JP2015139299A - 電力変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、インバータ回路と電圧コンバータ回路とコンデンサを有する電力変換器に係り、インバータ回路や電圧コンバータ回路のスイッチング素子をコンデンサを接続するバスバのインダクタンスを低減する。【解決手段】本明細書が開示する電力変換器２は、スイッチング素子を収容している複数のパワーカード（ＰＣ１−ＰＣ７）と、パワーカードと交互に積層されている複数の冷却器２１と、コンデンサユニット２５を備える。パワーカードとコンデンサを接続する正極バスバ４と負極バスバ３は、重なり合ってコンデンサユニット２５から、積層方向に直交する方向に沿ってパワーカードの正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間まで伸びている。正極バスバ４と負極バスバ３は、さらに、積層方向に直角に折れ曲がり、正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間で互いに逆方向に分かれて夫々が正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１に接続している。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換器に関する。特に、電動車両においてバッテリの電力を交流に変換して走行用のモータに供給する電力変換器に関する。本明細書における「電動車両」には、走行用にモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含む。

電動車両は、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した周波数の交流電力に変換する電力変換器を備える。電動車両の走行用モータは出力が大きい。それゆえ、電力変換器も大電流を扱う。電力変換器は、多数のスイッチング素子（トランジスタ）を備え、それらスイッチング素子群のスイッチング動作によって電圧変換や直流／交流変換を行う。スイッチング素子は、大電流を導通したり遮断したりするので発熱量が大きく、それゆえ、電力変換器はスイッチング素子群を冷却する冷却器を備える。他方、車載デバイスには小型化が求められる。そこで、スイッチング素子群を集積して効率よく冷却する技術が提案されている（例えば特許文献１、２）。

特許文献１、２が開示する電力変換器は、スイッチング素子を収容した平板型の複数のパワーカードと複数の冷却器を交互に積層した積層ユニットを採用している。積層ユニットは、少ないスペースでパワーカードと冷却器の間の大きな接触面積を得ることができる。

一方、例えばバッテリの出力が５００［Ｖ］であり、走行用モータの出力が５０［ｋW］の場合、電力変換器には１００［Ａ］の電流が流れる。そのような大電流がスイッチング動作で脈動すると、スイッチング素子同士を電気的に接続するバスバのインダクタンスに起因する電力損失も無視できないほど大きくなる。特許文献２には、複数のパワーカードが積層されている積層ユニットの特徴を活かしてバスバのインダクタンスを低減する技術が開示されている。なお、バスバとは、内部抵抗を小さくするため、ケーブルではなく、金属板あるいは金属棒を使った導電部材のことである。

特許文献２が開示する電力変換器の積層ユニットでは、積層された複数のパワーカードの正極端子群が積層方向に一列に並び、その隣に、負極端子群が一列に並んでいる。複数のパワーカードの正極端子群を接続する正極バスバと、負極端子群を接続する負極バスバは、重なり合って、正極端子群の列と負極端子群の列の間を並走している。重なり合っている正極バスバと負極バスバから夫々反対方向に複数の枝が分岐しており、正極バスバの各枝が各正極端子に接続しており、負極バスバの各枝が各負極端子に接続している。なお、本明細書では、パワーカードに内蔵される回路の高電位側の端子を正極端子と称し、低電位側の端子を負極端子と称する。パワーカードが２個のスイッチング素子を直列回路を含む場合、その直列回路の高電位側の端子が正極端子に相当し、低電位側の端子が負極端子に相当する。

並走している正極バスバと負極バスバには電流が互いに逆方向に流れることになる。重なり合って並走する２本のバスバで電流が反対方向に流れると、各バスバが発生する磁界が打ち消し合い、インダクタンスが低減される。

特開２０１２−２４９４５３号公報 特開２０１３−０９０４０８号公報

本明細書は、特許文献２と異なる構造で正極バスバと負極バスバを併走させてバスバのインダクタンスを低減する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換器は、上記した積層ユニットと、その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コンデンサと、そのコンデンサの一方の電極と少なくとも１枚のパワーカードの正極端子を接続する正極バスバと、コンデンサの他方の電極と上記の「少なくとも１枚のパワーカード」の負極端子を接続する負極バスバを備えている。以下、説明の便宜上、上記した「少なくとも１枚のパワーカード」を第１パワーカードと称する。また、「積層ユニットの積層方向に直交する方向」を「積層直交方向」と称する。

