JP2003299366A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力変換装置において、インダクタンスが大き
く、平滑コンデンサによるサージの抑制が不十分で、配
線抵抗が大きく、電力変換時の電圧のドロップが大きか
った。 【解決手段】 樹脂製の収納ケース１５に、何れも単一
部材から成る、第１入力ブスバー２５，第２入力ブスバ
ー３０及び複数のブスバー４１、４４及び４７を埋設し
た。第１入力ブスバー２５により正端子Ｐと、平滑用コ
ンデンサ８５及び８６の高位端子８５ａ及び８５ｂと半
導体素子５６から６６の高位端子とを導通させ、第２入
力ブスバー３０により負端子Ｎと、平滑用コンデンサの
低位端子８５ｂ及び８６ｂと半導体素子の低位端子とを
導通させた。また、複数の出力ブスバー４１等により半
導体端子と交流モータ１５５を導通させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流と交流との間
で相互に電力変換する電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電気を動力源の一部とする電気自
動車（ハイブリッド車）では、電気的動力源として構造
的に堅牢で制御が容易な三相交流モータを用いる。これ
に対して、バッテリは直流電源であるので、直流電力と
交流電力との間で相互に電力変換するために電力変換装
置が使用される。

【０００３】図１０に電力変換システムの概念を示す。
電力変換装置１００はバッテリ１５０と三相交流モータ
１５５との間に介在され、機能及び構造上電力変換部１
０２と、平滑用コンデンサ１２０と、制御部１２５と、
収納ケース１３０とに大別される。

【０００４】このうち、電力変換部（インバータ回路）
１０２は、図１１に示すように、樹脂製ケースのモジュ
ール１０４と、該モジュール１０４内に収納された放熱
板１１１と、該放熱板１１１上に裁置された６個の半導
体素子１１２ａから１１２ｆと、半導体素子１１２ａか
ら１１２ｆを駆動するための駆動回路を備えた回路基板
１１３とを含む。モジュール１０４には内部入力高位ブ
スバー１０５と、内部入力低位ブスバー１０６と、３個
の内部出力ブスバー１０６、１０７及び１０８とが埋設
されている。

【０００５】平滑用コンデンサ１２０は電力変換部１０
２の入力端子間に並列に接続されスイッチング時におけ
るバッテリ１５０の電圧変動（サージング）を抑制し、
電圧の跳上り等を平滑化する。制御部（制御回路）１２
５は信号電線１６１により電力変換部１０２に接続さ
れ、電力変換部１０２に制御信号を出力して、スイッチ
ング動作を制御する。

【０００６】収納ケース１３０はアルミニウム製で、電
力変換部１０２、平滑用コンデンサ１２０及び制御部１
２５を収納している。電力変換装置１００とバッテリ１
５０からの配線との高位側接続点１３２（Ｐ入力点）及
び低位側接続点１３３（Ｎ入力点）と電力変換部１０２
との間には、外部入力高位ブスバー１４１及び外部入力
低位ブスバー１４２が取り付けられている。電力変換装
置１００と三相交流モータ１５５からの配線との接続点
１３６（Ｕ相出力点）、１３７（Ｖ相出力点）及び１３
８（Ｗ相出力点）と電力変換部１０２との間には、Ｕ相
外部出力ブスバー１４６，Ｖ相外部出力ブスバー１４７
及びＷ相外部出力ブスバー１４８が取り付けられてい
る。

【０００７】外部入力高位ブスバー１４１は接続点１３
２と電力変換部１０２とを接続するとともに、分岐して
平滑用コンデンサ１２０の高位端子１２１に接続されて
いる。これと同様に、外部入力低位ブスバー１４２は平
滑用コンデンサ１２０の低位端子１２２に接続されてい
る。

【０００８】次に、上記収納ケース１３０と、その内部
に収納された電力変換部１０２及び平滑用コンデンサ１
２０との導通について説明する。図１２に示すように、
接続点１３２を持つ外部入力高位ブスバー１４１はモジ
ュール１０４の内部入力高位ブスバー１０５とねじ１４
５でねじ止めされるとともに、途中で分岐し、平滑用コ
ンデンサ１２０の高位側端子１２１にねじ１４６でねじ
止めされている。接続点１３３を持つ外部入力低位ブス
バー１４２と内部入力低位ブスバー１０６も途中で分岐
し、同様にねじ止めされている。

【０００９】更に、Ｕ相出力点１３６、Ｖ相出力点１３
７及びＷ相出力点１３８を有する外部出力ブスバー１４
６、１４７及び１４８と内部出力三相ブスバー１０６、
１０７及び１０８とははねじ（不図示）でねじ止めされ
ている。

【００１０】尚、「内部」とはモジュール１０４の内部
の意であり、「外部」とはモジュール１０４の外部即ち
モジュール１０４と収納ケース１３０の間の意である。

【００１１】上記電力変換装置１００は、ガソリンエン
ジンを始動する際にバッテリ１５０の放電出力を直流か
ら三相交流に変換して三相交流モータ１５５を駆動す
る。一方、通常走行時はガソリンエンジンの動力の一部
を利用して三相交流モータ１５５を回転させ、三相交流
モータで発電した三相交流から直流に変換してバッテリ
１５０を充電する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例は
以下の点で改良の余地のあることが判明した。

