(57)【要約】  電力変換装置（２０）は、スイッチング素子（２２）と、コンデンサ（２１）と、環状の基板（２４）と、基板（２４）の外周部の第１のバスバー（１１Ａ）と、基板（２４）の内周部の第２のバスバー（１２Ａ）とを備える。第１のバスバー（１１Ａ）は正極または負極のいずれか一方に、第２のバスバー（１２Ａ）は正極または負極のいずれか他方に接続される。第１のバスバー（１１Ａ）と第２のバスバー（１２Ａ）との距離はコンデンサ（２１）の配置される位置において等しい。
2020230894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される電力を交流に変換して出力するためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサが載置される環状の基板と、
前記環状の基板の外周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第１のバスバーと、
前記環状の基板の内周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第２のバスバーとを備え、
前記第１のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続され、
前記第２のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続され、
前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの距離は前記コンデンサの配置される位置において等しい、電力変換装置。
【請求項２】
前記コンデンサは複数備えられる、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は前記環状の基板に複数載置される、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数のコンデンサは前記環状の基板としての第１の環状の基板に載置され、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１の環状の基板とは異なる前記環状の基板としての第２の環状の基板に載置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板とは重なるように配置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板との前記外周部には、同一の前記第１のバスバーが共有されるように配置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板との前記内周部には、同一の前記第２のバスバーが共有されるように配置される、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数のスイッチング素子から交流の電力が出力されるための交流出力部をさらに備え、
前記交流出力部は、前記第１のバスバーおよび前記第２のバスバーのいずれかの内部を通るように配置される、請求項３または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数のコンデンサの一部は、前記環状の基板の一方の主表面上に載置され、
前記複数のコンデンサの他の一部は、前記環状の基板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に載置される、請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記環状の基板として、第１の環状の基板と、第２の環状の基板とが重なるように配置され、
前記第１の環状の基板と、前記第２の環状の基板との互いに対向するそれぞれの主表面上の双方に、前記複数のコンデンサの少なくとも１つが載置される、請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１のバスバーに前記直流電源の負極が接続され、
前記第２のバスバーに前記直流電源の正極が接続され、
前記第１のバスバーは接地電位とされる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１のバスバーおよび前記第２のバスバーに接触するように冷却部材が配置される、請求項１〜８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】
本開示は電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車およびハイブリッド車など、動力源と発電機とを兼用した機能を有するいわゆるモータ・発電機システムが急速に進歩している。それらシステムの多くは、動力と発電との双方の機能を兼ねる発電機と、その発電機を制御する電力変換装置とにより構成されている。この電力変換装置はインバータである。インバータにはエネルギーを蓄えて電圧を平滑化するコンデンサが必要である。インバータの小型化のため、平滑コンデンサとしては低背なアルミニウム電解コンデンサが多数、並列接続されている。また、アルミニウム電解コンデンサに導電性高分子を混合することにより等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent  Series  Resistance）の発生が抑制される。これにより電流印加時の発熱を抑制し、アルミニウム電解コンデンサと比べて更なる小型化が図られたいわゆるハイブリッド型電解コンデンサも使用される。その他、たとえば特開２００１−３５２７６７号公報（特許文献１）には、ユニットの小型化を達成し、配線インダクタンスを小さくした電力変換器用パワーユニットが提案されている。燃費を改善するために電動モータの出力が増加してきている。これにより、コンデンサに印加される電流は増加する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２００１−３５２７６７号公報に開示される「電力変換用パワーユニット」では、多数の単位コンデンサが並列接続されている。多数の単位コンデンサが実装される基板は矩形の平面形状を有し、平面積が大きい。また当該電力変換用パワーユニットでは、入力側すなわちバッテリの正極端子と負極端子とがいずれも、複数の単位コンデンサの配置位置に対して同じ側である、たとえば矩形の基板のある１辺の上などにまとまって配置されている。このため複数の単位コンデンサごとに、正極端子および負極端子までの距離が大きく異なり、各単位コンデンサを通る電流ループの面積および経路長の間に大きな差が現れる。このため複数の単位コンデンサごとにそれを含む電流ループの配線の寄生インダクタンスが異なる。すると複数の単位コンデンサのそれぞれに分流するリップル電流量に違いが生じ、複数の単位コンデンサのそれぞれに発生する熱量の間に差が生じる。この差により複数の単位コンデンサの間に寿命の差が生じる。このことはパワーユニット全体の寿命の低下につながる。【０００５】
本開示は以上の課題に鑑みなされたものである。その目的は、コンデンサの配置位置にかかわらず、その発生する熱量のばらつきを小さくすることで、コンデンサの低寿命化を抑制し、コンデンサを含む全体が長寿命化された電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に従った電力変換装置は、スイッチング素子と、コンデンサと、環状の基板と、基板の外周部の第１のバスバーと、基板の内周部の第２のバスバーとを備える。第１のバスバーは正極または負極のいずれか一方に、第２のバスバーは正極または負極のいずれか他方に接続される。第１のバスバーと第２のバスバーとの距離はコンデンサの配置される位置において等しい。
【発明の効果】
【０００７】
上記によれば、コンデンサの配置位置にかかわらず、その発生する熱量のばらつきを小さくすることで、コンデンサの低寿命化を抑制し、コンデンサを含む全体が長寿命化された電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置およびそれに接続される周辺機器の配線を示す回路図である。
【図２】各実施の形態に係る電力変換装置に含まれる基板およびバスバーの構成を示す概略平面図である。
【図３】実施の形態１の第１例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。
【図４】図３におけるコンデンサの配置位置を変更させたときのコンデンサと第１および第２のバスバーとの距離の関係を説明するための概略平面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿う部分の概略断面図である。
【図６】実施の形態１の第２例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。
【図７】実施の形態１の第３例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態２に係る電力変換装置およびそれに接続される周辺機器の配線を示す回路図である。
【図９】実施の形態３に係る電力変換装置での、第１の基板にコンデンサが載置された態様を示す概略平面図である。
【図１０】実施の形態３に係る電力変換装置での、第２の基板にスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。
【図１１】実施の形態３に係る電力変換装置での、第１の基板と第２の基板とが積み重ねられた状態における、図９および図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された部分を抜き取って示す概略断面図である。
