(57)【要約】【課題】半導体モジュールを冷却する効果が高い電力変換装置を提供する。【解決手段】第１放熱部材４０は、中空筒状に形成され、流体が流通可能な流体通路４１を有している。半導体モジュール１０、２０、３０は、回転電機への通電を切り替えるスイッチング素子、および、当該スイッチング素子を覆う板状の封止体１７、２７、３７を有している。半導体モジュール１０、２０、３０は、封止体１７、２７、３７の一方の面が第１放熱部材４０の内壁に当接するよう設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を回転電機駆動用の電力に変換する電力変換装置であって、
流体が流通可能な第１流体通路を有する中空筒状の第１放熱部材と、
前記回転電機への通電を切り替えるスイッチング素子、および、当該スイッチング素子を覆う板状の封止体を有し、前記封止体の一方の面が前記第１放熱部材の内壁に当接するよう設けられる半導体モジュールと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
外壁が前記封止体の他方の面と当接するよう前記第１放熱部材の内側に設けられる筒状の第２放熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２放熱部材は、流体が流通可能な第２流体通路を有していることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第２放熱部材は、中空筒状に形成され、
前記第２放熱部材の内壁に当接するとともに前記第２放熱部材の外壁を前記封止体の他方の面に押し付けるよう、前記第２放熱部材の内側に設けられる付勢部材をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記半導体モジュールは複数設けられ、
前記第２放熱部材は、複数の前記半導体モジュールに対応するよう複数に分割されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１放熱部材の外壁に当接するよう設けられ、前記電源からの電力を平滑化するコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２放熱部材の軸方向の両端部のうち一方または両方に当接するよう設けられる第３放熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第３放熱部材は、流体が流通可能な第３流体通路を有していることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記半導体モジュールは複数設けられ、
複数の前記封止体は、一方の面が前記第１放熱部材の内壁に当接した状態において、一方の面と他方の面との間の側面同士が対向または当接可能な形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に電源からの電力を回転電機駆動用の電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源からの直流電流を正弦波電流に変換する電力変換装置を用いて回転電機を駆動する技術が知られている。上述の電力変換装置は、半導体モジュールのスイッチング素子をオンオフ制御することで直流電流を正弦波電流に変換する。電力変換装置の作動時、すなわち、電力変換装置が回転電機を駆動するとき、半導体モジュールは発熱する。特に電力変換装置が例えば車両駆動用の高出力の回転電機を駆動するのに用いられる場合等、半導体モジュールの発熱量は多くなる。
【０００３】
特許文献１に記載された電力変換装置では、放熱部材として筒状に形成されたヒートシンクの外壁に一方の面が当接するよう複数の半導体モジュールを環状に配置している。これにより、半導体モジュールの発熱を、一方の面を経由してヒートシンクに伝達し放熱している。つまり、作動時に発熱する半導体モジュールをヒートシンクによって冷却している。しかしながら、特許文献１の電力変換装置では、半導体モジュールは、ヒートシンクの外側に配置されているため、ヒートシンクの外側からの熱を直接受けるおそれがある。半導体モジュールが外部から熱を受けている状態では、半導体モジュールをヒートシンクによって十分に冷却できないおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献２および３に記載された電力変換装置では、筒状のヒートシンクの内壁に一方の面が当接するよう複数の半導体モジュールを環状に配置している。これにより、半導体モジュールは、ヒートシンクの外側からの熱を直接受けることを回避できる。
しかしながら、特許文献１〜３の電力変換装置では、いずれも、半導体モジュールは、一方の面のみがヒートシンクに当接するよう設けられる構成である。そのため、ヒートシンクによる半導体モジュールの冷却効果は小さく、半導体モジュールの発熱量が多い場合、半導体モジュールを十分に冷却できないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２６３４６号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９２３３号公報
