CN102005956A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明通过减小寄生电感来提供可靠性高的电力变换装置。具备：功率模块，其具有将直流电流变换为交流电流的功率半导体元件；电容器模块，其具有对直流电流进行平滑化的电容器元件；导体，其将功率模块和电容器模块电连接；和水路形成体，其形成致冷剂流动用的流路；功率模块配置在水路形成体的第一面，电容器模块按照与第一面夹持流路的方式配置在相反侧的水路形成体的第二面，导体具有在正极导体与负极导体之间夹持了绝缘薄板的层叠构造，并且，导体配置成从电容器元件与水路形成体的第二面之间的空间经由水路形成体的侧部到达功率模块。

Description

电力变换装置
本申请是申请日为2007年7月19日、申请号为200710137063.1、发明名称为“电力变换装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及将直流电力变换为交流电力、或将交流电力变换为直流电力的电力变换装置。
背景技术
对作为电动机或发电机工作的旋转电机供给交流电力、或从旋转电机接受交流电力的电力变换装置有时在严峻的环境下使用。例如，当搭载于汽车而使用时，有时在高温下等严峻的环境下使用。另外，电力变换装置所变换的电力也具有增大的倾向。例如，有可能在流过几百安培的电流的状况下所使用。
在以下的专利文献1和专利文献2中公开了关于仅仅减少电感的技术。另外，在专利文献3中公开了关于仅仅进行冷却的技术。
专利文献1：特开2001-268942号公报；
专利文献2：特开2001-332688号公报；
专利文献3：特开2005-259748号公报(图1)。
在严峻的环境下所使用的电力变换装置需要维持高可靠性。尤其在搭载于汽车而使用时，在温度高的环境或处理数百伏特数百安培的大电力时、电力变换装置的故障有可能引发汽车的重大事故。从而要求高可靠性。
在电力变换装置中除了提高可靠性之外，还重要的是避免电力变换装置的电路部件在异常的温度下使用，从而重要的是与电力变换装置的温度有关的改善。从异常的高温状态中保护电力变换装置时，重要的是采用优良的冷却结构的同时采用抑制发热的结构。
在电力变换装置中来自电力变换装置所具有的逆变器(inverter)的发热大，需要抑制逆变器的发热的同时还需要有效地进行逆变器器等的冷却。逆变器在开关(switching)动作时发热量大，能够通过缩短开关动作时的动作时间，来抑制发热量。但是，具有要处理的电流量增大的倾向，例如如果短时间内导通或断开数百安培的电流，则电感的电压发生增大现象，如果仅仅缩短开关动作时的动作时间，则因高电压而导致可靠性的降低。因此，不易缩短开关动作时的动作时间。
发明内容
因此，从有效地冷却电力变换装置并且减少发热的观点出发，希望减小电感。由此，能够提供可靠性高的电力变换装置。
为了解决本发明的课题，本发明的一个特征在于，电力变换装置具备：功率模块，其具有将直流电流变换为交流电流的功率半导体元件；电容器模块，其具有对直流电流进行平滑化的电容器元件；导体，其将功率模块和电容器模块电连接；和水路形成体，其形成致冷剂流动用的流路；功率模块配置在水路形成体的第一面，电容器模块按照与第一面夹持流路的方式配置在相反侧的水路形成体的第二面，导体具有在正极导体与负极导体之间夹持了绝缘薄板的层叠构造，并且，导体配置成从电容器元件与水路形成体的第二面之间的空间经由水路形成体的侧部到达功率模块。
本发明的另一个特征在于，具有将构成电力变换装置的逆变器的功率半导体的芯片设置在金属基底的一个面，对上述金属基底的另一个面进行冷却的构造，将上述逆变器的直流端子与电容器模块的上述直流端子利用第一宽幅导体及第二宽幅导体电连接，使上述第一宽幅导体和上述第二宽幅导体成为层叠构造。
虽然除此之外还具有其他很多特征，但是在以下的实施方式中详细地说明其他特征。
(发明效果)
根据本发明能够提供一种可靠性高的电力变换装置。
附图说明
图1是表示具备本发明的电力变换装置的电动汽车的一实施例的系统图。
图2是本发明的电力变换装置的分解立体图。
图3是本发明的电力变换装置的分解立体图，是从与图2的情况不同的方向观察的图。
图4是本发明的电力变换装置的分解立体图，是从与图2或图3的情况不同的方向观察的图。
图5是表示本发明的电力变换装置的一实施例的外观立体图。
图6是从正面壁面侧观察本发明的电力变换装置的图。
图7是表示本发明的电力变换装置的一实施例的侧视图，是从安装有端子盒的侧观察的图。
图8是图5的I-I线的剖面图。
图9是表示在本发明的电力变换装置中在其外壳的内部配置有功率模块和开关驱动电路基板的状态的图。
图10是表示在本发明的电力变换装置中在其外壳的内部配置有电容器模块的状态的图。
图11是表示在本发明的电力变换装置中在上述外壳的内部配置有旋转电机控制电路基板的图。
图12是表示在本发明的电力变换装置中拆卸上述外壳的水路形成体的盖后从低侧观察上部的图。
图13(A)是表示上述水路形成体的盖的图，是盖的俯视图。
图13(B)是表示上述水路形成体的盖的图，是盖的侧视图。
图14是图12的II-II剖面图。
图15是图14的III-III剖面图。
图16是拆卸本实施例中的功率模块的树脂盖的图。
图17是从本实施例中的功率模块的散热片侧观察的图。
图18是图16的IV-IV剖面图。
图19是表示图18的其他实施例的功率模块的剖面图。
图20(A)是本实施例中的功率模块的外观图，是俯视图。
图20(B)是本实施例中的功率模块的外观图，是侧视图。
图20(C)是本实施例中的功率模块的外观图，是主视图。
图21是本实施例中的功率模块的配置图。
图22是本实施例中的电路图。
图23是表示本发明的第二实施例所涉及的电力变换装置的结构的剖面图。
图24是第二实施例的电力变换装置的水路的上部的俯视图。
图25是第二实施例的电力变换装置的侧视图。
图26是第二实施例的电力变换装置的侧视图。
图27是第二实施例的电力变换装置的侧视图。
图28是表示本实施例中的半导体功率模块的内部构造的图。
图29(A)是图28的半导体功率模块的局部放大图。
图29(B)是表示拆卸了图29(A)中的壳体的状态的局部放大图。
图29(C)是直流端子部的剖面图。
图30(A)是表示本实施例中的端子构造的图。
图30(B)是表示本实施例中的端子构造的其他实施方式的图。
图30(C)是表示本实施例中的端子构造的其他实施方式的图。
图31(A)是表示本实施例中的半导体功率模块的其他实施方式的局部放大图。
图31(B)是直流端子部的剖面图。
图32(A)是表示本实施例中的半导体功率模块与电容器之间的连接部的图。
图32(B)是连接部的主要部分剖面图。
图32(C)是连接部的其他实施方式的主要部分剖面图。
图32(D)是连接部的其他实施方式的主要部分剖面图。
图32(E)是连接部的其他实施方式的主要部分剖面图。
图32(F)是连接部的其他实施方式的主要部分剖面图。
图32(G)是连接部的其他实施方式的主要部分剖面图。
图33(A)是表示本实施例中的电力变换装置的其他实施方式的分解图。
图33(B)是表示图33(A)的实施方式的一体结构图。
图33(C)是图33(B)的电力变换装置的剖面图。
图34是表示本实施例中的端子构造的其他实施方式的图。
图35(A)是表示本实施例中的层叠构造的其他实施方式的图。
图35(B)是表示本实施例中的层叠构造的其他另一实施方式的图。
图36(A)是表示功率模块的直流端子对的其他实施方式的立体图。
图36(B)是图36(A)的分解图。
图36(C)是在图36(A)的C-C’切断的剖面图。
图中：10-上部壳体；11-第一基底；12-第二基底；13-下部壳体；22、956-绝缘基板；23、944-金属基底；24-树脂壳体；100-电动汽车；180-电池；200-电力变换装置；218、219-开口；300-电容器模块；502、504-功率模块；506、507-散热片；922、926-水路；924-折回通路；948-焊剂材料；958、962-焊料；1288-绝缘物；1289-绝缘薄板。
具体实施方式
在以下说明的实施例的方式中，构成为在半导体模块设置散热片，由该散热片有效地冷却半导体模块。通过构成为进一步用冷却水来有效地冷却电力变换装置，由此成为将平滑用的电容器模块的温度上升抑制为降低的构造。另外，通过构成为减小上述逆变器与上述电容器模块之间的电路的电感，将发热抑制为减少。即通过使上述电路作为低电感，可将开关动作时间尤其从构成逆变器的功率模块(power module)的导通状态变化到断开状态时的动作时间设定为较短，可通过该动作时间缩短而减小逆变器的发热。
另外，在以下说明的实施例中，具有能够以高精度来维持半导体模块的金属基底(base)即散热基板的平面度，同时容易制造的效果。另外，以将具备多个半导体芯片的绝缘基板与多个公共金属基底粘接的构造来可制造，绝缘基板的粘接的可靠性高，另外能够提高半导体模块的散热效率。
在以下的实施例中，能够将在电容器模块与半导体功率模块之间的电感抑制为较小。除了能够减小电容器模块与半导体功率模块之间的导体的电感，还能减小上述导体与上述半导体功率模块的端子的连接部的电感。另外，能够减小半导体功率模块的直流侧端子的部分的电感。以作业性良好的构造来实现它们。另外，除此以外能够减小电容器模块内的电感。
在第一和第二实施例中，致冷剂和半导体模块的热传导效率高、进而能够进行可靠性高的冷却，能够以高可靠性来实现发热的减少和有效的散热。
在第一及第二实施例中，作为致冷剂可利用发动机的冷却水，从而提高车载的搭载性，驱动系统整体的结构变得简单。为了可使用发动机的冷却水，在以下的实施例中改善了冷却水路与散热片之间的构造。另外，改善了冷却通路和平滑电容器安装的构造。
另外，根据与以下说明的具有对两个旋转电机进行控制的功能的电力变换装置有关的第一及第二实施例，装置整体的构造简单且可得到进一步高的冷却效率。另外，该装置具有容易制造的构造。
(实施例1)
《电动汽车100》
图1是表示具备本发明的电力变换装置的混合动力(hybrid)型电动汽车的一实施例的结构图。此外，本发明的电力变换装置200既可适用于纯粹的电动汽车、也可适用于混合动力型电动汽车，但是以下以混合动力型电动汽车的实施例为代表进行说明。
