JP2013017335A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化を図りつつ、コンデンサを効率的に冷却可能なインバータ装置を実現する。
【解決手段】インバータ回路を構成するスイッチング素子２２と、スイッチング素子２２が載置されるベースプレート１１と、平滑用のコンデンサ３１と、これらを収容するケース６１とを備えたインバータ装置１。ベースプレート１１は、スイッチング素子２２が載置される面とは反対側に放熱部を有すると共に、ケース６１に対して固定するためのケース取付部１３をスイッチング素子２２及び放熱部よりも外周側の部分Ｒ２に有する。コンデンサ３１が、スイッチング素子２２が載置される面に直交する方向から見た平面視でケース取付部１３と重複する部分を有するように配置されていると共に、ベースプレート１１に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ回路を構成するスイッチング素子と、スイッチング素子が載置される素子載置面を有するベースプレートと、直流電力の平滑用のコンデンサと、少なくともスイッチング素子及びコンデンサを収容するケースと、を備えたインバータ装置に関する。

回転電機を駆動力源として備えたハイブリッド車両や電動車両が注目を集めている。このようなハイブリッド車両等では、一般にバッテリ等の直流電源が備えられる一方、回転電機は交流電力で駆動される場合が多い。そのため、ハイブリッド車両等には、直流電源と回転電機との間にインバータ装置が備えられる。なお、このようなインバータ装置は、ハイブリッド車両等のための用途に限らず、空気調和装置や電力制御装置等においても一般的に必要となり得る。

上記のようなインバータ装置として、例えば特開２００７−２９５７６５号公報（特許文献１）に記載された装置が既に知られている。以下、この背景技術の欄の説明では、〔〕内に特許文献１における部材名を引用して説明する。このインバータ装置は、直流と交流との間の変換を行うインバータ回路を構成するスイッチング素子〔パワー半導体〕と、スイッチング素子が載置されるベースプレート〔ベース板９４４〕と、平滑用のコンデンサ〔コンデンサ〕と、これらを収容するケース〔ハウジング２１０〕と、を備えている。

ベースプレートは、スイッチング素子が載置される面とは反対側に放熱部〔放熱フィン５０６，５０７〕を有している。そして、このインバータ装置は、放熱部に供給される冷媒〔エンジン冷却水〕を利用して、効率的にスイッチング素子の冷却を行うことが可能となっている。このとき、コンデンサは、スイッチング素子が載置される面に直交する方向（以下、「直交方向」と称する場合がある）から見た平面視で、スイッチング素子及び放熱部と重複する領域に、当該スイッチング素子及び放熱部に対して積層するように配置されてケースに固定されている（特許文献１の図８を参照）。このコンデンサは、ケースを介してベースプレートに連結されており、スイッチング素子と同様に、放熱部に供給される冷媒を利用して冷却される。

この特許文献１の装置では、スイッチング素子、放熱部、及びコンデンサが直交方向に積層して配置されるので、インバータ装置が直交方向に大型化してしまうという課題があった。なお、コンデンサをスイッチング素子及び放熱部に対して同一平面状に配置することも考えられるが、単純にこれらを並べて配置するだけでは、直交方向から見れば大幅に大型化することになり、装置全体としては小型化の実効性が高くない。また、特許文献１の装置では、放熱部を有するベースプレートにケースを介してコンデンサが連結されているので、コンデンサの冷却性能は限定的であり、この点で改善の余地があった。

特開２００７−２９５７６５号公報

そこで、装置全体の小型化を図りつつ、コンデンサを効率的に冷却可能なインバータ装置の実現が望まれる。

本発明に係る、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が載置される素子載置面を有するベースプレートと、前記直流電力の平滑用のコンデンサと、少なくとも前記スイッチング素子及び前記コンデンサを収容するケースと、を備えたインバータ装置の特徴構成は、前記ベースプレートは、前記素子載置面とは反対側に放熱部を有すると共に、前記ケースに対して固定するためのケース取付部を前記スイッチング素子及び前記放熱部よりも当該ベースプレートの外周側の部分に有し、前記コンデンサが、前記素子載置面に直交する方向から見た平面視で前記ケース取付部と重複する部分を有するように配置されていると共に、前記ベースプレートに固定されている点にある。

なお、２つの部材の配置に関して、所定方向視で重複するとは、当該所定方向を視線方向として当該視線方向に直交する各方向に視点を移動させた場合に、２つの部材が重なって見える視点が少なくとも一部の領域に存在することを意味する。

上記の特徴構成によれば、コンデンサがベースプレートに固定されるので、当該ベースプレートに沿ってコンデンサをスイッチング素子と同一平面状に配置することができる。よって、装置全体を、素子載置面に直交する方向（直交方向）に小型化することができる。また、この場合であっても、ベースプレートにおけるスイッチング素子及び前記放熱部よりも外周側の部分に設けられるケース取付部と上記直交方向から見た平面視で重複する部分を有するようにコンデンサが配置されるので、これらが単純に並べて配置される場合と比較して平面視形状を小型化することができる。従って、総合的にみて装置全体の小型化を図ることができる。
また、上記のようにコンデンサがベースプレートに対して直接的に固定されるので、主にスイッチング素子を冷却する等の目的でベースプレートに設けられる放熱部を介して、コンデンサを効率的に冷却することができる。

