JP2006238651A - インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明によるインバータ装置は、インバータ出力段14が搭載された絶縁金属基板13と、絶縁金属基板13の主面に接合され、且つ、インバータ出力段14に電気的に接続された導電性のスタッド31Uと、裏面がスタッド31に接合されることによってスタッド31に支持され、インバータ出力段14に接続される回路が主面に形成されたプリント配線基板15と、前記主面に接合され、且つ、スタッド31に電気的に接続された導電性のスペーサ33と、スペーサ33に接合されたバスバー34とを備えている。
【選択図】 図8
Description
強度、特に、耐振性の向上は、輸送機器に搭載されるインバータ装置において特に重要な要求である。輸送機器に搭載されるインバータ装置を構成する部材(例えば、ケーブル、配線、ボード、電子部品、構造部材)には、強い振動が加えられる。特に、大電流が流される配線、例えば、バスバーに加えられる振動に対する対策は重要である。
絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続は、耐ノイズ性に影響を及ぼす。加えて、プリント配線基板に、直流電源電圧を保持する電源パターン及び接地パターンと、それらの間に接続される電解コンデンサが搭載される場合には、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続の最適化は、電源パターン及び接地パターンが、プリント配線基板に占める割合に影響する;広い電源パターン及び接地パターンをプリント配線基板に形成することは、耐ノイズ性の向上、及び、直流電源電圧の安定化に有効である。
インバータ装置の内部回路の配置がU相、V相、W相について対称的であることは、U相電流、V相電流、W相電流をより均一化するために好ましい。
出力電流が大きい場合には、インバータ出力段では、パワートランジスタが並列に接続される。この場合、並列に接続されたパワートランジスタには均一に電流が流れることが好ましい。一部のパワートランジスタに電流が集中することは、当該パワートランジスタの損傷を招き得るため好ましくない。
具体的には、本発明の一の目的は、強度、特に、耐振性が高いインバータ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続を最適化することにある。
本発明の更に他の目的は、インバータ装置の内部回路の配置をU相、V相、W相について対称的にすることにある。
本発明に更に他の目的は、パワートランジスタに、より均一に電流が流れるようなインバータ装置のアーキテクチャを提供することにある。
また、本発明により、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続が最適化されたインバータ装置が提供される。
また、本発明によれば、内部回路の配置がU相、V相、W相について対称的であるインバータ装置が提供される。
また、本発明によれば、パワートランジスタに、より均一に電流が流れるようなインバータ装置が提供される。
図1Aは、本発明の実施の一形態に係るインバータ装置10の正面図であり、図1Bは、上面図である。以下に詳細に述べられるように、本実施の形態のインバータ装置10は、外部直流電源(例えば、バッテリー)から直流電源電圧を受け取り、その直流電源電圧から3相交流電圧を生成するように構成されている。
本実施の形態のインバータ装置10の第1の特徴は、ドライブボードの支持構造にある。図8に示されているように、ドライブボード12は、IMSボード11の絶縁金属基板13の上面に接合されたスタッド31によって支持されている。スタッド31は、導電性であり、クリーム半田を用いた半田付けによって絶縁金属基板13の上面に接合されている。スタッド31は、円筒状の胴部31aと、胴部31aの上端に設けられたねじ部31bとから構成されている。ねじ部31bには、雄ねじが形成されている。ねじ部31bは、多層プリント配線基板15に設けられた開口に挿入される。
本実施の形態のインバータ装置10の第2の特徴は、図5に示されているように、多層プリント配線基板15のドライブ回路領域15b(即ち、U相ゲートドライブ回路17Uと、V相ゲートドライブ回路17Vと、W相ゲートドライブ回路17Wとが形成される領域)が、ドライブボード12の外周部に設けられていることである。より具体的には、U相ゲートドライブ回路17Uは、多層プリント配線基板15の第1辺15cの近傍に設けられ、V相ゲートドライブ回路17Vは、多層プリント配線基板15の、第1辺15cに対向する第2辺15dの近傍に設けられる。W相ゲートドライブ回路17Wは、第1辺15cと第2辺15dとの間に位置する第3辺15eの近傍に設けられる。
