JP7224417B1 - 電力変換装置及びそれを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】直流回路の過電流を遮断できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置３００は、半導体素子と、半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構３０と、半導体素子及び遮断機構３０を収容する筐体部１４０と、を備え、遮断機構３０は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板６０により形成されており、複数の導体層は、多層基板６０の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、遮断機構３０は、過電流が流れたときに溶断するヒューズパターン３１を有しており、ヒューズパターン３１は、内層に形成されており、筐体部１４０の内部には、ポッティング材１５０が充填されている。
【選択図】図１１

Description

本開示は、電力変換装置及びそれを備えた回転電機に関するものである。

特許文献１には、電気回路基板が記載されている。この電気回路基板には、商用電源と電気部品とを接続する配線パターンが形成されている。配線パターンは、商用電源及び電気部品と共に、閉回路を形成している。配線パターンの少なくとも一部は、他部よりも細い配線パターンにより形成されている。電気部品又は閉回路の短絡時には、細い配線パターンが溶断する。

特開２０００－３６６２号公報

特許文献１の技術は、商用電源を対象としている。商用電源は交流電流であるため、電流の零点が存在する。よって、細い配線パターンが溶断した後にアーク放電が生じても、電流が零点になるとアーク放電が消滅するため、電流が遮断される。

しかしながら、直流電流には、電流の零点が存在しない。このため、特許文献１の電気回路基板を直流回路に適用した場合、細い配線パターンが溶断した後にアーク放電が継続的に発生し、電流が流れ続けてしまう。したがって、特許文献１の電気回路基板では、直流回路の過電流を遮断できないという課題があった。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、直流回路の過電流を遮断できる電力変換装置及びそれを備えた回転電機を提供することを目的とする。

本開示に係る電力変換装置は、半導体素子と、前記半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構と、前記半導体素子及び前記遮断機構を収容する筐体部と、を備え、前記遮断機構は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板により形成されており、前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、前記遮断機構は、前記過電流が流れたときに溶断するヒューズパターンを有しており、前記ヒューズパターンは、前記内層に形成されており、前記筐体部の内部には、第１樹脂部材が充填されている。
本開示に係る回転電機は、本開示に係る電力変換装置と、回転子軸と、前記回転子軸と一体に回転する回転子と、前記回転子の径方向外側に配置された固定子と、前記回転子及び前記固定子の外側を覆うハウジングと、を有する回転電機本体部と、を備えている。

本開示によれば、直流回路の過電流を遮断することができる。

実施の形態１に係る回転電機の電気回路を示す回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る回転電機の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 図５のＸＩ－ＸＩ断面を示す断面図である。 ヒューズパターンが多層基板の内層に配置された場合と、ヒューズパターンが多層基板の外層に配置された場合と、におけるアーク放電電圧の実測結果を示すグラフである。 実施の形態１の変形例１－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例１－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例１－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例１－４に係る電力変換装置の遮断機構の要部を示す平面図である。 実施の形態１の変形例１－４に係る電力変換装置の遮断機構の要部を示す平面図である。 実施の形態１の変形例１－４に係る電力変換装置の遮断機構の要部を示す平面図である。 実施の形態１の変形例１－４に係る電力変換装置の遮断機構の要部を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 図２０のＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ断面を示す断面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 図２７のＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ断面を示す断面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。 実施の形態３の変形例３－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置及びそれを備えた回転電機について説明する。本実施の形態に係る回転電機は、例えば、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又はハイブリッド自動車に搭載される。ハイブリッド自動車には、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）及びＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等がある。

図１は、本実施の形態に係る回転電機の電気回路を示す回路図である。図２及び図３は、本実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す平面図である。図２には、電力変換装置３００からカバー１３０及び制御基板１２４が取り外された状態が示されている。図３には、電力変換装置３００からカバー１３０が取り外された状態が示されている。図４は、本実施の形態に係る回転電機の構成を示す断面図である。

＜回転電機１０００＞
回転電機１０００は、図４に示すように、電力変換装置３００と回転電機本体部２００とを備える。以下、回転電機本体部２００の回転子軸４に沿う方向のことを「軸方向」という場合がある。軸方向と垂直な断面において回転子軸４の半径に沿う方向のことを「径方向」という場合がある。

電力変換装置３００は、軸方向において回転電機本体部２００と並列して配置されている。電力変換装置３００は、軸方向において回転電機本体部２００の反負荷側に配置されている。電力変換装置３００と回転電機本体部２００とは一体化されている。電力変換装置３００は、バッテリを電源として、回転電機本体部２００に電力を供給するように構成されている。

回転電機１０００がハイブリッド自動車に搭載されている場合、回転電機本体部２００は、内燃機関（図示せず）を駆動する電動機、あるいは内燃機関により駆動されて発電する発電機として動作する。本実施の形態に係る回転電機１０００は、内燃機関の始動用回転電機として構成されている。回転電機本体部２００の筐体であるハウジング１０には、取付部（図示せず）が設けられている。回転電機１０００は、取付部を介して車両の車体又は内燃機関にボルトで強固に固定される。

＜回転電機本体部２００＞
回転電機本体部２００は、回転子軸４と、回転子６と、固定子３と、ハウジング１０と、を備えている。回転子６は、回転子軸４に固定され、回転子軸４と一体に回転する。回転子６は、界磁巻線５を有している。固定子３は、回転子６の径方向外側に配置されている。ハウジング１０は、回転子６及び固定子３の外側を覆っている。

固定子３は、固定子鉄心３ａと、固定子鉄心３ａに装着された固定子巻線３ｂと、を備える。ハウジング１０は、フロントブラケット１と、リヤブラケット２と、を備える。フロントブラケット１は、負荷側に設けられるブラケットである。リヤブラケット２は、反負荷側に設けられるブラケットである。フロントブラケット１及びリヤブラケット２は、鉄などの金属材料を用いて椀状に形成されている。

回転子軸４の端部は、フロントブラケット１から軸方向の一方側に突出している。回転子軸４の端部には、プーリ９が装着されている。プーリ９には、ベルト（図示せず）が巻き掛けられている。回転電機本体部２００は、プーリ９及びベルトを介して、内燃機関のクランク軸（図示せず）に連結される。リヤブラケット２と車体との間は、固定子鉄心３ａ及びフロントブラケット１を介して電気的に接続される。回転電機本体部２００の軸方向において、フロントブラケット１が設けられた軸方向一方側をフロント側とし、リヤブラケット２が設けられた軸方向他方側をリヤ側とする。

回転子軸４は、フロント側ベアリング７１及びリヤ側ベアリング７２により、ハウジング１０に回転自在に支持される。フロント側ベアリング７１は、フロントブラケット１に設けられている。リヤ側ベアリング７２は、リヤブラケット２に設けられている。

固定子鉄心３ａは、フロントブラケット１のリヤ側の端部と、リヤブラケット２のフロント側の端部と、によって軸方向の両側から挟持され、ハウジング１０に固定されている。固定子３の内周面と回転子６の外周面とは、予め定めたエアギャップを介して、回転電機本体部２００の径方向に対向している。

回転子６は、第１冷却ファン７３及び第２冷却ファン７４を備えている。第１冷却ファン７３は、回転子６のフロント側の端面に固定されている。第２冷却ファン７４は、回転子６のリヤ側の端面に固定されている。第１冷却ファン７３及び第２冷却ファン７４は、回転子６と共に回転する。

フロントブラケット１には、冷却風を回転電機本体部２００の内部に吸入する第１吸気口１１ａが設けられている。第１吸気口１１ａは、フロントブラケット１のフロント側の壁を貫通している。第１吸気口１１ａは、回転子軸４の周囲に複数設けられている。

リヤブラケット２には、冷却風を回転電機本体部２００の内部に吸入する第２吸気口１１ｂが設けられている。第２吸気口１１ｂは、リヤブラケット２のリヤ側の壁を貫通している。第２吸気口１１ｂは、回転子軸４の周囲に複数設けられている。

フロントブラケット１には、回転電機本体部２００の内部から冷却風を外部へ排出する第１排気口１２ａが設けられている。第１排気口１２ａは、フロントブラケット１の径方向の側面の壁を貫通している。

リヤブラケット２には、回転電機本体部２００の内部から冷却風を外部へ排出する第２排気口１２ｂが設けられている。第２排気口１２ｂは、リヤブラケット２の径方向の側面の壁を貫通している。

第１吸気口１１ａと第１排気口１２ａとは、第１通風路Ｒ１を介して連通している。第１通風路Ｒ１は、フロントブラケット１のフロント側の壁のリヤ側の面と、回転子６のフロント側の端面と、の間に形成されている。第１冷却ファン７３は、第１通風路Ｒ１に配置されている。

回転電機１０００の外部と、第２吸気口１１ｂとは、第２通風路Ｒ２を介して連通している。第２通風路Ｒ２は、電力変換装置３００とリヤブラケット２との間に形成されている。

第２吸気口１１ｂと第２排気口１２ｂとは、第３通風路Ｒ３を介して連通している。第３通風路Ｒ３は、リヤブラケット２のリヤ側の壁のフロント側の面と、回転子６のリヤ側の端面と、の間に形成されている。第２冷却ファン７４は、第３通風路Ｒ３に配置されている。

第１冷却ファン７３が回転すると、第１冷却風Ｗ１は、フロントブラケット１の外部から第１吸気口１１ａに吸入される。第１吸気口１１ａに吸入された第１冷却風Ｗ１は、第１通風路Ｒ１を通り、第１排気口１２ａを介して回転電機本体部２００の外部に排出される。

第２冷却ファン７４が回転すると、第２冷却風Ｗ２は、回転電機１０００の外部から第２通風路Ｒ２に吸入される。第２通風路Ｒ２に吸入された第２冷却風Ｗ２は、第２吸気口１１ｂを介して第３通風路Ｒ３に流入し、第２排気口１２ｂを介して回転電機本体部２００の外部に排出される。

