JP6186143B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は直流電力を交流電力に変換しあるいは交流電力を直流電力に変換するために使用する電力変換装置に関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電力変換装置である。

一般に電力変換装置は、直流電力を受けて交流電力を発生するインバータ回路とインバータ回路を制御するための制御回路を備えている。近年は、電力変換装置の小型化が求められている。特にハイブリッド自動車や電気自動車の分野においては、車室外のとりわけエンジンルームのできるだけ小さなスペースに搭載されることが望まれており、車両への搭載性を向上させるため、更なる小型化が要求されている。

また、駆動源として用いるモータの運転時間や運転条件（高出力トルク条件）が拡大する傾向にあり、電力変換装置の信頼性の向上も同時に求められている。

電力変換装置、とりわけ溶接部の信頼性を向上させる一例が、特許文献１（特開２０１１−１３４８１３号公報）及び特許文献２（特開２０１１−１７２４０１号公報）に開示されている。

しかしながら、車両に搭載される電力変換装置の振動条件は厳しく、電力変換装置の内部部品の接続信頼性の更なる向上が求められている。

特開２０１１−１３４８１３号公報 特開２０１１−１７２４０１号公報

本発明の課題は、電力変換装置の内部部品の接続信頼性の更なる向上を図ることである。

本発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールを収納する収納空間を形成する筐体と、前記パワー半導体モジュールの交流端子と溶融接続により接続される交流リレーバスバーと、モータの交流端子と接続される交流端子ブロックと、を備え、前記交流リレーバスバーは、絶縁部材を介して前記筐体に支持され、前記交流端子ブロックは、前記交流リレーバスバーと接続されるとともに前記筐体に支持される。

本発明によれば、電力変換装置の内部部品の接続信頼性の更なる向上を図ることができる。

電力変換装置の構成を説明するための分解斜視図である。 電力変換装置の全体構成を説明するために構成要素に分解した斜視図である。 流路形成体１２を説明するために、図４に示す流路形成体１２を底側から見た図である。 パワー半導体モジュール３００ａの外観を示す斜視図である。 パワー半導体モジュール３００ａの断面図である。 パワー半導体モジュール３００ａの外観を示す斜視図である。 図４（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 フィン３０５が加圧されて薄肉部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。 図５（ａ）に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す斜視図である。 図４（ｂ）、図５（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 図６（ａ）に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。 モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。 コンデンサモジュール５００の斜視図である。 コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ面で切った電力変換装置２００の断面図である。 蓋８と制御回路基板２０を取り除き、ドライバ回路基板２２と金属ベース板１１と交流端子ブロック７６０及び７６１を分解した斜視図である。 図１１の面Ｂで切った断面斜視図である。 図１のＦ−Ｆ面で切った電力変換装置２００の断面図である。 交流側中継導体８０２の斜視図である。 交流端子ブロック７６０の外観を示す斜視図である。 交流リレーバスバー７５０の外観を示す斜視図である。 パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃの溶接接続部を説明するために、蓋８と制御回路基板２０と金属ベース板１１とドライバ回路基板２２と交流端子ブロック７６０及び７６１を取り除いた斜視図である。

次に図面を使用して本発明に係る実施の形態を説明する。本実施形態に係る電力変換装置２００は、主にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるものである。その車両システムの一例は、特開２０１１−２１７５５０号公報に記載されている。なお、本実施形態に係る電力変換装置１００は、その効果を達成するために他の用途に用いられてもよい。例えば生産性向上や冷却性能向上を目的とした冷蔵庫やエアコンの家電用インバータに用いられてもよい。また使用環境が車両用インバータと類似した産業機器用インバータに用いられてもよい。

図１は、本発明に係る実施の形態としての電力変換装置２００の分解斜視図を示す。図２は、電力変換装置２００の流路形成体１２の内部に収納される構成の理解を助けるために分解した全体斜視図である。

電力変換装置２００は、後述するパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとコンデンサモジュール５００を収納するケースとして機能するとともに流路を形成する流路形成体１２と、蓋８とを有する。なお、本実施形態の流路形成体１２とは別にケース体を設けて、この流路形成体１２をケースに収納する構成にしてもよい。

蓋８は、電力変換装置２００を構成する回路部品を収納し、流路形成体１２に固定される。蓋８の内側の上部には、制御回路を実装した制御回路基板２０が配置されている。蓋８の上面には、第１開口２０２と第３開口２０４ａと第４開口２０４ｂと第５開口２０５が設けられる。さらに蓋８の側壁には、第２開口２０３が設けられる。

コネクタ２１は、制御回路基板２０に設けられるとともに第１開口２０２を介して外部に突出する。負極側電力線５１０と正極側電力線５１２は、直流コネクタ１３８とコンデンサモジュール５００などを電気的に接続するとともに第３開口２０３を介して外部に突出する。

交流端子ブロック７６０は、交流リレーバスバー７５０を介してパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃと接続されるとともに第３開口２０４ａを介して外部に突出する。交流端子ブロック７６１は、交流リレーバスバー７５１を介してパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃと接続されるとともに第４開口２０４ｂを介して外部に突出する。補機用パワーモジュール３５０の交流出力端子３５２は、第５開口２０５を介して外部に突出する。

