JP7124402B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力変換装置は、複数のスイッチング素子とこれに接続されるコンデンサとを備えている。例えば、特許文献１に開示された電力変換装置においては、コンデンサモジュールから突出したバスバーに、複数のスイッチング素子が接続されている。すなわち、バスバーを介して、コンデンサ素子と複数のスイッチング素子とが電気的に接続されると共に、複数のスイッチング素子同士も、バスバーを介して電気的に接続されている。

特開２０１４－２０７４２７号公報

しかしながら、互いに異なる機器（例えば回転電機）に接続されるスイッチング素子が、バスバーを介して互いに接続された構成となると、以下の課題が懸念される。
すなわち、近年、特に高速度化、高集積化が進む中で、異なる機器に接続されるスイッチング素子同士の間で、スイッチングサージが伝搬し合うことが懸念される。つまり、一方の機器を駆動させる際のスイッチング素子のスイッチング動作によって生じるサージ電圧が、他方の機器を駆動するスイッチング素子に伝搬してしまうことが懸念される。

そして、スイッチング速度の高速化に伴い、スイッチングサージが生じやすくなり、また、高集積化に伴い、バスバーにおける複数のスイッチング素子間の電流経路のインピーダンスが小さくなりやすい。そうすると、異なる機器に接続されるスイッチング素子同士の間で、サージ電圧が伝搬し合うという課題が生じうる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、互いに異なる機器に接続されるスイッチング素子の間におけるサージ電圧の伝搬を抑制することができる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、コンデンサ素子（３１）を内蔵したコンデンサモジュール（３）と、
互いに直列接続された上アームスイッチング素子（２ｕ）と下アームスイッチング素子（２ｄ）との直列体（２Ｓ）を内蔵した複数の半導体モジュール（２）と、を備え、
上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の一対の電極に電気的に接続された正極バスバー（４Ｐ）及び負極バスバー（４Ｎ）を有し、
上記半導体モジュールは、上記上アームスイッチング素子の高電位側に電気的に接続された正極パワー端子（２１Ｐ）と、上記下アームスイッチング素子の低電位側に電気的に接続された負極パワー端子（２１Ｎ）と、上記上アームスイッチング素子と上記下アームスイッチング素子との接続点に接続された中間パワー端子（２１Ｍ）と、を有し、
上記複数の半導体モジュールは、上記正極パワー端子において、共通の上記正極バスバーに接続されており、上記負極パワー端子において、共通の上記負極バスバーに接続されており、
また、上記複数の半導体モジュールは、少なくとも、第１機器（６１）に上記中間パワー端子が接続される第１モジュール群（２０１）と、上記第１機器とは異なる第２機器（６２）に上記中間パワー端子が接続される第２モジュール群（２０２）と、に分かれており、
上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記正極パワー端子と上記正極バスバーとの接続部である第２正極接続部（１２Ｐ）は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記正極パワー端子と上記正極バスバーとの接続部である複数の第１正極接続部（１１Ｐ）から、所定距離以上離れた位置に設けてあり、
上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記負極パワー端子と上記負極バスバーとの接続部である第２負極接続部（１２Ｎ）は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記負極パワー端子と上記負極バスバーとの接続部である複数の第１負極接続部（１１Ｎ）から、所定距離以上離れた位置に設けてあり、
上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との間の最短距離（Ｌｐ２）は、互いに隣り合ういずれの上記第１正極接続部同士の間の最短距離（Ｌｐ１）よりも長く、
上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との間の最短距離（Ｌｎ２）は、互いに隣り合ういずれの上記第１負極接続部同士の間の最短距離（Ｌｎ１）よりも長く、
上記正極バスバーは、互いに最も近接する上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との間の領域に、上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との並び方向に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる正極小断面積部（４３Ｐ）を有し、上記負極バスバーは、互いに最も近接する上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との間の領域に、上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との並び方向に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる負極小断面積部（４３Ｎ）を有し、
上記コンデンサモジュールは、上記第１モジュール群及び上記第２モジュール群に対して、上記第１モジュール群と上記第２モジュール群との並び方向に直交する方向に配置されており、
上記正極バスバーは、上記正極小断面積部を介して互いに接続された正極第１本体部及び正極第２本体部と、上記正極第１本体部及び上記正極第２本体部からそれぞれ突出した正極突出端子（４２）とを有し、上記正極第１本体部から突出した正極突出端子は、上記第１正極接続部を構成し、上記正極第２本体部から突出した正極突出端子は、上記第２正極接続部を構成し、
上記負極バスバーは、上記負極小断面積部を介して互いに接続された負極第１本体部及び負極第２本体部と、上記負極第１本体部及び上記負極第２本体部からそれぞれ突出した負極突出端子（４２）とを有し、上記負極第１本体部から突出した負極突出端子は、上記第１負極接続部を構成し、上記負極第２本体部から突出した負極突出端子は、上記第２負極接続部を構成し、
上記正極小断面積部は、上記正極第１本体部及び上記正極第２本体部に対する上記正極突出端子の付け根部分よりも、上記第１正極接続部及び上記第２正極接続部から遠い位置にのみ形成され、
上記負極小断面積部は、上記負極第１本体部及び上記負極第２本体部に対する上記負極突出端子の付け根部分よりも、上記第１負極接続部及び上記第２負極接続部から遠い位置にのみ形成されている、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置においては、上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との間の最短距離は、互いに隣り合ういずれの第１正極接続部同士の間の最短距離よりも長い。また、上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との間の最短距離は、互いに隣り合ういずれの第１負極接続部同士の間の最短距離よりも長い。これにより、第２正極接続部を、第１正極接続部から離れた位置に配置し、第２負極接続部を、第１負極接続部から離れた位置に配置することができる。

