(57)【要約】【課題】本明細書は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含む積層ユニットを備えた電力変換器において、平滑コンデンサのレイアウトを工夫してサージ電圧を効果的に抑制する技術を提供する。【解決手段】電力変換器２は、電圧コンバータ回路に使用する第１パワーカードＰＣ７とインバータ回路に使用する第２パワーカード（ＰＣ１等）と冷却器が積層されている積層ユニット２０を備えている。第１コンデンサユニット３１は積層ユニットの積層方向に隣接配置され、第２コンデンサユニット３２は積層ユニットの積層方向に直交する方向に配置されている。また、第１パワーカードが第２パワーカードよりも第１コンデンサユニットの近くに位置している。そして、第１パワーカードＰＣ７から第１コンデンサユニット３２までのバスバの長さＬ１が、第１パワーカードＰＣ７から第２コンデンサユニット３１までのバスバの長さ（Ｌ１＋Ｌ２）よりも短い。【選択図】図２
2015136225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と昇圧後の電力を交流に変換して走行用モータに供給するインバータ回路を含む電力変換器であり、
前記電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容する第１パワーカードと、前記インバータ回路のスイッチング素子を収容する第２パワーカードと、複数の冷却器と、が積層されている積層ユニットと、
前記電圧コンバータ回路の出力側に並列に接続されている２つのコンデンサを夫々収容している第１コンデンサユニット及び第２コンデンサユニットと、
前記第１コンデンサユニットと前記第２コンデンサユニットと前記第１パワーカードと前記第２パワーカードを接続しているバスバと、を備えており、
前記第１コンデンサユニットが前記積層ユニットの積層方向で隣接して配置されているとともに、前記第２コンデンサユニットが前記積層ユニットの積層方向と直交する方向で隣接して配置されており、
前記第１パワーカードが前記第２パワーカードよりも前記第１コンデンサユニットの近くに位置しており、
前記バスバの前記第１パワーカードから前記第１コンデンサユニットまでの長さが、前記バスバの前記第１パワーカードから前記第２コンデンサユニットまでの長さよりも短い、
ことを特徴とする電力変換器。
【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、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含む電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両には、バッテリの電力を交流電力に変換して走行用の３相交流モータに供給する電力変換器が搭載される。電力変換器には、バッテリの出力電圧を昇圧したり、３相交流モータからの回生電力を降圧したりする電圧コンバータ回路が備えられている。さらに、電力変換器には、電圧コンバータで昇圧されたバッテリの電力を交流電力に変換したり、３相交流モータからの回生電力を直流電力に変換するインバータ回路が備えられる。なお、本明細書における「電動車両」には、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車が含まれる。
【０００３】
電圧コンバータ回路とインバータ回路は主要なデバイスとしてスイッチング素子を備える。スイッチング素子を含む回路には、スイッチング動作に起因するサージ電圧（サージ電流）を吸収するためのコンデンサが接続される。そのようなコンデンサはスナバコンデンサと呼ばれる。特に、電動車両の駆動系に用いる電力変換器では、スイッチング素子に流れる電流が大きいため、サージ電圧も大きくなり、スナバコンデンサにも大容量が要求される。
【０００４】
電力変換器のスナバコンデンサに関する技術として特許文献１や特許文献２の技術が知られている。特許文献１は、スナバコンデンサが発生する電磁ノイズから他のデバイスを保護する技術を開示している。その技術は、インバータ回路の入力側に接続される平滑コンデンサ、電圧コンバータが有するリアクトル、及び、スイッチング素子を冷却する冷却器でスナバコンデンサの少なくとも３方を囲む。平滑コンデンサ、リアクトル、及び、冷却器は、電磁ノイズにより誤動作の虞がある半導体素子と異なり、電磁ノイズが加わっても大きな影響がなく、特許文献１の技術はそれらのデバイスを磁気シールドとして活用する。
【０００５】
特許文献２では、一つのインバータをＵ相のインバータユニット、Ｖ相のインバータユニット、及び、Ｗ相のインバータユニットに分割し、夫々のユニット毎にスナバコンデンサを隣接配置する。スナバコンデンサとインバータの間の導電経路のインダクタンスが大きいほど、スナバコンデンサに加わるサージ電圧が大きくなる。特許文献２の技術は、インバータを小さなユニットに分割してサージ電圧の発生源であるスイッチング素子とスナバコンデンサの間の導電経路を短くすることで、導電経路のインダクタンスを低減し、スナバコンデンサに要求される容量を小さくする。容量が小さいほど、スナバコンデンサを小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７４７６０号公報
