JP2009033900A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化され、低コストのコネクタユニットを実現するとともに、このコネクタユニットに適合しうる安価な冷却システムを提供する。
【解決手段】エンジン用ラジエータ２の後方には、ラジエータ用の１対のファン７１ａ，７１ｂが配置されている。１対のファン７１のうち、コネクタユニット５の前方に位置するファン７１ａの後方には、ファン７１ａの送風をコネクタユニット５に導くダクト７０が設けられている。コネクタユニット５のヒートシンクが、モータハウジング本体６０に連結されており、コネクタユニット５には、外方に延びる直流電源用端子と、モータハウジングの内部空間側に延びる三相交流電源用端子と、直流−三相交流の変換を行う電力変換部とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換部が組み込まれたコネクタユニットを冷却するための冷却システムに関する。

図１３は、従来のハイブリッド車の電気系統の例を示すブロック回路図である。同図に示すように、従来のハイブリッド車の車体５００内には、エンジン５０１と、エンジン用ラジエータ５０２と、エンジン駆動用のモータ５０３と、モータ５０３を駆動するための三相交流電源を生成する電源生成部５１０とが設けられている。電源生成部５１０には、モータ５０３の駆動用三相交流電源を供給するインバータ５０５と、インバータ５０５に直流電源を供給するバッテリ５０６と、直流電源の電圧を変換するためのコンバータ５０７とがまとめられて配置されている。

図１３に示す電源生成部５１０において、バッテリ５０６に蓄えられた電力がコンバータ５０７で所望の電圧に変換され、インバータ５０５に直流電源が供給される。インバータ５０５内には、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスを内蔵した電力変換部が配置されていて、電力変換部で直流電源から三相交流電源が生成される。このように、電源生成部５１０で生成された三相交流電源は、三相交流電源線５０８を経てモータ５０８に送られる。そして、三相交流電源によってモータ５０３が回転され、エンジン５０１を駆動することになる。コンバータ５０７，インバータ５０５，バッテリ５０６は、個別のケースに収納されて、外部配線によって電気的に接続されている。たとえば、特許文献１には、パワー制御ユニットと、モータとが隔離して配置された構造が開示されている。この文献の構造では、バッテリ５０６が、電源生成部５１０とは独立して配置されている。
特開２００６−７４９３１号公報

しかしながら、近年、コストのさらなる削減が求められると、上記従来の構成では十分にその要求を満足できないという不具合がある。そこで、さらなるコスト低減のための改善が求められている。また、電力変換部が配置されるハイブリッド車などにおいては、パワーデバイスの発熱量が大きく、その熱を放熱するために、冷却液を強制循環させるための冷却装置を別途備えているのが一般的である。そのために、冷却液や強制循環のためのポンプ，配管，容器などが必要で、多大のコストを必要としている。

本発明の目的は、コンパクト化され、低コストのコネクタユニットを実現するとともに、このコネクタユニットに適合しうる安価な冷却システムを提供することにある。

本発明の冷却システムは、直流−三相交流の変換用パワーデバイスおよび放熱構造体を有する電力変換部を、直流電源用端子と三相交流電源用端子との間に配置しコネクタユニットとして一体的に組み立てるとともに、コネクタユニットの放熱構造体をモータハウジングに連結し、放熱構造体またはモータハウジングにフィンを設けて、フィンに送風するファンを設けたものである。
ここで、上記「連結されている」とは、コネクタユニットの上記放熱構造体がハウジングに固定されている場合と、放熱構造体がモータハウジングと一体的に成形されている場合とを含むものとする。

これにより、コネクタユニットの三相交流電源用端子からモータの三相交流電源用端子までが極めて近接するので、従来電力変換部からモータまで延びていた三相交流電源用配線がほとんど不要になる。つまり、三相交流電源用配線を用いていた箇所が直流電源用配線に置き換えられることで、配線の使用量の低減により、コストの削減および軽量化を図ることができる。また、コネクタと電力変換部とを一体的に組み込むことで、回転電機の駆動や制御を行う電力変換部をコンパクトにモータハウジングに組み込むことが可能になる。
しかも、放熱構造体がモータハウジングに連結されているので、モータハウジングからの放熱経路を利用した放熱およびファンの送風による冷却を利用して、空冷方式の放熱構造体を実現することが可能となる。したがって、液冷方式に必要な冷却液，容器，ポンプ，配管などの部材に比べて比較的安価なファンを設ければよく、さらなる部品コストの削減を図ることができる。

上記冷却システムにおいて、ファンを車のラジエータから吸気するファンと兼用することにより、必要なファンの個数の低減によるコストの削減を図ることができる。ただし、車のラジエータのファンは、車の走行中以外のアイドリング時に集中的に回転駆動されるものであるが、車の走行中でモータの駆動中に前記ファンを回転させるように制御する制御手段を設けることにより、特にパワーデバイスの温度が上昇する走行中においても、放熱性能を確保することができる。