ここで、前記コンデンサは、複数のサブコンデンサにより構成され、前記複数のサブコンデンサのそれぞれが、前記平面視で前記ケース取付部における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置されていると好適である。

この構成によれば、複数のサブコンデンサからなるコンデンサとケース取付部とが上記平面視で重複する部分を拡大することができる。よって、それに応じてインバータ装置の平面形状を更に小型化して、装置全体の更なる小型化を図ることができる。
また、この構成では、スイッチング素子と複数のサブコンデンサのそれぞれとを電気的接続部材を用いて電気的に接続する場合において、単一のユニットでコンデンサを構成する場合と比較して、電気的接続部材の有効断面積を大きくすることができると共に実効的な配線長を短くすることができる。よって、スイッチング素子とコンデンサとの間のインダクタンスを低下させることができ、スイッチング素子の動作（スイッチング動作）に伴うサージ電圧（一時的な電圧上昇分）を抑制することができる。

また、前記コンデンサは、２つの前記サブコンデンサにより構成され、前記２つのサブコンデンサが、前記スイッチング素子を挟んで当該スイッチング素子の両側に配置されていると好適である。

この構成によれば、スイッチング素子に対して２つのサブコンデンサが対称状に配置され、スイッチング素子と各サブコンデンサとの配線長を短くすることができる。よって、スイッチング素子とコンデンサとの間のインダクタンスをより一層低下させることができる。

また、前記インバータ回路は、前記直流電力を供給する直流電源の正極側に接続される上アーム用スイッチング素子と負極側に接続される下アーム用スイッチング素子とを有するレッグを複数備え、前記レッグのそれぞれにおける上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子とを結ぶ方向と交差する方向に沿って、前記複数のレッグが順に並んで配置されていると共に、当該複数のレッグの並び方向の両側に、前記２つのサブコンデンサが配置されていると好適である。

この構成によれば、インバータ回路に備えられるレッグ数に応じて、直流電力と複数相の交流電力との間の電力変換を行うことができる。また、各レッグにおける両スイッチング素子を結ぶ方向と交差する方向に沿って複数のレッグを順に並べて配置することで、複数のスイッチング素子が占有する領域の平面視形状を小型化することが容易である。また、この構成では、各相用のレッグと各サブコンデンサとの配線長を、総合的にみて短くすることができので、各スイッチング素子と各サブコンデンサとの間のインダクタンスを低下させることができる。

また、前記スイッチング素子における前記素子載置面側とは反対側に設けられた素子側端子と、前記コンデンサにおける前記平面視で前記ケース取付部と重複する部分に設けられたコンデンサ側端子と、前記素子側端子と前記コンデンサ側端子とを電気的に接続する電気的接続部材と、を備え、前記電気的接続部材が、前記素子側端子及び前記コンデンサ側端子に対して前記素子載置面側とは反対側から接するように設けられていると好適である。

本発明では、スイッチング素子及びコンデンサの双方が同一のベースプレートに固定されるので、素子載置面に直交する方向におけるスイッチング素子とコンデンサとの位置関係を高精度なものとすることができる。そのため、素子側端子及びコンデンサ側端子に対して上記のように電気的接続部材を設ける構成とすることで、素子側端子及びコンデンサ側端子と電気的接続部材とを容易に接続することができる。また、スイッチング素子とコンデンサとの取付公差を小さくすることができるので、当該接続後に電気的接続部材に作用し得る歪み応力を低減することが容易となる。よって、装置の信頼性を向上させることができる。

インバータ回路の構成を示す模式図である。 インバータ装置を素子載置面に直交する方向から見た平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 各配置領域の位置関係を示した平面図である。 その他の実施形態に係るインバータ装置を素子載置面に直交する方向から見た平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。

本発明に係るインバータ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、ハイブリッド車両の車輪の駆動力源として機能する回転電機５を制御するシステムにおけるインバータ装置１を例として説明する。ハイブリッド車両は、駆動力源として内燃機関（図示せず）と回転電機５とを備えている。インバータ装置１はインバータ回路２を備え、回転電機５を制御する。なお、本例では、回転電機５は、多相交流（本例では三相交流）により動作する交流電動機とされている。この回転電機５は、モータ（電動機）としての機能とジェネレータ（発電機）としての機能との双方を果たすことが可能である。

図２及び図３に示すように、インバータ装置１は、インバータ回路２を構成するスイッチング素子２２と、当該スイッチング素子２２が載置されるベースプレート１１と、平滑用のコンデンサ３１と、これらを収容するケース６１とを備えている。このような構成において、本実施形態に係るインバータ装置１は、装置全体の小型化及びコンデンサ３１の冷却効率の向上の双方を同時に達成するべく、ベースプレート１１とコンデンサ３１との配置構成に特徴を有している。以下、本実施形態に係るインバータ装置１について、詳細に説明する。

