JP2012029516A - 電力変換機 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換機の半導体素子の冷却効率を向上する。
【解決手段】回転電機（５０）が収容されるケースに絶縁部材（９）を介して実装させる電力変換機（１００）は、複数の第一電極（１）と、各第一電極（１）に接合されるスイッチング用の第一の半導体素子（４）と、各第一電極（１）に接合される還流電流用の第二の半導体素子（５）と、前記第一の半導体素子（４）及び前記第二の半導体素子（５）に接合される第二電極（２）と、を備える。一つの第一電極上の少なくとも一つの半導体素子は、隣接する他の第一電極上の少なくとも一つの半導体素子と対向し、双方の第一電極の第一と第二の半導体素子を跨ぐように、前記第二電極（２）が配置される。前記第二電極（２）は、前記双方の第一電極の間で、前記ケースに向かって延在する部分を有し、前記絶縁部材（９）を介して前記ケースの内壁と接合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータ（回転電機）等と共に使用される電力変換機に関する。

特許文献１は、従来技術として、電気モータのケース内に配置される多相インバータ（電力変換機）を開示する。多相インバータは、並列接続された複数の単相インバータ回路を有し、単相インバータ回路は、電気モータの各コイルに接続する。単相インバータ回路は、直列接続された上アーム側のスイッチング素子（半導体素子）と下アーム側のスイッチング素子（半導体素子）を備える。なお、上アーム側のスイッチング素子は、直流電源の正極側に接続するスイッチング素子であり、下アーム側のスイッチング素子は、直流電源の負極側に接続するスイッチング素子である。

特開２００７−１１６８４０号公報

しかし、上記従来技術において、半導体素子の下側だけに、冷却器が配置され、半導体素子の上側には冷却器や冷却部材はない（特許文献１の図１９）。そして、半導体素子の上側において、バスバーに接続するボンディングワイヤが配置される。この構成では、伝熱経路は、半導体素子の下側（一方の側）だけにあり上側（他方の側）にはないため、伝熱経路が狭く、半導体素子の冷却効率が低いという問題点がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、電力変換機の半導体素子の冷却効率を向上することを目的とする。

本発明のある態様に係る電力変換機は、回転電機が収容されるケースに絶縁部材を介して実装させる。電力変換機は、複数の第一電極と、各第一電極に接合されるスイッチング用の第一の半導体素子と、各第一電極に接合される還流電流用の第二の半導体素子と、前記第一の半導体素子及び前記第二の半導体素子に接合される第二電極と、を備える。一つの第一電極上の少なくとも一つの半導体素子は、隣接する他の第一電極上の少なくとも一つの半導体素子と対向し、双方の第一電極の第一と第二の半導体素子を跨ぐように、前記第二電極が配置される。前記第二電極は、前記双方の第一電極の間で、前記ケースに向かって延在する部分を有し、前記絶縁部材を介して前記ケースの内壁と接合される。

本発明によれば、半導体素子からの伝熱経路を拡大することにより、電力変換機の半導体素子の冷却効率を向上することができる。

（ａ）第一実施形態に係る電力変換機の端面図である。（ｂ）第一実施形態に係る電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。 電力変換機の回路構成の一例を示す回路図である。 （ａ）半導体素子の配列が第一実施形態と異なる電力変換機の端面図である。（ｂ）半導体素子の配列が第一実施形態と異なる電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。 （ａ）第二実施形態に係る電力変換機の端面図である。（ｂ）第二実施形態に係る電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。 第三実施形態に係る回転電機と電力変換機を示す回転軸方向の断面図である。 （ａ）第三実施形態に係る電力変換機の端面図である。（ｂ）第三実施形態に係る電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。 第四実施形態に係る回転電機と電力変換機を示す回転軸方向の断面図である。 （ａ）第四実施形態に係る電力変換機の端面図である。（ｂ）第四実施形態に係る電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。 第五実施形態に係る回転電機と電力変換機の一例を示す回転軸方向の断面図である。 第五実施形態に係る回転電機と電力変換機の他の例を示す回転軸方向の断面図である。 （ａ）第六実施形態に係る電力変換機の端面図である。（ｂ）第六実施形態に係る電力変換機の半導体素子の配列方向に沿った断面図である。

