WO2022153620A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2022153620A1
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power conversion
electrode terminal
laminated
positive electrode
negative electrode
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彬 三間
健 徳山
順平 楠川
高志 平尾
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日立Astemo株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device.
  • Patent Document 1 a laminated type in which first and second plate-shaped terminals having an L shape and having a width substantially the same as the width of the metallikon electrode are connected to the metallikon electrodes at both ends of the capacitor.
  • a capacitor element is arranged on one surface side of a substrate so that currents in opposite directions flow to cancel the magnetic field due to the current and reduce the inductance of the wiring electrode.
  • the power conversion device of the present invention includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal which are terminals of a capacitor element, a positive electrode conductor plate connected to the positive electrode terminal, a negative electrode conductor plate connected to the negative electrode terminal, the positive electrode conductor plate, and the positive electrode conductor plate.
  • a power conversion module which is connected to the negative electrode conductor plate and exchanges DC power and AC power with each other is provided, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed along the arrangement direction of the capacitor elements, and the positive electrode conductor is provided.
  • Each of the plate and the negative electrode conductor plate forms a laminated conductor portion in which the main surfaces thereof face each other and are laminated with each other, and the laminated conductor portion is the main surface of the negative electrode terminal. It has a first laminated region which is laminated so as to face the main surface of the positive electrode terminal, and a second laminated region which is laminated so as to face the main surface of the positive electrode terminal.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA'in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line BB'in FIG.
  • the structural schematic of the power conversion apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • a modified example of the connection portion of FIG. The image figure which shows the difference between the effect of the prior art and the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of a power conversion device using a double-sided cooling structure. The figure of the inverter system which concerns on one Embodiment of this invention.
  • the problem is solved by laminating the capacitor lead-out terminal and the positive electrode negative electrode bus bar and connecting them at the ends.
  • FIG. 1 is a schematic view of a wiring structure of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 includes a capacitor element 10 for smoothing the voltage supplied from the power supply, a negative terminal 11 and a positive terminal 12, a bus bar portion 4, and a capacitor of the capacitor element 10.
  • the capacitor elements 10 have an elliptical shape and are arranged in a row with the side surfaces without the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 adjacent to each other. Further, each capacitor element 10 is formed with a negative electrode terminal 11 and a positive electrode terminal 12 along the arrangement direction of the capacitor elements 10. Therefore, along with this, the negative electrode terminals 11 and the positive electrode terminals 12 are also arranged side by side in a row.
  • a bus bar portion 4 is provided at a position facing the negative electrode terminals 11 and the positive electrode terminal 12 arranged in a row, and the bus bar portion 4 is connected to the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 at the end portion 2. In this connection, it is necessary to perform an insulation treatment, but since the insulation treatment can be performed by an insulating cap, the insulation treatment can be facilitated.
  • the bus bar portion 4 is provided with an end portion 3 for connecting to the power conversion module 20 on the side opposite to the side on which the end portion 2 is provided. As a result, the voltage smoothed by the capacitor element 10 is sent to the power conversion module 20.
  • the power conversion module 20 has a function of mutually converting DC power and AC power, converts DC power input via the bus bar 4 into AC power, and converts AC power into DC power. Is output to the bus bar section 4.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
  • the bus bar 4 connected to the capacitor element 10 are shown in the enlarged portion A of the wiring structure 1 of the power conversion device.
  • the negative electrode terminal 11 of the capacitor element 10 is connected to the negative electrode conductor plate 13 at the end 2 by a connecting portion 15 at the end 2.
  • the positive electrode conductor plate 14 is provided via the insulating cap 5 so as to be aligned with the negative electrode conductor plate 13.
  • the negative electrode conductor plate 13 and the positive electrode conductor plate 14 form a laminated conductor portion 16 in which the main surfaces thereof are arranged so as to face the main surface of the capacitor element 10 and are laminated with each other.
  • the laminated conductor portion 16 has a first laminated region 17 that is laminated so as to face the main surface of the negative electrode terminal 11.
  • the negative electrode terminal 11 and the laminated conductor portion 16 are laminated (arranged in parallel).
  • a penetrating portion was required for the bus bar portion (laminated conductor portion 16) in connection with the capacitor element, but since the penetrating portion is not required due to this configuration of the present invention, the insulation treatment and the connection process between the capacitor and the bus bar are required. It can be facilitated.
  • the current flows back at the connection portion 15 and flows to the negative electrode terminal 11, so that the current direction flowing through the negative electrode terminal 11 and the current direction flowing through the negative electrode conductor plate 13 are opposite to each other. Therefore, by canceling each other's magnetic fields created by the electric current, there is an effect that the parasitic inductance of the wiring in the first laminated region 17 can be reduced.
