JP5508357B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等に搭載される電力変換装置に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）においては、バッテリの電力により走行用回転電機を駆動するための電力変換装置を搭載している。電気自動車あるいはハイブリッド自動車用の電力変換装置においては、居住スペースの確保などの観点から、装置の小型化に対する要求が強い。

また、電力変換装置からモータへ電力を供給する配線は短いほど良く、モータの近傍に配置するのが好ましい。例えば、モータの上下に配置される場合が多い。そのような配置の場合、上下方向の配置スペースを大きく取ることができず、電力変換装置の高さ寸法をなるべく小さく抑える必要がある。

電力変換装置の配置スペースを小さくする方法としては、例えば、特許文献１に記載のように、モータステータの外周にパワーモジュールやコンデンサを搭載し、機電一体型とすることで小型化を図る方法がある。

特開２０１０−２１３４４７号公報

しかしながら、モータステータにパワーモジュールやコンデンサを搭載する一体型の構成の場合、モータの機種毎に設計する必要があることや、レイアウト変更に対する自由度がない等の欠点がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、機電一体型ではない電力変換装置において、電力変換装置の高さ寸法をより薄くすることになる。

本発明に係る電力変換装置は、直流電流を平滑化するコンデンサと、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子が有底筒状のモジュールケースに収納され、モジュールケースの引出部から直流端子、交流端子および信号端子が引き出されているパワー半導体モジュールと、コンデンサと直流端子とを接続するコンデンサバスバーと、パワー半導体モジュールが挿入される第１冷媒流路が形成された第１流路形成体と、コンデンサおよびコンデンサバスバーを冷却するための第２冷媒流路とが形成された第２流路形成体と、底面上に第１および第２流路形成体が所定空間を隔てて並列配置され、所定空間と対向する底面領域に開口が形成されたケースと、を備え、パワー半導体モジュールは、モジュールケースの引出部が第２流路形成体の所定空間に対向する面に配置されるように、第１冷媒流路に挿入され、コンデンサバスバーは第２流路形成体から所定空間に引き出され、直流端子およびコンデンサバスバーは開口と対向する位置で接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却性能に優れ、高さ寸法が小さく薄型の電力変換装置を提供できる。

本発明の一実施の形態の電力変換装置が搭載されたハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 車両における電力変換装置２００の配置場所を示す模式図である。 インバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する図。 電力変換装置２００の外観斜視図である。 電力変換装置２００の分解斜視図である。 パワーモジュールユニット５を示す斜視図である。 パワーモジュールユニット５の分解斜視図である。 パワー半導体モジュール３００Ｕの斜視図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 パワーモジュールの内蔵回路構成を示す回路図である。 モジュール構成体の斜視図である。 図１１のＢ―Ｂ断面図である。 モールド樹脂３４８および配線絶縁部６０８を除去した状態のモジュール構成体を示す図である。 パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびバスバーホルダ８００が装着された流路形成体１２Ａを示す図である。 コンデンサユニット４の斜視図である。 コンデンサユニット４の分解斜視図である。 流路形成体１２Ｂを説明する図であり、ケース開口側から見た分解指図である。 流路形成体１２Ｂを説明する図であり、ケース底面側から見た分解指図である。 複数のコンデンサ素子５００ａが接続されたコンデンサバスバー５０１を示す斜視図である。 図１９に示すコンデンサバスバー５０１の裏面側を示す図である。 コンデンサバスバー５０１の分解斜視図である。 端子５００１および端子５００２と正極バスバー５０１Ｐおよび負極バスバー５０１Ｎとの接続を説明する図である。 コンデンサユニット４をケース底面側から見た図である。 ケース１０へのコンデンサユニット４の組付けを説明する図である。 ケース１０へのパワーモジュールユニット５の組付けを説明する図である。 コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５が固定されたケース１０の底面側を示す斜視図である。 図２６に示す開口１００Ａ〜１００Ｃの部分の拡大図である。 流路形成体１２Ａ，１２Ｂ上に回路基板２０が固定された状態を示す斜視図である。 図２８のＤ−Ｄ断面図である。 電力変換装置２００の第１の変形例を説明する斜視図である。 図３０のＥ−Ｅ断面図である。 電力変換装置２００の第２の変形例を説明する斜視図である。 図３２のＦ−Ｆ断面図である。 回路基板２０Ｂと流路形成体１２Ｂのカバー１２０３との間に放熱シート１２０６を設けた場合の断面図である。

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。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。なお、本実施の形態の電力変換装置は、ＨＥＶに限らず、ＰＨＥＶあるいはＥＶ等の車両に搭載される電力変換装置にも適用でき、さらには、建設機械等の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。

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。電力変換装置２００に設けられたインバータ回路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、交流端子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、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。

また、図１では省略したが、バッテリ１３６はさらに補機用のモータを駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６から直流電力が補機用パワーモジュールに供給され、補機用パワーモジュールは交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワーモジュールはインバータ回路１４０と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。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、モータジェネレータＭＧ１をモータとして運転するか発電機として運転するか演算する。電力変換装置２００は、その演算結果に基づいて制御パルスを発生し、発生した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。

図２は、車両における電力変換装置２００の配置場所を模式的に示したものである。車両前方方向からエンジンＥＧＮ、トランスミッションＴＭの順に配置され、電力変換装置２００はトランスミッションＴＭの下方に配置されている。トランスミッションＴＭのケース内前方（電力変換装置２００の上方）には、モータジェネレータＭＧ１が配置されている。省スペースの観点から、電力変換装置２００の配置スペースは小さいほど良い。

また、電力変換装置２００からモータジェネレータＭＧ１へ電力を供給する配線は短いほど良く、電力変換装置２００はモータジェネレータＭＧ１の近傍に配置するのが好ましい。そのため、電力変換装置２００は、図２に示すようなトランスミッションＴＭの下部のように狭いスペースに配置される場合が多く、電力変換装置２００の小型化・薄型化が望まれている。なお、図２の配置は一例を示したものであり、トランスミッションＴＭのケース内エンジン側に設けたり、ベルハウジングに内蔵したりする。

次に、図３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３相に対応して備えている。

これらの３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３相の各相巻線に対応している。３相のそれぞれの上下アームの直列回路１５０においては、直列回路の中点部分である中間電極１６９は、交流端子１５９、交流バスバー８０２、交流端子１８８を介してモータジェネレータＭＧ１に接続されている。直列回路１５０から出力される交流電流は、中間電極１６９から上記経路によりモータジェネレータＭＧ１へ出力される。

