WO2007083648A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

　課題は、半導体モジュール以外の構成部品に対して半導体モジュールから与える熱影響を低減できる電力変換装置の提供にある。 　電力変換用の主回路を構成する半導体モジュール２０，３０と、主回路に電気的に接続されたコンデンサ５０と、電力変換の動作をさせるための駆動信号を主回路に供給する駆動回路を備えた駆動回路基板７０，７１と、駆動信号を供給させるための制御信号を駆動回路に供給する制御回路を備えた制御回路基板７４とを収納する筐体の内部に、冷媒流路２８を備えかつ室を形成するための周壁が熱伝導性部材によって形成された冷却室を構成し、少なくとも半導体モジュール２０，３０をその冷却室の内部に収納し、少なくともコンデンサ５０及び制御回路基板７４を冷却室の外部に配置する。

Description

明 細 書

電力変換装置

技術分野

[0001] 本発明は、入力電力を所定の電力に変換して出力する電力変換装置に関する。

背景技術

[0002] 電力変換装置に関する背景技術としては、例えば、特許文献 1に開示されたインバ ータ装置が知られている。特許文献 1には、スイッチング素子パワーモジュール、平 滑コンデンサ及び制御ユニットの順にそれらを基台を介してケース内に積み上げ配 置し、インバータ装置の小型化を図る技術が開示されている。

[0003] 特許文献 1には、技術が開示されている。具体的には、ようにブレーキ力が制御さ れるものである。

[0004] 特許文献 1 :特開 2003— 199363号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 近年、自動車に搭載されて車両駆動用電動機の駆動を制御する電力変換装置に はさらなる低コストィ匕が望まれている。これは、電力変換装置の低コスト化により、車 両に搭載される電動駆動システムの低コスト化を図り、車両駆動の電動化をこれまで 以上に普及させるためである。これにより、地球環境に及ぼす影響のさらなる低減， 燃費のさらなる向上が図れる。

[0006] 電力変換装置の低コストィ匕を図る解決方法の 1つとしては、電力変換装置を電動機 の近傍、例えば電動機が搭載された変速機の筐体に取り付け、電力変換装置と電動 機との間を電気的に接続する配線の削除が考えられる。これを実現するためには、 例えば電力変換用主回路を構成する半導体モジュールの半導体チップを小型化し て電力変換装置の小型化を図り、限られた車載スペースの中において電力変換装 置を変速機の筐体に取り付けできるようにする必要がある。

[0007] し力しながら、半導体チップを小型化すると、半導体チップの発熱が増加する。これ により、半導体モジュール力も電力変換装置の内部に放出される熱が増カロして電力 変換装置の内部温度が上昇する。このため、半導体モジュールを含む電力変換装 置構成部品を 1つのケース内に配置する電力変換装置では、半導体モジュール以 外の電力変換装置構成部品に熱影響を与えると考えられる。また、前述した背景技 術においてもそこまで考慮していない。従って、半導体チップの小型化による電力変 換装置の小型化にあたっては、半導体モジュール以外の電力変換装置構成部品に 半導体モジュールから与える熱影響の低減が必要である。

[0008] また、半導体チップの発熱は半導体のスイッチング動作時の損失にも起因する。こ のようなことから、半導体のスイッチング動作時の損失をさらに低減して半導体チップ 力 の発熱を抑えることにより、半導体チップの小型化を実現可能なものにできる。半 導体のスイッチング動作時の損失をさらに低減するためには、半導体モジュールに 電気的に接続されたコンデンサと半導体モジュールとの間の接続導体におけるイン ダクタンスをさらに低減することが重要である。従って、半導体チップの小型化による 電力変換装置の小型化にあたっては、半導体のスイッチング動作時の損失を低減し て半導体チップの発熱を抑えることにより、半導体モジュール以外の電力変換装置 構成部品に半導体モジュール力 与える熱影響の低減が必要である。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明は、半導体モジュール以外の構成部品に対して半導体モジュール力 与え る熱影響を低減できる電力変換装置を提供する。

[0010] ここに、本発明は、電力変換用の主回路を構成する半導体モジュールと、主回路に 電気的に接続されたコンデンサと、電力変換の動作をさせるための駆動信号を主回 路に供給する駆動回路と、駆動信号を供給させるための制御信号を駆動回路に供 給する制御回路とを収納する筐体の内部に、冷媒流路を備えかつ室を形成するため の周壁が熱伝導性部材によって形成された冷却室を構成し、少なくとも半導体モジ ユールをその冷却室の内部に収納し、少なくともコンデンサ及び制御回路を冷却室 の外部に配置することを特徴とする。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、周壁が熱伝導性部材によって形成された冷却室に半導体モジュ ールを収納するようにしたので、半導体モジュールからの放熱が増加しても、その熱 を冷却室の外部に放出することを抑制でき、少なくともコンデンサ及び制御回路に対 する熱影響を低く抑えることができる。従って、本発明によれば、半導体モジュール 以外の構成部品に対して半導体モジュール力 与える熱影響を低減できる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。

[図 2]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す上部平面図。

[図 3]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。

[図 4]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。

[図 5]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す側面図。

[図 6]第 1実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す分解斜視図。

[図 7]第 1実施例のインバータ装置ユニットの電気的な回路構成を示す回路図。

[図 8]第 1実施例のインバータ装置ユニットが適用されるハイブリッド電気自動車の駆 動システムの構成を示すブロック図。

[図 9]第 2実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。

[図 10]第 3実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。

[図 11]第 4実施例のインバータ装置ユニットの構成を示す断面図。

[図 12]第 4実施例のインバータ装置ユニットが適用されるハイブリッド電気自動車の 駆動システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

