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WO2023058381A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Publication number
WO2023058381A1
WO2023058381A1 PCT/JP2022/033303 JP2022033303W WO2023058381A1 WO 2023058381 A1 WO2023058381 A1 WO 2023058381A1 JP 2022033303 W JP2022033303 W JP 2022033303W WO 2023058381 A1 WO2023058381 A1 WO 2023058381A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bus bar
module
semiconductor
lower arm
upper arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/033303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
崇功 川島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2023552753A priority Critical patent/JP7544288B2/ja
Priority to CN202280067293.8A priority patent/CN118077131A/zh
Publication of WO2023058381A1 publication Critical patent/WO2023058381A1/ja
Priority to US18/443,919 priority patent/US20240186911A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to JP2024140012A priority patent/JP7711821B2/ja
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • the disclosure in this specification relates to a power converter.
  • Patent Document 1 discloses a power converter.
  • This power converter includes a plurality of semiconductor modules, a cooler, a condenser, and a plurality of busbars.
  • the cooler has a plurality of heat exchanging portions arranged in multiple stages so as to sandwich each of the semiconductor modules from both sides.
  • the plurality of busbars includes power busbars electrically connecting the capacitors and the semiconductor modules.
  • each semiconductor module constitutes an upper and lower arm circuit for one phase.
  • Such a semiconductor module has therein a semiconductor element forming an upper arm and a semiconductor element forming a lower arm, and these semiconductor elements are arranged side by side in one direction orthogonal to the stacking direction.
  • the PN current loop becomes large within the semiconductor module.
  • the capacitor is arranged in one direction orthogonal to the stacking direction with respect to the stack of the semiconductor module and the heat exchange portion.
  • a pipe is arranged between the semiconductor module and the condenser to introduce or discharge the refrigerant to or from the heat exchange section. Therefore, the power bus bar must be routed across the pipes of the cooler, resulting in a long power bus bar. Further improvements are required for the power conversion device from the above viewpoints or from other viewpoints not mentioned.
  • One object of the disclosure is to provide a power conversion device capable of reducing inductance.
  • the power conversion device disclosed here is a plurality of semiconductor modules including an upper arm module forming an upper arm of the upper and lower arm circuits, and a lower arm module forming a lower arm of the upper and lower arm circuits and arranged side by side with the upper arm modules in the stacking direction; a cooler having a plurality of heat exchange portions arranged in multiple stages so as to cool the upper arm module and the lower arm module from both sides in the stacking direction and forming a laminate together with the plurality of semiconductor modules; a capacitor arranged on one end side of the laminate in the lamination direction; a plurality of bus bars including a power supply bus bar that electrically connects the capacitor and the semiconductor module and extends in the stacking direction so as to straddle at least one of the heat exchanging parts.
  • a plurality of semiconductor modules are divided into upper arm modules and lower arm modules, and the upper arm modules and lower arm modules are arranged side by side in the stacking direction.
  • the capacitors are arranged in the stacking direction with respect to the stack, and the power supply bus bar is extended in the stacking direction so as to straddle at least one of the heat exchange portions.
  • the length of the power busbar that is, the current path can be shortened.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor module
  • FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of a semiconductor element, surface metal bodies of a substrate, and main terminals; It is a top view which shows a laminated body.
  • FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of semiconductor modules, coolers, and capacitors;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of a laminate and busbars
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state before connecting the extended portion of the negative bus bar
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state after connecting the extended portion of the negative bus bar
  • FIG. 11 shows a PN current loop
  • FIG. 4 is a diagram showing current paths
  • FIG. 4 is a diagram showing current paths
  • It is a figure which shows the circuit structure of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment.
  • 1 is a perspective view showing a semiconductor module
  • FIG. FIG. 11 is a plan view showing the arrangement of a laminate and busbars in a power conversion device according to a third embodiment
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state before connecting the extended portion of the negative bus bar
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state after connecting the extended portion of the negative bus bar;
  • the power conversion device of this embodiment is applied, for example, to a moving body that uses a rotating electric machine as a drive source.
  • Mobile objects include, for example, electric vehicles such as electric vehicles (BEV), hybrid vehicles (HEV), and plug-in hybrid vehicles (PHEV), flying vehicles such as drones, ships, construction machinery, and agricultural machinery.
  • BEV electric vehicles
  • HEV hybrid vehicles
  • PHEV plug-in hybrid vehicles
  • flying vehicles such as drones, ships, construction machinery, and agricultural machinery.
  • a vehicle drive system 1 includes a DC power supply 2 , a motor generator 3 , and a power conversion device 4 .
  • the DC power supply 2 is a DC voltage source composed of a rechargeable secondary battery. Secondary batteries are, for example, lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries.
  • the motor generator 3 is a three-phase alternating-current rotating electric machine. The motor generator 3 functions as a vehicle drive source, that is, as an electric motor. The motor generator 3 functions as a generator during regeneration.
  • the power converter 4 performs power conversion between the DC power supply 2 and the motor generator 3 .
  • FIG. 1 shows the circuit configuration of the power conversion device 4.
  • the power conversion device 4 includes a power conversion circuit.
  • the power conversion device 4 of this embodiment includes a smoothing capacitor 5 , an inverter 6 that is a power conversion circuit, and a drive circuit 7 .
  • the smoothing capacitor 5 mainly smoothes the DC voltage supplied from the DC power supply 2 .
  • the smoothing capacitor 5 is connected to a P line 8 that is a power supply line on the high potential side and an N line 9 that is a power supply line on the low potential side.
  • the P line 8 is connected to the positive pole of the DC power supply 2 and the N line 9 is connected to the negative pole of the DC power supply 2 .
  • the positive terminal of smoothing capacitor 5 is connected to P line 8 between DC power supply 2 and inverter 6 .
  • the negative electrode of smoothing capacitor 5 is connected to N line 9 between DC power supply 2 and inverter 6 .
  • a smoothing capacitor 5 is connected in parallel with the DC power supply 2 .
  • the inverter 6 is a DC-AC conversion circuit. Inverter 6 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage and outputs it to motor generator 3 according to switching control by a control circuit (not shown). Thereby, the motor generator 3 is driven to generate a predetermined torque. During regenerative braking of the vehicle, inverter 6 converts the three-phase AC voltage generated by motor generator 3 by receiving torque from the wheels into DC voltage according to switching control by the control circuit, and outputs the DC voltage to P line 8 . Thus, inverter 6 performs bidirectional power conversion between DC power supply 2 and motor generator 3 .
  • the inverter 6 is configured with upper and lower arm circuits 10 for three phases.
  • the upper and lower arm circuits 10 are sometimes called legs.
  • the upper and lower arm circuits 10 each have an upper arm 10H and a lower arm 10L.
  • the upper arm 10H and the lower arm 10L may be simply referred to as arms 10H and 10L.
  • the upper arm 10H and the lower arm 10L are connected in series between the P line 8 and the N line 9 with the upper arm 10H on the P line 8 side.
  • a connection point between the upper arm 10H and the lower arm 10L is connected to a corresponding phase winding 3a in the motor generator 3 via an output line 11.
  • the inverter 6 has six arms 10H and 10L. Each arm 10H, 10L is configured with a switching element.
  • an n-channel insulated gate bipolar transistor 12 (hereinafter referred to as IGBT 12) is employed as a switching element forming each arm 10H, 10L.
  • IGBT is an abbreviation for Insulated Gate Bipolar Transistor.
  • a freewheeling diode 13 (hereinafter referred to as FWD 13) is connected in anti-parallel to each of the IGBTs 12 .
  • the collector of the IGBT 12 is connected to the P line 8 in the upper arm 10H.
  • the emitter of IGBT 12 is connected to N line 9 in lower arm 10L.
  • the emitter of IGBT 12 in upper arm 10H and the collector of IGBT 12 in lower arm 10L are connected to each other.
  • the anode of FWD 13 is connected to the corresponding emitter of IGBT 12, and the cathode is connected to the collector.
  • the switching element is not limited to the IGBT 12.
  • a MOSFET may be employed.
  • MOSFET is an abbreviation for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
  • a parasitic diode (body diode) may be used as a freewheeling diode, or an external diode may be used.
  • the drive circuit 7 drives switching elements that make up a power conversion circuit such as the inverter 6 .
  • the drive circuit 7 supplies a drive voltage to the gates of the IGBTs 12 of the corresponding arms 10H and 10L based on drive commands from the control circuit.
  • the drive circuit drives the corresponding IGBT 12 by applying a drive voltage, that is, ON drive and OFF drive.
  • a driving circuit is sometimes referred to as a driver.
  • the power conversion device 4 may include a control circuit for switching elements.
  • the control circuit generates a drive command for operating the IGBT 12 and outputs it to the drive circuit 7 .
  • the control circuit generates a drive command based on, for example, a torque request input from a host ECU (not shown) and signals detected by various sensors.
  • ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
  • the control circuit may be provided in the host ECU.
  • Various sensors include, for example, current sensors, rotation angle sensors, and voltage sensors.
  • Power conversion device 4 may include at least one of the sensors.
  • the current sensor detects a phase current flowing through each phase winding 3a.
  • the rotation angle sensor detects the rotation angle of the rotor of motor generator 3 .
  • a voltage sensor detects the voltage across the smoothing capacitor 5 .
  • the control circuit comprises, for example, a processor and memory.
  • the control circuit outputs, for example, a PWM signal as the drive command.
  • PWM is an abbreviation for Pulse Width Modulation.
  • the power conversion device 4 may include a converter as a power conversion circuit.
  • a converter is a DC-DC conversion circuit that converts a DC voltage into DC voltages of different values.
  • the converter is provided between the DC power supply 2 and the smoothing capacitor 5 .
  • the converter includes, for example, a reactor and the upper and lower arm circuits 10 described above. According to this configuration, it is possible to step up and down.
  • the power conversion device 4 may include a filter capacitor that removes power noise from the DC power supply 2 .
  • a filter capacitor is provided between the DC power supply 2 and the converter.
  • FIG. 2 shows the power conversion device 4 .
  • FIG. 3 is an inverted view with respect to FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view.
  • FIG. 5 shows the structure inside the case 20 .
  • FIG. 5 omits the case 20 with respect to FIG. In FIGS. 2 to 5, the inside is shown transparently.
  • the power converter 4 includes a case 20, a plurality of semiconductor modules 30, a cooler 40, a capacitor module 50, a busbar 60, a circuit board 70, and the like.
  • the stacking direction of the semiconductor module 30 and the heat exchange section 41 of the cooler 40 is defined as the Z direction.
  • the direction perpendicular to the Z direction and in which the semiconductor modules 30 on the same arm are arranged is defined as the X direction.
  • a direction perpendicular to both the Z direction and the X direction is defined as the Y direction.
  • the X direction, Y direction, and Z direction are in a positional relationship orthogonal to each other.
  • Case 20 accommodates other elements that configure power converter 4 .
  • the case 20 is, for example, an aluminum die-cast molding. As shown in FIGS. 2 to 4, the case 20 of this embodiment has a box shape with one side open. One surface of the case 20 is open in the Y direction.
  • the case 20 has a bottom wall 21 and side walls 22 .
  • the bottom wall 21 has a substantially rectangular planar shape.
  • the side wall 22 continues to the bottom wall 21 and extends from the bottom wall 21 in the Y direction.
  • the side wall 22 continues to each of the four sides of the outer peripheral edge of the bottom wall 21 .
  • the side wall 22 has a substantially rectangular annular shape when viewed from above in the Y direction. Case 20 has four side walls 22 .
  • the case 20 has through holes 23 and 24 in one of the side walls 22 . Pipes 42 and 43 of the cooler 40 are inserted through the through holes 23 and 24 .
  • the through-holes 23 and 24 pass through the side wall 22 from inside to outside, and are open to the inside and the outside.
  • the case 20 has openings (not shown) for electrically connecting the connectors 71 and 80 to the outside of the power converter 4 .
  • Case 20 has an opening for connector 71 and an opening for connector 80 .
  • the opening is, for example, a through hole or a notch provided in side wall 22 .
  • the power conversion device 4 may include a cover (lid) that closes the opening on one side of the case 20 together with the case 20 .
  • the case 20 and cover are sometimes referred to as a housing.
  • a filler such as potting resin may be placed in the case 20 to liquid-tightly seal the elements housed in the case 20 .
  • sealing materials are applied to the portions facing the case 20 and the cover, the portions facing the walls of the through holes 23 and 24 and the pipes 42 and 43, and the portions facing the housings of the connectors 71 and 80 and the walls of the openings. , the inside of the housing may be liquid-tightly sealed.
  • FIG. 6 shows a semiconductor module 30. As shown in FIG. FIG. 6 shows the upper arm module 30H as an example.
  • FIG. 7 shows the arrangement of the semiconductor element 32 , the surface metal bodies 332 and 342 of the substrates 33 and 34 , and the main terminals 35 in the semiconductor module 30 .
  • the substrate 34 is shown reversed 180 with respect to the substrate 33, and the surface metal bodies 332, 342 of the substrates 33, 34 are shown on the same plane for easy understanding of the arrangement.
  • a plurality of semiconductor modules 30 constitute the upper and lower arm circuits 10 described above, that is, the inverter 6 (power conversion circuit).
  • the multiple semiconductor modules 30 include an upper arm module 30H forming the upper arm 10H and a lower arm module 30L forming the lower arm 10L.
  • one semiconductor module 30 constitutes one arm 10H, 10L.
  • the plurality of semiconductor modules 30 includes three upper arm modules 30H forming upper arms 10H for three phases and three lower arm modules 30L forming lower arms 10L for three phases. contains. Also, all semiconductor modules 30 have a common structure. As shown in FIGS. 6 and 7, each semiconductor module 30 includes a sealing body 31, a semiconductor element 32, substrates 33 and 34, main terminals 35, and signal terminals .
  • the encapsulant 31 encapsulates part of other elements that constitute the semiconductor module 30 .
  • the rest of the other elements are exposed outside the encapsulant 31 .
  • Sealing body 31 is made of resin, for example.
  • the sealing body 31 is formed by a transfer molding method using, for example, an epoxy resin as a material.
  • Sealing body 31 may be formed using gel, for example. The gel is filled (arranged) in opposing regions of the pair of substrates 33 and 34, for example.
  • the semiconductor element 32 is formed by forming a switching element on a semiconductor substrate made of silicon (Si), a wide bandgap semiconductor having a wider bandgap than silicon, or the like.
  • the switching element has a vertical structure so that the main current flows in the thickness direction of the semiconductor substrate.
  • Wide bandgap semiconductors include, for example, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga2O3), and diamond.
  • the semiconductor element 32 may be called a power element, a semiconductor chip, or the like.
  • the semiconductor element 32 of the present embodiment is formed by forming the above-described n-channel type IGBT 12 and FWD 13, ie RC (Reverse Conducting)-IGBT, on a semiconductor substrate made of Si.
  • the IGBT 12 has a vertical structure so that the main current flows in the thickness direction of the semiconductor element 32 (semiconductor substrate).
  • the semiconductor element 32 has main electrodes of switching elements on both sides thereof in the plate thickness direction. Specifically, as main electrodes, it has an emitter electrode 32E on the front surface and a collector electrode 32C on the back surface. An emitter electrode 32E is formed on a portion of the surface.
  • the collector electrode 32C is formed over substantially the entire back surface. In FIG. 7, the collector electrode 32C and the emitter electrode 32E are indicated by dashed lines.
