JP6975564B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車に好適に適用され得る電力変換装置に関する。

電力変換装置は直流電力と交流電力との間で電力を変換する装置である。電力変換装置は、例えば、バッテリの電圧を昇圧又は降圧して得られる直流電源電圧を、板状の導体部材（金属部材）であるバスバーを介してスイッチング回路に供給し、スイッチング回路のスイッチング動作によって交流電圧に変換し、その交流電圧を負荷に供給する。

電力変換装置は、相対的に大きな電力を入出力するものであるため、電気配線として、金属材から成る平板状の複数のバスバーが配策されている。電力変換装置の小型化のため、バスバーは、なるべく近接配置される（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２３６０４４号公報

特許文献１の電力変換装置では、Ｐバスバー１とＮバスバー２とを近接して平行に並置した構成である。近年のスイッチング速度の高速化に伴い、スイッチング源であるＩＧＢＴ等の半導体素子からの電流経路となるバスバーの高周波抵抗が増加し、バスバーのフレームに漏れ電流が流れて電流ノイズが放出されやすくなる。その弊害としてノイズが増加して他の電子機器に影響を与える可能性がある。しかし、バスバー同士を離して並置すると、電力変換装置のサイズが大型化してしまう。また、高速化によりバスバーの抵抗が大きく、浮遊容量による誘導ノイズ耐性も悪化してしまう可能性がある。

本発明は、バスバーを近接配置してもノイズの影響を少なくすることが出来る電力変換装置を提供することを目的とする。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

本発明の電力変換装置の第１の態様では、スイッチング動作を行う第１、第２の半導体素子と、前記第１の半導体素子に電気的に接続される、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーと、前記第２の半導体素子に電気的に接続される、板状の導体部材である低電源側の第２のバスバーと、が絶縁体を介して積層された構造を有する積層バスバーと、を備え、前記積層バスバーは、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの少なくとも一方に屈曲部が設けられることによって、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの間のバスバー間距離が第１の距離である第１の部分と、前記バスバー間距離が、前記第１の距離よりも長い第２の距離である第２の部分と、を有する。

また、第１の態様に従属する第２の態様では、前記屈曲部は、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーの、いずれか一方のみに設けられている。

また、第１の態様に従属する第３の態様では、前記屈曲部は、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーの、両方に設けられている。

また、第１〜３の態様の何れか１の態様に従属する第４の態様では、前記積層バスバーは、前記半導体素子のスイッチング速度が遅い領域及び速い領域のうちの、前記速い領域のみ前記間隔が広くなっている。

本発明の電力変換装置の第１の態様によれば、積層バスバーの第２の部分のバスバー間距離が、第１の部分におけるバスバー間距離よりも長い（言い換えれば、各バスバー間の間隔が大きい）ため、第２の部分の浮遊容量の容量値が小さくなり、積層バスバーの全体が一律に第１の部分で構成される場合（言い換えれば従来構成の場合）に比べて、浮遊容量を介した漏れ電流が減少し、よって、静電誘導ノイズを低減することができる。また、積層バスバーを経由した共振回路を想定した場合、積層バスバーの全体に対応する共振回路（例えばＬＣ共振回路）は、積層バスバーの第１の部分に対応する共振回路（第１の共振回路）と、第２の部分に対応する共振回路（第２の共振回路）との組み合わせとみなすことができ、よって、例えば、第２の部分のバスバー間距離や、第２の部分における、積層バスバーの延在方向における長さ等を適宜、調整することによって、全体の共振回路の特性を調整することが可能となり、例えば、共振周波数の値を放射ノイズが生じにくい周波数帯にシフト（移動）させ、あるいは、２つの共振回路のＱ特性の合成によって全体の共振回路のＱ値（共振の鋭さの指標）を抑制する、あるいは、共振ピーク値を抑制する、といったことができるようになり、よって、ノイズをより抑制（低減）できる、積層バスバーを用いる電力変換装置の提供が可能となる。

また、第１の態様に従属する第２の態様によれば、ノイズをより抑制（低減）できる屈曲部は、第１のバスバーと第２のバスバーの、いずれか一方のみに設けることができる。

また、第１の態様に従属する第３の態様では、ノイズをより抑制（低減）できる屈曲部は、第１のバスバーと第２のバスバーの、両方に設けることができる。

また、第１〜３の態様の何れか１の態様に従属する第４の態様では、スイッチングが速い為ノイズの出やすい高速スイッチング領域側の間隔を広くすることで、高速スイッチング領域側のサージが悪化しないようにすることが出来る。

