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1. (WO2012165341) POWER CONVERSION APPARATUS
Document

明 細 書

発明の名称 電力変換装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19  

明 細 書

発明の名称 : 電力変換装置

技術分野

[0001]
 本発明は電力変換装置に関し、特に電気自動車およびハイブリッド自動車への車載用の電力変換装置に関する。

背景技術

[0002]
 電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、一般的にモータに供給する電力を制御するためにインバータなどの電力変換装置を備えている。電力変換装置は、IGBTなどの電力用半導体素子を内蔵したパワーモジュール、その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、および電流平滑化用のコンデンサを備えている。これらの中でもコンデンサは一般に耐熱温度が低く、熱に弱い部品である。従来のインバータにおいては平滑化コンデンサの発熱量が小さかったため、それほど大きな問題とはなっていなかったが、近年では車両用インバータの電流容量が増え、サイズが小型化される傾向にあるため、平滑化コンデンサの冷却が問題になりつつある。冷却効率を高めるためのコンデンサ構造の例としては、例えば日本国特開2009-289943号公報に冷却水でコンデンサを冷やす構造が開示されている。
[0003]
 上記の平滑化コンデンサにおいて、発熱する部材はコンデンサ素子のみでなく、電極バスバーが大きなジュール熱を発生させる場合がある。バスバーは冷却の対策が施されておらず、十分な効果が得られないことが課題となる。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 日本国特開2009-289943号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、平滑化コンデンサ素子と接続される導体の冷却性能を高めることを提供する。
[0006]
 また、本発明は、コンデンサとパワーモジュールより成る電力変換装置の主回路をコンパクトに実装することを提供する。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明の1の態様によると、電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、パワー半導体モジュール及びコンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、コンデンサモジュールは、略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともにコンデンサ素子の収納空間を有するケースと、パワー半導体素子とコンデンサ素子とを電気的に接続するための直流導体と、を有し、冷却体は、ケースの内壁の底面及びケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、直流導体は、コンデンサ素子とケースの内壁面との間であって、ケースの底面及び両側面に沿って形成される。

発明の効果

[0008]
 平滑化コンデンサ素子と接続される導体を効率よく冷却することができ、大電流を平滑化するコンデンサをコンパクトに実装することが可能になる。電力変換装置内部において平滑化コンデンサは大きな体積を占める部品であるため、平滑化コンデンサをコンパクト化することにより、電力変換装置の小型化を実現することができる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。
[図2] 図1に示す電気回路の構成を示す回路図である。
[図3] 電力変換装置200の外観斜視図である。
[図4] 電力変換装置200を分解した斜視図である。
[図5] 図4に示すケース10を下から見た図である。
[図6] 図6(a)は、本実施形態のパワー半導体モジュール300aの斜視図である。図6(b)は、本実施形態のパワー半導体モジュール300aを断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。
[図7] 図6に示す状態からネジ309および第二封止樹脂351を取り除いたパワー半導体モジュール300aを示す図であり、図7(a)は斜視図であり、図7(b)は図6(b)と同様に断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。
[図8] 図7に示す状態からさらにモジュールケース304を取り除いたパワー半導体モジュール300aを示す図であり、図8(a)は斜視図であり、図8(b)は図6(b),図7(b)と同様に断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。
[図9] 図8に示す状態からさらに第一封止樹脂348および配線絶縁部608を取り除いたパワー半導体モジュール300aの斜視図である。
[図10] モジュール一次封止体302の組立工程を説明するための図である。
[図11] コンデンサモジュール500の構造を説明するための斜視図である。
[図12] 図12(a)は、ケース10にパワー半導体モジュール300a~300cとコンデンサモジュール500とバスバーアッセンブリ800を組み付けた外観斜視図であり、図12(b)は、図12(a)の部分Aの拡大図である。
[図13] パワー半導体モジュール300a~300cとコンデンサモジュール500を組み付けたケース10とバスバーアッセンブリ800の分解斜視図である。
[図14] 保持部材803を取り除いたバスバーアッセンブリ800の外観斜視図である。
[図15] 金属ベース板11を分離した状態の電力変換装置200の斜視図である。
[図16] 図15の断面Bの矢印方向からみた電力変換装置200の断面図である。
[図17] 図11に示されたコンデンサモジュール500の樹脂封止材550を取り除いた分解斜視図である。
[図18] インバータ回路の簡略図である。
[図19] 他の実施形態に係るコンデンサモジュールの斜視図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
[0011]
-実施形態1-
 図1は、ハイブリッド自動車(以下「HEV」と記述する)の制御ブロックを示す図である。エンジンEGNおよびモータジェネレータMG1は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータMG1は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータMG1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。
[0012]
 モータジェネレータMG1は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータMG1を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
[0013]
 エンジンEGNの出力側の出力トルクは動力分配機構TSMを介してモータジェネレータMG1に伝達され、動力分配機構TSMからの回転トルクあるいはモータジェネレータMG1が発生する回転トルクは、トランスミッションTMおよびデファレンシャルギアDEFを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータMG1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後述するように電力変換装置200により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ136を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。
[0014]
