WO2012165341A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2012165341A1
WO2012165341A1 PCT/JP2012/063516 JP2012063516W WO2012165341A1 WO 2012165341 A1 WO2012165341 A1 WO 2012165341A1 JP 2012063516 W JP2012063516 W JP 2012063516W WO 2012165341 A1 WO2012165341 A1 WO 2012165341A1
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WO
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power
module
case
capacitor
flow path
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PCT/JP2012/063516
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French (fr)
Inventor
西原　淳夫
建 前田
中津　欣也
幸男 服部
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a vehicle-mounted power conversion device for an electric vehicle and a hybrid vehicle.
  • a motor is mounted as a power source of the vehicle, and generally a power conversion device such as an inverter is provided to control the power supplied to the motor.
  • the power conversion device includes a power module including a power semiconductor element such as an IGBT, a drive circuit that drives the power module, a control circuit that controls them, and a current smoothing capacitor.
  • the capacitor is generally a component having a low heat-resistant temperature and weak against heat.
  • the current capacity of the inverter for vehicles has increased, and the size tends to be reduced. Capacitor cooling is becoming a problem.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-289943 discloses a structure for cooling a capacitor with cooling water.
  • the member that generates heat is not limited to the capacitor element, and the electrode bus bar may generate large Joule heat.
  • the bus bar has no measures for cooling, and a sufficient effect cannot be obtained.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and provides to improve the cooling performance of a conductor connected to a smoothing capacitor element.
  • the present invention provides a compact mounting of the main circuit of the power conversion device composed of a capacitor and a power module.
  • a power converter includes a power semiconductor module having a power semiconductor element that converts a direct current into an alternating current, a capacitor module having a capacitor element that smoothes the direct current, a power semiconductor module, A cooling body for cooling the capacitor module, the capacitor module having a substantially rectangular shape, having an opening on one side and having a storage space for the capacitor element, a power semiconductor element, and the capacitor element.
  • a DC conductor for electrical connection, and the cooling body is formed to face the bottom surface of the inner wall of the case and the opposite side surfaces of the case, and the DC conductor is connected to the capacitor element and the inner wall surface of the case. Between the bottom surface and both side surfaces of the case.
  • the conductor connected to the smoothing capacitor element can be efficiently cooled, and a capacitor for smoothing a large current can be mounted in a compact manner. Since the smoothing capacitor is a component that occupies a large volume in the power conversion device, the power conversion device can be downsized by downsizing the smoothing capacitor.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a system of a hybrid vehicle. It is a circuit diagram which shows the structure of the electric circuit shown in FIG. 1 is an external perspective view of a power conversion device 200. FIG. It is the perspective view which decomposed
  • FIG. 6A is a perspective view of the power semiconductor module 300a of the present embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the power semiconductor module 300a according to the present embodiment cut along a cross section D and viewed from the direction E.
  • FIG. 7 is a view showing a power semiconductor module 300a from which the screw 309 and the second sealing resin 351 are removed from the state shown in FIG. 6, FIG.
  • FIG. 7 (a) is a perspective view
  • FIG. 7 (b) is FIG. 6 (b). It is sectional drawing when it cut
  • FIGS. 8A and 8B are views showing the power semiconductor module 300a from which the module case 304 is further removed from the state shown in FIG. 7, FIG. 8A is a perspective view, and FIG. 8B is FIGS. It is sectional drawing when it cut
  • FIG. 9 is a perspective view of a power semiconductor module 300a in which the first sealing resin 348 and the wiring insulating portion 608 are further removed from the state shown in FIG. It is a figure for demonstrating the assembly process of the module primary sealing body 302.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining the structure of a capacitor module 500.
  • FIG. 12A is an external perspective view in which the power semiconductor modules 300a to 300c, the capacitor module 500, and the bus bar assembly 800 are assembled to the case 10, and
  • FIG. 12B is an enlarged view of a portion A in FIG.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a case 10 and a bus bar assembly 800 in which power semiconductor modules 300a to 300c and a capacitor module 500 are assembled.
  • FIG. It is an external perspective view of the bus bar assembly 800 from which the holding member 803 is removed.
  • It is a perspective view of the power converter device 200 in the state where the metal base plate 11 is separated.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view in which a resin sealing material 550 of the capacitor module 500 shown in FIG. 11 is removed.
  • It is a simplified diagram of an inverter circuit. It is a perspective view of
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”).
  • HEV hybrid vehicle
  • Engine EGN and motor generator MG1 generate vehicle running torque.
  • Motor generator MG1 not only generates rotational torque but also has a function of converting mechanical energy applied from the outside to motor generator MG1 into electric power.
  • the motor generator MG1 is, for example, a synchronous machine or an induction machine, and operates as a motor or a generator depending on the operation method as described above.
  • motor generator MG1 When motor generator MG1 is mounted on an automobile, it is desirable to obtain a small and high output, and a permanent magnet type synchronous motor using a magnet such as neodymium is suitable. Further, the permanent magnet type synchronous motor generates less heat from the rotor than the induction motor, and is excellent for automobiles from this viewpoint.
  • the output torque on the output side of the engine EGN is transmitted to the motor generator MG1 via the power distribution mechanism TSM, and the rotation torque from the power distribution mechanism TSM or the rotation torque generated by the motor generator MG1 is transmitted via the transmission TM and the differential gear DEF. Transmitted to the wheels.
  • rotational torque is transmitted from the wheels to motor generator MG1, and AC power is generated based on the supplied rotational torque.
  • the generated AC power is converted to DC power by the power conversion device 200 as described later, and the high-voltage battery 136 is charged, and the charged power is used again as travel energy.
  • the inverter circuit 140 is electrically connected to the battery 136 via the DC connector 138, and power is exchanged between the battery 136 and the inverter circuit 140.
  • motor generator MG1 When motor generator MG1 is operated as a motor, inverter circuit 140 generates AC power based on DC power supplied from battery 136 via DC connector 138, and supplies it to motor generator MG1 via AC connector 188.
  • the configuration comprising motor generator MG1 and inverter circuit 140 operates as a first motor generator unit.
  • the vehicle can be driven only by the power of the motor generator MG1 by operating the first motor generator unit as an electric unit by the electric power of the battery 136. Further, in the present embodiment, the battery 136 can be charged by operating the first motor generator unit as a power generation unit by the power of the engine EGN or the power from the wheels to generate power.
  • the power conversion device 200 includes a capacitor module 500 for smoothing the DC power supplied to the inverter circuit 140.
  • the power conversion device 200 includes a communication connector 21 for receiving a command from a host control device or transmitting data representing a state to the host control device.
  • Power conversion device 200 calculates a control amount of motor generator MG1 by control circuit 172 based on a command input from connector 21, further calculates whether to operate as a motor or a generator, and based on the calculation result.
  • the control pulse is generated, and the control pulse is supplied to the driver circuit 174.
  • the driver circuit 174 generates a driving pulse for controlling the inverter circuit 140 based on the supplied control pulse.
  • an insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor element, and hereinafter abbreviated as IGBT.
  • the IGBT 328 and the diode 156 that operate as the upper arm, and the IGBT 330 and the diode 166 that operate as the lower arm constitute the series circuit 150 of the upper and lower arms.
  • the inverter circuit 140 includes this series circuit 150 corresponding to the three phases of the U-phase, V-phase, and W-phase of the AC power to be output.
  • the series circuit 150 of the upper and lower arms of each of the three phases outputs an alternating current from the intermediate electrode 169 that is the middle point portion of the series circuit.
  • This intermediate electrode 169 is connected to AC bus bars 802 and 804 described below which are AC power lines to motor generator MG1 through AC terminal 159 and AC terminal 188.
  • the collector electrode 153 of the IGBT 328 of the upper arm is electrically connected to the capacitor terminal 506 on the positive electrode side of the capacitor module 500 via the positive electrode terminal 157.
  • the emitter electrode of the IGBT 330 of the lower arm is electrically connected to the capacitor terminal 504 on the negative electrode side of the capacitor module 500 via the negative electrode terminal 158.
  • control circuit 172 receives a control command from the host control device via the connector 21, and based on this, the IGBT 328 that configures the upper arm or the lower arm of each phase series circuit 150 that constitutes the inverter circuit 140. And a control pulse that is a control signal for controlling the IGBT 330 is generated and supplied to the driver circuit 174.
  • the driver circuit 174 supplies a drive pulse for controlling the IGBT 328 and IGBT 330 constituting the upper arm or lower arm of each phase series circuit 150 to the IGBT 328 and IGBT 330 of each phase based on the control pulse.
  • IGBT 328 and IGBT 330 perform conduction or cutoff operation based on the drive pulse from driver circuit 174, convert DC power supplied from battery 136 into three-phase AC power, and supply the converted power to motor generator MG1. Is done.
  • the IGBT 328 includes a collector electrode 153, a signal emitter electrode 155, and a gate electrode 154.
  • the IGBT 330 includes a collector electrode 163, a signal emitter electrode 165, and a gate electrode 164.
  • a diode 156 is electrically connected between the collector electrode 153 and the emitter electrode 155.
  • a diode 166 is electrically connected between the collector electrode 163 and the emitter electrode 165.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT is suitable when the DC voltage is relatively high
  • MOSFET is suitable when the DC voltage is relatively low.
  • the capacitor module 500 includes a positive capacitor terminal 506, a negative capacitor terminal 504, a positive power terminal 509, and a negative power terminal 508.
  • the high-voltage DC power from the battery 136 is supplied to the positive-side power terminal 509 and the negative-side power terminal 508 via the DC connector 138, and the positive-side capacitor terminal 506 and the negative-side capacitor of the capacitor module 500.
  • the voltage is supplied from the terminal 504 to the inverter circuit 140.
  • the DC power converted from the AC power by the inverter circuit 140 is supplied to the capacitor module 500 from the positive capacitor terminal 506 and the negative capacitor terminal 504, and is connected to the positive power terminal 509 and the negative power terminal 508. Is supplied to the battery 136 via the DC connector 138 and accumulated in the battery 136.
  • the control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for performing arithmetic processing on the switching timing of the IGBT 328 and the IGBT 330.
  • the input information to the microcomputer includes a target torque value required for the motor generator MG1, a current value supplied from the series circuit 150 to the motor generator MG1, and a magnetic pole position of the rotor of the motor generator MG1.
