WO2024252462A1 - 電力変換装置及びそれを用いた電動車両 - Google Patents

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由希子 森
健吾 西村
浩二 中島
誠司 石橋
功 鳥取
由浩 竹島
徹 醍醐
健太 藤井
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    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H05K1/0206—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate by printed thermal vias

Definitions

  • This application relates to a power conversion device and an electric vehicle using the same.
  • the present application has been made to solve the above problems, and aims to provide a power conversion device that is inexpensive, easy to use, and has high heat dissipation performance, as well as an electric vehicle that uses the same.
  • the present application by arranging the first conductor opposite the second conductor and adjacent to the third conductor, it is possible to reduce inductance not only in the opposing portions but also in the adjacent portions.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device according to a first embodiment
  • 2 is a schematic perspective view showing a configuration of a main circuit connection portion of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main circuit connection portion of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view showing the configuration of a main circuit connection portion of a power conversion device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of a main circuit connection portion of a power conversion device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of a main circuit connection portion of a power conversion device according to a third embodiment.
  • FIG. 7A and 7B are cross-sectional views showing the configuration of a main circuit connection portion of a power conversion device according to embodiment 4.
  • 13 is a cross-sectional view showing another configuration of the main circuit connection portion of the power conversion device according to embodiment 5.
  • FIG. FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an electric vehicle using a power conversion device according to a sixth embodiment.
  • Fig. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the power conversion device 100 is composed of a housing 1, a cooler 2, a power module 3, a capacitor 4, a control board 5, an AC output unit 6, and a DC input unit 7.
  • the cooler 2 releases heat from heat-generating components, such as the power module, the capacitor, the AC output unit, and the DC input unit, to the outside of the power conversion device.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the main circuit connection section of the power conversion device 100 according to the first embodiment, and is a diagram showing the configuration of the main circuit connection section between the power module and the capacitor, between the power module and the AC output section, between the power module and the DC input section, and between the DC input section and the capacitor in the power conversion device 100 of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2.
  • the main circuit wiring section inserts high voltage wiring from the DC input section to the capacitor, from the capacitor to the power module, and from the DC input section to the power module section.
  • the main circuit wiring portion in embodiment 1 is configured such that the circuit board 80 sandwiches the base material 14 between the first conductor 11 and the second conductor 12.
  • the first conductor 11 and the second conductor 12 are both made of metal and are formed from a material with excellent electrical and thermal conductivity, such as copper or aluminum. In this embodiment, copper is used.
  • the base material 14 is an insulating resin.
  • the circuit board 80 has a multi-layer structure and, in addition to the copper pattern such as the first conductor 11, has electronic components not shown (components other than the main circuit wiring are not shown).
  • the current flows in the X direction in the first conductor 11 and in the -X direction in the second conductor 12, so that the current flows in the opposite directions (the opposite is also possible).
  • the third conductor 13 has the same potential phase (band) as the second conductor 12, and is arranged on the back surface, which is the first surface of the circuit board 80, which is a different layer from the second conductor 12, via the relay portion 18a and the base material 14 provided in the through hole 80a formed in the circuit board 80.
  • the relay portion 18a is formed from a material with excellent thermal conductivity.
  • the third conductor 13 is arranged on the same plane as the first conductor 11, and extends on the circuit board 80 while maintaining an insulation distance D from the first conductor 11. At least one through hole 80a is formed in the circuit board 80.
  • An insulating heat transfer material 15 is placed between the cooling section 16 and the first conductor 11.
  • the insulating heat transfer material 15 has an insulating function and a heat dissipation function between the first conductor 11 and the third conductor 13 and the cooling section 16.
  • the insulating heat transfer material 15 is in contact with some or all of the first conductor 11 and the third conductor 13, and is configured to be able to dissipate heat to the cooling section 16 in areas where heat dissipation is required.
  • the first conductor 11, the third conductor 13, and the fourth conductor 17 formed on the side wall of the through hole 80a are constructed as separate parts, and are electrically connected when the circuit board 80 is molded.
  • the first conductor 11 and the second conductor 12 form parallel plates with a relatively thin base material 14 in between, so the distance between the electrodes can be made shorter than with a molded bus bar, which has the effect of reducing inductance.
  • the first conductor 11 and the third conductor 13 are arranged on the same plane, they also form parallel plates at the side portions, and further reduction in inductance can be expected.
  • the main circuit is only cooled on one side, and the side opposite the cooled side dissipates heat through the base material and the cooling conductor, so it is not actively cooled and the top surface remains at a high temperature.
  • the main circuit on the top layer is also configured to dissipate heat to the cooling section with high conductivity through relay section 18a and fourth conductor 17.