  • FIG. 2 shows that the current flowing through the positive electrode conductor plate 14 is the mirror current flowing in the opposite direction to the current flowing through the negative electrode conductor plate 13. This mirror current also cancels the magnetic field created by the current flowing through the positive electrode conductor plate 14, and can reduce the parasitic inductance of the wiring in the laminated conductor portion 16. Further, the wiring of the capacitor element 10 and the DC conductor plate (negative electrode conductor plate 13 or positive electrode conductor plate 14) are arranged so as to face each other to form a laminated structure, so that the parasitic inductance of the DC conductor plate and the capacitor element terminal can be reduced. It will be possible.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
  • FIG. 3 shows the details of the bus bar portion 4 connected to the capacitor element 10 as in FIG. 2, but the difference from FIG. 2 is that the terminal of the capacitor element 10 is the positive electrode terminal 12. ..
  • the laminated conductor portion 16 has a second laminated region 18 that is laminated so as to face the main surface of the positive electrode terminal 12. Further, the positive electrode terminal 12 is connected to the positive electrode conductor plate 14, but the laminated conductor portion 16 is provided with the negative electrode conductor plate 13 via the insulating cap 5 so as to be aligned with the positive electrode conductor plate 14.
  • the current flows back at the connection portion 15 and flows to the positive electrode terminal 12, so that the current direction flowing through the positive electrode terminal 12 and the current direction flowing through the positive electrode conductor plate 14 are opposite to each other. Therefore, the magnetic fields created by the currents cancel each other out, thereby reducing the inductance. In the vicinity of the second laminated region 18, the magnetic fields are canceled by the opposite currents flowing through the positive electrode terminal 12 and the positive electrode conductor plate 14, so that no current flows through the negative electrode conductor plate 13.
  • the laminated conductor portion 16, the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 are connected by the end portion 2 of the laminated conductor portion 16. That is, it is not necessary to connect one of the negative electrode terminal 11 or the positive electrode terminal 12 and one of the laminated negative electrode conductor plates 13 or the positive electrode conductor plate 14 on the opposite side of the capacitor element 10 as in the prior art. Therefore, the laminated conductor portion 16 does not have a through hole for passing the negative electrode terminal 11 or the positive electrode terminal 12. With such a connection form, it is possible to effectively utilize the facing surfaces of the positive electrode conductor plate 14 and the negative electrode conductor plate 13.
  • the bus bar portion 4 (laminated conductor portion 16, DC conductor plates 13, 14) does not have a through hole, it is not necessary to pass the connection terminal through the through hole. Therefore, it is not necessary to perform complicated insulation treatment that is generated by having a connection terminal that passes through the through hole.
  • the end 2 of the laminated conductor portion 16 can be easily insulated so as to cover the exposed portion of the terminal.
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
  • the power conversion device is a cooling device for cooling the capacitor element 10, the negative electrode terminal 11 (not shown), the positive electrode terminal 12, the laminated conductor portion 16, the power conversion module 20, and the power conversion module 20. It includes fins 21, a screw 22 for connecting and fixing the power conversion module 20 and the laminated conductor portion 16, and a terminal block 23 for fixing the screw 22.
  • the positive electrode terminal 12 and the laminated conductor portion 16 are connected by a connecting portion 15 at the end portion.
  • connection portion 15 is provided with a grip 19 for TIG welding in order to perform TIG (Tungsten Inert Gas) welding.
  • TIG Tungsten Inert Gas
  • one end of either the positive electrode conductor plate 14 or the negative electrode conductor plate 13 constituting the laminated conductor portion 16 and either the negative electrode terminal 11 or the positive electrode terminal 12 of the capacitor element 10 are viewed from both sides. Stick them together to form a worship shape.
  • the gripping margin 19 is sandwiched between welding electrodes from both sides, and welding is performed at the connecting portion 15.
  • the length of the gripping margin 19 is preferably 8 mm or more.
  • the power conversion module 20 and the laminated conductor portion 16 are connected by screwing the screw 22 to the terminal block 23.
  • the power conversion module 20 Since the power conversion module 20 generates heat due to the power loss that occurs during power conversion, it is cooled by the cooling fins 21. As a result, the power conversion module 20 prevents destruction due to temperature rise due to heat generation.
  • FIG. 5 is a modified example of the connection portion of FIG.
  • connection method between the laminated conductor portion 16 and the terminal portion (positive electrode terminal 12, negative electrode terminal 11) of the capacitor element 10 is different.
  • the method of connecting by TIG welding was adopted, but in FIG. 5, the method of screwing is adopted.
  • the connection between the laminated conductor portion 16 and the power conversion module 20 and the connection between the laminated conductor portion 16 and the terminal portions (positive electrode terminal 12, negative electrode terminal 11) of the capacitor element 10 can be unified at the connection portion 15. Therefore, the production process can be simplified.
