JP5323039B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は，インバータ回路を内蔵するパワーモジュールを備えた電力変換装置に関するものである。

従来の電力変換装置において、２つのパワーモジュールを備え、それらの上部にコンデンサモジュールおよびパワーモジュールの制御基板を積層配置する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２９１１７号公報

従来の電力変換装置では、パワーモジュールの上部に実装されるコンデンサ、バスバー及びパワーモジュールの制御基板は各々発熱するため、冷却する構造が必要であった。そのためには、各階層に冷却板を設け、各部品からの発熱をケースに伝え冷却する必要が有り、パワーモジュール上方部の高さが増大したり、組立が複雑になったりして、電力変換装置のサイズやコストを上昇させていた。

本発明に係る電力変換装置は、直流電流が直流電源から供給される直流端子と、直流端子から供給される直流電流を交流電流に変換するとともに当該交流電流を第１モータに出力する第１パワーモジュールと、直流端子から供給される直流電流を交流電流に変換するとともに当該交流電流を第２モータに出力する第２パワーモジュールと、直流電流を平滑化する平滑用コンデンサと、直流端子と平滑用コンデンサとを電気的に接続する配線と、一方の端子が配線に接続されるとともに他方の端子が金属製の筐体を介してグランド側に接続されるノイズフィルタと、を備え、第２パワーモジュールと配線との接続部は、ノイズフィルタの一方の端子と配線との接続部よりも直流端子に近い側に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ノイズ低減を図ることができる。

ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 電力変換装置２００の回路構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。 冷却水流路を有する筐体のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取付けた図であり、（ａ）は筐体の斜視図、（ｂ）は筐体の上面図、（ｃ）は筐体の下面図である。 筐体の下面図の詳細図である。 (ａ)は本実施形態に関するパワーモジュールの上方斜視図であり、(ｂ)はパワーモジュールの上面図である。 電圧位相補正導出部１０の構成を示す図である。 （ａ）はパワーモジュールの断面図、（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだ部分の拡大図である。 (ａ)は上下アーム直列回路を説明する図であり、(ｂ)はパワーモジュールの電流経路を説明する図である。 コンデンサモジュールの外観構成を示す斜視図である。 コンデンサモジュールのモールド内部の一部を示す図である。 (ａ)は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール、直流側導体板、および２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図であり、(ｂ)は、直流側導体板の分解斜視図である。 (ａ)はパワーモジュールと直流側導体板の接続箇所の拡大図、（ｂ）は積層導体板７００の接続箇所の拡大図である。 電力変換装置２００の外観を模式的に示す図である。 図１５のＥ−Ｅ断面図である。 図１６のＦ−Ｆ断面図である。 変形例を示す図である。 筐体１２内にインバータ装置１４０，１４２を配置した場合の変形例を示す図である。 ２つの積層導体板７１０を用いた場合の変形例を示す図である。 図２０のＦ−Ｆ断面図である。 放電回路５５０を設けた場合の変形例を示す図である。 ノイズフィルタ２０４の接続点と漏れ電流ルートの分離との関係を説明する図である。 制御回路基板２０および駆動回路基板２２の取り付け構造の変形例を示す図である。 上部ケース１０側から見た、ＣＰＵ２１２，制御電源２０４、１７８、ドライバ回路１７４，１７４Ｂの実装位置を示す図である。 金属ベース板１１の固定方法に関する変形例を示す図である。 電力変換装置２００のケーシングを上方から見た図である。 駆動回路基板２２の放熱構造に関する他の例を示す図であり、図１６と同様の断面を示す。 駆動回路基板２２の放熱構造に関する他の例を示す図であり、図１７と同様の断面を示す。 コネクタ２１の取り付け構造の第１の変形例を示す図である。 コネクタ２１の取り付け構造の第２の変形例を示す図である。 信号線８３０の接続を容易にする誘導板１１ｄを説明する図である。 金属ベース板１１および上部ケース１０を筐体１２に固定したときの、液状シール材の拡がりを防止する構造を説明する図である。 第２領域Ｓ２に液状シール材用の防御壁８４０を設けた場合を示す図である。 駆動回路基板２２上に背の高い電源トランス８５０を設けた場合の変形例を示すである。

本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能である。ここでは、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の、制御構成と電力変換装置の回路構成について、図１と図２を用いて説明する。

本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は、運転モードに応じて車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。

なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置に対しても適用可能である。例えば、電車や船舶、航空機などの電力変換装置や、工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、あるいは、家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする、家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。

図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０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ＨＥＶ１１０の駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶ１１０の駆動源およびＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。

車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支されている。前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸（図示省略）が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶでは、動力によって駆動される主輪を前輪１１２とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。

前輪車軸１１４の中央部には、前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪車軸１１４は、前輪側ＤＥＦ１１６の出力側に機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側には、変速機１１８の出力軸が機械的に接続されている。前輪側ＤＥＦ１１６は、変速機１１８によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸１１４に分配する差動式動力分配機構である。変速機１１８の入力側には、モータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には、動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側およびモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。なお、モータジェネレータ１９２，１９４および動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。

モータジェネレータ１９２，１９４は回転子に永久磁石を備えた同期機であり、固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置１４０，１４２によって制御されることにより、モータジェネレータ１９２，１９４の駆動が制御される。インバータ装置１４０，１４２にはバッテリ１３６が接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との間において電力の授受が可能である。

本実施形態では、ＨＥＶ１１０は、モータジェネレータ１９２およびインバータ装置１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４およびインバータ装置１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン１２０からの動力によって車両を駆動している状況において、車両の駆動トルクをアシストする場合には、第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の状況において車両の車速をアシストする場合には、第１電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第２電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。

また、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを、発電ユニットとしてエンジン１２０の動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。

バッテリ１３６は、さらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては、たとえばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータがあり、バッテリ１３６からインバータ装置４３に供給された直流電力はインバータ装置４３で交流の電力に変換され、モータ１９５に供給される。インバータ装置４３はインバータ装置１４０，１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。たとえば、モータ１９５の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ１９５はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置４３の制御機能は、インバータ装置１４０，１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２，１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力はインバータ装置１４０，１４２より小さいが、インバータ装置４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０，１４２の回路構成と同じである。

インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とは、電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを電力変換装置２００の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。

また、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策において効果がある。また、コンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０，１４２および４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。

次に、図２を用いて電力変換装置２００の回路構成について説明する。図１に示したように、電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２と、補記用のインバータ装置４３と、コンデンサモジュール５００とを備えている。各インバータ装置１４０，１４２，４３は同様の構成および機能を有している。

インバータ装置１４０にはインバータ回路１４４と直流端子３１３とを備えたパワーモジュール３００が、インバータ装置１４２にはインバータ回路１４５と直流端子３１３とを備えたパワーモジュール３００が、インバータ装置４３にはインバータ回路１４６を備えたパワーモジュールがそれぞれ設けられている。後述するように、各パワーモジュールは、インバータ回路とそれに付随する配線や放熱ベース等を備えている。

各インバータ回路１４４，１４５，１４６は、制御部１７０に設けられたドライバ回路１７４Ａ，１７４Ｂおよび１７４Ｃによって駆動制御される。図２では、ドライバ回路１７４Ａとドライバ回路１７４Ｂとを合わせてドライバ回路１７４と表示している。各ドライバ回路１７Ａ〜１７Ｃは制御回路１７２により制御される。制御回路１７２、スイッチング用パワー半導体素子のスイッチングタイミングを制御するためのスイッチング信号を生成する。

インバータ回路１４４は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相（符号Ｕ１で示す）、Ｖ相（符号Ｖ１で示す）、Ｗ相（符号Ｗ１で示す）のそれぞれに対して、正極側に接続される正極側半導体スイッチ部と、負極側に接続される負極側半導体スイッチ部とを備えている。正極側半導体スイッチ部と負極側半導体スイッチ部とで上下アーム直列回路構成される。正極側半導体スイッチ部は、スイッチング用パワー半導体素子である上アーム用ＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とダイオード１５６とを備えている。負極側半導体スイッチ部は、下アーム用ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６とを備えている。

各上下アーム直列回路は、直流端子３１３の直流正極端子３１４と直流負極端子３１６との間に、電気的に並列接続されている。直流正極端子３１４および直流負極端子３１６は、２つのパワーモジュール３００の並列配置の方向（図示上下方向）に幅広の導電性板材で構成されている。直流端子３１３は、直流正極端子３１４および直流負極端子３１６の間に絶縁紙３１８（不図示）を挟持した、３層構造の積層配線板を構成している。

ＩＧＢＴ３２８，３３０は、ドライバ回路１７４Ａ（１７４）から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。なお、Ｖ相およびＷ相については、符号３２８，３３０，１５６，１６６の表示を省略した。インバータ装置１４２のパワーモジュール３００は、インバータ装置１４０の場合と同様の構成であり、また、インバータ装置４３のインバータ回路１４６はインバータ回路１４４と同様の構成を有しており、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８，３３０を用いて例示している。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極、エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子）、ゲート電極（ゲート電極端子）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としては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、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。

制御回路１７２は、車両側の制御装置やセンサ（例えば、電流センサ１８０）などからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、およびモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が、入力情報として入力される。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。

制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。さらにマイコンは、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。

ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ドライバ回路１７４は、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。

また、制御部１７０は、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。たとえば、各アームの信号用エミッタ電極端子１５５，１６５からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。

インバータ装置１４０の上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時にモータジェネレータ１９２の固定子巻線に発生する電流は、ダイオード１５６，１６６を含む回路を流れる。なお、本実施形態の電力変換装置２００では、インバータ装置１４０の各相に１つの上下アーム直列回路を設けたが、モータジェネレータへ出力する３相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に２つの上下アーム直列回路を並列接続するようにした回路構成の電力変換装置であってもよい。

各インバータ装置１４０，１４２に設けられた直流端子３１３は、共通の積層導体板７００に接続されている。積層導体板７００は、パワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成る正極側導体板７０２と負極側導体板７０４とで絶縁シート７０６（不図示）を挟持した、３層構造の積層配線板を構成している。積層導体板７００の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４は、コンデンサモジュール５００に設けられた積層配線板５０１の正極導体板５０７および負極導体板５０５にそれぞれ接続されている。正極導体板５０７および負極導体板５０５もパワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成り、絶縁シート５１７（不図示）を挟持した３層構造の積層配線板を構成している。

コンデンサモジュール５００には複数のコンデンサセル５１４が並列接続されており、コンデンサセル５１４の正極側が正極導体板５０７に接続され、負極側が負極導体板５０５に接続されている。コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成している。

コンデンサモジュール５００の積層配線板５０１は、電力変換装置２００の直流コネクタ１３８に接続された入力積層配線板２３０に接続されている。入力積層配線板２３０には、補機用インバータ装置４３のインバータ回路１４６も接続されている。入力積層配線板２３０と積層配線板５０１との間には、ノイズフィルタ２０４が設けられている。ノイズフィルタ２０４には、筐体１２の接地端子と各直流電力ラインとを接続する２つコンデンサを備えていて、コモンモードノイズ対策用のＹコンデンサを構成している。

１９Ａは冷却水流路が形成された冷却ジャケットであって、冷却水入口配管１３から流入した冷却水は、矢印で示すようにＵ字形状に流れて往復し、冷却水出口配管１４から流出する。インバータ回路１４４，１４５は、冷却水の往復経路上に配置されており、いずれのインバータ回路においても、上アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の往路側に配置され、下アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の復路側に配置されている。

図３〜図６において、２００は電力変換装置、１０は上部ケース、１１は金属ベース板、１２は筐体、１３は冷却水入口配管、１４は冷却水出口配管、４２０はカバー、１６は下部ケース、１７は交流ターミナルケース、１８は交流ターミナル、１９は冷却水流路、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２は駆動回路基板でドライバ回路１７４を保持している。３００はパワーモジュール（半導体モジュール部）で２個設けられており、一方のパワーモジュール３００にはインバータ回路１４４が内蔵され、他方のパワーモジュール３００にはインバータ回路１４５が内蔵されている。７００は積層導体板、８００はＯリング、３０４は金属ベース、１８８は交流コネクタ、３１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、５００はコンデンサモジュール、５０２はコンデンサケース、５０４は正極側コンデンサ端子、５０６は負極側コンデンサ端子、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。

図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の外観斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観部品としては、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられた冷却水入口配管１３および冷却水出口配管１４と、筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１６とを備えている。筐体１２の底面側あるいは上面側の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。

