JPWO2020195141A1 - 電力変換装置および電力変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

負極側バスバー４１は、コンデンサ接続部と、樹脂部４４から露出され、第１および第２のパワー半導体モジュール３０の直流負側端子１０３に接続される第１、第２の負極端子部２７１とを有する。ケース２５２の仕切り部２５２ｂには、第１、第２のパワー半導体モジュール３０の上面２５７よりもモールドバスバー４０側に突出し、モールドバスバー４０に熱結合する突出部２８１が設けられている。突出部２８１は、第１の負極端子部２７１が樹脂部４４から露出する露出部の根元部２７５と第２の負極端子部２７１が樹脂部４４から露出する露出部の第２根元部２７５との間に配置されている。これにより、モールドバスバーの樹脂部からの露出部とパワー半導体モジュール間の空間距離および沿面距離を大きくしてコンデンサの温度上昇を抑制する。

Description

本発明は、電力変換装置および電力変換装置の製造方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両駆動用の電力変換装置は、流路形成体を構成するケース内に、インバータ回路を構成する、例えば、３相分のパワー半導体モジュールおよび平滑用コンデンサを収容して構成されている。パワー半導体モジュールの入出力端子および平滑用コンデンサは、例えば、モールドバスバーに接続され、信号端子は制御回路基板に接続される。

このような電力変換装置の一例として、流路形成体の平坦な面の全面上に、直接、モールドバスバーを搭載する構造とすることが知られている。モールドバスバーの、パワー半導体モジュールの入出力端子に接続される端子部は、流路形成体と反対面側で樹脂部から露出している。モールドバスバーと流路形成体は互い接触して配置されるが、モールドバスバーの流路形成体と接触する面はモールドバスバーを構成する樹脂部で覆われている。この構造によれば、パワー半導体モジュールからモールドバスバーに伝達される熱は、流路形成体により冷却されるため、バスバーの温度を下げることができる、と記載されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１７１３４３号公報

上記特許文献１に記載された構造では、流路形成体の平坦な面の全面上に、直接、モールドバスバーが搭載され、熱伝導可能に結合される。従って、流路形成体の平坦な面から、バスバー端子部の樹脂部から露出される根元部（以下、端子部露出根元部）までの空間距離は、モールドバスバーの厚さにほぼ等しい。また、バスバーの端子部露出根元部の直下の位置でバスバーと流路形成体とが接続されているため、バスバーの端子部露出根元部から流路形成体までの沿面距離のうちの、流路形成体の平坦な面に沿う距離はほぼゼロである。従って、バスバーの端子部露出根元部から流路形成体までの沿面距離も、モールドバスバーの厚さにほぼ等しい。つまり、バスバーの端子部露出根元部から流路形成体までの空間距離および沿面距離は、バスバーモールドの厚さにほぼ等しい短い距離となる。このため、パワー半導体モジュールが発する熱によりバスバーが高温となり、平滑コンデンサの温度が上昇して、平滑コンデンサの温度が耐熱温度を超える虞があった。

本発明の第１の態様によると、電力変換装置は、コンデンサと、一面から突出する入力用または出力用の端子をそれぞれ有する第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールと、前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールを収容する半導体モジュール収容部、および前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュールとの間に設けられた仕切り部を有するケースと、樹脂部と接続導体とが一体的に設けられ、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面上に配置される接続用部材と、を備え、前記接続導体は、前記コンデンサに接続されるコンデンサ接続部と、前記樹脂部から露出され、前記第１のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第１端子部および前記第２のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第２端子部を有し、前記ケースの前記仕切り部には、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面よりも前記接続用部材側に突出し、前記接続用部材に熱結合する突出部が設けられ、前記突出部は、前記接続用部材に熱結合されると共に、前記第１端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第１根元部と前記第２端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第２根元部との間に配置されている。
本発明の第２の態様によると、電力変換装置の製造方法は、コンデンサをケースのコンデンサ収容部に収容すると共に、仕切り部が設けられた前記ケースの半導体モジュール収容部に、一面から突出する入力用または出力用の端子をそれぞれ有する第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールを、前記ケースの前記仕切り部の両側に収容することと、樹脂部と接続導体とが一体的に設けられ、前記接続導体が、前記コンデンサに接続されるコンデンサ接続部を有すると共に、前記樹脂部から露出され、前記第１のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第１端子部および前記第２のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第２端子部を有する接続用部材を、第１のパワー半導体モジュールおよび第２パワー半導体モジューの前記一面上に配置することと、を備え、前記仕切り部には、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面よりも前記接続用部材側に突出し、前記接続用部材に熱結合する突出部が設けられており、前記接続用部材を、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２パワー半導体モジューの前記一面上に配置することは、前記突出部を、前記第１端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第１根元部と前記第２端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第２根元部との間に配置して、前記接続用部材に熱結合することを含む。

