電力変換装置
【課題】複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュールから外部へ放射される電磁ノイズを効果的に遮蔽することができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】複数の半導体モジュール３は、半導体モジュール配列群３０として整列した状態で一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持してある。半導体モジュール配列群３０に対する一方の側部１０１には、昇圧回路に用いるリアクトル６３が配設してある。リアクトル６３は、金属材料からなるリアクトルケース６３１内に収容してある。電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の冷却を行うと共に、複数の半導体モジュール３から挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつリアクトルケース６３１によって、複数の半導体モジュール３から一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。
【解決手段】複数の半導体モジュール３は、半導体モジュール配列群３０として整列した状態で一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持してある。半導体モジュール配列群３０に対する一方の側部１０１には、昇圧回路に用いるリアクトル６３が配設してある。リアクトル６３は、金属材料からなるリアクトルケース６３１内に収容してある。電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の冷却を行うと共に、複数の半導体モジュール３から挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつリアクトルケース６３１によって、複数の半導体モジュール３から一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車等に用いるモータジェネレータ等は、インバータ回路等の電力変換回路によって制御され、電力変換回路は、スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを用いて構成されている。
例えば、特許文献１のインバータ装置においては、昇圧用のリアクトル、各相用スイッチングユニット、昇圧用スイッチングユニット、昇圧前平滑用コンデンサ、及び昇圧後平滑用コンデンサを含む複数の回路構成部品の中の一部を、冷却プレートの一方の面に当接させ、残りを冷却プレートの他方の面に当接させて配置している。そして、インバータ装置の各回路構成部品を効率的に冷却し、各回路構成部品を１つにまとめて効率的に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８９２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の電力変換装置（又はインバータ装置）においては、複数の半導体モジュールから発生するノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減するための十分な工夫はなされていない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュールから外部へ放射される電磁ノイズを効果的に遮蔽することができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを有し、上記スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置において、
上記複数の半導体モジュールは、半導体モジュール配列群として整列した状態で一対の冷却器の間に挟持してあり、該冷却器は、金属材料からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路を形成してなり、
上記半導体モジュール配列群に対して、該半導体モジュール配列群が上記一対の冷却器によって挟持された挟持方向に直交する一方の側部には、上記複数の半導体モジュールへ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトルが配設してあり、該リアクトルは、金属材料からなるリアクトルケース内に収容してあり、
上記一対の冷却器によって、上記複数の半導体モジュールの冷却を行うと共に、該複数の半導体モジュールから上記挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつ上記リアクトルケースによって、上記複数の半導体モジュールから上記一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００６】
本発明の電力変換装置においては、複数の半導体モジュールにおけるスイッチング素子から生じたノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減させるための工夫を行っている。
本発明においては、複数の半導体モジュールによる半導体モジュール配列群を一対の冷却器の間に挟持することによって、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。また、リアクトルを収容するリアクトルケースを利用することによって、複数の半導体モジュールの一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器によって、半導体モジュールの挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽することもできる。これにより、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【０００７】
それ故、本発明の電力変換装置によれば、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例において、電力変換装置における各半導体モジュール、リアクトル等の平面配置状態を示す説明図。
【図２】実施例において、電力変換装置を示す図で、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】実施例において、電力変換装置を示す図で、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面説明図。
【図４】実施例において、半導体モジュールの平面状態を示す説明図。
【図５】実施例において、電力変換回路の概略的な構成を示す回路図。
【図６】実施例における、支持部材に遮蔽壁を設けた電力変換装置を示す図で、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面相当の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上述した本発明の電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記リアクトルケースの１つの表面は、上記半導体モジュール配列群を上記一方の側部から覆い、上記リアクトルケースの他の１つの表面は、上記一対の冷却器の一方に対面接触させることが好ましい（請求項２）。
この場合には、一対の冷却器の一方によって、リアクトルケースを介してリアクトルを冷却することができる。
【００１０】
また、上記一対の冷却器は、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部に、上記冷媒を通過させる冷媒配管を接続して構成し、該冷媒配管によって、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、一対の冷却器における冷媒配管を利用して、複数の半導体モジュールから反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができ、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をさらに効果的に低減させることができる。
【００１１】
また、上記複数の半導体モジュール、上記一対の冷却器及び上記リアクトルケースは、支持部材に対して配設し、該支持部材において、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部には、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁を設けることもできる（請求項４）。
