JP7180631B2 - コンデンサモジュールおよび電力変換装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、平滑コンデンサとノイズ吸収コンデンサを備えたコンデンサモジュール、および、電力変換装置に関する。

特許文献１には、上下アーム回路を形成する複数のスイッチング素子の作動によって、直流の電力を交流に変換して出力する電力変換装置が記載されている。この電力変換装置は、上下アーム回路に接続されて電圧脈動を平滑化する平滑コンデンサと、上下アーム回路に接続されてノイズを吸収するノイズ吸収コンデンサとを備える。

これらの平滑コンデンサおよびノイズ吸収コンデンサは、共通のケースに収容されてコンデンサモジュールを形成している。

特許第４４２５８３１号公報

コンデンサモジュールが設置されるスペースによっては、平滑コンデンサの電極面に対して垂直な方向に、コンデンサモジュールを小型化（低背化）することが望まれる。また、コンデンサモジュールを低背化することで、電力変換装置を低背化させたい場合もある。

開示される１つの目的は、低背化を図ったコンデンサモジュールおよび電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本開示の一態様による「コンデンサモジュール」は、
交流の電力を生成して出力する上下アーム回路（１０Ｕ、１０Ｌ）に接続されて電圧脈動を平滑化する平滑コンデンサ（２０）と、
上下アーム回路に接続されてノイズを吸収するノイズ吸収コンデンサ（３０、４０）と、
平滑コンデンサおよびノイズ吸収コンデンサを内部に収容するコンデンサケース（５０）と、
平滑コンデンサの高電位側の電極面であるＰ側電極面（２０ａ）、およびノイズ吸収コンデンサに接続されるＰ側バスバ（２１）と、
平滑コンデンサの低電位側の電極面であるＮ側電極面（２０ｂ）、およびノイズ吸収コンデンサに接続されるＮ側バスバ（２２）と、
ノイズ吸収コンデンサに一端（３１ａ、４１ａ）が接続され、コンデンサケースの外部に位置するグランド電位の部材に他端（３１ｂ、４１ｂ）が接続されたグランドバスバ（３１、４１）と、
を備え、
ノイズ吸収コンデンサの全体およびグランドバスバの全体が、Ｐ側電極面を含むＰ側仮想平面（ＶＳｐ）とＮ側電極面を含むＮ側仮想平面（ＶＳｎ）との間のＰＮ間領域（ＶＡ）に配置されており、
ノイズ吸収コンデンサのうちＰ側バスバに接続されているコンデンサをＰ側ノイズ吸収コンデンサ（３０）とし、Ｎ側バスバに接続されているコンデンサをＮ側ノイズ吸収コンデンサ（４０）とし
Ｐ側ノイズ吸収コンデンサおよびＮ側ノイズ吸収コンデンサは、Ｐ側電極面およびＮ側電極面に対して垂直な方向において互いに離間した位置に配置されている。

ここに開示されたコンデンサモジュールによると、ノイズ吸収コンデンサの全体およびグランドバスバの全体がＰＮ間領域に配置されている。つまり、ノイズ吸収コンデンサおよびグランドバスバが、ＰＮ間領域からはみ出ないように配置されている。そのため、平滑コンデンサの電極面に対して垂直な方向にコンデンサモジュールを小型化（低背化）できる。

上記目的を達成するため、本開示の一態様による「電力変換装置」は、
交流の電力を生成して出力する上下アーム回路（１０Ｕ、１０Ｌ）を形成する複数のスイッチング素子（１０ｉ）を有した半導体モジュール（ＰＭ）と、
上下アーム回路に接続されたコンデンサモジュール（ＣＭ）と、
コンデンサモジュールおよび半導体モジュールを収容するケース（８０）と、
を備え、
コンデンサモジュールは、
上下アーム回路に接続されて電圧脈動を平滑化する平滑コンデンサ（２０）と、
上下アーム回路に接続されてノイズを吸収するノイズ吸収コンデンサ（３０、４０）と、
平滑コンデンサおよびノイズ吸収コンデンサを内部に収容するコンデンサケース（５０）と、
平滑コンデンサの高電位側の電極面であるＰ側電極面（２０ａ）、およびノイズ吸収コンデンサに接続されるＰ側バスバ（２１）と、
平滑コンデンサの低電位側の電極面であるＮ側電極面（２０ｂ）、およびノイズ吸収コンデンサに接続されるＮ側バスバ（２２）と、
ノイズ吸収コンデンサに一端（３１ａ、４１ａ）が接続され、コンデンサケースの外部に位置するグランド電位の部材に他端（３１ｂ、４１ｂ）が接続されたグランドバスバ（３１、４１）と、
を備え、
ノイズ吸収コンデンサの全体およびグランドバスバの全体が、Ｐ側電極面を含むＰ側仮想平面（ＶＳｐ）とＮ側電極面を含むＮ側仮想平面（ＶＳｎ）との間のＰＮ間領域（ＶＡ）に配置されており、
ノイズ吸収コンデンサのうちＰ側バスバに接続されているコンデンサをＰ側ノイズ吸収コンデンサ（３０）とし、Ｎ側バスバに接続されているコンデンサをＮ側ノイズ吸収コンデンサ（４０）とし
Ｐ側ノイズ吸収コンデンサおよびＮ側ノイズ吸収コンデンサは、Ｐ側電極面およびＮ側電極面に対して垂直な方向において互いに離間した位置に配置されている。