在混合动力型电动汽车100搭载有发动机120、第一旋转电机130、第二旋转电机140、向上述第一旋转电机130和第二旋转电机140供给高电压的直流电力的电池180。还搭载有供给低电压电力(14伏特系电力)的电池，其向以下说明的控制电路供给直流电力，但省略图示。
基于发动机120和第一旋转电机130及第二旋转电机140的旋转转矩传递到变速机150和差速齿轮(differential gear)160，而传递到前轮110。
对上述变速机150进行控制的变速机控制装置154、对发动机120进行控制的发动机控制装置124、对电力变换装置200进行控制的旋转电机控制电路基板700的上述旋转电机控制电路、对锂离子(lithium ion)电池等电池180进行控制的电池控制装置184与综合控制装置170，分别通过通信线路174连接。
上述综合控制装置170经由通信线路174从下位的控制装置即变速机控制装置154、发动机控制装置124、电力变换装置200和电池控制装置184收取表示各自的状态的信息。基于这些信息，由上述综合控制装置170对各控制装置的控制指令进行运算后，从上述综合控制装置170经由上述通信线路174向各个控制装置发送对各控制装置的控制指令。例如，上述电池控制装置184向综合控制装置170报告锂离子电池即电池180的放电状况或构成锂离子电池的各单位单元(cell)电池的状态作为电池180的状态。上述综合控制装置170根据上述报告若判断为上述电池180需要充电，则向电力变换装置200发出发电运转的指示。综合控制装置170还管理发动机120或第一或第二旋转电机130、140的输出转矩，并且对发动机和上述第一或第二旋转电机130、140的输出转矩的综合转矩或转矩分配比进行运算处理，向变速机控制装置154或发动机控制装置124或电力变换装置200发送基于处理结果的控制指令。基于转矩指令，电力变换装置200对第一旋转电机130和第二旋转电机140进行控制，按照以某一方的旋转电机或双方的旋转电机来发生指令的转矩输出或发电电力的方式对这些旋转电机进行控制。
上述电力变换装置200为了基于来自综合控制装置170的指令，来运转第一旋转电机130和第二旋转电机140，从而对构成逆变器的功率半导体的开关动作进行控制。通过这些功率半导体的开关动作，第一旋转电机130和第二旋转电机140作为电动机或者发电机进行运转。
当作为电动机进行运转时来自高电压的电池180的直流电力施加到上述电力变换装置200的逆变器，通过对构成逆变器的功率半导体的开关动作进行控制，由此将直流电力变换为三相交流电流后，提供给上述旋转电机130或140。另一方面，当作为发电机进行运转时，旋转电机130或140的转子利用来自外部的旋转转矩进行旋转，并基于该旋转转矩在上述旋转电机的定子绕组发生三相交流电力。将所发生的三相交流电力由上述电力变换装置200转换为直流电力后，提供给上述高电压的电池180，由直流电力来充电上述电池180。
如图1所示，电力变换装置200包括：具有抑制直流电源的电压变动的多个平滑用的电容器的电容器模块300；内置多个功率半导体的功率模块500；基板(以下为开关驱动电路基板)600，其具备对该功率模块500的开关动作进行控制的开关驱动电路；和基板(以下称作旋转电机控制电路基板)700，其具备旋转电机控制电路，该旋转电机控制电路发生上述开关动作的时间幅度的信号即进行脉冲宽度调制的控制的PWM信号。上述高电压的电池180是锂离子电池或镍氢电池(nickel hydride battery)等的2次电池，输出250伏特到600伏特、或者其以上的高电压的直流电力。
《电力变换装置的整体结构》
图2、图3和图4是上述电力变换装置200的分解立体图，示意性地表示该电力变换装置200的整体性结构。图2、图3和图4是从各个不同方向观察上述电力变换装置200的分解立体图。
电力变换装置200具有形成箱体的形状的外壳(housing)210，在该外壳210的底部设置有水路形成体220，该水路形成体220在内部具有冷却水循环的冷却通路即冷却水路216。在上述外壳210的底部，用于向上述冷却水路216供给冷却水的入口管212和出口管214向该外壳210的外侧突出。水路形成体220具有作为形成冷却通路的冷却通路形成体的功能，在该实施例中将发动机冷却水用作致冷剂，结构220具有作为冷却水形成体的功能。
图1的功率模块500由并列设置在上述外壳210内的第一功率模块502和第二功率模块504来构成。在第一功率模块502和第二功率模块504分别设置有冷却用的散热片506、507。另一方面，在上述水路形成体220设置有开口218、219。通过将上述第一及第二功率模块502、504固定于水路形成体220，以使上述冷却用的散热片506、507分别从上述开口218、219向水路216的内部突出。将上述开口218、219利用散热片506、507的周边的金属壁封闭，从而按照形成冷却水路的同时不泄漏冷却水的方式封闭上述开口。
该第一及第二功率模块502和504以与外壳210的形成有冷却水的入口管212和冷却水的出口管214的侧壁面正交的虚拟的线段为界分别左右配置。在上述水路形成体220的内部所形成的冷却水路，从冷却水的入口管212沿着外壳底部的长边方向延伸至另一端，在该另一端部以U字状折回，而再次沿着外壳底部的长边方向延伸至出口管214。沿着上述长边方向的并行的两组水路形成于上述水路形成体220内，在上述水路形成体220形成有与各个水路贯通的形状的上述开口218和219。沿着上述通路在上述水路形成体220固定第一功率模块502和第二功率模块504。通过设置于第一及第二功率模块502、504的散热片向水路突出而实现有效的冷却，并且通过金属制造的上述水路形成体220与第一及第二功率模块502、504的散热面密接而能够实现有效的散热构造。再有，上述开口218、219由第一及第二功率模块502、504的散热面分别被封闭，所以使构造小型化的同时冷却效果提高。
第一驱动电路基板602和第二驱动电路基板604在上述第一功率模块502和第二功率模块504分别层叠而并列设置地配置。上述第一驱动电路基板602和第二驱动电路基板604构成用图1所说明的开关驱动电路基板600。
配置于上述第一功率模块502的上方的第一驱动电路基板602在对其以平面视角进行观察时，形成为比该第一功率模块502小一些。同样，配置于上述第二功率模块504的上方的第二驱动电路基板604在对其也以平面视角进行观察时，形成为比该第二功率模块504小一些。
在上述外壳210的侧面设置有上述冷却水的入口管212和出口管214，在该侧面还形成有孔260，在该孔260配置有信号用的连接器282。该连接器282的安装位置的该外壳210内部配置有靠近该信号用的连接器282而固定的噪声除去基板560和第二放电基板520。按照使上述噪声除去基板560和第二放电基板520的安装面与上述第一功率模块502、第二功率模块504等的安装面平行的方式安装它们。
在上述多个驱动电路基板602和604的上方配置有具有平滑用的多个电容器的电容器模块300，该电容器模块300具有第一电容器模块302和第二电容器模块304，各第一电容器模块302和第二电容器模块304分别配置于第一驱动电路基板602和第二驱动电路基板604的上方。
在第一电容器模块302和第二电容器模块304的上方配置有平板状的保持板320，该平板状的保持板320其周边与上述外壳210的内壁面密接而固定。该保持板320在上述功率模块侧的面支撑上述第一电容器模块302和第二电容器模块304，并且在其相反侧的面保持旋转电机控制电路基板700而加以固定。而且，该保持板320由金属材料构成，使上述电容器模块302和304以及旋转电机控制电路基板700所发出的热流到上述外壳210而加以散热。
如上所述，将上述功率模块500、开关驱动电路基板600、噪声除去基板560、第二放电基板520、电容器模块300、保持板320和旋转电机控制电路基板700收纳在外壳210内，外壳210的上部的开口由金属制造的罩290(cover)被封闭。
另外，当将外壳210的设置有上述冷却水的入口管212和出口管214的侧壁作为正面时，在该侧壁安装配置有端子盒(box)800。在该端子盒800设置有：用于从上述电池180供给直流电力的直流电力用端子812和在其内部所设置的直流电力用的端子座(台)810；以及，与第一旋转电机130及第二旋转电机140连接的交流电力用端子822和在其内部所设置的交流用的端子座820。
直流电力用的端子座810经由汇流线(bus bar)与上述第一电容器模块302和第二电容器模块304的电极电连接，交流用的端子座820经由汇流线分别与构成上述功率模块500的多个功率模块502和504的端子电连接。
此外，该端子盒800构成为在其本体840安装底板部844和罩部846，在该底板部844配置有上述直流电力用的端子座810。这是为了容易组装该端子盒800的缘故。上述电力变换装置200形成为如图5所示的紧凑的(compact)形状
《电力变换装置200的各结构构件》
接下来，说明上述图2至图7所示的电力变换装置200的详细的结构。
<外壳210>
图8表示图5的I-I线的剖面。外壳210由金属材料例如铝制作，是大致方形状的箱体。在外壳210的底部具有具备冷却水路的水路形成体220，上部则开口。外壳210的底部的冷却水路通过在出入口的相反部分折回，而并列设置两个冷却水路，将这些冷却水路构成为使冷却水循环。上述折回的冷却水路具备水路形成体220，该水路形成体220由在中央隔着该冷却水流过的空间部的双重构造来构成。在上述水路形成体220的上侧板，如图所示那样沿着水路形成有开口218和开口219。
在外壳210的下部配置有由第一功率模块502和第二功率模块504构成的一对功率模块，各第一功率模块502、第二功率模块504每一个配置在水路形成体220的上方而加以固定。在各第一功率模块502和第二功率模块504的散热面具备多个并列设置的散热片506和507。该散热片506和507分别向上述水路形成体220的开口218和219的内部突出。再有，上述开口分别由散热片506和507的周围的功率模块502和504的散热面被关闭，由此防止漏水，进而形成密闭的水路216。
通过这种结构，可有效地冷却第一功率模块502和第二功率模块504。另外，通过构成为使各第一功率模块502和第二功率模块504的各散热片506和507沿着上述开口218和219插入，由此具有各第一功率模块502和第二功率模块504相对外壳210的定位的效果。