本発明によれば、接続用部材の樹脂部からの露出部とパワー半導体モジュール間の空間距離および沿面距離を大きくしてコンデンサの温度上昇を抑制することができる。

図１は、本発明の電力変換装置の回路図の一例を示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態の電力変換装置の外観斜視図である。 図３は、図２に図示された電力変換装置の分解斜視図である。 図４は、図３に図示されたケースにコンデンサモジュール、パワー半導体モジュールおよびモールドバスバーを収容した状態の斜視図である。 図５は、図２に図示された電力変換装置のＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図５に図示された電力変換装置のＶＩ−ＶＩ線の一部領域の断面図である。 図７（Ａ）は、図５に図示されたパワー半導体モジュールの端子部周辺の拡大斜視図であり、図７（Ｂ）は、パワー半導体モジュール３０に内蔵された回路の一例を示す回路図である。 図８は、図４をケースの上方からみた平面図である。 図９（Ａ）は、図８の領域ＩＸａの拡大図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の領域ＩＸｂにおけるパワー半導体モジュール３０の各端子と各バスバーの端子部の配置を示す模式図である。 図１０は、図６の要部を示し、本実施形態における空間距離および沿面距離を説明するための図である。 図１１は、図９（Ａ）の要部を示し、パワー半導体モジュールの突出部の平面上における位置を説明するための図である。 図１２は、電力変換装置とモータジェネレータとの装着構造の平面図である。 図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の電力変換装置の一実施の形態を説明する。
図１は、本発明の電力変換装置の回路図の一例を示す図である。
本発明の電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や、純粋の電気自動車に適用可能である。また、本発明の電力変換装置は、自動車やトラック等の車両駆動用電力変換装置として好適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに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、或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。

電力変換装置２００は、インバータ装置１４０と、平滑用のコンデンサモジュール５００とを備えている。インバータ装置１４０にはバッテリ１３６が電気的に接続されている。バッテリ１３６とインバータ装置１４０との間に設けられたコンデンサモジュール５００は、直流電流を平滑化する。平滑用のコンデンサモジュール５００は、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４を有する。平滑用のコンデンサモジュール５００は、直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６と電気的に接続されている。インバータ装置１４０は、直流正極側端子３１４を介して正極側コンデンサ端子５０６と接続され、かつ直流負極側端子３１６を介して負極側コンデンサ端子５０４と接続される。

インバータ装置１４０は、インバータ回路１４４と、制御部１７０とを備える。制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。インバータ装置１４０の出力側には、モータジェネレータ１９２が接続されている。

インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分を設けている。ここで、ＩＧＢＴとは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略である。それぞれの上下アーム直列回路１５０は、その中点部分（中間電極１６９）に接続される交流端子１５９を有する。交流端子１５９は交流出力側接続導体２３１により交流コネクタ１８８に接続される。また、交流コネクタ１８８は、中継交流接続導体２４１によりモータジェネレータ１９２に接続される。

上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０６に直流正極側接続導体２２１により電気的に接続されている。下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ端子５０４に直流負極側接続導体２１１により電気的に接続されている。

制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、制御部１７０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。

ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、ゲート電極１５４と、信号用のエミッタ電極１５５を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、ＩＧＢＴ３２８と電気的に並列に接続されている。また、ダイオード１６６が、ＩＧＢＴ３３０と電気的に並列に接続されている。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）を用いてもよいが、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、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。マイコンには入力情報として、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１５０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、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。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から信号線１８２を介して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。

図２は、本発明の一実施の形態の電力変換装置の外観斜視図であり、図３は、図２に図示された電力変換装置の分解斜視図である。
図２に図示されるように、電力変換装置２００は、カバー２５１と、ケース２５２と、水路カバー２５３により構成されるほぼ直方体状の筐体を有する。カバー２５１、ケース２５２、水路カバー２５３は、それぞれ、アルミニウム合金等の金属により形成されている。

図３に図示されるように、カバー２５１とケース２５２とにより形成される空間内には、６つのパワー半導体モジュール３０、コンデンサモジュール５００、モールドバスバー４０、金属製部材５０、制御回路基板７０、基板ベース８１、電流センサ１８０および交流端子部材６０が収容されている。ケース２５２には、６つのパワー半導体モジュール３０を収容する半導体モジュール収容部６０１およびコンデンサモジュール５００を収容するコンデンサモジュール収容部６０２が形成されている。ケース２５２には、半導体モジュール収容部６０１内に収容された６つのパワー半導体モジュール３０を冷却するための流路（図示せず）が形成されており、ケース２５２は、流路形成体としての機能を有している。