図１（Ａ）は、電力変換装置の一例の外観を示す斜視図、図１（Ｂ）は、電源端子から引き出される積層バスバーの一態様を示す図、図１（Ｃ）は、＋Ｚ軸方向側から回路基板を透視して見た場合の、２つのインバータ回路、電圧制御ユニット及び各回路の構成要素である半導体素子の配置例を示すレイアウト図である。 図２（Ａ）は、図１の電力変換装置の全体の回路構成例を示す回路図、図２（Ｂ）は、本発明に係る部分を含まない積層バスバーの部分的斜視図、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示される積層バスバーの等価回路図である。 図３（Ａ）は、図１の電力変換装置で採用される、本発明に係る積層バスバーの要部の斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示される積層バスバーの構成及び等価回路を示す図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）の積層バスバーを使用した場合と使用しない場合における、高周波インピーダンスの周波数特性の測定結果を示す図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は各々、積層バスバーに屈曲部を設ける場合の第１、第２の変形例における構造及び等価回路を示す図、図４（Ｃ）〜（Ｈ）は各々、回路基板に実装される回路のレイアウトに対応して屈曲部を形成する位置を変更する、第３〜第８の変形例における構造を示す図である。

以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

（第１の実施形態）
まず、図１（Ａ）を参照する。図１（Ａ）は、電力変換装置の一例としての、ハイブリッド電気自動車用のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）の外観を示す斜視図である。以下、電力変換装置１０をＩＰＭ１０と記載する。

ＩＰＭ１０は、２モータハイブリッドシステムに適用され得るものであり、エンジンからの最適な電力を取り出すためのジェネレータの制御を行う第１のインバータ（図２（Ａ）における符号２２）と、車輪駆動用のモータの制御を行う第２のインバータ（図２における符号２４）と、を備えている（後述）。ＩＰＭ１０は、金属製の冷却部材１２と、パワーモジュールケース１４と、パワーモジュールケース１４の上側（＋Ｚ軸側）に配置される回路基板１６と、を有している。

パワーモジュールケース１４の内部には、スイッチング動作を行う半導体素子と、電源配線としてのＰバスバー（正極側バスバー）及びＮバスバー（負極側バスバー）とが積層されてなる積層バスバーが収納（収容）されている（後述）。なお、Ｐバスバー（正極側バスバー）は、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーということができ、また、Ｎバスバー（負極側バスバー）は、板状の導体部材である低電源側の第２のバスバーということができる。

また、パワーモジュールケース１４は直方体形状（但し、上面は無し）であり、長手方向（Ｘ軸方向）の側面には、上記のジェネレータ用のＵ、Ｖ、Ｗの各相の交流信号（３相交流信号）を出力する交流信号出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１と、上記のモータ用のＵ、Ｖ、Ｗの各相の交流信号（３相交流信号）を出力する交流信号出力端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２と、が設けられている。パワーモジュールケース１４の短手方向（Ｙ軸方向）の、互いに対向する側面の一方には、上記のＰバスバー（正極側バスバー）に電気的に接続される正極電源端子ＶＰ１及びＮバスバー（負極側バスバー）に電気的に接続される負極電源端子ＶＮ１が設けられ、他方の側面にも同様に、上記のＰバスバー（正極側バスバー）に電気的に接続される正極電源端子ＶＰ２及びＮバスバー（負極側バスバー）に電気的に接続される負極電源端子ＶＮ２が設けられる。

また、図１（Ａ）の最上部に位置する回路基板１６には、パワーモジュールケース１４に収納（収容）されている、言い換えれば、パワーモジュールケース１４の内側に設けられている、半導体素子のスイッチングを制御するためのスイッチング制御回路が設けられる。例えば、半導体素子がＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）である場合には、回路基板１６には、ＩＧＢＴのゲートを駆動するゲートドライバ（ＧＤ）回路が設けられ、この場合は、回路基板はＧＤ基板ということができる。

次に、図１（Ｂ）を参照する。図１（Ｂ）は、電源端子から引き出される積層バスバーの一態様を示す図である。なお、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）において破線で囲まれて示される領域Ｓに対応する図である。図示されるように、積層バスバーＳＢの構成要素であるＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰ及びＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮの各々は、正極電源端子ＶＰ１及び負極電源端子ＶＮ１の各々から、パワーモジュールケース１４の内側に向けて引き出され、＋Ｙ軸方向へと折曲られた後、＋Ｘ軸方向へと導出される。Ｘ軸方向が、積層バスバーＳＢの延在方向ということができる。

ＰバスバーＢＰとＮバスバーＢＮとの間には、樹脂等からなる電気的絶縁体（以下、単に絶縁体と記載する）Ｋが介在しており、各バスバーＢＰ、ＢＮは、この絶縁体Ｋの厚みに相当する距離（バスバー間距離、あるいは絶縁距離）だけ離れて、互いに対向して平行に延在している。なお、具体的には、その距離は、図３（Ｂ）の第１の部分９０におけるａ１に設定されている（この点は後述する）。

また、第１図（Ｂ）では、ＰバスバーＢＰとＮバスバーＢＮとが、Ｙ軸方向に積層される形態であるが、Ｚ軸方向に積層される形態であってもよい。なお、「積層」とは、例えば、各バスバーが対向して立体的に配置され、各バスバーの延在方向に対して直交する方向から見た場合の平面視で、平板状の各バスバーが重なり合う（少なくとも一部の重なりを含む）ことである。

