JP2022051611A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、半導体モジュール７１と、半導体冷却器８５と、制御基板とを備える電力変換装置である。制御基板は、前列スルーホールと、後列スルーホールとを備えている。半導体モジュールは、素子部と、樹脂部と、接続端子７４とを備えている。接続端子は、小電流端子７５と、小電流端子よりも流れる電流の大きな大電流端子７６とを備えている。大電流端子は、前列スルーホールに接続されている前列大電流端子７６ｆと、後列スルーホールに接続されている後列大電流端子７６ｂとを備えている。前列大電流端子と後列大電流端子とは、制御基板に接続端子が接続されている状態において互いにオフセット配置されている。このため、小型な電力変換装置を得ることができる。【選択図】図２

Description

この明細書における開示は、電力変換装置に関する。

特許文献１は、半導体モジュールを冷却する積層型冷却器を開示している。積層型冷却器は、２つのスイッチング素子が内蔵されている２ｉｎ１モジュールと、６つのスイッチング素子が内蔵されている６ｉｎ１モジュールとを冷却する。ここで、６ｉｎ１モジュールは、２ｉｎ１モジュールよりも大きい。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

国際公開第２０１２／０７０１２９号公報

先行技術文献の構成では、多くのスイッチング素子を有する半導体モジュールの大きさが大きく、冷却器を含む電力変換装置全体の大きさが大きかった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。

開示される１つの目的は、小型な電力変換装置を提供することにある。

ここに開示された電力変換装置は、半導体モジュール（７１）と、半導体モジュールを冷却する半導体冷却器（８５）と、半導体モジュールを制御する制御基板（５）とを備える電力変換装置（１）であって、制御基板は、所定方向に並んで設けられている複数の前列スルーホール（５６ｆ）と、前列スルーホールに対して所定方向と交差する交差方向にずれて設けられている複数の後列スルーホール（５６ｂ）とを備え、半導体モジュールは、半導体素子を有する素子部（７２）と、複数の素子部を封止している樹脂部（７３）と、樹脂部の外側に突出して設けられ、制御基板と素子部とを接続している接続端子（７４）とを備え、接続端子は、小電流端子（７５）と、小電流端子よりも流れる電流の大きな大電流端子（７６）とを備え、大電流端子は、前列スルーホールに接続されている前列大電流端子（７６ｆ、２７６ｆ）と、後列スルーホールに接続されている後列大電流端子（７６ｂ、２７６ｂ）とを備え、前列大電流端子と後列大電流端子とは、制御基板に接続端子が接続されている状態において互いにオフセット配置されている。

開示された電力変換装置によると、前列大電流端子と後列大電流端子とは、制御基板に接続端子が接続されている状態において互いにオフセット配置されている。このため、前列大電流端子と後列大電流端子とをオフセット配置しない場合に比べて、前列大電流端子と後列大電流端子との間の端子間距離を長く確保しやすい。言い換えると、端子間距離を適切に確保した状態で複数の端子をコンパクトに配置できる。したがって、小型な電力変換装置を提供できる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

電力変換装置の回路構成を示す構成図である。 半導体モジュールと半導体冷却器との関係を示す上面図である。 半導体モジュールと制御基板との関係を示す上面図である。 半導体モジュールと制御基板との関係を示す側面図である。 半導体モジュールの内部構成を示す断面図である。 第２実施形態における半導体モジュールの内部構成を示す断面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。以下において、互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。

第１実施形態
図１は、電力変換装置１を用いて、直流電源２から出力される電力を変換し、走行用モータ３と電動オイルポンプ４とを駆動する場合の回路図である。ここで、走行用モータ３は、３相交流モータである。また、電動オイルポンプ４は、電動でトランスミッションに油を供給するポンプであり、３相交流モータを備えている。ただし、電動オイルポンプ４の出力は、走行用モータ３の出力に比べて小さく、流れる電流が小さい。

電力変換装置１は車両に搭載され、車両の走行に必要な電力の変換に用いられる。ただし、電力変換装置１を車両の走行以外の用途に用いてもよい。この場合、走行用モータ３と電動オイルポンプ４とに代えて、用途に応じた別の負荷が接続されることとなる。

電力変換装置１には、直流電源２の高電位側が接続される正極入力端子２ｐが設けられている。電力変換装置１には、直流電源２の低電位側が接続される負極入力端子２ｎが設けられている。