それゆえ、正極バスバーにおいて、第１正極接続部と第２正極接続部との間の電流経路を長くすることができる。また、負極バスバーにおいて、第１負極接続部と第２負極接続部との間の電流経路を長くすることができる。そのため、これらの電流経路におけるインピーダンスを高くすることができる。その結果、第１正極接続部及び第１負極接続部に接続される半導体モジュールと、第２正極接続部及び第２負極接続部に接続される半導体モジュールとの間において、サージ電圧が伝搬することを抑制することができる。つまり、互いに異なる機器に接続される、第１モジュール群のスイッチング素子と第２モジュール群のスイッチング素子との間において、サージ電圧が影響し合うことを抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、互いに異なる機器に接続されるスイッチング素子の間におけるサージ電圧の伝搬を抑制することができる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説明図。 図１のII－II線矢視断面相当のコンデンサモジュールの断面図。 図２のIII－III線矢視断面図。 図２のIV－IV線矢視断面図。 実施形態１における、半導体モジュールの正面図。 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、正極バスバーの展開図。 実施形態１における、負極バスバーの展開図。 実施形態２における、電力変換装置の平面説明図。 実施形態２における、コンデンサモジュールの断面説明図。 実施形態２における、電力変換装置の回路図。 実施形態３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。
本形態の電力変換装置１は、図１に示すごとく、コンデンサモジュール３と、複数の半導体モジュール２と、を備えている。図２～図４に示すごとく、コンデンサモジュール３は、コンデンサ素子３１を内蔵している。半導体モジュール２は、図５、図６に示すごとく、互いに直列接続された上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとの直列体２Ｓを内蔵している。

図１～図４に示すごとく、コンデンサモジュール３は、コンデンサ素子３１の一対の電極に電気的に接続された正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎを有する。図５に示すごとく、半導体モジュール２は、正極パワー端子２１Ｐと負極パワー端子２１Ｎと中間パワー端子２１Ｍとを有する。正極パワー端子２１Ｐは、上アームスイッチング素子２ｕの高電位側に電気的に接続された端子である。負極パワー端子２１Ｎは、下アームスイッチング素子２ｄの低電位側に電気的に接続された端子である。中間パワー端子２１Ｍは、上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとの接続点に接続された端子である。

図１に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、正極パワー端子２１Ｐにおいて、共通の正極バスバー４Ｐに接続されており、負極パワー端子２１Ｎにおいて、共通の負極バスバー４Ｎに接続されている。

また、複数の半導体モジュール２は、少なくとも、第１モジュール群２０１と第２モジュール群２０２とに分かれている。第１モジュール群２０１は、第１機器６１に中間パワー端子２１Ｍが接続される半導体モジュール２の群である。第２モジュール群２０２は、第１機器６１とは異なる第２機器６２に中間パワー端子２１Ｍが接続される群である。

第２正極接続部１２Ｐは、複数の第１正極接続部１１Ｐから、所定距離以上離れた位置に設けてある。ここで、第２正極接続部１２Ｐは、第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２の正極パワー端子２１Ｐと正極バスバー４Ｐとの接続部である。また、第１正極接続部１１Ｐは、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２の正極パワー端子２１Ｐと正極バスバー４Ｐとの接続部である。

第２負極接続部１２Ｎは、複数の第１負極接続部１１Ｎから、所定距離以上離れた位置に設けてある。ここで、第２負極接続部１２Ｎは、第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２の負極パワー端子２１Ｎと負極バスバー４Ｎとの接続部である。第１負極接続部１１Ｎは、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２の負極パワー端子２１Ｎと負極バスバー４Ｎとの接続部である。

第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間の最短距離Ｌｐ２は、互いに隣り合ういずれの第１正極接続部１１Ｐ同士の間の最短距離Ｌｐ１よりも長い。第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間の最短距離Ｌｎ２は、互いに隣り合ういずれの第１負極接続部１１Ｎ同士の間の最短距離Ｌｎ１よりも長い。なお、本形態においては、Ｌｐ１＝Ｌｎ１、Ｌｐ２＝Ｌｎ２である。