図１（Ｃ）は、＋Ｚ軸方向側から回路基板を透視して見た場合の、２つのインバータ回路、電圧制御ユニット及び各回路の構成要素である半導体素子の配置例を示すレイアウト図である。図１（Ｃ）では、第１のインバータ回路２２は、「ＧＥＮ側インバータ」と記載されているが、これはジェネレータ側のインバータであることを意味し、また、第２のインバータ回路２４は、「ＴＲＣ側インバータ」と記載されているが、これはモータを制御するトラクションコントローラ側のインバータであることを意味する（後述）。平面視で四角形であるパワーモジュールケース１６の底面（例えば実装面）の中央には、電圧制御ユニット（図１（Ｃ）ではＶＣＵと記載される）２０が配置され、上記の積層バスバーＳＢが延在する方向である第１の方向（Ｘ軸方向）に直交する第２の方向（Ｚ軸方向）から見た平面視において、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０の、第１の方向（Ｘ軸方向）における両側に、第１のインバータ２２及び第２のインバータ２４の各々が配置され、対称的でバランスのよいレイアウトが採用されている。なお、このようなレイアウトを採用することの利点については後述する。

なお、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０は、第１、第２のインバータ２２、２４の各々に、直流電圧を昇圧して得られる昇圧電圧、又は降圧して得られる降圧電圧を、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰを経由して供給する機能を有しており、この電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０は、図１（Ｂ）からもわかるように、第１、第２のインバータ２２、２４と共に（具体的には、それらに隣接して）、パワーモジュールケース１４の内側に収納（収容）されている。

また、第１のインバータ回路２２は、半導体素子Ｑ１〜Ｑ６を備え、第２のインバータ２４は、半導体素子Ｑ７〜Ｑ１２を備え、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０は、半導体素子Ｑａ、Ｑｂを備える。半導体素子としては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）等を使用することができるが、ここでは、ＩＧＢＴを用いるものとして説明する。

次に、図２（Ａ）を参照する。図２（Ａ）は、図１の電力変換装置の全体の回路構成例を示す回路図である。

図２（Ａ）に示されるように、電力変換装置としてのＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０は、第１のインバータ２２と、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０と、第２のインバータ２４と、ゲートドライバ（ゲートドライバ回路）４０と、バッテリ３０に接続される１次側コンデンサ３２と、昇圧（降圧）に用いられるリアクトル（コイル）３４と、昇圧（降圧）された電源電圧の平滑用の平滑コンデンサ３６と、電力経路（電源配線）としての、一対のＰバスバーＢＰ及びＮバスバーＢＮと、正極電源端子ＶＰ１、ＶＰ２と、負極電源端子ＶＮ１、ＶＮ２と、を備える。

このＩＰＭ１０は、２モータハイブリッドシステムに適用され得るものであり、第１のインバータ２２は、エンジン５０からの最適な電力を取り出すためのジェネレータ（ＧＥＮ）６０の制御を行うインバータ（言い換えれば、ＧＥＮ側インバータ）であり、また、第２のインバータ２４は、車輪駆動用のモータ８０の制御を行うトラクションコントローラ（ＴＲＣ）７０に交流信号を供給するインバータ（言い換えれば、ＴＲＣ側インバータ）である。

第１のインバータ２２に含まれる半導体素子Ｑ１、Ｑ２は、Ｕ相用のスイッチング出力回路を構成する。各半導体素子Ｑ１、Ｑ２には、並列にダイオードＤが接続されている。各半導体素子Ｑ１、Ｑ２としては、上述のとおり、ＩＧＢＴを用いることができる。

ここで、半導体素子Ｑ１は、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーとしてのＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰに、コレクタが接続される（言い換えれば、電気的に接続される）、スイッチング動作を行う第１の半導体素子ということができる。同様に、半導体素子Ｑ２は、板状の導体部材である低源側の第２のバスバーとしてのＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮに、コレクタが接続される（言い換えれば、電気的に接続される）、スイッチング動作を行う第２の半導体素子ということができる。半導体素子（ＩＧＢＴ）Ｑ１のエミッタと、半導体素子（ＩＧＢＴ）Ｑ２のコレクタとの共通接続点から、Ｕ相用の交流信号（交流電圧）Ｕ１０が出力され、交流信号Ｕ１０は、図１（Ａ）の交流信号出力端子Ｕ１を介して、ジェネレータ（ＧＥＮ）６０に供給される。

以上の説明は、半導体素子Ｑ１、Ｑ２を含む、Ｕ相用のスイッチング出力回路についての説明であるが、半導体素子Ｑ３、Ｑ４を含む、Ｖ相用のスイッチング出力回路についても適用され、また、半導体素子Ｑ５、Ｑ６を含む、Ｗ相用のスイッチング出力回路についても適用される。