【特許文献３】特開平１０−２３４１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールを冷却する効果が高い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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、電源からの電力を回転電機駆動用の電力に変換する電力変換装置であって、第１放熱部材と半導体モジュールとを備えている。第１放熱部材は、中空筒状に形成され、流体が流通可能な第１流体通路を有している。半導体モジュールは、回転電機への通電を切り替えるスイッチング素子、および、当該スイッチング素子を覆う板状の封止体を有している。半導体モジュールは、封止体の一方の面が第１放熱部材の内壁に当接するよう設けられている。これにより、半導体モジュールの発熱を、第１放熱部材を経由して放熱することができる。すなわち、半導体モジュールは第１放熱部材によって冷却される。
【０００８】
本発明では、第１放熱部材に第１流体通路が形成されているため、当該第１流体通路に流体として例えば空気を流通させる場合、第１放熱部材を空冷することができる。また、第１流体通路に流体として例えば水を流通させる場合、第１放熱部材を水冷することができる。このように、第１放熱部材を空冷または水冷することにより、第１放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をより高めることができる。
【０００９】
また、本発明では、上述のように、半導体モジュールは、中空筒状の第１放熱部材の内側に配置されている。そのため、第１放熱部材の外側からの熱を第１放熱部材で遮ることにより、半導体モジュールが第１放熱部材の外側からの熱を直接受けるのを防止することができる。これにより、半導体モジュールを第１放熱部材によって効果的に冷却することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、外壁が封止体の他方の面と当接するよう第１放熱部材の内側に設けられる筒状の第２放熱部材をさらに備えている。これにより、半導体モジュールの発熱を封止体の両面から、第１放熱部材および第２放熱部材を経由して放熱することができる。したがって、半導体モジュールの冷却効果をより高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、第２放熱部材は、外壁の内側に、流体が流通可能な第２流体通路を有している。本発明では、第２放熱部材に第２流体通路が形成されているため、当該第２流体通路に流体として例えば空気を流通させる場合、第２放熱部材を空冷することができる。また、第２流体通路に流体として例えば水を流通させる場合、第２放熱部材を水冷することができる。このように、第２放熱部材を空冷または水冷することにより、第２放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をより高めることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、第２放熱部材は、中空筒状に形成されている。本発明は、第２放熱部材の内壁に当接するとともに第２放熱部材の外壁を封止体の他方の面に押し付けるよう、第２放熱部材の内側に設けられる付勢部材をさらに備えている。これにより、第２放熱部材と封止体とが密に接した状態となるため、第２放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をさらに高めることができる。また、この構成では、付勢部材により、封止体の一方の面が第１放熱部材の内壁に押し付けられる。これにより、第１放熱部材と封止体とが密に接した状態となるため、第１放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をさらに高めることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、半導体モジュールは複数設けられている。第２放熱部材は、複数の半導体モジュールに対応するよう複数に分割されている。この構成では、複数に分割された第２放熱部材は、付勢部材によって、それぞれ独立して各半導体モジュールに押し付けられる。これにより、第２放熱部材と封止体とが均一かつ密に接した状態となるため、第２放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をさらに高めることができる。また、第１放熱部材と封止体との間も均一かつ密に接した状態となるため、第１放熱部材による半導体モジュールの冷却効果についてもさらに高めることができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、第１放熱部材の外壁に当接するよう設けられ、電源からの電力を平滑化するコンデンサをさらに備えている。この構成では、電力変換装置の作動時にコンデンサが発熱しても、この発熱を第１放熱部材を経由して放熱することができる。このように、本発明では、他の電子部品であるコンデンサを第１放熱部材の外壁に当接するよう設けることにより、スペースの有効利用を図りつつ、コンデンサを効果的に冷却することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、第２放熱部材の軸方向の両端部のうち一方または両方に当接するよう設けられる第３放熱部材をさらに備えている。これにより、第２放熱部材の熱を第３放熱部材を経由して放熱することができる。すなわち、半導体モジュールを第３放熱部材によって間接的に冷却することができる。したがって、電力変換装置における半導体モジュールの冷却効果をさらに高めることができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、第３放熱部材は、流体が流通可能な第３流体通路を有している。これにより、電力変換装置における半導体モジュールの冷却効果をより一層高めることができる。