  • the TIG welding method of FIG. 4 requires a gripping margin 19 for sandwiching the terminals from both sides, and the connecting portion 15 to be joined needs to protrude above the capacitor element 10, but in FIG. 5, the gripping margin 19 is required. Since the 19 is absent, the connection portion 15 can be arranged directly above the capacitor element 10, and can be lower than that in FIG. 4 in the height direction (vertical direction in FIG. 5).
  • the TIG welding method of FIG. 4, which requires an external welding device, is a method of welding the side end portion of the terminal, but a laser welding method, which requires the same external welding device as shown in FIG. 5, can also be adopted. ..
  • the facing surfaces of the terminals can be welded, and the terminals may be connected by a method that does not require screwing.
  • FIG. 6 is an image diagram showing the difference between the effects of the prior art and the present invention.
  • FIG. 6A is a wiring structure 1A of the power conversion device according to the prior art, which is a wiring structure in which the negative electrode terminal 11 of the capacitor element 10 and the laminated conductor portion 16 do not face each other.
  • This wiring structure does not have a laminated structure, and as in the present invention, the effect of canceling the magnetic fields created by the mirror currents of the negative electrode terminal 11 of the capacitor element 10 and the laminated conductor portion 16 is small, and the wiring is made. The parasitic inductance cannot be reduced.
  • the wiring parasitic inductance can be reduced by forming the laminated structure in which the laminated conductor portion 16 and the negative electrode terminal 11 of the capacitor element 10 face each other. ..
  • FIG. 6B is a diagram showing the difference in the effect of reducing the wiring inductance.
  • the self-inductance of the wiring is about 40%. It can be seen that it has been reduced.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of a power conversion device using a double-sided cooling structure for the wiring structure of FIG.
  • the cooling fins 21 are arranged on both sides of the power conversion module 20, heat can be dissipated on both sides of the power conversion module 20. As a result, the power conversion module 20 can efficiently dissipate heat.
  • FIG. 8 is a diagram of an inverter system according to an embodiment of the present invention.
  • the power conversion module 20 described above constitutes a three-phase inverter system 60.
  • An example of the power conversion module shown in FIG. 8 is 2in1.
  • the structure of being stopped and connected to the terminal block 23 by 22 is the same as that of FIGS. 4 and 5 described above.
  • the power conversion device has a function of converting DC power supplied from a DC power source into AC power for supplying an AC electric load such as a rotary electric machine, or for supplying AC power generated by a rotary electric machine to a DC power source. It has a function to convert it to DC power.
  • the power conversion device has a power conversion module 20 having a power semiconductor element, and the power semiconductor element repeats a conduction operation and a cutoff operation in the power conversion module 20 to convert DC power to AC power. Or, power conversion from AC power to DC power is performed.
  • the current is repeatedly cut off and conducted by the switching operation of the power semiconductor element, and at this time, a spike voltage is generated due to the inductance existing in the circuit part of the power conversion device. If this spike voltage becomes large, it may exceed the rated voltage of the power semiconductor element.
  • a smoothing capacitor 10 is provided, and the parasitic inductance of the DC electric wiring provided between the capacitor 10 and the power conversion module 20 is reduced by the present invention.
  • the configuration of the power conversion device will be explained.
  • the power conversion module 20 is connected to the control board 35 via the control signal terminal 34.
  • the control board 35 controls the power conversion module 20, a current flows from the capacitor element 10 to the power conversion module 20 via the laminated conductor portion 16, and a current is output to the power output terminal 31. Will be done.
  • the current value output to the power output terminal 31 is detected by the current sensor 32, and the current detection signal is transmitted to the control board 35 via the current sensor signal terminal 33.
  • the current detection signal is transmitted to the upper control board 36 via the transmission path 38, and the upper control board 36 generates a control signal of the power conversion module 20 based on the transmitted current detection signal.
  • the generated control signal is transmitted to the power conversion module 20 via the control signal terminal 34.
  • the capacitor element 10 When the inverter system 60 is operating, the capacitor element 10, the laminated conductor portion 16, and the power conversion module 20 in the path through which the current flows generate heat.
  • the capacitor element 10 is thermally connected to the housing 30 of the inverter system by the capacitor fixing resin 40.
  • the capacitor element 10 is cooled by the housing 30 via the capacitor fixing resin 40.
  • the power conversion module 20 has a structure in which the power conversion module 20 is directly cooled via the heat radiation fins 21 for cooling and is housed in the housing of the power conversion device.
  • the power conversion device includes a positive electrode terminal 12 and a negative electrode terminal 11 which are terminals of the capacitor element 10, a positive electrode conductor plate 14 connected to the positive electrode terminal 12, and a negative electrode conductor plate 13 connected to the negative electrode terminal 11.
