JP2002034268A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】平滑コンデンサと電力変換モジュールとの間の
配線インダクタンスを低減すると共に、電力変換モジュ
ール、平滑コンデンサを効率的に冷却し、装置の小型
化、低価格化を実現すること。 【解決手段】直流電源１を平滑する平滑コンデンサ２
と、複数個のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚからなり平滑
コンデンサ２により平滑された直流電源を所定の交流電
源に変換する電力変換モジュール４とを備えて構成され
る電力変換装置において、平滑コンデンサ２と、電力変
換モジュール４と、電力変換モジュール４を冷却するヒ
ートシンク10とを、高さ方向に三層に積み重ねる。
配線インダクタンスを低減すると共に、電力変換モジュ
ール、平滑コンデンサを効率的に冷却し、装置の小型
化、低価格化を実現すること。 【解決手段】直流電源１を平滑する平滑コンデンサ２
と、複数個のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚからなり平滑
コンデンサ２により平滑された直流電源を所定の交流電
源に変換する電力変換モジュール４とを備えて構成され
る電力変換装置において、平滑コンデンサ２と、電力変
換モジュール４と、電力変換モジュール４を冷却するヒ
ートシンク10とを、高さ方向に三層に積み重ねる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速スイッチング
素子を使用した電力変換装置に係り、特に平滑コンデン
サと電力変換モジュールとの間の配線インダクタンスを
低減すると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサ
を効率的に冷却して、装置の小型化、低価格化を実現で
きるようにした電力変換装置に関するものである。
素子を使用した電力変換装置に係り、特に平滑コンデン
サと電力変換モジュールとの間の配線インダクタンスを
低減すると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサ
を効率的に冷却して、装置の小型化、低価格化を実現で
きるようにした電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、商用電源を任意の交流出力に可変
する電力変換装置では、高速スイッチング化への発展が
目覚しいものがある。
する電力変換装置では、高速スイッチング化への発展が
目覚しいものがある。
【０００３】高速スイッチング素子としては、例えば電
流駆動型ではＧＣＴ等が、電圧駆動型では絶縁ゲート型
であるＩＧＢＴ，ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gat
e Transistor）等が、それぞれ多く用いられている。
流駆動型ではＧＣＴ等が、電圧駆動型では絶縁ゲート型
であるＩＧＢＴ，ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gat
e Transistor）等が、それぞれ多く用いられている。
【０００４】これらの高速スイッチング素子としては、
平型半導体素子と、半導体チップをゲル材でモールドし
てパッケージ化したモジュールタイプとの２種類があ
り、特にモジュールタイプの高電圧大容量化も開発さ
れ、実用化されはじめてきている。
平型半導体素子と、半導体チップをゲル材でモールドし
てパッケージ化したモジュールタイプとの２種類があ
り、特にモジュールタイプの高電圧大容量化も開発さ
れ、実用化されはじめてきている。
【０００５】反面、高速大容量でのスイッチング動作を
行なうことから、スイッチング素子周辺の電気用品およ
び配線インダクタンスによるスイッチングサージが問題
になり、それらを回避するための低インダクタンス実装
構造が、益々難しくなってきているのが現状である。
行なうことから、スイッチング素子周辺の電気用品およ
び配線インダクタンスによるスイッチングサージが問題
になり、それらを回避するための低インダクタンス実装
構造が、益々難しくなってきているのが現状である。
【０００６】図３は、この種の一般的な高速スイッチン
グ素子を適用した従来の電力変換装置の主回路構成例を
示す回路図である。
グ素子を適用した従来の電力変換装置の主回路構成例を
示す回路図である。
【０００７】図３において、図示しない交流電源を図示
しない整流装置で電力変換した直流電源１、または図示
しないバッテリー等の直流電源１を、平滑コンデンサ２
で平滑し、正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎを
介して、複数個のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚとこのス
イッチング素子４Ｕ〜４Ｚのべ一ス信号を制御するゲー
トドライブ基板９とで構成された電力変換モジュール
（以下、ＩＰＭと称する）４からなるインバータ回路で
所定の交流電力に変換し、さらにＩＰＭ４の３相各相
（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の交流出力端子６〜８を介して、図示し
ない電動機等の負荷に供給するようにしている。
しない整流装置で電力変換した直流電源１、または図示
しないバッテリー等の直流電源１を、平滑コンデンサ２
で平滑し、正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎを
介して、複数個のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚとこのス
イッチング素子４Ｕ〜４Ｚのべ一ス信号を制御するゲー
トドライブ基板９とで構成された電力変換モジュール
（以下、ＩＰＭと称する）４からなるインバータ回路で
所定の交流電力に変換し、さらにＩＰＭ４の３相各相
（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の交流出力端子６〜８を介して、図示し
ない電動機等の負荷に供給するようにしている。
【０００８】なお、図３中、２Ｐは平滑コンデンサ２の
