜１７が半導体モジュール１０の横方向に沿って配列される。
【００７５】
各相アームに対応する信号線層を図６のような配置構造としたことにより、半導体モジュール１０の横方向に、Ｐ電極層３１ＰＵ〜スイッチング素子Ｑ３〜中間電極層３１Ｕ〜スイッチング素子Ｑ４〜Ｎ電極層３１ＮＵに至る電流経路が形成される。そして、半導体モジュール１０の縦方向、すなわち、当該電流経路と略垂直な方向に制御信号ＰＷＭＩ２の入力経路が形成される。
【００７６】
かかる構造は、制御信号の入力経路を電流経路と同方向に形成する図７に示す配置構造に対して、以下のような効果を奏する。
【００７７】
詳細には、図７に示すように、各相アーム１５〜１７に対応する信号線層を、他の電極層と同様に半導体モジュールの横方向に沿って配置した場合を考える。
【００７８】
図７を参照して、各相アーム１５〜１７は、Ｕ相アーム１５を基本単位として半導体モジュールの横方向に沿って配列される。そのため、Ｕ相アーム１５とＶ相アーム１６との境界において、インバータ３１のＶ相アーム１６に対応する信号線層３１Ｇ５は、Ｕ相アーム１５のＰ電極層３１ＰＵとＶ相アーム１６のＮ電極層３１ＮＶとの間に配置される。また、インバータ１４のＶ相アーム１６に対応する信号線層１４Ｇ５は、Ｕ相アーム１５のＰ電極層１４ＰＵとＶ相アーム１６のＮ電極層１４ＮＶとの間に配置される。
【００７９】
すなわち、Ｕ相アーム１５のＰ電極層３１ＰＵ（または１４ＰＵ）と、Ｖ相アーム１６のＮ電極層３１ＮＶ（または１４ＮＶ）とは、信号線層３１Ｇ５（または１４Ｇ５）の横方向長さに応じた間隔を持って配置されることになる。
【００８０】
これに対して、図６の配置構造によれば、Ｕ相アーム１５のＰ電極層３１ＰＵ（または１４ＰＵ）と、Ｖ相アーム１６のＮ電極層３１ＮＶ（または１４ＮＶ）とは、信号線層３１Ｇ５（または１４Ｇ５）を介在せず、近接して配置することが可能となる。
【００８１】
このようにＰ電極層と隣り合うアームのＮ電極層とを近接配置することにより、この発明による半導体モジュール１０は、各電極層に分布するインダクタンスを低減できるという効果を奏する。
【００８２】
たとえば近接するＰ電極層３１ＰＵとＮ電極層３１ＮＶとでは、その電流の方向が互いに逆方向となる。本実施の形態では、バスバー４０ＰからＰ電極層３１ＰＵへ電流が流れる一方、Ｎ電極層３１ＮＶからバスバー４０Ｎへ電流が流れる。このため、これらの電流によりＰ電極層３１ＰＵおよびＮ電極層３１ＮＶの周囲にそれぞれ生じる磁界の方向は、互いに逆の回転方向となる。すなわち、このような構成により、Ｐ電極層３１ＰＵおよびＮ電極層３１ＮＶのインダクタンスを低減することができる。この結果、インダクタンスに起因して生じるスイッチング時のフライバック電圧が低減される。フライバック電流の低減は、より高速なスイッチングを実現する。さらに、フライバック電圧を吸収可能なように高耐圧のスイッチング素子で構成されていたインバータ１４，３１を、耐圧がより低い小型のスイッチング素子で構成することが可能となる。したがって、半導体モジュール１０の更なる小型化および低コスト化を図ることができる。
【００８３】
なお、上記の実施の形態においては、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４，３１における各アームが１つの半導体モジュールとしてパッケージ化される場合について説明したが、半導体モジュールの構成は、これに限られるものではなく、たとえば、同相の上下アーム毎、あるいはインバータ全体および昇圧コンバータ全体を１つの半導体モジュールとしてパッケージ化してもよい。
【００８４】
［この発明による半導体モジュールの適用例］
最後に、この発明による半導体モジュールの適用例として、半導体モジュールを含むモータ駆動装置とモータとを１つのケースに収めたハイブリッド車両の駆動装置について説明する。
【００８５】
現状のハイブリッド車両の駆動装置においては、モータケースの上にインバータを構成する大きな箱型のケースを載せただけの構成が多く採られているところ、以下に述べる本願発明によるハイブリッド車両の駆動装置は、高さ方向に関し車両に搭載した場合の車両重心位置の改善、および搭載スペースの省スペース化を実現するものである。
【００８６】
図８は、この発明によるハイブリッド車両２００のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。なお、図８のハイブリッド車両２００は、図１のモータ駆動装置１００に動力分割機構ＰＳＤおよび減速機ＲＤを付加して、これらを含む駆動装置２０を新たに構成したものである。
【００８７】
図８を参照して、車両２００は、バッテリＢと、駆動装置２０と、制御装置３０と、図示しないエンジンおよび車輪とを含む。
【００８８】
駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１とを備える。
