JP2012191681A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二つ以上の電気機器が搭載された機械システムに於ける電気機器の制御のための電力制御装置の電力の損失や温度上昇の抑制を図る新規な構造を提供すること。
【解決手段】 本発明の電力制御装置は、第一の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第一の回路素子群と第二の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第二の回路素子群とを含み、同一の回路素子群のうちの二つの回路素子が互いに隣接しないように第一の回路素子群の回路素子と第二の回路素子群の回路素子とが一つのバスバー部材上に配置され接合されていることを特徴とする。本発明の電力制御装置は、ハイブリッドカー又は電気自動車の駆動ユニットのモーターの電力制御に利用可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などに利用される大電流を制御するための電力制御装置に係り、より詳細には、電動機、発電機等の電気機械を複数有する機械システムを作動するための電力制御装置に係る。

ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などに利用される大電流を制御するためのパワーモジュール或いは電力制御装置に於いては、複数の回路素子（例えば、ＩＧＢＴ、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオード、パワー半導体など）が実装された回路が組み込まれている。かかる回路に於いては、回路素子や導線に流通する電流量の大きさに対応した比較的大きな電力の損失や発熱による温度上昇の回避又は抑制、回路の寸法の小型化のために、従来より、種々の回路構成、例えば、回路基板の構造、回路素子・導線の配置、冷却・放熱のための構造が提案されている。例えば、特許文献１に於いては、回路基板を、底面と一対の対向する側面を有するコの字型に形成するとともに、回路基板の底面上と側面上に実装された回路素子に対してワイヤを介さずにバスバーを接合した構造（ワイヤボンドレス構造）が提案されている（冷却器が下側に設けられた底面上には比較的発熱量の大きい素子が配置され、冷却器から遠い側面上には比較的発熱量の小さい素子が配置される。）。また、特許文献２では、直流電源から三相交流電流を生成するための回路基板が五枚の基板を多面体（箱型）に組み合わせて構成されるとともに三相電流の各相の半導体素子が互いに異なる面に基板に配置され、これにより、回路基板の寸法を小型化することが提案されている。更に、特許文献３では、樹脂封止型の半導体装置に於いて、二つの半導体素子を重ねて配置するとともに放熱板をその外面に露出するよう配置し、これにより、装置の小型化と放熱特性の向上を図る構成が開示されている。

特開２０１０−１２４６０７ 特開２００９−８１２７３ 特開２００９−２９５７９４

ところで、ハイブリッドカーや電気自動車の駆動ユニットの如く、一つの機械システムに於いては、二つ以上のモーター等の電気機械、バッテリ等の電気機器が搭載され、それらの電気機械や電気機器が互いに関連して作動制御される場合がある。例えば、後述の実施形態の欄に於いて記載されている如き、ハイブリッドカーの駆動ユニット（図３（Ａ）参照）の場合、一つのエンジンと、二つのモーターＭＧ１、ＭＧ２が設けられるところ、これらのモーターとバッテリとの間に流通する電流は、電力制御装置ＰＣＵによって制御される。そして、かかる電力制御装置ＰＣＵに搭載される回路に於いては、図３（Ｂ）に例示されている如く、二つのモーターＭＧ１、ＭＧ２のそれぞれについて、モーター内に流通する電流を制御するための回路素子群が用意されることとなる。この場合に於いて、二組のうちの一つのモーターのための回路或いは回路素子群を距離をおいて設置すると、放熱効果は高まるが次の問題点が発生する。その問題点とは、回路寸法が増大する点と、二つの回路或いは回路素子群を連結する電流路が長くなり、前記電流路から発生する電力損失が増加する点である。一方で、前記回路或いは回路素子群を近接して設置すると、前記電流路からの電力損失が減少する一方で、面積辺りの発熱量が増加するため放熱が困難になりやすい。その理由は、集中して配置されている一つの電気機械のための回路或いは回路素子群は、同時に或いは同様のパターンにて発熱するためである。

かくして、本発明の主な課題は、二つ以上の電気機械が搭載された機械システムに於ける電気機械の制御のための電力制御装置について、更なる電力の損失や温度上昇の抑制を図る新規な構造を提供することである。

