JP7035845B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、インバータとコンデンサを備えている電力変換装置に関する。

インバータとコンデンサを備えた電力変換装置が特許文献１、２に開示されている。それらの電力変換装置は、電気自動車においてバッテリの直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換する。コンデンサは、インバータの直流端に入力される電流の脈動を平滑化するために備えられている。インバータとコンデンサは、バスバと呼ばれる金属板の導電部材で電気的に接続されている。

特許文献１、２の電力変換装置では、インバータとコンデンサは、水平方向に隣り合うように配置されている。他方、種々の事情から、ケースを上下に分割し、アッパーケースとロアケースの夫々に電気部分を収容・固定し、電気部品をバスバで接続することが行われることがある。特許文献３にそのような装置が例示されている。

特開２０１７－０５０４８６号公報 特開２０１５－１２６６７４号公報 特開２０１７－１２１８６７号公報

電気自動車の走行モータ用の電力変換装置では、大電力を扱うため、コンデンサの体格が大きい。例えば、ケースの水平方向の幅と高さの比を小さくしようとすると、インバータとコンデンサは水平方向で並べることができず、縦方向に並べることになる。インバータとコンバータの一方をアッパーケースに固定し、他方をロアケースに固定すると、両者をバスバで接続する組立性が悪化する。インバータとコンデンサの両者をアッパーケースに固定する場合、例えばコンデンサは、アッパーケースに固定され、かつ、ロアケースの内部空間に配置することになる。通常では、コンデンサの上端をアッパーケースに設けられた締結座に締結することになる。しかしながらそのような構造では、コンデンサが上端での片持ち支持になり、耐振動特性がよくない。本明細書は、アッパーケースとロアケースに分割されているケースにインバータとコンデンサが収容されている電力変換装置に関し、ケースの幅と高さの比を小さくすることと、コンデンサの耐振動特性の悪化を防止することの両立を図る技術を提供する。また、本明細書は、インバータとコンデンサを接続するバスバのインダクタンスを低減する技術も提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、上下方向でアッパーケースとロアケースに分割されているケースと、インバータと、コンデンサを備えている。説明の便宜上、アッパーケースとロアケースの一方を第１分割ケースと称し、他方を第２分割ケースと称する。インバータは、第１分割ケースに収容・固定されている。コンデンサは、インバータと正極バスバ及び負極バスバで接続されている。第１分割ケースは、その内部空間から第２分割ケースの内部空間へと延びる締結部を備えている。コンデンサは、第２分割ケースの内部空間にて締結部に締結されている。即ち、コンデンサは、第２分割ケースの内部空間に収容されている。

説明を理解し易くするために、アッパーケースが第１分割ケースであると仮定する。ロアケースが第２分割ケースに相当する。本明細書が開示する電力変換装置では、インバータはアッパーケースの内部空間に収容され、コンデンサはロアケースの内部空間に配置される。インバータとコンデンサを水平方向に並べなくて済むので、ケースの幅と高さの比を小さくすることができる。また、バスバで接続されるインバータとコンデンサはともにアッパーケースに固定される。それゆえ、アッパーケースとロアケースを接続する前に、インバータとコンデンサを接続することができ、組立性も良い。他方、コンデンサは、ロアケースの内部空間にて締結されている。それゆえ、コンデンサは、上下方向の略中央で締結されることが可能になり、耐振動特性が悪くならない。本明細書が開示する電力変換装置は、ケースの幅と高さの比を小さくすることと、コンデンサの耐振動特性の悪化を防止することの両立を図ることができる。

正極バスバと負極バスバは、コンデンサからインバータへ向けて近接並走して延びているとよい。正極バスバと負極バスバが近接並走していると、一方のバスバに電流が流れたときに発生する誘導磁界が他方のバスバによって抑えられる。それゆえ、バスバの寄生インダクタンスが小さくなる。

インバータは、複数のパワーモジュールと複数の冷却器の積層体を含んでいる。一例のパワーモジュールは、スイッチング素子を収容しているパッケージと、パッケージから延びており正極バスバまたは負極バスバと接続されている複数の端子を備えていてよい。水平方向からみたときにパッケージとコンデンサの間には隙間が確保されている。即ち、水平方向からみたときにパッケージとコンデンサは上下方向で離れている。そのような配置によって、パワーモジュールの端子とコンデンサの間を直線的なバスバ（正極バスバと負極バスバ）で接続することができる。直線的なバスバを採用することで、バスバのインダクタンスが小さくなる。

