(57)【要約】  半導体素子を内包するモジュール（１、２、３）を用いて負荷への電力を供給する電力変換装置（５０、６０、７０、８０、９０、１００）であって、モジュール（１、２、３）を冷却する金属筐体（８、１３、１６）に封止樹脂（１０）を保持する封止壁（９）を設けると共に、前記半導体素子に流入出する電流経路となる配線部材の一方である帰還電流経路を金属筐体（８、１３、１６）とし、もう一方の配線部材を金属筐体（８、１３、１６）の封止壁（９）と近接して平行に配置する。
2017221456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内包するモジュールと、
前記半導体素子を駆動制御する回路を搭載する制御基板と、
前記モジュールと前記制御基板を接続する制御配線と、
前記モジュールおよび前記制御基板の一部もしくは全部を封止する封止材と、
前記モジュールが取り付けられ、前記モジュールの周囲に立設して前記封止材を保持する封止壁を有するとともに、基準電位に接続される金属筐体と、
前記モジュールの基準電位と前記金属筐体を接続する基準電位配線と、
前記モジュールへの電流経路となるバスバーと、
を備えた電力変換装置であって、
前記バスバーは、前記封止壁と近接して平行に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記金属筐体は、前記モジュールの取付面の対面に放熱用の突起状部を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記金属筐体は、前記モジュールの放熱用の流体を通過させる流路を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーと前記封止壁との間隔は、前記バスバーと前記金属筐体が有する電位差に対して電気的絶縁を確保する距離以上で、前記バスバーの断面の長辺方向寸法未満であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記金属筐体は、環状構造であって前記モジュールが少なくとも一つ以上、前記バスバーで直列に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記金属筐体は、Ｕ字状構造であって前記モジュールが少なくとも一つ以上、前記バスバーで直列に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記金属筐体は、環状構造であって前記モジュールが少なくとも一つ以上、前記バスバーで環状若しくは放射状に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記金属筐体は、電気絶縁部材を介して前記バスバーの一部もしくは全部を格納する凹型形状部を有する封止壁を備えたことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記金属筐体は、前記バスバーと近接して平行に配置される範囲において封止壁を有するとともに、前記範囲を除く前記封止壁は、前記金属筐体とは別部材で構成されたことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換装置は、単一または複数のコンデンサを内包するコンデンサブロックを備え、前記コンデンサブロックの正端子が前記バスバーと接続されると共に、前記コンデンサブロックの負端子が前記金属筐体と接続されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力変換装置に係り、特には電力変換装置の電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置を構成するパワーモジュールとパワー回路基板、及び冷却用フィンの基本的な構成として、例えば特開２００２−３２５４６７号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１に開示された電力変換装置は、半導体素子で構成されたインバータを内蔵し、このインバータとは電気絶縁されたパワーモジュールと、パワーモジュールが取り付けられる導電性材質で構成された冷却フィンとを有し、冷却フィンのモジュール取付面にモジュールを囲む壁を設けることにより、非導電性および熱伝導性の流動性樹脂でモジュールの封止を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示された電力変換装置によれば、冷却フィンにモジュールを囲んで収納する壁を設け、冷却フィンと壁によって構成された槽にモジュールを封止する非導電性および熱伝導性の流動性樹脂を充填する構造であるため、冷却フィンと壁とを一体成形などで製造できて製造時の組み立て工数を削減でき、安価に出来る利点がある。【０００５】
しかしながら、この従来の電力変換装置では、半導体素子とモジュールは電気絶縁されており、電流の経路は外部電極端子を介してパワー回路基板上の配線で引き回すことになる。このため、特に大電流を通電する場合に、配線幅が広くなることでパワー回路基板が大きくなり、広い実装面積が必要となって電力変換装置全体が大型化する問題があった。【０００６】
また、パワー回路基板上の部品配置による配線の引き回し制約から、電流経路を形成するループが大きくなり、配線の寄生インダクタンスが増加し、共振現象による過電圧や過電流、ノイズが増加する問題があった。【０００７】
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、電力変換装置を小型化し、配線が形成する電流ループの寄生インダクタンスを低減することができる電力変換装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明における電力変換装置は、半導体素子を内包するモジュールと、前記半導体素子を駆動制御する回路を搭載する制御基板と、前記モジュールと前記制御基板を接続する制御配線と、前記モジュールおよび前記制御基板の一部もしくは全部を封止する封止材と、前記モジュールが取り付けられ、前記モジュールの周囲に立設して前記封止材を保持する封止壁を有すると共に、基準電位に接続される金属筐体と、前記モジュールの基準電位と前記金属筐体を接続する基準電位配線と、前記モジュールへの電流経路となるバスバーと、を備えた電力変換装置であって、前記バスバーは、前記封止壁と近接して平行に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電力変換装置によれば、モジュールから引き出される配線部材の面積を低減すると共に、電流経路が形成するループを小さくして寄生インダクタンスを低減することができる。従って、回路上の共振現象を抑制し、過電圧、過電流の発生やノイズの増加防止に寄与できる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるインダクタンス低減効果を説明する概念図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるインダクタンス低減効果を簡素化モデルによって計算した結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す平面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による電力変換装置の変形例を示す平面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す平面図である。