また、本発明のもう一つの課題は、上記のハイブリッドカーや電気自動車用の二つ以上のモーターを搭載した駆動ユニットに於けるバッテリとモーターとの間の電流を制御する電力制御装置（ＰＣＵ：Power Control Unit）に適した新規な回路の構成及び回路素子の配置構造を有する電力制御装置を提供することである。

本発明によれば、上記の課題は、第一の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第一の回路素子群と第二の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第二の回路素子群とを含む電力制御装置であって、一つのバスバー部材上にて、第一の回路素子群の回路素子と第二の回路素子群の回路素子とが、同一の回路素子群の二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在するよう配置され接合されていることを特徴とする装置により達成される。なお、上記の構成に於いて、「バスバー部材」とは、回路素子の構成する電気回路の母線であって、棒状又は板状の、銅などの金属製部材である。

上記の構成によれば、少なくとも二つの電気機械を有する機械システムのための電力制御装置に於いて、装置の寸法を然程に大きくすることなく、回路素子に於ける電力損失、回路素子の発熱に起因する温度上昇を従前に比して抑制することが可能となる。

一般に、一つの電気機械の動作中、その機械の制御を実行する回路素子群の複数の回路素子には、電流が流通することとなるので、それらの複数の回路素子は、略同時に或いは同様のパターンにて発熱することとなる。従って、一つの電気機械のための回路素子群の複数の回路素子が回路基板上にて隣接し集まって配置されていると、その領域の温度が上昇しやすくなり、温度上昇に応じて電力損失も増大し易くなり得る。そのような温度上昇を避けるために、各回路素子の熱マス（熱容量）を大きくすべく回路素子を互いに離隔して配置した場合には、回路寸法の増大となるとともに、電流路の長さが長くなることで電力損失も増大し得る。

しかしながら、二つ以上の電気機械を含む機械システムのための電力制御装置の場合、そもそも、電気機械の数に対応して、複数の回路素子群を準備する必要があるところ、二つ以上の電気機械は、常に同時に動作するとは限らない。例えば、一方の電気機械の動作中に、他方の電気機械が休止しているか、或いは、動作していてもその程度が低く、かかる他方の電気機械のための回路素子群は殆ど発熱していない場合があり得る。即ち、休止しているか動作の程度が低い電気機械の回路素子の熱マスには余裕があると考えられる。

そこで、本発明に於いては、上記の如く、第一の回路素子群の回路素子と第二の回路素子群の回路素子が、同一の回路素子群のうちの二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在するように、一つのバスバー部材上に配置され接合される。そうすると、まず、同一の回路素子群の回路素子は互いに離隔して配置されることにより、動作時の温度上昇の抑制が期待されることとなる。一方の回路素子群に対応する電気機械の動作中、他方の電気機械が休止しているか動作していてもその程度が低いときには、一方の回路素子群の回路素子にて発生した熱が容易にバスバー部材を介して隣接する他方の回路素子群の回路素子の熱マスへ移動できるので、動作中の電気機械の回路素子の温度及びその上昇速度が、同一の回路素子群の回路素子が隣接して配置されている場合よりも抑制されることとなる。換言すれば、一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在する構成によれば、回路素子の熱マスの共用が可能となるので、回路素子群の占める領域（回路板の占有面積）を大きくせずに、各回路素子が利用可能な熱マスを大きくすることが可能となる。また、回路素子が同一のバスバー部材に直接に接合されることにより、放熱が速くなると共にワイヤにて電気的な接続を達成する場合よりも電力損失を低減できる点でも有利である。