コネクタ２１等の端子の勘合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から勘合面を上向きにして出すことが好ましい。例えば、電力変換装置２００が、トランスミッションＴＭの上方に配置される場合には、トランスミッションＴＭの配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。

なお蓋８は、金属製であり、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃとドライバ回路基板２２と制御回路基板２０と金属製のベース板１１を収納するケースとして機能する。

またコネクタ２１は、第１開口２０２を介して、蓋８の収納空間から蓋８の外部に突出する。これによりコネクタ２１が実装された制御回路基板２０は、ベース板１１の上に取付けられているため、コネクタ２１に外部から物理的な力が加わっても、制御回路基板２０への負荷が抑えられるため、耐久性を含めた信頼性の向上が望める。

流路形成体１２は、冷却冷媒が流れる流路と繋がる開口部４００ａ〜４００ｃ及び開口部４０２ａ〜４０２ｃを形成する。開口部４００ａ〜４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれ、また開口部４０２ｄ〜４０２ｆは挿入されたパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃによって塞がれる。

流路形成体１２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃが収納される空間の側部に、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。

コンデンサモジュール５００は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が３相の各相においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。

流路形成体１２の流路の主構造を流路形成体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、流路は冷却効果に加え機械的強度を強くすることができる。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１２と流路とが一体構造となり、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。なお、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃを流路に固定することで流路を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に流路形成体１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００、補機用パワーモジュール３５０、基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。

ドライバ回路基板２２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃやコンデンサモジュール５００の上方に配置される。またドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間にはベース板１１が配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板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ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。

さらに制御回路基板２０の機械的な共振周波数を高める作用をする。すなわちベース板１１に制御回路基板２０を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。例えばトランスミッションから伝わる振動周波数に対して制御回路基板２０の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。

図３は流路形成体１２を説明するための説明図で、図２に示す流路形成体１２を下から見た図である。

流路形成体１２には、一つの側壁１２ａに、入口配管１３と出口配管１４が設けられる。冷却冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に流入するとともに、入口配管１３を通って流路形成体１２の一方の辺に沿って形成された第１流路部１９aを流れる。第２流路部１９ｂは、折り返し流路部を介して第１流路部１９aと接続され、かつ第１流路部１９aと平行に形成される。第３流路部１９ｃは、折り返し流路部を介して第２流路部１９ｂと接続され、かつ第２流路部１９ｂと平行に形成される。第４流路部１９ｄは、折り返し流路部を介して第３流路部１９ｃと接続され、かつ第３流路部１９ｃと平行に形成される。第５流路部１９ｅは、折り返し流路部を介して第４流路部１９ｄと接続され、かつ第４流路部１９ｄと平行に形成される。第６流路部１９ｆは、折り返し流路部を介して第５流路部１９ｅと接続され、かつ第５流路部１９ｅと平行に形成される。つまり、第１流路部１９aないし第６流路部１９ｆは、一つに繋がった蛇行する流路を形成する。

第１流路形成体４４１は、第１流路部１９ａと第２流路部１９ｂと第３流路部１９ｃと第４流路部１９ｄと第５流路部１９ｅと第６流路部１９ｆを形成する。第１流路部１９a、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ、第５流路部１９ｅ及び第６流路部１９ｆは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。

第７流路部１９ｇは、第６流路部１９ｆと繋がっており、かつ図４で示されたコンデンサモジュール５００の収納空間４０５と対向する位置に形成される。第２流路形成体４４２は、この第７流路部１９ｇと後述する第９流路部１９ｉを形成する。第７流路部１９ｇは、深さ方向よりも幅方向が大きく形成される。

第８流路部１９ｈは、第７流路部１９ｇと繋がっており、かつ後述する補機用パワーモジュール３５０と対向する位置に形成される。また第８流路部１９ｈは、第９流路部１９ｉと接続される。第３流路形成体４４４は、この第８流路部１９ｈを形成する。この第８流路部１９ｈは、幅方向より深さ方向が大きく形成される。第９流路部１９ｉは、第７流路部１９ｇと同様に、コンデンサモジュール５００の収納空間４０５と対向する位置に形成される。また第９流路部１９ｉは、出口配管１４と接続される。

流路形成体１２の下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成される。該開口部４０４は、下カバー４２０によって塞がれる。シール部材４０９が、下カバー４２０と流路形成体１２の間に設けられ、気密性を保っている。

また下カバー４２０には、流路形成体１２から遠ざかる方向に向かって突出する凸部４０６ａないし４０６ｆが形成される。凸部４０６ａないし４０６ｆは、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに対応して設けられている。つまり、凸部４０６ａは、第１流路部１９ａと対向して形成される。凸部４０６ｂは、第２流路部１９ｂと対向して形成される。凸部４０６ｃは、第３流路部１９ｃと対向して形成される。凸部４０６ｄは、第４流路部１９ｄと対向して形成される。凸部４０６ｅは、第５流路部１９ｅと対向して形成される。凸部４０６ｆは、第６流路部１９ｆと対向して形成される。

