JP7322786B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、電力変換装置に関する。

特許文献１は、コア付き電流センサと、コアレス電流センサとを利用する電力変換装置を開示する。電力変換装置は、複数の負荷回路の電流を制御するためのスイッチング素子群を備えている。

特開２０１５－１８６３１７号公報

１つの観点において、電力変換装置におけるコアレス電流センサの使用は、コアレス電流センサへの外部磁束の影響を抑制するために、新たな配慮を必要とする。また、別の観点において、複数の負荷回路の電流を制御する電力変換装置は、供給電流の差に起因して、発熱の偏りを生じる。このため、熱対策に関して、新たな配慮を必要とする。

上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、コアレス電流センサの使用を可能としながら、熱的に有利な電流変換装置を提供することである。

ここに開示された電力変換装置は、第１電流（Ｉ１）を制御する第１スイッチ回路（ＬＤ１）、第２電流（Ｉ２）を制御する第２スイッチ回路（ＬＤ２）、および、第３電流（Ｉ３）が流れる第３スイッチ回路（ＬＤ３）を含む複数のスイッチ回路を有し、第１スイッチ回路、第２スイッチ回路、および、第３スイッチ回路の電力端子（４４）が配列範囲（ＲＧ）にわたって、順に配列されているスイッチユニット（１４０）と、バスバ（１３１、１３３）によって複数の電力端子に電気的に接続されたコンデンサ素子（３０ａ）を含むコンデンサユニット（３０）とを備える。第１電流は、第２電流より大きく（Ｉ１＞Ｉ２）、かつ、第３電流より大きい（Ｉ１＞Ｉ３）。複数の電力端子は、第１スイッチ回路の電力端子の両側に、第２スイッチ回路の電力端子、および、第３スイッチ回路の電力端子が位置するように配列されている。バスバは、配列範囲における中間範囲において、複数の電力端子とコンデンサユニットとを接続するブリッジ部（１３６、２３６、３３６、４３６）を有しており、第１スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ１）が、第２スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ２）より短く、かつ、第３スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ３）より短く設定され、複数のスイッチ回路の中で最短とされている。

開示される電力変換装置によると、第１スイッチ回路には、相対的に大きい第１電流が流れる。第１スイッチ回路の電力端子の両側に、第２スイッチ回路の電力端子、および、第３スイッチ回路の電力端子が位置するように配列される。これにより、配列範囲の中間範囲には、第１スイッチ回路の電力端子が配置される。さらに、ブリッジ部は、中間範囲において、複数の電力端子とコンデンサユニットとを接続する。これにより、第１スイッチ回路とコンデンサユニットとの間における電気的な経路が、他のスイッチ回路に関する経路よりも、短く形成される。これにより、抵抗成分の抑制よるジュール熱の抑制、または、インダクタンス成分の抑制によるサージ電圧の抑制の少なくともいずれかが図られる。この結果、熱的に有利な電力変換装置が提供される。

この明細書において開示された複数の形態は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る電力変換装置の回路図である。 電力変換装置を示す側面図である。 電力変換装置を示す平面図である。 コンデンサユニットを示す平面図である。 第２実施形態に係るコンデンサユニットを示す平面図である。 第３実施形態に係るコンデンサユニットを示す平面図である。 第４実施形態に係るコンデンサユニットを示す平面図である。

複数の実施形態が、図面を参照しながら説明される。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、電力変換装置１００は、電動車両に搭載されている。電力変換装置１００は、電動車両における回転電機へ供給される電力、および、回転電機から回生される電力を制御する。なお、電動車両には、内燃機関と回転電機とを動力源とするハイブリッド自動車、および、回転電機のみを動力源とする電気自動車が含まれる。電力変換装置１００は、第１回転電機１、第２回転電機２、および直流電源３を含む複数の機器の間における電力変換を提供する。

第１回転電機１および第２回転電機２は、三相交流式の回転電機である。第１回転電機１は、例えば、主として車両の走行駆動源として利用されている。第２回転電機２は、例えば、主として車両の内燃機関から出力される回転駆動力を利用して発電する発電機として利用されている。直流電源３は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能な２次電池を含む、直流電圧を出力する電源ユニットである。直流電源３は、例えば、燃料電池でもよい。

電力変換装置１００は、フィルタとしてのコンデンサ１１０、コンバータ１２０、平滑コンデンサ１３０、第１インバータ１４０ａ、第２インバータ１４０ｂ、センサユニット１６０、および制御回路１７０（ＣＮＴＲ）を備える。

コンデンサ１１０は、正極ライン１０Ｐと、負極ライン１０Ｎとの間に設けられている。正極ライン１０Ｐは、直流電源３の正極に接続された電力線であり、電線、および／または、バスバによって提供されている。負極ライン１０Ｎは、直流電源３の負極に接続された電力線であり、電線、および／または、バスバによって提供されている。コンデンサ１１０は、直流電源３からコンバータ１２０に供給される直流電圧のノイズを除去するフィルタとして機能する。

コンバータ１２０は、電圧変換回路である。コンバータ１２０は、正極ライン１０Ｐと負極ライン１０Ｎとの間における電圧と、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間における電圧との間における電圧変換を提供する。高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとは、第１回転電機１、および、第２回転電機２を流れる大電力のためのラインである。コンバータ１２０は、直流電圧を異なる電圧の直流電圧に変換する変換回路である。コンバータ１２０は、直流電源３と第１インバータ１４０ａとの間、および、直流電源３と第２インバータ１４０ｂとの間における直流電圧の変換に用いられている。コンバータ１２０は、直流電源３から供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路として機能する。コンバータ１２０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間における電圧を降圧する降圧回路として機能してもよい。