水路カバー２５３は、ケース２５２のカバー２５１側と反対側の下面を覆って、ケース２５２に水密に取り付けられる。水路カバー２５３には、不図示の入出力パイプが挿通され、水路カバー２５３を介してケース２５２の流路に冷却水等の冷媒が供給される。
カバー２５１の一側面の対向面側には、電流センサ１８０および交流端子部材６０が取り付けられる。

各パワー半導体モジュール３０は、モジュールケース３１（図６参照）および端子部３３（図７参照）を有しており、モジュールケース３１の外周には、シール材８２（図６も参照）が捲回されている。各パワー半導体モジュール３０の上方には、金属製部材５０が配置されている。金属製部材５０には、各パワー半導体モジュール３０の端子部３３を挿通するための６つの開口５１が設けられている。

ケース２５２のコンデンサモジュール収容部６０２に収容されたコンデンサモジュール５００および半導体モジュール収容部６０１内に収容されたパワー半導体モジュール３０上に、モールドバスバー４０が配置されている。モールドバスバー４０は、多数の接続端子部２７０（図９参照）を有している。

カバー２５１の内側には、制御回路基板７０が配置されている。制御回路基板７０には、図１に図示された制御部１７０を構成する電子部品が実装されている。制御回路基板７０は、基板ベース８１により保持される。基板ベース８１は、不図示の締結部材によりケース２５２に設けられたボス部に固定される。

図４は、図３に図示されたケースにコンデンサモジュール、パワー半導体モジュールおよびモールドバスバーを収容した状態の斜視図であり、図５は、図２に図示された電力変換装置のＶ−Ｖ線断面図である。但し、図５では、図１に図示されたカバー２５１、制御回路基板７０、基板ベース８１および絶縁材４６は、図示を省略されている。
上述したように、ケース２５２内に収容されたコンデンサモジュール５００の上方およびパワー半導体モジュール３０の上方で、モールドバスバー４０が締結部材によりケース２５２に固定されている。パワー半導体モジュール３０とモールドバスバー４０との間には金属製部材５０が介装されている（図６参照）。コンデンサモジュール５００は、複数（図３では、１２個として例示）のコンデンサ素子５０１により構成されている。

図５に図示されるようにモールドバスバー４０は、樹脂部４４と、負極側バスバー４１と、正極側バスバー４２および交流側バスバー４３を有している。すなわち、モールドバスバー４０は、負極側バスバー４１、正極側バスバー４２および交流側バスバー４３をインサート部材として、インサートモールド成型により形成された部材である。負極側バスバー４１、正極側バスバー４２および交流側バスバー４３は、それぞれ、図１の直流負極側接続導体２１１、直流正極側接続導体２２１および交流出力側接続導体２３１に相当する。負極側バスバー４１および正極側バスバー４２は、それぞれ、コンデンサモジュール収容部６０２内に収容された各コンデンサ素子５０１に接続されている。また、負極側バスバー４１、正極側バスバー４２および交流側バスバー４３は、各パワー半導体モジュール３０の端子部３３に接続されている。なお、端子部３３は、複数の電源用端子および複数の信号端子を含んでいるが、この詳細は、後述する。

図５に図示されるように、ケース２５２には、電流センサ１８０と、交流端子部材６０が取り付けられている。交流端子部材６０には、中継交流バスバー６１（図１３も参照）が取り付けられている。中継交流バスバー６１は、図１の中継交流接続導体２４１に相当する。中継交流バスバー６１は、電流センサ１８０の近傍を延在され、交流側バスバー４３に接続されている。

負極側バスバー４１および交流側バスバー４３は、それぞれ、樹脂部４４から露出する複数の露出部４１ａ、４３ａ（図４参照）を有している。図４に図示されるように、負極側バスバー４１の露出部４１ａおよび交流側バスバー４３の露出部４３ａは、それぞれ、樹脂部４４の上面４４ａから内部側に凹んでいる。換言すれば、樹脂部４４の上面４４ａと、負極側バスバー４１の露出部４１ａまたは交流側バスバー４３の露出部４３ａとの間には、隙間がある。一方、正極側バスバー４２の上下面および交流側バスバー４３の下面は、樹脂部４４により覆われている。

図７（Ａ）は、図５に図示されたパワー半導体モジュールの端子部周辺の拡大斜視図であり、図７（Ｂ）は、パワー半導体モジュール３０に内蔵された回路の一例を示す回路図である。
パワー半導体モジュール３０は、モジュールケース３１から外部に突出する端子部３３を有する。端子部３３は、以下に示す、複数の電源用端子および複数の信号端子を含んでいる。
図７（Ｂ）に図示されるように、パワー半導体モジュール３０には、２つのＩＧＢＴ３２８、３３０と、２つのダイオード１５６、１６６とが内蔵されている。ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６とは上アーム回路を構成する。ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６とは、下アーム回路を構成する。

