JP2000152656A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】平滑コンデンサを有する電力変換装置の大幅な
小型化及びコストダウンが可能な電力変換装置を提供す
ること。 【解決手段】偏平型コンデンサ４の一対の広幅側面部４
１の軸方向かつ周方向における少なくとも中央部をケー
ス２１の蓋板部２１ｂとモジュール２０の上面の押え突
起２３ｃとで挟持する。このようにすれば、偏平型コン
デンサの採用により電力変換装置のケース内のアイドル
スペースを減らしてその必要容積を低減できるととも
に、コンデンサを特製する必要がない。また、電力変換
装置の平滑コンデンサとして偏平型コンデンサを採用す
ることにより派生する偏平型コンデンサの内部温度上昇
によるその外囲器の膨張を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力の直交ないし
交直変換を行う電力変換装置に関し、特に、その直流電
圧変動低減用の平滑コンデンサを有する電力変換装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電力の直交ないし交直変換を行う電力変
換部の一対の直流端間の電圧変動を低減する平滑コンデ
ンサを有する電力変換装置として単相あるいは三相イン
バータ装置あるいはＤＣ−ＤＣコンバータ装置あるいは
整流装置が広く実用されており、それらの大部分におい
て、上記電力変換部の一対の直流端間に電圧変動低減用
の平滑コンデンサが接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の電力変換装置
は、安全性や保護性を向上する観点からケースに密閉さ
れるのが通常であるが、上述した電力変換装置における
平滑コンデンサは大型部品であるため、ケース内部の相
当のスペースを占有し、装置体格が平滑コンデンサのた
めに大型化してしまうという問題があった。

【０００４】そこで、装置小型化のために平滑コンデン
サに偏平型コンデンサを用いてケース内のアイドルスペ
ースを低減することが考えられる。しかしながら、偏平
型コンデンサを平滑コンデンサとして用いると、その内
部温度上昇により内圧が増大すると、外囲器の一対の広
幅側面部が外側に容易に膨張変形するため、円筒型コン
デンサに比べて外囲器の肉厚を格段に増大する必要があ
り、汎用品を用いることができずコストアップを招くと
いう不具合があった。

【０００５】更に説明すると、電力変換装置の平滑コン
デンサは大電流での連続的充放電によりコンデンサ内部
の電解液の気化などによりコンデンサの外囲器が膨張
し、この膨張はコンデンサの外囲器と内部素子との間の
隙間増大により外部放熱性を一層悪化させて更なる外囲
器膨張を促進してしまう。本発明は上記問題点に鑑みな
されたものであり、平滑コンデンサを有する電力変換装
置の大幅な小型化及びコストダウンが可能な電力変換装
置を提供することをその解決すべき課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電力変換
装置によれば、偏平型コンデンサの一対の広幅側面部の
軸方向かつ周方向における少なくとも中央部を一対の挟
持部材で挟持する。このようにすれば、偏平型コンデン
サの採用により電力変換装置のケース内のアイドルスペ
ースを減らしてその必要容積を低減できるとともに、コ
ンデンサを特製する必要がない。また、電力変換装置の
平滑コンデンサとして偏平型コンデンサを採用すること
により派生する偏平型コンデンサの内部温度上昇による
その外囲器の膨張を防止することができる。

【０００７】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の電力変換装置において更に、ケースが両挟持部材の一
方を兼用する。このようにすれば、部品点数及び工数の
増加を抑止しつつ請求項１記載の効果を奏することがで
きる。請求項３記載の構成によれば請求項２記載の電力
変換装置において更に、ケースは、底板部側の第一ケー
ス部材と蓋板部側の第二ケース部材とを結合してなり、
第二ケース部材が両挟持部材の一方を兼用する。

【０００８】このようにすれば、第二ケース部材を第一
ケース部材に結合することにより挟持部材による偏平型
コンデンサの挟持を完成させることができるので、挟持
部材による偏平型コンデンサ挟持工程を簡素化すること
ができる。請求項４記載の構成によれば請求項３記載の
電力変換装置において更に、第二ケース部材を金属部材
としたので、なんらの冷却構造の増設なしに偏平型コン
デンサの冷却性を格段に向上することができる。

【０００９】請求項５記載の構成によれば請求項１ない
し４のいずれか記載の電力変換装置において更に、両挟
持部材の他方は電力変換部をなすモジュールと偏平型コ
ンデンサとの間に介設される。このようにすれば、簡単
な形状の上記介設部材を追加するという簡素な手段で、
上記介設部材及びモジュールを介して第一ケース部材及
び第二ケース部材により偏平型コンデンサの外囲器の上
記膨張を阻止することができる。