ただし、ファンがコネクタユニットやモータハウジングに取付られた専用ファンであってもよく、その場合には、上述のような特別の制御機能は不要である。

また、ファンが、車の空調用ファンと兼用されていることによっても、ファンの個数の低減によるコストの削減を図ることができる。

また、放熱構造体に走行風を導くダクト部材を設けることにより、電力変換部に大きな負荷が加わる走行時における放熱性能を高めることができる。その場合、ダクト部材の断面積が、送風の下流側で上流側よりも減少していることにより、広い範囲の走行風を放熱構造体に絞って風速を高めることができ、放熱性能をさらに向上させることができる。

本発明の冷却システムによると、コンパクト化されたコネクタユニットを実現するとともに、ファンによる空冷方式を用いて、部品コストの削減と軽量化とを図ることができる。

（実施の形態１）
−電気系統の構成−
図１は、実施の形態１に係るハイブリッド車の車体内部の電気系統および空冷システムの構成を概略的に示すブロック図である。同図においては、主として本発明に関係のある部材が表示されている。同図に示すように、ハイブリッド車の車体９内には、エンジン１と、エンジン用ラジエータ２と、エンジンに併設されたモータ３と、モータ３を駆動するための三相交流電源を生成するインバータを内蔵するコネクタユニット５と、コネクタユニット５内のインバータに直流電源を供給するバッテリ６と、直流電源の電圧を変換するためのコンバータ７とが配置されている。ここで、本実施の形態では、インバータを内蔵したコネクタユニット５が、モータ３のモータハウジングに連結されており、コネクタユニット５と、コンバータ７との間は、直流電源用配線８によって接続されている。

また、エンジン用ラジエータ２の後方で、コネクタユニット５の前方に位置するファン７１ａの後方には、ファン７１ａの風をコネクタユニット５に導くダクト７０が設けられている。ダクト７０の断面積は、ファン７１ａ先端部はファン７１ａの大きさにほぼ合致し、基部ではコネクタユニット５のフィン部２１ｂに近い寸法まで減少している。つまり、ファン７１ａの下流側では上流側よりもダクト７０の断面積が減少しており、広い範囲からの送風を狭く絞ることで、風速を高め、冷却能力を増すように構成されている。ダクト７０は、モータハウジングに取り付けられていてもよいし、車体に設けられている他の部材に取り付けられていてもよい。

本実施の形態では、バッテリ６に蓄えられた電力がコンバータ７で所望の電圧に変換され、コネクタユニット５内のインバータに直流電源が供給される。インバータ内には、後述するように、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスを内蔵した電力変換部が配置されていて、電力変換部で直流電源から三相交流電源が生成される。そして、三相交流電源によってモータ３が回転されることになる。

本実施の形態では、バッテリ６およびコンバータ７は、トランクに配置され、コネクタユニット５は、エンジンルームに配置されているので、１対の直流電源用配線８を介して、コンバータ７からコネクタユニット５内のインバータに直流電源が供給される。したがって、図１３に示す従来の構成のような長い三相交流電源配線は、不要であり、これにより、大電力を供給するための太い配線の使用量を低減することで、部品コストの削減および軽量化を図ることができる。

また、本実施の形態において、エンジン用ラジエータ２の１対のファン７１ａ，７１ｂのうちエンジン１の前方に位置するファン７１ｂは、図示されていない制御系によって、主として車の走行中以外のアイドリング時に集中的に回転駆動される。一方、コネクタユニット５の前方に位置するファン７１ａは、後述するモータ制御ユニットから延びる制御信号配線８１ａから受ける制御信号に応じて、アイドリング時だけでなく、車の走行中にも回転駆動するように制御される。

図２は、バッテリ６からモータ３までの回路構成を示す電気回路図である。同図において、コンバータ、コンデンサ等の部材の図示は省略されている。後述するように、コネクタユニット５には、直流電源用配線８が接続されるソケット２８が設けられており、コネクタユニット５内には、ソケット２８から延びる直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂを介して直流電源が供給される。

また、図１においては、図示を省略したが、ハイブリッド車の車体９内には、図２に示すモータ制御ユニット８０が配置されており、モータ制御ユニット８０から制御信号用配線８１が延びている。一方、コネクタユニット５には、制御信号用配線８１が接続されるソケット２９が設けられており、コネクタユニット５内には、ソケット２９から延びる制御信号用配線８３を介して制御信号が供給される。また、モータ制御ユニット８０から制御信号用配線８１ａが延びており、ファン７１ａの回転駆動を制御する制御信号が制御信号用配線８１ａから供給されている。

また、図２に示すように、コネクタユニット５内には、並列に配置されたＩＧＢＴおよびダイオードからなる計６個のスイッチング回路を備えた電力変換部１０が配置されている。また、コネクタユニット５内には、コネクタユニット内の各スイッチング回路の動作を制御するためのデバイス駆動回路１６が配置されている。デバイス駆動回路１６は、ソケット２９から延びる制御信号用配線８３からの入力信号を受け、制御信号用配線１７を介して各スイッチング回路に制御信号を出力する。

