JP5651552B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機を駆動する電力変換装置に関する。

特許文献１には、ハイブリッド自動車等のハイブリッド車両に搭載され、回転電機を駆動する電力変換装置が記載されている。パワー半導体素子を備えたパワーモジュールを３相の相毎に備え、各パワーモジュールからの交流電流はバスバーを介して出力されるような構成となっている。各バスバーを流れる電流はホールセンサ等の電流センサにより検出され、そのセンサ信号は電流センサに設けられたリード端子を介して、パワー半導体素子を制御する制御回路基板へと出力される。

電力変換装置全体を小型化するという観点から、電流センサと制御回路基板との隙間はできるだけ狭くするのが好ましい。そのため、特許文献１に記載の電力変換装置では、電流センサに設けられたリード端子を制御回路基板のスルーホールに直接接続する構成が採用されている。

特許文献１においては、電流センサ素子を備えたセンサブロックが相毎に分割されていて、各々を同一のヒートシンク上に固定するようにしている。そして、各センサブロックから上方に突出しているリード端子を、制御回路基板に形成されたスルーホールに挿入するようにしている。各センサブロックには、制御回路基板に形成された貫通孔に挿通される位置決めピンが設けられていて、リード端子をスルーホールに挿入する際の基板とセンサブロックとの位置決めに利用している。

特開２００６−８１２１１号公報

しかしながら、各センサブロックはヒートシンク上に個別に位置決めされるため、各センサブロック間の位置決め精度が高くないと、各センサブロックと制御回路基板との間に十分な位置決め精度が得られないとう欠点がある。すなわち、一部のセンサブロックのリード端子はスルーホールに挿入できても、他のセンサブロックのリード端子が挿入できないという状況が生じやすい。そのような場合、各センサブロックのヒートシンクへの固定をやり直す必要があり、作業性が悪かった。

請求項１の発明に係る電力変換装置は、直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有する複数のパワーモジュールと、複数のパワーモジュールが収納され、複数のパワーモジュールを冷却するための冷媒が流れる流路が形成された第１のケースと、複数のパワーモジュールの交流端子にそれぞれ接続され、交流電流を出力するための複数の交流バスバーと、複数の交流バスバーを保持すると共に第１のケースに固定され、該第１のケースとは反対方向の上方に突出する２つの位置決めピンが一体に形成された保持部材と、保持部材上に配置されると共に複数の交流バスバーの交流電流を各々検出する複数の電流センサが一体に保持される枠体、該枠体から上方に突出するように設けられて複数の電流センサの各検出信号を出力する複数のリード端子、および該枠体に形成されて２つの位置決めピンが挿通される２つのモジュール位置決め用貫通孔を有する電流センサモジュールと、保持部材上に配置された枠体の上方に配置されると共に、複数のリード端子が挿通される複数のリード端子用スルーホールおよび２つの位置決めピンが挿通される２つの基板位置決め用貫通孔が形成され、検出信号に基づいてパワー半導体素子を駆動する回路が実装された駆動回路基板と、を備え、位置決めピンの先端は、保持部材に配置された枠体から突出するリード端子の先端よりも上方に突出していることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、各交流バスバーは、出力端とは反対側の端部に形成されてパワーモジュールの交流端子に接続される接続部、および該接続部に近接して配置された第１貫通孔を備え、保持部材上に突設され、交流バスバーの第１貫通孔を貫通すると共に該交流バスバーの保持部材対向面とは反対側の面を係止して、交流バスバーが突設の方向に変位するのを規制する係止部を備えたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の電力変換装置において、複数の交流バスバーの出力端側は電流センサモジュールの枠体は貫通するように配置され、各交流バスバーは、枠体よりも出力端に近い側に形成された第２貫通孔を備え、保持部材は、第２貫通孔に入り込む突起を備えたものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置において、第１のケースに収納され、複数のパワーモジュールに並列接続されるコンデンサモジュールと、コンデンサモジュールと前記駆動回路基板とを接続するハーネスと、を備え、交流バスバーを迂回するようにハーネスをガイドするガイド部材を、保持部材に形成したものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、駆動回路基板の保持部材側とは反対側の面に対向するように配置される天板部と、駆動回路基板の側方を囲むように設けられて第１のケースに接続される側面部とを有して、少なくとも駆動回路基板を収納する第２のケースと、天板部と駆動回路基板との隙間に配置され、２つの位置決めピンが挿通される２つのシート位置決め用孔が形成された絶縁シートと、を備えたものである。
請求項６の発明は、請求項５に記載の電力変換装置において、天板部には、駆動回路基板の発熱性部品実装領域と対向する領域に、駆動回路基板方向に突出して絶縁シートに接する凸部が形成され、駆動回路基板の発熱性部品実装領域と凸部との間に絶縁シートが挟持されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載の電力変換装置において、絶縁シートの発熱性部品実装領域と対向する面に固着され、絶縁シートよりも高熱伝導性の放熱シートを、絶縁シートと駆動回路基板との間に介在させたものである。
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、保持部材は、該保持部材から駆動回路基板方向に突出し、駆動回路基板を支持する複数の支柱を備えたものである。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力変換装置において、第１のケースに固定された保持部材は、第１のケースと接触する金属ベース部と、金属ベース部の表面の一部を被覆すると共に複数の交流バスバーを保持する樹脂部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、電力変換装置の組み立て作業性の向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態による電力変換装置を適用した場合のハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 インバータ回路１４０の構成を説明する図である。 電力変換装置２００の外観斜視図である。 交流コネクタ１８７および直流コネクタ１３８を外した電力変換装置２００を示す図である。 直流インターフェイス１３７および交流インターフェイス１８５を外した電力変換装置２００を示す図である。 流路形成体１２からハウジング１０を外した状態を示す図である。 電力変換装置２００の分解斜視図である。 流路形成体１２および下カバー４２０で構成される下側ケーシングの斜視図である。 下側ケーシングを裏面側から見た分解斜視図である。 パワーモジュールの斜視図である。 パワーモジュールの断面図である。 モジュール封止体３０２の斜視図である。 コンデンサモジュール５００の外観斜視図である。 パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびコンデンサモジュール５００が収納された流路形成体１２を示す図である。 流路形成体１２の水平断面図である。 パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの配置を説明する模式図である。 図１４に示す構成にさらにバスバーアッセンブリ８００を配置した図。 バスバーアッセンブリ８００の斜視図である。 位置決めピン８０６ａによるドライバ回路基板２２の位置決めを説明する図である。 交流バスバー８０２Ｕとパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの交流端子３２１との接続部分を示す図である。 フック８０３ａによる交流バスバー８０２Ｕの係止動作を説明する図である。 交流バスバー８０２Ｕの出力端付近の断面図である。 ドライバ回路基板２２上に載置された絶縁シート２２０を示す図である。 電力変換装置２００の断面図である。 保持部材８０３の固定部分を示す断面図である。 保持部材８０３の固定構造の他の例を示す図である。 枠体１８０ｂ内に設けられた電流センサを説明する図である。