  • using metal for relay portion 18a makes it possible to move heat to cooling portion 16 more efficiently than when only the side of relay portion 80a is made of metal (fourth conductor 17). If it becomes possible to transfer heat from second conductor 12 on the front surface, which is the second surface of circuit board 80, to cooling portion 16, it becomes possible to narrow the width of first conductor 11 and second conductor 12, and as a result, it becomes possible to miniaturize the power conversion device.
  • the power conversion device 100 includes a first conductor 11 provided on the rear surface of the circuit board 80, a second conductor 12 provided on the front surface of the circuit board 80, at least a portion of which faces the first conductor 11 via the circuit board 80, and through which a current flows in the opposite direction to that of the first conductor 11, a third conductor 13 provided on the rear surface of the circuit board 80 while maintaining an insulation distance D from the first conductor 11, and through which a current flows in the same direction as that of the second conductor 12, and at least
  • the fourth conductor 17 is provided on the side wall of one or more through holes 80a and connects the second conductor 12 and the third conductor 13, a relay portion 18a filled in the through hole 80a with a thermally conductive material, and a cooling portion 16 provided on each surface of the first conductor 11 and the third conductor 13 via an insulating heat transfer material 15.
  • the inductance can be reduced not only in the facing portion but also in the adjacent portion.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, a case will be described in which the configuration of the third conductor 13 in the first embodiment is also provided on the opposite side across the first conductor 11.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of the main circuit connection part of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4.
  • the main circuit wiring portion in embodiment 2 includes a fifth conductor 23 of the same configuration as the third conductor 13 on the opposite side of the circuit board 80 to the first conductor 11 of the third conductor 13.
  • the fifth conductor 23 has the same potential phase (band) as the second conductor 12, and is arranged on the back surface of the circuit board 80, which is a different layer from the second conductor 12, via the relay portion 18b and the substrate 14 provided in the through hole 80b formed in the circuit board 80.
  • the fifth conductor 23 is arranged on the same plane as the first conductor 11, and extends on the circuit board 80 while maintaining an insulating distance D from the first conductor 11. At least one through hole 80b is formed in the circuit board 80.
  • the first conductor 11, the third conductor 13, and the sixth conductor 27 formed on the side wall of the relay portion 80b are constructed as separate parts, and are electrically connected when the circuit board 80 is molded.
  • the first conductor 11 and the second conductor 12 form parallel plates with a relatively thin base material 14 in between, so the distance between the electrodes can be made shorter than with a molded bus bar, which has the effect of reducing inductance.
  • the first conductor 11 and the fifth conductor 23 are arranged on the same plane, so they also form parallel plates on the side portions, which is expected to further reduce inductance.
  • the above configuration also makes it possible to further increase the cooling efficiency of the second conductor 12 on the surface of the circuit board 80, thereby enabling the power conversion device to be further miniaturized. Furthermore, since the third conductor 13 and the fifth conductor 23 are arranged to sandwich the first conductor 11 from the left and right, the number of parallel plate locations is increased compared to the configuration of embodiment 1, making it possible to further reduce inductance.
  • the rest of the configuration of the power conversion device 100 according to embodiment 2 is the same as that of the power conversion device 100 according to embodiment 1, and corresponding parts are given the same reference numerals and their description is omitted.
  • the configuration of the first embodiment is provided with a fifth conductor 23 on the back surface of the circuit board 80, in which the first conductor 11 is sandwiched between the third conductor 13 at the insulation distance D and a current flows in the same direction as the second conductor 12, a sixth conductor 27 formed on the circuit board 80 by sandwiching the first conductor 11 between the through hole 80a and the through hole 80a, which is provided on the side wall of the through hole 80b and connects the second conductor 12 and the fifth conductor 23, and a relay portion 18b filled in the through hole 80b with a thermally conductive material. Therefore, compared to the configuration of the first embodiment, the number of parallel plate locations is increased, making it possible to further reduce inductance. In addition, it is possible to further increase the cooling efficiency, making it possible to further miniaturize the power conversion device.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, a case will be described in which the third conductor 13, the fifth conductor 23, and the first conductor 11 are provided over a wider area than the second conductor 12 in the first embodiment.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the main circuit connection part of the power conversion device according to embodiment 3.
  • the main circuit wiring part in embodiment 3 is formed in a wide area on the circuit board 80, beyond the area where the third conductor 13 and the fifth conductor 23 face the second conductor 12 via the circuit board 80.
  • the third conductor 13 and the fifth conductor 23 spread over a wide area in the cooling section 16 via the insulating heat transfer material 15, improving cooling performance.
