(57)【要約】  本明細書は、電力変換装置に関するものであり、コンデンサと複数のスイッチング素子を接続するバスバにおけるサージ電圧を抑制する技術を提供する。  電力変換装置２は、コンデンサ９と、少なくとも２個のスイッチング素子６ａ、６ｂと９、バスバ２１を備える。少なくとも２個のスイッチング素子は、コンデンサに並列接続されるとともに同相で駆動される。バスバ２１は、コンデンサ９と夫々のスイッチング素子を接続する。このバスバ２１には、夫々のスイッチング素子との接続点の間からコンデンサに向かって延びるスリットが設けられている。スリットによって電流経路が分割され、サージ電圧が抑制される。
2014016925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、
コンデンサに並列接続されるとともに同相で駆動される少なくとも２個のスイッチング素子と、
コンデンサと夫々のスイッチング素子を接続するバスバと、
を備えており、
前記バスバに、夫々のスイッチング素子との接続点の間からコンデンサに向かって延びるスリットが設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
バスバは、スリットが設けられたベースプレートと、スリットの両側でべースプレートから夫々のスイッチング素子へ延びる腕部を備えてい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】
前記バスバは、電流が共通に流れる部分のインダクタンスが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバは、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバは、コンデンサと夫々のスイッチング素子の間のインダクタンスが等しいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記バスバは、コンデンサに沿って配索されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、インバータや電圧コンバータなどの電力変換装置に関する。特に、電気自動車の走行用モータを駆動するのに適した電力変換装置に関する。本明細書における電気自動車は、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。モータに電力を供給するバッテリはリチウムイオンバッテリなどの化学電池でもよいし、燃料電池でもよい。
【背景技術】
【０００２】
インバータや電圧コンバータなどの電力変換装置は、所望の電流／電圧を生成するために多数のスイッチング素子（半導体素子）を備える。スイッチング素子には、一般的に、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどが用いられる。また、電力変換装置は、スイッチング素子への入力電流あるいはスイッチング素子からの出力電流を平滑化するためにコンデンサを備えることも多い。スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続され、スイッチング回路を構成する。【０００３】
電力変換装置では、コンデンサに複数のスイッチング素子が並列に接続される。例えばインバータでは、３相（ＵＶＷ）の夫々を制御するために、１相に対して２個のスイッチング素子を直列に接続し、計６個のスイッチング素子がコンデンサに並列に接続される。なお、直列接続された２個のスイッチング素子において、高電圧側のスイッチング素子は上アームと呼ばれ、低電圧側のスイッチング素子は下アームと呼ばれることがある。電気自動車の駆動用モータに電力を供給する電力変換装置では、流れる電流が大きい場合、１相の上アーム（及び下アーム）を２個以上のスイッチング素子の並列接続で構成することがある。【０００４】
電気抵抗を小さくするために、コンデンサとスイッチング素子の接続にはバスバと呼ばれる金属プレートが用いられる。その場合、並列の複数のスイッチング素子が一つのバスバでコンデンサと接続されることがある。例えば、特開２０００−６０１２６号公報（特許文献１）にそのような回路構成を有する電力変換装置（インバータ）が開示されている。特許文献１の技術は、ＵＶＷ３相の各相の上アーム（及び下アーム）を３個のスイッチング素子で構成する。従って３相の上アームの合計で９個のスイッチング素子が並列にコンデンサに接続される。一つのバスバが、９個のスイッチング素子を並列に接続し、コンデンサから夫々のスイッチング素子に電流が流れる。特許文献１の技術では、相の間の干渉を低減するため、バスバにおいて隣接する相の間にスリットを設ける。また、特許文献１の技術では、電流経路の共通化によって、同じ相の複数のスイッチング素子の間の電流のばらつきを抑制する。