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。エンジンＥＧＮおよびモータジェネレータＭＧ１は車両の走行用トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ１は回転トルクを発生するだけでなく、モータジェネレータＭＧ１に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。

モータジェネレータＭＧ１は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。モータジェネレータＭＧ１を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。

エンジンＥＧＮの出力側の出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介してモータジェネレータＭＧ１に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいはモータジェネレータＭＧ１が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクがモータジェネレータＭＧ１に伝達され、供給されてきた回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。

次に電力変換装置２００について説明する。インバータ回路１４０は、バッテリ１３６と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０との相互において電力の授受が行われる。モータジェネレータＭＧ１をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０は直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子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１２０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モジュール５００を備えている。

電力変換装置２００は、上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりするための通信用のコネクタ２１を備えている。電力変換装置２００は、コネクタ２１から入力される指令に基づいて制御回路１７２でモータジェネレータＭＧ１の制御量を演算し、さらにモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、演算結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路１７４へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０を制御するための駆動パルスを発生する。

次に、図２を用いてインバータ回路１４０の電気回路の構成を説明する。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の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は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子１５９及び交流端子１８８を通して、モータジェネレータＭＧ１への交流電力線である以下に説明の交流バスバー８０２と接続される。

上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６に電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は、負極端子１５８を介してコンデンサモジュール５００の負極側のコンデンサ端子５０４に電気的に接続されている。

上述のように、制御回路１７２は上位の制御装置からコネクタ２１を介して制御指令を受け、これに基づいてインバータ回路１４０を構成する各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための制御信号である制御パルスを発生し、ドライバ回路１７４に供給する。

ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力はモータジェネレータＭＧ１に供給される。

ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、コレクタ電極１５３とエミッタ電極１５５との間に電気的に接続されている。また、ダイオード１６６が、コレクタ電極１６３とエミッタ電極１６５との間に電気的に接続されている。

スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。

コンデンサモジュール５００は、正極側のコンデンサ端子５０６と負極側のコンデンサ端子５０４と正極側の電源端子５０９と負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、直流コネクタ１３８を介して、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４から、インバータ回路１４０へ供給される。

一方、交流電力からインバータ回路１４０によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６や負極側のコンデンサ端子５０４からコンデンサモジュール５００に供給され、正極側の電源端子５０９や負極側の電源端子５０８から直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。

制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、モータジェネレータＭＧ１に対して要求される目標トルク値、直列回路１５０からモータジェネレータＭＧ１に供給される電流値、及びモータジェネレータＭＧ１の回転子の磁極位置がある。

目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、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，ＩＧＢＴ３２８３３０を過電流から保護する。

直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。

図３は電力変換装置２００の外観斜視図であり、図４は図３に示す電力変換装置２００から交流コネクタ１８７および直流コネクタ１３８を外した状態を示す。本実施の形態の電力変換装置２００は、平面形状がほぼ正方形の直方体形状としたことにより小型化が図れ、また、車両への取り付けが容易となるという効果を有している。８は蓋、１０はハウジング、１２は流路形成体、１３は冷却媒体の入口配管、１４は出口配管、４２０は下カバーである。蓋８、ハウジング１０、流路形成体１２および下カバー４２０は、電力変換装置２００のケーシングを構成している。コネクタ２１は、外部との接続のために設けられた信号用のコネクタである。

蓋８は、電力変換装置２００を構成する回路部品が収納されるハウジング１０の上部開口部に固定される。ハウジング１０の下部に固定される流路形成体１２は、後述するパワーモジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によってこれらを冷却する。冷却媒体としては、例えば水が用いられる場合が多く、以下では冷却水として説明する。入口配管１３および出口配管１４は流路形成体１２の一側面に設けられ、入口配管１３から供給された冷却水は流路形成体１２内の後述する流路１９に流入し、出口配管１４から排出される。

交流コネクタ１８７が装着される交流インターフェイス１８５および直流コネクタ１３８が装着される直流インターフェイス１３７は、ハウジング１０の側面に設けられている。交流インターフェイス１８５は配管１３，１４が設けられている側面に設けられており、交流インターフェイス１８５に装着された交流コネクタ１８７の交流配線１８７ａは配管１３，１４の間を通って下方に延びている。直流インターフェイス１３７は交流インターフェイス１８５が設けられた側面に隣接する側面に設けられており、直流インターフェイス１３７に装着された直流コネクタ１３８の直流配線１３８ａも電力変換装置２００の下方に延びている。

このように、交流インターフェイス１８５と配管１３，１４とが同一側面１２ｄの側に配置され、交流配線１８７ａが配管１３，１４の間を通るように下方に引き出されているので、配管１３，１４、交流コネクタ１８７および交流配線１８７ａの占める空間を小さくでき、装置全体の大型化を低減できる。また、配管１３，１４に対して交流配線１８７ａを下方に引き出しているので、交流配線１８７ａの取り回しが容易になり生産性が向上する。

図５は、図４に示す電力変換装置２００から蓋８、直流インターフェイス１３７および交流インターフェイス１８５を外した状態を示す図である。ハウジング１０の一側面には交流インターフェイス１８５が固定される開口１０ａが形成され、隣接する他の側面には直流インターフェイス１３７が固定される開口１０ｂが形成されている。開口１０ａからは３本の交流バスバー８０２、すなわち、Ｕ相交流バスバー８０２Ｕ、Ｖ相交流バスバー８０２ＶおよびＷ相交流バスバー８０２Ｗが突出し、開口１０ｂからは直流電源端子５０８，５０９が突出している。

図６は、図５において流路形成体１２からハウジング１０を外した状態を示す図である。ハウジング１０は２つの収納空間を有しており、隔壁１０ｃによって上部収納空間と下部収納空間とに区画されている。すなわち、蓋８とともに上側ケーシングとして機能するハウジング１０は、側壁１０ｅと天板である隔壁１０ｃとを備え、隔壁１０ｃの上面にコネクタ２１が接続された制御回路基板２０が固定され、隔壁１０ｃの下側の下部収納空間にドライバ回路基板２２および後述するバスバーアッセンブリ８００が収納されている。制御回路基板２０には図２に示した制御回路１７２が実装され、ドライバ回路基板２２にはドライバ回路１７４が実装されている。

バスバーアッセンブリ８００は、ボルト等によって流路形成体１２に固定されている。バスバーアッセンブリ８００には上方に突出する支柱８０７ａが複数設けられており、これらの支柱８０７ａ上にドライバ回路基板２２が固定されている。すなわち、ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００の上方に対向配置されている。制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とはフラットケーブル２３（後述する図７参照）によって接続されるが、そのフラットケーブルは隔壁１０ｃに形成されたスリット状の開口１０ｄを通って下部収納空間から上部収納空間へと引き出される。

図７は電力変換装置２００の分解斜視図である。蓋８の内側の、すなわちハウジング１０の上部収納空間には、上述したように制御回路１７２を実装した制御回路基板２０が配置されている。蓋８には、コネクタ２１用の開口８ａが形成されている。電力変換装置２００内の制御回路を動作させる低電圧の直流電力は、コネクタ２１から供給される。

