JP6515836B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路を備えたインバータ装置に関する。

特開２００６−８１３１１号公報（特許文献１）には、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路を備えたインバータ装置としてのパワードライブユニット（２２）が開示されている（括弧内の符号は特許文献１のもの。背景技術の説明において以下同様。）。このパワードライブユニット（２２）は、制御回路基板（４０）、パワーモジュール（４２）、ヒートシンク（４８）、電流センサ（２６）を備えている。特許文献１の図２、図７等に示されているように、制御回路基板（４０）、パワーモジュール（４２）、ヒートシンク（４８）は、制御回路基板（４０）に直交する方向（基板直交方向）に順に重ねて配置されている。パワーモジュール（４２）からは、制御回路基板（４０）の面に沿う方向に３相交流電流が流れるバスバー（４４）が、突出するように設けられている。バスバー（４４）の先端部は、モータ（２０）との電気的接続部材に接続するために、基板直交方向に見て制御回路基板（４４）からはみ出す位置に配置されており、接続孔（４４ａ）が設けられている。

ところで、このようなパワーモジュールは、電力型半導体スイッチング素子（パワースイッチング素子）を有して構成されている。近年、パワースイッチング素子に利用できる半導体材料の進歩や、素子形成技術の進歩に伴う電気的特性の向上（耐圧性能や最大電流の向上など）により、パワーモジュールの小型化が進んでいる。そのため、パワーモジュールの制御回路を備えた制御基板の平面視での大きさがパワーモジュールに比べて大きい場合が生じる。そのような場合において、パワーモジュールから伸びる交流バスバーや、当該交流バスバーの周辺に設けられる電流センサ等を適切に配置しなければ、パワーモジュールに隣接すると共に平面視で制御基板と重複する領域に余剰空間が生じる場合がある。

特開２００６−８１３１１号公報

上記背景に鑑みて、制御基板、パワーモジュール、バスバーなどインバータ装置を構成する部材を効率的に配置して、インバータ装置の全体を小型化できる構成の実現が望まれる。

上記に鑑みた、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路を備えたインバータ装置は、１つの態様として、
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子を備えたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに接して前記パワーモジュールを冷却する冷却モジュールと、
前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御回路を備えた制御基板と、
前記パワーモジュールの交流電力の入出力端子である交流端子に接続される交流バスバーと、
前記交流バスバーを流れる複数相の交流電流を検出する電流センサと、
を備え、
前記制御基板と、前記パワーモジュールと、前記冷却モジュールとは、前記制御基板に直交する方向である基板直交方向に見て、少なくとも一部が重複する状態で、前記制御基板、前記パワーモジュール、前記冷却モジュールの順に重ねて配置され、
前記制御基板は、前記基板直交方向に見て、前記パワーモジュールと重複する第１領域と、重複しない第２領域とを有し、
前記交流端子は、前記基板直交方向に見て、前記制御基板と重複しない位置に配置され、
前記電流センサは、前記基板直交方向において前記制御基板よりも前記パワーモジュールの側であって、前記基板直交方向に見て前記第２領域に重複する位置に配置され、
前記冷却モジュールは、前記パワーモジュールを載置する面である第１面と、前記第１面とは反対側の面である第２面とを有し、
前記交流バスバーは、前記交流端子から前記電流センサまでの間の一部の領域において、前記第２面に接するように配置されると共に、前記冷却モジュールに固定されている。

この構成によれば、制御基板の第２領域の裏側（パワーモジュールの側）に、制御基板の面方向に沿ってパワーモジュールと並ぶように、電流センサが配置される。第２領域の裏側の空間は、パワーモジュールとは重複せず、パワーモジュールを冷却する冷却モジュールもその部分には設けられる必要がないから、当該空間は、余剰空間ということができる。そのような余剰空間に、電流センサが配置されるので、インバータ装置を構成するに当たって、空間の利用効率が良くなる。交流バスバーは、パワーモジュールや制御基板を、基板面方向に延びて迂回するように配設されるのではなく、冷却モジュールの第２面に接するように配置され、且つ冷却モジュールに固定されている。このため、パワーモジュールや制御基板を基板面方向に迂回するよりも交流バスバーの長さが短縮されて電気抵抗の増加に伴う温度上昇が抑制され、また、冷却モジュールへの固定によって機械的振動も抑制される。このように、本構成によれば、インバータ装置を構成する部材を効率的に配置して、インバータ装置の全体を小型化できる。

