JP2018196213A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流変換装置の大型化を抑制しつつ、出力電流の検出精度を高める。【解決手段】電力変換装置１０Ａは、直流電流を三相交流に変換して出力する半導体モジュール２０と、第１電流センサ５１が取り付けられる第１接続部４１と、第２電流センサ５２が取り付けられる第２接続部４２と、第３電流センサ５３が取り付けられる第３接続部４３と、を有するバスバー４０Ａと、を備える。前記第１電流センサ５１と前記第２電流センサ５２と前記第３電流センサ５３とは、前記半導体モジュール２０の端部から外方に向かう突出方向に突出した位置に配列され、前記第３電流センサ５３は、前記突出方向において、前記第１電流センサ５１および前記第２電流センサ５２よりも前記半導体モジュール２０に近い位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置として、直流電流を三相交流に変換して外部負荷に出力するインバータが知られている。例えば、下記の特許文献１には、電気自動車や燃料電池車両等の車両に搭載され、バッテリから出力される直流電流を、半導体モジュールにおけるスイッチングにより、三相交流に変換して、三相交流モータに供給する電力変換装置が開示されている。そうした電力変換装置では、半導体モジュールから出力される電流を制御するために、半導体モジュールに接続されたバスバーの出力端子に電流センサが取り付けられる場合がある。

特開２０１３−５５５０号公報

特許文献１の電力変換装置では、Ｖ相の出力電流は、Ｕ相およびＷ相の出力電流の計測値から算出されるため、Ｖ相の出力端子には電流センサが取り付けられていない（段落００１９）。しかしながら、この構成では、Ｕ相またはＷ相の電流計測値に誤差が生じると、Ｖ相の出力電流の算出結果にも誤差が含まれてしまうという問題がある。また、Ｕ相またはＷ相のいずれかの電流センサが故障した場合には、Ｖ相の出力電流の算出ができなくなってしまうという問題がある。そのため、多相交流を出力する電力変換装置においては、各相の出力端子に電流センサが設けられることが望ましい。

その一方で、電流センサは、一般に、半導体モジュールのスイッチングによって生じる電磁波の影響を避けるために、半導体モジュールから離間した位置に設けられることが望ましい。そのため、各相の出力端子に電流センサを設けると、その分だけ、電力変換装置が大型化してしまう可能性があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の一形態によれば、直流電流を三相交流に変換して外部負荷に出力する電力変換装置（１０Ａ〜１０Ｃ）が提供される。この形態の電力変換装置は、前記三相交流を位相ごとに出力する第１端子（２３）と、第２端子（２４）と、第３端子（２５）と、を有する半導体モジュール（２０）と；前記第１端子に接続される第１接続部（４１）と、前記第２端子に接続される第２接続部（４２）と、前記第３端子に接続される第３接続部（４３）と、を有し、前記半導体モジュールと前記外部負荷との電気的な接続を仲介するバスバー（４０Ａ〜４０Ｄ）と；前記第１接続部に取り付けられる第１電流センサ（５１）と；前記第２接続部に取り付けられる第２電流センサ（５２）と；前記第３接続部に取り付けられる第３電流センサ（５３）と、を備える。前記第１電流センサと前記第２電流センサと前記第３電流センサとは、前記半導体モジュールの端部から外方に向かう突出方向（Ｙ）に突出した位置において配列されており；前記第３電流センサは、前記突出方向において、前記第１電流センサおよび前記第２電流センサよりも前記半導体モジュールに近い位置に配置されている。

この形態の電力変換装置によれば、三相交流の各相の交流を各電流センサによって検出することができるため、電力変換装置における交流の出力制御の精度を高めることができる。また、一つの電流センサが故障しても、他の二つの電流センサの検出結果を用いて、電力変換装置の稼働を継続することができる。この形態の電力変換装置によれば、第３電流センサを、第１電流センサおよび第２電流センサよりも半導体モジュールに近づけて配置している。そのため、第３電流センサが突出した位置に配置されていない分だけ、電力変換装置が大型化してしまうことを抑制できる。また、第１電流センサおよび第２電流センサが半導体モジュールから離間して配置されているため、少なくとも、第１電流センサと第２電流センサの出力信号に対する半導体モジュールが発する電磁波の影響を抑制することができる。よって、たとえ、第３電流センサの出力信号に、その電磁波の影響によるノイズが混入してしまったとしても、第１電流センサと第２電流センサの出力信号によって、その誤差を補償することができ、交流の検出精度の低下を抑制することができる。このように、この形態の電力変換装置によれば、装置の大型化を抑制しつつ、三相交流の検出精度を高めることができる。

本発明は、電力変換装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、電力変換装置に用いられるバスバー、電力変換装置における電流センサの取り付け構造、電力変換装置における電流センサの取り付け方法、電力変換装置と外部負荷との接続方法等の形態で実現することができる。

第１実施形態の電力変換装置の構成を示す概略斜視図。 第１実施形態の電力変換装置の構成を示す概略上面図。 第１実施形態の電力変換装置の構成を示す概略側面図。 第１実施形態の電力変換装置の構成を示す概略正面図。 バスバーから電流センサを取り外した状態を示す概略分解斜視図。 バスバーに対する電流センサの取り付け工程を示す第１の概略図。 バスバーに対する電流センサの取り付け工程を示す第２の概略図。 バスバーに対する電流センサの取り付け工程を示す第３の概略図。 バスバーに対する電流センサの取り付け工程を示す第４の概略図。 第２実施形態の電力変換装置の構成を示す概略斜視図。 第２実施形態の電力変換装置の構成を示す概略上面図。 第２実施形態の電力変換装置の構成を示す概略側面図。 第２実施形態の電力変換装置の構成を示す概略正面図。 第３実施形態におけるバスバーの構成を示す概略図。 第４実施形態のバスバーに取り付けられる端子部の構成を示す概略分解図。 第４実施形態のバスバーに対する端子部の取り付け工程を示す概略図。