電力変換装置２００の長辺側の外周には、各モータジェネレータ１９２，１９４との接続に用いる２組の交流ターミナルケース１７が設けられている。交流ターミナル１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２、１９４とを電気的に接続するために用いられる。パワーモジュール３００から出力される交流電流は、交流ターミナル１８を介して、モータジェネレータ１９２、１９４へ伝達される。

コネクタ２１は、筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に接続されている。外部からの各種信号は、コネクタ２１を介して制御回路基板２０に伝送される。直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。ここで本実施形態では、コネクタ２１は、筐体１２の短辺側の外周面の一方側に設けられる。一方、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２は、コネクタ２１が設けられた面とは反対側の短辺側の外周面に設けられる。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することでき、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。

図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。

図４に示すように、筐体１２の中ほどには、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが設けられ、冷却ジャケット１９Ａの上部には流れの方向に並んで２組の開口４００と４０２が形成されている。２組の開口４００と４０２を塞ぐように２個のパワーモジュール３００が冷却ジャケット１９Ａの上面に固定されている。各パワーモジュール３００には放熱のためのフィン３０５（図９参照）が設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ冷却ジャケット１９Ａの開口４００，４０２から冷却水流路１９中に突出している。

冷却ジャケット１９Ａの下面にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口４０４が形成されており、開口４０４は下カバー４２０で塞がれている。また冷却ジャケット１９Ａの下面には補機用のインバータ装置４３が取り付けられている。補機用のインバータ装置４３は、図２に示したようにインバータ回路１４６を構成するパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュールを有している。補機用のインバータ装置４３は、内蔵しているパワーモジュールの放熱金属面が冷却ジャケット１９Ａの下面に対向するようにして、冷却ジャケット１９Ａの下面に固定されている。また、パワーモジュール３００と筐体１２との間には、シールをするためのＯリング８００が設けられ、さらに下カバー４２０と筐体１２との間にもＯリング８０２が設けられる。本実施形態ではシール材をＯリングとしているが、Ｏリングの代わりに樹脂材・液状シール・パッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。

さらに冷却ジャケット１９Ａの下方には、下部ケース１６が設けられ、下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が設けられている。コンデンサモジュール５００は、その金属製ケースの放熱面が下部ケース１６の底板内面に接するように、下部ケース１６の底板内面に固定されている。この構造により、冷却ジャケット１９Ａの上面と下面とを利用して、パワーモジュール３００およびインバータ装置４３を効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。

冷却水入出口配管１３，１４からの冷却水が冷却水流路１９を流れることによって、併設されている２個のパワーモジュール３００が有する放熱面（放熱フィン）が冷却され、２個のパワーモジュール３００全体が冷却される。冷却ジャケット１９Ａの下面に設けられた補機用のインバータ装置４３も同様に冷却される。

さらに冷却ジャケット１９Ａが設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の下部に設けられた下部ケース１６が冷却される。その結果、コンデンサモジュール５００の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的に伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。

パワーモジュール３００の上方には、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００に跨って、２つのパワーモジュール３００の並列配置方向に幅広に構成されている。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される正極側導体板７０２（図１３参照）と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される負極側導体板７０４（図１３参照）と、導体板７０２，７０４間に配置される絶縁シート７０６によって構成される。これにより積層導体板７００の積層面積を広げることができるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。また、一つの 積層導体板７００を２つのパワーモジュール３００に載置した後、積層導体板７００とパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続を行うことが出来るので、パワーモジュール３００を２つ備える電力変換装置であっても、その組立工数を抑えることができる。

積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置されている。駆動回路基板２２には図２に示すドライバ回路１７４（１７４Ａ，１７４Ｂ）が搭載され、制御回路基板２０には図２に示すＣＰＵを有する制御回路１７２が搭載されている。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０との間には金属ベース板１１が配置されている。金属ベース板１１は、両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に、駆動回路基板２２と制御回路基板２０とに発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体１２の中央部に冷却ジャケット１９Ａを設け、その一方の側にモータジェネレータ１９２，１９４駆動用のパワーモジュール３００を配置し、また他方の側に補機用のインバータ装置（パワーモジュール）４３を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。冷却ジャケット１９Ａを、筐体１２と一体にアルミ鋳造で作ることにより、冷却ジャケット１９Ａは冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造により筐体１２と冷却ジャケット１９Ａとを一体成形構造としたので熱伝導が良くなり、冷却ジャケット１９Ａから遠い位置にある駆動回路基板２２，制御回路基板２０およびコンデンサモジュール５００に対する冷却効率が向上する。

駆動回路基板２２には、金属ベース板１１を通り抜けて、制御回路基板２０の回路群との接続を行う基板間コネクタ２３が設けられている。また、制御回路基板２０には外部との電気的接続を行うコネクタ２１が設けられている。コネクタ２１を利用して、電力変換装置の外部に設けた車載バッテリ１３６、すなわちリチウム電池モジュールとの間で信号の伝送が行われる。リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が制御回路基板２０に送られてくる。図２に示す信号線１７６（図４では不図示）が基板間コネクタ２３に結線され、制御回路基板２０からインバータ回路のスイッチングタイミング信号が駆動回路基板２２に伝達され、駆動回路基板２２はゲート駆動信号を発生してパワーモジュールのそれぞれのゲート電極に印加する。

筐体１２の上端部と下端部には開口が形成されている。これら開口は、それぞれ上部ケース１０と下部ケース１６を、例えばネジやボルト等の締結部品で筐体１２に固定することにより塞がれる。筐体１２の高さ方向のほぼ中央には、内部に冷却水流路１９が設けられる冷却ジャケット１９Ａが形成されている。冷却ジャケット１９Ａの上面開口をパワーモジュール３００で覆い、下面開口を下カバー４２０で覆うことにより、冷却ジャケット１９Ａの内部に冷却水流路１９が形成される。組み立て途中に冷却水流路１９の水漏れ試験を行う。そして、水漏れ試験に合格した後に、筐体１２の上部と下部の開口から基板やコンデンサモジュール５００を取り付ける作業を行うことになる。このように筐体１２の中央に冷却ジャケット１９Ａを配置し、次に筐体１２の上端部と下端部の開口から必要な部品を固定する作業が行える構造を採用しており、生産性が向上する。また冷却水流路１９を最初に完成させ、水漏れ試験の後その他の部品を取り付けることが可能となり、生産性と信頼性の両方が向上する。

図５は、冷却ジャケット１９Ａを有する筐体１２のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取付けた図であり、図５（ａ）は筐体１２の斜視図、図５（ｂ）は筐体１２の上面図、図５（ｃ）は筐体１２の下面図である。図５に示す如く、筐体１２には、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが一体に鋳造されている。平面視形状が略長方形である筐体１２の短辺の一方側側面には、冷却水を取り入れるための冷却水入口配管１３と冷却水入口配管１４とが設けられている。

冷却水入口配管１３から冷却水流路１９に流入した冷却水は、矢印４１８の方向である長方形の長辺に沿って流れ、長方形の短辺の他方側の側面の手前近傍で矢印４２１ａおよび４２１ｂのように折り返し、再び長方形の長辺に沿って矢印４２２の方向に流れ、不図示の出口孔から冷却水入口配管１４へ流出する。冷却ジャケット１９Ａの上面には４つの開口４００および４０２が空けられている。開口４００は、冷却水の往路と復路にそれぞれ１個ずつ設けられている。開口４０２も同様である。開口４００、４０２にはパワーモジュール３００がそれぞれ固定され、各パワーモジュール３００の放熱用フィンがそれぞれの開口から冷却水の流れの中に突出する。冷却水の流れの方向すなわち筐体１２の長辺の沿った方向に並ぶ２組のパワーモジュール３００は、例えばＯリング８００などのシール材を介して冷却ジャケット１９Ａの開口を水密に塞ぐように固定される。

冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形されている。冷却ジャケット１９Ａの上面には４つの開口４００，４０２が、下面には１つの開口４０４が設けられている。開口４００および４０２のそれぞれの周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。取り付け面４１０Ｓの開口４００と開口４０２との間の部分を支持部４１０と呼ぶ。支持部４１０に対して冷却水の出入り口側の方に一方のパワーモジュール３００が固定され、支持部４１０に対して冷却水の折り返し側の方に他方のパワーモジュール３００が固定される。図５（ｂ）に示す螺子穴４１２は出入り口側のパワーモジュール３００を取り付け面４１０Ｓに固定するために用いられ、この固定により開口４００が密閉される。また螺子穴４１４は折り返し側のパワーモジュール３００を取り付け面４１０Ｓに固定するために用いられ、この固定により開口４０２が密閉される。このように冷却水流路１９の往路と復路の両方を跨ぐように各パワーモジュール３００を配置することで、インバータ回路１４４，１４５を金属ベース３０４（図８参照）の上に高密度で集積できるため、パワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。

出入り口側のパワーモジュール３００は、冷却水入口配管１３からの冷たい冷却水と、出口側に近く発熱部品からの熱によって暖められた冷却水とにより冷やされることとなる。一方、折り返し側のパワーモジュール３００は、少し温められた冷却水および、出口孔４０３近くの冷却水よりは少し冷えた状態の冷却水によって冷却される。結果として折り返し冷却通路と２つのパワーモジュール３００の配置関係は、２つのパワーモジュール３００の冷却効率が均衡した状態となるメリットがある。

支持部４１０はパワーモジュール３００の固定のために使用され、開口４００や４０２の密閉のために必要である。さらに支持部４１０は筐体１２の強度の強化に大きな効果がある。冷却水流路１９は上述の通り折り返し形状であり、流路の往路と流路の復路を隔てる隔壁４０８が設けられ、この隔壁４０８が支持部４１０と一体に作られている。隔壁４０８は、流路の往路と流路の復路を隔てる部材であるが、筐体１２の機械的な強度を高める機能を有している。また流路の復路内の冷却水の熱を、流路の往路内の冷却水に熱伝達して冷却水の温度を均一化する機能も有している。冷却水の入口側と出口側との温度差が大きいと冷却効率のムラが大きくなる。ある程度の温度差は仕方ないが、この隔壁４０８が支持部４１０と一体に作られていることで冷却水の温度差を抑える効果が有る。

図５（ｃ）は冷却ジャケット１９Ａの裏面を示しており、支持部４１０に対応した裏面に開口４０４が形成されている。この開口４０４は、筐体の鋳造により形成する支持部４１０と筐体１２とを一体成形する際の歩留まりを向上するためのものである。開口４０４の形成により、支持部４１０と冷却水流路１９の底部との二重構造が無くなり、鋳造し易く、生産性が向上する。

また、冷却水流路１９の側部外側には貫通穴４０６が形成される。冷却水流路１９を挟んで両側に設置される電気部品（パワーモジュール３００およびコンデンサモジュール５００）同士が、この貫通穴４０６を介して接続される。

筐体１２は、冷却ジャケット１９Ａと一体構造として製造できるので、鋳造生産、特にアルミダイキャスト生産に適している。

冷却ジャケット１９Ａの上面開口にパワーモジュール３００を固定し、さらに裏面開口に下カバー４２０を固定した状態を図６に示す。筐体１２の長方形の一方の長辺側において、筐体１２の外に交流電力線１８６および交流コネクタ１８８が突出している。

図６において、筐体１２の長方形の他方の長辺側内部に貫通孔４０６が形成されており、貫通孔４０６を通してパワーモジュール３００と接続される積層導体板７００の一部が見えている。補機用インバータ装置４３は、直流正極側接続端子部５１２が接続された筐体１２の側面の近傍に配置される。また、この補機用インバータ装置４３の下方（冷却水流路１９がある側とは反対側）にコンデンサモジュール５００が配置される。補機用正極端子４４と補機用負極端子４５は、下方向（コンデンサモジュール５００が配置された方向）に突出し、コンデンサモジュール５００側の補機用正極端子５３２と補機用負極端子５３４にそれぞれ接続される。これにより、コンデンサモジュール５００から補機用インバータ装置４３までの配線距離が短くなるので、コンデンサモジュール５００側の補機用正極端子５３２および補機用負極端子５３４から金属製の筐体１２を介して制御回路基板２０に侵入するノイズを低減することができる。

また、補機用インバータ装置４３は冷却水流路１９とコンデンサモジュール５００との隙間に配置され、さらに補機用インバータ装置４３の高さは下カバー４２０の高さと同程度となっている。そのため、補機用インバータ装置４３を冷却するとともに電力変換装置２００の高さの増加を抑えることができる。