ここで、最短距離Ｌｐ２は、互いに最も近い位置にある第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間の最短距離である。また、第１正極接続部１１Ｐが３個以上存在する場合には、「第１正極接続部１１Ｐ同士の間」が複数存在することとなり、「第１正極接続部１１Ｐ同士の間の最短距離Ｌｐ１」も複数存在し得ることとなる。その場合は、いずれの「第１正極接続部１１Ｐ同士の間の最短距離Ｌｐ１」よりも、最短距離Ｌｐ２が長いこととなる。本形態においては、第１正極接続部１１Ｐは等間隔に設けてあるが、等間隔ではない場合には、複数の「第１正極接続部１１Ｐ同士の間」の最短距離Ｌｐ１のうち、最も長い最短距離Ｌｐ１よりも、最短距離Ｌｐ２を長くすることとなる。なお、最短距離Ｌｎ１、Ｌｎ２についても、上記の最短距離Ｌｐ１、Ｌｐ２に準ずる。

電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるものとすることができる。そして、電力変換装置１は、例えば、図６に示すごとく、直流電源ＢＡＴと回転電機ＭＧとの間に接続され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うよう構成されている。

図６の回路図に示すように、昇圧回路部と、インバータ回路部とを有する。昇圧回路部は、リアクトルとスイッチング素子の直列体２Ｓとを有する。インバータ回路部は、複数の直列体２Ｓを有する。また、昇圧回路部における直列体２Ｓとインバータ回路部における複数の直列体２Ｓとは、高電位側配線と低電位側配線との間に、並列接続されている。高電位側配線と低電位側配線との間に、平滑コンデンサが接続されている。この平滑コンデンサは、上述のコンデンサモジュール３によって構成されている。高電位側配線は、正極バスバー４Ｐによって構成され、低電位側配線は、負極バスバー４Ｎによって構成されている。

インバータ回路部における複数の直列体２Ｓは、上下アームの接続部において、回転電機ＭＧに接続されている。本形態においては、この回転電機ＭＧが、第１機器６１となる。また、昇圧回路部における直列体２Ｓは、上下アームの接続部において、リアクトルに接続されている。本形態においては、リアクトルが第２機器６２となる。なお、本形態においては、昇圧回路部を構成する直列体２Ｓは、２つ設けてあり、互いに並列接続されている。

図１に示すごとく、電力変換装置１は、装置ケース１３内に、コンデンサモジュール３と複数の半導体モジュール２とを、他の構成部品と共に収容してなる。なお、図１等において、他の構成部品は、適宜省略してある。

図２～図４に示すごとく、コンデンサモジュール３は、複数のコンデンサ素子３１を備えている。複数のコンデンサ素子３１は、互いに並列接続されている。コンデンサモジュール３は、樹脂製のコンデンサケース３２内に、複数のコンデンサ素子３１を、封止樹脂３３と共に収容してなる。

複数のコンデンサ素子３１は、コンデンサケース３２内において、一列に並んで配置されている。この複数のコンデンサ素子３１の並び方向を、適宜、Ｘ方向という。コンデンサケース３２は、Ｘ方向に長尺な、略直方体形状を有する。コンデンサケース３２は、Ｘ方向に直交する方向に開口した、開口面３２１を有する。そして、開口面３２１に、封止樹脂３３のポッティング面３３１が配されることとなる。この開口面３２１の開口方向に平行な方向を、適宜、Ｙ方向という。そして、Ｘ方向とＹ方向との双方に直交する方向を、適宜、Ｚ方向という。

コンデンサモジュール３の正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、封止樹脂３３のポッティング面３３１から、Ｙ方向に突出している。正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、コンデンサケース３２内において、コンデンサ素子３１の電極面３１１に接続されている。本形態においては、コンデンサ素子３１の電極面３１１は、Ｙ方向の両端面に存在する。そして、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、Ｘ方向に並んだ複数のコンデンサ素子３１を、並列接続している。

図２に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、ポッティング面３３１から突出する部位においては、互いの間に絶縁層４９を設けつつ、Ｚ方向に対向配置されている。この正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎの対向部分４１は、主面がＺ方向を向いた平板状に形成されている。

図３、図４に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、対向部分４１における、コンデンサケース３２と、Ｙ方向の反対側の端部から、半導体モジュール２に接続するための分岐端子４２を、複数突出している。図２～図４に示すごとく、分岐端子４２は、Ｘ方向に主面を向けるように形成されている。

正極バスバー４Ｐの分岐端子４２と、半導体モジュール２の正極パワー端子２１Ｐとの接続部が、第１正極接続部１１Ｐ又は第２正極接続部１２Ｐとなる。また、負極バスバー４Ｎの分岐端子４２と、半導体モジュール２の正極パワー端子２１Ｐとの接続部が、第１負極接続部１１Ｎ又は第２負極接続部１２Ｎとなる。

本形態において、図３、図４に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、対向部分４１を、Ｘ方向の２箇所において、ポッティング面３３１から突出させている。そして、図１に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、一方の対向部分４１から突出した複数の分岐端子４２を、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２に接続している。正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、他方の対向部分４１から突出した複数の分岐端子４２を、第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２に接続している。