コンバータ１２０は、半導体スイッチング素子、および、リアクトル６０を含む。半導体スイッチング素子は、図示される逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタによって提供されている。半導体スイッチング素子は、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣトランジスタなど多様な素子によって提供可能である。コンバータ１２０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間に、直列に接続された２つの半導体スイッチング素子を有する。複数の半導体スイッチング素子は、複数の半導体スイッチング素子をひとつのパッケージに収容したモジュール４０によって提供されている。コンバータ１２０は、モジュール４３を有する。コンバータ１２０は、リアクトル６０を有する。リアクトル６０は、ハイサイドの半導体スイッチング素子と、ローサイドの半導体スイッチング素子との接続点と、正極ライン１０Ｐとの間に直列に配置されている。

平滑コンデンサ１３０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間に設けられている。平滑コンデンサ１３０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間における電圧を平滑化する機能を有する。

第１インバータ１４０ａは、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間と、第１回転電機１との間に配置されている。第１インバータ１４０ａは、直流電力と三相交流電力との間の直流交流変換を提供する。第１インバータ１４０ａは、第１回転電機１に流れる電力を変換する。

第２インバータ１４０ｂは、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間と、第２回転電機２との間に配置されている。第２インバータ１４０ｂは、直流電力と三相交流電力との間の直流交流変換を提供する。第２インバータ１４０ｂは、第２回転電機２に流れる電力を変換する。

第１インバータ１４０ａおよび第２インバータ１４０ｂは、複数の半導体スイッチング素子を含む。複数の半導体スイッチング素子は、二組の三相ブリッジ回路を提供している。第１インバータ１４０ａおよび第２インバータ１４０ｂにおけるハイサイドの半導体スイッチング素子と、ローサイドの半導体スイッチング素子とは、モジュール４０によって提供されている。第１インバータ１４０ａおよび第２インバータ１４０ｂは、複数のモジュール４０を含む。第１インバータ１４０ａは、３つのモジュール４１を有する。第２インバータ１４０ｂは、３つのモジュール４２を有する。図示の例では、電力変換装置１００は、７つのモジュール４０を有する。

図示の例では、ひとつのモジュール４０は、２つの半導体スイッチング素子を有する。これに代えて、ひとつのモジュール４０は、多様な数の半導体スイッチング素子を備えることができる。ひとつのモジュール４０は、例えば、一組の三相ブリッジ回路を収容してもよい。また、ひとつのモジュール４０は、ハイサイドまたはローサイドの複数の半導体スイッチング素子を収容してもよい。ひとつのモジュール４０に収容される半導体スイッチング素子の数、および、回路構成は、多様に変更可能である。

センサユニット１６０は、電力変換装置１００の各部に流れる電流を検出する。センサユニット１６０は、第１インバータ１４０ａと第１回転電機１との間の第１電流Ｉ１を検出する。センサユニット１６０は、第２インバータ１４０ｂと第２回転電機２との間の第２電流Ｉ２を検出する。センサユニット１６０は、コンバータ１２０に流れる第３電流Ｉ３を検出する。センサユニット１６０は、検出対象としての導電体に近接して配置されたコアレス電流センサを備える。センサユニット１６０は、複数の導電体としての複数のバスバを備える。センサユニット１６０は、複数のコアレス電流センサを備える。コアレス電流センサは、検出対象である電流が生成する磁束を集束するための大きい磁束コアを備えることなく、検出対象である電流が生成する磁束を検出する。

制御回路１７０は、回路、または、回路群である。制御回路１７０は、制御装置とも呼ばれる。制御回路１７０は、コンバータ１２０、第１インバータ１４０ａ、および第２インバータ１４０ｂにおける複数の半導体スイッチング素子の作動を制御する機能を発揮する。制御回路１７０は、例えば、制御用のソフトウェアを記録したメモリ、およびソフトウェアを実行するプロセッサを含むマイクロコンピュータを含む。制御回路１７０は、センサユニット１６０で検出された電流などに基づいて複数の半導体スイッチング素子の作動を制御することにより、電力変換を制御する。制御回路１７０は、例えば、車両内または車両外に設置された上位制御装置からの指令に応答するように構成されている。制御回路１７０は、例えば、上位制御装置からの出力トルク要求信号に基づいて、第１回転電機１、および／または、第２回転電機２の各相に流す電流の目標変動パターンを設定する。制御回路１７０は、センサユニット１６０によって第１回転電機１、第２回転電機２、および、コンバータ１２０に流れる電流をモニタする。制御回路１７０は、目標変動パターンを実現するように、第１インバータ１４０ａ、および／または、第２インバータ１４０ｂをフィードバック制御する。

電力変換装置１００は、例えば、直流電源３から供給される直流電圧を三相交流に変換して、第１回転電機１へ供給する。電力変換装置１００は、直流電源３に充電された電力を使用して、第１回転電機１によって、車両を駆動する。この運転モードは、ＥＶ駆動モードと呼ばれる。電力変換装置１００は、例えば、内燃機関の回転駆動力で発電している第２回転電機２から供給される三相交流を、周波数などの異なる三相交流に変換して、第１回転電機１に供給する。電力変換装置１００は、内燃機関の回転駆動力を用いて発電した電力を使用して、第１回転電機１によって、車両を駆動する。この運転モードは、インラインＨＶ駆動モードと呼ばれる。

さらに、電力変換装置１００は、例えば、第１回転電機１、および／または、第２回転電機２を発電機として機能させ、直流電源３へ充電する回生駆動モードを提供する場合がある。上記電流関係は、回生駆動モードにおいて提供される場合がある。なお、第１回転電機１および第２回転電機２の用途は、上述したものに限られず、利用される車両の設計に応じて適宜変更や追加、入れ替え可能である。従って、電力変換装置１００の作動も、上述したものに限られず適宜変更や追加、入れ替え可能である。