この場合には、支持部材における遮蔽壁によって、半導体モジュールの一方の側部とは反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができ、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をさらに効果的に低減させることができる。
【００１２】
また、上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、上記半導体モジュール配列群は、上記一方の側部及び反対側の側部と直交する直交側部の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で上記複数の半導体モジュールを配列してなり、該複数の半導体モジュールは、上記パワー端子を上記直交側部の直交方向外側に向けると共に上記制御端子を上記直交側部の直交方向内側に向けた状態で配列してあり、上記一対の冷却器は、それぞれ上記直交側部の一方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する一方側冷却部と、上記直交側部の他方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する他方側冷却部とを、上記一方の側部において連結してなり、上記冷媒配管は、上記一対の冷却器における上記一方側冷却部に接続した一方側冷媒配管と、上記一対の冷却器における上記他方側冷却部に接続した他方側冷媒配管とからなることが好ましい（請求項５）。
【００１３】
この場合には、電力変換装置における各構成部品の配置関係が適切であり、電力変換装置の小型化を図ることができる。また、半導体モジュール配列群においてパワー端子を設けた直交側部の直交方向外側は、このパワー端子を電源もしくはコンデンサ又は回転電機へ接続するためのスペースとして空けておくことができる。そのため、制御端子に比べて断面積が大きいパワー端子を、互いに反対の方向として直交側部の直交方向外側に向けることによって、パワー端子の配線スペースを確保し、電源又は回転電機に対するパワー端子の接続組付性を向上させることができる。
【００１４】
また、この場合には、各半導体モジュールにおける制御端子同士が、半導体モジュール配列群の直交側部の直交方向内側において向き合い、各半導体モジュールにおけるパワー端子は、いずれも制御端子から最も離れる方向に向けることができる。そのため、パワー端子に流れる大電流が、制御端子にノイズ電流として重畳してしまうことを抑制することができ、制御端子に接続した制御回路の誤動作を防止することができる。
また、上記半導体モジュールにおいて、電源に接続されるパワー端子とは、電源に直接接続されることのみを意味せず、平滑コンデンサ等を介して電源に接続されることも意味する。例えば、電源の電圧を昇圧する昇圧回路を用いる場合には、パワー端子は、昇圧後の平滑コンデンサを介して電源に接続することができる。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の電力変換装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、スイッチング素子３１をモールド樹脂３２によって覆って形成した複数の半導体モジュール３を有し、スイッチング素子３１によって回転電機５Ａ、５Ｂを制御する電力変換回路６を形成してなるものである。
図２、図３に示すごとく、複数の半導体モジュール３は、半導体モジュール配列群３０として整列した状態で一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持してある。この冷却器４は、金属材料（アルミニウム等）からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路４０を形成してなる。
【００１６】
半導体モジュール配列群３０に対して、半導体モジュール配列群３０が一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって挟持された挟持方向Ｅに直交する一方の側部１０１には、複数の半導体モジュール３へ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトル６３が配設してある。このリアクトル６３は、金属材料（アルミニウム等）からなるリアクトルケース６３１内に収容してある。
そして、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の冷却を行うと共に、複数の半導体モジュール３から挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつリアクトルケース６３１によって、複数の半導体モジュール３から一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。
【００１７】
以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図６を参照して詳説する。
図５に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ハイブリッド自動車又は電気自動車において車両駆動用（車両走行用）の回転電機（モータジェネレータ）５Ａ、５Ｂを制御するために用いる。本例の電力変換装置１は、自動車に配設した車両駆動用の２つの回転電機５Ａ、５Ｂを制御するよう構成してある。
図２、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に半導体モジュール配列群３０を挟持する挟持方向Ｅの一方側に回路基板２を有し、他方側に支持部材（支持プレート）４７を有している。回路基板２には、各半導体モジュール３のスイッチング素子３１の制御動作を行う部品による制御回路が形成してある。支持部材４７は、半導体モジュール配列群３０を挟持する一対の冷却器４Ａ、４Ｂ及び回路基板２を配設するよう構成してある。
【００１８】
また、図４に示すごとく、本例の半導体モジュール３は、その一方側に、昇圧前平滑コンデンサ６２又は上記回転電機５Ａ、５Ｂに接続されるパワー端子３３を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子３４を配設してなる。
図１、図２に示すごとく、半導体モジュール配列群３０は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、一方の側部１０１及び反対側の側部１０２と直交する直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに並列に並ぶ状態で複数の半導体モジュール３を配列してなる。複数の半導体モジュール３は、パワー端子３３を直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けると共に制御端子３４を直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けた状態で配列してある。
本例の一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、それぞれ平板形状を有しており、半導体モジュール配列群３０は、平板形状の冷却器４Ａ、４Ｂ同士の間において、平面状に配列してある。
【００１９】
図１に示すごとく、本例の一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、それぞれ直交側部１０３の一方側Ｆ１に並ぶ複数の半導体モジュール３に接触する一方側冷却部４１と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に並ぶ複数の半導体モジュール３に接触する他方側冷却部４２とを、一方の側部１０１の連結部４３において連結してなる。本例においては、回路基板２の側に配設した冷却器４における連結部４３Ａは、リアクトルケース６３１を対面接触させるために、一方の側部１０１の外方へ曲線状（Ｕ字形状）に突出して形成してある。また、支持部材４７の側に配設した冷却器４における連結部４３Ｂは、リアクトルケース６３１の配置スペースを確保するために、直交側部１０３の形成方向（直交方向Ｆ）に直線状に形成してある。
図３に示すごとく、本例のリアクトルケース６３１の１つの表面６３２は、半導体モジュール配列群３０を一方の側部１０１から覆い、リアクトルケース６３１の他の１つの表面は、回路基板２の側に配設した冷却器４Ａに対面接触させてある。そして、回路基板２の側に配設した冷却器４Ａによって、リアクトルケース６３１を介してリアクトル６３を冷却することができる。
【００２０】
