JP2024015807A - インバータ - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの構造を工夫してコモンモードノイズを効果的に抑制する。【解決手段】電装部１ａが冷却部１ｂと一体に構成されているインバータ１である。スイッチングモジュール２０は、基板１０１の下面に接合されるヒートシンク１０２を備える。冷却部１ｂは、冷媒の流路１１を構成する導電性の冷却器１０を備える。ヒートシンク１０２の放熱部１０２ｄが冷却器１０の内部に露出するように、スイッチングモジュール５が冷却器１０に取り付けられている。ヒートシンク１０２と冷却器１０との間が、絶縁性の部材で構成されたコモンモード電流抑制構造２１が介在することによって電気的に絶縁されている。【選択図】図６

Description

開示する技術は、インバータに関する。特に、車載向けのインバータに関する。

近年、自動車の電動化が著しい。電気で走行するハイブリッド車、電気自動車などには、走行用の駆動モータを回転させるために、高電圧の駆動用バッテリとともに、インバータが搭載されている。

インバータは、駆動用バッテリの直流電圧を３相の交流電圧に変換して駆動モータに出力する。そのため、インバータには、スイッチング制御が行われる複数のスイッチング素子（半導体チップ）を含むインバータ回路が設けられている。インバータでは、その効率を向上させるために、スイッチング制御の高速化が求められている。

しかし、スイッチング制御を高速化すると、その電圧変化に起因して、予期しない電流路を通ってコモンモード電流が流れる。具体的には、浮遊容量（寄生容量）および接地（アース）を経由する電流路をコモンモード電流が流れる。

それにより、高調波ノイズ（いわゆるコモンモードノイズ）が発生するという問題がある。コモンモードノイズは、近接する電気機器の誤動作、通信障害などの原因となる。従って、スイッチング制御を高速化するためには、コモンモードノイズの抑制は避けられない。

コモンモードノイズを抑制するために、これまでも様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、２つのスイッチング素子を直列に接続して構成されたハーフブリッジ回路で発生するコモンモードノイズを低減する技術が開示されている。

ハーフブリッジ回路の場合、電圧変化は２つのスイッチング素子の中点が大きい。そのため、特許文献１の技術では、その中点の部分の導電板（中点導電板１５）と絶縁層３１を介して対向している放熱板（第２放熱板１９）をグランド端子２４から絶縁している（引用文献１の説明では、便宜上、引用文献１の符号を用いる）。

そうすることにより、中点導電板１５から流れるコモンモードノイズを低減している。

特開２０１８－１９５６９４号公報

特許文献１の技術では、例えば、２つの絶縁部材と３つの放熱板とを端面で接合し、板状に形成する必要があるなど、構造が複雑で、製造し難い不利がある。

そこで、開示する技術では、インバータの全体構造を工夫することにより、比較的簡単な構造で、コモンモードノイズを効果的に抑制することを狙いとする。

開示する技術は、スイッチングモジュールを含めた電子部品を収容する電装部が冷却部と一体に構成されているインバータに関する。

前記スイッチングモジュールは、上面にインバータ回路を含む電子回路が設けられている絶縁層と、前記絶縁層の下面に接合される受熱面部を上部に有するとともに下部に放熱部を有するヒートシンクと、を備える。前記冷却部は、冷媒の流路を構成する導電性の冷却器を備える。

そして、前記放熱部が嵌込口を通じて前記冷却器の内部に露出するように、前記スイッチングモジュールが前記冷却器に取り付けられていて、前記ヒートシンクと前記冷却器との間が、絶縁性の部材で構成されたコモンモード電流抑制構造が介在することによって電気的に絶縁されている。

すなわち、インバータの運転時には、スイッチング制御により、インバータ回路で高速のオンオフ動作が行われる。それにより、直流電力が交流電力に変換される。その際、インバータ回路では電圧が断続的に変化する。

インバータ回路とヒートシンクとの間は絶縁層によって電気的に絶縁されている。この構造は、コンデンサと同様に電荷が溜まり得る構造であり（仮想コンデンサ）、浮遊容量が発生し得る。この仮想コンデンサに起因して、スイッチング制御により、電圧が断続的に変化するとコモンモード電流が流れる電流路が生じる。

それに対し、このインバータでは、ヒートシンクと冷却器との間が、絶縁性の部材で構成されたコモンモード電流抑制構造の介在により、電気的に絶縁されている。従って、上述した部位の下流側に、更に浮遊容量が発生し得る仮想コンデンサが形成されている。それにより、コモンモード電流が冷却器に直に流れなくなる。

そして、後述するように、絶縁性の部材を介して対向しているヒートシンクと冷却器との間、および、冷媒を介して対向しているヒートシンクの放熱部と冷却器との間を通ってコモンモード電流は流れるようになる。すなわち、複数の仮想コンデンサを経由する電流路に分散される。

その結果、コモンモード電流が低減されるので、コモンモードノイズを抑制できる。ヒートシンクと冷却器との間に絶縁性の部材を介在させるので、比較的簡単な構造であり、実施も容易である。

例えば、前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備える場合には、前記ケースカバーの端部が前記嵌込口に嵌合されることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている、としてもよい。

ケースカバーの一部を変更するだけなので、冷却器は変更しないので、安価である。

前記冷却部が、前記嵌込口を構成する絶縁性の枠部材を更に備え、前記枠部材が前記冷却部に取り付けられることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている、としてもよい。

