JP6351878B1 - バスバー構造体およびこれを用いた電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
正負バスバー間の反発電磁力でチップやパワーモジュールが破損してアークが発生し、故障が更に拡大する問題があった。このため、２つの機器を接続する正負バスバー（２、３）を１ターンループの電流路（２９）を形成するように構成することで、バスバー間に発生する反発電磁力を抑制し、パワーモジュールでのアーク発生の可能性を低減する。
Description
この発明は、バスバーの構造体、及びこの構造体を用いた電力変換装置に関する。
従来の電力変換装置のバスバーは、正側バスバーと負側バスバーのそれぞれの端子近傍部に狭窄領域が形成され、この狭窄領域が、上下に対向する正側、及び負側のバスバーの対向方向に一致した位置関係に形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造により、狭窄領域で正負電流が上下方向に揃い、インダクタンスが低下し、サージ電圧を低減できる。
しかし、インダクタンスが低下するため、逆に短絡電流が増加し、バスバーの電磁力が増加する問題が生じる。
しかし、インダクタンスが低下するため、逆に短絡電流が増加し、バスバーの電磁力が増加する問題が生じる。
電力変換装置においては、コンデンサとパワーモジュール（電極と多数のチップで構成）とは、上下で反対方向の電流が流れる正負バスバーで接続されている。このような電力変換装置に、上述した従来のバスバー構成を適用すると、パワーモジュール内のチップが短絡した際、コンデンサからバスバーに過大な短絡電流が流れ、バスバー間に大きな反発電磁力が生じる。バスバー間に発生する反発電磁力とは、正負バスバーに反対方向の過大な電流が流れることによって生じる正負バスバーの反動力である。この結果、バスバー間の反発電磁力でチップやパワーモジュールが破損してアークが発生し、故障が更に拡大する問題があった。この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、パワーモジュール内のチップなどで短絡故障が発生した場合でも、バスバー間に発生する反発電磁力を抑制し、パワーモジュールでのアーク発生の可能性を低減することを目的とする。
この発明に係るバスバー構造体において、
第１機器と第２機器との間に接続され、両機器間の接続方向をｘ軸の方向とすると、このｘ軸の方向に対して垂直方向となるｙ軸の方向に対向して配置される第１のバスバーおよび第２のバスバーからなるバスバー構造体であって、ｘ軸の方向およびｙ軸の方向に垂直な方向をｚ軸とすると、
第１のバスバーは、第１機器に第１端部で接続され、この第１端部から前記ｚ軸の正方向に伸びる第１接続部と、
第１接続部に対しｘ軸の正方向に屈曲されている第１屈曲部と、
第１屈曲部に対しｚ軸の負方向に屈曲され、第２機器に接続される第２接続部と、を備え、
第２のバスバーは、第２端部を第１機器に接続され、この第２端部からｚ軸の負方向に伸びる第３接続部と、
第３接続部に対しｘ軸の正方向に屈曲されている第２屈曲部と、
第２屈曲部に対しｚ軸の正方向に屈曲され、第２機器に接続される第４接続部と、を備え、
第１屈曲部と第２屈曲部とは互いにｚ軸方向にずれた位置に配置され、
前記第１接続部と前記第１屈曲部と前記第２接続部と、前記第３接続部と前記第２屈曲部と前記第４接続部で囲まれる開口部が形成されており、
第１機器から前記第１のバスバーを介して前記第２機器へと流れる電流の方向と、
第２機器から前記第２のバスバーを介して前記第１機器へと流れる電流の方向とが逆方向となるように前記第１機器と前記第２機器に接続されることを特徴とする。
第１機器と第２機器との間に接続され、両機器間の接続方向をｘ軸の方向とすると、このｘ軸の方向に対して垂直方向となるｙ軸の方向に対向して配置される第１のバスバーおよび第２のバスバーからなるバスバー構造体であって、ｘ軸の方向およびｙ軸の方向に垂直な方向をｚ軸とすると、
第１のバスバーは、第１機器に第１端部で接続され、この第１端部から前記ｚ軸の正方向に伸びる第１接続部と、
第１接続部に対しｘ軸の正方向に屈曲されている第１屈曲部と、
第１屈曲部に対しｚ軸の負方向に屈曲され、第２機器に接続される第２接続部と、を備え、
第２のバスバーは、第２端部を第１機器に接続され、この第２端部からｚ軸の負方向に伸びる第３接続部と、
第３接続部に対しｘ軸の正方向に屈曲されている第２屈曲部と、
第２屈曲部に対しｚ軸の正方向に屈曲され、第２機器に接続される第４接続部と、を備え、
第１屈曲部と第２屈曲部とは互いにｚ軸方向にずれた位置に配置され、
前記第１接続部と前記第１屈曲部と前記第２接続部と、前記第３接続部と前記第２屈曲部と前記第４接続部で囲まれる開口部が形成されており、
第１機器から前記第１のバスバーを介して前記第２機器へと流れる電流の方向と、
第２機器から前記第２のバスバーを介して前記第１機器へと流れる電流の方向とが逆方向となるように前記第１機器と前記第２機器に接続されることを特徴とする。
この発明のバスバー構造体によれば、バスバーのインダクタンスが増加することで、短絡電流が抑制され、この結果、バスバーに加わる電磁力を低減することができる。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１のバスバーの構造を示した斜視図である。図において、バスバー構造体１は、ｘ軸方向に並んで配設される第１機器６と第２機器７との間に配置される。また、バスバー構造体１は、上バスバー２と下バスバー３が、ｘ軸方向に対して垂直方向となるｙ軸方向に互いに対向して配置されている。ｘ軸方向、ｙ軸方向の両方向に垂直な方向をｚ軸方向とする。図中、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の矢印方向を正方向、反対方向を負方向とする。ここで、上バスバー２および下バスバー３は、共に金属などの導電体で構成されている。
上バスバー２は、第１機器６と接続され、電流４を導入する第１端部２ａ、第１端部２ａからｚ軸の正方向に屈曲した第１接続部２ｂ、第１接続部２ｂからｘ軸の正方向に屈曲した第１屈曲部２ｃ、第１屈曲部２ｃからｚ軸の負方向に屈曲し、第２機器７と接続され、電流４を導出する第２接続部２ｄから構成されている。下バスバー３は、第１機器６に接続され、電流５を導出する第２端部３ａ、第２端部３ａからｚ軸の負方向に屈曲した第３接続部３ｂ、第３接続部３ｂからｘ軸方向の正方向に屈曲した第２屈曲部３ｃ、第２屈曲部３ｃからｚ軸の正方向に屈曲し、第２機器７に接続され、電流５を導入する第４接続部３ｄから構成されている。また、第１屈曲部と第２屈曲部とは互いにｚ軸方向にずれた位置に配置されている。
図１は本発明の実施の形態１のバスバーの構造を示した斜視図である。図において、バスバー構造体１は、ｘ軸方向に並んで配設される第１機器６と第２機器７との間に配置される。また、バスバー構造体１は、上バスバー２と下バスバー３が、ｘ軸方向に対して垂直方向となるｙ軸方向に互いに対向して配置されている。ｘ軸方向、ｙ軸方向の両方向に垂直な方向をｚ軸方向とする。図中、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の矢印方向を正方向、反対方向を負方向とする。ここで、上バスバー２および下バスバー３は、共に金属などの導電体で構成されている。
上バスバー２は、第１機器６と接続され、電流４を導入する第１端部２ａ、第１端部２ａからｚ軸の正方向に屈曲した第１接続部２ｂ、第１接続部２ｂからｘ軸の正方向に屈曲した第１屈曲部２ｃ、第１屈曲部２ｃからｚ軸の負方向に屈曲し、第２機器７と接続され、電流４を導出する第２接続部２ｄから構成されている。下バスバー３は、第１機器６に接続され、電流５を導出する第２端部３ａ、第２端部３ａからｚ軸の負方向に屈曲した第３接続部３ｂ、第３接続部３ｂからｘ軸方向の正方向に屈曲した第２屈曲部３ｃ、第２屈曲部３ｃからｚ軸の正方向に屈曲し、第２機器７に接続され、電流５を導入する第４接続部３ｄから構成されている。また、第１屈曲部と第２屈曲部とは互いにｚ軸方向にずれた位置に配置されている。
本発明の実施の形態１の詳細な説明の前に従来のバスバー構造と課題について述べる。