第１回転電機１と第１インバータ１４０ａとを含む回路は、制御可能な第１電流Ｉ１が流れる第１スイッチ回路ＬＤ１を提供する。第１スイッチ回路ＬＤ１は、通電経路を提供する電線、および／または、バスバを含む。言い換えると、第１スイッチ回路ＬＤ１は、第１第１電流を制御する。第２回転電機２と第２インバータ１４０ｂとを含む回路は、制御可能な第２電流Ｉ２が流れる第２スイッチ回路ＬＤ２を提供する。第２スイッチ回路ＬＤ２は、通電経路を提供する電線、および／または、バスバを含む。言い換えると、第２スイッチ回路ＬＤ２は、第２電流Ｉ２を制御する。コンバータ１２０は、制御可能な第３電流Ｉ３が流れる第３スイッチ回路ＬＤ３を提供する。第３スイッチ回路ＬＤ３は、通電経路を提供する電線、および／または、バスバを含む。言い換えると、第３スイッチ回路ＬＤ３は、第３電流Ｉ３を制御する。複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、負荷回路とも呼ばれる。よって、第１スイッチ回路ＬＤ１は、第１回転電機１の電力を制御する第１インバータ１４０ａを含む。第２スイッチ回路ＬＤ２は、第２回転電機２の電力を制御する第２インバータ１４０ｂを含む。第３スイッチ回路ＬＤ３は、直流電源３と第１インバータ１４０ａとの間、および、直流電源３と第２インバータ１４０ｂとの間における電圧変換を提供するコンバータ１２０を含む。

複数のスイッチ回路を流れる電流の電流関係は、下記第１条件および第２条件（（１）式および（２）式）を満たす。
第１条件：Ｉ１＞Ｉ２・・・（１）式
第２条件：Ｉ１＞Ｉ３・・・（２）式

上記（１）式および（２）式で示される電流関係は、第１回転電機１、第２回転電機２、および、コンバータ１２０の役割設定によって実現可能である。例えば、第１回転電機１を走行用の主力動力源とすることにより、上記電流関係を実現できる。また、第１回転電機１および第２回転電機２と、車両の駆動輪との間に配置される動力伝達系統の構成によっても、上記電流関係は実現可能である。動力伝達系統の構成は、遊星歯車など多様な構成を利用可能である。上記（１）式および（２）式で示される電流関係は、制御回路１７０による制御によって実現される場合がある。電力変換装置１００は、例えば、コンバータ１２０、第１インバータ１４０ａ、および、第２インバータ１４０ｂを制御することにより、複数の異なる運転モードを提供する。複数の運転モードは、第１スイッチ回路ＬＤ１に流れる第１電流Ｉ１と、第２スイッチ回路ＬＤ２に流れる第２電流Ｉ２と、第３スイッチ回路ＬＤ３に流れる第３電流Ｉ３とのうち、第１電流Ｉ１が最大となる高電流駆動モードを含む場合がある。上記電流関係は、上記ＥＶ駆動モードにおいて提供される場合がある。上記電流関係は、上記インラインＨＶ駆動モードにおいて提供される場合がある。

さらに、上記（１）式および（２）式で示される電流関係は、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３（後述のスイッチユニット１４０）と平滑コンデンサ１３０との間に流れる電流にもあらわれる。第１スイッチ回路ＬＤ１と平滑コンデンサ１３０との間に流れる電流は、第２スイッチ回路ＬＤ２と平滑コンデンサ１３０との間に流れる電流より大きい。第１スイッチ回路ＬＤ１と平滑コンデンサ１３０との間に流れる電流は、第３スイッチ回路ＬＤ３と平滑コンデンサ１３０との間に流れる電流より大きい。図示の構成によると、第１スイッチ回路ＬＤ１において、ジュール熱に起因する発熱量が最も大きい。また、第１電流Ｉ１の大きさに起因して、第１スイッチ回路ＬＤ１において、インダクタンス成分に起因するサージ電圧が最も大きい。

図２および図３において、電力変換装置１００における複数の部品の配置が図示されている。図２は、図３の矢印ＩＩ方向における側面図である。図３は、図２の矢印ＩＩＩにおける平面図である。図２および図３において、便宜的に、高さ方向ＸＤ、幅方向ＹＤ、および、奥行き方向ＺＤを含む直交座標系が示されている。高さ、幅、および、奥行きの呼び名は、便宜的なものであって、電力変換装置１００の設置姿勢を限定的に示すものではない。電力変換装置１００は、重力方向に対して多様な姿勢をとることができる。電力変換装置１００は、ケース９０を有する。ケース９０は、電力変換装置１００のための複数の部品を収容している。

電力変換装置１００は、複数のモジュール４０を備える。それぞれのモジュール４０は、平板状の半導体モジュールである。それぞれのモジュール４０は、高電位端子４４Ｈ、低電位端子４４Ｌ、および接続点端子４４Ｍを含む三つの電力端子４４を備える。電力端子４４は、主端子とも呼ばれる。高電位端子４４Ｈは、高電位ライン２０Ｈに接続されている。低電位端子４４Ｌは、低電位ライン２０Ｌに接続されている。接続点端子４４Ｍは、ハイサイドの半導体スイッチング素子と、ローサイドの半導体スイッチング素子との接続点である。接続点端子４４Ｍは、第１回転電機１、第２回転電機２、または、リアクトル６０に接続されている。それぞれのモジュール４０は、制御信号およびモニタ信号のための複数の制御端子４５を備えている。複数の制御端子４５は、制御回路１７０に接続されている。複数の電力端子４４、および、複数の制御端子４５は、モジュール４０の縁から高さ方向ＸＤに沿って延びだしている。

