特許 7202979 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-28

(45)【発行日】2023-01-12

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230104BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019110346

(22)【出願日】2019-06-13

(65)【公開番号】P2020202722

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】柏▲崎▼ 貴司

(72)【発明者】

【氏名】佐野 友久

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０３０３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３２８６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機（１０）に設けられ、直流電源（４０）と多相の巻線（１４）を有する前記回転電機との間において電力を変換する電力変換装置（２０）であって、
スイッチング動作により前記直流電源から各相の前記巻線に流れる電流の通電方向を制御するスイッチング素子（２２，２３）を有する複数のスイッチモジュール（ＵＭ，ＶＭ，ＷＭ）と、
前記スイッチング動作により前記電流に発生する高周波振動を抑制するコンデンサ（２６）を有する複数のコンデンサモジュール（ＣＭ１～ＣＭ３，ＣＭ７）と、
前記直流電源の正極側に接続される正極側導電体（ＬＵ）と、
前記直流電源の負極側に接続される負極側導電体（ＬＤ）と、を備え、
複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、前記正極側導電体及び前記負極側導電体の間に並列に接続されており、
複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、環状に配置されており、
前記正極側導電体及び前記負極側導電体は、環状をなし、周方向において各前記スイッチモジュール及び各前記コンデンサモジュールの並び順序で、それらの各モジュールの端子（ＴＰ，ＴＭ）に接続されており、
各前記スイッチモジュールの両隣に前記コンデンサモジュールが配置されており、その両隣に配置された前記コンデンサモジュールに含まれる前記コンデンサの容量が互いに等しく、
複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールが並ぶ仮想円上において、隣り合う各モジュールの間隔が他よりも拡張された拡張部（１９）が設けられており、その拡張部を挟んで両側に、それぞれ前記コンデンサモジュールが配置されている電力変換装置。

【請求項2】

前記回転電機は、
回転軸（１３）と共に一体回転可能に設けられる回転子（ＲＡ）と、
前記回転子に径方向に対向する位置に設けられ、前記多相の巻線を備える筒状の固定子（ＳＡ）と、
前記固定子の径方向内側又は径方向外側に固定される円筒部（１６Ａ）を有するハウジング（１６）と、を備え、当該回転電機に組み付けられる電力変換装置であって、
複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、前記ハウジングにおいて前記円筒部に沿って周方向に並べて配置されている請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に設けられ、直流電源と回転電機との間において電力を変換する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の電力変換装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、環状の正極側導電体及び負極側導電体を備える電力変換装置が知られている。この電力検出装置では、正極側導電体及び負極側導電体の間に、環状に配置された複数のスイッチモジュール及び複数のコンデンサモジュールが並列に接続されている。これらのモジュールでは、周方向に隣接する少なくとも２つのコンデンサモジュールによりコンデンサグループが形成されており、コンデンサグループ内ではコンデンサモジュールが密に配置されるとともに、コンデンサグループ間ではコンデンサモジュールが疎に配置される。これにより、コンデンサグループ間に、他の部品を配置するためのスペースが確保される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１９３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、コンデンサグループ内のコンデンサモジュールが密に配置されると、環状に配置された複数のスイッチモジュール及び複数のコンデンサモジュールの周方向において、スイッチモジュールの一方側にコンデンサモジュールが隣接して配置される一方、他方側にコンデンサモジュールが隣接して配置されないことがある。この場合、スイッチモジュールから、このスイッチモジュールに最も近い一方側のコンデンサモジュールに含まれるコンデンサに集中して電流が流れ、コンデンサに流れる電流に偏りが生じる。この結果、コンデンサモジュールの発熱量に偏りが生じ、熱性能が悪化する。

【0005】

コンデンサモジュールにおける発熱量の偏りを抑制するために、スイッチモジュールの両隣にコンデンサモジュールを配置することも考えられる。しかし、両隣に配置されたコンデンサモジュールに含まれるコンデンサの容量が異なると、スイッチモジュールから両隣のコンデンサモジュールに同量の電流が流れた場合でも、容量の小さいコンデンサを含むコンデンサモジュールの発熱量が大きくなり、熱性能が悪化する。特許文献１では、コンデンサの容量については検討されていない。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コンデンサモジュールにおける発熱量の偏りを抑制できる電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の手段は、回転電機に設けられ、直流電源と多相の巻線を有する前記回転電機との間において電力を変換する電力変換装置であって、スイッチング動作により前記直流電源から各相の前記巻線に流れる電流の通電方向を制御するスイッチング素子を有する複数のスイッチモジュールと、前記スイッチング動作により前記電流に発生する高周波振動を抑制するコンデンサを有する複数のコンデンサモジュールと、前記直流電源の正極側に接続される正極側導電体と、前記直流電源の負極側に接続される負極側導電体と、を備え、複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、前記正極側導電体及び前記負極側導電体の間に並列に接続されており、複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、環状に配置されており、前記正極側導電体及び前記負極側導電体は、環状をなし、周方向において各前記スイッチモジュール及び各前記コンデンサモジュールの並び順序で、それらの各モジュールの端子に接続されており、各前記スイッチモジュールの両隣に前記コンデンサモジュールが配置されており、その両隣に配置された前記コンデンサモジュールに含まれる前記コンデンサの容量が互いに等しい。

