CN112260560A - 电力变换装置 - Google Patents

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CN112260560A CN202010405960.1A CN202010405960A CN112260560A CN 112260560 A CN112260560 A CN 112260560A CN 202010405960 A CN202010405960 A CN 202010405960A CN 112260560 A CN112260560 A CN 112260560A
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Abstract

提供一种能够小型化的电力变换装置。电力变换装置(逆变器10)具备:基板(80);设置在基板(80)上的多个开关元件(S1~S6);以及彼此并联地电连接于开关元件(S1~S6)的直流电压侧的正极与负极之间的第一电容器(陶瓷电容器C1)、第二电容器(混合电容器C2)及第三电容器(电解电容器C3),其中,第一电容器在布线路径上连接于比第二电容器和第三电容器接近开关元件(S1~S6)的位置,第三电容器在布线路径上连接于比第二电容器远离开关元件(S1~S6)的位置,相比于第二电容器和第三电容器,第一电容器在从导致电磁干扰的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小。

Description

电力变换装置
技术领域
本公开涉及一种电力变换装置。
背景技术
例如,专利文献1中公开的电力变换装置具有:转换器部,其利用开关元件将交流变换为直流;平滑电容器部,其使由转换器部变换得到的直流平滑;以及逆变器部,其利用开关元件将平滑后的直流变换为交流。平滑电容器部由转换器侧平滑电容器、逆变器侧平滑电容器、以及夹在转换器侧电容器与逆变器侧电容器之间的中央侧平滑电容器构成。中央侧平滑电容器是电解电容器,转换器侧平滑电容器和逆变器侧平滑电容器是薄膜电容器或陶瓷电容器。也就是说,平滑电容器部具有两种电容器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-143647号公报
发明内容
发明要解决的问题
关于专利文献1的两种电容器,为了应对纹波而利用薄膜电容器来进行应对,利用电解电容器来应对再生能量吸收、电压变动抑制。另外,对于浪涌,利用缓冲器来进行应对。
但是,在使大电流流过电力变换装置时,例如当使开关元件以5kHz~20kHz的频率进行开关动作时,大电流的开关动作所引起的高次谐波噪声作为电磁噪声被辐射到外部,为了吸收该高频噪声,需要另外在电源线的例如连接器附近安装大型的滤波器电路。因此,由于设置用于平滑的电容器和滤波器这两方,因此存在使电力变换装置大型化这一问题。
本公开的目的在于提供一种能够小型化的电力变换装置。
用于解决问题的方案
本公开所涉及的电力变换装置具备:基板;设置在基板上的多个开关元件;以及彼此并联地电连接于开关元件的直流电压侧的正极与负极之间的第一电容器、第二电容器及第三电容器,其中,第一电容器在布线路径上连接于比第二电容器和第三电容器接近开关元件的位置,第三电容器在布线路径上连接于比第二电容器远离开关元件的位置,相比于第二电容器和第三电容器,第一电容器在从导致电磁干扰的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第三电容器,第二电容器在纹波的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第二电容器,第三电容器在比纹波的频带低的频带中的阻抗小。
发明的效果
本公开的一个方式所涉及的电力变换装置能够小型化。
附图说明
图1是例示具备实施方式1所涉及的车辆驱动装置的电动车的图。
图2是实施方式1所涉及的车辆驱动装置的电路图。
图3是实施方式1所涉及的各电容器的每单位体积的容量与自适应频率的概要相关图。
图4是实施方式1所涉及的各电容器的阻抗的频率特性图。
图5是表示实施方式1所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
图6是表示变形例1所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
图7是表示变形例2所涉及的三相逆变器电路的概要结构的立体图。
图8是表示变形例2所涉及的模块的俯视图。
图9是表示变形例3所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
图10是表示变形例3所涉及的开关元件附近的结构的俯视图。
图11是表示变形例4所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
图12是表示变形例5所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
图13是表示变形例6所涉及的各开关元件和各电容器的布局的侧视图。
图14是表示变形例7所涉及的基板的俯视图。
图15是表示实施方式2所涉及的三相逆变器电路的概要结构的俯视图。
图16是表示实施方式2所涉及的电连接构造的立体图。
图17是实施方式2所涉及的汇流条的截面图。
图18是实施方式2所涉及的汇流条的侧视图。
图19是表示实施方式3所涉及的电连接构造的立体图。
图20是实施方式3所涉及的汇流条130的截面图。
图21是实施方式3所涉及的汇流条130的侧视图。
图22是表示实施方式1所涉及的各开关元件和各电容器的其它布局的俯视图。
图23是表示实施方式2所涉及的三相逆变器电路的其它概要结构的俯视图。
附图标记说明
1:电动车;2:驱动轮;3:动力传递机构;5:车辆驱动装置;10:逆变器(电力变换装置);11:连接器;20:控制电路;21:金属层;22:绝缘层;25、26:焊料部;27、28:凹部;30:驱动电路;31、71:第一汇流条;32、72:第二汇流条;33:绝缘部;40、40B:三相逆变器电路;74、75、76、130、130h:汇流条;80、80b、80c:基板;81、81b、81d:第一导电图案;81e:第一基板;82、82b:第二导电图案;82e:第二基板;83、83b:U相导电图案;84:V相导电图案;85:W相导电图案;91、92、93:模块;99:控制IC;100g、100h:电连接构造;110:安装基板;311:第一连接部;312:第一竖立设置部;313、323:上端面;314、324:倾斜部;321:第二连接部;322:第二竖立设置部;331:中间部;332、333:凸部;811:开口部;812:中央开口部;813、814、815:伸出部;911:基板(第一基板);912、913、914:导电图案;921:基板(第二基板);931:基板(第三基板);9131:缺口;9141:缺口;C1:陶瓷电容器(第一电容器);C2:混合电容器(第二电容器);C3:电解电容器(第三电容器);Cf:虚拟圆;CSu、CSv、CSw:电流传感器;g101:栅极端子;g104:栅极端子;H:间隔;h1:第一边;h2:第二边;h3:第三边;h4:第四边;h5:第五边;h6:第六边;L:长度;Lg:接地线;Lp:电源线;M1:永磁体电动机(电动机);P1:电池;RS:旋转位置传感器;S、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S101、S104:开关元件。
具体实施方式
本公开的一个方式所涉及的电力变换装置具备:基板;设置在基板上的多个开关元件;以及彼此并联地电连接于开关元件的直流电压侧的正极与负极之间的第一电容器、第二电容器及第三电容器,其中,第一电容器在布线路径上连接于比第二电容器和第三电容器接近开关元件的位置,第三电容器在布线路径上连接于比第二电容器远离开关元件的位置,相比于第二电容器和第三电容器,第一电容器在从电磁干扰到浪涌的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第三电容器,第二电容器在纹波的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第二电容器,第三电容器在比纹波的频带低的频带中的阻抗小。
根据该结构,相比于其它电容器,第一电容器在从导致电磁干扰(Electromagnetic Interference,下面,称为EMI)的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小,且第一电容器在布线路径上配置在比其它电容器接近开关元件的位置,从而第一电容器的因布线路径引起的寄生电感也小。由此,最接近开关元件的第一电容器例如能够在从数百MHz的高频噪声到数MHz级别的浪涌的高频带中抑制高频噪声和浪涌。另外,在比纹波的频带低的、脉动电流和异常时的电流的频带(例如到数百Hz)中,最远离开关元件的第三电容器的阻抗相比于其它电容器的阻抗而言最小,因此第三电容器能够抑制在该频带中的自发热,并且能够吸收相比于浪涌和纹波而言频率低很多的脉动电流来进行平滑化或者吸收异常时的电流。此外,第三电容器在布线路径上配置在比其它电容器远离开关元件的位置,因此第三电容器的因布线路径引起的寄生电感变大。由此,流向第三电容器的、纹波的频带下的纹波电流被抑制,因此还能够抑制因纹波电流引起的第三电容器的自发热。另外,在布线路径上配置于其它电容器的中间的第二电容器在纹波的频带(例如5kHz~20kHz)中的阻抗比其它电容器的阻抗小,因此能够抑制纹波引起的自发热。此外,第二电容器在布线路径上的寄生电感为第一电容器的寄生电感与第三电容器的寄生电感的中间的大小,但是该寄生电感和第二电容器起到使纹波电流通过的滤波器的作用,因此能够优化第二电容器和第三电容器中的自发热。
通过像这样设置适合于各作用的第一电容器、第二电容器以及第三电容器,与利用两种电容器(capacitor)来承担各作用的以往的情况相比,能够将各电容器设定为适当的尺寸、个数。因而,由第一电容器抑制高频噪声和浪涌,因此无需另外设置大型的EMI应对用的滤波器电路,能够相应程度地实现小型化。并且,通过决定使第一电容器、第二电容器以及第三电容器的总体积最小的各电容器的尺寸、个数的组合,能够实现电力变换装置整体的小型化。
在此,相比于其它电容器在各自的使用频带中的阻抗,第三电容器在使用频带中的阻抗大,因此自发热也相对变大。因此,在布线路径上配置在最远的位置。由此,第三电容器以远离作为热源的开关元件的方式配置,因此降低了第三电容器除了承受自发热以外还承受来自开关元件的热的可能性。另外,相比于其它电容器,第三电容器的容量大,因此尺寸也大,但是如果是远离开关元件的位置,则空间上的自由度也变高,易于将第三电容器配置在适当的位置。
另外,第二电容器与第三电容器之间的布线路径构成为抑制纹波的频带的纹波电流通过。
根据该结构,能够利用从第二电容器至第三电容器的布线路径的寄生电感,来构成抑制流向第三电容器的纹波电流的滤波器。其结果,第三电容器的因纹波电流引起的自发热被抑制,因此能够使原本为了耐热而大型化的第三电容器小型化。
另外,第二电容器与第三电容器之间的布线路径由汇流条构成。