図１に示すごとく、コンデンサモジュール３は、複数箇所において、ボルト１３１によって装置ケース１３に固定されている。
本形態において、コンデンサモジュール３は、図３に示すごとく、６個のコンデンサ素子３１を、Ｘ方向に並べて配置してなる。そして、コンデンサ素子３１を３個ずつ、Ｘ方向において互いに近接して配置している。Ｘ方向における中央の２つのコンデンサ素子３１同士の間隔は、他の箇所における隣り合う２つのコンデンサ素子３１の間の間隔よりも広い。ただし、６個のコンデンサ素子３１は、上述したように、互いに並列接続されている。なお、コンデンサ素子３１の個数は、特に限定されるものではない。

図５、図６に示すごとく、本形態において、各半導体モジュール２は、一つの直列体２Ｓを、内蔵している。すなわち、各半導体モジュール２は、上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとを、それぞれ１個ずつ内蔵している。半導体モジュール２は、正極パワー端子２１Ｐと負極パワー端子２１Ｎと中間パワー端子２１Ｍとを、Ｚ方向の同じ方向に突出している。そして、正極パワー端子２１Ｐと負極パワー端子２１Ｎと中間パワー端子２１Ｍとは、この順に、コンデンサモジュール３に近い側からＹ方向に並んで配置されている。また、Ｚ方向において、正極パワー端子２１Ｐ、負極パワー端子２１Ｎ、及び中間パワー端子２１Ｍと反対側に、信号端子２３が突出している。

半導体モジュール２は、Ｘ方向の寸法が、他の方向の寸法よりも小さい、カード形状を有する。第１モジュール群２０１においては、複数の半導体モジュール２が、Ｘ方向に積層配置されている。図示を省略するが、これらの半導体モジュール２は、Ｘ方向の両主面に配される複数の冷却管と共に積層された状態で配置されていてもよい。
第２モジュール群２０２においても、２つの半導体モジュール２が、Ｘ方向に並べて配置されている。これらの半導体モジュール２も、第１モジュール群２０１と同様に、冷却管と共に積層されていてもよい。

第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２における上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄは、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２における上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄよりもスイッチング速度が速い。

また、第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２における直列体２Ｓは、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２における直列体２Ｓよりも、数が少ない。本形態においては、いずれの半導体モジュール２も、一つの直列体２Ｓを内蔵したものである。そのため、図１に示すごとく、第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２の数が、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２の数よりも少ない。なお、図６においては、第１モジュール群２０１における直列体２Ｓが６個、第２モジュール群２０２における直列体２Ｓが２個、示してあるが、その数は、特に限定されるものではない。

第２モジュール群２０２に属する半導体モジュール２における上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄは、第１モジュール群２０１に属する半導体モジュール２における上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄよりも、高い耐電圧性を有する。

例えば、第１モジュール群２０１の上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄを、Ｓｉ（シリコン）にて形成した半導体素子とし、第２モジュール群２０２の上アームスイッチング素子２ｕ及び下アームスイッチング素子２ｄを、ＳｉＣ（炭化珪素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）にて形成した半導体素子とすることが考えられる。

また、図４、図７に示すごとく、正極バスバー４Ｐは、互いに最も近接する第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間の領域に、正極小断面積部４３Ｐを有する。正極小断面積部４３Ｐは、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの並び方向（すなわちＸ方向）に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる部分である。

また、図８に示すごとく、負極バスバー４Ｎは、互いに最も近接する第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間の領域に、負極小断面積部４３Ｎを有する。負極小断面積部４３Ｎは、第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの並び方向（すなわちＸ方向）に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる部分である。

具体的には、図７、図８に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎに、厚み方向に貫通する開口穴４３１や切欠部４３２を適宜設けることにより、正極小断面積部４３Ｐ及び負極小断面積部４３Ｎを形成することができる。また、図示を省略するが、バスバーの厚みを局部的に薄くすることで、正極小断面積部４３Ｐ又は負極小断面積部４３Ｎを形成することもできる。

なお、図７は、正極バスバー４Ｐを平板状に展開した展開図であり、正極バスバー４Ｐを曲げ加工する前の状態の平面図でもある。図８は、負極バスバー４Ｎを平板状に展開した展開図であり、負極バスバー４Ｎを曲げ加工する前の状態の平面図でもある。

上述のように、コンデンサモジュール３は、複数のコンデンサ素子３１を並べて配置してなる。そして、これらのコンデンサ素子３１と正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎの各部との位置関係は、図３に示す距離Ａｐ、Ａｎ、Ｂｐ、Ｂｎ、Ｃｐ、Ｃｎ、Ｄｐ、Ｄｎが、Ｂｐ＜Ａｐ、Ｂｎ＜Ａｎ、Ｄｐ＜Ｃｐ、Ｄｎ＜Ｃｎ、を満たすようにしてある。なお、本形態においては、Ａｐ＝Ａｎ、Ｂｐ＝Ｂｎ、Ｃｐ＝Ｃｎ、Ｄｐ＝Ｄｎ、である。