正極端子、２Ｎは平滑コンデンサ２の負極端子、４Ｐは
ＩＰＭ４の一方の直流入力端子である正極入力端子、４
ＮはＩＰＭ４の他方の直流入力端子である負極入力端
子、５はＩＰＭ４の交流出力電流を検出する電流センサ
ーをそれぞれ示している。
正極端子、２Ｎは平滑コンデンサ２の負極端子、４Ｐは
ＩＰＭ４の一方の直流入力端子である正極入力端子、４
ＮはＩＰＭ４の他方の直流入力端子である負極入力端
子、５はＩＰＭ４の交流出力電流を検出する電流センサ
ーをそれぞれ示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成された電力変換装置においては、主回路配線となる
平滑コンデンサ２および正極，負極主回路導体３Ｐ，３
Ｎの浮遊インダクタンスに蓄積されたエネルギーによっ
て、ＩＰＭ４のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚのスイッチ
オフ時にスパイク電圧が発生する。
構成された電力変換装置においては、主回路配線となる
平滑コンデンサ２および正極，負極主回路導体３Ｐ，３
Ｎの浮遊インダクタンスに蓄積されたエネルギーによっ
て、ＩＰＭ４のスイッチング素子４Ｕ〜４Ｚのスイッチ
オフ時にスパイク電圧が発生する。
【００１０】すなわち、特にスイッチング素子４Ｕ〜４
ＺであるＩＧＢＴがターンオフする際に、主回路電流の
急激な変化により、主回路浮遊インダクタンスに高い電
圧が誘起されて、ターンオフ過程のスパイク電圧が発生
する。
ＺであるＩＧＢＴがターンオフする際に、主回路電流の
急激な変化により、主回路浮遊インダクタンスに高い電
圧が誘起されて、ターンオフ過程のスパイク電圧が発生
する。
【００１１】このため、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４間
の配線である正極，負極主回路導体３Ｐ，３Ｎの浮遊イ
ンダクタンスを、極力小さくする必要がある。
の配線である正極，負極主回路導体３Ｐ，３Ｎの浮遊イ
ンダクタンスを、極力小さくする必要がある。
【００１２】そして、この配線インダクタンスを低減す
るために、従来では、下記に示すような種々の方法が提
案されている。
るために、従来では、下記に示すような種々の方法が提
案されている。
【００１３】（ａ）磁束の変化を打ち消す配線とする。
【００１４】（ｂ）導体の表面を広くして、表皮効果に
よる電流集中を避ける。
よる電流集中を避ける。
【００１５】（ｃ）配線長を最短にする。
【００１６】（ｄ）並列接続として電流を分散させる。
【００１７】しかしながら、このような方法において
は、装置の小型化、低価格化を図る上で問題がある。
は、装置の小型化、低価格化を図る上で問題がある。
【００１８】また、一方では、装置の小型・大容量化に
よって、熱密度も増大の一途をたどっており、スイッチ
ング素子４Ｕ〜４Ｚの発熱に対する冷却も困難となって
きている。
よって、熱密度も増大の一途をたどっており、スイッチ
ング素子４Ｕ〜４Ｚの発熱に対する冷却も困難となって
きている。
【００１９】特に、電力変換装置が電気自動車のモータ
駆動用として適用される電力変換装置の場合には、ほと
んどがクーラント等の液体冷媒による冷却で、その液体
冷媒の温度は、モータ等の冷却も兼ねているため７０℃
以上の高温であり、液体冷媒による冷却ともいえ難しく
なっており、装置の小型化を図る上で特に問題となって
いる。
駆動用として適用される電力変換装置の場合には、ほと
んどがクーラント等の液体冷媒による冷却で、その液体
冷媒の温度は、モータ等の冷却も兼ねているため７０℃
以上の高温であり、液体冷媒による冷却ともいえ難しく
なっており、装置の小型化を図る上で特に問題となって
いる。
【００２０】さらに、収納スペース、重量的にもかなり
の制約がある。
の制約がある。
【００２１】本発明の目的は、平滑コンデンサと電力変
換モジュールとの間の配線インダクタンスを低減するこ
とができると共に、電力変換モジュール、平滑コンデン
サを効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を
実現することが可能な電力変換装置を提供することにあ
る。
換モジュールとの間の配線インダクタンスを低減するこ
とができると共に、電力変換モジュール、平滑コンデン
サを効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を
実現することが可能な電力変換装置を提供することにあ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明では、直流電源を平滑す
る平滑コンデンサと、複数個のスイッチング素子からな
り平滑コンデンサにより平滑された直流電源を所定の交
流電源に変換する電力変換モジュールとを備えて構成さ
れる電力変換装置において、平滑コンデンサと、電力変
換モジュールと、電力変換モジュールを冷却するヒート
シンクとを、高さ方向に三層に積み重ねている。
めに、請求項１に対応する発明では、直流電源を平滑す
る平滑コンデンサと、複数個のスイッチング素子からな
り平滑コンデンサにより平滑された直流電源を所定の交
流電源に変換する電力変換モジュールとを備えて構成さ
れる電力変換装置において、平滑コンデンサと、電力変
換モジュールと、電力変換モジュールを冷却するヒート
シンクとを、高さ方向に三層に積み重ねている。
【００２３】従って、請求項１に対応する発明の電力変
換装置においては、平滑コンデンサと、電力変換モジュ
ールと、電力変換モジュールを冷却するヒートシンクと
を、高さ方向に三層に積み重ねることにより、平滑コン
デンサと電力変換モジュールとの間の配線インダクタン
スを低減することができ、低インダクタンス化が可能に
なる。これにより、ターンオフ電圧を小さく抑えること
が可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減するこ
とが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作業工数
削減により低価格化を実現することができる。よって、
高速スイッチング動作する半導体素子へのサージ電圧を
抑制することができ、経済的で信頼性の極めて高い電力
変換装置を得ることができる。