また図６には冷却水入口配管１３と冷却水出口配管１４が螺子により固定されている。図６の状態で冷却水流路１９の水漏れ検査を実施できる。この検査に合格したものに、上記補機用インバータ装置４３が取り付けられ、さらにコンデンサモジュール５００が取り付けられる。

図７(ａ)は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の上方斜視図であり、図７(ｂ)は、当該パワーモジュール３００の上面図である。図８は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の直流端子の分解斜視図である。図９は、パワーモジュール３００の断面図である。図１０(ａ)は、パワーモジュール３００の構成部品である金属ベース３０４と、３つの上下アーム直列回路のうちの１つとを示す図である。図１１０(ｂ)は、金属ベース３０４、回路配線パターンおよび絶縁基板３３４の分解斜視図である。

図７(ａ)において、３０２はパワーモジュールケース、３０４は金属ベース、３１４ａは直流正極端子接続部、３１６ａは直流負極端子接続部、３１８は絶縁紙（図８参照）、３２０Ｕ／３２０Ｌはパワーモジュールの制御端子、３２８は上アーム用のＩＧＢＴ、３３０は下アーム用のＩＧＢＴ、１５６／１６６はダイオード、をそれぞれ表す。

パワーモジュール３００は、主に、例えば樹脂材料のパワーモジュールケース３０２内の配線を含めた半導体モジュール部と、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどからなる金属ベース３０４と、外部との接続端子(直流正極端子３１４や制御端子３２０Ｕ等)と、から構成される。そして外部と接続する端子として、パワーモジュール３００は、モータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続する直流正極端子３１４および直流負極端子３１６（図８参照）とを有している。

半導体モジュール部は、絶縁基板３３４の上に上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６等が設けられて、レジンまたはシリコンゲル(不図示)によって保護されている。絶縁基板３３４はセラミック基板であっても良いし、さらに薄い絶縁シートであってもよい。

図７（ｂ)は、金属ベース３０４に固着された熱伝導性の良いセラミックからなる絶縁基板３３４の上に、上下アーム直列回路が具体的にどのような配置で設置されているかを示す配置構成図である。図７(ｂ)に示すＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード３２７、３３２はそれぞれ２つのチップを並列接続して上アーム、下アームを構成し、上下アームに通電可能な電流容量を増やしている。

図８に示すように、パワーモジュール３００に内蔵された直流端子３１３は、絶縁紙３１８を挟んで、直流負極端子３１６、直流正極端子３１４の積層構造を有する(図８の点線部) 。直流負極端子３１６、直流正極端子３１４の端部は、互いに反対方向に屈曲され、積層導体板７００とパワーモジュール３００とを電気的に接続するための負極接続部３１６ａおよび正極接続部３１４ａを形成している。積層導体板７００との接続部３１４ａおよび３１６ａがそれぞれ２つ設けられることにより、負極接続部３１６ａおよび正極接続部３１４ａから３つの上下アーム直列回路までの平均距離がほぼ等しくなるので、パワーモジュール３００内の寄生インダクタンスのバラツキを低減することができる。

直流正極端子３１４、絶縁紙３１８、直流負極端子３１６を積層して組み立てたときに、負極接続部３１６ａと正極接続部３１４ａが互いに反対方向に屈曲した構造となる。絶縁紙３１８は、負極接続部３１６ａに沿って曲げ、正極、負極の端子の絶縁沿面距離を確保する。絶縁紙３１８は、耐熱が必要なときは、ポリイミドやメタ系アラミド繊維、トラッキング性を高めたポリエステルなどを複合したシートを用いる。また、ピンホールなどの欠陥を考慮して、信頼性を高めるときは２枚重ねする。また、破れたり、裂けたりすることを防ぐために、コーナ部にアールを設けたり、端子のエッジが絶縁紙に触れないよう、打ち抜き時のダレ面を絶縁紙に面する方向にする。本実施例では、絶縁物として絶縁紙を用いたが、他の例として、端子に絶縁物をコーティングしてもよい。寄生インダクタンスを低減するため、例えば、６００Ｖ耐圧のパワーモジュールのときは、正極、負極間の距離を０．５ｍｍ以下とし、絶縁紙の厚さは、その半分以下とする。

直流正極端子３１４および直流負極端子３１６は、絶縁基板３３４上の回路配線パターン３３４ｋと接続するための接続端３１４ｋ、３１６ｋを有する。それぞれの接続端３１４ｋ、３１６ｋは、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に対して２つ設けられている。これにより、後述するように、各相のアーム毎に、２つの小ループ電流経路を形成した回路配線パターンと接続することができる。また、各接続端３１４ｋ、３１６ｋは、回路配線パターン３３４ｋの方向に向かって突出し、かつ回路配線パターン３３４ｋとの接合面を形成するために、その先端部が屈曲している。接続端３１４ｋ、３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋとは、はんだなどを介して接続されるか、もしくは直接金属同士を超音波溶接により接続される。

パワーモジュール３００、特に金属ベース３０４は、温度サイクルによって膨張および収縮する。この膨張および収縮によって、接続端３１４ｋ、３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋの接続部は、亀裂または破断するおそれが生じる。そこで、本実施形態に係るパワーモジュール３００では、図９に示すように、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６が積層されることにより形成される積層平面部３１９が、絶縁基板３３４を搭載した側の金属ベース３０４の平面に対して、略平行となるように構成されている。これにより、積層平面部３１９は、前述の膨張および収縮により発生する金属ベース３０４の反り返りに対応した反り返り動作が可能となる。そのため、積層平面部３１９に一体に形成された接続端３１４ｋ、３１６ｋの剛性は、金属ベース３０４の反り返りに対して、小さくすることができる。したがって、接続端３１４ｋ、３１６ｋと回路配線パターン３３４ｋとの接合面の垂直方向に加わる応力を緩和することができ、この接合面の亀裂または破断を防止することができる。

なお、本実施形態に係る積層平面部３１９は、金属ベース３０４の幅方向および奥行き方向の両方の反り返りに対応して反り返り動作が可能となるように、積層平面部３１９の幅方向の長さを１３０ｍｍ、奥行き方向の長さを１０ｍｍとして、奥行き方向の長さを大きめにしている。また、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６のそれぞれの積層平面部３１９の厚さは、反り返り動作をしやすいように１ｍｍと比較的薄く設定されている。

図９に示されるように、金属ベース３０４は、冷却水流路１９を流れる冷却水へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィン３０５を有している。金属ベース３０４は、その一方の面にインバータ回路を構成するＩＧＢＴやダイオードを実装し、金属ベース３０４の外周に樹脂製のパワーモジュールケース３０２を備える。金属ベース３０４の他方の面には、フィン３０５がロウ付けで突設されている。金属ベース３０４とフィン３０５を鍛造により一体成型してもよい。この製造方法では、パワーモジュール３００の生産性が向上するとともに、金属ベース３０４からフィン３０５までの熱伝導率が向上し、ＩＧＢＴおよびダイオードの放熱性を向上させることができる。また、金属ベース３０４をビッカース硬度６０以上の材料で製造することで、温度サイクルによって生ずる金属ベース３０４のラチェット変形を抑制し、金属ベース３０４と筐体１２とのシール性を向上させることができる。さらに、図９（ａ）に示す如く、上下アームにそれぞれ対応するように２組のフィン群３０５Ｇが設けられており、これらのフィン群３０５Ｇは往復する冷却水流路１９の上方の開口４００，４０２から水路内に突出する。金属ベース３０４のフィン群３０５Ｇの周囲の金属面は、冷却ジャケット１９に設けられた開口４００，４０２を閉じるために使用される。

なお、本実施形態のフィン３０５の形状はピン型であるが、他の実施形態として、冷却水の流れ方向に沿って形成されたストレート型フィンであってもよい。フィン３０５の形状をストレート型とし場合には、冷却水を流すための圧力を低減させることができ、一方、ピン型のフィンを用いた場合には冷却効率を向上させることができる。

金属ベース３０４の一方の面（図示上側の面）には、絶縁基板３３４が固定され、絶縁基板３３４上には、上アーム用のＩＧＢＴ３２８と上アーム用のダイオード１５６、および下アーム用のＩＧＢＴ３３０や下アーム用のダイオード１６６を有するチップが、はんだ３３７により固定される。絶縁基板３３４の裏面には、すなわち回路配線パターン面とは反対側の面には、回路パターンが形成されていないベタパターン３３４ｒが形成されている。この絶縁基板３３４の裏面のベタパターン３３４ｒと、金属ベース３０４とが、はんだ３３７で接合されている。

図１０(ａ)に示すように、上下アーム直列回路１５０は、上アーム回路１５１、下アーム回路１５２、これら上下アーム回路１５１，１５２を結線するための端子３７０、および交流電力を出力するための交流端子１５９を備えている。また、図１０(ｂ)に示すように、上アーム回路１５１は、金属ベース３０４の上に、回路配線パターン３３４ｋを形成した絶縁基板３３４を設け、回路配線パターン３３４ｋの上にＩＧＢＴ３２８、ダイオード１５６を実装して構成されている。

ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６は、それらの裏面側の電極と、回路配線パターン３３４ｋとが、はんだにより接合される。下アーム回路１５２も上アームと同様に、金属ベース３０４の上に配置された絶縁基板３３４と、この絶縁基板３３４の上に配線された回路配線パターン３３４ｋと、この回路配線パターン３３４ｋの上に実装されたＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６とを備えている。

ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６の裏面側の電極も、回路配線パターン３３４ｋとはんだで接合される。なお、本実施形態における各相の各アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した一組の回路部を２組並列に接続して構成される。要求される回路部の組数は、モータ１９２に通電される電流量によって決定される。本実施形態に係るモータ１９２に通電される電流よりも大電流が必要な場合には、回路部を３組、もしくはそれ以上を並列接続して構成される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、回路部を一組のみで構成される。

図１０(ｂ)を用いてパワーモジュール３００の電流経路を説明する。パワーモジュール３００の上アーム回路１５１に流れる電流の経路を以下に示す。
（１）不図示の直流正極端子３１４から接続導体部３７１Ｕ、（２）接続導体部３７１Ｕから素子側接続導体部３７２Ｕを介して上アーム用ＩＧＢＴ３２８および上アーム用ダイオード１５６の一方側電極（素子側接続導体部３７２Ｕと接続された側の電極）、（３）上アーム用ＩＧＢＴ３２８および上アーム用ダイオード１５６の他方側電極からワイヤ３３６を介して接続導体部３７３Ｕ、（４）接続導体部３７３Ｕから結線端子３７０の接続部３７４Ｕ、３７４Ｄを介して接続導体部３７１Ｄ、のように流れる。なお、前述のように上アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した回路部を２組並列に接続して構成される。よって、上記(２)の電流経路において、電流は、素子側接続導体部３７２Ｕにて２つに分岐され、分岐された電流は２組の回路部へそれぞれ流れる。

パワーモジュール３００の下アーム回路１５２に流れる電流経路を以下に示す。
（１）接続導体部３７１Ｄから素子側接続導体部３７２Ｄを介して下アーム用ＩＧＢＴ３３０および上アーム用ダイオード１６６の一方側電極（素子側接続導体部３７２Ｄと接続された側の電極）、（２）下アーム用ＩＧＢＴ３３０および下アーム用ダイオード１６６の他方側電極からワイヤ３３６を介して接続導体部３７３Ｄ、（３）接続導体部３７３Ｄから不図示の直流負極端子３１６、のように流れる。なお、上アームと同様に下アームは、ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６を並列接続した回路部を２組並列に接続して構成されるので、上記(１)の電流経路において、電流は、素子側接続導体部３７１Ｄにて２つに分岐され、分岐された電流は２組の回路部へそれぞれ流れる。

ここで、上アーム回路のＩＧＢＴ３２８(およびダイオード１５６)と不図示の直流正極端子３１４とを接続するための接続導体部３７１Ｕは、絶縁基板３３４の一辺の略中央部付近に配置される。そして、ＩＧＢＴ３２８(およびダイオード１５６)は、接続導体部３７１Ｕが配設された絶縁基板３３４の一辺側とは反対側である他辺側の近傍に実装される。また、本実施形態においては、２つ備えられた接続導体部３７３Ｕは、前述の接続導体部３７１Ｕを挟んで、かつ絶縁基板３３４の一辺側に一列に配置される。

