JP5451994B2

JP5451994B2 - 電力変換装置の導体配置構造

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Publication number: JP5451994B2
Application number: JP2008196408A
Authority: JP
Inventors: 学黒川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010035369A

Description

この発明は、電力変換装置の導体配置構造に関する。

例えば、電力変換装置は直流電力と三相交流電力を相互に変換可能するいわゆるインバータであり、モータとバッテリとの間に接続されている。電力変換装置には、各パワー半導体素子に接続されモータやバッテリに接続されるバスバーを備えている。
特開２００５−２３６１０８号公報

前述した従来の電力変換装置にあっては、各バスバーを流れる電流が比較的大きい場合にバスバーを流れる際に生ずる磁界が無視できないものとなるため、電流の流れる方向が逆であるバスバー、例えば、パワー半導体素子の正極側と負極側に接続されたバスバーを互いに平行に近接配置してインダクタンスの低減を図るようにしているが、一つのパワー半導体素子の正極側と負極側とのバスバーにおいてのみインダクタンスの低減がなされるに過ぎないため、インバータ全体でのインダクタンス低減には十分でなかった。

そこで、この発明は、電力変換装置全体としてインダクタンスを効果的に低減できる電力変換装置の導体配置構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、直流電源（例えば、実施形態におけるバッテリ３）の正極側に接続される正極側入力端子（例えば、実施形態における取付端子２０ｔ）と、前記直流電源の負極側に接続される負極側入力端子（例えば、実施形態における取付端子２１ｔ）と、三相交流電力を出力する交流出力端子（例えば、実施形態における取付端子２２ｔ）と、正極側パワー半導体素子（例えば、実施形態におけるハイ側Ｕ相トランジスタＵＨ）と、負極側パワー半導体素子（例えば、実施形態におけるロー側Ｕ相トランジスタＵＬ）とを備え、前記正極側入力端子と前記正極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との間に電気的に接続される第１の導体（例えば、実施形態におけるＰｏｕｔバスバー２０）と、前記交流出力端子と前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部及び前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との間に電気的に接続される第２の導体（例えば、実施形態におけるＯｕｔバスＵ２２）と、前記負極側入力端子と前記負極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との間に電気的に接続される第３の導体（例えば、実施形態におけるＮバスバー２１）とを備え、前記第２の導体の前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との接続部（例えば、実施形態における素子接続部５２）と、前記第２の導体の負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との接続部（例えば、実施形態における素子接続部５１）とを離間して配置し前記三相の内の一相を出力する電力変換器（例えば、実施形態におけるインバータ５の一部）を構成し、前記第１の導体又は前記第３の導体を前記第２の導体との間で磁界の影響を相互に受ける近接した位置に平行に配置し、前記正極側入力端子又は前記負極側入力端子と前記交流出力端子との間に前記三相の他の電力変換器の入力端子又は出力端子を配置し、前記第１の導体と前記第２の導体と前記第３の導体とを各々縦壁部（例えば、実施形態における縦壁６０，縦壁部５０，縦壁７０、縦壁８０，縦壁部５０，縦壁７０）を介して前記正極側入力端子と前記交流出力端子と前記負極側入力端子とに接続したことを特徴とする。
このように構成することで、前記第２の導体の前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との接続部と前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との接続部とを離間して配置して、正極側パワー半導体素子に生ずる磁界と、負極側パワー半導体素子回りに生ずる磁界との干渉を防止しつつ、前記第１の導体又は前記第３の導体を前記第２の導体との間で磁界の影響を相互に受ける近接した位置に平行に配置してインダクタンスを低減し、離間して配置された前記第２の導体の前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との接続部と前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との接続部との間に三相のうちの他の相の電力変換器の入力端子又は出力端子を組み込んで配置することができる。

請求項１に記載した発明によれば、インダクタンス成分をできる限り小さくしてサージ電圧を抑制でき、したがって、パワー半導体素子のスイッチング速度を落とす必要が無くなり、スイッチング損失を低減することができる効果がある。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１を含む回路の概略構成を示している。このハイブリッド車両はエンジン（図示せず）と、エンジンの機械的出力により駆動されると共にエンジンを駆動補助するモータジェネレータ（ＭＯＴ−ＧＥＮ）２と、モータジェネレータ２の発電出力により充電される高圧系のバッテリ（ＢＡＴ）３とを備えている。モータジェネレータ２はバッテリ３の放電出力を用いてエンジンを駆動補助する。