本明細書が開示する電力変換器では、一つのパワーカードの正極端子と負極端子は、積層直交方向に並んでパワーカードから延出している。そして、正極バスバと負極バスバは、重なり合ってコンデンサから積層直交方向に沿って正極端子と負極端子の間まで伸びており、積層方向に沿って直角に折れ曲がり、正極端子と負極端子の間で互いに逆方向に分かれて夫々が正極端子と負極端子に接続する。

上記の構成によれば、積層ユニットの積層直交方向で隣接配置されているコンデンサから伸びる正極バスバと負極バスバを、積層ユニットのパワーカードの直前まで並走させることができ、インダクタンスを低減することができる。

本明細書が開示する電力変換器は、全てのパワーカードの正極端子と負極端子が上記の態様でバスバと接続しているものに限られない。少なくとも１つのパワーカード（第１パワーカード）の正極端子と負極端子が上記の態様でバスバと接続していればよい。特に、積層方向の一方の端に位置するパワーカードの正極端子と負極端子に接続するバスバが上記の構造を有しているとよい。即ち、本明細書が開示する電力変換器は、以下の態様を備えていると良い。正極バスバと負極バスバの夫々は、１枚の金属板で作られている。各バスバは、バスバ本体部と、複数の枝部を備える。バスバ本体部は、上記コンデンサと接続しているとともに積層ユニットの積層方向に沿って伸びている。複数の枝部は、積層ユニットの積層方向に並んでバスバ本体から伸びている。そして、バスバ本体の積層方向の一端に位置する枝部が、上記の構成を有している。即ち、正極バスバと負極バスバは、バスバ本体の積層方向の一端に位置する枝部が、重なり合ってコンデンサから積層直交方向に沿って正極端子と負極端子の間まで伸びており、積層方向に直角に折れ曲がり、正極端子と負極端子の間で互いに逆方向に分かれて夫々が前記正極端子と前記負極端子と接続している。

上記した一端の枝部の具体的な形状の一つは、以下の通りである。積層方向の端に位置する一つの枝部は、第１屈曲部と、第２屈曲部と、一対の先端部を備える。第１屈曲部は、バスバ本体の積層方向の一端にて積層直交方向に屈曲している。第２屈曲部は、第１屈曲部の先端でさらに積層方向に沿って屈曲している。一対の先端部は、第２屈曲部の先端にてそれぞれ反対方向に伸びている。そして、第２屈曲部と一対の先端部を平面に展開したときに前記第２屈曲部と前記一対の先端部がＴ字をなしている。Ｔ字の左右方向に伸びている両端を折り曲げると、２枚のパワーカードの正極端子（負極端子）と接続する部位が得られる。

なお、他の枝部は、夫々、各パワーカードの正極端子と負極端子に向かって直線的に伸びている。「直線的に」とは、多少の屈曲は許容し、概ね、直線的に伸びているケースも含む。上記の構造のバスバは、積層方向に並んだ一端の枝部以外の枝部は構造が簡単であるため、バスバ全体が大きくなることはない。また、上記の構造のバスバは、プレス加工により一枚の金属板から容易に作成することができる。

本明細書が開示する電力変換器の別の態様は、次の構成を備える。電力変換器は、電圧コンバータ回路と、その電圧コンバータ回路で昇圧された電力を交流に変換するインバータ回路を含んでいる。複数のパワーカードは、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容している第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している第２パワーカードを含んでいる。そして、複数のバスバ枝部のうち、上記した複雑な構造を有する枝部（先端がＴ字型の枝部）が第１パワーカードに接続されている。なお、コンデンサは、電力コンバータ回路の出力端とインバータ回路の入力端との間に並列に接続されている。このコンデンサは、電力コンバータ回路が出力してインバータ回路に入力される電流のノイズを除去するために挿入されている。なお、そのようなコンデンサは平滑化コンデンサと呼ばれることがある。