このような回路パターンおよび実装パターン、すなわち、絶縁基板３３４上の回路配線パターンを、概ねＴ字形状の配線パターンと、概ねＴ字の縦棒（３７１Ｕ）の両側に、２つの配線パターン（３７３Ｕ）とし、接続端３７１Ｕ、３７３Ｕから端子を実装することで、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング時の過渡的な電流経路は、図１０(ｂ)の矢印３５０（破線）に示すようなＭ字状の電流経路、すなわち２つの小ループ電流経路となる（矢印の方向は下アームターンオン時）。この２つの小ループ電流経路の周辺には、図１０(ｂ)の矢印３５０Ｈ方向(実線)の磁界３５０Ｈが発生する。この磁界３５０Ｈによって、絶縁基板３３４の下方に配置された金属ベース３０４に、誘導電流、いわゆる渦電流３４０が誘導される。この渦電流３４０は、前述の磁界３５０Ｈを打ち消す方向の磁界３４０Ｈを発生させ、上アーム回路で生じる寄生インダクタンスを低減させることができる。

上述の２つの小ループ電流は、絶縁基板３３４上に流れる電流同士が打ち消し合うような２つのＵターン電流である。このため、図１０(ｂ)の磁界３５０Ｈに示すように、パワーモジュール３００の内部に、より小さいループ磁界ができるため、寄生インダクタンスを低減できる。さらに、スイッチング時に生ずる磁界ループが小さく、パワーモジュール内部に磁界ループを閉じ込めることができるため、パワーモジュールの外の筐体への誘導電流を低減し、制御回路基板上の回路の誤動作や、電力変換装置の外部への電磁ノイズも防止できる。

下アーム回路も前述の上アーム回路と同様な回路配線パターンおよび実装パターンとを有する。すなわち、下アーム回路のＩＧＢＴ３３０(およびダイオード１６６)と不図示の直流負極端子３１６とを接続するための接続導体部３７１Ｄは、絶縁基板３３４の一辺の略中央部付近に配置される。そして、ＩＧＢＴ３３０(およびダイオード１６６)は、接続導体部３７１Ｄが配設された絶縁基板３３４の一辺側とは反対の他辺側の近傍に実装される。また、本実施形態においては、２つ備えられた接続導体部３７３Ｄは、前述の接続導体部３７１Ｄ挟んで、かつ絶縁基板３３４の一辺側に一列に配置される。

このような回路配線パターンおよび実装パターンとすることにより、下アーム回路側においても、前述の寄生インダクタンスを低減させる効果を奏する。なお、本実施形態において、各相の各アームの電流経路の入口は、例えば２つの接続導体部３７３Ｕに挟まれた接続導体部３７１Ｕとなり、一方、電流経路の出口は、２つの接続導体部３７３Ｕとなっている。しかし、これら入口と出口が逆となっても、各相の各アームにおいて前述の小ループ電流経路が形成される。そのため、前述の同様に、各相の各アームの寄生インダクタンス低減および電磁ノイズ防止を図ることができる。

本実施形態のコンデンサモジュール５００の詳細構造について、図１１および１２を参照しながら以下説明する。図１１は本実施形態に関するコンデンサモジュール５００の外観構成を示す斜視図である。図１２は、図１１に示すコンデンサモジュール５００の内部構造の一部を示す図である。

コンデンサケース５０２内には、複数のコンデンサセル５１４と積層配線板５０１とが設けられ、さらに、樹脂などの充填材５２２が充填されている。図１１では、充填材５２２に埋め込まれた積層配線板５０１を二点鎖線で示した。複数のコンデンサセル５１４はこの積層配線板５０１の下側に設けられ、それぞれ積層配線板５０１に並列接続されている。図１２に示すように、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であるコンデンサセル５１４は、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属フィルムの各々を正極、負極としたフィルムコンデンサ５１５で構成する。巻回した積層体の軸端面がそれぞれ正および負の電極５０８となり、それらは、スズなどの導電体５０８を吹き付けて製造される。

図１２に示されるように、積層配線板５０１は、薄板状の幅広導体で構成される負極導体板５０５と正極導体板５０７とを絶縁シート５１７を介して積層したものである。このような構成としたことにより、積層配線板５０１の寄生インダクタンスが低減される。なお、負極導体板５０５と正極導体板５０７との間の絶縁層としては絶縁シート５１７に限らず、例えば、負極導体板５０５と正極導体板５０７との間の絶縁層が形成されるように、それらを樹脂や合成ゴム等の絶縁材料でモールドしたものであっても良い。

積層配線板５０１の負極導体板５０５および正極導体板５０７には、コンデンサセル５１４の正負の電極５０８と接続するための端子５１６、５１８が各コンデンサセル５１４に対応して設けられている。なお、負極側の端子５１８は、正極側の端子５１６が接続される電極５０８とは反対側の電極５０８に接続されており、図１２では図示されていない。端子５１６、５１８は、半田あるいは溶接により電極５０８に接続されている。

また、負極導体板５０５および正極導体板５０７には、その薄板状の幅広導体の端部を上方に屈曲させて形成された負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６が複数設けられている。これら負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６は、積層導体板７００と接続される。また、図１１に示すように、負極導体板５０５および正極導体板５０７には、バッテリ電力を受電する端子に接続される直流負極側接続端子５１０、直流正極側接続端子５１２、および、補機用インバータ４３のパワーモジュールに給電するための補機用正負極端子５３２、５３４が設けられている。４対のコンデンサ端子５０４，５０６には開口部５０９，５１１が形成され、パワーモジュール３００の直流正負極端子３１６，３１４がボルト固定できるように、開口部５０９，５１１の裏側にナットが溶接されている。

コンデンサケース５０２は、端子カバー５２０を備え、端子の位置を決めるとともに、電力変換装置の筐体との絶縁をとる。また、コンデンサケース５０２には、コンデンサセル５１４の位置決めのための仕切りが設けられる。コンデンサケース５０２の材料としては、熱伝導性に優れた材料が用いられ、上述した仕切りに放熱用の熱伝導性のよい材料を埋め込んでもよい。

コンデンサモジュール５００では、コンデンサセル内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体（端子）の電気抵抗により、スイッチング時にリップル電流が流れると発熱する。コンデンサセルの耐湿のため、コンデンサセル、内部導体（端子）は、コンデンサケース５０２に樹脂（充填材５２２）で含浸（モールド）する。このため、コンデンサセルや内部導体は、樹脂を介してコンデンサケース５０２と密着した状態となり、コンデンサセルの発熱がケースに伝わりやすい構造になる。さらに本構造では、負極導体板５０５、正極導体板５０７とコンデンサセル５１４の電極５０８と端子５１６、５１８を直接接続するため、コンデンサセル５１４の発熱が負極、正極導体板５０５、５０７に直接伝わり、幅広導体によりモールド樹脂へ熱が伝わりやすい構造となる。このため、コンデンサケース５０２から筐体１２、さらには冷却水流路１９へ熱が良好に伝わり、放熱性を確保できる。

本実施形態では、全てのコンデンサセル５１４を幅広導体板である積層配線板５０１に接続する構成としているので、配線部材の点数を削減することができ、生産性を向上させることができるとともに、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。さらに、幅広導体板を使用することで、寄生インダクタンスを低減することができる。

図１３(ａ)は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００、積層導体板７００、および２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。図１３(ｂ)は、積層導体板７００の分解斜視図である。

図１３(ａ)に示されるように、２つのパワーモジュール３００は、各々の交流端子１５９を一側にそろえて、並設される。これら交流端子１５９と反対側に、２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続部が設けられている。この２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続は、平板上の積層導体板７００によって行われる。

下部ケース１６上に固定されたコンデンサケース５０２内には、多数のコンデンサセル５１４（不図示）が収納され、コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の一方の長辺に沿って配列されている。正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６の上端部の正極接続部および負極接続部５０４ｃ，５０６ｂは、コンデンサセル５１４の上面より突き出た位置に配置されている。

パワーモジュール３００と接続される積層導体板７００は、２つのパワーモジュール３００を覆うように配置される。そして、正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６は、コンデンサケース５０２の開口面から立ち上がった構造のＬ字構造を形成しており、このＬ字構造の正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６の上端部の正極接続部５０６ｂおよび負極接続部５０４ｃが、電力変換装置２００の組み立て時において、積層導体板７００に直接に当接してボルトで接続されることとなる。

図１３(ｂ)に示されるように、この積層導体板７００は、平板状の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４と、これら正極側導体板７０２と負極側導体板７０４に挟まれる絶縁シート７０６により構成されている。すなわち積層導体板７００は積層構造として形成されているので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。

図１３(ａ)および図７(ｂ)に示すように、複数の上アーム制御端子３２０Ｕは、パワーモジュール３００のＡ辺側（図７（ｂ）参照）の中央部付近に寄せて配置される。すなわち、Ｕ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せ、Ｗ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せ、パワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近に一列に上アーム制御端子３２０Ｕが配置されている。そして、積層導体板７００は、この複数の上アーム制御端子３２０Ｕを貫通するための透孔７０５を有し、この透孔７０５の両脇においても、正極側導体板７０２と負極側導体板７０４とが積層されている。これらの構成により、負極側導体板７０４と正極側導体板７０２との積層面積を広げることができ、さらにパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。

図７(ｂ)に示すパワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近、すなわち上アーム制御端子３２０Ｕ付近にボス３２１を配置する。このボス３２１に、ドライバ回路１７４が実装された駆動回路基板２２を固定するとともに、上アーム制御端子３２０Ｕを駆動回路基板２２に形成された孔に貫通させる。その後、駆動回路基板２２上の端子とアーム制御端子３２０Ｕとを溶接等により接合させる。このような構成により、上アーム制御端子３２０Ｕと駆動回路基板２２上の端子との接合部が、ボス３２１に対して近い距離となるので、車両走行時における耐振動が向上する。

駆動回路基板２２は積層導体板７００の上方に配置される。そこで、図１３(ｂ)に示すように、積層導体板７００は、駆動回路基板２２側に負極側導体板７０４を備え、一方、パワーモジュール３００側に正極側導体板７０２を備える。これにより、高電圧となる正極導体板７０２と駆動回路基板２２との間には、低電圧の負極導体板７０４および絶縁シート７０６が存在し、駆動回路基板２２が高電圧に触れることを防止させることができる。

図１３(ｂ)に示すように、正極側導体板７０２は、２つのパワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、さらに２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。同様に、負極導体板７０４は、２つのパワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、さらに２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。これにより、積層導体板７００が幅広になるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスを低減させることができる。また、１つのパワーモジュール３００に対して、コンデンサモジュール５００の接続箇所が４組存在するため、寄生インダクタンスを低減できる。また、２つのパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００への接続導体を２つのパワーモジュール３００間で共有化することによって、電力変換装置２００全体の部品点数を少なくすることができ、生産性を向上させることができる。

図７に示すように、パワーモジュール３００は、正極側接続部３１４ａと負極側接続部３１６ａを一組として、パワーモジュール３００の一辺側に一組の接続部３１４ａ、３１６ａが配置され、その反対側の辺に他の一組の接続部３１４ａ、３１６ａが配置される。積層導体板７００は、これら二組の接続部３１４ａ、３１６ａの上方にまたがって配置され、さらに各接続部３１４ａ、３１６ａとボルトにより接続される。これにより、コンデンサモジュール５００から供給される直流電流が、一組の接続部３１４ａ、３１６ａ側に集中することが無くなるため、すなわち、二組の接続部３１４ａ、３１６ａに直流電流が分散されることになるため、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までのインダクタンスを低減させることができる。

前述したように、コンデンサモジュール５００には、複数のコンデンサセル５１４が内蔵されている。さらに各組に対応した幅広導体(正極導体板５０７および負極導体板５０５)を備えている。本実施形態においては、これらすべての負極コンデンサ端子５０４および正極コンデンサ端子５０６を、一組の積層導体板７００に電気的に接続させる。これにより、２つのパワーモジュール３００に対して、全てのコンデンサセル５１４が電気的に接続される関係となり、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。

積層導体板７００を構成する正極側導体板７０２と負極側導体板７０４は、寄生インダクタンスを小さくするために、それらの隙間距離をできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、積層導体板７００に、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００を結線するための曲げ構造部が存在する場合には、その曲げ構造部には、平板部よりも大きい隙間距離が生じてしまい、寄生インダクタンスが大きくなってしまう。

そこで、本実施形態に係るパワーモジュール３００の正極側接続部３１４a、負極側接続部３１６a、およびコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０４ｃ、負極側接続部５０６ｂは、略同一平面上に配置されるように構成する。これにより、平板状の積層導体板７００を用いることができるため、正極側導体板７０２と負極側導体板７０４の隙間距離を小さくして、寄生インダクタンスを低減させることができる。