【００１７】
請求項９に記載の発明では、半導体モジュールは複数設けられている。複数の封止体は、一方の面が第１放熱部材の内壁に当接した状態において、一方の面と他方の面との間の側面同士が対向または当接可能な形状に形成されている。この構成では、複数の半導体モジュールを、封止体の側面同士が対向または当接した状態で、周方向にほぼ隙間なく環状に配置することができる。これにより、封止体の第１放熱部材との当接面積を大きくすることができる。その結果、第１放熱部材による半導体モジュールの冷却効果をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による電力変換装置の回路構成を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明の第２実施形態による電力変換装置を示す断面図、（Ｂ）は本発明の第２実施形態による電力変換装置の付勢部材を示す斜視図。
【図４】本発明の第３実施形態による電力変換装置を示す断面図。
【図５】本発明の第４実施形態による電力変換装置を示す断面図。
【図６】本発明の第５実施形態による電力変換装置を示す断面図。
【図７】本発明の第６実施形態による電力変換装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において、同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力変換装置、および、その回路構成を図１および２に示す。
【００２０】
本実施形態の電力変換装置１は、例えば、図示しないハイブリッド車両に搭載される回転電機２を駆動するのに用いられる。当該回転電機２は、車両の駆動輪を駆動したり、回生ブレーキ制御により発電したりする。
【００２１】
電力変換装置１が駆動の対象とする回転電機２は、三相ブラシレスモータであって、巻線が巻回されたステータ、当該ステータの内側に設けられるロータ、および、当該ロータの中心に設けられるロータ軸等を有している。ステータに巻回された複数の巻線は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３つの相に対応している。以下、Ｕ相に対応する巻線をＵ相巻線、Ｖ相に対応する巻線をＶ相巻線、Ｗ相に対応する巻線をＷ相巻線という。
【００２２】
電力変換装置１には、電源としてのバッテリ４から直流電流が供給される。電力変換装置１は、バッテリ４からの直流電流を相ごとに位相の異なる正弦波電流に変換し、当該正弦波電流を回転電機２の各巻線（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線）に供給する。回転電機２の各巻線に正弦波電流が供給されるとロータが回転し、この回転による力がロータ軸から出力される。
【００２３】
図１および２に示すように、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール（半導体モジュール１０、２０、３０）、第１放熱部材４０、第２放熱部材５０、コンデンサ６０、第３放熱部材７０および制御部８０等を備えている。
図２に示すように、半導体モジュール１０は、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２を有している。半導体モジュール２０は、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２を有している。半導体モジュール３０は、第１スイッチング素子３１および第２スイッチング素子３２を有している。第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」に対応している。
【００２４】
本実施形態では、第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２は、例えばパワートランジスタの一種である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。第１スイッチング素子１１、２１、３１のコレクタは、バッテリ４の正極に接続される。第１スイッチング素子１１、２１、３１のエミッタは、それぞれ、第２スイッチング素子１２、２２、３２のコレクタに接続している。第２スイッチング素子１２、２２、３２のエミッタは、バッテリ４の負極に接続される。なお、第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２のゲートは、後述するマイコン８２に接続している。
【００２５】
第１スイッチング素子１１、２１、３１のそれぞれと第２スイッチング素子１２、２２、３２との接続点は、それぞれ、回転電機２の各巻線に接続される。つまり、第１スイッチング素子１１と第２スイッチング素子１２との組、第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２との組、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２との組は、回転電機２の各相に対応してスイッチング素子対を構成している。本実施形態では、第１スイッチング素子１１と第２スイッチング素子１２とがＵ相に対応し、第１スイッチング素子２１と第２スイッチング素子２２とがＶ相に対応し、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２とがＷ相に対応している。