この場合、スイッチングモジュールは変更しないので、既存品が使用できる。汎用性に優れる。

前記コモンモード電流抑制構造が、前記絶縁性の部材に埋設される導電層を含み、前記ヒートシンクと前記冷却器との対向部位が、電気的に絶縁された状態で前記導電層によって仕切られ、かつ、前記導電層が、所定の電位が保持される前記電装部の中の定電位部位と電気的に接続されている、としてもよい。

定電位部位は所定の電位が保持される。従って、導電層の電位は一定に保持される。それにより、導電層と冷却器との間に電位差が生じない。導電層と冷却器との間には電荷が溜まらない。その結果、絶縁性の部材を介して対向しているヒートシンクと冷却器との間には、コモンモード電流が実質的に流れない。

それにより、コモンモード電流は、冷媒を介して対向しているヒートシンクの放熱部と冷却器との間を通って流れることになる。コモンモードノイズを効果的に低減できる。従って、スイッチング制御を高速化できる。

前記定電位部位は、前記インバータ回路が接続されている負極側配線の部位であってもよいし、前記インバータ回路が接続されている正極側配線の部位であってもよい。

また、前記インバータ回路が接続されている正極側配線および負極側配線の各々の間に直列に接続された２個のコンデンサを更に備える場合には、前記定電位部位が、２個の前記コンデンサの間の部位であってもよい。

いずれの部位も、スイッチング制御の実行中は所定の電位が保持されている。従って、これらの部位のいずれかに接続すれば、導電層の電位を一定に保持できる。

前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備え、前記ケースカバーの端部が前記嵌込口に嵌合されることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている場合には、前記導電層が、前記ケースカバーの内部に露出する接続端部を有し、当該接続端部を介して前記導電層と前記定電位部位とが接続されている、としてもよい。

この場合、導電層は、定電位部位が有るスイッチングモジュールに設けられている。しかも、導電層はケースカバーの端部に埋設されている。従って、ケースカバーの内部を通じて直に導電層と定電位部位とを接続できる。構造も簡単で容易に実施できる。接続部位がケースカバーで覆われるので、保護性能にも優れる。

前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備えるとともに、前記冷却部が、前記嵌込口を構成する絶縁性の枠部材を更に備え、前記枠部材が前記冷却部に取り付けられることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている場合には、前記冷却器の外部に、前記導電層と接続されている第１接続部が設けられるとともに、前記ケースカバーの外部に、前記定電位部位と接続されている第２接続部が設けられていて、前記第１接続部と前記第２接続部とがコネクタを介して接続されている、としてもよい。

この場合、導電層は、定電位部位が無い冷却部に設けられている。定電位部位を有するスイッチングモジュールと導電層は別部材に設けられている。それに対し、冷却器の外部に、導電層と接続されている第１接続部を設け、ケースカバーの外部に、定電位部位と接続されている第２接続部を設ける。そして、これら第１接続部と第２接続部とをコネクタを介して接続すれば、そのような場合でも、容易に導電層と定電位部位とを接続できる。

前記冷媒に冷却油を用いるのが好ましい。

冷却油は冷却水に比べて導電率および比誘電率が非常に小さい。冷媒に冷却油を用いることで、効果的にコモンモード電流を低減できる。コモンモードノイズを効果的に抑制できる。

前記コモンモード電流抑制構造が、前記冷媒を介して前記放熱部と前記冷却器とが対向している部位の間を仕切るように、前記冷媒の流路に沿って延びる絶縁性の仕切部材を更に備え、前記仕切部材に、前記導電層と接続された第２の導電層が埋設されている、としてもよい。

そうすれば、第２の導電層の電位は一定に保持される。それにより、第２の導電層と冷却器との間に電位差が生じない。第２の導電層と冷却器との間には電荷が溜まらない。その結果、冷媒を介して対向している放熱部と冷却器との間にも、コモンモード電流が実質的に流れない。

それにより、コモンモード電流は実質的に流れなくなる。コモンモードノイズを極限まで低減できる。従って、スイッチング制御を高速化できる。

そうした場合には、前記冷媒に冷却水に用いてもよい。

冷媒を介して対向している放熱部と冷却器との間にも、コモンモード電流が実質的に流れないので、冷媒が冷却水であっても支障はない。冷却水であれば扱い易く、汎用性に優れる。

開示する技術を適用したインバータによれば、比較的簡単な構造で、コモンモードノイズを効果的に抑制することができる。従って、実用化が容易になり、インバータの性能を安価で向上できる。

開示する技術が対象とするインバータの簡略図である。 未改良モジュール（比較例）を示す概略図（上方から見た図）である。 図２の矢印線Ｙ１－Ｙ１における概略断面図である。 図２の矢印線Ｙ２－Ｙ２における概略断面図である。 未改良モジュールを搭載した未改良インバータの回路図である。 図４に対応した改良モジュール（実施例）を示す概略図である。 改良モジュールを搭載した改良インバータの回路図である。 改良インバータの変形例を説明するための図である。 改良インバータの応用例（第１応用インバータ）を説明するための図である。第１応用モジュール（上方から見た図）を表している。 図９の矢印線Ｙ３－Ｙ３における概略断面図である。 第１応用インバータの回路図である。 定電位部位の変形例を説明するための図である。 定電位部位の変形例を説明するための図である。 第１応用インバータの変形例を説明するための図である。 第２応用インバータにおける図１０に対応した概略図である。 第２応用インバータの回路図である。 第２応用インバータの変形例を説明するための図である。

