JP7410005B2 - モータと一緒に共有した冷却システムを有した高密度一体型電源制御アセンブリ - Google Patents

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関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１９年１０月７日付けで出願された「Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅｓ Ｗｉｔｈ Ｃｏｏｌｉｎｇ」と題する米国仮特許出願第６２／９１１，７１９号明細書の優先権を主張するものであり、この仮出願は、その内容が参照により本明細書に援用される。

本明細書は、一般に、車両内のモータのための電力制御アセンブリに関し、より詳細には、電動化車両内のモータと一緒に共有した冷却システムを有した高密度一体型電力制御アセンブリに関する。

電動化車両（例えば、ハイブリッド式電気自動車、プラグインハイブリッド式電気自動車、燃料電池式自動車、電気自動車）における従来のモータ駆動システムは、３つの構成要素から構成されている、すなわち、モータと、電力制御ユニット（ＰＣＵ）と、高電圧ケーブルと、から構成されている。このタイプのシステムにおいては、モータと、このモータに対応したＰＣＵとは、別々に設計して設置される。しかしながら、ケーブルの存在のために、また、別部材をなす筐体の存在のために、電力密度が制限される。相互接続ケーブルは、余分な電力損失と、余分な重量と、余分な体積と、を生み出し、システム効率を低下させる。冷却システムは、モータ及びＰＣＵとは、別々に設計され、このため、冷却システムの複雑さを増大させる。

これに加えて、電力制御アセンブリ（例えば、インバータ回路）が、増大した電力レベル及び電流密度で動作するように設計されるため、大きな熱流束を発生する。このことは、プリント回路基板（ＰＣＢ）が、及び、電力制御アセンブリ内においてＰＣＢ上に配置された能動部品及び受動部品が、より高温に対して、及び、熱的に誘起された応力に対して、耐え得るべきであることを意味する。従来のヒートシンクは、電力制御アセンブリの動作温度を効果的に許容温度レベルにまで低下させるほどには、充分に熱を除去し得ないものであり得る。さらに、従来のヒートシンク及び冷却構造は、追加的な接合層及び熱整合材料（例えば、接合層、基板、熱界面材料）を必要とする場合がある。これらの追加的な層及び他の要因は、電力制御アセンブリに対して、パッケージングサイズを追加するとともに、実質的な熱抵抗を追加し、その熱管理を困難なものとする。

したがって、高密度一体型電力制御アセンブリを、このアセンブリから大きな熱流束を効率的に除去するように構成することが望ましい。

本明細書は、電動化車両内のモータと一緒に共有した冷却システムを有した高密度一体型電力制御アセンブリに関する。一実施形態では、三相を有したモータのためのインバータとして構成された一体型電力制御アセンブリが開示される。一体型電力制御アセンブリは、モータの軸端上に直接的に取り付けられる。一体型電力制御アセンブリは、基板と、この基板上において横方向に離間して配置された４つの入力バスバーと、複数組のペアデバイスと、モータの三相に対応した３つの出力バスバーと、を含み、各組をなすペアデバイスは、スイッチング半導体と、ダイオードと、を含む。４つの入力バスバーは、負極性の２つの入力バスバーに対して交互に配置された正極性の２つの入力バスバーを含む。逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の外側入力バスバー同士の間に配置されている。逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の内側入力バスバーに対して隣接したエッジと、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジと、を有している。内側入力バスバーは、外側入力バスバーと比較して、少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている。一組の又は複数組のペアデバイスが、個々の外側入力バスバー上において及び個々の内側入力バスバー上において、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って及び逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って、軸線方向に配置されている。個々の出力バスバーは、逆極性の互いに隣接した入力バスバー上に配置された一組の又は複数組のペアデバイスの上側に配置されかつそれらペアデバイスに対して電気的に結合されている。

他の実施形態では、三相モータと、この三相モータのためのインバータとして構成された一体型電力制御アセンブリと、三相モータと一体型電力制御アセンブリとを熱的に接続する共有の冷却システムと、を含むモータアセンブリが開示される。一体型電力制御アセンブリは、モータの軸端上に直接的に取り付けられる。一体型電力制御アセンブリは、基板と、この基板上において横方向に離間して配置された４つの入力バスバーと、複数組のペアデバイスと、モータの三相に対応した３つの出力バスバーと、を含み、各組をなすペアデバイスは、スイッチング半導体と、ダイオードと、を含む。４つの入力バスバーは、負極性の２つの入力バスバーに対して交互に配置された正極性の２つの入力バスバーを含む。逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の外側入力バスバー同士の間に配置されている。逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の内側入力バスバーに対して隣接したエッジと、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジと、を有している。内側入力バスバーは、外側入力バスバーと比較して、少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている。一組の又は複数組のペアデバイスが、個々の外側入力バスバー上において及び個々の内側入力バスバー上において、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って及び逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って、軸線方向に配置されている。個々の出力バスバーは、逆極性の互いに隣接した入力バスバー上に配置された一組の又は複数組のペアデバイスの上側に配置されかつそれらペアデバイスに対して電気的に結合されている。

本明細書において説明する実施形態によって提供されるこれらの特徴点及び追加的な特徴は、図面と併せて、以下の詳細な説明の観点から、より完全に理解されるであろう。

図面に示す実施形態は、実例であって本質的に例示的なものであり、特許請求の範囲によって規定される主題を限定することを意図したものではない。例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面と組み合わせて読むことにより理解することができ、図面においては、同様の構造は、同様の参照符号によって示されている。

図１は、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、例示的な一体型電力制御アセンブリの上方からの斜視図を示す。 図２は、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの底面側からの斜視図を示す。 図３は、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第１実施形態を有したモータアセンブリの回路図を示す。 図４は、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第２実施形態を有したモータアセンブリの回路図を示す。 図５Ａは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第１実施形態に関しての、出力接続なしの状態での平面図を概略的に示す。 図５Ｂは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第１実施形態に関しての、出力接続ありの状態での平面図を概略的に示す。 図６Ａは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第２実施形態に関しての、出力接続なしの状態での平面図を概略的に示す。 図６Ｂは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリの第２実施形態に関しての、出力接続ありの状態での平面図を概略的に示す。 図７Ａは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図５Ｂの例示的な一体型電力制御アセンブリの第１実施形態に関する切断軸線Ａ－Ａに沿った側断面図を示す。 図７Ｂは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図５Ｂの例示的な一体型電力制御アセンブリの第１実施形態に関する切断軸線Ｂ－Ｂに沿った側断面図を示す。 図８Ａは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図６Ｂの例示的な一体型電力制御アセンブリの第２実施形態に関する切断軸線Ａ’－Ａ’に沿った側断面図を示す。 図８Ｂは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図６Ｂの例示的な一体型電力制御アセンブリの第２実施形態に関する切断軸線Ｂ’－Ｂ’に沿った側断面図を示す。 図９Ａは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリと、内部のモータと、を熱的に接続する共有の液体冷却式冷却システムを有したモータアセンブリを概略的に示す。 図９Ｂは、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリと、内部のモータと、を熱的に接続する共有の空冷式冷却システムを有したモータアセンブリを概略的に示す。 図１０は、本明細書において図示して説明する１つ又は複数の実施形態による、図１の例示的な一体型電力制御アセンブリを有した例示的な電気自動車を概略的に示す。

