特開 2022-190245 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022190245

(43)【公開日】2022-12-26

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20221219BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20221219BHJP

   H03K 17/16 20060101ALI20221219BHJP

   H03K 17/687 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H02M7/48 Z

H03K17/16 H

H03K17/687 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021098483

(22)【出願日】2021-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100171583

【弁理士】

【氏名又は名称】梅景 篤

(72)【発明者】

【氏名】神谷 和伸

【テーマコード（参考）】

5H740

5H770

5J055

【Ｆターム（参考）】

5H740BA12

5H740BC01

5H740BC02

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5H740MM01

5H740PP02

5H740PP03

5H740PP05

5H770BA01

5H770PA21

5H770PA42

5H770QA01

5H770QA02

5H770QA08

5H770QA21

5J055AX25

5J055AX55

5J055AX56

5J055BX16

5J055CX07

5J055CX20

5J055DX13

5J055DX22

5J055EY05

5J055EY12

5J055EY21

5J055FX05

5J055FX13

5J055GX01

(57)【要約】

【課題】逆起電圧を精度良く伝送することが可能な電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電力変換装置１は、制御端子に電圧が印加されることによって主電流Ｉｄが流れる電圧駆動素子１１ＷＬと、電圧駆動素子１１ＷＬに電気的に接続され、主電流Ｉｄが流れることによって逆起電圧を発生するインダクタンス部１３ＷＬと、電圧駆動素子１１ＷＬ及びインダクタンス部１３ＷＬが実装された基板３１と、制御端子に印加される電圧を生成する駆動回路１４ＷＬと、駆動回路１４ＷＬが実装された基板５１と、基板３１から基板５１に跨って延び、主電流Ｉｄが流れる導電部材６６と、を備え、導電部材６６は、逆起電圧を駆動回路１４ＷＬに伝送する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御端子を有し、前記制御端子に電圧が印加されることによって主電流が流れる電圧駆動素子と、
前記電圧駆動素子に電気的に接続され、前記主電流が流れることによって逆起電圧を発生するインダクタンス部と、
前記電圧駆動素子及び前記インダクタンス部が実装された第１基板と、
前記制御端子に印加される電圧を生成する駆動回路と、
前記駆動回路が実装された第２基板と、
前記第１基板から前記第２基板に跨って延び、前記主電流が流れる導電部材と、
を備え、
前記駆動回路は、前記逆起電圧に基づくフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、外部指令電圧と前記フィードバック電圧とを加算することによって加算電圧を生成する加算回路と、を備え、前記加算電圧に基づいて前記制御端子に印加される電圧を変化させ、
前記導電部材は、前記逆起電圧を前記駆動回路に伝送する、電力変換装置。

【請求項2】

前記第１基板は、前記電圧駆動素子が実装された第１面を有し、
前記第２基板は、前記駆動回路が実装された第２面を有し、
前記第１基板と前記第２基板とは、前記第１面と前記第２面とが一方向から見て重なり合うように、前記一方向において互いに離間して配置され、
前記導電部材は、前記一方向に延びるとともに、前記第１面及び前記第２面と交差している、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記導電部材は、前記第１基板と前記第２基板とを支持する柱状部材である、請求項２に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

素子のスイッチング速度を制御することにより、損失を低減するアクティブゲート制御が知られている。例えば、非特許文献１に記載された回路では、素子に流れる電流によって素子に接続されたインダクタのインダクタンス成分において誘起される逆起電圧が、基準電圧にフィードバックされる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】野下裕市，“ソース電流帰還型ゲートドライバを用いた大容量SiC-MOSFET モジュールのスイッチング特性検証”，一般社団法人電気学会，産業応用2019 1-61

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記フィードバックを行うために専用の伝送経路が用いられる。専用の伝送経路は、逆起電圧を送るためだけに用いられるので、通常細い配線材によって実現される。しかしながら、このような配線材のインダクタンス成分は大きいので、当該配線材に流れる電流により誘起されたノイズ電圧によって、逆起電圧が影響を受けるおそれがある。