 次に電力変換装置200について説明する。インバータ回路140は、バッテリ136と直流コネクタ138を介して電気的に接続されており、バッテリ136とインバータ回路140との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータMG1をモータとして動作させる場合には、インバータ回路140は直流コネクタ138を介してバッテリ136から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流コネクタ188を介してモータジェネレータMG1に供給する。モータジェネレータMG1とインバータ回路140からなる構成は第1電動発電ユニットとして動作する。
[0015]
 なお、本実施形態では、バッテリ136の電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータMG1の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第1電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンEGNの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ136の充電ができる。
[0016]
 なお、電力変換装置200は、インバータ回路140に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール500を備えている。
[0017]
 電力変換装置200は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ21を備えている。電力変換装置200は、コネクタ21から入力される指令に基づいて制御回路172でモータジェネレータMG1の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路174へ供給する。ドライバ回路174は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路140を制御するための駆動パルスを発生する。
[0018]
 次に、図2を用いてインバータ回路140の電気回路の構成を説明する。なお、以下で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、以下略してIGBTと記す。上アームとして動作するIGBT328及びダイオード156と、下アームとして動作するIGBT330及びダイオード166とで、上下アームの直列回路150が構成される。インバータ回路140は、この直列回路150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。
[0019]
 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MG1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150は、直列回路の中点部分である中間電極169から交流電流を出力する。この中間電極169は、交流端子159及び交流端子188を通して、モータジェネレータMG1への交流電力線である以下に説明の交流バスバー802や804と接続される。
[0020]
 上アームのIGBT328のコレクタ電極153は、正極端子157を介してコンデンサモジュール500の正極側のコンデンサ端子506に電気的に接続されている。また、下アームのIGBT330のエミッタ電極は、負極端子158を介してコンデンサモジュール500の負極側のコンデンサ端子504に電気的に接続されている。
[0021]
 上述のように、制御回路172は上位の制御装置からコネクタ21を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路140を構成する各相の直列回路150の上アームあるいは下アームを構成するIGBT328やIGBT330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174に供給する。
[0022]
 ドライバ回路174は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路150の上アームあるいは下アームを構成するIGBT328やIGBT330を制御するための駆動パルスを各相のIGBT328やIGBT330に供給する。IGBT328やIGBT330は、ドライバ回路174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136から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータMG1に供給される。
[0023]
 IGBT328は、コレクタ電極153と、信号用エミッタ電極155と、ゲート電極154を備えている。また、IGBT330は、コレクタ電極163と、信号用のエミッタ電極165と、ゲート電極164を備えている。ダイオード156が、コレクタ電極153とエミッタ電極155との間に電気的に接続されている。また、ダイオード166が、コレクタ電極163とエミッタ電極165との間に電気的に接続されている。
[0024]
 スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ(以下略してMOSFETと記す)を用いてもよい、この場合はダイオード156やダイオード166は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、IGBTは直流電圧が比較的高い場合に適していて、MOSFETは直流電圧が比較的低い場合に適している。
[0025]
 コンデンサモジュール500は、正極側のコンデンサ端子506と負極側のコンデンサ端子504と正極側の電源端子509と負極側の電源端子508とを備えている。バッテリ136からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ138を介して、正極側の電源端子509や負極側の電源端子508に供給され、コンデンサモジュール500の正極側のコンデンサ端子506および負極側のコンデンサ端子504から、インバータ回路140へ供給される。
[0026]
 一方、交流電力からインバータ回路140によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子506や負極側のコンデンサ端子504からコンデンサモジュール500に供給され、正極側の電源端子509や負極側の電源端子508から直流コネクタ138を介してバッテリ136に供給され、バッテリ136に蓄積される。
[0027]
 制御回路172は、IGBT328及びIGBT330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MG1に対して要求される目標トルク値,直列回路150からモータジェネレータMG1に供給される電流値、及びモータジェネレータMG1の回転子の磁極位置がある。
[0028]
 目標トルク値は、不図示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180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MG1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。本実施形態では、電流センサ180は三相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、2相分の電流値を検出するようにし、演算により三相分の電流を求めても良い。
[0029]
 制御回路172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MG1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174に出力する。
[0030]
 ドライバ回路174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IGBT330のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路174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IGBT328のゲート電極にそれぞれ出力する。
[0031]