図２が従来のバスバー構造である。図において、上バスバー１５及び下バスバー１６は、ｙ軸方向に対向して配置され、ｘ軸方向にフラットな導電体（フラットバスバー）で構成している。また、上バスバー１５と下バスバー１６でパワーモジュール１７を挟む構造であり、電流導入口２０ａ、電流導出口２０ｂの先にモータや電源等の外部機器（図示せず）が接続される。パワーモジュール１７と外部機器を、本発明の各実施の形態の第２機器７に含めて考えてもよい。
図３はパワーモジュール１７を抜き出した図である。図において、チップ１９はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）、などのスイッチング素子で構成され、ケース１８に複数個収納されている。図の例ではチップ１９は６個存在している。更に、ケース内右下の１９ａは短絡チップを示している。制御端子（図示せず）に入力される制御信号によるチップのＯＮ/ＯＦＦで電流のＯＮ/ＯＦＦの制御ができる。
図２が従来のバスバー構造である。図において、上バスバー１５及び下バスバー１６は、ｙ軸方向に対向して配置され、ｘ軸方向にフラットな導電体（フラットバスバー）で構成している。また、上バスバー１５と下バスバー１６でパワーモジュール１７を挟む構造であり、電流導入口２０ａ、電流導出口２０ｂの先にモータや電源等の外部機器（図示せず）が接続される。パワーモジュール１７と外部機器を、本発明の各実施の形態の第２機器７に含めて考えてもよい。
図３はパワーモジュール１７を抜き出した図である。図において、チップ１９はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）、などのスイッチング素子で構成され、ケース１８に複数個収納されている。図の例ではチップ１９は６個存在している。更に、ケース内右下の１９ａは短絡チップを示している。制御端子（図示せず）に入力される制御信号によるチップのＯＮ/ＯＦＦで電流のＯＮ/ＯＦＦの制御ができる。
図２に示す従来のバスバー構造において、短絡チップ１９ａが存在する場合の短絡電流経路を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃで示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃはバスバー平面図、即ちｙ軸方向から見た図である。
図４Ａは上バスバー１５の短絡電流経路を、図４Ｂは短絡したパワーモジュール１７の短絡電流経路を、図４Ｃは下バスバー１６の短絡電流経路を示す。上バスバー１５を流れる短絡電流２４を実線で、下バスバー１６を流れる短絡電流２５を点線で示す。
電流導入口２０ａから短絡電流２４が流入する。短絡電流２４は周波数が高く、表皮厚よりもバスバーの幅２２が十分広い場合、上バスバー１５や下バスバー１６の周囲を分岐して流れる。なお、交流電流が導体を流れるとき、電流密度は導体の表面で高く、表面から離れると低くなる。このような現象は表皮効果と呼ばれている。ここで表皮厚さとは、導体表面の電流を１とするとき、導体の深さ方向において電流が１／ｅに減衰するときの導体表面からの厚みである。
短絡電流２４は上バスバー１５で図に示す様に、幅２２の上バスバー１５の両端に分流するが、短絡チップ１９ａの上で合流し、短絡チップ１９ａを介して下バスバー１６に流れる（短絡電流２５）。更に短絡電流２５は、上バスバー１５と同様に下バスバー１６の幅の両端に分岐して流れ、電流導出口２０ｂから外部機器に流れる。
図４Ａは上バスバー１５の短絡電流経路を、図４Ｂは短絡したパワーモジュール１７の短絡電流経路を、図４Ｃは下バスバー１６の短絡電流経路を示す。上バスバー１５を流れる短絡電流２４を実線で、下バスバー１６を流れる短絡電流２５を点線で示す。
電流導入口２０ａから短絡電流２４が流入する。短絡電流２４は周波数が高く、表皮厚よりもバスバーの幅２２が十分広い場合、上バスバー１５や下バスバー１６の周囲を分岐して流れる。なお、交流電流が導体を流れるとき、電流密度は導体の表面で高く、表面から離れると低くなる。このような現象は表皮効果と呼ばれている。ここで表皮厚さとは、導体表面の電流を１とするとき、導体の深さ方向において電流が１／ｅに減衰するときの導体表面からの厚みである。
短絡電流２４は上バスバー１５で図に示す様に、幅２２の上バスバー１５の両端に分流するが、短絡チップ１９ａの上で合流し、短絡チップ１９ａを介して下バスバー１６に流れる（短絡電流２５）。更に短絡電流２５は、上バスバー１５と同様に下バスバー１６の幅の両端に分岐して流れ、電流導出口２０ｂから外部機器に流れる。
上、下バスバー１５、１６を重ね、かつｙ軸方向から見た図（平面図）を図５Ａに、ｚ軸方向から見た図(側面図)を図５Ｂに示す。
図５Ａから分かる様に、ｚ軸方向において同じ座標位置で、ｘ軸方向において互いに反対方向の電流２７が流れる。すなわち、上、下バスバー１５、１６に流れる短絡電流２４と短絡電流２５の位置はほぼ一致している。この場合、図５Ｂに示すように、上、下バスバー１５、１６のｙ軸方向で、互いに反対向きの大きな反発電磁力２８が働く。最悪の場合、この反発電磁力２８により、バスバー１５、１６とパワーモジュール１７、あるいはチップ１９間に隙間が発生し、アークが発生する。アークが発生すると故障がより拡大する原因になる。このため、反発電磁力２８は極力小さくすることが必要となる。
図５Ａから分かる様に、ｚ軸方向において同じ座標位置で、ｘ軸方向において互いに反対方向の電流２７が流れる。すなわち、上、下バスバー１５、１６に流れる短絡電流２４と短絡電流２５の位置はほぼ一致している。この場合、図５Ｂに示すように、上、下バスバー１５、１６のｙ軸方向で、互いに反対向きの大きな反発電磁力２８が働く。最悪の場合、この反発電磁力２８により、バスバー１５、１６とパワーモジュール１７、あるいはチップ１９間に隙間が発生し、アークが発生する。アークが発生すると故障がより拡大する原因になる。このため、反発電磁力２８は極力小さくすることが必要となる。
これを改善したものが前述した図１に示すバスバーの構造である。次に図１の動作原理を説明する。
図６Ａは、上バスバー２の電流経路を、図６Ｂは、パワーモジュール１７内の短絡チップ１９ａの電流経路を、図６Ｃは、下バスバー３の電流経路を示す。図１に示した第２機器７は、図６Ａではパワーモジュール１７に該当する。
図６Ａおよび図６Ｃにおいて、第１端部２ａ、第２端部３ａには、図２で述べたように、第１機器としてモータや電源等の外部機器（図示せず）が接続される。上バスバー２の第１接続部２ｂ、及び第２接続部２ｄのｘ軸方向の幅が、第１屈曲部２ｃのｚ軸方向の幅よりも広く形成されている。第１屈曲部２ｃのｚ軸方向の幅は、表皮厚の６倍程度に形成され、周波数が十分に高い場合、短絡電流は第１屈曲部２ｃの面内にほぼ均一に一様な電流が流れる。しかし、第２接続部２ｄのｘ軸方向の幅は、図６Ｂに示されたパワーモジュール１７を配置するため、表皮厚の６倍よりも広く形成されており、短絡電流は周辺のみに流れ、中央部には電流が流れない部分が生じる。また、本発明の実施の形態１では、第１接続部２ｂのｘ軸方向の幅も表皮厚の６倍よりも広く形成され、短絡電流は周辺のみに流れる。
図６Ｃにおいて、下バスバー３の第３接続部３ｂの面積は第１接続部２ｂと同じ面積に、第４接続部３ｄの面積は第２接続部２ｄと同じ面積に形成されている。第２屈曲部３ｃのｚ軸方向の幅は、第１屈曲部２ｃ同様、ｚ軸方向の幅は表皮厚の６倍程度に形成されている。第２接続部２ｄと第４接続部３ｄによりパワーモジュール１７を挟持し、電気的に接続されている。なお、上記例では２ｂのｘ軸方向の幅は表皮厚の６倍程度としたが、６倍以下であってもよい。ｘ軸方向の幅を狭くすると発熱が大きくなるがコンパクトに構成できる。
図６Ａは、上バスバー２の電流経路を、図６Ｂは、パワーモジュール１７内の短絡チップ１９ａの電流経路を、図６Ｃは、下バスバー３の電流経路を示す。図１に示した第２機器７は、図６Ａではパワーモジュール１７に該当する。
図６Ａおよび図６Ｃにおいて、第１端部２ａ、第２端部３ａには、図２で述べたように、第１機器としてモータや電源等の外部機器（図示せず）が接続される。上バスバー２の第１接続部２ｂ、及び第２接続部２ｄのｘ軸方向の幅が、第１屈曲部２ｃのｚ軸方向の幅よりも広く形成されている。第１屈曲部２ｃのｚ軸方向の幅は、表皮厚の６倍程度に形成され、周波数が十分に高い場合、短絡電流は第１屈曲部２ｃの面内にほぼ均一に一様な電流が流れる。しかし、第２接続部２ｄのｘ軸方向の幅は、図６Ｂに示されたパワーモジュール１７を配置するため、表皮厚の６倍よりも広く形成されており、短絡電流は周辺のみに流れ、中央部には電流が流れない部分が生じる。また、本発明の実施の形態１では、第１接続部２ｂのｘ軸方向の幅も表皮厚の６倍よりも広く形成され、短絡電流は周辺のみに流れる。