以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。

＜第一実施形態＞
図１（ａ）と図１（ｂ）は、それぞれ第一実施形態に係る電力変換機１００の端面図と断面図を示す。本実施形態において、電力変換機１００は、電気モータ（回転電機）５０とともにケース１０内に配置され、電気モータ５０に電力を供給する。電力変換機１００は、図２のようなインバータであるが、これに限定されるものではない。

第一実施形態において、電力変換機１００は、ケース１０の表面に平行に配置される複数の平板状のパワーモジュール１８を備える。ここでは、パワーモジュール１８は、単相インバータ回路に対応する構成要素として示されている。複数のパワーモジュール１８は、互いに並列に配置されている。

パワーモジュール１８は、直列接続された上アーム側のスイッチング用半導体素子４と下アーム側のスイッチング用半導体素子６を有する。また、パワーモジュール１８は、上アーム側の還流電流用半導体素子５と下アーム側の還流電流用半導体素子７を有する。上アーム側のスイッチング用半導体素子４（第一の半導体素子）は、上アーム側の還流電流用半導体素子５（第二の半導体素子）に並列的に接続する。下アーム側のスイッチング用半導体素子６（第三の半導体素子）は、下アーム側の還流電流用半導体素子７（第四の半導体素子）に並列的に接続する。例えば、スイッチング用半導体素子はトランジスタであり、還流電流用半導体素子はダイオードである。平板状の各半導体素子（半導体素子チップ）及び略平板状の各電極は、前記ケースの実装面に対して、平行に配置される。

上アーム側のスイッチング用半導体素子４と還流電流用半導体素子５は、直流電源３０の正極側に接続する。下アーム側のスイッチング用半導体素子６と還流電流用半導体素子７は、直流電源３０の負極側に接続する。

上アーム側のスイッチング用半導体素子４と下アーム側のスイッチング用半導体素子６は、第一の電極１の片面に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。上アーム側の還流電流用半導体素子５と、下アーム側の還流電流用半導体素子７も、第一の電極１の片面に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。

上アーム側の第二の電極２は、上アーム側の第一と第二の半導体素子４、５に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。下アーム側の第三の電極３は、下アーム側の第二と第四の半導体素子６、７に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。上アーム側の第二の電極２と下アーム側の第三の電極３は、モータ５０及び電力変換機１００が固定されるケース１０の内壁の実装面に絶縁部材９を介して接続される。

なお、ケース１０は、放熱器として、ヒートシンク又はウオータージャケットを含んでよい。第一実施形態では、ケース１０はヒートシンク１０ａを有し、電力変換機１００は、ケース１０のヒートシンク１０ａに相当する箇所に取り付けられる。

第一の電極１の上で、上アーム側半導体素子群（第一の半導体素子４と第二の半導体素子５）と、下アーム側半導体素子群（第三の半導体素子６と第四の半導体素子７）が、配列方向に配置される。一つの第一の電極１上の上アーム側半導体素子群と下アーム側半導体素子群は、各々、隣接する他の第一の電極１上の上アーム側半導体素子群と下アーム側半導体素子群と面対称となって配置されている。

互いに隣り合う第一の電極１ａ、１ｂ上にそれぞれ配置される上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）は、第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する。第二の電極２は、Ｔ字型の断面形状を有して、互いに隣接する上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）を跨ぐように配置される。即ち、第二の電極２の天板部２ｂが、半導体素子４ａ（５ａ）上及び半導体素子４ｂ（５ｂ）上に配置される。絶縁部材９、第一の電極１、電導性接合部材８、半導体素子４、第二の電極２の天板部２ｂが、パワーモジュールの実装されるケース表面（実装面）に垂直な方向に積層されている。

隣り合う第一の電極１ａ、１ｃ上にそれぞれ配置される下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）は、第三の電極３の脚部３ａを挟んで隣接して対向する。第三の電極３は、Ｔ字型の断面形状を有して、互いに隣接する下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）を跨ぐように配置される。即ち、第三の電極３の天板部３ｂが、半導体素子６ａ（７ａ）上及び半導体素子６ｃ（７ｃ）上に配置される。絶縁部材９、第一の電極１、電導性接合部材８、半導体素子６、第三の電極３の天板部３ｂが、パワーモジュールの実装されるケース表面（実装面）に垂直な方向に積層されている。