上記の本発明の実施形態に於いて、第一の回路素子群の回路素子と第二の回路素子群の回路素子とは、一つのバスバー部材上にて交互に縦列して配置されてよい。「回路素子」は、典型的には、ＩＧＢＴ、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオードなどのパワー半導体の半導体素子であって、電気機械へ選択的に電流を流通させるスイッチング素子であってよい。「第一の電気機械」は、例えば、発電機又は発電可能なモーターなどの機械エネルギーを電気エネルギーに変換可能な機械であり、第一の回路素子群の回路素子が第一の電気機械に流通する電流を制御するスイッチング素子であってよく、「第二の電気機械」は、例えば、バッテリなどの電源からの電気エネルギーを機械エネルギーに変換可能なモーターなどの機械であり、第二の回路素子群の回路素子が第二の電気機械に流通する電流を制御するスイッチング素子であってよい。特に、本発明の電力制御装置は、ハイブリッドカー又は電気自動車の駆動ユニットのモーター（第一の電気機械及び第二の電気機械）のための電力制御装置として好適に利用可能である。

また、本発明の構成は、特に、三相ブリッジ結線回路を構成する回路の基板上に於ける回路素子の配置に適用されてよい。その場合、第一の回路素子群の複数の回路素子及び第二の回路素子群の複数の回路素子は、それぞれ、三相ブリッジ結線回路を構成し、直流電源に接続された昇圧回路に対して並列に接続される。そして、昇圧回路の一つの極に電気的に接続されるべき第一及び第二の回路素子群の回路素子が、上記の如く同一の回路素子群の二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在する態様にて、同一のバスバー部材上に接合される。この場合、バスバー部材の電位は、昇圧回路のＮ極又はＳ極と同電位となる。なお、かかる構成に於いて、更に昇圧回路の回路素子が同一のバスバー部材上に接合されてよい。

二つ以上の電気機械を含む機械システムのための電力制御装置では、従前であれば、各電気機械の制御のための回路素子群を回路基板上に単純に並列して実装していたので、回路素子間の配置間隔が比較的狭いときには、或る電気機械の作動中にはその電気機械を制御する回路素子群の実装領域の温度が上昇し易い状況にあった。しかしながら、上記の本発明の同一の回路素子群の二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在するという構成によれば、各電気機械の制御のための回路素子の配置間隔は、回路素子群の実装領域の面積を然程に変更することなく、従前の配置間隔に比して相対的に増大されると共に、異なる電気機械のための回路素子の熱マスを共用できることとなるので、或る電気機械の作動中のその電気機械を制御する回路素子群の実装領域の温度上昇及びこれに伴う電力損失を低減又は抑制することが可能となる。また、本発明の構成では、一つのバスバー部材に各電気機械の制御のための回路素子群が直接に接合されるので、電流の流通経路が短縮され、電力損失の抑制が期待される。特に、第一の回路素子群の回路素子と第二の回路素子群の回路素子とが一つのバスバー部材上にて交互に縦列して配置される構成によれば、発熱部位の分散と熱マスの共用とにより、回路基板上に於ける熱がより均一化され、回路の占有面積を然程に増大せずに、局所的な温度上昇の抑制が可能となる。これらの作用効果によれば、装置の更なる小型化が期待され、かかる利点は、ハイブリッドカー又は電気自動車の駆動ユニットに於いて特に有利である。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１（Ａ）は、本発明に従って一つのバスバー部材１４Ｐ（Ｎ）に接合される回路素子１８ｕ（ｌ）が回路基板上に実装された状態を模式的に表した斜視図である。バスバー部材の輪郭は、太実線にて示され、その下方の基板の状態が理解されるよう透明にて描かれている（実際には、金属製の部材のため、バスバー部材の下方の基板の状態は観察できない。）。図１（Ｂ）は、本発明に従って構成された回路素子が実装された回路基板の模式的な断面図である。図１（Ｃ）は、本発明に従ったバスバー部材上に接合される回路素子の配置を表す模式的な平面図である。図１（Ｄ）は、本発明に従ったバスバー部材上に接合される回路素子の配置の別の例を表す模式的な平面図である。 図２は、熱ＣＡＥによるハイブリッドカーの駆動ユニットの電力制御装置の作動時に於ける回路素子の温度変化のシミュレーション結果を示している。（Ａ）は、従来の配置構成に於ける下アームの回路素子の温度変化であり、（Ｂ）は、本発明による配置構成に於ける下アームの回路素子の温度変化である。 図３（Ａ）は、本発明の電力制御装置が適用されるハイブリッドカーの駆動ユニットの構成の概念図である。図中の矢印は、車両の通常走行時に於ける電気エネルギー（電流）と機械エネルギー（回転）との流れをそれぞれ示している。図３（Ｂ）は、本発明が適用される電力制御装置に於ける回路素子の電気的接続関係を表す回路図の一つの例である。 図４（Ａ）は、ハイブリッドカーの駆動ユニットの電力制御装置に於ける従来の技術の配置構成にて回路素子が実装された回路基板の模式的な平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の回路素子が実装された回路基板の模式的な断面図である。