本明細書において説明する様々な実施形態は、電動化車両のモータと一緒に共有した冷却システムを有した高密度一体型電力制御アセンブリに関する。一体型電力制御アセンブリは、電気モータの軸端上に直接的に取り付けられたインバータとして機能するように構成されているとともに、電気モータと一緒に冷却システムを共有するように構成されている。一体型電力制御アセンブリは、基板上において交互に離間して配置された、正極性の２つの入力バスバー及び負極性の２つの入力バスバーを含み、個々の入力バスバーは、上面上に配置された複数組のペアデバイスを有している。各組をなすペアデバイスは、スイッチング半導体デバイスと、ダイオードと、を含む。電気モータの三相に対応した３つの出力バスバーは、複数組のペアデバイスの上側に配置されているとともに、それらペアデバイスに対して電気的に結合されている。入力バスバーを介して受信した直流（ＤＣ）信号は、複数組のペアデバイスによって交流（ＡＣ）信号へと変換され、出力バスバーを介して出力される。一体型電力制御アセンブリにおける入力バスバー及び出力バスバーの使用及び構成は、電力損失と電圧スパイクとゲートループインダクタンスとを低減しつつ、デバイスの動作中に発生する熱の放散を補助する、コンパクトなワイヤボンドレスパッケージを作製する。いくつかの実施形態では、逆極性の互いに隣接した入力バスバー上におけるスイッチング半導体デバイス及びダイオードは、鉛直方向において逆向きに整列され（すなわち、物理的に向きを反転させる）、これにより、パッケージング密度がさらに向上するとともに、パッケージングサイズが低減される。さらに、一体型電力制御アセンブリと電気モータとの間において共有の冷却システムを使用することにより、一体型電力制御アセンブリのために別個の冷却システムを設ける必要がない。本開示の様々な他の態様及びその変形例は、以下の実施形態に関する説明を通して説明される又は暗示される。

図面を参照すると、図１～図２は、三相モータ３２０（図３～図４並びに図９Ａ～図９Ｂに示されている）のためのインバータとして構成された例示的な一体型電力制御アセンブリ１００に関しての、上方からの及び底面側からの斜視図を示している。しかしながら、異なる実施形態では、例示的な一体型電力制御アセンブリ１００は、本開示の原理及び範囲から逸脱することなく、二相モータのためのあるいは四相以上のモータのためのインバータとして構成することができる。図１～図２に示す非限定的な例では、一体型電力制御アセンブリ１００は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）インバータとして構成されており、モータ３２０のためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、ＤＣ電圧を、それぞれ異なる３つの相Ｕ、Ｖ、Ｗにおける等振幅の３つの正弦ＡＣ波へと、変換する。いくつかの実施形態では、モータ３２０が４つ以上の相を有する場合、一体型電力制御アセンブリ１００は、冗長性のために、追加的な又は代替的な１つ又は複数のＡＣ出力を生成するように構成される。

一体型電力制御アセンブリ１００は、底面１１２と側壁１１６とを有した円筒状リング形状の金属製ハウジング１１０を含む。上面上に横方向に離間して配置された４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄを有した基板１２０が、側壁１１６に沿った円弧形状開口１１４を挿通しつつ、ハウジング１１０内に収容されている。４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄは、３つのキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃと、それら入力バスバーを横切って配置された多数のデバイスと、を有するように構成されている。３つのキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃが、図１の非限定的な実施形態では使用されているけれども、他の実施形態では、同等キャパシタンスの、１つ、２つ、又は、４つ以上のキャパシタが存在してもよい。３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが、４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄに対して、及び、それら入力バスバー上に配置されたデバイスに対して、電気的に結合されている。３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、３つの矩形開口１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃのそれぞれ対応するものを挿通してハウジング１１０の外部へと適応されている。３つの矩形開口１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは、側壁１１６の反対側の端部に配置されている。プリント回路基板（ＰＣＢ）１７０が、ハウジング１１０内の３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ及び３つのキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃの上側において及びそれらを横切って（例えば、半田ボールを使用して）接合されている。

基板１２０は、図７Ａ～図７Ｂ並びに図８Ａ～図８Ｂに示すように、熱界面層７３０と、この熱界面層７３０の上側に配置された熱拡散層７２０と、電気絶縁層７１０と、を含む。熱界面層７３０は、強化された熱的接続のために、限定するものではないがシリコンなどの熱界面材料（ＴＩＭ）から形成される。熱拡散層７２０は、限定するものではないが、銅、アルミニウム、ニッケル、及び同種のもの、などの導電性材料から形成される。電気絶縁層７１０は、限定するものではないが窒化アルミニウムなどの電気絶縁性材料から形成される。

４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄと、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃとは、限定するものではないが、銅、アルミニウム、ニッケル、及び同種のもの、などの導電性材料から形成される。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ１７０は、限定するものではないがＦＲ－４などのガラス繊維強化エポキシ樹脂から形成された難燃性複合材料から構成されてもよい。他の実施形態では、ＰＣＢ１７０は、限定するものではないが低温共焼セラミック（ＬＴＣＣ）材料又は酸化アルミニウムなどの、２５０℃を超える温度に耐え得るセラミック材料で構成されてもよい。

図３は、例示的な一体型電力制御アセンブリ３１０の第１実施形態を有したモータアセンブリ３００の回路図を示しており、図５Ａ～図５Ｂは、出力接続なしの状態と出力接続ありの状態とのそれぞれに関して、対応する平面図を概略的に示している。よって、図５Ａは、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃと、ＰＣＢ１７０と、が設けられていない状態で、一体型電力制御アセンブリ３１０の平面図を示している。図５Ｂは、上面上に３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが配置されているものの、ＰＣＢ１７０がなおも設けられていない状態で、一体型電力制御アセンブリ３１０を示している。図７Ａ～図７Ｂは、例示的な一体型電力制御アセンブリ３１０の第１実施形態に関する図５Ｂにおいて、切断軸線Ａ－Ａ及びＢ－Ｂのそれぞれに沿った側断面図を示している。図７Ａ～図７Ｂは、さらに、一体型電力制御アセンブリ３１０において、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃの上側に、ＰＣＢ１７０を配置する方法を示している。

