(57)【要約】 【課題】  信頼性の高い電力変換装置および電動車両を提供する。【解決手段】  実施形態の電力変換装置は、互いに直列接続した第１スイッチ３および第２スイッチ４を含む第１スイッチ対と、互いに直列接続した第３スイッチ５および第４スイッチ６とを含む第２スイッチ対と、第１および第２スイッチ対と電気的に並列接続し、方向Ｄ６において第１および第２スイッチ対の間に配置するコンデンサ２ａと、を備えている。第１スイッチ３および第３スイッチ５のコレクタ１０４、１０８と、第２スイッチ４および第４スイッチ６のエミッタ１０７、１１１と、コンデンサ２ａの電極１０２ａ、１０３ａとは、方向Ｄ５における一方側において方向Ｄ６に並んで配置し、第１スイッチ３および第３スイッチ５のエミッタ１０５、１０９と、第２スイッチ４および第４スイッチ６のコレクタ１０６、１１０とは、第２方向Ｄ５における他方側において方向Ｄ６に並んで配置している。【選択図】図３
2016040981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチと、前記第１スイッチと電気的に直列接続した第２スイッチと、を含む第１スイッチ対と、
第３スイッチと、前記第３スイッチと電気的に直列接続した第４スイッチと、を含む第２スイッチ対と、
前記第１スイッチ対、および、前記第２スイッチ対と電気的に並列接続するとともに、第１方向において前記第１スイッチ対と前記第２スイッチ対との間に配置するコンデンサと、を備え、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチのコレクタ端子と、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチのエミッタ端子と、前記コンデンサの電極端子とは、前記第１方向と略直交した第２方向における一方側において、前記第１方向に並んで配置し、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチのエミッタ端子と、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチのコレクタ端子とは、前記第２方向における他方側において、前記第１方向に並んで配置していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１スイッチは前記第２スイッチよりも前記第１方向における前記コンデンサの近くに配置し、かつ、前記第３スイッチは前記第４スイッチよりも前記第１方向における前記コンデンサの近くに配置している、又は、
前記第２スイッチは前記第１スイッチよりも前記第１方向における前記コンデンサの近くに配置し、かつ、前記第４スイッチは前記第３スイッチよりも前記第１方向における前記コンデンサの近くに配置していることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１スイッチ対が配置する開口と、前記コンデンサが配置する開口と、前記第２スイッチ対が配置する開口とを含む枠体と、前記枠体内に収容され、前記エミッタ端子、前記コレクタ端子、および前記電極端子とを電気的に接続するバスバーと、を有するバスバーモジュールを更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１スイッチ対、前記第２スイッチ対、および、前記コンデンサを支持するとともに、内部に冷却媒体の流路を備える冷却器を更に備え、
前記冷却器は前記コンデンサを収容する凹部を有している請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記冷却器は、前記第１方向における前記コンデンサの両脇に設けられた隔壁を更に有していることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却器は、前記第１方向における、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間、および、前記第３スイッチと前記第４スイッチとの間に設けられた隔壁を更に有していることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電力変換装置と、
前記第１スイッチおよび第３スイッチの前記コレクタ端子と正極とが電気的に接続し、前記第２スイッチおよび第４スイッチの前記エミッタ端子と負極とが電気的に接続した直流電源と、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの直列接続点、および、前記第３スイッチと前記第４スイッチとの直列接続点に電気的に接続したモータと、
前記モータの動力を車輪に伝達する車軸と、を備えたことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置および電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪を駆動する駆動装置として内燃機関と電動モータとを併用するハイブリッド車の普及が進められている。また、車輪を駆動する駆動装置として電動モータのみを有する電気自動車の普及も進められている。