Ａ．第１実施形態：
図１〜図５を参照する。図１〜図５には、第１実施形態の電力変換装置１０Ａとともに、互いに直交する三方向を示す矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示してある。矢印Ｘは、電力変換装置１０Ａの幅方向を示しており、電力変換装置１０Ａの右側面１３側から左側面１４側に向かう方向を示している（図１，図２）。矢印Ｙは、電力変換装置１０Ａの前後方向を示しており、電力変換装置１０Ａの背面１２側から正面１１側に向かう方向を示している（図１〜図４）。「電力変換装置１０Ａの正面１１」とは、外部負荷のコネクタ（図示は省略）が接続されるときに、当該コネクタに対向する面を意味する。矢印Ｚは、電力変換装置１０Ａの高さ方向を示しており、１０Ａの底面１６側から上面１５側に向かう方向を示している（図１，図３，図４）。図５では、半導体モジュール２０に取り付けられている状態のバスバー４０Ａに対応するように、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚが図示されている。

以下では、矢印Ｘの示している方向を「＋Ｘ方向」と呼び、その反対の方向を「−Ｘ方向」と呼び、＋Ｘ方向および−Ｘ方向を含む矢印Ｘの示す方向に沿った方向を「Ｘ方向」と呼ぶ。同様に、矢印Ｙの示している方向を「＋Ｙ方向」と呼び、その反対の方向を「−Ｙ方向」と呼び、＋Ｙ方向および−Ｙ方向を含む矢印Ｙの示す方向に沿った方向を「Ｙ方向」と呼ぶ。また、矢印Ｚの示している方向を「＋Ｚ方向」と呼び、その反対の方向を「−Ｚ方向」と呼び、＋Ｚ方向および−Ｚ方向を含む矢印Ｚの示す方向に沿った方向を「Ｚ方向」と呼ぶ。なお、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、他の参照図においても、図１〜図５と対応するように図示されている。

電力変換装置１０Ａは、直流電流を多相交流に変換して外部負荷に出力する。本実施形態の電力変換装置１０Ａは、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池車両等の車両に搭載され、直流電源であるバッテリ（図示は省略）から出力される直流を、三相交流に変換して、外部負荷である三相交流モータ（図示は省略）に供給する。電力変換装置１０Ａは、半導体モジュール２０と、平滑コンデンサ３０と、冷却器３５と、を備える（図１）。

半導体モジュール２０は、複数のスイッチング素子を備え、入力された直流電流を、スイッチング素子のスイッチングによって交流電流に変換して出力する。平滑コンデンサ３０は、直流電源と半導体モジュール２０との接続を仲介し、半導体モジュール２０への入力電流を安定化させる。冷却器３５は、半導体モジュール２０と平滑コンデンサ３０とを冷却する。

本実施形態では、半導体モジュール２０と冷却器３５は、平板な略直方体形状を有しており、Ｚ方向の長さが、Ｘ方向の幅やＹ方向の長さよりも小さい。半導体モジュール２０と平滑コンデンサ３０とは、冷却器３５の＋Ｚ方向に向く面である上面の面内に収まるように積層されている。平滑コンデンサ３０は、半導体モジュール２０の−Ｙ方向側に配置されている。

平滑コンデンサ３０の−Ｙ方向に向く背面には、直流電源に接続される一対の入力端子３１，３２が設けられている（図２）。第１入力端子３１は＋極であり、第２入力端子３２が−極である。直流電源は、一対の入力端子３１，３２を介して、電力変換装置１０Ａの背面１２から接続される。

平滑コンデンサ３０は、半導体モジュール２０に面する＋Ｙ方向側の面に、＋Ｙ方向に突出する複数組の出力端子３３，３４を備えている（図１，図２）。第１出力端子３３は＋極であり、第２出力端子３４は−極である。本実施形態の平滑コンデンサ３０は、一対の出力端子３３，３４を３組備えている。平滑コンデンサ３０は、各組の出力端子３３，３４から直流電流を並列に出力する。

半導体モジュール２０は、平滑コンデンサ３０に接続される複数組の入力端子２１，２２を備えている（図１，図２）。第１入力端子２１は＋極であり、第２入力端子２２は−極である。本実施形態では、半導体モジュール２０は、一対の入力端子２１，２２を３組備えている。各入力端子２１，２２は、半導体モジュール２０の＋Ｚ方向に向く上面の−Ｙ方向側の端部において、Ｘ方向に一列に配列されている。平滑コンデンサ３０の各出力端子３３，３４は、半導体モジュール２０の対応する入力端子２１，２２に対して上方からねじ止めされる。

半導体モジュール２０は、各組の入力端子２１，２２から並列に入力される直流をそれぞれ、位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流に変換する。半導体モジュール２０は、３つの端子２３〜２５から各相の交流を出力する（図１，図２）。各端子２３〜２５は、半導体モジュール２０の上面における＋Ｙ方向側の端部において、Ｘ方向に一列に配列されている。第３端子２５は、半導体モジュール２０のＸ方向におけるほぼ中央に設けられている。第１端子２３は、第３端子２５の＋Ｘ方向側に設けられ、第２端子２４は、第３端子２５の−Ｘ方向側に設けられている。第１端子２３は、Ｕ相の交流を出力する。第２端子２４は、Ｗ相の交流を出力する。第３端子２５は、Ｖ相の交流を出力する。

電力変換装置１０Ａは、さらに、バスバー４０Ａと、３つの電流センサ５１，５２，５３と、を備える（図１，図２，図５）。バスバー４０Ａは、半導体モジュール２０と外部負荷との電気的な接続を仲介する。バスバー４０Ａは、第１端子２３に接続されるＵ相用の第１接続部４１と、第２端子２４に接続されるＷ相用の第２接続部４２と、第３端子２５に接続されるＶ相用の第３接続部４３と、を備える。