  • the third conductor 13, the fifth conductor 23, and the first conductor 11 are formed in a wide area beyond the area facing the second conductor 12 via the circuit board 80, so in addition to the effects of the first and second embodiments, the cooling performance is improved because the cooling section is spread over a wide area via the insulating heat transfer material. As a result, it is possible to reduce the width of the second conductor, improving the degree of freedom in the mounting layout of electronic components on the surface of the circuit board.
  • Embodiment 4 In the first to third embodiments, the phases on the front and back sides of the circuit board are fixed, but in the fourth embodiment, a case in which the phases are interchangeable will be described.
  • FIGS. 7A to 7D are cross-sectional views showing the configuration of the main circuit connection part of the power conversion device according to embodiment 4.
  • FIGS. 7A to 7D are cross-sectional views taken along the lines AA, BB, CC, and DD in FIG. 4, respectively.
  • the potential of each conductor is indicated by (P) and (N).
  • the main circuit wiring portion in embodiment 4 is configured such that the N phase (first conductor 11) on the back surface of the substrate 14 and the P phase (second conductor 12) on the front surface are switched from position AA to position DD in the circuit board 80, with the back surface of the substrate 14 being switched to the P phase (third conductor 13 or fifth conductor 23) and the front surface being switched to the N phase (seventh conductor 41).
  • the seventh conductor 41 is placed on the opposite side of the substrate 14 to the first conductor 11 in a pattern with the same potential as the first conductor 11.
  • the eighth conductor 42 and the ninth conductor 43 are placed on the opposite side of the substrate 14 to the seventh conductor 41 in a pattern with the same potential as the seventh conductor 41.
  • the P phase (second conductor 12) is on the front surface of the circuit board 80, and the N phase (first conductor 11) is on the back surface, on the cooling section 16 side.
  • the conductors on the front side and cooling side of the circuit board 80 are alternately arranged in the planar direction with the P phase and N phase maintaining an insulation distance D from position AA.
  • the conductors are configured as P phase (second conductor 12 and fifth conductor 23)-N phase (seventh conductor 41 and first conductor 11)-P phase (second conductor 12 and third conductor 13). Note that in this fourth embodiment, only P phase-N phase-P phase is described, but it is also possible to narrow the width of the P phase and N phase, for example, and have multiple P phase and N phase configurations.
  • the cross section shows that the N phase (seventh conductor 41) has moved to the surface side, and the P phase (second conductor 12, fifth conductor 23, and third conductor 13) is present on the surface and at the bottom.
  • the N-phase (seventh conductor 41) spreads over the surface of the circuit board 80, and via relays 18a and 18b, the N-phase (eighth conductor 42 and ninth conductor 43) is also formed on the cooling section 16 side on the same plane as the P-phase (third conductor 13 or fifth conductor 23).
  • the states shown in Figures 7A and 7D show a state in which the P phase and N phase are swapped. Note that in this fourth embodiment, a case in which the phases are swapped once has been described, but this is not limited to this. The arrangement of the P phase and N phase may be swapped multiple times on the circuit board 80. Also, although not shown in the figures in this fourth embodiment, depending on the cooling conditions, it is possible to reduce the areas of the eighth conductor 42, the ninth conductor 43, and the relay portions 18a and 18b, and reduce the number of relay points.
  • the circuit board 80 is configured so that the potential phases of the conductors on the front and back sides are switched at least once, so that the conductors of both potential phases can be directly cooled by the cooler under the circuit board, and the temperature difference between the conductors is reduced. Therefore, the conductors can be cooled without excessively widening the width of the conductor layer to cool the high-temperature parts of the circuit board. This makes it possible to miniaturize the circuit board, and as a result, the power conversion device can also be miniaturized.
  • Embodiment 5 In the fifth embodiment, a case in which a metal plate is mounted on the conductor surface of a circuit board 80 will be described.
  • Figure 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the main circuit connection part of the power conversion device according to embodiment 5.
  • the main circuit wiring part in embodiment 5 includes a first metal plate 51 on the surface of the first conductor 11, the third conductor 13, and the relay part 18a on the back surface of the circuit board 80, and a second metal plate 52 on the surface of the second conductor 12 and the relay part 18a on the front surface of the circuit board 80.
  • the first metal plate 51 and the second metal plate 52 are mounted to each conductor by soldering. Note that, although the number of first metal plates 51 and second metal plates 52 is one each in the fifth embodiment, this is not limited to this. The number and mounting positions can be selected depending on the degree to which the current is to be dispersed.
  • the third conductor 13 is provided on one side of the first conductor 11, but it may be provided on the opposite side of the first conductor 11.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another configuration of the main circuit connection part of the power conversion device according to the fifth embodiment.
  • the main circuit wiring part includes a fifth conductor 23 having the same configuration as the third conductor 13 on the opposite side of the circuit board 80 across the first conductor 11 from the third conductor 13, and a first metal plate 51 and a second metal plate 52 are mounted on each conductor as in the fifth embodiment.