【特許文献２】特開Ｈ０７−１１１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書は、電圧コンバータ回路及びインバータ回路を含む積層ユニットを備えた電力変換器において、本来、スナバコンデンサとは異なる目的で備えられたコンデンサの一部をスナバコンデンサとしても活用できるようにコンデンサのレイアウトを工夫し、効率よくサージ電圧を吸収する電力変換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する技術は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と昇圧後の電力を交流に変換して走行用モータに供給するインバータ回路を含む電力変換器が対象である。本明細書が開示する電力変換器は、積層ユニット、第１及び第２コンデンサユニット、及び、バスバを備える。積層ユニットは、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容する第１パワーカードと、インバータ回路のスイッチング素子を収容する第２パワーカードと、複数の冷却器と、が積層されているデバイスである。電圧コンバータ回路の出力側（インバータ回路側）には、平滑コンデンサとして複数のコンデンサが接続されている。その複数のコンデンサのいくつかを収容するハードウエアを第１コンデンサユニットと称し、残りのコンデンサを収容するハードウエアを第２コンデンサユニットと称する。従って、別言すれば、電圧コンバータ回路の出力側に第１コンデンサユニットと第２コンデンサユニットが並列に接続されている。バスバは、第１、第２コンデンサユニットと第１、第２パワーカードを並列に接続する。そして、第１コンデンサユニットが積層ユニットの積層方向で隣接して配置されているとともに、第２コンデンサユニットが積層ユニットの積層方向と直交する方向で隣接して配置されている。また、積層ユニットにおいて、第１パワーカードが第２パワーカードよりも第１コンデンサユニットの近くに位置している。そして、バスバの第１パワーカードから第１コンデンサユニットまでの長さが、第１パワーカードから第２コンデンサユニットまでの長さよりも短くなっている。電気回路の観点で表現すると、電圧コンバータ回路のスイッチング素子（第１パワーカードのスイッチング素子）から第１コンデンサユニットのコンデンサまでの導電経路が、インバータ回路のスイッチング素子（第２パワーカードのスイッチング素子）から第２コンデンサユニットのコンデンサまでの導電経路よりも短い。
【０００９】
上記の電力変換器は、２つの着眼点に基づいている。一つの着眼点は、電圧コンバータ回路が電流の脈動を抑制するために備えている平滑コンデンサの一部にスナバコンデンサの機能を持たせることである。上記の電力変換器では、第１及び第２コンデンサユニットが平滑コンデンサに相当する。そして、次に述べるようにサージ電圧（サージ電流）を吸収する対象のスイッチング素子とバスバとコンデンサユニットのレイアウトを工夫することによって、一方のユニット（第１コンデンサユニット）にスナバコンデンサの機能を兼ねさせる。
【００１０】
もう一つの着眼点は、サージ電圧（電流）を吸収する対象のスイッチング素子を選択する点である。前述したように、本明細書が対象とする電力変換器は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含む。いずれの回路もスイッチング素子を備える。ここで、スイッチング素子のキャリア周波数は、インバータ回路よりも電圧コンバータ回路の方が高い。これは次の理由による。キャリア周波数が高いほどスイッチング損失（即ち電力損失）が小さくなるが、逆にサージ電圧も大きくなる。インバータ回路にはモータが直結しており、そのキャリア周波数は、モータの耐電圧特性に制限されるが、電圧コンバータ回路にはモータが直結されていないので、電圧コンバータ回路の方がキャリア周波数を上げやすい。そこで、本明細書が開示する技術は、インバータ回路のスイッチング素子よりも電力損失の低減に寄与する電圧コンバータ回路のスイッチング素子のサージ電圧の吸収に着目する。
【００１１】
なお、サージ電圧は、スイッチング素子と他のデバイスの間の導電経路の寄生インダクタンスに比例することが知られている。そして、大電流を扱う電力変換器では、バスバと呼ばれる細長い金属部材が導電経路として用いられる。即ち、バスバの寄生インダクタンスがサージ電圧の大きさを定める主要因の一つである。
【００１２】
そして、特許文献１に開示されているように、大電流を扱う電力変換器では、複数のスイッチング素子をいくつかの平板状のパワーカードに収容し、それらと複数の冷却器を交互に積層する構造が採用されることがある。ここで、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容したパワーカード（上記した第１パワーカード）と、インバータ回路のスイッチング素子を収容したパワーカード（上記した第２パワーカード）の積層ユニット上の並びに制約がないならば、第１パワーカードを上記した第１コンデンサユニット（スナバ機能を兼ねさせるコンデンサユニット）の近くに配置することができる。そこで、本明細書が開示する電力変換器では、バスバで並列に接続される第１／第２パワーカード、及び、第１／第２コンデンサユニットのうち、第１パワーカードと第１コンデンサユニットを近接配置することで、第１パワーカードと第１コンデンサユニットのバスバ（導電経路）を短くし、第１パワーカード（即ち、電圧コンバータ回路のスイッチング素子）のサージ電圧（電流）を第１コンデンサユニットに吸収させる。なお、第１コンデンサユニットを平板状の第１パワーカードと近接配置するには、第１コンデンサユニットを積層ユニットの積層方向で隣接配置するのがよい。一方、電力変換器全体のスペース効率を悪化させないために、第２コンデンサユニットは積層方向ではなく、積層方向に直交する方向で積層ユニットに隣接配置する。