[0013] 20, 30· ··半導体モジュール、 50· ··コンデンサ、 70, 71· ··駆動回路基板、 74· ··制 御回路基板、 110, 120, 160· ··インバータ装置。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

[0015] 以下に説明する実施例では、本発明が適用される電力変換装置として、特に熱サ イタルや動作的環境などが大変厳しい車載用インバータ装置を例に挙げて説明する 。車載用インバータ装置は、車載電動機の駆動を制御する制御装置として車載電機 システムに備えられており、車載電源を構成する車載バッテリから供給された直流電 力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車載電動機に供給することによ り、車載電動機の駆動を制御するものである。

[0016] 尚、以下に説明する構成は、 DCZDCコンバータや直流チヨッパなどの直流一直 流電力変換装置或いは交流-直流電力変換装置にも適用可能である。また、以下 に説明する構成は、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に用いられたり、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電力変換装置に対しても 適用可能である。特に低コストィ匕及び小型化を狙った電力変換装置への適用が好ま しい。

実施例 1

[0017] 本発明の第 1実施例を図 1乃至図 8に基づいて説明する。

[0018] まず、図 8を用いて、本実施例のハイブリッド電気自動車について説明する。

[0019] 本実施例のハイブリッド電気自動車 (以下、「HEV」と記述する）は、電動車両の一 種であり、 2つの駆動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 10 4を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主として HEVの駆動 源として用いられる。もう 1つは、モータジェネレータ 130, 140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 HEVの駆動源及び HEVの電力発 生源として用いられる。

[0020] 車体（図示省略)のフロント部には前輪車軸 102が回転可能に軸支されている。前 輪車軸 102の両端には 1対の前輪 101が設けられている。車体のリア部には、図示 省略したが、両端に 1対の後輪が設けられた後輪車軸が回転可能に軸支されている 。本実施例の HEVでは、前輪 101を、動力によって駆動される主輪、図示省略した 後輪を、連れ回される従輪とする、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。

[0021] 前輪車軸 103の中央部には前輪側デフアレンシャルギア（以下、「前輪側 DEF」と 記述する） 103が設けられている。前輪車軸 103は前輪側 DEF103の出力側に機械 的に接続されている。前輪側 DEF103の入力側には変速機 105の出力軸が機械的 に接続されている。前輪側 DEF103は、変速機 105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 102に分配する差動式動力分配機構である。変速機 105の入力側にはモータジェネレータ 130の出力側が機械的に接続が接続されてい る。モータジェネレータ 130の入力側には動力分配機構 150を介してエンジン 104の 出力側及びモータジェネレータ 140の出力側が機械的に接続されている。

[0022] 尚、モータジェネレータ 130, 140及び動力分配機構 150は、変速機 150の筐体の 内部に収納されている。

[0023] 動力分配機構 150は歯車 151〜158から構成された差動機構である。ここで、歯 車 153〜156は力さ歯車でありる。歯車 151, 152, 157, 158は平歯車である。モー タジェネレータ 130の動力は変速機 150に直接に伝達される。モータジェネレータ 1 30の軸は歯車 157と同軸になっている。これにより、モータジェネレータ 130への駆 動電力の供給が無い場合には、歯車 157に伝達された動力がそのまま変速機 150 の入力側に伝達されることになる。エンジン 104の作動によって歯車 151が駆動され ると、エンジン 104の動力は歯車 151力ら歯車 152に、次に、歯車 152力ら歯車 154 及び歯車 156に、次に、歯車 154及び歯車 156から歯車 158にそれぞれ伝達され、 最終的には歯車 157に伝達される。モータジェネレータ 140の作動によって歯車 15 3が駆動されると、モータジェネレータ 140の回転は歯車 153から歯車 154及び歯車 156〖こ、次に、歯車 154及び歯車 156から歯車 158のそれぞれ伝達され、最終的に は歯車 157に伝達される。

[0024] 尚、動力分配機構 150としては遊星歯車機構などの他の機構を用いても構わない

[0025] モータジェネレータ 130は回転子に界磁用の永久磁石を備えた同期機であり、固 定子の電機子コイルに供給される交流電力がインバータ装置 110によって制御され ることによりその駆動が制御される。モータジェネレータ 140もモータジェネレータ 13 0と同様の同期機であり、インバータ装置 120によってその駆動が制御される。インバ ータ装置 110, 120にはバッテリ 106が電気的に接続されており、ノ ッテリ 106からィ ンバータ装置 110, 120への電力の供給、インバータ装置 110, 120力らノ ッテリ 10 6への電力の供給が可能である。

[0026] 本実施例では、モータジェネレータ 130及びインバータ装置 110からなる第 1電動 発電ユニットと、モータジェネレータ 140及びインバータ装置 120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。すなわちェン ジン 104からの動力によって車両を駆動して!/、る場合にぉ 、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 104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、同様の場合において、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 104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。

[0027] また、本実施例では、バッテリ 106の電力によって第 1電動発電ユニットを電動ュ- ットとして作動させることにより、モータジェネレータ 130の動力のみによって車両の駆 動ができる。

[0028] さらに、本実施例では、第 1電動発電ユニット又は第 2電動発電ユニットを発電ュ- ットとしてエンジン 104の動力或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、ノ ッテリ 106の充電ができる。

