JP2018160995A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、コンデンサと半導体モジュールを接続するバスバに生じる応力を低減する電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１０は、積層ユニットとコンデンサと正極バスバ３１を備えている。正極バスバ３１は、コンデンサと夫々の半導体モジュールの端子２２を電気的に接続する導体である。正極バスバ３１は、コンデンサに接続されているとともにＸＹ平面に平行に拡がっているベース板３１ａと、ベース板３１ａの積層ユニット側の縁から延びているとともにＸ方向に並んでいる複数の枝部３１ｂと、夫々の枝部３１ｂの先端からＺ方向に延びているとともに端子２２に向かって延びており、先端が端子２２に接続されている複数の先端部３１ｃを備えている。枝部３１ｂの剛性が、ベース板３１ａの剛性よりも低く、かつ、先端部３１ｃの剛性よりも低い。枝部３１ｂの剛性を低くすることで、枝部３１ｂに生じる応力が緩和される。
【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、車両に搭載されており、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置に関する。

電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置は、電力変換用の半導体素子を収容した複数の半導体モジュールを備えていることが多い。半導体素子は、典型的には、電圧コンバータ回路やインバータ回路に用いられるスイッチング素子である。走行用のモータの駆動電力が流れる半導体モジュールは発熱量が大きい。複数の半導体モジュールを効果的に冷却する構造が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の電力変換装置は、複数の半導体モジュールと複数の冷却器を積層した構造を採用している。以下では、説明の便宜上、複数の半導体モジュールと複数の冷却器を積層したデバイスを積層ユニットと称する。

一方、電力変換装置は、直流電源から供給される電力を平滑化するコンデンサを備えている。平滑用のコンデンサはインバータ回路の前段に挿入されるため、コンデンサとインバータ回路の複数の半導体素子が電気的に接続されることになる。すなわち、積層ユニットの複数の半導体モジュールの端子とコンデンサが電気的に接続されることになる。

特許文献１に開示されている電力変換装置では、細長い形状を有するコンデンサは、その長手方向を積層ユニットの積層方向に一致させて、積層ユニットに隣接して配置されている。コンデンサはバスバによって、積層ユニットの中の複数の半導体モジュールの夫々の端子と電気的に接続されている。なお、「バスバ」とは、大電力を低損失で伝送するための細長い金属板（あるいは金属棒）である。

以下では、説明の便宜上、ケースに収容された積層ユニットにおける半導体モジュールと冷却器の積層方向をＸ方向とする直交ＸＹＺ座標系を定義する。積層ユニットとコンデンサの並び方向をＹ方向とする。直交ＸＹＺ座標系を用いると特許文献１の電力変換装置のコンデンサと積層ユニットとバスバの関係は次の通りである。積層ユニットとコンデンサはＹ方向で並んでいる。半導体モジュールの端子はＺ方向に延びている。バスバは、連続した一枚の板材で作られているが、説明の都合上、ベース板と、複数の枝部と、複数の先端部に分けて説明する。ベース板は、コンデンサに接続されているとともにＸＹ平面に平行に拡がっている部分である。複数の枝部は、ベース板の積層ユニットの縁から延びているとともにＸ方向に並んでいる。複数の先端部のそれぞれは、夫々の枝部の先端からＺ方向に延びているとともに半導体モジュールの端子に向かって延びており、先端が半導体モジュールの端子に接続されている。

特開２０１５−１５４５５８号公報

ところで、走行用のモータに駆動電力を供給する電力変換装置は車に搭載されるため、走行中に振動を受ける。さらに、例えば、電力変換装置はモータを収容するハウジングの上に支持されることがあるが、その場合、モータの振動も加わるため、電力変換装置は相当の振動を受けることになる。

