(57)【要約】【課題】電力変換装置には電動機や直流バッテリに電気的に接続されたバスバーが存在しており、このバスバーで生じるジュール熱が電力変換装置の内部温度を上げる問題があった。また、電気自動車に使用されるので収納空間の制約から電力変換装置を小型にまとめることが要請されている。【解決手段】半導体素子を内蔵するパワーモジュールと、直流電流を供給する直流バスバーと、交流電流が出力される交流バスバーと、冷媒が流れる冷却水路を有する水路筺体からなる電力変換装置であって、水路筺体の冷却水路にパワーモジュールが配置され、水路筺体の第１の面で直流バスバーを冷却し、水路筺体の第２の面で交流バスバーを冷却するようにした。【選択図】図３
2013192367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路を構成する半導体素子を内蔵する半導体パワーモジュールと、前記インバータ回路に直流電流を供給する直流バスバーと、前記インバータ回路によって変換された交流電流が出力される交流バスバーと、前記半導体パワーモジュールを冷却する冷却水が流れる冷却水路を有する水路筺体からなる電力変換装置において、
前記水路筺体の前記冷却水路内に前記半導体パワーモジュールを配置し、前記水路筺体の第１の面と前記直流バスバーの少なくとも一部を熱的に接続して前記直流バスバーを冷却し、または/及び前記水路筺体の第２の面と前記交流バスバーの少なくとも一部を熱的に接続して冷却するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記水路筺体と前記直流バスバーとの間、及び前記水路筺体と前記交流バスバーの間には絶縁機能と放熱機能を有する放熱シートを介して互いに接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記水路筺体の側面には貫通孔が設けられて前記半導体パワーモジュールが挿通固定され、前記水路筺体の側面と直交する上面と前記直流バスバーを前記放熱シートで熱的に接続して前記直流バスバーを冷却し、前記水路筺体の側面と直交する底面と前記交流バスバーを前記放熱シートで熱的に接続して冷却するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記直流バスバーの長手方向と前記水路筺体に設けた冷却水通路の方向が一致するように前記直流バスバーを前記水路筺体に前記放熱シートを介して密着させたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーの延びる方向と前記水路筺体に設けた冷却水通路の方向が一致するように前記交流バスバーを前記水路筺体に前記放熱シートを介して密着させたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記前記水路筺体に設けた冷却水通路は直線状延びる通路、或いは途中で折り返して戻る通路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
インバータ回路を構成する半導体素子を内蔵する半導体パワーモジュールと、前記インバータ回路に直流電流を供給する直流バスバーと、前記インバータ回路によって変換された交流電流が出力される交流バスバーと、前記半導体パワーモジュールを冷却する冷却水が流れる冷却水路を有する水路筺体からなる電力変換装置において
前記水路筺体の前記冷却水路内に前記半導体パワーモジュールを配置し、前記水路筺体の第１の面に絶縁機能と放熱機能を備える放熱シートを介して前記直流バスバーを熱接触するように配置すると共に前記直流バスバーの前記放熱シートへの接触面とは反対側の面に前記直流バスバーと電気的に接続されたコンデンサを載置し、前記水路筺体の第１の面とは反対側に絶縁機能と放熱機能を備える放熱シートを介して前記交流バスバーを接触するように配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置であって、
前記半導体パワーモジュールは前記水路筺体の前記第１の面と前記第２の面を繋ぐ側面に設けた貫通孔を挿通して前記冷却水通路内に露出するように前記水路筺体に固定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記直流バスバーの長手方向と前記水路筺体に設けた冷却水通路の方向が一致するように前記直流バスバーを前記水路筺体に前記放熱シートを介して密着させたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーの延びる方向と前記水路筺体に設けた冷却水通路の方向が一致するように前記交流バスバーを前記水路筺体に前記放熱シートを介して密着させたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０に記載のいずれかの電力変換装置において、
前記電力変換装置は電動機のハウジングに形成した箱状の収納部内に載置されて前記電動機と一体化されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記交流バスバーと前記電動機の電機子巻線の接続部側に前記冷却水通路の入口が配置さ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】