電力変換装置１には、モータ用インバータ部３２ｍとポンプ用インバータ部３２ｐとが設けられている。モータ用インバータ部３２ｍは、走行用モータ３の各相に対応して、３つの単相モジュール６１を備えている。モータ用インバータ部３２ｍの各単相モジュール６１において、高電位側のスイッチング素子のコレクタが高電位ラインと接続されている。さらに、高電位側のスイッチング素子のエミッタが低電位側のスイッチング素子のコレクタと接続されている。さらに、低電位側のスイッチング素子のエミッタが低電位ラインと接続されている。そして、各スイッチング素子のゲートが後に詳述する制御基板５と接続されている。また、高電位側のスイッチング素子のエミッタと低電位側のスイッチング素子のコレクタとが、走行用モータ３の各相の出力端子であるＵ相モータ端子３Ｕ、Ｖ相モータ端子３Ｖ、Ｗ相モータ端子３Ｗとのそれぞれに接続されている。

ポンプ用インバータ部３２ｐは、電動オイルポンプ４の各相に対応可能な１つの多相モジュール７１を備えている。多相モジュール７１において、高電位側のスイッチング素子のコレクタが高電位ラインと接続されている。さらに、高電位側のスイッチング素子のエミッタが低電位側のスイッチング素子のコレクタと接続されている。さらに、低電位側のスイッチング素子のエミッタが低電位ラインと接続されている。そして、各スイッチング素子のゲートが制御基板５と接続されている。また、高電位側のスイッチング素子のエミッタと低電位側のスイッチング素子のコレクタとが、電動オイルポンプ４の各相の出力端子であるＵ相ポンプ端子４Ｕ、Ｖ相ポンプ端子４Ｖ、Ｗ相ポンプ端子４Ｗとのそれぞれに接続されている。多相モジュール７１は、半導体モジュールの一例を提供する。

電力変換装置１には、モータ用平滑コンデンサ３１ｍとポンプ用平滑コンデンサ３１ｐとが設けられている。モータ用平滑コンデンサ３１ｍは、モータ用インバータ部３２ｍの入力側に設けられている。モータ用平滑コンデンサ３１ｍは、一端が高電位ラインと接続され、他端が低電位ラインと接続されている。ポンプ用平滑コンデンサ３１ｐは、ポンプ用インバータ部３２ｐの入力側に設けられている。ポンプ用平滑コンデンサ３１ｐは、一端が高電位ラインと接続され、他端が低電位ラインと接続されている。

モータ用平滑コンデンサ３１ｍやポンプ用平滑コンデンサ３１ｐは、バッテリ電圧の変動を平滑化する機能を備えている。モータ用平滑コンデンサ３１ｍやポンプ用平滑コンデンサ３１ｐと並列に放電抵抗を備える構成としてもよい。

図２において、半導体冷却器８５は、３つの単相モジュール６１と１つの多相モジュール７１とを冷却している。単相モジュール６１と多相モジュール７１とは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子を含んでいる。単相モジュール６１は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との合計２つのスイッチング素子を備えている。多相モジュール７１は、高電位側のスイッチング素子を３つと低電位側のスイッチング素子を３つとの合計６つのスイッチング素子を備えている。

単相モジュール６１と多相モジュール７１とは、本体部分がともに矩形板状である。単相モジュール６１と多相モジュール７１とは、本体部分から突出している端子数が互いに異なるが、体格が略等しい。３つの単相モジュール６１と１つの多相モジュール７１とは、互いに積層して並んで配置されている。単相モジュール６１と多相モジュール７１との積層方向は、Ｘ方向に沿う方向である。

半導体冷却器８５は、単相モジュール６１と多相モジュール７１とを冷却する冷却媒体が内部を流れる冷却器である。半導体冷却器８５は、冷却媒体の流路のうち、円筒状の流路をなす２本のヘッダ８６を備えている。半導体冷却器８５は、２本のヘッダ８６と連通して扁平状の流路をなす複数の扁平チューブ８７を備えている。半導体冷却器８５は、扁平チューブ８７が複数積層されて構成されている積層型冷却器である。

２本のヘッダ８６は、一方が冷却媒体の入口をなし、他方が冷却媒体の出口をなしている。入口から入った冷却媒体は、ヘッダ８６を流れた後、扁平チューブ８７を流れる。冷却媒体は、扁平チューブ８７を流れる過程で単相モジュール６１または多相モジュール７１と熱交換して単相モジュール６１または多相モジュール７１を冷却する。扁平チューブ８７を流れた冷却媒体は、出口をなすヘッダ８６から流出する。単相モジュール６１と多相モジュール７１とは、扁平チューブ８７に挟まれて両面が冷却されることとなる。

３つの単相モジュール６１同士は、互いに隣り合って設けられている。一方、多相モジュール７１は、単相モジュール６１よりもヘッダ８６の入口および出口から離れた位置に設けられている。このため、多相モジュール７１を冷却する冷却媒体は、単相モジュール６１を冷却する冷却媒体よりもわずかに温度が高くなる。言い換えると、多相モジュール７１は、半導体冷却器８５において、単相モジュール６１が配置されている部分に比べて冷却能力がわずかに低い部分に配置されている。