【発明の効果】
【００１３】
このように本明細書が開示する技術は、本来の平滑コンデンサを物理的に分割し、その一方のコンデンサ（第１コンデンサユニット）を電圧コンバータ回路のスイッチング素子と近接するようにパワーカードとコンデンサユニットを配置する。そのような構成によって、電圧コンバータ用の専用のスナバコンデンサを不要とするとともに、効果的にサージ電圧（電流）を吸収することができる。即ち、スペース効率、コスト効率がよい電力変換器を実現できる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例の電力変換器を含む電動車両の電力系のブロック図である。
【図２】電力変換器の筐体内部の部品レイアウトを示す平面図である。
【図３】電力変換器の筐体内部の部品レイアウトを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照して実施例の電力変換器２を説明する。図１は、電力変換器を含む電動車両１００の電力系のブロック図である。符号２で示した破線で囲まれた領域内のブロック図が電力変換器２に相当する。電動車両１００は、２個の３相交流モータ（以下、モータ）８ａ、８ｂを備える。なお、２個のモータ８ａ、８ｂの出力は、動力分配機構９で合成／分配されて車軸１２（即ち駆動輪）へと伝達される。
【００１６】
電力変換器２は、システムメインリレー１３を介してバッテリ５と接続されている。電力変換器２は、バッテリ５の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路３と、昇圧後の直流電力を交流に変換する２セットのインバータ回路４ａ、４ｂを含む。２セットのインバータ回路４ａ、４ｂは、夫々モータ８ａ、８ｂに接続されている。なお、インバータ回路４ａ、４ｂは、車両の制動時にモータ８ａ、８ｂが発生した電力（回生電力）を直流に変換することもある。この場合、変換された電力は、電圧コンバータ回路３により降圧されバッテリに充電される。
【００１７】
電圧コンバータ回路３は、２個のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と、一端がその直列回路の中点に接続されており他端が高電位側の入力端に接続されているリアクトル７、及び、高電位側の入力端と低電位側の入力端の間に接続されているフィルタコンデンサ６、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードで構成されている。低電位側のラインは電圧コンバータ回路３の入力側と出力側で直接接続されており、これらは回路のグランド電位に保持される。
【００１８】
電圧コンバータ回路３はバッテリ５の電圧を昇圧してインバータ回路４ａ（４ｂ）へ供給する動作（昇圧動作）と、インバータ回路４ａ（４ｂ）側から入力される直流電力（モータ８ａ又は８ｂが発生する回生電力）を降圧してバッテリ５へ供給する動作（降圧動作）の双方を行うことができる。前者の場合はスイッチング素子Ｔ８が主に貢献し、後者の場合はスイッチング素子Ｔ７が主に貢献する。図１の電圧コンバータ回路はよく知られているので詳細な説明は省略する。このように電圧コンバータ回路３において電流はバッテリ側からインバータ回路側へ流れる場合とインバータ回路側からバッテリ側へ流れる場合があるが、説明の便宜上、電圧コンバータ回路３のバッテリ側の端子を入力端（入力側）と称し、電圧コンバータ回路３のインバータ回路側の端子を出力端（出力側）と称する。
【００１９】
符号ＰＣ７が示す破線矩形の範囲の回路が、ハードウエアとして、後述するパワーカードＰＣ７に対応する。符号Ｐｔ、Ｎｔは、パワーカードＰＣ７から延出している端子であって、夫々、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路の高電位側の電極と接続されている端子（正極端子Ｐｔ）と、低電位側の電極と接続されている端子（負極端子Ｎｔ）を表している。次に説明するように、正極端子Ｐｔ、負極端子Ｎｔという呼称は、他のパワーカードでも用いる。
【００２０】
インバータ回路４ａは、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している（Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。３セットの直列回路の高電位側の端子（正極端子Ｐｔ）が電圧コンバータ回路３の高電位側の出力端に接続されており、３セットの直列回路の低電位側の端子（負極端子Ｎｔ）は電圧コンバータ回路３の低電位側の出力端に接続されている。３セットの直列回路の中点から３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。３セットの直列回路の夫々が、ハードウエアとして、後述するパワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３に対応する。
