WO2015075976A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2015075976A1
WO2015075976A1 PCT/JP2014/070881 JP2014070881W WO2015075976A1 WO 2015075976 A1 WO2015075976 A1 WO 2015075976A1 JP 2014070881 W JP2014070881 W JP 2014070881W WO 2015075976 A1 WO2015075976 A1 WO 2015075976A1
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voltage terminal
housing
circuit board
power conversion
power
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PCT/JP2014/070881
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敦明 横山
早川　和宏
貴也 石井
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device.
  • a smoothing capacitor and IGBT are mounted on a substrate having a water cooling mechanism, and a power conversion circuit is configured by a power supply bus bar to configure the inverter.
  • An integrated component is known (Patent Document 1).
  • this type of power conversion device when applied to power supply / charging of a drive motor for an electric vehicle, it must be housed in a housing in order to protect the components, and the high-voltage terminal and the housing are insulated in the housing. In order to ensure the property, a predetermined space must be provided.
  • the above-described conventional technology is configured such that the smoothing capacitor and the IGBT are mounted on the substrate and the power supply bus bar is disposed on the outermost side facing the substrate, so that a predetermined space is provided between the power supply bus bar and the housing. There is a problem that the housing becomes larger.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device capable of suppressing an increase in size of a housing.
  • components of a power conversion circuit including a switching element, a smoothing capacitor, and a circuit board on which a driving circuit component for driving the switching element is mounted are accommodated in a housing and input via a high-voltage terminal.
  • the above-mentioned problem is solved by arranging the high-voltage terminal and the circuit board in the same plane region.
  • the high-voltage terminal and the circuit board are arranged in the same plane area, the required insulation space of the high-voltage terminal and the insulation space of the circuit board overlap in the first direction. As a result, an increase in the size of the housing in the first direction can be suppressed.
  • FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment in which an inverter 30 in which the power converter of this embodiment is embodied as a DC / three-phase AC converter is applied to the motor control system 1.
  • the motor control system 1 of the present embodiment can be applied to an AC uninterruptible power supply and the like in addition to a traveling drive device of an electric vehicle.
  • the three-phase AC load 20 shown in FIG. 1 corresponds to a travel drive motor, and is constituted by a secondary battery or the like.
  • the DC power source 10 corresponds to a travel drive battery.
  • the motor control system 1 of this embodiment includes a DC power supply 10, a three-phase AC load 20, and an inverter 30 that converts DC power of the DC power supply 10 into three-phase AC power.
  • the DC power supply 101 can be constituted by, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a solar battery, a fuel cell, a PFC (Power factor correction) converter, or the like.
  • the AC load 20 has a regeneration function, the AC power of the AC load 20 may be converted into DC power by the inverter 30 and the DC power supply 10 may be charged.
  • the inverter 30 includes upper arm circuits 31, 33, 35, lower arm circuits 32, 34, 36, smoothing capacitors 37, 38, 39, and a controller 40.
  • the inverter 30 converts the DC power of the DC power supply 10 into three-phase AC power. And this is supplied to the three-phase AC load 20.
  • the upper arm circuits 31, 33, and 35 are mainly composed of circuits in which switching elements Q1, Q3, and Q5 as power devices and diodes D1, D3, and D5 are connected in parallel, respectively.
  • the lower arm circuits 32, 34, and 36 are mainly configured by a circuit in which switching elements Q2, Q4, and Q6 as power devices are connected in parallel with diodes D2, D4, and D6, respectively.
  • three pairs of circuits in which two switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 are connected in series are connected between the power supply line P and the power supply line N, so that DC
  • the connection midpoints connected in parallel to the power supply 10 and connecting each pair of switching elements Q1 and Q2, Q3 and Q4, Q5 and Q6, and the three-phase input portion of the three-phase AC load 20 are electrically connected to each other. It is connected. That is, in the inverter 30 of this embodiment, the upper arm circuit 31 and the lower arm circuit 32, the upper arm circuit 33 and the lower arm circuit 34, and the upper arm circuit 35 and the lower arm circuit 36 are connected in series, respectively.
