JP4489001B2

JP4489001B2 - パワーモジュール，電力変換装置及び車載用電機システム

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Publication number: JP4489001B2
Application number: JP2005306820A
Authority: JP
Inventors: 政光稲葉; 克典東; 森　　睦宏; 欣也中津
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: JP2007115946A

Description

本発明は、パワーモジュール，電力変換装置及び車載用電機システムに係り、特に、パワー半導体素子のスイッチング時のサージ電圧を低減するに好適なパワーモジュール，電力変換装置及び車載用電機システムに関する。

従来のパワーモジュールにおいて、低インダクタンス化を図るものとしては、例えば、特開２００１−２７４３２２号公報に記載のように、正極側ＩＧＢＴチップのエミッタ電極と出力端子とをワイヤボンディング及び負極側コレクタパターンによって接続するものが知られている。

特開２００１−２７４３２２号公報

ここで、電力変換装置、例えば車載用インバータ装置では、パワーモジュール内のパワー半導体スイッチをオン・オフしている。その際、数百アンペアの電流をスイッチングするため、主回路の寄生インダクタンスによる誘導起電圧（サージ電圧）が発生する。このため、パワーモジュール内部の寄生インダクタンスを低減し、サージ電圧をパワー半導体素子の耐圧以下にする必要がある。

しかしながら、特開２００１−２７４３２２号公報記載のパワーモジュールは、正極側ＩＧＢＴチップのエミッタ電極から出力端子に至る電流経路の距離が長く、出力端子周辺のインダクタンスが大きく、十分にサージ電圧を低減することができないという問題があった。

本発明の目的は、特に、パワーモジュールの出力端子周辺のインダクタンスを低減して、さらに、サージ電圧を低減できるパワーモジュール，電力変換装置及び車載用電機システムを提供することにある。

本発明によれば、パワーモジュールの出力端子周辺のインダクタンスを低減でき、さらに、サージ電圧を低減し得るものとなる。

本願の代表的な発明の一つは、出力端子部の寄生インダクタンスを低減したパワーモジュールを提供する。

本発明の最も代表的な特徴は、前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し部と出力端子とを電気的に接続し、前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み部と前記出力端子とを電気的に接続するとともに、さらに、正極側パワー半導体素子の電流吐き出し部と負極側パワー半導体素子の電流吸い込み部をワイヤ状導体若しくは板状導体によって接続したパワーモジュールにある。

また、本発明は、パワーモジュールのパワー半導体素子を駆動するための制御信号を出力する制御部と、制御部からの制御信号を受けて、変換部のパワー半導体素子を駆動させるパワーモジュールとして、上記パワーモジュールを用いた電力変換装置を提供する。

さらに、本発明は、車載電源から車載回転電機に供給される電力を所定の電力にして車載回転電機を制御する制御装置として、上記電力変換装置を用いた車載電機システムを提供する。

以下、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施形態によるパワーモジュール，電力変換装置及び車載用電機システムの構成について説明する。
以下に説明する実施形態では、本発明のパワーモジュールが用いられる電力変換装置として、車載用インバータ装置を例に挙げて説明する。車載用インバータ装置は車載電動機の駆動を制御するものであり、車載電源を構成する車載バッテリから供給された直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を車載電動機に供給するものである。

なお、以下に説明する構成は、ＤＣ／ＤＣコンバータや直流チョッパなどの直流−直流電力変換装置にも適用可能である。また、以下に説明する構成は、産業用や家庭用などの電力変換装置にも適用可能である。

最初に、図１を用いて、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成を示すシステム構成図である。

図示の車両は、電動車両の１つであるハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と称する）である。ＨＥＶは、２つの動力システムを備えている。第１の動力システムは、内燃機関であるエンジンＥＮＧを動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。第２の動力システムは、第１のモータジェネレータＭＧ１を動力源とした電機システムである。電機システムは、主としてエンジンＥＮＧのアシスト源並びにＨＥＶの電力発生源として用いられる。

車体のフロント部には、前輪車軸ＦＤＳが回転可能に軸支されている。前輪車軸ＦＤＳの両端には、１対の前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが設けられている。また、車体のリア部には、両端に１対の後輪が設けられた後輪車軸ＲＲＷ，ＲＬＷが後輪車軸ＲＤＳによって回転可能に軸支されている。

本実施形態のＨＥＶは、前輪駆動方式を採用している。このため、前輪車軸ＦＤＳの中央部にはデファレンシャルギアＤＥＦが設けられている。前輪車軸ＦＤＳには、デファレンシャルギアＤＥＦの出力側が機械的に接続されている。デファレンシャルギアＤＥＦの入力側には、変速機Ｔ／Ｍの出力側が機械的に接続されている。デファレンシャルギアＤＥＦは動力分配機構であり、変速機Ｔ／Ｍから伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸ＦＤＳに分配するものである。変速機Ｔ／Ｍは動力伝達機構であり、変速機Ｔ／Ｍに伝達された回転駆動力を変速してデファレンシャルギアＤＥＦに伝達するものである。変速機Ｔ／Ｍに伝達される回転駆動力は、エンジンＥＮＧ及び第１のモータジェネレータＭＧ１から伝達されるものである。第２のモータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧによって駆動され、主として、発電機として用いられる。

モータジェネレータＭＧ１は、専ら、モータジェネレータＭＧ２の発電電力或いはバッテリＢＡＴの出力電力をインバータ装置ＩＮＶを介して受けて電動機として動作し、車両を駆動するための回転駆動力を発生すると共に、駆動車軸ＦＤＳからの回転力を受けて発電機として動作し、発電した電力をインバータ装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに供給する。モータジェネレータＭＧ２は、専ら、エンジンＥＮＧの回転駆動力を受けて発電機として動作し、発電した電力をインバータ装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴ或いはモータジェネレータＭＧ１に供給する。本実施形態のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は三相交流同期式のもの、すなわち回転子の鉄心の内部に複数の永久磁石を埋め込んだ或いは回転子の鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した永久磁石回転電機である。尚、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２としては、三相交流誘導式回転電機やリラクタンス式回転電機などのものを用いてもよいものである。

エンジンＥＮＧには、インジェクタ，スロットバルブ，点火装置，吸排気バルブ（いずれも図示省略）などの複数のコンポーネント機器が設けられている。インジェクタは、エンジンＥＮＧの気筒内に噴射される燃料の供給量を制御するための燃料噴射弁である。スロットバルブは、エンジンＥＮＧの気筒内に供給される空気の供給量を制御するための絞り弁である。点火装置は、エンジンＥＮＧの気筒内の混合気を燃焼させる火種を供給するための火源である。吸排気バルブは、エンジンＥＮＧの気筒の吸気側及び排気側に設けられた開閉弁であり、エンジンＥＮＧの作動サイクルに応じて開閉タイミングが制御されるものである。