図１、図３に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、半導体モジュール配列群３０の一方の側部１０１とは反対側の側部１０２に、冷媒を通過させる冷媒配管４４を接続して構成してある。この冷媒配管４４は、一方側冷却部４１の反対側の側部１０２と、他方側冷却部４２の反対側の側部１０２とに接続してある。また、各冷媒配管４４は、回路基板２の側の冷却器４Ａの側から配管して、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの両方に繋がっている。そして、冷媒配管４４の一部は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に位置して、一列に配列された半導体モジュール３に対する反対側の側部１０２に隣接して配置されている。そして、本例の電力変換装置１においては、一対の冷媒配管４４によって、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。これにより、一対の冷却器４Ａ、４Ｂにおける冷媒配管４４を利用して、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。
【００２１】
また、一方側冷却部４１に接続された冷媒配管４４は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂへの冷媒の入口を形成し、他方側冷却部４２に接続された冷媒配管４４は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂへの冷媒の出口を形成している。そして、冷媒は、ラジエータからポンプによって入口を形成する冷媒配管４４に送られ、入口を形成する冷媒配管４４から一対の冷却器４Ａ、４Ｂの冷媒通路４０を流れて、半導体モジュール配列群３０及びリアクトル６３を冷却し、出口を形成する冷媒配管４４から排出される。
【００２２】
図５に示すごとく、本例の電力変換回路６は、回転電機５Ａ、５Ｂを制御するインバータ回路６Ａと、インバータ回路６Ａへ供給する電圧を昇圧する昇圧回路６Ｂとからなる。一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、インバータ回路６Ａを構成する半導体モジュール３であるインバータ用モジュール３Ａ、３Ｂと、昇圧回路６Ｂを構成する半導体モジュール３である昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄとが配列してある。一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間においては、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａのスイッチング素子３１によって、一方の回転電機５Ａを制御する第１ブリッジ回路６Ａ（１）が形成してあり、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂのスイッチング素子３１によって、他方の回転電機５Ｂを制御する第２ブリッジ回路６Ａ（２）が形成してある。
【００２３】
電源６１には、昇圧前平滑コンデンサ６２が設けてあり、昇圧後のプラス側とマイナス側の配線の間には、昇圧後平滑コンデンサ６４が設けてある。昇圧回路６Ｂは、リアクトル６３及び昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄにおけるスイッチング素子３１のスイッチング動作によって昇圧した電圧を、昇圧後平滑コンデンサ６４によって平滑して蓄えるよう構成してある。
【００２４】
図５に示すごとく、各半導体モジュール３（各インバータ用モジュール３Ａ、３Ｂ及び各昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄ）は、還流ダイオード６５を並列に接続し、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成したスイッチング素子３１を、２つ直列に接続して構成してある。なお、スイッチング素子３１は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等から構成することもできる。また、図４に示すごとく、各半導体モジュール３は、板形状に形成してあり、板形状の平面方向における一方側からパワー端子３３を引き出し、他方側から制御端子３４を引き出して形成してある。
【００２５】
図４、図５に示すごとく、各半導体モジュール３は、パワー端子３３として、一方のスイッチング素子３１のコレクタ端子（又はドレイン端子）が昇圧後平滑コンデンサ６４のプラス側に接続されるＰ端子と、他方のスイッチング素子３１のエミッタ端子（又はソース端子）が昇圧後平滑コンデンサ６４のマイナス側に接続されるＮ端子と、両方のスイッチング素子３１同士の間に接続されるＯ端子（出力端子）とを有している。また、各半導体モジュール３は、制御端子３４として、各スイッチング素子３１のゲート端子にスイッチング信号を送信するための端子、スイッチング素子３１に流れる電流を測定するための端子、スイッチング素子３１の温度を測定するための端子等を有している。本例の半導体モジュール３においては、各スイッチング素子３１について、５本ずつ制御端子３４が形成されている。図４、図５において、各半導体モジュール３のＯ端子（出力端子）を記号Ｏで示し、Ｐ端子を記号Ｐで示し、Ｎ端子を記号Ｎで示す。
【００２６】
図５に示すごとく、本例の昇圧回路６Ｂにおいては、２つの昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄを昇圧後平滑コンデンサ６４に対して並列に接続して構成してある。図１に示すごとく、第１昇圧用モジュール３Ｃは、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間の直交側部１０３の一方側Ｆ１において、３つの第１インバータ用モジュール３Ａと並んで配置してある。第２昇圧用モジュール３Ｄは、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間の直交側部１０３の他方側Ｆ２において、３つの第２インバータ用モジュール３Ｂと並んで配置してある。
そして、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間における直交側部１０３の一方側Ｆ１においては、３つの第１インバータ用モジュール３Ａと１つの第１昇圧用モジュール３Ｃとが１列に整列して配設してあり、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間における直交側部１０３の他方側Ｆ２においては、３つの第２インバータ用モジュール３Ｂと１つの第２昇圧用モジュール３Ｄとが１列に整列して配設してある。
【００２７】
また、図１に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａの本体部と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂの本体部とは、直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに対称に配列してある。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配置した１つの第１昇圧用モジュール３Ｃの本体部と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配置した１つの第２昇圧用モジュール３Ｄの本体部とは、直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに対称に配列してある。
なお、各モジュール３Ａ〜Ｄの本体部とは、スイッチング素子３１をモールド樹脂３２によってモールド成形した部分のことをいい、パワー端子３３及び制御端子３４がモールド樹脂３２から引き出された部分を除く部分のことをいう。
【００２８】
また、図２に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａ及び１つの第１昇圧用モジュール３Ｃにおける各パワー端子３３は、直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向とは反対側に屈曲している。一方、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａ及び１つの第１昇圧用モジュール３Ｃにおける各制御端子３４は、直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向に屈曲している。
【００２９】