また、以上の説明は、第１のインバータ２２についての説明であるが、第２のインバータ２４についても同様に適用される。ここで、第２のインバータ２４における半導体素子Ｑ７、Ｑ８は、Ｕ相用のスイッチング出力回路を構成する。半導体素子Ｑ７は、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーとしてのＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰに、コレクタが接続される（言い換えれば、電気的に接続される）、スイッチング動作を行う第３の半導体素子ということができる。同様に、半導体素子Ｑ８は、板状の導体部材である低源側の第２のバスバーとしてのＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮに、コレクタが接続される（言い換えれば、電気的に接続される）、スイッチング動作を行う第４の半導体素子ということができる。第３の半導体素子としての半導体素子Ｑ７のエミッタと、第４の半導体素子としての半導体素子Ｑ８のコレクタとの共通接続点から、Ｕ相用の交流信号（交流電圧）Ｕ２０が出力され、交流信号Ｕ２０は、図１（Ａ）の交流信号出力端子Ｕ２を介して、トラクションコントローラ（ＴＲＣ）７０に供給される。第２のインバータ２４における、Ｖ相用のスイッチング出力回路及びＷ相用のスイッチング出力回路についても、同様の説明が適用される。

また、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０において、半導体素子（ＩＧＢＴ）Ｑａのエミッタと、半導体素子（ＩＧＢＴ）Ｑｂのコレクタとの共通接続点は、リアクトル（コイル）３４の一端に接続されている。

半導体素子Ｑ１〜Ｑ１２、Ｑａ、Ｑｂの各々の動作（スイッチング動作）は、ゲートドライバ４０から出力されるゲート制御信号によって個別に制御される。ゲートドライバ４０は、各インバータ２２、２４、電圧制御ユニット２０の制御部として機能する。また、ゲート制御信号は、各半導体素子（のゲート）を駆動する駆動信号ということもできる。ゲートドライバ４０は、上位の制御部としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）３９によって制御される。なお、ジェネレータ（ＧＥＮ）６０が生成して出力する信号（例えば直流信号）は、ＥＣＵ３９に供給される。なお、ジェネレータ（ＧＥＮ）６０が生成して出力する信号（例えば直流信号）は、ＥＣＵ３９に供給される。また、トラクションコントローラ（ＴＲＣ）７０の出力信号も、同様に、ＥＣＵ３９に供給される。

また、図２（Ａ）では、平滑コンデンサ３６、リアクトル（コイル）３４、及び１次側コンデンサ３２は、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０の外に設けられているが、これらは、適宜、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０内に取り込むことができる。この場合、外付け部品が減り、電力変換装置としてのＩＰＭ１０をより小型化できる。

次に、図２（Ｂ）を参照する。図２（Ｂ）は、本発明に係る部分を含まない積層バスバーの部分的斜視図である。電力経路（電源配線）としての積層バスバーＳＢは、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーとしてのＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰと、板状の導体部材である低電源側の第２のバスバーとしてのＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮと、が絶縁体（図１（Ａ）の符号Ｋ：図２（Ｂ）では省略）を介して積層された構造を有する。なお、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰ、Ｎバスバー（負極側バスバー）ＢＮの各々には、適宜、ボンディングワイヤー接続領域、あるいは、直接に半導体素子等に接続するための分岐アーム（不図示）が設けられる。

次に、図２（Ｃ）を参照する。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示される積層バスバーの等価回路図である。図示されるように、例えば、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰに分布するインダクタンス成分Ｌと、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰとＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮとの間の浮遊容量Ｃとで、ＬＣ回路（ＬＣ直列回路）が構成されている。このＬＣ回路は、閉じたループが形成された場合には、ＬＣ直列共振回路として動作する可能性がある。

言い換えれば、電力経路（電源配線）としてのＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰ及びＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮの電源電圧（高電位側電源電圧、低電位側電源電圧）には、例えば、スイッチング回路（具体的には、図２（Ａ）の各相用のスイッチング出力回路）のスイッチングに伴うリップルや、リアクトル（コイル）３４を用いたバッテリ３０の電圧の昇圧や降圧に伴うリップル等の高周波成分が混在している。また、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰ及びＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮは対向して配置されていることから、各バスバー間には、浮遊容量（寄生容量）が存在する。

また、高周波成分の周波数が高くなると、各バスバーは、各バスバーの延在方向に沿って、インダクタンス成分（Ｌ成分）及び容量成分（Ｃ成分）が連続的に分布する分布定数回路とみなすことができるようになる。また、図２（Ａ）の回路図から明らかなように、各バスバーＢＰ、ＢＮ間には、例えば平滑コンデンサ３６が接続されており、各バスバーは、平滑コンデンサ３６を介して交流的に接続されているとみることができ、すると、各バスバー間の浮遊容量及び平滑コンデンサ３６を介する閉じたループが形成される可能性があり、よって、上記の高周波成分が振動源となって、各バスバーを介して共振（ＬＣ直列共振）が生じる可能性は否定できない。