【００１３】第１に、電力変換部１０２及び平滑用コン
デンサ１２０と収納ケース１３０との間を導通する多数
のブスバー１０５及び１０６、１４１及び１４２の使用
に起因する問題点がある。即ち、平滑用コンデンサ１２
０と半導体素子１２０ａから１２０ｆとの間に外部入力
高位ブスバー１４１及び外部入力低位ブスバー１４２
と、内部入力高位ブスバー１０５及び内部入力低位ブス
バー１０６とが介在している。

【００１４】そのため、平滑用コンデンサ１２０と半導
体素子１１２ａから１１２ｆとの間のインダクタンスが
大きく、平滑用コンデンサ１２０によるサージの抑制効
果が小さくなり易い。のみならず、多数のブスバー１０
５及び１０６，１４１及び１４２の使用は部品点数の増
大を招き易い。

【００１５】第２に、入力端子（Ｐ入力点１３２及びＮ
入力点１３３）から出力端子（Ｕ相出力点１３６、Ｖ相
出力点１３７及びＷ相出力点１３８）までの間でブスバ
ーの接続に使用した多数のねじ１４５等に起因する問題
点がある。これは３つの不具合に関連する。

【００１６】先ず、多数のブスバー１０５、１４１等と
多数のねじ１４５等との間の接触抵抗が大きく、直流電
圧を交流電圧に変換したとき電圧のドロップが大きくな
る。これでは三相交流モータ１５５において大きなトル
クは得られ難い。

【００１７】次に、ブスバー１０５、１４１等同士をね
じ１４５等でねじ止めするためのスペースを収納ケース
１３０内に確保する必要がある。その結果、収納ケース
１３０、平滑用コンデンサ１２０及び電力変換部１０２
間の間隔が大きくなり易い。

【００１８】特に、電力変換部１０２と平滑用コンデン
サ１２０との間隔が大きくなると、両者を導通するブス
バー１０５及び１０６、１４１及び１４２が長くなり、
インダクタンス及び導通抵抗が増加し易い。インダクタ
ンスの増加は上記サージ抑制効果の低下を招き易い。一
方、導通導抗の増加により入力電圧に対して出力可能な
電圧が低くなり、補機バッテリのような電圧の低い電源
で三相交流モータ１５５を回転させようとしても、モー
タ巻線に十分な電圧を印加できない。これでは、三相交
流モータ１５５により発生されるトルクの大きさが不十
分となり易い。

【００１９】最後に、ブスバー１０５、１４１等のねじ
１４５等による結合は収納ケース１３０の狭いスペース
内での細かい作業であり、ねじ止めに時間と手間がかか
る。

【００２０】第３に、モジュール１０４の採用と、上記
外部入力高位ブスバー１４１及び外部入力低位ブスバー
１４２並びに外部出力三相ブスバー１４６から１４８の
配置とにより、電力変換装置の縦、横及び高さ方向の寸
法が長くなり易い。これは、電力変換装置のための配置
スペースが限られた自動車では望ましいことではない。
また、アルミニウム製の収納ケース１３０は重量が重
く、取扱い上不都合であった。

【００２１】更に、収納ケース１３０がアルミニウム製
であることにより、外部入力ブスバー１４１、１４２並
びに外部出力ブスバー１３６、１３７及び１３８と収納
ケース１３０との間に絶縁のための空隙が必要となる。
この空隙が電力変換装置の更なる大きさ、重量の増大を
招いていた。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、平滑用コンデンサによるサージの抑
制が良好に行われ、電力変換時の電圧のドロップが小さ
く、インダクタンス及び通電抵抗の増加が極力抑えられ
た電力変換装置を提供すること目的とする。本発明はま
た、全体の体積が小さく、重量が軽く、組立が容易な電
力変換装置を提供することを目的とする。

【００２３】本願の発明者は、従来例における問題点
は、収納ケースがアルミニウムから成り電力変換部をモ
ジュール化した上で、多数のブスバーにより収納ケース
と電力変換部とを導通したこと起因するとの知見を得
た。そして、ブスバーの個数を減少させる方策について
鋭意研究した結果、樹脂製の収納ケース内にブスバーを
埋設することを思い付いて、本発明を完成した。

【００２４】本発明の電力変換装置は、請求項１に記載
したように、直流電源と交流モータとの間に介在され、
直流を交流に電力変換するとともに交流を直流に電力変
換する電力変換装置であって、複数の半導体素子を含
み、直流と交流との間で相互に電力変換する電力変換部
と；各半導体素子に供給する直流電源の出力を平滑化す
る平滑用コンデンサと；各半導体素子のスイッチング動
作を制御する制御部と；電力変換部を収納する第１収納
部と、平滑用コンデンサを収納する第２収納部とを有す
る樹脂製の収納ケースと；直流電源の高位側と導通する
正端子と、平滑用コンデンサの高位端子と導通する第１
コンデンサ端子と、各半導体素子の高位端子と導通する
複数の第１半導体端子とが単一部材から成り、収納ケー
ス内に埋設された第１入力ブスバーと；直流電源の低位
側と導通する負端子と、平滑用コンデンサの低位端子と
導通する第２コンデンサ端子と、各半導体素子の低位端
子と導通する複数の第２半導体端子とが単一部材から成
り、収納ケース内に埋設された第２入力ブスバーと；そ
れぞれ、半導体素子に導通された第１端部と、交流モー
タに導通された第２端部とが単一部材から成り、収納ケ
ース内に埋設された複数の出力ブスバーと；を有するこ
とを特徴とする。