【００１０】請求項６記載の構成によれば請求項１ない
し４のいずれか記載の電力変換装置において更に、両挟
持部材の他方は電力変換部をなすモジュールからなる。
このようにすれば、部品点数及び工数の増加を抑止しつ
つ請求項１記載の効果を奏することができる。請求項７
記載の電力変換装置によれば、平滑コンデンサ及び電力
変換部が底板部側の第一ケース部材と蓋板部側の第二ケ
ース部材とを結合してなるケースに収容され、第二ケー
ス部材は平滑コンデンサの少なくとも側面に密接する金
属部材からなる。

【００１１】このようにすれば、なんらの冷却構造の増
設なしに偏平型コンデンサの冷却性を格段に向上するこ
とができる。請求項８記載の電力変換装置によれば、平
滑コンデンサ及び電力変換部が底板部側の第一ケース部
材と蓋板部側の第二ケース部材とを結合してなるケース
に収容され、第二ケース部材は、平滑コンデンサに密接
して、第二ケース部材の主面の延在方向と平行な方向へ
の平滑コンデンサの変位を規制する凹凸形状を有する。

【００１２】このようにすれば、平滑コンデンサを固定
する機構の大幅な簡素化または省略を図ることができ
る。請求項９記載の電力変換装置によれば、平滑コンデ
ンサ及び電力変換部が底板部側の第一ケース部材と蓋板
部側の第二ケース部材とを結合してなるケースに収容さ
れ、平滑コンデンサは電力変換部を収容するモジュール
の上面に密接する。このモジュールは、モジュールの上
面の延在方向と平行な方向への平滑コンデンサの変位を
規制する凹凸形状を有する。

【００１３】このようにすれば、平滑コンデンサを固定
する機構の大幅な簡素化または省略を図ることができ
る。請求項１０記載の電力変換装置によれば、平滑コン
デンサは電力変換部を収容するモジュールの上面側に配
置され、平滑コンデンサの電極端子は、モジュールの上
面に露出する電極ターミナルに電気的に接続される締結
用穴部を有する。

【００１４】このようにすれば、平滑コンデンサの電極
端子をモジュールの電極ターミナルに直接締結できるの
で、部品点数及び工数の増加を抑止できる上、配線イン
ダクタンス低減によるサージノイズ低減や、配線抵抗低
減による電力損失低減に有効でき、更に小型化を図るこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電力変換装置の好適例を
以下の実施例により具体的に説明する。

【００１６】

【実施例１】電気自動車の走行モータ駆動用インバータ
装置に適用したこの電力変換装置を図１〜図３を参照し
て以下に説明する。 （回路構成）このインバータ装置の回路図を図１に示
す。

【００１７】１は電気自動車の主バッテリ、２は、主バ
ッテリ１から供給される直流電力を三相交流電力に変換
して走行用モータ３に給電するインバータ装置（本発明
でいう電力変換装置）である。インバータ装置２は、平
滑コンデンサ４、６個のＩＧＢＴユニット５を有する三
相インバータ回路６、三相インバータ回路６を制御する
制御回路７、二つの電流センサ８を有している。三相イ
ンバータ回路６は後述する基板に実装されて本発明で言
うインバータ部を構成している。制御回路７も後述する
制御回路基板に実装されている。

【００１８】ＩＧＢＴユニット５は、ＩＧＢＴ素子５１
とフライバックダイオード５２とを並列接続してなり、
各ＩＧＢＴユニット５は三相インバータ回路６の各アー
ムを構成している。上アームを構成する一つのＩＧＢＴ
ユニット５と同相の下アームを構成するＩＧＢＴユニッ
ト５とは、直列接続されて相インバータ回路を構成し、
結局、三相インバータ回路６は三つの相インバータ回路
を並列接続してなる。三相インバータ回路６の構成およ
び動作自体は周知であるので、これ以上の説明は省略す
る。それぞれの相インバータ回路の交流出力端子は３本
の出力ライン９〜１１を通じて走行用モータ３に給電
し、そして、二つの出力ラインの電流を検出することに
より三相交流モータである走行用モータの相電流を検出
している。

