JP2018148794A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の側部に配置され、発熱体から放射される熱に対して十分な保護を可能とする電力変換装置を提供する。【解決手段】発熱体１００の側部に配置される電力変換装置２００であって、第１電気回路２１３を冷却する第１流路２１５を形成する第１流路形成体２１６と、第２電気回路２２０を冷却する第２流路２２５を形成する第２流路形成体２２６と、第１流路２１５と第２流路２２５を繋ぐ中継流路２６１を形成する中継流路形成体２６０と、第１電気回路または第２電気回路を駆動または制御する回路を有する回路基板２４０と、を備え、中継流路形成体２６０は、発熱体１００と回路基板２４０に挟まれる空間１１０に配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの車両は、インバータやコンバータ等の電力変換装置を備えている。このような電力変換装置は、車両の有効スペースを増大するため、例えば、乗員室の底部等の狭い空間に、モータと共に配置されることがある。

従来、下記のインバータ装置が知られている。
モータジェネレータの一面側に、伝熱性の良い水路筐体内に半導体素子が内蔵されたパワー半導体モジュールが収容される。水路筐体の他面側に放熱シートおよびコンデンサが配置され、コンデンサ上に制御基板が配置される。このインバータ装置では、発熱量の大きいパワー半導体モジュールは、水路筐体の内部を流れる冷却水により冷却される。また、外部からコンデンサに侵入する熱は、放熱シートを介して水路筐体に放熱される（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１９２３６７号公報

モータジェネレータの側部に配置される電力変換装置は、パワー半導体モジュールからの熱ばかりでなく、発熱体でもあるモータジェネレータから放射される熱の影響も受ける。特許文献１に記載されたインバータ装置では、モータジェネレータから放射される熱に対する保護が十分では無い。

本発明の電力変換装置は、発熱体の側部に配置される電力変換装置であって、第１電気回路を冷却する第１流路を形成する第１流路形成体と、第２電気回路を冷却する第２流路を形成する第２流路形成体と、第１流路と第２流路を繋ぐ中継流路を形成する中継流路形成体と、第１電気回路および第２電気回路のいずれか一方を駆動または制御する回路を有する回路基板と、を備え、中継流路形成体は、発熱体と回路基板に挟まれる空間に配置される。

本発明の電力変換装置によれば、発熱体と回路基板に挟まれる空間に配置される中継流路形成体により、発熱体から発生する熱から十分な保護を図ることができる。

本発明の実施形態１の電力変換装置と発熱体の配置を示す図。 本発明のモータと電力変換装置の配置を示す実施形態２としての外観斜視図。 図２に図示された電力変換装置の実施形態２としての分解斜視図。 図２図３に図示された電力変換装置の組付け状態を示す外観斜視図。 図４のＩＶ−ＩＶ線断面図。 図４のＶ−Ｖ線断面図。 図４を上方から観た平面図。 本発明のモータと電力変換装置の配置を示す実施形態３としての外観斜視図。 （ａ）は、図８のｙ方向から観た正面図、（ｂ）は、（ａ）においてカバー部材を取り除いた図。 （ａ）は、図９（ｂ）の斜視図、（ｂ）は（ａ）の下方側の領域の拡大図。 パワー半導体モジュールとコンデンサ素子との接続構造を示す斜視図。 図１１の分解斜視図。 図１２に示される、コンデンサモジュールおよび正・負極側直流バスバーの分解斜視図。 コンデンサケース内の構造を示す断面図。 図１２において、パワー半導体モジュールを取り除き、ｙ方向から観た図。

−実施形態１−
図１を参照して実施形態１の電力変換装置２００について説明する。
実施形態１の電力変換装置２００は、発熱体（たとえばモータ１００であり、以下、発熱体１００とする）の側部に配置される。この電力変換装置２００は、第１電気回路２１０と、２電気回路２２０と、第１電気回路２１０および第２電気回路２２０の少なくとも一方を駆動制御する回路を有する回路基板２４０とを備える。第１および第２電気回路２１０，２２０と回路基板２４０は、発熱体１００の側部に配置されるため、自身の発熱による温度上昇に加えて、発熱体１００からの熱でさらに温度が上昇しやすい。そこで、実施形態１の電力変換装置２００は、第１電気回路２１０を冷却する第１流路２１５を形成する第１流路形成体２１６と、第２電気回路２２０を冷却する第２流路２２５を形成する第２流路形成体２２６と、第１流路２１５と第２流路２２５を繋ぐ中継流路２６１であって、発熱体１００と回路基板２４０に挟まれる空間に配置される中継流路形成体２６０とを備える。
このように実施形態１の電力変換装置２００では、発熱体１００と回路基板２４０とに挟まれる空間に中継流路形成体２６０が配置されている。このため、発熱体１００から回路基板２４０に向けて放射される熱を、中継流路形成体２６０を流れる冷却水により吸収し、回路基板２４０の温度上昇を抑制することができる。また、電力変換装置２００は、中継流路形成体２６０により冷却されるので、電力変換装置２００の冷却能力を向上することができる。