第７流路部１９ｇの深さ及び幅は、第６流路部１９ｆの深さ及び幅から大きく変化する。また、第９流路部１９ｉは、第８流路部１９ｈの深さ及び幅から大きく変化する。この大きな流路形状の変更による冷却媒体の整流および流速の管理を行うことができるように、第２流路形成体４４２は第７流路部１９ｇ及び第９流路部１９ｉに突出するストレートフィン（不図示）を設けることが好ましい。

同様に、第８流路部１９ｈの深さ及び幅は、第７流路部１９ｇの深さ及び幅から大きく変化する。この大きな流路形状の変更による冷却媒体の整流および流速の管理を行うことができるように、第３流路形成体４４４は第８流路部１９ｈに突出するストレートフィン（不図示）を設けることが好ましい。但し、冷却冷媒の整流及び流速の管理に支障がない場合は、その限りではない。

図４乃至図８を用いてインバータ回路に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの詳細構成を説明する。上記パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃはいずれも同じ構造であり、代表してパワー半導体モジュール３００ａの構造を説明する。

図４（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図４（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
図５は、理解を助けるために、図４に示す状態からネジ３０９および第２封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は図４（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図５（ｃ）はフィン３０５が加圧されて薄肉部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。

図６は、図５に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は図４（ｂ）、図５（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。

図７は、図６に示す状態からさらに第１封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図８は、モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。

上下アームの直列回路を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が、図６および図７に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、あるいは導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第１封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁部材３３３が熱圧着される。第１封止樹脂３４８は図６に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。

第１封止樹脂３４８により封止されたモジュール一次封止体３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁部材３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第２封止樹脂３５１が充填される。

モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料（Ａｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ−Ｃ等）で構成される。挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂよって、その外周を囲まれている。また、図４（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が配置されている。

当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図４（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる流路内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている薄肉部３０４Ａが形成されている。薄肉部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール一次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。

上述のように導体板３１５等を絶縁部材３３３を介してモジュールケース３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁部材３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁部材３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。

モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂと直流負極端子３１９Ｂがそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータに交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂが形成されている。本実施形態では、図７に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。

モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕと信号端子３２５Ｌがそれぞれ形成されている。本実施形態では、図７に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。

直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
補助モールド体６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。

直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。

モジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第２封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワー半導体モジュール３００ａの小型化が実現できる。

図７に示されるように、接続部３７０の補助モジュール６００側には、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃ、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃ、補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕおよび補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のモジュール一次封止体３０２側には、多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール一次封止体３０２の製造が容易となる。

ここで、モジュール一次封止体３０２の第１封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流負極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助モジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。

上記の各端子は、いずれも第１封止樹脂３４８および第２封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第１封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する第１封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第２封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、第１封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。

補助モジュール６００側において、補助モジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助モジュール側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ、直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モジュール側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助モジュール側信号接続端子３２６Ｕ、３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌにおいて信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。

一方、モジュール一次封止体３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５、３１９、３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８、３３０とそれぞれ接続されている。

図８に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。

各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図８に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３２０と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３２０と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３２０と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を中間電極３２９を介して接続する。その後、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続する。

図９（ａ）は、コンデンサモジュール５００の斜視図である。図９（ｂ）は、コンデンサモジュール５００の内部構造を説明するための分解斜視図である。積層導体板５０１は、板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５５０により構成されている。積層導体板５０１は、各相の上下アームの直列回路を流れる電流に対して磁束を互いに相殺しあうので、上下アームの直列回路を流れる電流に関して低インダクタンス化が図られる。

負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成され、それぞれ正極導体板５０７と負極導体板５０５に接続されている。補機用コンデンサ端子５１６及び５１７は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成され、それぞれ正極導体板５０７と負極導体板５０５に接続されている。

中継導体部５３０は、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、中継導体部５３０の端部から突出しており、各パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃに対応して形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆも、中継導体部５３０の端部から突出しており、各パワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに対応して形成される。中継導体部５３０及びコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃのいずれも、絶縁シート５５０を挟んだ積層状態により構成され、上下アームの直列回路１５０を流れる電流に関して低インダクタンス化が図られる。また、中継導体部５３０は、電流の流れを妨げるような貫通孔等が全く形成されないか、できるだけ少なくなるように構成される。

このような構成により、相毎に設けられたパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ間にスイッチング時に生じる還流電流が中継導体部５３０に流れ易くなり、積層導体板５０１側に流れにくくなる。よって、還流電流による積層導体板５０１の発熱を低減することができる。

なお、本実施形態では、負極導体板５０５、正極導体板５０７、バッテリ負極側端子５０８、バッテリ負極側端子５０９、中継導体部５３０及びコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆは、一体に成形された金属製の板で構成され、上下アームの直列回路を流れる電流に対してインダクタンス低減の効果を有する。

コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方に複数個設けられる。本実施の形態では、３つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の３つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計６個のコンデンサセルが設けられる。

積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図９（ａ）に示される点線ＡＡを境にて対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃに供給する場合に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。

コンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、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枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、スズなどの導電体を吹き付けて製造される。