各コンポーネント機器は、エンジン制御装置ＥＣＵによって制御される。エンジン制御装置ＥＣＵは、各コンポーネント機器を作動させるための制御信号（制御値）を、上位制御装置から出力された指令信号（指令値）、各種センサや他の制御装置などから出力された出力信号（各種パラメータ値）、予め記憶装置に記憶されているデータやマップなどから演算する。演算された制御信号（制御値）は、各コンポーネント機器の駆動装置に出力される。これにより、各コンポーネント機器の作動が制御され、エンジンＥＮＧの作動が制御される。

変速機Ｔ／Ｍには、変速機構が設けられている。変速機構は複数のギアから構成されたものであり、回転駆動力を入力軸から出力軸に伝達するギアの伝達経路を、車両の運転状態に応じて変えることにより、複数のギア比が得られるものである。変速機構は、変速機制御装置ＴＣＵによって制御される。変速機制御装置ＴＣＵは、変速機構を作動させるための制御信号（制御値）を、上位制御装置から出力された指令信号（指令値）、各種センサや他の制御装置などから出力された出力信号（各種パラメータ値）、予め記憶装置に記憶されているデータやマップなどから演算する。演算された制御信号（制御値）は、変速機構の駆動装置に出力される。これにより、変速機構の作動が制御され、変速機Ｔ／Ｍの作動が制御される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の作動は、インバータ装置ＩＮＶによって制御される。固定子の固定子巻線には、インバータ装置ＩＮＶによって制御された三相交流電力が供給される。これにより、固定子は回転磁界を発生することができる。固定子巻線に供給される三相交流電力は、インバータ装置ＩＮＶによって制御されたものであり、固定子巻線に供給された電流の作る固定子の起磁力の合成ベクトルが回転子の補助磁極の磁極中心位置よりも回転方向に向いたものである。固定子に回転磁界が発生すると、回転子には、永久磁石の磁束によるトルクと、補助磁極を通る磁束によるリラクタンストルクが発生する。これにより、回転子には、三相交流電力に応じた回転駆動力が発生する。すなわちモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は電動機として動作することができる。

インバータ装置ＩＮＶは、高圧バッテリＢＡＴから供給された直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、パワーモジュールＰＭＵ，駆動回路装置ＤＣＵ及び電動機制御装置ＭＣＵを備えている。

パワーモジュールＰＭＵは、インバータ装置ＩＮＶの変換用主回路を構成しており、複数のパワー半導体素子を備えている。電動機制御装置ＭＣＵは、インバータ装置ＩＮＶの制御部を構成しており、複数のパワー半導体素子をスイッチング動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を、上位制御装置から出力された指令信号（指令値）、各種センサや他の制御装置から出力された出力信号（各種パラメータ値）、予め記憶装置に記憶されているデータやマップなどに基づいて演算する。演算された制御信号（制御値）は、駆動回路装置ＤＣＵに出力される。駆動回路装置ＤＣＵはインバータ装置ＩＮＶの駆動部を構成しており、複数のパワー半導体素子をスイッチング動作させるための駆動信号を、電動機制御装置ＭＣＵから出力された制御信号（制御値）に基づいて発生する。発生した駆動信号は、パワーモジュールＰＭＵに出力される。

高圧バッテリＢＡＴ（高電圧系電源）は、インバータ装置ＩＮＶの入力（直流）側に電気的に接続されている。これにより、高圧バッテリＢＡＴ（高電圧系電源）とインバータ装置ＩＮＶは、相互に直流電力の授受を行うことができる。高圧バッテリＢＡＴ（高電圧系電源）に蓄えられた直流電力がインバータ装置ＩＮＶに供給され、三相交流電力に変換される。

高圧バッテリＢＡＴは、バッテリ制御装置ＢＣＵによって充放電が制御され、また、寿命などが管理される。バッテリ制御装置ＢＣＵには、各バッテリの充放電制御や寿命管理のために、高圧バッテリＢＡＴの電圧値及び電流値などが入力される。

エンジン制御装置ＥＣＵ，変速機制御装置ＴＣＵ，電動機制御装置ＭＣＵ及びバッテリ制御装置ＢＣＵは、車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮを介して相互に電気的に接続されていると共に、総合制御装置ＧＣＵと電気的に接続されている。これにより、各制御装置間では双方向の信号伝送が可能になり、相互の情報伝達，検出値の共有などが可能になる。総合制御装置ＧＣＵは、車両の運転状態に応じて各制御装置に指令信号を出力するものである。例えば、総合制御装置ＧＣＵは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジンＥＮＧの運転効率が良くなるように、エンジンＥＮＧ側の出力トルク値と第１のモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値とに分配する。分配されたエンジンＥＮＧ側の出力トルク値はエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ＥＣＵに、分配された第１のモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値はモータトルク指令信号として電動機制御装置ＭＣＵにそれぞれ出力される。

総合制御装置ＧＣＵは、運転者から発進合図の信号（例えばブレーキの踏み込みの解除を示す信号）が入力された場合、電動機制御装置ＭＣＵに回転数指令信号ｎ* （回転数指令値）を出力する。これにより、インバータ装置ＩＮＶは、次に示す直流−交流変換動作を行う。

電動機制御装置ＭＣＵは、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子を動作させるための制御信号（制御値）を、総合制御装置ＧＣＵから出力された回転数指令信号ｎ* （回転数指令値）に基づいて演算する。演算された制御信号（制御値）は、駆動回路装置ＤＣＵに出力される。駆動回路装置ＤＣＵは、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子を動作させるための駆動信号を、電動機制御装置ＭＣＵから出力された制御信号（制御値）に基づいて発生する。発生した駆動信号は、パワーモジュールＰＭＵに出力される。パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子は、駆動回路装置ＤＣＵから出力された駆動信号に基づいてスイッチング動作（オン・オフ）し、高圧バッテリＢＡＴから供給された直流電力を三相交流電力に変換する。

インバータ装置ＩＮＶの変換動作で得られた三相交流電力は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の固定子に出力される。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は電動機として作動し、パワーモジュールＰＭＵから出力された三相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。

総合制御装置ＧＣＵからエンジン制御装置ＥＣＵに出力されるトルク指令信号（トルク指令値）は、要求トルクτd に対応したエンジン回転数に相当する値である。エンジン制御装置ＥＣＵは、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器を制御するための制御信号（制御値）を、総合制御装置ＧＣＵから出力されたトルク指令信号（トルク指令値）に基づいて演算する。演算された制御信号（制御値）は、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の駆動装置に出力される。これにより、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の作動が制御され、エンジンＥＮＧの混合気の空燃比などが制御される。この制御により、エンジンＥＮＧは、要求トルクτd に対応する回転駆動力を出力する。