すなわち、図３に示すごとく、Ｘ方向において、両端に位置するコンデンサ素子３１の端縁の位置を、それぞれ第１端縁位置Ｐ１及び第２端縁位置Ｐ２とする。また、第１端縁位置Ｐ１と第２端縁位置Ｐ２との中央の位置を、中間位置Ｐ０とする。このとき、第１正極接続部１１Ｐ及び第１負極接続部１１Ｎは、中間位置Ｐ０よりも第１端縁位置Ｐ１側に配置されている。そして、最も中間位置Ｐ０に近い第１正極接続部１１Ｐと中間位置Ｐ０との間の距離Ｂｐは、最も中間位置Ｐ０から遠い第１正極接続部１１Ｐと第１端縁位置Ｐ１との間の距離Ａｐよりも長い。また、最も中間位置Ｐ０に近い第１負極接続部１１Ｎと中間位置Ｐ０との間の距離Ｂｎは、最も中間位置Ｐ０から遠い第１負極接続部１１Ｎと第１端縁位置Ｐ１との間の距離Ａｎよりも長い。

また、第２正極接続部１２Ｐ及び第２負極接続部１２Ｎは、中間位置Ｐ０よりも第２端縁位置Ｐ２側に配置されている。最も中間位置Ｐ０に近い第２正極接続部１２Ｐと中間位置Ｐ０との間の距離Ｄｐは、最も中間位置Ｐ０から遠い第２正極接続部１２Ｐと第２端縁位置Ｐ２との間の距離Ｃｐよりも長い。また、最も中間位置Ｐ０に近い第２負極接続部１２Ｎと中間位置Ｐ０との間の距離Ｄｎは、最も中間位置Ｐ０から遠い第２負極接続部１２Ｎと第２端縁位置Ｐ２との間の距離Ｃｎよりも長い。

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に示すごとく、上述した最短距離Ｌｐ１、Ｌｐ２、Ｌｎ１、Ｌｎ２が、Ｌｐ２＞Ｌｐ１、Ｌｎ２＞Ｌｎ１、の関係を有する。これにより、第２正極接続部１２Ｐを、第１正極接続部１１Ｐから離れた位置に配置し、第２負極接続部１２Ｎを、第１負極接続部１１Ｎから離れた位置に配置することができる。

それゆえ、正極バスバー４Ｐにおいて、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間の電流経路を長くすることができる。また、負極バスバー４Ｎにおいて、第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間の電流経路を長くすることができる。そのため、これらの電流経路におけるインピーダンスを高くすることができる。

その結果、第１正極接続部１１Ｐ及び第１負極接続部１１Ｎに接続される半導体モジュール２と、第２正極接続部１２Ｐ及び第２負極接続部１２Ｎに接続される半導体モジュール２との間において、サージ電圧が伝搬することを抑制することができる。つまり、互いに異なる機器に接続される、第１モジュール群２０１のスイッチング素子と第２モジュール群２０２のスイッチング素子との間において、サージ電圧が影響し合うことを抑制することができる。

また、正極バスバー４Ｐは正極小断面積部４３Ｐを有する。これにより、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間のインピーダンスを効果的に増大させることができる。それゆえ、第１モジュール群２０１におけるスイッチング素子と第２モジュール群２０２におけるスイッチング素子との間において、サージ電圧の伝搬を抑制することができる。

また、負極バスバー４Ｎは負極小断面積部４３Ｎを有する。これにより、第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間のインピーダンスを効果的に増大させることができる。それゆえ、第１モジュール群２０１におけるスイッチング素子と第２モジュール群２０２におけるスイッチング素子との間において、サージ電圧の伝搬を抑制することができる。

また、図３に示す距離Ａｐ、Ａｎ、Ｂｐ、Ｂｎが、Ｂｐ＜Ａｐ、Ｂｎ＜Ａｎ、を満たす。これにより、複数の第１正極接続部１１Ｐ及び第１負極接続部１１Ｎを、極力、第２正極接続部１２Ｐ及び第２負極接続部１２Ｎから遠ざけることができる。それゆえ、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間のインピーダンス、及び第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間のインピーダンスを増大させることができる。その結果、第１モジュール群２０１におけるスイッチング素子と、第２モジュール群２０２におけるスイッチング素子との間において、サージ電圧の伝搬を抑制することができる。

また、図３に示す距離Ｃｐ、Ｃｎ、Ｄｐ、Ｄｎが、Ｄｐ＜Ｃｐ、Ｄｎ＜Ｃｎ、を満たす。これにより、第２正極接続部１２Ｐ及び第２負極接続部１２Ｎを、極力、第１正極接続部１１Ｐ及び第１負極接続部１１Ｎから遠ざけることができる。それゆえ、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間のインピーダンス、及び第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間のインピーダンスを増大させることができる。その結果、第１モジュール群２０１におけるスイッチング素子と、第２モジュール群２０２におけるスイッチング素子との間において、サージ電圧の伝搬を抑制することができる。