【0008】

直流電力を複数相の交流電力に変換する電力変換装置では、複数のスイッチモジュール及び複数のコンデンサモジュールが備えられており、これらが正極側導電体及び負極側導電体の間に並列に接続されている。これら複数のスイッチモジュール及び複数のコンデンサモジュールが環状に配置され、これに対応させて正極側導電体及び負極側導電体が環状をしていると、周方向における各モジュールの並び順序により、コンデンサモジュールにおける発熱量が偏ることがある。この点、上記構成では、各スイッチモジュールの両隣にコンデンサモジュールを配置するとともに、その両隣に配置されたコンデンサモジュールに含まれるコンデンサの容量を互いに等しくする。この構成によれば、各スイッチモジュールから、容量の等しい両隣のコンデンサに略等しい電流が流れるため、各コンデンサモジュールにおける発熱量を均等化でき、コンデンサモジュールにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0009】

第２の手段では、複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、前記スイッチモジュールと前記コンデンサモジュールとが周方向に交互に並ぶように配置されている。

【0010】

上記構成によれば、各コンデンサモジュールに含まれるコンデンサに流れる電流を均等化しつつ、電力変換装置に必要なコンデンサモジュールの数を減らすことができ、電力変換装置の構成を簡略化できる。

【0011】

第３の手段では、周方向に並ぶ複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールにおいて、隣り合う前記スイッチモジュールの間に、前記正極側導電体及び前記負極側導電体に異なる接続位置で接続されている２つの前記コンデンサモジュールがそれぞれ配置される。

【0012】

上記構成によれば、各コンデンサモジュールの両隣にスイッチモジュールが配置されることがない。そのため、両隣のスイッチモジュールから各コンデンサモジュールに含まれるコンデンサに電流が流れ、このコンデンサに過度の電流が流れることを抑制できる。

【0013】

第４の手段では、周方向に並ぶ複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールにおいて、隣り合う前記スイッチモジュールの間に、２以上の前記コンデンサモジュールがそれぞれ配置され、当該２以上の前記コンデンサモジュールが、前記正極側導電体及び前記負極側導電体に同じ接続位置で接続されている。

【0014】

上記構成によれば、接続位置を同一にすることで、周方向に隣り合うスイッチモジュールの間に２以上のコンデンサモジュールを配置した場合であっても、これらのコンデンサモジュールに均等に電流を流すことができ、コンデンサモジュールにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0015】

第５の手段では、前記正極側導電体及び前記負極側導電体において、前記スイッチモジュール及び前記コンデンサモジュールにおける各前記端子との接続位置が、周方向において等間隔に配置されている。

【0016】

上記構成によれば、各スイッチモジュールから見た、両隣のコンデンサモジュールに含まれるコンデンサのインピーダンスを等しくすることができる。これにより、各コンデンサに流れる電流を等しくすることができ、コンデンサモジュールにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0017】

第６の手段では、複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールが並ぶ仮想円上において、隣り合う各モジュールの間隔が他よりも拡張された拡張部が設けられており、その拡張部を挟んで両側に、それぞれ前記コンデンサモジュールが配置されている。

【0018】

回転電機では、回転電機を冷却するための冷却水を循環させる循環通路が形成されることがある。この回転電機に電力変換装置を設け、電力変換装置を構成する複数のスイッチモジュール及び複数のコンデンサモジュールを環状に配置しようとすると、これらモジュールが並ぶ仮想円上に循環通路の一部が配置されることがあり、隣り合う各モジュールの間隔が他よりも拡張された拡張部が設けられることがある。この場合に、周方向における拡張部の一方側にスイッチモジュールが配置され、周方向における拡張部の他方側に、スイッチモジュールの両隣に配置されるコンデンサモジュールのうちの一方が配置されると、このスイッチモジュールから他方のコンデンサモジュール、つまり拡張部とは逆側に配置されたコンデンサモジュールに集中して電流が流れ、コンデンサモジュールの発熱量に偏りが生じる。上記構成では、拡張部を挟んで両側に、それぞれコンデンサモジュールが配置されている。そのため、拡張部によりコンデンサモジュールの発熱量に偏りが生じることを抑制できる。

【0019】

第７の手段では、前記回転電機は、回転軸と共に一体回転可能に設けられる回転子と、前記回転子に径方向に対向する位置に設けられ、前記多相の巻線を備える筒状の固定子と、前記固定子の径方向内側又は径方向外側に固定される円筒部を有するハウジングと、を備え、当該回転電機に組み付けられる電力変換装置であって、複数の前記スイッチモジュール及び複数の前記コンデンサモジュールは、前記ハウジングにおいて前記円筒部に沿って周方向に並べて配置されている。