上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、直流正極端子１５７を介してコンデンサ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、直流負極端子１５８を介してコンデンサ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の各相の直列回路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へ駆動パルスを供給する。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する。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とを備えている。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とを備えている。ダイオード１５６は、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は、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、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５００に関して、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とが設けられている。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、インバータ回路１４０によって交流電力から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５００に供給される。また、直流電力は、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、後述する電流センサモジュール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、電流センサモジュール１８０は３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３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４は電力変換装置２００の外観斜視図である。本実施の形態の電力変換装置２００は、図２に示すような配置に対応するために、後述する構成を採用し電力変換装置２００全体の高さ寸法を低く抑えている。ケース１０は平面視形状が略矩形状の金属製ケースであり、側面には冷却媒体（例えば、冷却水などが用いられ、以下では冷媒と記す）をケース内に流入させるための配管１３と、冷媒を流出するための配管１４が配設されている。５０８，５０９は直流入力用の電源端子である。コネクタ２１は、外部（例えば、上位制御装置）との接続のために設けられた信号用のコネクタである。

図５は、電力変換装置２００の分解斜視図である。なお、図５では上カバー３の記載を省略した。ケース１０内の図示左側には、コンデンサ５００を収納するコンデンサユニット４がケース１０の長手方向に沿うように配置されている。一方、ケース１０内の図示右側には、図２に示したインバータ回路１４０が設けられているパワーモジュールユニット５が、コンデンサユニット４に対して平行に配置されている。コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５の上方には、コネクタ２１が取り付けられた回路基板２０が配置されている。回路基板２０には、図３に示した制御回路１７２およびドライバ回路１７４が実装されている。上カバー３は、ケース１０の開口部を覆うようにボルト固定されている。

（パワーモジュールユニット５の説明）
図６、７はパワーモジュールユニット５を示す図であり、図６は斜視図、図７は分解斜視図である。パワーモジュールユニット５は、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体１２Ａと、バスバーホルダ８００と、交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗと、遮蔽板５０と、電流センサモジュール１８０と、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗとを備えている。流路形成体１２Ａは、後述するように冷媒が流れる冷媒流路を備え、流路形成体１２Ａに設けられた部品を冷却する冷却器として機能するものである。

流路形成体１２Ａは金属製（例えば、アルミ）の直方体形状ケースであって、長手方向の一端には冷媒流入用の配管１３が設けられ、反対側の端面には冷媒排出用の配管１５ａが設けられている。流路形成体１２Ａには冷媒が流れる冷媒流路１２０が形成されている。流路形成体１２Ａの側面には、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを冷媒流路１２０内に挿入するための開口１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗが形成されている。パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを対応する開口１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗに挿入し、それらを流路形成体１２Ａに固定すると、各開口１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは封止される。各開口１２０Ｕ〜１２０Ｗの周囲には、封止のためのシール材１２３がそれぞれ設けられている。

バスバーホルダ８００は絶縁性材料（例えば、絶縁性樹脂）で形成されており、図示上側（ケース１０の開口側）には交流バスバー８０２を装着するための装着溝が形成されている。なお、図７、８では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した交流バスバーを符号８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗで示しており、以下も同様である。交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを、バスバーホルダ８００の対応する装着溝に嵌め込んで所定位置に位置決めし、ビス止めすることにより、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗをバスバーホルダ８００に固定する。交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗのパワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗとの接続部８０２１，８０２２，８０２３は、図示下側（ケース１０の底面側）に折れ曲がっている。

バスバーホルダ８００には電流センサモジュール１８０が固定されている。電流センサモジュール１８０には、交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗに対応して貫通孔１８０Ｕ，１８０Ｖ，１８０Ｗが形成されている。なお、図７では、貫通孔１８０Ｕは見えていない。各交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは、それらの出力端側が対応する貫通孔１８０Ｕ〜１８０Ｗを貫通するように固定されている。電流センサモジュール１８０には、各貫通孔１８０Ｕ，１８０Ｖ，１８０Ｗに対応して電流センサ（例えば、ホールセンサを用いた電流センサ）が各々設けられており、それらの電流センサにより各交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗを流れる電流が各々検出される。

交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗおよび電流センサモジュール１８０が装着されたバスバーホルダ８００は、流路形成体１２Ａの上面に載置され、その面にネジ止めされる。その後、遮蔽板５０が、流路形成体１２Ａの上面に形成された背の低い支柱１２１およびバスバーホルダ８００上に、ネジ止めされる。遮蔽板５０は、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの上部を覆うように設けられ（図６参照）、支柱１２１、流路形成体１２Ａおよびケース１０を介して車両側の接地部位と電気的に接続されている。流路形成体１２Ａの上面には支柱１２１とは別に、図５に示した回路基板２０をビス固定するための背の高い支柱１２２が複数形成されている。この支柱１２２は、図６に示すように遮蔽板５０よりも上方に突出している。

（パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗの説明）
パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗの詳細を、図８〜１３を用いて説明する。図２に示したように、インバータ回路１４０には、Ｕ，ＶおよびＷ相のそれぞれに関する直列回路１５０が設けられている。パワー半導体モジュール３００ＵにはＵ相の直列回路１５０が設けられ、パワー半導体モジュール３００ＶにはＶ相の直列回路１５０が設けられ、パワー半導体モジュール３００ＷにはＷ相の直列回路１５０が設けられている。パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗはいずれも同一構造を有しており、ここではパワー半導体モジュール３００Ｕを例に説明する。

図８はパワー半導体モジュール３００Ｕの斜視図であり、図９は図８のＡ−Ａ断面図である。図８に示すように、パワー半導体モジュール３００Ｕは直列回路１５０を構成する半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）を、ＣＡＮ型冷却器である金属製のモジュールケース３０４内に封入したものである。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面（図８の上端面）に設けられた挿入口を有する筒形状をした冷却用ケースである。

モジュールケース３０４は有底筒状のケースであって、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、端子類の引出部である挿入口以外に開口を設けない構造であり、挿入口の部分、すなわちモジュールケース３０４の上端にはフランジ３０４Ｂが設けられている。モジュールケース３０４は扁平なケースであり、モジュールケース３０４の表裏両面には冷却フィン３０５が形成された放熱壁３０７が設けられている。図９の断面図から分かるように、モジュールケース３０４の一方の面（図９に示す左側の面）に形成された放熱壁３０７の周囲には、薄肉部３０４Ａが形成されており、放熱壁３０７を反対側の放熱壁方向へ押圧することにより、一対の放熱壁３０７の間にモジュール構成体を挟み込むようにしている。

図９の断面図に示すように、モジュールケース３０４内には半導体素子および電極等から成るモジュール構成体が挿入され、モジュールケース３０４内の隙間には封止樹脂３５１が充填されている。モジュールケース３０４の挿入口部分からは、モジュール構成体に設けられた中継端子６００が突出している。中継端子６００は、直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、交流端子１５９および信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌを一体成型したものである。