コンデンサケース５０２は、コンデンサセル５１４を収納するための収納部５１１を備え、収納部５１１は上面及び下面が略長方形状を成す。コンデンサケース５０２は、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔５２０ａ〜５２０ｈを設けられる。本実施形態のコンデンサケース５０２は、熱伝導性を向上させるために、高熱伝導性の樹脂により構成されるが、金属等で構成されていてもよい。

また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆと負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材５５１が充填される。

本実施形態では、コンデンサモジュール５００の収納部５１１の長手方向に沿って第７流路部１９ｇと第９流路部１９ｉが設けられており（図３参照）、冷却効率が向上する。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁は、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ、第５流路部１９ｅ、第６流路部１９ｆと対向して形成される。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。

また、ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａは、正極導体板５０７と接続され、正極とグランドと間に発生する所定ノイズを除去する。ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ｂは、負極導体板５０５と接続され、負極とグランドと間に発生する所定ノイズを除去する。ノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａ及び５１５ｂは、コンデンサセル５１４よりも容量が小さくなるように設定される。またノイズフィルタ用コンデンサセル５１５ａ及び５１５ｂは、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｆよりも負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９に近づけて配置される。これにより、負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９に混入する所定ノイズを早期に除去することができ、パワー半導体モジュールに対するノイズの影響を小さくできる。

図１０は、図１のＡ−Ａ面で切った電力変換装置２００の断面図である。

パワー半導体モジュール３００ｂは図３にて示された第２流路部１９ｂ内に収納される。モジュールケース３０４の外壁は、第２流路部１９ｂ内に流れる冷却冷媒と直接接触する。他のパワー半導体モジュール３００ａと３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａないし３０１ｃも、パワー半導体モジュール３００ｂと同様に、各流路部の内部に収納される。

パワー半導体モジュール３００ｂはコンデンサモジュール５００の側部に配置される。コンデンサモジュールの高さ５４０は、パワー半導体モジュールの高さ３６０よりも小さく形成される。ここでコンデンサモジュールの高さ５４０は、コンデンサケース５０２の底面部からコンデンサ端子５０３ｂまでの高さであり、パワー半導体モジュールの高さ３６０はモジュールケース３０４の底面部から信号端子３２５Ｕの先端までの高さである。

そして第２流路形成体４４２は、コンデンサモジュール５００の下部に配置される第７流路部１９ｇと第９流路部１９ｉを設ける。つまり第７流路部１９ｇと第９流路部１９ｉは、パワー半導体モジュール３００ｂの高さ方向に沿って、コンデンサモジュール５００と並べて配置される。この第７流路部の高さ４４３は、パワー半導体モジュールの高さ３６０とコンデンサモジュールの高さ５４０との差分よりも小さくなる。なお、第７流路部の高さ４４３は、パワー半導体モジュールの高さ３６０とコンデンサモジュールの高さ５４０との差分と同じであってもよく、第７流路部１９ｇと第９流路部１９ｉの高さは同じとする。

また一方で、パワー半導体モジュール３００ｂとコンデンサモジュール５００とが、同一面での固定、接続作業が可能となるため、組立性の向上が可能となる。

また一方で、コンデンサモジュールの高さ５４０を、パワー半導体モジュールの高さ３６０よりも低く抑えることにより、第７流路部１９ｇをコンデンサモジュール５００の下部に配置することができるため、コンデンサモジュール５００の冷却も可能となる。また、コンデンサモジュール５００の上部とパワー半導体モジュール３００ｂの上部の高さが近距離となるので、コンデンサ端子５０３ｂがコンデンサモジュール５００の高さ方向に長くなることを抑制することができる。

また一方で、第７流路部１９ｇと第９流路部１９ｉをコンデンサモジュール５００の下部に配置することで、コンデンサモジュール５００の側部に冷却流路を配置することを避けて、コンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ｂを近づけて、コンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ｂとの配線距離を長くなることを抑制することができる。

またドライバ回路基板２２は、ドライバ回路の駆動電源を生成するトランス２４を搭載する。このトランス２４の高さは、ドライバ回路基板２２に搭載された回路部品の高さよりも大きく形成される。ドライバ回路基板２２とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間の空間は、信号端子３２５Ｕや直流正極端子３１５Ｂが配置される。一方、ドライバ回路基板２２とコンデンサモジュール５００との間の空間には、トランス２４を配置する。これにより、ドライバ回路基板２２とコンデンサモジュール５００との間のスペースを有効利用が可能となる。またドライバ回路基板２２のトランス２４が配置された面とは反対側の面には、高さを揃えた回路部品を実装することで、ドライバ回路基板２２と金属ベース板１１との距離を抑えることが出来る。

図１１は、蓋８と制御回路基板２０を取り除き、ドライバ回路基板２２とベース板１１と交流端子ブロック７６０及び７６１を分解した全体斜視図である。

ドライバ回路基板２２は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの上部に配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２を挟んでパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとは反対側に配置される。

ドライバ回路基板２２は、交流バスバー７６３が貫通する貫通孔２２ａないし２２ｃを形成する。ドライバ回路基板２２は、交流バスバー７６３が貫通する貫通孔２２ｄないし２２ｆを形成する。