１０…回路
１２…バッテリ
１４Ｐ…Ｐバスバー又はＰバスバー部材、
１４Ｎ…Ｎバスバー又はＮバスバー部材
１６ｕ，ｌ…昇圧回路の回路素子
１８ｕ，ｌ…モーター用出力回路の回路素子
２０ａ、ｂ、ｃ…モーターへの出力バー
２２…壁部
２４…電極基板
２６…絶縁板
２８…金属板
３０…応力緩和材
３２…冷却板
３４…冷却フィン
３６…ワイヤ（導線）
ＭＧ１、ＭＧ２…モーター

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。

電力制御装置と回路構成の概要
本発明による電力制御装置は、好適には、例えば、図３（Ａ）に例示されている如きハイブリッドカーの駆動ユニットに於ける二つのモーターＭＧ１、ＭＧ２の作動制御のための電力制御装置ＰＣＵとして利用される。図３（Ａ）を参照して、駆動ユニットは、端的に述べれば、エンジンと二つのモーターＭＧ１、ＭＧ２との出力軸が差動装置を介して機械的に連結した構造を有し、車輪（図示せず）に連結したプロペラシャフトＰの回転を制御する。その作動に於いては、車両の走行状態によって、二つのモーターＭＧ１、ＭＧ２の動作が、例えば、以下の如く、変更される。：
（ａ）発進時・軽負荷時は、モーターＭＧ２がバッテリの電力を使用して車輪を駆動する。
（ｂ）通常走行時は、エンジン動力の一部による車輪駆動と共に、エンジン動力の一部がモーターＭＧ１を発電機として駆動して発電し、その電力でモーターＭＧ２が駆動されて車輪駆動に利用される。
（ｃ）全開加速時は、エンジン動力に追加してバッテリの電力を使用したモーターＭＧ２の駆動力が車輪駆動に利用される。
（ｄ）制動時は、モーターＭＧ１を発電機として駆動して発電し、その電気エネルギーがバッテリに充電される。
なお、モーターＭＧ１は、車両の走行状態によっては、車輪駆動のための電動機として使用される場合もある。

上記の如きモーターＭＧ１、ＭＧ２の作動を制御する電力制御装置ＰＣＵは、典型的には、図３（Ｂ）に示された回路構成を有する。図３（Ｂ）の回路構成に於いては、バッテリ１２の直流電圧を昇圧する昇圧回路Boost1&2、モーターＭＧ１の電流を制御するためのインバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びモーターＭＧ２の電流を制御するためのインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖが構成される。昇圧回路Boost1&2は、トランジスタとダイオードとからなるスイッチング用半導体素子１６ｕ、１６ｌが図示の如くコンデンサＣ０及びインダクタＬを介してバッテリ１２に接続された構成を有し、バッテリ１２の電圧をモーターの作動電圧まで昇圧する。なお、図に於いては、昇圧回路Boost1&2に於いては、一対のスイッチング用半導体素子１６ｕ、１６ｌのみ記載されているが、実際の回路に於いては、更にもう一対のスイッチング用半導体素子が並列に接続されてよい。