 また、制御回路172内のマイコンは、異常検知(過電流,過電圧,過温度など)を行い、直列回路150を保護している。このため、制御回路172にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極155及び信号用のエミッタ電極165からは各IGBT328とIGBT330のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部(IC)に入力されている。これにより、各駆動部(IC)は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するIGBT328,IGBT330のスイッチング動作を停止させ、対応するIGBT328,IGBT330を過電流から保護する。
[0032]
 直列回路150に設けられた温度センサ(不図示)からは直列回路150の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路150の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのIGBT328,IGBT330のスイッチング動作を停止させる。
[0033]
 図3は、電力変換装置200の外観斜視図である。図4は、電力変換装置200のケース10の内部構成を説明するために、理解を助けるために電力変換装置200を分解した斜視図である。
[0034]
 冷媒を流入するための入口配管13と冷媒を流出するための出口配管14が、ケース10の同一側面上に配置される。ケース10は、図5に示す冷媒流路19が当該ケース10の両サイドに沿うように流路形成体12を収納する。流路形成体12の一方のサイドの上面には、開口部400a及び開口部400bがケース10の側面に沿って形成され、また流路形成体12の他方のサイドの上面には、開口部400cが形成されている。開口部400a~400cは、挿入されたパワー半導体モジュール300a~300cによって塞がれる。
[0035]
 流路形成体12が形成する一方の第1流路部19aと他方の第2流路部19cの間には、コンデンサモジュール500を収納するための収納空間405が形成され、コンデンサモジュール500は、収納空間405に収納される。これにより、冷媒流路19内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール500が冷やされる。コンデンサモジュール500は、図5に示されるように、冷媒流路19a~19cに囲まれるように配置されるため、効率良く冷却されることができる。
[0036]
 またコンデンサモジュール500の外側面に沿って流路が形成されているので、流路やコンデンサモジュール500やパワー半導体モジュール300との配置が整然と整い、全体がより小型となる。また冷媒流路19a及び19cがコンデンサモジュール500の長辺に沿って配置されており、冷媒流路19に挿入固定されるパワー半導体モジュール300と301との距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が三相の各相においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
[0037]
 コンデンサモジュール500の上方には、後述するバスバーアッセンブリ800が配置される。バスバーアッセンブリ800は、交流バスバー186や当該交流バスバー186を保持する保持部材803(図13参照)を備えており、電流センサ180を保持している。
[0038]
 流路形成体12とケース10とは一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷媒流路19は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体12とケース10とが一体構造となり、電力変換装置200全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
[0039]
 ドライバ回路基板22は、バスバーアッセンブリ800の上方に配置される。またドライバ回路基板22と制御回路基板20の間には金属ベース板11が配置される。
[0040]
 金属ベース板11は、ケース10に固定される。当該金属ベース板11は、ドライバ回路基板22及び制御回路基板20に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板22と制御回路基板20とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。当該金属ベース板11が、高いノイズ抑制機能を有する点は後述する。
[0041]
 さらに金属ベース板11は、制御回路基板20の機械的な共振周波数を高める作用を奏する。すなわち金属ベース板11に制御回路基板20を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。エンジン等から伝わる振動周波数に対して制御回路基板20の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。
[0042]
 蓋8は、金属ベース板11に固定されて、制御回路基板20を外部からの電磁ノイズから保護する。
[0043]
 本実施形態に係るケース10は、流路形成体12が収納された部分は略直方体の形状を為しているが、ケース10の一側面側から突出収納部10aが形成されている。当該突出収納部10aには、DCDCコンバータ700から延ばされる端子702や、後述する直流側のバスバーアッセンブリ800や、抵抗器450が収納される。ここで抵抗器450は、コンデンサモジュール500のコンデンサ素子に蓄えられた電荷を放電するための抵抗素子である。このようにバッテリ136とコンデンサモジュール500との間の電気回路部品を突出収納部10aに集約しているため、配線の複雑化を抑制することができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
[0044]
 なお、蓋18は、DCDCコンバータ700から延ばされる端子702を接続するための作業用の窓17を塞ぐための部材である。なお、DCDCコンバータ700は、ケース10の底面と対向する面に、端子702を貫通するための開口部701を形成する。
[0045]
 このように、電力変換装置200の底部に流路形成体12を配置し、次にコンデンサモジュール500,バスバーアッセンブリ800,基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
[0046]
 図5はケース10及び流路形成体12を説明するための図であり、図4に示すケース10を下から見た図である。
[0047]
 ケース10の下面には、1つに繋がった開口部404が形成され、該開口部404は下カバー420によって塞がれる。下カバー420とケース10の間には、シール部材409が設けられ気密性を保っている。
[0048]
 下カバー420には、冷媒流路19が配置された側と反対側の方向に向かって突出する凸部406が形成される。凸部406は、パワー半導体モジュール300a~300cに対応して設けられている。なお、凸部407は、パワー半導体モジュールとは対応していないが、冷媒流路19の断面積を調整するために設けられる。
[0049]
 冷媒は、点線で示す流れ方向417の方向に、入口配管13を通って、ケース10の長手方向の辺に沿って形成された第1流路部19a内を流れ方向418のように流れる。また冷媒は、流れ方向421のように、ケース10の短手方向の辺に沿って形成された第2流路部19bを流れ方向421のように流れる。第2流路部19bは折り返し流路を形成する。また冷媒は、流れ方向422のように、流路形成体12の長手方向の辺に沿って形成された第3流路部19cを流れる。第3流路部19cは、コンデンサモジュール500を挟んで第1流路部19aと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向423のように、出口配管14を通って流出する。
[0050]
 第1流路部19a,第2流路部19b,第3流路部19cは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。また、流路形成体12は、ケース10裏面に形成された開口部404と、開口部400a~400cとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
[0051]