また、複数のパワーモジュールの積層方向に直交する断面においてコンデンサは、横方向の長さが縦方向の長さよりも短く、正極バスバと負極バスバと接続される電極が、コンデンサの横方向の両側に配置されているとよい。正極バスバと負極バスバは並走することで、インダクタンスが小さくなる。コンデンサの電極の上記の配置によって、正極バスバと負極バスバが並走しない区間は、コンデンサの横方向の長さに相当する距離だけとなり、バスバのインダクタンスが小さくなる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の電力変換装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 積層ユニットとバスバとコンデンサのアセンブリの斜視図である。 積層ユニットとバスバとコンデンサのアセンブリの分解斜視図である。 電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である（ＹＺ平面でカット）。 電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である（ＸＺ平面でカット）。 変形例の電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である（ＸＺ平面でカット）。 第２実施例の電力変換装置のコンデンサと積層ユニットとバスバのアセンブリの分解斜視図である。 第２実施例の電力変換装置をＹＺ平面でカットした断面図である。 コンデンサと積層ユニットとバスバのアセンブリの側面図である。 第２変形例の電力変換装置のコンデンサと積層ユニットとバスバのアセンブリの側面図である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は電気自動車に搭載され、バッテリの電力を走行用モータの駆動電力に変換するデバイスである。図１に、電力変換装置２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、２個の走行用モータ８３ａ、８３ｂを備えている。それゆえ、電力変換装置２は、２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを備えている。２個のモータ８３ａ、８３ｂの出力は、ギアボックス８５で合成されて車軸８６（即ち駆動輪）へと伝達される。

電力変換装置２は、システムメインリレー８２を介してバッテリ８１と接続されている。電力変換装置２は、バッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流に変換する２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを備えている。

電圧コンバータ回路１２は、バッテリ側の端子に印加された電圧を昇圧してインバータ側の端子に出力する昇圧動作と、インバータ側の端子に印加された電圧を降圧してバッテリ側の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能な双方向ＤＣ－ＤＣコンバータである。説明の便宜上、以下では、バッテリ側（低電圧側）の端子を入力端１８と称し、インバータ側（高電圧側）の端子を出力端１９と称する。また、入力端１８の正極と負極を夫々、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂと称する。出力端１９の正極と負極を夫々、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂと称する。「入力端１８」、「出力端１９」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであるので、出力端１９から入力端１８へ電力が流れる場合がある。

電圧コンバータ回路１２は、２個のスイッチング素子９ａ、９ｂの直列回路、リアクトル７、フィルタコンデンサ５、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードで構成されている。リアクトル７は、一端が入力正極端１８ａに接続されており、他端は直列回路の中点に接続されている。フィルタコンデンサ５は、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂの間に接続されている。入力負極端１８ｂは、出力負極端１９ｂと直接に接続されている。スイッチング素子９ｂが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子９ａが主に降圧動作に関与する。図１の電圧コンバータ回路１２はよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、符号８ａが示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーモジュール８ａに対応する。符号２５ａ、２５ｂは、パワーモジュール８ａから延出している端子を示している。符号２５ａは、スイッチング素子９ａ、９ｂの直列回路の高電位側と導通している端子（正極端子２５ａ）を示している。符号２５ｂは、スイッチング素子９ａ、９ｂの直列回路の低電位側と導通している端子（負極端子２５ｂ）を表している。次に説明するように、正極端子２５ａ、負極端子２５ｂという表記は、他のパワーモジュールでも用いる。

インバータ回路１３ａは、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している。スイッチング素子９ｃと９ｄ、スイッチング素子９ｅと９ｆ、スイッチング素子９ｇと９ｈがそれぞれ直列回路を構成している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位側の端子（正極端子２５ａ）が電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａに接続されており、３セットの直列回路の低電位側の端子（負極端子２５ｂ）が電圧コンバータ回路１２の出力負極端１９ｂに接続されている。３セットの直列回路の中点から３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。３セットの直列回路の夫々が、後述するパワーモジュール８ｂ、８ｃ、８ｄに対応する。

インバータ回路１３ｂの構成はインバータ回路１３ａと同じであるため、図１では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路１３ｂもインバータ回路１３ａと同様に、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している。３セットの直列回路の高電位側の端子が電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａに接続されており、３セットの直列回路の低電位側の端子が電圧コンバータ回路１２の出力負極端１９ｂに接続されている。各直列回路に対応するハードウエアをパワーモジュール８ｅ、８ｆ、８ｇと称する。