第２モジュール群２０２に属するスイッチング素子は、第１モジュール群２０１に属するスイッチング素子よりもスイッチング速度が速い。これにより、第２モジュール群２０２における電力変換効率を向上させることができる。その一方で、第２モジュール群２０２において比較的大きいサージ電圧が生じるおそれがある。これに対し、上述のように、第２モジュール群２０２と第１モジュール群２０１との間におけるサージ電圧の伝搬を抑制することができるため、第１モジュール群２０１への影響を抑制することができる。

また、第２モジュール群２０２に属する直列体２Ｓは、第１モジュール群２０１に属する直列体２Ｓよりも、数が少ない。これにより、第２モジュール群２０２において生じたサージ電圧の影響を受ける直列体２Ｓの数を少なくすることができる。それゆえ、例えば、数の少ない直列体２Ｓを構成するスイッチング素子についてのみ、耐電圧性能を向上させておくなどの対策を採ることで、全体のコスト増大を抑制しつつ、信頼性の高い電力変換装置１を得ることができる。

第２モジュール群２０２に属するスイッチング素子は、第１モジュール群２０１に属するスイッチング素子よりも、高い耐電圧性を有する。これにより、第２モジュール群２０２において高いサージ電圧が生じたとしても、第２モジュール群２０２におけるスイッチング素子に不具合を招くことを防ぐことができる。その一方で、第２モジュール群２０２からのサージ電圧の伝搬が抑制された第１モジュール群２０１におけるスイッチング素子を、比較的耐電圧の低いものを用いることができる。これにより、電力変換装置１の全体として、コスト低減を図ることができる。

以上のごとく、本形態によれば、互いに異なる機器に接続されるスイッチング素子の間におけるサージ電圧の伝搬を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図９～図１１に示すごとく、第２モジュール群２０２が、第２正極接続部１２Ｐと、第２負極接続部１２Ｎとを、それぞれ１箇所ずつ有する、電力変換装置１の形態である。

本形態においては、図１１に示すごとく、第２モジュール群２０２における複数の直列体２Ｓを、一つの半導体モジュール２０に内蔵している。つまり、複数の上アームスイッチング素子２ｕと、複数の下アームスイッチング素子２ｄとを、一体化して、一つの半導体モジュール２０としている。

そして、半導体モジュール２０の内部において、２つの直列体２Ｓを並列接続している。また、複数の上アームスイッチング素子２ｕの高電位側を、一つの正極パワー端子２１Ｐに電気的に接続している。また、複数の下アームスイッチング素子２ｄの低電位側を、一つの負極パワー端子２１Ｎに電気的に接続している。また、上アームスイッチング素子２ｕと下アームスイッチング素子２ｄとの接続部も、互いに接続すると共に一つの中間パワー端子２１Ｍに電気的に接続している。

すなわち、半導体モジュール２０は、正極パワー端子２１Ｐと負極パワー端子２１Ｎと中間パワー端子２１Ｍとを、それぞれ１つずつ露出している。そして、図９に示すごとく、正極パワー端子２１Ｐを、正極バスバー４Ｐに接続し、第２正極接続部１２Ｐが構成されている。また、負極パワー端子２１Ｎを、負極バスバー４Ｎに接続し、第２負極接続部１２Ｎが構成されている。

コンデンサモジュール３においては、図１０に示すごとく、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎに、半導体モジュール２０と接続するための突出端子４４を有する。突出端子は、コンデンサモジュール３のポッティング面３３１からＹ方向に突出している。また、これらの突出端子４４の主面は、Ｚ方向を向いている。

正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、突出端子４４を１本ずつ有する。そして、正極バスバー４Ｐの突出端子４４と負極バスバー４Ｎの突出端子４４とは、Ｘ方向に並んで配置されている。そして、これらの突出端子４４において、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎは、半導体モジュール２０の正極パワー端子２１Ｐ及び負極パワー端子２１Ｎと、それぞれ接続されている。これらの接続は、ネジ締結によるものとすることができる。ただし、接続方法は、特に限定されるものではない。

本形態においては、第１正極接続部１１Ｐと第２正極接続部１２Ｐとの間の最短距離Ｌｐ２と、第１負極接続部１１Ｎと第２負極接続部１２Ｎとの間の最短距離Ｌｎ２とは、互いに異なる。本形態においては特に、Ｌｎ２＞Ｌｐ２となっている。ただし、Ｌｐ２＞Ｌｐ１、Ｌｎ２＞Ｌｎ１の関係を満たす点は、実施形態１と同様である。