図１に示すハイブリッド自動車では複数の運転モードを有し、各運転モードに応じてエレクトリックパワートレインの駆動を制御している。まず、車両の発進時や低速走行時においては、主にモータジェネレータＭＧ１を電動機として動作させ、モータジェネレータＭＧ１で発生した回転駆動力を、デファレンシャルギアＤＥＦを介して駆動車軸ＦＤＳに伝達する。これにより、駆動車軸ＦＤＳがモータジェネレータＭＧ１の回転駆動力によって回転駆動されて前輸ＦＲＷ，ＦＬＷが回転駆動し、車両が走行する、この時、モータジェネレータＭＧ１には、バッテリＢＡＴからの出力電力（直流電力）がインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換されて供給される。

次に、車両の通常走行時（中速，高速走行時）においては、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１を併用し、エンジンＥＮＧで発生した回転駆動力と、モータジェネレータＭＧ１で発生した回転駆動力とを、デファレンシャルギアＤＦＦを介して駆動車軸ＦＤＳに伝達する。これにより、駆動車軸ＦＤＳがエンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１の回転駆動力によって回転駆動されて前輪ＦＲＷ，ＦＬＷが回転駆動し、車両が走行する。また、エンジンＥＮＧで発生した回転駆動力の一部はモータジェネレータＭＧ２に供給される。この動力の分配により、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧで発生した回転駆動力の一部によって回転駆動され、発電機として動作し、発電する。モータジェネレータＭＧ２によって発電された三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶに供給され、一旦直流電力に整流された後、再び三相交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１に供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は回転駆動力を発生する、
次に、車両の加速時、特にエンジンＥＮＧに供給される空気量を制御するスロットル弁の開度が全開になる急加速時（例えば急勾配坂の登坂時で、アクセルの踏み込み量が大きい時）においては、前述した通常走行時の動作に加え、バッテリＢＡＴからの出力電力をインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１に供給し、モータジェネレータＭＧ１によって発生する回転駆動力を増加させる。

次に、車両の減速・制動時においては、前輪ＦＲＷ，ＦＬＷの回動による駆動車軸ＦＤＳの回絵駆動力をデファレンシャルギアＤＦＦ、減速機ＲＧを介してモータジェネレータＭＧ１に供給して、モータジェネレータＭＧ１を発電機として動作させ、発電させる、発電によって得られた三相交流電力（回生エネルギー）は、インバータ装置ＩＮＶによって直流電力に整流され、バッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。車両の停止時は、基本的にはエンジンＥＮＧ及びモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動は停止されるが、バッテリＢＡＴの残量が少ない場合には、エンジンＥＮＧを駆動してモータジェネレータＭＧ２を発電機として動作させ、得られた発電電力をインバータ装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに供給する。

次に、図２を用いて、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態のインバータ装置ＩＮＶは、パワーモジュールＰＭＵ，駆動回路装置ＤＣＵから構成されている。なお、図２では、第１のモータジェネレータＭＧ１に対するインバータ装置ＩＮＶの構成のみを示しているが、インバータ装置ＩＮＶは、第２のモータジェネレータＭＧ２に対するパワーモジュール，駆動回路装置も備えており、それらの構成は、図２に示すものと同様である。

パワーモジュールＰＭＵは、電力変換用の主回路を構成している。パワーモジュールＰＭＵは、駆動回路装置ＤＣＵから出力された駆動信号を受けて動作し、高圧バッテリＢＡＴから供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に供給する。パワーモジュールＰＭＵの主回路は３相ブリッジ回路であり、３相分のパワー半導体素子の直列回路（U相アームAu，V相アームAv，W相アームAw）が高圧バッテリＢＡＴの正極Ｐと負極Ｎとの間に電気的に並列に接続されて構成されている。直列回路はアームとも呼ばれ、２つのパワー半導体素子によって構成されている。

各アームは、上アーム側のパワー半導体素子と下アーム側のパワー半導体素子とが電気的に直列に接続されて構成されている。本実施形態では、パワー半導体素子として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、別途、コレクタ電極とエミッタ電極との間にダイオード素子を電気的に接続する必要がある。ＩＧＢＴは、コレクタ電極とエミッタ電極の他にゲート電極を備えている。

パワー半導体素子としては、スイッチング半導体素子であるｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよいものである。ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。また、ドレイン電極とソース電極との間には、ソース電極からドレイン電極に向かう方向が順方向である寄生のダイオードが電気的に接続されている。

U相アームAuは、上アーム側のパワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側のパワー半導体素子のコレクタ電極が電気的に直列に接続されて構成されている。なお、V相アームAv及びW相アームAwもU相アームAuと同様であり、上アーム側のパワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側のパワー半導体素子のコレクタ電極が電気的に接続されて構成されている。

上アーム側のパワー半導体素子のコレクタ電極は、高圧バッテリＢＡTの高電位側（正極側）に電気的に接続されている。下アーム側のパワー半導体素子のエミッタ電極は、高圧バッテリＢＡTの低電位側（負極側）に電気的に接続されている。U相アームAuの中点（上アーム側パワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側パワー半導体素子のコレクタ電極との接続部分）は、モータジェネレータＭＧ１のU相の固定子巻線に電気的に接続されている。V相アームAv，W相アームAwの中点もｕ相アームAuの中点と同様に、モータジェネレータＭＧ１のV相，W相の固定子巻線に電気的に接続されている。

高圧バッテリＢＡＴの正極側と負極側との間には、パワー半導体素子の動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するために、平滑用の電解コンデンサＳＥＣが電気的に接続されている。

パワーモジュールＰＭＵは、ケースによって囲われたベース上に絶縁基板を介して半導体チップが実装され、三相ブリッジ回路が形成されるように、半導体チップ間、半導体チップと入力端子との間、半導体チップと出力端子との間がアルミワイヤや板状導体などの接続導体によって電気的に接続されて構成されている。ベースは、銅やアルミニウムなどの熱伝導性部材によって構成されている。ベースの下面は空気或いは冷却水などの冷却媒体によって冷却されるようになっている。ベースの下面には、冷却媒体による冷却効率を向上させるために、フィンなどが設けられている。絶縁基板は、窒化アルミニウムなどの絶縁部材からなるものである。半導体チップは、前述したＩＧＢＴを構成するものであり、両面に電極を有している。ベースと絶縁基板との間、絶縁基板と半導体チップとの間は、半田などの接合部材によって接合されている。

駆動回路装置ＤＣＵは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各アームの上アーム側及び下アーム側のパワー半導体素子のゲート電極に電気的に接続されている。電動機制御装置ＭＣＵから出力された上アームパワー半導体素子の制御信号Ｖpu* （Ｖpv*，Ｖpw*）を受けて、受けた制御信号Ｖpu* （Ｖpv*，Ｖpw*）を、上アームパワー半導体素子を駆動するための駆動信号Ｖpu（Ｖpv，Ｖpw）として、上アームパワー半導体素子のゲート電極に出力される。