インバータ回路１３ａ、１３ｂの入力端に平滑コンデンサ６が並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端１９に並列に接続されている。平滑コンデンサ６は、電圧コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂの間を流れる電流の脈動を除去する。

スイッチング素子９ａ－９ｈは、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。また、ここでいうスイッチング素子は、電力変換に用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。パワーモジュール８ｅ－８ｇに含まれているスイッチング素子も同様である。

図１において、破線８ａ－８ｇの夫々がパワーモジュールに相当する。電力変換装置２は、２個のスイッチング素子の直列回路を７セット備えている。ハードウエアとしては、直列回路を構成する２個のスイッチング素子、および各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードが一つのパッケージに収容されている。以下では、パワーモジュール８ａ－８ｇのいずれか一つを区別なく示すときにはパワーモジュール８と表記する。

７個のパワーモジュール（７セットの直列回路）の高電位側の端子（正極端子２５ａ）が平滑コンデンサ６の正極電極に接続され、低電位側の端子（負極端子２５ｂ）が平滑コンデンサ６の負極電極に接続される。図１において、符号３０が示す破線内の導電経路は、複数のパワーモジュール８の正極端子２５ａと平滑コンデンサ６の正極電極を相互に接続するバスバ（正極バスバ）に対応する。符号４０が示す破線内の導電経路は、複数の負極端子２５ｂと平滑コンデンサ６の負極電極を相互に接続するバスバ（負極バスバ）に対応する。次に、複数のパワーモジュール８と正極バスバ３０、負極バスバ４０の構造について説明する。

図２に電力変換装置２の一部のハードウエアの斜視図を示す。図２は、バスバ３０、４０で接続された積層ユニット２０とコンデンサ６０のアセンブリの斜視図である。積層ユニットと２０は、先に述べたパワーモジュール８（８ａ－８ｇ）と複数の冷却器２２を積層したデバイスである。コンデンサ６０は、図１の平滑コンデンサ６に相当するコンデンサ素子を封止したデバイスである。

複数のパワーモジュール８（８ａ－８ｇ）は、複数の冷却器２２とともに積層ユニット２０を構成している。パワーモジュール８ａ－８ｇは全て同じ形状であるので、図２と後述する図３では、代表して左端のパワーモジュールにのみ、符号８を付し、他のパワーモジュールには符号を省略した。また、図２と後述する図３では、左端の２個の冷却器にのみ、符号２２を付し、他の冷却器には符号を省略した。

積層ユニット２０は、図１のインバータ回路１３ａ、１３ｂの主要部品をほとんど含んでいる。それゆえ、積層ユニット２０は、「インバータ」と換言してもよい。それゆえ、図２と図３では、積層ユニット２０の符号にかっこ書きで１３ａ、１３ｂと付記してある。

図の座標系について説明する。図中の座標系のＺ軸の正方向が、電力変換装置２の「上」に相当する。即ち、図２（及び後述する図３）は、積層ユニット２０とコンデンサ６０のアセンブリを斜め下からみた図である。

積層ユニット２０は、複数のカードタイプの冷却器２２が平行に配置されているとともに、隣り合う冷却器２２の間にカードタイプのパワーモジュール８が挟まれているデバイスである。カードタイプのパワーモジュール８は、その幅広面を冷却器２２に対向させて積層されている。先に述べたように、パワーモジュール８は、スイッチング素子を収容しているパッケージ１０８を有している。パッケージ１０８は樹脂で作られている。各パワーモジュール８のパッケージ１０８の一つの側面（下面）から３個の端子（正極端子２５ａ、負極端子２５ｂ、中点端子２５ｃ）が延びている。図２と後述する図３では、積層ユニット２０の左端に位置するパワーモジュール８の端子にのみ符号２５ａ、２５ｂ、２５ｃを付し、残りのパワーモジュール８には端子を示す符号を省略した。

正極端子２５ａと負極端子２５ｂは、先に述べたように、パワーモジュール８に収容されている直列回路の高電位側の端子と低電位側の端子である。中点端子２５ｃは、直列回路の中点と導通している端子である。別言すれば、３個の端子２５ａ－２５ｃは、いずれも、パワーモジュール８の内部でスイッチング素子と導通している。３個の端子２５ａ－２５ｃは、パワーモジュール８の幅広面と交差する一側面（下面）から図中のＺ軸負方向（即ち下方）に延びている（図２は、積層ユニット２０を斜め下から見た図であることに留意）。正極端子２５ａなどが設けられている一側面の反対側の面（上面）からは、複数の制御端子２７が図中のＺ軸正方向（即ち上方）に延びている。制御端子２７は、パワーモジュール８に内蔵されているスイッチング素子のゲート電極と導通しているゲート端子、及び、パワーモジュール８に内蔵されている温度センサや電流センサと導通している信号端子などである。