パワーコントロールユニット１は、バッテリ３から供給される電力により昇圧回路として機能するコンバータ（ＤＣ／ＤＣＣＯＮＶ）７を介してモータジェネレータ２を駆動すると共にモータジェネレータ２を回生作動させた際の電力を降圧回路として機能するコンバータ７を介してバッテリ３に供給するインバータ（ＰＤＵ）５を備えている。
インバータ５は、制御基板（ＥＣＵ）８からの制御指令によりゲートドライブ基板（ＧＤＣＢ）９を介して駆動制御される。

インバータ５は、例えば、トランジスタのスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路５ａと平滑コンデンサ５ｂとを具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、このインバータ５にはモータジェネレータ２とコンバータ７が接続されている。

インバータ５は、各相毎に対をなすハイ側，ロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬ及びハイ側，ロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬ及びハイ側，ロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬをブリッジ接続してなるブリッジ回路５ａと、平滑コンデンサ５ｂとを備えている。各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはコンバータ７の正極側端子Ｐｔに接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはコンバータ７の負極側端子Ｎｔに接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬ及びＶＨ，ＶＬ及びＷＨ，ＷＬはコンバータ７に対して直列に接続されている。トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ電極間（以下、単にコレクタ、エミッタという）には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが各々接続されている。

ここで、コンバータ７からインバータ５のトランジスタＷＨ間のバスがＰＯｕｔバスバー２０として構成されている。また、コンバータ７からインバータ５のトランジスタＷＬ間のバスがＮバスバー２１として構成されている。
また、インバータ５からモータジェネレータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続される３本のバスがＯｕｔバスＵ２２、ＯｕｔバスＶ２３、ＯｕｔバスＷ２４を構成している。

図２に示すのはパワーモジュール３０であって、図１に示すパワーコントロールユニット１の一部を構成するインバータ５のハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとをユニット化したものである。尚、インバータ５のＶ相、Ｗ相のハイ側とロー側トランジスタをユニット化したパワーモジュールについても同様の構成であるので図１に同様の符号「３０」を付して説明は省略する。

パワーモジュール３０はヒートシンク３１を備えた半導体装置であるハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとを樹脂材料にて一体的に把持する半導体ユニット３２を備えている。半導体ユニット３２は樹脂モールド部３３とヒートシンク３１とで構成されている。樹脂モールド部３３はヒートシンク３１を把持する樹脂ケース３４とこの樹脂ケース３４内にポッティングにより樹脂が充填されたポッティング部３５とで一体構成されている。
樹脂ケース３４には図２において左側から取付端子２２ｔ，２１ｔ，２０ｔが露出しており、この取付端子２２ｔ，２１ｔ，２０ｔは各々ＯｕｔバスＵ２２、Ｎバスバー２１、ＰＯｕｔバスバー２０の外部接続用の端子である。尚、１９は取付端子２２ｔ，２１ｔ，２０ｔの孔を示している。
パワーモジュール３０は、樹脂ケース３４の下側から流路ケース４１が四隅に設けた取付孔２９にボルトを挿通して固定されている。
流路ケース４１は樹脂ケース３４の下側に空間部を形成しヒートシンク３１のフィン４０を収容して冷媒の流路を形成している。冷媒の流路には、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬの配置方向に沿って流れる冷媒の入口ポート４３と出口ポート４４が流路ケース４１の壁部に接続されている。