図３に示すように、一体型電力制御アセンブリ３１０は、バッテリ３５０と、Ｕ相ＡＣ入力３２２とＶ相ＡＣ入力３２４とＷ相ＡＣ入力３２６とを有したモータ３２０と、の間において電気的に接続されている。この第１実施形態では、一体型電力制御アセンブリ３１０は、複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎを含み、各組をなすペアデバイスは、ダイオード（例えば、Ｄ₁、Ｄ₂、等）に対して電気的に接続されたスイッチング半導体デバイス（例えば、Ｑ₁、Ｑ₂、等）を有し、バッテリ３５０からのＤＣ入力を受領するとともに、モータ３２０に対してＡＣ出力を提供し、ここで、第１組のペアデバイス内のスイッチング半導体デバイスとダイオードとは、第１組のペアデバイスに対して横方向に隣接した第２組のペアデバイス内のそれぞれダイオードとスイッチング半導体デバイスとに対して横方向に隣接している。例えば、第１組３３０ａのダイオードＤ₁は、第２組３３０ｂのスイッチング半導体デバイスＱ₂に対して横方向に隣接し、第１組３３０ａのスイッチング半導体デバイスＱ₁は、第２組３３０ｂのダイオードＤ₂に対して横方向に隣接し、ここで、３３０ａ、３３０ｂは、互いに横方向に隣接したペアデバイスである。

さらに、個々の組をなすペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎ内へと流入するＤＣ入力電流は、バッテリ３５０の正極端子３５２に対して電気的に接続された２つの正極端子３４０ｂ、３４０ｄのいずれかを介して、あるいは、バッテリ３５０の負極端子３５４に対して電気的に接続された２つの負極端子３４０ａ、３４０ｃのいずれかを介して、流れる。例えば、第１組３３０ａは、負極端子３４０ａを介してバッテリからのＤＣ入力電流を受領し、第２組３３０ｂは、正極端子３４０ｂを介してバッテリからのＤＣ入力電流を受領する。その後、隣接した組をなすペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎから流出するＡＣ出力電流は、Ｕ相ＡＣ入力３２２、Ｖ相ＡＣ入力３２４、又はＷ相ＡＣ入力３２６へと、合流した上で送出される。例えば、第１組３３０ａ及び第２組３３０ｂからのＡＣ出力電流は、Ｕ相ＡＣ入力３２２へと、合流した上で送出される。

図３は、また、バッテリ３５０と、個々の組をなすペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎ内へと流入するＤＣ入力電流と、の間において電気的に結合されたキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃを示している。例えば、キャパシタ１６０ａは、バッテリ３５０と、第１組３３０ａ及び第２組３３０ｂ内へと流入するＤＣ入力電流と、の間において電気的に結合されている。キャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃは、各組をなすペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎ内の１つ又は複数のスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等が、ＡＣ出力を生成するために最適に動作し得るよう、バッテリ３５０からのＤＣ入力電流のあらゆる電圧振動を平滑化して平衡化するように動作可能である。上述したように、異なる実施形態では、３つのキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃと同じ機能を実行する同等キャパシタンスの、１つ、２つ、又は４つ以上のキャパシタが存在してもよい。

図５Ａ～図５Ｂに示すように、複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎは、４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ上に配置されている。４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄは、基板１２０上において、負極性の２つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｃに対して交互に配置された正極性の２つの入力バスバー１４０ｂ、１４０ｄを含む。正極性の２つの入力バスバー１４０ｂ、１４０ｄは、２つの正極端子３４０ｂ、３４０ｄを介してバッテリ３５０（図５Ａ～図５Ｂには示されていない）に対するＤＣ接続を提供し、他方、負極性の２つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｃは、２つの負極端子３４０ａ、３４０ｃを介してバッテリ３５０（図５Ａ～図５Ｂには示されていない）に対するＤＣ接続を提供する。よって、正極端子３４０ｂを有した内側入力バスバー１４０ｂと、負極端子３４０ｃを有した内側入力バスバー１４０ｃとは、負極端子３４０ａを有した外側入力バスバー１４０ａと、正極端子３４０ｄを有した外側入力バスバー１４０ｄと、の間に配置されている。

正極性の内側入力バスバー１４０ｂは、負極性の外側入力バスバー１４０ａに対して隣接したエッジ３４２ｂと、負極性の内側入力バスバー１４０ｃに対して隣接したエッジ３４４ｂと、を有している。同様に、負極性の内側入力バスバー１４０ｃは、正極性の内側入力バスバー１４０ｂに対して隣接したエッジ３４２ｃと、正極性の外側入力バスバー１４０ｄに対して隣接したエッジ３４４ｃと、を有している。よって、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ、負極性及び正極性の内側入力バスバー１４０ｃ、１４０ｂに対して隣接したエッジ３４４ｂ、３４２ｃを有している。さらに、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ、負極性及び正極性の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄに対して隣接したエッジ３４２ｂ、３４４ｃを有している。

図５Ａ～図５Ｂに示す非限定的な例では、一組の又は複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎは、個々の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄ上において軸線方向に配置されている。一組の又は複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎは、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上において、それぞれ負極性及び正極性の内側入力バスバー１４０ｃ、１４０ｂに対して隣接したエッジ３４４ｂ、３４２ｃに沿って、軸線方向に配置されている。さらに、一組の又は複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎは、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上において、それぞれ負極性及び正極性の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄに対して隣接したエッジ３４２ｂ、３４４ｃに沿って、軸線方向に配置されている。よって、内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄと比較して、少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている。図５Ａ～図５Ｂの非限定的な実施形態に示すように、６組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎが、すなわち１２個のデバイスが、各内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上に配置されているのに対し、３組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎのみが、すなわち６個のデバイスのみが、各外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄ上に配置されている。図５Ａ～図５Ｂに示す実施形態では、３６個のデバイスが、すなわち、１８個のスイッチング半導体デバイスと１８個のダイオードとが、入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄの上側においてそれら入力バスバーを横切って配置されているが、異なる実施形態では、より多数のあるいはより少数のデバイスが配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、パッケージングサイズを小さくしてパッケージング密度を高めるために、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄ上におけるスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等を、鉛直方向において逆向きに整列させることができる（すなわち、それぞれのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等のゲートＧ（Ｑ₁）、Ｇ（Ｑ₂）、等が、それぞれのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等の反対側の面上に位置するように、物理的に向きを反転させる）。他の実施形態では、パッケージングサイズを小さくしてパッケージング密度を高めるために、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄ上におけるダイオードＤ₁、Ｄ₂、等を、追加的に又は代替的に、鉛直方向において逆向きに整列させることができる（すなわち、物理的に向きを反転させる）。

図５Ｂに示すように、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、一組の又は複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎの上側において、４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄを横切って、配置されている。個々の出力バスバー１５０ａ／１５０ｂ／１５０ｃは、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄを横切って配置された一組の又は複数組のペアデバイス３３０ａ、３３０ｂ、．．．、３３０ｎに対して電気的に結合されている。個々の出力バスバー１５０ａ／１５０ｂ／１５０ｃは、モータ３２０（図５Ａ～図５Ｂには示されていない）の三相Ｕ、Ｖ、Ｗをなす個々の相に対応したＡＣ出力接続を提供する。そして、図５Ａ～図５Ｂに示すように、キャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃは、個々のキャパシタ１６０ａ／１６０ｂ／１６０ｃが、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄを横切って配置されるように、４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄを横切って配置されている。

スイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等は、モータ３２０が起動された時には、出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃを通して、モータ３２０内へと出力されるＡＣ電流が流れることを可能とする。スイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等は、限定するものではないが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導電型ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）、金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、トランジスタ、及び／又は、これらの組合せ（例えば、パワーカード）、などの１つ又は複数の半導体デバイスとすることができる。いくつかの実施形態では、スイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等は、ワイドバンドギャップ半導体を含むことができ、限定するものではないが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、及び同種のもの、などの任意の適切な材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、スイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等は、大電流において、及び、例えば２５０℃を超えるような高温下において、動作するものであり、例示的な一体型電力制御アセンブリ１００の継続的な動作のためには除去されなければならない多量の熱を発生する。ダイオードＤ₁、Ｄ₂、等は、モータ３２０が停止された時には、入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄを通して、バッテリ３５０へと戻るようにＤＣ電流が流れることを可能とする。

図７Ａは、図５Ｂの切断軸線Ａ－Ａに沿った一体型電力制御アセンブリ３１０の断面図を示している。切断軸線Ａ－Ａは、基板１２０上に配置された４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ上に実装されたスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₀、Ｑ₁₆及びダイオードＤ₃、Ｄ₉、Ｄ₁₅を横断している。スイッチング半導体デバイスＱ₄は、外側入力バスバー１４０ａ上に配置され、ダイオードＤ₃及びスイッチング半導体デバイスＱ₁₀は、内側入力バスバー１４０ｂ上に配置され、ダイオードＤ₉及びスイッチング半導体デバイスＱ₁₆は、内側入力バスバー１４０ｃ上に配置され、ダイオードＤ₁₅は、外側入力バスバー１４０ｄ上に配置されている。スイッチング半導体デバイスＱ₄及びダイオードＤ₃は、上面上に配置された出力バスバー１５０ａに対して出力を提供する。スイッチング半導体デバイスＱ₁₀及びダイオードＤ₉は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｂに対して出力を提供する。スイッチング半導体デバイスＱ₁₆及びダイオードＤ₁₅は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｃに対して出力を提供する。いくつかの実施形態では、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₀、Ｑ₁₆を、対応する入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄに対して、及び、対応する出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃに対して、接合するために、限定するものではないが銅ボンディングペースト又は半田などの接合剤を使用してもよい。ＰＣＢ１７０は、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃの上側においてこれら出力バスバーを横切って配置されている。ＰＣＢ１７０は、一体型電力制御アセンブリ３１０上のすべてのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等を動作可能に制御するために、上面上に配置された複数のゲート駆動デバイス７７０を有している。図７Ａに示すように、３つのゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₁₀）、７７０（Ｑ₁₆）が、それぞれ対応するスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₀、Ｑ₁₆を動作可能に制御するために、ＰＣＢ１７０上に配置されている。

正極性の内側入力バスバー１４０ｂ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₁₀に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₁₀）は、ゲート駆動信号を駆動するために、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第１導電性ビア７９０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₁₀のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₁₀と出力バスバー１５０ｂとの間に配置されたゲートＧ（Ｑ₁₀）に対して、電気的に接続されている。ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₁₀）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第２導電性ビア７９０ｂを介して、出力バスバー１５０ｂに対して電気的に接地されている。いくつかの実施形態では、第１導電性ビア７９０ａは、ＰＣＢ１７０と、スイッチング半導体デバイスＱ₁₀のゲートＧ（Ｑ₁₀）と、の間に配置された導電性ポストであってもよい。

負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₆に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₁₆）は、それぞれ、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₆のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₆と入力バスバー１４０ａ、１４０ｃとの間に配置されたゲートＧ（Ｑ₄）、Ｇ（Ｑ₁₆）に対して、電気的に接続されている。ＰＣＢ１７０と開口７６０（Ｑ₄）、７６０（Ｑ₁₆）とを貫通して配置された個々のＬ字形状の導電性ビア７８０ａのそれぞれは、接合ワイヤの代わりにゲート駆動信号を駆動するために使用される。開口７６０（Ｑ₄）、７６０（Ｑ₁₆）は、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを収容する形状とされ、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₁₆のゲート端子を露出させるために、負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ内にそれぞれ穴を開けて形成されている。さらに、ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₁₆）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第３導電性ビア７８０ｂを介して、負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃに対して電気的に接地されている。

図７Ｂは、図５Ｂの切断軸線Ｂ－Ｂに沿った一体型電力制御アセンブリ３１０の断面図を示している。切断軸線Ｂ－Ｂは、基板１２０上に配置された４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ上に実装されたスイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₁、Ｑ₁₇及びダイオードＤ₆、Ｄ₁₂、Ｄ₁₈を横断している。ダイオードＤ₆は、外側入力バスバー１４０ａ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₅及びダイオードＤ₁₂は、内側入力バスバー１４０ｂ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₁₁及びダイオードＤ₁₈は、内側入力バスバー１４０ｃ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₁₇は、外側入力バスバー１４０ｄ上に配置されている。ダイオードＤ₆及びスイッチング半導体デバイスＱ₅は、上面上に配置された出力バスバー１５０ａに対して出力を提供する。ダイオードＤ₁₂及びスイッチング半導体デバイスＱ₁₁は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｂに対して出力を提供する。ダイオードＤ₁₈及びスイッチング半導体デバイスＱ₁₇は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｃに対して出力を提供する。図７Ａに示すように、３つのゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₅）、７７０（Ｑ₁₁）、７７０（Ｑ₁₇）が、それぞれ対応するスイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₁、Ｑ₁₇を動作可能に制御するために、ＰＣＢ１７０上に配置されている。

正極性の入力バスバー１４０ｂ、１４０ｄ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₇に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₅）、７７０（Ｑ₁₇）は、ゲート駆動信号を駆動するために、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第１導電性ビア７９０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₇のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₇と出力バスバー１５０ｂ、１５０ｄとの間に配置されたゲートＧ（Ｑ₅）、Ｇ（Ｑ₁₇）に対して、電気的に接続されている。ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₅）、７７０（Ｑ₁₇）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第２導電性ビア７９０ｂを介して、出力バスバー１５０ｂ、１５０ｄに対して電気的に接地されている。いくつかの実施形態では、第１導電性ビア７９０ａは、ＰＣＢ１７０と、スイッチング半導体デバイスＱ₅、Ｑ₁₇のゲートＧ（Ｑ₅）、Ｇ（Ｑ₁₇）と、の間に配置された導電性ポストであってもよい。

負極性の内側入力バスバー１４０ｃ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₁₁に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₁₁）は、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₁₁のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₁₁と内側入力バスバー１４０ｃとの間に配置されたゲートＧ（Ｑ₁₁）に対して、電気的に接続されている。ＰＣＢ１７０と開口７６０（Ｑ₁₁）とを貫通して配置された個別のＬ字型導電性ビア７８０ａは、接合ワイヤの代わりにゲート駆動信号を駆動するために使用される。開口７６０（Ｑ₁₁）は、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを収容する形状とされ、スイッチング半導体デバイスＱ₁₁のゲート端子を露出させるために、負極性の内側入力バスバー１４０ｃ内に穴を開けて形成されている。さらに、ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₁₁）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第３導電性ビア７８０ｂを介して、負極性の内側入力バスバー１４０ｃに対して電気的に接地されている。