図１４(ａ)は、図１３に示すパワーモジュール３００と積層導体板７００の接続箇所３８０（図１３(ａ)参照）の拡大図を示している。

図１４(ａ)に示されるように、負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａは、直流正極端子３１４および直流負極端子３１６の端部を反対方向に屈曲させて構成され、これら負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａに対して、積層した積層導体板７００の負極導体板７０４、正極導体板７０２をそれぞれ接続する。これにより、ＩＧＢＴ３２８、３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１４（ａ）に示す電流経路３８２のようになるため、負極導体板の接続部７０４ａと負極側接続部３１６ａとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極側導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側接続部３１６ａの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

一方、正極導体板の接続部７０２ａの電流は、図１４（ａ）に示されるような電流経路３８４を通る。この正極導体板の接続部７０２ａの上方には負極導体板７０４が配置されているため、正極導体板の接続部７０２ａの電流方向と、負極導体板７０４の電流方向とが逆方向となり、それぞれの電流によって生じる磁束が打ち消しあうことになる。その結果、正極導体板の接続部７０２ａの寄生インダクタンスを低減することができる。

また、図１４(ａ)に示されるように、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ボルト等により積層導体板７００を負極側接続部３１６ａおよび正極側接続部３１４ａに固定した場合に、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、積層導体板７００と正極側接続部３１４ａによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側接続部３１４ａと負極導体板７０４との絶縁を確保することができる。

図１４(ｂ)は、積層導体板７００の接続箇所３９０の拡大図(図１３(ａ)参照)を示す。図１４(ｂ)に示されるように、コンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂおよび負極側接続部５０４ｃは、それぞれ反対方向に屈曲させて構成され、それぞれの上面に積層導体板７００の正極導体板７０２および負極導体板７０４をそれぞれ接続する。これにより、ＩＧＢＴ３２８、３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１４(ｂ)に示す電流経路３９２のようになるため、負極導体板７０４の接続部７０４ｃとコンデンサモジュール５００の負極側接続部５０４ｃとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側接続部５０４ｃの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

同様に、ＩＧＢＴ３２８、３３０のスイッチング時に瞬時に流れる正極側の電流は、図１４(ｂ)に示されるような電流経路３９４を通る。すなわち、正極導体板の接続部７０２ｂとコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂとの間でＵターン電流が形成される。したがって、正極側導体板７０２の接続部７０２ｂの周りに発生する磁束と正極側接続部５０６ｂの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

また、図１４(ｂ)に示されるように、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ボルト等により積層導体板７００をコンデンサモジュール５００の正極側接続部５０６ｂおよび負極側接続部５０４ｃに固定した場合に、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、積層導体板７００と正極側接続部５０６ｂによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側接続部５０６ｂと負極導体板７０４との絶縁を確保することができる。

図１５は電力変換装置２００の概観を模式的に示す図である。長手方向（図示左右方向）の一方の側面には、冷却水入口配管１３、冷却水出口配管１４、外部との信号送受信を行うコネクタ２１、および、補機用インバータ装置４３の交流コネクタ１８９が設けられている。長手方向他方の側面には、直流コネクタ１３８が配置されている。また、手前側の側面にはインバータ装置１４０，１４２の交流コネクタ１８８がそれぞれ配置されている。後述するように、電力変換装置２００の筐体１２内は、３階構成となっており、直流コネクタ１３８および補機用の交流コネクタ１８９は１階部分の側面に配置され、配管１３，１４、コネクタ２１および一対の交流コネクタ１８８は２階部分の側面に配置されている。

図１６および図１７は電力変換装置２００の断面を示す図である。図１６は図１５のＥ−Ｅ断面を示す図であって、冷却水流の往路部分に沿って断面したものである。図１７は図１６のＦ−Ｆ断面を示す図であり、並列配置された２つのパワーモジュール３００のほぼ中間位置を、冷却水流方向に対して垂直に断面したものである。図１６，１７において、筐体１２の中ほどに設けられた冷却ジャケット１９Ａの下側が１階部分であって、冷却ジャケット１９Ａの部分および冷却ジャケット１９Ａと金属ベース板１１とで挟まれた部分が２階部分である。そして、金属ベース板１１を含み、それよりも上側の上部ケース１０の部分が３階部分である。

なお、前述した図４，５に示す例では、金属ベース板１１を、筐体１２の内部に設けられたボス４１９上に載置してボルト固定する構造であったが、図１６，１７に示す例では、金属ベース板１１を筐体１２の上端と上部ケース１０との間に挟んでボルト固定する構造としている点が異なる。

１階部分においては、下部ケース１６にコンデンサモジュール５００が設けられている。コンデンサモジュール５００は、前述したように複数のコンデンサセル５１４と積層配線板５０１とを備えている。また、積層配線板５０１の下側には、図２に示したフィルタ２０４が設けられている。積層配線板５０１の負極導体板５０５および正極側導体板５０７に設けられた４組のコンデンサ端子５０４，５０６は、積層配線板５０１から垂直に立ち上がり、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２の側壁との隙間（図５の貫通穴４０６）を通って、２階部分まで延在している。なお、図１６に示す例では積層配線板５０１をコンデンサセル５１４の上方に配置しているが、下方に配置しても良い。

また、冷却ジャケット１９Ａの底面１９１には、補機用インバータ装置４３を構成するパワーモジュールが固定されている。冷却ジャケット１９Ａは筐体１２と一体にアルミ鋳造で形成されているので、冷却水が流れることにより冷却ジャケット１９Ａ全体が冷却されている。そのため、冷却ジャケット１９Ａの底面１９１も冷却面として利用することができる。パワーモジュールは、インバータ用の半導体素子（ＩＧＢＴ，ダイオード）が搭載された放熱用の金属ベース４３１を上側にし、その金属ベース４３１が冷却ジャケット１９Ａの底面１９１に密着するように固定される。インバータ装置４３のドライバ回路１７４Ｃやドライブ電源４３２が搭載されている駆動回路基板４３３は、スイッチング半導体素子の下側に設けられている。

インバータ装置１４０，１４２の各パワーモジュール３００は、冷却ジャケット１９Ａの上面側、すなわち、筐体１２の２階部分に配置されている。各パワーモジュール３００は、冷却水の水流方向、すなわち、図１６の左右方向に並んで配置されている。図示左側がインバータ装置１４０のパワーモジュール３００で、右側がインバータ装置１４２のパワーモジュール３００である。各パワーモジュール３００に設けられた金属ベース３０４は冷却ジャケット１９Ａの上面側に固定され、金属ベース３０４の底面に形成された複数のフィン（ピンフィン）３０５は冷却水流路１９内に突出している。各金属ベース３０４上には、図２の縦方向に並んだ上アーム側のＵ，Ｖ，Ｗ相の素子が、図示左右方向に絶縁基板３３４を介して搭載されている。

筐体１２の断面における上下方向の中央部には筐体１２と一体にアルミダイキャストで作られた冷却ジャケット１９Ａが設けられ、冷却ジャケット１９Ａの上面側に形成された開口にパワーモジュール３００が設置されている。図示左側が冷却水の往路１９aであり、右側が水路の折り返し側の復路１９ｂである。往路１９ａおよび復路１９ｂの上方には、上述のとおりそれぞれ開口が設けられ、開口は、パワーモジュール３００の放熱のための金属ベース３０４により往路１９aおよび復路１９ｂの両方に跨るように塞がれ、金属ベース３０４に設けられた放熱用フィン３０５が冷却水の流れのなかに開口から突出する。また、冷却水流路１９の下面側には補機用のインバータ装置４３が固定されている。

略中央が屈曲した板状の交流電力線１８６は、その一端がパワーモジュール３００の交流端子１５９と接続され、その他端が、電力変換装置２００内部から突出して交流コネクタを形成している。正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６は、貫通孔４０６を介して、正極側導体板７０２および負極側導体板７０４にそれぞれ電気的および機械的に接続される。筐体１２に設けた冷却水流路１９内の冷却水の流れ方向と略垂直の方向に、交流コネクタ１８８と正極側コンデンサ端子５０４および負極側コンデンサ端子５０６が配置される。そのため電気配線が整然と配置され、電力変換装置２００の小型化に繋がっている。積層導体板７００の正極側導体板７０２、負極側導体板７０４、および交流側電力線１８６がパワーモジュール３００の外に突出して接続端子を形成している。そのため、電気的接続構造がたいへん簡単で、また他の接続導体が使用されていないため小型化になっている。この構造により生産性が向上し、信頼性も向上する。

さらに貫通孔４０６は冷却水流路１９とは筐体１２内部の枠体で隔絶しており、かつ正極側導体板７０２および負極側導体板７０４と正極側コンデンサ端子５０６および負極側コンデンサ端子５０４との接続部が貫通孔４０６内に存在するため、信頼性が向上する。

図１７において、矢印を付したラインは電力の流れを示したものである。電力変換装置２００に入力された直流電力は、コンデンサモジュール５００、コンデンサ端子５０４，５０６および積層導体板７００を介して２階部分に設けられた各パワーモジュール３００に入力される。直流電力はパワーモジュール３００で交流電力に変換され、交流コネクタ１８８から出力される。

このように、冷却ジャケット１９Ａの側方を通るようにコンデンサ端子５０４，５０６を設けて、コンデンサモジュール５００と積層導体板７００とを接続するようにしたので、冷却ジャケット１９を囲むような電力配線を形成でき電力ラインが最短となるような配線構成とすることができる。また、電力配線に積層構造を採用した。その結果、すれ委鮭と１９Ａを挟むような位置にコンデンサモジュール５００とパワーモジュール３００を配置した場合でも、インピーダンスを小さくすることができる。さらに冷却ジャケット１９Ａの近くにコンデンサモジュール５００を配置しているので、コンデンサモジュール５００の冷却効率が向上する。

以上説明した冷却構造では、発熱量の大きいパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａの一方の面に固定し、パワーモジュール３００のフィン３０５を冷却水流路１９内に突出させて、パワーモジュール３００を効率良く冷却する。次に放熱量の大きい補機用インバータ装置４３を冷却ジャケット１９Ａの他方の面で冷却する。さらに次に発熱量が大きいコンデンサモジュール５００を筐体１２および下部ケース１６を介して冷却する。このように放熱量の多さにあわせた冷却構造としているので、冷却効率や信頼性が向上すると共に、電力変換装置２００をより小型化することができる。

さらに補機用インバータ装置４３を、冷却ジャケット１９Ａのコンデンサモジュール５００に面する底面に固定しているので、補機用インバータ装置４３の平滑用コンデンサとしてコンデンサモジュール５００を使用する際、配線距離が短くなる効果がある。また配線距離が短いことからインダクタンスを小さくできる効果がある。

パワーモジュール３００の上方には、ドライバ回路１７４を実装した駆動回路基板２２が配置され、さらに駆動回路基板２２の上方には、放熱および電磁シールドの効果を高める金属ベース板１１を隔てて制御回路基板２０が配置されている。駆動回路基板２２は、パワーモジュールケース３０２に形成された基板固定部３０２ａに固定されている。また、制御回路基板２０は金属ベース板１１に設けられた支柱８１０にビス固定されている。制御回路基板２０で発生した熱は、支柱８１０を介して金属ベース板１１へ伝達される。制御回路基板２０には制御回路１７２を構成するＣＰＵ２１２や制御電源２１４等が搭載されている。金属ベース板１１には開口部１００が形成されており、制御回路基板２０の信号端子からの信号ケーブル１０２は、この開口部１００を通って２階部分の筐体側壁に設けられたコネクタ２１に接続されている。上部ケース１０を筐体１２に固定することによって、本実施形態に係る電力変換装置２００が構成される。

上述のように、制御回路基板２０とパワーモジュール３００との間に駆動回路基板２２を配置しているので、制御回路基板２０からインバータ回路の動作タイミングが駆動回路基板２２に伝えられ、それに基づいて駆動回路基板２２でゲート信号が作られ、パワーモジュール３００のゲートにそれぞれ印加される。このように電気的な接続関係に沿って制御回路基板２０や駆動回路基板２２を配置しているので、電気配線が簡素化でき、電力変換装置２００の小型化に繋がる。また、駆動回路基板２２は、制御回路基板２０に対して、パワーモジュール３００やコンデンサモジュール５００よりも近い距離に配置される。そのため駆動回路基板２２から駆動回路基板２０までの配線距離は、他の部品（パワーモジュール３００等）と制御回路基板２０との配線距離よりも短くなる。よって直流正極側接続端子部５１２から伝わる電磁ノイズやＩＧＢＴ３２８、３３０のスイッチング動作による電磁ノイズが、駆動回路基板２２から制御回路基板２０までの配線に侵入することを抑えることができる。