【０００３】
ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両は、電池から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータへ供給する電力変換装置を有している。電力変換装置は、例えば、直流電源と接続した直流電流供給ラインの高電位側と低電位側との間で直列に接続した一対のスイッチング素子を備える。一対のスイッチング素子の直列接続点は負荷と接続している。さらに、直流電流供給ライン間にコンデンサを接続すると、直流電流供給ラインの電位が変化することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８０９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、直流電力を３相交流電力に変換する電力変換装置は、各相のスイッチング素子対を有している。３相の電力変換装置において各相のスイッチング素子対と並列にコンデンサを接続することにより、コンデンサとスイッチング素子との間の配線距離が短くなり、インダクタンスを小さくすることが可能である。
【０００６】
しかしながら、電力変換装置の相毎にコンデンサを接続する場合、スイッチング素子やコンデンサの配置設計によっては、コンデンサとスイッチング素子との間を接続する導電体の距離が長くなり、インダクタンスが大きくなって電力変換効率が低下することがあった。また、コンデンサとスイッチング素子との間を接続する導電体のインダクタンスが大きくなると、電直流電流供給ラインに重畳するサージ電圧が大きくなり、サージ電圧がスイッチング素子の耐圧を超えると、電力変換装置の故障の原因となる可能性があった。
【０００７】
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、信頼性の高い電力変換装置および電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、第１スイッチと、前記第１スイッチと電気的に直列接続した第２スイッチと、を含む第１スイッチ対と、第３スイッチと、前記第３スイッチと電気的に直列接続した第４スイッチと、を含む第２スイッチ対と、前記第１スイッチ対、および、前記第２スイッチ対と電気的に並列接続するとともに、第１方向において前記第１スイッチ対と前記第２スイッチ対との間に配置するコンデンサと、を備え、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチのエミッタ端子と、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチのエミッタ端子と、前記コンデンサの電極端子とは、前記第１方向と略直交した第２方向における一方側において、前記第１方向に並んで配置し、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチのエミッタ端子と、前記第２スイッチおよび前記第４スイッチのコレクタ端子とは、前記第２方向における他方側において、前記第１方向に並んで配置していることを特徴とする電力変換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態の電力変換装置および電動車両の一構成例を説明する為の等価回路図である。
【図２】図２は、一実施形態の電力変換装置における、半導体パッケージの外観の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、一実施形態の電力変換装置の平面図である。
【図４】図４は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の一例を示す図である。
【図５】図５は、一実施形態の電力変換装置における、半導体パッケージとコンデンサとの電気的接続構成について説明するための図である。
【図６】図６は、一実施形態の電力変換装置における、制御回路基板の一構成例を説明するための平面図である。
【図７】図７は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
【図８】図８は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
【図９】図９は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の電力変換装置および電動車両について、図面を参照して説明する。  
図１は、一実施形態の電力変換装置および電動車両の一構成例を説明する為の等価回路図である。
【００１１】
本実施形態の電動車両は、電力変換装置と、モータ１５と、モータ１５の回転動力を車輪ＷＬへ伝達する車軸と、を備えている。電力変換装置は、直流電源１と、コンデンサ２ａ〜２ｃと、半導体パッケージ３〜１４と、を備えている。
【００１２】
本実施形態の電力変換装置は、直流電源１から供給された直流電力を３相交流電力に変換する。電力変換装置は、図示しない駆動回路からのゲート駆動信号に従って、半導体パッケージ３〜１４のスイッチング素子が開閉することにより、モータ１５へ３相交流電流を供給する３相双方向電力変換装置であって、各相に２対の半導体パッケージを備えている。
