WO2010016426A1 - 半導体装置および半導体装置を用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

　本発明は、パワー半導体素子（３２８）と、パワー半導体素子（３２８）に電流を伝達するための複数の接続導体（３７１Ｕ，３７２Ｕ，３７３Ｕ）と、パワー半導体素子（３２８）及び複数の接続導体（３７１Ｕ，３７２Ｕ，３７３Ｕ）を搭載した金属ベース（３０４）を備え、パワー半導体素子（３２８）及び複数の接続導体（３７１Ｕ，３７２Ｕ，３７３Ｕ）は、金属ベース（３０４）上でループ電流経路を形成するように実装される車両用パワーモジュール及び電力変換装置を提供する。さらに好ましくは、ループ電流経路を２つ以上形成するようにパワー半導体素子（３２８）及び複数の接続導体（３７１Ｕ，３７２Ｕ，３７３Ｕ）を配置する。

Description

半導体装置および半導体装置を用いた電力変換装置

　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半導体装置および半導体装置を用いた電力変換装置に関する。

　電力変換装置は、直流電源から供給された直流電力を回転電機などの交流電気負荷に供給するための交流電力に変換する機能、あるいは回転電機により発電された交流電力を直流電源に供給するための直流電力に変換する機能を備えている。そのような変換機能を果すため、電力変換装置は、スイッチング機能を有する半導体装置を備えたインバータ回路を有している。半導体装置が導通動作や遮断動作を繰り返すことにより、インバータ回路は、直流電力から交流電力へあるいは交流電力から直流電力への電力変換を行う。

　スイッチング動作により電流が遮断されるため、回路に存在する寄生インダクタンスによりスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧を低減するためには、平滑コンデンサを設けると共に直流電気回路のインダクタンスを低減することが望ましい。インダクタンスを低減することによりスパイク電圧を抑える技術は、特許文献１（特開２００２－３４２６８号公報）に記載されている。特許文献１によれば、平滑コンデンサとスイッチング素子間の配線長さを短くすることでインダクタンスを低減し、サージ電圧を小さくできる。

　車両に搭載される電力変換装置は車載電源から直流電力を受け、この直流電力を例えば車両駆動用回転電機に供給するための３相交流電力に変換する。車両駆動用回転電機に対する発生トルクの要求は、初期のものに比べ大きくなっている。このため電力変換装置が変換する電力も大きくなる傾向にある。また車両に搭載される電力変換装置は、工場内に設置される一般の産業機械の電力変換装置に比べ、高い温度環境で使用される。このため一般の電力変換装置に比べ、車両用電力変換装置は電力変換装置自身が発生する熱をできるだけ低減することが望まれている。電力変換装置自身が発生する熱の内、インバータ回路を構成するスイッチング素子が発生する熱が大きな割合を占めるので、スイッチング素子の発熱をできるだけ低減することが望ましい。

　スイッチング素子は、遮断状態から導通状態への切り替り時、あるいは導通状態から遮断状態への切り替り時に発熱量が増大するので、上記切り替り動作時の発熱を低減することが望ましい。この発熱量を低減するためには、スイッチング素子の切り替り動作時間を短くすることが第１の対応策である。また、スイッチング素子のスイッチング動作を行う間隔を長くする、即ち単位時間当たりのスイッチング素子の動作回数を少なくすることにより、総合的な発熱量を低減することが第２の対応策である。第２の対応策においてスイッチング素子のスイッチング動作間隔を非常に長くすることは、制御精度を低下させる可能性があり、単位時間当たりのスイッチング素子の動作回数を大きく減らすには限界がある。

　特許文献２（特開２００７－１４３２７２号公報）には、低インダクタンス化を図ることにより、インバータ回路のスイッチング素子の切り替りに必要な時間を短くし、スイッチング素子のスイッチング動作の一回あたりの発熱量を低減する技術が開示されている。

特開２００２－０３４２６８号公報 特開２００７－１４３２７２号公報

　特許文献１に開示されている内容にとどまらず、最近インダクタンスの低減等において、さらなる改善が望まれている。

　特許文献２には、低インダクタンス化を実現するための技術や、低インダクタンス化がスイッチング素子の動作一回あたりの発熱量の低減に繋がることが記載されている。しかし、電力変換装置、特に車載用の電力変換装置では車載内部の空間が狭く、発熱量の低減と共に電力変換装置のより小型化が望まれている。

　電力変換装置が変換する電力量が増大するにしたがい装置が大型化する傾向に有り、電力量の増加にかかわらず、装置の体積の増加をできるだけ抑えることが望ましい。例えば、電力変換装置の単位体積当たりの変換可能最大電力値を大きくするように工夫することが望ましい。このためには、低インダクタンス化の実現と小型化の両立が望ましい。ここで小型化とは、電力変換装置の単位体積当たりの変換可能最大電力値の値をできるだけ大きくすることである。さらに、低インダクタンス実装によりスイッチング素子の発熱を減らすことで、スイッチング素子の使用量を減らし、小型・低コストを実現することで、電力変換装置の普及および省エネを進め、環境を保護することができる。

　本発明は、電力変換装置の低インダクタンス化や小型化を実現するための半導体装置を提供する。

　本発明は、上記半導体装置を使用し、低インダクタンス化や小型化を実現した電力変換装置を提供する。

　本発明による車両用パワーモジュールは、複数のパワー半導体素子を並列に接続した上アーム回路部と、上アーム回路部とは異なる複数のパワー半導体素子を並列に接続し、かつ上アーム回路部に直列に接続される下アーム回路部と、少なくとも上アーム回路部が実装される絶縁基板と、上アーム回路部が実装された絶縁基板の面とは反対側の面に接合された金属ベースと、を備えるものであって、上アーム回路部は、直流電源側の正極端子と上アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子を電気的に接続するための第１接続導体と、上アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子と下アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子とを電気的に接続するための第２接続導体とを有し、上アーム回路部のパワー半導体素子、第１接続導体及び前記第２接続導体は、パワー半導体素子のスイッチング時に流れる電流によって金属ベース上に２つ以上のループ電流経路を形成するように絶縁基板上に配置される。
　なお、第１接続導体及び第２接続導体を、絶縁基板上に形成された回路配線パターンとしても良い。

　また、第１接続導体は、直流電源からの電流が入力される入力端部を有し、第２接続導体は複数備えられ、かつそれぞれの第２接続導体は、電流を上アーム回路部から出力するための出力端部を有し、入力端部から入力された電流は、上アーム回路内で分岐され、該分岐された電流は複数の出力端部にそれぞれ供給されるようにしても良い。
　その場合に、複数の出力端部は、入力端部を挟んで配置されるのが好ましい。また、複数の出力端部は、入力端部を挟んで、かつ上アーム回路の一辺側に沿って配置され、さらに、上アーム回路のパワー半導体素子は、上アーム回路の一辺と対向した他辺に近い側に配置されるようにしても良い。

　また、下アーム回路部が、下アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子と直流電源の負極側の端子とを電気的に接続するための第３接続導体と、下アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子と上アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子とを電気的に接続するための第４接続導体とを有するようにし、下アーム回路部のパワー半導体素子、第３接続導体及び第４接続導体が、金属ベース上に２つ以上のループ電流経路を形成するように絶縁基板上に配置されるようにしても良い。

　さらにまた、車両用パワーモジュールは矩形状を為し、上アーム回路部と下アーム回路部は、該車両用パワーモジュールの一辺側に沿って配置され、第１接続導体及び第２接続導体は、下アーム回路部に近い側に配置され、上アーム回路部のパワー半導体素子は、第１接続導体及び第２接続導体を介して下アーム回路部とは離れて配置されるようにしても良い。
　その場合、第３接続導体及び第４接続導体は、上アーム回路部に近い側に配置され、下アーム回路部のパワー半導体素子は、第３接続導体及び第４接続導体を介して上アーム回路部とは離れて配置するのが好ましい。

　また、直流電源の正極側と電気的に接続され、かつ第１接続導体に電流を供給するための直流端子を備え、直流端子が、上アーム回路部と下アーム回路部の間に配置されるようにしても良い。

　また、車両用パワーモジュールは矩形状を為し、上アーム回路部と下アーム回路部を直列接続した上下アーム回路が３組備えられ、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電流を出力し、上アーム回路部と下アーム回路部は、車両用パワーモジュールの一辺側に沿って配置され、かつ各相を構成する上アーム回路部と下アーム回路部を一組として、３組の上下アーム回路部が、一辺側と略垂直方向を為す他辺側に沿ってＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配置されるようにしても良い。
　その場合、車両用パワーモジュールの他辺側の長さは、前記一辺側より短いのが好ましい。また、各組の上アーム回路部に実装されたパワー半導体素子のゲート電極と接続するための複数の上アーム制御端子を備え、複数の上アーム制御端子は、車両用パワーモジュールの他辺側に沿って、かつ、該他辺の略中央に寄せて配置されるようにしても良い。

　本発明による車両用電力変換装置の第１の態様は、上記車両用パワーモジュールを備えた車両用電力変換装置であって、車両用パワーモジュールは、直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ交流電力を車両駆動用モータに出力するものである。
　なお、車両用パワーモジュールは２つ備えられ、該２つの車両用パワーモジュールが、それぞれ異なるモータに交流電力を出力するようにしても良い。

　本発明による車両用電力変換装置の第２の態様は、上記車両用パワーモジュールを備え、該車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ該交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサモジュールと、車両用パワーモジュール及び平滑用コンデンサモジュールを電気的に接続する積層幅広導体板と、車両用パワーモジュールと平滑用コンデンサモジュールを収納する筐体と、筐体に形成され、かつ冷却媒体を流すための流路形成体と、を備え、車両用パワーモジュールは流路形成体の一方面側に配置され、平滑用コンデンサモジュールは該流路形成体を挟んで該流路形成体の他方面側に配置される。
　なお、積層幅広導体板は、流路形成体の側部を通って、車両用パワーモジュール及び平滑用コンデンサモジュールを電気的に接続するものであっても良い。

　本発明による車両用電力変換装置の第３の態様は、上記車両用パワーモジュールを備え、車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサモジュールと、車両用パワーモジュール及び平滑用コンデンサモジュールの正極側と接続される平板状正極側導体板と、車両用パワーモジュール及び平滑用コンデンサモジュールの負極側と接続される平板状負極側導体板と、正極側導体板と負極側導体板との間に積層される絶縁シートとを有する積層導体板と、を備え、積層導体板は、上アーム回路又は下アーム回路を覆って車両用パワーモジュールの上面に配置され、さらに直流端子と接続される。
　なお、車両用パワーモジュールを２つ備え、積層導体板が、２つの車両用パワーモジュールの直流端子と接続されるようにしても良い。

　本発明による車両用電力変換装置の第４の態様は、上記車両用パワーモジュールを備え、車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、往路及び復路を備えた略Ｕ字型に形成され、かつ冷却媒体を流すための流路形成体と、車両用パワーモジュール及び流路形成体を収納する筐体と、を備え、流路形成体の往路は、上アーム回路部のパワー半導体素子又は下アーム回路部のパワー半導体素子の下方に形成され、かつ流路形成体の復路は、下アーム回路部のパワー半導体素子又は上アーム回路部のパワー半導体素子の下方に形成される。
　なお、流路形成体が、開口部を有し、車両用パワーモジュールの金属ベースが、開口部を塞いで、流路形成体に取り付けられるようにしても良い。
　さらに、金属ベースに、流路形成体の開口部から、流路形成体の往路及び復路に突出したフィンを成型するようにしても良い。

　本発明による半導体装置は、スイッチングにより、パワー半導体素子の両端の電位を短絡、開放することが可能な、少なくとも１つのパワー半導体素子を用いた半導体装置において、薄板状で両面に電極を具備したパワー半導体素子と、一面に少なくとも第１配線パターン，第２配線パターン，第３配線パターンの３つの配線パターンを具備した絶縁基板と、絶縁基板の配線パターンが配置された面とは反対側の面に固着した金属ベースと、を備え、絶縁基板の第１配線パターン上にパワー半導体素子の電極の片面を電気的に接続し、パワー半導体素子の電極の他面と第２配線パターン及び第３配線パターンを電気的に接続し、第１配線パターンが概Ｔ字形状をとり、第２，第３配線パターンを第１配線パターンの概Ｔ字の縦棒の両側に配置し、第１配線パターン，パワー半導体素子，第２配線パターンの第１電流経路と、第１配線パターン，パワー半導体素子，第３配線パターンの第２電流経路の、２つの往復するＵターンの電流経路を構成し、パワー半導体素子のスイッチング時に流れる電流により、金属ベースに誘導される渦電流が２つ、かつ、渦が互いに逆方向に生じることを特徴とする。
　なお、配線パターンをもつ絶縁基板を備える第１回路及び第２回路を備え、第１回路と第２回路の直列回路を構成し、パワー半導体素子のスイッチングにより、第１回路と第２回路の接続点から、直列回路の両端の電位を交互に出力するようにしても良い。

　本発明によれば、半導体装置のインダクタンスを低減することができ、また体積の増加を抑えることができる。

　さらに上記半導体装置を使用した電力変換装置においてもインダクタンスの低減を図ることができ、また体積の増加を抑えることができる。

　さらに、低インダクタンス実装によりスイッチング素子の発熱を減らすことで、スイッチング素子の使用量を減らし、小型・低コストを実現する。

本実施形態に係る電力変換装置２００を用いたハイブリッド自動車の、エネルギー伝達経路のブロック図である。 本実施形態に係る電力変換装置２００の回路構成図を示す。 電力変換装置２００の全体構成の外観斜視図である。 本実施形態に係る電力変換装置内部の主要部品の分解斜視図である。 冷却水流路１９を有する筐体１２のアルミ鋳造品を示す図である。 （ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール（半導体装置）の上方斜視図であり、（ｂ）は、当該パワーモジュールの上面図である。 本実施形態に関するパワーモジュール（半導体装置）の直流端子の分解斜視図である。 パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図である。 （ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である金属ベース３０４及び３つの上下アーム直列回路のうち１つ、を抜き出した図である。（ｂ）は、金属ベース３０４，回路配線パターン及び絶縁基板３３４の分解斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は、加圧プレスによる手順の模式図である。 （ａ）は交流端子１５９の斜視図であり、（ｂ）は交流端子１５９の側面図である。 （ａ）は、他の実施形態に係る交流端子１５９の斜視図であり、（ｂ）は、その側面図である。 他の実施形態に係る交流端子１５９の斜視図である。 （ａ）は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００，直流側導体板７００、及び２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。（ｂ）は、直流側導体板７００の分解斜視図である。 （ａ）は、図１４に示すパワーモジュール３００と直流側導体板７００の接続箇所３８０（図１４（ａ）参照）の拡大図である。（ｂ）は、直流側導体板７００の接続箇所３９０の拡大図（図１４（ａ）参照）である。 下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオン（導通）するときの電流の流れる回路を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の時間ごとに示す図である。 下アーム用ＩＧＢＴ３３０が、遮断状態（オフ）から導通状態（オン）になるとき、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６（実線），コレクタ電圧６０４（一点鎖線），ゲート電圧６０２（破線）の時間変化の波形を示す図である。 下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオフ（遮断）するときの電流の流れる回路を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の時間ごとに示す図である。 下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオフ（遮断）のゲート電圧６２２，コレクタ電流６２４，コレクタ電圧６２６波形を示す図である。 本実施形態に関するコンデンサモジュールの外観構成を示す斜視図である。 図２０に示すコンデンサモジュール５００の内部が分かるように、樹脂などの充填材５２２を充填する前の状態を示す斜視図である。 さらにコンデンサモジュール５００の詳細構造である積層導体にコンデンサセル５１４を固定した構造を示す図である。