【００８９】
動力分割機構ＰＳＤは、基本的には、エンジンとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。
【００９０】
動力分割機構ＰＳＤの２つの回転軸がエンジン、モータジェネレータＭＧ１の各回転軸にそれぞれ接続され、他の１つの回転軸は減速機ＲＤに接続される。動力分割機構ＰＳＤと一体化された減速機ＲＤによってモータジェネレータＭＧ２の回転は減速されて動力分割機構ＰＳＤに伝達される。
【００９１】
なお減速機の回転軸は、後に説明するように図示しない減速ギヤやディファレンシャルギヤによって車輪に結合されている。
【００９２】
パワー制御ユニット２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ１４，３１と、インバータ１４，３１に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とを含む。
【００９３】
ここで、パワー制御ユニット２１において、インバータ１４，３１の３相アーム１５〜１７と昇圧コンバータ１２のアーム部とは、一体化されて半導体モジュール１０を構成する。半導体モジュール１０は、上述した図１のモータ駆動装置１００に搭載される半導体モジュール１０と同一の構成であるために、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
図９は、図８における動力分割機構ＰＳＤおよび減速機ＲＤの詳細を説明するための模式図である。
【００９５】
図９を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続される減速機ＲＤと、減速機ＲＤで減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１と、減速機ＲＤとエンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１との間で動力分配を行なう動力分割機構ＰＳＤとを備える。減速機ＲＤは、モータジェネレータＭＧ２から動力分割機構ＰＳＤへの減速比が、たとえば２倍以上である。
【００９６】
エンジンＥＮＧのクランクシャフト５００とモータジェネレータＭＧ１のロータ３２０とモータジェネレータＭＧ２のロータ３７０とは同じ軸を中心に回転する。
【００９７】
動力分割機構ＰＳＤは、図９に示す例ではプラネタリギヤであり、クランクシャフト５００に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ５１０と、クランクシャフト５００と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ５２０と、サンギヤ５１０とリングギヤ５２０との間に配置され、サンギヤ５１０の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ５３０と、クランクシャフト５００の端部に結合され各ピニオンギヤ５３０の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ５４０とを含む。
【００９８】
動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ５１０に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ５２０に結合されたリングギヤケースおよびプラネタリキャリヤ５４０に結合されたクランクシャフト５００の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。
【００９９】
動力の取出用のカウンタドライブギヤ７００がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ５２０と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ７００は、減速ギヤＲＧに接続されている。そしてカウンタドライブギヤ７００と減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。
【０１００】
モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ３１０と、ステータ３１０内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ３２０とを含む。ステータ３１０は、ステータコア３３０と、ステータコア３３０に巻回される三相コイル３４０とを含む。ロータ３２０は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ５１０と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア３３０は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【０１０１】
