JP6432378B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

下記特許文献１には、従来技術として、半導体スイッチング素子を配線導体、直流導体及び交流導体で相互に接続してなる逆変換器（電力変換装置）が記載されている（図２参照）。

特開２０１１−２１１７８４号公報

上記従来技術のような電力変換装置では、部品実装に際して、配線導体、直流導体及び交流導体のような金属板（一般にバスバーという。）が半導体スイッチング素子を相互接続するための接続導体として用いられるが、一般にバスバーの個数は少なく、配線長が短い方が好ましい。すなわち、バスバーの個数が増加すると接続ポイントの個数が増加して接続（接触）抵抗が増加し、損失が増加する。バスバーの配線長が長いと、半導体スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦ時のサージ電圧が増加する。したがって、接続導体の個数の削減と配線長の短縮は、電力変換装置の部品実装上、極めて重要な技術課題である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、接続導体の個数を削減すると共に、配線長を短くする、ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、複数の半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子において電力を入出力する一対の入出力端に各々接続される複数対の電力端子とが少なくとも設けられ、各対の電力端子が第１方向に並列あるいは直列に配置され、載置面に設置された一対のスイッチングモジュールと、電力端子の一部に接続され、当該一部に直流電力を供給あるいは一部から出力される直流電力を外部に供給する一対の第１接続導体と、電力端子の残りに接続され、変換電力を外部に供給あるいは外部から一部の残りに外部電力を供給する一対の第２接続導体とを備える電力変換装置であって、一対の第１接続導体は、一対のスイッチングモジュール間において、載置面に直交する姿勢であると共に第１方向に延在し、さらに当該第１方向に交差する方向に延出することにより一部に接続され、一対のスイッチングモジュールは、第１方向に並列あるいは直列に配置される各対の電力端子が互いに平行となると共に、第１方向に相互にずれて配置される、という手段を採用する。

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、一対の第１接続導体に挟まれる絶縁体をさらに備える、という手段を採用する。

本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、絶縁体に固定され、一端が一対の第１接続導体の一方に接続され、他端が一対の第１接続導体の他方に接続されるコンデンサをさらに備える、という手段を採用する。

本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、変換電力を供給する電動機の相数に応じた個数を備える、という手段を採用する。

本発明では、第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、半導体スイッチング素子は、１あるいは複数のトランジスタ及び１あるいは複数のダイオードであり、電動機は、スイッチトリラクタンスモータである、という手段を採用する。

本発明によれば、一対の第１接続導体が、一対のスイッチングモジュール間において、載置面に直交する姿勢であると共に第１方向に延在し、さらに当該第１方向に交差する方向に延出するものであったとしても、一対のスイッチングモジュールが、第１方向に並列あるいは直列に配置される各対の電力端子が互いに平行となると共に、第１方向に相互にずれて配置されることによって、１対の第１接続導体だけを用いて電力端子の一部を相互に接続できる。これにより、本発明によれば、接続導体の個数を削減できるので、接続導体と端子との接続ポイントの個数を削減し、接続（接触）抵抗を減少することができる。また、本発明によれば、接続導体の配線長を短くできるので、スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦ時のサージ電圧を減少することできる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の要部部品配置図（ａ）、第１パワーモジュールの回路図（ｂ）及び第２パワーモジュールの回路図（ｃ）である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の要部部品の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の回路図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の要部部品配置図（ａ）及びパワーモジュールの回路図（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
初めに第１実施形態について説明する。本第１実施形態に係る電力変換装置Ａは、図１及び図２に示すように、第１パワーモジュールＰＭ１（スイッチングモジュール）、第２パワーモジュールＰＭ２（スイッチングモジュール）、２対のバスバー（第１バスバーＢ１、第２バスバーＢ２、第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４）、絶縁板Ｚ（絶縁体）及び複数の平滑コンデンサＨＣを備える。なお、この図１（ａ）では、２つのパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２）を作動させるための制御信号（スイッチング信号）を２つのパワーモジュールに供給するためのバスバー（制御系バスバー）については、便宜上割愛している。

第１パワーモジュールＰＭ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、スイッチングレグＬＧ１及び３対の接続端子（一対の第１電力端子Ｔ１、一対の第２電力端子Ｔ２及び一対の第３電力端子Ｔ３）を備える。なお、図１（ｂ）では、第１電力端子Ｔ１、第２電力端子Ｔ２及び第３電力端子Ｔ３として、図１（ａ）に示すそれぞれ１対の端子を便宜的に１つにまとめて描いている。

