JP2021185742A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インダクタンスを低減しやすい電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は正極バスバー４Ｐと負極バスバー４Ｎとを有する。電力変換装置１は第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとを有する。第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとは、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとを突出方向に直交する方向に対向させた状態で、配置されている。正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、それぞれ本体板部４２と複数の分岐部４３とを有し、共に正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの間に配される共存配置部４１Ｐ、４１Ｎをそれぞれ有する。積層方向Ｘに隣り合う半導体モジュール２の間の複数の空間として、正極バスバー４Ｐ、負極バスバー４Ｎ及び出力バスバー４Ｏのすべてが重なる空間と、これらのいずれもが重ならない空間とが交互に並んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する。
上アームスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、下アームスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールとを、隣り合うように配置した電力変換装置が、特許文献１に開示されている。この電力変換装置においては、正極バスバーに接続される、上アームの半導体モジュールの正極端子と、負極バスバーに接続される、下アームの半導体モジュールの負極端子とが、隣り合って配置されている。
正極バスバーは、正極端子に接続される端子を突出してなる。また、負極バスバーは、負極端子と接続される端子を突出してなる。これらの端子は、隣り合う正極端子と負極端子との間に、それぞれ１本ずつ個別に配置されている。
特開２０１３−２１９９６７号公報
しかしながら、上記のような、正極バスバーの端子及び負極バスバーの端子の配置構成の場合、各端子部分におけるインダクタンスを充分に低減することが困難である。特に、近年、電力変換装置において求められるスイッチング損失の低減に伴い、高速スイッチングが求められている。そうすると、バスバーにおけるインダクタンスの低減が求められる。このように、バスバー及びこれに接続される半導体モジュールとの接続部におけるインダクタンスの低減は、重要課題の一つとなっている。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、インダクタンスを低減しやすい電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、正極配線に接続される複数の上アームスイッチング素子（２０ｕ）と、負極配線に接続される複数の下アームスイッチング素子（２０ｄ）とを有するスイッチング回路部（１０１）を備えた電力変換装置（１）であって、
複数のバスバー（４）と、
モジュール本体部（２０）からパワー端子（２１）を突出してなる複数の半導体モジュール（２）と、を有し、
上記バスバーとして、上記正極配線を構成する正極バスバー（４Ｐ）と、上記負極配線を構成する負極バスバー（４Ｎ）と、を有し、
上記半導体モジュールとして、上記上アームスイッチング素子を内蔵すると共に上記正極バスバーに接続される上記パワー端子である正極端子（２１Ｐ）を備えた複数の第１半導体モジュール（２Ｐ）と、上記下アームスイッチング素子を内蔵すると共に上記負極バスバーに接続される上記パワー端子である負極端子（２１Ｎ）を備えた複数の第２半導体モジュール（２Ｎ）と、を有し、
上記第１半導体モジュールと上記第２半導体モジュールとは、上記正極端子と上記負極端子とを突出方向に直交する積層方向（Ｘ）に対向させた状態で、交互に積層配置されており、
上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、それぞれ、上記パワー端子の突出方向（Ｚ）に互いに重なるように配置された本体板部（４２）と、該本体板部から上記突出方向と上記積層方向との双方に直交する方向（Ｙ）へ延びる複数の分岐部（４３）とを有し、
上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記分岐部の一部に、上記突出方向から見たとき、共に上記正極端子と上記負極端子との間に配される共存配置部（４１Ｐ、４１Ｎ）をそれぞれ有し、
上記共存配置部の少なくとも一部は、上記正極端子と上記負極端子との間の空間に配されており、