なお、以下の説明では、ベースプレート１１におけるスイッチング素子２２が載置される面（素子載置面１１ａ）を基準として「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、及び「Ｚ方向」の各方向を定義している。より具体的には、素子載置面１１ａに平行かつ互いに直交する方向をそれぞれ「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」と定義し、素子載置面１１ａに直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交する方向）を「Ｚ方向」と定義している（図２及び図３を参照）。
また、各部材についての方向や位置に関する用語（例えば、「平行」や「直交」等）は、製造上許容され得る誤差による差異を有する状態も含む概念として用いている。

１．インバータ回路の構成
まず、インバータ回路２の構成について説明する。本実施形態に係るインバータ回路２は、複数（本例では６つ）のスイッチング素子２２を用いて構成されている。図１に示すように、インバータ回路２はブリッジ回路により構成されており、直流電源としてのバッテリ３の正極Ｐ側と負極Ｎ側（例えばクランド側）との間に２つのスイッチング素子２２が直列に接続され、この直列回路が３回線並列に接続されている。すなわち、インバータ回路２は、正極Ｐ側に接続される上アーム用スイッチング素子２２と負極Ｎ側に接続される下アーム用スイッチング素子２２とを有するレッグを３つ備える３レッグ構成とされている。

各相の上アーム用スイッチング素子２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）のコレクタは正極Ｐ側に接続され、エミッタは各相の下アーム用スイッチング素子２２（２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ）のコレクタに接続されている。また、各相の下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのエミッタは負極Ｎ側に接続されている。各スイッチング素子２２ａ〜２２ｆのエミッタ−コレクタ間には、各整流素子２３ａ〜２３ｆが並列接続（逆並列接続）されている。すなわち、各整流素子２３は、アノードが各スイッチング素子２２のエミッタに接続され、カソードが各スイッチング素子２２のコレクタに接続されている。

対となるスイッチング素子（２２ａ，２２ｄ）、（２２ｂ，２２ｅ）、（２２ｃ，２２ｆ）により構成される各相レッグは、回転電機５の各相のステータコイルにそれぞれ接続されている。そして、各スイッチング素子２２のゲートは、制御基板５１（図３を参照）に設けられた駆動回路に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。

このようなインバータ回路２を含むインバータ装置１は、回転電機５に要求される要求回転速度や要求トルクに基づいて各スイッチング素子２２を制御（例えば、パルス幅変調制御等）することで、バッテリ３からの直流電力を三相交流電力に変換して回転電機５に供給する。これにより、回転電機５を要求回転速度及び要求トルクに応じて力行させる。一方、回転電機５が発電機として機能し、回転電機５側から電力の供給を受ける場合には、インバータ装置１は、各スイッチング素子２２を制御することで、発電された三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ３を充電する。なお、バッテリ３としては、例えばニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の各種二次電池、キャパシタ、又はこれらの組み合せ等を用いることができる。

２．インバータ装置の全体構成
次に、インバータ装置１の全体構成について、主に図２及び図３を参照して説明する。インバータ装置１は、スイッチング素子２２を有するパワーモジュール１０と、コンデンサ３１と、制御基板５１とを備えている。これらは直方体状に形成されたケース（インバータケース）６１内に収容されている。パワーモジュール１０には上述したインバータ回路２が実装されており、このパワーモジュール１０はバッテリ３と回転電機５との間に介在されている。バッテリ３とパワーモジュール１０との間には、コンデンサ３１が更に介在されている（図１を参照）。

パワーモジュール１０は、ベースプレート１１と、ベースプレート１１に設けられる複数のスイッチング素子２２とを主要な構成部品として備えている。

ベースプレート１１は、スイッチング素子２２を載置するためのベースとなる部材である。図３に示すように、本実施形態では、ベースプレート１１は全体として平坦な板状に形成されている。ベースプレート１１は、熱伝導性の高い材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成されている。このベースプレート１１は、ヒートシンクとしても機能する。ベースプレート１１は、Ｚ方向における一方側（図３における上側）に、スイッチング素子２２が載置される素子載置面１１ａを有している。この素子載置面１１ａには、複数（本例では６つ）の素子基板２１が互いに平行な状態で積層されている。それぞれの素子基板２１は、例えば樹脂製シート部材等の絶縁部材を介して、熱圧着によりベースプレート１１に接着固定されている。

素子基板２１は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成されている。この素子基板２１は、ヒートスプレッダとしても機能する。図２に示すように、本実施形態ではベースプレート１１上に配置された６つの素子基板２１は、Ｘ方向に３つ並ぶと共にＹ方向に２つ並ぶように整列して配置されている。

各素子基板２１の上面（ベースプレート１１とは反対側の面）には、スイッチング素子２２と整流素子２３とが１つずつ載置されている。これにより、本例では、ベースプレート１１の素子載置面１１ａに、６つの素子基板２１を介して６つのスイッチング素子２２と６つの整流素子２３とが設けられている。