  • a power conversion module 20 that is connected to the positive electrode conductor plate 14 and the negative electrode conductor plate 13 and converts DC power and AC power to each other is provided.
  • the positive electrode terminal 12 and the negative electrode terminal 11 are formed along the arrangement direction of the capacitor elements 10, and the main surfaces of the positive electrode conductor plate 14 and the negative electrode conductor plate 13 are arranged so as to face the main surface of the capacitor element 10. Moreover, the laminated conductor portion 16 which is laminated with each other is formed.
  • the laminated conductor portion 16 has a first laminated region 17 that is laminated so as to face the main surface of the negative electrode terminal 11, and a second laminated region 18 that is laminated so as to face the main surface of the positive electrode terminal 12. .. By doing so, it is possible to provide a power conversion device that achieves both miniaturization and low inductance.
  • the tip of the positive electrode terminal 12 is connected to the end 2 of the second laminated region 18, and the tip of the negative electrode terminal 11 is connected to the end 2 of the first laminated region 17.
  • the end portion 2 on the side opposite to the side where the end portion 2 of the first laminated region 17 and the end portion 2 of the second laminated region 18 are provided is the power conversion module 20. Be connected. By doing so, it is possible to contribute to the miniaturization of the power conversion device by the wiring structure to which the present invention is applied.
  • the power conversion module 20 is housed in the storage housing 30 via the cooling fins 21, and the capacitor element 10 is housed in the storage housing 30 via the capacitor fixing resin 40 which is an adhesive resin. By doing so, the cooling effect of the power conversion module 20 can be strengthened.
  • the positive electrode conductor plate 14 and the negative electrode conductor plate 13 do not have a penetrating portion for passing the positive electrode terminal 12 or the negative electrode terminal 11. By doing so, the insulation treatment in the manufacturing process is not complicated.
  • the configuration may be a combination of the above-described embodiment and a plurality of modified examples.

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Abstract

