JPWO2015075976A1

JPWO2015075976A1 - 電力変換装置

Info

Publication number: JPWO2015075976A1
Application number: JP2015549011A
Authority: JP
Inventors: 敦明横山; 早川　和宏; 和宏早川; 貴也石井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: CN105794096B; US20160294301A1; JP6137334B2; EP3073627A1; US9859810B2; EP3073627A4; WO2015075976A1; CN105794096A

Abstract

スイッチング素子（３１〜３６）と、平滑コンデンサ（３７〜３９）と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路部品が実装された回路基板（６６，６７）とを含む電力変換回路の構成部品が筐体（６５）に収容され、高圧端子（６９〜７９）を介して、入力された電力を変換して出力する電力変換装置（３０）において、前記高圧端子（６９〜７９）と前記回路基板（６６，６７）は、同一平面領域（Ｅ）に配置されている。

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

３相ＳＲモータに給電するための３相インバータ（電力変換装置）として、水冷機構を有する基板上に平滑用コンデンサとＩＧＢＴとを実装し、給電バスバにより電力変換回路を構成することでインバータの構成部品を集積化したものが知られている（特許文献１）。

特開平１１−６９８４０号公報

ところで、この種の電力変換装置を電気自動車用駆動モータの給電・充電に適用する場合、構成部品を保護するために筐体に収容する必要があり、筐体内では高圧端子と筐体との絶縁性を確保するために所定の空間を設けなければならない。しかしながら、上記従来技術は、基板上に平滑コンデンサとＩＧＢＴを実装し、給電バスバを基板と向かい合う最外部に配置する構成とされているので、給電バスバと筐体との間に所定空間を設けると筐体が大型化するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、筐体の大型化を抑制することができる電力変換装置を提供することである。

本発明は、スイッチング素子と、平滑コンデンサと、スイッチング素子を駆動する駆動回路部品が実装された回路基板とを含む電力変換回路の構成部品が筐体に収容され、高圧端子を介して、入力された電力を変換して出力する電力変換装置において、前記高圧端子と前記回路基板を同一平面領域に配置することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、高圧端子と回路基板とを同一平面領域に配置するので、必要とされる高圧端子の絶縁空間と回路基板の絶縁空間とが第１方向において重複する。その結果、第１方向における筐体の大型化を抑制することができる。

本発明に係る電力変換装置の一実施の形態を適用したモータ制御システムを示す電気回路図である。本発明に係る電力変換装置の一実施の形態に含まれる平滑コンデンサモジュールを示す平面図及び正面図である。本発明に係る電力変換装置の一実施の形態に含まれるスイッチングモジュールを示す平面図及び正面図である。本発明に係る電力変換装置の一実施の形態の筐体内部を示す平面図である。本発明に係る電力変換装置の一実施の形態の筐体内部を示す正面図である。図４のヒートシンクを示す断面図である。図４の筐体の上側部を示す拡大正面図である。本発明に係る電力変換装置の他の実施の形態の筐体の上側部を示す拡大正面図である。本発明に係る電力変換装置の一実施の形態を組み立てる際の筐体内部を示す平面図である。

図１は、本実施形態の電力変換装置を直流−三相交流変換装置として具現化したインバータ３０をモータ制御システム１に適用した実施形態を示す電気回路図である。詳細な図示は省略するが、本実施形態のモータ制御システム１は、電気自動車の走行駆動装置のほか、交流無停電電源装置等にも適用することができる。本実施形態のモータ制御システム１を電気自動車、ハイブリッド車両、燃料電池自動車に適用する場合は、図１に示す三相の交流負荷２０が走行駆動用モータに相当し、二次電池などで構成される直流電源１０が走行駆動用バッテリに相当する。

本実施形態のモータ制御システム１は、直流電源１０と、三相の交流負荷２０と、直流電源１０の直流電力を三相交流電力に変換するインバータ３０とを備える。直流電源１０１は、たとえばリチウムイオン電池などの二次電池、太陽電池、燃料電池、ＰＦＣ（力率改善，Power factor correction）コンバータなどで構成することができる。交流負荷２０に回生機能がある場合には、交流負荷２０の交流電力をインバータ３０により直流電力に変換し、直流電源１０を充電するように構成してもよい。