図６Ｃにおいて、下バスバー３の第３接続部３ｂの面積は第１接続部２ｂと同じ面積に、第４接続部３ｄの面積は第２接続部２ｄと同じ面積に形成されている。第２屈曲部３ｃのｚ軸方向の幅は、第１屈曲部２ｃ同様、ｚ軸方向の幅は表皮厚の６倍程度に形成されている。第２接続部２ｄと第４接続部３ｄによりパワーモジュール１７を挟持し、電気的に接続されている。なお、上記例では２ｂのｘ軸方向の幅は表皮厚の６倍程度としたが、６倍以下であってもよい。ｘ軸方向の幅を狭くすると発熱が大きくなるがコンパクトに構成できる。
次に電流の方向について説明する。上バスバー２に関し、短絡電流２４は第１端部２ａから流れ込み、第１接続部２ｂの周囲をｚ軸正方向に向かって流れ、第１屈曲部２ｃでｘ軸正方向を向く。更に第２接続部２ｄでは、パワーモジュール１７の右下の短絡チップ１９ａに向けて第２接続部２ｄの周囲に沿って短絡電流２４が流れる。図６Ｂでは短絡電流２４は短絡チップ１９ａを貫く様にｙ軸負方向に流れ、図６Ｃに示す下バスバー３の第４接続部３ｄに流れこむ。
図６Ｃに示す下バスバー３では、ｘ軸の負方向に、第４接続部３ｄから、第２屈曲部３ｃを経由して、第３接続部３ｂから第２端部３ａに短絡電流２５が流れる。上バスバー２と同様に、第２屈曲部３ｃを除き、第４接続部３ｄ、第３接続部３ｂには、その周囲を短絡電流２５が流れる。
図６Ｃに示す下バスバー３では、ｘ軸の負方向に、第４接続部３ｄから、第２屈曲部３ｃを経由して、第３接続部３ｂから第２端部３ａに短絡電流２５が流れる。上バスバー２と同様に、第２屈曲部３ｃを除き、第４接続部３ｄ、第３接続部３ｂには、その周囲を短絡電流２５が流れる。
短絡電流２４が流れる上バスバー２と短絡電流２５が流れる下バスバー３とを重ね合わせ、かつｙ軸方向から見た図（平面図）を図７Ａに、ｚ軸方向から見た図（側面図）を図７Ｂに示す。
図７Ａはｙ軸方向から見た平面図である。第１屈曲部２ｃと第２屈曲部３ｃとはｚ軸方向に互いに対向して配置される。このため、第１屈曲部２ｃに流れる短絡電流と第２屈曲部３ｃに流れる短絡電流とは反対方向を向いており、かつｚ軸方向に距離的に離れている。
更に、第１接続部２ｂの短絡電流と第３接続部３ｂの短絡電流とはｚ軸正方向に向って同方向に流れる。また、第２接続部２ｄと第４接続部３ｄのｚ軸の負方向に流れる短絡電流も同方向に流れる。
図７Ａはｙ軸方向から見た平面図である。第１屈曲部２ｃと第２屈曲部３ｃとはｚ軸方向に互いに対向して配置される。このため、第１屈曲部２ｃに流れる短絡電流と第２屈曲部３ｃに流れる短絡電流とは反対方向を向いており、かつｚ軸方向に距離的に離れている。
更に、第１接続部２ｂの短絡電流と第３接続部３ｂの短絡電流とはｚ軸正方向に向って同方向に流れる。また、第２接続部２ｄと第４接続部３ｄのｚ軸の負方向に流れる短絡電流も同方向に流れる。
即ち、図７Ａにおいて、ｙ軸方向から見た場合、上バスバー２の第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃ、第２接続部２ｄ、及び下バスバー３の第４接続部３ｄ、第２屈曲部３ｃ、第３接続部３ｂにより開口部３３が形成され、その開口部３３の周囲を取り囲む様に１周を形成する短絡電流が流れ、電流路の1ターンループ２９を形成する。
1ターンループ２９を形成することで、電流経路のインダクタンスが大きくなる、即ちインピーダンスが大きくなる。これにより、バスバー構造体１に流れる電流が抑制され、図７Ｂに示す、反発電磁力２８も抑制される。
また、第１接続部２ｂと第３接続部３ｂとには、ｚ軸正方向に同方向の電流が流れ、第２接続部２ｄ、第４接続部３ｄには、ｚ軸負方向に同方向の電流が流れるため、吸引電磁力になる。これにより、更にバスバー構造体１の反発電磁力を抑制でき、電磁力で乖離しアークが発生する可能性を低減できる。
1ターンループ２９を形成することで、電流経路のインダクタンスが大きくなる、即ちインピーダンスが大きくなる。これにより、バスバー構造体１に流れる電流が抑制され、図７Ｂに示す、反発電磁力２８も抑制される。
また、第１接続部２ｂと第３接続部３ｂとには、ｚ軸正方向に同方向の電流が流れ、第２接続部２ｄ、第４接続部３ｄには、ｚ軸負方向に同方向の電流が流れるため、吸引電磁力になる。これにより、更にバスバー構造体１の反発電磁力を抑制でき、電磁力で乖離しアークが発生する可能性を低減できる。
図８は、本発明の実施の形態１の別のバスバー構造体を示す斜視図である。図８に示すように、本発明の実施の形態１においては、第１接続部２ｂ及び第３接続部３ｂのｘ軸方向の幅２２ｂを、第２接続部２ｄ及び第４接続部３ｄのｘ軸方向の幅よりも短くする。第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃのｘ軸方向に沿った長さをより長くする方がインダクタンスは大きくなる。
このように設定することでインダクタンスをより大きくすることができる。ただし、幅２２ｂは表皮厚の６倍程度の幅とし、これよりも狭いと電流密度が高くなることで発熱が生じ温度上昇する可能性が高くなる。
更に、図９に示すように、パワーモジュール１７の幅と、第２接続部２ｄの幅、第４接続部３ｄの幅とがほぼ同じでも同様の効果が得られる。
このように設定することでインダクタンスをより大きくすることができる。ただし、幅２２ｂは表皮厚の６倍程度の幅とし、これよりも狭いと電流密度が高くなることで発熱が生じ温度上昇する可能性が高くなる。
更に、図９に示すように、パワーモジュール１７の幅と、第２接続部２ｄの幅、第４接続部３ｄの幅とがほぼ同じでも同様の効果が得られる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態１においては、図６から図９に示すように、第１端部２ａと第２端部３ａとが、上バスバー２と下バスバー３とでｚ軸方向に対向して配置するよう形成していた。本発明の実施の形態２においては、図１０Ａに示すよう、第１接続部２ｂと第３接続部３ｂの端部から直接、電流の導入あるいは導出したものである。
即ち、図１０Ａでは、電流導入部である口出し部が第１接続部２ｂ、第２接続部３ｂのｚ軸方向端面全面になっている。なお、図の例ではｚ軸方向の幅３０ａと幅３０ｂとを同一としているが、この幅は必ずしも同一でなくてもよく、ｚ軸方向の幅３０ａが幅３０ｂよりも大きくてもよいし、ｚ軸方向の幅３０ａが幅３０ｂよりも小さくてもよい。 図１０Ｂに、図１０Ａのバスバー構造体１に流れる短絡電流の一部を示す。第１接続部２ｂのｘ軸方向の幅が、表皮厚の６倍よりも十分大きい場合、第１接続部２ｂの、ｚ軸方向に沿った両端部より導入された短絡電流は、第１接続部２ｂの、第２接続部２ｄに近い側でｚ軸正方向に電流が流れる成分を発生する。これにより、電流路の1ターンループ２９を形成するので、図５Ａ、５Ｂに示した従来のフラットなバスバーに比べて電磁力低減効果がある。
本発明の実施の形態１においては、図６から図９に示すように、第１端部２ａと第２端部３ａとが、上バスバー２と下バスバー３とでｚ軸方向に対向して配置するよう形成していた。本発明の実施の形態２においては、図１０Ａに示すよう、第１接続部２ｂと第３接続部３ｂの端部から直接、電流の導入あるいは導出したものである。
即ち、図１０Ａでは、電流導入部である口出し部が第１接続部２ｂ、第２接続部３ｂのｚ軸方向端面全面になっている。なお、図の例ではｚ軸方向の幅３０ａと幅３０ｂとを同一としているが、この幅は必ずしも同一でなくてもよく、ｚ軸方向の幅３０ａが幅３０ｂよりも大きくてもよいし、ｚ軸方向の幅３０ａが幅３０ｂよりも小さくてもよい。 図１０Ｂに、図１０Ａのバスバー構造体１に流れる短絡電流の一部を示す。第１接続部２ｂのｘ軸方向の幅が、表皮厚の６倍よりも十分大きい場合、第１接続部２ｂの、ｚ軸方向に沿った両端部より導入された短絡電流は、第１接続部２ｂの、第２接続部２ｄに近い側でｚ軸正方向に電流が流れる成分を発生する。これにより、電流路の1ターンループ２９を形成するので、図５Ａ、５Ｂに示した従来のフラットなバスバーに比べて電磁力低減効果がある。
実施の形態３．