 図6乃至図10を用いてインバータ回路140に使用されるパワー半導体モジュール300a~300cの詳細構成を説明する。上記パワー半導体モジュール300a~300cはいずれも同じ構造であり、代表してパワー半導体モジュール300aの構造を説明する。尚、図6乃至図10において信号端子325Uは、図2に開示したゲート電極154および信号用エミッタ電極155に対応し、信号端子325Lは、図2に開示したゲート電極164およびエミッタ電極165に対応する。また直流正極端子315Bは、図2に開示した正極端子157と同一のものであり、直流負極端子319Bは、図2に開示した負極端子158と同一のものである。また交流端子320Bは、図2に開示した交流端子159と同じものである。
[0052]
 図6(a)は、本実施形態のパワー半導体モジュール300aの斜視図である。図6(b)は、本実施形態のパワー半導体モジュール300aを断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。
[0053]
 図7は、理解を助けるために、図6に示す状態からネジ309および第二封止樹脂351を取り除いたパワー半導体モジュール300aを示す図である。図7(a)は斜視図であり、図7(b)は図6(b)と同様に断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。また、図7(c)はフィン305が加圧されて湾曲部304Aが変形される前の断面図を示している。
[0054]
 図8は、図7に示す状態からさらにモジュールケース304を取り除いたパワー半導体モジュール300aを示す図である。図8(a)は斜視図であり、図8(b)は図6(b),図7(b)と同様に断面Dで切断して方向Eから見たときの断面図である。
[0055]
 図9は、図8に示す状態からさらに第一封止樹脂348および配線絶縁部608を取り除いたパワー半導体モジュール300aの斜視図である。
[0056]
 図10は、モジュール一次封止体302の組立工程を説明するための図である。
[0057]
 上下アームの直列回路150を構成するパワー半導体素子(IGBT328,IGBT330,ダイオード156,ダイオード166)が、図8および図9に示す如く、導体板315や導体板318によって、あるいは導体板320や導体板319によって、両面から挟んで固着される。導体板315等は、その放熱面が露出した状態で第一封止樹脂348によって封止され、当該放熱面に絶縁シート333が熱圧着される。第一封止樹脂348は図8に示すように、多面体形状(ここでは略直方体形状)を有している。
[0058]
 第一封止樹脂348により封止されたモジュール一次封止体302は、モジュールケース304の中に挿入して絶縁シート333を挟んで、CAN型冷却器であるモジュールケース304の内面に熱圧着される。ここで、CAN型冷却器とは、一面に挿入口306と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース304の内部に残存する空隙には、第二封止樹脂351が充填される。
[0059]
 モジュールケース304は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料(Al,AlSi,AlSiC,Al-C等)で構成され、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース304は、挿入口306以外に開口を設けない構造であり、挿入口306は、フランジ304Bによって、その外周を囲まれている。また、図6(a)に示されるように、他の面より広い面を有する第1放熱面307A及び第2放熱面307Bがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子(IGBT328,IGBT330,ダイオード156,ダイオード166)が配置されている。当該対向する第1放熱面307Aと第2放熱面307Bと繋ぐ3つの面は、当該第1放熱面307A及び第2放熱面307Bより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口306が形成される。モジュールケース304の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図6(a)に示す如く曲面を成していても良い。
[0060]
 このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース304を水や油などの冷媒が流れる冷媒流路19内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ304Bにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース304の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第1放熱面307Aと第2放熱面307Bに、フィン305がそれぞれ均一に形成される。さらに、第1放熱面307A及び第2放熱面307Bの外周には、厚みが極端に薄くなっている湾曲部304Aが形成されている。湾曲部304Aは、フィン305を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール一次封止体302が挿入された後の生産性が向上する。
[0061]
 上述のように導体板315等を絶縁シート333を介してモジュールケース304の内壁に熱圧着することにより、導体板315等とモジュールケース304の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン305へ伝達できる。さらに絶縁シート333にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁シート333で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
[0062]
 モジュールケース304の外には、コンデンサモジュール500と電気的に接続するための金属製の直流正極配線315Aおよび直流負極配線319Aが設けられており、その先端部に直流正極端子315B(157)と直流負極端子319B(158)がそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータMG1あるいはMG2に交流電力を供給するための金属製の交流配線320Aが設けられており、その先端に交流端子320B(159)が形成されている。本実施形態では、図9に示す如く、直流正極配線315Aは導体板315と接続され、直流負極配線319Aは導体板319と接続され、交流配線320Aは導体板320と接続される。
[0063]
 モジュールケース304の外にはさらに、ドライバ回路174と電気的に接続するための金属製の信号配線324Uおよび324Lが設けられており、その先端部に信号端子325U(154,155)と信号端子325L(164,165)がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図9に示す如く、信号配線324UはIGBT328と接続され、信号配線324LはIGBT328と接続される。
[0064]
 直流正極配線315A,直流負極配線319A,交流配線320A,信号配線324Uおよび信号配線324Lは、樹脂材料で成形された配線絶縁部608によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体600として一体に成型される。配線絶縁部608は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線315A,直流負極配線319A,交流配線320A,信号配線324Uおよび信号配線324Lの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
[0065]
 補助モールド体600は、モジュール一次封止体302と接続部370において金属接合された後に、配線絶縁部608に設けられたネジ穴を貫通するネジ309によってモジュールケース304に固定される。接続部370におけるモジュール一次封止体302と補助モールド体600との金属接合には、たとえばTIG溶接などを用いることができる。
[0066]