　以下に説明する実施の形態では、インダクタンスの低減効果、あるいは体積の増加を抑えることができる効果の他に製品を作る上での効果を色々奏する。これらの効果は以下で説明する。

　上述のとおり、上述の発明が解決しようとする課題の欄や発明の目的，効果の欄に記載した課題，作用，効果以外に、以下に述べる本発明の実施形態は製品化に向けた色々な課題を解決し、また色々な効果を奏するので、図面を参照しながら説明する前に、代表的な改善改良すべき技術的な課題や効果と、この技術的課題を解決し効果を実現する技術の概要について説明する。

　〔インダクタンスの低減に係る説明〕
　電気回路のインダクタンスの低減に係る工夫には、次の３つの観点がある。第１の観点はパワーモジュールのインダクタンス低減である。第２の観点は、コンデンサモジュールのインダクタンス低減である。第３の観点は、パワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続回路のインダクタンス低減である。第４の観点は、パワーモジュールに内蔵された回路のインダクタンス低減である。上記観点１から観点４の全てを実施することが最も望ましい。しかし４つの観点の内１つの観点を実施することでも効果があり、さらに４つの観点の内の２つの観点を実施することでさらに好ましい効果がある。

　第１の観点であるパワーモジュールのインダクタンスの低減について説明する。パワーモジュールは、インバータ回路に使用される半導体素子のチップを内蔵している。パワーモジュールは、直流電力を授受するための直流端子が設けられている。直流端子から半導体素子までの直流導体を、正極用導体板と負極用導体板が絶縁材を挟んで重ねられることによる積層構造を成している。この積層構造により、直流端子から半導体素子までの電気回路のインダクタンスを大幅に低減することができる。さらに、半導体チップが搭載される回路基板のレイアウトを工夫し、低インダクタンスを実現している。

　第２の観点であるコンデンサモジュールのインダクタンス低減について説明する。コンデンサモジュールは、正極導体板と負極導体板を有する積層導体上にコンデンサセルを複数個並列に配置し、各コンデンサセルの両端の電極を前記正極導体板と負極導体板とに接続する構造としている。この構造により、コンデンサモジュール内部のインダクタンスを低減することができる。また、後述する実施形態では、正極導体板と負極導体板を有する積層導体は、積層状態でコンデンサモジュールから外に突出して伸び、コンデンサモジュールの直流端子を形成している。内部の積層構造の導体板が連続して伸びるようにコンデンサモジュールの端子を形成しているので、インダクタンスを低減することができる。

　第３の観点であるパワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続回路のインダクタンス低減については、絶縁物を挟んだ積層導体で構成し、接続部において積層状態となる接続端子形状を構成することで実現している。

　第４の観点であるパワーモジュールに内蔵された回路のインダクタンス低減について説明する。パワーモジュール内の回路を構成するスイッチング素子は、スイッチング時に流れる電流がスイッチング素子を搭載した金属ベース板に対して小ループを形成するように配置される。これにより、この小ループ電流の周りに発生する磁束によって、金属ベース板に誘導電流が発生する。この誘導電流周りに発生する磁束の向きは、前述の小ループ電流の周りに発生する磁束の向きとは反対向きであり、お互いの磁束は打ち消しあう。これにより、パワーモジュール内の回路のインダクタンスを低減することができる。

　〔電力変換装置の小型化に関する説明〕
　電力変換装置の小型化に関する工夫を、次の５つの観点で説明する。第１の観点は冷却水流路を電力変換装置の筐体の中ほどに配置し、冷却水流路の両面を利用して冷却することにより、電力変換装置の小型化を図ったことである。第２の観点は、冷却水流路の側部と筐体との間に、パワーモジュールとコンデンサモジュールとの電気的な接続を行うための空間を設けることにより、電力変換装置の小型化を図ったことである。第３の観点は、冷却水流路の冷却水の流路方向に沿って２組のパワーモジュールを併設して配置したことで、電気配線が簡素化され、小型化が可能となったことである。第４の観点はパワーモジュールの構造的な改善である。第５の観点はコンデンサモジュールの構造的な改善である。上記観点のそれぞれにおいて効果があり、またこれらの観点を組み合わせて実施することで、さらに大きな効果を得ることができる。

　第１の観点について説明する。電力変換装置の筐体の中ほどに冷却水流路を配置し、冷却水流路の両面を利用して冷却する構造を有している。この構造により冷却効率が向上し、小型化に繋がる。さらにまた以下の実施形態では、冷却水流路の一方の側にパワーモジュールを配置し、冷却水流路の他方の側にコンデンサモジュールを配置することができ、パワーモジュールとコンデンサモジュールの冷却構造が必要とする体積を小さくでき、結果として電力変換装置の小型化が可能となる。

　さらに他の工夫点として、冷却水流路の位置に関してパワーモジュールを配置した側に、パワーモジュール内部の半導体素子を駆動するための駆動回路を配置することで、パワーモジュールと駆動回路との接続の簡素化が図れ、小型化が可能となる。

　さらに他の工夫点として、冷却水流路の一方の面にパワーモジュールを配置し、冷却水流路の他方の面に補機用のインバータ装置を設けることで、冷却効率が向上し、結果として電力変換装置の小型化が可能となる。ここで、補機用のインバータ装置とは、例えば車両用エアーコンディショナーの駆動用モータのためのインバータ装置や、オイルポンプ用モータのためのインバータ装置などである。さらに、冷却水流路の他方の側に補機用のインバータ装置とコンデンサモジュールとを設けることで、コンデンサモジュールを車両駆動用回転電機の平滑用コンデンサとして使用するのに加え、補記用インバータの平滑コンデンサとしても使用できる。従って、回路構成が簡素化され電力変換装置をより小型にすることが可能となる。

　第２の観点について説明する。略長方形を成す筐体の一方の辺に沿って冷却水流路を形成し、前記一方の辺に垂直な方向における流路の側部と筐体との間に、冷却水流路の一方側空間と他方側空間とを繋ぐ穴すなわち貫通する空間を設ける。この空間を介して、冷却水流路の一方側に設けられた電気部品と、冷却水流路の他方側に設けられた電気部品との電気接続を行う構造としている。この貫通する空間を介して必要な電気的接続を行うことができ、接続の簡素化が図れると共に電力変換装置の小型化が可能となる。

　第３の観点について説明する。以下の実施形態では、略長方形を成す筐体の一方の辺に沿って冷却水流路を形成し、この冷却水流路の冷却水の流れの方向に２組のパワーモジュールを並べて配置している。さらに、２組のパワーモジュールの直流側端子と交流側端子を、冷却水の流れの方向と垂直の方向に設けている。このような配置および構造により、冷却水流路と筐体との間の空間を端子の配置に利用でき、電力変換装置を小型化することができる。また、２組のパワーモジュールの端子（図１４の交流端子１５９）が２組のパワーモジュールの並設方向と略平行に並んで配置されているので、お互いに干渉しあう可能性が少なく、交流端子に接続する交流バスバーの引き回しが短くなり、小型化が可能となる。

　第４の観点であるパワーモジュールの小型化について説明する。後述する２組のパワーモジュールは同様の構造を有している。各パワーモジュールには、インバータ回路の上アームと下アームからなる直列回路が、３相交流のＵ相とＶ相とＷ相とに対応させて設けられている。上記直列回路を並設して設けているので、各直列回路の半導体チップを整然と並べて配置することが可能となり、パワーモジュールの小型化に繋がる。

　また以下の実施形態では、インバータ回路を構成する半導体素子が放熱用金属板に絶縁層を介して固定されるとともに、パワーモジュールへの直流電力を供給するための直流導体が半導体素子の上から供給される構造となっている。すなわち、半導体素子の一方側に放熱用金属板が設けられ、半導体素子の他方側に直流導体が配置される構造となっている。この構造によりパワーモジュール自身が小型となり、電力変換装置の小型化に繋がる。

　第５の観点である、コンデンサモジュールに関する改善について説明する。コンデンサモジュールは、積層構造の正極および負極導体板にコンデンサセルが複数個並設され、各コンデンサセルの正極と負極が正極および負極導体板に電気的に接続される構造を有している。コンデンサモジュールは、コンデンサセルを固定した積層構造の導体板が複数個並設される構成を有しており、大きな容量のコンデンサモジュールを比較的小型の形状で作ることが可能となる。また、コンデンサモジュールの小型化は、電力変換装置の小型化に繋がる。

　さらにまた、コンデンサセルとして、フィルムと薄い絶縁部材とを巻回したフィルムコンデンサを使用し、フィルムコンデンサを、その外周面が積層構造の導体板の面に対向するように固定することで、コンデンサモジュール自身を小型化できるとともに、振動などに強い構造とすることができ、信頼性が向上する。

　さらに、積層構造の導体板の長辺方向に複数個のコンデンサセルを並べ、導体板の幅方向にコンデンサセルの電極が配置される構造とすることで、コンデンサセルと導体板との接続が容易となり、生産性が向上する。

　上述した発明の解決しようとする課題や目的効果とは異なる他の課題についても、以下に説明の実施形態は解決すると共に新たな効果を奏する。以下新たな、解決しようとする課題についても説明する。

　〔信頼性の向上〕
　以下に記載の実施形態では、冷却水流路の側部と筐体との間に貫通する空間を形成して、パワーモジュールとコンデンサモジュールとの接続を行っている。冷却水流路とは異なる位置に空間を形成し、この空間を介して上記接続を行っているので、冷却水の影響を受け難く、信頼性が向上する。

　〔生産性の向上〕
　さらに、冷却部の筐体は、パワーモジュールの放熱フィンを冷却する冷却水通路のための冷却水空間の外に、パワーモジュールとコンデンサとを接続する直流バスバーを接続する形をとり、冷却水路を抱きかかえるような包囲空間を有し、電力変換装置の全体冷却構造の簡易化，小型化が図られ、組立性も向上する。加えて、冷却水空間内の冷却水が、冷却部筐体を介して、コンデンサの冷却にも寄与することができる。

　〔冷却効率の向上〕
　本実施形態に係る電力変換装置は、片側に放熱フィンを有するパワーモジュール（半導体モジュール）の内部にインバータ装置の上下アームの直列回路を収納し、パワーモジュールを冷却部内に挿入し、放熱フィンを冷却水で直接冷却する構造を備えている。また、冷却水の流路を形成する冷却部の筐体内に、パワーモジュールと直流電源の平滑用コンデンサとを内包するように積層する構成、すなわち、パワーモジュールとコンデンサとで水路を挟むサンドイッチ構造を採用することで、冷却効率を向上させることができ、冷却効率の向上により電力変換装置の小型化を図っている。

　また、長方形状の筐体の短辺側から冷却水が冷却水流路に挿入され、冷却水流路は長方形状の筐体の長辺に沿って伸びると共に、再び筐体の長辺に沿って戻る形状をしている。２組のパワーモジュールは、それぞれ行きと帰りの冷却水流路で冷やされるように配置されており、冷却効率が向上する。また、インバータ回路の上アームを構成するチップの位置と下アームを構成するチップの位置とが、それぞれ行きと帰りの前記冷却水流路と対応した位置となっているので、冷却効率が向上する。この冷却効率の向上は、信頼性の向上や装置の小型化にも好影響を及ぼしている。以上の説明は、本発明の実施形態における効果や解決される課題について概要を説明したものである。

　次に、本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置の代表例として、ハイブリッド自動車に適用した車両用の電力変換装置を説明する。

　なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、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の電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや電化製品を駆動する制御装置に用いられる家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。

　図１は、本実施形態に係る電力変換装置を用いたハイブリッド自動車の、エネルギー伝達経路のブロック図である。図２は、本実施形態に係る１つの電力変換装置の回路構成図を示す。

　本発明の実施形態に係る車両用の電力変換装置（インバータ）は、搭載環境や動作的環境などが厳しい。車両駆動用インバータ装置は、駆動用の電動機を制御する制御装置であり、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、電動機の駆動を制御する。また、電動機は発電機としての機能も有しており、車両駆動用インバータ装置は、減速などの運転モードに応じ発電させて、交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換した直流電力は、車載バッテリへの蓄電や、別の駆動用インバータに供給し電動機の駆動に使う。

　図１のハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は、２つの車両駆動用のシステムを備えている。その１つは、化石燃料や水素などの燃料をエネルギー源とし、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステム１２１である。エンジンシステム１２１は、燃料１３２を使いエンジン１２０で車両を駆動する他に、動力分配機構１２２を通じてモータジェネレータ１９４に動力を伝える。もう１つは、バッテリの電気をエネルギー源とし、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とする車両用電気システム２５０である。これらの２つのシステムは、互いにエンジン回転数、トルク指令などの情報をやり取りする。例えば、エンジン１２０の動力の一部で、動力分配機構１２２を通じてモータジェネレータ１９４により発電し、電気エネルギーに変換する。電気エネルギーは、バッテリ１３６の充電や、もう１つのモータジェネレータ１９２の駆動に使われる。モータジェネレータ１９２，１９４は、同期機あるいは誘導機であり、運転モードに応じてモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。

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

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

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

　インバータ装置１４０，１４２は、モータジェネレータ１９２，１９４に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。例えば、モータジェネレータ１９２，１９４の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータジェネレータ１９２，１９４はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータジェネレータ１９２，１９４は発電機として作用し、モータジェネレータ１９２，１９４は回生制動状態の運転となる。

