WO2007094508A1

WO2007094508A1 - 半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置

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Publication number: WO2007094508A1
Application number: PCT/JP2007/053130
Authority: WO
Inventors: Tadafumi Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US20090015185A1; TWI347057B; KR101022000B1; TW200737636A; JP2007220976A; US7932624B2; DE112007000378T5; CN101385142A; CN101385142B; KR20080098065A

Abstract

　バスバー（４０Ｐ）は電源ラインを構成し、バスバー（４０Ｎ）はアースラインを構成する。バスバー（４０Ｐ，４０Ｎ）は、絶縁部材を介して絶縁基板（５０）の法線方向に積層される。このとき、上層側に位置するバスバー（４０Ｐ）は金属部材で構成され、下層側に位置するバスバー（４０Ｎ）は絶縁基板（５０）上に形成された配線層で構成される。一方のバスバーを配線層として絶縁基板（５０）に固着させたことで当該バスバーの放熱が確保される。これにより、当該バスバーを比較的断面積の小さい配線層とすることができるため、半導体モジュールを法線方向に小型化できる。半導体モジュールをハイブリッド車両の駆動装置に搭載することにより、車両搭載時の鉛直方向に小型化できるとともに、車両の重心位置を低くして走行安定性を向上することができる。

Description

明細書半導体モジュールおよびそれを備えるハイプリッド車両の駆動装置技術分野

この発明は、半導体モジュールおよびそれを備えるハイプリ Vド車両の駆動装置に関し、より特定的には、インバータゃコンバータを構成する半導体モジユールおよびそれを備えるハイプリッド車両の駆動装置に関する。背景技術

最近、環境に配慮した自動車として、ハイプリッド自動車（Hybrid Vehicle) および電気自動車（Electric Vehicle) が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによつて動力源を得るものである。また、電気自動車は、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。

このようなハイプリッド自動車または電気自動車に搭載されるインテリジェントパワーモジュール（ I P M ) は、 I G B T ( Insulated Gate Bipolar Transistor) 等の半導体スイッチング素子（パワー半導体素子）を高速スィッチングすることにより、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するものである（たとえば、特開 2 0 0 3— 9 5 0 7号公報、特開 2 0 0 5 - 3 3 8 8 2号公報、特開平 1 1— 2 9 9 0 5 6号公報、および特開平 1 1 - 1 8 7 5 4 2号公報参照）。

たとえば特開 2 0 0 3— 9 5 0 7号公報は、スィツチング素子を電源あるいは負荷に接続する導体としてのバスバーを備えたスイッチング回路において、異なる複数のバスバーが絶縁体を挟んで締結された状態で基台上に固定されることを特徴とするスイッチング回路を開示する。これによれば、電源または負荷とスイッチング回路との間で電流を流すのに十分な広い断面積を備えた導体として、金属部材からなるバスバーが適用される。そして、電源正極に接続される電源正極側バスパーと電源負極に接続される電源負極側バスバーとは、基台上に絶縁体を挾んで一体的に締結された状態となるように固定される。

しかしながら、上記のスイッチング回路においては、各々が金属部材からなるバスバーが絶縁体を挟んで基台の法線方向に重なって配置されるため、基台の法線方向に増長させるという問題がある。そのため、 I P Mにおいて小型化が強く要求されるところ、法芽泉方向における小型化に限界が生じていた。

また、上記のスイッチング回路は、スイッチング素子と電源側バスバーとの間、およびスイッチング素子と負荷側バスバー（U相側バスバー、 V相側パスバー、 w相バスバー）との間の接続関係について開示しているものの、各スイッチング素子にスィッチング動作を制御する信号を入力するための信号線の取出し口の配置については開示していない。したがって、 I P Mの小型化には、信号線の取出し口の配置についても十分な考慮が必要である。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化が可能な半導体モジュールおよびそれを備えるハイプリッド車両の駆動装置を提供することである。発明の開示

この発明によれば、半導体モジュールは、電源の一方極に接続される第 1電源線と、電源の他方極に接続される第 2電源線と、第 1電源線と第 2電源線との間に接続される第 1および第 2のスィツチング素子と、第 1および第 2のスィツチング素子が搭載された絶縁基板とを備える。第 1電源線は、第 1のスイッチング素子の第 1電極層に結合されるバスバーからなり、かつ、第 2電源線は、絶縁基板上に配設され、第 2のスィツチング素子の第 2電極層に結合される配線層からなる。

上記の半導体モジュールによれば、従来、共に金属部材からなるバスバーで構成されていた第 1および第 2電源線の一方を配線層として絶縁基板に組込むことにより、当該配線層から絶縁基板への放熱路が確保される。この結果、配線層の薄層化が可能となるため、半導体モジュールを基板垂直方向において小型化することができる。

好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板上に配設され、第 1および第 2のスイッチング素子の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、第 1電源線、第 1および第 2のスィッチング素子および第 2電源線を導通するための第 1 導線部材と、第 1および第 2のスィッチング素子の制御電極と信号線層とを導通するための第 2導線部材とをさらに備える。信号線層は、第 1導線部材と第 2導線部材との延在方向が互レ、に略垂直となるように配置される。

上記の半導体モジュールによれば、これまで信号線層を介在して配置されていた一方のスィツチング素子の第 1電極層と他方のスィツチング素子の第 2電極層とを近接して配置することができる。これにより、電極層に分布するインダクタンスを低減できるため、スイッチング時の誘起電圧（フライバック電圧）を低減することができる。この結果、スイッチング素子を耐圧がより低い小型の素子で構成できるため、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。

好ましくは、第 1電極層と第 2電極層とは、スイッチング素子の通過電流が互いに逆方向に流れるように配置される。

上記の半導体モジュールによれば、，各々の電極層の周囲に生じる磁界が互いに逆の回転方向となって相殺されることにより、電極層に分布するインダクタンスを低減することができる。

好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板下面に装着された放熱部材をさらに備える。

上記の半導体モジュールによれば、配線層から絶縁基板を介して放熱部材に伝搬する放熱経路が形成されるため、配線層の冷却効率をさらに高めることができる。この結果、配線層をより薄層化することができ、半導体モジュールの小型化が促進される。

この発明の他の局面によれば、ハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンバと、ダンバの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、内燃機関の発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、ダンバ、回転電機および動力伝達機構を収容するダースと、半導体モジュールを含み、回転電機の制御を行なうパヮー制御ユニットとを備える。半導体モジュールは、電源の一方極に接続される第 1電源線と、電源の他方極に接続される第 2電源線と、第 1電源線と第 2電源線との間に接続される第 1および第 2のスィツチング素子と、第 1および第 2のスイッチング素子が搭載された絶縁基板とを含む。第 1電源線は、第 1のスイツチング素子の第 1電極層に結合されるバスバーからなり、かつ、第 2電源線は、絶縁基板上に配設され、第 2のスィツチング素子の第 2電極層に結合される配線層からなる。パワー制御ユニットは、回転軸方向から投影した場合に、ケースのダンバ、回転電機、および動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の水平方向の寸法に収まるように、ケース内に配置される。