【図１３】実施の形態４に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。
【図１４】実施の形態５に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された態様を示す概略断面図である。
【図１５】実施の形態６に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された態様を示す概略断面図である。
【図１６】実施の形態７の第１例に係る電力変換装置での、基板、バスバーおよび冷却器の配置態様を示す概略平面図である。
【図１７】実施の形態７の第２例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。
【００１０】
実施の形態１．
＜はじめに＞
まず本実施の形態の電力変換装置の構成上の特徴について簡単に説明する。図３を参照して、当該電力変換装置２０は、スイッチング素子２２と、コンデンサ２１と、環状の基板２４と、第１のバスバー１１Ａと、第２のバスバー１２Ａとを備えている。環状の基板２４にコンデンサ２１が載置されている。環状の基板２４の外周部には第１のバスバー１１Ａが配置されている。環状の基板２４の内周部には第２のバスバー１２Ａが配置されている。第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａは筒状であり、環状の基板２４を周回するように配置されている。第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに挟まれる位置に、基板２４、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が配置されている。第１のバスバー１１Ａは直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続される。第２のバスバー１２Ａは直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続される。第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄはコンデンサ２１の配置される位置である環状の基板２４の主表面上において等しい。つまり基板２４の円環状の主表面上のどこにコンデンサ２１が配置されても、その位置での第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離はＤである。以下当該電力変換装置について、図３に示される部分の構成を中心に説明する。
【００１１】
＜電力変換装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置およびそれに接続される周辺機器の配線を示す回路図である。図１を参照して、実施の形態１の電力変換装置２０は、コンデンサ２１と、スイッチング素子２２と、直流電源としてのバッテリー１０とを主に有している。電力変換装置２０には、たとえばスイッチング素子２２として、６つのスイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを有している。たとえば図１においては、スイッチング素子２２ａとスイッチング素子２２ｂとが直列接続されたものと、スイッチング素子２２ｃとスイッチング素子２２ｄとが直列接続されたものと、スイッチング素子２２ｅとスイッチング素子２２ｆとが直列接続されたものとが、並列接続されている。スイッチング素子２２ａ〜２２ｆは、いわゆるＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）またはいわゆるＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などにダイオードが並列接続されたものである。スイッチング素子２２ａ〜２２ｆのそれぞれは、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）および窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる群から選択されるいずれかが材料として用いられる。
【００１２】
直列接続される２つのスイッチング素子２２ａ，２２ｂに、コンデンサ２１が並列接続されている。このコンデンサ２１は、直列接続される２つのスイッチング素子２２ｃ，２２ｄ、および２つのスイッチング素子２２ｅ，２２ｆのそれぞれにも並列接続されている。コンデンサ２１、スイッチング素子２２ａ，２２ｂ、スイッチング素子２２ｃ，２２ｄ、およびスイッチング素子２２ｅ，２２ｆはすべて、バッテリー１０に対して並列接続されている。バッテリー１０の正極は、正の電位が印加された配線部１１により、互いに並列接続されるコンデンサ２１の一方の電極側、およびスイッチング素子２２ａ，２２ｃ，２２ｅに接続されている。バッテリー１０の負極は、負の電位が印加されるか、あるいは接地電位とされた配線部１２により、互いに並列接続されるコンデンサ２１の他方の電極側、およびスイッチング素子２２ｂ，２２ｄ，２２ｆに接続されている。このようにして、コンデンサ２１は、配線部１１，１２により、スイッチング素子２２に接続されている。
【００１３】
コンデンサ２１は、電圧を平滑するために配線される、いわゆる平滑コンデンサである。コンデンサ２１としては、コンデンサ、ハイブリッド型電解コンデンサなどの電解液を用いたコンデンサが用いられることが好ましい。ただし本実施の形態においては、コンデンサ２１として電解液を用いたコンデンサ以外の種類の任意の種類のコンデンサが適用可能である。
【００１４】
直列接続されるスイッチング素子２２ａとスイッチング素子２２ｂとの間から、交流出力部２３が取り出される。同様に、直列接続されるスイッチング素子２２ｃとスイッチング素子２２ｄとの間、および直列接続されるスイッチング素子２２ｅとスイッチング素子２２ｆとの間のそれぞれから、交流出力部２３が取り出される。したがって合計３カ所から交流出力部２３が取り出される。これら３つの交流出力部２３は、スイッチング素子２２ａ〜２２ｆと併せて、直流電源であるバッテリ−１０から供給される電力を交流に変換して出力する。言い換えれば電力変換装置２０は、スイッチング素子２２ａ〜２２ｆのスイッチングを制御することで、バッテリー１０から供給される直流電力を３相の交流電力に変換してモータ３０に供給する。この３相の交流の電力はいわゆる３相交流である。スイッチング素子２２から出力される３相交流はたとえば、３つの交流出力部２３のそれぞれがともに接続されるモータ３０に出力される。
【００１５】
図２は、各実施の形態に係る電力変換装置に含まれる基板およびバスバーの構成を示す概略平面図である。図２を参照して、電力変換装置２０に含まれる基板２４は、その内側に空洞を有する環状の平面形状を有している。特に図２においては基板２４は、その最外縁である外周部およびその内側の空洞の最外縁である内周部が円形であり、円環状の平面形状を有している。ここで基板２４の外周部は、中心Ｏからの距離すなわち半径がＲ１の円形である。また基板２４の内周部は、中心Ｏからの距離すなわち半径がＲ２の円形である。このため基板２４の円環形状を有する主表面は、その幅Ｄがその全周にわたり同一の値すなわちＲ１−Ｒ２となっている。
【００１６】
基板２４の外周部に沿うように、その外側には第１のバスバー１１Ａが配置されている。第１のバスバー１１Ａは、基板２４の外周部に接触するように、環状の基板２４を周回するように配置されている。一方、基板２４の内周部に沿うように、その内側には第２のバスバー１２Ａが配置されている。第２のバスバー１２Ａは、基板２４の内周部に接触するように、環状の基板２４を周回するように配置されている。第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに挟まれる位置に、基板２４、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が配置されている。基板２４は平板形状であり、そのＺ方向の寸法は比較的小さい。これに対し、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａは、基板２４に比べてＺ方向の寸法が大きい。すなわち第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａは、Ｚ方向に長く延びる筒状を有している。図３および図５においては基板２４が円環状であるため、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａは、円筒形状となる。
【００１７】
第１のバスバー１１Ａは、図１における配線部１１に相当する端子部材である。したがって本実施の形態では、第１のバスバー１１Ａに直流電源の正極が接続される。第２のバスバー１２Ａは、図１における配線部１２に相当する端子部材である。したがって本実施の形態では、第２のバスバー１２Ａに直流電源の負極が接続される。第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａにおける直流電流の極性は、バッテリー１０（図１参照）との接続態様により決定される。すなわち、バッテリー１０との接続態様に応じて、第１のバスバー１１Ａは直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続される。第２のバスバー１２Ａは直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続される。