インバータ装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

インバータ装置の回路構成例を模式的に示すブロック図 インバータ装置を制御基板の側から見た斜視図 インバータ装置を冷却ユニットの側から見た斜視図 図２のＩＶ−ＩＶ断面図 インバータ装置の構造を示す模式的二面図 制御基板とパワーモジュールとの配置関係の一例を示す模式的平面図 制御基板とパワーモジュールとの配置関係の一例を示す模式的平面図 制御基板とパワーモジュールとの配置関係の一例を示す模式的平面図 電流センサ及び交流バスバーの配置の比較例を示す模式的平面図 電流センサ及び交流バスバーの配置の比較例を示す模式的平面図

以下、インバータ装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、インバータ装置１は、直流電力と複数相の交流電力との間で電力変換するインバータ回路７１を備えている。ここでは、直流電源９０の直流電力と、交流の回転電機８０との間で電力変換するインバータ回路７１を例示している。回転電機８０は、例えば、車両の車輪の駆動力源とすることができる。この場合、直流電源９０の電源電圧は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。回転電機８０は、複数相の交流（ここでは３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。

直流電源９０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどである。従って、直流電源９０は、インバータ回路７１を介して回転電機８０に電力を供給可能であると共に、回転電機８０が発電して得られた電力を蓄電可能である。また、インバータ回路７１と直流電源９０との間には、インバータ回路７１の直流側の正負両極間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ９１）が備えられている。直流リンクコンデンサ９１は、回転電機８０の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を安定化させる。

インバータ回路７１は、直流リンク電圧Ｖｄｃを有する直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機８０に供給すると共に、回転電機８０が発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源９０に供給する。インバータ回路７１は、複数のスイッチング素子７３を有して構成される。スイッチング素子７３には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）などのパワースイッチング素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを例示している。

インバータ回路７１は、よく知られているように複数相のそれぞれに対応する数のアーム７２を有するブリッジ回路により構成される。つまり、図２に示すように、インバータ回路７１の直流正極側（直流電源９０の正極側の正極電源ラインＰ）と直流負極側（直流電源９０の負極側の負極電源ラインＮ）との間に２つのスイッチング素子７３が直列に接続されて１つのアーム７２が構成される。３相交流の場合には、Ｕ相アーム７２ｕ、Ｖ相アーム７２ｖ、Ｗ相アーム７２ｗの３回線（３相）が並列接続される。つまり、回転電機８０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコイル８１のそれぞれに一組の直列回路（アーム７２）が対応したブリッジ回路が構成される。尚、各スイッチング素子７３には、負極“Ｎ”から正極“Ｐ”へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード７５が備えられている。

本実施形態では、スイッチング素子７３及びフリーホイールダイオード７５を有して構成される３相アームのインバータ回路７１が、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）とも称されるパワーモジュール７として１つのパッケージにモジュール化されている。尚、例えば、各アーム７２が１つのパワーモジュール７を構成し、パワーモジュール７を並列接続することによってインバータ回路７１が構成されていてもよい。

図１に示すように、インバータ回路７１は、インバータ制御回路３０（制御回路）により制御される。インバータ制御回路３０は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、インバータ制御回路３０は、車両ＥＣＵなどの上位制御装置１００等から要求信号として提供される回転電機８０の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ回路７１を介して回転電機８０を制御する。インバータ制御回路３０は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。

尚、回転電機８０の各相のコイル８１を流れる実電流は電流センサ９により検出され、インバータ制御回路３０はその検出結果を取得する。本実施形態では、非接触型の電流センサ９を例示しているが、その他の方式のセンサであってもよい。また、回転電機８０のロータの各時点での磁極位置や回転速度は、例えばレゾルバなどの回転センサ（不図示）や、回転電機８０のロータの磁気的突極性を利用した演算によって検出される。