＜電力変換装置３００＞
電力変換装置３００は、図２に示すように、固定子用電力半導体モジュール１２１、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、及びフィルタコイル１２７と、これらを内部に収容する筐体部１４０と、を備える。電力変換装置３００は、図３に示すように、制御基板１２４を備える。制御基板１２４は、多層基板により構成されている。制御基板１２４には、界磁用電力半導体モジュール１２０が搭載されている。制御基板１２４は、固定子用電力半導体モジュール１２１及び界磁用電力半導体モジュール１２０を制御するように構成されている。

電力変換装置３００は、図４に示すように、ブラシ１００と、回転センサ１１０と、を筐体部１４０の外側に備えている。ブラシ１００は、回転子６に電力を供給するものである。回転センサ１１０は、回転子６の回転を検出するものである。

固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、及びフィルタコイル１２７は、パワー回路部を構成する。平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、ブラシ１００、及び回転センサ１１０は、それぞれが制御部品として構成される。平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、ブラシ１００、及び回転センサ１１０は、固定子用電力半導体モジュール１２１及び界磁用電力半導体モジュール１２０と共に、回転電機本体部２００に供給する電力を制御するために用いられる。

固定子用電力半導体モジュール１２１は、図１に示すように、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２と、を備える。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、電力用半導体素子である。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、固定子巻線３ｂへの電力供給を制御する。

界磁用電力半導体モジュール１２０は、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と、下アーム電力半導体スイッチング素子１７２と、を備える。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、電力用半導体素子である。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、界磁巻線５への電力供給を制御する。

界磁用電力半導体モジュール１２０は、４つの電力用半導体素子を有している。４つの電力用半導体素子は、１つの界磁用電力半導体モジュール１２０に搭載されていてもよいし、４つの界磁用電力半導体モジュール１２０に１つずつ搭載されていてもよい。

平滑コンデンサ１２２は、固定子巻線３ｂに流れる電流を平滑化する。フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、ノイズを抑制する入力フィルタとして使用される。

筐体部１４０は、金属からなる底壁１３２と、底壁１３２の外周に沿って設けられた樹脂製の側壁１３１と、を備える。筐体部１４０は、四角形状の平面形状を有している。底壁１３２は、筐体部１４０内部の熱を外部に放熱する放熱部材である。底壁１３２は、ヒートシンクとして機能する。底壁１３２は、後述するように電力変換装置３００の負極側導体としても用いられる。筐体部１４０の平面形状は、四角形状に限られず、他の形状であっても構わない。

カバー１３０は、筐体部１４０にねじ止めなどで固定されている。カバー１３０は、筐体部１４０の内部に収容された電気部品を覆っている。

なお、電力変換装置３００においてノイズの抑制を必要としない場合、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は不要となることもある。電力変換装置３００に加わる電圧が４８Ｖ以上の場合、ノイズが過大となるため、フィルタコイル１２７が必要となる場合が多い。

界磁巻線５及び界磁用電力半導体モジュール１２０が設けられた構成は、回転電機本体部２００で大きな出力を得るのに有効である。回転電機本体部２００で大きな出力を必要としない場合は、界磁巻線５の代わりに永久磁石などを用いることもある。その際、界磁用電力半導体モジュール１２０が不要となることもある。

１つの固定子用電力半導体モジュール１２１は、１相分の電力半導体スイッチング素子を有している。回転電機本体部２００が３相の回転電機である場合、３つの固定子用電力半導体モジュール１２１が設けられる。３つの固定子用電力半導体モジュール１２１は、並列に接続される。

本実施の形態では、回転電機本体部２００は３相の回転電機であるため、図１及び図２に示すように、３つの固定子用電力半導体モジュール１２１として、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗが設けられている。

回転電機本体部２００が６相の場合には、６つの固定子用電力半導体モジュール１２１が設けられる。１つの固定子用電力半導体モジュール１２１が２相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合、３つの固定子用電力半導体モジュール１２１が設けられる。１つの固定子用電力半導体モジュール１２１が３相分の電力半導体スイッチング素子を含む場合、２つの固定子用電力半導体モジュール１２１が設けられる。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれは、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２とが直列に接続された構成を有している。Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗによって、三相ブリッジ回路が構成されている。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれは、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果型トランジスタ）とダイオードとが並列に接続された構成を有している。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれにおいて、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１と下アーム電力半導体スイッチング素子１７２との間の接続点は、対応する交流端子１７５に接続されている。各交流端子１７５は、筐体部１４０の外部に露出している。

各交流端子１７５は、接続バスバー２１１を介して、回転電機本体部２００の固定子巻線３ｂの各相の巻線端子（図示せず）に接続されている。接続バスバー２１１は、配線部材１５３に内蔵されている。配線部材１５３は、図４に示すように、リヤブラケット２に固定されている。図４では、交流端子１７５、接続バスバー２１１、及び固定子巻線３ｂを接続する配線部分は省略している。

なお、図１では、図の複雑化を避けるため、交流端子の符号１７５及び接続バスバー２１１の符号２１１は、Ｕ相の交流端子及び接続バスバー２１１のみに付されている。

上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれの信号端子１７６は、制御基板１２４に接続されている。信号端子１７６は、制御基板１２４に設けられた制御回路部からの制御信号を受ける。

なお、図１では、図の複雑化を避けるため、信号端子の符号１７６は、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕにおける下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の信号端子のみに付されている。また、図１では、信号端子１７６と制御基板１２４との間の接続線は省略されている。

固定子用電力半導体モジュール１２１の構成について説明する。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、互いに異なる銅フレームにはんだにより接合されている。銅フレーム間は、銅板及びアルミニウム線により接続されている。これらは樹脂により封止されている。

固定子用電力半導体モジュール１２１の構成は、これに限るものではない。上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２は、絶縁被覆された金属基板、又はセラミック基板に、はんだにより接合されていてもよい。金属基板の材質は、アルミニウム、銅などである。

固定子用電力半導体モジュール１２１は、図４に示すように、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から発生する熱を放熱する放熱面１７７を有している。底壁１３２のリヤ側の面である搭載面には、突部１４３が突出して形成されている。固定子用電力半導体モジュール１２１は、放熱面１７７と突部１４３とが対向するように搭載されている。これにより、固定子用電力半導体モジュール１２１の放熱面１７７は、突部１４３と熱的に接続されている。

放熱面１７７に固定子用電力半導体モジュール１２１の導電性部材が露出している場合、放熱面１７７と突部１４３の搭載面との間に予め定めた距離を確保するために、固定子用電力半導体モジュール１２１は、絶縁性を有する伝熱部材を介在させて突部１４３に搭載される。絶縁性を有する伝熱部材としては、粘性及び流動性のあるグリス、ゲル、接着剤、又は流動性のないシート、テープなどが用いられる。

放熱面１７７が、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれと絶縁されている場合には、絶縁性を有する伝熱部材だけでなく、導電性を有する伝熱部材を使用することができる。この場合、放熱面１７７と突部１４３の搭載面との間に距離を確保しなくてもよい。

底壁１３２は、冷却機構であるフィン１４１を有している。フィン１４１は、突部１４３に対応した底壁１３２のフロント側の面に形成されており、第２通風路Ｒ２に配置されている。フィン１４１が設けられていることにより、第２冷却風Ｗ２によって固定子用電力半導体モジュール１２１を効率よく冷却することできる。高出力化により固定子用電力半導体モジュール１２１の発熱量が多くなる場合、底壁１３２の内部に冷媒通路を設けて、冷媒により固定子用電力半導体モジュール１２１の冷却性を向上させることもできる。これにより、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２から発生した熱を、底壁１３２に広範囲に効果的に伝熱させることができる。したがって、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度上昇を抑制することができる。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれの正極側端子１７３と、界磁用電力半導体モジュール１２０の正極側端子１８３と、フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２と、平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５とは、図１に示すように、バスバーである正極側導体１２５に接続されている。

電力変換装置３００の接続端子である正極側端子１９０は、正極側ケーブル５０３を介して、バッテリ５００の正極側端子５０１に接続される。バッテリ５００は、車両に搭載される直流電源である。

Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれの負極側端子１７４と、フィルタコンデンサ１２６の負極側端子１９４と、平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６とは、筐体部１４０の底壁１３２に接続されている。界磁用電力半導体モジュール１２０の負極側端子１８４は、制御基板１２４を介して底壁１３２に接続されている。

電力変換装置３００の負極側端子１９１は、負極側ケーブル５０４を介して、バッテリ５００の負極側端子５０２に接続される。バッテリ５００の負極側端子５０２は、車両の車体に接続される。車体は、グランド電位に維持されている。底壁１３２とバッテリ５００の負極側端子５０２とを車体を介して電気的に接続することが可能な場合、負極側ケーブル５０４を省略することができる。

図２に示すように、Ｕ相電力半導体モジュール１２１Ｕ、Ｖ相電力半導体モジュール１２１Ｖ、及びＷ相電力半導体モジュール１２１Ｗのそれぞれの負極側端子１７４と、底壁１３２とは、第１ねじ１７９により固定されている。界磁用電力半導体モジュール１２０の負極側端子１８４と、底壁１３２とは、第２ねじにより固定されている。平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６と、底壁１３２とは、第３ねじ１７８により固定されている。フィルタコンデンサ１２６の負極側端子１９４と、底壁１３２とは、第４ねじ１９７により固定されている。

正極側導体１２５は、底壁１３２と並行して配置される。これにより、正極側導体１２５の平面部が底壁１３２と対向する配置となる。このため、正極と負極が並行することによりインダクタンスが低減する。したがって、ノイズ及びスイッチング損失を抑制することができる。

界磁用電力半導体モジュール１２０は、例えばＦＥＴなどの電力半導体スイッチング素子を用いて、フルブリッジ回路を構成している。界磁用電力半導体モジュール１２０の巻線側の正極端子１８５及び負極端子１８６は、筐体部１４０の外部に露出している。正極端子１８５及び負極端子１８６のそれぞれは、回転子６の巻線端子（図示せず）に接続されている。

平滑コンデンサ１２２が各相に個別に設けられていると、スイッチングノイズの低減に有効である。構成を簡易にするために、図２に示すように、平滑コンデンサ１２２が１つのブロックに収容されていてもよい。

