JP2019161794A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに取り付けられる際のスペース効率を向上させる。【解決手段】電力変換装置１は、パワーモジュール２１と、コンデンサユニット２３と、を備える。パワーモジュール２１の電力変換回路部において、３相の各相に対応するハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子は、素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを形成している。３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、Ｚ軸方向から見て、モータ１２における軸心ＯからＹ軸方向の正方向側の部分のみと重なり合う位置に配置されている。車体後部の動力搭載室に配置されるモータ１２の場合、軸心ＯからＹ軸方向の正方向側の部分は、車両の前後方向における軸心Ｏよりも車室側の部分である。Ｚ軸方向から見て、コンデンサユニット２３は、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側つまりＹ軸方向の正方向側において、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷよりも軸心Ｏから離れて配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、ジェネレータ及びモータが収容される駆動装置ケースと、駆動装置ケースに搭載されるパワーコントロールユニットと、を備える車両用駆動ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両用駆動ユニットにおいて、パワーコントロールユニットは、ジェネレータ及びモータの各々に接続される２つのインバータ、２つのインバータを制御する制御部、及び電流センサなどを、ユニットケース内に備えている。駆動装置ケースの外形は円筒状に形成され、駆動装置ケースは、軸線方向が車幅方向となるように配置されている。ユニットケースの外形は箱状に形成され、ユニットケースは、車両の上下方向において駆動装置ケースの上面に載せ置かれるように配置されている。

特開２０１６−１４０１９８号公報

ところで、上記従来技術の一例に係る車両用駆動ユニットによれば、駆動装置ケース及びユニットケースは、車両の上下方向に積み重ねるように配置されているので、上下方向における全体の寸法が増大するとともに、駆動装置ケースの外周の空間におけるスペース効率を向上させることができないおそれがある。

本発明は、モータに取り付けられる際のスペース効率を向上させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力変換装置は、軸心（例えば、実施形態での軸心Ｏ）が第１方向（例えば、実施形態でのＸ軸方向）に沿って配置されたモータ（例えば、実施形態でのモータ１２）に対して電力を授受するハイサイドアーム素子（例えば、実施形態でのハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）及びローサイドアーム素子（例えば、実施形態でのローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）からなる素子列を、前記モータの複数相分、備えて構成される複数の素子列（例えば、実施形態での各素子列ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２）と、前記複数の素子列に電気的に接続されるコンデンサ（例えば、実施形態でのコンデンサユニット２３）と、を備え、前記モータに取り付けられる電力変換装置（例えば、実施形態での電力変換装置１）であって、前記素子列が配置される配置面（例えば、実施形態での搭載面６１Ａ，６２Ａ）の直交方向（例えば、実施形態でのＺ軸方向）から見て、前記コンデンサは、前記第１方向に直交する第２方向（例えば、実施形態でのＹ軸方向）の一方側において、前記複数の素子列よりも前記軸心から離れて配置され、前記直交方向から見て、前記複数の素子列は、前記モータにおける前記第２方向の前記一方側の部分のみと重なり合う位置に配置されている。

（２）上記（１）に記載の電力変換装置では、前記複数の素子列は、前記第１方向に並んで配置されてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の電力変換装置では、前記複数の素子列の前記第１方向の長さ（例えば、実施形態での長さＬＰ）は、前記モータの軸長（例えば、実施形態での軸長ＬＭ）よりも短くてもよい。

（４）上記（２）又は（３）に記載の電力変換装置は、前記複数の素子列から延び出て、前記モータの巻線（例えば、実施形態での３相のステータ巻線）に接続される入出力端子（例えば、実施形態での入出力端子Ｑ１）を備え、前記直交方向から見て、前記入出力端子は、前記複数の素子列から前記軸心に向かって延びてもよい。

（５）上記（１）から（４）の何れか１つに記載の電力変換装置では、前記電力変換装置は、車両（例えば、実施形態での車両１０）に搭載され、前記第２方向の前記一方側は、前記車両の前後方向の車室（例えば、実施形態での車室１０ｃ）側であってもよい。

（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の電力変換装置では、前記第１方向から見て、前記直交方向における前記コンデンサの幅（例えば、実施形態での幅ＷＣ）は、前記直交方向における前記複数の素子列の幅（例えば、実施形態での幅ＷＰ）よりも大きくてもよい。

（７）上記（１）から（６）の何れか１つに記載の電力変換装置は、冷媒が流通する冷媒流路（例えば、実施形態での冷媒流路６１ａ，６２ａ）が形成されるとともに、前記配置面を有する放熱部（例えば、実施形態での第１放熱部６１及び第２放熱部６２）を備え、前記冷媒流路は、前記モータに設けられる前記冷媒の流路（例えば、実施形態での流路１８ａ，１９ａ）と連結されてもよい。