一方、コンデンサと積層ユニットは夫々個別に電力変換装置のケースに固定されている。バスバは、コンデンサと積層ユニットをつないでおり、コンデンサと積層ユニットが個別に振動すると、バスバが変形して歪み（応力）が生じる。先に述べたように、バスバは、ベース板がコンデンサに連結され、複数の先端部の夫々が夫々の半導体モジュールの端子に接続され、ベース板の縁と先端部の間を枝部が連結する構造である。バスバの歪み（応力）は枝部に集中し、枝部がダメージを受けるおそれがある。本明細書は、上記したバスバを有する電力変換装置について、バスバの枝部に発生する応力を緩和する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換装置は、先に述べたように、コンデンサと積層ユニットとバスバを備える。コンデンサと積層ユニットとバスバは、電力変換装置のケースに収容されている。積層ユニットは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されたデバイスである。コンデンサは、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層方向と交差する方向で積層ユニットに並んでいる。バスバは、コンデンサと夫々の半導体モジュールの端子を接続する導体である。先に述べたように、説明の便宜上、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層方向をＸ方向とし、積層ユニットとコンデンサの並び方向をＹ方向とする直交座標系を定義する。夫々の半導体モジュールの端子はＺ方向に延びている。バスバは、一枚の連続した板で作られているが、説明の便宜上、ベース板と複数の枝部と複数の先端部に分けて説明する。ベース板は、コンデンサに接続されているとともに、コンデンサと積層ユニットの間でＸＹ平面に平行に拡がっている。複数の枝部は、ベース板の積層ユニット側の縁から延びているとともに、Ｘ方向で並んでいる。複数の先端部の夫々は、夫々の枝部の先端からＺ方向に延びているとともに半導体モジュールの端子に向かって延びており、先端が端子に接続されている。本明細書が開示する電力変換装置では、枝部の剛性が、ベース板の剛性よりも低く、かつ、先端部の剛性よりも低くなっている。枝部の剛性を下げることで、枝部に発生する応力を抑制することができる。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。

実施例の電力変換装置を含むハイブリッド車のエンジンコンパートメントの斜視図である。 実施例の電力変換装置を含むハイブリッド車の駆動系のブロック図である。 電力変換装置の内部の部品レイアウトを示す平面図である。 積層ユニットとコンデンサとバスバのアセンブリの斜視図である。 バスバの斜視図である。 バスバの展開図である。 第１変形例のバスバの展開図である。 第２変形例のバスバの展開図である。 バスバの振動を抑制する構造を説明するケース断面図である。 バスバの振動を抑制する別の構造を説明するケース断面図である。

図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置１０は、走行用の２個のモータ９２ａ、９２ｂとエンジン９８の双方を備えたハイブリッド車１００に搭載されている。図１に、ハイブリッド車１００のエンジンコンパートメント９０におけるデバイスの配置を示す。図１は、エンジンコンパートメント９０を斜め上方からみた斜視図である。ハイブリッド車１００のエンジンコンパートメント９０は、車両前部に位置する。なお、図中の座標系は、Ｘ軸が車両前方を示しており、Ｚ軸が車両上方を示しており、Ｙ軸は車幅方向（車両の側方）を示している。後述するが、座標系のＸ軸は、電力変換装置１０のケース内の半導体モジュールと冷却器の積層方向に相当する。また、Ｙ方向は、半導体モジュールと冷却器の積層体（積層ユニット）とコンデンサの並び方向に相当する。Ｚ軸は、半導体モジュールの端子の延設方向に相当する。

エンジンコンパートメント９０には、エンジン９８、電力変換装置１０、トランスアクスル９１などが配置されている。エンジンコンパートメント９０には他にも様々なデバイスが配置されているが、それらの説明は省略する。図１ではトランスアクスル９１やエンジン９８などは模式化して描いてある。

トランスアクスル９１は、走行用の２個のモータ９２ａ、９２ｂと、動力分配機構９３とデファレンシャルギア９４をまとめたデバイスである。動力分配機構９３は、エンジン９８の出力トルクとモータ９２ａ、９２ｂの出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構９３は、高トルクが要求されたときには、エンジン９８の出力トルクとモータ９２ａ、９２ｂの出力トルクを合成してデファレンシャルギア９４へ伝達する。また、動力分配機構９３は、状況に応じて、エンジン９８の出力トルクを分割してデファレンシャルギア９４と一方のモータ９２ａへ伝達する。その場合、ハイブリッド車１００は、エンジントルクで走行しながらモータ９２ａで発電する。なお、トランスアクスル９１は、走行用の２個のモータ９２ａ、９２ｂを含んでいるので、その筐体はモータハウジングと呼んでもよい。