[0029] 次に、図 7を用いて、本実施例のインバータ装置 110, 120の電気的な回路構成に ついて説明する。

[0030] 本実施例のインバータ装置 110, 120は 1つにまとまった形で 1つのインバータ装 置ユニットとして構成されている。インバータ装置ユニットには、インバータ装置 110 の半導体モジュール 20と、インバータ装置 120の半導体モジュール 30と、コンデン サ 50と、インバータ装置 110の駆動回路基板 70に実装された駆動回路 92と、インバ ータ装置 120の駆動回路基板 71に実装された駆動回路 94と、制御回路基板 74に 実装された制御回路と、コネクタ基板 72に実装されたコネクタ 73及びコンデンサ 50 の放電回路（図示省略)を駆動する駆動回路 91と、電流センサ 95, 96が設けられて いる。

[0031] 尚、本実施例では、電源系と信号系との区別がし易いように、電源系を実線で、信 号系を点線でそれぞれ図示して 、る。

[0032] 半導体モジュール 20, 30は、対応するインバータ装置 110, 120の電力変換用主 回路を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を備えている。半導体 モジュール 20, 30は、対応する駆動回路 92, 94から出力された駆動信号を受けて 動作し、高圧バッテリ HBAら供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電 力を対応するモータジエネレー 130, 140の電機子卷線に供給する。主回路は 3相 ブリッジ回路であり、 3相分の直列回路がバッテリ 106の正極側と負極側との間に電 気的に並列に接続されて構成されて！、る。

[0033] 直列回路はアームとも呼ばれ、上アーム側スイッチング用パワー半導体素子と下ァ ーム側スイッチング用パワー半導体素子とが電気的に直列に接続されることにより構 成されている。本実施例では、スイッチング用パワー半導体素子として IGBT (絶縁ゲ ート型バイポーラトランジスタ） 21を用いている。 IGBT21は、コレクタ電極，ェミッタ 電極及びゲート電極の 3つの電極を備えている。 IGBT21のコレクタ電極とェミッタ電 極との間にはダイオード 38が電気的に接続されている。ダイオード 38は、力ソード電 極及びアノード電極の 2つの電極を備えており、 IGBT21のェミッタ電極からコレクタ 電極に向力う方向が順方向となるように、力ソード電極力 GBT21のコレクタ電極に、 アノード電極が IGBT21のェミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

[0034] 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。 MOSFETは、ドレイン電極，ソース電極及びゲー ト電極の 3つの電極を備えている。尚、 MOSFETは、ソース電極とドレイン電極との 間に、ドレイン電極力もソース電極に向力 方向が順方向となる寄生ダイオードを備 えているので、 IGBTのように、別途、ダイオードを設ける必要がない。

[0035] 各相のアームは IGBT21のソース電極と IGBT21のドレイン電極が電気的に直列 に接続されて構成されている。尚、本実施例では、各相の各上下アームの IGBTを 1 つしか図示していないが、複数の IGBTが電気的に並列に接続されて構成される場 合もある。本実施例では、後述するように各相の各上下アームは 3つの IGBTによつ て構成している。

[0036] 各相の各上アームの IGBT21のドレイン電極はバッテリ 106の正極側に、各相の各 下アームの IGBT21のソース電極はバッテリ 106の負極側それぞれ電気的に接続さ れて 、る。各相の各アームの中点（上アーム側 IGBTのソース電極と下アーム側の IG BTのドレイン電極との接続部分）は、対応するモータジェネレータ 130, 140の対応 する相の電機子卷線に電気的に接続されている。

[0037] 駆動回路 92, 94は、対応するインバータ装置 110, 120の駆動部を構成しており、 制御回路 93から出力された制御信号 (制御値）に基づいて、 IGBT21を駆動させる ための駆動信号を発生する。それぞれの回路において発生した駆動信号は、対応 する半導体モジュール 20, 30に出力される。駆動回路 92, 94は、各相の各上下ァ ームに対応する複数の回路を 1つの回路に集積した、いわゆる 6inlタイプの集積回 路により構成されたものである。各相の各上下アームに対応する回路としては、インタ 一フェース回路，ゲート回路，異常検出回路などを備えている。

[0038] 制御回路 93はインバータ装置 110, 120の制御部を構成しており、複数のスィッチ ング用パワー半導体素子を動作 (オン'オフ)させるための制御信号 (制御値)を演算 するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路 93には、上位制御装置 力 のトルク指令信号（トルク指令値），電流センサ 95, 96及びモータジヱネレータ 1 30, 140に搭載された回転センサ力もの検知信号 (センサ値）が入力されて 、る。 制御回路 93はそれらの入力信号に基づいて制御信号 (制御値)を演算し、駆動回路 92, 94に出力する。

[0039] コネクタ 73はインバータ装置 110, 120の内部と外部の制御装置との間を電気的 に接続するためのものである。

[0040] コンデンサ 50は、 IGBT21の動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するため の平滑回路を構成するためのものであり、半導体モジュール 20, 30の直流側に電気 的に並列に接続されている。

[0041] 駆動回路 91は、コンデンサ 50に蓄積された電荷を放電するために設けられた放電 回路（図示省略)を駆動するためのものである。

[0042] 次に、図 1乃至図 6を用いて、前述したインバータ装置 110, 120の実際の構成を 説明する。

[0043] 本実施例のインバータ装置ユニットは、下部ケース 13の上に第 2ベース 12が、第 2 ベースの上に第 1ベース 11が、第 1ベース 11の上に上部ケース 10がそれぞれ積み 上げられることにより形成された筐体 (インバータケース)を備えている。筐体は全体 的に丸みを帯びた直方体状の容器である。筐体の構成部品は全てアルミニウム製の 熱伝導性部材によって構成されて 、る。