図３（ａ）は半導体ユニット３２に樹脂モールドされたＯｕｔバスＵ（Ｏ）２２、Ｎバスバー（Ｎ）２１、ＰＯｕｔバスバー（Ｐ）２０の配置を示したものである。図３（ａ）において前側をＦＲ、左側をＬで示す。
同図において、ＯｕｔバスＵ２２はハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとの配置位置に跨るように縦向きに設けた縦壁部５０を備えている。この縦壁部５０の両端部の下縁には水平に延びる左側の素子接続部５１と右側の素子接続部５２が前側に設けられている。左側の素子接続部５１はロー側Ｕ相トランジスタＵＬの下面であるコレクタ側に接続され、右側の素子接続部５２はハイ側Ｕ相トランジスタＵＨの上面であるエミッタ側に接続されている。
尚、両素子接続部５１，５２はダイオードＤＵＨ、ＤＵＬにも接続されるため前側に向かって延びる比較的長い部分である。
ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の左側の端部上縁には、取付端子（Ｏ）２２ｔが素子接続部５１とは逆に後側に向かって水平に設けられている。

ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の右側の端部の後側には、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に近接してＰＯｕｔバスバー２０の縦壁６０が配置されている。ＰＯｕｔバスバー２０の縦壁６０の上縁には後側に向かって水平に取付端子（Ｐ）２０ｔが設けられ、ＰＯｕｔバスバー２０の縦壁６０の下縁には前側に向かってＯｕｔバスＵ２２の素子接続部５２に対向して下側に素子接続部６２が設けられ、両素子接続部５２，６２間にハイ側Ｕ相トランジスタＵＨがエミッタ側を上にして接続されるようになっている。
そして、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の略中央部の前側には、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に近接してＮバスバー２１の縦壁７０が配置されている。Ｎバスバー２１の縦壁７０の上縁には後側に向かって水平に取付端子（Ｎ）２１ｔが設けられている。Ｎバスバー２１の縦壁７０の側縁はＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に沿って縦壁部５０の左側の端部に向かって延びており、Ｎバスバー２１の縦壁７０の左側の端部の下縁にはＯｕｔバスＵ２２の素子接続部５１に対向して上側に素子接続部７１が設けられ、両素子接続部５１，７１間にロー側Ｕ相トランジスタＵＬがエミッタ側を上にして接続されるようになっている。つまり、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０とＮバスバー２１の縦壁７０とが左右方向である程度幅があり相互に磁界の影響を受けるように平行に近接した重合部Ｚを有していることとなる。

ここで、図３（ａ）において矢印で示しているのは、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬをスイッチングさせる際のあるタイミングにおいて、電流の増加傾向を矢印で示したものである。つまり矢印で示す方向への電流が増加する方向にあるため矢印の方向を軸として右向きの磁界が生ずることとなる。そのため、図３（ｂ）で示すように、スイッチングの前後でＰ側では電流は上方向に増加し、Ｎ側でも電流は上方向に増加している。よって、電流が増加する方向（矢印の方向）が逆となる図３（ａ）の重合部Ｚでは磁界は打ち消し合うことになる。尚、図３（ｂ）においてＰはＰＯｕｔバスバー２０の取付端子２０ｔ、ＮはＮバスバー２１の取付端子２１ｔを示している。

上記実施形態によれば、図３（ａ）に示すようにＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０とＮバスバー２１の縦壁７０とが左右方向である程度幅があり相互に磁界の影響を受けるように近接した重合部Ｚを形成しているため、この重合部Ｚ（Ｙの部分）において相互誘導により相互インダクタンスが発生し、全インダクタンスの低減が可能となる。
また、このように重合部Ｚはその形成長さを長く（左右方位に）しても、相互インダクタンスを発生させることで全インダクタンスが増加されにくいため、図３（ａ）におけるＮバスバー２１とＯｕｔバスＵ２２の素子接続部７１，５１に生ずる磁界Ａ，Ｂと、ＯｕｔバスＵ２２とＰＯｕｔバスバー２０の素子接続部５２，６２に生ずる磁界Ｃ，Ｄとの間の距離Ｘをできるだけ離すことができる。よって、磁界Ａと磁界Ｄ、磁界Ｂと磁界Ｃが近く互いに影響しあい磁界を強め合うのを防止できる。したがって、その分だけ低インダクタンス化が可能となる。よって、インダクタンス成分が小さい分だけサージ電圧も小さくなり、スイッチング速度を高めることができる。その結果、スイッチング損失を少なく抑えることができる。