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、電流経路の共通化により、スイッチング素子の間のサージ電圧が増大してしまう。本明細書は、電流アンバランスの改善によるサージ電圧の抑制ではなく、別のアプローチでコンデンサと複数のスイッチング素子を接続するバスバにおけるサージ電圧を抑制する技術を提供する。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、１相に対して２個以上のスイッチング素子の並列接続を用いる電力変換装置に着目する。そのような複数のスイッチング素子は、コンデンサに並列に接続されるとともに同相で駆動されるスイッチング素子である。別言すれば、同じ駆動信号で（ＰＷＭ信号）で駆動されるスイッチング素子である。従来、そのような複数のスイッチング素子には、できるだけ太い共通のバスバでコンデンサと複数のスイッチング素子を接続するのがよいと考えられていた。バスバが太いほど、インダクタンスが小さくなるからである。例えば、コンデンサと２個のスイッチング素子を別々のバスバで接続すると、１本のバスバに流れる電流は半減するが、１本当たりの太さが細くなってしまうため、インダクタンスが増大する。それゆえ、１本のバスバで２個のスイッチング素子に共通に電流を供給する場合と比較してサージ電圧は大きくなると考えられていた。しかしながら、電流の減少によるサージ電圧減少への寄与度が、インダクタンスの増大によるサージ電圧増大への寄与度を上回る場合がある。そこで、コンデンサと少なくとも２個のスイッチング素子を接続するバスバに、夫々のスイッチング素子との接続点の間からコンデンサに向かって延びるスリットを設ける。即ち、コンデンサからスイッチング素子への電流経路を途中から２つに分岐させる。共通のバスバにスリットを設けることで、バスバの太さを十分に確保した上で、電流経路を分岐させることができる。分岐前のバスバの部分を共通路と称する。単位長さ当たりのインダクタンスは、分岐路の方が共通路よりも大きいが、分岐路を流れる電流は共通路を流れる電流の半分となる（スイッチング素子が２個の場合）。分岐路のインダクタンスは共通路のインダクタンスの２倍にはならないため、トータルのサージ電圧はスリットなしの場合のサージ電圧よりも小さくなる。なお、本明細書が開示する技術はコンデンサと３個以上のスイッチング素子を並列に接続するバスバにも適用可能である。
【０００７】
コンデンサと複数のスイッチング素子を接続する場合、スイッチング素子に近いバスバの部分は元々分岐している場合がある。例えば、スイッチング素子の端子が平行に並んでいる場合、バスバの端部は夫々の端子に向けて分岐する。本明細書が開示する技術は、元々の分岐点からコンデンサへ向けてスリットを設ける。本明細書では、バスバの共通部分をベースプレートと称し、ベースプレートからそれぞれのスイッチング素子へ延びている部分を腕部と称する。スリットは、ベースプレートにおける腕部の付け根の間に設けられている。スリットは長ければ長いほどよい。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電力変換装置のブロック図である。
【図２】パワーアセンブリの斜視図である。
【図３】パワーアセンブリの分解斜視図である。
【図４Ａ】パワーアセンブリの平面図である。
【図４Ｂ】パワーアセンブリの正面図である。
【図５】バスバの等価回路を示す図である。
【図６】バスバに等価回路を重ねて描いた図である。
【図７】第２実施例の電力変換装置の部分ブロック図である。
【図８】第２実施例のパワーアセンブリの部分平面図である。
【図９】バスバの変形例を示す図である。
【図１０】バスバの他の変形例を示す図である。
【図１１】バスバの第３の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施例の電力変換装置の好ましい特徴のいくつかを列挙する。実施例の電力変換装置では、バスバが、同相で駆動される複数のスイッチング素子の夫々に別々の電流経路を与えることによって、サージ電圧を低減する。それゆえ、バスバは、電流が共通に流れる部分のインダクタンスが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さい方がよい。あるいは、バスバは、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いのがよい。
【００１０】
電流が別々に流れる部分には同じ大きさの電流が流れることが好ましい。それゆえ、バスバは、コンデンサと夫々のスイッチング素子の間のインダクタンスが等しいのがよい。また、バスバの一部は、コンデンサに沿って配索されている。
【００１１】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。まず、図１を参照して電力変換装置２の回路構成を説明する。
【００１２】