【００１３】
直流電源ＢＴは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を含む。直流電源ＢＴから出力された直流電力を出力するとともに、直流電源ＢＴはモータ１５が発電する電気エネルギーを充電する。
【００１４】
半導体パッケージ３〜１４は例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）、ＧＴＯ（gate turn-off thyristor）、トランジスタなどの電気的に開閉制御可能なスイッチング素子と、ダイオードと、を含んでいる。スイッチング素子のゲートには図示しない駆動回路から駆動信号が入力される。スイッチング素子はコレクタが直流電流供給ラインの高電位側、エミッタが直流電流供給ラインの低電位側となるように接続している。ダイオードは、直流電流供給ラインの低電位側から高電位側へ向かう方向が順方向となるようにスイッチング素子と並列に接続している。
【００１５】
本実施形態の電力変換装置は、Ｕ相の半導体パッケージとして、互いに直列に接続した２対の半導体パッケージ３〜６を有している。すなわち、Ｕ相は、半導体パッケージ３（第１スイッチ）と、半導体パッケージ３と電気的に直列接続した半導体パッケージ４（第２スイッチ）と、を含む第１スイッチ対と、半導体パッケージ５（第３スイッチ）と、半導体パッケージ５と電気的に直列接続した半導体パッケージ６（第４スイッチ）と、を含む第２スイッチ対とを有している。
【００１６】
半導体パッケージ３、４は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ５、６は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ３、４の直列接続点と、半導体パッケージ５、６の直列接続点とは、電力変換装置のＵ相端子１２８と電気的に接続している。
【００１７】
本実施形態の電力変換装置は、Ｖ相の半導体パッケージとして、直列に接続した２対の半導体パッケージ７〜１０を有している。すなわち、Ｖ相は、半導体パッケージ７と、半導体パッケージ７と電気的に直列接続した半導体パッケージ８と、を含む第１スイッチ対と、半導体パッケージ９と、半導体パッケージ９と電気的に直列接続した半導体パッケージ１０と、を含む第２スイッチ対とを有している。
【００１８】
半導体パッケージ７、８は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ９、１０は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ７、８の直列接続点と、半導体パッケージ９、１０の直列接続点とは、電力変換装置のＶ相端子１２９と電気的に接続している。
【００１９】
本実施形態の電力変換装置は、Ｗ相の半導体パッケージとして、直列に接続した２対の半導体パッケージ１１〜１４を有している。すなわち、Ｗ相は、半導体パッケージ１１と、半導体パッケージ１１と電気的に直列接続した半導体パッケージ１２と、を含む第１スイッチ対と、半導体パッケージ１３と、半導体パッケージ１３と電気的に直列接続した半導体パッケージ１４と、を含む第２スイッチ対とを有している。
【００２０】
半導体パッケージ１１、１２は直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ１３、１４は、直流電流供給ライン間に直列に接続している。半導体パッケージ１１、１２の直列接続点と、半導体パッケージ１３、１４の直列接続点とは、電力変換装置のＷ相端子１３０と電気的に接続している。
【００２１】
コンデンサ２ａは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ３、４（第１スイッチ対）、半導体パッケージ５、６（第２スイッチ対）および直流電源１と並列に接続している。コンデンサ２ａは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０２ａと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０３ａとを備えている。
【００２２】
コンデンサ２ｂは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ７、８（第１スイッチ対）、半導体パッケージ９、１０（第２スイッチ対）および直流電源１と並列に接続している。コンデンサ２ｂは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０２ｂと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０３ｂとを備えている。
【００２３】
コンデンサ２ｃは、直流電流供給ライン間において、半導体パッケージ１１、１２（第１スイッチ対）、半導体パッケージ１３、１４（第２スイッチ対）および直流電源１と並列に接続している。コンデンサ２ｃは、高電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０２ｃと、低電位側の直流電流供給ラインと電気的に接続した導電体１０３ｃとを備えている。