インバータ３０は、上アーム回路３１，３３，３５と、下アーム回路３２，３４，３６と、平滑コンデンサ３７，３８，３９と、コントローラ４０とを含み、直流電源１０の直流電力を三相交流電力に変換して、これを三相の交流負荷２０に供給する。上アーム回路３１，３３，３５は、パワーデバイスとしてのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と、ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５とをそれぞれ並列に接続した回路を主要な構成とする。下アーム回路３２，３４，３６は、同じくパワーデバイスとしてのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６と、ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６とをそれぞれ並列に接続した回路を主要な構成とする。

本実施形態では、２つのスイッチング素子Ｑ１とＱ２，Ｑ３とＱ４，Ｑ５とＱ６をそれぞれ直列に接続した３対の回路が、電源線Ｐ及び電源線Ｎとの間に接続されることにより、直流電源１０に並列に接続され、各対のスイッチング素子Ｑ１とＱ２，Ｑ３とＱ４，Ｑ５とＱ６を接続する各接続中間点と、三相の交流負荷２０の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。すなわち本実施形態のインバータ３０は、上アーム回路３１と下アーム回路３２、上アーム回路３３と下アーム回路３４、上アーム回路３５と下アーム回路３６が、それぞれ対になって直列に接続され、上アーム回路３１と下アーム回路３２との接続中間点と交流負荷２０のＵ相が接続され、上アーム回路３３と下アーム回路３４との接続中間点と交流負荷２０のＶ相が接続され、上アーム回路３５と下アーム回路３６との接続中間点と交流負荷２０のＷ相が接続されている。

これら上アーム回路及び下アーム回路３１〜３６は、コントローラ４０により高周波でスイッチング制御される。コントローラ４０は、上アーム回路３１及び下アーム回路３２を交互にＯＮ／ＯＦＦして、オン時間比率を増減させて、インバータ３０からの出力を制御する。上アーム回路３１は、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１及びゲート駆動回路で構成され、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電極はダイオードＤ１のカソード端子に接続され、スイッチング素子Ｑ１のソース電極はダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。またスイッチング素子Ｑ１のゲート電極は、ゲート駆動回路を介してコントローラ４０に接続されている。他の上アーム回路及び下アーム回路３２〜３６の各端子も同様の構成でコントローラ４０に接続されている。

本実施形態のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、ワイドギャップ半導体デバイス（ＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイス、ダイヤモンドデバイス）またはＳｉデバイスであって、たとえば、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ又は絶縁ゲートパイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることができる。また本実施形態の各ダイオードＤ１〜Ｄ６としては、たとえばＦＲＤ（高速整流素子，ＦａｓｔＲｅｃｏｖｅｒｙＤｉｏｄｅ）、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード，ＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉｅｒＤｉｏｄｅ）などを用いることができる。

本実施形態のインバータ３０は、３つの平滑コンデンサ３７，３８，３９を有し、各平滑コンデンサ３７〜３９は、電源線Ｐ及び電源線Ｎとの間に、対をなす上アーム回路と下アーム回路３１と３２，３３と３４，３５と３６に対してそれぞれ並列に接続されている。なお、本実施形態のインバータ３０では、対をなす３つの上アーム回路と下アーム回路３１と３２，３３と３４，３５と３６のそれぞれに対して１つずつ、都合３つの平滑コンデンサ３７〜３９を設けたが、コンデンサ容量を大きくすることで１つまたは２つの平滑コンデンサとしてもよいし、コンデンサ容量を小さくすることで４つ以上の平滑コンデンサとしてもよい。後述するインバータ３０のレイアウトに応じて適宜選択することができる。

以上が本実施形態のインバータ３０の電気的構成であるが、次にインバータ３０の構成部品の外形形状やレイアウトその他の機械的構造について説明する。以下の説明において「上下」、「高さ」又は「鉛直」といった方向を示す場合は、図３及び図４に示すＺ軸方向を意味するが、本実施形態のインバータ３０が車両や無停電電源装置に装着された状態における方向を意味するものではない。図２Ａは本実施形態の平滑コンデンサモジュール４１を示す平面図（上図）及び正面図（下図）、図２Ｂは本実施形態のスイッチングモジュール５２を示す平面図（上図）及び正面図（下図）である。図２Ａ，図２Ｂともに、構成部品である平滑コンデンサ３７〜３９の本体、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の本体及びダイオードＤ１〜Ｄ６の本体並びに内部配線については、パッケージ４２，５３の内部にあるため外部からは視認できないが、それぞれの平面図において便宜的に回路記号を用いた透視図で示す。