[0044] 筐体の内部は、板状の第 1ベース 11と，パイ（π )型状の第 2ベース 12によって上 下方向に 2つに分離されており、熱伝導性部材によって全周（周壁，天井壁，底壁） が囲まれた 2つの冷却室が形成されている。 2つの冷却室の境界壁を形成する第 1 ベース 11及び第 2ベース 12には冷媒 (冷却水）を流すための 2つの冷媒流路 28が 形成されている。以上のように筐体を構成することにより、 2つの冷却室は熱的に隔て られ、一方の冷却室力 他方の冷却室への熱影響を抑制できる。

[0045] 筐体の上部の冷却室には、筐体の長手方向に長ぐ短手方向に短いサイズの半導 体モジュール 20, 30が筐体の短手方向に並設されるように、かつ冷媒流路 28の上 部に配置されるようにして収納されている。これにより、半導体モジュール 20, 30は 冷媒流路 28と熱的に接続され、 IGBT21の動作によって発生した熱が冷媒によって 冷却される。従って、半導体モジュール 20, 30から放出された熱が下部の冷却室に 及ぼす影響を抑制できる。

[0046] 筐体の長手方向の一方側の側端面には、冷媒流路 28の一方側と連通した入口配 管 15と、冷媒流路 28の他方側と連通した出口配管 16が設けられている。冷媒流路 28の各々は筐体の長手方向の一方側から他方側に向かって平行に延びており、お 互 、筐体の長手方向の他方側の端部にお!、て連通して 、る。すなわち冷媒流路 28 は U字状に形成されて 、る。

[0047] 第 1ベース 11の冷媒流路 28が形成された部位のそれぞれには伝熱プレート 28が 設けられている。伝熱プレート 28は冷媒流路 28に沿って筐体の長手方向の一方側 力も他方側に向力つて延びた長方形状のものであり、冷媒流路 28の一面を構成する 板状部材である。これにより、伝熱プレート 23は、冷媒流路 28を流れる冷媒によって 直接冷却される。伝熱プレート 23はアルミニウム製或いは銅製の熱伝導性部材によ り構成されており、冷媒流路 28の内部に突出する冷却フィン（図示省略)がその冷媒 流路 28側の面に設けられている。これにより、冷媒による冷却面積が増加し、冷媒に よる冷却効果を向上できる。

[0048] 伝熱プレート 23のそれぞれの上面には、伝熱プレート 23の外周縁に沿って立設す るようにモジュールケース 24が設けられて!/、る。モジュールケース 24は筐体の長手 方向に向力つて伝熱プレート 23の上面上の領域を 3つの領域に分割して、 IGBT21 とダイオード 38とを各相毎に収納する収納室を形成している。

[0049] モジュールケース 24の長手方向に延びる側壁であって、半導体モジュール 20, 30 の対向側に位置する側壁には直流正極側モジュール端子 26及び直流負極側モジ ユール端子 33が収納室毎に対応して設けられて 、る。直流正極側モジュール端子 3 3及び直流負極側モジュール端子 26はモジュールケース 24の側壁から上方に突出 して！/、る。直流正極側モジュール端子 33及び直流負極側モジュール端子 26の突出 側とは反対側は収納室の内部に至り、その表面がモジュールケース 24の表面に露 出している。これにより、各収納室の内部には直流正極側モジュール電極 36及び直 流負極側モジュール電極 37が形成される。

[0050] モジュールケース 24の長手方向に延びる側壁であって、半導体モジュール 20, 30 の対向側とは反対側に位置する側壁には交流モジュール端子 27が収納室毎に対 応して設けられて 、る。交流モジュール端子 27はモジュールケース 24の側壁から上 方に突出している。交流モジュール端子 27の突出側とは反対側は収納室の内部に 至り、その表面がモジュールケース 24の表面に露出している。これにより、各収納室 の内部には交流モジュール電極 35が形成される。

[0051] 各収納室の伝熱プレート 23の上面には 2つの絶縁基板 22が筐体の長手方向に並 設されている。各絶縁基板 22の上面には 2つの板状の配線部材 39が筐体の長手方 向に並設されている。各収納室の 2つの絶縁基板 22の一方側に設けられた配線部 材 39の一方側は直流正極側モジュール電極 36と電気的に接続されて 、る。各収納 室の 2つの絶縁基板 22の他方側に設けられた配線部材 39の一方側は直流負極側 モジュール電極 37と電気的に接続されている。各収納室の 2つの絶縁基板 22に設 けられた配線部材 39の他方側は交流モジュール電極 35と電気的に接続されている 。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ 29によって行なわれる。

[0052] 各収納室の 2つの絶縁基板 22に設けられた配線部材 39の一方側の上面には、筐 体の長手方向に並べられた IGBT21とダイオード 38とが筐体の短手方向に 3っ並設 されて実装されている。これにより、各相の上下アームがそれぞれ構成される。 IGBT 21とダイオード 38は、交流モジュール電極 35と電気的に接続された配線部材 39に 電気的に接続されて ヽる。 IGBT21のゲート電極はコネクタ 25に電気的に接続され ている。これらの電気的な接続は導電性のワイヤ 29によって行なわれる。コネクタ 25 はモジュールケース 24の伝熱プレート 23の上面の 3の領域を形成する 4つの側壁に それぞれ設けられている。

[0053] モジュールケース 24の上部には板状のモジュールケース蓋 34が設けられている。

モジュールケース蓋 34は、モジュールケース 24の上部開口部を覆って収納室を塞 ぐ天井壁を構成しており、モジュールケース 24と同じ絶縁樹脂から成形されている。 モジュールケース蓋 34の上面には、配線シート 31と、配線シード 31に電気的に接続 された配線コネクタ 32が設けられている。配線シート 31は、モジュールケース蓋 34に 設けら