第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する上アーム側のスイッチング用半導体素子４の対と、第三の電極３の脚部３ａを挟んで対向する下アーム側のスイッチング用半導体素子６の対とが、配列方向において交互に配置される。同様に、第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する上アーム側の還流電流用半導体素子５の対と、第三の電極３の脚部３ａを挟んで対向する下アーム側の還流電流用半導体素子７の対とが、配列方向において交互に配置される。

第二の電極２の脚部２ａが、第一の電極１ａ、１ｂの間でケース１０の内壁に向かって延在し、絶縁部材９を介してケース１０に接触又は接合している。第三の電極３の脚部３ａが、第一の電極１ａ、１ｃの間でケース１０の内壁に向かって延在し、絶縁部材９を介してケース１０に接触又は接合している。

上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）の一方の側（ケース側）では、第一の電極１ａ、１ｂが伝熱経路となり、半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）の熱をケース１０へ伝達する。上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）の他方の側（ケースと反対側）では、第二の電極２の天板部２ｂが伝熱経路となり、半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）の熱を脚部２ａを経てケース１０へ伝達する。従って、半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）の両側から熱が、ケース１０へ伝達できる。

また、第一の電極１ａ、１ｃが伝熱経路となり、下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）の一方の側（ケース側）から、半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）の熱をケース１０へ伝達できる。第三の電極３の天板部３ｂと脚部３ａが伝熱経路となり、下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）の他方の側（ケースと反対側）から、半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）の熱をケース１０へ伝達できる。従って、半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）の両側から熱が、ケース１０へ伝達できる。

なお、仮に、図３（ａ）（ｂ）のように、第一の電極１ａ上に配置される上アーム側の半導体素子４ａと、隣の第一の電極１ｂ上に配置される下アーム側の半導体素子６ｂが対向する場合、第二の電極２は、半導体素子４ａと半導体素子６ｂの共通電極にすることはできない。個別の第二の電極２が、半導体素子４ａ用と半導体素子６ｂ用に設けられる。また、仮に、第一の電極１ａ上に配置される下アーム側の半導体素子６ａと、隣の第一の電極１ｃ上に配置される上アーム側の半導体素子４ｃが対向する場合、第三の電極３は、半導体素子６ａと半導体素子４ｃの共通電極にすることはできない。個別の第三の電極３が、半導体素子６ａ用と半導体素子４ｃ用に設けられる。このため、この場合、半導体素子４ａ用の第二の電極２と半導体素子６ｂ用の第二の電極２の間に隙間が生じる。半導体素子６ａ用の第三の電極３と半導体素子４ｃ用の第三の電極３の間に隙間が生じる。故に、半導体素子の他方の側（ケースと反対側）からケース１０への伝熱経路が狭まり、伝熱特性が悪化する。

従って、本実施形態では、図１（ａ）のように、第一の電極１ａ上に配置される上アーム側の半導体素子４ａと、隣の第一の電極１ｂ上に配置される上アーム側の半導体素子４ｂは、対向するように配置されている。これにより、第二の電極２は、半導体素子４ａと半導体素子４ｂの共通電極にでき、半導体素子の他方の側（ケースと反対側）からケース１０への伝熱特性が向上する。また、第一の電極１ａ上に配置される下アーム側の半導体素子６ａと、隣の第一の電極１ｃ上に配置される下アーム側の半導体素子６ｃは、対向するように配置されている。これにより、第三の電極３は、半導体素子６ａと半導体素子６ｃの共通電極にでき、半導体素子の他方の側（ケースと反対側）からケース１０への伝熱特性が向上する。

―作用効果−
本実施形態によると、一つの第一電極上１ａの半導体素子は、隣接する他の第一電極１ｂ（又は１ｃ）上の半導体素子と対向する。双方の第一電極１ａ、１ｂ（又は１ｃ）の半導体素子を跨ぐように、第二電極２（又は第三電極３）が配置される。第二電極２（又は第三電極３）は、双方の第一電極の間で、ケースの内壁に向かって延在する部分（脚部２ａ又は３ａ）を有し、絶縁部材９を介してケース１０の内壁と接合される。従って、半導体素子からケース１０への伝熱経路が拡大することにより伝熱特性が良好になり、電力変換機の半導体素子の冷却効率（冷却性能）が向上する。