本実施形態の平滑コンデンサモジュール４１は、図２Ａに示すように３つの平滑コンデンサ３７，３８，３９の本体を内蔵し、内部において図２Ａに示すとおりの配線がされた、略直方体形状のパッケージング体で構成されている。そして同図に示すように、パッケージ４２の上面の左側端部には、直流電源１０のプラス端子に接続されるＰ端子部４３と、直流電源１０のマイナス端子に接続されるＮ端子部４４とが、パッケージ４２の外部に露出するように設けられている。またパッケージ４２の上面の右側端部には、平滑コンデンサ３７，３８，３９と、対をなす上アーム回路及び下アーム回路３１と３２，３３と３４，３５と３６とを接続するためのコンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０が、パッケージ４２の外部に露出するように設けられている。また、パッケージ４２の底部には取付部５１が設けられ、その通孔にボルトを挿通させて締め付けることにより、平滑コンデンサモジュール４１を後述する筐体６５に固定するようになっている。

本実施形態のスイッチングモジュール５２は、図２Ｂに示すように６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を内蔵し、内部において図２Ｂに示すとおりの配線がされた、略直方体形状のパッケージング体で構成されている。そして同図に示すように、パッケージ５３の上面の左側端部には、対をなす上アーム回路及び下アーム回路３１と３２，３３と３４，３５と３６と、平滑コンデンサ３７，３８，３９とを接続するためのスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９が、パッケージ５３の外部に露出するように設けられている。またパッケージ５３の上面の右側端部には、交流負荷２０のＵ相に接続されるＵ端子部６０と、交流負荷２０のＶ相に接続されるＶ端子部６１と、交流負荷２０のＷ相に接続されるＷ端子部６２とが、パッケージ５３の外部に露出するように設けられている。さらに、パッケージ５３の底部には取付部６３が設けられ、その通孔にボルトを挿通させて締め付けることにより、スイッチングモジュール５２を後述する筐体６５に固定するようになっている。

なお、平滑コンデンサモジュール４１の上面の右側端部に設けられたコンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０と、スイッチングモジュール５２の上面の左側端部に設けられたスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９とは、図１に示す電気回路図の構成で接続されるが、本実施形態ではほぼ対向する位置に形成されたコンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０とスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９、すなわち４５と５４，４６と５５，４７と５６，４８と５７，４９と５８，５０と５９とをそれぞれ接続するように各高圧接続端子部の配置位置が考慮されている。図２Ｂに二点鎖線で示す符号６４はスイッチングモジュール５２で発生する熱を放出するための水冷式ヒートシンクであり、詳細な構成は後述する。

図３は、本実施形態のインバータ３０の筐体６５の内部を示す平面図、図４は同じく正面図である。本実施形態のインバータ３０は、上述した平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２が筐体６５に収容され、さらにコントローラ４０を構成するプリント回路基板ＰＣＢやプリント配線基板ＰＷＢなどの回路基板６６，６７も筐体６５内に収容されている。図３，図４に示すように本実施形態の筐体６５は、略直方体形状とされ、筐体６５の下部を構成する筐体本体６５ａと、筐体６５の上部を構成する蓋体６５ｂとを有し、これら筐体本体６５ａのフランジ部と蓋体６５ｂのフランジ部とを合わせ、ボルト及びナット等で締め付けることで内部が閉塞される。筐体６５は、絶縁性材料により構成されている。

筐体本体６５ａの底部には、図４に示すように、上述した平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２が固定されている。これらの筐体本体６５ａへの固定構造は特に限定されないが、本実施形態では、筐体本体６５ａの底面の適宜箇所に設けられた取付部を構成する各ボス部６８に、平滑コンデンサモジュール４１の取付部５１とスイッチングモジュールの取付部６３をそれぞれ合わせ、ボルト締めすることで固定する。これにより、ボス部６８の高さ分だけ平滑コンデンサモジュール４１のパッケージ４２の底面と筐体本体６５ａの底面との間、及びスイッチングモジュール５２のパッケージ５３の底面と筐体本体６５ａの底面との間にそれぞれ空間が形成されることになる。なお、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２を剛性のある基板に固定し、この基板を筐体本体６５ａに固定してもよい。