換装置においては、平滑コンデンサと、電力変換モジュ
ールと、電力変換モジュールを冷却するヒートシンクと
を、高さ方向に三層に積み重ねることにより、平滑コン
デンサと電力変換モジュールとの間の配線インダクタン
スを低減することができ、低インダクタンス化が可能に
なる。これにより、ターンオフ電圧を小さく抑えること
が可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減するこ
とが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作業工数
削減により低価格化を実現することができる。よって、
高速スイッチング動作する半導体素子へのサージ電圧を
抑制することができ、経済的で信頼性の極めて高い電力
変換装置を得ることができる。
【００２４】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明の電力変換装置において、電力
変換モジュール、ヒートシンク、平滑コンデンサの順番
に、上から下方向に三層に積み重ねている。
請求項１に対応する発明の電力変換装置において、電力
変換モジュール、ヒートシンク、平滑コンデンサの順番
に、上から下方向に三層に積み重ねている。
【００２５】従って、請求項２に対応する発明の電力変
換装置においては、電力変換モジュール、ヒートシン
ク、平滑コンデンサの順番に、上から下方向に積み重ね
ることにより、電力変換モジュールを冷却するヒートシ
ンクを共用することが可能になり、平滑コンデンサのリ
ップル電流が大きく熱的に厳しい場合、あるいは電力変
換装置の設置スペースが限られて小型化が最優先で求め
られる場合に、極めて有効に適用することができる。
換装置においては、電力変換モジュール、ヒートシン
ク、平滑コンデンサの順番に、上から下方向に積み重ね
ることにより、電力変換モジュールを冷却するヒートシ
ンクを共用することが可能になり、平滑コンデンサのリ
ップル電流が大きく熱的に厳しい場合、あるいは電力変
換装置の設置スペースが限られて小型化が最優先で求め
られる場合に、極めて有効に適用することができる。
【００２６】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明の電力変換装置において、平
滑コンデンサ、電力変換モジュール、ヒートシンクの順
番に、上から下方向に三層に積み重ねている。
記請求項１に対応する発明の電力変換装置において、平
滑コンデンサ、電力変換モジュール、ヒートシンクの順
番に、上から下方向に三層に積み重ねている。
【００２７】従って、請求項３に対応する発明の電力変
換装置においては、平滑コンデンサ、電力変換モジュー
ル、ヒートシンクの順番に、上から下方向に積み重ねる
ことにより、平滑コンデンサと電力変換モジュールが隣
接するため、電力変換モジュールと平滑コンデンサとの
間のより一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
と電力変換モジュールとの間の配線インダクタンスをよ
り一層低減することができる。
換装置においては、平滑コンデンサ、電力変換モジュー
ル、ヒートシンクの順番に、上から下方向に積み重ねる
ことにより、平滑コンデンサと電力変換モジュールが隣
接するため、電力変換モジュールと平滑コンデンサとの
間のより一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
と電力変換モジュールとの間の配線インダクタンスをよ
り一層低減することができる。
【００２８】また、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
電力変換装置において、電力変換モジュールの入力端子
となる直流入力端子、または電力変換モジュールの出力
端子となる交流出力端子のうち、少なくとも直流入力端
子を、電力変換モジュールの側面に設けている。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
電力変換装置において、電力変換モジュールの入力端子
となる直流入力端子、または電力変換モジュールの出力
端子となる交流出力端子のうち、少なくとも直流入力端
子を、電力変換モジュールの側面に設けている。
【００２９】従って、請求項４に対応する発明の電力変
換装置においては、電力変換モジュールの直流入力端
子、または交流出力端子のうち、少なくとも直流入力端
子を電力変換モジュールの側面に設けることにより、電
力変換モジュールと平滑コンデンサとの間のさらにより
一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサと電力変
換モジュールとの間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
換装置においては、電力変換モジュールの直流入力端
子、または交流出力端子のうち、少なくとも直流入力端
子を電力変換モジュールの側面に設けることにより、電
力変換モジュールと平滑コンデンサとの間のさらにより
一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサと電力変
換モジュールとの間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
【００３０】さらに、請求項５に対応する発明では、上
記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発明
の電力変換装置において、ヒートシンクは、液体冷媒に
よる冷却方式としている。
記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発明
の電力変換装置において、ヒートシンクは、液体冷媒に
よる冷却方式としている。
【００３１】従って、請求項５に対応する発明の電力変
換装置においては、ヒートシンクを液体冷媒による冷却
方式とすることにより、ヒートシンクを超薄型にするこ
とが可能になり、電力変換モジュールと平滑コンデンサ
との間が極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
換装置においては、ヒートシンクを液体冷媒による冷却