【００２１】
インバータ回路４ｂの構成はインバータ回路４ａと同じであるため、図１では具体的な回路の図示を省略している。インバータ回路４ｂもインバータ回路４ａと同様に、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された構成を有している。各直列回路に対応するハードウエアのモジュールをパワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６と称する。
【００２２】
スイッチング素子Ｔ１からＴ８は、トランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、他のトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。あるいは、将来的には異なるタイプのスイッチング素子が電力変換器に用いられるかもしれない。また、ここでいうスイッチング素子は、大電流の電力を変換することに用いられるものであり、パワー半導体素子と呼ばれることもある。
【００２３】
スイッチング素子Ｔ１からＴ８は、不図示のコントローラから供給されるＰＷＭ信号で駆動される。良く知られているように、ＰＷＭ信号は、キャリアと呼ばれる三角波あるいはのこぎり波のパルス波を基本として生成される。キャリアの周波数がスイッチング素子のスイッチングの基本周期に対応しており、キャリア周波数が高いほど、スイッチングの基本周期が短くなる。よく知られているように、キャリア周波数が高いほど電力損失が小さくなる。従ってキャリア周波数は高い方が好ましいが、キャリア周波数が高くなるほどサージ電圧が大きくなる。他方、図１によく示されているように、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６にはモータ８ａ、８ｂが直結している。それゆえ、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６に対するキャリア周波数は、モータ８ａ、８ｂの耐電圧特性で制限を受ける。これに対して、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８はモータ８ａ、８ｂに直結していないので、モータの耐電圧による制限を受けない。それゆえ、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のキャリア周波数は、インバータ回路のスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のキャリア周波数よりも高くできる余地がある。実施例の電力変換器２では、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のキャリア周波数は、インバータ回路のスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のキャリア周波数よりも高い。
【００２４】
電圧コンバータ回路３の出力側（電圧コンバータ回路の出力側とインバータ回路４ａ、４ｂの入力側の間）には、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２が並列に接続されている。回路上は、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２と分けて記述する必要がないが、後述するようにハードウエアとして平滑コンデンサを２個のユニット（第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２）で構成するため、これに合わせて回路図上でも２個のコンデンサで表している。第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２は、電圧コンバータ回路３が出力する電流の脈動を抑制するために挿入されている。
【００２５】
符号３１が示す破線が、第１平滑コンデンサＣ１のハードウエアに相当する。第１平滑コンデンサＣ１は、大きな容量を確保するために複数のコンデンサ素子を並列して実現される。第１平滑コンデンサＣ１を実現する複数のコンデンサ素子を収容したユニットを第１コンデンサユニット３１と称する。
【００２６】
符号３２が示す破線が、第２平滑コンデンサＣ２のハードウエアに相当する。第１平滑コンデンサＣ１と同様に、第２平滑コンデンサＣ２も複数のコンデンサ素子を並列して実現される。第２平滑コンデンサＣ２を実現する複数のコンデンサ素子を収容したユニットを第２コンデンサユニット３２と称する。
【００２７】