コネクタユニット内において、各スイッチング回路には、直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂを介して直流電源が供給され、デバイス駆動回路１６の制御信号に応じてスイッチング回路が駆動されて、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電力信号が生成され、この電力信号は三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗからモータ３に出力される。

モータ３は、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流によって駆動されるものであり、モータ３のステータには、コイル３ａに接続されるバスバー６３ｕ，６３ｖ，６３ｗが設けられている。各バスバー６３ｕ，６３ｖ，６３ｗは、それぞれコネクタユニット５の三相交流電源用配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗに接続されており、バスバー６３ｕ，６３ｖ，６３ｗに入力される三相交流電源に応じてモータ３内のロータが回転し、これにより、モータ３が駆動される。

−コネクタユニットおよびモータハウジングの接続構造−
図３は、モータ３の一部を破断して示す斜視図である。図４は、モータの一部およびコネクタユニットの断面図である。ただし、図３においては、ロータの図示が省略されている。図３および図４に示すように、モータハウジング本体６０内には、ステータ６１と、ステータ６１のコイルに流れる電流に応じて回転駆動されるロータ６５とが設けられている。ステータ６１は、コイルが巻き付けられた分割コアをリング状に組み立ててなるコア部６２と、リング状に組み立てられた分割コアを締結・固定するためのリング部６４とを備えている。そして、リング部６４と、コア部６２の内周部とに沿って、各分割コアに巻かれたコイルにつながる３相のバスバー６３，６６が配置されている。
各バスバー６３，６６は、各分割コアに巻回された各コイルに接続されているが、図３および図４においては、各バスバー６３，６６と各コイルとの接続構造の図示は省略されている。図４においては、外周側のバスバー６３が実際よりも拡大して、かつ、絶縁被覆層を削除して表示されている。

モータハウジング本体６０には、開口部６０ａが設けられており、開口部６０ａを囲む側筒６０ｃの縁部６０ｂに、コネクタユニット５が取付ネジ３１によって固定されている。外周側のバスバー６３（６３ｕ，６３ｖ，６３ｗ）は、各リング部６３u1，６３v1，６３w1と、各リング部６３u1，６３v1，６３w1から開口部６０ａに近接するように突出するモータ側端子６３u2，６３v2，６３w2とを有している。

一方、コネクタユニット５には、後述するように、モータハウジングの外部に向かって突出する直流電源用端子２３a2，２３b2と、モータハウジングの内部に向かって突出する三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2とが設けられている。そして、本実施の形態において、コネクタユニット５がモータハウジング本体６０に装着された状態では、コネクタユニット５の三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2と、ステータ６１のモータ側端子６３u2，６３v2，６３w2とが、直接接触した状態でボルト等により固定される。

−コネクタユニットの構造−
次に、コネクタユニット５の構造について説明する。図５は、コネクタユニット５を主面側から見た斜視図であり、図６は、コネクタユニット５を裏面側から見た斜視図であって、図５を図中縦方向の中心線回りに反転させた状態を表示している。

図５に示すように、コネクタユニット５の各部材は、ヒートシンク２１の上に搭載されている。そして、最上部にデバイス駆動回路等を搭載したプリント配線板３３が設けられていて、プリント配線板３３上で、外部端子を除く全部材はエポキシ樹脂等（図示せず）によって樹脂封止されている。プリント配線板３３には、第１開口部３３ａ、スリット部３３ｂおよび第２開口部３３ｃが設けられている。第１開口部３３ｃには、パワーデバイスであるＩＧＢＴが形成されたＩＧＢＴチップ１１ａと、パワーデバイスであるダイオードが形成されたダイオードチップ１１ｂとが配置されている。第２開口部３３ｃには制御信号用配線８３が配置されている。また、三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2が、スリット部３３ｂを貫通して突出している。

一方、図６に示すように、ヒートシンク２１の裏面側からみると、ヒートシンク２１は、平板部２１ａと、平板部２１ａから外方に突出する多数のフィン（図示せず）が形成されたフィン部２１ｂと、各々ソケット２８，２９によって囲まれた第１，第２開口部２１ｃ，２１ｄとを有している。そして、第１開口部２１ｃには直流電源用端子２３a2，２３b2が配置され、第２開口部２１ｄには、制御信号用配線８３の端子部が配置されている。

次に、コネクタユニット５のヒートシンク上に積層されている各部材の構造について説明する。図７は、ヒートシンク２１上の配線層以外の各層を透視して示す斜視図である。図８は、ヒートシンク２１上の各層を分離して表示する斜視図である。
図７および図８に示すように、ヒートシンク２１とプリント配線板３３との間には、下方から順に、樹脂絶縁層２６と、金属配線２３と、絶縁層３５とが積層されている。金属配線２３は、直流電源を供給する直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂと、三相交流電源を供給する三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗとを有している。