【図８】この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５による電力変換装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６による電力変換装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による電力変換装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す平面図および断面図である。図１は図２のＡ−Ａ線断面図を示し、図２は図１のＢ−Ｂ線断面図を示している。
実施の形態１による電力変換装置５０は、モジュール１、２、３、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、導電性の金属筐体８、封止壁９および封止壁９により保持される封止材の封止樹脂１０から構成されている。そして、金属筐体８に接続された電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１、２、３が電気的に接続されると共に、モジュール１、２、３にモジュール１、２、３を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール１、２、３同士の間に接続されている。
【００１３】
金属筐体８は、金属筐体８に一体となっている壁状構造の封止壁９を有し、モジュール１、２、３の周囲に立設してモジュール１、２、３や制御基板４の一部もしくは全部が封止樹脂１０で充填されている。また、金属筐体８にはモジュール１、２、３の取付面の対面に放熱用の突起状部が形成されている。
【００１４】
このような構成を有する電力変換装置において、モジュール１、２、３が内包する半導体素子が動作すると、大きなものでは数百アンペアの電流が導通してバスバー７などの配線を通過する。配線には電気抵抗があり、発熱を勘案して安全に導通させることができる電流には制限がある。大電流を導通可能とするためには、配線の電気抵抗を小さくする必要があり、配線の断面積を大きくすることが有効である。配線の断面積を大きくする場合、断面の長辺方向を金属筐体８のモジュール取付面に対して水平方向に配置すると、配線が通る領域を確保するために金属筐体８のモジュール取付面を広げる必要が生じ、電力変換装置を大型化させる。
【００１５】
また、モジュール１、２、３の基準電位は基準電位配線６を介して金属筐体８に電気的に接続されているため、電源からバスバー７を通ってモジュール１、２、３が内包する半導体素子を通過した電流の帰還経路は金属筐体８を流れ、電流ループを形成する。電流ループは配線により寄生インダクタンスを持ち、電流ループの面積が大きいほど寄生インダクタンスは大きくなり、電流の変化に応じてエネルギーを蓄積する。これにより回路内に共振現象を発生させて過電圧、過電流を発生させると共にノイズを増加させる。
【００１６】
このため実施の形態１による電力変換装置５０では、バスバー７が図２に示すように、モジュール１、２、３から引き出された後、金属筐体８のモジュール取付面に対して垂直方向が断面の長辺方向となるように配置されている。モジュール１、２、３の上部には制御基板４が制御配線５を介して接続、配置されているため、金属筐体８のモジュール取付面を広げる必要が無く、バスバー７の断面積を大きくするために確保される領域を抑制することが可能となる。
【００１７】
さらに、金属筐体８のモジュール取付面に対して垂直方向が断面の長辺方向となるように配置したバスバー７を、金属筐体８と一体である封止壁９に対して近接して平行に配置する。例えば、電源からの電流はバスバー７を往路としてモジュール１に入り、モジュール１が基準電位配線６を介して金属筐体８に電気的に接続されているため、電源への電流は金属筐体８を復路として電源の基準電位へ流れる。この場合、往路電流は電流ループのインピーダンスが最も小さくなる経路で流れ、バスバー７と近接して平行に配置された封止壁９が復路となることにより、電流ループの寄生インダクタンスを抑制することが可能となる。
【００１８】
図３は、この発明の原理を説明する概念図である。図３は、バスバー７、モジュール１、金属筺体８を通って帰還する電流経路の寄生インダクタンスを簡素化して示している。図中のＬｂ１、Ｌｂ２は、例えばバスバー７の寄生インダクタンス要素を表し、一方でＬｈ１およびＬｈ２は金属筺体８の寄生インダクタンス要素を表している。ただし、簡素化のために、モジュール１の寄生インダクタンスは省略した。この発明を適用しなかった場合、この電流ループの寄生インダクタンスは、Ｌｂ１＋Ｌｈ１＋Ｌｂ２＋Ｌｈ２となる。一方この発明は、金属筺体８にバスバー７と近接して平行に配置された封止壁９を設けたことにより、バスバー８の寄生インダクタンス要素Ｌｂ２は、金属筺体８の封止壁９の寄生インダクタンスＬｂ２と結合係数ｋｈｂ（０＜ｋｈｂ＜１）で結合される。その結果、電流経路ループの寄生インダクタンスは、Ｌｂ１＋Ｌｈ１＋Ｌｂ２＋Ｌｈ２―ｋｈｂ√（Ｌｂ２・Ｌｈ２）となり、この発明を適用しなかった場合に比べて、電流ループのインダクタンスを低減できる。
【００１９】
望ましくは、バスバー７と封止壁９の間隔は、バスバー７と封止壁９との電位差に対して電気的絶縁を維持することができる距離以上で、かつバスバー７の断面の長辺寸法距離以下とすることで、バスバーが占有する領域を最少化すると共に、電流経路が形成するループのインダクタンスを最小にすることが可能となる。
以下、図４を参照して、バスバー７と封止壁９の間隔をバスバー７の断面の長辺寸法距離以下にすることでインダクタンスを低減できることを説明する。今、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板を考える。これらの導体平板は共に、平板の断面の長辺寸法はＷ、平板の断面の短辺寸法（板厚）は無限小、平板の長さはＬ／２とする。この２つ平板を電気的に接続し、長さＬの電流ループを形成し、その寄生インダクタンスを評価する。
【００２０】
まず、この発明を適用しなかった極端な例として、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板が同一直線状に配置される場合を考える。この場合の電流ループの寄生インダクタンスＬｓｓは、以下の長さＬ、幅Ｗの無限小平板の式１で与えられることが知られている。
Ｌｓｓ＝（μ０・Ｌ／２π）［Ｌｎ（２Ｌ／Ｗ）＋１／２＋（Ｗ／３Ｌ）］  （式１）
ここで、μ０は真空の透磁率である。次に、この発明を適用して、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板が距離Ｄだけ離して対向して平行に配置された場合を考える。この場合の電流ループの寄生インダクタンスＬｓｐは以下の式２で与えられることが知られている。
Ｌｓｐ＝μ０・Ｌ（Ｄ／Ｗ）  （式２）
【００２１】
図４は、平板の長さＬ＝１００ｍｍ、かつ平板の幅Ｗ＝１０ｍｍと、平板の長さＬ＝１００ｍｍ、かつ平板の幅Ｗ＝２０ｍｍの２例において、平板間距離Ｄと平板の幅Ｗの比Ｄ／Ｗと、式１と式２の比Ｌｓｐ／Ｌｓｓの関係を図示したものである。図４の結果が示す通り、Ｌｓｐ／Ｌｓｓを１以下にするためには、概ねＤ／Ｗを１より小さくすれば良い。即ち、バスバー７と封止壁９の間隔をバスバー７の断面の長辺寸法距離以下にすることにより、電流ループのインダクタンス低減効果を得られる。例えば、この発明を適用してＤ／Ｗ＝０．２程度にした場合は、電流ループのインダクタンスを８割程度削減できる。
【００２２】
以上のように、この発明を適用することにより、大電流に対応するバスバー７が占有する領域を抑制して小型化すると共に、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。
【００２３】
このように、実施の形態１による電力変換装置５０は、基準電位である金属筐体８と一体である封止壁９と近接して平行にバスバー７を配置すると共に、バスバー７の垂直方向が断面の長辺方向となるように配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置５０を実現することができる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。図５および図６は、実施の形態２による電力変換装置６０を示す平面図であり、図１および図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００２５】