複数のモジュール４０は、奥行き方向ＺＤに沿って積層的に配列されている。複数のモジュール４０は、それぞれの板状主平面が平行となるように、かつ、それぞれの板状主平面が重複するように配列されている。複数のモジュール４０は、奥行き方向ＺＤに沿って、それぞれの縁を揃えるように配列されている。複数のモジュール４０は、少なくとも高電位端子４４Ｈ、および、低電位端子４４Ｌを含む複数の電力端子４４を提供している。複数の電力端子４４は、複数の列を形成するように配列されている。三つの電力端子４４は、モジュール４０における高さ方向ＸＤに面する側面から高さ方向ＸＤに突出している。異なるモジュール４０から突出している同種の電力端子４４は、奥行き方向ＺＤに沿ってひとつの列を形成するように配列されている。言い換えると、複数のモジュール４０は、複数の電力端子４４が、複数の列をなすように、奥行き方向ＺＤに沿って配列されている。以下の説明において、奥行き方向ＺＤは、配列方向とも呼ばれる。また、配列方向における、複数の電力端子４４が位置づけられた範囲は、配列範囲ＲＧとも呼ばれる。

電力変換装置１００は、複数のモジュール４０を冷却するための冷却器５０を備える。冷却器５０は、水などの冷却媒体が流通する流路を有する。複数のモジュール４０と冷却器５０とは、液冷式のスイッチユニット１４０を提供している。よって、スイッチユニット１４０は、半導体スイッチング素子を収容し、電力端子４４を有する複数のモジュール４０を備える。スイッチユニット１４０は、複数のモジュール４０を冷却する冷却器５０を備える。

スイッチユニット１４０は、コンバータ１２０、第１インバータ１４０ａ、および、第２インバータ１４０ｂのための複数のモジュール４０を含む。言い換えると、スイッチユニット１４０は、第１スイッチ回路ＬＤ１、第２スイッチ回路ＬＤ２、および、第３スイッチ回路ＬＤ３における主要な発熱部品である複数のモジュール４０を含む。この結果、スイッチユニット１４０は、配列方向に沿って配列された複数の電力端子４４を有する。スイッチユニット１４０において、複数の電力端子４４は、配列方向に沿って３列に配列されている。複数の電力端子４４は、１列、２列、３列、４列など多様な数の多列に配列されてもよい。

言い換えると、スイッチユニット１４０は、第１スイッチ回路ＬＤ１、第２スイッチ回路ＬＤ２、および、第３スイッチ回路ＬＤ３の複数の電力端子４４が配列範囲ＲＧにわたって、所定の順に配列されている。複数の電力端子４４は、第１スイッチ回路ＬＤ１の電力端子４４の両側に、第２スイッチ回路ＬＤ２の電力端子４４、および、第３スイッチ回路ＬＤ３の電力端子４４が位置するように配列されている。言い換えると、所定の順は、第２スイッチ回路ＬＤ２、第１スイッチ回路ＬＤ１、第３スイッチ回路ＬＤ３の順である。

第１スイッチ回路ＬＤ１は、複数のモジュール４１を備える。第２スイッチ回路ＬＤ２は、複数のモジュール４２を備える。第３スイッチ回路ＬＤ３は、モジュール４３を備える。第３スイッチ回路ＬＤ３は、複数のモジュール４３を備えていてもよい。モジュール４２は、スイッチユニット１４０における端部に位置している。モジュール４３は、スイッチユニット１４０における端部に位置している。モジュール４１は、スイッチユニット１４０において、モジュール４２と、モジュール４３との間に位置している。第１電流Ｉ１が流れるモジュール４１は、第１電流Ｉ１より小さい第２電流Ｉ２が流れるモジュール４２と、第１電流Ｉ１より小さい第３電流Ｉ３が流れるモジュール４３との間に位置している。スイッチユニット１４０における中間領域にモジュール４１が位置づけられており、両方の端部領域にモジュール４２、４３がそれぞれ位置づけられている。

コンデンサユニット３０およびセンサユニット１６０は、幅方向ＹＤにおいて、スイッチユニット１４０の横に配置されている。コンデンサユニット３０およびセンサユニット１６０は、スイッチユニット１４０の両側に分かれて配置されている。言い換えると、スイッチユニット１４０の両側にセンサユニット１６０とコンデンサユニット３０とが離れて配置されている。複数の高電位端子４４Ｈは、三つの電力端子４４の中において、最もコンデンサユニット３０に近い位置に配置されている。複数の低電位端子４４Ｌは、三つの電力端子４４の中において、接続点端子４４Ｍと高電位端子４４Ｈとの間に配置されている。複数の接続点端子４４Ｍは、三つの電力端子４４の中において、最もセンサユニット１６０に近い位置に配置されている。なお、複数の電力端子４４の配置は、互いに入替え可能である。

センサユニット１６０は、複数の検出部１６１、１６２、１６３を有する。検出部１６１、１６２、１６３は、接続点端子４４Ｍを流れる電流を検出し、検出信号を制御回路１７０に出力する。センサユニット１６０は、制御回路１７０に接続されている。センサユニット１６０において、それぞれの検出部１６１、１６２、１６３は、図３に部分的な破断図として示される要素を備える。センサユニット１６０は、絶縁樹脂製のボディ内に複数の検出部１６１、１６２、１６３を収容している。センサユニット１６０は、端子台を兼ねている。