電動機制御装置ＭＣＵから出力された下アームパワー半導体素子の制御信号Ｖnu* （Ｖnv*，Ｖnw*）を受けて、受けた制御信号Ｖnu* （Ｖnv*，Ｖnw*）を、下アームパワー半導体素子を駆動するための駆動信号Ｖnu（Ｖnv，Ｖnw）として、下アームパワー半導体素子のゲート電極に出力される。

電動機制御装置ＭＣＵは、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子を動作させるための制御値を、入力された複数の入力信号に基づいて演算し、演算された制御値を制御信号Ｖpu*〜Ｖnw*として駆動回路装置ＤＣＵに出力するものであり、制御値の演算を行うマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）を備えている。

マイコンには、入力信号として、トルク指令信号（トルク指令値）τ* ，回転数指令信号（回転数指令値）ｎ* ，検知信号（ｕ相〜ｗ相の電流値）ｉu〜ｉw及び検知信号（回転子の磁極位置）θが入力される。

トルク指令信号（トルク指令値）τ* 及び回転数指令信号（回転数指令値）ｎ* は、車両の運転モードに応じて総合制御装置ＧＣＵから出力される。検知信号（ｕ相〜ｗ相の電流値）ｉu〜ｉwは電流センサＣu〜Ｃwから出力される。検知信号（回転子の磁極位置）θは磁極位置センサから出力される。

電流センサＣu〜Ｃwは、インバータ装置ＩＮＶ（パワーモジュールＰＭＵ）からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の固定子の固定子巻線に供給されるｕ相〜ｗ相電流ｉｕ〜ｉｗを検知するためのものであり、シャント抵抗器，変流器（ＣＴ）などから構成されたものである。

磁極位置センサは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の磁極位置θを検出するためのものであり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどから構成されたものである。

マイコンは、ｄ軸，ｑ軸の電流指令値Ｉd*，Ｉq*を入力信号に基づいて演算し、演算された電流指令値Ｉd*，Ｉq*に基づいて電圧制御値Ｖu〜Ｖwを演算し、演算された電圧制御値Ｖu〜Ｖwを、パワーモジュールＰＭＵのパワー半導体素子を動作させるための制御信号（ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号））Ｖpu*〜Ｖnw*として駆動回路装置ＤＣＵに出力する。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの回路構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。図４は、図３に示すU相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の等価回路図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。

絶縁基板１Ａ，１Ｂは、窒化アルミニウムなどの絶縁部材からなるものである。絶縁基板１Ａの上には、正極側コレクタ導体２，正極側エミッタ導体３，正極側制御端子導体Ｖputが半田によって接合されている。絶縁基板１Ｂの上には、負極側コレクタ導体４，負極側エミッタ導体５，負極側制御端子導体Ｖnutが半田によって接合されている。

正極側コレクタ導体２の上には、３個の正極側ＩＧＢＴ（Mpu1，Mpu2，Mpu3）が実装され、それぞれのコレクタ電極（電流吸い込み部）が正極側コレクタ導体２と半田によって電気的に接合されている。更に、正極側コレクタ導体２の上には３個の正極側ダイオード（Dpu1，Dpu2，Dpu3）が実装され、それぞれのカソード電極（電流吐き出し部）が正極側コレクタ導体２と半田によって電気的に接合されている。

正極側入力端子Ｐは、正極側コレクタ導体２と複数本のアルミニウムワイヤ６によって電気的に接続されている。３個の正極側ＩＧＢＴ（Mpu1，Mpu2，Mpu3）のそれぞれのエミッタ電極及び３個の正極側ダイオード（Dpu1，Dpu2，Dpu3）のそれぞれのアノード電極は、正極側エミッタ導体３と複数本のアルミニウムワイヤ１１ａ，１１ｂ，１１ｃなどによって電気的に接合されている。また、３個の正極側ＩＧＢＴ（Mpu1，Mpu2，Mpu3）のそれぞれのゲート電極（制御電極）は、アルミニウムワイヤによって正極側制御端子導体Vputに電気的に接続されている。

正極側エミッタ導体３及び負極側コレクタ導体４は、出力端子U（V,W）と複数本のアルミニウムワイヤ７及び９によって電気的に接続されている。更に、本実施形態では、正極側エミッタ導体３は負極側コレクタ導体４と複数本のアルミニウムワイヤ８によって電気的に接続されている。本図では、正極側ＩＧＢＴのエミッタ電極から負極側ＩＧＢＴのコレクタ電極に電流が流れる場合、アルミニウムワイヤ７及びアルミニウムワイヤ９を通る経路とアルミニウムワイヤ８を通る経路の２種類あり、後者の経路であるアルミニウムワイヤ８の距離が短いので、前者の経路に比べてインダクタンスは小さい。

負極側コレクタ導体４の上には、３個の負極側ＩＧＢＴ（Mnu1，Mnu2，Mnu3）が実装され、それぞれのコレクタ電極（電流吸い込み部）が負極側コレクタ導体４と半田によって電気的に接合されている。更に、負極側コレクタ導体４の上には、３個の負極側ダイオード（Dnu1，Dnu2，Dnu3）が実装され、それぞれのカソード電極（電流吐き出し部）が負極側コレクタ導体４と半田によって電気的に接合されている。

負極側入力端子Ｎは、負極側エミッタ導体５と複数本のアルミニウムワイヤ１０によって電気的に接続されている。３個の負極側ＩＧＢＴ（Mnu1，Mnu2，Mnu3）のそれぞれのエミッタ電極及び３個の負極側ダイオード（Dnu1，Dnu2，Dnu3）のそれぞれのアノード電極は、負極側エミッタ導体５と複数本のアルミニウムワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって電気的に接合されている。また、３個の負極側ＩＧＢＴ（Mnu1，Mnu2，Mnu3）のそれぞれのゲート電極（制御電極）は、アルミニウムワイヤによって負極側制御端子導体Vnutに電気的に接続されている。

なお、図示の例では、パワー半導体素子にＩＧＢＴを用いているが、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよく、ＭＯＳＦＥＴの場合、ダイオードは不要である。また、ＩＧＢＴ及びダイオードを３個ずつ並列に接続しているが、それらの個数は電力変換装置の容量に依存し、１個ずつの場合もあり得る。

また、図３では、Ｕ相アームAuの構成について説明したが、Ｖ相アームAv及びＷ相アームAwも同様の構成である。

正極側入力端子Ｐには、高圧バッテリＢＡＴの正極端子が導体によって接続され、負極側入力端子Ｎには、高圧バッテリＢＡＴの負極端子が導体によって接続されており、正極側入力端子Ｐと負極側入力端子Ｎの間に直流電圧が印加されている。