  • the target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown).
  • the current value is detected based on a detection signal 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) such as a resolver provided in the motor generator MG1.
  • a rotating magnetic pole sensor such as a resolver provided in the motor generator MG1.
  • the current sensor 180 detects a three-phase current value is taken as an example. However, the current value for two phases may be detected, and the current for three phases may be obtained by calculation. .
  • the microcomputer in the control circuit 172 calculates the d-axis and q-axis current command values of the motor generator MG1 based on the target torque value, the calculated d-axis and q-axis current command values, and the detected d
  • the voltage command values for the d-axis and q-axis are calculated based on the difference between the current values for the axes and q-axis, and the calculated voltage command values for the d-axis and q-axis are calculated based on the detected magnetic pole position. Convert to phase, V phase, and W phase voltage command values.
  • 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 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm. Further, 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 as a corresponding upper arm. Are output to the gate electrodes of the IGBTs 328 respectively.
  • the microcomputer in the control circuit 172 detects abnormality (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the series circuit 150. For this reason, sensing information is input to the control circuit 172. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and IGBTs 330 is input to the corresponding drive units (ICs) from the signal emitter electrode 155 and the signal emitter electrode 165 of each arm. Thereby, each drive part (IC) detects an overcurrent, and when an overcurrent is detected, the switching operation of the corresponding IGBT 328 and IGBT 330 is stopped, and the corresponding IGBT 328 and IGBT 330 are protected from the overcurrent.
  • ICs drive units
  • Information on the temperature of the series circuit 150 is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the series circuit 150.
  • voltage information on the DC positive side of the series circuit 150 is input to the microcomputer.
  • the microcomputer performs over-temperature detection and over-voltage detection based on the information, and stops switching operations of all the IGBTs 328 and IGBTs 330 when an over-temperature or over-voltage is detected.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the power conversion device 200.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the power conversion device 200 in order to help understanding in order to explain the internal configuration of the case 10 of the power conversion device 200.
  • An inlet pipe 13 for flowing in the refrigerant and an outlet pipe 14 for flowing out the refrigerant are arranged on the same side surface of the case 10.
  • the case 10 houses the flow path forming body 12 so that the refrigerant flow path 19 shown in FIG. 5 is along both sides of the case 10.
  • An opening 400a and an opening 400b are formed along the side surface of the case 10 on the upper surface of one side of the flow path forming body 12, and the opening 400c is formed on the upper surface of the other side of the flow path forming body 12. Is formed. Openings 400a to 400c are closed by inserted power semiconductor modules 300a to 300c.
  • a storage space 405 for storing the capacitor module 500 is formed between the first flow path portion 19a formed by the flow path forming body 12 and the other second flow path portion 19c. It is stored in the storage space 405. Thereby, the capacitor module 500 is cooled by the refrigerant flowing in the refrigerant flow path 19. As shown in FIG. 5, the capacitor module 500 is disposed so as to be surrounded by the refrigerant flow paths 19a to 19c, so that it can be efficiently cooled.
  • the flow path is formed along the outer surface of the capacitor module 500, the arrangement of the flow path, the capacitor module 500, and the power semiconductor module 300 is neatly arranged, and the whole becomes smaller. Further, since the refrigerant flow paths 19a and 19c are arranged along the long side of the capacitor module 500, and the distance between the power semiconductor modules 300 and 301 inserted and fixed in the refrigerant flow path 19 is substantially constant, The circuit constant with the power semiconductor module circuit is easily balanced in each of the three phases, and the circuit configuration is easy to reduce the spike voltage.
  • water is most suitable as the refrigerant. However, since it can be used other than water, it will be referred to as a refrigerant hereinafter.
  • a bus bar assembly 800 described later is disposed above the capacitor module 500.
  • the bus bar assembly 800 includes an AC bus bar 186 and a holding member 803 (see FIG. 13) that holds the AC bus bar 186, and holds the current sensor 180.
  • the flow path forming body 12 and the case 10 are integrally formed by casting an aluminum material, whereby the refrigerant flow path 19 has an effect of increasing the mechanical strength in addition to the cooling effect. Moreover, the flow path forming body 12 and the case 10 are integrated with each other by being made by aluminum casting, so that the heat conduction of the entire power conversion device 200 is improved and the cooling efficiency is improved.
  • the driver circuit board 22 is disposed above the bus bar assembly 800.
  • a metal base plate 11 is disposed between the driver circuit board 22 and the control circuit board 20.
  • the metal base plate 11 is fixed to the case 10.
  • the metal base plate 11 functions as an electromagnetic shield for a group of circuits mounted on the driver circuit board 22 and the control circuit board 20 and also releases and cools the heat generated by the driver circuit board 22 and the control circuit board 20. have.
  • the point that the metal base plate 11 has a high noise suppression function will be described later.
  • the metal base plate 11 has an effect of increasing the mechanical resonance frequency of the control circuit board 20. That is, it becomes possible to dispose screwing portions for fixing the control circuit board 20 to the metal base plate 11 at short intervals, shorten the distance between the support points when mechanical vibration occurs, and reduce the resonance frequency. Can be high. Since the resonance frequency of the control circuit board 20 can be increased with respect to the vibration frequency transmitted from the engine or the like, it is difficult to be affected by the vibration and the reliability is improved.
  • the lid 8 is fixed to the metal base plate 11 to protect the control circuit board 20 from external electromagnetic noise.
  • the portion in which the flow path forming body 12 is housed has a substantially rectangular parallelepiped shape, but a protruding housing portion 10a is formed from one side of the case 10.
  • a terminal 702 extended from the DCDC converter 700, a DC-side bus bar assembly 800, which will be described later, and a resistor 450 are housed in the protruding housing portion 10a.
  • the resistor 450 is a resistor element for discharging the electric charge stored in the capacitor element of the capacitor module 500.
  • the electric circuit components between the battery 136 and the capacitor module 500 are concentrated in the protruding housing portion 10a, it is possible to suppress complication of wiring and contribute to downsizing of the entire apparatus. .
  • the lid 18 is a member for closing the work window 17 for connecting the terminal 702 extended from the DCDC converter 700.
  • the DCDC converter 700 forms an opening 701 for penetrating the terminal 702 on the surface facing the bottom surface of the case 10.
  • the flow path forming body 12 is disposed at the bottom of the power conversion device 200, and then the work of fixing necessary components such as the capacitor module 500, the bus bar assembly 800, and the substrate can be sequentially performed from the top. This improves productivity and reliability.
  • FIG. 5 is a view for explaining the case 10 and the flow path forming body 12, and is a view of the case 10 shown in FIG. 4 as viewed from below.
  • the lower surface of the case 10 is formed with a single opening 404 that is closed by the lower cover 420.
  • a seal member 409 is provided between the lower cover 420 and the case 10 to maintain airtightness.
  • the lower cover 420 is formed with a convex portion 406 that protrudes in the direction opposite to the side where the refrigerant flow path 19 is disposed.
  • the convex portion 406 is provided corresponding to the power semiconductor modules 300a to 300c.
  • the convex part 407 does not respond
  • the refrigerant flows in the direction of flow 417 indicated by the dotted line through the inlet pipe 13 and in the first flow path portion 19a formed along the longitudinal side of the case 10 in the direction of flow 418. Further, the refrigerant flows in the second flow path portion 19 b formed along the short side of the case 10 as in the flow direction 421 as in the flow direction 421. The second channel portion 19b forms a folded channel. In addition, the refrigerant flows through the third flow path portion 19 c formed along the longitudinal side of the flow path forming body 12 as in the flow direction 422. The third flow path portion 19c is provided at a position facing the first flow path portion 19a across the capacitor module 500. Further, the refrigerant flows out through the outlet pipe 14 as in the flow direction 423.
  • the first flow path portion 19a, the second flow path portion 19b, and the third flow path portion 19c are all formed larger in the depth direction than in the width direction. Further, since the flow path forming body 12 is formed so that the opening 404 formed on the back surface of the case 10 and the openings 400a to 400c face each other, the flow path forming body 12 is configured to be easily manufactured by aluminum casting.
  • the power semiconductor modules 300a to 300c have the same structure, and the structure of the power semiconductor module 300a will be described as a representative. 6 to 10, the signal terminal 325U corresponds to the gate electrode 154 and the signal emitter electrode 155 disclosed in FIG. 2, and the signal terminal 325L corresponds to the gate electrode 164 and the emitter electrode 165 disclosed in FIG. To do.
  • the DC positive terminal 315B is the same as the positive terminal 157 disclosed in FIG. 2, and the DC negative terminal 319B is the same as the negative terminal 158 disclosed in FIG.
  • the AC terminal 320B is the same as the AC terminal 159 disclosed in FIG.
  • FIG. 6A is a perspective view of the power semiconductor module 300a of the present embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the power semiconductor module 300a according to the present embodiment cut along a cross section D and viewed from the direction E.
  • FIG. 7 is a view showing the power semiconductor module 300a in which the screw 309 and the second sealing resin 351 are removed from the state shown in FIG. 6 in order to help understanding.
  • FIG. 7A is a perspective view
  • FIG. 7B is a cross-sectional view when viewed from the direction E cut along a cross-section D in the same manner as FIG. 6B.
  • FIG. 7C shows a cross-sectional view before the fin 305 is pressed and the bending portion 304A is deformed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the power semiconductor module 300a in which the module case 304 is further removed from the state shown in FIG.
  • FIG. 8A is a perspective view
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the section D and viewed from the direction E similarly to FIGS. 6B and 7B.
  • FIG. 9 is a perspective view of the power semiconductor module 300a in which the first sealing resin 348 and the wiring insulating portion 608 are further removed from the state shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an assembly process of the module primary sealing body 302.
  • the power semiconductor elements (IGBT 328, IGBT 330, diode 156, and diode 166) constituting the upper and lower arm series circuit 150, as shown in FIGS. 8 and 9, are formed by the conductor plate 315 or conductor plate 318, or by the conductor plate 320 or conductor plate. By 319, it is fixed by being sandwiched from both sides.
  • the conductor plate 315 and the like are sealed with the first sealing resin 348 with the heat dissipation surface exposed, and the insulating sheet 333 is thermocompression bonded to the heat dissipation surface.
