JP2015142472A - ブスバー構造体、電力変換装置、作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の経路のインピーダンスを均一化し、あるいは任意に調節する。【解決手段】第１ブスバー５１は、第１ノードＮ１を含み、第１平面内を延伸する第１部分５４を有する。第２ブスバー５２は、第１平面と平行な第１接続部分５５、第２接続部分５６と、第１接続部分５５から第２接続部分５６に連続する、第１平面と垂直なブリッジ部分５７と、を有する。第３ブスバー５３は、第１平面と平行な第２平面内を延伸する第２部分５８と、第２部分５８と連続しかつ複数の第２ノードＮ２を含む第３部分５９と、を有する。第１ブスバー５１の第１部分５４と第２ブスバー５２の第１接続部分５５が電気的、機械的に接続されるとともに、第２ブスバー５２の第２接続部分５６と第３ブスバー５３の第２部分５８が電気的、機械的に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、ブスバー構造体に関する。

図１は、一般的な三相の電力変換装置（インバータ）２の回路図である。電力変換装置２は、図示しない電池あるいはコンバータによって生成された直流電圧Ｖ_ＤＣを受け、それを交流に変換して、モータなどの負荷１に供給する。

電力変換装置２は、Ｐ極電源ライン１０、Ｎ極電源ライン１２、平滑コンデンサ１４、Ｕ〜Ｗ相ごとに設けられたパワーモジュール１６Ｕ〜１６Ｗ、Ｕ〜Ｗ相ごとに設けられた駆動回路１８Ｕ〜１８Ｗ、複数のスナバコンデンサ２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ、コントローラ２２を備える。

平滑コンデンサ１４は、Ｐ極電源ライン１０とＮ極電源ライン１２の間に設けられ、それらの間の直流電圧Ｖ_ＤＣを安定化させる。

パワーモジュール１６Ｕ〜１６Ｗはそれぞれ、Ｐ極直流端子３０、Ｎ極直流端子３２、交流端子３４、制御端子３６を有する。各パワーモジュール１６は、Ｐ極直流端子３０と交流端子３４の間に設けられた上アームトランジスタ３８、交流端子３４とＮ極直流端子３２の間に設けられた下アームトランジスタ４０を含む。上アームトランジスタ３８、下アームトランジスタ４０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタである。

大容量の電力変換装置２では、パワーモジュールに大電流が流れるため、各相ごとに、複数のパワーモジュール１６が設けられる。図１では、各相に２個のパワーモジュール１６が設けられる。上アームトランジスタ３８、下アームトランジスタ４０の制御電極は、制御端子３６Ｐ、３６Ｎそれぞれに接続されている。各相のスナバコンデンサ２０は、対応するパワーモジュール１６のＰ極直流端子３０とＮ極直流端子３２の間に設けられる。

コントローラ２２は、負荷４の状態に応じて変調された制御信号Ｓ１Ｕ〜Ｓ１Ｗを生成する。各相の駆動回路１８は、対応する制御信号Ｓ１に応じて、対応するパワーモジュール１６に含まれる上アームトランジスタ３８および下アームトランジスタ４０を駆動する。

近年、電力変換装置２の小型化が進んでおり、これにともなって配線のスペースが狭小化している。このような状況においては、径の太いツイスト線を筐体内で引き回すことが困難となる。そこでツイスト配線に代えて、ブスバー（バスバーともいう）によって電力や信号を伝送する手法がとられている。従来においては、ブスバーは、一枚の金属プレートで構成するのが一般的であった。

特開２００９−１４６９３３号公報 特開平１−１６６１４４号公報 特開２０１０−２０７０５９号公報

同種の複数の回路素子をブスバーを利用して並列に接続する場合を考える。この場合に、あるノードから第１の回路素子に至る第１経路のインピーダンスと、そのノードから第２の回路素子に至る第２経路のインピーダンスが揃っていないと、電流の不平衡および電流の集中が発生し、回路の信頼性の観点から好ましくない。図１の電力変換装置２を例とすると、（i）複数のパワーモジュール１６ＵそれぞれのＰ極直流端子３０とＰ極電源ライン１０を接続する配線のインピーダンスは等しく（ii）複数のパワーモジュール１６ＵそれぞれのＮ極直流端子３２とＮ極電源ライン１２を接続する配線のインピーダンスは等しく、（iii）複数のパワーモジュール１６Ｕそれぞれの交流端子３４と出力端子ＯＵＴＵを接続する配線のインピーダンスは等しいことが好ましい。Ｖ相、Ｗ相も同様である。