また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂ及び１つの第２昇圧用モジュール３Ｄにおける各パワー端子３３は、直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向とは反対側に屈曲している。一方、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂ及び１つの第２昇圧用モジュール３Ｄにおける各制御端子３４は、直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向に屈曲している。そして、各パワー端子３３は、昇圧後平滑コンデンサ６４のプラス側もしくはマイナス側、又は回転電機５Ａ、５Ｂのコイル（本例では３相のステータにおけるコイル）に、バスバー等を介して接続される。また、各半導体モジュール３における制御端子３４は、回路基板２に配線される。
【００３０】
図２、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に半導体モジュール配列群３０を配置してなるパワースタック１１に対する一方の表面側には、回路基板２との間に板バネ４５及びバックプレート４６を積層して配置し、パワースタック１１に対する他方の表面側には、支持部材４７を積層して配置している。バックプレート４６は、パワースタック１１における冷却器４Ａ、４Ｂに対面配置し、板バネ４５による局所的な弾性荷重を受ける。そして、板バネ４５と支持部材４７とを、支持部材４７に形成した支柱４７２を介してビス等によって固定したときには、これらの間に配置するパワースタック１１に、板バネ４５による押圧荷重を作用させて、各半導体モジュール３に冷却器４Ａ、４Ｂを密着させる。また、支持部材４７には、パワースタック１１を配設した側と反対側に、コンデンサ６２、６４及びリアクトル６３が配設してある。また、回路基板２と支持部材４７とは、支持部材４７に形成した支柱４７１を介してビス等によって固定される。
【００３１】
なお、上記冷媒配管４４を半導体モジュール３に対する反対側の側部１０２に配置しない場合には、図６に示すごとく、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁４７５を、金属材料（アルミニウム等）の支持部材４７に設けることもできる。この場合には、支持部材４７における遮蔽壁４７５によって、半導体モジュール３の反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。この場合においても、冷媒配管４４及び遮蔽壁４７５以外の構造は、上述した構造と同様にすることができる。
【００３２】
本例の電力変換装置１においては、複数の半導体モジュール３におけるスイッチング素子３１から生じたノイズが、回路基板２における制御回路等の周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減させるための工夫を行っている。
本例においては、複数の半導体モジュール３による半導体モジュール配列群３０を一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持することによって、複数の半導体モジュール３の冷却効率を向上させることができる。また、リアクトル６３を収容するリアクトルケース６３１を利用することによって、複数の半導体モジュール３の一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂにおける冷媒配管４４を利用することによって、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽することもできる。これにより、複数の半導体モジュール３から発生する電磁ノイズが、回路基板２における制御回路等の周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【００３３】
それ故、本例の電力変換装置１によれば、複数の半導体モジュール３の冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュール３から発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【００３４】
また、本例においては、各構成部品の配置関係が適切であり、電力変換装置１の小型化を図ることができる。また、半導体モジュール配列群３０においてパワー端子３３を設けた直交側部１０３の直交方向Ｆの外側は、このパワー端子３３を昇圧前平滑コンデンサ６２又は回転電機５Ａ、５Ｂへ接続するためのスペースとして空けておくことができる。そのため、制御端子３４に比べて断面積が大きいパワー端子３３を、互いに反対の方向として直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けることによって、パワー端子３３の配線スペースを確保し、パワー端子３３の接続組付性を向上させることができる。
また、本例においては、各半導体モジュール３における制御端子３４同士が、半導体モジュール配列群３０の直交側部１０３の直交方向Ｆの内側において向き合い、各半導体モジュール３におけるパワー端子３３は、いずれも制御端子３４から最も離れる方向に向けることができる。そのため、パワー端子３３に流れる大電流が、制御端子３４にノイズ電流として重畳してしまうことを抑制することができ、制御端子３４に接続した制御回路の誤動作を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 電力変換装置
１０１ 一方の側部
１０２ 反対側の側部
１０３ 直交側部
２ 回路基板
３ 半導体モジュール
３０ 半導体モジュール配列群
３１ スイッチング素子
３２ モールド樹脂
４ 冷却器
４０ 冷媒通路
４１ 一方側冷却部
４２ 他方側冷却部
４３ 連結部
４４ 冷媒配管
５Ａ、５Ｂ 回転電機
６ 電力変換回路
６３ リアクトル
６３１ リアクトルケース
Ｅ 挟持方向
Ｆ 直交方向
Ｆ１ 一方側
Ｆ２ 他方側
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車等に用いるモータジェネレータ等は、インバータ回路等の電力変換回路によって制御され、電力変換回路は、スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを用いて構成されている。
例えば、特許文献１のインバータ装置においては、昇圧用のリアクトル、各相用スイッチングユニット、昇圧用スイッチングユニット、昇圧前平滑用コンデンサ、及び昇圧後平滑用コンデンサを含む複数の回路構成部品の中の一部を、冷却プレートの一方の面に当接させ、残りを冷却プレートの他方の面に当接させて配置している。そして、インバータ装置の各回路構成部品を効率的に冷却し、各回路構成部品を１つにまとめて効率的に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８９２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の電力変換装置（又はインバータ装置）においては、複数の半導体モジュールから発生するノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減するための十分な工夫はなされていない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュールから外部へ放射される電磁ノイズを効果的に遮蔽することができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを有し、上記スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置において、
上記複数の半導体モジュールは、半導体モジュール配列群として整列した状態で一対の冷却器の間に挟持してあり、該冷却器は、金属材料からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路を形成してなり、
上記半導体モジュール配列群に対して、該半導体モジュール配列群が上記一対の冷却器によって挟持された挟持方向に直交する一方の側部には、上記複数の半導体モジュールへ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトルが配設してあり、該リアクトルは、金属材料からなるリアクトルケース内に収容してあり、
上記一対の冷却器によって、上記複数の半導体モジュールの冷却を行うと共に、該複数の半導体モジュールから上記挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつ上記リアクトルケースによって、上記複数の半導体モジュールから上記一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【０００６】