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

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

　バッテリ１３６は、さらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては、例えばエアーコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ装置４３に直流電力が供給され、インバータ装置４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ装置４３はインバータ装置１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。モータ１９５の容量はモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ装置４３の最大変換電力はインバータ装置１４０や１４２より小さい。しかし、インバータ装置４３の回路構成は、基本的にインバータ装置１４０や１４２の回路構成と同じである。

　インバータ装置１４０や１４２および４３は、スイッチングにより直流電力を交流電力に変換する。スイッチング時の急激な電流を供給するため、直近にコンデンサモジュール５００を接続している。これらのインバータ装置及びコンデンサモジュールは、スイッチング時や導通損失（電気抵抗）により発熱する。そのため、電力変換装置の体積を小さくし、コストを低減するために、発熱を小さくし、冷却能力を高くすることが望まれている。以下で詳述する電力変換装置２００では、損失の低減、冷却能力の向上が実現できる。

　また、インバータ装置１４０や１４２とインバータ装置４３とコンデンサモジュール５００とを一つの筐体に内蔵し、配線の簡素化やノイズ低減も実現している。

　なお、本実施例では、エンジンシステム１２１と車両用電気システム２５０を組み合わせたＨＥＶについて説明したが、車両の外部から電力を供給できるような車両外部接続部２６０を車両に設け、外部からバッテリ１３６に充電できるようにしたＨＥＶや、エンジンシステム１２１を無くすとともに車両用電気システム２５０に車両外部から電力を供給できるような接続部を設けた車両にも適用できる。

　また、エンジンシステムを無くし、車両用電気システム２５０のバッテリを、外部から供給された水素などの燃料を直接電気に変換する燃料電池とした車両、さらに、その燃料電池に充放電用バッテリを並列に接続し、充放電用バッテリに車両の外部から電力を供給できるような接続部を設けた車両にも適用できる。

　図２に、電力変換装置２００のうち、代表例としてインバータ装置１４０の回路構成図を示す。これ以外のインバータ装置１４２，４３も、同様の回路で構成されている。

　図２に示すように、インバータ装置１４０は、パワーモジュール３００，ドライバ回路１７４を備え、制御回路１７２からの信号によりドライバ回路１７４を動作させ、パワーモジュール３００のＩＧＢＴをスイッチングする。

　ドライバ回路１７４は、インバータ装置１４０内に搭載され、さらにパワーモジュール３００の上方かつ近傍に配置される。これにより、インバータ装置１４０とドライバ回路１７４との信号線の配線を短くすることができるので、インバータ装置１４０のスイッチング周波数が信号線に入り込むことを防ぐことができる。インバータ装置１４０のスイッチング周波数は、ドライバ回路１７４から送信される制御信号よりも小さい周波数である。これにより、インバータ装置１４０及びドライバ回路１７４の誤動作を避けることができる。

　本実施形態においては、パワーモジュール３００は、高電位にスイッチする上アームのＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）及びダイオード１５６と、低電位にスイッチする下アームのＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、を備える。さらに、パワーモジュール３００は、上下アーム直列回路１５０を三相交流モータ用に３つ有している。それぞれの上下アーム直列回路１５０の中点部分（中間電極１６９）は、交流端子１５９を通して、モータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６に接続されている。

　図２に示すように、ＩＧＢＴ３２８や３３０は、コレクタ電極１５３，１６３、エミッタ電極（駆動用エミッタ電極端子１５５，１６５）、ゲート電極（ゲート電極端子１５４，１６４）を備えている。ゲート電極に加えられた電圧によりＩＧＢＴがスイッチングし、コレクタからエミッタへ方向への電流のオン、オフが制御される。ダイオード１５６，１６６はカ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、アノードからカソードへの方向に電流を流すことができる。図示するように、ＩＧＢＴのコレクタ電極に対してダイオードのカソード電極を、ＩＧＢＴのエミッタ電極に対してダイオードのアノード電極を、電気的に接続する。これにより、ＩＧＢＴが流すことのできないエミッタからコレクタ方向への電流を、ダイオードが代わりに流すことができる。ここでは、この接続を、ＩＧＢＴに対してダイオードを逆並列に接続すると呼ぶ。この逆並列接続により、ＩＧＢＴがオフしても、対アームのダイオードに電流が流れる回路がインバータ内で形成され、モータ電流を途切れることなく流すことができる。スイッチング用パワー半導体素子として、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴは逆方向に電流を流すことができるので、ダイオードを省略することもできる。

　図２に示すように、上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子（Ｎ端子）１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側に、それぞれ電気的に接続（直流バスバーで接続）される。各アームの中点部分（上アームのＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と下アームのＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極との接続部分）にあたる中間電極１６９は、交流コネクタ１８８を介して、モータジェネレータ１９２の交流端子に接続される。この回路により、上アームのＩＧＢＴ３２８がオンすれば、正極電位が中間電極１６９から出力される。逆に、下アームのＩＧＢＴ３３０がオンすれば、負極電位が中間電極１６９から出力される。これにより、モータジェネレータの交流端子にパルス状の正極電位および負極電位を加え、パルスの時間幅の粗密により交流電位を形成してモータジェネレータへ交流電流を流し、モータを駆動する。このパルスの時間幅の粗密を変化させることで、電力を制御、つまり、モータのトルクを制御する。これをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御と呼んでいる。

　図２に示されたコンデンサモジュール５００は、インバータ装置１４０とバッテリ１３６の間に配線され、スイッチング時に瞬時に電流を供給するために、電力変換装置２００内のインバータ装置１４０の直近に配置される。電力変換装置２００内において、コンデンサモジュール５００は、インバータ装置１４０（パワーモジュール３００）の直流端子（正極端子３１４，負極３１６）と、バッテリ１３６に繋がれた外部ケーブルを接続する直流コネクタ１３８との間に、バッテリ１３６の電圧が平滑になるようにバッテリ１３６に対して並列に接続される。

　図２に示された制御回路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、エンジンとモータとをハイブリット制御する上位マイコンにより出力された、指令信号に基づくものである。ハイブリット制御する上位マイコンは、制御回路１７２に搭載しても、別途、車内に場所を設けて搭載してもよい。図１に示されるように、本実施形態では、上位マイコンは制御回路１７２に搭載され、エンジンコントローラ１３１との間で、トルク要求値およびエンジン回転数などの信号をやり取りしている。

　電流値は、電流検出部１８０から出力された検出信号に基づいて検出される。電流検出部１８０は、マイコン基板への結線が短くなるように、電力変換装置２００の交流コネクタ１８８とパワーモジュール３００の交流端子との間に設けられている。

　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に示された制御回路１７２に搭載されたマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算する。さらに、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいて、ｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に変換する。

　そして、マイコンは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいて、パルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。

　図２に示されたドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合には、ＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。これにより、各ＩＧＢＴ３２８，３３０は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。

　図２に示された制御回路１７２およびドライバ回路１７４は、ＩＧＢＴの駆動の他に、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。そのため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば、過電流検知を行う場合には、過電流の信号用エミッタ電極端子（図示せず）を搭載したＩＧＢＴを用い、そのエミッタ電極端子をドライバ回路１７４内の各アーム駆動回路（ＩＣ）と結線し（図示せず）、各駆動回路（ＩＣ）による過電流検知が行われる。

　また、過温度検知を行う場合には、上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）の温度の情報を、ドライバ回路や、マイコン基板に入力する。

　また、過電流過電圧検知を行う場合には、上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧をモニターする。過電流，過温度，過電圧が検出された場合には、対応するＩＧＢＴ、もしくは全ＩＧＢＴをオフ動作させたり、モータ出力を下げた制御をしたりして、ＩＧＢＴや電力変換装置、さらには車両を保護する。このとき、駆動回路（ＩＣ）は、過電圧によりＩＧＢＴが破壊されないよう、オフのスピードを制御する。過温度が検知された場合には、ＩＧＢＴのオフ動作や、モータ出力を下げた保護運転を行う。

　図１，図２に記載した電力変換装置２００の詳細な外観構成を、図３，図４にて、詳しく説明する。なお図１乃至図２と同じ参照符号は同じ部品を示している。

　図３は、電力変換装置２００の全体構成の外観斜視図である。底面が略長方形の筐体１２の側面には、電力変換装置２００を冷却する冷却水の配管（入口配管１３，出口配管１４）や、２つのモータジェネレータへの交流ターミナルケース１７（２つ）が設けられている。この他、図３では見えていないが、冷却水配管が設けられた側面と対向する側に直流ターミナルケースが設けられている。このように、外部との接続箇所を、全て筐体１２の側面に配置する。

　図４は、本実施形態に係る電力変換装置内部の主要部品の分解斜視図である。

　筐体１２の中央部分に作られた冷却水流路１９の上に、パワーモジュール３００を２つ配置する。筐体１２の下部には、下部ケース蓋１６に固定したコンデンサモジュール５００を収納する。パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とが冷却水流路１９を挟んだ構成とすることで、発熱が大きいパワーモジュール３００およびコンデンサモジュール５００を効率よく冷却している。パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とは、直流側導体板７００を介して電気接続される。この電気接続については、図１５にて詳述する。

　ドライバ回路１７４を搭載したドライバ回路基板２２は、パワーモジュールの上の直流側導体板７００よりもさらに上方に配置される。これにより、パワーモジュール３００の上部に飛び出した制御ピンが、ドライバ回路基板２２に形成されたスルーホールにハンダ接続可能となる。その結果、制御用配線が短くなって、制御用配線にノイズが侵入しにくくなり、パワーモジュールの誤動作を防ぐことができる。

　筐体１２の下部開口は、コンデンサモジュール５００を冷却するための下部ケース蓋１６により塞がれる。また、筐体１２の上部開口は、制御回路１７２等を冷却するための金属ベース板１１により塞がれる。さらに上部ケース蓋１０が、この金属ベース板１１を覆うように筐体１２に取り付けられる。

　筐体１２上部において、制御回路１７２は、金属ベース板１１と上部ケース蓋１０とで形成される空間に収納される。これにより、パワーモジュール３００およびコンデンサモジュール５００の高電圧系と、制御回路１７２の低電圧系とを分離し、制御回路１７２に対するノイズシールド効果を奏する。このため、筐体１２や上部ケース蓋１０は、電気伝導のよいアルミ材などの金属材料で構成される。

　また、金属ベース板１１が、金属製の上部ケース蓋１０及び金属製の筐体１２によって挟まれているので、金属ベース板１１と上部ケース蓋１０及び金属製の筐体１２との熱的な伝達が良好になる。これにより、金属ベース板１１に設置された制御回路１７２上の発熱素子からの熱を、上部ケース蓋１０及び筐体１２に逃がすことができる。このため、筐体１２や上部ケース蓋１０は、熱伝導のよいアルミ材などの金属材料で構成される。

　また、金属ベース板１１が、上部ケース蓋１０及び筐体１２によって挟まれ、さらにネジ等の固定手段によって筐体１２に強固に固定される。これにより耐振動性を向上させることができるので、車両の走行時の振動の影響を特に受け易い電力変換装置２００の上部に制御回路１７２を設置することができる。また、制御回路１７２を塵や湿気から守ることができる。

　冷却水流路１９の下側にはアルミ鋳造を行いやすくするための開口部４０４が形成されており、開口部４０４は水路下部カバー４２０で塞がれている。また冷却水流路１９の下側には補機用のインバータ装置４３が取り付けられている。補機用のインバータ装置４３は、内蔵しているパワーモジュールの放熱金属面が冷却水流路１９の下面に対向するようにして、冷却水流路１９の下面に固定されている。入出口配管１３，１４からの冷却水が冷却水流路１９を流れることによって、並設されている２個のパワーモジュール３００が有する放熱フィンが冷却され、２個のパワーモジュール３００全体が冷却される。冷却水流路１９の下面に設けられた補機用のインバータ装置４３も同時に冷却される。

　さらに、冷却水流路１９が設けられている筐体１２が冷却されることにより、筐体１２の下部に設けられた下部ケース蓋１６が冷却される。この冷却によりコンデンサモジュール５００の熱が下部ケース蓋１６および筐体１２を介して冷却水に熱的伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。

　このように筐体１２の中央部に冷却水流路１９を設け、その一方の側に車両駆動用のパワーモジュール３００を配置し、また他方の側に補機用のインバータ装置４３を配置することで、少ない空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また、筐体中央部の冷却水流路１９の主構造を筐体１２と一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷却効果の向上に加え、冷却水流路１９の機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造を採用することにより、筐体１２と冷却水流路１９とを一体構造で形成することができ、熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。

　ドライバ回路基板２２には、金属ベース板１１を通り抜けて制御回路基板２０の回路群との接続を行う、基板間コネクタ２３が設けられている。また、制御回路基板２０には、外部との電気的接続を行うコネクタ２１が設けられている。コネクタ２１により電力変換装置の外部との間で信号の伝送が行われる。例えば、バッテリ１３６として車に搭載されているリチウム電池モジュールとの信号の伝送が行われ、リチウム電池モジュールから電池の状態を表す信号やリチウム電池の充電状態などの信号が送られてくる。

　基板間コネクタ２３は、制御回路基板２０に保持されている制御回路１７２との信号の授受を行うために設けられている。図示を省略しているが、図２に示す信号線１７６が設けられ、この信号線１７６と基板間コネクタ２３とを介して、制御回路基板２０からインバータ回路のスイッチングタイミングの信号がドライバ回路基板２２に伝達される。ドライバ回路基板２２では駆動信号であるゲート駆動信号が発生され、パワーモジュールのゲート電極にそれぞれ印加される。

　図５は、冷却水流路１９を有する筐体１２のアルミ鋳造品を示す図であり、図５（Ａ）は筐体１２の斜視図、図５（Ｂ）は筐体１２の上面図、図５（Ｃ）は筐体１２の下面図、図５（Ｄ）は図５（Ｂ）のＡＡ断面を示す図である。図５に示す如く、筐体１２と、前記筐体１２の内部に設けられた冷却水流路１９とが一体に鋳造されている。筐体１２の上面あるいは下面は略長方形の形状を為し、長方形の短辺の一方側筐体側面に冷却水を取り入れるための入口孔４０１が設けられ、同じ側面に出口孔４０３が設けられている。