複数の検出部１６１、１６２、１６３のそれぞれは、バスバ１６５を有する。バスバ１６５は、外部接続のための端子１６５ａと、接続点端子４４Ｍとの接続のための端子１６５ｂとを有する。バスバ１６５は、少なくとも１つの曲がり部を有する。バスバ１６５は、例えば、クランク状である。センサユニット１６０は、複数の検出部１６１、１６２、１６３にわたって広がる磁気的なシールド板１６９、１６９を有する。シールド板１６９、１６９は、センサユニット１６０の外部から到来する外部磁束に対する遮蔽を提供する。センサユニット１６０は、複数の検出部１６１、１６２、１６３にわたって広がる支持部材としての回路基板１６８を有する。複数の検出部１６１、１６２、１６３のそれぞれは、回路基板１６８に搭載されたコアレス型の電流センサである素子１６７を有する。素子１６７は、第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、および、第３電流Ｉ３を検出する。素子１６７は、バスバ１６５に近接して配置されている。素子１６７は、バスバ１６５に流れる電流に起因する磁束を検出することにより、電流を示す信号を出力する。

検出部１６１は、第１スイッチ回路ＬＤ１に流れる第１電流Ｉ１を検出する。検出部１６１におけるバスバ１６５は、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属している。センサユニット１６０は、３相電力を検出するために、３つの検出部１６１を備える。３つの検出部１６１は、一群の検出部１６１を形成するように配置されている。一群の検出部１６１は、スイッチユニット１４０の横に配置されている。一群の検出部１６１は、第１スイッチ回路ＬＤ１に属する複数の接続点端子４４Ｍの横に配置されている。

検出部１６２は、第２スイッチ回路ＬＤ２に流れる第２電流Ｉ２を検出する。検出部１６２におけるバスバ１６５は、第２スイッチ回路ＬＤ２に所属している。センサユニット１６０は、３相電力を検出するために、３つの検出部１６２を備える。３つの検出部１６２は、一群の検出部１６２を形成するように配置されている。一群の検出部１６２は、スイッチユニット１４０の横に配置されている。一群の検出部１６２は、第２スイッチ回路ＬＤ２に属する複数の接続点端子４４Ｍの横に配置されている。

検出部１６３は、第３スイッチ回路ＬＤ３に流れる第３電流Ｉ３を検出する。検出部１６３におけるバスバ１６５は、第３スイッチ回路ＬＤ３に所属している。センサユニット１６０は、コンバータ１２０における単相電力を検出するために、１つの検出部１６３を備える。コンバータ１２０が複数の検出対象を有する場合、センサユニット１６０は、複数の検出部１６３を備えていてもよい。検出部１６３は、一群の検出部１６３を形成するように配置されている。一群の検出部１６３は、スイッチユニット１４０の横に配置されている。一群の検出部１６３は、第３スイッチ回路ＬＤ３に属する接続点端子４４Ｍの横に配置されている。

一群の検出部１６１は、配列方向に関して、一群の検出部１６２と、一群の検出部１６３との間に配置されている。センサユニット１６０は、複数の電力端子４４の配列方向に沿って、複数の電力端子４４の配列範囲ＲＧにわたって広がっている。図示の例では、センサユニット１６０は、奥行き方向ＺＤに沿って、すべての接続点端子４４Ｍにわたって延びている。この配置は、センサユニット１６０におけるノイズ抑制効果、または、熱集中の回避効果に関して有利な効果をもたらす場合がある。

リアクトル６０は、奥行き方向ＺＤにおいて、スイッチユニット１４０の横に配置されている。リアクトル６０は、コンデンサユニット３０、スイッチユニット１４０、および、センサユニット１６０にわたって配置されている。制御回路１７０は、高さ方向ＸＤにおいて、スイッチユニット１４０の上に配置されている。制御回路１７０における回路基板は、スイッチユニット１４０の上において、複数の制御端子４５と接続されている。なお、スイッチユニット１４０に対する、コンデンサユニット３０、リアクトル６０、センサユニット１６０、および、制御回路１７０の配置は、図示の配置に限定されない。

高電位ライン２０Ｈは、バスバ１３１によって提供されている。バスバ１３１は、複数の高電位端子４４Ｈと電気的に接続されている。バスバ１３１は、電気的な接続のための複数の接続部１３２を有する。接続部１３２は、バスバ１３１に開設された切り起こし片によって提供されている。低電位ライン２０Ｌは、バスバ１３３によって提供されている。バスバ１３３は、複数の低電位端子４４Ｌと電気的に接続されている。バスバ１３３は、電気的な接続のための複数の接続部１３４を有する。接続部１３４は、バスバ１３１に開設された切り起こし片によって提供されている。バスバ１３３は、バスバ１３１よりやや長い。

バスバ１３１は、後述の並列接続部１３５と複数の電力端子４４との間にブリッジ部１３６を有する。バスバ１３３も、ブリッジ部１３６を有する。バスバ１３１のブリッジ部と、バスバ１３３のブリッジ部とは、重複している。バスバ１３１のブリッジ部と、バスバ１３３のブリッジ部とは、同じ形状である。ブリッジ部１３６は、平板状である。ブリッジ部１３６は、配列範囲ＲＧにわたる幅をもつ四辺形である。ブリッジ部１３６は、配列範囲ＲＧよりやや広い幅を有している。ブリッジ部１３６は、四辺形の全体において導電経路を提供する。ブリッジ部１３６は、配列範囲ＲＧの少なくとも中間部において、後述の並列接続部１３５と複数の電力端子４４とを電気的に接続している。四辺形のブリッジ部１３６は、中間部を含む配列範囲ＲＧの全体で後述の並列接続部１３５と複数の電力端子４４とを電気的に接続している。ブリッジ部１３６は、複数のコンデンサ素子３０ａと複数の電力端子４４との間において、配列範囲ＲＧの全体にわたって無数の導電経路を提供している。