本発明の電力変換装置においては、複数の半導体モジュールにおけるスイッチング素子から生じたノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減させるための工夫を行っている。
本発明においては、複数の半導体モジュールによる半導体モジュール配列群を一対の冷却器の間に挟持することによって、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。また、リアクトルを収容するリアクトルケースを利用することによって、複数の半導体モジュールの一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器によって、半導体モジュールの挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽することもできる。これにより、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【０００７】
それ故、本発明の電力変換装置によれば、複数の半導体モジュールの冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例において、電力変換装置における各半導体モジュール、リアクトル等の平面配置状態を示す説明図。
【図２】実施例において、電力変換装置を示す図で、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】実施例において、電力変換装置を示す図で、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面説明図。
【図４】実施例において、半導体モジュールの平面状態を示す説明図。
【図５】実施例において、電力変換回路の概略的な構成を示す回路図。
【図６】実施例における、支持部材に遮蔽壁を設けた電力変換装置を示す図で、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面相当の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上述した本発明の電力変換装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記リアクトルケースの１つの表面は、上記半導体モジュール配列群を上記一方の側部から覆い、上記リアクトルケースの他の１つの表面は、上記一対の冷却器の一方に対面接触させることが好ましい（請求項２）。
この場合には、一対の冷却器の一方によって、リアクトルケースを介してリアクトルを冷却することができる。
【００１０】
また、上記一対の冷却器は、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部に、上記冷媒を通過させる冷媒配管を接続して構成し、該冷媒配管によって、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、一対の冷却器における冷媒配管を利用して、複数の半導体モジュールから反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができ、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をさらに効果的に低減させることができる。
【００１１】
また、上記複数の半導体モジュール、上記一対の冷却器及び上記リアクトルケースは、支持部材に対して配設し、該支持部材において、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部には、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁を設けることもできる（請求項４）。
この場合には、支持部材における遮蔽壁によって、半導体モジュールの一方の側部とは反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができ、複数の半導体モジュールから発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をさらに効果的に低減させることができる。
【００１２】
また、上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、上記半導体モジュール配列群は、上記一方の側部及び反対側の側部と直交する直交側部の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で上記複数の半導体モジュールを配列してなり、該複数の半導体モジュールは、上記パワー端子を上記直交側部の直交方向外側に向けると共に上記制御端子を上記直交側部の直交方向内側に向けた状態で配列してあり、上記一対の冷却器は、それぞれ上記直交側部の一方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する一方側冷却部と、上記直交側部の他方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する他方側冷却部とを、上記一方の側部において連結してなり、上記冷媒配管は、上記一対の冷却器における上記一方側冷却部に接続した一方側冷媒配管と、上記一対の冷却器における上記他方側冷却部に接続した他方側冷媒配管とからなることが好ましい（請求項５）。
【００１３】
この場合には、電力変換装置における各構成部品の配置関係が適切であり、電力変換装置の小型化を図ることができる。また、半導体モジュール配列群においてパワー端子を設けた直交側部の直交方向外側は、このパワー端子を電源もしくはコンデンサ又は回転電機へ接続するためのスペースとして空けておくことができる。そのため、制御端子に比べて断面積が大きいパワー端子を、互いに反対の方向として直交側部の直交方向外側に向けることによって、パワー端子の配線スペースを確保し、電源又は回転電機に対するパワー端子の接続組付性を向上させることができる。
【００１４】
また、この場合には、各半導体モジュールにおける制御端子同士が、半導体モジュール配列群の直交側部の直交方向内側において向き合い、各半導体モジュールにおけるパワー端子は、いずれも制御端子から最も離れる方向に向けることができる。そのため、パワー端子に流れる大電流が、制御端子にノイズ電流として重畳してしまうことを抑制することができ、制御端子に接続した制御回路の誤動作を防止することができる。
また、上記半導体モジュールにおいて、電源に接続されるパワー端子とは、電源に直接接続されることのみを意味せず、平滑コンデンサ等を介して電源に接続されることも意味する。例えば、電源の電圧を昇圧する昇圧回路を用いる場合には、パワー端子は、昇圧後の平滑コンデンサを介して電源に接続することができる。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の電力変換装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の電力変換装置１は、図１に示すごとく、スイッチング素子３１をモールド樹脂３２によって覆って形成した複数の半導体モジュール３を有し、スイッチング素子３１によって回転電機５Ａ、５Ｂを制御する電力変換回路６を形成してなるものである。
図２、図３に示すごとく、複数の半導体モジュール３は、半導体モジュール配列群３０として整列した状態で一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持してある。この冷却器４は、金属材料（アルミニウム等）からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路４０を形成してなる。
【００１６】
半導体モジュール配列群３０に対して、半導体モジュール配列群３０が一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって挟持された挟持方向Ｅに直交する一方の側部１０１には、複数の半導体モジュール３へ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトル６３が配設してある。このリアクトル６３は、金属材料（アルミニウム等）からなるリアクトルケース６３１内に収容してある。
そして、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の冷却を行うと共に、複数の半導体モジュール３から挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつリアクトルケース６３１によって、複数の半導体モジュール３から一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。