本実施形態では、各相レッグにおいて対となるスイッチング素子（２２ａ，２２ｄ）、（２２ｂ，２２ｅ）、（２２ｃ，２２ｆ）は、それぞれＹ方向に並ぶように配置されている。すなわち、各相レッグにおける上アーム用スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆとをそれぞれ結ぶ方向は、Ｙ方向に沿っている。また、上アーム用スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆは、それぞれＸ方向に並ぶように配置されている。すなわち、各相レッグは、Ｘ方向に順に並んで配置されている。このように、上アーム用スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆとを結ぶ方向に直交する方向に沿って、各相レッグが順に並んで配置されている。

本実施形態では、スイッチング素子２２としてＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）を用いている。なお、スイッチング素子２２として、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のパワートランジスタを用いることも可能である。また、整流素子２３としてダイオードを用いている。そして、これらのスイッチング素子２２及び整流素子２３を含んで、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ回路２が構成されている。

図１〜図３に示すように、各スイッチング素子２２の上面（ベースプレート１１とは反対側の面）と各整流素子２３の上面とを電気的に接続する状態で、複数（本例では６つ）の第一端子２４が配置されている。これらのうち３つの第一端子２４は、各相の上アーム用スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのコレクタ電極と整流素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃのカソード電極とをそれぞれ接続している。また、他の３つの第一端子２４は、各相の下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのエミッタ電極と整流素子２３ｄ，２３ｅ，２３ｆのアノード電極とをそれぞれ接続している。第一端子２４は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成されたバスバー４１を介して、コンデンサ３１の直流端子３７に電気的に接続されている。本実施形態では、第一端子２４が本発明における「素子側端子」に相当し、直流端子３７が「コンデンサ側端子」に相当する。また、バスバー４１が本発明における「電気的接続部材」に相当する。

素子基板２１を介してスイッチング素子２２の下面（ベースプレート１１側の面）と整流素子２３の下面とに電気的に接続される複数（本例では６つ）の第二端子（図示せず）が、各素子基板２１の上面に載置されている。これらのうち３つの第二端子は、各相の上アーム用スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのエミッタ電極と整流素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃのアノード電極とにそれぞれ接続されている。また、他の３つの第二端子は、各相の下アーム用スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのコレクタ電極と整流素子２３ｄ，２３ｅ，２３ｆのカソード電極とにそれぞれ接続されている。これらの第一端子２４及び第二端子は、導電性の材料（例えば、銅やアルミニウム等の金属材料）で構成されている。第二端子は、バスバー４１とは異なる他のバスバー（図示せず）を介して、回転電機５との接続端子に電気的に接続されている。

図３に示すように、ベースプレート１１の素子載置面１１ａとは反対側には、放熱フィン１２が設けられている。放熱フィン１２は、素子載置面１１ａに直交する方向から見た平面視（Ｚ方向視）で素子基板２１及びスイッチング素子２２の配置領域（後述する素子配置領域Ｒ１）の全域と重複するように設けられている。この放熱フィン１２は、素子基板２１を介してベースプレート１１に伝わるスイッチング素子２２の熱（スイッチング動作に伴って発生する熱）を、その表面から放熱させる。このような放熱フィン１２は、本例ではＺ方向に立設すると共にＸ方向に平行な方向に沿って平板状に延びるように形成されている。本例では、放熱フィン１２はベースプレート１１と一体的に形成されている。本実施形態では、放熱フィン１２が本発明における「放熱部」に相当する。

コンデンサ３１は、バッテリ３とパワーモジュール１０との間に並列に設けられ（図１を参照）、これらの間の直流電力を平滑する。本実施形態では、コンデンサ３１は、複数（本例では２つ）のサブコンデンサ３１ａ，３１ｂにより構成されている。なお、以下では、各サブコンデンサ３１ａ，３１ｂを特に区別する必要がない場合には、単にコンデンサ３１と称して説明する。コンデンサ３１は、フィルムコンデンサ等のコンデンサ素子と当該コンデンサ素子を収容するコンデンサケース３３とを有する。また、コンデンサケース３３には、バッテリ３との間で直流電力の入出力を行う電源端子（図示せず）と、各スイッチング素子２２との間で直流電力の入出力を行う直流端子３７（正極側直流端子３７ａと負極側直流端子３７ｂとを含む）とが設けられている。直流端子３７は、バスバー４１（正極バスバー４１ａと負極バスバー４１ｂとを含む）を介して各相レッグの第一端子２４に電気的に接続されている。

制御基板５１は、主に各スイッチング素子２２の動作を制御するための機能を有する。そのため、制御基板５１には、少なくともスイッチング素子２２を個別にスイッチング制御するための駆動回路が設けられている。制御基板５１は、スイッチング素子２２及びバスバー４１の上側（ベースプレート１１とは反対側）に、素子載置面１１ａに平行な状態で配置されている。