  • the semiconductor element 32 has a pad (not shown) as a signal electrode on the surface on which the emitter electrode 32E is formed.
  • the semiconductor element 32 is arranged such that its plate thickness direction is substantially parallel to the Z direction.
  • the semiconductor module 30 of this embodiment includes one semiconductor element 32 .
  • the substrates 33 and 34 are arranged so as to sandwich the semiconductor element 32 in the plate thickness direction of the semiconductor element 32, that is, in the Z direction.
  • the substrates 33 and 34 are arranged so that at least parts of them face each other in the Z direction.
  • the substrates 33 and 34 contain all of the semiconductor elements 32 that form the arms 10H and 10L when viewed from above in the Z direction.
  • the substrates 33 , 34 are electrically connected to the semiconductor element 32 .
  • the substrate 33 is arranged on the collector electrode 32C side with respect to the semiconductor element 32 .
  • the substrate 34 is arranged on the emitter electrode 32E side with respect to the semiconductor element 32 .
  • the substrate 33 is electrically connected to the collector electrode 32C and provides a wiring function.
  • substrate 34 is electrically connected to emitter electrode 32E and provides a wiring function.
  • the substrates 33 and 34 provide a heat dissipation function for dissipating heat generated by the semiconductor element 32 .
  • the substrate 33 has an insulating base material 331 , a front metal body 332 and a back metal body 333 .
  • the surface metal body 332 is arranged on the surface of the insulating base material 331 on the side of the semiconductor element 32 .
  • the back metal body 333 is arranged on the back surface of the insulating base material 331 .
  • the substrate 34 has an insulating base material 341 , a front metal body 342 and a back metal body 343 .
  • the surface metal body 342 is arranged on the surface of the insulating base material 341 on the side of the semiconductor element 32 .
  • the back metal body 343 is arranged on the back surface of the insulating base material 341 .
  • the substrates 33 and 34 are laminated substrates of an insulating base material and a metal body.
  • the surface metal bodies 332 and 342 and the back metal bodies 333 and 343 may be simply referred to as metal bodies 332, 333, 342 and 343 below.
  • the insulating base material 331 electrically separates the metal bodies 332 and 333 .
  • an insulating substrate 341 electrically separates metal bodies 342 and 343 .
  • the main material of the insulating base materials 331 and 341 is resin or inorganic ceramic.
  • the material configuration of the insulating bases 331 and 341 may be common (identical) to each other, or may be different from each other.
  • the metal bodies 332, 333, 342, 343 are provided as metal plates or metal foils, for example.
  • the metal bodies 332, 333, 342, and 343 are made of a metal such as Cu or Al that has good electrical and thermal conductivity.
  • the surface metallurgy 332, 342 provides wiring or circuitry.
  • the surface metal bodies 332, 342 of this embodiment are patterned. As shown in FIG. 7, the surface metal body 332 has a wiring portion 334 that provides a wiring function and a dummy wiring portion 335 that does not provide a wiring function.
  • the wiring portion 334 electrically connects the collector electrode 32C of the semiconductor element 32 and the corresponding main terminal 35 (collector terminal 35C).
  • the wiring portion 334 has a substantially L-shaped planar shape, and has a substantially rectangular planar base portion 334a and a convex portion 334b extending in the Y direction from one side of the base portion.
  • the collector electrode 32C is connected to the base portion 334a of the wiring portion 334, and the collector terminal 35C is connected to the convex portion 334b.
  • the dummy wiring portion 335 is electrically isolated from the wiring portion 334 .
  • the dummy wiring portion 335 is provided so as to be aligned with the convex portion 334b of the wiring portion 334 in the X direction.
  • An emitter terminal 35 ⁇ /b>E which is the main terminal 35 , is connected to the dummy wiring portion 335 .
  • the dummy wiring portion 335 supports the emitter terminal 35E.
  • the surface metal body 342 has a wiring portion 344 that provides a wiring function and a dummy wiring portion 345 that does not provide a wiring function.
  • the wiring portion 344 electrically connects the emitter electrode 32E of the semiconductor element 32 and the corresponding main terminal 35 (emitter terminal 35E).
  • the wiring portion 344 has a substantially L-shaped planar shape, and has a substantially rectangular planar base portion 344a and a convex portion 344b extending in the Y direction from one side of the base portion.
  • the emitter electrode 32E is connected to the base portion 334a of the wiring portion 344, and the emitter terminal 35E is connected to the projection portion 344b.
  • the dummy wiring portion 345 is electrically isolated from the wiring portion 344 .
  • the dummy wiring portion 345 is provided so as to be aligned with the convex portion 344b of the wiring portion 344 in the X direction.
  • a collector terminal 35 ⁇ /b>C which is the main terminal 35 , is connected to the dummy wiring portion 345 .
  • the dummy wiring portion 335 supports the collector terminal 35C.
  • the surface metal body 332 and the surface metal body 342 are horizontally reversed in plan view from the Z direction.
  • the alignment of the projections 334b and the dummy wirings 335 is opposite to the alignment of the projections 344b and the dummy wirings 345. As shown in FIG.
  • the back metal bodies 333 and 343 are electrically separated from the circuit including the semiconductor element 32 and the front metal bodies 332 and 342 by the insulating substrates 331 and 341 .
  • the heat generated by the semiconductor element 32 is transmitted to the back metal bodies 333 and 343 via the front metal bodies 332 and 342 and the insulating base materials 331 and 341 .
  • the back metal bodies 333, 343 provide a heat dissipation function.
  • the back metal bodies 333 and 343 may be patterned so as to substantially match the corresponding front metal bodies 332 and 342 in plan view, or may have a pattern different from that of the front metal bodies 332 and 342 .
  • a so-called solid pattern that substantially matches the insulating substrates 331 and 341 may be used.
  • the pattern of the back metal body 333 substantially matches the front metal body 332
  • the pattern of the back metal body 343 substantially matches the front metal body 342 .
  • At least one of the back metal bodies 333 and 343 may be exposed from the sealing body 31 in order to further enhance the heat dissipation effect.
  • the back metal body 333 is exposed from one surface of the sealing body 31 and the back metal body 343 is exposed from the back surface of the sealing body 31 .
  • the wiring members that electrically connect the main electrodes of the semiconductor element 32 and the main terminals 35 are not limited to the substrates 33 and 34 described above.
  • a heat sink that is a metal plate may be employed.
  • the heat sink also provides the heat dissipation function described above.
  • a heat sink is provided as part of the leadframe, for example, along with main terminals 35, signal terminals 36, and the like.
  • the heat sink and the heat exchange section 41 can be electrically separated by placing an insulating member such as a ceramic plate between the heat exchange section 41 of the cooler 40 and the heat exchange section 41. can.
  • the main terminal 35 is an external connection terminal electrically connected to the main electrode of the semiconductor element 32 .
  • the main terminal 35 includes a collector terminal 35C electrically connected to the collector electrode 32C and an emitter terminal 35E electrically connected to the emitter electrode 32E.
  • the collector terminal 35C is connected to the collector electrode 32C through the wiring portion 334 of the surface metal body 332.
  • the emitter terminal 35E is connected to the emitter electrode 32E through the wiring portion 344 of the surface metal body 342.
  • the emitter terminal 35E corresponds to a first main terminal connected to the surface of the semiconductor element 32 (emitter electrode 32E).
  • a collector terminal 35C corresponds to a second main terminal connected to the back surface of the semiconductor element 32 (collector electrode 32C).
  • Each main terminal 35 has a portion extending in the Y direction and arranged over the inside and outside of the sealing body 31 .
  • Each main terminal 35 protrudes outward from one side surface of the sealing body 31 in the Y direction.
  • the projecting portion of the collector terminal 35C and the projecting portion of the emitter terminal 35E are aligned in the X direction.
  • the projecting portion of the main terminal 35 may have only a portion extending in the Y direction, or may be bent in the middle.
  • the projecting portion of this embodiment has a bent portion 351, a root portion 352, and a tip portion 353, respectively.
  • the root portion 352 is a portion from the sealing body 31 to the bent portion 351 in the projecting portion.
  • the plate thickness direction of the root portion 352 is substantially parallel to the Z direction, and the root portion 352 extends in the Y direction.
  • the distal end portion 353 is a portion from the bent portion 351 to the projecting distal end.
  • the plate thickness direction of the tip portion 353 is substantially parallel to the Y direction, and the tip portion 353 extends in the Z direction.
  • the protruding portion of the main terminal 35 is bent at an angle of approximately 90 degrees at the bent portion 351 to form a substantially L shape on the YZ plane.
  • the extension length L1 of the root portion 352 may be shorter or longer than the extension length L2 of the tip portion 353 .
  • the extension lengths L1 and L2 may be equal to each other.
  • the extension length L1 of the root portion 352 is shorter than the extension length L2 of the tip portion 353 . That is, the projecting portion of the main terminal 35 is bent near the sealing body 31 .
  • the tip portion 353 may extend toward or away from the capacitor module 50 in the Z direction.
  • the tip portion 353 of the collector terminal 35C and the tip portion 353 of the emitter terminal 35E may extend in the same direction or may extend in opposite directions. In this embodiment, the tip 353 of the collector terminal 35C and the tip 353 of the emitter terminal 35E extend in the same direction.
  • the signal terminals 36 are external connection terminals electrically connected to pads of the semiconductor element 32 .
  • the signal terminal 36 extends in the Y direction and protrudes outward from the side of the sealing body 31 opposite to the side from which the main terminal 35 protrudes.
  • connection between the signal terminal 36 and the pad is not particularly limited.
  • a bonding wire may be used for connection.
  • a conductive spacer may be interposed between the substrate 34 and the emitter electrode 32E of the semiconductor element 32 to secure the height of the bonding wires.
  • Other wiring members may be used instead of the bonding wires.
  • the connection may be made through a bonding material such as solder.
  • FIG. 8 shows the layout of the semiconductor modules 30 and coolers 40 .
  • the structure of the main terminal 35 is simplified and illustrated for convenience.
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of semiconductor modules 30, coolers 40, and capacitor modules 50. As shown in FIG. In FIG. 9, for convenience, the case 20 is shown in cross section, and elements such as the busbar 60 are omitted.
  • the cooler 40 is formed using a metal material with excellent thermal conductivity, such as an aluminum-based material. As shown in FIGS. 4, 8, 9, etc., the cooler 40 includes a heat exchange section 41, an introduction pipe 42, and an exhaust pipe 43. As shown in FIG.
  • the heat exchange part 41 is a flat tubular body as a whole.
  • the heat exchanging portion 41 is configured to have a flow path inside, for example, using a pair of plates (thin metal plates). At least one of the pair of plates is processed into a shape bulging in the Z direction by press working. After that, the outer peripheral edges of the pair of plates are fixed to each other by caulking or the like, and the entire circumference is joined to each other by brazing or the like. As a result, a flow path through which the coolant can flow is formed between the pair of plates, and the heat exchange section 41 can be used.
  • the heat exchange units 41 are arranged in multiple stages in the Z direction so as to cool each of the semiconductor modules 30 from both sides.
  • the heat exchange portion 41 sandwiches the semiconductor module 30 in the Z direction.
  • the heat exchange portion 41 forms a laminate 45 together with the semiconductor module 30 .
  • Each of the pipes 42 and 43 is arranged inside and outside the case 20 .
  • Each of the pipes 42 and 43 may be configured by one member, or may be configured by connecting a plurality of members.
  • the pipes 42 and 43 are connected to each of the heat exchanging parts 41 .
  • the refrigerant flows through the flow paths of the heat exchange portions 41 arranged in multiple stages. Thereby, each of the semiconductor modules 30 is cooled.
  • the refrigerant that has flowed through each of the heat exchange portions 41 is discharged through the pipes 43 .
  • a phase-change refrigerant such as water or ammonia
  • a phase-invariable refrigerant such as an ethylene glycol-based refrigerant
  • the semiconductor modules 30 and the heat exchange portions 41 are alternately arranged.
  • the heat exchange portions 41 are arranged at both ends of the laminate 45 .
  • the heat exchange portions 41 are arranged in three stages in the Z direction. Here, the heat exchange section 41 closest to the capacitor module 50 is the first stage, the heat exchange section 41 in the middle is the second stage, and the heat exchange section 41 further away from the capacitor module 50 is the third stage.
  • the upper arm module 30H is arranged between the heat exchange section 41 on the first stage and the heat exchange section 41 on the second stage.
  • Three upper arm modules 30H forming the upper arm 10H for three phases are aligned in the X direction with the same orientation.
  • the three upper arm modules 30H are arranged in order of U-phase, V-phase, and W-phase.
  • a collector terminal 35 ⁇ /b>C of each upper arm module 30 ⁇ /b>H functions as a P terminal electrically connected to the positive electrode of the capacitor element 52 .
  • the P terminal is sometimes called a positive electrode terminal, a high potential power supply terminal, or the like.
  • An emitter terminal 35E of each upper arm module 30H functions as an O terminal electrically connected to the winding 3a of the corresponding phase of the motor generator 3. As shown in FIG.
  • the O terminal is sometimes called an output terminal, an AC terminal, or the like.
  • the lower arm module 30L is arranged between the heat exchange section 41 on the second stage and the heat exchange section 41 on the third stage.
  • Three lower arm modules 30L forming the lower arm 10L for three phases are aligned in the X direction with the same orientation.
  • the three lower arm modules 30L are arranged in the same order as the upper arm modules 30H.
  • a collector terminal 35C of each lower arm module 30L functions as an O terminal.
  • the emitter terminal 35E of each lower arm module 30L functions as an N terminal electrically connected to the negative electrode of the capacitor element 52. As shown in FIG.
  • the N terminal is sometimes called a negative electrode terminal, a low potential power supply terminal, or the like.
  • the upper arm module 30H is arranged closer to the capacitor module 50, and the lower arm module 30L is arranged farther from the capacitor module 50.
  • the lower arm module 30L corresponds to the first semiconductor module
  • the upper arm module 30H corresponds to the second semiconductor module.
  • Each semiconductor module 30 has a common structure. In the Z direction, the upper arm module 30H and the lower arm module 30L of the same phase are arranged facing each other with the heat exchanging portion 41 interposed therebetween.
  • the collector terminal 35C of the upper arm module 30H of the same phase and the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L are arranged to face each other.
  • the laminate 45 is pressed in the Z direction by a pressing member 46 .
  • the pressure member 46 holds the semiconductor module 30 and the heat exchange portion 41 with good heat conduction.
  • an insulating member for electrically separating the semiconductor module 30 and the heat exchange section 41 .
  • the semiconductor module 30 and the heat exchange section 41 may be in direct contact, or a heat conductive member such as heat conductive gel may be interposed between the semiconductor module 30 and the heat exchange section 41 .
  • the pressure member 46 of this embodiment has a pressure plate 461 , an elastic member 462 and bolts 463 .
  • Pressure plate 461 is arranged such that laminate 45 is positioned between capacitor module 50 in the Z direction.
  • the elastic member 462 is, for example, a material such as rubber that generates pressure by elastic deformation, or a metal spring.
  • the elastic member 462 is arranged between the pressure plate 461 and the third stage heat exchange section 41 .
  • Pressure plate 461 is fixed to case 51 of capacitor module 50 with bolts 463 while elastic member 462 is held between laminate 45 and pressure plate 461 .
  • the pressure plate 461 has a substantially rectangular shape in plan view in the Z direction, and has through holes 464 for bolts 463 at its four corners.