−実施形態２−
以下、図２〜７を参照して本発明の実施形態２を説明する。
（全体構成）
図２は、本発明のモータと電力変換装置の配置を示す実施形態２としての外観斜視図である。
電力変換装置２００は、モータ１００の側部に配置されている。電力変換装置２００は、ｚ方向から投影した場合、全体がモータ１００の射影領域内に配置されている。モータ１００は、電動機、または電動機と発電機とに切り換えて動作可能な電動／発電機である。モータ１００は、モータ回転軸１０１と、不図示のモータ回転子およびモータ固定子を有する。モータ１００は、例えば、ハイブリッド方式の自動車や電機自動車等の車両に用いられる。モータ１００は、自動車の走行用トルクを発生するために、高い電力が消費され、発熱体となる。電力変換装置２００は、モータ１００の外周に沿う円筒状の上面２０１ａを有するケース部材２０１を有している。モータ１００は、ケース部材２０１の上面２０１ａ上に載置されている。
なお、以下の説明において、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を図示の通りとする。

（電力変換装置）
図３は、図２に図示された電力変換装置の実施形態２としての分解斜視図であり、図４は、図３に図示された電力変換装置の組付け状態を示す外観斜視図である。図５は、図４のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図６は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図３〜５において、ケース部材２０１は、図示を省略されている。
電力変換装置２００は、ベース２７０と、コンデンサモジュール２１０と、３つのパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃと、回路基板２４０と、中継流路形成体２６０と、半導体ケース２２１と、他の電子部品とを備える。
コンデンサモジュール２１０は、車両に搭載された直流バッテリ（図示せず）と接続され、直流バッテリからの直流電流を平滑化するキャパシタである。
各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、図示はしないが、ＩＧＢＴおよびダイオード等のパワー半導体素子により形成されたインバータ回路を内蔵する。各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、コンデンサモジュール２１０と接続され、コンデンサモジュール２１０からの直流電力を交流電力に変換する。

（第２流路形成体）
半導体ケース２２１は、矩形の枠状部材であり、ｘ方向に平行な奥側の一側面２２１ｄに３つの開口２２１ａ〜２２１ｃが設けられている。半導体ケース２２１は、例えばアルミニウム合金等の熱伝導性が良好な部材により形成されている。半導体ケース２２１内には、３つのパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃがｘ方向に沿って配列して収容される。半導体ケース２２１の上部側の開口は、上カバー２２２により封口される。半導体ケース２２１の下部側の開口は、下カバー２８０により密封される。上カバー２２２および下カバー２８０による封口は、例えば、締結部材による。半導体ケース２２１および上・下カバー２２２、２８０は、例えばアルミニウム合金等の熱伝導性が良好な部材により形成され、半導体ケース２２１の上下面を封止して半導体ケースパック２２４を構成する。

パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、半導体ケース２２１の開口２２１ａ〜２２１ｃに、それぞれ、挿入される。パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、それぞれ、一側部が開口された金属ケースと、金属ケースの開口部を封口するフランジ部２２８とを有する。金属ケース内には、上述したように、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が収容されている。金属ケースの表・裏面には、それぞれ、多数の放熱フィンが形成されている。各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、半導体ケースパック２２４内に挿入された状態で、フランジ部２２８が、それぞれ、半導体ケース２２１の一側面２２１ｄの周縁部に当接し、半導体ケースパック２２４を密封する。これにより、半導体ケースパック２２４は、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを冷却するための冷却水が流れる第２流路形成体２２６（図５参照）として機能する。
半導体ケースパック２２４の上カバー２２２のｘ方向の右端部には、冷却水の流入口である第２流路流入口２２５ａが形成されている。上カバー２２２の左端部には、冷却水の流出口である第２流路流出口２２５ｂが形成されている。半導体ケースパック２２４内に、各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを冷却する冷却水が流れる第２流路２２５が形成されている（図５参照）。つまり、半導体ケースパック２２４は、第２流路２２５を流れる冷却水により各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを冷却する第２流路形成体２２６としての機能を有する。