ベースプレート１１、スイッチング素子２２、及びコンデンサ３１は、ケース６１に収容されている。本実施形態では、ケース６１はバスタブ状に形成されている。すなわち、ケース６１は、Ｚ方向視で矩形状の底板部６２と、当該底板部６２からＺ方向に延在してＸ方向の両側及びＹ方向の両側を覆う側壁部６７とを有する。底板部６２の中央部には、Ｚ方向視で矩形状の凹部６３が、上面６２ａ（ベースプレート１１が裁置される面）に対して窪むように形成されている。この凹部６３には、ベースプレート１１に設けられた放熱フィン１２が収容され、冷媒循環路（図示せず）を介して冷媒（例えば、内燃機関冷却水）が供給される。すなわち、凹部６３は、スイッチング素子２２の熱と冷媒との間の熱交換空間を形成する。また、上面６２ａにおける凹部６３の周囲には、当該凹部６３を取り囲むようにシール溝６４が形成されている。このシール溝６４にＯリング等のシール部材７５が配置され、ベースプレート１１とケース６１とが固定された状態で、これらの間の液密性が確保されている。また、側壁部６７と一体的に設けられた台座部６８に対して、液密状態でカバー（図示せず）が取り付けられている。

３．インバータ装置における各構成部品の配置構成
次に、インバータ装置１における各構成部品の配置構成について説明する。ここでは主にＺ方向視における配置構成について説明するものとし、以下では特に明記しない限りＺ方向視での構成について言及しているものとする。

図２及び図４に示すように、ベースプレート１１は、少なくとも素子配置領域Ｒ１及び素子包囲領域Ｒ２の２種類の領域を有する。なお、図４では各配置領域を強調して示している。素子配置領域Ｒ１は、ベースプレート１１における素子基板２１及びスイッチング素子２２が配置される領域である。この素子配置領域Ｒ１には、放熱フィン１２も設けられている。素子包囲領域Ｒ２は、素子配置領域Ｒ１（スイッチング素子２２及び放熱フィン１２）を取り囲むように当該素子配置領域Ｒ１の外周側に設けられた領域である。本例では、素子包囲領域Ｒ２は、各辺が一様な幅を有する矩形枠状の領域として形成されている。この素子包囲領域Ｒ２には、ケース６１に対してベースプレート１１を固定するためのケース取付部１３が設けられている。

図２及び図３に示すように、本実施形態では、素子包囲領域Ｒ２に、ベースプレート１１をＺ方向に貫通する複数（本例では６つ）の挿通孔１３ａが形成されている。具体的には、素子包囲領域Ｒ２の四隅に１つずつ挿通孔１３ａが形成されていると共に、これらのうちＹ方向の両端部においてそれぞれＸ方向に並んだ一対の挿通孔１３ａの間（本例では中間部）に１つずつ挿通孔１３ａが形成されている。なお、Ｘ方向の両端部においてそれぞれＹ方向に並んだ一対の挿通孔１３ａの間は、そのような貫通孔が設けられることなく平坦な板状に形成されている。このようにして、矩形枠状に形成された素子包囲領域Ｒ２におけるＹ方向の両側の各辺領域に、それぞれ３つの挿通孔１３ａがＸ方向に均等に分散するように形成されている。本実施形態では、６つの挿通孔１３ａと、素子包囲領域Ｒ２の形状に沿ってこれらを結ぶ領域（シール溝６４が形成された領域に概ね一致する）とにより、ケース取付部１３が構成されている。

それぞれの挿通孔１３ａにはボルト等の固定締結部材７１が挿通される。それぞれの固定締結部材７１は、底板部６２のそれぞれ対応する位置に設けられた固定締結孔６５に螺合する。これら６組の固定締結部材７１及び固定締結孔６５により、ケース取付部１３を介してベースプレート１１とケース６１とが一体的に固定される。

更に本実施形態では、ベースプレート１１は、素子配置領域Ｒ１及び素子包囲領域Ｒ２に加えて更に取付部外側領域Ｒ３を有し、全部で３種類の領域を有する。取付部外側領域Ｒ３は、素子配置領域Ｒ１から見て素子包囲領域Ｒ２の外側（素子包囲領域Ｒ２に対して素子配置領域Ｒ１とは反対側）に設けられた矩形状領域である。本実施形態では、このような取付部外側領域Ｒ３が複数（本例では２つ）設けられている。これら２つの取付部外側領域Ｒ３は、素子配置領域Ｒ１及び素子包囲領域Ｒ２を挟んで、Ｘ方向におけるこれらの両側に分かれて配置されている。言い換えれば、ベースプレート１１は、素子配置領域Ｒ１及び素子包囲領域Ｒ２からＸ方向両側に更に延出するように形成されており、その際におけるＸ方向の両側端部の領域として２つの取付部外側領域Ｒ３を有している。それぞれの取付部外側領域Ｒ３には、補助取付部１４とコンデンサ取付部１５（図３を参照）とが設けられている。

図２及び図３に示すように、本実施形態では、それぞれの取付部外側領域Ｒ３には、ベースプレート１１をＺ方向に貫通する複数（本例では２つ）の挿通孔１４ａが形成されている。具体的には、各取付部外側領域Ｒ３におけるＸ方向で素子包囲領域Ｒ２とは反対側の端部の、Ｙ方向の両端部に１つずつ挿通孔１４ａが形成されている。これにより、２つの取付部外側領域Ｒ３を合わせて考えると、ベースプレート１１の四隅に１つずつ挿通孔１４ａが形成されている。本実施形態では、それぞれの取付部外側領域Ｒ３において、２つの挿通孔１４ａと、これらを結ぶ領域とにより、補助取付部１４が構成されている。