  • the pressure plate 461 is fixed to the case 51 with bolts 463 arranged at the four corners.
  • the elastic member 462 is elastically deformed by fixing the pressure plate 461 , and the laminated body 45 is pressed against the case 51 by the reaction force.
  • the laminate 45 is held in a pressed state between the pressure plate 461 and the case 51 .
  • the capacitor module 50 includes a case 51 and a capacitor element 52.
  • the capacitor module 50 (capacitor element 52) corresponds to a capacitor.
  • the case 51 is formed using a resin material or a metal material, and has a box shape with one side open. One surface of the case 51 is open in the Y direction.
  • the case 51 opens on the side opposite to the opening of the case 20 .
  • the case 51 has a substantially rectangular planar shape with the X direction as the longitudinal direction and the Z direction as the lateral direction.
  • Capacitor element 52 is accommodated (placed) inside the case 51 .
  • Capacitor element 52 constitutes smoothing capacitor 5 described above.
  • a film capacitor element for example, can be employed as capacitor element 52 .
  • the number of capacitor elements 52 is not particularly limited. It may be one or more.
  • the capacitor module 50 of this embodiment includes six capacitor elements 52 .
  • the six capacitor elements 52 are arranged in two rows in the Z direction and three columns in the X direction.
  • the six capacitor elements 52 are generally rectangular parallelepiped as a whole.
  • Each capacitor element 52 has metal electrodes (not shown) at both ends in the Y direction.
  • the positive electrode side metal electrode is provided on the bottom surface, which is the end portion on the bottom wall side of the case 51
  • the negative electrode side metal electrode is provided on the upper surface, which is the end portion on the opening side of the case 51 .
  • the capacitor module 50 may include a sealing body (not shown).
  • the sealing body is filled in the case 51 to seal the capacitor element 52 .
  • the capacitor module 50 may have terminals (not shown).
  • the terminal is, for example, a plate-shaped metal member connected to the metal electrode of capacitor element 52 .
  • the capacitor module 50 is arranged on one end side of the laminate 45 in the Z direction. In plan view in the Z direction, the capacitor module 50 is arranged so as to overlap the laminate 45 .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to line XX in FIG. In FIG. 10, only the laminate 45, the capacitor element 52, the bus bar 60, and the circuit board 70 are shown for convenience.
  • FIG. 11 is a plan view showing the arrangement of each bus bar 60. As shown in FIG. FIG. 11 corresponds to FIG. FIG. 12 shows the state before the extension portion 67 of the negative bus bar 61N is arranged, and FIG. 13 shows the state after the extension portion 67 is arranged. 12 and 13, for the sake of convenience, the extended portion 65 of the positive bus bar 61P and the extended portion 68 of the negative bus bar 61N are omitted.
  • the busbar 60 is a wiring member electrically connected to the semiconductor module 30 .
  • the busbar 60 is a plate-like metal member.
  • the busbars 60 are connected to corresponding main terminals 35 by soldering, resistance welding, laser welding, or the like.
  • the bus bar 60 includes a power bus bar 61 and an output bus bar 62. As shown in FIG.
  • the power bus bar 61 electrically connects the semiconductor module 30 and the capacitor element 52 .
  • the power busbar 61 includes a positive busbar 61P and a negative busbar 61N.
  • Positive electrode bus bar 61P electrically connects each of collector terminals 35C (P terminals) of upper arm module 30H and the positive electrode of capacitor element 52 .
  • the positive electrode busbar 61P is sometimes called a P busbar, a high-potential power busbar, or the like.
  • the positive bus bar 61P constitutes at least part of the P line 8 described above.
  • the positive busbar 61P corresponds to a second power busbar.
  • the positive electrode busbar 61P has a base portion 63 and extension portions 64 and 65.
  • Base 63 is connected to the positive electrode of capacitor element 52 .
  • the base 63 is arranged inside the case 51 and includes a portion facing the bottom wall of the case 51 and the two side walls in the Z direction.
  • the base portion 63 faces three surfaces of the entire capacitor element 52 having a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the base portion 63 has a bottom facing portion 631 , side facing portions 632 and 633 , and a bent portion 634 .
  • the bottom facing portion 631 faces the bottom of the capacitor element 52 .
  • the side facing portion 632 faces the side surface of the capacitor element 52 on the laminate 45 side.
  • the side facing portion 633 faces the side surface of the capacitor element 52 on the side opposite to the side facing portion 632 in the Z direction.
  • the bent portion 634 is bent at an angle of approximately 90 degrees with respect to the side facing portion 632 .
  • the bent portion 634 continues to the side facing portion 632 and extends from the side facing portion 632 in the Z direction toward the laminate 45 side.
  • the bent portion 634 is arranged outside the case 51 .
  • the extended portion 64 continues to the bent portion 634 of the base portion 63 and extends in the Z direction.
  • the width of the extension portion 64 is narrower than the width of the base portion 63 .
  • the positive bus bar 61P has three extensions 64 corresponding to each phase.
  • the three extended portions 64 extend in the same direction from a common bent portion 634 .
  • the three extensions 64 are arranged in the X direction.
  • the plate thickness direction of the extension portion 64 is substantially parallel to the Y direction.
  • the plate surface of the extension portion 64 faces the plate surface of the tip portion 353 of the collector terminal 35C of the upper arm module 30H. Further, the extending portion 64 and the collector terminal 35C of the upper arm module 30H are connected at the place where the plate surfaces face each other.
  • Each of the extension portions 64 straddles (traverses) the first-stage heat exchange portion 41 in the Z direction.
  • the extension part 65 is connected to the base part 63 on the side opposite to the extension part 64 .
  • the extending portion 65 extends from the base portion 63 in the opposite direction to the extending portion 64 .
  • the width of the extension portion 65 is narrower than the width of the base portion 63 .
  • the extension part 65 constitutes a connector 80 for connecting with the DC power supply 2 .
  • the extension 65 is the positive terminal of the connector 80 .
  • the positive electrode bus bar 61P configured as described above may be formed, for example, by processing a single metal plate, or may be formed by connecting (joining) a plurality of members.
  • the negative electrode bus bar 61N electrically connects each of the emitter terminals 35E (N terminal) of the lower arm module 30L and the negative electrode of the capacitor element 52.
  • the negative bus bar 61N is sometimes called an N bus bar, a low potential power bus bar, or the like.
  • the negative bus bar 61N constitutes at least part of the N line 9. As shown in FIG.
  • the negative bus bar 61N corresponds to the first power bus bar.
  • the negative electrode bus bar 61N has a base portion 66 and extension portions 67 and 68.
  • Base 66 is connected to the negative electrode of capacitor element 52 . At least part of the base 66 is arranged outside the case 51 .
  • the base portion 66 has a covering portion 661 and a facing portion 662 .
  • the covering portion 661 is arranged so as to cover the entire capacitor element 52 having a substantially rectangular parallelepiped shape in plan view in the Y direction.
  • Coating portion 661 faces the upper surface of capacitor element 52 and is connected to the negative electrode.
  • the facing portion 662 continues to the covering portion 661 and extends toward the laminate 45 in the Z direction.
  • the facing portion 662 is arranged so as to substantially match the bent portion 634 of the positive bus bar 61P in plan view in the Z direction.
  • the plate thickness direction of the opposing portion 662 is substantially parallel to the Y direction.
  • the width of the facing portion 662 is narrower than the width of the covering portion 661 in the X direction.
  • the opposing portion 662 and the bent portion 634 of the positive bus bar 61P are opposed to each other with their plate surfaces separated from each other.
  • the extended portion 67 is connected (joined) to the facing portion 662 of the base portion 66 .
  • the extending portion 67 is provided separately from the base portion 66 and integrated by connection.
  • the extended portion 67 includes a portion that continues to the base portion 66 and extends toward the laminated body 45 in the Z direction.
  • the plate thickness direction of the extending portion 67 is substantially parallel to the Y direction.
  • the plate surface of the extension portion 67 faces the plate surface of the tip portion 353 of the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L. Further, the extending portion 67 and the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L are connected at a location where the plate surfaces face each other.
  • the extended portion 67 is arranged to cover the projecting portion of the main terminal 35 , at least part of the extended portion 64 of the positive electrode busbar 61 ⁇ /b>P, and at least part of the output busbar 62 .
  • the extended portion 67 straddles (traverses) the first-stage heat exchange portion 41 and the second-stage heat exchange portion 41 in the Z direction.
  • the extended portion 67 has a slit 671, a parallel running portion 672, a facing portion 673, and a connecting portion 674.
  • the slit 671 is provided between the upper arm module 30H and the lower arm module 30L in plan view in the Y direction.
  • the slit 671 is provided between the collector terminal 35C of the upper arm module 30H and the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L.
  • the slit 671 may be referred to as a notch.
  • the extending portion 67 has slits 671 for three phases.
  • the three slits 671 are arranged side by side in the X direction.
  • the parallel running portion 672 has a portion adjacent to the slit 671 in the X direction.
  • the parallel running portion 672 defines a slit 671 .
  • At least part of the parallel running portion 672 runs parallel to the output bus bar 62 .
  • the plate surfaces of the parallel running portion 672 and the output bus bar 62 face each other with a gap therebetween.
  • the parallel running portion 672 extends in the Z direction and maintains a facing relationship with the output bus bar 62 in the extending direction.
  • the extension portion 67 has parallel running portions 672 for three phases.
  • the three parallel running portions 672 are arranged side by side in the X direction.
  • the facing portion 673 has a portion adjacent to the slit on the capacitor module 50 side in the Z direction.
  • the facing portion 673 defines the slit 671 .
  • the facing portion 673 extends from the parallel running portion 672 in the X direction.
  • the facing portion 673 and the extending portion 64 of the positive bus bar 61P face each other with their plate surfaces separated from each other.
  • the facing portion 673 maintains a facing relationship with the extending portion 64 over the entire length of the extending portion 64, for example.
  • the connecting portion 674 is adjacent to the slit 671 on the side opposite to the facing portion 673 in the Z direction.
  • the connecting portion 674 defines the slit 671 .
  • the connecting portion 674 extends from the parallel running portion 672 in the X direction.
  • the plate surface of the connecting portion 674 faces the plate surface of the tip portion 353 of the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L.
  • the connection portion 674 and the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L are connected at a location where the plate surfaces face each other.
  • the extended portion 68 continues to the base portion 66 on the side opposite to the extended portion 67 .
  • the extending portion 68 extends from the base portion 66 in the direction opposite to the extending portion 67 .
  • the width of the extension portion 68 is narrower than the width of the base portion 66 .
  • the extended portion 68 is aligned with the extended portion 65 of the positive bus bar 61P in the X direction.
  • the extending portion 68 constitutes a connector 80 .
  • the extension 68 is the negative terminal of the connector 80 .
  • the connector 80 includes extensions 65 and 68 and a portion of the case 51 .
  • the connector 80 is sometimes called an input terminal block.
  • the output bus bar 62 electrically connects the emitter terminal 35E of the upper arm module 30H and the collector terminal 35C of the lower arm module 30L.
  • the output bus bar 62 has a portion extending away from the capacitor module 50 in the Z direction.
  • the plate surface of the output bus bar 62 faces the plate surface of the tip portion 353 of the emitter terminal 35E of the upper arm module 30H and the plate surface of the tip portion 353 of the collector terminal 35C of the lower arm module 30L.
  • the output bus bar 62 and the distal end portion 353 are connected to each other at locations where the plate surfaces face each other.
  • the busbar 60 includes output busbars 62 for three phases.
  • the plate surfaces of the U-phase output bus bar 62 (U) and one of the parallel running portions 672 face each other.
  • the plate surfaces of the V-phase output bus bar 62 (V) and the other one of the parallel running portions 672 face each other.
  • the plate surfaces of the W-phase output bus bar 62 (W) and the other one of the parallel running portions 672 face each other.
  • Each of the output bus bars 62 straddles (traverses) the second stage heat exchange section 41 and the third stage heat exchange section 41 in the Z direction.
  • One end of each output bus bar 62 protrudes outside from an opening of case 20 so as to be connectable to motor generator 3 .
  • a current sensor 81 is provided in the middle of the output bus bar 62 .
  • a current sensor 81 is provided individually for each output bus bar 62 .
  • a current sensor 81 detects a phase current.
  • the current sensor 81 is arranged inside the case 20 .
  • the extended portion 67 of the negative electrode bus bar 61N is provided separately from the base portion 66.
  • the extended portion 64 of the positive electrode bus bar 61P is connected to the collector terminal 35C(P) of the upper arm module 30H
  • the output bus bar 62 is connected to the emitter terminal 35E(O) of the upper arm module 30H and the lower arm module 30L. Connect to the collector terminal 35C(O).
  • the busbars 60 on the upper layer side in the Z direction are connected to the corresponding main terminals 35 .
  • the extended portion 67 of the negative bus bar 61N is connected to the base portion 66 and connected to the emitter terminal 35E(N) of the lower arm module 30L.
  • the parallel running structure of the negative electrode bus bar 61N and the positive electrode bus bar 61P and the parallel running structure of the negative electrode bus bar 61N and the output bus bar 62 can be realized.
  • the circuit board 70 includes a wiring board in which wiring is arranged on an insulating base material such as resin, and electronic components (not shown) mounted on the wiring board. Wiring and electronic components make up a circuit.
  • the drive circuit 7 described above is configured on the circuit board 70 .
  • the circuit board 70 has a connector 71 for connection with an external device.
  • the connector 71 includes a housing molded using resin or the like, and terminals held by the housing and mounted on a wiring board. For convenience, the terminals are simplified or omitted in each drawing.
  • a drive command for the control circuit is input via the connector 71 .
  • a torque request is input from the host ECU via the connector 71 .
  • the circuit board 70 is arranged on the opening side of the case 20 in the Z direction. Circuit board 70 is arranged such that capacitor module 50 and laminate 45 are positioned between bottom wall 21 of case 20 and circuit board 70 . The circuit board 70 is arranged so as to overlap with the capacitor module 50 and the laminate 45 in plan view in the Y direction. Signal terminals 36 of the semiconductor module 30 included in the laminate 45 are inserted and mounted on the circuit board 70 . A surface mounting structure may be adopted instead of insertion mounting.
  • the circuit board 70 has through holes (not shown) for projecting the output busbars 62 out of the case 20 .
  • FIG. 14 shows the PN current loop in this embodiment.
  • a PN current loop which is a current path from the collector terminal 35C of the upper arm module 30H, which is the P terminal, to the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L, which is the N terminal, is considered.
  • the dashed line indicates the current path from the collector terminal 35C(P) of the upper arm module 30H to the emitter terminal 35E(O).
  • N) is indicated by a solid line.
  • each semiconductor element 32 is controlled so that the semiconductor element 32 of the upper arm module 30H and the semiconductor element 32 of the lower arm module 30L that constitute the upper and lower arm circuits 10 are not turned on at the same time.
  • the plurality of semiconductor modules 30 are divided into upper arm modules 30H and lower arm modules 30L.
  • the upper arm module 30H and the lower arm module 30L are arranged side by side in the Z direction (stacking direction). This makes it possible to reduce the PN current loop compared to a configuration in which one module provides upper and lower arm circuits for one phase and a configuration in which the upper arm module and the lower arm module are arranged in the X direction. Smaller PN current loops can reduce inductance because opposing current-carrying members are closer together, increasing flux cancellation.
  • FIG. 15 shows the arrangement of semiconductor modules 30, coolers 40, and capacitor modules 50 in this embodiment.