第一の電極１ａ上に配置される上アーム側の半導体素子４ａと、隣の第一の電極１ｂ上に配置される上アーム側の半導体素子４ｂは、対向するように配置されている。第一の電極１ａ上に配置される下アーム側の半導体素子６ａと、隣の第一の電極１ｃ上に配置される下アーム側の半導体素子６ｃは、対向するように配置されている。これにより、第二の電極２は、半導体素子４ａと半導体素子４ｂの共通電極にでき、第三の電極３は、半導体素子６ａと半導体素子６ｃの共通電極にでき、伝熱特性がさらに向上する。

各半導体素子及び各電極は、ケース１０の実装面に対して、平行に配置される。このため、効率よく熱をケース１０に伝熱でき、電力変換機を大型化することなく半導体素子の冷却性能を満足できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態において、図４（ａ）（ｂ）のように、平板状の各半導体素子（半導体素子チップ）及び平板状の各電極は、前記ケースの実装面に対して、垂直に配置される。また、第一の電極１、電導性接合部材８、半導体素子４、６、第二又は第三の電極２、３は、パワーモジュールの実装されるケース表面（実装面）に平行な方向に積層されている。他の構成は、第一実施形態と同様である。

第一の電極１は、上アーム側のスイッチング用半導体素子４（第一の半導体素子）と下アーム側のスイッチング用半導体素子６（第三の半導体素子）の間に挟まれて配置される。上アーム側のスイッチング用半導体素子４と上アーム側の還流電流用半導体素子５（第二の半導体素子）は、第一の電極１の一方の面に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。下アーム側のスイッチング用半導体素子６と下アーム側の還流電流用半導体素子７（第四の半導体素子）は、第一の電極１の他方の面に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。

隣り合う第一の電極１ａ、１ｂ上にそれぞれ配置される上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）は、第二の電極２を挟んで対向する。隣り合う第一の電極１ａ、１ｃ上にそれぞれ配置される下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）は、第三の電極３を挟んで隣接して対向する。第一、第二、及び第三の電極１、２、３は、絶縁部材９を介して、ケース１０に接触又は接合している。第二の電極２は、第一の電極１ａ、１ｂの間で、ケース１０の内壁に向かって延在する。第三の電極３は、第一の電極１ａ、１ｃの間で、ケース１０の内壁に向かって延在する。

第二の電極２は、互いに隣接する上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）を跨ぐように配置される。即ち、第二の電極２が、半導体素子４ａ（５ａ）上及び半導体素子４ｂ（５ｂ）上に配置される。

第三の電極３は、互いに隣接する下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）を跨ぐように配置される。即ち、第三の電極３が、半導体素子６ａ（７ａ）上及び半導体素子６ｃ（７ｃ）上に配置される。

本実施形態によると、各半導体素子及び各電極は、前記ケースの実装面に対して、垂直に配置される。このため、半導体素子の冷却性能を満足しつつ、電力変換機を小型化できる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態において、図５のように、パワーモジュール１８が、モータ５０の軸方向に垂直な壁面１０ｂに取り付けられる。壁面１０ｂは、ケース１０の軸端の蓋部１０ｃ（軸端部）の内面である。ケース１０は、モータ５０と電力変換機１００を収容する。

図５において、パワーモジュール１８は、第一の電極１側において絶縁部材９を介してケース１０の軸端の蓋部１０ｃの裏に接合されている。パワーモジュール１８は、スイッチング用半導体素子の動作を制御するモータドライバ回路基板１１と接続している。第一の電極１はモータコイル１３に接続する。第二の電極２は直流電源の正極側に接続する。第三の電極３は、直流電源の負極側に接続する。

ケース１０の側部の内周面には、ステータ１４が接合される。ロータ１５及びシャフト１６が、空隙を介して、ステータ１４内に配置されている。シャフト１６は、ベアリング１７を介してケース１０に回転可能に支持されている。

図６（ａ）は、モータ側から軸方向に電力変換機１００を見た図である。第一実施形態の図１（ａ）では、第一の電極１、第二の電極２、第三の電極３、半導体素子４、６は、直線状に配置されている。しかし、第三実施形態において、図６（ａ）のように、第一の電極１、第二の電極２、第三の電極３、半導体素子４、６（又は半導体素子５、７）は、モータ５０の円周方向に沿って配置される。第一の電極１はケース１０に近い側に配置され、第二の電極２はケース１０に遠い側に配置される。