そこで、本発明の実施形態では、不要輻射の軽減が可能な形状（不要輻射軽減形状）を備える積層バスバーを採用し、ノイズ対策のレベルを更に向上させる。この点について、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、図１の電力変換装置で採用される、本発明に係る積層バスバーの要部の斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示される積層バスバーの具体的構成及び等価回路を示す図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）の積層バスバーを使用した場合と使用しない場合における、高周波インピーダンスの周波数特性の測定結果を示す図である。なお、図３（Ａ）では、絶縁体は省略している。なお、本発明では、空気絶縁の場合も排除しない。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示される積層バスバーＳＢは、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰ、及びＮバスバー（負極側バスバー）ＢＮの少なくとも一方（ここでは、ＰバスバーＢＰとする）に屈曲部９３ａ、９３ｂが設けられることによって、ＰバスバーＢＰとＮバスバーＢＮとの間のバスバー間距離（絶縁距離）が第１の距離（図３（Ｂ）のａ１）である第１の部分（図３（Ａ）の破線で囲まれて示される符号９０の部分）と、バスバー間距離（絶縁距離）が、第１の距離ａ１よりも長い第２の距離（図３（Ｂ）のａ２）である第２の部分（図３（Ａ）の破線で囲まれて示される符号９２の部分）と、を有する。

なお、図３（Ａ）、（Ｂ）において、第１の部分９０に含まれるＰバスバーはＢＰ（１）と表記され、第２の部分９２に含まれるＰバスバーはＢＰ（２）と表記されている。

積層バスバーＳＢの第２の部分９２のバスバー間距離ａ２が、第１の部分９０におけるバスバー間距離ａ１よりも長い（言い換えれば、各バスバー間の間隔が大きい）ため、第１の部分９０の浮遊容量の容量値に比べて、第２の部分９２の浮遊容量の容量値が小さくなり、積層バスバーの全体が一律に第１の部分９０で構成される場合（言い換えれば従来構成の場合）に比べて、浮遊容量を介した漏れ電流が減少する。図３（Ｂ）では、第１の部分９０における漏れ電流Ｊ１は大きく、一方、第２の部分９２における漏れ電流Ｊ２は小さい。第２の部分９２が設けられたことによって、積層バスバーＳＢ全体として、浮遊容量を介して流れる漏れ電流が減少し、したがって、静電誘導ノイズを低減することができる。

また、積層バスバーＳＢを経由した共振回路を想定した場合、積層バスバーＳＢの全体に対応する共振回路（図２（Ｃ）で示したようなＬＣ共振回路）は、図３（Ｂ）の左下側に示されるような、積層バスバーＳＢの第１の部分９０に対応する第１の共振回路（インダクタンス成分がＬ１、容量成分がＣ１である）Ｍ１と、第２の部分９２に対応する第２の共振回路（インダクタンス成分がＬ２、容量成分がＣ２であり、容量値はＣ１＞Ｃ２の関係である）Ｍ２との組み合わせとみなすことができる。

よって、例えば、第２の部分９２のバスバー間距離ａ２、あるいは、第２の部分９２における、積層バスバーＳＢの延在方向（図３（Ａ）、（Ｂ）の例ではＸ軸方向）における長さ（言い換えれば、屈曲部９３ａから屈曲部９３ｂまでの距離）、あるいは。屈曲部を繰り返して設ける（言い換えれば、第２の部分９２を複数、設ける）といった設計変更によって、部分的なＬＣ回路の特性を適宜、調整することができ、これによって、積層バスバーＳＢの全体の共振回路の特性を調整（制御）することが可能となる。

例えば、共振周波数の値を放射ノイズが生じにくい周波数帯域にシフトさせ、あるいは、２つの共振回路のＱ特性の合成によって全体の共振回路のＱ値（共振の鋭さの指標）を抑制する、あるいは、共振ピーク値を抑制する、といったことができるようになり、よって、ノイズをより抑制（低減）できる、積層バスバーＳＢを用いる電力変換装置（例えば、ＩＰＭ１０）の提供が可能となる。

図３（Ｃ）を参照する。図３（Ｃ）において、横軸は、積層バスバーに混在する高周波成分の周波数（単位はＭＨｚ）であり、縦軸は、積層バスバーＳＢにおける高周波インピーダンス（高周波抵抗：単位Ω）である。破線で示される特性線１１０は、積層バスバーにおけるバスバー間距離が一律にａ１の場合（本発明を適用しない場合）における周波数特性を示し、実線で示される特性線１１２は、積層バスバーＳＢにおいて、図３（Ｂ）のように、第１の部分９０と、第２の部分９２（一ヵ所）と、を設けた場合（本発明を適用した場合）における周波数特性を示す。

本発明を適用した場合の特性線１１２は、本発明を適用しない場合の特性線１１０に比べて、周波数が高い帯域でインピーダンスが低下しており、また、ピークが生じる周波数が概ね高周波数側にややシフト（変移）しており、回路の高周波特性が調整されていることがわかる。これは、本発明を適用した場合には、図３（Ｂ）で示したとおり、２つのＬＣ回路（ＬＣ共振回路）Ｍ１、Ｍ２の合成によって、全体の回路の特性が決まることから、これによって、全体の回路の高周波特性に変化が生じた結果ということができる。