れた貫通孔から上方に突出したコネクタ 25と電気的に接続されている。配線コネクタ 32は、図示省略した配線によって駆動回路基板 70, 71の駆動回路 92, 94と電気 的に接続されている。

[0054] 筐体の下部の冷却室内にはコンデンサ 50、駆動回路基板 70, 71,制御基板 74及 びコネクタ基板 72が収納されて 、る。

[0055] コンデンサ 50は、半導体モジュール 20, 30の直流側と近接配置されるように、第 2 ベース 12の中央（πの 2本足によって囲まれた領域）の下方側に配置されている。コ ンデンサ 50は、筐体の高さ方向の断面形状が長丸形状の 4つの電解コンデンサから 構成されて 、る。 4つの電解コンデンサはその長手方向が筐体の長手方向と同じ方 向を向くように、筐体の長手方向と短手方向に 2つずっ並設され、保持バンド 52を介 してコンデンサケース 51の内部に収納されて 、る。コンデンサケース 51は上部が開 放した熱伝導性容器であって、ケース上部のフランジ部と第 2ベース 12の πの 2本の 足の下端部が接触している。これにより、コンデンサ 50と冷媒流路 28とを熱的に接続 でき、コンデンサ 50を冷媒によって冷却できる。

[0056] 各電解コンデンサは、コンデンサケース 53の上部の開口部を塞ぐコンデンサ蓋 54 を貫通した正極側コンデンサ端子 57及び負極側コンデンサ端子 56を備えている。 正極側コンデンサ端子 57及び負極側コンデンサ端子 56は板状のものであり、短手 方向に面するように対向しており、コンデンサ蓋 54と一体形成された板状の絶縁部 材 55を短手方向力も挟み込んでいる。コンデンサ端子は、コンデンサケース 53に 4 つの電解コンデンサを収納した際、短手方向に隣り合うもの同士の長手方向の位置 が異なるように設けている。

[0057] 駆動回路基板 70は、半導体モジュール 20側の第 2ベース 12の下方側であって、 πの足の片方と第 2ベース 12のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。 駆動回路基板 71は、半導体モジュール 30側の第 2ベース 12の下方側であって、 π の足の他方と第 2ベース 12のフランジ部によって囲まれた領域に配置されている。駆 動回路基板 70, 71は第 2ベース 12と熱的に接続されている。これにより、冷媒流路 2 8と駆動回路基板 70, 71とを熱的に接続することができ、駆動回路基板 70, 71を冷 媒によって冷却できる。

[0058] 制御回路基板 74はコンデンサケース 53の短手方向の一方側（半導体モジュール 3 0側）の側面と対向するように設けている。制御回路基板 74は第 2ベース 12と熱的に 接続されている。これにより、冷媒流路 28と制御回路基板 74とを熱的に接続すること ができ、制御回路基板 74を冷媒によって冷却できる。

[0059] コネクタ基板 72はコンデンサケース 53の短手方向の他方側（半導体モジュール 20 側）の側面と対向するように設けている。コネクタ基板 72は第 2ベース 12と熱的に接 続されている。これにより、冷媒流路 28とコネクタ基板 72とを熱的に接続することがで き、コネクタ基板 72を冷媒によって冷却できる。コネクタ 73は筐体の長手方向の他方 側の側端面力 外部に突出している。

[0060] コンデンサ 50と半導体モジュール 20, 30は直流側接続導体 40によって電気的に 接続される。直流側接続導体 40は、第 1ベース 11の中央部及び第 2ベースの中央 部に設けられ長孔 (筐体の長手方向に長!ヽ孔)であって、筐体の高さ方向に貫通し た貫通孔を介して上下の冷却室に延びて!/、る。

[0061] 直流側接続導体 40は、筐体の長手方向に延びる板状の直流正極側バスバー 45と 、筐体の長手方向に延びる板状の直流負極側バスバー 44とを絶縁シート 43を介し て筐体の短手方向に積層し、直流正極側モジュール端子 42と正極側コンデンサ端 子 46とを直流正極側バスバー 45に一体に形成し、かつ直流負極側モジュール端子 41と負極側コンデンサ端子 47とを直流負極側バスバー 44に一体に形成したラミネ ート構造の配線部材である。このような構造によれば、半導体モジュール 20, 30とコ ンデンサ 50との間を低インダクタンスにでき、 IGBT21のスイッチング動作時の損失 による発熱を抑制できる。

[0062] 直流正極側モジュール端子 42は、直流正極側モジュール端子 33がモジュールケ ース 24から上方に突出する位置において直流正極側バスバー 45の上部力 上方に 向力つて延びて、筐体の短手方向に面するように直流正極側モジュール端子 33と対 向して直流正極側モジュール端子 33にねじ等の固定手段によって固定されることに より、直流正極側モジュール端子 33と電気的に接続されている。直流負極側モジュ ール端子 41は、直流負極側モジュール端子 26がモジュールケース 24から上方に突 出する位置において直流負極側バスバー 44の上部力も上方に向力つて延びて、筐 体の短手方向に面するように直流負極側モジュール端子 26と対向して直流負極側 モジュール端子 26にねじ等の固定手段によって固定されることにより、直流負極側 モジュール端子 26と電気的に接続されている。

[0063] 正極側コンデンサ端子 46及び負極側コンデンサ端子 47は、コンデンサ端子が突 出する位置において直流正極側バスバー 45及び直流負極側バスバー 44の下部か ら下方に延びて、筐体の短手方向に面してコンデンサ端子を筐体の短手方向から挟 み込み、同極のコンデンサ端子と対向して同極のコンデンサ端子にねじ等の固定手 段によって固定されることにより、同極のコンデンサ端子と電気的に接続されている。 このような配線構造によれば、直流正極側バスバー 45及び直流負極側バスバー 44 力も各コンデンサ端子に至る配線部分も正極側と負極側とを対向させることができ、 さらなる低インダクタンス化を図った配線部材が得られ、 IGBT21のスイッチング動作 時の損失による発熱をさらに抑制できる。