各相の固定子用電力半導体モジュール１２１と平滑コンデンサ１２２との配線距離が短いほど、低インダクタンス化に効果的である。そのため、平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５は、各相の固定子用電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３の近くに配置される。平滑コンデンサ１２２の負極側端子１９６は、各相の固定子用電力半導体モジュール１２１の負極側端子１７４の近くに配置される。

平滑コンデンサ１２２は、電圧変動及び電流リップルを吸収する。電流リップルが平滑コンデンサ１２２に印加されることにより、平滑コンデンサ１２２は発熱して温度が上昇する。温度上昇により平滑コンデンサ１２２は劣化するため、平滑コンデンサ１２２の寿命は短くなる。平滑コンデンサ１２２の劣化を抑制するために、平滑コンデンサ１２２は底壁１３２と熱的に接続される。なお、電流リップルの量及び温度上昇などを勘案して、相毎に複数個の平滑コンデンサ１２２が設けられる場合がある。

フィルタコイル１２７は、例えば、フィルタコア１２３に正極側導体１２５の一部分１９３を貫通させて構成される。フィルタコア１２３は、２つのＵ字型の部分で構成され、開口した側を突き合わせて設けられる。このように構成することで、正極側導体１２５を分断することなく、フィルタコア１２３を正極側導体１２５に組み付けることができる。フィルタコア１２３は、フィルタコア１２３の内側の正極側導体１２５の一部分１９３に生じる磁束を吸収する。これにより、ノイズを抑制することができる。

フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、ノイズを抑制する。通電により、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、発熱して温度が上昇する。フィルタコンデンサ１２６の温度が上昇すると、フィルタコンデンサ１２６の寿命が短くなる。フィルタコイル１２７のフィルタコア１２３の温度が上昇すると、減磁によりインダクタンスが低下する。温度上昇に起因した劣化を抑制するために、フィルタコンデンサ１２６及びフィルタコイル１２７は、底壁１３２と熱的に接続される。なお、電流、電圧、及びノイズの抑制度合などを勘案して、複数個のフィルタコンデンサ１２６及び複数個のフィルタコイル１２７が設けられる場合がある。

制御基板１２４には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）などの電子部品（図示せず）が実装される。制御基板１２４は、パワー回路部の電力半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路部を備える。制御回路部は、電力半導体スイッチング素子をオンオフ制御することにより、バッテリ５００の直流電力と固定子巻線３ｂの交流電力との間で電力変換を行うとともに、界磁巻線５への界磁電流の制御を行う。

図３に示すように、制御基板１２４が備える正極パターン（図示せず）と、正極側導体１２５に設けられたピン端子１８７と、が接続される。制御基板１２４が備える負極パターン（図示せず）と、底壁１３２が備える支柱１３２ａとは、第５ねじ１９８により接続される。これらの接続により、制御に必要な電力がバッテリ５００から制御基板１２４に供給される。制御基板１２４は、プリント基板により構成されていてもよい。これにより、ピン端子１８７及び複数の信号端子１７６（図３において図示せず）を、噴流はんだによって制御基板１２４に一度に接続できるため、工数を少なくすることができる。

正極側端子１９０は、例えば、正極側導体１２５に形成された貫通孔に圧入されることにより構成される。あるいは、正極側端子１９０は、底壁１３２と絶縁されたアルミニウム材に圧入し、電力変換装置３００の正極側導体１２５に接触させることにより構成されていてもよい。本実施の形態では、図２に示すように、正極側端子１９０は、正極側導体１２５の端部に形成された貫通孔に圧入されている。負極側端子１９１は、例えば、底壁１３２に圧入される。

このように構成することで、電力変換装置３００の主要な部品である、正極側端子１９０、フィルタコンデンサ１２６、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、及び制御基板１２４のそれぞれとの接続を、単一の正極側導体１２５によって行うことができる。また、フィルタコイル１２７を、単一の正極側導体１２５により構成することができる。

さらに、このように構成することで、負極側端子１９１、フィルタコンデンサ１２６、固定子用電力半導体モジュール１２１、界磁用電力半導体モジュール１２０、平滑コンデンサ１２２、及び制御基板１２４のそれぞれとの接続を、単一の底壁１３２によって行うことができる。この構成により、配線を追加することなく、また、接続工数を増加させることがないため、小型で低インダクタンスの電力変換装置３００を容易に構成することができる。

また、フィルタコンデンサ１２６の正極側端子１９２、固定子用電力半導体モジュール１２１の正極側端子１７３、界磁用電力半導体モジュール１２０の正極側端子１８３、及び平滑コンデンサ１２２の正極側端子１９５のそれぞれと、正極側導体１２５と、の接続を、例えばＴＩＧなどの溶接で統一して行うようにしてもよい。これにより、同じ設備を用いてこれらの接続を行うことができる。

本実施の形態では、電力変換装置３００の負極側導体として底壁１３２を使用することにより、部品点数を削減している。ただし、底壁１３２とは別の独立した配線材により負極側導体が構成されていても、同様の効果を得ることができる。この場合、各部品と負極側導体との接続は、ＴＩＧなどの溶接が効果的である。また、この場合、フィルタコイル１２７を負極配線に取り付けることもできるため、フィルタ回路の構成パターンを増やすことができる。さらに、負極側導体と制御基板１２４との接続は、噴流はんだによって行うことができる。このため、ピン端子１８７などを制御基板１２４に接続するのと同時に、負極側導体を制御基板１２４に接続することができる。

電力変換装置３００は、図４に示すように、筐体部１４０の内部に充填されたポッティング材１５０を備える。ポッティング材１５０は、筐体部１４０の内部を封止する樹脂部材である。ポッティング材１５０は、筐体部１４０の内部に設けられた電気部品が埋没するように充填されている。電気部品がポッティング材１５０で封止されるので、電力変換装置３００の防水性及び防塵性を向上させることができるとともに、電力変換装置３００の耐震性及び伝熱性を向上させることができる。なお、発熱の大きい電気部品の周囲にのみポッティング材１５０が充填されていてもよい。つまり、ポッティング材１５０は、筐体部１４０の内部の全てに充填されていてもよいし、筐体部１４０の内部の一部に充填されていてもよい。

ポッティング材１５０には、例えば、剛性が高く熱伝導率が高い樹脂材料が用いられる。ポッティング材１５０には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などが用いられる。ポッティング材１５０は、熱伝導フィラーを含有している。ポッティング材１５０の熱伝導率は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）～２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのが望ましい。ポッティング材１５０に高い熱伝導率が求められない場合は、ポッティング材１５０は熱伝導フィラーを含有していなくてもよい。ポッティング材１５０に高い剛性が求められない場合は、ポッティング材１５０はゲル状又はゴム状であってもよい。

ブラシ１００は、リヤブラケット２のリヤ側であって回転子軸４の周囲に設けられている。ブラシ１００は、底壁１３２のフロント側に搭載されている。回転子軸４には、界磁巻線５と電気的に接続された通電部（図示せず）が取り付けられている。ブラシ１００の摺動部が通電部と接触することにより、界磁用電力半導体モジュール１２０の出力が界磁巻線５に入力される。

＜回転電機１０００の動作＞
回転電機１０００の動作について説明する。回転電機本体部２００が電動機として動作する場合と、回転電機本体部２００が発電機として動作する場合とでは、電流の流れが異なる。ここでは、回転電機本体部２００が電動機として動作する場合について説明する。

回転電機本体部２００の固定子巻線３ｂに流れる電流は、以下の経路を通る。電流は、バッテリ５００の正極側端子５０１から、正極側ケーブル５０３及び正極側端子１９０を介して、電力変換装置３００に流れ込む。電力変換装置３００において、電流は、フィルタコンデンサ１２６、フィルタコイル１２７、及び、ある１つの相の固定子用電力半導体モジュール１２１の上アーム電力半導体スイッチング素子１７１を介して、固定子巻線３ｂに流れる。

その後、電流は、別の相の固定子用電力半導体モジュール１２１の下アーム電力半導体スイッチング素子１７２を介して底壁１３２に流れ、負極側端子１９１及び負極側ケーブル５０４を介してバッテリ５００の負極側端子５０２に戻る。

制御基板１２４のＣＰＵは、各種センサから取得した情報に基づき、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２をオンオフ制御する制御パターンを演算する。各種センサから取得する情報には、電流センサ（図示せず）により検出された電流値の情報、回転センサ１１０により検出された回転子６の回転速度及び回転位置の少なくとも一方の情報、上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２の温度の情報などがある。

制御基板１２４の制御回路部は、ＣＰＵの演算結果に基づいた制御信号を、各相の上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２のそれぞれの信号端子１７６に出力する。

各相の上アーム電力半導体スイッチング素子１７１及び下アーム電力半導体スイッチング素子１７２が制御されることにより、バッテリ５００の直流電力が交流電力に変換され、固定子巻線３ｂに供給される。これにより、固定子鉄心３ａに回転磁界が発生し、回転子６が回転する。回転子６の回転に連動して、第１冷却ファン７３及び第２冷却ファン７４が回転する。

第１冷却ファン７３が回転すると、第１冷却風Ｗ１が生じる。第１冷却風Ｗ１により、固定子巻線３ｂのフロント側のコイルエンドが冷却される。第２冷却ファン７４が回転すると、第２冷却風Ｗ２が生じる、第２冷却風Ｗ２により、底壁１３２、リヤブラケット２、回転子６、及び固定子巻線３ｂのリヤ側のコイルエンドが冷却される。

底壁１３２が冷却されることにより、固定子用電力半導体モジュール１２１、平滑コンデンサ１２２、フィルタコンデンサ１２６、及びフィルタコイル１２７で発生した熱は、底壁１３２を介して放熱される。リヤブラケット２が冷却されることにより、リヤ側ベアリング７２で発生した摩擦熱、及び固定子３で発生した熱は、リヤブラケット２を介して放熱される。回転子６が冷却されることにより、界磁巻線５で発生した熱は、回転子６を介して放熱される。これらの放熱により、回転電機１０００の各構成部材の温度上昇が抑制される。