図３及び図４に示すように、平滑コンデンサモジュール４１のＰ端子部４３と、Ｎ端子部４４のそれぞれには、図１に示す直流電源１０のコネクタ（不図示）と接続するためのバスバ６９，７０がボルト等により固定されている。また、コンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０と、スイッチングモジュール５２のスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９との間には、これらを筐体６５内で電気的に接続するための６つのバスバ７１〜７６がそれぞれボルト等により固定されている。さらにスイッチングモジュール５２のＵ端子部６０、Ｖ端子部６１及びＷ端子部６２のそれぞれには、これらそれぞれを交流負荷２０のコネクタ（不図示）と接続するためのバスバ７７〜７９がボルト等により固定されている。直流電源１０と接続するためのバスバ６９，７０と、交流負荷２０と接続するためのバスバ７７，７８，７９は、筐体６５の内部から外部へ露出するように延在して設けられている。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動する各種の駆動回路部品が実装された回路基板６６，６７も筐体６５の内部に収容されている。これら回路基板６６，６７が図１に示すコントローラ４０を構成する。本実施形態の回路基板６６，６７は、図３及び図４に示すように、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面に載置される大きさで２分割され、ボス部８０を介して平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面にボルト等により固定されている。また各回路基板６６，６７の上面には、各回路基板６６，６７の配線回路を接続する回路端子８１，８２が設けられ、これら回路端子８１，８２は、ワイヤーハーネス８３により電気的に接続されている。

さらに、図４に示すようにＵ端子部６０，Ｖ端子部６１，Ｗ端子部６２のそれぞれに接続されたバスバ７７〜７９のそれぞれには、これらを流れる電流値を検出する電流センサ９０が装着され、図示を省略したワイヤーハーネスによって回路基板６６，６７に接続されている。また、一方の回路基板６６の上面には、コントローラ４０との間で指令信号や検出信号を送受信するための入出力端子８４が設けられ、筐体６５の蓋体６５ｂの上面に設けられたコネクタ８５とワイヤーハーネス８６により電気的に接続されている。このコネクタ８５に、図外の車両コントローラや無停電電源装置のコントローラのコネクタが接続されることにより、本実施形態のインバータ３０が制御されることになる。なお、本実施形態ではコネクタ８５を蓋体６５ｂの上面に設けたが、蓋体６５ｂの側面や筐体本体６５ａの側面に設けてもよい。

図４に示すように、本実施形態のインバータ３０では、スイッチングモジュール５２の下面に水冷式のヒートシンク６４が設けられている。このヒートシンク６４は、図示しないボルト等によりスイッチングモジュール５２の下面に固定されている。図５は本実施形態の水冷式ヒートシンク６４を示す分解断面図であり、本実施形態のヒートシンク６４は、平板状部材の下面に放熱部６４ａが形成されたジャケット蓋６４ｂと、上面が開口し底面を有する冷却ジャケット６４ｃとを備える。ジャケット蓋６４ｂに形成された放熱部６４ａは、図５の断面図では詳細な図示を省略するが、ジャケット蓋６４ｂの下面に沿って蛇行して形成されたフィンからなり、図５に示す状態からジャケット蓋６４ｂを冷却ジャケット６４ｃに被せて固定することで、冷却ジャケット６４ｃの側面及び底面と協働して冷却水流路６４ｄを形成する。冷却ジャケット６４ｃの冷却水流路６４ｄの一端には、当該冷却水流路を流れる冷却水を吸引する開口部が設けられ、冷却水流路６４ｄの他端には、吸引した冷却水を冷却水流路に戻す開口部が設けられている。