図3を参照して、本実施の形態のインバータ装置10の第3の特徴は、IMSボード11の配置にある。6枚のIMSボード11は、一列に並べられておらず、ある中心点Aを取り囲むように配置されている。より具体的には、ある一の相に対応するIMSボード11が配置される領域は、他の2つの相に対応するIMSボード11が配置される領域の両方に隣接するように規定されている。ベース1に、図3に示されているようにX−Y座標系を規定して6枚のIMSボード11の位置関係を説明すれば、U相に対応するIMSボード11Uが配置される領域は、V相に対応するIMSボード11Vが配置される領域に+Y方向において隣接しており、W相に対応するIMSボード11Wが配置される領域に−X方向において隣接している。同様に、V相に対応するIMSボード11Vが配置される領域は、W相に対応するIMSボード11Wが配置される領域に、−X方向において隣接しており、U相に対応するIMSボード11Uが配置される領域に−Y方向において隣接している。更に、W相に対応するIMSボード11Wが配置される領域は、U相に対応するIMSボード11Uが配置される領域と、V相に対応するIMSボード11Vが配置される領域との両方に、+X方向において隣接している。
IMSボード11のレイアウトの最適化は、インバータ出力段14に搭載されるパワーFETの一部に電流が集中することを防止するために重要である。図11は、好適なIMSボード11のレイアウトを示す平面図である;図11には、U相に対応するIMSボード11Uのレイアウトが図示されているが、V相、W相に対応するIMSボード11V、11Wの配置もIMSボード11Uのレイアウトと同様である。
2:カバー
3:正極端子
3a:ボルト
3b:上側ナット
3c:スペーサ
3d:下側ナット
4:負極端子
4a:ボルト
4b:上側ナット
4c:スペーサ
4d:下側ナット
5:U相端子
5a:絶縁ターミナル
5b:ナット
5c:スペーサ
5d:ボルト
5e:絶縁スペーサ
5f:ボルト
6:V相端子
7:W相端子
11、11U、11V、11W:IMSボード
12:ドライブボード
13:絶縁金属基板
14:インバータ出力段
14U:U相出力段
14V:V相出力段
14W:W相出力段
15:多層プリント配線基板
15a:コンデンサ領域
15b:ドライブ回路領域
16:平滑コンデンサ
17U:U相ゲートドライブ回路
17V:V相ゲートドライブ回路
17W:W相ゲートドライブ回路
18U、18V、18W:フラットケーブル
19:DSPカード
20:PWM制御回路
21:電源パターン
22:接地パターン
23:銅プレート
24:電源ケーブル
24a:圧着端子
25:銅プレート
26:電源ケーブル
26a:圧着端子
31:スタッド
31a:胴部
31b:ねじ部
31c:空洞
31P:正極スタッド
31N:負極スタッド
31U:U相スタッド
31V:V相スタッド
31W:W相スタッド
32:ナット
33:スペーサ
33a:胴部
33b:ねじ部
34:バスバー
35:ナット
36:U相ケーブル
36a:圧着端子
37:回り止め金具
38、39:バスバー
40:フィレット
41:フィレット
51、53:ハイサイドパワーMOSFET
52、54:ローサイドパワーMOSFET
55、56:正極ノード
57:負極ノード
58、59:出力ノード
60:コネクタ
Claims (18)
- インバータ出力段が搭載された絶縁金属基板と、
前記絶縁金属基板の主面に接合され、且つ、前記インバータ出力段に電気的に接続された導電性のスタッドと、
裏面が前記スタッドに接合されることによって前記スタッドに支持され、主面に前記インバータ出力段に接続される回路が形成されたプリント配線基板と、
前記主面に接合され、且つ、前記スタッドに電気的に接続された導電性のスペーサと、
前記スペーサに接合されたバスバー
とを備える
インバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記バスバーは、焼きなましされた銅で形成された
インバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
更に、
前記絶縁金属基板が載置されるベースと、
前記ベースに固定される電極端子
とを備え、
前記電極端子は、
前記ベースに固定される絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサに固定されるボルトと、
前記ボルトに挿入される導電性のスペーサと、
前記ボルトに挿入され、ケーブルの端子を前記スペーサとの間に挟み込むためのナット
とを備える
インバータ装置。 - 請求項3に記載のインバータ装置であって、
前記バスバーは、焼きなましされた銅で形成され、且つ、
当該インバータ装置は、更に、前記スペーサが前記ボルトの回りで回転することを阻止する回り止め手段を備える
インバータ装置。 - 請求項4に記載のインバータ装置であって、
更に、前記絶縁金属基板と前記プリント配線基板とを覆うカバーを備え、
前記電極端子は、更に、前記ナットと前記スペーサとの間に挿入され、且つ、前記カバーに係合する回り止め具を備えた
インバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記絶縁金属基板と前記スタッドとは半田付けによって接合され、
前記スタッドの前記絶縁金属基板に接する接合面は円形である
インバータ装置。 - 請求項2に記載のインバータ装置であって、
前記スタッドは、外形が円柱状であり、且つ、前記絶縁金属基板に接合される胴部を備え、
前記胴部の直径は、10mm以下である