【００２４】
モータＭは、電力変換装置から供給された電流によりトルクを発生する。モータＭの出力軸には、負荷装置が接続されて発生したトルクが伝達される。また、モータＭは、負荷装置の運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。モータＭの回生運転による電力は電力変換装置で直流電力へ変換されて、直流電源ＢＴに充電される。本実施形態では、モータＭの出力軸には、車軸が接続されて発生したトルクが車軸を介して車輪ＷＬへ伝達される。また、モータＭは、車軸を介して伝達された車輪ＷＬの運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。
【００２５】
図２は、一実施形態の電力変換装置における、半導体パッケージの外観の一例を示す斜視図である。なお、ここでは、半導体パッケージ３について外観の一例を示しているが、半導体パッケージ４〜１４の外観も同様である。
【００２６】
半導体パッケージ３は、例えば両面放熱型および垂直実装型の電力変換素子として構成されている。本実施形態の半導体パッケージ３は、第１導電体（コレクタ導電体）１０４と、第２導電体（エミッタ導電体）１０５と、複数の信号端子６４と、外囲器５００と、を備えている。
【００２７】
なお、以下の半導体パッケージの説明において、外囲器５００から複数の信号端子６４が延びた方向を高さ方向Ｄ１、外囲器５００から第１導電体１０４および第２導電体１０５が突出した方向を長手方向Ｄ２、高さ方向Ｄ１と長手方向Ｄ２とに直交した方向を幅方向Ｄ３とする。高さ方向Ｄ１と長手方向Ｄ２と幅方向Ｄ３とは互いに直交している。
【００２８】
外囲器５００は、例えば樹脂等により形成された絶縁体であって、半導体パッケージ３の半導体スイッチやダイオード等の構成部材を被覆および封止している。外囲器５００は、ほぼ直方体形状に形成されている。外囲器５００は、高さ方向Ｄ１において対向した上面７４および底面（図示せず）、長手方向Ｄ２において対向した側面７５、７６、幅方向Ｄ３において対向し互いに平行な２つの側面７２、７３と、を有している。
【００２９】
外囲器５００の上面７４において、パーティングラインＰＬと側面７２との間の部分は、パーティングラインＰＬから側面７２に向かって底面側へ僅かに傾斜して延び、パーティングラインＰＬと側面７３との間の部分は、パーティングラインＰＬから側面７３に向かって底面側へ僅かに傾斜して延びている。
【００３０】
第１導電体１０４は、パーティングラインＰＬの位置で外囲器５００の一方の側面７６から外囲器５００の長手方向Ｄ２外方に突出している。第１導電体１０４の接触部１０４ａは、側面７６側へ直角に折り曲げられ、外囲器５００の側面７６と隙間を置いて対向している。また、接触部１０４ａは、長手方向Ｄ２に対して略直角に折り曲げられ、外囲器５００に対して、幅方向Ｄ３の略中央に位置している。
【００３１】
第２導電体１０５は、パーティングラインＰＬの位置で外囲器５００の他方の側面７５から外囲器５００の長手方向Ｄ２外方に突出している。第２導電体１０５の接触部１０５ａは、側面７５側へ直角に折り曲げられ、外囲器５００の側面７５と隙間を置いて対向している。また、接触部１０５ａは、長手方向Ｄ２に対して略直角に折り曲げられ、外囲器５２に対して、積層方向Ｗの略中央に位置している。
【００３２】
信号端子６４ａ〜６４ｅは互いに間隔を置いて位置し、パーティングラインＰＬの位置で外囲器５００から高さ方向Ｄ１に突出している。５本の信号端子６４ａ〜６４ｅは、互いに平行に延びている。信号端子６４ａ〜６４ｅは、高さ方向Ｄ１に沿って互いに平行に延び、それぞれ高さ方向Ｄ１に離間した２箇所で折曲げられている。信号端子６４ａ〜６４ｅの長手方向Ｄ２における幅は、外囲器５００近傍よりも外囲器５００から離れた部分方が小さくなっている。信号端子６４ａ〜６４ｅの先端の外面には導電膜が形成されている。
【００３３】
信号端子６４ａ〜６４ｅは、エミッタ分岐端子（コレクタ、エミッタ間電圧モニタ端子）（分岐信号端子）６４ａ、電流（エミッタセンス電流）モニタ端子６４ｂ、ゲート（ゲート、エミッタ間電圧）端子６４ｃ、チップ温度モニタ端子６４ｄ、６４ｅの５本の信号端子を含んでいる。
【００３４】
図３は、一実施形態の電力変換装置の平面図である。ここでは、後述する制御回路基板を分離した状態の電力変換装置を示している。  
電力変換装置は、バスバーモジュール２０を備えている。バスバーモジュール２０は、マトリクス状に設けられた複数の開口を有する枠体と、枠体内に収容されたバスバー（図示せず）と、固定部２１と、正極端子１００と、負極端子１０１と、Ｕ相端子１２８と、Ｖ相端子１２９と、Ｗ相端子１３０と、を含む。
【００３５】
バスバーモジュール２０の複数の開口は、バスバーモジュール２０と後述するケース２６とが積層した積層方向Ｄ４に開通している。本実施形態では、積層方向Ｄ４と略直交するとともに互いに直交した２つの方向を行方向（第２方向）Ｄ５および列方向（第１方向）Ｄ６として、９つの開口が３行３列のマトリクス状に配置している。