本発明者らは、インピーダンスの均一性が求められる複数の配線をブスバーを用いて構成するにあたり以下の課題を認識するに至った。

インピーダンスの均一性が求められる複数の配線を、ツイスト配線を用いて形成する場合、ツイスト配線の径と長さを揃えることで、比較的容易に、インピーダンスを均一化することが可能である。一方、複数の配線をブスバーで構成する場合、ブスバーの形状の制約、組み立て工程における制約の問題から、インピーダンスの均一化は難しい。特に高周波信号を伝送するブスバーの場合、表皮効果の影響により、ブスバーに流れる電流はブスバー表層に集中することから、ブスバーの実効的なインピーダンスは、単純にブスバーの断面積に反比例せず、これがブスバー設計の困難度を高めている。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数の経路のインピーダンスを均一化し、あるいは任意に調節可能なブスバー構造の提供にある。

本発明のある態様は、第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体に関する。ブスバー構造体は、第１ブスバー、第２ブスバー、第３ブスバーを備える。第１ブスバーは、第１ノードを含み、第１平面内を延伸する第１部分を有する。第２ブスバーは、第１平面と平行な第１、第２接続部分と、第１接続部分から第２接続部分に連続する第１平面と垂直なブリッジ部分と、を有する。第３ブスバーは、第１平面と平行な第２平面内を延伸する第２部分と、第２部分と連続しかつ複数の第２ノードを含む第３部分と、を有する。第１ブスバーの第１部分と第２ブスバーの第１接続部分が電気的、機械的に接続されるとともに、第２ブスバーの第２接続部分と第３ブスバーの第２部分が電気的、機械的に接続される。

この態様によると、第１ブスバーと第３ブスバーの間を流れる電気信号は、第２ブスバーのブリッジ部分に一旦集められ、ブリッジ部分を経由して流れることになる。したがって、第２接続部分から複数の第２ノードに分岐する経路のインピーダンスが均一となるように第３ブスバーを設計すれば、第１ノードから複数の第２ノードそれぞれへの配線のインピーダンスを揃えることが可能となる。

第２ブスバーは、第１ブスバー、第３ブスバーのいずれとも重ならない領域において、第１平面と平行な部分を有さなくてもよい。
この場合、第１ブスバーと第３ブスバーの間に流れる電気信号のすべてをブリッジ部分に集中させることができるため、さらにインピーダンスを揃えることができる。

本発明の別の態様もまた、第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体に関する。このブスバー構造体は、第１ノードおよび複数の第２ノードを含むメインブスバーと、メインブスバーに取り付けられたブスバーパッチと、を備える。
主たる信号経路をなすメインブスバーに、金属小片であるブスバーパッチを取り付けると、それを取り付けないときに比べて、インピーダンスが変化する。特に高周波信号を伝送するラインにおいては、表皮効果により電流が導体表層に集中するため、ブスバーパッチがインピーダンスに与える影響は顕著となる。インピーダンスに与える影響は、ブスバーパッチの形状、サイズ、取り付ける場所に応じて制御することが可能である。したがって、ブスバーパッチを利用することにより、第１ノードから複数の第２ノードに分岐する経路のインピーダンスを揃え、あるいは各経路のインピーダンスを任意に設計することが可能となる。

ブスバーパッチは、断面が略Ｌ字部分もしくは略Ｔ字部分を有するよう単一の金属導体を用いて形成されてもよい。ブスバーパッチは、その第１辺がメインブスバーと接触し、その第２辺がメインブスバーと垂直となる状態で、メインブスバーと電気的、機械的に接続されてもよい。
この場合、ブスバーパッチを取り付けた箇所において、ブスバーパッチの表面積の分、インピーダンスが低下する。したがって、インピーダンスを低下させたい箇所あるいは電流が流れにくい箇所に、ブスバーパッチを取り付けることで、その箇所に電流を誘導することができる。

メインブスバーは、第１平面内を延伸する第４部分を有してもよい。ブスバーパッチは、第１平面と平行な第２平面内を延伸する第５部分と、第５部分の一端から連続しておりメインブスバーと接続される第６部分と、第５部分の他端から連続しておりメインブスバーと接続される第７部分と、を含み、単一の金属導体を折り曲げて形成されてもよい。
この場合、第６部分と第７部分の間には、メインブスバーを経由する経路に加えて、第５部分を経由するバイパス経路が形成されることになる。これにより、インピーダンスを低下させることができる。