本発明はインバータ回路を備えた電力変換装置に係り、特に半導体パワーモジュールとバスバーを効率良く冷却することができる新規な電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、或いはハイブリッド自動車等においては車両の動力源として電動機を搭載しており、一般的には電動機に供給する電力を制御するためにインバータ装置を主要構成要素とする電力変換装置を備えている。
【０００３】
インバータ装置は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の電力用半導体素子を内蔵した半導体パワーモジュール、その半導体パワーモジュールを駆動する駆動回路、それらを制御する制御回路、及びバッテリから供給される電力の配線である直流バスバー、電動機へ供給する電力の配線である交流バスバー、および電流平滑化用のコンデンサ等を備えている。
【０００４】
このようなインバータ装置を備えた電力変換装置においては、その性能を十分に発揮させるためには電力変換装置の冷却が不可欠であり、従来から提案されているインバータ装置の特に電力用半導体素子で発生する熱を冷却する技術として、例えば、特開２００８−２５９２６７号公報（特許文献１）には半導体パワーモジュールの両面に放熱板を設ける構造が開示されている。
【０００５】
また、この他に電力用半導体素子だけでなくバスバーで発生するジュール熱の冷却が必要になる場合がある。そして、このバスバーの冷却に関しては例えば、特開２０１１−１８８４７号公報（特許文献２）には半導体パワーモジュールの冷却水路内にバスバーを通してバスバーを直接的に冷却する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２５９２６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この種の電力変換装置では多くの電子部品、例えば発熱量の大きい絶縁ゲート型バイポーラトランジスタよりなる電力用半導体素子等が多く使用され、これらの電子部品からの発熱によって電力変換装置が高温の環境になる現象がある。
【０００８】
更に、電力変換装置には電動機や直流バッテリに電気的に接続された導線（バスバー）が存在しており、この導線で生じるジュール熱も電力変換装置の内部温度を上げ、結果的に電力変換装置の温度を高くする現象がある。
【０００９】
これに加えて、この種電力変換装置は電気自動車、或いはハイブリッド自動車等に使用されるので、その収納空間の制約から電力変換装置を小型にまとめることが要請されている。
【００１０】
本発明の目的は、電力用半導体素子や電動機や直流バッテリに電気的に接続された導線（バスバー）で発生する熱を効率よく外部に持ち去ると共に、小型にまとめ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】
【００１１】
本発明の特徴は、インバータ回路を構成する半導体素子を内蔵する半導体パワーモジュールと、インバータ回路に直流電流を供給する直流バスバーと、インバータ回路によって変換された交流電流が出力される交流バスバーと、冷媒が流れる冷却水路を内部に有する水路筺体からなる電力変換装置であって、水路筺体の冷却水路に半導体パワーモジュールが配置され、水路筺体の第１の面で直流バスバーを冷却し、及び/または水路筺体の第２の面で交流バスバーを冷却する、ところにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インバータ装置の半導体パワーモジュールとバスバーを効率良く冷却することができるとともに、インバータ装置を小型にまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気自動車の概略のシステムを示すシステム構成図である。
【図２】電力変換装置の主構成要素であるインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施例になるに電力変換装置の外観斜視図である。
【図４】図３に示す電力変換装置を分解して斜めから見た分解斜視図である。
【図５】図３に示す電力変換装置をＡ−Ａの線で断面したＡ-Ａ断面図である。
【図６】半導体パワーモジュールを斜めから見た外観斜視図である。
【図７】モータジェネレータと電力変換装置を組み合わせた構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明するが、その前に本発明が対象とする電力変換装置の構成について説明する。
【００１５】
図１は電気自動車（以下「ＥＶ車」と記述する）のシステムを示すシステム構成図である。モータジェネレータ２０は車両の走行用トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータ２０に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。
【００１６】
モータジェネレータ２０は例えば永久磁石同期電動機（三相）であり、電動機及び発電機として切り換え動作する。例えば坂道を下る運転状態や減速運転状態では回生制御されて発電機としてバッテリ３０を充電することができる。
【００１７】