【００３６】
半導体パッケージ３〜１４は、図２の高さ方向Ｄ１が図３の積層方向Ｄ４と略一致し、図２の長手方向Ｄ２が図３の行方向Ｄ５と略一致し、図２の幅方向Ｄ３が図３の列方向Ｄ６と略一致するように並んでいる。
【００３７】
列方向（線Ａ−Ａと略平行な方向）Ｄ６に並んだ３つの開口には、各列に各相の第１スイッチ対、第２スイッチ対、およびコンデンサがそれぞれ収容される。列方向Ｄ６において、コンデンサ２ａ〜２ｃは、第１スイッチ対と第２スイッチ対との間にそれぞれ配置している。列方向Ｄ６に並んだ３つの開口のうち、１行目および３行目の開口には、それぞれ直列に接続した１対の半導体パッケージが配置している。
【００３８】
固定部２１は、バスバーモジュール２０の枠体の複数の位置に設けられ、後述するケース２６および制御回路基板ＳＢをねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、バスバーモジュール２０は平面視で略矩形状の外形であって、固定部２１は、バスバーモジュール２０の外周の４つの角のそれぞれから外側に向かって突出するとともに、列方向Ｄ６に延びる外周の部分から外側に向かって突出している。
【００３９】
正極端子１００と負極端子１０１とは、例えば直流電源ＢＴの正極および負極と電気的に接続する配線やケーブル等の導電手段をねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、正極端子１００と負極端子１０１とは、バスバーモジュール２０の行方向Ｄ５に延びる一方の外周の部分から外側に向かって突出している。
【００４０】
Ｕ相端子１２８、Ｖ相端子１２９、および、Ｗ相端子１３０は、例えば、モータＭの各相電流入力端子に接続する配線やケーブルなどの導電手段をねじ止め固定するためのネジ孔を有している。本実施形態では、Ｕ相端子１２８、Ｖ相端子１２９、および、Ｗ相端子１３０は、バスバーモジュール２０の行方向Ｄ５に延びる他方の外周の部分から外側に向かって突出している。
【００４１】
次に、Ｕ相の半導体パッケージ３〜６、および、コンデンサ２ａの配置について説明する。  
Ｕ相の半導体パッケージ３〜６、および、コンデンサ２ａは、直流電流供給ラインと電気的に接続する導電体１０４、１０７、１０８、１１１、および導電体１０２ａ、１０３ａが、線Ａ−Ａと略直交した方向（行方向Ｄ５）における一方側に配置し、Ｕ相端子１２８と電気的に接続する導電体１０５、１０６、１０９、１１０が、線Ａ−Ａと略直交した方向（行方向Ｄ５）における他方側に配置している。
【００４２】
すなわち、半導体パッケージ３（第１スイッチ）および半導体パッケージ５（第３スイッチ）のコレクタ端子（導電体１０４、１０８）と、半導体パッケージ４（第２スイッチ）および半導体パッケージ６（第４スイッチ）のエミッタ端子（導電体１０７、１１１）と、コンデンサの電極端子（導電体１０２ａ、１０３ａ）とは、行方向（第２方向）Ｄ５における一方側において、列方向（第１方向）Ｄ６に並んで配置している。
【００４３】
また、半導体パッケージ３（第１スイッチ）および半導体パッケージ５（第３スイッチ）のエミッタ端子（導電体１０５、１０９）と、半導体パッケージ４（第２スイッチ）および半導体パッケージ６（第４スイッチ）のコレクタ端子（導電体１０６、１１０）とは、行方向（第２方向）Ｄ５における他方側において、列方向（第１方向）Ｄ６に並んで配置している。
【００４４】
コンデンサ２ａは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を覆う略直方体の絶縁体とを備えている。コンデンサ２ａの導電体１０２ａ、１０３ａは、絶縁体の１つの面から該面に対して略垂直な方向に突出している。導電体１０２ａ、１０３ａは、絶縁体の該面と距離を置いた位置で、該面と略平行な方向において互いに逆方向に屈曲して延びている。
【００４５】
コンデンサ２ａは、導電体１０２ａ、１０３ａが突出した面が、開口の線Ａ−Ａと略平行な面と対向するように配置している。導電体１０２ａ、１０３ａは、列方向Ｄ６に並んで、バスバーモジュール２０の枠体に設けられた凹部に保持されている。コンデンサ２ａは、導電体１０２ａ、１０３ａがバスバーモジュール２０の凹部に係合することにより位置決めされる。
【００４６】
直列に接続した一対の半導体パッケージ３、４は、コンデンサ２ａの列方向Ｄ６における一方側の開口に配置し、直列に接続した一対の半導体パッケージ５、６は、コンデンサ２ａの列方向Ｄ６における他方側の開口に配置している。
【００４７】
列方向Ｄ６におけるコンデンサ２ａの一方側において、半導体パッケージ３は、半導体パッケージ４よりもコンデンサ２ａの近傍に配置している。コンデンサ２ａの導電体１０２ａと、半導体パッケージ３の第１導電体１０４と、半導体パッケージ４の第２導電体１０７とは、列方向Ｄ６に並んで配置している。半導体パッケージ３の第２導電体１０５と、半導体パッケージ４の第１導電体１０６とは、列方向Ｄ６に並んで配置している。
【００４８】
半導体パッケージ３の第１導電体１０４および第２導電体１０５は、バスバーモジュール２０の枠体に設けられた凹部に保持されている。半導体パッケージ４の第１導電体１０６および第２導電体１０７は、バスバーモジュール２０の枠体に設けられた凹部に保持されている。