【００１８】
図３は、実施の形態１の第１例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。図３を参照して、実施の形態１の第１例の電力変換装置２０においては、基板２４の一方、たとえばＺ方向の上側の主表面上に、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が載置される。なお図３においては、図１において直列接続されるスイッチング素子２２ａとスイッチング素子２２ｂとがひとまとめにされ１つのスイッチング素子２２として配置されている。同様に図３においては、スイッチング素子２２ｃとスイッチング素子２２ｄとがひとまとまりにされ１つのスイッチング素子２２として配置されており、さらにスイッチング素子２２ｅとスイッチング素子２２ｆとがひとまとまりにされ１つのスイッチング素子２２として配置されている。したがって図３では合計３つのスイッチング素子２２が配置されている。
【００１９】
また図３においては、図１と同様に、電力変換装置２０には１つのコンデンサ２１のみが配置されている。このコンデンサ２１は図３においては円環状の基板２４のＹ方向の下側に配置されるが、これに限らず基板２４の主表面上の他の位置に配置されてもよい。上記のように基板２４の円環形状を構成する部分の径方向の幅Ｄは、その全周にわたり等しい値Ｒ１−Ｒ２（図２参照）である。このためコンデンサ２１の配置される位置にかかわらず、第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄは、コンデンサ２１の配置される位置である、基板２４の主表面上において等しい。
【００２０】
ここで第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄが、基板２４の主表面上において等しいとはどのような状態を意味するかについて図４を用いてより詳細に説明する。図４は、図３におけるコンデンサの配置位置を変更させたときのコンデンサと第１および第２のバスバーとの距離の関係を説明するための概略平面図である。図４を参照して、コンデンサ２１が円環状の平面形状の基板２４の一方の主表面上に載置される場合を考える。この場合に、第１のバスバー１１Ａからコンデンサ２１を通り、第２のバスバー１２Ａまでの領域の、基板２４の円環状の径方向すなわち図４の点線に沿う方向の寸法は以下のようになる。
【００２１】
コンデンサ２１が図４の位置Ａに配置される場合、第１のバスバー１１Ａからコンデンサ２１までの上記径方向の寸法はｄａ１であり、第２のバスバー１２Ａからコンデンサ２１までの当該寸法はｄａ２である。以下同様に、コンデンサ２１が図４の位置Ｂに配置される場合、第１のバスバー１１Ａからコンデンサ２１までの当該寸法はｄｂ１であり、第２のバスバー１２Ａからコンデンサ２１までの当該寸法はｄｂ２である。なお位置Ｂは、位置Ａを通る上記径方向に延びる点線上に配置されている。さらに、コンデンサ２１が図４の位置Ｃに配置される場合、第１のバスバー１１Ａからコンデンサ２１までの当該寸法はｄｃ１であり、第２のバスバー１２Ａからコンデンサ２１までの当該寸法はｄｃ２である。このとき
【００２２】
【数１】
2020230894.tif 000003
【００２３】
が成立する。ただしここでは上記の式（１）が完全に成り立つ場合に限らず、製造時のばらつきにより式（１）にて等号で結ばれた各値がＤとの間に多少の誤差が生じた場合も含めることとする。つまり上記の、第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄが基板２４の主表面上において「等しい」とは、当該誤差が生じた場合も含むものとする。このことは以下の「等しい」との表現がなされる各箇所についても同様である。
【００２４】
図３においては基板２４は円環状を有する。しかし基板２４は環状である限り、その外周部と内周部との平面形状は円形に限らず多角形状であってもよい。たとえば基板２４は、その平面視での中央部に空洞を有し、外周部と内周部とが三角形、四角形、六角形であってもよい。
【００２５】
図３においては基板２４は円環状を有する。このためその外周部と内周部との円形状の中心Ｏが一致していれば、外周部と内周部との距離すなわち第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄはその円環の基板２４の全周にわたり等しくなる。しかし基板２４を多角形の平面形状とする場合、外周部と内周部との距離が、角部などにおいて部分的に他の領域と異なる値となることがある。しかしその場合においても、その距離Ｄが部分的に異なる角部などの領域以外の領域にコンデンサ２１が配置されることが好ましい。このようにすれば、少なくともコンデンサ２１が配置される領域における第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離は必然的にＤに等しくなる。
【００２６】
またスイッチング素子２２についても同様に、外周部と内周部との距離が部分的に他と異なる領域以外の領域に配置されることが好ましい。すなわちたとえば図３における３つのスイッチング素子２２が配置される領域において、基板２４の外周部と内周部との距離Ｄはすべて等しい値であるＲ１−Ｒ２となっている。たとえ基板２４が多角形状であってもこれと同様の態様となるようにスイッチング素子２２が配置されることが好ましい。
【００２７】
図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う部分の概略断面図である。言い換えればこれは、実施の形態１の第１例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。図５を参照して、基板２４には、第１の配線パターン１１Ｂと、第２の配線パターン１２Ｂとが形成されている。第１の配線パターン１１Ｂは第１のバスバー１１Ａに電気的に接続されている。このため第１の配線パターン１１Ｂは、図１における配線部１１に相当する配線経路である。第２の配線パターン１２Ｂは第２のバスバー１２Ａに電気的に接続されている。このため第２の配線パターン１２Ｂは、図１における配線部１２に相当する配線経路である。第１の配線パターン１１Ｂは、第１のバスバー１１Ａから、基板２４の内部を通り、基板２４のＺ方向上側の主表面上に達するように配線経路が延びている。第２の配線パターン１２Ｂは、第２のバスバー１２Ａから、基板２４の内部を通り、基板２４のＺ方向上側の主表面上に達するように配線経路が延びている。基板２４の主表面上に露出した第１の配線パターン１１Ｂおよび第２の配線パターン１２Ｂに載置されるように、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が接続される。これによりコンデンサ２１およびスイッチング素子２２は、第１のバスバー１１Ａおよび第１の配線パターン１１Ｂとしての配線部１１、および第２のバスバー１２Ａおよび第２の配線パターン１２Ｂとしての配線部１２の間に接続され、バッテリー１０による電圧が印加される。
【００２８】
ただし上記のような基板２４内に形成された第１の配線パターン１１Ｂおよび第２の配線パターン１２Ｂの代わりに、図示されない端子台により、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに接続されてもよい。あるいは図示されないが、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａが直接、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２に電気的に接続されてもよい。
【００２９】
配線部１１としての第１のバスバー１１Ａと第１の配線パターン１１Ｂとが電気的に接続されればよいため、第１のバスバー１１Ａと基板２４の外周部とは互いに接触していることが好ましい。同様に、第２のバスバー１２Ａと基板２４の内周部とは互いに接触してもよいが接触せず両者間に隙間を有してもよい。
【００３０】
なお、図３および図５においては、図１での交流出力部２３に相当する配線および図１でのモータ３０に相当する部材は示されない。ただし図３および図５においては、交流出力部２３としてのたとえば端子台が配置され、これがモータに接続される構成であってもよい。これにより、スイッチング素子２２からの出力信号をモータが出力することができる。または本実施の形態でも後述する実施の形態３の図１０および図１１と同様の態様で、スイッチング素子２２からモータに接続される交流出力部２３が接続されてもよい。
【００３１】
図６は、実施の形態１の第２例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。図６を参照して、当該電力変換装置２０においては、図３の第１例と基本的に同様の構成であるため同様部分の説明を繰り返さないが、基板２４の主表面上にコンデンサ２１が２つ、載置されている。電力変換装置２０において大きな静電容量を要する場合には、図６のように複数のコンデンサ２１を周方向に互いに間隔をあけて複数（２つ）設けた構成とすることが好ましい。図６においては当該２つのコンデンサ２１は、バッテリー１０に対して互いに並列接続されるため、コンデンサ２１が１つの場合に比べて全体の静電容量が増加する。
【００３２】
＜作用効果＞
次に、本実施の形態の背景について説明した後、本実施の形態の電力変換装置２０の作用効果について説明する。
【００３３】