バスバ１３１、１３３は、互いに重複するように平行に配置されている。なお、図示においては、２つのバスバ１３１、１３３の存在を示すために、バスバ１３１とバスバ１３３とは、わずかにずれて図示されている。バスバ１３１、１３３は、複数の高電位端子４４Ｈと複数の低電位端子４４Ｌとが配置されている２次元の範囲にわたって２次元状に広がっている。バスバ１３１、１３３は、複数の電力端子４４の配列方向に沿って、複数の電力端子４４の配列範囲ＲＧにわたって延びている。バスバ１３１、１３３は、それらの間に配置された電気的な絶縁部材を備えていてもよい。

バスバ１３１、１３３は、コンデンサユニット３０に収容されたコンデンサ素子３０ａを接続するためのバスバでもある。バスバ１３１、１３３は、コンデンサバスバとも呼ばれる。バスバ１３１、１３３は、複数のコンデンサ素子３０ａを並列接続するための並列接続部１３５を有する。バスバ１３１が有する並列接続部１３５と、バスバ１３３が有する並列接続部１３５との間に、複数のコンデンサ素子３０ａが並列接続されている。

コンデンサユニット３０は、複数の電力端子４４の配列方向に沿って、複数の電力端子４４の配列範囲ＲＧにわたって延びている。コンデンサユニット３０は、奥行き方向に関して、配列範囲ＲＧを越えて延びだしている。並列接続部１３５は、複数の電力端子４４の配列方向に沿って、複数の電力端子４４の配列範囲ＲＧにわたって延びている。

コンデンサユニット３０は、並列接続された複数のコンデンサ素子３０ａを有する。図示では、３つのコンデンサ素子３０ａが例示されている。コンデンサユニット３０は、ひとつ、ふたつ、または、４以上のコンデンサ素子３０ａを有していてもよい。また、コンデンサユニット３０は、平滑コンデンサ１３０に加えて、コンデンサ１１０を収容していてもよい。

バスバ１３１は、複数の電力端子４４に電気的に接続された複数の接続部１３２を有する。バスバ１３３は、複数の電力端子４４に電気的に接続された複数の接続部１３４を有する。バスバ１３１は、複数のコンデンサ素子３０ａを並列接続する並列接続部１３５を有する。バスバ１３３は、複数のコンデンサ素子３０ａを並列接続する並列接続部１３５を有する。ブリッジ部１３６は、複数の接続部１３２、１３４と並列接続部１３５との間に配置されている。バスバ１３１、１３３のそれぞれは、配列範囲ＲＧにわたる広い奥行き方向ＺＤの幅をもち、この幅にわたって複数の電力端子４４と並列接続部１３５とを電気的に接続している。バスバ１３１、１３３のそれぞれの中には、少なくとも配列範囲ＲＧにおける中間範囲において、複数の電力端子４４とコンデンサユニット３０とを接続するブリッジ部１３６が含まれている。図示されるブリッジ部１３６は、広い板状のバスバ１３１、１３３の一部において仮想された導体部分を示している。よって、バスバ１３１、１３３は、配列範囲ＲＧにわたる幅をもつ。ブリッジ部１３６は、バスバ１３１、１３３の一部において仮想された導体部分である。ブリッジ部１３６は、少なくとも第１スイッチ回路ＬＤ１に含まれる複数の電力端子４４が配列された中間範囲において、複数の電力端子４４とコンデンサユニット３０との間を直線的に接続している。

図４において、コンデンサユニット３０に含まれる複数のコンデンサ素子３０ａと、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３との間における距離ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３が図示されている。距離ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３は、電流の経路として想定される距離である。距離ＴＬ１は、複数のコンデンサ素子３０ａとモジュール４１との間の距離の合計値である。距離ＴＬ２は、複数のコンデンサ素子３０ａとモジュール４２との間の距離の合計値である。距離ＴＬ３は、複数のコンデンサ素子３０ａとモジュール４３との間の距離である。複数のモジュール４３を含む場合、距離ＴＬ３は、複数のコンデンサ素子３０ａとモジュール４３との間の距離の合計値である。

図示の構成では、複数の電力端子４４は、配列方向（奥行き方向ＺＤ）に沿って配列されている。しかも、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属するモジュール４１は、スイッチユニット１４０の端部ではなく、スイッチユニット１４０中間部位に位置づけられている。さらに、スイッチユニット１４０の横に配置されたコンデンサユニット３０は、配列方向に沿って、配列範囲ＲＧにわたって延びている。さらに、コンデンサユニット３０とモジュール４１とは、配列方向における中間部位においてバスバ１３１、１３３によって接続されている。この結果、距離ＴＬ１は、距離ＴＬ２より短く（ＴＬ１＜ＴＬ２）、かつ、距離ＴＬ３より短く（ＴＬ１＜ＴＬ３）設定される。言い換えると、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属するモジュール４１のための電気的な経路の距離ＴＬ１を、複数のスイッチ回路の中で最短とすることができる。

相対的に短い距離ＴＬ１は、電気的な抵抗成分の抑制を可能とする。抵抗成分は、直流成分と交流成分とを含む。この結果、比較的大きい第１電流Ｉ１が流れる第１スイッチ回路ＬＤ１におけるジュール熱の発生が抑制される。この結果、さらなる高出力化、小型化、または、低コスト化を図ることができる。また、別の観点では、ジュール熱の抑制により、コンデンサ素子３０ａを含む部品の耐久性を高めることができる。