  • both the first metal plate 51 and the second metal plate 52 are provided, but it is also possible to provide only one of them.
  • the power conversion device 100 includes a first metal plate 51 provided on the back surface of the circuit board 80 and/or a second metal plate 52 provided on the front surface. Therefore, the metal plate mounted on each conductor has the effect of increasing the cross-sectional area of the current path, which reduces the amount of heat generated by the conductor and makes it possible to reduce the temperature rise of each conductor. Furthermore, by increasing the thickness of the conductor to increase its cross-sectional area, it is possible to narrow the width of the conductor, which makes it possible to reduce the area of the circuit board and, as a result, to miniaturize the power conversion device.
  • Embodiment 6 In the sixth embodiment, a case will be described in which the power conversion device 100 in the first embodiment is applied to an electric vehicle.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an electric vehicle 200 using a power conversion device 100 according to embodiment 6 of the present application.
  • the electric vehicle 200 includes a power conversion device 100 according to any one of the first to fifth embodiments that converts DC power input from a battery 21 and outputs AC power, and a motor 22 (22a, 22b) that is driven by the AC power input from the power conversion device 100.
  • the electric vehicle 200 using the power conversion device 100 according to the sixth embodiment includes the power conversion device 100 according to any one of the first to fifth embodiments that converts DC power input from the battery 21 and outputs AC power, and the motor 22 (22a, 22b) that is driven by the AC power input from the power conversion device 100. This reduces the inductance and size of the power conversion device, making it possible to reduce the size and weight of the electric vehicle.

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Abstract

電力変換装置（１００）の主回路接続部は、回路基板（８０）の裏面に設けられた第１の導体（１１）と、回路基板（８０）の表面に設けられ、第１の導体（１１）と少なくとも一部が回路基板（８０）を介して対向し、第１の導体（１１）と反対方向に電流が流れる第２の導体（１２）と、回路基板（８０）の裏面に、第１の導体（１１）と絶縁距離（Ｄ）を保って設けられ、第２の導体（１２）と同じ方向に電流が流れる第３の導体（１７）と、回路基板（８０）に形成された少なくとも１以上の貫通孔（８０ａ）の側壁に設けられ、第２の（１２）と第３の導体（１３）を接続する第４の導体（１７）と、貫通孔（８０ａ）に熱伝導性を有する部材で埋められた中継部（１８ａ）と、第１の導体（１１）および第３の導体（１３）の各表面に絶縁伝熱材（１５）を介して設けられた冷却部（１６）と、を備える。

Description

電力変換装置及びそれを用いた電動車両
　本願は、電力変換装置及びそれを用いた電動車両に関するものである。