方式とすることにより、ヒートシンクを超薄型にするこ
とが可能になり、電力変換モジュールと平滑コンデンサ
との間が極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
【００３２】以上により、平滑コンデンサと電力変換モ
ジュールとの間の配線インダクタンスを低減することが
できると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを
効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を実現
することが可能となる。
ジュールとの間の配線インダクタンスを低減することが
できると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを
効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を実現
することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】（第１の実施の形態：請求項１，２，４に
対応）図１は、本実施の形態による電力変換装置の実装
構成例を示す正面図であり、図３と同一要素には同一符
号を付して示している。
対応）図１は、本実施の形態による電力変換装置の実装
構成例を示す正面図であり、図３と同一要素には同一符
号を付して示している。
【００３５】図１において、平滑コンデンサ２と、ＩＰ
Ｍ４と、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０とを、高
さ方向に三層に積み重ねている。
Ｍ４と、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０とを、高
さ方向に三層に積み重ねている。
【００３６】すなわち、本実施の形態では、ＩＰＭ４、
ヒートシンク１０、平滑コンデンサ２の順番に、上から
下方向に三層に積み重ねている。
ヒートシンク１０、平滑コンデンサ２の順番に、上から
下方向に三層に積み重ねている。
【００３７】また、ＩＰＭ４の内部には、スイッチング
素子４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚ、およびゲートドライブ基
板９を内蔵している。
素子４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚ、およびゲートドライブ基
板９を内蔵している。
【００３８】一方、ＩＰＭ４、ヒートシンク１０、平滑
コンデンサ２は、以下のような方法により取付けしてい
る。
コンデンサ２は、以下のような方法により取付けしてい
る。
【００３９】すなわち、ヒートシンク１０には、複数個
の皿穴１０ａと複数個のねじ穴１０bとを設けており、
皿穴１０ａはＩＰＭ４を取付け固定するもので、ＩＰＭ
４の下部には、ねじ穴を有する埋め金４ａを４個モール
ドしており、ヒートシンク１０の皿穴１０ａから皿ねじ
１１で固定している。
の皿穴１０ａと複数個のねじ穴１０bとを設けており、
皿穴１０ａはＩＰＭ４を取付け固定するもので、ＩＰＭ
４の下部には、ねじ穴を有する埋め金４ａを４個モール
ドしており、ヒートシンク１０の皿穴１０ａから皿ねじ
１１で固定している。
【００４０】また、ねじ穴１０ｂは平滑コンデンサ２の
固定用で、平滑コンデンサ２に設けられた取付け穴２ａ
にねじ１２で固定している。
固定用で、平滑コンデンサ２に設けられた取付け穴２ａ
にねじ１２で固定している。
【００４１】さらに、ＩＰＭ４と平滑コンデンサ２は、
平滑コンデンサ２とＩＰＭ４に設けられたそれぞれの正
極，負極端子２Ｐ,２Ｎと正極，負極端子４Ｐ,４Ｎに、
正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎで接続してい
る。
平滑コンデンサ２とＩＰＭ４に設けられたそれぞれの正
極，負極端子２Ｐ,２Ｎと正極，負極端子４Ｐ,４Ｎに、
正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎで接続してい
る。
【００４２】一方、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４
Ｎは、ＩＰＭ４の一方の側面に設けており、主回路ケー
ブル１８を接続している。
Ｎは、ＩＰＭ４の一方の側面に設けており、主回路ケー
ブル１８を接続している。
【００４３】また、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８は、
ＩＰＭ４の他方の側面に設けており、主回路ケーブル１
７を接続している。
ＩＰＭ４の他方の側面に設けており、主回路ケーブル１
７を接続している。
【００４４】なお、本実施の形態のヒートシンク１０
は、液体冷媒による冷却方式としており、図１中２０
は、液体冷媒をヒートシンク１０内に導くためのホース
を取り付ける配管口金を示している。
は、液体冷媒による冷却方式としており、図１中２０
は、液体冷媒をヒートシンク１０内に導くためのホース
を取り付ける配管口金を示している。
【００４５】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電力変換装置においては、平滑コンデンサ２と、
ＩＰＭ４と、ヒートシンク１０とを、高さ方向に三層に
積み重ねていることにより、平滑コンデンサ２とヒート
シンク１０との間の配線インダクタンスを低減すること
ができ、低インダクタンス化が可能になる。
による電力変換装置においては、平滑コンデンサ２と、
ＩＰＭ４と、ヒートシンク１０とを、高さ方向に三層に
積み重ねていることにより、平滑コンデンサ２とヒート
シンク１０との間の配線インダクタンスを低減すること
ができ、低インダクタンス化が可能になる。
【００４６】これにより、ターンオフ電圧を小さく抑え
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、もって装置の小型化、組み立て
配線作業工数削減により低価格化を実現することができ
る。
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、もって装置の小型化、組み立て