上記の昇圧回路Boost1&2の上側のＰ極（スイッチング用半導体素子１６ｕのコレクタ端）及び下側のＮ極（スイッチング用半導体素子１６ｌのエミッタ端）に於いては、それぞれ、Ｐバスバー（母線）１４Ｐ及びＮバスバー（母線）１４Ｎが接続され、かかるＰバスバー１４ＰとＮバスバー１４Ｎとに対して、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖとインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖとが、並列に接続される。インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ、ＭＧ２＿Ｉｖは、それぞれ、Ｐバスバー１４ＰとＮバスバー１４Ｎとの間の直流電圧を三相交流電圧に変換して、モーターＭＧ１、ＭＧ２に電流を流通させる回路であり、それぞれ、３対のトランジスタとダイオードとから成るスイッチング用半導体素子１８ｕ、１８ｌを有し、それらのスイッチング用半導体素子が、図示の如く三相ブリッジ結線回路を構成し、各ブリッジＭＧ１＿１、＿２、＿３及びＭＧ２＿１、＿２、＿３の出力線２０ａ、ｂ、ｃが、対応するモーターの巻線へ接続される。なお、上記の昇圧回路Boost1&2、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖに於けるスイッチング用半導体素子１６ｕ、１６ｌ、１８ｕ、１８ｌのトランジスタは、ＩＧＢＴ、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタであってよく、ダイオードは、パワーダイオードであってよい。また、図３（Ｂ）に於いて、Ｐバスバー１４Ｐに接続された回路素子１６ｕ、１８ｕの群は、「上アーム」と称され、Ｎバスバー１４Ｎに接続された回路素子１６ｌ、１８ｌの群は、「下アーム」と称される。

上記の回路の作動に於いては、上記の如き車両の走行状態に応じた態様のモーターＭＧ１及び／又はＭＧ２の動作を達成すべく、図示していない電子制御装置の制御下、電子制御装置からスイッチング用半導体素子のトランジスタのゲート端（又はベース端）へ適宜信号が与えられ、これにより、スイッチング用半導体素子のトランジスタに於いて選択的に電流の流通が許され、対応するモーターの巻線に電流が流されることとなる。

従来の技術に於ける回路板の構成と回路素子の配置
上記の図３（Ｂ）の回路構成に於ける回路素子及びバスバーは、従来の技術に於いては、具体的には、図４（Ａ）、（Ｂ）に例示されている如く回路基板に実装される。まず、図４（Ｂ）を参照して、個々の回路素子１８は、電極基板２４、絶縁板２６、金属板２８及び応力緩和材３０が積層された組立体の電極基板２４上にはんだ付け等により接合される。そして、電極基板２４の両側には、バスバー部材１４、モーター巻線への出力線（２０ａ、ｂ又はｃ）となる出力バー部材２０及び電子制御装置からトランジスタのゲート端又はベース端への信号を伝達するための制御信号バー部材３８とが装着された壁部２２が設けられ、バスバー部材１４と回路素子１８との間、電極基板２４と出力バー部材２０との間及び制御信号バー部材３８と回路素子１８のゲート端又はベース端との間の電気的接続は、それぞれ、ワイヤ３６（典型的には、テープボンド）にて達成される。そして、回路全体に於いて、図４（Ａ）の電力制御装置の回路板の模式的な平面図描かれている如く、昇圧回路Boost1&2、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖのそれぞれの回路素子の群は、回路毎にまとまって配置される。バスバー１４Ｎ（図中、黒色にて表示）及び１４Ｐ（図中、斜線にて表示）は、それぞれ、回路素子１８ｌ又は１８ｕの列に沿って回路素子１８ｌ又は１８ｕの列の側部に延在し、各回路素子１８ｌ又は１８ｕと複数のテープボンドにて、例えば、３本又は５本のテープボンドにて電気的に接続される（回路素子の配置を明瞭にする目的で、回路素子とバスバーとを接続するテープボンドは、図中、両端の回路素子を除いて省略されている。）。また、図示の例の場合、バスバー１４Ｎ及び１４Ｐは、回路板の外部に配置される平滑化コンデンサ（図示せず）まで延在する経路を有する。