電力変換装置２は、昇圧コンバータ３とインバータ４を含むデバイスである。昇圧コンバータ３は、システムメインリレー９２を介して高出力のバッテリ９１と接続している。昇圧コンバータ３は、バッテリ９１の出力電圧をモータ駆動に適した電圧まで昇圧する。バッテリ９１の出力電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧コンバータ３の出力は例えば６００ボルトである。昇圧コンバータ３の出力端は平滑化コンデンサ９を介してインバータ４と接続されている。平滑化コンデンサ９は、インバータ４の入力電流を平滑化するために備えられている。インバータ４は、入力された直流電力を所定の周波数の３相交流に変換してモータ９４へ出力する。
【００１３】
車輪を駆動するためのモータ９４の定格出力は数十キロワットである。モータ９４の定格出力を６０キロワット、バッテリ９１の出力を３００ボルト、インバータ４の入力電圧を６００ボルトすると、昇圧コンバータ３には最大２００アンペアの電流が流れ、インバータ４には最大１００アンペアの電流が流れる。昇圧コンバータ３もインバータ４も複数のスイッチング素子（後述）を備えるが、それらのスイッチング素子には大きな電流が流れることになる。
【００１４】
昇圧コンバータ３もインバータ４も、複数のスイッチング素子を備えている。昇圧コンバータ３は、フィルタコンデンサ８１とリアクトル８２と４個のスイッチング素子（高電圧側スイッチング素子６ａ、６ｂと、低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂ）、及び４個のダイオード８で構成されている。スイッチング素子は典型的にはＩＧＢＴである。並列に接続されている高電圧側のスイッチング素子６ａ、６ｂは、理論的には一つのスイッチング素子で代替できるが、一つのスイッチング素子に流れる電流を小さくするために複数のスイッチング素子を並列接続して使っている。低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂも同様である。一般に昇圧コンバータ（昇降圧コンバータ）は、一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側のスイッチング素子の直列接続で構成することができるが、昇圧コンバータ３は、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子の直列接続のセットを２セット並列に用いる。高電圧側のスイッチング素子６ａ、６ｂは理論的には一つのスイッチング素子として動作するものであり、それらには同じ位相の駆動指令が与えられ、同じタイミングで動作する。低電圧側のスイッチング素子７ａ、７ｂも同様である。並列の高電圧側スイッチング素子６ａ、６ｂには、コントローラ９３から同じ駆動信号（ＰＷＭ信号）が供給される。同様に、並列の低電圧側スイッチング素子７ａ、７ｂにもコントローラ９３から同じ駆動信号（ＰＷＭ信号）が供給される。
【００１５】
前述したように、昇圧コンバータ３には最大２００アンペアの電流が流れるが、２個のスイッチング素子の並列接続を用いることで、一つのスイッチング素子に流れる電流を最大１００アンペアに抑えている。昇圧コンバータ３の物理的な構造として、直列に接続される一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側スイッチング素子が、還流ダイオードとともに一つのモールドにパッケージ化される。以下では、スイッチング素子の直列接続と還流ダイオードのパッケージを半導体モジュールと称する。図１において、高電圧側スイッチング素子６ａと低電圧側スイッチング素子７ａとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ａに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｂと低電圧側スイッチング素子７ｂとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｂに収められる。
【００１６】
インバータ４の回路構成は、よく知られているように、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子の直列接続が３セット並列に接続した構成を有している。なお、各スイッチング素子には還流ダイオード８が並列に接続している。インバータ４でも、物理的な構成として、直列に接続される一つの高電圧側のスイッチング素子と一つの低電圧側スイッチング素子が、還流ダイオードとともに一つのモールドにパッケージ化される。インバータ４においても一つのパッケージを半導体モジュールと称する。高電圧側スイッチング素子６ｃと低電圧側スイッチング素子７ｃとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｃに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｄと低電圧側スイッチング素子７ｄとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｄに収められ、高電圧側スイッチング素子６ｅと低電圧側スイッチング素子７ｅとそれらの還流ダイオード８が半導体モジュール５ｅに収められる。半導体モジュール５ｃ、５ｄ、及び、５ｅの出力がそれぞれ３相交流のＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相に対応する。