【００１９】制御回路７は、検出した上記相電流や必要
なライン電圧に基づいて三相インバータ回路６の各ＩＧ
ＢＴ５１をＰＷＭ制御し、必要な三相交流電流を走行用
モータ３に給電している。各相インバータ回路（電力変
換部）は、図３に示すように、それぞれ個別にモジュー
ル２０に収容されており、各モジュール２０ごとに個別
に平滑コンデンサ４が設けられ、これら三つのモジュー
ル２０と三つの平滑コンデンサ４はケース２１に収容さ
れている。

【００２０】各相インバータ回路は、それぞれ高位直流
入力端子１２及び低位直流入力端子１３をもち、各高位
直流入力端子１２は接続部材１４を通じて自己に近接す
る平滑コンデンサ４の正の電極端子に接続されるととも
に、更にケーブル導体１５を通じて主バッテリ１の高位
端に接続されている。同様に、各低位直流入力端子１３
は接続部材１６を通じて自己に近接する平滑コンデンサ
４の負の電極端子に接続されるとともに、更にケーブル
導体１７を通じて主バッテリ１の低位端に接続されてい
る。これら３個の平滑コンデンサ４は、各ＩＧＢＴ５１
の高速スイッチングに伴う電流変動を吸収するものであ
る。 （インバータ装置２の全体構造）インバータ装置２の軸
方向縦断面図を図２に示し、その左右方向縦断面図を図
３に示す。

【００２１】ケース２１は、それぞれアルミ成形により
形成されて、上端開口の箱部（第一ケース部材）２１
ａ、及び、この開口を閉鎖する蓋板部（第二ケース部
材）２１ｂからなり、蓋板部２１ｂは箱部２１ａの周縁
部に締結されている。それぞれ相が異なる相インバータ
回路（電力変換部）を個別に内蔵する三つのモジュール
２０は、箱部２１ａの底面に一列に図示しないねじにて
固定され、各モジュール２０の軸方向一端部上面には、
各相インバータ回路の高位直流入力端子１２及び低位直
流入力端子１３が設けられている。

【００２２】更に具体的に説明すると、モジュール２０
は良熱伝導性の材料で形成されてＩＧＢＴ素子５１及び
フライバックダイオード５２が搭載された基板２２と、
この基板２２の周縁部に固定されてＩＧＢＴ素子５１及
びフライバックダイオード５２を密閉する下端開口の電
気絶縁性の樹脂パッケージ部２３とを有し、高位直流入
力端子１２及び低位直流入力端子１３は樹脂パッケージ
部２３の上面にインサート成形により形成されて、モジ
ュール２０の内部にてＩＧＢＴ素子５１及びフライバッ
クダイオード５２に接続されている。モジュール２０の
樹脂パッケージ部２３の上面には、厚い樹脂ブロック３
０が三つ設けられ、樹脂ブロック３０の上面は、平滑コ
ンデンサ４の外囲器の側面のうちもっとも広幅の平面部
からなる一対の広幅側面部４１の一方の軸方向及び径方
向中央部に密着している。

【００２３】平滑コンデンサ４は偏平型コンデンサであ
って、その外囲器の側面のうちもっとも広幅の平面部か
らなる広幅側面部４１が水平方向に延在する姿勢で配置
されている。平滑コンデンサ４の一端からは正、負の電
極端子４１、４２が突出しており、正、の電極端子４１
と高位直流入力端子１２とはＬ字状銅板からなる接続部
材１４にそれぞれ締結され、同じく、負の電極端子４１
と低位直流入力端子１３とはＬ字状銅板からなる接続部
材１５にそれぞれ締結されている。接続部材１４、１５
は薄絶縁樹脂フィルムを挟んで密着している。