図７Ａ～図７Ｂの非限定的な例では、基板１２０は、複数のマイクロチャネル７５５を有した冷却デバイス７５０の上側に配置することができる。異なる実施形態では、基板１２０は、また、共有の液体冷却式冷却システム９５０（図９Ａに示す）に対して、あるいは、共有の空冷式冷却システム９６０（図９Ｂに示す）に対して、熱的に接続することもできる。

図４は、例示的な一体型電力制御アセンブリ４１０の第２実施形態を有したモータアセンブリ４００の回路図を示しており、図６Ａ～図６Ｂは、出力接続なしの状態で及び出力接続ありの状態で、対応する平面図を概略的に示している。よって、図６Ａは、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃもＰＣＢ１７０もない状態で、一体型電力制御アセンブリ４１０の平面図を示している。図６Ｂは、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが上面上に配置されているものの、なおもＰＣＢ１７０がない状態で、一体型電力制御アセンブリ４１０を示している。図８Ａ～図８Ｂは、例示的な一体型電力制御アセンブリ４１０の第２実施形態に関する図６Ｂにおいて、それぞれ切断軸線Ａ’－Ａ’及びＢ’－Ｂ’に沿った側断面図を示している。図８Ａ～図８Ｂは、さらに、一体型電力制御アセンブリ４１０において、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃの上側に、ＰＣＢ１７０を配置する方法を示している。

図４に示すように、一体型電力制御アセンブリ４１０は、バッテリ３５０と、Ｕ相ＡＣ入力３２２とＶ相ＡＣ入力３２４とＷ相ＡＣ入力３２６とを有したモータ３２０と、の間において電気的に接続されている。この第２実施形態では、一体型電力制御アセンブリ４１０は、複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎを含み、各組をなすペアデバイスは、ダイオード（例えば、Ｄ₁、Ｄ₂、等）に対して電気的に接続されたスイッチング半導体デバイス（例えば、Ｑ₁、Ｑ₂、等）を有し、バッテリ３５０からのＤＣ入力を受領するとともに、モータ３２０に対してＡＣ出力を提供し、ここで、第１組のペアデバイス内のスイッチング半導体デバイスとダイオードとは、第１組のペアデバイスに対して横方向に隣接した第２組のペアデバイス内のそれぞれスイッチング半導体デバイスとダイオードとに対して横方向に隣接している。例えば、第１組４３０ａのダイオードＤ₁は、第２組４３０ｂのダイオードＤ₂に対して横方向に隣接し、第１組４３０ａのスイッチング半導体デバイスＱ₁は、第２組４３０ｂのスイッチング半導体デバイスＱ₂に対して横方向に隣接し、ここで、４３０ａ、４３０ｂは、互いに横方向に隣接したペアデバイスである。

さらに、個々の組をなすペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎ内へと流入するＤＣ入力電流は、バッテリ３５０の正極端子３５２に対して電気的に接続された２つの正極端子４４０ｂ、４４０ｄのいずれかを介して、あるいは、バッテリ３５０の負極端子３５４に対して電気的に接続された２つの負極端子４４０ａ、４４０ｃのいずれかを介して、流れる。例えば、第１組４３０ａは、負極端子４４０ａを介してバッテリ３５０からのＤＣ入力電流を受領し、第２組４３０ｂは、正極端子４４０ｂを介してバッテリ３５０からのＤＣ入力電流を受領する。その後、隣接した組をなすペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎから流出するＡＣ出力電流は、Ｕ相ＡＣ入力３２２、Ｖ相ＡＣ入力３２４、又はＷ相ＡＣ入力３２６へと、合流した上で送出される。例えば、第１組４３０ａ及び第２組４３０ｂからのＡＣ出力電流は、Ｕ相ＡＣ入力３２２へと、合流した上で送出される。

図４は、また、バッテリ３５０と、個々の組をなすペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎ内へと流入するＤＣ入力電流と、の間において電気的に結合されたキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃを示している。例えば、キャパシタ１６０ａは、バッテリ３５０と、第１組４３０ａ及び第２組４３０ｂ内へと流入するＤＣ入力電流と、の間において電気的に結合されている。キャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃは、各組をなすペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎ内の１つ又は複数のスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等が、ＡＣ出力を生成するために最適に動作し得るよう、バッテリ３５０からのＤＣ入力電流のあらゆる電圧振動を平滑化して平衡化するように動作可能である。上述したように、異なる実施形態では、３つのキャパシタ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃと同じ機能を実行する同等キャパシタンスの、１つ、２つ、又は４つ以上のキャパシタが存在してもよい。

図６Ａ～図６Ｂに示すように、複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、３３０ｎは、４つの入力バスバー上に配置されている、すなわち、負極端子４４０ａを有した外側入力バスバー１４０ａと、正極端子４４０ｂを有した内側入力バスバー１４０ｂと、負極端子４４０ｃを有した内側入力バスバー１４０ｃと、正極端子４４０ａを有した外側入力バスバー１４０ｄと、の上に配置されている。４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄは、図５Ａ～図５Ｂに図示して上述したのと実質的に同様の態様で、基板１２０上に配置されている。

正極性の内側入力バスバー１４０ｂは、負極性の外側入力バスバー１４０ａに対して隣接したエッジ４４２ｂと、負極性の内側入力バスバー１４０ｃに対して隣接したエッジ４４４ｂと、を有している。同様に、負極性の内側入力バスバー１４０ｃは、正極性の内側入力バスバー１４０ｂに対して隣接したエッジ４４２ｃと、正極性の外側入力バスバー１４０ｄに対して隣接したエッジ４４４ｃと、を有している。よって、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ、負極性及び正極性の内側入力バスバー１４０ｃ、１４０ｂに対して隣接したエッジ４４４ｂ、４４２ｃを有している。さらに、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれ、負極性及び正極性の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄに対して隣接したエッジ４４２ｂ、４４４ｃを有している。