【００１７】
図１から明らかなとおり、高電圧側スイッチング素子と低電圧側スイッチング素子のセットはいずれもコンデンサ９（平滑化コンデンサ）と並列に接続している。ハードウエア構成として、５個の半導体モジュール５ａ−５ｅとコンデンサ９は一つのユニットを構成する。以下、そのユニットをパワーアセンブリ１０と称する。
【００１８】
図２に、パワーアセンブリ１０の斜視図を示す。半導体モジュール５ａ−５ｅは、平板型であり、平板型の冷却プレート９５と交互に積層される。なお、図２では一つの冷却プレートにのみ符号９５を付し、他の冷却プレートには符号を省略していることに留意されたい。隣接する冷却プレート９５は短いパイプで接続される。端の冷却プレートには冷媒の供給管と排出管が接続され、外部から冷媒が供給される。冷却プレートの内部は冷媒の通路となっており、冷媒は短いパイプを通じて全ての冷却プレートに行き亘る。半導体モジュール５ａ−５ｅの各々は冷却プレートに挟まれ、両側から冷却される。半導体モジュール５ａ−５ｅに収められたスイッチング素子と還流ダイオードは発熱量が大きいため、冷却プレート９５によって集中的に冷却される。平板型の半導体モジュール５ａ−５ｅと平板型の冷却プレート９５の積層体を半導体積層ユニット１９と称する。また、半導体モジュール５ａ−５ｅの任意の一つを示すときには「半導体モジュール５」と称する。
【００１９】
全ての半導体モジュール５ａ−５ｅはコンデンサ９と並列に接続される。半導体モジュール５とコンデンサ９は、平板のバスバ２１、３１、４１、及び、５１で接続される。半導体モジュール５ａ−５ｅ、コンデンサ９、及び、バスバ２１−５１がパワーアセンブリ１０を構成する。図３にパワーアセンブリ１０の分解斜視図を示し、図４Ａにパワーアセンブリ１０の平面図を示し、図４Ｂにパワーアセンブリ１０の正面図を示す。図４Ｂでは、一番手前の冷却プレートの図示を省略するとともに、半導体モジュール５ａの内部の回路も示している。また、図の座標系においてＺ軸は鉛直上方に相当する。
【００２０】
半導体モジュール５の上部からは３本の平板型の端子１２ａ、１２ｂ、及び、１２ｃが延びている。なお、図では、一つの半導体モジュールにのみ、端子を示す符号１２ａ、１２ｂ、及び、１２ｃを付し、他の半導体モジュールには符号の図示を省略していることに留意されたい。図４Ｂから理解されるように、半導体モジュール５ａの端子１２ａは高電圧側スイッチング素子６ａのコレクタ（ソース）に接続しており、端子１２ｂは低電圧側のスイッチング素子７ａのエミッタ（ドレイン）に接続している。即ち、端子１２ａと１２ｂは夫々、２個のスイッチング素子の直列接続で構成される回路の高電圧側と低電圧側の端子に相当する。端子１２ｃは、直列接続された２個のスイッチング素子の中間接続点に接続している。また、半導体モジュール５の下側からは制御端子８３ａ、８３ｂが延びている。制御端子８３ａは高電圧側スイッチング素子６ａのゲートに接続しており、制御端子８３ｂは低電圧側のスイッチング素子７ａのゲートに接続している。制御端子８３ａ、８３ｂは、コントローラ９３（図１参照）から延びるケーブルと接続しており、制御端子８３ａ、８３ｂを介してスイッチング素子の駆動信号（ＰＷＭ信号）がコントローラ９３から供給される。
【００２１】
全ての半導体モジュール５ａ−５ｅがコンデンサ９と並列に接続されるが、半導体モジュール５ａと５ｂがバスバ２１と３１によってコンデンサ９と接続され、半導体モジュール５ｃ−５ｅがバスバ４１と５１によってコンデンサ９と接続される。
【００２２】
前述したように、半導体モジュール５ａと５ｂに内蔵されるスイッチング素子６ａと６ｂは同相で駆動されるスイッチング素子である。同様に、半導体モジュール５ａと５ｂに内蔵されるスイッチング素子７ａと７ｂも同相で駆動されるスイッチング素子である。図４Ｂからよく理解されるように、バスバ２１はスイッチング素子６ａと６ｂのコレクタ電極（ソース電極）をコンデンサ９と並列に接続し、バスバ３１はスイッチング素子７ａと７ｂのエミッタ電極（ドレイン）をコンデンサ９と並列に接続する。
【００２３】
バスバ２１と３１について説明する。以下の説明については特に図３を参照されたい。バスバ２１は、ベースプレート２２と、ベースプレート２２のスイッチング素子側の縁からそれぞれのスイッチング素子（スイッチング素子を収めた半導体モジュール）に向けて伸びている腕部２４ａ、２４ｂと、ベースプレート２２のコンデンサ側の縁からコンデンサ９に向けて伸びているリム２５で構成されている。腕部２４ａ、２４ｂの先端がそれぞれスイッチング素子６ａと６ｂ（半導体モジュール５ａと５ｂの端子１２ａ）に接続しており、リム２５がコンデンサ９の一方の電極９ａに接続している。ベースプレート２２は、２つの腕部２４ａ、２４ｂの根元の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有している。コンデンサ９から供給される電流は、ベースプレート２２のスリット手前まで共通に流れ、スリット２３によって夫々のスイッチング素子に向けて分けられ、さらに腕部２４ａ、２４ｂを通じてそれぞれのスイッチング素子に流れる。