そして、図４に示すように、循環ポンプ８８によって冷却水流路の一端の開口部から冷却水を吸引し、他方の開口部へ循環させる。このように、本実施形態のヒートシンク６４は水冷式であることから、車両が停車するなどして空冷能力が低くてもスイッチングモジュール５２を十分に冷却することができる。ただし、図４に示すように水冷式ヒートシンク６４をインバータ３０の筐体６５の内部に収容すると、冷却水流路６４ｄを流れる冷却水が筐体６５の内部に漏洩した場合に、インバータの構成部品に悪影響を与える可能性がある。このため、本実施形態の水冷式ヒートシンク６４では、ジャケット蓋６４ｂと冷却ジャケット６４ｃとの接合面に、ＦＩＰＧ（Formed in place gasket）などのガスケットやゴムガスケット等を含むシール部８９が設けられている。そして、本実施形態のインバータ３０では、筐体６５内へ漏洩する冷却水を止水するためのシール部８９が筐体６５の下側部に位置するように配置されている。

以上のように、本実施形態のインバータ３０は、平滑コンデンサモジュール４１のＰ端子部４３と直流電源１０とに接続されるバスバ６９及び平滑コンデンサモジュール４１のＮ端子部４４と直流電源１０とに接続されるバスバ７０は、筐体６５の上部側に配置されている。また、スイッチングモジュール５２のＵ端子部６０と交流負荷２０のＵ相とに接続されるバスバ７７、スイッチングモジュール５２のＶ端子部６１と交流負荷２０のＶ相とに接続されるバスバ７８及びスイッチングモジュール５２のＷ端子部６２と交流負荷２０のＷ相とに接続されるバスバ７９も、筐体６５の上側部に配置されている。

また本実施形態のインバータ３０は、平滑コンデンサモジュール４１のコンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０と、スイッチングモジュール５２のスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９とを接続するバスバ７１〜７６も、筐体６５の上側部に配置されている。さらに、２分割された回路基板６６，６７も、筐体６５の上側部に配置されている。

ここで、本実施形態のインバータ３０においては、高圧電力が入出力するバスバ６９〜７９と低圧電力が入出力する回路基板６６，６７とが、図４に点線で示す同一平面領域Ｅに配置されている。本実施形態の同一平面領域Ｅとは、筐体６５の高さ方向であるＺ軸方向にある程度の寸法を有するＸＹ平面を含む領域を意味するものとする。図６に図４の筐体６５の上側部を拡大した正面図を示す。

絶縁性材料で形成された筐体６５の内部において電流が流れる構成部品を配置するにあたり、その構成部品を絶縁性部材にて被覆しない場合は絶縁性を確保するための絶縁空間を設ける必要がある。本実施形態のインバータ３０の構成部品でいえば、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７の実装面は絶縁性部材にて被覆されていない。このため、図６に示すように筐体６５の高さ方向（Ｚ軸方向）において、回路基板６６，６７の周囲には高さＨ１の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓが設けられ、バスバ６９〜７９の周囲には高さＨ２の絶縁空間６９Ｓ〜７０Ｓが設けられている。バスバ６９〜７９には、回路基板６６，６７に比べて高圧電力が供給されるので絶縁空間の高さも高く設定されている（Ｈ１＜Ｈ２）。なお、筐体６５のＸＹ平面方向における回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓは図８に示す。

こうした絶縁空間は、絶縁性部材で被覆した部品でない限り配置することができない、いわゆるデッドスペースであるため、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７を高さ方向に積層するように配置すると筐体６５の高さ方向の寸法が極端に大きくなる。しかしながら、本実施形態のインバータ３０では、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２とを筐体６５のＸＹ平面方向に並べて配置し、さらにこれら平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面に、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７とが同一平面領域Ｅに入るように配置するので、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面がほぼ同じ高さとされた図６に示す例でいえば、これらの上面から筐体６５の蓋体６５ｂまでの高さ寸法Ｈは、バスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓの高さＨ２と同じ高さとなる。換言すれば、図６に示す例では、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓは、高さ方向においてバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓに含まれるように配置されている。

平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面を高さ方向において面一にするには、ボス部６８の高さ寸法を適宜に設定すればよいが、図７に示すように、諸般の事情により平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面を面一にできない場合は、同図に示すようにコンデンサ側高圧接続端子部４５〜５０又はスイッチング側高圧接続端子部５４〜５９に同様の導電性ボス部９１を設けるか、あるいは図示は省略するがバスバ７１〜７６を折り曲げればよい。この場合に、図７に示すように、筐体６５の高さ方向において、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓが互いに重なるように配置することが望ましい。これにより、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面から筐体６５の蓋体６５ｂまでの高さ寸法Ｈは、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓの高さＨ１とバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓの高さＨ２を足した値より小さくなる（Ｈ＜Ｈ１＋Ｈ２）。