発熱量の大きい上アーム側のスイッチング用半導体素子４は、発熱量（ワット：Ｗ）の小さい上アーム側の還流電流用半導体素子５よりも、半径方向外側に配置される。即ち、スイッチング用半導体素子４は、ケース１０の軸端蓋部１０ｃの外周側に配置され、還流電流用半導体素子５は、軸端蓋部１０ｃの内周側に配置される。

また、発熱量の大きい下アーム側のスイッチング用半導体素子６は、発熱量の小さい下アーム側の還流電流用半導体素子７よりも、半径方向外側に配置される。即ち、スイッチング用半導体素子６は、ケース１０の軸端蓋部１０ｃの外周側に配置され、還流電流用半導体素子７は、軸端蓋部１０ｃの内周側に配置される。

図６（ｂ）のように、第一実施形態と同様に、第一の電極１が伝熱経路となり、半導体素子４、６の一方の側（ケース側）から、半導体素子４、６の熱をケース１０へ伝達できる。第二の電極２と第三の電極３が伝熱経路となり、半導体素子４、６の他方の側（ケースと反対側）から、半導体素子４、６の熱をケース１０へ伝達できる。従って、半導体素子４、６の熱が、両側からケース１０へ伝達できる。

本実施形態によると、各半導体素子及び各電極は、回転電機の軸方向に垂直なケースの壁面１０ｂに実装される。これにより、電力変換機は、モータからの熱の影響を受けにくくなる。電極上で、発熱量の大きい半導体素子が、発熱量の小さい他の半導体素子より、回転電機の半径方向に関して外側に配置される。このように実装面積の大きい外周部に発熱の大きい半導体素子を配置しているので、半導体素子さらには電力変換機を効率よく冷却できる。

＜第四実施形態＞
第四実施形態において、第三実施形態と異なり、第二の電極２と第三の電極３はケース１０に近い側に配置され、第一の電極１はケース１０から遠い側に配置される。他の構成は、第三実施形態と同様である。

図７において、パワーモジュール１８は、第二と第三の電極２、３側において絶縁部材９を介してケース１０の軸端の蓋部１０ｃ（軸端部）の裏に接合されている。パワーモジュール１８は、モータドライバ回路基板１１と接続されている。第一の電極１はモータコイル１３に接続する。第二の電極２は、直流電源の正極側に接続する。第三の電極３は、直流電源の負極側に接続する。

ケース１０の内周部には、ステータ１４が接合される。ロータ１５及びシャフト１６が、空隙を介して、ステータ１４内に配置されている。シャフト１６は、ベアリング１７を介してケース１０に回転可能に支持されている。

図８（ａ）は、モータ側から軸方向に電力変換機１００を見た図である。第一の電極１、第二の電極２、第三の電極３、半導体素子４、６（又は半導体素子５、７）は、モータ５０の円周方向に沿って配置される。

発熱量の大きい上アーム側のスイッチング用半導体素子４は、発熱量の小さい上アーム側の還流電流用半導体素子５よりも、半径方向外側に配置される。即ち、スイッチング用半導体素子４は、ケース１０の軸端蓋部１０ｃの外周側に配置され、還流電流用半導体素子５は、内周側に配置される。

また、発熱量の大きい下アーム側のスイッチング用半導体素子６は、発熱量の小さい下アーム側の還流電流用半導体素子７よりも、半径方向外側に配置される。即ち、スイッチング用半導体素子６は、ケース１０の軸端蓋部１０ｃの外周側に配置され、還流電流用半導体素子７は、内周側に配置される。

図８（ｂ）のように、第二の電極２と第三の電極３が伝熱経路となり、半導体素子４、６の一方の側（ケース側）から、半導体素子４、６の熱をケース１０へ伝達できる。

第一の電極１は、第二の電極２と第三の電極３と接触していない。しかし、第一の電極１から第二の電極２と第三の電極３への熱輻射により、第一の電極１、第二の電極２と第三の電極３が伝熱経路となる。故に、半導体素子４、６の他方の側（ケースと反対側）からも、半導体素子４、６の熱をケース１０へ伝達できる。従って、半導体素子４、６の両側から熱が、ケース１０へ伝達できる。

本実施形態によると、第三実施形態と同じく、電力変換機は、モータからの熱の影響を受けにくくなる。さらに実装面積の大きい外周部に発熱の大きい半導体素子を配置しているので、半導体素子さらには電力変換機を効率よく冷却できる。