本発明は、図３（Ａ）の例に限定されるものではない。例えば、図３（Ａ）の例では、屈曲部（段差部）９３ａ、９３ｂが、積層バスバーＳＢの延在方向であるＸ軸方向に沿って設けられているが、屈曲部（段差部）を、積層バスバーＳＢの幅方向（Ｚ軸方向）に沿って設けることによっても、各バスバー間の浮遊容量の容量値を変化させることができる。このような変型は、適宜、なし得る。

また、図３（Ａ）の例では、屈曲部９３ａ、９３ｂにおける屈曲形状として、積層バスバーＳＢの延在方向に対して９０度をなすように（つまり、直角に）折り曲げられているが、これに限定されるものではなく、積層バスバーＳＢの延在方向に対して９０度未満の角度をなして傾斜して折り曲げられた形状であってもよい。傾斜した折り曲げを採用する場合は、直角に折り曲げる場合に比べて、屈曲部のエッジで電界集中が生じること（いわゆるエッジ効果）を緩和することができ、このことは、ノイズの抑制に効果があるものと考えられる。

また、上記の例では、一対のバスバーが積層される構成を示しているが、より多くのバスバーが積層される多層の積層バスバーにおいても、少なくともいずれかのバスバーに、屈曲部を設けることで、同様の効果を得ることができる。

このように、本発明の実施形態では、積層バスバーを構成する、少なくともいずれかのバスバーに屈曲部が設けられるが、この屈曲部を形成する技術的意義は、例えば、単に障害物を回避するといった機械的な意義ではなく、回路定数を積極的に調整する(制御する)という意義をもつ。

言い換えれば、積層バスバーＳＢが、第１の部分９０及び第２の部分９２を有することによって、第１の部分９０における各バスバー間の浮遊容量の容量値と、第２の部分９２における、各バスバー間の浮遊容量の容量値との間に差が生じ、第２の部分９２においては、容量値が減少して漏れ電流が低減され、漏れ電流に起因する誘導ノイズが抑制されるという回路上の効果が得られる。また、上記の効果に加えて、第１の部分９０に対応する各バスバーと浮遊容量と、を構成要素として含む共振回路（第１の共振回路）Ｍ１の共振周波数、及び第２の部分９２に対応する各バスバーと浮遊容量と、を構成要素として含む共振回路（第２の共振回路）Ｍ２の共振周波数の各周波数値に差が生じ、第１の共振回路Ｍ１と第２の共振回路Ｍ２とが組み合わされる（合成される）ことで、積層バスバーＳＢの全体を構成要素として含む共振回路の特性が決定され得る(調整され得る)という回路設計上の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、図４（Ａ）〜（Ｈ）を参照して、本発明の変形例（応用例）について説明する。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は各々、積層バスバーに屈曲部を設ける場合の第１、第２の変形例における構造及び等価回路を示す図、図４（Ｃ）〜（Ｈ）は各々、回路基板に実装される回路のレイアウトに対応して屈曲部を形成する位置を変更する、第３〜第８の変形例における構造を示す図である。なお、図４（Ａ）〜（Ｈ）では、各バスバーは太い実線で示されている。

図４（Ａ）の例では、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰにおいて、屈曲部が繰り返し設けられて、ＢＰ（１）、ＢＰ（２）が繰り返し設けられる構成となっている。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）の例にて説明したとおり、ＢＰ（１）は、第１の部分９０を構成するＰバスバーであり、ＢＰ（２）は第２の部分９２を構成するＰバスバーである。この結果として、図４（Ａ）の下側に示される回路図のように、７つのＬＣ回路（ＬＣ共振回路）が構成され、これらの組み合わせによって全体のＬＣ回路（ＬＣ共振回路）の特性が決まることになる。よって、より細かな回路定数（共振周波数等）の調整が可能となる。

図４（Ｂ）の例では、積層バスバーＳＢにおいて、Ｎバスバー（負極側バスバー）ＢＮにおいても屈曲部が設けられる。言い換えれば、Ｎバスバー（負極側バスバー）ＢＮにおいても、第１の部分９０、第２の部分９２の各々に対応して、ＢＮ（１）、ＢＮ（２）が繰り返される構成が採用される。Ｎバスバー（負極側バスバー）ＢＮにおけるバスバーの屈曲方向（−Ｚ軸方向）は、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰにおけるバスバーの屈曲方向（＋Ｚ軸方向）とは逆向きであり、また、その逆向きの屈曲部は、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰの屈曲部に対応して設けられることから、第２の部分９２における、
ＢＰ（２）とＢＮ（２）との間の距離（バスバー間距離、あるいは絶縁距離）は、図４（Ａ）の場合の２倍となり、浮遊容量の容量値をより小さくすることが可能である。なお、図４（Ｂ）における積層バスバーの等価回路は、ＬＣ回路（ＬＣ共振回路）Ｍ１と、ＬＣ回路（ＬＣ共振回路）Ｍ３と、が繰り返される構成となる。なお、ＬＣ回路（ＬＣ共振回路）Ｍ３は、ＢＰ（２）及びＢＮ（２）を構成要素として含む箇所におけるＬＣ回路（ＬＣ共振回路）である。