（第１流路形成体）
コンデンサモジュール２１０は、複数個（実施形態では７個）のコンデンサ素子２１３を有する（図６参照）。コンデンサ素子２１３は、ｘ方向に沿って５つ配列されている。
図６において右端側のコンデンサ素子２１３上には、２個のコンデンサ素子２１３が積層されている。つまり、右端側のコンデンサ素子２１３は、３個が積層されている。これらのコンデンサ素子２１３はすべて、コンデンサケース２１１の内部に収容される。つまり、コンデンサケース２１１は、４つのコンデンサ素子２１３を収容する高さの低い第１収容部２１１ａと、積層された３つのコンデンサ素子２１３を収容する高さの高い第２収容部２１１ｂとを有する（図３参照）。コンデンサケース２１１は、例えば絶縁性の樹脂等により形成されている。コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａには、内部に収容されたコンデンサ素子２１３を冷却するための冷却水が流れる第１流路２１５が形成されている（図５参照）。つまり、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａは、第１流路２１５を流れる冷却水によりコンデンサ素子２１３を冷却する第１流路形成体２１６（図３、図５参照）としての機能を有する。コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａの上面におけるｘ方向の右端部には、冷却水の流入口である第１流路流入口２１５ａ（図３参照）が形成されている。第１収容部２１１ａおけるｘ方向の左端部には、冷却水の流出口である第１流路流出口２１５ｂ（図３参照）が形成されている。

各コンデンサ素子２１３の端子は、直流バスバー２１２に接続される。直流バスバー２１２は、各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃに接続される接続部２１７を有する（図３参照）。

回路基板２４０には、マイクロコンピュータ（図示せず）等の電子部品が実装されている。マイクロコンピュータは、各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃのＩＧＢＴのスイッチングのタイミングを演算する。また、マイクロコンピュータは、モータ１００の目標トルク値に基づいて、電流指令値、電圧指令値を演算する。そして、マイクロコンピュータは、電流・電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成し、半導体ＩＣにより構成されるドライバ回路に供給する。ドライバ回路はＰＷＭ信号を増幅して各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃに出力する。これにより、ＩＧＢＴが駆動制御される。

回路基板２４０に接続される放電抵抗２５０が、上カバー２２２上に配置される。放電抵抗２５０は、電力変換装置２００が停止した際、コンデンサモジュール２１０に蓄えられた電荷を放電する。回路基板２４０には、また、交流バスバー２３０に流れる電流を検出する電流センサ２９０が接続されている。

ベース２７０は、例えばアルミニウム合金等の熱伝導性が良好な部材で形成された、ほぼ矩形の板状部材である。ベース２７０の上面には、コンデンサモジュール２１０が収容される第１凹部２７２と、半導体ケースパック２２４が収容される第２凹部２７３が形成されている。第１凹部２７２と第２凹部２７３とは、ｘ方向に平行に延在して形成されている。第１凹部２７２と第２凹部２７３との間には、開口部２７１が形成されている。開口部２７１は、コンデンサモジュール２１０と各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃとを交流バスバー２３０により接続する際に必要とされる。つまり、交流バスバー２３０の第１端子部をコンデンサモジュール２１０の端子に溶接等により接合しておき、交流バスバー２３０の第２端子部と各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃの各端子とを、接合部２２７（図５参照）おいて溶接により接合する。このとき、溶接機を開口部２７１から挿入して上記溶接を行う。開口部２７１は、溶接された下カバー２８０により封口される。

中継流路形成体２６０は、回路基板２４０の上方に配置されている。中継流路形成体２６０はアルミニウム合金等の熱伝導性が良好な部材、または樹脂により形成されており、その内部には、冷却水が流れる中継流路２６１（図５、図６参照）が形成されている。中継流路形成体２６０は、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａ上を覆う第１領域部２６０ａと、パワー半導体モジュール２２０ｃの一部を覆う第２領域部２６０ｂと、第１領域部２６０ａと第２領域部２６０ｂとを接続する第３領域部２６０ｃとを有する。第１領域部２６０ａは、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａに対向して配置される。第２領域部２６０ｂは、上カバー２２２の第２流路流入口２２５ａが形成された周辺に対向して配置される。第３領域部２６０ｃは、第１領域部２６０ａの右側部から第２領域部２６０ｂまで、階段状に延在して形成されている。中継流路形成体２６０の下面には、コンデンサケース２１１の第１流路流出口２１５ｂに接続される中継流路流入口２６１ａ（図６参照）よび半導体ケースパック２２４の第２流路流入口２２５ａに接続される中継流路流出口２６１ｂ（図５参照）が設けられている。

（電力変換装置の組付け構造）
図４に示されるように、ベース２７０の第２凹部２７３内に、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃが収容された半導体ケースパック２２４が搭載される。ベース２７０の第１凹部２７２内にコンデンサモジュール２１０が搭載される。半導体ケースパック２２４とコンデンサモジュール２１０とは、ｙ方向に平行に配置される。コンデンサモジュール２１０とパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃとは、図５に示すように、接合部２２７において直流バスバー２１２により電気的に接続される。コンデンサモジュール２１０の第１収容部２１１ａ上には、回路基板２４０が配置される。回路基板２４０は、半導体ケースパック２２４の一部を覆う形状および大きさを有している。中継流路形成体２６０は、回路基板２４０上および半導体ケースパック２２４の第２流路流入口２２５ａの周辺上に配置される。この状態で、中継流路形成体２６０の第１領域部２６０ａは、回路基板２４０を介してコンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａに対向している。