各接続部４１〜４３は、互いに分離した金属製の板状部材によって構成されている。各接続部４１〜４３は、例えば、銅（Ｃｕ）によって構成される。各接続部４１〜４３は、半導体モジュール２０の＋Ｙ方向側の端部において、第１接続部４１、第３接続部４３、第２接続部４２の順で、−Ｘ方向に互いに離間して配列されている。Ｘ方向における両側の第１接続部４１と第２接続部４２とは、半導体モジュール２０のＹ方向に沿った中心軸を挟んで互いに対称な形状を有している。これに対して、中央の第３接続部４３は、第１接続部４１と第２接続部４２とは異なる形状を有している。

第１接続部４１は、それぞれが異なる方向に直線状に延びている３つの部位４１ａ〜４１ｃを有している（図５）。第１部位４１ａは、半導体モジュール２０の＋Ｙ方向側の端部から＋Ｙ方向に突出するように、Ｙ方向に沿って配置されている（図１，図２）。本実施形態では、＋Ｙ方向が、半導体モジュール２０の端部から外方に向かう突出方向である。第１部位４１ａは、＋Ｚ方向に向く上面と、−Ｚ方向に向く下面と、を有する。第１部位４１ａの−Ｙ方向側の端部は、半導体モジュール２０の第１端子２３の上方に配置されて、第１端子２３に対してねじ止めされる。

第１接続部４１の第２部位４１ｂは、Ｘ方向に沿って配置されており、第１部位４１ａの＋Ｙ方向側の端部から−Ｘ方向に向かって延びている（図１，図２，図５）。第２部位４１ｂは、＋Ｚ方向に向く上面と、−Ｚ方向に向く下面と、を有する。第２部位４１ｂは、半導体モジュール２０のＸ方向における中央に配置されている第３接続部４３の手前まで延びている。

第１接続部４１の第３部位４１ｃは、Ｚ方向に沿って配置されており、第２部位４１ｂの−Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に延びている（図３，図５）。第３部位４１ｃは、＋Ｙ方向に向く表面と、−Ｙ方向に向く裏面と、を有する。第３部位４１ｃには、その表面から＋Ｙ方向に突出している軸部６１が設けられている（図５）。軸部６１は、先端部に、Ｙ方向に開口する開口部６１ｏを有している。本実施形態では、開口部６１ｏの内周面に、ネジ溝が切られている（図示は省略）。軸部６１については後述する。

第２接続部４２は、第１接続部４１と同様に、それぞれが異なる方向に直線状に延びている３つの部位４２ａ〜４２ｃを有している（図５）。第１部位４２ａは、Ｙ方向に沿って配置され、半導体モジュール２０の＋Ｙ方向側の端部から、第１接続部４１の第１部位４１ａと並列に、ほぼ同じ長さだけ突出している（図１，図２）。第１部位４２ａは、＋Ｚ方向に向く上面と、−Ｚ方向に向く下面と、を有する。第１部位４２ａの−Ｙ方向側の端部は、半導体モジュール２０の第２端子２４の上方に配置されて、第２端子２４に対してねじ止めされる。

第２接続部４２の第２部位４２ｂは、Ｘ方向に沿って配置されており、第１部位４２ａの＋Ｙ方向側の端部から＋Ｘ方向に向かって延びている（図１，図２，図５）。第２部位４２ｂは、＋Ｚ方向に向く上面と、−Ｚ方向に向く下面と、を有する。第２部位４２ｂは、第３接続部４３の手前まで延びている（図２）。第２部位４２ｂは、第１接続部４１の第２部位４１ｂとＸ方向において一列に並ぶ。第２部位４２ｂのＸ方向における長さは、第１接続部４１の第２部位４１ｂとほぼ同じである。なお、本実施形態では、第２部位４２ｂの−Ｘ方向側の端部と、第１接続部４１の第２部位４１ｂにおける＋Ｘ方向側の端部と、の間の距離は、第３電流センサ５３の直径よりも大きい。

第２接続部４２の第３部位４２ｃは、Ｚ方向に沿って配置されており、第２部位４２ｂの＋Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に向かって延びている（図３，図５）。第３部位４２ｃは、第１接続部４１の第３部位４１ｃとＹ方向における位置が揃っている。第３部位４２ｃのＺ方向における長さは、第１接続部４１の第３部位４１ｃとほぼ同じである。第３部位４２ｃは、＋Ｙ方向に向く表面と、−Ｙ方向に向く裏面と、を有する。第３部位４２ｃには、第１接続部４１の第３部位４１ｃと同様に、その表面から＋Ｙ方向に突出し、先端に開口部６１ｏを有する軸部６１が設けられている。

第３接続部４３は、それぞれが異なる方向に直線状に延びている２つの部位４３ａ，４３ｂを有している（図５）。第１部位４３ａは、Ｙ方向に沿って配置されており、半導体モジュール２０の＋Ｙ方向側の端部から、第１接続部４１の第１部位４２ａおよび第２接続部４２の第１部位４２ａと並列に＋Ｙ方向に突出している（図２）。第１部位４３ａは、＋Ｚ方向に向く上面と、−Ｚ方向に向く下面と、を有する。第１部位４３ａの−Ｙ方向側の端部は、半導体モジュール２０の第３端子２５の上方に配置されて、第３端子２５に対してねじ止めされる。第１部位４３ａの＋Ｙ方向側の端部は、第１接続部４１および第２接続部４２のそれぞれの第１部位４１ａ，４２ｂにおける＋Ｙ方向側の端部よりも−Ｙ方向側の奥まった位置に位置している。