図中の右端の冷却器２２には、冷媒供給口２８と冷媒排出口２９が設けられている。隣接する冷却器２２同士は、２個の連結管２３で接続されている。一方の連結管２３は、積層方向からみて冷媒供給口２８と重なるように位置している。図２、図３では隠れて見えないが、他方の連結管は、積層方向からみて冷媒排出口２９と重なるように位置している。冷媒供給口２８と冷媒排出口２９には、不図示の冷媒循環装置が接続される。冷媒供給口２８から供給される冷媒は、一方の連結管２３を通じて全ての冷却器２２に分配される。冷媒は冷却器２２を通る間に隣接するパワーモジュール８から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、他方の連結管と冷媒排出口２９を通じて積層ユニット２０から排出される。各パワーモジュール８は、その両側から冷却されるので、積層ユニット２０は冷却性能が高い。

各パワーモジュール８の３個の端子２５ａ－２５ｃはいずれも平板状である。複数のパワーモジュール８の正極端子２５ａは、隣接するパワーモジュール８の正極端子２５ａの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数のパワーモジュール８の負極端子２５ｂも、隣接するパワーモジュール８の負極端子２５ｂの平坦面と対向するように、積層方向に一列に並んでいる。複数のパワーモジュール８の中点端子２５ｃも同様である。複数のパワーモジュール８の正極端子２５ａ、負極端子２５ｂ、中点端子２５ｃは、３列に並んでいる。

先に述べたように、コンデンサ６０は、電気自動車１００の走行用モータの駆動電力が流れるので体格が大きい。コンデンサ６０は、積層ユニット２０の冷却器２２とパワーモジュール８の積層方向（図中のＸ方向）に長尺であり、積層ユニット２０の斜め下方（図２、図３では斜め上方）に並んでいる。コンデンサ６０のケースの中には、コンデンサ素子６１（図３参照）が収容されている。積層ユニット２０とコンデンサ６０は、正極バスバ３０と負極バスバ４０で接続されている。なお、正極バスバ３０と負極バスバ４０の間には絶縁板４８が挟まれている。コンデンサ６０の長手方向の両端には、コンデンサ６０をケースへ取り付けるためのタブ６２が設けられている。

図３に、正極バスバ３０と負極バスバ４０と積層ユニット２０とコンデンサ素子６１（コンデンサ６０）のアセンブリの分解斜視図を示す。図３では、コンデンサ６０のケースを省略し、内部のコンデンサ素子６１を描いてある。コンデンサ素子６１は、図１の平滑コンデンサ６に相当する。

複数のパワーモジュール８の正極端子２５ａとコンデンサ素子６１の正極６１ａが正極バスバ３０で接続され、複数の負極端子２５ｂとコンデンサ素子６１の負極６１ｂが負極バスバ４０で接続される。

正極バスバ３０は、板状の平板部３１、複数の正極端子孔３２、及び、複数の枝部３３を備えている。図３では、左端の正極端子孔３２と枝部３３にのみ符号を付し、他の正極端子孔と枝部には符号を省略した。後に説明する負極バスバ４０と絶縁板４８でも同様である。

平板部３１の一端に接続バスバ６３の一端が接続される。接続バスバ６３の他端がコンデンサ素子６１の正極６１ａが接続される。正極バスバ３０の平板部３１には、複数の正極端子孔３２が設けられており、各正極端子孔３２の縁から枝部３３が、平板部３１と直交する方向に延びている。各正極端子孔３２を各パワーモジュール８の正極端子２５ａが通り、それぞれの正極端子２５ａとそれぞれの枝部３３が溶接にて接合される。

負極バスバ４０は、板状の平板部４１、複数の負極端子孔４２、複数の枝部４３、及び、複数の正極端子孔４４を備えている。平板部４１の一端が、コンデンサ素子６１の負極６１ｂに接続される。負極バスバ４０の平板部４１には、複数の負極端子孔４２が設けられており、各負極端子孔４２の縁から枝部４３が、平板部４１と直交する方向に延びている。各負極端子孔４２を各パワーモジュール８の負極端子２５ｂが通り、その負極端子２５ｂと枝部４３が接合される。

正極バスバ３０と負極バスバ４０の間に絶縁板４８が挟まれている。絶縁板４８は、正極バスバ３０と負極バスバ４０の間を絶縁する。絶縁板４８には複数の貫通孔４９がもうけられている。