【００２４】
スリット２３の両側の部分と腕部２４ａ、２４ｂの相違を説明する。腕部２４ａ、２４ｂは、平行に並んでいる半導体モジュール５ａ、５ｂの夫々の端子１２ａと接続すべく、ベースプレート２２から分かれた部分である。これに対してスリット２３は、もともと１枚の板であったベースプレート２２に設けられたものである。図４Ａによく示されているように、腕部２４ａ、２４ｂの幅は、スリット２３の両側におけるベースプレートの幅よりも短い。
【００２５】
図４Ｂによく示されているように、バスバの一部は、コンデンサ９に沿って配索されている。本実施例の場合、特に、バスバ３１は、コンデンサ９に沿って、コンデンサ９の点面まで配索される。
【００２６】
バスバ３１も基本的にバスバ２１と同じ構造を有する。バスバ３１は、ベースプレート３２と、２本の腕部３４ａ、３４ｂと、リム３５を有している。２本の腕部３４ａと３４ｂはその先端が夫々スイッチング素子７ａと７ｂ（スイッチング素子を収めた半導体モジュール５ａ、５ｂ）に接続する。リム３５はコンデンサ９の他方の電極９ｂに接続する。ベースプレート３２のスイッチング素子側の縁において、２本の腕部３４ａ、３４ｂの付け根の間からコンデンサ９に向けてスリット３３が設けられている。スリット３３は、スイッチング素子７ａ、７ｂから流れる電流を分ける。スイッチング素子７ａ、７ｂから流れた電流は、スリットの両側を夫々通過し、スリット３３の先（コンデンサ９の側）で合流する。
【００２７】
バスバ２１（３１）のスリット２３（３３）は、コンデンサ９から流れる電流の経路を分ける。即ち、スリット２２（３２）の両側で電流経路が分割される。バスバ２１（３１）はインダクタンスを有するが、局所的にみると、スリットの左右で独立してインダクタンスを有する。また、２本の腕部２４ａ、２４ｂもそれぞれがインダクタンスを有する。インダクタンスを有するバスバ２１の等価回路を図５に示し、バスバ２１の形状に等価回路を重ねたものを図６に示す。等価回路は二点鎖線で表してある。また、図６では冷却プレート９５の図示は省略している。バスバ２１のインダクタンスは、２個のスイッチング素子のそれぞれに向かう電流が共通に流れる部分のインダクタンスＬｃと、スリットの両側で夫々のスイッチング素子に向けて電流が流れる部分のインダクタンスＬｓａ、Ｌｓｂ、及び、腕部２４ａ、２４ｂがそれぞれ有するインダクタンスＬａａ、Ｌａｂに分けて考えることができる。
【００２８】
一般に、サージ電圧ｄＶは、次の（１）式で表せる。
【００２９】
【数１】
2014016925.tif 000003
【００３０】
ここで、Ｌはインダクタンスを表し、dI／dtは電流変化率を表す。コンデンサ９からスイッチング素子６ａまでの間のバスバ２１によるインダクタンスはＬｃ、Ｌｓａ、Ｌａａであり、スイッチング素子６ｂまでのインダクタンスはＬｃ、Ｌｓａ、Ｌａｂであるから、コンデンサ９とスイッチング素子６ａの間のサージ電圧ｄＶａと、コンデンサ９とスイッチング素子６ｂの間のサージ電圧ｄＶｂは次の（２）式で表すことができる。
【００３１】
【数２】
2014016925.tif 000004
【００３２】
（２）式において、Ｉｃは共通部分のインダクタンスＬｃを流れる電流を示しており、ｄＩｃ／ｄｔは、電流Ｉｃの変化率を示している。同様に、Ｉａは腕部２４ａを流れる電流を示しており、ｄＩａ／ｄｔは電流Ｉａの変化率を示している。また、Ｉｂは腕部２４ｂを流れる電流を示しており、ｄＩｂ／ｄｔは電流Ｉｂの変化率を示している。なお、Ｉｃ＝Ｉａ＋Ｉｂである。スイッチング素子６ａと６ｂに流れる電流が等しいとすると、夫々に流れる電流Ｉａ、Ｉｂは、共通部分を流れる電流の半分である。スリット２３の両側のインダクタンスＬｓａ、Ｌｓｂは、スリット２３がない場合の対応領域のインダクタンスの２倍には達しないから、夫々のスイッチング素子に加わるサージ電圧ｄＶａ、ｄＶｂは、スリット２３がない場合のサージ電圧よりも小さくなる。
【００３３】
第１実施例の電力変換装置２の利点と留意点を述べる。電力変換装置２は、コンデンサ９と、コンデンサ９に並列接続される２個のスイッチング素子６ａ、６ｂと、バスバ２１を備える。２個のスイッチング素子６ａ、６ｂは、同相（同じ駆動信号）で駆動される。バスバ２１は夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂとの接続点の間（腕部２４ａと２５ｂの間のベースプレート２２の縁）からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有する。スリット２３が夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂに流れる電流経路を分けるので、サージ電圧が抑制できる。
【００３４】