【００４９】
列方向Ｄ６におけるコンデンサ２ａの他方側において、半導体パッケージ５は、半導体パッケージ６よりもコンデンサ２ａの近傍に配置している。コンデンサ２ａの導電体１０３ａと、半導体パッケージ５の第１導電体１０８と、半導体パッケージ６の第２導電体１１１とは、列方向Ｄ６に並んで配置している。半導体パッケージ５の第２導電体１０９と、半導体パッケージ６の第１導電体１１０とは、列方向Ｄ６に並んで配置している。
【００５０】
半導体パッケージ５の第１導電体１０８および第２導電体１０９は、バスバーモジュール２０の枠体に設けられた凹部に保持されている。半導体パッケージ６の第１導電体１１０および第２導電体１１１は、バスバーモジュール２０の枠体に設けられた凹部に保持されている。
【００５１】
図示しないバスバーは導電性材料により形成され、複数の半導体パッケージ３〜１４の第１導電体および第２導電体１０４〜１２７と、コンデンサ２ａ〜２ｃの導電体１０２ａ〜１０２ｃ、１０３ａ〜１０３ｃとを電気的に接続する。また、バスバーは、複数の半導体パッケージ３〜１４とコンデンサ２ａ〜２ｃとを、正極端子１００と、負極端子１０１と、Ｕ相端子１２８と、Ｖ相端子１２９と、Ｗ相端子１３０とに電気的に接続する。
【００５２】
図４は、一実施形態の電力変換装置における、Ｕ相の半導体パッケージとコンデンサとの電気的接続構造の一例を示す図である。
【００５３】
本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ２ａの導電体１０２ａ、１０３ａと、上アーム（高電位側）の半導体パッケージ３、５の第１導電体１０４、１０８と、下アーム（低電位側）の半導体パッケージ４、６の第２導電体１０７、１１１とが、行方向Ｄ５における一方側に配置される。また、上アームの半導体パッケージ３、５の第２導電体１０５、１０９と、下アームの半導体パッケージ４、６の第１導電体１０６、１１０とが、行方向Ｄ５における他方側に配置される。上記のように配置することにより、コンデンサ２ａと、半導体パッケージ３〜６とを接続する導電体の距離が長くなることを抑制することができる。
【００５４】
例えば、列方向Ｄ６に沿って半導体パッケージ３〜６が配置し、コンデンサ２ａが、列方向Ｄ６の端に配置される場合、半導体パッケージ３、４とコンデンサ２ａとの間を接続する導電体の距離、あるいは、半導体パッケージ５、６とコンデンサ２ａとの間を接続する導電体の距離が長くなってしまう。
【００５５】
これに対し本実施形態では、コンデンサ２ａは、２対の半導体パッケージの間に配置しているとともに、コンデンサ２ａの導電体１０２ａ、１０３ａと接続する半導体パッケージ３〜６の導電体１０４、１０７、１０８、１１１は、行方向Ｄ５の一方側において列方向Ｄ６に並んで配置している。また、負荷と接続する半導体パッケージ３〜６の導電体１０５、１０６、１０９、１１０は、行方向Ｄ５の他方側において列方向Ｄ６に並んで配置している。
【００５６】
したがって、バスバーモジュール２０の枠体の内部に、例えば、コンデンサ２ａの導電体１０２ａと第１導電体１０４、１０８とを電気的に接続する第１バスバーＢＢ１と、導電体１０３ａと第２導電体１０７、１１１とを電気的に接続する第２バスバーＢＢ２と、第１導電体１０６、１１０と第２導電体１０５、１０９とを電気的に接続する第３バスバーＢＢ３とを設けることにより、バスバーＢＢ１〜ＢＢ３の距離が長くなることを抑制しつつＵ相のコンデンサ２ａと半導体パッケージ３〜６とを接続することができる。これらのバスバーＢＢ１〜ＢＢ３は互いに絶縁され、例えば、列方向Ｄ６に沿って略直線状に延びる板状の導電体であって、導電体１０２ａ、１０３ａおよび導電体１０４〜１１１に接触することにより電気的に接続する。
【００５７】
さらに、上述の第１バスバーＢＢ１は正極端子１００と電気的に接続し（あるいは一体に形成され）、第２バスバーＢＢ２は負極端子１０１と電気的に接続し（あるいは一体に形成され）、第３バスバーＢＢ３はＵ相端子１２８と電気的に接続し（あるいは一体に形成され）ている。
【００５８】
なお、以上の説明においてＵ相の半導体パッケージ３〜６およびコンデンサ２ａの、配置および電気的接続構造について説明したが、Ｖ相およびＷ相についても同様の構成である。
【００５９】
上記のように、本実施形態では、コンデンサ２ａ〜２ｃの配置位置を中心とし、行方向Ｄ５に対して半導体パッケージの対を線対称の位置となるように配置している。例えば本実施形態では、Ｕ相について、コンデンサ２ａに近い位置に上側アームの半導体パッケージ３、５が配置され、コンデンサ２ａから遠位置に下側アームの半導体パッケージ４、６が配置されているとともに、上側アームの半導体パッケージ３、５の第１導電体１０４、１０８と、下側アームの半導体パッケージ４、６の第２導電体１０７、１１１と、コンデンサ２ａの導電体１０２ａ、１０３ａとが行方向Ｄ５における同じ側に位置し列方向Ｄ６に並んで配置している。
【００６０】
