JP2012105369A - パワーコントロールユニット - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータ回路の各構成部品の配置の最適化と、リアクトルの冷却を効率よく行うことができるパワーコントロールユニットを提供する。
【解決手段】パワーコントロールユニットでは、リアクトル４１、一次側及び二次側コンデンサ４２、４３、及び接続コネクタ４４は、ウォータージャケット１０の重力方向下方に設けられた第１空間１４に配置され、パワーモジュール６０及びゲートドライブ基板９は、重力方向上方に設けられた第２空間１５に配置される。リアクトルはウォータージャケットの下面に固定されるとともに、パワーモジュールがウォータージャケットの上面に固定され、第１空間では、リアクトル４１と一次側コンデンサ４２が、並んで配置されるとともに、接続コネクタ４４と二次側コンデンサ４３が、直交する方向において、リアクトル及び一次側コンデンサに対して反対側に形成された各領域にそれぞれ配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、パワーコントロールユニットに関し、特に、電動車両やハイブリッド車両などの電動機を備えた車両に用いられるパワーコントロールユニットに関する。

従来、特許文献１に記載の電力変換装置では、下方からコンデンサ、ウォータージャケット、インバータ回路を構成するパワーモジュール、ゲートドライブ基板、制御装置（ＥＣＵ）の順にそれぞれケース内に配置されており、ウォータージャケット内を流れる冷却水によって、パワーモジュールやコンデンサや配線基板を冷却することが記載されている。

特開２０１０−３５３４７号公報

ところで、電動機を備えた車両においては、バッテリを多く搭載せずに、電圧を上げる昇圧回路（コンバータ回路）を設けて、バッテリ電圧以上の電圧を出力させ、モータの効率を改善したり、より大きなトルクを発生させたりすることが望まれる。しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置では、コンバータ回路についての記載がなく、コンバータ回路を配置したときの課題について考慮されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンバータ回路を配置した場合における各構成部品の配置の最適化と、コンバータ回路を構成するリアクトルの冷却を効率よく行うことができるパワーコントロールユニットを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
冷却流路（例えば、後述の実施形態における冷却流路２０）を構成するウォータージャケット（例えば、後述の実施形態におけるウォータージャケット１０）と、
コンバータ回路（例えば、後述の実施形態におけるコンバータ回路７）の一部を構成するリアクトル（例えば、後述の実施形態におけるリアクトル４１）と、
一次側及び二次側コンデンサ（例えば、後述の実施形態における一次側コンデンサ４２，二次側コンデンサ４３）と、
インバータ回路（例えば、後述の実施形態におけるインバータ回路５，６）および前記コンバータ回路の一部をそれぞれ構成する複数のスイッチング素子（例えば、後述の実施形態におけるトランジスタＳ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）を内蔵するパワーモジュール（例えば、後述の実施形態におけるパワーモジュール６０）と、
前記パワーモジュールのスイッチング素子を駆動する駆動回路（例えば、後述の実施形態におけるゲートドライブ基板９）と、
直流電源に接続される接続コネクタ（例えば、後述の実施形態における接続コネクタ４４）と、
を備えるパワーコントロールユニット（例えば、後述の実施形態におけるパワーコントロールユニット１）であって、
前記リアクトル、前記一次側及び二次側コンデンサ、及び前記接続コネクタは、前記ウォータージャケットの重力方向下方に設けられた第１空間（例えば、後述の実施形態における第１空間１４）に配置され、
前記パワーモジュール及び前記駆動回路は、前記ウォータージャケットの重力方向上方に設けられた第２空間（例えば、後述の実施形態における第２空間１５）に配置され、
前記リアクトルは前記ウォータージャケットの下面に固定されるとともに、前記パワーモジュールが前記ウォータージャケットの上面に固定され、
前記第１空間では、前記リアクトルと前記一次側コンデンサが、所定の方向（例えば、後述の実施形態におけるウォータージャケット１０の長手方向）に並んで配置されるとともに、前記接続コネクタと前記二次側コンデンサが、前記所定の方向と直交する方向において、前記リアクトル及び前記一次側コンデンサに対して互いに反対側に形成された各領域（例えば、後述の実施形態における領域Ｂ，Ｃ）にそれぞれ配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記二次側コンデンサは、一端側に設けられた二次側コンデンサ正極端子（例えば、後述の実施形態における二次側コンデンサ正極端子５０ａ）及び二次側コンデンサ負極端子（例えば、後述の実施形態における二次側コンデンサ負極端子５１ａ）と、中間部に設けられた二次側コンデンサ中間部負極端子（例えば、後述の実施形態における二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃ）と、を備え、
前記二次側コンデンサの二次側コンデンサ中間部負極端子は、前記一次側コンデンサの一次側コンデンサ負極端子（例えば、後述の実施形態における一次側コンデンサ負極端子４７ｂ）と接続されており、
前記二次側コンデンサの二次側コンデンサ正極端子と二次側コンデンサ負極端子は、前記パワーモジュールの一端側に接続されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、
前記二次側コンデンサは、他端側に設けられた他の二次側コンデンサ正極端子（例えば、後述の実施形態における他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂ）及び他の二次側コンデンサ負極端子（例えば、後述の実施形態における他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂ）を備え、
二次側コンデンサの前記他の二次側コンデンサ正極端子及び前記他の二次側コンデンサ負極端子は、前記パワーモジュールの他端側に接続されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかの構成に加えて、
前記ウォータージャケットには、前記冷却流路の流入口（例えば、後述の実施形態における流入口２１）と流出口（例えば、後述の実施形態における流出口２２）が設けられており、
前記リアクトルは、前記冷却流路の流入口近傍で、前記ウォータージャケットの下面に固定されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかの構成に加えて、
前記インバータ回路は、車輪を駆動する第１の電動機（例えば、後述の実施形態におけるモータ４）と接続される第１インバータ回路、及びエンジンにより駆動される第２の電動機（例えば、後述の実施形態における発電機２）と接続される第２インバータ回路を備え、
前記パワーモジュールは、前記ウォータージャケット内の前記パワーモジュールの下方に位置する冷却流路（例えば、後述の実施形態における幅広の流路２５）の上流側から下流側に向かって、前記コンバータ回路のスイッチング素子、前記第１のインバータ回路のスイッチング素子、前記第２のインバータ回路のスイッチング素子の順に配置されることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかの構成に加えて、
前記パワーモジュールの側方で、前記第２空間内に配置される電流センサ（例えば、後述の実施形態における電流センサ７５，７６）をさらに備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれかの構成に加えて、
前記第２空間内に配置される制御装置（例えば、後述の実施形態における制御装置８）をさらに備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ウォータージャケットの下方にリアクトルや一次側及び二次側コンデンサなどの重量物を配置し、上方にパワーモジュールや駆動回路を配置したので、各構成部品を安定してユニット内に配置できると共に、リアクトルやパワーモジュールをウォータージャケットの下面や上面で固定しているので、これらの構成部品を共用のウォータージャケットで冷却することができる。
また、直流電源への接続コネクタからパワーモジュールまで、回路構成に沿って近接配置したことによって、各々の接続配線が短くて済み、損失が抑えられるとともに、小型軽量化ができる。
さらに、コンバータ回路やインバータ回路を構成するスイッチング素子をパワーモジュール内の一つの基板に収めたことで、構成を簡単にできると共に、接続配線を短縮することができる。