単相モジュール６１は、複数の単相制御端子６５を備えている。単相制御端子６５は、例えばスイッチング素子のゲート端子やエミッタ端子である。単相制御端子６５は、単相モジュール６１の温度を計測するための感温ダイオードのアノード端子やカソード端子を含んでいてもよい。単相制御端子６５は、単相モジュール６１に流れる電流を計測するための電流計測用端子を含んでいてもよい。単相制御端子６５は、上述の端子に限られず、単相モジュール６１を制御するための様々な端子によって構成可能である。複数の単相制御端子６５は、互いに離間して１列に並んで設けられている。単相制御端子６５同士の並び方向は、Ｙ方向に沿う方向である。

多相モジュール７１は、複数の多相接続端子７４を備えている。多相接続端子７４は、後述する制御基板５とスイッチング素子とを接続するための端子である。多相接続端子７４は、複数の多相制御端子７５と複数の多相パワー端子７６とを備えている。多相接続端子７４は、接続端子の一例を提供する。

多相制御端子７５は、例えばスイッチング素子のゲート端子やエミッタ端子である。ゲート端子とエミッタ端子とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相との各相に対応して設けられている。さらに、ゲート端子は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とに対応して設けられている。このため、多相制御端子７５は、少なくとも６つのゲート端子と３つの高電位側のエミッタ端子とを備えている。多相制御端子７５は、高電位側のエミッタ端子を含んでいてもよい。多相制御端子７５は、多相モジュール７１の温度を計測するための感温ダイオードのアノード端子やカソード端子を含んでいてもよい。多相制御端子７５は、多相モジュール７１に流れる電流を計測するための電流計測用端子を含んでいてもよい。多相制御端子７５は、小電流端子の一例を提供する。

多相パワー端子７６は、多相正極端子７７と多相負極端子７８と多相出力端子７９とを備えている。多相正極端子７７は、直流電源２の高電位側に接続されている。多相負極端子７８は、直流電源２の低電位側に接続されている。多相負極端子７８は、Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとの３つの端子を備えている。Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとは、互いに隣り合って同一の直線上に設けられている。Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとが並ぶ同一直線上の間には、他の多相接続端子７４が設けられていない。

多相出力端子７９は、Ｕ相出力端子７９ＵとＶ相出力端子７９ＶとＷ相出力端子７９Ｗとの３つの端子を備えている。Ｕ相出力端子７９ＵとＶ相出力端子７９ＶとＷ相出力端子７９Ｗとの並び順は、Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとの並び順と同じである。ただし、多相出力端子７９の各相と多相負極端子７８の各相の並び順を異なる並び順としてもよい。Ｕ相出力端子７９Ｕは、Ｕ相ポンプ端子４Ｕに接続している。Ｖ相出力端子７９Ｖは、Ｖ相ポンプ端子４Ｖに接続している。Ｗ相出力端子７９Ｗは、Ｗ相ポンプ端子４Ｗに接続している。多相パワー端子７６は、大電流端子の一例を提供する。多相正極端子７７は、正極端子の一例を提供する。

多相パワー端子７６は、多相制御端子７５よりも断面積の大きな太い端子である。多相パワー端子７６は、多相制御端子７５よりも多くの電流が流れる端子である。多相パワー端子７６は、多相制御端子７５よりも発熱量の多い端子である。多相パワー端子７６は、多相モジュール７１のうち冷却媒体の流れの上流側の部分から突出している。一方、多相制御端子７５は、多相モジュール７１のうち多相パワー端子７６が突出している部分よりも冷却媒体の流れの下流側の部分から突出している。ここで、多相モジュール７１は、冷却媒体の流れの下流側よりも上流側の方が温度の低い冷却媒体によって冷却される。このため、多相モジュール７１が冷却されている時に、多相制御端子７５よりも多相パワー端子７６の方が冷却媒体による冷却効果を受けやすい。

複数の多相制御端子７５と複数の多相パワー端子７６とは、それぞれ２列に並んで設けられている。より詳細には、多相制御端子７５は、前列多相制御端子７５ｆと後列多相制御端子７５ｂとを備えている。前列多相制御端子７５ｆと後列多相制御端子７５ｂとの並び方向は、Ｙ方向に沿う方向である。後列多相制御端子７５ｂは、前列多相制御端子７５ｆよりも単相モジュール６１に近い側にずれて配置されている。言い換えると、後列多相制御端子７５ｂは、前列多相制御端子７５ｆに対してＸ方向にずれて配置されている。また、前列多相制御端子７５ｆと後列多相制御端子７５ｂとは、互いにＹ方向に半ピッチ分ずれてオフセット配置されている。