　入口孔４０１から冷却水流路１９に流入した冷却水は、矢印で示された冷媒の流れ４１８の方向、すなわち長方形の長辺に沿って流れ、長方形の短辺の他方側側面の手前近傍で、矢印で示された冷媒の流れ４２１のように折り返す。そして、再び長方形の長辺に沿って矢印で示された冷媒の流れ４２２の方向に流れ、出口孔４０３から流出する。冷却水流路１９の行き側と帰り側に、それぞれ２個ずつの開口部４００と４０２が形成されている。筐体１２の流れの方向、すなわち長辺の沿った方向に、パワーモジュール３００が並べて固定されている。支持部４１０が筐体と一体成形されており、各パワーモジュール３００により冷却水流路１９の開口を完全に塞ぐことができる。この支持部４１０は略中央に位置し、支持部４１０に対して冷却水の出入り口側に、一方のパワーモジュール３００が固定される。また、支持部４１０に対して冷却水の折り返し側の方に、他方のパワーモジュール３００が固定される。この支持部４１０により筐体１２の剛性が高くなり、特に、筐体１２の流路入口孔４０１が存在する面に対して垂直方向の捻れを低減することができる。さらに、本実施例の筐体１２は、支持部４１０と隔壁４０８とが十字型の梁を形成しているため、筐体１２の捻れをさらに低減することができる。これにより、筐体１２とパワーモジュール３００との隙間からの筐体１２内部への水漏れを、抑制できる。このことは、金属ベース３０４により開口部４００，４０２を閉塞することよって流路を形成する、いわゆる直接冷却方式においては特に有効である。

　冷却水流路１９は、上述の通り折り返し形状であり、行き側流路と帰り側流路を隔てる隔壁４０８が設けられ、この隔壁４０８が支持部４１０と一体に作られている。隔壁４０８は、折り返し通路間の熱の伝達通路としての作用を為し、冷却水の温度を均一化する作用を為す。通常は、冷却水の入口側と出口側との温度差が大きくなり、冷却効率のムラが発生するが、この隔壁４０８が支持部４１０と一体に作られていることと、隔壁４０８によって形成された往復流路を跨いで金属ベース３０４が配置されていることにより、一つのパワーモジュールに対する冷却効率の均一性を保持することができる。

　図５（Ｂ）に示すねじ穴４１２は、出入り口側のパワーモジュール３００を冷却水流路１９に固定するために使用され、この固定により開口部４００が密閉される。また、ねじ穴４１４は折り返し側のパワーモジュール３００を冷却水流路１９に固定するために使用され、この固定により開口部４０２が密閉される。

　出入り口側に近い側のパワーモジュール３００は、入口孔４０１から流入する冷たい冷却水、及び、出口孔４０３へ送られる比較的暖かい冷却水によって冷やされることになる。一方、流路の折り返し側に近いパワーモジュール３００は、出入り口側に近い側のパワーモジュール３００により暖められて入口孔４０１から流入する冷却水よりも少し暖かい冷却水により冷却されるが、出口孔４０３近くの冷却水よりは低い温度で冷やされることになる。結果として折り返し冷却通路と２つのパワーモジュール３００の配置関係は、２つのパワーモジュール３００の冷却効率が均衡した状態となる。

　また、支持部４１０があるため、流路形成体は、冷却水が該支持部４１０直下に潜り込むようなトンネル型の構成を為すことができる。筐体１２に支持部４１０の下方に開口部４０４を形成し、さらにその開口部４０４を水路下部カバーにより閉塞する。このような構成により、筐体１２をダイカストにより製造することが容易となり、インバータ装置の生産性が向上する。

　図を用いて詳説すると、図５（Ｃ）は冷却水流路１９の裏面を示しており、支持部４１０に対応した裏面に開口部４０４が形成されている。この開口部４０４により、支持部４１０の直下において、支持部４１０と流路形成体との二重構造が無くなり、ダイカストによる製造が容易になる。すなわち、図５（Ｂ）のＡＡ断面図である図５（Ｄ）において、支持部４１０の直下がカバーにより閉塞されるため、冷却水流路１９は、入口孔４０１から出口孔４０３までの間において二重構造を有していない。したがって、冷却水流路１９と一体成型される筐体１２を鋳造によって製造する場合の生産性が向上し、さらに筐体１２の一体成型の歩留まりも向上することになる。

　また、図５に示す筐体構造は、鋳造生産、特にアルミダイキャスト生産に適した構造を有している。すなわち、冷却水流路１９と筐体１２との一体構造を、完成に近い形状で製造できる効果がある。矢印で示された冷媒の流れ４２１で示す水路の折り返し部分を、開口部４０２の一部としていることで、折り返し部分の一体鋳造が可能となった。すなわち、開口部４０２にパワーモジュール３００を固定することで、折り返し通路が完成する。さらに、折り返し通路を冷却に利用できることで、装置全体の小型化が可能となっている。

　上述のような筐体１２は、直接冷却式のパワーモジュールにおいて、２つのパワーモジュールをそれぞれ収納することができるので、大型かつ複雑な構成を為す単一のパワーモジュールを用いる必要がない。そのため、パワーモジュールの歩留まりが向上し、その結果、インバータ装置の製造コストを低減することができる。

　冷却水流路１９の側部と長方形の長辺との間には、通路の上側と下側とを貫通する貫通孔４０６が形成されている。冷却水流路１９を挟んで両側に電気部品が取り付けられるため、両側の電気部品の電気的な接続が必要となる。貫通孔４０６は、冷却水流路１９の両側の電気部品の電気的な接続行うための孔である。

　また、パワーモジュール３００と筐体１２とのシール、及び、水路下部カバー４２０と筐体１２とのシールには、Ｏリング４２４が使用される。このＯリング４２４の気密検査を、パワーモジュール３００及び水路下部カバー４２０の取り付け工程直後に行う。具体的には、まず、水路下部カバー４２０を筐体１２に取り付け、その後パワーモジュール３００を筐体１２に取り付ける。そして、筐体１２に空気を圧入する方式又は液体を流入する方式のいずれかによって、Ｏリング４２４の気密検査を実施する。これにより、インバータ装置の製造工程の初期段階において、Ｏリング４２４の気密検査、すなわち水路の水漏れの検査を行うことができ、不良品を早期に取り除くことができ、生産性を向上させる効果がある。このような水路の水漏れ検査は、金属ベース３０４等によって流路を形成する直接冷却方式のインバータ装置においては、特に重要である。なお、水路下部カバー４２０と筐体１２とのシールには、本実施例のようなＯリング４２４を用いる代わりに、液状のシーリング材を水路下部カバー４２０と筐体１２との接合部に塗布するようにしてもよい。これにより、インバータ装置の製造の自動化が容易になり、生産性が向上する。

　本実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュール３００の詳細構造について、図６～図１３を用いて、以下、説明する。

　図６（ａ）は、本実施形態に関するパワーモジュール（半導体装置）の上方斜視図であり、図６（ｂ）は、当該パワーモジュールの上面図である。図７は、本実施形態に関するパワーモジュール（半導体装置）の直流端子の分解斜視図である。図８は、直流バスバーの構造を分かりやすくするため、パワーモジュールケース３０２を一部透明にした断面図である。

　３００はパワーモジュール、３０２はパワーモジュールケース、３０４は金属ベース、３０５はフィン（図８参照）、３１４は直流正極端子、３１６は直流負極端子、３１８は絶縁紙（図７参照）、３２０Ｕ，３２０Ｌはパワーモジュールの制御端子、３２８は上アーム用ＩＧＢＴ、３３０は下アーム用ＩＧＢＴ１５６，１６６はダイオード、３３４は絶縁基板（図８参照）、３３４ｋは絶縁基板３３４上の回路配線パターン（図８参照）、３３４ｒは絶縁基板３３４下の回路配線（図８参照）、をそれぞれ表す。

　パワーモジュール３００は、大きく分けて、半導体モジュール部と、金属ベース３０４と、外部との接続端子（直流正極端子３１４や制御端子３２０Ｕ等）と、からなる。半導体モジュール部は、樹脂材料等で形成されたパワーモジュールケース３０２内の配線を含む。金属ベース３０４は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣなどの金属材料からなる。そして、パワーモジュール３００は、外部と接続する端子として、モータと接続するためのＵ，Ｖ，Ｗ相の交流端子１５９と、コンデンサモジュール５００と接続するための直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６とを有している。

　また、半導体モジュール部の絶縁基板３３４の上には、上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６等が設けられており、それらはレジン又はシリコンゲル（不図示）によって保護されている。絶縁基板３３４はセラミック基板であっても良いし、さらに薄い絶縁シートであってもよい。金属ベース３０４は、冷却水流路に浸されて冷却水へ効率良く放熱するために、絶縁基板３３４の反対側にフィン３０５を有している。

　図８に示されるように、金属ベース３０４の一方の面には、インバータ回路を構成するＩＧＢＴや、ダイオードを内蔵した樹脂製のパワーモジュールケース３０２が設けられている。金属ベース３０４の他方の面には、フィン３０５がロウ付け等により一体とされている。また、金属ベース３０４とフィン３０５とを鍛造により一体成型しても良い。金属ベース３０４とフィン３０５とが鍛造により一体成型されることによって、パワーモジュール３００の生産性が向上するとともに、金属ベース３０４からフィン３０５までの熱伝導率向上を図ることができる。それにより、ＩＧＢＴ及びダイオードの放熱性を向上させることができる。また、金属ベース３０４のビッカース硬度を６０以上とすることで、温度サイクルによって生ずる金属ベース３０４のラチェット変形を抑制し、金属ベース３０４と筐体１２とのシール性を向上させることができる。さらに、図８（ａ）に示す如く、上下アームのそれぞれに対応してフィン３０５が設けられている。これらのフィン３０５は、往復する冷却水流路１９に設けられた開口から水路内に突出している。金属ベース３０４のフィン３０５周辺の金属面は、冷却水流路１９に設けられた開口を閉じるために使用される。

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

　金属ベース３０４の一方の面には絶縁基板３３４が固定され、絶縁基板３３４の上には、ハンダ３３７より、上アーム用のＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６や、下アーム用のＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６のチップが固定されている。

　図６（ｂ）は、絶縁基板３３４の上に上下アーム直列回路が具体的にどのような配置で設置されているかを示す配置構成図と、その機能を示す説明図である。絶縁基板３３４は、金属ベース３０４に固着された熱伝導性の良いセラミックからなる。図６（ｂ）に示すＩＧＢＴ３２８，３３０とダイオード１５６，１６６は、それぞれ２つのチップを並列接続して上アーム，下アームを構成することで、上下アームに通電可能な電流容量を増やしている。

　図７に示すように、パワーモジュール３００に内蔵された直流端子３１３（図７の点線部）は、絶縁紙３１８を挟んで直流負極端子３１６と直流正極端子３１４とを積層した積層構造を為す。また、直流負極端子３１６，直流正極端子３１４の端部を互いに反対方向に屈曲させて、直流側導体板７００とパワーモジュール３００とを電気的に接続するための負極側接続部３１６ａ及び正極側接続部３１４ａを形成する。直流側導体板７００と接続される正極側接続部３１４ａを２つ設けたことにより、負極側接続部３１６ａ及び正極側接続部３１４ａから３つの上下アーム直列回路までの平均距離がほぼ等しくなり、パワーモジュール３００内の寄生インダクタンスのバラツキを低減することができる。

　また、図７に示すように、直流正極端子３１４，絶縁紙３１８，直流負極端子３１６を積層して組み立てたときに、それぞれの正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａが互いに反対方向に屈曲した構造を為す。絶縁紙３１８を負極側接続部３１６ａに沿って曲げることで、正極，負極の端子の絶縁沿面距離を確保する。耐熱が必要なときは、絶縁紙３１８に、ポリイミドやメタ系アラミド繊維，トラッキング性を高めたポリエステルなどを複合したシートを用いる。また、ピンホールなどの欠陥を考慮して、信頼性を高めるときは、絶縁紙３１８を２枚重ねする。また、破れたり、裂けたりすることを防ぐために、コーナ部にアールを設けたり、端子のエッジが絶縁紙に触れないよう、打ち抜き時のダレ面（打ち抜き加工時によってエッジがＲ状になっている面）を絶縁紙３１８に面する方向にしたりする。本実施例では、絶縁物として絶縁紙を用いたが、他の例として、端子に絶縁物をコーティングしてもよい。寄生インダクタンスを低減するため、例えば、６００Ｖ耐圧のパワーモジュールのときは、正極，負極間の距離を０.５mm以下とし、絶縁紙の厚さは、その半分以下とする。

　また、図７に示すように、直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６は、回路配線パターン３３４Ｋと接続するための接続端３１４Ｋ，３１６Ｋを有する。それぞれの接続端３１４Ｋ，３１６Ｋは、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対して２つずつ存在する。これにより、後述するように、各相のアーム毎に２つの小ループ電流経路を形成した回路配線パターンと接続することができる。また、各接続端３１４Ｋ，３１６Ｋは、回路配線パターン３３４Ｋの方向に向かって突出し、かつ回路配線パターン３３４Ｋとの接合面を形成するために、その先端部が屈曲している。接続端３１４Ｋ，３１６Ｋと回路配線パターン３３４Ｋは、ハンダなどを介して接続される。または、超音波溶接により金属同士を直接接続しても良い。

　パワーモジュール３００、特に金属ベース３０４は、温度サイクルによって膨張及び収縮する。この膨張及び収縮によって、接続端３１４Ｋ，３１６Ｋと回路配線パターン３３４Ｋとの接続部は、亀裂又は破断するおそれが生じる。

　そこで、本実施形態に係るパワーモジュール３００では、図７に示すように、直流正極端子３１４と直流負極端子３１６とを積層して成る積層平面部３１９が、絶縁基板３３４を搭載した側の金属ベース３０４の平面に対して、略平行となるように構成されている。これにより、積層平面部３１９は、前述の膨張及び収縮により発生する金属ベース３０４の反り返りに対応した反り返り動作が可能となる。そのため、金属ベース３０４の反り返りに対して、積層平面部３１９に一体に形成された接続端３１４Ｋ，３１６Ｋの剛性を、小さくすることができる。したがって、接続端３１４Ｋ，３１６Ｋと回路配線パターン３３４Ｋとの接合面の垂直方向に加わる応力を緩和することができ、この接合面の亀裂又は破断を防止することができる。

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

　図９（ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である金属ベース３０４と、３つの上下アーム直列回路のうちの１つとを抜き出して示したものである。図９（ｂ）は、金属ベース３０４，回路配線パターン３３４ｋ，３３４ｒを形成した絶縁基板３３４，上部配線のワイヤ３３６を含めたＩＧＢＴ３２８，３３０，ダイオード１５６，１６６，交流端子１５９，結線端子３７０の分解斜視図である。なお、説明上、直流端子３１３は省略している。