[0064] 筐体の長手方向の他方側端部には直流端子 80が設けられている。直流端子 80は 、直流正極側外部端子 82と、直流負極側外部端子 81と、直流正極側接続端子 86と 、直流負極側接続端子 85と、直流正極側外部端子 82と直流正極側接続端子 86と を接続する直流正極側バスバー 84と、直流負極側外部端子 81と直流負極側接続 端子 85とを接続する直流負極側バスバー 83とを備えたものである。

[0065] 直流正極側外部端子 82及び直流負極側外部端子 81は、筐体の長手方向の他方 側の側端面に設けられた貫通孔 17に装着されるコネクタを介して延びる外部ケープ ルと電気的に接続される。直流正極側バスバー 84と直流負極側バスバー 83は筐体 の短手方向に面して対向するように、半導体モジュール 20, 30側に延びている。直 流正極側接続端子 86は直流正極側モジュール端子 33, 42に、直流負極側接続端 子 85は直流負極側モジュール端子 26, 41にそれぞれ電気的に接続されている。

[0066] 上部ケース 10の上面に設けられた孔は 18は、直流正極側外部端子 82及び直流 負極側外部端子 81と外部ケーブルとの接続作業に用いられるものであり、作業時以 外は蓋で塞がれている。

[0067] 筐体の内部の短手方向の両端のそれぞれには 3相分の交流バスバー 60が配置さ れている。交流バスバー 60は、第 1ベース 11及び第 2ベース 12の筐体の短手方向 の端部に設けられた上下方向（筐体の高さ方向）の貫通孔を介して下部の冷却室か ら上部の冷却室に延びている。上部の冷却室にある交流バスバー 60の一端側には 交流側モジュール端子 61が形成されており、筐体の短手方向に面して交流側モジ ユール端子 27と対向し、交流側モジュール端子 27にねじ等の固定手段によって固 定されることにより、交流側モジュール端子 27に電気的に接続されている。下部の冷 却室にある交流バスバー 60の他端側には、モータジェネレータ 130, 140に至る外 部ケーブルとの外部接続端子 62が形成され、端子ホルダー 63によって保持されて いる。

[0068] 尚、符号 14は、インバータ装置ユニットの筐体を変速機 105の筐体或いはエンジン 104及び変速機 105の筐体に固定するための取り付け足であり、 SUSなどの剛体を 採用して強度を確保している。また、変速機 15及びエンジン 104からの振動を抑制 するようにベンド形状とし弾性を持たせて 、る。

[0069] 以上説明した本実施例では、インバータ装置ユニットの筐体内に、熱伝導性部材 によって全周が取り囲まれた冷却室を形成し、半導体モジュール 20, 30をその部屋 の中に収納するようにしたので、 IGBT21の小型化につて IGBT21の発熱が増加し ても半導体モジュール 20, 30からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外部に放 出されることを抑制でき、コンデンサ 50などの他のインバータ装置の構成部品に対す る熱影響を低く抑えることができる。 実施例 2

[0070] 本発明の第 2実施例を図 9に基づいて説明する。

[0071] 本実施例は第 1実施例の改良例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明 を省略する。

[0072] 本実施例と第 1実施例の異なる部分は、半導体モジュール 20, 30が収納された冷 却室の上部に上部ケース 10と第 2の上部ケース 19によって全周が取り囲まれた第 3 の冷却室を形成し、その中に、駆動回路基板と制御回路基板とコネクタ基板を一つ にした基板 97を収納したものである。

[0073] 半導体モジュール 20, 30の配線シート 31と基板 97は配線部材 98によって電気的 に接続されている。

[0074] コンデンサ 50のコンデンサーケースは省略され、第 2ベース 12の πの足がその代 わりをしている。このため、第 2ベース 12の πの足は下部ケース 13の底まで延びるよ うに形成されている。

[0075] また、取り付け足 14を中空構造とし、その中に、交流外部端子 62に電気的に接続 された電力ケーブル 64を通し、変速機 105の筐体内に導くようにしている。このように することにより、電力ケーブル 64を変速機 105の筐体内に容易に導いて、電力ケー ブル 64をモータジェネレータ 130, 140に接続できる。

[0076] 本実施例においても、前例と同様に、 IGBT21の小型化につて IGBT21の発熱が 増加しても半導体モジュール 20, 30からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外 部に放出されることを抑制でき、コンデンサ 50などの他のインバータ装置の構成部品 に対する熱影響を低く抑えることができる。

実施例 3

[0077] 本発明の第 3実施例を図 10に基づいて説明する。

[0078] 本実施例は第 1実施例の改良例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明 を省略する。

[0079] 本実施例と第 1実施例の異なる部分は、半導体モジュール 20, 30が収納された冷 却室の中に駆動回路基板 70, 71と、交流バスバー 60と，端子ホルダ 63とを一緒に 収納している。 [0080] また、半導体モジュール 20, 30が収納された冷却室の下方に第 2ベース 12によつ て第 2冷却室を形成し、さらにその下方に第 2ベース 12によって 2つの第 3冷却室を 形成している。第 2冷却室にはコンデンサ 50を、第 3冷却室の一方には制御回路基 板 74を、第 3冷却室の他方にはコネクタ基板 72をそれぞれ収納している。コンデン サ 50は横置きになって筐体の短手方向に 2つに分かれて収納されている。これによ り、直流側接続導体 40も半導体モジュール 20側と半導体モジュール 30側とに分か れて構成されている。尚、直流側接続導体 40の構成は第 1実施例と同様であるが、 各端子の曲げ方が一部変わっている。また、直流側接続導体 40には、直流正極側 外部端子 82と直流負極側外部端子 81がー体に形成されている。