上記の態様は、第１パワーカードに接続されるバスバで長い並走距離を確保し、インダクタンスを低減する。その利点を説明する。電力変換器が、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備える場合、電圧コンバータ回路とインバータ回路には別々のパワーカードのスイッチング素子が割り当てられる。その場合、電圧コンバータ回路用のスイッチング素子を収容した第１パワーカードに接続されるバスバのインダクタンスを低減する方が、インバータ回路用のスイッチング素子を収容した第２パワーカードに接続されるインダクタンスを低減するよりも大きな電力損失低減効果が期待できる。その理由は以下の通りである。

一般に電圧コンバータ回路のキャリア周波数はインバータ回路のキャリア周波数よりも高くすることができる。電圧コンバータ回路のキャリア周波数がインバータ回路のキャリア周波数より高め易いのは、インバータ回路にはモータが接続されているからである。キャリア周波数を上げる場合、スイッチング速度の速いスイッチング素子を使う必要があるが、スイッチング速度の高速化はサージ電圧の増加を招き、モータがそのサージ電圧に耐えられないからである。一方、電圧コンバータには、モータなど、耐サージ電圧が比較的に低いデバイスが接続されていないため、キャリア周波数を高め易い。キャリア周波数を高くするほど、スイッチング素子の脈動による高周波電流が小さくなり、コンデンサの容量を小さくすることができる。

ただし、キャリア周波数が高いほど、スイッチング素子とコンデンサを接続するバスバのインダクタンスに起因する電力損失が大きくなる。インバータ回路よりも電圧コンバータ回路の方がキャリア周波数を高くすることができるので、キャリア周波数が高い電圧コンバータ回路用のスイッチング素子とコンデンサの間のインダクタンスを低減する方が、インバータ回路用のスイッチング素子とコンデンサの間のインダクタンスを下げるよりも電力損失の抑制効果が大きい。

本明細書が開示する技術は、スイッチング素子を収容している複数のパワーカードと複数の冷却器を交互に積層した積層ユニットを有する電力変換器に係り、複数のパワーカードの正極端子群を接続する正極バスバと負極端子群を接続する負極バスバを、パワーカードの直前まで並走させてバスバに発生するインダクタンスを低減する。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。

実施例の電力変換器を含む電気自動車の電力系のブロック図である。 平滑化コンデンサと積層ユニットとそれらを接続するバスバのアセンブリの斜視図である。 図２のアセンブリの平面図である。 正極バスバの折り曲げ前の展開図である。

図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。図１に電力変換器を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、２個のモータ８３ａ、８３ｂを備える。それゆえ、電力変換器２は、２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを備える。なお、２個のモータ８３ａ、８３ｂの出力は、動力分配機構８５で合成／分配されて車軸８６（即ち駆動輪）へと伝達される。

電力変換器２は、システムメインリレー８２を介してバッテリ８１と接続されている。電力変換器２は、バッテリ８１の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路１２と、昇圧後の直流電力を交流電力に変換する２セットのインバータ回路１３ａ、１３ｂを含む。

電圧コンバータ回路１２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入力側（バッテリ側）の高電位端子に接続されているリアクトル７と、入力側の高電位端子と低電位端子の間に接続されているフィルタコンデンサ５、及び、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。

電圧コンバータ回路１２は、バッテリ８１の電圧を昇圧してインバータ回路１３ａ（１３ｂ）へ供給する動作（昇圧動作）と、インバータ回路１３ａ（１３ｂ）側から入力される直流電力を降圧してバッテリ８１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。なお、符号ＰＣ７が示す破線矩形の範囲の回路が、後述するパワーカードＰＣ７に対応する。符号Ｐ１、Ｎ１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Ｐ１）と、低電位側の電極と接続されている端子（負極端子Ｎ１）を表している。次に説明するように、正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１という呼称は、他のパワーカードでも用いる。

インバータ回路１３ａ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Ｐ１）が電圧コンバータ回路１２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Ｎ１）は電圧コンバータ回路１２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、後述するパワーカードＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３に対応する。