在外壳210将较小的孔262和具有较大的面积的孔264依次并列设置地形成(参照图3)。在外壳210的侧壁部配置有端子盒800，该端子盒800内的直流电力用的端子座810经过上述孔262与外壳210内的第一电容器模块302和第二电容器模块304电连接，该端子盒800内的交流用的端子座820经过上述孔264由汇流线860和862与外壳210内的第一功率模块502和第二功率模块504电连接。在图8中表示上述汇流线的一部分。
<功率模块500和开关驱动电路基板600>
图9是表示在上述外壳210的内部配置了功率模块500和开关驱动电路基板600的状态的俯视图。
构成功率模块500的第一及第二功率模块502和504在上述外壳210的内部中，与旋转电机控制基板700或第一及第二电容器模块303和304相比在更靠近冷却水路侧配置。第一及第二功率模块502和504沿着冷却水路并列配置。
第一功率模块502和第二功率模块504在按照使各自的直流端子IT1和IT2以及交流端子OT1和OT2成为相同方向的方式配置的状态下，在几何学上也由同一结构构成，并且通过相对一方的第一功率模块502使另一方的第二功率模块504旋转180度而进行配置，由此将这些直流端子IT1、IT2配置成在中央部相互对置，交流端子OT1和OT2相互配置在上述外壳210的侧壁侧。第一功率模块502和第二功率模块504，对各自的直流端子使在IT1、IT2中所对应的端子彼此靠近配置，因此第一及第二功率模块502和504配置成在长边方向上相互稍微错开。
在图9中由于第一功率模块502和第二功率模块504分别与开关驱动电路基板602和604重叠配置，因此上述直流端子IT1和IT2以及交流端子OT1和OT2处于在开关驱动电路基板602和604的短边方向的两侧被目视的状态。
第一功率模块502和第二功率模块504的直流端子IT1和IT2与上述电容器模块302和304的各端子电连接，各第一功率模块502和第二功率模块504的交流端子OT1和OT2与上述端子盒800内的交流用的端子座820连接。
第一功率模块502的交流端子OT1由与U相、V相、W相对应的各端子OT1u、OT1v、OT1w构成，这些各端子OT1u、OT1v、OT1w分别其配置处沿着并列设置的各功率模块502和504的一方的短边侧引出后经由在外壳210的侧壁部234的侧并列设置的汇流线860u、860v和860w，经过在上述外壳210的主侧壁部234所形成的孔264而引出到突出的引出端子OL1u、OL1v、OL1w。在本实施例中汇流线860u、860v和860w迂回与水路的出入口相反的侧。
第二功率模块504的交流端子OT2由与U相、V相、W相对应的各端子OT2u、OT2v、OT2w构成，这些各端子OT2u、OT2v、OT2w分别从其配置处经由在外壳210的侧壁部234的侧立设的汇流线862u、862v和862w通过上述孔264引出到突出的引出端子OL2u、OL2v、OL2w。
在各功率模块502和504或开关驱动电路基板602和604的上方，配置有电容器模块302、304以及旋转电机控制电路基板700。
上述各功率模块502和504在其周边部形成有螺丝孔，经过该螺丝孔在外壳的底部的水路形成体220由螺丝SC1而被固定。另外，在功率模块502和504的上方所配置的驱动电路基板602和604由螺丝SC2固定于该功率模块502和504。
另外，在图9中第一驱动电路基板602和第二驱动电路基板604，如上所述那样构成为分别向第一功率模块502和第二功率模块504供给开关信号的电路基板。在这些第一驱动电路基板602和第二驱动电路基板604上，经由在其主表面所设置的连接器CN引出线束(harness)HN，该线束HN与旋转电机控制电路基板700连接。
<电容器模块300>
图10是表示将具备多个平滑电容器的电容器模块300配置在上述外壳210内部的状态的俯视图。上述电容器模块300具有第一电容器模块302和第二电容器模块304，将第一电容器模块302和第二电容器模块304制作成例如在由树脂材料制造的长方体状的壳体分别收纳例如5或6个薄膜(film)电容器(电容器单元)。
如图8或图10所示，第一电容器模块302和第二电容器模块304分别并列配置，第一电容器模块302配置在上述第一驱动电路基板602的上方，第二电容器模块304配置在上述第二驱动电路基板604的上方。第一及第二电容器模块302和304与第一及第二功率模块502和504的直流端子通过连接部JN(包括JN1和JN2)而电连接。
此外，第一电容器模块302和第二电容器模块304构成为与功率模块500中的U相桥臂(arm)中的一对直流端子、V相桥臂中的一对直流端子、W相桥臂中的一对直流端子分别连接。从而，第一功率模块502、第二功率模块504的电连接如图10所示那样对于第一电容器模块302和第二电容器模块304的每一个各连接6处，电容器模块与功率模块之间的连接成为在宽幅金属导体之间夹持宽幅绝缘体的层叠构造。根据该构造，能够减小电容器模块与功率模块之间的电路的电感。通过减小电感，具有抑制因功率模块的开关动作而导致的电压的暂时性升压的效果，与此对应地缩短开关动作时间，能够实现可减少发热的控制。
在图10中第一及第二电容器模块302和304分别具备与直流电力用的端子座810连接的一对电极TM1和电极TM2，经由该电极与外部的直流电源连接。第一电容器模块302和第二电容器模块304的各自的电极TM1和TM2均配置在外壳210的水路出入口侧。这是通过配置成与在端子盒800内配置的直流电力用的端子座810所配置的侧相同侧，使得与外部的直流电源即高电压电池之间的布线变得容易，作业性提高。
在图10中第一电容器模块302和第二电容器模块304分别在其四个角落中形成有嵌入螺母的固定用孔FH1和FH2，由经过上述保持板320的与上述固定用孔FH1、FH2对应的孔而拧接于该固定用孔FH1、FH2的螺丝SC4(参照图11)，第一电容器模块302和第二电容器模块304固定于保持板320。即，各第一电容器模块302和第二电容器模块304在悬挂于保持板320的状态下所固定。
<保持板320>
图11是表示在上述外壳210的内部配置了保持板320的状态的俯视图，表示搭载于该保持板320的旋转电机控制电路基板700。保持板320构成为具备旋转电机控制电路基板700的控制基板托架(bracket)，在上述外壳210的内部中，在位于上述电容器模块300的上侧的状态下固定于上述外壳210。
在外壳210的内侧面沿着其周边方向以大致等间隔形成有多个突起体PR(参照图9和图10)，该突起体PR的上端面在其周边支撑上述保持板320，由经过形成于该保持板320的螺丝孔而拧接于上述突起体PR的端面的螺丝SC4来固定保持板320。由此以设置于周边的数目多的上述突起体的上面的大面积来承受上述保持板，所以外壳210与保持板320之间处于良好的热传导状态。保持板320为了提高其机械强度，由热传导与外壳210同样良好的金属材料，例如由铝材料制作。另外，在载置有上述旋转电机控制电路基板700的面形成有被图案化的凹凸面。
保持板320的上述凹面形成于与上述旋转电机控制电路基板700的该保持板320侧的面中的布线层等的形成区域对置的部分中，由此，能够防止上述布线层等与作为金属材料的保持板320接触，能够防止在该布线层发生电短路。尤其设置有功率模块502和504的交流端子OT1和OT2的部分形成为凹陷的凹形状。另外，在直流电源的连接部也形成有凹陷的凹形状。在上述保持板320的与上述旋转电机控制电路基板700对置的面的上述凹面内如图3所示那样形成有多个分散分布的隆起部(boss)BS，由在该隆起部中经过形成于上述旋转电机控制电路基板700的螺丝孔而拧接的螺丝SC6(参照图16)，将该旋转电机控制电路基板700固定于保持板320。
如上所述，上述保持板320由经过形成于该保持板320的螺丝孔而拧接于在上述第一电容器模块302和第二电容器模块304的四个角落所设置的固定用孔FH1、FH2的螺丝SC4，对在该保持板320下方所配置的上述第一电容器模块302和第二电容器模块304进行固定的方法与上述的方法相同。
这样，由于各第一电容器模块302和第二电容器模块304构成为被固定于与外壳210对接而配置的保持板320，因此从该第一电容器模块302和第二电容器模块304所发生的热经过保持板320容易地向壳体210传导，成为散热效果优良的结构。另外，由于外壳210由冷却水路进行冷却，因此能够将上述电容器模块302和304的温度上升抑制为降低。
<旋转电机控制电路基板700>
图11是表示在上述外壳210内的保持板320上所搭载的旋转电机控制电路基板700的俯视图。该旋转电机控制电路基板700将小信号用的电子部件与连接器CN一起搭载。该连接器CN经由线束HN与例如搭载于上述开关驱动电路基板602和604的连接器CN连接。该旋转电机控制电路基板700在其周边的四个角落的各区域、还有在除了该周边的中央部的区域即避开搭载有各部件的区域及形成有连接这些部件的布线层的区域，形成螺丝孔，由经过这些螺丝孔而拧接于上述保持板320的螺丝SC6，被固定于该保持板320。上述旋转电机控制电路基板700例如与只有其周缘部固定于框架(frame)的构造的情况相比，能够避免因振动等而导致中央弯曲的弊害。如上所述，由于该旋转电机控制电路基板700构成为载置于与外壳210对接而配置的保持板320，因此从该旋转电机控制电路基板700所发生的热经过保持板320容易地向壳体210传导，成为散热效果优良的结构。
<罩290>
罩290在上述外壳210的内部依次收纳上述第一功率模块502、第二功率模块504、开关驱动电路基板602、604、第一电容器模块302和第二电容器模块304、保持板320、旋转电机控制电路基板700之后，闭塞该外壳210的开口的盖材料构成。
<第一及第二功率模块502和504的冷却构造>