スイッチングレグＬＧ１は、２つの半導体スイッチング素子（トランジスタＱ１及びダイオードＤ１）を備える。なお、トランジスタＱ１は、図１に回路記号として示すように、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。また、トランジスタＱ１は、ＩＧＢＴ以外のバイポーラトランジスタあるいはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等であってもよい。

トランジスタＱ１は、コレクタ端子が第１電力端子Ｔ１に接続され、一方エミッタ端子がダイオードＤ１のカソード端子に接続される。ダイオードＤ１は、アノード端子が第２電力端子Ｔ２に接続され、一方カソード端子がトランジスタＱ１のエミッタ端子に接続される。なお、上記トランジスタＱ１における一対の入出力端は、エミッタ端子及びコレクタ端子である。また、ダイオードＤ１における一対の入出力端は、アノード端子及びカソード端子である。

３対の接続端子のうち、一対の第１電力端子Ｔ１は、トランジスタＱ１のコレクタ端子にそれぞれ接続される。また、一対の第２電力端子Ｔ２は、ダイオードＤ１のアノード端子にそれぞれ接続される。一対の第３電力端子Ｔ３は、トランジスタＱ１のエミッタ端子とダイオードＤ１のカソード端子との接続点にそれぞれ接続される。

また、一対の第１電力端子Ｔ１と、一対の第２電力端子Ｔ２と、一対の第３電力端子Ｔ３、つまり、３対の電力端子は、図１（ａ）に示すように、正面視で略長方形の外形形状を有する第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の縦方向（第１方向）に直列配置されている。ここで、一対の第１電力端子Ｔ１と、一対の第２電力端子Ｔ２とは、図１（ａ）に示すように、縦方向において交互に配置される。例えば、図１（ａ）に示すように、縦方向の下側に向かって、一方の第２電力端子Ｔ２、一方の第１電力端子Ｔ１、他方の第２電力端子Ｔ２、他方の第１電力端子Ｔ１という順番で配置される。さらに、下側には、一対の第３電力端子Ｔ３が縦方向に配置される。

一方、第２パワーモジュールＰＭ２は、図１（ｃ）に示すように、スイッチングレグＬＧ２及び３対の電力端子（一対の第１電力端子Ｔ２１、一対の第２電力端子Ｔ２２及び一対の第３電力端子Ｔ２３）を備える。なお、図１（ｃ）では、第１電力端子Ｔ２１、第２電力端子Ｔ２２及び第３電力端子Ｔ２３として、図１（ａ）に示すそれぞれ１対の端子を便宜的に１つにまとめて描いている。

スイッチングレグＬＧ２は、２つの半導体スイッチング素子（トランジスタＱ２及びダイオードＤ２）を備える。なお、トランジスタＱ２は、図１に回路記号として示すように、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。また、トランジスタＱ２は、ＩＧＢＴ以外のバイポーラトランジスタあるいはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等であってもよい。

トランジスタＱ２は、コレクタ端子がダイオードＤ２のアノード端子に接続され、一方エミッタ端子が第２電力端子Ｔ２２に接続されている。ダイオードＤ２は、カソード端子が第１電力端子Ｔ２１に接続されている。上記トランジスタＱ２における一対の入出力端は、エミッタ端子及びコレクタ端子である。また、ダイオードＤ２における一対の入出力端は、アノード端子及びカソード端子である。

３対の接続端子のうち、一対の第１電力端子Ｔ２１は、ダイオードＤ２のカソード端子にそれぞれ接続される。また、一対の第２電力端子Ｔ２２は、トランジスタＱ２のエミッタ端子にそれぞれ接続される。一対の第３電力端子Ｔ２３は、トランジスタＱ２のコレクタ端子とダイオードＤ２のアノード端子との接続点にそれぞれ接続される。