　ハイブリッドカーおよび電気自動車などの電動車両に用いられる電力変換装置において、小型化および高効率化のために大電流化および高電圧化が進んでいる。パワーモジュール保護の観点から、スイッチング時に発生するサージ電圧を極力抑えるために、主回路配線の低インダクタンス技術が必須である。逆向きの電流が流れている導体を対向配置することで、インダクタンス低減する方法は既に広く知られており、例えば特許文献１では回路基板を用いた配線（パターン）でも低減できることを示している。
特開２０１７－２２０９６１号公報（段落０００９、図６）
　しかしながら、さらにインダクタンスを低減するには、対向する配線（Ｐライン／Ｎライン）間距離を縮めたり、パターン幅を太くする必要があり、構造および製造制約で限度がある。それに加えて大きな電流の流れる主回路配線は自身の発熱による温度上昇を耐熱性の低い部品に伝えないようにする必要があり、冷却可能な構造にすることも求められる。
　本願は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安価かつ容易に高い放熱性能を持つ電力変換装置及びそれを用いた電動車両を提供することを目的とする。
　本願に開示される電力変換装置は、基板の第１の面に設けられた第１の導体と、前記基板の第２の面に設けられ、前記第１の導体と少なくとも一部が前記基板を介して対向し、前記第１の導体と反対方向に電流が流れる第２の導体と、前記基板の第１の面に、前記第１の導体と絶縁距離を保って設けられ、前記第２の導体と同じ方向に電流が流れる第３の導体と、前記基板に形成された少なくとも１以上の貫通孔の側壁に設けられ、前記第２の導体と前記第３の導体を接続する第４の導体と、前記第１の導体および前記第３の導体の各表面に絶縁伝熱材を介して設けられた冷却部と、を備えたことを特徴とする。
　本願によれば、第１の導体を、第２の導体と対向させ、かつ第３の導体と隣り合う構造にすることで、対向部分だけでなく隣り合う部分でも、インダクタンス低減できる。また、基板下面の導体だけでなく貫通孔側壁の導体および中継部を介して基板表面の導体も冷却が可能となり、電力変換装置の小型化が可能となる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す概略斜視図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す概略斜視図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、実施の形態４に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置の主回路接続部の他の構成を示す断面図である。 実施の形態６に係る電力変換装置を用いた電動車両の構成を示す図である。
　実施の形態１．
　図１は、本願の実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、電力変換装置１００は、筐体１、冷却器２、パワーモジュール３、コンデンサ４、制御基板５、ＡＣ出力部６、ＤＣ入力部７で構成されている。冷却器２は、発熱部材、例えば、パワーモジュール、コンデンサ、ＡＣ出力部、ＤＣ入力部の熱を電力変換装置外へ放出する。
　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１００の主回路接続部の構成を示す概略斜視図であり、図１の電力変換装置１００の、パワーモジュール／コンデンサ間、パワーモジュール／ＡＣ出力部、パワーモジュール／ＤＣ入力部間およびＤＣ入力部／コンデンサ間の主回路接続部の構成を概略的に示した図ある。図３は、図２のＡＡ矢視断面図である。主回路配線部は、ＤＣ入力部からコンデンサ、コンデンサからパワーモジュール、ＤＣ入力部からパワーモジュール部の高電圧配線を挿す。
　図２および図３に示すように、実施の形態１での主回路配線部分は、回路基板８０が基材１４を第１の導体１１と第２の導体１２で挟み込む構成となっている。第１の導体１１と第２の導体１２は、共に金属で、通電および熱伝導性に優れた部材で成形されおり、例えば、銅またはアルミの材料が用いられる。本実施の形態では、銅を用いた。基材１４は、絶縁性を有する樹脂である。
　回路基板８０は、多層構造を成し、第１の導体１１のような銅パターンの他に、図示しない電子部品を有している（主回路配線以外の部品は図示していない）。
　電流の流れる方向は、例えば図２において、第１導体１１はＸ方向に、第２の導体１２は－Ｘ方向にと、互いに反対方向に電流が流れる（上記の逆もあり得る）。
　第３の導体１３は、第２の導体１２と同じ電位相（帯）であり、回路基板８０に形成された貫通孔８０ａに設けられた中継部１８ａおよび基材１４を介して、第２の導体１２と異なる階層である回路基板８０の第１の面である裏面に配置される。中継部１８ａは、熱伝導性に優れた部材で成形される。また、第３の導体１３は、第１の導体１１と同一平面上に配置され、第１の導体１１と絶縁距離Ｄを保ちながら回路基板８０上で延在している。なお、貫通孔８０ａは、回路基板８０に少なくとも１以上形成される。
　冷却部１６と第１の導体１１の間には、絶縁伝熱材１５を設置している。絶縁伝熱材１５は、第１の導体１１および第３の導体１３と、冷却部１６との間で絶縁機能と放熱機能を有している。絶縁伝熱材１５は、一部またはすべての第１の導体１１と第３の導体１３と接触しており、放熱が必要な箇所において冷却部１６への放熱を可能な構成としている。