  • the first sealing resin 348 has a polyhedral shape (here, a substantially rectangular parallelepiped shape).
  • the module primary sealing body 302 sealed with the first sealing resin 348 is inserted into the module case 304 and sandwiched with the insulating sheet 333, and is thermocompression bonded to the inner surface of the module case 304 that is a CAN type cooler.
  • the CAN-type cooler is a cylindrical cooler having an insertion port 306 on one surface and a bottom on the other surface.
  • the gap remaining inside the module case 304 is filled with the second sealing resin 351.
  • the module case 304 is made of a member having electrical conductivity, for example, an aluminum alloy material (Al, AlSi, AlSiC, Al—C, etc.), and is integrally formed without a joint.
  • the module case 304 has a structure in which no opening other than the insertion port 306 is provided, and the outer periphery of the insertion port 306 is surrounded by a flange 304B. Further, as shown in FIG. 6 (a), the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B, which are wider than the other surfaces, are arranged facing each other so as to face these heat radiating surfaces.
  • Each power semiconductor element (IGBT 328, IGBT 330, diode 156, diode 166) is arranged.
  • the three surfaces that connect the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B that face each other constitute a surface that is sealed with a narrower width than the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B, and the other one side surface
  • An insertion slot 306 is formed in
  • the shape of the module case 304 does not need to be an accurate rectangular parallelepiped, and the corner may form a curved surface as shown in FIG.
  • the metal case having such a shape By using the metal case having such a shape, even when the module case 304 is inserted into the refrigerant flow path 19 through which a refrigerant such as water or oil flows, a seal against the refrigerant can be secured by the flange 304B. It is possible to prevent the medium from entering the inside of the module case 304 with a simple configuration.
  • the fins 305 are uniformly formed on the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B facing each other.
  • a curved portion 304A having an extremely thin thickness is formed on the outer periphery of the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B. Since the curved portion 304A is extremely thin to such an extent that it can be easily deformed by pressurizing the fin 305, the productivity after the module primary sealing body 302 is inserted is improved.
  • the gap between the conductor plate 315 and the inner wall of the module case 304 can be reduced by thermocompression bonding the conductor plate 315 and the like to the inner wall of the module case 304 via the insulating sheet 333, and the power semiconductor The generated heat of the element can be efficiently transmitted to the fin 305. Further, by providing the insulating sheet 333 with a certain degree of thickness and flexibility, the generation of thermal stress can be absorbed by the insulating sheet 333, which is favorable for use in a power conversion device for a vehicle having a large temperature change. .
  • a metallic DC positive wiring 315A and a DC negative wiring 319A for electrical connection with the capacitor module 500 are provided, and a DC positive terminal 315B (157) and a DC are connected to the tip thereof. Negative terminals 319B (158) are formed respectively.
  • a metallic AC wiring 320A for supplying AC power to motor generator MG1 or MG2 is provided, and an AC terminal 320B (159) is formed at the tip thereof.
  • the DC positive wiring 315A is connected to the conductor plate 315
  • the DC negative wiring 319A is connected to the conductor plate 319
  • the AC wiring 320A is connected to the conductor plate 320.
  • metal signal wirings 324U and 324L for electrical connection with the driver circuit 174 are provided, and the signal terminals 325U (154, 155) and the signal terminals 325L are provided at the front ends thereof. (164, 165) are formed.
  • the signal wiring 324 ⁇ / b> U is connected to the IGBT 328
  • the signal wiring 324 ⁇ / b> L is connected to the IGBT 328.
  • the DC positive wiring 315A, the DC negative wiring 319A, the AC wiring 320A, the signal wiring 324U, and the signal wiring 324L are integrally molded as the auxiliary mold body 600 in a state where they are insulated from each other by the wiring insulating portion 608 formed of a resin material. Is done.
  • the wiring insulating portion 608 also acts as a support member for supporting each wiring, and a thermosetting resin or a thermoplastic resin having an insulating property is suitable for the resin material used therefor. As a result, it is possible to secure insulation between the DC positive electrode wiring 315A, the DC negative electrode wiring 319A, the AC wiring 320A, the signal wiring 324U, and the signal wiring 324L, thereby enabling high-density wiring.
  • the auxiliary mold body 600 is fixed to the module case 304 by a screw 309 that passes through a screw hole provided in the wiring insulating portion 608 after being metal-bonded to the module primary sealing body 302 and the connection portion 370.
  • TIG welding or the like can be used for metal bonding between the module primary sealing body 302 and the auxiliary mold body 600 in the connection portion 370.
  • the direct current positive electrode wiring 315A and the direct current negative electrode wiring 319A are stacked on each other in a state of facing each other with the wiring insulating portion 608 interposed therebetween, and have a shape extending substantially in parallel. With such an arrangement and shape, the current that instantaneously flows during the switching operation of the power semiconductor element flows oppositely and in the opposite direction. As a result, the magnetic fields produced by the currents cancel each other out, and this action can reduce the inductance.
  • the AC wiring 320A and the signal terminals 325U and 325L also extend in the same direction as the DC positive wiring 315A and the DC negative wiring 319A.
  • connection portion 370 in which the module primary sealing body 302 and the auxiliary mold body 600 are connected by metal bonding is sealed in the module case 304 by the second sealing resin 351.
  • the auxiliary mold body side DC positive electrode connection terminal 315 ⁇ / b> C, the auxiliary mold body side DC negative electrode connection terminal 319 ⁇ / b> C, the auxiliary mold body side AC connection terminal 320 ⁇ / b> C, the auxiliary mold body side signal are provided on the auxiliary mold body 600 side of the connection portion 370.
  • the connection terminal 326U and the auxiliary mold body side signal connection terminal 326L are arranged in a line.
  • the element side DC positive connection terminal 315D, the element side DC negative connection terminal 319D, The element side AC connection terminal 320D, the element side signal connection terminal 327U, and the element side signal connection terminal 327L are arranged in a line.
  • the structure in which the terminals are arranged in a row in the connection portion 370 facilitates the manufacture of the module primary sealing body 302 by transfer molding.
  • a terminal constituted by the DC positive electrode wiring 315A (including the DC positive electrode terminal 315B and the auxiliary mold body side DC positive electrode connection terminal 315C) and the element side DC positive electrode connection terminal 315D is referred to as a positive electrode side terminal.
  • a terminal constituted by the DC negative electrode terminal 319B (including the DC negative electrode terminal 319C and the auxiliary mold body side DC negative electrode connection terminal 319C) and the element side DC negative electrode connection terminal 315D is referred to as a negative electrode side terminal, and AC wiring 320A (AC terminal 320B and auxiliary mold body side AC connection).
  • the terminal composed of the terminal 320C and the element side AC connection terminal 320D is referred to as an output terminal, and is composed of the signal wiring 324U (including the signal terminal 325U and the auxiliary mold body side signal connection terminal 326U) and the element side signal connection terminal 327U. Is called the upper arm signal terminal. Refers to a line 324L (signal terminals including 325L and auxiliary mold side signal connecting terminals 326L) and the terminal constituted by the element-side signal connecting terminals 327L and the signal terminal for the lower arm.
  • Element side DC positive electrode connecting terminal 315D Element side DC negative connection terminal 319D, element side AC connection terminal 320D, element side signal connection terminal 327U and element side signal connection terminal 327L) are one surface of the first sealing resin 348 having a polyhedral shape as described above. Are lined up in a row. Further, the positive electrode side terminal and the negative electrode side terminal protrude in a stacked state from the second sealing resin 351 and extend outside the module case 304.
  • the power semiconductor element and the terminal are connected during mold clamping when the module primary sealing body 302 is manufactured by sealing the power semiconductor element with the first sealing resin 348. It is possible to prevent an excessive stress on the part and a gap in the mold from occurring. Further, since the magnetic fluxes in the directions canceling each other are generated by the currents in the opposite directions flowing through each of the stacked positive electrode side terminals and negative electrode side terminals, the inductance can be reduced.
  • the auxiliary mold body side DC positive electrode connection terminal 315C and the auxiliary mold body side DC negative electrode connection terminal 319C are the DC positive electrode terminal 315B and the DC negative electrode terminal 319B opposite to the DC positive electrode wiring 315A and the DC negative electrode wiring 319A. Each is formed at the tip. Further, the auxiliary mold body side AC connection terminal 320C is formed at the tip of the AC wiring 320A opposite to the AC terminal 320B.
  • the auxiliary mold body side signal connection terminals 326U and 326L are formed at the distal ends of the signal wirings 324U and 324L opposite to the signal terminals 325U and 325L, respectively.
  • the element side DC positive connection terminal 315D, the element side DC negative connection terminal 319D, and the element side AC connection terminal 320D are formed on the conductor plates 315, 319, and 320, respectively.
  • the element side signal connection terminals 327U and 327L are connected to the IGBTs 328 and 330 by bonding wires 371, respectively.
  • the DC positive side conductor plate 315 and the AC output side conductor plate 320 and the element side signal connection terminals 327 ⁇ / b> U and 327 ⁇ / b> L are connected to a common tie bar 372 and are substantially the same. It is integrally processed so as to have a planar arrangement.
  • the collector electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the cathode electrode of the diode 156 on the upper arm side are fixed.
  • the conductor plate 320 is fixedly attached with a collector electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and a cathode electrode of the diode 166 on the lower arm side.
  • the conductor plate 318 and the conductor plate 319 are arranged in substantially the same plane.
  • the emitter electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the anode electrode of the diode 156 on the upper arm side are fixed.
  • an emitter electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and an anode electrode of the diode 166 on the lower arm side are fixed.
  • Each power semiconductor element is fixed to an element fixing portion 322 provided on each conductor plate via a metal bonding material 160.
  • the metal bonding material 160 is, for example, a low-temperature sintered bonding material including a solder material, a silver sheet, and fine metal particles.
  • Each power semiconductor element has a flat plate-like structure, and each electrode of the power semiconductor element is formed on the front and back surfaces. As shown in FIG. 10, each electrode of the power semiconductor element is sandwiched between a conductor plate 315 and a conductor plate 318, or a conductor plate 320 and a conductor plate 319. In other words, the conductor plate 315 and the conductor plate 318 are stacked so as to face each other substantially in parallel via the IGBT 328 and the diode 156. Similarly, the conductor plate 320 and the conductor plate 319 have a stacked arrangement facing each other substantially in parallel via the IGBT 330 and the diode 166.