請求項２の発明によれば、二次側コンデンサの中間部に一次側コンデンサの負極側を接続することで、一次側コンデンサの負極側をウォータージャケットの上方のパワーモジュールまで接続する必要がなくなるので、高さ方向での配線が少なくて済み、接続配線を簡潔にすることができるとともに、レイアウトの自由度を向上することができる。

請求項３の発明によれば、二次側コンデンサの容量を偏りなく使用することができ、二次側コンデンサ全体としての部品寿命を延ばすことができる。

請求項４の発明によれば、リアクトルを冷却流路の上流側に配置することで、効率よく冷却することができる。

請求項５の発明によれば、常に駆動されるコンバータ回路を優先的に冷やし、次に車両を動かすモータ用インバータ回路、発電機用のインバータ回路の順に冷却流路上に配置することで、より効率的に冷却することができる。

請求項６の発明によれば、内部に電流センサを設けることで、電流センサに作用する外部の影響を遮断し、さらに電流センサをパワーモジュールに近接配置することで損失を少なくすることができる。

請求項７の発明によれば、制御装置をパワーモジュール、駆動回路に近接配置することで、接続配線を短くすることができる。

本発明の一実施形態に係るパワーコントロールユニットを含む回路図である。 パワーコントロールユニットのハードウエア構成を示す斜視図である。 パワーコントロールユニットのハードウエア構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は、ウォータージャケットの正面図であり、（ｂ）は、ベースフレームの裏面図である。 ウォータージャケットの凹部内に配置されたリアクトル、一次側及び二次側コンデンサを下方から見た裏面図である。 ベースフレーム上に配置されたパワーモジュール、ゲートドライブ基板、電流センサを示す上面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 リアクトル、一次側及び二次側コンデンサを斜め下方から見た斜視図である。 リアクトル、一次側及び二次側コンデンサを斜め上方から見た斜視図である。 パワーモジュールを模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るパワーコントロールユニットについて、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、Ｆｒは前方、Ｒｅは後方、Ｌは左方、Ｒは右方を示している。