第３接続部４３の第２部位４３ｂは、Ｚ方向に沿って配置されており、第１部位４３ａの＋Ｙ方向側の端部から−Ｚ方向に向かって延びている（図３，図５）。第２部位４３ｂは、第１接続部４１および第２接続部４２のそれぞれの第３部位４１ｃ，４２ｃよりも−Ｙ方向側に位置している。第２部位４３ｂのＺ方向における長さは、第１接続部４１および第２接続部４２のそれぞれの第３部位４１ｃ，４２ｃとほぼ同じである。第２部位４３ｂは、＋Ｙ方向に向く表面と、−Ｙ方向に向く裏面と、を有する。第２部位４３ｂには、第１接続部４１および第２接続部４２の第３部位４１ｃ，４２ｃと同様に、その表面から＋Ｙ方向に突出し、先端に開口部６１ｏを有する軸部６１が設けられている。

各電流センサ５１，５２，５３は、バスバー４０Ａの各接続部４１〜４３に取り付けられて、半導体モジュール２０が出力する各相の交流に応じた信号を出力する（図１，図２，図５）。第１電流センサ５１は、Ｕ相の交流を検出するために第１接続部４１に取り付けられる。第２電流センサ５２は、Ｗ相の交流を検出するために第２接続部４２に取り付けられる。第３電流センサ５３は、Ｖ相の交流を検出するために第３接続部４３に取り付けられる。

各電流センサ５１〜５３は、中央に貫通孔５４を有し、当該貫通孔５４に挿通された導体に流れる交流に応じた電圧を出力する（図５）。本実施形態では、各電流センサ５１〜５３は、リングコア５５にホール素子５６が取り付けられたホール素子方式の電流センサである。なお、各電流センサ５１〜５３は、ホール素子方式の電流センサでなくてもよく、例えば、リングコアに巻線を巻き付けたＣＴ方式の電流センサであってもよいし、他の方式の電流センサであってもよい。

各電流センサ５１〜５３の貫通孔５４には、取り付けられる接続部４１〜４３の軸部６１が＋Ｙ方向に挿通される（図５）。各電流センサ５１〜５３は、取り付けられる接続部４１〜４３の軸部６１の外周に保持され、半導体モジュール２０の端部から突出方向である＋Ｙ方向に突出した位置において配列される（図２，図３）。なお、本実施形態では、各電流センサ５１〜５３のサイズはほぼ同じである。

各電流センサ５１〜５３は、各接続部４１〜４３に取り付けられる端子部６５〜６７によって固定される。第１端子部６５は、第１接続部４１の軸部６１に取り付けられる。第２端子部６６は、第２接続部４２の軸部６１に取り付けられる。第３端子部６７は、第３接続部４３の軸部６１に取り付けられる。

各端子部６５〜６７は、金属製の部材であり、挿入部７１と、張出部７２と、端子ピン７３と、を有する（図５）。挿入部７１は、−Ｙ方向に延びる軸状の部位であり、その先端側が軸部６１の開口部６１ｏに挿入されて固定される。本実施形態では、挿入部７１にはネジ溝が切られている（図示は省略）。張出部７２は、挿入部７１の＋Ｙ方向側の端部である基端部に設けられ、Ｙ方向に交差する方向に張り出している鍔状の部位である。端子ピン７３は、張出部７２から＋Ｙ方向に柱状に延びている部位である。

第１電流センサ５１は、第１端子部６５の挿入部７１が、その基端部まで、第１接続部４１の軸部６１の開口部６１ｏに挿入されると、第３部位４１ｃと第１端子部６５の張出部７２とに挟まれて固定される（図２，図５）。同様に、第２電流センサ５２は、第２接続部４２の第３部位４２ｃと第２端子部６６の張出部７２とに挟まれて固定され、第３電流センサ５３は、第３接続部４３の第２部位４３ｂと第３端子部６７の張出部７２とに挟まれて固定される。このように、本実施形態では、各電流センサ５１〜５３を、バスバー４０Ａの各接続部４１〜４３に対して、端子部６５〜６７によって簡易に締結固定することができ、各電流センサ５１〜５３の固定のための部品点数の増加が抑制されている。

各端子部６５〜６７の端子ピン７３は、並列に＋Ｙ方向に延びている（図１，図２）。電力変換装置１０Ａでは、端子ピン７３に対して、外部負荷のコネクタ（図示は省略）が−Ｙ方向に接続される。本実施形態では、−Ｙ方向が外部負荷の接続方向である。本実施形態では、第３端子部６７の端子ピン７３のＹ方向における長さは、第１端子部６５と第２端子部６６の端子ピン７３よりも長い。第３端子部６７の端子ピン７３は、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２との間を通って＋Ｙ方向に延びており、各端子部６５〜６７における端子ピン７３の先端部の位置が、＋Ｙ方向において揃っている。

図６Ａ〜図６Ｄを参照して、バスバー４０Ａに対する電流センサ５１〜５３の取り付け工程および半導体モジュール２０に対するバスバー４０Ａの取り付け工程を説明する。以下に説明する第３接続部４３および第３電流センサ５３についての工程は、他の接続部４１，４２および電流センサ５１，５２についても当て嵌まる。

第１工程では、第３接続部４３の軸部６１を第３電流センサ５３の貫通孔５４に挿通させる（図６Ａ）。第２工程では、軸部６１の開口部６１ｏに第３端子部６７の挿入部７１を挿入して、第３接続部４３に第３端子部６７を取り付ける（図６Ｂ）。本実施形態では、第３端子部６７の挿入部７１にはネジ溝７１ｓが切られており、第３端子部６７は、第３接続部４３の軸部６１に螺合する。第３工程では、第３接続部４３の第１部位４３ａの−Ｙ方向側の端部を、第３端子２５の上に配置する（図６Ｃ）。第４工程では、ネジ７５によるねじ止めによって第３接続部４３を半導体モジュール２０に固定する（図６Ｄ）。なお、半導体モジュール２０に対して固定される各接続部４１〜４３の順序は特に限定されない。