【００２５】この電力変換装置において、電力変換部が
直流電源の直流電力を交流電力に、及び交流モータが発
生する交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ
がその際のサージを抑制し、制御部が半導体素子のスイ
ッチング動作を制御する。

【００２６】第１及び第２入力ブスバーは平滑コンデン
サの高位側及び低位側と電力変換部の半導体素子の高位
側及び低位側とをそれぞれ直接即ち、他のブスバーを介
することなく導通する。また、第１及び第２入力ブスバ
ーは正負端子と電力変換部の半導体素子の高位側及び低
位側とをそれぞれ直接、即ち他のブスバーを介すること
なく導通する。更に、複数の出力ブスバーは電力変換装
置の半導体素子と出力端子とをそれぞれ直接、即ち他の
ブスバーを介することなく導通する。

【００２７】これにより、正負入力端子から半導体素子
までの距離、及び半導体素子から出力端子まで距離を短
くすることができると共に、ブスバーの接続部で生じる
接続抵抗を減少させることができ、交流モータへ供給で
きる電圧を増加させることができる。

【００２８】なお、ブスバーを樹脂製の収納ケース内に
埋設すること自体は公知である（例えば、特開２００１
−１８６７７８号参照）。しかし、請求項１に記載の要
件を備えたブスバーは知られていない。

【００２９】請求項２の電力変換装置は、請求項１にお
いて、収納ケースの第１収納部と第２収納部とは平面視
で重ならない領域に配置されている。この電力変換装置
によれば、静電容量の大きな平滑用コンデンサを使用す
ることができ、それよってサージがより良好に抑制され
る。

【００３０】請求項３の電力変換装置は、請求項１にお
いて、第１入力ブスバーは細長い形状を持ち、一端に正
端子が、一側に第１コンデンサ端子が、他側に複数の第
１半導体端子が形成されている。この電力変換装置によ
れば、単一部材に正端子、第１コンデンサ端子及び第１
半導体端子を効率良く形成できる。また、平滑用コンデ
ンサと電力変換部との距離が短くでき、平滑用コンデン
サと半導体素子間のインダクタンス及び導通抵抗が減少
するため、サージ電圧抑制効果が高くなる。

【００３１】請求項４の電力変換装置は、請求項１にお
いて、第２入力ブスバーは細長い形状を持ち、一端に負
端子が、一側に第２コンデンサ端子が、他側に複数の第
２半導体端子が形成されている。この電力変換装置によ
れば、単一部材に負端子、第２コンデンサ端子及び第２
半導体端子を効率良く形成できる。また、平滑用コンデ
ンサと電力変換部との距離が短くでき、平滑用コンデン
サと半導体素子間のインダクタンス及び導通抵抗が減少
するため、サージ電圧抑制効果が高くなる。

【００３２】請求項５の電力変換装置は、請求項２又は
３において、第１入力ブスバーと第２入力ブスバーとは
平面視で重なる関係で配置されている。この電力変換装
置によれば、第１入力ブスバー及び第２入力ブスバーを
収納ケース内にスペース効率良く即ち高さを増加させる
ことなく埋設することができる。また、第１入力ブスバ
ーと第２の入力ブスバー間にわずかな厚みを残して誘導
体となり得る樹脂を介在させることにより、両ブスバー
間でコンデンサ（浮遊容量）を形成できる。そのため、
平滑用コンデンサと電力変換部のインダクタンスを減少
させることができ、平滑用コンデンサと半導体素子間の
インダクタンス及び導通抵抗が減少するため、サージ電
圧抑制効果が高くなる。

【００３３】請求項６の電力変換装置は、請求項１にお
いて、複数の出力ブスバーが平面視で重ならない領域に
互いに絶縁して配置している。この電力変換装置によれ
ば、出力ブスバーを樹脂製の収納ケース内に埋設する
際、出力ブスバーを成形金型に容易にセットすることが
でき、生産性が向上する。

【００３４】請求項７の電力変換装置は、請求項５にお
いて、収納ケースは底部と複数の側壁部とを有し、第１
入力ブスバー及び前記第２入力ブスバーが第１側壁から
底部にかけて埋設されている。この電力変換装置によれ
ば、収納ケースの側壁部及び底部に入力ブスバーを収納
できるため絶縁を確保でき、他の部品を収納するために
収納ケースの内部を解放できる。また、入力端子台を別
途設けることなく入力端子台をケースと一体で形成でき
るため、部品点数、組付け工数が減少する。

【００３５】請求項８の電力変換装置は、請求項６にお
いて、収納ケースは底部と複数の側壁部とを有し、複数
の出力ブスバーが第２側壁から底部にかけて埋設されて
いる。この電力変換装置によれば、請求項７の場合と同
様に、収納ケースの側壁部及び底部に入力ブスバーを収
納きるため絶縁を確保でき、他の部品を収納するために
収納ケースの内部を解放できる。また、出力端子台を別
途設けることなく出力端子台をケースと一体で形成でき
るため、部品点数、組付け工数が減少する。