正極バスバ３０、絶縁板４８、負極バスバ４０を重ねると、負極バスバ４０の複数の正極端子孔４４の夫々と、絶縁板４８の複数の貫通孔４９の夫々が重なり、それらの貫通孔を、パワーモジュール８の正極端子２５ａと、正極バスバ３０の枝部３３が通過する。正極端子２５ａと枝部３３は、負極バスバ４０の正極端子孔４４には触れておらず、両者は絶縁されている。

正極バスバ３０の平板部３１と、負極バスバ４０の平板部４１は、共に板状であり、相互に近接対向する。正確には、平板部３１と平板部４１は、絶縁板４８を挟んで積層されている。正極バスバ３０の平板部３１と負極バスバ４０の平板部４１は、コンデンサ６０（コンデンサ素子６１）から積層ユニット２０へ向けて近接並走して延びている。一方のバスバに電流が流れると、その電流に起因してバスバの周囲に磁界が発生する。磁界の大きさとバスバのインダクタンスには正の相関がある（磁界が大きいほど、インダクタンスも大きくなる）。正極バスバ３０の平板部３１と負極バスバ４０の平板部４１が対向していると、一方のバスバの磁界によって他方のバスバに渦電流が生じる。渦電流の発生は、一方のバスバの磁界を弱める。磁界が弱まるということは、インダクタンスが小さくなることを意味する。バスバの平板部３１、４１を近接並走させることで、バスバのインダクタンスを小さくすることができる。

図４、図５を参照して、電力変換装置２のケース内部の部品レイアウトを説明する。図４は、図中の座標系でＸ軸正側のケース５０の側板をカットした断面図である。図５は、Ｙ軸負側のケース５０の側板をカットした断面図である。電力変換装置２のケース５０は、上下方向でアッパーケース５２とロアケース５３に分割されている。ロアケース５３は、アッパーケース５２の下に位置する。アッパーケース５２は上側と下側がともに開口しており、上側の開口はアッパーカバー５１で塞がれる。アッパーケース５２とロアケース５３は、ほぼ同じ高さを有しており、ケース５０の内部空間を上下にほぼ二分している。アッパーケース５２とロアケース５３は、ボルト５７で締結される。図４、図５の矢印線ＣＬがアッパーケース５２とロアケース５３の境界を示している。

アッパーケース５２には、制御基板６６と積層ユニット２０とコンデンサ６０が固定されている。ロアケース５３には、リアクトル７０が固定されている。リアクトル７０は、図１のリアクトル７に対応する。

アッパーケース５２には、その内部空間５２ｓを上下に分割する中仕切５２１が設けられており、中仕切５２１の上側に制御基板６６が固定され、その下側に積層ユニット２０が固定される。制御基板６６には、図１のスイッチング素子９ａ－９ｈ、及び、パワーモジュール８ｅ－８ｇに埋設されているスイッチング素子を制御する回路が実装されている。制御基板６６には、複数のパワーモジュール８の夫々から延びる制御端子２７が接続されている。積層ユニット２０は、中仕切５２１の下側に固定されている。積層ユニット２０は、中仕切５２１から立設する支持壁５２２とアッパーケース５２の内壁の間に、板バネ６７とともに挟まれている。板バネ６７によって、複数のパワーモジュール８と複数の冷却器２２は、積層方向に荷重を受けつつアッパーケース５２に収容されている。積層方向の荷重によって、隣接するパワーモジュール８と冷却器２２が密着し、冷却性能が向上する。

コンデンサ６０は、積層ユニット２０の斜め下に配置されている。コンデンサ６０は、アッパーケース５２の内側面から出ている突起５５の下端にボルト５６で締結されている。突起５５は、アッパーケース５２の内側面から延びており、途中で下方に屈曲している。突起５５は、アッパーケース５２の内部空間５２ｓからロアケース５３の内部空間５３ｓへと延びており、その下端はロアケース５３の内部空間５３ｓの中に達している。コンデンサ６０は、アッパーケース５２に支持されているが、ロアケース５３の内部空間５３ｓに収容されており、ロアケース５３の内部空間５３ｓにて、アッパーケース５２の突起５５に締結されている。コンデンサ６０の側面のタブ６２がボルト５６で突起５５の下端に締結されている。コンデンサ６０は、長手方向の両端がボルト５６で突起５５に締結されている。