図１０は、パワーモジュールの内蔵回路構成を示す回路図である。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のカソード電極は、導体板３１５を介して接続される。導体板３１５には直流正極端子１５７が接続されている。ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極は、導体板３１８を介して接続される。ＩＧＢＴ３２８のゲート電極１５４には、３つの信号端子３２５Ｕが並列に接続されている。ＩＧＢＴ３２８の信号用エミッタ電極１５５には、信号端子３３６Ｕが接続されている。

一方、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のカソード電極は、導体板３２０を介して接続される。導体板３２０は中間電極１６９によって導体板３１８に接続されるとともに、交流端子１５９が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極は、導体板３１９を介して接続される。導体板３１９には、直流負極端子１５８が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のゲート電極１６４には、３つの信号端子３２５Ｌが並列に接続されている。ＩＧＢＴ３３０の信号用エミッタ電極１６５には、信号端子３３６Ｌが接続されている。

図１１〜１３はモジュール構成体を説明する図である。図１１はモジュール構成体の斜視図であり、図１２は図１１のＢ―Ｂ断面図である。なお、Ｂ−Ｂ断面は、図８に示すＡ−Ａ断面と同一部分の断面である。また、図１３は、図１１に示すモジュール構成体からモールド樹脂３４８および配線絶縁部６０８を除去した状態を示したものである。

半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）の各電極はチップの表裏面に形成されており、図１３に示すように、上アームのＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６は導体板３１５と導体板３１８とによって挟持されている。半導体素子の表裏面と導体板３１５，３１８との間にはシート状の金属接合材（たとえが、半田シート）が配置され、その金属接合材を溶融・固化させることによって、各半導体素子と導体板３１５，３１８とが固着される。同様に、下アームのＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６は導体板３１９と導体板３２０とによって挟持されている。導体板３１８と導体板３２０とは中間電極１６９によって接続されている。

導体板３１５に接続された直流正極端子１５７は、図８のモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂが設けられている部分からから立ち上がるように立設され、先端部分（接続部）が導体板３１８とは反対側に向くように途中から図の右方向にほぼ直角に折れ曲がっている。導体板３１９に接続された直流負極端子１５８も、直流正極端子１５７の場合と同様に途中から右方向にほぼ直角に折れ曲がっている。一方、導体板３２０に接続された交流端子１５９は、途中で折れ曲がることなくまっすぐ立設されている。

また、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌについては、直流正極端子１５７および直流負極端子１５８とは逆に、途中から導体板３１８方向に折れ曲がっている。すなわち、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌの先端部分（接続部）は、直流正極端子１５７および直流負極端子１５８の先端部分とは逆方向を向いている（図１２参照）。

図１３に示すモジュール構成体に対してトランスファーモールドを行うことにより、図１１に示すように、導体板３１５，３１８，３１８，３２０で挟まれた半導体素子をモールド樹脂３４８で覆う。このとき、半導体素子を挟持した導体板３１５，３１８，３１８，３２０の外側の面は放熱面として機能するため、図１１に示すようにモールド樹脂３４８から露出させておく。また、直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、交流端子１５９および信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌは、配線絶縁部６０８によって一体化される。配線絶縁部６０８には、配線絶縁部６０８をモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定するための固定部６０８ｂが形成されている。固定部６０８ｂには、ビス固定用の貫通孔が形成されている。

図１１，１２に示した状態のモジュール構成体をモジュールケース３０４内に挿入し、放熱壁３０７の内周面が導体板３１５，３１８，３１８，３２０の露出面と密着するように、放熱壁３０７をケース内側方向へ押圧する。なお、導体板３１５，３１８，３１８，３２０と放熱壁３０７との間には、熱伝導性能に優れた絶縁シートが配置される。その後、モジュールケース３０４内の隙間空間に封止樹脂３５１を充填して固化させることにより、パワー半導体モジュール３００Ｕが完成する。

各パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗは、図７に示すように信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌが流路形成体１２Ａのバスバーホルダ固定側、すなわち、ケース１０の開口側を向くように流路形成体１２Ａの開口１２０Ｕ〜１２０Ｗに固定される。その後、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２Ａに固定した後、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗおよび電流センサモジュール１８０が装着されたバスバーホルダ８００を、流路形成体１２Ａの上面側に固定する。

図１４は、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびバスバーホルダ８００が装着された流路形成体１２Ａを示す図である。図１４（ａ）は流路形成体１２Ａの開口１２０Ｕ〜１２０Ｗが形成されている側、すなわちコンデンサユニット４に対向する側の側面図である。図１４（ｂ）は流路形成体１２Ａの底面側を示す図である。図１４において、図示下方がケース１０の底面側であり、図示上方がケース１０の開口側である。図１４（ａ）に示すように、パワーモジュールユニット５において、直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、交流端子１５９、信号端子３３５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌは、全てコンデンサユニット４に対抗する面に配置されている。直流正極端子１５７、直流負極端子１５８はケース１０の底部側に伸延しており、逆に、信号端子３３５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌはケース開口側に伸延している。

交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗのパワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗとの接続部８０２１，８０２２，８０２３は、図１４（ａ）に示すようにケース底部側に折れ曲がっている。バスバーホルダ８００を流路形成体１２Ａの上面に固定すると、接続部８０２１〜８０２３の先端部は、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗの各交流端子１５９に接触する。そして、この接触部分を溶接することにより、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗがパワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗに接続される。溶接後、バスバーホルダ８００に遮蔽板５０を固定する。その結果、図６に示すパワーモジュールユニット５が完成する。

（コンデンサユニット４の説明）
図１５、１６はコンデンサユニット４を示す図であり、図１５は斜視図、図１６は分解斜視図である。図１６に示すように、コンデンサユニット４は、冷媒流路が形成されたケースである流路形成体１２Ｂ、複数のコンデンサ素子５００ａ、コンデンサバスバー５０１、Ｙコンデンサ４０、放電抵抗４１およびコンデンサ封止樹脂４２を備えている。複数のコンデンサ素子５００ａは、図２に示したコンデンサ５００を構成するものであり、後述するようにコンデンサバスバー５０１に並列接続されている。なお、コンデンサ５００は１以上のコンデンサ素子５００ａで構成されている。

Ｙコンデンサ４０はノイズ対策として設けられているものであり、ＤＣ入力側であるコンデンサバスバー５０１の電源端子５０８，５０９に接続されている。放電抵抗４１は、電力変換装置停止時にコンデンサ素子５００ａに溜まっている電荷を放電するために設けられたものであり、コンデンサバスバー５０１に接続される。コンデンサ封止樹脂４２は、流路形成体１２Ｂの収納部１２０１に収納されたコンデンサ素子５００ａおよびコンデンサバスバー５０１の全体をモールドする絶縁性の樹脂であり、図１６に示す立方体形状は固化後の形状を示している。