[0081] 尚、符号 99は、駆動回路基板 70, 71と配線シート 31とを電気的に接続するコネク タ配線である。

[0082] 本実施例においても、前例と同様に、 IGBT21の小型化につて IGBT21の発熱が 増加しても半導体モジュール 20, 30からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外 部に放出されることを抑制でき、コンデンサ 50などの他のインバータ装置の構成部品 に対する熱影響を低く抑えることができる。

実施例 4

[0083] 本発明の第 4実施例を図 11及び図 12に基づいて説明する。

[0084] 本実施例は第 1実施例の変形例であり、同じ構成には同じ符号を付してその説明 を省略する。

[0085] 本実施例と第 3実施例の異なる部分は、後輪 201もモータジェネレータ 160によつ て駆動するようにしたものである。このため、本実施例では、 1ユニットのインバータ装 置 150を備えている。モータジェネレータ 160の動力は減速機 204によって減速され て後輪側デフアレンシャルギア 203に伝達され、後輪側デフアレンシャルギア 203か ら後輪車軸 202に伝達されるようになっている。すなわち本実施例では、四輪駆動式 のハイブリッド自動車を構成している。インバータ装置 150はバッテリ 106に接続され ている。モータジェネレータ 160を電動機として用いる場合には、ノ ッテリ 106からィ ンバータ装置 150に電力が供給され、発電機として用いる場合にはインバータ装置 1 50からバッテリ 106に電力が供給される。 [0086] インバータ装置 150の構成は、第 3実施例のインバータ装置ユニットを筐体の短手 方向中央において切断して得られた左半分側の構成とすると共に、第 2実施例のィ ンバータ装置ユニットのように、第 3冷却室を、導体モジュール 30を収納した冷却室 の上部に形成し、その中に、駆動回路基板と制御回路基板とコネクタ基板を一つに した基板 97を収納したものである。

[0087] また、電力ケーブル 64は、第 2実施例のインバータ装置ユニットのように、中空構造 の取り付け足 14を通して、変速機 105の筐体内に導くようにして 、る。

[0088] また、インバータ装置 150の構成としては、第 1乃至 3実施例のインバータ装置ュ- ットを筐体の短手方向中央にお 、て切断して得られた左半分側或いは右半分側の 構成をそのまま用いてもょ 、。

[0089] 本実施例においても、前例と同様に、 IGBT21の小型化につて IGBT21の発熱が 増加しても半導体モジュール 20, 30からの放熱が増加しても、その熱を冷却室の外 部に放出されることを抑制でき、コンデンサ 50などの他のインバータ装置の構成部品 に対する熱影響を低く抑えることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 電力変換用の主回路を構成する半導体モジュールと、

前記主回路に電気的に接続されたコンデンサと、

前記電力変換の動作をさせるための駆動信号を前記主回路に供給する駆動回路 と、

前記駆動信号を供給させるための制御信号を前記駆動回路に供給する制御回路 と、

冷媒流路を備えた冷却室とを筐体の内部に有し、

前記冷却室は室壁が熱伝導性部材によって形成されており、

前記冷却室の内部には少なくとも前記半導体モジュールを収納してており、 前記冷却室の外部には少なくとも前記コンデンサ及び前記制御回路が配置されて

V、ることを特徴とする電力変換装置。

[2] 請求項 1に記載の電力変換装置にお!、て、

前記冷却室の下部には前記冷媒流路が配置されており、

前記コンデンサは、前記冷媒流路によって前記半導体モジュールから熱的に隔て られた状態で前記冷却室の下方側に配置され、かつ前記冷媒流路に熱的に接続さ れて!、ることを特徴とする電力変換装置。

[3] 請求項 2に記載の電力変換装置において、

前記冷却室は前記筐体の内部にお 、て最上部に配置されて 、ることを特徴とする 電力変換装置。

[4] 請求項 2又は 3に記載の電力変換装置において、

前記制御回路は、前記冷媒流路に熱的に接続された状態で前記冷却室の上方側 に配置されて 、ることを特徴とする電力変換装置。

[5] 請求項 2又は 3に記載の電力変換装置において、

前記制御回路は、前記冷媒流路に熱的に接続された状態で前記冷却室の下方側 に配置されて 、ることを特徴とする電力変換装置。

[6] 請求項 5に記載の電力変換装置において、

前記制御回路は前記コンデンサの下方側に配置されていることを特徴とする電力 変換装置。

[7] 請求項 4に記載の電力変換装置において、

前記駆動回路は、前記冷媒流路に熱的に接続された状態で前記冷却室の上方側 に前記制御回路と共に配置されていることを特徴とする電力変換装置。

[8] 請求項 5に記載の電力変換装置において、

前記駆動回路は、前記冷媒流路に熱的に接続された状態で前記冷却室の下方側 に前記制御回路と共に配置されていることを特徴とする電力変換装置。

[9] 請求項 2又は 3に記載の電力変換装置において、

前記駆動回路は、前記冷媒流路に熱的に接続された状態で前記冷却室に収納さ れて!、ることを特徴とする電力変換装置。

[10] 入力された電力を所定の電力に変換して出力するためのスイッチング用半導体素 子を備えた半導体モジュールと、

前記半導体素子に電気的に接続された平滑用コンデンサと、

前記半導体素子を駆動するための駆動信号を制御信号に基づいて前記半導体素 子に供給する駆動回路と、

前記制御信号を前記駆動回路に供給する制御回路とを筐体の内部に有し、 前記筐体の内部には別室が形成されており、

前記別室は、冷媒流路を備え、かつ室内から室外への放熱を抑制するように、室を 構成する隔壁が熱伝導性部材によって形成された断熱室であり、

前記断熱室の内部には少なくとも前記半導体モジュールが収納されており、 前記断熱室の外部には少なくとも前記平滑コンデンサ及び前記制御回路が配置さ れて!、ることを特徴とする電力変換装置。