本発明の別の態様は、複数のパワーモジュールと、コンデンサと、上述のいずれかのブスバー構造体と、を備える。ブスバー構造体は、駆動対象の負荷、複数のパワーモジュール、コンデンサのいずれかの間を接続する。

本発明の別の態様は、産業機械に関する。産業機械は、上述の電力変換装置を備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、複数の経路をなすブスバー構造体において、複数の経路のインピーダンスを均一化し、あるいは任意に調節できる。

一般的な三相の電力変換装置の回路図である。 第１の実施の形態に係るブスバー構造体を示す斜視図である。 比較技術に係るブスバー構造体の斜視図である。 図４（ａ）は、図３のブスバー構造体の等価回路図であり、図４（ｂ）は、図２のブスバー構造体の等価回路図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、第２ブスバーの変形例を示す斜視図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係るブスバー構造体を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係るブスバー構造体を示す斜視図である。 比較技術に係るブスバー構造体の斜視図である。 図９（ａ）は、図７のブスバー構造体の等価回路図であり、図９（ｂ）は、図８のブスバー構造体の等価回路図である。 作業機械であるショベルの平面図である。 図１０のショベルの部分破断側面図である。 図１０のショベルのブロック図である。 作業機械である荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、作業機械である鍛造プレス機械の正面図および側面図である。 鍛造プレス機械のブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係るブスバー構造体５０を示す斜視図である。ブスバー構造体５０は、第１ブスバー５１、第２ブスバー５２、第３ブスバー５３を備える。
ブスバー構造体５０は、第１ノードＮ１から複数Ｍ個の第２ノードＮ２＿１〜Ｎ２＿Ｍに分岐する配線をなす。本実施の形態では、理解の容易化、説明の簡潔化のため、Ｍ＝２の場合を説明する。

たとえばブスバー構造体５０は、図１の電力変換装置２において、以下の箇所に適用できる。
・箇所１
複数のパワーモジュール１６Ｕの交流端子３４と出力端子ＯＵＴＵの間の配線 （Ｖ、Ｗ相も同様）
・箇所２
複数のパワーモジュール１６ＵのＰ極直流端子３０とＰ極電源ライン１０の間の配線 （Ｖ、Ｗ相も同様）
・箇所３
複数のパワーモジュール１６ＵのＮ極直流端子３２とＮ極電源ライン１２の間の配線 （Ｖ、Ｗ相も同様）

図２には、箇所１に適用した場合を示す。この場合、複数のパワーモジュール１６Ｕの交流端子３４が、複数の第２ノードＮ２となり、出力端子ＯＵＴＵが、第１ノードＮ１となる。

第１ブスバー５１は、第１ノードＮ１を含み、第１平面内を延伸する第１部分５４を有する。第１ブスバー５１は、第１ノードＮ１の箇所において、端子台４２に対して固定されるとともに、負荷４と結線される出力配線４４と接続される。

第２ブスバー５２は、第１接続部分５５、第２接続部分５６、ブリッジ部分５７を有する。第１接続部分５５および第２接続部分５６は、第１平面と平行である。ブリッジ部分５７は、第１接続部分５５から第２接続部分５６に連続しており、第１平面と垂直な平面内を延伸する。

第３ブスバー５３は、第１平面と平行な第２平面内を延伸する第２部分５８と、第２部分５８と連続しかつ複数の第２ノードＮ２＿１、Ｎ２＿２を含む第３部分５９と、を有する。

第１ブスバー５１および第３ブスバー５３の具体的な形状は特に限定されるものではなく、ブスバー構造体５０を用いる箇所に応じて適宜設計すればよい。

第１ブスバー５１の第１部分５４と第２ブスバー５２の第１接続部分５５が電気的、機械的に接続される。また第２ブスバー５２の第２接続部分５６と第３ブスバー５３の第２部分５８が電気的、機械的に接続される。ブスバー同士の接続には、ボルトとナット、スクリュ、スタッド、ビス、などを用いてねじ止めされる。ねじ止めに代えて、溶接を利用してもよい。

以上がブスバー構造体５０の構造である。続いて、ブスバー構造体５０により奏される効果を説明する。図２のブスバー構造体５０の利点は、比較技術に係るブスバー構造体５０ｒとの対比によって明確となる。図３は、比較技術に係るブスバー構造体５０ｒの斜視図である。図３のブスバー構造体５０ｒは、図２の第２ブスバー５２を省略して、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３を直接接続したものと把握される。

表皮効果の影響により、金属導体であるブスバーに流れる交流電流は、その表面に集中して流れる。したがって、電流は、第１ブスバー５１および第３ブスバー５３のエッジ（側面）近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（ハッチングを付す）に集中しやすくなる。