直流正極側端子１０１は、ＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３およびダイオード１５６のカソード電極に接続されている。直流負極側端子１０３は、ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極１６５およびダイオード１６６のアノード電極に接続されている。直流正極側端子１０１は、分岐端子１０１ａ、１０１ｂとして２つに分岐して形成され、パワー半導体モジュール３０の内部で電気的に接続されている。直流負極側端子１０３は、分岐端子１０３ａ、１０３ｂとして２つに分岐して形成され、パワー半導体モジュール３０の内部で電気的に接続されている。

ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極１５５とＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極１６３とが接続される接続点にはダイオード１５６のアノード電極とダイオード１６６のカソード電極の接続点とが接続され、また、交流出力端子１０２が接続されている。
ＩＧＢＴ３２８、３３０のゲート電極１５４、１６４は、それぞれ、信号端子であるゲート端子１１１、１２１に接続され、ＩＧＢＴ３２８、３３０のエミッタ電極１５５、１６５は、それぞれ、信号端子であるエミッタ端子１１２、１２２に接続されている。
ゲート端子１１１、１２１およびエミッタ端子１１２、１２２は、制御部１７０（図１参照）に接続されている。
なお、図７（Ａ）において、図７（Ｂ）には図示されていない４つの信号端子１１３、１２３〜１２５は、ＩＧＢＴ３２８、３３０の過電流や過温度を検出するためのセンサ信号用の端子である。

図６は、図５に図示された電力変換装置のＶＩ−ＶＩ線の一部領域の断面図である。
ケース２５２には、パワー半導体モジュール３０を収容する半導体モジュール収容部６０１が設けられている。ケース２５２には、半導体モジュール収容部６０１内に、仕切り部２５２ｂが設けられている。パワー半導体モジュール３０は、半導体モジュール収容部６０１の仕切り部２５２ｂの両側に収容される。パワー半導体モジュール３０は、複数の放熱フィン３１ａを有する金属製のモジュールケース３１を有する。モジュールケース３１内には、ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６（図６には、ＩＧＢＴ３２８のみを図示）が樹脂により一体化された電子部品構成体３２が収容されている。また、モジュールケース３１内には、図７に示す端子部３３を有する、端子集合体３４が収容されている。電子部品構成体３２および端子集合体３４は、モジュールケース３１内に充填される樹脂３６により、モジュールケース３１内に固定されている。

パワー半導体モジュール３０の上部には、金属製部材５０が配置される。金属製部材５０は、不図示の締結部材によりケース２５２に固定され、パワー半導体モジュール３０をケース２５２の底部に固定された水路カバー２５３に押し付け、固定する。図示はしないが、金属製部材５０を、断面波型形状に形成して弾性を持たせ、金属製部材５０の弾性力でパワー半導体モジュール３０を水路カバー２５３に押し付けるようにすることが好ましい。
なお、パワー半導体モジュール３０をケース２５２の底部で保持する構造としてもよい。

パワー半導体モジュール３０が収容された半導体モジュール収容部６０１内には、冷却水等の冷媒が流れる流路が形成されている。モジュールケース３１とケース２５２との間には、シール材８２が介装され、モジュールケース３１とケース２５２とは水密構造とされている。

金属製部材５０の上部には、金属製部材５０と間隙をおいてモールドバスバー４０が配置されている。つまり、金属製部材５０とモールドバスバー４０との間には空間が設けられている。
パワー半導体モジュール３０の端子部３３は、金属製部材５０の開口５１を挿通されて、上方に延在される。図示はしないが、端子部３３のうちの信号端子であるゲート端子１１１、１２１、エミッタ端子１１２、１２２、信号端子１１３、１２３〜１２５は、基板ベース８１を介して制御回路基板７０に設けられた配線（図示せず）に接続される。端子部３３のうちの電源用端子である直流正極側端子１０１、直流負極側端子１０３、および出力用端子である交流出力端子１０２は、モールドバスバー４０に接続される。

図８は、図４をケースの上方からみた平面図であり、図９（Ａ）は、図８の領域ＩＸａの拡大図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の領域ＩＸｂにおけるパワー半導体モジュール３０の各端子と各バスバーの端子部の配置を示す模式図である。
図８に図示されるように、各パワー半導体モジュール３０は、ケース２５２の仕切り部２５２ｂ（図６参照）を挟んで対向する対として配置されており、半導体モジュール収容部６０１内には、３つの半導体モジュール対が収容されている。
負極側バスバー４１は、コンデンサモジュール５００上に延在する本体部２６１と、各対のパワー半導体モジュール３０間に延在する延在部２６２とを有する。一対のパワー半導体モジュール３０は近接して配置されており、一対のパワー半導体モジュール３０間の距離は小さい。このため、延在部２６２の幅は（延在方向と直交する方向の長さ）は、本体部２６１の幅よりも小さくなっている。