出力配線を構成する出力バスバー（４Ｏ）を有し、上記半導体モジュールは、上記パワー端子の一つとして、上記出力バスバーに接続される出力端子（２１Ｏ）を有し、上記第１半導体モジュールと上記第２半導体モジュールとは、互いの上記出力端子同士を対向配置させてなり、上記出力バスバーは、対向配置された上記出力端子同士の間の空間に配される出力介在部（４１Ｏ）を有し、該出力介在部に、上記第１半導体モジュールの上記出力端子と上記第２半導体モジュールの上記出力端子との双方が接続されており、
上記積層方向に隣り合う上記半導体モジュールの間の複数の空間として、上記突出方向から見て、上記正極バスバー、上記負極バスバー及び上記出力バスバーのすべてが重なる空間と、上記正極バスバー、上記負極バスバー及び上記出力バスバーのいずれもが重ならない空間とが、交互に並んでいる、電力変換装置にある。
上記電力変換装置においては、上記正極バスバーと上記負極バスバーとが、それぞれ上記共存配置部を有する。そして、共存配置部の少なくとも一部が、互いに対向配置された正極端子と負極端子との間の空間に共存するように配置されている。かかる構成により、正極バスバーと負極バスバーとが、共存配置部において近接配置されることとなる。その結果、バスバーにおけるインダクタンスを低減することができる。
以上のごとく、上記態様によれば、インダクタンスを低減しやすい電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態１における、電力変換装置の平面図。 実施形態１における、電力変換装置の回路図。 実施形態１における、半導体モジュールとバスバーの斜視図。 実施形態１における、半導体モジュールと共存配置部の断面図。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。 図４のVI−VI線矢視断面図。 実施形態１における、半導体モジュールと出力介在部の断面図。 実施形態１における、バスバーを取り除いた状態の電力変換装置の平面図。 実施形態２における、半導体モジュールと共存配置部の断面図。 実施形態３における、半導体モジュールと共存配置部の断面図。 実施形態４における、半導体モジュールと共存配置部の断面図。 実施形態５における、電力変換装置の回路図。
（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図２に示すごとく、正極配線に接続される複数の上アームスイッチング素子２０ｕと、負極配線に接続される複数の下アームスイッチング素子２０ｄとを有するスイッチング回路部１０１を備えたものである。
電力変換装置１は、図１に示すごとく、複数のバスバー４と、モジュール本体部２０からパワー端子２１を突出してなる複数の半導体モジュール２と、を有する。
電力変換装置１は、バスバー４として、正極配線を構成する正極バスバー４Ｐと、負極配線を構成する負極バスバー４Ｎと、を有する。
電力変換装置１は、半導体モジュール２として、第１半導体モジュール２Ｐと、第２半導体モジュール２Ｎと、を有する。
図２〜図５に示すごとく、第１半導体モジュール２Ｐは、上アームスイッチング素子２０ｕを内蔵している。また、第１半導体モジュール２Ｐは、正極バスバー４Ｐに接続されるパワー端子２１である正極端子２１Ｐを備えている。図２〜図４、図６に示すごとく、第２半導体モジュール２Ｎは、下アームスイッチング素子２０ｄを内蔵している。また、第２半導体モジュール２Ｎは、負極バスバー４Ｎに接続されるパワー端子２１である負極端子２１Ｎを備えている。
図３、図４に示すごとく、第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとは、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとを突出方向に直交する方向に対向させた状態で、配置されている。
正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、図１に示すごとく、パワー端子２１の突出方向から見たとき、共に正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの間に配される共存配置部４１Ｐ、４１Ｎをそれぞれ有する。
共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの少なくとも一部は、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの間の空間に配されている。特に、本実施形態においては、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、その全体が、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの間の空間に配されている。
なお、以下において、パワー端子２１の突出方向に平行な方向を、適宜、Ｚ方向という。また、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとが対向する方向を、適宜、Ｘ方向という。また、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向を、適宜、Ｙ方向というものとする。