ここに開示された電力変換装置によると、ノイズ吸収コンデンサの全体およびグランドバスバの全体がＰＮ間領域に配置されている。つまり、ノイズ吸収コンデンサおよびグランドバスバが、ＰＮ間領域からはみ出ないように配置されている。そのため、平滑コンデンサの電極面に対して垂直な方向にコンデンサモジュールを小型化（低背化）でき、ひいては、電力変換装置を低背化できる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係る電力変換装置について、回路構成を示す図である。 第１実施形態に係る電力変換装置の断面図である。 図２のＩＩＩ矢視図である。 第１実施形態に係るコンデンサモジュールの斜視図である。 コンデンサモジュールからコンデンサケースを取り除いた状態を示す斜視図である。 図５のＶＩ矢視図である。 図６のＶＩＩ矢視図である。 第１実施形態に係るコンデンサモジュールの製造方法について、その製造工程手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、電力変換装置が車両に搭載された状態における上下方向をｚ方向、ｚ方向に直交する一方向をｘ方向と示す。また、ｚ方向およびｘ方向の両方向に直交する方向をｙ方向と示す。なお、図中のｚ方向を示す矢印の向きが、車両搭載状態における上側である。

（第１実施形態）
先ず、図１および図２に基づき、電力変換装置１によって形成される電気回路の概要について説明する。本実施形態に係る電力変換装置１は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。

電力変換装置１は、車両に搭載されたバッテリ２（直流電源）から供給される直流電圧を、三相交流に変換して、三相交流方式のモータ３（車載モータ）に出力する。モータ３は、車両の走行駆動源として機能する。電力変換装置１は、モータ３により発電された電力を、直流に変換してバッテリ２に充電することもできる。電力変換装置１は、双方向の電力変換が可能となっている。

図１に示すように、電力変換装置１は、制御基板７０、半導体モジュールＰＭ、コンデンサモジュールＣＭおよび端子台６０を備える。

半導体モジュールＰＭは、複数のパワーカード１０を有する。パワーカード１０は、スイッチング素子１０ｉと、スイッチング素子１０ｉに接続された端子と、モールド材と、を有した構造である。モールド材は、スイッチング素子１０ｉをモールドする樹脂製である。上記端子には、図２に示すＰ端子１０Ｐ、Ｎ端子１０Ｎ、Ｏ端子１０Ｏおよび信号端子１０Ｓが含まれる。図１に示す例では、１つのパワーカード１０は、２つのスイッチング素子１０ｉを有し、１つの上下アーム回路を形成する。

複数のパワーカード１０は、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換してモータ３に出力する、インバータ回路として機能する。このインバータ回路は、モータ３により発電された交流電力を直流電力に変換する機能も有する。インバータ回路としてのパワーカード１０は、モータ３の三相の各々に設けられている。

なお、電力変換装置１がリアクトルを備え、半導体モジュールＰＭがリアクトルに接続されるパワーカードを備えていてもよい。この場合のパワーカードは、直流電圧を昇圧するコンバータ回路として機能する。また、半導体モジュールＰＭは、インバータ回路として機能するパワーカードと、コンバータ回路として機能パワーカードとの両方を備えていてもよい。

スイッチング素子１０ｉとして、ｎチャネル型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が採用されている。上アーム１０ＵのＩＧＢＴのコレクタ電極が、高電位電力ラインＨｉに接続されている。下アーム１０ＬのＩＧＢＴのエミッタ電極が、低電位電力ラインＬｏに接続されている。そして、上アーム１０ＵのＩＧＢＴのエミッタ電極と、下アーム１０ＬのＩＧＢＴのコレクタ電極が相互に接続されている。

さらに半導体モジュールＰＭは、パワーカード１０を冷却する冷却器を有する。冷却器は、熱交換部（図示せず）および冷媒配管１２を有し、液冷媒を循環させる循環経路の一部を形成する。熱交換部は、冷媒配管１２と連通する。熱交換部は、熱伝導性が良好な絶縁体を介してパワーカード１０に接触し、スイッチング素子１０ｉの発熱で温度上昇するパワーカード１０を冷却する。複数のパワーカード１０は、ｙ方向に並べて積層配置されている。熱交換部は、隣り合うパワーカード１０の間に配置されている。つまり、複数の熱交換部は、パワーカード１０と交互に積層配置されている。

パワーカード１０が有するＰ端子１０Ｐは、上アーム１０Ｕを構成するスイッチング素子１０ｉのエミッタ電極と接続されている。Ｐ端子１０Ｐは、高電位電力ラインＨｉと同電位である。Ｐ端子１０Ｐには、後述するＰ側バスバ２１の接続部２１ｂが接続されている。パワーカード１０が有するＮ端子１０Ｎは、下アーム１０Ｌを構成するスイッチング素子１０ｉのコレクタ電極と接続されている。Ｐ端子１０Ｐは、高電位電力ラインＨｉと同電位である。Ｎ端子１０Ｎには、後述するＮ側バスバ２２の接続部２２ｂが接続されている。