＜第五実施形態＞
第五実施形態において、図９のように、第三実施形態と異なり、パワーモジュール１８が、モータ５０の軸方向に平行な壁面１０ｄに取り付けられる。壁面１０ｄは、ケース１０の円筒状側部１０ｅの内周面である。

パワーモジュール１８は、第二と第三の電極側２、３において、ケース１０の円筒状側部１０ｅの内周面（内壁）に絶縁部材９を介して接合されている。また、パワーモジュール１８は、モータドライバ回路基板１１と接続している。第一の電極１はモータコイル１３に接続する。第二の電極２は直流電源の正極側に接続する。第三の電極３は、直流電源の負極側に接続する。

ケース１０の側部の内周面には、ステータ１４が接合される。ロータ１５及びシャフト１６が、空隙を介して、ステータ１４内に配置されている。シャフト１６は、ベアリング１７を介してケース１０に回転可能に支持されている。第二の電極２と第三の電極３は、ケース１０の側部１０ｅに近い側に配置され、第一の電極１はケース１０の側部１０ｅから遠い側に配置される。

発熱量の小さい還流電流用半導体素子５、７は、発熱する回転電機側に配置され、発熱量の大きいスイッチング用半導体素子４、６は、発熱する回転電機とは逆側に配置される。

なお、図１０のように、図９と異なり、第二の電極２と第三の電極３は、ケース１０の側部１０ｅから遠い側に配置され、第一の電極１はケース１０の側部１０ｅに近い側に配置されてよい。この場合、パワーモジュール１８の第一の電極側１は、ケース１０の円筒状側部１０ｅの内周面に絶縁部材９を介して接合されている。

本実施形態によると、各半導体素子及び各電極は、回転電機の軸方向に平行なケースの壁面に実装されるため、放熱面積を大きくできる。発熱量の大きい半導体素子は、回転電機とは逆側に配置され、発熱量の小さい半導体素子は回転電機側に配置されるため、冷却効率が向上する。

＜第六実施形態＞
第六実施形態において、図１１（ａ）（ｂ）のように、上アーム側の半導体素子４、５と、下アーム側の半導体素子６、７が、第一の電極１の片面に直接もしくは電導性接合部材８を介して接合される。上アーム側の半導体素子４、５は、直接もしくは電導性接合部材を介して上アーム側の第二の電極２と接合される。下アーム側の半導体素子６及び半導体素子７は、直接もしくは電導性接合部材を介して、下アーム側の第三の電極３に接合される。

第一の電極１の上で、スイッチング用半導体素子群（第一の半導体素子４と第三の半導体素子６）と、電流還流用半導体素子群（第二の半導体素子５と第四の半導体素子７）が、配列方向に配置される。一つの第一の電極１上の上アーム側半導体素子群と下アーム側半導体素子群は、隣接する他の第一の電極１上の上アーム側半導体素子群と下アーム側半導体素子群と、面対称となって配置されている。

互いに隣り合う第一の電極１ａ、１ｂ上にそれぞれ配置される上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）は、第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する。第二の電極２は、互いに隣接する上アーム側の半導体素子４ａ、４ｂ（５ａ、５ｂ）を跨ぐように配置される。即ち、第二の電極２の天板部２ｂが、半導体素子４ａ（５ａ）上及び半導体素子４ｂ（５ｂ）上に配置される。絶縁部材９、第一の電極１、電導性接合部材８、半導体素子４、第二の電極２の天板部２ｂが、パワーモジュールの実装されるケース表面（実装面）に垂直な方向に積層されている。

隣り合う第一の電極１ａ、１ｃ上にそれぞれ配置される下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）は、第三の電極３の脚部３ａを挟んで隣接して対向する。第三の電極３は、互いに隣接する下アーム側の半導体素子６ａ、６ｃ（７ａ、７ｃ）を跨ぐように配置される。即ち、第三の電極３の天板部３ｂが、半導体素子６ａ（７ａ）上及び半導体素子６ｃ（７ｃ）上に配置される。絶縁部材９、第一の電極１、電導性接合部材８、半導体素子６、第三の電極３の天板部３ｂが、パワーモジュールの実装されるケース表面（実装面）に垂直な方向に積層されている。