配線作業工数削減により低価格化を実現することができ
る。
【００４７】特に、ＩＰＭ４、ヒートシンク１０、平滑
コンデンサ２の順番に、上から下方向に積み重ねている
ことにより、平滑コンデンサ２の冷却を液体冷媒で強制
的に行ない、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０を共
用することができ、平滑コンデンサ２のリップル電流が
大きく熱的に厳しい場合、あるいは電力変換装置の設置
スペースが限られて小型化が最優先で求められる場合
に、極めて有効に適用することができる。
コンデンサ２の順番に、上から下方向に積み重ねている
ことにより、平滑コンデンサ２の冷却を液体冷媒で強制
的に行ない、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０を共
用することができ、平滑コンデンサ２のリップル電流が
大きく熱的に厳しい場合、あるいは電力変換装置の設置
スペースが限られて小型化が最優先で求められる場合
に、極めて有効に適用することができる。
【００４８】また、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４
Ｎと、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８とを、ＩＰＭ４の
側面に設けていることにより、ＩＰＭ４と平滑コンデン
サ２との間は、最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
２とＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
Ｎと、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８とを、ＩＰＭ４の
側面に設けていることにより、ＩＰＭ４と平滑コンデン
サ２との間は、最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
２とＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
【００４９】一方、ＩＰＭ４のケースは、一般的には５
０ｍｍ以上にも及び、そのケース内に収納されるスイッ
チング素子４Ｕ〜４Ｚは発熱体であるが、本実施の形態
では、スイッチング素子４Ｕ〜４Ｚをヒートシンク１０
側により近い部所、すなわちＩＰＭ４の最も底部分に配
置していることにより、放熱効率を良くして効率的に冷
却することができ、装置のより一層の小型化を実現する
ことができる。
０ｍｍ以上にも及び、そのケース内に収納されるスイッ
チング素子４Ｕ〜４Ｚは発熱体であるが、本実施の形態
では、スイッチング素子４Ｕ〜４Ｚをヒートシンク１０
側により近い部所、すなわちＩＰＭ４の最も底部分に配
置していることにより、放熱効率を良くして効率的に冷
却することができ、装置のより一層の小型化を実現する
ことができる。
【００５０】また、ヒートシンク１０は、液体冷媒によ
る冷却方式としていることにより、ヒートシンク１０を
２０ｍｍ以下の超薄型にすることが可能になり、ＩＰＭ
４と平滑コンデンサ２との間の配線となる正極主回路導
体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎの長さを、最短にすること
ができて極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
る冷却方式としていることにより、ヒートシンク１０を
２０ｍｍ以下の超薄型にすることが可能になり、ＩＰＭ
４と平滑コンデンサ２との間の配線となる正極主回路導
体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎの長さを、最短にすること
ができて極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
【００５１】上述したように、本実施の形態による電力
変換装置では、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４との間の配
線インダクタンスを最小に低減することができ、低イン
ダクタンス化が可能になる。
変換装置では、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４との間の配
線インダクタンスを最小に低減することができ、低イン
ダクタンス化が可能になる。
【００５２】これにより、ターンオフ電圧を小さく抑え
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作
業工数削減により、低価格化を実現することができる。
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作
業工数削減により、低価格化を実現することができる。
【００５３】従って、高速スイッチング動作する半導体
素子４Ｕ〜４Ｚへのサージ電圧を抑制することができ、
経済的で信頼性の極めて高い電力変換装置を得ることが
できる。
素子４Ｕ〜４Ｚへのサージ電圧を抑制することができ、
経済的で信頼性の極めて高い電力変換装置を得ることが
できる。
【００５４】（第２の実施の形態：請求項１，３，４に
対応）図２は、本実施の形態による電力変換装置の実装
構成例を示す正面図であり、図３と同一要素には同一符
号を付して示している。
対応）図２は、本実施の形態による電力変換装置の実装
構成例を示す正面図であり、図３と同一要素には同一符
号を付して示している。
【００５５】図２において、平滑コンデンサ２と、ＩＰ
Ｍ４と、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０とを、高
さ方向に三層に積み重ねている。
Ｍ４と、ＩＰＭ４を冷却するヒートシンク１０とを、高
さ方向に三層に積み重ねている。
【００５６】すなわち、本実施の形態では、平滑コンデ
ンサ２、ＩＰＭ４、ヒートシンク１０の順番に、上から
下方向に三層に積み重ねている。
ンサ２、ＩＰＭ４、ヒートシンク１０の順番に、上から
下方向に三層に積み重ねている。
【００５７】また、ＩＰＭ４の内部には、スイッチング
素子４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚ、およびゲートドライブ基