エンジン９８とトランスアクスル９１は、車幅方向で隣り合うように連結されている。エンジン９８とトランスアクスル９１は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ９７に懸架されている。なお、図１では、一方のサイドメンバは見えていない。

電力変換装置１０は、２個のモータ９２ａ、９２ｂに駆動電力を供給するデバイスである。より詳しくは、電力変換装置１０は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ９２ａ、９２ｂへ供給する。また、電力変換装置１０は、モータ９２ａ又は９２ｂが発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧することもある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。

電力変換装置１０は、トランスアクスル９１の上面との間に隙間を有して支持される。電力変換装置１０は、その前側がフロントブラケット９６によって支持されており、後側がリアブラケット９５によって支持されている。

電力変換装置１０をトランスアクスル９１の上方に配置するのは次の２つの利点を得るためである。一つは、電力変換装置１０からモータ９２ａ、９２ｂへ電力を供給するパワーケーブルを短くできることである。もう一つは、前方衝突に対して電力変換装置１０を保護するためである。トランスアクスル９１の筐体は強度が高く、また体格が大きい。それゆえ、トランスアクスル９１の上方の空間は、衝突に対して比較的に安全性が高い。

ただし、トランスアクスル９１の上部に支持されているデバイスには、車両の走行振動に加え、トランスアクスル９１に内蔵されているモータ９２ａ、９２ｂの振動と、トランスアクスル９１と連結されているエンジン９８の振動が加わる。電力変換装置１０に伝わる振動を低減するため、フロントブラケット９６と電力変換装置１０の間、及び、リアブラケット９５と電力変換装置１０の間には、防振ブッシュが挟まれている。防振ブッシュを採用しているが、トランスアクスル９１を介して電力変換装置１０に伝わる震動は完全には抑えられない。電力変換装置１０は、振動によってそのケースに収容された部品、特に、後述するバスバに生じる応力を低減する構造を有している。バスバの耐振動構造については後に説明する。

次に、電力変換装置１０を含むハイブリッド車１００の電力系について説明する。図２に実施例の電力変換装置１０を含むハイブリッド車１００の電力系のブロック図を示す。電力変換装置１０は、バッテリ８１の直流電力を、走行用のモータ９２ａ、９２ｂの駆動電力に変換するデバイスである。ハイブリッド車１００は、２個の走行用のモータ９２ａ、９２ｂを備えるため、電力変換装置１０は、２組のインバータ回路１３ａ、１３ｂを備える。

電力変換装置１０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に変換する２組のインバータ回路１３ａ、１３ｂを備えている。

電圧コンバータ回路１２は、一方の端子に印加された電圧を昇圧して他方の端子に出力する昇圧動作と、他方の端子に印加された電圧を降圧して一方の端子に出力する降圧動作の双方を行うことが可能である。そのような電圧コンバータ回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路と呼ばれる。説明の便宜上、以下では、低電圧側（バッテリ側）の端子を入力端１８と称し、高電圧側（インバータ回路側）の端子を出力端１９と称する。また、入力端１８の正極と負極を夫々、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂと称する。出力端１９の正極と負極を夫々、出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂと称する。「入力端１８」、「出力端１９」との表記は説明の便宜を図るためのものであり、先に述べたように、電圧コンバータ回路１２は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであるので、出力端１９から入力端１８へ電力が流れる場合がある。

電圧コンバータ回路１２は、４個のトランジスタ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、リアクトル４、フィルタコンデンサ３、各トランジスタ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。２個のトランジスタ６ａ、７ａは直列に接続されており、残りの２個のトランジスタ６ｂ、７ｂも直列に接続されている。以下では、２個のトランジスタが直列に接続された回路を単に「直列接続回路」と称する場合がある。また、以下では、直列接続回路の高電位側のトランジスタ６ａ、６ｂを上アームトランジスタと称し、低電位側のトランジスタ７ａ、７ｂを下アームトランジスタと称することがある。