【００２４】蓋板部２１ｂの内面には、平滑コンデンサ
４の一対の広幅側面部４１の他方の軸方向及び径方向中
央部に密着する押さえ部２１ｃが設けられ、押さえ部２
１ｃの厚さは、蓋板部２１ｂを箱部２１ａに締結する
際、わずかに平滑コンデンサ４を圧縮方向に弾性変形す
る厚さを有している。 （作用効果）以下、上記説明したこの実施例のインバー
タ装置の作用効果を説明する。 ・平滑コンデンサ４として偏平型コンデンサを採用する
ので、装置の体格、特に、高さを減らすことができる。 ・偏平型コンデンサを採用するにもかかわらず、その広
幅側面部４１の軸方向及び周方向の中央部を、蓋板部２
１ｂの押え部２１ｃ及び樹脂ブロック３０で挟持するの
で、偏平型コンデンサの広幅側面部４１の軸方向及び周
方向の中央部が膨張することがなく、耐疲労性及び放熱
性を向上することができる。 ・ケース２１の蓋板部２１ｂが平滑コンデンサ４を直接
に挟持するので、部品点数及び工数の増加を抑止でき、
蓋板部２１ｂを箱部２１ａに取り付ける作業が平滑コン
デンサ４を挟持する作業を兼ねることができる。 ・蓋板部２１ｂはアルミ部材であるので冷却性を向上す
ることができる。 ・樹脂ブロック３０を採用するので、モジュール２０の
形状変更なしにモジュール２０と蓋板部２１ｂとで平滑
コンデンサ４の挟持を行うことができる。 ・平滑コンデンサ４は、蓋板部２１ｂと樹脂ブロック３
０とで挟持されて固定されるので、平滑コンデンサ４の
変位を阻止する平滑コンデンサ固定機構を省略すること
ができる。 （変形態様１）上記実施例では、樹脂ブロック３０をモ
ジュール２０の樹脂パッケージ部２３と別体としたが、
一体に成形してもよいことはもちろんである。 （変形態様２）上記実施例では、各部材間の寸法が正確
で、かつ、蓋板部２１ｂが箱部２１ａに締結された状態
で、蓋板部２１ｂの押え部２１ｃがわずかに平滑コンデ
ンサ４の広幅側面部４１を圧縮方向に弾性変形させる状
態とすることにより、各部材間の寸法公差を吸収してい
るが、蓋板部２１ｂや樹脂ブロック３０の弾性変形によ
り寸法公差を吸収してもよく、更には、蓋板部２１ｂの
押え部２１ｃまたは樹脂ブロック３０と平滑コンデンサ
４の広幅側面部４１との間に弾性部材を介在させてもよ
い。

【００２５】

【実施例２】他の実施例を図４を参照して説明する。た
だし、説明を簡素化するために実施例１の構成要素と主
要機能が共通する構成要素には同一符号を付す。まず、
この実施例では、実施例１（図２参照）と比較して、樹
脂ブロック３０を省略して、モジュール２０の樹脂パッ
ケージ部２３の上面に平滑コンデンサ４を直接搭載して
いる。更に、樹脂パッケージ部２３の軸方向両端部上面
には平滑コンデンサ４の軸方向及び左右方向への変位を
規制する変位規制突起２３ａ、２３ｂが、樹脂成形によ
り突設されている。

【００２６】このようにすれば、装置体格の縮小ならび
に平滑コンデンサ４の固定性の一層の向上を図ることが
できる。また、この実施例では、実施例１（図２参照）
と比較して、蓋板部２１ｂの内面に設けられる押え部２
１ｃが、平滑コンデンサ４の広幅側面部４１を密着する
だけでなく、平滑コンデンサ４の軸方向または左右方向
への変位を規制する変位規制突起２１ｄ、２１ｅを有し
ている。

【００２７】このようにすれば、平滑コンデンサ４の固
定性の一層の向上を図ることができる。更に、この実施
例では、実施例１（図２参照）と比較して、平滑コンデ
ンサ４の正、負の電極端子４１、４２の形状が異なって
いる。すなわち、この実施例では、図５に拡大図示する
ように、平滑コンデンサ４の正の電極端子４１は平滑コ
ンデンサ４の端面から突出する円柱状の軸部４１ａと、
この軸部４１ａの先端に設けられた輪板状の締結用穴部
４１ｂとをもつ。そして、締結用穴部４１ｂは、平滑コ
ンデンサ４の高位直流入力端子１２の上に延在し、ねじ
１７により両者は直接締結されている。同じく、締結用
穴部４２ｂは、低位直流入力端子１３の上に延在し、ね
じ１７により両者は直接締結されている。

【００２８】このようにすれば、部品点数及び工数の増
加を抑止できる上、配線インダクタンス低減によるサー
ジノイズ低減や、配線抵抗低減による電力損失低減に有
効できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力変換装置を採用する電気自動車の
走行モ−タ制御装置の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１に示す電力変換装置の軸方向断面図であ
る。