このように、本実施形態の電力変換装置１０Ａによれば、バスバー４０Ａに対する電流センサ５１〜５３の取り付けおよびバスバー４０Ａの半導体モジュール２０への固定を簡易におこなうことができる。特に、各電流センサ５１〜５３を、各接続部４１〜４３の軸部６１に設けられている開口部６１ｏに対する端子部６５〜６７の挿入部７１の挿入によって固定することができ、バスバー４０Ａに対する各電流センサ５１〜５３の固定が簡易化されている。

本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、第３電流センサ５３は、Ｙ方向において、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２よりも半導体モジュール２０に近い位置に配置される（図２）。本実施形態では、第３電流センサ５３は、第１接続部４１の第２部位４１ｂと、第２接続部４２の第２部位４２ｂとに、Ｘ方向において挟まれる位置に配置されている。また、第１電流センサ５１の中心と第２電流センサ５２の中心との間のＸ方向における距離は、半導体モジュール２０の第１端子２３の中心と第２端子２４の中心との間の距離より短い。本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、−Ｙ方向に見たときに、第３電流センサ５３は、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２と重なり合う部位を有する状態で、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２とＸ方向に一列に配列されている（図４）。

本実施形態の電力変換装置１０Ａによれば、バスバー４０Ａに取り付けられた３つの電流センサ５１〜５３によって、各相の交流をそれぞれ検出することができる。よって、一部の相の交流のみを検出する構成に比較して、出力される交流の検出精度が高められている。また、３つの電流センサ５１〜５３のうちのいずれかが故障してしまったとしても、他の電流センサの検出結果を用いて、電力変換装置１０Ａの稼働を継続させることもできる。

本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、第３電流センサ５３は、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２よりも、半導体モジュール２０に近い位置に配置されている（図２）。特に、本実施形態では、第３電流センサ５３は、Ｙ方向において、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２と半導体モジュール２０との間に配置されている。このように、第３電流センサ５３が突出した位置に設けられていない分だけ、電力変換装置１０Ａが小型化されており、第３電流センサ５３を設けることによる電力変換装置１０Ａの大型化が抑制されている。

一方、本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２は、第３電流センサ５３よりも半導体モジュール２０から離れた位置に配置されている（図２）。そのため、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２は、その出力信号に、半導体モジュール２０が発する電磁波が影響してしまうことが、第３電流センサ５３よりも抑制されている。よって、第３電流センサ５３の出力信号に、半導体モジュール２０の電磁波の影響によるノイズが混入したとしても、他の２つの電流センサ５１，５２の信頼性が高い出力信号に基づいて、第３電流センサ５３の出力信号における誤差を補償することができる。よって、第３電流センサ５３が半導体モジュール２０に近い位置に配置されていることによる交流の検出精度の低下を抑制することができる。

本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、上記のように、−Ｙ方向に見たときに、第３電流センサ５３が第１電流センサ５１と第２電流センサ５２の両方と重なり合う部位を有するように、各電流センサ５１〜５３が互いに接近して配置されている（図４）。このように、各電流センサ５１〜５３が、Ｘ方向やＺ方向に互いに接近して、まとまって配置されている分だけ、電力変換装置１０Ａが小型化されている。

特に、本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、上記のように、第１電流センサ５１の中心と第２電流センサ５２の中心との間のＸ方向における距離が、半導体モジュール２０の第１端子２３の中心と第２端子２４の中心との間の距離より短い（図２）。このように、各電流センサ５１〜５３がＸ方向において互いに接近した状態で、よりまとまって配列されているため、電力変換装置１０Ａがより小型化されている。また、本実施形態では、各電流センサ５１〜５３がＸ方向に一列に配列されており、Ｚ方向に電流センサ５１〜５３が分散して配列される場合よりも、各電流センサ５１〜５３の配置領域がＺ方向において縮小されている。

本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、第３電流センサ５３が、Ｘ方向において、第１接続部４１の第２部位４１ｂと第２接続部４２の第２部位４２ｂとに挟まれる位置に配置されている（図２）。これによって、第３電流センサ５３が、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２に対して、Ｙ方向に著しく離間してしまうことが抑制されており、電力変換装置１０ＡのＹ方向におけるサイズの大型化が抑制されている。また、第３電流センサ５３を、各接続部４１，４２の第２部位４１ｂ，４２ｂの位置まで、半導体モジュール２０から離間させることができるため、第３電流センサ５３に対する半導体モジュール２０の電磁波の影響が抑制されている。

本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、外部負荷に接続される端子ピン７３が、各電流センサ５１〜５３の中心から＋Ｙ方向に延び出ている。上記のように、本実施形態の電力変換装置１０Ａでは、各電流センサ５１〜５３が接近して配列されている分だけ、そうした各端子ピン７３の間の距離も小さくなっている。従って、端子ピン７３に接続される外部負荷のコネクタを小型化することができる。

その他に、本実施形態の電力変換装置１０Ａによれば、バスバー４０Ａの構成が簡素化されている。また、バスバー４０Ａに対する電流センサ５１〜５３の取り付けや、半導体モジュール２０に対するバスバー４０Ａの取り付けが容易化されている。

Ｂ．第２実施形態：
図７〜図１０を参照する。第２実施形態の電力変換装置１０Ｂは、バスバー４０Ａの代わりに、バスバー４０Ｂを備えていることによって、各電流センサ５１〜５３の配列構成が異なっている点以外は、第１実施形態の電力変換装置１０Ａの構成とほぼ同じである。第２実施形態のバスバー４０Ｂは、以下に説明する点以外は、第１実施形態のバスバー４０Ａの構成とほぼ同じである。