直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂは、横方向に延びる平板状の平板部２３a1，２３b1と、平板部２３a1，２３b1から折り曲げられて図中下方に延びる直流電源用端子２３a2，２３b2とを有している。つまり、直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂがほぼＬ字状の断面形状を有している。
また、三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗは、横方向に延びる平板状の平板部２３u1，２３ｖ１，２３w1 と、平板部２３u1，２３v1，２３w1から折り曲げられて図中上方に延びる三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2とを有している。つまり、三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗがほぼＬ字状の断面形状を有している。

以上の各平板部２３a2，２３b2，２３u1，２３v1，２３w1により、本発明の配線層が構成されている。
そして、本実施の形態では、配線層の第１の部分である平板部２３a1，２３b1は、直流電源用端子２３a2，２３b2とそれぞれ共通の金属板（本実施の形態では、Ｃｕ板またはＣｕ合金板）によって構成されている。また、配線層の第２の部分である平板部２３u1，２３v1，２３w1は、三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2とそれぞれ共通の金属板（本実施の形態では、Ｃｕ板またはＣｕ合金板）によって構成されている。

そして、直流電源用端子２３a2，２３b2は、樹脂絶縁層２６の第１開口部２６ａおよびヒートシンク２１の平板部２１ａの第１開口部２１ｃを挿通してソケット２８内まで延びている（図６参照）。また、三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2は、絶縁層３５のスリット部３５ｂおよびプリント配線板３３のスリット部３３ｂを挿通して、プリント配線板３３の上方に突出している（図５参照）。さらに、制御信号用配線８３の端部は、下方に折り曲げられて、樹脂絶縁層２６の第２開口部２６ｂおよびヒートシンク２１の平板部２１ａの第２開口部２１ｄを挿通してソケット２９内まで延びている。
本実施の形態では、直流電源用端子２３a2，２３b2は、ヒートシンク２１の平板部２１ａの第１開口部２１ｃを挿通して主面側から裏面側まで延びているが、ヒートシンク２１の第１開口部２１ｃに代えて平板部２１ａの端面を切り欠いた側溝を形成して、直流電源用端子２３a2，２３b2が、側溝を挿通して裏面側に達する構造としてもよい。

−電力変換部の構造−
図９は、実施の形態１に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線における断面図である。
電力変換部１０は、ＩＧＢＴチップ１１ａおよびダイオードチップ１１ｂを併せて表示する半導体チップ１１と、半導体チップ１１内の半導体素子と外部部材とを電気的に接続するための配線層（２３a2，２３b2，２３u1，２３v1，２３w1）とを備えている。配線層のうち図９に示す断面には、直流電源用金属配線２３ａ，２３ｂの各平板部２３a1，２３a2と、三相交流電源用金属配線２３ｗの平板部２３w1とが現れている。また、配線層の各平板部２３a1，２３a2，２３w1と半導体チップ１１とを接合する，Ｐｂフリー半田を含む半田層１４と、半導体チップ１１で発生した熱を外方に放出するためのヒートシンク２１と、配線層の各平板部２３a1，２３a2，２３w1をヒートシンク２１に固着する絶縁樹脂層２６とを備えている。図示されてないが、半導体チップ１１の上面および下面には、それぞれ、ＩＧＢＴ，ダイオードの活性領域に接続される上面電極および裏面電極が設けられており、裏面電極は、半田層１４によって、配線層に導通状態で接合されている。

また、半導体チップ１１の上面電極（ＩＧＢＴチップの上面電極またはダイオードチップの上面電極）と、配線層の各平板部（図９に示す断面においては、２３w2および２３b1）とは、大電流用配線１８によって電気的に接続されている。さらに、半導体チップ１１において、ＩＧＢＴチップの上面電極−ダイオードチップの上面電極間も大電流配線１８によって電気的に接続されている。

ヒートシンク２１は、平板部２１ａと、平板部２１ａの裏面側から突出するフィン部２１ｂとを有している。そして、平板部２１ａは、モータハウジング本体６０の開口部６０ａの側筒６０ｃの縁部６０ｂに、取付ネジ３１によって取り付けられている。ヒートシンク２１の平板部２１ａは、配線層や半導体チップ１１を支持する支持部材として機能する。そして、ヒートシンク２１は、放熱構造体として機能するとともに、コネクタユニット５の筐体としても機能し、さらに、モータハウジングの一部としても機能している。つまり、モータハウジング本体６０ａおよびヒートシンク２１により、モータハウジングが構成されている。

本実施の形態では、ヒートシンク２１のフィン部２１ｂを外部空間に開放した構成としているが、フィン部２１ｂを囲む容器５０（破線参照）を別途設けて、空気または液体を強制的に循環させて、強制冷却する構成としてもよい。ただし、フィン部２１ｂは必ずしも必要ではなく、また、フィン部２１ｂに代えて、他の放熱用部材を備えていてもよい。