多相パワー端子７６は、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとを備えている。前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとの並び方向は、Ｙ方向に沿う方向である。後列多相パワー端子７６ｂは、前列多相パワー端子７６ｆよりも単相モジュール６１に近い側にずれて配置されている。言い換えると、後列多相パワー端子７６ｂは、前列多相パワー端子７６ｆに対してＸ方向にずれて配置されている。また、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとは、互いにＹ方向に半ピッチ分ずれてオフセット配置されている。前列多相パワー端子７６ｆは、前列大電流端子の一例を提供する。後列多相パワー端子７６ｂは、後列大電流端子の一例を提供する。Ｘ方向は、交差方向の一例を提供する。Ｙ方向は、所定方向の一例を提供する。

前列多相制御端子７５ｆと前列多相パワー端子７６ｆとは、Ｙ方向に沿って１列に並んで設けられている。前列多相制御端子７５ｆと前列多相パワー端子７６ｆは、多相接続端子７４の前列をなしている。後列多相制御端子７５ｂと後列多相パワー端子７６ｂとは、Ｙ方向に沿って１列に並んで設けられている。後列多相制御端子７５ｂと後列多相パワー端子７６ｂとは、多相接続端子７４の後列をなしている。

まとめると、Ｙ方向において、多相接続端子７４を構成する後列の端子は、前列の端子同士の間に位置している。多相接続端子７４は、いわゆる千鳥配置の状態である。このため、多相接続端子７４を構成する後列の端子を前列の端子とＸ方向に重ねて配置する場合に比べて、前列の端子から後列の端子までの距離を長く確保できる。言い換えると、多相接続端子７４同士の距離を長く確保することができる。また、多相モジュール７１のＹ方向の長さを短くして、体格を小さくできる。

前列多相パワー端子７６ｆは、多相正極端子７７と多相負極端子７８とによって構成されている。後列多相パワー端子７６ｂは、多相出力端子７９によって構成されている。前列多相パワー端子７６ｆを構成する端子の数は、後列多相パワー端子７６ｂを構成する端子の数よりも多い。

図３において、制御基板５は、配線や電子部品を備えた基板部品である。制御基板５は、矩形板状である。Ｚ方向において単相モジュール６１および多相モジュール７１と重なる位置に設けられている。

制御基板５は、単相スルーホール１５５を備えている。単相スルーホール１５５は、単相制御端子６５と制御基板５に設けられた配線とを電気的に接続するための部分である。単相制御端子６５は、単相スルーホール１５５にはんだ付けなどによって接続されている。単相スルーホール１５５は、単相制御端子６５に対応して制御基板５上に複数設けられている。

制御基板５は、多相スルーホール５４を備えている。多相スルーホール５４は、制御スルーホール５５とパワースルーホール５６とを備えている。制御スルーホール５５は、多相制御端子７５と制御基板５に設けられた配線とを電気的に接続するための部分である。多相制御端子７５は、制御スルーホール５５にはんだ付けなどによって接続されている。制御スルーホール５５は、多相制御端子７５に対応して制御基板５上に複数設けられている。制御スルーホール５５は、前列制御スルーホール５５ｆと後列制御スルーホール５５ｂとを備えている。前列制御スルーホール５５ｆには、前列多相制御端子７５ｆが接続されている。後列制御スルーホール５５ｂには、後列多相制御端子７５ｂが接続されている。

パワースルーホール５６は、多相パワー端子７６と制御基板５に設けられた配線とを電気的に接続するための部分である。多相パワー端子７６は、パワースルーホール５６にはんだ付けなどによって接続されている。パワースルーホール５６は、多相パワー端子７６に対応して制御基板５上に複数設けられている。パワースルーホール５６は、前列パワースルーホール５６ｆと後列パワースルーホール５６ｂとを備えている。前列パワースルーホール５６ｆには、前列多相パワー端子７６ｆが接続されている。後列パワースルーホール５６ｂには、後列多相パワー端子７６ｂが接続されている。

パワースルーホール５６は、正極スルーホール５７と負極スルーホール５８と出力スルーホール５９とを備えている。正極スルーホール５７は、多相正極端子７７に対応して設けられている。負極スルーホール５８は、多相負極端子７８に対応して設けられている。負極スルーホール５８は、Ｕ相負極端子７８Ｕに対応しているＵ相負極スルーホール５８Ｕを備えている。負極スルーホール５８は、Ｖ相負極端子７８Ｖに対応しているＶ相負極スルーホール５８Ｖを備えている。負極スルーホール５８は、Ｗ相負極端子７８Ｗに対応しているＷ相負極スルーホール５８Ｗを備えている。正極スルーホール５７と負極スルーホール５８とは、前列パワースルーホール５６ｆを構成している。