インバータ回路１３ｂの構成はインバータ回路１３ａ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１３ｂもインバータ回路１３ａ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。各直列回路が後述するパワーカードＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６に対応する。

インバータ回路１３ａ、１３ｂの入力端に平滑化コンデンサ６が並列に接続されている。平滑化コンデンサ６は、別言すれば、電圧コンバータ回路１２の出力端に並列に接続されている。平滑化コンデンサ６は、電圧コンバータ回路１２の出力電流に重畳しているノイズ（スイッチング動作に伴う電流の脈動）を除去する。

スイッチング素子Ｔ１−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こともあり得る。本明細書が開示する技術の主要な特徴はバスバの構造にあり、スイッチング素子のタイプに依存しない。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。

次に、電力変換器２のハードウエア構成を説明する。図１に破線ＰＣ１−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。なお、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−ＰＣ７を備える。前述したように、各パワーカードに付されている符号Ｐ１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Ｎ１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。

図１において、符号４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Ｐ１群と平滑化コンデンサ６を相互に接続する正極バスバに対応し、符号３が示す破線内の導電経路は、複数の負極端子Ｎ１と平滑化コンデンサ６を相互に接続する負極バスバに対応する。正極バスバ４、負極バスバ３の構造的特徴については後述する。

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、７個のパワーカードＰＣ１−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。図２に、積層ユニット２０と、コンデンサユニット２５と、それらを電気的に接続する正極バスバ４及び負極バスバ３のアセンブリ３０の斜視図を示す。積層ユニット２０は、７枚のパワーカードＰＣ１−ＰＣ７と８枚の冷却器２１を交互に積層したものである。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Ｘ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２４で連結されている。なお、図２では負極バスバ３とコンデンサユニット２５によって見えないが、連結管２４は、パワーカードのＸ軸方向の両側の夫々に配置されている。また、積層方向の一方の端に位置する冷却器２１には冷媒供給管２２と冷媒排出管２３が接続されている。冷媒供給管２２から供給された冷媒は、冷媒供給管２２と同軸に配置された一連の連結管２４群（図中でパワーカードの左側に配置されている不図示の連結管群）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２４群（図中でパワーカードの右側に配置されている連結管群）を通じて冷媒排出管２３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。

各パワーカードの上面から３個の端子（正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１、中間端子Ｑ）が延出されている。３個の端子Ｐ１、Ｎ１、及び、Ｑは、パワーカードの同一側面（図における上面）から同じ方向に延出している。また、３個の端子Ｐ１、Ｎ１、及び、Ｑは、複数のパワーカードの積層方向（図中のＺ軸方向）と直交する方向（図中のＸ軸方向）に並んでいる。パワーカードは２個のスイッチング素子の直列回路を収容しており、正極端子Ｐ１は、その直列回路の高電位側の電極と導通しており、負極端子Ｎ１は直列回路の低電位側の電極と導通している。中間端子Ｑは、直列接続の中点に接続している。なお、図２では隠れて見えないが、各パワーカードの下面からはスイッチング素子のゲートと導通する端子が延出されている。全てのパワーカードは同じ構造を有する。正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の電気回路上の位置は、図１を参照されたい。

図２では、パワーカードＰＣ１とＰＣ６だけに符号Ｐ１を付しているが、全てのパワーカードの正極端子Ｐ１群は、積層方向に一列に並んでいる。同様に、図２ではパワーカードＰＣ１とＰＣ７だけに符号Ｎ１を付しているが、全てのパワーカードの負極端子Ｎ１群も積層方向に一列に並んでいる。中間端子Ｑについても同様である。

各パワーカード（パワーカード内のスイッチング素子の直列回路）は、正極バスバ４と負極バスバ３でコンデンサユニット２５と接続されている。コンデンサユニット２５は、図１に示した平滑化コンデンサ６を収容しているデバイスである。平滑化コンデンサ６は、走行用モータに供給する大電流が流れ込むので大容量であり、コンデンサユニット２５の物理的サイズも大きい。図２に示すように、コンデンサユニット２５のサイズは、積層ユニット２０と同等である。それゆえ、コンデンサユニット２５と各パワーカードを電気的に接続するバスバが長くなる。バスバが長くなるとバスバのインダクタンスも大きくなる。それゆえ、バスバの構造とレイアウトが重要である。