２組の直列接続回路は並列に接続されている。２組の直列接続回路の高電位側は出力正極端１９ａに接続されており、低電位側は出力負極端１９ｂに接続されている。リアクトル４の一端が入力正極端１８ａに接続されており、他端は２組の直列接続回路のそれぞれの中点Ｑａ、Ｑｂに接続されている。フィルタコンデンサ３は、入力正極端１８ａと入力負極端１８ｂの間に接続されている。入力負極端１８ｂは、出力負極端１９ｂと直接に接続されている。

４個のトランジスタ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、不図示の回路基板に実装された駆動回路で駆動される。駆動回路は、２個の上アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、同じタイミングでオンオフさせる上アームスイッチング指令信号を供給する。また、駆動回路は、２個の下アームトランジスタ７ａ、７ｂに対して、同じタイミングでオンオフさせる下アームスイッチング指令信号を供給する。即ち、２個の上アームトランジスタ６ａ、６ｂは同じタイミングで同じ動作をするように駆動され、２個の下アームトランジスタ７ａ、７ｂも同じタイミングで同じ動作をするように駆動される。同じタイミングで同じ動作をすることを並列動作と称する。並列に接続された２組の直列接続回路を並列動作させることで、２組の直列接続回路はあたかも一つの直列接続回路のように動作するとともに、１個当たりのトランジスタの負荷を低減することができる。

図２において、符号８ａが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール８ａにて実現される。符号８ｂが示す破線矩形の範囲の回路が、後述する半導体モジュール８ｂにて実現される。半導体モジュールは、２個のトランジスタの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードを収容したパッケージである。半導体モジュール８ａは、２個のトランジスタ６ａ、７ａの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。半導体モジュール８ｂは、２個のトランジスタ６ｂ、７ｂの直列接続回路と、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容している。

次に、インバータ回路１３ａ、１３ｂについて概説する。なお、図２では、インバータ回路１３ａ、１３ｂの具体的な回路構成の図示は省略しており、半導体モジュール８ｃ−８ｈ（後述）を破線矩形で模式的に表すだけにとどめている。半導体モジュール８ｃ−８ｈの各々が、一つの直列接続回路に対応する。

インバータ回路１３ａは、２個のトランジスタの直列接続回路を３組備えている。各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。半導体モジュール８ｃ、８ｄ、８ｅが３組の直列接続回路に対応する。それゆえ、以下では、半導体モジュール８ｃ−８ｅを用いてインバータ回路１３ａを説明する。３個の半導体モジュール８ｃ−８ｅは並列に接続されている。３個の半導体モジュール８ｃ−８ｅの高電位側と低電位側は、夫々、電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂに接続されている。夫々の半導体モジュールの中点から交流が出力される。

インバータ回路１３ｂはインバータ回路１３ａと同じ構成を備えている。即ちインバータ回路１３ｂは、３個の半導体モジュール８ｆ、８ｇ、８ｈを備えており、半導体モジュール８ｆ、８ｇ、８ｈの夫々が直列接続回路に相当する。夫々の直列接続回路の中点から交流が出力される。インバータ回路１３ａ、１３ｂの夫々の交流出力は、モータ９２ａ、９２ｂに供給される。なお、電圧コンバータ回路１２の出力正極端１９ａと出力負極端１９ｂの間には、平滑コンデンサ５が接続されている。インバータ回路１３ａ、１３ｂの半導体モジュール８ｃ−８ｈは、電圧コンバータ回路１２の半導体モジュール８ａ、８ｂと同じ構造である。

インバータ回路１３ａ、１３ｂの合計６個の半導体モジュール８ｃ−８ｈと、電圧コンバータ回路１２の２個の半導体モジュール８ａ、８ｂは、平滑コンデンサ５と並列に接続されている。より具体的には、合計８個の半導体モジュール８ａ−８ｈに収容された直列接続回路の高電位側と低電位側が平滑コンデンサ５と接続される。合計８個の半導体モジュール８ａ−８ｈと平滑コンデンサ５は、バスバと呼ばれる金属部材により接続される。次に、バスバを含む、電力変換装置１０のハードウエア構造について説明する。