信号端子１０Ｓは、スイッチング素子１０ｉのゲート電極と接続されている。信号端子１０Ｓは、制御基板７０に実装されている。信号端子１０Ｓは、モールド材からｚ方向の制御基板７０側に向けて延出する。なお、Ｐ端子１０Ｐ、Ｎ端子１０ＮおよびＯ端子１０Ｏは、モールド材から信号端子１０Ｓの反対側に向けて延出する。Ｐ端子１０Ｐ、Ｎ端子１０ＮおよびＯ端子１０Ｏは、ｘ方向に並べて配置されている。

コンデンサモジュールＣＭは、平滑コンデンサ２０およびノイズ吸収コンデンサを有する。平滑コンデンサ２０は、高電位電力ラインＨｉと低電位電力ラインＬｏの間に接続されている。平滑コンデンサ２０は、パワーカード１０と並列に接続されている。平滑コンデンサ２０は、上下アーム回路１０Ｕ、１０Ｌに接続されて電圧脈動を平滑化する。

ノイズ吸収コンデンサは、上下アーム回路１０Ｕ、１０Ｌに接続されてノイズを吸収する。ノイズ吸収コンデンサは、Ｐ側ノイズ吸収コンデンサに相当するＰ側Ｙコンデンサ３０と、Ｎ側ノイズ吸収コンデンサに相当するＮ側Ｙコンデンサ４０に区別される。Ｐ側Ｙコンデンサ３０は、一端が高電位電力ラインＨｉに接続され、他端がグランドに接続されている。Ｎ側Ｙコンデンサ４０は、一端が低電位電力ラインＬｏに接続され、他端がグランドに接続されている。平滑コンデンサ２０が複数並列接続されているのに対し、Ｐ側Ｙコンデンサ３０とＮ側Ｙコンデンサ４０は１つずつで構成される。

Ｐ側Ｙコンデンサ３０とＮ側Ｙコンデンサ４０とは、同一の静電容量を有し、形状および体格も同一である。なお、ノイズ吸収コンデンサの各々は、１つの平滑コンデンサ２０と比較すると、静電容量が小さく体格も小さい。

制御基板７０は、制御部および駆動回路部（ドライバ）を有する。制御部は、上位ＥＣＵから入力されるトルク要求や各種センサにて検出された信号に基づいて、スイッチング素子１０ｉを動作させるための駆動指令を生成する。制御部は、マイクロコンピュータ（マイコン）を備えて構成されており、駆動指令としてＰＷＭ信号を出力する。ドライバは、制御部から出力された駆動指令にしたがって、スイッチング素子１０ｉのオンオフ作動を制御する。

上述した各種センサの具体例としては、電流センサ６１、電圧センサ、回転角センサなどが挙げられる。電流センサ６１は、モータ３の各相の巻線に流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータ３の回転子の回転角を検出する。

端子台６０は、これらの電流センサ６１と、図示しない基板、保持台、出力コネクタ端子および入力コネクタ端子を有する。各相の電流センサ６１は基板に実装され、その基板は樹脂製の保持台に保持される。保持台は、出力コネクタ端子６２および入力コネクタ端子６３を保持する。出力コネクタ端子６２は、モータ３の各相の巻線に接続され、パワーカード１０のＯ端子１０Ｏとモータ３の巻線との間の通電経路の一部を形成する。高電位側の入力コネクタ端子６３は、バッテリ２に接続され、Ｐ端子１０Ｐとバッテリ２との間の通電経路の一部を形成する。低電位側の入力コネクタ端子６３は、グランドに接続され、Ｎ端子１０Ｎとグランドとの間の通電経路の一部を形成する。

電力変換装置１は、金属製のハウジング８０を備える（図２および図３参照）。ハウジング８０は、制御基板７０、半導体モジュールＰＭ、コンデンサモジュールＣＭおよび端子台６０を内部に収容する。ハウジング８０は、グランド電位の部材として機能する。

ハウジング８０は、両端が開口する筒形状である。筒の軸線方向がｚ方向に平行となる向きに、電力変換装置１は車両に搭載されている。ハウジング８０の一方の開口部８０ａは、ハウジング８０に取り付けられた蓋部材８１で覆われている。ハウジング８０のフランジ８０ｃには、モータ３のケース、またはモータ３に取り付けられた減速機のケースが取り付けられている。つまり、ハウジング８０の他方の開口部８０ｂは、モータケースまたは減速機ケースで覆われている。

次に、図４～図７を用いて、コンデンサモジュールＣＭの構造について、より詳細に説明する。なお、上述したｘ方向、ｙ方向およびｚ方向は、以下のように定義される。ｚ方向は、制御基板７０の板面に垂直な方向である。ｙ方向は、複数のパワーカード１０が積層配置される積層方向である。ｘ方向は、ｚ方向およびｙ方向に対して垂直な方向である。

コンデンサモジュールＣＭは、先述した通り、Ｐ側Ｙコンデンサ３０およびＮ側Ｙコンデンサ４０（ノイズ吸収コンデンサ）と、平滑コンデンサ２０とを備える。図１では、平滑コンデンサ２０が１つのコンデンサ記号で図示されているが、実際には、複数の平滑コンデンサ２０が並列接続されている。これにより、要求される大きな静電容量が提供されている。

ノイズ吸収コンデンサおよび平滑コンデンサ２０には、フィルムを巻き回した形状のフィルムコンデンサが用いられている。フィルムの幅や巻き数、フィルムコンデンサの使用数量を調整することで、１つのコンデンサの体格と個数が調整されている。そして、コンデンサモジュールＣＭに要求される形状に合わせて、複数のコンデンサの配置が調整されている。コンデンサモジュールＣＭが有する全てのフィルムコンデンサは、巻き回し中心線がｚ方向を向くように配置されている。