【0005】

本開示は、逆起電圧を精度良く伝送することが可能な電力変換装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、制御端子を有し、制御端子に電圧が印加されることによって主電流が流れる電圧駆動素子と、電圧駆動素子に電気的に接続され、主電流が流れることによって逆起電圧を発生するインダクタンス部と、電圧駆動素子及びインダクタンス部が実装された第１基板と、制御端子に印加される電圧を生成する駆動回路と、駆動回路が実装された第２基板と、第１基板から第２基板に跨って延び、主電流が流れる導電部材と、を備える。駆動回路は、逆起電圧に基づくフィードバック電圧を出力するフィードバック回路と、外部指令電圧とフィードバック電圧とを加算することによって加算電圧を生成する加算回路と、を備え、加算電圧に基づいて制御端子に印加される電圧を変化させる。導電部材は、逆起電圧を駆動回路に伝送する。

【0007】

この電力変換装置では、電圧駆動素子の制御端子に電圧が印加されることによって主電流が流れ、主電流によってインダクタンス部において発生した逆起電圧が、第１基板から第２基板に跨って延びる導電部材を介して駆動回路に伝送され、外部指令電圧と逆起電圧に基づくフィードバック電圧とに基づいて制御端子に印加される電圧が変更される。導電部材には大きい電流量を有する主電流が流れるので、信号用の配線材よりも太い部材が導電部材として用いられる。したがって、導電部材のインダクタンス成分は、信号用の配線材のインダクタンス成分よりも小さいので、逆起電圧が伝送される伝送経路のインダクタンス成分に起因するノイズ電圧を低減することができる。その結果、逆起電圧を精度良く伝送することが可能となる。

【0008】

第１基板は、電圧駆動素子が実装された第１面を有してもよい。第２基板は、駆動回路が実装された第２面を有してもよい。第１基板と第２基板とは、第１面と第２面とが一方向から見て重なり合うように、一方向において互いに離間して配置されてもよい。導電部材は、一方向に延びるとともに、第１面及び第２面と交差しててもよい。基板３１の第１面に実装される電圧駆動素子に接続される配線は、第１面に沿って延設されるので、当該配線に電流が流れることによって発生する磁束線が、導電部材を貫く数を減らすことができる。すなわち、導電部材の磁束鎖交数を減らすことができる。したがって、磁束に起因するノイズ電圧を低減することができる。その結果、逆起電圧を一層精度良く伝送することが可能となる。

【0009】

導電部材は、第１基板と第２基板とを支持する柱状部材であってもよい。この場合、専用の支持部材を用いることなく第１基板と第２基板とを支持することができる。したがって、電力変換装置の構成を簡易化することが可能となる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、逆起電圧を精度良く伝送することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。

【図2】図２は、出力電流の波形を示す図である。

【図3】図３は、図１に示される電力変換装置の分解斜視図である。

【図4】図４は、図３に示される電力変換装置の一部を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、逆起電圧の伝送経路において生じるノイズ電圧を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照しながら一実施形態に係る電力変換装置を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0013】

図１及び図２を参照しながら、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明する。図１は、一実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。図２は、主電流としての出力電流の波形を示す図である。図１に示される電力変換装置１は、電力を変換するための装置である。本実施形態では、電力変換装置１は、インバータ装置である。電力変換装置１は、コンバータ装置であってもよい。電力変換装置１は、外部電源２から入力電力の供給を受ける。入力電力は、直流電力である。外部電源２は、直流電源であって、例えば蓄電池（バッテリ）である。電力変換装置１は、モータ３に主電流としての出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力し、モータ３は、出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れることにより駆動する。出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれは、交流電流である。なお、図１には、出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがモータ３に向かって流れるように示されているが、出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれの向きは電力変換装置１の動作に応じて変わり得る。

【0014】

電力変換装置１は、制御端子を有する電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬ、ダイオード１２ＵＨ，１２ＵＬ，１２ＶＨ，１２ＶＬ，１２ＷＨ，１２ＷＬ、及びインダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬから構成されるインバータ回路と、制御端子に印加する電圧を生成する駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬと、コンデンサ１５と、制御回路１６と、を備えている。