モータジェネレータ２０が発生する回転トルクは、変速機１８およびデファレンシャルギア１６を介して車輪１２に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪１２から回転トルクがモータジェネレータ２０に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は電力変換装置４０により直流電力に変換されて高電圧用のバッテリ３０を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして再利用される。
【００１８】
電力変換装置４０はバッテリ３０と直流ケーブル３２を介して電気的に接続されており、バッテリ３０と電力変換装置４０との相互において電力の授受が行われる。
【００１９】
モータジェネレータ２０を電動機として動作させる場合には、電力変換装置４０は直流ケーブル３２を介してバッテリ３０から供給された直流電力を交流電力に変換して交流ケーブル３４を介してモータジェネレータ２０に供給する。
【００２０】
次に、図２を用いて電力変換装置のインバータ回路４２の具体的な構成を説明する。尚、以下では電力用半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており略してＩＧＢＴと記すことにする。
【００２１】
図２において、上アームとして動作するＩＧＢＴ５２及びダイオード５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ６２及びダイオード６６とで、上下アームの直列回路５０が構成される。インバータ回路４２は、この直列回路５０を出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応して備えている。
【００２２】
これらの三相は、この実施の形態ではモータジェネレータ２０の電機子巻線の三相の各相巻線に対応している。三相のそれぞれの上下アームの直列回路５０は直列回路の中間電極６９から交流電流を出力する。この中間電極６９は交流端子５９を介して交流バスバー８６と接続され、さらに交流コネクタ８８を介してモータジェネレータ２０の各相巻線に電気的に接続されている。
【００２３】
上アームのＩＧＢＴ５２のコレクタ電極は正極端子５７を介して正極導体板９２に、また、下アームのＩＧＢＴ６２のエミッタ電極は、負極端子５８を介して負極導体板９４に電気的に接続されている。正極導体板９２および負極導体板９４はコンデンサ９０に電気的に接続されており、さらに直流コネクタ３８を介してバッテリ３０に電気的に接続されている。（図３、図４等を参照のこと）
制御回路７２は上位の制御装置から制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路４２を構成する各相の直列回路５０を構成する上アームのＩＧＢＴ５２や下アームのＩＧＢＴ６２を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路７４に供給する。
【００２４】
ドライバ回路７４は上記制御パルスに基づき、各相のＩＧＢＴを制御するための駆動パルスをＩＧＢＴ５２の信号用エミッタ電極５５と、ゲート電極５４及び、ＩＧＢＴ６２の信号用エミッタ電極６５と、ゲート電極６４を介して供給する。各相のＩＧＢＴは、ドライバ回路７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ３０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータジェネレータ２０に供給する。
【００２５】
制御回路７２は、ＩＧＢＴ５２及びＩＧＢＴ６２のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータ２０に対して要求される目標トルク値、直列回路５０からモータジェネレータ２０に供給される電流値、及びモータジェネレータ２０の回転子の磁極位置がある。
【００２６】
目標トルク値は、図示しないの上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ８０による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ２０に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。
【００２７】
制御回路７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ２０のｄ軸、ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸、ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸、ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路７４に出力する。
【００２８】
ドライバ回路７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ６２のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ５２のゲート電極にそれぞれ出力する。