  • connection intermediate point between the upper arm circuit 31 and the lower arm circuit 32 is connected to the U phase of the AC load 20
  • the connection intermediate point between the upper arm circuit 33 and the lower arm circuit 34 is connected to the V phase of the AC load 20
  • a connection intermediate point between the upper arm circuit 35 and the lower arm circuit 36 and the W phase of the AC load 20 are connected.
  • the controller 40 alternately turns ON / OFF the upper arm circuit 31 and the lower arm circuit 32 to increase / decrease the ON time ratio and control the output from the inverter 30.
  • the upper arm circuit 31 includes a switching element Q1, a diode D1, and a gate drive circuit.
  • the drain electrode of the switching element Q1 is connected to the cathode terminal of the diode D1, and the source electrode of the switching element Q1 is connected to the anode terminal of the diode D1.
  • the gate electrode of the switching element Q1 is connected to the controller 40 through a gate drive circuit.
  • the other terminals of the upper arm circuit and the lower arm circuits 32 to 36 are also connected to the controller 40 with the same configuration.
  • the switching elements Q1 to Q6 of the present embodiment are wide gap semiconductor devices (SiC devices, GaN devices, diamond devices) or Si devices, such as junction field effect transistors (JFETs), MOSFETs or insulated gate bipolars.
  • a transistor IGBT
  • FRD high-speed rectifying element, Fast Recovery Diode
  • SBD Schottky barrier diode, Schottky Barrier Diode
  • the inverter 30 of this embodiment has three smoothing capacitors 37, 38, and 39, and each of the smoothing capacitors 37 to 39 is paired between the power supply line P and the power supply line N and the lower arm circuit and the lower arm.
  • the circuits 31 and 32, 33 and 34, and 35 and 36 are connected in parallel, respectively.
  • three smoothing capacitors 37 to 39 are provided, one for each of the three upper arm circuits and the lower arm circuits 31 and 32, 33 and 34, and 35 and 36 that form a pair.
  • one or two smoothing capacitors may be provided by increasing the capacitor capacity, or four or more smoothing capacitors may be provided by reducing the capacitor capacity. It can select suitably according to the layout of the inverter 30 mentioned later.
  • FIG. 3 is a plan view (upper view) and a front view (lower view) showing the smoothing capacitor module 41 of the present embodiment
  • FIG. 2B is a plan view (upper view) and a front view (lower view) of the switching module 52 of the present embodiment. It is.
  • the main bodies of the smoothing capacitors 37 to 39, the main bodies of the switching elements Q1 to Q6, the main bodies of the diodes D1 to D6, and the internal wiring, which are components, are external to the package 42 and 53. Is not visible, but is shown in a perspective view using a circuit symbol for convenience in each plan view.
  • the smoothing capacitor module 41 of the present embodiment incorporates three smoothing capacitors 37, 38, and 39 as shown in FIG. 2A, and has a substantially rectangular parallelepiped packaging with wiring as shown in FIG. 2A inside. Consists of the body. As shown in the figure, at the left end of the upper surface of the package 42, a P terminal portion 43 connected to the plus terminal of the DC power source 10 and an N terminal portion 44 connected to the minus terminal of the DC power source 10 are provided. Is provided so as to be exposed to the outside of the package 42. Further, on the right end portion of the upper surface of the package 42, the capacitor side for connecting the smoothing capacitors 37, 38, and 39 to the upper and lower arm circuits 31 and 32, 33 and 34, 35 and 36 which form a pair.
  • High voltage connection terminal portions 45 to 50 are provided so as to be exposed to the outside of the package 42. Also, a mounting portion 51 is provided at the bottom of the package 42, and the smoothing capacitor module 41 is fixed to a housing 65 described later by inserting and tightening a bolt through the through hole.