  • the capacitor modules 50 are arranged in the Z direction with respect to the laminate 45 .
  • the power supply bus bar 61 extends in the Z direction so as to straddle at least one of the heat exchange sections 41 arranged in multiple stages.
  • the length L3 for one stage of the heat exchange section 41 is sufficiently shorter than the length L4 equal to the diameter of the pipe. Therefore, the length of the power bus bar 61 can be shortened compared to a configuration in which the capacitor modules are arranged next to the laminate in the X direction and the power bus bar extends in the X direction so as to straddle one of the pipes. That is, the current path can be shortened.
  • the power conversion device 4 of this embodiment can reduce the inductance.
  • FIG. 16 shows the current paths of the main circuit including smoothing capacitor 5 and inverter 6 .
  • the lower arm module 30L is arranged further away from the capacitor module 50 than the upper arm module 30H.
  • the negative bus bar 61N and the positive bus bar 61P extend in the Z direction with their plate surfaces facing each other.
  • the negative electrode bus bar 61N and the output bus bar 62 extend in the Z direction with their plate surfaces facing each other.
  • Negative bus bar 61N may be arranged to face at least one of positive bus bar 61P and output bus bar 62 .
  • a plurality of upper arm modules 30H forming the three-phase upper and lower arm circuits 10 are arranged side by side in the X direction orthogonal to the Z direction.
  • lower arm modules 30L are arranged side by side in the X direction.
  • the upper arm module 30H and the lower arm module 30L may be arranged such that the arrangement of the collector terminals 35C and the emitter terminals 35E are the same.
  • the lower arm module 30L is arranged such that the front and back surfaces of the semiconductor element 32 are reversed with respect to the upper arm module 30H.
  • the arrangement of the collector terminal 35C and the emitter terminal 35E is reversed, so that the emitter terminal 35E of the upper arm module 30H and the collector terminal 35C of the lower arm module 30L can be easily connected by the output bus bar 62.
  • the shape of the projecting portion of the main terminal 35 is not particularly limited.
  • the entire projecting portion may have a shape extending in the Y direction.
  • the projecting portions of the plurality of main terminals 35 each have a bent portion 351 .
  • a plate surface of tip portion 353 which is a portion closer to the projecting tip than the bent portion, faces the corresponding plate surface of bus bar 60 .
  • the presence of the bent portion 351 shortens the distance to the bus bar 60 to be joined, thereby further reducing the inductance.
  • connection processing such as welding is easy to perform.
  • the length L1 of the root portion 352 is shorter than the length L2 of the tip portion 353 at the projecting portion of each main terminal 35 . That is, inductance can be reduced more effectively.
  • the extension portion 67 of the negative electrode bus bar 61N may be continuously connected to the base portion 66.
  • the extended portion 67 is provided separately from the base portion 66 and integrated by joining. According to this, as shown in FIGS. 12 and 13 , the lower layer positive bus bar 61P and the output bus bar 62 can be joined to the corresponding main terminals 35 before joining the extended portion 67 . In other words, the connection between the busbar 60 and the corresponding main terminal 35 is facilitated.
  • the extension portion 67 may have, for example, a substantially rectangular shape in a plan view in the Y direction so as to integrally cover portions of the main terminal 35, the extension portion 64 of the negative bus bar 61N, and the output bus bar 62. .
  • FIG. 17 shows current paths in the main circuit.
  • FIG. 17 corresponds to FIG.
  • FIG. 17 shows a U-phase current path as an example.
  • the solid line arrow indicates the path in the extended portion 67 of the negative bus bar 61N
  • the broken line arrow indicates the path from the extended portion 64 of the positive bus bar 61P to the emitter terminal 35E(N) of the lower arm module 30L.
  • the extended portion 67 of the negative bus bar 61N of the present embodiment has a slit 671, a parallel running portion 672, a facing portion 673, and a connecting portion 674.
  • the slit 671 in this manner, the current path in the negative bus bar 61N (extended portion 67) is restricted. Specifically, current flows along the slit 671 . Therefore, as shown in FIG. 17, the parallel running distance in the current path can be increased. Thereby, the effect of canceling the magnetic flux can be enhanced and the inductance can be further reduced.
  • the connecting portion 674 can be easily bent with respect to other portions of the extending portion 67 so as to be joined to the emitter terminal 35E(N). In other words, the connection between the emitter terminal 35E of the lower arm module 30L and the extended portion 67 is facilitated.
  • the present invention is not limited to this.
  • the lower arm module 30L may be arranged on the capacitor module 50 side.
  • the upper arm module 30H corresponds to the first semiconductor module
  • the lower arm module 30L closer to the capacitor module 50 than the upper arm module 30H corresponds to the second semiconductor module.
  • the positive bus bar 61P corresponds to a first power bus bar
  • the negative bus bar 61N corresponds to a second power bus bar.
  • the extended portion of the positive electrode bus bar 61P is at least part of the projected portion of the main terminal 35, at least part of the extended portion of the negative electrode bus bar 61N, and the extended portion of the output bus bar 62. It is good also as arrangement
  • the extending portion of the positive electrode bus bar 61P may be provided separately from the base portion. A slit or the like may be provided in the extended portion of the positive electrode bus bar 61P to increase the parallel running distance.
  • the present invention is not limited to this.
  • the upper arm 10H for three phases may be provided by one upper arm module 30H by sharing the sealing body 31 so as to integrally seal the semiconductor elements 32 for three phases.
  • the lower arm 10L for three phases may be provided by one lower arm module 30L.
  • one semiconductor element 32 constitutes one arm 10H, 10L.
  • a plurality of semiconductor elements 32 may be connected in parallel to form one arm 10H, 10L.
  • FIG. 18 is a diagram showing the circuit configuration of the power conversion device 4 according to this embodiment.
  • 19 is a perspective view showing the semiconductor module 30.
  • FIG. FIG. 19 corresponds to FIG. 6 and shows the upper arm module 30H as an example.
  • each arm 10H, 10L of the upper and lower arm circuits 10 forming the inverter 6 is configured by connecting two IGBTs 12 in parallel.
  • the two IGBTs 12 connected in parallel are controlled by a gate drive signal that switches between high level and low level at the same timing.
  • the FWD 13 is connected in anti-parallel to each of the IGBTs 12 .
  • the semiconductor module 30 includes two semiconductor elements 32. As shown in FIG. Each semiconductor element 32 is formed with an RC-IGBT as in the previous embodiment. The two semiconductor elements 32 are arranged side by side in the X direction. The collector electrodes 32C of the two semiconductor elements 32 are electrically connected to a common collector terminal 35C via the surface metal bodies 332 (wiring portions 334). The emitter electrodes 32E of the two semiconductor elements 32 are electrically connected to a common emitter terminal 35E via the surface metal body 342 (wiring portion 344).
  • the power conversion device 4 of this embodiment has the same configuration as the power conversion device 4 shown in the preceding embodiment, except that the semiconductor module 30 includes a plurality of semiconductor elements 32 .
  • a laminated body 45 is configured by the heat exchange units arranged in three stages and the semiconductor modules 30 arranged in two stages.
  • the upper arm module 30H and the lower arm module 30L are arranged side by side in the Z direction. Any of the configurations shown in the previous embodiment and its modification can be applied to the power conversion device 4 of the present embodiment. Therefore, the power conversion device 4 of this embodiment can achieve the same effect as the power conversion device 4 of the preceding embodiment.
  • the number of switching elements forming one arm 10H, 10L is not limited to two. It may be three or more.
  • the number of semiconductor elements 32 included in the semiconductor module 30 is also not limited to two. It may be three or more.
  • One semiconductor module 30 provides a parallel circuit of one arm 10H, 10L.
  • multiple semiconductor modules 30 may provide a parallel circuit.
  • FIG. 20 shows the arrangement of the laminate 45 and the busbars 60 in the power conversion device 4 according to this embodiment.
  • FIG. 20 corresponds to FIG.
  • FIG. 21 shows the state before the extension portion 67 of the negative bus bar 61N is arranged
  • FIG. 22 shows the state after the extension portion 67 is arranged.
  • 21 and 22 correspond to FIGS. 12 and 13.
  • each semiconductor module 30 has a configuration similar to that of the first embodiment (see FIGS. 6 and 7). That is, one semiconductor module 30 has one semiconductor element 32 . Although illustration is omitted, each arm 10H, 10L of the upper and lower arm circuit 10 is configured by connecting three IGBTs 12 in parallel.
  • the laminate 45 includes semiconductor modules 30 arranged in six stages and heat exchange sections 41 arranged in seven stages.
  • the three semiconductor modules 30 closer to the capacitor module 50 in the Z direction are the upper arm modules 30H, and the three semiconductor modules 30 farther are the lower arm modules 30L.
  • the upper arm modules 30H are arranged in the X direction in the order of U-phase, V-phase, and W-phase in each stage.
  • the extended portion 64 of the positive bus bar 61P extends in the Z direction and is electrically connected to the three collector terminals 35C(P) of the corresponding phases.
  • the lower arm modules 30L are also arranged in the X direction in the order of U-phase, V-phase, and W-phase in each stage.
  • the output bus bar 62 extends in the Z direction and is electrically connected to the main terminal 35 of the corresponding phase, specifically the emitter terminal 35E(O) of the upper arm module 30H and the collector terminal 35C(O) of the lower arm module 30L. It is
  • the extending portion 67 of the negative electrode bus bar 61N has a slit 671, a parallel running portion 672, a facing portion 673, and a connecting portion 674, as in the previous embodiment.
  • a slit 671 is provided between the upper arm module 30H and the lower arm module 30L in each phase.
  • the slit 671 is provided between the collector terminal 35C(P) and the emitter terminal 35E(N).
  • the parallel running portion 672 is provided so as to overlap the connection portion of the output bus bar 62 with the main terminal 35 in plan view in the Z direction so that the output bus bar 62 and the plate surfaces face each other.
  • the opposing portion 673 extends in the X direction from the parallel running portion 672 and is provided so as to overlap the extended portion 64 of the positive electrode bus bar 61P.
  • the connecting portion 674 extends in the X direction from the parallel running portion 672 and is electrically connected to the emitter terminal 35E(N) of the lower arm module 30L.
  • the three upper arm modules 30H of the same phase are connected in parallel by the busbars 61P and 62.
  • Three lower arm modules 30L of the same phase are connected in parallel by bus bars 61N and 62 .
  • the extended portion 67 of this embodiment is also provided separately from the base portion 66 .
  • connection (bonding) of the busbars 60 first, as shown in FIG. 21 , the busbars 60 on the lower layer side in the Z direction are connected to the corresponding main terminals 35 .
  • the extended portion 64 of the positive electrode bus bar 61P is connected to the collector terminal 35C(P) of the upper arm module 30H
  • the output bus bar 62 is connected to the emitter terminal 35E(O) of the upper arm module 30H and the lower arm module 30L. Connect to the collector terminal 35C(O).
  • the busbars 60 on the upper layer side in the Z direction are connected to the corresponding main terminals 35 .
  • the extended portion 67 of the negative bus bar 61N is connected to the base portion 66 and connected to the emitter terminal 35E(N) of the lower arm module 30L.
  • the parallel running structure of the negative electrode bus bar 61N and the positive electrode bus bar 61P and the parallel running structure of the negative electrode bus bar 61N and the output bus bar 62 can be realized.
  • the power conversion device 4 of this embodiment has the same configuration as the power conversion device 4 shown in the first embodiment, except that a plurality of semiconductor modules 30 are connected in parallel by bus bars 60 .
  • a plurality of semiconductor modules 30 are divided into upper arm modules 30H and lower arm modules 30L, and the upper arm modules 30H and lower arm modules 30L are arranged side by side in the Z direction. This makes it possible to reduce the PN current loop.
  • the capacitor module 50 is arranged in the Z direction with respect to the laminate 45 .
  • the power supply bus bar 61 extends in the Z direction so as to straddle at least one of the heat exchange sections 41 arranged in multiple stages. Thereby, the length of the power bus bar 61 can be shortened. Therefore, inductance can be reduced.
  • the number of switching elements forming one arm 10H, 10L is not limited to three. It may be two, or four or more.
  • the number of semiconductor modules 30 is not limited to three. It may be two, or four or more.
  • spatially relative terms “inside”, “outside”, “behind”, “below”, “low”, “above”, “high”, etc. refer to an element or feature as illustrated. It is used here to facilitate the description describing its relationship to other elements or features. Spatially-relative terms can be intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the drawings. For example, when the device in the figures is turned over, elements described as “below” or “beneath” other elements or features are oriented “above” the other elements or features. Thus, the term “bottom” can encompass both an orientation of up and down. The device may be oriented in other directions (rotated 90 degrees or other orientations) and the spatially relative descriptors used herein interpreted accordingly. .
  • the vehicle drive system 1 is not limited to the configuration described above.
  • the example provided with one motor generator 3 was shown, it is not limited to this. A plurality of motor generators may be provided.
  • the present invention is not limited to this.
  • the configuration may include a plurality of inverters. At least one inverter and a converter may be provided. Only a converter may be provided.