図１のバッテリー１０と配線部１１，１２とコンデンサ２１とからなる１周分の電流が流れるループである電流ループのインダクタンスの値は、その電流ループに囲まれる部分の面積および当該電流ループに含まれる配線経路の経路長により決まる。たとえば上記の特開２００１−３５２７６７号公報に開示の比較例としての電力変換装置では、矩形の基板上のある１辺側に、正側直流端子と負側直流端子とが並べて配置されており、基板の主表面上に行列状に多数のコンデンサが配置されている。このため正側直流端子からコンデンサを通り負側直流端子までの電流ループの面積および経路長は、その電流ループが多数のうちいずれのコンデンサを通るのかに応じて大きく異なる。これにより各コンデンサを通る電流ループの寄生インダクタンスの値が大きく異なる。このため各コンデンサに分流するリップル電流の量に大きなばらつきが生じる。したがって各コンデンサ間の発熱量に大きなばらつきが生じる。
【００３４】
そこで本実施の形態の電力変換装置２０は、図３および図５に示すように、スイッチング素子２２と、コンデンサ２１と、環状の基板２４と、第１のバスバー１１Ａと、第２のバスバー１２Ａとを備える。スイッチング素子２２は、直流電源から供給される電力を交流に変換して出力する。コンデンサ２１はスイッチング素子２２に接続される。環状の基板２４はコンデンサ２１が載置される。第１のバスバー１１Ａは環状の基板２４の外周部に、環状の基板２４を周回するように配置され、筒状である。第２のバスバー１２Ａは環状の基板２４の内周部に、環状の基板２４を周回するように配置され、筒状である。第１のバスバー１１Ａは直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続される。第２のバスバー１２Ａは直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続される。第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄは、コンデンサ２１の配置される位置において等しい。ここでの「等しい」の定義は上記のとおり、完全に上記式（１）が成立する場合に限らず、多少の誤差を有する場合も含まれる。
【００３５】
図７は、実施の形態１の第３例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。図７を参照して、当該電力変換装置２０においては、図５の第１例と基本的に同様の構成であるため同様部分の説明を繰り返さない。しかし図７では図５よりも、図中のＹ方向について、コンデンサ２１がやや基板２４の内周部側すなわち第２のバスバー１２Ａ側に寄るように配置されている。ただし図７も図５と同様にコンデンサ２１の配置位置にて、第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離はＤである。
【００３６】
距離Ｄが等しくなれば、コンデンサ２１の基板２４の主表面上の配置位置にかかわらず、すなわち図５の態様であっても図７の態様であっても、配線部１１からコンデンサ２１を通り配線部１２までの電流ループの経路長は等しくなる。また上記電流ループに囲まれる部分の面積は、第１の配線パターン１１Ｂと第２の配線パターン１２ＢとのＺ方向位置が異なれば多少変化することもある。しかし当該面積も、コンデンサ２１が載置される基板２４上の位置での第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄが変わらない以上、大きくは変化しない。
【００３７】
したがって、本実施の形態においては、コンデンサ２１の基板２４の主表面上の位置にかかわらず、バッテリー１０（図１参照）と配線部１１，１２と各コンデンサ２１を通る電流ループの配線の寄生インダクタンスの値をほぼ等しくできる。このため配線の寄生インダクタンスのばらつきに起因する、当該電流ループに流れる電流のばらつきを抑制できる。このため当該電流ループに含まれる各コンデンサに流れるリップル電流のばらつきを抑制できる。このため各コンデンサに発生するリップル電流による発熱量のばらつきを抑制できる。
【００３８】
たとえばコンデンサ２１が電解液を用いたものである場合、当該電解コンデンサの発熱量の増加により電解液の蒸発量が増える。このことは漏れ電流の増加および静電容量の低下につながる。漏れ電流の増加および静電容量の低下がある値を超えれば当該電解コンデンサが故障する。一部のコンデンサが故障すれば、そのことにより電力変換装置２０全体が故障する。したがってコンデンサ２１毎の発熱量の偏差を小さくし、極度に発熱量の大きいコンデンサ２１をなくすことにより、一部のコンデンサ２１の故障、およびそれに伴う電力変換装置２０全体の故障、低寿命化を抑制できる。
【００３９】
またコンデンサ２１が電解液を用いたものでなくても、多数のコンデンサのうちたとえば一部のコンデンサのみに多くのリップル電流が流れ、発熱量が多くなれば、その一部のコンデンサの寿命が他のコンデンサよりも短くなる。するとそのことにより電力変換装置２０全体が故障する不具合が生じ得る。しかし本実施の形態によれば、このような不具合の発生を抑制できる。
【００４０】
さらに本実施の形態の電力変換装置２０においては、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａが円環形状の基板２４の外周部および内周部を周回するように配置される。このため筒状の第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａが、基板２４、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２の振動を低減できる。すなわち本実施の形態の電力変換装置２０によれば、基板２４、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２の耐振動効果が得られる。
【００４１】
上記電力変換装置２０において、スイッチング素子２２は環状の基板２４に複数載置されることが好ましい。このようにすれば、当該複数のスイッチング素子２２を含む電力変換装置２０全体において、上記のコンデンサ２１毎の発熱量の偏差を小さくし、電力変換装置２０の寿命低下を抑制する効果がより高められる。
【００４２】
実施の形態２．
＜電力変換装置の構成＞
図８は、実施の形態２に係る電力変換装置およびそれに接続される周辺機器の配線を示す回路図である。図８を参照して、実施の形態２の電力変換装置２０は、基本的に実施の形態１の電力変換装置２０と同様の構成であるため同様部分の説明を繰り返さない。しかし図８では図１に対し、バッテリー１０による電圧の印加方向が異なる。具体的には本実施の形態では、配線部１２に正の電圧が、配線部１１に負の電圧が印加されている。したがって本実施の形態では、図２〜図５において、第１のバスバー１１Ａに直流電源の負極が接続され、第２のバスバー１２Ａに直流電源の正極が接続される。さらに第１のバスバー１１Ａは、電気自動車などの車体のフレームグラウンドとされる。すなわち第１のバスバー１１Ａは接地電位とされる。
【００４３】
＜作用効果＞
本実施の形態においても実施の形態１と同様の作用効果を奏するためその説明を繰り返さない。本実施の形態では、上記実施の形態１と同様の作用効果の他に追加の作用効果を奏するため、以下ではこれについて説明する。仮に第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに印加される直流電源の極性を指定しなければ、コンデンサ２１とスイッチング素子２２との間の配線の寄生インダクタンスが発生するノイズが制御基板などの周辺機器に影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施の形態２では、基板２４の外周部の第１のバスバー１１Ａに直流電源の負極が接続され、基板２４の内周部の第２のバスバー１２Ａに直流電源の正極が接続される。第１のバスバー１１Ａは接地電位とされる。
【００４４】
これにより、基板２４の主表面上では、第２のバスバー１２Ａから第１のバスバー１１Ａに向かうように電場が発生する。また第１のバスバー１１Ａが接地電位とされることにより、第１のバスバー１１Ａとグラウンドとの間の電位差がほとんどなくなる。このため第１のバスバー１１Ａはシールド効果を有することになる。したがって基板２４の外周側にある第１のバスバー１１Ａからさらに外側にある制御基板などの周辺機器へのノイズの放出を防ぎ、かつ周辺機器から第１のバスバー１１Ａへのノイズの進入を防ぐことができる。
【００４５】
なお本実施の形態においては、環状の基板２４の、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が載置される主表面と反対側の、Ｚ方向最下部の主表面も接地電位とされることがより好ましい。このようにすれば、基板２４の外周部から最下部に連なるように、接地電位とされる領域を広げることができる。これにより基板２４の内部で発生するノイズを基板２４内に閉じ込めることができる。したがって基板２４から外部へのノイズの放出、および外部から基板２４へのノイズの進入をさらに確実に抑制できる。近年、モータ・発電機システムを有する電気自動車などの車両の電動化により、そこに搭載される部品の電子化、および搭載される部品の数の増加による高密度化が加速している。これに伴い、車両に搭載される部品の動作周波数が高周波化される傾向にある。このため、ノイズによる制御基板などの周辺機器への影響が大きな課題であると考えられる。このため、本実施の形態のように基板２４の外周部側に直流電源の負極を接続して接地電位とすることによるノイズの低減効果は有効である。
【００４６】
実施の形態３．
＜電力変換装置の構成＞