本実施形態の電力変換装置１は、例えば、車両に搭載されるインバータである。そして、図２に示すごとく、直流電源５１と三相交流の回転電機５２との間において、直流電力と交流電力との電力変換を行う。電力変換装置１のスイッチング回路部１０１は、３相のレグを備える。すなわち、３相のレグは、直流電源５１の正極に接続される正極配線と、直流電源５１の負極に接続される負極配線との間に、互いに並列に接続されている。各レグは、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２０ｕと下アームスイッチング素子２０ｄとによって形成されている。
そして、各レグにおける、上アームスイッチング素子２０ｕと下アームスイッチング素子２０ｄとの接続点が、それぞれ出力配線を介して、回転電機５２の３つの電極に接続されている。また、直流電源５１とスイッチング回路部１０１との間において、正極配線と負極配線とを懸架するように、コンデンサ５３が接続されている。また、各スイッチング素子には、フライホイールダイオードが逆並列接続されている。
なお、スイッチング素子は、ＩＧＢＴにて構成することができる。ここで、ＩＧＢＴは、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略である。また、スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴとすることもできる。ＭＯＳＦＥＴは、Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、金属酸化物電界効果トランジスタの略である。
上述のように、正極配線は、正極バスバー４Ｐによって構成されている。負極配線は、負極バスバー４Ｎによって構成されている。また、出力配線は、出力バスバー４Ｏによって構成されている。
各半導体モジュール２は、２本のパワー端子２１を有する。図５に示すごとく、第１半導体モジュール２Ｐは、パワー端子２１として、正極端子２１Ｐと出力端子２１Ｏとを有する。図６に示すごとく、第２半導体モジュール２Ｎは、パワー端子２１として、負極端子２１Ｎと出力端子２１Ｏとを有する。
図２に示すごとく、各上アームスイッチング素子２０ｕ及び各下アームスイッチング素子２０ｄが、それぞれ個別の半導体モジュール２に内蔵されている。特に本実施形態においては、一つの第１半導体モジュール２Ｐに一つの上アームスイッチング素子２０ｕを内蔵し、一つの第２半導体モジュール２Ｎに一つの下アームスイッチング素子２０ｄを内蔵している。
それゆえ、第１半導体モジュール２Ｐにおいて、正極端子２１Ｐが、上アームスイッチング素子２０ｕのコレクタと同電位であり、出力端子２１Ｏが、上アームスイッチング素子２０ｕのエミッタと同電位である。第２半導体モジュール２Ｎにおいて、出力端子２１Ｏが、下アームスイッチング素子２０ｄのコレクタと同電位であり、負極端子２１Ｎが、下アームスイッチング素子２０ｄのエミッタと同電位である。
図３〜図７に示すごとく、半導体モジュール２は、略直方体形状のモジュール本体部２０を有する。モジュール本体部２０は、他の面よりも面積の大きい一対の主面を備えている。この主面の法線方向に、複数の半導体モジュール２が積層されている（図８参照）。また、半導体モジュール２のパワー端子２１は、略板状に形成されている。パワー端子２１の主面は、モジュール本体部２０の主面と略平行である。つまり、モジュール本体部２０の主面も、パワー端子２１の主面も、上述したＸ方向を向いている。
各半導体モジュール２は、２本のパワー端子２１をモジュール本体部２０から、Ｚ方向の同じ方向に突出してなる。また、図示を省略するが、半導体モジュール２は、Ｚ方向において、パワー端子２１と反対側に、制御端子を突出させているものとすることができる。モジュール本体部２０は、その両主面に、放熱板２０１を露出させている。第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとは、放熱板２０１同士が対向するように配置されている。
そして、図８に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとが交互に並ぶように、複数の冷却管３１と共にＸ方向に積層されている。冷却管３１は、半導体モジュール２の放熱板２０１に熱的に接触するように、配置されている。
冷却管３１は、内部に冷媒を流通させる冷媒流路を備えている。Ｘ方向に隣り合う冷却管３１同士は、Ｙ方向における両端部付近において、連結管３２によって接続されている。また、Ｘ方向の一端に配された冷却管３１には、冷媒を導入する冷媒導入管３３と、冷媒を排出する冷媒排出管３４とが設けてある。冷却管３１は、アルミニウム合金等、熱伝導性に優れた金属によって構成されている。半導体モジュール２のパワー端子２１は、Ｚ方向において、冷却管３１よりも突出している。複数の半導体モジュール２のパワー端子２１は、Ｚ方向における同じ側に突出している。