上記のハイブリッド車両の駆動装置によれば、コンパクトなハイブリッド車両の駆動装置が実現される。

好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板上に配設され、第 1および第 2のスィツチング素子の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、第 1電源線、第 1および第 2のスィツチング素子および第 2電源線を導通するための第 1 導線部材と、第 1および第 2のスィツチング素子の制御電極と信号 #泉層とを導通するための第 2導線部材とをさらに含む。信号線層は、第 1導線部材と第 2導線部材との延在方向が互いに略垂直となるように配置される。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができるため、コンパクトなハイブリッド車両の駆動装置が実現される。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、電極層に分布するインダクタンスを低減できるため、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。 '

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、半導体モジュールの小型化を促進できるため、コンパクトなハイプリッド車両の駆動装置が実現される。

この発明の他の局面によれば、ハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパと、ダンバの回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機と、内燃機関の発生した動力に回転電機の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構と、ダンパ、回転電機および動力伝達機構を収容するケースと、半導体モジュールを含み、回転電機の制御を行なうパヮー制御ユニットとを備える。半導体モジュールは、電源の一方極に接続される第 1電源線と、電源の他方極に接続される第 2電源線と、第 1電源線と第 2電源線との間に接続される第 1および第 2のスイッチング素子と、第 1および第 2のスイッチング素子が搭載された絶縁基板とを含む。第 1 ®源線は、第 1のスイツチング素子の第 1電極層に結合されるバスバーからなり、かつ、第 2電源線は、絶縁基板上に配設され、第 2のスィツチング素子の第 2電極層に結合される配線層からなる。パワー制御ユニットは、回転軸方向から投影した場合に、ケースのダンパ、回転電機、および動力伝達機構を収容する部分の投影部の車両搭載時の鉛直方向の寸法に収まるように、ケース内に配置される。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、インバータが一体化され小型化されたハイプリッド車両の駆動装置が実現される。

好ましくは、半導体モジュールは、絶縁基板上に配設され、第 1および第 2のスィツチング素子の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、第 1電源線、第 1および第 2のスィツチング素子および第 2電源線を導通するための第 1 導線部材と、第 1および第 2のスィッチング素子の制御電極と信号線層とを導通するための第 2導線部材とをさらに含む。信号線層は、第 1導線部材と第 2導線部材との延在方向が互いに略垂直となるように配置される。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、電極層に分布するインダクタンスを低減できるため、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、半導体モジュールの小型化を促進できるため、コンパクトなハイプ、リッド車両の駆動装置が実現される。

好ましくは、パワー制御ユニットは、回転電機の回転中心軸に対する一方側に配置されるリアタトルと、回転電機の回転中心軸に対する他方側に配置されるコンデンサとをさらに含む。

上記のハイプリッド車両の駆動装置によれば、高さを低く抑えつつコンパクトなハイプリッド車両の駆動装置を実現することができる。さらに、車両の重心を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。

この発明によれば、電源に接続される第 1および第 2電源線の一方を配線層として絶縁基板に組込むことにより、半導体モジュールを法線方向に小型化することができる。

また、隣り合うスィツチング素子の第 1電極層と第 2電極層とを近接して配置できるため、電極層に分布するインダクタンスを低減することができる。この結果、スイッチング素子を小型化することができ、半導体モジュールの更なる小型化および低コスト化を図ることができる。

さらに、この発明による半導体モジュールをハイプリッド車両の駆動装置に搭載することにより、車両搭載時の鉛直方向に小型化することができる。また、車両の重心位置を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明による半導体モジュールを搭載したモータ駆動装置の概略ブ口ック図である。'

図 2は、この発明による半導体モジュールの全体構成を示す平面図である。図 3は、インバータの 3相アームの具体的な構成を示す平面図である。

図 4は、図 3の I V— I Vにおける断面図である。

図 5は、図 3の V— Vにおける断面を示す図である。

図 6は、この発明による半導体モジュ一ルの要部構成を示す平面図である。図 7は、半導体モジュールの要部構成の他の例を示す平面図である。

図 8は、この発明によるハイプリッド車両のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。

図 9は、図 8における動力分割機構および減速機の詳細を説明するための模式図である。

図 1 0は、この発明によるハイブリッド車両の駆動装置の外観を示す視図である。

図 1 1は、駆動装置の平面図である。

図 1 2は、駆動装置を図 1 1の X 1方向から見た側面図である。

図 1 3は、駆動装置におけるオイル循環経路を示した断面図である。

図 1 4は、図 1 3の X I V— X I Vにおける部分断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図 1は、この発.明による半導体モジュールを搭載したモータ駆動装置の概略ブロック図である。

図 1を参照して、モータ駆動装置 1 0 0は、バッテリ Bと、コンデンサ C l， C 2と、昇圧コンバータ 1 2と、ィンバータ 1 4， 3 1と、制御装置 3 0とを備える。

モータジェネレータ MG 1， MG 2は、三相交流回転電機である。モータジェネレータ MG 1， MG 2は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータ MG 1は、主として発電機として動作し、モータジェネレータ] VI G 2は、主として電動機として動作する。

昇圧コンバータ 1 2は、リアクトル L 1と、スィツチング素子 Q 1， Q 2と、ダイオード D l， D 2とを含む。リアクトル L 1の一方端はパッテリ Bの電源ライン LN1に接続され、他方端はスイッチング素子 Q 1とスイッチング素子 Q 2 との中間点、すなわち、スイッチング素子 Q 1のェミッタとスイッチング素子 Q 2のコレクタとの間に接続される。スイッチング素子 Ql， Q2は、電源ライン LN 1とアースライン LN 2との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子 Q 1のコレクタは電源ライン LN 1に接続され、スィツチング素子 Q 2のェミッタはアースライン LN2に接続される。また、スイッチング素子 Ql， Q 2 のコレクタ—ェミッタ間には、ェミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイォード D l, D 2がそれぞれ接続されている。

インバータ 14は、 U相アーム 15と、 V相アーム 16と、 W相アーム 17とから成る。 U相アーム 15、 V相アーム 16、および W相アーム 17は、電源ライン LN 1とアースライン LN 2との間に並列に設けられる。

U相アーム 15は、直列接続されたスイッチング素子 Q 3， Q4カら成り、 V 相アーム 16は、直列接続されたスイッチング素子 Q 5， Q6力ら成り、 W相ァーム 17は、直列接続されたスイッチング素子 Q 7， Q8から成る。また、各スィツチング素子 Q 3〜Q 8のコレクターエミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイォード D 3〜D 8がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、モータジェネレータ MG 1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータ MG 1は、 U, V, W相の 3つのコイルの端が中性点に共通接続されて構成され、 U相コイルの他端がスィッチング素子 Q 3, Q 4の中間点に、 V相コイルの他端がスイッチング素子 Q 5， Q

6の中間点に、 W相コイルの他端がスイッチング素子 Q 7， Q 8の中間点にそれぞれ接続されている。

インバータ 31は、インバ一タ 14と同様の構成から成る。なお、昇圧コンパータ 12およびインバータ 14， 31に含まれるスイッチング素子 Q1〜Q 8は、たとえば MOSトランジスタが適用される。

バッテリ Bは、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの 2次電池セルを多数直列に接続して構成される高電圧のバッテリである。なお、バッテリ Bを、これらの 2次電池以外に、キャパシタ、コンデンサあるいは燃料電池などで構成しても良い。

コンデンサ C 1は、バッテリ Bから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を畀圧コンパタ 1 2へ供給する。

昇圧コンバータ 1 .2は、コンデンサ C 1から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサ C 2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ 1 2は、制御装置 3 0から信号 PWMCを受けると、信号 P WMCによってスィツチング素子 Q 2がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサ C 2に供給する。