図１は、ハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１を含む回路構成を示している。このハイブリッド車両は、エンジン（図示せず）と、エンジンの機械的出力により駆動される第２の電動機としての発電機（ＧＥＮ）２と、発電機２の発電出力により充電される直流電源としての高圧系のバッテリ（ＢＡＴ）３と、バッテリ３の放電出力と発電機２の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪（図示せず）を駆動する第１の電動機としてのモータ（ＭＯＴ）４と、を備えている。

パワーコントロールユニット１は、バッテリ３から供給される電圧を昇圧、又はバッテリ３に供給する電圧を降圧するコンバータ回路７、コンバータ回路７とモータ４との間に接続され、直流電圧を交流電圧に、或いは、交流電圧を直流電圧に変換する第１インバータ回路（Ｔｒ／ＭＰＤＵ）５、及びコンバータ回路７と発電機２との間に接続され、直流電圧を交流電圧に、或いは、交流電圧を直流電圧に変換する第２インバータ回路（ＧＥＮＰＤＵ）６と、を備えている。そして、パワーコントロールユニット１は、バッテリ３から供給された直流電圧を昇圧した後に交流電圧に変換し、この電圧をモータ４に供給してモータ４を駆動するとともに、モータ４を回生作動させた際の電圧を直流電圧に変換し、さらに降圧してバッテリ３に供給する。また、パワーコントロールユニット１は、発電機２により発生する電圧を直流電圧に変換した後に、降圧してバッテリ３に供給し、あるいは発電機２により発生する電圧でモータ４を駆動する。
これらコンバータ回路７、第１インバータ回路５及び第２インバータ回路６は、制御装置（ＥＣＵ）８からの制御指令により駆動回路としてのゲートドライブ基板（ＧＤＣＢ）９を介して駆動制御される。

第１インバータ回路５は、例えば、スイッチング素子としてのトランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、この第１インバータ回路５はコンバータ回路７に接続されるとともに、モータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。コンバータ回路７は、リアクトル４１とスイッチング素子としての２つのトランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）からなるチョッパ回路６６とを備え、第１インバータ回路５の入力側に設けた電圧変換装置であって、このチョッパ回路６６の下流側に２次側平滑コンデンサ４３、リアクトル４１の上流側に１次側平滑コンデンサ４２が各々並列接続されている。

コンバータ回路７と第１インバータ回路５との間には第１インバータ回路５と同様の構成を備えた第２インバータ回路６が正極側端子Ｐｔと負極側端子Ｎｔに接続され、この第２インバータ回路６に発電機２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルが接続されている。この第２インバータ回路６は、第１インバータ回路５と同様に、スイッチング素子としてのトランジスタを複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、この第２インバータ回路６には発電機２とコンバータ回路７が接続されている。

第１インバータ回路５、第２インバータ回路６は、各相毎に対をなすハイ側，ロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬ及びハイ側，ロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬ及びハイ側，ロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬをブリッジ接続してなるブリッジ回路を備えている。各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはコンバータ回路７の正極側端子Ｐｔに接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはコンバータ回路７の負極側端子Ｎｔに接続されローサイドアームを構成しており、相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬ及びＶＨ，ＶＬ及びＷＨ，ＷＬはコンバータ回路７に対して直列に接続されている。トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが各々接続されている。

コンバータ回路７のリアクトル４１は、一端がバッテリ３に接続されてバッテリ電圧が印加されるものであり、チョッパ回路６６はこのリアクトル４１の他端に接続される第１及び第２のトランジスタＳ１，Ｓ２から構成されている。トランジスタＳ１，Ｓ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各々ダイオードＤＳ１，ＤＳ２が接続されている。

そして、リアクトル４１の一端はバッテリ３の正極側端子に接続され、リアクトル４１の他端は、第１トランジスタＳ１のコレクタ及び第２トランジスタＳ２のエミッタに接続されている。第１トランジスタＳ１のエミッタはバッテリ３の負極側端子及びコンバータ回路７の負極側端子Ｎｔに接続されている。また、第２トランジスタＳ２のコレクタはコンバータ回路７の正極側端子Ｐｔに接続されている。

さらに、第１インバータ回路５、第２インバータ回路６、コンバータ回路７の各トランジスタＳ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのゲートにゲートドライブ基板９からの信号線が接続されている。