【００３６】

【発明の実施の形態】＜電力変換部＞電力変換部は直流
電源と交流モータとの間に配置される。本発明での直流
電源の電圧は８Ｖから１６Ｖであり、ＰＷＭにより変調
された交流電圧が交流モータに印加される。従って、Ｐ
ＷＭのオンパルスによりモータに引火される瞬時電圧は
理想的には直流電源電圧となる。但し、直流電源電圧は
上記電圧値に限定されない。また、交流モータは三相交
流モータであることが望ましいが、これに限定されな
い。

【００３７】直流電力と交流電力の電力変換は、電気自
動車やガソリンエンジンの補助動力として交流モータを
使用するハイブリッド自動車等において要求される。

【００３８】複数の半導体素子は電界効果トランジスタ
（ＭＯＳＦＥＴ）から成ることが、半導体素子部でのオ
ン抵抗（導通抵抗）の点で望ましい。但し、この他に
も、直流電源の電圧により、ＩＧＢＴ、サイリスタ等に
より半導体素子を校正することができる。 ＜平滑用コンデンサ＞平滑用コンデンサとしては電解コ
ンデンサが、必要容量に対する体格が小さい点で望まし
い。但し、この他にもフィルムコンデンサ、セラミック
コンデンサ、電気二重層コンデンサ等を採用することも
できる。個数は半導体素子と平滑用コンデンサを近接さ
せるために２個から３個が望ましい。容量は数百から数
千μＦが必要となるが、直流入力電圧、出力電流等の仕
様により適宜決定される。 ＜収納ケース＞樹脂材料としては、ＰＢＴ（ポリブチレ
ンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファ
イド）等が採用できる。これらの樹脂材料は強度、耐
熱、絶縁の点で優れている。

【００３９】平滑用コンデンサを収納する第１収納部は
凹部であることが望ましいが、これに限定されない。電
力変換部を収納する第２収納部は開口部であることが望
ましが、これに限定されない。

【００４０】第１収納部と第２収納部とが「平面視で重
ならない」とは、実質的に重ならないとの意である。よ
って、全く重ならない場合の他、一部が重なっても良
い。かかる第１及び第２収納部の配置の結果、平滑用コ
ンデンサと半導体素子とは収納ケース内に、平面視で重
ならない状態で配置される。また、電力変換部を収納す
る第２収納部を収納ケースが持つことは、本発明の電力
変換装置は従来例におけるモジュールを含まないことを
意味する。 ＜入力ブスバー＞第１入力ブスバーは直流電源と接続す
る正端子、少なくとも１個の第１コンデンサ端子、及び
少なくとも２個の第１半導体端子を持てば良い。全体的
に細長い形状であることが望ましく、第１コンデンサ端
子と第１半導体端子とは細長い部分の互いに反対側の側
縁に形成することが望ましい。

【００４１】第２入力ブスバーは直流電源と接続する負
端子、少なくとも１個の第２コンデンサ端子、及び少な
くとも２個の第２半導体端子を持てば良い。全体的に細
長い形状であることが望ましく、第２コンデンサ端子と
第２半導体端子とは細長い部分の互いに反対側の側縁に
形成することが望ましい。

【００４２】第１入力ブスバーと第２入力ブスバーとが
「平面視で重なる」とは実質的に重なるとの意であり、
殆んど（６割から９割）重なる場合の他、半分程度で重
なっても良い。第１入力ブスバー及び第２入力ブスバー
は、例えば、第１収納部と第２収納部との間に位置する
第１配線部に埋設され、該第１配線部により絶縁されて
いる。

【００４３】尚、第１及び第２入力ブスバーは銅（Ｃ
ｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等導電性に優れた金属薄板
から成る。 ＜出力ブスバー＞第１（Ｕ相）、第２（Ｖ相）及び第３
（Ｗ相）出力ブスバーは電力変換部に近接して収納ケー
スに埋設され、互いに絶縁されている。第１から第３出
力ブスバーは一端においてワイヤボンディング等により
電力変換部の各半導体素子に導通され、他端が交流モー
タに接続される。

【００４４】尚、第１から第３出力ブスバーは銅（Ｃ
ｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等導電性に優れた金属の薄
板板から成る。

【００４５】

【実施例】以下、本発明がハイブリッド自動車等の電力
変換システムに適用された実施例につき添付図面に基づ
き説明する。 ＜実施例の構成＞図１に示すように、電力変換システム
は汎用の直流電源（バッテリ）１５０と、本発明に係る
電力変換装置１０と、汎用の三相交流モータ１１５とか
ら成る。バッテリ１５０の出力は８から１６Ｖである。

【００４６】電力変換装置１０は収納ケース１５と、６
個のＭＯＳＦＥＴ５６から６６を有する動力変換部５５
と、平滑用コンデンサ８５及び８６と、制御部９７とを
有する。 （収納ケース、ブスバー等）図２に示すように、収納ケ
ース１５は樹脂製のケース本体１６と、該ケース本体１
６内に埋設された５個のブスバー２５，３０，４１，４
４及び４７と、蓋（不図示）とから成る。ケース本体１
６は矩形状の底部１７と、第１側壁１８ａ、第２側壁１
８ｂ、第３側壁１８ｃ及び第４側壁１８ｄとを含む。底
部１７は第４側壁１８ｄ側の凹部（第１収納部）２１
と、第３側壁１８ｃ側の開口部（第２収納部）２２とを
備える。凹部２１は矩形状を有し、図４に示すように底
面は下方に突出している。開口部２２は矩形状を有し、
厚さ方向に貫通している。凹部２１と開口部２２との間
に第１配線部２３が位置し、第３側壁１８ｃと開口部２
２との間に第２配線部２４が位置している。