また、昇圧コンバータ 1 2は、制御装置 3 0から信号 P WMCを受けると、コンデンサ C 2を介してインバータ 1 4および/またはィンバータ 3 1から供給された直流電圧を降圧してバッテリ Bを充電する。

コンデンサ C 2は、昇圧コンバータ 1 2からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ 1 4 , 3 1へ供給する。

インバータ 1 4は、コンデンサ C 2を介してバッテリ Bから直流電圧が供給されると、制御装置 3 0からの信号 P WM I 1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ MG 1を駆動する。これにより、モータジエネレ^ "タ MG 1は、トルク指令値 T R 1に従ったトルクを発生するように駆動される。また、インバータ 1 4は、モータ駆動装置 1 0 0が搭載されたハイプリッド自 ' 動車の回生制動時、モータジェネレータ MG 1が発電した交流電圧を制御装置 3 0からの信号 PWM I 1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ C 2を介して昇圧コンバータ 1 2へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリツド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にァクセノレペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

インバータ 3 1は、コンデンサ C 2を介してバッテリ Bから直流電圧が供給されると制御装置 3 0からの信号 PWM I 2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ MG 2を駆動する。これにより、モータジェネレータ M

G 2は、トルク指令値 T R 2に従ったトルクを発生するように駆動される。また、インバータ 3 1は、モータ駆動装置 1 0 0が搭載されたハイプリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータ MG 2が発電した交流電圧を制御装置 3 ◦からの信号 PWM I 2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ C 2を介して昇圧コンバータ 1 2へ供給する。

以上の構成において、インバータ 1 4， 3 1と昇圧コンバータ 1 2とは、一体化されてこの発明による「半導体モジュール」を構成する。なお、昇圧コンパ一タ 1 2に含まれるリアクトル L 1および平滑用のコンデンサ C 2は、比較的大きな部品であるため、半導体モジュールの外部に別途配置される。

次に、図 2を用いて、この発明による半導体モジュールの具体的構成例を説明する。

図 2は、この発明による半導体モジュールの全体構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、便宜上、図 2の上下方向を縦方向、同左右方向を横方向として説明する。

図 2を参照して、半導体モジュール 1 0は、絶縁基板 5 0上を横方向に延在するバスバー 4 0 P , 4 0 N , 4 2 P , 4 2 Nと、バスバー 4 0 P， 4 0 Nを挟んでその上下に配置されるスィツチング素子 Q 1〜Q 8とを備える。

絶縁基板 5 0は、たとえばポリミイドからなる。なお、絶縁基板 5 0をポリミイドとした場合は、窒化アルミニウムとした場合に対して熱膨張などにより基板に発生する応力に対する耐久性が向上するため、大面積化に有利である。

さらに、絶縁基板 5 0の下面には、.放熱板 6 0が取り付けられている。放熱板 6 0は、後述するように半導体モジュール 1 0の冷却を行なうものである。バスバー 4 0 Pは、図 1の昇圧コンバータ 1 2—インバータ 1 4 , 3 1間を結ぶ電源ライン L N 1を構成し、バスバー 4 O Nは、図 1の昇圧コンバータ 1 2— インバータ 1 4， 3 1間を結ぶアースライン L N 2を構成する。バスバー 4 0 P とバスバー 4 O Nとは、後述するように、図示しない絶縁部材を介在して絶縁基板 5 0の法線方向（紙面垂直方向に相当）に積層されてなる。

さらに、バスバー 4 0 Pはスィツチング素子 Q 1を介してバスバー 4 '2 Pに接続され、バスバー 4 O Nはスィツチング素子 Q 2を介してバスバー 4 2 Nに接続される。バスバー 4 2 P , 4 2 Nはそれぞれ、図示しないバッテリ Bの正極および負極に接続される。すなわち、バスバー 4 0 Pとバスバー 4 2 Pとが一体となつて図 1の電源ライン LN 1を構成し、バスバー 4 ONとバスバー 42Nとが一体となって図 1のアースライン LN 2を構成する。

そして、バスバー 40 P, 4 ONの上側に配置されるスイッチング素子 Q 3〜 Q8は、図 1のインバータ 31を構成する。バスバー 40 P, 4 ONの下側に配置されるスィッチング素子 Q 3〜Q 8は、図 1のインバータ 14を構成する。そして、バスバー 40 P, 4 ONの上下にそれぞれ配置されるスイッチング素子 Q 1， Q2は、図 1の昇圧コンバータ 12を構成する。

たとえば図 2の例では、紙面右側から左側に向けて順に、ィンバータ 14, 3 1の U相アーム 15 (スイッチング素子 Q 3， Q4) 、インバータ 14， 31の V相アーム 16 (スイッチング素子 Q 5， Q6) 、およびインバータ 14， 3 1 の W相アーム 1 7 (スイッチング素子 Q 7, Q8) が配置される。なお、スイツチング素子 Q 3〜Q 8は、各々、並列に配された 2個のスィツチング素子で構成されるが、これは、通過電流の増大によってスイッチング素子に過大な負荷がかかるのを防止したことによる。

インバータ 14， 31の各相アームにおいて、バスバー 40 Pとバスバー 40

Nとの間に直列接続される 2個のスィツチング素子は、絶縁基板 50上にパターンとして形成された電極層と各スィツチング素子とをワイヤによって接続することにより形成される。

図 3は、インバータ 14, 31の 3相アーム 15〜 1 7の具体的な構成を示す平面図である。なお、 3相アーム 15〜1 7はともに共通の構成からなるため、図 3では代表的にィンバータ 14, 31の U相アーム 15の構成を説明する。図 4は、図 3の I V— I Vにおける断面図である。

図 3、図 4を参照して、インバータ 3 1の U相アーム 15は、バスバー 40 P， 4 ONの上側に配置され、スイッチング素子 Q 3， Q4と、 P電極層 3 1 PUと、中間電極層 31 Uと、 N電極層 31 NUとを含む。

P電極層 31 PU、中間電極層 31Uおよび N電極層 31NUはともに、絶縁基板 50上にパターンとして形成される。 P電極層 31 PUは、一方端が電源ライン LN 1を構成するバスバー 40 Pに結合される。 N電極層 31NUは、一方端がアースライン LN 2を構成するバスバー 40Nに結合される。中間電極層 3 1 Uは、図 1の U相アーム 1 5の中間点に相当し、図示しないバスパーを介してモータジエネレ^ "タ MG 2の U相コイル端に接続される。

スイッチング素子 Q 3は、コレクタが中間電極層 3 1 Uに導通するように中間電極層 3 1 Uに固着される。スイッチング素子 Q 3のェミッタは、ワイヤ WL 1 により P電極層 3 1 P Uに接続される。 .

スィツチング素子 Q 4は、コレクタが N電極層 3 1 NUに導通するように N電極層 3 1 N Uに固着される。スイッチング素子 Q 4のェミッタは、ワイヤ W L 1 により中間電極層 3 1 Uに接続される。

なお、スイッチング素子 Q 3 , Q 4として MO Sトランジスタを適用した場合スイッチング素子 Q 3， Q 4はダイオード D 3， D 4の整流特性をも兼ね備えるため、ダイオード D 3， D 4と一体化される。

絶縁基板 5 0は、下面が半田 5 2によって放熱板 6 0に接着されることによつて放熱板 6 0に固着される。放熱板 6 0は、シリコングリス 6 2を介してヒートシンク 7 0上に配置される。

ヒートシンク 7 0は、複数の溝 7 2を有する。ィンバータ 1 4 , 3 1の冷却系として水冷系を採用した場合、半導体モジュール 1 0外部に配されたラジェータ (図示せず）から供給された冷却水は、ヒートシンク 7 0の複数の溝 7 2を紙面に垂直な方向に流れることによって放熱板 6 0および絶縁基板 5 0を介してスィツチング素子 Q 3， Q 4を冷却する。 . .