冷却ジャケット１９Ａの一方の面にパワーモジュール３００を固定し、他方の面に補機用インバータ装置４３を固定することで、冷却水流路１９を流れる冷却水でパワーモジュール３００と補機用インバータ装置４３を同時に冷却する。この場合、パワーモジュール３００は放熱のためのフィンが冷却水流路１９の冷却水と直接、接するのでより冷却効果が大きい。さらに冷却水流路１９を流れる冷却水で筐体１２を冷却するとともに、筐体１２に固定した下部ケース１６および金属ベース板１１を冷却する。下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００の金属ケースが固定されるので、下部ケース１６と筐体１２を介してコンデンサモジュール５００が冷却水で冷却される。さらに金属ベース板１１を介して制御回路基板２０や駆動回路基板２２を冷却する。下部ケース１６も熱伝導性の良い材料でできていて、コンデンサモジュール５００からの発熱を受け、筐体１２に熱を伝導し、伝熱された熱は冷却水流路１９の冷却水に放熱される。また、冷却ジャケット１９Ａの下面には、車内用エアコン、オイルポンプ、他用途のポンプ用として用いる、比較的小容量の補機用インバータ装置４３を設置する。この補機用インバータ装置４３からの発熱は、筐体１２の中間枠体を通して冷却水流路１９の冷却水で放熱される。このように筺体１２の中央に冷却ジャケット１９Ａを設け、冷却ジャケット１９Ａの一方、すなわち上方に金属ベース板１１を設け、他方、すなわち下方側に下部ケース１６を設けることで、電力変換装置２００を構成するのに必要な部品を発熱量に応じ、効率良く冷却することができる。また電力変換装置２００の内部に部品が整然と配置されることとなり、小型化が可能となる。

電力変換装置の放熱機能を果たす放熱体は、第１に冷却水流路１９であるが、この他にも金属ベース板１１がその機能を奏している。金属ベース板１１は、電磁シールド機能を果たすとともに、制御回路基板２０や駆動回路基板２２からの熱を受けて、筐体１２に熱を伝導し、冷却水流路１９の冷却水で放熱される。

このように、本実施形態に係る電力変換装置は、放熱体が３層の積層体、すなわち、金属ベース板１１、冷却水流路１９（冷却ジャケット１９Ａ）、下部ケース１６という積層構造を有している。これらの放熱体はそれぞれの発熱体（パワーモジュール３００、制御回路基板２０、駆動回路基板２２、コンデンサモジュール５００）に隣接して階層的に設置される。階層構造の中央部には、主たる放熱体である冷却水流路１９が存在し、金属ベース板１１と下部ケース１６は筐体１２を通して冷却水流路１９の冷却水に熱を伝える構造となっている。筐体１２内に３つの放熱体（冷却水流路１９、金属ベース板１１、下部ケース１６）が収容されて、放熱性を向上させるとともに薄型化、小型化に寄与している。

図１８は、上述した実施形態の変形例を示す図であり、図２と同様の回路ブロック図である。図１８では、パワーモジュール３００におけるインバータ回路１４４，１４５の配置が図２に示す場合と異なっている。図２に示した例では、インバータ回路１４４，１４５の上アーム側の半導体スイッチ部（ＩＧＢＴ３２８、ダイオード１５６）が往路側の冷却水流路１９上に配置され、下アーム側の半導体スイッチ部（ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１６６）が復路側の冷却水流路１９上に配置されるようにした。一方、図１８に示す例では、インバータ回路１４４，１４５内における各半導体スイッチ部の配置を、図２に示す配置に対して９０度回転している。

図１９は、筐体１２内にインバータ装置１４０，１４２を配置した場合を示す。走行駆動に用いられるモータジェネレータ１９２，１９４を駆動制御するインバータ装置１４０，１４２は、補機用のインバータ装置４３に比べて発熱が大きいので、冷却水ジャケット１９Ａが設けられた筐体１２内に配置している。一方、発熱が比較的少ない補機用インバータ装置４３は、図示していないが筐体１２の外部に配置するようにした。なお、この場合にいても、図２に示したように、上アーム側半導体スイッチ部（ＩＧＢＴ３２８、ダイオード１５６）を冷却水流路１９の往路側に配置し、下アーム側半導体スイッチ部（ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１６６）を復路側に配置するようにしても良い。

図２０は、図１８に示した構成において積層配線板の形態を変えた変形例を示す。図２１は変形例における電力変換装置２００の断面図であり、図１７の場合と同様の方向から見た断面を示したものである。なお、この変形例は、図２に示す構成にも同様に適用することができる。図１８では、コンデンサモジュール５００の積層配線板５０１に積層導体板７００を接続し、その積層導体板７００にパワーモジュール３００内蔵の直流端子３１３を接続するような構成としている。一方、図２０に示す例では、積層導体板７００を２つの積層導体板７１０に分割し、分割された各積層配線板７１０の一部を各パワーモジュール３００に内蔵する構成とした。

積層導体板７１０は絶縁シート７１３を挟んで正極導体板７１１と負極導体板７１２とが設けられており、積層導体板７１０とコンデンサ端子５０４，５０６との接続構造は、積層導体板７００の場合と同様である。コンデンサ端子５０４，５０６に対してほぼ直角に固定された積層導体板７１０は、上アームと下アームとの中間位置で直角に折れ曲がってパワーモジュール３００内に導入され、パワーモジュール３００の回路配線パターン３３４ｋ（図９参照）に接続される。パワーモジュール３００の各上下アーム直列回路は、正極導体板７１１と負極導体板７１２との間にそれぞれ並列接続されている。

図１８に示した例の場合、図１７に示すように積層導体板７００を、パワーモジュール３００に内蔵されている配線部材（直流正極端子接続部３１４ａ、直流負極端子接続部３１６ａ）にボルト等で接続する必要がある。一方、図２１に示す例の場合、積層導体板７００の正極導体板７１１および負極導体板７１２を、パワーモジュール３００の端子に接触するように直接接続しているので、部品点数の削減が行えると共に、組み立て作業の効率化を図ることができる。図２０に示す変形例においても、Ｆ−Ｆ断面に関して積層配線板５０１および積層導体板７１０を対称に構成しているので、並列配置された２つのパワーモジュール３００に関して等インピーダンス化を図ることができる。

図２２に示す変形例は、図１８に示す構成に、平滑コンデンサであるコンデンサモジュール５００のエネルギーを放電するための放電回路５５０を付加した。放電回路５５０は補機用インバータ装置４３内に設けられ、直流ライン４３２の正極部と負極部との間に接続されている。放電回路５５０には、直列接続された放電抵抗５５１とスイッチング素子５５２とが設けられている。放電抵抗５５１には環流用のダイオード５５３が並列接続されている。スイッチング素子５５２およびダイオード５５３はパワーモジュールに内蔵されており、例えば、放熱ベース４３１上に実装されている。一方、放電抵抗５５１はインバータ装置４３のパワーモジュールの外側に設けられており、冷却水ジャケット１９Ａの底面１９１（例えば、冷却ジャケット１９Ａの底面に形成された開口４０４を塞いでいるカバー４２０）に固定されている。スイッチング素子５５２のオンオフはインバータ装置４３のドライバ回路１７４Ｃによって駆動制御される。なお、内蔵可能であれば、放電抵抗５５１をインバータ装置４３内に設けても構わない。

通常（非放電時）は、スイッチング素子５５２はオフ状態とされている。車両のイグニッションがオフされ、コンデンサモジュール５００に蓄積された電荷を放電する場合には、スイッチング素子５５２をオンする。スイッチング素子５５２のオン動作により放電抵抗５５１に電流が流れ、コンデンサモジュール５００が放電される。コンデンサモジュール５００に蓄えられたエネルギーは、放電抵抗５５１によって熱エネルギーに変換され、発生した熱は冷却水ジャケット１９Ａへ放熱される。すなわち、パワーモジュール用の冷却装置（冷却水ジャケット１９Ａ）を、放電抵抗５５１の冷却装置として兼用することで、放電抵抗５５１専用の冷却装置を設ける必要がなく、小型化を図ることができる。また、補機用インバータ装置４３の配線４３２を利用しているため、放電のための配線を省略できる。なお、上述した例では放電抵抗５５１を冷却ジャケット１９Ａの底面に固定したが、放電抵抗５５１をインバータ装置４３のパワーモジュール内に設けても構わない。また、この放電回路５５０は、図２，１８〜２０に示す構成にも適用することができる。

図２３は、洩れ電流対策のための変形例を示す図である。図２３に示す電力変換装置では、補機（モータ１９５）用の交流コネクタ１８９は、主機（モータジェネレータ１９２，１９４）用の交流コネクタ１８８から離れた位置の１階部分に設けられている。実線で示す矢印ラインは主機の洩れ電流のルートを示し、破線で示す矢印ラインは補機の洩れ電流のルートを示す。

図２３では、直流電力の入力ターミナルである直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００の積層配線板５０１とを接続する直流ラインに対して、直流コネクタ１３８側からインバータ装置４３のパワーモジュール、ノイズフィルタ２０４の順に接続するような構成としている。各接続点の位置をこのように配置することにより、主機の洩れ電流のルートと、補機の洩れ電流のルートとを分離することができる。主機からの洩れ電流は、実線の矢印ラインで示すように筐体１２のノイズフィルタ２０４が接続されている点から、ノイズフィルタ２０４を通過して積層配線板５０１へ流れる。一方、補機からの洩れ電流は、破線の矢印ラインで示すように筐体１２からノイズフィルタ２０４および入力積層配線板２３０を通過してインバータ装置４３のパワーモジュールへと流れ込む。

走行駆動用に用いられるモータジェネレータ１９２，１９４で発生するノイズは、補機用モータ１９５に比べると大きい。そのため、モータジェネレータ１９２，１９４で発生したノイズが、補機用インバータ回路１４４６の入力に重畳されないようにすることが重要となる。その点、図２３の構成では、ノイズフィルタ２０４を積層配線板５０１の接続点とインバータ４３の入力ラインの接続点との間に設けたので、主機の漏れ電流ルートと補機の漏れ電流ルートが分離され、モータジェネレータ１９２，１９４のノイズの影響を防止することができる。その結果、ノイズ低減を図ることができる。

なお、図２、１８，１９，２０，２２において、符号Ｆを付した破線は、図１６におけるＦ−Ｆ断面と同様の断面の位置を示したものである。また、図２３では、図示の都合上、積層配線板５０１を積層導電体７００に対して図示上方にずらして記載しているが、図２の場合と同様に、積層配線板５０１，積層導電体７００および直流端子３１３はＦ−Ｆ断面に関して対称に配置されている。

（３階構成に関する説明）
図１６，１７で説明したように、本実施の形態では、電力変換装置２００のケーシング内を３階構成としている。電力変換装置２００は種々の部品の集合体であるが、制御回路１７２（ＣＰＵ２１２）は発熱量は小さいがノイズに弱く、パワーモジュール３００はノイズおよび熱の発生が多く、コンデンサモジュール５００からパワーモジュール３００までの配線部材は放射ノイズが大きいという問題があった。また、パワーモジュール３００は締結用のビスの本数が多くて組み立て性が悪いという課題もあった。

そこで、本実施の形態では、金属ベース板１１を設けてパワーモジュール３００の上方領域を第２領域Ｓ１と第３領域Ｓ２とに分割し、ノイズを大量に発生するパワーモジュール３００や配線部材（積層導体板７００や積層配線板５０１）は、金属ベース板１１より下側の第２領域Ｓ２または第１領域Ｓ１に配置し、ノイズに弱い制御回路１７２が実装されている制御回路基板２２は、第３領域Ｓ３に配置した。図１６，１７に示す例では、制御回路基板２２を金属ベース板１１に固定している。その結果、パワーモジュール３００や配線部材からのノイズは金属ベース板１１で遮蔽され、制御回路１７２へのノイズの影響を低減することができる。また、ドライバ回路１７４はノイズに比較的強いので、駆動回路基板２２は第２領域に配置されている。

コンデンサモジュール５００は、１階部分の第１領域Ｓ１（冷却ジャケット１９と下部ケース１６との間の領域）に配置した。コンデンサモジュール５００は下部ケース１６に固定されており、前述したように、コンデンサモジュール５００で発生した熱を、下部ケース１６を介して冷却ジャケット１９Ａへ伝達するようにした。また、発熱密度の高いパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定することで、パワーモジュール３００を効果的に行うことができる。