以下、開示する技術の実施形態を説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎない。説明で用いる上下の方向は、相対的な方向の一例である。必ずしも上下に限らない。

＜インバータ＞
図１に、開示する技術が対象とするインバータ１を簡略化して示す。インバータ１は、電子部品を収容する電装部１ａと、駆動時に昇温する電子部品を冷却する冷却部１ｂとを備える。電装部１ａと冷却部１ｂは一体に構成されている。

冷却部１ｂは、冷媒導入口および冷媒導出口を有している。冷却部１ｂは、これら冷媒導入口および冷媒導出口の各々を介して、インバータ１とは別に設けられる冷却装置２と冷媒循環経路３を介して接続されている。インバータ１の駆動時には、冷媒循環経路３を経由して、冷却装置２で冷却された冷媒が冷却部１ｂに循環供給される。

電装部１ａには、後述する制御回路１２６、平滑コンデンサ１２５など、インバータ１を構成する様々な電子部品が収容されている。開示する技術では、それら電子部品のうち、インバータ回路１０４ａを構成するスイッチングモジュール５に関連した部分が工夫されている。

（未改良モジュール）
開示する技術の理解を容易にするために、比較例として、開示する技術を適用する前のスイッチングモジュール５（未改良モジュール１００）について説明する。

図２に、未改良モジュール１００の内部を上方から見た概略図を示す。図３に、図２の矢印線Ｙ１－Ｙ１で示す方向から見た概略図を示す。図４に、図２の矢印線Ｙ２－Ｙ２における概略断面図を示す。

図２～図４に示すように、未改良モジュール１００は、基板１０１（絶縁層の一例）と、基板１０１の下面に接合されるヒートシンク１０２とを備える。基板１０１は、セラミック焼結材料で形成された絶縁プレートであってもよい。

未改良モジュール１００はまた、基板１０１を覆うプラスチック製（絶縁性）のケースカバー１０３を備える。ケースカバー１０３は、上面視が矩形の側枠部１０３ａと、側枠部１０３ａの上側の開口を塞ぐ蓋部１０３ｂとを有しいる。蓋部１０３ｂと対向している側枠部１０３ａの下側の開口の縁には、装着用の嵌合凹部１０３ｃが形成されている。

図示はしないが、ケースカバー１０３の内部には、絶縁性の樹脂が充填されている。

ヒートシンク１０２は、上面視が矩形のアルミ合金からなる。ただし、熱伝達性および導電性に優れる素材であれば、ヒートシンク１０２の素材はアルミ合金に限らない。ヒートシンク１０２の上部には平坦な受熱面部１０２ａが設けられている。

受熱面部１０２ａの周囲には、ケースカバー１０３の嵌合凹部１０３ｃと嵌合する枠状の嵌合凸部１０２ｂが設けられている。ケースカバー１０３の側枠部１０３ａは、嵌合凹部１０３ｃと嵌合凸部１０２ｂとの嵌合により、ヒートシンク１０２に固定されている。ヒートシンク１０２の下部には、多数のピン状の放熱突起１０２ｃによって構成された放熱部１０２ｄが設けられている。

ヒートシンク１０２の周囲には、フランジ部１０２ｅが張り出している。フランジ部１０２ｅの四隅には、ピン止めするための締結部１０２ｆが設けられている。

冷却部１ｂは、図３、図４に示すように、冷却器１０を備える。冷却器１０は、ヒートシンク１０２と同様にアルミ合金によって形成されている。

冷却器１０の内部には、図４に矢印Ｆで示す方向に冷媒が流れる冷媒の流路１１が形成されている。冷却器１０の上部には、冷媒の流路１１に連通する矩形の嵌込口１０ａが形成されている。

ヒートシンク１０２は、放熱部１０２ｄが嵌込口１０ａを通じて冷却器１０の内部に露出するように、この嵌込口１０ａに嵌め込まれている。嵌込口１０ａの周囲は、液漏れしないようにシールされている。そうして、各締結部１０２ｆをピン止めすることで、ヒートシンク１０２は冷却器１０に取り付けられている。

基板１０１の上面には、インバータ回路１０４ａを含む電子回路１０４が設けられている。具体的には、インバータ回路１０４ａは、直列に接続されている２つのスイッチング素子１０５（半導体チップ、上アーム用チップ１０５Ｕおよび下アーム用チップ１０５Ｌ）で構成された３つのハーフブリッジ回路１０４ｂを備える。これらハーフブリッジ回路１０４ｂの各々は、インバータ１が出力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応している。

ここでのスイッチング素子１０５はＩＧＢＴである。図４の中の「Ｃ」はコレクタ電極１０５ａ（第１の電極）を示し、「Ｅ」はエミッタ電極１０５ｂ（第２の電極）を示している。「Ｂ」はベース電極１０５ｃ（第３の電極）を示している。なお、各スイッチング素子１０５には、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されているが（図５参照）、ここでの図示は省略する。