図９〜図１４に基づいて、図３（ａ）において説明した重合部Ｚを設けることでこの相互誘導により相互インダクタンスを発生させ低インダクタンス化を図ることができる原理について説明する。尚、ＰはＰＯｕｔバスバー２０の取付端子２０ｔ、ＯはＯｕｔバスＵ２２の取付端子２２ｔ、ＮはＮバスバー２１の取付端子２１ｔを示し、電流Ｉの正負はＯ側に向かうのが正、逆が負とする。尚、以下、単に端子Ｎ、端子Ｏ、端子Ｐという場合もある。
図９、図１２〜図１４はハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬの配置部位におけるスイッチング直後の電流がどちら側に増加する傾向にあるかを矢印で示したものである。

図９に示すように、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨに正の向き（ハイ側では端子Ｏに向かうのが正）の電流Ｉが流れ、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬがオフの状態で、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨがターンオフすると、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨ側では当初矢印で示した電流が傾きを持って少なくなってゆき最終的にゼロになる（図１０参照）。そのため、相対的にはハイ側Ｕ相トランジスタＵＨに下から上向きに電流ｉが増加することになるためハイ側Ｕ相トランジスタＵＨには図で右向きの磁界が生ずる。
また、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬ側では、ハイ側での電流Ｉが傾きを持って減少するのに対応して、次のスイッチング動作により負の向きの電流Ｉ（ロー側では端子Ｏに向かうのが負）がロー側Ｕ相トランジスタＵＬのダイオードＤＵＬに流れようとするため初めはゼロであった電流ｉがマイナス方向に増加する傾向が生じ（図１１参照）、相対的にはロー側Ｕ相トランジスタＵＬに下から上向きに電流ｉが増加する。そのためロー側Ｕ相トランジスタＵＬには図で右向きの磁界が生ずる。よって、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとでは共に同じ上向きの電流ｉが増加する傾向が生ずるのである。尚、図１０、図１１において縦軸は電流ｉ、横軸は時間ｔを示す。

次に、図１２に示すように、オフとなっているロー側Ｕ相トランジスタＵＬのダイオードＤＵＬに負の向きの電流Ｉが流れ、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＬがターンオンすると、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬ側では当初矢印で示した電流が一定の状態から徐々に少なくなってゆき最終的にゼロになる。そのため、相対的にはロー側Ｕ相トランジスタＵＬに上から下向きに電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためロー側Ｕ相トランジスタＵＬには図で左向きの磁界が生ずる。
また、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨ側では、ロー側での電流Ｉが徐々に減少するのに対応して、次のスイッチング動作により正の向きの電流Ｉがハイ側Ｕ相トランジスタＵＨに流れようとするため、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨに上から下向きに電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためハイ側Ｕ相トランジスタＵＨには図で左向きの磁界が生ずる。よって、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとでは共に同じ向きの電流ｉが増加する傾向が生ずるのである。

図１３に示すように、オフとなっているハイ側Ｕ相トランジスタＵＨのダイオードＤＵＨに負の向きの電流Ｉが流れ、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬがターンオンすると、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨ側では当初矢印で示した電流が一定の状態から徐々に少なくなってゆき最終的にゼロになる。そのため、相対的にはハイ側Ｕ相トランジスタＵＨに上から下向きに電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためハイ側Ｕ相トランジスタＵＨには図で左向きの磁界が生ずる。
また、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬ側では、ハイ側での電流Ｉが徐々に減少するのに対応して、次のスイッチング動作により上から下向きの電流Ｉがロー側Ｕ相トランジスタＵＬに流れようとするため電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためロー側Ｕ相トランジスタＵＬには図で左向きの磁界が生ずる。よって、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとでは共に同じ向きの電流ｉが増加する傾向が生ずるのである。