更に、図１１Ａは、本発明の実施の形態３のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態３においては、図１１Ａに示すように、上バスバー２の第３端部２ｅ、第４端部３ｅを、ｚ軸方向に互いに対向して配置する。第３端部２ｅ、第４端部３ｅは、それぞれパワーモジュール１７（図示せず）に接続されている。更に、上バスバー２、及び下バスバー３を全て一定の幅２２ｃとする。一定の幅２２ｃは、前述したように表皮厚の６倍程度が望ましい。
また、今まで述べてきた実施の形態と同様、図１１Ｂに示すように、上バスバー２と下バスバー３により、１ターンループ２９の短絡電流路を構成する。インダクタンスを増大させる場合、通常はコイルを巻線してコイルを接続するあるいはバスバー間に挟む構成とするのが普通であった。しかし、図１１Ａに示す構成のように、対向する２枚の平面板に切り込み・切欠きを設けてバスバーを構成する簡単な構成でインダクタンス増加効果を得ることが可能である。
更に、図１１Ａは、本発明の実施の形態３のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態３においては、図１１Ａに示すように、上バスバー２の第３端部２ｅ、第４端部３ｅを、ｚ軸方向に互いに対向して配置する。第３端部２ｅ、第４端部３ｅは、それぞれパワーモジュール１７（図示せず）に接続されている。更に、上バスバー２、及び下バスバー３を全て一定の幅２２ｃとする。一定の幅２２ｃは、前述したように表皮厚の６倍程度が望ましい。
また、今まで述べてきた実施の形態と同様、図１１Ｂに示すように、上バスバー２と下バスバー３により、１ターンループ２９の短絡電流路を構成する。インダクタンスを増大させる場合、通常はコイルを巻線してコイルを接続するあるいはバスバー間に挟む構成とするのが普通であった。しかし、図１１Ａに示す構成のように、対向する２枚の平面板に切り込み・切欠きを設けてバスバーを構成する簡単な構成でインダクタンス増加効果を得ることが可能である。
実施の形態４．
本発明の実施の形態１においては、図８に示すように第１端部２ａの先に接続する機器の規定はなかった。本発明の実施の形態４においては、図１２に示すように第１端部２ａと第２端部３ａとの間にコンデンサ３５を接続したものである。図１２の構成を等価回路で示したのが図１３である。図１３の回路では、バスバーで構成する１ターンループのインダクタンス３６をＬ、コンデンサ３５の容量をＣ、短絡チップの抵抗３７を含む回路の抵抗をＲで示す。
なお、チップは本発明の実施の形態４では短絡状態を仮定しているので抵抗Ｒで表現可能である。
パワーモジュール内のチップ短絡時にコンデンサ３５からの電流が短絡チップ１９ａを介して上バスバー２、下バスバー３に流れ込む。
一般に第１端部２ａから上バスバー２を通り、パワーモジュール１７を介し、下バスバー３から第２端部３ａに至る経路のインダクタンスＬ（図１３のインダクタンス３６）に比べ、経路の抵抗（図１３の抵抗３７）は小さく無視できる。この場合、図１３の回路は単純なＬＣ回路となり、最大電流は√(Ｃ／Ｌ)に比例する。即ち、ほぼ√（１／Ｌ）に比例して電流は小さくなる。即ち、図１２に記載のように、上バスバー２、下バスバー３で電流路の1ターンループ２９を形成することでインダクタンスＬが増大し、短絡電流のピーク電流が低減し、最大反発電磁力を低減できる。
図１２に示した本発明の実施の形態４のバスバー構造体のコンデンサ３５を接続した状態での有限要素法モデルを作成した。このモデルにて短絡電流と反発電磁力を有限要素法にて計算した。また、比較のため本発明の実施の形態１に示した従来のフラットバスバーの構造である図２の端部２０ａ、２０ｂにコンデンサ３５を接続した場合、即ちフラットバスバーにコンデンサ３５を接続した場合についても有限要素法で短絡電流と反発電磁力を計算した。これらの比較結果を図１４に示す。
図２の従来のフラットバスバーの電磁力を１とすると、図１２の１ターンループを形成する本発明の実施の形態４のバスバー構造体での電磁力は、図１４に示す様に約１／２にできることが、有限要素法解析から判明した。
本発明の実施の形態１においては、図８に示すように第１端部２ａの先に接続する機器の規定はなかった。本発明の実施の形態４においては、図１２に示すように第１端部２ａと第２端部３ａとの間にコンデンサ３５を接続したものである。図１２の構成を等価回路で示したのが図１３である。図１３の回路では、バスバーで構成する１ターンループのインダクタンス３６をＬ、コンデンサ３５の容量をＣ、短絡チップの抵抗３７を含む回路の抵抗をＲで示す。
なお、チップは本発明の実施の形態４では短絡状態を仮定しているので抵抗Ｒで表現可能である。
パワーモジュール内のチップ短絡時にコンデンサ３５からの電流が短絡チップ１９ａを介して上バスバー２、下バスバー３に流れ込む。
一般に第１端部２ａから上バスバー２を通り、パワーモジュール１７を介し、下バスバー３から第２端部３ａに至る経路のインダクタンスＬ（図１３のインダクタンス３６）に比べ、経路の抵抗（図１３の抵抗３７）は小さく無視できる。この場合、図１３の回路は単純なＬＣ回路となり、最大電流は√(Ｃ／Ｌ)に比例する。即ち、ほぼ√（１／Ｌ）に比例して電流は小さくなる。即ち、図１２に記載のように、上バスバー２、下バスバー３で電流路の1ターンループ２９を形成することでインダクタンスＬが増大し、短絡電流のピーク電流が低減し、最大反発電磁力を低減できる。
図１２に示した本発明の実施の形態４のバスバー構造体のコンデンサ３５を接続した状態での有限要素法モデルを作成した。このモデルにて短絡電流と反発電磁力を有限要素法にて計算した。また、比較のため本発明の実施の形態１に示した従来のフラットバスバーの構造である図２の端部２０ａ、２０ｂにコンデンサ３５を接続した場合、即ちフラットバスバーにコンデンサ３５を接続した場合についても有限要素法で短絡電流と反発電磁力を計算した。これらの比較結果を図１４に示す。
図２の従来のフラットバスバーの電磁力を１とすると、図１２の１ターンループを形成する本発明の実施の形態４のバスバー構造体での電磁力は、図１４に示す様に約１／２にできることが、有限要素法解析から判明した。
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５のバスバー構造体の側面図である。これまで説明した実施の形態においては、上、下バスバー２、３間にパワーモジュール１７を１個のみ挟んだ形状であった。本発明の実施の形態５におけるバスバー構造体は、図１５に示すように、パワーモジュール１７を２層として、バスバー間にチップの冷却も兼ねる３個の電極３８で挟んだ多重構造としたものである。この様な多重構造であっても、本発明の実施の形態１から５で説明した図６、図８、図９、図１０、及び図１２に示したバスバー構造体とすることで反発電磁力低減の効果がある。とくに、図１５に示すバスバー構造体では、上バスバー２、下バスバー３の間隔が広くなるのでよりインダクタンスが大きくなり、短絡電流低減効果が上がる。
図１５は、本発明の実施の形態５のバスバー構造体の側面図である。これまで説明した実施の形態においては、上、下バスバー２、３間にパワーモジュール１７を１個のみ挟んだ形状であった。本発明の実施の形態５におけるバスバー構造体は、図１５に示すように、パワーモジュール１７を２層として、バスバー間にチップの冷却も兼ねる３個の電極３８で挟んだ多重構造としたものである。この様な多重構造であっても、本発明の実施の形態１から５で説明した図６、図８、図９、図１０、及び図１２に示したバスバー構造体とすることで反発電磁力低減の効果がある。とくに、図１５に示すバスバー構造体では、上バスバー２、下バスバー３の間隔が広くなるのでよりインダクタンスが大きくなり、短絡電流低減効果が上がる。
実施の形態６．
図１６Ａ、図１６Ｂは、本発明の実施の形態６のバスバー構造体の側面図である。本発明の実施の形態６においては、チップ１９の近傍の電極３８ａと電極３８ｂとの間にスナバ―コンデンサ３９を配置したものである。本発明の実施の形態４で示したバスバー構造体は、上、下バスバー２，３はインダクタンスを大きくすることにより、短絡時の電流を下げ、短絡時の反発電磁力を低減させるものであった。