【0015】

電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬのそれぞれは、制御端子、第１電流端子、及び第２電流端子を有する。本実施形態では、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬとして、ｎチャネル型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が例示される。この場合、制御端子はゲートであり、第１電流端子はソースであり、第２電流端子はドレインである。電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬは、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよい。電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。この場合、制御端子はゲートであり、第１電流端子はエミッタであり、第２電流端子はコレクタである。

【0016】

電圧駆動素子１１ＵＨは、Ｕ相の上アームのスイッチング素子である。電圧駆動素子１１ＵＬは、Ｕ相の下アームのスイッチング素子である。電圧駆動素子１１ＶＨは、Ｖ相の上アームのスイッチング素子である。電圧駆動素子１１ＶＬは、Ｖ相の下アームのスイッチング素子である。電圧駆動素子１１ＷＨは、Ｗ相の上アームのスイッチング素子である。電圧駆動素子１１ＷＬは、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。

【0017】

電圧駆動素子１１ＵＨのドレインは、外部電源２の正極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＵＨのソースは、インダクタンス部１３ＵＨを介して電圧駆動素子１１ＵＬのドレインに電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＵＨのソースとインダクタンス部１３ＵＨの一端との接続点は、基準電位ＣＯＭ１に電気的に接続されている。インダクタンス部１３ＵＨの他端と電圧駆動素子１１ＵＬのドレインとの接続点Ｐｕは、モータ３のＵ端子に電気的に接続されており、接続点Ｐｕとモータ３のＵ端子との間には出力電流Ｉｕが流れる。電圧駆動素子１１ＵＬのソースは、インダクタンス部１３ＵＬを介して外部電源２の負極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＵＬのソースとインダクタンス部１３ＵＬの一端との接続点は、接地電位ＧＮＤに電気的に接続されている。

【0018】

電圧駆動素子１１ＶＨのドレインは、外部電源２の正極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＶＨのソースは、インダクタンス部１３ＶＨを介して電圧駆動素子１１ＶＬのドレインに電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＶＨのソースとインダクタンス部１３ＶＨの一端との接続点は、基準電位ＣＯＭ２に電気的に接続されている。インダクタンス部１３ＶＨと電圧駆動素子１１ＶＬのドレインとの接続点Ｐｖは、モータ３のＶ端子に電気的に接続されており、接続点Ｐｖとモータ３のＶ端子との間には出力電流Ｉｖが流れる。電圧駆動素子１１ＶＬのソースは、インダクタンス部１３ＶＬを介して外部電源２の負極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＶＬのソースとインダクタンス部１３ＶＬの一端との接続点は、接地電位ＧＮＤに電気的に接続されている。

【0019】

電圧駆動素子１１ＷＨのドレインは、外部電源２の正極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＷＨのソースは、インダクタンス部１３ＷＨを介して電圧駆動素子１１ＷＬのドレインに電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＷＨのソースとインダクタンス部１３ＷＨの一端との接続点は、基準電位ＣＯＭ３に電気的に接続されている。インダクタンス部１３ＷＨと電圧駆動素子１１ＷＬのドレインとの接続点Ｐｗは、モータ３のＷ端子に電気的に接続されており、接続点Ｐｗとモータ３のＷ端子との間には出力電流Ｉｗが流れる。電圧駆動素子１１ＷＬのソースは、インダクタンス部１３ＷＬを介して外部電源２の負極端子に電気的に接続されている。電圧駆動素子１１ＷＬのソースとインダクタンス部１３ＷＬの一端との接続点は、接地電位ＧＮＤに電気的に接続されている。

【0020】

電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬのゲートには、駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬからそれぞれ電圧（ゲート電圧）Ｖｇが印加される。各ゲートに供給される電圧Ｖｇは、互いに異なる電圧値を有し得るが、便宜上、「電圧Ｖｇ」として説明する。電圧Ｖｇが印加されることにより、各電圧駆動素子には、ドレインとソースとの間に主電流（ドレイン電流）Ｉｄが流れる。具体的には、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが電圧駆動素子の閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、電圧駆動素子がオンとなり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓと閾値電圧Ｖｔｈとの差分に応じた主電流Ｉｄがドレインとソースとの間に流れる。