電力変換装置２のケース５０における上記した部品レイアウトの利点について説明する。上記したように、コンデンサ６０は、アッパーケース５２の突起５５に締結されているが、ロアケース５３に収容されている。積層ユニット２０は、アッパーケース５２に収容されている。体格の大きい積層ユニット２０とコンデンサ６０を、アッパーケース５２とロアケース５３に別々に収容しているので、ケース５０の高さと幅（Ｙ軸方向の長さ）の比を小さくすることができる。

また、コンデンサ６０は、ロアケース５３の内部空間５３ｓにて突起５５の下端にボルト５６で締結されている。ケース５０は、図４に示されているように、高さと幅（ケース５０のＹ方向の長さ）の比が１に近い。それゆえ、積層ユニット２０とコンデンサ６０を水平方向に並べて配置することができない。また、積層ユニット２０とコンデンサ６０は、正極バスバ３０と負極バスバ４０で接続されているため、積層ユニット２０をアッパーケース５２に固定しコンデンサ６０をロアケース５３に固定すると組立効率が悪くなる。積層ユニット２０とコンデンサ６０は、共にアッパーケース５２に固定するか、共にロアケース５３に固定することが望ましい。仮にコンデンサ６０をその上端でアッパーケース５２に固定すると、コンデンサ６０は上端を片持ち支持されることになる。そうすると、片持ちの支持箇所からコンデンサ６０の重心Ｇまでの距離が長くなる。電力変換装置２は車両に搭載されるため、走行中に強い振動を受ける。コンデンサ６０の締結箇所（片持ち支持の締結箇所）から重心Ｇまでの距離が長いと、図中のＹ方向の振動に対してコンデンサ６０の耐振動特性がよくない。

第１実施例の電力変換装置２においては、コンデンサ６０のタブ６２は、上下方向でコンデンサ６０のほぼ中央に位置している。コンデンサ６０の締結箇所（タブ６２）は、上下方向でコンデンサ６０の重心Ｇに近い。図４の長さｄＨが、重心Ｇと締結箇所（タブ６２）の高さ方向の距離を示している。距離ｄＨは、コンデンサ６０の重心Ｇから上端までの距離よりもはるかに短い。それゆえ、実施例の電力変換装置２では、図中のＹ方向の振動に対してコンデンサ６０の耐振動特性が良い。

なお、パワーモジュール８のパッケージ１０８とコンデンサ６０の間には隙間ｄＬが確保されている。別言すれば、パッケージ１０８とコンデンサ６０は、図中のＸＹ平面の方向（即ち水平方向）からみたときに、隙間ｄＬを挟んで上下に離れて配置されている。それゆえ、パワーモジュール８の正極端子２５ａとコンデンサ６０の間で正極バスバ３０は直線状となることができる。同様に負極端子２５ｂとコンデンサ６０の間で負極バスバ４０は直線状となることができる。パワーモジュール８とコンデンサ６０の間でバスバ（正極バスバ３０、負極バスバ４０）が直線的になることも、バスバの寄生インダクタンスを抑制することに貢献する。

（変形例）図６に変形例の電力変換装置２ａの断面図を示す。図６は、図５に対応する断面図であり、ケース５０ａの図中のＹ軸負側の側板をカットした断面図である。なお、図６は、ロアケースを外した図であり、コンデンサ６０もアッパーケース５２ａから外した状態を示している。

アッパーケース５２ａの内側には、下端がアッパーケース５２ａの内部空間５２ｓに位置する突起５５ａが設けられている。コンデンサ６０は、スペーサ５８を挟んでボルト５６で突起５５ａに締結される。スペーサ５８は円筒であり、その内部をボルト５６が通る。スペーサ５８の下端がコンデンサ６０の締結箇所となり、図６に仮想線ＶＬで示すように、締結箇所は、アッパーケース５２ａの内部空間５２ｓよりも下方に位置する。即ち、この変形例の場合も、コンデンサ６０は、ロアケースの内部空間に収容されるとともに、ロアケースの内部空間にてスペーサ５８を介してアッパーケース５２ａから延びる突起５５ａに固定される。変形例の電力変換装置２ａにおける部品配置も、先に説明した電力変換装置２の部品配置と同じ効果を奏する。

（第２実施例）図７－図９を参照して第２実施例の電力変換装置２ｂを説明する。第２実施例の電力変換装置２ｂは、正極バスバ１３０と負極バスバ１４０の形状と、コンデンサ素子１６１（コンデンサ１６０）の構造が第１実施例の電力変換装置２と異なる。その他の構造は第１実施例の電力変換装置２と同じであるので説明は省略する。