この場合、定常運転時にはインダクタンスが大きくなるため、サージ電圧が大きくなり不都合が生じる可能性がある。これを抑えるには、第２接続部２ｄ、及び第４接続部３ｄのパワーモジュール側１７の近傍、あるいは、チップ１９の近傍の電極３８ａと電極３８ｂとの間にスナバーコンデンサ３９を配置すれば良い。このスナバーコンデンサ３９でサージ電圧を吸収できる。スナバーコンデンサ３９は１個でも良いが、図１６Ｂの様に、チップ１９近傍に複数個配置すると、さらにサージ電圧吸収効果は増大する。
図１６Ａ、図１６Ｂは、本発明の実施の形態６のバスバー構造体の側面図である。本発明の実施の形態６においては、チップ１９の近傍の電極３８ａと電極３８ｂとの間にスナバ―コンデンサ３９を配置したものである。本発明の実施の形態４で示したバスバー構造体は、上、下バスバー２，３はインダクタンスを大きくすることにより、短絡時の電流を下げ、短絡時の反発電磁力を低減させるものであった。
この場合、定常運転時にはインダクタンスが大きくなるため、サージ電圧が大きくなり不都合が生じる可能性がある。これを抑えるには、第２接続部２ｄ、及び第４接続部３ｄのパワーモジュール側１７の近傍、あるいは、チップ１９の近傍の電極３８ａと電極３８ｂとの間にスナバーコンデンサ３９を配置すれば良い。このスナバーコンデンサ３９でサージ電圧を吸収できる。スナバーコンデンサ３９は１個でも良いが、図１６Ｂの様に、チップ１９近傍に複数個配置すると、さらにサージ電圧吸収効果は増大する。
実施の形態７．
図１７は、本発明の実施の形態７のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態７においては、ｚ軸の方向に上、下バスバー２、３を伸張したものである。
これまで説明した実施の形態においては、上バスバー２、下バスバー３のｚ軸方向の幅は、接続されるパワーモジュール１７の幅と同じであった。ｚ軸の方向に空間の余裕があり、更に大きなインダクタンスを得る必要がある場合には、上、下バスバー２、３をｚ軸方向に伸張すれば良い。本発明の実施の形態７では、図１７に示すように、ｚ軸の正、負方向にバスバー幅３０ｃに伸張している。この場合、開口部３３が大きく形成されることで、電流路の１ターンループが大きくなりインダクタンスは増加し、電流低減効果も大きくなる。
なお、本発明の実施の形態７においては、図１７に示すように、バスバー幅３０ｃの中央部にパワーモジュール１７を配置したが、パワーモジュールの幅４０が、ｚ軸の正方向または負方向のいずれかに寄っていても良い。
ここでは図示されていないが、第１接続部２ｂ及び第３接続部３ｂの端部で外部機器と接続されている。
図１７は、本発明の実施の形態７のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態７においては、ｚ軸の方向に上、下バスバー２、３を伸張したものである。
これまで説明した実施の形態においては、上バスバー２、下バスバー３のｚ軸方向の幅は、接続されるパワーモジュール１７の幅と同じであった。ｚ軸の方向に空間の余裕があり、更に大きなインダクタンスを得る必要がある場合には、上、下バスバー２、３をｚ軸方向に伸張すれば良い。本発明の実施の形態７では、図１７に示すように、ｚ軸の正、負方向にバスバー幅３０ｃに伸張している。この場合、開口部３３が大きく形成されることで、電流路の１ターンループが大きくなりインダクタンスは増加し、電流低減効果も大きくなる。
なお、本発明の実施の形態７においては、図１７に示すように、バスバー幅３０ｃの中央部にパワーモジュール１７を配置したが、パワーモジュールの幅４０が、ｚ軸の正方向または負方向のいずれかに寄っていても良い。
ここでは図示されていないが、第１接続部２ｂ及び第３接続部３ｂの端部で外部機器と接続されている。
実施の形態８．
図１８、及び図１９は、本発明の実施の形態８のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態８においては、パワーモジュール１７が設置された位置のｚ軸の方向にまで上、下バスバー２、３を伸張したものである。
本発明の実施の形態７においては、図１７に示すようにｚ軸方向の空間の余裕がバスバー付近にのみ存在する場合を示した。本発明の実施の形態８においては、図１８と図１９とに示すように、ｚ軸方向の空間の余裕がパワーモジュール１７付近まで存在する場合の例である。
この場合、パワーモジュール１７に電極を介して接続される、上バスバー２の第２接続部２ｄをｚ軸正方向に、下バスバー３の第４接続部３ｄをｚ軸負方向に突きだすことでもインダクタンスを大きくできる。この場合、図１８に示す様に、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの幅を表皮厚の６倍程度よりも狭くせざるを得ない場合には、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの長さを短くして電流密度の高い部分の長さを短くできるので、温度上昇を低減することもできる。
図１８、及び図１９は、本発明の実施の形態８のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態８においては、パワーモジュール１７が設置された位置のｚ軸の方向にまで上、下バスバー２、３を伸張したものである。
本発明の実施の形態７においては、図１７に示すようにｚ軸方向の空間の余裕がバスバー付近にのみ存在する場合を示した。本発明の実施の形態８においては、図１８と図１９とに示すように、ｚ軸方向の空間の余裕がパワーモジュール１７付近まで存在する場合の例である。
この場合、パワーモジュール１７に電極を介して接続される、上バスバー２の第２接続部２ｄをｚ軸正方向に、下バスバー３の第４接続部３ｄをｚ軸負方向に突きだすことでもインダクタンスを大きくできる。この場合、図１８に示す様に、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの幅を表皮厚の６倍程度よりも狭くせざるを得ない場合には、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの長さを短くして電流密度の高い部分の長さを短くできるので、温度上昇を低減することもできる。
実施の形態９．
図１９は本発明の実施の形態９のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態９においては、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの幅２２ｄが表皮厚の６倍と同等またはそれよりも狭くし、第２接続部２ｄ、第４接続部３ｄの幅もパワーモジュールを配置する部分以外、同じ幅２２ｄで構成したものである。これにより、開口部３３は、パワーモジュール１７の外形よりも奥に入り込み、より開口部の面積が増大し、インダクタンスを増大できる。
なお、さらに開口部の面積を大きくする場合、ｘ軸方向に余裕がある場合、バスバーをパワーモジュールの回りを周回させて、第１接続部２ｂ、第２接続部３ｂに面する側とは反対側のパワーモジュール１７の側面に接続することもできる。
図１９は本発明の実施の形態９のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態９においては、第１屈曲部２ｃ、第２屈曲部３ｃの幅２２ｄが表皮厚の６倍と同等またはそれよりも狭くし、第２接続部２ｄ、第４接続部３ｄの幅もパワーモジュールを配置する部分以外、同じ幅２２ｄで構成したものである。これにより、開口部３３は、パワーモジュール１７の外形よりも奥に入り込み、より開口部の面積が増大し、インダクタンスを増大できる。
なお、さらに開口部の面積を大きくする場合、ｘ軸方向に余裕がある場合、バスバーをパワーモジュールの回りを周回させて、第１接続部２ｂ、第２接続部３ｂに面する側とは反対側のパワーモジュール１７の側面に接続することもできる。
実施の形態１０．
図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、本発明の実施の形態１０のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態１０においては、ｙ軸方向に余裕がある場合に、この方向にもバスバーを延長したものである。図２０Ａは上バスバー２０１の第１屈曲部２０１ｃをｙ軸正方向に拡張した斜視図であり、図２０Ｂは下バスバー３０１の第２屈曲部３０１ｃをｙ軸負方向に拡張した斜視図である。図２０Ｃは上バスバー２０１と下バスバー３０１を組み合わせた斜視図である。このインダクタンス増大効果を示すために、図２０Ｃで示した上バスバー２０１と下バスバー３０１を組み合わせた平面図を図２１Ａに、横から見た図を図２１Ｂに示す。