図６Ａ～図６Ｂに示す非限定的な例では、一組の又は複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎは、個々の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄ上において軸線方向に配置されている。一組の又は複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎは、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上において、それぞれ負極性及び正極性の内側入力バスバー１４０ｃ、１４０ｂに対して隣接したエッジ４４４ｂ、４４２ｃに沿って、軸線方向に配置されている。さらに、一組の又は複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎは、正極性及び負極性の個々の内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上において、それぞれ負極性及び正極性の外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄに対して隣接したエッジ４４２ｂ、４４４ｃに沿って、軸線方向に配置されている。よって、内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃは、外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄと比較して、少なくとも２倍の数のデバイス少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている。図６Ａ～図６Ｂの非限定的な実施形態に示すように、６組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎが、すなわち１２個のデバイスが、各内側入力バスバー１４０ｂ、１４０ｃ上に配置されているのに対し、３組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎのみが、すなわち６個のデバイスのみが、各外側入力バスバー１４０ａ、１４０ｄ上に配置されている。図６Ａ～図６Ｂに示す実施形態では、３６個のデバイスが、すなわち、１８個のスイッチング半導体デバイスと１８個のダイオードとが、入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄの上側においてそれら入力バスバーを横切って配置されているが、異なる実施形態では、より多数のあるいはより少数のデバイスが配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、パッケージングサイズを小さくしてパッケージング密度を高めるために、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄ上におけるスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等を、鉛直方向において逆向きに整列させることができる（すなわち、それぞれのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等のゲートＧ（Ｑ₁）、Ｇ（Ｑ₂）、等が、それぞれのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等の反対側の面上に位置するように、物理的に向きを反転させる）。他の実施形態では、パッケージングサイズを小さくしてパッケージング密度を高めるために、逆極性の互いに隣接した入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ／１４０ｂ、１４０ｃ／１４０ｃ、１４０ｄ上におけるダイオードＤ₁、Ｄ₂、等を、追加的に又は代替的に、鉛直方向において逆向きに整列させることができる（すなわち、物理的に向きを反転させる）。その後、図６Ｂに示すように、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが、図５Ａ～図５Ｂに図示して上述したのと実質的に同様の態様で、４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄを横切って、一組の又は複数組のペアデバイス４３０ａ、４３０ｂ、．．．、４３０ｎの上側に配置される。

図８Ａは、図６Ｂの切断軸線Ａ’－Ａ’に沿った一体型電力制御アセンブリ４１０の断面図を示している。切断軸線Ａ’－Ａ’は、基板１２０上に配置された４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ上に実装されたスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₉、Ｑ₁₆、Ｑ₁₅を横断している。スイッチング半導体デバイスＱ₄は、外側入力バスバー１４０ａ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₃、Ｑ₁₀は、内側入力バスバー１４０ｂ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₉、Ｑ₁₆は、内側入力バスバー１４０ｃ上に配置され、スイッチング半導体デバイスＱ₁₅は、外側入力バスバー１４０ｄ上に配置されている。スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₃は、上面上に配置された出力バスバー１５０ａに対して出力を提供する。スイッチング半導体デバイスＱ₁₀、Ｑ₉は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｂに対して出力を提供する。スイッチング半導体デバイスＱ₁₆、Ｑ₁₅は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｃに対して出力を提供する。いくつかの実施形態では、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₉、Ｑ₁₆、Ｑ₁₅を、対応する入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄに対して、及び、対応する出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃに対して、接合するために、限定するものではないが銅ボンディングペースト又は半田などの接合剤を使用してもよい。ＰＣＢ１７０は、３つの出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃの上側においてこれら出力バスバーを横切って配置されている。ＰＣＢ１７０は、一体型電力制御アセンブリ３１０上のすべてのスイッチング半導体デバイスＱ₁、Ｑ₂、等を動作可能に制御するために、上面上に配置された複数のゲート駆動デバイス７７０を有している。ゲート駆動デバイス７７０は、１つ又は複数の能動的な構成要素を含むことができ、ＰＣＢ１７０上に配置された、限定するものではないが、１つ又は複数のキャパシタ、１つ又は複数の抵抗器、１つ又は複数の変圧器、及び、１つ又は複数のインダクタ、などの１つ又は複数の受動的な構成要素に対して結合することができる。図８Ａに示すように、ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₃）、７７０（Ｑ₁₀）、７７０（Ｑ₉）、７７０（Ｑ₁₆）、７７０（Ｑ₁₅）は、それぞれ対応するスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₉、Ｑ₁₆、Ｑ₁₅を動作可能に制御するために、ＰＣＢ１７０上に配置されている。

正極性の入力バスバー１４０ｂ、１４０ｂ、１４０ｄ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₁₅に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₃）、７７０（Ｑ₁₀）、７７０（Ｑ₁₅）は、ゲート駆動信号を駆動するために、それぞれ、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第１導電性ビア７９０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₁₅のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₁₅と出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃとの間にそれぞれ配置されたゲートＧ（Ｑ₃）、Ｇ（Ｑ₁₀）、Ｇ（Ｑ₁₅）に対して、電気的に接続されている。ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₃）、７７０（Ｑ₁₀）、７７０（Ｑ₁₅）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第２導電性ビア７９０ｂを介して、出力バスバー１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃに対して電気的に接地されている。いくつかの実施形態では、第１導電性ビア７９０ａは、ＰＣＢ１７０と、スイッチング半導体デバイスＱ₃、Ｑ₁₀、Ｑ₁₅のゲートＧ（Ｑ₃）、Ｇ（Ｑ₁₀）、Ｇ（Ｑ₁₅）のそれぞれと、の間に配置された導電性ポストであってもよい。

負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ、１４０ｃ上に配置されたスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₉、Ｑ₁₆に対応したゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₉）、７７０（Ｑ₁₆）は、それぞれ、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを介して、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₉、Ｑ₁₆のうちの、スイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₉、Ｑ₁₆と入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ、１４０ｃとの間に配置されたゲートＧ（Ｑ₄）、Ｇ（Ｑ₉）、Ｇ（Ｑ₁₆）に対して、電気的に接続されている。ＰＣＢ１７０と開口７６０（Ｑ₄）、７６０（Ｑ₉）、７６０（Ｑ₁₆）のそれぞれとを貫通して配置された個々のＬ字型導電性ビア７８０ａは、接合ワイヤの代わりにゲート駆動信号を駆動するために使用される。開口７６０（Ｑ₄）、７６０（Ｑ₉）、７６０（Ｑ₁₆）は、Ｌ字形状の導電性ビア７８０ａを収容する形状とされ、それぞれスイッチング半導体デバイスＱ₄、Ｑ₉、Ｑ₁₆のゲート端子を露出させるために、それぞれ負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ、１４０ｃ内に穴を開けて形成されている。さらに、ゲート駆動デバイス７７０（Ｑ₄）、７７０（Ｑ₉）、７７０（Ｑ₁₆）は、ＰＣＢ１７０を貫通して配置された第３導電性ビア７８０ｂを介して、負極性の入力バスバー１４０ａ、１４０ｃ、１４０ｃに対して電気的に接地されている。