図１に示すごとく、半導体モジュール２の積層部に対して、Ｙ方向の一方側に、コンデンサ５３が配置されている。各半導体モジュール２における２つのパワー端子２１は、正極端子２１Ｐ又は負極端子２１Ｎを、Ｙ方向において、出力端子２１Ｏよりもコンデンサ５３側に設けてある。
出力端子２１Ｏには、出力バスバー４Ｏが接続される。各出力バスバー４Ｏは、Ｘ方向に隣り合う第１半導体モジュール２Ｐ及び第２半導体モジュール２Ｎの出力端子２１Ｏの双方に接続されている。そして、出力バスバー４Ｏは、出力端子２１Ｏとの接続部から、横方向Ｙに延びるように形成されている。
また、コンデンサ５３の正極及び負極と、半導体モジュール２のパワー端子２１とを接続するように、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎが配されている。なお、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、コンデンサ５３と一体化されている。正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、それぞれ、Ｚ方向に互いに重なるように配される本体板部４２と、該本体板部４２からＹ方向におけるパワー端子２１側へ延びる複数の分岐部４３とを有する。この分岐部４３の一部が、上述の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎとなる。
各分岐部４３は、Ｘ方向に隣り合う一つの正極端子２１Ｐと一つの負極端子２１Ｎとに接続されている。そして、Ｘ方向の一方の端部から数えて、１段目と２段目の半導体モジュール２の間と、３段目と４段目の半導体モジュール２の間と、５段目と６段目の半導体モジュール２の間とに、それぞれ共存配置部４１Ｐ、４１Ｎが配される。すなわち、Ｘ方向に隣り合うパワー端子２１の間には、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎが配置される部分と、配置されない部分とがある。
図４に示すごとく、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、互いの主面が対向するように配置された対向部を有する。共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部として、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの並び方向、すなわちＸ方向に対向する並び対向部４４ｘを有する。また、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部として、パワー端子２１の突出方向、すなわちＺ方向に対向する突出対向部４４ｚを有する。つまり、本実施形態においては、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部として、並び対向部４４ｘと突出対向部４４ｚとの双方を有する。
共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、Ｙ方向に直交する断面において、略Ｌ字状となっている。共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、各バスバー４の分岐部４３の先端部において、そのＸ方向の一方の端縁を、Ｚ方向の一方へ屈曲させて形成されている。Ｚ方向に立設した部分が、並び対向部４４ｘとなり、分岐部４３におけるＺ方向に主面が向いた部分に、突出対向部４４ｚが形成されている。突出対向部４４ｚからの並び対向部４４ｘの立設方向は、パワー端子２１の突出方向と同じである。
突出対向部４４ｚにおける一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの間の間隔ｄ１は、並び対向部４４ｘにおける一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの間の間隔ｄ２よりも小さい。正極バスバー４Ｐにおける共存配置部４１Ｐの突出対向部４４ｚと、負極バスバー４Ｎにおける共存配置部４１Ｎの突出対向部４４ｚとの間の間隔が、間隔ｄ１である。また、正極バスバー４Ｐにおける共存配置部４１Ｐの並び対向部４４ｘと、負極バスバー４Ｎにおける共存配置部４１Ｎの並び対向部４４ｘとの間の間隔が、間隔ｄ２である。そして、これらの間隔ｄ１、ｄ２が、ｄ２＞ｄ１の関係を有する。
また、正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの並び方向、すなわちＸ方向における突出対向部４４ｚの長さＬ１は、パワー端子２１の突出方向、すなわちＺ方向における並び対向部４４ｘの長さＬ２よりも長い。
一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎのうち、突出対向部４４ｚがモジュール本体部２０により近い側に配された共存配置部は、突出対向部４４ｚを、パワー端子２１との接続部よりもモジュール本体部２０に近い位置に配置している。本実施形態においては、正極バスバー４Ｐの共存配置部４１Ｐの方が、突出対向部４４ｚをよりモジュール本体部２０に近い位置に配置している。それゆえ、正極バスバー４Ｐの共存配置部４１Ｐの突出対向部４４ｚが、接続部１１Ｐよりもモジュール本体部２０に近い位置に配されている。
