WO2010050594A1 - パワーモジュール、電力変換装置および電動車両 - Google Patents

パワーモジュール、電力変換装置および電動車両 Download PDF

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power module
semiconductor circuit
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semiconductor
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中津　欣也
宝蔵寺　裕之
健 徳山
佑輔 高木
佐藤　俊也
小山　拓
二宮　隆典
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power module that mutually converts DC power and AC power, a power conversion device that includes the power module, and an electric vehicle that includes the power conversion device.
  • a conventional power conversion apparatus has a power module including a power semiconductor, and converts DC power and AC power to each other by a switching operation of the power semiconductor.
  • the power module further includes a base plate for heat dissipation, and the power semiconductor is disposed on the base plate. The generated heat of the power semiconductor is radiated to the aforementioned base plate through one main surface of the power semiconductor. Further, fins are formed on the surface of the base plate opposite to the power semiconductor arrangement surface, and the cooling medium is in direct contact with the fins.
  • Patent Document 1 Such a power conversion device is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the productivity of the power module and the power converter.
  • a power module according to the present invention and a power conversion device using the power module include a semiconductor circuit unit including a semiconductor element housed in a cylindrical case, and the semiconductor circuit unit. Are supported by being sandwiched by the inner wall of the case via an insulating member for ensuring electrical insulation.
  • the productivity of the power module and the power conversion device can be improved.
  • (A) is sectional drawing of the 5th power module which concerns on embodiment of this invention
  • (b) is a side view of a 5th power module
  • (A) is sectional drawing of the 6th power module which concerns on embodiment of this invention
  • (b) is a side view of a 6th power module.
  • It is a sealing structure figure of the cooling jacket and power module of the power converter concerning the embodiment of the present invention.
  • One need of the power module and the power conversion device according to the present invention is to improve the productivity while improving the cooling performance of the power module and the power conversion device.
  • a power module and a power conversion device using the power module according to the present invention include two base plates that face each other, a semiconductor circuit unit disposed between the two base plates, and the two sheets.
  • a connecting member that is connected to the base plate and forms a storage area for storing the semiconductor circuit portion, and is interposed between the base plate and the semiconductor circuit portion, and the base plate and the semiconductor circuit portion And an insulating member for securing electrical insulation with the base plate, wherein the rigidity of the connecting member is smaller than the rigidity of the base plate.
  • both surfaces of the semiconductor circuit part can be cooled via each of the two base plates, and the heat radiation area can be increased. Furthermore, since the rigidity of the connecting member is set smaller than the rigidity of the base plate, the case of the power module can be easily formed by pressing the two base plates so as to sandwich the semiconductor circuit portion. The semiconductor circuit portion, the insulating member, and the base plate are connected, and a heat transfer path capable of mutually exchanging heat can be easily formed.
  • a power module and a power conversion device using the power module according to the present invention include a cylindrical case, a semiconductor circuit unit housed in a housing region formed in the case, an inner wall of the case, and the semiconductor circuit unit.
  • An insulating member for ensuring electrical insulation between the semiconductor circuit portion and the inner wall of the case, and the insulating member is supported between the inner wall of the case and the semiconductor circuit portion.
  • the insulating member is a material that improves the adhesive force between the semiconductor circuit portion and the case inner wall by heat treatment.
  • insulation between the semiconductor circuit part and the case inner wall can be secured. Furthermore, the adhesive force between the semiconductor circuit part and the case inner wall is improved, and the occurrence of delamination between the semiconductor circuit part and the case inner wall is suppressed, and the thermal conductivity of the heat transfer path from the semiconductor circuit part to the case Is not reduced.
  • the plate-shaped electric wiring board is fixed to both electrodes provided on both side surfaces of the plate-shaped power semiconductor, and the power flow and heat energy can be dissipated from both sides of the power semiconductor,
  • a part of the electrical wiring board and the power semiconductor are packed with resin, and both heat radiation surfaces of both electrical wiring boards in the vicinity of the power semiconductor are exposed from a part of the resin, forming a flat surface between the heat radiation surface and the resin surface. Then, an insulating layer having adhesiveness is formed on both formed planes.
  • the power semiconductor, the electric wiring board, part of the resin, and both adhesive insulating layers are built in the “CAN” -shaped heat dissipation base having two flat surfaces to be bonded to the formed adhesive insulating layer.
  • a heat-dissipating fin portion is formed outside the heat radiation base so that heat can be radiated from both sides of the power semiconductor through the fin portion.
  • the power conversion device has a cooling water channel that can accommodate the fin portion in the case of the power conversion device, and an insertion port into which the power module can be inserted is provided on the side surface of the cooling water channel.
  • a cooling medium sealing structure is formed around the periphery of the housing by fitting with a flange provided in the power module.
  • the power conversion device is provided with a water channel lid that seals the entire water channel at the opening of the cooling water channel opposite to the insertion port, and a cooling jacket through which a cooling medium flows by the power module and the water channel cover. Configure and cool the power module by immersing it in the cooling channel.
  • a circuit for controlling the power semiconductor and controlling the power supply to the load is housed in the region where the electric wiring board of the power module protrudes, and a power smoothing capacitor and a circuit for boosting the input voltage are provided in the region below the water cooling jacket. It was.
  • the power converter according to the embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
  • the power conversion device according to the embodiment of the present invention can be applied to a hybrid vehicle or a pure electric vehicle.
  • a control configuration and a circuit configuration of the power conversion device when the power conversion device according to the embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the power conversion device is used in a vehicle-mounted power conversion device for a vehicle-mounted electrical system mounted on an automobile, in particular, a vehicle drive electrical system, and has a very severe mounting environment and operational environment.
  • the inverter device will be described as an example.
  • a vehicle drive inverter device is provided in a vehicle drive electrical system as a control device for controlling the drive of a vehicle drive motor, and a DC power supplied from an onboard battery or an onboard power generator constituting an onboard power source is a predetermined AC power. Then, the AC power obtained is supplied to the vehicle drive motor to control the drive of the vehicle drive motor.
  • the vehicle drive inverter device also has a function of converting AC power generated by the vehicle drive motor into DC power according to the operation mode. ing. The converted DC power is supplied to the on-vehicle battery.
  • the configuration of the present embodiment is optimal as a power converter for driving a vehicle such as an automobile or a truck, but can be applied to other power converters.
  • power converters for trains, ships, airplanes, etc. industrial power converters used as control devices for motors that drive factory equipment, or motors that drive household solar power generation systems and household appliances
  • the present invention can also be applied to a household power conversion device that is used in other control devices.
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle.
  • a hybrid electric vehicle hereinafter referred to as “HEV”) 110 is one electric vehicle and includes two vehicle drive systems.
  • One of them is an engine system that uses an engine 120 that is an internal combustion engine as a power source.
  • the engine system is mainly used as a drive source for HEV 110.
  • the other is an in-vehicle electric system that uses motor generators MG1, 192, 194 as a power source.
  • the in-vehicle electric system is mainly used as a drive source for HEV 110 and a power generation source for HEV 110.
  • the motor generators MG1, 192, MG2, 194 are, for example, synchronous machines or induction machines, and operate as both a motor and a generator depending on the operation method.
  • a front wheel axle 114 is rotatably supported at the front part of the vehicle body.
  • a pair of front wheels 112 are provided at both ends of the front wheel axle 114.
  • a rear wheel axle (not shown) is rotatably supported on the rear portion of the vehicle body.
  • a pair of rear wheels are provided at both ends of the rear wheel axle.
  • the HEV 110 of the present embodiment employs a so-called front wheel drive system in which the main wheel driven by power is the front wheel 112 and the driven wheel to be driven is the rear wheel. You may adopt.
  • a front wheel side differential gear (hereinafter referred to as “front wheel side DEF”) 116 is provided at the center of the front wheel axle 114.
  • the front wheel axle 114 is mechanically connected to the output side of the front wheel side DEF 116.
  • the output shaft of the transmission 118 is mechanically connected to the input side of the front wheel side DEF 116.
  • the front wheel side DEF 116 is a differential power distribution mechanism that distributes the rotational driving force that is shifted and transmitted by the transmission 118 to the left and right front wheel axles 114.
  • the output side of the motor generator 192 is mechanically connected to the input side of the transmission 118.
  • the output side of the engine 120 and the output side of the motor generator 194 are mechanically connected to the input side of the motor generator 192 via the power distribution mechanism 122.
  • Motor generators 192 and 194 and power distribution mechanism 122 are housed inside the casing of transmission 118.
  • the motor generators 192 and 194 are synchronous machines having permanent magnets on the rotor, and the AC power supplied to the armature windings of the stator is controlled by the inverter devices 140 and 142, whereby the motor generators 192 and 194 are used. Is controlled.
  • a battery 136 is connected to the inverter devices 140 and 142, and power can be exchanged between the battery 136 and the inverter devices 140 and 142.
  • the HEV 110 includes two parts, a first motor generator unit composed of a motor generator 192 and an inverter device 140, and a second motor generator unit composed of a motor generator 194 and an inverter device 142, depending on the operating state. I use them properly. That is, in the situation where the vehicle is driven by the power from the engine 120, when assisting the driving torque of the vehicle, the second motor generator unit is operated by the power of the engine 120 as a power generation unit to generate power, and the power generation The first motor generator unit is operated as an electric unit by the electric power obtained by the above. Further, when assisting the vehicle speed in the same situation, the first motor generator unit is operated by the power of the engine 120 as a power generation unit to generate power, and the second motor generator unit is generated by the electric power obtained by the power generation. Operate as an electric unit.
  • the vehicle can be driven only by the power of the motor generator 192 by operating the first motor generator unit as an electric unit by the electric power of the battery 136.
  • the battery 136 can be charged by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as a power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels to generate power.
  • the battery 136 is also used as a power source for driving an auxiliary motor 195.
  • the auxiliary machine for example, there is a motor that drives a compressor of an air conditioner or a motor that drives a hydraulic pump for control.
  • the DC power supplied from the battery 136 to the inverter device 43 is exchanged by the converter 43 for the auxiliary machine. And is supplied to the motor 195.
  • the auxiliary converter 43 has the same function as the inverter devices 140 and 142, and controls the phase, frequency, and power of the alternating current supplied to the motor 195.
  • the motor 195 generates torque by supplying AC power having a leading phase with respect to the rotation of the rotor of the motor 195.
  • the motor 195 acts as a generator, and the motor 195 is operated in a regenerative braking state.
  • the control function of the auxiliary converter 43 is the same as the control function of the inverter devices 140 and 142. Since the capacity of the motor 195 is smaller than the capacity of the motor generators 192 and 194, the maximum conversion power of the auxiliary converter 43 is smaller than the inverter devices 140 and 142, but the circuit configuration of the auxiliary converter 43 is fundamental. Further, the circuit configuration of the inverter devices 140 and 142 is the same.
  • Inverter devices 140, 142, and 43 and capacitor module 500 are in an electrical close relationship. Furthermore, there is a common point that measures against heat generation are necessary. It is also desired to make the volume of the device as small as possible. From these points, the power conversion device 200 described in detail below includes the inverter devices 140, 142, and 43 and the capacitor module 500 in the casing of the power conversion device 200. With this configuration, it is possible to realize a small and highly reliable power conversion device while reducing the number of harnesses and reducing radiation noise.
  • the inverter devices 140, 142, and 43 and the capacitor module 500 in one housing, it is effective in simplifying wiring and taking measures against noise.
  • the inductance of the connection circuit between the capacitor module 500 and the inverter devices 140, 142, and 43 can be reduced, the spike voltage can be reduced, and heat generation can be reduced and heat dissipation efficiency can be improved.
  • the power conversion device 200 includes inverter devices 140 and 142, an auxiliary conversion device 43, and a capacitor module 500.
  • the inverter devices 140 and 142 are configured by connecting a plurality of double-sided cooling type power modules 300 to form a three-phase bridge circuit.
  • each power module has a power semiconductor element and its connection wiring and an opening as shown by 304 in FIG. "CAN-shaped heat dissipation base").
  • This CAN-shaped heat radiation base 304 has an outer wall made of the same material that is continuously connected to both heat radiation bases so as to cover the periphery of the opposed heat radiation base, and an opening is prepared in a part of the outer wall. It is a cooler which stores a power semiconductor in an opening.
  • the auxiliary converter 43 constitutes an inverter device and a step-up / step-down circuit.
  • the inverter devices 140 and 142 are driven and controlled by two driver circuits provided in the control unit.
  • the two driver circuits are collectively indicated as a driver circuit 174.
  • Each driver circuit is controlled by a control circuit 172.
  • the control circuit 172 generates a switching signal for controlling the switching timing of the switching power semiconductor element.
  • the inverter device 140 is configured by a three-phase bridge circuit, and is connected to the positive side for each of the U phase (indicated by the symbol U1), the V phase (indicated by the symbol V1), and the W phase (indicated by the symbol W1). And a negative electrode side semiconductor switch unit connected to the negative electrode side.
  • the upper and lower arm series circuit is configured by the positive-side semiconductor switch unit and the negative-side semiconductor switch unit.
  • the positive-side semiconductor switch unit includes an upper-arm IGBT 328 (insulated gate bipolar transistor) that is a switching power semiconductor element and a diode 156.
  • the negative electrode side semiconductor switch section includes a lower arm IGBT 330 and a diode 166.
  • Each upper and lower arm series circuit is electrically connected in parallel between the DC positive electrode wiring board 314 and the DC negative electrode wiring board 316.
  • the upper arm IGBT 328 and the lower arm IGBT 330 are hereinafter referred to as IGBTs 328 and 330, respectively.
  • the IGBTs 328 and 330 operate in response to a drive signal output from one driver circuit of the driver circuit 174, and convert DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. The converted electric power is supplied to the armature winding of the motor generator 192.
  • symbol 328,330,156,166 was abbreviate
  • the power module 300 of the inverter device 142 has the same configuration as that of the inverter device 140, and the auxiliary converter 43 has the same configuration as the inverter device 142, and the description thereof is omitted here. .
  • IGBTs 328 and 330 are used as the power semiconductor elements for switching.
  • the IGBTs 328 and 330 include a collector electrode, an emitter electrode (signal emitter electrode terminal), and a gate electrode (gate electrode terminal).
  • Diodes 156 and 166 are electrically connected between the collector electrodes and emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330 as shown in the figure.
  • the diodes 156 and 166 have two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode.
  • the cathode electrode serves as the collector electrode of the IGBTs 328 and 330 so that the direction from the emitter electrode to the collector electrode of the IGBTs 328 and 330 is the forward direction.
  • the anode electrodes are electrically connected to the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330, respectively.
  • a MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the diode 156 and the diode 166 are unnecessary.
  • the control circuit 172 generates a timing signal for controlling the switching timing of the IGBTs 328 and 330 based on input information from a control device or a sensor (for example, a current sensor 180) on the vehicle side.
  • the driver circuit 174 generates a drive signal for switching the IGBTs 328 and 330 based on the timing signal output from the control circuit 172.
  • the control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for performing arithmetic processing on the switching timing of the IGBTs 328 and 330.
  • the microcomputer inputs the target torque value required for the motor generator 192, the current value supplied from the upper and lower arm series circuit to the armature winding of the motor generator 192, and the magnetic pole position of the rotor of the motor generator 192. Input as information.
  • the target torque value is based on a command signal output from a host control device (not shown).
  • the current value is detected based on the detection signal output from the current sensor 180.
  • the magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) provided in the motor generator 192.
  • the case where the current values of three phases are detected will be described as an example, but the current values for two phases may be detected.
  • the microcomputer in the control circuit 172 calculates the d and q axis current command values of the motor generator 192 based on the target torque value, and the calculated d and q axis current command values and the detected d and q Based on the difference from the current value of the axis, the voltage command values for the d and q axes are calculated. Further, the microcomputer converts the calculated d and q-axis voltage command values into U-phase, V-phase, and W-phase voltage command values based on the detected magnetic pole positions.
  • the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the generated modulation
  • the wave is output to the driver circuit 174 as a PWM (pulse width modulation) signal.
  • the driver circuit 174 When driving the lower arm, the driver circuit 174 amplifies the PWM signal and outputs it as a drive signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm.
  • the driver circuit 174 when driving the upper arm, the driver circuit 174 amplifies the PWM signal after shifting the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, and uses this as a drive signal. Output to the gate electrode of the IGBT 328 of the upper arm. As a result, each IGBT 328, 330 performs a switching operation based on the input drive signal.