[11] 請求項 10に記載の電力変換装置において、

前記断熱室の下部には前記冷媒流路が配置されており、

前記コンデンサは、前記冷媒流路によって前記半導体モジュールから熱的に隔て られた状態で前記断熱室の下方側に配置され、かつ前記冷媒流路に熱的に接続さ れて!、ることを特徴とする電力変換装置。

[12] 請求項 11に記載の電力変換装置にぉ 、て、 前記断熱室は前記筐体の内部にお 、て最上部に配置されて 、ることを特徴とする 電力変換装置。

[13] 半導体素子のスイッチング動作により入力電力を所定の電力に変換して出力する 半導体モジュールと、

前記半導体素子の直流側に平滑回路を構成するコンデンサと、

前記半導体素子を動作させるための駆動信号を前記半導体素子に供給する駆動 回路と、

前記駆動信号を生成するための制御信号を前記駆動回路に供給する制御回路と を筐体の内部に有し、

前記筐体の内部は複数に分離されており、

前記筐体の分離された内部の一つは、熱伝導性部材によって囲まれることにより形 成されたものであって、冷媒流路を備えており、されらには少なくとも前記半導体モジ ユールを収納しており、

前記筐体の分離された内部の残りは少なくとも前記コンデンサ及び前記制御回路 を収納して 、ることを特徴とする電力変換装置。

[14] 請求項 13に記載の電力変換装置において、

前記筐体の分離された内部の一つの下部には前記筐体の分離された内部の残り の一つが形成されており、

前記筐体の分離された内部の一つと前記筐体の分離された内部の残りの一つとの 間には前記冷媒流路が配置されており、

前記コンデンサは、前記冷媒流路によって前記半導体モジュールから熱的に隔て られた状態で前記筐体の分離された内部の残りの一つに収納され、かつ前記冷媒 流路に熱的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。

[15] 請求項 13に記載の電力変換装置において、

前記筐体の分離された内部の一つは前記筐体の内部において最上部に形成され て!、ることを特徴とする電力変換装置。

[16] 請求項 1, 10, 13のいずれかに記載の電力変換装置において、

内燃機関と電動機とを車両の駆動源とし、前記内燃機関及び前記電動機から出力 された動力が変速機を介して車軸に伝達され、かつ前記変速機の筐体の内部に前 記電動機が配置されたハイブリッド自動車に適用される場合、前記変速機の筐体の 上或いは前記変速機の筐体の上と前記内燃機関の筐体の上とに、前記熱伝導性部 材よりも熱伝導性の小さい剛体を介して配置されることを特徴とする電力変換装置。

[17] 請求項 16に記載の電力変換装置において、

前記半導体モジュールと前記電動機とを電気的に接続する配線部材を有し、 前記剛体は中空になっており、

前記配線部材は前記中空の部分を貫通して前記変速機の筐体の内部に至り、前 記電動機に接続されていることを特徴とする電力変換装置。

[18] 電力変換用の主回路を構成する半導体モジュールと、

前記主回路に電気的に接続されたコンデンサと、

前記電力変換の動作をさせるための駆動信号を前記主回路に供給する駆動回路 と、

前記駆動信号を供給させるための制御信号を前記駆動回路に供給する制御回路 と、

前記コンデンサと前記半導体モジュールとの間を電気的に接続する配線部材とを 筐体の内部に有し、

前記半導体モジュールと前記コンデンサは近接して配置されており、

前記配線部材は、正極側板状配線端子が一体に形成された正極側板状配線導体 と、負極側板状配線端子が一体に形成された負極側板状配線導体とを絶縁部材を 介して積層したものから構成されており、

前記コンデンサは、正極側板状コンデンサ端子と負極側板状コンデンサ端子とを 絶縁部材を介して積層したコンデンサ端子を備えており、

前記コンデンサと前記配線部材は、同極同士が対面し合うように前記コンデンサ端 子を前記正極側板状配線端子と前記負極側板状配線端子によって挟み込み、その 挟み方向から前記コンデンサ端子，前記正極側板状配線端子及び前記負極側板を 固定することにより接続されていることを特徴とする電力変換装置。

[19] 請求項 18に記載の電力変換装置において、 前記筐体の内部には、冷媒流路を備えた冷却室が形成されており、 前記冷却室は、室を形成するための周壁が熱伝導性部材によって形成されており 前記冷却室の内部には少なくとも前記半導体モジュールが収納されていることを特 徴とする電力変換装置。

[20] 請求項 19に記載の電力変換装置において、

前記冷却室の下部には前記冷媒流路が配置されており、

前記コンデンサは、前記冷媒流路によって前記半導体モジュールから熱的に隔て られた状態で前記冷却室の下方側に配置され、かつ前記冷媒流路に熱的に接続さ れて!、ることを特徴とする電力変換装置。

[21] 請求項 20に記載の電力変換装置において、

前記冷却室は前記筐体の内部にお 、て最上部に配置されて 、ることを特徴とする 電力変換装置。