相対的に短い距離ＴＬ１は、電気的なインダクタンス成分の抑制を可能とする。この結果、比較的大きい第１電流Ｉ１に起因して、比較的大きいサージ電圧が発生する第１スイッチ回路ＬＤ１におけるサージ電圧が抑制される。この結果、さらなる高出力化、小型化、または、低コスト化を図ることができる。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、バスバ１３１およびバスバ１３３は、四辺形のブリッジ部１３６を有する。これに代えて、バスバ１３１、１３３は、多様な形状によって提供することができる。この実施形態では、バスバ１３１、１３３は、ブリッジ部２３６を有する。この実施形態に開示されたバスバ１３１、または、バスバ１３３は、この明細書に開示された他の実施形態におけるバスバ１３１、または、１３３に代替することができる。

図５において、バスバ１３１、１３３は、複数の電力端子４４のそれぞれに接続される複数の舌片部２３７と、複数の舌片部２３７が接続された共通部２３８とを有する。共通部２３８は、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３にわたって共通の導電部材である。よって、複数の接続部１３２、１３４は、共通部２３８において電気的に接続されている。複数の舌片部２３７、および、共通部２３８は、櫛歯状の形状を与えている。

さらに、バスバ１３１、１３３は、ブリッジ部２３６を有する。ブリッジ部２３６は、くびれ形状２３９によって特徴づけられている。くびれ形状２３９は、配列範囲ＲＧにおける中間範囲だけを電気導体部分として残して形成されている。よって、ブリッジ部２３６は、中間範囲のみにおいて並列接続部１３５と共通部２３８とを接続するくびれ形状２３９をもつ。くびれ形状２３９は、配列範囲ＲＧにおける中間範囲だけにおいて、複数のモジュール４０とコンデンサユニット３０とを接続している。中間範囲は、中央を含む場合がある。中間範囲は、中央からいずれか一方へ偏っている場合がある。中間範囲は、両側に位置する２つの端部範囲の間に位置している。

この結果、コンデンサユニット３０を流れる電流は、ブリッジ部２３６を経由して流れる。この実施形態でも、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属するモジュール４１のための電気的な経路の距離を、複数のスイッチ回路の中で最短とすることができる。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、バスバ１３１およびバスバ１３３は、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３にわたって共通である。これに代えて、バスバ１３１、１３３は、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のそれぞれのために分岐することができる。この実施形態では、バスバ１３１、１３３は、複数のスイッチ回路ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のそれぞれのために分岐している。よって、バスバ１３１、１３３は、複数のブリッジ部３３６を有する。この実施形態に開示されたバスバ１３１、または、バスバ１３３は、この明細書に開示された他の実施形態におけるバスバ１３１、または、１３３に代替することができる。

図６において、バスバ１３１、１３３は、複数の電力端子４４のそれぞれに接続される複数の舌片部３３７を有する。さらに、バスバ１３１、１３３は、複数のスイッチ回路のそれぞれのための複数の共通部３３８を有する。よって、複数の接続部１３２、１３４は、共通部３３８において電気的に接続されている。共通部３３８は、スイッチ回路ごとに設けられた、複数の共通部３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃを有する。バスバ１３１、１３３は、第１スイッチ回路ＬＤ１のための複数の舌片部３３７が接続された共通部３３８ａを有する。バスバ１３１、１３３は、第２スイッチ回路ＬＤ２のための複数の舌片部３３７が接続された共通部３３８ｂを有する。バスバ１３１、１３３は、第３スイッチ回路ＬＤ３のための舌片部３３７が接続された共通部３３８ｃを有する。複数の舌片部３３７、および、共通部３３８は、複数のスイッチ回路のそれぞれのために、櫛歯状の形状を与えている。

さらに、バスバ１３１、１３３は、ブリッジ部３３６を有する。ブリッジ部３３６は、くびれ形状３３９によって特徴づけられている。くびれ形状３３９は、配列範囲ＲＧにおける中間範囲を電気導体部分として残して形成されている。よって、ブリッジ部３３６は、中間範囲のみにおいて並列接続部１３５と共通部３３８ｂとを接続するくびれ形状３３９ｂをもつ。

くびれ形状３３９ａは、配列範囲ＲＧにおける中間範囲において、複数のモジュール４１とコンデンサユニット３０とを接続している。くびれ形状３３９ｂは、配列範囲ＲＧにおける端部範囲において、複数のモジュール４２とコンデンサユニット３０とを接続している。くびれ形状３３９ｃは、配列範囲ＲＧにおける端部範囲において、モジュール４３とコンデンサユニット３０とを接続している。第３スイッチ回路ＬＤ３が複数のモジュール４３を備える場合、くびれ形状３３９ｃは、複数のモジュール４３とコンデンサユニット３０とを接続する。この実施形態でも、中間範囲は、両側に位置する２つの端部範囲の間に位置している。この結果、コンデンサユニット３０を流れる電流は、ブリッジ部３３６を経由して流れる。この実施形態でも、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属するモジュール４１のための電気的な経路の距離を、複数のスイッチ回路の中で最短とすることができる。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、バスバ１３１およびバスバ１３３は、分岐部を提供する共通部２３８、３３８を有する。これに代えて、バスバ１３１およびバスバ１３３は、共通部なしで複数の電力端子４４と並列接続部１３５とを接続してもよい。この実施形態に開示されたバスバ１３１、または、バスバ１３３は、この明細書に開示された他の実施形態におけるバスバ１３１、または、１３３に代替することができる。