図７は、電力変換装置２ｂのバスバとコンデンサ素子１６１と積層ユニット２０の分解斜視図である。積層ユニット２０は図３のものと同一である。コンデンサ素子１６１は、図中のＸ方向からみたときに横方向の長さＷが縦方向の長さＬよりも短い。別言すれば、コンデンサ素子１６１は、パワーモジュール８の積層方向（図中のＸ方向）と交差する断面における横方向の長さＷが縦方向の長さＬよりも短い。この点は、第１実施例の電力変換装置２のコンデンサ素子６１と同じである。ただし、コンデンサ素子１６１は、電極１６1ａ、１６１ｂが、コンデンサ素子１６１の横方向を向く側面に配置されている。なお、第１実施例におけるコンデンサ素子６１は、電極６１ａ、６１ｂが、コンデンサ素子６１の上面と下面に配置されている。コンデンサ素子１６１の正極１６１ａに、正極バスバ１３０の電極接合部３５が接合されており、負極１６１ｂに負極バスバ１４０の電極接合部４５が接合されている。

図９に、第２実施例の電力変換装置２ｂのコンデンサ１６０と積層ユニット２０とバスバのアセンブリの側面図を示す。図９では、コンデンサ１６０のケースは仮想線で示してあり、コンデンサ１６０の内部構造は断面を示してある。

パワーモジュール８のパッケージ１０８とコンデンサ１６０の間には隙間ｄＬが確保されている。即ち、別言すれば、パッケージ１０８とコンデンサ１６０は、図中のＸＹ平面の方向（即ち水平方向）からみたときに、隙間ｄＬを挟んで上下に離れて配置されている。第１実施例の電力変換装置２と同様に、パワーモジュール８の正極端子２５ａとコンデンサ１６０の間で正極バスバ１３０は直線状となることができる。負極端子２５ｂとコンデンサ１６０の間で負極バスバ１４０も直線状となることができる。そして、端子２５ａ、２５ｂとコンデンサ１６０の間で正極バスバ１３０と負極バスバ１４０は近接並走している。この近接並走により、バスバのインダクタンスが小さくなる。

コンデンサ素子１６１の電極１６１ａ、１６１ｂは、コンデンサ素子１６１の横方向を向く側面に配置されている。先に述べたように正極バスバと負極バスバは、近接並走しているとインダクタンスが小さくなる。図９に示すように、第２実施例の電力変換装置２ｂの場合、正極バスバ１３０と負極バスバ１４０は、電極接合部３５、４５を除くと、コンデンサ素子１６１の上側でのみ並走していない。即ち、バスバ１３０、１４０は、距離Ｗの非並走区間を有している。

図１０に変形例の電力変換装置のアセンブリの側面図を示す。図１０の変形例の場合、コンデンサ素子２６１は、上側と下側に電極２６１ａ、２６１ｂを有している。この場合、正極バスバ２３０と負極バスバ１４０は、電極接合部を除くと、コンデンサ素子２６１の側方に非並走区間を有する。即ち、図１０の変形例の場合、距離Ｌの非並走区間を有している。一方、図９に示した電力変換装置２ｂでは、コンデンサ素子１６１、２６１は、横方向の長さＷが縦方向の長さＬよりも短い。従って、図９の構造、即ち、電極１６１ａ、１６１ｂが上側と下側に配置されているコンデンサ素子１６１を採用することで、バスバの非並走区間を短くすることができる。この点も、バスバのインダクタンスを小さくすることに貢献する。

電力変換装置２、２ａ、２ｂのその他の特徴について説明する。図４、図５に示すように、アッパーケース５２とロアケース５３は、ボルト５７で固定されている。ボルト５７は、下側から取り付けられる。この特徴は、ケース全体の体積を大きくすることなく、アッパーケース５２の基板６６を収容する空間の体積を大きくすることに寄与する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図１で示したように、インバータ回路１３ａ、１３ｂを構成する主要部品は積層ユニット２０に収容されている。それゆえ、積層ユニット２０を「インバータ」と呼ぶこことができる。ケース５０のアッパーケース５２は、バスバ３０、４０で接続されているインバータ１３ａ、１３ｂ（積層ユニット２０）とコンデンサ６０を固定している。インバータ１３ａ、１３ｂ（積層ユニット２０）はアッパーケース５２に収容されており、コンデンサ６０はロアケース５３に収容されている。コンデンサ６０は、アッパーケース５２から延びており、ロアケース５３の内部空間５３ｓに達している突起５５の下端に締結されている。