インバータ制御回路３０は、制御基板３上に構築されている。また、インバータ装置１は、大電流が流れるために発熱量も大きいパワーモジュール７に接してパワーモジュール７を冷却する冷却モジュール５（図４等参照）を備えて構成されている。以下、図２から図５も参照して、インバータ装置１の構造について詳細に説明する。図２は、インバータ装置１を制御基板３の側から見た斜視図であり、図３は、インバータ装置１を制御基板３とは反対側（冷却モジュール５の側）から見た斜視図である。また、図４は、インバータ装置１を制御基板３に直交する方向（基板直交方向Ｚ）に沿って切断した断面図（図２のＩＶ−ＩＶ断面図）である。図５は、インバータ装置１の構造を示す模式的な二面図である。

図４に示すように、制御基板３と、パワーモジュール７と、冷却モジュール５とは、制御基板３に直交する方向である基板直交方向Ｚに見て、少なくとも一部が重複する状態で、制御基板３、パワーモジュール７、冷却モジュール５の順に重ねて配置されている。図２に示すように、パワーモジュール７は、制御基板３に接続されている。図４及び図５に示すように、冷却モジュール５は、パワーモジュール７を載置する面である第１面５ａと、第１面５ａとは反対側の面である第２面５ｂとを有している。パワーモジュール７は、冷却モジュール５の第１面５ａに接する状態で冷却モジュール５に載置されている。図４に示すように、制御基板３は、パワーモジュール７を間に挟んで、基板締結部材３ｆにより、冷却モジュール５に固定されている。

制御基板３とパワーモジュール７と冷却モジュール５とがこのように重ね合わされた状態において、制御基板３は、基板直交方向Ｚに見て、パワーモジュール７と重複する第１領域３１と、重複しない第２領域３２とを有している（図５参照）。冷却モジュール５は、パワーモジュール７の冷却を主たる目的として設けられているので、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３の第２領域３２は、冷却モジュール５とも重複していない。このため、第２領域３２のパワーモジュール７の側には、パワーモジュール７も、冷却モジュール５も存在せず、図４、図５等に示すように、自由空間ＳＰが形成される。本実施形態では、この自由空間ＳＰ内に、電流センサ９が配置されている。即ち、電流センサ９は、基板直交方向Ｚにおいて制御基板３よりもパワーモジュール７の側であって、基板直交方向Ｚに見て第２領域３２に重複する位置に配置されている。換言すれば、電流センサ９は、基板面（ＸＹ平面）に沿った方向に見て、パワーモジュール７に重複し、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３の第２領域３２と重複する位置に配置されている。尚、電流センサ９は、ハーネス等の電気的接続部材を介して、或いは電流センサ９の端子を制御基板３に実装することによって、制御基板３に電気的に接続される。

パワーモジュール７には、交流電力の入出力端子として３相各相に対応した交流端子６（Ｕ相端子６ｕ、Ｖ相端子６ｖ、Ｗ相端子６ｗ：図１参照）が設けられている。各交流端子６には、交流バスバー８（Ｕ相バスバー８ｕ、Ｖ相バスバー８ｖ、Ｗ相バスバー８ｗ：図１参照）が、交流バスバー締結部材８ｆによって接続されている。交流バスバー８は、交流端子６と、回転電機８０のコイル８１との電気的接続部材（例えば、不図示の交流機バスバー）とを接続する。図１〜図５等に示す符号“８ｔ”は、そのような電気的接続部材と接続するための接続孔（コイル接続孔）である。複数相の交流電流が流れる交流バスバー８は、非接触で複数相の交流電流を検出する電流センサ９の内部を貫通するように、配設されている。

また、交流バスバー８は、図３に示すように、冷却モジュール５の第２面５ｂに沿って、当該第２面５ｂに沿う方向では最短距離を通るように配設されている。上述したように、インバータ装置１には、制御基板３、パワーモジュール７、冷却モジュール５が、基板直交方向Ｚに沿ってこの順に重ねて配置されている。交流バスバー８は、基板直交方向Ｚに沿って冷却モジュール５の第２面５ｂに達するまで延伸し、屈曲して、第２面５ｂに沿ってほぼ最短距離で電流センサ９まで延伸するように配設され、電流センサ９を直線的に貫通している。即ち、交流バスバー８は、交流端子６から電流センサ９までの間の一部の領域において、冷却モジュール５の第２面５ｂに接するように配置されている。また、交流バスバー８は、交流端子６から電流センサ９までの間の一部の領域において、冷却モジュール５の第２面５ｂに固定されている。