本実施形態では電流センサ１８０ａは貫通孔２２ａに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｂは貫通孔２２ｂに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｃは貫通孔２２ｃに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｄが貫通孔２２ｄに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｅが貫通孔２２ｅに嵌め合わされており、電流センサ１８０ｆは貫通孔２２ｆに嵌め合わされている。

ドライバ回路基板２２に貫通孔２２ａ〜２２ｆを設けることにより、電流センサをドライバ回路基板２２に直接配置することができ、交流端子ブロック７６０及び７６１を形成する交流バスバー７６３の配線を簡素にでき、小型化に寄与する。

また電流センサ１８０ａ等は、ドライバ回路基板２２とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間の空間に配置される。パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃは直流正極端子３１５Ｂ等を有し、これら直流正極端子３１５Ｂ等はドライバ回路基板２２との間に十分な絶縁距離を確保する必要がある。

その絶縁距離を確保するための空間内に電流センサ１８０ａ等を配置することにより、電力変換装置内の空間を絶縁空間及び電流センサの配置空間を共用することができる。よって電力変換装置の小型化に繋がる。

ベース板１１は、貫通孔２２ａ〜２２ｃと対向する位置に貫通孔１１ａが形成され、貫通孔２２ｄ〜２２ｆと対向する位置に貫通孔１１ｂが形成される。また図１に示されるように蓋８は、貫通孔１１ａと対向する位置に第３開口２０４ａを形成して、交流コネクタ１８８を形成する。また蓋８は、貫通孔１１ｂと対向する位置に第４開口２０４ｂを形成して、交流コネクタ１８８を形成する。

これにより、交流コネクタ１８８とパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃとの間にドライバ回路基板２２を配置する場合であっても、交流端子ブロック７６０及び７６１を形成する交流バスバー７６３の配線の複雑化を抑制し、電力変換装置２００の小型化を図ることができる。

また、貫通孔２２ａ〜２２ｃは、交流バスバー７６３の配列方向に沿って、ドライバ回路基板２２に設けられる。またドライバ回路基板２２は、コンデンサモジュール５００の長手方向の辺を一辺とし、コンデンサモジュール５００の短手方向の辺とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃの長手方向の辺を合わせた長さをもう一辺とした、長方形状を有している。

これにより、貫通孔２２ａ〜２２ｃは、ドライバ回路基板２２の一辺に沿って配置されるため、貫通孔を複数有していても、広い範囲の回路配線面積を確保することが可能となる。

図１に示すように、制御回路基板２０は、第１開口２０２を形成する蓋８の一面と対向して配置される。そしてコネクタ２１は、制御回路基板２０に直接実装され、かつ蓋８に形成された第１開口２０２を介して外部に突出する。これにより、電力変換装置２００内部の空間を有効的に利用することが可能となる。

また、コネクタ２１が実装された制御回路基板２０は、ベース板１１に固定されているため、コネクタ２１に外部から物理的な力が加わっても、制御回路基板２０への負荷が抑えられるため、耐久性を含めた信頼性の向上が望める。

図１２は、図１１の面Ｂで切った断面斜視図である。接続部２３ａは、パワー半導体モジュール３００ａの信号端子３２５Ｕとドライバ回路基板２２との接続部である。接続部２３ｂは、パワー半導体モジュール３００ａの信号端子３２５Ｌとドライバ回路基板２２との接続部である。接続部２３ａ及び２３ｂは、半田材により形成される。

ベース板１１の貫通孔１１ａは、接続部２３ａ及び２３ｂと対向する位置まで形成される。これにより、ドライバ回路基板２２がベース板１１に固定された状態で、金属ベース板１１の貫通孔１１ａを介して接続部２３ａ及び２３ｂの接続作業を行うことができる。

また制御回路基板２０は、電力変換装置２００の上面から投影した場合に、制御回路基板２０の射影部が貫通孔１１ａの射影部と重ならないように配置される。これにより制御回路基板２０が接続部２３ａ及び２３ｂの接続作業に干渉しないとともに制御回路基板２０は、接続部２３ａ及び２３ｂからの電磁ノイズの影響を小さくすることができる。

本実施形態においては、ドライバ回路基板２２が、パワー半導体モジュール３００ａ等及びコンデンサモジュール５００と対向するように大きく形成される。このような場合でも、交流端子３２０Ｂは、コンデンサモジュール５００に対して直流正極端子３１５Ｂよりも遠くに配置される。また制御端子３２５Ｌは、直流正極端子３１５Ｂと交流端子３２０Ｂとの間に配置される。また接続部２３ｂは、制御端子３２５Ｌと対向する位置に配置される。

これにより、貫通孔２２ｂはドライバ回路基板２２上においてドライバ回路２５よりもドライバ回路基板２２の縁辺に近い側に配置されることになる。よって、貫通孔２２ｂが形成されることによるドライバ回路基板２２の強度の低下を抑制することができ、耐振動性能を向上させることができる。

図１３は、図１のＦ−Ｆ面で切った電力変換装置２００の断面図である。交流リレーバスバー７５１と交流端子ブロック７６１は、いずれも筐体として機能を有する流路形成体１２に支持されている。このため、モータの交流コネクタ１８８の取付け時に加わった荷重は、交流端子ブロック７６１を介して点線で示す矢印方向７５５の方向に流路形成体１２へ応力分散される。また、交流端子ブロック７６１で分散仕切れなかった荷重は、交流バスバー７６３から交流リレーバスバー７５１を介して２点鎖線で示す矢印方向７５６の方向に流路形成体１２へ応力分散される。