すなわち、本実施形態によれば、コンデンサ２ａと半導体パッケージ３〜６との間の導電体の距離が長くなることを抑制することができる。その結果、コンデンサ２ａと半導体パッケージとの間を接続する導電体のインダクタンスが大きくなることが抑制され、電力変換効率を改善することができる。また、直流電流供給ラインに印加されるサージ電圧が大きくなることが抑制され、電力変換装置の故障を回避することができる。
【００６１】
また、コンデンサ２ａの配置位置を中心とし、行方向Ｄ５に対して半導体パッケージの対を線対称の位置となるように配置することにより、Ｕ相の２つの半導体パッケージ対の一方に偏って電流が流れることを回避することができる。
【００６２】
図５は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の一例を示す図である。  
電力変換装置は、冷却フィンプレート２４と、ケース２６と、を含む冷却器を更に備えている。冷却器は、複数の半導体パッケージ３〜１４と、コンデンサ２ａ〜２ｃと、バスバーモジュール２０と、を支持している。
【００６３】
ケース２６は例えばアルミニウムで形成され、コンデンサ２ａが収容される第１凹部２３Ａと、冷却媒体の流路となる第２凹部２３Ｂと、を有している。第１凹部２３Ａは、第２凹部２３Ｂよりも積層方向Ｄ４の幅が大きい。第１凹部２３Ａには、コンデンサ２ａが例えば接着剤により固定される。
【００６４】
第２凹部２３Ｂには、列方向Ｄ６において第１凹部２３Ａの両側に１つずつ設けられている。第２凹部２３Ｂは、冷却フィンプレート２４の周囲を支持する受け部２３Ｃが設けられている。
【００６５】
冷却フィンプレート２４は例えばアルミニウムで形成されている。冷却フィンプレート２４は受け部２３Ｃに固定され、第２凹部２３Ｂの開口を閉じている。冷却フィンプレート２４によって閉じられた第２凹部２３Ｂ内の空間は、冷却媒体の流路２５となる。冷却フィンプレート２４の流路２５側の面は、流路が流れる方向に沿って延びた凸部を有し、冷却媒体と接触する面積が大きくなるように構成されている。冷却フィンプレート２４の外部に露出した面は、ケース２６の上面２６Ｕと略同一平面上に位置する。
【００６６】
冷却フィンプレート２４の上には半導体パッケージ３〜６が配置している。冷却フィンプレート２４と半導体パッケージ３〜６との間には、図示しない絶縁体（絶縁シートや接着剤等）が配置している。
【００６７】
コンデンサ２ａは、半導体パッケージ３〜６よりも体格が大きいため、半導体パッケージ３〜６よりも低い位置でケース２６に固定して、電力変換装置が大型化することを回避している。
【００６８】
また、コンデンサ２ａと半導体パッケージ３、６との間には、バスバーモジュール２０の枠が配置している。このことにより、半導体パッケージ３、６が動作することにより生じる熱が、コンデンサ２ａに伝達することを抑制することができる。
【００６９】
図６は、一実施形態の電力変換装置における、制御回路基板の一構成例を説明するための平面図である。
【００７０】
制御回路基板ＳＢは、半導体パッケージ３〜１４の信号端子６４ａ〜６４ｅが挿入される孔ＨＬ１と、バスバーモジュール２０にねじ止めするためのネジ孔ＨＬ２と、を備えている。
【００７１】
制御回路基板ＳＢに形成された回路と、半導体パッケージ３〜１４内の半導体素子とは、信号端子６４ａ〜６４ｅの先端が孔ＨＬ１に挿入されて接触することにより電気的に接続する。したがって、半導体パッケージ３〜１４の制御回路は、制御回路基板ＳＢの孔ＨＬ１の周辺に形成される。
【００７２】
ここで、上側アームの半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３の制御回路と、下側アームの半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４の制御回路とが、互いに絶縁されていなければならない。そのため、制御回路基板ＳＢ上では、上側アームの半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３の制御回路を形成するエリアＡＲ１と、下側アームの半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４の制御回路を形成するエリアＡＲ２との間には絶縁距離をおく必要がある。
【００７３】
本実施形態では、上側アームの半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３が列方向Ｄ６の中央側に配置し、下側アームの半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４は列方向Ｄ６において外側に配置している。このため、上側アームの半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３の制御回路は、半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３の信号端子６４ａ〜６４ｅが挿入される孔ＨＬ１周辺およびコンデンサ２ａ〜２ｃと対向したエリアＡＲ２に形成することができる。
【００７４】
下側アームの半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４の制御回路は、列方向Ｄ６におけるエリアＡＲ２の両側において、半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４の信号端子６４ａ〜６４ｅが挿入される孔ＨＬ１周辺のエリアＡＲ１に形成することができる。