【００４７】図２に破線で示すように、第１配線部２３
には第１入力ブスバー（高位用ブスバー）２５及び第２
入力ブスバー（低位用ブスバー）３０が埋設されてい
る。第１入力ブスバー２５は細長い矩形部２６と、その
一端（左端）側の屈曲部２７とを持つ。矩形部２６は一
側に側方に延び第１配線部２３の表面に露出した第１端
子（第１半導体端子）２６ａ、第２端子２６ｂ及び第３
端子２６ｃを備え、他側に上方に屈曲し凹部２１の側縁
に露出した第４端子（第１コンデンサ端子）２６ｄ及び
第５端子２６ｅを備える。屈曲部２７の先端に形成され
たＰ端子２８が第１側壁１８ａの側面に露出している。

【００４８】第２入力ブスバー３０は第１入力ブスバー
２５と同様、細長い矩形部３１と、その一端側の屈曲部
３２とを持つ。矩形部３１は一側に側方に延び第１配線
部２３の表面に露出した第１端子（第２半導体端子）３
１ａ、第２端子３１ｂ及び第３端子３１ｃを備え、他側
に上方に屈曲し凹部２１の側縁に露出した第４端子（第
２コンデンサ端子）３１ｄ及び第５端子３１ｅを備え
る。

【００４９】第１端子３１ａ、第２端子３１ｂ及び第３
端子３１ｃは第１ブスバー２５の第１端子２６ａ、第２
端子２６ｂ及び第３端子２６ｃに隣接している。また、
第４端子３１ｄ及び第５端子３１ｅは第１ブスバー２５
の第４端子２６ｄ及び第５端子２６ｅに隣接している。
屈曲部３２は先端（左端）に形成されたＮ端子３３が第
１側壁１８ａの側面において、Ｐ端子２８に隣接して露
出している。

【００５０】尚、第１ブスバー２５と第２ブスバー３０
とは上下方向に僅かに離れ、平面視で大部分が重なるよ
うに第１配線部２３に埋設され、第１配線部２３により
互いに絶縁されている。

【００５１】図３及び図７に示すように、開口部２２に
は銅を主成分とした合金から成る矩形板形状の放熱板３
５が裁置されている。放熱板３５の下面にはフィン３８
が取り付けてある。第２配線部２４には３個の出力用ブ
スバー４１、４４及び４７が埋設されている。第１出力
ブスバー（Ｕ相用ブスバー）４１は水平部４２ａと垂直
部４２ｂとを含み、全体としてＬ字形状を持つ。水平部
４２ａが第２配線部２４に埋設され、その先端がＵ相端
子４３を形成している。垂直部４２ｂは開口部２２の側
縁に位置している。

【００５２】第２出力ブスバー（Ｖ相用ブスバー）４４
は第１出力ブスバー４１と同様の形状を持ち、第２配線
部２４に埋設されその先端がＶ端子４６を形成した水平
部４５ａと、開口部２２の側縁に位置する垂直部４５ｂ
を有する。第３出力ブスバー（Ｗ相用ブスバー）４７は
第１出力ブスバー４１と同様の形状を持ち、第２配線部
２４に埋設されその先端がＷ相端子４９を形成した水平
部４８ａと、開口部２２の側縁に位置する垂直部４８ｂ
を有する。

【００５３】また、第１及び第２配線部２３及び２４に
は第１から第３の信号端子群５１ａから５１ｃ、及び第
１群から第３群の信号端子群５２ａから５２ｃが立設さ
れている。各信号端子郡は５本の信号端子を含む。更
に、第４側壁１８ｄにはコネクタ５３が形成されてい
る。 （電力変換部）図３及び図６に示すように、電力変換部
（三相インバータ回路）５５は６個の電界効果トランジ
スタ（ＭＯＳＦＥＴ）５６、５８、６０、６２、６４及
び６６を含む。ＭＯＳＦＥＴ５６から６６の各々が三相
インバータ回路の各アームを構成している。Ｕ相の上ア
ームを構成するＭＯＳＦＥＴ５６と、Ｕ相の下アームを
構成するＭＯＳＦＥＴ６２とは直列接続されてＵ相イン
バータ回路を構成している。Ｖ相インバータ回路及びＷ
相インバータ回路についても同様である。Ｕ相、Ｖ相及
びＷ相インバータ回路が並列接続されて三相インバータ
回路が構成されている。

【００５４】６個のＭＯＳＦＥＴ５６から６６の構成は
全て同じであるので、ＭＯＳＦＥＴ５６について図６を
参照しつつ説明する。ＭＯＳＦＥＴ５６は通常のスイッ
チング機能の他に、温度検出機能及び電流検出機能を有
する。そのために、表面のソース用端子（Ｓ１）、裏面
のドレイン用端子（Ｄ１）及び表面側部のゲート用端子
（Ｇ１）の他に、ゲート用端子（Ｇ１）と並んで温度検
出用ダイオードのカソード用端子（Ｋ１）及びアノード
用端子（Ａ１）、ゲート信号用ソース端子（Ｋｓ１）、
電流検出用端子（Ｓｓ１）が形成されている。つまり、
表面側部には５個の信号端子が設けられている。