２個のスイッチング素子６ａ、６ｂはそれぞれ半導体モジュール５ａ、５ｂに収められており、半導体モジュール５ａ、５ｂからはスイッチング素子６ａ、６ｂに繋がる端子１２ａが延びている。それゆえ、上記したバスバの構造は次のように表すこともできる。電力変換装置２は、同相で駆動されるスイッチング素子６ａ、６ｂの夫々を収めた半導体モジュール５ａ、５ｂと、コンデンサ９と、バスバ２１を備える。バスバ２１は、コンデンサ９と夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂを並列に接続する。バスバ２１は夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂの端子１２ａとの接続点の間（腕部２４ａと２５ｂの間のベースプレート２２の縁）からコンデンサ９に向かって延びるスリット２３を有する。スリット２３が夫々の半導体モジュール５ａ、５ｂに流れる電流経路を分けるので、サージ電圧が抑制できる。
【００３５】
スイッチング素子６ａと６ｂの電流が共通に流れる電流経路のインダクタンスが小さい方が好ましいので、電流が共通に流れる部分のインダクタンスＬｃが、電流が別々に流れる部分のインダクタンス（Ｌｓａ＋Ｌａａ、あるいは、Ｌｓｂ＋Ｌａｂ）よりも小さいことが好ましい。また、同じ理由で、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いことが好ましい。図６は、バスバ２１の各部の長さも示してある。リム２５を含むベースプレート２２の長さをＷｂａｓｅで表し、スリット２３の長さをＷｓで表し、腕部２４ａ、２４ｂの長さをＷａで表す、ベースプレート２２の長さＷｂａｓｅのうち、電流が共通に流れる部分の長さはＷｃである。電流が共通に流れる部分の長さＷｃが別々に流れる部分の長さＷｓ＋Ｗａよりも短いことが好ましい。
【００３６】
さらに、スイッチング素子６ａと６ｂは並列であり同相で駆動されるので電流が等しく流れることが好ましい。そのためには、夫々のスイッチング素子６ａ、６ｂに対応する電流経路のインダクタンスＬｓａ＋Ｌａａ、及び、Ｌｓｂ＋Ｌａｂが等しいことが好ましい。本明細書が開示する技術は、同相で駆動される２個のスイッチング素子をコンデンサに並列に接続するバスバに限られず、同相で駆動される３個以上のスイッチング素子をコンデンサンに並列に接続するバスバに対しても有効である。
【００３７】
バスバ２１に関する上記の説明は、スリット３３を有し、同相で駆動されるスイッチング素子７ａと７ｂをコンデンサ９に対して並列に接続するバスバ３１についても成立する。なお、インバータ４の半導体モジュール５ｃ−５ｅをコンデンサ９と並列に接続するバスバ４１、５１は、異なる相で駆動されるスイッチング素子６ｃ−６ｅ、７ｃ−７ｅをコンデンサ９に接続する。従ってバスバ４１、５１は、バスバ２１、３１とは事情が異なる。
【００３８】
（第２実施例）続いて、図７と図８を参照して第２実施例の電力変換装置を説明する。第２実施例の電力変換装置２ａの部分的なブロック図を図７に示す。図７は、電力変換装置２ａのインバータ４ａを示しており、昇圧コンバータの図示は省略している。インバータ４ａはＵ相の出力を生成するスイッチング回路７１と、Ｖ相の出力を生成するスイッチング回路７２と、Ｗ相の出力を生成するスイッチング回路７３を含む。それぞれのスイッチング回路は、理論的には２個のスイッチング素子の直列接続で構成することができるが、インバータ４ａでは、２個のスイッチング回路の直列接続を３セット並列につないで一つのスイッチング回路を構成する。スイッチング回路７１では、同相で駆動されるスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍと、同じく同相で駆動されるスイッチング素子７ｊ、７ｋ、７ｍがそれぞれ直列に接続している。高電圧側のスイッチング素子６ｊと低電圧側のスイッチング素子７ｊが一つの半導体モジュール５ｊに収められ、高電圧側のスイッチング素子６ｋと低電圧側のスイッチング素子７ｋが一つの半導体モジュール５ｋに収められ、高電圧側のスイッチング素子６ｍと低電圧側のスイッチング素子７ｍが一つの半導体モジュール５ｍに収められる。
【００３９】
図８は、コンデンサ９と半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍとそれらの接続するバスバ１２１、１２２で構成されるパワーアセンブリ１０ａの部分平面図である。バスバ１２１は、コンデンサ９と、３個のスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍ（半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍ）のそれぞれを並列に接続する。第１実施例におけるバスバ２１は、同相で駆動される２個のスイッチング素子を並列に接続するバスバであったが、第２実施例におけるバスバ１２１は、同相で駆動される３個のスイッチング素子を並列に接続する。バスバ１２１は、ベースプレート１２２と、ベースプレート１２２の縁から夫々のスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍ（半導体モジュール５ｊ、５ｋ、５ｍ）に向けて延びる腕部１２４ａ、１２４ｂ、及び１２４ｃを有する。ベースプレート１２２には、腕部の付け根の間からコンデンサに向けて延びるスリット１２３ａ、１２３ｂが設けられている。スリット１２３ａ、１２３ｂによって、同相で駆動されるスイッチング素子６ｊ、６ｋ、６ｍには、バスバの途中から別々に電流が流れる。このバスバ１２１も第１実施例のバスバ２１と同様の効果を奏する。