コンデンサ素子の端子である正極端子及び負極端子と、前記正極端子と接続される正極導体板と、前記負極端子と接続される負極導体板と、それら２つの導体板と接続される電力変換モジュールと、を備え、前記正極端子及び前記負極端子は、前記コンデンサ素子の配列方向にそって形成され、前記正極導体板及び前記負極導体板は、それぞれの主面が前記コンデンサ素子の主面に対向して配置され、かつ互いに積層される積層導体部を形成し、前記積層導体部は、前記負極端子の主面と対向して積層される第１の積層領域と、前記正極端子の主面と対向して積層される第２の積層領域と、を有する。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する。
　近年、電力変換装置の高出力密度化が求められ、小型化・軽量化が進んでいる。特に、バッテリを搭載した電気自動車あるいはハイブリット自動車において、車体の軽量化および車内空間確保のために小型化への要求が強く、これに加えて、低インダクタンス化させた電力変換装置が求められている。
　本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、コンデンサ両端のメタリコン電極に、Ｌ字状でかつメタリコン電極の幅とほぼ同じ幅を有する第１及び第２板状端子が接続された積層形コンデンサ素子を、基体の一方の面側に配置する構造にすることで、互いに逆方向の電流が流れて電流による磁界が打消され、配線電極のインダクタンスを低減させている技術について開示されている。
特開２００５－１５９１０６号公報
　電力変換装置の小型化が進むにつれ、コンデンサとパワーモジュールを接続する直流電気配線の設置スペースが制限されるため、高密度化とインダクタンス低減とを両立させるためには、特許文献１に記載の技術では対応不足になる。
　以上を鑑みて、本発明は、小型化と低インダクタンス化とを両立させた電力変換装置を提供することが課題である。
　本発明の電力変換装置は、コンデンサ素子の端子である正極端子及び負極端子と、前記正極端子と接続される正極導体板と、前記負極端子と接続される負極導体板と、前記正極導体板及び前記負極導体板と接続され、直流電力と交流電力を相互に交換する電力変換モジュールと、を備え、前記正極端子及び前記負極端子は、前記コンデンサ素子の配列方向にそって形成され、前記正極導体板及び前記負極導体板は、それぞれの主面が前記コンデンサ素子の主面に対向して配置され、かつ互いに積層される積層導体部を形成し、前記積層導体部は、前記負極端子の主面と対向して積層される第１の積層領域と、前記正極端子の主面と対向して積層される第２の積層領域と、を有する。
　本発明によると、小型化と低インダクタンス化とを両立させた電力変換装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の配線構造の概略図。 図１のＡ－Ａ’断面図。 図１のＢ－Ｂ’断面図。 本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の構造概略図。 図４の接続部の変形例。 従来技術と本発明の効果の違い示すイメージ図。 図４に両面冷却構造を用いた電力変換装置の構造概略図。 本発明の一実施形態に係る、インバータシステムの図。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
（従来技術の問題点）
　まず従来技術の問題点について説明する。従来の技術では、前述したように、コンデンサとパワーモジュールを接続する直流電気配線の設置スペースが制限されることで、小型化への要求に応えることが難しくなる。それだけでなく、コンデンサ端子の接続のためにバスバに貫通部をもうけ、この貫通部にコンデンサの正極端子または負極端子を通してコンデンサの反対側でバスバと接続する構造にしていることで、ラミネート構造になっている正極直流配線部と負極直流配線部（パワーモジュールとコンデンサ端子を接続する直流配線部）の対向面積（ラミネート面積、直流電気配線の配線面積）が縮小される。小型化が進むことで、その対向面積もさらに縮小される問題点がある。
　またさらに、バスバの貫通部に配線が接続されると絶縁処理を施す必要があるが、この構造だと絶縁処理が複雑になってしまう。これに加えて、コンデンサとバスバの接続工程も複雑になることが問題になっていた。これを踏まえて、本発明では、コンデンサ引き出し端子と正極負極バスバとをラミネートして端部で接続することで課題を解決するものである。
（本発明の一実施形態とその構成）
　図１は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の配線構造の概略図である。
　電力変換装置の配線構造１として、図１には、電源から供給される電圧を平滑化するコンデンサ素子１０、コンデンサ素子１０の負極端子１１および正極端子１２、バスバ部４、コンデンサが設置されている側に形成されるバスバ部の端部２（以下、端部２）、電力変換モジュール２０（図４参照）が設置されている側に形成されるバスバ部の端部３（以下、端部３）、が示されている。
　コンデンサ素子１０は、楕円形状で負極端子１１および正極端子１２がついていない側面同士を隣り合わせて、一列に配列されている。また、各コンデンサ素子１０には、負極端子１１および正極端子１２が、コンデンサ素子１０の配列方向にそってそれぞれ形成されている。そのため、これに伴い負極端子１１および正極端子１２も隣合わせになって一列に配列されている。
　一列に配列されている負極端子１１および正極端子１２に対向する位置にバスバ部４が設けられており、バスバ部４は端部２で負極端子１１および正極端子１２と接続されている。この接続においては、絶縁処理を施す必要があるが、絶縁キャップによる絶縁処理が可能であるため、絶縁処理の容易化が可能になっている。
　バスバ部４は端部２を設けられている側とは反対側に、電力変換モジュール２０と接続するための端部３を設けている。これにより、電力変換モジュール２０に対してコンデンサ素子１０で平滑化された電圧が送られる。電力変換モジュール２０は、直流電力と交流電力を相互に変換する機能を有しており、バスバ部４を介して入力される直流電力を交流電力へ変換するとともに、交流電力を直流電力へ変換してバスバ部４へ出力する。