次に、図４（Ｃ）〜（Ｈ）を参照する。これらの構成は、図１（Ｃ）に示した２つのインバータを含むレイアウトに対応させて、バスバーの屈曲部の位置を調整しようとする意図の下で採用されるものである。なお、図４（Ｃ）〜（Ｈ）において、積層バスバーにおける不要輻射軽減形状（不要輻射低減構造）が採用される部分（以下、「不要輻射軽減形状部分」と称する）は破線で囲い、かつＨ１〜Ｈ７の符号を付している。

先に図１（Ｃ）、図２（Ａ）を用いて説明したように、電力変換装置としてのＩＰＭ１０は、ジェネレータ側の第１のインバータ（ＧＥＮ側インバータ）２２と、トラクションコントローラ側の第２のインバータ（ＴＲＣ側インバータ）２４とが、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０の両側（積層バスバーＳＢの延在方向における両側）に配置されたレイアウト構成を有する。また、第１のインバータ２２に含まれる第１、第２の半導体素子（例えば、Ｑ１、Ｑ２）は、第２のインバータ２４に含まれる第３、第４の半導体素子（例えばＱ７、Ｑ８）よりも高い周波数の駆動信号でスイッチングされ（言い換えれば、第１のインバータ２２の動作周波数が、第２のインバータ２４の動作周波数よりも高く設定され）、かつ、積層バスバーＳＢが、第１、第２のインバータ２２、２４の共通の電力経路として利用される（この点は、図２（Ａ）の回路図から明らか）という構成である。

この場合において、図４（Ｃ）の例では、Ｐバスバー（正極側バスバー）ＢＰに設けられる屈曲部９３ａ、９３ｂは、第１のインバータ（ＧＥＮ側インバータ）２２の実装領域において設けられる。言い換えれば、不要輻射軽減形状部分Ｈ１が、第１のインバータ２２の実装領域において設けられる。動作周波数が高いためにノイズが生じ易い第１のインバータの実装領域に設けることによって、例えば、浮遊容量の容量値を小さくして、ノイズが生じ易い第１のインバータについての静電誘導ノイズを効果的に低減するという効果が得られる。

なお、「第１のインバータの実装領域」は、図１（Ｃ）の例では、符号２２が付されている、破線で囲まれる矩形の領域である。先に説明したように、第１のインバータ２２、第２のインバータ２４、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０、及び積層バスバーＳＢは、パワーモジュールケース１４（図１（Ａ）参照）に収納されている。例えば、パワーモジュールケース１４の底面が実装面となっており、その実装面に半導体素子（パワーチップ）が実装されて、各インバータが構成される。図１（Ｃ）のように、積層バスバーの延在方向に直交する方向（＋Ｚ軸方向）から見た平面視にて、第１のインバータ２２の実装領域は一義的に定まる。そして、積層バスバーＳＢの内の、第１のインバータ２２の実装領域に対応する領域（具体的にはその近傍において配置されている部分）において、屈曲部９３ａ、９３ｂ（言い換えれば、不要輻射軽減形状Ｈ１）が設けられる。以上の説明は、第２のインバータ２４の実装領域についても適用され得る。

また、図４（Ｄ）の例では、積層バスバーＳＢの、第１のインバータ２２の実装領域に対応する部分において、図４（Ａ）に示した不要輻射軽減形状Ｈ２が採用されている。また、図４（Ｅ）の例では、積層バスバーＳＢの、第１のインバータ２２の実装領域に対応する部分において、図４（Ｂ）に示した不要輻射軽減形状Ｈ３が採用されている。いずれの場合も、図４（Ｃ）の例と同様の効果が得られる。

一方、積層バスバーＳＢにおいて、屈曲部９３ａ、９３ｂ等を形成することによるインダクタンス成分（Ｌ成分）の増加による悪影響の方が懸念される場合（例えば、屈曲部を繰り返し設けるような場合）は、動作周波数の高い第１のインバータ２２の実装領域を避けて、動作周波数が低く、インダクタンス成分（Ｌ成分）の増加に起因するノイズが生じにくい第２のインバータ２４の実装領域にて屈曲部９３ａ、９３ｂ等を設けてもよい。この例が、図４（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）に示される。図４（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）の各例では、不要輻射軽減形状Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６が、第２のインバータ２４の実装領域に対応して設けられている。これらの例では、インダクタンス成分（Ｌ成分）の増加によるノイズを抑制しつつ、積層バスバー全体として共振周波数を調整して共振が生じにくくする、といった効果的な対策を採ることが可能である。

次に、図１（Ｃ）を参照して、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０の両側に、第１、第２のインバータ２２、２４を設けるレイアウト構成の利点について説明する。

ここで、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０は、直流電圧（例えば、バッテリ３０の電圧）を昇圧（あるいは降圧）して得られる昇圧電圧（降圧電圧）をＰバスバー（正極側バスバー）ＢＰを経由して供給する、一種の電源として機能する。