図１４に示すように、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬに正の向きの電流Ｉが流れ、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨがオフの状態で、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬがターンオフすると、ロー側Ｕ相トランジスタＵＬ側では当初矢印で示した電流が一定の状態から徐々に少なくなってゆき最終的にゼロになる。そのため、相対的にはロー側Ｕ相トランジスタＵＬに下から上向きに電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためハイ側Ｕ相トランジスタＵＬには図で右向きの磁界が生ずる。
また、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨ側では、ロー側での電流Ｉが徐々に減少するのに対応して、次のスイッチング動作により負の向きの電流Ｉがハイ側Ｕ相トランジスタＵＨのダイオードＤＵＨに流れようとするため初めはゼロであった電流が下から上向きの電流ｉが増加する傾向が生じ、そのためハイ側Ｕ相トランジスタＵＨには図で右向きの磁界が生ずる。よって、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとでは共に同じ向きの電流ｉが増加する傾向が生ずるのである。

したがって、図９、図１１〜図１４において、全てのスイッチングパターンでハイ側とロー側での電流の増加（減少）方向は一致するため、端子Ｎ（取付端子２１ｔ）を端子Ｏ（取付端子２２ｔ）と端子Ｐ（取付端子２０ｔ）の間に配置して縦壁７０と縦壁部５０とを近接配置することで、これらの重合部Ｚにおいて、Ｎバスバー２１とＯｕｔバスＵ２２との電流の増加傾向が互いに逆向きとなることを利用し、生ずる磁界が打ち消し合う相互誘導により相互インダクタンスが発生し、全インダクタンスの低減が図れるのである。

図４は図３（ａ）に示したＵ相のパワーモジュールをＶ相、Ｗ相と共に一体化した場合の端子レイアウトを示している。上述したように、重合部Ｚの長さが増加しても、全インダクタンスの増加は少ないため、Ｕ相の端子Ｏｕと端子Ｎｕの間を長く確保して、これら端子Ｏｕと端子Ｎｕの間に他相の端子Ｏｖ，端子Ｏｗを組み込んで配置し、端子Ｎｕ，端子Ｐｕの組の隣に端子Ｎｖ，端子Ｐｖの組、端子Ｎｗ，Ｐｗを組を直列に配置し、各相で前述したと同様に重合部Ｚを設けている。
これによれば、３相全てにおいて、前述したＵ相のパワーモジュール３０の全インダクタンス増加を抑制しているため、全体としてのインダクタンスを抑制した分だけサージ電圧も抑制でき、かつトランジスタ間を短くできるため、全体のサイズを大きくすることなくインダクタンスの抑制が可能となる。

また、図５に示すように一側に端子Ｏｕと距離をおいて端子Ｎ、端子Ｐを配置し、端子Ｏｕと端子Ｎ間に端子Ｏｖ、端子Ｏｗを組み込んで配置し、Ｎ端子に導通する３つの端子Ｎｕ，Ｎｖ、Ｎｗを端子Ｏｕ，Ｏｖ、Ｏｗの他側に配置し、端子Ｐの他側に端子Ｐに導通する端子Ｐｕ，Ｐｖ、Ｐｗを端子Ｐの位置から順に配置してもよい。このようにすることで、全体の配列長さを延ばすことなく各相のＨ側とＬ側との間を広くすることができる。

図６はこの発明の第２実施形態を示している。
前述した実施形態では端子Ｏと端子Ｐとの間に端子Ｎを配置したが、この実施形態では端子Ｏと端子Ｎとの間に端子Ｐを配置したものである。
同図において、ＯｕｔバスＵ２２がハイ側Ｕ相トランジスタＵＨとロー側Ｕ相トランジスタＵＬとの配置位置に跨るように縦向きに設けた縦壁部５０を備え、この縦壁部５０の両端部の下縁には水平に延びる左側の素子接続部５１と右側の素子接続部５２が前側に設けられている。左側の素子接続部５１はロー側Ｕ相トランジスタＵＬの上面であるエミッタ側に接続され、右側の素子接続部５２はハイ側Ｕ相トランジスタＵＨの下面であるコレクタ側に接続されている。
尚、両素子接続部５１，５２はダイオードＤＵＨ、ＤＵＬにも接続されるため前側に向かって延びる比較的長い部分である。
ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の左側の端部上縁には、取付端子（Ｏ）２２ｔが素子接続部５１とは逆に後側に向かって水平に設けられている。

ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の右側の端部の前側には、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に近接してＮバスバー２１の縦壁７０が配置されている。Ｎバスバー２１の縦壁７０の上縁には後側に向かって水平に取付端子（Ｎ）２１ｔが設けられ、Ｎバスバー２１の縦壁７０の下縁には前側に向かってＯｕｔバスＵ２２の素子接続部５２に対向して上側に素子接続部７１が設けられ、両素子接続部５２，７１間にロー側Ｕ相トランジスタＵＬがエミッタ側を上にして接続されるようになっている。
そして、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０の略中央部の後側には、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に近接してＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０が配置されている。ＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０の右側の上縁には後側に向かって水平に取付端子（Ｐ）２０ｔが設けられている。ＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０の側縁はＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０に沿って縦壁部５０の左側の端部に向かって延びており、ＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０の左側の端部の下縁にはＯｕｔバスＵ２２の素子接続部５１に対向して下側に素子接続部８１が設けられ、両素子接続部５１，８１間にハイ側Ｕ相トランジスタＵＨがエミッタ側を上にして接続されるようになっている。
つまり、ＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０とＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０とが左右方向である程度幅があり相互に磁界の影響を受けるように平行に近接した重合部Ｚを有していることとなる。

第２実施形態によれば、図６に示すようにＯｕｔバスＵ２２の縦壁部５０とＰＯｕｔバスバー２０の縦壁８０とが左右方向である程度幅のある重合部Ｚを形成しているため、この重合部Ｚ（Ｙの部分）において相互誘導により相互インダクタンスが発生し、全インダクタンスの低減が可能となる。
また、このように重合部Ｚはその形成長さを長く（左右方位に）しても、相互インダクタンスを発生させることで全インダクタンスが増加することはないため、図６に示すようにＰＯｕｔバスバー２０とＯｕｔバスＵ２２の素子接続部８１，５１に生ずる磁界Ａ，Ｂと、ＯｕｔバスＵ２２とＮバスバー２１の素子接続部５２，６２に生ずる磁界Ｃ，Ｄとの間の距離Ｘをできるだけ離すことができる。よって、磁界Ａと磁界Ｄ、磁界Ｂと磁界Ｃが近く互いに影響しあい磁界を強め合うのを防止できる。したがって、その分だけ低インダクタンス化が可能となる。よって、インダクタンス成分が小さい分だけサージ電圧も小さくなり、スイッチング速度を高めることができる。その結果、スイッチング損失を少なく抑えることができる。
ここで、図６の実施形態においても、３相に適用する場合に図４、５に示したのと同様に他の相の入出力端子を組み込むことでインバータを構成できる。

図７はハイブリッド車両用のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１’を含む回路の概略構成を示している。尚、以下の説明で第１実施形態のインバータ５は第１インバータとして同一の符号「５」を付す。
この実施形態では図１とは異なり、このハイブリッド車両はエンジンの機械的出力により駆動される発電機（ＧＥＮ）２’と、発電機２’の発電出力により充電される高圧系のバッテリ（ＢＡＴ）３と、バッテリ３の放電出力と発電機２’の発電出力の少なくとも一方を用いて駆動輪（図示せず）を駆動するモータ（ＭＯＴ）４を備えたものである。

パワーコントロールユニット１’は、バッテリ３から供給される電力により昇圧回路として機能するコンバータ（ＤＣ／ＤＣＣＯＮＶ）７を介してモータ４を駆動すると共にモータ４を回生作動させた際の電力を降圧回路として機能するコンバータ７を介してバッテリ３に供給する第１インバータ（Ｔｒ／ＭＰＤＵ）５と、発電機２’により発生する電力を降圧回路として機能するコンバータ７を介してバッテリ３に供給し、あるいは発電機２’により発生する電力でモータ４を駆動する第２インバータ（ＧＥＮＰＤＵ）６を備えている点が異なっている。
これらコンバータ７、第１インバータ５及び第２インバータ６は、制御基板（ＥＣＵ）８からの制御指令によりゲートドライブ基板（ＧＤＣＢ）９を介して駆動制御される。