図１に破線ＰＣ１からＰＣ７で囲んだように、電力変換器２は、２個のスイッチング素子の直列回路を７セット備えている。ハードウエアとしては、２個のスイッチング素子の直列回路、およびこれに付随するダイオードが一つのパッケージに収容されている。具体的には、２個のスイッチング素子とダイオードが樹脂で封止されており、その樹脂パッケージの内部でスイッチング素子が直列に接続されているとともに、各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続されている。また、半導体基板にスイッチング素子とダイオードがペアで作り込まれているデバイスもある。そのような樹脂パッケージを本明細書ではパワーカードと称する。即ち、電力変換器２は、７個のパワーカードＰＣ１からＰＣ７を備える。前述したように、図１において各パワーカードに付されている符号Ｐｔは、２個のスイッチング素子の直列回路の高電位側の電極に接続されている正極端子を表しており、符号Ｎｔは、低電位側の電極に接続されている負極端子を表している。
【００２８】
図１において、符号１４が示す破線内の導電経路は、複数のパワーカードの正極端子Ｐｔと第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２を相互に接続するＰバスバ（高電位側のバスバ）に対応し、符号１５が示す破線内の導電経路は、複数のパワーカードの負極端子Ｎｔと第１コンデンサユニット３１と第２コンデンサユニット３２を相互に接続するＮバスバ（低電位側のバスバ）に対応する。
【００２９】
次に、電力変換器２の筐体内の部品レイアウトを説明する。大電流を扱うスイッチング素子は発熱量も多い。複数のスイッチング素子を効率よく冷却するため、電力変換器２は、スイッチング素子を収容した７個のパワーカードＰＣ１からＰＣ７と複数の冷却器２１を交互に積層した積層ユニット２０を備える。積層ユニット２０は、コンデンサ等の他の部品と共に筐体２７内に収容されている。図２、図３に積層ユニット２０を含む電力変換器２の部品レイアウトを示す。図２は、電力変換器２の筐体２７の内部の部品レイアウトを示す平面図（カバーを外した状態）を示しており、図３は、筐体２７だけを断面で表し、内部の部品を側面図として表している。なお、以下では、図１のリアクトル７については図示と説明を省略する。
【００３０】
積層ユニット２０は、７枚のパワーカードＰＣ１からＰＣ７と８枚の冷却器２１を交互に積層したものであり、各パワーカードはその両側を冷却器２１で挟まれている。複数の冷却器２１の内部は冷媒が通る空洞である。各冷却器２１の長手方向（図中のＹ軸方向）の両側に孔が設けられており、隣接する冷却器２１が連結管２５ａ、２５ｂで連結されている。図中で積層方向（Ｘ軸方向）の左端に位置する冷却器２１には冷媒供給管２３と冷媒排出管２４が接続されている。冷媒供給管２３から供給された冷媒は、連結管２５ａを通じて全ての冷却器２１に分配される。冷媒は、各冷却器２１の内部を通過する間に隣接するパワーカードの熱を吸収し、他方の連結管２５ｂを通じて冷媒排出管２４へと送られる。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。
【００３１】
積層ユニット２０内のパワーカードＰＣ１からＰＣ７までの配列について説明する。電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を含むパワーカードＰＣ７は、全てのパワーカードの中で、積層ユニット２０の図中右端に配置されている。インバータ回路のスイッチング素子（素子Ｔ１からＴ６及びインバータ回路４ｂのスイッチング素子）を含むその他のパワーカードＰＣ１からＰＣ６は、パワーカードＰＣ７より図中左側に配置されている。別言すれば、パワーカードＰＣ７は積層ユニット２０の積層方向（Ｘ軸方向）における端に位置する冷却器２１に隣接している。
【００３２】
電力変換器２に備えられた各種のコンデンサのレイアウトについて説明する。積層ユニット２０の積層方向と直交する方向（Ｙ軸方向）には、第２コンデンサユニット３２が配置されている。第２コンデンサユニット３２は、前述したように、図１における第２平滑コンデンサＣ２に相当する。第２コンデンサユニット３２のＸ軸方向の長さは、積層ユニット２０のＸ軸方向の長さとほぼ同じである。
【００３３】
積層ユニット２０の図中右端の冷却器２１の外側には第１コンデンサユニット３１が配置されている。第１コンデンサユニット３１はその冷却器２１に接している。第１コンデンサユニット３１は、図１における第１平滑コンデンサＣ１に相当する。第１コンデンサユニット３１（第１平滑コンデンサＣ１）は、積層方向（Ｘ軸方向）において積層ユニット２０に隣接配置されている。より詳しくは、第１コンデンサユニット３１（第１平滑コンデンサＣ１）は、積層方向において冷却器２１を間に挟んでパワーカードＰＣ７に隣接配置されている。
【００３４】
電力変換器２は、さらに、第３コンデンサユニット３３を備える。第３コンデンサユニット３３は、積層方向において、第１コンデンサユニット３１の外側に壁を挟んで配置されている。第３コンデンサユニット３３は、図１の回路図におけるフィルタコンデンサ６に相当する。
【００３５】
また、積層ユニット２０は、第１コンデンサユニット３１と共に、積層方向の一端を板バネ２６を介して筐体２７の壁面に支持されており、他方を筐体２７の別の壁面に支持されている。板バネ２６は積層ユニット２０及び第１コンデンサユニット３１をその方向に加圧している。この板バネ２６の荷重により、各々の冷却器２１の側面は各パワーカードＰＣ１からＰＣ７及び第１コンデンサユニット３１と密着することになる。パワーカードＰＣ１からＰＣ７と第１コンデンサユニット３１は、冷却器２１と密着することによって効率よく冷却される。