実施例の電力変換装置２は、上下方向でアッパーケース５２とロアケース５３に分割されているケース５０を備えている。積層ユニット２０とコンデンサ６０は、アッパーケース５２に固定されている。コンデンサ６０はアッパーケース５２の内部空間５２ｓからロアケース５３の内部空間５３ｓへと延びる突起５５の下端にボルト５６で固定されている。コンデンサ６０は、アッパーケース５２に締結されているが、ロアケース５３の内部空間５３ｓに収容されている。コンデンサ６０は、ロアケース５３の内部空間５３ｓにて、上下方向のほぼ中心（タブ６２）で締結されている。それゆえ、横方向の振動に対して耐振動性が良い。

仮に、図４、図５のケース５０（図６のケース５０ａ）の上下を逆にしても、コンデンサ６０の耐振動特性について同じ効果が得られる。図４、図５のケース５０の上下を逆にすると、アッパーケース５２がロアケースに相当し、ロアケース５３がアッパーケースに相当することになる。従って、実施例の技術は、次のように表現することができる。電力変換装置は、アッパーケースとロアケースに分割されているケースを備えている。アッパーケースとロアケースの一方を第１分割ケースと称し、他方を第２分割ケースと称する。積層ユニット２０とコンデンサ６０は、正極バスバ３０と負極バスバ４０で接続されており、共に第１分割ケースに固定されている。積層ユニット２０は、第１分割ケースの内部空間に収容されており、コンデンサ６０は、第２分割ケースに収容されている。コンデンサ６０は、第２ケースの内部空間にて、第１ケースの内部空間から延びる突起５５に締結される。

実施例の電力変換装置２（２ｂ）では、積層ユニット２０がコンデンサ６０（１６０）の上側に配置されており、パッケージ１０８とコンデンサ６０（１６０）は、隙間ｄＬを隔てて離れている。そして、パワーモジュール８とコンデンサ６０（１６０）の間で正極バスバ３０（１３０）と負極バスバ４０（１４０）が直線的に並走している。この特徴が、バスバのインダクタンスを小さくすることに貢献する。積層ユニットがコンデンサの下側に配置されており、パッケージ１０８とコンデンサが隙間ｄＬを隔てて離れていても、同じ効果が得られる。隙間ｄＬは、小さい距離であればよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ、２ｂ：電力変換装置
５：フィルタコンデンサ
６：平滑コンデンサ
７、７０：リアクトル
８、８ａ－８ｇ：パワーモジュール
９ａ－９ｈ：スイッチング素子
１２：電圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路（インバータ）
２０：積層ユニット（インバータ）
２２：冷却器
２３：連結管
２７：制御端子
３０、１３０：正極バスバ
３１、４１：平板部
３２、４４：正極端子孔
３３、４３：枝部
４０、１４０：負極バスバ
４２：負極端子孔
４８：絶縁板
４９：貫通孔
５０、５０ａ：ケース
５１：アッパーカバー
５２、５２ａ：アッパーケース
５２ｓ、５３ｓ：内部空間
５３：ロアケース
５５、５５ａ：突起
５６、５７：ボルト
５８：スペーサ
６０、１６０：コンデンサ
６２：タブ
６６：制御基板
６７：板バネ
１００：電気自動車

Claims (4)

1. アッパーケースとロアケースに分割されているケースと、
   前記アッパーケースと前記ロアケースの一方である第１分割ケースに収容されているとともに当該第１分割ケースに固定されているインバータと、
   前記インバータと正極バスバ及び負極バスバで接続されており、前記アッパーケースと前記ロアケースの他方である第２分割ケースの内部空間に配置されているコンデンサと、
   を備えており、
   前記第１分割ケースは、その内部空間から前記第２分割ケースの内部空間へ延びている締結部を備えており、
   前記コンデンサは、前記第２分割ケースの内部空間にて前記締結部に締結されている、電力変換装置。
2. 前記正極バスバと前記負極バスバが前記コンデンサから前記インバータへ向けて近接並走して延びている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記インバータは、複数のパワーモジュールと複数の冷却器の積層体を含んでおり、
   夫々の前記パワーモジュールは、スイッチング素子を収容しているパッケージと、前記パッケージから延びており前記正極バスバまたは前記負極バスバと接続されている複数の端子を備えており、
   水平方向からみたときに前記パッケージと前記コンデンサの間には隙間が確保されている、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数のパワーモジュールの積層方向に直交する断面において前記コンデンサは、横方向の長さが縦方向の長さよりも短く、前記正極バスバ及び前記負極バスバと接続される電極が、前記コンデンサの横方向を向く側面に配置されている、請求項３に記載の電力変換装置。

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