図１７，１８は流路形成体１２Ｂを説明する図である。図１７，１８の矢印は、ケース１０の底面側（ケース底部側）および開口側（ケース開口側）を示す。図１７に示すように、流路形成体１２Ｂのケース開口側には冷媒流路１２０２が形成されている。冷媒流路１２０２の入口には冷媒を取り入れるための配管１５ｃが設けられ、冷媒流路１２０２の出口には冷媒排出用の配管１４が設けられている。金属製の流路形成体１２Ｂの底面には、冷媒流路１２０２を覆うように金属製のカバー１０２３が溶接される。カバー１２０３を取り付けることで冷媒流路１２０２のケース底部側が密封され、配管１５ｃから流入した冷媒は、冷媒流路１２０２を通って配管１４から排出される。

なお、流路形成体１２Ｂの底面はケース１０の開口側を向いており、底面には回路基板２０を固定するための支柱１２４が複数形成されている。流路形成体１２Ｂの長手方向の端面部分には、Ｙコンデンサ４０を取り付けるための固定部１２０４が設けられている。Ｙコンデンサ４０は固定部１２０４にビス止めされる。

図１８は、流路形成体１２Ｂのケース底部側の形状を示す図である。流路形成体１２Ｂのケース底部側には収納部１２０１を構成する凹部が形成されている。収納部１２０１の底部のケース開口側に、図１７に示した冷媒流路１２０２が形成されている。流路形成体１２Ｂの配管１５ｃが設けられている側の端面部分には、放電抵抗４１を取り付けるための固定部１２０５が形成されている。放電抵抗４１は固定部１２０５にビス止めされる。冷媒流路１２０２が形成された流路形成体１２Ｂは、それに固定される部品（コンデンサ素子５００ａ、コンデンサバスバー５０１、Ｙコンデンサ４０、放電抵抗４１）を冷却するための冷却器として機能している。

（コンデンサバスバー５０１の説明）
図１９〜２２はコンデンサバスバー５０１を説明する図である。コンデンサバスバー５０１には複数のコンデンサ素子５００ａが接続されている。複数のコンデンサ素子５００ａは、コンデンサバスバー５０１上に載置されるように接続されている。図１９は複数のコンデンサ素子５００ａが接続されたコンデンサバスバー５０１を示す斜視図である。図２０は、図１９に示すコンデンサバスバー５０１の裏面側を示す図である。図２１はコンデンサバスバー５０１の分解斜視図である。図２２はコンデンサバスバー５０１とコンデンサ素子５００ａとの接続を説明する図である。

図２１に示すように、コンデンサバスバー５０１は、正極バスバー５０１Ｐと負極バスバー５０１Ｎと絶縁シート５０１ＩＮとから成る。絶縁シート５０１ＩＮは、正極バスバー５０１Ｐと負極バスバー５０１Ｎとの間の絶縁のために設けられたものである。絶縁シート５０１ＩＮを間に挟むようにバスバー５０１Ｐ，５０１Ｎを積層することにより、コンデンサバスバー５０１が構成される。そして、正極バスバー５０１Ｐの上に複数のコンデンサ素子５００ａが載置される。

正極バスバー５０１Ｐには、正極側の電源端子５０９および正極側のコンデンサ端子５０６が設けられている。コンデンサ端子５０６は、パワーモジュールユニット５に設けられた各パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの直流正極端子１５７と正極バスバー５０１Ｐとを接続するための端子であって、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの直流正極端子１５７と対応する位置に３つ形成されている。

一方、負極バスバー５０１Ｎには、負極側の電源端子５０８および負極側のコンデンサ端子５０４が設けられている。コンデンサ端子５０４は、パワーモジュールユニット５に設けられた各パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの直流負極端子１５８と負極バスバー５０１Ｎとを接続するための端子であって、パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗの直流負極端子１５８と対応する位置に３つ形成されている。

また、正極バスバー５０１Ｐおよび負極バスバー５０１Ｎのそれぞれには、積層状態のバスバー５０１Ｐ，５０１Ｎを固定するためのＬ字部５０５，５０７が形成されている。Ｌ字部５０５，５０７には貫通穴がそれぞれ形成されており、Ｌ字部５０５，５０７は別部品であるターミナル部材５１０にそれぞれボルト固定される。その結果、図２０に示すように、ターミナル部材５１０を介して、正極バスバー５０１Ｐ、絶縁シート５０１ＩＮおよび負極バスバー５０１Ｎが一体化される。ターミナル部材５１０は放電抵抗４１の配線（図１６参照）が接続され、放電抵抗４１が正極バスバー５０１Ｐおよび負極バスバー５０１Ｎに接続される。

図２１に示すように、コンデンサ素子５００ａにはフィルムコンデンサが用いられ、正極側の端子５００１および負極側の端子５００２がコンデンサ素子５００ａの両端面に設けられている。軸方向に並んだ２つのコンデンサ素子５００ａは、端子５００１が設けられた端面同士が対抗するように配置されている。正極側の端子５００１および負極側の端子５００２は、正極バスバー５０１Ｐ、絶縁シート５０１ＩＮおよび負極バスバー５０１Ｎを貫通してコンデンサバスバー５０１の裏面側に突出している（図２０および図２２参照）。

図２１に示すように、負極側の端子５００２に対する正極バスバー５０１Ｐの貫通穴Ｐ１は、端子５００２が接触しないように大きく形成されている。一方、正極側の端子５００１に対する負極バスバー５０１Ｎの貫通穴Ｐ２および切り欠きＰ３は、端子５００１が接触しないように大きく形成されている。

図２２は、端子５００１および端子５００２と正極バスバー５０１Ｐおよび負極バスバー５０１Ｎとの接続を説明する図である。図２２（ａ）はコンデンサバスバー５０１の底面側を示す図であり、図２２（ｂ）は側面図である。正極バスバー５０１Ｐには、貫通する正極側の端子５００１と近接した位置に突起５０１１がそれぞれ形成されている。そして、突起５０１１と端子５００１とを溶接することにより、コンデンサ素子５００ａの正極側と正極バスバー５０１Ｐとが接続される。同様に負極バスバー５０１Ｎには、貫通する負極側の端子５００２と近接した位置に突起５０１２がそれぞれ形成されている。突起５０１２と端子５００２とを溶接することにより、コンデンサ素子５００ａの負極側と負極バスバー５０１Ｎとが接続される。

端子５００１，５００２の溶接によって一体化されたコンデンサ素子５００ａおよびコンデンサバスバー５０１は、図１６に示すようにコンデンサバスバー５０１が収納部１２０１の底部側となるように、流路形成体１２Ｂの収納部１２０１に収納される。なお、収納部１２０１の四隅には、コンデンサバスバー５０１の位置決め、および、コンデンサバスバー５０１と流路形成体１２Ｂとの間の絶縁距離確保のために、樹脂ホルダー１２０７が配置される。その後、収納部１２０１にコンデンサ封止樹脂４２を充填し、コンデンサ素子５００ａおよびコンデンサバスバー５０１を樹脂封止することで、図１５に示したようなコンデンサユニット４が完成する。図２３はコンデンサユニット４をケース底面側から見た図であり、図示上側がパワーモジュールユニット５側である。コンデンサユニット４は、パワーモジュールユニット５と対向する側面に正極側のコンデンサ端子５０６、負極側のコンデンサ端子５０４が突出するように配置されている。

コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５が完成したならば、まず、図２４に示すようにコンデンサユニット４をケース１０内にボルト固定する。その際、流路形成体１２Ｂの配管１４が設けられている端面とケース１０との間に、ガスケット（例えば、Ｏリングシール）１６ｂが配置される。ケース１０の底面１０ａには、コンデンサユニット４のコンデンサ端子５０６，５０４が対向する位置に、開口１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが大きく形成されている。

その後、図２５に示すように、パワーモジュールユニット５をケース１０にボルト固定する。その際、流路形成体１２Ａの配管１４が設けられている端面とケース１０との間に、ガスケット１６ｂと同様のガスケット１６ａが配置される。流路形成体１２Ａの配管１５ａと流路形成体１２Ｂの配管１５ｃとは、配管１５ｂによって連結される。

図５に示したように、コンデンサユニット４はケース１０の一方の長辺側に配置され、パワーモジュールユニット５はケース１０の他方の長辺側に配置されている。コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５は、流路形成体１２Ｂと流路形成体１２Ａとの間に所定空間Ｓが設けられるように配置されている。信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌは、モジュールケース３０４からこの所定空間Ｓ側に引き出され、ケース１０の開口側（上カバー３側）に伸延するように折れ曲がっている。この所定空間Ｓの下部にはケース１０の底面１０ａに形成された開口１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ（図２４参照）が配置されている。

図２６は、コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５が固定されたケース１０の底面側を示す斜視図である。また、図２７は、図２６の開口１００Ａ〜１００Ｃの部分を拡大して示したものである。ケース１０内にコンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５を固定したならば、コンデンサユニット４のコンデンサバスバー５０１に設けられているコンデンサ端子５０４，５０６と、パワーモジュールユニット５の各パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗの直流正極端子１５７および直流負極端子１５８とを溶接により接続する。なお、ケース１０には車両側の接地部位と接続される接地部が設けられる。本実施の形態では、金属製のケース１０が接地部を兼ねていて、例えば、ケース１０の底面が車両側の接地部位と接触するように搭載される。接地部は、車両側の接地部位の位置や形状に応じて設けられるものであり、例えば、ケース１０の外周面にリブとして形成される場合もある。

コンデンサ端子５０４，５０６、直流正極端子１５７および直流負極端子１５８は、各流路形成体１２Ａ，１２Ｂから所定空間Ｓ方向に引き出され、途中からケース底部側に折り曲げられている。コンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５をケース１０に固定すると、図２７に示すように、負極側のコンデンサ端子５０４の接続部と直流負極端子１５８の接続部、および、正極側のコンデンサ端子５０６と直流正極端子１５７は、それぞれ近接して配置される。そして、開口１００Ａ〜１００Ｃから溶接治具を各端子に近づけて、負極側のコンデンサ端子５０４と直流負極端子１５８、および、正極側のコンデンサ端子５０６と直流正極端子１５７とをそれぞれ溶接接続する。このように、ケース１０の底面１０ａに形成された開口１００Ａ〜１００Ｃの近傍にコンデンサ端子５０４，５０６、直流正極端子１５７および直流負極端子１５８が配置されるように構成されているので、ケース底面側からの溶接作業を容易に行うことができ、溶接作業の効率向上を図ることができる。

溶接後、図２６に示すように、溶接部に絶縁キャップ１１２を装着する。そして、開口１００Ａ〜１００Ｃを覆うアンダーカバー１１を、ケース１０の底面１０ａにボルト固定する。アンダーカバー１１とケース底部との間には、封止用のシール材１１１が配置される。

一方、ケース１０のケース開口側には、流路形成体１２Ａ，１２Ｂに形成された支柱１２２，１２４の上に回路基板２０がビス固定される。図２８は、流路形成体１２Ａ，１２Ｂ上に回路基板２０が固定された状態を示す斜視図である。流路形成体１２Ａ，１２Ｂ間に設けられた所定空間Ｓ（図５参照）においては、信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌがケース開口方向に伸延している。回路基板２０を支柱１２２，１２４上に載置する際には、各信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌの先端部が回路基板２０に形成されたスルーホールを貫通するように載置する。そして、各信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌを回路基板２０に半田付けする。

図２９は図２８のＤ−Ｄ断面図である。ケース１０の図示左側にコンデンサユニット４が収納され、ケース１０の図示右側にパワーモジュールユニット５が収納されている。コンデンサユニット４とパワーモジュールユニット５との間には所定空間Ｓが形成されている。その所定空間Ｓにおいて、信号端子３２５Ｌはケース開口側（図示上側）に伸延し、回路基板２０に接続されている。一方、コンデンサバスバー５０１のコンデンサ端子５０４，５０６と、パワー半導体モジュール３００Ｖの直流正極端子１５７および直流負極端子１５８とはケース底面側に伸延し、底面１０ａに形成された開口１００Ｂを介して溶接される。パワー半導体モジュール３００Ｕ，３００Ｗに関しても同様である。

回路基板２０には制御回路１７２およびドライバ回路１７４の電子部品が実装されている。図２８，２９に示す例では、ドライバ回路１７４は、回路基板２０において交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと対向する第１領域Ｇ１に実装され、制御回路１７２は、回路基板２０において流路形成体１２Ｂと対向する第２領域Ｇ２に実装されている。

図２９に示すように、第１領域Ｇ１よりも第２領域Ｇ２の方が冷却源（冷媒）により近く、冷却条件の観点からは第１領域Ｇ１よりも第２領域Ｇ２の方が優れている。ドライバ回路１７４には発熱量の大きな部品（例えば、トランスなど）が配置されているので、制御回路１７２の部品に対する熱的影響を考えて、制御回路１７２を第２領域Ｇ２に配置し、ドライバ回路１７４を第１領域Ｇ１に配置すると良い。そのような配置とすることで、回路部品の信頼性向上を図ることができる。

もちろん、ドライバ回路１７４の電子部品であっても耐熱性能の低い電子部品については、冷却性能の高い第２領域Ｇ２に配置しても良いし、また、制御回路１７２の電子部品であっても耐熱性能に十分余裕のある電子部品を第１領域Ｇ１に配置するようにしても良い。