また、一対の第１電力端子Ｔ２１、一対の第２電力端子Ｔ２２及び一対の第３電力端子Ｔ２３、つまり、３対の電力端子は、図１（ａ）に示すように、上述した縦方向（第１方向）に直列配置されている。ここで、一対の第１電力端子Ｔ２１と、一対の第２電力端子Ｔ２２とは、図１（ａ）に示すように、縦方向において交互に配置される。例えば、図１（ａ）に示すように、縦方向の下側に向かって、一方の第２電力端子Ｔ２２、一方の第１電力端子Ｔ２１、他方の第２電力端子Ｔ２２、他方の第１電力端子Ｔ２１という順番で配置される。さらに、下側には、一対の第３電力端子Ｔ２３が縦方向に配置されている。

このような２つのパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２）は、載置面Ｋ１上において、縦方向（第１方向）に一列に配列される３対の電力端子が互いに平行となると共に、縦方向に相互にずれて配置される。なお、上記載置面Ｋ１は、例えば放熱部品であるヒートシンクＫの一面（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の取付面）である。

一方、このような一対のパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２）に接続される二対のバスバー（第１バスバーＢ１、第２バスバーＢ２、第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４）のうち、第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２は、一方の対を構成する第１接続導体であり、一対のパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２）に直流電力を供給する直流電力入力用バスバーである。また、第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４は、他方の対を構成する第２接続導体であり、一対のパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２）から出力される変換電力を外部の負荷に供給する変換電力出力用バスバーである。

このような２対のバスバー（第１バスバーＢ１、第２バスバーＢ２、第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４）は、所望に形状設定された導電板（例えば銅板）を必要に応じて折り曲げた接続導体である。これら２対のバスバー（第１バスバーＢ１、第２バスバーＢ２、第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４）のうち、第１バスバーＢ１は、図１（ａ）に示すように、第１パワーモジュールＰＭ１の第１電力端子Ｔ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の第１電力端子Ｔ２１に接続されている。一方、第２バスバーＢ２は、第１パワーモジュールＰＭ１の第２電力端子Ｔ２及び第２パワーモジュールＰＭ２の第２電力端子Ｔ２２に接続されている。

すなわち、一方の対を構成する第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２は、第１パワーモジュールＰＭ１と第２パワーモジュールＰＭ２との間において、載置面Ｋ１に直交する姿勢であると共に縦方向（第１方向）に延在し、さらに縦方向に交差する方向に延出することにより第１電力端子Ｔ１，Ｔ２１あるいは第２電力端子Ｔ２，Ｔ２２に接続される。また、第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２は、図１（ａ）に示すように、第１パワーモジュールＰＭ１と第２パワーモジュールＰＭ２との間において、当該第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の高さより若干高い位置に設けられる。このような第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２は、各々に一方の面が絶縁板Ｚを挟んで対向すると共に当該対向面が上記載置面Ｋ１に直交する状態、かつ、上記縦方向に延在する主部（第１主部ｂ１１及び第２主部ｂ２１）を備える。

つまり、第１主部ｂ１１は、上記縦方向（第１方向）に延在すると共に、直列に配置された第１電力端子Ｔ１及び第２電力端子Ｔ２と、第１電力端子Ｔ２１及び第２電力端子Ｔ２２との間において、第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の高さより若干高い位置に配置される。また、第２主部ｂ２１も、同様に直列に配置された第１電力端子Ｔ１及び第２電力端子Ｔ２と、第１電力端子Ｔ２１及び第２電力端子Ｔ２２との間において、第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２の高さより若干高い位置に配置される。

このような第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２における第１主部ｂ１１及び第２主部ｂ２１は、絶縁板Ｚを挟んで対向することによって寄生静電容量を呈する。すなわち、第１主部ｂ１１、第２主部ｂ２１及び絶縁板Ｚは、寄生コンデンサを構成する。また、第１主部ｂ１１、第２主部ｂ２１及び絶縁板Ｚには、上記寄生コンデンサを補完する所定の静電容量を有するフィルムコンデンサからなる平滑コンデンサＨＣが設けられている。なお、第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１は、後述する直流電源Ｅの正極に接続され、第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１は、上記直流電源Ｅの負極に接続されている。

また、このような第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２のうち、第１バスバーＢ１は、図１（ａ）に示すように、上記第１主部ｂ１１に連続すると共に上記載置面Ｋ１に平行な４つの第１接続部ｂ１２，ｂ１３，ｂ１４，ｂ１５を備え、第２バスバーＢ２は、上記第２主部ｂ２１に連続すると共に上記載置面Ｋ１に平行な４つの第２接続部ｂ２２，ｂ２３，ｂ２４，ｂ２５を備える。