また、実施形態１において説明した距離Ａｐ、Ａｎ、Ｂｐ、Ｂｎ、Ｃｐ、Ｃｎ、Ｄｐ、Ｄｎは、本形態においては、図１０に示したものとなる。そして、これらの関係は、実施形態１と同様に、Ｂｐ＜Ａｐ、Ｂｎ＜Ａｎ、Ｄｐ＜Ｃｐ、Ｄｎ＜Ｃｎ、を満たすようにしてある。なお、本形態においては、ＣｐとＣｎとは互いに異なり、ＤｐとＤｎとも互いに異なる。より具体的には、Ｃｐ＞Ｃｎ、Ｄｐ＜Ｄｎ、である。

その他の構成は、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。

本形態においては、第２モジュール群２０２における第２正極接続部１２Ｐ及び第２負極接続部１２Ｎの数を低減することができる。その結果、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎの構造を簡素化することができる。また、正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎと半導体モジュール２０との接続工数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）
本形態は、図１２に示すごとく、第１機器６１及び第２機器６２の他に、第３機器６３に接続される半導体モジュール２を備えた電力変換装置１の形態である。
本形態においては、第３機器６３として、第１機器６１とは異なる回転電機ＭＧを接続している。第１機器６１と第３機器６３とは、異なるインバータ回路部に接続されている。ただし、これらのインバータ回路部は、互いに共通の正極バスバー４Ｐ及び負極バスバー４Ｎに接続されている。

各構成要素の配置等の図示は省略するが、例えば、第３機器６３に接続される半導体モジュール２を、第１モジュール群２０１に属させることができる。すなわち、第１機器６１に接続される半導体モジュール２と第３機器６３に接続される半導体モジュール２とによって、第１モジュール群２０１を構成することができる。

ただし、第３機器６３に接続される半導体モジュール２を、第２モジュール群２０２に属させてもよい。或いは、第３機器６３に接続される半導体モジュール２を、第１モジュール群２０１とも、第２モジュール群２０２とも離れた位置に配置することもできる。これらの配置は、サージ電圧の伝搬を、いずれの半導体モジュール２の間で抑制することが望まれるか等に応じて、適宜変更することができる。その他の構成は、実施形態１と同様である。

本形態においては、３つの異なる機器にそれぞれ接続される複数の半導体モジュール２を備えた電力変換装置１において、スイッチング素子間のサージ電圧の伝搬の影響を、適宜抑制することができる。その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

上記実施形態においては、第２モジュール群を２つの直列体によって構成した形態を示したが、第２モジュール群における直列体の数は、１個でもよいし、３個以上であってもよい。また、第１モジュール群も第２モジュール群も、それぞれ複数の半導体モジュールによって構成されるものである必要は、必ずしもなく、それぞれ一つの半導体モジュールにて構成することもできる。

また、上記実施形態においては、第２機器が昇圧回路を構成するリアクトルである形態を示したが、これに限らず、例えば、第１機器と第２機器とをそれぞれ異なる回転電機としてもよい。

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
１１Ｐ 第１正極接続部
１１Ｎ 第１負極接続部
１２Ｐ 第２正極接続部
１２Ｎ 第２負極接続部
２ 半導体モジュール
２０１ 第１モジュール群
２０２ 第２モジュール群
３ コンデンサモジュール
４Ｐ 正極バスバー
４Ｎ 負極バスバー

Claims (7)