図 5は、図 3の V— Vにおける断面を示す図である。

図 5を参照して、インバータ 3 1の U相アーム 1 5における中間電極層 3 1 U と、インバータ 1 4の U相アーム 1 5における中間電極層 1 4 Uとは、絶縁基板 5 0の縦方向（紙面に左右方向に相当）に配置される。中間電極層 3 1 Uおよび中間電極層 1 4 Uの各々には、スイッチング素子 Q 3が固着されている。

そして、中間電極層 3 1 Uと中間電極層 1 4 Uとの間には、バスバー 4 0 P， 4 O Nが配置される。バスバー 4 0 Pとバスバー 4 O Nとは、絶縁部材 8 0を介して絶縁基板 5 0の法線方向に積層されている。

ここで、積層構造からなるバスバー 4 0 P， 4 O Nのうちの上層側に位置するバスバー 4 0 Pは、金属部材、たとえば銅からなる。これに対し、バスバー 4 0 P , 4 O Nのうちの下層側に位置するバスバ^" 4 0は、絶縁基板 5 0上に形成された配線層からなる。

この発明による半導体モジユーノレは、このように、電源ライン L N 1およぴァ - ースライン L N 2をそれぞれ構成するバスバー 4 0 P , 4 O Nの一方を配線層とすることを特徴的な構成とする。

かかる構成により、この発明による半導体モジュールは、バスバー 4 0 P， 4 0 Nをともに金属部材で構成する従来の半導体モジュールと比較して、以下のような効果を奏する。

詳細には、バスバー 4 0 P， 4 O Nは、バッテリ Bとモータジェネレータ MG 1， MG 2との間で行なわれる電力授受の媒体となるため、各々について紙面に垂直な方向に電流が流れる。このとき、バスバー 4 0 P , 4 O Nには、その通過電流と内部抵抗とに比例した熱が発生する。そこで、従来の半導体モジュールでは、通過電流の増大によってバスバー 4 0 P , 4 O Nが過熱するのを防止するために、各バスバーに、断面積が大きい金属部材を採用して内部抵抗の低減を図つていた。そのため、半導体モジュールは、法線方向において 2つの金属部材相当分だけ増長されたものとなってしまい、法,锒方向における小型化に限界が生じていた。

これに対して、この発明による半導体モジュール 1 0は、一方のバスバー 4 0 Nを配線層として、絶縁基板 5 0に固着させたことにより、バスバー 4 O Nの放熱を確保しながら、法線方向における小型化を実現することができる。

すなわち、バスバー 4 O Nを配,線層としたことにより、バスバー 4 O Nで生じた熱は、絶縁基板 5 0、放熱板 6 0およびヒートシンク 7 0の複数の溝 7 2を介して冷却水に放熱される。これにより、バスバー 4 O Nの放熱性が確保されるため、バスバー 4 O Nを比較的断面積の小さい配線層で構成することができる。結果として、半導体モジュール 1 0の法線方向の長さ（図中の h iに相当）を大幅に低減することができる。

以上のように、この発明による半導体モジュールは、バスバーに配線層を用いた構成により法線方向における小型化を実現する。さらに、この発明による半導体モジュールは、以下に述べるように、スィツチング素子 Q 1， Q 2およびスィッチング素子 Q 3〜Q8のゲートに制御装置 30からの信号 P WM Cまたは P W M Iを入力するための信号線の配置構造に特徴を有する。

図 6は、この発明による半導体モジュールの要部構成を示す平面図である。なお、図 6の構成は、図 3に示したィンバータ 14， 3 1の U相アーム 15の構成に対して、スイッチング素子 Q 3， Q 4のゲートに信号 PWMIを入力するための信号線層 14G3， 14G4, 3 1 G3, 31 G 4を付加したものである。詳細には、図 6を参照して、インバータ 31の U相アーム 15におけるスイツチング素子 Q 3に対応する信号線層 31 G 3は、中間電極層 31 Uの上下にそれぞれ配置される。なお、中間電極層 31 Uの下側にある信号線層 31 G 3については、半導体モジュール 10の法線方向に沿ってバスバー 40 Pよりも上方に配置される。信号,锒層 31 GSは、ワイヤ WL 2によりスイッチング素子 Q 3のゲートに接続される。

同様に、インバータ 3 1の U相アーム 15におけるスイッチング素子 Q 4に対応する信号線層 31 G4は、 N電極層 31NUの上下にそれぞれ配置される。なお、 N電極層 31NUの下側にある信号線層 31G4については、半導体モジュール 10の法線方向に沿ってバスバー 40 Pよりも上方に配置される。信号線層 31 G 4は、ワイヤ WL 2によりスィツチング素子 Q 4のゲートに接続される。なお、ィンバータ 14の U相アーム 15に対応する信号線層 14 G 3， 14 G 4は、信号線層 31 G 3, 3 1G4と同様の構成からなる。そして、信号線層 1 4G3， 14G4, 31G3, 31G4は、半導体モジュール 10の法線方向に沿って上方に配置され、制御装置 30を搭载する制御基板（図示せず）に接続される。そして、 U相アーム 1 5を基本単位として、各相アーム 15〜17が半導体モジユ^"ノレ 10の横方向に沿つて配列される。

各相アームに対応する信号線層を図 6のような配置構造としたことにより、半導体モジユー/レ 10の横方向に、 P電極層 31 PU〜スイッチング素子 Q 3〜中間電極層 31U〜スイッチング素子 Q4〜N電極層 3 1NUに至る電流経路が形成される。そして、半導体モジュール 10の縦方向、すなわち、当該電流経路と略垂直な方向に制御信号 PWM I 2の入力経路が形成される。

かかる構造は、制御信号の入力経路を電流経路と同方向に形成する図 7に示す配置構造に対して、以下のような効果を奏する。

詳細には、図 7に示すように、各相アーム 15〜1 7に対応する信号線層を、他の電極層と同様に半導体モジュールの横方向に沿って配置した場合を考える。図 7を参照して、各相アーム 15〜1 7は、 U相アーム 1 5を基本単位として半導体モジュールの横方向に沿って配列される。そのため、 U相アーム 15と V 相アーム 16との境界において、インバータ 31の V相アーム 16に対応する信号線層 31G6は、 U相アーム 15の P電極層 31 PUと V相アーム 16の N電極層 31 NVとの間に配置される。また、インバータ 14の V相アーム 16に対応する信号線層 14G6は、 U相アーム 15の P電極層 14 PUと V相アーム 1 6の N電極層 14NVとの間に配置される。

すなわち、 U相アーム 15の P電極層 3 1 PU (または 14 PU) と、 V相ァーム 16の N電極層 31 NV (または 14NV) とは、信号線層 3 1 G 6 (または 14G6) の横方向長さに応じた間隔を持って配置されることになる。