（８）上記（７）に記載の電力変換装置は、前記放熱部と前記モータとの間において前記直交方向に延びる連結流路（例えば、実施形態での連結流路６５ａ，６６ａ）を備え、前記冷媒流路は、前記連結流路（例えば、実施形態での連結流路６５ａ，６６ａ）を介して、前記モータの前記流路と連結されてもよい。

（９）上記（７）又は（８）に記載の電力変換装置では、前記冷媒は、前記モータのハウジング（例えば、実施形態でのハウジング１４）に形成された流入口（例えば、実施形態での冷媒流入口１８ｂ）から前記冷媒流路へ流入してもよい。

（１０）上記（７）から（９）の何れか１つに記載の電力変換装置では、前記冷媒は、前記冷媒流路を流れた後に前記モータのハウジングに形成された流出口（例えば、実施形態での冷媒流出口１９ｂ）から流出してもよい。

上記（１）によれば、モータの外周に沿って電力変換装置を配置する際に、相対的に小さい複数の素子列を軸心に近い側に配置し、相対的に大きいコンデンサを複数の素子列よりも軸心から離れて配置することで、スペース効率を向上させることができる。これにより、電力変換装置とモータとの全体の大型化を抑制することができる。

上記（２）の場合、第２方向における複数相の素子列の各々とコンデンサとの間の距離に差が生じることを抑制し、各相の電気経路における浮遊インダクタンスの不均一性が増大することを抑制することができる。
上記（３）の場合、モータの外周において複数の素子列をスペース効率よく配置することができる。
上記（４）の場合、モータの巻線と端子部材との接続作業を容易にすることができる。

上記（５）の場合、車両の前後方向においてモータの軸心に対して車室側の反対側、つまり前方側又は後方側には、電力変換装置が配置されず、前方側又は後方側からの衝撃に対する緩衝スペースを設けることができ、電力変換装置に直接的な衝撃が作用することを防ぐことができる。
上記（６）の場合、モータの外周において複数の素子列及びコンデンサをスペース効率よく配置することができる。

上記（７）の場合、放熱部の冷媒流路とモータにおける冷媒の流路とは連結されるので、例えば、電力変換装置とモータの各々で独立した冷却系を備える場合に比べて、冷却系が複雑になることを抑制することができる。また、冷却系の一部がモータに設けられるので、冷却系をコンパクトに形成することができる。

上記（８）の場合、配置平面の直交方向に延びる連結部によって放熱部の冷媒流路とモータにおける冷媒の流路とをコンパクトに連結することができる。
上記（９）の場合、モータのハウジングに流入口が形成されるので、コンデンサが配置されている場合であっても、放熱部への冷媒流路の複雑化を抑制することができる。
上記（１０）の場合、モータのハウジングに流出口が形成されるので、コンデンサが配置されている場合であっても、放熱部への冷媒流路の複雑化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を模式的に示す図であり、モータの軸方向から見てモータ及び電力変換装置の一部を破断して示す図である。 図１に示すＡ−Ａ線の位置でＸ−Ｙ平面により切断した断面図において冷媒流路を省略した図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の車両における搭載例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部を省略して示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る電力変換装置の車両における搭載例を示す図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部を省略して示す図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部を省略して示す図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る電力変換装置における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。 本発明の実施形態の第４変形例に係る電力変換装置の構成を模式的に示す図であり、モータの軸方向から見てモータ及び電力変換装置の一部を破断して示す図である。

以下、本発明の電力変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による電力変換装置は、モータとバッテリとの間の電力授受を制御する。例えば、電力変換装置は、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の構成を模式的に示す図であり、モータ１２の軸方向から見てモータ１２及び電力変換装置１の一部を破断して示す図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線の位置でＸ−Ｙ平面により切断した断面図において冷媒流路を省略した図である。図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の車両１０における搭載例を示す図である。
なお、以下において、３次元空間で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向は、各軸に平行な方向である。

＜車両＞
図３に示すように、車両１０は、電力変換装置１に加えて、バッテリ１１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用のモータ１２（ＭＯＴ）と、を備えている。
バッテリ１１は、例えば、車両１０の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ１１は、電力変換装置１の直流コネクタ１ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備えている。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
モータ１２は、バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。モータ１２は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ１２には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ１２は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。