詳細は後述するが、流路形成体１２には、入口配管１３から流入した冷却水が流れる流路が形成されている。流路は、流路形成体１２の３つの側面に沿って流れるようなコの字形状の流路を形成している。入口配管１３から流入した冷却水はコの字形状流路の一端から流路内に流入し、流路内を流れた後に、流路の他端に接続されている出口配管１４から流出される。

流路の上面には３つの開口部４０２ａ〜４０２ｃが形成されており、直列回路１５０（図１参照）を内蔵したパワーモジュール３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗがそれらの開口部４０２ａ〜４０２ｃから流路内に挿入される。パワーモジュール３００ＵにはＵ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＶにはＶ相の直列回路１５０が内蔵され、パワーモジュール３００ＷにはＷ相の直列回路１５０が内蔵されている。これらパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗは同一構成になっており、外観形状も同一形状である。開口部４０２a〜４０２ｃは、挿入されたパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗのフランジ部によって塞がれる。

下カバー４２０とともに下側ケーシングを構成する流路形成体１２には、コの字形状の流路によって囲まれるように、電装部品を収納するための収納空間４０５が形成されている。本実施形態では、この収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納されている。収納空間４０５に収納されたコンデンサモジュール５００は、流路内を流れる冷却水によって冷却される。コンデンサモジュール５００の上方には、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗが装着されたバスバーアッセンブリ８００が配置される。バスバーアッセンブリ８００は、流路形成体１２の上面に固定される。バスバーアッセンブリ８００には、電流センサモジュール１８０が固定されている。

ドライバ回路基板２２は、バスバーアッセンブリ８００に設けられた支柱８０７ａに固定されることにより、バスバーアッセンブリ８００の上方に配置される。上述したように、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とはフラットケーブル２３によって接続される。フラットケーブル２３は隔壁１０ｃに形成されたスリット状の開口１０ｄを通って下部収納空間から上部収納空間へと引き出される。

このように、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗとドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが高さ方向に階層的に配置され、制御回路基板２０が強電系のパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗから最も遠い場所に配置されるので、制御回路基板２０側にスイッチングノイズ等が混入するのを低減することができる。さらに、ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とは隔壁１０ｃによって区画された別の収納空間に配置されるため、隔壁１０ｃが電磁シールドとして機能し、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減することができる。なお、ハウジング１０はアルミ等の金属材で形成されている。

さらに、ハウジング１０に一体に形成された隔壁１０ｃに制御回路基板２０が固定されるため、外部からの振動に対して制御回路基板２０の機械的な共振周波数が高くなる。そのため、車両側からの振動の影響を受け難く、信頼性が向上する。

図８は流路形成体１２および下カバー４２０で構成される下側ケーシングの斜視図であり、図９は下側ケーシングを裏面側から見た分解斜視図である。図８に示すように、流路形成体１２は平面形状が略正方形の直方体を成し、その側面１２ｄに入口配管１３および出口配管１４が設けられている。なお、側面１２ｄは、配管１３，１４が設けられている部分が段差状に形成されている。図９に示すように、流路１９は、残りの３つの側面１２ａ〜１２ｃに沿うようにコの字形状に形成されている。そして、流路形成体１２の裏面側には、流路１９の横断面形状とほぼ同一形状を有する、１つに繋がったコの字形状の開口部４０４が形成されている。この開口部４０４は、コの字形状の下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と流路形成体１２との間にはシール部材４０９ａが設けられ、気密性が保たれている。

コの字形状を成す流路１９は、冷却水の流れる方向によって３つの流路区間１９ａ，１９ｂ，１９ｃに分けられる。詳細は後述するが、第１の流路区間１９ａは、配管１３，１４が設けられた側面１２ｄと対向する位置の側面１２ａに沿って設けられ、第２の流路区間１９ｂは側面１２ａの一方の側に隣接する側面１２ｂに沿って設けられ、第３の流路区間１９ｃは側面１２ａの他方の側に隣接する側面１２ｃに沿って設けられている。冷却水は入口配管１３から流路区間１９ｂに流入し、破線矢印で示すように流路区間１９ｂ、流路区間１９ａ、流路区間１９ｃの順に流れ、出口配管１４から流出される。

図８に示すように、流路形成体１２の上面側には、流路区間１９ａに対向する位置に側面１２ａに平行な長方形の開口部４０２ａが形成され、流路区間１９ｂに対向する位置に側面１２ｂに平行な長方形の開口部４０２ｂが形成され、流路区間１９ｃに対向する位置に側面１２ｃに平行な長方形の開口部４０２ｃが形成されている。これらの開口部４０２ａ〜４０２ｃを通して、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗが流路１９内に挿入される。

図９に示すように、下カバー４２０には、上述した開口部４０２ａ〜４０２ｃと対向する位置に、流路１９の下側に向かって突出する凸部４０６がそれぞれ形成されている。これらの凸部４０６は流路１９側から見ると窪みとなっており、開口部４０２ａ〜４０２ｃから挿入されたパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの下端部分が、これらの窪みに入り込む。流路形成体１２は、開口部４０４と開口部４０２a〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。

図８に示すように、流路形成体１２には、３辺を流路１９で囲まれるように形成され矩形状の収納空間４０５が設けられている。この収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納される。流路１９で囲まれた収納空間４０５は直方体形状であるため、コンデンサモジュール５００を直方体形状にすることができ、コンデンサモジュール５００の生産性が良くなる。

図１０はパワーモジュールの斜視図である。図１１はパワーモジュールの断面図である。上記パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗはいずれも同じ構造であり、図１０ではその内の一つ（３００Ｕ）を示した。尚、図１０，１１において、信号端子３３５Ｕは図２に示したゲート電極１５４に対応し、信号端子３３５Ｌは図２に示したゲート電極１６４に対応し、信号端子３３６は図２に示した信号用エミッタ電極１５５，１６５に接続される信号端子に対応している。また、直流正極端子３１５Ｂは図２に示した正極端子１５７に対応し、直流負極端子３１９Ｂは図２に示した負極端子１５８に対応し、交流端子３２１は図２に示した交流端子１５９に対応している。

図１０、１１に示すように、パワーモジュール３００Ｕは、封止樹脂３４８により封止されたモジュール封止体３０２をＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４内に封入したものである。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の挿入口部分には、直流正極端子３１５Ｂ、直流負極端子３１９Ｂ、交流端子３２１および信号端子３３５Ｕ、３３５Ｌを一体成型して成る中継端子６００が組みつけられる。

図１１に示すように、モジュールケース３０４は、枠体３７１と第１放熱部材３７０Ａと第２放熱部材３７０Ｂとから成る。第１放熱部材３７０Ａおよび第２放熱部材３７０Ｂの外面には、複数のフィン３０５が配置されている。枠体３７１と放熱部材３７０Ａ，３７０Ｂとの接合には、例えば、溶融溶接や固相接合などが用いられる。