　図９（ａ）に示すように、上下アーム直列回路１５０は、上アーム回路１５１と、下アーム回路１５２と、これら上下アーム回路１５１，１５２を結線するための結線端子３７０と、交流電力を出力するための交流端子１５９とを備えている。

　また、図９（ｂ）に示すように、金属ベース３０４の上に設けられた上アーム回路１５１は、回路配線パターンを形成した絶縁基板３３４と、絶縁基板３３４の回路配線パターン３３４ｋの上に設けられたＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６とを備える。

　ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６の裏面側に設けられた電極は、回路配線パターン３３４ｋとハンダ接合される。

　回路配線パターンが形成された絶縁基板３３４の裏面は、パターンの無い、いわゆるベタパターンが形成されている。この絶縁基板の裏面のベタパターンは、金属ベース３０４とハンダ接合される。

　下アーム回路１５２も上アームと同様に、金属ベース３０４の上に配置された絶縁基板３３４と、この絶縁基板３３４の上に配線された回路配線パターン３３４ｋと、この回路配線パターン３３４ｋの上に実装されたＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６とを備える。

　また、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６の裏面側の電極は、回路配線パターン３３４ｋとハンダ接合されている。なお、本実施形態における各相の各アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した回路部を一組として、この回路部を２組並列に接続して構成される。回路部を何組並列に接続するかは、モータジェネレータ１９２に通電される電流量によって決定され、本実施形態に係るモータジェネレータ１９２に通電される電流よりも大電流を流す必要がある場合には、３組、もしくはそれ以上の回路部が並列接続される。逆に、モータを小さい電流で駆動することができる場合には、各相の各アームは、一組の回路部で構成される。

　図９（ｂ）を用いてパワーモジュール３００の電流経路を説明する。パワーモジュール３００の上アーム回路に流れる電流は、（１）不図示の直流正極端子３１４から接続導体部３７１Ｕまでの経路と、（２）接続導体部３７１Ｕから素子側接続導体部３７２Ｕを介した上アーム用ＩＧＢＴ３２８及び上アーム用ダイオード１５６の一方側電極（素子側接続導体部３７２Ｕと接続された側の電極）までの経路と、（３）上アーム用ＩＧＢＴ３２８及び上アーム用ダイオード１５６の他方側電極からワイヤ３３６を介した接続導体部３７３Ｕまでの経路と、（４）接続導体部３７３Ｕから結線端子３７０の接続部３７４Ｕ，３７４Ｄを介した接続導体部３７１Ｄまでの経路を流れる。なお、前述のように上アームは、ＩＧＢＴ３２８とダイオード１５６を並列接続した回路部を、２組並列に接続して構成される。よって、上記（２）の電流経路において、電流は、素子側接続導体部３７２Ｕにて２つに分岐され、該分岐された電流は２組の回路部へそれぞれ流れる。

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

　ここで、上アーム回路のＩＧＢＴ３２８（及びダイオード１５６）と不図示の直流正極端子３１４とを接続するための接続導体部３７１Ｕは、絶縁基板３３４の一辺側の略中央部付近に配置される。そして、ＩＧＢＴ３２８（及びダイオード１５６）は、接続導体部３７１Ｕの配設位置とは逆の絶縁基板３３４の他辺側近傍に実装される。また、本実施形態においては、２つ備えられた接続導体部３７３Ｕは、絶縁基板３３４の前記一辺側において、接続導体部３７１Ｕ挟むように一列に配置される。

　このような回路パターン及び実装パターン、すなわち、絶縁基板３３４上の回路配線パターンは、概Ｔ字形状の配線パターンと、その配線パターンの概Ｔ字の縦棒（３７１Ｕ）の両側に配置された２つの配線パターン（３７１Ｕ）とで構成される。そして、接続導体部３７１Ｕ，３７３Ｕから端子を実装することで、ＩＧＢＴ３２８のスイッチング時の過渡的な電流経路は、図９（ｂ）の矢印で示した下アームターンオン時の過渡的な電流３５０（破線）のような、Ｍ字状の電流経路となる。すなわち２つの小ループ電流経路となる（矢印の方向は下アームターンオン時、図１６参照）。この２つの小ループ電流経路の周辺には、下アームターンオン時の過渡的な電流が作る図９（ｂ）の実線３５０Ｈで示すような磁界が発生する。この磁界３５０Ｈによって、絶縁基板３３４の下方に配置された金属ベース３０４に、渦電流３４０が誘導される。この渦電流３４０は、磁界３５０Ｈを打ち消す方向の磁界３４０Ｈを発生させるので、上アーム回路で生じる寄生インダクタンスを低減させることができる。

　また、上述の２つの小ループ電流は、絶縁基板３３４上に流れる電流同士が打ち消し合うようなＵターン電流を２つ作る。このため、図９（ｂ）の磁界３５０Ｈに示すように、パワーモジュール３００の内部に、より小さいループ磁界ができるため、寄生インダクタンスを低減できる。さらに、スイッチング時に生ずる磁界ループが小さく、パワーモジュール内部に磁界ループを閉じ込めることができる。そのため、パワーモジュールの外の筐体への誘導電流を低減し、制御基板の誤動作や、電力変換装置の外部への電磁ノイズも防止できる。

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

　このような回路配線パターン及び実装パターンとすることにより、下アーム回路側においても、前述の寄生インダクタンスを低減させる効果を奏する。

　なお、本実施形態において、各相の各アームの電流経路の入口は、例えば２つの接続導体部３７３Ｕに挟まれた接続導体部３７１Ｕとなり、一方、電流経路の出口は、２つの接続導体部３７３Ｕとなっている。しかし、これら入口と出口が逆となっても、各相の各アームにおいて前述の小ループ電流経路が形成される。そのため、前述と同様に、各相の各アームの寄生インダクタンス低減及び電磁ノイズ防止を図ることができる。

　以下、本実施形態におけるパワーモジュール３００の縦寸法（図６（ｂ）の符号Ａで示す寸法）と横寸法（図６（ｂ）の符号Ｂで示す寸法）について詳説する。

　本実施形態におけるパワーモジュール３００においては、上アーム回路の絶縁基板３３４の接続導体部３７１Ｕ、３７３Ｕが配置された側の一辺と、下アーム回路側の絶縁基板３３４の接続導体部３７１Ｄ、３７３Ｄが配置された側の一辺とを対向させるように、各絶縁基板３３４を配置する。また、当該上下アームの対向された部分を、金属ベース３０４の主面側における略中央部となるように配置する。また、同様な機能及び同一個数の素子を備えた上下アーム回路を、図９（ｂ）に示された金属ベース３０４のＢ側の辺に沿って配置する。さらに、上下アーム回路によって構成される各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）を、図９（ｂ）に示された金属ベース３０４のＡ側の辺に沿って配置する。すなわち、上下アーム回路のそれぞれに小ループ電流を形成させるためにＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０とを離して配置することによって、上下方向が長くなった上下アーム回路を、金属ベース３０４のＢ辺に沿って納める。

　このような構成により、一つのパワーモジュールが正方形に近く、かつ金属ベース３０４のＡ辺側の長さを、上アームと下アームの並んだ方向の長さＢより短い（Ａ＜Ｂ）形状とすることができる。図４に示すように、このＡ辺側に沿って２つのパワーモジュールを並べた場合に、２つパワーモジュールのＡ辺側が、Ｂ辺側より大きくなりすぎることを抑えることができる。すなわち、２つのパワーモジュール３００を並べたときの長さＡの２倍（２Ａ）を、上アームと下アームの並んだ方向の長さ（Ｂ）の２倍よりも小さく（２Ａ＜２Ｂ）することができる。それにより、筐体１２が２つパワーモジュールを並べた方向に細長くなりすぎることがなく、筐体１２の剛性を高め、筐体１２の捩れを抑えることができる。その結果、冷却水路のシーリング性が向上し、水漏れを防止することができる。また、一方向に細長くなりすぎることがないので、車載スペースがとりやすい直方体の形状とすることができる。さらに、一つのパワーモジュール３００が正方形に近い形状であるので、パワーモジュール３００自体の捩れも少ないので、冷却水路のシーリング性を向上させることができる。

　なお、一つのパワーモジュールにおいて、Ａ辺側とＢ辺側の長さを、Ｂ－Ａ＜Ａ／２、またはＢ－Ａ＜Ｂ／２となるような関係とすることで、より正方形に近い形状とすることができる。これにより、冷却水路のシーリング性をさらに向上させることができる。

　また、図９（ｂ），図８（ａ），図６（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ３２８（及びダイオード１５６）とＩＧＢＴ３３０（及びダイオード１６６）とを、金属ベース３０４の対向する辺側に離れて配置することによって、以下の効果も奏する。

　各相の上アーム回路用のＩＧＢＴ３２８は、ドライバ回路１７４がＩＧＢＴ３２８のゲートの電圧を制御することで、オン，オフのスイッチング駆動をする。この駆動信号は、ドライバ回路１７４から、金属ベース３０４のＡ辺側に沿って一列に並べられた制御端子３２０Ｕを経由して、ＩＧＢＴ３２８のゲート電極に伝達される。この制御端子３２０ＵとＩＧＢＴ３２８のゲート電極との距離は、ノイズや生産性の観点から、より短いことが望ましい。また、上アームの駆動信号経路と下アームの駆動信号経路とが遠いと、両方の信号の干渉が無くなり、誤動作が起こらない。特に、上アームと下アームが同時にオンするのを防止でき、短絡・過電流や、装置の破壊を防止できる。そこで、上アーム回路用の制御端子３２０Ｕと、下アーム回路用の制御端子３２０Ｄとを、金属ベース３０４の対向する辺側にそれぞれ配置する。そして、上アーム回路に対応するＩＧＢＴ３２８を制御端子３２０Ｕの近傍に配置し、下アーム回路に対応するＩＧＢＴ３３０を制御端子３２０Ｄの近傍に配置する。これにより、耐ノイズ性向上や信頼性向が図れるとともに、前述のようにパワーモジュール３００が正方形に近い形状となることで生産性を向上させることができる。

　また、本実施形態に係る電力変換装置２００の冷却水流路１９の形状は、図５に示したように、往路と復路を有する略Ｕ字形状となる。そのＵ字形状の冷却水流路１９の隔壁４０８は、冷却水が流れないため、冷却水流路１９の冷却水が流れる場所より冷却能力が低い。そこで、この隔壁４０８の上方には、冷却があまり必要でない直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６を配置し、一方、冷却が必要なＩＧＢＴ３２８（及びダイオード１５６）とＩＧＢＴ３３０（及びダイオード１６６）を冷却水路上に配置する。すなわち、金属ベース３０４の対向する辺側にそれぞれ離れて配置する。これにより、前述のようにパワーモジュール３００が正方形に近い形状となるとともに、素子の冷却性能を向上させ、またパワーモジュール３００全体を小型化させることができる。

　図８（ｂ）は、絶縁基板３３４上の配線と交流端子１５９との接続部１５９ｋの拡大模式図（図８（ａ）の点線部分）である。以下、交流端子１５９の接続部１５９ｋと、絶縁基板３３４上の回路配線パターン３３４ｋとの接合について、超音波で接合する場合を例に、詳述する。

　接続部１５９ｋと回路配線パターン３３４ｋを重ね合せ、交流端子１５９の上面側（接続部１５９ｋとは反対側面）から加圧する。そして、超音波により、接続部１５９ｋにエネルギーを加えて互いの表面の酸化膜を除去し、新生面を露出させて接合する。

　なお、接続面積が広く、良好な接合面積を得るために、接続部１５９ｋの表面粗さは小さくすることが望ましい。そのため、本実施形態における接合方法においては、端子成型時に、交流端子１５９の接続部１５９ｋの部分を加圧プレスにより潰し、接続部１５９ｋの表面粗さを小さくしている。

　図１０（ａ）～（ｃ）は、加圧プレスによる手順の模式図である。図１０（ａ）はプレス前、図１０（ｂ）はプレス中、図１０（ｃ）はプレス後を示す。

　プレス機は、図１０（ａ）に示されるように、上方側プレス機構８００と下方側プレス機構８１０とにより構成される。この下方側プレス機構８１０のプレス面側には、鏡面加工されて、かつ平坦度が高い駒８２０が設置される。接続部１５９ｋは、この駒８２０を挟んで、上方側プレス機構８００と下方側プレス機構８１０によりプレスされる。それにより、交流端子の接続部１５９ｋの表面粗さを小さくし、平坦度を高くすることができる。たとえば、接続部１５９ｋの幅（図１０（ｃ）のＷ）が２.５mm程度である場合、表面粗さを表す値としての算術平均粗さをＲａ５０ｎｍ以下とすることができ、最大高さは中央部が凸の４μｍ以下（図１０の接続部１５９ｋで下方向に凸）とすることができる。

　接合面が粗くなると、超音波により接合面同士が擦り合わされ、接合表面の凹凸を小さくすることに、すなわち粗さを小さくすることに超音波接合エネルギーが費やされる。そのため、表面の凹凸が無くならないうちに部分的に接合が始まり、良好な接合面積が得られない。しかし、前述の方法を用いることにより、超音波接合時に、初期の接合面同士が接する面積が大きくなり、接合面積の安定した接合を実現することが出来る。絶縁基板上の回路配線パターン３３４ｋにＮｉメッキを施した場合でも、前述の方法により接続部１５９ｋの表面粗さの小さくすることによって、良好な接合を超音波溶接により得ることができる。

　なお、ハンダなどを介して接合する場合は、絶縁基板の回路配線パターン３３４ｋと端子の接続部１５９ｋとの間隔を管理することで、安定した接合が得られる。

　以下、本実施形態に係るパワーモジュール３００に用いられる交流端子１５９における、接続面（回路配線パターン３３４ｋへの接続面）への応力を緩和するための構造について詳説する。

　図１１に示された交流端子１５９の一方の先端に形成されたモータ側接続部１５９ｔは、パワーモジュールケース３０２の上面に固定される。交流端子１５９の他方の先端に形成された接続部１５９ｋは、回路配線パターン３３４ｋ側に固定される。モータ側接続部１５９ｔと接続部１５９ｋの近傍には、金属ベース３０４，ハンダ３３７，絶縁基板下の回路配線パターン３３４ｒおよび絶縁基板３３４が存在する。このため、車両に搭載された機器の温度変化及び外気温の変化による温度サイクルが加わると、前記の各部材の熱膨張係数が異なることによって、接続部１５９ｋと回路配線パターン３３４ｋとの間に応力が生じる。そこで、本実施形態に係る交流端子１５９は、その剛性を小さくするような形状となっているので、温度サイクル時の変位によって生じる応力を小さくできる。なお、本実施形態における交流端子１５９の剛性は、３００Ｎ／mm以下にすることが望ましい。