出力端子Ｕには、モータジェネレータＭＧ１のU相の固定子巻線が接続され、正極側IGBT及び負極側IGBTがオン・オフすると固定子巻線に電流が流れる。

ここで、図４を用いて、本実施形態のパワーモジュールのＵ相の電気的動作を詳細に説明する。

正極側入力端子Ｐは、アルミニウムワイヤ６を介して、正極側ＩＧＢＴ(Mpu，Mpv，Mpw)のコレクタ電極に接続されている。正極側ＩＧＢＴ（Mpu，Mpv，Mpw）のエミッタ電極は、アルミニウムワイヤ７を介して、出力端子U（V，W）に接続されている。更に、このエミッタ電極は、アルミニウムワイヤ８を介して、負極側ＩＧＢＴ（Mnu，Mnv，Mnw）のコレクタ電極に接続されている。

出力端子U(V，W）は、アルミニウムワイヤ９を介して、負極側ＩＧＢＴ(Mnu，Mnv，Mnw)のコレクタ電極に接続されている。負極側ＩＧＢＴ（Mnu，Mnv，Mnw）のエミッタ電極は、アルミニウムワイヤ１０を介して、負極側入力端子Ｎに接続されている。

正極側ダイオード（Dpu，Dpv，Dpw）のカソード電極は、正極側ＩＧＢＴ(Mpu，Mpv，Mpw)のコレクタ電極に接続され、正極側ダイオード（Dpu，Dpv，Dpw）のアノード電極は正極側ＩＧＢＴ（Mpu，Mpv，Mpw）のエミッタ電極に接続されている。負極側ダイオード（Dnu，Dnv，Dnw）のカソード電極は、負極側ＩＧＢＴ(Mnu，Mnv，Mnw)のコレクタ電極に接続され、負極側ダイオード（Dnu，Dnv，Dnw）のアノード電極は負極側ＩＧＢＴ(Mnu，Mnv，Mnw)のエミッタ電極に接続されている。

なお、アルミニウムワイヤ６，７，８，９，１０は、電気的にはインダクタンス成分と抵抗成分の直列接続で表現されるが、ここでは、抵抗成分は説明上、不要なので省略し、それぞれのインダクタンスをＬ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０とする。また、図１ではＩＧＢＴ及びダイオードが３個ずつ並列に接続されているが、図示の例では簡単化のため、１個とした。

最初に、説明の簡単化のため、インダクタンスＬ８が無い場合の動作を説明する。

正極側ＩＧＢＴ(Mpu)のゲート電極Vpu、負極側ＩＧＢＴ(Mnu)のゲート電極Vnuとし、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線として負荷インダクタンスＬが出力端子Ｕと負極側入力端子Ｎとの間に接続された場合を想定する。正極側ＩＧＢＴのゲート電極Vpuとエミッタ電極間にＩＧＢＴの閾値以上の電圧が印加されると、正極側ＩＧＢＴはオンする。このとき、負極側ＩＧＢＴのゲート電極Vnuとエミッタ電極間にはＩＧＢＴの閾値電圧より低い電圧が印加され、ＩＧＢＴはオフしている。よって、電流経路は正極側入力端子Ｐ→Ｌ６→正極側ＩＧＢＴ→Ｌ７→出力端子Ｕ→負荷インダクタンスＬ→負極側入力端子Ｎという第１の経路がある。

次に、正極側ＩＧＢＴがオフ、負極側ＩＧＢＴもオフすると、電流経路は負荷インダクタンスＬ→負極側入力端子Ｎ→Ｌ１０→負極側ダイオード(Dnu)→Ｌ９→出力端子Ｕという第２の経路に変化する。この状態での電流は負荷インダクタンスＬに蓄えられたエネルギーが消滅するまで流れ続ける。

第２の経路を電流が流れているときに、再度、正極側ＩＧＢＴがオンする瞬間に、電流経路が正極側入力端子Ｐ→Ｌ６→正極側ＩＧＢＴ→Ｌ７→Ｌ９→負極側ダイオード→Ｌ１０→負極側入力端子Ｎという第３の経路に電流値の時間変化ｄｉ/ｄｔが発生する。第３の経路のインダクタンスの総和Ｌｓ１はＬ６＋Ｌ７＋Ｌ９＋Ｌ１０となる。よって、このとき、負極側ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間には起電圧（Ｌｓ１・ｄｉ/ｄｔ）が発生し、これをサージ電圧と呼ぶ。サージ電圧がＩＧＢＴの耐圧を超えないようにするため、インダクタンスの総和Ｌｓ１を低減する必要がある。

そこで、本実施形態では、図３にて説明したように、正極側エミッタ導体３と負極側コレクタ導体４とを、複数本のアルミニウムワイヤ８によって電気的に接続するようにしている。すなわち、図４において、インダクタンスＬ７とインダクタンスＬ９の直列回路に対して並列に、インダクタンスＬ８を接続する。このときの動作を以下に説明する。

正極側ＩＧＢＴのゲート電極Ｖｐｕとエミッタ電極間にＩＧＢＴの閾値以上の電圧が印加されると、正極側ＩＧＢＴはオンする。このとき、負極側ＩＧＢＴのゲート電極Ｖｎｕとエミッタ電極間にはＩＧＢＴの閾値電圧より低い電圧が印加され、ＩＧＢＴはオフしている。よって、電流経路は前記第１の経路に加えて、正極側入力端子Ｐ→Ｌ６→正極側ＩＧＢＴ→Ｌ８→Ｌ９→出力端子Ｕ→負荷インダクタンスＬ→負極側入力端子Ｎという第４の経路がある。

次に、正極側ＩＧＢＴがオフ、負極側ＩＧＢＴもオフすると、電流経路は前記第２の経路と負荷インダクタンスＬ→負極側入力端子Ｎ→Ｌ１０→負極側ダイオード(Dnu)→Ｌ８→Ｌ７→出力端子Ｕという第５の経路に変化する。この状態での電流は負荷インダクタンスＬに蓄えられたエネルギーが消滅するまで流れ続ける。

第２の経路及び第５の経路を電流が流れているときに、再度、正極側ＩＧＢＴがオンする瞬間に、前記第３の経路及び正極側入力端子Ｐ→Ｌ６→正極側ＩＧＢＴ→Ｌ８→負極側ダイオード→Ｌ１０→負極側入力端子Ｎという第６の経路に電流値の時間変化ｄｉ/ｄｔが発生する。第３の経路と第６の経路のインダクタンスの総和Ｌｓ２は、（Ｌ６＋（Ｌ７＋Ｌ９）・Ｌ８/（Ｌ７＋Ｌ９＋Ｌ８）＋Ｌ１０）となる。なお、インダクタンスＬ８とインダクタンスＬ７＋Ｌ９は並列接続のため、合成インダクタンスは、（（Ｌ７＋Ｌ９）・Ｌ８/（Ｌ７＋Ｌ９＋Ｌ８））となる。インダクタンスＬ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０は正の有限の値であるので、（（Ｌ７＋Ｌ９）・Ｌ８/（Ｌ７＋Ｌ９＋Ｌ８））＜（Ｌ７＋Ｌ９）が成り立つ。よって、Ｌｓ２＜Ｌｓ１が成り立ち、Ｌｓ１・ｄｉ/ｄｔ＜Ｌｓ２・ｄｉ/ｄｔとなる。従って、複数本のアルミニウムワイヤ８によるインダクタンスＬ８を追加することにより、パワーモジュールのＵ相の寄生インダクタンスを低減できる。