基板１０１の上面には、所定形状の電極導体１０６が形成されている。この電極導体１０６を用いて、インバータ回路１０４ａの電気配線に対応した電子回路１０４が設けられている。

具体的には、図２に示すように、電極導体１０６は、正極側配線１２３Ｈを構成する正極側配線端子部１０６ａ、負極側配線１２３Ｌを構成する負極側配線端子部１０６ｂ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した出力配線１２４を構成する３個の出力配線端子部１０６ｃ、および、各半導体チップのベース電極１０５ｃに接続される切替用端子を構成する６個の切替用端子部１０６ｄを有している。

エミッタ電極１０５ｂおよびベース電極１０５ｃは、スイッチング素子１０５の上面に設けられている。エミッタ電極１０５ｂは、制御に用いられるベース電極１０５ｃよりも面積は大きい。

各上アーム用チップ１０５Ｕは、正極側配線端子部１０６ａの所定位置に、それぞれハンダ付けによって接合されている。それにより、各上アーム用チップ１０５Ｕのコレクタ電極１０５ａは、正極側配線１２３Ｈに接続される。

各上アーム用チップ１０５Ｕのエミッタ電極１０５ｂは、ボンディングワイヤ１０７ａを介して同相の各出力配線端子部１０６ｃと接続されている。それにより、各上アーム用チップ１０５Ｕのエミッタ電極１０５ｂは、出力配線１２４に接続される。各上アーム用チップ１０５Ｕのベース電極１０５ｃは、ボンディングワイヤ１０７ｂを介して各切替用端子部１０６ｄと接続されている。

各下アーム用チップ１０５Ｌは、各相の出力配線端子部１０６ｃの所定位置に、それぞれハンダ付けによって接合されている。それにより、各下アーム用チップ１０５Ｌのコレクタ電極１０５ａは、各相の出力配線１２４に接続される。

各下アーム用チップ１０５Ｌのエミッタ電極１０５ｂは、ボンディングワイヤ１０７ｃを介して負極側配線端子部１０６ｂと接続されている。各下アーム用チップ１０５Ｌのベース電極１０５ｃは、ボンディングワイヤ１０７ｄを介して各切替用端子部１０６ｄと接続されている。各切替用端子部１０６ｄは、コレクタ電極１０５ａとエミッタ電極１０５ｂとの間の電流路のオンオフを切り替えるために設けられている。

出力配線端子部１０６ｃ（特に各下アーム用チップ１０５Ｌのコレクタ電極１０５ａの接合部位）とヒートシンク１０２との間には、電荷が蓄積可能な構造、つまり２つの電気導体が絶縁素材（誘電体）を介して対向した構造が形成されている。そして、出力配線端子部１０６ｃは、スイッチング制御により電圧が断続的に変化する。それにより、この部位には所定の浮遊容量が発生し得る（説明では、便宜上、浮遊容量が発生し得る部位に仮想コンデンサＣが形成されるものとする）。

従って、図４に拡大して示すように、この部位には所定の浮遊容量が発生し得る仮想コンデンサＣ（第１仮想コンデンサＣ１）が形成される。

図５に、未改良モジュール１００を搭載した車載のインバータ１（未改良インバータ１２０）の構成を例示する。この未改良インバータ１２０は、駆動用の高電圧バッテリ１２１と、走行用の駆動モータ１２２（交流モータ、一般には永久磁石型同期モータ）との間に設置されている。未改良インバータ１２０は、上述した正極側配線１２３Ｈ、負極側配線１２３Ｌ、および出力配線１２４を有している。正極側配線１２３Ｈは高電圧バッテリ１２１の正極端子に接続され、負極側配線１２３Ｌは、高電圧バッテリ１２１の負極端子に接続されている。

３つのハーフブリッジ回路１０４ｂは、未改良インバータ１２０の出力側に位置している正極側配線１２３Ｈと負極側配線１２３Ｌの間に並列した状態で架設されている。未改良インバータ１２０の入力側に位置している正極側配線１２３Ｈと負極側配線１２３Ｌの間には、平滑コンデンサ１２５が架設されている。

未改良インバータ１２０は、スイッチング制御を行う制御回路１２６を備える。制御回路１２６は、未改良モジュール１００の各スイッチング素子１０５のベース電極１０５ｃと接続されている。未改良インバータ１２０は、所定の駆動周波数（例えば１０ＫＨｚ）で各スイッチング素子１０５をオンオフし、高電圧バッテリ１２１から供給される直流電力を、Ｕ、Ｖ、Ｗからなる３相の交流電力に変換して駆動モータ１２２に供給する。

ヒートシンク１０２は、冷却器１０を介して車体の金属部位に接続されて接地されている。従って、上述したように、出力配線端子部１０６ｃ（特に各相の下アーム用チップ１０５Ｌのコレクタ電極１０５ａの接合部位）とヒートシンク１０２との間には、第１仮想コンデンサＣ１が形成される。高電圧バッテリ１２１はフローティングの状態であるため、高電圧バッテリ１２１と接地との間には、所定の浮遊容量を有する仮想コンデンサＣ（第２仮想コンデンサＣ２）が存在する。