【００２９】
以上がインバータ回路の具体的な構成であるが、この構成は良く知られているものであるのでこれ以上の説明は省略する。
【００３０】
そして、上述したように電力変換装置では多くの電子部品、例えば発熱量の大きい絶縁ゲート型バイポーラトランジスタよりなる電力用半導体素子等が多く使用され、これらの電子部品からの発熱によって電力変換装置が高温の環境になる現象がある。
【００３１】
更に、電力変換装置には電動機や直流バッテリに電気的に接続された導線（バスバー）が存在しており、この導線で生じるジュール熱も電力変換装置の内部温度を上げ、結果的に電力変換装置の温度を高くする現象がある。
【００３２】
これに加えてこの種電力変換装置は電気自動車、或いはハイブリッド自動車等に使用されるので、その収納空間の制約から電力変換装置を小型にまとめることが必要である。
【００３３】
本発明は、小型に構成できながら効率よく電力用半導体素子や電動機や直流バッテリに電気的に接続された導線（バスバー）で発生する熱を外部に持ち去る技術を提案するものである。
【００３４】
図３は電力変換装置４０の外観斜視図、図４は図３に示す電力変換装置を分解して斜めから見た分解斜視図、図５は図３に示す電力変換装置をＡ−Ａの線で断面したＡ-Ａ断面図、及び図６は半導体パワーモジュールを斜めから見た外観斜視図である。
【００３５】
以上のような図面をもとに本発明の一実施例を説明する。図３において、参照番号１１０は水路筺体で長手方向に直角に位置する短辺側側面１１０Ａには冷却水入口１１２が設けられ、この冷却水入口１１２より流入した冷却水は水路筺体１１０の内部を通って図示しない冷却水出口から流出される。この水路筺体１１０は伝熱性の良い材料、好ましくはアルミ合金で作られており、水路筺体１１０の内部を流れる冷却水によって熱が外部に持ち去られるようになっている。
【００３６】
そして、この水路筺体１１０の長辺側側面１１０Ｂには３個の貫通孔（図示せず）が開けられ、この貫通孔に夫々Ｕ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃが挿入されている。このＵ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃは電力用半導体素子を主要構成要素としたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上下アームの直列回路５０を内蔵している。
【００３７】
良く知られているように、Ｕ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃには、上下アームの直列回路５０を構成する電力用半導体素子（ＩＧＢＴ５２、ＩＧＢＴ６２、ダイオード５６、ダイオード６６）が内部に封止され、外部接続端子である正極端子５７、負極端子５８、交流端子５９および、制御信号用の接続端子である上アームゲート端子５４、上アームエミッタ端子５５、下アームゲート端子６４、下アームエミッタ端子６５と電気的に接続されている。
【００３８】
水路筺体１１０の上面１１０ｃには絶縁機能と放熱機能を備えるシート（以下放熱シートという）１３０Ａが密着して載置され、更にその上に直流バスバーとして機能する銅よりなる正極導体板９２、及び銅よりなる負極導体板９４を介してコンデンサ９０が載置されている。コンデンサ９０の上には各半導体パワーモジュール５００ａ、５００ｂ、及び５００ｃを制御する制御基板１２０が載置されるようになっている。
【００３９】
制御基板１２０は制御回路７２及びドライバ回路７４が実装されるが、図面上では省略している。ドライバ回路７４はこれと電気的に接続されたＵ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃの制御信号用の接続端子である上アームゲート端子５４、上アームエミッタ端子５５、下アームゲート端子６４、下アームエミッタ端子６５を介して上下アームのＩＧＢＴ５２、６２を制御する。
【００４０】
当然であるが個々の上下アームのＩＧＢＴ５２、６２はこれも夫々アームゲート端子５４、上アームエミッタ端子５５、下アームゲート端子６４、下アームエミッタ端子６５を介して制御されるものである。
【００４１】
直流バスバーとして機能する正極導体板９２の長辺方向に直交する短辺側にはバッテリの正極と接続されるバッテリ正極側電極部９２ａが形成され、同様に直流バスバーとして機能する負極導体板９４の長手方向側にはバッテリの負極と接続されるバッテリ負極側電極部９４ａが形成されている。
【００４２】
正極導体板９２および負極導体板９４は配線インダクタンスの低減を目的として積層状に配置されることが望ましく、絶縁紙や樹脂などを挟んで互いに密着させてもよいものである。
【００４３】
ここで、正極導体板９２と負極導体板９４の長手方向に沿って水路筺体１１０の冷却水通路１１１が形成されており、長手方向に冷却水が流れるようになっている。これによって熱の持ち去り効率を高めている。
【００４４】
尚、この冷却水通路１１１を直線状に形成して各半導体パワーモジュール５００ａ、５００ｂ、及び５００ｃをこれに沿って順次並べて配置する構成や、冷却水通路１１１を折り返して流れるようなＵ字状に形成して各半導体パワーモジュール５００ａ、５００ｂ、及び５００ｃをこれに沿って順次並べて配置する構成を採用することができる。直線状に冷却水通路１１１を形成する場合は水路筺体１１０の対向する面に夫々冷却水の出入口を設ければ良く、また、Ｕ字状に冷却水通路１１１を形成する場合は水路筺体１１０の一方の面に夫々冷却水の出入口を設ければ良いものである。