  • control unit detects abnormalities (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the upper and lower arm series circuit. For this reason, sensing information is input to the control unit. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330 is input to the corresponding driver circuit 174 from the signal emitter electrode terminal of each arm. As a result, the driver circuit 174 detects an overcurrent, and when an overcurrent is detected, stops the switching operation of the corresponding IGBT 328, 330 and protects the corresponding IGBT 328, 330 from the overcurrent. Information on the temperature of the upper and lower arm series circuit is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the upper and lower arm series circuit.
  • microcomputer performs over-temperature detection and over-voltage detection based on the information, and when over-temperature or over-voltage is detected, stops the switching operation of all the IGBTs 328 and 330, and sets the upper and lower arm series circuits to over-temperature or over-voltage. Protect from.
  • the conduction and cutoff operations of the IGBTs 328 and 330 of the upper and lower arms of the inverter device 140 are switched in a certain order, and the current generated in the stator winding of the motor generator 192 at this switching flows through a circuit including the diodes 156 and 166.
  • one upper and lower arm series circuit is provided for each phase of the inverter device 140.
  • a power conversion device having a circuit configuration in which two upper and lower arm series circuits are connected in parallel to each other may be used as a circuit configuration in which two upper and lower arm series circuits are connected in parallel to each other may be used.
  • the laminated conductor board 700 is a laminated wiring board having a three-layer structure in which an insulating sheet 706 (not shown) is sandwiched between a positive-side conductor board 702 and a negative-side conductor board 704 made of a conductive board material wide in the power module arrangement direction. It is composed.
  • the positive electrode side conductor plate 702 and the negative electrode side conductor plate 704 of the multilayer conductor plate 700 are respectively connected to the positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 of the multilayer wiring board 501 provided in the capacitor module 500.
  • the positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 are also made of a conductive plate material that is wide in the power module arrangement direction, and constitute a laminated wiring board having a three-layer structure sandwiching an insulating sheet 517 (not shown).
  • Capacitor module 500 constitutes a smoothing circuit for suppressing fluctuations in DC voltage caused by the switching operation of IGBTs 328 and 330.
  • the multilayer wiring board 501 of the capacitor module 500 is connected to the input multilayer wiring board 230 connected to the DC connector of the power converter 200.
  • the input laminated wiring board 230 is also connected to an inverter device in the auxiliary converter 43.
  • a noise filter is provided between the input multilayer wiring board 230 and the multilayer wiring board 501.
  • the noise filter includes two capacitors that connect the ground terminal of the housing 12 and each DC power line, and constitutes a Y capacitor for common mode noise countermeasures.
  • 19A is a cooling jacket in which a cooling water passage is formed, and the cooling water flowing in from the cooling water inlet pipe 13 flows back and forth in a U shape as shown by an arrow, It flows out from the cooling water outlet pipe 14.
  • the inverter circuits 140 and 142 are arranged on the reciprocating path of the cooling water.
  • the IGBT and the diode on the upper arm side are arranged on the forward path side of the cooling water path, and the IGBT and the diode on the lower arm side. Is arranged on the return side of the cooling water channel.
  • 200 is a power converter
  • 10 is an upper case
  • 11 is a metal base plate
  • 12 is a housing
  • 13 is a cooling water inlet pipe
  • 14 is a cooling water outlet pipe
  • 420 is a water channel back cover
  • 16 Is a lower case
  • 17 is an AC terminal case
  • 18 is an AC output wiring
  • 19 is a cooling water flow path
  • 20 is a control circuit board that holds the control circuit 172.
  • Reference numeral 21 denotes a connector for connection to the outside
  • reference numeral 22 denotes a drive circuit board that holds a driver circuit 174.
  • the control unit is configured by the control circuit board 20, the control circuit 172, the drive circuit board 22, and the driver circuit 174.
  • Three power modules (double-sided electrode modules) 300 are provided in each inverter.
  • One power module 300 includes an inverter device 142, and the other power module 300 includes an inverter device 140.
  • 700 is a laminated conductor plate
  • 800 is a liquid seal
  • 304 is a CAN-shaped heat dissipation base
  • 314 is a DC positive wiring board
  • 316 is a DC negative wiring board
  • 500 is a capacitor module
  • 505 is a negative conductor plate
  • 507 is a positive conductor plate
  • 514 Represents a capacitor cell.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the power conversion device 200 according to the embodiment of the present invention.
  • a casing 12 having a substantially rectangular top or bottom surface, a cooling water inlet pipe 13 provided on one of the outer circumferences on the short side of the casing 12, and cooling A water outlet pipe 14, an upper case 10 for closing the upper opening of the housing 12, and a lower case 16 for closing the lower opening of the housing 12 are provided.
  • the shape of the bottom surface side or the top surface side of the housing 12 substantially rectangular, it is easy to attach to the vehicle, and it is easy to manufacture and particularly to mass-produce.
  • the AC terminal case 17 used for connection with each motor generator 192,194 is provided in the outer periphery of the long side of the power converter device 200.
  • AC output wiring 18 is used to electrically connect power module 300 and motor generators 192 and 194.
  • the alternating current output from the power module 300 is transmitted to the motor generators 192 and 194 via the alternating current output wiring 18.
  • the connector 21 is connected to the control circuit board 20 built in the housing 12. Various signals from the outside are transmitted to the control circuit board 20 via the connector 21.
  • the direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 and the direct current (battery) positive electrode side connection terminal portion 512 electrically connect the battery 136 and the capacitor module 500.
  • the connector 21 is provided on one side of the outer peripheral surface on the short side of the housing 12.
  • the direct current (battery) negative electrode side connection terminal portion 510 and the direct current (battery) positive electrode side connection terminal portion 512 are provided on the outer peripheral surface on the short side opposite to the surface on which the connector 21 is provided.
  • the DC connector 138 in FIG. 2 has these terminal portions 510 and 512.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power converter according to the embodiment of the present invention.
  • a cooling jacket 19 ⁇ / b> A in which a cooling water flow path 19 is formed is provided in the middle of the housing 12, and two sets of openings are arranged above the cooling jacket 19 ⁇ / b> A in the flow direction. 400 and 402 are formed in three rows to form six openings (see FIG. 10B).
  • Each power module 300 is fixed to the upper surface of the cooling jacket 19A via a liquid seal 800.
  • Fins 305 for heat dissipation are provided on the CAN-shaped heat dissipation base 304 of each power module 300 so as to face each other.
  • the fins 305 of each power module 300 are respectively connected to the cooling water flow path 19 from the openings 400 and 402 of the cooling jacket 19A. It protrudes inside.
  • the protruding CAN-shaped heat radiation base 304 and a columnar part of the cooling jacket 19A separate the cooling water channel 19 to the left and right, and flow separately from the fins 305 that divide the cooling medium and oppose each other. Further, the cooling water channel 19 is provided in the cooling jacket 19A meandering in an S-shape so that six power modules can be cooled in series.
  • the opening 404 is formed along the cooling water channel 19 on the lower surface of the cooling jacket 19 ⁇ / b> A, and the opening 404 is closed by the sewer back cover 420.
  • a converter 43 for auxiliary equipment is attached to the lower surface of the cooling jacket 19A for cooling.
  • Auxiliary converter 43 is fixed to the lower surface of sewer back cover 420 such that the heat dissipating metal surface of the built-in power module or the like (not shown) faces the lower surface of cooling jacket 19A.
  • a liquid seal 800 is provided between the sewer back cover 420 and the housing 12.
  • the sealing material is a liquid seal, but a resin material, a rubber O-ring, a packing, or the like may be substituted for the liquid seal.
  • the power converter 200 is assembled. Can be improved.
  • a lower case 16 is provided below the cooling jacket 19A, and a capacitor module 500 is provided in the lower case 16.
  • Capacitor module 500 is fixed to the inner surface of the bottom plate of lower case 16 such that the heat dissipation surface of the metal case is in contact with the inner surface of the bottom plate of lower case 16.
  • the casing 12 provided with the cooling jacket 19A is cooled, whereby the lower case 16 provided at the lower portion of the casing 12 is cooled.
  • the heat of the capacitor module 500 is thermally conducted to the cooling water through the lower case 16 and the housing 12, and the capacitor module 500 is cooled.
  • a laminated conductor plate 700 for electrically connecting the power module 300 and the capacitor module 500 is disposed above the power module 300.
  • the laminated conductor plate 700 connects the power modules 300 in parallel across the input terminals 313 of the power modules 300.
  • the laminated conductor plate 700 includes a positive-side conductor plate 702 (see FIG. 20) connected to the positive-electrode conductor plate 507 of the capacitor module 500 and a negative-side conductor plate 704 (see FIG. 20) connected to the negative-electrode conductor plate 505 of the capacitor module 500. 20) and an insulating sheet 7000 disposed between the conductor plates 702 and 704. Since the conductor plates 505 and 507 are arranged so that the cooling water channel 19 of the cooling jacket 19A passes through the water channel partition wall, the wiring length can be shortened. The parasitic inductance up to the capacitor module 500 can be reduced.
  • the control circuit board 20 and the drive circuit board 22 are arranged above the laminated conductor plate 700.
  • a driver circuit 174 shown in FIG. 2 is mounted on the drive circuit board 22, and a control circuit 172 having a CPU shown in FIG. 2 is mounted on the control circuit board 20.
  • a metal base plate 11 is disposed between the drive circuit board 22 and the control circuit board 20. The metal base plate 11 functions as an electromagnetic shield for a circuit group mounted on both the boards 22 and 20 and also has an action of releasing and cooling the heat generated in the drive circuit board 22 and the control circuit board 20. Yes.
  • the cooling jacket 19A is provided in the central portion of the housing 12, the power module 300 for driving the motor generators 192 and 194 is disposed on one side thereof, and the inverter device (power module for auxiliary equipment) is disposed on the other side. ) 43 can be efficiently cooled in a small space, and the entire power conversion device can be downsized.
  • the cooling jacket 19A integrally with the housing 12 by aluminum casting, the cooling jacket 19A has an effect of increasing the mechanical strength in addition to the cooling effect. Further, since the casing 12 and the cooling jacket 19A are integrally formed by casting aluminum, the heat conduction is improved, and the cooling efficiency for the drive circuit board 22, the control circuit board 20 and the capacitor module 500 located far from the cooling jacket 19A is improved. improves.
  • the driving circuit board 22 and the control circuit board 20 are provided with flexible wirings 23 that pass through the metal base plate 11 and connect the circuit groups of the circuit boards 20 and 22.
  • the flexible wiring 23 includes a structure laminated in advance in a wiring board, a structure fixed to a wiring pattern on the wiring board with a bonding material such as solder, and a flexible wiring 23 in a through hole provided in advance in the wiring board.
  • the control circuit board 20 transmits a switching timing signal of the inverter circuit to the drive circuit board 22 through the flexible wiring 23, and the drive circuit board 22 is gated. A drive signal is generated and applied to each gate electrode of the power module.
  • the control circuit board 20 is connected to a connector 21 for electrical connection with the outside.
  • the connector 21 is used to transmit a signal to and from the in-vehicle battery 136 provided outside the power converter, that is, a lithium battery module.
  • a signal representing the state of the battery and a signal such as the state of charge of the lithium battery are sent from the lithium battery module to the control circuit board 20.
  • Openings are formed in the upper end and lower end of the housing 12. These openings are closed by fixing the upper case 10 and the lower case 16 to the housing 12 with fastening parts such as screws and bolts, for example.
  • a cooling jacket 19 ⁇ / b> A in which a cooling water flow path 19 is provided is formed substantially at the center in the height direction of the housing 12.
  • the upper surface opening of the cooling jacket 19A is covered with each power module 300, and the lower surface opening is covered with the sewer back cover 420, whereby the cooling water channel 19 is formed inside the cooling jacket 19A.
  • a water leakage test of the cooling water passage 19 is performed during the assembly.
  • casing 12 will be performed.
  • the cooling jacket 19A is arranged in the center of the housing 12, and then a structure that allows the necessary parts to be fixed from the openings at the upper and lower ends of the housing 12 is adopted, thereby improving productivity. To do. Moreover, it becomes possible to complete the cooling water flow path 19 first and to attach other parts after the water leak test, which improves both productivity and reliability.
  • reference numeral 304 denotes a seamless CAN-shaped heat dissipation base having an outer wall made of the same material that is continuously connected to both heat dissipation bases so as to cover the periphery of the opposing heat dissipation base.
  • An opening is prepared in a part of the housing, and the power semiconductor is accommodated in the opening.
  • 314 is a DC positive wiring board connection part
  • 316 is a DC negative wiring board connection part
  • 320U / 320L is a control terminal of the power module.
  • the power module 300 includes a seamless CAN-like heat dissipation base 304 made of a metal material such as Cu, Al, AlSiC, Cu—C, and Al—C, and external connection terminals 314, 316, 320U, and 320L. And a double-sided electrode module 300A in which a power semiconductor is molded with a resin material 302 (see FIG. 6A), and a U-, V-, or W-phase AC terminal for connection to a load motor. 705.
  • a seamless CAN-like heat dissipation base 304 made of a metal material such as Cu, Al, AlSiC, Cu—C, and Al—C, and external connection terminals 314, 316, 320U, and 320L.
  • a double-sided electrode module 300A in which a power semiconductor is molded with a resin material 302 (see FIG. 6A), and a U-, V-, or W-phase AC terminal for connection to a load motor. 705.
  • the feature of the power module 300 of this embodiment is that a double-sided electrode module 300A, which is an electrical component having poor water resistance, is built in a seamless CAN-shaped heat radiation base 304 that is in direct contact with the cooling medium. Thereby, a cooling medium such as water or oil does not directly touch the double-sided electrode module 300A.
  • a seamless CAN-shaped heat radiation base 304 that does not use metal joints or resin adhesives in the structure of the heat radiation base, it is possible to eliminate the cooling medium that flows in from the heat radiation base side. This makes it possible to increase the reliability of power semiconductors.
  • the power semiconductor is destroyed, it is possible to provide a highly reliable power conversion device by eliminating the reliability reduction of the power conversion device caused by water leakage due to secondary destruction of the heat dissipation base.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of a resin-molded double-sided electrode module 300A that is a component of the power module 300
  • FIG. 6B is a perspective view of the resin-molded double-sided electrode module 300A.
  • 6A in the double-sided electrode module 300A, the upper and lower arms IGBTs 328 and 330, the diodes 156/166, and the like are arranged between a pair of electric wiring boards 334.
  • the collector side of the IGBTs 328 and 330 is fixed to the DC positive electrode wiring board 314 via a metal bonding material 337 such as a solder material or a silver sheet, and the heat diffusion plate 338 is fixed to the emitter side of the IGBTs 328 and 330 by the metal bonding material 337.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration for one phase of the inverter circuit built in the power module 300.
  • a wiring layout of the electric wiring board 334 is prepared so that an inverter circuit for one phase can be constituted by IGBTs 328 and 330 and diodes 156/166, and upper and lower arm wiring boards 370 for connecting the DC positive wiring board 314 and the DC negative wiring board 316. Connect the upper and lower arms with.
  • the three-phase part which comprises an inverter circuit may be mounted, and only a 1-phase upper arm may be sufficient. As shown in FIG.
  • the IGBTs 328 and 330 and the diodes 156/166 of the upper and lower arms are sandwiched between the electric wiring boards 334 and integrated with the resin material 302.
  • a heat radiation surface 334B of both electric wiring boards 334 in the vicinity of the power semiconductor is exposed from a part of the resin material 302, and a flat surface 334C is formed by the heat radiation surface 334B and the resin material 302, and is adhered to both the formed flat surfaces 334C.
  • the electrical wiring board 334 may be Cu or Al.
  • the adhesive insulating layer 334A may be a thin insulating sheet obtained by mixing a thermally conductive filler with an epoxy resin. By making it into a sheet shape, the thickness can be accurately determined as compared with grease or adhesive. In addition, generation of voids can be reduced, and variations in thermal resistance and insulation performance can be greatly reduced.
  • the insulating layer may be a ceramic plate or an adhesive substrate in which an adhesive is applied to both sides of the ceramic plate.
  • the resin-molded double-sided electrode module 300A incorporated in the power module 300 of this embodiment is characterized in that the heat radiation surface 334B of both electric wiring boards 334 is attached to the inner side wall of the seamless CAN-shaped heat radiation base 304 with an adhesive layer. It has a connection structure that is fixed via 334A.