コンデンサユニット２５は、パワーカードＰＣ１−ＰＣ７と冷却器２１の積層方向（図中のＺ軸方向）と直交する方向（図中のＸ軸方向）で積層ユニット２０に隣接配置されている。次に、バスバの構造について説明する。なお、各パワーカードの中間端子Ｑに接続するバスバの構造については図示と説明を省略する。

図３に、図２のアセンブリ３０の平面図を示す。図３の平面図は、図２の構成をＹ軸の正方向からみた図である。理解を助けるため、図３では、積層ユニット２０はパワーカードだけを２点鎖線で示し、冷却器２１や連結管２４の図示は省略した。以下、図２と図３を参照しつつバスバの構造を説明する。

正極バスバ４について説明する。正極バスバ４は、一枚の金属板で作られているが、幾つかの部位に分けて説明する。正極バスバ４は、バスバ本体４ａ、バスバ第１屈曲部４ｂ、バスバ第２屈曲部４ｃ、バスバ先端部４ｄ、及び、バスバ第１枝部４ｅに分けられる。なお、正極バスバ４は、バスバ本体４ａから先が、積層ユニット２０の積層方向の一方の端の２枚のパワーカードＰＣ６、ＰＣ７を接続する部位と、他のパワーカードＰＣ１−ＰＣ５を接続する部位の形状が異なる。パワーカードＰＣ６、ＰＣ７とコンデンサユニット２５を接続する部位は、バスバ本体４ａのほか、バスバ第１屈曲部４ｂ、バスバ第２屈曲部４ｃ、及び、バスバ先端部４ｄである。バスバ第１屈曲部４ｂ、バスバ第２屈曲部４ｃ、及び、バスバ先端部４ｄを合わせてバスバ第２枝部と称することがある。正極バスバ４は、積層方向にそって伸びるバスバ本体４ａと、積層方向に並んでバスバ本体４ａから伸びている複数のバスバ枝部（バスバ第１枝部とバスバ第２枝部）で構成されている。バスバ第１枝部４ｅは、ほぼ直線的に伸びているが、バスバ第２枝部は、複雑に屈曲している。

バスバ第２枝部を説明する。バスバ本体４ａは、コンデンサユニット２５の一方のメタリコン電極２５ａと電気的に接続する部位である、バスバ本体４ａは、積層ユニット２０の積層方向に長い細長形状を有している。バスバ本体４ａの平面は、パワーカードの端子Ｐ１、Ｎ１、及び、Ｑの延出方向（図中のＹ軸方向）と直交する。以下、説明の便宜上、図中のＹ軸方向を端子延出方向と称し、Ｚ軸方向を積層方向と称し、Ｘ軸方向を積層直交方向（積層方向に直交する方向）と称する。

バスバ第１屈曲部４ｂは、バスバ本体４ａから端子延出方向に折れ曲がっている部位である。バスバ第１屈曲部４ｂは、コンデンサユニット２５から積層直交方向に伸びている。バスバ第１屈曲部４ｂは、積層直交方向において正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間まで伸びている。バスバ第１屈曲部４ｂに続くバスバ第２屈曲部４ｃは、積層直交方向にて正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間で積層方向へ直角に折れ曲がっている。バスバ第２屈曲部４ｃは、正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間を積層方向に伸びている。バスバ第２屈曲部４ｃに続く２箇所のバスバ先端部４ｄは、バスバ第２屈曲部４ｃから、積層直交方向に折れ曲がって伸びている。２つのバスバ先端部４ｄの夫々は、パワーカードＰＣ６とＰＣ７の正極端子Ｐ１の夫々と対向する。そして、２つのバスバ先端部４ｄの夫々が、パワーカードＰＣ６とＰＣ７の正極端子Ｐ１の夫々と接合している。バスバ先端部４ｄと正極端子Ｐ１は例えば溶接で接合される。