【0021】

ダイオード１２ＵＨ，１２ＵＬ，１２ＶＨ，１２ＶＬ，１２ＷＨ，１２ＷＬは、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬにそれぞれ並列に接続された還流ダイオードである。各ダイオードのカソードは、対応する電圧駆動素子のドレインに電気的に接続されている。各ダイオードのアノードは、対応する電圧駆動素子のソースに電気的に接続されている。

【0022】

インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬは、主電流Ｉｄが流れることによって逆起電圧Ｖｓｓを発生する回路要素である。インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬのそれぞれは、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬ（のソース）にそれぞれ電気的に接続されている。後述のように、主電流Ｉｄは急峻に変化するので、各インダクタンス部において逆起電圧Ｖｓｓが発生する。なお、各インダクタンス部において発生する逆起電圧Ｖｓｓは互いに異なる電圧値を有し得るが、便宜上、「逆起電圧Ｖｓｓ」として説明する。インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬは、コイル等のインダクタであってもよく、導線（配線パターン）のインダクタンス成分（寄生インダクタンス）であってもよい。

【0023】

駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬのそれぞれは、アクティブゲート駆動回路であって、制御回路１６から入力される外部指令電圧Ｖｒｅｆと逆起電圧Ｖｓｓとに基づいて、電圧Ｖｇを変化させる。各駆動回路は、フィードバック回路１７と、加算回路１８と、を含んでいる。

【0024】

フィードバック回路１７は、逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂを出力する回路である。フィードバック回路１７は、対応するインダクタンス部の他端に電気的に接続されており、当該インダクタンス部において発生した逆起電圧Ｖｓｓを受け、フィードバック電圧Ｖｆｂを加算回路１８に出力する。フィードバック回路１７は、例えば、分圧回路、及び非反転増幅回路を含んでもよいし、配線のみであってもよい。フィードバック回路１７が、配線のみで構成される場合、逆起電圧Ｖｓｓとフィードバック電圧Ｖｆｂとは実質的に等しい値となる。すなわち、「逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂを出力する」ことは、逆起電圧Ｖｓｓの電圧値を変えることなく、フィードバック電圧Ｖｆｂとして配線に伝送させ、加算回路１８に出力することも含む。言い換えると、フィードバック電圧Ｖｆｂは、逆起電圧Ｖｓｓに基づいてフィードバック回路１７に印加される電圧である。

【0025】

加算回路１８は、外部指令電圧Ｖｒｅｆとフィードバック電圧Ｖｆｂとを加算することによって加算電圧を生成する回路である。外部指令電圧Ｖｒｅｆは、電圧駆動素子をオンオフ制御するための電圧である。加算回路１８としては公知の回路構成が用いられるので、詳細な説明を省略する。

【0026】

各駆動回路は、加算電圧に基づいて電圧Ｖｇを変化（調整）させる。加算電圧が電圧Ｖｇとして用いられてもよい。

【0027】

コンデンサ１５は、外部電源２によって充電され、電力変換装置１が動作する際に発生する電圧変動を抑制するために用いられる。コンデンサ１５は、外部電源２と並列に接続されている。コンデンサ１５としては、例えば、複数の電解コンデンサを含むコンデンサバンクが用いられる。

【0028】

制御回路１６は、電力変換装置１を制御するための外部指令電圧Ｖｒｅｆを生成する回路である。制御回路１６は、外部指令電圧Ｖｒｅｆを駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬに供給する。なお、各駆動回路に供給される外部指令電圧Ｖｒｅｆは、互いに異なる波形を有し得るが、便宜上、「外部指令電圧Ｖｒｅｆ」として説明する。外部指令電圧Ｖｒｅｆは、電力変換装置１が駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬを備えていない場合、電圧Ｖｇを変化（調整）させたり、電圧Ｖｇとして用いられる。