図１に示すように、モータ１２は、ハウジング１４と、シャフト１５と、ロータ１６と、ステータ１７と、第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９と、を備えている。モータ１２は、例えば、インナーロータ型である。ハウジング１４は、シャフト１５を軸心Ｏの軸周りに回転可能に支持するとともに、ロータ１６及びステータ１７を内部に収容している。シャフト１５は、ハウジング１４の内部においてロータ１６に取り付けられるとともに、ハウジング１４の外部において他の機器に接続されている。
ロータ１６は、シャフト１５に固定されるロータコアと、ロータコアに装着される界磁用の複数の永久磁石と、を備えている。ステータ１７は、ハウジング１４に固定されるステータコアと、ロータ１６を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線と、を備えている。モータ１２の３相のステータ巻線は、電力変換装置１の３相コネクタ１ｂに接続されている。
第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９はハウジング１４に設けられている。第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９は、例えば、ハウジング１４に固定される配管又はハウジング１４に形成される管状部位などである。第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の各々の内部空間は、電力変換装置１の冷却用の冷媒が流通する各流路１８ａ，１９ａを形成している。第１冷媒流通部１８の流路１８ａは、ハウジング１４に形成される冷媒流入口１８ｂに通じている。第２冷媒流通部１９の流路１９ａは、ハウジング１４に形成される冷媒流出口１９ｂに通じている。第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の各々は、後述する電力変換装置１の第１連結部６５及び第２連結部６６の各々に接続されている。

図４に示すように、Ｘ軸方向はモータ１２の軸心Ｏの軸方向と平行である。モータ１２は、例えば、軸心Ｏの軸方向が車両１０の左右方向と平行になるようにして、車両１０の前後方向後方の車体後部に配置されている。例えば、車両１０の左右方向はＸ軸方向と平行であり、車両１０の前後方向はＹ軸方向と平行であり、前後方向前方はＹ軸方向の正方向である。モータ１２は、例えば、リヤパネル１０ｄの後方に設けられる車体後部の動力搭載室１０ｅに配置されている。
なお、バッテリ１１は、例えば、ダッシュボードロアパネル１０ａよりも後方に設けられる車室１０ｃにおけるフロアパネルの下方に配置されている。

＜電力変換装置＞
電力変換装置１は、例えば、モータ１２のハウジング１４に取り付けられている。電力変換装置１は、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側に配置されている。モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側は、例えば、車体後部の動力搭載室１０ｅに配置されるモータ１２の場合、車両１０の前後方向における軸心Ｏよりも車室１０ｃ側、つまり軸心Ｏよりも車両１０の中心側であってＹ軸方向の正方向側である。
電力変換装置１は、例えば、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側のうち、車両１０の上下方向における軸心Ｏよりも上方側に配置されている。なお、車両１０の前後方向における軸心Ｏよりも後方側には、電力変換装置１に対する前方からの衝撃を吸収又は軽減するための緩衝スペースが設けられている。

図１及び図３に示すように、電力変換装置１は、ケース２０と、パワーモジュール２１と、コンデンサユニット２３と、抵抗器２４と、第１電流センサ２５と、第２電流センサ２７と、電子制御ユニット２８（ＭＯＴ ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット２９（Ｇ／Ｄ）と、を備えている。
ケース２０は、電力変換装置１を構成する部品、つまり、パワーモジュール２１、コンデンサユニット２３、抵抗器２４、第１電流センサ２５、第２電流センサ２７、電子制御ユニット２８（ＭＯＴ ＥＣＵ）、及びゲートドライブユニット２９（Ｇ／Ｄ）を内部に収容している。ケース２０の外形は、例えば、モータ１２のハウジング１４の外周に沿って屈曲するＬ字箱型に形成されている。

パワーモジュール２１は、例えば、１つの電力変換回路部３１を備えている。電力変換回路部３１は、３相コネクタ１ｂによってモータ１２の３相のステータ巻線に接続されている。電力変換回路部３１は、バッテリ１１から入力される直流電力を３相交流電力に変換する。電力変換回路部３１は、モータ１２から入力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。電力変換回路部３１によって変換された直流電力は、バッテリ１１に供給することが可能である。

電力変換回路部３１は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備えている。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとが、それぞれブリッジ接続されている。

ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨは、コレクタが正極バスバーＰＩに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーＰＩは、コンデンサユニット２３の正極バスバー５０ｐに接続されている。
ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、エミッタが負極バスバーＮＩに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーＮＩは、コンデンサユニット２３の負極バスバー５０ｎに接続されている。
なお、各正極バスバーＰＩ，５０ｐ同士の接続及び各負極バスバーＮＩ，５０ｎ同士の接続には、例えば、ボルト締結よりも小型であるとともに、絶縁部位の熱損傷を抑制するように、レーザ溶接又はクリップによる接続などが採用されている。