第１バスバーＢ１において、第１接続部ｂ１２は、第１パワーモジュールＰＭ１の一方の第１電力端子Ｔ１に接続され、また第１接続部ｂ１３は第２パワーモジュールＰＭ２の一方の第１電力端子Ｔ２１に接続され、また第１接続部ｂ１４は第１パワーモジュールＰＭ１の他方の第１電力端子Ｔ１に接続され、また第１接続部ｂ１５は第２パワーモジュールＰＭ２の他方の第１電力端子Ｔ２１に接続されている。

一方、第２バスバーＢ２において、第２接続部ｂ２２は、第１パワーモジュールＰＭ１の一方の第２電力端子Ｔ２に接続され、また第２接続部ｂ２３は第２パワーモジュールＰＭ２の一方の第２電力端子Ｔ２２に接続され、また第２接続部ｂ２４は第１パワーモジュールＰＭ１の他方の第２電力端子Ｔ２に接続され、また第２接続部ｂ２５は第２パワーモジュールＰＭ２の他方の第２電力端子Ｔ２２に接続されている。

また、導電板を例えば９０°折り曲げることによって第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１と第１接続部ｂ１２，ｂ１３，ｂ１４，ｂ１５とが、また第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１と第２接続部ｂ２２，ｂ２３，ｂ２４，ｂ２５とが９０°異なる姿勢で形成されている。第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２は、このように形成された第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２によって接続されるために、縦方向における位置ずれ（配置オフセット）している。

すなわち、上記配置オフセットを設けない場合には、第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１の延在方向（縦方向）において、第１バスバーＢ１の第１接続部ｂ１２と第１接続部ｂ１３とが、あるいは第１接続部ｂ１４と第１接続部ｂ１５とが同一位置になるので、導電板の折り曲げ加工に依って第１バスバーＢ１を実現することができないという問題が生じる。また、同様に、第２バスバーＢ２の第２接続部ｂ２２と第２接続部ｂ２３、あるいは第２接続部ｂ２４と第２接続部ｂ２５が同一位置になるので、導電板の折り曲げ加工に依って第２バスバーＢ２を実現することができないという問題が生じる。

また、他方の対を構成する第３バスバーＢ３及び第４バスバーＢ４のうち、第３バスバーＢ３は、図１（ａ）に示すように、第１パワーモジュールＰＭ１の第３電力端子Ｔ３に接続されている。また、第３バスバーＢ３は、他端が後述する電動機のステータコイルの一端に接続されている。一方、第４バスバーＢ４は、図１（ａ）に示すように、第２パワーモジュールＰＭ２の第３電力端子Ｔ２３に接続されている。また、第４バスバーＢ４は、他端が後述する電動機のステータコイルの他端に接続されている。

絶縁板Ｚは、所定の絶縁物質からなる板状部材であり、第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１及び第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１各々によって挟み込まれ、上記載置面Ｋ１に直交する状態となっている。このような絶縁板Ｚは、第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１及び第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１によって挟み込まれることで、寄生静電容量を呈する。すなわち、第１主部ｂ１１、第２主部ｂ２１及び絶縁板Ｚは、寄生コンデンサを構成する。

平滑コンデンサＨＣは、高周波特性に優れたフィルムコンデンサであり、合計８つ設けられている。各平滑コンデンサＨＣは、一端が第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１に接続され、他端が第２バスバーＢ２のに第２主部ｂ２１に接続される。これにより、平滑コンデンサＨＣは、第１パワーモジュールＰＭ１、第２パワーモジュールＰＭ２、第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２で生じる比較的高周波な変動を抑制することができる。なお、図１（ａ）では、図２に示す８つの平滑コンデンサＨＣを、便宜的に、４つの平滑コンデンサＨＣとして描いている。なお、平滑コンデンサＨＣは、４つ設けられているが、本発明はこれに限定されず、いくつであってもよい。

このような電力変換装置Ａは、図３に示すように、例えば３つが直流電源Ｅに対して並列接続され、三相電動機の各相に対応する３つのステータコイルにそれぞれ駆動電流を供給する。第１の電力変換装置Ａｕは、三相電動機のＵ相に対応するＵ相ステータコイルＬｕに駆動電流を供給し、第２の電力変換装置Ａｖは、三相電動機のＶ相に対応するＶ相ステータコイルＬｖに駆動電流を供給し、第３の電力変換装置Ａｗは、三相電動機のＷ相に対応するＷ相ステータコイルＬｗに駆動電流を供給する。