根据该结构,能够通过汇流条的形状、尺寸以及材质中的至少一者,来调整布线路径的寄生电感,易于使由第二电容器、第三电容器以及汇流条的寄生电感构成的滤波器的频率特性与纹波的频带相匹配。
另外,汇流条构成为通过对其形状、尺寸以及材质中的至少任一者进行调整来抑制纹波电流通过。
据此,汇流条构成为通过对汇流条的形状、尺寸以及材质中的至少任一者进行调整来抑制纹波电流通过,因此能够更可靠地抑制纹波电流通过。
另外,在布线路径上电连接有电感器。
据此,在布线路径上电连接有电感器,因此能够通过对该电感器的电感值进行调整来调整布线路径的电感值与电感器的电感值的合成电感器的电感值。通过调整合成电感器的电感值,能够抑制纹波电流通过。
另外,第一电容器是陶瓷电容器,第二电容器是混合电容器,第三电容器是电解电容器。
根据该结构,陶瓷电容器是第一电容器,因此能够在上述的频带中有效抑制高频带的高频噪声和浪涌。另外,混合电容器是第二电容器,因此能够有效抑制由于电动机的开关控制产生的纹波。并且,相比于薄膜电容器,混合电容器的每单位体积的容量大,因此混合电容器的用于得到抑制纹波所需的容量的体积比薄膜电容器的小,能够实现小型化。另外,即使是将自发热相对多的电解电容器用作第三电容器的情况,由于在布线路径上被配置在最远离作为热源的开关元件的位置,因此也能够使电解电容器不容易受到来自开关元件的热的影响。并且,由于布线路径上的寄生电感大,因此因纹波电流引起的自发热被抑制,且能够在上述的频带中有效地实现频率低的脉动电流的抑制、异常时的电流的吸收。
另外,多个所述开关元件形成三相逆变器电路,多个所述开关元件包括U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,U相的低侧开关元件以与容纳在基板内的虚拟的正六边形的第一边相对应的方式配置,U相的高侧开关元件以与正六边形的同第一边相邻的第二边相对应的方式配置,V相的低侧开关元件以与正六边形的同第二边相邻的第三边相对应的方式配置,V相的高侧开关元件以与正六边形的同第三边相邻的第四边相对应的方式配置,W相的低侧开关元件以与正六边形的同第四边相邻的第五边相对应的方式配置,W相的高侧开关元件以与正六边形的同第五边相邻的第六边相对应的方式配置。
根据该结构,与容纳在基板内的虚拟的正六边形的各边相对应地配置各相的高侧开关元件和低侧开关元件,因此能够均等地配置各开关元件。因而,能够进一步使电力变换装置小型。
另外,第三电容器配置于基板的中央部,第一电容器和第二电容器配置在比第三电容器靠基板的外周部的位置。
根据该结构,第一电容器和第二电容器配置于基板的外周部,第三电容器配置于基板的中央部,因此能够将比其它电容器大型的第三电容器配置于易于确保面积的基板的中央部。由此,能够有效运用基板表面的区域。
另外,具有不同于基板的另外的第一基板、第二基板以及第三基板,多个开关元件形成三相逆变器电路,多个开关元件包括U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,在第一基板设置U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、以及与该U相的高侧开关元件及U相的低侧开关元件电连接的第一电容器及第二电容器,在第二基板设置V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、以及与该V相的高侧开关元件及V相的低侧开关元件电连接的第一电容器及第二电容器,在第三基板设置W相的高侧开关元件、W相的低侧开关元件、以及与该W相的高侧开关元件及W相的低侧开关元件电连接的第一电容器及第二电容器,在基板设置第三电容器,并且,第一基板、第二基板以及第三基板以包围该第三电容器的方式竖立设置在基板上。
根据该结构,第一基板、U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、第一电容器以及第二电容器被模块化。同样地,第二基板、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、第一电容器以及第二电容器被模块化。另外,第三基板、W相的高侧开关元件、W相的低侧开关元件、第一电容器以及第二电容器被模块化。这些各模块以包围第三电容器的方式相对于基板竖立设置,因此能够使基板在俯视时小型。
另外,第一基板、第二基板以及第三基板的大小大致相同。
根据该结构,第一基板、第二基板以及第三基板的大小大致相同,因此能够使各模块为大致均等的大小,结果是能够进一步使电力变换装置小型。
另外,开关元件和第一电容器设置在第一基板上,第二电容器和第三电容器设置在与第一基板相向的第二基板上。
根据该结构,设置有开关元件和第一电容器的第一基板与设置有第二电容器和第三电容器的第二基板相向地配置,因此在俯视时第一基板与第二基板重叠。因而,能够进一步使电力变换装置小型。
另外,多个开关元件沿着容纳在基板内的虚拟圆进行配置。
据此,多个开关元件沿着容纳在基板内的虚拟圆进行配置,因此能够均等地配置各开关元件。因而,能够进一步使电力变换装置小型。
另外,多个开关元件形成用于驱动电动机的三相逆变器电路,基板平行于与电动机的旋转轴正交的面、且配置于该电动机的端面侧。
据此,基板平行于与该电动机的旋转轴正交的面地配置于电动机的端面侧,因此从轴向观察时基板与电动机重合。因而,能够紧凑地配置基板和电动机,能够进一步使电力变换装置小型。
另外,汇流条具备:第一汇流条,其具有与基板电连接的第一连接部以及从第一连接部的一个端部竖立设置的第一竖立设置部;第二汇流条,其具有与基板电连接的第二连接部以及从第二连接部的一个端部竖立设置的第二竖立设置部;以及绝缘部,其以使第一竖立设置部与第二竖立设置部以绝缘的状态隔开规定的间隔地相向的方式,保持第一汇流条和第二汇流条,其中,第一汇流条和第二汇流条中的一方与直流电源的正极电连接,第一汇流条和第二汇流条中的另一方与直流电源的负极电连接。
据此,第一汇流条和第二汇流条中的一方与直流电源的正极电连接,第一汇流条和第二汇流条中的另一方与直流电源的负极电连接。因此,由第一汇流条的第一竖立设置部中流动的电流产生的磁场的方向与由第二汇流条的第二竖立设置部中流动的电流产生的磁场的方向相反。第一竖立设置部与第二竖立设置部隔着绝缘部隔开规定的间隔地相向,因此在第一竖立设置部中产生的磁场与在第二竖立设置部中产生的磁场相互抵消,其结果是,能够减少电感。因而,能够提供除了通过基板之间的立体配置得到的高密度安装以外、还能够减少电感的电连接构件。
另外,第一连接部和第二连接部中的一方通过焊接连接于设置在基板上的正极侧的导电图案,第一连接部和第二连接部中的另一方通过焊接连接于设置在基板上的负极侧的导电图案。
据此,第一连接部和第二连接部均通过焊接连接于基板上的导电图案,因此能够简单地将第一连接部和第二连接部连接于基板上的导电图案。第一连接部和第二连接部均不经由通孔而焊接于导电图案,因此能够增大连接面积,还能够提高连接强度。
另外,基板是金属基板。
据此,基板是金属基板,因此能够经由金属基板高效地散出电连接构件发出的热。
另外,在绝缘部的作为第一连接部与第二连接部之间的中间部和基板中的一方形成有至少一个凸部,在中间部和基板中的另一方形成有供至少一个凸部分别嵌合的至少一个凹部。
据此,在中间部和基板中的一方设置的凸部与在中间部和基板中的另一方设置的凹部嵌合,因此即使是与导电图案进行连接的作业之前,也能够稳定地保持电连接构件和基板。因而,在连接作业时,电连接构件不容易相对于基板发生位置偏移,能够容易地进行连接作业。
另外,第一电容器和第二电容器中的至少一方以被绝缘部保持并且配置于第一竖立设置部与第二竖立设置部之间的状态电连接于第一竖立设置部和第二竖立设置部。
据此,配置于第一竖立设置部与第二竖立设置部之间的、第二电容器和第三电容器中的至少一方与第一竖立设置部和第二竖立设置部电连接,因此能够减少流过第一汇流条和第二汇流条的电流的纹波噪声。
另外,第二电容器和第三电容器中的至少一方设置有多个,第二电容器和第三电容器中的、设置有多个的一方或两方以串联、并联以及串并联中的至少一个方式彼此电连接。
据此,被设置了多个的电容器(第二电容器和第三电容器中的至少一方)以串联、并联以及串并联中的至少一个方式电连接,因此能够调整被设置了多个的电容器的设置个数、组合、连接方式,从而能够调整成期望的容量值、耐压值。
(实施方式1)
下面,参照附图来具体说明实施方式1。此外,下面说明的实施方式1均用于表示总括性或具体性的例子。下面的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一个例子,其主旨并不在于限定本发明。另外,关于下面的实施方式的构成要素中的、未记载于表示本公开的一个方式所涉及的实现方式的独立权利要求的构成要素,设为任意的构成要素来进行说明。本公开的实现方式不限定于现行的独立权利要求,能够由其它独立权利要求来表达。
此外,各图是示意图,未必严格地进行了图示。另外,在各图中对相同的构成构件标注了相同的标记。
并且,平行和正交等表示相对的方向或姿势的表达严格来说还包括不是该方向或该姿势的情况。例如,2个方向正交不仅意味着该2个方向完全正交,还意味着实质上正交、即包括例如几%程度的差异。
[1.车辆驱动装置]
首先,说明具备实施方式1所涉及的作为电力变换装置的逆变器的车辆驱动装置。
图1是例示具备实施方式1所涉及的车辆驱动装置的电动车的图。电动车1具备驱动轮2、动力传递机构3、永磁体电动机M1、逆变器10以及电池P1。车辆驱动装置5由这些结构中的永磁体电动机M1、逆变器10以及电池P构成。下面,有时将永磁体电动机M1称为电动机M1。
电动机M1是驱动电动车1的驱动轮2的三相交流式的电动机,例如使用嵌入式磁体同步电动机或表面磁体同步电动机等电动机。
动力传递机构3例如由差动齿轮和驱动轴构成,用于在电动机M1与驱动轮2之间传递动力。电动机M1的旋转力经由动力传递机构3传递到驱动轮2。与此同样地,驱动轮2的旋转力经由动力传递机构3传递到电动机M1。此外,电动车1也可以不具备动力传递机构3,也可以是电动机M1与驱动轮2直接连接的构造。
电池P1例如是锂离子电池等直流电源。电池P1供给用于驱动电动机M1的电力并且蓄积该电力。
逆变器10是将从电池P1供给的直流电力变换为例如三相的交流电力后将该交流电力供给到电动机M1的电力变换装置的一例。这样,车辆驱动装置5构成为使用电池P1的电力来驱动三相交流式的电动机M1。
图2是实施方式1所涉及的车辆驱动装置的电路图。此外,图2所示的电压Vp是电源电压,电压Vg是接地电压。
如图2所示,车辆驱动装置5具备电动机M1、逆变器10以及电池P1。
[2.逆变器]
逆变器10具备三相逆变器电路40、驱动电路30以及控制电路20。三相逆变器电路40是如下电路:该电路用于通过开关动作将从电池P1供给的直流电力变换为三相的交流电力之后,将该交流电力供给到电动机M1,来驱动电动机M1。三相逆变器电路40的输入侧与驱动电路30连接,输出侧与电动机M1连接。
具体地说,三相逆变器电路40具备在位于图2的上侧的上侧臂组中设置的开关元件S1、S2、S3(高侧开关元件)以及在位于图2的下侧的下侧臂组中设置的开关元件S4、S5、S6(低侧开关元件)。例如,开关元件S1~S6由场效应晶体管(FET)或绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等构成。另外,也可以使用宽带隙半导体构成开关元件S1~S6。