また、各バスバー４において、並び対向部４４ｘがパワー端子２１に対して、Ｘ方向に重ね合わせられている。そして、パワー端子２１の先端部と並び対向部４４ｘの先端部とにおいて、互いに溶接されている。この溶接部が、接続部１１Ｐ、１１Ｎとなる。溶接は、例えばレーザー溶接を用いることができる。
共存配置部４１Ｐ、４１Ｎにおける正極バスバー４Ｐと正極端子２１Ｐとの接続部１１Ｐと、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎにおける負極バスバー４Ｎと負極端子２１Ｎとの接続部１１Ｎとは、Ｚ方向における位置が同等である。ここで、Ｚ方向における位置が同等とは、例えば、接続部１１Ｐと接続部１１ＮとのＺ方向の位置の差が、バスバー４の厚み以下程度とすることができる。
図１、図７に示すごとく、第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとは、互いの出力端子２１Ｏ同士を対向配置させてなる。出力バスバー４Ｏは、対向配置された出力端子２１Ｏ同士の間の空間に配される出力介在部４１Ｏを有する。出力介在部４１Ｏに、第１半導体モジュール２Ｐの出力端子２１Ｏと第２半導体モジュール２Ｎの出力端子２１Ｏとの双方が接続されている。
図５、図６に示すごとく、隣り合う第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとの間に配された、出力介在部４１Ｏと共存配置部４１Ｐ、４１Ｎとは、それぞれのパワー端子２１との接続部１１Ｏ、１１Ｐ、１１Ｎを、Ｚ方向における同等の位置に有する。特に、すべてのパワー端子２１とバスバー４との接続部１１Ｏ、１１Ｐ、１１Ｎが、Ｚ方向における同等の位置に配されていることが、より好ましい。
出力介在部４１Ｏは、Ｚ方向を向く主面を有する基板部４５１と、基板部４５１からパワー端子２１の突出方向に立ち上がる一対の立設部４５２とを有する。基板部４５１は、Ｚ方向において、出力端子２１Ｏの先端との距離よりもモジュール本体部２０との距離の方が短い。
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、図１、図３、図４に示すごとく、正極バスバー４Ｐと負極バスバー４Ｎとが、それぞれ共存配置部４１Ｐ、４１Ｎを有する。そして、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの少なくとも一部が、互いに対向配置された正極端子２１Ｐと負極端子２１Ｎとの間の空間に共存するように配置されている。かかる構成により、正極バスバー４Ｐと負極バスバー４Ｎとが、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎにおいて近接配置されることとなる。その結果、バスバー４におけるインダクタンスを低減することができる。
共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部４４ｘ、４４ｚを有する。これにより、正極バスバー４Ｐと負極バスバー４Ｎの対向部同士には、互いに反対向きの電流が流れる。それゆえ、これらが互いに対向配置されることで、インダクタンスをより効果的に低減することができる。
また、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部として、並び対向部４４ｘを有する。これにより、並び対向部４４ｘにおいて、各バスバー４を、パワー端子２１に接続しやすくなる。
また、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、対向部として、突出対向部４４ｚを有する。これにより、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎ同士を、広い面積にわたり近接配置しやすくなる。それゆえ、インダクタンスの低減をより図りやすくなる。
特に、本実施形態においては、対向部として、並び対向部４４ｘと突出対向部４４ｚとの双方を有する。これにより、上記２つの効果を同時に得ることができる。つまり、バスバー４とパワー端子２１との接続構造を簡素化できると共に、インダクタンスの低減を効果的に図ることができる。
突出対向部４４ｚにおける一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの間の間隔ｄ１は、並び対向部４４ｘにおける一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの間の間隔ｄ２よりも小さい。これにより、Ｘ方向に隣り合うパワー端子２１の間の距離が大きくても、共存配置部４１Ｐと共存配置部４１Ｎとを充分に近接配置することができる。それゆえ、容易に、インダクタンスの低減を図ることができる。