これによって、モータの交流コネクタ１８８の取付け時に加わった荷重が交流溶接接続部７５１ａに至るまでに、２段階で応力分散され、溶接部へ発生する応力を極力排除することが可能となる。

また、交流リレーバスバー７５１は、パワー半導体モジュール３０１ａの交流端子３２０Ｂと溶接接続される。また、交流端子ブロック７６１は、モータの交流コネクタ１８８と接続されるとともに、交流リレーバスバー７５１と接続される。これによって、交流端子ブロック７６１を形成している交流バスバー７６３の形状のみの変更によって、溶接部へ発生する応力を低減する効果を維持し、モータの交流コネクタ１８８の出力方向をパワー半導体モジュール３０１ａの上面方向と側面方向のいずれも可能な構造を容易に採用することができる。

金属製の支持部材８０３は、流路形成体１２から突出するとともに流路形成体１２と接続される。金属ベース板１１は、支持部材８０３の先端部に支持される。流路形成体１２は、電気的なグランドに接続される。漏洩電流の流れ８０４は、ドライバ回路基板２２から金属ベース板１１、支持部材８０３、さらに流路形成体１２の順に流れる漏洩電流の流れ方向を示す。また、漏洩電流の流れ８０５は、制御回路基板２０から金属ベース板１１、支持部材８０３、さらに流路形成体１２の順に流れる漏洩電流の流れ方向を示す。これにより、効率よく制御回路基板２０とドライバ回路基板２２の漏洩電流をグランドに流すことができる。

図１４（ａ）は、交流端子ブロック７６０と交流リレーバスバー７５０とにより構成される交流側中継導体８０２の斜視図である。図１４（ｂ）は、交流端子ブロック７６０の斜視図である。図１４（ｃ）は、交流リレーバスバー７５０の斜視図である。

交流端子ブロック７６０と交流端子ブロック７６１は同じ構造であるため、代表して交流端子ブロック７６０を用いて説明する。また、交流リレーバスバー７５０と交流リレーバスバー７５１についても同じ構造であるため、代表して交流端子ブロック７５０を用いて説明する。

図１４（ｂ）に示されるように、交流端子ブロック７６０は、交流バスバー７６３と樹脂製ブロック７６２が一体に形成される。図１４（ａ）に示されるように、交流バスバー７６３は、その下部において交流リレーバスバー７５０と、ネジ等により機械的に接続される。

また、交流バスバー７６３の上部７６３ａは、交流コネクタ１８８が取付けられて、機械的に接続される。このように、交流バスバー７６３は両端を、ネジ等により機械的に接続されるため、溶接性を有していない安価な材料を選定することが可能となる。

図１４（ｃ）に示されるように、交流リレーバスバー７５０は、リレーバスバー７５３と絶縁部材７５２が一体に形成される。後述する図１５に示されるように、リレーバスバー７５３の一端は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃと溶接接続される。そのため、リレーバスバー７５３は、溶接性を有した材料を用いられる必要がある。また、リレーバスバー７５３と交流バスバー７６３は、リレーバスバー７５３に形成された貫通孔７５５を通る第１締結部材７７１によって接続される。

この時、貫通孔７５５は、交流端子ブロック７６０と交流リレーバスバー７５０の配置方向に沿って長径が形成される楕円形状となる。これにより、交流端子ブロック７６０と交流リレーバスバー７５０の組立てによる公差ばらつきを許容することが可能となる。これによって、モータの交流コネクタ１８８の取付け面の公差ばらつきを最小に保つことができるとともに、溶接部へ発生する応力を最小限に低減することが可能となる。

さらに、交流リレーバスバー７５０は、リレーバスバー７５３と絶縁部材７５２が一体に形成されている。また、交流端子ブロック７６０及び７６１は、交流バスバー７６３と樹脂製ブロック７６２が一体に形成されている。

図１５は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃの溶接接続部を説明するために、蓋８と制御回路基板２０と金属ベース板１１とドライバ回路基板２２と交流端子ブロック７６０及び７６１を取り除いた斜視図である。

リレーバスバー７５３は、パワー半導体モジュール３０１ａの交流端子３２０Ｂと溶接接続により接続され、交流溶接接続部７５０ａや７５１ａを形成する。すなわち、リレーバスバー７５３は溶接接続するため、溶接性を有した材料を選定する必要がある。一方、図１４（ａ）に示されたように交流バスバー７６３は、リレーバスバー７５３と機械的接続のみである。そのため交流バスバー７６３は、溶接性を有していない材料を選定することが可能となる。

これにより、交流バスバー７６３は、リレーバスバー７５３に対して材料選定の自由度が高いため、より安価な材料を選定することで、材料コストを抑えることが可能となる。また、リレーバスバー７５３の体積を交流バスバー７６３の体積よりも小さくすることで、一層コストを抑えることが可能となる。