未改良インバータ１２０が動作すると、各ハーフブリッジ回路１０４ｂにおける上アーム用チップ１０５Ｕと下アーム用チップ１０５Ｌとの間（中点）に、高調波成分を含む矩形波の高電圧が印加される。それにより、図５に矢印Ｉｃで示すように、第１仮想コンデンサＣ１および第２仮想コンデンサＣ２を経由する電流路を通ってコモンモード電流が流れる。それにより、コモンモードノイズが発生する。

高電圧バッテリ１２１の定格電圧は、例えば４０Ｖ以上または１００Ｖ以上であり、高電圧である。従って、この場合、電圧変化が大きいので、コモンモード電流およびコモンモードノイズも大きい。従って、スイッチング制御の高速化は、コモンモードノイズによって制限を受ける。

（改良モジュール、改良インバータ１）
図６に、開示する技術を適用したスイッチングモジュール５（改良モジュール２０）を例示する。図６は、図４に対応した図である。改良モジュール２０の上面図は、図２と同じであるため、その図示は省略する（図２の矢印線Ｙ１－Ｙ１で示す方向から見た図も同様）。図７に、その改良モジュール２０を搭載した車載のインバータ１（改良インバータ３０）を例示する。

改良モジュール２０の基本的な構造は、未改良モジュール１００と同じである。改良インバータ３０の基本的な構造も、図５に示した未改良インバータ１２０と同じである。従って、内容が同じ構成については同じ符号を用いてその説明は簡略化または省略する（以下の変形例、応用例等も同様）。

改良モジュール２０は、ヒートシンク１０２と冷却器１０との間が、絶縁性の部材で構成された所定の構造（コモンモード電流抑制構造２１）が介在することによって電気的に絶縁されている点で、未改良モジュール１００と異なる。

具体的には、図６に示すように、改良モジュール２０では、ケースカバー１０３の側枠部１０３ａの下側が延出されていて、嵌込口１０ａに嵌合する嵌合部２２が形成されている。ヒートシンク１０２は、嵌合部２２の内側に嵌め込むことによって、ケースカバー１０３に固定されている。

改良インバータ３０では、ケースカバー１０３の端部である嵌合部２２が、嵌込口１０ａに嵌合されることによって、コモンモード電流抑制構造２１が構成されている。すなわち、改良インバータ３０では、嵌合部２２によって、ヒートシンク１０２と冷却器１０との間が電気的に絶縁されている。

それにより、図６に拡大して示すように、改良モジュール２０では、上述した第１仮想コンデンサＣ１に加え、互いに対向しているヒートシンク１０２の外周と嵌込口１０ａの内周との間、および、冷媒を介して互いに対向しているヒートシンク１０２の放熱部１０２ｄ（詳細には各放熱突起１０２ｃの突端）と冷却器１０の内面との間の各部位に、所定の浮遊容量が発生し得る仮想コンデンサＣ（第３仮想コンデンサＣ３および第４仮想コンデンサＣ４）が形成される。

それにより、図７に示すように、第１仮想コンデンサＣ１が、第３仮想コンデンサＣ３および第４仮想コンデンサＣ４の各々と直列に接続された状態となる。

この場合、これら第１仮想コンデンサＣ１、第３仮想コンデンサＣ３、および第４仮想コンデンサＣ４によって生じ得る浮遊容量は、未改良モジュール１００の第１仮想コンデンサＣ１で生じ得る浮遊容量よりも、小さい。

従って、コモンモード電流が低減されるので、コモンモードノイズを抑制できる。

なお、第４仮想コンデンサＣ４の誘電体は、冷媒で構成されている。冷媒としては、一般に冷却水が多く用いられる。しかし、冷却水は、導電性および比誘電率が比較的大きい。従って、冷媒に冷却水を用いる場合には、第４仮想コンデンサＣ４の浮遊容量は大きく、コモンモード電流の抑制効果が弱くなる。

従って、冷媒には冷却油（変圧器冷却オイル、作動油など）を用いるのが好ましい。冷却油は冷却水に比べて導電率および比誘電率が非常に小さい。冷媒に冷却油を用いることで、効果的にコモンモード電流を低減できる。コモンモードノイズを効果的に抑制できる。

（改良インバータの変形例）
図８に、改良インバータ３０の変形例を示す。改良インバータ３０では、スイッチングモジュール５の構造を変更することでコモンモード電流抑制構造２１が形成されている。

それに対し、この変形例では、冷却器１０の構造を変更することによってコモンモード電流抑制構造２１が形成されている。従って、この変形例の場合、既存のスイッチングモジュール５（未改良モジュール１００）を用いることができる。なお、この変形例の基本的な構造は、改良インバータ３０と同じである。

図８に示すように、この変形例では、冷却部１ｂが、嵌込口１０ａを構成するプラスチック製（絶縁性）の枠部材４１を更に備える。枠部材４１の内側に嵌込口１０ａが形成されている。枠部材４１は、液漏れしないようにシールされた状態で、冷却器１０に取り付けられている。

この変形例では、枠部材４１によって、ヒートシンク１０２と冷却器１０との間が電気的に絶縁されている。

従って、この変形例も、改良インバータ３０と同様の作用効果が得られる。

＜改良インバータの応用例＞
（第１応用インバータ）
図９～図１１に、改良インバータ３０の応用例（第１応用インバータ３１）を示す。図９は、そのスイッチングモジュール５（第１応用モジュール３１ａ）の内部を上方から見た概略図である。図１０は、図９の矢印線Ｙ３－Ｙ３における概略断面図である。図１１は、第１応用インバータ３１の構成を示す概略図である。