それぞれの挿通孔１４ａにはボルト等の補助締結部材７２が挿通される。それぞれの補助締結部材７２は、底板部６２のそれぞれ対応する位置に設けられた補助締結孔６６に螺合する。そして、計４組の補助締結部材７２及び補助締結孔６６により、補助取付部１４を介して、ケース取付部１３によるベースプレート１１とケース６１との固定がより強固なものとされる。

それぞれの取付部外側領域Ｒ３には、素子載置面１１ａからＺ方向に隆起する複数（本例では２つ）のコンデンサ取付部１５が形成されている。具体的には、各取付部外側領域Ｒ３におけるＸ方向で素子包囲領域Ｒ２側の端部の、Ｙ方向の両端部に１つずつコンデンサ取付部１５が形成されている。それぞれのコンデンサ取付部１５は、素子包囲領域Ｒ２の四隅に設けられた挿通孔１３ａと取付部外側領域Ｒ３に設けられた挿通孔１４ａとのＸ方向の間（本例では中間部）に設けられている。

上述したような構成を有するベースプレート１１に対して、コンデンサ３１が固定されている。すなわち、ベースプレート１１における素子配置領域Ｒ１及び素子包囲領域Ｒ２からＸ方向に延出するように形成された領域である取付部外側領域Ｒ３を主に利用して、コンデンサ３１がベースプレート１１に直接的に固定されている。本例では、コンデンサケース３３のＹ方向両側に突出形成された固定用突状部３４のそれぞれの挿通孔に挿通されるボルト等の締結部材７３が、コンデンサ取付部１５のそれぞれ対応する位置に設けられた締結孔１５ａに螺合してコンデンサ３１がベースプレート１１に固定される。このように、スイッチング素子２２とコンデンサ３１とをベースプレート１１に沿って同一平面状に配置することで、素子載置面１１ａに直交する方向（Ｚ方向）におけるインバータ装置１の小型化が図られている。なお、Ｚ方向寸法の小型化は、最低地上高の確保等の車載上の制約に対して貢献し得る点で、車載用のインバータ装置１において特に有効である。

図２に示すように、本実施形態では、コンデンサ３１の本体部（固定用突状部３４以外の部分）のＹ方向寸法は素子配置領域Ｒ１のＹ方向寸法と同等に設定されている。そのため、コンデンサ３１の本体部のＹ方向寸法は、固定状態で異なるＹ方向位置に配置される２つの固定締結部材７１間のＹ方向の離間長さよりも短い。そして、コンデンサ３１は、異なるＹ方向位置に設けられた（本例では、Ｙ方向両端部に分かれて設けられた）２つの固定締結部材７１間において、取付部外側領域Ｒ３から素子包囲領域Ｒ２に跨がって配置されている。言い換えれば、コンデンサ３１は、Ｚ方向視でケース取付部１３と重複する部分を有するように配置されている。これにより、ケース取付部１３とコンデンサ３１とが互いに重複する分だけ、Ｚ方向視形状の小型化が図られている。従って、本実施形態に係るインバータ装置１は、Ｙ方向視形状及びＺ方向視形状の双方の小型化が図られており、総合的にみて装置全体が小型化されている。

更に本実施形態では、２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂによりコンデンサ３１が構成され、これらのそれぞれが、Ｚ方向視でケース取付部１３における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置されている。具体的には、２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂは、ベースプレート１１におけるＸ方向両側の２つの取付部外側領域Ｒ３において、それぞれ素子包囲領域Ｒ２に跨がるように配置されている。すなわち、２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂが、スイッチング素子２２を挟んで当該スイッチング素子２２のＸ方向両側に対照状に配置され、ケース取付部１３のうちＹ方向に延びる部分とそれぞれ重複する部分を有するように配置されている。

このように、本実施形態では２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂのそれぞれがケース取付部１３における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置することで、コンデンサ３１とケース取付部１３とが重複する領域の面積を拡大している。よって、それに応じてインバータ装置１のＺ方向視形状を更に小型化して、装置全体の更なる小型化が図られている。

なお、本実施形態では、図２に示すように、サブコンデンサ３１ａ，３１ｂの直流端子３７は、それぞれケース取付部１３と重複する部分に設けられている。このようにして、各サブコンデンサ３１ａ，３１ｂにおいて、複数のスイッチング素子２２に対して最も近接する位置に直流端子３７が設けられている。これにより、第一サブコンデンサ３１ａの直流端子３７と第二サブコンデンサ３１ｂの直流端子３７との間の離間距離を極力小さくしている。よって、それに応じてバスバー４１の長さを極力短くすることが可能となっている。