各开关元件S1、S2、S3分别连接于从电动机M1的3个端子引出的3个输出线中的各输出线与同电池P1的正极连接的电源线Lp之间。各开关元件S4、S5、S6分别连接于上述3个输出线中的各输出线与同电池P1的负极连接的接地线Lg之间。另外,在各开关元件S1~S6上并联连接有续流二极管。续流二极管也可以是寄生于开关元件S1~S6的寄生二极管。开关元件S1、S4电连接于电动机M1的U相,开关元件S1是U相的高侧开关元件,开关元件S4是U相的低侧开关元件。开关元件S2、S5电连接于电动机M1的V相,开关元件S2是V相的高侧开关元件,开关元件S5是V相的低侧开关元件。开关元件S3、S6电连接于电动机M1的W相,开关元件S3是W相的高侧开关元件,开关元件S6是W相的低侧开关元件。
各开关元件S1~S6连接于驱动电路30,通过从驱动电路30输出的信号进行驱动。电动机M1基于各开关元件S1~S6的驱动以动力运行、再生或滑行等状态驱动。
另外,在逆变器10设置有用于使向三相逆变器电路40施加的电压平滑化的多个电容器。在此,多个电容器包括陶瓷电容器C1、混合电容器C2以及电解电容器C3。
陶瓷电容器C1是第一电容器的一例,其一方的端子与电源线Lp连接,另一方的端子与接地线Lg连接。混合电容器C2是第二电容器的一例,其一方的端子与电源线Lp连接,另一方的端子与接地线Lg连接。混合电容器C2是使导电性高分子和电解液融合在电解质中而形成的电容器。混合电容器C2例如还有时被称为导电性高分子混合型铝电解电容器。电解电容器C3是第三电容器的一例,其一方的端子与电源线Lp连接,另一方的端子与接地线Lg连接。
如图2所示,在布线路径上,陶瓷电容器C1连接于比混合电容器C2和电解电容器C3接近各开关元件S1~S6的位置。另外,电解电容器C3在布线路径上连接于比混合电容器C2远离各开关元件S1~S6的位置。也就是说,从各开关元件S1~S6起,陶瓷电容器C1、混合电容器C2、电解电容器C3按此顺序排列配置。因而,布线路径上的寄生电感的大小按陶瓷电容器C1、混合电容器C2、电解电容器C3的顺序变大。
在此,使用图3来说明本实施方式的三种电容器的作用。图3是实施方式1所涉及的各电容器的每单位体积的容量与自适应频率的概要相关图。在图3中,横轴表示每单位体积的容量,纵轴表示自适应频率(对数)。
如汽车的驱动用逆变器这样的电力变换装置中的平滑电容器的作用包括:(1)EMI应对;(2)用于保护构成开关元件的半导体不被耐压击穿的浪涌抑制;(3)用于使直流系统稳定化的纹波电流抑制;以及(4)脉动电流、异常时的电流吸收等。关于(1)的EMI应对,在使大电流流过逆变器10时,例如当使开关元件S1~S6以5kHz~20kHz的频率进行开关动作时,大电流的开关动作所引起的高次谐波噪声作为电磁噪声(高频噪声)被辐射到外部,但是该频率例如最大为数百MHz。因而,作为平滑电容器,需要数百MHz级别的高频特性。在该情况下,不怎么需要容量。关于(2)的浪涌抑制,例如当使开关元件S1~S6以5kHz~20kHz的频率进行开关动作时,为了抑制基于电路上的寄生电感和电流而产生的例如数MHz级别的浪涌,需要在浪涌的频带下阻抗低的平滑电容器。在该情况下,与(1)的EMI应对相比需要更大容量,但是不需要太大的容量。
另一方面,关于(4)的特别是异常时的电流吸收,例如在利用再生制动对电池进行充电这样的状况下,在电池的继电器由于某些故障而断开这样的情况下,再生电流无处可去,全部被充入平滑电容器。因此,平滑电容器的电压突然上升。此时,即使通过逆变器的控制电路的指示来使再生停止,由于残存有电动机绕组中蓄积的电流,因此也需要足以吸收这些电流的容量的平滑电容器。但是,由于该动作慢至例如数十毫秒~数百毫秒,因此频带最多为例如数百Hz,不需要高频特性优异的电容器等。
另外,关于(3)的纹波抑制,需要相对于(1)的EMI应对和(2)的浪涌抑制以及(4)的脉动电流、异常时的电流吸收而言的中间的容量和频率特性(例如5kHz~20kHz)的平滑电容器。
据此,参照图3,可知在(1)的EMI应对和(2)的浪涌抑制中能够应用陶瓷电容器C1。另外,在(3)的纹波抑制中,能够应用薄膜电容器或混合电容器C2,但是通过应用每单位体积的容量大的混合电容器C2,能够实现小型化。对于(4)的脉动电流、异常时的电流吸收,可知能够应用电解电容器C3。
接着,进一步详细地说明陶瓷电容器C1、混合电容器C2、电解电容器C3的频率特性。图4是实施方式1所涉及的各电容器(陶瓷电容器C1、混合电容器C2、电解电容器C3)的阻抗的频率特性图。在图4中,横轴是频率(对数),纵轴是阻抗。根据图4,在导致EMI的高频噪声、浪涌的频带(例如数MHz级别至数百MHz)中,陶瓷电容器C1的阻抗比混合电容器C2、电解电容器C3的阻抗低。在纹波的频带(例如5kHz~20kHz)中,混合电容器C2的阻抗比陶瓷电容器C1、电解电容器C3的阻抗低。在比纹波低的频带、即在脉动电流或在异常时从电动机M1产生的电流的频带(例如数百Hz)中,电解电容器C3的阻抗比陶瓷电容器C1、混合电容器C2的阻抗低。因而,通过使用在上述的频带中阻抗最小的电容器,能够实现在各频带中抑制了自发热的平滑功能。
另外,各电容器在使用频带中的阻抗(图4中用椭圆包围的区域)按陶瓷电容器C1、混合电容器C2以及电解电容器C3的顺序变大。因而,电解电容器C3的自发热相比于其它电容器而言最大。
基于这些特性,能够如下那样应用各电容器。
相比于混合电容器C2和电解电容器C3,陶瓷电容器C1(第一电容器)在浪涌的频带中的阻抗小,且在布线路径上配置在接近开关元件的位置,从而因布线路径引起的寄生电感也小。由此,最接近开关元件S1~S6的陶瓷电容器C1能够应用于高频带的平滑,从而能够抑制例如数百MHz的高频噪声和数MHz级别的浪涌。
相比于陶瓷电容器C1和混合电容器C2,最远离开关元件S1~S6的电解电容器C3(第三电容器)在比纹波的频带低的、脉动电流和异常时的电流的频带(例如到数百Hz)中的阻抗最小,因此能够抑制在该频带中的自发热,并且能够使相比于高频噪声、浪涌或者纹波而言频率低很多的脉动电流平滑化或者吸收异常时的电流。此外,电解电容器C3在布线路径上配置在比陶瓷电容器C1和混合电容器C2远离开关元件S1~S6的位置,因此电解电容器C3的因布线路径引起的寄生电感变大。由此,纹波的频带中的纹波电流被抑制,因此还能够抑制因纹波电流引起的第三电容器的自发热。并且,相比于陶瓷电容器C1和混合电容器C2在各自的使用频带中的阻抗,电解电容器C3在使用频带中的阻抗大,因此自发热也相对变大。因此,在布线路径上配置在最远的位置。由此,电解电容器C3以远离作为热源的开关元件S1~S6的方式配置,因此降低了电解电容器C3除了承受自发热以外还承受来自开关元件S1~S6的热的可能性。
另外,相比于陶瓷电容器C1和电解电容器C3,在布线路径上配置于陶瓷电容器C1与电解电容器C3的中间的混合电容器C2(第二电容器)在纹波的频带(例如5kHz~20kHz)中的阻抗小,因此能够抑制纹波引起的自发热。此外,混合电容器C2在布线路径上的寄生电感为陶瓷电容器C1的寄生电感与电解电容器C3的寄生电感的中间的大小,但是该寄生电感和混合电容器C2起到使纹波电流通过的滤波器的作用,因此能够优化混合电容器C2和电解电容器C3中的自发热。
下面示出上述的各电容器的作用以及根据容量、尺寸使各电容器的总体积最小的组合的实例。此外,陶瓷电容器C1的容量小,因此其尺寸也相比于混合电容器C2和电解电容器C3而言极小,因此在求总体积时忽视陶瓷电容器C1。因而,在此,叙述使混合电容器C2和电解电容器C3的总体积最小的实例。
首先,关于尺寸,设为混合电容器C2与电解电容器C3的体积比为1:5。也就是说,1个电解电容器C3具有1个混合电容器C2的5倍的体积。接着,设为将混合电容器C2与电解电容器C3相加所得到的必要容量值是固定的。
在该条件下,使混合电容器C2的个数和电解电容器C3的个数可变,来求出使体积最小的组合个数。其结果,在混合电容器C2与电解电容器C3的个数比为1:3时体积最小。在后述的图5中说明以该比率构成的具体例。另外,与如以往那样由两种电容器(电解电容器和陶瓷电容器)构成的情况对比,求出忽视陶瓷电容器而仅利用电解电容器C3得到必要容量值所需要的体积的结果是,相比于上述的使混合电容器C2与电解电容器C3的个数比为1:3时的体积而言,约为2倍。因而,能够使平滑电容器为以往一半的体积。
这样,特别是通过选定混合电容器C2与电解电容器C3的组合,能够使平滑电容器整体的体积最小化,能够使电力变换装置小型化。此外,在后面叙述各开关元件S1~S6和各电容器的布局的具体例。
另外,上述结果是一个例子,各电容器的尺寸、容量有很多种类,因此只要根据所使用的各电容器来适当求出最佳的组合个数即可。
在此,返回到图2,驱动电路30是为了执行三相PWM控制而驱动三相逆变器电路40的开关元件S1~S6的电路。驱动电路30的输入侧与控制电路20连接,输出侧与三相逆变器电路40连接。此外,驱动电路30也可以为了执行三相短路控制而驱动三相逆变器电路40的开关元件S1~S6。
控制电路20由进行各种运算等的微型处理器以及存储用于使微型处理器动作的程序或信息等的存储器构成。
控制电路20获取由用于探测流过电动机M1的电流的电流传感器CSu、CSv、CSw以及用于检测电动机M1的磁极位置来探测旋转位置的旋转位置传感器RS等各种传感器探测出的信息。此外,电流传感器CSu、CSv、CSw是探测电动机M1的U相、V相、W相的电流值的传感器。另外,控制电路20获取与电源线Lp中的电压Vp有关的信息。另外,控制电路20获取从该控制电路20的外部、例如电动车1的ECU(Engine Control Unit:发动机控制单元)输出的转矩指令等控制指令信息。
控制电路20将获取到的上述信息通过运算来进行变换,求出用于控制电动机M1的控制信号。例如,控制电路20以使车辆驱动装置5运行时的电动机M1的转矩成为转矩指令信息所表示的目标转矩(例如与电动车1的加速踏板的操作量相应的转矩)的方式求出控制信号。控制电路20基于所求出的控制信号来运算驱动电动机M1所需的驱动信号,将该驱动信号输出到驱动电路30。在车辆驱动装置5通常运行时,控制电路20输出用于进行三相PWM控制的驱动信号。
这样,控制电路20将用于执行三相PWM控制的驱动信号输出到驱动电路30。驱动电路30将从控制电路20输出的驱动信号输出到三相逆变器电路40。三相逆变器电路40基于从驱动电路30输出的信号来驱动电动机M1。
[3.各开关元件和各电容器的布局]
接着,说明各开关元件S1~S6和各电容器的布局。图5是表示实施方式1所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
如图5所示,三相逆变器电路40例如具有正六边形形状的基板80,在该基板80设置有各开关元件S1~S6和各电容器(陶瓷电容器C1和混合电容器C2)。