モータジェネレータＭＧ１は、ロータ３２０に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル３４０によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２０を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ３２０の回転との相互作用により三相コイル３４０の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【０１０２】
モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ３６０と、ステータ３６０内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ３７０とを含む。ステータ３６０は、ステータコア３８０と、ステータコア３８０に巻回される三相コイル３９０とを含む。
【０１０３】
ロータ３７０は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ５２０と一体的に回転するリングギヤケースに減速機ＲＤによって結合されている。ステータコア３８０は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。
【０１０４】
モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３７０の回転との相互作用により三相コイル３９０の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル３９０によって形成される磁界との相互作用によりロータ３７０を回転駆動する電動機として動作する。
【０１０５】
減速機ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ６６０が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機ＲＤは、ロータ３７０のシャフトに結合されたサンギヤ６２０と、リングギヤ５２０と一体的に回転するリングギヤ６８０と、リングギヤ６８０およびサンギヤ６２０に噛み合いサンギヤ６２０の回転をリングギヤ６８０に伝達するピニオンギヤ６４０とを含む。
【０１０６】
たとえば、サンギヤ６２０の歯数に対しリングギヤ６８０の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。
【０１０７】
図１０は、この発明によるハイブリッド車両の駆動装置２０の外観を示す斜視図である。
【０１０８】
図１１は、駆動装置２０の平面図である。
図１０、図１１を参照して、駆動装置２０のケースは、ケース１０４とケース１０２とに分割可能に構成されている。ケース１０４は主としてモータジェネレータＭＧ１を収容する部分であり、ケース１０２は、主としてモータジェネレータＭＧ２およびパワー制御ユニット２１を収容する部分である。
【０１０９】
ケース１０４にはフランジ１０６が形成され、ケース１０２にはフランジ１０５が形成され、フランジ１０６とフランジ１０５とがボルト等で固定されることにより、ケース１０４とケース１０２とが一体化される。
【０１１０】
ケース１０２にはパワー制御ユニット２１を組付けるための開口部１０８が設けられている。この開口部１０８の内部左側部分（車両進行方向側）にはコンデンサＣ２が収容され、中央部分には半導体モジュール１０と端子台１１６，１１８とが収容され、右側部分にはリアクトルＬ１が収容されている。なお、この開口部１０８は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。また、コンデンサＣ２を開口部１０８の内部右側部分に収容し、かつ、リアクトルＬ１を半導体モジュール１０の左側部分に収容するように入れ換えても良い。
【０１１１】
つまり、リアクトルＬ１はモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の回転軸の一方側に配置され、コンデンサＣ２は回転軸の他方側に配置される。そしてコンデンサＣ２とリアクトルＬ１との間の領域に半導体モジュール１０が配置されている。半導体モジュール１０の下方にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。
【０１１２】
半導体モジュール１０は、図２で説明したものと同様の構成を有する。
具体的には、絶縁基板５０の上面にはインバータ１４，３１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８が配置される。そして、インバータ１４とインバータ３１との間の領域には、絶縁基板５０の法線方向（紙面垂直方向に相当）に重ねて配置されたバスバー４０Ｐ，４０Ｎが設けられている。