本発明の実施の形態１０においては、第１端部２０１ａ、第１接続部２０１ｂ、第１屈曲部２０１ｃ、第２接続部２０１ｄは、それぞれ、図１の第１端部２ａ、第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃ、第２接続部２ｄに相当し、第２端部３０１ａ、第３接続部３０１ｂ、第２屈曲部３０１ｄ、第４接続部３０１ｄは、それぞれ、図１の第２端部３ａ、第３接続部３ｂ、第２屈曲部３ｃ、第４接続部３ｄに相当する。
第１端部２０１ａ、第２端部３０１ａには、本発明の実施の形態１の図２で示したのと同様、モータや電源等の外部機器（図示せず）が接続され、第２接続部２０１ｄと第４接続部３０１ｄに、パワーモジュール１７が接続されている。
図２１Ａは本発明の実施の形態２で示した図１０Ａと同様の平面図となり、開口部３３０の周囲に電流が流れ,上バスバー電流２４０と下バスバー電流２５０とで、電流路の１ターンループ２９を形成される。
図２１Ｂより第１端部２０１ａ、第２端部３０１ａの位置でｚ軸方向から見て電流ループは閉じてはいないが、上バスバー電流２４０と下バスバー電流２５０とで１ターンループに近い電流路のループが形成されている。即ち、ｘ軸及びｙ軸の両方向に電流路の１ターンループがそれぞれ形成されることになり、よりインダクタンス効果を得られ、短絡電流をより低減できる。
図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、本発明の実施の形態１０のバスバー構造体の斜視図である。本発明の実施の形態１０においては、ｙ軸方向に余裕がある場合に、この方向にもバスバーを延長したものである。図２０Ａは上バスバー２０１の第１屈曲部２０１ｃをｙ軸正方向に拡張した斜視図であり、図２０Ｂは下バスバー３０１の第２屈曲部３０１ｃをｙ軸負方向に拡張した斜視図である。図２０Ｃは上バスバー２０１と下バスバー３０１を組み合わせた斜視図である。このインダクタンス増大効果を示すために、図２０Ｃで示した上バスバー２０１と下バスバー３０１を組み合わせた平面図を図２１Ａに、横から見た図を図２１Ｂに示す。
本発明の実施の形態１０においては、第１端部２０１ａ、第１接続部２０１ｂ、第１屈曲部２０１ｃ、第２接続部２０１ｄは、それぞれ、図１の第１端部２ａ、第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃ、第２接続部２ｄに相当し、第２端部３０１ａ、第３接続部３０１ｂ、第２屈曲部３０１ｄ、第４接続部３０１ｄは、それぞれ、図１の第２端部３ａ、第３接続部３ｂ、第２屈曲部３ｃ、第４接続部３ｄに相当する。
第１端部２０１ａ、第２端部３０１ａには、本発明の実施の形態１の図２で示したのと同様、モータや電源等の外部機器（図示せず）が接続され、第２接続部２０１ｄと第４接続部３０１ｄに、パワーモジュール１７が接続されている。
図２１Ａは本発明の実施の形態２で示した図１０Ａと同様の平面図となり、開口部３３０の周囲に電流が流れ,上バスバー電流２４０と下バスバー電流２５０とで、電流路の１ターンループ２９を形成される。
図２１Ｂより第１端部２０１ａ、第２端部３０１ａの位置でｚ軸方向から見て電流ループは閉じてはいないが、上バスバー電流２４０と下バスバー電流２５０とで１ターンループに近い電流路のループが形成されている。即ち、ｘ軸及びｙ軸の両方向に電流路の１ターンループがそれぞれ形成されることになり、よりインダクタンス効果を得られ、短絡電流をより低減できる。
実施の形態１１．
本発明の実施の形態１のバスバー構造体１に短絡電流が流れると上バスバー２と下バスバー３との間に反発電磁力が生じるが、その反発電磁力でバスバーが変形する恐れがある。本発明の実施の形態１１においては、バスバーの移動や変形を抑制するために、バスバーの周囲にバスバー固定部材を設けたものである。
図２２Ａ及び図２２Ｂは本発明の実施の形態１１のバスバー構造体を示す図である。図２２Ａにおいて、矢印３５０と矢印３５２は対向して流れるバスバーの電流である。ｘ軸方向に沿った対向電流のために、ｚ軸方向に反発電磁力が発生する。矢印３５４と矢印３５６は上記バスバー電流により生じるｚ軸方向の反発電磁力である。この反発電磁力を抑える機構として、バスバー固定部材３５８を設けている。このバスバー固定部材３５８は、上バスバー２の第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃおよび第２接続部２ｄ並びに下バスバー３の第３接続部３ｂ、第２屈曲部３ｃおよび第４接続部３ｄを覆っている。バスバー固定部材３５８は、上バスバー２および下バスバー３とは電気的に絶縁された例えば樹脂またはセラミックで構成されている。
本発明の実施の形態１のバスバー構造体１に短絡電流が流れると上バスバー２と下バスバー３との間に反発電磁力が生じるが、その反発電磁力でバスバーが変形する恐れがある。本発明の実施の形態１１においては、バスバーの移動や変形を抑制するために、バスバーの周囲にバスバー固定部材を設けたものである。
図２２Ａ及び図２２Ｂは本発明の実施の形態１１のバスバー構造体を示す図である。図２２Ａにおいて、矢印３５０と矢印３５２は対向して流れるバスバーの電流である。ｘ軸方向に沿った対向電流のために、ｚ軸方向に反発電磁力が発生する。矢印３５４と矢印３５６は上記バスバー電流により生じるｚ軸方向の反発電磁力である。この反発電磁力を抑える機構として、バスバー固定部材３５８を設けている。このバスバー固定部材３５８は、上バスバー２の第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃおよび第２接続部２ｄ並びに下バスバー３の第３接続部３ｂ、第２屈曲部３ｃおよび第４接続部３ｄを覆っている。バスバー固定部材３５８は、上バスバー２および下バスバー３とは電気的に絶縁された例えば樹脂またはセラミックで構成されている。
図２２Ｂは、図２２Ａに示したバスバー構造体をｘ軸方向から見た側面図である。図２２Ｂに示すように、バスバー固定部材３５８は上バスバー２および下バスバー３のｚ軸方向の外周を覆っており、上バスバー２および下バスバー３に働く矢印３５４および矢印３５６で示したｚ軸方向の電磁反発力による上バスバー２および下バスバー３の移動や変形を抑制することができる。
図２２Ｃは、本発明の実施の形態１１の別のバスバー構造体を示したものである。図２２Ｃにおいて、バスバー固定部材３６８は、上バスバー２の第１接続部２ｂ、第１屈曲部２ｃおよび第２接続部２ｄ、下バスバー３の第３接続部３ｂ、第２屈曲部３ｃおよび第４接続部３ｄ並びにパワーモジュール１７を覆っている。図２２Ｃには上バスバー２の第１接続部２ｂと第２接続部２ｄとでｚ軸方向で対向方向に流れる上バスバー電流を矢印３６０と矢印３６２で示している。このｚ軸方向の対向電流により、上バスバー２には、ｘ軸方向で互いに逆方向に向かう矢印３６４および３６６で示した反発電磁力が発生する。上バスバー２と同様に、下バスバー３にもｘ軸方向で互いに逆方向に向かう反発電磁力が発生する。
図２２Ｄは、図２２Ｃに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２２Ｄに示すように、バスバー固定部材３６８は上バスバー２および下バスバー３のｘ軸方向の外周を覆っており、上バスバー２および下バスバー３にｘ軸方向で互いに逆方向に向かう反発電磁力による上バスバー２および下バスバー３の移動や変形を抑制することができる。
このように、本発明の実施の形態１１のバスバー構造体においては、上バスバー２および下バスバー３のｚ軸方向の外周またはｘ軸方向の外周をバスバー固定部材３６８で覆っているので、短絡電流が流れた場合に生じる電磁反発力でバスバーが移動や変形することを抑制することができる。
なお、本発明の実施の形態１１においては、上バスバー２および下バスバー３のｚ軸方向の外周またはｘ軸方向の外周をバスバー固定部材で覆う例を示したが、ｚ軸方向の外周およびｘ軸方向の外周を同時に覆う構造でもよい。また、本発明の実施の形態１１においては、バスバー固定部材３６８を樹脂またはセラミックで構成する例を示したが、上バスバー２および下バスバー３と電気的に絶縁された非磁性体で構成してもよい。