また、ヒートシンク２１の第１開口部２１ａには、ソケット２８が設けられており、直流電源用金属配線２３ａの平板部２３a1から曲げられた直流電源用端子２３a2がソケット２８まで延びている。図９に示す断面には現れていないが、一方の直流電源用金属配線２３ｂの平板部２３b1からほぼ直角に曲げられた直流電源用端子２３b2も、ソケット２８まで延びている（図７，図８参照）。つまり、各直流電源用端子２３a2，２３b2は、モータハウジング本体６０の外部空間まで延びている。

また、図９に示す断面以外の断面において、三相交流電源用金属配線２３ｗの平板部２３w1からほぼ直角に曲げられた三相交流電源用端子２３w2は、モータハウジング本体６０の内部空間に延びている。そして、三相交流電源用端子２３w2は、取付部材３７により、モータ側端子６３w2に直接接触した状態で固定されている。図９には表示されていないが、他の三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖの平板部２３u1，２３v1からほぼ直角に曲げられた三相交流電源用端子２３u2、２３v2も同様の構成となっている。

また、配線層の上方には、絶縁層３３を介してプリント配線板３３が積層されており、プリント配線板３３の上にデバイス駆動回路１６が配設されている。そして、プリント配線板３３の上に延びる信号用配線（図示せず）と、半導体チップ１１の制御電極（図示せず）との間は、制御信号を供給するための信号用配線１７によって電気的に接続されている。

なお、図９には図示されていないが、ヒートシンク２１の上面側で半導体チップ１１，制御信号用配線１７，大電流用配線１８，プリント配線板３３，絶縁層３５，配線層，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材は、直流電源用端子２３a2，２３b2、三相交流電源用端子２３u2、２３v2、２３w2、モータ側端子６３w2および制御信号用配線８３の端子部を除いて、エポキシ樹脂などの樹脂によって封止されている。

本実施の形態では、モータハウジング本体６０の外周部の径は、たとえば４００ｍｍ程度であり、開口部６０ａの寸法は、たとえば１５０ｍｍ×２００ｍｍであり、ヒートシンク２１の平板部２１ａの平面寸法は、たとえば１５０ｍｍ×１５０ｍｍであり、コネクタユニット５全体の高さ寸法は、たとえば５０ｍｍ程度である。

−コネクタユニットの組立手順−
本実施の形態のコネクタユニット５は、モータハウジング本体６０に取り付ける前に、以下の手順によって、別途組み立てることができる。図８および図９を参照しつつ、組立手順を説明する。
まず、金属配線２３の上に、Ｐｂフリー半田を吐出または印刷し、Ｐｂフリー半田の上に、半導体チップ１１をマウントする。半導体チップ１１には、パワーデバイスとして機能するＩＧＢＴ、あるいはダイオードが形成されている。さらに、電力変換部をリフロー炉に投入し、半導体チップ１１と金属配線２３とを接合する半田層１４を形成する。このときのリフロー炉の雰囲気は不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気で、炉内の最高温度は２６０℃である。その後、フラックス洗浄を行なって、フラックス残渣を除去する。

次に、ダイキャスト成形によって形成されたヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、高熱伝導率を有する絶縁性エポキシ樹脂を塗布し、絶縁樹脂層２６を形成する。次に、所定形状にパターニングされた金属配線２３を絶縁樹脂層２６の上にマウントし、絶縁樹脂層２６により、金属配線２３をヒートシンク２１の平板部２１の上面に固着する。
なお、ヒートシンク２１を押し出し成形によって形成することも可能である、その場合、各開口部２１ｃ，２１ｄは成形後に加工し、別途形成したソケット２８，２９をヒートシンク２１に取り付けることができる。

次に、金属配線２３の平板部などの上に絶縁性接着剤を塗布して絶縁層３５を形成し、その上にプリント配線板３３を載置する。このとき、半導体チップ１１は第１開口部３３ａに露出し、三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2はスリット部３３ｂを挿通し、制御信号用配線８３の端子部は第２開口部３３ｃを挿通する。

その後、比較的大径（たとえば４００μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行う。そして、半導体チップ１１の上面電極同士や、上面電極と金属配線２３との間を接続する大電流用配線１８を形成する。その後、小径（たとえば１２５μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行なって、半導体チップ１１の制御電極（図示せず）とプリント配線板３３上の配線との間を接続する信号配線１７を形成する。

次に、ポッティングにより、ヒートシンク２１の主面上に設けられている、半導体チップ１１，信号配線１７，大電流用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材を、端子部分を露出させた状態で封止する。
以上の工程によって、コネクタユニット５をモータハウジング本体６０とは切り離して形成した後、モータハウジング本体６０にコネクタユニット５を取り付ける。

本実施の形態では、ヒートシンク２１の材料として、焼結アルミニウム（焼結Ａｌ）が用いられている。ただし、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金，Ｃｕ，Ｃｕ合金などの他の金属、ＡｌＮ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣなどのセラミックス、或いは、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。

本実施の形態では、金属配線２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ）の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金や、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。