なお、図２８では、回路基板２０は、交流バスバー８０２の出力部分の上部に位置する部分が切り欠かれていて、遮蔽板５０もこの部分には配置されていない。これは、図６に示すように、この出力部分に電流センサモジュール１８０が配置されるためである。交流バスバー８０２はノイズ源となるが、交流バスバー８０２で生じたノイズが回路基板２０の切り欠き部分から漏れて、通信用コネクタ２１を流れる信号に影響を与えるおそれがある。そこで、本実施の形態では、通信用コネクタ２１を流れる信号にノイズの影響が出ないように、コネクタ２１を切り欠き部分から最も遠い対角位置に配置した。

（第１の変形例）
図３０，３１は第１の変形例を説明する図である。図３０は電力変換装置２００の斜視図、図３１は図３０のＥ−Ｅ断面図である。なお、図３０，３１では構造が分かりやすいように上カバー３やバスバーホルダ８００を省略して示した。上述した実施の形態では、回路基板２０をコンデンサユニット４およびパワーモジュールユニット５の両方に跨るように配置したが、第１の変形例では、パワーモジュールユニット５の上方に回路基板２０Ａを配置するようにした。上述したように回路基板２０には制御回路１７２およびドライバ回路１７４が実装されていたが、回路基板２０Ａにはドライバ回路１７４が実装されている。

回路基板２０Ａは、流路形成体１２Ｂの上面（ケース開口側の面）に形成された支柱１２２上に固定されている。そのため、回路基板２０Ａは、冷媒が流れる流路形成体１２Ａによって冷却されることになる。ケース開口方向に伸延している信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌは、先端部が回路基板２０Ａに形成されたスルーホールを貫通している。なお、制御回路１７２を実装した基板に関しては、ケース１０内（例えば、流路形成体１２Ｂの上方）に別置しても良いし、ケース１０とは別のケース内（車両コントロール側）に配置しても良い。もちろん、回路基板２０Ａに制御回路１７２およびドライバ回路１７４の両方を実装するようにしても構わない。

（第２の変形例）
図３２，３３は第２の変形例を説明する図である。図３２は電力変換装置２００の斜視図、図３３は図３２のＦ−Ｆ断面図である。なお、図３２，３３では構造が分かりやすいように上カバー３やバスバーホルダ８００を省略して示した。第２の変形例では、回路基板２０Ｂをコンデンサユニット４の上方に配置するようにした。回路基板２０Ｂは、流路形成体１２Ｂの上面に形成された支柱１２４上にビス止めされている。回路基板２０Ｂには制御回路１７２およびドライバ回路１７４が実装され、上位の制御装置との間で信号の送信および受信を行うための通信用コネクタ２１が設けられている。

ケース開口方向に伸延している信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌは、先端部が回路基板２０Ｂに形成されたスルーホールを貫通している。図３３に示すように、回路基板２０Ｂは、冷媒流路１２０２を覆うカバー１２０３の上方に近接して設けられているので、ケース１０に配置された多の発熱部品（例えば、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗやコンデンサ素子５００ａ）からの熱影響を受け難い。また、流路形成体１２Ｂはアルミ等の金属で形成され、かつ、車両側の接地部位に接続されている金属製のケース１０と接触している。そのため、流路形成体１２Ｂはグラウンド電位となり、コンデンサバスバー５０１で発生する電界・磁界等によるノイズの、回路基板２０Ｂへの影響を遮断することができる。

さらに、図３４に示すように、回路基板２０Ｂと流路形成体１２Ｂのカバー１２０３との間に、放熱シート（例えば、シリコーン系樹脂シート）１２０６を挟持するようにしても良い。なお、図２９の構成の場合には、放熱シート１２０６は回路基板２０の第２領域Ｇ２とカバー１２０３との間に配置すれば良い。放熱シート１２０６を設けない場合には、回路基板２０Ｂとカバー１２０３との間は空気が介在しているため、断熱性が比較的に高い。そのため、回路基板２０Ｂから冷媒への放熱は、主に支柱１２４およに流路形成体１２Ｂを介した経路によるものである。一方、図３４のように放熱シート１２０６を配置することで、放熱シート１２０６を介しても流路形成体１２Ｂへと熱を逃がすことができ、回路基板２０Ｂに対する冷却性能向上を図ることができる。

なお、図３１の回路基板２０Ａや、図２９における回路基板２０の第１領域Ｇ１の場合においても、回路基板２０Ａ，２０と対向する遮蔽板５０との間に放熱シート１２０６を配置するようにしても良い。この場合は、回路基板側の熱は、支柱１２２、流路形成体１２Ａの経路に加えて、放熱シート１２０６、遮蔽板５０、支柱１２１、流路形成体１２Ａの経路で冷媒へと放熱され、回路基板２０Ａや第１領域Ｇ１における冷却性能向上を図ることができる。

上述した実施の形態は以下のような作用効果を奏する。
（１）電力変換装置２００は、直流電流を平滑化するコンデンサ５００と、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）が有底筒状のモジュールケース３０４に収納され、モジュールケース３０４の引出部から直流正極端子１５７，直流負極端子１５８、交流端子１５９および信号端子３２５Ｕ，３２５Ｌ，３３６Ｕ，３３６Ｌが引き出されているパワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗと、コンデンサ５００と直流正極端子１５７，直流負極端子１５８とを接続するコンデンサバスバー５０１と、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗが挿入される冷媒流路１２０が形成された流路形成体１２Ａと、コンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１を冷却するための冷媒流路１２０２とが形成された流路形成体１２Ｂと、底面１０ａ上に流路形成体１２Ａ，１２Ｂが所定空間Ｓを隔てて並列配置され、所定空間Ｓと対向する底面領域に開口１００Ａ〜１００Ｃが形成されたケース１０と、を備える。

そして、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗは、モジュールケース３０４の引出部が流路形成体１２Ａの所定空間に対向する面、すなわち開口１２０Ｕ〜１２０Ｗが形成された面に配置されるように、冷媒流路１２０に挿入され、コンデンサバスバー５０１は流路形成体１２Ｂから所定空間Ｓに引き出される。直流正極端子１５７，直流負極端子１５８およびコンデンサバスバー５０１は、開口１００Ａ〜１００Ｃと対向する位置で接続されている。

パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗを冷却するための流路形成体１２Ａと、コンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１を冷却するための流路形成体１２Ｂとを個別に設けたので、冷却性能の向上を図ることができる。

また、流路形成体１２Ａと流路形成体１２Ｂとをケース１０の底面１０ａに並置したことにより、ケース１０の高さ寸法、すなわち電力変換装置２００の高さ寸法を抑えることができる。なお、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗは扁平状であるため、図７に示すように、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２Ａの側面（所定空間Ｓに対向する側面）から冷媒流路１２０内に挿入するような構成としている。そのため、流路形成体１２Ａの高さ寸法を極力小さくすることができる。