【００２６】
図１に示すように、半導体モジュール１０は、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２の他に、第１端子１３、第２端子１４、相端子１５、制御端子１６および封止体１７等を有している。第１端子１３、第２端子１４および相端子１５は、例えば銅等の金属により、長手方向に長い矩形の板状に形成されている。制御端子１６は、例えば銅等の金属により細い棒状に形成され、複数設けられている。第１端子１３の一端は、第１スイッチング素子１１のコレクタに接続している。第２端子１４の一端は、第２スイッチング素子１２のエミッタに接続している。相端子１５の一端は、第１スイッチング素子１１（エミッタ）と第２スイッチング素子１２（コレクタ）との接続点に接続している。各制御端子１６の一端は、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２のゲート等に接続している。
【００２７】
封止体１７は、例えばエポキシ等の樹脂により、矩形の板状に形成されている。封止体１７は、第１スイッチング素子１１および第２スイッチング素子１２、ならびに、第１端子１３、第２端子１４、相端子１５および各制御端子１６の一端を覆っている。ここで、第１端子１３、第２端子１４および相端子１５の他端側は、封止体１７の所定の辺から面方向へ突出している。各制御端子１６の他端側は、封止体１７の所定の辺から、第１端子１３、第２端子１４および相端子１５の突出方向とは反対の方向へ突出している。
【００２８】
半導体モジュール２０は、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２の他に、第１端子２３、第２端子２４、相端子２５、制御端子２６および封止体２７等を有し、半導体モジュール１０と同様に構成されている。すなわち、第１スイッチング素子２１および第２スイッチング素子２２は、矩形板状の封止体２７により覆われている。
半導体モジュール３０は、第１スイッチング素子３１および第２スイッチング素子３２の他に、第１端子３３、第２端子３４、相端子３５、制御端子３６および封止体３７等を有し、半導体モジュール１０と同様に構成されている。すなわち、第１スイッチング素子３１および第２スイッチング素子３２は、矩形板状の封止体３７により覆われている。
上述のように、半導体モジュール１０、２０、３０は、所謂２ｉｎ１構成（相ごとに第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との組が１つにパッケージされた構成）の半導体モジュールである。
【００２９】
第１放熱部材４０は、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、例えばアルミ等の金属により、中空の三角筒状に形成されている。また、第１放熱部材４０は、内壁と外壁との間に、流体が流通可能な流体通路４１を有している。本実施形態では、流体通路４１に、流体として水を流通させる。これにより、第１放熱部材４０を水冷することができる。ここで、流体通路４１は、特許請求の範囲における「第１流体通路」に対応している。
【００３０】
本実施形態では、半導体モジュール１０、２０、３０は、封止体１７、２７、３７の一方の面が第１放熱部材４０の３つの内壁のそれぞれに当接するようにして第１放熱部材４０の内側に収容されている。ここで、半導体モジュール１０、２０、３０は、第１端子１３、２３、３３、第２端子１４、２４、３４、相端子１５、２５、３５および各制御端子１６、２６、３６が、第１放熱部材４０の軸と略平行となるよう配置されている。
【００３１】
第２放熱部材５０は、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、例えばアルミ等の金属により、中実の三角筒状に形成されている。第２放熱部材５０は、３つの外壁が、それぞれ、半導体モジュール１０、２０、３０の封止体１７、２７、３７の他方の面と当接するよう第１放熱部材４０の内側に設けられている。ここで、第２放熱部材５０は、高さが第１放熱部材４０の高さとほぼ同じとなるよう形成されている。また、第２放熱部材５０は、外壁が半導体モジュール１０、２０、３０の封止体１７、２７、３７の他方の面に密に当接可能、かつ、封止体１７、２７、３７の一方の面が第１放熱部材４０の内壁に密に当接可能となるような程度の大きさに形成されている。
【００３２】
コンデンサ６０は、電解コンデンサであり、本体６１、正端子６２および負端子６３を有している（図１（Ａ）および（Ｂ）参照）。本体６１は、略直方体状に形成されている。正端子６２および負端子６３は、例えば銅等の金属により棒状に形成され、一方の端部が本体６１の所定の面から突出するよう設けられている。コンデンサ６０は、本体６１の外壁のうち所定の面が第１放熱部材４０の外壁に当接するよう設けられている。本実施形態では、コンデンサ６０は、第１放熱部材４０を挟んで半導体モジュール２０の反対側に設けられている。ここで、コンデンサ６０は、正端子６２および負端子６３が半導体モジュール１０、２０、３０の第１端子１３、２３、３３、第２端子１４、２４、３４、および、相端子１５、２５、３５と略平行となるよう配置されている。
【００３３】