さらに、交流溶接接続部７５０ａや７５１ａには、振動や衝撃に対する強度を含めた信頼性を確保することが必要となる。そのため、リレーバスバー７５３と交流端子３２０Ｂの厚さは、極力同じとなることが望ましい。すなわち、リレーバスバー７５３は材料、及び厚さの選定が制限されてしまうが、交流バスバー７６３は溶接接続による材料及び厚さ選定の制限がなく、設計的自由度の向上が望める。

コンデンサ端子５０３ａと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ａを形成する。

コンデンサ端子５０３ｂと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ｂを形成する。

コンデンサ端子５０３ｃと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ｃを形成する。

コンデンサ端子５０３ｄと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ｄを形成する。

コンデンサ端子５０３ｅと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ｅを形成する。

コンデンサ端子５０３ｆと直流正極端子３１５Ｂ及び直流負極端子３１９Ｂの合わせ部が溶接接続され、直流溶接接続部７８０ｆを形成する。

このとき、直流溶接接続部７８０ａないし７８０ｆを形成するコンデンサモジュール５００と、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃはいずれも流路形成体１２へ取付けられている。つまりコンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃは一体に形成された土台（流路形成体１２）に固定されることになる。これにより、直流溶接接続部７８０ａないし７８０ｆの振動時の共振点周波数を高く保つことが望めるため、溶接部の信頼性を向上することが可能となる。

また、リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３００ａの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５０ａを形成する。

リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３００ｂの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５０ｂを形成する。

リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３００ｃの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５０ｃを形成する。

リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３０１ａの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５１ａを形成する。

リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３０１ｂの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５１ｂを形成する。

リレーバスバー７５３とパワー半導体モジュール３０１ｃの合わせ部が溶接接続され、交流溶接接続部７５１ｃを形成する。

このとき、交流溶接接続部７５０ａ〜７５０ｃ及び７５１ａ〜７５１ｃを形成する交流リレーバスバー７５０及び７５１は流路形成体１２へ取付けられており、前述の通りパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃはいずれも流路形成体１２へ取付けられている。つまり交流リレーバスバー７５０及び７５１とパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃは一体に形成された土台（流路形成体１２）に固定されることになる。これにより、交流溶接接続部７５０ａ〜７５０ｃ及び７５１ａ〜７５１ｃは、直流溶接接続部７８０ａないし７８０ｆと同様に振動時の共振点周波数を高く保つことが望めるため、溶接部の信頼性を向上することが可能となる。

さらに、流路形成体１２はパワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃを冷却するための第１流路形成体４４１（図３参照）を有する。交流リレーバスバー７５０及び７５１は、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ〜３０１ｃの近くに取付けられる。すなわち、流路形成体４４１と交流リレーバスバー７５０及び７５１は、極近くに設置されている。これにより、交流コネクタ１８８からの熱は、図１３に示されるように、点線で示す矢印方向７５５の方向に交流バスバー７６３からリレーバスバー７５３へと伝達される。さらに交流コネクタ１８８からの熱は、絶縁部材７５２を介して、流路形成体１２の流路形成体４４１によって冷却される。

このとき、リレーバスバー７５３の厚さを、交流端子３２０Ｂの厚さよりも大きく形成することによって、交流コネクタ１８８からの熱を積極的に放熱することが可能となるため、パワー半導体モジュール３００ａ〜３００ｃ及び３０１ａ〜３０１ｃの耐熱性を含めた耐久性の向上が望める。しかし、溶接接続されるバスバー同士の厚さが著しく異なると、溶接接続後の振動や衝撃による強度を含めた耐久性の悪化や溶接性の悪化が懸念されるため、本実施形態では溶接接続される互いのバスバーの厚さの差は３０％以下に抑えることとする。但し、前記懸念事項が解決される場合はその限りではない。