実施の形態２による電力変換装置６０は、バスバー１１で直列に接続されたモジュール１、２、３が、図５では環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置され、また、図６ではＵ字状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。
【００２６】
このような構成を有する電力変換装置６０において、電源（図示せず）からモジュール１、２、３までの経路には配線による寄生インダクタンスが存在し、電源からの距離が遠いモジュールほど寄生インダクタンスが大きくなりやすい。モジュール１、２、３内の半導体素子が動作してスイッチングし、電流のオン、オフが繰り返されると寄生インダクタンスにエネルギーが蓄積されて回路で共振現象が発生する。特に、電源から遠いことで寄生インダクタンスが大きくなるモジュール３は、他のモジュールに比べて過電圧や過電流の発生およびノイズの増加が顕著に発生するおそれがある。
【００２７】
そこで、実施の形態２は、バスバー１１の引き回しが長くなる環状もしくは放射状のモジュール配置に対して、電源から遠くなるモジュール３に対してもバスバー７と封止壁９を近接して平行に配置している。この場合、バスバー１１と封止壁９が近接して平行に配置されている範囲においては、電源からの電流の往路と復路が対向して流れるため電流ループのインダクタンスを低減することができ、モジュール１、２、３の配置によって発生する回路内の共振現象を抑制することが可能となる。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００２８】
つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。
【００２９】
このように、実施の形態２による電力変換装置６０は、基準電位である環状もしくはＵ字状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行にバスバー１１を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置６０を実現することが可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置について説明する。図７は、実施の形態３による電力変換装置７０を示す平面図であり、図５に示した実施の形態２と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００３１】
実施の形態３による電力変換装置７０は、環状構造を有するバスバー１２で接続されたモジュール１、２、３が、環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。
【００３２】
このような構成を有する電力変換装置７０において、電源（図示せず）からモジュール１、２、３までの経路の配線による寄生インダクタンスは、モジュール１、２、３を直列に接続するより電流経路が並列化されることから配線インダクタンスが低減される。しかし、バスバー１２自体が環状構造になることにより、外部磁束がバスバー１２に鎖交した場合、誘起電流がバスバー１２に流れて共振し、過電圧や過電流の発生およびノイズの増加に至る。
【００３３】
しかし、実施の形態３の電力変換装置７０は、環状構造を有するバスバー１２と封止壁９を近接して平行に配置しており、この場合、バスバー１２と封止壁９が近接して平行に配置されている範囲においては、電源からの電流の往路と復路が対向して流れるため電流ループのインダクタンスを低減することができ、バスバー１２の環状構造によって発生する回路内の共振現象を抑制することが可能となる。つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００３４】
このように、実施の形態３による電力変換装置７０は、基準電位である環状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行に環状構造を有するバスバー１２を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置７０を実現することが可能となる。
【００３５】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置について説明する。図８は、実施の形態４による電力変換装置８０を示す断面図であり、図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付している。
【００３６】
実施の形態４による電力変換装置８０は、モジュール１、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、金属筐体１３、封止壁１４、封止樹脂１０および電気絶縁部材１５から構成されている。そして、金属筐体１３に電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１が電気的に接続されると共に、モジュール１を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール同士の間に接続されている。
【００３７】
金属筐体１３は、金属筐体１３と一体形成された封止壁１４を有し、この封止壁１４には、電気絶縁部材１５を介して接触するバスバー７を格納する凹型形状部が設けられている。そして、封止壁１４をモジュール１の周囲に立設させてモジュール１や制御基板４の一部もしくは全部を封止樹脂１０で充填する。
【００３８】
このような構成を有する電力変換装置において、バスバー７に大電流を流す場合、バスバー７の電気抵抗によるジュール熱が発生してバスバー７自体や周囲の部品の温度上昇を招く。また、電気抵抗を下げるためにバスバー７の断面積を大きくするとバスバー７の占有領域が増加して電力変換装置の大型化を招く。
しかし、実施の形態４による電力変換装置８０は、バスバー７が電気絶縁部材１５を介して凹型形状部を有する封止壁１４に密着するように配置されている。この場合、封止壁１４の凹型形状部にバスバー７を埋め込むように配置することによってバスバー７の占有領域が削減され、電力変換装置８０の小型化が可能となる。
【００３９】
さらに、バスバー７は封止壁１４と電気絶縁部材１５を介して密着することによって、電気絶縁部材１５に良熱伝導性の材料を用いてバスバー７の熱を封止壁１４へ伝達し、バスバー７の温度上昇を抑制してバスバー７自体の寸法を小型化することで、電力変換装置８０の小型化が可能となる。
【００４０】
つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減しながら、バスバー７の占有領域を削減することで電力変換装置８０を小型化する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００４１】
このように、実施の形態４の電力変換装置８０は、金属筐体１３と一体の封止壁１４に凹型形状部を設けて電気絶縁部材１５を介しバスバー７を密着して配置することにより、ノイズの発生を低減しながら小型化する電力変換装置８０を実現することが可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による電力変換装置について説明する。図９は、実施の形態５による電力変換装置９０を示す断面図であり、図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付している。
【００４３】