1. コンデンサ素子（３１）を内蔵したコンデンサモジュール（３）と、
   互いに直列接続された上アームスイッチング素子（２ｕ）と下アームスイッチング素子（２ｄ）との直列体（２Ｓ）を内蔵した複数の半導体モジュール（２）と、を備え、
   上記コンデンサモジュールは、上記コンデンサ素子の一対の電極に電気的に接続された正極バスバー（４Ｐ）及び負極バスバー（４Ｎ）を有し、
   上記半導体モジュールは、上記上アームスイッチング素子の高電位側に電気的に接続された正極パワー端子（２１Ｐ）と、上記下アームスイッチング素子の低電位側に電気的に接続された負極パワー端子（２１Ｎ）と、上記上アームスイッチング素子と上記下アームスイッチング素子との接続点に接続された中間パワー端子（２１Ｍ）と、を有し、
   上記複数の半導体モジュールは、上記正極パワー端子において、共通の上記正極バスバーに接続されており、上記負極パワー端子において、共通の上記負極バスバーに接続されており、
   また、上記複数の半導体モジュールは、少なくとも、第１機器（６１）に上記中間パワー端子が接続される第１モジュール群（２０１）と、上記第１機器とは異なる第２機器（６２）に上記中間パワー端子が接続される第２モジュール群（２０２）と、に分かれており、
   上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記正極パワー端子と上記正極バスバーとの接続部である第２正極接続部（１２Ｐ）は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記正極パワー端子と上記正極バスバーとの接続部である複数の第１正極接続部（１１Ｐ）から、所定距離以上離れた位置に設けてあり、
   上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記負極パワー端子と上記負極バスバーとの接続部である第２負極接続部（１２Ｎ）は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールの上記負極パワー端子と上記負極バスバーとの接続部である複数の第１負極接続部（１１Ｎ）から、所定距離以上離れた位置に設けてあり、
   上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との間の最短距離（Ｌｐ２）は、互いに隣り合ういずれの上記第１正極接続部同士の間の最短距離（Ｌｐ１）よりも長く、
   上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との間の最短距離（Ｌｎ２）は、互いに隣り合ういずれの上記第１負極接続部同士の間の最短距離（Ｌｎ１）よりも長く、
   上記正極バスバーは、互いに最も近接する上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との間の領域に、上記第１正極接続部と上記第２正極接続部との並び方向に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる正極小断面積部（４３Ｐ）を有し、上記負極バスバーは、互いに最も近接する上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との間の領域に、上記第１負極接続部と上記第２負極接続部との並び方向に直交する面による断面積が、局部的に小さくなる負極小断面積部（４３Ｎ）を有し、
   上記コンデンサモジュールは、上記第１モジュール群及び上記第２モジュール群に対して、上記第１モジュール群と上記第２モジュール群との並び方向に直交する方向に配置されており、
   上記正極バスバーは、上記正極小断面積部を介して互いに接続された正極第１本体部及び正極第２本体部と、上記正極第１本体部及び上記正極第２本体部からそれぞれ突出した正極突出端子（４２）とを有し、上記正極第１本体部から突出した正極突出端子は、上記第１正極接続部を構成し、上記正極第２本体部から突出した正極突出端子は、上記第２正極接続部を構成し、
   上記負極バスバーは、上記負極小断面積部を介して互いに接続された負極第１本体部及び負極第２本体部と、上記負極第１本体部及び上記負極第２本体部からそれぞれ突出した負極突出端子（４２）とを有し、上記負極第１本体部から突出した負極突出端子は、上記第１負極接続部を構成し、上記負極第２本体部から突出した負極突出端子は、上記第２負極接続部を構成し、
   上記正極小断面積部は、上記正極第１本体部及び上記正極第２本体部に対する上記正極突出端子の付け根部分よりも、上記第１正極接続部及び上記第２正極接続部から遠い位置にのみ形成され、
   上記負極小断面積部は、上記負極第１本体部及び上記負極第２本体部に対する上記負極突出端子の付け根部分よりも、上記第１負極接続部及び上記第２負極接続部から遠い位置にのみ形成されている、電力変換装置（１）。
2. 上記第２モジュール群は、上記第２正極接続部と、上記第２負極接続部とを、それぞれ１箇所ずつ有する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記コンデンサモジュールは、複数の上記コンデンサ素子を並べて配置してなり、複数の上記コンデンサ素子の並び方向（Ｘ）において、両端に位置する上記コンデンサ素子の端縁の位置を、それぞれ第１端縁位置（Ｐ１）及び第２端縁位置（Ｐ２）とし、上記第１端縁位置と上記第２端縁位置との中央の位置を、中間位置（Ｐ０）としたとき、上記第１正極接続部及び上記第１負極接続部は、上記中間位置よりも上記第１端縁位置側に配置されており、最も上記中間位置に近い上記第１正極接続部と上記中間位置との間の距離（Ｂｐ）は、最も上記中間位置から遠い上記第１正極接続部と上記第１端縁位置との間の距離（Ａｐ）よりも長く、また、最も上記中間位置に近い上記第１負極接続部と上記中間位置との間の距離（Ｂｎ）は、最も上記中間位置から遠い上記第１負極接続部と上記第１端縁位置との間の距離（Ａｎ）よりも長い、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 上記コンデンサモジュールは、複数の上記コンデンサ素子を並べて配置してなり、複数の上記コンデンサ素子の並び方向（Ｘ）において、両端に位置する上記コンデンサ素子の端縁の位置を、それぞれ第１端縁位置（Ｐ１）及び第２端縁位置（Ｐ２）とし、上記第１端縁位置と上記第２端縁位置との中央の位置を、中間位置（Ｐ０）としたとき、上記第２正極接続部及び上記第２負極接続部は、上記中間位置よりも上記第２端縁位置側に配置されており、最も上記中間位置に近い上記第２正極接続部と上記中間位置との間の距離（Ｄｐ）は、最も上記中間位置から遠い上記第２正極接続部と上記第２端縁位置との間の距離（Ｃｐ）よりも長く、また、最も上記中間位置に近い上記第２負極接続部と上記中間位置との間の距離（Ｄｎ）は、最も上記中間位置から遠い上記第２負極接続部と上記第２端縁位置との間の距離（Ｃｎ）よりも長い、請求項１～３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記上アームスイッチング素子及び上記下アームスイッチング素子は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記上アームスイッチング素子及び上記下アームスイッチング素子よりもスイッチング速度が速い、請求項１～４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記直列体は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記直列体よりも、数が少ない、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 上記第２モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記上アームスイッチング素子及び上記下アームスイッチング素子は、上記第１モジュール群に属する上記半導体モジュールにおける上記上アームスイッチング素子及び上記下アームスイッチング素子よりも、高い耐電圧性を有する、請求項５又は６に記載の電力変換装置。

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