【００５５】図３において放熱板３５上に絶縁基板９
１、９２及び９３が載置されている。絶縁基板９１は窒
化アルミを主成分とする絶縁板９４と、表面側のアルミ
ニウムから成り略Ｌ字形状の電極パターン７１ａ、７４
及び矩形形状の電極パターン７８と、裏面側のアルミニ
ウムから成り矩形状の電極パターン７１ｂとを有する。
絶縁板９４に対して溶接により電極パターン７１ａ、７
４，７１ｂが接合されている。

【００５６】電極パターン７４、７５及び７６の側方に
矩形の電極パターン７８、７９及び８０が載置されてい
る。電極パターン７１ａから７３ａ、電極パターン７４
から７６並びに電極パターン７８から８０は放熱板３５
に対して絶縁されている。即ち、図７に示すように，Ｍ
ＯＳＦＥＴ５６ははんだ５９ａを介して電極パターン７
１ａに載置され、絶縁基板９１の裏面の電極パターン７
１ｂははんだ５９ｂを介して放熱板３５に載置されてい
る。その他のＭＯＳＦＥＴ５８から６６に関しても同様
である。

【００５７】ＭＯＳＦＥＴ５６はワイヤボンディングに
より矩形素子７８に接続され、該矩形素子７８はワイヤ
ボンディングにより第１入力ブスバー２５の第１端子２
６ａに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５８はワイヤボン
ディングにより矩形素子７９に接続され、該矩形素子７
９はワイヤボンディングにより第２端子２６ｂに接続さ
れている。ＭＯＳＦＥＴ６０はワイヤボンディングによ
り矩形素子８０に接続され、該矩形素子８０はワイヤボ
ンディングにより第３端子２６ｃに接続されている。

【００５８】電極パターン７４，７５及び７６がそれぞ
れワイヤボンディングにより第１から第３ピン群５１ａ
から５１ｃに接続されている。

【００５９】ＭＯＳＦＥＴ６２はワイヤボンディングに
より電極パターン７１ａに接続され、該電極パターン７
１ａはワイヤボンディングにより第１出力ブスバー４１
の垂直部４２ｂに接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ
６４はワイヤボンディングにより電極パターン７２ａに
接続され、該電極パターン７２ａはワイヤボンディング
により第２出力ブスバー４４の垂直部４５ｂに接続され
ている。更に、ＭＯＳＦＥＴ６６はワイヤボンディング
により電極パターン７３ａに接続され、該電極パターン
７３ａはワイヤボンディングにより第３出力ブスバー４
７の垂直部４８ｂに接続されている。

【００６０】ＭＯＳＦＥＴ５６，５８及び６０がワイヤ
ボンディングにより第１から第３ピン群５２ａから５２
ｃに接続され、ＭＯＳＦＥＴ６２，６４及び６６がワイ
ヤボンディングにより第１から第３ピン群５１ａから５
１ｃに接続されている。 （平滑用コンデンサ）図３及び図５に示すように、前記
ケース本体１６の凹部２１内に２個の平滑用コンデンサ
８５及び８６が収納されている。図８に示すように上記
第１入力ブスバー２５の第４端子２６ｄ及び第５端子２
６ｅがそれぞれ第１コンデンサ８５の正極端子８５ａ及
び第２コンデンサ８６の正極端子８６ａに抵抗溶接によ
り接合されている。同様に、第２入力ブスバー３０の第
４端子３１ｄ及び第５端子３１ｅがそれぞれ第１コンデ
ンサ８５の負極端子８５ｂ及び第２コンデンサ８６の負
極端子８６ｂに抵抗溶接により接合されている。

【００６１】その結果、各相インバータ回路の正極（高
位）側端子は第１入力ブスバー２５を通じて、第１及び
第２平滑用コンデンサ８５及び８６の正極端子８５ａ及
び８６ａ並びにバッテリ１５０の正極に接続されてい
る。同様に、負極（低位）側端子は第２入力ブスバー３
０を通じて、第１及び第２平滑用コンデンサ８５及び８
６負極端子８５ｂ及び８６ｂ並びにバッテリ１５０の負
極に接続されている。 （制御部）図１、５及び図６に示すように、制御部（制
御回路）９７は、第１制御基板９８ａ上に配置された第
１制御回路と、第２制御基板９８ｂ上に配置された第２
制御回路とから成る。第１制御回路は、ＭＯＳＦＥＴ５
６から６６を駆動するための駆動回路及び該駆動回路部
を駆動するための駆動用電源と、ＭＯＳＦＥＴ５６から
６６の温度信号及び電流信号の増幅部と、検出された温
度信号及び電流信号に基づく保護回路部とで構成され
る。上記第１から第３端子郡５１ａから５１ｃ及び第１
から第３端子群５２ａから５２ｃが制御回路のスルーホ
ールによりはんだ接続されている。

【００６２】一方、第２制御回路は三相交流を制御する
ための制御部と、上位ＥＣＵ９９との通信部及び交流モ
ータとの通信部とで構成される。通信部は上位ＥＣＵ９
９から動作指令信号を受け取ると共に、上位ＥＣＵ９９
に電力変換装置の作動状態を示すダイアグ信号を出力す
る。また、三相交流モータ１５５から回転信号を受け取
る。