第３放熱部材７０は、例えばアルミ等の金属により形成されている。第３放熱部材７０は、板部材７１および板部材７２からなる。板部材７１および板部材７２は、第１放熱部材４０の軸方向の端面の外形に合わせ、三角の板状に形成されている。板部材７１は、第１放熱部材４０の軸方向の一方の端部を塞ぐよう、かつ、第２放熱部材５０の軸方向の一方の端面に密に当接するようにして設けられている。板部材７２は、第１放熱部材４０の軸方向の他方の端部を塞ぐよう、かつ、第２放熱部材５０の軸方向の他方の端面に密に当接するようにして設けられている。
【００３４】
板部材７１は、一方の面と他方の面との間に、流体が流通可能な流体通路７１１を有している。板部材７２は、一方の面と他方の面との間に、流体が流通可能な流体通路７２１を有している。本実施形態では、流体通路７１１および流体通路７２１に、流体として水を流通させる。これにより、第３放熱部材７０を水冷することができる。ここで、流体通路７１１および流体通路７２１は、特許請求の範囲における「第３流体通路」に対応している。
【００３５】
図１（Ａ）に示すように、第３放熱部材７０には、板部材７１を板厚方向に貫く穴７１２が複数形成されている。半導体モジュール１０、２０、３０の第１端子１３、２３、３３、第２端子１４、２４、３４、および、相端子１５、２５、３５は、当該穴７１２を通ることにより、他端が板部材７１の第１放熱部材４０とは反対側に飛び出すようにして設けられている。ここで、第１端子１３、２３、３３の他端は、バッテリ４の正極に接続される。これにより、第１スイッチング素子１１、２１、３１のコレクタが、バッテリ４の正極に接続される。第２端子１４、２４、３４の他端は、バッテリ４の負極に接続される。これにより、第２スイッチング素子１２、２２、３２のエミッタが、バッテリ４の負極に接続される。相端子１５、２５、３５の他端は、それぞれ、回転電機２のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に接続される。これにより、第１スイッチング素子１１、２１、３１（エミッタ）と第２スイッチング素子１２、２２、３２（コレクタ）との接続点が、それぞれ、回転電機２のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に接続される。
【００３６】
また、第３放熱部材７０には、板部材７２を板厚方向に貫く穴７２２が複数形成されている。半導体モジュール１０、２０、３０の各制御端子１６、２６、３６は、当該穴７２２を通ることにより、他端が板部材７２の第１放熱部材４０とは反対側に飛び出すようにして設けられている。
また、コンデンサ６０は、正端子６２がバッテリ４の正極に接続され、負端子６３がバッテリ４の負極に接続される。
【００３７】
制御部８０は、第３放熱部材７０の板部材７２の第１放熱部材４０とは反対側に設けられている。制御部８０は、基板８１およびマイコン８２等を有している。基板８１は、一方の面が板部材７２に当接するよう設けられている。マイコン８２は、基板８１の他方の面に設けられている。マイコン８２は、集積回路等を有する小型のコンピュータであり、電力変換装置１の種々の部品および検出手段等に接続している。マイコン８２の記憶部にはプログラムが格納されており、マイコン８２は、当該プログラムに従い種々の処理を実行するとともに接続先の部品等の作動を制御する。
【００３８】
マイコン８２は、半導体モジュール１０、２０、３０の各制御端子１６、２６、３６を経由して、第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２のゲートに接続している。マイコン８２は、各制御端子１６、２６、３６を経由して第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２にオンオフ制御信号を伝送することにより、各スイッチング素子の通電のオンオフを切り替え可能である。マイコン８２は、各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで、バッテリ４からの直流電流を相ごとに位相の異なる正弦波電流に変換し、各相の巻線（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線）に流す。これにより、回転電機２が回転する。マイコン８２は、ＰＷＭ制御により、回転電機２のトルクおよび回転数を調節する。このように、マイコン８２は、各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで、回転電機２の回転を制御する。
【００３９】
上述のように、電力変換装置１は、インバータとして機能する。なお、本実施形態では、電力変換装置１の作動時、コンデンサ６０は、バッテリ４から回転電機２に供給される電力を平滑化する。電力変換装置１の作動時、第１スイッチング素子１１、２１、３１、および、第２スイッチング素子１２、２２、３２が発熱することにより、半導体モジュール１０、２０、３０は発熱する。また、電力変換装置１の作動時、コンデンサ６０も発熱する。
【００４０】