いま、領域Ｅ１、Ｅ２の単位断面積あたりのインピーダンスが等しいと仮定する。第１ノードＮ１を、図３に図示した位置と仮定すると、第１ノードＮ１から一方の第２ノードＮ２＿１に至る第１経路Ｐ１は、主として領域Ｅ１を経由し、第１ノードＮ１から他方の第２ノードＮ２＿２に至る第２経路Ｐ２は、主として領域Ｅ２を経由することが理解される。領域Ｅ１とＥ２の信号伝搬方向の長さに関して、領域Ｅ１の方が長い場合、第１経路Ｐ１のインピーダンスの方が第２経路Ｐ２のインピーダンスより大きくなり、第２経路Ｐ２およびパワーモジュール１６Ｕ＿２側に電流が集中するという問題が生ずる。

図２に戻る。翻って図２のブスバー構造体５０では、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３の間に、第２ブスバー５２が挿入されており、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３の間を流れる電気信号は、第２ブスバー５２のブリッジ部分５７に一旦集められ、ブリッジ部分５７を経由して流れることになる。したがって、第３ブスバー５３を、第２接続部分５６から複数の第２ノードＮ２＿１、Ｎ２＿２に分岐する経路のインピーダンスが等しくなるように設計すれば、第１ノードＮ１から複数の第２ノードＮ２＿１、Ｎ２＿２それぞれへの配線のインピーダンスＺ１、Ｚ２を揃えることが可能となる。

図４（ａ）は、図３のブスバー構造体５０ｒの等価回路図であり、図４（ｂ）は、図２のブスバー構造体５０の等価回路図である。
図４（ａ）を参照する。領域Ｅ１のインピーダンス、Ｒ２は領域Ｅ２のインピーダンスである。Ｒ３は、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３の接続箇所から、第２ノードＮ２＿１の間のインピーダンスであり、Ｒ４は、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３の接続箇所から、第２ノードＮ２＿２の間のインピーダンスである。Ｒ３＝Ｒ４となるように設計した場合、Ｒ１＞Ｒ２となると、経路Ｐ１のインピーダンスＺ１は、経路Ｐ２のインピーダンスＺ２よりも大きくなってしまう。

図４（ｂ）を参照する。Ｒ５は、第２ブスバー５２の主としてブリッジ部分５７のインピーダンスである。図２のブスバー構造体５０によれば、第１経路Ｐ１と第２経路Ｐ２のインピーダンスＺ１、Ｚ２は以下の式で与えられる。
Ｚ１＝Ｒ１／／Ｒ２＋Ｒ３
Ｚ２＝Ｒ１／／Ｒ２＋Ｒ４
Ｒ１／／Ｒ２は、並列接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２の合成抵抗である。したがって、Ｒ１とＲ２の大小関係にかかわらず、Ｒ３＝Ｒ４が成立する限り、Ｚ１＝Ｚ２が成り立ち、複数の経路のインピーダンスを均一化することができる。

図５（ａ）〜（ｄ）は、第２ブスバー５２の変形例を示す斜視図である。図５（ａ）〜（ｄ）では、第１接続部分５５および第２接続部分５６の形状が異なっている。

図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、第２ブスバー５２が、第１ブスバー５１、第３ブスバー５３のいずれとも重ならない領域に、第１平面と平行な部分６０を有している場合には、ブリッジ部分５７に加えて部分６０にも電流が流れることとなる。したがって、第２ブスバー５２のインピーダンスＲ５を低下させることができる。

一方、図５（ｃ）、（ｄ）の第２ブスバー５２では、部分６０の端部にも電流集中が発生するため、経路Ｐ１とＰ２のインピーダンスの均一性を乱す可能性もある。特に、部分６０の幅Ｗ１が、ブリッジ部分５７の幅Ｗ２よりも大きいと、不均一性が大きくなる可能性がある。そこで部分６０が存在する場合、Ｗ１をなるべく小さく設計し、あるいはＷ１＜Ｗ２とすることが望ましい。

一方、図２あるいは図５（ａ）、（ｂ）の第２ブスバー５２は、第１ブスバー５１、第３ブスバー５３のいずれとも重ならない領域において、第１平面と平行な部分を有さないといえる。この場合、第１ブスバー５１と第３ブスバー５３の間に流れる電気信号のすべてを、ブリッジ部分７４に集中させることができるため、高精度に複数の経路Ｐ１、Ｐ２のインピーダンスの均一化の観点から有利である。