【0020】

回転子と固定子とが径方向に対向配置され、かつ固定子の径方向内側又は径方向外側にハウジングの円筒部が固定されている回転電機では円筒部に沿って環状の空間が形成されており、その環状の空間に、電力変換装置のスイッチモジュール及びコンデンサモジュールが配置される構成となっている。この場合、回転電機において回転子及び固定子に対して径方向内側又は径方向外側に各モジュールが配置されることになり、回転電機において電力変換装置を効率良く配置できる。また、固定子とハウジングとが一体化され、そのハウジングに電力変換装置が組み付けられる構成では、電力変換装置において固定子の熱の影響を受けることも考えられるが、上記のとおり各コンデンサモジュールの配置が工夫されていることで好適な熱対策を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】回転電機システムの全体構成図。

【図2】第１実施形態に係る回転電機の横断面図。

【図3】比較例のインバータの概略構成図。

【図4】コンデンサに流れる電流とコンデンサモジュールの発熱量との関係を示す図。

【図5】コンデンサモジュールの電流増幅率の周波数特性を示す図。

【図6】第２実施形態に係るインバータの概略構成図。

【図7】第３実施形態に係る回転電機の横断面図。

【図8】第４実施形態に係るインバータの概略構成図。

【図9】その他の実施形態に係るスイッチモジュールの回路構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（第１実施形態）
以下、本発明に係る電力変換装置を、車載の回転電機システム１００に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0023】

図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置２０は、バッテリ４０と回転電機１０との間において電力を変換するものであり、インバータ２１と、回転電機１０を制御対象とする制御装置３０と、を備えている。

【0024】

回転電機１０は、回生発電及び力行駆動の機能を有し、具体的には、ＭＧ（Motor Generator）である。回転電機１０は、バッテリ４０との間で電力の入出力を行うものであり、力行時には、バッテリ４０から供給される電力により車両に推進力を付与し、回生時には、車両の減速エネルギーを用いて発電を行い、バッテリ４０に電力を出力する。

【0025】

回転電機１０は、スター結線型の３相の巻線１４を有する。巻線１４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを含む。回転電機１０の各相の巻線１４は、インバータ２１を介して、直流の電源部であるバッテリ４０に接続されている。バッテリ４０は、充放電可能な蓄電池であり、具体的には、複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、バッテリ４０は、他の種類の蓄電池であってもよい。本実施形態において、バッテリ４０は「直流電源」に相当する。

【0026】

インバータ２１は、高電位側のスイッチング素子である上アームスイッチ２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）、及び低電位側のスイッチング素子である下アームスイッチ２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）の直列接続体を有する複数のスイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭを備える。各上アームスイッチ２２と下アームスイッチ２３の接続点には、回転電機１０の対応する相の巻線１４の第１端が接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ２２，２３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはＩＧＢＴを用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード２４が逆並列にそれぞれ接続されている。

【0027】

また、インバータ２１は、コンデンサ２６（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）を有する複数のコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３を備える。本実施形態では、インバータ２１に、スイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭの個数と同数の３つのコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３が備えられており、各コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３に含まれるコンデンサ２６の容量が互いに等しく設定されている。なお、本実施形態では、コンデンサ２６として電解コンデンサを用いている。

【0028】

複数のスイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭ及び複数のコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３は、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤの間に並列に接続されている。正極側導電体ＬＵは、電源線ＬＥによりバッテリ４０の正極側に接続されており、負極側導電体ＬＤは、接地線ＬＧによりバッテリ４０の負極側に接続されている。

【0029】

制御装置３０は、指令値を取得し、回転電機１０の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ２１を制御する。制御量は、例えばトルクである。具体的には、制御装置３０は、インバータ２１の制御において、デッドタイムを挟みつつスイッチ２２，２３を交互にオン状態とするスイッチング動作をすべく、スイッチ２２，２３それぞれに対応する駆動信号ＳＣを、スイッチ２２，２３に出力する。

【0030】

各スイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭは、この駆動信号ＳＣに基づくスイッチ２２，２３のスイッチング動作により、バッテリ４０から各相の巻線１４に流れる電流ＩＭの通電方向を制御する。各コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３は、スイッチング動作により電流ＩＭに発生する高周波振動をコンデンサ２６により抑制する。

【0031】

次に、回転電機１０の構成を詳細に説明する。回転電機１０は、アウタロータ式の表面磁石型回転電機であり、車両の車輪におけるインホイールモータとして用いられている。

【0032】

図２は、回転電機１０の横断面図である。回転電機１０は、回転子ＲＡと、固定子ＳＡと、インバータユニットＩＵと、を備えている。これらは、いずれも回転子ＲＡに一体に設けられた回転軸１３に対して同軸に配置され、所定順序で軸方向に組み付けられることで回転電機１０が構成されている。