本実施形態では、半導体モジュール１０、２０、３０は、封止体１７、２７、３７の一方の面が第１放熱部材４０の内壁に当接するよう設けられている。また、コンデンサ６０は、本体６１の外壁のうち所定の面が第１放熱部材４０の外壁に当接するよう設けられている。これにより、半導体モジュール１０、２０、３０およびコンデンサ６０の発熱を、第１放熱部材４０を経由して放熱することができる。すなわち、半導体モジュール１０、２０、３０およびコンデンサ６０は第１放熱部材４０によって冷却される。本実施形態では、第１放熱部材４０に流体通路４１が形成されているため、当該流体通路４１に流体として水を流通させることにより、第１放熱部材４０を水冷することができる。このように、第１放熱部材４０を水冷することにより、第１放熱部材４０による半導体モジュール１０、２０、３０およびコンデンサ６０の冷却効果をより高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、半導体モジュール１０、２０、３０は、中空筒状（三角筒状）の第１放熱部材４０の内側に配置されている。そのため、第１放熱部材４０の外側からの熱を第１放熱部材で遮ることにより、半導体モジュール１０、２０、３０が第１放熱部材４０の外側からの熱を直接受けるのを防止することができる。これにより、半導体モジュール１０、２０、３０を第１放熱部材４０によって効果的に冷却することができる。
【００４２】
また、本実施形態は、外壁が封止体１７、２７、３７の他方の面と当接するよう第１放熱部材４０の内側に設けられる中実筒状（中実の三角筒状）の第２放熱部材５０をさらに備えている。これにより、半導体モジュール１０、２０、３０の発熱を封止体１７、２７、３７の両面から、第１放熱部材４０および第２放熱部材５０を経由して放熱することができる。したがって、半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をより高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、第１放熱部材４０の外壁に当接するよう設けられるコンデンサ６０を備えている。この構成では、電力変換装置１の作動時にコンデンサ６０が発熱しても、この発熱を第１放熱部材４０を経由して放熱することができる。このように、本実施形態では、他の電子部品であるコンデンサ６０を第１放熱部材４０の外壁に当接するよう設けることにより、スペースの有効利用を図りつつ、コンデンサ６０を効果的に冷却することができる。
【００４４】
また、本実施形態は、第２放熱部材５０の軸方向の両端部に当接するよう設けられる第３放熱部材７０（板部材７１および板部材７２）をさらに備えている。これにより、第２放熱部材５０の熱を第３放熱部材７０を経由して放熱することができる。すなわち、半導体モジュール１０、２０、３０を第３放熱部材７０によって間接的に冷却することができる。したがって、電力変換装置１における半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をさらに高めることができる。
また、本実施形態では、第３放熱部材７０を構成する板部材７１および板部材７２は、流体が流通可能な流体通路７１１および流体通路７２１を有している。これにより、電力変換装置１における半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をより一層高めることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電力変換装置を図３（Ａ）に示す。第２実施形態では、第２放熱部材の形状等が第１実施形態と異なる。
【００４６】
第２実施形態では、第２放熱部材５０は、中空の三角筒状に形成されている。本実施形態では、第２放熱部材５０の内側に付勢部材９０が設けられている。付勢部材９０は、例えば金属の矩形の板を筒状に丸めることにより、略円筒状に形成されている（図３（Ｂ）参照）。なお、付勢部材９０の周方向の一部には、軸方向に延びる隙間が形成されている。
【００４７】
付勢部材９０は、外径が、第２放熱部材５０の内側に配置されたとき、外壁が第２放熱部材５０の内壁に当接し、かつ、径外方向への付勢力を発揮可能な程度の大きさに形成されている。これにより、付勢部材９０は、第２放熱部材５０の内側に配置されたとき、第２放熱部材５０の外壁を半導体モジュール１０、２０、３０の封止体１７、２７、３７の他方の面（第１放熱部材４０とは反対側の面）に押し付ける。その結果、封止体１７、２７、３７の一方の面（第１放熱部材４０側の面）は、第１放熱部材４０の内壁に押し付けられる。
【００４８】
このように、本実施形態は、第２放熱部材５０の内壁に当接するとともに第２放熱部材５０の外壁を半導体モジュール１０、２０、３０の封止体１７、２７、３７の他方の面に押し付けるよう、第２放熱部材５０の内側に設けられる付勢部材９０をさらに備えている。これにより、第２放熱部材５０と封止体１７、２７、３７とが密に接した状態となるため、第２放熱部材５０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をさらに高めることができる。また、この構成では、付勢部材９０により、封止体１７、２７、３７の一方の面が第１放熱部材４０の内壁に押し付けられる。これにより、第１放熱部材４０と封止体１７、２７、３７とが密に接した状態となるため、第１放熱部材４０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をさらに高めることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による電力変換装置を図４に示す。第３実施形態では、第２放熱部材の形状が第１実施形態と異なる。
【００５０】
第３実施形態では、第２放熱部材５０は、外壁の内側に、流体が流通可能な流体通路５１を有している。本実施形態では、流体通路５１に、流体として水を流通させる。これにより、第２放熱部材５０を水冷することができる。ここで、流体通路５１は、特許請求の範囲における「第２流体通路」に対応している。
【００５１】