如上所述，电力变换装置200的一方的面侧，在底部形成有冷却水路。图12是从外壳210的底部往上观察的构造图，表示底部的水路形成体220的一部分即水路保持构件902。上述水路保持构件902具有其他水路形成体220即用于安装底板934的外周部904，在外周部904设置有多个螺丝固定用的孔SC9。只对一部分标注符号，而对其他省略符号。在外周部904的内侧设置有用于防止漏水的密封沟906，在上述密封沟906的内侧的上述水路保持构件902，在两侧设置有外侧区域部912，还设置有在上述附图中作为冷却水路216所说明的第一及第二水路922及926以及中央部908。通过在上述密封沟嵌入O型圈(O-ring)或橡胶等密封构件，并且用螺丝来拧紧螺丝孔SC9，从而具有密封功能。向水路922(前面作为216进行说明)的入口部916供给冷却水，冷却水在箭头方向上流过第一水路922，在折回通路924中冷却水的流动变为U字状，在箭头方向上流过第二水路926，从水路926的出口部918排出。在第一及第二水路922和926设置有作为孔的开口218和219。通过安装以下说明的图13所记载的底板934，来形成水路922和926，并且开口218和219成为对上述水路的开口构造。
在设置于第一水路922和第二水路926之间的上述中央部908和设置于第一水路922与外周部904之间以及设置于第二水路926与外周部904之间的外侧区域部912，分别设置有用于使铝压铸(die casting)的厚度变薄的凹陷932。
图13(A)和(B)表示封闭图12所示的外壳210的底的底板934。底板934和上述水路保持构件902是形成水路的水路形成体，水如图13(A)的箭头所示那样流动。在底板934设置有多个螺丝孔SC9，经由上述水路保持构件902的外周部904的螺丝孔SC9用螺丝拧紧。在底板934设置有第一凸部935和第二凸部936，该凸部935插入到水路922，凸部936插入到水路926。此外，凹陷938为了使铝压铸的厚度变薄而被设置。
图14表示沿着图12的II-II剖面的水路922的剖面，此外，水路926也大致相同形状。在图12、图13和图14中，在水路保持构件902设置有并列配置的多个水路922和926。冷却水从入口管212(在图12中省略记载)导入到入口部916。在水路的入口部916设置有与外壳210一体的由金属构件所形成的顶棚(天井)882，在水路的两旁设置有以图15的侧壁988和990所示的与外壳210一体的金属构件。水路如图12所示那样入口管的后水路的宽度逐渐变宽，一方水路的深度逐渐变浅，从而冷却水的流动变得流畅且不易产生漩涡，并且流体阻力小。水从入口部开始被引导到具有开口部的水路。在具有开口部的水路中，通过在水路的底设置图13所示的凸部935，使得水路的底凸起，成为水路的深度比散热片的高度稍微深的形状。散热片的高度为6毫米到8毫米，水路的深度为10毫米以下、优选为9毫米以下。
在水路形成体220的上述凸部935的相反侧制作有开口218，使设置于功率模块502的金属基底944的散热片506向该开口218突出，并且将功率模块502由螺丝SC1来固定。在虽然省略图示但并列配置的其他水路926所形成的水路形成体220的开口，固定有功率模块504。通过这种方式，散热片与冷却介质即水之间的热交换效率提高。另外，并列设置的水路922与926之间的接头即折回部与散热片突出的部分相比水路形成得较深，从而减小流体阻力且改善冷水的流动。
由于功率模块504以与以下说明的功率模块502同样的构造来大致相同地固定，因此以功率模块502为代表进行说明。多个散热片506(在该实施例中3个散热片)从水路922的上述开口218向水路突出。散热片506设置在金属的金属基底944的一个面上，在金属的金属基底944的另一个面设置有半导体芯片。上述半导体芯片用树脂壳体946被密封。该结构在功率模块504与水路926之间的关系下也相同。
如图9或图14所示，功率模块502与金属板982一起由螺丝SC1固定于形成水路的水路形成体。在该实施例中被固定于与外壳210一体形成的水路罩882。由功率模块502的因螺丝固定而在功率模块502的散热面封闭上述水路992的开口218。功率模块502的散热面与上述开口周边的水路形成体之间设置有密闭构件例如O型圈(O-ring)986，成为能够防止漏水的构造。
与上述金属板982对置而设置有由金属或热传导性优良的较软的树脂构成的散热板984，并且与该散热板984对置而设置有驱动电路基板602。驱动电路基板602的热经由散热板984传递到水路形成体，并传递给冷却水，由此能够将驱动电路基板602的温度上升抑制为降低。以上的结构和作用效果对于功率模块504和驱动电路基板604也相同。
图15表示图14的III-III剖面的局部放大图。在用于形成水路922的水路形成体220的底部设置有底板934。水路的两侧部由与外壳210一体设置的侧板988和990来形成。上述侧板988和990与水路形成体220的底部之间的密闭由密闭构件例如由O型圈或比O型圈的宽度宽的密封垫(gasket)等构成的密封构件986来实现。另外，水路922的上部的开口218如上所述那样由功率模块502的金属制基底944的散热面所密闭。为了进行该密闭，设置有密闭构件例如O型圈或密封垫等的密封构件986。在上述金属基底944的相反面固定有多个半导体芯片，用树脂壳体946进行密闭。在功率模块502上如上所述那样夹持散热板982和散热板984而由螺丝SC2来固定上述驱动电路基板602。
在上述说明中，如图14所示那样在水路的入口部和出口部以及折回部中使水路加深，散热片的插入部成为与上述水路位置相比更浅的形状。散热片插入部的水路的深度为比散热片的高度方向的长度稍微长的尺寸的深度。在该实施例中如上所述，散热片高度为6毫米～8毫米，水路的深度是10毫米以下、优选为9毫米以下。以上的结构或作用、效果在功率模块504和包括其水路的水路形成体中也相同。
<功率模块>
图17表示从风扇侧观察了功率模块502或504的状态，图16表示拆卸了功率模块502或504的树脂壳体946的状态。另外，在图1 8中表示图16的IV-IV剖面。在实际的剖面图中表示3个半导体部分的剖面，但是为了易于理解说明，对半导体芯片的3个中的2个省略对其说明，只对半导体芯片的一个进行比实际更大的放大后记载。如图17所示，在金属基底944的散热面设置有如图17所示的3组散热片506A、506B、506C。在上述散热片的外周的散热面设置有O型圈或密封垫作为防止水路的冷却水的泄漏的密封构件86。通过将上述金属基底板的散热面向水路的开口部用螺丝等强行推入，由此用上述金属基底944来封闭水路922(216)或926(216)的开口，成为能够由上述密封构件986来防止水路内的冷却水的漏水的构造。
如图18所示，散热片由焊剂构件(ロ一材)948而被固定。该硬钎焊(ロ一付け)例如在摄氏600度到700度下进行。如图18所示，与上述3组散热片对应地绝缘基板956由第二焊料(半田)层962粘接于上述金属基底944的相反面。
上述金属基底944为以铜为主成分并在该该铜中掺杂杂质的合金。在散热片506的硬钎焊之后优选硬度为HV50以上且优选热传导率为200W/mK以上。该金属基底的厚度在2毫米～4毫米的范围内。另外，在各绝缘基板的范围或用固定螺丝孔978所包围的范围内最佳平面度为0.1mm以下、优选平面度为0.2mm以下。再有，在构成逆变器的半导体芯片的范围即6个绝缘基板的范围内最佳平面度为0.3mm以下、优先平面度为确保0.4mm以下的平面度。如果在铜中掺杂比铜硬的杂质，则随着其比例的增加而硬度增大。但是，由于上述杂质的热传导率一般比铜低，所以整体的热传导率下降。从而，作为优选通过调整杂质的比例，能够维持上述硬度和上述热传导率。另外，优选对上述金属基底实施厚度大约3～9μm的镍镀敷。如图18所示那样在一方对散热片506进行硬钎焊，在另一方对半导体芯片的绝缘基板956进行软钎焊(半田付け)。在该情况下有可能在铜的面上有缺陷，因此通过实施适当厚度的镀敷，能够适宜地维持表面粗糙度。在该实施例中，优选至少绝缘基板的搭载范围和O型圈接触的范围的表面粗糙度满足Ra＝3.2。
<半导体模块的制造>
在图18中在满足上述条件的以铜为主成分的合金的基底板在摄氏600度到700度下对金属制的散热片506进行硬钎焊。根据情况有可能成为800度至900度。如果金属基底软，则在该硬钎焊作业中平面度变差，难以进行其后的绝缘基板956的粘接。通过适度地选定杂质的含有比例，硬钎焊作业后的特性对于硬度而言为HV50以上，另外硬钎焊作业后的热传导率能够确保200W/mK以上的特性。如图16所示，在该作业中对3个散热片506A～506C进行硬钎焊。
另外，在其他的作业工序中，在绝缘基板956用高温焊料来粘接半导体芯片952。第一焊料层958在该工序中所制作的层将半导体芯片952与绝缘基板固接。该焊料层是高温焊料的层，从而在第二焊料层962即低温焊料的粘接作业中不会熔解。如图16所示，在一个绝缘基板956粘接各3组二极管芯片954和IGBP芯片952。为了避免烦杂，只对一个绝缘基板956表示参照符号，而其他则省略。将具有3组二极管芯片954和IGBP芯片952的一个绝缘基板以对置两个的方式并列配置，由此与UVW相内的1相对应，与粘接于金属基底944的背面的一个散热片对应。图16的金属基底944由于构成三相用的逆变器，因此具有3组上述对置并列配置的绝缘基板。各绝缘基板具有相同的构造。
在上述作业后，按照使粘接了3组半导体芯片952的6个绝缘基板956与具有3个散热片的506的金属基底944满足图16和图17所示的位置关系的方式，用低温焊料即焊料962来进行粘接。即，对于两个绝缘基板以在金属基底944的相反面对一个散热片进行硬钎焊的位置关系来进行粘接。在图18中散热片506与金属基底944之间的粘接温度最高，使用焊剂材料进行粘接。温度次高的粘接为，半导体芯片952与绝缘基板956之间的粘接且使用高温焊料而进行。温度最低的粘接是绝缘基板956与绝缘基底之间的粘接且使用低温焊料而进行。由于上述焊剂材料的散热片506的粘接温度高，因此如果金属基底944的金属不采用比纯铜更硬的金属，则因硬钎焊而金属基底944的相反面的平面度降低，从而难以粘接绝缘基板。如上所述，如果增加作为杂质的金属的含有量，则容易地维持平面度，但是热传导率下降，绝缘基板956的冷却效果下降。兼顾两方的特性的条件为上述的、硬钎焊作业后的特性对硬度而言为HV50以上且硬钎焊后的热传导率为200W/mK以上的特性。另外，在各绝缘基板956的区域中的最佳平面度为0.1mm以下、优选平面度为0.2mm以下。另外，作为优选能够较高地维持金属基底944的粘接有6个绝缘基板的区域的平面度，粘接有6个绝缘基板的区域(在全部绝缘基板的粘接区域)中最佳平面度为0.3mm以下，优选平面度为与此相近的0.4mm以下。
作为其他方案，在用安装螺丝孔978划分的区域内最佳平面度为0.1mm以上、优选平面度为0.2mm以下。