＜遮断機構３０＞
制御基板１２４の一部には、遮断機構３０が設けられている。遮断機構３０は、後述するヒューズパターン３１を有している。これにより、界磁用電力半導体モジュール１２０に短絡電流が流れた際の、界磁用電力半導体モジュール１２０の焼損を抑制することができる。以下、具体的に説明する。

図１において、例えば、界磁用電力半導体モジュール１２０に搭載されている電力半導体スイッチング素子が故障して短絡した場合、短絡電流が流れる。遮断機構３０がない場合、電流を遮断する機能が失われるため、界磁用電力半導体モジュール１２０に短絡電流が流れ続けて、界磁用電力半導体モジュール１２０は焼損に至る。

図１において、遮断機構３０は、正極側端子１９０と、界磁用電力半導体モジュール１２０の４つの電力用半導体素子と、の間に設けられている。電力変換装置３００に短絡電流が流れるとき、断面積の小さいヒューズパターン３１は局所的に発熱する。ヒューズパターン３１の温度が融点を超えると、ヒューズパターン３１は溶断する。ヒューズパターン３１が溶断すると、正極側端子１９０と界磁用電力半導体モジュール１２０との間において、通電経路が物理的に遮断される。これにより、界磁用電力半導体モジュール１２０の焼損を防止することができる。

遮断機構３０は、多層基板によって形成されている。例えば、遮断機構３０は、制御基板１２４を構成する多層基板の一部に形成されている。多層基板は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有している。導体層と絶縁部材とは、交互に積層されている。各導体層には、導電性パターンが形成されている。ヒューズパターン３１は、導電性パターンの１つである。多層基板は、多層基板の表面に形成された導体層である外層と、多層基板の内部に形成された導体層である内層と、を有している。多層基板は、通常、２層の外層と、少なくとも１層の内層と、を有する。内層は、２層の絶縁部材によって挟まれている。

本実施の形態では、遮断機構３０は、６層構造の多層基板により構成されている。６層構造の多層基板は、６層の導体層を有している。６層の導体層のうち、２層の導体層は外層であり、４層の導体層は内層である。

図５～図１０は、本実施の形態に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図５には、多層基板６０の第１層の構成が示されている。同様に、図６～図１０には、多層基板６０の第２層～第６層の構成がそれぞれ示されている。第１層及び第６層は外層であり、第２層～第５層は内層である。図１１は、図５のＸＩ－ＸＩ断面を示す断面図である。図１１の上下方向は、回転電機１０００の軸方向を表している。図１１の上方はリヤ側を表しており、図１１の下方はフロント側を表している。

多層基板６０は、絶縁部材としての複数の基材１９と、複数の導電性パターンと、が交互に隙間なく積層された構成を有する。多層基板６０は、例えばプリント基板である。外層の導電性パターンは、多層基板６０の外部に露出している。内層の導電性パターンは、周囲を基材１９等の絶縁部材に囲まれ、２枚の基材１９の間に密閉されている。なお、基材１９の表面に溝が形成され、溝に導電性パターンが埋め込まれていてもよい。

本実施の形態では、多層基板６０は、５枚の基材１９が積層されることによって形成されている。１枚の基材１９は、両面に導電性パターンが形成された構成を有している。残りの４枚の基材１９は、一方の面にのみ導電性パターンが形成された構成を有している。各基材１９は、矩形板状に形成されている。多層基板６０の両側の表面は、いずれもポッティング材１５０と隙間なく接触している。

基材１９は、電気的絶縁性を有する任意の材料により形成されている。基材１９は、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などにより形成されている。基材１９は、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）製、又はポリイミド（ＰＩ）製のフィルムにより形成されていてもよいし、アラミド（全芳香族ポリアミド）繊維から形成される紙などにより形成されていてもよい。また、基材１９は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料により形成されていてもよい。基材１９は、各層に形成される導電性パターンの層間を絶縁できればよい。

＜第１端子パターン及び第２端子パターン＞
図５～図１１に示すように、第１層～第６層の各層には、第１端子パターン２１と第２端子パターン２２とが間隔を空けて設けられている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、各層の第１端子パターン２１は、互いに重なる位置に配置されている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、各層の第２端子パターン２２は、互いに重なる位置に配置されている。第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２は、銅箔により形成されている。本実施の形態では、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２は、いずれも矩形板状に形成されている。第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のそれぞれは、導電性パターンの１つである。

第１端子パターン２１には、円筒状のスルーホール１６が形成されている。スルーホール１６は、多層基板６０を貫通している。スルーホール１６の内壁には、不図示のめっき層が形成されている。各層の第１端子パターン２１は、スルーホール１６を介して、互いに同電位になるように接続されている。本実施の形態では、各層の第１端子パターン２１には、５つのスルーホール１６が設けられている。

第２端子パターン２２には、円筒状のスルーホール４３が形成されている。スルーホール４３は、多層基板６０を貫通している。スルーホール４３の内壁には、不図示のめっき層が形成されている。各層の第２端子パターン２２は、スルーホール４３を介して、互いに同電位になるように接続されている。本実施の形態では、各層の第２端子パターン２２には、スルーホール１６よりも大きい１つのスルーホール４３が設けられている。

第１端子パターン２１は、不図示の配線部材（例えば、配線パターン又はハーネス）を介して、界磁用電力半導体モジュール１２０に接続されている。スルーホール４３には、ピン端子１８７が挿入されている。第２端子パターン２２は、はんだ５１によりピン端子１８７に接続されている。第２端子パターン２２は、ピン端子１８７を介して正極側導体１２５に接続されている。なお、遮断機構３０には方向性がないので、スルーホール１６にピン端子１８７が挿入され、第１端子パターン２１がピン端子１８７に接続されてもよい。この場合、第２端子パターン２２は、界磁用電力半導体モジュール１２０に接続される。

＜ヒューズパターン＞
ヒューズパターン３１は、多層基板６０の内層、すなわち第２層～第５層のいずれかに設けられている。ヒューズパターン３１は、多層基板６０の内層のみ、例えば、多層基板６０の内層のいずれか１層のみに形成されている。ヒューズパターン３１は、第１端子パターン２１と第２端子パターン２２とを接続している。

本実施の形態では、ヒューズパターン３１は、多層基板６０の第３層に設けられている。ヒューズパターン３１は、銅箔により形成されている。ヒューズパターン３１は、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２と同様の材料により形成されている。

ヒューズパターン３１は、第１端子側基部３３と、第２端子側基部３４と、ヒューズ部３５と、を有している。第１端子側基部３３は、ヒューズパターン３１の一端に形成されている。第１端子側基部３３は、第１端子パターン２１に接続されている。第２端子側基部３４は、ヒューズパターン３１の他端に形成されている。第２端子側基部３４は、第２端子パターン２２に接続されている。ヒューズ部３５は、第１端子側基部３３と第２端子側基部３４との間を接続している。ヒューズ部３５は、２枚の基材１９によって挟まれている。これにより、ヒューズ部３５は、多層基板６０の内部に密閉されている。

ヒューズ部３５は、矩形板状に形成されている。電流の経路において、ヒューズ部３５は、第１端子側基部３３の断面積及び第２端子側基部３４の断面積のいずれよりも小さい断面積を有している。また、電流の経路において、ヒューズ部３５は、第１端子パターン２１の断面積及び第２端子パターンの断面積のいずれよりも小さい断面積を有している。ヒューズ部３５は、過電流が流れたときに溶断する溶断部である。ヒューズ部３５の抵抗値［Ω］は、ヒューズ部３５の長さ及び断面積の一方又は双方が調整されることによって調整されている。

ヒューズパターン３１、第１端子パターン２１、第２端子パターン２２、スルーホール１６及びスルーホール４３は、導電性を有する材料により形成されている。例えば、ヒューズパターン３１、第１端子パターン２１、第２端子パターン２２、スルーホール１６及びスルーホール４３は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、すず（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅合金、ニッケル（Ｎｉ）合金、金合金、銀合金、すず合金、アルミニウム合金のいずれかにより形成されている。ヒューズパターン３１、第１端子パターン２１、第２端子パターン２２、スルーホール１６及びスルーホール４３は、同一の材料により形成されていてもよいし、互いに異なる材料により形成されていてもよい。

制御基板１２４は、電力変換装置３００の筐体部１４０の内部において、ポッティング材１５０によって封止されている。したがって、遮断機構３０の周囲もポッティング材１５０によって封止されている。

＜短絡電流による溶断＞
ここで、スイッチング素子が短絡故障した場合を例に、ヒューズパターン３１の動作と直流電流の遮断原理について説明する。界磁用電力半導体モジュール１２０が短絡すると、遮断機構３０には短絡電流が流れる。

短絡電流は、通常動作時の電流よりも大きい。ヒューズ部３５の断面積は他の導電性パターンの断面積よりも小さく、ヒューズ部３５の抵抗値は他の導電性パターンの抵抗値よりも大きい。このため、ヒューズ部３５の発熱量が他の導電性パターンの発熱量よりも大きくなり、局所的に温度上昇することからヒューズ部３５が溶断する。

ヒューズ部３５が溶断すると、溶断部を挟んで対向するヒューズパターン３１の端部同士を繋ぐように、アーク放電が発生する。遮断される電流が直流電流の場合、電流の零点が存在しないため、ヒューズ部３５が溶断してもアーク放電が発生し続け、電流が流れ続ける。電流が流れ続けると、界磁用電力半導体モジュール１２０だけでなく、閉回路内にあるその他の電子部品及び配線パターン等が発熱し、電力変換装置３００が損傷する懸念がある。そのため、強制的に電流を減少させ、零点を作り出し、アーク放電を遮断する必要がある。

閉回路の回路方程式は、式（１）で表される。
Ｖｉｎ＝ｉ×（Ｒ＋ｒ）＋Ｌ×ｄｉ／ｄｔ ・・・（１）
ここで、Ｖｉｎは、正極側端子１９０と負極側端子１９１との間の電圧である。ｉは、閉回路を流れる電流である。Ｒは、ヒューズ部３５を除く閉回路の抵抗値である。ｒは、ヒューズ部３５の抵抗値である。ただし、アーク放電発生後のｒは、アーク放電の抵抗値である。Ｌは、閉回路のリアクタンスである。ｔは時間である。