半導体ケースパック２２４の上面のうち回路基板２４０によって覆われない領域上には、交流バスバー２３０が配置されている。半導体ケースパック２２４上には、また、回路基板２４０に電気的に接続される放電抵抗２５０が配置される。放電抵抗２５０は、第１流路形成体２１６の第１流路２１５の側部に配置してもよい。あるいは、放電抵抗２５０は、回路基板２４０上に配置するようにしてもよい。半導体ケースパック２２４上には、さらに、回路基板２４０に電気的に接続される電流センサ２９０が配置されている。

中継流路形成体２６０は、回路基板２４０とモータ１００との間の空間１１０（図５参照）に配置されている。回路基板２４０は、中継流路形成体２６０とコンデンサモジュール２１０との間の領域に配置されている。上述した図６に示されるように、中継流路形成体２６０の中継流路流入口２６１ａは、コンデンサケース２１１の第１流路流出口２１５ｂに接続される。中継流路形成体２６０の中継流路流出口２６１ｂ（図５）は、半導体ケースパック２２４の第２流路流入口２２５ａに接続されている。

（電力変換装置の冷却構造）
図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は、図４を上方から見た平面図である。
図６、図７に示されるように、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａには第１流路形成体２１６が形成されている。冷却水は、第１流路流入口２１５ａから第１流路形成体２１６内に流入し、第１流路２１５内を流れて第１流路流出口２１５ｂから流出する。この冷却水によりコンデンサモジュール２１０の各コンデンサ素子２１３が冷却される。第１流路流出口２１５ｂから流出した冷却水は、中継流路流入口２６１ａから中継流路形成体２６０内に流入し、中継流路２６１を流れて中継流路流出口２６１ｂから流出する。中継流路流出口２６１ｂから流出した冷却水は、半導体ケースパック２２４の第２流路流入口２２５ａから第２流路形成体２２６内に流入し、第２流路２２５を流れて各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを冷却する。第２流路２２５を流れた冷却水は、第２流路流出口２２５ｂから流出して冷却水供給源に戻る。上記冷却水の流れは、図７において、二点鎖線の矢印により示されている。冷却水は５００ａ→５００ｂ→５００ｃの順に流れる。

第１流路２１５、第２流路２２５、中継流路２６１は、ｘｙ面に平行に設けられている。回路基板２４０は、ｚ方向において、これらの各流路２１５、２２５、２６１とほぼ平行に配置される。

回路基板２４０は、第１流路２１５または第２流路２２５と、中継流路２６１とにより、表裏両面から冷却される。このため、一面のみから冷却される場合に比し、冷却能力が向上する。また、回路基板２４０とモータ１００との間の空間には、中継流路形成体２６０が配置されている。このため、モータ１００から回路基板２４０に向けて放射される熱は、中継流路形成体２６０内に流れる冷却水により吸収され冷却される。このため、回路基板２４０に伝わる熱が低減され、冷却効果を向上することができる。

以下の説明では図７を参照する。
第１流路形成体２１６の長手方向であるｘ方向に延在する側辺２１６ａと、第２流路形成体２２６の長手方向であるｘ方向に延在する側辺２２６ａとは、ｙ方向に平行に配置されている。第１流路形成体２１６の側辺２１６ａのｘ方向の中心線をc１−ｃ1とし、第２流路形成体２２６の側辺２２６ａのｘ方向の中心線をc2−ｃ2とする。第１流路形成体２１６を中心線c１−ｃ1で２つに分割し、図７における上方側を一方領域２１６ｂ、下方側を他方領域２１６ｃとする。第２流路形成体２２６を中心線c2−ｃ2で２つに分割し、図７における上方側を一方領域２２６ｂ、下方側を他方領域２２６ｃとする。
中継流路形成体２６０は、第１流路形成体２１６の一方領域２１６ｂと第２流路形成体２２６の他方領域２２６ｃとを接続する構造を有する。つまり、第１流路形成体２１６と、第２流路形成体２２６とを接続する中継流路２６１は、平面視で、上部コーナー側と下部コーナー側とを結ぶ対角線状に斜めに形成されている。これにより、中継流路２６１の長さ、すなわち、冷却面積が大きくなり、冷却能力が増大する。

上述の実施形態では、第１流路形成体２１６の第１流路流出口２１５ｂは、一方領域２１６ｂの上端付近に配置され、第２流路形成体２２６の第２流路流入口２２５ａは、他方領域２２６ｃの下端付近に配置されている。このため、中継流路２６１の冷却面積が、ほぼ最大とされている。