　図２は、図１のＡ－Ａ’断面図である。
　電力変換装置の配線構造１の拡大部分Ａには、コンデンサ素子１０と接続されるバスバ部４の詳細が示されている。コンデンサ素子１０の負極端子１１は、端部２で負極導体板１３と、端部２において端部の接続部１５で接続されている。負極導体板１３と並ぶようにして、絶縁キャップ５を介して正極導体板１４が設けられている。負極導体板１３と正極導体板１４は、それぞれの主面がコンデンサ素子１０の主面に対向して配置され、かつ互いに積層される積層導体部１６を形成している。
　図２で、積層導体部１６は、負極端子１１の主面と対向して積層される第１の積層領域１７を有している。負極端子１１と積層導体部１６は、ラミネート（並行配置）されている。従来ではコンデンサ素子との接続において、バスバ部（積層導体部１６）に貫通部が必要だったが、本発明のこの構成により貫通部が必要ないため、絶縁処理およびコンデンサとバスバとの接続工程を容易化させることができる。
　また、電流は接続部１５で折り返し、負極端子１１に流れることにより、負極端子１１に流れる電流方向と、負極導体板１３に流れる電流方向と、は逆になっている。そのため電流が作る互いの磁界が相殺されることで、第１の積層領域１７における配線の寄生インダクタンスを低減できる効果がある。
　なお、正極導体板１４に流れる電流は、負極導体板１３の電流とは逆に流れているミラー電流の様子が図２では示されている。このミラー電流によっても、正極導体板１４に流れる電流が作る磁界がキャンセルされ、積層導体部１６における配線の寄生インダクタンスが低減できる。さらに、コンデンサ素子１０の配線と直流導体板（負極導体板１３または正極導体板１４）とを対向配置し、積層構造とすることにより、直流導体板とコンデンサ素子端子の寄生インダクタンスを低減することが可能となる。
　図３は、図１のＢ－Ｂ’断面図である。
　図３では、図２と同様に、コンデンサ素子１０と接続されるバスバ部４の詳細が示されているが、図２と異なる点は、コンデンサ素子１０の端子が正極端子１２である点である。積層導体部１６は、正極端子１２の主面と対向して積層される第２の積層領域１８を有している。また、正極端子１２は正極導体板１４と接続されているが、積層導体部１６には、正極導体板１４と並ぶようにして、絶縁キャップ５を介して負極導体板１３が設けられている。
　また、電流は接続部１５で折り返し、正極端子１２に流れることにより、正極端子１２に流れる電流方向と、正極導体板１４に流れる電流方向と、は逆になっている。そのため電流が作る互いの磁界が相殺されることで、インダクタンスを低減させている。なお、第２の積層領域１８付近では、正極端子１２と正極導体板１４とに流れている相互に逆の電流によって磁界が相殺されていることによって、負極導体板１３には電流が流れない。
　図２および図３に共通して、積層導体部１６と、負極端子１１および正極端子１２とは、積層導体部１６の端部２で接続される。すなわち、従来技術のように、負極端子１１または正極端子１２の一方と、積層された負極導体板１３または正極導体板１４の一方とを、コンデンサ素子１０の反対側で接続する必要がない。したがって、積層導体部１６には、負極端子１１または正極端子１２を通すための貫通穴を有しない。このような接続形態とすることにより、正極導体板１４および負極導体板１３の対向面を有効に利用することが可能である。
　また、前述する通りバスバ部４（積層導体部１６、直流導体板１３，１４）に貫通穴を有しないことにより、接続端子を貫通穴に通す必要がない。そのため、貫通穴に通す接続端子があることにより発生する複雑な絶縁処理を施す必要がない。積層導体部１６の端部２において、端子の露出部を覆うように容易に絶縁処理をすることが可能である。
　図４は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の構造概略図である。
　図４で示したように、電力変換装置は、コンデンサ素子１０、負極端子１１(図示せず)、正極端子１２、積層導体部１６、電力変換モジュール２０、電力変換モジュール２０を冷却するための冷却フィン２１、電力変換モジュール２０と積層導体部１６を接続固定するためのネジ２２、ネジ２２を止めるための端子台２３、を備えている。正極端子１２と積層導体部１６とは、端部の接続部１５で接続されている。
　接続部１５では、ＴＩＧ(Tungsten Inert Gas)溶接をするため、ＴＩＧ溶接をするための掴みしろ１９を設けている。掴みしろ１９では、積層導体部１６を構成する正極導体板１４および負極導体板１３のどちらか一方の端部と、コンデンサ素子１０の負極端子１１および正極端子１２のどちらか一方とを、両側から貼り合わせて拝み形状にさせる。
　ＴＩＧ溶接では、掴みしろ１９の部分を両側から溶接電極で挟み、接続部１５で溶接をする。なお、掴みしろ１９の長さは８ｍｍ以上設けることが好適である。電力変換モジュール２０と積層導体部１６とは、ネジ２２を端子台２３にねじ止めすることで接続される。
　電力変換モジュール２０は、電力変換時に生じる電力損失により発熱するため、冷却フィン２１により冷却している。これにより、電力変換モジュール２０は発熱による温度上昇での破壊を防いでいる。
　図５は、図４の接続部の変形例である。
　図４と異なる点は、積層導体部１６とコンデンサ素子１０の端子部(正極端子１２、負極端子１１)との接続方法が異なる点である。図４では、ＴＩＧ溶接で接続をする方式をとったが、図５ではねじ止め方式としている。これにより、積層導体部１６と電力変換モジュール２０との接続、積層導体部１６とコンデンサ素子１０の端子部(正極端子１２、負極端子１１)との接続部１５での接続を統一させることができるため、生産工程を簡易化できる。