実施の形態１２．
本発明の実施の形態１〜９においては、上バスバー２および下バスバー３は、ｘｚ面に対して平らな構造であった。本発明の実施の形態１２のバスバー構造体においては、上バスバーおよび下バスバーがｙ軸方向に屈曲部を有するものである。
図２３Ａは、本発明の実施の形態１２のバスバー構造体を示す斜視図である。本発明の実施の形態１２のバスバー構造体は、図２３Ａに示すように、上バスバー４００の第１接続部４００ｂおよび第１屈曲部４００ｃと、それとｙ軸方向で対向する下バスバー４０２の第３接続部４０２ｂおよび第２屈曲部４０２ｃとの間のギャップ４０４が、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さよりも広くなっている。
本発明の実施の形態１〜９においては、上バスバー２および下バスバー３は、ｘｚ面に対して平らな構造であった。本発明の実施の形態１２のバスバー構造体においては、上バスバーおよび下バスバーがｙ軸方向に屈曲部を有するものである。
図２３Ａは、本発明の実施の形態１２のバスバー構造体を示す斜視図である。本発明の実施の形態１２のバスバー構造体は、図２３Ａに示すように、上バスバー４００の第１接続部４００ｂおよび第１屈曲部４００ｃと、それとｙ軸方向で対向する下バスバー４０２の第３接続部４０２ｂおよび第２屈曲部４０２ｃとの間のギャップ４０４が、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さよりも広くなっている。
図２３Ｂは、図２３Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２３Ｂに示すように、上バスバー４００は、パワーモジュール１７からｘ軸方向に遠ざかるに従ってｙ軸の正の方向に屈曲しており、下バスバー４０２は、パワーモジュール１７からｘ軸方向に遠ざかるに従ってｙ軸の負の方向に屈曲している。その結果、上バスバー４００と下バスバー４０２との間のギャップ４０４が、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さよりも広くなっている。
このように構成されたバスバー構造体においては、パワーモジュールから遠ざかるにしたがってギャップが広がるためバスバー間のインダクタンスは増大し、短絡電流の低減効果は大きくなる。
このように構成されたバスバー構造体においては、パワーモジュールから遠ざかるにしたがってギャップが広がるためバスバー間のインダクタンスは増大し、短絡電流の低減効果は大きくなる。
なお、本発明の実施の形態１２においては、上バスバー４００がパワーモジュール１７からｘ軸方向に遠ざかるに従ってｙ軸の正の方向に屈曲しており、かつ下バスバー４０２がパワーモジュール１７からｘ軸方向に遠ざかるに従ってｙ軸の負の方向に屈曲している例を示した。しかし、どちらか一方のバスバーのみが屈曲して、上バスバー４００と下バスバー４０２との間のギャップ４０４がパワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さよりも広くなっていてもよい。
図２４Ａは、本発明の実施の形態１２の別のバスバー構造体を示したものである。図２４Ａにおいて、上バスバー４２０と下バスバー４２２との間のギャップは一定で、ｙ軸方向に対して上バスバー４２０と下バスバー４２２とは同じ方向に一部が屈曲している。
図２４Ｂは、図２４Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２４Ｂに示すように、上バスバー４２０と下バスバー４２２との間のギャップ４２４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器のｙ軸方向の位置とパワーモジュール１７のｙ軸方向の位置とが異なる場合に有効である。
図２４Ｂは、図２４Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２４Ｂに示すように、上バスバー４２０と下バスバー４２２との間のギャップ４２４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器のｙ軸方向の位置とパワーモジュール１７のｙ軸方向の位置とが異なる場合に有効である。
図２５Ａは、本発明の実施の形態１２の別のバスバー構造体を示したものである。図２５Ａにおいて、上バスバー４３０と下バスバー４３２との間のギャップは一定で、ｙ軸方向に対して上バスバー４３０と下バスバー４３２とは同じ方向に屈曲している。
図２５Ｂは、図２５Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２５Ｂに示すように、上バスバー４３０と下バスバー４３２との間のギャップ４３４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器がパワーモジュール１７に対して傾斜して配置される場合に有効である。
図２５Ｂは、図２５Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２５Ｂに示すように、上バスバー４３０と下バスバー４３２との間のギャップ４３４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器がパワーモジュール１７に対して傾斜して配置される場合に有効である。
図２６Ａは、本発明の実施の形態１２の別のバスバー構造体を示したものである。図２２から図２５に示したバスバー構造体は、ｙ軸方向にバスバーが屈曲した例を示したが、図２６Ａに示した別のバスバー構造体においては、バスバーがｚ軸方向に屈曲したものである。図２６Ａにおいて、上バスバー４４０および下バスバー４４２は、互いにパワーモジュール１７からｚ軸方向に遠ざかる方向に屈曲している。
図２６Ｂは、図２６Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。上バスバー４４０と下バスバー４４２とはｙ軸方向の間隔は一定である。しかし、図２６Ａに示したように、ｚ軸方向にはお互いに遠ざかる方向に屈曲しているので、上バスバー４４０と下バスバー４４２との間のギャップが広がるためバスバー間のインダクタンスは増大し、短絡電流の低減効果は大きくなる。
なお、図２６Ａのバスバー構造体をでは、ｚ軸方向に１箇所で屈曲した例を示しているが、パワーモジュールから遠ざかる方向にｘ軸方向に連続的に曲がっていてもよい。
図２６Ｂは、図２６Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。上バスバー４４０と下バスバー４４２とはｙ軸方向の間隔は一定である。しかし、図２６Ａに示したように、ｚ軸方向にはお互いに遠ざかる方向に屈曲しているので、上バスバー４４０と下バスバー４４２との間のギャップが広がるためバスバー間のインダクタンスは増大し、短絡電流の低減効果は大きくなる。
なお、図２６Ａのバスバー構造体をでは、ｚ軸方向に１箇所で屈曲した例を示しているが、パワーモジュールから遠ざかる方向にｘ軸方向に連続的に曲がっていてもよい。
図２７Ａは、本発明の実施の形態１２の別のバスバー構造体を示したものである。図２７Ａに示した別のバスバー構造体においては、バスバーがｚ軸方向に屈曲したものである。図２７Ａにおいて、上バスバー４５０および下バスバー４５２は、同じ方向にパワーモジュール１７からｚ軸方向に遠ざかる方向に屈曲している。
図２７Ｂは、図２７Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２７Ｂに示すように、上バスバー４５０と下バスバー４５２との間のギャップ４５４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器のｚ軸方向の位置とパワーモジュール１７のｚ軸方向の位置とが異なる場合に有効である。
図２７Ｂは、図２７Ａに示したバスバー構造体をｚ軸方向から見た側面図である。図２７Ｂに示すように、上バスバー４５０と下バスバー４５２との間のギャップ４５４は、パワーモジュール１７のｙ軸方向の厚さと同様である。