このように、本実施形態では、第２放熱部材５０に流体通路５１が形成されているため、当該流体通路５１に流体として水を流通させることにより、第２放熱部材５０を水冷することができる。このように、第２放熱部材５０を水冷することにより、第２放熱部材５０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をより高めることができる。
【００５２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による電力変換装置を図５に示す。
【００５３】
第４実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせた形態である。すなわち、第４実施形態は、第２実施形態で示した第２放熱部材５０に流体通路５１を形成した構成である。この構成により、流体通路５１を有する第２放熱部材５０は、付勢部材９０によって半導体モジュール１０、２０、３０に押し付けられる。そのため、第２放熱部材５０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をより一層高めることができる。
【００５４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による電力変換装置を図６に示す。第５実施形態では、第２放熱部材の形状が第２実施形態と異なる。
【００５５】
図６に示すように、第５実施形態では、第２放熱部材５０は、半導体モジュール１０、２０、３０のそれぞれに対応するよう複数に分割されている。言い換えれば、第２放熱部材５０は、３つの放熱板部材（放熱板部材５２、５３、５４）の端部同士を対向または当接させつつ環状に配置することにより構成されている。このとき、放熱板部材５２、５３、５４は、それぞれ、第１放熱部材４０の軸に対し垂直な面による断面の形状が台形となるよう形成されている（図６参照）。
【００５６】
この構成では、複数に分割された第２放熱部材５０（放熱板部材５２、５３、５４）は、付勢部材９０によって、それぞれ独立して各半導体モジュール（１０、２０、３０）に押し付けられる。これにより、第２放熱部材５０と封止体１７、２７、３７とが均一かつ密に接した状態となるため、第２放熱部材５０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をさらに高めることができる。また、第１放熱部材４０と封止体１７、２７、３７との間も均一かつ密に接した状態となるため、第１放熱部材４０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果についてもさらに高めることができる。
【００５７】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による電力変換装置を図７に示す。第６実施形態では、各半導体モジュールの形状が第１実施形態と異なる。
【００５８】
第６実施形態では、図７に示すように、半導体モジュール１０、２０、３０の封止体１７、２７、３７は、一方の面が第１放熱部材４０の内壁に当接した状態において、一方の面と他方の面との間の側面同士が対向または当接可能な形状に形成されている。すなわち、半導体モジュール１０、２０、３０は、封止体１７の側面１８と封止体２７の側面２９とが対向または当接し、封止体２７の側面２８と封止体３７の側面３９とが対向または当接し、封止体３７の側面３８と封止体１７の側面１９とが対向または当接するよう、第１放熱部材４０の内側に配置されている。このとき、封止体１７、２７、３７は、それぞれ、第１放熱部材４０の軸方向から見た外形が台形となるよう形成されている（図７参照）。
【００５９】
この構成では、半導体モジュール１０、２０、３０を、封止体１７、２７、３７の側面同士が対向または当接した状態で、周方向にほぼ隙間なく環状に配置することができる。これにより、封止体１７、２７、３７の第１放熱部材４０との当接面積を大きくすることができる。その結果、第１放熱部材４０による半導体モジュール１０、２０、３０の冷却効果をより高めることができる。
【００６０】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、第１放熱部材、第２放熱部材および第３放熱部材に形成した流体通路に、流体として水を流通させる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、流体通路に、流体として空気を流通させることとしてもよい。この場合、第１放熱部材、第２放熱部材および第３放熱部材を空冷することができる。
【００６１】
また、本発明の他の実施形態では、各放熱部材の流体通路に例えば複数の突起または凹部を形成することで、各放熱部材と流体との接触面積をより大きくする構成としてもよい。この構成では、流体による各放熱部材および半導体モジュールの冷却効果をより高めることができる。
【００６２】
また、上述の実施形態では、第３放熱部材に流体通路（第３流体通路）を形成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第３放熱部材に流体通路を形成しない構成としてもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態では、電力変換装置が放熱部材として第１放熱部材、第２放熱部材および第３放熱部材を備える構成を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、放熱部材として、第３放熱部材を備えず、流体通路を有する第１放熱部材、および、第２放熱部材を備える構成としてもよい。あるいは、放熱部材として、第２放熱部材および第３放熱部材を備えず、流体通路を有する第１放熱部材のみ備える構成としてもよい。