　図１１（ａ）は交流端子１５９の斜視図であり、図１１（ｂ）は交流端子１５９の側面図である。前述の交流端子１５９の剛性に関与する要素は、モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまで延びる部材の「厚さ」及び「幅方向の長さ」、また「モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまでの長さ」、さらに「該部材の形状」である。

　まず、部材の「厚さ」及び「幅方向の長さ」は、モータジェネレータ１９２に通電すべき電流量によって決定される。つまり「厚さ」及び「幅方向の長さ」を小さくすると、部材の断面積が小さくなってしまい、前述の電流の通電抵抗が大きくなる。その結果、当該部材が発熱し、パワーモジュール３００の熱膨張による接合部の劣化、パワーモジュールケース３０２の樹脂の溶解，絶縁破壊等が生じるとともに，種々の素子（ＩＧＢＴ３２８やダイオード１５６）にも悪影響を及ぼすことになる。このため、所定以上の「厚さ」及び「幅方向の長さ」を確保する必要がある。一方、前述の交流端子１５９の剛性を下げるためには、「厚さ」及び「幅方向の長さ」を小さくする必要がある。本実施形態においては、以上の点を考慮して、接続部１５９ｋの「幅方向の長さ」を２.５mm、「厚さ」を１mmに設計している。

　図１１（ｂ）の長さｍは、「モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまでの長さ」を示す。この長さは、モータ側接続部１５９ｔの接続面から接続部１５９ｋの接続面までの水平方向距離である。当該長さが大きい方が、交流端子１５９の剛性を低くすることができる。しかし、当該長さが長すぎると、前述の電流の通電抵抗が大きくなり、またパワーモジュール３００が大型化してしまう。そこで、本実施形態においては、以上の点を考慮して、当該長さを５mmに設定している。しかし、温度サイクルの温度幅が大きい場合には、熱応力も大きくなるので当該長さを５mm以上に設定することもできる。また、前述の「厚さ」及び「幅方向の長さ」が大きい場合は交流端子１５９の剛性が大きくなる傾向になるので、剛性を小さくするため「モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまでの長さ」を大きくする必要がある。逆に、前述の「厚さ」及び「幅方向の長さ」が小さい場合は剛性が小さくなる傾向になるので、パワーモジュール３００の小型化等のために「モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまでの長さ」を小さくすることができる。

　本実施形態においては、モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまで延びる部材は、階段状の折り曲げ形状を有する。この形状により、接続部１５９ｋと回路配線パターン３３４ｋを超音波接合するための接合機器を挿入しやすくなる。一方、この折り曲げ形状により、交流端子１５９の剛性が大きくなる傾向となるが、その場合は、前述の「厚さ」，「幅方向の長さ」及び「モータ側接続部１５９ｔから接続部１５９ｋまでの長さ」を調整することにより、当該剛性を最適な値にすることができる。

　図１２に交流端子の第２の実施例を示す。図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は接続面が上下方向に変位したときの端子変形（一部）を示している。

　図１２に示す交流端子１５９は、接続部１５９ｋに対して垂直方向の面で構成されており、このため垂直方向の面を接続面に投影したときの面積が小さくなり、モジュールの底面積に占める端子の面積を小型化できるメリットがある。

　このような、接続部１５９ｋに垂直方向の面で構成した端子でも、図１２（ａ）に示すような垂直面の構成、すなわち、垂直面１５９ｖに垂直になる別の垂直平面１５９ｓを入れることで、剛性を小さくすることができる。図１２（ｂ）に接続部１５９ｋに上方向に変位（矢印）が加わったときの、変形解析結果を示す。垂直平面１５９ｓが捻れることで、捻り棒バネを構成でき、剛性を３００Ｎ／mm以下にすることができる。このような端子構成とすることで、端子の剛性を低くでき、前述の温度サイクル時に、接続部１５９ｋの応力を小さくすることができる。

　図１３に、大電流を流せる端子構造を示す。図１３に示すように端子を２枚重ねることで、端子の断面積は倍になるが、剛性を小さくすることができる。

　図１４（ａ）は、本実施形態に係る電力変換装置２００において、コンデンサモジュール５００，直流側導体板７００、及び２つのパワーモジュール３００のみを抜き出した斜視図である。図１４（ｂ）は、直流側導体板７００の分解斜視図である。

　図１４（ａ）に示されるように、２つのパワーモジュール３００は、各々の交流端子１５９を一方向にそろえて並設される。これらの交流端子１５９とは反対側となる位置に、２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続部を備える。この２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００との電気的な接続は、平板上の直流側導体板７００によって為される。

　下部ケース蓋１６上に固定されたコンデンサケース５０２内には、多数のコンデンサセル５１４（不図示）が収納され、コンデンサモジュールの正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃは、コンデンサケース５０２の一側方に沿って配列されている。この当該一側方は、正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃが不図示のコンデンサセル５１４の上面より突き出た位置である。

　図１４に示されるように、パワーモジュール３００と接続される直流側導体板７００は、パワーモジュール３００を覆うように配置される。そして、正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃは、コンデンサケース５０２の開口面から立ち上がった構造のＬ字構造を形成している。このＬ字構造の正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃは、電力変換装置２００の組み立て時において、直流側導体板７００に直接に当接するようにボルトで接続される。

　図１４（ｂ）に示されるように、この直流側導体板７００は、平板状の正極導体板７０２及び負極導体板７０４と、これら正極導体板７０２と負極導体板７０４に挟まれる絶縁シート７０６により構成される。これらは積層構造を為しているので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。

　また、図１４（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、複数の上アーム制御端子３２０Ｕは、パワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近に寄せて配置される。すなわち、Ｕ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せ、Ｗ相制御ピンをＶ相制御ピンに寄せることで、パワーモジュール３００のＡ辺側の中央部付近に一列に上アーム制御端子３２０Ｕを配置する。直流側導体板７００は、この複数の上アーム制御端子３２０Ｕを貫通するための透孔７０５を有している。直流側導体板７００は、この透孔７０５の両脇にも正極導体板７０２と負極導体板７０４との積層領域を拡げるような幅広の積層構造を為している。これらの構成により、負極導体板７０４と正極導体板７０２との積層面積を広げることができ、さらにパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスの低減を図ることができる。

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

　また、直流側導体板７００の上方には、ドライバ回路基板２２（図４参照）が配置される。そこで、図１４（ｂ）に示すように、直流側導体板７００は、ドライバ回路基板２２側に負極導体板７０４を備え、一方、パワーモジュール３００側に正極導体板７０２を備える。これにより、高電圧となる正極導体板７０２とドライバ回路基板２２との間には、低電圧の負極導体板７０４及び絶縁シート７０６が存在し、ドライバ回路基板２２が高電圧に触れるのを防止できる。

　図１４（ｂ）に示すように、正極導体板７０２は、２つのパワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、さらに２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。同様に、負極導体板７０４は、２つのパワーモジュール３００の上方にまたがって配置され、さらに２つのパワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを結線する。

　これにより、直流側導体板７００が幅広になるので、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までの寄生インダクタンスを低減させることができる。また、１つのパワーモジュールに対して、コンデンサモジュール５００の接続箇所が４組存在するため、寄生インダクタンスを低減できる。また、２つのパワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００への接続導体を２つのパワーモジュール３００間で共有化することによって、電力変換装置２００全体の部品点数を少なくすることができ、生産性を向上させることができる。

　また、パワーモジュール３００は、正極側接続部３１４ａと負極側接続部３１６ａを一組として、パワーモジュール３００の一辺側に当該一組の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａが配置され、その反対側の辺に他の一組の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａが配置される。直流側導体板７００は、これら二組の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａの上方にまたがって配置され、さらに各正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａとネジにより接続される。これにより、コンデンサモジュール５００から供給される直流電流が、一組の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａ側に集中することが無くなる、すなわち、二組の正極側接続部３１４ａ，負極側接続部３１６ａに直流電流が分散されることになるため、パワーモジュール３００からコンデンサモジュール５００までのインダクタンスを低減させることができる。

　また、図２１にて後述するように、コンデンサモジュール５００に内蔵されたコンデンサセル５１４は、複数備えられる。本実施形態においては、複数のコンデンサセル５１４を４組に分け、さらに各組に対応した幅広導体（正極導体板５０７及び負極導体板５０５）を備える。図２１に示されるように、負極側コンデンサ端子５０４及び正極側コンデンサ端子５０６は、それぞれの幅広導体に各々一つずつ接続される。本実施形態においては、これらすべての負極側コンデンサ端子５０４及び正極側コンデンサ端子５０６を、一組の直流側導体板７００に電気的に接続させる。これにより、２つのパワーモジュール３００に対して、全てのコンデンサセル５１４が電気的に接続される関係となり、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。また、この一組の直流側導体板７００を用いることにより、コンデンサモジュール５００内部をコンデンサセル５１４ごとに分割させて構成させることができ、モータジェネレータ１９２の電流容量に合わせて、コンデンサセル５１４の単位数を容易に変更させることができる。

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

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

　図１５（ａ）は、図１４に示すパワーモジュール３００と直流側導体板７００の接続箇所３８０（図１４（ａ）参照）の拡大図を示している。

　図１５（ａ）に示されるように、負極側接続部３１６ａ及び正極側接続部３１４ａは、直流正極端子３１４及び直流負極端子３１６の端部を反対方向に屈曲させて構成され、これら負極側接続部３１６ａ及び正極側接続部３１４ａに対して、積層した直流側導体板７００の負極導体板７０４，正極導体板７０２をそれぞれ接続する。

　これにより、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１５に示す電流経路３８２のようになるため、負極導体板の接続部７０４ａと負極側接続部３１６ａとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側接続部３１６ａの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

　一方、正極導体板の接続部７０２ａの電流は、図１５に示されるような電流経路３８４を通る。この正極導体板の接続部７０２ａの上方には負極導体板７０４が配置されているため、正極導体板の接続部７０２ａの電流方向と、負極導体板７０４の電流方向とが逆方向となり、それぞれの電流によって生じる磁束が打ち消しあうことになる。その結果、正極導体板の接続部７０２ａの寄生インダクタンスを低減することができる。

　また、図１５（ａ）に示されるように、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ネジ等により直流側導体板７００を負極側接続部３１６ａ及び正極側接続部３１４ａに固定した場合に、絶縁紙３１８と絶縁シート７０６は、直流側導体板７００と正極側接続部３１４ａによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側接続部３１４ａと負極導体板７０４との絶縁を確保することができる。

　図１５（ｂ）は、直流側導体板７００の接続箇所３９０の拡大図（図１４（ａ）参照）を示す。

　図１５（ｂ）に示されるように、コンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃは、それぞれ反対方向に屈曲させて構成され、それぞれの上面に直流側導体板７００の正極導体板７０２及び負極導体板７０４がそれぞれ接続される。

　これにより、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる負極側の電流は、図１５（ｂ）に示す電流経路３９２のようになるため、負極導体板７０４の接続部７０４ｃとコンデンサモジュール５００の負極側コンデンサ端子５０４ｃとの間でＵターン電流が形成される。したがって、負極導体板７０４の接続部７０４ａの周りに発生する磁束と負極側コンデンサ端子５０４ｃの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

　同様に、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング時に瞬時に流れる正極側の電流は、図１５（ｂ）に示されるような電流経路３９４を通る。すなわち、正極導体板の接続部７０２ｂとコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０６ｂとの間でＵターン電流が形成される。したがって、正極導体板７０２の接続部７０２ｂの周りに発生する磁束と正極側コンデンサ端子５０６ｂの周りに発生する磁束が打ち消し合うので、インダクタンスの低減を図ることができる。

　また、図１５（ｂ）に示されるように、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、上下方向に重なる領域を有するようにそれぞれ配置される。さらに、ネジ等により直流側導体板７００をコンデンサモジュール５００の正極側コンデンサ端子５０６ｂ及び負極側コンデンサ端子５０４ｃに固定した場合に、絶縁シート５１７と絶縁シート７０６は、直流側導体板７００と正極側コンデンサ端子５０６ｂによって挟まれることがない領域、つまり圧縮応力が加わらない領域を有するように配置される。これにより、接続部における正極と負極間との絶縁、具体的には正極側コンデンサ端子５０６ｂと負極導体板７０４との絶縁を確保することができる。

　前述した寄生インダクタンスが、スイッチングに及ぼす影響について、以下に説明する。

　下アームターンオンのスイッチング時に流れる電流について、図１６，図１７を用いて説明する。図１６は、パワーモジュール３００の上下アーム直列回路の一部を示したもので、下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオン（導通）するときの電流の流れる回路を、時間の経過順に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した。

　図１６において、上下アーム直列回路は、上アームのダイオード１５６，下アームのＩＧＢＴ３３０を示しており、１９２は、図２のモータジェネレータ１９２のインダクタンスを示す。寄生インダクタンス成分３３５は、パワーモジュール３００，直流側導体板７００，コンデンサモジュール５００の各々の寄生インダクタンスをまとめて示したものである。図１６では、電源として分かりやすくするため、バッテリ１３６を示しているが、実際は、バッテリ１３６で充電したコンデンサモジュール５００となる。

　通常の動作では、上下アーム直列回路１５０の上アームのＩＧＢＴ３２８あるいは下アームのＩＧＢＴ３３０のどちらか一方が導通し、他方のＩＧＢＴは遮断している。すなわち、上下アームのＩＧＢＴが同時に導通することは無い。図１６では、下アームターンオン時の説明のため、上アームのＩＧＢＴ，下アームのダイオードを省略している。

　図１６（Ａ）の状態は、下アーム用ＩＧＢＴ３３０が遮断状態（オフ）、モータジェネレータ１９２の電流が、ダイオード１５６を通り、再び、モータジェネレータに戻る電流状態（還流時）を示している。一方、図１６（Ｂ）は、ダイオード１５６の電流が、図１６（Ａ）の状態の還流時の方向と逆方向に流れる状態（リカバリー時）を示している。図１６（Ｃ）は、ダイオード１５６に流れる電流が遮断（オフ）した状態を示している。