　第１の導体１１、第３の導体１３、および貫通孔８０ａの側壁に形成された第４の導体１７は別部品で構成されており、回路基板８０の成形時に電気的に接続される。モールドされたバスバーを使用する場合とは異なり、比較的薄い基材１４を挟んで第１の導体１１と第２の導体１２が並行平板を成しているので、モールドされたバスバーより電極間の距離が近く構成でき、インダクタンスの低減効果がある。また、第１の導体１１と第３の導体１３は、同一面上に配置されていることから、側面部でも並行平板を成しているため、さらにインダクタンスの低減が見込める。
　特許文献１における主回路の冷却は、一面を冷却するのみで冷却面の反対面は基材と冷却導体を介して放熱を行うのみで、積極的には冷却することができておらず、上面が高温状態のままであった。しかし、本願は上面層の主回路についても、中継部１８ａおよび第４の導体１７を介して高伝導率で熱を冷却部へと放熱できる構成である。
　より冷却性能が必要な場合は、中継部１８ａに金属を用いることで中継部８０ａの側面のみ金属（第４の導体１７）の場合に比べて、熱を効率良く冷却部１６に移動させることが可能となる。回路基板８０の第２の面である表面の第２の導体１２から熱を冷却部１６への伝達が可能になれば、第１の導体１１および第２の導体１２の幅を狭くすることが可能となり、結果として、電力変換装置を小型化することが可能となる。
　以上のように、本実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、回路基板８０の裏面に設けられた第１の導体１１と、回路基板８０の表面に設けられ、第１の導体１１と少なくとも一部が回路基板８０を介して対向し、第１の導体１１と反対方向に電流が流れる第２の導体１２と、回路基板８０の裏面に、第１の導体１１と絶縁距離Ｄを保って設けられ、第２の導体１２と同じ方向に電流が流れる第３の導体１３と、回路基板８０に形成された少なくとも１以上の貫通孔８０ａの側壁に設けられ、第２の導体１２と第３の導体１３を接続する第４の導体１７と、貫通孔８０ａに熱伝導性を有する部材で埋められた中継部１８ａと、第１の導体１１および第３の導体１３の各表面に絶縁伝熱材１５を介して設けられた冷却部１６と、を備えるようにしたので、第１の導体を、第２の導体と対向させ、かつ第３の導体と隣り合う構造にすることで、対向部分だけでなく隣り合う部分でも、インダクタンス低減できる。また、基板下面の導体だけでなく中継部を介して基板表面の導体も冷却が可能となる。
　実施の形態２．
　実施の形態２では、実施の形態１での第３の導体１３の構成を第１の導体１１を挟んだ反対側にも設けられている場合について説明する。
　図４は、実施の形態２に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す概略斜視図である。図５は、図４のＡＡ矢視断面図である。
　図４および図５に示すように、実施の形態２での主回路配線部分は、回路基板８０が第３の導体１３の第１の導体１１を挟んだ反対側に、第３の導体１３と同じ構成の第５の導体２３を備える。
　第５の導体２３は、第２の導体１２と同じ電位相（帯）であり、回路基板８０に形成された貫通孔８０ｂに設けられた中継部１８ｂおよび基材１４を介して、第２の導体１２と異なる階層である回路基板８０の裏面に配置される。また、第５の導体２３は、第１の導体１１と同一平面上に配置され、第１の導体１１と絶縁距離Ｄを保ちながら回路基板８０上で延在している。なお、貫通孔８０ｂは、回路基板８０に少なくとも１以上形成される。
　第１の導体１１、第３の導体１３、および中継部８０ｂの側壁に形成された第６の導体２７は別部品で構成されており、回路基板８０の成形時に電気的に接続される。モールドされたバスバーを使用する場合とは異なり、比較的薄い基材１４を挟んで第１の導体１１と第２の導体１２が並行平板を成しているので、モールドされたバスバーより電極間の距離が近く構成でき、インダクタンスの低減効果がある。また、第１の導体１１と第５の導体２３は、同一面上に配置されていることから、側面部でも並行平板を成しているため、さらにインダクタンスの低減が見込める。
　また、上記の構成により、回路基板８０の表面の第２の導体１２の冷却効率をさらに高めることが可能となるため、さらなる電力変換装置の小型化が可能となる。さらに、第１の導体１１を左右から挟み込むように第３の導体１３及び第５の導体２３が配置されているため、実施の形態１の構成に対して、並行平板箇所が増加することでさらにインダクタンスを低減することが可能となる。
　実施の形態２による電力変換装置１００のその他の構成については、実施の形態１の電力変換装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
　以上のように、本実施の形態２に係る電力変換装置１００によれば、実施の形態１の構成に、回路基板８０の裏面に、第１の導体１１を第３の導体１３とで各絶縁距離Ｄを保って挟み、第２の導体１２と同じ方向に電流が流れる第５の導体２３と、第１の導体１１を貫通孔８０ａとで挟んで回路基板８０に形成された、貫通孔８０ｂの側壁に設けられ、第２の導体１２と第５の導体２３とを接続する第６の導体２７と、貫通孔８０ｂに熱伝導性を有する部材で埋められた中継部１８ｂと、を備えるようにしたので、実施の形態１の構成に対して、並行平板箇所が増加することでさらにインダクタンスを低減することが可能となる。また、冷却効率をさらに高めることが可能となるため、さらなる電力変換装置の小型化が可能となる。
　実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１での第２の導体１２に対して第３の導体１３、第５の導体２３、および第１の導体１１の領域が広く設けられている場合について説明する。