アーク放電発生後はＲ＜＜ｒになり、（Ｒ＋ｒ）≒ｒと近似できるため、式（１）を式（２）に変形できる。
ｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｉｎ－ｉ×ｒ）／Ｌ ・・・（２）

式（２）より、電流を減少させるには、左辺のｄｉ／ｄｔを負（ｄｉ／ｄｔ＜０）にする必要がある。このため、アーク放電電圧（ｉ×ｒ）を電圧Ｖｉｎよりも高くする必要がある。アーク放電電圧を高くするには、アーク放電の抵抗値ｒを大きくすればよい。アーク放電の抵抗値ｒは、一般的に式（３）で表される。
ｒ＝Ｌ／（σ×Ａｒ） ・・・（３）
ここで、Ｌは、アーク放電の長さ［ｍ］である。σは、アーク放電の電気伝導率［Ｓ／ｍ］である。Ａｒは、アーク放電の断面積［ｍ^２］である。

式（３）より、アーク放電の抵抗値ｒを大きくするには、アーク放電の長さＬを長くするか、アーク放電の径を細くして断面積Ａｒを小さくするか、アーク放電の電気伝導率σを低くすればよい。

＜比較例＞
比較例として、基板の外層にヒューズパターンが設けられる場合を考える。基板の外層に発生したアーク放電は、空気中において自由に変形することができる。このため、アーク放電の径が制限されることはない。よって、アーク放電の径が太くなり、アーク放電の断面積Ａｒが大きくなる。そのため、アーク放電の抵抗値ｒ、及びアーク放電電圧（ｉ×ｒ）が小さくなる。したがって、式（２）のｄｉ／ｄｔが正になり、電流を遮断できない可能性がある。

ヒューズパターンが溶断したときには、導電物を含む溶断物が生じる。比較例では、ヒューズパターンが基板の外層に設けられているため、溶断物が他の回路に飛散し、電気部品を破損する恐れがある。また、ヒューズパターンが基板の外層に設けられている場合、ヒューズパターンを覆うような飛散防止パターンが設けられにくい。このため、通常の回路動作時、及び短絡遮断時の電磁ノイズを遮蔽することができず、電磁ノイズが他の電気部品に悪影響を与え、誤動作する可能性がある。

ヒューズパターンの断面積が小さくなっている部分は、他のパターンよりも抵抗値が大きいため、通常の回路動作時の発熱量が大きくなる。比較例では、この部分は外側に設けられているため、熱が拡散しにくい。そのため、通常の回路動作時であってもヒューズパターンの温度が高くなり、ヒューズパターンが破損する恐れがある。

＜ヒューズ部及びポッティング材の作用＞
そこで、本実施の形態では、上述したように、ヒューズパターン３１は、多層基板６０の内層に設けられている。

図１２は、ヒューズパターンが多層基板の内層に配置された場合と、ヒューズパターンが多層基板の外層に配置された場合と、におけるアーク放電電圧の実測結果を示すグラフである。ヒューズ部３５の長さが長くなると、アーク放電電圧が高くなる。また、ヒューズパターン３１が多層基板６０の外層に配置された場合よりも、ヒューズパターン３１が多層基板６０の内層に配置された場合の方が、アーク放電電圧が高くなる。

ヒューズパターン３１は多層基板６０の内層に配置されているため、ヒューズパターン３１の周囲は基材１９により囲まれている。よって、アーク放電は、基材１９により囲まれた空間に制限されるため、アーク放電の断面積Ａｒが大きくならない。また、基材１９がアーク放電にさらされることにより、基材１９から分解ガスが発生する。このため、アーク放電の断面積Ａｒは、アブレーション効果によって、基材１９により囲まれた空間の断面積よりも小さくなる。

式（３）に示したように、アーク放電の抵抗値ｒは、アーク放電の断面積Ａｒに反比例する。つまり、アーク放電の断面積Ａｒが小さくなると、アーク放電の抵抗値ｒが高くなり、アーク放電電圧（ｉ×ｒ）が高くなる。よって、式（２）のｄｉ／ｄｔを負にすることができるため、溶断後に発生したアーク放電電流を次第に減少させ、電流を遮断することができる。

なお、式（３）に示したように、アーク放電の長さＬが長くなるに従って、アーク放電の抵抗値ｒが大きくなる。式（２）に示したように、アーク放電電圧（ｉ×ｒ）が電圧Ｖｉｎよりも高くなり、ｄｉ／ｄｔが負になるように、ヒューズ部３５の長さが設定されればよい。ヒューズ部３５が溶断すれば、ヒューズ部３５の断面積及び長さ等の形状は、任意の形状に設定することができる。

また、本実施の形態では、上述したように、遮断機構３０の周囲をポッティング材１５０が覆っている。この構成によれば、基材１９及びポッティング材１５０によってヒューズパターン３１が押さえつけられていることから、多層基板６０の剥離を防止することができる。さらに、ヒューズパターン３１は、基材１９によって囲まれているだけでなく、ポッティング材１５０によっても囲まれているため、ヒューズパターン３１の溶断物が他の回路に飛散することを抑制できる。

また、本実施の形態では、制御基板１２４は、ポッティング材１５０を介して、筐体部１４０と熱的に接続されている。すなわち、遮断機構３０は、ポッティング材１５０を介して、筐体部１４０と熱的に接続されている。このため、ヒューズパターン３１の放熱性を高めることができ、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の温度上昇が低減できる。

さらに、スルーホール４３には、ピン端子１８７がはんだ付けされている。ピン端子１８７は、制御基板１２４の厚さ方向に沿ってスルーホール４３に挿入されている。ピン端子１８７のヤング率が基材１９のヤング率よりも大きい場合、ピン端子１８７による多層基板６０の剥離防止効果も得られる。これにより、溶断後のアーク放電電圧が高くなることから、電流の遮断効果が向上する。

第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２の間に印加される電圧Ｖｉｎに関し、一般的に印加電圧が２０Ｖ以上であるとアーク放電が発生し易くなるため、アーク放電の遮断効果を得やすくなる。すなわち、遮断機構３０に印加される電圧が２０Ｖ以上の直流電圧であると、アーク放電の遮断効果が得られやすい。なお、印加電圧が２０Ｖ未満であり、溶断後にアーク放電が生じない場合であっても、ヒューズパターン３１が内層に設けられることによる溶断物の飛散防止効果が得られる。

図１１では、ヒューズパターン３１は第３層に形成されているが、内層に形成されていれば、第２層～第５層のどの層に形成されていてもよい。例えば、ヒューズパターン３１が筐体部１４０に近い第５層に設けられている場合、ポッティング材１５０と基材１９とによる押さえつけ効果が向上するため、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

＜変形例１－１＞
図１３は、本実施の形態の変形例１－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。図１３には、図１１と対応する断面が示されている。図１３に示すように、遮断機構３０においてスルーホール１６の内部には、ポッティング材１５０が充填されていてもよい。スルーホール１６の内部にポッティング材１５０が充填されることによって、制御基板１２４の厚さ方向にポッティング材１５０が貫通する形状となることから、ヒューズパターン３１が溶断する際の溶断物が他の回路に飛散することを抑制でき、さらに多層基板６０の剥離防止効果がより発揮される。

ポッティング材１５０に熱伝導フィラーが含有されている場合、スルーホール１６の内径は、熱伝導フィラーの粒径よりも大きいのが望ましい。これにより、スルーホール１６内部にポッティング材１５０が充填されやすくなる。一般に熱伝導フィラーの粒径は数μｍ～２００μｍであるため、スルーホール１６の内径は２００μｍよりも大きいのが望ましい。

＜変形例１－２＞
図１４は、本実施の形態の変形例１－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。図１４に示すように、第１端子パターン２１には、界磁用電力半導体モジュール１２０が接続されている。界磁用電力半導体モジュール１２０は、端子１８８を有している。端子１８８は、はんだ５２によって第１端子パターン２１に接続されている。

ポッティング材１５０は、界磁用電力半導体モジュール１２０を覆うように充填されている。つまり、ポッティング材１５０は、界磁用電力半導体モジュール１２０を覆うような厚さに形成されている。したがって、遮断機構３０上部を覆うポッティング材１５０の厚さを厚くすることができるため、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

＜変形例１－３＞
図１５は、本実施の形態の変形例１－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。図１５に示すように、電力変換装置３００は、シールド１９９を有していてもよい。シールド１９９は、遮断機構３０の上部を覆うように配置されている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、シールド１９９は、ヒューズパターン３１と重なって配置されている。シールド１９９は、ヒューズパターン３１からの電磁ノイズを遮蔽する機能を有している。シールド１９９は、ポッティング材１５０によって支持されている。

シールド１９９は、筐体部１４０と同様の材料によって構成されている。シールド１９９の剛性は、ポッティング材１５０の剛性よりも高い。シールド１９９が遮断機構３０の上部を覆うように配置されている場合、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。さらに、通常動作時のヒューズパターン３１の発熱をシールド１９９に放熱できることから、ヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。

＜変形例１－４＞
図１６～図１９は、本実施の形態の変形例１－４に係る電力変換装置の遮断機構の要部を示す平面図である。図７に示した構成では、ヒューズ部３５は矩形板状に形成されていた。しかしながら、ヒューズ部３５の形状はこれに限られない。ヒューズ部３５は、他の部分よりも断面積が小さくなるように形状であれば、どのような形状を有していてもよい。

図１６～図１９に示すように、板状の導電性パターンの片側又は両側に切欠きが設けられることにより、ヒューズ部３５の断面積が減らされていてもよい。切欠きの形状は、矩形以外にも三角形、五角形、台形、ひし形、平行四辺形、円形、楕円形等の任意の形状とされてもよい。切欠きは、１個に限らず、複数個設けられてもよい。また、複数の切欠きが、配線の長さ方向の異なる位置に、千鳥状に互い違いに、又は不規則に配置されてもよい。