各相においてハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタは、接続点ＴＩにおいてローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続されている。
電力変換回路部３１の各相において接続点ＴＩを形成する入出力バスバー５１は入出力端子Ｑ１に接続されている。入出力端子Ｑ１は、３相コネクタ１ｂに接続されている。電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩは、入出力バスバー５１、入出力端子Ｑ１、及び３相コネクタ１ｂを介してモータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。

電力変換回路部３１は、ゲートドライブユニット２９から各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。電力変換回路部３１は、バッテリ１１から入力される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。電力変換回路部３１は、モータ１２の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、モータ１２の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。

コンデンサユニット２３は、平滑コンデンサ４１と、ノイズフィルタ４３と、を備えている。
平滑コンデンサ４１は、正極バスバー５０ｐ及び負極バスバー５０ｎを介して、電力変換回路部３１の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。平滑コンデンサ４１は、電力変換回路部３１の各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。

ノイズフィルタ４３は、正極バスバー５０ｐ及び負極バスバー５０ｎを介して、電力変換回路部３１の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。ノイズフィルタ４３は、直列に接続される２つのコンデンサを備えている。２つのコンデンサの接続点は、車両１０のボディグラウンド等に接続されている。
抵抗器２４は、正極バスバー５０ｐ及び負極バスバー５０ｎを介して、電力変換回路部３１の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。

第１電流センサ２５は、電力変換回路部３１の各相の接続点ＴＩを成し、入出力端子Ｑ１と接続される入出力バスバー５１に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。第２電流センサ２７は、抵抗器２４と直流コネクタ１ａとの間に配置され、バッテリ１１の出力電流を検出する。
第１電流センサ２５及び第２電流センサ２７の各々は、信号線によって電子制御ユニット２８に接続されている。

電子制御ユニット２８は、モータ１２の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット２８の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。例えば、電子制御ユニット２８は、第１電流センサ２５の電流検出値とモータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成する。例えば、電子制御ユニット２８は、第１電流センサ２５の電流検出値とモータ１２に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット２９に入力する制御信号を生成してもよい。制御信号は、電力変換回路部３１の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。

ゲートドライブユニット２９は、電子制御ユニット２８から受け取る制御信号に基づいて、電力変換回路部３１の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット２９は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。

図２に示すように、電力変換回路部３１において、３相の各相に対応するハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子は、素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを形成している。各素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、例えば、各相のハイサイドアーム及びローサイドアームのスイッチング素子が電気的絶縁性の樹脂材料を用いたモールド成型などによって一体化された半導体モジュールを構成している。３相に対応する３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、Ｘ軸及びＹ軸によるＸ−Ｙ平面に平行な平面内においてＸ軸方向に並んで配置されている。上述したようにＸ軸方向は、モータ１２の軸心Ｏの軸方向と平行である。
例えば、電力変換回路部３１において、ハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬの素子列ＰＵと、ハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬの素子列ＰＶと、ハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬの素子列ＰＷとは、順次にＸ軸方向に並んで配置されている。
さらに、ハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、ハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、ハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとの各々において、ハイサイドアームのトランジスタとローサイドアームのトランジスタとはＸ軸方向に並んで配置されている。

例えば、車両１０の上下方向はＺ軸方向と平行である。Ｚ軸方向から見て、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、モータ１２における軸心ＯからＹ軸方向の正方向側の部分のみと重なり合う位置に配置されている。上述したように、車体後部の動力搭載室１０ｂに配置されるモータ１２の場合、軸心ＯからＹ軸方向の正方向側の部分は、車両１０の前後方向における軸心Ｏよりも車室１０ｃ側の部分である。
電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ全体のＸ軸方向の長さＬＰは、モータ１２の軸長ＬＭ（例えば、ハウジング１４の軸方向長さなど）よりも短く形成されている。
Ｚ軸方向から見て、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々に対して、入出力バスバー５１は、例えば、軸心Ｏに向かって（つまりＹ軸方向の負方向に）延びている。正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩは、例えば、車室１０ｃ側のコンデンサユニット２３に向かって（つまりＹ軸方向の正方向に）延びている。

Ｚ軸方向から見て、コンデンサユニット２３は、例えば、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側つまりＹ軸方向の正方向側において、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷよりも軸心Ｏから離れて配置されている。
図１に示すように、Ｘ軸方向から見て、Ｚ軸方向におけるコンデンサユニット２３の幅ＷＣは、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ全体におけるＺ軸方向の幅ＷＰよりも大きく形成されている。