すなわち、電力変換装置Ａは、電動機を駆動する場合の基本ユニットとなる電力変換装置であり、電動機の相数に応じた個数が備えられることによって電動機の駆動が可能な電力変換装置となる。なお、上記三相電動機は、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）である。

また、電力変換装置Ａ（第１の電力変換装置Ａｕ、第２の電力変換装置Ａｖ及び第３の電力変換装置Ａｗ）は、第１パワーモジュールＰＭ１のトランジスタＱ１とダイオードＤ１とによって構成される一方のスイッチングレグＬＧ１と、第２パワーモジュールＰＭ２のトランジスタＱ２とダイオードＤ２とによって構成される一方のスイッチングレグＬＧ２とを備える。なお、図３に示す回路構成は、ＳＲモータ用の駆動回路として周知のものであり、よって動作説明については省略する。なお、図３では、図２に示す８つの平滑コンデンサＨＣを、便宜的に１つにまとめて描いている。

以下に、このように構成された第１実施形態に係る電力変換装置Ａの特徴的な作用効果について説明する。

この電力変換装置Ａでは、第１パワーモジュールＰＭ１の３対の電力端子（一対の第１電力端子Ｔ１、一対の第２電力端子Ｔ２及び一対の第３電力端子Ｔ３）が直列配置され、また、第２パワーモジュールＰＭ２の３対の電力端子（一対の第１電力端子Ｔ２１、一対の第２電力端子Ｔ２２及び一対の第３電力端子Ｔ２３）が直列配置されている。このような第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２は、縦方向（第１方向）に一列に配列される３対の電力端子が互いに平行となると共に、縦方向に相互にずれて配置される。

また、上記第１パワーモジュールＰＭ１の一対の第１電力端子Ｔ１と、第２パワーモジュールＰＭ２の一対の第１電力端子Ｔ２１とは、第１バスバーＢ１を用いて接続される。一方、上記第１パワーモジュールＰＭ１の一対の第２電力端子Ｔ２と、第２パワーモジュールＰＭ２の一対の第２電力端子Ｔ２２とは、第２バスバーＢ２を用いて接続される。

また、上記第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２のうち、第１バスバーＢ１は、図１（ａ）に示すように、縦方向に延在する第１主部ｂ１１と、上記第１主部ｂ１１に連続すると共に上記載置面Ｋ１に平行な４つの第１接続部ｂ１２，ｂ１３，ｂ１４，ｂ１５とを備える。一方、第２バスバーＢ２は、縦方向に延在する第２主部ｂ２１と、上記第２主部ｂ２１に連続すると共に上記載置面Ｋ１に平行な４つの第２接続部ｂ２２，ｂ２３，ｂ２４，ｂ２５とを備える。

この第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２では、導電板を例えば９０°折り曲げることによって第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１と第１接続部ｂ１２，ｂ１３，ｂ１４，ｂ１５とが、また第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１と第２接続部ｂ２２，ｂ２３，ｂ２４，ｂ２５とが９０°異なる姿勢で形成されている。

この結果、第１電力端子Ｔ１、第２電力端子Ｔ２、第１電力端子Ｔ２１及び第２電力端子Ｔ２２に接続される接続導体として、１対の第１接続導体（第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２）を設ければよいので、接続導体（バスバー）の個数を削減することができる。これにより、第１バスバーＢ１と第１電力端子Ｔ１，Ｔ２１との接続ポイントや、第２バスバーＢ２と第２電力端子Ｔ２，Ｔ２２との接続ポイントの個数を削減し、接続（接触）抵抗を減少することができる。また、本実施形態によれば、接続導体の配線長を短くできるので、トランジスタＱ１，Ｑ２のＯＮ/ＯＦＦ時のサージ電圧を減少することできる。