 直流正極配線315Aと直流負極配線319Aは、配線絶縁部608を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線320Aや信号端子325U,325Lも、直流正極配線315A及び直流負極配線319Aと同様の方向に向かって延びている。
[0067]
 モジュール一次封止体302と補助モールド体600が金属接合により接続されている接続部370は、第二封止樹脂351によりモジュールケース304内で封止される。これにより、接続部370とモジュールケース304との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワー半導体モジュール300aの小型化が実現できる。
[0068]
 図9に示されるように、接続部370の補助モールド体600側には、補助モールド体側直流正極接続端子315C,補助モールド体側直流負極接続端子319C,補助モールド体側交流接続端子320C,補助モールド体側信号接続端子326Uおよび補助モールド体側信号接続端子326Lが一列に並べて配置される。一方、接続部370のモジュール一次封止体302側には、多面体形状を有する第一封止樹脂348の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子315D,素子側直流負極接続端子319D,素子側交流接続端子320D,素子側信号接続端子327Uおよび素子側信号接続端子327Lが一列に並べて配置される。こうして接続部370において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール一次封止体302の製造が容易となる。
[0069]
 ここで、モジュール一次封止体302の第一封止樹脂348から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線315A(直流正極端子315Bと補助モールド体側直流正極接続端子315Cを含む)および素子側直流正極接続端子315Dにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線319A(直流負極端子319Bと補助モールド体側直流負極接続端子319Cを含む)および素子側直流負極接続端子315Dにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線320A(交流端子320Bと補助モールド体側交流接続端子320Cを含む)および素子側交流接続端子320Dにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線324U(信号端子325Uと補助モールド体側信号接続端子326Uを含む)および素子側信号接続端子327Uにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線324L(信号端子325Lと補助モールド体側信号接続端子326Lを含む)および素子側信号接続端子327Lにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。
[0070]
 上記の各端子は、いずれも第一封止樹脂348および第二封止樹脂351から接続部370を通して突出しており、その第一封止樹脂348からの各突出部分(素子側直流正極接続端子315D,素子側直流負極接続端子319D,素子側交流接続端子320D,素子側信号接続端子327Uおよび素子側信号接続端子327L)は、上記のように多面体形状を有する第一封止樹脂348の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第二封止樹脂351から積層状態で突出しており、モジュールケース304の外に延出している。このような構成としたことで、第一封止樹脂348でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体302を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。
[0071]
 補助モールド体600側において、補助モールド体側直流正極接続端子315C,補助モールド体側直流負極接続端子319Cは、直流正極端子315B,直流負極端子319Bとは反対側の直流正極配線315A,直流負極配線319Aの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モールド体側交流接続端子320Cは、交流配線320Aにおいて交流端子320Bとは反対側の先端部に形成されている。補助モールド体側信号接続端子326U,326Lは、信号配線324U,324Lにおいて信号端子325U,325Lとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
[0072]
 一方、モジュール一次封止体302側において、素子側直流正極接続端子315D,素子側直流負極接続端子319D,素子側交流接続端子320Dは、導体板315,319,320にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子327U,327Lは、ボンディングワイヤ371によりIGBT328,330とそれぞれ接続されている。
[0073]
 図10に示すように、直流正極側の導体板315および交流出力側の導体板320と、素子側信号接続端子327Uおよび327Lとは、共通のタイバー372に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板315には、上アーム側のIGBT328のコレクタ電極と上アーム側のダイオード156のカソード電極が固着される。導体板320には、下アーム側のIGBT330のコレクタ電極と下アーム側のダイオード166のカソード電極が固着される。IGBT328,330およびダイオード155,166の上には、導体板318と導体板319が略同一平面状に配置される。導体板318には、上アーム側のIGBT328のエミッタ電極と上アーム側のダイオード156のアノード電極が固着される。導体板319には、下アーム側のIGBT330のエミッタ電極と下アーム側のダイオード166のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部322に、金属接合材160を介してそれぞれ固着される。金属接合材160は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。
[0074]
 各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図10に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板315と導体板318、または導体板320と導体板319によって挟まれる。つまり、導体板315と導体板318は、IGBT328及びダイオード156を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板320と導体板319は、IGBT330及びダイオード166を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板320と導体板318は中間電極329を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。上述したように、導体板315と導体板318の間にIGBT328及びダイオード156を挟み込むと共に、導体板320と導体板319の間にIGBT330及びダイオード166を挟み込み、導体板320と導体板318を中間電極329を介して接続する。その後、IGBT328の制御電極328Aと素子側信号接続端子327Uとをボンディングワイヤ371により接続すると共に、IGBT330の制御電極330Aと素子側信号接続端子327Lとをボンディングワイヤ371により接続する。
[0075]
 図11は、コンデンサモジュール500の構造を説明するための斜視図である。図17に後述するが、コンデンサケース502の内部には、例えばフィルムコンデンサである平滑用のコンデンサ素子が複数設けられ、当該コンデンサ素子は負極導体板558及び正極導体板559に電気的に接続される。負極導体板558と正極導体板559との間には低インダクタンス化のために絶縁性部材が配置され、負極導体板と正極導体板は積層状態で構成される。つまり負極導体板558と正極導体板559は積層導体板を構成する。
[0076]