さらに、流路形成体１２Ａ，１２Ｂを開口１００Ａ〜１００Ｃの両側に所定空間Ｓを隔てて並列配置し、開口１００Ａ〜１００Ｃと対向する位置で直流正極端子１５７，直流負極端子１５８とコンデンサバスバー５０１とを接続するようにしているので、ケース底面側から接続作業を行うことができる。そのため、底面と反対側に上記接続作業用の作業空間を必要とせず、流路形成体１２Ａ，１２Ｂの直上に他の構成部品を配置することが可能となり、装置高さ寸法を低減できる。このように、上述した実施の形態では、電力変換装置２００の高さ寸法（厚さ寸法）を小さくすることができ、図２に示すような狭いスペースへ配置に適した電力変換装置を提供することが可能となる。

さらに、流路形成体１２Ａ，１２Ｂの間に所定空間Ｓを設け、その所定空間Ｓに流路形成体１２Ａ，１２Ｂから直流正極端子１５７，直流負極端子１５８およびコンデンサバスバー５０１（コンデンサ端子５０４，５０６）をそれぞれ引き出して接続しているので、導体長さを極力短くすることができ、導体抵抗の低下による発熱の抑制を図ることができる。

また、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗを流路形成体１２Ａの冷媒流路１２０に配置するようにしているので、パワー半導体素子で発生した熱を効率良く冷媒へ逃がすことができる。一方、冷媒流路１２０２が形成された流路形成体１２Ｂに凹部（収納部１２０１）を形成し、その収納部１２０１にコンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１を収納するようにしたので、コンデンサ５００やコンデンサバスバー５０１で発生した熱を流路形成体１２Ｂへ逃がすことができ、コンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１に関する冷却性能を向上させることができる。

電力変換装置２００の構成部品は、図５，７，１６に示すように、機能要素毎にユニット化されている。すなわち、直流側の構成部品であるコンデンサ５００、コンデンサバスバー５０１、Ｙコンデンサ４０、放電抵抗４１等は流路形成体１２Ｂに組み付けられ、一体化されたコンデンサユニット４を構成している。一方、インバータ回路１４０に関係する部品であるパワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗ、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗ、電流センサモジュール１８０等は流路形成体１２Ａに組み付けられ、一体化されたパワーモジュールユニット５を構成している。そのため、各々の組み立て作業や信頼性確認作業（例えば水密検査）を並列で行うことができ、全体の作業効率の向上が図れる。また、交換作業もし易い。

なお、上述した実施の形態では、コンデンサユニット４の配管１５ｃとパワーモジュールユニット５の配管１５ａとを配管１５ｂで連結し、冷媒が装置内をＵターンするような構成としているが、配管１５ｂによる連結を省略し、冷媒を流路形成体１２Ａと流路形成体１２Ｂとで冷媒が並列に流れるような構成としても良い。すなわち、配管１３，１４から冷媒を流入させ、配管１５ａ，１５ｃから冷媒を流出させるようにする。

（２）電力変換装置２００は、駆動信号を出力するドライバ回路１７４が実装され、流路形成体１２Ａに関して底面１０ａと反対側に、流路形成体１２Ａと対向するように配置された回路基板２０、２０Ａを備えている。そして、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗは、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０）を駆動するための駆動信号が入力される信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕを有する。さらに、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕは、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗから所定空間Ｓに引き出され、所定空間Ｓにおいて回路基板２０方向に伸延されて回路基板２０と接続されている。

このように、回路基板２０、２０Ａは、流路形成体１２Ａに関して、直流正極端子１５７，直流負極端子１５８の接続が行われる開口１００Ａ〜１００Ｃと反対側に配置され、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕと接続されているので、接続作業（信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕの接続作業および直流正極端子１５７，直流負極端子１５８の接続作業）の際に、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕ側と直流正極端子１５７，直流負極端子１５８側とが干渉するのを防止できる。

また、所定空間Ｓを設けて、流路形成体１２Ａ，１２Ｂから直流正極端子１５７，直流負極端子１５８、端子３２５Ｌ，３２５Ｕ、コンデンサバスバー５０１（コンデンサ端子５０４，５０６）をそれぞれ所定空間Ｓに引き出し、直流正極端子１５７，直流負極端子１５８およびコンデンサ端子５０４，５０６を開口１００Ａ〜１００Ｃが設けられた底面側に伸延させ、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕを底面側とは反対方向の回路基板２０，２０Ａ側に伸延させている。そのため、直流正極端子１５７，直流負極端子１５８、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕ、およびコンデンサ端子５０４，５０６は、流路形成体１２Ａ，１２Ｂの高さ方向幅から大きく突出することがなく、電力変換装置２００の高さ方向寸法を小さく抑えることができる。

なお、図２９や図３１に示すように、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗから所定空間Ｓに引き出された信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕは、途中でほぼ直角に折り曲げられ、回路基板２０，２０Ａのスルーホールに対してほぼ垂直に接続される。そのため、回路基板２０，２０Ａを支柱１２２に取り付ける際に、信号端子３２５Ｌ，３２５Ｕのスルーホールへの挿入作業を容易に行うことができる。

（３）電力変換装置２００は、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０）の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路１７２、およびその制御信号に基づいてパワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力するドライバ回路１７４の少なくとも一方が実装され、流路形成体１２Ｂに関して底面１０ａと反対側に、流路形成体１２Ｂと対向するように配置された回路基板２０，２０Ｂを備える。そして、流路形成体１２Ｂにはコンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１が収納される凹部（収納部１２０１）が形成され、その凹部の開口側がケース１０の底面１０ａと対向するように形成されている。

このように、コンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１と回路基板２０，２０Ａとの間に、冷媒流路１２０２が形成された流路形成体１２Ｂが介在するため、コンデンサ５００やコンデンサバスバー５０１で発生した熱が回路基板２０，２０Ａに流入するのを防止することができる。

なお、流路形成体１２Ａ，１２Ｂはアルミ等の金属で形成されている。また、流路形成体１２Ａ，１２Ｂが配置されるケース１０は、金属製であって車両側のグランドと接続されグランド電位と成っている。そのため、流路形成体１２Ａ，１２Ｂもグランド電位となっており、コンデンサバスバー５０１で発生する電界・磁界等によるノイズの回路基板２０，２０Ａへの影響を流路形成体１２Ｂによって遮断することができる。

（４）さらに、図３４に示すように、放熱シート１２０６を回路基板２０Ｂと流路形成体１２Ｂとの間に密着して配設するようにしても良い。このように放熱シート１２０６を配設することにより、放熱シート１２０６を設けない場合に比べて、回路基板２０Ｂで発生する熱を効率良く流路形成体１２Ｂへと逃がすことができる。

（５）電力変換装置２００において、ケース１０は金属で形成されるとともに接地部（ケース底面）を有し、流路形成体１２Ａは金属で形成されるとともに、底面１０ａと反対側の周面に突出するように形成された支持部（支柱１２１）を有する。そして、電力変換装置２００は、流路形成体１２Ａの、底面１０ａと反対側の周面に固定され、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗに接続されて交流電流を装置外へ出力するための交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０）の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路１７２、および制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力するドライバ回路１７４の少なくとも一方が実装され、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと対向する位置に配置される回路基板２０，２０Ａと、支柱１２１に固定され、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと回路基板２０，２０Ａとの間に配置される遮蔽板５０と、を備えている。