  • the conductor plate 320 and the conductor plate 318 are connected via an intermediate electrode 329.
  • the upper arm circuit and the lower arm circuit are electrically connected to form an upper and lower arm series circuit.
  • the IGBT 328 and the diode 156 are sandwiched between the conductor plate 315 and the conductor plate 318, and the IGBT 330 and the diode 166 are sandwiched between the conductor plate 320 and the conductor plate 319, so that the conductor plate 320 and the conductor plate 318 are connected to the intermediate electrode. Connect via H.329.
  • control electrode 328A of the IGBT 328 and the element side signal connection terminal 327U are connected by the bonding wire 371
  • control electrode 330A of the IGBT 330 and the element side signal connection terminal 327L are connected by the bonding wire 371.
  • FIG. 11 is a perspective view for explaining the structure of the capacitor module 500.
  • a plurality of smoothing capacitor elements for example, film capacitors, are provided inside the capacitor case 502, and the capacitor elements are electrically connected to the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559.
  • An insulating member is disposed between the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 to reduce inductance, and the negative electrode conductor plate and the positive electrode conductor plate are configured in a laminated state. That is, the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 constitute a laminated conductor plate.
  • the resin sealing material 550 is filled in the capacitor case 502 in order to fix the film capacitor and the laminated conductor plate to the capacitor case 502.
  • the negative power supply terminal 508 and the positive power supply terminal 509 are each electrically connected to the laminated conductor plate, protrude from the exposed surface of the resin sealing material 550, and bend toward the side surface of the capacitor case 502.
  • DC power is supplied to the positive power supply terminal 509 and the negative power supply terminal 508 via the DC connector 138 as described with reference to FIG.
  • the capacitor terminals 503a to 503c are electrically connected to the laminated conductor plates, respectively, and are provided corresponding to the positive terminal 157 (315B) and the negative terminal 158 (319B) of the semiconductor module 300.
  • Capacitor terminals 503a to 503c are connected to power semiconductor modules 300a to 300c, respectively.
  • An insulating sheet 517a is provided between the negative capacitor terminal 504a and the positive capacitor terminal 506a constituting the capacitor terminal 503a to ensure insulation. The same applies to the other capacitor terminals 503b to 503c.
  • the capacitor case 502 is provided with fixing means for fixing the capacitor module 500 to the flow path forming body 12, for example, holes 520a to 520d for allowing screws to pass therethrough.
  • a protruding storage portion 502 a is formed on one side of the long side of the capacitor case 502.
  • electrical circuit elements that are electrically connected in series or in parallel to the film capacitor and the power supply terminals 508 and 509 are housed.
  • a noise removing capacitor that removes noise from the battery 136 and is electrically connected to the ground is accommodated. Since this capacitor is smaller than the film capacitor, the height of the protruding housing portion 502 a is formed to be smaller than the height of the capacitor case 502. That is, a space is formed below the protruding storage portion 502a.
  • the flow path forming body 12 shown in FIG. 3 forms a part of the refrigerant flow path 19 in this space. As a result, the noise removing capacitor can be cooled, and the increase in the pressure loss is prevented by suppressing locally increasing the cross-sectional area of the refrigerant flow path 19.
  • FIG. 12A is an external perspective view in which the power semiconductor modules 300a to 300c, the capacitor module 500, and the bus bar assembly 800 are assembled to the case 10.
  • FIG. FIG.12 (b) is an enlarged view of the part A of Fig.12 (a).
  • the DC positive terminal 315B (157), the DC negative terminal 319B (158), the AC terminal 321 (159), and the second sealing portion 601B extend in the longitudinal direction of the case 10 toward the lid 8 side.
  • the area of the current path of the DC positive terminal 315B (157) and the DC negative terminal 319B (158) is much smaller than the area of the current path of the laminated conductor plate in the capacitor module 500. Therefore, when current flows from the laminated conductor plate to the DC positive terminal 315B (157) and the DC negative terminal 319B (158), the area of the current path changes greatly. That is, the current concentrates on the DC positive terminal 315B (157) and the DC negative terminal 319B (158).
  • the negative electrode side capacitor terminal 504a has a rising portion 540 that rises from the laminated conductor plate, and has a connecting portion 542 at the tip thereof.
  • the positive electrode side capacitor terminal 506a has a rising portion 543 that rises from the laminated conductor plate, and has a connection portion 545 at the tip thereof.
  • a DC negative terminal 319B (158) and a DC positive terminal 315B (157) of the power semiconductor module 300a are connected between the connecting portion 542 and the connecting portion 545.
  • the negative capacitor terminal 504a and the positive capacitor terminal 506a form a laminated structure through the insulating sheet until just before the connection portions 542 and 545, so that the inductance of the wiring portion of the capacitor terminal where current concentrates is reduced. Can do.
  • the tip of the DC negative terminal 319B (158) and the side of the connecting portion 542 are connected by welding, and similarly, the tip of the DC positive terminal 315B (157) and the side of the connecting portion 545 are connected by welding. . For this reason, productivity can be improved in addition to characteristic improvement by low inductance.
  • the tip of the AC terminal 321 (159) of the power semiconductor module 300a is connected to the tip of the AC bus bar 802a by welding.
  • a production facility for welding making the welding machine movable in a plurality of directions with respect to an object to be welded leads to complication of the production facility, which is not preferable from the viewpoint of productivity and cost. Therefore, in the present embodiment, the welding location of the AC terminal 321 (159) and the welding location of the DC negative electrode terminal 319B (158) are arranged in a straight line along the longitudinal side of the case 10. Thereby, it is possible to perform a plurality of weldings while moving the welding machine in one direction, and productivity is improved.
  • the plurality of power semiconductor modules 300 a and 300 b are arranged in a straight line along the side in the longitudinal direction of the case 10. Thus, productivity can be further improved when welding the plurality of power semiconductor modules 300a to 300b.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the case 10 and the bus bar assembly 800 in which the power semiconductor modules 300a to 300c and the capacitor module 500 are assembled.
  • FIG. 14 is an external perspective view of the bus bar assembly 800 with the holding member 803 removed.
  • the bus bar assembly 800 includes AC bus bars 802a to 802c and a holding member 803 for holding and fixing the AC bus bars 802a to 802c.
  • the bus bar assembly 800 is provided with a current sensor 180 for detecting an alternating current flowing through the alternating current bus bars 802a to 802c.
  • AC bus bars 802a to 802c are bent in a direction away from the capacitor module 500 before the through hole of the current sensor 180, and connected to the AC bus bars 805a to 805c before the hole of the current sensor 180.
  • AC bus bars 805a to 805c are connected to AC terminals 822a to 822c after passing through the holes of current sensor 180, respectively.
  • the AC bus bars 802a to 802c, the AC bus bars 805a to 805c, and the current sensor 180 are held and insulated by a holding member 803 made of resin.
  • the bus bar assembly 800 is fixed to the case 10 by a holding member 803. Even if heat is transmitted to the case 10 from the outside, the temperature rise is suppressed by the refrigerant flowing through the flow path forming body 12. By fixing the bus bar assembly 800 to the case 10 having the flow path forming body 12, a temperature rise of the current sensor 180 held by the bus bar assembly 800 can be suppressed.
  • the current sensor 180 has heat-sensitive characteristics, and the reliability of the current sensor 180 can be improved by the above structure.
  • the holding member 803 includes support members 807a to 807d for supporting the driver circuit board 22 shown in FIG.
  • a screw hole for fixing the driver circuit board 22 is formed at the tip of the support members 807a to 807d.
  • the holding member 803 has a protrusion 806a and a protrusion 806b that extend upward from the location where the current sensor 180 is disposed.
  • the protrusion 806a and the protrusion 806b each penetrate the current sensor.
  • the current sensor 180 has a signal line 182 extending in the arrangement direction of the driver circuit board 22.
  • the signal line 182 is joined to the wiring pattern of the driver circuit board 22 by solder.
  • the holding member 803, the support members 807a to 807d, and the protrusions 806a to 806b are integrally formed of resin.
  • the holding member 803 has a function of positioning the current sensor 180 and the driver circuit board 22, the assembly between the signal line 182 and the driver circuit board 22 and the solder connection work are facilitated. Further, by providing the holding member 803 with a mechanism for holding the current sensor 180 and the driver circuit board 22, the number of components as the whole power conversion device can be reduced. In the present embodiment, since power conversion device 200 is disposed in the vicinity of a vibration source such as an engine, holding member 803 is provided with support members 807a and 807b for indicating the vicinity of the center portion of driver circuit board 22. Thus, the influence of vibration applied to the driver circuit board 22 is reduced.
  • the resonance frequency of the driver circuit board 22 can be made higher than the vibration frequency transmitted from the engine or the like. It is possible to reduce the influence of vibrations of the added engine or the like.
  • FIG. 15 is a perspective view of the power converter 200 with the metal base plate 11 separated.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the power conversion device 200 as seen from the direction of the arrow in the cross section B of FIG. *
  • the current sensor 180 is disposed above the capacitor module 500.
  • the driver circuit board 22 is disposed above the current sensor 180, and is further supported by support members 807a to 807d provided in the bus bar assembly 800 shown in FIG. Further, the driver circuit board 22 has four corners connected to the case 10 via support members 15a to 15d (15d not shown).
  • the metal base plate 11 is disposed above the driver circuit board 22. In the present embodiment, the peripheral edge of the opening of the case 10 is closed by the metal base plate 11.
  • the control circuit board 20 is accommodated in a space formed by the metal base plate 11 and the lid 8.
  • the current sensor 180, the driver circuit board 22, and the control circuit board 20 are hierarchically arranged in the height direction, and the control circuit board 20 is arranged at a position farthest from the high-power power semiconductor modules 300a to 300c, switching is performed. It can suppress that noise etc. are mixed. Furthermore, the metal base plate 11 is electrically connected to the flow path forming body 12 that is electrically connected to the ground. The metal base plate 11 reduces noise mixed from the driver circuit board 22 into the control circuit board 20.
  • the driver circuit board 22 has a hole 24 penetrating the driver circuit board 22.