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Abstract

複数の半導体モジュール（３０）は、上アームモジュール（３０Ｈ）と、上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュール（３０Ｌ）を含む。冷却器（４０）の熱交換部（４１）は、積層方向において上アームモジュールおよび下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、半導体モジュールとともに積層体（４５）をなしている。コンデンサモジュール（５０）は、積層方向において積層体の一端側に配置されている。コンデンサモジュールと半導体モジュールとを電気的に接続する電源バスバー（６１）は、熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延びている。

Description

電力変換装置 関連出願の相互参照
　この出願は、２０２１年１０月６日に日本に出願された特許出願第２０２１－１６５０００号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
　この明細書における開示は、電力変換装置に関する。
　特許文献１は、電力変換装置を開示している。この電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、冷却器と、コンデンサと、複数のバスバーを備えている。冷却器は、半導体モジュールのそれぞれを両面側から挟むように多段に配置された複数の熱交換部を有している。複数のバスバーは、コンデンサと半導体モジュールとを電気的に接続する電源バスバーを含んでいる。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特開２００６－２９５９９７号公報
　特許文献１では、半導体モジュールのそれぞれが、一相分の上下アーム回路を構成している。このような半導体モジュールは、内部に上アームを構成する半導体素子と下アームを構成する半導体素子を有しており、これら半導体素子は積層方向に直交する一方向に並んで配置されている。このため、半導体モジュール内においてＰＮ電流ループが大きくなる。また、コンデンサが、半導体モジュールと熱交換部との積層体に対して、積層方向に直交する一方向に配置されている。半導体モジュールとコンデンサとの間には、熱交換部に対して冷媒を導入または排出するパイプが配置されている。このため、冷却器のパイプを跨いで電源バスバーを配策しなければならず、電源バスバーが長くなる。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
　開示されるひとつの目的は、インダクタンスを低減できる電力変換装置を提供することにある。
　ここに開示された電力変換装置は、
　上下アーム回路の上アームを構成する上アームモジュールと、上下アーム回路の下アームを構成し、上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュールと、を含む複数の半導体モジュールと、
　積層方向において上アームモジュールおよび下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、複数の半導体モジュールとともに積層体をなす複数の熱交換部を有する冷却器と、
　積層方向において積層体の一端側に配置されたコンデンサと、
　コンデンサと半導体モジュールとを電気的に接続し、熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延びた電源バスバーを含む複数のバスバーと、を備える。
　開示された電力変換装置によれば、複数の半導体モジュールを上アームモジュールと下アームモジュールとに分けるとともに、上アームモジュールと下アームモジュールとを積層方向に並ぶ配置としている。これにより、ＰＮ電流ループを小さくすることができる。また、コンデンサを積層体に対して積層方向に配置し、電源バスバーを熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように積層方向に延設している。これにより、電源バスバー長、つまり電流経路を短くすることができる。この結果、インダクタンスを低減できる電力変換装置を提供することができる。
　この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
第１実施形態に係る電力変換装置の回路構成および駆動システムを示す図である。 電力変換装置を示す斜視図である。 反対側から見た斜視図である。 分解斜視図である。 ケース内の構造を示す斜視図である。 半導体モジュールを示す斜視図である。 半導体素子、基板の表面金属体、および主端子の配置を示す平面図である。 積層体を示す平面図である。 半導体モジュール、冷却器、およびコンデンサの配置を示す平面図である。 図９のX-X線に沿う断面図である。 積層体とバスバーの配置を示す平面図である。 負極バスバーの延設部を接続する前の状態を示す斜視図である。 負極バスバーの延設部を接続した後の状態を示す斜視図である。 ＰＮ電流ループを示す図である。 電源バスバー長の短縮を示す図である。 電流経路を示す図である。 電流経路を示す図である。 第２実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。 半導体モジュールを示す斜視図である。 第３実施形態に係る電力変換装置において、積層体とバスバーの配置を示す平面図である。 負極バスバーの延設部を接続する前の状態を示す斜視図である。 負極バスバーの延設部を接続した後の状態を示す斜視図である。
　以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
　本実施形態の電力変換装置は、たとえば、回転電機を駆動源とする移動体に適用される。移動体は、たとえば、電気自動車（ＢＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）などの電動車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。以下では、車両に適用される例について説明する。
　（第１実施形態）
　まず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
　＜車両の駆動システム＞
　図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。
　直流電源２は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ３は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、車両の走行駆動源、つまり電動機として機能する。モータジェネレータ３は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置４は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で電力変換を行う。
　＜電力変換装置の回路構成＞
　図１は、電力変換装置４の回路構成を示している。電力変換装置４は、電力変換回路を備えている。本実施形態の電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、電力変換回路であるインバータ６と、駆動回路７を備えている。
　平滑コンデンサ５は、主として、直流電源２から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５は、高電位側の電源ラインであるＰライン８と低電位側の電源ラインであるＮライン９とに接続されている。Ｐライン８は直流電源２の正極に接続され、Ｎライン９は直流電源２の負極に接続されている。平滑コンデンサ５の正極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｐライン８に接続されている。平滑コンデンサ５の負極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｎライン９に接続されている。平滑コンデンサ５は、直流電源２に並列に接続されている。
　インバータ６は、ＤＣ－ＡＣ変換回路である。インバータ６は、図示しない制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ６は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Ｐライン８へ出力する。このように、インバータ６は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行う。
　インバータ６は、三相分の上下アーム回路１０を備えて構成されている。上下アーム回路１０は、レグと称されることがある。上下アーム回路１０は、上アーム１０Ｈと、下アーム１０Ｌをそれぞれ有している。以下では、上アーム１０Ｈ、下アーム１０Ｌを単にアーム１０Ｈ、１０Ｌと示すことがある。上アーム１０Ｈおよび下アーム１０Ｌは、上アーム１０ＨをＰライン８側として、Ｐライン８とＮライン９との間で直列接続されている。上アーム１０Ｈと下アーム１０Ｌとの接続点は、出力ライン１１を介して、モータジェネレータ３における対応する相の巻線３ａに接続されている。インバータ６は、６つのアーム１０Ｈ、１０Ｌを有している。各アーム１０Ｈ、１０Ｌは、スイッチング素子を備えて構成されている。
　本実施形態では、各アーム１０Ｈ、１０Ｌを構成するスイッチング素子として、ｎチャネル型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１２（以下、ＩＧＢＴ１２と示す）を採用している。ＩＧＢＴは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略称である。ＩＧＢＴ１２のそれぞれには、還流用のダイオード１３（以下、ＦＷＤ１３と示す）が逆並列に接続されている。
　上アーム１０Ｈにおいて、ＩＧＢＴ１２のコレクタが、Ｐライン８に接続されている。下アーム１０Ｌにおいて、ＩＧＢＴ１２のエミッタが、Ｎライン９に接続されている。そして、上アーム１０ＨにおけるＩＧＢＴ１２のエミッタと、下アーム１０ＬにおけるＩＧＢＴ１２のコレクタが相互に接続されている。ＦＷＤ１３のアノードは対応するＩＧＢＴ１２のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。
　なお、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ１２に限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴを採用してもよい。ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称である。ＭＯＳＦＥＴの場合、還流用のダイオードとして寄生ダイオード（ボディダイオード）を用いてもよいし、外付けのダイオードを用いてもよい。
　駆動回路７は、インバータ６などの電力変換回路を構成するスイッチング素子を駆動する。駆動回路７は、制御回路の駆動指令に基づいて、対応するアーム１０Ｈ、１０ＬのＩＧＢＴ１２のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するＩＧＢＴ１２を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路は、ドライバと称されることがある。
　電力変換装置４は、スイッチング素子の制御回路を備えてもよい。制御回路は、ＩＧＢＴ１２を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路７に出力する。制御回路は、たとえば図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。制御回路は、上位ＥＣＵ内に設けてもよい。
　各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電力変換装置４は、センサの少なくともひとつを備えてもよい。電流センサは、各相の巻線３ａに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ３の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ５の両端電圧を検出する。制御回路は、たとえばプロセッサおよびメモリを備えて構成されている。制御回路は、駆動指令として、たとえばＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。
　電力変換装置４は、電力変換回路として、コンバータを備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換回路である。コンバータは、直流電源２と平滑コンデンサ５との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した上下アーム回路１０を備えて構成される。この構成によれば、昇降圧が可能である。電力変換装置４は、直流電源２からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源２とコンバータとの間に設けられる。
　＜電力変換装置の構造＞
　図２は、電力変換装置４を示している。図３は、図２に対して反転した図である。図４は、分解斜視図である。図５は、ケース２０内の構造を示している。図５は、図２に対してケース２０を省略している。図２～図５では、内部を透過させて図示している。
　図２～図５に示すように、電力変換装置４は、ケース２０と、複数の半導体モジュール３０と、冷却器４０と、コンデンサモジュール５０と、バスバー６０と、回路基板７０などを備えている。
　以下において、半導体モジュール３０と冷却器４０の熱交換部４１との積層方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交し、同じアーム側の半導体モジュール３０の並び方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに直交する位置関係にある。
　＜ケース＞
　ケース２０は、電力変換装置４を構成する他の要素を収容する。ケース２０は、たとえばアルミダイカストによる成形体である。図２～図４に示すように、本実施形態のケース２０は、一面が開口する箱状をなしている。ケース２０は、Ｙ方向において一面が開口している。ケース２０は、底壁２１と、側壁２２を有している。底壁２１は平面略矩形状をなしている。側壁２２は、底壁２１に連なり、底壁２１からＹ方向に延びている。側壁２２は、底壁２１の外周端の四辺のそれぞれに連なっている。側壁２２は、Ｙ方向の平面視において略矩形環状をなしている。ケース２０は、４つの側壁２２を有している。
　ケース２０は、側壁２２のひとつに貫通孔２３、２４を有している。貫通孔２３、２４には、冷却器４０のパイプ４２、４３が挿通される。貫通孔２３、２４は、側壁２２において内外を貫通し、内面と外面とに開口している。ケース２０は、コネクタ７１、８０を電力変換装置４の外部と電気的に接続可能とするために、図示しない開口部を有している。ケース２０は、コネクタ７１用の開口部と、コネクタ８０用の開口部を有している。開口部は、たとえば側壁２２に設けられた貫通孔または切り欠きである。
　電力変換装置４は、ケース２０とともに、ケース２０の一面側開口を閉塞するカバー（蓋）を備えてもよい。ケース２０およびカバーは、筐体と称されることがある。カバーを備えない構成において、ケース２０内にポッティング樹脂などの充填材を配置することで、ケース２０内に収容した要素を液密に封止してもよい。カバーを備える構成において、ケース２０とカバーとの対向部分、貫通孔２３、２４の壁面とパイプ４２、４３との対向部分、コネクタ７１、８０のハウジングと開口部の壁面との対向部分にシール材を配置することで、筐体の内部を液密に封止してもよい。
　＜半導体モジュール＞
　図６は、半導体モジュール３０を示している。図６では、一例として、上アームモジュール３０Ｈを示している。図７は、半導体モジュール３０において、半導体素子３２、基板３３、３４の表面金属体３３２、３４２、主端子３５の配置を示している。図７では、配置を分かりやすくするために、基板３３に対して基板３４を１８０反転させて図示し、基板３３、３４の表面金属体３３２、３４２を同一平面に示している。
　複数の半導体モジュール３０は、上記した上下アーム回路１０、つまりインバータ６（電力変換回路）を構成する。複数の半導体モジュール３０は、上アーム１０Ｈを構成する上アームモジュール３０Ｈと、下アーム１０Ｌを構成する下アームモジュール３０Ｌを含んでいる。
　本実施形態では、ひとつの半導体モジュール３０がひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成する。図４などに示すように、複数の半導体モジュール３０は、三相分の上アーム１０Ｈを構成する３つの上アームモジュール３０Ｈと、三相分の下アーム１０Ｌを構成する３つの下アームモジュール３０Ｌを含んでいる。また、すべての半導体モジュール３０が、互いに共通の構造を有している。図６および図７に示すように、各半導体モジュール３０は、封止体３１と、半導体素子３２と、基板３３、３４と、主端子３５と、信号端子３６を備えている。
　封止体３１は、半導体モジュール３０を構成する他の要素の一部を封止している。他の要素の残りの部分は、封止体３１の外に露出している。封止体３１は、たとえば樹脂を材料とする。封止体３１は、たとえばエポキシ系樹脂を材料としてトランスファモールド法により成形されている。封止体３１は、たとえばゲルを用いて形成されてもよい。ゲルは、たとえば一対の基板３３、３４の対向領域に充填（配置）される。
　半導体素子３２は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とする半導体基板に、スイッチング素子が形成されてなる。スイッチング素子は、半導体基板の板厚方向に主電流を流すように縦型構造をなしている。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドがある。半導体素子３２は、パワー素子、半導体チップなどと称されることがある。