冷却モジュール５は、多くの場合、金属などの導電性材料によって構成されているので、冷却モジュール５と交流バスバー８との間は、適切に絶縁されることが好ましい。本実施形態では、熱伝導率及び絶縁性が高い樹脂製の放熱シート１５を介して冷却モジュール５に交流バスバー８が固定される（図４参照）。図３及び図４に示すように、交流バスバー８は、樹脂製の固定プレート１０によって、冷却モジュール５に固定される。つまり、固定プレート１０と冷却モジュール５とによって交流バスバー８を挟み込み、固定プレート１０をプレート締結部材１０ｆによって冷却モジュール５に固定する。このように固定プレート１０を用いると、交流電流の通流経路となる交流バスバー８に締結孔等を設ける必要がないので、電流の流れを妨げず、また、締結孔等を設けることによる交流バスバー８の強度の低下も抑制することができる。また、冷却モジュール５と交流バスバー８とが、放熱シート１５を介して広い面積で密着するために良好な熱伝導が発生し、交流バスバー８を適切に冷却することができる。尚、放熱シート１５を用いることなく、例えば、交流バスバー８に、絶縁フィルムや絶縁テープを巻き付けることや、絶縁塗装を施すことによって、冷却モジュール５と絶縁されていてもよい。当然ながら、放熱シート１５を用いると共に、絶縁フィルムの巻装や絶縁塗装などによる交流バスバー８自体の絶縁を行ってもよい。

ところで、図２、図３の斜視図、及び図５の概念図（模式的二面図）に示すように、制御基板３及びパワーモジュール７の外形は、基板直交方向Ｚに見て矩形状である。尚、１つのパワーモジュール７が１つのアーム７２により構成されているような場合には、制御基板３の基板面（ＸＹ平面）に沿った方向に複数のパワーモジュール７が並ぶ領域の外形が矩形状である。ここで、制御基板３及びパワーモジュール７は、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３の各辺（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：以下“３ａ〜３ｄ”と表記する場合がある）と、パワーモジュール７の各辺（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：以下“７ａ〜７ｄ”と表記する場合がある）とが平行となるように重ねて配置されている。尚、ここで、「平行」とは、完全な平行状態を指すものではなく、概ね４５度未満（好ましくは３０度未満程度）の角度で、制御基板３の辺と、パワーモジュール７の辺とが沿うような状態であり、辺と辺とが平行状となる状態である。

上述したように、パワーモジュール７は、四辺（７ａ〜７ｄ）の内の一辺に交流端子６を備えている。本実施形態では、第１辺７ａに交流端子６が設けられている。制御基板３における第２領域３２は、交流端子６が備えられるパワーモジュール７の当該一辺を除く三辺に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺の内の少なくとも一辺の側に設けられている。本実施形態では、第１辺７ａに交流端子６が設けられているので、第１辺７ａを除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される三辺（３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内の少なくとも一辺である基板第４辺３ｄの側に、第２領域３２が設けられている。

インバータ回路７１は、直流と交流との間で電力を変換するので、図１に示すように、パワーモジュール７は、直流電力の入出力端子である直流端子４（正極端子４ｐ，負極端子４ｎ）も有している。パワーモジュール７は、交流端子６が設けられる辺（第１辺７ａ）とは異なる辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）の何れか一辺に直流端子４を備えている。本実施形態では、交流端子６が設けられる第１辺７ａとは異なる第２辺７ｂに直流端子４が設けられている。