図１６，１７に示すように、コンデンサ端子５０４，５０６と積層導体板７００との接続、積層導体板７００と直流端子３１３との接続は、ボルト等で締結されるため、コンデンサモジュール５００を１階領域に配設することで、締結作業が行いやすくなる。例えば、コンデンサモジュール５００をパワーモジュール３００の上部に配置するような積層構造とした場合には、パワーモジュール３００が邪魔になって締結作業がし難くなる。

このように、電力変換装置２００のケーシングの構造を３階構造とし、上述したように制御回路１７２，パワーモジュール３００およびコンデンサモジュール５００を各階に配置することにより、熱的な問題とノイズの問題の両方を解決することができる。

また、補機用のパワーモジュール４３を冷却ジャケット１９Ａの底面１９１に固定することで、パワーモジュール４３を効果的に冷却することができる。冷却ジャケット１９Ａは、冷却水流路１９が形成された上面だけではなく、底面１９１も冷却面として利用することができる。３階構成としたことで底面１９１の側に第１領域Ｓ１が形成され、パワーモジュール４３を底面１９１に固定することが可能となった。その結果、冷却ジャケット１９Ａの上下の面を冷却面として利用することができ、冷却ジャケット１９Ａが小型化でき、装置の小型化を図ることができる。

図２４は、制御回路基板２０および駆動回路基板２２の取り付け構造の変形例を示す図である。制御回路基板２０は、図１６，１７に示した場合と同様に、金属ベース板１１に設けられた支柱８１０にビス固定されている。一方、駆動回路基板２２は、金属ベース板１１の下面側に設けられた支柱８１１にビス固定されている。基板２０，２２と金属ベース板１１との間には、放熱部材８１２が挟持されるように設けられている。なお、ここでは、基板２０の上下の両方に放熱部材８１２を設けているが、もちろんどちらか一方だけに設けるようにしても構わない。図１４に示す例では、ＣＰＵ２１２，制御電源（電源トランス）２０４、１７８、ドライバ回路１７４，１７４Ｂ等の発熱部品が配置されている領域に、放熱部材８１２が設けられている。もちろん、基板面全体に広がるように放熱部材８１２を配置しても良い。放熱部材８１２には、放熱シートやゲルや樹脂等が用いられる。基板２０，２２で発生した熱は、矢印ラインで示すように、放熱部材８１２を介して金属ベース板１に伝達され、その後、筐体１２，冷却ジャケット１９Ａを通って最終的には冷却水へと放熱される。このように、基板２０，２２と金属ベース板１１との間に放熱部材８１２を設けることにより、基板２０，２２から金属ベース板１１への熱伝達効率を向上させることができる。

なお、熱伝達性能を頼向上させるためには、放熱部品（ＣＰＵ２１２，制御電源２０４、１７８、ドライバ回路１７４，１７４Ｂ）を、図２５に示すような配置で基板２０，２２上に実装するのが好ましい。図２５は上部ケース１０側から見た、ＣＰＵ２１２，制御電源２０４、１７８、ドライバ回路１７４，１７４Ｂの実装位置を示したものである。図２５に示すように、制御回路基板２０上の発熱部品（ＣＰＵ２１２，制御電源２０４）と駆動回路基板２２上の発熱部品（制御電源１７８、ドライバ回路１７４，１７４Ｂ）とが、上下方向に重ならないような位置にそれぞれの部品と配置する。

基板２０，２２に実装されている発熱部品の位置が上下方向に重なっていると、その部分が局所的に温度上昇しやすく、金属ベース板１１に対する実質的な熱伝達面積も狭くなる。一方、図２５のように発熱部品を上下に重ならないように配置すると、発熱部品の位置が金属ベース板１１全体に分散され、金属ベース板１１に対する実質的な熱伝達面積が大きくなり放熱性能が向上する。

図２６は、金属ベース板１１の固定方法に関する変形例を示す図である。図２４に示す例では、上部ケース１０と筐体１２の縁部分を突き合わせるように対向させ、その間に金属ベース板１１を挟んで、ボルト等により上部ケース１０と筐体１２とを締結するようにした。そのため、金属ベース板１１と筐体１２との接触面積を大きく取れないという欠点がある。一方、図２６に示す変形例では、上部ケース１０と筐体１２との両方にフランジ部１０Ｆ，１２Ｆを形成し、それらのフランジ部１０Ｆ，１２Ｆ間に金属ベース板１１の縁部分を挟み、ボルト８１４で締結するようにした。図２７は、電力変換装置２００のケーシングを上方から見た図である。

このような共締め構造とすることにより、金属ベース板１１と筐体１２との接触面積が大きくなり、金属ベース板１１から筐体１２への熱伝達性能が向上する。また、組み立て作業性も向上する。特に、図５に示したような筐体１２内のボス４１９にボルト固定する構造と比べた場合、接触圧が高まり熱伝達性能も良く、共締め構造なのでボルト本数を削減することができる。

図２８，２９は駆動回路基板２２の放熱構造に関する他の例を示す図であり、それぞれ、図１６，１７と同様の断面を示したものである。ここでは、駆動回路基板２２は、パワーモジュールケース３０２に固定されている。駆動回路基板２２の下側には、金属製の放熱板８１８が２つのパワーモジュール３００上に架け渡されるように設けられている。放熱板８１８は、冷却ジャケット１９Ａに設けられた支持壁８１６上に固定されている。支持壁８１６は冷却ジャケット１９Ａに一体に形成されていても、また、別体に形成されていても良い。放熱板８１８と駆動回路基板２２との間には、放熱部材８１２が挟持されるように設けられている。

駆動回路基板２２で発生した熱は、矢印ラインのように放熱部材８１２，放熱板８１８，支持壁８１６と冷却ジャケット１９Ａと伝達され、最終的には冷却水へと放熱される。図２８，２９に示す構造の場合、図２６に示した場合と比べて冷却ジャケット１９Ａまでの伝達経路の距離が短くなり、放熱性能の向上を図ることができる。

図３０，３１は、コネクタ２１の取り付け構造の変形例を示す図である。図３０に示す第１の変形例では、装置外部から電気信号および電源を供給するコネクタ２１は、２階部分の筐体外周面にボルト８２４によって固定されている。コネクタ２１にはリード端子２１ａが複数設けられている。各リード端子２１ａはＬ字形状に折れ曲がっていて、その垂直部分は金属ベース板１１に設けられた開口１１ｂを通って３階部分の第３領域Ｓ３に突出している。また、制御回路基板２０と駆動回路基板２２との間に設けられる信号ケーブル８２０は、金属ベース板１１の開口１１ａを介して接続される。

装置を組み立てる際には、コネクタ２１は予め筐体１２に固定され、その後、制御回路基板２０が固定された金属ベース板１１を筐体１２上に載置すると、リード端子２１ａが制御回路基板２０に設けられたソケット８２２の各嵌合部に挿入され、電気的に接続されることになる。そのため、筐体１２に設けられたコネクタ２１と制御回路基板２０との接続を簡単に行うことができ、作業性が向上する。

図３０に示した第１の変形例では、コネクタ２１は筐体１２側に予め固定されていたが、図３１に示す第２の変形例では制御回路基板２０側に予め固定されている。コネクタ２１のリード端子２１ａは図３０の場合と同様にＬ字形状に折れ曲がっている。コネクタ２１のリード端子２１ａは、その垂直部分が制御回路基板２０の裏面側から基板端子部分を貫通し、半田付けされている。そして、コネクタ２１が半田付けされた制御回路基板２０を、金属ベース板１１の支柱８１０にビス止めする。その際、金属ベース板１１に設けられた開口１１ｂを通して、コネクタ２１のソケット部分を金属ベース板１の下側に配置させる。第２の変形例の場合には、コネクタ２１を制御回路基板２０側に予め半田付けするようにしているので、コネクタ２１の制御回路基板２０への組み付け作業が容易となる。

図３２は、信号線８３０の接続を容易にする誘導板１１ｄを説明する図である。パワーモジュール３００の出力端子である交流コネクタ１８８は、筐体１２の２階部分から外部に突出している。筐体１２には、交流コネクタ１８８を囲むように電流センサ１８０が設けられている。電流センサ１８０のコネクタ１８０Ｃには信号ケーブル８３０が接続され、電流センサ１８０からの電気信号は、信号ケーブル８３０により３階部分の第３空間Ｓ３に設けられた制御回路基板２０に伝達される。金属ベース板１１には信号ケーブル８３０を通すための開口１１ｅが設けられており、金属ベース板１１の下面の開口１１ｅの近傍には誘導板１１ｄが形成されている。一方、筐体１２の電流センサ近傍には、開口８３４が形成されている。

誘導板１１ｄは金属ベース板下面から斜め下方に延びて、開口８３４の下側の筐体内周面近くまで達している。そのため、信号ケーブル８３０の先端を上方から金属ベース板１１の開口１１ｅに差し込むと、その先端は、誘導板１１ｄに当接して右下側に導かれ、筐体側壁の開口８３４から電流センサ側に容易にとり出すことができる。そのため、信号ケーブル８３０の接続作業が容易となる。なお、ここでは電流センサ１８０の信号ケーブルを例に説明したが、コネクタ２１の信号ケーブル１０２（図１６参照）を筐体側壁側から制御回路基板２０が設けられた第３領域に引き出す場合にも、同様の誘導板を設けることで、ケーブル８３２の接続を容易に行うことができる。

図３３は、金属ベース板１１および上部ケース１０を筐体１２に固定したときの、液状シール材の拡がりを防止する構造を説明する図である。電力変化装置２００を車両に搭載する場合には、例えば、エンジンルーム等の環境条件悪い雰囲気に搭載される。そのため、ケーシング内の部品を周囲環境から保護するために、上部ケース１０や下部ケース１６と筐体１２との接合部には、密封のための液状シール材８３８が施される。

例えば、金属ベース板１１および上部ケース１０を筐体１２に固定する場合には、筐体１２の上端および金属ベース板の上面のシール部に、液状シール部材８３８がディスペンサ等を用いて塗布される。その後、筐体１２に金属ベース板１１および上部ケース１０が順に重ねられ、ボルト等によって締結される。その締結の際に、余分な液状シール材８３８がケース内周側および外周側にはみ出す場合が多い。金属ベース板１１上面の液状シール材８３８が内側にはみ出して制御回路基板２０や実装部品に付着すると、故障等の不都合が生じるおそれがある。

そこで、図３３に示す例では、金属ベース板１１のシール部の内周側に防御壁８３６を設けた。内周側にはみ出た液状シール部材８３８は、防御壁８３６により基板側への移動が阻止される。その結果、液状シール材８３８が制御回路基板２０に付着するのを防止することができる。

図３４は、第２領域Ｓ２に液状シール材用の防御壁８４０を設けた場合の図である。防御壁８４０の上端には、凹部８４２が形成されている。筐体１２の内周面にはみ出した液状シール材８３８はこの凹部８４２に溜まり、防御壁８４０の内側に配設されたパワーモジュール３００や駆動回路基板２２への液状シール材８３８の付着を防止することができる。なお、防御壁８３６，８４０は全周に亘って設けるのが好ましいが、液状シール材８３８の付着を嫌う部品がある領域のみに設けても構わない。

なお、ここでは、上部ケース１０と筐体１２との接合部における液状シール材８３８のはみ出しについて説明したが、下部ケース１６と筐体１２との接合部においても同様の防御壁を設けて、はみ出した液状シール材８３８の内蔵部品への影響を防止することができる。

ところで、駆動回路基板２２に背の高い部品を実装しなければならない場合、その部品の高さに合わせて駆動回路基板２２と金属ベース板１１と距離を設定すると、ケーシング全体の高さまで大きくなり、装置全体が大型化してしまう。そのような場合には、図３５に示すような構造とすることで、装置高さを極力低くすることが可能となる。図３５の場合、駆動回路基板２２上に背の高い電源トランス８５０が実装されている。ここでは、電源トランス８５０を駆動回路基板２２の中央に配置し、電源トランス８５０の左側に、左側のパワーモジュール３０を駆動するドライバ回路１７４Ａを実装し、電源トランス８５０の右側に、右側のパワーモジュール３０を駆動するドライバ回路１７４Ｂを実装した。金属ベース板１１および制御回路基板２０には開口８５２，８５４がそれぞれ形成されており、電源トランス８５０は開口８５２，８５４を貫通して３階側の第３領域に突出している。このような構成とすることで、ケース高さ寸法を、図１６に示す場合とほぼ同程度に抑えることができる。なお、図３５に示す例では、背の高い電源トランス８５０を駆動回路基板２２の中央に配したが、中央でなくても構わない。