  • the switching module 52 of the present embodiment incorporates six switching elements Q1 to Q6 and six diodes D1 to D6, and has a substantially rectangular parallelepiped shape with wiring as shown in FIG. 2B inside. It consists of a packaging body. As shown in the figure, the upper and lower arm circuits 31 and 32, 33 and 34, 35 and 36, and smoothing capacitors 37, 38 and 39, which are paired, are formed at the left end of the upper surface of the package 53. Switching-side high-voltage connection terminal portions 54 to 59 for connecting are connected to the outside of the package 53.
  • a U terminal portion 60 connected to the U phase of the AC load 20, a V terminal portion 61 connected to the V phase of the AC load 20, and a W phase of the AC load 20.
  • a W terminal portion 62 to be connected to the outside of the package 53 so as to be exposed to the outside.
  • a mounting portion 63 is provided at the bottom of the package 53, and the switching module 52 is fixed to a housing 65 to be described later by inserting and tightening a bolt through the through hole.
  • capacitor-side high-voltage connection terminal portions 45 to 50 provided at the right end portion of the upper surface of the smoothing capacitor module 41, and switching-side high-voltage connection terminal portions 54 to 59 provided at the left end portion of the upper surface of the switching module 52; are connected in the configuration of the electric circuit diagram shown in FIG. 1, but in this embodiment, the capacitor-side high-voltage connection terminal portions 45 to 50 and the switching-side high-voltage connection terminal portions 54 to 59 formed at substantially opposite positions, that is, 45 and 54, 46 and 55, 47 and 56, 48 and 57, 49 and 58, and 50 and 59, the arrangement position of each high-voltage connection terminal portion is considered.
  • Reference numeral 64 indicated by a two-dot chain line in FIG. 2B is a water-cooled heat sink for releasing heat generated in the switching module 52, and a detailed configuration will be described later.
  • FIG. 3 is a plan view showing the inside of the casing 65 of the inverter 30 of the present embodiment
  • FIG. 4 is a front view of the same.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 described above are accommodated in a casing 65, and circuit boards 66 and 67 such as a printed circuit board PCB and a printed wiring board PWB constituting the controller 40 are also provided in the casing.
  • the housing 65 of the present embodiment has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a housing body 65 a that forms the lower portion of the housing 65, and a lid body 65 b that forms the upper portion of the housing 65.
  • the flange portion of the casing body 65a and the flange portion of the lid body 65b are combined and tightened with bolts, nuts, or the like to close the inside.
  • the casing 65 is made of an insulating material.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 described above are fixed to the bottom of the housing body 65 a.
  • the fixing structure to these housing main bodies 65a is not particularly limited, in the present embodiment, the smoothing capacitor module 41 is attached to each boss portion 68 constituting an attachment portion provided at an appropriate position on the bottom surface of the housing main body 65a.
  • the attachment part 51 and the attachment part 63 of the switching module are aligned and fixed by bolting.
  • the height of the boss portion 68 makes the space between the bottom surface of the package 42 of the smoothing capacitor module 41 and the bottom surface of the housing body 65a, and between the bottom surface of the package 53 of the switching module 52 and the bottom surface of the housing body 65a.
  • a space is formed in each.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 may be fixed to a rigid substrate, and this substrate may be fixed to the housing body 65a.
  • the bus terminal 69 for connecting to the connector (not shown) of the DC power source 10 shown in FIG. 1 is connected to each of the P terminal portion 43 and the N terminal portion 44 of the smoothing capacitor module 41.
  • 70 are fixed by bolts or the like.
  • six bus bars 71 for electrically connecting the capacitor-side high-voltage connection terminal portions 45 to 50 and the switching-side high-voltage connection terminal portions 54 to 59 of the switching module 52 within the housing 65 are provided.
  • 76 are fixed by bolts or the like.