図２から図１０は、パワーコントロールユニット１のハードウエア構成を示している。パワーコントロールユニット１は、例えばハイブリッド車両のエンジンルームに搭載されるものであり、冷却流路２０（図４参照。）を構成するウォータージャケット１０と、ウォータージャケット１０の下部にボルト締結されるロアケース１１と、ウォータージャケット１０の上部にボルト締結されるアッパケース１２と、アッパケース１２の上部にボルト締結されるアッパカバー１３と、を備える。

図３に示すように、ウォータージャケット１０の重力方向下方で、ウォータージャケット１０とロアケース１１とで区画された第１空間１４内には、リアクトル４１、一次側及び二次側コンデンサ４２，４３、バッテリ３に接続される接続コネクタ４４、及びバッテリ３から供給された電流の検出信号を制御装置８に送る電流センサ４５が収容されている。また、ウォータージャケット１０の重力方向上方で、ウォータージャケット１０とアッパケース１２とアッパカバー１３とで区画された第２空間１５内には、インバータ回路５，６及びコンバータ回路７の一部をそれぞれ構成する複数のトランジスタ（スイッチング素子）Ｓ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを内蔵するパワーモジュール６０、及びパワーモジュール６０のトランジスタＳ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを駆動するゲートドライブ基板９、ゲートドライブ基板９に制御指令を送る制御装置８、モータ４に接続される接続コネクタ７１、発電機２に接続される接続コネクタ７２、パワーモジュール６０と各接続コネクタ７１，７２との間を配策する各バスプレートコンポーネント７３，７４における電流の検出信号を制御装置８に送る電流センサ７５，７６が収容されている。

図４に示すように、ウォータージャケット１０は、アルミニウム製で、下向き凹状の略矩形形状を有してなり、その流入口２１と流出口２２は、同じ短辺側の側面に設けられ、図示しない冷却装置のポンプ等の機器類に接続されている。

ウォータージャケット１０の上面には、流入口２１からウォータージャケット１０の長手方向に延びる幅狭の流路２３と、長手方向に延びるガイドリブ２４を介して幅狭の流路２３と反対側に形成され、流出口２２に接続される幅広の流路２５と、流入口２１及び流出口２２と長手方向反対側で、幅狭の流路２３と幅広の流路２５とを繋ぐ連結流路２６とが形成される。

ウォータージャケット１０の上面には、図示しないシール部材を介して、アルミダイキャスト製のベースフレーム６１が蓋部材として取り付けられ、これにより、幅狭の流路２２と幅広の流路２４と連結流路２５とが冷却流路２０を構成する。また、ベースフレーム６１の下面には、ヒートシンク６２のフィン６３が取り付けられており、ベースフレーム６１がウォータージャケット１０にボルト締結されることで、ヒートシンク６２は幅広の流路２５内に収容される。また、幅狭の流路２３の流入口２１と反対側の端部には、図示しないタンクが取り付けられるエア抜き用パイプ２７が接続されている。

また、ウォータージャケット１０の冷却流路２０を構成しない、長手方向両端部には、リアクトル４１に接続されたバスバー６７と、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａ，６０ｂ及び二次側コンデンサ負極端子５１ａ，５１ｂが引き出される、第１及び第２の窓部２８，２９が形成されている。また、ベースフレーム６１にも、第１及び第２の窓部２８，２９に対応して第１及び第２の窓孔６４，６５が形成されている。

図５に示すように、第１空間１４に配置される、リアクトル４１、一次側及び二次側コンデンサ４２，４３、接続コネクタ４４、及び電流センサ４５は、いずれもウォータージャケット１０の裏側に形成される凹部３０にボルト締結されている。

リアクトル４１と一次側コンデンサ４２は、凹部３０の左寄り部分で、ウォータージャケット１０の長手方向（所定の方向）に並んで配置され、リアクトル４１は、冷却流路２０の流入口２１近傍で、ウォータージャケット１０の下面に固定される。また、ウォータージャケット１０には、長辺側左側面を左方に突出することで形成されるコネクタ取付部３１が形成されており、このコネクタ取付部３１に接続コネクタ４４が取り付けられる。一方、二次側コンデンサ４３は、長辺側右側面の内面に沿って、凹部３０の右寄り部分に取り付けられている。このため、接続コネクタ４４と二次側コンデンサ４３は、所定の方向と直交する方向において、リアクトル４１及び一次側コンデンサ４２が配置される領域Ａに対して互いに反対側に形成された各領域Ｂ，Ｃにそれぞれ配置される。