直流端子４も、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しない位置に配置されている。第２領域３２は、交流端子６が備えられる辺（第１辺７ａ）及び直流端子４が備えられる辺（第２辺７ｂ）を除く二辺（７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の二辺（３ｃ，３ｄ）の内の少なくとも一辺の側に設けられている。本実施形態では、制御基板３において、パワーモジュール７の第１辺７ａ及び第２辺７ｂを除く二辺（７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される二辺（３ｃ，３ｄ）の内の一辺である基板第４辺３ｄの側に、第２領域３２が設けられている。

図１〜図３に示すように、直流端子４には、直流バスバー２（正極バスバー２ｐ，負極バスバー２ｎ）が接続されている。直流バスバー２の、直流端子４とは反対側の端部には、直流電源９０や直流リンクコンデンサ９１などの直流デバイスとの電気的接続部材と接続される直流デバイス接続孔２ｔが設けられている。例えば、直流リンクコンデンサ９１がインバータ装置１とは別に取り付けられる場合には、図１に実線で示す箇所に直流デバイス接続孔２ｔが設けられる。直流リンクコンデンサ９１は、インバータ装置１と一体的に組み付けられても良く、この場合には、図１に破線で示す箇所に直流デバイス接続孔２ｔが設けられる。

冷却モジュール５は、放熱フィン５ｆを備えた水冷式のヒートシンクである。図３に示す冷媒入出口１２を介して冷媒が循環する。また、冷媒流通路１１により直流バスバー２もパワーモジュール７と共に冷却可能な構造を有している。直流バスバー２の近傍に直流リンクコンデンサ９１や直流電源９０などの直流デバイスが配置される場合には、これらの直流デバイスもパワーモジュール７と共に冷却できるようにすることができる。

ところで、上記においては、パワーモジュール７の第１辺７ａに交流端子６が設けられ、パワーモジュール７の第４辺７ｄに平行（平行状）に配置される基板第４辺３ｄの側に、第２領域３２が設けられている形態を例示した。しかし、例えば図５における左右を反転させて、パワーモジュール７の第２辺７ｂに平行（平行状）に配置される基板第２辺３ｂの側に、第２領域３２が設けられていてもよい。上記においては、第２辺７ｂに直流端子４が配置される形態を例示したが、この場合には、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しない位置である、第３辺７ｃ或いは第４辺７ｄに、直流端子４が配置されると好適である。

上述したように、第２領域３２は、パワーモジュール７の第１辺７ａを除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺（３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内の少なくとも一辺の側に設けることができる。従って、図６に示すように、第１辺７ａの対辺である第３辺７ｃに平行（平行状）に配置される基板第３辺３ｃの側に、第２領域３２が設けられてもよい。直流端子４は、上記と同様に、第２辺７ｂに配置されてもよいし、制御基板３と重複しない位置である第４辺７ｄに配置されてもよい。

また、第２領域３２は、パワーモジュール７の第１辺７ａを除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺（３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内の少なくとも一辺の側に設けられればよいから、該当する二辺或いは三辺の側に設けられてもよい。図７は、パワーモジュール７の第１辺７ａを除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺（３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内の二辺の側に、第２領域３２が設けられる形態を例示している。図７では、パワーモジュール７の第１辺７ａを除く三辺に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺の内の二辺である基板第３辺３ｃ及び基板第４辺３ｄの側に、第２領域３２が設けられる形態を例示している。

さらに、図７における左右を反転させて、基板第２辺３ｂ及び基板第３辺３ｃの側に、第２領域３２が設けられてもよい。尚、この場合には、直流端子４は、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しない位置である第４辺７ｄに配置されると好適である。また、図示は省略するが、第２領域３２は、基板第２辺３ｂ及び基板第４辺３ｄの側に設けられてもよい。この場合、直流端子４は、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しない位置である第３辺７ｃに配置されると好適である。

図８は、パワーモジュール７の第１辺７ａを除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される制御基板３の三辺（基板第２辺３ｂ、基板第３辺３ｃ、基板第４辺３ｄ）の側に、第２領域３２が設けられる形態を例示している。この場合、基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しない位置は、第１辺７ａのみとなるから、交流端子６が設けられる辺（第１辺７ａ）とは異なる辺に直流端子４を設けることはできない。基板直交方向Ｚに見て、制御基板３と重複しないように直流端子４を設ける場合には、交流端子６が設けられる辺と同じ辺（第１辺７ａ）に直流端子４が設けられる。また、交流端子６が設けられる辺と同じ辺（第１辺７ａ）に、直流端子４を設けない場合には、基板直交方向Ｚに見て制御基板３とは重複する状態で直流端子４が設けられる。