図３は、電力変換装置１０の平面図である。図３は、カバーを外した電力変換装置１０の平面図であり、ケース４０の内部に収容された部品のレイアウトが示されている。ケース４０の中には、フィルタコンデンサユニット１０３、リアクトルユニット１０４、積層ユニット２０、平滑コンデンサユニット１０５などが収容されている。

フィルタコンデンサユニット１０３の中に、図２で示したフィルタコンデンサ３に相当するコンデンサ素子が収容されている。リアクトルユニット１０４の中に、図２で示したリアクトル４に相当するリアクトルデバイスが収容されている。平滑コンデンサユニット１０５の中に、図２で説明した平滑コンデンサ５に相当するコンデンサ素子が収容されている。フィルタコンデンサ３、平滑コンデンサ５、リアクトル４には大電流が流れるため、それらに対応するハードウエアは体格が大きい。

平滑コンデンサユニット１０５に隣接して積層ユニット２０が配置されている。積層ユニット２０は、複数の半導体モジュール８ａ−８ｈと複数の冷却器４４が積層されたユニットである。図３では右端の２個の冷却器だけに符号４４を付しており、残りの冷却器の符号は省略している。半導体モジュール８ａ−８ｈの夫々は、先に述べたように、２個のトランジスタの直列接続回路と各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードを収容したパッケージである。複数の半導体モジュール８ａ−８ｈと複数の冷却器４４は、一つずつ交互に積層されている。半導体モジュール８ａ−８ｈのそれぞれは、トランジスタの直列接続回路の高電位側と接続している正極端子２２、低電位側と接続している負極端子２３、中点と接続している中点端子２４を備えている。図３では、左端の半導体モジュール８ａと右端の半導体モジュール８ｈにのみ、正極端子、負極端子、中点端子を示す符号２２、２３、２４を付しており、他の半導体モジュール８ｂ−８ｇには、それらの符号を省略した。

説明の便宜上、複数の半導体モジュール８ａ−８ｈと複数の冷却器４４の積層方向をＸ軸とし、積層ユニット２０と平滑コンデンサユニット１０５の並び方向をＹ軸とする直交座標系を定義する。半導体モジュール８ａ−８ｈの端子２２、２３、２４は、Ｚ方向に延びている。

積層ユニット２０は、ケース４０に設けられた支持壁４３と、２本の支持柱４５の間に挿入されている。図示を省略しているが、支持柱４５と積層ユニット２０の間には板バネが挿入されており、その板バネにより、積層ユニット２０はその積層方向に加圧されつつ、ケース４０に支持されている。積層方向の加圧によって半導体モジュール８ａ−８ｈと冷却器４４の密着性が高まり、冷却性能が向上する。また、積層ユニット２０の一端には冷媒供給管４１と冷媒排出管４２が接続されており、それらの管はケース４０を貫通している。冷媒供給管４１から供給された冷媒は各冷却器４４に分配される。冷媒は各冷却器４４の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール８ａ−８ｈから熱を吸収する。冷却器４４を通過した冷媒は、冷媒排出管４２を通じて電力変換装置１０の外へと排出される。

図２の回路図を参照して説明したように、全ての半導体モジュール８ａ−８ｈの高電位側（正極端子２２）が互いに接続されるとともに、低電位側（負極端子２３）が互いに接続される。そして、全ての半導体モジュール８ａ−８ｈの高電位側（正極端子２２）と低電位側（負極端子２３）の間に平滑コンデンサ５（平滑コンデンサユニット１０５）が並列に接続される。全ての半導体モジュール８ａ−８ｈの正極端子２２は、正極バスバ３１によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット１０５の一方の電極に接続される。全ての半導体モジュール８ａ−８ｈの負極端子２３は負極バスバ３２によって相互に接続されるとともに、平滑コンデンサユニット１０５の他方の電極に接続される。なお、バスバとは、小さい内部抵抗で電力を伝える金属板（又は金属棒）を意味する。