【００４０】
図９に、バスバの変形例を示す。バスバ２２１は、ベースプレート２２２から斜めに延びる腕部２２４ａと２２４ｂを有する。図示を省略しているが、腕部２２４ａと２２４ｂの先端には同相で駆動されるスイッチング素子が夫々接続される。バスバ２２１は、２本の腕部２２４ａと２２４ｂの付け根の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット２２３を有している。図９に良く示されているように、スリット２２３はやや湾曲している。スリット２２３の形状は、２個のスイッチング素子の夫々に向けて別々に電流が流れる領域のインダクタンス（Ｌｓａ＋ＬａａとＬｓｂ＋Ｌａｂ）が等しくなるように決定される。スリット２２３よりもコンデンサ９に近い部分では電流は共通に流れる。その部分のインダクタンスをＬｃとすると、コンデンサ９から一方のスイッチング素子までの間のインダクタンス（Ｌｃ＋Ｌｓａ＋Ｌａａ）と、コンデンサ９から他方のスイッチング素子までのインダクタンス（Ｌｃ＋Ｌｓｂ＋Ｌａｂ）が等しくなる。バスバ２２１は、コンデンサ９と夫々のスイッチング素子との間のインダクタンスが等しく、それゆえ、一方の側でサージ電圧が大きくなることがない。
【００４１】
図１０に、さらに別のバスバの変形例を示す。図１０に示すバスバ３２１は、コンデンサとインバータのスイッチング素子を並列に接続するバスバである。このバスバ３２１は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のスイッチング回路が２個のスイッチング素子の並列接続で構成されるインバータに適用される。バスバ３２１は、べースプレート３２２と、６本の腕部３２４ａ−３２４ｆを有している。腕部３２４ａと３２４ｂは、Ｕ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ｃと３２４ｄは、Ｖ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ｅと３２４ｆは、Ｗ相の出力を生成する同相の２個のスイッチング素子の夫々と接続する。腕部３２４ａと３２４ｂの間にはスリット３２３ａが設けられ、腕部３２４ｃと３２４ｄの間にもスリット３２３ｂが設けられ、腕部３２４ｅと３２４ｆの間にもスリット３２３ｃが設けられる。相の異なるスイッチング素子と接続する腕部（例えば腕部３２４ｂと３２４ｃ）の間にはスリットは形成されない。また、スリット３２３ａは中央のスリット３２３ｂ寄りに設けられる。また、スリット３２３ｃも中央のスリット３２３ｂ寄りに設けられる。バスバ３２３では、スリットを偏って設けることによって、コンデンサから同相のスイッチング素子の夫々へ流れる電流の大きさを異ならしめている。例えば、腕部３２４ａと３２４ｂは同相のスイッチング素子の夫々と接続する。しかし、腕部３２４ａを流れる電流の大きさと、腕部３２４ｂを流れる電流の大きさは異なる。他方、腕部３２４ａを流れる電流には、腕部３２４ｃを流れる別相の電流の干渉が小さく、腕部３２４ｂを流れる電流には腕部３２４ｃを流れる別相の電流の干渉が大きい。スリット３２３ａの位置と形状は、別の相の電流からの干渉を考慮して、腕部３２４ａに発生するサージ電圧と腕部３２４ｂに発生するサージ電圧が等しくなるように定められる。同等に、スリット３２３ｃの位置と形状は、別の相の電流からの干渉を考慮して、腕部３２４ｅに発生するサージ電圧と腕部３２４ｆに発生するサージ電圧が等しくなるように定められる。
【００４２】
図１１に、バスバの第３の変形例を示す。図１１に示すバスバ４２１は、２つの腕部の根元の間からコンデンサ９に向かって延びるスリット４２３を有している。バスバ４２１は、その一部がコンデンサ９に沿って延びており、次いで、半導体モジュールの端子１２ａへ向かって屈曲している。スリット４２３も、一部がコンデンサ９に沿っており、残りは半導体モジュールの端子１２ａに向かって延びている。別言すれば、スリット４２３は、バスバ４２１においてコンデンサ９と平行に延びている部分にまで続いている。バスバ全体の形状やスリットの形状に依存するが、スリットを長くすることによって、電流が共通に流れる部分のインダクタンスを、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さくすることができる場合がある。
【００４３】
本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された電力変換装置を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。