図９は、実施の形態３に係る電力変換装置での、第１の基板にコンデンサが載置された態様を示す概略平面図である。図１０は、実施の形態３に係る電力変換装置での、第２の基板にスイッチング素子が載置された態様を示す概略平面図である。図１１は、実施の形態３に係る電力変換装置での、第１の基板と第２の基板とが積み重ねられた状態における、図９および図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う部分の概略断面図である。なおこれ以降の各実施の形態においては実施の形態１の図１に示すように基本的に第１のバスバー１１Ａに正極が接続されることを前提に説明がなされるが、実施の形態２の図８に示すように第１のバスバー１１Ａに負極が接続されこれが接地電位とされてもよい。
【００４７】
図９〜図１１を参照して、実施の形態３の電力変換装置２０について実施の形態１，２の電力変換装置２０と同様部分の説明を繰り返さない。ただし本実施の形態では、コンデンサ２１が複数備えられる。具体的には図９に示すように、たとえば８つのコンデンサ２１が備えられている。しかしコンデンサ２１の数はこれに限らず、２つ以上の任意の数とすることができ、たとえば３つ、４つ、６つ、１２などであってもよい。また図６と同様に、図９においても、基板２４の円環形状の周方向に沿って互いに間隔をあけて複数のコンデンサ２１が配置される。これにより、当該複数のコンデンサ２１はバッテリー１０（図１、図８参照）に対して互いに並列接続される。
【００４８】
ただし図９とは異なり、たとえば基板２４の円環形状の周方向に交差する径方向に互いに間隔をあけるように複数のコンデンサ２１が配置されてもよい。たとえば当該径方向に間隔をあけて２列並べるように複数のコンデンサ２１が配置されてもよい。この場合、通常はこれらのコンデンサ２１はバッテリー１０に対して直列接続とされるが、基板２４の配線パターンの配置次第で並列接続とすることもできる。なおこれ以降の各実施の形態においては本実施の形態と同様に基本的にコンデンサ２１は複数であることを前提に説明がなされる。
【００４９】
図９において、円環状の基板２４の主表面上では、複数のコンデンサ２１のいずれも、その配置位置における第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄは等しい値となる。なお基板２４が円形以外の多角形の環状である場合においても、複数のコンデンサ２１は、第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離が部分的に異なる値となる角部など以外の領域に配置される。これにより、基板２４が多角形状であっても、複数のコンデンサ２１のいずれも、その配置位置における第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離Ｄは等しい値となる。これにより本実施の形態でも、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５０】
また本実施の形態では、複数のコンデンサ２１と、複数のスイッチング素子２２とが別個の基板に載置されている。具体的には、本実施の形態の電力変換装置２０は、環状の基板２４として、２枚の基板２４Ａと基板２４Ｂとを有している。基板２４Ａは第１の環状の基板として配置され、基板２４Ｂは第２の環状の基板として配置される。複数のコンデンサ２１は基板２４ＡのＺ方向上側の主表面上に載置されている。複数のスイッチング素子２２は基板２４ＢのＺ方向上側の主表面上に載置されている。基板２４Ａ，２４Ｂの平面形状は互いにほぼ同一であり、いずれもたとえば実施の形態１の基板２４の平面形状とほぼ同一である。
【００５１】
図１１に示すように、基板２４Ａと基板２４ＢとはＺ方向について互いに間隔をあけて配置される。これにより、基板２４Ａと基板２４Ｂとは重なるように配置されている。このため基板２４Ａの外周部と基板２４Ｂの外周部とが平面視において互いに重なる位置に配置される。また基板２４Ａの内周部と基板２４Ｂの内周部とが平面視において互いに重なる位置に配置される。これにより、基板２４Ａと基板２４Ｂとの外周部には、同一の第１のバスバー１１Ａが共有されるように配置される。すなわち第１のバスバー１１Ａは、基板２４Ａの外周部から基板２４Ｂの外周部まで、Ｚ方向に沿って実施の形態１よりも長く延びるように配置される。同様に、基板２４Ａと基板２４Ｂとの内周部には、同一の第２のバスバー１２Ａが共有されるように配置される。すなわち第２のバスバー１２Ａは、基板２４Ａの内周部から基板２４Ｂの内周部まで、Ｚ方向に沿って実施の形態１よりも長く延びるように配置される。
【００５２】
複数のスイッチング素子２２から交流の電力が、たとえば図１０、図１１に示されないモータに出力されるための交流出力部２３が備えられている。交流出力部２３は、それぞれのスイッチング素子２２に繋がっている。交流出力部２３がスイッチング素子２２に繋がる点は、図１（図８）において直列接続されるスイッチング素子２２ａ，２２ｃ，２２ｅとスイッチング素子２２ｂ，２２ｄ，２２ｆとを繋ぐ点に相当する。この点において、バッテリー１０から供給される直流の電力が交流の電力に変換されたものが、出力される。
【００５３】
第２のバスバー１２Ａを構成するたとえば円筒形状の本体部には、これを貫通するように貫通孔１２Ｃが形成されている。貫通孔１２Ｃは、第２のバスバー１２Ａを構成する円筒形状の側壁の部分を、平面視における径方向に貫通するように形成されている。これにより、スイッチング素子２２に接続された交流出力部２３は、第２のバスバー１２Ａに向けて延び、貫通孔１２Ｃを貫通する。このように貫通孔１２Ｃを通ることで、交流出力部２３は第２のバスバー１２Ａの内部を通る。これにより交流出力部２３は第２のバスバー１２Ａの内側の空洞部分に達する。その空洞部分から、交流出力部２３は、たとえば図１１のＺ方向の上側に引き延ばされる。この引き延ばされた交流出力部２３は、図１１に示す最上部よりもさらに上方にて、たとえば図示されないモータに接続される。
【００５４】
図１１においては第２のバスバー１２Ａに貫通孔１２Ｃが形成されており、交流出力部２３は第２のバスバー１２Ａの貫通孔１２Ｃを貫通することで第２のバスバー１２Ａの内部を通り、第２のバスバー１２Ａのさらに内側の空洞部から交流出力部２３が引き出されるように配置される。しかしこれに限らず、たとえば第１のバスバー１１Ａに貫通孔が形成され、交流出力部２３は第１のバスバー１１Ａの当該貫通孔を貫通することで第１のバスバー１１Ａの内部を通り、第１のバスバー１１Ａの外側から交流出力部２３が引き出されるように配置されてもよい。ただしこの場合、交流出力部２３は第１のバスバー１１Ａの内部を通った後第１のバスバー１１Ａの外側に出てＺ方向上方に延びることになる。このため径方向の電力変換装置２０全体のサイズが、露出した交流出力部２３の分だけ大きくなる。また交流出力部２３が露出すると、たとえ第２のバスバー１２Ａが接地電位とされノイズの低減効果を有したとしても、その外側の交流出力部２３により当該ノイズの低減効果が得られなくなる恐れがある。このような状況を回避し、第２のバスバー１２Ａの内側の空洞部分を交流出力部２３の通路として有効利用する観点から、第２のバスバー１２Ａ側に貫通孔１２Ｃが形成されることがより好ましい。
【００５５】
＜作用効果＞
本実施の形態においても実施の形態１，２と同様の作用効果を奏するためその説明を繰り返さない。本実施の形態ではそれらの他に以下の追加の作用効果を奏する。まず本実施の形態においては、コンデンサ２１が複数配置される。これにより電力変換装置２０の静電容量を増加させることができる。
【００５６】
本実施の形態においては、複数のコンデンサ２１は環状の基板としての第１の環状の基板２４Ａに載置される。複数のスイッチング素子２２は、第１の環状の基板とは異なる環状の基板としての第２の環状の基板２４Ｂに載置される。基板２４Ａと基板２４Ｂとは重なるように配置される。基板２４Ａと基板２４Ｂとの外周部には、同一の第１のバスバー１１Ａが共有されるように配置される。基板２４Ａと基板２４Ｂとの内周部には、同一の第２のバスバー１２Ａが共有されるように配置される。
【００５７】
複数のコンデンサ２１が、それ専用の、すなわちスイッチング素子２２を載置しない基板２４Ａに載置されることにより、コンデンサ２１がスイッチング素子２２と併せて単一の基板２４に載置される場合に比べて、より多くの数のコンデンサ２１を基板２４Ａに載置できる。このため、たとえば複数のコンデンサ２１の総静電容量は同じであっても、たとえば静電容量が半分のコンデンサ２１を実施の形態１などの２倍の個数だけ並列接続するよう載置することができる。このようにすれば、実施の形態１などに比べて個々のコンデンサ２１に分流するリップル電流を半減させることができる。このため各コンデンサ２１の発熱量をより小さくすることができる。これによりコンデンサ２１を長寿命化でき、それにより電力変換装置２０全体を長寿命化できる。
【００５８】
また複数の基板２４を重ねて配置することにより、それらを平面視において並べるように配置する場合に比べて、電力変換装置２０の省スペース化を図ることができる。
【００５９】
本実施の形態においては、複数のスイッチング素子２２から交流の電力が出力されるための交流出力部２３をさらに備える。交流出力部２３は、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａのいずれかの内部を通るように配置される。
【００６０】