図８に示すように、一次側コンデンサ４２は、例えば、複数のコンデンサセル４２ａによって構成され、各コンデンサセル４２ａの正極側が正極導体板４６に接続され、負極側が負極導体板４７に接続され、ポッティング樹脂４８によりコンデンサケース４９内に収容されている。正極導体板４６には、一次側コンデンサ正極端子４６ａが設けられており、負極導体板４７には、２つの一次側コンデンサ負極端子４７ａ，４７ｂが設けられている。

二次側コンデンサ４３は、図８及び図９に示すように、直線状に並べられた複数のコンデンサセル４３ａによって構成され、各コンデンサセル４３ａの正極側が正極導体板５０によって接続され、負極側が負極導体板５１によって接続され、ポッティング樹脂５２によりコンデンサケース５３内に収容されている。これにより、二次側コンデンサ４３の各コンデンサセル４３ａは電気的に並列接続され、負極導体板５１には、長手方向両端部に二次側コンデンサ負極端子５１ａと他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂが設けられるとともに、中間部に二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃが設けられる。また、正極導体板５０には、長手方向両端部に、二次側コンデンサ正極端子５０ａ及び他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂが設けられる。

接続コネクタ４４の正極端子４４ａに接続された正極バスバー５６は、一次側コンデンサ４２の一次側コンデンサ正極端子４６ａとともにリアクトル４１の一方の端子４１ａに接続され、接続コネクタ４４の負極端子４４ｂに接続された負極バスバー５７は、一次側コンデンサ４２の一次側コンデンサ負極端子４７ａに接続される。また、正極バスバー５６または負極バスバー５７のいずれか一方には、電流センサ４５が接続されている。

図７に示すように、二次側コンデンサ４３のコンデンサケース５３には、二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃと一端部が接触するケース貫通端子５４が収容されており、ケース貫通端子５４の他端部が一次側コンデンサ負極端子４７ｂと接触した状態で、ボルト９０にて締結される。これにより、一次側コンデンサ４２の一次側コンデンサ負極端子４７ｂは、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃと接続される。

さらに、ウォータージャケット１０の凹部３０内には、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極側端子５０ｃと、一次側コンデンサ４２の一次側コンデンサ負極端子４７ｂとの間を接続するノイズ吸収用コンデンサ（Ｙコンデンサ）５８が他のケース貫通端子５９を介してボルト締結されている。

そして、リアクトル４１の他方の端子には、バスバー６７の一端部６７ａが接続され、屈曲してウォータージャケット１０の第２の窓部２９及びベースフレーム６１の第２の窓孔６５を貫通し、バスバー６７の他端部６７ｂがパワーモジュール６０の一端側に接続されるように、第２空間１５に延出する。また、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａと二次側コンデンサ負極端子５１ａとが、パワーモジュール６０の一端側に接続されるように、第２の窓部２９及びベースフレーム６１の第２の窓孔６５を貫通し第２空間１５に延出する。さらに、二次側コンデンサ４３の他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂと他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂとが、パワーモジュール６０の他端側に接続されるように、第１の窓部２８及びベースフレーム６１の第１の窓孔６４を貫通し第２空間１５に延出する。

図１０に模式的に示すように、コンバータ回路７のトランジスタＳ１，Ｓ２、第１のインバータ回路５のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ、第２のインバータ回路６のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを有するパワーモジュール６０は、これらの周囲に設けられた樹脂部５５がベースフレーム６１に締結されることによって、ウォータージャケット１０の上面に固定される。パワーモジュール６０は、ヒートシンク６２が取り付けられている部分と対応して、ベースフレーム６１の上面に右方に寄せて配置されており、幅広の流路２５の上方に位置する。コンバータ回路７のトランジスタＳ１，Ｓ２、第１のインバータ回路５のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ、第２のインバータ回路６のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは、ウォータージャケット１０内の幅広の経路２５の上流側から下流側に向かって、この順に配置されている。また、これらトランジスタＳ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを接続するパワーモジュール６０の複数の導体板（図示せず）には、リアクトル４１から延びるバスバー６７の他端部６７ｂ、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａと二次側コンデンサ負極端子５１ａと、及び他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂと他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂが接続されている。

具体的には、バスバー６７の他端部６７ｂが、コンバータ回路７を構成する一方のトランジスタＳ１のコレクタ及び他方のトランジスタＳ２のエミッタに導通される導体板のバス端子６０ａに接続される。また、長手方向両側に位置する二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａと他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂとが正極導体板のバス端子６０ｂ，６０ｃにそれぞれ接続され、長手方向両側に位置する二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ負極端子５１ａと他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂとが負極導体板のバス端子６０ｄ，６０ｅに接続される。