これに対して、図 6の配置構造によれば、 U相アーム 15の P電極層 31 PU (または 14 PU) と、 V相アーム 16の N電極層 3 1 NV (または 14NV) とは、信号線層 31 G 6 (または 14 G 6 ) を介在せず、近接して配置することが可能となる。

このように P電極層と隣り合うアームの N電極層とを近接配置することにより、この発明による半導体モジュール 10は、各電極層に分布するインダクタンスを低減できるという効果を奏する。

たとえば近接する P電極層 31 PUと N電極層 31NVとでは、その電流の方向が互いに逆方向となる。本実施の形態では、バスバー 40 Pから P電極層 3 1 PUへ電流が流れる一方、 N電極層 31 NVからバスバー 4 ONへ電流が流れる。このため、これらの電流により P電極層 31 PUおよび N電極層 31 NVの周罔にそれぞれ生じる磁界の方向は、互いに逆の回転方向となる。すなわち、このような構成により、 P電極層 31 PUおよび N電極層 31NVのインダクタンスを低減することができる。この結果、インダクタンスに起因して生じるスィッチング時のフライバック電圧が低減される。フライバック電流の低減は、より高速なスイッチングを実現する。さらに、フライバック電圧を吸収可能なように高耐圧のスィツチング素子で構成されていたインバータ 1 4， 3 1を、耐圧がより低い小型のスイッチング素子で構成することが可能となる。したがって、半導体モジユーノレ 1 0の更なる小型化および低コスト化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、昇圧コンバータ 1 2およびインバータ 1 4 , 3 1における各アームが 1つの半導体モジュールとしてパッケージ化される場合について説明したが、半導体モジュールの構成は、これに限られるものではなく、たとえば、同相の上下アーム毎、あるいはインバータ全体および昇圧コンバータ全体を 1つの半導体モジュールとしてパッケージ化してもよい。

[この発明による半導体モジュールの適用例]

最後に、この発明による半導体モジュールの適用例として、半導体モジュールを含むモータ駆動装置とモータとを 1つのケースに収めたハイプリッド車両の駆動装置について説明する。

現状のハイプリッド車両の駆動装置においては、モータケースの上にインバータを構成する大きな箱型のケースを載せただけの構成が多く採られているところ、以下に述べる本願発明によるハイブリッド車両の駆動装置は、高さ方向に関し車両に搭載した場合の車両重心位置の改善、および搭載スペースの省スペース化を実現するものである。

図 8は、この発明によるハイプリッド車両 2 0 0のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。なお、図 8のハイブリッド車両 2 0 0は、図 1 のモータ駆動装置 1 0 0に動力分割機構 P S Dおよび減速機 R Dを付加して、これらを含む駆動装置 2 0を新たに構成したものである。

図 8を参照して、車両 2 0 0は、バッテリ Bと、駆動装置 2 0と、制御装置 3 0と、図示しないエンジンおよび車輪とを含む。

駆動装置 2 0は、モータジェネレータ MG 1， MG 2と、動力分割機構 P S D と、減速機 R Dと、モータジェネレータ MG 1， MG 2の制御を行なうパワー制御ュニット 2 1とを備える。

動力分割機構 P S Dは、基本的には、エンジンとモータジェネレータ MG 1 , M G 2に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキヤリャ、リングギヤの 3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。

動力分割機構 P S Dの 2つの回転軸がエンジン、モータジェネレータ MG1の各回転軸にそれぞれ接続され、他の 1つの回転軸は減速機 RDに接続される。動力分割機構 P SDと一体化された減速機 RDによってモータジェネレータ MG 2 の回転は減速されて動力分割機構 P SDに伝達される。

なお減速機の回 15軸は、後に説明するように図示しない減速ギヤやディファレンシャルギヤによって車輪に結合されている。

パワー制御ユニット 21は、モータジェネレータ MG 1 , MG2にそれぞれ対応して設けられるインバータ 14， 31と、インバータ 14， 31に共通して設けられる昇圧コンバータ 12とを含む。

ここで、パワー制御ユニット 21において、インバータ 14, 31の 3相ァーム 1 5〜17と昇圧コンバータ 1 2のアーム部とは、一体化されて半導体モジュール 10を構成する。半導体モジュール 10は、上述した図 1のモータ駆動装置 100に搭載される半導体モジュール 10と同一の構成であるために、その詳細な説明は省略する。

図 9は、図 8における動力分割機構 P S Dおよび減速機 R Dの詳細を説明するための模式図である。

図 9を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータ MG 2と、モータジェネレータ MG 2の回転軸に接続される減速機 RDと、減速機 RDで減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジン ENGと、モータジエネレータ MG 1と、減速機 RDとエンジン ENGとモータジェネレータ MG 1との間で動力分配を行なう動力分割機構 P SDとを備える。減速機 RDは、モータジエネレータ MG 2から動力分割機構 P SDへの減速比が、たとえば 2倍以上である。エンジン E NGのクランクシャフト 500とモータジェネレータ MG 1のロータ 320とモータジェネレータ MG 2のロータ 370とは同じ軸を中心に回転する。 '

動力分割機構 P S Dは、図 9に示す例ではプラネタリギヤであり、クランクシャフト 500に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ 51 0と、クランクシャフト 500と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ 5 2 0と、サンギヤ 5 1 0とリングギヤ 5 2 0との間に配置され、サンギヤ 5 1 0の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ 5 3 0と、クランクシャフト 5 0 0の端部に結合され各ピニオンギヤ 5 3 0の回転軸を支持するプラネタリキヤリャ 5 4 0とを含む。

動力分割機構 P S Dは、サンギヤ 5 1 0に結合されたサンギヤ軸と、リングギャ 5 2 0に結合されたリングギヤケースおよびプラネタリキヤリャ 5 4 0に結合されたクランクシャフト 5 0 0の 3軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの 3 軸のうちいずれか 2軸へ入出力される動力が決定されると、残りの 1軸に入出力される動力は他の 2軸へ入出力される動力に基づいて定まる。

動力の取出用のカウンタドライブギヤ 7 0 0がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ 5 2 0と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ 7 0 0は、減速ギヤ R Gに接続されている。そしてカウンタドライブギヤ 7 0 0と減速ギヤ R Gとの間で動力の伝達がなされる。減速ギヤ R Gはディファレンシャルギヤ D E Fを駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤ D E Fに伝達され、減速ギヤ R Gはディファレンシャルギヤ D E Fによって駆動される。

モータジェネレータ MG 1は、回転磁界を形成するステータ 3 1 0と、ステータ 3 1 0内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ 3 2 0とを含む。ステータ 3 1 0は、ステータコア 3 3 0と、ステータコア 3 3 0に卷回される三相コイル 3 4 0とを含む。ロータ 3 2 0は、動力分割機構 P S Dのサンギャ 5 1 0と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア 3 3 0 は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータ MG 1は、ロータ 3 2 0に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル 3 4 0によって形成される磁界との相互作用によりロータ 3 2〇を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータ MG 1は、永久磁石による磁界とロータ 3 2 0の回転との相互作用により三相コイル 3 4 0の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

モータジェネレータ MG 2は、回転磁界を形成するステータ 3 6 0と、ステータ 3 6 0内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ 3 7 0とを含む。ステータ 3 6 0は、ステータコア 3 8 0と、ステータコア 3 8 0に卷回される三相コイル 3 9 0とを含む。