負極バスバ３も同様の構成を有している。ただし、図２に示すように、負極バスバ３の大部分は正極バスバ４と重なり合っている。負極バスバ３のバスバ本体３ａは、コンデンサユニット２５の他方のメタリコン電極２５ｂと接続している。なお、メタリコン電極２５ａと２５ｂは、コンデンサユニット２５の対向する２側面の夫々に設けられている。

負極バスバ３のバスバ本体３ａは、メタリコン電極２５ｂの側から、コンデンサユニット２５の側面に沿って伸びており、反対側のメタリコン電極２５ａの側で正極バスバ４のバスバ本体４ａに接近し、そこから相互に重なり合っている。なお、正極バスバ４と負極バスバ３は、メタリコン電極との接合部、及び、正極端子Ｐ１（負極端子Ｎ１）との接合部を除き、絶縁コーティングが施されているので短絡はしない。

図２によく示されているように、負極バスバ３も、正極バスバ４のバスバ第１屈曲部４ｂ、バスバ第２屈曲部４ｃの夫々と近接して対向するバスバ第１屈曲部３ｂ、バスバ第２屈曲部３ｃを有している。正極バスバ４のバスバ第１屈曲部４ｂとこれに近接して対向する負極バスバ３のバスバ第１屈曲部３ｂは、重なり合ってコンデンサユニット２５から積層直交方向に沿って正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間まで伸びている。そして、正極バスバ４のバスバ第２屈曲部４ｃと負極バスバ３のバスバ第２屈曲部３ｃは、正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間で積層方向に直角に折れ曲がる。このようにバスバ第１屈曲部４ｂと３ｂ、及び、バスバ第２屈曲部４ｃと３ｃまでは、正極バスバ４と負極バスバ３は重なり合っている。そして、バスバ第２屈曲部４ｃと３ｃの先端で、正極バスバ４のバスバ先端部４ｄと負極バスバ３のバスバ先端部３ｄは、互いに反対方向に折れ曲がり、夫々が正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１と接合している。

パワーカードＰＣ１−ＰＣ５の正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１に接続するバスバ部分の構造は比較的に単純である。正極バスバ４については、積層ユニット２０の積層直交方向で隣接するバスバ本体４ａからバスバ第１枝部４ｅが積層直交方向に伸びており、その先端が各パワーカードの正極端子Ｐ１と接続している。負極バスバ３については、積層ユニット２０の積層直交方向で隣接するバスバ本体３ａからバスバ第１枝部３ｅが積層直交方向に伸びており、その先端が各パワーカードの負極端子Ｎ１と接続している。バスバ第１枝部４ｅ（３ｅ）の先端は、クランク状に屈曲している。図２、図３では、パワーカードＰＣ１の端子と接続するバスバ第１枝部のみに符号４ｅ、３ｅを付しており、他のパワーカードＰＣ２−ＰＣ５のバスバ第１枝部には符号を省略している。

上記構造の正極バスバ４と負極バスバ３の特徴と利点を以下にまとめる。特に、パワーカードＰＣ６とＰＣ７の正極端子Ｐ１及び負極端子Ｎ１と、コンデンサユニット２５を接続する部位の利点について説明する。即ち、積層方向に並んでいる複数のバスバ枝部（バスバ第１枝部とバスバ第２枝部）のうち、積層方向の端に位置しているバスバ第２枝部（バスバ第１屈曲部４ｂ、バスバ第２屈曲部４ｃ、及び、バスバ先端部４ｄ）の利点について説明する。なお、バスバ第２枝部は、電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容しているパワーカードＰＣ７とコンデンサユニット２５を接続している。