Ｘ方向における突出対向部４４ｚの長さＬ１は、Ｚ方向における並び対向部４４ｘの長さＬ２よりも長い。これにより、近接配置しやすい突出対向部４４ｚにおける対向面積を大きくすることができる。その結果、より効果的にインダクタンスの低減を図ることができる。また、共存配置部４１Ｐ、４１ＮのＺ方向の寸法を小さくすることができ、電力変換装置１の小型化に寄与することができる。
また、突出対向部４４ｚがモジュール本体部２０に近い側に配された共存配置部４１Ｐは、突出対向部４４ｚを接続部１１Ｐよりもモジュール本体部２０に近い位置に配置している。これにより、モジュール本体部２０の内部におけるスイッチング素子及び内部配線と、共存配置部４１Ｐと、パワー端子２１とによって形成される電流ループを小さくすることができる。その結果、インダクタンスを低減することができる。
また、互いに隣り合う位置に配置された第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとの間には、冷却管３１が介在している。これにより、半導体モジュール２を効果的に冷却することができる。また、冷却管３１を介在させることにより、Ｘ方向において、パワー端子２１の間に形成されるデッドスペースに、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎを配置することとなる。それゆえ、特に、共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの配置により、電力変換装置１の小型化が妨げられることがない。
共存配置部４１Ｐにおける正極バスバー４Ｐと正極端子２１Ｐとの接続部１１Ｐと、共存配置部４１Ｎにおける負極バスバー４Ｎと負極端子２１Ｎとの接続部１１Ｎとは、Ｚ方向における位置が同等である。これにより、各接続部１１Ｐ、１１Ｎにおける接続作業を容易に行うことができる。例えば、レーザー溶接を用いて接合する場合、溶接作業を効率的に行うことができる。その結果、電力変換装置１の生産性の向上につながる。
また、出力バスバー４Ｏは、対向配置された出力端子２１Ｏ同士の間の空間に配される出力介在部４１Ｏを有する。そして、出力介在部４１Ｏに、第１半導体モジュール２Ｐの出力端子２１Ｏと第２半導体モジュール２Ｎの出力端子２１Ｏとの双方が接続されている。これにより、第１半導体モジュール２Ｐの出力端子２１Ｏと第２半導体モジュール２Ｎの出力端子２１Ｏとの間の電流経路を短くすることができる。そのため、インダクタンスの低減を、より効果的に図ることができる。
隣り合う第１半導体モジュール２Ｐと第２半導体モジュール２Ｎとの間に配された、出力介在部４１Ｏと共存配置部４１Ｐ、４１Ｎとは、それぞれのパワー端子２１との接続部１１Ｏ、１１Ｐ、１１Ｎを、Ｚ方向における同等の位置に有する。これにより、各接続部１１Ｐ、１１Ｎにおける接続作業を容易に行うことができる。それゆえ、電力変換装置１の生産性を一層向上させることができる。
出力介在部４１Ｏは、基板部４５１と一対の立設部４５２とを有する。そして、基板部４５１は、Ｚ方向において、パワー端子２１の先端との距離よりもモジュール本体部２０との距離の方が短い。これにより、出力介在部４１Ｏと、パワー端子２１と、モジュール本体部２０の内部のスイッチング素子や内部配線とによって構成される電流ループを小さくすることができる。その結果、インダクタンスを一層低減することができる。
また、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、コンデンサ５３と一体化されている。そのため、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。また、コンデンサ５３と半導体モジュール２との間の電流経路を簡素化しやすいため、インダクタンスを低減しやすい。
以上のごとく、本実施形態によれば、インダクタンスを低減しやすい電力変換装置を提供することができる。
（実施形態２）
本実施形態は、図９に示すごとく、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎのうちの一方について、接続部よりもモジュール本体部２０から遠い位置に突出対向部４４ｚを配置した形態である。
本実施形態においては、負極バスバー４Ｎの共存配置部４１Ｎについて、接続部１１Ｎよりもモジュール本体部２０から遠い位置に突出対向部４４ｚを配置している。そして、負極バスバー４Ｎの突出対向部４４ｚは、負極端子２１Ｎの先端よりも、モジュール本体部２０から遠い位置に配されている。
共存配置部４１Ｎは、並び対向部４４ｘを、突出対向部４４ｚよりもモジュール本体部２０に近い側に配置している。
なお、正極バスバー４Ｐの共存配置部４１Ｐについては、接続部１１Ｐよりも突出対向部４４ｚを、モジュール本体部２０に近い側に配置している。すなわち、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎのうち、突出対向部４４ｚが、モジュール本体部２０に近い側に配された共存配置部４１Ｐは、突出対向部４４ｚを、接続部１１Ｐよりもモジュール本体部２０に近い位置に配置している。この点は、実施形態１と同様である。