  • bus bars 77 to 79 for connecting each of the U terminal portion 60, the V terminal portion 61, and the W terminal portion 62 of the switching module 52 to a connector (not shown) of the AC load 20 are fixed with bolts or the like.
  • Bus bars 69 and 70 for connecting to the DC power source 10 and bus bars 77, 78 and 79 for connecting to the AC load 20 are provided so as to be exposed from the inside of the housing 65 to the outside. .
  • Circuit boards 66 and 67 on which various drive circuit components for driving the switching elements Q1 to Q6 are mounted are also accommodated in the housing 65. These circuit boards 66 and 67 constitute the controller 40 shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the circuit boards 66 and 67 of the present embodiment are divided into two parts with sizes to be placed on the upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52, and the boss part 80 is interposed therebetween. The upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 are fixed by bolts or the like.
  • circuit terminals 81 and 82 for connecting the wiring circuits of the circuit boards 66 and 67 are provided on the upper surfaces of the circuit boards 66 and 67, and these circuit terminals 81 and 82 are electrically connected by a wire harness 83. ing.
  • each of the bus bars 77 to 79 connected to each of the U terminal portion 60, the V terminal portion 61, and the W terminal portion 62 is equipped with a current sensor 90 that detects a current value flowing through them. And connected to the circuit boards 66 and 67 by a wire harness (not shown).
  • An input / output terminal 84 for transmitting / receiving command signals and detection signals to / from the controller 40 is provided on the upper surface of one circuit board 66, and a connector provided on the upper surface of the lid 65 b of the housing 65. 85 and a wire harness 86 are electrically connected.
  • the inverter 30 of this embodiment is controlled.
  • the connector 85 is provided on the upper surface of the lid body 65b.
  • the connector 85 may be provided on the side surface of the lid body 65b or the side surface of the housing body 65a.
  • FIG. 5 is an exploded cross-sectional view showing the water-cooled heat sink 64 of the present embodiment.
  • the heat sink 64 of the present embodiment includes a jacket lid 64b in which a heat radiating portion 64a is formed on the lower surface of a flat plate member, and an open top surface and a bottom surface.
  • a cooling jacket 64c having Although the detailed illustration is omitted in the cross-sectional view of FIG.
  • the heat radiating portion 64 a formed on the jacket lid 64 b is composed of fins meandering along the lower surface of the jacket lid 64 b, from the state shown in FIG. 5.
  • the cooling water flow path 64d is formed in cooperation with the side surface and the bottom surface of the cooling jacket 64c.
  • One end of the cooling water channel 64d of the cooling jacket 64c is provided with an opening for sucking the cooling water flowing through the cooling water channel, and the other end of the cooling water channel 64d returns the sucked cooling water to the cooling water channel. An opening is provided.
  • the cooling water is sucked from the opening at one end of the cooling water flow path by the circulation pump 88 and is circulated to the other opening.
  • the heat sink 64 of this embodiment is a water cooling type, the switching module 52 can be sufficiently cooled even if the vehicle stops and the air cooling capability is low.
  • the water-cooled heat sink 64 is housed in the housing 65 of the inverter 30 as shown in FIG. 4, when cooling water flowing through the cooling water flow path 64 d leaks into the housing 65, May have adverse effects.
  • a sealing portion 89 including a gasket such as FIPG (Formed place gasket) or a rubber gasket is provided on the joint surface between the jacket lid 64 b and the cooling jacket 64 c. .
  • the seal portion 89 for stopping the cooling water that leaks into the housing 65 is disposed on the lower side of the housing 65.
  • the inverter 30 of the present embodiment is connected to the bus bar 69 connected to the P terminal portion 43 of the smoothing capacitor module 41 and the DC power supply 10 and to the N terminal portion 44 of the smoothing capacitor module 41 and the DC power supply 10.
  • the bus bar 70 is disposed on the upper side of the housing 65.