一方、本実施形態のインバータ３０を図６及び図７に示すように筐体６５の蓋体６５ｂを鉛直上側に配置する場合に、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓのうちの最も高い位置を筐体６５の蓋体６５ｂの内面に設定することが望ましい。また、本実施形態のインバータ３０は、図６及び図７に示す天地を逆にした、すなわち蓋体６５ｂを鉛直下側に配置することもできるが、この場合には回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓのうちの最も低い位置を筐体６５の蓋体６５ｂの内面に設定することが望ましい。

また本実施形態のインバータ３０では、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ７１〜７６の絶縁空間７１Ｓ〜７６Ｓのほぼ範囲内に、絶縁性材料で被覆されたワイヤーハーネス８３が配策されている。さらに本実施形態のインバータ３０では、バスバ７７〜７９に装着された電流センサ９０についても、これらバスバ７７〜７９の絶縁空間７７Ｓ〜７９Ｓの範囲内に配置されている。

他方、本実施形態のインバータ３０は組み付け工程においても特有の効果を有する。図８は本実施形態のインバータ３０を組み立てる際の筐体６５内部を示す平面図であり、一例として平滑コンデンサモジュール４１の上面に回路基板６６を実装する状態を示す。符号９２は組み付けロボットのハンドの断面を示す。組み付けロボットのハンド９２で回路基板６６を把持し、先に筐体６５に組み付けられた平滑コンデンサモジュール４１の上面に移動させると、組み付けロボットのハンド９２は、回路基板６６の組み付け位置の左右それぞれに作業スペース、換言すればハンド９２が干渉しないスペースが必要となり、このスペースに他の構成部品が実装されていると回路基板６６を組み付けることはできない。しかしながら本実施形態のインバータ３０では、回路基板６６の組み付け位置の左右には、バスバ６９〜７５の絶縁空間６９Ｓ〜７５Ｓが設定されているので他の構成部品が存在しない。したがって、組み付けロボットのハンド９２は他の構成部品と干渉することなく回路基板６６を組み付け位置まで移動させることができる。

以上のことから、本実施形態のインバータ３０は以下の効果を奏する。
本実施形態のインバータ３０では、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７が同一平面領域Ｅに配置されているので、必要とされるバスバの絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓと回路基板の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとが高さ方向において重複する。その結果、高さ方向における筐体６５の大型化を抑制することができる。また、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７とを同一平面領域Ｅに配置した結果、高圧電力が供給されるバスバ６９〜７９の長さを短縮することができ、当該バスバのインピーダンスを低減することができる。

また本実施形態のインバータ３０では、図７に示すように、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓが互いに重なるように配置するので、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面から筐体６５の蓋体６５ｂまでの高さ寸法Ｈは、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓの高さＨ１とバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓの高さＨ２を足した値より小さくなる（Ｈ＜Ｈ１＋Ｈ２）。その結果、高さ方向における筐体６５の大型化を抑制することができる。

また本実施形態のインバータ３０では、図６に示すように、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓが高さ方向においてバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓに含まれるように配置するので、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面から筐体６５の蓋体６５ｂまでの高さ寸法Ｈは、バスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓの高さＨ２と同じ高さとなる。その結果、高さ方向における筐体６５の大型化を抑制することができる。

また本実施形態のインバータ３０では、図６及び図７に示すように筐体６５の蓋体６５ｂを鉛直上側に配置する場合に、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓのうちの最も高い位置を筐体６５の蓋体６５ｂの内面に設定し、逆に天地を逆にして配置する場合に、回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓとバスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓのうちの最も低い位置を筐体６５の蓋体６５ｂの内面に設定するので、これによっても高さ方向における筐体６５の大型化を抑制することができる。

また本実施形態のインバータ３０では、バスバ６９〜７９の絶縁空間６９Ｓ〜７９Ｓや回路基板６６，６７の絶縁空間６６Ｓ，６７Ｓのほぼ範囲内に、絶縁性材料で被覆されたワイヤーハーネス８３を配策したり電流センサ９０を配置したりするので、これによっても筐体６５の大型化を抑制することができる。