　図６は、実施の形態３に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。図６に示すように、実施の形態３での主回路配線部分は、回路基板８０において、第３の導体１３および第５の導体２３が、回路基板８０を介して第２の導体１２と対向している領域を超えて、広い領域に形成されている。
　上記の構成により、第３の導体１３および第５の導体２３が、冷却部１６に広い面積で絶縁伝熱材１５を介して広がっているため、冷却性が向上する。その結果、第２の導体１２の幅を小さくすることが可能となり、回路基板８０の表面の電子部品実装レイアウトの自由度が向上する。
　実施の形態３による電力変換装置１００のその他の構成については、実施の形態２の電力変換装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
　以上のように、本実施の形態３に係る電力変換装置１００によれば、第３の導体１３、第５の導体２３および第１の導体１１を、回路基板８０を介して第２の導体１２と対向している領域を超えて、広い領域に形成するようにしたので、実施の形態１および実施の形態２の効果だけでなく、冷却部に広い面積で絶縁伝熱材を介して広がっているため、冷却性が向上する。その結果、第２の導体の幅を小さくすることが可能となり、回路基板の表面の電子部品実装レイアウトの自由度が向上する。
　実施の形態４．
　実施の形態１から実施の形態３では回路基板上で表面側と裏面側の相が固定されていたが、実施の形態４では相が入れ替わる場合について説明する。
　図７Ａから図７Ｄは、実施の形態４に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。図７Ａから図７Ｄは、それぞれ図４のＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、およびＤＤ矢視断面図である。図７Ａから図７Ｄでは、各導体の電位は（Ｐ）、（Ｎ）で図示している。
　図７Ａから図７Ｄに示すように、実施の形態４での主回路配線部分は、回路基板８０において、基材１４の裏面のＮ相（第１の導体１１）と表面のＰ相（第２の導体１２）が、ＡＡの位置からＤＤの位置にかけて入れ替わり、基材１４の裏面がＰ相（第３の導体１３または第５の導体２３）に、表面がＮ相（第７の導体４１）に替わる構成となっている。
　ＤＤの位置では、第７の導体４１は、第１の導体１１と同電位のパターンで、基材１４を挟んで第１の導体１１とは逆の面に設置されている。第８の導体４２および第９の導体４３は、第７の導体４１と同電位のパターンで、基材を挟んで第７の導体４１とは逆の面に設置されている。
　図７Ａに示すＡＡの位置では、Ｐ相（第２の導体１２）が回路基板８０の表面にあり、Ｎ相（第１の導体１１）が裏面の冷却部１６側にある構成である。
　図７Ｂに示すＢＢの位置では、ＡＡの位置からＰ相とＮ相が絶縁距離Ｄを保った状態で回路基板８０の表面側と冷却側の導体がそれぞれ、平面方向に交互に並んでいる状態になる。図７Ｂに示すように、導体は、Ｐ相（第２の導体１２および第５の導体２３）－Ｎ相（第７の導体４１および第１の導体１１）－Ｐ相（第２の導体１２および第３の導体１３）の構成となっている。なお、本実施の形態４では、Ｐ相－Ｎ相－Ｐ相のみを記載しているが、例えば、Ｐ相およびＮ相の幅を狭くし、Ｐ相とＮ相の構成を複数持たせる構成も可能である。
　図７Ｃに示すＣＣの位置では、Ｎ相（第７の導体４１）が表面側に移動し、Ｐ相（第２の導体１２および第５の導体２３と第３の導体１３）が表面と下部に存在する断面を示している。
　図７Ｄに示すＤＤの位置では、Ｎ相（第７の導体４１）が回路基板８０の表面に広がり、中継部１８ａ、１８ｂを介して、冷却部１６側にもＰ相（第３の導体１３または第５の導体２３）と同一面上にＮ相（第８の導体４２および第９の導体４３）を構成している。
　図７Ａと図７Ｄに示す状態は、Ｐ相とＮ相が入れ替わった状態を示している。なお、本実施の形態４では、相が一度入れ替わる場合について説明したが、これに限るものではない。Ｐ相とＮ相は回路基板８０上で相の配置が複数回入れ替わってもよい。また、本実施の形態４では、図示していないが、冷却条件によっては第８の導体４２、第９の導体４３および中継部１８ａ、１８ｂの面積を小さく、中継箇所を少なくすることが可能である。
　実施の形態４による電力変換装置１００のその他の構成については、実施の形態１の電力変換装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
　以上のように、本実施の形態４に係る電力変換装置１００によれば、回路基板８０は、表面側と裏面側の導体の電位相が少なくとも１回は配置が入れ替わるようにしたので、両方の電位相の導体を回路基板下の冷却器で直接冷却することができ、各導体の温度差が小さくなる。従って、回路基板の高温部分を冷やすために導体層の幅を過度に広げることなく導体を冷却できる。よって、回路基板を小型化する事が可能となり、結果として、電力変換装置の小型化も可能となる。
　実施の形態５．
　実施の形態５では、回路基板８０の導体面に金属板を実装する場合について説明する。
　図８は、実施の形態５に係る電力変換装置の主回路接続部の構成を示す断面図である。図８に示すように、実施の形態５での主回路配線部分は、回路基板８０の裏面の、第１の導体１１、第３の導体１３、および中継部１８ａの表面に第１の金属板５１を備え、回路基板８０の表面の、第２の導体１２および中継部１８ａの表面に第２の金属板５２を備える。
　第１の金属板５１および第２の金属板５２は、各導体に対して、はんだにより実装されている。なお、第１の金属板５１および第２の金属板５２の枚数は、本実施の形態５では、それぞれ１枚としたが、これに限るものではない。電流を分散させる程度により、枚数および実装位置を選択できる。