コンバータ７と第１インバータ５との間には第１インバータ５と同様の構成を備えた第２インバータ６が正極側端子Ｐｔと負極側端子Ｎｔに接続され、この第２インバータ６に発電機２’が接続されている。この第２インバータ６は、第１インバータ５と同様に、トランジスタのスイッチング素子を複数用いブリッジ接続してなるブリッジ回路６ａと平滑コンデンサ６ｂとを具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、この第２インバータ６には発電機２’とコンバータ７が接続されている。この第２インバータ６は発電機２’の出力電圧をコンバータ７により降圧してバッテリ３に充電を行ったり、第１インバータ５を経由してモータ４を駆動する。

第２インバータ６の第１インバータ５と同様に、各相毎に対をなすハイ側，ロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬ及びハイ側，ロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬ及びハイ側，ロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬをブリッジ接続してなるブリッジ回路６ａと、平滑コンデンサ６ｂとを備えている。各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはコンバータ７の正極側端子Ｐｔに接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはコンバータ７の負極側端子Ｎｔに接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬ及びＶＨ，ＶＬ及びＷＨ，ＷＬはコンバータ７に対して直列に接続されている。トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが各々接続されている。

ここで、コンバータ７から第１インバータ５のトランジスタＷＨ間のバス及びこれに接続される第１インバータ５（コンバータ７）の正極側端子Ｐｔから第２インバータ６のトランジスタＷＨ間のバスがＰＯｕｔバスバー２０として構成されている。また、コンバータ７から第１インバータ５のトランジスタＷＬ間のバス及びこれに接続される第１インバータ５（コンバータ７）の負極側端子Ｎｔから第２インバータ６のトランジスタＷＬ間のバスがＮバスバー２１として構成されている。

また、第１インバータ５からモータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続される３本のバスがＯｕｔバスＴｒＵ２２、ＯｕｔバスＴｒＶ２３、ＯｕｔバスＴｒＷ２４を構成し、第２インバータ６から発電機２’のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続される３本のバスがＯｕｔバスＧＥＮＵ２５、ＯｕｔバスＧＥＮＶ２６、ＯｕｔバスＧＥＮＷ２７を構成している。

このように２つの第１、第２インバータ５，６を備えた場合であっても、前述したように全インダクタンスを低減することができるバスバーの配置構造を採用することができる。よって、シリーズハイブリッド車両搭載用として用いられるモータ４と発電機２’のそれぞれの第１インバータ５と第２インバータ６を小型化して、かつ低インダクタンス化できる。
図８は図７のパワーコントロールユニット１’に適用されるバスバーの配置構造を示している。同図において、ＯｕｔバスＴｒＵ２２、ＯｕｔバスＴｒＶ２３、ＯｕｔバスＴｒＷ２４の取付端子はそれぞれ、端子Ｏ_１ｕ、端子Ｏ_１ｖ、端子Ｏ_１ｗとし、ＯｕｔバスＧＥＮＵ２５、ＯｕｔバスＧＥＮＶ２６、ＯｕｔバスＧＥＮＷ２７の取付端子はそれぞれ、端子Ｏ_２ｕ、端子Ｏ_２ｖ、端子Ｏ_２ｗとする。同様にＮバスバー２１とＯｕｔバスＵ２２とＰＯｕｔバスバー２０について、Ｎ，Ｏ，Ｐの後に第１インバータ５では添え字「１」を第２インバータでは添え字「２」を付け、続いて対応する相の添え字「ｕ，ｖ，ｗ」を付けて、各取付端子を表した。

図８に示すように、一側に端子Ｏ_１ｕと距離をおいて端子Ｎ、端子Ｐを配置し、端子Ｏ_１ｕと端子Ｎ間に端子Ｏ_１ｖ、端子Ｏ_１ｗを組み込んで配置し、Ｎ端子に導通する３つの端子Ｎ_１ｕ，Ｎ_１ｖ、Ｎ_１ｗを端子Ｏ_１ｕ，Ｏ_１ｖ、Ｏ_１ｗの他側に配置し、端子Ｐの他側に端子Ｐに導通する端子Ｐ_１ｕ，Ｐ_１ｖ、Ｐ_１ｗを端子Ｐの位置から順に端子Ｎから離れるように配置している。また、端子Ｐ１ｕ，Ｐ１ｖ、Ｐ１ｗに連なるようにして、他側側にＮ端子に導通する３つの端子Ｎ_２ｕ，Ｎ_２ｖ、Ｎ_２ｗが配置され、更に、端子Ｎ２ｗに隣接して端子Ｐに導通する端子Ｐ_１ｕ，Ｐ_１ｖ、Ｐ_１ｗが配置されている。ここで、３つの端子Ｎ_２ｕ，Ｎ_２ｖ、Ｎ_２ｗに対応して一側に端子Ｏ_２ｕ，Ｏ_２ｖ、Ｏ_２ｗが配置されている。
このようにすることで、第１インバータ５と第２インバータ６を備えた場合であっても配列長さを長くすることなく各相のＨ側とＬ側との間を広くすることができる。