 樹脂封止材550は、コンデンサケース502にフィルムコンデンサ及び積層導体板を固定するために当該コンデンサケース502内に充填される。負極側の電源端子508及び正極側の電源端子509は、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、樹脂封止材550の露出面から突出し、さらにコンデンサケース502の側面の方に折り曲げられる。正極側の電源端子509及び負極側の電源端子508には、図2で説明した如く、直流コネクタ138を介して直流電力が供給される。
[0077]
 コンデンサ端子503a~503cは、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、半導体モジュール300の正極端子157(315B)及び負極端子158(319B)に対応して設けられる。コンデンサ端子503a~503cは、パワー半導体モジュール300a~300cとそれぞれ接続される。コンデンサ端子503aを構成する負極側コンデンサ端子504aと正極側コンデンサ端子506aとの間には、絶縁シート517aが設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子503b~503cも同様である。
[0078]
 コンデンサケース502には、コンデンサモジュール500を流路形成体12に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔520a~520dが設けられる。
[0079]
 また、コンデンサケース502の長辺側の一側面には、突出収納部502aが形成される。この突出収納部502a内には、フィルムコンデンサ及び電源端子508,509に対して電気的に直列または並列に接続される電気回路素子が収納される。本実施形態においては、バッテリ136からのノイズを除去しかつグラウンドに電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサが収納される。このコンデンサはフィルムコンデンサに比べて小型のため、突出収納部502aの高さはコンデンサケース502の高さよりも小さく形成されている。つまり、突出収納部502aの下方には空間が形成される。図3に示された流路形成体12は、この空間に冷媒流路19の一部を形成している。これにより、ノイズ除去用のコンデンサを冷却することができるとともに、冷媒流路19の断面積を局所的に大きくすることを抑制して圧力損失の増大を防止している。
[0080]
 図12(a)は、ケース10にパワー半導体モジュール300a~300cとコンデンサモジュール500とバスバーアッセンブリ800を組み付けた外観斜視図である。図12(b)は、図12(a)の部分Aの拡大図である。
[0081]
 直流正極端子315B(157),直流負極端子319B(158),交流端子321(159)及び第2封止部601Bは、ケース10の縦方向に蓋8側に向けて延びている。直流正極端子315B(157)及び直流負極端子319B(158)の電流経路の面積は、コンデンサモジュール500内の積層導体板の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板から直流正極端子315B(157)及び直流負極端子319B(158)に流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流正極端子315B(157)及び直流負極端子319B(158)に集中することになる。
[0082]
 そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子504aは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部540を有し、その先端部に接続部542を有している。また、正極側コンデンサ端子506aは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部543を有し、その先端部に接続部545を有している。前記接続部542と前記接続部545との間にパワー半導体モジュール300aの直流負極端子319B(158)や直流正極端子315B(157)が挟まれるようにして接続されている。
[0083]
 これにより、負極側コンデンサ端子504aや正極側コンデンサ端子506aが接続部542や545の直前まで絶縁シートを介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子の配線部分のインダクタンスを低減することができる。さらに、直流負極端子319B(158)の先端と接続部542の側辺とは溶接により接続され、同様に直流正極端子315B(157)の先端と接続部545の側辺とは溶接により接続される。このため、低インダクタンス化による特性改善に加え生産性を向上させることができる。
[0084]
 パワー半導体モジュール300aの交流端子321(159)の先端は交流バスバー802aの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動できるように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子321(159)の溶接箇所と直流負極端子319B(158)の溶接箇所は、ケース10の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
[0085]
 さらに、図4及び図12に示されるように、複数のパワー半導体モジュール300a及び300bは、ケース10の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワー半導体モジュール300a~300bを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
[0086]
 図13は、パワー半導体モジュール300a~300cとコンデンサモジュール500を組み付けたケース10とバスバーアッセンブリ800の分解斜視図である。図14は、保持部材803を取り除いたバスバーアッセンブリ800の外観斜視図である。
[0087]
 図13及び図14に示すように、バスバーアッセンブリ800は、交流バスバー802a~802c、及び当該交流バスバー802a~802cを保持し固定するための保持部材803を備える。またバスバーアッセンブリ800は、交流バスバー802a~802cを流れる交流電流を検出するための電流センサ180が設けられている。
[0088]
 交流バスバー802a~802cは、電流センサ180の貫通孔の手前でコンデンサモジュール500から遠ざかる方向に折り曲げられ、電流センサ180の孔の手前で交流バスバー805a~805cと接続される。交流バスバー805a~805cは、電流センサ180の孔を貫通後に交流端子822a~822cとそれぞれ接続される。
[0089]
 図13に示されるように、交流バスバー802a~802c,交流バスバー805a~805c,電流センサ180は、樹脂で構成された保持部材803によって、保持及び絶縁されている。
[0090]
 バスバーアッセンブリ800は、保持部材803によってケース10に固定される。仮にケース10に外部から熱が伝達されても、流路形成体12に流れる冷媒によって温度上昇が抑えられる。この流路形成体12を有するケース10にバスバーアッセンブリ800を固定することで、バスバーアッセンブリ800に保持された電流センサ180の温度上昇も抑えることができる。電流センサ180は熱に弱い特性を有しており、上記構造により、電流センサ180の信頼性を向上させることができる。
[0091]
 図13に示されるように、保持部材803は、図4に示されたドライバ回路基板22を支持するための支持部材807a~807dを備えている。支持部材807a~807dの先端部には、ドライバ回路基板22を固定するための螺子穴が形成されている。
[0092]
 さらに、保持部材803は、電流センサ180が配置された箇所から上方に向かって延びる突起部806a及び突起部806bを有している。突起部806a及び突起部806bは、それぞれ電流センサを貫通する。図14に示されるように、電流センサ180は、ドライバ回路基板22の配置方向に向かって延びる信号線182を有する。信号線182は、ドライバ回路基板22の配線パターンと半田によって接合される。本実施形態では、保持部材803,支持部材807a~807d及び突起部806a~806bは、樹脂で一体に形成される。