【００６４】
また、上述の実施形態では、付勢部材が、金属の板により略円筒状に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、付勢部材は、第２放熱部材の内壁に当接するとともに第２放熱部材の外壁を半導体モジュールに押し付けることが可能であれば、例えばボール状のゴム等、どのような材料でどのような形状に形成されていてもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態では、第１放熱部材の外壁にコンデンサを当接させる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、他の電力変換器を構成する電子部品として、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、昇圧コンバータ、リアクトルおよびコンデンサ等を、第１放熱部材の外壁に当接させるようにして設けてもよい。作動時に発熱するこれら電子部品を第１放熱部材の外壁に当接させるようにして設けることにより、電力変換装置の外周スペースの有効利用を図りつつ、流体通路を有する第１放熱部材によって電子部品を効果的に冷却することができる。
【００６６】
また、上述の実施形態では、第１放熱部材が三角筒状に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第１放熱部材は、中空の筒状であれば、三角筒に限らず、他の多角筒状、あるいは、円筒状に形成されていてもよい。第１放熱部材を円筒状に形成する場合、半導体モジュールの第１放熱部材の内壁に当接する面は、第１放熱部材の内壁の形状に合わせ、曲面状に形成されることが望ましい。また、第２放熱部材も、三角筒状に限らず、他の多角筒状、あるいは、円筒状に形成されていてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、各半導体モジュールは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが１つの封止体により覆われる構成、すなわち、所謂２ｉｎ１構成である例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とがそれぞれ別の封止体で覆われる構成、すなわち、１ｉｎ１構成となるよう構成されてもよい。また、半導体モジュールは、複数の相にそれぞれ対応する第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との組のすべてを１つの封止体で覆うことにより形成されていてもよい。また、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を覆う封止体は、矩形に限らず、その他の多角形または円形等どのような形の板状に形成されていてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態では、電力変換装置が駆動の対象とする回転電機として三相ブラシレスモータを例示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、三相に限らず、他の相数に対応するよう半導体モジュールを備え、対応する相数を有するブラシレスモータを駆動対象とすることとしてもよい。
【００６９】
また、上述の実施形態では、回転電機の相ごとに１つの半導体モジュールを備えることで、１系統のインバータを構成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、回転電機の相ごとに複数の半導体モジュールを備えることで、複数系統のインバータを構成することとしてもよい。この場合、１つの系統のインバータが故障しても、他の系統のインバータにより回転電機の駆動を継続することができる。
【００７０】
また、上述の実施形態では、半導体モジュールのスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ハイブリッド車両の駆動輪の駆動用モータに限らず、例えば電動パワーステアリング装置に用いられるモータや、車両以外に搭載されるその他のモータ等、種々のモータ（回転電機）を駆動対象としてもよい。
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で他の種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ・・・電力変換装置
２  ・・・回転電機
４  ・・・バッテリ（電源）
１０、２０、３０  ・・・半導体モジュール
１１、２１、３１  ・・・第１スイッチング素子（スイッチング素子）
１２、２２、３２  ・・・第２スイッチング素子（スイッチング素子）
１７、２７、３７  ・・・封止体
４０  ・・・第１放熱部材
４１  ・・・第１流体通路
【図１】
2012239256.tif 000003
【図２】
2012239256.tif 000004
【図３】
2012239256.tif 000005
【図４】
2012239256.tif 000006
【図５】
2012239256.tif 000007
【図６】
2012239256.tif 000008
【図７】
2012239256.tif 000009