板９を内蔵している。
素子４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚ、およびゲートドライブ基
板９を内蔵している。
【００５８】一方、ＩＰＭ４、ヒートシンク１０、平滑
コンデンサ２は、以下のような方法により取付けしてい
る。
コンデンサ２は、以下のような方法により取付けしてい
る。
【００５９】すなわち、ヒートシンク１０には、ねじ穴
１０ｃを設けており、ＩＰＭ４には、貫通穴４ｂを設
け、平滑コンデンサ２には、貫通穴２ｂを設け、この貫
通穴２ｂを通してねじ１３により、ヒートシンク１０に
設けられたねじ穴１０ｃに締め付けて取付け固定してい
る。
１０ｃを設けており、ＩＰＭ４には、貫通穴４ｂを設
け、平滑コンデンサ２には、貫通穴２ｂを設け、この貫
通穴２ｂを通してねじ１３により、ヒートシンク１０に
設けられたねじ穴１０ｃに締め付けて取付け固定してい
る。
【００６０】さらに、ＩＰＭ４と平滑コンデンサ２は、
平滑コンデンサ２とＩＰＭ４に設けられたそれぞれの正
極，負極端子２Ｐ,２Ｎと正極，負極端子４Ｐ,４Ｎに、
正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎで接続してい
る。
平滑コンデンサ２とＩＰＭ４に設けられたそれぞれの正
極，負極端子２Ｐ,２Ｎと正極，負極端子４Ｐ,４Ｎに、
正極主回路導体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎで接続してい
る。
【００６１】一方、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４
Ｎは、ＩＰＭ４の一方の側面に設けており、主回路ケー
ブル１８を接続している。
Ｎは、ＩＰＭ４の一方の側面に設けており、主回路ケー
ブル１８を接続している。
【００６２】また、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８は、
ＩＰＭ４の他方の側面に設けており、主回路ケーブル１
７を接続している。
ＩＰＭ４の他方の側面に設けており、主回路ケーブル１
７を接続している。
【００６３】なお、本実施の形態のヒートシンク１０
は、液体冷媒による冷却方式としており、図２中２０
は、液体冷媒をヒートシンク１０内に導くためのホース
を取り付ける配管口金を示している。
は、液体冷媒による冷却方式としており、図２中２０
は、液体冷媒をヒートシンク１０内に導くためのホース
を取り付ける配管口金を示している。
【００６４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電力変換装置においては、平滑コンデンサ２と、
ＩＰＭ４と、ヒートシンク１０とを、高さ方向に三層に
積み重ねていることにより、平滑コンデンサ２とヒート
シンク１０との間の配線インダクタンスを低減すること
ができ、低インダクタンス化が可能になる。
による電力変換装置においては、平滑コンデンサ２と、
ＩＰＭ４と、ヒートシンク１０とを、高さ方向に三層に
積み重ねていることにより、平滑コンデンサ２とヒート
シンク１０との間の配線インダクタンスを低減すること
ができ、低インダクタンス化が可能になる。
【００６５】これにより、ターンオフ電圧を小さく抑え
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、もって装置の小型化、組み立て
配線作業工数削減により低価格化を実現することができ
る。
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、もって装置の小型化、組み立て
配線作業工数削減により低価格化を実現することができ
る。
【００６６】特に、平滑コンデンサ２、ＩＰＭ４、ヒー
トシンク１０の順番に、上から下方向に積み重ねている
ことにより、ＩＰＭ４の冷却を液体冷媒で効率よく行な
うことができ、平滑コンデンサ２のリップル電流、ＩＰ
Ｍ４のサージ電圧および設置スペースに比較的余裕があ
る場合に、例えば電気自動車用電力変換装置として、極
めて有効に適用することができる。
トシンク１０の順番に、上から下方向に積み重ねている
ことにより、ＩＰＭ４の冷却を液体冷媒で効率よく行な
うことができ、平滑コンデンサ２のリップル電流、ＩＰ
Ｍ４のサージ電圧および設置スペースに比較的余裕があ
る場合に、例えば電気自動車用電力変換装置として、極
めて有効に適用することができる。
【００６７】また、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４
Ｎと、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８とを、ＩＰＭ４の
側面に設けていることにより、ＩＰＭ４と平滑コンデン
サ２との間は、最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
２とＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
Ｎと、ＩＰＭ４の交流出力端子６〜８とを、ＩＰＭ４の
側面に設けていることにより、ＩＰＭ４と平滑コンデン
サ２との間は、最短接続が可能になり、平滑コンデンサ
２とＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをさらにより
一層低減することができる。
【００６８】さらに、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４が隣
接しているため、ＩＰＭ４と平滑コンデンサ２との間の
より一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサ２と
ＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをより一層低減す
ることができる。
接しているため、ＩＰＭ４と平滑コンデンサ２との間の
より一層の最短接続が可能になり、平滑コンデンサ２と
ＩＰＭ４との間の配線インダクタンスをより一層低減す
ることができる。
【００６９】一方、ＩＰＭ４のケースは、一般的には５