図１（Ｃ）の例では、積層バスバーＳＢが延在する方向（具体的にはＸ軸方向）を第１の方向とする場合に、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０の両側（第１の方向に沿う両側）に、第１、第２の各インバータ２２、２４が配置される左右対称的なレイアウト構成が採用されている。これによって、電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０と第１、第２の各インバータ２２、２４とを接続するＰバスバーＢＰ、ＮバスバーＢＮの長さ（言い換えれば、各インバータへの電力経路の長さ）が最短化される。

よって、各バスバーＢＰ、ＢＮのインダクタンス成分（Ｌ成分）が低減されることから、Ｌ成分が支配的な要素となることがなく、よって、上記の不要輻射軽減形状を設けることによる、各バスバー間の浮遊容量の低減（Ｃ成分の低減）の好ましい効果が顕在化し易くなり、また、例えば、第１、第２の各インバータ２２、２４を電圧制御ユニット（ＶＣＵ）２０を中心として左右対称的に配置することで回路のバランスがよくなり、不要な反射等が抑制されて不要輻射が低減されることになる。言い換えれば、図１（Ｃ）のようなレイアウト構成を採用して、Ｌ成分による悪影響を最小限化しておき、一方で、不要輻射軽減形状を備える積層バスバーを採用することで、好ましい効果を効果的に得ることが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々、変形、応用が可能である。例えば、本発明は、直流チョッパを備える電力変換回路にも適用可能であり、また、多層のバスバーを備える電力変換装置にも適用可能である。また、電力変換装置は、電動車両や、いわゆるハイブリッド車両に搭載される他、船舶用や一般産業用に供することもできる。

本発明は、例えば、車両に搭載される電力変換装置として好適である。

１０・・・電力変換装置（ＩＰＭ）、１２・・・冷却部材、１４・・・パワーモジュールケース、１６・・・回路基板（ゲートドライバを搭載するＧＤ基板）、２０・・・電圧制御ユニット（ＶＣＵ）、２２・・・第１のインバータ（ジェネレータ側インバータ）、２４・・・第２のインバータ（トラクションコントローラ側基板）、３０・・・バッテリ、３２・・・一次側コンデンサ、３４・・・リアクトル（コイル）、３６・・・平滑コンデンサ、４０・・・電子制御ユニット（ＥＣＵ）、５０・・エンジン、６０・・・ジェネレータ（ＧＥＮ）、７０・・・トラクションコントローラ（ＴＲＣ）、８０・・・モータ、９０・・・積層バスバーの第１の部分、９２・・・積層バスバーの第２の部分、９３ａ、９３ｂ・・・屈曲部（段差部）、ＢＰ・・・Ｐバスバー（正極側バスバー）、ＢＮ・・・Ｎバスバー（負極側バスバー）、ＢＰ（１）・・・Ｐバスバーの、第１の部分９０に対応する部分、ＢＮ（１）・・・Ｎバスバーの、第１の部分９０に対応する部分、ＢＰ（２）・・・Ｐバスバーの、第２の部分９２に対応する部分、ＢＮ（２）・・・Ｎバスバーの、第２の部分９２に対応する部分、ａ１・・・第１のバスバー間距離（第１の絶縁距離）、ａ２・・・第２のバスバー間距離(第２の絶縁距離)、Ｍ１〜Ｍ３・・・積層バスバーと浮遊容量を構成要素とする部分的なＬＣ回路（ＬＣ共振回路）、Ｈ１〜Ｈ６・・・積層バスバーにおける不要輻射軽減形状（不要輻射低減構造）、Ｑ１〜Ｑ１２、Ｑａ、Ｑｂ・・・半導体素子（ＩＧＢＴ等）。

Claims (4)

1. スイッチング動作を行う第１、第２の半導体素子と、
   前記第１の半導体素子に電気的に接続される、板状の導体部材である高電源側の第１のバスバーと、前記第２の半導体素子に電気的に接続される、板状の導体部材である低電源側の第２のバスバーと、が絶縁体を介して積層された構造を有する積層バスバーと、
   回路基板と、
   を備え、
   前記積層バスバーは、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの少なくとも一方に屈曲部が設けられることによって、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの間のバスバー間距離が第１の距離である第１の部分と、前記バスバー間距離が、前記第１の距離よりも長い第２の距離である第２の部分と、を有し、
   前記屈曲部は、前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子とを含む第１のインバータの実装領域に設けられ、
   前記実装領域は、前記回路基板に前記第１のインバータが積層される方向から見た平面視において、前記第１のインバータを構成するチップが囲われる矩形の領域であって、前記チップが前記回路基板に実装されることで一義的に定まる領域であることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記屈曲部は、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーの、いずれか一方のみに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記屈曲部は、前記第１のバスバーと前記第２のバスバーの、両方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. スイッチング動作を行う第３、第４の半導体素子を含む第２のインバータを
   更に備え、
   前記積層バスバーの前記第１のバスバーは、前記第３の半導体素子にも電気的に接続され、前記第２のバスバーは、前記第４の半導体素子にも電気的に接続され、
   前記屈曲部は、前記第１のインバータの前記実装領域のみに設けられ、
   前記第１のインバータの動作周波数が、前記第２のインバータの動作周波数よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。

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