実施の形態５による電力変換装置９０は、モジュール１、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、金属筐体１６、封止壁９、封止樹脂１０および金属筐体１６と別部材で構成された封止壁１７を備えている。そして、金属筐体１６に電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１が電気的に接続されると共に、モジュール１を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール同士の間に接続されている。
【００４４】
金属筐体１６は、一体となっている封止壁９を有し、金属筐体１６とは別部材で構成された封止壁１７と共にモジュール１の周囲に立設し、モジュール１や制御基板４の一部もしくは全部が封止樹脂１０で充填される。
【００４５】
このような構成を有する電力変換装置において、樹脂を封止する壁を金属筐体１６と一体で構成する場合、金属の使用量が増加して電力変換装置の高コスト、重量化を招く。そこで、実施の形態５による電力変換装置９０は、バスバー７に平行でない範囲の封止壁を金属筐体１６とは別部材とし、安価な樹脂などで構成することにより、電力変換装置９０の低廉化と軽量化を可能にしたものである。
【００４６】
つまり、実施の形態５による電力変換装置９０は、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減しながら、バスバー７と平行しない封止壁を金属筐体１６と別部材で構成したので電力変換装置９０を低廉化および軽量化する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００４７】
このように、この実施の形態５の電力変換装置は、バスバー７と平行しない封止壁１７を金属筐体１６と別体に設けて配置することで、ノイズの発生を低減しながら低廉化および軽量化する電力変換装置を実現することが可能となる。
【００４８】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による電力変換装置について説明する。図１０は、実施の形態６による電力変換装置１００を示す平面図であり、図５に示した実施の形態２と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００４９】
実施の形態６による電力変換装置１００は、バスバー１１で接続されたモジュール１、２、３、単一または複数のコンデンサで構成されるコンデンサブロック１８、１９が、環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。コンデンサブロック１８、１９の正端子２０、２１はバスバーと接続され、一方で負端子２２、２３は金属筺体１０と接続される。
【００５０】
このような構成を有する電力変換装置１００において、モジュール内の半導体素子がスイッチングする際には、コンデンサブロック１８、１９から電荷を供給することができる。従って、電源（本実施の形態ではコンデンサブロック１８、１９）からモジュール１、２、３までの経路の配線による寄生インダクタンスは、コンデンサブロック１８、１９が無い場合と比べて小さくなる。このような場合においても、この発明によれば、バスバー１１と封止壁封止壁９が近接して平行に配置されることにより、コンデンサブロック１８、１９からモジュール１、２、３までの配線の寄生インダクタンスを一層低減する効果が得られる。さらに、この発明を適用しない場合に比べて、コンデンサブロック毎のリップル電流のアンバランスを低減する効果をもたらす。以下、この理由を説明する。
【００５１】
本実施の形態において、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９で形成されるループの寄生インダクタンスは、モジュールのインダクタンスとコンデンサのインダクタンス、およびその接続配線のインダクタンスの和となる。ここで、モジュール１、２、３、およびコンデンサブロック１８、１９は、それぞれを同一部品とすることにより、その寄生インダクタンスを同等にすることができる。一方で、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９の互いの位置関係は、インバータの形状の制約で決まるため、一般にはモジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９の接続配線の寄生インダクタンスに差異が生じる。しかしながら、この発明で接続配線のインダクタンスを低減したことにより、接続配線の寄生インダクタンスの差異は、モジュールのインダクタンスやコンデンサブロックのインダクタンスに比べて相対的に小さくなる。従って、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９で形成されるループの寄生インダクタンスの差異を低減できるため、コンデンサブロック毎のリップル電流のアンバランスを低減することができる。
【００５２】
このように、実施の形態６による電力変換装置１００は、基準電位である環状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行に環状構造を有するバスバー１２を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置１００を実現することが可能となる。
【００５３】
なお、前記実施の形態１から実施の形態６においては、モジュール１の電極とバスバー７を一体のものとして説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、モジュール１内の配線をリードフレームなどで構成し、外部配線のバスバー７と電気的に接続した構成などを用いることができることは言うまでもない。
【００５４】
また、前記実施の形態１から実施の形態６におけるモジュール１は、内包する半導体素子の数量や種類を限定するものではなく、任意の数のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやダイオードおよびこれらの組み合わせなどを用いることができることは言うまでもない。
【００５５】
また、前記実施の形態１から実施の形態６におけるモジュール１は、外部に基準電位配線６となる電極を有する構成を例示して説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、モジュール１内のリードフレームやヒートスプレッダなどを介して金属筐体８、１３、１６と電気的に接続する構成などを用いることができることは言うまでもない。
【００５６】
また、前記実施の形態６におけるコンデンサブロックは、その構造や数量および種類を限定するものではないことは言うまでもない。
【００５７】
また、前記実施の形態１から実施の形態６において、封止材を樹脂として説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、電気絶縁性や熱伝導性から任意の材料を用いることができることは言うまでもない。
【００５８】
また、前記実施の形態１から実施の形態６において、金属筐体８、１３、１６はモジュール１、２、３の取付面の対面に放熱用の突起状部を有する構造として図示説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、突起状部を有する金属筐体８、１３、１６の内部に流路を設けて流体による冷却と併用してもよく、また、金属筐体８、１３、１６に放熱用の突起状部を設けることなく、内部に流路を設けて流体による冷却を用いてもよいことは言うまでもない。
【００５９】
以上、この発明の実施の形態１から実施の形態６による電力変換装置について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
2017221456.tif 000003
【図２】