その他の構成についても、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
本実施形態においても、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎが、それぞれの一部を、一対のパワー端子２１の間に配置している。これにより、インダクタンスを低減することができる。また、一対の上記共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、並び対向部４４ｘと突出対向部４４ｚとを有する。これにより、インダクタンスを効果的に低減することができる。
また、突出対向部４４ｚがモジュール本体部２０に近い側に配された共存配置部４１Ｐについては、突出対向部４４ｚを接続部１１Ｐよりもモジュール本体部２０に近い位置に配置している。これにより、モジュール本体部２０の内部におけるスイッチング素子及び内部配線と、共存配置部４１Ｐと、パワー端子２１とによって形成される電流ループを小さくすることができる。その結果、インダクタンスを低減することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態３）
本実施形態においては、図１０に示すごとく、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎの双方について、接続部１１Ｐ、１１Ｎよりもモジュール本体部２０から遠い位置に突出対向部４４ｚを配置した形態である。
また、突出対向部４４ｚは、並び対向部４４ｘよりもモジュール本体部２０から遠い側に配置している。また、一対の突出対向部４４ｚは、パワー端子２１の先端よりも、モジュール本体部２０から遠い位置に配されている。
そして、一対の突出対向部４４ｚは、Ｚ方向において、近接して対向配置されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においても、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎが、それぞれの一部を、一対のパワー端子２１の間に配置している。これにより、インダクタンスを低減することができる。また、一対の上記共存配置部４１Ｐ、４１Ｎは、並び対向部４４ｘと突出対向部４４ｚとを有する。これにより、インダクタンスを効果的に低減することができる。
また、本実施形態においては、特に、一対の共存配置部４１Ｐ、４１Ｎのうち、突出対向部４４ｚがモジュール本体部２０により近い側に配された、共存配置部４１Ｐが、突出対向部４４ｚを、接続部１１Ｐよりもモジュール本体部２０から遠い位置に配置している。これにより、突出対向部４４ｚと冷却管３１との間の距離を確保して、両者の絶縁を確保しやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態４）
本実施形態は、図１１に示すごとく、共存配置部４１Ｐにおける正極バスバー４Ｐと正極端子２１Ｐとの接続部１１Ｐと、共存配置部４１Ｎにおける負極バスバー４Ｎと負極端子２１Ｎとの接続部１１Ｎとは、Ｚ方向における位置が互いに異なる形態である。
特に、突出対向部４４ｚがよりモジュール本体部２０側に配された共存配置部４１Ｐが、その接続部１１Ｐを、他方の共存配置部４１Ｎよりも、モジュール本体部２０に近い側に配している。正極端子２１Ｐにおけるモジュール本体部２０から接続部１１Ｐまでの電流経路を極力短くすることができる。その結果、インダクタンスを低減することができる。
すなわち、接続性等の観点からは、並び対向部４４ｘのＺ方向の長さをある程度確保することが望ましい。突出対向部４４ｚがモジュール本体部２０に近い側に配された正極側の共存配置部４１Ｐは、モジュール本体部２０に比較的近い位置に並び対向部４４ｘの先端を設けても、接続性を確保することができる。そこで、なるべく、モジュール本体部２０に近い位置に、正極側の接続部１１Ｐを設けている。一方、負極側の接続部１１Ｎは、ある程度モジュール本体部２０から遠い位置にしないと、並び対向部４４ｘのＺ方向の長さを確保しにくい。それゆえ、極力、正極側の接続部１１Ｐをモジュール本体部２０に近付けると、結果的に、負極側の接続部１１Ｎよりも、モジュール本体部２０に近くなる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においては、上述のように、インダクタンスをより低減することができる。その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
（実施形態５）
本実施形態は、図１２に示すごとく、第１半導体モジュール２Ｐ及び第２半導体モジュール２Ｎが、互いに並列接続された複数のスイッチング素子を内蔵してなる形態である。
すなわち、第１半導体モジュール２Ｐは、互いに並列接続された複数の上アームスイッチング素子２０ｕを内蔵している。また、第２半導体モジュール２Ｎは、互いに並列接続された複数の下アームスイッチング素子２０ｄを内蔵している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