図１１においては基板２４ＡがＺ方向の下側に、基板２４Ｂが上側に配置される。しかし逆に、基板２４ＢがＺ方向の下側に、基板２４Ａが上側に配置されてもよい。しかしこの場合、スイッチング素子２２の上にコンデンサ２１を載置した基板２４Ａが配置されるため、基板２４Ｂ上に直接端子台または配線パターンを引き出すことが困難である。そこで、図１０および図１１に示すような本実施の形態の、交流出力部２３が貫通孔１２Ｃを貫通する構成とすることにより、基板２４Ａと基板２４Ｂとの上下方向の位置関係にかかわらず、容易に交流出力部２３を上方に引き出すことができる。また交流出力部２３が第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａのいずれかの内部を通るため、交流出力部２３が第２のバスバー１２Ａの内側または第１のバスバー１１Ａの外側に引き出される。これにより、基板２４に載置されたコンデンサ２１およびスイッチング素子２２との干渉を気にすることなく交流出力部２３を設置できる。これにより交流出力部２３の設置作業の作業性が向上できる。なおこのような作用効果は、図１１よりもさらに基板２４の積層される枚数が増えた場合にも有効である。さらに、交流出力部２３が第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａのいずれかの内部を通るための貫通孔１２Ｃを設けるだけで上記の作用効果が得られる。したがって交流出力部２３の設置のために第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａの平面視での面積を大きく変更する必要がなくなる。
【００６１】
実施の形態４．
＜電力変換装置の構成＞
図１２は、実施の形態４に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された部分を抜き取って示す概略断面図である。つまり説明の便宜上、まず図１２ではスイッチング素子２２の配置される部分については示さず、電力変換装置２０のうちコンデンサ２１の配置される部分のみ示している。これ以降の各図においては、図１１と同様に、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２が配置される位置における断面態様を示している。図１２を参照して、実施の形態４の電力変換装置２０について実施の形態３の電力変換装置２０と同様部分の説明を繰り返さない。ただし本実施の形態では、複数のコンデンサ２１の配置態様について実施の形態３と異なる。
【００６２】
具体的には、本実施の形態では、環状の基板２４として、２枚の基板２４Ａと基板２４ａとを有している。これらは双方とも第１の環状の基板として配置されている。つまり基板２４Ａおよび基板２４ａのいずれにもコンデンサ２１が載置されている。基板２４Ａおよび基板２４ａには、互いに同じ側の主表面上すなわちＺ方向上側の主表面上にコンデンサ２１が複数載置されている。このように複数のコンデンサ２１が載置される第１の環状の基板を複数有している。図１２の基板２４Ａと基板２４ａとはＺ方向に互いに間隔をあけて、それらの外周部および内周部のそれぞれが平面視において互いに重なる位置に配置される。
【００６３】
図１３は、実施の形態４に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。図１３を参照して、コンデンサ２１が載置された基板２４を複数有する本実施の形態の電力変換装置２０では、基板２４Ａ，２４ａの他に、基板２４Ｂを有している。基板２４Ｂは第２の環状の基板として配置されている。つまり基板２４Ｂにはスイッチング素子２２が載置されている。基板２４Ｂには基板２４Ａ，２４ａにおけるコンデンサ２１と互いに同じ側の主表面上すなわちＺ方向上側の主表面上に、スイッチング素子２２が複数載置されている。
【００６４】
図１３に示すように、基板２４Ｂは、Ｚ方向について基板２４Ａと基板２４ａとの間に、基板２４Ａと基板２４ａとのいずれとも間隔をあけて配置されている。つまり図１３では基板２４Ｂは、積み重ねられる３つの基板のうち中層に配置される。基板２４Ａと基板２４Ｂと基板２４ａとは重なるように配置されている。それぞれの基板の外周部および内周部は互いに重なる。このため基板２４Ａ，２４ａと基板２４Ｂとの外周部には、同一の第１のバスバー１１Ａが共有されるように配置される。基板２４Ａ，２４ａと基板２４Ｂとの内周部には、同一の第２のバスバー１２Ａが共有されるように配置される。
【００６５】
本実施の形態においても実施の形態３と同様に、複数のスイッチング素子２２から交流の電力が出力されるための交流出力部２３が備えられている。交流出力部２３は、第２のバスバー１２Ａに形成された貫通孔１２Ｃを貫通することで、第２のバスバー１２Ａの内部を通り、図示されないモータに出力される。このような構成を有するため、基板２４Ｂは電力変換装置２０全体の基板が複数積み重ねられるなかでの最上層、最下層、中層のいずれの層にも配置可能である。ただし図１３のように、スイッチング素子２２の載置される基板２４Ｂは、コンデンサ２１の配置される基板２４Ａ，２４ａに挟まれるように中層に配置されることがより好ましい。また本実施の形態でも実施の形態３と同様に、貫通孔１２Ｃ内を交流出力部２３が通ることにより、基板２４に載置されたコンデンサ２１およびスイッチング素子２２との干渉を気にすることなく交流出力部２３を設置できる。
【００６６】
なお図１３においては第１の環状の基板すなわちコンデンサ２１が載置された基板は、基板２４Ａ，２４ａの２枚である。しかし必要に応じてコンデンサ２１が載置された基板の枚数を増やすこともできる。その場合、図１３における基板２４Ａの下側、および基板２４ａの上側に基板を追加配置することが好ましい。つまり、スイッチング素子２２が載置された基板２４ＢがＺ方向の中央の基板となるように、その上下に互いに等しい数のコンデンサ２１が載置された基板を配置することが好ましい。基板２４Ｂを常にＺ方向の中央の段に配置しその上下の段にコンデンサ２１の基板を置く。これにより、基板２４Ｂがたとえば最上段に置かれる場合に比べて、スイッチング素子２２から各基板２４のコンデンサ２１までの配線の長さの差を小さくすることができる。その結果、各配線の寄生インダクタンスが発生するノイズを低減できる。また各配線の寄生インダクタンスのばらつきが小さくなることにより、コンデンサ２１のリップル電流およびそれに伴う発熱量の偏差を小さくし、電力変換装置２０を長寿命化できる。
【００６７】
＜作用効果＞
次に、本実施の形態の背景について説明した後、本実施の形態の電力変換装置２０の追加の作用効果について説明する。
【００６８】
たとえば実施の形態３では、コンデンサ２１をそれ専用の基板２４Ａに載置しており、スイッチング素子２２を載置する基板２４Ｂと別の基板を用いている。ここで特に載置するコンデンサ２１の数を増やす場合には、円環状の基板２４Ａの径方向、すなわち円環状の中心から延びる放射線に沿うよう間隔をあけて複数列並べるようにコンデンサ２１が配置されてもよい。ただしそのようにすると、基板２４Ａの幅Ｄ（図１１参照）を大きくする必要がある。これにより第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの距離が大きくなれば、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａにより生じるノイズを増幅させる原因となる。
【００６９】
そこで本実施の形態においては、複数のコンデンサ２１が載置される環状の基板としての複数の第１の環状の基板２４Ａ，２４ａを有している。複数のスイッチング素子２２は、複数の第１の環状の基板２４Ａ，２４ａとは異なる環状の基板としての第２の環状の基板２４Ｂに載置される。複数の第１の環状の基板２４Ａ，２４ａと第２の環状の基板２４Ｂとは重なるように配置される。複数の第１の環状の基板２４Ａ，２４ａと第２の環状の基板２４Ｂとの外周部には、同一の第１のバスバー１１Ａが共有されるように配置される。複数の第１の環状の基板２４Ａ，２４ａと第２の環状の基板２４Ｂとの内周部には、同一の第２のバスバー１２Ａが共有されるように配置される。
【００７０】
このように、コンデンサ２１の数を増やす場合に、基板２４Ａの幅Ｄを広くする代わりに、コンデンサ２１を載置する基板の数を増やし、それらの基板を互いに重なるように配置する。このようにすれば、基板２４Ａの幅Ｄすなわち第１のバスバー１１Ａと第２のバスバー１２Ａとの間隔を広くすることなく、電力変換装置２０により多数のコンデンサ２１を載置することができる。このため第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａにより生じるノイズを低減できる。
【００７１】
実施の形態５．
＜電力変換装置の構成＞
図１４は、実施の形態５に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された態様を示す概略断面図である。図１４を参照して、実施の形態５の電力変換装置２０について実施の形態３，４の電力変換装置２０と同様部分の説明を繰り返さない。ただし本実施の形態では、複数のコンデンサ２１が、基板の互いに反対側であるＺ方向上側および下側の主表面上の双方に載置されている。
【００７２】
具体的には、図１４に示すように、複数のコンデンサ２１のうちの一部は、基板２４のＺ方向の上側の主表面２４ｆ上に載置される。また複数のコンデンサ２１のうちの他の一部は、基板２４のＺ方向の下側の主表面２４ｇ上に載置される。複数のコンデンサ２１の一部と他の一部とが、基板２４のうち互いに反対側の主表面上に載置されている。このためたとえば主表面２４ｇ上のコンデンサ２１は、主表面２４ｆ上のコンデンサ２１に対して反転している。電解コンデンサのようにコンデンサ自体に極性を有する場合には、基板２４の主表面２４ｆ上と主表面２４ｇ上との間でコンデンサ２１の接続されるべき方向が逆転する。
【００７３】