【0033】

回転電機１０において、回転子ＲＡ及び固定子ＳＡはそれぞれ円筒状をなしており、所定のエアギャップＡＧを挟んで互いに対向配置されている。回転子ＲＡが回転軸１３と共に一体回転することにより、固定子ＳＡの径方向外側にて回転子ＲＡが回転する。

【0034】

回転子ＲＡは、略円筒状の回転子キャリア１１と、その回転子キャリア１１に固定された環状の磁石ユニット１２と、を備えている。回転子キャリア１１は、回転軸１３に固定されている。

【0035】

回転子キャリア１１は、円筒部１１Ａを有している。円筒部１１Ａの径方向内側には磁石ユニット１２が固定されている。つまり、磁石ユニット１２は、回転子キャリア１１の円筒部１１Ａに径方向外側から包囲された状態で設けられている。なお、本実施形態では、回転子キャリア１１は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）や、鍛造用鋼、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。

【0036】

磁石ユニット１２は、回転子ＲＡの周方向に沿って極性が交互に変わるように配置された複数の永久磁石により構成されている。これにより、磁石ユニット１２は、周方向に複数の磁極を有する。永久磁石は、例えば接着により回転子キャリア１１に固定されている。なお、本実施形態では、永久磁石として、焼結ネオジム磁石が用いられている。

【0037】

固定子ＳＡは、前述の巻線１４と、固定子コア１５と、を備えている。巻線１４は、略筒状（環状）に巻回形成されており、その巻線１４の径方向内側にベース部材としての固定子コア１５が組み付けられている。

【0038】

固定子コア１５は、軸方向に複数の電磁鋼板が積層され、かつ径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしており、固定子コア１５において回転子ＲＡ側となる径方向外側に巻線１４が組み付けられている。固定子コア１５の外周面は凹凸のない曲面状をなしており、巻線１４が組み付けられた状態では、固定子コア１５の外周面に、巻線１４を構成する導線が周方向に並べて配置されている。

【0039】

インバータユニットＩＵは、インバータハウジング１６と、前述のインバータ２１と、を備えている。インバータハウジング１６は、円筒状をなす円筒部１６Ａを有している。円筒部１６Ａの径方向外側には固定子コア１５が固定されている。これにより、固定子ＳＡとインバータユニットＩＵとが一体化されるようになっている。

【0040】

円筒部１６Ａの内周面には、インバータ２１の各モジュールを取り付けるための平坦面を有する複数のスペーサ１６Ｂが固定され、そのスペーサ１６Ｂにインバータ２１の各モジュールが取り付けられている。これにより、各モジュールは、インバータハウジング１６において円筒部１６Ａに沿って周方向に並べて配置される。

【0041】

円筒部１６Ａにおけるスペーサ１６Ｂの径方向外側には、冷媒としての冷却水を流通させる冷却水通路１７が形成されており、その冷却水通路１７を流れる冷却水により各モジュールが冷却されるようになっている。なお、冷媒として、冷却水に代えて冷却用オイルを用いることも可能である。冷却水通路１７は、円筒部１６Ａに沿って環状に設けられており、冷却水通路１７内を流れる冷却水は、各モジュールを１つずつ経由しながら上流側から下流側に流通する。

【0042】

インバータ２１は、インバータハウジング１６に組み付けられている。インバータ２１の各モジュールは、円筒部１６Ａに沿って環状に配置されており、仮想円ＫＥ上に並ぶように配置されている。これら各モジュールは、この仮想円ＫＥ上において、周方向におけるモジュール同士の間隔Ｘが、等間隔となるように配置されている。ここで、間隔Ｘは、例えば周方向に隣り合う２つのモジュールの中心位置同士の間の距離である。

【0043】

なお、周方向におけるモジュール同士の間隔は、仮想円ＫＥにおける回転軸１３を中心とする角度間隔θで定義されていてもよい。

【0044】

本実施形態では、各モジュールは、周方向において、Ｕ相スイッチモジュールＵＭ、第１コンデンサモジュールＣＭ１、Ｖ相スイッチモジュールＶＭ、第２コンデンサモジュールＣＭ２、Ｗ相スイッチモジュールＷＭ、及び第３コンデンサモジュールＣＭ３の順序で配置されている。つまり、インバータ２１では、スイッチモジュール＃Ｍ（＃＝Ｕ，Ｙ，Ｗ）とコンデンサモジュールＣＭとが周方向に交互に並ぶように配置されており、周方向において、スイッチモジュール＃Ｍが分散配置されている。