また、パワーモジュール６０の上方には、ゲートドライブ基板９が樹脂部５５にボルト締結されている。さらに、ベースフレーム６１を介してウォータージャケット１０の上部にアッパケース１２をボルト締結することで、アッパケース１２上の制御装置８が、絶縁シート（図示せず）を介して、ゲートドライブ基板９の上方に配置される。

図３に示すように、アッパケース１２の側方及び前方に延出する各凹部１２ａ，１２ｂ内には、モータ４に接続される接続コネクタ７１及び発電機２に接続される接続コネクタ７２がそれぞれ固定されている。また、第２空間１５内で、パワーモジュール６０の長手方向側方の樹脂部５５上には、モータ４用の３本のバス端子７８と発電機２用の３本のバス端子７９が配置されており、モータ４用の３本のバス端子７８と接続コネクタ７１の各端子が３本のバスバーを樹脂モールドで一体化したバスプレートコンポーネント７３によって接続され、発電機２用の３本の出力端子７９と接続コネクタ７２の各端子が、他の３本のバスバーを樹脂モールドで一体化した他のバスプレートコンポーネント７４によって接続されている。

さらに、ベースフレーム６１上で、パワーモジュール６０の側方、具体的に、パワーモジュール６０の長手側側面とアッパケース１２の内側面との間には、モータ４用の電流センサ７５と発電機２用の電流センサ７６とが、モータ４用のバスプレートコンポーネント７３と発電機２用のバスプレートコンポーネント７４とにそれぞれ接続されている。

なお、制御装置８から延びる高圧ハーネス８０は、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａや制御装置８と正極バスバー５６に接続されており、また、制御装置８から延びるサブハーネス８１は、各電流センサ４５，７５，７６に接続されている。

以上説明したように、本実施形態に係るパワーコントロールユニット１によれば、リアクトル４１、一次側及び二次側コンデンサ４２，４３、及び接続コネクタ４４は、ウォータージャケット１０の重力方向下方に設けられた第１空間１４に配置され、パワーモジュール６０及びゲートドライブ基板９は、ウォータージャケット１０の重力方向上方に設けられた第２空間１５に配置される。そして、リアクトル４１はウォータージャケット１０の下面に固定されるとともに、パワーモジュール６０がウォータージャケット１０の上面に固定され、第１空間１４では、リアクトル４１と一次側コンデンサ４２が、所定の方向に並んで配置されるとともに、接続コネクタ４４と二次側コンデンサ４３が、所定の方向と直交する方向において、リアクトル４１及び一次側コンデンサ４２に対して互いに反対側に形成された各領域Ｂ，Ｃにそれぞれ配置されている。これにより、ウォータージャケット１０の下方にリアクトル４１や一次側及び二次側コンデンサ４２，４３などの重量物を配置し、上方にパワーモジュール６０やゲートドライブ基板９を配置したので、各構成部品を安定してユニット１内に配置できると共に、リアクトル４１やパワーモジュール６０をウォータージャケット１０の下面や上面で固定しているので、これらの構成部品を共用のウォータージャケット１０で冷却することができる。また、バッテリ３への接続コネクタ４４からパワーモジュール６０まで、回路構成に沿って近接配置したことによって、各々の接続配線が短くて済み、損失が抑えられるとともに、小型軽量化ができる。さらに、コンバータ回路７やインバータ回路５，６を構成するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬをパワーモジュール６０内の一つの基板に収めたことで、構成を簡単にできると共に、接続配線を短縮することができる。

また、二次側コンデンサ４３は、一端側に設けられた二次側コンデンサ正極端子５０ａ及び二次側コンデンサ負極端子５１ａと、中間部に設けられた二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃと、を備え、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ中間部負極端子５１ｃは、一次側コンデンサ４２の一次側コンデンサ負極端子４７ｂと接続されており、二次側コンデンサ４３の二次側コンデンサ正極端子５０ａと二次側コンデンサ負極端子５１ａは、パワーモジュール６０の一端側に接続されている。即ち、二次側コンデンサ４３の中間部に一次側コンデンサ４２の負極側を接続することで、一次側コンデンサ４２の負極側をウォータージャケット１０の上方のパワーモジュール６０まで接続する必要がなくなるので、高さ方向での配線が少なくて済み、接続配線を簡潔にすることができるとともに、レイアウトの自由度を向上することができる。