図１２は、モジュール封止体３０２の斜視図であり、内部構成が分かるように封止樹脂３４８の図示を省略している。直流正極側の導体板３１５と交流出力側の導体板３１６は、略同一平面状に配置される。導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が固着される。導体板３１６には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が固着される。

同様に、交流導体板３１８と直流導体板３１９は、略同一平面状に配置される。交流導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が固着される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が固着される。なお、図１１に示すように、各パワー半導体素子は、各導体板に設けられた凸状の素子固着部３２２に、金属接合材１６０を介してそれぞれ固着される。金属接合材１６０は、例えばはんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、等である。

各パワー半導体素子は板状の扁平構造であり、当該パワー半導体素子の各電極は表裏面に形成されている。図１１に示されるように、パワー半導体素子の各電極は、導体板３１５と導体板３１８、または導体板３１６と導体板３１９によって挟まれる。つまり、導体板３１５と導体板３１８は、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を介して略平行に対向した積層配置となる。同様に、導体板３１６と導体板３１９は、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を介して略平行に対向した積層配置となる。また、導体板３１６と導体板３１８は中間電極３２９を介して接続されている。この接続により上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。

なお、ＩＧＢＴ３２８，３３０の代替として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いても良い。また、金属接合部１６０には、熱伝導率が高くて環境性に優れた鉛フリーはんだ等、例えば、Ｓｎ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等を用いても良い。

パワー半導体素子を導体板にて両面から挟んで固着後、ドライバ基板と接続するための信号電極を搭載する。上アーム側ＩＧＢＴ３２８のゲート電極と信号端子３２５Ｕ、及び上アーム側ＩＧＢＴ３３０のゲート電極と信号端子３２５Ｌとをそれぞれワイヤボンディング３２７，リボンボンディング等により接続する。ワイヤ，リボンにはアルミニウムを用いるとよい。また、はんだ等の金属接合部１６０を用いて信号端子３２５Ｕをゲート電極に接続してもよい。信号端子３２５Ｕは、純銅もしくは銅合金を用いるとよい。

信号電極を接続したモジュール封止体３０２は、信頼性向上および導体板保持のために、封止樹脂３４８によって樹脂封止される。封止樹脂３４８はエポキシ樹脂を用い、トランスファーモールドにより成形する。その際、導体板３１５，３１６，３１８，３１９の外側面３２３はモジュールケース３０４への放熱面となるため、封止樹脂３４８より露出させる。露出させる面積は凸部の面積より大きくする方が好ましい。これにより、熱伝導経路が確保でき、放熱性向上が期待できる。

トランスファーモールドしたモジュール封止体３０２には、ドライバ回路基板２２に接続するための中継端子６００が接合される。直流正極端子３１５Ｂは導体板３１５と接合され、直流負極端子３１９Ｂは導体板３１９と接合され、交流端子３２１は導体板３１６と接合される。信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌは、それぞれ信号端子３３５Ｕ、３３５Ｌと接合される。接合方法としては、溶融溶接、もしくは固相接合が用いられる。図１０に示すように、中継端子６００に設けられた各端子は、ＰＰＳ等の樹脂４００によりインサート成形される。

モジュール封止体３０２をモジュールケース３０４に封入するために、モジュール封止体３０２に高熱伝導性絶縁層３３３を搭載し、モジュールケース３０４を加圧して、第１放熱部材３７０Ａおよび第２放熱部材３７０Ｂとモジュール封止体３０２とを高熱伝導性絶縁層３３３により接着させる。その際、第１放熱部材３７０Ａの外周部３８０が優先的に変形することで、第２放熱部材３７０Ｂ、および枠体３７１を変形させないことが可能となる。なお、モジュール封止体３０２をモジュールケース３０４に挿入する際、モジュール封止体３０２とモジュールケース３０４をネジ３５０を用いて機械的に固定することで（図１０参照）、モジュール封止体３０２とモジュールケース３０４との位置決めが行われる。最後に、モジュールケース３０４内の隙間に樹脂を注入して固化させることにより、モジュール封止体３０２全体を封止する。

本実施例の高熱伝導性絶縁層３３３は、エポキシ樹脂にセラミック粒子を分散させた樹脂シートとした。放熱シートの密着信頼性向上のために、予め、放熱シート表面に接着層を設けてもよい。樹脂よりも熱伝導性に優れる酸化アルミニウム，窒化ケイ素，窒化アルミニウム等のセラミックシートを用い、セラミックシートの両面に放熱グリースを塗布したシートを用いてもよい。本実施例ではシートを用いたが、シート以外にも、グリース，コンパウンド等の使用も可能である。

図１３は、コンデンサモジュール５００の外観斜視図である。コンデンサモジュール５００内には複数のコンデンサセルが設けられている。コンデンサモジュール５００の上面には、コンデンサモジュール５００の流路１９に対向する面に近接して、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃが突出するように設けられている。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは、各パワーモジュール３００の正極端子１５７及び負極端子１５８に対応して形成される。コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃは同一形状を成し、コンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃを構成する負極側コンデンサ端子５０４と正極側コンデンサ端子５０６との間には絶縁シートが設けられ、端子間の絶縁が確保されている。

コンデンサモジュール５００の側面５００ｄの側の上部には、突出部５００ｅ，５００ｆが形成されている。突出部５００ｅ内には放電抵抗が実装され、突出部５００ｆ内にはコモンモードノイズ対策用のＹコンデンサが実装されている。また、突出部５００ｆの上面から突出した端子５００ｇ，５００ｈに、図５に示した電源端子５０８，５０９が取り付けられる。図１０に示すように、開口４０２ｂ，４０２ｃと側面１２ｄとの間には凹部４０５ａ，４０５ｂが形成されており、コンデンサモジュール５００を流路形成体１２の収納空間４０５に収納すると、突出部５００ｅは凹部４０５ａに収納され、突出部５００ｆは凹部４０５ｂに収納される。

突出部５００ｅ内に実装された放電抵抗は、インバータ停止時にコンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに溜まった電荷を放電するための抵抗である。突出部５００ｅが収納される凹部４０５ａは、入口配管１３から流入した冷却水の流路の直上に設けられているので、放電時の放電抵抗の温度上昇を抑えることができる。

図１４は、開口部４０２ａ〜４０２ｃにパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗが固定され、収納空間４０５にコンデンサモジュール５００が収納された流路形成体１２を示す図である。図１４に示す例では、開口部４０２ｂにＵ相のパワーモジュール３００Ｕが固定され、開口部４０２ａにＶ相のパワーモジュール３００Ｖが固定され、開口部４０２ｃにＷ相のパワーモジュール３００Ｗが固定される。その後、コンデンサモジュール５００が収納空間４０５に収納され、コンデンサ側の端子と各パワーモジュールの端子とが溶接等により接続される。各端子は、流路形成体１２の上端面から突出しており、上方から溶接機をアプローチして溶接作業が行われる。