　本実施形態の半導体素子３２は、Ｓｉを材料とする半導体基板に、上記したｎチャネル型のＩＧＢＴ１２およびＦＷＤ１３、つまりＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴが形成されてなる。ＩＧＢＴ１２は、半導体素子３２（半導体基板）の板厚方向に主電流が流れるように縦型構造をなしている。半導体素子３２は、自身の板厚方向の両面に、スイッチング素子の主電極を有している。具体的には、主電極として、表面にエミッタ電極３２Ｅを有し、裏面にコレクタ電極３２Ｃを有している。エミッタ電極３２Ｅは、表面の一部分に形成されている。コレクタ電極３２Ｃは、裏面のほぼ全域に形成されている。図７では、コレクタ電極３２Ｃおよびエミッタ電極３２Ｅを破線で示している。
　主電流は、コレクタ電極３２Ｃとエミッタ電極３２Ｅとの間に流れる。半導体素子３２は、エミッタ電極３２Ｅの形成面に、信号用の電極である図示しないパッドを有している。半導体素子３２は、その板厚方向がＺ方向に略平行となるように配置されている。本実施形態の半導体モジュール３０は、ひとつの半導体素子３２を備えている。
　基板３３、３４は、半導体素子３２の板厚方向、つまりＺ方向において、半導体素子３２を挟むように配置されている。基板３３、３４は、Ｚ方向において互いに少なくとも一部が対向するように配置されている。基板３３、３４は、Ｚ方向の平面視においてひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成する半導体素子３２のすべてを内包している。
　基板３３、３４は、半導体素子３２に電気的に接続されている。基板３３は、半導体素子３２に対して、コレクタ電極３２Ｃ側に配置されている。基板３４は、半導体素子３２に対して、エミッタ電極３２Ｅ側に配置されている。基板３３は、コレクタ電極３２Ｃに電気的に接続され、配線機能を提供する。同様に、基板３４は、エミッタ電極３２Ｅに電気的に接続され、配線機能を提供する。基板３３、３４は、半導体素子３２の生じた熱を放熱する放熱機能を提供する。
　基板３３は、絶縁基材３３１と、表面金属体３３２と、裏面金属体３３３を有している。表面金属体３３２は、絶縁基材３３１において半導体素子３２側の面である表面に配置されている。裏面金属体３３３は、絶縁基材３３１の裏面に配置されている。基板３４は、絶縁基材３４１と、表面金属体３４２と、裏面金属体３４３を有している。表面金属体３４２は、絶縁基材３４１において半導体素子３２側の面である表面に配置されている。裏面金属体３４３は、絶縁基材３４１の裏面に配置されている。基板３３、３４は、絶縁基材と金属体の積層基板である。以下では、表面金属体３３２、３４２、裏面金属体３３３、３４３を、単に金属体３３２、３３３、３４２、３４３と称することがある。
　絶縁基材３３１は、金属体３３２、３３３を電気的に分離している。同様に、絶縁基材３４１は、金属体３４２、３４３を電気的に分離している。絶縁基材３３１、３４１の主たる材料は、樹脂、または、無機材料のセラミックである。絶縁基材３３１、３４１の材料構成は、互いに共通（同一）でもよいし、互いに異なってもよい。
　金属体３３２、３３３、３４２、３４３は、たとえば金属板または金属箔として提供される。金属体３３２、３３３、３４２、３４３は、ＣｕやＡｌなどの導電性、熱伝導性が良好な金属を材料として形成されている。表面金属体３３２、３４２は、配線、つまり回路を提供する。
　本実施形態の表面金属体３３２、３４２は、パターニングされている。図７に示すように、表面金属体３３２は、配線機能を提供する配線部３３４と、配線機能を提供しないダミー配線部３３５を有している。配線部３３４は、半導体素子３２のコレクタ電極３２Ｃと対応する主端子３５（コレクタ端子３５Ｃ）とを電気的に接続している。配線部３３４は、平面略Ｌ字状をなしており、平面略矩形状の基部３３４ａと、基部の一辺からＹ方向に延びる凸部３３４ｂを有している。配線部３３４の基部３３４ａにコレクタ電極３２Ｃが接続され、凸部３３４ｂにコレクタ端子３５Ｃが接続されている。
　ダミー配線部３３５は、配線部３３４に対して電気的に分離されている。ダミー配線部３３５は、Ｘ方向において配線部３３４の凸部３３４ｂと並ぶように設けられている。ダミー配線部３３５には、主端子３５であるエミッタ端子３５Ｅが接続されている。ダミー配線部３３５は、エミッタ端子３５Ｅを支持している。
　表面金属体３４２は、表面金属体３３２と同様に、配線機能を提供する配線部３４４と、配線機能を提供しないダミー配線部３４５を有している。配線部３４４は、半導体素子３２のエミッタ電極３２Ｅと対応する主端子３５（エミッタ端子３５Ｅ）とを電気的に接続している。配線部３４４は、平面略Ｌ字状をなしており、平面略矩形状の基部３４４ａと、基部の一辺からＹ方向に延びる凸部３４４ｂを有している。配線部３４４の基部３３４ａにエミッタ電極３２Ｅが接続され、凸部３４４ｂにエミッタ端子３５Ｅが接続されている。
　ダミー配線部３４５は、配線部３４４に対して電気的に分離されている。ダミー配線部３４５は、Ｘ方向において配線部３４４の凸部３４４ｂと並ぶように設けられている。ダミー配線部３４５には、主端子３５であるコレクタ端子３５Ｃが接続されている。ダミー配線部３３５は、コレクタ端子３５Ｃを支持している。
　表面金属体３３２と表面金属体３４２とは、Ｚ方向からの平面視において左右反転した配置となっている。Ｘ方向において、凸部３３４ｂとダミー配線部３３５との並びが、凸部３４４ｂとダミー配線部３４５との並びとは逆の配置となっている。
　裏面金属体３３３、３４３は、絶縁基材３３１、３４１により、半導体素子３２および表面金属体３３２、３４２を含む回路とは電気的に分離されている。半導体素子３２の生じた熱は、表面金属体３３２、３４２および絶縁基材３３１、３４１を介して裏面金属体３３３、３４３に伝わる。裏面金属体３３３、３４３は、放熱機能を提供する。裏面金属体３３３、３４３は、平面視において対応する表面金属体３３２、３４２とほぼ一致するようにパターニングしてもよいし、表面金属体３３２、３４２とは異なるパターンとしてもよい。絶縁基材３３１、３４１にほぼ一致するいわゆるベタパターンとしてもよい。本実施形態では、裏面金属体３３３のパターンが表面金属体３３２とほぼ一致し、裏面金属体３４３のパターンが表面金属体３４２とほぼ一致している。
　放熱効果をさらに高めるために、裏面金属体３３３、３４３の少なくともひとつは、封止体３１から露出してもよい。本実施形態では、裏面金属体３３３が封止体３１の一面から露出し、裏面金属体３４３が封止体３１の裏面から露出している。
　なお、半導体素子３２の主電極と主端子３５とを電気的に接続する配線部材は、上記した基板３３、３４に限定されない。たとえば金属板であるヒートシンクを採用してもよい。ヒートシンクは、上記した放熱機能も提供する。ヒートシンクは、たとえば主端子３５や信号端子３６などとともにリードフレームの一部として提供される。ヒートシンクを封止体３１から露出させる場合、冷却器４０の熱交換部４１との間にセラミック板などの絶縁部材を配置することで、ヒートシンクと熱交換部４１とを電気的に分離することができる。
　主端子３５は、半導体素子３２の主電極に電気的に接続された外部接続端子である。主端子３５は、コレクタ電極３２Ｃに電気的に接続されたコレクタ端子３５Ｃと、エミッタ電極３２Ｅに電気的に接続されたエミッタ端子３５Ｅを含んでいる。コレクタ端子３５Ｃは、表面金属体３３２の配線部３３４を介して、コレクタ電極３２Ｃに接続されている。エミッタ端子３５Ｅは、表面金属体３４２の配線部３４４を介して、エミッタ電極３２Ｅに接続されている。エミッタ端子３５Ｅが、半導体素子３２の表面（エミッタ電極３２Ｅ）に接続された第１主端子に相当する。コレクタ端子３５Ｃが、半導体素子３２の裏面（コレクタ電極３２Ｃ）に接続された第２主端子に相当する。
　各主端子３５は、Ｙ方向に延設され、封止体３１の内外にわたって配置された部分を有している。各主端子３５は、Ｙ方向において封止体３１の側面のひとつから外部に突出している。コレクタ端子３５Ｃの突出部分とエミッタ端子３５Ｅの突出部分は、Ｘ方向に並んでいる。主端子３５の突出部分は、Ｙ方向に延びる部分のみを有してもよいし、途中で屈曲してもよい。
　図６に示すように、本実施形態の突出部分は、屈曲部３５１と、根元部３５２と、先端部３５３をそれぞれ有している。根元部３５２は、突出部分において、封止体３１から屈曲部３５１までの部分である。根元部３５２の板厚方向はＺ方向に略平行であり、根元部３５２はＹ方向に延びている。先端部３５３は、屈曲部３５１から突出先端までの部分である。先端部３５３の板厚方向はＹ方向に略平行であり、先端部３５３はＺ方向に延びている。主端子３５の突出部分は、屈曲部３５１にて略９０度の角度で折れ曲がり、ＹＺ平面において略Ｌ字状をなしている。
　根元部３５２の延設長さＬ１は、先端部３５３の延設長さＬ２よりも短くてもよいし、長くてもよい。延設長さＬ１、Ｌ２が互いに等しくてもよい。本実施形態では、根元部３５２の延設長さＬ１が先端部３５３の延設長さＬ２よりも短い。つまり、主端子３５の突出部分は、封止体３１の近傍で屈曲している。
　先端部３５３は、Ｚ方向においてコンデンサモジュール５０に対して近づく方向に延びてもよいし、遠ざかる方向に延びてもよい。共通の半導体モジュール３０において、コレクタ端子３５Ｃの先端部３５３とエミッタ端子３５Ｅの先端部３５３とが同じ方向に延びてもよいし、互いに反対向きに延びてもよい。本実施形態では、コレクタ端子３５Ｃの先端部３５３とエミッタ端子３５Ｅの先端部３５３とが、同じ方向に延びている。
　信号端子３６は、半導体素子３２のパッドに電気的に接続された外部接続端子である。信号端子３６は、Ｙ方向に延び、封止体３１において主端子３５が突出する側面とは反対の面から外部に突出している。
　信号端子３６とパッドとの接続形態は特に限定されない。ボンディングワイヤを用いて接続してもよい。ボンディングワイヤを用いる場合、基板３４と半導体素子３２のエミッタ電極３２Ｅとの間に導電スペーサを介在することで、ボンディングワイヤの高さを確保してもよい。ボンディングワイヤに代えて、他の配線部材を用いてもよい。はんだなどの接合材を介して接続してもよい。
　＜冷却器＞
　図８は、半導体モジュール３０と冷却器４０の配置を示している。図８では、便宜上、主端子３５の構造を簡素化して図示している。図９は、半導体モジュール３０、冷却器４０、およびコンデンサモジュール５０の配置を示す平面図である。図９では、便宜上、ケース２０を断面で示すとともに、バスバー６０などの要素を省略して図示している。
　冷却器４０は、熱伝導性に優れた金属材料、たとえばアルミニウム系の材料を用いて形成されている。図４、図８、図９などに示すように、冷却器４０は、熱交換部４１と、導入用のパイプ４２と、排出用のパイプ４３を備えている。
　熱交換部４１は、全体として扁平形状の管状体となっている。熱交換部４１は、たとえば一対のプレート（金属製薄板）を用いて内部に流路を有するように構成されている。一対のプレートの少なくとも一方を、プレス加工によってＺ方向に膨らんだ形状に加工する。その後、一対のプレートの外周縁部同士を、かしめなどによって固定するとともに、ろう付けなどによって全周で互いに接合する。これにより、一対のプレート間に冷媒が流通可能な流路が形成され、熱交換部４１として用いることが可能となる。
　熱交換部４１は、半導体モジュール３０のそれぞれを両面側から冷却するようにＺ方向に多段に配置されている。熱交換部４１は、Ｚ方向において半導体モジュール３０を挟んでいる。熱交換部４１は、半導体モジュール３０とともに積層体４５を構成している。
　パイプ４２、４３のそれぞれは、ケース２０の内外にわたって配置されている。パイプ４２、４３のそれぞれは、ひとつの部材により構成されてもよいし、複数の部材を連結してなる構成としてもよい。パイプ４２、４３は、熱交換部４１のそれぞれに連結されている。図示しないポンプによって冷媒をパイプ４２に供給することにより、多段に配置された熱交換部４１それぞれの流路に冷媒が流れる。これにより、半導体モジュール３０のそれぞれが冷却される。熱交換部４１のそれぞれを流れた冷媒は、パイプ４３を介して排出される。冷媒としては、水やアンモニアなどの相変化する冷媒や、エチレングリコール系などの相変化しない冷媒を用いることができる。
　＜複数の半導体モジュールの配置＞
　図８などに示すように、積層体４５において、半導体モジュール３０と熱交換部４１とは交互に配置されている。積層体４５の両端には、熱交換部４１が配置されている。積層体４５において、熱交換部４１は、Ｚ方向に３段配置されている。ここで、コンデンサモジュール５０にもっとも近い熱交換部４１を１段目、真ん中の熱交換部４１を２段目、コンデンサモジュール５０からもっと離れた熱交換部４１を３段目とする。
　積層体４５において、１段目の熱交換部４１と２段目の熱交換部４１との間には、上アームモジュール３０Ｈが配置されている。三相分の上アーム１０Ｈを構成する３つの上アームモジュール３０Ｈが、互いに向きを同じにしてＸ方向に並んでいる。３つの上アームモジュール３０Ｈは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に並んでいる。上アームモジュール３０Ｈそれぞれのコレクタ端子３５Ｃは、コンデンサ素子５２の正極に電気的に接続されるＰ端子として機能する。Ｐ端子は、正極端子、高電位電源端子などと称されることがある。上アームモジュール３０Ｈそれぞれのエミッタ端子３５Ｅは、モータジェネレータ３の対応する相の巻線３ａに電気的に接続されるＯ端子として機能する。Ｏ端子は、出力端子、交流端子などと称されることがある。
　積層体４５において、２段目の熱交換部４１と３段目の熱交換部４１との間には、下アームモジュール３０Ｌが配置されている。三相分の下アーム１０Ｌを構成する３つの下アームモジュール３０Ｌが、互いに向きを同じにしてＸ方向に並んでいる。３つの下アームモジュール３０Ｌは、上アームモジュール３０Ｈと同じ順に並んでいる。下アームモジュール３０Ｌそれぞれのコレクタ端子３５Ｃは、Ｏ端子として機能する。下アームモジュール３０Ｌそれぞれのエミッタ端子３５Ｅは、コンデンサ素子５２の負極に電気的に接続されるＮ端子として機能する。Ｎ端子は、負極端子、低電位電源端子などと称されることがある。
　上記したように、上アームモジュール３０Ｈがコンデンサモジュール５０に対して近い側、下アームモジュール３０Ｌがコンデンサモジュール５０に対して遠い側に配置されている。下アームモジュール３０Ｌが第１半導体モジュールに相当し、上アームモジュール３０Ｈが第２半導体モジュールに相当する。各半導体モジュール３０は互いに共通の構造である。Ｚ方向において、同じ相の上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌとが、熱交換部４１を介して対向配置されている。同じ相の上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃと、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅとが対向配置されている。
　積層体４５は、加圧部材４６によってＺ方向に押圧されている。加圧部材４６により、半導体モジュール３０と熱交換部４１とが熱伝導良好に保持されている。上記したように、本実施形態では基板３３、３４を採用しているため、半導体モジュール３０と熱交換部４１とを電気的に分離するための絶縁部材を配置しなくてもよい。半導体モジュール３０と熱交換部４１とは直接的に接触してもよいし、半導体モジュール３０と熱交換部４１との間に熱伝導ゲルなどの熱伝導性部材が介在してもよい。
　一例として、本実施形態の加圧部材４６は、加圧プレート４６１と、弾性部材４６２と、ボルト４６３を有している。加圧プレート４６１は、Ｚ方向においてコンデンサモジュール５０との間に積層体４５が位置するように配置されている。弾性部材４６２は、たとえばゴムなどの弾性変形により加圧力を発生するものや金属製のばねである。弾性部材４６２は、加圧プレート４６１と３段目の熱交換部４１との間に配置されている。加圧プレート４６１は、積層体４５との間に弾性部材４６２を保持した状態で、ボルト４６３によってコンデンサモジュール５０のケース５１に固定されている。
　図４に示すように、加圧プレート４６１はＺ方向の平面視において略矩形状をなしており、その四隅にボルト４６３用の貫通孔４６４を有している。加圧プレート４６１は、四隅に配置されたボルト４６３によってケース５１に固定されている。加圧プレート４６１の固定により弾性部材４６２が弾性変形し、その反力により積層体４５をケース５１に押し付けている。積層体４５は、加圧プレート４６１とケース５１との間で、押圧状態で保持されている。
　＜コンデンサモジュール＞
　図４、図５、図９に示すように、コンデンサモジュール５０は、ケース５１と、コンデンサ素子５２を備えている。コンデンサモジュール５０（コンデンサ素子５２）が、コンデンサに相当する。ケース５１は、樹脂材料や金属材料を用いて形成されており、一面が開口する箱状をなしている。ケース５１は、Ｙ方向において一面が開口している。ケース５１は、ケース２０の開口とは反対側に開口している。ケース５１は、Ｘ方向を長手方向、Ｚ方向を短手方向とする平面略矩形状をなしている。
　コンデンサ素子５２は、ケース５１内に収容（配置）されている。コンデンサ素子５２は、上記した平滑コンデンサ５を構成する。コンデンサ素子５２としては、たとえばフィルムコンデンサ素子を採用することができる。コンデンサ素子５２の数は特に限定されない。ひとつのみでもよいし、複数でもよい。一例として、本実施形態のコンデンサモジュール５０は、６つのコンデンサ素子５２を備えている。６つのコンデンサ素子５２は、Ｚ方向に２行、Ｘ方向に３列で配置されている。６つのコンデンサ素子５２は、その全体で略直方体状をなしている。各コンデンサ素子５２は、Ｙ方向の両端に図示しない金属電極を有している。各コンデンサ素子５２において、正極側の金属電極はケース５１の底壁側の端部である底面に設けられ、負極側の金属電極はケース５１の開口側の端部である上面に設けられている。
　コンデンサモジュール５０は、図示しない封止体を備えてもよい。封止体は、ケース５１内に充填されてコンデンサ素子５２を封止する。コンデンサモジュール５０は、図示しない端子を備えてもよい。端子は、たとえば、コンデンサ素子５２の金属電極に接続された板状の金属部材である。
　図５および図９などに示すように、コンデンサモジュール５０は、Ｚ方向において積層体４５の一端側に配置されている。Ｚ方向の平面視において、コンデンサモジュール５０は、積層体４５と重なるように配置されている。
　＜バスバー＞
　図１０は、図９のX-X線に対応する断面図である。図１０では、便宜上、積層体４５、コンデンサ素子５２、バスバー６０、および回路基板７０のみを図示している。図１１は、各バスバー６０の配置を示す平面図である。図１１は、図８に対応している。図１２は負極バスバー６１Ｎの延設部６７を配置する前の状態を示し、図１３は延設部６７を配置した状態を示している。図１２および図１３では、便宜上、正極バスバー６１Ｐの延設部６５および負極バスバー６１Ｎの延設部６８を省略している。