【００３６】
各種コンデンサと各パワーカードを接続するバスバについて説明する。図１に示したように、第１平滑コンデンサＣ１と第２平滑コンデンサＣ２は、各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の夫々に並列に接続される。前述したように第１平滑コンデンサＣ１は第１コンデンサユニット３１に対応し、第２平滑コンデンサＣ２は第２コンデンサユニット３２に対応する。図２に示すように、ハードウエア構成としては、第１及び第２コンデンサユニット３１、３２の高電位側の端子とパワーカードＰＣ１からＰＣ７の正極端子ＰｔがＰバスバ１４により電気的に接続されている。同様に第１及び第２コンデンサユニット３１、３２の低電位側の端子とパワーカードＰＣ１からＰＣ７の負極端子ＮｔがＮバスバ１５により電気的に接続されている。ここで、Ｐバスバ１４及びＮバスバ１５は、細長の金属板であり、ケーブルの導電部材よりも内部抵抗が小さく、さらに耐熱性も高く、大電力を輸送するのに適している導電部材である。
【００３７】
Ｐバスバ１４には、積層方向に伸びる本体から各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の正極端子Ｐｔに接続するための枝部が積層方向と交差する方向に伸びている。この枝部が、各パワーカードの正極端子Ｐｔに、例えば溶接により接合されている。また、Ｐバスバ１４の積層方向における一端は第１コンデンサユニット３１の高電位側の端子に接続されている。Ｐバスバ１４は、第１コンデンサユニット３１との接続箇所で第２コンデンサユニット３２へ向かってＬ字に屈曲しており、その先端で第２コンデンサユニット３２に接続している。Ｎバスバ１５も、Ｐバスバ１４と同様に、積層方向に伸びる本体から各パワーカードＰＣ１からＰＣ７の負極端子Ｎｔに接続するための枝部が積層方向と交差する方向に伸びている。この枝部が、各パワーカードの負極端子Ｎｔに接合されている。また、Ｎバスバの積層方向における一端は第１コンデンサユニット３１の低電位側の端子に接続されている。Ｎバスバ１５も、第１コンデンサユニット３１との接続箇所で第２コンデンサユニット３２へ向かってＬ字に屈曲しており、その先端で第２コンデンサユニット３２に接続している。
【００３８】
パワーカードＰＣ７と第１コンデンサユニット３１及び第２コンデンサユニット３２のレイアウトについて説明する。電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を収容するパワーカードＰＣ７は、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子（Ｔ１−Ｔ６）を収容するいずれのパワーカードよりも第１コンデンサユニット３１の近くに位置している。特に、第１コンデンサユニット３１は、平板状のパワーカードと冷却器２１との積層ユニット２０の積層方向で一枚の冷却器２１を挟んで隣接している。これに対して第２コンデンサユニット３２は、積層方向と交差する方向で積層ユニット２０と隣接している。図２によく示されているように、Ｐバスバ１４（Ｎバスバ１５）のパワーカードＰＣ７から第１コンデンサユニット３１までの長さＬ１は、Ｐバスバ１４（Ｎバスバ１５）のパワーカードＰＣ７から第２コンデンサユニット３２までの長さ（Ｌ１＋Ｌ２）よりも短い。このことは、図１のブロック図を使って表現すれば、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第１平滑コンデンサＣ１までの導電経路の長さが、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第２平滑コンデンサＣ２までの導電経路の長さよりも短いことに相当する。
【００３９】
上記の導電経路の長さの相違により、次の利点が得られる。コンデンサとスイッチング素子の間に発生する寄生インダクタンスは、その導電距離が短いほど小さくなる。実施例の電力変換器２では、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第１平滑コンデンサＣ１までの導電経路がスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８から第２平滑コンデンサＣ２までの導電経路より短い。そのため、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８と第１平滑コンデンサＣ１との間の寄生インダクタンスは、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８と第２平滑コンデンサＣ２との間の寄生インダクタンスより小さくなる。第１、第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２はともにスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の直列回路と並列に接続されているが、極めて高周波のサージ電圧（サージ電流）は、寄生インダクタンスの小さい第１平滑コンデンサＣ１に集中して流れる。別言すれば、サージ電圧（サージ電流）は、第１平滑コンデンサＣ１で吸収される。即ち、第１平滑コンデンサＣ１がスナバコンデンサの役割を果たす。