【0045】

正極側導電体ＬＵは、円環状をなしており、回転軸１３に対して同軸に配置されている。正極側導電体ＬＵは、周方向において各モジュールの並び順序で、それらの各モジュールの正極端子ＴＰに接続されている。本実施形態では、正極側導電体ＬＵは、各モジュールの正極端子ＴＰに対して、互いに異なる接続位置ＤＰで接続されており、正極側導電体ＬＵにおいて、これらの接続位置ＤＰが、周方向において等間隔に配置されている。また、正極側導電体ＬＵは、電源線ＬＥに接続位置ＤＥで接続されている。

【0046】

負極側導電体ＬＤは、円環状をなしており、正極側導電体ＬＵに対して同軸に配置されている。負極側導電体ＬＤは、周方向において各モジュールの並び順序で、それらの各モジュールの負極端子ＴＭに接続されている。本実施形態では、負極側導電体ＬＤは、各モジュールの負極端子ＴＭに対して、互いに異なる接続位置ＤＭで接続されており、負極側導電体ＬＤにおいて、これらの接続位置ＤＭが、周方向において等間隔に配置されている。また、負極側導電体ＬＤは、接地線ＬＧに接続位置ＤＧで接続されている。

【0047】

なお、制御装置３０は、回転電機１０に内蔵されていてもよければ、回転電機１０の外部に設けられていてもよい。

【0048】

上述したとおり、本実施形態では、スイッチモジュール＃ＭとコンデンサモジュールＣＭとが周方向に交互に並ぶように配置されているため、各スイッチモジュール＃Ｍの両隣にコンデンサモジュールＣＭが配置される。そして、各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６の容量が互いに等しく設定されている。この場合、各スイッチモジュール＃Ｍに含まれるスイッチ２２，２３のスイッチング動作時に、各スイッチモジュール＃Ｍから、容量の等しい両隣のコンデンサ２６に略等しい電流ＩＭが流れる。これにより、各コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量を均等化でき、コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３における発熱量の偏りを抑制できる。

【0049】

図３に、比較例のインバータ１２１を示す。インバータ１２１では、各モジュールは、周方向において、Ｕ相スイッチモジュールＵＭ、Ｖ相スイッチモジュールＶＭ、Ｗ相スイッチモジュールＷＭ、第１コンデンサモジュールＣＭ１、第２コンデンサモジュールＣＭ２、及び第３コンデンサモジュールＣＭ３の順序で配置されている。つまり、インバータ１２１では、周方向において、スイッチモジュール＃Ｍが集中配置されており、コンデンサモジュールＣＭが集中配置されている。

【0050】

この場合、各スイッチモジュール＃Ｍから見た、各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６のインピーダンスが異なる。そのため、各スイッチモジュール＃Ｍに含まれるスイッチ２２，２３のスイッチング動作時に、各スイッチモジュール＃Ｍから、導電体ＬＵ，ＬＤにおける経路長が最も短くなるコンデンサ２６、すなわち導電体ＬＵ，ＬＤのインダクタンスが最も小さくなるコンデンサ２６に集中して電流ＩＭが流れる。この結果、集中配置されたコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３のうち、周方向の両端に位置する第１，第３コンデンサモジュールＣＭ１，ＣＭ３に含まれるコンデンサ２６に流れる電流ＩＭが大きくなる。一方、周方向の中央に位置する第２コンデンサモジュールＣＭ２に含まれるコンデンサ２６に流れる電流ＩＭが小さくなる。

【0051】

このように、比較例のインバータ１２１では、各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６に流れる電流ＩＭに偏りが生じる。図４に、電流ＩＭとコンデンサモジュールＣＭにおける発熱量との関係を示す。図４に示すように、コンデンサ２６に流れる電流ＩＭに偏りが生じると、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りが生じる。この結果、コンデンサモジュールＣＭの熱性能が悪化する。

【0052】

図５に、コンデンサモジュールＣＭの熱性能の一例として、コンデンサモジュールＣＭの電流増幅率の周波数特性を示す。ここで、図５（Ａ）は、本実施形態のインバータ２１における周波数特性を示し、図５（Ｂ）は、比較例のインバータ１２１における周波数特性を示す。なお、図５において、第１，第３コンデンサモジュールＣＭ１，ＣＭ３の電流増幅率が破線で示されており、第２コンデンサモジュールＣＭ２の電流増幅率が実線で示されている。

【0053】

図５（Ｂ）に示すように、比較例のインバータ１２１では、コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３における発熱量の偏りが生じるため、所定周波数ωｔｈよりも大きい周波数ωにおいて、第１，第３コンデンサモジュールＣＭ１，ＣＭ３の電流増幅率と、第２コンデンサモジュールＣＭ２の電流増幅率との間に差Δが乗じている。この結果、回転電機１０における各相の巻線１４に流れる電流ＩＭが変動し、巻線１４に流れる電流ＩＭを適切に制御できない。

【0054】

図５（Ａ）に示すように、本実施形態のインバータ２１では、コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３における発熱量の偏りが抑制されているため、全ての周波数ωにおいて、各コンデンサモジュールＣＭにおける電流増幅率が等しくなる。そのため、回転電機１０における各相の巻線１４に流れる電流ＩＭの変動が抑制され、巻線１４に流れる電流ＩＭを適切に制御できる。