第１応用モジュール３１ａは、コモンモード電流抑制構造２１に、所定の導電層５０が設けられている点で、改良モジュール２０と異なる。

具体的には、コモンモード電流抑制構造２１を構成している嵌合部２２に、図９、図１０に示すように、ヒートシンク１０２の周囲に沿って延びる枠状の導電層５０が埋設されている。導電層５０は、例えば銅板、銅箔などで形成できる。導電層５０の周囲はプラスチックで覆われて絶縁されている。

それにより、ヒートシンク１０２と冷却器１０との対向部位は、電気的に絶縁された状態で導電層５０によって仕切られている。それにより、第３仮想コンデンサＣ３は、図１０に拡大して示すように、直列に接続された２つの仮想コンデンサＣに二分される。

すなわち、ヒートシンク１０２と導電層５０との間に形成される第５仮想コンデンサＣ５と、導電層５０と冷却器１０との間に形成される第６仮想コンデンサＣ６とに二分される。

そして、図９、図１０に示すように、導電層５０は、ケースカバー１０３の内部に突出する接続端部５０ａを有している。その接続端部５０ａを介して、導電層５０は、負極側配線端子部１０６ｂと電気的に接続されている。

負極側配線端子部１０６ｂは、インバータ回路１０４ａにおける負極側配線１２３Ｌの部位である。図１１に簡略化して示すように、導電層５０は、接続端部５０ａを介して負極側配線１２３Ｌと接続されている。

従って、導電層５０の電位は、高電圧バッテリ１２１の負極の電位と同じである。スイッチング制御により、下アーム用チップ１０５Ｌのスイッチング素子１０５がオンオフしても、それに応じて第５仮想コンデンサＣ５で充放電されるので、ヒートシンク１０２と導電層５０との対向部位の間には、電位差は生じない。第６仮想コンデンサＣ６には電荷は蓄積されない。

それにより、第５仮想コンデンサＣ５および第６仮想コンデンサＣ６を経由する電流路には、コモンモード電流は流れない。コモンモード電流は、直列に接続された第１仮想コンデンサＣ１と第４仮想コンデンサＣ４を経由する電流路を流れる。直列に接続された第１仮想コンデンサＣ１と第４仮想コンデンサＣ４による浮遊容量は、改良インバータ３０で生じ得る浮遊容量よりも、更に小さい。

従って、コモンモード電流が更に低減されるので、コモンモードノイズをよりいっそう抑制できる。

（定電位部位）
上述した第１応用モジュール３１ａでは、負極側配線１２３Ｌの部位、具体的には各相の負極側配線端子部１０６ｂ（各相の下アーム用チップ１０５Ｌのエミッタ電極１０５ｂ）が「定電位部位」とされている。しかし、導電層５０は、スイッチング制御が行われても電位が変化しない部位に接続されていればよく、定電位部位は負極側配線１２３Ｌの部位に限らない。

従って、図１２に示すように、導電層５０を、負極側配線端子部１０６ｂではなく、高電圧配線の部位である各相の正極側配線端子部１０６ａ（各相の上アーム用チップ１０５Ｕのコレクタ電極１０５ａ）に接続してもよい（図１２における第１配線５１を参照）。すなわち、正極側配線１２３Ｈの部位を「定電位部位」としてもよい。

この場合、導電層５０は、オンオフいずれの場合においても、高電圧バッテリ１２１の正極側の電位に保持される。それにより、オンオフいずれの場合においても、ヒートシンク１０２と導電層５０との間には、電位差は生じない。第５仮想コンデンサＣ５が充放電することによって、第６仮想コンデンサＣ６に電荷は蓄積されない。従って、第５仮想コンデンサＣ５および第６仮想コンデンサＣ６を経由する電流路にコモンモード電流は流れない。

更に、図１３に示すように、対象とするインバータ１が、正極側配線１２３Ｈおよび負極側配線１２３Ｌの各々の間に、直列に接続された２個のコンデンサ５２，５２を備える場合には、これを利用してもよい。すなわち、これら２個のコンデンサ５２，５２の間の部位は、高電圧バッテリ１２１の電圧よりも低い所定の電圧値が保持されるようになっている。

従って、これら２個のコンデンサ５２，５２の間の部位を「定電位部位」とし、導電層５０をその部位に接続してもよい（図１３における第２配線５３を参照）。

この場合、導電層５０は、オンオフいずれの場合においても、高電圧バッテリ１２１の電圧よりも低い所定の電位に保持される。それにより、この場合においても、導電層５０とヒートシンク１０２との間には、電位差は生じない。第５仮想コンデンサＣ５が充放電することによって、第６仮想コンデンサＣ６に電荷は蓄積されない。従って、第５仮想コンデンサＣ５および第６仮想コンデンサＣ６を経由する電流路にコモンモード電流は流れない。

（第１応用インバータの変形例）
図１４に、第１応用インバータ３１の変形例を示す。この変形例では、上述した第２の改良インバータ３０と同様に、冷却器１０の構造を変更することによってコモンモード電流抑制構造２１が形成されている。従って、この変形例の場合、一部変更するだけで既存のスイッチングモジュール５（未改良モジュール１００）を用いることができる。