バスバー４０Ｂでは、第１接続部４１の第２部位４１ｂと第２接続部４２の第２部位４２ｂのそれぞれのＸ方向における長さが、第１実施形態よりも大きく構成されている（図８）。これによって、第１接続部４１における第２部位４１ｂの−Ｘ方向側の端部と、第２接続部４２における第２部位４２ｂの＋Ｘ方向側の端部と、の間の距離が、第３電流センサ５３の直径よりも小さくなっている。

また、バスバー４０Ｂでは、第３接続部４３の第２部位４３ｂのＺ方向における長さが第１実施形態よりも大きく構成されている（図９）。これによって、第３接続部４３の第２部位４３ｂの−Ｚ方向側の端部は、他の接続部４１，４２の第３部位４１ｃ，４２ｃの−Ｚ方向側の端部よりも、−Ｚ方向に突出した位置に位置している。また、第３接続部４３に取り付けられた第３電流センサ５３は、電力変換装置１０Ｂを−Ｙ方向に見たときに、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２の列に対して、−Ｚ方向の下方にずれた位置に位置している（図９，図１０）。

電力変換装置１０Ｂを−Ｙ方向に見たときに、第３電流センサ５３は、Ｘ方向において、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２の間に位置している（図１０）。また、電力変換装置１０Ｂを−Ｙ方向に見たときに、Ｚ方向において、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２と重なり合う部位を有している。また、第３電流センサ５３は、電力変換装置１０ＢをＺ方向に見たときに、第１接続部４１と第２接続部４２と重なり合う部位を有している（図８）。

第２実施形態の電力変換装置１０Ｂによれば、第３電流センサ５３が第１電流センサ５１と第２電流センサ５２と干渉してしまうことを抑制しつつ、Ｘ方向における第１電流センサ５１と第２電流センサ５２との間の距離をより小さくすることができる（図８）。よって、電力変換装置１０Ｂをより小型化することができる。また、第３電流センサ５３が第１電流センサ５１と第２電流センサ５２の列に対してＺ方向にずれた位置に配置されていることによって、第３電流センサ５３が、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２から磁気干渉を受けてしまうことが抑制される（図９，図１０）。

第２実施形態の電力変換装置１０Ｂによれば、第３電流センサ５３は、電力変換装置１０ＢをＺ方向に見たときに、各接続部４１，４２の第２部位４１ｂ，４２ｂと重なり合う部位を有する位置に配置されている（図８）。これによって、第３電流センサ５３が、第１電流センサ５１および第２電流センサ５２に対して、Ｙ方向において著しく離間してしまうことが抑制されており、電力変換装置１０ＢのＹ方向におけるサイズの大型化が抑制されている。また、第３電流センサ５３を、各接続部４１，４２の第２部位４１ｂ，４２ｂの位置まで、半導体モジュール２０から離間させることができるため、第３電流センサ５３に対する半導体モジュール２０の電磁波の影響が抑制されている。

第２実施形態の電力変換装置１０Ｂによれば、各接続部４１〜４３の端子ピン７３の間のＸ方向およびＹ方向における距離を短くして、各端子ピン７３をよりまとまった領域に配列させることができる（図１０）。よって、電力変換装置１０Ｂに接続される外部負荷のコネクタのより一層の小型化が可能である。その他に、第２実施形態の電力変換装置１０Ｂやバスバー４０Ｂによれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１１を参照する。図１１には、第３実施形態の電力変換装置１０Ｃが有するバスバー４０Ｃの第３接続部４３が例示されている。第３実施形態の電力変換装置１０Ｃの構成は、バスバー４０Ａの代わりに、第３実施形態のバスバー４０Ｃを備えている点以外は、第１実施形態の電力変換装置１０Ａの構成とほぼ同じである。バスバー４０Ｃの構成は、防振ゴム８０を備えている点以外は、第１実施形態のバスバー４０Ａとほぼ同じである。

バスバー４０Ｃでは、防振ゴム８０は、第１接続部４１の第３部位４１ｃと第１電流センサ５１との間、第２接続部４２の第３部位４２ｃと第２電流センサ５２との間、第３接続部４３の第２部位４３ｂと第３電流センサ５３との間に、それぞれ配置されている。図１１では、第３接続部４３の防振ゴム８０が例示されており、第１接続部４１と第２接続部４２の防振ゴム８０についての図示は便宜上、省略されている。第１接続部４１および第２接続部４２に取り付けられる防振ゴム８０は、第３接続部４３に取り付けられる防振ゴム８０と同様な構成を有している。

防振ゴム８０は中央に貫通孔８１を有する環状の形状を有しており、各電流センサ５１〜５３と同様に、各接続部４１〜４３の軸部６１が中央の貫通孔８１に挿通されることによって各接続部４１〜４３に保持される。防振ゴム８０は、各接続部４１〜４３において、各電流センサ５１〜５３から押圧力を付与された状態で保持される。本第３実施形態では、防振ゴム８０は、シリコンゴムによって構成される。防振ゴム８０は、シリコンゴム以外の他の樹脂部材によって構成されてもよい。防振ゴム８０は、バスバー４０Ａの昇温に適応できるように、耐熱温度が１００℃以上であることが望ましい。

第３実施形態の電力変換装置１０Ｃによれば、バスバー４０Ｃが備える防振ゴム８０によって、電力変換装置１０Ｃに付与される振動によって、各接続部４１〜４３から各電流センサ５１〜５３が脱落してしまうことが抑制される。また、その振動によって、各電流センサ５１〜５３が故障してしまうことが抑制される。第３実施形態の電力変換装置１０Ｃによれば、各接続部４１〜４３と各電流センサ５１〜５３との間に防振ゴム８０を介在させることによって、寸法誤差に起因して各接続部４１〜４３と各電流センサ５１〜５３との間に隙間が生じてしまうことが抑制される。