図６および図７に示すように、複数の平滑コンデンサ２０をｙ方向に投影した範囲内に、ノイズ吸収コンデンサの全体が位置する。また、その投影範囲内のうち、後述する電気絶縁板２３とはｚ方向から見て異なる位置にノイズ吸収コンデンサは配置されている。Ｐ側Ｙコンデンサ３０およびＮ側Ｙコンデンサ４０は、ｚ方向から見て互いに異なる位置に配置されている。

より具体的には、図５～図７に示すように、複数の平滑コンデンサ２０がｙ方向に１直線に並べて配置されている。１列に並べられた平滑コンデンサ２０群に対して、ｙ方向の一方の側にＰ側Ｙコンデンサ３０が配置され、他方の側にＮ側Ｙコンデンサ４０が配置されている。ノイズ吸収コンデンサの側面は平滑コンデンサ２０の側面に隣接している。

さらにコンデンサモジュールＣＭは、先述したＰ側バスバ２１、Ｎ側バスバ２２および電気絶縁板２３を備える。Ｐ側バスバ２１およびＮ側バスバ２２は、導電性を有する板形状である。電気絶縁板２３は、電気絶縁性を有する板形状である。

Ｐ側バスバ２１には、パワーカード１０、平滑コンデンサ２０、Ｐ側Ｙコンデンサ３０およびバッテリ２が接続されており、Ｐ側バスバ２１は、高電位電力ラインＨｉの一部を形成する。より具体的に説明すると、Ｐ側バスバ２１の接続部２１ａには、平滑コンデンサ２０のＰ側電極面２０ａが溶接で接続されている（図５参照）。Ｐ側バスバ２１の接続部２１ｂには、パワーカード１０のＰ端子１０Ｐが溶接で接続されている（図２と図３参照）。Ｐ側バスバ２１の接続部２１ｃには、高電位側の入力コネクタ端子６３がボルトで接続されている（図３と図４参照）。Ｐ側バスバ２１の接続部２１ｄには、Ｐ側Ｙコンデンサ３０の高電位側の電極が溶接で接続されている（図５～図７参照）。なお、図７では、Ｐ側バスバ２１のＰ側平板部２１ｆおよび接続部２１ｂや、Ｎ側バスバ２２のＮ側平板部２２ｆおよび接続部２２ｂ、電気絶縁板２３は、図示省略されている。

Ｎ側バスバ２２には、パワーカード１０、平滑コンデンサ２０、Ｎ側Ｙコンデンサ４０およびグランドが接続されている。より具体的に説明すると、Ｎ側バスバ２２の接続部２２ａには、平滑コンデンサ２０のＮ側電極面２０ｂが溶接で接続されている。Ｎ側バスバ２２の接続部２２ｂには、パワーカード１０のＮ端子１０Ｎが溶接で接続されている。Ｎ側バスバ２２の接続部２２ｃには、低電位側の入力コネクタ端子６３（つまりグランド）がボルトで接続されている。Ｎ側バスバ２２の接続部２２ｄには、Ｎ側Ｙコンデンサ４０の低電位側の電極が溶接で接続されている。

Ｐ側バスバ２１は平板形状のＰ側平板部２１ｆを有し、Ｎ側バスバ２２は平板形状のＮ側平板部２２ｆを有する。Ｐ側平板部２１ｆとＮ側平板部２２ｆの間には、電気絶縁板２３が積層配置されている。Ｐ側平板部２１ｆ、電気絶縁板２３およびＮ側平板部２２ｆの積層方向はｚ方向である。

さらにコンデンサモジュールＣＭは、グランドバスバ３１、４１を備える。グランドバスバ３１、４１は、導電性を有する板形状である。

グランドバスバ３１は、Ｐ側Ｙコンデンサ３０とグランドとを接続する。より具体的に説明すると、グランドバスバ３１の一端である接続部３１ａ（図７参照）には、Ｐ側Ｙコンデンサ３０の高電位側の電極が接続されている。グランドバスバ３１の他端である接続部３１ｂには、ボルトＢＴ（図３参照）を介してハウジング８０が接続されている。ハウジング８０は、グランド電位の部材として機能する。

グランドバスバ４１は、Ｎ側Ｙコンデンサ４０とグランドとを接続する。より具体的に説明すると、グランドバスバ４１の一端である接続部４１ａ（図６参照）には、Ｎ側Ｙコンデンサ４０の低電位側の電極が接続されている。グランドバスバ４１の他端である接続部４１ｂには、ボルトＢＴ（図３参照）を介してハウジング８０が接続されている。ハウジング８０は、グランド電位の部材として機能する。

さらにコンデンサモジュールＣＭは、樹脂製のコンデンサケース５０を備える。コンデンサケース５０は、１つの開口（挿入口５０ａ）を有する袋形状である。挿入口５０ａは、ｘ方向に開口する向きに形成されている。