【0029】

電力変換装置１では、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬのそれぞれがスイッチング動作を行うことにより、外部電源２から供給された直流の入力電流Ｉｉｎを有する入力電力が交流の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを有する交流電力に変換される。モータ３は、交流の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れることによって駆動する。

【0030】

さらに、インダクタンス部１３ＵＨには、電圧駆動素子１１ＵＨ経由で主電流Ｉｄが流れ、インダクタンス部１３ＵＬには、電圧駆動素子１１ＵＬ経由で主電流Ｉｄが流れる。同様に、インダクタンス部１３ＶＨには、電圧駆動素子１１ＶＨ経由で主電流Ｉｄが流れ、インダクタンス部１３ＶＬには、電圧駆動素子１１ＶＬ経由で主電流Ｉｄが流れる。同様に、インダクタンス部１３ＷＨには、電圧駆動素子１１ＷＨ経由で主電流Ｉｄが流れ、インダクタンス部１３ＷＬには、電圧駆動素子１１ＷＬ経由で主電流Ｉｄが流れる。図２に示されるように、主電流Ｉｄでは、急峻な電流値の変化が繰り返される。主電流Ｉｄのピーク電流値の包絡線は、出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと同周期の交流波形を呈している。

【0031】

次に、図３及び図４を参照しながら、電力変換装置１の実装例を説明する。図３は、図１に示される電力変換装置の分解斜視図である。図４は、図３に示される電力変換装置の一部を模式的に示す断面図である。各図には、ＸＹＺ座標系が示される。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と交差（ここでは、直交）する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と交差（ここでは、直交）する方向である。一例として、Ｘ軸方向は左右方向であり、Ｙ軸方向は前後方向であり、Ｚ軸方向は上下方向である。

【0032】

図３及び図４に示されるように、電力変換装置１は、ヒートシンク２０と、主基板ユニット３０と、コンデンサ基板ユニット４０と、制御基板ユニット５０と、導電部材６１～６６と、ケーブル６７と、を備えている。ヒートシンク２０、主基板ユニット３０、コンデンサ基板ユニット４０、及び制御基板ユニット５０は、その順にＺ軸方向（一方向）に配列されている。

【0033】

ヒートシンク２０は、主基板ユニット３０において発生した熱を電力変換装置１の外部に放出するための部材である。ヒートシンク２０の上に、主基板ユニット３０が設けられている。

【0034】

主基板ユニット３０は、基板３１（第１基板）と、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬと、ダイオード１２ＵＨ，１２ＵＬ，１２ＶＨ，１２ＶＬ，１２ＷＨ，１２ＷＬと、インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬと、を含む。基板３１は、面３１ａ（第１面）と、面３１ａと反対側の面３１ｂと、を有している。面３１ａ，３１ｂは、Ｚ軸方向と交差（ここでは、直交）する面である。面３１ａには、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬ、ダイオード１２ＵＨ，１２ＵＬ，１２ＶＨ，１２ＶＬ，１２ＷＨ，１２ＷＬ、及びインダクタンス部１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬが実装されている。面３１ｂの全面にわたって、ヒートシンク２０が設けられている。

【0035】

コンデンサ基板ユニット４０は、基板４１と、コンデンサ１５と、を含む。基板４１は、Ｚ軸方向から見て、基板３１と実質的に同じ外径を有している。基板４１は、面４１ａと、面４１ａと反対側の面４１ｂと、を有している。面４１ａ，４１ｂは、Ｚ軸方向と交差（ここでは、直交）する面である。面４１ａには、コンデンサ１５が実装されている。本実施形態では、複数の電解コンデンサが面４１ａに実装されている。コンデンサ基板ユニット４０は、Ｚ軸方向において面４１ｂが面３１ａと向かい合う（重なり合う）ように、主基板ユニット３０の上に配置されている。基板４１は、Ｚ軸方向において基板３１から離間している。