ケース１０に設置されている流路形成体１２Ａは金属で形成されているので、ケース１０と同様にグランド電位となっている。そして、その流路形成体１２Ａに固定された金属製の遮蔽板５０は、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと回路基板２０，２０Ａとの間に配置されているので、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗで発生する電界・磁界等によるノイズの回路基板２０，２０Ａへの影響を、遮蔽板５０によって遮蔽することができる。遮蔽板５０においては、ノイズにより発生した電流は流路形成体１２Ａを介してグランドに流れる。

（６）電力変換装置２００は、流路形成体１２Ａの、底面１０ａと反対側の周面に固定され、パワー半導体モジュール３００Ｕ〜３００Ｗに接続されて交流電流を装置外へ出力するための交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０）の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路１７２、および制御信号に基づいてパワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力するドライバ回路１７４が実装され、流路形成体１２Ａ，１２Ｂに関して底面１０ａと反対側に、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗおよび流路形成体１２Ｂと対向するように配置された回路基板２０と、を備える。

そして、図２８，２９に示すように、ドライバ回路１７４は、回路基板２０において交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗと対向する第１領域Ｇ１に実装され、制御回路１７２は、回路基板２０において流路形成体１２Ｂと対向する第２領域Ｇ２に実装されている。冷却条件の観点からは第１領域Ｇ１よりも第２領域Ｇ２の方が優れており、上述したように、制御回路１７２を第２領域Ｇ２に配置し、ドライバ回路１７４を第１領域Ｇ１に配置することで、回路部品の信頼性向上を図ることができる。

（７）コンデンサバスバー５０１は、凹部である収納部１２０１内に収納されたコンデンサ５００と凹部壁面との間に配置されている。収納部１２０１に収納されるコンデンサ５００およびコンデンサバスバー５０１の発熱量を比較すると、コンデンサバスバー５０１の方が大きい。そこで、コンデンサバスバー５０１を凹部壁面側に配置することで、コンデンサバスバー５０１を優先的に冷やすことができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１０：ケース、４：コンデンサユニット、５：パワーモジュールユニット、Ｓ：所定空間、１０ａ：底面、１２Ａ，１２Ｂ：流路形成体、２０，２０Ａ，２０Ｂ：回路基板、５０：遮蔽板、Ｇ１：第１領域、Ｇ２：第２領域、１００Ａ〜１００Ｃ：開口、１２０，１２０２：冷媒流路、１２１，１２２，１２４：支柱、１５６，１６６：ダイオード、１５７：直流正極端子、１５８：直流負極端子、１５９，１８８：交流端子、１７２：制御回路、１７４:ドライバ回路、１８０：電流センサモジュール、２００：電力変換装置、３００Ｕ〜３００Ｗ：パワー半導体モジュール、３０４：モジュールケース、３２５Ｌ，３２５Ｕ，３３６Ｌ，３３６Ｕ：信号端子、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、５００：コンデンサ、５００ａ：コンデンサ素子、５０１：コンデンサバスバー、５０４、５０６：コンデンサ端子、８０２，８０２Ｕ〜８０２Ｗ：交流バスバー、１０００：接地用端子、１２０１：収納部、１２０６：放熱シート

Claims (7)

1. 直流電流を平滑化するコンデンサと、
   前記直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子が有底筒状のモジュールケースに収納され、該モジュールケースの引出部から直流端子、交流端子および信号端子が引き出されているパワー半導体モジュールと、
   前記コンデンサと前記直流端子とを接続するコンデンサバスバーと、
   前記パワー半導体モジュールが挿入される第１冷媒流路が形成された第１流路形成体と、
   前記コンデンサおよび前記コンデンサバスバーを冷却するための第２冷媒流路とが形成された第２流路形成体と、
   底面上に前記第１および第２流路形成体が所定空間を隔てて並列配置され、前記所定空間と対向する底面領域に開口が形成されたケースと、を備え、
   前記パワー半導体モジュールは、前記モジュールケースの引出部が前記第２流路形成体の前記所定空間に対向する面に配置されるように、前記第１冷媒流路に挿入され、
   前記コンデンサバスバーは前記第２流路形成体から前記所定空間に引き出され、前記直流端子およびコンデンサバスバーは前記開口と対向する位置で接続されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記パワー半導体モジュールは、前記パワー半導体素子を駆動するための駆動信号が入力される信号端子を有し、
   前記駆動信号を出力する駆動回路が実装され、前記第１流路形成体に関して前記底面と反対側に、前記第１流路形成体と対向するように配置された回路基板を備え、
   前記パワー半導体モジュールから前記所定空間に引き出された前記信号端子は、該所定空間において前記回路基板方向に伸延されて該回路基板と接続されていることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記パワー半導体素子の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路、および前記制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路の少なくとも一方が実装され、前記第２流路形成体に関して前記底面と反対側に、前記第２流路形成体と対向するように配置された回路基板を備え、
   前記第２流路形成体には前記コンデンサおよび前記コンデンサバスバーが収納される凹部が形成され、該凹部の開口側が前記ケースの底面と対向するように形成されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記回路基板と前記第２流路形成体との間に密着して配設される放熱シートを備えたことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記ケースは金属で形成されるとともに接地部を有し、
   前記第１流路形成体は金属で形成されるとともに、前記底面と反対側の周面に突出するように形成された支持部を有し、
   前記第１流路形成体の、前記底面と反対側の周面に固定され、前記パワー半導体モジュールに接続されて前記交流電流を装置外へ出力するための交流バスバーと、
   前記パワー半導体素子の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路、および前記制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路の少なくとも一方が実装され、前記交流バスバーと対向する位置に配置される回路基板と、
   前記支持部に固定され、前記交流バスバーと前記回路基板との間に配置される電磁遮蔽板と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記第１流路形成体の、前記底面と反対側の周面に固定され、前記パワー半導体モジュールに接続されて前記交流電流を装置外へ出力するための交流バスバーと、
   前記パワー半導体素子の駆動を制御するための制御信号を出力する制御回路、および制御信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路が実装され、前記第１および第２流路形成体に関して前記底面と反対側に、前記交流バスバーおよび前記第２流路形成体と対向するように配置された回路基板と、を備え、
   前記駆動回路は、前記回路基板において前記交流バスバーと対向する第１領域に実装され、
   前記制御回路は、前記回路基板において前記第２流路形成体と対向する第２領域に実装されていることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記コンデンサバスバーは、前記凹部内に収納された前記コンデンサと凹部壁面との間に配置されていることを特徴とする電力変換装置。

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