図５は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部６１を省略して示す図である。図６は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。
電力変換装置１は、例えば、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々に対して、第１放熱部６１及び第２放熱部６２と、冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４と、第１連結部６５及び第２連結部６６と、を備えている。

第１放熱部６１及び第２放熱部６２は、ケース２０の内部においてパワーモジュール２１を冷却する。第１放熱部６１及び第２放熱部６２の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各々の内部には、冷媒が流通する各冷媒流路６１ａ，６２ａが形成されている。第１放熱部６１及び第２放熱部６２は、各素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを厚さ方向の両側から挟み込んでいる。各素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの厚さ方向は、例えば、Ｚ軸方向と平行である。第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各々は、各素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを搭載する各搭載面６１Ａ，６２Ａを備えている。各搭載面６１Ａ，６２Ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面と平行である。第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各々は、厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）における各搭載面６１Ａ，６２Ａの反対側の内面（つまり、各冷媒流路６１ａ，６２ａを形成する壁面の一部）上にヒートシンクとして機能する複数のフィンを備えている。

第１放熱部６１及び第２放熱部６２は、冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４によって積層方向（つまりＺ軸方向）に接続されている。冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４の各内部流路６３ａ，６４ａは、第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各々の各冷媒流路６１ａ，６２ａと相互に通じている。
第１連結部６５は、冷媒供給管６３とモータ１２の第１冷媒流通部１８とを連結している。第２連結部６６は、冷媒排出管６４とモータ１２の第２冷媒流通部１９とを連結している。例えば、第１連結部６５及び第２連結部６６の各々の外形は、管状に形成されている。第１連結部６５及び第２連結部６６の各々は、第１放熱部６１及び第２放熱部６２とモータ１２との間において、第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各搭載面６１Ａ，６２Ａの直交方向（例えば、Ｚ軸方向）に延びるように形成されている。
第１連結部６５及び第２連結部６６の各々の内部に形成される各連結流路６５ａ，６６ａは、冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４の各内部流路６３ａ，６４ａと、第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の各流路１８ａ，１９ａと、相互に通じている。

電力変換装置１を冷却する冷媒は、先ず、モータ１２のハウジング１４に形成された冷媒流入口１８ｂから第１冷媒流通部１８の流路１８ａ内に流入する。
次に、冷媒は、第１冷媒流通部１８において第１冷媒流通部１８に接続された３つの第１連結部６５に向かって分岐して流れて、各第１連結部６５の連結流路６５ａ内に流入する。
次に、冷媒は、３つの第１連結部６５の各々に接続された各冷媒供給管６３の内部流路６３ａ内に流入する。次に、冷媒は、各冷媒供給管６３に接続された各第１放熱部６１及び第２放熱部６２、つまり電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々が搭載された各第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各冷媒流路６１ａ，６２ａ内に流入する。
次に、冷媒は、各第１放熱部６１及び第２放熱部６２に接続された各冷媒排出管６４の内部流路６４ａ内に流入する。次に、冷媒は、３つの冷媒排出管６４の各々に接続された各第２連結部６６の連結流路６６ａ内に流入する。
次に、冷媒は、３つの第２連結部６６に接続された第２冷媒流通部１９の流路１９ａ内に流入する。次に、冷媒は、第２冷媒流通部１９において冷媒流出口１９ｂに向かって合流して、冷媒流出口１９ｂから外部に流出する。

上述したように、本実施形態の電力変換装置１によれば、モータ１２の外周に沿って電力変換装置１を配置する際に、相対的に小さい３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを軸心Ｏに近い側に配置し、相対的に大きいコンデンサユニット２３を３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷよりも軸心Ｏから離れて配置するので、スペース効率を向上させることができる。
また、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ全体のＸ軸方向の長さＬＰは、モータ１２の軸長ＬＭよりも短く形成されているので、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ全体が軸方向にモータ１２からはみ出すこと無しに、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷをスペース効率よく配置することができる。
また、Ｚ軸方向におけるコンデンサユニット２３の幅ＷＣは、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ全体におけるＺ軸方向の幅ＷＰよりも大きく形成されているので、モータ１２の外周において３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ及びコンデンサユニット２３をスペース効率よく配置することができる。
また、電力変換装置１のケース２０は、モータ１２のハウジング１４の外周に沿って屈曲するＬ字箱型に形成されているので、電力変換装置１を小型化することができ、電力変換装置１をスペース効率よくモータ１２に取り付けることができる。