【００４５】
また、正極導体板９２の長辺側には半導体パワーモジュールの正極端子５７と接続される正極側電極部９２ｂが形成され、同様に負極導体板９４の長辺側には半導体パワーモジュールの負極端子５８と接続される負極側電極部９４ｂが形成されている。
【００４６】
水路筺体１１０の下側には銅よりなる３本のＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃが配置されており、Ｕ相交流バスバー８６ａの接続端子８６ａａはＵ相半導体パワーモジュール５００ａの交流端子５９に接続され、Ｖ相交流バスバー８６ｂの接続端子８６ｂｂはＶ相半導体パワーモジュール５００ｂの交流端子５９に接続され、Ｗ相交流バスバー８６ｃの接続端子８６ｃｃはＷ相半導体パワーモジュール５００ｃの交流端子５９に接続されている。
【００４７】
ここで、３本のＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃの延びる方向に沿って水路筺体１１０の冷却水通路１１１が形成されており、各交流バスバーの延びる方向に冷却水が流れるようになっている。これによって熱の持ち去り効率を高めている。
【００４８】
図４及び図５に示されているように、水路筺体１１０の底面１１０Ｄには絶縁機能と放熱機能を備えるシート（以下放熱シートという）１３０Ｂが密着して配置されている。そして、上述した３本のＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃが放熱シート１３０Ｂに密着して配置されている。
【００４９】
尚、図５においてコンデンサ９０は正極端子９１ａを介して正極導体板９２と電気的に接続され、同様にコンデンサ９０の負極端子９１ｂを介して負極導体板９４と電気的に接続されている。
【００５０】
図６にあるように、Ｕ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃは中空の缶状の容器５０３に収納されその一端に取り付けハウジング５０１が形成されている。そして、この取り付けハウジングを水路筺体１１０の上面１１０Ｃと底面１１０Ｄを繋ぐ側面１１０Ｂに設けた貫通孔に取り付ければ、図５にあるように缶状の容器５０３が水路筺体１１０の冷却水通路１１１に露出するようになる。
【００５１】
したがって、ＩＧＢＴ等で発生する熱は主としてＵ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃの容器５０３によって形成される第一放熱面５０３ａ、及び第二の放熱面５０３ｂから水路筐体１１０内の冷却水通路１１１を流れる冷却水に放熱される。このとき、放熱面５０３ａ、５０３ｂには冷却水との接触面積を大きくするため、図示してはいないが柱状、あるいは板状の放熱フィンが設けられている。
【００５２】
そして、本実施例の特徴の一つは上述したように水路筐体１１０の上面１１０Ｃに放熱シート１３０Ａを介して直流バスバーである正極導体板９２及び負極導体板９４が密着して配置されていることである。。
【００５３】
また、本実施例のもう一つの特徴は上述したように水路筐体１１０の底面１１０Ｄに放熱シート１３０Ｂを介して交流バスバー８６ａ、８６ｂ及び８６ｃが密着して配置されていることである。
【００５４】
放熱シート１３０Ａ及び１３０Ｂは上述しているように放熱機能と絶縁機能を兼ね備えていることが重要であり、本実施例においては複合材によって放熱シート１３０Ａ及び１３０Ｂが形成されている。具体的には放熱シートと絶縁シートを貼り合わせた二重構造のシートである。
【００５５】
放熱シート１３０Ａ及び１３０Ｂの材料としては、絶縁シート部はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）が使用され、放熱性を高めるためその厚さをなるべく薄くしており、厚さは０.１ｍｍのものを使用している。また、放熱シート部はシリコン系の樹脂材料が使用され、その厚さは１.０ｍｍのものを使用している。このような放熱シート部、及び絶縁シート部は説明した材料や厚さに限定されなく、これ以外の材料や仕様が適宜選択、採用されても差し支えないものであるが、実際の材料としてはこれらが使用実績等の観点から望ましいものである。
【００５６】
以上のような構成の電力変換装置において、電動機を駆動するためインバータ回路を含む電力変換装置４０によって直流電流が交流電流に変換され、また電動機を発電機と使用するため交流電流が直流電流に変換されるが、そのために使用されるインバータ回路のＩＧＢＴ等で発生する熱は主としてＵ相半導体パワーモジュール５００ａ、Ｖ相半導体パワーモジュール５００ｂ、及びＷ相半導体パワーモジュール５００ｃの容器５０３によって形成される第一放熱面５０３ａ、及び第二の放熱面５０３ｂから水路筐体１１０内の冷却水通路１１１を流れる冷却水に放熱される。このため半導体パワーモジュール５００ａ、５００ｂ、及び５００ｃ自身による熱は効率よく冷却水に移されて水路筺体１１０の外部に持ち去られる。
【００５７】