図１６に示す例では、ヒューズ部３５の両側に円弧状の切欠きが形成されている。図１７に示す例では、ヒューズ部３５の片側に矩形状の切欠きが形成されている。図１８に示す例では、ヒューズ部３５の片側に三角形状の切欠きが形成されている。図１９に示す例では、ヒューズ部３５の両側に矩形状の切欠きが形成され、両側の切欠きが互い違いに配置されている。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置３００は、半導体素子と、遮断機構３０と、筐体部１４０と、を備えている。半導体素子は、例えば、界磁用電力半導体モジュール１２０、固定子用電力半導体モジュール１２１、又はこれらに搭載されている電力半導体スイッチング素子である。遮断機構３０は、半導体素子と電気的に接続されている。遮断機構３０は、過電流を遮断するように構成されている。筐体部１４０は、半導体素子及び遮断機構３０を収容するように構成されている。

遮断機構３０は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板６０により形成されている。複数の導体層は、多層基板６０の内部に形成された導体層である内層を含んでいる。遮断機構３０は、過電流が流れたときに溶断するヒューズパターン３１を有している。ヒューズパターン３１は、複数の導体層のうち多層基板６０の内層に形成されている。筐体部１４０の内部には、ポッティング材１５０が充填されている。ポッティング材１５０は、第１樹脂部材の一例である。

この構成によれば、ヒューズパターン３１が多層基板６０の内層に形成されているため、ヒューズパターン３１の周囲は、多層基板６０の絶縁部材によって囲まれている。過電流によりヒューズパターン３１が溶断した後には、アーク放電が発生する場合がある。しかしながら、ヒューズパターン３１の周囲が絶縁部材によって囲まれているため、アーク放電は絶縁部材により囲まれた空間に制限され、アーク放電の断面積が大きくならない。また、多層基板６０の絶縁部材がアーク放電にさらされることにより、絶縁部材から分解ガスが発生する。このため、アーク放電の断面積は、アブレーション効果によって、絶縁部材により囲まれた空間の断面積よりも小さくなる。その結果、アーク放電の断面積に反比例するアーク放電の抵抗値が高くなり、アーク放電電圧が高くなる。よって、アーク放電電流を次第に減少させ、直流電流を遮断することができる。したがって、上記構成によれば、直流回路の過電流を遮断することができる。

また、上記構成によれば、ヒューズパターン３１は多層基板６０の内層に設けられているので、ヒューズパターン３１の溶断物等が他の回路に飛散することを抑制できる。

ヒューズパターン３１が溶断する際には、多層基板６０の内部で高いエネルギーが生じる。このため、ヒューズパターン３１と絶縁部材とが剥離し、ヒューズパターン３１の溶断部が設けられた空間が拡大してしまうおそれがある。この場合、アーク放電の断面積が大きくなり、アーク放電を遮断できなくなる懸念がある。しかしながら、上記構成によれば、ポッティング材１５０及び筐体部１４０によって多層基板６０を押さえつけることができるため、ヒューズパターン３１が溶断する際に生じるエネルギーによって多層基板６０が剥離してしまうのを抑制することができる。したがって、上記構成によれば、直流回路の過電流をより確実に遮断することができる。

また、上記構成では、ヒューズパターン３１は、多層基板６０の導体層に形成されている。このため、チップ型の過電流遮断用ヒューズ、又は管ヒューズが別途設けられる構成と比較すると、電力変換器の製造コストを低減することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、多層基板６０は、プリント基板である。この構成によれば、噴流はんだを用いた端子の接続が可能であるため、製造工数を削減することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、遮断機構３０は、第１端子パターン２１と、第２端子パターン２２と、を有している。第１端子パターン２１は、ヒューズパターン３１の一端に接続されている。第２端子パターン２２は、ヒューズパターン３１の他端に接続されている。第２端子パターン２２には、多層基板６０を貫通するスルーホール４３が形成されている。スルーホール４３には、ピン端子１８７が挿入されている。スルーホール４３は、第１スルーホールの一例である。ピン端子１８７は、端子の一例である。この構成によれば、ピン端子１８７による多層基板６０の剥離防止効果が得られるため、アーク放電電圧を高くすることができ、電流の遮断効果が向上する。第１スルーホールは、第１端子パターン２１に形成されていてもよい。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、遮断機構３０は、第１端子パターン２１と、第２端子パターン２２と、を有している。第１端子パターン２１は、ヒューズパターン３１の一端に接続されている。第２端子パターン２２は、ヒューズパターン３１の他端に接続されている。第１端子パターン２１には、多層基板６０を貫通するスルーホール１６が形成されている。スルーホール１６には、ポッティング材１５０が充填されている。スルーホール１６は、第１スルーホールの一例である。ポッティング材１５０は、第１樹脂部材の一例である。この構成によれば、ポッティング材１５０による多層基板６０の剥離防止効果が得られるため、アーク放電電圧を高くすることができ、電流の遮断効果が向上する。第１スルーホールは、第２端子パターン２２に形成されていてもよい。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、遮断機構３０に供給される電圧は、２０Ｖ以上の直流電圧である。この構成によれば、ヒューズパターン３１の溶断後にアーク放電が発生しやすくなるため、アーク放電の遮断効果が得られやすくなる。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、ポッティング材１５０は、界磁用電力半導体モジュール１２０を覆うように充填されている。界磁用電力半導体モジュール１２０は、半導体素子の一例である。この構成によれば、遮断機構３０を覆うポッティング材１５０の厚さを厚くすることができるため、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００は、シールド１９９をさらに備えている。シールド１９９は、遮断機構３０を覆うように配置されている。シールド１９９の剛性は、ポッティング材１５０の剛性よりも高い。この構成によれば、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。さらに、ヒューズパターン３１からの電磁ノイズをシールド１９９によって遮蔽できるとともに、ヒューズパターン３１で発生した熱をシールド１９９を介して効率良く放熱することができる。

本実施の形態に係る回転電機１０００は、本実施の形態に係る電力変換装置３００と、回転電機本体部２００と、を備えている。回転電機本体部２００は、回転子軸４と、回転子軸４と一体に回転する回転子６と、回転子６の径方向外側に配置された固定子３と、回転子６及び固定子３の外側を覆うハウジング１０を有している。この構成によれば、回転電機１０００において、上記と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置について説明する。図２０～図２５は、本実施の形態に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図２０～図２５には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。図２６は、図２０のＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ断面を示す断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００は、ヒューズパターン３１の溶断物の飛散を防止する飛散防止パターンを有する点で、実施の形態１と異なっている。飛散防止パターンは、多層基板６０が有する複数の導電性パターンのいずれかによって形成されている。飛散防止パターンは、多層基板６０の第１層～第６層のうち、ヒューズパターン３１が形成された層とは異なる層に形成されている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、飛散防止パターンは、ヒューズパターン３１の溶断部の少なくとも一部、すなわちヒューズ部３５の少なくとも一部と重なって配置されている。

本実施の形態では、複数の飛散防止パターンが形成されている。第１飛散防止パターン４０ａと、第２飛散防止パターン４０ｂとは、互いに異なる層に形成されている。

第１飛散防止パターン４０ａは、第１層に形成されている。すなわち、第１飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１が形成された層よりもリヤ側の層に形成されている。第１層において、第１飛散防止パターン４０ａは、第２端子パターン２２と接続されており、第１端子パターン２１から分離されている。

第２飛散防止パターン４０ｂは、第６層に形成されている。すなわち、第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１が形成された層よりもフロント側の層に形成されている。第６層において、第２飛散防止パターン４０ｂは、第１端子パターン２１と接続されており、第２端子パターン２２から分離されている。

第１端子パターン２１と第２端子パターン２２とは、ヒューズパターン３１を介してのみ電気的に接続されている。このため、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂには、電流が流れない。

第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂはいずれも、ヒューズ部３５の全体を覆う矩形板状に形成されている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、第１飛散防止パターン４０ａは、ヒューズ部３５の少なくとも一部と重なっている。同方向に見たとき、第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズ部３５の少なくとも一部と重なっている。

第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、例えば銅箔により形成されている。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１と同様の材料によって形成されている。

本実施の形態では、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂが、ヒューズパターン３１が設けられた層とは異なる層に設けられている。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、基材１９のヤング率よりも高いヤング率を有している。基板面の法線方向に見たとき、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂはいずれも、ヒューズパターン３１の溶断部すなわちヒューズ部３５と重なっている。

したがって、ヒューズパターン３１が溶断した際には、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂによって、ヒューズパターン３１の溶断物が他の回路に飛散することを抑制できる。さらに、基材１９よりもヤング率の高い第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂが設けられることによって、多層基板６０の剥離防止効果がより発揮され、アーク放電の遮断効果が向上する。

また、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、基材１９の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。これにより、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の発熱を第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂへ放熱することができることから、ヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。さらに、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂが設けられることにより、ヒューズパターン３１から放射されるノイズを抑制することができる。

＜変形例２－１＞
図２７～図３２は、本実施の形態の変形例２－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図２７～図３２には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。図３３は、図２７のＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ断面を示す断面図である。

図２０～図２６に示した構成では、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれが多層基板６０の外層に形成されているが、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは多層基板６０の内層に形成されていてもよい。

図２７～図３３に示すように、第１飛散防止パターン４０ａは、多層基板６０の内層である第２層に形成されている。第２飛散防止パターン４０ｂは、多層基板６０の内層である第４層に形成されている。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂはいずれも、ヒューズパターン３１の形成された第３層と隣り合う層に形成されている。

第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれが多層基板６０の内層に形成されることにより、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれとヒューズパターン３１との間の基材１９の厚さを薄くすることができる。このため、ヒューズパターン３１の溶断物が他の回路に飛散することをより抑制することができる。また、多層基板６０の剥離防止効果がより発揮され、アーク放電の遮断効果が向上する。さらに、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。

このように、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１と異なる層であれば、外層及び内層のいずれにも配置することができる。

＜変形例２－２＞
図３４～図３９は、本実施の形態の変形例２－２に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図３４～図３９には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。