【０１１３】
なお、積層構造の上層側に配置され、電源ラインＬＮ１を構成するバスバー４０Ｐは、金属部材からなる。一方、下層側に配置され、アースラインＬＮ２を構成するバスバー４０Ｎは、配線層からなる。
【０１１４】
そして、絶縁基板５０の下面には、放熱板６０を介してヒートシンク７０が設けられる（ともに図示せず）。ヒートシンク７０に設けられた複数の溝７２は、通水路を構成しており、通水路への冷却水入口１１４と冷却水出口１１２とがケース１０２に設けられている。この入口や出口などは、たとえば、ケース１０２に対し、フランジ部１０６，１０５を貫通させてユニオンナット等を打ち込んで構成される。
【０１１５】
なお、通水路を、ヒートシンク７０を介さずに放熱板６０の下面を直接的に冷却水が通流するように構成しても良い。このような構成とすることにより、半導体モジュール１０の法線方向の長さを更に低減することができる。
【０１１６】
さらに、インバータ１４のＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、Ｗ相アーム１７からはそれぞれ１本ずつのバスバーがモータジェネレータＭＧ２のステータコイルにつながる端子台１１６に向けて設けられている。同様にインバータ３１からも３本のバスバーがモータジェネレータＭＧ１のステータコイルにつながる端子台１１８に向けて設けられている。
【０１１７】
図１２は、駆動装置２０を図１１のＸ１方向から見た側面図である。
図１２を参照して、ケース１０２にはモータジェネレータ組付け用および保守用の開口部１０９が設けられており、この開口部１０９は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。
【０１１８】
開口部１０９の内部にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相のバスバーが接続されるステータ３６０の内部にロータ３７０が配置されている。ロータ３７０の中央部分には中空のシャフト６００が見えている。
【０１１９】
図１２に示すように、ケース１０２のパワー制御ユニット２１を収容する収容室にはモータジェネレータＭＧ２のステータ３６０が大きく食い込んでいるので、モータジェネレータＭＧ２の一方側にはリアクトルＬ１が配置され、かつ、他方側にはコンデンサＣ２が配置され、大型部品を効率良く収容している。また、モータジェネレータＭＧ２のステータ３６０の上方には、半導体モジュール１０が配置される。
【０１２０】
このような配置構造とすることにより、パワー制御ユニット２１を構成するコンデンサＣ２、半導体モジュール１０およびリアクトルＬ１は、車両駆動装置を車両に搭載したときの水平方向の寸法の内側に配置される。なお、水平方向の寸法は、ケースのダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の投影部によって定まる。これにより、コンパクトなハイブリッド車両の駆動装置が実現される。
【０１２１】
また、車両搭載時の鉛直方向において、半導体モジュール１０は、ケースの半導体モジュール１０を収容する部分の投影部の車両搭載時の高さが、残りのケースの空間、すなわち、ダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の車両搭載時の高さを少なくとも超えないように、配置されている。かかる配置は、電源用のバスバー４０Ｐ，４０Ｎの一方を配線層で形成したことによって、半導体モジュール１０の法線方向の長さが大幅に低減されたことに起因するものである。
【０１２２】
これによれば、パワー制御ユニット２１を構成する半導体モジュール１０、リアクトルＬ１およびコンデンサＣ２は、ディファレンシャルギヤＤＥＦを収容するケース部分の外縁とダンパ１２４を収容するケース部分の外縁とで定まる鉛直方向の寸法の内側に配置されていることがわかる。したがって、車両の重心を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。
【０１２３】
［変更例］
上述したハイブリッド車両の駆動装置においては、半導体モジュール１０を含むパワー制御ユニット２１の冷却系として、一般的な水冷系を採用した。
【０１２４】
ここで、スイッチング素子としてたとえばＳｉＣ−ＭＯＳなどの高温動作可能な素子を利用すれば、モータジェネレータの耐熱温度と同程度の温度で動作させることが可能となる。したがって、冷却系としてパワー制御ユニット２１専用の水冷系を廃して、モータジェネレータと共通の油冷系を採用することが可能となる。この結果、装置全体をよりコンパクトな構成にすることができる。また、半導体モジュール１０の部分に冷却水の経路を設けなくても冷却が可能となるため、車両の重心をより低くして走行安定性を向上させることができる。