図７において、バスバ１３１、１３３は、複数の電力端子４４のそれぞれに接続される複数の舌片部４３７を有する。さらに、バスバ１３１、１３３は、ブリッジ部４３６を有する。ブリッジ部４３６は、舌片部４３７と同じ幅を有する。ブリッジ部４３６は、複数の舌片部４３７のそれぞれと、並列接続部１３５との間を直線的に接続している。言い換えると、ブリッジ部４３６は、複数の接続部１３２、１３４のそれぞれと並列接続部１３５とを接続している。この実施形態でも、第１スイッチ回路ＬＤ１に所属するモジュール４１のための電気的な経路の距離を、複数のスイッチ回路の中で最短とすることができる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形形態を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

１ 第１回転電機、 ２ 第２回転電機、 ３ 直流電源、
３０ コンデンサユニット、 ３０ａ コンデンサ素子、
４０、４１、４２、４３ モジュール、 ４４ 電力端子、
４４Ｈ 高電位端子、 ４４Ｌ 低電位端子、 ４４Ｍ 接続点端子、
４５ 制御端子、５０ 冷却器、６０ リアクトル、９０ ケース、
１００ 電力変換装置、１１０ コンデンサ、１２０ コンバータ、
１３０ 平滑コンデンサ、 １３１、１３３ バスバ、
１３２、１３４ 接続部、１３５ 並列接続部、１３６ ブリッジ部、
１４０ スイッチユニット、 １４０ａ 第１インバータ、
１４０ｂ 第２インバータ、 １６０ センサユニット、
１６１、１６２、１６３ 検出部、 １６５ バスバ、 １６７ 素子、
１６８ 回路基板、 １６９ シールド板、 １７０ 制御回路、
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ スイッチ回路、 ＲＧ 配列範囲、
ＸＤ 高さ範囲、 ＹＤ 幅範囲、 ＺＤ 奥行き範囲、
２３６ ブリッジ部、 ２３７ 舌片部、
２３８ 共通部、２３９ くびれ形状、
３３６ ブリッジ部、 ３３７ 舌片部、
３３８、３３８ａ、３３８ｂ、３３８ｃ 共通部、
３３９、３３９ａ、３３９ｂ、３３９ｃ くびれ形状、
４３６ ブリッジ部、 ４３７ 舌片部。

Claims (10)

1. 第１電流（Ｉ１）を制御する第１スイッチ回路（ＬＤ１）、第２電流（Ｉ２）を制御する第２スイッチ回路（ＬＤ２）、および、第３電流（Ｉ３）が流れる第３スイッチ回路（ＬＤ３）を含む複数のスイッチ回路を有し、前記第１スイッチ回路、前記第２スイッチ回路、および、前記第３スイッチ回路の電力端子（４４）が配列範囲（ＲＧ）にわたって、順に配列されているスイッチユニット（１４０）と、
   バスバ（１３１、１３３）によって複数の前記電力端子に電気的に接続されたコンデンサ素子（３０ａ）を含むコンデンサユニット（３０）とを備え、
   前記第１電流は、前記第２電流より大きく（Ｉ１＞Ｉ２）、かつ、前記第３電流より大きく（Ｉ１＞Ｉ３）、
   複数の前記電力端子は、前記第１スイッチ回路の電力端子の両側に、前記第２スイッチ回路の電力端子、および、前記第３スイッチ回路の電力端子が位置するように配列されており、
   前記バスバは、前記配列範囲における中間範囲において、複数の前記電力端子と前記コンデンサユニットとを接続するブリッジ部（１３６、２３６、３３６、４３６）を有しており、
   前記第１スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ１）が、前記第２スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ２）より短く、かつ、前記第３スイッチ回路のための電気的な経路の距離（ＴＬ３）より短く設定され、複数の前記スイッチ回路の中で最短とされている電力変換装置。
2. さらに、前記第１電流、前記第２電流、および、前記第３電流を検出するコアレス型の複数の素子（１６７）を有するセンサユニット（１６０）を備える請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記スイッチユニットの両側に前記センサユニットと前記コンデンサユニットとが離れて配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記コンデンサユニットは、並列接続された複数の前記コンデンサ素子を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記バスバは、
   複数の前記電力端子に電気的に接続された複数の接続部（１３２、１３４）と、
   複数の前記コンデンサ素子を並列接続する並列接続部（１３５）とを有し、
   前記ブリッジ部は、複数の前記接続部と前記並列接続部との間に配置されている請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記バスバは、前記配列範囲にわたる幅をもち、
   前記ブリッジ部（１３６）は、前記バスバの一部において仮想された導体部分である請求項５に記載の電力変換装置。
7. 複数の前記接続部（１３２、１３４）は、共通部（２３７、３３７）において電気的に接続されており、
   前記ブリッジ部（２３６、３３６）は、前記中間範囲のみにおいて前記並列接続部と前記共通部とを接続するくびれ形状（２３９、３３９）をもつ請求項５に記載の電力変換装置。
8. 前記ブリッジ部（４３６）は、複数の前記接続部（１３２、１３４）のそれぞれと前記並列接続部とを接続している請求項５に記載の電力変換装置。
9. 前記スイッチユニットは、
   半導体スイッチング素子を収容し、前記電力端子を有する複数のモジュール（４０）と、
   複数の前記モジュールを冷却する冷却器（５０）とを備える請求項１から請求項８のいずれかに記載の電力変換装置。
10. 前記第１スイッチ回路は、第１回転電機の電力を制御する第１インバータ（１４０ａ）を含み、
    前記第２スイッチ回路は、第２回転電機の電力を制御する第２インバータ（１４０ｂ）を含み、
    前記第３スイッチ回路は、直流電源と前記第１インバータとの間、および、前記直流電源と前記第２インバータとの間における電圧変換を提供するコンバータ回路（１２０）を含む請求項１から請求項９のいずれかに記載の電力変換装置。

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