０ｍｍ以上にも及び、そのケース内に収納されるスイッ
チング素子４Ｕ〜４Ｚは発熱体であるが、本実施の形態
では、スイッチング素子４Ｕ〜４Ｚをヒートシンク１０
側により近い部所、すなわちＩＰＭ４の最も底部分に配
置していることにより、放熱効率を良くして効率的に冷
却することができ、装置のより一層の小型化を実現する
ことができる。
０ｍｍ以上にも及び、そのケース内に収納されるスイッ
チング素子４Ｕ〜４Ｚは発熱体であるが、本実施の形態
では、スイッチング素子４Ｕ〜４Ｚをヒートシンク１０
側により近い部所、すなわちＩＰＭ４の最も底部分に配
置していることにより、放熱効率を良くして効率的に冷
却することができ、装置のより一層の小型化を実現する
ことができる。
【００７０】また、ヒートシンク１０は、液体冷媒によ
る冷却方式としていることにより、ヒートシンク１０を
２０ｍｍ以下の超薄型にすることが可能になり、ＩＰＭ
４と平滑コンデンサ２との間の配線となる正極主回路導
体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎの長さを、最短にすること
ができて極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
る冷却方式としていることにより、ヒートシンク１０を
２０ｍｍ以下の超薄型にすることが可能になり、ＩＰＭ
４と平滑コンデンサ２との間の配線となる正極主回路導
体３Ｐ、負極主回路導体３Ｎの長さを、最短にすること
ができて極低インダクタンス配線になり、サージ電圧を
最小にすることができる。
【００７１】上述したように、本実施の形態による電力
変換装置では、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４との間の配
線インダクタンスをより一層最小に低減することがで
き、低インダクタンス化が可能になる。
変換装置では、平滑コンデンサ２とＩＰＭ４との間の配
線インダクタンスをより一層最小に低減することがで
き、低インダクタンス化が可能になる。
【００７２】これにより、ターンオフ電圧を小さく抑え
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作
業工数削減により、低価格化を実現することができる。
ることが可能になり、スナバー回路を小さくまたは削減
することが可能になり、装置の小型化、組み立て配線作
業工数削減により、低価格化を実現することができる。
【００７３】従って、高速スイッチング動作する半導体
素子４Ｕ〜４Ｚへのサージ電圧を抑制することができ、
経済的で信頼性の極めて高い電力変換装置を得ることが
できる。
素子４Ｕ〜４Ｚへのサージ電圧を抑制することができ、
経済的で信頼性の極めて高い電力変換装置を得ることが
できる。
【００７４】（その他の実施の形態）前記各実施の形態
では、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４Ｎ、およびＩ
ＰＭ４の交流出力端子６〜８の両端子を、ＩＰＭ４の側
面に設ける場合について説明したが、これに限らず、Ｉ
ＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４ＮのみをＩＰＭ４の側
面に設ける構成としてもよい。
では、ＩＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４Ｎ、およびＩ
ＰＭ４の交流出力端子６〜８の両端子を、ＩＰＭ４の側
面に設ける場合について説明したが、これに限らず、Ｉ
ＰＭ４の正極，負極端子４Ｐ,４ＮのみをＩＰＭ４の側
面に設ける構成としてもよい。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力変換
装置によれば、平滑コンデンサと電力変換モジュールと
の間の配線インダクタンスを低減することができると共
に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを効率的に冷
却することができ、小型化、低価格化を実現することが
可能となる。
装置によれば、平滑コンデンサと電力変換モジュールと
の間の配線インダクタンスを低減することができると共
に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを効率的に冷
却することができ、小型化、低価格化を実現することが
可能となる。
【００７６】よって、高速スイッチング動作する半導体
素子へのサージ電圧を抑制することができ、経済的で信
頼性の極めて高い電力変換装置を提供することができ
る。
素子へのサージ電圧を抑制することができ、経済的で信
頼性の極めて高い電力変換装置を提供することができ
る。
【００７７】以上により、平滑コンデンサと電力変換モ
ジュールとの間の配線インダクタンスを低減することが
できると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを
効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を実現
することが可能となる。
ジュールとの間の配線インダクタンスを低減することが
できると共に、電力変換モジュール、平滑コンデンサを
効率的に冷却することができ、小型化、低価格化を実現
することが可能となる。
【図１】本発明による電力変換装置の第１の実施の形態
を示す正面図。
を示す正面図。
【図２】本発明による電力変換装置の第２の実施の形態
を示す正面図。
を示す正面図。
【図３】従来の電力変換装置の主回路構成例を示す回路
図。
図。
１…直流電源 ２…平滑コンデンサ ２Ｐ…平滑コンデンサ２の正極端子 ２Ｎ…平滑コンデンサ２の負極端子 ３Ｐ…正極主回路導体 ３Ｎ…負極主回路導体 ４…ＩＰＭ ４Ｕ…スイッチング素子 ４Ｖ…スイッチング素子 ４Ｗ…スイッチング素子 ４Ｘ…スイッチング素子 ４Ｙ…スイッチング素子 ４Ｚ…スイッチング素子 ４Ｐ…ＩＰＭ４の正極入力端子 ４Ｎ…ＩＰＭ４の負極入力端子 ４ａ…埋め金 ５…電流センサー ６…交流出力端子 ７…交流出力端子 ８…交流出力端子 ９…ゲートドライブ基板 １０…ヒートトシンク １０ａ…皿穴 １０ｂ…ねじ穴 １０ｃ…ねじ穴 １１…皿ねじ １２…ねじ １３…ねじ １７…主回路ケーブル １８…主回路ケーブル ２０…配管口金。