  • the resin-molded double-sided electrode module 300A that is the peripheral portion of the power semiconductor can be individually formed, and the operation verification of the power semiconductor and the inspection of the joint portion between the power semiconductor and the electric wiring board 334 can be performed without using the heat dissipation base. Therefore, the reliability of the power semiconductor can be increased, and the reliability of the power conversion device can be increased.
  • the CAN-shaped heat radiation base 304 of the present embodiment is a bottomed cylindrical case having an opening on one surface.
  • the double-sided electrode module 300 ⁇ / b> A constituting the semiconductor circuit unit is stored in a storage region formed in the CAN-shaped heat dissipation base 304.
  • an insulating layer 334A that is an insulating member is provided.
  • the double-sided electrode module 300A is sandwiched and supported by the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304.
  • an insulating layer 334A is interposed between the inner wall of the CAN-shaped heat radiation base 304 and the double-sided electrode module 300A, and the adhesive force between the double-sided electrode module 300A and the CAN-shaped heat radiation base 304 is set by heat treatment as will be described later. Consists of materials that improve
  • the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat radiation base can be ensured. Further, the adhesive force between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base is improved, and the occurrence of separation between the double-sided electrode module 300A and the inner wall of the CAN-shaped heat dissipation base is suppressed. The thermal conductivity of the heat transfer path to the heat radiation base is not lowered.
  • the outer peripheral curved portion 304A functions as a connecting member for the two base plates.
  • an insulating layer 334A is interposed between the inner wall of the storage area formed by the two base plates and the outer peripheral curved portion 304A and the double-sided electrode module 300A.
  • the rigidity of the outer peripheral curved portion 304A is set to be smaller than the rigidity of the two base plates.
  • the thickness of the outer peripheral curved portion 304A is set to be smaller than the thickness of the two base plates.
  • both surfaces of the semiconductor circuit part can be cooled via each of the two base plates, and the heat radiation area can be increased. Furthermore, since the rigidity of the connecting member is set smaller than the rigidity of the base plate, the case of the power module can be easily formed by pressing the two base plates so as to sandwich the semiconductor circuit portion. The semiconductor circuit portion, the insulating member, and the base plate are connected, and a heat transfer path capable of mutually exchanging heat can be easily formed.
  • the outer peripheral curved portion 304A that functions as a connecting member for the two base plates is formed integrally with the base plate.
  • the outer peripheral curved portion 304A is joined to the two base plates as separate members by welding or the like. It may be.
  • the rigidity or thickness of the outer curved portion 304A is set smaller than the rigidity or thickness of the two base plates.
  • FIG. 8A shows a cross-sectional view of the power module 300
  • FIG. 8B shows a side view of the power module 300
  • a double-sided electrode module 300A is built in a seamless CAN-shaped heat dissipation base 304, and is fixed to the CAN-shaped heat dissipation base 304 with an adhesive insulating layer 334A to form an integral structure.
  • pin-like fins 305 are formed on the outer side surface of the CAN-shaped heat radiation base 304 so as to face the heat radiation surfaces 334B of both electric wiring boards 334 of the double-sided electrode module 300A.
  • Pin-shaped fins 305 are arranged so as to cover the outer periphery of the base 304.
  • the CAN-shaped heat radiation base 304 and the pin-shaped fins 305 are integrally formed of the same material, and the entire surface is anodized to improve the corrosion resistance and resin adhesion performance of the CAN-shaped heat radiation base 304.
  • Each fin 305 is in contact with the cooling medium flowing in the cooling water channel, so that heat can be radiated from both sides of the power semiconductor, and the heat resistance can be greatly reduced by paralleling the heat transfer route from the power semiconductor to the cooling medium. . As a result, it is possible to reduce the size of the power semiconductor and the power converter.
  • FIG. 9A shows an assembly flow for integrating the CAN-shaped heat radiation base 304 and the resin-molded double-sided electrode module 300A and a cross-sectional view.
  • the CAN-shaped heat radiation base 304 has a structure in which the thickness of the bonding portion of the CAN-shaped heat radiation base 304 that is bonded to the heat radiation surface 334B is larger than that of the outer peripheral curved portion 304A.
  • the double-sided electrode module 300 ⁇ / b> A is arranged from the opening of the CAN-shaped heat dissipation base 304 to the inside.
  • Heat generated from the power semiconductor is transferred to the CAN heat dissipation base 304 via the adhesive insulating layer 334A provided on both sides of the double-sided electrode module 300A, so that heat can be released from both sides of the power semiconductor.
  • the thermal resistance can be greatly reduced, and the power semiconductor and the power converter can be downsized.
  • FIG. 9B shows an assembly flow and a cross-sectional view for integrally connecting the double-sided electrode module 300A and the seamless CAN-shaped heat radiation base 304 to each other.
  • the CAN-shaped heat radiation base 304 has a structure in which the thickness of the bonding portion of the CAN-shaped heat radiation base 304 that is bonded to the heat radiation surface 334B is larger than that of the outer peripheral curved portion 304A.
  • the curved portion 304A is deformed and the opening of the CAN-shaped heat radiation base 304 is widened.
  • (2) the double-sided electrode module 300 ⁇ / b> A is disposed from the opening of the CAN-shaped heat dissipation base 304 to the inside.
  • (3) pressure is applied from the outside of the CAN-shaped heat radiation base 304 so that the adhesive insulating layer 334A covering the heat radiation surface 334B of the double-sided electrode module 300A is fixed to the inner side wall of the CAN-shaped heat radiation base 304, The outer peripheral curved portion 304A of the CAN-shaped heat radiation base 304 is deformed.
  • FIG. 9C is an assembly flow for integrally connecting the double-sided electrode module 300A and the seamless CAN-shaped heat dissipation base 304, and is a cross-sectional view with respect to FIG. 9B.
  • FIG. 9C shows an assembling process for adhering the adhesive insulating layer 334 ⁇ / b> A and the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304.
  • the fins 305 of the CAN-shaped heat radiation base 304 are pressed and bonded by a press machine 307 incorporating a superheater 306 or the like.
  • a press machine 307 incorporating a superheater 306 or the like.
  • curing of the adhesive can be promoted by baking at a high temperature for several hours.
  • the reliability such as the insulation life of the insulating layer 334A can be improved, so that a small and highly reliable power conversion device can be provided.
  • the insulating layer 334A is What has adhesiveness is desirable.
  • the insulating layer 334 ⁇ / b> A is desirably formed using a material that can be thermally cured using a temperature change caused by the above-described overheater 306. Thereby, the formation process by the press machine 307 and the adhesion process by the insulating layer 334A can be performed simultaneously or promptly for the CAN-shaped heat radiation base 304.
  • the insulating layer 334A suitable for the power module 300 according to the present embodiment will be described.
  • the insulating layer 334A according to the present embodiment is required to ensure electrical insulation between the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304 and the double-sided electrode module 300A, and to secure these adhesive properties.
  • the heat radiating surface 334B of the double-sided electrode module 300A is formed of electrical wiring, a resin material 302, or the like, as shown in FIG. 6B. Therefore, unevenness is formed at the boundary between the electrical wiring and the resin material 302, and the adhesiveness to the insulating layer 334A may be reduced. As a result, air or the like may enter between the insulating layer 334A and the double-sided electrode module 300A, and the heat transfer coefficient of the power module 300 may be greatly reduced.
  • the insulating layer 334A be made of a soft insulating material having a low Young's modulus that can fill the unevenness at the boundary between the electric wiring and the resin material 302.
  • the insulating layer 334A further includes an insulating material with less impurities, that is, a high Young's modulus, between the insulating material with a low Young's modulus and the inner side wall of the CAN-shaped heat dissipation base 304. . That is, the insulating layer 334A has a multilayer shape made of insulating materials having different Young's moduli. Thereby, while suppressing the fall of a heat transfer rate, electrical insulation can also be ensured.
  • the inner side wall of the CAN-shaped heat radiation base 304 is required to have an uneven shape for the reason described later in FIG.
  • the above-described insulating material having a low Young's modulus is provided on the inner side wall side of the CAN-shaped heat radiation base 304. That is, for the insulating layer 334A, an insulating material having a low Young's modulus is used for the upper layer and the lower layer, and an insulating material having a high Young's modulus is used for the intermediate layer.
  • FIGS. 10A to 10C are diagrams in which a cooling water inlet pipe and an outlet pipe are attached to an aluminum casting of the casing 12 having the cooling jacket 19A.
  • FIG. 10A is a perspective view of the cooling jacket 19 ⁇ / b> A
  • FIG. 10B is a top view of the housing 12
  • FIG. 10C is a cross-sectional view of the housing 12.
  • a cooling jacket 19A in which a cooling water channel 19 is formed is integrally cast in the casing 12.
  • a cooling water inlet pipe 13 and a cooling water inlet pipe 14 for taking in cooling water are provided on one side surface of the short side of the housing 12 having a substantially rectangular shape in plan view.
  • the cooling water flowing into the cooling water flow path 19 from the cooling water inlet pipe 13 flows in two along the long side of the rectangle which is the direction of the arrow 418.
  • the cooling water is folded as indicated by an arrow 421a at the corner 19C near the other side of the other side of the short side of the rectangle, and flows again in two directions along the long side of the rectangle in the direction of the arrow 422.
  • the cooling water further flows along the long side of the rectangle, turns back as indicated by an arrow 421b, flows into the outlet pipe provided in the lower cooling water channel lid 420, turns back, and flows out from the outlet hole to the cooling water inlet pipe 14 (FIG. 10 (b)).
  • Six openings 400 are opened on the upper surface of the cooling jacket 19A.
  • a CAN-like heat dissipation base 304 of each power module 300 protrudes from the respective opening into the flow of cooling water.
  • the pressure loss can be reduced by dividing the cooling water into two at the CAN-shaped heat radiation base 304 and the columnar branch boundary 19B between the cooling jacket 19A.
  • the cooling water can be divided into two parts and the pressure loss can be reduced by making the outer peripheral curved portion 304A of the CAN-shaped heat radiation base 304 a curved surface.
  • the increase in pressure loss can be reduced and the cooling efficiency can be improved by meandering the flow path in an S shape so as to cool the six power modules arranged in series.
  • Each power module 300 is fixed so as to close the opening of the cooling jacket 19 ⁇ / b> A in a watertight manner through a sealing material such as a liquid seal 800.
  • the cooling jacket 19A is integrally formed with the casing 12 across the middle stage of the casing peripheral wall 12W.
  • Six openings 400 and 402 are provided on the upper surface of the cooling jacket 19A, and one opening 404 is provided on the lower surface.
  • a power module mounting surface 410S is provided around each of the openings 400 and 402.
  • the screw hole 412 is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C for pressing the power module to the mounting surface 410S to the cooling jacket 19A (see FIG. 11).
  • the module fixing jig 304C can press the plurality of power modules 300 to the cooling jacket 19A. As a result, the number of screws for pressurizing and fixing the power module 300 to the cooling jacket can be reduced, and assemblability can be improved.
  • the cooling jacket 19A can be downsized and the flange size of the CAN-shaped heat radiation base 304 of the power module can be reduced, the cooling jacket 19A, the housing 12 and the power module 300 can be downsized, and the power converter 200 can be downsized. It greatly contributes to the development.
  • the power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the diverted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced.
  • the module fixing jig 304C is provided with a pedestal 304D for fixing the control circuits 20, 21 and the heat dissipation base 11.
  • the cooling jacket 19 ⁇ / b> A includes a partition wall for configuring the cooling water channel 19.
  • a plurality of through holes 406 are respectively formed in the partition walls on the side portions of the power modules 300. Specifically, two through holes 406 corresponding to the U phase are formed in the partition wall portion between the power module 300 constituting the U phase and the outer wall of the housing 12.
  • two through holes 406 corresponding to the V phase are formed in the partition between the power module 300 configuring the U phase and the power module 300 configuring the V phase.
  • two through holes 406 corresponding to the W phase are formed in the partition wall between the power module 300 configuring the V phase and the power module 300 configuring the W phase.
  • the capacitor module 500 is disposed below the power module 300.
  • the DC terminal of the power module 300 protrudes upward from the power module 300.
  • the positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 extending from the capacitor module 500 are protruded from the through holes 406 to connect to the DC terminals of the power module 300 through the respective through holes 406.
  • the through holes 406 are formed in the side portions of the respective power modules 300, and the direction protruding from the through holes 406 of the positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 is the same as the protruding direction of the DC terminals of the power module 300. Therefore, the distance for connecting the DC terminal of the power module 300 to the positive electrode conductor plate 507 and the negative electrode conductor plate 505 is shortened and the connection is facilitated, so that the wiring inductance can be reduced.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a seal portion between the power module 300 and the cooling jacket 19A according to the present embodiment.
  • the cooling jacket 19A is integrally formed with the casing 12 across the middle stage of the casing peripheral wall 12W, and an opening 400 is provided on the upper surface of the cooling jacket 19A, and an opening 404 of the cooling water channel is provided on the lower surface.
  • a power module mounting surface 410S is provided around the opening 400.
  • a fitting portion 420 ⁇ / b> A with the lower cooling water channel lid 420 is provided around the opening 404, and is sealed with the liquid sealing material 800.
  • the screw hole 412 is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C for pressing the flange 300B of the power module 300 to the mounting surface 410S to the cooling jacket 19A.
  • the liquid sealing material previously applied between the mounting surface 410S and the flange 300B of the power module 300 is crushed and pressed to provide a cooling medium. Can be prevented from leaking through the mounting surface 410S and the power module 300. Furthermore, the number of screws that press-fix the power module 300 to the cooling jacket 19A can be reduced, and assemblability can be improved. Further, since the cooling jacket 19A can be reduced in size and the size of the flange 300B of the CAN-shaped heat radiation base 304 of the power module 300 can be reduced, the cooling jacket 19A, the casing 12, and the power module 300 can be reduced in size. It greatly contributes to miniaturization.
  • the power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the diverted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced. Note that the same effect can be obtained by using a liquid sealing material such as a rubber O-ring.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view of the second power module 300 according to this embodiment, and FIG. 12B is a side view of the second power module 300.
  • the fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat radiation base 304 are not made of the same material at the same time when the CAN-shaped heat radiation base 304 is formed. Resin fins 305A with excellent thermal conductivity are bonded to the outside to form the fins, and uneven surfaces 305B are provided on the surface of the CAN-shaped heat radiation base 304 so that the resin fins 305A do not fall off. The fin 305A is mechanically engaged.
  • the fins 305 can be formed separately, the CAN-shaped heat radiation base 304 can be formed like a juice can, and productivity can be improved. Further, by providing the unevenness 305B, the adhesion performance between the resinous fin 305A and the CAN-shaped heat radiation base 304 is improved, and it is possible to avoid a decrease in reliability such as dropping. Furthermore, the area related to the heat transfer between the resin fin 305A and the CAN-like heat radiation base 304 can be increased, and the thermal resistance of the power module 300 can be reduced, thereby reducing the size of the power module and the power converter. Can be realized.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of the third power module 300 according to this embodiment, and FIG. 13B is a side view of the third power module 300.
  • the fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat radiation base 304 are not made of the same material at the same time when the CAN-shaped heat radiation base 304 is formed.
  • a plate-like fin base 305C in which a plurality of fins 305 are formed on the outside is fixed with a metal connecting material such as a brazing material or a resin adhesive, and fins are provided on the CAN-like heat radiation base 304.
  • the fins 305 can be formed separately, the CAN-shaped heat radiation base 304 can be formed like a juice can, and productivity can be improved.
  • the fin base 305C may be made of a metal such as Cu, Al, AlSiC, Cu—C, or Al—C manufactured by a method such as forging, or may be formed of an organic material such as a high thermal conductive resin.
  • the shape of the part can be changed from a concentric pin shape to an ellipse shape.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of the fourth power module 300 according to this embodiment, and FIG. 14B is a side view of the fourth power module 300.
  • the fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat radiation base 304 are straight fins 305D, which are integrally formed with the same material as the CAN-shaped heat radiation base 304.
  • the fin 305 has a straight shape, so that the manufacturing can be facilitated and the pressure loss generated in the cooling flow path can be reduced.
  • the thermal resistance of the power module 300 can be reduced, and the power module can be downsized and the power converter can be downsized.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of the fifth power module 300 according to this embodiment, and FIG. 15B is a side view of the fifth power module 300.