【００１７】
以下に、本例の電力変換装置１につき、図１〜図６を参照して詳説する。
図５に示すごとく、本例の電力変換装置１は、ハイブリッド自動車又は電気自動車において車両駆動用（車両走行用）の回転電機（モータジェネレータ）５Ａ、５Ｂを制御するために用いる。本例の電力変換装置１は、自動車に配設した車両駆動用の２つの回転電機５Ａ、５Ｂを制御するよう構成してある。
図２、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に半導体モジュール配列群３０を挟持する挟持方向Ｅの一方側に回路基板２を有し、他方側に支持部材（支持プレート）４７を有している。回路基板２には、各半導体モジュール３のスイッチング素子３１の制御動作を行う部品による制御回路が形成してある。支持部材４７は、半導体モジュール配列群３０を挟持する一対の冷却器４Ａ、４Ｂ及び回路基板２を配設するよう構成してある。
【００１８】
また、図４に示すごとく、本例の半導体モジュール３は、その一方側に、昇圧前平滑コンデンサ６２又は上記回転電機５Ａ、５Ｂに接続されるパワー端子３３を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子３４を配設してなる。
図１、図２に示すごとく、半導体モジュール配列群３０は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、一方の側部１０１及び反対側の側部１０２と直交する直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに並列に並ぶ状態で複数の半導体モジュール３を配列してなる。複数の半導体モジュール３は、パワー端子３３を直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けると共に制御端子３４を直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けた状態で配列してある。
本例の一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、それぞれ平板形状を有しており、半導体モジュール配列群３０は、平板形状の冷却器４Ａ、４Ｂ同士の間において、平面状に配列してある。
【００１９】
図１に示すごとく、本例の一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、それぞれ直交側部１０３の一方側Ｆ１に並ぶ複数の半導体モジュール３に接触する一方側冷却部４１と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に並ぶ複数の半導体モジュール３に接触する他方側冷却部４２とを、一方の側部１０１の連結部４３において連結してなる。本例においては、回路基板２の側に配設した冷却器４における連結部４３Ａは、リアクトルケース６３１を対面接触させるために、一方の側部１０１の外方へ曲線状（Ｕ字形状）に突出して形成してある。また、支持部材４７の側に配設した冷却器４における連結部４３Ｂは、リアクトルケース６３１の配置スペースを確保するために、直交側部１０３の形成方向（直交方向Ｆ）に直線状に形成してある。
図３に示すごとく、本例のリアクトルケース６３１の１つの表面６３２は、半導体モジュール配列群３０を一方の側部１０１から覆い、リアクトルケース６３１の他の１つの表面は、回路基板２の側に配設した冷却器４Ａに対面接触させてある。そして、回路基板２の側に配設した冷却器４Ａによって、リアクトルケース６３１を介してリアクトル６３を冷却することができる。
【００２０】
図１、図３に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂは、半導体モジュール配列群３０の一方の側部１０１とは反対側の側部１０２に、冷媒を通過させる冷媒配管４４を接続して構成してある。この冷媒配管４４は、一方側冷却部４１の反対側の側部１０２と、他方側冷却部４２の反対側の側部１０２とに接続してある。また、各冷媒配管４４は、回路基板２の側の冷却器４Ａの側から配管して、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの両方に繋がっている。そして、冷媒配管４４の一部は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に位置して、一列に配列された半導体モジュール３に対する反対側の側部１０２に隣接して配置されている。そして、本例の電力変換装置１においては、一対の冷媒配管４４によって、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成してある。これにより、一対の冷却器４Ａ、４Ｂにおける冷媒配管４４を利用して、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。
【００２１】
また、一方側冷却部４１に接続された冷媒配管４４は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂへの冷媒の入口を形成し、他方側冷却部４２に接続された冷媒配管４４は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂへの冷媒の出口を形成している。そして、冷媒は、ラジエータからポンプによって入口を形成する冷媒配管４４に送られ、入口を形成する冷媒配管４４から一対の冷却器４Ａ、４Ｂの冷媒通路４０を流れて、半導体モジュール配列群３０及びリアクトル６３を冷却し、出口を形成する冷媒配管４４から排出される。
【００２２】
図５に示すごとく、本例の電力変換回路６は、回転電機５Ａ、５Ｂを制御するインバータ回路６Ａと、インバータ回路６Ａへ供給する電圧を昇圧する昇圧回路６Ｂとからなる。一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、インバータ回路６Ａを構成する半導体モジュール３であるインバータ用モジュール３Ａ、３Ｂと、昇圧回路６Ｂを構成する半導体モジュール３である昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄとが配列してある。一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間においては、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａのスイッチング素子３１によって、一方の回転電機５Ａを制御する第１ブリッジ回路６Ａ（１）が形成してあり、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂのスイッチング素子３１によって、他方の回転電機５Ｂを制御する第２ブリッジ回路６Ａ（２）が形成してある。
【００２３】
電源６１には、昇圧前平滑コンデンサ６２が設けてあり、昇圧後のプラス側とマイナス側の配線の間には、昇圧後平滑コンデンサ６４が設けてある。昇圧回路６Ｂは、リアクトル６３及び昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄにおけるスイッチング素子３１のスイッチング動作によって昇圧した電圧を、昇圧後平滑コンデンサ６４によって平滑して蓄えるよう構成してある。
【００２４】
図５に示すごとく、各半導体モジュール３（各インバータ用モジュール３Ａ、３Ｂ及び各昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄ）は、還流ダイオード６５を並列に接続し、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成したスイッチング素子３１を、２つ直列に接続して構成してある。なお、スイッチング素子３１は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等から構成することもできる。また、図４に示すごとく、各半導体モジュール３は、板形状に形成してあり、板形状の平面方向における一方側からパワー端子３３を引き出し、他方側から制御端子３４を引き出して形成してある。
【００２５】