出力スルーホール５９は、多相出力端子７９に対応して設けられている。出力スルーホール５９は、Ｕ相出力端子７９Ｕに対応しているＵ相出力スルーホール５９Ｕを備えている。出力スルーホール５９は、Ｖ相出力端子７９Ｖに対応しているＶ相出力スルーホール５９Ｖを備えている。出力スルーホール５９は、Ｗ相出力端子７９Ｗに対応しているＷ相出力スルーホール５９Ｗを備えている。出力スルーホール５９は、後列パワースルーホール５６ｂを構成している。

前列制御スルーホール５５ｆと後列制御スルーホール５５ｂとは、前列多相制御端子７５ｆと後列多相制御端子７５ｂと同様の位置関係となる。言い換えると、前列制御スルーホール５５ｆと後列制御スルーホール５５ｂとは、互いにＹ方向に半ピッチ分ずれてオフセット配置されている。

前列パワースルーホール５６ｆと後列パワースルーホール５６ｂとは、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂと同様の位置関係となる。言い換えると、前列パワースルーホール５６ｆと後列パワースルーホール５６ｂとは、互いにＹ方向に半ピッチ分ずれてオフセット配置されている。前列パワースルーホール５６ｆは、前列スルーホールの一例を提供する。後列パワースルーホール５６ｂは、後列スルーホールの一例を提供する。

前列制御スルーホール５５ｆと前列パワースルーホール５６ｆとは、Ｙ方向に沿って１列に並んで設けられている。後列制御スルーホール５５ｂと後列パワースルーホール５６ｂとは、Ｙ方向に沿って１列に並んで設けられている。

まとめると、Ｙ方向において、多相スルーホール５４を構成する後列のスルーホールは、前列のスルーホール同士の間に位置している。多相スルーホール５４は、いわゆる千鳥配置の状態である。このため、多相スルーホール５４を構成する後列のスルーホールを前列のスルーホールとＸ方向に重ねて配置する場合に比べて、前列のスルーホールから後列のスルーホールまでの距離を長く確保できる。言い換えると、多相スルーホール５４同士の距離を長く確保することができる。

制御基板５は、正極部４７と負極部４８とを備えている。正極部４７と負極部４８とは、単相スルーホール１５５および多相スルーホール５４よりも制御基板５の外周縁の近くに位置している。正極部４７は、直流電源２の高電位側に接続されている。負極部４８は、直流電源２の低電位側に接続されている。

制御基板５は、正極配線４２と負極配線４３とを備えている。正極配線４２は、正極部４７と正極スルーホール５７とを接続している配線である。負極配線４３は、負極部４８と負極スルーホール５８とを接続している配線である。負極配線４３は、負極部４８とＵ相負極スルーホール５８Ｕとを接続しているＵ相負極配線を備えている。負極配線４３は、負極部４８とＶ相負極スルーホール５８Ｖとを接続しているＶ相負極配線を備えている。負極配線４３は、負極部４８とＷ相負極スルーホール５８Ｗとを接続しているＷ相負極配線を備えている。

制御基板５は、シャント抵抗４４を備えている。シャント抵抗４４は、負極配線４３を流れる電流の大きさを計測するための部品であり、負極配線４３上に設けられている。シャント抵抗４４は、Ｕ相負極配線上に設けられているＵ相シャント抵抗を備えている。シャント抵抗４４は、Ｖ相負極配線上に設けられているＶ相シャント抵抗を備えている。シャント抵抗４４は、Ｗ相負極配線上に設けられているＷ相シャント抵抗を備えている。これにより、電動オイルポンプ４を駆動する際にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して流れる電流を個別に計測することができる。

正極配線４２と負極配線４３とは、Ｘ方向に沿って延びている部分を備えている。正極配線４２は、負極配線４３に隣り合って設けられている。電動オイルポンプ４を駆動する場合、正極配線４２から負極配線４３に電流が流れる。この時、正極配線４２を流れる電流の向きと負極配線４３を流れる電流の向きとは、互いに逆向きとなる。このため、正極配線４２を流れる電流によって発生する磁束と、負極配線４３を流れる電流によって発生する磁束とは互いに逆向きとなる。したがって、正極配線４２と負極配線４３とのＸ方向に沿って隣り合って設けられている部分では、通電によって発生する磁束が互いに打ち消し合うこととなる。よって、正極配線４２と負極配線４３とを含む電流経路におけるインダクタンスを低減できる。