インダクタンスＬ８とインダクタンスＬ７＋Ｌ９が同じ場合、第３の経路と第６の経路のＬｓ２は第３の経路のインダクタンスの総和Ｌｓ１の半分に低減し、Ｌ８＜（Ｌ７＋Ｌ９）の場合、第３の経路と第６の経路のＬｓ２は第３の経路のインダクタンスの総和Ｌｓ１の半分以下になる。例えば、インダクタンスＬ７，Ｌ９が５ｎＨで、インダクタンスＬ８が５ｎＨの場合、第３の経路と第６の経路のＬｓ２は３．３ｎＨとなる。実際には、図３に示したように、正極側ＩＧＢＴと負極側ＩＧＢＴの電流経路をＵ字型にレイアウトすることにより、インダクタンスＬ７＋Ｌ９の距離に比べてインダクタンスＬ８の距離の方が短くなるので、インダクタンスは半分以下に低減できる。

なお、上記動作説明は、負荷インダクタンスが出力端子Ｕと負極側入力端子Ｎ間にある場合に関するものだが、負荷インダクタンスが正極側入力端子Ｐと出力端子Ｕ間にある場合でも同様である。また、Ｕ相アームＡｕに関するものだが、Ｖ相アームＡｖ及びＷ相アームＡｗについても同様である。

また、正極側エミッタ導体３と負極側コレクタ導体４とを電気的に接続する方法としては、複数本のアルミニウムワイヤ８に代えて、銅などの良導体の板状導体によって電気的に接続するようにしてもよいものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、出力端子部の寄生インダクタンスを低減できるので、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減でき、低損失、高耐ノイズ、高信頼性のパワーモジュールを提供できる。

また、パワーモジュールの低損失化によってパワーモジュールの発熱が低減できるためインバータ装置ＩＮＶの冷却装置の小型化、低コスト化できる。

さらに、絶縁基板を、正極側と負極側で２分化して、絶縁基板１Ａ，１Ｂとしているため、両者を一枚基板で形成した場合に比べて一枚当たりの面積を小さくでき、絶縁基板の熱歪みを小さくできるため、長寿命化できるものである。また、正極側と負極側で同一形状の絶縁基板で兼用できるため、低コスト化できる。

なお、モジュール化にあたっては、各相単位（２ｉｎ１）で行ってもよい。或いは全てまとめた形（６ｉｎ１）で行ってもよいものである。

次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態によるパワーモジュールの構成について説明する。なお、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成は、図２に示したものと同様である。
図５は、本発明の第２の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、絶縁基板１の上に、正極側コレクタ導体２，正極側エミッタ導体３，負極側コレクタ導体４，負極側エミッタ導体５が半田によって接合されている。すなわち、図３に示したものでは、正極側と負極側のそれぞれに絶縁基板１Ａ，１Ｂと別基板としていたのに対して、本実施形態では、正極側と負極側の共通の大きな絶縁基板１を用いている。

本実施形態においても、図３と同様に、正極側エミッタ導体３と負極側コレクタ導体４とは、複数本のアルミニウムワイヤ８によって電気的に接続されている。なお、複数本のアルミニウムワイヤ８に代えて、銅などの良導体の板状導体によって電気的に接続するようにしてもよいものである。その他の構成は、図３に示したものと同様である。

本実施形態によっても、出力端子部の寄生インダクタンスを低減できるので、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減でき、低損失、高耐ノイズ、高信頼性のパワーモジュールを提供できる。

次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態によるパワーモジュールの構成について説明する。なお、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成は、図２に示したものと同様である。
図６は、本発明の第３の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図３に示した実施形態とは正極側エミッタ導体と負極側コレクタ導体が一つの導体パターンになっている点が異なり、エミッタ・コレクタ導体１３としている。エミッタ・コレクタ導体１３の内、正極側エミッタ導体と負極側コレクタ導体とを接続する導体部分が、図５の複数本のアルミニウムワイヤ８と同等の機能を有する。その他の構成は、図５に示したものと同様である。

以上のように、正極側エミッタ導体と負極側コレクタ導体が一つの導体パターンであるエミッタ・コレクタ導体１３とすることにより、図５に示したものと比べて、正極側エミッタ導体と負極側コレクタ導体を接続する複数本のアルミニウムワイヤ８のワイヤ配線工程を削除できる。

以上説明したように、本実施形態によっても、出力端子部の寄生インダクタンスを低減できるので、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減でき、低損失、高耐ノイズ、高信頼性のパワーモジュールを提供できる。

次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態によるパワーモジュールの構成について説明する。なお、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成は、図２に示したものと同様である。
図７は、本発明の第４の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図５に示した実施形態とは、正極側エミッタ導体３と負極側コレクタ導体４とを、板状導体５０によって接続する構成が異なっている。他の構成は、図５に示した実施形態と同様である。

本実施形態では、図５に示した実施形態に比べて、板状導体の厚さを厚くし易いので抵抗成分を小さくできる。また、アルミニウムワイヤを複数本接続するものに比べて、接合時間が短くすることができる。

次に、図８を用いて、本発明の第５の実施形態によるパワーモジュールの構成について説明する。なお、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成は、図２に示したものと同様である。
図８は、本発明の第５の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態は、図５に示した実施形態に対して、正極側入力端子Ｐ及び負極側入力端子Ｎの形状が異なっている。正極側入力端子Ｐと負極側入力端子Ｎとは、絶縁材ＩＮＳを介して電気的に絶縁されるとともに、積層された構造となっている。他の構成は、図５に示した実施形態と同様である。

本実施形態のそれぞれのアームの動作は、図３に示した実施形態とほぼ同じである。しかし、正極側入力端子Ｐと負極側入力端子Ｎとの電流経路が異なっている。すなわち、本実施形態の場合、正極側入力端子Ｐを流れる電流と負極側入力端子Ｎを流れる電流とが絶縁体を介してクロスしているため、それぞれの電流が発生する磁束の電磁干渉によって、正極側入力端子Ｐと負極側入力端子Ｎの部分のインダクタンスを低減できる。