図４、図５に示すごとく、各半導体モジュール３は、パワー端子３３として、一方のスイッチング素子３１のコレクタ端子（又はドレイン端子）が昇圧後平滑コンデンサ６４のプラス側に接続されるＰ端子と、他方のスイッチング素子３１のエミッタ端子（又はソース端子）が昇圧後平滑コンデンサ６４のマイナス側に接続されるＮ端子と、両方のスイッチング素子３１同士の間に接続されるＯ端子（出力端子）とを有している。また、各半導体モジュール３は、制御端子３４として、各スイッチング素子３１のゲート端子にスイッチング信号を送信するための端子、スイッチング素子３１に流れる電流を測定するための端子、スイッチング素子３１の温度を測定するための端子等を有している。本例の半導体モジュール３においては、各スイッチング素子３１について、５本ずつ制御端子３４が形成されている。図４、図５において、各半導体モジュール３のＯ端子（出力端子）を記号Ｏで示し、Ｐ端子を記号Ｐで示し、Ｎ端子を記号Ｎで示す。
【００２６】
図５に示すごとく、本例の昇圧回路６Ｂにおいては、２つの昇圧用モジュール３Ｃ、３Ｄを昇圧後平滑コンデンサ６４に対して並列に接続して構成してある。図１に示すごとく、第１昇圧用モジュール３Ｃは、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間の直交側部１０３の一方側Ｆ１において、３つの第１インバータ用モジュール３Ａと並んで配置してある。第２昇圧用モジュール３Ｄは、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間の直交側部１０３の他方側Ｆ２において、３つの第２インバータ用モジュール３Ｂと並んで配置してある。
そして、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間における直交側部１０３の一方側Ｆ１においては、３つの第１インバータ用モジュール３Ａと１つの第１昇圧用モジュール３Ｃとが１列に整列して配設してあり、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間における直交側部１０３の他方側Ｆ２においては、３つの第２インバータ用モジュール３Ｂと１つの第２昇圧用モジュール３Ｄとが１列に整列して配設してある。
【００２７】
また、図１に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａの本体部と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂの本体部とは、直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに対称に配列してある。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配置した１つの第１昇圧用モジュール３Ｃの本体部と、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配置した１つの第２昇圧用モジュール３Ｄの本体部とは、直交側部１０３の一方側Ｆ１と他方側Ｆ２とに対称に配列してある。
なお、各モジュール３Ａ〜Ｄの本体部とは、スイッチング素子３１をモールド樹脂３２によってモールド成形した部分のことをいい、パワー端子３３及び制御端子３４がモールド樹脂３２から引き出された部分を除く部分のことをいう。
【００２８】
また、図２に示すごとく、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａ及び１つの第１昇圧用モジュール３Ｃにおける各パワー端子３３は、直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向とは反対側に屈曲している。一方、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の一方側Ｆ１に配列した３つの第１インバータ用モジュール３Ａ及び１つの第１昇圧用モジュール３Ｃにおける各制御端子３４は、直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向に屈曲している。
【００２９】
また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂ及び１つの第２昇圧用モジュール３Ｄにおける各パワー端子３３は、直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向とは反対側に屈曲している。一方、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間において、直交側部１０３の他方側Ｆ２に配列した３つの第２インバータ用モジュール３Ｂ及び１つの第２昇圧用モジュール３Ｄにおける各制御端子３４は、直交側部１０３の直交方向Ｆの内側に向けて引き出され、回路基板２の配設方向に屈曲している。そして、各パワー端子３３は、昇圧後平滑コンデンサ６４のプラス側もしくはマイナス側、又は回転電機５Ａ、５Ｂのコイル（本例では３相のステータにおけるコイル）に、バスバー等を介して接続される。また、各半導体モジュール３における制御端子３４は、回路基板２に配線される。
【００３０】
図２、図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に半導体モジュール配列群３０を配置してなるパワースタック１１に対する一方の表面側には、回路基板２との間に板バネ４５及びバックプレート４６を積層して配置し、パワースタック１１に対する他方の表面側には、支持部材４７を積層して配置している。バックプレート４６は、パワースタック１１における冷却器４Ａ、４Ｂに対面配置し、板バネ４５による局所的な弾性荷重を受ける。そして、板バネ４５と支持部材４７とを、支持部材４７に形成した支柱４７２を介してビス等によって固定したときには、これらの間に配置するパワースタック１１に、板バネ４５による押圧荷重を作用させて、各半導体モジュール３に冷却器４Ａ、４Ｂを密着させる。また、支持部材４７には、パワースタック１１を配設した側と反対側に、コンデンサ６２、６４及びリアクトル６３が配設してある。また、回路基板２と支持部材４７とは、支持部材４７に形成した支柱４７１を介してビス等によって固定される。
【００３１】
なお、上記冷媒配管４４を半導体モジュール３に対する反対側の側部１０２に配置しない場合には、図６に示すごとく、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁４７５を、金属材料（アルミニウム等）の支持部材４７に設けることもできる。この場合には、支持部材４７における遮蔽壁４７５によって、半導体モジュール３の反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。この場合においても、冷媒配管４４及び遮蔽壁４７５以外の構造は、上述した構造と同様にすることができる。
【００３２】
本例の電力変換装置１においては、複数の半導体モジュール３におけるスイッチング素子３１から生じたノイズが、回路基板２における制御回路等の周辺の制御機器等に及ぼす影響を低減させるための工夫を行っている。
本例においては、複数の半導体モジュール３による半導体モジュール配列群３０を一対の冷却器４Ａ、４Ｂの間に挟持することによって、複数の半導体モジュール３の冷却効率を向上させることができる。また、リアクトル６３を収容するリアクトルケース６３１を利用することによって、複数の半導体モジュール３の一方の側部１０１へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂにおける冷媒配管４４を利用することによって、複数の半導体モジュール３から反対側の側部１０２へ放射される電磁ノイズを遮蔽することができる。また、一対の冷却器４Ａ、４Ｂによって、複数の半導体モジュール３の挟持方向Ｅへ放射される電磁ノイズを遮蔽することもできる。これにより、複数の半導体モジュール３から発生する電磁ノイズが、回路基板２における制御回路等の周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【００３３】
それ故、本例の電力変換装置１によれば、複数の半導体モジュール３の冷却効率を向上させると共に、複数の半導体モジュール３から発生する電磁ノイズが、周辺の制御機器等に及ぼす影響をより効果的に低減させることができる。
【００３４】
また、本例においては、各構成部品の配置関係が適切であり、電力変換装置１の小型化を図ることができる。また、半導体モジュール配列群３０においてパワー端子３３を設けた直交側部１０３の直交方向Ｆの外側は、このパワー端子３３を昇圧前平滑コンデンサ６２又は回転電機５Ａ、５Ｂへ接続するためのスペースとして空けておくことができる。そのため、制御端子３４に比べて断面積が大きいパワー端子３３を、互いに反対の方向として直交側部１０３の直交方向Ｆの外側に向けることによって、パワー端子３３の配線スペースを確保し、パワー端子３３の接続組付性を向上させることができる。