本実施の形態では、配線層（各平板部２３a1，２３b1，２３u1，２３v1，２３w1）と、外部機器への端子（直流電源用端子２３a2，２３b2および三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2）とを１枚の金属板（本実施の形態では、Ｃｕ板又はＣｕ金属板）によって構成しているが、配線層と端子とを個別に設けて、両者間をＡｌワイヤー等によって接続してもよい。

上述のように、本実施の形態の電力変換部１０においては、Ｐｂフリー半田からなる半田層１４と、絶縁樹脂層２６とを備えている。一般に、Ｐｂフリー半田には、以下のものがある。たとえば、Ｓｎ（液相点２３２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ（液相点２２１℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ（液相点２２２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.55%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−1.5%Ａｇ−0.85%Ｃｕ−2.0Ｂｉ（液相点２２３℃），Ｓｎ−2.5%Ａｇ−0.5%Ｃｕ−1.0Ｂｉ（液相点２１９℃），Ｓｎ−5.8Ｂｉ（液相点１３８℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−その他（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点２２６℃），Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−3.0Ｉｎ（液相点２１６℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−4.0Ｉｎ（液相点２１１℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−8.0Ｉｎ（液相点２０８℃），Ｓｎ−8.0%Ｚｎ−3.0%Ｂｉ（液相点１９７℃）等がある。本実施の形態では、液相点が２５０℃以下の低融点のＰｂフリー半田、たとえば、Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃）を用いているが、これに限定されるものではない。ただし、Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃）等の高融点のＰｂフリー半田（液相点が２５０℃を超えるもの）は除くものとする。

絶縁樹脂層２６には、本実施の形態では、金属やセラミクスの充填剤を含むエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂の使用可能温度は、種類によって異なるが、２５０℃を超えるものを選択することは容易であり、本実施の形態では、Ｐｂフリー半田の液相点よりも高いものを用いている。したがって、後述する電力変換部の組み立て工程において、絶縁樹脂層２６を形成した後で、Ｐｂフリー半田のリフロー工程を行うことが可能になる。たとえば、エポキシ樹脂に、アルミナ，シリカ，アルミニウム，窒化アルミニウムなどを充填したものを用いることができ、熱伝導率が３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。

絶縁樹脂層２６の厚みは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁樹脂層２６の熱抵抗は、熱伝導率と厚みに依存して定まるが、厚みが薄いほど熱抵抗が小さくなる。したがって、厚みが０．４ｍｍ以下であることにより、放熱性能が高くなることになる。

本実施の形態によると、直流電源用端子２３a2，２３b2と三相交流用電源端子２３u2，２３v2，２３w2との間に、直流電力を三相交流電力に変換するためのインバータとして機能する電力変換部１０を介設したコネクタユニット５を設け、コネクタユニット５の一部（本実施の形態では、放熱構造体であるヒートシンク２１）をモータハウジング本体６０に連結する構成としたので、直流電源を生成するバッテリ６，コンバータ７と、電力変換部１０との間は、三相交流電源用配線に代えて直流電源用配線を介設すれば済み、大電力用の配線の使用量の低減により部品コストの削減および軽量化を図ることができる。

そして、本実施の形態のコネクタユニット５は、上記組立方法からもわかるように、モータハウジング本体６０とは切り離して組み立てることができるので、モータハウジング本体６０だけでなく、直流電力−三相交流電力の変換を行う機器やそれ以外の部材に取り付けることができ、汎用性のあるコネクタユニットとして、高い利用性を有している。

また、電力変換部１０をモータハウジングの内部空間に配設したので、モータハウジングの内部空間を有効に利用することができ、ひいては、車内部の部材の小型化を図ることができる。

特に、放熱構造体であるヒートシンク２１を、モータハウジング本体６０に接触させた状態で取り付けて（図９参照）、ヒートシンク２１をモータハウジングの部分としているので、さらなる車内部の部材のコンパクト化を図ることができるとともに、モータハウジング本体６０を介して、放熱性能も向上する。

加えて、本実施の形態の冷却システムでは、ファン７１ａによる送風によって、コネクタユニット５のフィン部２１ｂが冷却されるので、上述の放熱性能の向上と相俟って、空冷方式による電力変換部１０の冷却が可能となる。よって、液冷システムに必要な冷却液，冷却液を収容する容器，冷却液を強制循環させるためのポンプ，配管などの部品が不要となり、部品コストの削減を図ることができる。
特に、車のエンジン用ラジエータ２に付設されているファン７１ａと兼用することにより、ファンの個数を増やす必要がないので、部品コストの削減効果が大きくなる。
なお、車の空調用ファンと兼用することによっても、ファンの個数を増やす必要がないので、部品コストの削減効果が大きくなる。

また、電力変換部１０に、パワーデバイスの動作を制御するための制御回路であるデバイス駆動回路１６を搭載したプリント配線板３３を組み込んでいるので、車内部の部材のコンパクト化を図ることができる。

また、配線層のうち直流電源用配線２３ａ，２３ｂの平板部２３a1，２３b1と、直流電源用端子２３a2，２３b2とが共通の金属板で構成されていることにより、部品コストの削減とコネクタユニット５のサイズ縮小とを図ることができる。