なお、コの字形状に配置された各パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの正極及び負極端子１５７，１５８は、コンデンサモジュール５００の上面に突出して設けられたコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃと接続される。３つのパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗはコンデンサモジュール５００を囲むように設けられているため、コンデンサモジュール５００に対する各パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの位置的関係が同等となり、同一形状のコンデンサ端子５０３ａ〜５０３ｃを用いてバランス良くコンデンサモジュール５００に接続することができる。そのため、コンデンサモジュール５００とパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗとの回路定数が３相の各相においてバランスし易くなり、電流の出し入れがし易い構造となっている。

図１５は、図１４に示すようにパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびコンデンサモジュール５００が配置された流路形成体１２を、水平に断面した図である。上述したように、流路形成体１２にはコの字形状の流路１９が形成されており、図示左側の側面１２ｂに沿って形成された流路区間１９ｂには、Ｕ相パワーモジュール３００Ｕが配置されている。同様に、配管１３，１４が設けられた側面１２ｄと反対側の側面１２ａに沿って形成された流路区間１９ａには、Ｖ相パワーモジュール３００Ｖが配置され、右側の側面１２ｃに沿って形成された流路区間１９ｃにはＷ相パワーモジュール３００Ｗが配置されている。

流路形成体１２の側面１２ｄには、開口１２ｇ、１２ｈが形成されている。開口１２ｇは連通路１２ｅを介して流路区間１９ｂと連通している。開口１２ｈは連通路１２ｆを介して流路区間１９ｃと連通している。開口１２ｇ、１２ｈに配置される配管１３，１４は、連通路１２ｅ，１２ｆに圧入されるように取り付けられている。

図１６は、３つのパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの配置を説明するための模式図である。なお、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗは同一構造、同一形状を有している。流路形成体の側面１２ｂ、１２ｃの幅は、少なくともパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの流路に沿った長さＬ１と連通路の長さＬ２との合計程度が必要である。一方、側面１２ａに関しては、少なくとも寸法Ｌ１程度が必要になる。もちろん、実際上は、図１５に示すように、流路区間の接続部分など冷却水の流れを考慮して寸法を若干調整する必要がある。

そのため、電力変換装置２００の設置面積をなるべく小さくしようとした場合、平面視で見たときの形状（平面形状）を略正方形とすることで、電力変換装置２００の小型化を図ることが考えられる。上述のように側面１２ｂ，１２ｃに沿った方向に関しては連通路が必要であるため、小型化の観点から、図１６に示すように、一対のパワーモジュール３００Ｕ，３００Ｗの間の領域Ｓ１にパワーモジュール３００Ｖの一部が含まれるように、パワーモジュール３００Ｖを配置するのが好ましい。

図１６における配置スペースの図示横方向の寸法（側面１２ａの幅寸法）は、パワーモジュールの厚さをＬ３とすると、少なくともＬ１＋２・Ｌ３程度となる。そこで、縦方向の寸法Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｌ３−Ｌ４）がＬ１＋Ｌ３と同程度となるように、Ｌ３およびＬ４を設定すれば、平面視における面積をより小さくすることができ、略正方形とすることも可能となる。このとき流路区間１９ａは、図１５に示すようにパワーモジュール３００Ｕ，３００Ｗの間の領域を通るように形成される。なお、図３０に示す例では、コンデンサモジュール５００の寸法による制約のために、パワーモジュール３００Ｕ，３００Ｗの間隔は、パワーモジュール３００Ｖの寸法Ｌ１よりも若干大きくなっている。

配管１３，１４およびそれらが圧入される連通路１２ｅ，１２ｆの上部領域は空きスペースとなる。そこで、図８に示すように、このスペースに凹部４０５ａ，４０５ｂを形成し、図１４のようにコンデンサモジュール５００の放電抵抗実装部である突出部５００ｅと、Ｙコンデンサ実装部である突出部５００ｆとを配置することで、空きスペースの有効利用が図れ、電力変換装置２００の小型化に寄与する。配管１３，１４の位置を一つの側面１２ｄに集約することで、入口配管１３から流路区間１９ｂまで、および流路区間１９ｃから出口配管１４までの冷却水の流れが直線状になるので、圧損を極力小さくすることができる。また、配管の突出による装置の設置スペースが大きくなるのを抑えることができると共に、車載性の向上を図ることができる。さらに、配管１３，１４を連通路１２ｅ，１２ｆに圧入する際に、筐体の一面のみでの圧入作業であるため、作業性および生産性が向上する。

また、コンデンサモジュール５００の３辺を囲むように流路１９が設けられているため、コンデンサモジュール５００を効果的に冷却することができる。ところで、本実施の形態における電力変換装置２００は車載用であって、一般的にエンジンルーム内に配置される場合が多い。エンジンルーム内はエンジンや走行用モータなどからの熱により比較的高温となるため、電力変換装置２００に対する周囲からの熱侵入が問題となる。しかし、図１５に示すように、コンデンサモジュール５００は冷却水が流れる流路１９によって３辺を囲まれているので、装置周囲からの熱侵入を効果的に遮断することができる。

図１４に示すように流路形成体１２にパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗおよびコンデンサモジュール５００を配置したならば、図１７に示すように、コンデンサモジュール５００の上方に配置されるようにバスバーアッセンブリ８００を流路形成体１２上にボルト固定し、端子の溶接作業を行う。ドライバ回路基板２２は、バッテリ１３６からの直流電力を電源としている。

図２に示したように、パワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗとコンデンサモジュール５００とは直流電源ラインに並列接続されている。コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２とはハーネス５０２によって接続されている。ハーネス５０２の一端にはドライバ回路基板２２に接続するためのコネクタ５０３が設けられ、ハーネス５０２の他端はコンデンサモジュール５００に設けられた端子５０１ａ，５０１ｂに接続されている。

図１８はバスバーアッセンブリ８００の斜視図である。バスバーアッセンブリ８００は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の交流バスバー８０２Ｕ，８０２Ｖ，８０２Ｗと、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを保持し固定するための保持部材８０３と、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを流れる交流電流を検出するための電流センサモジュール１８０と、を備えている。バスバーアッセンブリ８００は流路形成体１２上にボルト固定される。このように、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの保持部材と電流センサモジュール１８０の保持部材とを一つの保持部材８０３が兼ねているので、部品点数の削減を図ることができる。

交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは、それぞれ幅広導体で形成されており、金属ベース板を絶縁性の樹脂部材で被覆（モールド）した保持部材８０３上（表側）に保持されている。保持部材８０３の表側の面には、上方に突出する支柱８０７ａが複数形成されている。各支柱の上端部には雌ねじが形成されたインサート部材がインサートされており、支柱８０７ａの上端にドライバ回路基板２２がネジ固定される。このように、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗおよび電流センサモジュール１８０を共通の保持部材８０３で保持するとともに、その保持部材８０３に形成された支柱８０７ａにドライバ回路基板２２を固定するように、保持部材８０３が複数の部品の保持手段を兼ねるような構成としているため、部品点数の削減を図ることができるとともに、小型化も図れる。