  • the layout of the pin-shaped fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat radiation base 304 is provided with a coarse and dense layout, and the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 located near the power semiconductor is increased. As described above, the distance between the fins 305 far from the power semiconductor is reduced, and the distance between the fins 305 near the power semiconductor is increased.
  • the flow rate of the cooling medium flowing through the fins 305 near the power semiconductor can be increased, the heat transfer coefficient near the power semiconductor can be increased. Thereby, the thermal resistance of the cooling medium and the power semiconductor can be reduced, and the power module and the power converter can be downsized.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view of the sixth power module 300 according to this embodiment, and FIG. 16B is a side view of the sixth power module 300.
  • the layout of the pin-shaped fins 305 provided on the cooling surface outside the CAN-shaped heat radiation base 304 is provided with a coarse and dense layout, and the flow velocity of the cooling medium flowing through the fins 305 located near the power semiconductor is increased.
  • the distance between the fins 305 far from the power semiconductor is reduced, the distance between the fins 305 in the vicinity of the power semiconductor is increased, and the shape of the fin 305 in the vicinity of the power semiconductor is further changed to an elliptical fin 305E.
  • the heat transfer coefficient near the power semiconductor can be increased. Furthermore, by making the fin 305 near the power semiconductor elliptical, the surface area of the fin 305 increases and the heat transfer coefficient can be increased. Thereby, the thermal resistance of the cooling medium and the power semiconductor can be reduced, and the power module and the power converter can be downsized.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a seal portion between the power module 300 and the cooling jacket 19A according to the present embodiment.
  • the cooling jacket 19A is integrally formed with the casing 12 across the middle stage of the casing peripheral wall 12W, and an opening 400 is provided on the upper surface of the cooling jacket 19A, and an opening 404 of the cooling water channel is provided on the lower surface.
  • a power module mounting surface 410S is provided around the opening 400.
  • a fitting portion 420 ⁇ / b> A with the lower cooling water channel lid 420 is provided around the opening 404, and is sealed with the liquid sealing material 800.
  • the screw hole 412 is a screw hole for fixing the module fixing jig 304C for pressing the flange 300B of the power module 300 to the mounting surface 410S to the cooling jacket 19A.
  • the liquid sealing material previously applied between the mounting surface 410S and the flange 300B of the power module 300 is crushed and pressed to provide a cooling medium. Can be prevented from leaking through the mounting surface 410S and the power module 300. Furthermore, the number of screws for pressing and fixing the power module 300 to the cooling jacket can be reduced, and assemblability can be improved. Further, by providing the flange 300B portion of the power module 300 in a tapered shape, the width of the flange 300B can be reduced while maintaining the shield area.
  • the size of the cooling jacket 19A and the size of the flange 300B of the CAN-shaped heat radiation base 304 of the power module can be reduced, and the cooling jacket 19A, the housing 12 and the power module 300 can be downsized. It greatly contributes to miniaturization.
  • the power semiconductor built in the power module 300 can be cooled from both sides by the diverted cooling water, and has an advantage that the thermal resistance can be reduced.
  • the liquid sealing material 800 can obtain the same effect even with a rubber O-ring.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the connection structure of the input / output terminals of the power module 300 according to this embodiment.
  • a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall portion of the cooling water passage 19 that reciprocates in an S shape.
  • the capacitor module 500 is installed with respect to the power module 300 with the cooling water channel 19 interposed therebetween, and the power module 300 and the capacitor module 500 can be electrically connected through the through hole 406.
  • the positive electrode conductor plate 507 of the capacitor module 500 and the negative electrode conductor plate 505 of the capacitor module 500 are arranged through a through hole 406 in the vicinity of the power module 300.
  • Each electric wiring board 334 extending from the power module 300 is disposed adjacent to the positive-side conductor plate 507, the negative-side conductor board 505, and the output wiring 705.
  • a brazing material 706 is preliminarily disposed on each of the electric wiring boards 334 or the positive electrode side conductor plate 507, the negative electrode side conductor plate 505, and a part of the output wiring 705, and each electric wiring board 334 and the positive electrode side conductor are arranged via the arranged brazing material 706.
  • the plate 507, the negative conductor plate 505, and the output wiring 705 are arranged to face each other. Current flows between the electric wiring boards 334, the positive conductor plate 507, the negative conductor board 505, and the output wiring 705 sandwiching the brazing material, and the brazing material 706, the electric wiring boards 334, the positive conductor board 507, and the negative electrode.
  • the side conductor plate 505 and the output wiring 705 are heated. As a result, the brazing material 706 is melted to connect the electric wiring boards 334 to the positive-side conductor plate 507, the negative-side conductor board 505, and the output wiring 705.
  • the power wiring can be electrically connected without using a tightening area such as a bolt, the power wiring area can be reduced, and the power converter can be reduced in size.
  • the assembly time can be shortened, and the ease of assembly can be improved, thereby contributing to cost reduction.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing the connection structure of the input / output terminals of the power module 300 according to this embodiment.
  • a through hole 406 is formed in parallel with each power module 300 in the partition wall of the cooling water passage 19 that reciprocates in an S shape.
  • the capacitor module 500 is installed with respect to the power module 300 with the cooling water channel 19 interposed therebetween, and the power module 300 and the capacitor module 500 can be electrically connected through the through hole 406.
  • the positive electrode conductor plate 507 of the capacitor module 500 and the negative electrode conductor plate 505 of the capacitor module 500 are disposed in the vicinity of the power module 300 through the through hole 406.
  • Each electric wiring board 334 extending from the power module 300 is disposed adjacent to the positive-side conductor plate 507, the negative-side conductor board 505, and the output wiring 705.
  • Each electrical wiring board 334 or positive side conductor board 507, negative side conductor board 505, and part of output wiring 705 are pressurized, and each conductor board is fixed at a predetermined connection point by arc welding, microtig welding, laser welding, or the like.
  • the electric connection point 707 is configured.
  • the power wiring can be electrically connected without using a tightening area such as a bolt, the power wiring area can be reduced and the power converter can be reduced in size.
  • the assembly time can be shortened, and the ease of assembly can be improved, thereby contributing to cost reduction.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a power wiring structure connected to the input / output terminals of the power module 300 according to the present embodiment.
  • through holes 406 are formed in parallel with the power modules 300 in the partition wall of the cooling water passage 19 that reciprocates in an S shape.
  • the capacitor module 500 is installed with respect to the power module 300 with the cooling water channel 19 interposed therebetween, and the power module 300 and the capacitor module 500 can be electrically connected through the through hole 406.
  • the inverter device 200 may be configured by inserting the power module 300 into the power wiring unit 701 and finishing it in a form in which the power module 300 is attached and wiring in advance, and then inserting it into the housing 12.
  • the power capacity in the vicinity of the welded portion is increased by laminating and integrating the power wirings with the resin, and the temperature rise of the power module 300 due to the temperature rise during welding can be reduced as much as possible. Further, even if the distance of the power module 300 is made closer to the welding point, the temperature of the power module 300 is not increased. Furthermore, since the position of the power wiring unit and the power module 300 can be fixed using the reference point 12A prepared for the positioning of the welding point in the housing 12, and the positional deviation at the time of welding can be reduced, a highly reliable electrical connection point Can be formed.
  • the reference point 12 ⁇ / b> A is formed with a cooling jacket 19 ⁇ / b> A that protrudes from a position facing the flange portion of the power module 300.
  • the projecting portion passes from the cooling jacket 19A through the through hole formed in the flange portion of the power module 300, and the tip of the projecting portion reaches the pressure jig 700A. Since the tip of the protrusion is fixed by the pressure jig 700A, insulation from the positive-side conductor plate 702 is ensured.
  • a structure in which an insulating sheet 7000 is sandwiched between the positive electrode conductor plate 702 and the negative electrode conductor plate 704 may be employed.
  • the distance between the conductor plates is shortened, and the conductor parts can be miniaturized.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing the input / output terminals and the capacitor structure of the power module 300 according to the present embodiment.
  • each power module 300 is arranged at a predetermined position in the cooling water passage 19 reciprocating in an S shape.
  • a power wiring unit 701 connected to the electric wiring board 334 of the power module 300 is disposed in the upper part of the power module 300, and a capacitor 514 is disposed between the power wiring unit 701 and the cooling water passage 19.
  • a connecting portion between the capacitor 514 and the electric wiring board 334 is provided between the power wiring unit 701 and the cooling water flow path 19, and the electric wiring board 334 constitutes lead-out portions 314 ⁇ / b> B and 316 ⁇ / b> B that engage with the electric connecting terminal of the capacitor 514.
  • the lead portions 314B and 316B and the electric wiring boards 334 of the power module 300 are fixed to each other at a predetermined connection point by arc welding, microtig welding, laser welding, or the like to constitute an electric connection point 707.
  • the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19. Further, since dust is generated in arc welding or the like, the power wiring unit 701 is preliminarily finished with the power module 300 and the capacitors 514 and 500 attached and wired, and then inserted into the housing 12 to constitute the inverter device 200. May be.
  • the capacitor 514 is disposed between the power wiring unit and the cooling water passage 19, the wiring distance between the power module 300 and the capacitor 514 can be greatly reduced. As a result, the wiring inductance can be reduced, the surge voltage generated when the power semiconductor is switched, and the switching loss and noise of the power semiconductor can be reduced. As a result, the power module can be downsized, and the power converter can be downsized and highly reliable.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing the input / output terminals and the capacitor structure of the power module 300 according to the present embodiment.
  • each power module 300 is arranged at a predetermined position in the cooling water flow path 19 reciprocating in an S shape.
  • a power wiring unit 701 connected to the electric wiring board 334 of the power module 300 is disposed in the upper part of the power module 300, and a capacitor 514 is disposed between the power wiring unit 701 and the cooling water passage 19.
  • the power wiring connected to the negative electrode and the positive electrode of the power module 300 built in the power wiring unit 701 and the electrical connection terminal of the capacitor 514 are connected, and the capacitor 514 and the power wiring unit 701 are connected. It is the structure which united.
  • the electric connection point 707 is configured by being fixed by arc welding, microtig welding, laser welding, or the like at a predetermined connection point of each power wiring.
  • the power wiring unit 701 is integrated with a pressure jig 700A for fixing the power module 300 to the cooling jacket 19A, and the power module 300 can be pressure-fixed to the cooling water channel 19.
  • the inverter apparatus 200 may be configured by inserting the power module 300 and the capacitor 514 into the power wiring unit 701 and finishing the wiring wiring 701 in advance and then inserting it into the housing 12. good.
  • the wiring distance between the power module 300 and the capacitor 514 can be significantly reduced by integrating the capacitor 514 with the power wiring unit.
  • the wiring inductance can be reduced, the surge voltage generated when the power semiconductor is switched, and the switching loss and noise of the power semiconductor can be reduced.
  • the power module can be downsized, and the power converter can be downsized and highly reliable.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a fixing method of the power module 300 and a capacitor structure according to this embodiment.
  • each power module 300 is disposed at a predetermined position in the cooling water passage 19 reciprocating in an S shape, and a module fixing jig 304C that pressurizes and fixes the power module 300 to the cooling water passage 19 is a flange 300B of the power module 300.
  • the module fixing jig 304C is provided with a protrusion 304B so as to contact the flange 300B of the power module 300 at a point, and the protrusion 304B pressurizes the upper surface of the flange 300B.
  • the pressure that pressurizes the flange 300B is uniformly dispersed in the cooling jacket 19A, the liquid seal 800 is uniformly crushed, and non-uniformity of the applied pressure due to the deformation of the module fixing jig 304C can be reduced.
  • a power wiring unit 701 connected to the electrical wiring board 334 of the power module 300 is disposed on the power module 300.
  • the cooling jacket 19A is provided with an opening that can accommodate the capacitor 514 accommodated in a part of the power wiring unit 701 in parallel with the cooling water channel 19, and the capacitor 514 is directly or by cooling water through the inner wall of the cooling jacket 19A. Cool down.
  • the power wiring connected to the negative electrode and the positive electrode of the power module 300 and the electrical connection terminal of the capacitor 514 are connected, and the capacitor 514 and the power wiring unit 701 are integrated.
  • the electric connection point 707 is configured by being fixed by arc welding, microtig welding, laser welding, or the like at a predetermined connection point of each power wiring.
  • the power module 300 and the capacitor 514 are attached to the power wiring unit 701 in advance and finished in a form in which wiring is completed, and then inserted into the housing 12 to constitute the inverter device 200. You may do it.
  • the power module 300 and the capacitor 514 can be efficiently cooled by integrating the capacitor 514 with the power wiring unit 701. Furthermore, since the wiring distance connecting each of them can be reduced, the wiring inductance can be reduced, and the allowable value of the ripple current of the capacitor 514 can be improved. Further, it is possible to reduce the surge voltage generated when the power semiconductor is switched, and further reduce the switching loss and noise of the power semiconductor. As a result, the power module and the capacitor can be downsized, and the power converter can be downsized and highly reliable.
  • FIG. 24 is a process flow diagram illustrating a method for manufacturing the CAN-shaped heat dissipation base 304 of the power module 300 according to the present embodiment.
  • the first step (1) is a step for transforming the raw material of the CAN-shaped heat radiation base 304 into a shape of a heat radiation base, and the raw material is put into a CAN-shaped hole prepared in the mold 801.
  • the raw material is a deformable metal such as aluminum or copper or a powdered metal.
  • the mold 800 is formed with a protrusion 800B that forms an opening serving as a power semiconductor accommodating portion, and a recess 800A that forms a flange that fits into the cooling jacket 19A. When pressing is performed so that the mold 800 and the mold 801 are fitted, a primary molded CAN-like coolant 803 is formed.
  • fins are formed on the primary molded CAN-like coolant 803 created in the first step.
  • the fin forming dies 802A and 802B are provided with a plurality of holes 804 for forming pin-shaped fins.
  • the surface of the CAN-shaped heat radiation base 304 may be cleaned or processed to reduce the surface roughness by chemical polishing or the like.
  • the outer wall made of the same material that is continuously connected to both heat radiation bases is provided so as to cover the periphery of the opposed heat radiation bases, and an opening is prepared in a part of the outer wall.
  • the CAN-shaped heat radiation base 304 for storing the power semiconductor in the part can be easily manufactured by two pressing processes. By this method, it is possible to maintain the reliability and strength at the time of deformation due to metal corrosion, cooling water pressure, etc. for many years compared to a CAN-like heat dissipation base having a joint such as welding.