　バスバー６０は、半導体モジュール３０に電気的に接続された配線部材である。バスバー６０は、板状の金属部材である。バスバー６０は、はんだ接合、抵抗溶接、レーザ溶接などにより、対応する主端子３５に接続されている。図４、図１０、図１１などに示すように、バスバー６０は、電源バスバー６１と、出力バスバー６２を備えている。
　電源バスバー６１は、半導体モジュール３０とコンデンサ素子５２とを電気的に接続している。電源バスバー６１は、正極バスバー６１Ｐと、負極バスバー６１Ｎを含んでいる。正極バスバー６１Ｐは、上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃ（Ｐ端子）のそれぞれと、コンデンサ素子５２の正極とを電気的に接続している。正極バスバー６１Ｐは、Ｐバスバー、高電位電源バスバーなどと称されることがある。正極バスバー６１Ｐは、上記したＰライン８の少なくとも一部を構成している。正極バスバー６１Ｐが、第２電源バスバーに相当する。
　正極バスバー６１Ｐは、基部６３と、延設部６４、６５を有している。基部６３は、コンデンサ素子５２の正極に接続されている。基部６３は、ケース５１内に配置され、ケース５１の底壁およびＺ方向における２つの側壁と対向する部分を含んでいる。基部６３は、略直方体状をなすコンデンサ素子５２の全体に対して、３つの面と対向している。基部６３は、底面対向部６３１と、側面対向部６３２、６３３と、折曲部６３４を有している。
　底面対向部６３１は、コンデンサ素子５２の底面と対向している。側面対向部６３２は、積層体４５側でコンデンサ素子５２の側面と対向している。側面対向部６３３は、Ｚ方向において側面対向部６３２とは反対側でコンデンサ素子５２の側面と対向している。折曲部６３４は、側面対向部６３２に対して略９０度の角度で折り曲げられている。折曲部６３４は、側面対向部６３２に連なり、側面対向部６３２からＺ方向であって積層体４５側に延びている。折曲部６３４は、ケース５１の外に配置されている。
　延設部６４は、基部６３の折曲部６３４に連なり、Ｚ方向に延びている。延設部６４の幅は、基部６３の幅よりも狭い。正極バスバー６１Ｐは、各相に対応する３つの延設部６４を有している。３つの延設部６４は、共通の折曲部６３４から互いに同一方向に延びている。３つの延設部６４は、Ｘ方向に並んでいる。延設部６４の板厚方向は、Ｙ方向に略平行である。延設部６４の板面は、上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃの先端部３５３の板面と対向している。そして、板面同士が対向する箇所において、延設部６４と上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃとが接続されている。延設部６４のそれぞれは、１段目の熱交換部４１をＺ方向に跨いでいる（横切っている）。
　延設部６５は、延設部６４とは反対側で、基部６３に連なっている。延設部６５は、基部６３から延設部６４とは逆向きに延びている。延設部６５の幅は、基部６３の幅よりも狭い。延設部６５は、直流電源２と接続するためのコネクタ８０を構成している。延設部６５は、コネクタ８０の正極端子である。上記した構成の正極バスバー６１Ｐは、たとえば一枚の金属板を加工することで形成されてもよいし、複数の部材を接続（接合）することで形成されてもよい。
　負極バスバー６１Ｎは、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ端子）のそれぞれと、コンデンサ素子５２の負極とを電気的に接続している。負極バスバー６１Ｎは、Ｎバスバー、低電位電源バスバーなどと称されることがある。負極バスバー６１Ｎは、Ｎライン９の少なくとも一部を構成している。負極バスバー６１Ｎが、第１電源バスバーに相当する。
　負極バスバー６１Ｎは、基部６６と、延設部６７、６８を有している。基部６６は、コンデンサ素子５２の負極に接続されている。基部６６の少なくとも一部は、ケース５１の外に配置されている。基部６６は、被覆部６６１と、対向部６６２を有している。被覆部６６１は、Ｙ方向の平面視において、略直方体状をなすコンデンサ素子５２の全体を覆うように配置されている。被覆部６６１は、コンデンサ素子５２の上面と対向し、負極に接続されている。対向部６６２は、被覆部６６１に連なり、Ｚ方向において積層体４５側に延びている。対向部６６２は、Ｚ方向の平面視において正極バスバー６１Ｐの折曲部６３４とほぼ一致するように配置されている。対向部６６２の板厚方向は、Ｙ方向に略平行である。Ｘ方向において、対向部６６２の幅は、被覆部６６１の幅よりも狭い。対向部６６２と正極バスバー６１Ｐの折曲部６３４とは、板面同士が離間して対向している。
　延設部６７は、基部６６の対向部６６２に接続（接合）されている。延設部６７は、基部６６とは別に設けられ、接続により一体化されている。延設部６７は、基部６６に連なり、Ｚ方向において積層体４５側に延びる部分を含んでいる。延設部６７の板厚方向は、Ｙ方向に略平行である。延設部６７の板面は、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅの先端部３５３の板面と対向している。そして、板面同士が対向する箇所において、延設部６７と下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅとが接続されている。延設部６７は、主端子３５の突出部分、正極バスバー６１Ｐの延設部６４の少なくとも一部、および出力バスバー６２の少なくとも一部を覆うように配置されている。延設部６７は、１段目の熱交換部４１および２段目の熱交換部４１をＺ方向に跨いでいる（横切っている）。
　図１１および図１３などに示すように、延設部６７は、スリット６７１と、並走部６７２と、対向部６７３と、接続部６７４を有している。スリット６７１は、Ｙ方向の平面視において上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌとの間に設けられている。スリット６７１は、上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃと下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅとの間に設けられている。スリット６７１は、切り欠きと称されることがある。延設部６７は、三相分のスリット６７１を有している。３つのスリット６７１は、Ｘ方向に並んで設けられている。
　並走部６７２は、Ｘ方向においてスリット６７１に隣接する部分を有している。並走部６７２は、スリット６７１を規定している。並走部６７２の少なくとも一部は、出力バスバー６２と並走している。並走部６７２と出力バスバー６２とは、板面同士が離間して対向している。並走部６７２はＺ方向に延び、その延設方向において出力バスバー６２との対向関係を維持している。延設部６７は、三相分の並走部６７２を有している。３つの並走部６７２は、Ｘ方向に並んで設けられている。
　対向部６７３は、Ｚ方向においてコンデンサモジュール５０側でスリットに隣接する部分を有している。対向部６７３は、スリット６７１を規定している。対向部６７３は、並走部６７２からＸ方向に延びている。対向部６７３と正極バスバー６１Ｐの延設部６４のそれぞれとは、板面同士が離間して対向している。対向部６７３は、たとえば延設部６４の全長において延設部６４との対向関係を維持している。
　接続部６７４は、Ｚ方向において対向部６７３とは反対側でスリット６７１に隣接している。接続部６７４は、スリット６７１を規定している。接続部６７４は、並走部６７２からＸ方向に延びている。接続部６７４の板面は、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅの先端部３５３の板面と対向している。そして、板面同士が対向する箇所において、接続部６７４と下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅとが接続されている。
　図５などに示すように、延設部６８は、延設部６７とは反対側で、基部６６に連なっている。延設部６８は、基部６６から延設部６７とは逆向きに延びている。延設部６８の幅は、基部６６の幅よりも狭い。延設部６８は、Ｘ方向において正極バスバー６１Ｐの延設部６５と並んでいる。延設部６８は、コネクタ８０を構成している。延設部６８は、コネクタ８０の負極端子である。コネクタ８０は、延設部６５、６８およびケース５１の一部分を備えて構成されている。コネクタ８０は、入力端子台と称されることがある。
　出力バスバー６２は、上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅと下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃとを電気的に接続している。出力バスバー６２は、Ｚ方向においてコンデンサモジュール５０から遠ざかる側に延びる部分を有している。出力バスバー６２の板面は、上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅの先端部３５３の板面、および、下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃの先端部３５３の板面と対向している。そして、板面同士が対向する箇所において、出力バスバー６２と先端部３５３のそれぞれとが接続されている。
　バスバー６０は、三相分の出力バスバー６２を備えている。Ｕ相の出力バスバー６２（Ｕ）と並走部６７２のひとつとの板面同士が対向している。Ｖ相の出力バスバー６２（Ｖ）と並走部６７２の他のひとつとの板面同士が対向している。Ｗ相の出力バスバー６２（Ｗ）と並走部６７２の他のひとつとの板面同士が対向している。出力バスバー６２のそれぞれは、２段目の熱交換部４１および３段目の熱交換部４１をＺ方向に跨いでいる（横切っている）。出力バスバー６２それぞれの一端は、モータジェネレータ３との接続が可能なように、ケース２０の開口から外部に突出している。
　出力バスバー６２の途中には、電流センサ８１が設けられている。電流センサ８１は、出力バスバー６２に対して個別に設けられている。電流センサ８１は、相電流を検出する。電流センサ８１は、ケース２０内に配置されている。
　上記したように、負極バスバー６１Ｎの延設部６７は、基部６６とは別に設けられている。このため、バスバー６０の接続（接合）においては、まず図１２に示すように、Ｚ方向において下層側のバスバー６０を対応する主端子３５に接続する。具体的には、正極バスバー６１Ｐの延設部６４を上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃ（Ｐ）に接続し、出力バスバー６２を上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅ（Ｏ）と下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃ（Ｏ）とに接続する。
　次いで、図１３に示すように、Ｚ方向において上層側のバスバー６０を対応する主端子３５に接続する。具体的には、負極バスバー６１Ｎの延設部６７を基部６６に接続するとともに、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）に接続する。これにより、負極バスバー６１Ｎと正極バスバー６１Ｐとの並走構造、および、負極バスバー６１Ｎと出力バスバー６２との並走構造を実現することができる。
　＜回路基板＞
　回路基板７０は、樹脂などの絶縁基材に配線が配置された配線基板と、配線基板に実装された図示しない電子部品を備えている。配線および電子部品は、回路を構成している。回路基板７０には、上記した駆動回路７が構成されている。
　回路基板７０は、外部機器との接続のためにコネクタ７１を備えている。コネクタ７１は、樹脂などを用いて成形されたハウジングと、ハウジングに保持され、配線基板に実装された端子を備えている。便宜上、各図において端子を簡素化または省略して図示している。制御回路を電力変換装置４の外に設ける場合、コネクタ７１を介して制御回路の駆動指令が入力される。制御回路を回路基板７０に設ける場合、コネクタ７１を介して上位ＥＣＵからトルク要求が入力される。
　回路基板７０は、Ｚ方向においてケース２０の開口側に配置されている。回路基板７０は、ケース２０の底壁２１との間にコンデンサモジュール５０および積層体４５が位置するように配置されている。回路基板７０は、Ｙ方向の平面視において、コンデンサモジュール５０および積層体４５と重なるように配置されている。回路基板７０には、積層体４５が備える半導体モジュール３０の信号端子３６が挿入実装されている。なお、挿入実装に代えて表面実装構造を採用してもよい。回路基板７０は、出力バスバー６２をケース２０の外に突出させるための図示しない貫通孔を有している。
　＜第１実施形態のまとめ＞
　図１４は、本実施形態におけるＰＮ電流ループを示している。主回路のインダクタンスを検討する上では、Ｐ端子である上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃから、Ｎ端子である下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅまでの電流経路であるＰＮ電流ループについて考慮する。電流経路のうち、上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃ（Ｐ）からエミッタ端子３５Ｅ（Ｏ）までを破線で示し、上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅ（Ｏ）から下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）までを実線で示している。実際は、上下アーム回路１０を構成する上アームモジュール３０Ｈの半導体素子３２と下アームモジュール３０Ｌの半導体素子３２が同時にオンしないように、各半導体素子３２が制御される。
　本実施形態によれば、図８、図１４などに示すように、複数の半導体モジュール３０を上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌとに分けている。そして、上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０ＬとをＺ方向（積層方向）に並ぶ配置としている。これにより、一相分の上下アーム回路をひとつのモジュールが提供する構成、上アームモジュールと下アームモジュールとがＸ方向に並ぶ構成に較べて、ＰＮ電流ループを小さくすることができる。ＰＮ電流ループがより小さいと、逆向きに電流が流れる部材が互いに近づき、磁束の打ち消し効果が高まるため、インダクタンスを低減することができる。
　図１５は、本実施形態における半導体モジュール３０、冷却器４０、およびコンデンサモジュール５０の配置を示している。本実施形態では、図１５に示すように、コンデンサモジュール５０を積層体４５に対してＺ方向に配置している。そして、電源バスバー６１を、多段に配置された熱交換部４１の少なくともひとつを跨ぐようにＺ方向に延設している。熱交換部４１の１段分の長さＬ３は、パイプの直径に等しい長さＬ４よりも十分短い。よって、コンデンサモジュールをＸ方向において積層体の横に配置し、パイプのひとつを跨ぐように電源バスバーをＸ方向に延設する構成に較べて、電源バスバー６１の長さを短くすることができる。つまり、電流経路を短くすることができる。
　上記したＰＮ電流ループの縮小と電源バスバー長の短縮により、本実施形態の電力変換装置４は、インダクタンスを低減することができる。
　電源バスバー６１である正極バスバー６１Ｐおよび負極バスバー６１Ｎと、出力バスバー６２の配置は特に限定されない。図１６は、平滑コンデンサ５およびインバータ６を含む主回路の電流経路を示している。図９、図１０、図１６などに示すように、本実施形態では、下アームモジュール３０Ｌが、上アームモジュール３０Ｈよりもコンデンサモジュール５０から離れて配置されている。図１０、図１１、図１６などに示すように、負極バスバー６１Ｎおよび正極バスバー６１Ｐは、互いに板面が対向してＺ方向に延びている。負極バスバー６１Ｎおよび出力バスバー６２は、互いに板面が対向してＺ方向に延びている。
　このようにバスバー６０同士を対向配置すると、磁束打消しの効果によりインダクタンスをさらに低減することができる。なお、本実施形態では、負極バスバー６１Ｎが正極バスバー６１Ｐおよび出力バスバー６２と対向する例を示したが、これに限定されない。負極バスバー６１Ｎが、正極バスバー６１Ｐおよび出力バスバー６２の少なくとも一方と対向するように配置してもよい。
　本実施形態では、三相の上下アーム回路１０を構成する複数の上アームモジュール３０Ｈが、Ｚ方向に直交するＸ方向に並んで配置されている。同様に、下アームモジュール３０Ｌが、Ｘ方向に並んで配置されている。これにより、積層体４５において、半導体モジュール３０を２段配置とし、熱交換部４１を３段配置とすることができる。よって、積層体４５のＺ方向の体格を小型化することができる。また、すべての相において、ＰＮ電流ループの縮小と電源バスバー長の短縮により、インダクタンスを低減することができる。さらには、対向配置によってインダクタンスをさらに低減することができる。つまり、体格の小型化とインダクタンスの低減を両立することができる。
　上アームモジュール３０Ｈおよび下アームモジュール３０Ｌは、コレクタ端子３５Ｃとエミッタ端子３５Ｅの並びが互いに同じとなるように配置されてもよい。本実施形態では、上アームモジュール３０Ｈに対して半導体素子３２の表裏面が反転するように下アームモジュール３０Ｌを配置している。これにより、コレクタ端子３５Ｃとエミッタ端子３５Ｅの並びが互いに逆になっており、上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅと下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃとを出力バスバー６２にて接続しやすい。つまり、バスバー６０の配策を簡素化することができる。
　主端子３５の突出部分の形状は特に限定されない。たとえば、突出部分の全体がＹ方向に延びる形状としてもよい。本実施形態では、複数の主端子３５の突出部分が、屈曲部３５１をそれぞれ有している。そして、屈曲部よりも突出先端側の部分である先端部３５３の板面が、対応するバスバー６０の板面と対向している。このように、屈曲部３５１を有ることで、接合対象のバスバー６０までの距離を短くし、インダクタンスをより低減することができる。また、溶接などの接続処理を行いやすい。特に本実施形態では、各主端子３５の突出部分において、根元部３５２の長さＬ１が、先端部３５３の長さＬ２よりも短い。つまり、インダクタンスをより効果的に低減することができる。