図４において、単相モジュール６１は、制御基板５に向かって突出して延びている単相制御端子６５を備えている。単相モジュール６１は、単相制御端子６５とは反対側に向かって突出して延びている単相パワー端子６６を備えている。単相制御端子６５と単相パワー端子６６とは、突出方向がＺ方向に沿う方向、かつ、互いに反対向きである。Ｚ方向を上下方向に対応させた場合、単相制御端子６５の突出方向は上方向であり、単相パワー端子６６の突出方向は下方向である。

単相パワー端子６６は、直流電源２の高電位側に接続する単相正極端子を備えている。単相パワー端子６６は、直流電源２の低電位側に接続する単相負極端子を備えている。単相パワー端子６６は、走行用モータ３の出力端子に接続する単相出力端子を備えている。まとめると、単相パワー端子６６は、単相正極端子と単相負極端子と単相出力端子との３つの端子を備えている。単相パワー端子６６は、単相制御端子６５よりも断面積の大きな太い端子である。単相パワー端子６６は、単相制御端子６５よりも多くの電流が流れる端子である。単相パワー端子６６は、単相制御端子６５よりも発熱量の多い端子である。

図５において、多相モジュール７１は、素子部７２と樹脂部７３とを備えている。素子部７２は、半導体素子を有している。樹脂部７３は、素子部７２を封止している。素子部７２は、樹脂部７３の略中心に位置している。樹脂部７３は、Ｘ方向に沿う方向を法線方向とする平板形状である。

多相接続端子７４は、樹脂部７３の内側に位置している素子部７２から樹脂部７３の外側に突出して設けられている。この多相接続端子７４によって、制御基板５と素子部７２とが接続される。Ｕ相出力端子７９Ｕは、素子部７２から端子の先端部分まで屈曲することなく真っすぐＺ方向に沿って延びている。Ｖ相出力端子７９ＶとＷ相出力端子７９Ｗとについても、Ｕ相出力端子７９Ｕと同様の端子形状である。

一方、多相正極端子７７は、素子部７２から端子の先端部分までの間に屈曲部を備えている。この屈曲部により、多相正極端子７７がＸ方向に折れ曲がっている。屈曲部は、多相正極端子７７のうち、樹脂部７３で封止されていない部分に設けられている。３つの端子を備える多相負極端子７８についても、多相正極端子７７と同様の端子形状である。

まとめると、後列多相パワー端子７６ｂは、Ｚ方向に沿って真っすぐに設けられている。一方、前列多相パワー端子７６ｆは、樹脂部７３で封止されていない部分でＸ方向に屈曲して設けられている。これにより、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとが互いにＸ方向にオフセット配置されることとなる。

多相モジュール７１は、６つの素子部７２を備えており、６ｉｎ１パッケージ構造をなしている。一方、単相モジュール６１は、２つの素子部７２を備えており、２ｉｎ１パッケージ構造をなしている。ただし、多相モジュール７１と単相モジュール６１とが備える素子部７２の数は、上述の例に限られない。

多相パワー端子７６間には直流電源２の電圧に相当する高電圧が印加される。このため、隣接する多相パワー端子７６間の距離を少しでも長く確保して、多相パワー端子７６間の絶縁性を保つことは、非常に重要である。

上述した実施形態によると、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとは、制御基板５に多相接続端子７４が接続されている状態において互いにオフセット配置されている。言い換えると、前列大電流端子と後列大電流端子とは、制御基板５に接続端子が接続されている状態において互いにオフセット配置されている。このため、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとを１つの同一直線上に交互に配置した場合に比べて、前列多相パワー端子７６ｆと後列多相パワー端子７６ｂとの間の距離を長く確保することができる。したがって、多相パワー端子７６における絶縁性を確保しやすい。あるいは、多相パワー端子７６における適切な端子間距離を確保した上で、複数の多相パワー端子７６をコンパクトに配置することができる。よって、多相モジュール７１を小型化できる。以上により、小型な電力変換装置１を提供できる。

多相パワー端子７６と多相制御端子７５とは、樹脂部７３の同じ面から突出している。言い換えると、大電流端子と小電流端子とは、樹脂部７３の同じ面から突出している。このため、同一の制御基板５に対して多相パワー端子７６と多相制御端子７５との両方の端子を接続させることができる。したがって、多相パワー端子７６と多相制御端子７５とを互いに別方向に突出させる場合に比べ、製造性を高めやすい。また、制御基板５に電流検出用のシャント抵抗４４を備えることで、多相パワー端子７６に流れる電流の大きさを計測できる。このため、ホール型の電流センサを用いて多相パワー端子７６に流れる電流の大きさを計測する場合に比べて、低コストな構成で電流を計測できる。