在本实施例中在金属基底944配置多个绝缘基板956，在这些各绝缘基板956内使多个半导体芯片分别维持耐高电压的配置关系。这样，在具有多个例如接受300伏特以上的直流电力后变换为交流电力的半导体芯片的绝缘基板956中，绝缘基板的面积变宽，在各绝缘基板956的粘接的范围内优选平面度分别维持为0.2mm以下，最佳平面度为0.1mm以下。
在图16中粘接于一个绝缘基板的3组半导体芯片在该实施例中为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)芯片和二极管芯片，图18的芯片952为IGBT芯片。另外，与IGBT芯片相邻的二极管芯片954以与图18的构造相同的构造且相同的制造方法粘接于绝缘基板956，不同点在于由二极管芯片954来取代半导体芯片952。针对绝缘基板用高温焊料粘接3个IGBT芯片952和3个二极管芯片954，6个具备这些6个芯片的绝缘基板956以图16所示的排列用低温焊料被粘接于金属基底944。
在上述实施例中，对半导体芯片952采用了IGBT芯片，但是也可采用MOS晶体管的芯片。在该情况下，不需要二极管芯片954。
在图16、图17和图18中孔978是用于将半导体模块安装于通路形成体220的螺丝孔。
图19是图18的其他实施例，其中将散热片506的形状作为销(pin)形状。与图18的波形状的散热片506同样由焊剂材料对金属基底944进行硬钎焊。由焊剂材料948将金属的基底板和销形状的散热片粘接。在该实施例中散热片即销的高度为距基底面6mm至8mm的高度。图14中的插入有散热片的位置的水路的深度为10mm以下、优选为9mm以下。各风扇的区域、图17的散热片506A的区域中的销的数目为300个到700个。销的粗细为在硬钎焊部中直径3mm到5mm、其高度为0.5mm到1.5mm，并且比它们高的部分的直径为2mm～3mm。这些销以锯齿状配置。
图20(A)至(C)是功率模块502或504的外观图。图20(A)是功率模块502或504的俯视图、图20(B)是侧视图、图20(C)是正视图。如上所述，图16和图17所记载的功率模块是拆卸图20的的功率模块的树脂壳体后的构造。在图20(A)所示的俯视图中，在一方端设置有与旋转电机连接的交流用端子OT1u、OT1v、OT1w。在相反侧即另一端部设置有3组与直流电源连接的直流用端子IT1N和IT1P。这些端子如图9所示那样配置，与电容器的端子连接。此外，端子IT1N与直流电源的负侧连接，端子IT1P与直流电源的正侧连接。对图20的3组直流端子IT1N和IT1P而言正侧端子之间及负侧端子之间分别并联电连接。
基准销992为了固定于功率模块502或504的驱动电路602或604的定位而设置。
图21表示在将功率模块502或504的散热片向水路922或926的开口218或219突出而固定的状态下的功率模块502与功率模块504的位置关系。箭头表示水路的水流方向。将2个功率模块502和504并列配置并且使直流用端子成为内侧。通过该配置，在中央部能够与电容器端子连接，装置整体变为简单的构造。另外，能够以短布线且使直流的正侧与负侧对置而以层叠构造与电容器模块302或304连接，从而能够减小该布线部的电感，能够将因功率模块502与504之间的开关动作而产生的电压的跳变抑制为较低。
另外，在本装置中功率模块的直流端子的正极IT1P与IT2P彼此连接，直流端子的负极IT1N与IT2N彼此连接。如图21所示，通过使功率模块502或504稍微错开而并列配置，能够将相同形状的功率模块用作功率模块502或504。还具有连接距离缩短、能够减小上述电感的效果。将功率模块502或504的负极即N端子彼此靠近地配置，将正极即P端子彼此靠近地配置。由此，连接线的配置满足整齐的关系，提高生产性即配设作业。再有，能够减小电感。
连接于旋转电机的交流端子OT1和OT2分别配置在并列配置的功率模块502或504的外侧，因此成为容易地配置将交流端子OT1和OT2与不同的旋转电机的端子连接的汇流线的构造。装置整体的构造简单且作业性也提高。
<电路的说明>
图22是本实施例的电力变换装置200的电路图，在电力变换装置200设置有：构成逆变器装置的第一功率模块502；构成逆变器装置的第二功率模块504；电容器模块300；安装于逆变器装置的第一驱动电路基板602的驱动电路92；安装于逆变器装置的第二驱动电路基板604的驱动电路94；安装于旋转电机控制电路基板700的控制电路93；安装于连接器基板72的对连接器73及电容器模块300的放电电路(未图示)进行驱动的驱动电路91；和电流传感器95和96。
此外，在图22中为了容易区别电源系统和信号系统，用实线来图示电源系统、而用虚线来表示信号系统。
第一功率模块502和第二功率模块504构成对应逆变器装置的电力变换用主电路，如图16所示，具备多个开关用功率半导体元件。第一功率模块502和第二功率模块504分别利用从对应的驱动电路92和94输出的驱动信号而动作，将从高电压电池180供给的直流电力变换为三相交流电力，将该电力供给到对应的旋转电机130或140的电枢绕组。主电路是图22所示的三相桥电路，构成为对应三相的串联电路分别在电池180的正极侧与负极侧之间并联电连接。该串联电路由图16所示的粘接于对置配置的绝缘基板956的半导体芯片952构成。图22所示的上述第一功率模块502和第二功率模块504的半导体芯片配置为如图16所示。
<第二功率模块504的说明>
第一功率模块502与第二功率模块504如图22所示那样电路结构相同，从而以第二功率模块504为代表进行说明。在本实施例中将IGBT(绝缘栅型双极晶体管)21用作开关用功率半导体元件。IGBT21具备集电极、发射极和栅电极这3个电极。在IGBT21的集电极与发射极之间电连接有二极管38。二极管38具备阴极和阳极这两个电极，按照从IGBT21的发射极向集电极的方向成为正向的方式，阴极与IGBT21的集电极电连接，阳极与IGBT21的发射极电连接。上述IGBT21的芯片与图16、图18和图19的半导体芯片952对应，二极管38与上述图的二极管芯片954对应。如以上所述，作为开关用功率半导体元件也可使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)。MOSFET具备漏电极、源电极和栅电极这三个电极。此外，MOSFET在源电极与漏电极之间具备从漏电极向源电极的方向成为正向的寄生二极管。因此，如IGBT那样无需另外设置二极管。
各相的桥臂构成为使IGBT21的源电极与IGBT21的漏电极并联电连接。此外，在本实施例中只表示了一个各相的各上下桥臂的IGBT，但是所控制的电流容量大，因此构成为使多个IGBT并联电连接。在图22所示的实施例中，各相的各上下桥臂分别由三个IGBT构成。各相的各上桥臂的IGBT21的漏电极与电池180的正极侧电连接、各相的各下桥臂的IGBT21的源电极与电池180的负极侧电连接。在图20或图21中将应当与电池180的正极侧连接的上述功率模块502和504的端子作为IT1P或IT2P来表示。另外，在图20或图21中将应当与电池180的负极侧连接的上述功率模块502和504的端子作为IT1N或IT2N来表示。
各相的各桥臂的中点(上桥臂侧IGBT的源电极和下桥臂侧的IGBT的漏电极电极之间的连接部分)与对应旋转电机130或140的对应相的电枢绕组电连接。该中点在图20或图21中表示为端子OT1u、OT1v、OT1w、OT2u、OT2v、OT2w。
驱动电路92、94构成对应逆变器装置的驱动部，基于从控制电路93输出的控制信号，发生用于驱动IGBT21的驱动信号。在各个电路92或94中所发生的驱动信号输出到对应第一功率模块502或第二功率模块504。驱动电路92、94由将与各相的各上下桥臂对应的多个电路集成在一个电路的、将驱动6个IGBT的电路收容在一个块(block)中的集成电路来构成。作为与各相的各上下桥臂对应的电路包括接口电路、门(gate)电路、异常检测电路等。
控制电路93构成各逆变器装置的控制部，由对用于使多个开关用功率半导体元件动作(接通·断开)的控制信号(控制值)进行运算的微型计算机构成。在控制电路93中被输入来自上位控制装置的转矩指令信号(转矩指令值)、搭载于电流传感器95、96和旋转电机130或140的旋转传感器所检测出的信号(传感器输出)。控制电路93基于这些输入信号来运算控制值，向驱动电路92或94输出用于控制开关定时的控制信号。
连接器73用于将电力变换装置200与外部的控制装置之间电连接，经由图1的通信线路174与其他装置进行信息的收发。
电容器模块300包括图10的电容器模块302和304，用于构成对因IGBT2 1的开关动作而产生的直流电压的变动进行抑制用的平滑电路，与第一功率模块502、第二功率模块504的直流侧端子并联电连接。驱动电路91用于驱动为了将电容器模块300所蓄积的电荷放电而设置的放电电路(未图示)。
(实施例2)
接下来，采用图23至图28，说明第二实施例。第二实施例与前面所说明的图22所示的电路图、图16至图21所示的功率模块的构造和用图12至图15所说明的冷却水路的基本构造，在基本的方案上相同，且具有相同的作用和效果。不同点在于，在第一实施例中在逆变器装置200的底部具备冷却水路922和926，与此相反在第二实施例中在逆变器装置200的中段设置了冷却水路。在第二实施例中在冷却水路的形成体的两面能够装配功率模块502、504或电容器模块302或304等应当冷却的电部件，能够利用两面进行冷却。例如，构成为在冷却水路形成体的一个面装配半导体模块即功率模块502和504并对它们进行冷却，并且在上述冷却水路形成体的另一个面对电容器模块302和304进行冷却。
以下，说明电力变换装置的第二实施例。电力变换装置200，以在下部壳体13上层叠第二基底12、在第二壳体12上层叠第一基底11、在第一壳体11上层叠上部壳体10的配置而固定。上述层叠而固定的外壳也就是逆变器装置200的外观的形状为拐角部带有圆角(丸み)而整体上为长方体的形状。上述外壳的构成部件由铝材料等热传导性优良的材料来制作。该外壳基本上具有在第一实施例中所说明的外壳210的功能，上述外壳具备下部壳体13和上部壳体10。在由这些壳体构成的外壳的中央部固定有由第一壳体11和第二壳体12构成的水路形成体，在该水路形成体的两面装配以下说明的功率模块或电容器模块等电部件。