図示はしないが、正極側バスバー４２も、同様であり、コンデンサモジュール５００上に延在する本体部と、各対のパワー半導体モジュール３０間に延在され、本体部よりも幅の小さい延在部とを有する。

また、交流側バスバー４３も、各対のパワー半導体モジュール３０間に延在された延在部２６４と、各対のパワー半導体モジュール３０間の外側に設けられた本体部２６３を有する。

図９（Ａ）、（Ｂ）に図示されるように、負極側バスバー４１には、二対の負極側端子部２７１が形成され、正極側バスバー４２には、二対の正極側端子部２７２が形成されている。二対の負極側端子部２７１は、パワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３の分岐端子１０３ａ、１０３ｂに、例えば、溶接により接続されている。二対の正極側端子部２７２は、パワー半導体モジュール３０の直流正極側端子１０１の分岐端子１０１ａ、１０１ｂに、例えば、溶接により接続されている。

また、交流側バスバー４３には、一対の交流側端子部２７３が形成されている。一対の交流側端子部２７３は、パワー半導体モジュール３０の交流出力端子１０２に、例えば、溶接により接合されている。
二対の負極側端子部２７１、正極側端子部２７２および交流側端子部２７３は、モールドバスバー４０の接続端子部２７０を構成する。絶縁材４６（図３参照）には、端子部２７１、２７２、２７３を収容する収容空間が設けられており、各接続端子部２７０の各端子部２７１、２７２、２７３は、絶縁材４６により、絶縁材４６の収納空間内に収容された状態で覆われる。

図６を参照して、モールドバスバー４０とパワー半導体モジュール３０の端子部３３との接続構造を説明する。以下では、代表として、負極側バスバー４１とパワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３の分岐端子１０３ａとの接続構造について説明する。但し、以下では、分岐端子１０３ａは、単に、直流負極側端子１０３とする。
負極側バスバー４１の各負極側端子部２７１は、延在部２６２の幅方向（延在方向に直交する方向）の端部では、樹脂部４４から露出され、根元部２７５で傾め方向に屈曲されている。負極側端子部２７１は、先端部でパワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３に接続されている。

なお、上記では、負極側バスバー４１の負極側端子部２７１と、パワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３の分岐端子１０３ａとの接続構造について説明した。しかし、負極側バスバー４１の負極側端子部２７１と直流負極側端子１０３の分岐端子１０３ｂとの接合構造も上記と同様である。また、図９（Ｂ）に示される、正極側バスバー４２の正極側端子部２７２と、パワー半導体モジュール３０の直流正極側端子１０１の分岐端子１０１ａおよび分岐端子１０１ｂとの接続構造、並びに交流側バスバー４３の交流側端子部２７３とパワー半導体モジュール３０の交流出力端子１０２との接続構造も上記と同様である。

ケース２５２の仕切り部２５２ｂには、パワー半導体モジュール３０の上面２５７よりも、モールドバスバー４０側に突出する突出部２８１が形成されている。金属製部材５０とモールドバスバー４０との間には隙間が設けられており、図６では、突出部２８１は、金属製部材５０の上面よりも突出して例示されている。但し、突出部２８１は、金属製部材５０の上面よりも突出しなくてもよい。

突出部２８１とモールドバスバー４０との間には、熱伝導性のグリースやシート等の熱伝導材２８２が介装され、ケース２５２とモールドバスバー４０とは、熱伝導可能に結合、すなわち、熱結合されている。突出部２８１は、仕切り部２５２ｂを挟んで配置された一対のパワー半導体モジュール３０の間に配置されている。なお、突出部２８１とモールドバスバー４０との熱結合は、熱伝導材２８２を介装せず、突出部２８１とモールドバスバー４０とを、直接、接触させる構造としてもよい。

図１１は、図９（Ａ）の要部を示し、パワー半導体モジュールの突出部の平面上における位置を説明するための図である。
図１１に図示されるように、パワー半導体モジュール３０の突出部２８１は、一方のパワー半導体モジュール３０の端子部３３と他方のパワー半導体モジュール３０の端子部３３との間に、端子部３３と平行に延在され、かつ、平面視で、負極側バスバー４１の延在部２６２および交流側バスバー４３の延在部２６４と重なって配置されている。

電力変換装置２００では、ＩＧＢＴ３２８、３３０等のパワー半導体素子の発熱によりパワー半導体モジュール３０が高温となり、モールドバスバー４０を介してコンデンサモジュール５００に熱伝導される。このため、コンデンサモジュール５００の各コンデンサ素子５０１の温度が上昇して耐熱温度を超える虞がある。
本実施形態においては、ケース２５２とモールドバスバー４０との空間距離および沿面距離を大きくすることにより、コンデンサモジュール５００に伝達される熱を抑制することができる構造となっている。
以下、このことについて説明する。