図４（Ａ）の如く回路素子及びバスバーが配置構成されている場合、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖのそれぞれの回路素子の群が回路毎にまとまって配置されていることにより、モーターＭＧ１の作動中には、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖの回路素子の群の実装領域の温度が上昇しやすくなり、モーターＭＧ２の作動中には、インバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子の群の実装領域の温度が上昇しやすくなる。「発明の概要」の欄に於いても触れた如く、一つのモーターの作動中、そのモーターに対応するインバータ回路の回路素子に於いては略同時に或いは同様のパターンにて電流の流通による熱が発生する。その場合、同じインバータ回路に属する回路素子が隣接して配置されていると、その領域の温度が上昇しやすくなる。かかる温度上昇を回避するためには、一つの回路素子当たりの熱マスを増大すべく、回路素子の配置間隔を増大することが考えられるが、その場合、回路の占有面積が増大し、装置が大型化してしまうこととなる。また、上記の如き温度上昇は、更に電力損失を増大させる場合があるとともに、回路板上に於いて温度が不均一となり、回路内に作用する機械的な応力にムラが生ずることと成り得る。更に、各回路素子とバスバーとがテープボンドにて接続されることから、電流がテープボンドに流れる際にジュール熱による電力損失及び発熱も生ずる。

本発明による回路板の構成と回路素子の配置
本発明の発明者等は、上記の従来の回路素子及びバスバーの配置構成を検討して、回路の温度上昇と電力損失を、従来の構成よりも、抑制できる新規な構成を見出した。図１は、本発明に従った回路素子及びバスバーの配置構成の一つの実施形態を示している。なお、図に於いては、図３（Ｂ）の上アームの回路素子のみが描かれている。（下アームの回路素子も、同様に構成される。）

同図を参照して、本発明によれば、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子１８ｕ（又は１８ｌ）は、同一のインバータ回路に属する回路素子が互いに隣接しないように、一方のインバータ回路の回路素子の間に、他方のインバータ回路の回路素子が介在するように配置されると共に、各回路素子は、一つの棒状又は板状に形成されたバスバー部材に直接に接合される。より具体的には、まず、図１（Ａ）及び（Ｃ）から理解される如く、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖの回路素子１８ｕ（又は１８ｌ）とインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子１８ｕ（又は１８ｌ）とは、交互に縦列するように基板２４上に配置され接合されてよい。そして、かくして配列された回路素子１８の一方の面（上アームの回路素子１８ｕの群の場合には、トランジスタのコレクタ端となり、下アームの回路素子１８ｌの群の場合には、トランジスタのエミッタ端となる。）に対して、図１（Ｂ）に模式的に例示されている如く、バスバー部材１４Ｐ（又は１４Ｎ）が接合される（本発明の構成に於いて、図４（Ｂ）中に描かれている電極基板２４と冷却板３２との間の金属板２８及び応力緩和材３０は、積層されなくてよい。）。なお、インバータ回路の回路素子と同様に昇圧回路の回路素子１６ｕ（又は１６ｌ）が基板上に配置接合され、バスバー部材に接合されてよい。回路素子の接合は、通常の態様にてはんだ付け或いはその他の態様にて接合されてよい。また、モーターの巻線への出力線２０は、ワイヤに代えて、基板２４と一体となった板状部材に構成されてよい。

上記の本発明の構成によれば、まず、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖ及びインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子１８ｕ（又は１８ｌ）がインバータ回路毎にまとまって配置されるのではなく、分散して配置されることとなるので、同一のインバータ回路に属する回路素子の配置間隔が増大することとなる。そうすると、一つのインバータ回路の作動による回路素子の群の発熱時に於いて、発熱する領域が集中せず、分散されることとなるので、温度上昇は緩やかとなるとともに、回路内に於ける温度のムラが発生しにくくなる。特に、一方のインバータ回路のみが実質的に作動している状態に於いては、隣接する他方のインバータ回路に属する回路素子は発熱しておらず、それらの熱マスには余裕があるので、かかる熱マスを利用することができ、これにより、発熱している回路素子の温度上昇の抑制又は低減が期待される。そして、回路素子の温度上昇が抑制又は低減されることにより、電力損失の低減も期待される。

更に、本発明の構成によれば、図４に例示されている従来の構成に比して、電力損失が低減されることとなる。一般に、電流の流れる経路の長さが長くなるほど、ジュール熱が大きくなり、その分、電力損失が増大するところ、本発明の構成に於いては、回路素子が、ワイヤによる接続ではなく、バスバー部材に対して直接接合されていることにより、電流の流れる経路が短縮され、その分、電力損失が低減される。