（第２の実施の形態）
図６（ａ）は、第２の実施の形態に係るブスバー構造体５０ａを示す斜視図である。ブスバー構造体５０ａは、メインブスバー６１およびブスバーパッチ６２を備える。メインブスバー６１ａは、第１ノードＮ１および複数の第２ノードＮ２＿１、Ｎ２＿２を含む。ブスバーパッチ６２ａは、メインブスバー９２ａに取り付けられている。

主たる信号経路をなすメインブスバー６１ａに、金属小片であるブスバーパッチ６２ａを取り付けると、それを取り付けないときに比べて、インピーダンスが変化する。特に高周波信号を伝送するラインにおいては、表皮効果により電流が導体表層に集中するため、ブスバーパッチ６２ａがインピーダンスに与える影響は顕著となる。インピーダンスに与える影響は、ブスバーパッチ６２ａの形状、サイズ、取り付ける場所に応じて制御することが可能である。したがって、ブスバーパッチ６２ａを利用することにより、第１ノードＮ１から複数の第２ノードＮ２＿１、Ｎ２＿２に分岐する経路Ｐ１、Ｐ２のインピーダンスＺ１、Ｚ２を揃え、あるいは各経路Ｐ１、Ｐ２のインピーダンスＺ１、Ｚ２を任意に設計することが可能となる。

たとえばブスバーパッチ６２ａは、断面が略Ｌ字部分を有し、単一の金属導体を折り曲げて形成される。ブスバーパッチ６２ａは、その第１辺６３がメインブスバー６１ａと接触し、その第２辺６４がメインブスバー６１ａと垂直となる状態で、メインブスバー６１ａと電気的、機械的に接続される。

図６（ａ）のメインブスバー６１ａの形状では、ブスバーパッチ６２ａを取り付けない場合に、Ｎ１とＮ２＿１を結ぶ経路Ｐ１のインピーダンスＺ１の方が、Ｎ１とＮ２＿２を結ぶ経路Ｐ２のインピーダンスＺ２よりも高くなる。そこで、インピーダンスが高い方の経路Ｐ１上に、ブスバーパッチ６２ａが取り付けられる。

ブスバーパッチ６２ａを取り付けた箇所において、ブスバーパッチ６２ａの表面積の分、インピーダンスが低下する。したがって、インピーダンスを低下させたい箇所あるいは電流が流れにくい箇所に、ブスバーパッチ６２ａを取り付けることで、その箇所に電流を誘導することができ、複数の経路Ｐ１、Ｐ２のインピーダンスＺ１、Ｚ２を均一化することができる。

図６（ｂ）に示すように、ブスバーパッチ６２ａの断面は、略Ｔ字部分を有してもよい。この場合も、Ｌ字の場合と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係るブスバー構造体５０ｂを示す斜視図である。ブスバー構造体５０ｂも、第２の実施の形態と同様に、メインブスバー６１ｂおよびブスバーパッチ６２ｂを備える。

図７のメインブスバー６１ｂは、第１平面内を延伸する第４部分６５を有する。ブスバーパッチ６２ｂは、第１平面と平行な第２平面内を延伸する第５部分６６と、第５部分６６の一端から連続しておりメインブスバー６１ｂと接続される第６部分６７と、第５部分６６の他端から連続しておりメインブスバー６１ｂと接続される第７部分６８と、を含む。メインブスバー６１ｂは、単一の金属導体を折り曲げて形成されてもよい。

図７のブスバー構造体５０ｂの効果は、比較技術に係るブスバー構造体５０ｓとの対比により明確となる。図８は、比較技術に係るブスバー構造体５０ｓの斜視図である。図８のブスバー構造体５０ｓは、図７のブスバー構造体５０ｂからブスバーパッチ６２ｂを省略したものと把握される。

図９（ａ）は、図７のブスバー構造体５０ｂの等価回路図であり、図９（ｂ）は、図８のブスバー構造体５０ｓの等価回路図である。

図９（ａ）に示すように、図８のブスバー構造体５０ｓでは、Ｎ１からＮ２＿２に至る経路のインピーダンスＲ２の方が、Ｎ１からＮ２＿１に至る経路のインピーダンスＲ１よりも大きくなり、Ｎ１からＮ２＿１に至る経路に電流が集中する。

これに対して、図７のブスバー構造体５０ｂでは、図９（ｂ）に示すように、第６部分６７と第７部分６８の間には、メインブスバー６１ｂを経由する経路（Ｒ２）に加えて、第５部分６６を経由する経路（Ｒ６）が形成されることになる。これにより、Ｎ１からＮ２＿２に至る経路のインピーダンス（Ｒ２／／Ｒ６）と、Ｎ１からＮ２＿１に至る経路のインピーダンス（Ｒ１）を揃えることができる。