  • the signal terminals 325U and 325L of the power semiconductor modules 300a to 300c are inserted into the holes 24, and the signal terminals 325U and 325L are joined to the wiring pattern of the driver circuit board 22 by soldering. Note that solder bonding is performed from the surface side of the driver circuit board 22 opposite to the surface facing the flow path forming body 12.
  • productivity can be further improved by joining the signal terminals 325U and 325L of the power semiconductor module 300 and the signal line 182 of the current sensor 180 by solder from the same direction.
  • the driver circuit board 22 of the present embodiment has a drive circuit (not shown) such as a driver IC chip mounted on the side facing the flow path forming body 12.
  • a drive circuit such as a driver IC chip mounted on the side facing the flow path forming body 12.
  • the heat of solder bonding is suppressed from being transmitted to the driver IC chip or the like, and damage to the driver IC chip or the like due to solder bonding is prevented.
  • a high-profile component such as a transformer mounted on the driver circuit board 22 is disposed in a space between the capacitor module 500 and the driver circuit board 22, the entire power conversion device 200 can be reduced in height. Is possible.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view in which the resin sealing material 550 of the capacitor module 500 shown in FIG. 11 is removed.
  • the plurality of smoothing capacitor elements 560a to 560g are arranged in a line along the longitudinal direction of the capacitor case 502, but only one smoothing capacitor element may be provided.
  • the capacitor case 502 has a substantially rectangular shape, has an opening 502b on one surface, and has a storage space 502c for capacitor elements 560a to 560g, a negative electrode conductor plate 558, and a positive electrode conductor plate 559.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are connected to the inner wall surfaces of the capacitor elements 560a to 560g and the capacitor case 502.
  • the capacitor case 502 is disposed along the bottom surface 502d, the first side surface 502e, and the second side surface 502f.
  • the capacitor module 500 illustrated in FIG. 17 is disposed in the storage space 405 formed by the flow path forming body 12.
  • the bottom surface 502d, the first side surface 502e, and the second side surface 502f of the capacitor case 502 are opposed to the flow path forming body 12 that forms the storage space 405.
  • the bottom surface 502d of the capacitor case 502 faces the flow path forming body 12d
  • the first side surface 502e of the capacitor case 502 faces the flow path forming body 12e
  • the second side surface of the capacitor case 502 502f faces the flow path forming body 12f.
  • the flow path forming body 12d is a member for integrally connecting the flow path forming body 12e and the flow path forming body 12f, and the heat radiated from the bottom surface 502d of the capacitor case 502 is Heat is transferred to the flow path forming body 12e and the flow path forming body 12f through the flow path forming body 12d.
  • a flow path for flowing a cooling refrigerant may be formed in the flow path forming body 12d.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are cooled by the flow path forming bodies 12d to 12f which are cooling bodies, and the cooling performance of the capacitor module 500 can be improved.
  • a heat conduction member having a relatively high thermal conductivity and a flexibility between the capacitor case 502 and the flow path forming bodies 12d to 12f.
  • a heat conductive member a heat conductive sheet, a heat conductive grease, or a high heat conductive silicone rubber can be applied.
  • the heat conductive sheet it is necessary to reduce the mutual gap so that there is no gap between the heat conductive sheet and the capacitor case 502 and the flow path forming bodies 12d to 12f.
  • the shape of the storage space 405 of the capacitor module 500 is generally trapezoidal because of the draft of the mold, so that the capacitor case 502 is formed along the gradient.
  • a device such as molding is desirable.
  • the storage space 405 is first filled with rubber. If the gap is filled with rubber by pushing the capacitor module 500 from above, the rubber can be spread throughout the gap.
  • the power semiconductor module 300a is disposed in the flow path so that the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B are opposed to the flow path forming body 12f.
  • the flow path formed in the flow path forming body 12f can serve not only for cooling the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 but also for cooling the power semiconductor module 300a, and the capacitor module 500 and the power semiconductor module 300a.
  • the main circuit of the power conversion device comprising the above can be mounted in a compact manner.
  • the power semiconductor module 300a is opposed to the flow path forming body 12f, and the power semiconductor module 300c is opposed to the flow path forming body 12e, so that both the first side surface 502e and the second side surface 502f of the capacitor case 502 are separated.
  • the heat radiation balance of the transmitted heat is maintained, and the capacitor elements 560a to 560g can be protected from heat.
  • the capacitor element 560a is a cylindrical wound film capacitor element in which the electrode surface 561a and the electrode surface 562a face each other.
  • Capacitor elements 560b to 560g have the same configuration as capacitor element 560a. Heat generated in the wound film capacitor element is transferred from the center of the film capacitor element toward the electrode surface 561a and the electrode surface 562a. Therefore, the capacitor element 560a according to the present embodiment is disposed such that the electrode surface 561a and the electrode surface 562a are opposed to both the first side surface 502e and the second side surface 502f of the capacitor case 502. Thereby, heat from the capacitor elements 560a to 560g can be efficiently transmitted to the flow path forming bodies 12e and 12f.
  • FIG. 18 is a simplified diagram of an inverter circuit.
  • the U-phase upper arm IGBT is ON (lower arm is always OFF)
  • the V-phase lower arm is OFF (upper arm is always OFF)
  • the W-phase lower arm is ON (upper arm is always OFF) So that the current flows.
  • the current flowing in the V phase does not return to the battery side, but flows toward the U-phase upper arm IGBT having a low impedance.
  • FIG. 19 is a perspective view of a capacitor module according to another embodiment. Configurations denoted by the same reference numerals as in the first embodiment have the same functions as those in the first embodiment.
  • a metal plate-like member 502 m is fitted into a part of the capacitor case 502.
  • the metal plate-like member 502m is desirably aluminum in view of light weight and high heat conductivity, but may be other metal members as long as it has high heat conductivity.
  • the other part of the capacitor case 502 that supports the plate-like member 502m is made of a resin member.
  • the plate-like member 502m is disposed at a position facing the negative conductor plate 558 or the positive conductor plate 559.
  • the heat dissipation of the negative electrode conductor plate 558 or the positive electrode conductor plate 559 is further enhanced.
  • aluminum is conductive, a structure for insulation is required, such as sandwiching insulating paper between the negative electrode conductor plate 558 or the positive electrode conductor plate 559 and the plate-like member 502m.
  • the negative conductor plate 558 and the positive conductor plate 559 are formed by processing a wide conductor plate as shown in FIG. That is, a wide surface having a certain area of the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 is formed so as to face the flow path forming body 12d, the flow path forming body 12e, and the flow path forming body 12f.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are not necessarily formed of a wide conductor plate. You may make it form with an elongate bus bar.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 form a storage space 502c in which the capacitor elements 560a to 560g can be stored, and the capacitor elements 560a to 560g, the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are provided in the capacitor case.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are between the capacitor elements 560a to 560g and the inner wall surface of the capacitor case 502, and the bottom surface 502d of the capacitor case 502, the first side surface 502e. And arranged along the second side surface 502f.
  • the negative electrode conductor plate 558 and the positive electrode conductor plate 559 are not necessarily opposed to the flow path forming body 12d, the flow path forming body 12e, and the flow path forming body 12f in a wide area, but have a certain area of the bus bar. Since the surface is formed to face the flow path forming body 12d, the flow path forming body 12e, and the flow path forming body 12f, it has a certain efficient cooling effect.