図１０は、図６の要部を示し、本実施形態における空間距離および沿面距離を説明するための図である。
なお、図１０において、向かって左側のパワー半導体モジュール３０を第１のパワー半導体モジュール３０ａとし、向かって右側のパワー半導体モジュール３０を第２のパワー半導体モジュール３０ｂとする。
ケース２５２の仕切り部２５２ｂの上端には突出部２８１が設けられている。突出部２８１の上面２８１ａは、第１、第２のパワー半導体モジュール３０ｂの上面２５７よりもモールドバスバー４０側に突出している。従って、負極側端子部２７１がモールドバスバー４０の樹脂部４４から露出する根元部２７５と、第１、第２のパワー半導体モジュール３０ａ、３０ｂとの空間距離Ｃｌは、いずれも、モールドバスバー４０が、直接、パワー半導体モジュール３０の上面２５７に配置される構造の場合の空間距離よりも、突出部２８１が第１、第２のパワー半導体モジュール３０ｂの上面２５７から突出している分だけ、大きい。

また、図１０に図示されるように、ケース２５２の仕切り部２５２ｂに設けられた突出部２８１は、第１のパワー半導体モジュール３０ａと第２のパワー半導体モジュール３０ｂとの間に配置されている。沿面距離は、突出部２８１から負極側端子部２７１の根元部２７５までの、モールドバスバー４０の下面４０ａに沿う水平方向の距離と、水平方向に直交する方向の距離との合計である。本実施形態では、突出部２８１は、第１のパワー半導体モジュール３０ａの第２の直流負極側端子１０３と第２のパワー半導体モジュール３０ｂの直流負極側端子１０３との中間に位置している。従って、沿面距離の水平方向の距離は、ゼロではない。これに対し、モールドバスバー４０が、直接、パワー半導体モジュール３０の上面２５７に配置される構造では、沿面距離の水平方向の距離は、ほぼゼロとなる。

従って、ケース２５２の突出部２８１から、第１のパワー半導体モジュール３０ａの負極側端子部２７１の根元部２７５までの沿面距離Ｃｒ１は、モールドバスバー４０が、直接、パワー半導体モジュール３０の上面２５７上に配置される構造の場合の沿面距離よりも大きい。また、ケース２５２の突出部２８１から、第２のパワー半導体モジュール３０ｂの負極側端子部２７１の根元部２７５までの沿面距離Ｃｒ２は、モールドバスバー４０が、直接、パワー半導体モジュール３０の上面２５７上に配置される構造の場合の沿面距離よりも大きい。

このように、本発明の実施形態の電力変換装置２００は、従来の構造に比し、モールドバスバー４０の負極側端子部２７１が樹脂部４４から露出する根元部２７５とパワー半導体モジュール３０間の空間距離および沿面距離を大きくすることができる。このため、パワー半導体モジュール３０からモールドバスバー４０に伝達される熱を低減することができる。これにより、モールドバスバー４０を介してパワー半導体モジュール３０からコンデンサ素子５０１に伝達される熱量が低減され、コンデンサ素子５０１が高温になるのを抑制することができる。

突出部２８１は、第１のパワー半導体モジュール３０ａの直流負極側端子１０３と第２のパワー半導体モジュール３０ｂの直流負極側端子１０３との中心近傍に配置されることが好ましい。ケース２５２の突出部２８１と第１のパワー半導体モジュール３０ａの負極側端子部２７１の根元部２７５までの沿面距離Ｃｒ１と、ケース２５２の突出部２８１と第２のパワー半導体モジュール３０ｂの負極側端子部２７１の根元部２７５までの沿面距離Ｃｒ２とをほぼ等しくすることができるからである。しかし、沿面距離Ｃｒ１と沿面距離Ｃｒ２とが、例えば、ＩＥＣ６０２４３−１等の国際規格に規定された沿面距離を満足する位置であるならば、突出部２８１の位置は、第１のパワー半導体モジュール３０ａの直流負極側端子１０３と第２のパワー半導体モジュール３０ｂの直流負極側端子１０３との中心近傍でなくてもよい。

また、負極側端子部２７１の根元部２７５からパワー半導体モジュール３０の上面２５７までの空間距離Ｃｌも、ＩＥＣ６０２４３−１等の国際規格に規定された空間距離を満足するように突出部２８１の上面２８１ａの位置を設定することが好ましい。

なお、上記では、パワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３と、負極側バスバー４１の負極側端子部２７１との接続構造について例示した。しかし、パワー半導体モジュール３０の直流正極側端子１０１と正極側バスバー４２の正極側端子部２７２との接続構造、および交流側バスバー４３の交流側端子部２７３とパワー半導体モジュール３０の交流出力端子１０２との接続構造も同様である。