以上説明した本実施の形態においては、以下のような作用効果を奏する。
（１）図１６，１７に示すように、金属ケースは側壁部を構成する筐体１２、上部ケース１０および下部ケース１６を有し、側壁部内周に設けられた冷却ジャケット１９Ａと下部ケース１６との間に第１領域Ｓ１を形成し、金属ベース板１１により、冷却ジャケット１９Ａと上部ケース１０との間の領域を下側の第２領域Ｓ２と上側の第３領域Ｓ３とに分割し、第１および第２のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａの上面４１０Ｓに固定し、コンデンサモジュール５００を第１領域Ｓ１に設け、各パワーモジュール３００のインバータ回路１４４，１４５をそれぞれ駆動する駆動回路１７４Ａ，１７４Ｂを第２領域Ｓ２に設け、ドライバ回路１７４Ａ，１７４Ｂを制御する制御回路１７２を第３領域Ｓ３に設けた。このような構造としたことにより、パワーモジュール３００や配線部材からのノイズは金属ベース板１１で遮蔽され、制御回路１７２へのノイズの影響を低減することができる。また、発熱密度の高いパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定することで、パワーモジュール３００を効果的に行うことができる。その結果、熱的な問題とノイズの問題の両方を解決することができる。さらに、３階構成としたことで、パワーモジュールやコンデンサや配線基板を冷却しながらも、コンデンサとパワーモジュールを接続する配線のインダクタンスを低減できる。

（２）さらに、図１６，１７に示すように、補機用パワーモジュール（４３）を冷却ジャケット１９Ａの下面１９１に固定し、補機用パワーモジュールのインバータ回路１４６を駆動するドライバ回路１７４Ｃを第１領域Ｓ１に設ける。冷却ジャケット１９Ａの下側に第１領域Ｓ１を形成したことにより、パワーモジュール４３を底面１９１に固定することが可能となった。その結果、冷却ジャケット１９Ａの上下の面を冷却面として利用することができ、冷却ジャケット１９Ａが小型化でき、装置の小型化を図ることができる。

（３）さらに、図１６において下部ケース１６を冷却ジャケット１９Ａに固着させ、コンデンサモジュール５００を下部ケース１６に固定することにより、冷却ジャケット１９Ａによるコンデンサモジュール５００の冷却を効果的に行うことができる。

（４）駆動回路基板２２を金属ベース板１１の第２領域Ｓ２側の面に固定し、制御回路基板２０を金属ベース板１１の第３領域Ｓ３側の面に固定し、基板２０，２２で発生する熱を金属ベース板１１へ放熱することで、放熱性能の向上を図ることができる。

（５）さらに、駆動回路基板２２および制御回路基板２０の少なくとも一方と金属ベース板１１との間に、放熱部材８１２を介在させたことで、金属ベース板１１への放熱性能をより高めることができる。

（６）ドライバ回路１７４Ａ，１７４Ｂに含まれるせい制御電源１７８およびドライバ回路１７４Ａ，１７４Ｂの、駆動回路基板２２における実装位置が、金属ベース板１１を介して、制御回路１７２に含まれる制御電源２１４およびＣＰＵ２１２の制御回路基板２０上における実装位置と対向しないように、制御電源１７８,２１４，ドライバ回路１７４Ａ，１７４ＢおよびＣＰＵ２１２の実装位置を設定した。このように、発熱部品を上下に重ならないように配置すると、発熱部品の位置が金属ベース板１１全体に分散され、金属ベース板１１に対する実質的な熱伝達面積が大きくなり放熱性能が向上する。

（７）冷却ジャケット１９Ａに熱的に接触している放熱板８１８を、２つのパワーモジュール３００と駆動回路基板２２との間に配置し、放熱板８１８と駆動回路基板２２との間に放熱部材８１２を介在させたことにより、駆動回路基板２２から冷却ジャケット１９Ａまでの熱パスが短くなり、放熱性能が向上する。

（８）信号線８３０が通過する開口１１ｅと、金属ベース板１１から筐体１２の内周面近傍まで延在し、第３領域Ｓ３から開口８３４に挿入された信号線８３０を接続部方向へ誘導する誘導部１１ｄとを金属ベース板１１に設けたので、配線接続作業が簡略化される。

（９）図３２のように、制御回路基板２０と筐体１２に設けられたコネクタ１８０Ｃとの間を接続する信号ケーブル８３０を備え、信号ケーブル８３０が通過する開口１１ｅと、金属ベース板１１から筐体１２の内周面近傍まで延在し、領域Ｓ３から開口１１ｅに挿入された信号ケーブル８３０をコネクタ１８０Ｃ方向へ誘導する誘導板１１ｄと設けたことにより、信号ケーブル８３０の先端が誘導板１１ｄに当接して誘導され、コネクタ１８０Ｃとの接続作業が容易となる。

（１０）図３０に示すように、装置外部からの電気信号および電源を制御回路基板２０に供給するコネクタ２１は、領域Ｓ２を囲む筐体１２の外周面に設けられ、金属ベース板１１に形成された開口１１ｂを貫通して領域Ｓ３へ突出するように上方に折れ曲がった複数のリード端子２１ａを有する。そして、制御回路基板２０が金属ベース板１１に固定されると、各リード端子２１ａは制御回路基板２０に設けられたソケット８２２の各嵌合部に挿入される。そのため、多数のリード端子２１ａと制御回路基板２０との接続作業が簡略化され、組み立て作業が簡素化される。

（１１）図３１に示すように、制御回路基板２０に装置外部から電気信号および電源を供給するコネクタ２１は、複数のリード端子２１ａが制御回路基板２０に半田付けされている。リード端子２１ａはＬ字形状に折れ曲がっており、制御回路基板２０を金属ベース板１１に固定すると、リード端子２１ａに接続されたコネクタ２１は、金属ベース板１１の開口１１ｂを貫通し、巨体１２の外周面の所定位置に配置される。そのため、制御回路基板２０を金属ベース板１１に固定した後に、コネクタ２１と制御回路基板２０との間の面倒な配線作業を行わなくて済む。

実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例をどのように組み合わせることも可能である。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、インバータ装置４３やパワーモジュール３００のインバータ回路を３相出力型として説明したが、３相に限定されるものではない。

１０・・・・・・上部ケース、１１・・・・・・金属ベース板、１２・・・・・・筐体、１３・・・・・・冷却水入口配管、１４・・・・・・冷却水出口配管、１６・・・・・・下部ケース、１７・・・・・・交流ターミナルケース、１８・・・・・・交流ターミナル、１９・・・・・・冷却水流路、１９Ａ・・・・・・冷却ジャケット、２０・・・・・・制御回路基板、２１・・・・・・コネクタ、２２・・・・・・駆動回路基板、２３・・・・・・基板間コネクタ、４３・・・・・・補機用インバータ装置、１１０・・・・・・ハイブリッド電気自動車、１１２・・・・・・前輪、１１４・・・・・・前輪車軸、１１６・・・・・・前輪側ＤＥＦ、１１８・・・・・・変速機、１２０・・・・・・エンジン、１２２・・・・・・動力分配機構、１２３〜１３０・・・・・・歯車、１３６・・・・・・バッテリ、１３８・・・・・・直流コネクタ、１４０，１４２・・・・・・インバータ装置、１４４〜１４６・・・・・・インバータ回路、１５０・・・・・・上下アームの直列回路、１５６・・・・・・上アームのダイオード、１５９・・・・・・交流端子、１６６・・・・・・下アームのダイオード、１７０・・・・・・制御部、１７２・・・・・・制御回路、１７４、１７４Ａ〜１７４Ｃ・・・・・・ドライバ回路、１７６・・・・・・信号線、１８０・・・・・・電流センサ、１８２・・・・・・信号線、１８６・・・・・・交流電力線、１８８，１８９・・・・・・交流コネクタ、１９１・・・・・・底面、１９２，１９４・・・・・・モータジェネレータ、１９５・・・・・・モータ、２００・・・・・・電力変換装置、２０４・・・・・・ノイズフィルタ、２３０・・・・・・入力積層配線板、３００・・・・・・パワーモジュール、３０２・・・・・・パワーモジュールケース、３０４・・・・・・金属ベース、３０５・・・・・・フィン、３１３・・・・・・直流端子、３１５・・・・・・正極導体板、３１７・・・・・・負極導体板、３１８・・・・・・絶縁紙、３２８・・・・・・上アーム用ＩＧＢＴ、３３０・・・・・・下アーム用ＩＧＢＴ、３３４・・・・・・絶縁基板、４００・・・・・・開口部、４０１・・・・・・入口孔、４０２・・・・・・開口部、４０３・・・・・・出口孔、４０４・・・・・・開口部、４０６・・・・・・貫通穴、４０８・・・・・・隔壁、４１０・・・・・・支持部、４１０Ｓ・・・・・・面、４２０・・・・・・カバー、５００・・・・・・コンデンサモジュール、５０１・・・・・・積層配線板、５０２・・・・・・コンデンサケース、５０４・・・・・・負極側コンデンサ端子、５０５・・・・・・負極導体板、５０６・・・・・・正極側コンデンサ端子、５０７・・・・・・正極導体板、５１０・・・・・・直流（バッテリ）負極側接続端子部、５１１・・・・・・開口部（端子固定用）、５１２・・・・・・直流（バッテリ）正極側接続端子部、５１４・・・・・・コンデンサセル、５１７・・・・・・絶縁シート、５５０・・・・・・放電回路、７００，７１０・・・・・・積層導体板、７０２・・・・・・正極側導体板、７０４・・・・・・負極側導体板、８１２・・・・・・放熱部材、８３６，８４０・・・・・・防御壁、Ｓ１〜Ｓ３・・・・・・第１〜第３領域

Claims (6)

1. 直流電流が直流電源から供給される直流端子と、
   前記直流端子から供給される直流電流を交流電流に変換するとともに当該交流電流を第１モータに出力する第１パワーモジュールと、
   前記直流端子から供給される直流電流を交流電流に変換するとともに当該交流電流を第２モータに出力する第２パワーモジュールと、
   前記直流電流を平滑化する平滑用コンデンサと、
   前記直流端子と前記平滑用コンデンサとを電気的に接続する配線と、
   一方の端子が前記配線に接続されるとともに他方の端子が金属製の筐体を介してグランド側に接続されるノイズフィルタと、を備え、
   前記第２パワーモジュールと前記配線との接続部は、前記ノイズフィルタの一方の端子と前記配線との接続部よりも前記直流端子に近い側に設けられる電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記配線は、正極側配線と負極側配線により構成され、
   前記ノイズフィルタは、一方の端子が前記正極側配線に接続されるとともに他方の端子が前記筐体を介してグランド側に接続される第１コンデンサ素子と、一方の端子が前記負極側配線に接続されるとともに他方の端子が前記筐体を介してグランド側に接続される第２コンデンサ素子と、を有する電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
   前記第１モータは、車両の駆動力を発生する駆動用モータであって、
   前記第２モータは、前記車両のエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ又は油圧ポンプを駆動するモータである電力変換装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
   冷却用の冷媒を流す水路を形成した冷却ジャケットを備え、
   前記第１パワーモジュールは、前記冷却ジャケットの一方の面側に配置され、
   前記第２パワーモジュールは、前記水路を挟んで前記冷却ジャケットの一方の面とは反対側の他方の面側に配置され、
   前記平滑用コンデンサと前記ノイズフィルタは、前記冷却ジャケットに対して前記第２パワーモジュールが配置された側に配置される電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置であって、
   前記第１パワーモジュールから供給される前記交流電流を前記第１モータに伝達するための第１交流端子と、
   前記第２パワーモジュールから供給される前記交流電流を前記第２モータに伝達するための第２交流端子と、を備え、
   前記第１交流端子は、前記冷却ジャケットに対して前記第１パワーモジュールが配置された側に配置され、
   前記第２交流端子は、前記冷却ジャケットに対して前記第２パワーモジュールが配置された側に配置され、
   前記直流端子は、前記冷却ジャケットに対して前記第２パワーモジュールが配置された側に配置される電力変換装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
   前記平滑用コンデンサと前記ノイズフィルタと前記配線とを収納するコンデンサケースを備え、
   前記配線の一部は、前記コンデンサケースから突出するとともに先端部に前記第２パワーモジュールとの接続部を有する電力変換装置。

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