2017221456.tif 000004
【図３】
2017221456.tif 000005
【図４】
2017221456.tif 000006
【図５】
2017221456.tif 000007
【図６】
2017221456.tif 000008
【図７】
2017221456.tif 000009
【図８】
2017221456.tif 000010
【図９】
2017221456.tif 000011
【図１０】
2017221456.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月27日(2018.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内包するモジュールと、
前記半導体素子を駆動制御する回路を搭載する制御基板と、
前記モジュールと前記制御基板を接続する制御配線と、
前記モジュールおよび前記制御基板の一部もしくは全部を封止する封止材と、
前記モジュールが取り付けられ、前記モジュールの周囲に立設して前記封止材を保持する封止壁を有するとともに、基準電位に接続される金属筐体と、
前記モジュールの基準電位と前記金属筐体を接続する基準電位配線と、
前記モジュールへの電流経路となるバスバーと、
を備えた電力変換装置であって、
前記バスバーは、前記封止壁と近接して平行に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記金属筐体は、前記モジュールの取付面の対面に放熱用の突起状部を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記金属筐体は、前記モジュールの放熱用の流体を通過させる流路を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバーと前記封止壁との間隔は、前記バスバーと前記金属筐体が有する電位差に対して電気的絶縁を確保する距離以上で、前記バスバーの断面の長辺方向寸法未満であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記金属筐体は、環状構造であって前記モジュールが一つ以上、前記バスバーで直列に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記金属筐体は、Ｕ字状構造であって前記モジュールが一つ以上、前記バスバーで直列に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記金属筐体は、環状構造であって前記モジュールが一つ以上、前記バスバーで環状若しくは放射状に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記金属筐体は、電気絶縁部材を介して前記バスバーの一部もしくは全部を格納する凹型形状部を有する封止壁を備えたことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記金属筐体は、前記バスバーと近接して平行に配置される範囲において封止壁を有するとともに、前記範囲を除く前記封止壁は、前記金属筐体とは別部材で構成されたことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換装置は、単一または複数のコンデンサを内包するコンデンサブロックを備え、前記コンデンサブロックの正端子が前記バスバーと接続されると共に、前記コンデンサブロックの負端子が前記金属筐体と接続されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力変換装置に係り、特には電力変換装置の電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置を構成するパワーモジュールとパワー回路基板、及び冷却用フィンの基本的な構成として、例えば特開２００２−３２５４６７号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１に開示された電力変換装置は、半導体素子で構成されたインバータを内蔵し、このインバータとは電気絶縁されたパワーモジュールと、パワーモジュールが取り付けられる導電性材質で構成された冷却フィンとを有し、冷却フィンのモジュール取付面にモジュールを囲む壁を設けることにより、非導電性および熱伝導性の流動性樹脂でモジュールの封止を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示された電力変換装置によれば、冷却フィンにモジュールを囲んで収納する壁を設け、冷却フィンと壁によって構成された槽にモジュールを封止する非導電性および熱伝導性の流動性樹脂を充填する構造であるため、冷却フィンと壁とを一体成形などで製造できて製造時の組み立て工数を削減でき、安価に出来る利点がある。
【０００５】
しかしながら、この従来の電力変換装置では、半導体素子とモジュールは電気絶縁されており、電流の経路は外部電極端子を介してパワー回路基板上の配線で引き回すことになる。このため、特に大電流を通電する場合に、配線幅が広くなることでパワー回路基板が大きくなり、広い実装面積が必要となって電力変換装置全体が大型化する問題があった。
【０００６】
また、パワー回路基板上の部品配置による配線の引き回し制約から、電流経路を形成するループが大きくなり、配線の寄生インダクタンスが増加し、共振現象による過電圧や過電流、ノイズが増加する問題があった。
【０００７】
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、電力変換装置を小型化し、配線が形成する電流ループの寄生インダクタンスを低減することができる電力変換装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明における電力変換装置は、半導体素子を内包するモジュールと、前記半導体素子を駆動制御する回路を搭載する制御基板と、前記モジュールと前記制御基板を接続する制御配線と、前記モジュールおよび前記制御基板の一部もしくは全部を封止する封止材と、前記モジュールが取り付けられ、前記モジュールの周囲に立設して前記封止材を保持する封止壁を有すると共に、基準電位に接続される金属筐体と、前記モジュールの基準電位と前記金属筐体を接続する基準電位配線と、前記モジュールへの電流経路となるバスバーと、を備えた電力変換装置であって、前記バスバーは、前記封止壁と近接して平行に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電力変換装置によれば、モジュールから引き出される配線部材の面積を低減すると共に、電流経路が形成するループを小さくして寄生インダクタンスを低減することができる。従って、回路上の共振現象を抑制し、過電圧、過電流の発生やノイズの増加防止に寄与できる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるインダクタンス低減効果を説明する概念図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるインダクタンス低減効果を簡素化モデルによって計算した結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す平面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による電力変換装置の変形例を示す平面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す平面図である。