図１２は、電力変換装置とモータジェネレータとの装着構造の平面図であり、図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。但し、図１２では、モータジェネレータは図示を省略されている。なお、以下では、図３〜図５も参照して説明する。
ケース２５２の半導体モジュール収容部６０１が形成された側の側部には、電流センサ１８０および交流端子部材６０が取り付けられている。交流端子部材６０には、複数の中継交流バスバー６１が取り付けられている。中継交流バスバー６１は、図１の中継交流接続導体２４１に相当する。

中継交流バスバー６１は、モータジェネレータ１９２に電気的に接続される。中継交流バスバー６１は、電流センサ１８０の近傍を挿通され、交流側バスバー４３に接続されている。中継交流バスバー６１が取り付けられた交流端子部材６０は、ケース２５２に熱伝導可能に結合、すなわち、熱結合している。

モータジェネレータ１９２は、駆動されると大きな熱を発生する。モータジェネレータ１９２が発した熱は、中継交流バスバー６１を介してモールドバスバー４０に熱伝導される。中継交流バスバー６１が高温になると、交流側バスバー４３を介して熱伝導され、コンデンサモジュール５００等の、電力変換装置２００内の電子部品が高温になる。
本実施形態では、中継交流バスバー６１をケース２５２に熱結合する構造であるため、中継交流バスバー６１がケース２５２をｌ介して冷媒が供給される冷却構造により冷却され、モールドバスバー４０に接続されたコンデンサモジュール５００等の、電力変換装置２００内の電子部品が高温になるのを抑制することができる。

本発明の一実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）電力変換装置２００は、コンデンサモジュール５００と、第１、第２にパワー半導体モジュール３０と、コンデンサモジュール収容部６０２および半導体モジュール収容部６０１を有するケース２５２と、樹脂部４４と負極側バスバー４１を有するモールドバスバー４０とを備える。負極側バスバー４１は、コンデンサモジュール５００を構成するコンデンサ素子５０１に接続されるコンデンサ接続部と、樹脂部４４から露出され、第１のパワー半導体モジュール３０の直流負極側端子１０３に接続される第１の負極側端子部２７１および第２のパワー半導体モジュール３０の負極側端子部２７１に接続される第２の負極側端子部２７１を有する。ケース２５２の仕切り部２５２ｂには、第１のパワー半導体モジュール３０および第２のパワー半導体モジュール３０の上面２５７よりもモールドバスバー４０側に突出し、モールドバスバー４０に熱結合する突出部２８１が設けられ、突出部２８１は、第１の負極側端子部２７１が樹脂部４４から露出する露出部の根元部２７５と第２の負極側端子部２７１が樹脂部４４から露出する露出部の根元部２７５との間に配置されている。このため、負極側バスバー４１の、負極側端子部２７１が樹脂部４４から露出する根元部２７５から、パワー半導体モジュール３０までの空間距離および沿面距離を大きくすることができる。つまり、モールドバスバー４０の樹脂部４４からの露出部とパワー半導体モジュール３０間の空間距離および沿面距離を大きくしてコンデンサの温度上昇を抑制することができる。これにより、パワー半導体モジュール３０からモールドバスバー４０に伝達される熱が低減され、モールドバスバー４０に接続されたコンデンサ素子５０１が高温になるのを抑制することができる。

（２）パワー半導体モジュール３０の上面２５７とモールドバスバー４０との間に空間が設けられている。これにより、負極側端子部２７１が樹脂部４４から露出する根元部２７５から、パワー半導体モジュール３０までの空間距離および沿面距離を大きくすることができる。

（３）モールドバスバー４０は、交流側バスバー４３を含み、突出部２８１は、突出部２８１の上方からみた平面視で、交流側バスバー４３の一部と重なっている。このように、交流側バスバー４３の交流側端子部２７３も、負極側バスバー４１の負極側端子部２７１と同様に形成されている。このため、パワー半導体モジュール３０からモールドバスバー４０の交流側バスバー４３に伝達される熱が低減され、モールドバスバー４０に接続されたコンデンサ素子５０１が高温になるのを抑制することができる。

（４）交流側バスバー４３に接続される中継交流バスバー６１をさらに備え、中継交流バスバー６１は、ケース２５２に熱結合されている。このため、中継交流バスバー６１に接続されれたモータジェネレータ１９２等の外部機器が発する熱は、中継交流バスバー６１が熱結合されたケース２５２を介して冷却構造により冷却され、モールドバスバー４０に接続されたコンデンサモジュール５００等の、電力変換装置２００内の電子部品が高温になるのを抑制することができる。