また、上記の本発明に従った回路素子の配置構成によれば、バスバー部材に於ける電流の流れる経路の長さも短縮される。例えば、車両の発進時・軽負荷時（ａ）や全開加速時（ｃ）の如く、バッテリの電力を使用してモーターＭＧ２を作動する際、図４の従来の配置構成であれば、バスバー１４Ｐ（Ｎ）に於ける電流は、回路板の一方の端にある昇圧回路から他方の端にあるインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖまで流れることとなるところ、図１に例示されている如き本発明の配置構成によれば、昇圧回路からＭＧ２＿３、ＭＧ２＿２の回路素子１８ｕ（ｌ）までの距離は、従来の配置構成の場合に比して短くなり、その分、電力損失が低減される。

例えば、図４（Ａ）に例示する配置構成の場合、昇圧回路の回路素子１６ｌとインバータ回路ＭＧ２＿ＩｖのＭＧ２＿１の下アームの回路素子の１８ｌとの間の電流の流れる経路（図４（Ａ）中、白矢印にて表示）に沿った電気抵抗は、約０．９９５×１０^−３Ω（下記注参照）となり、最大電流１６０Ａが流れるとすると、約２５．５Ｗの損失が生ずるのに対し、本発明の配置構成の場合、昇圧回路の回路素子１６ｌとＭＧ２＿１の下アームの回路素子の１８ｌとの間の電流の流れる経路（図３（Ｃ）中、点線矢印にて表示）は、約０．０８４×１０^−３Ω（下記注参照）となり、最大電流１６０Ａが流れるとすると、損失は、約１．０５Ｗまで低減される。
（注）図４（Ａ）中の白矢印の経路に於いて、回路素子１６ｌ−バスバー１４Ｎ間のテープボンドの長さが約３０ｍｍ、総断面積が４ｍｍ^２であり、回路素子１８ｌ−バスバー１４Ｎ間のテープボンドの長さが約３０ｍｍ、総断面積が２．４ｍｍ^２であり、バスバー上の経路の長さが、約４７５ｍｍ、断面積２４ｍｍ^２となる。これらの経路の材質は全てアルミニウムであり、その電気抵抗率が、１／４０×１０^６Ω／ｍであるとすると、総電気抵抗は、上記の如く算出される。一方、図３（Ｃ）中の点線矢印の経路に於いて、バスバー部材の長さが約１００ｍｍ、断面積が６０ｍｍ^２であり、材質がアルミニウムであるとき、総電気抵抗は、上記の如く算出される。

更に、車両の通常走行時（ｃ）の如く、モーターＭＧ１の発電による電力をモーターＭＧ２にて使用する場合にも、図４の従来の配置構成であれば、電流が、インバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖの回路素子群の実装領域全体を横切ってインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子群の実装領域まで流れることとなるのに対し、本発明の構成の場合、図１（Ｃ）中の矢印にて示されている如く、モーターＭＧ１にて生成されて対応する回路素子に流れる電流Ｉは、隣接するモーターＭＧ２の回路素子に流れ込むこととなり、従って、本発明による配置構成の場合の方が、従来の配置構成に比して、バスバー内に於ける電流の流れる距離が短縮され、その結果、電力損失が低減できることとなる。

なお、回路素子は、別の態様として、図１（Ｄ）の如く、昇圧回路の回路素子が、一方の端に配置されてもよい。その場合、モーターＭＧ１にて生成されて対応する回路素子に流れる電流ＩがモーターＭＧ２の回路素子に流れ込む際の電流経路が更に短縮され、電力損失が低減できることとなる。