　実施の形態５による電力変換装置１００のその他の構成については、実施の形態１の電力変換装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
　本実施の形態５では、第３の導体１３の構成を第１の導体１１の片側に設けた場合について説明したが、第１の導体１１を挟んだ反対側にも設けられていてもよい。図９は、実施の形態５に係る電力変換装置の主回路接続部の他の構成を示す断面図である。図９に示すように、主回路配線部分は、回路基板８０が第３の導体１３の第１の導体１１を挟んだ反対側に、第３の導体１３と同じ構成の第５の導体２３を備え、上記実施の形態５と同様に、各導体に対して第１の金属板５１および第２の金属板５２が実装される。
　また、本実施の形態５では、第１の金属板５１および第２の金属板５２を両方備えたが、いずれか一方のみ備えてもよい。
　以上のように、本実施の形態５に係る電力変換装置１００によれば、回路基板８０の、裏面に設けられた第１の金属板５１と、表面に設けられた第２の金属板５２と、を両方もしくはいずれか一方を備えるようにしたので、各導体に実装された金属板は電流経路の断面積を大きくする効果があり、導体の発熱量を低減し、各導体の温度上昇を低減することが可能である。また、導体の厚みを増加させて断面積を大きくすることで、導体の幅を狭くすることが可能となり、回路基板の小面積化が可能となり、結果として、電力変換装置の小型化が可能となる。
　実施の形態６．
　実施の形態６では、実施の形態１での電力変換装置１００を、電動車両へ適用した場合について説明する。
　図１０は、本願の実施の形態６に係る電力変換装置１００を用いた電動車両２００の構成を示す図である。
　図６に示すように、電動車両２００は、電池２１から入力されたＤＣ電力を変換してＡＣ電力を出力する実施の形態１から実施の形態５の電力変換装置１００と、電力変換装置１００から入力されたＡＣ電力により駆動するモータ２２（２２ａ、２２ｂ）と、を備える。
　以上のように、本実施の形態６に係る電力変換装置１００を用いた電動車両２００によれば、電池２１から入力されたＤＣ電力を変換してＡＣ電力を出力する実施の形態１から実施の形態５のいずれか１に記載の電力変換装置１００と、電力変換装置１００から入力されたＡＣ電力により駆動するモータ２２（２２ａ、２２ｂ）と、を備えるようにしたので、電力変換装置においてインダクタンスの低減と小型化を図ることで、電動車両の小型軽量化が可能となる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１１　第１の導体、１２　第２の導体、１３　第３の導体、１５　絶縁伝熱材、１７　第４の導体、１６　冷却部、１８ａ、１８ｂ　中継部、８０　回路基板、８０ａ、８０ｂ　貫通孔、１００　電力変換装置。

Claims (8)

  1. 　基板の第１の面に設けられた第１の導体と、
    　前記基板の第２の面に設けられ、前記第１の導体と少なくとも一部が前記基板を介して対向し、前記第１の導体と反対方向に電流が流れる第２の導体と、
    　前記基板の第１の面に、前記第１の導体と絶縁距離を保って設けられ、前記第２の導体と同じ方向に電流が流れる第３の導体と、
    　前記基板に形成された少なくとも１以上の貫通孔の側壁に設けられ、前記第２の導体と前記第３の導体を接続する第４の導体と、
    　前記第１の導体および前記第３の導体の各表面に絶縁伝熱材を介して設けられた冷却部と、
    を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記貫通孔の内部に、熱伝導性を有する部材で埋められた中継部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記基板の第１の面に、前記第１の導体を前記第３の導体とで各絶縁距離を保って挟み、前記第２の導体と同じ方向に電流が流れる第５の導体と、
    　前記第１の導体を前記貫通孔とで挟んで前記基板に形成された、他方側の貫通孔の側壁に設けられ、前記第２の導体と前記第５の導体とを接続する第６の導体と、
    を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記他方側の貫通孔の内部に、熱伝導性を有する部材で埋められた中継部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第３の導体、前記第５の導体および前記第１の導体は、前記基板を介して前記第２の導体と対向している領域を超えて、広い領域に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記基板は、前記第１の導体と前記第２の導体の電位相の配置が少なくとも１回は入れ替わることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記基板の第１の面に設けられた第１の金属板と、前記基板の第２の面に設けられた第２の金属板と、を両方もしくはいずれか一方を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　電池から入力されたＤＣ電力を変換してＡＣ電力を出力する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
    　前記電力変換装置から入力されたＡＣ電力により駆動するモータと、
    を備えたことを特徴とする電力変換装置を用いた電動車両。
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