また本実施形態のインバータ３０では、平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２とを筐体６５のＸＹ平面方向に並べて配置し、さらにこれら平滑コンデンサモジュール４１とスイッチングモジュール５２のそれぞれの上面に、バスバ６９〜７９と回路基板６６，６７とが同一平面領域Ｅに入るように配置するので、組み付け作業性の観点からも、組み付けロボットのハンド９２が他の構成比部品に干渉することが少なくなり自動化率を高めることができる。

上記バスバ６９，７０は本発明に係る第１高圧端子に相当し、上記バスバ７７，７８，７９は本発明に係る第２高圧端子に相当し、バスバ７１〜７６は本発明に係る第３高圧端子に相当し、バスバ６９〜７９は本発明に係る高圧端子に相当し、高さ方向及びＺ軸方向は本発明に係る第１方向に相当し、ＸＹ平面は本発明に係る第２方向の平面に相当する。

１…モータ制御システム
１０…直流電源
２０…交流負荷
３０…インバータ（電力変換装置）
３１，３３，３５…上アーム回路
３２，３４，３６…下アーム回路
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード
３７，３８，３９…平滑コンデンサ
４０…コントローラ
４１…平滑コンデンサモジュール
４２…パッケージ
４３…Ｐ端子部
４４…Ｎ端子部
４５〜５０…コンデンサ側高圧接続端子部
５１…取付部
５２…スイッチングモジュール
５３…パッケージ
５４〜５９…スイッチング側高圧接続端子部
６０…Ｕ端子部
６１…Ｖ端子部
６２…Ｗ端子部
６３…取付部
６４…ヒートシンク
６４ａ…放熱部
６４ｂ…ジャケット蓋
６４ｃ…冷却ジャケット
６４ｄ…冷却水流路
６５…筐体
６５ａ…筐体本体
６５ｂ…蓋体
６６，６７…回路基板
６８…ボス部
６９〜７９…バスバ
８０…ボス部
８１，８２…回路端子
８３…ワイヤーハーネス
８４…入出力端子
８５…コネクタ
８６…ワイヤーハーネス
８７…開口部
８８…循環ポンプ
８９…シール部
９０…電流センサ
９１…導電性ボス部
９２…組み付けロボットのハンド
Ｅ…同一平面領域

Claims

スイッチング素子と、平滑コンデンサと、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路部品が実装された回路基板とを含む電力変換回路の構成部品が筐体に収容され、高圧端子を介して、入力された電力を変換して出力する電力変換装置において、
前記高圧端子と前記回路基板は、同一平面領域に配置されている電力変換装置。
前記高圧端子は、変換すべき電力を入力する第１高圧端子と、変換された電力を出力する第２高圧端子と、前記平滑コンデンサと前記スイッチング素子とを接続する第３高圧端子と、の少なくとも１つの高圧端子を含む請求項１に記載の電力変換装置。
前記高圧端子と前記回路基板は、
それぞれ絶縁空間を介して前記筐体内に収容され、
前記高圧端子の絶縁空間のうち第１方向の範囲と、前記回路基板の絶縁空間のうち前記第１方向の範囲とが互いに重なるように、前記同一平面領域に配置されている請求項１又は２に記載の電力変換装置。
前記高圧端子と前記回路基板は、前記高圧端子又は前記回路基板の一方の絶縁空間のうち前記第１方向の範囲に、前記高圧端子又は前記回路基板の他方の絶縁空間のうち前記第１方向の範囲が含まれるように、前記同一平面領域に配置されている請求項３に記載の電力変換装置。
前記高圧端子又は前記回路基板の絶縁空間のうち前記第１方向の範囲の最高位置は、前記筐体の上面と一致するか又は、前記高圧端子又は前記回路基板の絶縁空間のうち前記第１方向の範囲の最低位置は、前記筐体の下面と一致する請求項３又は４に記載の電力変換装置。
前記高圧端子と前記回路基板は、前記高圧端子又は前記回路基板の絶縁空間のうち前記第１方向に直交する第２方向の平面の範囲と、前記電力変換回路の構成部品を筐体に収納組み付けする際の前記第２方向の作業範囲とが重なるように、前記同一平面領域に配置されている請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記高圧端子又は前記回路基板の絶縁空間に、前記電力変換回路の他の構成部品が配置されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。