【００７５】
例えば、列方向Ｄ６に沿って、上側アームの半導体パッケージと下側アームの半導体パッケージが交互に配置される場合、制御回路基板ＳＢのエリアＡＲ１とエリアＡＲ２とを列方向Ｄ６に沿って交互に設けることとなる。このため、コンデンサ２ａ〜２ｃと対向した部分にエリアＡＲ１とエリアＡＲ２との絶縁距離を設けることとなる。
【００７６】
これに対し、本実施形態では、エリアＡＲ２を制御回路基板ＳＢの中央部分に分離することなく設けることができるため、制御回路を実装可能な領域を広くとることができ、回路設計の自由度を向上させることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、コンデンサ２ａ〜２ｃの近傍に上側アームの半導体パッケージ３、５、７、９、１１、１３を配置する例について説明したが、下側アームの半導体パッケージ４、６、８、１０、１２、１４を列方向Ｄ６においてコンデンサ２ａ〜２ｃの両側に配置するようにしても構わない。列方向Ｄ６においてコンデンサ２ａ〜２ｃを半導体パッケージ対の間に配置し、コンデンサ２ａ〜２ｃおよび半導体パッケージ３〜１４の配置位置および導電体の方向が、コンデンサ２ａ〜２ｃを中心として行方向Ｄ５に対して線対称となっていれば同様の効果を得ることができる。
【００７８】
図７は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。  
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
この例では、バスバーモジュール２０と、ケース２６との構成が上述の実施形態と異なっている。すなわち、上述の実施形態では、半導体パッケージ３、５とコンデンサ２ａとの間にバスバーモジュール２０の枠体の一部が配置されていたが、図７に示す例では、ケース２６は第１凹部２３Ａと第２凹部２３Ｂとの間において、積層方向Ｄ４に突出した隔壁２７を有している。隔壁２７は、半導体パッケージ３、５とコンデンサ２ａとの間配置している。隔壁２７が積層方向Ｄ４に延びた端部の位置は、少なくとも、コンデンサ２ａの上面の位置よりも低くいことが望ましい。
【００８０】
この例のように、半導体パッケージ３、５とコンデンサ２ａとの間に、バスバーモジュール２０の枠体の一部に代えて、ケース２６の隔壁２７が配置している場合であっても、半導体パッケージ３、５からコンデンサ２ａへ熱が伝わることを抑制することができる。
【００８１】
図８は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。  
この例では、図７に示す例に対して、冷却フィンプレート２４の構成が更に異なっている。すなわち、図８に示す例では、冷却フィンプレート２４は、上側アームの半導体パッケージ３、５と下側アームの半導体パッケージ４、６との間に延びた隔壁２４Ａを更に有している。このように、冷却フィンプレート２４の隔壁２４Ａを更に設けることにより、半導体パッケージ３〜６の冷却性能を更に向上させることができる。
【００８２】
図９は、図３に示す線Ａ−Ａにおける電力変換装置の断面の他の例を示す図である。  
この例では、半導体パッケージ３〜６を固定する接着剤２９と、コンデンサ２ａを固定する接着剤３０との硬化温度が異なっている。例えば、コンデンサ２ａは、半導体パッケージ３〜６に比べて耐熱温度が低いときには、接着剤３０として半導体パッケージ３〜６の固定に用いる接着剤２９と同じものを用いると、コンデンサ２ａが耐熱温度以上となり不具合の原因となると考えられる。そのため、コンデンサ２ａを固定する接着剤３０は、半導体パッケージ３〜６の固定に用いる接着剤２９よりも硬化温度が低いものを採用することが望ましい。このことにより、更に信頼性の高い電力変換装置および電動車両を提供することが可能となる。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１…直流電源、２ａ〜２ｃ…コンデンサ、３〜１４…半導体パッケージ、１５…モータ、２０…バスバーモジュール、２１…固定部、２３Ａ…第１凹部、２３Ｂ…第２凹部、２３Ｃ…受け部、２４…冷却フィンプレート、２４Ａ…隔壁、２６…ケース、２７…隔壁、１００…正極端子、１０１…負極端子、１０２ａ〜１０２ｃ…導電体（電極端子）、１０３ａ〜１０３ｃ…導電体（電極端子）、１０４〜１２７…導電体（エミッタ端子、コレクタ端子）Ｄ５…行方向（第２方向）、Ｄ６…列方向（第１方向）、ＳＢ…制御回路基板。
【図１】
2016040981.tif 000003
【図２】
2016040981.tif 000004
【図３】
2016040981.tif 000005
【図４】
2016040981.tif 000006
【図５】
2016040981.tif 000007
【図６】
2016040981.tif 000008
【図７】
2016040981.tif 000009
【図８】
2016040981.tif 000010
【図９】
2016040981.tif 000011