また、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、Ｘ軸方向に並んで配置されているので、Ｙ軸方向における３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々とコンデンサユニット２３との間の距離に差が生じることを抑制し、３相の各相の電気経路における浮遊インダクタンスの不均一性が増大することを抑制することができる。
また、Ｚ軸方向から見て、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々に対して、入出力バスバー５１は、Ｙ軸方向の負方向、つまり軸心Ｏに向かって延びているので、入出力端子Ｑ１を介して３相コネクタ１ｂに接続する作業の容易性を向上させることができる。
また、車両１０の前後方向においてモータ１２の軸心Ｏに対して車室１０ｃ側の反対側つまり後方側には、電力変換装置１が配置されず、後方側からの衝撃に対する緩衝スペースを設けることができ、電力変換装置１に直接的な衝撃が作用することを防ぐことができる。

また、第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各冷媒流路６１ａ，６２Ａとモータ１２における第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の各流路１８ａ，１９ａとは、第１連結部６５及び第２連結部６６によって連結されるので、例えば、電力変換装置１とモータ１２の各々で独立した冷却系を備える場合に比べて、冷却系が複雑になることを抑制することができる。例えば、コンデンサユニット２３が、各放熱部６１，６２に対して車両１０の前後方向（上述した実施形態での前方側、又は後述する第１変形例での後方側など）に配置されている場合であっても、モータ１２のハウジング１４を経由して、各放熱部６１，６２への冷媒流路系を形成することができる。これにより、例えばコンデンサユニット２３を避けるための特別な流路を新たに設ける場合に比べて、冷媒流路の複雑化を抑制することができる。
また、冷却系の一部がモータ１２に設けられるので、冷却系をコンパクトに形成することができる。
さらに、第１連結部６５及び第２連結部６６の各々は、Ｚ軸方向に延びるので、第１放熱部６１及び第２放熱部６２と第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９とをコンパクトに連結することができる。
さらに、モータ１２のハウジング１４に冷媒流入口１８ｂ及び冷媒流出口１９ｂが形成されるので、冷却系をコンパクトに形成することができる。

以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、モータ１２及び電力変換装置１は、車両１０の前後方向後方の車体後部に配置されるとしたが、これに限定されない。
図７は、本発明の実施形態の第１変形例に係る電力変換装置１の車両１０における搭載例を示す図である。
実施形態の第１変形例において、モータ１２及び電力変換装置１は、車両１０の前後方向前方の車体前部に配置されてもよい。モータ１２は、例えば、軸心Ｏの軸方向が車両１０の左右方向と平行になるようにして、ダッシュボードロアパネル１０ａの前方に設けられる車体前部の動力搭載室１０ｂに配置されている。
電力変換装置１は、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側に配置されている。モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側は、例えば、車体前部の動力搭載室１０ｂに配置されるモータ１２の場合、車両１０の前後方向における軸心Ｏよりも車室１０ｃ側、つまり軸心Ｏよりも車両１０の中心側であってＹ軸方向の負方向側である。
電力変換装置１は、例えば、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側のうち、車両１０の上下方向における軸心Ｏよりも上方側に配置されている。なお、車両１０の前後方向における軸心Ｏよりも前方側には、電力変換装置１に対する後方からの衝撃を吸収又は軽減するための緩衝スペースが設けられている。

この場合、Ｚ軸方向から見て、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、モータ１２における軸心ＯからＹ軸方向の負方向側の部分のみと重なり合う位置に配置されている。
Ｚ軸方向から見て、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々に対して、入出力バスバー５１は、例えば、軸心Ｏに向かって（つまりＹ軸方向の正方向に）延びている。正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩは、例えば、車室１０ｃ側のコンデンサユニット２３に向かって（つまりＹ軸方向の負方向に）延びている。
Ｚ軸方向から見て、コンデンサユニット２３は、例えば、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側つまりＹ軸方向の負方向側において、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷよりも軸心Ｏから離れて配置されている。

第１変形例によれば、車両１０の前後方向においてモータ１２の軸心Ｏに対して車室１０ｃ側の反対側つまり前方側には、電力変換装置１が配置されず、前方側からの衝撃に対する緩衝スペースを設けることができ、電力変換装置１に直接的な衝撃が作用することを防ぐことができる。