このように構成されたバスバー構造体においては、第１機器のｚ軸方向の位置とパワーモジュール１７のｚ軸方向の位置とが異なる場合に有効である。
実施の形態１３
図２８Ａは、本発明の実施の形態１３のバスバー構造体を示したものである。このバスバー構造体においては、第１接続部２ｂと、第１屈曲部２ｃと、第２接続部２ｄとで囲まれた空間を上バスバー２の切欠き部とする。同様に、第３接続部３ｂと、第２屈曲部３ｃと、第４接続部３ｄとで囲まれた空間を下バスバー３の切欠き部とする。そして、上バスバー２の切欠き部のｘ軸方向の幅４６０が下バスバー３の切欠き部のｘ軸方向の幅４６２よりも小さく形成されている。
図２８Ａは、本発明の実施の形態１３のバスバー構造体を示したものである。このバスバー構造体においては、第１接続部２ｂと、第１屈曲部２ｃと、第２接続部２ｄとで囲まれた空間を上バスバー２の切欠き部とする。同様に、第３接続部３ｂと、第２屈曲部３ｃと、第４接続部３ｄとで囲まれた空間を下バスバー３の切欠き部とする。そして、上バスバー２の切欠き部のｘ軸方向の幅４６０が下バスバー３の切欠き部のｘ軸方向の幅４６２よりも小さく形成されている。
図２８Ｂは、本発明の実施の形態１３の別のバスバー構造体を示したものである。この別のバスバー構造体においては、第１接続部２ｂと、第１屈曲部２ｃと、第２接続部２ｄとで囲まれた空間を上バスバー２の切欠き部とする。同様に、第３接続部３ｂと、第２屈曲部３ｃと、第４接続部３ｄとで囲まれた空間を下バスバー３の切欠き部とする。そして、上バスバー２の切欠き部のｚ軸方向の幅４７０が下バスバー３の切欠き部のｚ軸方向の幅４７２よりも小さく形成されている。
図２８Ｃは、本発明の実施の形態１３のさらに別のバスバー構造体を示したものである。図２８Ｃに示した別のバスバー構造体においては、第１接続部２ｂと、第１屈曲部２ｃと、第２接続部２ｄとで囲まれた空間を上バスバー２の切欠き部とする。同様に、第３接続部３ｂと、第２屈曲部３ｃと、第４接続部３ｄとで囲まれた空間を下バスバー３の切欠き部とする。このようなバスバー構造体においては、上バスバー２の第１接続部のｘ軸方向の幅４８０と下バスバー３の第３接続部のｘ軸方向の幅４８２とが異なっており、上バスバー２の幅４８０が下バスバー３の幅４８２よりも大きくなっている。従って、上バスバーの切欠き部と下バスバーの切欠き部とがｘ軸方向にずれて形成されている。
本発明の実施の形態１３の図２８Ａ、２８Ｂおよび２８Ｃに示したバスバー構造体においては、上述した構成により、上バスバー２と下バスバー３との間のインダクタンスの増大により、短絡電流低減効果が得られる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。また同一符号は、同一または相当する構成、機能を有する部分を示す。
２、１５、２０１、４００，４２０、４３０、４４０、４５０ 上バスバー、２ａ、２０１ａ 第１端部、２ｂ、２０１ｂ 第１接続部、２ｃ、２０１ｃ 第１屈曲部、２ｄ、２０１ｄ 第２接続部、２ｅ 第３端部、３、１６、３０１、４０２、４２２、４３２，４４２、４５２ 下バスバー、３ａ、３０１ａ 第２端部、３ｂ、３０１ｂ 第３接続部、 ３ｃ、３０１ｃ 第２屈曲部、３ｄ、３０１ｄ 第４接続部、３ｅ 第４端部、６ 第１機器、７ 第２機器、１７ パワーモジュール、１９ チップ、３３ 開口部、３５ コンデンサ、３９ スナバ―コンデンサ、３５８、３６８ バスバー固定部材。
Claims (14)
- 第１機器と第２機器との間に接続され、両機器間の接続方向をｘ軸の方向とすると、このｘ軸の方向に対して垂直方向となるｙ軸の方向に対向して配置される第１のバスバーおよび第２のバスバーからなるバスバー構造体であって、
前記ｘ軸の方向および前記ｙ軸の方向に垂直な方向をｚ軸とすると、
前記第１のバスバーは、前記第１機器に第１端部で接続され、この第１端部から前記ｚ軸の正方向に伸びる第１接続部と、
前記第１接続部に対し前記ｘ軸の正方向に屈曲されている第１屈曲部と、
前記第１屈曲部に対し前記ｚ軸の負方向に屈曲され、前記第２機器に接続される第２接続部と、を備え、
前記第２のバスバーは、第２端部を前記第１機器に接続され、この第２端部から前記ｚ軸の負方向に伸びる第３接続部と、
前記第３接続部に対し前記ｘ軸の正方向に屈曲されている第２屈曲部と、
前記第２屈曲部に対し前記ｚ軸の正方向に屈曲され、前記第２機器に接続される第４接続部と、を備え、
前記第１屈曲部と前記第２屈曲部とは互いにｚ軸方向にずれた位置に配置され、
前記第１接続部と前記第１屈曲部と前記第２接続部と、前記第３接続部と前記第２屈曲部と前記第４接続部で囲まれる開口部が形成されており、
前記第１機器から前記第１のバスバーを介して前記第２機器へと流れる電流の方向と、 前記第２機器から前記第２のバスバーを介して前記第１機器へと流れる電流の方向とが逆方向となるように前記第１機器と前記第２機器に接続されることを特徴とするバスバー構造体。 - 前記開口部の周囲の電流路で１ターンループを形成されることを特徴とする請求項１に記載のバスバー構造体。
- 前記第１端部及び前記第２端部は、前記第１接続部及び前記第３接続部に対し、前記ｘ軸の負方向に屈曲されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバスバー構造体。
- 前記第２接続部及び前記第４接続部は、前記ｘ軸の正方向に屈曲されている端部を有し、この端部で前記第２機器に接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 前記第２接続部と前記第４接続部によりｙ軸方向に挟持されて、前記第２機器が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 前記第２接続部と前記第４接続部に挟持して配置されている前記第２機器の前記ｚ軸の方向の幅よりも、前記第２接続部と前記第４接続部とを合わせた前記ｚ軸の方向の幅が長いことを特徴とする請求項５に記載のバスバー構造体。
- 前記第１屈曲部は、前記第１接続部及び前記第２接続部に対し前記ｙ軸の方向に偏位されて形成され、前記第２屈曲部は、前記第３接続部及び前記第４接続部に対し前記ｙ軸の方向で、前記第１屈曲部と反対方向に偏位されて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 前記第１接続部、前記第２接続部、前記第３接続部及び前記第４接続部と当接し、前記第１屈曲部、及び前記第２屈曲部を囲うように形成されているバスバー固定部材を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 前記第１接続部と前記第２接続部は同一平面上に配置されていないことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 前記第１接続部と前記第３接続部との距離が、前記第２接続部と前記第４接続部の距離よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載のバスバー構造体。
- 前記第１接続部と前記第１屈曲部と前記第２接続部とで囲まれている前記第１のバスバーの切欠き部と、前記第３接続部と前記第２屈曲部と前記第４接続部とで囲まれている前記第２のバスバーの切欠き部とが形成されており、前記第１のバスバーの切欠き部と前記第２のバスバーの切欠き部の大きさは互いに異なることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバスバー構造体。
- 請求項５または６に記載のバスバー構造体を備えている電力変換装置であって、前記第２接続部と前記第４接続部に挟持して配置されている第２機器はパワーモジュールであることを特徴とする電力変換装置。
- 前記パワーモジュールは前記ｙ軸方向に複数個積層して接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
- 前記パワーモジュール近傍の前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの間にスナバ―コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の電力変換装置。
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