具体地说,在基板80的一个主面设置有第一导电图案81、第二导电图案82、U相导电图案83、V相导电图案84以及W相导电图案85。第一导电图案81是正极侧的导电图案,其外形呈正六边形形状。在第一导电图案81上,从基板80的另一个主面侧电连接有与电源线Lp连接的第一汇流条71。在第一导电图案81的内侧设置有开口部811。开口部811具有位于基板80的中央的中央开口部812以及从中央开口部812伸出的3个伸出部813、814、815。
在中央开口部812内配置有第二导电图案82。第二导电图案82是负极侧的导电图案,形成为不与第一导电图案81接触的形状。在第二导电图案82上,从基板80的另一个主面侧电连接有与接地线Lg连接的第二汇流条72。在第一汇流条71和第二汇流条72上,在作为基板80的外侧的位置电连接有电解电容器C3。
在此,说明第一汇流条71和第二汇流条72。在本实施方式中,混合电容器C2(第二电容器)与电解电容器C3(第三电容器)之间的布线路径构成滤波器,使得抑制上述的纹波的频带的纹波电流通过。具体地说,第一汇流条71和第二汇流条72被用作该布线路径。而且,根据混合电容器C2和电解电容器C3各自的容量值以及纹波的频带,来决定第一汇流条71和第二汇流条72的形状、尺寸、材质中的至少任一者,使得第一汇流条71和第二汇流条72的寄生电感为作为滤波器发挥功能的值。作为形状,在图5的结构中设为平板状,但是不限定于此,也可以是,通过使各汇流条的长边方向截面形状为コ字状或者U字状,来将寄生电感的值向增大的方向调整。另外,作为汇流条的形状,还能够对长度进行调整。一般来说,要求汇流条以最短距离将对象物彼此连接,但是还能够通过使该汇流条的长度相比于最短距离而言加长来增大寄生电感的值。另外,关于尺寸,通过各汇流条的长度、宽度、厚度来得到期望的寄生电感。另外,关于材质,只要从电阻值不同的导电材料中选择适当的材料即可。作为能够成为汇流条的导电材料,例如列举出铝、铜、铁、黄铜、它们的合金等。通过像这样对各汇流条的形状、尺寸、材质中的至少任一者进行调整,能够容易地调整寄生电感。
像这样决定第一汇流条71和第二汇流条72的形状、尺寸,由此利用从混合电容器C2至电解电容器C3的布线路径的寄生电感来构成抑制流向电解电容器C3的纹波电流的滤波器。其结果,电解电容器C3的因纹波电流引起的自发热被抑制,因此能够使原本为了耐热而大型化的电解电容器C3小型化。
此外,在本实施方式中,利用汇流条构成从混合电容器C2至电解电容器C3的布线路径,但是不限定于此,也可以通过第一导电图案81和第二导电图案82的图案形状、长度来调整寄生电感。但是,由于第一导电图案81和第二导电图案82形成在平面上,因此为了得到期望的寄生电感,图案会变长。为了使电力变换装置小型化,更期望将还能够进行立体布线的汇流条应用为布线路径。
3个伸出部813、814、815分别以沿着配置于基板80的主面内的虚拟的正六边形H的方式延伸设置。虚拟的正六边形H可以与基板80同心。将虚拟的正六边形H的各边设为第一边h1、第二边h2、第三边h3、第四边h4、第五边h5、第六边h6。在图5中,当以第一边h1为基准时,第二边h2、第三边h3、第四边h4、第五边h5以及第六边h6按此顺序沿逆时针排列。
在伸出部813内配置有U相导电图案83。U相导电图案83电连接于电动机M1的U相。U相导电图案83以不与第一导电图案81及第二导电图案82接触的方式形成为沿着第一边h1和第二边h2的形状。在U相导电图案83上电连接有作为U相的高侧开关元件的开关元件S1以及作为U相的低侧开关元件的开关元件S4。具体地说,开关元件S1被配置成:开关元件S1的漏极端子和源极端子的并排方向与第一边h1交叉。开关元件S1的漏极端子与第一导电图案81电连接,源极端子与U相导电图案83电连接。开关元件S1的栅极端子与U相导电图案83分离,不与U相导电图案83导通。例如,可以通过在U相导电图案83设置缺口并将栅极端子与栅极用导电图案连接,来使该U相导电图案83不与栅极端子导通(例如参照图8),也可以是使栅极端子相对于U相导电图案83而言浮起,来使该U相导电图案83不与栅极端子导通。这在其它开关元件S2~S6中是同样的。在本实施方式中,通过在导电图案设置缺口并将栅极端子与栅极用导电图案连接,来使导电图案不与栅极端子导通,但是在图5中为了避免附图繁杂,省略了导电图案的缺口部分和栅极用导电图案。此外,此后,在所要说明的图6、图11以及图12中,也与图5同样地省略了导电图案的缺口部分。另外,在图6和图8~图12中,也与图5同样地省略了栅极用导电图案。
开关元件S4被配置成:开关元件S4的漏极端子和源极端子的并排方向与第二边h2交叉。开关元件S4的漏极端子与U相导电图案83电连接,源极端子与第二导电图案82电连接。此外,开关元件S4的栅极端子与第二导电图案82分离,不与第二导电图案82导通。
在伸出部814内配置有V相导电图案84。V相导电图案84电连接于电动机M1的V相。V相导电图案84以不与第一导电图案81及第二导电图案82接触的方式形成为沿着第三边h3和第四边h4的形状。在V相导电图案84上电连接有作为V相的高侧开关元件的开关元件S2以及作为V相的低侧开关元件的开关元件S5。具体地说,开关元件S2被配置成:开关元件S2的漏极端子和源极端子的并排方向与第三边h3交叉。开关元件S2的漏极端子与第一导电图案81电连接,源极端子与V相导电图案84电连接。开关元件S2的栅极端子与V相导电图案84分离,不与V相导电图案84导通。开关元件S5被配置成:开关元件S5的漏极端子和源极端子的并排方向与第四边h4交叉。开关元件S5的漏极端子与V相导电图案83电连接,源极端子与第二导电图案82电连接。此外,开关元件S5的栅极端子与第二导电图案82分离,不与第二导电图案82导通。
在伸出部815内配置有W相导电图案85。W相导电图案85电连接于电动机M1的W相。W相导电图案85以不与第一导电图案81及第二导电图案82接触的方式形成为沿着第五边h5和第六边h6的形状。在W相导电图案85上电连接有作为W相的高侧开关元件的开关元件S3以及作为W相的低侧开关元件的开关元件S6。具体地说,开关元件S3被配置成:开关元件S3的漏极端子和源极端子的并排方向与第五边h5交叉。开关元件S3的漏极端子与第一导电图案81电连接,源极端子与W相导电图案85电连接。开关元件S3的栅极端子与W相导电图案85分离,不与W相导电图案84导通。开关元件S6被配置成:开关元件S6的漏极端子和源极端子的并排方向与第六边h6交叉。开关元件S6的漏极端子与W相导电图案85电连接,源极端子与第二导电图案82电连接。此外,开关元件S6的栅极端子与第二导电图案82分离,不与第二导电图案82导通。
另外,U相的开关元件S1、S4、V相的开关元件S2、S5、以及W相的开关元件S3、S6被配置成在基板80的周向上大致均等。
另外,在基板80设置有三对陶瓷电容器C1。各对陶瓷电容器C1以在周向上将作为高侧开关元件的各开关元件S1、S2、S3夹在中间的方式配置。各对陶瓷电容器C1与第一导电图案81及第二导电图案82电连接。
在基板80设置有3个混合电容器C2。各混合电容器C2被配置在与作为高侧开关元件的各开关元件S1、S2、S3相向的位置。各混合电容器C2与第一导电图案81及第二导电图案82电连接。
在此,一对陶瓷电容器C1中的至少一个陶瓷电容器C1在布线路径上配置在比对应的混合电容器C2接近一组开关元件(低侧开关元件和高侧开关元件)的位置。
在此,例示U相导电图案83的周边来进行说明。下面说明的关系性在V相、W相中是同样的。
例如,将开关元件S4夹在中间的一对陶瓷电容器C1中的靠开关元件S1侧的陶瓷电容器C1在布线路径上配置在比与开关元件S1相向的混合电容器C2接近一组开关元件S1、S4的位置。具体地说,开关元件S1侧的陶瓷电容器C1在布线路径上的距离用该陶瓷电容器C1与开关元件S1之间的最短距离L1以及该陶瓷电容器C1与开关元件S4之间的最短距离L2的合计值表示。另一方面,混合电容器C2在布线路径上的距离用该混合电容器C2与开关元件S1之间的最短距离L11以及该混合电容器C2与开关元件S4之间的最短距离L12的合计值表示。该合计值更小的一方配置在更接近一组开关元件S1、S4的位置。
与此相对,电解电容器C3经由第一汇流条71及第二汇流条72来与第一导电图案81及第二导电图案82电连接。因此,电解电容器C3在布线路径上配置在与陶瓷电容器C1和混合电容器C2相比离一组开关元件最远的位置。由此,电解电容器C3不容易受到来自开关元件S1~S6的热的影响。
另外,在图5的结构中,是将上述的混合电容器C2与电解电容器C3的个数设为1:3的例子。该前提条件是如上所述将混合电容器C2与电解电容器C3的体积比设为1:5。在图5中,电解电容器C3的直径接近混合电容器C2的直径,但是电解电容器C3的高度大于混合电容器C2的高度,由于使用了这样的电解电容器C3和混合电容器C2,因此体积比为1:5。由于这样构成,因此能够使所需的混合电容器C2与电解电容器C3的总体积最小化,因此能够使电力变换装置小型化。
此外,将开关元件S4夹在中间的一对陶瓷电容器C1中的、不是开关元件S1侧的、也就是被开关元件S4和开关元件S2夹在中间的陶瓷电容器C1的、与开关元件S1之间的最短距离以及与开关元件S4之间的最短距离的合计值大于混合电容器C2的与开关元件S1之间的最短距离L11以及与开关元件S4之间的最短距离L12的合计值。因而,陶瓷电容器C1不需要全部配置在比混合电容器C2接近一组开关元件S1、S4的位置,只要一对陶瓷电容器C1中的至少一个陶瓷电容器C1配置在比混合电容器C2接近一组开关元件S1、S4的位置即可。
[4.效果等]
如以上那样,本实施方式所涉及的电力变换装置(逆变器10)具备:基板80;设置在基板80上的多个开关元件S1~S6;以及彼此并联地电连接于开关元件S1~S6的直流电压侧的正极与负极之间的第一电容器(陶瓷电容器C1)、第二电容器(混合电容器C2)及第三电容器(电解电容器C3),其中,第一电容器在布线路径上连接于比第二电容器和第三电容器接近开关元件S1~S6的位置,第三电容器在布线路径上连接于比第二电容器远离开关元件S1~S6的位置,相比于第二电容器和第三电容器,第一电容器在从导致电磁干扰的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第三电容器,第二电容器在纹波的频带中的阻抗小,相比于第一电容器和第二电容器,第三电容器在比纹波的频带低的频带中的阻抗小。
据此,相比于其它电容器,第一电容器在从导致电磁干扰(EMI)的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小,且第一电容器在布线路径上配置在比其它电容器接近开关元件的位置,从而第一电容器的因布线路径引起的寄生电感也小。由此,最接近开关元件的第一电容器例如能够在从数百MHz的高频噪声到数MHz级别的浪涌的高频带中抑制高频噪声和浪涌。另外,在比纹波的频带低的、脉动电流和异常时的电流吸收的频带(例如几百Hz为止)中,最远离开关元件的第三电容器的阻抗相比于其它电容器的阻抗而言最小,因此第三电容器能够抑制在该频带中的自发热,并且能够吸收相比于浪涌和纹波而言频率低很多的脉动电流来进行平滑化或者吸收异常时的电流。此外,第三电容器在布线路径上配置在比其它电容器远离开关元件的位置,因此第三电容器的因布线路径引起的寄生电感变大。由此,纹波的频带中的纹波电流被抑制,因此还能够抑制因纹波电流引起的第三电容器的自发热。另外,相比于其它电容器,在布线路径上配置于其它电容器的中间的第二电容器在纹波的频带(例如5kHz~20kHz)中的阻抗小,因此能够抑制纹波引起的自发热。此外,第二电容器在布线路径上的寄生电感为第一电容器的寄生电感与第三电容器的寄生电感的中间的大小,但是该寄生电感和第二电容器起到使纹波电流通过的滤波器的作用,因此能够优化第二电容器和第三电容器中的自发热。