また、本例においては、各半導体モジュール３における制御端子３４同士が、半導体モジュール配列群３０の直交側部１０３の直交方向Ｆの内側において向き合い、各半導体モジュール３におけるパワー端子３３は、いずれも制御端子３４から最も離れる方向に向けることができる。そのため、パワー端子３３に流れる大電流が、制御端子３４にノイズ電流として重畳してしまうことを抑制することができ、制御端子３４に接続した制御回路の誤動作を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 電力変換装置
１０１ 一方の側部
１０２ 反対側の側部
１０３ 直交側部
２ 回路基板
３ 半導体モジュール
３０ 半導体モジュール配列群
３１ スイッチング素子
３２ モールド樹脂
４ 冷却器
４０ 冷媒通路
４１ 一方側冷却部
４２ 他方側冷却部
４３ 連結部
４４ 冷媒配管
５Ａ、５Ｂ 回転電機
６ 電力変換回路
６３ リアクトル
６３１ リアクトルケース
Ｅ 挟持方向
Ｆ 直交方向
Ｆ１ 一方側
Ｆ２ 他方側
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを有し、上記スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置において、
上記複数の半導体モジュールは、半導体モジュール配列群として整列した状態で一対の冷却器の間に挟持してあり、該冷却器は、金属材料からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路を形成してなり、
上記半導体モジュール配列群に対して、該半導体モジュール配列群が上記一対の冷却器によって挟持された挟持方向に直交する一方の側部には、上記複数の半導体モジュールへ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトルが配設してあり、該リアクトルは、金属材料からなるリアクトルケース内に収容してあり、
上記一対の冷却器によって、上記複数の半導体モジュールの冷却を行うと共に、該複数の半導体モジュールから上記挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつ上記リアクトルケースによって、上記複数の半導体モジュールから上記一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記リアクトルケースの１つの表面は、上記半導体モジュール配列群を上記一方の側部から覆っており、上記リアクトルケースの他の１つの表面は、上記一対の冷却器の一方に対面接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記一対の冷却器は、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部に、上記冷媒を通過させる冷媒配管を接続してなり、
該冷媒配管によって、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記複数の半導体モジュール、上記一対の冷却器及び上記リアクトルケースは、支持部材に対して配設してあり、
該支持部材において、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部には、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁が設けてあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３において、上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、
上記半導体モジュール配列群は、上記一方の側部及び反対側の側部と直交する直交側部の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で上記複数の半導体モジュールを配列してなり、該複数の半導体モジュールは、上記パワー端子を上記直交側部の直交方向外側に向けると共に上記制御端子を上記直交側部の直交方向内側に向けた状態で配列してあり、
上記一対の冷却器は、それぞれ上記直交側部の一方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する一方側冷却部と、上記直交側部の他方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する他方側冷却部とを、上記一方の側部において連結してなり、
上記冷媒配管は、上記一対の冷却器における上記一方側冷却部に接続した一方側冷媒配管と、上記一対の冷却器における上記他方側冷却部に接続した他方側冷媒配管とからなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
スイッチング素子をモールド樹脂によって覆って形成した複数の半導体モジュールを有し、上記スイッチング素子によって回転電機を制御する電力変換回路を形成してなる電力変換装置において、
上記複数の半導体モジュールは、半導体モジュール配列群として整列した状態で一対の冷却器の間に挟持してあり、該冷却器は、金属材料からなる筒形状のフレーム内に、冷媒を通過させる冷媒通路を形成してなり、
上記半導体モジュール配列群に対して、該半導体モジュール配列群が上記一対の冷却器によって挟持された挟持方向に直交する一方の側部には、上記複数の半導体モジュールへ供給する電源電圧を昇圧する回路に用いるリアクトルが配設してあり、該リアクトルは、金属材料からなるリアクトルケース内に収容してあり、
上記一対の冷却器によって、上記複数の半導体モジュールの冷却を行うと共に、該複数の半導体モジュールから上記挟持方向へ放射される電磁ノイズを遮蔽し、かつ上記リアクトルケースによって、上記複数の半導体モジュールから上記一方の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記リアクトルケースの１つの表面は、上記半導体モジュール配列群を上記一方の側部から覆っており、上記リアクトルケースの他の１つの表面は、上記一対の冷却器の一方に対面接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記一対の冷却器は、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部に、上記冷媒を通過させる冷媒配管を接続してなり、
該冷媒配管によって、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するよう構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記複数の半導体モジュール、上記一対の冷却器及び上記リアクトルケースは、支持部材に対して配設してあり、
該支持部材において、上記半導体モジュール配列群の上記一方の側部とは反対側の側部には、上記複数の半導体モジュールから上記反対側の側部へ放射される電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽壁が設けてあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３において、上記半導体モジュールは、その一方側に、電源又は上記回転電機に接続されるパワー端子を配設すると共に、その他方側に、制御回路に接続される制御端子を配設してなり、
上記半導体モジュール配列群は、上記一方の側部及び反対側の側部と直交する直交側部の一方側と他方側とに並列に並ぶ状態で上記複数の半導体モジュールを配列してなり、該複数の半導体モジュールは、上記パワー端子を上記直交側部の直交方向外側に向けると共に上記制御端子を上記直交側部の直交方向内側に向けた状態で配列してあり、
上記一対の冷却器は、それぞれ上記直交側部の一方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する一方側冷却部と、上記直交側部の他方側に並ぶ複数の半導体モジュールに接触する他方側冷却部とを、上記一方の側部において連結してなり、
上記冷媒配管は、上記一対の冷却器における上記一方側冷却部に接続した一方側冷媒配管と、上記一対の冷却器における上記他方側冷却部に接続した他方側冷媒配管とからなることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２００４３３（Ｐ２０１０−２００４３３Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４０４９４（Ｐ２００９−４０４９４）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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