コンデンサケース５０には、平滑コンデンサ２０、ノイズ吸収コンデンサ、Ｐ側バスバ２１、Ｎ側バスバ２２、電気絶縁板２３およびグランドバスバ３１、４１が収容されている。この収容状態で、コンデンサケース５０内には樹脂材５１が充填されている。平滑コンデンサ２０およびノイズ吸収コンデンサについては全体が樹脂材５１で封止されている。これに対し、Ｐ側バスバ２１、Ｎ側バスバ２２、電気絶縁板２３およびグランドバスバ３１、４１については、一部が樹脂材５１から延出している。換言すれば、Ｐ側バスバ２１、Ｎ側バスバ２２、電気絶縁板２３およびグランドバスバ３１、４１の一部は、挿入口５０ａから延出している。

具体的には、Ｐ側平板部２１ｆとＮ側平板部２２ｆが挿入口５０ａから延出している。つまり、Ｐ側バスバ２１の接続部２１ｂ、２１ｃおよびＮ側バスバ２２の接続部２２ｂ、２２ｃは、樹脂材５１から露出している。グランドバスバ３１、４１には、挿入口５０ａの縁部に係合する、クランク形状の係合部３１ｃ、４１ｃが形成されている。

コンデンサケース５０は、ハウジング８０に締結固定される締結部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを複数有する。２つの締結部５０ｂ、５０ｃは、挿入口５０ａに隣接した位置に、ｙ方向に延出するフランジ形状である。締結部５０ｄは、挿入口５０ａの反対側に位置し、ｘ方向に延出するフランジ形状である。グランドバスバ３１、４１は、締結部５０ｂ、５０ｃとともにハウジング８０にボルトＢＴで締結されることで、ハウジング８０に電気接続されている。

グランドバスバ３１、４１は、挿入口５０ａを通じてコンデンサケース５０の内部から外部へ延出している。コンデンサケース５０は締結部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを複数有している。これら複数の締結部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄのうち挿入口５０ａに最も近い締結部５０ｂに、グランドバスバ３１は締結されている。また、挿入口５０ａに２番目に近い締結部５０ｃに、グランドバスバ４１は締結されている（図３参照）。

グランドバスバ３１、４１は、締結部５０ｂ、５０ｃに挿入して嵌り込む挿入部３１ｄ、４１ｄを有する（図５参照）。挿入部３１ｄ、４１ｄは、図７では図示を省略しているが、ｚ方向に延びる円筒形状であり、接続部３１ｂ、４１ｂに溶接等によって接続されている。

図７に示すように、平滑コンデンサ２０のＰ側電極面２０ａを含む仮想平面をＰ側仮想平面ＶＳｐとし、Ｎ側電極面２０ｂを含む仮想平面をＮ側仮想平面ＶＳｎとする。また、Ｐ側仮想平面ＶＳｐとＮ側仮想平面ＶＳｎとの間の領域をＰＮ間領域ＶＡとする。

ＰＮ間領域ＶＡには、ノイズ吸収コンデンサの全体が位置している。つまり、ノイズ吸収コンデンサは、ＰＮ間領域ＶＡからはみ出ないように配置されている。ＰＮ間領域ＶＡ内において、Ｐ側Ｙコンデンサ３０とＮ側Ｙコンデンサ４０はｚ方向に異なる位置に配置されている。Ｐ側Ｙコンデンサ３０は、Ｎ側Ｙコンデンサ４０よりもＰ側電極面２０ａの近くに位置する。Ｎ側Ｙコンデンサ４０は、Ｐ側Ｙコンデンサ３０よりもＮ側電極面２０ｂの近くに位置する。ＰＮ間領域ＶＡ内において、Ｐ側Ｙコンデンサ３０とＮ側Ｙコンデンサ４０はｘ方向に同じ位置に配置されている。

Ｐ側Ｙコンデンサ３０のうち接続部２１ｄに接続される電極面は、Ｐ側電極面２０ａと同一平面上に位置する。換言すれば、Ｐ側バスバ２１に形成されている２つの接続部２１ｄ、２１ａは、ｚ方向において同じ位置にある。Ｎ側Ｙコンデンサ４０のうち接続部２２ｄに接続される電極面は、Ｎ側電極面２０ｂと同一平面上に位置する。換言すれば、Ｎ側バスバ２２に形成されている２つの接続部２２ｄ、２２ａは、ｚ方向において同じ位置にある。

ＰＮ間領域ＶＡには、グランドバスバ３１、４１の全体が位置している。つまり、グランドバスバ３１、４１は、ＰＮ間領域ＶＡからはみ出ないように配置されている。グランドバスバ３１の接続部３１ｂとグランドバスバ４１の接続部４１ｂとは、ｚ方向に対して垂直に拡がる平坦面形状であり、ｚ方向において同じ位置にある。

次に、図８を参照しつつ、コンデンサモジュールＣＭの製造方法について説明する。

先ず、図８のステップＳ１０では、図示しない治具を準備する。この治具は、コンデンサモジュールＣＭを構成する各々の部品を、図５に示す所定位置に保持させるための台座である。

次に、ステップＳ１１において、Ｎ側バスバ２２を台座の所定位置に設置する。次に、ステップＳ１２において、Ｎ側バスバ２２の上に重ねるように、電気絶縁板２３を台座の所定位置に設置する。次に、ステップＳ１３において、Ｐ側Ｙコンデンサ３０用のグランドバスバ３１を台座の所定位置に設置する。

次に、ステップＳ１４において、Ｎ側バスバ２２の上に重ねるように、複数の平滑コンデンサ２０およびＮ側Ｙコンデンサ４０を台座の所定位置に設置する。また、グランドバスバ３１の上に重ねるように、Ｐ側Ｙコンデンサ３０を台座の所定位置に設置する。