【図８】この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５による電力変換装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６による電力変換装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による電力変換装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す平面図および断面図である。図１は図２のＡ−Ａ線断面図を示し、図２は図１のＢ−Ｂ線断面図を示している。
実施の形態１による電力変換装置５０は、モジュール１、２、３、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、導電性の金属筐体８、封止壁９および封止壁９により保持される封止材の封止樹脂１０から構成されている。そして、金属筐体８に接続された電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１、２、３が電気的に接続されると共に、モジュール１、２、３にモジュール１、２、３を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール１、２、３同士の間に接続されている。
【００１３】
金属筐体８は、金属筐体８に一体となっている壁状構造の封止壁９を有し、モジュール１、２、３の周囲に立設してモジュール１、２、３や制御基板４の一部もしくは全部が封止樹脂１０で充填されている。また、金属筐体８にはモジュール１、２、３の取付面の対面に放熱用の突起状部が形成されている。
【００１４】
このような構成を有する電力変換装置において、モジュール１、２、３が内包する半導体素子が動作すると、大きなものでは数百アンペアの電流が導通してバスバー７などの配線を通過する。配線には電気抵抗があり、発熱を勘案して安全に導通させることができる電流には制限がある。大電流を導通可能とするためには、配線の電気抵抗を小さくする必要があり、配線の断面積を大きくすることが有効である。配線の断面積を大きくする場合、断面の長辺方向を金属筐体８のモジュール取付面に対して水平方向に配置すると、配線が通る領域を確保するために金属筐体８のモジュール取付面を広げる必要が生じ、電力変換装置を大型化させる。
【００１５】
また、モジュール１、２、３の基準電位は基準電位配線６を介して金属筐体８に電気的に接続されているため、電源からバスバー７を通ってモジュール１、２、３が内包する半導体素子を通過した電流の帰還経路は金属筐体８を流れ、電流ループを形成する。電流ループは配線により寄生インダクタンスを持ち、電流ループの面積が大きいほど寄生インダクタンスは大きくなり、電流の変化に応じてエネルギーを蓄積する。これにより回路内に共振現象を発生させて過電圧、過電流を発生させると共にノイズを増加させる。
【００１６】
このため実施の形態１による電力変換装置５０では、バスバー７が図２に示すように、モジュール１、２、３から引き出された後、金属筐体８のモジュール取付面に対して垂直方向が断面の長辺方向となるように配置されている。モジュール１、２、３の上部には制御基板４が制御配線５を介して接続、配置されているため、金属筐体８のモジュール取付面を広げる必要が無く、バスバー７の断面積を大きくするために確保される領域を抑制することが可能となる。
【００１７】
さらに、金属筐体８のモジュール取付面に対して垂直方向が断面の長辺方向となるように配置したバスバー７を、金属筐体８と一体である封止壁９に対して近接して平行に配置する。例えば、電源からの電流はバスバー７を往路としてモジュール１に入り、モジュール１が基準電位配線６を介して金属筐体８に電気的に接続されているため、電源への電流は金属筐体８を復路として電源の基準電位へ流れる。この場合、往路電流は電流ループのインピーダンスが最も小さくなる経路で流れ、バスバー７と近接して平行に配置された封止壁９が復路となることにより、電流ループの寄生インダクタンスを抑制することが可能となる。
【００１８】
図３は、この実施の形態の原理を説明する概念図である。図３は、バスバー７、モジュール１、金属筺体８を通って帰還する電流経路の寄生インダクタンスを簡素化して示している。図中のＬｂ１、Ｌｂ２は、例えばバスバー７の寄生インダクタンス要素を表し、一方でＬｈ１およびＬｈ２は金属筺体８の寄生インダクタンス要素を表している。ただし、簡素化のために、モジュール１の寄生インダクタンスは省略した。この実施の形態を適用しなかった場合、この電流ループの寄生インダクタンスは、Ｌｂ１＋Ｌｈ１＋Ｌｂ２＋Ｌｈ２となる。一方この実施の形態は、金属筺体８にバスバー７と近接して平行に配置された封止壁９を設けたことにより、バスバー８の寄生インダクタンス要素Ｌｂ２は、金属筺体８の封止壁９の寄生インダクタンスＬｂ２と結合係数ｋｈｂ（０＜ｋｈｂ＜１）で結合される。その結果、電流経路ループの寄生インダクタンスは、Ｌｂ１＋Ｌｈ１＋Ｌｂ２＋Ｌｈ２―ｋｈｂ√（Ｌｂ２・Ｌｈ２）となり、この実施の形態を適用しなかった場合に比べて、電流ループのインダクタンスを低減できる。
【００１９】
望ましくは、バスバー７と封止壁９の間隔は、バスバー７と封止壁９との電位差に対して電気的絶縁を維持することができる距離以上で、かつバスバー７の断面の長辺寸法距離以下とすることで、バスバー７が占有する領域を最少化すると共に、電流経路が形成するループのインダクタンスを最小にすることが可能となる。
以下、図４を参照して、バスバー７と封止壁９の間隔をバスバー７の断面の長辺寸法距離以下にすることでインダクタンスを低減できることを説明する。今、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板を考える。これらの導体平板は共に、平板の断面の長辺寸法はＷ、平板の断面の短辺寸法（板厚）は無限小、平板の長さはＬ／２とする。この２つ平板を電気的に接続し、長さＬの電流ループを形成し、その寄生インダクタンスを評価する。
【００２０】
まず、この実施の形態を適用しなかった極端な例として、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板が同一直線上に配置される場合を考える。この場合の電流ループの寄生インダクタンスＬｓｓは、以下の長さＬ、幅Ｗの無限小平板の式１で与えられることが知られている。
Ｌｓｓ＝（μ０・Ｌ／２π）［Ｌｎ（２Ｌ／Ｗ）＋１／２＋（Ｗ／３Ｌ）］  （式１）
ここで、μ０は真空の透磁率である。次に、この実施の形態を適用して、バスバー７を模擬した導体平板と封止壁９を模擬した導体平板が距離Ｄだけ離して対向して平行に配置された場合を考える。この場合の電流ループの寄生インダクタンスＬｓｐは以下の式２で与えられることが知られている。
Ｌｓｐ＝μ０・Ｌ（Ｄ／Ｗ）  （式２）
【００２１】
図４は、平板の長さＬ＝１００ｍｍ、かつ平板の幅Ｗ＝１０ｍｍと、平板の長さＬ＝１００ｍｍ、かつ平板の幅Ｗ＝２０ｍｍの２例において、平板間距離Ｄと平板の幅Ｗの比Ｄ／Ｗと、式１と式２の比Ｌｓｐ／Ｌｓｓの関係を図示したものである。図４の結果が示す通り、Ｌｓｐ／Ｌｓｓを１以下にするためには、概ねＤ／Ｗを１より小さくすれば良い。即ち、バスバー７と封止壁９の間隔をバスバー７の断面の長辺寸法距離以下にすることにより、電流ループのインダクタンス低減効果を得られる。例えば、この実施の形態を適用してＤ／Ｗ＝０．２程度にした場合は、電流ループのインダクタンスを８割程度削減できる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態を適用することにより、大電流に対応するバスバー７が占有する領域を抑制して小型化すると共に、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。
【００２３】