【０１２５】
以下に、この発明による半導体モジュールが適用されたハイブリッド車両の駆動装置の変更例として、パワー制御ユニット２１の冷却系に油冷系が採用されたハイブリッド車両の駆動装置について説明する。
【０１２６】
本変更例では、半導体モジュール１０を含むパワー制御ユニット２１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、一部が輻射等で放熱されるが、主として潤滑油との熱交換により冷却が行なわれる。
【０１２７】
したがって、パワー制御ユニット２１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２において生じた熱は、潤滑油によってモータジェネレータＭＧ１のケースに伝達され、そのケースからエンジンＥＮＧのシリンダブロックにされに伝達される。シリンダブロックは冷却水によって冷却されるので、温度上昇が抑制される、この結果、パワー制御ユニット２１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の温度も上昇が抑制されることになる。
【０１２８】
図１３は、駆動装置２０におけるオイル循環経路を示した断面図である。
図１３を参照して、モータジェネレータＭＧ２を収容する収容室とパワー制御ユニット２１を収容する収容室との境界部分と、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の各ケース部分断面が示されている。
【０１２９】
図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶにおける部分断面図である。
図１３、図１４を参照して、ケース１０２にはパワー制御ユニット２１を収容する収容室とモータジェネレータＭＧ２を収容する収容室との２つの空間を仕切る隔壁２１０が設けられている。この隔壁２１０の上面部分には、半導体モジュール１０を冷却するためのオイル通路１２２が設けられ、このオイル通路１２２は、オイル溜り４７０およびモータジェネレータＭＧ２の収容室と連通している。モータジェネレータＭＧ２の潤滑油が半導体モジュール１０側に漏れ出ないように半導体モジュール１０は、隔壁２１０と液状ガスケット等でシールされる。
【０１３０】
潤滑油は、ケース底部にオイルレベルＯＬまで貯蔵されている。このケース底部はオイルパンに該当する。なお、ケース底部に別途オイルパンを設ける構成としても良い。
【０１３１】
ロータ３７０の回転等に応じて図９のカウンタドライブギヤ７００が回転される。カウンタドライブギヤ７００によってカウンタドリブンギヤ１３２が回転され、カウンタドリブンギヤ１３２の回転に応じてディファレンシャルギヤＤＥＦが回転する。
【０１３２】
すると図１３の矢印に示すように、ディファレンシャルギヤＤＥＦが潤滑油を跳ね上げる。ケースの上部にはオイルキャッチ板４８６が設けられており、ディファレンシャルギヤＤＥＦによって掻き揚げられたオイルはオイル溜り４７０に溜められる。オイル溜り４７０は、潤滑油の循環経路において半導体モジュール１０を含むパワー制御ユニット２１の上流部に位置する。オイル溜り４７０にはオイル出口４７２が設けられており、オイル出口４７２は図１４に示すように半導体モジュール１０の下部の空間へのオイル入口４７４，４７６，４７８と通じている。
【０１３３】
半導体モジュール１０のスイッチング素子の実装面と反対側の裏面には、オイルに熱を放熱するためのフィン４９０，４９２，４９４が設けられており、スイッチング素子の熱はこれらフィンを介して潤滑油に放熱される。その後潤滑油は隔壁２１０に設けられたオイル出口４８０，４８３，４８４を通り、ステータ３６０の上部に注がれる。そして、潤滑油はステータ３６０の外周に沿って流れ、再びケース底部に戻される。
【０１３４】
以上に説明したように、モータジェネレータを駆動するときに高温となる半導体モジュール１０は、モータジェネレータの潤滑油を利用して冷却される。そして、モータジェネレータの内部を循環する潤滑油の熱は、エンジンのハウジング側に放熱される。
【０１３５】
これにより、一体化したモータおよびインバータの部分に冷却水の経路を設けなくても冷却が可能となる。そのため、半導体モジュール１０においては、水冷系において通水路を構成していたヒートシンク７０が不要となる。この結果、半導体モジュール１０の法線方向の長さを更に低減することができる。したがって、車両の重心をさらに低くできるとともに、省スペース化さらには設計の自由度を向上させることができる。
【０１３６】
なお、上記の実施の形態においては、半導体モジュールがモータ駆動装置およびハイブリッド車両の駆動装置に用いられる場合を代表的に例示して説明したが、この発明による半導体モジュールの適用範囲は、これらに限られるものではなく、たとえば車両システムにおいてパワー半導体素子が用いられるオルタネータや点火装置においてもこの発明を適用することができる。