本実施形態においては、各アームに流れる電流の許容値を大きくすることができる。それゆえ、より高出力の電力変換装置１を得ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
本実施形態においては、各半導体モジュール２が、互いに並列接続された２個のスイッチング素子を内蔵した例を示したが、半導体モジュール２としては、互いに並列接続された３個以上のスイッチング素子を内蔵したものとすることもできる。また、互いに並列接続するスイッチング素子としては、同種のものを並列接続してもよいし、異種のスイッチング素子を並列接続して内蔵してもよい。
例えば、一つの半導体モジュール２に、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとＳｉ−ＩＧＢＴとを並列接続してもよい。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、ＳｉＣ（すなわち、炭化シリコン）によって形成されるＭＯＳＦＥＴである。また、Ｓｉ−ＩＧＢＴは、Ｓｉ（すなわち、シリコン）によって形成されるＩＧＢＴである。
なお、第１半導体モジュール２Ｐ及び第２半導体モジュール２Ｎの少なくとも一つが、互いに並列接続された複数のスイッチング素子を内蔵するようにしてもよい。
また、上述の実施形態においては、正極バスバーの共存配置部を、負極バスバーの共存配置部よりも、モジュール本体部に近い側に配した形態を示したが、この位置関係は特に限定されるものではない。すなわち、負極バスバーの共存配置部を、正極バスバーの共存配置部よりも、モジュール本体部に近い側に配した形態とすることもできる。また、一対の共存配置部を、モジュール本体部からの距離が同じになるように配してもよい。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２Ｐ 第１半導体モジュール
２Ｎ 第２半導体モジュール
２１ パワー端子
２１Ｐ 正極端子
２１Ｎ 負極端子
４Ｐ 正極バスバー
４Ｎ 負極バスバー
４１Ｐ、４１Ｎ 共存配置部

Claims (1)

  1. 正極配線に接続される複数の上アームスイッチング素子（２０ｕ）と、負極配線に接続される複数の下アームスイッチング素子（２０ｄ）とを有するスイッチング回路部（１０１）を備えた電力変換装置（１）であって、
    複数のバスバー（４）と、
    モジュール本体部（２０）からパワー端子（２１）を突出してなる複数の半導体モジュール（２）と、を有し、
    上記バスバーとして、上記正極配線を構成する正極バスバー（４Ｐ）と、上記負極配線を構成する負極バスバー（４Ｎ）と、を有し、
    上記半導体モジュールとして、上記上アームスイッチング素子を内蔵すると共に上記正極バスバーに接続される上記パワー端子である正極端子（２１Ｐ）を備えた複数の第１半導体モジュール（２Ｐ）と、上記下アームスイッチング素子を内蔵すると共に上記負極バスバーに接続される上記パワー端子である負極端子（２１Ｎ）を備えた複数の第２半導体モジュール（２Ｎ）と、を有し、
    上記第１半導体モジュールと上記第２半導体モジュールとは、上記正極端子と上記負極端子とを突出方向に直交する積層方向（Ｘ）に対向させた状態で、交互に積層配置されており、
    上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、それぞれ、上記パワー端子の突出方向（Ｚ）に互いに重なるように配置された本体板部（４２）と、該本体板部から上記突出方向と上記積層方向との双方に直交する方向（Ｙ）へ延びる複数の分岐部（４３）とを有し、
    上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記分岐部の一部に、上記突出方向から見たとき、共に上記正極端子と上記負極端子との間に配される共存配置部（４１Ｐ、４１Ｎ）をそれぞれ有し、
    上記共存配置部の少なくとも一部は、上記正極端子と上記負極端子との間の空間に配されており、
    出力配線を構成する出力バスバー（４Ｏ）を有し、上記半導体モジュールは、上記パワー端子の一つとして、上記出力バスバーに接続される出力端子（２１Ｏ）を有し、上記第１半導体モジュールと上記第２半導体モジュールとは、互いの上記出力端子同士を対向配置させてなり、上記出力バスバーは、対向配置された上記出力端子同士の間の空間に配される出力介在部（４１Ｏ）を有し、該出力介在部に、上記第１半導体モジュールの上記出力端子と上記第２半導体モジュールの上記出力端子との双方が接続されており、
    上記積層方向に隣り合う上記半導体モジュールの間の複数の空間として、上記突出方向から見て、上記正極バスバー、上記負極バスバー及び上記出力バスバーのすべてが重なる空間と、上記正極バスバー、上記負極バスバー及び上記出力バスバーのいずれもが重ならない空間とが、交互に並んでいる、電力変換装置。
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