図３４～図３９に示すように、第１飛散防止パターン４０ａは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。このため、第１飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１とは異なる電位を有している。同様に、第２飛散防止パターン４０ｂは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。このため、第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１とは異なる電位を有している。

ヒューズパターン３１が溶断した後には、ヒューズパターン３１の溶断物によって、ヒューズパターン３１の残存部と、第１飛散防止パターン４０ａ又は第２飛散防止パターン４０ｂと、が電気的に接続されてしまう場合がある。本変形例では、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれが第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されているため、上記の場合であっても短絡電流が流れ続けてしまうのを防止できる。

＜変形例２－３＞
図４０～図４５は、本実施の形態の変形例２－３に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図４０～図４５には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。

図４０～図４５に示すように、第１飛散防止パターン４０ａは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。このため、第１飛散防止パターン４０ａは、ヒューズパターン３１とは異なる電位を有している。同様に、第２飛散防止パターン４０ｂは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。このため、第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１とは異なる電位を有している。

本変形例では、第１層～第６層の各層に、第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂが設けられている。第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂは、銅箔により形成されており、導電性を有している。第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２と同様の材料により形成されている。第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂは、本例では矩形板状の形状を有している。

各層の第１連結パターン４４ａは、基板面の法線方向に見たとき互いに重なる位置に配置されている。各層において、第１連結パターン４４ａは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。第１連結パターン４４ａには、筒状のスルーホール４５ａが設けられている。スルーホール４５ａは、多層基板６０を貫通し、多層基板６０の一方の基板面及び他方の基板面に開口している。スルーホール４５ａは、複数形成されていてもよい。各層の第１連結パターン４４ａは、スルーホール４５ａを介して電気的に接続されている。

各層の第２連結パターン４４ｂは、基板面の法線方向に見たとき互いに重なる位置に配置されている。各層において、第２連結パターン４４ｂは、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２のいずれからも分離されている。第２連結パターン４４ｂには、筒状のスルーホール４５ｂが設けられている。スルーホール４５ｂは、多層基板６０を貫通し、多層基板６０の一方の基板面及び他方の基板面に開口している。スルーホール４５ｂは、複数形成されていてもよい。各層の第２連結パターン４４ｂは、スルーホール４５ｂを介して電気的に接続されている。

本変形例では、第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂが設けられているが、第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂの一方のみが設けられていてもよい。

多層基板６０の基板面と平行な面内において、ヒューズパターン３１の延伸方向をＹ方向とし、Ｙ方向と直交する方向をＸ方向とする。図４０～図４５では、左右方向がＹ方向であり、上下方向がＸ方向である。このとき、第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂはいずれも、ヒューズパターン３１に対してＸ方向の一方側に配置されている。

第１連結パターン４４ａは、基板面の法線方向に見て、Ｙ方向におけるヒューズパターン３１の中央部よりも、Ｙ方向の一方側に寄って配置されている。第２連結パターン４４ｂは、基板面の法線方向に見て、Ｙ方向におけるヒューズパターン３１の中央部よりも、Ｙ方向の他方側に寄って配置されている。なお、溶断部であるヒューズ部３５は、Ｙ方向におけるヒューズパターン３１の中央部に設けられている。

各層において、第１連結パターン４４ａは、Ｘ方向における第１端子パターン２１の一方側に、第１端子パターン２１と間隔を空けて配置されている。各層において、第２連結パターン４４ｂは、Ｘ方向における第２端子パターン２２の一方側に、第２端子パターン２２と間隔を空けて配置されている。

第１飛散防止パターン４０ａは、同じ層に設けられた第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂに電気的及び熱的に接続されている。同様に、第２飛散防止パターン４０ｂは、同じ層に設けられた第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂに電気的及び熱的に接続されている。これにより、第１飛散防止パターン４０ａと第２飛散防止パターン４０ｂとを同電位にすることができるため、ノイズ遮蔽効果が向上する。

さらに、例えば第６層の第１連結パターン４４ａ又は第２連結パターン４４ｂと、筐体部１４０に構成されている凸部（図示せず）と、が電気的に接続されていてもよい。この場合、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂの電位を筐体部１４０と同電位すなわちグランド電位にすることができる。このため、ノイズ遮蔽効果がさらに向上する。また、第６層の第１連結パターン４４ａ又は第２連結パターン４４ｂと、筐体部１４０に構成されている凸部（図示せず）と、が熱的に接続している場合、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の発熱を、基材１９、第１飛散防止パターン４０ａ、第２飛散防止パターン４０ｂ、スルーホール４５ａ、スルーホール４５ｂ、第１連結パターン４４ａ及び第２連結パターン４４ｂを介して、筐体部１４０へ放熱することができる。このため、ヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。

第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂは、ヒューズパターン３１と同じ厚さを有していてもよいし、ヒューズパターン３１とは異なる厚さを有していてもよい。例えば、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂの厚さがヒューズパターン３１の厚さよりも大きい場合、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂの剛性が向上することから、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。さらに、通常動作時のヒューズパターン３１の発熱を、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂへ放熱しやすくなることから、ヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置３００において、遮断機構３０は、ヒューズパターン３１の溶断物の飛散を防止する第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂを有している。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、多層基板６０の複数の導体層のうちヒューズパターン３１とは異なる導体層に形成されている。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、ヒューズパターン３１の溶断部の少なくとも一部と重なっている。この構成によれば、ヒューズパターン３１の溶断物が他の回路に飛散することを抑制できる。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、多層基板６０の複数の導体層は、多層基板６０の内部に形成された導体層として、ヒューズパターン３１の形成された内層とは異なる別の内層を有している。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、多層基板６０の上記別の内層に形成されている。この構成によれば、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれとヒューズパターン３１との間の絶縁部材の厚さを薄くすることができるため、ヒューズパターン３１の溶断物が他の回路に飛散することをより抑制することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、グランド電位を有している。この構成によれば、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂによるヒューズパターン３１のノイズ遮蔽効果が向上する。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置について説明する。図４６は、本実施の形態に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。なお、実施の形態１又は２と同様の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００は、遮断機構３０が形成されている多層基板６０と、筐体部１４０と、の間に樹脂部材８０が設けられている点で、実施の形態１と異なっている。図４６に示すように、樹脂部材８０は、遮断機構３０と筐体部１４０との間に形成されている。多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、樹脂部材８０は、ヒューズパターン３１と重なって配置されている。

樹脂部材８０は、筐体部１４０の側壁１３１のヤング率、及びポッティング材１５０のヤング率のいずれよりも低いヤング率を有している。例えば、樹脂部材８０のヤング率は、数十ＭＰａのオーダーであり、例えば１０ＭＰａ～３０ＭＰａである。例えば、樹脂部材８０は、ゴム材、シリコンゴム、シリコンゲル等により形成されている。

本実施の形態では、側壁１３１及びポッティング材１５０よりも強度の低い樹脂部材８０が設けられているため、ヒューズパターン３１が溶断した際、基材１９を貫通して飛散した溶断物は、樹脂部材８０に吸収される。したがって、周囲に溶断物が飛散することを防止でき、短絡電流の遮断を確実に維持することができる。

樹脂部材８０は、ヒューズパターン３１が溶断した際に生じるアーク放電を消弧する作用を有する樹脂材によって形成されていてもよい。一般に、アークは、電源電圧が２０Ｖ以上の場合に発生する。電力変換装置３００において、バッテリ５００の電圧が２０Ｖ以上の場合、ヒューズパターン３１の溶断後にアークが発生する場合がある。アーク放電を消弧する作用を有する樹脂材によって樹脂部材８０が形成されることにより、アーク放電による短絡電流の通電が継続されてしまうのを抑制することができ、ヒューズパターン３１の溶断後に速やかに電流を遮断することができる。

樹脂部材８０は、ポッティング材１５０の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有していてもよい。また、樹脂部材８０は、多層基板６０及び筐体部１４０に対して熱的に接続されていてもよい。この場合、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の発熱を、樹脂部材８０を介して筐体部１４０に放熱することができ、ヒューズパターン３１の温度上昇を低減できる。

＜変形例３－１＞
図４７は、本実施の形態の変形例３－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す断面図である。図４７に示すように、筐体部１４０は、凸部１４０ａを有していてもよい。樹脂部材８０は、多層基板６０に形成されている遮断機構３０と、筐体部１４０と、の間に設けられている。凸部１４０ａによって樹脂部材８０の厚さが小さくなるため、樹脂部材８０の熱抵抗が小さくなる。したがって、電力変換装置３００が通常動作する際のヒューズパターン３１の温度上昇をさらに低減できる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置３００では、遮断機構３０と筐体部１４０との間に樹脂部材８０が設けられている。樹脂部材８０は、第２樹脂部材の一例である。樹脂部材８０は、ポッティング材１５０のヤング率よりも低いヤング率を有している。この構成によれば、ヒューズパターン３１が溶断した際、多層基板６０の絶縁部材を貫通して飛散した溶断物は、樹脂部材８０に吸収される。したがって、周囲に溶断物が飛散することを防止でき、短絡電流の遮断を確実に維持することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換装置について説明する。図４８～図５３は、本実施の形態に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図４８～図５３には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。なお、実施の形態１～３のいずれかと同様の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００は、スルーホール１７が設けられている点で実施の形態１と異なっている。

図４８～図５３に示すように、多層基板６０には、スルーホール１６及びスルーホール４３とは別に、スルーホール１７が形成されている。スルーホール１７は、基板面の法線方向に見たとき、ヒューズパターン３１の周囲に形成されている。本実施の形態では、基板面の法線方向に見たとき、４つのスルーホール１７がヒューズパターン３１を挟んで両側に２つずつ配置されている。スルーホール１７のそれぞれは、多層基板６０を貫通している。

第１層～第６層の各層において、スルーホール１７のそれぞれの周囲には、ランド２３が形成されている。ランド２３は、ヒューズパターン３１と同様の材料により形成されている。各層において、ランド２３は、第１端子パターン２１及び第２端子パターン２２から分離されている。第３層のランド２３は、ヒューズパターン３１から分離されている。