さらに、二次側コンデンサ４３は、他端側に設けられた他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂ及び他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂを備え、二次側コンデンサ４３の他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂ及び他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂは、パワーモジュール６０の他端側に接続されている。これにより、二次側コンデンサ４３の容量を偏りなく使用することができ、二次側コンデンサ４３全体としての部品寿命を延ばすことができる。

加えて、ウォータージャケット１０には、冷却流路２０の流入口２１と流出口２２が設けられており、リアクトル４１は、冷却流路２０の流入口２１近傍で、ウォータージャケット１０の下面に固定されるので、リアクトル４１を効率よく冷却することができる。

また、インバータ回路５，６は、車輪を駆動するモータ４と接続される第１インバータ回路５、及びエンジンにより駆動される発電機２と接続される第２インバータ回路５を備え、パワーモジュール６０は、ウォータージャケット１０内のパワーモジュール６０の下方に位置する幅広の経路２５の上流側から下流側に向かって、コンバータ回路７のトランジスタＳ１，Ｓ２、第１のインバータ回路５のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ、第２のインバータ回路６のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬの順に配置される。これにより、常に駆動されるコンバータ回路７のトランジスタＳ１，Ｓ２を優先的に冷やし、次に車両を動かすモータ用インバータ回路５のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ、発電機用のインバータ回路６のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬの順に冷却流路上に配置することで、より効率的に冷却することができる。

また、パワーモジュール６０の側方で、第２空間１５内に配置される電流センサ７５，７６をさらに備えるので、電流センサ７５，７６に作用する外部の影響を遮断し、さらに電流センサ７５，７６をパワーモジュール６０に近接配置することで損失を少なくすることができる。

また、第２空間１５内に配置される制御装置８を備えることで、制御装置８をパワーモジュール６０、ゲートドライブ基板９に近接配置でき、接続配線を短くすることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。上記実施形態では、第１及び第２の電動機を、発電機とモータで構成したパワーユニットとしたが、本発明は、第１及び第２の電動機を２つのモータで構成したパワーユニットにも適用可能である。

１ パワーコントロールユニット
２ 発電機（第２の電動機）
４ モータ（第１の電動機）
５，６ インバータ回路
７ コンバータ回路
８ 制御装置
９ ゲートドライブ基板（駆動回路）
１０ ウォータージャケット
１４ 第１空間
１５ 第２空間
２０ 冷却流路
２１ 流入口
２２ 流出口
４１ リアクトル
４２ 一次側コンデンサ
４３ 二次側コンデンサ
４４ 接続コネクタ
４７ｂ 一次側コンデンサ負極端子
５０ａ 二次側コンデンサ正極端子
５０ｂ 他の二次側コンデンサ正極端子
５１ａ 二次側コンデンサ負極端子
５１ｂ 他の二次側コンデンサ負極端子
５１ｃ 二次側コンデンサ中間部負極端子
６０ パワーモジュール
７５，７６ 電流センサ
Ｓ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ トランジスタ（スイッチング素子）

上記目的を達成するために、請求項１に係るパワーコントロールユニット（例えば、後述の実施形態におけるパワーコントロールユニット１）は、
冷却流路（例えば、後述の実施形態における冷却流路２０）を構成するウォータージャケット（例えば、後述の実施形態におけるウォータージャケット１０）と、
リアクトル（例えば、後述の実施形態におけるリアクトル４１）と、
一次側及び二次側コンデンサ（例えば、後述の実施形態における一次側コンデンサ４２，二次側コンデンサ４３）と、
複数のスイッチング素子（例えば、後述の実施形態におけるトランジスタＳ１，Ｓ２，ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）を内蔵するパワーモジュール（例えば、後述の実施形態におけるパワーモジュール６０）と、
前記パワーモジュールのスイッチング素子を駆動する駆動回路（例えば、後述の実施形態におけるゲートドライブ基板９）と、
直流電源に接続される接続コネクタ（例えば、後述の実施形態における接続コネクタ４４）と、
を備え、
前記リアクトル、前記一次側及び二次側コンデンサ、及び前記接続コネクタは、前記ウォータージャケットの重力方向下方に設けられた第１空間（例えば、後述の実施形態における第１空間１４）に配置され、
前記パワーモジュール及び前記駆動回路は、前記ウォータージャケットの重力方向上方に設けられた第２空間（例えば、後述の実施形態における第２空間１５）に配置され、
前記リアクトルが前記ウォータージャケットの下面に固定されるとともに、前記パワーモジュールが前記ウォータージャケットの上面に固定され、
前記第１空間では、前記リアクトルと前記一次側コンデンサとが、隣接し、かつ所定の方向（例えば、後述の実施形態におけるウォータージャケット１０の長手方向）に並列して配置されるとともに、前記接続コネクタと前記二次側コンデンサとが、前記所定の方向と直交する方向において、前記リアクトル及び前記一次側コンデンサに対して互いに反対側に配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、
前記二次側コンデンサは、他端側に設けられた他の二次側コンデンサ正極端子（例えば、後述の実施形態における他の二次側コンデンサ正極端子５０ｂ）及び他の二次側コンデンサ負極端子（例えば、後述の実施形態における他の二次側コンデンサ負極端子５１ｂ）を備え、
前記他の二次側コンデンサ正極端子及び前記他の二次側コンデンサ負極端子は、前記パワーモジュールの他端側に接続されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかの構成に加えて、
少なくとも前記スイッチング素子から構成されるインバータ回路（例えば、後述の実施形態におけるインバータ回路５，６）を備え、
前記インバータ回路は、車輪を駆動する第１の電動機（例えば、後述の実施形態におけるモータ４）と接続される第１インバータ回路、及びエンジンにより駆動される第２の電動機（例えば、後述の実施形態における発電機２）と接続される第２インバータ回路を備え、
前記パワーモジュールは、前記ウォータージャケット内の前記パワーモジュールの下方に位置する冷却流路（例えば、後述の実施形態における幅広の流路２５）の上流側から下流側に向かって、前記コンバータ回路のスイッチング素子、前記第１のインバータ回路のスイッチング素子、前記第２のインバータ回路のスイッチング素子の順に配置されることを特徴とする。