上述外壳由于被铝等热传导性优良的构件包围整个周围(周壁、顶棚壁、低壁)，并且将上述第一及第二基底11和12的冷却水路以热传导良好的构造来固定于上述外壳，因此上述外壳自身被良好地冷却。在上述外壳内部通过由上述第一及第二基底11和12构成的水路形成体而在其内部形成冷却水路，并且在外壳内在水路形成体的上和下分别形成室。上述水路形成体并列形成用于使致冷剂即冷却水流动的两个冷却水路922和926。通过上述结构，上述两个室由上述冷却水路而热隔离，能够抑制从一方的室到另一方的室的热影响。再有，各个部屋和部屋的壁被冷却。
在水路形成体的上部的室，第一功率模块502和第二功率模块504沿着外壳的长边方向如图24所示那样并列设置。如用图12和图13所说明那样在上述冷却水路922和926分别形成有开口218和219，功率模块502和504的散热片从该开口向水路内突出。另外，开口218和219由上述功率模块502和504的金属基底23的散热面被封闭，由此第一功率模块502和第二功率模块504有效地被冷却。另外，能够抑制从第一功率模块502和第二功率模块504放出的热给下部的室带来热影响。
如图27所示，在外壳的长边方向的一侧面设置有与冷却水路922或926连通的入口管121和出口管214。冷却水路922和926的每一个沿着外壳的长边方向平行地延伸，在彼此外壳的长边方向的另一端部中以U字状折回而连通。用图12～图14所说明的水路的形状和第二实施例的水路的形状大致相同。
第一基底11的冷却水路922或926的每一个上如上所述那样设置有开口218和219，并且在功率模块502和第二功率模块504设置的散热片从该开口218和219向水路内突出，上述开口218和219由功率模块502和第二功率模块504的金属基底23被封闭。上述散热片由致冷剂被直接冷却，上述金属基底23由流过水路922或926的致冷剂而有效地被冷却。
上述金属基底23与用图18或图19所说明的金属基底944具有相同的形状和作用效果，由以铜为主成分的热传导性优良的金属构件材料构成，向水路922或926的内部突出的散热片设置在该致冷剂流路侧的面。散热片与用图18或图19所说明的散热片506或507具有相同的构造，由致冷剂所带来的实质性的冷却面积增加，能够提高致冷剂的冷却效果。
如图14所示，在第二实施例中从入口管212供给的冷却水在第一水路922的入口部中也变深后，在散热片506突出之处第一水路922变浅。在第一水路922和第二水路926之间的连接部分即水路的折回部中与上述散热片506突出的部分相比水路再次变深，在第二水路926的散热片507突出的部分变浅。在第二水路926的出口部中与散热片突出的部分相比水路变深，与出口管214连接。该水路的形状和作用效果与用12或图13、图14所说明的形状相同，在散热片突出之处整体冷却水能够尽量有效地与散热片进行热交换，对无散热片的部分尽量减小流体阻力，提高整体冷却系统的冷却效率。
功率模块502或504的金属制的金属基底23设置为分别封闭水路的开口，在上述金属基底23的上面设置有用图15至图21所说明的树脂壳体24。图23～图27的树脂壳体24与图14或图15及图20的树脂壳体946相同。此外，在图23或图24中为了能够理解第一功率模块502的内部，故意拆卸原来所设置的第一功率模块502的树脂壳体24的上盖。另外，在图24的右侧的列所示的第一功率模块502的6个绝缘基板22上所粘接的半导体芯片和布线构造只对中央的两个进行具体的记载，而其他四个省略了粘接于绝缘基板22的半导体元件。
在树脂壳体的长边方向延伸的侧壁也就是位于第一功率模块502和第二功率模块504的对置侧的侧壁，按每收纳室对应地设置直流正极侧模块端子26(参照图24)和直流负极侧模块端子33(参照图24)。直流正极侧模块端子33和直流负极侧模块端子26从树脂壳体24的侧部向上方突出。与直流正极侧模块端子33和直流负极侧模块端子26的突出侧相反侧其表面露出于树脂壳体的表面直到收纳室的内部。由此，在各收纳室的内部形成有直流正极侧模块电极36和直流负极侧模块电极37。上述端子26为与说明第一实施例的图20和图21的IT1P或IT2P相同的端子，端子33为与图20和图21的IT1N或IT2N相同的端子。
在树脂壳体的长边方向延伸的侧壁也就是位于与第一功率模块502和第二功率模块504的对置侧相反侧的侧壁，设置交流模块端子27(参照图24)。交流模块端子27从树脂壳体的侧壁向上方突出。与交流模块端子27的突出侧相反侧其表面露出于树脂壳体24的表面直到收纳室的内部。由此，在各收纳室的内部形成有交流模块电极35。上述交流用的端子27与说明第一实施例的图20或图21的端子OT1u、OT1v、OT1w、OT2u、OT2v或OT2w具有相同的形状和作用效果。
在各收纳室的金属基底23的上面将两个绝缘基板22在外壳的长边方向上并列设置。在各绝缘基板22的上面将两个板状的布线构件38(参照图24)在外壳的长边方向上并列设置。在各收纳室的两个绝缘基板22的一方侧所设置的布线构件39的一方侧与直流正极侧模块电极36电连接。在各收纳室的两个绝缘基板22的另一方侧所设置的布线构件39的一方侧与直流负极侧模块电极37电连接。在各收纳室的两个绝缘基板22所设置的布线构件39的另一方侧与交流模块电极35电连接。这些电连接由导电性的导线(wire)29而进行。
在设置于各收纳室的两个绝缘基板22的布线构件39的另一方侧的上面，将在外壳的长边方向上并列的IGBT21和二极管38在外壳的短边方向上并列设置3个而安装。由此，分别构成各相的上下桥臂。IGBT21和二极管38电连接于与交流模块电极35电连接的布线构件39。ITBT21的栅极与连接器25电连接。这些电连接由导电性的导线29而进行。连接器25分别设置于形成树脂壳体的金属基底23的上面的3个区域的四个侧壁。上述IGBT芯片21或二极管芯片38的排列与用图16所说明的配置关系相同。第二实施例的绝缘基板22与第一实施例的绝缘基板956相同，实现相同的作用效果。
在树脂壳体的上部设置有板状的模块壳体盖34。模块壳体盖34构成了覆盖树脂壳体的上部开口部而封闭收纳室的顶棚壁，由与树脂壳体相同的绝缘树脂成形。在模块壳体盖34的上面设置有布线薄板(sheet)31和与布线薄板31电连接的布线连接器32。布线薄板31与从设置于模块壳体盖34的贯通孔向上方突出的连接器25电连接。布线连接器32由省略图示的布线与第一驱动电路基板70和第二驱动电路基板71的驱动电路电连接。上述驱动电路与图22所示的驱动电路92或94相同，与第一实施例的驱动电路基板602或604的电路相同。
在外壳的下部的冷却室内设置有电容器模块300。该电容器模块300具有两个电容器模块302和304，与第一实施例或图22的电路中的电容器模块300相同。
电容器模块300配置为与第一功率模块502或第二功率模块504的直流侧端子靠近配置、并且使电端子位于第二基底12的中央(由π的两只脚包围的区域)的下方侧。电容器模块300由外壳的高度方向的剖面形状为长圆形状的四个电解电容器构成。4个电解电容器按照使其长边方向朝向与外壳的长边方向相同的方向的方式，在外壳的长边方向和短边方向上并列设置各两个，并且经由保持带(band)52收纳于电容器壳体51的内部。电容器壳体51是上部开放的热传导性容器，壳体上部的凸缘(flange)部与第二壳体12的π的两只脚的下端部接触。由此，电容器模块300与水路922或926在热传导性良好的状态下热连接，能够充分地冷却电容器模块300。
各电解电容器具备正极侧电容器端子57和负极侧电容器端子56，正极侧电容器端子57和负极侧电容器端子56贯通了封闭电容器壳体53的上部的开口部的电容器盖54。正极侧电容器端子57和负极侧电容器端子56为板状，以面向短边方向的方式对置，将与电容器盖54一体形成的板状的绝缘构件55从短边方向夹紧。将电容器端子设置为当在电容器壳体53收容了4个电解电容器时，使在短边方向上相邻的电容器端子之间在长边方向的位置不同。
第一驱动电路基板70配置在第一功率模块502侧的第二基底12的下方侧的、由π的一只脚和第二基底12的凸缘部包围的区域。第二驱动电路基板71配置在第二功率模块504侧的第二基底12的下方侧的、由π的另一只脚和第二基底12的凸缘部包围的区域。驱动电路基板70和71与第二基底12热连接。由此，能够将致冷剂流路与驱动电路基板70或71热连接，能够由致冷剂即冷却水来冷却驱动电路基板70或71。
旋转电机控制电路基板74设置为与电容器壳体53的短边方向的一方侧(第二功率模块504侧)的侧面对置。旋转电机控制电路基板74与第二基底12热连接。由此，能够将水路922或926与旋转电机控制电路基板74以热传导性良好的状态来配置，能够由致冷剂有效地冷却旋转电机控制电路基板74。
连接器基板72设置为与电容器壳体53的短边方向的另一方侧(第一功率模块502侧)的侧面对置。连接器基板72与第二基底12热连接。由此，能够热连接致冷剂流路28与连接器基板72，能够由致冷剂冷却连接器基板72。连接器73从外壳的长边方向的另一方侧向外部突出。
电容器模块300与第一功率模块502或第二功率模块504由直流侧连接导体40电连接。直流侧连接导体40设置于第一基底11的中央部和第二基底的中央部并且经由长孔(外壳的长边方向的较长孔)即贯通了外壳的高度方向的贯通孔延伸至上下的冷却室。
直流侧连接导体40是将在外壳的长边方向上延伸的板状的直流正极侧汇流线45和在外壳的长边方向上延伸的板状的直流负极侧汇流线44隔着绝缘薄板43而在外壳的短边方向上层叠，并使直流正极侧模块端子42和正极侧电容器端子46与直流正极侧汇流线45一体形成，而且将直流负极侧模块端子41和负极侧电容器端子47与直流负极侧汇流线44一体形成的层叠构造的布线构件。根据这种构造，第一功率模块502和第二功率模块504与电容器模块50之间能够实现低电感化，能够减小IGBT21的开关动作时的暂时的电压上升。另外，即使加快开关速度也能够减小暂时的电压上升，因此能够加快开关速度，由此能够抑制开关动作时的功率模块的发热。
直流正极侧模块端子42在直流正极侧模块端子33从树脂壳体向上方突出的位置上从直流正极侧汇流线45的上部向上方延伸，以面向外壳的短边方向的方式与直流正极侧模块端子33对置并且由螺丝等固定机构被固定于直流正极侧模块端子33，由此与直流正极侧模块端子33电连接。直流负极侧模块端子41在直流负极侧模块端子26从树脂壳体向上方突出的位置上从直流负极侧汇流线44的上部向上方延伸，以面向外壳的短边方向的方式与直流负极侧模块端子26对置并且由螺丝等固定机构被固定于直流负极侧模块端子26，由此与直流负极侧模块端子26电连接。