[0093]
 これにより、保持部材803が電流センサ180とドライバ回路基板22との位置決め機能を備えることになるので、信号線182とドライバ回路基板22との間の組み付け及び半田接続作業が容易になる。また、電流センサ180とドライバ回路基板22を保持する機構を保持部材803に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。本実施の形態では、電力変換装置200はエンジン等の振動源の近傍に配置されるので、保持部材803は、ドライバ回路基板22の中央部の近傍を指示するための支持部材807a及び807bを設けて、ドライバ回路基板22に加わる振動の影響を低減している。例えば支持部材807a,807bによってドライバ回路基板22の中央部を支持することで、ドライバ回路基板22の共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができ、ドライバ回路基板22に加わるエンジン等の振動の影響を低減できる。
[0094]
 なお、バスバーアッセンブリ800の保持部材803はケース10に螺子824により固定される。
[0095]
 図15は、金属ベース板11を分離した状態の電力変換装置200の斜視図である。また、図16は、図15の断面Bの矢印方向からみた電力変換装置200の断面図である。 
[0096]
 図13に示されたように、電流センサ180は、コンデンサモジュール500の上方に配置される。ドライバ回路基板22は、電流センサ180の上方に配置され、さらに図14に示されたバスバーアッセンブリ800に設けられる支持部材807a~807dによって支持される。さらにドライバ回路基板22は、その四隅が支持部材15a~15d(15dは不図示)を介してケース10に接続される。
[0097]
 金属ベース板11は、ドライバ回路基板22の上方に配置される。本実施の形態では、ケース10の開口部の周縁が金属ベース板11によって塞がれる。制御回路基板20は、金属ベース板11と蓋8によって形成される空間に収納される。
[0098]
 電流センサ180とドライバ回路基板22と制御回路基板20が高さ方向に階層的に配置され、また制御回路基板20が強電系のパワー半導体モジュール300a~300cから最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入されることを抑制することができる。さらに、金属ベース板11は、グランドに電気的に接続された流路形成体12に電気的に接続されている。この金属ベース板11によって、ドライバ回路基板22から制御回路基板20に混入するノイズを低減している。
[0099]
 電流センサ180とドライバ回路基板22を電気的に繋ぐ際の、配線コネクタを用いると接続工程の煩雑さや、接続ミスを防止することが望ましい。図15では、ドライバ回路基板22には、当該ドライバ回路基板22を貫通する孔24が形成される。また孔24にはパワー半導体モジュール300a~300cの信号端子325U及び信号端子325Lが挿入され、信号端子325U及び信号端子325Lはドライバ回路基板22の配線パターンと半田により接合される。なお、流路形成体12との対向面とは反対側のドライバ回路基板22の面側から半田接合が行われる。
[0100]
 これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワー半導体モジュール300の信号端子325U,325Lと電流センサ180の信号線182を、同一方向から半田により接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。
[0101]
 また、本実施形態のドライバ回路基板22は、流路形成体12と対向する面側に、ドライバICチップ等の駆動回路(不図示)を実装している。これにより、半田接合の熱がドライバICチップ等に伝わることを抑制して、半田接合によるドライバICチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板22に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール500とドライバ回路基板22との間の空間に配置されるので、電力変換装置200全体を低背化することが可能となる。
[0102]
 図17は、図11に示されたコンデンサモジュール500の樹脂封止材550を取り除いた分解斜視図である。本実施形態においては、複数の平滑用のコンデンサ素子560a~560gはコンデンサケース502の長手方向に沿って一列に並べられているが、平滑用のコンデンサ素子が1つのみであってもよい。
[0103]
 コンデンサケース502は、略矩形状を為しており一面に開口502bを形成するとともにコンデンサ素子560a~560g,負極導体板558及び正極導体板559の収納空間502cを有する。コンデンサ素子560a~560g,負極導体板558及び正極導体板559がコンデンサケース502内に収納された状態では、負極導体板558及び正極導体板559は、コンデンサ素子560a~560gとコンデンサケース502の内壁面との間であって、コンデンサケース502の底面502d,第1側面502e及び第2側面502fに沿って配置される。
[0104]
 図16に示されるように、図17にて説示されたコンデンサモジュール500は、流路形成体12により形成される収納空間405内に配置される。これにより、コンデンサケース502の底面502dと第1側面502e及び第2側面502fは、収納空間405を形成する流路形成体12と対向することになる。具体的には、コンデンサケース502の底面502dは流路形成体12dと対向しており、コンデンサケース502の第1側面502eは流路形成体12eと対向しており、コンデンサケース502の第2側面502fは流路形成体12fと対向している。なお本実施形態においては、流路形成体12dは流路形成体12eと流路形成体12fを一体的に接続するための部材であり、コンデンサケース502の底面502dから放熱される熱は、この流路形成体12dを介して流路形成体12e及び流路形成体12fに伝熱される。流路形成体12dに、流路形成体12eと流路形成体12fと同様に、冷却冷媒を流すための流路を形成してもよい。これにより、負極導体板558及び正極導体板559は、冷却体である流路形成体12d~12fにより冷却され、コンデンサモジュール500の冷却性能を向上させることができる。
[0105]
 さらに、コンデンサケース502と流路形成体12d~12fとの間には、熱伝導率が比較的高く、かつ柔軟性のある熱伝導部材を挟むことが望ましい。このような熱伝導部材としては、熱伝導シート,熱伝導グリース、ないしは高熱伝導性のシリコーンゴムなどが適用できる。熱伝導シートを適用するためには、熱伝導シートとコンデンサケース502及び流路形成体12d~12fとの間に隙間ができないように、相互の隙間を低減する必要がある。流路形成体12d~12fをダイカストで成形する場合には型の抜き勾配のためにコンデンサモジュール500の収納空間405の形状が一般的には台形となるため、コンデンサケース502を勾配に沿う形に成型するなどの工夫が望ましい。一方、高熱伝導性シリコーンゴムなどを充てんする際には、部材間の隙間にゴムを流し込むことは困難であるため、コンデンサモジュール500を収納空間405に配置する際に、先に収納空間405にゴムを流し込んでおいて、その上からコンデンサモジュール500を押し込むことによって隙間にゴムを充てんすると、隙間に隈なくゴムを行き渡らせることができる。
[0106]
 また図16に示されるように、パワー半導体モジュール300aは、第1放熱面307A及び第2放熱面307Bが流路形成体12fと対向するように流路内に配置される。これにより、流路形成体12fに形成された流路は、負極導体板558及び正極導体板559の冷却だけでなくパワー半導体モジュール300aの冷却を兼ねることができ、コンデンサモジュール500とパワー半導体モジュール300aより成る電力変換装置の主回路をコンパクトに実装することができる。特に、パワー半導体モジュール300aは流路形成体12fと対向し、かつパワー半導体モジュール300cは流路形成体12eと対向することにより、コンデンサケース502の両方の第1側面502e及び第2側面502fからの伝達される熱の放熱バランスが保たれ、コンデンサ素子560a~560gを熱から保護することができる。
[0107]