また、図３、図４、図７を参照すると、中継流路形成体２６０の第１領域部２６０ａは、平面視で、換言すれば、中継流路形成体２６０と回路基板２４０との配列方向から見て、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａにほぼ対向する面積２１０ｓを有する。この面積は、中継流路形成体２６０の第２領域部２６０ｂが、第２流路流入口２２５ａの周辺に対向する面積２２０ｓよりも大きくなっている。図５に示されるように、コンデンサ素子２１３の端子２１４は、直流バスバー２１２の断面積よりも遥かに小さい断面積となっている。このため、通電時に発熱し、耐熱温度が低いコンデンサ素子２１３の電気的特性に影響が生じる懸念がある。中継流路形成体２６０のコンデンサモジュール２１０との対向面積を大きくすることにより、コンデンサ素子２１３を十分に冷却することができ、信頼性を確保することができる。

第１流路形成体２１６と、第２流路形成体２２６と、中継流路形成体２６０と、回路基板２４０とは、モータ１００の一面側における、モータ１００の一面とは反対側から投影した射影領域内に配置されている。このため、電力変換装置２００を収容するスペースを小さくすることができる。

上記実施形態２によれば、下記の効果を奏する。
（１）モータ１００と回路基板２４０とに挟まれる空間１１０に中継流路形成体２６０を配置した。このため、モータ１００から回路基板２４０に向けて放射される熱を、中継流路形成体２６０を流れる冷却水により吸収し、回路基板２４０の温度上昇を抑制することができる。また、電力変換装置２００は、中継流路形成体２６０により冷却されるので、電力変換装置２００の冷却能力を向上することができる。

（２）中継流路２６１は、コンデンサケース２１１の長手方向における中心線ｃ1-ｃ1により分割される２つの領域のうちの一方領域２１６ｂと、半導体ケースパック２２４の長手方向における中心線ｃ2-ｃ2により分割される２つの領域のうちの他方領域２２６ｃを接続するように形成されている。このため、中継流路２６１の冷却面積が大きくなり、電力変換装置２００の、冷却能力の向上およびモータ１００から放射される熱による温度上昇の抑制を図ることができる。特に、インバータ等の電力変換装置が小型化され、回路の集積度が高くなると、回路基板２４０に実装された電子部品の発熱量が大きくなる。このため、回路基板２４０を冷却により保護する面積を大きくする必要が生じるが、上記構成により冷却能力を大きくすることができる。

（３）回路基板２４０を、中継流路形成体２６０と、コンデンサモジュール２１０との間に配置した。コンデンサモジュール２１０は、回路基板２４０との対向面側に冷却水が流れる第１流路２１５を有している。このため、回路基板２４０を、中継流路形成体２６０および半導体ケースパック２２４により表・裏両面から十分に冷却することができる。

（４）中継流路形成体２６０がコンデンサモジュール２１０と対向する面積２１０ｓを、中継流路形成体２６０がパワー半導体モジュール２２０ａに対向する面積２２０ｓより大きくした。このため、コンデンサモジュール２１０に対する冷却能力が大きくなり、コンデンサ素子２１３の熱による劣化を抑制することができる。

（５）第１流路形成体２１６と、第２流路形成体２２６と、中継流路形成体２６０と、回路基板２４０とを、モータ１００の一面側における、モータ１００の一面とは反対側から投影した射影領域内に配置した。このため、電力変換装置２００を収容するスペースを小さくすることができる。

なお、上記実施形態２において、電力変換装置２００がモータ１００の側部に配置された構成として説明した。しかし、本発明は、電力変換装置２００をモータ１００以外の発熱体、例えば、発光装置等の側部に配置する場合にも適用が可能である。

上記実施形態２では、コンデンサモジュール２１０およびパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを備える電力変換装置２００として例示した。しかし、本発明は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータと充電器とを備える電力変換装置のような、他の電力変換装置にも適用が可能である。

上記実施形態２の回路基板２４０の回路として、マイクロコンピュータを実装した構成として例示した。しかし、回路基板２４０の回路としてマイクロコンピュータ以外にも、トランス、半導体ＩＣまたは放電抵抗２５０等の発熱量が大きい電子部品を実装してもよい。これらの電子部品を、中継流路形成体２６０と回路基板２４０の配列方向から見て、中継流路形成体２６０と重なるように配置することにより、モータ１００から放射される熱を遮断し、且つ、中継流路形成体２６０と第１流路形成体２１６により、表裏両面から冷却することができる。

上記実施形態２では、冷媒として冷却水を用いた冷却装置を用いた構造として説明した。しかし、冷媒として他の冷却液や、空気等の気体を用いる冷却装置を適用することができる。