　図１６（Ａ）の状態から、下アーム用ＩＧＢＴ３３０が導通（オン）すると、ＩＧＢＴ３３０に電流が流れ始め、モータジェネレータ１９２に流れる電流は変化せず、ダイオード１５６に流れていた電流が徐々に減る。その後、ＩＧＢＴ３３０に流れる電流が、モータジェネレータ１９２に流れる電流と等しくなったとき（（Ｂ）の初期、図１７のｔ１時）、ダイオード１５６の電流がゼロになり、ダイオードに逆方向（カソードからアノード方向）に電圧が加わり始める。

　しかし、ダイオード１５６の半導体内には、ホールや電子のキャリアが蓄積されているため、逆方向に電圧（逆バイアス）が加わると、逆方向（カソードからアノード方向）に電流が流れ始める。図１６（Ｂ）に示すように、還流時（Ａ）とは逆方向の貫通電流６１４が流れる。結果的に、ＩＧＢＴ３３０には、モータジェネレータ１９２に流れていた以上の電流（図１７の（Ｂ）の期間）が、寄生インダクタンス成分３３５を流れる。

　この後、ダイオード１５６に蓄積されたキャリアが消滅し、ダイオードは遮断（オフ）する。このとき、キャリアが急激に消滅し、ダイオードに流れる電流が急激に小さくなる。このため、寄生インダクタンス成分３３５のＬと電流の急激な変化ｄｉ／ｄｔの積でスパイク電圧がダイオード１５６の両端で発生する。これが、大きくなると、ダイオード１５６の耐圧を超えて破壊に至るほか、並列に接続されたＩＧＢＴにも同様の電圧が加わり破壊することとなる。このため、寄生インダクタンス成分３３５を低くし、スパイク電圧を下げることが重要となる。

　図１７は、下アーム用ＩＧＢＴ３３０が、遮断状態（オフ）から導通状態（オン）になるとき、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６（実線），コレクタ電圧６０４（一点鎖線），ゲート電圧６０２（破線）の時間変化の波形を示す。図１７の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の期間は、図１６の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のそれぞれに対応している。ここで、ゲート電圧の波形は、拡大表示している。

　図１７の（Ａ）期間の状態から、ＩＧＢＴ３３０のゲートに駆動電圧が加えられると、ゲート－エミッタ間容量とゲート－コレクタ間容量を充電し、下アーム用ＩＧＢＴ３３０のゲート電圧６０２（破線）が増加する。上アーム用ダイオード１５６にはモータジェネレータ１９２の還流電流が流れている。ゲート電圧６０２が、ＩＧＢＴ３３０が導通（オン）はじめる閾値電圧Ｖｔｈ１を越える時点ｔ０から下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６が流れ始める。これに伴い、上アームのダイオード１５６の還流電流が減り始める。

　このとき、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電圧６０４（一線鎖線）は、ＩＧＢＴのコレクタ電流（実線）の増加による電流変化と寄生インダクタンス成分３３５の積の電圧サージが、逆電位方向に生じ、減少する。この間、ＩＧＢＴ３３０のゲート電圧（破線）は、ＩＧＢＴ３３０の電流がモータジェネレータ１９２の電流に達するまで増加し続ける。

　つぎに時点ｔ１以降、ＩＧＢＴ３３０がモータジェネレータ１９２に流れる電流に達し、ダイオード１５６に流れる還流電流がゼロになると、ＩＧＢＴ３３０の電圧が下がり始め、ダイオード１５６に逆バイアス電圧が加わり始める。すると、ダイオード１５６に蓄積されたキャリアにより、還流電流と逆方向の貫通電流６１４が流れる、図１７の（Ｂ）期間の状態になる。このとき、ＩＧＢＴのゲート電圧６０２（破線）は、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電圧６０４（一点鎖線）降下により、ゲート－コレクタ間容量Ｃに蓄えられた電荷による放電電流が流れるため、ゲート電圧６０２はクランプされ、ゲート電圧の上昇が一旦休止する。

　ＩＧＢＴ３３０に流れる電流は、モータジェネレータ１９２を流れる電流６００と貫通電流６１４が重畳された電流が流れる。このためコレクタ電流６０６はモータジェネレータ１９２を流れる電流６００より大きいピーク電流となる。一方、ダイオード１５６の蓄積キャリアがなくなると貫通電流６１４は無くなり、ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電流６０６はモータジェネレータ１９２を流れる電流６００となる。

　下アームのＩＧＢＴ３３０にとって、時間ｔ０からｔ２までの期間はコレクタ－エミッタ間の電圧が高く、コレクタ電流６０６が流れている状態となっているため、電流と電圧の積で表される発熱（ターンオン損失）がＩＧＢＴ３３０に生じる。

　一方、上アームのダイオード１５６では、蓄積キャリアの消滅による貫通電流６１４の急激な減衰で、電流の時間変化ｄｉ／ｄｔと寄生インダクタンス成分３３５の積で決まるスパイク電圧Ｖ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔが発生する。この電圧は、上アームのＩＧＢＴにも加わる。

　ＩＧＢＴ３３０の発熱（ターンオン損失）を低減する方法として、スパイク電圧が、ダイオード，ＩＧＢＴの耐圧を越えない範囲で、スイッチング時間を短く、つまり、早いｄｉ／ｄｔのスイッチングをする。寄生インダクタンスＬを低減することで、ＩＧＢＴ，ダイオードの耐圧を上げずに、ｄｉ／ｄｔの早いスイッチングができ、ターンオン損失が低減できる。ターンオン損失が低減できると、素子温度が上がらないため、小さい面積のＩＧＢＴ，ダイオードが使えるようになり、素子面積低減による低コスト，小型，低コストの半導体モジュール，電力変換装置が実現できる。

　上記説明は、上下アームを流れる電流の一例としてＩＧＢＴのターンオン時を示した。インバータ回路１４４の制御方法において、あるいは制御状態において、ＩＧＢＴが遮断（ターンオフ）するときにも、上下アームを貫通する電流が流れる状態が生じる。次にＩＧＢＴの遮断動作時（ターンオフ）について示す。

　図１８は、パワーモジュール３００の上下アーム直列回路の一部を示したもので、下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオフ（遮断）するときの電流の流れる回路を、時間の経過順に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した。図１９は、下アームのＩＧＢＴ３３０がターンオフ（遮断）のゲート電圧６２２，コレクタ電流６２４，コレクタ電圧６２６波形を示し、図１９の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の期間は、図１８の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のそれぞれに対応している。

　図１８の（Ａ）は、下アームのＩＧＢＴ遮断前の導通状態を示し、（Ｂ）は遮断中、（Ｃ）は遮断後の回路に流れる電流を示している。

　図１８の（Ａ）では、下アームのＩＧＢＴ３３０は導通状態で、バッテリ１３６から寄生インダクタンス成分３３５を通り、モータジェネレータ１９２のインダクタンスへ、電流６００が流れる。図１８の（Ｂ）は、下アームのＩＧＢＴ３３０の電流が遮断中の状態で、下アームのＩＧＢＴ３３０に流れる電流が徐々に減り、上アームのダイオード１５６に減った分の電流が流れる過程を示している。つまり、分かりやすく考えると、ＩＧＢＴ３３０の順方向の電流６００に対して、徐々に、逆方向の貫通電流６１５が流れると考えればよい。

　下アームのＩＧＢＴ３３０の遮断は、ドライバ回路１７４が下アームＩＧＢＴのゲート－エミッタ間容量に蓄積された電荷を、ドライバ回路１７４内の抵抗（ゲート抵抗）を介して放電させることにより、始まる。

　図１９に示すように放電が始まると、ゲート電圧６２２（鎖線）が減少する。ゲート電圧６２２（鎖線）が閾値Ｖｔｈ２より小さくなると、コレクタ電圧６２６（一点鎖線）が上昇をはじめる。コレクタ電圧は、１０Ｖ程度までは緩やかに上昇し、この間にゲート－コレクタ間容量が充電されるため、ゲート－エミッタ間の静電容量に溜まった電荷の放電が一旦休止し、ゲート電圧６２２（鎖線）の減少も一旦休止する。その後、コレクタ電圧が１０Ｖ以上になるとゲート－コレクタ間の容量が急激に小さく、ゲート－コレクタ電流の充電電流が小さくなるため、再びゲート－エミッタ間容量の蓄積電荷の放電が始まる。コレクタ電圧６２６（一点鎖線）が急激に上昇をはじめる。コレクタ電圧６２６（一点鎖線）バッテリ電圧に達すると、下アーム用ＩＧＢＴ３３０は、モータジェネレータ１９２の電流を流すことができなくなり、コレクタ電流６２４（実線）が急激に減少を始める。また、上アームのダイオード１５６に電流が還流し始める、期間（Ｂ）が始まる。このとき、下アームのＩＧＢＴ３３０に、コレクタ電流６２４（実線）（Ｉ）の減少時の時間変化ｄｉ／ｄｔと、寄生インダクタンス成分（Ｌ）３３５の積のスパイク電圧（Ｌ×ｄｉ／ｄｔ）６２８が発生する。このスパイク電圧６２８は、バッテリ電圧に達した下アーム用ＩＧＢＴ３３０に重畳し、バッテリ電圧より大きな電圧が、下アーム用ＩＧＢＴ３３０に加わる。

　この後、ゲート電圧６２２は、ゲート－エミッタ間容量と駆動回路の放電回路の抵抗による時定数により減少する。一方、下アームのＩＧＢＴは、もはやゲート電圧制御からはずれ、ＩＧＢＴ内のキャリアの消滅にあわせて、下アーム用ＩＧＢＴのコレクタ電流６２４（実線）は減少する。

　下アーム用ＩＧＢＴのコレクタ電流６２４がゼロになると、期間（Ｃ）の状態となり、モータジェネレータ１９２と上アームのダイオード１５６との間に還流電流が流れるのみとなる。

　図１９の期間（Ｂ）のスパイク電圧６２８が一回でも耐圧を超えるとＩＧＢＴ、ダイオードは、破壊し、モータジェネレータの駆動ができなくなる。また、スパイク電圧が大きいと、筐体などの寄生容量を通じながれる電流が多くなり、電力変換装置自身の誤動作を招くばかりでなく、電力変換装置外部の機器の誤動作を引き起こす原因にもなる。このため、ＩＧＢＴ、ダイオードの半導体素子の耐圧を超えないように、ノイズ誤動作を防ぐために、マージンのあるスパイク電圧６２８となるようにＩＧＢＴを設計，制御する。

　スパイク電圧は、コレクタ電流６２４（実線）（Ｉ）の時間変化ｄｉ／ｄｔと、寄生インダクタンス成分（Ｌ）３３５の積（Ｌ×ｄｉ／ｄｔ）とで決まるので、図１９の期間（Ｂ）のスパイク電圧６２８を低減するには、ｄｉ／ｄｔ（図１９のΔｉ／Δｔ）を小さくするか、Ｌを小さくするかしかない。

　ｄｉ／ｄｔを小さくするには、スイッチングを遅く、つまり、Δｔの時間がΔｔ＋Ｔのように長くなるように、ゲート－エミッタ間容量の放電時定数を決めている駆動回路のゲート抵抗を、大きくすればよい。しかし、このようにスイッチング時間を長くすると、スイッチング時のＩＧＢＴの発熱、ＩＧＢＴのコレクタ電流とコレクタ電圧が両方ともゼロでない期間（図１９のｔ０からｔ２の間）の電流と電圧の積で決まる発熱（スイッチング損失）が大きくなる。これは、ＩＧＢＴの使用時の温度制限を満たすために、ＩＧＢＴ素子の面積が大きくなり、シリコン使用量が増えるためコストが大きくなり、パワーモジュールも大きく、部材の量も増加し、小型，低コストの電力変換装置が実現しなくなる。

　また従来、単位時間当たりのＩＧＢＴのスイッチング回数（キャリア周波数）を減少させて、単位時間当たりの発熱量を下げることもできるが、モータジェネレータの高速回転時の細かい制御応答が得られにくくなる。

　このため、スパイク電圧６２８を下げるためには、ｄｉ／ｄｔを小さくするより、寄生インダクタンス成分（Ｌ）３３５を小さくする方がよい。この寄生インダクタンス成分（Ｌ）３３５は、スパイク電圧を引き起こす電流の経路、すなわち図１６（Ｂ）の貫通電流６１４や図１８（Ｂ）の貫通電流６１５の電流経路からも分かるように、電源（コンデンサモジュール５００）からパワーモジュールの上下アーム直列回路までの回路の、全ての寄生インダクタンスを足し合わせたものである。

　すなわち、パワーモジュール３００，直流側導体板７００，コンデンサモジュール５００の内部の寄生インダクタンスとそれらの接続部で生じる寄生インダクタンスをトータルで低減する電力変換装置の構造が必要であり、本実施形態では、パワーモジュールの内部の回路基板レイアウトから、パワーモジュール端子，パワーモジュールと直流バスバー接続部，直流バスバー，直流バスバーとコンデンサモジュール接続部，コンデンサモジュールにわたり、トータルで低インダクタンスを実現する構造を示した。

　本実施形態の構造により、３０ナノヘンリー以下のインダクタンスが容易に実現でき、さらに、寸法を最適化することで２０ナノヘンリー（ｎＨ）を実現できる。また、キャリア周波数を１０ｋＨｚ以上で、通電電流５００アンペア（Ａ）（図１９のΔｉ）の遮断時間（図１９のΔｔ）を０.１マイクロセック（μｓ）以下、電流変化速度５ギガアンペア／セック（ＧＡ／ｓ）以上が実現でき、スパイク電圧として（Ｌ×ｄｉ／ｄｔ）＝２０ｎＨ×５ＧＡ／ｓ＝１００Ｖを実現することができる。このように損失（発熱）が低い電力変換装置２００の場合には、冷却水としてエンジン冷却水を使用することができる。

　本実施例のコンデンサモジュール５００の詳細構造について、図２０乃至図２２を参照しながら以下説明する。図２０は本実施形態に関するコンデンサモジュール５００の外観構成を示す斜視図である。図２１は、図２０に示すコンデンサモジュール５００の内部が分かるように、樹脂などの充填材５２２を充填する前の状態を示す斜視図である。図２２は、コンデンサモジュール５００の詳細構造である積層導体にコンデンサセル５１４を固定した構造を示す図である。

　図２０乃至図２２において、５００はコンデンサモジュール、５０２はコンデンサケース、５０４は負極側コンデンサ端子、５０６は正極側コンデンサ端子、５１０は直流（バッテリ）負極側接続端子部、５１２は直流（バッテリ）正極側接続端子部、５３２は補機用正極端子、５３４は補機用負極端子、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。