　また、図４のＴＩＧ溶接方式は端子を両側から挟むための掴みしろ１９が必要であり、接合する接続部１５はコンデンサ素子１０より上に飛び出している必要があったが、図５では掴みしろ１９がないことで、コンデンサ素子１０の直上に接続部１５を配置することが可能であり、高さ方向（図５の上下方向）において、図４より低くできる。
　なお、外部溶接機器を必要とする図４のＴＩＧ溶接方式は、端子の側面端部を溶接する方式であるが、図５に同様の外部溶接機器を必要とするレーザー溶接方式も採用可能である。これにより、端子の対向面を溶接でき、ねじ止めを必要としない方法により接続してもよい。
　図６は、従来技術と本発明の効果の違いを示すイメージ図である。
　図６（ａ）は従来技術である電力変換装置の配線構造１Ａであり、コンデンサ素子１０の負極端子１１と積層導体部１６を対向させない配線構造である。この配線構造だと、積層構造となっておらず、本発明のように、コンデンサ素子１０の負極端子１１と積層導体部１６とのミラー電流によって互いの電流が作る磁界のキャンセル効果が小さく、配線寄生インダクタンスが低減できない。
　一方、本発明の一実施形態によれば、前述したように、積層導体部１６とコンデンサ素子１０の負極端子１１を対向させ積層構造とすることで、配線寄生インダクタンスを低減させることが可能である。
　図６（ｂ）は配線インダクタンスの低減効果の違いを示す図であり、従来技術の電力変換装置の配線構造による配線インダクタンスを１００％とした場合、本発明では、配線の自己インダクタンスを約４０％低減できていることがわかる。
　図７は、図４の配線構造に両面冷却構造を用いた電力変換装置の構造概略図である。
　図７に示す電力変換装置の配線構造１Ｂでは、冷却フィン２１が電力変換モジュール２０の両面に配置されていることにより、電力変換モジュール２０の両側で放熱を行うことができる。これにより、電力変換モジュール２０を効率よく放熱できる。
　図８は、本発明の一実施形態に係る、インバータシステムの図である。
　電力変換装置の配線構造を用いたインバータシステム６０において、前述した電力変換モジュール２０は、３相のインバータシステム６０を構成する。なお、図８に示す電力変換モジュールの例は、２ｉｎ１である。また、コンデンサ素子１０の端子（負極端子１１および正極端子１２）と直流導体板（正極導体板１４および負極導体板１３）との接続、積層導体部１６と電力変換モジュール２０とが接続用のネジ２２により端子台２３に止められて接続される構造は、前述の図４や図５と同様である。
　電力変換装置の機能について説明する。電力変換装置は、直流電源から供給された直流電力を回転電機などの交流電気負荷に供給するための交流電力に変換する機能、あるいは回転電機により発電された交流電力を直流電源に供給するための直流電力に変換する機能、を備えている。この変換機能を果すため、電力変換装置はパワー半導体素子を有する電力変換モジュール２０を有しており、電力変換モジュール２０においてパワー半導体素子が導通動作や遮断動作を繰り返すことにより、直流電力から交流電力へ、あるいは交流電力から直流電力への電力変換を行う。
　パワー半導体素子のスイッチング動作により電流が遮断や導通を繰り返し、このとき電力変換装置の回路部に存在するインダクタンスによりスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧が大きくなると、パワー半導体素子の定格電圧を超える恐れがある。このスパイク電圧を低減するために平滑コンデンサ１０を設けるとともに、コンデンサ１０と電力変換モジュール２０との間に設けられた直流電気配線の寄生インダクタンスを、本発明により低減させる。
　電力変換装置の構成について説明する。電力変換モジュール２０は、制御信号端子３４を介して制御基板３５に接続されている。インバータシステム６０の動作時においては、制御基板３５で電力変換モジュール２０を制御し、コンデンサ素子１０から積層導体部１６を介して、電力変換モジュール２０に電流が流れ、電力出力端子３１へ電流が出力される。
　電力出力端子３１に出力される電流値は電流センサ３２により検出され、電流センサ信号端子３３を介して制御基板３５に電流検出信号が伝えられる。電流検出信号は、伝送経路３８を介して上位制御基板３６に伝えられ、上位制御基板３６では伝達された電流検出信号に基づいて、電力変換モジュール２０の制御信号を生成する。生成された制御信号は、制御信号端子３４を介して電力変換モジュール２０に伝えられる。
　インバータシステム６０の動作時においては、電流が流れる経路にあるコンデンサ素子１０、積層導体部１６、電力変換モジュール２０は発熱する。コンデンサ素子１０はコンデンサ固定樹脂４０によりインバータシステムの筺体３０に熱的に接続されている。コンデンサ素子１０はコンデンサ固定樹脂４０を介して筐体３０により冷却される。また、電力変換モジュール２０は、冷却用の放熱フィン２１を介して直接冷却され、電力変換装置の筐体に収納されている構造となっている。
　以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）電力変換装置は、コンデンサ素子１０の端子である正極端子１２及び負極端子１１と、正極端子１２と接続される正極導体板１４と、負極端子１１と接続される負極導体板１３と、正極導体板１４及び負極導体板１３と接続され、直流電力と交流電力を相互に変換する電力変換モジュール２０と、を備える。正極端子１２及び負極端子１１は、コンデンサ素子１０の配列方向にそって形成され、正極導体板１４及び負極導体板１３は、それぞれの主面がコンデンサ素子１０の主面に対向して配置され、かつ互いに積層される積層導体部１６を形成する。積層導体部１６は、負極端子１１の主面と対向して積層される第１の積層領域１７と、正極端子１２の主面と対向して積層される第２の積層領域１８と、を有する。このようにしたことで、小型化と低インダクタンス化とを両立させた電力変換装置を提供できる。