【０１３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
この発明は、モータ駆動装置に搭載されるインバータやコンバータを構成する半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】この発明による半導体モジュールを搭載したモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】この発明による半導体モジュールの全体構成を示す平面図である。
【図３】インバータの３相アームの具体的な構成を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖにおける断面を示す図である。
【図６】この発明による半導体モジュールの要部構成を示す平面図である。
【図７】半導体モジュールの要部構成の他の例を示す平面図である。
【図８】この発明によるハイブリッド車両のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。
【図９】図８における動力分割機構および減速機の詳細を説明するための模式図である。
【図１０】この発明によるハイブリッド車両の駆動装置の外観を示す斜視図である。
【図１１】駆動装置の平面図である。
【図１２】駆動装置を図１１のＸ１方向から見た側面図である。
【図１３】駆動装置におけるオイル循環経路を示した断面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶにおける部分断面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  半導体モジュール、１２  昇圧コンバータ、１４，３１  インバータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ，３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ  中間電極層、１４ＰＵ，１４ＰＶ，１４ＰＷ，３１ＰＵ，３１ＰＶ，３１ＰＷ  Ｐ電極層、１４ＮＵ，１４ＮＶ，１４ＮＷ，３１ＮＵ，３１ＮＶ，３１ＮＷ  Ｎ電極層、１４Ｇ３〜１４Ｇ６，３１Ｇ３〜３１Ｇ６  信号線層、１５  Ｕ相アーム、１６  Ｖ相アーム、１７  Ｗ相アーム、２０  駆動装置、２１  パワー制御ユニット、３０  制御装置、４０Ｐ，４０Ｎ，４２Ｐ，４２Ｎ  バスバー、５０  絶縁基板、５２  半田、６０  シリコングリス、７０  ヒートシンク、７２  溝、８０  絶縁部材、１００  モータ駆動装置、１０２，１０４  ケース、１０５，１０６  フランジ、１０８，１０９  開口部、１１２  冷却水出口、１１４  冷却水入口、１１６，１１８  端子台、１２２  オイル通路、１２４  ダンパ、２００  車両、２１０  隔壁、３１０，３６０  ステータ、３２０，３７０  ロータ、３３０，３８０  ステータコア、３４０，３９０  三相コイル、４７２，４８０，４８３，４８４  オイル出口、４７４，４７６，４７８  オイル入口、４８６  オイルキャッチ板、４９０，４９２，４９４  フィン、５００  クランクシャフト、５１０，６２０  サンギヤ、５２０，６８０  リングギヤ、５３０，６４０  ピニオンギヤ、５４０，６６０  プラネタリキャリヤ、６００  シャフト、７００  カウンタドライブギヤ、Ｂ  バッテリ、Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｌ１  リアクトル、ＤＥＦ  ディファレンシャルギヤ、ＥＮＧ  エンジン、Ｌ１  リアクトル、ＬＮ１  電源ライン、ＬＮ２  アースライン、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＰＳＤ  動力分割機構、ＲＧ  減速ギヤ、ＲＤ  減速機、ＷＬ１，ＷＬ２  ワイヤ。
【図１】
2007220976.tif 000003
【図２】
2007220976.tif 000004
【図３】
2007220976.tif 000005
【図４】
2007220976.tif 000006
【図５】
2007220976.tif 000007
【図６】
2007220976.tif 000008
【図７】
2007220976.tif 000009
【図８】
2007220976.tif 000010
【図９】
2007220976.tif 000011
【図１０】
2007220976.tif 000012
【図１１】
2007220976.tif 000013
【図１２】
2007220976.tif 000014
【図１３】
2007220976.tif 000015
【図１４】
2007220976.tif 000016