ここで、上述したように各相レッグはＸ方向に並んで配置されている。よって、スイッチング素子２２に対して対称状に配置される２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂは、各相レッグの並び方向の両側に配置されていることになる。このような配置構成を採用することで、バスバー４１を用いて２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂを直線的に並列接続しつつ、これらと各相レッグとも並列接続している。このとき、各相レッグはバスバー４１を用いてそれぞれ２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂの双方に接続され、各相レッグからの電気的接続経路が二方向とされる。よって、単一部品でコンデンサ３１が構成される場合と比較してバスバー４１の有効断面積を大きくすることができと共に実効的な配線長を短くすることができ、スイッチング素子２２とコンデンサ３１との間のインダクタンスが低減されている。

また、上記のような配置構成を採用することで、Ｘ方向に３つ並んで配置される各相レッグのうち、Ｘ方向両端部の２つのレッグは、それぞれサブコンデンサ３１ａ，３１ｂのいずれか一方に近接して配置される。一般に、各相レッグを構成するスイッチング素子２２とコンデンサ３１との間のインダクタンスは、各相レッグから見て最も近い位置に配置されたもの（配線長の短いもの）との間のインダクタンスが支配的となる。よって、総合的にみて各相レッグとコンデンサ３１との間の実質的な配線長を短くすることができ、この点からもスイッチング素子２２とコンデンサ３１との間のインダクタンスが低減されている。これにより、スイッチング素子２２の動作（スイッチング動作）に伴うサージ電圧（一時的な電圧上昇分）を抑制することが可能となっている。

ところで、本実施形態では、第一端子２４及び直流端子３７に対して、バスバー４１がベースプレート１１及び素子載置面１１ａ側とは反対側から接するように設けられ、その状態で第一端子２４及び直流端子３７とバスバー４１とがレーザ溶接により接合される。このとき、本実施形態ではスイッチング素子２２及びコンデンサ３１の双方を同一のベースプレート１１に固定しているので、Ｚ方向におけるスイッチング素子２２とコンデンサ３１との位置関係を高精度なものとすることができる。また、それに応じて、第一端子２４の上面（ベースプレート１１とは反対側の面）と直流端子３７の上面とのＺ方向の位置決めを高精度に行うことができる。よって、第一端子２４及び直流端子３７の双方がバスバー４１に対して適切に接する状態を容易に実現することができ、レーザ溶接の作業性を向上させることができる。また、バスバー４１と第一端子２４及び直流端子３７との各接合部の取付公差を小さくすることができるので、当該接合後にバスバー４１に作用し得る歪み応力を低減することができる。よって、インバータ装置１の信頼性を向上させることができる。

４．その他の実施形態
最後に、本発明に係るインバータ装置の、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態では、コンデンサ３１が２つのサブコンデンサにより構成され、それぞれがＺ方向視でケース取付部１３における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、コンデンサ３１が３つ以上のサブコンデンサにより構成され、これら３つ以上のサブコンデンサのそれぞれがＺ方向視でケース取付部１３における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置された構成としても良い。また、複数のサブコンデンサのうちの一部のみがＺ方向視でケース取付部１３のいずれかの領域と重複する部分を有するように配置された構成としても良い。また、単一のユニットで構成されるコンデンサ３１が、Ｚ方向視でケース取付部１３と重複する部分を有するように配置された構成としても良い。

（２）上記の実施形態では、２つのサブコンデンサ３１ａ，３１ｂが、スイッチング素子２２に対して、各相レッグの並び方向であるＸ方向の両側に対称状に配置されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、これらが、各相レッグにおける２つのスイッチング素子２２を結ぶ方向であるＹ方向の両側に分かれて対称状に配置された構成としても良い。また、これらがスイッチング素子２２に対して非対称状に配置された構成としても良い。例えばサブコンデンサ３１ａ，３１ｂのうちの一方がスイッチング素子２２に対してＸ方向に隣接して配置されると共に、他方がＹ方向に隣接して配置された構成とすることができる。

（３）上記の実施形態では、サブコンデンサ３１ａ，３１ｂの直流端子３７が、それぞれＺ方向視でケース取付部１３と重複する部分に設けられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、これらのうちの少なくとも１つが、Ｚ方向視でケース取付部１３と重複することなく当該ケース取付部１３とは異なる位置に設けられた構成としても良い。

（４）上記の実施形態では、Ｘ方向に平行な方向に沿って平板状に延びる放熱フィン１２がベースプレート１１と一体的に形成されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、放熱フィン１２の形状及び配置は任意であり、例えばＹ方向に平行な方向に沿って延びる平板状、Ｘ方向又はＹ方向に沿って延びる波板状、所定形態で配列されるピン状等とすることができる。これらの場合において、ベースプレート１１に接合されるフィン形成部材に放熱フィン１２が形成された構成としても良い。また、ベースプレート１１が、素子載置面１１ａの反対側に放熱フィン１２を有することなく素子載置面１１ａに平行な放熱面のみを有する構成としても良い。この場合、上記放熱面が本発明における「放熱部」に相当する。