Abstract

本発明に係るパワーモジュール及び当該パワーモジュールを用いた電力変換装置は、それぞれの主面が対向する２枚のベース板と、前記２枚のベース板の間に配置された半導体回路部と、前記２枚のベース板に接続され、かつ前記半導体回路部を収納するための収納領域を形成する連結部材と、前記ベース板と前記半導体回路部との間に介装され、かつ当該ベース板と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備える。前記連結部材の剛性又は厚さは、前記ベース板の剛性又は厚さより小さい。

Description

パワーモジュール、電力変換装置および電動車両
　本発明は、直流電力と交流電力を相互に変換するパワーモジュール、当該パワーモジュールを備えた電力変換装置、及び当該電力変換装置を備えた電動車両に関するものである。
　従来の電力変換装置は、パワー半導体を備えたパワーモジュールを有し、このパワー半導体のスイッチング動作により直流電力と交流電力を相互に変換する。パワーモジュールは、さらに放熱用のベース板を備え、パワー半導体は当該ベース板上に配置される。パワー半導体の発生熱は、当該パワー半導体の一方の主面を介して、前述のベース板へ放熱される。また、前述のベース板には、パワー半導体の配置面とは反対側の面にフィンが形成され、当該フィンに冷却媒体が直接接触する。
　このような電力変換装置は、例えば特許文献１に示されている。
　しかし、更なる冷却性能の向上には、パワー半導体の放熱面積の拡大が求められる。パワー半導体の放熱面積の拡大は、パワーモジュールの構造の複雑化を招き、当該パワーモジュールの生産性の低下を惹き起こす。ひいては電力変換装置のコスト上昇の要因となる。
特開２００８－２９１１７号公報
　本発明が解決しようとする課題は、パワーモジュール及び電力変換装置の生産性を向上させることである。
　上記課題を解決するために、本発明に係るパワーモジュール及び当該パワーモジュールを用いた電力変換装置は、筒型のケース内に、半導体素子を備えた半導体回路部を収納し、さらに当該半導体回路部は、電気的絶縁を確保するための絶縁性部材を介して、前記ケースの内壁に挟まれて支持される。
　本発明により、パワーモジュール及び電力変換装置の生産性を向上させることができる。
ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 電力変換装置の回路構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第一のパワーモジュールの斜視図である。 （ａ）は本実施形態に関するパワーモジュールの構成部品である樹脂モールド型両面電極モジュールの断面図であり、（ｂ）は樹脂モールド型両面電極モジュールの斜視図である。 パワーモジュールの内蔵回路構成を示す図である。 （ａ）はパワーモジュールの断面図、（ｂ）はパワーモジュールの側面図である。 ＣＡＮ状放熱ベースと樹脂モールド型両面電極モジュールの組立フロー図である。 ＣＡＮ状放熱ベースと樹脂モールド型両面電極モジュールの組立フロー図である。 ＣＡＮ状放熱ベースと樹脂モールド型両面電極モジュールの組立フロー図である。 冷却水流路を有する筐体のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取り付けた筐体の斜視図である。 冷却水流路を有する筐体のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取り付けた筐体の上面図である。 冷却水流路を有する筐体のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取り付けた筐体の断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却ジャケットとパワーモジュールのシール構造図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る第二のパワーモジュールの断面図であり、（ｂ）は第二のパワーモジュールの側面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る第三のパワーモジュールの断面図であり、（ｂ）は第三のパワーモジュールの側面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る第四のパワーモジュールの断面図であり、（ｂ）は第四のパワーモジュールの側面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る第五のパワーモジュールの断面図であり、（ｂ）は第五のパワーモジュールの側面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る第六のパワーモジュールの断面図であり、（ｂ）は第六のパワーモジュールの側面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の冷却ジャケットとパワーモジュールのシール構造図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールの入出力端子の接続構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールの入出力端子の接続構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールの入出力端子の接続構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールとコンデンサの構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールとコンデンサの構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のパワーモジュールの固定方法とコンデンサ構造を示した断面図である。 本実施形態に係るパワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４の製造方法を示した工程フロー図である。
　後述する本発明の実施形態は製品化のために求められる多くのニーズに適用できるように検討されている。上述の「発明が解決しようとする課題」の欄に記載した内容は、ニーズの一つに対応したものであり、他のニーズに関する改良点を次に説明する。
　本発明に係るパワーモジュール及び電力変換装置の一つのニーズは、パワーモジュール及び電力変換装置の冷却性能を向上させながら、生産性を向上させることである。
　そこで本発明に係るパワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置は、それぞれの主面が対向する２枚のベース板と、前記２枚のベース板の間に配置された半導体回路部と、前記２枚のベース板に接続され、かつ前記半導体回路部を収納するための収納領域を形成する連結部材と、前記ベース板と前記半導体回路部との間に介装され、かつ当該ベース板と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、前記連結部材の剛性は、前記ベース板の剛性より小さいことを特徴とする。
　これにより、半導体回路部の両面を２枚のベース板のそれぞれを介して冷却することができ、放熱面積を大きくすることができる。さらに、連結部材の剛性はベース板の剛性より小さく設定されているため、半導体回路部を挟むように２枚のベース板を加圧することで、容易にパワーモジュールのケースを成形することができるとともに、半導体回路部と絶縁性部材とベース板が接続され、熱の交換が相互に可能な熱伝達経路を容易に形成することができる。
　本発明に係るパワーモジュール及び電力変換装置の他のニーズは、パワーモジュール及び電力変換装置の絶縁性を確保しながら、冷却性能を向上させることである。
　そこで本発明に係るパワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置は、筒型のケースと、前記ケース内に形成された収納領域に収納された半導体回路部と、前記ケースの内壁と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、前記半導体回路部は前記ケースの内壁に挟まれて支持され、前記絶縁性部材は、前記ケースの内壁と前記半導体回路部の間に介装されるとともに、当該絶縁性部材は、熱処理により、当該半導体回路部と当該ケース内壁との接着力を向上させる材料であることを特徴とする。
　これにより、半導体回路部とケース内壁との絶縁性を確保することができる。さらに、半導体回路部とケース内壁との接着力を向上させて、半導体回路部とケース内壁との間に剥離が発生することを抑制し、半導体回路部からケースまでの熱伝達経路の熱伝導率を低下させないようにしている。
　また、本発明の実施形態に係る電力変換装置の具体的な説明の前に、本実施形態に係るパワーモジュール及び電力変換装置の概略を説明する。
　本実施形態に係るパワーモジュールは、板状のパワー半導体の両側側面に設けられた両電極に板状の電気配線板を固着し、パワー半導体の両側から電力の流通及び熱エネルギーを放熱可能とし、更に電気配線板の一部とパワー半導体を樹脂で梱包し、樹脂の一部からパワー半導体近傍の両電気配線板の両放熱面を露出させ、この両放熱面と樹脂面が平坦な平面を形成し、形成された両平面に接着性のある絶縁層を形成する。さらに、形成した接着性の絶縁層と接着する２つの平面を持つ「ＣＡＮ」状の放熱ベースにパワー半導体，電気配線板及び樹脂の一部、接着性の両絶縁層が内蔵され、「ＣＡＮ」状の放熱ベースの外側には放熱用のフィン部を形成しパワー半導体の両側からフィン部を介して放熱可能とする。
　本実施形態に係る電力変換装置は、電力変換装置のケースにフィン部を収納可能な冷却水路を有し、冷却水路の側面には前述のパワーモジュールが挿入できる挿入口が設けてあり、挿入口の周囲にはパワーモジュールに設けたフランジと勘合し冷却媒体の密閉構造が形成される。
　また、本実施形態に係る電力変換装置は、挿入口とは反対側の冷却水路の開口部には水路全体を密閉する水路蓋が用意され、パワーモジュールと水路蓋により冷却媒体が流れる冷却ジャケットを構成し、パワーモジュールを冷却水路の中に没水して冷却する。パワーモジュールの電気配線板が突出した領域にパワー半導体を制御し負荷への電力供給を制御する回路が収納され、水冷ジャケットの下方の領域に電力平滑用のコンデンサや入力電圧を昇圧する回路を備えた。
　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以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能である。ここでは、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の、制御構成と電力変換装置の回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
　本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用電力変換装置、特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、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、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は、運転モードに応じて車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。
　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に対しても適用可能である。例えば、電車や船舶、航空機などの電力変換装置や、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、あるいは、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。
　図１はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用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１２０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ＨＥＶ１１０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ＭＧ１　１９２，ＭＧ２　１９４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ＨＥＶ１１０の駆動源およびＨＥＶ１１０の電力発生源として用いられる。モータジェネレータＭＧ１　１９２，ＭＧ２　１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法により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こととする。
　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の両端には一対の前輪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一対の後輪が設けられている。本実施形態のＨＥＶ１１０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、この逆、すなわち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の出力側およ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。なお、モータジェネレータ１９２，１９４および動力分配機構１２２は、変速機１１８の筐体の内部に収納されている。
　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り、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が接続されており、バッテリ１３６とインバータ装置１４０，１４２との間において電力の授受が可能である。
　本実施形態では、ＨＥＶ１１０は、モータジェネレータ１９２およびインバータ装置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およびインバータ装置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状況において、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、同様の状況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電動発電ユニットまたは第２電動発電ユニットを、発電ユニットとしてエンジン１２０の動力ある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、たとえばエア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があり、バッテリ１３６からインバータ装置４３に供給された直流電力は補機用の変換機４３で交流の電力に変換され、モータ１９５に供給される。補機用の変換機４３はインバータ装置１４０，１４２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。たとえば、モータ１９５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１９５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１９５は発電機として作用し、モータ１９５は回生制動状態の運転となる。このような補機用の変換機４３の制御機能は、インバータ装置１４０，１４２の制御機能と同様である。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２，１９４の容量より小さいので、補機用の変換機４３の最大変換電力はインバータ装置１４０，１４２より小さいが、補機用の変換機４３の回路構成は基本的にインバータ装置１４０，１４２の回路構成と同じである。
　インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とは、電気的
に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを電力変換装置２００の筐体内に内蔵している。この構成により、ハーネスの数を低減できると共に放射ノイズなどを低減しながら小型で信頼性の高い電力変換装置が実現できる。
　また、インバータ装置１４０，１４２および４３とコンデンサモジュール５００とを一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策において効果がある。また、コンデンサモジュール５００とインバータ装置１４０，１４２および４３との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。
　次に、図２を用いて電力変換装置２００の回路構成について説明する。図１に示したように、電力変換装置２００は、インバータ装置１４０，１４２と、補機用の変換装置４３と、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１４０，１４２は両面冷却型パワーモジュール３００を複数台接続して構成され３相ブリッジ回路を構成している。後述するように、各パワーモジュールは、パワー半導体素子とその接続配線や図６の３０４に示すような開口部を有し、開口面を除いて囲まれた缶状形状の放熱ベース３０４（以下、「ＣＡＮ状放熱ベース」という）等を備えている。このＣＡＮ状放熱ベース３０４は、対向した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納する冷却機である。また、補機用の変換機４３はインバータ装置や昇圧及び降圧回路を構成している。
　各インバータ装置１４０，１４２は、制御部に設けられた２つのドライバ回路によって駆動制御される。図２では、２つのドライバ回路を合わせてドライバ回路１７４と表示している。各ドライバ回路は制御回路１７２により制御される。制御回路１７２は、スイッチング用パワー半導体素子のスイッチングタイミングを制御するためのスイッチング信号を生成する。
　インバータ装置１４０は３相ブリッジ回路により構成されており、Ｕ相（符号Ｕ１で示す），Ｖ相（符号Ｖ１で示す），Ｗ相（符号Ｗ１で示す）のそれぞれに対して、正極側に接続される正極側半導体スイッチ部と、負極側に接続される負極側半導体スイッチ部とを備えている。正極側半導体スイッチ部と負極側半導体スイッチ部とで上下アーム直列回路が構成される。正極側半導体スイッチ部は、スイッチング用パワー半導体素子である上アーム用ＩＧＢＴ３２８（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）とダイオード１５６とを備えている。負極側半導体スイッチ部は、下アーム用ＩＧＢＴ３３０とダイオード１６６とを備えている。各上下アーム直列回路は、直流正極配線板３１４と直流負極配線板３１６との間に、電気的に並列接続されている。
　上アーム用ＩＧＢＴ３２８及び下アーム用ＩＧＢＴ３３０は、以下では、ＩＧＢＴ３２８，３３０と記述する。
　ＩＧＢＴ３２８，３３０は、ドライバ回路１７４の１つのドライバ回路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。なお、Ｖ相およびＷ相については、符号３２８，３３０，１５６，１６６の表示を省略した。インバータ装置１４２のパワーモジュール３００は、インバータ装置１４０の場合と同様の構成であり、また、補機用の変換機４３はインバータ装置１４２と同様の構成を有しており、ここでは説明を省略する。
　本実施形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ３２８，３３０を用いて例示している。ＩＧＢＴ３２８，３３０は、コレクタ電極，エミッタ電極（信号用エミッタ電極端子），ゲート電極（ゲート電極端子）を備えている。ＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード１５６，１６６が図示するように電気的に接続されている。ダイオード１５６，１６６は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。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。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、車両側の制御装置やセンサ（例えば、電流センサ１８０）などからの入力情報に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路１７４は、制御回路１７２から出力されたタイミング信号に基づいて、ＩＧＢＴ３２８，３３０をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。
　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、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、およびモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が、入力情報として入力される。目標トルク値は、図示していない、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。
　制御回路１７２内のマイコンは、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し、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する。さらにマイコンは、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。
　ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、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、ドライバ回路１７４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。
　また、制御部は、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を保護している。このため、制御部にはセンシング情報が入力されている。たとえば、各アームの信号用エミッタ電極端子からは各ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応するドライバ回路１７４に入力されている。これにより、ドライバ回路１７４は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。