次に、ステップＳ１５において、Ｎ側Ｙコンデンサ４０の上に重ねるように、グランドバスバ４１を台座の所定位置に設置する。次に、ステップＳ１６において、平滑コンデンサ２０およびＰ側Ｙコンデンサ３０の上に重ねるように、Ｐ側バスバ２１を所定位置に設置する。

次のステップＳ１７では、図示しないクランプを用いて、ステップＳ１１～Ｓ１６で積み重ねていった部品を一体に保持させるように仮組み付けする。次に、ステップＳ１８において、Ｐ側バスバ２１の接続部２１ａ、２１ｄを、平滑コンデンサ２０のＰ側電極面２０ａおよびＰ側Ｙコンデンサ３０の電極面に溶接する。また、Ｎ側バスバ２２の接続部２２ａ、２２ｄを、平滑コンデンサ２０のＮ側電極面２０ｂおよびＮ側Ｙコンデンサ４０の電極面に溶接する。また、グランドバスバ４１の接続部４１ａをＮ側Ｙコンデンサ４０の電極面に溶接し、グランドバスバ３１の接続部３１ａをＰ側Ｙコンデンサ３０の電極面に溶接する。

次のステップＳ１９では、上述の如く仮組み付けされた構造体からクランプを外し、その構造体を挿入口５０ａからコンデンサケース５０の内部へ挿入する。次のステップＳ２０では、コンデンサケース５０の内部へ溶融樹脂を注入してポッティングする。これにより、上述した溶接箇所を樹脂材５１で封止する。

以下、上述した構成を備えることによる効果について説明する。

本実施形態では、ノイズ吸収コンデンサの全体およびグランドバスバ３１、４１の全体が、ＰＮ間領域ＶＡに配置されている。つまり、ノイズ吸収コンデンサおよびグランドバスバ３１、４１が、ＰＮ間領域ＶＡからはみ出ないように配置されている。そのため、平滑コンデンサ２０の電極面に対して垂直な方向（ｚ方向）にコンデンサモジュールＣＭを小型化（低背化）できる。

また、このように低背化されたコンデンサモジュールＣＭが、ｚ方向に対して垂直な方向に半導体モジュールＰＭと並べて配置されている。そのため、コンデンサモジュールＣＭの低背化に伴い電力変換装置１も低背化できる。また、端子台６０についても、ｚ方向に対して垂直な方向にコンデンサモジュールＣＭと並べて配置されている。そのため、コンデンサモジュールＣＭの低背化に伴う電力変換装置１の低背化を促進できる。

さらに本実施形態では、Ｐ側バスバ２１は平板形状のＰ側平板部２１ｆを有し、Ｎ側バスバ２２は平板形状のＮ側平板部２２ｆを有する。Ｐ側平板部２１ｆおよびＮ側平板部２２ｆは、電気絶縁板２３を間に介して積層配置されている。そのため、Ｐ側平板部２１ｆおよびＮ側平板部２２ｆをｚ方向に近づけることができる。よって、互いの平板部を流れる電流の向きが逆になるように構成すれば、インダクタンスを相互に打ち消すことができ、電力の通電ロスを低減できる。

さらに本実施形態では、ノイズ吸収コンデンサは、ｚ方向から見て電気絶縁板２３と異なる位置に配置されている。そのため、Ｐ側バスバ２１やＮ側バスバ２２をノイズ吸収コンデンサと接続するにあたり、これらのバスバを通す貫通孔を電気絶縁板２３に設けることなく、かつ、上述した低背化を損なわないように、上記接続を実現できる。

さらに本実施形態では、Ｐ側Ｙコンデンサ３０およびＮ側Ｙコンデンサ４０は、ｚ方向から見て互いに異なる位置に配置されている。そのため、ＰＮ間領域ＶＡからノイズ吸収コンデンサがはみ出ないようにしつつ、これらのノイズ吸収コンデンサをｚ方向に重ねて配置する場合に比べて各々のコンデンサのｚ方向の体格を大きく確保できる。

さらに本実施形態では、コンデンサモジュールＣＭは、上下アーム回路を形成する部品（半導体モジュールＰＭ）とともに、共通のハウジング８０に収容されている。ハウジング８０は金属製であり、グランド電位の部材として機能する。コンデンサケース５０は、ハウジング８０に締結固定される締結部５０ｂ、５０ｃを有する。グランドバスバ３１、４１は、締結部５０ｂ、５０ｃとともにハウジング８０に締結されることで、ハウジング８０に電気接続されている。

これによれば、コンデンサケース５０をハウジング８０に締結する作業と、グランドバスバ３１、４１をハウジング８０に電気接続する作業とを同一作業にできる。よって、これらの作業を別々に行う場合に比べて、作業効率の向上を図ることができる。

さらに本実施形態では、コンデンサケース５０は、平滑コンデンサ２０およびノイズ吸収コンデンサを内部に挿入する挿入口５０ａを有する。グランドバスバ３１、４１は、挿入口５０ａを通じてコンデンサケース５０の内部から外部へ延出している。