なお、上記一実施の形態では、正・負極側バスバー４２、４１および交流側バスバー４３が樹脂部４４にインサートモールド成型されたモールドバスバー４０として例示した。しかし、インサートモールド成型に代えて、正・負極側バスバー４２、４１および交流側バスバー４３をねじ、ピン等の締結部材により樹脂部４４に固定するようにしてもよい。

上記一実施の形態では、三相のアーム回路としての機能を備える６つのパワー半導体モジュール３０を備える電力変換回路として例示した。しかし、本発明は、１つのパワー半導体モジュール３０や３つのパワー半導体モジュール３０を備える電力変換装置２００に適用することができる。

上記一実施の形態では、電力変換装置２００として、ＩＧＢＴ３２８、３３０を用いたインバータ装置として例示した。しかし、ＩＧＢＴ３２８、３３０に代えて、サイリスタや、ＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）等を用いたインバータ回路にも適用することができる。

また、本発明は、直流−交流変換を行うインバータ装置に限らず、交流−交流変換を行うマトリックスコンバータ等、他の電力変換装置にも適用することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

３０ パワー半導体モジュール
３０ａ 第１のパワー半導体モジュール
３０ｂ 第２のパワー半導体モジュール
４０ モールドバスバー（接続用部材）
４１ 負極側バスバー（接続導体）
４２ 正極側バスバー（接続導体）
４３ 交流側バスバー（接続導体）
４４ 樹脂部
５０ 金属製部材
２００ 電力変換装置
２１１ 直流負極側接続導体
２２１ 直流正極側接続導体
２３１ 交流出力側接続導体
２４１ 中継交流接続導体
２５２ ケース
２５２ｂ 仕切り部
２５７ 上面（一面）
２７１ 負極側端子部
２７２ 正極側端子部
２７３ 交流側端子部
２７５ 根元部
２８１ 突出部
５００ コンデンサモジュール
５０１ コンデンサ素子（コンデンサ）
６０１ 半導体モジュール収容部
６０２ コンデンサモジュール収容部
Ｃｌ 空間距離
Ｃｒ１ 沿面距離
Ｃｒ２ 沿面距離

Claims (7)

1. コンデンサと、
   一面から突出する入力用または出力用の端子をそれぞれ有する第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールと、
   前記コンデンサを収容するコンデンサ収容部、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールを収容する半導体モジュール収容部、および前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュールとの間に設けられた仕切り部を有するケースと、
   樹脂部と接続導体とが一体的に設けられ、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面上に配置される接続用部材と、を備え、
   前記接続導体は、前記コンデンサに接続されるコンデンサ接続部と、前記樹脂部から露出され、前記第１のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第１端子部および前記第２のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第２端子部を有し、
   前記ケースの前記仕切り部には、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面よりも前記接続用部材側に突出し、前記接続用部材に熱結合する突出部が設けられ、
   前記突出部は、前記接続用部材に熱結合されると共に、前記第１端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第１根元部と前記第２端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第２根元部との間に配置されている、電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面と、前記接続用部材との間に空間が設けられている、電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面上に設けられた金属製部材をさらに備え、
   前記空間は、前記金属製部材と前記接続用部材との間に設けられている、電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記接続導体は、直流正極側接続導体および直流負極側接続導体を含み、
   前記突出部は、前記突出部の上方からみた平面視で、前記直流正極側接続導体の一部または直流負極側接続導体の一部と重なっている、電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記接続導体は、交流出力側接続導体を含み、
   前記突出部は、前記突出部の上方からみた平面視で、前記交流出力側接続導体の一部と重なっている、電力変換装置。
6. 請求項５に記載の電力変換装置において、
   前記交流出力側接続導体に接続される中継交流接続導体をさらに備え、
   前記中継交流接続導体は、前記ケースに熱結合されている、電力変換装置。
7. コンデンサをケースのコンデンサ収容部に収容すると共に、仕切り部が設けられた前記ケースの半導体モジュール収容部に、一面から突出する入力用または出力用の端子をそれぞれ有する第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールを、前記ケースの前記仕切り部の両側に収容することと、
   樹脂部と接続導体とが一体的に設けられ、前記接続導体が、前記コンデンサに接続されるコンデンサ接続部を有すると共に、前記樹脂部から露出され、前記第１のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第１端子部および前記第２のパワー半導体モジュールの前記端子に接続される第２端子部を有する接続用部材を、第１のパワー半導体モジュールおよび第２パワー半導体モジューの前記一面上に配置することと、を備え、
   前記仕切り部には、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの前記一面よりも前記接続用部材側に突出し、前記接続用部材に熱結合する突出部が設けられており、
   前記接続用部材を、前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２パワー半導体モジューの前記一面上に配置することは、前記突出部を、前記第１端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第１根元部と前記第２端子部が前記樹脂部から露出する露出部の第２根元部との間に配置して、前記接続用部材に熱結合することを含む、電力変換装置の製造方法。

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