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ハイブリッド車両を例にしたが、電気自動車の電力変換装置の導体配置構造及び電力変換ユニットに適用できる。

この発明の第１実施形態のパワーコントロールユニットの回路図である。この発明のパワーモジュールの斜視図である。図３（ａ）は第１実施形態のバスバーの配置を示す斜視図、図３（ｂ）はスイッチング前後の電流の増加方向を示す回路図である。第１実施形態の他の態様を示す説明図である。第１実施形態の別の態様を示す説明図である。この発明の第１実施形態のパワーコントロールユニットの回路図である。この発明の第２実施形態のパワーコントロールユニットの回路図である。第２実施形態の図５に相当する平面図である。スイッチングが行われた直後におけるハイ側とロー側との電流の増加傾向を示す説明図である。図９の場合のハイ側の電流の増加傾向を示すグラフ図である。図９の場合のロー側の電流の増加傾向を示すグラフ図である。スイッチングが行われた直後におけるハイ側とロー側との電流の増加傾向を示す説明図である。スイッチングが行われた直後におけるハイ側とロー側との電流の増加傾向を示す説明図である。スイッチングが行われた直後におけるハイ側とロー側との電流の増加傾向を示す説明図である。

符号の説明

１、１’パワーコントロールユニット
２’ 発電機
３バッテリ（直流電源）
４モータ
５インバータ、第１インバータ（電力変換装置）
６第２インバータ（電力変換装置）
２０Ｐｏｕｔバスバー（第１の導体）
２１Ｎバスバー（第３の導体）
２２ＯｕｔバスＵ（第２の導体）
２０ｔ取付端子（正極側入力端子）
２１ｔ取付端子（負極側入力端子）
２２ｔ取付端子（交流出力端子）
５０縦壁部（縦壁部）
５１素子接続部
５２素子接続部
６０縦壁（縦壁部）
７０縦壁（縦壁部）
８０縦壁（縦壁部）
ＵＨハイ側Ｕ相トランジスタ（正極側パワー半導体素子）
ＵＬロー側Ｕ相トランジスタ（負極側パワー半導体素子）

Claims

電力変換装置の導体配置構造において、直流電源の正極側に接続される正極側入力端子と、前記直流電源の負極側に接続される負極側入力端子と、三相交流電力を出力する交流出力端子と、正極側パワー半導体素子と、負極側パワー半導体素子とを備え、前記正極側入力端子と前記正極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との間に電気的に接続される第１の導体と、前記交流出力端子と前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部及び前記負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との間に電気的に接続される第２の導体と、前記負極側入力端子と前記負極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との間に電気的に接続される第３の導体とを備え、前記第２の導体の前記正極側パワー半導体素子のエミッタ電極部との接続部と、前記第２の導体の負極側パワー半導体素子のコレクタ電極部との接続部とを離間して配置し前記三相の内の一相を出力する電力変換器を構成し、前記第１の導体又は前記第３の導体を前記第２の導体との間で磁界の影響を相互に受ける近接した位置に平行に配置し、前記正極側入力端子又は前記負極側入力端子と前記交流出力端子との間に前記三相の他の電力変換器の入力端子又は出力端子を配置し、前記第１の導体と前記第２の導体と前記第３の導体とを各々縦壁部を介して前記正極側入力端子と前記交流出力端子と前記負極側入力端子とに接続したことを特徴とする電力変換装置の導体配置構造。