尚、図９及び図１０は、図１〜図５に例示した態様に対する比較例を示している。図９は第１比較例であり、第１０は第２比較例である。図９は、電流センサ９が、制御基板３の第２領域３２と基板直交方向Ｚに見て重複する位置ではなく、基板直交方向Ｚに見てパワーモジュール７とも制御基板３とも重複しない位置に配置されている。図５等に例示した態様と比較して、図９に例示した第１比較例では、交流バスバー８の長さは短くなっている。しかし、基板直交方向Ｚに見たインバータ装置１の投影面積は、第１比較例の方が大きくなっており、インバータ装置１の小型化の妨げとなるおそれがある。また、第１比較例では、交流バスバー８を冷却モジュール５によって冷却することも困難である。

図１０に示す第２比較例では、電流センサ９は、図５等に例示した態様と同様に制御基板３の第２領域３２と基板直交方向Ｚに見て重複する位置に配置されている。この点では、基板直交方向Ｚに見たインバータ装置１の投影面積は、図５等に例示した態様と等価である。しかし、交流バスバー８は、冷却モジュール５の第２面５ｂと接するようには配設されておらず、基板面（ＸＹ平面）に沿った方向に、パワーモジュール７を迂回して配設されている。このため、図５等に例示した態様に比べて第２比較例では、基板直交方向Ｚに見たインバータ装置１の投影面積が大きくなっている。また、比較的、配線経路が長くなる交流バスバー８は、電気抵抗も大きくなるから、発熱量も増大するが、第１比較例と同様に交流バスバー８を冷却モジュール５によって冷却することは困難である。また、そのように長尺の交流バスバー８が、冷却モジュール５によって固定されないため、図５等に例示した態様に比べて機械的振動も抑制されない。このため、図５等に示す態様に比べて、第２比較例では発熱や機械的振動に伴う交流バスバー８の金属疲労が大きくなる傾向がある。

以上、種々の態様を例示して説明したが、各態様は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、組み合わせて適用することも可能である。また、本明細書において開示された態様は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したインバータ装置（１）の概要について簡単に説明する。

１つの態様として、直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路（７１）を備えたインバータ装置（１）は、
前記インバータ回路（７１）を構成するスイッチング素子（７３）を備えたパワーモジュール（７）と、
前記パワーモジュール（７）に接して前記パワーモジュール（７）を冷却する冷却モジュール（５）と、
前記スイッチング素子（７３）をスイッチング制御する制御回路（３０）を備えた制御基板（３）と、
前記パワーモジュール（７）の交流電力の入出力端子である交流端子（６）に接続される交流バスバー（８）と、
前記交流バスバー（８）を流れる複数相の交流電流を検出する電流センサ（９）と、
を備え、
前記制御基板（３）と、前記パワーモジュール（７）と、前記冷却モジュール（５）とは、前記制御基板（３）に直交する方向である基板直交方向（Ｚ）に見て、少なくとも一部が重複する状態で、前記制御基板（３）、前記パワーモジュール（７）、前記冷却モジュール（５）の順に重ねて配置され、
前記制御基板（３）は、前記基板直交方向（Ｚ）に見て、前記パワーモジュール（７）と重複する第１領域（３１）と、重複しない第２領域（３２）とを有し、
前記交流端子（６）は、前記基板直交方向（Ｚ）に見て、前記制御基板（３）と重複しない位置に配置され、
前記電流センサ（９）は、前記基板直交方向（Ｚ）において前記制御基板（３）よりも前記パワーモジュール（７）の側であって、前記基板直交方向（Ｚ）に見て前記第２領域（３２）に重複する位置に配置され、
前記冷却モジュール（５）は、前記パワーモジュール（７）を載置する面である第１面（５ａ）と、前記第１面とは反対側の面である第２面（５ｂ）とを有し、
前記交流バスバー（８）は、前記交流端子（６）から前記電流センサ（９）までの間の一部の領域において、前記第２面（５ｂ）に接するように配置されると共に、前記冷却モジュール（５）に固定されている。