また、直流と交流の変換過程で生じる正極導体板９２及び負極導体板９４よりなる直流バスバー及びＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃでのジュール熱は放熱シート１３０Ａ及び１３０Ｂを介して水路筺体１１０の本体に伝えられ、更に水路筺体１１０を流れる冷却水によって外部に持ち去られるので、効率よく両バスバーで生じるジュール熱を逃がすことができるようになる。
【００５８】
また、本実施例によると水路筺体１１０の上面に放熱シート１３０Ａ、直流バスバーを構成する正極導体板９２、負極導体板９４及びコンデンサ９０を積み上げる構成とし、更に水路筺体１１０の低面に放熱シート１３０Ｂ、交流バスバーを積み上げる構成としたのでこれらを効率よく小型にまとめることができ、電気自動車、或いはハイブリッド自動車等の狭い収納空間に収めることができる。
【００５９】
更に、電力変換装置には電動機と電気的に接続された熱伝達が良い導線が接続されており、この導線を介して電動機の熱が電力変換装置の交流バスバーに流入し、この熱がインバータ回路部や、場合によってはコンデンサまで侵入して結果的に電力変換装置の温度を高くする現象がある。電力変換装置のコンデンサは熱的に弱く、外部から侵入する熱を出来るだけ少なくすることが要請されている。
【００６０】
本実施例においては、交流バスバーに流入してくる外部からの熱（例えば電動機からの熱）は放熱シート１３０Ｂを通って水路筺体１１０に伝えられようになる。水路筐体１１０は冷媒入口１１２から流入する冷却水によって冷却されるためにＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃより温度が低くなっており、この温度勾配の差によってＵ相交流バスバー８６ａ、Ｖ相交流バスバー８６ｂ及びＷ相交流バスバー８６ｃの熱は水路筐体１１０に効率よく流れることになる。よって、電動機の熱が電力変換装置の交流バスバーに流入しても効率よく水路筺体１１０を流れる冷却水で持ち去ることが期待できる。
【００６１】
図７は小型にまとめられた本実施例になる電力変換装置４０をモータジェネレータ２０に組み込んだ構成を示す構成図である。
【００６２】
図７において、簡略化して示した電動機を収納したハウジング２００には一体に形成された電力変換装置４０を収納する収納部２０２が形成されている。この収納部２０２は全体的には矩形の箱状に形成され、この箱内に電力変換装置４０がぴったりと収まるように収納されている。これによって、電動機と電力変換装置が一体化された、いわゆる機電一体型のモータジェネレータ２０が実現できる。
【００６３】
そして、電力変換装置を構成する水路筺体１１０の冷却水入口１１２や冷媒出口、図２に示す直流コネクタ３８等は収納部２０２に設けた窓部２０２Ａ，２０２Ｂ等から外部に向かって引き出すことができるように構成されている。
【００６４】
尚、交流コネクタ８８は収納部２０２の外部に露出させてモータジェネレータ２０の三相の電機子巻線と接続しても良いし、収納部２０２の底面の底壁面を貫通して接続しても良いものである。ここで、電動機と電力変換装置が一体化された機電一体型のモータジェネレータ２０においては、図７にあるように交流バスバー８６ａ、８６ｂ、８６ｃと電機子巻線の接続部側に冷却水入口１１２を設けた方が冷却効果が向上するようになる。
【００６５】
以上に説明した実施例おいては電気自動車の駆動用電動機と電力変換装置を一体化したものについて説明しているが、図３乃至図６に示した実施例はハイブリッド自動車への適用や、電動機と電力変換装置を別々に構成したシステムへの適用も可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１２…車輪、１６…デファレンシャルギア、１８…変速機、２０…モータジェネレータ、３０…バッテリ、３２…直流ケーブル、３４…交流ケーブル、３８…直流コネクタ、４０…インバータ装置、４２…インバータ回路、５０…上下アームの直列回路、５２…上アームのＩＧＢＴ、５４…上アームゲート電極、５５…上アームエミッタ電極、５６…上アームのダイオード、５８…負極端子、５９…交流端子、６２…下アームのＩＧＢＴ、６４…下アームゲート電極、６５…下アームエミッタ電極、６６…下アームのダイオード、６９…中間電極、７２…制御回路、７４…ドライバ回路、８０…電流センサ、８６…交流バスバー、８６ａ…Ｕ相交流バスバー、８６ｂ…Ｖ相交流バスバー、８６ｃ…Ｗ相交流バスバー、８８…交流コネクタ、９０…コンデンサ、９１ａ…コンデンサ正極端子、９１ｂ…コンデンサ負極端子、９２…正極導体板、９２ａ…正極導体板のバッテリ側正電極、９４…負極導体板、９４ａ…負極導体板のバッテリ側負電極、１１０…水路筐体、１１０Ａ…水路筐体の短辺側の側面、１１１Ｂ…水路筐体の長辺側の側面、１１０Ｃ…水路筐体の上面、１１１Ｄ…水路筐体の底面、
１１２…冷媒入口、１１１…冷却水流路、１２０…制御基板、１３０Ａ、１３０Ｂ…放熱シート、２００…ハウジング、２０２…収納部、５００ａ…Ｕ相半導体パワーモジュール、５００ｂ…Ｖ相半導体パワーモジュール、５００ｃ…Ｗ相半導体パワーモジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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