  • the bus bar 77 connected to the U terminal 60 of the switching module 52 and the U phase of the AC load 20, the bus bar 78 connected to the V terminal 61 of the switching module 52 and the V phase of the AC load 20, and the switching module.
  • a bus bar 79 connected to the W terminal portion 52 of 52 and the W phase of the AC load 20 is also disposed on the upper portion of the housing 65.
  • the inverter 30 of the present embodiment also includes bus bars 71 to 76 that connect the capacitor side high voltage connection terminal portions 45 to 50 of the smoothing capacitor module 41 and the switching side high voltage connection terminal portions 54 to 59 of the switching module 52.
  • 65 is disposed on the upper side. Further, the circuit boards 66 and 67 divided into two are also arranged on the upper side of the housing 65.
  • the bus bars 69 to 79 for inputting / outputting high-voltage power and the circuit boards 66, 67 for inputting / outputting low-voltage power are arranged in the same plane region E indicated by a dotted line in FIG. ing.
  • the same plane area E in the present embodiment means an area including an XY plane having a certain size in the Z-axis direction that is the height direction of the housing 65.
  • FIG. 6 shows an enlarged front view of the upper part of the housing 65 of FIG.
  • the height of the insulating space is also set high (H1 ⁇ H2).
  • the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 in the XY plane direction of the housing 65 are shown in FIG.
  • Such an insulating space is a so-called dead space that cannot be arranged unless it is a part covered with an insulating member. Therefore, if the bus bars 69 to 79 and the circuit boards 66 and 67 are arranged so as to be stacked in the height direction, the housing The height dimension of 65 becomes extremely large.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 are arranged side by side in the XY plane direction of the housing 65, and further, the bus bar 69 is provided on the upper surface of each of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52.
  • the circuit boards 66 and 67 and the circuit boards 66 and 67 are arranged so as to be in the same plane region E, the upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 are almost the same height.
  • the height dimension H from these upper surfaces to the lid 65b of the housing 65 is the same height as the height H2 of the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79.
  • the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 are disposed so as to be included in the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 in the height direction.
  • the height dimension of the boss portion 68 may be set appropriately. However, as shown in FIG. If the upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 cannot be flush with each other, the same conductivity is applied to the capacitor side high voltage connection terminal portions 45 to 50 or the switching side high voltage connection terminal portions 54 to 59 as shown in FIG.
  • the boss 91 may be provided or the bus bars 71 to 76 may be bent although not shown. In this case, as shown in FIG.
  • the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 are arranged so as to overlap each other in the height direction of the housing 65. Is desirable.
  • the height dimension H from the upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 to the lid 65b of the housing 65 is equal to the height H1 of the insulating spaces 66S, 67S of the circuit boards 66, 67 and the bus bars 69- It becomes smaller than the value obtained by adding the height H2 of the 79 insulating spaces 69S to 79S (H ⁇ H1 + H2).
  • the inverter 30 of this embodiment is arranged with the lid 65b of the housing 65 on the vertical upper side as shown in FIGS. 6 and 7, the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the bus bars 69 to 79 are arranged. It is desirable to set the highest position among the insulating spaces 69S to 79S on the inner surface of the lid 65b of the housing 65. Further, in the inverter 30 of the present embodiment, the top and bottom shown in FIGS. 6 and 7 can be reversed, that is, the lid 65b can be arranged vertically downward. In this case, the circuit boards 66 and 67 are insulated. It is desirable to set the lowest position among the spaces 66S and 67S and the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 on the inner surface of the lid 65b of the housing 65.
  • the wire harness 83 covered with the insulating material is arranged in the range of the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the insulating spaces 71S to 76S of the bus bars 71 to 76.
  • the current sensors 90 mounted on the bus bars 77 to 79 are also disposed within the insulating spaces 77S to 79S of the bus bars 77 to 79.
  • FIG. 8 is a plan view showing the inside of the housing 65 when the inverter 30 of this embodiment is assembled.