　インバータ装置１４０の上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時にモータジェネレータ１９２の固定子巻線に発生する電流は、ダイオード１５６，１６６を含む回路を流れる。なお、本実施形態の電力変換装置２００では、インバータ装置１４０の各相に１つの上下アーム直列回路を設けたが、モータジェネレータへ出力する３相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に２つの上下アーム直列回路を並列接続するようにした回路構成の電力変換装置であってもよい。
　各インバータ装置１４０，１４２に設けられた直流端子３１３は、共通の積層導体板７００に接続されている。積層導体板７００は、パワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成る正極側導体板７０２と負極側導体板７０４とで絶縁シート７０６（不図示）を挟持した、３層構造の積層配線板を構成している。積層導体板７００の正極側導体板７０２および負極側導体板７０４は、コンデンサモジュール５００に設けられた積層配線板５０１の正極導体板５０７および負極導体板５０５にそれぞれ接続されている。正極導体板５０７および負極導体板５０５もパワーモジュール配列方向に幅広な導電性板材から成り、絶縁シート５１７（不図示）を挟持した３層構造の積層配線板を構成している。
　コンデンサモジュール５００には複数のコンデンサセル５１４が並列接続されており、コンデンサセル５１４の正極側が正極導体板５０７に接続され、負極側が負極導体板５０５に接続されている。コンデンサモジュール５００は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチング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している。
　コンデンサモジュール５００の積層配線板５０１は、電力変換装置２００の直流コネクタに接続された入力積層配線板２３０に接続されている。入力積層配線板２３０には、補機用の変換機４３にあるインバータ装置も接続されている。入力積層配線板２３０と積層配線板５０１との間には、ノイズフィルタが設けられている。ノイズフィルタには、筐体１２の接地端子と各直流電力ラインとを接続する２つのコンデンサを備えていて、コモンモードノイズ対策用のＹコンデンサを構成している。
　図１０（ａ）に示すように１９Ａは冷却水流路が形成された冷却ジャケットであって、冷却水入口配管１３から流入した冷却水は、矢印で示すようにＵ字形状に流れて往復し、冷却水出口配管１４から流出する。インバータ回路１４０，１４２は、冷却水の往復経路上に配置されており、いずれのインバータ回路においても、上アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の往路側に配置され、下アーム側のＩＧＢＴおよびダイオードは冷却水路の復路側に配置されている。
　図３～図６において、２００は電力変換装置、１０は上部ケース、１１は金属ベース板、１２は筐体、１３は冷却水入口配管、１４は冷却水出口配管、４２０は水路裏蓋、１６は下部ケース、１７は交流ターミナルケース、１８は交流出力配線、１９は冷却水流路、２０は制御回路基板で制御回路１７２を保持している。２１は外部との接続のためのコネクタ、２２は駆動回路基板でドライバ回路１７４を保持している。このように制御回路基板２０，制御回路１７２，駆動回路基板２２及びドライバ回路１７４から制御部は構成されている。３００はパワーモジュール（両面電極モジュール）で各インバータに３個設けられており、一方のパワーモジュール３００ではインバータ装置１４２が構成され、他方のパワーモジュール３００ではインバータ装置１４０が構成されている。７００は積層導体板、８００は液体シール、３０４はＣＡＮ状放熱ベース、３１４は直流正極配線板、３１６は直流負極配線板、５００はコンデンサモジュール、５０５は負極導体板、５０７は正極導体板、５１４はコンデンサセル、をそれぞれ表す。
　図３に、本発明の実施形態に係る電力変換装置２００の外観斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００の外観部品としては、上面あるいは底面が略長方形の筐体１２と、筐体１２の短辺側の外周の１つに設けられた冷却水入口配管１３および冷却水出口配管１４と、筐体１２の上部開口を塞ぐための上部ケース１０と、前記筐体１２の下部開口を塞ぐための下部ケース１６とを備えている。筐体１２の底面側あるいは上面側の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また製造、特に量産し易い効果がある。
　電力変換装置２００の長辺側の外周には、各モータジェネレータ１９２，１９４との接続に用いる交流ターミナルケース１７が設けられている。交流出力配線１８は、パワーモジュール３００とモータジェネレータ１９２，１９４とを電気的に接続するために用いられる。パワーモジュール３００から出力される交流電流は、交流出力配線１８を介して、モータジェネレータ１９２，１９４へ伝達される。
　コネクタ２１は、筐体１２に内蔵された制御回路基板２０に接続されている。外部からの各種信号は、コネクタ２１を介して制御回路基板２０に伝送される。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は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。ここで本実施形態では、コネクタ２１は、筐体１２の短辺側の外周面の一方側に設けられる。一方、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は、コネクタ２１が設けられた面とは反対側の短辺側の外周面に設けられる。つまり、コネクタ２１と直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０が離れた配置となっている。これにより、直流（バッテリ）負極側接続端子部５１０から筐体１２に侵入し、さらにコネクタ２１まで伝播するノイズを低減することでき、制御回路基板２０によるモータの制御性を向上させることができる。図２の直流コネクタ１３８に、これら端子部５１０と５１２がある。
　図４は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の断面図である。
　図４に示すように、筐体１２の中ほどには、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが設けられ、冷却ジャケット１９Ａの上部には流れの方向に並んで２組の開口４００と４０２が３列に形成され６個の開口部を構成している（図１０（ｂ）参照）。各パワーモジュール３００が冷却ジャケット１９Ａの上面に液状シール８００を介して固定されている。各パワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４には放熱のためのフィン３０５が対向するように設けられており、各パワーモジュール３００のフィン３０５はそれぞれ冷却ジャケット１９Ａの開口４００，４０２から冷却水流路１９中に突出している。突出したＣＡＮ状放熱ベース３０４と冷却ジャケット１９Ａの柱状の一部が冷却水路１９を左右に分離し、冷却媒体を分流させ対抗したフィン３０５部に別れて流れる。さらに、冷却水路１９は、６個のパワーモジュールを直列に並べて冷却できるようにＳ字状に蛇行して冷却ジャケット１９Ａ内に設けられる。
　冷却ジャケット１９Ａの下面には、開口４０４が冷却水路１９に沿って形成されており、開口４０４は下水路裏蓋４２０で塞がれている。また冷却ジャケット１９Ａの下面には補機用の変換機４３が取り付けられ冷却されている。補機用の変換機４３は、内蔵しているパワーモジュール等（図示なし）の放熱金属面が冷却ジャケット１９Ａの下面に対向するようにして、下水路裏蓋４２０の下面に固定されている。下水路裏蓋４２０と筐体１２との間には、液体シール８００が設けられている。本実施形態ではシール材を液体シールとしているが、液体シールの代わりに樹脂材，ゴム製オーリングやパッキンなどを代用しても良く、特に液状シールを用いた場合には電力変換装置２００の組立性を向上させることができる。
　さらに冷却ジャケット１９Ａの下方には、下部ケース１６が設けられ、下部ケース１６にはコンデンサモジュール５００が設けられている。コンデンサモジュール５００は、その金属製ケースの放熱面が下部ケース１６の底板内面に接するように、下部ケース１６の底板内面に固定されている。この構造により、冷却ジャケット１９Ａの上面と下面とを利用して、パワーモジュール３００および補機用の変換機４３を効率良く冷却することができ、電力変換装置全体の小型化に繋がる。
　さらに冷却ジャケット１９Ａ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１６が冷却される。その結果、コンデンサモジュール５００の熱が下部ケース１６および筐体１２を介して冷却水に熱的に伝導され、コンデンサモジュール５００が冷却される。
　パワーモジュール３００の上方には、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続するための積層導体板７００が配置される。この積層導体板７００は、各パワーモジュール３００の入力端子３１３に跨って、各パワーモジュール３００を並列接続している。さらに、積層導体板７００は、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される正極側導体板７０２（図２０参照）と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される負極側導体板７０４（図２０参照）と、導体板７０２，７０４間に配置される絶縁シート７０００によって構成される。この導体板５０５，５０７は、冷却ジャケット１９Ａの冷却水路１９が蛇行して作られた水路隔壁内を貫通するように配置されることにより、配線長を短くすることができることから、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。
　積層導体板７００の上方には制御回路基板２０と駆動回路基板２２とが配置されている。駆動回路基板２２には図２に示すドライバ回路１７４が搭載され、制御回路基板２０には図２に示すＣＰＵを有する制御回路１７２が搭載されている。また、駆動回路基板２２と制御回路基板２０との間には金属ベース板１１が配置されている。金属ベース板１１は、両基板２２，２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共に、駆動回路基板２２と制御回路基板２０とに発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。このように筐体１２の中央部に冷却ジャケット１９Ａを設け、その一方の側にモータジェネレータ１９２，１９４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（パワーモジュール）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。冷却ジャケット１９Ａを、筐体１２と一体にアルミ鋳造で作ることにより、冷却ジャケット１９Ａは冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造により筐体１２と冷却ジャケット１９Ａとを一体成形構造としたので熱伝導が良くなり、冷却ジャケット１９Ａから遠い位置にある駆動回路基板２２，制御回路基板２０およびコンデンサモジュール５００に対する冷却効率が向上する。
　駆動回路基板２２と制御回路基板２０には、金属ベース板１１を通り抜けて、各回路基板２０，２２の回路群の接続を行うフレキシブル配線２３が設けられている。このフレキシブル配線２３は、予め配線基板の中に積層された構造と配線基板の上部の配線パターンにはんだなどの接合材で固着された構造、さらには配線基板に予め設けたスルーホールにフレキシブル配線２３の電極を貫通させ、はんだなどの接合材で固着した構造であり、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信号がフレキシブル配線２３を介して駆動回路基板２２に伝達され、駆動回路基板２２はゲート駆動信号を発生してパワーモジュールのそれぞれのゲート電極に印加する。この様に、フレキシブル配線２３を用いることで、従来使用していたコネクタのヘッドが不要となり、配線基板の実装効率の改善，部品点数の削減が可能となり、インバータの小型化が実現できる。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に接続される。コネクタ２１を利用して、電力変換装置の外部に設けた車載バッテリ１３６、すなわちリチウム電池モジュールとの間で信号の伝送が行われる。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制御回路基板２０に送られてくる。
　筐体１２の上端部と下端部には開口が形成されている。これら開口は、それぞれ上部ケース１０と下部ケース１６を、例えばネジやボルト等の締結部品で筐体１２に固定することにより塞がれる。筐体１２の高さ方向のほぼ中央には、内部に冷却水流路１９が設けられる冷却ジャケット１９Ａが形成されている。冷却ジャケット１９Ａの上面開口を各パワーモジュール３００で覆い、下面開口を下水路裏蓋４２０で覆うことにより、冷却ジャケット１９Ａの内部に冷却水流路１９が形成される。組み立て途中に冷却水流路１９の水漏れ試験を行う。そして、水漏れ試験に合格した後に、筐体１２の上部と下部の開口から基板やコンデンサモジュール５００を取り付ける作業を行うことになる。このように筐体１２の中央に冷却ジャケット１９Ａを配置し、次に筐体１２の上端部と下端部の開口から必要な部品を固定する作業が行える構造を採用しており、生産性が向上する。また冷却水流路１９を最初に完成させ、水漏れ試験の後その他の部品を取り付けることが可能となり、生産性と信頼性の両方が向上する。
　図５において、３０４はつなぎ目の無いＣＡＮ状の放熱ベースであって、対向した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納する。３１４は直流正極配線板接続部、３１６は直流負極配線板接続部、３２０Ｕ／３２０Ｌはパワーモジュールの制御端子をそれぞれ表す。
　本実施形態のパワーモジュール３００は、金属材料例えばＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣ，Ｃｕ－Ｃ，Ａｌ－Ｃなどからなるつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４と、外部接続端子３１４，３１６，３２０Ｕ，３２０Ｌで構成した電気配線板３３４とパワー半導体を樹脂材料３０２でモールドした両面電極モジュール３００Ａとから構成され（図６（ａ）参照）、負荷となるモータと接続するためのＵもしくはＶ又はＷ相の交流端子７０５を有している。
　本実施形態のパワーモジュール３００の特徴は、冷却媒体に直接接するつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４に耐水性能に乏しい電気部品である両面電極モジュール３００Ａを内蔵することである。これにより、水やオイルなどの冷却媒体が直接的に両面電極モジュール３００Ａに触れる事が無い。また、放熱ベースの構造に金属の接合部や樹脂などの接着材を使用しないつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を用いることで、放熱ベース側から貫通して流入する冷却媒体を無くすことが可能となり、パワー半導体の高信頼化が可能となる。更には、パワー半導体が破壊した際に、放熱ベースの二次破壊による漏水のために生じる電力変換装置の信頼性低下を無くし、高信頼な電力変換装置を提供できる。
　図６（ａ）は、パワーモジュール３００の構成部品である樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの断面図であり、図６（ｂ）は樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの斜影図である。図６（ａ）において、両面電極モジュール３００Ａには１組の電気配線板３３４間に、上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６等が配置されている。はんだ材や銀シートなどの金属接合材料３３７を介して直流正極配線板３１４にＩＧＢＴ３２８，３３０のコレクタ側が固着され、ＩＧＢＴ３２８，３３０のエミッタ側は金属接合材料３３７にて熱拡散板３３８が固着されている。熱拡散板３３８は直流負極配線板３１６と金属接合材料３３７にて固着される。図７は、パワーモジュール３００に内蔵されるインバータ回路の１相分の回路構成を示している。１相分のインバータ回路をＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６で構成できるように電気配線板３３４の配線レイアウトを用意し、直流正極配線板３１４と直流負極配線板３１６を接続する上下アーム配線板３７０によって上下アームを接続する。尚、パワーモジュール３００に内蔵する回路として、インバータ回路を構成する３相分を搭載しても良いし、１相の上アームのみでも構わない。図６（ａ）に示すように各電気配線板３３４により上下アームのＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６／１６６が挟まれ、樹脂材料３０２にて一体化される。樹脂材料３０２の一部からパワー半導体近傍の両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂを露出させ、放熱面３３４Ｂと樹脂材料３０２とにより、平坦な平面３３４Ｃを形成し、形成された両平面３３４Ｃに接着性のある絶縁層３３４Ａを形成することにより、絶縁性の向上と熱伝導性を改善できる。電気配線板３３４はＣｕ，Ａｌであっても良い。接着性のある絶縁層３３４Ａは、エポキシ樹脂に熱伝導性のフィラーを混ぜ合わせた薄い絶縁シートであってもよい、シート状にすることでグリースや接着剤などと比べ厚さを正確に決定できる他、ボイドの発生を低減でき、熱抵抗や絶縁性能のばらつきを大幅に低減できる。また、絶縁層として、セラミック板もしくはセラミック板の両側に接着材を塗布した接着基板であっても良い。この接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４を接着することでパワー半導体の両側から優れた放熱性の放熱ルートを構成可能となる。
　本実施形態のパワーモジュール３００に内蔵される樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａの特徴は、つなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４の内部側壁に両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂを接着性のある絶縁層３３４Ａを介して固着する接続構造を有しているである。これにより、パワー半導体周辺部である樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａを個別に形成し、パワー半導体の動作検証やパワー半導体と電気配線板３３４との接合部の検査を放熱ベースを介さずに実施できることから、パワー半導体の高信頼化が可能となり、電力変換装置の高信頼化が可能となる。
　また、言い換えると、本実施形態のＣＡＮ状放熱ベース３０４は、一面に開口部を有する有底の筒型形状のケースである。そして、ＣＡＮ状放熱ベース３０４内に形成された収納領域に、半導体回路部を構成する両面電極モジュール３００Ａを収納する。ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁と両面電極モジュール３００Ａとの電気的絶縁を確保するために絶縁性部材である絶縁層３３４Ａを備える。両面電極モジュール３００ＡはＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁に挟まれて支持される。さらに、絶縁層３３４Ａが、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内壁と両面電極モジュール３００Ａの間に介装されるとともに、後述するように熱処理により、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４内壁との接着力を向上させる材料で構成される。
　これにより、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との絶縁性を確保することができる。さらに、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との接着力を向上させて、両面電極モジュール３００ＡとＣＡＮ状放熱ベース内壁との間に剥離が発生することを抑制し、両面電極モジュール３００ＡからＣＡＮ状放熱ベースまでの熱伝達経路の熱伝導率を低下させないようにしている。
　また、言い換えると、本実施形態のＣＡＮ状放熱ベース３０４は、放熱面を形成する２枚のベース板が対向して配置され、それらは外周湾曲部３０４Ａによって連結されている。つまり、外周湾曲部３０４Ａは、２枚のベース板の連結部材として機能する。さらに、絶縁層３３４Ａが、２枚のベース板と外周湾曲部３０４Ａとによって形成される収納領域の内壁と両面電極モジュール３００Ａの間に介装される。ここで、前述の外周湾曲部３０４Ａの剛性は、前記２枚のベース板の剛性より小さくなるように設定される。もしくは、前述の外周湾曲部３０４Ａの厚さは、前記２枚のベース板の厚さより小さくなるように設定される。
　これにより、半導体回路部の両面を２枚のベース板のそれぞれを介して冷却することができ、放熱面積を大きくすることができる。さらに、連結部材の剛性はベース板の剛性より小さく設定されているため、半導体回路部を挟むように２枚のベース板を加圧することで、容易にパワーモジュールのケースを成形することができるとともに、半導体回路部と絶縁性部材とベース板が接続され、熱の交換が相互に可能な熱伝達経路を容易に形成することができる。
　なお、本実施形態では、２枚のベース板の連結部材として機能する外周湾曲部３０４Ａは、ベース板と一体に形成されているが、溶接等により別部材として２枚のベース板に接合するようにしてもよい。その場合も、外周湾曲部３０４Ａの剛性もしくは厚さは、前記２枚のベース板の剛性もしくは厚さより小さく設定される。
　図８（ａ）は、当該パワーモジュール３００の断面図を示し、図８（ｂ）は当該パワーモジュール３００の側面図を示す。図８（ａ）において、両面電極モジュール３００Ａがつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４に内蔵され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４内に接着性のある絶縁層３３４Ａにて固着され一体構造を構成している。図８（ｂ）で示すように、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側側面には両面電極モジュール３００Ａの両電気配線板３３４の放熱面３３４Ｂに対向してピン状のフィン３０５が形成され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周を覆うようにピン状のフィン３０５が配置されている。ＣＡＮ状放熱ベース３０４とピン状のフィン３０５が同一材料で一体成型され、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の耐防食性や樹脂接着性能を向上するため全体表面がアルマイト処理されている。冷却水路内を流れる冷却媒体に各フィン３０５が接することで、パワー半導体の両側面から放熱を可能とし、パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートを並列化することで熱抵抗が大幅に低減できる。その結果、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型化が可能となる。