このような電力変換装置Ａに対して、第１パワーモジュールＰＭ１と第２パワーモジュールＰＭ２とが、縦方向（第１方向）にずれて配置されておらず、第１電力端子Ｔ１と第１電力端子Ｔ２１とが対向すると共に、第２電力端子Ｔ２と第２電力端子Ｔ２２とが対向するように配置されていたとする。このような場合、第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１の延在方向（縦方向）において、第１バスバーＢ１の第１接続部ｂ１２と第１接続部ｂ１３とが、あるいは第１接続部ｂ１４と第１接続部ｂ１５とが同一位置になるので、導電板の折り曲げ加工に依って第１バスバーＢ１を実現することができない。また、同様に、第２バスバーＢ２の第２接続部ｂ２２と第２接続部ｂ２３とが、あるいは第２接続部ｂ２４と第２接続部ｂ２５とが同一位置になるので、導電板の折り曲げ加工に依って第２バスバーＢ２を実現することができない。

〔第２実施形態〕
次に、図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の電力変換装置Ｓは、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１実施形態と異なり、第１パワーモジュールＰＭ３を構成するトランジスタＱ３とダイオードＤ３とが第１パワーモジュールＰＭ３内部において接続されず、第３バスバーＢ７によって接続される。また、第２パワーモジュールＰＭ４も、トランジスタＱ４とダイオードＤ４とが第２パワーモジュールＰＭ４内部において接続されず、第４バスバーＢ８によって接続される。

また、第１パワーモジュールＰＭ３では、図４（ａ）に示すように、第１実施形態の第１パワーモジュールＰＭ１と異なり、第１電力端子Ｔ３１及び第２電力端子Ｔ３２と、第３電力端子Ｔ３３及び第４電力端子Ｔ３４とが、正面視で略長方形の外形形状を有する第１パワーモジュールＰＭ３及び第２パワーモジュールＰＭ４の横方向（第２実施形態における第１方向）に並列配置されている。

上記第１電力端子Ｔ３１は、トランジスタＱ３のコレクタ端子に接続される。また、第２電力端子Ｔ３２は、ダイオードＤ３のアノード端子に接続される。また、第３電力端子Ｔ３３は、第１パワーモジュールＰＭ３内部において、トランジスタＱ３のエミッタ端子に接続される。また、第４電力端子Ｔ３４は、第１パワーモジュールＰＭ３内部において、ダイオードＤ３のカソード端子に接続される。

一方、電力変換装置Ｓの第２パワーモジュールＰＭ４は、図４（ａ）に示すように、第１実施形態の第２パワーモジュールＰＭ２と異なり、第１電力端子Ｔ４１及び第２電力端子Ｔ４２と、第３電力端子Ｔ４３及び第４電力端子Ｔ４４とが、図４（ａ）に示すように、上記横方向（第２実施形態における第１方向）に並列配置されている。

上記第１電力端子Ｔ４１は、ダイオードＤ４のカソード端子に接続される。また、第２電力端子Ｔ４２は、トランジスタＱ４のエミッタ端子に接続される。また、第３電力端子Ｔ４３は、第２パワーモジュールＰＭ４内部において、ダイオードＤ４のアノード端子に接続される。また、第４電力端子Ｔ４４は、第２パワーモジュールＰＭ４内部において、トランジスタＱ４のコレクタ端子に接続される。

このような２つのパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ３及び第２パワーモジュールＰＭ４）は、例えば放熱部品であるヒートシンク（図示略）の載置面（平面）上に配置されており、第１電力端子Ｔ３１と第２電力端子Ｔ３２との配列と、第１電力端子Ｔ４１と第２電力端子Ｔ４２との配列とが平行となると共に、上記横方向に相互にずれて配置される。また、２つのパワーモジュール（第１パワーモジュールＰＭ３及び第２パワーモジュールＰＭ４）は、第１電力端子Ｔ３１と第２電力端子Ｔ３２との配列と、第１電力端子Ｔ４１と第２電力端子Ｔ４２との配列とが対向する姿勢関係で配置される。

また、２対のバスバー（第１バスバーＢ５、第２バスバーＢ６、第３バスバーＢ７及び第４バスバーＢ８）のうち、第１バスバーＢ５は、図４（ａ）に示すように、第１パワーモジュールＰＭ３の第１電力端子Ｔ３１及び第２パワーモジュールＰＭ４の第１電力端子Ｔ４１に接続されている。一方、第２バスバーＢ６は、第１パワーモジュールＰＭ３の第２電力端子Ｔ３２及び第２パワーモジュールＰＭ４の第２電力端子Ｔ４２に接続されている。