Claims (5)
- 【請求項１】 直流電源を平滑する平滑コンデンサと、
複数個のスイッチング素子からなり前記平滑コンデンサ
により平滑された直流電源を所定の交流電源に変換する
電力変換モジュールとを備えて構成される電力変換装置
において、 前記平滑コンデンサと、前記電力変換モジュールと、当
該電力変換モジュールを冷却するヒートシンクとを、高
さ方向に三層に積み重ねたことを特徴とする電力変換装
置。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
いて、 前記電力変換モジュール、前記ヒートシンク、前記平滑
コンデンサの順番に、上から下方向に三層に積み重ねた
ことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
いて、 前記平滑コンデンサ、前記電力変換モジュール、前記ヒ
ートシンクの順番に、上から下方向に三層に積み重ねた
ことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
項に記載の電力変換装置において、 前記電力変換モジュールの入力端子となる直流入力端
子、または当該電力変換モジュールの出力端子となる交
流出力端子のうち、少なくとも前記直流入力端子を前記
電力変換モジュールの側面に設けたことを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項５】 前記請求項１乃至請求項４のいずれか１
項に記載の電力変換装置において、 前記ヒートシンクは、液体冷媒による冷却方式としたこ
とを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000217820A JP3646049B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | 電力変換装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000217820A JP3646049B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002034268A true JP2002034268A (ja) | 2002-01-31 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| WO2010016426A1 (ja) | 2008-08-06 | 2010-02-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 半導体装置および半導体装置を用いた電力変換装置 |
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| JP2012195559A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
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| JP2015220858A (ja) * | 2014-05-16 | 2015-12-07 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置 |
| EP2605392B1 (en) | 2006-07-21 | 2017-11-15 | Hitachi, Ltd. | Electric power converter |
| WO2018180897A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | インバータユニット |
| JP2021112046A (ja) * | 2020-01-10 | 2021-08-02 | 株式会社デンソー | 電力分配装置 |
| CN115971169A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-04-18 | 深圳市方瑞科技有限公司 | 一种滚筒式真空等离子清洗机及其工作方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-07-18 JP JP2000217820A patent/JP3646049B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US8699254B2 (en) | 2007-08-09 | 2014-04-15 | Hitachi, Ltd. | Power inverter |
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| JP2012195559A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
| US8885344B2 (en) | 2011-02-28 | 2014-11-11 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Semiconductor device |
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| WO2018180897A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | インバータユニット |
| JPWO2018180897A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2019-11-07 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | インバータユニット |
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| CN115971169B (zh) * | 2023-02-24 | 2023-07-07 | 深圳市方瑞科技有限公司 | 一种滚筒式真空等离子清洗机及其工作方法 |
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