  • Japan Patent Application 2011-123907 (filed on June 2, 2011)

Abstract

　電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、パワー半導体モジュール及びコンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、コンデンサモジュールは、略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともにコンデンサ素子の収納空間を有するケースと、パワー半導体素子とコンデンサ素子とを電気的に接続するための直流導体と、を有し、冷却体は、ケースの内壁の底面及びケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、直流導体は、コンデンサ素子とケースの内壁面との間であって、ケースの底面及び両側面に沿って形成される。

Description

電力変換装置
　本発明は電力変換装置に関し、特に電気自動車およびハイブリッド自動車への車載用の電力変換装置に関する。
　電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、一般的にモータに供給する電力を制御するためにインバータなどの電力変換装置を備えている。電力変換装置は、ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子を内蔵したパワーモジュール、そのパワーモジュールを駆動する駆動回路、それらを制御する制御回路、および電流平滑化用のコンデンサを備えている。これらの中でもコンデンサは一般に耐熱温度が低く、熱に弱い部品である。従来のインバータにおいては平滑化コンデンサの発熱量が小さかったため、それほど大きな問題とはなっていなかったが、近年では車両用インバータの電流容量が増え、サイズが小型化される傾向にあるため、平滑化コンデンサの冷却が問題になりつつある。冷却効率を高めるためのコンデンサ構造の例としては、例えば日本国特開２００９－２８９９４３号公報に冷却水でコンデンサを冷やす構造が開示されている。
　上記の平滑化コンデンサにおいて、発熱する部材はコンデンサ素子のみでなく、電極バスバーが大きなジュール熱を発生させる場合がある。バスバーは冷却の対策が施されておらず、十分な効果が得られないことが課題となる。
日本国特開２００９－２８９９４３号公報
　本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、平滑化コンデンサ素子と接続される導体の冷却性能を高めることを提供する。
　また、本発明は、コンデンサとパワーモジュールより成る電力変換装置の主回路をコンパクトに実装することを提供する。
　本発明の１の態様によると、電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、パワー半導体モジュール及びコンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、コンデンサモジュールは、略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともにコンデンサ素子の収納空間を有するケースと、パワー半導体素子とコンデンサ素子とを電気的に接続するための直流導体と、を有し、冷却体は、ケースの内壁の底面及びケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、直流導体は、コンデンサ素子とケースの内壁面との間であって、ケースの底面及び両側面に沿って形成される。
　平滑化コンデンサ素子と接続される導体を効率よく冷却することができ、大電流を平滑化するコンデンサをコンパクトに実装することが可能になる。電力変換装置内部において平滑化コンデンサは大きな体積を占める部品であるため、平滑化コンデンサをコンパクト化することにより、電力変換装置の小型化を実現することができる。
ハイブリッド自動車のシステムを示すシステム図である。 図１に示す電気回路の構成を示す回路図である。 電力変換装置２００の外観斜視図である。 電力変換装置２００を分解した斜視図である。 図４に示すケース１０を下から見た図である。 図６（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 図６に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図であり、図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図であり、図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ），図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。 図８に示す状態からさらに第一封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。 モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。 コンデンサモジュール５００の構造を説明するための斜視図である。 図１２（ａ）は、ケース１０にパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃとコンデンサモジュール５００とバスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の部分Ａの拡大図である。 パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃとコンデンサモジュール５００を組み付けたケース１０とバスバーアッセンブリ８００の分解斜視図である。 保持部材８０３を取り除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。 金属ベース板１１を分離した状態の電力変換装置２００の斜視図である。 図１５の断面Ｂの矢印方向からみた電力変換装置２００の断面図である。 図１１に示されたコンデンサモジュール５００の樹脂封止材５５０を取り除いた分解斜視図である。 インバータ回路の簡略図である。 他の実施形態に係るコンデンサモジュールの斜視図である。
　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－実施形態１－
　図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ１は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。
　モータジェネレータＭＧ１は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、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。モータジェネレータＭＧ１を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
　エンジンＥＧＮの出力側の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。
　次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流コネクタ１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に供給する。モータジェネレータＭＧ１とインバータ回路１４０からなる構成は第１電動発電ユニットとして動作する。
　なお、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ＭＧ１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電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジンＥＧＮの動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
　なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
　電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、コネクタ２１から入力される指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路１７４へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０を制御するための駆動パルスを発生する。
　次に、図２を用いてインバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応して備えている。
　これらの三相は、この実施の形態ではモータジェネレータＭＧ１の電機子巻線の三相の各相巻線に対応している。三相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流端子１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２や８０４と接続される。
　上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。
　上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。
　ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、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し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。
　ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に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金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）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。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
　コンデンサモジュール５００は、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。
　一方、交流電力からインバータ回路１４０によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
　制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０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。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値，直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。
　目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０による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ＭＧ１に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（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、電流センサ１８０は三相の電流値を検出する場合を例に挙げているが、２相分の電流値を検出するようにし、演算により三相分の電流を求めても良い。
　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ＭＧ１のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，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信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、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。
　また、制御回路１７２内のマイコンは、異常検知（過電流，過電圧，過温度など）を行い、直列回路１５０を保護している。このため、制御回路１７２にはセンシング情報が入力されている。例えば、各アームの信号用のエミッタ電極１５５及び信号用のエミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）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，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。
　直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０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及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，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
　図３は、電力変換装置２００の外観斜視図である。図４は、電力変換装置２００のケース１０の内部構成を説明するために、理解を助けるために電力変換装置２００を分解した斜視図である。
　冷媒を流入するための入口配管１３と冷媒を流出するための出口配管１４が、ケース１０の同一側面上に配置される。ケース１０は、図５に示す冷媒流路１９が当該ケース１０の両サイドに沿うように流路形成体１２を収納する。流路形成体１２の一方のサイドの上面には、開口部４００ａ及び開口部４００ｂがケース１０の側面に沿って形成され、また流路形成体１２の他方のサイドの上面には、開口部４００ｃが形成されている。開口部４００ａ～４００ｃは、挿入されたパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃによって塞がれる。
　流路形成体１２が形成する一方の第１流路部１９ａと他方の第２流路部１９ｃの間には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成され、コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納される。これにより、冷媒流路１９内に流れる冷媒によってコンデンサモジュール５００が冷やされる。コンデンサモジュール５００は、図５に示されるように、冷媒流路１９ａ～１９ｃに囲まれるように配置されるため、効率良く冷却されることができる。
　またコンデンサモジュール５００の外側面に沿って流路が形成されているので、流路やコンデンサモジュール５００やパワー半導体モジュール３００との配置が整然と整い、全体がより小型となる。また冷媒流路１９ａ及び１９ｃがコンデンサモジュール５００の長辺に沿って配置されており、冷媒流路１９に挿入固定されるパワー半導体モジュール３００と３０１との距離が略一定となるので、平滑コンデンサとパワー半導体モジュール回路との回路定数が三相の各相においてバランスし易くなり、スパイク電圧を低減し易い回路構成となる。本実施の形態では、冷媒としては水が最も適している。しかし、水以外であっても利用できるので、以下冷媒と記す。
　コンデンサモジュール５００の上方には、後述するバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー１８６や当該交流バスバー１８６を保持する保持部材８０３（図１３参照）を備えており、電流センサ１８０を保持している。
　流路形成体１２とケース１０とは一体にアルミ材の鋳造で作ることにより、冷媒流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またアルミ鋳造で作ることで流路形成体１２とケース１０とが一体構造となり、電力変換装置２００全体の熱伝導が良くなり冷却効率が向上する。
　ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００の上方に配置される。またドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。
　金属ベース板１１は、ケース１０に固定される。当該金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板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ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。当該金属ベース板１１が、高いノイズ抑制機能を有する点は後述する。
　さらに金属ベース板１１は、制御回路基板２０の機械的な共振周波数を高める作用を奏する。すなわち金属ベース板１１に制御回路基板２０を固定するためのねじ止め部を短い間隔で配置することが可能となり、機械的な振動が発生した場合の支持点間の距離を短くでき、共振周波数を高くできる。エンジン等から伝わる振動周波数に対して制御回路基板２０の共振周波数を高くできるので、振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。
　蓋８は、金属ベース板１１に固定されて、制御回路基板２０を外部からの電磁ノイズから保護する。
　本実施形態に係るケース１０は、流路形成体１２が収納された部分は略直方体の形状を為しているが、ケース１０の一側面側から突出収納部１０ａが形成されている。当該突出収納部１０ａには、ＤＣＤＣコンバータ７００から延ばされる端子７０２や、後述する直流側のバスバーアッセンブリ８００や、抵抗器４５０が収納される。ここで抵抗器４５０は、コンデンサモジュール５００のコンデンサ素子に蓄えられた電荷を放電するための抵抗素子である。このようにバッテリ１３６とコンデンサモジュール５００との間の電気回路部品を突出収納部１０ａに集約しているため、配線の複雑化を抑制することができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
　なお、蓋１８は、ＤＣＤＣコンバータ７００から延ばされる端子７０２を接続するための作業用の窓１７を塞ぐための部材である。なお、ＤＣＤＣコンバータ７００は、ケース１０の底面と対向する面に、端子７０２を貫通するための開口部７０１を形成する。
　このように、電力変換装置２００の底部に流路形成体１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００，バスバーアッセンブリ８００，基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
　図５はケース１０及び流路形成体１２を説明するための図であり、図４に示すケース１０を下から見た図である。
　ケース１０の下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成され、該開口部４０４は下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０とケース１０の間には、シール部材４０９が設けられ気密性を保っている。
　下カバー４２０には、冷媒流路１９が配置された側と反対側の方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃに対応して設けられている。なお、凸部４０７は、パワー半導体モジュールとは対応していないが、冷媒流路１９の断面積を調整するために設けられる。