半導体モジュール８ｃ−８ｈはインバータ回路に用いられ、それらの中点端子２４から交流が出力される。半導体モジュール８ｃ−８ｈの中点端子２４は、出力用バスバ３３に接続されており、出力用バスバ３３の一端は、電力変換装置１０の出力端子４６を構成している。

図２の回路図を参照して説明したように、半導体モジュール８ａ、８ｂは並列に接続され、電圧コンバータ回路１２で用いられる。半導体モジュール８ａ、８ｂの正極端子２２は正極バスバ３１によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール８ｃ−８ｈと同様に平滑コンデンサユニット１０５の一方の電極に接続される。半導体モジュール８ａ、８ｂの負極端子２３は、負極バスバ３２によって相互に接続されるとともに、他の半導体モジュール８ｃ−８ｈと同様に平滑コンデンサユニット１０５の他方の電極に接続される。

半導体モジュール８ａ、８ｂの中点端子２４は、中点接続バスバ３４によって相互に接続されるとともに、リアクトルユニット１０４の一方の端子に接続される。こうして、半導体モジュール８ａ、８ｂの正極端子２２同士、負極端子２３同士、中点端子２４同士が接続される。リアクトルユニット１０４の他方の端子は、バスバ３５により、フィルタコンデンサユニット１０３の一方の電極に接続される。バスバ３５の一方の端は、電力変換装置１０の入力端４７（正極端）を構成している。フィルタコンデンサユニット１０３の他方の電極にはバスバ３６が接続されており、そのバスバ３６に一方の端が、入力端４７（負極端）を構成している。

図４−図６を参照して平滑コンデンサユニット１０５と積層ユニット２０と正極バスバ３１の関係を説明する。なお、図４は、電力変換装置１０において、平滑コンデンサユニット１０５と積層ユニット２０と正極バスバ３１のみを取り出した斜視図である。なお、図４では、負極バスバ３２の図示は省略した。図５に、平滑コンデンサユニット１０５から露出している部分の正極バスバ３１の斜視図を示す。正極バスバ３１は、一枚の金属板から形成されている。図６に、平滑コンデンサユニット１０５から露出している部分の正極バスバ３１の展開図を示す。図４では、半導体モジュール８ａ−８ｈを半導体モジュール８と表記する。図４では、左端の半導体モジュールと冷却器にのみ、符号８、４４を付し、他の半導体モジュールと冷却器には符号を省略した。また、左端の半導体モジュール８にのみ、夫々の端子を示す符号２２、２３、２４を付し、他の半導体モジュールの端子には符号を省略した。図２以降の図では、座標系のＸ方向が、半導体モジュール８ａ−８ｈと冷却器４４の積層方向を示している。

説明の都合上、正極バスバ３１を、ベース板３１ａと複数の枝部３１ｂと複数の先端部３１ｃに分ける。図４では、枝部３１ｂは隠れて見えない。ベース板３１ａは、平滑コンデンサユニット１０５から積層ユニット２０へ向けて延びており、ＸＹ平面に広がっている板部材である。複数の枝部３１ｂは、ベース板３１ａの積層ユニット２０に近い端から延びている。複数の枝部３１ｂは、Ｘ方向に並んでいる。なお、図５と図６において符号３１ｄが示す破線が、「ベース板３１ａの積層ユニット２０に近い側の端」を示している。複数の枝部３１ｂの夫々に、先端部３１ｃが続いている。先端部３１ｃは、枝部３１ｂの先端から図中の座標系のＺ方向に直角に折れ曲がって延びているとともに、半導体モジュール８の正極端子２２へ向かって延びている。そして、複数の先端部３１ｃの夫々が複数の半導体モジュール８の夫々の正極端子２２に接合されている。先端部３１ｃと正極端子２２は、ハンダで接合されている。

枝部３１ｂは、ベース板３１ａと先端部３１ｃをつなぐ部分である。枝部３１ｂは、その剛性が、ベース板３１ａの剛性よりも低く、かつ、先端部３１ｃの剛性よりも低い。ここでの剛性は、Ｚ軸方向の曲げ剛性、Ｘ軸回りの捩り剛性、Ｙ軸回りの捩り剛性を意味する。図６に示すように、正極バスバ３１では、展開図における枝部３１ｂの幅が小さく、これによって、曲げ剛性に関係する断面二次モーメント、及び、捩り剛性に関係する断面積が小さくなる。断面二次モーメントと断面積が小さいので、曲げ剛性、捩り剛性が共に小さくなる。