【００６３】上記電力変換装置１０は、自動車のガソリ
ンエンジンを始動する際にバッテリ１５０の放電出力を
直流から三相交流に変換して三相交流モータ１５５を駆
動する。一方、通常走行時はガソリンエンジンの動力の
一部を利用し、三相交流モータ１５５を回転させ、三相
交流から直流に変換してバッテリ１５０を充電する。 ＜実施例の効果＞本実施例の電力変換装置によれば、以
下のような種々の効果が得られる。 （機能上の効果）第１に、平滑用コンデンサ８５及び８
６とＭＯＳＦＥＴ５６から６６との間のインダクタンス
が前記従来例に比べて大幅に低減する（従来の４０％程
度になる）。これは、平滑用コンデンサ８５及び８６と
ＭＯＳＦＥＴ５６から６６とを単一部材から成る第１及
び第２入力ブスバー２５及び３０で接続し、また第１及
び第２入力ブスバー２５及び３０と平滑用コンデンサ８
５及び８６の正極端子８５ａ、８６ａ及び負極端子８５
ｂ、８６ｂとを抵抗溶接により接合したことによる。

【００６４】つまり、図１と図１０との比較から明らか
なように、従来例における外部入力ブスバー１４１及び
１４２と、外部出力ブスバー１４６から１４８とは廃止
している。これにより、平滑用コンデンサ８５及び８６
とＭＯＳＦＥＴ５６から６６との間の距離が短くなると
ともに、接触抵抗を低減できる。その結果、平滑用コン
デンサ８５及び８６によるサージ抑制効果が高くなり、
ＭＯＳＦＥＴ５６から６６の耐圧を下げることができ
る。耐圧の低下によりＭＯＳＦＥＴ５６から６６のオン
抵抗が下がり、電力変換効率が上がり、冷却系を空冷と
しても成立させることができる。

【００６５】第２に、第１及び第２入力ブスバー２５及
び３０から第１から第３出力ブスバー４１，４４及び４
７までの間において接触抵抗による電圧降下が小さい。

【００６６】これは、第１入力ブスバー２５の正入力端
子２８から第１から第３端子２６ａから２６ｃを単一部
材とし、第２入力ブスバー３０の負入力端子３３から第
１から第３端子３１ａから３１ｃを単一部材とし、ＭＯ
ＳＦＥＴ５６から６６とボンディングワイヤで接続した
こと、及び第１から第３出力ブスバー４１，４４及び４
７の各出力端子４３，４６及び４９からＭＯＳＦＥＴ５
６から６６との接続端子である垂直部４２ｂ、４５ｂ及
び４８ｂまでを単一部材とし、ＭＯＳＦＥＴ５６から６
６とをボンディングワイヤにより接続したことによる。

【００６７】その結果、従来例と異なり、第１及び第２
入力ブスバー２５及び３０から第１から第３出力端子４
１、４４及び４７までの経路中にねじ止め部がなく、接
触抵抗による電圧降下が小さくなる。更に、ねじ止め部
を廃止したことにより、ねじ止め部周辺の作業スペース
が不要となり、ブスバー２５，３０，４１，４４及び４
７を短くできるため、ブスバーの導通抵抗による電圧降
下が小さくなる。

【００６８】これにより、補機バッテリのような低い電
圧（１４Ｖ程度）でも三相交流モータ１５５に電流を供
給するのに充分な電圧を確保できる。また、ねじ止め部
がなく、ブスバー２５，３０，４１，４４及び４７の配
線長も短くしたことにより、正負入力端子２８及び３３
から、Ｕ、Ｖ及びＷ出力端子４３，４６及び４９までの
配線途中における損失が小さくなり、電力変換効率が良
くなる。 （構造、組立上の効果）第１に、動力変換装置の小型化
が達成される。これは、従来例におけるモジュール１０
４を廃止して、樹脂製のケース本体１６に５個のブスバ
ー２５、３０、４１、４４及び４７を埋設したこと、見
方を変えれば、ケース本体１６の中身部（第１配線部２
３及び第２配線部２４）をブスバー２５、３０、４１、
４４及び４７の配線用空間として利用したことによる。
詳述すると、第１及び第２入力ブスバー２５及び３０を
第１側壁部から第１配線部２３にかけて埋設したことに
より、凹部１８の内壁面と第１及び第２入力ブスバー２
５及び３０との間に絶縁のための隙間を設けることが不
要となる。その結果、第１側壁１８ａと第２側壁１８ｂ
との間の間隔、及び第３側壁１８ｃと第４側壁１８ｄと
の間の間隔を狭くできる。

【００６９】また、平滑用コンデンサ８５及び８６とＭ
ＯＳＦＥＴ５６から６６とを平面視で重ならない位置に
載置したことによる。詳述すると、両者を平面視で重な
らない領域に配置したことにより、ＭＯＳＦＥＴ５６か
ら６６と制御回路９７とが第１から第３端子群５１ａか
ら５１ｃ及び第１から第３端子群５２ａから５２ｃで直
接接続でき、信号電線が不要になる。これにより、コネ
クタ５３の位置、即ち電力変換装置の高さを低くするこ
とができる。

【００７０】第２に、収納ケース１６が軽量化される。
軽量化は、その材質を樹脂としたことによる。樹脂の単
位体積当たりの重量はアルミニウムのそれの数分の一で
ある。収納ケース１６の体積は電力変換装置の相当部分
を占めるので、その単位体積あたりの重量を軽くするこ
との意義は大きい。