グランドバスバ３１は、複数の締結部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄのうち挿入口５０ａに最も近い締結部５０ｂにてハウジング８０に締結されている。また、グランドバスバ３２は、２番目に近い締結部５０ｃにてハウジング８０に締結されている。そのため、挿入口５０ａから遠い位置にある締結部５０ｄにて締結される場合に比べて、グランドバスバ３１、３２の長さを短くできる。

さらに本実施形態では、グランドバスバ３１、４１の一部は、挿入口５０ａを通じてコンデンサケース５０の内部から外部へ延出している。そして、挿入口５０ａは、ｘ方向に開口する向きに形成されている。そのため、グランドバスバ３１、４１が挿入口５０ａから延出する方向を、ｚ方向に平行な方向（ｘ方向）にできる。よって、グランドバスバ３１、４１をＰＮ間領域ＶＡからはみ出ないように配置することを、挿入口がｚ方向に開口する場合に比べて容易に実現できる。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

Ｐ側Ｙコンデンサ３０のうち接続部２１ｄに接続される電極面は、図７に示す例ではＰ側電極面２０ａと同一平面上に位置する。これに対し、Ｐ側Ｙコンデンサ３０の電極面がＰ側電極面２０ａよりもＮ側電極面２０ｂの側に位置していてもよい。Ｎ側Ｙコンデンサ４０のうち接続部２２ｄに接続される電極面についても同様にして、Ｎ側電極面２０ｂよりもＰ側電極面２０ａの側に位置していてもよい。

図５や図６に示す例では、ノイズ吸収コンデンサはｚ方向から見て電気絶縁板２３と異なる位置に配置されている。これに対し、ノイズ吸収コンデンサはｚ方向から見て電気絶縁板２３と重複する位置に配置されていてもよい。換言すれば、グランドバスバ３１、４１の全体がＰＮ間領域ＶＡに位置していれば、ノイズ吸収コンデンサが電気絶縁板２３とｚ方向に並べて配置されていてもよい。

図５や図７に示す例では、Ｐ側Ｙコンデンサ３０とＮ側Ｙコンデンサ４０がｚ方向から見て異なる位置に配置されている。これに対し、これらのコンデンサが、ｚ方向から見て重複する位置に配置されていてもよい。換言すれば、ノイズ吸収コンデンサの全体がＰＮ間領域ＶＡに位置していれば、これらのコンデンサがｚ方向に並べて配置されていてもよい。

図３に示す例では、グランドバスバ３１、４１は、コンデンサケース５０の締結部５０ｂ、５０ｃとともにボルトＢＴでハウジング８０に接続されている。これに対し、コンデンサケース５０を介さずにグランドバスバ３１、４１がハウジング８０に接続されていてもよい。

図４に示す例では、コンデンサケース５０の内部から外部へグランドバスバ３１、４１を延出させるにあたり、平滑コンデンサ２０を挿入するための挿入口５０ａが用いられている。これに対し、挿入口５０ａとは別の貫通孔をコンデンサケース５０に形成し、その貫通孔を通じてグランドバスバ３１、４１をケース外部へ延出させてもよい。

図４に示す例では、コンデンサケース５０の挿入口５０ａがｘ方向に開口する向きに形成されているが、ｙ方向に開口する向きでもよいし、ｚ方向に開口する向きでもよい。

図１に示す電力変換装置１は、電力供給の対象となるモータ３が１つであることを想定し、１つのインバータ回路を備えている。これに対し、複数のモータを電力供給対象とし、インバータ回路を複数備えた電力変換装置１であってもよい。

上記第１実施形態に係る半導体モジュールＰＭは、パワーカード１０の両面を冷却器で冷却する構造である。これに対し、パワーカード１０の片面を冷却器で冷却する構造であってもよい。

１０Ｌ、１０Ｕ 上下アーム回路、 １０ｉ スイッチング素子、 ２０ 平滑コンデンサ、 ２０ａ Ｐ側電極面、 ２０ｂ Ｎ側電極面、 ２１ Ｐ側バスバ、 ２１ｆ Ｐ側平板部、 ２２ Ｎ側バスバ、 ２２ｆ Ｎ側平板部、 ２３ 電気絶縁板、 ３０ Ｐ側ノイズ吸収コンデンサ、 ３１、４１ グランドバスバ、 ４０ Ｎ側ノイズ吸収コンデンサ、 ５０ コンデンサケース、 ５０ａ 挿入口、 ５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 締結部、 ８０ ハウジング、 ＣＭ コンデンサモジュール、 ＶＳｐ Ｐ側仮想平面、 ＶＳｎ Ｎ側仮想平面、 ＶＡ ＰＮ間領域。

Claims (6)