スルーホール１７の内壁には、不図示のめっき層が形成されている。各層のランド２３は、スルーホール１７を介して電気的に接続されていてもよい。ランド２３及びスルーホール１７は、ヒューズパターン３１とは異なる電位を有している。

本実施の形態では、スルーホール１７が形成されていることにより、多層基板６０の厚さ方向の強度が向上する。したがって、多層基板６０の剥離防止効果が向上し、ヒューズパターン３１が溶断した後の電流遮断性能が向上する。

スルーホール１７の内部は空間であってもよいし、スルーホール１７の内部にはポッティング材１５０が充填されていてもよい。スルーホール１７の内部にポッティング材１５０が充填されている場合、多層基板６０の剥離防止効果がさらに向上する。

＜変形例４－１＞
図５４～図５９は、本実施の形態の変形例４－１に係る電力変換装置の遮断機構の構成を示す平面図である。図５４～図５９には、多層基板６０の第１層～第６層の構成がそれぞれ示されている。

図５４～図５９に示すように、スルーホール１７は、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂと接続されていてもよい。第２層において、スルーホール１７は、第１飛散防止パターン４０ａに形成されている。第４層において、スルーホール１７は、第２飛散防止パターン４０ｂに形成されている。これにより、第２層の第１飛散防止パターン４０ａと、第４層の第２飛散防止パターン４０ｂと、第１層、第３層、第５層及び第６層のランド２３とは、スルーホール１７を介して電気的に接続されている。

これにより、多層基板６０の厚さ方向の強度がさらに向上するため、多層基板６０の剥離防止効果がさらに向上する。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置３００において、ヒューズパターン３１の周囲には、多層基板６０を貫通するスルーホール１７が形成されている。スルーホール１７は、第２スルーホールの一例である。この構成によれば、スルーホール１７によって多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、遮断機構３０は、ヒューズパターン３１の溶断物の飛散を防止する第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂを有している。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、多層基板６０の複数の導体層のうちヒューズパターン３１とは異なる導体層に形成されている。第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂのそれぞれは、多層基板６０の基板面の法線方向に見たとき、ヒューズパターン３１の溶断部の少なくとも一部と重なっている。スルーホール１７は、第１飛散防止パターン４０ａ及び第２飛散防止パターン４０ｂと接続されている。この構成によれば、多層基板６０の厚さ方向の強度が向上するため、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

本実施の形態に係る電力変換装置３００において、スルーホール１７には、ポッティング材１５０が充填されている。この構成によれば、多層基板６０の厚さ方向の強度が向上するため、多層基板６０の剥離防止効果が向上する。

上記の実施の形態及び変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、３ 固定子、３ａ 固定子鉄心、３ｂ 固定子巻線、４ 回転子軸、５ 界磁巻線、６ 回転子、９ プーリ、１０ ハウジング、１１ａ 第１吸気口、１１ｂ 第２吸気口、１２ａ 第１排気口、１２ｂ 第２排気口、１６ スルーホール、１７ スルーホール、１９ 基材、２１ 第１端子パターン、２２ 第２端子パターン、２３ ランド、３０ 遮断機構、３１ ヒューズパターン、３３ 第１端子側基部、３４ 第２端子側基部、３５ ヒューズ部、４０ａ 第１飛散防止パターン、４０ｂ 第２飛散防止パターン、４３ スルーホール、４４ａ 第１連結パターン、４４ｂ 第２連結パターン、４５ａ スルーホール、４５ｂ スルーホール、５１ はんだ、５２ はんだ、６０ 多層基板、７１ フロント側ベアリング、７２ リヤ側ベアリング、７３ 第１冷却ファン、７４ 第２冷却ファン、８０ 樹脂部材、１００ ブラシ、１１０ 回転センサ、１２０ 界磁用電力半導体モジュール、１２１ 固定子用電力半導体モジュール、１２１Ｕ Ｕ相電力半導体モジュール、１２１Ｖ Ｖ相電力半導体モジュール、１２１Ｗ Ｗ相電力半導体モジュール、１２２ 平滑コンデンサ、１２３ フィルタコア、１２４ 制御基板、１２５ 正極側導体、１２６ フィルタコンデンサ、１２７ フィルタコイル、１３０ カバー、１３１ 側壁、１３２ 底壁、１３２ａ 支柱、１４０ 筐体部、１４０ａ 凸部、１４１ フィン、１４３ 突部、１５０ ポッティング材、１５３ 配線部材、１７１ 上アーム電力半導体スイッチング素子、１７２ 下アーム電力半導体スイッチング素子、１７３ 正極側端子、１７４ 負極側端子、１７５ 交流端子、１７６ 信号端子、１７７ 放熱面、１７８ 第３ねじ、１７９ 第１ねじ、１８３ 正極側端子、１８４ 負極側端子、１８５ 正極端子、１８６ 負極端子、１８７ ピン端子、１８８ 端子、１９０ 正極側端子、１９１ 負極側端子、１９２ 正極側端子、１９３ 一部分、１９４ 負極側端子、１９５ 正極側端子、１９６ 負極側端子、１９７ 第４ねじ、１９８ 第５ねじ、１９９ シールド、２００ 回転電機本体部、２１１ 接続バスバー、３００ 電力変換装置、５００ バッテリ、５０１ 正極側端子、５０２ 負極側端子、５０３ 正極側ケーブル、５０４ 負極側ケーブル、１０００ 回転電機。

Claims (15)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構と、
   前記半導体素子及び前記遮断機構を収容する筐体部と、
   を備え、
   前記遮断機構は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板により形成されており、
   前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、
   前記遮断機構は、前記過電流が流れたときに溶断するヒューズパターンを有しており、
   前記ヒューズパターンは、前記内層に形成されており、
   前記筐体部の内部には、第１樹脂部材が充填されており、
   前記遮断機構は、前記ヒューズパターンの溶断物の飛散を防止する飛散防止パターンを有しており、
   前記飛散防止パターンは、前記複数の導体層のうち前記ヒューズパターンとは異なる導体層に形成されており、
   前記飛散防止パターンは、前記多層基板の基板面の法線方向に見たとき、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重なっている電力変換装置。
2. 前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層として、前記内層とは異なる別の内層を含んでおり、
   前記飛散防止パターンは、前記別の内層に形成されている請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記飛散防止パターンは、グランド電位を有している請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 半導体素子と、
   前記半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構と、
   前記半導体素子及び前記遮断機構を収容する筐体部と、
   を備え、
   前記遮断機構は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板により形成されており、
   前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、
   前記遮断機構は、前記過電流が流れたときに溶断するヒューズパターンを有しており、
   前記ヒューズパターンは、前記内層に形成されており、
   前記筐体部の内部には、第１樹脂部材が充填されており、
   前記遮断機構と前記筐体部との間に第２樹脂部材が設けられている電力変換装置。
5. 前記第２樹脂部材は、前記第１樹脂部材のヤング率よりも低いヤング率を有している請求項４に記載の電力変換装置。
6. 半導体素子と、
   前記半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構と、
   前記半導体素子及び前記遮断機構を収容する筐体部と、
   を備え、
   前記遮断機構は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板により形成されており、
   前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、
   前記遮断機構は、前記過電流が流れたときに溶断するヒューズパターンを有しており、
   前記ヒューズパターンは、前記内層に形成されており、
   前記筐体部の内部には、第１樹脂部材が充填されており、
   前記ヒューズパターンの周囲には、前記多層基板を貫通する第２スルーホールが形成されている電力変換装置。
7. 前記遮断機構は、前記ヒューズパターンの溶断物の飛散を防止する飛散防止パターンを有しており、
   前記飛散防止パターンは、前記複数の導体層のうち前記ヒューズパターンとは異なる導体層に形成されており、
   前記飛散防止パターンは、前記多層基板の基板面の法線方向に見たとき、前記ヒューズパターンの溶断部の少なくとも一部と重なっており、
   前記第２スルーホールは、前記飛散防止パターンと接続されている請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記第２スルーホールには、前記第１樹脂部材が充填されている請求項６又は請求項７に記載の電力変換装置。
9. 半導体素子と、
   前記半導体素子と電気的に接続され、過電流を遮断する遮断機構と、
   前記半導体素子及び前記遮断機構を収容する筐体部と、
   を備え、
   前記遮断機構は、複数の導体層と複数の絶縁部材とを有する多層基板により形成されており、
   前記複数の導体層は、前記多層基板の内部に形成された導体層である内層を含んでおり、
   前記遮断機構は、前記過電流が流れたときに溶断するヒューズパターンを有しており、
   前記ヒューズパターンは、前記内層に形成されており、
   前記筐体部の内部には、第１樹脂部材が充填されており、
   前記遮断機構を覆うように配置されたシールドをさらに備え、
   前記シールドの剛性は、前記第１樹脂部材の剛性よりも高い電力変換装置。
10. 前記多層基板は、プリント基板である請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 前記遮断機構は、前記ヒューズパターンの一端に接続された第１端子パターンと、前記ヒューズパターンの他端に接続された第２端子パターンと、を有しており、
    前記第１端子パターン又は前記第２端子パターンには、前記多層基板を貫通する第１スルーホールが形成されており、
    前記第１スルーホールには、端子が挿入されている請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
12. 前記遮断機構は、前記ヒューズパターンの一端に接続された第１端子パターンと、前記ヒューズパターンの他端に接続された第２端子パターンと、を有しており、
    前記第１端子パターン又は前記第２端子パターンには、前記多層基板を貫通する第１スルーホールが形成されており、
    前記第１スルーホールには、前記第１樹脂部材が充填されている請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
13. 前記遮断機構に供給される電圧は、２０Ｖ以上の直流電圧である請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
14. 前記第１樹脂部材は、前記半導体素子を覆うように充填されている請求項１～請求項１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
15. 請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
    回転子軸と、前記回転子軸と一体に回転する回転子と、前記回転子の径方向外側に配置された固定子と、前記回転子及び前記固定子の外側を覆うハウジングと、を有する回転電機本体部と、
    を備えた回転電機。

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