−実施形態３−
電力変換装置を構成するパワー半導体モジュールではサージ電圧が発生する。サージ電圧の発生に伴い、パワー半導体モジュールと直流バスバーとの接続部に瞬時の電圧変化が発生する。この電圧変化が、伝導ノイズ・放射ノイズとなり、電源回路に流出して、バッテリや周辺の電気回路に悪影響が生じる可能性が懸念される。
以下に示す実施形態３は、このようなスイッチング電源のリップルノイズを抑制することができる。
図８は、本発明による電力変換装置の実施形態３とモータの外観斜視図であり、図９（ａ）は、図８のｙ方向から観た正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）においてカバー部材を取り除いた図である。図１０（ａ）は、図９（ｂ）の斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の下方側の領域の拡大図である。
実施形態３においても、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、それぞれ、図示の通りとする。
図８、図９（ａ）に示されるように、実施形態３においても、実施形態２と同様に、電力変換装置２００Ａは、モータ１００の側部に配置されている。モータ１００は、モータ回転軸１０１と、不図示のモータ回転子およびモータ固定子を有する。モータ１００は、例えば、ハイブリッド方式の自動車や電機自動車等の車両に用いられる。モータ１００は、自動車の走行用トルクを発生するために、高い電力が消費され、発熱体となる。電力変換装置２００は、モータ１００の外周に沿う円筒状の上面２０１ａを有するケース部材２０１を有している。モータ１００は、ケース部材２０１の上面２０１ａ上に載置されている。

図９（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）では、電力変換装置２００Ａは、回路基板２４０、中継流路形成体２６０を省略して図示されている。また、ベース２７０および半導体ケースパック２２４も図示を省略されている。また、コンデンサモジュールのコンデンサケース２１１も、図示を省略されている。
電力変換装置２００Ａは、コンデンサモジュール２１０と、３つのパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃと、直流バスバー２１２とを含んでいる。直流バスバー２１２は、板状導体部であり、正極側直流バスバー２１２ａと、負極側直流バスバー２１２ｂとから構成され、コンデンサモジュール２１０と、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃとを接続する。

電力変換装置２００Ａは、ｚ方向から投影した場合、全体がモータ１００の射影領域ｐ内に配置されている。図９（ｂ）に示されるように、正極側直流バスバー２１２ａと負極側直流バスバー２１２ｂとは、モータ回転軸１０１を通る径方向の直線Ｌr上に位置し、モータ１００の外周から所定距離、離間した近接部Ｐuと、直線Ｌrに垂直な方向に所定距離、離間した第１遠隔部Ｐr1および第２遠隔部Ｐr2とを結んで直線状に延在されている。また、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃは、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂとほぼ平行に配列されている。正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂは、それぞれ、電源端子３００を有する。電源端子３００は、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂの第１遠隔部Ｐr1の近傍に、モータ１００側に向けて、突出して形成されている。
以上の構成により、以下に説明するようにリップルノイズを抑制することができる。

モータ回転軸１０１と第１・第２遠隔部Ｐr1、Ｐr2との間の距離Ｌr1、Ｌr2は、それぞれ、モータ回転軸１０１と近接部Ｐuとの間の径方向の距離Ｌuより大きい。従って、第１・第２遠隔部Ｐr1、Ｐr2と、モータ１００の外周までのｚ方向の距離は、近接部Ｐuとモータ１００の外周までのｚ方向の距離よりも大きい。第１遠隔部Ｐr1近傍に、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂの電源端子３００を設けることにより、モータ１００と電力変換装置２００Ａとが配置されるスペースを小さくすることができる。

なお、上記実施形態においては、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂは第１・第２遠隔部Ｐr1、Ｐr2を有する構成として例示した。しかし、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂは、第１・第２遠隔部Ｐr1、Ｐr2のうち、一方の遠隔部Ｐrのみを有する構成としてもよい。すなわち、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂを、近接部Ｐuと、近接部Ｐuからｘ方向の一方側に所定距離、離間した遠隔部Ｐr間に延在される構成としてもよい。

図１１は、パワー半導体モジュールとコンデンサ素子との接続構造を示す斜視図であり、図１２は、図１１の分解斜視図である。図１３は、図１２に示されるコンデンサモジュールおよび正・負極側直流バスバーの分解斜視図であり、図１４は、図１３において、パワー半導体モジュールを取り除き、ｙ方向から観た図である。
図１１に示されるように、正極側直流バスバー２１２ａおよび負極側直流バスバー２１２ｂは、それぞれ、コンデンサ素子２１３およびパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃと電気的に接続される。
図１３に示されるように、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂは、ほぼＬ字形状に屈曲された板状部材である。正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂは、それぞれ、上述した電源端子３００と、低背部３０１とを有する。電源端子３００の高さ、すなわち、ｚ方向の長さは、低背部３０１の高さより大きい。低背部３０１には、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃに接続される接続部２１７ａ〜２１７ｃが形成されている。
正極側直流バスバー２１２ａの低背部３０１には、ｘ方向に離間して、３つのスリット３０４が設けられている。負極側直流バスバー２１２ｂの低背部３０１には、ｘ方向に離間して、２つのスリット３０５が設けられている。正極側直流バスバー２１２ａのスリット３０４は、負極側直流バスバー２１２ｂの低背部３０１のスリット３０５の中間位置に対応して形成されている。負極側直流バスバー２１２ｂのスリット３０５は、正極側直流バスバー２１２ａの低背部３０１のスリット３０４の中間位置に対応して形成されている。