この構成によれば、制御基板（３）の第２領域（３２）の裏側（パワーモジュール（７）の側）に、制御基板（３）の面方向に沿ってパワーモジュール（７）と並ぶように、電流センサ（９）が配置される。第２領域（３２）の裏側の空間（ＳＰ）は、パワーモジュール（７）とは重複せず、パワーモジュール（７）を冷却する冷却モジュール（５）もその部分には設けられる必要がないから、当該空間（ＳＰ）は、余剰空間ということができる。そのような余剰空間（ＳＰ）に、電流センサ（９）が配置されるので、インバータ装置（１）を構成するに当たって、空間の利用効率が良くなる。交流バスバー（８）は、パワーモジュール（７）や制御基板（３）を、基板面方向（ＸＹ平面に沿った方向）に延びて迂回するように配設されるのではなく、冷却モジュール（５）の第２面（５ｂ）に接するように配置され、且つ冷却モジュール（５）に固定されている。このため、パワーモジュール（７）や制御基板（３）を迂回するよりも交流バスバー（８）の長さが短縮されて電気抵抗の増加に伴う温度上昇が抑制され、また、冷却モジュール（５）への固定によって機械的振動も抑制される。このように、本構成によれば、インバータ装置（１）を構成する部材を効率的に配置して、インバータ装置（１）の全体を小型化できる。

１つの態様として、前記制御基板（３）及び前記パワーモジュール（７）の外形が、前記基板直交方向（Ｚ）に見て矩形状であり、前記制御基板（３）及び前記パワーモジュール（７）は、前記基板直交方向（Ｚ）に見て、前記制御基板（３）の各辺（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と前記パワーモジュール（７）の各辺（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）とが平行となるように重ねて配置され、前記パワーモジュール（７）は、四辺の内の一辺（７ａ）に前記交流端子（６）を備え、前記第２領域（３２）は、前記交流端子（６）が備えられる前記パワーモジュールの当該一辺（７ａ）を除く三辺（７ｂ，７ｃ，７ｄ）に対して平行に配置される前記制御基板（３）の三辺（３ｂ，７ｃ，７ｄ）の内の少なくとも一辺の側に設けられていると好適である。

尚、ここで、「平行」とは、完全な平行状態を指すものではなく、制御基板３の辺と、パワーモジュール７の辺とがほぼ平行するような状態である。例えば、概ね４５度未満（好ましくは３０度未満程度）の角度で、制御基板３の辺と、パワーモジュール７の辺とが沿うような状態であり、辺と辺とが平行状となる状態ということもできる。交流バスバー（８）は、交流機器との電気的接続部材と接続するために、基板直交方向（Ｚ）において、制御基板（３）と重複しない部位を有するように配置する必要がある。このため、制御基板（３）は、交流バスバー（８）が突出する方向とは異なる方向に第２領域（３２）を有するように配置されることが好ましい。

また、１つの態様として、前記パワーモジュールが、前記交流端子（６）が設けられる辺である第１辺（７ａ）とは異なる辺である第２辺（７ｂ）に、直流電力の入出力端子である直流端子（４）を備える場合、前記直流端子（４）が、前記基板直交方向（Ｚ）に見て、前記制御基板（３）と重複しない位置に配置され、前記第２領域（３２）が、前記制御基板（３）において、前記パワーモジュール（７）の前記第１辺（７ａ）及び前記第２辺（７ｂ）を除く二辺（７ｃ，７ｄ）に対して平行に配置される辺（３ｃ，３ｄ）の内の少なくとも一辺の側に設けられていると好適である。