その他に、第３実施形態の電力変換装置１０Ｃおよびバスバー４０Ｃによれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。なお、防振ゴム８０は、第２実施形態のバスバー４０Ｂに対して適用されてもよい。この場合には、第２実施形態の電力変換装置１０Ｂにおいて、上述したのと同様な防振ゴム８０による作用効果を得ることができる。

Ｄ．第４実施形態：
図１２および図１３を参照する。図１２には、第４実施形態の電力変換装置に用いられる端子部８５が例示されている。図１３には、バスバー４０Ｄの第３接続部４３に対する端子部８５の取り付け工程が例示されている。第４実施形態の電力変換装置の構成は、バスバー４０Ａの代わりに、第４実施形態のバスバー４０Ｄを備えている点以外は、第１実施形態の電力変換装置１０Ａの構成とほぼ同じである。バスバー４０Ｄの構成は、端子部６５〜６７の代わりに、第４実施形態の端子部８５が用いられる点以外は、第１実施形態のバスバー４０Ａの構成とほぼ同じである。

第４実施形態の端子部８５は、以下に説明する点以外は、第１実施形態で説明した端子部６５〜６７と同様な構成を有している（図１２）。端子部８５は、バスバー４０Ｄの各接続部４１〜４３に取り付けられて、各電流センサ５１〜５３を固定する。端子部８５は、挿入部７１を構成する柱状の第１部材８６と、張出部７２および端子ピン７３とを有する第２部材８７と、によって構成されている。

第１部材８６と第２部材８７とは異なる金属材料によって構成されている。第１部材８６は、第２部材８７よりも強度が高い材料によって構成されている。第１部材８６は、例えば、構造用鋼によって構成される。第２部材８７は、例えば、真鍮やタフピッチ銅、アルミなどによって構成される。第１部材８６は、＋Ｙ方向側の端部が、第２部材８７に設けられている孔部８７ｐに圧入されることによって、第２部材８７と一体化されて端子部８５を構成する。なお、端子部８５では、挿入部７１の外周にはネジ溝は切られていない。

各接続部４１〜４３に対して、端子部８５は、軸部６１の開口部６１ｏへの圧入によって固定される（図１３）。図１３では、第３接続部４３に対する端子部８５の取り付け工程のみが例示されているが、端子部８５は、第１接続部４１と第２接続部４２に対しても同様に取り付けられる。

第４実施形態の電力変換装置によれば、端子部８５の挿入部７１が高強度な部材によって構成されているため、挿入部７１の破損によって、端子部８５や電流センサ５１〜５３が、バスバー４０Ｄから脱落してしまうことが抑制される。また、各端子部８５が各接続部４１〜４３に対して圧入によって取り付けられるため、バスバー４０Ｄへの各端子部８５の取り付けが簡易化される。バスバー４０Ｄへの各端子部８５の取り付けの際に、締め付けトルクの計測工程を省略することもできる。

その他に、第４実施形態の電力変換装置およびバスバー４０Ｄによれば、第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。なお、端子部８５は、第２実施形態のバスバー４０Ｂに対して取り付けられてもよい。この場合には、第２実施形態の電力変換装置１０Ｂにおいて、上述したのと同様な端子部８５による作用効果を得ることができる。

Ｅ．変形例：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように変形することが可能である。以下に説明する変形例はいずれも、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。以下の説明においては、上記の各実施形態の区別をする必要がない場合には、符号を省略して、単に、「電流変換装置」、「バスバー」と呼ぶ。

Ｅ１．変形例１：
上記各実施形態のバスバーでは、各電流センサ５１〜５３が互いに接近して配列されている。これに対して、各電流センサ５１〜５３は、互いに離間した位置に配列されていてもよい。例えば、第３電流センサ５３が、Ｘ方向において、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２との間に配列されていなくてもよく、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２の組の＋Ｘ方向側や−Ｘ方向側に配置されていてもよい。また、第３電流センサ５３は、第１電流センサ５１と第２電流センサ５２の列に対して、＋Ｚ方向側にすれた位置に配置されていてもよい。各電流センサ５１〜５３は、少なくとも、第３電流センサ５３が、突出方向において、他の２つの電流センサ５１，５２よりも、半導体モジュール２０に近い位置に配置されていればよい。

Ｅ２．変形例２：
バスバーの各接続部４１〜４３の形状は、上記の各実施形態の形状に限定されることはなく、適宜、改変されてもよい。例えば、各接続部４１〜４３は、湾曲した部位を有していてもよいし、柱状の部材を組み合わせて構成されていてもよい。各接続部４１〜４３がそれぞれ異なるサイズや形状を有していてもよいし、異なる材料によって構成されていてもよい。

Ｅ３．変形例３：
上記の各実施形態の電力変換装置において、端子部６５〜６７，８５は省略されてもよい。電力変換装置は、例えば、バスバーの各接続部４１〜４３に対して、外部負荷のコネクタや導線が直接的に接続される構成を有していてもよい。また、各電流センサ５１〜５３は、接着剤や絶縁テープ、結束バンドなどの部材によって、バスバーに固定されるものとしてもよい。

Ｅ４．変形例４：
半導体モジュール２０は、上記の各実施形態で説明した構成に限定されることはない。半導体モジュール２０は、３組の一対の入力端子２１，２２以外にも入力端子を有していてもよいし、３つの端子２３〜２５以外にも出力端子を有していてもよい。半導体モジュール２０は、例えば、二つの並列な出力系統を有するように、さらに、３つの端子２３〜２５が追加されてもよい。半導体モジュール２０は、−Ｙ方向側の端部以外の部位に入力端子２１を有していてもよいし、＋Ｙ方向側の端部以外の部位に端子２３〜２５を有していてもよい。例えば、端子２３〜２５が、＋Ｘ方向側の端部に設けられていてもよい。半導体モジュール２０は、略直方体形状を有していなくてもよく、例えば、略四角錐台形状を有していてもよいし、略円盤形状を有していてもよい。