８ 蓋
１１ ベース板
１１ａ〜１１ｂ 貫通孔
１２ 流路形成体
１２ａ〜１２ｄ 側壁
１３ 入口配管
１４ 出口配管
１９ａ 第１流路部
１９ｂ 第２流路部
１９ｃ 第３流路部
１９ｄ 第４流路部
１９ｅ 第５流路部
１９ｆ 第６流路部
１９ｇ 第７流路部
１９ｈ 第８流路部
１９ｉ 第９流路部
２０ 制御回路基板
２１ コネクタ
２２ ドライバ回路基板
２２ａ〜２２ｆ 貫通孔
２３ａ 接続部
２３ｂ 接続部
２４ トランス
１３８ 直流コネクタ
１５６、１６６ ダイオード
２００ 電力変換装置
２０２ 第１開口
２０３ 第２開口
２０４ａ 第３開口
２０４ｂ 第４開口
２０５ 第５開口
３００ａ〜３００ｃ、３０１ａ〜３０１ｃ パワー半導体モジュール
３０２ モジュール一次封止体
３０４ モジュールケース
３０４Ａ 薄肉部
３０４Ｂ フランジ
３０５ フィン
３０６ 挿入口
３０７Ａ 第１放熱面
３０７Ｂ 第２放熱面
３０９ ネジ
３１５ 導体板
３１５Ａ 直流正極配線
３１５Ｂ 直流正極端子
３１５Ｃ 補助モジュール側直流正極接続端子
３１５Ｄ 素子側直流正極接続端子
３１８、３１９、３２０ 導体板
３１９Ａ 直流負極配線
３１９Ｂ 直流負極端子
３１９Ｃ 補助モジュール側直流負極接続端子
３１９Ｄ 素子側直流負極接続端子
３２０Ａ 交流配線
３２０Ｂ 交流端子
３２０Ｃ 補助モジュール側交流接続端子
３２０Ｄ 素子側交流接続端子
３２２ 素子固着部
３２４Ｕ、３２４Ｌ 信号配線
３２５Ｌ、３２５Ｕ 信号端子
３２６Ｌ、３２６Ｕ 補助モジュール側信号接続端子
３２７Ｌ、３２７Ｕ 素子側信号接続端子
３２８、３３０ ＩＧＢＴ
３２８Ａ、３３０Ａ 制御電極
３２９ 中間電極
３３３ 絶縁部材
３４８ 第１封止樹脂
３５０ 補機用パワーモジュール
３５１ 第２封止樹脂
３６０ パワー半導体モジュールの高さ
３７０ 接続部
３７１ ボンディングワイヤ
３７２ タイバー
４００ａ〜４００ｃ 開口部
４０２ａ〜４０２ｃ 開口部
４０４ 開口部
４０５ 収納空間
４０６ａ〜４０６ｆ 凸部
４０９ シール部材
４１７ 流れ方向
４２０ 下カバー
４４１ 第１流路形成体
４４２ 第２流路形成体
４４４ 第３流路形成体
５００ コンデンサモジュール
５０１ 積層導体板
５０２ コンデンサケース
５０３ａ〜５０３ｆ コンデンサ端子
５０５ 負極導体板
５０７ 正極導体板
５０８ 負極側の電源端子
５０９ 正極側の電源端子
５１０ 負極側電力線
５１１ 収納部
５１２ 正極側電力線
５１４ コンデンサセル
５１５ａ、５１５ｂ ノイズフィルタ用コンデンサセル
５１６、５１７ 補機用コンデンサ端子
５２０ａ〜５２０ｈ 孔
５３０ 中継導体部
５４０ コンデンサモジュールの高さ
５５０ 絶縁シート
５５１ 充填材
６００ 補助モールド体
６０８ 配線絶縁部
７５０ 交流リレーバスバー
７５１ 交流リレーバスバー
７５０ａ〜７５０ｃ 交流溶接接続部
７５１ａ〜７５１ｃ 交流溶接接続部
７５２ 絶縁部材
７５３ リレーバスバー
７５５ 貫通孔
７６０、７６１ 交流端子ブロック
７６２ 樹脂製ブロック
７６３ 交流バスバー

Claims (4)

1. 直流電流を交流電流に変換するパワー半導体モジュールと、
   前記パワー半導体モジュールを収納する収納空間を形成する筐体と、
   前記パワー半導体モジュールの交流端子と溶融接続により接続される交流リレーバスバーと、
   モータの交流端子と接続される交流端子ブロックと、
   前記パワー半導体モジュールに伝達される駆動信号を出力するドライバ回路基板と、
   前記交流電流を検出するための電流センサと、を備え、
   前記交流リレーバスバーは、絶縁部材を介して前記筐体に支持され、
   前記交流端子ブロックは、前記交流リレーバスバーと機械的接続により接続される交流バスバーを有するとともに前記筐体に支持され、
   前記ドライバ回路基板は、前記パワー半導体モジュールの直流端子又は前記交流端子と対向する位置に配置され、
   前記電流センサは、前記ドライバ回路基板と前記パワー半導体モジュールとの間の空間で、前記交流バスバーに設置され、
   前記交流リレーバスバーは、第１貫通孔を形成し、
   前記第１貫通孔は、前記交流端子ブロックと前記交流リレーバスバーの配置方向に沿って長径が形成される楕円形状であり、
   前記交流端子ブロックは、前記第１貫通孔を通る第１締結部材によって、前記交流リレーバスバーと接続され、
   前記電流センサは、第２貫通孔を形成し、
   前記ドライバ回路基板は、前記交流端子ブロックと前記交流リレーバスバーとの間に配置され、
   さらに前記ドライバ回路基板は、第３貫通孔を形成し、
   前記電流センサは、当該電流センサの前記第２貫通孔が前記第３貫通孔と対向するように配置され、
   前記交流バスバーは、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔を通って前記交流リレーバスバーと接続される電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記交流端子ブロックは、当該交流バスバーを支持する樹脂製ブロックと、を有し、
   前記交流リレーバスバーは、前記交流バスバーとは異なる金属材料により構成され、
   さらに前記交流リレーバスバーの体積は、前記交流バスバーの体積より小さい電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記交流リレーバスバーの厚さは、前記パワー半導体モジュールの前記交流端子の厚さよりも大きく形成される電力変換装置。
4. 請求項１ないし３に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
   前記ドライバ回路基板を支持するベース板を備え、
   前記ベース板は、前記筐体に支持され、
   前記交流端子ブロックは、前記ベース板に支持される電力変換装置。