【0036】

制御基板ユニット５０は、基板５１（第２基板）と、駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬと、制御回路１６と、を含む。基板５１は、Ｚ軸方向から見て、基板３１及び基板４１と実質的に同じ外径を有している。基板５１は、面５１ａ（第２面）と、面５１ａと反対側の面５１ｂと、を有している。面５１ａ，５１ｂは、Ｚ軸方向と交差（ここでは、直交）する面である。面５１ａには、駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬ及び制御回路１６が実装されている。制御基板ユニット５０は、Ｚ軸方向において面５１ｂが面４１ａと向かい合う（重なり合う）ように、コンデンサ基板ユニット４０の上に配置されている。基板５１は、Ｚ軸方向において基板３１及び基板４１から離間している。

【0037】

導電部材６１～６６のそれぞれは、Ｚ軸方向に延びる柱状部材である。本実施形態では、導電部材６１～６６のそれぞれは、円柱（円筒）状を呈している。導電部材６１～６６のそれぞれは、Ｚ軸方向において基板４１を貫通し、基板３１から基板５１に跨って延びている。導電部材６１～６６のそれぞれは、面３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂと交差（本実施形態では、直交）している。導電部材６１～６６のそれぞれは、基板３１及び基板５１を支持している。導電部材６１～６６は、その順にＸ軸方向に配列されている。

【0038】

導電部材６１は、外部電源２の正極端子と、駆動回路１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬと、コンデンサ１５と、電圧駆動素子１１ＵＨ，１１ＶＨ，１１ＷＨのドレインと、電気的に接続されている。したがって、導電部材６１には、主電流Ｉｄとしての入力電流Ｉｉｎが流れる。

【0039】

導電部材６２は、モータ３のＵ端子と、インダクタンス部１３ＵＨと、駆動回路１４ＵＨのフィードバック回路１７と、電気的に接続されている。したがって、導電部材６２には、電圧駆動素子１１ＵＨがオンした時、主電流Ｉｄとしての出力電流Ｉｕが流れる。また、導電部材６２は、インダクタンス部１３ＵＨに出力電流Ｉｕが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂをフィードバック回路１７に伝送する。

【0040】

導電部材６３は、駆動回路１４ＵＬのフィードバック回路１７と、駆動回路１４ＶＬのフィードバック回路１７と、インダクタンス部１３ＵＬと、インダクタンス部１３ＶＬと、電気的に接続されている。したがって、導電部材６３は、インダクタンス部１３ＵＬに主電流Ｉｄが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂを駆動回路１４ＵＬのフィードバック回路１７に伝送する。また、導電部材６３は、インダクタンス部１３ＶＬに主電流Ｉｄが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂを駆動回路１４ＶＬのフィードバック回路１７に伝送する。

【0041】

導電部材６４は、モータ３のＶ端子と、インダクタンス部１３ＶＨと、駆動回路１４ＶＨのフィードバック回路１７と、電気的に接続されている。したがって、導電部材６４には、電圧駆動素子１１ＶＨがオンした時、主電流Ｉｄとしての出力電流Ｉｖが流れる。また、導電部材６４は、インダクタンス部１３ＶＨに出力電流Ｉｖが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂをフィードバック回路１７に伝送する。

【0042】

導電部材６５は、モータ３のＷ端子と、インダクタンス部１３ＷＨと、駆動回路１４ＷＨのフィードバック回路１７と、電気的に接続されている。したがって、導電部材６５には、電圧駆動素子１１ＷＨがオンした時、主電流Ｉｄとしての出力電流Ｉｗが流れる。また、導電部材６５は、インダクタンス部１３ＷＨに出力電流Ｉｗが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂをフィードバック回路１７に伝送する。

【0043】

導電部材６６は、外部電源２の負極端子と、駆動回路１４ＷＬのフィードバック回路１７と、インダクタンス部１３ＵＬ，１３ＶＬ，１３ＷＬと、電気的に接続されている。したがって、導電部材６６には、電圧駆動素子１１ＷＬがオンした時、主電流Ｉｄが流れる。また、導電部材６６は、インダクタンス部１３ＷＬに主電流Ｉｄが流れることによって発生した逆起電圧Ｖｓｓに基づくフィードバック電圧Ｖｆｂをフィードバック回路１７に伝送する。