　冷媒は、点線で示す流れ方向４１７の方向に、入口配管１３を通って、ケース１０の長手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９ａ内を流れ方向４１８のように流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、ケース１０の短手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れ方向４２１のように流れる。第２流路部１９ｂは折り返し流路を形成する。また冷媒は、流れ方向４２２のように、流路形成体１２の長手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは、コンデンサモジュール５００を挟んで第１流路部１９ａと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、出口配管１４を通って流出する。
　第１流路部１９ａ，第２流路部１９ｂ，第３流路部１９ｃは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。また、流路形成体１２は、ケース１０裏面に形成された開口部４０４と、開口部４００ａ～４００ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
　図６乃至図１０を用いてインバータ回路１４０に使用されるパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃの詳細構成を説明する。上記パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃはいずれも同じ構造であり、代表してパワー半導体モジュール３００ａの構造を説明する。尚、図６乃至図１０において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
　図６（ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。図６（ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュール３００ａを断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
　図７は、理解を助けるために、図６に示す状態からネジ３０９および第二封止樹脂３５１を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。また、図７（ｃ）はフィン３０５が加圧されて湾曲部３０４Ａが変形される前の断面図を示している。
　図８は、図７に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａを示す図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は図６（ｂ），図７（ｂ）と同様に断面Ｄで切断して方向Ｅから見たときの断面図である。
　図９は、図８に示す状態からさらに第一封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワー半導体モジュール３００ａの斜視図である。
　図１０は、モジュール一次封止体３０２の組立工程を説明するための図である。
　上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が、図８および図９に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、あるいは導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第一封止樹脂３４８によって封止され、当該放熱面に絶縁シート３３３が熱圧着される。第一封止樹脂３４８は図８に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。
　第一封止樹脂３４８により封止されたモジュール一次封止体３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁シート３３３を挟んで、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に熱圧着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、第二封止樹脂３５１が充填される。
　モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばアルミ合金材料（Ａｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣ，Ａｌ－Ｃ等）で構成され、かつ、つなぎ目の無い状態で一体に成形される。モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂによって、その外周を囲まれている。また、図６（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０，ダイオード１５６，ダイオード１６６）が配置されている。当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図６（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
　このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる冷媒流路１９内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている湾曲部３０４Ａが形成されている。湾曲部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、モジュール一次封止体３０２が挿入された後の生産性が向上する。
　上述のように導体板３１５等を絶縁シート３３３を介してモジュールケース３０４の内壁に熱圧着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の空隙を少なくすることができ、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁シート３３３にある程度の厚みと柔軟性を持たせることにより、熱応力の発生を絶縁シート３３３で吸収することができ、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
　モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）がそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２に交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂ（１５９）が形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。
　モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕ（１５４，１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４，１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図９に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
　直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助モールド体６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａ，交流配線３２０Ａ，信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
　補助モールド体６００は、モジュール一次封止体３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるモジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。
　直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。
　モジュール一次封止体３０２と補助モールド体６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、第二封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワー半導体モジュール３００ａの小型化が実現できる。
　図９に示されるように、接続部３７０の補助モールド体６００側には、補助モールド体側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モールド体側直流負極接続端子３１９Ｃ，補助モールド体側交流接続端子３２０Ｃ，補助モールド体側信号接続端子３２６Ｕおよび補助モールド体側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のモジュール一次封止体３０２側には、多面体形状を有する第一封止樹脂３４８の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるモジュール一次封止体３０２の製造が容易となる。
　ここで、モジュール一次封止体３０２の第一封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助モールド体側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助モールド体側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流負極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助モールド体側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助モールド体側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助モールド体側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。
　上記の各端子は、いずれも第一封止樹脂３４８および第二封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その第一封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄ，素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する第一封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、第二封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、第一封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してモジュール一次封止体３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。
　補助モールド体６００側において、補助モールド体側直流正極接続端子３１５Ｃ，補助モールド体側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ，直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ，直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助モールド体側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助モールド体側信号接続端子３２６Ｕ，３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ，３２４Ｌにおいて信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
　一方、モジュール一次封止体３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ，素子側直流負極接続端子３１９Ｄ，素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５，３１９，３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ，３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８，３３０とそれぞれ接続されている。
　図１０に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。
　各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図１０に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３２０と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３２０と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３２０と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を中間電極３２９を介して接続する。その後、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続する。
　図１１は、コンデンサモジュール５００の構造を説明するための斜視図である。図１７に後述するが、コンデンサケース５０２の内部には、例えばフィルムコンデンサである平滑用のコンデンサ素子が複数設けられ、当該コンデンサ素子は負極導体板５５８及び正極導体板５５９に電気的に接続される。負極導体板５５８と正極導体板５５９との間には低インダクタンス化のために絶縁性部材が配置され、負極導体板と正極導体板は積層状態で構成される。つまり負極導体板５５８と正極導体板５５９は積層導体板を構成する。
　樹脂封止材５５０は、コンデンサケース５０２にフィルムコンデンサ及び積層導体板を固定するために当該コンデンサケース５０２内に充填される。負極側の電源端子５０８及び正極側の電源端子５０９は、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、樹脂封止材５５０の露出面から突出し、さらにコンデンサケース５０２の側面の方に折り曲げられる。正極側の電源端子５０９及び負極側の電源端子５０８には、図２で説明した如く、直流コネクタ１３８を介して直流電力が供給される。
　コンデンサ端子５０３ａ～５０３ｃは、積層導体板にそれぞれ電気的に接続され、半導体モジュール３００の正極端子１５７（３１５Ｂ）及び負極端子１５８（３１９Ｂ）に対応して設けられる。コンデンサ端子５０３ａ～５０３ｃは、パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ａを構成する負極側コンデンサ端子５０４ａと正極側コンデンサ端子５０６ａとの間には、絶縁シート５１７ａが設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ～５０３ｃも同様である。
　コンデンサケース５０２には、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２に固定するための固定手段例えば螺子を貫通させるための孔５２０ａ～５２０ｄが設けられる。
　また、コンデンサケース５０２の長辺側の一側面には、突出収納部５０２ａが形成される。この突出収納部５０２ａ内には、フィルムコンデンサ及び電源端子５０８，５０９に対して電気的に直列または並列に接続される電気回路素子が収納される。本実施形態においては、バッテリ１３６からのノイズを除去しかつグラウンドに電気的に接続されたノイズ除去用のコンデンサが収納される。このコンデンサはフィルムコンデンサに比べて小型のため、突出収納部５０２ａの高さはコンデンサケース５０２の高さよりも小さく形成されている。つまり、突出収納部５０２ａの下方には空間が形成される。図３に示された流路形成体１２は、この空間に冷媒流路１９の一部を形成している。これにより、ノイズ除去用のコンデンサを冷却することができるとともに、冷媒流路１９の断面積を局所的に大きくすることを抑制して圧力損失の増大を防止している。
　図１２（ａ）は、ケース１０にパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃとコンデンサモジュール５００とバスバーアッセンブリ８００を組み付けた外観斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の部分Ａの拡大図である。
　直流正極端子３１５Ｂ（１５７），直流負極端子３１９Ｂ（１５８），交流端子３２１（１５９）及び第２封止部６０１Ｂは、ケース１０の縦方向に蓋８側に向けて延びている。直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の電流経路の面積は、コンデンサモジュール５００内の積層導体板の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板から直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流正極端子３１５Ｂ（１５７）及び直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に集中することになる。
　そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部５４０を有し、その先端部に接続部５４２を有している。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板から立ち上がっている立ち上がり部５４３を有し、その先端部に接続部５４５を有している。前記接続部５４２と前記接続部５４５との間にパワー半導体モジュール３００ａの直流負極端子３１９Ｂ（１５８）や直流正極端子３１５Ｂ（１５７）が挟まれるようにして接続されている。
　これにより、負極側コンデンサ端子５０４ａや正極側コンデンサ端子５０６ａが接続部５４２や５４５の直前まで絶縁シートを介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子の配線部分のインダクタンスを低減することができる。さらに、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）の先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。このため、低インダクタンス化による特性改善に加え生産性を向上させることができる。
　パワー半導体モジュール３００ａの交流端子３２１（１５９）の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動できるように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１（１５９）の溶接箇所と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）の溶接箇所は、ケース１０の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
　さらに、図４及び図１２に示されるように、複数のパワー半導体モジュール３００ａ及び３００ｂは、ケース１０の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｂを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
　図１３は、パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃとコンデンサモジュール５００を組み付けたケース１０とバスバーアッセンブリ８００の分解斜視図である。図１４は、保持部材８０３を取り除いたバスバーアッセンブリ８００の外観斜視図である。