交流端子（６）と同様に、直流端子（４）にもバスバー（直流バスバー（２））や、直流素子（例えば平滑コンデンサ）、直流機器（例えば直流電源（９０））との接続部材が接続されることが多い。このため、交流端子（６）が配置されて交流バスバー（８）が突出する第１辺（７ａ）と同様に、直流端子（４）が配置される第２辺（７ｂ）も、基板直交方向（Ｚ）において制御基板（３）とは重複しないことが好ましい。従って、制御基板（３）の第２領域（３２）は、第１辺（７ａ）及び第２辺（７ｂ）を除く二辺（７ｃ，７ｄ）に対して平行（平行状）に配置される辺（３ｃ，３ｄ）の側に設けられることが好ましい。

また、１つの態様として、前記交流バスバー（８）は、放熱シート（１５）を介して前記冷却モジュールに固定されていると好適である。放熱シート（１５）を介することにより、交流バスバー（８）において生じる熱を適切に冷却モジュール（５）に伝達させることができる。共通の冷却モジュール（５）によって、パワーモジュール（７）と交流バスバー（８）とを冷却することができ、インバータ装置（１）の全体を小型化できる。

１ ：インバータ装置
３ ：制御基板
４ ：直流端子
５ ：冷却モジュール
５ａ ：第１面
５ｂ ：第２面
６ ：交流端子
７ ：パワーモジュール
７ａ ：第１辺
７ｂ ：第２辺
８ ：交流バスバー
９ ：電流センサ
１５ ：放熱シート
３０ ：インバータ制御回路（制御回路）
３１ ：第１領域
３２ ：第２領域
７１ ：インバータ回路
７３ ：スイッチング素子
１００ ：上位制御装置
Ｚ ：基板直交方向

Claims (4)

1. 直流電力と複数相の交流電力との間で電力を変換するインバータ回路を備えたインバータ装置であって、
   前記インバータ回路を構成するスイッチング素子を備えたパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールに接して前記パワーモジュールを冷却する冷却モジュールと、
   前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御回路を備えた制御基板と、
   前記パワーモジュールの交流電力の入出力端子である交流端子に接続される交流バスバーと、
   前記交流バスバーを流れる複数相の交流電流を検出する電流センサと、
   を備え、
   前記制御基板と、前記パワーモジュールと、前記冷却モジュールとは、前記制御基板に直交する方向である基板直交方向に見て、少なくとも一部が重複する状態で、前記制御基板、前記パワーモジュール、前記冷却モジュールの順に重ねて配置され、
   前記制御基板は、前記基板直交方向に見て、前記パワーモジュールと重複する第１領域と、重複しない第２領域とを有し、
   前記交流端子は、前記基板直交方向に見て、前記制御基板と重複しない位置に配置され、
   前記電流センサは、前記基板直交方向において前記制御基板よりも前記パワーモジュールの側であって、前記基板直交方向に見て前記第２領域に重複する位置に配置され、
   前記冷却モジュールは、前記パワーモジュールを載置する面である第１面と、前記第１面とは反対側の面である第２面とを有し、
   前記交流バスバーは、前記交流端子から前記電流センサまでの間の一部の領域において、前記第２面に接するように配置されると共に、前記冷却モジュールに固定されている、
   インバータ装置。
2. 前記制御基板及び前記パワーモジュールの外形は、前記基板直交方向に見て矩形状であり、
   前記制御基板及び前記パワーモジュールは、前記基板直交方向に見て、前記制御基板の各辺と前記パワーモジュールの各辺とが平行となるように重ねて配置され、
   前記パワーモジュールは、四辺の内の一辺に前記交流端子を備え、
   前記第２領域は、前記交流端子が備えられる前記パワーモジュールの当該一辺を除く三辺に対して平行に配置される前記制御基板の三辺の内の少なくとも一辺の側に設けられている、
   請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記パワーモジュールは、前記交流端子が設けられる辺である第１辺とは異なる辺である第２辺に、直流電力の入出力端子である直流端子を備え、
   前記直流端子は、前記基板直交方向に見て、前記制御基板と重複しない位置に配置され、
   前記第２領域は、前記制御基板において、前記パワーモジュールの前記第１辺及び前記第２辺を除く二辺に対して平行に配置される辺の内の少なくとも一辺の側に設けられている、
   請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記交流バスバーは、放熱シートを介して前記冷却モジュールに固定されている請求項１から３の何れか一項に記載のインバータ装置。

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