以上、本発明を、いくつかの実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（変形例１）
第１から第３の実施の形態では、ブスバー構造体５０が、等しいインピーダンスを有するべき複数の経路をなす配線に使用する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。第２、第３の実施の形態で説明したブスバーパッチ６２は、その形状や取り付け位置に応じて、メインブスバー６１のインピーダンスを任意に調節することができる。つまり、ブスバー構造体５０は、任意のインピーダンス関係を満たすべき複数の経路をなす配線に適用できる。

（変形例２）
第１から第３の実施の形態では、２つに分岐する経路をなすブスバー構造体を説明したが、本発明はそれには限定されず、３つ以上に分岐する経路をなすブスバー構造体にも適用可能である。

最後に、電力変換装置２の用途を説明する。電力変換装置２は、ショベル、フォークリフト、産業プレスをはじめとする作業機械、産業機械に好適に利用できる。

図１０は、作業機械であるショベルの平面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して、上部旋回体７０が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ（電動機）７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール（蓄電装置）８０、電動発電機８３、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。

電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。

図１１は、図１０のショベルの部分破断側面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回フレーム７０Ａ、カバー７０Ｂ、及びキャビン７０Ｃを含む。旋回フレーム７０Ａは、キャビン７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー７０Ｂは、支持構造体７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電モジュール８０、蓄電器用コンバータ９２等を覆う。キャビン７０Ｃ内に座席７９（図１０）が収容されている。

旋回用電動モータ７６（図１０）が、その駆動対象である旋回フレーム７０Ａを、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。

蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９５及びダンパ（防振装置）９６を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。蓄電器用コンバータ９２は、コンバータ用マウント９７及びダンパ９８を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。カバー７０Ｂが蓄電モジュール８０を覆う。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図１０）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。

図１２は、図１０のショベルのブロック図である。図１２において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン７４の駆動軸がトルク伝達機構８１の入力軸に連結されている。エンジン７４には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン７４は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。

電動発電機８３の駆動軸が、トルク伝達機構８１の他の入力軸に連結されている。電動発電機８３は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機８３には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。

トルク伝達機構８１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ７５の駆動軸が連結されている。

エンジン７４に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機８３がアシスト運転を行い、電動発電機８３の駆動力がトルク伝達機構８１を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン７４に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン７４に加わる負荷が小さい場合には、エンジン７４の駆動力がトルク伝達機構８１を介して電動発電機８３に伝達されることにより、電動発電機８３が発電運転される。電動発電機８３をアシスト運転するときには、インバータ９０から電動発電機８３に三相交流電力が供給される。電動発電機８３が発電運転されているときには、電動発電機８３からインバータ９０に三相交流電力が供給される。インバータ９０は、制御装置１３０により制御される。

制御装置１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０Ａ及び内部メモリ１３０Ｂを含む。ＣＰＵ１３０Ａは、内部メモリ１３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置１３０は、表示装置１３５に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。

メインポンプ７５は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図１３に示した下部走行体７１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ９０を介して蓄電回路１９０に接続されている。蓄電回路１９０は、蓄電モジュール８０（図１０）及び蓄電器用コンバータ９２（図１０）を含む。インバータ９０は、制御装置１３０からの指令にもとづき、電動発電機８３から供給された三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。または、蓄電回路１９０から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、電動発電機８３に供給する。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ９１を介して旋回モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ９１は、制御装置１３０により制御される。

旋回モータ７６は、インバータ９１からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回モータ７６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。力行動作時には、インバータ９１が、蓄電回路１９０から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、旋回モータ７６に供給する。回生動作時には、インバータ９１が、旋回モータ７６から供給される三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。

旋回モータ７６の力行動作中は、旋回モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０を旋回させる。この際、減速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回モータ７６で発生した回転力が増大する。また、回生運転時には、上部旋回体７０の回転運動が、減速機１２４を介して旋回モータ７６に伝達されることにより、旋回モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回モータ７６の回転数を上昇させることができる。

レゾルバ１２２が、旋回モータ７６の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置１３０に入力される。旋回モータ７６の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。

メカニカルブレーキ１２３が、旋回モータ７６の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１２３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切りかえられる。

パイロットポンプ１１５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２６は、パイロットライン１２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。

圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３０に入力される。これにより、制御装置１３０は、下部走行体７１、旋回モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６の操作の状況を検知することができる。特に、ハイブリッド型ショベルでは、旋回モータ７６が旋回軸受け７３を駆動する。このため、旋回モータ７６を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置１３０は、圧力センサ１２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。

図１０に示した電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２には、上述の実施の形態に係る電力変換装置２が用いられる。この作業機械によれば、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２内において、大容量が必要とされる配線を、上述のブスバー構造体５０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。

図１３は、作業機械である荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図である。荷役作業車両は、フォーク２１１、車輪２１２、インストルメントパネル２１３、ハンドル２１４、レバー２１５、及び座席２１６を含む。車台に、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１が、ダンパ等を介して搭載されている。走行モータ用インバータ２２０は、走行用モータに電力を供給する。蓄電器用コンバータ２２１は、蓄電器の充放電を行う。

運転者が、座席２１６に搭乗し、ハンドル２１４、複数のレバー２１５、アクセルペダル、ブレーキペダル、その他の各種スイッチを操作する。これらの操作により、フォーク２１１の昇降、荷役作業車両の前進と後退、右折と左折等の動作が行われる。これらの動作を組み合わせることにより、荷物の積み降ろし、搬送等を行うことができる。

この作業機械によれば、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１において大容量が必要とされる配線を上述のブスバー構造体５０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。

図１４（ａ）、（ｂ）は、作業機械である鍛造プレス機械の正面図および側面図である。
閉塞鍛造は、上下金型とパンチを用い、上下金型を型締めして素材を型空間に閉じ込めた後、素材にパンチを押し込んで型空間を埋め尽くして成形する方法である。この閉塞鍛造には複動鍛造プレスが用いられ、複数の加圧装置で上下金型とパンチとを別々のタイミングで加圧するようになっている。

鍛造プレスとして、コンロッド式、ナックル式、リンク式等の機械式のものがある。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、一般的なコンロッドプレスは、エキセン軸８０１と、エキセン軸８０１の偏心部に回転自在に嵌め込まれたコンロッド８０２が用いられ、コンロッド８０２の下端にスライド８０３が揺動自在に取り付けられた構造を有している。このため、エキセン軸８０１を回転させるとコンロッド８０２が揺動し、スライド８０３を上下に昇降させることができる。

コンロッドプレス等の機械式プレスはシンプルな回転運動と直線運動だけでスライド駆動ができるので、液圧式プレスに比べて高速かつ精度の良い運転ができる。

図１５は、鍛造プレス機械のブロック図である。鍛造プレスにおいて、エキセン軸８０１には、減速機８１０等を介してサーボモータ８１２等の駆動機構が連結されている。そしてサーボモータ８１２を駆動するためにインバータ８１４が利用される。このインバータ８１４に、実施の形態に係る電力変換装置２が用いられる。

この作業機械によれば、サーボモータ駆動用のインバータ８１４において大容量が必要とされる配線を上述のブスバー構造体５０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。

２…電力変換装置、４…負荷、１０…Ｐ極電源ライン、１２…Ｎ極電源ライン、１４…平滑コンデンサ、１６…パワーモジュール、１８…駆動回路、２０…スナバコンデンサ、２２…コントローラ、３０…Ｐ極直流端子、３２…Ｎ極直流端子、３４…交流端子、３６…制御端子、３８…上アームトランジスタ、４０…下アームトランジスタ、４２…端子台、４４…出力配線、５０…ブスバー構造体、５１…第１ブスバー、５２…第２ブスバー、５３…第３ブスバー、５４…第１部分、５５…第１接続部分、５６…第２接続部分、５７…ブリッジ部分、５８…第２部分、５９…第３部分、６０…部分、６１…メインブスバー、６２…ブスバーパッチ、６３…第１辺、６４…第２辺、６５…第４部分、６６…第５部分、６７…第６部分、Ｎ１…第１ノード、Ｎ２…第２ノード。

Claims (11)