また、配線層のうち三相交流電源用金属配線２３ｕ，２３ｖ，２３ｗの平板部２３u1，２３v1，２３w1と、 三相交流電源用端子２３u2，２３v2，２３w2とが共通の金属板で構成されていることによっても、部品コストの削減とコネクタユニット５のサイズ縮小とを図ることができる。

また、本実施の形態では、従来用いられていた２つの半田層に代えて、１つの半田層１４と、樹脂接着剤からなる絶縁樹脂層２６とを用いているので、低融点のＰｂフリー半田と高融点のＰｂフリー半田とを用いる必要はなく、低融点のＰｂフリー半田だけで済むことになる。現在、Ｐｂフリー半田として、比較的Ｃｕ組成比の高いＰｂフリー半田（たとえば液相点が３００℃以上のＳｎ−5.0%Ｃｕ，Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ）も開発されているが、確実な接続信頼性を有する高融点のＰｂフリー半田を得ることは困難である。一方、低融点のＰｂフリー半田としては、たとえば液相点が２２０℃のＳｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（ＪＥＩＴＡ推奨合金）などの接続信頼性の高いものが得られている。また、樹脂接着剤としては、使用可能温度が２５０℃を超えるエポキシ樹脂など、低融点のＰｂフリー半田の液相点よりも高温に耐えうるものは容易に得られる。したがって、本実施の形態により、半田層１４をＰｂフリー化して、接続信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができるのである。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線相当の断面における断面図である。同図において、実施の形態１と同じ構成を有する部材については、実施の形態１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
同図に示すように、本実施の形態では、ヒートシンク２１がモータハウジング本体６０と一体成形されて、モータハウジングの一部として機能している。

本実施の形態によると、放熱構造体であるヒートシンク２１をモータハウジング本体６０と一体成形しているので、ヒートシンク２１とモータハウジング６０との間の熱伝導性をより向上させることができ、実施の形態１よりもさらに高い放熱性能を発揮することができる。したがって、フィン部２１ｂを空冷システムによって空冷させる構造として、適した構造となっている。

（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線相当の断面における断面図である。同図において、実施の形態１と同じ構成を有する部材については、実施の形態１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
同図に示すように、本実施の形態においては、ヒートシンク２１の平面部２１ａを囲む側部２１ｆが設けられていて、側部２１ｆがモータハウジング本体６０ａの外周面に取り付けられており、電力変換部１０が、モータハウジング本体６０の外側に位置している。そして、三相交流電源用端子２３w2（および２３u2，２３v2）は、モータハウジング本体６０に形成された開口部６０ｂを通ってモータハウジングの内部空間まで延びている。

本実施の形態では、電力変換部１０は、モータハウジングの内部空間に位置してはいないが、ヒートシンク２１よりもモータハウジングの内部空間側に配置されているので、三相交流電源端子２３u2，２３v2，２３w2とモータハウジングの内部空間との距離が短くなる。よって、配線部材の使用量の低減による部品コストの削減および軽量化に加えて、小型化を図ることができる。また、モータハウジング本体６０ａの空きスペースに配置すれば、スペースの有効利用による車内部の部材のコンパクト化を図ることもできる。

（実施の形態１〜３の変形例）
図１２（ａ），（ｂ）は、実施の形態１〜３の第１，第２の変形例を示す断面図である。図１２（ａ），（ｂ）において、実施の形態１と同じ構成を有する部材については、実施の形態１と同じ符号を付して、その説明を省略する。

図１２（ａ）に示す第１の変形例においては、コネクタユニット５にファン７２が取り付けられている。ファン７２は、フィン部２１ｂを冷却するための専用ファンである。したがって、電力変換部１０に高負荷がかかるときだけ回転すればよい。しかも、フィン部２１ｂに極めて近い部位から送風することで、冷却能力も向上する。本変形例では、実施の形態１に比べてファンの個数は増やす必要があるものの、液冷方式に比べて簡素な構成で済むので、部品コストの削減を図ることができる。

図１２（ｂ）に示す第２の変形例においては、モータハウジング本体６０が放熱構造体の一部として機能しており、モータハウジング本体６０にフィン部６０ｆが設けられている。なお、図１２（ｂ）において、見やすくするために、コネクタユニット５の直流電源用端子や制御端子の図示は省略されている。

この変形例においても、ファン７３は、フィン部６０ｆを冷却するための専用ファンである。したがって、電力変換部１０に高負荷がかかるときだけ回転すればよい。しかも、フィン部６０ｆに極めて近い部位から送風することで、冷却能力も向上する。本変形例では、実施の形態１に比べてファンの個数は増やす必要があるものの、液冷方式に比べて簡素な構成で済むので、部品コストの削減を図ることができる。
このように、実施の形態１〜３において、コネクタユニット５のフィン部２１ｂに代えて、あるいは、コネクタユニット５のフィン部２１ｂに加えて、モータハウジング本体６０にフィンを設けてもよい。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、コネクタユニットの一部をモータハウジングに連結させた構造について開示したが、本発明は、コネクタユニットの一部を、モータだけでなく、発電機のハウジングに連結させた構造にも適用することができる。つまり、モータや発電機のハウジングにも適用することができる。