隣り合う多相パワー端子７６同士の間には、多相制御端子７５が設けられていない。言い換えると、隣り合う大電流端子同士の間には、小電流端子が設けられていない。このため、隣り合う多相パワー端子７６同士の間に、他の多相接続端子７４が設けられている場合に比べて、複数の多相パワー端子７６を１か所に集めやすい。したがって、正極配線４２と負極配線４３とを近接させて設け、配線をシンプルな構成としやすい。

Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとは、前列多相パワー端子７６ｆを構成している。言い換えると、Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとは、前列大電流端子を構成している。このため、多相負極端子７８を前列と後列とのそれぞれに分けて配置している場合に比べて、負極配線４３をシンプルな構成としやすい。

多相正極端子７７とＵ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとは、前列多相パワー端子７６ｆを構成している。さらに、多相正極端子７７は、Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとのいずれかの端子に隣り合って設けられている。言い換えると、正極端子は、前列大電流端子を構成し、かつ、Ｕ相負極端子７８ＵとＶ相負極端子７８ＶとＷ相負極端子７８Ｗとのいずれかの端子に隣り合って設けられている。このため、正極配線４２と負極配線４３とを隣り合って設けやすい。したがって、正極配線４２と負極配線４３とを含む電流経路を短くしやすい。さらに、正極配線４２を流れる電流によって発生する磁束と、負極配線４３を流れる電流によって発生する磁束とを打ち消し合わせやすい。よって、電力変換を行う際の電流経路でのインダクタンスを小さくして、ノイズの影響を抑制しやすい。言い換えると、電力変換装置１を安定して駆動しやすい。

半導体冷却器８５は、多相モジュール７１と単相モジュール６１とを積層した状態で冷却する積層型冷却器である。このため、１つの半導体冷却器８５で多相モジュール７１と単相モジュール６１とを同時に冷却することができる。したがって、多相モジュール７１と単相モジュール６１とを別々の冷却器で冷却する場合に比べて、電力変換装置１を小型化しやすい。

また、多相モジュール７１の多相接続端子７４は、オフセット配置されており、単相モジュール６１の単相制御端子６５は、オフセット配置されていない。言い換えると、端子の数が多く端子間距離が短くなりやすい多相接続端子７４のみをオフセット配置している。このため、全ての端子をオフセット配置する場合に比べて、オフセット配置する端子の本数を少なくして、製造性を高めやすい。

多相モジュール７１の体格は、単相モジュール６１の体格に略等しい。このため、半導体冷却器８５において、単相モジュール６１と多相モジュール７１とを区別なく冷却できる。したがって、半導体冷却器８５において、単相モジュール６１を冷却するための構造と多相モジュール７１を冷却するための構造とを分けて備える必要がない。あるいは、単相モジュール６１と多相モジュール７１との両方のモジュールに対応する目的で、より体格の大きなモジュールに合わせて半導体冷却器８５を設計する必要がない。

後列多相パワー端子７６ｂは、Ｚ方向に沿う直線形状であり、前列多相パワー端子７６ｆは、樹脂部７３で封止されていない部分でＸ方向に屈曲した形状である。このため、全ての端子が同一の直線上に並んで配置されているモジュールに対して、後工程で端子を屈曲させることで多相接続端子７４をオフセット配置させることができる。したがって、前列多相パワー端子７６ｆの屈曲部を樹脂部７３に封止されている内側に備えている場合に比べて、樹脂部７３による封止を精度よく行いやすい。また、前列多相パワー端子７６ｆをＸ方向に屈曲させる量などを後から修正しやすい。よって、多相モジュール７１の製造性を高めやすい。

多相接続端子７４全体がオフセット配置されている構成を説明したが、多相接続端子７４の配置は、上述の例に限られない。例えば、多相パワー端子７６のみをオフセット配置し、多相制御端子７５をオフセット配置せずに１つの同一直線上に配置する構成としてもよい。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとは、樹脂部７３の外側に突出している部分全体が互いにオフセット配置されている。

図６において、多相モジュール７１は、多相パワー端子２７６を備えている。多相パワー端子２７６は、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとを備えている。多相パワー端子２７６は、多相制御端子７５よりも流れる電流の大きな端子である。多相パワー端子２７６は、大電流端子の一例を提供する。前列多相パワー端子２７６ｆは、前列大電流端子の一例を提供する。後列多相パワー端子２７６ｂは、後列大電流端子の一例を提供する。

後列多相パワー端子２７６ｂは、Ｚ方向に沿って真っすぐに設けられている。一方、前列多相パワー端子２７６ｆは、樹脂部７３で封止されている部分でＸ方向に屈曲して設けられている。これにより、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとは、外側に突出している部分全体が互いにＸ方向にオフセット配置されることとなる。言い換えると、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとの全体にわたって、端子間の空間距離が長く確保されている。ここで、端子間の空間距離とは、樹脂部７３の外側に突出している部分同士の距離である。