　図９（ａ）は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４と樹脂モールド型両面電極モジュール３００Ａを一体化する組立フロー及び断面図を示す。図９（ａ）において、ＣＡＮ状放熱ベース３０４には、放熱面３３４Ｂと接着するＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着部の厚さを外周湾曲部３０４Ａよりも厚くする構造が採用されている。まず、（１）ＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部から内部に両面電極モジュール３００Ａを配置する。次に、（２）両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂを覆う接着性のある絶縁層３３４ＡがＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁に固着されるようにＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側から加圧し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させる。これにより、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の隙間を無くすと共に、放熱面３３４Ｂと接続されるＣＡＮ状放熱ベース３０４を接着し固定することが可能となる。パワー半導体から生じた発熱を両面電極モジュール３００Ａの両側面に設けた接着性のある絶縁層３３４Ａを介してＣＡＮ状放熱ベース３０４に熱伝達することで、パワー半導体の両側から放熱可能となる。パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートが並列した２つのルートに分割されたことで、熱抵抗が大幅に低減でき、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型が可能となる。
　図９（ｂ）は、両面電極モジュール３００Ａとつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を一体に接続する組立フロー及び断面図を示す。図９（ｂ）において、ＣＡＮ状放熱ベース３０４には、放熱面３３４Ｂと接着するＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着部の厚さを外周湾曲部３０４Ａよりも厚くする構造が採用されている。まず、（１）ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側を、両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂと接続される面を並行に移動して内部空間を拡大するように変形させ、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させると共に、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部を広げる。次に、（２）ＣＡＮ状放熱ベース３０４の開口部から内部に両面電極モジュール３００Ａが配置される。最後に、（３）両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂを覆う接着性のある絶縁層３３４ＡがＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁に固着されるように、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側から加圧し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを変形させる。これにより、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の隙間を無くすと共に、放熱面３３４Ｂと接続されるＣＡＮ状放熱ベース３０４の放熱フィン部の変形を十分に小さく接着し固定することが可能となる。パワー半導体から生じた発熱を両面電極モジュール３００Ａの両側面に設けた接着性のある絶縁層３３４Ａを介してＣＡＮ状放熱ベース３０４に熱伝達することで、パワー半導体の両側から放熱可能となる。パワー半導体から冷却媒体までの伝熱ルートが並列した２つのルートに分割されたことで、熱抵抗が大幅に低減でき、パワー半導体の小型化と電力変換装置の小型化が可能となる。
　図９（ｃ）は、両面電極モジュール３００Ａとつなぎ目の無いＣＡＮ状放熱ベース３０４を一体に接続する組立フローであって、図９（ｂ）に対する断面図である。図９（ｃ）は、接着性のある絶縁層３３４ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁を固着する組立工程を示す。ＣＡＮ状放熱ベース３０４のフィン３０５部を過熱ヒータ３０６などが内蔵されたプレス機３０７にて加圧し接着する。その際、両面電極モジュール３００Ａ周囲を真空にすることで、接着性のある絶縁層３３４Ａの界面に生じるボイドなどの空気溜まりを排出することができる。更に高温で数時間焼くことで接着剤の硬化を促進させることができる。これらにより、絶縁層３３４Ａの絶縁寿命等の信頼性を改善できることから、小型で高信頼な電力変換装置を提供できる。
　また、本実施形態に係るパワーモジュール３００のように、パワーモジュール３００の両側側壁から加圧することにより、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と両面電極モジュール３００Ａとを接合する場合、絶縁層３３４Ａは、接着性を有するものが望ましい。または、絶縁層３３４Ａは、前述の過熱ヒータ３０６による温度変化を利用して、熱硬化するような材料を用いることが望ましい。これにより、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をプレス機３０７による成形工程と、絶縁層３３４Ａによる接着工程を同時に又は速やかに行うことできる。
　ここで、本実施形態に係るパワーモジュール３００に好適な絶縁層３３４Ａについて説明する。本実施形態に係る絶縁層３３４Ａは、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と両面電極モジュール３００Ａとの電気的絶縁性を確保するとともに、これらの接着性を確保することが求められる。しかし、両面電極モジュール３００Ａの放熱面３３４Ｂは、図６（ｂ）に示されるように、電気配線や樹脂材料３０２等により形成される。そのため、電気配線と樹脂材料３０２との境目に凹凸が出来てしまい、絶縁層３３４Ａとの接着性が低下するおそれがある。その結果、絶縁層３３４Ａと両面電極モジュール３００Ａとの間に空気等が侵入し、パワーモジュール３００の熱伝達率が非常に低下するおそれがある。
　そこで、絶縁層３３４Ａは、電気配線と樹脂材料３０２との境目に凹凸を埋められるような、柔らかい、つまりヤング率が低い絶縁材料を用いることが望ましい。
　一方で、ヤング率が低い絶縁材料は、電気的絶縁性を確保するための材料とは異なる不純物を多く含むことになり、電気的絶縁性が十分に確保できないおそれがある。そこで、本実施形態に係る絶縁層３３４Ａは、さらに、不純物が少ない、つまりヤング率が高い絶縁材料を、前述のヤング率が低い絶縁材料と、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁との間に備える。つまり、絶縁層３３４Ａは、ヤング率が異なる絶縁材料による多層形状を為す。これにより、熱伝達率の低下を抑制するとともに、電気的絶縁性も確保することができる。
　さらに、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁は、図１２にて後述する理由により凹凸形状を為すことが求められる。この場合には、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁と絶縁層３３４Ａとの熱伝達率の低下を抑えるために、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の内側側壁側に前述のヤング率が低い絶縁材料を備える。つまり、絶縁層３３４Ａは、上層と下層にヤング率が低い絶縁材料を用い、中間層にヤング率が高い絶縁材料を用いる。これにより、図１２のような実施形態であっても、熱伝達率の低下を抑制するとともに、電気的絶縁性も確保することができる。
　図１０（ａ）～（ｃ）は、冷却ジャケット１９Ａを有する筐体１２のアルミ鋳造品に冷却水入口配管と出口配管を取り付けた図である。図１０（ａ）は冷却ジャケット１９Ａの斜視図、図１０（ｂ）は筐体１２の上面図、図１０（ｃ）は筐体１２の断面図である。図１０（ａ）～（ｃ）に示す如く、筐体１２には、内部に冷却水流路１９が形成される冷却ジャケット１９Ａが一体に鋳造されている。平面視形状が略長方形である筐体１２の短辺の一方側側面には、冷却水を取り入れるための冷却水入口配管１３と冷却水入口配管１４とが設けられている。
　図１０（ａ）において、冷却水入口配管１３から冷却水流路１９に流入した冷却水は、矢印４１８の方向である長方形の長辺に沿って２つに分かれて流れる。冷却水は、長方形の短辺の他方側の側面の手前近傍のコーナー部１９Ｃで矢印４２１ａのように折り返し、再び長方形の長辺に沿って矢印４２２の方向に２つに分かれて流れる。冷却水は、更に長方形の長辺に沿って流れ、矢印４２１ｂのように折り返し、下冷却水路蓋４２０に設けた出口配管に流入し、折り返して出口孔から冷却水入口配管１４へ流出する（図１０（ｂ）参照）。冷却ジャケット１９Ａの上面には６つの開口４００が空けられている。各パワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４がそれぞれの開口から冷却水の流れの中に突出している。ＣＡＮ状放熱ベース３０４と冷却ジャケット１９Ａの柱状の分流境界１９Ｂで冷却水を２分割することで圧力損失を低減できる。ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外周湾曲部３０４Ａを曲面とすることでも冷却水を２分割し、圧力損失を低減できる。また、６個のパワーモジュールを直列に並べて冷却するようにＳ字状に流路を蛇行させることによっても、圧力損失の上昇を低減でき、冷却効率を改善できる。各パワーモジュール３００は、例えば液体シール８００などのシール材を介して冷却ジャケット１９Ａの開口を水密に塞ぐように固定される。
　図１０（ｂ）において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形されている。冷却ジャケット１９Ａの上面には６つの開口４００，４０２が、下面には１つの開口４０４が設けられている。開口４００および４０２のそれぞれの周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。螺子穴４１２は、パワーモジュールを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴である（図１１参照）。このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することができる。これにより、パワーモジュール３００を冷却ジャケットに加圧固定するネジの本数を低減でき、組立性が改善できる。さらに、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュールのＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジのサイズを低減できることから、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり、電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。また、モジュール固定冶具３０４Ｃには、制御回路２０，２１や放熱ベース１１を固定する台座３０４Ｄが設けられている。
　冷却ジャケット１９Ａは、冷却水流路１９を構成するための隔壁部を備える。複数の貫通孔４０６が、各パワーモジュール３００の側部の隔壁部に、それぞれ形成される。具体的には、Ｕ相を構成するパワーモジュール３００と筐体１２の外壁との間における隔壁部に、Ｕ相に対応する貫通孔４０６が２つ形成される。また、Ｕ相を構成するパワーモジュール３００とＶ相を構成するパワーモジュール３００との間における隔壁部に、Ｖ相に対応する貫通孔４０６が２つ形成される。また、Ｖ相を構成するパワーモジュール３００とＷ相を構成するパワーモジュール３００との間における隔壁部に、Ｗ相に対応する貫通孔４０６が２つ形成される。図４に示されるようにコンデンサモジュール５００は、パワーモジュール３００の下方に配置される。一方、パワーモジュール３００の直流端子は、パワーモジュール３００の上方に向かって突出する。そして、コンデンサモジュール５００から延びる正極導体板５０７および負極導体板５０５は、それぞれの貫通孔４０６を通って、パワーモジュール３００の直流端子とそれぞれ接続するために貫通孔４０６から突出される。これにより、コンデンサモジュール５００からパワーモジュール３００までにおける相毎の配線距離のバランスを合わせることできるので、配線インダクタンスのバランスを相毎に、出来る限り均一にすることができる。また、貫通孔４０６が各パワーモジュール３００の側部にそれぞれ形成され、かつ正極導体板５０７および負極導体板５０５の貫通孔４０６から突出する方向がパワーモジュール３００の直流端子の突出方向と同じになるので、パワーモジュール３００の直流端子と正極導体板５０７および負極導体板５０５とを接続するための距離が短くなり、かつ接続が容易になるので配線インダクタンスを低減することができる。
　図１１は、本実施形態に関するパワーモジュール３００と冷却ジャケット１９Ａとのシール部を示す断面図である。
　図１１において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形され、冷却ジャケット１９Ａの上面には開口４００が、下面には冷却水路の開口４０４が設けられている。開口４００の周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。開口部４０４の周囲には、下冷却水路蓋４２０との勘合部４２０Ａが設けられ、液状シール材８００にてシールされている。螺子穴４１２は、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴である。このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することができることから、取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ間に予め塗布された液状シール材を潰すと共に加圧し、冷却媒体が取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００間を通り抜けて漏れることを止められる。さらに、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧固定するネジの本数を低減でき、組立性が改善できる。また、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジ３００Ｂのサイズを低減できることから、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。尚、液状シール材はゴムオーリングなどでも同様の効果が得られる。
　図１２（ａ）は、本実施形態に関する第２のパワーモジュール３００の断面図であり、図１２（ｂ）は第２のパワーモジュール３００の側面図である。
　前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をＣＡＮ状放熱ベース３０４を形成する時に同質材料にて同時に作り込まずに、後からＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側に熱伝導性に優れた樹脂フィン３０５Ａを接着してフィンを形成した点と、樹脂製のフィン３０５Ａが脱落しないようにＣＡＮ状放熱ベース３０４の表面に凹凸３０５Ｂを設け、凹凸３０５Ｂと樹脂製のフィン３０５Ａが機械的に勘合する点である。
　本実施例によれば、フィン３０５を別に形成できることから、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をジュースの缶の如く形成することが可能であり、生産性が改善できる。また、凹凸３０５Ｂを設けたことで、樹脂製のフィン３０５ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の接着性能が改善され、脱落などの信頼性低下を避けることができる。さらに、樹脂製のフィン３０５ＡとＣＡＮ状放熱ベース３０４の熱伝達に関わる面積を増加させることができ、パワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現で、パワーモジュールの小型化、並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
　図１３（ａ）は、本実施形態に関する第３のパワーモジュール３００の断面図であり、図１３（ｂ）は第３のパワーモジュール３００の側面図である。
　前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をＣＡＮ状放熱ベース３０４を形成する時に同質材料にて同時に作り込まずに、後からＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側に、予め複数のフィン３０５が形成された板状のフィンベース３０５Ｃをロウ材などの金属接続材もしくは樹脂接着剤で固着し、ＣＡＮ状放熱ベース３０４にフィンを設けた点である。
　本実施例によれば、フィン３０５を別に形成できることから、ＣＡＮ状放熱ベース３０４をジュースの缶の如く形成することが可能であり、生産性が改善できる。また、フィンベース３０５Ｃは、鍛造などの工法により製造されたＣｕ，Ａｌ，ＡｌＳｉＣ，Ｃｕ－Ｃ，Ａｌ－Ｃなどの金属製でもよいし、高熱伝導樹脂などの有機材料でも形成できることから、フィン３０５部の形状を同心円のピン形状から楕円などの形状にすることが可能である。これにより、フィン３０５部の表面積を増大できることから、熱伝達に関わる面積を増加させることができパワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現できる。その結果、パワーモジュールの小型化、並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
　図１４（ａ）は、本実施形態に関する第４のパワーモジュール３００の断面図であり、図１４（ｂ）は第４のパワーモジュール３００の側面図である。
　前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるフィン３０５をストレートフィン３０５Ｄとした点であり、ＣＡＮ状放熱ベース３０４と同一部材で一体成型された点である。
　本実施例によれば、フィン３０５をストレート形状とすることで、製造を容易にすると共に冷却流路に発生する圧力損失を低減できる。これにより、パワーモジュール３００の熱抵抗の低減が実現でき、パワーモジュールの小型化、並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
　図１５（ａ）は、本実施形態に関する第５のパワーモジュール３００の断面図であり、図１５（ｂ）は第５のパワーモジュール３００の側面図である。
　前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるピン形状のフィン３０５のレイアウトに粗密を設け、パワー半導体の近傍に位置するフィン３０５を流れる冷却媒体の流速が上昇するように、パワー半導体から遠いフィン３０５の間隔を縮小し、パワー半導体近傍のフィン３０５の間隔を拡大して配置した点である。
　本実施例によれば、パワー半導体近傍のフィン３０５を流れる冷却媒体の流速を高めることができることから、パワー半導体近傍の熱伝達率を高めることが可能となる。これにより、冷却媒体とパワー半導体の熱抵抗の低減が実現でき、パワーモジュールの小型化、並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
　図１６（ａ）は、本実施形態に関する第６のパワーモジュール３００の断面図であり、図１６（ｂ）は第６のパワーモジュール３００の側面図である。
　前記実施例と異なる点は、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の外側の冷却面に設けるピン形状のフィン３０５のレイアウトに粗密を設け、パワー半導体の近傍に位置するフィン３０５を流れる冷却媒体の流速が上昇するように、パワー半導体から遠いフィン３０５の間隔を縮小し、パワー半導体近傍のフィン３０５の間隔を拡大し、さらにパワー半導体近傍のフィン３０５の形状を楕円状とした楕円フィン３０５Ｅにした点である。
　本実施例によれば、パワー半導体近傍のフィン３０５を流れる冷却媒体の流速を高めることができることから、パワー半導体近傍の熱伝達率を高めることが可能となる。さらにパワー半導体近傍のフィン３０５を楕円状としたことで、フィン３０５の表面積が増加して熱伝達率を高めることが可能となる。これにより、冷却媒体とパワー半導体の熱抵抗の低減が実現でき、パワーモジュールの小型化、並びに電力変換装置の小型化が可能となる。
　図１７は、本実施形態に関するパワーモジュール３００と冷却ジャケット１９Ａとのシール部を示す断面図である。
　図１７において、冷却ジャケット１９Ａは、筐体周壁１２Ｗの中段を横断して筐体１２と一体成形され、冷却ジャケット１９Ａの上面には開口４００が、下面には冷却水路の開口４０４が設けられている。開口４００の周囲には、パワーモジュール取り付け面４１０Ｓが設けられている。開口部４０４の周囲には、下冷却水路蓋４２０との勘合部４２０Ａが設けられ、液状シール材８００にてシールされている。螺子穴４１２は、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂを取り付け面４１０Ｓに加圧するためのモジュール固定冶具３０４Ｃを冷却ジャケット１９Ａに固定するための螺子穴である。このモジュール固定冶具３０４Ｃで複数のパワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに加圧することができることから、取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ間に予め塗布された液状シール材を潰すと共に加圧し、冷却媒体が取り付け面４１０Ｓとパワーモジュール３００間を通り抜けて漏れることを止められる。さらに、パワーモジュール３００を冷却ジャケットに加圧固定するネジの本数を低減でき組立性が改善できる。また、パワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ部をテーパー状に傾斜を設けることで、シールド面積を維持しながらもフランジ３００Ｂの幅を低減できる。これにより、冷却ジャケット１９Ａの小型化とパワーモジュールのＣＡＮ状放熱ベース３０４のフランジ３００Ｂのサイズを低減でき、冷却ジャケット１９Ａと筐体１２並びにパワーモジュール３００の小型化が可能となり、電力変換装置２００の小型化にも大きく寄与する。パワーモジュール３００に内蔵されたパワー半導体は、分流した冷却水により両側から冷却が可能であり、熱抵抗を低減できるメリットがある。尚、液状シール材８００はゴム製オーリングなどでも同様の効果が得られる。