この変形例では、冷却器１０の枠部材４１に導電層５０が設けられている。従って、スイッチングモジュール５の中にある定電位部位と直接接続することはできない。それに対し、この変形例では、冷却器１０の外部に、導電層５０と接続されている第１接続部５５が設けられている。

それに対応して、ケースカバー１０３の外部には、負極側配線端子部１０６ｂ（定電位部位の一例）と接続されている第２接続部５６が設けられている。そして、これら第１接続部５５と第２接続部５６とが、コネクタ５７を介して接続されている。

従って、この場合も第１応用インバータ３１と同様の作用効果が得られる。

（第２応用インバータ）
図１５、図１６に、第１応用インバータ３１の応用例（第２応用インバータ３２）を示す。図１５は、図１０に対応した概略断面図である。すなわち、図１５は、第２応用インバータ３２のスイッチングモジュール５（第２応用モジュール３２ａ）を示している。図１６は、第２応用インバータ３２の構成を示す概略図である。

第２応用インバータ３２は、コモンモード電流抑制構造２１が、更に仕切部材６０を備える点で、第１応用インバータ３１と異なる。

具体的には、ケースカバー１０３に、ヒートシンク１０２の放熱部１０２ｄの周囲を囲む絶縁性の仕切部材６０が設けられている。ケースカバー１０３の嵌合部２２の下側に、冷媒の流路１１に沿って延びる筒状の部分を新たに増設することにより、仕切部材６０は形成されている。

従って、仕切部材６０の素材は、ケースカバー１０３と同じプラスチックである。仕切部材６０は、Ｕ形状の横断面を有し、冷媒を介して放熱部１０２ｄと冷却器１０とが対向している部位の間を仕切るように構成されている。

仕切部材６０には、銅板、銅箔などからなる第２の導電層６１が埋設されている。第２の導電層６１の周囲はプラスチックで覆われており、第２の導電層６１は、冷媒から絶縁されている。

それにより、冷媒を介在した状態で、放熱部１０２ｄ（詳細には各放熱突起１０２ｃの突端）と冷却器１０の内面とが対向している部位は、電気的に絶縁された状態で導電層５０によって仕切られている。それにより、図１０に示した第４仮想コンデンサＣ４は、図１５に拡大して示すように、直列に接続された２つの仮想コンデンサＣに二分される。

すなわち、放熱部１０２ｄと第２の導電層６１との間に形成される第７仮想コンデンサＣ７と、第２の導電層６１と冷却器１０の内面との間に形成される第８仮想コンデンサＣ８とに二分される。

そして、図１５に示すように、第２の導電層６１は、その上側の一対の縁部を介して導電層５０と一体に形成されており、導電層５０と電気的に接続されている。導電層５０および第２の導電層６１は、接続端部５０ａを介して負極側配線１２３Ｌと接続されている。

従って、導電層５０および第２の導電層６１の電位は、高電圧バッテリ１２１の負極の電位と同じである。スイッチング制御により、下アーム用チップ１０５Ｌのスイッチング素子１０５がオンオフしても、それに応じて第７仮想コンデンサＣ７で充放電されるので、第２の導電層６１と冷却器１０の内面の対向部位の間には、電位差は生じない。第８仮想コンデンサＣ８には電荷は蓄積されない。

従って、図１６に簡略化して示すように、第５仮想コンデンサＣ５および第６仮想コンデンサＣ６を経由する電流路に加え、第７仮想コンデンサＣ７および第８仮想コンデンサＣ８を経由する電流路についても、コモンモード電流は流れない。

コモンモード電流の流れる電流路は無くなる。従って、コモンモードノイズの発生を防止、つまりコモンモード電流の低減ではなく、コモンモード電流を実質的にゼロにできる。

この場合、冷媒を誘電体として含んでいる第７仮想コンデンサＣ７および第８仮想コンデンサＣ８を経由する電流路に、コモンモード電流は流れない。従って、冷媒には、冷却油に限らず、冷却水を用いることができる。冷媒の選択の自由度が拡がり、利便性に優れる。

（第２応用インバータの変形例）
図１７に、第２応用インバータ３２の変形例を示す。この変形例では、上述した第１応用インバータ３１の変形例と同様に、冷却器１０の構造を変更することによってコモンモード電流抑制構造２１が形成されている。従って、この変形例の場合も、既存のスイッチングモジュール５（未改良モジュール１００）を一部変更すれだけで用いることができる。

この変形例では、冷却器１０の枠部材４１に導電層５０が設けられている。従って、この変形例では、冷却器１０の外部に、導電層５０と接続されている第１接続部５５が設けられている。それに対応して、ケースカバー１０３の外部には、負極側配線端子部１０６ｂ（定電位部位の一例）と接続されている第２接続部５６が設けられている。そして、これら第１接続部５５と第２接続部５６とが、コネクタ５７を介して接続されている。

従って、この場合も第２応用インバータ３２と同様の作用効果が得られる。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、上述した変形例や応用例などの各実施例で示した特徴構成は、その実施例に限るものではない。必要に応じて他の実施例にも適用できる。

スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＧａＮ等、公知の半導体チップが適用できる。

１ インバータ
１ａ 電装部
１ｂ 冷却部
５ スイッチングモジュール
１０ 冷却器
１０ａ 嵌込口
２０ 改良モジュール（スイッチングモジュール）
２１ コモンモード電流抑制構造
２２ 嵌合部
３０ 改良インバータ（開示する技術を適用したインバータ）
３１ 第１応用インバータ
３１ａ 第１応用モジュール
３２ 第２応用インバータ
３２ａ 第２応用モジュール
４１ 枠部材
５０ 導電層
５０ａ 接続端部
５２ コンデンサ
５５ 第１接続部
５６ 第２接続部
５７ コネクタ
６０ 仕切部材
６１ 第２の導電層
１００ 未改良モジュール
１０１ 基板（絶縁層）
１０２ ヒートシンク
１０２ａ 受熱面部
１０２ｃ 放熱突起
１０２ｄ 放熱部
１０３ ケースカバー
１０４ 電子回路
１０４ａ インバータ回路
１０４ｂ ハーフブリッジ回路
１０５ スイッチング素子
１０５Ｕ 上アーム用チップ
１０５Ｌ 下アーム用チップ
１０５ａ コレクタ電極
１０５ｂ エミッタ電極
１０５ｃ ベース電極
１０６ 電極導体
１０６ａ 正極側配線端子部
１０６ｂ 負極側配線端子部
１０６ｃ 出力配線端子部
１０６ｄ 切替用端子部
１２０ 未改良インバータ
１２１ 高電圧バッテリ
１２２ 駆動モータ
１２３Ｈ 正極側配線
１２３Ｌ 負極側配線
１２４ 出力配線
１２５ 平滑コンデンサ
１２６ 制御回路
Ｃ１～Ｃ８ 仮想コンデンサ

Claims (12)

1. スイッチングモジュールを含めた電子部品を収容する電装部が冷却部と一体に構成されているインバータであって、
   前記スイッチングモジュールは、
   上面にインバータ回路を含む電子回路が設けられている絶縁層と、
   前記絶縁層の下面に接合される受熱面部を上部に有するとともに下部に放熱部を有するヒートシンクと、
   を備え、
   前記冷却部は、冷媒の流路を構成する導電性の冷却器を備え、
   前記放熱部が嵌込口を通じて前記冷却器の内部に露出するように、前記スイッチングモジュールが前記冷却器に取り付けられていて、
   前記ヒートシンクと前記冷却器との間が、絶縁性の部材で構成されたコモンモード電流抑制構造が介在することによって電気的に絶縁されている、インバータ。
2. 請求項１に記載のインバータにおいて、
   前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備え、
   前記ケースカバーの端部が前記嵌込口に嵌合されることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている、インバータ。
3. 請求項１に記載のインバータにおいて、
   前記冷却部が、前記嵌込口を構成する絶縁性の枠部材を更に備え、
   前記枠部材が前記冷却部に取り付けられることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されている、インバータ。
4. 請求項１に記載のインバータにおいて、
   前記コモンモード電流抑制構造が、前記絶縁性の部材に埋設される導電層を含み、
   前記ヒートシンクと前記冷却器との対向部位が、電気的に絶縁された状態で前記導電層によって仕切られ、かつ、前記導電層が、所定の電位が保持される前記電装部の中の定電位部位と電気的に接続されている、インバータ。
5. 請求項４に記載のインバータにおいて、
   前記定電位部位が、前記インバータ回路が接続されている負極側配線の部位である、インバータ。
6. 請求項４に記載のインバータにおいて、
   前記定電位部位が、前記インバータ回路が接続されている正極側配線の部位である、インバータ。
7. 請求項４に記載のインバータにおいて、
   前記インバータ回路が接続されている正極側配線および負極側配線の各々の間に直列に接続された２個のコンデンサを更に備え、
   前記定電位部位が、２個の前記コンデンサの間の部位である、インバータ。
8. 請求項４に記載のインバータにおいて、
   前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備えるとともに、前記スイッチングモジュールが、前記絶縁層を覆う絶縁性のケースカバーを更に備え、
   前記ケースカバーの端部が前記嵌込口に嵌合されることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されていて、
   前記導電層が、前記ケースカバーの内部に露出する接続端部を有し、当該接続端部を介して前記導電層と前記定電位部位とが接続されている、インバータ。
9. 請求項４に記載のインバータにおいて、
   前記冷却部が、前記嵌込口を構成する絶縁性の枠部材を更に備え、
   前記枠部材が前記冷却部に取り付けられることによって、前記コモンモード電流抑制構造が構成されていて、
   前記冷却器の外部に、前記導電層と接続されている第１接続部が設けられるとともに、前記ケースカバーの外部に、前記定電位部位と接続されている第２接続部が設けられていて、前記第１接続部と前記第２接続部とがコネクタを介して接続されている、インバータ。
10. 請求項１～９のいずれか１つに記載のインバータにおいて、
    前記冷媒に冷却油が用いられている、インバータ。
    
11. 請求項４～９のいずれか１つに記載のインバータにおいて、
    前記コモンモード電流抑制構造が、前記冷媒を介して前記放熱部と前記冷却器とが対向している部位の間を仕切るように、前記冷媒の流路に沿って延びる絶縁性の仕切部材を更に備え、
    前記仕切部材に、前記導電層と接続された第２の導電層が埋設されている、インバータ。
12. 請求項１１に記載のインバータにおいて、
    前記冷媒に冷却水が用いられている、インバータ。