本発明の電力変換部に配置される半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ，ＧａＮなど）を用いたパワーデバイスでもよいし、Ｓｉを用いたパワーデバイスでもよい。

上記実施の形態では、電力変換部がＩＧＢＴおよびダイオードを組み合わせたインバータであったが、本発明の電力変換部は、ＭＯＳＦＥＴを用いたインバータであってもよい。

上記実施の形態では、放熱構造体はヒートシンク２１だけによって構成されていたが、放熱構造体は、ヒートシンクと他の部材とを有するものであってもよい。そして、ヒートシンク以外の他の部材、あるいは、放熱構造体以外の他の部材が回転電機のハウジングに連結されていてもよい。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の冷却システムは、ハイブリッド車、電気自動車、冷凍装置のコンプレッサなどモータに利用することができる。

実施の形態１に係るハイブリッド車の車体内部の電気系統および空冷システムの構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１におけるバッテリからモータまでの回路構成を示す電気回路図である。 モータの一部を破断して示す斜視図である。 モータの一部およびコネクタユニットの断面図である。 コネクタユニットを主面側から見た斜視図である。 コネクタユニットを裏面側から見た斜視図である。 ヒートシンク上の配線層以外の各層を透視して示す斜視図である。 ヒートシンク上の各層を分離して表示する斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線における断面図である。 実施の形態２に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線相当の断面における断面図である。 実施の形態３に係る電力変換部の，図７に示すIX-IX線相当の断面における断面図である。 （ａ），（ｂ）は、実施の形態１〜３の第１，第２の変形例を示す断面図である。 従来のハイブリッド車の電気系統の例を示すブロック回路図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ラジエータ
３ モータ
５ コネクタユニット
６ バッテリ
７ コンバータ
８ 直流電源用配線８
１０ 電力変換部
１１ａ ＩＧＢＴチップ
１１ｂ ダイオードチップ
１４ 半田層
１６ デバイス駆動回路
１７ 制御信号用配線
１８ 大電流用配線
２１ ヒートシンク
２１ａ 平板部
２１ｂ フィン部
２１ｃ 第１開口部
２１ｄ 第２開口部
２３ａ，２３ｂ 直流電源用金属配線
２３a1，２３b1 平板部
２３a2，２３b2 直流電源用端子
２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ 三相交流電源用金属配線
２３u1，２３v1，２３w1 平板部
２３u2，２３v2，２３w2 三相交流電源用端子
２６ 絶縁樹脂層
２６ａ 第１開口部
２６ｂ 第２開口部
２８ ソケット
２９ ソケット
３１ 取付ネジ
３３ プリント配線板
３３ａ 第１開口部
３３ｂ スリット部
３３ｃ 第２開口部
３５ 絶縁層
３５ａ 第１開口部
３５ｂ スリット部
３５ｃ 第２開口部
３７ 取付部材
５０ 容器
６０ モータハウジング本体
６０ａ 開口部
６０ｂ 縁部
６０ｃ 側筒
６３ｕ，６３ｖ，６３ｗ バスバー
６３u1，６３v1，６３w1 リング部
６３u2，６３v2，６３w2 モータ側端子
７０ ダクト
７１〜７３ ファン
８０ モータ制御ユニット
８１ 制御信号用配線
８３ 制御信号用配線

Claims (6)

1. 直流電力と三相交流電力との変換を行うためのパワーデバイスおよび放熱構造体を有する電力変換部を、直流電源用端子と三相交流電源用端子との間に配置して、一体的に組み立ててなるコネクタユニットと、
   前記コネクタユニットの放熱構造体が連結されたモータハウジングと、
   前記放熱構造体またはモータハウジングに設けられたフィンと、
   前記フィンに送風するファンと、
   を備えている冷却システム。
2. 請求項１記載の冷却システムにおいて、
   前記ファンは、車のラジエータから吸気するファンと兼用されており、
   前記車の走行中でモータの駆動中に前記ファンを回転させるように制御する制御手段を備えている、冷却システム。
3. 請求項１記載の冷却システムにおいて、
   前記ファンは、前記コネクタユニットまたはモータハウジングに連結して取付られた専用ファンである、冷却システム。
4. 請求項１記載の冷却システムおいて、
   前記ファンは、車の空調用ファンと兼用されている、冷却システム。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の冷却システムにおいて、
   前記フィンに走行風を導くダクト部材をさらに備え、
   前記フィンは、ダクト部材から導かれる送風の方向に延びている、冷却システム。
6. 請求項５記載の冷却システムにおいて、
   前記ダクト部材の断面積は、ファンによる送風の下流側で上流側よりも減少している、冷却システム。

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