したがって、図５に示した実施形態に比べて、出力端子部のインダクタンス低減に加えて、入力端子部のインダクタンスも低減できる。

また、正極側入力端子Ｐと負極側入力端子Ｎの部分のインダクタンスを低減できる。

さらに、パワーモジュールの低損失化によってパワーモジュールの発熱が低減できるためインバータ装置ＩＮＶの冷却装置の小型化、低コスト化できる。

次に、図９を用いて、本発明の第６の実施形態によるパワーモジュールの構成について説明する。なお、本実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成は、図２に示したものと同様である。
図９は、本発明の第６の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの構成を示す平面図である。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、パワーモジュールＰＭＵの全てのアームAu，Av，Awを１モジュール内に収納した（６ｉｎ１）の構成としている。したがって、図５に示した実施形態を１モジュール化して、U相、V相、W相として３個接続する場合に比べて、小型化できる。

なお、３相の全てのアームAu，Av，Awを１モジュールにする場合に、図示する例は、図５に示した各相アームを１モジュール化したものであるが、図３，図６，図７，図８に示した各相アームを１モジュール化することもできる。

また、パワーモジュールを小型化することができる。

次に、図１０を用いて、上述の各実施形態による車載用電機システムを搭載した車両の他の構成について説明する。本例の車両は、２つの異なる動力源を持つハイブリッド電気自動車である。
図１０は、本発明の各実施形態による車載用電機システム搭載した車両の他の構成を示すシステム構成図である。

本例のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。本例では、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動する場合について説明するが、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するようにしてもよい。

前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの前輪車軸ＦＤＳには、差動装置ＦＤＦを介して変速機Ｔ／Ｍが機械的に接続されている。変速機Ｔ／Ｍには。動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１とエンジンＥＮＧが機械的に接続されている。動力分配機構ＰＳＭは、回転駆動力の合成や分配を司る機構である。モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線にはインバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータ装置ＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータジェネレータＭＧ１の駆動を制御するものである。インバータ装置ＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡＴが電気的に接続されている。

後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの後輪車軸ＲＤＳには、差動装置ＲＤＦと減速機ＲＧを介してモータジェネレータＭＧ２が機械的に接続されている。モータジェネレータＭＧ２の固定子巻線には、インバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータ装置ＩＮＶは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対して共用のものであって、モータジェネレータＭＧ１用のパワーモジュールＰＭＵ１及び駆動回路装置ＤＣＵ１と、モータジェネレータＭＧ２用のパワーモジュールＰＭＵ２及び駆動回路装置ＤＣＵ２と、モータ制御装置ＭＣＵとを備えている。

エンジンＥＮＧにはスタータＳＴＲが取り付けられている。スタータＳＴＲはエンジンＥＮＧを始動させるための始動装置である。

エンジン制御装置ＥＣＵは、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器（絞り弁，燃料噴射弁など）を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は制御信号としてエンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の駆動装置に出力される。これにより、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の動作が制御される。

変速機Ｔ／Ｍの動作は、変速機制御装置ＴＣＵによって制御されている。変速機制御装置ＴＣＵは、変速機構を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は、制御信号として変速機構の駆動装置に出力される。これにより、変速機Ｔ／Ｍの変速機構の動作が制御される。

バッテリＢＡＴは、バッテリ電圧が２００ｖ以上の高電圧のリチウムイオンバッテリであり、バッテリ制御装置ＢＣＵによって充放電や寿命などが管理されている。バッテリ制御装置ＢＣＵには、バッテリの充放電や寿命などを管理するために、バッテリＢＡＴの電圧値及び電流値などが入力されている。尚、図示省略したが、バッテリとしては、バッテリ電圧１２ｖの低圧バッテリも搭載されており、制御系の電源、ラジオやライトなどの電源として用いられている。

エンジン制御装置ＥＣＵ，変速機制御装置ＴＣＵ，モータ制御装置ＭＣＵ及びバッテリ制御装置ＢＣＵは車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮを介して相互に電気的に接続されていると共に、総合制御装置ＧＣＵと電気的に接続されている。これにより、各制御装置間では双方向の信号伝送が可能になり、相互の情報伝達，検出値の共有などが可能になる。総合制御装置ＧＣＵは、車両の運転状態に応じて各制御装置に指令信号を出力するものである。例えば総合制御装置ＧＣＵは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジンＥＮＧの運転効率が良くなるように、エンジンＥＮＧ側の出力トルク値とモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値とに分配し、分配されたエンジンＥＮＧ側の出力トルク値をエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ＥＣＵに出力し、分配されたモータジェネレータＭＧ１側の出力トルク値をモータトルク指令信号としてモータ制御装置ＭＣＵに出力する。

次に、本例のハイブリッド自動車の動作について説明する。

ハイブリッド電気自動車の始動時，低速走行時（エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、モータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動し、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はモータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に供給される。これにより、モータジェネレータＭＧ１は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速され、差動装置ＦＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＦＤＦによって左右に分配され、左右の前輪車軸ＦＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＦＤＳが回転駆動される。そして、前輪車軸ＦＤＳの回転駆動によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。このため、エンジンＥＮＧの回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。また、バッテリＢＡＴの充電状態を検出し、バッテリＢＡＴを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮＧの回転出力を、動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に分配し、モータジェネレータＭＧ１を回転駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。

ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。さらに、モータジェネレータＭＧ１の駆動によってバッテリＢＡＴの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧの回転出力によってモータジェネレータＭＧ１を回転駆動してバッテリＢＡＴを充電する。モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するめに、インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力がモータジェネレータＭＧ２の固定子巻線に供給される。これにより、モータジェネレータMG2は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、減速機ＲＧによって減速されて差動装置ＲＤＦの入力される。入力された回転出力は差動装置ＲＤＦによって左右に分配され、左右の後輪車軸ＲＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＲＤＳが回転駆動される。そして、後輪車軸ＲＤＳの回転駆動によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１によって前輪FLW,ＦＲＷを駆動し、モータジェネレータＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい(四輪駆動走行をしてもよい)。エンジンＥＮＧとモータジェネレータＭＧ１の回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの回転力を前輪車軸ＦＤＳ，差動装置ＦＤＦ，変速機Ｔ／Ｍ，動力分配機構ＰＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達し、モータジェネレータＭＧ１を回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。一方、後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの回転力を後輪車軸ＲＤＳ，差動装置ＲＤＦ，減速機ＲＧを介してモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２を回転駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は発電機として動作する。この動作により、モータジェネレータＭＧ２の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。

以上説明したように、本発明によれば、出力端子部の寄生インダクタンスを低減できるので、スイッチング時に発生するサージ電圧を低減でき、低損失、高耐ノイズ、高信頼性のパワーモジュールを提供できる。