　図１８は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子の接続構造を示した断面図である。
　図１８において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成されている。コンデンサモジュール５００は、パワーモジュール３００に対して冷却水流路１９を挟んで設置されており、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とは、貫通穴４０６を介して電気的に接続できる。コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５がパワーモジュール３００近傍の貫通穴４０６を介して配置される。パワーモジュール３００から伸びた各電気配線板３３４が、正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５と近接配置される。各電気配線板３３４もしくは正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５の一部に予めロウ材７０６を配置し、配置したロウ材７０６を介して各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５が対向して配置される。ロウ材を挟んだ各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５間に電流を流通し、ロウ材７０６及び各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５と出力配線７０５を加熱する。これにより、ロウ材７０６を溶融して各電気配線板３３４と正極側導体板５０７及び負極側導体板５０５及び出力配線７０５を接続している。
　本実施例によれば、ボルトなどの締め付けエリアを使わずにパワー配線の電気的な接続を可能とすることから、電力配線エリアを小型化でき、電力変換装置の小型化を実現できる。また、ボルトを使わないことから組立時の時間を短縮でき、組立性を改善できることからコストの削減に寄与できる。
　図１９は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子の接続構造を示した断面図である。
　図１９において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成されている。コンデンサモジュール５００は、パワーモジュール３００に対して冷却水流路１９を挟んで設置されており、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とは、貫通穴４０６を介して電気的に接続できる。コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５がパワーモジュール３００近傍にこの貫通穴４０６を介して配置される。パワーモジュール３００から伸びた各電気配線板３３４が正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５と近接配置される。各電気配線板３３４もしくは正極側導体板５０７と負極側導体板５０５と出力配線７０５の一部を加圧し、所定の接続点で各導体板をアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。
　本実施例によれば、ボルトなどの締め付けエリアを使わずにパワー配線の電気的な接続を可能とすることから、電力配線エリアを小型化でき電力変換装置の小型化を実現することができる。また、ボルトを使わないことから組立時の時間を短縮でき、組立性を改善できることからコストの削減に寄与できる。
　図２０は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子と接続される電力配線構造を示した断面図である。
　図２０において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９の隔壁部には貫通穴４０６が各パワーモジュール３００と並行に形成されている。コンデンサモジュール５００は、パワーモジュール３００に対して冷却水流路１９を挟んで設置されており、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とは、貫通穴４０６を介して電気的に接続できる。パワーモジュール３００近傍に用意したこの貫通穴４０６を介し、コンデンサモジュール５００の正極導体板５０７と接続される負極側導体板７０４と、コンデンサモジュール５００の負極導体板５０５と接続される正極側導体板７０２が配置される。パワーモジュール３００の各電気配線板３３４と正極側導体板７０２と負極側導体板７０４をそれぞれ電気的に接続する電力配線と出力配線７０５を樹脂を介して積層してなる電力配線ユニット７０１をパワーモジュール３００の電気配線板３３４が配置された上部に配置している。所定の接続点で各導体板をアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
　本実施例によれば、各電力配線を樹脂で積層して一体化することで溶接部近傍の熱容量を増大させ、溶接時の温度上昇によるパワーモジュール３００の温度上昇を極力低減できる。また、溶接点からパワーモジュール３００の距離を近づけてもパワーモジュール３００の温度上昇を招かない。さらに、溶接点の位置合わせを筐体１２に用意した規準点１２Ａを用いて、電力配線ユニットとパワーモジュール３００の位置を固定でき、溶接時の位置ズレを低減できるので、高信頼な電気接続点を形成可能となる。規準点１２Ａには、冷却ジャケット１９Ａであってパワーモジュール３００のフランジ部と対向する位置から突出する突出部が形成される。当該突出部は、冷却ジャケット１９Ａからパワーモジュール３００のフランジ部に形成された貫通孔を通って、当該突出部の先端部が加圧冶具７００Ａまで到達する。当該突出部の先端部が加圧冶具７００Ａで固定されているため、正極側導体板７０２との絶縁が確保される。
　ここで、正極導体板７０２と負極導体板７０４との間に絶縁シート７０００を挟んだ構造としてもよい。これにより導体板間の距離が短くなり、導体部品を小型化できる。
　図２１は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子とコンデンサ構造を示した断面図である。
　図２１において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置されている。パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニット７０１がパワーモジュール３００の上部に配置され、電力配線ユニット７０１と冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置している。コンデンサ５１４と電気配線板３３４の接続部を電力配線ユニット７０１と冷却水流路１９の間に設け、電気配線板３３４にコンデンサ５１４の電気接続端子と勘合する引き出し部３１４Ｂ，３１６Ｂを構成している。この引き出し部３１４Ｂ，３１６Ｂとパワーモジュール３００の各電気配線板３３４を所定の接続点でアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４，５００を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
　本実施例によれば、電力配線ユニットと冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置したことで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４の配線距離が大幅に低減できる。これにより、配線インダクタンスが低減でき、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できる。その結果、パワーモジュールの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
　図２２は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の入出力端子とコンデンサ構造を示した断面図である。
　図２２において、Ｓ字状に往復した冷却水流路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置されている。パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニット７０１がパワーモジュール３００の上部に配置され、電力配線ユニット７０１と冷却水流路１９の間にコンデンサ５１４を配置している。図２２に示す実施形態は、電力配線ユニット７０１に内蔵されたパワーモジュール３００の負電極及び正電極と接続される電力配線と、コンデンサ５１４の電気接続端子を接続し、コンデンサ５１４と電力配線ユニット７０１を一体化した構造である。各電力配線の所定の接続点でアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。更に、電力配線ユニット７０１には、パワーモジュール３００を冷却ジャケット１９Ａに固定する加圧冶具７００Ａが一体化され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧固定できる。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４を取り付け配線した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
　本実施例によれば、電力配線ユニットにコンデンサ５１４を一体化することで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４の配線距離が大幅に低減できる。これにより、配線インダクタンスが低減でき、パワー半導体のスイッチング時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できる。その結果、パワーモジュールの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
　図２３は、本実施形態に関するパワーモジュール３００の固定方法とコンデンサ構造を示した断面図である。
　図２３において、Ｓ字状に往復した冷却水路１９に各パワーモジュール３００が所定の位置に配置され、パワーモジュール３００を冷却水路１９に加圧して固定するモジュール固定冶具３０４Ｃがパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂ上部に配置される。モジュール固定冶具３０４Ｃにはパワーモジュール３００のフランジ３００Ｂと点で接するように突起３０４Ｂが設けられ、この突起３０４Ｂがフランジ３００Ｂの上面を加圧する。そのため、フランジ３００Ｂを加圧した圧力が冷却ジャケット１９Ａに均一に分散され、液状シール８００を均一に押し潰し、モジュール固定冶具３０４Ｃの変形による加圧力の不均一を低減できる。
　パワーモジュール３００の電気配線板３３４と接続される電力配線ユニット７０１がパワーモジュール３００の上部に配置される。冷却ジャケット１９Ａは、冷却水路１９と並行に電力配線ユニット７０１の一部に収納されたコンデンサ５１４を収納できる開口部を設け、直接的に、又は冷却ジャケット１９Ａの内壁を介して冷却水によりコンデンサ５１４を冷却する。また、パワーモジュール３００の負電極及び正電極と接続される電力配線と、コンデンサ５１４の電気接続端子とを接続し、コンデンサ５１４と電力配線ユニット７０１が一体化されている。そして、各電力配線の所定の接続点でアーク溶接もしくはマイクロティグ溶接及びレーザー溶接などで固着させ、電気接続点７０７を構成している。また、アーク溶接などでは、ゴミが発生するので、予め電力配線ユニット７０１にパワーモジュール３００やコンデンサ５１４を取り付け、配線が完了した形態に仕上げた後に、筐体１２に挿入してインバータ装置２００を構成しても良い。
　本実施例によれば、電力配線ユニット７０１にコンデンサ５１４を一体化することで、パワーモジュール３００とコンデンサ５１４を効率よく冷却できる。さらに、それぞれを接続する配線距離が低減できることから、配線インダクタンスの低減が可能となり、コンデンサ５１４のリップル電流の許容値を改善できる。また、パワー半導体がスイッチングした時に発生するサージ電圧の低減、更にはパワー半導体のスイッチング損失及びノイズの発生を低減できる。その結果、パワーモジュールの小型化，コンデンサの小型化が可能となり、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
　図２４は、本実施形態に関するパワーモジュール３００のＣＡＮ状放熱ベース３０４の製造方法を示した工程フロー図である。
　図２４において、（１）の第一工程ではＣＡＮ状放熱ベース３０４の原材料を凡そ放熱ベース形状に変形するための工程であり、金型８０１に用意したＣＡＮ状の穴に原材料を入れる。原材料はアルミや銅などの変形しやすい金属もしくは粉末状の金属である。金型８００には、パワー半導体の収納部となる開口部を形成する突出部８００Ｂと、冷却ジャケット１９Ａと勘合するフランジを形成する窪み８００Ａが形成されている。金型８００と金型８０１が勘合するようにプレスを行うと一次成型ＣＡＮ状冷却材８０３が形成される。次に（２）の第二工程では第一工程で作成した一次成型ＣＡＮ状冷却材８０３にフィンを形成する工程である。フィン成形型８０２Ａ，８０２Ｂにはピン状のフィンを形成する穴８０４が複数設けられている。一次成型ＣＡＮ状冷却材８０３が金型８０１と同形状の金型に挿入され、両側にフィン成形型８０２Ａ，８０２Ｂを配置してプレスすると、ＣＡＮ状放熱ベース３０４のフィン３０５部と薄肉な形状と成る外周湾曲部３０４Ａが形成され、フィン成形型８０２Ａ，８０２Ｂの間から残材が突出する。最後に、形成されたフィン３０５部の高さと突出した残材を削除して完成する。
　完成後には、ＣＡＮ状放熱ベース３０４の表面を洗浄したり、化学研磨などにより表面粗さを低減する加工を行っても良い。
　本実施例によれば、対向した放熱ベースの周囲を覆うように、両放熱ベースと連続して繋ぎ目の無い同一材質で構成した外壁を持ち、外壁の一部に開口部が用意され、開口部にパワー半導体を収納するＣＡＮ状放熱ベース３０４を２回のプレス工程にて簡単に製作できる。この手法により、溶接などのつなぎ目を持つＣＡＮ状放熱ベースと比べ金属腐食や冷却水の圧力などによる変形時の信頼性及び強度を長年保つことが可能である。また、溶接時の熱応力の発生やその残留応力による変形が無く、内蔵したパワー半導体及び接着性の絶縁層となる絶縁シート３３４Ａの厚さの不均一化や破れなどを無くすことができる。さらに、溶接用のフランジなどによるフィンの大形化も無く、高信頼で小型な両面冷却パワーモジュール３００を構成でき、電力変換装置の小型高信頼化を実現できる。
　なお、連結部材として機能する外周湾曲部３０４Ａの端部は、テーパ形状を為し、又は所定値以上の曲率を有するように構成してもよい。
　本出願は日本国特許出願２００８－２８０６８２号（２００８年１０月３１日出願）を基礎として、その内容は引用文としてここに組み込まれる。

Claims (18)

  1. 　電力変換装置に用いられ、直流電力と交流電力を相互に変換するパワーモジュールであって、　
    　それぞれの主面が対向する２枚のベース板と、
    　前記２枚のベース板の間に配置された半導体回路部と、
    　前記２枚のベース板に接続され、かつ前記半導体回路部を収納するための収納領域を形成する連結部材と、
    　前記ベース板と前記半導体回路部との間に介装され、かつ当該ベース板と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、
    　前記連結部材の剛性は、前記ベース板の剛性より小さい。
  2. 　請求項１に記載されたパワーモジュールであって、
    　前記連結部材の厚さは、前記ベース板の厚さより小さい。
  3. 　電力変換装置に用いられ、直流電力と交流電力を相互に変換するパワーモジュールであって、　
    　それぞれの主面が対向する２枚のベース板と、
    　前記２枚のベース板の間に配置された半導体回路部と、
    　前記２枚のベース板に接続され、かつ前記半導体回路部を収納するための収納領域を形成する連結部材と、
    　前記ベース板と前記半導体回路部との間に介装され、かつ当該ベース板と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、を備え、
    　前記連結部材の厚さは、前記ベース板の厚さより小さい。
  4. 　請求項１または３に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記２枚のベース板は、前記連結部材が弾性変形することにより、前記絶縁性部材を介して前記半導体回路部を挟持する。
  5. 　請求項１または３に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記ベース板と前記連結部材は、一体に形成される。
  6. 　請求項３に記載されたパワーモジュールであって、
    　前記連結部材の剛性は、前記ベース板の剛性より小さい。
  7. 　請求項１または３に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記２枚のベース板は、前記半導体回路部が配置された側の面とは反対側の面にフィンを形成し、かつ当該フィンが形成された面は、冷却媒体と直接接触する。
  8. 　電力変換装置に用いられ、直流電力と交流電力を相互に変換するパワーモジュールであって、　
    　筒型のケースと、
    　前記ケース内に形成された収納領域に収納された半導体回路部と、
    　前記ケースの内壁と当該半導体回路部との電気的絶縁を確保するための絶縁性部材と、
    を備え、
    　前記半導体回路部は前記ケースの内壁に挟まれて支持され、
    　前記絶縁性部材は、前記ケースの内壁と前記半導体回路部の間に介装されるとともに、当該絶縁性部材は、熱処理により、当該半導体回路部と当該ケース内壁との接着力を向上させる材料である。
  9. 　請求項８に記載されたパワーモジュールであって、
    　前記ケースは、その外壁にフィンを形成し、かつ当該ケースの外壁は、冷却媒体と直接接触するパワーモジュール。
  10. 　請求項８に記載されたパワーモジュールであって、
    　前記絶縁性部材は、前記半導体回路部が前記ケース内壁に挟まれた状態で、熱処理されることにより、当該半導体回路部と当該ケース内壁との接着力を向上させる。
  11. 　請求項８に記載されたパワーモジュールであって、
    　前記ケースの外壁に、当該ケースとは別体のフィンが接続され、
    　前記ケース及び前記フィンのそれぞれの接続面は所定以上の表面粗さである。
  12. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記半導体回路部は、半導体素子と、当該半導体素子と電気的に接続された配線部材とを備え、
    　前記配線部材は前記半導体素子と前記絶縁性部材の間に介装され、かつ当該配線部材の一部は前記収納領域の外側へ延びており、その先端に電極を形成する。
  13. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記半導体回路部は、電源の正極側に接続される第１半導体素子部と、前記電源の負極側に接続される第２半導体素子部と、を備え、
    　前記第１半導体素子部と前記第２半導体素子部との接続部から、複数相の交流電力のいずれか一相の交流電力が出力される。
  14. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールであって、
    　前記半導体回路部は、
    　電源の正極側に接続される第１半導体素子部と、前記電源の負極側に接続される第２半導体素子部と、
    　前記第１半導体素子部と接続されており、かつその一部が前記収納領域の外側へ延びる第１配線部材と、
    　前記第２半導体素子部と接続されており、かつその一部が前記収納領域の外側へ延びる第２配線部材と、を備え、
    　前記第１半導体素子部と前記第２半導体素子部との接続部から、複数相の交流電力のいずれか一相の交流電力が出力され、
    　さらに、前記第１配線部材及び前記第２配線部材は平板状に形成され、かつ少なくとも一部が積層状態となるように配置される。
  15. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールを用いた車両用電力変換装置であって、
    　前記パワーモジュールを複数備え、当該複数のパワーモジュールによって３相の交流電力を生成し、該３相の交流電力を車両駆動用の電動機に出力する。
  16. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールを用いた車両用電力変換装置であって、
    　前記パワーモジュールを複数備え、
    　内部に冷却媒体を流すための流路を形成する流路形成体を備えた筐体を備え、
    　前記流路形成体は複数の開口部を備え、当該複数の開口部に、前記複数のパワーモジュールをそれぞれ挿入し、
    　当該複数のパワーモジュールは、前記絶縁性部材と前記半導体回路部との接触面が前記流路内に流れる前記冷却媒体の流れ方向と略平行になるように、前記流路内に配置される。
  17. 　請求項１または３または８に記載された、いずれかのパワーモジュールを用いた車両用電力変換装置であって、
    　内部に冷却媒体を流すための流路を形成する流路形成体を備えた筐体を備え、
    　前記流路形成体は開口部を備え、当該開口部に前記パワーモジュールを挿入し、
    　前記パワーモジュールは、前記連結部材が前記流路内に流れる前記冷却媒体の流れ方向と対向するように前記流路内に配置され、
    　前記連結部材の端部は、テーパ形状を為し、又は所定値以上の曲率を有する。
  18. 　請求項１に記載されたパワーモジュールを用いた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コンデンサモジュールと、
    　内部に冷却媒体が流れる流路形成体と、を備え、
    　前記コンデンサモジュールは、その所定の面が前記２枚のベース板といずれか一方のベース板と対向するように配置され、
    　前記流路形成体は、前記コンデンサモジュールと前記パワーモジュールとの間に配置され、
    　前記コンデンサモジュールから延びる配線板は、前記流路形成体を跨いで、前記半導体回路部から延びる配線板と電気的に接続される。
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