第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する上アーム側の第一半導体素子４の対と、第二の電極２の脚部２ａを挟んで対向する上アーム側の第二半導体素子５の対とが、配列方向において交互に配置される。第三の電極３の脚部３ａを挟んで対向する下アーム側の第三半導体素子６の対と、第三の電極３の脚部３ａを挟んで対向する下アーム側の第四半導体素子７の対とが、配列方向において交互に配置される。

第二の電極２の第一の電極１ａ、１ｂ（１ａ、１ｃ）の間の脚部２ａが、ケース１０の内壁に向かって延在し、絶縁部材９を介してケース１０に接触又は接合している。第三の電極３の第一の電極１ａ、１ｃ（１ａ、１ｂ）の間の脚部３ａが、ケース１０の内壁に向かって延在し、絶縁部材９を介してケース１０に接触又は接合している。

本実施形態によると、複数の第一電極１上の全ての第一と第二の半導体素子４、５が直線状に配置され、全ての第一と第二の半導体素子を跨ぐように、第二電極２が配置される。複数の第一電極１上の全ての第三と第四の半導体素子が直線状に配置され、全ての第三と第四の半導体素子６、７を跨ぐように、第三電極３が配置される。単一の第二電極２と単一の第三電極３を設ければよいため、電力変換機の構造が簡便になり、製造が容易になる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

１ 第一電極
２ 第二電極
３ 第三電極
４ 第一の半導体素子
５ 第二の半導体素子
６ 第三の半導体素子
７ 第四の半導体素子
９ 絶縁部材
１０ ケース
１８ パワーモジュール
５０ 回転電機
１００ 電力変換機

Claims (7)

1. 回転電機が収容されるケースに絶縁部材を介して実装させる電力変換機であって、
   複数の第一電極と、
   各第一電極に接合されるスイッチング用の第一の半導体素子と、
   各第一電極に接合される還流電流用の第二の半導体素子と、
   前記第一の半導体素子及び前記第二の半導体素子に接合される第二電極と、を備え、
   一つの第一電極上の少なくとも一つの半導体素子は、隣接する他の第一電極上の少なくとも一つの半導体素子と対向し、双方の第一電極の第一と第二の半導体素子を跨ぐように、前記第二電極が配置され、
   前記第二電極は、前記双方の第一電極の間で、前記ケースに向かって延在する部分を有し、前記絶縁部材を介して前記ケースの内壁と接合されることを特徴とする電力変換機。
2. 各半導体素子及び各電極は、前記ケースの実装面に対して、平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換機。
3. 各半導体素子及び各電極は、前記ケースの実装面に対して、垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換機。
4. 各半導体素子及び各電極は、前記回転電機の軸方向に垂直な前記ケースの壁面に実装され、
   前記第一電極及び前記第二電極上で、前記第一の半導体素子と前記第二の半導体素子のうち発熱量の大きい一方が、発熱量の小さい他方より、前記回転電機の半径方向に関して外側に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換機。
5. 各半導体素子及び各電極は、前記回転電機の軸方向に平行な前記ケースの壁面に実装され、
   前記第一電極及び前記第二電極上で、前記第一半導体素子と前記第二半導体素子のうち発熱量の小さい一方は、前記回転電機側に配置され、発熱量の大きい他方は、前記回転電機とは逆側に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換機。
6. 前記第一の半導体素子と前記第二の半導体素子は、上アーム側の半導体素子であり、
   前記電力変換機は、
   各第一電極に接合される下アーム側のスイッチング用の第三の半導体素子と、
   各第一電極に接合される下アーム側の還流電流用の第四の半導体素子と、
   下アーム側の第三の半導体素子及び第四の半導体素子と接合される第三電極と、を備え、
   前記一つの第一電極上の下アーム側の少なくとも一つの半導体素子は、隣接する他の第一電極上の下アーム側の少なくとも一つの半導体素子と対向し、対向する下アーム側の第三と第四の半導体素子を跨ぐように、前記第三電極が配置され、
   第三電極は、互いに隣接する第一電極の間で、前記ケースに向かって延在する部分を有し、前記絶縁部材を介して前記ケースと接合されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換機。
7. 前記複数の第一電極上の全ての第一と第二の半導体素子が直線状に配置され、前記全ての第一と第二の半導体素子を跨ぐように、前記第二電極が配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換機。

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