正極バスバ４と負極バスバ３は、積層ユニット２０の積層方向に直交する方向（積層直交方向）で隣接配置されているコンデンサユニット２５（平滑化コンデンサ６）と各パワーカードに収容されているスイッチング素子の直列回路を並列に接続する。平滑化コンデンサ６は、幾つかのパワーカードに収容された直列回路を主要な構成要素とする電圧コンバータ回路と、残りのパワーカードに収容された直列回路を主要な構成要素とするインバータ回路の間に接続される。正極バスバ４と負極バスバ３の一端は、夫々、コンデンサユニット２５の対向する一対の側面の夫々に設けられた電極に接続している（バスバ本体４ａ、３ａ）。一方のバスバはコンデンサユニット２５の側面に沿って伸びており他方のバスバに接近し、そこから積層直交方向に沿って、積層ユニット２０へと並走して伸びている（バスバ第１屈曲部４ｂ、３ｂ）。両方のバスバは、重なり合ったまま、正極端子Ｐ１と負極端子Ｎ１の間で積層方向へと直角に折れ曲がっている（バスバ第２屈曲部４ｃ、３ｃ）。両方のバスバは、積層方向に並んでいる２個の正極端子Ｐ１（パワーカードＰＣ６とＰＣ７の正極端子）と２個の負極端子Ｎ１（パワーカードＰＣ６とＰＣ７の負極端子）の間でさらに積層直交方向に直角に折れ曲がっている（バスバ先端部４ｄ、３ｄ）。両方のバスバのバスバ先端部４ｄ、３ｄは、夫々、正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１に向けて反対方向に伸びている。バスバ先端部４ｄ、３ｄが夫々、正極端子Ｐ１、負極端子Ｎ１に接続している。

上記のとおり正極バスバ４と負極バスバ３は、パワーカードの端子の直前まで並走している。正極バスバ４と負極バスバ３が並走している区間では、電流が平行で逆向きに流れる。そうすると、夫々の電流が誘起する磁束が互いに打ち消しあう。磁束が打ち消し合うことによって、バスバのインダクタンスが低減される。上記構造のバスバは、並走している距離が長いので大きなインダクタンス低減効果が期待できる。さらに、上記構造のバスバは電圧コンバータ回路のスイッチング素子の直列回路と平滑化コンデンサとの間の導電経路に相当する。前述したように、電圧コンバータ回路と、走行用のモータに直結しているインバータ回路とでは、電圧コンバータ回路の方がキャリア周波数を高く設定できる。キャリア周波数の高い方の回路（電圧コンバータ回路）とコンデンサを接続するバスバのインダクタンスを下げる方が、キャリア周波数の低い方の回路（インバータ回路）とコンデンサを接続するバスバのインダクタンスを下げるよりも、電力損失低減の効果が高い。即ち。上記構造のバスバを有する電力変換器は、電力損失が小さい。

前述したように、正極バスバ４と負極バスバ３は夫々一枚の金属板から作られる。正極バスバ４の展開図を図４に示す。破線が折り曲げ線を示している。折り曲げ線は、各部位の境界に相当する。破線Ｓ１は、バスバ本体４ａとバスバ第１屈曲部４ｂとの境界に相当し、破線Ｓ２はバスバ第１屈曲部４ｂとバスバ第２屈曲部４ｃの境界に相当し、破線Ｓ３はバスバ第２屈曲部４ｃとバスバ先端部４ｄの境界に相当する。また、破線Ｓ４は、バスバ本体４ａとバスバ第１枝部４ｅとの境界に相当する。破線Ｓ５は、バスバ第１枝部４ｅの先端をクランク状に屈曲させるための折り曲げ線である（図３参照）。バスバ本体４ａを除き、負極バスバ３の展開図も正極バスバ４とほぼ同じである。負極バスバ３のバスバ本体３ａは、コンデンサユニット２５の側面に沿う部位と他方のメタリコン電極２５ｂ（図２参照）に接続する部位を含むため、正極バスバ４のバスバ本体４ａよりも大きい。正極バスバ４と負極バスバ３は、それぞれ、一枚の金属から作ることができるので、低コストである。特に、複数のバスバ枝部のうち、積層方向の一端に位置するバスバ第２枝部の形状は複雑であるが、それ以外の枝部（バスバ第１枝部４ｅ、３ｅ）の形状はほぼ直線状でシンプルであるため、バスバ全体の形状が大きくならずに済む。（仮に、全てのバスバ枝部がバスバ第２枝部の形状を有していると、バスバ全体がとても大きくなってしまう。）