【図３】図２に示す電力変換装置の左右方向側面図であ
る。

【図４】他の実施例の電力変換装置の軸方向断面図であ
る。

【図５】図４に示す電力変換装置の端部を示す拡大平面
図である。

【符号の説明】

４は平滑コンデンサ（偏平型コンデンサ）、２０はモジ
ュール（電力変換部）、２１はケース、２１ａは箱部
（第一ケース部材）、２１ｂは蓋板部（第二ケース部
材、挟持部材）、４１は広幅側面部、３０は樹脂ブロッ
ク（挟持部材）、４１，４２は平滑コンデンサ４の正、
負の電極端子、１２，１３はモジュール２０の電極端子
（電極ターミナル）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力の直交ないし交直変換を行う電力変換
   部、一対の広幅側面部を有して前記電力変換部の一対の
   直流端間の電圧変動を低減する偏平型コンデンサ、及
   び、前記電力変換部および前記偏平型コンデンサを収容
   するケースを備える電力変換装置において、 前記偏平型コンデンサの前記一対の広幅側面部の軸方向
   かつ周方向における少なくとも中央部にそれぞれ密接し
   てその膨張を規制する少なくとも一対の挟持部材を有す
   ることを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電力変換装置において、 前記両挟持部材の一方は、前記ケースからなることを特
   徴とする電力変換装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の電力変換装置において、 前記ケースは、前記電力変換部が固定される底板部を含
   む第一ケース部材と、前記第一ケース部材に固定されて
   前記電力変換部上の前記偏平型コンデンサを覆う蓋板部
   を含む第二ケース部材とを備え、 前記両挟持部材の一方は、前記第二ケース部材からなる
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の電力変換装置において、 前記第二ケース部材は、金属部材からなることを特徴と
   する電力変換装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか記載の電力変
   換装置において、 前記両挟持部材の他方は、前記電力変換部をなすモジュ
   ールと前記偏平型コンデンサとの間に介設されることを
   特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし４のいずれか記載の電力変
   換装置において、 前記両挟持部材の他方は、前記電力変換部をなすモジュ
   ールからなることを特徴とする電力変換装置。
7. 【請求項７】電力の直交ないし交直変換を行う電力変換
   部、一対の広幅側面部を有して前記電力変換部の一対の
   直流端間の電圧変動を低減する平滑コンデンサ、及び、
   前記電力変換部および前記平滑コンデンサを収容するケ
   ースを備え、前記ケースは、前記電力変換部が固定され
   る底板部を含む第一ケース部材、及び、前記第一ケース
   部材に固定されて前記電力変換部及び前記平滑コンデン
   サを覆う蓋板部を含む第二ケース部材を有する電力変換
   装置において、 前記第二ケース部材は、前記平滑コンデンサの少なくと
   も側面に密接する金属部材からなることを特徴とする電
   力変換装置。
8. 【請求項８】電力の直交ないし交直変換を行う電力変換
   部、前記電力変換部の一対の直流端間の電圧変動を低減
   する平滑コンデンサ、及び、前記電力変換部および前記
   平滑コンデンサを収容するケースを備え、前記ケース
   は、前記電力変換部が固定される底板部を含む第一ケー
   ス部材、及び、前記第一ケース部材に固定されて前記電
   力変換部及び前記平滑コンデンサを覆う蓋板部を含む第
   二ケース部材を有する電力変換装置において、 前記第二ケース部材は、前記平滑コンデンサに密接し
   て、前記第二ケース部材の主面の延在方向と平行な方向
   への前記平滑コンデンサの変位を規制する凹凸形状を有
   することを特徴とする電力変換装置。
9. 【請求項９】電力の直交ないし交直変換を行う電力変換
   部、前記電力変換部の一対の直流端間の電圧変動を低減
   する平滑コンデンサ、及び、前記電力変換部および前記
   平滑コンデンサを収容するケースを備え、前記ケース
   は、前記電力変換部が固定される底板部を含む第一ケー
   ス部材、及び、前記第一ケース部材に固定されて前記電
   力変換部及び前記平滑コンデンサを覆う蓋板部を含む第
   二ケース部材を有する電力変換装置において、 前記平滑コンデンサは、前記電力変換部を収容するモジ
   ュールの上面に密接し、 前記モジュールは、前記モジュールの上面の延在方向と
   平行な方向への前記平滑コンデンサの変位を規制する凹
   凸形状を有することを特徴とする電力変換装置。
10. 【請求項１０】電力の直交ないし交直変換を行う電力変
    換部、前記電力変換部の上面側に固定されて前記電力変
    換部の一対の直流端間の電圧変動を低減する平滑コンデ
    ンサを備え、前記平滑コンデンサの電極端子は、前記電
    力変換部を収容するモジュールの上面に露出する電極タ
    ーミナルに電気的に接続される電力変換装置において、 前記平滑コンデンサの電極端子は、先端部に締結用穴部
    を有して外囲器の端面から軸方向へ突出して前記電極タ
    ーミナルに直接締結されることを特徴とする電力変換装
    置。