ロータ 3 7 0は、動力分割機構 P S Dのリングギヤ 5 2 0と一体的に回転するリングギヤケースに減速機 R Dによって結合されている。ステータコア 3 8 0は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータ MG 2は、永久磁石による磁界とロータ 3 7 0の回転との相互作用により三相コイル 3 9 0の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータ MG 2は、永久磁石による磁界と三相コイル 3 9 0によって形成される磁界との相互作用によりロータ 3 7 0を回転駆動する電動機として動作する。

減速機 R Dは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるブラネタリキヤリャ 6 6 0が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機 R Dは、ロータ 3 7 0のシャフトに結合されたサンギヤ 6 2 0と、リングギヤ 5 2 0と一体的に回転するリングギヤ 6 8 0と、リングギヤ 6 8 0およびサンギヤ 6 2 0に嚙み合いサンギヤ 6 2 0の回転をリングギヤ 6 8 0に伝達するピ二オンギヤ 6 4 0とを含む。

たとえば、サンギヤ 6 2 0の歯数に対しリングギヤ 6 8 0の歯数を 2倍以上にすることにより、減速比を 2倍以上にすることができる。

図 1 0は、この発明によるハイブリッド車両の駆動装置 2 0の外観を示す斜視図である。

図 1 1は、駆動装置 2 0の平面図である。

図 1 0、図 1 1を参照して、駆動装置 2 0のケースは、ケース 1 0 4とケース 1 0 2とに分割可能に構成されている。ケース 1 0 4は主としてモータジエネレータ MG 1を収容する部分であり、ケース 1 0 2は、主としてモータジエネレータ MG 2およびパワー制御ュニット 2 1を収容する部分である。

ケース 1 0 4にはフランジ 1 0 6が形成され、ケース 1 0 2にはフランジ 1 0 5が形成され、フランジ 1 0 6とフランジ 1 0 5とがボルト等で固定されることにより、ケース 1 0 4とケース 1 0 2とが一体化される。

ケース 1 0 2にはパワー制御ュニット 2 1を組付けるための開口部 1 0 8が設けられている。この開口部 1 0 8の内部左側部分（車両進行方向側）にはコンデンサ C 2が収容され、中央部分には半導体モジュール 1 0と端子台 1 1 6 , 1 1 8とが収容され、右側部分にはリアタトル L 1が収容されている。なお、この開口部 1 0 8は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。また、コンデンサ C 2を開口部 1 0 8の内部右側部分に収容し、かつ、リァクトル 1を半導体モジュール 1 0の左側部分に収容するように入れ換えても良い。

つまり、リアクトルし 1はモータジェネレータ MG 1および MG 2の回転軸の一方側に配置され、コンデンサ C 2は回転軸の他方側に配置される。そしてコンデンサ C 2とリアクトルし 1との間の領域に半導体モジュール 1 0が配置されている。半導体モジュール 1ひの下方にはモータジェネレータ MG 2が配置されてレ、る。

半導体モジュール 1 0は、図 2で説明したものと同様の構成を有する。

具体的には、絶縁基板 5 0の上面にはインバータ 1 4， 3 1のスィツチング素子 Q 1〜Q 8が配置される。そして、インバ一タ 1 4とインバータ 3 1との間の領域には、絶縁基板 5 0の法線方向（紙面垂直方向に相当）に重ねて配置されたバスバー 4 0 P， 4 O Nが設けられている。

なお、積層構造の上層側に配置され、電源ライン L N 1を構成するバスバー 4 0 Pは、金属部材からなる。一方、下層側に配置され、アースライン L N 2を構成するバスバー 4 O Nは、配線層からなる。

そして、絶縁基板 5 0の下面には、放熱板 6 0を介してヒートシンク 7 0が設けられる（ともに図示せず）。ヒートシンク 7 0に設けられた複数の溝 7 2は、通水路を構成しており、通水路への冷却水入口 1 1 4と冷却水出口 1 1 2とがケース 1 0 2に設けられている。この入口や出口などは、たとえば、ケース 1 0 2 に対し、フランジ部 1 0 6， 1 0 5を貫通させてユニオンナット等を打ち込んで構成される。

なお、通水路を、ヒートシンク 7 0を介さずに放熱板 6 0の下面を直接的に冷却水が通流するように構成しても良い。このような構成とすることにより、半導体モジュール 1 0の法線方向の長さを更に低減することができる。

さらに、インバータ 1 4の U相アーム 1 5、 V相アーム 1 6、 W相アーム 1 7 からはそれぞれ 1本ずつのバスバーがモータジェネレータ MG 2のステータコィルにつながる端子台 1 1 6に向けて設けられている。同様にインバータ 3 1からも 3本のバスバーがモータジェネレータ MG 1のステータコイルにつながる端子台 1 1 8に向けて設けられている。

図 1 2は、駆動装置 2 0を図 1 1の X I方向から見た側面図である。

図 1 2を参照して、ケース 1 0 2にはモータジェネレータ組付け用および保守用の開口部 1 0 9が設けられており、この開口部 1 0 9は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。

開口部 1 0 9の内部にはモータジェネレータ MG 2が配置されている。 U, V： W相のバスバーが接続されるステータ 3 6 0の内部にロータ 3 7 0が配置されている。口 ""タ 3 7 0の中央部分には中空のシャフト 6 0—0が見えている。

図 1 2に示すように、ケース 1 0 2のパワー制御ュニット 2 1を収容する収容室にはモータジェネレータ MG 2のステータ 3 6 0が大きく食い込んでいるので. モータジェネレータ MG 2の一方側にはリアタトル L 1が配置され、かつ、他方側にはコンデンサ C 2が配置され、大型部品を効率良く収容している。また、モータジェネレータ MG 2のステータ 3 6 0の上方には、半導体モジュール 1 0が配置される。 .

このような配置構造とすることにより、パワー制御ュ-ット 2 1を構成するコンデンサ C 2、半導体モジュール 1 0およびリアクトル 1は、車両駆動装置を車両に搭載したときの水平方向の寸法の内側に配置される。なお、水平方向の寸法は、ケースのダンパ 1 2 4、モータジェネレータ MG 2、減速ギヤ R Gおよびディファレンシャルギヤ D E Fを収容する部分の投影部によって定まる。これにより、コンパクトなハイプリッド車両の駆動装置が実現される。

また、車両搭載時の鉛直方向において、半導体モジユー θは、ケースの半導体モジュール 1 0を収容する部分の投影部の車両搭載時の高さが、残りのケースの空間、すなわち、ダンパ 1 2 4、モータジェネレータ MG 2、減速ギヤ R G およびディファレンシャルギヤ D E Fを収容する部分の車両搭載時の高さを少なくとも超えないように、配置されている。かかる配置は、電源用のバスバー 4 0 P , 4 O Nの一方を配線層で形成したことによって、半導体モジュール 1 0の法線方向の長さが大幅に低減されたことに起因するものである。

これによれば、パワー制御ュニット 2 1を構成する半導体モジュール 1 0、リァクトル L 1およびコンデンサ C 2は、ディファレンシャルギヤ D E Fを収容するケース部分の外縁とダンパ 1 2 4を収容するケ一ス部分の外縁とで定まる鉛直方向の寸法の内側に配置されていることがわかる。したがって、車両の重心を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。

[変更例]