正极侧电容器端子46和负极侧电容器端子47在电容器端子突出的位置上从直流正极侧汇流线45和直流负极侧汇流线44的下部向下方延伸，以面向外壳的短边方向的方式将电容器端子从外壳的短边方向夹紧，并且与同极的电容器端子对置而由螺丝等固定机构被固定于同极的电容器端子，由此与同极的电容器端子电连接。根据这种布线构造，能够使从直流正极侧汇流线45和直流负极侧汇流线44到达各电容器端子的布线部分也对置正极侧与负极侧，可得到实现了进一步低电感化的布线构件，能够减小IGBT21的开关动作时的暂时的电压上升。另外，即使加快开关速度也能够减小暂时的电压上升，因此当相同电压为止认同上升电压时，因电感的减小而能够加快开关速度，由此能够抑制开关动作时的半导体的发热。
在上述实施例中将冷却水路并列配置，并且在水路与水路之间的区域穿孔，并经过该孔能够连接电容器模块300的端子与半导体模块即功率模块502或504的直流端子，能够同时实现冷却效率的提高和电感的减小这两课题。
在外壳的长边方向的另一方侧设置有直流端子80。直流端子80具备：直流正极侧汇流线84，其连接直流正极侧外部端子82、直流负极侧外部端子81、直流正极侧连接端子86、直流负极侧连接端子85、直流正极侧外部端子82、直流正极侧连接端子86；和直流负极侧汇流线83，其连接直流负极侧外部端子81与直流负极侧连接端子85。
直流正极侧外部端子82和直流负极侧外部端子81与外部电缆电连接，该外部电缆经由在设置于外壳的长边方向的另一方侧的侧端面的贯通孔17所装配的连接器而延伸。直流正极侧汇流线84和直流负极侧汇流线83按照面向外壳的短边方向而对置的方式向第一功率模块502、第二功率模块504侧延伸。直流正极侧连接端子86与直流正极侧模块端子33、42电连接，直流负极侧连接端子85与直流负极侧模块端子26、41电连接。
在上部壳体10的上面所设置的孔18，用于直流正极侧外部端子82和直流负极侧外部端子81与外部电缆之间的连接作业，除了作业时用盖来封闭。
在外壳的内部的短边方向的两端的每一端配置有对应三相的交流汇流线60。交流汇流线60经由在第一基底11和第二基底12的外壳的短边方向的端部所设置的上下方向(外壳的高度方向)的贯通孔从冷却水路的下部的室向冷却水路的上部的室延伸。在位于水路的上部的室的交流汇流线60的一端侧形成有交流侧模块端子61，以面向外壳的短边方向的方式与交流侧模块端子27对置，由螺丝等固定机构被固定于交流侧模块端子27，由此与交流侧模块端子27电连接。在位于水路的下部的室的交流汇流线60的另一端侧，形成有与到达旋转电机130、140的外部电缆的外部连接端子62，由端子支架(holder)63所保持。
此外，符号14是用于将电力变换装置200的外壳固定于变速机105的外壳或发动机104和变速机105的外壳的安装脚，采用SUS等刚体来确保强度。另外，形成为带状且使之具有弹性以便抑制来自变速机15和发动机104的振动。
在以上所说明的第一和第二本实施例中，由于在致冷剂通路即冷却水的通路设置开口，并且使散热片从上述开口向水路突出，用致冷剂即冷却水直接冷却散热片，因此冷却效率提高。
在以上说明的第一及第二本实施例中，除了由冷却水直接冷却散热片之外，还用粘接上述散热片的金属制的基底板封闭上述开口的构造、也就是提高冷却效率的同时装置整体变得简洁的构造。
在以上所说明的第一及第二本实施例中，除了由冷却水直接冷却散热片之外，还将内置有用于构成逆变器的开关半导体的具有上述散热片的功率模块的直流端子在上述功率模块的一方侧准备而配置，从而与电容器模块的连接构造变得简单，并且电感减小。
在以上所说明的第一及第二本实施例中，将冷却水路并列配置，并将冷却水路的开口并列配置，通过使冷却风扇分别向上述开口突出，来直接冷却上述散热片，再有将内置有用于构成逆变器的开关半导体的具有上述散热片的功率模块的直流端子在上述并列配置的水路的内侧的方准备而配置，从而与电容器模块的连接构造变得简单，并且电感减小。再有，还将电容器模块分为多个而并列配置，通过将电容器模块的端子作为并列配置的内侧，由此除了冷却效率的提高或整体结构的单纯化的效果之外，还能减小直流电路的电感。
在上述功率模块中将保持半导体元件或散热片的金属制的基底板，通过采用在铜中含有其他金属的材料来增大硬度。由此，能够抑制因散热片的硬钎焊作业而产生的平面度的不平整，并且使其后的具有多个半导体芯片的绝缘基板的粘接变得容易。另外，能够将上述绝缘基板容易地粘接于多个相同金属基底，即使长时间使用也能够维持其可靠性。
接下来，参照图28～图36，对适用于上述实施例1及2的电力变换装置的双方的半导体功率模块进行详细的说明。
图28是表示在上述实施例中所说明的半导体功率模块的内部构造的图。包括半导体芯片与其端子之间的连接而表示。图29(A)和图29(B)是表示拆卸图28的图示壳体后的状态的局部放大图，图29(C)是直流端子的剖面图。在金属基底944的一方固定有半导体芯片，并且由树脂壳体946被密封。在该实施例中，与上述稍微不同，将IGBT952和二极管954并联连接。这是为了通过设为并联电路的机构，来增大控制对象的电流的缘故。直流端子的正极端子IT1P和负极端子IT1N以相反(对抗)的配置来形成层叠构造而通过并列配置的焊接(bonding)与上述芯片连接。上述芯片构成逆变器的U相的上桥臂。另一方面，在配置于其左的2列的芯片构成上述逆变器的下桥臂。
直流端子由于形成宽幅导体以对置的配置将绝缘物夹在中间的层叠构造，因此将电感抑制为较低。端子GTUU是控制逆变器的U相的下桥臂的IGBT的栅极端子。
此外，IGBT952和二极管954搭载于氮化铝(AlN)等的绝缘基板956上。由于氮化铝(AlN)具有良好的热传导性，因此常常被使用。另外，也可使用氮化硅(SiN)来取代氮化铝(AlN)。由于氮化硅(SiN)的韧性高，因此能够较薄地形成绝缘基板956。
在绝缘基板956，在金属基底944侧用Ni镀敷后的铜等来形成整个面的图案，在芯片952侧用Ni镀敷后的铜等来形成布线图案。通过在绝缘基板956的两面贴上金属，以使能够进行芯片952与金属基底944之间的软钎焊，并且使绝缘基板956成为用金属夹持的夹层(sandwich)构造。通过这种结构，当温度变化时防止因热膨胀系数之差而产生的变形。采用了该夹层构造的结果，如果使绝缘基板956变薄，则在开关动作时与流过芯片952侧的布线图案的电流变化对应而感应到金属基底944侧的整个面的图案的涡电流增大。结果，能够减小绝缘基板956上的布线图案的寄生电感，有助于功率模块的低电感化。
图29(B)表示为了说明端子构造而拆卸图29(A)的树脂壳体946后的上体。将正极端子IT1P和负极端子IT1N以宽幅构造彼此对置而配置。图30(A)表示端子构造，1012和1014是正极端子IT1P和负极端子IT1N的导体侧连接部，端部在彼此相反方向上被弯曲。1022和1024是正极端子IT1P和负极端子IT1N的中间导体，以在中间夹持绝缘薄板的构造来形成层叠构造。
1032和1034是正极端子IT1P和负极端子IT1N的芯片侧连接部，在彼此相同方向上弯曲。使芯片侧连接部1032和1034的长度彼此不同的原因在于，为了与电连接于半导体芯片的导体并联连接的缘故。图29(A)中将引线接合(wire bonding)并列配置，减小电感。此外，在图29(A)中端子OT1U是输出三相电力的端子内的U相端子。在图29(C)中为了容易地实现与导体的端子的连接而在树脂壳体嵌入螺母1112和1114，如图30所示，在导体侧连接部设置有螺钉(bolt)通过的孔，成为用螺丝拧紧的构造。
1032和1034是正极端子IT1P和负极端子IT1N的芯片侧连接部，在彼此相同方向上弯曲。使芯片侧连接部1032和1034的长度彼此不同的原因在于，为了与电连接于半导体芯片的布线图案的导体并联连接。这样，通过使隔着绝缘物而层叠的平板状的正极、负极端子导体的芯片侧连接部在相同方向上弯曲，能够将层叠平板导体以两面来构成，能够与最靠近端子的绝缘基板的端边平行地设置布线图案。因此，在绝缘基板上不会产生多余的空间，从而能够使绝缘基板小型化。在图29(A)中将引线接合(wire bonding)并列配置，流过与正极、负极端子连接的引线接合的电流成为反方向。结果，由于抵消了因电流而产生的磁场，因此电感减小。此外，在图29(A)中端子OT1U是输出三相电力的端子内的U相端子。在图29(C)中为了容易地实现与导体的端子的连接而在树脂壳体嵌入螺母1112和1114，如图30所示，在与电容器连接的外部导体侧连接部设置有螺钉通过的孔，成为用螺丝拧紧的构造。在该连接部中如上所述那样流过电容器端子和功率模块的端子的各自的连接部的电流的方向成为反方向。因此，抵消了因电流而产生的磁场，能够减小电感。
图31(A)和图31(B)是其他实施方式，是为了增大正极端子IT1P和负极端子IT1N之间的电耐压而改变了配置的高度的构造。通过改变高度使沿面距离变长，并且绝缘耐压增加。与功率模块的端子同样，与功率模块连接部一致地改变配置的高度，使电容器的端子改变配置的高度。通过这种方式，能够取得电容器的绝缘的沿面距离。另外，当将功率模块的端子与电容器模块的端子连接时，流过彼此的连接部的电流的方向成为相反方向。结果，由于抵消了因电流而产生的磁场，能够减小寄生电感。当改变了功率模块和电容器的端子的配置的高度时在所延伸的平板导体部中彼此流过的电流的方向成为相反方向。结果，由于抵消了因电流而产生的磁场，能够减小寄生电感。
图32(B)是详细地表示功率模块侧的直流端子对和电容器侧的直流端子对的连接部的剖面图。功率模块侧的直流端子对构成为将作为平板导体的正极端子IT1P和负极端子IT1N隔着绝缘物1288而层叠。正极端子IT1P和负极端子IT1N在它们的前端部中在彼此相反的方向上弯曲。弯曲的前头为与构成电容器侧的直流端子对的正极端子1424P和负极端子1424N电连接的连接面。在该连接面中用螺丝来固定功率模块侧的直流端子对和电容器侧的直流端子对。