通过像这样设置适合于各作用的第一电容器、第二电容器以及第三电容器,与利用两种电容器来承担各作用的以往的情况相比,能够将各电容器设定为适当的尺寸、个数。因而,由第一电容器抑制高频噪声和浪涌,因此无需另外设置大型的EMI应对用的滤波器电路,能够相应程度地实现小型化。并且,通过决定使第一电容器、第二电容器以及第三电容器的总体积最小的各电容器的尺寸、个数的组合,能够实现逆变器10自身的小型化。
在此,相比于其它电容器在各自的使用频带中的阻抗,第三电容器在使用频带中的阻抗大,因此自发热也相对变大。因此,在布线路径上配置在最远的位置。由此,第三电容器以远离作为热源的开关元件S1~S6的方式配置,因此降低了第三电容器除了承受自发热以外还承受来自开关元件的热的可能性。另外,相比于其它电容器,第三电容器的容量大,因此尺寸也大,但是如果是远离开关元件S1~S6的位置,则空间上的自由度也变高,易于将第三电容器配置在适当的位置。
另外,第二电容器与第三电容器之间的布线路径构成为抑制纹波的频带的纹波电流通过。
根据该结构,能够利用从第二电容器至第三电容器的布线路径的寄生电感,来构成抑制流向第三电容器的纹波电流的滤波器。其结果,第三电容器的因纹波电流引起的自发热被抑制,因此能够使原本为了耐热而大型化的第三电容器小型化。
另外,第二电容器与第三电容器之间的布线路径由汇流条构成。
根据该结构,能够通过汇流条的形状、尺寸来调整布线路径的寄生电感,易于使由第二电容器、第三电容器以及汇流条的寄生电感构成的滤波器的频率特性与纹波的频带相匹配。
另外,第一电容器是陶瓷电容器C1,第二电容器是混合电容器C2,第三电容器是电解电容器C3。
据此,陶瓷电容器是第一电容器,因此能够在上述的频带中有效抑制高频带的高频噪声和浪涌。另外,混合电容器是第二电容器,因此能够有效抑制由于电动机的开关控制产生的纹波。并且,相比于薄膜电容器,混合电容器的每单位体积的容量大,因此混合电容器的用于得到抑制纹波所需的容量的体积比薄膜电容器的小,能够实现小型化。另外,即使是将自发热相对多的电解电容器用作第三电容器的情况,由于在布线路径上配置在最远离作为热源的开关元件的位置,因此也能够使电解电容器不容易受到来自开关元件的热的影响。并且,由于布线路径上的寄生电感大,因此由纹波电流引起的自发热被抑制,且能够在上述的频带中有效地实现频率低的脉动电流的抑制、异常时的电流的吸收。
另外,多个开关元件S1~S6形成三相逆变器电路40,多个开关元件S1~S6包括U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,U相的高侧开关元件(开关元件S1)以与容纳在基板80内的虚拟的正六边形H的第一边h1相对应的方式配置,U相的低侧开关元件(开关元件S4)以与正六边形H的同第一边h1相邻的第二边h2相对应的方式配置,V相的高侧开关元件(开关元件S2)以与正六边形H的同第二边h2相邻的第三边h3相对应的方式配置,V相的低侧开关元件(开关元件S5)以与正六边形H的同第三边h3相邻的第四边h4相对应的方式配置,W相的高侧开关元件(开关元件S3)以与正六边形H的同第四边h4相邻的第五边h5相对应的方式配置,W相的低侧开关元件(开关元件S6)以与正六边形H的同第五边h5相邻的第六边h6相对应的方式配置。
据此,与容纳在基板内的虚拟的正六边形H的各边h1~h6相对应地配置各相的高侧开关元件(开关元件S1~S3)和低侧开关元件(开关元件S4~S6),因此能够均等地配置各开关元件S1~S6。因而,能够进一步使逆变器10小型。
另外,在U相、V相、W相均各设置有一对陶瓷电容器C1,因此能够进一步发挥针对各相的陶瓷电容器C1引起的浪涌的抑制效果。在该情况下,期望的是,一对陶瓷电容器C1中的各陶瓷电容器C1在布线路径上配置在比对应的混合电容器C2接近一组开关元件(低侧开关元件和高侧开关元件)的位置。
[5.变形例]
接着,说明上述实施方式1的变形例。此外,在此后的说明中,有时对与上述实施方式1等同的部分标注相同的标记并省略其说明。
(变形例1)
图6是表示变形例1所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
在实施方式1中,例示了各对陶瓷电容器C1被配置成在周向上将作为高侧开关元件的各开关元件S1、S2、S3夹在中间的情况。在本变形例1中,例示以下情况:针对开关元件S1、S4的组、开关元件S2、S5的组、开关元件S3、S6的组分别各设置一个陶瓷电容器C1。各陶瓷电容器C1在各相中配置于作为高侧开关元件的各开关元件S1、S2、S3与作为低侧开关元件的各开关元件S4、S5、S6之间。另外,在从实施方式1中排除掉的陶瓷电容器C1的位置处新设置了混合电容器C2。也就是说,在各相中设置有一对混合电容器C2。在该情况下,陶瓷电容器C1也是在布线路径上配置在比一对混合电容器C2例如接近一组开关元件S1、S4的位置。
另外,在变形例1中,电解电容器C3设置于基板80的中央部分。该电解电容器C3与第二导电图案82及电连接于第一导电图案81的汇流条(省略图示)电连接。具体地说,例如,在图6中,电解电容器C3被配置成相对于第二导电图案82直立。而且,电解电容器C3的负极与第二导电图案82电连接。另一方面,直立配置的电解电容器C3的作为顶端侧的正极通过例如具有曲柄形状的汇流条而与第一导电图案81电连接。该汇流条也与图5中的说明同样地,构成为抑制纹波的频带的纹波电流通过。在该情况下,电解电容器C3也是在布线路径上配置在与陶瓷电容器C1和混合电容器C2相比最远离一组开关元件的位置。此外,变形例1是在混合电容器C2与电解电容器C3的个数比为6:1时总体积最小的组合的例子。
如以上那样,在变形例1中,电解电容器C3配置于基板80的中央部,陶瓷电容器C1和混合电容器C2配置在比电解电容器C3靠基板80的外周部的位置。
据此,电解电容器C3配置于基板的中央部,因此能够将比其它电容器大型的电解电容器C3配置于易于确保面积的基板80的中央部。由此,能够有效运用基板80表面的区域。
(变形例2)
在上述实施方式1中,例示了开关元件S1~S6、陶瓷电容器C1以及混合电容器C2被直接设置于基板80的情况。在本变形例2中,说明开关元件S1~S6、陶瓷电容器C1以及混合电容器C2不被直接设置于基板80的情况。
图7是表示变形例2所涉及的三相逆变器电路的概要结构的立体图。如图7所示,实施例2所涉及的三相逆变器电路40B被设置成:U相、V相、W相的模块91、92、93相对于基板80b竖立设置。U相、V相、W相的模块91、92、93分别经由汇流条74、75、76来与电动机M1的各相电连接。各模块91、92、93基本上是相同的结构,因此在此例示U相的模块91来具体说明。
图8是表示变形例2所涉及的U相的模块的俯视图。如图8所示,U相的模块91具有不同于基板80b的另外的矩形形状的基板911(第一基板)。此外,V相的模块92所具备的基板921是第二基板,W相的模块93所具备的基板931是第三基板。各基板911、921、931的大小大致相同。
在基板911设置有3个导电图案912、913、914。导电图案912、914并列地配置,导电图案913配置于导电图案912、914的一侧方。作为U相的高侧开关元件的开关元件S101的漏极端子与导电图案912电连接,源极端子与导电图案913电连接。导电图案912经由基板80b上的导电图案来与电源线Lp电连接。在导电图案913形成有用于使得不与开关元件S101的栅极端子g101导通的缺口9131。栅极端子g101配置于缺口9131内,因此不与导电图案913接触,从而不与导电图案913导通。
作为U相的低侧开关元件的开关元件S104的漏极端子与导电图案913电连接,源极端子与导电图案914电连接。导电图案914经由基板80b上的导电图案来与接地线Lg电连接。在导电图案914形成有用于使得不与开关元件S104的栅极端子g104导通的缺口9141。栅极端子g104配置于缺口9141内,因此不与导电图案914接触,从而不与导电图案914导通。
陶瓷电容器C1及混合电容器C2与导电图案912、914电连接。陶瓷电容器C1配置在比混合电容器接近导电图案913的位置。
如图7所示,基板80b是圆形的基板,在其中央部配置有电解电容器C3。各模块91、92、93以包围电解电容器C3的方式配置于基板80b。电解电容器C3经由基板80b上的导电图案来并联地电连接于各模块91、92、93。因此,电解电容器C3为比各相的陶瓷电容器C1和混合电容器C2长且比开关元件S101、S104长的布线图案,因此配置在远的位置。因而,在图7中为以下结构:不使用汇流条而使从混合电容器C2到电解电容器C3的布线路径中的寄生电感起作用。
如以上那样,变形例2所涉及的电力变换装置具有不同于基板80b的另外的第一基板(基板911)、第二基板(基板921)以及第三基板(基板931),多个开关元件形成三相逆变器电路,多个开关元件包括U相的高侧开关元件S101、U相的低侧开关元件S104、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,在第一基板设置U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、以及与该U相的高侧开关元件及所述U相的低侧开关元件电连接的第一电容器(陶瓷电容器C1)及第二电容器(混合电容器C2),在第二基板设置V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、以及与该V相的高侧开关元件及所述V相的低侧开关元件电连接的第一电容器及第二电容器,在第三基板设置W相的高侧开关元件、W相的低侧开关元件、以及与该W相的高侧开关元件及W相的低侧开关元件电连接的第一电容器及第二电容器,在基板80b设置第三电容器(电解电容器C3),并且第一基板、第二基板以及第三基板以包围该第三电容器的方式竖立设置在基板80b上。
据此,第一基板(基板911)、U相的高侧开关元件(开关元件S101)、U相的低侧开关元件(开关元件S104)、第一电容器(陶瓷电容器C1)以及第二电容器(混合电容器C2)被模块化。同样地,第二基板、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、第一电容器以及第二电容器被模块化。另外,第三基板、W相的高侧开关元件、W相的低侧开关元件、第一电容器以及第二电容器被模块化。这些各模块91、92、93以包围电解电容器C3的方式相对于基板80b竖立设置,因此能够使基板80b在俯视时小型。
另外,第一基板(基板911)、第二基板(基板921)以及第三基板(基板931)的大小大致相同。
据此,各模块91、92、93的基板911、921、931的大小大致相同,因此能够使各模块91、92、93为大致均等的大小,结果是能够进一步使逆变器10小型。
(变形例3)