なおこれ以降の各図においては第２のバスバー１２Ａの貫通孔１２Ｃおよび交流出力部２３が示されていないが、実施の形態３，４と同様にこれらが設けられてもよい。また図１４にはスイッチング素子２２が示されないが、実施の形態３，４と同様にスイッチング素子２２が設けられている。これにより本実施の形態でも実施の形態３，４と同様に、交流出力部２３の設置作業性が向上できる効果が得られる。
【００７４】
＜作用効果＞
次に、本実施の形態の背景について説明した後、本実施の形態の電力変換装置２０の追加の作用効果について説明する。
【００７５】
たとえば実施の形態４ではコンデンサ２１が載置された第１の環状の基板が複数重ねられる。しかし複数の基板２４を重ねた場合、電力変換装置２０全体のＺ方向の高さが、複数の基板２４を重ねない場合に比べて高くなる。これにより電力変換装置２０全体が大型化する。
【００７６】
そこで本実施の形態においては、複数のコンデンサ２１の一部は、環状の基板２４の一方の主表面２４ｆ上に載置される。複数のコンデンサ２１の他の一部は、環状の基板２４の一方の主表面２４ｆと反対側の他方の主表面２４ｇ上に載置される。これにより、１枚の基板２４が、一方の主表面上のみにコンデンサ２１が載置された基板に換算して２枚分のコンデンサ２１を載置される。したがって実施の形態４のように一方の主表面上のみにコンデンサ２１が載置された基板２４が複数重ねられる構成に比べて基板２４の数を減少させ、電力変換装置２０全体のＺ方向の高さを低くすることができる。これにより電力変換装置２０全体を小型化できる。
【００７７】
実施の形態６．
＜電力変換装置の構成＞
図１５は、実施の形態６に係る電力変換装置での、基板にコンデンサが載置された態様を示す概略断面図である。図１５を参照して、実施の形態６の電力変換装置２０について実施の形態１，２，３の電力変換装置２０と同様部分の説明を繰り返さない。ただし本実施の形態では、複数のコンデンサ２１のそれぞれが、複数の基板２４の互いに対向する主表面のそれぞれに載置されている。
【００７８】
具体的には、図１５に示すように、環状の基板２４として、第１の環状の基板である基板２４Ａと、第２の環状の基板である基板２４ａとを有している。基板２４Ａと基板２４ａとは重なるように配置されており、それぞれの基板の外周部および内周部は互いに重なる。このため基板２４Ａと基板２４ａとの外周部には同一の第１のバスバー１１Ａが、内周部には同一の第２のバスバー１２Ａが、共有されるように配置される。
【００７９】
図１５においては、第１の環状の基板２４Ａ、第２の環状の基板２４ａとのいずれにも複数のコンデンサ２１が載置されている。言い換えればコンデンサ２１が載置される基板２４ａを、第２の環状の基板と定義している。この点において本実施の形態は、第２の環状の基板にはスイッチング素子２２が載置される実施の形態３，４とは定義上異なるものとする。ただし図１５には示されないが、実施の形態３，４と同様に、基板２４Ａ，２４ａとは別の、基板２４Ａ，２４ａと重なる基板に、スイッチング素子２２が設けられている。
【００８０】
基板２４Ａ，２４ａともに、そのＺ方向の上側の主表面２４ｆと、Ｚ方向の下側の主表面２４ｇとを有している。基板２４Ａの下側の主表面２４ｇ上と、基板２４ａの上側の主表面２４ｆ上とのそれぞれに、複数のコンデンサ２１の少なくとも１つが載置されている。つまり互いに重なる基板２４Ａの主表面２４ｇと、基板２４ａの主表面２４ｆとは互いに対向している。この互いに対向する基板２４Ａの下側の主表面２４ｇと基板２４ａの上側の主表面２４ｆとに挟まれた領域内に収まるように、複数のコンデンサ２１の少なくとも１つが載置されている。主表面２４ｇ上のコンデンサ２１は、主表面２４ｆ上のコンデンサ２１に対して反転している。電解コンデンサのようにコンデンサ自体に極性を有する場合には、基板２４の主表面２４ｆ上と主表面２４ｇ上との間でコンデンサ２１の接続されるべき方向が逆転する。
【００８１】
視点を変えれば、本実施の形態の電力変換装置２０においては、実施の形態４の電力変換装置２０における基板２４ａがＺ方向について上下反転した態様にほぼ等しい。なお基板２４Ａについては実施の形態４と同様に配置されている。互いに対向する１対の主表面２４ｇ，２４ｆのそれぞれに形成されたコンデンサ２１同士の干渉を抑制する観点から、各コンデンサ２１は、図１５におけるＹ方向すなわち径方向について、基板２４上の中央からずれた位置に配置されている。具体的には図１５では、基板２４Ａのコンデンサ２１は基板２４の径方向の中央よりも外側である第１のバスバー１１Ａ側に配置されている。また図１５では、基板２４ａのコンデンサ２１は基板２４の径方向の中央よりも内側である第２のバスバー１２Ａ側に配置されている。
【００８２】
＜作用効果＞
本実施の形態の追加の作用効果は以下の通りである。本実施の形態においては、環状の基板２４として、第１の環状の基板２４Ａと、第２の環状の基板２４ａとが重なるように配置される。第１の環状の基板２４Ａと、第２の環状の基板２４ａとの互いに対向するそれぞれの主表面２４ｇ，２４ｆ上の双方に、複数のコンデンサ２１の少なくとも１つが載置される。このようにすれば、基板２４は２枚存在するが、それらを組み合わせる際に、それぞれの基板２４Ａ，２４ａに載置されたコンデンサ２１が、いずれも互いに重なる２枚の基板２４Ａ，２４ａの間に配置される。このため実施の形態４では互いに重なる２枚の基板２４Ａ，２４ａのうち上側の基板上に配置されるコンデンサ２１を、２枚の基板２４Ａ，２４ａの間の領域に収めることができる。このためその分だけ、電力変換装置２０全体のＺ方向の高さを低くすることができる。これにより電力変換装置２０全体を小型化できる。
【００８３】
実施の形態７．
＜電力変換装置の構成＞
図１６は、実施の形態７の第１例に係る電力変換装置での、基板、バスバーおよび冷却器の配置態様を示す概略平面図である。図１６を参照して、本実施の形態の第１例の電力変換装置２０においては、上記の実施の形態１〜６のそれぞれの電力変換装置２０に対して、冷却器２５が設けられている。
【００８４】
具体的には、図１６に示すように、平面視における第１のバスバー１１Ａの外側、および第２のバスバー１２Ａの内側に接触するように、冷却部材としての筒状の冷却器２５が配置されている。冷却器２５は第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａと同一の形状を有している。すなわち第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａが円筒形状であれば、冷却器２５も円筒形状である。
【００８５】
冷却器２５は平面視における第１のバスバー１１Ａ、第２のバスバー１２Ａの１周全体に接触してもよい。しかし冷却器２５は第１のバスバー１１Ａ、第２のバスバー１２Ａの周方向の一部のみに接触してもよい。また第１のバスバー１１Ａ、第２のバスバー１２Ａのいずれか一方のみに接触するように冷却器２５が配置されてもよい。つまり第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａの少なくとも一方に接触するように冷却器２５が配置されてもよい。
【００８６】
冷却器２５は、その内部にエチレングリコールなどの冷媒が循環した構造となっている。バッテリー１０（図１、図８参照）の負極側と接続された第１のバスバー１１Ａまたは第２のバスバー１２Ａは、冷却器２５と一体型にして、電気自動車などの車体の接地電位に接続することもできる。
【００８７】
図１７は、実施の形態７の第２例に係る電力変換装置での、基板にコンデンサおよびスイッチング素子が載置された態様を示す概略断面図である。図１７を参照して、本実施の形態の第１例の電力変換装置２０においては、上記の実施の形態１〜６のそれぞれの電力変換装置２０に対して、冷却部材としての放熱材２６が設けられている。
【００８８】
具体的には、図１７に示すように、放熱材２６は、基板２４の主表面上に載置されたコンデンサ２１およびスイッチング素子２２を覆う。同時にこの放熱材２６は、たとえば基板２４のコンデンサ２１などが載置された主表面のＺ方向の上側の領域における、平面視における第１のバスバー１１Ａの内側、および第２のバスバー１２Ａの外側の表面を接触するように覆う。放熱材２６は第１のバスバー１１Ａ、第２のバスバー１２Ａのいずれか一方のみに接触するように配置されてもよい。この放熱材２６は、絶縁性のグリスまたはシートなどであることが好ましい。
【００８９】
＜作用効果＞
本実施の形態の第１例の電力変換装置２０は、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに接触するように、冷却部材としての筒状の冷却器２５が配置される。このようにすれば、バスバーを直接冷却することで、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａ自体の温度上昇を抑制できる。また上記の各実施の形態に示すように、コンデンサ２１は基板２４内の第１の配線パターン１１Ｂおよび第２の配線パターン１２Ｂを通じて第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａと接続されている。このためバスバーを直接冷却することで、第１の配線パターン１１Ｂおよび第２の配線パターン１２Ｂを経由させコンデンサ２１の発する熱を放熱できる。また実施の形態３にて上記したように、第１のバスバー１１Ａまたは第２のバスバー１２Ａの一部に貫通孔１２Ｃを設けることでそこを貫通するように交流出力部２３を引き出せる。これにより、交流出力部２３の設置のために第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａの平面視での面積を大きく変更する必要がなくなる。このため、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａを筒状の冷却器２５で直接冷却する効果を高めることができる。