　図１３及び図１４に示すように、バスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー８０２ａ～８０２ｃ、及び当該交流バスバー８０２ａ～８０２ｃを保持し固定するための保持部材８０３を備える。またバスバーアッセンブリ８００は、交流バスバー８０２ａ～８０２ｃを流れる交流電流を検出するための電流センサ１８０が設けられている。
　交流バスバー８０２ａ～８０２ｃは、電流センサ１８０の貫通孔の手前でコンデンサモジュール５００から遠ざかる方向に折り曲げられ、電流センサ１８０の孔の手前で交流バスバー８０５ａ～８０５ｃと接続される。交流バスバー８０５ａ～８０５ｃは、電流センサ１８０の孔を貫通後に交流端子８２２ａ～８２２ｃとそれぞれ接続される。
　図１３に示されるように、交流バスバー８０２ａ～８０２ｃ，交流バスバー８０５ａ～８０５ｃ，電流センサ１８０は、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。
　バスバーアッセンブリ８００は、保持部材８０３によってケース１０に固定される。仮にケース１０に外部から熱が伝達されても、流路形成体１２に流れる冷媒によって温度上昇が抑えられる。この流路形成体１２を有するケース１０にバスバーアッセンブリ８００を固定することで、バスバーアッセンブリ８００に保持された電流センサ１８０の温度上昇も抑えることができる。電流センサ１８０は熱に弱い特性を有しており、上記構造により、電流センサ１８０の信頼性を向上させることができる。
　図１３に示されるように、保持部材８０３は、図４に示されたドライバ回路基板２２を支持するための支持部材８０７ａ～８０７ｄを備えている。支持部材８０７ａ～８０７ｄの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
　さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０が配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを有している。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサを貫通する。図１４に示されるように、電流センサ１８０は、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２を有する。信号線１８２は、ドライバ回路基板２２の配線パターンと半田によって接合される。本実施形態では、保持部材８０３，支持部材８０７ａ～８０７ｄ及び突起部８０６ａ～８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
　これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２とドライバ回路基板２２との間の組み付け及び半田接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。本実施の形態では、電力変換装置２００はエンジン等の振動源の近傍に配置されるので、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０７ａ及び８０７ｂを設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。例えば支持部材８０７ａ，８０７ｂによってドライバ回路基板２２の中央部を支持することで、ドライバ回路基板２２の共振周波数をエンジン等から伝達されてくる振動の周波数より高くすることができ、ドライバ回路基板２２に加わるエンジン等の振動の影響を低減できる。
　なお、バスバーアッセンブリ８００の保持部材８０３はケース１０に螺子８２４により固定される。
　図１５は、金属ベース板１１を分離した状態の電力変換装置２００の斜視図である。また、図１６は、図１５の断面Ｂの矢印方向からみた電力変換装置２００の断面図である。　
　図１３に示されたように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、電流センサ１８０の上方に配置され、さらに図１４に示されたバスバーアッセンブリ８００に設けられる支持部材８０７ａ～８０７ｄによって支持される。さらにドライバ回路基板２２は、その四隅が支持部材１５ａ～１５ｄ（１５ｄは不図示）を介してケース１０に接続される。
　金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置される。本実施の形態では、ケース１０の開口部の周縁が金属ベース板１１によって塞がれる。制御回路基板２０は、金属ベース板１１と蓋８によって形成される空間に収納される。
　電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に階層的に配置され、また制御回路基板２０が強電系のパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃから最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入されることを抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された流路形成体１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
　電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際の、配線コネクタを用いると接続工程の煩雑さや、接続ミスを防止することが望ましい。図１５では、ドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する孔２４が形成される。また孔２４にはパワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃの信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。なお、流路形成体１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側から半田接合が行われる。
　これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワー半導体モジュール３００の信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌと電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向から半田により接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。
　また、本実施形態のドライバ回路基板２２は、流路形成体１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（不図示）を実装している。これにより、半田接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、半田接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
　図１７は、図１１に示されたコンデンサモジュール５００の樹脂封止材５５０を取り除いた分解斜視図である。本実施形態においては、複数の平滑用のコンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇはコンデンサケース５０２の長手方向に沿って一列に並べられているが、平滑用のコンデンサ素子が１つのみであってもよい。
　コンデンサケース５０２は、略矩形状を為しており一面に開口５０２ｂを形成するとともにコンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇ，負極導体板５５８及び正極導体板５５９の収納空間５０２ｃを有する。コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇ，負極導体板５５８及び正極導体板５５９がコンデンサケース５０２内に収納された状態では、負極導体板５５８及び正極導体板５５９は、コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇとコンデンサケース５０２の内壁面との間であって、コンデンサケース５０２の底面５０２ｄ，第１側面５０２ｅ及び第２側面５０２ｆに沿って配置される。
　図１６に示されるように、図１７にて説示されたコンデンサモジュール５００は、流路形成体１２により形成される収納空間４０５内に配置される。これにより、コンデンサケース５０２の底面５０２ｄと第１側面５０２ｅ及び第２側面５０２ｆは、収納空間４０５を形成する流路形成体１２と対向することになる。具体的には、コンデンサケース５０２の底面５０２ｄは流路形成体１２ｄと対向しており、コンデンサケース５０２の第１側面５０２ｅは流路形成体１２ｅと対向しており、コンデンサケース５０２の第２側面５０２ｆは流路形成体１２ｆと対向している。なお本実施形態においては、流路形成体１２ｄは流路形成体１２ｅと流路形成体１２ｆを一体的に接続するための部材であり、コンデンサケース５０２の底面５０２ｄから放熱される熱は、この流路形成体１２ｄを介して流路形成体１２ｅ及び流路形成体１２ｆに伝熱される。流路形成体１２ｄに、流路形成体１２ｅと流路形成体１２ｆと同様に、冷却冷媒を流すための流路を形成してもよい。これにより、負極導体板５５８及び正極導体板５５９は、冷却体である流路形成体１２ｄ～１２ｆにより冷却され、コンデンサモジュール５００の冷却性能を向上させることができる。
　さらに、コンデンサケース５０２と流路形成体１２ｄ～１２ｆとの間には、熱伝導率が比較的高く、かつ柔軟性のある熱伝導部材を挟むことが望ましい。このような熱伝導部材としては、熱伝導シート，熱伝導グリース、ないしは高熱伝導性のシリコーンゴムなどが適用できる。熱伝導シートを適用するためには、熱伝導シートとコンデンサケース５０２及び流路形成体１２ｄ～１２ｆとの間に隙間ができないように、相互の隙間を低減する必要がある。流路形成体１２ｄ～１２ｆをダイカストで成形する場合には型の抜き勾配のためにコンデンサモジュール５００の収納空間４０５の形状が一般的には台形となるため、コンデンサケース５０２を勾配に沿う形に成型するなどの工夫が望ましい。一方、高熱伝導性シリコーンゴムなどを充てんする際には、部材間の隙間にゴムを流し込むことは困難であるため、コンデンサモジュール５００を収納空間４０５に配置する際に、先に収納空間４０５にゴムを流し込んでおいて、その上からコンデンサモジュール５００を押し込むことによって隙間にゴムを充てんすると、隙間に隈なくゴムを行き渡らせることができる。
　また図１６に示されるように、パワー半導体モジュール３００ａは、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂが流路形成体１２ｆと対向するように流路内に配置される。これにより、流路形成体１２ｆに形成された流路は、負極導体板５５８及び正極導体板５５９の冷却だけでなくパワー半導体モジュール３００ａの冷却を兼ねることができ、コンデンサモジュール５００とパワー半導体モジュール３００ａより成る電力変換装置の主回路をコンパクトに実装することができる。特に、パワー半導体モジュール３００ａは流路形成体１２ｆと対向し、かつパワー半導体モジュール３００ｃは流路形成体１２ｅと対向することにより、コンデンサケース５０２の両方の第１側面５０２ｅ及び第２側面５０２ｆからの伝達される熱の放熱バランスが保たれ、コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇを熱から保護することができる。
　また図１７に示されるように、コンデンサ素子５６０ａは、電極面５６１ａと電極面５６２ａが対向する円筒形状の巻回型のフィルムコンデンサ素子である。コンデンサ素子５６０ｂ～５６０ｇも、コンデンサ素子５６０ａと同様の構成である。巻回型のフィルムコンデンサ素子の中で発生した熱は、フィルムコンデンサ素子の中央部から電極面５６１ａ及び電極面５６２ａに向かって伝熱する。そこで本実施形態に係るコンデンサ素子５６０ａは、電極面５６１ａ及び電極面５６２ａがコンデンサケース５０２の両方の第１側面５０２ｅ及び第２側面５０２ｆと対向するように配置される。これによりコンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇからの熱を効率的に流路形成体１２ｅ及び１２ｆに伝達することができる。
　ここで図１６にて示された還流電流５９５ａ及び５９５ｂについて図を用いて説示する。図１８はインバータ回路の簡略図である。Ｕ相上アームＩＧＢＴがＯＮ（下アームは常時ＯＦＦ）、Ｖ相下アームがＯＦＦ（上アームは常時ＯＦＦ）、Ｗ相下アームがＯＮ（上アームは常時ＯＦＦ）のときは図９の矢印のように電流が流れる。このときＶ相に流れる電流はバッテリ側に戻らず、インピーダンスが低いＵ相上アームＩＧＢＴに向かって流れる。この電流が相間を流れる還流電流５９５ａ及び５９５ｂであり、還流電流５９５ａ及び５９５ｂは上下アーム間で流れることはなく、上アーム間だけまたは下アーム間だけで流れる。本実施形態のようにパワー半導体モジュールが相毎に分離して構成されており、還流電流５９５ａ及び５９５ｂがコンデンサケース５０２内に負極導体板５５８及び正極導体板５５９を介して流れる場合であっても、本実施形態のように負極導体板５５８及び正極導体板５５９を冷却することにより、還流電流５９５ａ及び５９５ｂによる発熱の影響を低減することができる。
－実施形態２－
　図１９に他の実施形態に係るコンデンサモジュールの斜視図を示す。実施形態１と同じ符号を付した構成は実施形態１と同様の機能を有する。金属製の板状部材５０２ｍがコンデンサケース５０２の一部に嵌め合わされている。金属製の板状部材５０２ｍは、軽量や高伝熱性であることを鑑みアルミニウムであることが望ましいが、高伝熱性であれば他の金属部材であってもよい。コンデンサケース５０２の板状部材５０２ｍを支持するその他の部分は、樹脂製部材で構成される。板状部材５０２ｍは、負極導体板５５８又は正極導体板５５９と対向する位置に配置される。これにより負極導体板５５８又は正極導体板５５９の放熱性を更に高めている。ただし、アルミニウムは導電性であるので、負極導体板５５８又は正極導体板５５９と板状部材５０２ｍとの間にも絶縁紙を挟むなど、絶縁のための構造が必要である。
　上記の実施形態では、負極導体板５５８および正極導体板５５９は、幅広い導体板を図１７に示すように加工して形成した。すなわち、負極導体板５５８および正極導体板５５９の一定の面積を有する幅広い面が流路形成体１２ｄや流路形成体１２ｅや流路形成体１２ｆに対向するように形成されている。しかし、負極導体板５５８および正極導体板５５９は、必ずしも幅広い導体板で形成しなくてもよい。細長いバスバーで形成するようにしてもよい。その場合も、負極導体板５５８および正極導体板５５９は、コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇを収納できる収納空間５０２ｃを形成するようにし、コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇ，負極導体板５５８及び正極導体板５５９がコンデンサケース５０２内に収納された状態では、負極導体板５５８及び正極導体板５５９は、コンデンサ素子５６０ａ～５６０ｇとコンデンサケース５０２の内壁面との間であって、コンデンサケース５０２の底面５０２ｄ，第１側面５０２ｅ及び第２側面５０２ｆに沿って配置されるようにする。これにより、負極導体板５５８および正極導体板５５９は、必ずしも幅広い面で流路形成体１２ｄや流路形成体１２ｅや流路形成体１２ｆに対向するものではないが、バスバーの一定の面積を有する面が流路形成体１２ｄや流路形成体１２ｅや流路形成体１２ｆに対向するように形成されているので、一定の効率的な冷却効果を有する。
　上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１１年第１２３９０７号（２０１１年６月２日出願）

Claims (8)

  1. 　直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
    　前記直流電流を平滑化するコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、
    　前記パワー半導体モジュール及び前記コンデンサモジュールを冷却する冷却体と、を備え、
    　前記コンデンサモジュールは、前記略矩形状を為しており一面に開口部を形成するとともに前記コンデンサ素子の収納空間を有するケースと、前記パワー半導体素子と前記コンデンサ素子とを電気的に接続するための直流導体と、を有し、
    　前記冷却体は、前記ケースの内壁の底面及び前記ケースの向かい合う両側面と対向するように形成され、
    　前記直流導体は、前記コンデンサ素子と前記ケースの内壁面との間であって、前記ケースの前記底面及び前記両側面に沿って形成される電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載された電力変換装置において、
    　前記冷却体は、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の一方の側面の側部に配置される第１流路形成体を有し、
    　前記パワー半導体モジュールは、当該パワー半導体モジュールの放熱面が前記ケースの前記両側面の前記一方の側面と対向するように前記第１流路形成体に固定される電力変換装置。
  3. 　請求項１に記載された電力変換装置において、
    　前記冷却体は、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の一方の側部に配置される第１流路形成体と、冷媒を流すとともに前記ケースの前記両側面の他方の側部に配置される第２流路形成体と、を有し、
    　前記パワー半導体モジュールは、複数設けられ、
    　さらに前記複数のパワー半導体モジュールは、前記第１流路形成体と前記第２流路形成体とに分けて配置される電力変換装置。
  4. 　請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置において、
    　前記コンデンサ素子は、２つの電極面が対向する円筒形状の巻回型のフィルムコンデンサ素子であり、
    　前記フィルムコンデンサ素子は、前記２つの電極面が前記両側面と対向するように配置される電力変換装置。
  5. 　請求項１ないし４に記載のいずれかの電力変換装置において、
    　前記直流導体は、正極側導体と、負極側導体と、当該正極側導体と当該負極側導体との間に配置される絶縁部材とにより構成され、
    　前記正極側導体と前記負極側導体は、前記ケースの収納空間内において、少なくとも一部が積層状態である電力変換装置。
  6. 　請求項１ないし５に記載のいずれかの電力変換装置において、
    　前記ケースは、前記直流導体と向かい合う前記底面又は前記側面が金属製部材で構成され、その他の部分は樹脂製部材で構成される電力変換装置。
  7. 　請求項１に記載された電力変換装置において、
    　当該電力変換装置は、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の三相交流電流を出力し、
    　前記パワーモジュールは、Ｕ相を出力するＵ相パワーモジュールと、Ｖ相を出力するＶ相パワーモジュールと、Ｗ相を出力するＷ相パワーモジュールとにより分離されて複数設けられ、
    　前記Ｕ相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続され、
    　前記Ｖ相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続され、
    　前記Ｗ相パワーモジュールの直流端子は、前記直流導体と直接接続される電力変換装置。
  8. 　請求項１ないし７に記載のいずれかの電力変換装置において、
    　前記直流導体は、導体板より構成される電力変換装置。
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