正極バスバ３１は、ベース板３１ａが平滑コンデンサユニット１０５に拘束され、複数の先端部３１ｃが積層ユニット２０に拘束される。電力変換装置１０は、モータ９２ａ、９２ｂを収容したトランスアクスル９１の上に固定されており、様々なモードの振動を受ける。平滑コンデンサユニット１０５と積層ユニット２０が振動すると、両者に拘束されている正極バスバ３１も様々なモードで変形する。変形箇所に応力が生じる。特に、ベース板３１ａと先端部３１ｃをつないでいる枝部３１ｂに応力が集中し易い。実施例の電力変換装置１０では、正極バスバ３１の枝部３１ｂの剛性を低く抑えることで、枝部３１ｂに発生する応力を抑制している。

図７と図８を参照して、正極バスバの変形例を説明する。図７は、第１変形例のバスバ１３１の展開図である。正極バスバ１３１は、Ｘ軸の正方向の端が、ケース４０の内部でケースの中央付近に位置する（図３を参照）。ケースの中央付近は、正極バスバ１３１のＺ軸方向の振動の腹に相当する。変形例の正極バスバ１３１では、Ｘ軸の正方向における端に近い枝部１３１ｂ１、１３１ｂ２、１３１ｂ３が、この順序で順番に長くなっている。振動の腹に近い枝部１３１ｂ１、１３１ｂ２、１３１ｂ３の長さを長くすることで、断面二次モーメントが小さくなり、Ｚ軸方向の曲げ剛性がより一層小さくなる。変形例の正極バスバ１３１は、Ｚ軸方向の振動の腹に相当する部分の枝部１３１ｂ１、１３１ｂ２、１３１ｂ３の曲げ剛性を他の位置の枝部１３１ｂよりも小さくし、枝部への応力集中を効果的に緩和する。

図８は、第２変形例の正極バスバ２３１の展開図である。正極バスバ２３１では、夫々の枝部２３１ｂとベース板３１ａとの境界付近に貫通孔２３１ｅを設けている。貫通孔２３１ｅを設けることで、枝部２３１ｂの断面二次モーメントと断面積が小さくなる。その結果、枝部２３１ｂの曲げ剛性と捩り剛性が小さくなる。

上記の実施例では、正極バスバについて詳しく説明した。負極バスバについても同様の構造により、枝部の剛性が低くなっている。

次に、電力変換装置のケース内の部品を活用してバスバの振動（バスバに発生する応力）を抑える技術について説明する。図９は、電力変換装置１０ａのケース１４０の断面図である。図９では、ケース１４０には断面を示すハッチングを施したが、他の部品（リアクトルユニット１０４と積層ユニット２０）には断面を示すハッチングを省略した。この例では、ケース１４０は、上ケース１４１と下ケース１４２に分かれており、ケース１４０の内部空間を中板１４０ｃが上空間と下空間に区画している。リアクトルユニット１０４と積層ユニット２０と平滑コンデンサユニット１０５とフィルタコンデンサユニット１０３（図９では不図示）が上空間に配置されている。正極バスバ３１と、図示を省略しているが負極バスバも上空間に収容される。下空間には、説明を省略した電圧コンバータユニット等が収容される。

電力変換装置１０ａでは、リアクトルユニット１０４は、締結箇所１０４ｃにて上ケース１４１の天板１４１ａに締結されているとともに、締結箇所１０４ａ、１０４ｂの二カ所で中板１４０ｃに締結されている。リアクトルユニット１０４と積層ユニット２０と平滑コンデンサユニット１０５とフィルタコンデンサユニット１０３（不図示）を収容しているケース１４０の天板１４１ａと中板１４０ｃがリアクトルユニット１０４を介して相互に締結されることで、ケース１４０（上ケース１４１）の剛性が高まり、正極バスバ３１（及び負極バスバ）の振動が抑えられる。