【0055】

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

【0056】

・本実施形態では、インバータ２１に、複数のスイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭ及び複数のコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３が備えられており、これらが正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤの間に並列に接続されている。これら複数のスイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭ及び複数のコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３が環状に配置され、これに対応させて正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤが環状をしていると、周方向における各モジュールの並び順序により、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量が偏ることがある。

【0057】

この点、本実施形態では、各スイッチモジュール＃Ｍの両隣にコンデンサモジュールＣＭを配置するとともに、その両隣に配置されたコンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６の容量を互いに等しくする。この構成によれば、各スイッチモジュール＃Ｍから、容量の等しい両隣のコンデンサ２６に略等しい電流ＩＭが流れるため、各コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量を均等化することができ、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0058】

・特に、本実施形態では、回転電機１０において、回転子ＲＡと固定子ＳＡとが径方向に対向配置され、かつ固定子ＳＡの径方向内側にインバータハウジング１６の円筒部１６Ａが固定されている。円筒部１６Ａでは、インバータ２１の各モジュールが、円筒部１６Ａに沿って周方向に並べて配置されている。

【0059】

この構成によれば、回転電機１０において回転子ＲＡ及び固定子ＳＡに対して径方向内側に各モジュールが配置されることになり、回転電機１０において電力変換装置２０を効率良く配置できる。一方、固定子ＳＡとインバータハウジング１６とが一体化され、そのインバータハウジング１６にインバータ２１が組み付けられる構成では、電力変換装置２０において固定子ＳＡの熱の影響を受けることも考えられる。本実施形態では、上述したように各コンデンサモジュールＣＭの配置が工夫されているため、好適な熱対策を実現できる。

【0060】

・本実施形態では、複数のスイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭ及び複数のコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３が、スイッチモジュール＃ＭとコンデンサモジュールＣＭとが周方向に交互に並ぶように配置されている。この構成によれば、各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６に流れる電流ＩＭを均等化しつつ、電力変換装置２０に必要なコンデンサモジュールＣＭの数を減らすことができ、電力変換装置２０の構成を簡略化できる。

【0061】

・本実施形態では、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤにおいて、スイッチモジュール＃Ｍ及びコンデンサモジュールＣＭにおける各端子ＴＰ，ＴＭとの接続位置ＤＰ，ＤＭが、周方向において等間隔に配置されている。この構成によれば、各スイッチモジュール＃Ｍから見た、両隣のコンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６のインピーダンスを等しくすることができる。これにより、各コンデンサ２６に流れる電流ＩＭを等しくすることができ、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0062】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図６を参照しつつ説明する。図６において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

【0063】

本実施形態では、インバータ２１に、スイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭの個数の２倍の６つのコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ６が備えられている点で、第１実施形態と異なる。図６に示すように、各モジュールは、周方向において、Ｕ相スイッチモジュールＵＭ、第１コンデンサモジュールＣＭ１、第５コンデンサモジュールＣＭ５、Ｖ相スイッチモジュールＶＭ、第２コンデンサモジュールＣＭ２、第６コンデンサモジュールＣＭ６、Ｗ相スイッチモジュールＷＭ、第３コンデンサモジュールＣＭ３、及び第４コンデンサモジュールＣＭ４の順序で配置されている。つまり、本実施形態のインバータ２１では、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に、２つのコンデンサモジュールＣＭがそれぞれ配置されている。

【0064】

本実施形態では、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に配置された２つのコンデンサモジュールＣＭは、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤに異なる接続位置ＤＰ，ＤＭで接続されている。正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤでは、接続位置ＤＰ，ＤＭは周方向において等間隔に配置されている。そのため、本実施形態では、各スイッチモジュール＃Ｍから両隣のコンデンサ２６までのインダクタンスが、第１実施形態に比べて小さくなっている。

【0065】

・以上説明した本実施形態によれば、周方向において、２つのコンデンサモジュールＣＭが隣り合うことから、各コンデンサモジュールＣＭの両隣にスイッチモジュール＃Ｍが配置されることがない。そのため、両隣のスイッチモジュール＃Ｍから各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６に電流ＩＭが流れ、このコンデンサ２６に過度の電流ＩＭが流れることを抑制できる。

【0066】

・本実施形態では、各コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６に流れる電流ＩＭが抑制されており、且つ、各スイッチモジュール＃Ｍから両隣のコンデンサ２６までのインダクタンスが抑制されている。そのため、各コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量を好適に抑制できる。

【0067】

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図７を参照しつつ説明する。図７において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