図８Ｂは、図６Ｂの切断軸線Ｂ’－Ｂ’に沿った一体型電力制御アセンブリ４１０の断面図を示している。切断軸線Ｂ’－Ｂ’は、基板１２０上に配置された４つの入力バスバー１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ上に実装されたダイオードＤ₆、Ｄ₅、Ｄ₁₂、Ｄ₁₁、Ｄ₁₈、Ｄ₁₇を横断している。ダイオードＤ₆は、外側入力バスバー１４０ａ上に配置され、ダイオードＤ₅、Ｄ₁₂は、内側入力バスバー１４０ｂ上に配置され、ダイオードＤ₁₁、Ｄ₁₈は、内側入力バスバー１４０ｃ上に配置され、ダイオードＤ₁₇は、外側入力バスバー１４０ｄ上に配置されている。ダイオードＤ₆、Ｄ₅は、上面上に配置された出力バスバー１５０ａに対して電気的に接続されている。ダイオードＤ₁₂、Ｄ₁₁は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｂに対して電気的に接続されている。ダイオードＤ₁₈、Ｄ₁₇は、上面上に配置された出力バスバー１５０ｃに対して電気的に接続されている。

図９Ａは、モータ３２０とこのモータに対して結合された例示的な一体型電力制御アセンブリ１００とを熱的に接続している共有の液体冷却式冷却システム９５０を有したモータアセンブリ９００ａを、概略的に示している。モータ３２０は、モータアセンブリ９００ａの壁９１０内に格納されたロータ９２０及びステータ９３０を含む。モータアセンブリ９００ａは、第１軸端９４２と、この第１軸端９４２とは反対側の第２軸端９４４と、第１軸端９４２と第２軸端９４４との間のモータシャフト９４０と、を有している。モータシャフト９４０は、第２軸端９４４に向かって、開口９４５内において開口している。第１軸端９４２は、車両１０００（図１０に示す）の駆動シャフト及び動力伝達ギア（図示せず）に対して連結されるように構成されている。一体型電力制御アセンブリ１００は、モータ３２０の第２軸端９４４に対して直接的に取り付けられる。

共有の液体冷却式冷却システム９５０は、流体入口９５２と流体出口９５４との間に配置された流体チャネル９５５を含む。流体チャネル９５５は、一体型電力制御アセンブリ１００及びモータシャフト９４０の周囲において開口９４５内に配置されている。冷却流体は、流体入口９５２と流体出口９５４との間にわたって、ポンプ（図示せず）によって案内されて、流体チャネル９５５を通して流れる。冷却流体は、モータ３２０及び一体型電力制御アセンブリ１００の動作に基づいて発生した熱を、吸収して伝達するように構成されている。冷却流体は、エチレングリコール混合物、水、等の導電性流体であってもよいし、単相冷却を受ける誘電体冷却流体であってもよい。いくつかの実施形態では、冷却流体は、液相から気相への変換によって二相冷却を受けることができる。

図９Ｂは、モータ３２０とこのモータに対して結合された例示的な一体型電力制御アセンブリ１００とを熱的に接続している共有の空冷式冷却システム９６０を有したモータアセンブリ９００ｂを、概略的に示している。モータ３２０は、モータアセンブリ９００ｂの壁９１０内に格納されたロータ９２０及びステータ９３０を含む。モータアセンブリ９００ｂは、第１軸端９４２と第２軸端９４４との間に配置されたモータシャフト９４０を有している。モータシャフト９４０は、第２軸端９４４に向かって、開口９４５内において開口している。第１軸端９４２は、車両１０００（図１０に示す）の駆動シャフト及び動力伝達ギア（図示せず）に対して連結されるように構成されている。一体型電力制御アセンブリ１００は、モータ３２０の第２軸端９４４に対して直接的に取り付けられる。

共有の空冷式冷却システム９６０は、開口９４５内において一体型電力制御アセンブリ１００に対して結合された複数のフィン９７０と、第１軸端９４２に設けられたエア入口９８２と、第２軸端９４４に設けられたエア出口９８４と、を含む。冷却エアは、エア入口９８２から複数のフィン９７０内へと流入し、エア出口９８４から流出する。冷却エアは、モータ３２０及び一体型電力制御アセンブリ１００の動作に基づいて発生した熱を、吸収して伝達するように構成されている。

上述したように、本明細書において説明する一体型電力制御アセンブリ１００は、車両１０００のモータアセンブリ９００ａ、９００ｂ内に組み込むことができる。車両１０００は、ハイブリッド車両、プラグイン電気ハイブリッド車両、電気自動車、あるいは、電気モータを利用した任意の車両、とすることができる。図１０は、例示的な一体型電力制御アセンブリ１００に対して電気的に結合されたモータ３２０を有した車両１０００を概略的に示している。車両１０００は、一般に、ガソリンエンジン１０７０と、上述した電気モータ３２０と、を含み、これらの双方は、道路上で車両１０００を推進し得るよう、車両１０００の車輪１０８０に対して回転運動を提供するように構成されている。例示的な一体型電力制御アセンブリ１００は、電気モータ３２０の軸端上に取り付けられるとともに、電気モータ３２０のためのインバータとして構成される。例示的な一体型電力制御アセンブリ１００は、さらに、電気コネクタ１０７５を介して、上述したようにバッテリパック３５０に対して電気的に結合される。

本明細書において説明する一体型電力制御アセンブリ１００は、有利には、電気モータのためのインバータとして機能するように構成することができる。バスバーの使用は、電気的接続を短縮するとともに、高電圧ケーブルの相互接続を不要として、コンパクトにパッケージ化されたインバータを作製する。ワイヤボンドの除去によるパッケージサイズの低減化に加えて、ワイヤボンドレスパッケージングは、ループインダクタンス、電圧スパイク、及び、スイッチング電力損失、を低減する。逆極性の互いに隣接した入力バスバー上においてスイッチング半導体デバイス及びダイオードが鉛直方向において逆向きに整列させる（すなわち、物理的に向きを反転させる）実施形態では、パッキング密度がさらに向上する。さらに、一体型電力制御アセンブリと電気モータとの間で共有された冷却システムを使用することにより、一体型電力制御アセンブリのための別個の冷却システムが不要となる。バスバーの使用は、スイッチング半導体デバイスからの追加的な放熱ルートを追加することにより、一体型電力制御アセンブリの熱性能を改良する。全体的に、一体型電力制御アセンブリの設計は、電動化車両で使用されるパワートレインの重量、体積、及びコストの低減によって、簡素化される。

「実質的に」及び「約」という用語が、本明細書においては、任意の定量的比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確実性の程度を含むように使用され得ることに、留意されたい。これらの用語は、また、本明細書においては、定量的表現が、対象をなす主題の基本的な機能及び意図された範囲の変化をもたらすことなく、言及された参照から変化し得る程度を表すためにも、利用される。

特定の実施形態について、本明細書において図示して説明したけれども、請求される主題の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な他の変更及び修正が行われ得ることは、理解されよう。その上、請求される主題に関する様々な態様について本明細書において説明したけれども、それらの態様は、組み合わせて使用される必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲が、請求される主題の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を網羅することが、意図されている。

Claims (15)