図１０は、電力変換装置１０ｂのケース２４０の断面図である。図１０では、ケース２４０には断面を示すハッチングを施したが、他の部品（平滑コンデンサユニット１０５と積層ユニット２０）には断面を示すハッチングを省略した。この例では、ケース２４０は、上ケース２４１と下ケース２４２に分かれており、ケース２４０の内部空間を中板２４０ｃが上空間と下空間に区画している。平滑コンデンサユニット１０５と積層ユニット２０とリアクトルユニット１０４（図１０では不図示）とフィルタコンデンサユニット１０３（図１０では不図示）が上空間に配置されている。正極バスバ３１と、図示を省略しているが負極バスバも上空間に収容される。下空間には、説明を省略した電圧コンバータユニットなどが収容される。

電力変換装置１０ｂでは、平滑コンデンサユニット１０５の上下に突起１０５ａ、１０５ｂが設けられている。下の突起１０５ａは中板２４０ｃに設けられた溝に嵌合しており、上の突起１０５ｂは上ケース２４１の天板２４１ａに設けられた溝に嵌合している。リアクトルユニット１０４（不図示）と積層ユニット２０と平滑コンデンサユニット１０５とフィルタコンデンサユニット１０３（不図示）を収容しているケース２４０の天板２４１ａと中板２４０ｃが平滑コンデンサユニット１０５を介して相互に連結されることで、ケース２４０（上ケース２４１）の剛性が高くなり、正極バスバ３１（及び負極バスバ）の振動が抑えられる。

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。

３：フィルタコンデンサ
４：リアクトル
５：平滑コンデンサ
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ：トランジスタ
８ａ−８ｈ：半導体モジュール
１０、１０ａ、１０ｂ：電力変換装置
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
２２：正極端子
２３：負極端子
２４：中点端子
３１、１３１、２３１：正極バスバ
３１ａ：ベース板
３１ｂ、１３１ｂ、１３１ｂ１、１３１ｂ２、１３１ｂ３、２３１ｂ：枝部
３１ｃ：先端部
３２：負極バスバ
４０、１４０、２４０：ケース
４１：冷媒供給管
４２：冷媒排出管
４３：支持壁
４４：冷却器
４５：支持柱
８１：バッテリ
９０：エンジンコンパートメント
９１：トランスアクスル
９２ａ、９２ｂ：モータ
９３：動力分配機構
９４：デファレンシャルギア
９５：リアブラケット
９６：フロントブラケット
９７：サイドメンバ
９８：エンジン
１００：ハイブリッド車
１０３：フィルタコンデンサユニット
１０４：リアクトルユニット
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ：締結箇所
１０５：平滑コンデンサユニット
１０５ａ、１０５ｂ：突起
１４０ｃ、２４０ｃ：中板
１４１、２４１：上ケース
１４１ａ、２４１ａ：天板
１４２、２４２：下ケース
２３１ｅ：貫通孔

Claims (1)

1. 車両に搭載されており、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換装置であり、
   前記電力変換装置のケースに収容されており、複数の半導体モジュールと複数の冷却器が積層されている積層ユニットと、
   前記ケース内で、前記複数の半導体モジュールと前記複数の冷却器の積層方向と交差する方向で前記積層ユニットと並んでいるコンデンサと、
   夫々の前記半導体モジュールの端子と前記コンデンサを電気的に接続しているバスバと、を備えており、
   前記積層方向をＸ方向とし、前記積層ユニットと前記コンデンサの並び方向をＹ方向とする直交座標系を定義したときに、
   前記半導体モジュールの前記端子はＺ方向に延びており、
   前記バスバは、前記コンデンサに接続されているとともにＸＹ平面に平行に拡がるベース板と、当該ベース板の前記積層ユニット側の縁から延びているとともにＸ方向に並んでいる複数の枝部と、夫々の前記枝部の先端からＺ方向に延びているとともに前記端子に向かって延びており先端が前記端子に接続されている先端部と、
   を備えており、
   前記枝部の剛性が、前記ベース板の剛性よりも低く、かつ、前記先端部の剛性よりも低い、電力変換装置。

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