上述した実施形態において、第１冷媒流通部１８の流路１８ａは第１冷媒流通部１８に並列的に連結された３つの第１連結部６５に対応して３つの流路に分岐し、第２冷媒流通部１９の流路１９ａは第２冷媒流通部１９に並列的に連結された３つの第２連結部６６に対応して３つの流路が合流するとしたが、これに限定されない。つまり、上述した実施形態において、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは並列的に冷却されるとしたが、これに限定されず、直列的に冷却されてもよい。
図８は、本発明の実施形態の第２変形例に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部６１を省略して示す図である。図９は、本発明の実施形態の第２変形例に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。
実施形態の第２変形例において、モータ１２は、第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９に加えて、第３冷媒流通部７１及び第４冷媒流通部７２を備えている。第３冷媒流通部７１及び第４冷媒流通部７２はハウジング１４に設けられている。第３冷媒流通部７１及び第４冷媒流通部７２は、例えば、ハウジング１４に固定される配管又はハウジング１４に形成される管状部位などである。第３冷媒流通部７１及び第４冷媒流通部７２の各々の内部空間は、電力変換装置１の冷却用の冷媒が流通する各流路７１ａ，７２ａを形成している。

電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、適宜の組み合わせによって、冷媒の流通経路における上流部、中央部、及び下流部に対応付けられている。上流部の素子列（例えば、Ｕ相の素子列ＰＵ）に対応する第１連結部６５は第１冷媒流通部１８に接続され、第２連結部６６は第３冷媒流通部７１に接続されている。中央部の素子列（例えば、Ｖ相の素子列ＰＶ）に対応する第１連結部６５は第３冷媒流通部７１に接続され、第２連結部６６は第４冷媒流通部７２に接続されている。下流部の素子列（例えば、Ｗ相の素子列ＰＷ）に対応する第１連結部６５は第４冷媒流通部７２に接続され、第２連結部６６は第２冷媒流通部１９に接続されている。

この場合、冷媒流入口１８ｂから第１冷媒流通部１８に流入した冷媒は、先ず、上流部の素子列ＰＵの第１放熱部６１及び第２放熱部６２に向かって流れる。次に、冷媒は、第３冷媒流通部７１を介して、中央部の素子列ＰＶの第１放熱部６１及び第２放熱部６２に向かって流れる。次に、冷媒は、第４冷媒流通部７２を介して、下流部の素子列ＰＷの第１放熱部６１及び第２放熱部６２に向かって流れる。次に、冷媒は、第２冷媒流通部１９を介して、冷媒流出口１９ｂから外部に流出する。

この第２変形例によれば、モータ１２のハウジング１４において複数に分岐する流路を形成する必要がなく、冷却系が複雑になることを抑制することができる。

上述した実施形態において、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの各々に対して、第１放熱部６１及び第２放熱部６２と、冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４と、第１連結部６５及び第２連結部６６と、を備えるとしたが、これに限定されない。
図１０は、本発明の実施形態の第３変形例に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＺ軸方向から見た図であり、第１放熱部６１を省略して示す図である。図１１は、本発明の実施形態の第３変形例に係る電力変換装置１における冷媒の流路を模式的に示すＹ軸方向から見た図である。
実施形態の第３変形例において、電力変換装置１は、電力変換回路部３１の３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷに対して、共通の第１放熱部６１及び第２放熱部６２を備えている。
第１放熱部６１及び第２放熱部６２は、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを厚さ方向の両側から挟み込んでいる。３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各々の搭載面６１Ａ，６２Ａに搭載されている。第１放熱部６１及び第２放熱部６２は、冷媒供給管６３及び冷媒排出管６４によって積層方向（つまりＺ軸方向）に接続されている。第１連結部６５は、冷媒供給管６３とモータ１２の第１冷媒流通部１８とを連結している。第２連結部６６は、冷媒排出管６４とモータ１２の第２冷媒流通部１９とを連結している。

この第３変形例によれば、第１放熱部６１及び第２放熱部６２の各冷媒流路６１ａ，６２ａが複雑になることを抑制することができる。

なお、上述した実施形態において、電力変換装置１は、パワーモジュール２１を冷却する第１放熱部６１及び第２放熱部６２を備えるとしたが、これに限定されない。電力変換装置１は、さらに、他の部品を冷媒により冷却する放熱部を備えてもよい。
図１２は、本発明の実施形態の第４変形例に係る電力変換装置１の構成を模式的に示す図であり、モータ１２の軸方向から見てモータ１２及び電力変換装置１の一部を破断して示す図である。
実施形態の第４変形例において、電力変換装置１は、コンデンサユニット２３を冷却する第３放熱部７３を備えている。第３放熱部７３は、コンデンサユニット２３を搭載する搭載面７３Ａを備えている。第３放熱部７３の内部には、冷媒が流通する冷媒流路７３ａが形成されている。第３放熱部７３は、モータ１２の第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９と連結されている。第３放熱部７３の冷媒流路７３ａは、第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の各流路１８ａ，１９ａと相互に通じている。
この場合、冷媒流入口１８ｂから第１冷媒流通部１８に流入した冷媒は、各素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの第１放熱部６１及び第２放熱部６２に向かって流れるとともに、コンデンサユニット２３の第３放熱部７３に向かって流れる。そして、冷媒は、第２冷媒流通部１９を介して、冷媒流出口１９ｂから外部に流出する。