【0044】

ケーブル６７は、基板３１と基板５１とを電気的に接続するための配線部材である。ケーブル６７は、複数の配線材が平面状に束ねられたフレキシブルフラットケーブルである。ケーブル６７は、駆動回路１４ＵＨから電圧駆動素子１１ＵＨのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材、駆動回路１４ＵＬから電圧駆動素子１１ＵＬのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材、駆動回路１４ＶＨから電圧駆動素子１１ＶＨのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材、駆動回路１４ＶＬから電圧駆動素子１１ＶＬのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材、駆動回路１４ＷＨから電圧駆動素子１１ＷＨのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材、及び駆動回路１４ＷＬから電圧駆動素子１１ＷＬのゲートに電圧Ｖｇを供給するための配線材を含む。

【0045】

次に、図５を参照しながら、電力変換装置１の作用効果を説明する。図５は、逆起電圧の伝送経路において生じるノイズ電圧を説明するための図である。図５では、Ｗ相の下アームについて説明するが、他のアームにおいても同様のノイズ電圧が発生する。図５に示されるように、電圧駆動素子１１ＷＬのゲートに電圧Ｖｇが印加されることによって主電流Ｉｄが流れ、主電流Ｉｄによってインダクタンス部１３ＷＬにおいて逆起電圧Ｖｓｓが発生する。逆起電圧Ｖｓｓをインダクタンス部１３ＷＬから駆動回路１４ＷＬに伝送するための伝送経路は、インダクタンス成分Ｌｆｂを有している。したがって、当該伝送経路に電流Ｉｆｂが流れることによってノイズ電圧Ｖｎ１が発生する。図２に示されるように、主電流Ｉｄの電流量は急峻に変化する。したがって、図５に示されるように、インダクタンス部１３ＷＬに主電流Ｉｄが流れるとき、磁束φが発生する。この磁束φによりノイズ電圧Ｖｎ２が発生する。実際にインダクタンス部１３ＷＬにおいて発生した逆起電圧Ｖｓｓにノイズ電圧Ｖｎ１，Ｖｎ２が加えられた電圧が駆動回路１４ＷＬに伝送される。

【0046】

逆起電圧Ｖｓｓを伝送するために専用の配線材（信号用の配線材）が用いられることがある。専用の配線材は、逆起電圧Ｖｓｓを送るためだけに用いられるので、専用の配線材としては通常細い配線材（ワイヤ）が用いられる。しかしながら、このような細い配線材のインダクタンス成分は大きいので、電流Ｉｆｂにより誘起されたノイズ電圧Ｖｎ１が大きくなる。したがって、駆動回路１４ＷＬに伝送される逆起電圧Ｖｓｓの精度が低下する。

【0047】

一方、電力変換装置１では、基板３１から基板５１に跨って延びる導電部材６６を介して逆起電圧Ｖｓｓが駆動回路１４ＷＬに伝送される。導電部材６６には大きい電流量を有する主電流Ｉｄ及び入力電流Ｉｉｎが流れるので、信号用の配線材よりも太い部材が導電部材６６として用いられる。したがって、導電部材６６のインダクタンス成分は、信号用の配線材のインダクタンス成分よりも小さいので、逆起電圧Ｖｓｓの伝送経路のインダクタンス成分に起因するノイズ電圧Ｖｎ１を低減することができる。その結果、逆起電圧Ｖｓｓを精度良く伝送することが可能となる。

【0048】

導電部材６２には出力電流Ｉｕが流れる。導電部材６３には主電流Ｉｄが流れる。導電部材６４には出力電流Ｉｖが流れる。導電部材６５には出力電流Ｉｗが流れる。出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び主電流Ｉｄは、いずれも大きい電流量を有するので、信号用の配線材よりも太い部材が導電部材６２～６５として用いられる。したがって、導電部材６２～６５のインダクタンス成分は、信号用の配線材のインダクタンス成分よりも小さいので、逆起電圧Ｖｓｓの伝送経路のインダクタンス成分に起因するノイズ電圧を低減することができる。その結果、Ｕ相の上アーム、Ｕ相の下アーム、Ｖ相の上アーム、Ｖ相の下アーム、及びＷ相の上アームにおいても、逆起電圧Ｖｓｓを精度良く伝送することが可能となる。