また、本発明によれば、駆動部と車載回転電機との間に上記パワーモジュール回路を備えた電力変換装置を提供できる。

さらに、本発明によれば、上記電力変換装置を備えた車載電機システムを提供できる。

本発明の第１の実施形態による車載用電機システム搭載した車両の構成を示すシステム構成図である。本発明の第１の実施形態による車載用電機システムに用いるインバータ装置ＩＮＶの回路構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。図３に示すU相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の等価回路図である。本発明の第２の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。本発明の第３の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。本発明の第４の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。本発明の第５の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの内、U相（V相，W相）アームAu（Av，Aw）の構成を示す平面図である。本発明の第６の実施形態による車載用電機システムに用いるパワーモジュールＰＭＵの構成を示す平面図である。本発明の各実施形態による車載用電機システム搭載した車両の他の構成を示すシステム構成図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…絶縁基板
２…正極側コレクタ導体
３…正極側エミッタ導体
４…負極側コレクタ導体
５…負極側エミッタ導体
６，７，８，９，１０…アルミニウムワイヤ
１３…エミッタ・コレクタ導体
５０…板状導体
Dpu，Dpv，Dpw…正極側ダイオード
Dnu，Dnv，Dnw…負極側ダイオード
Mpu，Mpv，Mpw…正極側ＩＧＢＴ
Mnu，Mnv，Mnw…負極側ＩＧＢＴ
N…負極側入力端子
P…正極側入力端子
U,V,W…出力端子

Claims

直流電力を交流電力に変換するものであって、
直流電源の正極側端子に接続された正極側入力端子と、
前記直流電源の負極側端子に接続された負極側入力端子と、
交流電力を出力する出力端子と、
スイッチング用正極側パワー半導体素子と、
スイッチング用負極側パワー半導体素子と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第１の導体と、
前記負極側パワー半導体素子を制御する制御端子と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第２の導体と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第３の導体と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第４の導体と、
前記正極側入力端子と前記第１の導体が電気的に接続され、
前記負極側入力端子と前記第４の導体が電気的に接続され、
前記第３の導体が出力端子に電気的に接続され、
前記第２の導体が前記出力端子に電気的に接続されるとともに、
さらに、前記第３の導体が前記第２の導体にワイヤ状導体若しくは板状導体によって接続されることを特徴とするパワーモジュール。
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第３の導体と前記第２の導体とを一体化したことを特徴とするパワーモジュール。
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第１の導体，前記第２の導体，前記第３の導体及び前記第４の導体を支持する絶縁基板を備えることを特徴とするパワーモジュール。
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第１の導体及び前記第３の導体を支持する第１の絶縁基板と、
前記第２の導体及び前記第４の導体を支持する第２の絶縁基板とを備えることを特徴とするパワーモジュール。
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記正極側入力端子と前記負極側入力端子とは電気的に絶縁されて積層されることを特徴とするパワーモジュール。
直流電力を交流電力に変換するものであって、
直流電源の正極側端子に接続された正極側入力端子と、
前記直流電源の負極側端子に接続された負極側入力端子と、
交流電力を出力する出力端子と、
スイッチング用正極側パワー半導体素子と、
スイッチング用負極側パワー半導体素子と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部と、前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部と、前記出力端子との接続部におけるインダクタンスを低減するインダクタンス低減手段を設け、
前記インダクタンス低減手段は、
前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に接続された正極側吐き出し電極部導体と、前記出力端子とを接続する第１のワイヤ状導体と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に接続された負極側吸い込み電極部導体と、前記出力端子とを接続する第２のワイヤ状導体とに対して、
さらに設けられた、前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に接続された正極側吐き出し電極部導体と、前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に接続された負極側吸い込み電極部導体とを接続する第３のワイヤ状導体若しくは板状導体からなり、
前記第１のワイヤ状導体のインダクタンスと前記第２のワイヤ状導体のインダクタンスの和に対して、前記第１のワイヤ状導体と前記第２のワイヤ状導体と前記第３のワイヤ状導体若しくは板状導体の各インダクタンスの和が小さくなることで、前記出力端子の接続部におけるインダクタンスを低減することを特徴とするパワーモジュール。
電力供給源から供給された電力を所定の電力に変換して出力するものであって、
スイッチング用パワー半導体素子を有するパワーモジュールと、
前記スイッチング用パワー半導体素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、
前記制御信号を受けて、前記スイッチング半導体素子を動作させるための駆動信号を前記変換部に出力する駆動部とを備えており、
前記パワーモジュールは、
直流電源の正極側端子に接続された正極側入力端子と、
前記直流電源の負極側端子に接続された負極側入力端子と、
交流電力を出力する出力端子と、
スイッチング用正極側パワー半導体素子と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第１の導体と、
スイッチング用負極側パワー半導体素子と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第２の導体と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第３の導体と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第４の導体と、
前記正極側入力端子と前記第１の導体が電気的に接続され、
前記負極側入力端子と前記第４の導体が電気的に接続され、
前記第３の導体が出力端子に電気的に接続され、
前記第２の導体が前記出力端子に電気的に接続されるとともに、
さらに、前記第３の導体が前記第２の導体にワイヤ状導体若しくは板状導体によって接続され、
前記駆動信号によって前記スイッチングパワー半導体素子が動作することにより、電力供給源から供給された電力を所定の電力に変換する
ことを特徴とする電力変換装置。
車載電源から供給された電力を電動力に変換するものであって、
前記電動力を発生する電動機と、
車載電源から供給された電力を制御して前記電動機に供給する電力変換装置とを有し、
前記電力変換装置は、
車載電源から供給された電力を所定の電力に変換して前記電動機に供給するものであって、
スイッチング用パワー半導体素子を有するパワーモジュールと、
前記スイッチング用半導体素子の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、
前記制御信号を受けて、前記スイッチング半導体素子を動作させるための駆動信号を前記変換部に出力する駆動部とを備えており、
前記パワーモジュールは、
直流電源の正極側端子に接続された正極側入力端子と、
前記直流電源の負極側端子に接続された負極側入力端子と、
交流電力を出力する出力端子と、
スイッチング用正極側パワー半導体素子と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第１の導体と、
スイッチング用負極側パワー半導体素子と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吸い込み電極部に電気的に接続された第２の導体と、
前記正極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第３の導体と、
前記負極側パワー半導体素子の電流吐き出し電極部に電気的に接続された第４の導体と、
前記正極側入力端子と前記第１の導体が電気的に接続され、
前記負極側入力端子と前記第４の導体が電気的に接続され、
前記第３の導体が出力端子に電気的に接続され、
前記第２の導体が前記出力端子に電気的に接続されるとともに、
さらに、前記第３の導体が前記第２の導体にワイヤ状導体若しくは板状導体によって接続され、
前記駆動信号によって前記スイッチングパワー半導体素子が動作することにより、電力供給源から供給された電力を所定の電力に変換し、
前記電動機は、前記パワーモジュールから供給された電力によって駆動力を発生する
ことを特徴とする車載用電機システム。