Claims (7)

1. 冷却流路を構成するウォータージャケットと、
   コンバータ回路の一部を構成するリアクトルと、
   一次側及び二次側コンデンサと、
   インバータ回路および前記コンバータ回路の一部をそれぞれ構成する複数のスイッチング素子を内蔵するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールのスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   直流電源に接続される接続コネクタと、
   を備えるパワーコントロールユニットであって、
   前記リアクトル、前記一次側及び二次側コンデンサ、及び前記接続コネクタは、前記ウォータージャケットの重力方向下方に設けられた第１空間に配置され、
   前記パワーモジュール及び前記駆動回路は、前記ウォータージャケットの重力方向上方に設けられた第２空間に配置され、
   前記リアクトルは前記ウォータージャケットの下面に固定されるとともに、前記パワーモジュールが前記ウォータージャケットの上面に固定され、
   前記第１空間では、前記リアクトルと前記一次側コンデンサが、所定の方向に並んで配置されるとともに、前記接続コネクタと前記二次側コンデンサが、前記所定の方向と直交する方向において、前記リアクトル及び前記一次側コンデンサに対して互いに反対側に形成された各領域にそれぞれ配置されていることを特徴とするパワーコントロールユニット。
2. 前記二次側コンデンサは、一端側に設けられた二次側コンデンサ正極端子及び二次側コンデンサ負極端子と、中間部に設けられた二次側コンデンサ中間部負極端子と、を備え、
   前記二次側コンデンサの二次側コンデンサ中間部負極端子は、前記一次側コンデンサの一次側コンデンサ負極端子と接続されており、
   前記二次側コンデンサの二次側コンデンサ正極端子と二次側コンデンサ負極端子は、前記パワーモジュールの一端側に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパワーコントロールユニット。
3. 前記二次側コンデンサは、他端側に設けられた他の二次側コンデンサ正極端子及び他の二次側コンデンサ負極端子を備え、
   二次側コンデンサの前記他の二次側コンデンサ正極端子及び前記他の二次側コンデンサ負極端子は、前記パワーモジュールの他端側に接続されることを特徴とする請求項２に記載のパワーコントロールユニット。
4. 前記ウォータージャケットには、前記冷却流路の流入口と流出口が設けられており、
   前記リアクトルは、前記冷却流路の流入口近傍で、前記ウォータージャケットの下面に固定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパワーコントロールユニット。
5. 前記インバータ回路は、車輪を駆動する第１の電動機と接続される第１インバータ回路、及びエンジンにより駆動される第２の電動機と接続される第２インバータ回路を備え、
   前記パワーモジュールは、前記ウォータージャケット内の前記パワーモジュールの下方に位置する冷却流路の上流側から下流側に向かって、前記コンバータ回路のスイッチング素子、前記第１のインバータ回路のスイッチング素子、前記第２のインバータ回路のスイッチング素子の順に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパワーコントロールユニット。
6. 前記パワーモジュールの側方で、前記第２空間内に配置される電流センサをさらに備え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項に記載のパワーコントロールユニット。
7. 前記第２空間内に配置される制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のパワーコントロールユニット。

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