　負極バスバー６１Ｎの延設部６７は、基部６６に連続的に連なってもよい。本実施形態では、延設部６７を基部６６とは別に設け、接合により一体化している。これによれば、図１２および図１３に示したように、延設部６７を接合する前に、下層である正極バスバー６１Ｐおよび出力バスバー６２を対応する主端子３５に接合することができる。つまり、バスバー６０と対応する主端子３５との接合が容易となる。
　延設部６７は、主端子３５、負極バスバー６１Ｎの延設部６４、および出力バスバー６２それぞれの一部を一体的に覆うように、Ｙ方向の平面視においてたとえば略矩形状をなしてもよい。図１７は、主回路の電流経路を示している。図１７は、図１１に対応している。図１７では、一例としてＵ相の電流経路を示している。電流経路のうち、実線矢印は負極バスバー６１Ｎの延設部６７における経路を示し、破線矢印は正極バスバー６１Ｐの延設部６４から下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）までの経路を示している。
　図１１、図１３、図１７などに示すように、本実施形態の負極バスバー６１Ｎの延設部６７は、スリット６７１と、並走部６７２と、対向部６７３と、接続部６７４を有している。このようにスリット６７１を設けることで、負極バスバー６１Ｎ（延設部６７）における電流経路を制限している。具体的には、スリット６７１に沿って電流が流れる。このため、図１７に示すように、電流経路における並走距離を長くすることができる。これにより、磁束打消しの効果を高め、インダクタンスをさらに低減することができる。また、スリット６７１が隣接するため、エミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）に接合すべく接続部６７４を延設部６７の他の部分に対して曲げやすい。つまり、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅと延設部６７との接合が容易となる。
　＜変形例＞
　積層方向であるＺ方向において、コンデンサモジュール５０側に上アームモジュール３０Ｈを配置する例を示したが、これに限定されない。コンデンサモジュール５０側に下アームモジュール３０Ｌを配置してもよい。この場合、上アームモジュール３０Ｈが第１半導体モジュールに相当し、上アームモジュール３０Ｈよりもコンデンサモジュール５０に近い下アームモジュール３０Ｌが第２半導体モジュールに相当する。また、正極バスバー６１Ｐが第１電源バスバーに相当し、負極バスバー６１Ｎが第２電源バスバーに相当する。
　正極バスバー６１Ｐを第１電源バスバーとする場合、正極バスバー６１Ｐの延設部が、主端子３５の突出部分、負極バスバー６１Ｎの延設部分の少なくとも一部、および出力バスバー６２の延設部分の少なくとも一部を覆う配置としてもよい。正極バスバー６１Ｐの延設部を、基部に対して別に設けてもよい。正極バスバー６１Ｐの延設部に、スリットなどを設けて並走距離を長くしてもよい。
　上アームモジュール３０Ｈおよび下アームモジュール３０Ｌのそれぞれを複数備える例を示したが、これに限定されない。たとえば三相分の半導体素子３２を一体的に封止するように封止体３１を共通化することで、三相分の上アーム１０Ｈをひとつの上アームモジュール３０Ｈにより提供してもよい。同様に、三相分の下アーム１０Ｌをひとつの下アームモジュール３０Ｌにより提供してもよい。
　（第２実施形態）
　この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、ひとつの半導体素子３２がひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成していた。これに代えて、複数の半導体素子３２が互いに並列接続されてひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成してもよい。
　図１８は、本実施形態に係る電力変換装置４の回路構成を示す図である。図１９は、半導体モジュール３０を示す斜視図である。図１９は、図６に対応しており、一例として上アームモジュール３０Ｈを示している。
　図１８に示すように、本実施形態の電力変換装置４において、インバータ６を構成する上下アーム回路１０の各アーム１０Ｈ、１０Ｌは、２つのＩＧＢＴ１２が並列接続されて構成されている。並列接続された２つのＩＧＢＴ１２は、ハイレベル、ローレベルが同じタイミングで切り替わるゲート駆動信号によって制御される。ＦＷＤ１３は、ＩＧＢＴ１２のそれぞれに逆並列に接続されている。
　図１９に示すように、半導体モジュール３０は、２つの半導体素子３２を備えている。各半導体素子３２には、先行実施形態同様、ＲＣ－ＩＧＢＴが形成されている。２つの半導体素子３２は、Ｘ方向に並んで配置されている。２つの半導体素子３２のコレクタ電極３２Ｃは、表面金属体３３２（配線部３３４）を介して、共通のコレクタ端子３５Ｃに電気的に接続されている。２つの半導体素子３２のエミッタ電極３２Ｅは、表面金属体３４２（配線部３４４）を介して、共通のエミッタ端子３５Ｅに電気的に接続されている。
　＜第２実施形態のまとめ＞
　本実施形態の電力変換装置４は、半導体モジュール３０が複数の半導体素子３２を備える点を除けば、先行実施形態に示した電力変換装置４の構成と同様である。３段配置の熱交換部と２段配置の半導体モジュール３０により積層体４５が構成されている。上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌとは、Ｚ方向に並んで配置されている。本実施形態の電力変換装置４には、先行実施形態およびその変形例に示した構成をいずれも適用できる。よって、本実施形態の電力変換装置４は、先行実施形態の電力変換装置４と同等の効果を奏することができる。
　＜変形例＞
　ひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成するスイッチング素子の数は２つに限定されない。３つ以上でもよい。半導体モジュール３０が備える半導体素子３２の数も２つに限定されない。３つ以上でもよい。
　（第３実施形態）
　この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。第２実施形態では、ひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌの並列回路を、ひとつの半導体モジュール３０により提供した。これに代えて、複数の半導体モジュール３０により並列回路を提供してもよい。
　図２０は、本実施形態に係る電力変換装置４において、積層体４５とバスバー６０の配置を示している。図２０は、図１１に対応している。図２１は負極バスバー６１Ｎの延設部６７を配置する前の状態を示し、図２２は延設部６７を配置した状態を示している。図２１、図２２は、図１２、図１３に対応している。図２１および図２２では、便宜上、正極バスバー６１Ｐの延設部６５および負極バスバー６１Ｎの延設部６８を省略している。
　本実施形態において、各半導体モジュール３０は、第１実施形態（図６および図７参照）と同様の構成を有している。つまり、ひとつの半導体モジュール３０が、ひとつの半導体素子３２を備えている。図示を省略するが、上下アーム回路１０の各アーム１０Ｈ、１０Ｌは、３つのＩＧＢＴ１２が並列接続されて構成されている。
　図２０～図２２に示すように、積層体４５は、６段配置の半導体モジュール３０と、７段配置の熱交換部４１を備えている。Ｚ方向においてコンデンサモジュール５０に近い側の３つの半導体モジュール３０が上アームモジュール３０Ｈであり、遠い側の３つの半導体モジュール３０が下アームモジュール３０Ｌである。上アームモジュール３０Ｈは、各段においてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順にＸ方向に並んでいる。正極バスバー６１Ｐの延設部６４は、Ｚ方向に延びて、対応する相の３つのコレクタ端子３５Ｃ（Ｐ）に電気的に接続されている。
　下アームモジュール３０Ｌも、各段においてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順にＸ方向に並んでいる。出力バスバー６２は、Ｚ方向に延びて対応する相の主端子３５、具体的には上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅ（Ｏ）および下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃ（Ｏ）に電気的に接続されている。
　負極バスバー６１Ｎの延設部６７は、先行実施形態同様、スリット６７１、並走部６７２、対向部６７３、および接続部６７４を有している。スリット６７１は、各相において上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌの間に設けられている。スリット６７１は、コレクタ端子３５Ｃ（Ｐ）とエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）の間に設けられている。並走部６７２は、出力バスバー６２と板面同士が対向するように、Ｚ方向の平面視において出力バスバー６２における主端子３５の接続部分と重なるように設けられている。対向部６７３は、並走部６７２からＸ方向に延び、正極バスバー６１Ｐの延設部６４と重なるように設けられている。接続部６７４は、並走部６７２からＸ方向に延び、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）に電気的に接続されている。
　このように、本実施形態では、バスバー６１Ｐ、６２によって同一相の３つの上アームモジュール３０Ｈが並列接続されている。バスバー６１Ｎ、６２によって同一相の３つの下アームモジュール３０Ｌが並列接続されている。
　図２１および図２２に示すように、本実施形態の延設部６７も、基部６６とは別に設けられている。バスバー６０の接続（接合）においては、まず図２１に示すように、Ｚ方向において下層側のバスバー６０を対応する主端子３５に接続する。具体的には、正極バスバー６１Ｐの延設部６４を上アームモジュール３０Ｈのコレクタ端子３５Ｃ（Ｐ）に接続し、出力バスバー６２を上アームモジュール３０Ｈのエミッタ端子３５Ｅ（Ｏ）と下アームモジュール３０Ｌのコレクタ端子３５Ｃ（Ｏ）とに接続する。
　次いで、図２２に示すように、Ｚ方向において上層側のバスバー６０を対応する主端子３５に接続する。具体的には、負極バスバー６１Ｎの延設部６７を基部６６に接続するとともに、下アームモジュール３０Ｌのエミッタ端子３５Ｅ（Ｎ）に接続する。これにより、負極バスバー６１Ｎと正極バスバー６１Ｐとの並走構造、および、負極バスバー６１Ｎと出力バスバー６２との並走構造を実現することができる。
　＜第３実施形態のまとめ＞
　本実施形態の電力変換装置４は、複数の半導体モジュール３０がバスバー６０により並列接続される点を除けば、第１実施形態に示した電力変換装置４の構成と同様である。たとえば本実施形態においても、複数の半導体モジュール３０を上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０Ｌとに分け、上アームモジュール３０Ｈと下アームモジュール３０ＬとをＺ方向に並ぶ配置としている。これにより、ＰＮ電流ループを小さくすることができる。また、コンデンサモジュール５０を積層体４５に対してＺ方向に配置している。そして、電源バスバー６１を、多段に配置された熱交換部４１の少なくともひとつを跨ぐようにＺ方向に延設している。これにより、電源バスバー６１の長さを短くすることができる。よって、インダクタンスを低減することができる。
　本実施形態に記載の構成は、第１実施形態およびその変形例のいずれの構成とも組み合わせが可能である。
　＜変形例＞
　ひとつのアーム１０Ｈ、１０Ｌを構成するスイッチング素子の数は３つに限定されない。２つでもよいし、４つ以上でもよい。半導体モジュール３０の数は３つに限定されない。２つでもよいし、４つ以上でもよい。
　（他の実施形態）
　この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
　明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
　ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。
　空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。
　車両の駆動システム１は、上記した構成に限定されない。たとえば、モータジェネレータ３をひとつ備える例を示したが、これに限定されない。複数のモータジェネレータを備えてもよい。
　電力変換装置４が、電力変換回路としてインバータ６を備える例を示したが、これに限定されない。たとえば、複数のインバータを備える構成としてもよい。少なくともひとつのインバータと、コンバータを備える構成としてもよい。コンバータのみを備えてもよい。

Claims (10)

  1. 　上下アーム回路（１０）の上アーム（１０Ｈ）を構成する上アームモジュール（３０Ｈ）と、前記上下アーム回路の下アーム（１０Ｌ）を構成し、前記上アームモジュールと積層方向に並んで配置された下アームモジュール（３０Ｌ）と、を含む複数の半導体モジュール（３０）と、
    　前記積層方向において前記上アームモジュールおよび前記下アームモジュールのそれぞれを両面側から冷却するように多段に配置され、複数の前記半導体モジュールとともに積層体（４５）をなす複数の熱交換部（４１）を有する冷却器（４０）と、
    　前記積層方向において前記積層体の一端側に配置されたコンデンサ（５０）と、
    　前記コンデンサと前記半導体モジュールとを電気的に接続し、前記熱交換部の少なくともひとつを跨ぐように前記積層方向に延びた電源バスバー（６１）を含む複数のバスバー（６０）と、を備える電力変換装置。
  2. 　前記電源バスバーは、前記コンデンサの正極と前記上アームモジュールとを電気的に接続する正極バスバー（６１Ｐ）と、前記コンデンサの負極と前記下アームモジュールとを電気的に接続する負極バスバー（６１Ｎ）と、を含み、
    　複数の前記バスバーは、前記上アームモジュールと前記下アームモジュールとを電気的に接続し、前記積層方向において前記コンデンサから遠ざかる側に延びる出力バスバー（６２）を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記上アームモジュールおよび前記下アームモジュールの一方である第１半導体モジュールは、他方である第２半導体モジュールよりも、前記積層方向において前記コンデンサから離れており、
    　前記第１半導体モジュールに接続された前記電源バスバーである第１電源バスバーと、前記第２半導体モジュールに接続された前記電源バスバーである第２電源バスバーおよび前記出力バスバーの少なくとも一方とは、互いに板面が対向して前記積層方向に延びている、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　複数の前記半導体モジュールは、半導体素子（３２）と、前記半導体素子を封止する封止体（３１）と、前記半導体素子に電気的に接続され、前記封止体から外部に突出して対応する前記バスバーに接続された複数の主端子（３５）と、をそれぞれ有し、
    　複数の前記主端子は、前記積層方向において前記半導体素子の表面に接続された第１主端子（３５Ｅ）と、前記半導体素子の裏面に接続された第２主端子（３５Ｃ）と、を含み、
    　共通の前記半導体モジュールにおいて、前記第１主端子の突出部分と前記第２主端子の突出部分とは、前記積層方向に直交する一方向に並んでいる、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　複数の前記半導体モジュールは、多相の前記上下アーム回路を構成する複数の前記上アームモジュールおよび複数の前記下アームモジュールを含み、
    　複数の前記上アームモジュールおよび複数の前記下アームモジュールのそれぞれは、前記一方向に並んで配置されている、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記下アームモジュールは、前記上アームモジュールに対して前記半導体素子の表裏面が反転するように配置され、前記第１主端子と前記第２主端子との並びが前記上アームモジュールとは逆である、請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　複数の前記主端子の突出部分は、屈曲部（３５１）をそれぞれ有し、
    　前記屈曲部よりも突出先端側の部分の板面が、対応する前記バスバーの板面と対向している、請求項４～６いずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　各主端子の突出部分において、前記封止体側の端部から前記屈曲部までの長さが、前記屈曲部から突出先端までの長さよりも短い、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 　前記第１電源バスバーは、前記コンデンサに接続された基部（６６）と、前記基部に接続され、前記積層方向に延びる部分を含む延設部（６７）と、を有し、
    　前記第１電源バスバーの延設部は、前記主端子の突出部分、前記第２電源バスバーにおける前記積層方向の延設部分の少なくとも一部、および前記出力バスバーにおける前記積層方向の延設部分の少なくとも一部を覆うように配置されている、請求項４～８いずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記第１電源バスバーの延設部は、前記積層方向において前記上アームモジュールと前記下アームモジュールとの間に設けられたスリット（６７１）と、前記一方向において前記スリットに隣接し、前記出力バスバーにおける前記積層方向の延設部分と並走する並走部（６７２）と、前記積層方向において前記コンデンサ側で前記スリットに隣接し、前記並走部から前記一方向に延びて前記第２電源バスバーと対向する対向部（６７３）と、前記積層方向において前記対向部とは反対側で前記スリットに隣接し、前記並走部から前記一方向に延びて対応する前記主端子に接続された接続部（６７４）と、を有する、請求項９に記載の電力変換装置。
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