上述したハイプリッド車両の駆動装置においては、半導体モジュール 1 0を含むパワー制御ュニット 2 1の冷却系として、一般的な水冷系を採用した。

ここで、スィツチング素子としてたとえば S i C— MO Sなどの高温動作可能な素子を利用すれば、モータジエネレータの耐熱温度と同程度の温度で動作させることが可能となる。したがって、冷却系としてパワー制御ユニット 2 1専用の水冷系を廃して、モータジェネレータと共通の油冷系を採用することが可能となる。この結果、装置全体をよりコンパクトな構成にすることができる。また、半導体モジュール 1 0の部分に冷却水の経路を設けなくても冷却が可能となるため、車両の重心をより低くして走行安定性を向上させることができる。

以下に、この発明による半導体モジュールが適用されたハイプリッド車両の駆動装置の変更例として、パワー制御ュニット 2 1の冷却系に油冷系が採用されたハイプリッド車両の駆動装置について説明する _ό

本変更例では、半導体モジユーノレ 1 0を含むパワー制御ュニット 2 1およびモ —タジェネレータ MG 1， MG 2は、一部が輻射等で放熱されるが、主として潤滑油との熱交換により冷却が行なわれる。

したがって、ノヽ。ヮー制御ユニット 2 1およびモータジェネレータ MG 1 ， MG 2において生じた熱は、潤滑油によってモータジェネレータ MG 1のケースに伝達され、そのケースからエンジン E N Gのシリンダブ口ックにされに伝達される。シリンダブ口ックは冷却水によつて冷却されるので、温度上昇が抑制される、この結果、パワー制御ユニット 2 1およびモータジェネレータ MG 1 ， MG 2の温度度もも上上昇昇がが抑抑制制さされれるるここととににななるる。。

図図 11 33はは、、駆駆動動装装置置 22 00ににおおけけるるオオイイルル循循環環経経路路をを示示ししたた断断面面図図ででああるる。。

図図 11 33をを参参照照ししてて、、モモーータタジジェェネネレレーータタ MMGG 22をを収収容容すするる収収容容室室ととパパワワーー制制御御ュュュュッットト 22 11をを収収容容すするる収収容容室室ととのの境境界界部部分分とと、、減減速速ギギヤヤ RR GGおおよよびびデディィフファァレレンンシシャャルルギギヤヤ DD EE FFをを収収容容すするる部部分分のの各各ケケーースス部部分分断断面面がが示示さされれてていいるる。。

図図 11 44はは、、図図 11 33のの XX II VV—— XX II VVににおおけけるる部部分分断断面面図図ででああるる。。

図図 11 33、、図図 11 44をを参参照照ししてて、、ケケーースス 11 00 22ににははパパワワーー制制御御ユユニニッットト 22 11をを収収容容すするる収収容容室室ととモモーータタジジェェネネレレーータタ MMGG 22をを収収容容すするる収収容容室室ととのの 22つつのの空空間間をを仕仕切切るる隔隔壁壁 22 11 00がが設設けけらられれてていいるる。。ここのの隔隔壁壁 22 11 00のの上上面面部部分分ににはは、、半半導導体体モモジジュューールル 11 00をを冷冷却却すするるたためめののオオイイルル通通路路 11 22 22がが設設けけらられれ、、ここののオオイイルル通通路路 11 22 22 はは、、オオイイルル溜溜りり 44 77 00おおよよびびモモーータタジジエエネネレレ^^ ""タタ MMGG 22のの収収容容室室とと連連通通ししてていいるる,, モモーータタジジェェネネレレーータタ MMGG 22のの潤潤滑滑油油がが半半導導体体モモジジュューールル 11 00側側にに漏漏れれ出出なないいよよううにに半半導導体体モモジジュューールル 11 00はは、、隔隔壁壁 22 11 00とと液液状状ガガススケケッットト等等ででシシーールルさされれるる。。潤潤滑滑油油はは、、ケケーースス底底部部ににオオイイルルレレベベルル OO LLままでで貯貯蔵蔵さされれてていいるる。。ここののケケーースス底底部部ははオオイイルルパパンンにに該該当当すするる。。ななおお、、ケケーースス底底部部にに別別途途オオイイルルパパンンをを設設けけるる構構成成ととししててもも良良いい。。

ロローータタ 33 77 00のの回回転転等等にに応応じじてて図図 99ののカカウウンンタタドドラライイブブギギヤヤ 77 00 00がが回回転転さされれるる。。カカウウンンタタドドラライイブブギギヤヤ 77 00 00にによよっっててカカウウンンタタドドリリブブンンギギヤヤ 11 33 22がが回回転転さされれ、、カカウウンンタタドドリリブブンンギギヤヤ 11 33 22のの回回転転にに応応

が回転する。

すると図 1 3の矢印に示すように、

を跳ね上げる。ケースの上部にはオイルキャッチ板 4 8 6が設けられており、ディファレンシャルギヤ D E Fによって搔き揚げられたオイルはオイル溜り 4 7 0に溜められる。オイル溜り 4 7 0は、潤滑油の循環経路において半導体モジュール 1 0を含むパワー制御ュニット 2 1の上流部に位置する。オイル溜り 4 7 0にはオイル出口 4 7 2が設けられており、オイル出口 4 7 2は図 1 4に示すように半導体モジュール 1 0の下部の空間へのオイル入口 4 7 4 , 4 7 6 , 4 7 8と通じている。

半導体モジュール 1 0のスイッチング素子の実装面と反対側の裏面には、オイルに熱を放熱するためのフィン 4 9 0 , 4 9 2 , 4 9 4が設けられており、スィツチング素子の熱はこれらフィンを介して潤滑油に放熱される。その後潤滑油は隔壁 2 1 0に設けられたオイル出口 4 8 0 , 4 8 3 4 8 4を通り、ステータ 3 6 0の上部に注がれる。そして、潤滑油はステータ 3 6 0の外周に沿って流れ、再びケース底部に戻される。

以上に説明したように、モータジエネレータを駆動するときに高温となる半導体モジュール 1 0は、モータジェネレータの潤滑油を利用して冷却される。そして、モータジェネレータの内部を循環する潤滑油の熱は、エンジンのハウジング側に放熱される。

これにより、一体化したモータおよびインバータの部分に冷却水の経路を設けなくても冷却が可能となる。そのため、半導体モジュール 1 0においては、水冷系において通水路を構成していたヒートシンク 7 0が不要となる。この結果、半導体モジュール 1 0の法線方向の長さを更に低減することができる。したがって、車両の重心をさらに低くできるとともに、省スペース化さらには設計の自由度を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態においては、半導体モジュールがモータ駆動装置およびハイブリッド車両の駆動装置に用いられる場合を代表的に例示して説明した力この発明による半導体モジュールの適用範囲は、これらに限られるものではなく、たとえば車両システムにおいてパヮ半導体素子が用いられるオルタネータや点火装置においてもこの発明を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であつて制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

この発明は、モータ駆動装置に搭載されるインバータゃコンバータを構成する半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 電源 (B) の一方極に接続される第 1電源線（LN1) と、

前記電源 (B) の他方極に接続される第 2電源線（LN2) と、

5 前記第 1電源線（LN1) と前記第 2電源線 (LN2) との間に接続される第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) と、

前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) が搭載された絶縁基板 (50) とを備え、

前記第 1電源線 (LN 1) は、前記第 1のスイッチング素子（Q3， Q5, Q 10 7) の第 1電極層に結合されるバスバー（40 P) からなり、

前記第 2電源線 (LN2) は、前記絶縁基板（50) 上に配設され、前記第 2 のスィツチング素子 (Q4， Q6， Q 8) の第 2電極層に結合される配線層（4 ON) からなる、半導体モジユーノレ。