正極側直流バスバー２１２ａと負極側直流バスバー２１２ｂとは、ｙ方向に少し離間して、つまり、絶縁状態とされて、重なるように配置されている。この状態で、図１２、図１４に示されるように、正極側直流バスバー２１２ａの電源端子３００は、負極側直流バスバー２１２ｂの電源端子３００から露出する露出縁部３０３を有する。

コンデンサケース２１１は、４つのコンデンサ素子２１３を収容する高さの低い第１収容部２１１ａと、積層された３つのコンデンサ素子２１３を収容する高さの高い第２収容部２１１ｂとを有する。図１３に示されるように、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａには、内部に収容されたコンデンサ素子２１３を冷却するための冷却水が流れる第１流路２１５が形成されている。つまり、コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａは、第１流路２１５を流れる冷却水によりコンデンサ素子２１３を冷却する第１流路形成体２１６としての機能を有する。コンデンサケース２１１の第１収容部２１１ａの上面におけるｘ方向の右端部には、冷却水の流入口である第１流路流入口２１５ａが形成されている。第１収容部２１１ａの上面におけるｘ方向の左端部には、冷却水の流出口である第１流路流出口２１５ｂが形成されている。

コンデンサ素子２１３は、断面が楕円の円筒形状を為し、金属蒸着フィルムで構成されている。コンデンサ素子２１３のｙｚ面と平行な一側面には正極側電極２１３ａが形成されている。コンデンサ素子２１３の正極側電極２１３ａの反対側側面には負極側電極２１３ｂが形成されている。コンデンサ素子２１３の正極側電極２１３ａには、正極側端子２１４ａが設けられている。コンデンサ素子２１３の負極側電極２１３ｂには、負極側端子２１４ｂが設けられている。

コンデンサ素子２１３の正極側端子２１４ａは、正極側直流バスバー２１２ａに接続される。正極側直流バスバー２１２ａに接続された正極側端子２１４ａの先端部は、負極側直流バスバー２１２ｂのスリット３０５に対応する位置に突き出すので、負極側直流バスバー２１２ｂに短絡することはない。負極側直流バスバー２１２ｂの負極側端子２１４ｂは、正極側直流バスバー２１２ａのスリット３０４を挿通されて、負極側直流バスバー２１２ｂに接続される。この場合にも、負極側直流バスバー２１２ｂの負極側端子２１４ｂが正極側直流バスバー２１２ａに短絡することはない。

図１２に示されるように、正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂの接続部２１７ａ〜２１７ｃは、それぞれ、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃに接続される。正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂの接続部２１７ａ〜２１７ｃは、低背部３０１を介して電源端子３００に接続されている。低背部３０１は、電源端子３００よりも高さが低く、ｘ方向に延在されており、電源端子３００よりインピーダンスが高い。このような構成とすることで、周波数に対して高い抵抗値をもたせ、高周波の電圧変化であるサージ電圧に伴う電源の電圧変化が抑制される。

図１４に示されるように、コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂは、コンデンサ素子２１３の厚さ、すなわち、ｚ方向の長さの中心面ｆ−ｆの上方側に設けられている。つまり、コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂは、第１流路形成体２１６に近い側に形成されている。コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂの断面積は正・負極側直流バスバー２１２ａ、２１２ｂの電源端子３００の断面積に比し、遥かに小さい。このため、この断面積の急変により、コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂに、電流集中による発熱が生じる懸念がある。コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂを第１流路形成体２１６に近付けることにより、耐熱性の低いコンデンサ素子２１３を冷却して、保護を図ることができる。

実施形態３の電力変換装置２００Ａは、下記の構成を有する。
（１）モータ回転子またはモータ固定子を挟んでモータ回転軸１０１の側部に配置される電力変換装置では、コンデンサ素子２１３とパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを電気的に接続する板状導体部２１２と、直流電力を受ける電源端子３００とを備え、板状導体部２１２は、モータ回転軸１０１に対する回転軸径方向の当該板状導体部２１２の幅が不均一となるように形成され、パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃと板状導体部２１２との接続部２１７ａ〜２１７ｃのうち少なくとも一つは、板状導体部２１２の径方向の幅が大きい箇所よりも板状導体部２１２の径方向の幅が小さい箇所の近くに接続され、電源端子３００は、板状導体部２１２の径方向の幅が小さい箇所よりも板状導体部２１２の径方向の幅が大きい箇所の近くに接続される。