在上述实施方式1中,例示了各相的开关元件S1~S6大致均等地配置于基板80的情况。在本变形例3中,例示各相的开关元件有偏颇地配置于基板80c的情况。
图9是表示变形例3所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。
如图9所示,在变形例3中,各相的开关元件S不均匀地配置于矩形形状的基板80c。具体地说,在图9中,在基板80c的右侧的端部区域排列有多个U相的开关元件,在左侧的端部区域排列有多个W相的开关元件,在相对于中央而言偏右的区域排列有多个V相的开关元件。在各相中,设置有多个陶瓷电容器C1和多个混合电容器C2。此外,在图9中,省略了多个陶瓷电容器C1。
图10是表示变形例3所涉及的一对开关元件附近的结构的俯视图。图10是图9中的双点划线区域R的放大图。如图10所示,作为U相的高侧开关元件的开关元件S1的漏极端子与第一导电图案81b电连接,源极端子与U相导电图案83b电连接。作为U相的低侧开关元件的开关元件S4的漏极端子与U相导电图案83b电连接,源极端子与第二导电图案82b电连接。陶瓷电容器C1和两个混合电容器C2并联地电连接于第一导电图案81b和第二导电图案82b。陶瓷电容器C1配置在比两个混合电容器C2接近开关元件S1、S4的位置。
如图9所示,电解电容器C3在布线路径上配置在比陶瓷电容器C1和混合电容器C2远离开关元件S1、S4的位置。此外,在图9中,电解电容器C3的大小(直径)不是实际的大小,而是示出了安装的位置。
(变形例4)
在上述实施方式1中,例示了在各相设置有一对开关元件的情况。在本变形例4中,说明在各相设置有四对开关元件的情况。
图11是表示变形例4所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。如图11所示,在变形例4中,针对各相设置有四对开关元件。具体地说,在U相中,设置有4对作为U相的高侧开关元件的开关元件S1和作为U相的低侧开关元件的开关元件S4,且这些开关元件并联地电连接。另外,U相的混合电容器C2设置有4个,分别配置在与各开关元件S1相向的位置。
在V相中,设置有4对作为V相的高侧开关元件的开关元件S2和作为V相的低侧开关元件的开关元件S5,且这些开关元件并联地电连接。另外,V相的混合电容器C2设置有4个,分别配置在与各开关元件S2相向的位置。
在W相中,设置有4对作为W相的高侧开关元件的开关元件S3和作为W相的低侧开关元件的开关元件S6,且这些开关元件并联地电连接。另外,W相的混合电容器C2设置有4个,分别配置在与各开关元件S3相向的位置。
在该情况下,电解电容器(省略图示)也是与电连接于第一导电图案81的第一汇流条(省略图示)及电连接于第二导电图案82的第二汇流条72电连接。因此,电解电容器在布线路径上配置在与陶瓷电容器C1和混合电容器C2相比最远离各开关元件的位置。
(变形例5)
在变形例4中,例示了第一导电图案81沿着基板80的外周的整周进行设置的情况。在本变形例5中,说明第一导电图案仅设置于各相的高侧开关元件的附近的情况。
图12是表示变形例5所涉及的各开关元件和各电容器的布局的俯视图。如图12所示,在变形例5中,第一导电图案81d被进行了三分割,各第一导电图案81d配置于作为各相的高侧开关元件的开关元件S1、S2、S3的附近。各第一导电图案81d从基板80的背面侧通过汇流条75而电连接。在该汇流条75以及电连接于第二导电图案82的汇流条(省略图示)上电连接有电解电容器。因此,电解电容器在布线路径上配置在与陶瓷电容器C1和混合电容器C2相比最远离各开关元件的位置。
(变形例6)
在上述实施方式1中,例示了开关元件S1~S6、陶瓷电容器C1以及混合电容器C2被直接设置于基板80的情况。在本变形例6中,说明在相向地配置的第一基板和第二基板上安装各电路部件的情况。
图13是表示变形例6所涉及的各开关元件和各电容器的布局的侧视图。如图13所示,在第一基板81e设置有至少一个开关元件S和至少一个陶瓷电容器C1。另一方面,在第二基板82e设置有控制IC 99、至少一个混合电容器C2以及至少一个电解电容器C3。第一基板81e与第二基板82e电连接。若以各开关元件S为基准,在布线路径上,陶瓷电容器C1配置在最接近开关元件S的位置,混合电容器C2配置在其次接近开关元件S的位置,电解电容器C3配置在最远离开关元件S的位置。
这样,在变形例6中,开关元件S和陶瓷电容器C1(第一电容器)设置在第一基板81e上,混合电容器C2(第二电容器)和电解电容器C3(第三电容器)设置在与第一基板81e相向的第二基板82e上。
据此,设置有开关元件S和陶瓷电容器C1的第一基板81e与设置有混合电容器C2和电解电容器C3的第二基板82e相向地配置,因此在俯视时第一基板81e与第二基板82e重叠。因而,能够进一步使转换器小型。
(变形例7)
在上述实施方式1中,例示了正六边形形状的基板80来进行说明。在本变形例7中,例示圆形形状的基板80f来进行说明。
图14是表示变形例7所涉及的基板80f的俯视图。如图14所示,基板80f在俯视时呈圆形形状,在一个主面设置有第一导电图案81f、第二导电图案82、U相导电图案83、V相导电图案84以及W相导电图案85。第一导电图案81f是正极侧的导电图案,其外形呈圆形形状。在图14中,双点划线是容纳在基板80内的虚拟圆Cf。虚拟圆Cf、基板80的外形以及第一导电图案81f的外形为同心圆。多个开关元件S1~S6沿着该虚拟圆Cf进行配置。具体地说,多个开关元件S1~S6分别在与虚拟圆Cf重叠的位置且在周向上等间隔地配置。
这样,多个开关元件S1~S6沿着容纳在基板80内的虚拟圆Cf进行配置,因此能够相对于基板80的中心均等地配置各开关元件S1~S6。因而,能够进一步使电力变换装置小型。
此外,在此,例示了虚拟圆Cf与基板80的外形是同心圆的情况,但是虚拟圆Cf只要是容纳在基板80内的虚拟的圆即可,可以是任意的。因此,基板80的外形也可以是圆形以外的形状。
(实施方式2)
在实施方式2中,说明应用了能够进行立体布线的汇流条的三相逆变器电路。图15是表示实施方式2所涉及的三相逆变器电路40G的概要结构的俯视图。具体地说,图15是与图5对应的图。
如图15所示,实施方式2所涉及的三相逆变器电路40G具备作为电连接构件的汇流条130。汇流条130将第一导电图案81与第二导电图案82电连接。
下面,使用图16~图18来说明实施方式2所涉及的汇流条130。此外,将安装基板110、汇流条130以及基板80的并排方向定义为Z轴方向。Z轴方向也有时称为上下方向。X轴方向、Y轴方向是相互正交、且分别还与Z轴方向正交的方向。
[结构]
图16是表示实施方式2所涉及的电连接构造100g的立体图。在图16中,利用图15所示的XVI-XVI切割线将基板80切断,将该部分放大用立体图示出。如图16所示,电连接构造100g具备安装基板110、基板80以及安装于基板80的汇流条130。此外,在图16中,示出了安装基板110和基板80被组装之前的状态。
安装基板110例如是印刷电路板或金属基板,是与XY平面平行的板状构件。安装基板110以与基板80相向的状态电连接于汇流条130。具体地说,在安装基板110的靠基板80一侧(Z轴方向正侧)的主面安装有与汇流条130连接的连接器11。虽然省略了图示,但是在安装基板110,以与连接器11导通自如的方式配置有电解电容器C3。由此,电解电容器C3在布线路径上连接于比混合电容器C2远离开关元件S1~S6的位置。
基板80是印刷电路板或金属基板,在本实施方式中例示是金属基板的情况。基板80是与XY平面平行的板状构件。基板80具备平板的金属层21、在金属层21的靠安装基板110一侧的主面的整面上层叠的绝缘层22、以及在绝缘层22的靠安装基板110一侧的主面形成的第一导电图案81和第二导电图案82。由此,借助汇流条130以及与汇流条130连接的连接器11来立体地配置安装基板110和基板80。其结果,能够将安装基板110和基板80高密度地进行安装。
在金属层21的与第二基板120侧相反的一侧(Z轴方向负侧)的主面,以能够导热的状态安装有未图示的散热部。作为散热部,例如列举出散热片、水冷器、空冷器、油冷器等。
第一导电图案81和第二导电图案82在X轴方向上隔开规定的间隔地配置。第一导电图案81和第二导电图案82分别与直流电源电连接。第一导电图案81和第二导电图案82中的、配置于X轴方向负侧的第一导电图案81是负极侧的导电图案,第一导电图案81和第二导电图案82中的、配置于X轴方向正侧的第二导电图案82是正极侧的导电图案。在第一导电图案81和第二导电图案82上经由焊料部25、26电连接有汇流条130。
另外,在基板80的靠安装基板110侧的主面,在第一导电图案81与第二导电图案82之间的区域形成有一对凹部27、28。一对凹部27、28沿着Y轴方向排列。一对凹部27、28既可以是贯通孔,也可以是具有底的洞。
接着,说明汇流条130的详情。图17是实施方式2所涉及的汇流条130的截面图。图18是实施方式2所涉及的汇流条130的侧视图。在图18中,仅将基板80以截面图示出。
如图16~图18所示,汇流条130具备第一汇流条31、第二汇流条32以及绝缘部33。此外,在本实施方式中,例示第一汇流条31与第二汇流条32是相同的部件的情况。因此,在下面的说明中,详细说明第一汇流条31。
第一汇流条31如图17所示那样是在剖视时形成为L字状的金属制的金属片。具体地说,第一汇流条31具备作为L字状的短边部的第一连接部311以及作为L字状的长边部的第一竖立设置部312,且第一连接部311与第一竖立设置部312成一体。
第一连接部311是与XY平面平行的平板状的部位,经由焊料部25来与第二基板120的第一导电图案81电连接。第一竖立设置部312是与YZ平面平行的平板状的部位,从第一连接部311的一个端部(X轴方向正侧的端部)朝向Z轴方向正侧竖立设置。如图18所示,第一竖立设置部312的上端部呈随着去向上方而变细的形状。具体地说,第一竖立设置部312的上端面313是平坦的,将该上端面313夹在中间的一对部位分别为倾斜部314。关于倾斜部314,在图18中例示了呈凹状地弯曲的情况,但是也可以呈凸状地弯曲,还可以呈直线状地倾斜。
第二汇流条32是与第一汇流条31相同的部件,也就是说,是形状与第一汇流条31的形状相同的部件。第二汇流条32的设置时的姿势(方向)与第一汇流条31不同。第二汇流条32的各部与第一汇流条31的各部的对应关系如下:第一连接部311与第二连接部321对应,第一竖立设置部312与第二竖立设置部322对应,上端面313与上端面323对应,倾斜部314与倾斜部324对应。
绝缘部33是用于将第一汇流条31与第二汇流条32绝缘、且保持第一汇流条31和第二汇流条32的构件。具体地说,绝缘部33例如是大致长方体状的绝缘性的树脂,覆盖第一汇流条31和第二汇流条32的一部分。例如,绝缘部33是通过与第一汇流条31及第二汇流条32一起被进行嵌件成型而形成的。