かくして、上記の如く、本発明の配置構成によれば、従来の配置構成に比して、回路素子の温度上昇と電力損失とが抑制されることが期待される。実際、熱ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）のシミュレーション解析結果によれば、本発明による配置構成の温度上昇が、従来の配置構成の場合よりも抑制された。図２は、或る車両の走行条件（具体的には、車両が登坂路に於いて発進する場合）に於ける回路の下アームの回路素子の温度変化のシミュレーション結果を示している。シミュレーションに於いては、図４（Ａ）に例示の下アームの回路素子群が装着された回路板と、図１（Ａ）に例示の下アームの回路素子群が装着された回路板とのそれぞれの下面に冷媒温度６５℃を仮定し、車両が登坂路に於いて発進する場合に発生する熱が各回路素子に発生するものと仮定した。なお、回路素子の大きさは、全て同一と仮定した。従来の配置構成に於ける温度変化（図２（Ａ））と本発明による配置構成に於ける温度変化（図２（Ｂ））とを比較して理解される如く、本発明による配置構成に於ける温度上昇速度及び最高到達温度（１３７℃）は、共に、従来の配置構成に於ける温度上昇速度及び最高到達温度（２２４℃）の場合よりも低くなった。これは、昇圧回路の回路素子からインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子までの電流の流通経路の総全長が短縮されたことによりジュール熱の発生量が低減されたこと（電力損失の低減）と、インバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子に於いて発生した熱がインバータ回路ＭＧ１＿Ｉｖの回路素子の熱マスにも流れることによりインバータ回路ＭＧ２＿Ｉｖの回路素子の温度上昇が抑制されたこととによるものと考えられる。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の修正が為されてよいことは明らかであろう。

例えば、本発明の電力制御装置に於ける回路素子の配置構成は、図３に例示のハイブリッドカーの駆動ユニット以外の構成のハイブリッドカー又は電気自動車等の車両の駆動ユニットのための電力制御装置に於いて採用されてよいことは理解されるべきである。また、本発明の電力制御装置に於ける回路素子の配置構成は、車両以外の機械であって、モーター等の電気機械を二つ以上含むシステムに採用されてよい。更に、回路素子の具体的な配置は、図１の例示の構成に限らず、一方の電気機械の作動のための回路素子群の回路素子と他方の電気機械の作動のための回路素子群の回路素子とが、一つのバスバー部材上にて、同一の回路素子群の二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在するよう配置され接合されていれば、全て本発明の範囲に属することは理解されるべきである。例えば、一つのバスバー部材に接合される回路素子は、２列に配列されたり、屈曲線又は曲線上に沿って配列されてもよい。

Claims (7)

1. 第一の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第一の回路素子群と第二の電気機械の制御を実行する複数の回路素子を含む第二の回路素子群とを含む電力制御装置であって、一つのバスバー部材上にて前記第一の回路素子群の回路素子と前記第二の回路素子群の回路素子とが、同一の回路素子群の二つの回路素子が互いに隣接せず一方の回路素子群の回路素子の間に他方の回路素子群の回路素子が介在するよう配置され接合されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１の装置であって、前記第一の回路素子群の回路素子と前記第二の回路素子群の回路素子とが前記一つのバスバー部材上にて交互に縦列して配置されていることを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２の装置であって、前記回路素子が、半導体素子にして前記電気機械へ選択的に電流を流通させるスイッチング素子であることを特徴とする装置。
4. 請求項１の装置であって、前記第一の電気機械が機械エネルギーを電気エネルギーに変換可能な機械であり、前記第一の回路素子群の回路素子が前記第一の電気機械に流通する電流を制御するスイッチング素子であり、前記第二の電気機械が電源からの電気エネルギーを機械エネルギーに変換可能な機械であり、前記第二の回路素子群の回路素子が前記第二の電気機械に流通する電流を制御するスイッチング素子であることを特徴する装置。
5. 請求項４の装置であって、前記第一の電気機械及び第二の電気機械がハイブリッドカー又は電気自動車の駆動ユニットのモーターであることを特徴する装置。
6. 請求項１の装置であって、前記第一の回路素子群の前記複数の回路素子及び前記第二の回路素子群の前記複数の回路素子は、それぞれ、三相ブリッジ結線回路を構成し、直流電源に接続された昇圧回路に対して並列に接続され、前記昇圧回路の一つの極に電気的に接続されるべき前記第一及び第二の回路素子群の回路素子が同一のバスバー部材上に接合されていることを特徴とする装置。
7. 請求項６の装置であって、更に前記昇圧回路の回路素子が前記同一のバスバー部材上に接合されていることを特徴とする装置。
   
   

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