【００７１】第３に、上記外部入力ブスバー１４１及び
１４２、外部出力ブスバー１４６から１４８の除去によ
り、ブスバーの本数が減少する。その結果、部品点数が
減少し、また重量が軽くなる。

【００７２】第４に、Ｐ端子２８及びＮ端子３３と、平
滑用コンデンサ８５及び８６と、ＭＯＳＦＥＴ５６から
６６と、出力端子４３，４６及び４９との接合作業が簡
単かつ容易になる。これは、第１及び第２入力ブスバー
２５及び３０と平滑用コンデンサ８５及び８６とを抵抗
溶接により接合し、ＭＯＳＦＥＴ５６から６６と第１か
ら第３出力端子４１、４４及び４７とをワイヤボンディ
ングにより接続したことによる。

【００７３】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、平滑コンデンサの高位側及び低位側と電力変換部の
半導体素子の高位側及び低位側とがそれぞれ第１及び第
２入力ブスバーで直接導通され、半導体素子と交流モー
タとが複数の出力ブスバーで導通されている。従って、
サージが平滑用コンデンサにより良好に抑制され、電力
変換時の電圧のドロップが小さく、インダクタンス及び
通電抵抗の増加が極力抑えられる。その結果、優れた電
力変換効率を持ち、コンパクトでかつ軽量の電力変換装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例（電力変換装置）を含む電力変
換システムの全体概念図である。

【図２】上記実施例の収納ケースを示す平面図である。

【図３】上記実施例の平面図である。

【図４】図３における４−４断面図である。

【図５】上記実施例の斜視図である。

【図６】上記実施例の電力変換部の電気回路図である。

【図７】図３における７−７断面図である。

【図８】上記実施例における入力ブスバーの接合を説明
する説明図である。

【図９】上記実施例における全体の配置を説明する説明
図である。

【図１０】従来例の全体概念図である。

【図１１】従来例における上記図９に対応する説明図で
ある。

【図１２】従来例における上記図１０に対応する説明図
である。

【符号の説明】

１０：電力変換部 １５：収納ケース ２１：第１収納部 ２２：第２収納部 ２５：第１入力ブスバー ３０：第２入力ブ
スバー ４１：第１出力ブスバー ４４：第２出力ブ
スバー ４７：第３出力ブスバー ５５：電力変換部 ５６、５８、６０、６２、６４、
６６：半導体素子 ８５、８６：平滑用コンデンサ ９７：制御部 １５０：直流電源 １５５：三相交流
モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 BB06 CA02 CB02 CB05 CC01 CC03 FA01 FA13 FA20 HA02 HA03 HA04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源と交流モータとの間に介在さ
   れ、直流を交流に電力変換するとともに交流を直流に電
   力変換する電力変換装置であって、 複数の半導体素子を含み、直流と交流との間で相互に電
   力変換する電力変換部と、 各前記半導体素子に供給する直流電源の出力を平滑化す
   る平滑用コンデンサと、 各前記半導体素子のスイッチング動作を制御する制御部
   と、 前記電力変換部を収納する第１収納部と、前記平滑用コ
   ンデンサを収納する第２収納部とを有する樹脂製の収納
   ケースと、 前記直流電源の高位側と導通する正端子と、前記平滑用
   コンデンサの高位端子と導通する第１コンデンサ端子
   と、各前記半導体素子の高位端子と導通する複数の第１
   半導体端子とが単一部材から成り、前記収納ケース内に
   埋設された第１入力ブスバーと、 前記直流電源の低位側と導通する負端子と、前記平滑用
   コンデンサの低位端子と導通する第２コンデンサ端子
   と、各前記半導体素子の低位端子と導通する複数の第２
   半導体端子とが単一部材から成り、前記収納ケース内に
   埋設された第２入力ブスバーと、 それぞれ、前記半導体素子に導通された第１端部と、前
   記交流モータに導通された第２端部とが単一部材から成
   り、前記収納ケース内に埋設された複数の出力ブスバー
   と、を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】前記収納ケースの前記第１収納部と前記第
   ２収納部とは平面視で重ならない領域に配置されている
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】前記第１入力ブスバーは細長い形状を持
   ち、一端に前記正端子が、一側に前記第１コンデンサ端
   子が、他側に前記複数の第１半導体端子が形成されてい
   る請求項１に記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】前記第２入力ブスバーは細長い形状を持
   ち、一端に前記負端子が、一側に前記第２コンデンサ端
   子が、他側に前記複数の第２半導体端子が形成されてい
   る請求項１に記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】前記第１入力ブスバーと前記第２入力ブス
   バーとは平面視で重なる領域に互いに絶縁して配置され
   ている請求項３又は４に記載の電力変換装置。
6. 【請求項６】前記複数の出力ブスバーは平面視で重なら
   ない領域に互いに絶縁して配置されている請求項１に記
   載の電力変換装置。
7. 【請求項７】前記収納ケースは底部と複数の側壁部とを
   有し、前記第１入力ブスバー及び前記第２入力ブスバー
   は第１側壁部から該底部にかけて埋設されている請求項
   ５に記載の電力変換装置。
8. 【請求項８】前記収納ケースは底部と複数の側壁部とを
   有し、前記複数の出力ブスバーは第２側壁部から該底部
   にかけて埋設されている請求項６に記載の電力変換装
   置。