 また図17に示されるように、コンデンサ素子560aは、電極面561aと電極面562aが対向する円筒形状の巻回型のフィルムコンデンサ素子である。コンデンサ素子560b~560gも、コンデンサ素子560aと同様の構成である。巻回型のフィルムコンデンサ素子の中で発生した熱は、フィルムコンデンサ素子の中央部から電極面561a及び電極面562aに向かって伝熱する。そこで本実施形態に係るコンデンサ素子560aは、電極面561a及び電極面562aがコンデンサケース502の両方の第1側面502e及び第2側面502fと対向するように配置される。これによりコンデンサ素子560a~560gからの熱を効率的に流路形成体12e及び12fに伝達することができる。
[0108]
 ここで図16にて示された還流電流595a及び595bについて図を用いて説示する。図18はインバータ回路の簡略図である。U相上アームIGBTがON(下アームは常時OFF)、V相下アームがOFF(上アームは常時OFF)、W相下アームがON(上アームは常時OFF)のときは図9の矢印のように電流が流れる。このときV相に流れる電流はバッテリ側に戻らず、インピーダンスが低いU相上アームIGBTに向かって流れる。この電流が相間を流れる還流電流595a及び595bであり、還流電流595a及び595bは上下アーム間で流れることはなく、上アーム間だけまたは下アーム間だけで流れる。本実施形態のようにパワー半導体モジュールが相毎に分離して構成されており、還流電流595a及び595bがコンデンサケース502内に負極導体板558及び正極導体板559を介して流れる場合であっても、本実施形態のように負極導体板558及び正極導体板559を冷却することにより、還流電流595a及び595bによる発熱の影響を低減することができる。
[0109]
-実施形態2-
 図19に他の実施形態に係るコンデンサモジュールの斜視図を示す。実施形態1と同じ符号を付した構成は実施形態1と同様の機能を有する。金属製の板状部材502mがコンデンサケース502の一部に嵌め合わされている。金属製の板状部材502mは、軽量や高伝熱性であることを鑑みアルミニウムであることが望ましいが、高伝熱性であれば他の金属部材であってもよい。コンデンサケース502の板状部材502mを支持するその他の部分は、樹脂製部材で構成される。板状部材502mは、負極導体板558又は正極導体板559と対向する位置に配置される。これにより負極導体板558又は正極導体板559の放熱性を更に高めている。ただし、アルミニウムは導電性であるので、負極導体板558又は正極導体板559と板状部材502mとの間にも絶縁紙を挟むなど、絶縁のための構造が必要である。
[0110]
 上記の実施形態では、負極導体板558および正極導体板559は、幅広い導体板を図17に示すように加工して形成した。すなわち、負極導体板558および正極導体板559の一定の面積を有する幅広い面が流路形成体12dや流路形成体12eや流路形成体12fに対向するように形成されている。しかし、負極導体板558および正極導体板559は、必ずしも幅広い導体板で形成しなくてもよい。細長いバスバーで形成するようにしてもよい。その場合も、負極導体板558および正極導体板559は、コンデンサ素子560a~560gを収納できる収納空間502cを形成するようにし、コンデンサ素子560a~560g,負極導体板558及び正極導体板559がコンデンサケース502内に収納された状態では、負極導体板558及び正極導体板559は、コンデンサ素子560a~560gとコンデンサケース502の内壁面との間であって、コンデンサケース502の底面502d,第1側面502e及び第2側面502fに沿って配置されるようにする。これにより、負極導体板558および正極導体板559は、必ずしも幅広い面で流路形成体12dや流路形成体12eや流路形成体12fに対向するものではないが、バスバーの一定の面積を有する面が流路形成体12dや流路形成体12eや流路形成体12fに対向するように形成されているので、一定の効率的な冷却効果を有する。
[0111]
 上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
[0112]
 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
 日本国特許出願2011年第123907号(2011年6月2日出願)

請求の範囲

[請求項1]
 直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
 前記直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、
 前記パワー半導体モジュール及び前記コンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、
 前記コンデンサモジュールは、前記略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともに前記コンデンサ素子の収納空間を有するケースと、前記パワー半導体素子と前記コンデンサ素子とを電気的に接続するための直流導体と、を有し、
 前記冷却体は、前記ケースの内壁の底面及び前記ケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、
 前記直流導体は、前記コンデンサ素子と前記ケースの内壁面との間であって、前記ケースの前記底面及び前記両側面に沿って形成される電力変換装置。
[請求項2]
 請求項1に記載された電力変換装置において、
 前記冷却体は、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の一方の側面の側部に配置される第1流路形成体を有し、
 前記パワー半導体モジュールは、当該パワー半導体モジュールの放熱面が前記ケースの前記両側面の前記一方の側面と対向するように前記第1流路形成体に固定される電力変換装置。
[請求項3]
 請求項1に記載された電力変換装置において、
 前記冷却体は、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の一方の側部に配置される第1流路形成体と、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の他方の側部に配置される第2流路形成体と、を有し、
 前記パワー半導体モジュールは、複数設けられ、
 さらに前記複数のパワー半導体モジュールは、前記第1流路形成体と前記第2流路形成体とに分けて配置される電力変換装置。
[請求項4]
 請求項1ないし3に記載のいずれかの電力変換装置において、
 前記コンデンサ素子は、2つの電極面が対向する円筒形状の巻回型のフィルムコンデンサ素子であり、
 前記フィルムコンデンサ素子は、前記2つの電極面が前記両側面と対向するように配置される電力変換装置。
[請求項5]
 請求項1ないし4に記載のいずれかの電力変換装置において、
 前記直流導体は、正極側導体と、負極側導体と、当該正極側導体と当該負極側導体との間に配置される絶縁部材とにより構成され、
 前記正極側導体と前記負極側導体は、前記ケースの収納空間内において、少なくとも一部が積層状態である電力変換装置。
[請求項6]
 請求項1ないし5に記載のいずれかの電力変換装置において、
 前記ケースは、前記直流導体と向かい合う前記底面又は前記側面が金属製部材で構成され、その他の部分は樹脂製部材で構成される電力変換装置。
[請求項7]
 請求項1に記載された電力変換装置において、
 当該電力変換装置は、U相,V相及びW相の三相交流電流を出力し、
 前記パワーモジュールは、U相を出力するU相パワーモジュールと、V相を出力するV相パワーモジュールと、W相を出力するW相パワーモジュールとにより分離されて複数設けられ、
 前記U相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続され、
 前記V相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続され、
 前記W相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続される電力変換装置。
[請求項8]
 請求項1ないし7に記載のいずれかの電力変換装置において、
 前記直流導体は、導体板より構成される電力変換装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]