电容器侧的直流端子对构成为将作为平板导体的正极端子1424P和负极端子1424N隔着绝缘薄板1289而层叠。这里，在功率模块侧的直流端子对中的绝缘物1288为了确保沿面距离而形成为比周围的树脂部的高度更突出。因此，功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289在其前端部中彼此重叠。
图32(C)至图32(G)是图32(B)所示的连接构造的其他实施方式。为了确保沿面距离而均考虑了绝缘物1288和绝缘薄板1289的结构。
图32(C)表示在功率模块侧的绝缘物1288的前端部中形成有两个突起的构造。电容器侧的绝缘薄板1289的前端部配置于绝缘物1288的两个突起之间。即，在该情况下功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289也构成为在其前端部中彼此重叠。
在图32(C)中以虚线来表示开关动作时的端子部的电流路径。如图所示，在连接部中抵消同极性的电流，在隔着绝缘物的层叠部中抵消相反极性的电流。因此，抵消了因电流而产生的磁场，能够减小连接部中的寄生电感。
图32(D)表示功率模块侧的绝缘物1288在其前端部中向正极端子IT1P侧弯曲的结构。为了收容所弯曲的绝缘物1288，正极端子IT1P在与电容器侧的正极端子1424的P的接触部以外设置平面部，在该平面部收容所弯曲的绝缘物1288的前端部，并且在比连接面更内侧具有绝缘物的面。通过采用这种构造，能够避免连接时因对绝缘物施加应力而产生的破裂、龟裂所引起的恶化。
另外，在电容器侧的绝缘薄板1289的前端部也向正极端子1424P侧弯曲。结果，功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289构成为在其前端部中彼此重叠。通过连接时绝缘物重叠，来双重确保连接时的绝缘性。此外，也可构成为使正负相反。
图32(E)表示改变了功率模块侧的正极端子IT1P和负极端子IT1N的前端部的高度的结构。在该图中负极端子IT1N构成为位于比正极端子IT1P更高的位置。伴随于此，绝缘物1288的前端部在负极端子IT1N侧突出。另外，电容器侧的绝缘薄板1289延伸至正极端子1424P的弯曲部，该绝缘薄板1289的前端部位于无绝缘物1288的正极端子IT1P侧。结果，功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289构成为在其前端部彼此重叠。电容器端子对之间的绝缘物的厚度和模块端子对之间的重叠绝缘物时的厚度，比电容器、模块中的任何较大一方的端子之间的绝缘物的厚度薄。通过采用这种构造，能够避免连接时因对绝缘物施加应力而产生的破裂、龟裂所引起的恶化。另外，也可构成为使正负相反。
图32(F)表示将功率模块侧的绝缘物1288的前端形成为比周围的树脂部的高度更高的结构。绝缘物1288的前端部在负极端子IT1N侧中延伸至比周围的树脂部的高度高的位置。另一方面，在正极端子IT1P侧中位于比周围的树脂部低的位置。另外，电容器侧的绝缘薄板1289延伸至功率模块侧的正极端子1424P的位置。结果，功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289构成为在其前端部中彼此重叠。此外，也可构成为使正负相反。
在图32(G)中功率模块侧的结构与图32(D)同样，但是电容器侧的结构与图32(D)不同。在图32(G)中绝缘薄板1289的前端部向负极端子1424N侧弯曲。即，向与绝缘物1288的弯曲方向相反侧弯曲。在该情况下功率模块侧的绝缘物1288和电容器侧的绝缘薄板1289也构成为在其前端部中彼此重叠。此外，也可构成为使正负相反。
另外，绝缘物1288由与周围的树脂部同样的树脂来形成，但是并不特别限定于此，也可采用与电容器侧同样的绝缘薄板来取代树脂。即，成为绝缘薄板从端子间冒出(飛び出す)的形状。当采用绝缘薄板时，由于与由对树脂等的所成型的绝缘物进行层叠后的导体来构成的端子对相比，缩短层叠导体间的距离，因此能够进一步减小寄生电感。
除了制作将端子和绝缘薄板嵌入到树脂的端子和绝缘薄板为一体的树脂壳体的方法之外，还能实现预先制作树脂壳体，然后插入端子和绝缘薄板的形式。在该情况下，对端子与绝缘基板上的布线图案之间的连接而言，当进行经由焊料的连接时、或对端子的金属与绝缘基板的布线图案金属进行超声波、焊接等的直接彼此接合金属的连接时，由于树脂壳体和端子独立地进行连接面的高度调节，因此连接面的高度调节变得容易。
图33(A)是其他另一实施例，是将功率模块500、水路形成体220和电容器模块300作为一体的构造。在水路形成体220的两侧配置有功率模块500和电容器模块300，用宽幅导体和绝缘薄板的层叠构造的导体1502来连接这些直流端子。图33(B)为一体构造，上述层叠导体位于在水路形成体220的旁边，并将它们连接。图33(C)为其剖面图。通过在功率模块与电容器之间夹持冷却用的水路形成体，由此功率模块和电容器两方均能够实现基于有效的散热和电感减小的发热的减少，从而可靠性提高。电容器模块300在夹持绝缘物而层叠两个平板导体的平板导体301上，布线电容器元件302。电容器模块300的端子将平板导体301的端部在保持层叠导体的状态下弯曲，最后通过向彼此相反方向弯曲而形成。
图34是功率模块500的端子的其他实施例，将芯片侧连接部1032和1034作为多个引脚(lead，リ一ド)构造。芯片侧连接部1032和1034K前端向彼此相反方向弯曲，由焊料等被连接。
图35(A)和(B)是其他实施例。正极的宽幅导体IT1P和负极的宽幅度的导体IT1N在中间夹持绝缘物1288而形成层叠构造。这些端子的芯片侧连接部1032和1034成为多个引脚构造，通过焊料连接或超声波连接与芯片侧导体连接。图35(A)和(B)虽然在其他另一实施例中端子的弯曲方法稍微不同，但是作用效果相同。
图36(A)和36(B)分别为表示功率模块的直流端子对的其他实施方式的立体图和分解图，该图的直流端子对在正极端子IT1P和负极端子IT1N之间介入绝缘薄板1289’。如该图所示，通过对功率模块侧的直流端子也适用与电容器侧同样的绝缘薄板1289’，与采用了树脂材料的绝缘物1288的情况相比，能够使正极端子IT1P与负极端子IT1N之间的距离变窄。因此，能够进一步减小功率模块部中的电感。
图36(C)是表示在图36(A)的C-C’所切断的面的剖面图。正极端子IT1P和负极端子IT1N用模具(金型)冲裁(打ち抜く)而形成，但是存在当用模具冲裁时形成的塌角面(ダレ面)1300和飞边面(かえり面)1400。由于飞边面具有锐利的端部，因此有可能损伤绝缘薄板1289’侧。因此，作为优选在绝缘薄板1289’侧具有各端子的塌角面。通过各端子的错开等，能够防止因飞边面而损伤绝缘薄板1289’。结果，能够提高正负直流端子对中的绝缘性的可靠性。
绝缘薄板1289当在功率模块的壳体成型时内置的情况下，为了不被成型时的300℃左右的热而熔解，优选采用在高温下的耐久性良好的聚酰胺酰亚胺等高耐热薄板。另外，当在功率模块成型后在端子间插入绝缘薄板时，能够采用比较价廉且能够抵抗半导体的最大结温150℃以上的中位(meta，メタ)系芳族聚酰胺纤维(～260℃)。
此外，通过使绝缘薄板1289处于50μm，当端子在内部中弯曲的构造时，能够提高弯曲部中的对绝缘薄板的端子的粘接性。
通过以上构造，将模块和电容器加在一起能够将主电路电感减小为30nH以下。另外，如果使用氮化硅等薄的绝缘基板，能够将电感进一步减小到例如20nH以下。因此，即使例如将逆变器的半导体芯片的开关动作时间(从导通状态到断开状态切换所需的时间)设为2μs以下、甚至设为1.2μs以下、或短于1μs以下，也能够将电压的上升抑制在允许范围内。此外，此时的通常的直流电压为300V至600V。结果，即使将最大电流变化(di/dt)设为2kA/μs、优选设为4kA/μs以上也能够动作。
这样，通过加快半导体芯片的开关，来缩短开关动作时间，能够减少开关动作时的半导体芯片的发热，能够实现半导体芯片的硅面积小且价格低廉的逆变器。

Claims (6)

1.一种电力变换装置，具备：
功率模块，其具有将直流电流变换为交流电流的功率半导体元件；
电容器模块，其具有对所述直流电流进行平滑化的电容器元件；
导体，其将所述功率模块和所述电容器模块电连接；和
水路形成体，其形成致冷剂流动用的流路；
所述功率模块配置在所述水路形成体的第一面，
所述电容器模块按照与所述第一面夹持所述流路的方式配置在相反侧的所述水路形成体的第二面，
所述导体具有在正极导体与负极导体之间夹持了绝缘薄板的层叠构造，并且，所述导体配置成从所述电容器元件与所述水路形成体的第二面之间的空间经由所述水路形成体的侧部到达所述功率模块。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述功率模块具有基底板，所述基底板在一个面上配置所述功率半导体元件，并且在另一个面上具有散热片，
所述水路形成体在该水路形成体的所述第一面上具有与所述流路相连的开口，
所述基底板封闭所述水路形成体的所述开口，
所述散热片向所述流路内突出。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述导体以所述层叠构造通过所述水路形成体的侧部。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述功率模块具有：直流端子；基底板，其在一个面上配置所述功率半导体元件，并且在另一个面侧固定在所述水路形成体上；和壳体，其配置在所述一个面上，并且包围所述功率半导体元件；
所述壳体由与所述基底板接触的底面部、与该底面部对置的上面部、形成收纳所述功率半导体元件的空间的内周壁部、和与该内周壁部对置的外周壁部构成，
所述直流端子配置在所述外周壁部。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于，
所述功率模块具有构成U相的功率半导体元件、构成V相的功率半导体元件和构成W相的功率半导体元件，
所述直流端子由U相直流端子、V相直流端子和W相直流端子构成。
6.根据权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于，
所述导体在所述功率模块侧的前端部向彼此相反的方向弯曲，并且在该弯曲后的前端具有与所述直流端子的连接面。
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