2. 前記絶縁基板（50) 上に配設され、前記第 1および第 2のスイッチング素 15 子（Q3〜Q8) の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、

前記第 1電源線 (LN1) 、前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜 Q8) および前記第 2·電源線（LN2) を導通するための第 1導線部材（WL 1) と、

前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) の制御電極と前記信号 20 線層とを導通するための第 2導線部材（WL 2) とをさらに備え、

前記信号線層は、前記第 1導線部材（W L 1 ) と前記第 2導線部材（W L 2 ) . との延在方向が互いに略垂直となるように配置される、請求の範囲 1に記載の半導体モジュ—ノレ。，

3. 前記第 1電極層と前記第 2電極層とは、前記スイッチング素子の通過電流が 25 互いに逆方向に流れるように配置される、請求の範囲 2に記載の半導体モジユール₀ ,

,

4. 前記絶縁基板（50) 下面に装着された放熱部材（60) をさらに備える、請求の範囲 1に記載の半導体モジュール。

5. 内燃機関（ENG) のクランクシャフトが結合されるダンパ（124) と、前記ダンパ（124) の回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機（MG2) と、

前記内燃機関（ENG) の発生した動力に前記回転電機 (MG2) の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構（P SD, RG, DEF) と、 5 前記ダンバ（1 24) 、前記回転電機 (MG2) および前記動力伝達機構（P SD, RG， DEF) を収容するケース（102， 104) と、

半導体モジュール（10) を含み、前記回転電機 (MG2) の制御を行なうパヮー制御ユニット（21) とを備え、

前記半導体モジュール（10) は、

10 電源 (B) の一方極に接続される第 1電源線 (LN1) と、

前記電源 (B) の他方極に接続される第 2電源線 (LN2) と、

前記第 1電源線（LN1) と前記第 2電源線（LN2) との間に接続される第 1および第 2のスィツチング素子 (Q 3〜Q 8) と、

前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) が搭載された絶縁基板 15 (50) とを含み、

前記第 1電源線（ L N 1 ) は、前記第 1のスィツチング素子（Q 3， Q 5， Q 7) の第 1電極層に結合されるバスバー（40 P) からなり、かつ、前記第 2電源線 (LN2) は、前記絶 f彖基板（50) 上に酉己設され、前記第 2のスィッチング素子（Q4， Q6, Q 8) の第 2電極層に結合される配線層 (4 ON) からな 20 り、

前記パワー制御ユニット（21) は、前記回転軸方向から投影した場合に、前記ケース（102, 104) の前記ダンパ（124) 、前記回転電機 (MG2) 、および前記動力伝達機構（P SD, RG， DEF) を収容する部分の投影部の車両搭载時の水平方向の寸法に収まるように、前記ケース（102， 104) 内に 25 配置される、ハイブリッド車両の駆動装置。

6. 前記半導体モジュール（10) は、

, 前記絶縁基板（50) 上に配設され、前記第 1および第 2のスィッチング素子

(Q 3〜Q 8 ) の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、

前記第 1電源線 (LN 1) 、前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜 Q8) および前記第 2電源線（LN2) を導通するための第 1導線部材（WL 1) と、

前記第 1および第 2のスィッチング素子（ Q 3〜 Q 8 ) の制御電極と前記信号線層とを導通するための第 2導線部材（WL2) とをさらに含み、

5 前記信号線層は、前記第 1導線部材（WL 1) と前記第 2導線部材（WL 2) との延在方向が互いに略垂直となるように配置される、請求の範囲 5に記載のハイブリツド車両の駆動装置。

7. 前記第 1電極層と前記第 2電極層とは、前記スイッチング素子の通過電流が互いに逆方向に流れるように配置される、請求の範囲 6に記載のハイプリッド車

10 両の駆動装置。

8. 前記半導体モジュール（10) は、前記絶縁基板（50) 下面に装着された放熱部材（60) をさらに含む、 ·請求の範囲 5に記載のハイブリッド車両の駆動装置。

9. 内燃機関（ENG) のクランクシャフトが結合されるダンパ（124) と、 15 前記ダンパ（124) の回転軸とその回転軸が重なるように配置される回転電機 (MG 2) と、

前記内燃機関（ENG) の発生した動力に前記回転電機 (MG2) の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する動力伝達機構（PSD, RG, DEF) と、前記ダンバ（1 24) 、前記回転電機 (MG2) および前記動力伝達機構 (P 20 SD, RG, DEF) を収容するケース（102， 104) と、

半導体モジユーノレ（10) を含み、前記回転電機 (MG2) の制御を行なうパヮー制御ユニット（21) とを備え、

前記半導体モジュール（10) は、

電源 (B) の一方極に接続される第 1電源線 (LN1) と、

25 前記電源 (B) の他方極に接続される第 2電源線（LN2) と、

前記第 1電源線 (LN 1) と前記第 2電源線 (LN2) との間に接続される第 , 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) と、

前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) が搭載された絶縁基板 (50) とを含み、前記第 1電源線 (LN1) は、前記第 1のスイッチング素子（Q3， Q5， Q 7) の第 1電極層に結合されるバスバー（40 P) からなり、かつ、前記第 2電源線（LN2) は、前記絶緣基板（50) 上に配設され、前記第 2のスィッチング素子（Q4， Q6, Q8) の第 2電極層に結合される配線層 (4 ON) 力らな 5 り、.

前記パワー制御ユニット（21) は、前記回転軸方向から投影した場合に、前記ケース（102, 104) の前記ダンパ（124) 、前記回転電機（MG2) 、および前記動力伝達機構（PSD, RG, DEF) を収容する部分の投影部の車両搭載時の鉛直方向の寸法に収まるように、前記ケース（102， 104) 内に 10 配置される、ハイブリッド車両の駆動装置。

10. 前記半導体モジュール（10) は、

前記絶縁基板（50) 上に配設され、前記第 1および第 2のスイッチング素子 (Q 3〜Q 8 ) の制御電極に制御信号を入力するための信号線層と、

前記第 1電源線（LN1) 、前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3~ 15 Q8) および前記第 2電源線（LN2) を導通するための第 1導線部材（WL 1) と、

前記第 1および第 2のスイッチング素子（Q3〜Q8) の制御電極と前記信号線層とを導通するための第 2導線部材（WL 2) とをさらに含み、

前記信号線層は、前記第 1導線部材 (WL 1) と前記第 2導線部材 ' (W L 2 ) 20 との延在方向が互いに略垂直となるように配置される、請求の範囲 9に記載のハイブリツド車両の駆動装置。

1 1. 前記第 1電極層と前記第 2電極層とは、前記スイツチング素子の通過電流が互いに逆方向に流れるように配置される、請求の範囲 10に記載のハイプリッド車両の駆動装置。

25 12. 前記半導体モジュール（10) は、前記絶縁基板'（50) 下面に装着された放熱部材 (60) をさらに含む、請求の範囲 9に記載のハイプリッド車両の駆

, 動装置。

13. 前記パワー制御ュニット（21) は、

前記回転電機（MG2) の回転中心軸に対する一方側に配置されるリアタトル (L I) と、

前記回転電機 (MG2) の前記回転中心軸に対する他方側に配置されるコンデンサ（C2) とをさらに含む、請求の範囲 5から請求の範囲 12のいずれか 1項