上述した実施形態によると、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとは、樹脂部７３の外側に突出している部分全体が互いにオフセット配置されている。言い換えると、前列大電流端子と後列大電流端子とは、樹脂部７３の外側に突出している部分全体が互いにオフセット配置されている。このため、前列多相パワー端子２７６ｆと後列多相パワー端子２７６ｂとにおいて、端子間の空間距離を確保することで、端子間の絶縁を安定して確保することができる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

１ 電力変換装置、 ５ 制御基板、 ５４ 多相スルーホール、 ５６ パワースルーホール、 ５６ｆ 前列パワースルーホール（前列スルーホール）、 ５６ｂ 後列パワースルーホール（後列スルーホール）、 ６１ 単相モジュール、 ６５ 単相制御端子、 ７１ 多相モジュール（半導体モジュール）、 ７２ 素子部、 ７３ 樹脂部、 ７４ 多相接続端子（接続端子）、 ７５ 多相制御端子（小電流端子）、 ７６ 多相パワー端子（大電流端子）、 ７６ｆ 前列多相パワー端子（前列大電流端子）、 ７６ｂ 後列多相パワー端子（後列大電流端子）、 ７７ 多相正極端子（正極端子）、 ７８ 多相負極端子、 ７８Ｕ Ｕ相負極端子、 ７８Ｖ Ｖ相負極端子、 ７８Ｗ Ｗ相負極端子、 ７９ 多相出力端子、 ７９Ｕ Ｕ相出力端子、 ７９Ｖ Ｖ相出力端子、 ７９Ｗ Ｗ相出力端子、 ８５ 半導体冷却器、 ２７６ 多相パワー端子（大電流端子）、 ２７６ｆ 前列多相パワー端子（前列大電流端子）、 ２７６ｂ 後列多相パワー端子（後列大電流端子）

Claims (7)

1. 半導体モジュール（７１）と、
   前記半導体モジュールを冷却する半導体冷却器（８５）と、
   前記半導体モジュールを制御する制御基板（５）とを備える電力変換装置（１）であって、
   前記制御基板は、
   所定方向に並んで設けられている複数の前列スルーホール（５６ｆ）と、
   前記前列スルーホールに対して前記所定方向と交差する交差方向にずれて設けられている複数の後列スルーホール（５６ｂ）とを備え、
   前記半導体モジュールは、
   半導体素子を有する素子部（７２）と、
   複数の前記素子部を封止している樹脂部（７３）と、
   前記樹脂部の外側に突出して設けられ、前記制御基板と前記素子部とを接続している接続端子（７４）とを備え、
   前記接続端子は、
   小電流端子（７５）と、
   前記小電流端子よりも流れる電流の大きな大電流端子（７６）とを備え、
   前記大電流端子は、
   前記前列スルーホールに接続されている前列大電流端子（７６ｆ、２７６ｆ）と、
   前記後列スルーホールに接続されている後列大電流端子（７６ｂ、２７６ｂ）とを備え、
   前記前列大電流端子と前記後列大電流端子とは、前記制御基板に前記接続端子が接続されている状態において互いにオフセット配置されている電力変換装置。
2. 前記大電流端子と前記小電流端子とは、前記樹脂部の同じ面から突出している請求項１に記載の電力変換装置。
3. 隣り合う前記大電流端子同士の間には、前記小電流端子が設けられていない請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記大電流端子は、
   正極端子（７７）と、
   Ｕ相負極端子（７８Ｕ）とＶ相負極端子（７８Ｖ）とＷ相負極端子（７８Ｗ）と、
   Ｕ相出力端子（７９Ｕ）とＶ相出力端子（７９Ｖ）とＷ相出力端子（７９Ｗ）とを備え、
   前記Ｕ相負極端子と前記Ｖ相負極端子と前記Ｗ相負極端子とは、前記前列大電流端子を構成している請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記正極端子は、前記前列大電流端子を構成し、かつ、前記Ｕ相負極端子と前記Ｖ相負極端子と前記Ｗ相負極端子とのいずれかの端子に隣り合って設けられている請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記前列大電流端子と前記後列大電流端子とは、前記樹脂部の外側に突出している部分全体が互いにオフセット配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置。
7. 前記半導体モジュールは、３つ以上の前記素子部が前記樹脂部で封止されている多相モジュール（７１）であり、
   前記多相モジュールよりも前記樹脂部で封止されている前記素子部の数が少ない単相モジュール（６１）を備え、
   前記半導体冷却器は、前記多相モジュールと前記単相モジュールとを積層した状態で冷却する積層型冷却器である請求項１から請求項６のいずれかに記載の電力変換装置。

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