この第４変形例によれば、３つの素子列ＰＵ，ＰＶ，ＰＷに加えて、コンデンサユニット２３を冷媒により冷却することができる。

なお、上述した実施形態において、電力変換装置１を冷却する冷媒とモータ１２を冷却する冷媒とが同一である場合には、第１冷媒流通部１８及び第２冷媒流通部１９の代わりに、予めモータ１２に設けられるモータ冷却系の冷媒流通部を用いてもよい。
この場合には、電力変換装置１及びモータ１２を一体的に冷却することができ、冷却系の構成に必要とされる部品点数を削減して、コンパクトな冷却系を構成することができる。

なお、上述した実施形態において、電力変換装置１は、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側のうち、車両１０の上下方向における軸心Ｏよりも上方側に配置されているとしたが、これに限定されない。
電力変換装置１は、例えば、モータ１２の軸心Ｏに直交する方向の一方側のうち、車両１０の上下方向における軸心Ｏよりも下方側に配置されてもよい。

なお、上述した実施形態において、電力変換装置１は車両１０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電力変換装置、１ｂ…第１の３相コネクタ、１ｃ…第２の３相コネクタ、１０…車両、１０ｃ…車室、１１…バッテリ、１２…モータ、１４…ハウジング、１８ａ…流路、１８ｂ…冷媒流入口（流入口）、１９ａ…流路、１９ｂ…冷媒流出口（流出口）、２１…パワーモジュール、２２…リアクトル、２３…コンデンサユニット（コンデンサ）、３１…第１電力変換回路部、３２…第２電力変換回路部、３３…第３電力変換回路部、４１…第１平滑コンデンサ、４２…第２平滑コンデンサ（コンデンサ）、５０ｐ…正極バスバー、５０ｎ…負極バスバー、５１…入出力バスバー（端子部材）、６１…第１放熱部（放熱部）、６１ａ…冷媒流路、６１Ａ…搭載面（配置面）、６２…第２放熱部（放熱部）、６２ａ…冷媒流路、６２Ａ…搭載面（配置面）、６５…第１連結部、６５ａ…連結流路、６６…第２連結部、６６ａ…連結流路、Ｏ…軸心、ＰＵ１，ＰＶ１，ＰＷ１，ＰＵ２，ＰＶ２，ＰＷ２，ＰＳ…素子列、Ｑ１…入出力端子、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ…ハイサイドアームの各トランジスタ（ハイサイドアーム素子）、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ…ローサイドアームの各トランジスタ（ローサイドアーム素子）

Claims (10)

1. 軸心が第１方向に沿って配置されたモータに対して電力を授受するハイサイドアーム素子及びローサイドアーム素子からなる素子列を、前記モータの複数相分、備えて構成される複数の素子列と、
   前記複数の素子列に電気的に接続されるコンデンサと、
   を備え、前記モータに取り付けられる電力変換装置であって、
   前記素子列が配置される配置面の直交方向から見て、前記コンデンサは、前記第１方向に直交する第２方向の一方側において、前記複数の素子列よりも前記軸心から離れて配置され、
   前記直交方向から見て、前記複数の素子列は、前記モータにおける前記第２方向の前記一方側の部分のみと重なり合う位置に配置されている、
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記複数の素子列は、前記第１方向に並んで配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記複数の素子列の前記第１方向の長さは、前記モータの軸長よりも短い、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の素子列から延び出て、前記モータの巻線に接続される入出力端子を備え、
   前記直交方向から見て、前記入出力端子は、前記複数の素子列から前記軸心に向かって延びている、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換装置は、車両に搭載され、
   前記第２方向の前記一方側は、前記車両の前後方向の車室側である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１方向から見て、前記直交方向における前記コンデンサの幅は、前記直交方向における前記複数の素子列の幅よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 冷媒が流通する冷媒流路が形成されるとともに、前記配置面を有する放熱部を備え、
   前記冷媒流路は、前記モータに設けられる前記冷媒の流路と連結されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記放熱部と前記モータとの間において前記直交方向に延びる連結流路を備え、
   前記冷媒流路は、前記連結流路を介して、前記モータの前記流路と連結されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記冷媒は、前記モータのハウジングに形成された流入口から前記冷媒流路へ流入する、
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記冷媒は、前記冷媒流路を流れた後に前記モータのハウジングに形成された流出口から流出する、
    ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れか１項に記載の電力変換装置。

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