また、保持部材８０３の表側には位置決めピン８０６ａが一対形成されている。一方、電流センサモジュール１８０側には、これら位置決めピン８０６ａが挿通される貫通孔１８０ａが、長手方向の一方の両端部に形成されている。電流センサモジュール１８０は、各貫通孔１８０ａに保持部材８０３の位置決めピン８０６ａがそれぞれ挿通されるように、保持部材上方から保持部材８０３上に載置され、ネジ止めされる。その結果、電流センサモジュール１８０は、保持部材８０３の所定位置に位置決めおよび固定される。図１７に示すように、バスバーアッセンブリ８００を流路形成体１２上に固定すると、電流センサモジュール１８０は、流路形成体１２の側面１２ｄに近接した位置で側面１２ｄと平行となるように配置される。

電流センサモジュール１８０の側面には、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗを貫通させるための貫通孔１８１がそれぞれ形成されている。電流センサモジュール１８０は、図１８に示したような細長い枠体１８０ｂの内部に３組の電流センサが長手方向に沿って配置されている。バスバーが貫通する貫通孔１８１が形成されている部分には電流センサがそれぞれ設けられており、枠体１８０ｂの上面から上方に向けて各電流センサのリード端子１８２ａが突出している。交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは各貫通孔１８１を貫通し、その先端部分が平行に突出している。

図２７は、枠体１８０ｂ内に設けられた３組の電流センサの内の１組の構成を模式的に示したものである。枠体１８０ｂの貫通孔１８１が設けられている部分には、バスバー８０２Ｕを囲むように磁性材で形成されたＣ型のセンサコア５１が設けられている。センサコア５１のギャップ５２には、電流センサとしてホールセンサ５３が配置されている。ホールセンサ５３は、ギャップ５２の部分の磁界の強さを検出する。

磁性材で形成されたセンサコア５１は比透磁率が空気中（比透磁率＝１）よりも大きいため、交流バスバー８０２Ｕの周囲の磁束線はセンサコア５１内に閉じ込められるように集中する。その結果、ギャップ５２における磁束密度が大きくなり、センサ感度の向上が図れる。ホールセンサ５３から出力された信号は、増幅回路５４で増幅されリード端子１８２ａから出力される。

リード端子１８２ａは、電流センサモジュール１８０の上方に配置されるドライバ回路基板２２に形成されたスルーホールに挿通され、接合される。そのため、保持部材８０３の位置決めピン８０６ａは、電流センサモジュール１８０の枠体１８０ｂを貫通して位置決めするだけでなく、図６に示すようにドライバ回路基板２２に形成された貫通孔にも挿通される。

図１９は、位置決めピン８０６ａによるドライバ回路基板２２の位置決めを説明する図であり、図１８の電流センサモジュール１８０が搭載されている部分を模式的に示したものである。上述したように、保持部材８０３上には、支柱８０７ａおよび位置決めピン８０６ａが図示上方に突出するように形成されている。電流センサモジュール１８０は、それに形成された貫通孔１８０ａに位置決めピン８０６ａが挿通されるように保持部材８０６上に配置され、図１８に示すように保持部材８０３にネジ止めされる。

次いで、図１９（ａ）に示すように、ドライバ回路基板２２に形成された貫通孔２２ａが位置決めピン８０６ａに挿通されるように、ドライバ回路基板２２を保持部材８０３方向（図の矢印方向）に移動させて、図１９（ｃ）のように支柱８０７ａ上に載置する。そして、ビス２３０等を用いてドライバ回路基板２２を支柱８０７ａに固定する。ドライバ回路基板２２には、電流センサモジュール１８０のリード端子１８２ａを接続するためのスルーホール２２２が形成されている。位置決めピン８０６ａの先端は、保持部材８０３に固定された電流センサモジュール１８０のリード端子１８２ａの先端よりも高くなるように設定されている。すなわち、図９（ｃ）に示すΔｈは、Δｈ＞０のように設定されている。

そのため、ドライバ回路基板２２を支柱８０７ａ上に載置する際、図１９（ａ）に示すように最初に位置決めピン８０６ａが貫通孔２２ａに入り込む。その後、ドライバ回路基板２２は、図の水平方向の位置が位置決めピン８０６ａによって規制された状態で支柱８０７ａ上に載置されることになる。その結果、電流センサモジュール１８０のリード端子１８２ａに対してドライバ回路基板２２のスルーホール２２２がずれるのを防止することができ、組み立て作業性の向上を図ることができる。もちろん、Δｈ＝０のように設定されていても、ほぼ同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では、３相分の３つのセンサ素子が電流センサモジュール１８０に一体に設けられているので、センサ素子毎の組み付け誤差が生じない。例えば、３つのセンサ素子をそれぞれ個別に保持部材８０３上に取り付ける構造の場合、ドライバ回路基板２２上でのスルーホール２２２の配置と同じになるように、センサ素子間に位置ずれが起きないように各センサ素子を保持部材８０３に精度良く取り付ける必要がある。一方、本実施の形態では、３つのセンサ素子は電流センサモジュール１８０として一体化されているので、組み付けの際にセンサ素子間に位置ずれが生じることはない。

図１７に示したように、バスバーアッセンブリ８００の下方に設けられたコンデンサモジュール５００の端子５０１ａ，５０１ｂと、バスバーアッセンブリ８００の上方に設けられたドライバ回路基板２２とは、ハーネス５０２によって接続されている。ハーネス５０２は、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗが保持された保持部材８０３の側方を通過するように迂回して、端子５０１ａ，５０１ｂからドライバ回路基板２２まで引き回されている。保持部材８０３には、図１８に示すように、ハーネス５０２を引き回す際のガイド部材として機能する爪状の突起８０３ｃおよび結束バンド用の孔形成部８０３ｄが形成されている。このようなガイド部材を設けたことにより、ハーネス５０２の位置が適切な位置に定まり、バスバーや端子に干渉することなくハーネス５０２を引き回すことが容易となる。

なお、ガイド部材を設ける箇所としては、端子５０１ａ，５０１ｂと保持部材８０３との間の引き回しを規定するガイド部材（突起８０３ｃ）と、保持部材８０３とドライバ回路基板２２との間の引き回しを規定するガイド部材（孔形成部８０３ｄ）との２箇所が最低でも必要となる。なお、結束バンドを用いないで、複数の爪状突起でハーネスをガイドするようにしても良い。

図２０は、交流バスバー８０２Ｕとパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの交流端子３２１との接続部分を示す図である。他の相の交流バスバー８０２Ｖ，８０２Ｗおよびパワーモジュール３００Ｖ，３００Ｗの交流端子についても同様の接続構造を有している。保持部材８０３に保持された交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗは、出力端とは反対側の端部に、垂直に立ち上がるように形成された接続部８０５を有している。この接続部８０５が、図１０に示したパワーモジュール３００Ｕ〜３００Ｗの交流端子３２１に溶接にて接続される。