前述したように、バスバ先端部４ｄは、パワーカードＰＣ６とＰＣ７の夫々の正極端子Ｐ１と接続する。それゆえ、正極バスバ４は、２個のバスバ先端部４ｄを有する。図４によく示されているように、折り曲げ前の正極バスバ４のバスバ先端部４ｄは、バスバ第２屈曲部４ｃとともＴ字をなしている。

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。

２：電力変換器
３：負極バスバ
３ａ、４ａ：バスバ本体
３ｂ、４ｂ：バスバ第１屈曲部
３ｃ、４ｃ：バスバ第２屈曲部
３ｄ、４ｄ：バスバ先端部
３ｅ、４ｅ：バスバ第１枝部
４：正極バスバ
５：フィルタコンデンサ
６：平滑化コンデンサ
７：リアクトル
１２：電圧コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
２０：積層ユニット
２１：冷却器
２２：冷媒供給管
２３：冷媒排出管
２４：連結管
２５：コンデンサユニット
２５ａ、２５ｂ：メタリコン電極
３０：アセンブリ
８１：バッテリ
８２：システムメインリレー
８３ａ、８３ｂ：モータ
１００：電気自動車
Ｎ１：負極端子
Ｐ１：正極端子
ＰＣ１−ＰＣ７：パワーカード
Ｑ：中間端子
Ｔ１−Ｔ８：スイッチング素子

Claims (6)

1. スイッチング素子を収容しており前記スイッチング素子と導通している正極端子と負極端子が同一方向に延出している複数のパワーカードと、
   複数の冷却器と、
   前記複数のパワーカードと前記複数の冷却器が交互に積層されている積層ユニットの積層方向に直交する方向で前記積層ユニットに配置されているコンデンサと、
   前記コンデンサ一方の電極と少なくとも１枚のパワーカードの正極端子を接続する正極バスバと、
   前記コンデンサの他方の電極と前記少なくとも１枚のパワーカードの負極端子を接続する負極バスバと、
   を備えており、
   前記正極端子と前記負極端子は、前記直交する方向に並んでパワーカードから延出しており
   前記正極バスバと前記負極バスバは、重なり合って前記コンデンサから前記直交する方向に沿って前記正極端子と前記負極端子の間まで伸びており、前記積層方向に直角に折れ曲がり、前記正極端子と前記負極端子の間で互いに逆方向に分かれて夫々が前記正極端子と前記負極端子と接続している、
   ことを特徴とする電力変換器。
2. 前記正極バスバと前記負極バスバの夫々は、
   １枚の金属板で作られており、
   前記コンデンサと接続しているとともに前記積層ユニットの積層方向に沿って伸びているバスバ本体と、前記積層方向に並んでバスバ本体から伸びている複数の枝部と、
   を備えており、
   前記積層方向に並んでいる複数の枝部のうち積層方向の一方の端に位置する一つの枝部が、重なり合って前記コンデンサから前記直交する方向に沿って前記正極端子と前記負極端子の間まで伸びており、前記積層方向に直角に折れ曲がり、前記正極端子と前記負極端子の間で互いに逆方向に分かれて夫々が前記正極端子と前記負極端子と接続している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記一つの枝部以外の枝部が各パワーカードの前記正極端子と前記負極端子に向かって直線的に伸びていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換器。
4. 前記複数のパワーカードは、前記電圧コンバータ回路のスイッチング素子を収容している第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している第２パワーカードを含んでおり、
   前記一つの枝部が前記第１パワーカードに接続されており、残りの枝部は前記第２パワーカードに接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換器。
5. 前記正極バスバと前記負極バスバの夫々は、その先端が折り曲げ前にはＴ字をなしていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換器。
6. 前記一つの枝部は、バスバ本体の積層方向の一端にて前記直交する方向に屈曲している第１屈曲部と、前記第１屈曲部の先端でさらに前記積層方向に沿って屈曲している第２屈曲部と、第２屈曲部の先端にてそれぞれ反対方向に伸びている一対の先端部と、を有しており、
   前記第２屈曲部と前記一対の先端部を平面に展開したときに前記第２屈曲部と前記一対の先端部がＴ字をなしていることを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。

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