【００４０】
さらにまた、電力変換器２では、スナバコンデンサとして機能する第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット３１）と近接配置するスイッチング素子（パワーカード）として、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６ではなく、電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を選定している。前述したように、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８の方がスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６よりもキャリア周波数が高い。キャリア周波数が高いほどサージ電圧（サージ電流）も大きくなる。そこで、スナバコンデンサを兼ねる第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット３１）で、大きいサージ電圧を吸収することによって、スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のサージを吸収する専用のスナバコンデンサの容量を小さくすることができる。第１平滑コンデンサＣ１は、平滑コンデンサとして本来必要な容量（第１及び第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の総容量）の一部であるので、第１及び第２平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の総容量を変えることなく、スイッチング素子Ｔ７、Ｔ８のスナバコンデンサとして必要な容量を第１平滑コンデンサＣ１に確保することができる。すなわち、スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６のための専用のスナバコンデンサの容量を小さくできるほど、コストとサイズを抑制することができる。
【００４１】
以上のとおり、実施例の電力変換器は、電圧コンバータ回路のスイッチング素子に対して専用のスナバコンデンサを設ける必要がない。また、実施例の電力変換器は、インバータ回路のスイッチング素子について専用のスナバコンデンサを不要とするのではなく、インバータ回路のスイッチング素子よりもキャリア周波数が高い電圧コンバータのスイッチング素子について専用のスナバコンデンサを不要にすることで、サージ電圧を吸収するための構成に関して優れた費用対効果を有する。
【００４２】
また、第１平滑コンデンサＣ１が積層ユニット２０の積層方向における端に位置する冷却器２１に接触しているため、第１平滑コンデンサＣ１を冷却することができる。このことも、第１平滑コンデンサＣ１（第１コンデンサユニット）をパワーカードＰＣ７に隣接配置する利点の一つである。
【００４３】
電圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｔ７、Ｔ８を収容するパワーカードＰＣ７が、第１パワーカードの一例に相当する。また、インバータ回路４ａ、４ｂのスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６を収容するパワーカードＰＣ１−ＰＣ６が、第２パワーカードの一例に相当する。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。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し得るものであり、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。
【符号の説明】
【００４５】
２：電力変換器
３：電圧コンバータ回路
４ａ、４ｂ：インバータ回路
５：バッテリ
６：フィルタコンデンサ
７：リアクトル
８ａ、８ｂ：モータ
９：動力分配機構
１２：車軸
１３：システムメインリレー
１４：Ｐバスバ
１５：Ｎバスバ
２０：積層ユニット
２１：冷却器
２３：冷媒供給管
２４：冷媒排出管
２５ａ、２５ｂ：連結管
２６：板バネ
２７：筐体
３１：第１コンデンサユニット
３２：第２コンデンサユニット
３３：第３コンデンサユニット
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８：スイッチング素子
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６：パワーカード（第２パワーカード）
ＰＣ７：パワーカード（第１パワーカード）
Ｃ１：第１平滑コンデンサ
Ｃ２：第２平滑コンデンサ
Ｐｔ：正極端子
Ｎｔ：負極端子
Ｌ１：第１コンデンサユニットとパワーカードＰＣ７を接続するバスバの長さ
Ｌ２：第１コンデンサユニットと第２コンデンサユニットを接続するバスバの長さ
【図１】
2015136225.tif 000003
【図２】
2015136225.tif 000004
【図３】
2015136225.tif 000005