本実施の形態では、溶接の際に保持部材８０３上の交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗが上下に位置ずれしないように、保持部材８０３に交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの上下方向の移動を規制するフック８０３ａが設けられている。その結果、交流端子３２１と接続部８０５との位置決め精度が向上し、交流端子３２１および接続部８０５の先端を一致させることができる。溶接部の高さを一致させることで、適切な溶け込みを得ることができ、溶接部の強度および信頼性の向上を図ることができる。なお、本実施の形態では接続部８０５を溶接にて接続する構成としたが、ネジ止め等によって接続しても良い。

図２０に示すように、フック８０３ａは、保持部材８０３の底面から上方に突出するように形成されており、先端部分に爪状部８０３１が形成されている。交流バスバー８０２Ｕには、接続部８０５に近接して貫通孔８０２１が形成されており、フック８０３ａはこの貫通孔８０２１に挿通される。そして、フック８０３ａの先端部の爪状部８０３１が交流バスバー８０２Ｕの上面に係っている。その結果、交流バスバー８０２Ｕの上下方向の移動が規制され、交流端子３２１に対して接続部８０５が図示上方にずれるのを防止している。

図２１は、フック８０３ａによる交流バスバー８０２Ｕの係止動作を説明する図である。図２１（ａ）に示すように交流バスバー８０２Ｕを保持部材８０３方向に移動すると、交流バスバー８０２Ｕの貫通孔８０２１の縁がフック８０３ａの爪状部８０３１の斜面に当接し、フック８０３ａが弾性変形して傾く。さらに交流バスバー８０２Ｕを押し下げて、図２１（ｂ）に示すように交流バスバー８０２Ｕが保持部材８０３に装着されると、傾いていたフック８０３ａは元に戻り、爪状部８０３１が交流バスバー８０２Ｕの上面を係止する。

このように、交流バスバー８０２Ｕを保持部材８０３に装着することで、組み付けの際にワンタッチで交流バスバー８０２の保持部材８０３への固定することができる。そして、フック８０３ａで交流バスバー８０２Ｕが係止されるため、交流バスバー８０２Ｕの反りや浮き上がりを防止することができ、作業性の向上が図れる。

また、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの出力端の近傍には、図１８に示したように、電流センサモジュール１８０が配置されている。そのため、交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗの出力端に交流コネクタ１８７が着脱された際に、電流センサモジュール１８０のセンサ素子に対して位置ずれしないように、保持部材８０３に凸部８０３ｂが形成されている。

図２２は、交流バスバー８０２Ｕの出力端付近の断面図である。交流バスバー８０２Ｕは電流センサモジュール１８０を貫通するように設けられているが、その電流センサモジュール１８０の検出位置と出力端との間には、貫通孔８０２２が形成されている。一方、保持部材８０３の表面側にはすし上方に突出する凸部８０３ｂが形成されていて、その凸部８０３ｂが交流バスバー８０２Ｕの貫通孔８０２２に入り込んでいる。その結果、交流バスバー８０２Ｕの水平方向に移動が規制されている。

もちろん、貫通孔８０２２および凸部８０３ｂを電流センサモジュール１８０の検出位置よりも接続部８０５側に設けても構わないが、図１３のように出力端に近い位置に設けることで、フック８０３ａにより形成されている部分との距離が長くなり、位置ずれに対する規制効果がより高くなるという利点がある。

図２３は、ドライバ回路基板２２上に載置された絶縁シート２２０を示す図である。図６に示したように、バスバーアッセンブリ８００を流路形成体１２に固定し、支柱８０７ａ上にドライバ回路基板２２を固定したならば、上側のケースであるハウジング１０を下側のケースを構成する流路形成体１２にボルト締結等により固定する。その結果、保持部材８０３に交流バスバー８０２Ｕ〜８０２Ｗおよび電流センサモジュール１８０が保持されたバスバーアッセンブリ８００と、バスバーアッセンブリ８００の支柱８０７ａに固定されたドライバ回路基板２２とが、ハウジング１０により形成された収納空間に収納されることになる。このとき、ドライバ回路基板２２の直上に僅かな隙間を空けてハウジング１０の隔壁１０ｃが配置されることになる。

そこで、本実施の形態では、ドライバ回路基板２２と隔壁１０ｃとの絶縁性向上のために、図２３に示すような絶縁シート２２０を設けるようにした。絶縁シート２２０はＰＥＴシート等の縁材料から形成されたシート状部材であって、上述した位置決めピン８０６ａが挿通される位置決め用の貫通孔２２０ａが２つ形成されている。さらに、絶縁シート２２０のドライバ回路基板２２に対向する側の面には、放熱シート２２１が固着されている。

図２４は、電力変換装置２００の断面図であって、放熱シート２２１の部分を通る面に沿って断面したものである。支柱８０７ａ上に固定されたドライバ回路基板２２は、回路部品が実装された面を保持部材８０３側に向けて固定されている。また、電流センサモジュール１８０のリード端子１８２ａはドライバ回路基板２２を貫通するように接続され、その先端はドライバ回路基板２２の図示上側に突出している。

図２４に示す例では、ドライバ回路基板２２の中央付近にトランス等の発熱部品が配置されており、絶縁シート２２０に固着された放熱シート２２１は、発熱部品が配置されている領域と対向する位置に固着されている。放熱シート２２１の貫通孔２２０ａに位置決めピン８０６ａが挿通されるように放熱シート２２１をドライバ回路基板２２上に載置すると、絶縁シート２２０に設けられた放熱シート２２１は、ドライバ回路基板２２の発熱部品実装領域に配置されることになる。そのため、絶縁シート２２０の組み付けに関して作業性が非常に良い。

図２４に示すように、隔壁１０ｃの内周面には、放熱シート２２１が設けられた領域と対向するように、上端が平坦な凸部１０１が形成されている。本実施形態では、ハウジング１０を流路形成体１２上に固定すると、この凸部１０１とドライバ回路基板２２の発熱部品実装領域との間に放熱シート２２１が教示される構成となっている。ドライバ回路基板２２の熱は、放熱シート２２１を介して隔壁１０ｃに伝達され、矢印で示すような経路で流路形成体１２に伝達され、流路形成体１２内を流れる冷却水へと放熱される。そのため、ドライバ回路基板２２の冷却をより効果的に行うことができる。

放熱シート２２１として、電気的絶縁性を有していて熱伝導性に優れたシリコーン放熱シート等が用いられる。上述した例では、絶縁シート２２０に放熱シート２２１を貼り付けて一体とし、その絶縁シート２２０をドライバ回路基板２２に載置するようにしたが、放熱シート２２１の貼付に代えて絶縁シート２２０の中央領域を厚くして放熱部とするようにしても良い。ただし、放熱シート２２１を貼り付ける構成の場合には、絶縁性は絶縁シート２２０で確保されているので、より熱伝導性に優れた材料を放熱シート２２１に用いることができる。なお、隔壁１０ｃに接触させて冷却しなくても良い構成の場合であれば、放熱シート２２１を省略しても構わない。