（２）正極端子１２の先端は第２の積層領域１８の端部２に接続され、負極端子１１の先端は第１の積層領域１７の端部２に接続される。このようにしたことで、バスバ部に貫通部を設けて接続する必要がなくなり、絶縁処理も容易化できる。
（３）第１の積層領域１７の端部２および第２の積層領域１８の端部２は、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接またはねじ端子により、負極端子１１の先端および正極端子１２の先端とそれぞれ接続される。このようにしたことで、製造工程における接続の簡易化を図れる。
（４）積層導体部１６において、第１の積層領域１７の端部２および第２の積層領域１８の端部２が設けられている側と反対側の端部３は、電力変換モジュール２０と接続される。このようにしたことで、本発明を適用した配線構造による電力変換装置の小型化に貢献できる。
（５）電力変換モジュール２０は、冷却フィン２１を介して収納筐体３０に収められ、コンデンサ素子１０は、接着樹脂であるコンデンサ固定樹脂４０を介して収納筐体３０に収められる。このようにしたことで、電力変換モジュール２０の冷却効果を強めることができる。
（６）正極導体板１４及び負極導体板１３は、正極端子１２又は負極端子１１を通すための貫通部を持たない。このようにしたことで、製造工程においての絶縁処理が複雑化しない。
　以上説明したが、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能であり、その態様も本発明の範囲内に含まれる。さらに、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
１・・・電力変換装置の配線構造
２・・・バスバ部の端部(コンデンサ側)
３・・・バスバ部の端部(電力変換モジュール側)
４・・・バスバ部
５・・・絶縁キャップ
１０・・・コンデンサ素子
１１・・・コンデンサ素子の負極端子
１２・・・コンデンサ素子の正極端子
１３・・・負極導体板
１４・・・正極導体板
１５・・・端部の接続部
１６・・・積層導体部
１７・・・第１の積層領域
１８・・・第２の積層領域
１９・・・掴みしろ
２０・・・電力変換モジュール
２１・・・冷却（放熱）フィン
２２・・・ネジ
２３・・・端子台
３０・・・筐体
３１・・・電力出力端子
３２・・・電流センサ
３３・・・電流センサ信号端子
３４・・・制御信号端子
３５・・・制御基板
３６・・・上位制御基板
３８・・・伝送経路
４０・・・コンデンサ固定樹脂
６０・・・インバータシステム

Claims (9)

  1. 　コンデンサ素子の端子である正極端子及び負極端子と、
    　前記正極端子と接続される正極導体板と、
    　前記負極端子と接続される負極導体板と、
    　前記正極導体板及び前記負極導体板と接続され、直流電力と交流電力を相互に変換する電力変換モジュールと、を備え、
    　前記正極端子及び前記負極端子は、前記コンデンサ素子の配列方向にそって形成され、
    　前記正極導体板及び前記負極導体板は、それぞれの主面が前記コンデンサ素子の主面に対向して配置され、かつ互いに積層される積層導体部を形成し、
    　前記積層導体部は、前記負極端子の主面と対向して積層される第１の積層領域と、前記正極端子の主面と対向して積層される第２の積層領域と、を有する
    　電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記負極端子の先端は前記第１の積層領域の端部に接続される
    　電力変換装置。
  3. 　請求項２に記載の電力変換装置であって、
    　前記正極端子の先端は前記第２の積層領域の端部に接続される
    　電力変換装置。
  4. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記第１の積層領域の端部および前記第２の積層領域の端部は、ＴＩＧ溶接により、前記負極端子の先端および前記正極端子の先端とそれぞれ接続される
    　電力変換装置。
  5. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記第１の積層領域の端部および前記第２の積層領域の端部は、レーザー溶接により、前記負極端子の先端および前記正極端子の先端とそれぞれ接続される
    　電力変換装置。
  6. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記第１の積層領域の端部および前記第２の積層領域の端部は、ねじ端子により、前記負極端子の先端および前記正極端子の先端とそれぞれ接続される
    　電力変換装置。
  7. 　請求項３に記載の電力変換装置であって、
    　前記積層導体部において、前記第１の積層領域の端部および前記第２の積層領域の端部が設けられている側と反対側の端部は、前記電力変換モジュールと接続される
    　電力変換装置。
  8. 　請求項７に記載の電力変換装置であって、
    　前記電力変換モジュールは、冷却フィンを介して収納筐体に収められ、
    　前記コンデンサ素子は、接着樹脂を介して前記収納筐体に収められる
    　電力変換装置。
  9. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記正極導体板及び前記負極導体板は、前記正極端子又は前記負極端子を通すための貫通部を持たない
    　電力変換装置。
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