1. 交流の電力を生成して出力する上下アーム回路（１０Ｕ、１０Ｌ）に接続されて電圧脈動を平滑化する平滑コンデンサ（２０）と、
   前記上下アーム回路に接続されてノイズを吸収するノイズ吸収コンデンサ（３０、４０）と、
   前記平滑コンデンサおよび前記ノイズ吸収コンデンサを内部に収容するコンデンサケース（５０）と、
   前記平滑コンデンサの高電位側の電極面であるＰ側電極面（２０ａ）、および前記ノイズ吸収コンデンサに接続されるＰ側バスバ（２１）と、
   前記平滑コンデンサの低電位側の電極面であるＮ側電極面（２０ｂ）、および前記ノイズ吸収コンデンサに接続されるＮ側バスバ（２２）と、
   前記ノイズ吸収コンデンサに一端（３１ａ、４１ａ）が接続され、前記コンデンサケースの外部に位置するグランド電位の部材に他端（３１ｂ、４１ｂ）が接続されたグランドバスバ（３１、４１）と、
   を備え、
   前記ノイズ吸収コンデンサの全体および前記グランドバスバの全体が、前記Ｐ側電極面を含むＰ側仮想平面（ＶＳｐ）と前記Ｎ側電極面を含むＮ側仮想平面（ＶＳｎ）との間のＰＮ間領域（ＶＡ）に配置されており、
   前記ノイズ吸収コンデンサのうち前記Ｐ側バスバに接続されているコンデンサをＰ側ノイズ吸収コンデンサ（３０）とし、前記Ｎ側バスバに接続されているコンデンサをＮ側ノイズ吸収コンデンサ（４０）とし
   前記Ｐ側ノイズ吸収コンデンサおよび前記Ｎ側ノイズ吸収コンデンサは、前記Ｐ側電極面および前記Ｎ側電極面に対して垂直な方向において互いに離間した位置に配置されている、コンデンサモジュール。
2. 前記Ｐ側バスバと前記Ｎ側バスバの間に積層配置された電気絶縁板（２３）を備え、
   前記Ｐ側バスバは、前記電気絶縁板に対向する平板形状のＰ側平板部（２１ｆ）を有し、
   前記Ｎ側バスバは、前記電気絶縁板に対向する平板形状のＮ側平板部（２２ｆ）を有し、
   前記ノイズ吸収コンデンサは、前記Ｐ側電極面および前記Ｎ側電極面に対して垂直な方向から見て、前記電気絶縁板と異なる位置に配置されている、請求項１に記載のコンデンサモジュール。
3. 前記上下アーム回路を形成する部品は、前記グランド電位の部材として機能するハウジング（８０）に収容されており、
   前記コンデンサケースは、前記ハウジングに締結固定される締結部（５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）を有し、
   前記グランドバスバは、前記締結部とともに前記ハウジングに締結されることで、前記ハウジングに電気接続されている、請求項１または２に記載のコンデンサモジュール。
4. 前記コンデンサケースは、前記平滑コンデンサおよび前記ノイズ吸収コンデンサを内部に挿入する挿入口（５０ａ）を有し、
   前記グランドバスバは、前記挿入口を通じて前記コンデンサケースの内部から外部へ延出しており、
   前記コンデンサケースは前記締結部を複数有し、
   前記グランドバスバは、前記挿入口に最も近い前記締結部とともに、前記ハウジングに締結されている、請求項３に記載のコンデンサモジュール。
5. 前記コンデンサケースは、前記平滑コンデンサおよび前記ノイズ吸収コンデンサを内部に挿入する挿入口（５０ａ）を有し、
   前記挿入口は、前記挿入の方向が前記Ｐ側電極面および前記Ｎ側電極面に対して平行となる向きに形成されており、
   前記グランドバスバは、前記挿入口を通じて前記コンデンサケースの内部から外部へ延出している、請求項１～３のいずれか１つに記載のコンデンサモジュール。
6. 交流の電力を生成して出力する上下アーム回路（１０Ｕ、１０Ｌ）を形成する複数のスイッチング素子（１０ｉ）を有した半導体モジュール（ＰＭ）と、
   前記上下アーム回路に接続されたコンデンサモジュール（ＣＭ）と、
   前記コンデンサモジュールおよび前記半導体モジュールを収容するケース（８０）と、
   を備え、
   前記コンデンサモジュールは、
   前記上下アーム回路に接続されて電圧脈動を平滑化する平滑コンデンサ（２０）と、
   前記上下アーム回路に接続されてノイズを吸収するノイズ吸収コンデンサ（３０、４０）と、
   前記平滑コンデンサおよび前記ノイズ吸収コンデンサを内部に収容するコンデンサケース（５０）と、
   前記平滑コンデンサの高電位側の電極面であるＰ側電極面（２０ａ）、および前記ノイズ吸収コンデンサに接続されるＰ側バスバ（２１）と、
   前記平滑コンデンサの低電位側の電極面であるＮ側電極面（２０ｂ）、および前記ノイズ吸収コンデンサに接続されるＮ側バスバ（２２）と、
   前記ノイズ吸収コンデンサに一端（３１ａ、４１ａ）が接続され、前記コンデンサケースの外部に位置するグランド電位の部材に他端（３１ｂ、４１ｂ）が接続されたグランドバスバ（３１、４１）と、
   を備え、
   前記ノイズ吸収コンデンサの全体および前記グランドバスバの全体が、前記Ｐ側電極面を含むＰ側仮想平面（ＶＳｐ）と前記Ｎ側電極面を含むＮ側仮想平面（ＶＳｎ）との間のＰＮ間領域（ＶＡ）に配置されており、
   前記ノイズ吸収コンデンサのうち前記Ｐ側バスバに接続されているコンデンサをＰ側ノイズ吸収コンデンサ（３０）とし、前記Ｎ側バスバに接続されているコンデンサをＮ側ノイズ吸収コンデンサ（４０）とし
   前記Ｐ側ノイズ吸収コンデンサおよび前記Ｎ側ノイズ吸収コンデンサは、前記Ｐ側電極面および前記Ｎ側電極面に対して垂直な方向において互いに離間した位置に配置されている、電力変換装置。

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