図２５は、保持部材８０３を流路形成体１２に固定している部分の断面を、模式的に示したものである。保持部材８０３は、金属ベース部８０３３の表面を樹脂部８０３２で被覆したものである。図２５に示す例では、保持部材８０３の側面において金属ベース部８０３３が露出しているが、このように絶縁性の点で差し支えない範囲において金属ベース部８０３３が露出していても良いし、金属ベース部８０３３の全表面を樹脂部８０３２で覆うようにしても良い。交流バスバー８０２Ｕは、樹脂部８０３２上に保持されている。

保持部材８０３のボルト固定部には、金属製のインサート８０３４が保持部材８０３を貫通するように圧入されている。ボルト２５０を用いてインサート８０３４の部分を流路形成体１２に締結することにより、保持部材８０３が流路形成体１２に固定される。保持部材８０３に圧入されたインサート８０３４は、金属ベース部８０３３に接触している。そのため、交流バスバー８０２Ｕに電流が流れることにより発生するジュール熱は、矢印で示すように交流バスバー８０２Ｕ→金属ベース部８０３３→インサート８０３４→流路形成体１２のように伝達され、流路形成体１２内を流れる冷却水へと放熱される。

このように、保持部材８０３に金属ベース部８０３３を設けることにより、保持部材８０３の全体を樹脂で形成する場合に比べて、交流バスバーの冷却性能の向上を図ることができる。その結果、保持部材８０３自身の温度上昇を抑えることができ、保持部材８０３に保持されている電子部品（例えば、電流センサ素子）の長寿命化、信頼性向上を図ることができる。インサート８０３４は上述のように圧入により金属ベース部８０３３と一体化しても良いし、溶接にて一体化しても良い。すなわち、インサート８０３４は金属ベース部８０３３の一部を成している。

なお、図２５に示した例では金属製のインサート８０３４を用いることで、金属ベース部８０３３の熱が流路形成体１２へ効率良く伝達されるようにしたが、図２６に示すような構造とし、インサート８０３４を省略するようにしても良い。図２６に示す構成では、保持部材８０３の裏面側に座グリ８０３２ａを形成して樹脂部８０３２の一部を除去し、金属ベース部８０３３の一部を露出させるようにした。そのような構成とすることで、金属ベース部８０３３と流路形成体１２とが直接接触し、保持部材８０３に対する冷却性能の向上をより図ることができる。

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：ハウジング、１０ｃ：隔壁、１０ｅ：側壁、１２：流路形成体、１９：流路、２０：制御回路基板、２２：ドライバ回路基板、２２ａ，１８０ａ，１８１，２２０ａ，８０２１，８０２２：貫通孔、５３：ホールセンサ、１０１，８０３ｂ：凸部、１７４：ドライバ回路、１８０：電流センサモジュール、１８２ａ：リード端子、２００：電力変換装置、２２０：絶縁シート、２２１：放熱シート、２２２：スルーホール、３００，３００Ｕ〜３００Ｗ：パワーモジュール、３２１：交流端子、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、４２０：下カバー、５００：コンデンサモジュール、５０２：ハーネス、８００：バスバーアッセンブリ、８０２，８０２Ｕ〜８０２Ｗ：交流バスバー、８０３：保持部材、８０３ａ：フック、８０３ｃ：突起、８０３ｄ：孔形成部、８０５：接続部、８０６ａ：位置決めピン、８０７ａ：支柱、８０３２：樹脂部、８０３３：金属ベース部、８０３４：インサート

Claims (9)

1. 直流電流を交流電流に変換するパワー半導体素子を有する複数のパワーモジュールと、
   前記複数のパワーモジュールが収納され、前記複数のパワーモジュールを冷却するための冷媒が流れる流路が形成された第１のケースと、
   前記複数のパワーモジュールの交流端子にそれぞれ接続され、前記交流電流を出力するための複数の交流バスバーと、
   前記複数の交流バスバーを保持すると共に前記第１のケースに固定され、該第１のケースとは反対方向の上方に突出する２つの位置決めピンが一体に形成された保持部材と、
   前記保持部材上に配置されると共に前記複数の交流バスバーの交流電流を各々検出する複数の電流センサが一体に保持される枠体、該枠体から上方に突出するように設けられて前記複数の電流センサの各検出信号を出力する複数のリード端子、および該枠体に形成されて前記２つの位置決めピンが挿通される２つのモジュール位置決め用貫通孔を有する電流センサモジュールと、
   前記保持部材上に配置された前記枠体の上方に配置されると共に、前記複数のリード端子が挿通される複数のリード端子用スルーホールおよび前記２つの位置決めピンが挿通される２つの基板位置決め用貫通孔が形成され、前記検出信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動する回路が実装された駆動回路基板と、を備え、
   前記位置決めピンの先端は、前記保持部材に配置された前記枠体から突出する前記リード端子の先端よりも上方に突出し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、
   前記各交流バスバーは、出力端とは反対側の端部に形成されて前記パワーモジュールの交流端子に接続される接続部、および該接続部に近接して配置された第１貫通孔を備え、
   前記保持部材上に突設され、前記交流バスバーの第１貫通孔を貫通すると共に該交流バスバーの保持部材対向面とは反対側の面を係止して、該交流バスバーが前記突設の方向に変位するのを規制する係止部を備えることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記複数の交流バスバーの出力端側は前記電流センサモジュールの枠体は貫通するように配置され、
   前記各交流バスバーは、前記枠体よりも出力端に近い側に形成された第２貫通孔を備え、
   前記保持部材は、前記第２貫通孔に入り込む突起を備えることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記第１のケースに収納され、前記複数のパワーモジュールに並列接続されるコンデンサモジュールと、
   前記コンデンサモジュールと前記駆動回路基板とを接続するハーネスと、を備え、
   前記交流バスバーを迂回するように前記ハーネスをガイドするガイド部材を、前記保持部材に形成したことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記駆動回路基板の保持部材側とは反対側の面に対向するように配置される天板部と、前記駆動回路基板の側方を囲むように設けられて前記第１のケースに接続される側面部とを有して、少なくとも前記駆動回路基板を収納する第２のケースと、
   前記天板部と前記駆動回路基板との隙間に配置され、前記２つの位置決めピンが挿通される２つのシート位置決め用孔が形成された絶縁シートと、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項５に記載の電力変換装置において、
   前記天板部には、前記駆動回路基板の発熱性部品実装領域と対向する領域に、前記駆動回路基板方向に突出して前記絶縁シートに接する凸部が形成され、
   前記駆動回路基板の発熱性部品実装領域と前記凸部との間に前記絶縁シートが挟持されていることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置において、
   前記絶縁シートの前記発熱性部品実装領域と対向する面に固着され、前記絶縁シートよりも高熱伝導性の放熱シートを、前記絶縁シートと前記駆動回路基板との間に介在させたことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記保持部材は、該保持部材から駆動回路基板方向に突出し、前記駆動回路基板を支持する複数の支柱を備えたことを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
   前記第１のケースに固定された前記保持部材は、前記第１のケースと接触する金属ベース部と、前記金属ベース部の表面の一部を被覆すると共に前記複数の交流バスバーを保持する樹脂部とを有することを特徴とする電力変換装置。

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