在被绝缘部33保持的状态下,第一汇流条31与第二汇流条32在以与XZ平面平行的平面为基准相背对的姿势下、在X轴方向上隔开规定的间隔地配置。具体地说,第一汇流条31的第一连接部311朝向X轴方向负侧,第一竖立设置部312朝向X轴方向正侧。与之相反地,第二汇流条32的第二连接部321朝向X轴方向正侧,第二竖立设置部322朝向X轴方向负侧。由此,第一竖立设置部312与第二竖立设置部322隔开规定的间隔地相向。在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间填充有绝缘部33,从而第一竖立设置部312与第二竖立设置部322绝缘。将绝缘部33的填充在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间的部位设为中间部331。
第一竖立设置部312的上部和第二竖立设置部322的上部从绝缘部33的上表面突出。通过对该第一竖立设置部312的上部和第二竖立设置部322的上部嵌入连接器11来将它们电连接。
第一连接部311的顶端部从绝缘部33的X轴方向负侧的侧面突出。第一连接部311的从绝缘部33突出的部位的周缘部遍及整周地通过焊料部25焊接于第一导电图案81。第一连接部311的下表面与绝缘部33的下表面为一个面,第一连接部311的下表面从绝缘部33露出。第一连接部311的下表面通过利用焊料部25的焊接来与第一导电图案81电连接。
第二连接部321的顶端部从绝缘部33的X轴方向正侧的侧面突出。第二连接部321的从绝缘部33突出的部位的周缘部遍及整周地通过焊料部26焊接于第二导电图案82。第二连接部321的下表面与绝缘部33的下表面为一个面,第二连接部321的下表面从绝缘部33露出。第二连接部321的下表面通过利用焊料部26的焊接来与第二导电图案82电连接。
如图17和图18所示,在绝缘部33的中间部331的下表面形成有向下方突出的一对凸部332、333。一对凸部332、333具有与一对凹部27、28嵌合的形状即可,其形状可以是任意的。例如,在一对凹部27、28是圆柱状的凹部的情况下,一对凸部332、333也是圆柱状的凸部。由于一对凸部332、333与一对凹部27、28嵌合,因此即使是焊接前也能够使汇流条130在基板80上稳定。特别是,在本实施方式中,多个凸部(凸部332、333)与多个凹部(凹部27、28)嵌合,因此能够限制汇流条130在基板80上的旋转,能够进一步使汇流条130稳定。此外,凹部和凸部的设置个数只要是一组以上即可。
接着,针对第一汇流条31和第二汇流条32说明其电气上的作用。当第一汇流条31和第二汇流条32分别为被绝缘部33保持的状态时,第一竖立设置部312与第二竖立设置部322以通过中间部331而绝缘的状态隔开规定的间隔地相向。第一汇流条31的第一连接部311与负极侧的第一导电图案81电连接,第二汇流条32的第二连接部321与正极侧的第二导电图案82电连接,因此第一汇流条31中流动的电流的方向与第二汇流条32中流动的电流的方向相反。因此,由第一汇流条31的第一竖立设置部312中流动的电流产生的磁场与由第二汇流条32的第二竖立设置部322中流动的电流产生的磁场相互抵消。由此,汇流条130整体上的电感减少。
此外,第一汇流条31的第一竖立设置部312与第二汇流条32的第二竖立设置部322之间的间隔H只要是能够将磁场相互抵消的间隔即可。具体地说,只要小于第一连接部311或第二连接部321的长度L即可,更具体地说,只要为1mm以下即可。
[效果等]
如以上那样,本实施方式所涉及的汇流条130具备:第一汇流条31,其具有与基板80电连接的第一连接部311以及从第一连接部311的一个端部竖立设置的第一竖立设置部312;第二汇流条32,其具有与基板80电连接的第二连接部321以及从第二连接部321的一个端部竖立设置的第二竖立设置部322;以及绝缘部33,其以使第一竖立设置部312与第二竖立设置部322以绝缘的状态隔开规定的间隔地相向的方式,保持第一汇流条31和第二汇流条32,其中,第一汇流条31和第二汇流条32中的一方与直流电源的正极电连接,第一汇流条31和第二汇流条32中的另一方与直流电源的负极电连接。
据此,第一汇流条31和第二汇流条32中的一方与直流电源的正极电连接,第一汇流条31和第二汇流条32中的另一方与直流电源的负极电连接。因此,由第一汇流条31的第一竖立设置部312中流动的电流产生的磁场的方向与由第二汇流条32的第二竖立设置部322中流动的电流产生的磁场的方向相反。第一竖立设置部312与第二竖立设置部322隔着绝缘部33隔开规定的间隔地相向,因此在第一竖立设置部312中产生的磁场与在第二竖立设置部322中产生的磁场相互抵消,作为结果,能够减少电感。因而,除了通过安装基板110和基板80的立体配置得到的高密度安装以外,还能够减少电感。
另外,第一连接部311和第二连接部321中的一方通过焊接连接于设置在基板80上的负极侧的第一导电图案81,第一连接部311和第二连接部321中的另一方通过焊接连接于设置在基板80上的正极侧的第二导电图案82。
据此,第一连接部311和第二连接部321均通过焊接连接于基板80上的第一导电图案81和第二导电图案82,因此能够简单地将第一连接部311和第二连接部321连接于基板80上的第一导电图案81和第二导电图案82。第一连接部311和第二连接部321均不经由通孔而焊接于第一导电图案81和第二导电图案82,因此能够增大连接面积,还能够提高连接强度。
另外,基板80是金属基板。
据此,基板80是金属基板,因此能够经由金属基板高效地散出汇流条130发出的热。由此,能够抑制开关元件S1~S6由于来自汇流条130的热而失控,能够更可靠地抑制开关元件S1~S6的高电压化。
另外,在绝缘部33的作为第一连接部311与第二连接部321之间的中间部331和基板80中的一方形成有至少一个凸部332、333,在中间部331和基板80中的另一方形成有供至少一个凸部332、333分别嵌合的至少一个凹部27、28。
据此,在中间部331和基板80中的一方设置的凸部332、333与在中间部331和基板80中的另一方设置的凹部27、28嵌合,因此即使是与第一导电图案81及第二导电图案82进行连接的作业之前,也能够稳定地保持汇流条130和基板80。因而,在连接作业时,汇流条130不容易相对于基板80发生位置偏移,能够容易地进行连接作业。
(实施方式3)
接着,说明实施方式3所涉及的汇流条130h。实施方式3所涉及的汇流条130h在以下方面与上述实施方式所涉及的汇流条130不同:在第一汇流条31与第二汇流条32之间设置有电解电容器C3。也就是说,在实施方式3中,从安装基板110去除了电解电容器C3。此外,在下面的说明中,有时对与上述实施方式相同的部分标注相同的标记并省略其说明。
图19是表示实施方式3所涉及的电连接构造100h的立体图。图20是实施方式3所涉及的汇流条130h的截面图。图21是实施方式3所涉及的汇流条130h的侧视图。在图21中,仅将基板80以截面图示出。
如图19~图21所示,在第一汇流条31的第一竖立设置部312与第二汇流条32的第二竖立设置部322之间配置有电解电容器C3。
在本实施方式中,电解电容器C3设置有多个,但是也可以是一个。具体地说,电解电容器C3设置有6个,通过绝缘部33的中间部331而被保持在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间。多个电解电容器C3并联地电连接于第一竖立设置部312和第二竖立设置部322。由此,多个电解电容器C3使电流平滑化,因此能够减少纹波噪声。
如以上那样,本实施方式所涉及的汇流条130h具有电解电容器C3,该电解电容器C3以被绝缘部33保持并且配置于第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间的状态连接于第一竖立设置部312和第二竖立设置部322。
据此,配置于第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间的电解电容器C3电连接于第一竖立设置部312和第二竖立设置部322,因此能够减少流过第一汇流条31和第二汇流条32的电流的纹波噪声。
另外,电解电容器C3配置于第一汇流条31与第二汇流条32之间,因此能够缩短针对该电解电容器C3的布线路径。因而,能够进一步减少电感。
另外,具备多个电解电容器C3,多个电解电容器C3以串联、并联以及串并联中的至少一个方式电连接。
据此,多个电解电容器C3以串联、并联以及串并联中的至少一个方式电连接,因此能够调整多个电解电容器C3的设置个数、组合、连接方式,从而能够调整成期望的容量值、耐压值。
此外,也可以是,在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间配置混合电容器C2来代替电解电容器C3,将该混合电容器C2电连接于第一竖立设置部312和第二竖立设置部322。在该情况下,能够缩短针对混合电容器C2的布线路径。另外,关于混合电容器C2也是同样,还能够在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间配置多个混合电容器C2。在该情况下,多个混合电容器C2以串联、并联以及串并联中的至少一个方式电连接。由此,能够调整多个混合电容器C2的设置个数、组合、连接方式,从而能够调整成期望的容量值、耐压值。
在此,在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间仅配置混合电容器C2的情况下,只要针对安装基板110以与连接器11导通自如的方式配置电解电容器C3即可。由此,电解电容器C3在布线路径上连接于比混合电容器C2远离开关元件S1~S6的位置。
另外,在第一竖立设置部312与第二竖立设置部322之间配置混合电容器C2和电解电容器C3这两者的情况下,只要将电解电容器C3配置于远离基板80的位置、将混合电容器C2配置于接近基板80的位置即可。由此,电解电容器C3在布线路径上连接于比混合电容器C2远离开关元件S1~S6的位置。
(其他)
以上,基于上述各实施方式和各变形例说明了本公开所涉及的电力变换装置,但是本公开不限定于上述各实施方式和各变形例。
例如,在上述实施方式1中,作为电力变换装置,例示了逆变器10,但是电力变换装置只要是具有对电力进行变换的功能的装置即可,可以是任意的。作为逆变器10以外的电力变换装置,例如列举出转换器。
另外,在上述实施方式中,例示了基板80在俯视时呈正六边形形状或圆形形状的情况,但是基板的俯视时的形状可以是任意的。作为基板的俯视时的其它形状,列举出正六边形以外的多边形形状、圆形形状以外的椭圆形形状等。无论基板的形状如何,只要能够在基板内制作虚拟的正六边形或圆形,就能够沿着该正六边形的各边或该圆形配置各开关元件。
另外,在上述实施方式中,作为第一电容器例示了陶瓷电容器C1,作为第二电容器例示了混合电容器C2,作为第三电容器例示了电解电容器C3。然而,只要满足第一电容器的阻抗大于第二电容器及第三电容器的阻抗、且第三电容器的阻抗小于第二电容器的阻抗这样的条件,则各电容器的种类可以是任意的。例如,也可以是,除陶瓷电容器、混合电容器、电解电容器以外,还加上薄膜电容器,从这4种电容器中形成满足上述条件的组合。
另外,也可以在混合电容器C2与电解电容器C3之间的布线路径上电连接电感器。具体地说,只要在图2所示的点P的位置串联连接电感器即可。如果在布线路径上串联地电连接有电感器,则能够通过对该电感器的电感值进行调整来调整布线路径的电感值与电感器的电感值的合成电感器的电感值。通过调整合成电感器的电感值,能够进一步抑制纹波电流通过。此外,电感器也可以并联连接到布线路径。