　図２１及び図２２に示されるように、負極導体板５０５と正極導体板５０７とからなる積層導体が複数組、本実施形態では４組、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０と直流（バッテリ）正極側接続端子部５１２に対して電気的に並列に接続されている。負極導体板５０５と正極導体板５０７には、複数個のコンデンサセル５１４の正極と負極がそれぞれ並列接続されるための端子５１６と端子５１８が、複数個設けられている。

　コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であるコンデンサセル５１４は、片面にアルミなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回したフィルムコンデンサ５１５で構成され、２枚の金属の各々を正極，負極としている。正極，負極の電極は、巻回した軸面のそれぞれを正極および負極電極としたものであり、スズなどの導電材５０８を吹き付けて製造される。

　図２２に示されるように、負極導体板５０５と正極導体板５０７は、薄板状の幅広導体で構成され、絶縁シート５１７を介して積層されている。その結果、寄生インダクタンスが低減される。その積層導体の端部には、コンデンサセルの導電材５０８と接続するための端子５１６，５１８が設けられている。端子５１６，５１８は、２個のコンデンサセル５１４の導電材５０８と、ハンダあるいは溶接により電気接続される。ハンダ装置もしくは溶接機が使用しやすく、検査しやすいように、接続面が外側になるコンデンサセル配置および導体構造を採用し、図示のような２個のコンデンサセルを単位として１つのコンデンサセル群を構成する。このようなセル群をつくることで、コンデンサ容量に応じて容易に増減でき、量産に適する。寄生インダクタンスを低減するため、また、放熱（後述）のために、端子５１６，５１８を複数設けてもよい。

　また、負極導体板５０５と正極導体板５０７は、その薄板状の幅広導体の端部を屈曲し、直流側導体板７００と接続するための負極側コンデンサ端子５０４，正極側コンデンサ端子５０６を構成する。また、負極導体板５０５と正極導体板５０７は、その薄板状の幅広導体の端部を屈曲し、バッテリ，電力を受電する端子に接続する直流負極側接続端子部５１０，直流正極側接続端子部５１２を構成する。

　図２１に示すように、コンデンサモジュール５００は、２個のセル群を４列縦に配置して成る合計８個のコンデンサセル５１４で構成する。コンデンサモジュール５００の外部との接続端子としては、直流側導体板７００と接続するための４対の負極側コンデンサ端子５０４および正極側コンデンサ端子５０６と、バッテリ電力を受電する直流負極側接続端子部５１０および直流正極側接続端子部５１２と、補機用インバータのパワーモジュールに給電する補機用正負極端子５３２，５３４とがある。負極側コンデンサ端子５０４，正極側コンデンサ端子５０６には、パワーモジュール３００の直流正負極端子３１６，３１４とねじ固定できるように、ナットを埋め込んだ開口部５０９，５１１が形成されている。

　コンデンサケース５０２は、端子カバー５２０を備え、端子の位置を決めるとともに、電力変換装置の筐体との絶縁をとる。また、コンデンサケース５０２には、セル群を位置決めする仕切りがセル群とセル群との間に設けられている。コンデンサケース５０２には熱伝導性に優れた材料が用いられるが、コンデンサセル群とコンデンサセル群の間の仕切りに放熱用の熱伝導性のよい材料を埋め込む構成でも良い。

　コンデンサモジュール５００は、スイッチング時のリップル電流により、コンデンサセル内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜や内部導体（端子）の電気抵抗により発熱する。コンデンサセルの耐湿のため、コンデンサセル，内部導体（端子）は、コンデンサケース５０２に樹脂で含浸（モールド）する。このため、コンデンサセルや内部導体は、樹脂を介してコンデンサケース５０２と密着した状態となり、コンデンサセルの発熱がケースに伝わりやすい構造になる。さらに本構造では、負極導体板５０５，正極導体板５０７とコンデンサセルの導電材５０８と端子５１６，５１８とを直接接続するため、コンデンサセルの発熱が負極、正極導体に直接伝わり、幅広導体によりモールド樹脂へ熱が伝わりやすい構造となる。このため、図４のように、コンデンサケース５０２から下部ケース蓋１６、下部ケース蓋１６から筐体１２さらに冷却水流路１９へ熱が良好に伝わり、放熱性を確保できる。

　なお、本実施形態のようにコンデンサモジュール５００内部をコンデンサセル５１４ごとに分割させた場合、バッテリ１３６と接続するための直流負極側接続端子部５１０及び直流正極側接続端子部５１２は、直流側導体板７００側に設けてもよい。これにより、コンデンサセル５１４の分割単位ごとに前記直流負極側接続端子部５１０等と接続するための導体を引き回す必要が無くなるので、部品点数削減及び生産性を向上させることができる。

　さらに、本実施形態においては図２２に示すように負極導体板５０５及び正極導体板５０７は、４列縦に独立して配置された構成を為すが、これら４列の負極導体板５０５及び正極導体板５０７を一体の幅広導体板として、全てのコンデンサセル５１４をこの幅広導体板に接続する構成としてもよい。これにより、部品点数を削減することができ、生産性を向上させることができるとともに、全てのコンデンサセル５１４の静電容量を略均等に使用することができ、コンデンサモジュール５００全体の部品寿命を伸ばすことができる。さらに、幅広導体板を使用することで、寄生インダクタンスを低減することができる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願第２００８年第２０２６０３号（２００８年８月６日出願）

Claims (23)

1. 　複数のパワー半導体素子を並列に接続した上アーム回路部と、
   　前記上アーム回路部とは異なる複数のパワー半導体素子を並列に接続し、かつ前記上アーム回路部に直列に接続される下アーム回路部と、
   　少なくとも前記上アーム回路部が実装される絶縁基板と、
   　前記上アーム回路部が実装された前記絶縁基板の面とは反対側の面に接合された金属ベースと、を備えた車両用パワーモジュールであって、
   　前記上アーム回路部は、
   　直流電源側の正極端子と前記上アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子を電気的に接続するための第１接続導体と、
   　前記上アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子と前記下アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子とを電気的に接続するための第２接続導体とを有し、
   　前記上アーム回路部のパワー半導体素子、前記第１接続導体及び前記第２接続導体は、前記パワー半導体素子のスイッチング時に流れる電流によって前記金属ベース上に２つ以上のループ電流経路を形成するように前記絶縁基板上に配置される車両用パワーモジュール。
2. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　前記第１接続導体及び前記第２接続導体は、前記絶縁基板上に形成された回路配線パターンである。
3. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　前記第１接続導体は、直流電源からの電流が入力される入力端部を有し、
   　前記第２接続導体は複数備えられ、かつそれぞれの第２接続導体は、前記電流を前記上アーム回路部から出力するための出力端部を有し、
   　前記入力端部から入力された前記電流は、前記上アーム回路内で分岐され、該分岐された電流は、複数の前記出力端部にそれぞれ供給される。
4. 　請求項３に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　複数の前記出力端部は、前記入力端部を挟んで配置される。
5. 　請求項３に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　複数の前記出力端部は、前記入力端部を挟んで、かつ前記上アーム回路の一辺側に沿って配置され、
   　さらに、前記上アーム回路のパワー半導体素子は、前記上アーム回路の前記一辺と対向した他辺に近い側に配置される。
6. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　前記下アーム回路部は、
   　前記下アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子と直流電源の負極側の端子とを電気的に接続するための第３接続導体と、
   　前記下アーム回路部のパワー半導体素子のコレクタ端子と前記上アーム回路部のパワー半導体素子のエミッタ端子とを電気的に接続するための第４接続導体とを有し、
   　前記下アーム回路部のパワー半導体素子、前記第３接続導体及び前記第４接続導体は、前記金属ベース上に２つ以上のループ電流経路を形成するように前記絶縁基板上に配置される。
7. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　該車両用パワーモジュールは矩形状を為し、
   　前記上アーム回路部と前記下アーム回路部は、該車両用パワーモジュールの一辺側に沿って配置され、
   　前記第１接続導体及び前記第２接続導体は、前記下アーム回路部に近い側に配置され、
   　前記上アーム回路部のパワー半導体素子は、前記第１接続導体及び前記第２接続導体を介して前記下アーム回路部とは離れて配置される。
8. 　請求項７に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　前記第３接続導体及び前記第４接続導体は、前記上アーム回路部に近い側に配置され、
   　前記下アーム回路部のパワー半導体素子は、前記第３接続導体及び前記第４接続導体を介して前記上アーム回路部とは離れて配置される。
9. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールであって、
   　直流電源の正極側と電気的に接続され、かつ前記第１接続導体に電流を供給するための直流端子を備え、
   　該直流端子は、前記上アーム回路部と前記下アーム回路部の間に配置される。
10. 　請求項１に記載のいずれかの車両用パワーモジュールであって、
    　該車両用パワーモジュールは矩形状を為し、
    　前記上アーム回路部と前記下アーム回路部を直列接続した上下アーム回路が３組備えられ、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電流を出力し、
    　前記上アーム回路部と前記下アーム回路部は、該車両用パワーモジュールの一辺側に沿って配置され、かつ各相を構成する上アーム回路部と下アーム回路部を一組として、３組の上下アーム回路部が、前記一辺側と略垂直方向を為す他辺側に沿ってＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配置される。
11. 　請求項１０に記載された車両用パワーモジュールであって、
    　該車両用パワーモジュールの前記他辺側の長さは、前記一辺側より短い。
12. 　請求項１０に記載された車両用パワーモジュールであって、
    　各組の前記上アーム回路部に実装されたパワー半導体素子のゲート電極と接続するための複数の上アーム制御端子を備え、
    　前記複数の上アーム制御端子は、該車両用パワーモジュールの前記他辺側に沿って、かつ、該他辺の略中央に寄せて配置される。
13. 　請求項１ないし１２に記載されたいずれかの車両用パワーモジュールを備えた車両用電力変換装置であって、
    　該車両用パワーモジュールは、直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ該交流電力を車両駆動用モータに出力する。
14. 　請求項１３に記載された車両用電力変換装置であって、
    　前記車両用パワーモジュールは２つ備えられ、該２つの車両用パワーモジュールは、それぞれ異なるモータに前記交流電力を出力する。
15. 　請求項１に記載された車両用パワーモジュールを備え、該車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ該交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、
    　前記直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサモジュールと、
    　前記車両用パワーモジュール及び前記平滑用コンデンサモジュールを電気的に接続する積層幅広導体板と、
    　前記車両用パワーモジュールと前記平滑用コンデンサモジュールを収納する筐体と、
    　前記筐体に形成され、かつ冷却媒体を流すための流路形成体と、を備え、
    　前記車両用パワーモジュールは前記流路形成体の一方面側に配置され、前記平滑用コンデンサモジュールは該流路形成体を挟んで該流路形成体の他方面側に配置される。
16. 　請求項１５に記載された車両用電力変換装置であって、
    　前記積層幅広導体板は、前記流路形成体の側部を通って、前記車両用パワーモジュール及び前記平滑用コンデンサモジュールを電気的に接続する。
17. 　請求項９に記載された車両用パワーモジュールを備え、該車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ該交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、
    　前記直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサモジュールと、
    　前記車両用パワーモジュール及び前記平滑用コンデンサモジュールの正極側と接続される平板状正極側導体板と、該車両用パワーモジュール及び該平滑用コンデンサモジュールの負極側と接続される平板状負極側導体板と、該正極側導体板と該負極側導体板との間に積層される絶縁シートとを有する積層導体板と、を備え、
    　該積層導体板は、前記上アーム回路又は前記下アーム回路を覆って前記車両用パワーモジュールの上面に配置され、さらに前記直流端子と接続される。
18. 　請求項１７に記載された車両用電力変換装置であって、
    　前記車両用パワーモジュールは２つ備えられ、
    　前記積層導体板は、２つの前記車両用パワーモジュールの前記直流端子と接続される。
19. 　請求項９に記載された車両用パワーモジュールを備え、該車両用パワーモジュールは直流バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、かつ該交流電力を車両駆動用モータに出力する車両用電力変換装置であって、
    　往路及び復路を備えた略Ｕ字型に形成され、かつ冷却媒体を流すための流路形成体と、
    　前記車両用パワーモジュール及び前記流路形成体を収納する筐体と、を備え、
    　前記流路形成体の往路は、前記上アーム回路部のパワー半導体素子又は前記下アーム回路部のパワー半導体素子の下方に形成され、かつ前記流路形成体の復路は、前記下アーム回路部のパワー半導体素子又は前記上アーム回路部のパワー半導体素子の下方に形成される。
20. 　請求項１９に記載された車両用電力変換装置であって、
    　前記流路形成体は、開口部を有し、
    　前記車両用パワーモジュールの金属ベースは、前記開口部を塞いで、前記流路形成体に取り付けられる。
21. 　請求項２０に記載された車両用電力変換装置であって、
    　前記金属ベースは、前記流路形成体の開口部から、前記流路形成体の往路及び復路に突出したフィンを成型したことを特徴とする。
22. 　スイッチングにより、パワー半導体素子の両端の電位を短絡、開放することが可能な、少なくとも１つのパワー半導体素子を用いた半導体装置において、
    　薄板状で両面に電極を具備したパワー半導体素子と、
    　一面に少なくとも第１配線パターン，第２配線パターン，第３配線パターンの３つの配線パターンを具備した絶縁基板と、
    　前記絶縁基板の前記配線パターンが配置された面とは反対側の面に固着した金属ベースと、を備え、
    　前記絶縁基板の前記第１配線パターン上に前記パワー半導体素子の電極の片面を電気的に接続し、前記パワー半導体素子の電極の他面と第２配線パターン及び第３配線パターンを電気的に接続し、
    　前記第１配線パターンが概Ｔ字形状をとり、前記第２，第３配線パターンを第１配線パターンの概Ｔ字の縦棒の両側に配置し、
    　前記第１配線パターン，前記パワー半導体素子，前記第２配線パターンの第１電流経路と、前記第１配線パターン，前記パワー半導体素子，前記第３配線パターンの第２電流経路の、２つの往復するＵターンの電流経路を構成し、
    　前記パワー半導体素子のスイッチング時に流れる電流により、前記金属ベースに誘導される渦電流が２つ、かつ、渦が互いに逆方向に生じることを特徴とする。
23. 　請求項２２に記載の半導体装置であって、
    　前記配線パターンをもつ絶縁基板を備える第１回路及び第２回路を備え、
    　前記第１回路と前記第２回路の直列回路を構成し、前記パワー半導体素子のスイッチングにより、前記第１回路と前記第２回路の接続点から、前記直列回路の両端の電位を交互に出力する。

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