（５）上記の実施形態では、インバータ装置１を構成する各部材に関して、具体的な形状を例示して説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、それら各部材の形状として、例えば図５及び図６に示す構成を採用することも可能である。なお、これらの図では、それぞれ図２及び図３において対応する部材には同一の符号を付している。このような構成においても、上記の実施形態で説明したような各部材の配置構成を採用することで、装置全体の小型化及びコンデンサ３１の冷却効率の向上の双方を同時に達成することが可能である。

図示の例では、ケース６１の底板部６２が全体として平坦な板状に形成されると共に、ベースプレート１１が、素子包囲領域Ｒ２及び取付部外側領域Ｒ３に対して素子配置領域Ｒ１が底板部６２とは反対側に位置する段付板状に形成されている。そして、サブコンデンサ３１ａ，３１ｂのそれぞれが、ベースプレート１１の段差側面１７に対してＹ方向に接して配置されている。このような構成とすることで、コンデンサ３１とベースプレート１１との接触面積を増大させ、コンデンサ３１をより効率的に冷却することが可能となっている。また本例では、第一端子２４と直流端子３７とが同一平面状に配置され、平坦な板状に形成されたバスバー４１が第一端子２４及び直流端子３７に対してＺ方向から接するように設けられている。このような構成とすることで、上記の実施形態のようにバスバー４１が屈曲形成される場合と比較して、レーザ溶接の作業性をより向上させることができる。

（６）上記の実施形態では、ベースプレート１１、スイッチング素子２２、及びコンデンサ３１の全体がケース６１に収容されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、ケース６１は少なくともスイッチング素子２２及びコンデンサ３１をその内部に収容していれば良く、例えばベースプレート１１の一部（例えば放熱フィン１２）がケース６１の外部に露出した構成としても良い。

（７）上記の実施形態では、第一端子２４及び直流端子３７とバスバー４１とがレーザ溶接により接合されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、これらが例えば抵抗溶接やロウ付け等の各種接合、又は締結部材を用いた締結固定等により一体的に固定された構成としても良い。

（８）上記の実施形態では、車両用の駆動力源として機能する回転電機５を制御するシステムにおけるインバータ装置１に本発明を適用した例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば空気調和装置に備えられる電動機を制御するためのインバータ装置や、太陽光発電や燃料電池等の自家発電システムで発電される直流電力と商用電力系統から供給される交流電力との間の電力変換を行う電力制御装置（パワーコンディショナー）等に本発明を適用することも可能である。

（９）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願の特許請求の範囲に記載されていない構成に関しては、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ装置に好適に利用することができる。

１ インバータ装置
２ インバータ回路
３ バッテリ（直流電源）
１１ ベースプレート
１１ａ 素子載置面
１２ 放熱フィン（放熱部）
１３ ケース取付部
２２ スイッチング素子
２４ 第一端子（素子側端子）
３１ コンデンサ
３１ａ 第一サブコンデンサ
３１ｂ 第二サブコンデンサ
３７ 直流端子（コンデンサ側端子）
４１ バスバー（電気的接続部材）
６１ ケース
Ｐ 正極
Ｎ 負極
Ｒ２ 素子包囲領域（ベースプレートの外周側の部分）

Claims (5)

1. 直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が載置される素子載置面を有するベースプレートと、前記直流電力の平滑用のコンデンサと、少なくとも前記スイッチング素子及び前記コンデンサを収容するケースと、を備えたインバータ装置であって、
   前記ベースプレートは、前記素子載置面とは反対側に放熱部を有すると共に、前記ケースに対して固定するためのケース取付部を前記スイッチング素子及び前記放熱部よりも当該ベースプレートの外周側の部分に有し、
   前記コンデンサが、前記素子載置面に直交する方向から見た平面視で前記ケース取付部と重複する部分を有するように配置されていると共に、前記ベースプレートに固定されているインバータ装置。
2. 前記コンデンサは、複数のサブコンデンサにより構成され、
   前記複数のサブコンデンサのそれぞれが、前記平面視で前記ケース取付部における互いに異なる領域と重複する部分を有するように配置されている請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記コンデンサは、２つの前記サブコンデンサにより構成され、
   前記２つのサブコンデンサが、前記スイッチング素子を挟んで当該スイッチング素子の両側に配置されている請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記インバータ回路は、前記直流電力を供給する直流電源の正極側に接続される上アーム用スイッチング素子と負極側に接続される下アーム用スイッチング素子とを有するレッグを複数備え、
   前記レッグのそれぞれにおける上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子とを結ぶ方向と交差する方向に沿って、前記複数のレッグが順に並んで配置されていると共に、当該複数のレッグの並び方向の両側に、前記２つのサブコンデンサが配置されている請求項３に記載のインバータ装置。
5. 前記スイッチング素子における前記素子載置面側とは反対側に設けられた素子側端子と、
   前記コンデンサにおける前記平面視で前記ケース取付部と重複する部分に設けられたコンデンサ側端子と、
   前記素子側端子と前記コンデンサ側端子とを電気的に接続する電気的接続部材と、を備え、
   前記電気的接続部材が、前記素子側端子及び前記コンデンサ側端子に対して前記素子載置面側とは反対側から接するように設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。

Images