1. 三相を有したモータの軸端上に直接的に取り付けられるインバータとして構成された一体型電力制御アセンブリであって、
   前記一体型電力制御アセンブリは、
   基板と、
   前記基板上において横方向に離間して配置された４つの入力バスバーであり、負極性の２つの入力バスバーに対して交互に配置された正極性の２つの入力バスバーを含み、ここで、逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の外側入力バスバー同士の間に配置され、前記内側入力バスバーは、逆極性の内側入力バスバーに対して隣接したエッジと、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジと、を有し、前記内側入力バスバーは、前記外側入力バスバーと比較して、少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている、４つの入力バスバーと、
   前記外側入力バスバー上において軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスであり、各組をなす前記ペアデバイスは、スイッチング半導体デバイスと、ダイオードと、を含む、一組の又は複数組のペアデバイスと、
   前記内側入力バスバー上において、逆極性の前記内側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスと、
   前記内側入力バスバー上において、逆極性の前記外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスと、
   前記モータの前記三相に対応した３つの出力バスバーであり、個々の前記出力バスバーは、逆極性の互いに隣接した前記入力バスバー上に配置された前記一組の又は複数組のペアデバイスの上側に配置されかつそれらペアデバイスに対して電気的に結合されている、３つの出力バスバーと、を含む、一体型電力制御アセンブリ。
2. 前記３つの出力バスバーの上側においてそれら出力バスバーを横切って配置された回路基板をさらに含み、前記回路基板は、前記一体型電力制御アセンブリ内のすべての前記スイッチング半導体デバイスを動作可能に制御するために、上面上に配置されたゲート駆動デバイスを、さらに含む、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
3. 前記４つの入力バスバーの上側においてそれら入力バスバーを横切って配置された１つ又は複数のキャパシタをさらに含み、個々の前記キャパシタは、バッテリに対して電気的に結合されている、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
4. 第１組のペアデバイス内の第１スイッチング半導体デバイスと第１ダイオードとは、第２組のペアデバイス内のそれぞれ第２ダイオードと第２スイッチング半導体デバイスとに対して横方向に隣接し、ここで、前記第１組のペアデバイスと前記第２組のペアデバイスとは、互いに横方向に隣接した組をなすペアデバイスである、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
5. 第１組のペアデバイス内の第１スイッチング半導体デバイスと第１ダイオードとは、第２組のペアデバイス内のそれぞれ第２スイッチング半導体デバイスと第２ダイオードとに対して横方向に隣接し、前記第１組のペアデバイスと前記第２組のペアデバイスとは、互いに横方向に隣接した組をなすペアデバイスである、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
6. 逆極性の互いに隣接した前記入力バスバー上の前記スイッチング半導体デバイス同士は、それらスイッチング半導体デバイスのゲートが、各スイッチング半導体デバイスの反対側の面上に位置するように、鉛直方向において逆向きに整列されている、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
7. 逆極性の互いに隣接した前記入力バスバー上の前記ダイオード同士は、鉛直方向において逆向きに整列されている、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
8. 前記基板は、
   熱界面層と、
   前記熱界面層の上側に配置された熱拡散層であり、導電性材料から形成された熱拡散層と、
   電気絶縁層と、
   を含む、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
9. 正極性の前記入力バスバー上に配置された前記スイッチング半導体デバイスに対応したゲート駆動デバイスが、回路基板を貫通して配置された導電性ビアを介して、前記スイッチング半導体デバイスのゲートに対して電気的に接続されているとともに、前記スイッチング半導体デバイスに対して電気的に結合された対応する前記出力バスバーに対して接地されている、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
10. 負極性の前記入力バスバー上に配置された前記スイッチング半導体デバイスに対応したゲート駆動デバイスが、回路基板を貫通して配置されたＬ字形状の導電性ビアを介して、及び、負極性の前記入力バスバー内の開口を介して、前記スイッチング半導体デバイスのゲートに対して電気的に接続され、
    前記ゲート駆動デバイスは、前記回路基板を貫通して配置された導電性ビアを介して、負極性の前記入力バスバーに対して接地されている、請求項１に記載の一体型電力制御アセンブリ。
11. モータアセンブリであって、
    三相モータと、
    前記三相モータの軸端上に直接的に取り付けられるインバータとして構成された一体型電力制御アセンブリと、を含み、
    前記一体型電力制御アセンブリは、
    基板と、
    前記基板上において横方向に離間して配置された４つの入力バスバーであり、負極性の２つの入力バスバーに対して交互に配置された正極性の２つの入力バスバーを含み、ここで、逆極性の内側入力バスバーは、逆極性の外側入力バスバー同士の間に配置され、前記内側入力バスバーは、逆極性の内側入力バスバーに対して隣接したエッジと、逆極性の外側入力バスバーに対して隣接したエッジと、を有し、前記内側入力バスバーは、前記外側入力バスバーと比較して、少なくとも２倍の数のデバイスが上面上に配置されているように構成されている、４つの入力バスバーと、
    前記外側入力バスバー上において軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスであり、各組をなす前記ペアデバイスは、スイッチング半導体デバイスと、ダイオードと、を含む、一組の又は複数組のペアデバイスと、
    前記内側入力バスバー上において、逆極性の前記内側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスと、
    前記内側入力バスバー上において、逆極性の前記外側入力バスバーに対して隣接したエッジに沿って軸線方向に配置された一組の又は複数組のペアデバイスと、
    前記三相モータの三相に対応した３つの出力バスバーであり、個々の前記出力バスバーは、逆極性の互いに隣接した前記入力バスバー上に配置された前記一組の又は複数組のペアデバイスの上側に配置されかつそれらペアデバイスに対して電気的に結合されている、３つの出力バスバーと、
    前記三相モータと前記一体型電力制御アセンブリとを熱的に接続する共有の冷却システムと、を含む、モータアセンブリ。
12. 前記一体型電力制御アセンブリは、前記３つの出力バスバーの上側においてそれら出力バスバーを横切って配置された回路基板をさらに含み、前記回路基板は、前記一体型電力制御アセンブリ内のすべての前記スイッチング半導体デバイスを動作可能に制御するために、上面上に配置されたゲート駆動デバイスを、さらに含む、請求項１１に記載のモータアセンブリ。
13. 前記一体型電力制御アセンブリは、前記４つの入力バスバーの上側においてそれら入力バスバーを横切って配置された１つ又は複数のキャパシタをさらに含み、個々の前記キャパシタは、バッテリに対して電気的に結合されている、請求項１１に記載のモータアセンブリ。
14. 第１組のペアデバイス内の第１スイッチング半導体デバイスと第１ダイオードとは、第２組のペアデバイス内のそれぞれ第２ダイオードと第２スイッチング半導体デバイスとに対して横方向に隣接し、ここで、前記第１組のペアデバイスと前記第２組のペアデバイスとは、互いに横方向に隣接した組をなすペアデバイスである、請求項１１に記載のモータアセンブリ。
15. 第１組のペアデバイス内の第１スイッチング半導体デバイスと第１ダイオードとは、第２組のペアデバイス内のそれぞれ第２スイッチング半導体デバイスと第２ダイオードとに対して横方向に隣接し、前記第１組のペアデバイスと前記第２組のペアデバイスとは、互いに横方向に隣接した組をなすペアデバイスである、請求項１１に記載のモータアセンブリ。