【0068】

本実施形態では、インバータハウジング１６の円筒部１６Ａにおける冷却水通路１７の径方向内側に、突出部１８が設けられている点で、第１実施形態と異なる。突出部１８には、冷却水通路１７の入口通路１７Ａ及び出口通路１７Ｂが形成されており、この入口通路１７Ａ及び出口通路１７Ｂを介して、冷却水通路１７に冷却水を流通させることができる。

【0069】

本実施形態では、この突出部１８の一部が、各モジュールが並ぶ仮想円ＫＥ上に位置している。そのため、インバータハウジング１６では、この仮想円ＫＥ上において、周方向に隣り合うモジュール同士の間隔が他よりも拡張された拡張部１９が設けられており、その拡張部１９内に突出部１８が配置されている。具体的には、図７に示すように、各モジュールは、周方向におけるモジュール同士の間隔を、第１間隔Ｘ１又は第２間隔Ｘ２として周方向に並べて配置されている。第２間隔Ｘ２は、第１間隔Ｘ１よりも広い間隔である。この場合、突出部１８を挟まずに周方向に隣り合うモジュール同士の間隔は第１間隔Ｘ１となり、突出部１８を挟んで周方向に隣り合うモジュール同士の間隔、つまり拡張部１９の間隔は第２間隔Ｘ２となっている。

【0070】

なお、周方向におけるモジュール同士の間隔は、仮想円ＫＥにおける回転軸１３を中心とする角度間隔θ１，θ２で定義されていてもよい（θ１＜θ２）。

【0071】

そして、拡張部１９を挟んで両側に、それぞれコンデンサモジュールＣＭが配置されている。この配置を実現するために、本実施形態では、インバータ２１に、スイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭの個数よりも１個多い４つのコンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３，ＣＭ７が備えられている。図７に示すように、各モジュール及び突出部１８は、周方向において、Ｕ相スイッチモジュールＵＭ、第１コンデンサモジュールＣＭ１、Ｖ相スイッチモジュールＶＭ、第２コンデンサモジュールＣＭ２、突出部１８、第７コンデンサモジュールＣＭ７、Ｗ相スイッチモジュールＷＭ、及び第３コンデンサモジュールＣＭ３の順序で配置されている。

【0072】

・以上説明した本実施形態によれば、拡張部１９を挟んで両側に、それぞれコンデンサモジュールＣＭが配置され、周方向における拡張部１９の一方側にスイッチモジュール＃Ｍが配置されることが抑制されている。

【0073】

仮に、周方向における拡張部１９の一方側にスイッチモジュール＃Ｍ（以下、特定スイッチモジュール＃Ｍ）が配置されるとする。すると、各スイッチモジュール＃Ｍの両隣にコンデンサモジュールＣＭが配置されることから、周方向における拡張部１９の他方側には、特定スイッチモジュール＃Ｍの両隣に配置されるコンデンサモジュールＣＭのうちの一方が配置されることとなる。

【0074】

この場合、特定スイッチモジュール＃Ｍから両隣のコンデンサモジュールＣＭまでの正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤのインダクタンスは、他方のコンデンサモジュールＣＭ、つまり拡張部１９とは逆側に配置されたコンデンサモジュールＣＭのインピーダンスのほうが小さくなる。そのため、特定スイッチモジュール＃Ｍから他方のコンデンサモジュールＣＭに集中して電流ＩＭが流れ、コンデンサモジュールＣＭの発熱量に偏りが生じる。

【0075】

本実施形態では、拡張部１９を挟んで両側に、それぞれコンデンサモジュールＣＭが配置されている。そのため、拡張部１９によりコンデンサモジュールＣＭの発熱量に偏りが生じることを抑制できる。

【0076】

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図８を参照しつつ説明する。図８において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

【0077】

本実施形態では、インバータ２１に、スイッチモジュールＵＭ，ＶＭ，ＷＭの個数の２倍の６つのコンデンサモジュールＣＭＡ～ＣＭＦが備えられている点で、第１実施形態と異なる。図８に示すように、本実施形態のインバータ２１では、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に、２つのコンデンサモジュールＣＭがそれぞれ配置されている。これら２つのコンデンサモジュールは、例えば、インバータハウジング１６の円筒部１６Ａにおいて、円筒部１６Ａの径方向又は軸方向に並んで配置されている。

【0078】

本実施形態では、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に配置された２つのコンデンサモジュールＣＭは、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤに同じ接続位置ＤＰ，ＤＭで接続されている。具体的には、コンデンサモジュールＣＭＡ及びコンデンサモジュールＣＭＢは、周方向に隣り合うＵ相スイッチモジュールＵＭ及びＶ相スイッチモジュールＶＭの間に配置されており、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤに同じ接続位置ＤＰ，ＤＭで接続されている。