すなわち、一方の対を構成する第１バスバーＢ５及び第２バスバーＢ６は、第１パワーモジュールＰＭ３と第２パワーモジュールＰＭ４との間において、載置面に直交する姿勢であると共に横方向（第１方向）に延在し、さらに横方向に交差する方向に延出することにより第１電力端子Ｔ３１，Ｔ４１あるいは第２電力端子Ｔ３２，Ｔ４２に接続される。このような第１バスバーＢ５及び第２バスバーＢ６は、各々に一方の面が絶縁板（図示略）を挟んで対向すると共に当該対向面が上記載置面に直交する状態、かつ、上記横方向に延在する主部（第１主部ｂ５１及び第２主部ｂ６１）を備える。

さらに、このような第１バスバーＢ５及び第２バスバーＢ６のうち、第１バスバーＢ５は、図４（ａ）に示すように、上記第１主部ｂ５１に連続すると共に上記載置面に平行な２つの第１接続部ｂ５２，ｂ５３を備える。一方、第２バスバーＢ６は、上記第２主部ｂ６１に連続すると共に上記載置面に平行な２つの第２接続部ｂ６２，ｂ６３を備える。

第１バスバーＢ５において、第１接続部ｂ５２は第１パワーモジュールＰＭ３の一方の第１電力端子Ｔ３１に接続され、また第１接続部ｂ５３は第２パワーモジュールＰＭ４の一方の第１電力端子Ｔ４１に接続される。一方、第２バスバーＢ６において、第２接続部ｂ６２は第１パワーモジュールＰＭ３の第２電力端子Ｔ３２に接続され、また第２接続部ｂ６３は第２パワーモジュールＰＭ４の一方の第２電力端子Ｔ４２に接続される。

また、導電板を例えば９０°折り曲げることによって第１バスバーＢ５の第１主部ｂ５１と第１接続部ｂ５２，ｂ５３とが、また第２バスバーＢ６の第２主部ｂ６１と第２接続部ｂ６２，ｂ６３とが９０°異なる姿勢で形成されている。第１パワーモジュールＰＭ１及び第２パワーモジュールＰＭ２は、このように形成された第１バスバーＢ１及び第２バスバーＢ２によって接続されるために、横方向（第２実施形態における第１方向）における位置ずれ（配置オフセット）している。

この結果、第１電力端子Ｔ３１、第２電力端子Ｔ３２、第１電力端子Ｔ４１及び第２電力端子Ｔ４２に接続される接続導体として、１対の第１接続導体（第１バスバーＢ５及び第２バスバーＢ６）を設ければよいので、接続導体（バスバー）の個数を削減することができる。これにより、第１バスバーＢ５と第１電力端子Ｔ３１，Ｔ４１との接続ポイントや、第２バスバーＢ６と第２電力端子Ｔ３２，Ｔ４２との接続ポイントの個数を削減し、接続（接触）抵抗を減少することができるので、損失が減少する。電流経路が短くなるため、例えばトランジスタＱ３，Ｑ４のＯＮ/ＯＦＦ時のサージ電圧を減少することできる。

一方、上記配置オフセットを設けない場合には、第１バスバーＢ５の第１主部ｂ５１及び第２バスバーＢ６の第２主部ｂ６１の延在方向（横方向）において、第１接続部ｂ５２と第２接続部ｂ６２とが同一位置になると共に、第１接続部ｂ５３と第２接続部ｂ６３とが同一位置になるので、導電板の折り曲げ加工に依って第１バスバーＢ５及び第２バスバーＢ６を実現することができない。

なお、他方の対を構成する第３バスバーＢ７及び第４バスバーＢ８のうち、第３バスバーＢ７は、図４（ａ）に示すように、第１パワーモジュールＰＭ３の第３電力端子Ｔ３３及び第４電力端子Ｔ３４に接続されている。また、第３バスバーＢ７は、他端が電動機のステータコイルの一端に接続されている。一方、第４バスバーＢ８は、図４（ａ）に示すように、第２パワーモジュールＰＭ４の第３電力端子Ｔ４３及び第４電力端子Ｔ４４に接続されている。また、第４バスバーＢ８は、他端が電動機のステータコイルの他端に接続されている。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、トランジスタ及びダイオードを１つずつ収容する第１パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ３及び第２パワーモジュールＰＭ２，ＰＭ４を用いたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば２つ以上のトランジスタと２つ以上のダイオードＤを収容する形態のパワーモジュールにも適用可能である。