このように、実施の形態１による電力変換装置５０は、基準電位である金属筐体８と一体である封止壁９と近接して平行にバスバー７を配置すると共に、バスバー７の垂直方向が断面の長辺方向となるように配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置５０を実現することができる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。図５および図６は、実施の形態２による電力変換装置６０を示す平面図であり、図１および図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００２５】
実施の形態２による電力変換装置６０は、バスバー１１で直列に接続されたモジュール１、２、３が、図５では環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置され、また、図６ではＵ字状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。
【００２６】
このような構成を有する電力変換装置６０において、電源（図示せず）からモジュール１、２、３までの経路には配線による寄生インダクタンスが存在し、電源からの距離が遠いモジュールほど寄生インダクタンスが大きくなりやすい。モジュール１、２、３内の半導体素子が動作してスイッチングし、電流のオン、オフが繰り返されると寄生インダクタンスにエネルギーが蓄積されて回路で共振現象が発生する。特に、電源から遠いことで寄生インダクタンスが大きくなるモジュール３は、他のモジュールに比べて過電圧や過電流の発生およびノイズの増加が顕著に発生するおそれがある。
【００２７】
そこで、実施の形態２は、バスバー１１の引き回しが長くなる環状もしくは放射状のモジュール配置に対して、電源から遠くなるモジュール３に対してもバスバー１１と封止壁９を近接して平行に配置している。この場合、バスバー１１と封止壁９が近接して平行に配置されている範囲においては、電源からの電流の往路と復路が対向して流れるため電流ループのインダクタンスを低減することができ、モジュール１、２、３の配置によって発生する回路内の共振現象を抑制することが可能となる。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００２８】
つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。
【００２９】
このように、実施の形態２による電力変換装置６０は、基準電位である環状もしくはＵ字状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行にバスバー１１を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置６０を実現することが可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置について説明する。図７は、実施の形態３による電力変換装置７０を示す平面図であり、図５に示した実施の形態２と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００３１】
実施の形態３による電力変換装置７０は、環状構造を有するバスバー１２で接続されたモジュール１、２、３が、環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。
【００３２】
このような構成を有する電力変換装置７０において、電源（図示せず）からモジュール１、２、３までの経路の配線による寄生インダクタンスは、モジュール１、２、３を直列に接続することにより電流経路が並列化されることから配線インダクタンスが低減される。しかし、バスバー１２自体が環状構造になることにより、外部磁束がバスバー１２に鎖交した場合、誘起電流がバスバー１２に流れて共振し、過電圧や過電流の発生およびノイズの増加に至る。
【００３３】
しかし、実施の形態３の電力変換装置７０は、環状構造を有するバスバー１２と封止壁９を近接して平行に配置しており、この場合、バスバー１２と封止壁９が近接して平行に配置されている範囲においては、電源からの電流の往路と復路が対向して流れるため電流ループのインダクタンスを低減することができ、バスバー１２の環状構造によって発生する回路内の共振現象を抑制することが可能となる。つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００３４】
このように、実施の形態３による電力変換装置７０は、基準電位である環状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行に環状構造を有するバスバー１２を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置７０を実現することが可能となる。
【００３５】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置について説明する。図８は、実施の形態４による電力変換装置８０を示す断面図であり、図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付している。
【００３６】
実施の形態４による電力変換装置８０は、モジュール１、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、金属筐体１３、封止壁１４、封止樹脂１０および電気絶縁部材１５から構成されている。そして、金属筐体１３に電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１が電気的に接続されると共に、モジュール１を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール同士の間に接続されている。
【００３７】
金属筐体１３は、金属筐体１３と一体形成された封止壁１４を有し、この封止壁１４には、電気絶縁部材１５を介して接触するバスバー７を格納する凹型形状部が設けられている。そして、封止壁１４をモジュール１の周囲に立設させてモジュール１や制御基板４の一部もしくは全部を封止樹脂１０で充填する。
【００３８】
このような構成を有する電力変換装置において、バスバー７に大電流を流す場合、バスバー７の電気抵抗によるジュール熱が発生してバスバー７自体や周囲の部品の温度上昇を招く。また、電気抵抗を下げるためにバスバー７の断面積を大きくするとバスバー７の占有領域が増加して電力変換装置の大型化を招く。
しかし、実施の形態４による電力変換装置８０は、バスバー７が電気絶縁部材１５を介して凹型形状部を有する封止壁１４に密着するように配置されている。この場合、封止壁１４の凹型形状部にバスバー７を埋め込むように配置することによってバスバー７の占有領域が削減され、電力変換装置８０の小型化が可能となる。
【００３９】
さらに、バスバー７は封止壁１４と電気絶縁部材１５を介して密着することによって、電気絶縁部材１５に良熱伝導性の材料を用いてバスバー７の熱を封止壁１４へ伝達し、バスバー７の温度上昇を抑制してバスバー７自体の寸法を小型化することで、電力変換装置８０の小型化が可能となる。
【００４０】
つまり、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減しながら、バスバー７の占有領域を削減することで電力変換装置８０を小型化する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００４１】
このように、実施の形態４の電力変換装置８０は、金属筐体１３と一体の封止壁１４に凹型形状部を設けて電気絶縁部材１５を介しバスバー７を密着して配置することにより、ノイズの発生を低減しながら小型化する電力変換装置８０を実現することが可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による電力変換装置について説明する。図９は、実施の形態５による電力変換装置９０を示す断面図であり、図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付している。