Ｅ５．変形例５：
上記の各実施形態では、各電流センサ５１〜５３は円環形状を有している。これに対して、各電流センサ５１〜５３は円環形状以外の形状を有していてもよい。各電流センサ５１〜５３は、例えば、四角環形状などの多角環形状を有していてもよい。

Ｅ６．変形例６：
上記の各実施形態の電力変換装置において、平滑コンデンサ３０や冷却器３５は省略されてもよい。平滑コンデンサ３０や冷却器３５が異なる形状を有していてもよいし、平滑コンデンサ３０や冷却器３５が配置される位置が異なっていてもよい。

Ｅ７．変形例７：
上記の各実施形態の電力変換装置は、車両に搭載されて、車両のバッテリが出力する直流電流を三相交流に変換して、三相交流モータに出力している。これに対して、上記各実施形態の電力変換装置は、車両に搭載されていなくてもよく、車両に搭載されているバッテリ以外の直流電源に接続されてもよいし、三相交流モータ以外の外部負荷に三相交流を出力してもよい。上記各実施形態の電力変換装置は、例えば、ビルや家屋などの施設に設置された燃料電池が出力する直流電源を三相交流に変換して、当該施設に設置されている種々の電力設備に三相交流を出力してもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０Ａ〜１０Ｃ 電力変換装置、２０ 半導体モジュール、２３ 第１端子、２４ 第２端子、２５ 第３端子、４０Ａ〜４０Ｄ バスバー、４１ 第１接続部、４２ 第２接続部、４３ 第３接続部、５１ 第１電流センサ、５２ 第２電流センサ、５３ 第３電流センサ

Claims (7)

1. 直流電流を三相交流に変換して外部負荷に出力する電力変換装置（１０Ａ〜１０Ｃ）であって、
   前記三相交流を位相ごとに出力する第１端子（２３）と、第２端子（２４）と、第３端子（２５）と、を有する半導体モジュール（２０）と、
   前記第１端子に接続される第１接続部（４１）と、前記第２端子に接続される第２接続部（４２）と、前記第３端子に接続される第３接続部（４３）と、を有し、前記半導体モジュールと前記外部負荷との電気的な接続を仲介するバスバー（４０Ａ〜４０Ｄ）と、
   前記第１接続部に取り付けられる第１電流センサ（５１）と、
   前記第２接続部に取り付けられる第２電流センサ（５２）と、
   前記第３接続部に取り付けられる第３電流センサ（５３）と、
   を備え、
   前記第１電流センサと前記第２電流センサと前記第３電流センサとは、前記半導体モジュールの端部から外方に向かう突出方向（Ｙ）に突出した位置において配列されており、
   前記第３電流センサは、前記突出方向において、前記第１電流センサおよび前記第２電流センサよりも前記半導体モジュールに近い位置に配置されている、電力変換装置。
2. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記第３電流センサは、前記突出方向に沿って見たときに、前記第１電流センサと前記第２電流センサと重なり合う部位を有する、電力変換装置。
3. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記突出方向に沿って見たときに、前記第３電流センサは、前記第１電流センサと前記第２電流センサの列に対してずれた位置に配置されており、
   前記突出方向に沿って見たときに、前記第３電流センサが前記第１電流センサと前記第２電流センサの列に対してずれている方向において、前記第３電流センサは、前記第１電流センサと前記第２電流センサと重なり合う部位を有する、電力変換装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、さらに、
   前記第１接続部と前記外部負荷との接続を仲介する第１端子部（６５，８５）と、
   前記第２接続部と前記外部負荷との接続を仲介する第２端子部（６６，８５）と、
   前記第３接続部と前記外部負荷との接続を仲介する第３端子部（６７，８５）と、
   を備え、
   前記第１接続部と前記第２接続部と前記第３接続部とはそれぞれ、前記突出方向に延び、先端に、前記突出方向に開口している開口部（６１ｏ）が設けられている軸部（６１）を有し、
   前記第１端子部と第２端子部と前記第３端子部とはそれぞれ、前記突出方向に延び、前記軸部の前記開口部に挿入されて固定される挿入部（７１）と、前記挿入部の基端部において前記突出方向に交差する方向に張り出している張出部（７２）と、を有し、
   前記第１電流センサは、前記第１接続部の前記軸部の外周に取り付けられ、前記第１接続部と、前記第１端子部の前記張出部とに挟まれて固定され、
   前記第２電流センサは、前記第２接続部の前記軸部の外周に取り付けられ、前記第２接続部と、前記第２端子部の前記張出部とに挟まれて固定され、
   前記第３電流センサは、前記第３接続部の前記軸部の外周に取り付けられ、前記第３接続部と、前記第１端子部の前記張出部とに挟まれて固定される、電力変換装置。
5. 請求項４記載の電力変換装置であって、
   前記第１電流センサと前記第１接続部との間と、前記第２電流センサと前記第２接続部との間と、前記第３電流センサと前記第３接続部との間にはそれぞれ、防振ゴム（８０）が配置されている、電力変換装置。
6. 請求項４または請求項５記載の電力変換装置であって、
   前記第１端子部と前記第２端子部と前記第３端子部において、前記挿入部は、他の部位よりも高い強度を有する部材（８６）によって構成されている、電力変換装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
   前記第１端子部と前記第２端子部と前記第３端子部とはそれぞれ、前記挿入部が、前記軸部の前記開口部に圧入されることによって前記バスバーに固定されている、電力変換装置。

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