（２）上記各実施形態では、一方の対を構成する第１バスバーＢ１の第１主部ｂ１１と第２バスバーＢ２の第２主部ｂ２１（あるいは第１バスバーＢ５の第１主部ｂ５１と第２バスバーＢ６の第２主部ｂ６１）との間に絶縁板Ｚを挟むことにより寄生コンデンサを構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、絶縁板Ｚを挟むこと無く、第１主部ｂ１１と第２主部ｂ２１との間に所定の静電容量を有するフィルムコンデンサ（電子部品）のみを設けてもよい。

（３）上記各実施形態では、本発明を三相のＳＲモータ（電動機）の駆動回路に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ＳＲモータ以外の形態の電動機に適用することが可能である。

（４）上記各実施形態では、本発明を三相のＳＲモータ（電動機）の駆動回路に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば直流電源Ｅを２次電池とし、また第２接続導体を介することにより上記電動機から回生する回生電力あるいは発電機が発生する発電電力を外部電力として取り込むことにより直流電源Ｅ（２次電池）を充電する電力変換装置（充電回路）にも適用可能である。

Ａ 電力変換装置
ＰＭ１ 第１パワーモジュール（スイッチングモジュール）
ＰＭ２ 第２パワーモジュール（スイッチングモジュール）
Ｂ１ 第１バスバー（第１接続導体）
Ｂ２ 第２バスバー（第１接続導体）
Ｂ３ 第３バスバー（第２接続導体）
Ｂ４ 第４バスバー（第２接続導体）
Ｚ 絶縁板（絶縁体）
ＨＣ 平滑コンデンサ
ＬＧ１ スイッチングレグ
Ｔ１ 第１電力端子
Ｔ２ 第２電力端子
Ｔ３ 第３電力端子
Ｑ１ トランジスタ
Ｄ１ ダイオード
ＬＧ２ スイッチングレグ
Ｔ２１ 第１電力端子
Ｔ２２ 第２電力端子
Ｔ２３ 第３電力端子
Ｑ２ トランジスタ
Ｄ２ ダイオード
ｂ１１ 第１主部
ｂ２１ 第２主部
Ｋ１ 載置面
Ｋ ヒートシンク
ｂ１２，ｂ１３，ｂ１４，ｂ１５ 第１接続部
ｂ２２，ｂ２３，ｂ２４，ｂ２５ 第２接続部
Ａｕ 第１の電力変換装置
Ａｖ 第２の電力変換装置
Ａｗ 第３の電力変換装置
Ｌｕ Ｕ相ステータコイル
Ｌｖ Ｖ相ステータコイル
Ｌｗ Ｗ相ステータコイル

Claims (5)

1. 複数の半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子において電力を入出力する一対の入出力端に各々接続される複数対の電力端子とが少なくとも設けられ、各対の前記電力端子が第１方向に並列あるいは直列に配置され、載置面に設置された一対のスイッチングモジュールと、
   前記電力端子の一部に接続され、当該一部に直流電力を供給あるいは前記一部から出力される直流電力を外部に供給する一対の第１接続導体と、
   前記電力端子の残りに接続され、変換電力を外部に供給あるいは外部から前記一部の残りに外部電力を供給する一対の第２接続導体と
   を備える電力変換装置であって、
   前記一対の第１接続導体は、前記一対のスイッチングモジュール間において、前記載置面に直交する姿勢であると共に前記第１方向に延在し、さらに当該第１方向に交差する方向に延出することにより前記一部に接続され、
   前記一対のスイッチングモジュールは、前記第１方向に並列あるいは直列に配置される各対の前記電力端子が互いに平行となると共に、第１方向に相互にずれて配置されることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記一対の第１接続導体に挟まれる絶縁体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記絶縁体に固定され、一端が前記一対の第１接続導体の一方に接続され、他端が前記一対の第１接続導体の他方に接続されるコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記変換電力を供給する電動機の相数に応じた個数を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記半導体スイッチング素子は、１あるいは複数のトランジスタ及び１あるいは複数のダイオードであり、
   前記電動機は、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。

Images