【００４４】
また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属請求項に記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。
【００４５】
本明細書及び／又は請求の範囲に記載された全ての特徴は、実施例及び／又は請求の範囲に記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。
【００４６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月31日(2015.7.31)
【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】
コンデンサと、
コンデンサに並列接続されるとともに同相で駆動される少なくとも２個のスイッチング素子と、
前記コンデンサと夫々のスイッチング素子を接続するバスバと、
を備えており、
前記バスバは、スイッチング素子側の縁から前記コンデンサに向かって延びるスリットが設けられたベースプレートと、前記スリットの両側で前記ベースプレートから夫々のスイッチング素子へ延びる腕部を備えており、前記腕部の幅は、前記スリットの両側における前記ベースプレートの幅よりも短い、ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
同相で駆動される２個のスイッチング素子の夫々が、２個の半導体モジュールの夫々に収容されており、
前記２個の半導体モジュールを含む３個以上の半導体モジュールが積層されており、
夫々の半導体モジュールは、積層方向と交差する第１方向に並ぶ複数の端子を備えており、
前記バスバの前記ベースプレートは、前記第１方向で前記複数の端子の隣に位置しており、
前記スリットの両側で前記ベースプレートから延びている夫々の前記腕部は、隣接する前記半導体モジュールの端子の間へと延びており、複数の端子の一つと接続している、
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】
前記バスバは、電流が共通に流れる部分のインダクタンスが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分のインダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記バスバは、電流が共通に流れる部分の長さが、夫々のスイッチング素子に対して電流が別々に流れる部分の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記バスバは、コンデンサと夫々のスイッチング素子の間のインダクタンスが等しいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記バスバは、コンデンサに沿って配索されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１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】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
コンデンサと複数のスイッチング素子を接続する場合、スイッチング素子に近いバスバの部分は元々分岐している場合がある。例えば、スイッチング素子の端子が平行に並んでいる場合、バスバの端部は夫々の端子に向けて分岐する。本明細書が開示する技術は、元々の分岐点からコンデンサへ向けてスリットを設ける。本明細書では、バスバの共通部分をベースプレートと称し、ベースプレートからそれぞれのスイッチング素子へ延びている部分を腕部と称する。スリットは、ベースプレートにおける腕部の付け根の間に設けられている。スリットは長ければ長いほどよい。バスバの一例は、次の構成を有している。バスバは、スイッチング素子側の縁からコンデンサに向かって延びるスリットが設けられたベースプレートと、スリットの両側でベースプレートから夫々のスイッチング素子へ延びる腕部を備えている。腕部の幅は、スリットの両側におけるベースプレートの幅よりも短い。電力変換装置の一態様では、同相で駆動される２個のスイッチング素子の夫々が、２個の半導体モジュールの夫々に収容されている。２個の半導体モジュールを含む３個以上の半導体モジュールが積層されている。夫々の半導体モジュールは、積層方向と交差する第１方向に並ぶ複数の端子を備えている。バスバのベースプレートは、上記第１方向で複数の端子の隣に位置しており、スリットの両側でベースプレートから延びている夫々の腕部は、積層されている半導体モジュールの端子の間へと延びており、複数の端子の一つと接続している。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【国際調査報告】
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