また、実施形態３の電力変換装置２００Ａは、下記の構成を有する。
（２）モータ回転子またはモータ固定子を挟んでモータ回転軸１０１の側部に配置される電力変換装置は、コンデンサ素子２１３と複数のパワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃを電気的に接続する板状導体部２１２と、直流電力を受ける電源端子３００と、を備え、板状導体部２１２は、各パワー半導体モジュール２２０ａ〜２２０ｃに接続される複数の接続部２１７ａ〜２１７ｃと、電源端子３００とを有し、板状導体部２１２は、モータ回転軸１０１を通る径方向の直線Ｌr上に位置し、モータ１００の外周から所定距離、離間した近接部Ｐuと、近接部Ｐuから直線Ｌrに垂直な方向に所定距離、離間した遠隔部Ｐr1とを結んで直線状に延在されており、板状導体部２１２の電源端子３００は、遠隔部Ｐr1に形成され、板状導体部２１２の接続部２１７ａ〜２１７ｃのうち少なくとも一つは遠隔部Ｐr1以外の部分に形成されている。
上記構成（２）において、板状導体部２１２は、近接部Ｐuから遠隔部Ｐr1とは反対方向に所定距離、離間する第２の遠隔部Ｐr2に延在されるようにしてもよい。

上記（１）または（２）に記載の電力変換装置によれば、下記の効果を奏する。
（ｉ）板状導体部２１２の近接部Ｐuと電源端子３００間のインピーダンスを高くすることができる。このため、高周波の電圧変化であるサージ電圧に伴う電源の電圧変化を抑制することができる。

上記実施形態３に示す電力変換装置２００Ａは、電力変換装置２００Ａのモータ１００に対する配置位置とは反対側であるｚ方向から投影した場合、全体がモータ１００の射影領域ｐ内に配置されている。このため、電力変換装置２００Ａの収容スペースを小さくすることができる。

コンデンサ素子２１３の正・負極側端子２１４ａ、２１４ｂを、コンデンサケース２１１に形成された第１流路形成体２１６に近い側に形成した。このため、電源端子３００よりも断面積の小さく、発熱の懸念があるコンデンサ素子２１３を十分冷却して、熱から保護することができる。

なお、上記実施形態３は、実施形態２と同様、第１流路形成体２１６と、第２流路形成体２２６と、中継流路形成体２６０とを備えている。このため、実施形態２の効果（１）〜（５）を有している。
しかし、上記実施形態３に示す電力変換装置２００Ａのように、上記構成（１）または（２）を備えている限り、上記効果（ｉ）を得ることができる。上記構成（１）または（２）は、第２流路形成体２２６や中継流路形成体２６０を備えていない電力変換装置にも適用することができる。
すなわち、上記実施形態３に示す電力変換装置２００Ａは、第２流路形成体２２６や中継流路形成体２６０を備えていない電力変換装置として構成することが可能である。

上記では、種々の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００ モータ（発熱体）
１０１ モータ回転軸
１１０ 空間
２００、２００Ａ 電力変換装置
２１０ コンデンサモジュール（第１電気回路）
２１０Ｓ 面積
２１２ 直流バスバー（板状導体部）
２１２ａ 正極側直流バスバー
２１２ｂ 負極側直流バスバー
２１３ コンデンサ素子（キャパシタ）
２１５ 第１流路
２１６ 第１流路形成体
２１６ａ 側辺
２１６ｂ 一方領域
２１６ｃ 他方領域
２２０、２２０ａ〜２２０ｃ パワー半導体モジュール（第２電気回路）
２２０Ｓ 面積
２２５ 第２流路
２２６ 第２流路形成体
２２６ａ 側辺
２２６ｂ 一方領域
２２６ｃ 他方領域
２４０ 回路基板
２６０ 中継流路形成体
２６０ｃ 第３領域部
２６１ 中継流路
３００ 電源端子
ｐ 射影領域

Claims (1)

1. 発熱体の側部に配置される電力変換装置であって、
   第１電気回路を冷却する第１流路を形成する第１流路形成体と、
   第２電気回路を冷却する第２流路を形成する第２流路形成体と、
   前記第１流路と前記第２流路を繋ぐ中継流路を形成する中継流路形成体と、
   前記第１電気回路および前記第２電気回路のいずれか一方を駆動または制御する回路を有する回路基板と、を備え、
   前記中継流路形成体は、前記発熱体と前記回路基板に挟まれる空間に配置される電力変換装置。

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