  • the circuit board 66 is mounted on the upper surface of the smoothing capacitor module 41.
  • Reference numeral 92 denotes a cross section of the hand of the assembly robot.
  • a work space in other words, a space where the hand 92 does not interfere is required, and the circuit board 66 cannot be assembled if other components are mounted in this space.
  • the insulating spaces 69S to 75S of the bus bars 69 to 75S are set on the left and right of the assembly position of the circuit board 66, so there are no other components. Therefore, the assembly robot hand 92 can move the circuit board 66 to the assembly position without interfering with other components.
  • the inverter 30 of this embodiment has the following effects.
  • the bus bars 69 to 79 and the circuit boards 66 and 67 are arranged in the same plane area E, the required bus bar insulation spaces 69S to 79S and circuit board insulation spaces 66S and 67S are required. And overlap in the height direction. As a result, an increase in the size of the housing 65 in the height direction can be suppressed. Further, as a result of arranging the bus bars 69 to 79 and the circuit boards 66 and 67 in the same plane region E, the length of the bus bars 69 to 79 to which the high voltage power is supplied can be shortened, and the impedance of the bus bar is reduced. be able to.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 from the top surface to the lid 65b of the housing 65 are the height H1 of the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the insulating spaces 69S to 69B of the bus bars 69 to 79. It becomes smaller than the value obtained by adding the height H2 of 79S (H ⁇ H1 + H2). As a result, an increase in the size of the housing 65 in the height direction can be suppressed.
  • the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 are arranged so as to be included in the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 in the height direction.
  • the height H from the upper surfaces of the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 to the lid 65b of the housing 65 is the same as the height H2 of the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79.
  • the inverter 30 of the present embodiment when the lid body 65b of the housing 65 is arranged vertically upward, the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 and the bus bars 69 to 79 are arranged.
  • the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67 Since the lowest position of the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 is set on the inner surface of the lid 65b of the casing 65, this also can suppress the increase in size of the casing 65 in the height direction. .
  • the wire harness 83 covered with an insulating material is arranged almost in the insulating spaces 69S to 79S of the bus bars 69 to 79 and the insulating spaces 66S and 67S of the circuit boards 66 and 67.
  • the current sensor 90 is disposed, so that the enlargement of the housing 65 can also be suppressed.
  • the smoothing capacitor module 41 and the switching module 52 are arranged side by side in the XY plane direction of the housing 65, and further, the bus bars 69 to 79 and the circuit boards 66 and 67 are arranged so as to be in the same plane area E. From the viewpoint of assembling workability, the assembly robot hand 92 is less likely to interfere with other component parts, thereby increasing the automation rate. Can be increased.
  • the bus bars 69 and 70 correspond to the first high voltage terminal according to the present invention
  • the bus bars 77, 78 and 79 correspond to the second high voltage terminal according to the present invention
  • the bus bars 71 to 76 correspond to the third high voltage terminal according to the present invention.
  • the bus bars 69 to 79 correspond to the high-voltage terminals according to the present invention
  • the height direction and the Z-axis direction correspond to the first direction according to the present invention
  • the XY plane corresponds to the second direction according to the present invention. It corresponds to a plane.
  • Heat sink 64a ... Heat radiation part 64b ... Jack cover 64c ... Cooling jacket 64d ... Cooling water flow path 65 ... Case 65a ... Case body 65b ... Cover body 66, 67 ... Circuit board 68 ... Boss Portions 69 to 79: Bus bar 80 ... Boss portions 81, 82 ... Circuit terminals 83 ... Wire harness 84 ... In / out Terminal 85 ... connector 86 ... hand E ... flush area of the wire harness 87 ... opening 88 ... circulation pump 89 ... seal portion 90 ... Current sensor 91 ... conductive boss portion 92 ... assembling robot

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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

電力変換装置
　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，Ｆａｓｔ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　Ｄｉｏｄｅ）、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード，Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）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 (7)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
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