【００４３】
実施の形態５による電力変換装置９０は、モジュール１、制御基板４、制御配線５、基準電位配線６、バスバー７、金属筐体１６、封止壁９、封止樹脂１０および金属筐体１６と別部材で構成された封止壁１７を備えている。そして、金属筐体１６に電源（図示せず）の基準電位と、基準電位配線６を介してモジュール１が電気的に接続されると共に、モジュール１を駆動制御する制御基板４が制御配線５を介して電気的に接続されている。また、バスバー７は、電源等や複数のモジュール同士の間に接続されている。
【００４４】
金属筐体１６は、一体となっている封止壁９を有し、金属筐体１６とは別部材で構成された封止壁１７と共にモジュール１の周囲に立設し、モジュール１や制御基板４の一部もしくは全部が封止樹脂１０で充填される。
【００４５】
このような構成を有する電力変換装置において、樹脂を封止する壁を金属筐体１６と一体で構成する場合、金属の使用量が増加して電力変換装置の高コスト、重量化を招く。そこで、実施の形態５による電力変換装置９０は、バスバー７に平行でない範囲の封止壁１７を金属筐体１６とは別部材とし、安価な樹脂などで構成することにより、電力変換装置９０の低廉化と軽量化を可能にしたものである。
【００４６】
つまり、実施の形態５による電力変換装置９０は、電流ループが形成する寄生インダクタンスを抑制して過電圧、過電流、ノイズの発生を低減しながら、バスバー７と平行しない封止壁１７を金属筐体１６と別部材で構成したので電力変換装置９０を低廉化および軽量化する効果がある。寄生インダクタンス低減の原理は、図３で説明した通りである。
【００４７】
このように、この実施の形態５の電力変換装置は、バスバー７と平行しない封止壁１７を金属筐体１６と別体に設けて配置することで、ノイズの発生を低減しながら低廉化および軽量化する電力変換装置を実現することが可能となる。
【００４８】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による電力変換装置について説明する。図１０は、実施の形態６による電力変換装置１００を示す平面図であり、図５に示した実施の形態２と対応もしくは相当する部分には同一の符号を付すと共に、一部図示を省略している。
【００４９】
実施の形態６による電力変換装置１００は、バスバー１２で接続されたモジュール１、２、３、単一または複数のコンデンサで構成されるコンデンサブロック１８、１９が、環状の金属筐体に環状もしくは放射状に配置されている。コンデンサブロック１８、１９の正端子２０、２１はバスバー１２と接続され、一方で負端子２２、２３は金属筺体と接続される。
【００５０】
このような構成を有する電力変換装置１００において、モジュール１、２、３内の半導体素子がスイッチングする際には、コンデンサブロック１８、１９から電荷を供給することができる。従って、電源（本実施の形態ではコンデンサブロック１８、１９）からモジュール１、２、３までの経路の配線による寄生インダクタンスは、コンデンサブロック１８、１９が無い場合と比べて小さくなる。このような場合においても、この実施の形態によれば、バスバー１２と封止壁９が近接して平行に配置されることにより、コンデンサブロック１８、１９からモジュール１、２、３までの配線の寄生インダクタンスを一層低減する効果が得られる。さらに、この実施の形態を適用しない場合に比べて、コンデンサブロック毎のリップル電流のアンバランスを低減する効果をもたらす。以下、この理由を説明する。
【００５１】
本実施の形態において、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９で形成されるループの寄生インダクタンスは、モジュールのインダクタンスとコンデンサのインダクタンス、およびその接続配線のインダクタンスの和となる。ここで、モジュール１、２、３、およびコンデンサブロック１８、１９は、それぞれを同一部品とすることにより、その寄生インダクタンスを同等にすることができる。一方で、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９の互いの位置関係は、インバータの形状の制約で決まるため、一般にはモジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９の接続配線の寄生インダクタンスに差異が生じる。しかしながら、この実施の形態で接続配線のインダクタンスを低減したことにより、接続配線の寄生インダクタンスの差異は、モジュールのインダクタンスやコンデンサブロックのインダクタンスに比べて相対的に小さくなる。従って、モジュール１、２、３とコンデンサブロック１８、１９で形成されるループの寄生インダクタンスの差異を低減できるため、コンデンサブロック１８、１９毎のリップル電流のアンバランスを低減することができる。
【００５２】
このように、実施の形態６による電力変換装置１００は、基準電位である環状の金属筐体と一体である封止壁９と近接して平行に環状構造を有するバスバー１２を配置することにより、安価かつ組立性に優れた小型でノイズの発生を低減する電力変換装置１００を実現することが可能となる。
【００５３】
なお、前記実施の形態１から実施の形態６においては、モジュール１、２、３の電極とバスバー７、１１、１２を一体のものとして説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、モジュール１、２、３内の配線をリードフレームなどで構成し、外部配線のバスバー７、１１、１２と電気的に接続した構成などを用いることができることは言うまでもない。
【００５４】
また、前記実施の形態１から実施の形態６におけるモジュール１、２、３は、内包する半導体素子の数量や種類を限定するものではなく、任意の数のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやダイオードおよびこれらの組み合わせなどを用いることができることは言うまでもない。
【００５５】
また、前記実施の形態１から実施の形態６におけるモジュール１、２、３は、外部に基準電位配線６となる電極を有する構成を例示して説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、モジュール１、２、３内のリードフレームやヒートスプレッダなどを介して金属筐体８、１３、１６と電気的に接続する構成などを用いることができることは言うまでもない。
【００５６】
また、前記実施の形態６におけるコンデンサブロック１８、１９は、その構造や数量および種類を限定するものではないことは言うまでもない。
【００５７】
また、前記実施の形態１から実施の形態６において、封止材を樹脂として説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、電気絶縁性や熱伝導性から任意の材料を用いることができることは言うまでもない。
【００５８】
また、前記実施の形態１から実施の形態６において、金属筐体８、１３、１６はモジュール１、２、３の取付面の対面に放熱用の突起状部を有する構造として図示説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、突起状部を有する金属筐体８、１３、１６の内部に流路を設けて流体による冷却と併用してもよく、また、金属筐体８、１３、１６に放熱用の突起状部を設けることなく、内部に流路を設けて流体による冷却を用いてもよいことは言うまでもない。
【００５９】
以上、この発明の実施の形態１から実施の形態６による電力変換装置について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【国際調査報告】
2017221456.tif 000013
2017221456.tif 000014
2017221456.tif 000015
2017221456.tif 000016