【0079】

そのため、コンデンサモジュールＣＭＡ，ＣＭＢに含まれるコンデンサ２６では、Ｕ相スイッチモジュールＵＭ及びＶ相スイッチモジュールＶＭからのインダクタンスが等しくなる。また、コンデンサモジュールＣＭＡ，ＣＭＢに含まれるコンデンサ２６は、これらコンデンサ２６の容量を加算した合成容量を形成する。本実施形態では、コンデンサモジュールＣＭＡ及びコンデンサモジュールＣＭＢにより、第１コンデンサモジュールＣＭ１が形成されている。つまり、これらコンデンサ２６の合成容量が、第１コンデンサモジュールＣＭ１に含まれるコンデンサ２６の容量に相当する。

【0080】

同様に、コンデンサモジュールＣＭＣ及びコンデンサモジュールＣＭＤは、Ｖ相スイッチモジュールＶＭ及びＷ相スイッチモジュールＷＭの間に配置されており、コンデンサモジュールＣＭＣ及びコンデンサモジュールＣＭＤにより、第２コンデンサモジュールＣＭ２が形成されている。また、コンデンサモジュールＣＭＥ及びコンデンサモジュールＣＭＦは、Ｗ相スイッチモジュールＷＭ及びＵ相スイッチモジュールＵＭの間に配置されており、コンデンサモジュールＣＭＥ及びコンデンサモジュールＣＭＦにより、第３コンデンサモジュールＣＭ３が形成されている。

【0081】

・以上説明した本実施形態によれば、接続位置ＤＰ，ＤＭを同一にすることで、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に２つのコンデンサモジュールＣＭを配置した場合であっても、これらのコンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ間のインダクタンスが変わらない。そのため、これらのコンデンサモジュールＣＭに均等に電流ＩＭを流すことができ、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【0082】

・本実施形態では、第１～第３コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３に含まれるコンデンサ２６の容量を、それぞれ２つのコンデンサ２６の合成容量により形成する。そのため、１つのコンデンサ２６により形成する場合に比べて、第１～第３コンデンサモジュールＣＭ１～ＣＭ３に含まれるコンデンサ２６の容量を好適に調整できる。

【0083】

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

【0084】

・回転電機１０としては、３相のものに限らず、２相のものまたは４相以上のものであってもよい。この場合、スイッチモジュール＃Ｍの個数は、回転電機１０の相数に基づいて設定することができ、コンデンサモジュールＣＭの個数は、スイッチモジュール＃Ｍの個数に基づいて設定することができる。

【0085】

・回転電機１０としては、アウタロータ式のものに限らず、インナロータ式のものであってもよい。また、回転電機１０における巻線１４の結線方法は、スター結線に限られず、オープンデルタ結線であってもよい。

【0086】

・スイッチモジュール＃Ｍとしては、直列接続体を１つ備えるものに限らず、図９（Ａ）に示すように、複数の直列接続体を備えるものであってもよい。さらに、図９（Ｂ）に示すように、サージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサ２８が直列接続体に並列接続されていてもよい。なお、スナバコンデンサ２８の容量は、コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６の容量に比べて小さいため、スイッチング動作により電流ＩＭに発生する高周波振動をスナバコンデンサ２８により抑制することはできない。

【0087】

そして、直列接続体にスナバコンデンサ２８が並列接続されている場合、周方向において、スイッチモジュール＃ＭとコンデンサモジュールＣＭとを交互に並ぶように配置することが好ましい。これにより、コンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ２６の電流量を好適に均等化することができ、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りを確実に抑制できる。

【0088】

・上記実施形態では、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤを円環状としたが、多角形状の環状にすることも可能であり、要は環状であればよい。また、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤを閉じた環状としたが、閉じた環状の一部が切り欠かれていてもよい。

【0089】

・拡張部１９に配置されるものは、突出部１８に限られず、電源線ＬＥ及び接地線ＬＧを引き回すための配線部材や制御装置３０であってもよい。

【0090】

・第４実施形態では、周方向に隣り合うスイッチモジュール＃Ｍの間に、２つのコンデンサモジュールＣＭがそれぞれ配置される例を示したが、これらのスイッチモジュール＃Ｍの間に配置されるコンデンサモジュールＣＭの個数は、３個以上であってもよい。

【0091】

この場合、コンデンサモジュールＣＭの個数が３個以上であっても、これらのコンデンサモジュールＣＭが、正極側導電体ＬＵ及び負極側導電体ＬＤに同じ接続位置ＤＰ，ＤＭで接続されていることで、これらのコンデンサモジュールＣＭに含まれるコンデンサ間のインダクタンスが変わらない。そのため、これらのコンデンサモジュールＣＭに均等に電流ＩＭを流すことができ、コンデンサモジュールＣＭにおける発熱量の偏りを抑制できる。

【符号の説明】

【0092】

１０…回転電機、１４…巻線、２０…電力変換装置、４０…バッテリ、ＣＭ１～ＣＭ３…コンデンサモジュール、ＬＤ…負極側導電体、ＬＵ…正極側導電体、ＴＰ…負極端子、ＴＭ…正極端子、ＵＭ，ＶＭ，ＷＭ…スイッチモジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】