【００９０】
また、たとえば基板２４の径方向について異なる位置に複数のコンデンサ２１が配置される場合、各コンデンサ２１の第１のバスバー１１Ａまたは第２のバスバー１２Ａとの距離が異なる。この場合、バスバーに近い位置のコンデンサ２１は、バスバーから離れた位置のコンデンサ２１に比べて、バスバーからの熱を多く受けるために温度が高くなる。これにより、基板２４に載置される複数のコンデンサ２１間の温度にばらつきが生じる。すると上記のように一部のコンデンサの寿命が他のコンデンサよりも短くなり、電力変換装置２０全体が故障する恐れがある。しかし本実施の形態の第１例の電力変換装置２０によれば、バスバーを直接冷却できるため、コンデンサ２１のバスバーからの受熱の影響を軽減できる。
【００９１】
本実施の形態の第２例の電力変換装置２０は、第１のバスバー１１Ａおよび第２のバスバー１２Ａに接触するように、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２の周辺を覆う冷却部材としての放熱材２６が配置される。このようにすれば、バスバーを冷却するとともに、コンデンサ２１およびスイッチング素子２２をその表面から直接放熱材２６で冷却できる。このため、特に実施の形態３〜６のように複数の基板２４を積み重ねる構成において互いに重なる複数の基板２４の間の領域に熱がこもりやすい構成において、冷却効果を高められる。
【００９２】
以上の冷却効果により、本実施の形態では、コンデンサ２１の発熱量が小さくなるため、電力変換装置２０を長寿命化できる。
【００９３】
実施の形態８．
実施の形態１〜７の電力変換装置２０は、第２のバスバー１２Ａの内側に空洞を有する。このためたとえば特開２００１−３５２７６７号公報に開示の矩形状の電力変換装置に比べて、空洞の分だけ配置スペースが大きくなる可能性がある。そこで本実施の形態では、円環状の基板２４を有する実施の形態１〜７の電力変換装置２０において、第２のバスバー１２Ａの内側の空洞部分に、当該電力変換装置２０が搭載される電気自動車等のタイヤの車軸を嵌合させる。これにより、タイヤの車軸と電力変換装置２０とが一体になるように配置される。
【００９４】
このようにすれば、たとえば電気自動車のエンジンルーム内に電力変換装置２０を配置するためのスペースを別途設けなくても、通常の自動車のタイヤの車軸部分のスペースに電力変換装置２０を配置できる。このため自動車におけるスペースを有効利用するように電力変換装置２０を配置できる。
【００９５】
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
【００９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１０  バッテリー、１１，１２  配線部、１１Ａ  第１のバスバー、１１Ｂ  第１の配線パターン、１２Ａ  第２のバスバー、１２Ｂ  第２の配線パターン、１２Ｃ  貫通孔、２０  電力変換装置、２１  コンデンサ、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ  スイッチング素子、２３  交流出力部、２４，２４Ａ，２４ａ，２４Ｂ  基板、２４ｆ，２４ｇ  主表面、２５  冷却器、２６  放熱材、３０  モータ。
【図１】
2020230894.tif 000004
【図２】
2020230894.tif 000005
【図３】
2020230894.tif 000006
【図４】
2020230894.tif 000007
【図５】
2020230894.tif 000008
【図６】
2020230894.tif 000009
【図７】
2020230894.tif 000010
【図８】
2020230894.tif 000011
【図９】
2020230894.tif 000012
【図１０】
2020230894.tif 000013
【図１１】
2020230894.tif 000014
【図１２】
2020230894.tif 000015
【図１３】
2020230894.tif 000016
【図１４】
2020230894.tif 000017
【図１５】
2020230894.tif 000018
【図１６】
2020230894.tif 000019
【図１７】
2020230894.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月31日(2021.5.31)
【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】
直流電源から供給される電力を交流に変換して出力するためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサが載置される環状の基板と、
前記環状の基板の外周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第１のバスバーと、
前記環状の基板の内周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第２のバスバーとを備え、
前記第１のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続され、
前記第２のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続され、
前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの距離は前記コンデンサの配置される位置において等しく、
前記コンデンサは複数備えられ、
前記スイッチング素子は前記環状の基板に複数載置され、
前記複数のコンデンサは前記環状の基板としての第１の環状の基板に載置され、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１の環状の基板とは異なる前記環状の基板としての第２の環状の基板に載置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板とは重なるように配置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板との前記外周部には、同一の前記第１のバスバーが共有されるように配置され、
前記第１の環状の基板と前記第２の環状の基板との前記内周部には、同一の前記第２のバスバーが共有されるように配置される、電力変換装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチング素子から交流の電力が出力されるための交流出力部をさらに備え、
前記交流出力部は、前記第１のバスバーおよび前記第２のバスバーのいずれかの内部を通るように配置される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数のコンデンサの一部は、前記環状の基板の一方の主表面上に載置され、
前記複数のコンデンサの他の一部は、前記環状の基板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に載置される、請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
直流電源から供給される電力を交流に変換して出力するためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサが載置される環状の基板と、
前記環状の基板の外周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第１のバスバーと、
前記環状の基板の内周部に、前記環状の基板を周回するように配置される筒状の第２のバスバーとを備え、
前記第１のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか一方に接続され、
前記第２のバスバーは前記直流電源の正極または負極のいずれか他方に接続され、
前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの距離は前記コンデンサの配置される位置において等しく、
前記コンデンサは複数備えられ、
前記環状の基板として、第１の環状の基板と、第２の環状の基板とが重なるように配置され、
前記第１の環状の基板と、前記第２の環状の基板との互いに対向するそれぞれの主表面上の双方に、前記複数のコンデンサの少なくとも１つが載置される、電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子は前記環状の基板に複数載置される、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１のバスバーに前記直流電源の負極が接続され、
前記第２のバスバーに前記直流電源の正極が接続され、
前記第１のバスバーは接地電位とされる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１のバスバーおよび前記第２のバスバーに接触するように冷却部材が配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
2020230894.tif 000021
2020230894.tif 000022
2020230894.tif 000023
2020230894.tif 000024