【0049】

電力変換装置１では、面３１ａにインバータ回路が実装されており、面５１ａに駆動回路１４ＷＬが実装されている。基板３１と基板５１とは、面３１ａと面５１ａとがＺ軸方向から見て重なり合うように、Ｚ軸方向において互いに離間して配置されている。導電部材６６は、Ｚ軸方向に延びるとともに、面３１ａ及び面５１ａと交差（直交）している。したがって、基板３１の面３１ａに実装されるインバータ回路の配線は、面３１ａに沿って延設され、基板４１の面４１ａに実装される配線は、面４１ａに沿って延設されるので、配線に電流が流れることによって発生する磁束線が、導電部材６６を貫く数を減らすことができる。すなわち、導電部材６６の磁束鎖交数を減らすことができる。また、基板３１と基板５１との間の距離が大きいので、インバータ回路の配線に電流が流れることによって発生する磁束φが、基板５１に与える影響が小さくなる。よって、ノイズ電圧Ｖｎ２を低減することができる。その結果、逆起電圧Ｖｓｓを一層精度良く伝送することが可能となる。Ｕ相の上アーム、Ｕ相の下アーム、Ｖ相の上アーム、Ｖ相の下アーム、及びＷ相の上アームにおいても、同様である。

【0050】

導電部材６１～６６のそれぞれは、基板３１と基板５１とを支持する柱状部材である。このため、専用の支持部材を用いることなく基板３１と基板５１とを支持することができる。したがって、電力変換装置１の構成を簡易化することが可能となる。導電部材６１～６６のそれぞれとしては、基板３１と基板５１とを支持するために太い柱状部材が用いられ得る。したがって、導電部材６１～６６のインダクタンス成分が低減されるので、逆起電圧Ｖｓｓを精度良く伝送することが可能となる。

【0051】

以上、本開示の一実施形態について詳細に説明されたが、本開示に係る電力変換装置は上記実施形態に限定されない。

【0052】

上記実施形態では、インダクタンス部１３ＵＬ，１３ＶＬ，１３ＷＬの一端が接地電位ＧＮＤに電気的に接続され、インダクタンス部１３ＵＬ，１３ＶＬ，１３ＷＬの他端が駆動回路１４ＵＬ，１４ＶＬ，１４ＷＬにそれぞれに電気的に接続されている。この構成に代えて、インダクタンス部１３ＵＬ，１３ＶＬ，１３ＷＬの他端が接地電位ＧＮＤに電気的に接続され、インダクタンス部１３ＵＬ，１３ＶＬ，１３ＷＬの一端が駆動回路１４ＵＬ，１４ＶＬ，１４ＷＬに電気的に接続されてもよい。同様に、インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＶＨ，１３ＷＨの他端が基準電位ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，ＣＯＭ３にそれぞれ電気的に接続され、インダクタンス部１３ＵＨ，１３ＶＨ，１３ＷＨの一端が駆動回路１４ＵＨ，１４ＶＨ，１４ＷＨにそれぞれ電気的に接続されてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１…電力変換装置、２…外部電源、３…モータ、１１ＵＨ，１１ＵＬ，１１ＶＨ，１１ＶＬ，１１ＷＨ，１１ＷＬ…電圧駆動素子、１３ＵＨ，１３ＵＬ，１３ＶＨ，１３ＶＬ，１３ＷＨ，１３ＷＬ…インダクタンス部、１４ＵＨ，１４ＵＬ，１４ＶＨ，１４ＶＬ，１４ＷＨ，１４ＷＬ…駆動回路、１５…コンデンサ、１６…制御回路、１７…フィードバック回路、１８…加算回路、３１…基板（第１基板）、３１ａ…面（第１面）、３１ｂ…面、５１…基板（第２基板）、５１ａ…面（第２面）、５１ｂ…面、６１～６６…導電部材、Ｉｄ…主電流、Ｖｆｂ…フィードバック電圧、Ｖｇ…電圧、Ｖｒｅｆ…外部指令電圧、Ｖｓｓ…逆起電圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】