1. 第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体であって、
   前記第１ノードを含み、第１平面内を延伸する第１部分を有する第１ブスバーと、
   前記第１平面と平行な第１、第２接続部分と、前記第１接続部分から第２接続部分に連続する前記第１平面と垂直なブリッジ部分と、を有する第２ブスバーと、
   前記第１平面と平行な第２平面内を延伸する第２部分と、前記第２部分と連続しかつ前記複数の第２ノードを含む第３部分と、を有する第３ブスバーと、
   を備え、
   前記第１ブスバーの第１部分と前記第２ブスバーの前記第１接続部分が電気的、機械的に接続されるとともに、前記第２ブスバーの前記第２接続部分と前記第３ブスバーの前記第２部分が電気的、機械的に接続されることを特徴とするブスバー構造体。
2. 前記第２ブスバーは、前記第１ブスバー、前記第３ブスバーのいずれとも重ならない領域において、前記第１平面と平行な部分を有さないことを特徴とする請求項１に記載のブスバー構造体。
3. 第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体であって、
   前記第１ノードおよび前記複数の第２ノードを含むメインブスバーと、
   前記メインブスバーに取り付けられたブスバーパッチと、
   を備えることを特徴とするブスバー構造体。
4. 前記ブスバーパッチは、断面が略Ｌ字部分もしくは略Ｔ字部分を有するよう単一の金属導体を用いて形成され、その第１辺が前記メインブスバーと接触し、その第２辺が前記メインブスバーと垂直となる状態で、前記メインブスバーと電気的、機械的に接続されることを特徴とする請求項３に記載のブスバー構造体。
5. 前記メインブスバーは、第１平面内を延伸する第４部分を有し、
   前記ブスバーパッチは、前記第１平面と平行な第２平面内を延伸する第５部分と、前記第５部分の一端から連続しており前記メインブスバーと接続される第６部分と、前記第５部分の他端から連続しており前記メインブスバーと接続される第７部分と、を含み、単一の金属導体を折り曲げて形成されることを特徴とする請求項３に記載のブスバー構造体。
6. 複数のパワーモジュールと、
   コンデンサと、
   駆動対象の負荷、前記複数のパワーモジュール、前記コンデンサのいずれかの間を接続する請求項１から５のいずれかに記載のブスバー構造体と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
7. 蓄電装置と、
   電動機と、
   前記蓄電装置からの電力を受け、前記電動機を駆動する電力変換装置と、
   前記電力変換装置を収容する筐体と、
   を備え、
   前記電力変換装置は、
   複数のパワーモジュールと、
   コンデンサと、
   前記電動機、前記複数のパワーモジュール、前記コンデンサが構成する回路内の第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体と、
   を備え、
   前記ブスバー構造体は、
   前記第１ノードを含み、第１平面内を延伸する第１部分を有する第１ブスバーと、
   前記第１平面と平行な第１、第２接続部分と、前記第１接続部分から第２接続部分に連続する前記第１平面と垂直なブリッジ部分と、を有する第２ブスバーと、
   前記第１平面と平行な第２平面内を延伸する第２部分と、前記第２部分と連続しかつ前記複数の第２ノードを含む第３部分と、を有する第３ブスバーと、
   を備え、
   前記第１ブスバーの第１部分と前記第２ブスバーの前記第１接続部分が電気的、機械的に接続されるとともに、前記第２ブスバーの前記第２接続部分と前記第３ブスバーの前記第２部分が電気的、機械的に接続されることを特徴とする作業機械。
8. 前記第２ブスバーは、前記第１ブスバー、前記第３ブスバーのいずれとも重ならない領域において、前記第１平面と平行な部分を有さないことを特徴とする請求項７に記載の作業機械。
9. 蓄電装置と、
   電動機と、
   前記蓄電装置からの電力を受け、前記電動機を駆動する電力変換装置と、
   前記電力変換装置を収容する筐体と、
   を備え、
   前記電力変換装置は、
   複数のパワーモジュールと、
   コンデンサと、
   前記電動機、前記複数のパワーモジュール、前記コンデンサが構成する回路内の第１ノードから複数の第２ノードに分岐する配線をなすブスバー構造体と、
   を備え、
   前記ブスバー構造体は、
   前記第１ノードおよび前記複数の第２ノードを含むメインブスバーと、
   前記メインブスバーに取り付けられたブスバーパッチと、
   を備えることを特徴とする作業機械。
10. 前記ブスバーパッチは、断面が略Ｌ字部分もしくは略Ｔ字部分を有するよう単一の金属導体を用いて形成され、その第１辺が前記メインブスバーと接触し、その第２辺が前記メインブスバーと垂直となる状態で、前記メインブスバーと電気的、機械的に接続されることを特徴とする請求項９に記載の作業機械。
11. 前記メインブスバーは、第１平面内を延伸する第４部分を有し、
    前記ブスバーパッチは、前記第１平面と平行な第２平面内を延伸する第５部分と、前記第５部分の一端から連続しており前記メインブスバーと接続される第６部分と、前記第５部分の他端から連続しており前記メインブスバーと接続される第７部分と、を含み、単一の金属導体を折り曲げて形成されることを特徴とする請求項９に記載の作業機械。

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