另外,在上述实施方式1中,例如图5所示,以使开关元件S1~S6的端子的方向为去向基板80的中心的方向或者远离中心的方向的方式配置开关元件S1~S6,但是并不限定于这种配置结构。例如,图22是表示实施方式1所涉及的各开关元件和各电容器的其它布局的俯视图。如图22所示,开关元件S1~S6被配置成:开关元件S1~S6的端子的方向与基板80的俯视时呈正六边形形状的各边的方向相同(平行)。通过设为这种结构,与图5的情况相比,例如,开关元件S1、开关元件S4与陶瓷电容器C1的距离、还有开关元件S1、开关元件S4与混合电容器C2的距离均能够缩短,因此能够进一步抑制浪涌、纹波。除此以外,由于上述距离变短,因此能够使基板80小型化。此外,通过设为与上述同样的结构,针对图14的圆形的基板80f,也能够实现浪涌、纹波的抑制以及小型化。
另外,在上述实施方式2中,例示了第一汇流条31在剖视时呈L字状的情况,也就是说,例示了第一连接部311与第一竖立设置部312所形成的角度为大致90度的情况,但是只要第一竖立设置部312相对于第一连接部311竖立设置,那么第一连接部与第一竖立设置部所形成的角度也可以是90度以外的角度。另外,第一竖立设置部也可以在剖视时不是呈直线状地竖立设置,也可以是呈曲线状地竖立设置。这在第二汇流条中也是同样的。
另外,在上述实施方式2中,例示了第一汇流条31的形状与第二汇流条32的形状相同的情况,但是第一汇流条的形状与第二汇流条的形状也可以互不相同。
另外,在上述实施方式2中,例示了第一连接部311和第二连接部321被焊接于第一导电图案81和第二导电图案82的情况。然而,第一连接部及第二连接部与导电图案的连接方式可以是任意的。作为其它连接方式,例如列举出嵌塞或螺纹固定等机械紧固的连接方式、电阻焊或激光焊等焊接的连接方式等。
另外,在上述实施方式2中,例示了基板80是金属基板的情况,但是也可以是由金属以外的材料形成的基板。
另外,在上述实施方式2中,例示了在绝缘部33形成有凸部332、333、且在基板80形成有凹部27、28的情况,但是也可以是在绝缘部形成凹部、且在第二基板形成与该凹部嵌合的凸部。
另外,在上述实施方式2中,例示了绝缘部33是通过与第一汇流条31及第二汇流条32一起被进行嵌件成型而形成的情况,但是绝缘部33只要被填充到第一汇流条31的第一竖立设置部312与第二汇流条32的第二竖立设置部322之间来将它们绝缘,其制造方法可以是任意的。例如,绝缘部也可以是插入安装在第一竖立设置部与第二竖立设置部之间的薄片状的绝缘体。
另外,在上述实施方式中,例示了安装于安装基板110的连接器11与汇流条130连接的情况,但是也可以将连接于线缆的连接器与汇流条连接。也可以对汇流条连接连接器以外的连接端子(螺钉等)。
另外,在上述实施方式2中,例如图15所示,以使开关元件S1~S6的端子的方向为去向基板80的中心的方向或者远离中心的方向的方式配置开关元件S1~S6,但是不限定于这种配置结构。例如,图23是表示实施方式2所涉及的三相逆变器电路的其它概要结构的俯视图。如图23所示,开关元件S1~S6被配置成:开关元件S1~S6的端子的方向与基板80的俯视时呈正六边形形状的各边的方向相同(平行)。而且,将汇流条130电连接于第一导电图案81和第二导电图案82。通过设为这种结构,与图15的情况相比,例如,开关元件S1、开关元件S4与陶瓷电容器C1的距离、还有开关元件S1、开关元件S4与混合电容器C2的距离均能够缩短,因此能够进一步抑制浪涌、纹波。除此以外,由于上述距离变短,因此能够使基板80小型化。
另外,基板80也可以平行于与电动机M1的旋转轴正交的面、且配置于该电动机M1的端面侧。具体地说,基板80也可以在电动机M1的与旋转轴相反的一侧的端面侧,与同该旋转轴正交的面平行地配置。另外,基板80还可以在电动机M1的具有旋转轴的端面侧,与同该旋转轴正交的面平行地配置。在该情况下,期望在基板80设置有供旋转轴贯通的贯通孔。
无论在哪种情况下,从轴向观察时基板80与电动机M1都重合。因而,能够紧凑地配置基板80和电动机M1,能够进一步使电力变换装置小型。
除此以外,对实施方式实施本领域技术人员所想到的各种变形所得到的方式、通过在不脱离本公开的宗旨的范围内将实施方式和各变形例中的构成要素和功能任意地组合所实现的方式也包含在本公开中。
产业上的可利用性
如以上所说明的那样,本公开作为车辆驱动装置所具备的电力变换装置是有用的。

Claims (19)

1.一种电力变换装置,具备:
基板;
设置在所述基板上的多个开关元件;以及
彼此并联地电连接于所述开关元件的直流电压侧的正极与负极之间的第一电容器、第二电容器及第三电容器,
其中,所述第一电容器在布线路径上连接于比所述第二电容器和所述第三电容器接近所述开关元件的位置,
所述第三电容器在所述布线路径上连接于比所述第二电容器远离所述开关元件的位置,
相比于所述第二电容器和所述第三电容器,所述第一电容器在从导致电磁干扰的高频噪声到浪涌的频带中的阻抗小,
相比于所述第一电容器和所述第三电容器,所述第二电容器在纹波的频带中的阻抗小,
相比于所述第一电容器和所述第二电容器,所述第三电容器在比所述纹波的频带低的频带中的阻抗小。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第二电容器与所述第三电容器之间的布线路径构成为抑制所述纹波的频带的纹波电流通过。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第二电容器与所述第三电容器之间的所述布线路径由汇流条构成。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置,其特征在于,
所述汇流条构成为通过对其形状、尺寸以及材质中的至少任一者进行调整来抑制所述纹波电流通过。
5.根据权利要求2所述的电力变换装置,其特征在于,
在所述布线路径上电连接有电感器。
6.根据权利要求1所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第一电容器是陶瓷电容器,
所述第二电容器是混合电容器,
所述第三电容器是电解电容器。
7.根据权利要求1或2所述的电力变换装置,其特征在于,
多个所述开关元件形成三相逆变器电路,
多个所述开关元件包括U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,
所述U相的低侧开关元件以与容纳在所述基板内的虚拟的正六边形的第一边相对应的方式配置,
所述U相的高侧开关元件以与所述正六边形的同所述第一边相邻的第二边相对应的方式配置,
所述V相的低侧开关元件以与所述正六边形的同所述第二边相邻的第三边相对应的方式配置,
所述V相的高侧开关元件以与所述正六边形的同所述第三边相邻的第四边相对应的方式配置,
所述W相的低侧开关元件以与所述正六边形的同所述第四边相邻的第五边相对应的方式配置,
所述W相的高侧开关元件以与所述正六边形的同所述第五边相邻的第六边相对应的方式配置。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第三电容器配置于所述基板的中央部,
所述第一电容器和所述第二电容器配置在比所述第三电容器靠所述基板的外周部的位置。
9.根据权利要求1或2所述的电力变换装置,其特征在于,
具有不同于所述基板的另外的第一基板、第二基板以及第三基板,
多个所述开关元件形成三相逆变器电路,
多个所述开关元件包括U相的高侧开关元件、U相的低侧开关元件、V相的高侧开关元件、V相的低侧开关元件、W相的高侧开关元件以及W相的低侧开关元件,
在所述第一基板设置所述U相的高侧开关元件、所述U相的低侧开关元件、以及与该U相的高侧开关元件及所述U相的低侧开关元件电连接的所述第一电容器及所述第二电容器,
在所述第二基板设置所述V相的高侧开关元件、所述V相的低侧开关元件、以及与该V相的高侧开关元件及所述V相的低侧开关元件电连接的所述第一电容器及所述第二电容器,
在所述第三基板设置所述W相的高侧开关元件、所述W相的低侧开关元件、以及与该W相的高侧开关元件及所述W相的低侧开关元件电连接的所述第一电容器及所述第二电容器,
在所述基板设置所述第三电容器,并且所述第一基板、所述第二基板以及所述第三基板以包围该第三电容器的方式竖立设置在所述基板上。
10.根据权利要求9所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第一基板、所述第二基板以及所述第三基板的大小大致相同。
11.根据权利要求1或2所述的电力变换装置,其特征在于,
所述开关元件和所述第一电容器设置在第一基板上,
所述第二电容器和所述第三电容器设置在与所述第一基板相向的第二基板上。
12.根据权利要求1或2所述的电力变换装置,其特征在于,
多个所述开关元件沿着容纳在所述基板内的虚拟圆进行配置。
13.根据权利要求1或2所述的电力变换装置,其特征在于,
多个所述开关元件形成用于驱动电动机的三相逆变器电路,
所述基板平行于与所述电动机的旋转轴正交的面、且配置于该电动机的端面侧。
14.根据权利要求3或4所述的电力变换装置,其特征在于,
所述汇流条具备:
第一汇流条,其具有与所述基板电连接的第一连接部以及从所述第一连接部的一个端部竖立设置的第一竖立设置部;
第二汇流条,其具有与所述基板电连接的第二连接部以及从所述第二连接部的一个端部竖立设置的第二竖立设置部;以及
绝缘部,其以使所述第一竖立设置部与所述第二竖立设置部以绝缘的状态隔开规定的间隔地相向的方式,保持所述第一汇流条和所述第二汇流条,
其中,所述第一汇流条和所述第二汇流条中的一方与直流电源的正极电连接,所述第一汇流条和所述第二汇流条中的另一方与直流电源的负极电连接。
15.根据权利要求14所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第一连接部和所述第二连接部中的一方通过焊接连接于设置在所述基板上的正极侧的导电图案,
所述第一连接部和所述第二连接部中的另一方通过焊接连接于设置在所述基板上的负极侧的导电图案。
16.根据权利要求14所述的电力变换装置,其特征在于,
所述基板是金属基板。
17.根据权利要求14所述的电力变换装置,其特征在于,
在所述绝缘部的作为所述第一连接部与所述第二连接部之间的中间部和所述基板中的一方形成有至少一个凸部,
在所述中间部和所述基板中的另一方形成有供所述至少一个凸部分别嵌合的至少一个凹部。
18.根据权利要求14所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第二电容器和所述第三电容器中的至少一方以被所述绝缘部保持并且配置于所述第一竖立设置部与所述第二竖立设置部之间的状态电连接于所述第一竖立设置部和所述第二竖立设置部。
19.根据权利要求18所述的电力变换装置,其特征在于,
所述第二电容器和所述第三电容器中的至少一方设置有多个,
所述第二电容器和所述第三电容器中的、设置有多个的一方或两方以串联、并联以及串并联中的至少一个方式彼此电连接。
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