インバータ装置。 - 請求項7に記載のインバータ装置であって、
前記胴部の高さは、12mm以下である
インバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記絶縁金属基板と前記スタッドとは半田付けによって接合され、
前記スタッドは、前記スタッドと前記絶縁金属基板との接合面に開口する空洞を有する
インバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記スタッドと前記スペーサとは、前記プリント配線基板を挟むように、ねじによって機械的に接続されている
インバータ装置。 - U相電圧を出力するU相出力段と、
V相電圧を出力するV相出力段と、
W相電圧を出力するW相出力段と、
前記U相出力段と前記V相出力段と前記W相出力段に供給される直流電源電圧を安定化するための平滑コンデンサが搭載されるプリント配線基板と、
前記U相出力段のパワートランジスタをオンオフするU相ドライブ回路と、
前記V相出力段のパワートランジスタをオンオフするV相ドライブ回路と、
前記W相出力段のパワートランジスタをオンオフするW相ドライブ回路
とを備え、
前記U相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第1辺の近傍に設けられ、
前記V相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第2辺の近傍に設けられ、
前記W相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第3辺の近傍に設けられた
インバータ装置。 - 請求項11に記載のインバータ装置であって、
前記U相ドライブ回路と前記U相出力段とは、第1フラットケーブルによって接続され、
前記V相ドライブ回路と前記V相出力段とは、第2フラットケーブルによって接続され、
前記W相ドライブ回路と前記W相出力段とは、第3フラットケーブルによって接続された
インバータ装置。 - 請求項11に記載のインバータ装置であって、
前記プリント配線基板は、電源パターン及び接地パターンを備え、
前記平滑コンデンサは、前記電源パターン及び前記接地パターンの間に電気的に接続され、
前記直流電源電圧は、前記電源パターン及び接地パターンの間に保持される
インバータ装置。 - 請求項11に記載のインバータ装置であって、
前記U相出力段は、第1IMSボードに搭載され、
前記V相出力段は、第2IMSボードに搭載され、
前記W相出力段は、第3IMSボードに搭載され、
前記第1IMSボードと前記第2IMSボードと前記第3IMSボードとは、ある中心点を取り囲むように配置された
インバータ装置。 - U相に対応する、少なくとも一のU相IMSボードと、
V相に対応する、少なくとも一のV相IMSボードと、
W相に対応する、少なくとも一のW相IMSボード
とを備え、
前記U相IMSボードのそれぞれには、U相電圧を出力するU相出力段が搭載され、
前記V相IMSボードのそれぞれには、V相電圧を出力するV相出力段が搭載され、
前記W相IMSボードのそれぞれには、W相電圧を出力するV相出力段が搭載され、
前記U相IMSボードと、前記V相IMSボードと、前記W相IMSボードとは、ある中心点を取り囲むように配置された
インバータ装置。 - 請求項15に記載のインバータ装置であって、
前記U相IMSボード、前記V相IMSボード、前記W相IMSボードのうち、任意の一相に対応するIMSボードが配置される領域は、他の2相に対応するIMSボードが配置される2つの領域のいずれにも隣接している
インバータ装置。 - 電源電位と接地電位の供給を受け、前記電源電位と前記接地電位から3相交流電圧のうちの1相の出力電圧を出力するように構成されたIMSボードであって、
絶縁金属基板と、
前記電源電位と前記接地電位との一方の電位が供給され、前記絶縁金属基板に接合される第1スタッドと、
前記絶縁金属基板に接合され、前記1相の出力電圧を出力するための第2スタッドと、
前記電源電位と前記接地電位との他方の電位が供給され、前記絶縁金属基板に接合される第3スタッドと、
前記第1スタッドと前記第2スタッドとの間に並列に接続される複数の第1パワートランジスタと、
前記第2スタッドと前記第3スタッドとの間に並列に接続される複数の第2パワートランジスタ
とを備え、
前記第1パワートランジスタと前記第2パワートランジスタとは、いずれも、第1方向に並んで配置され、
前記第1スタッドは、前記第1パワートランジスタの列から前記第1方向の方向にずれて位置しており、
前記第2スタッドは、前記第2パワートランジスタの列から前記第1方向と反対の第2方向にずれて位置しており、
前記第3スタッドは、前記第1パワートランジスタの列及び前記第2パワートランジスタの列から、前記第1方向に垂直な第3方向に位置している
IMSボード。 - 請求項17に記載のIMSボードであって、
前記一方の電位が供給され、且つ、前記絶縁金属基板に接合される第4スタッドと、
前記絶縁金属基板に接合され、前記1相の出力電圧を出力するための第5スタッドと、
前記第4スタッドと前記第5スタッドとの間に並列に接続される、前記複数の第1パワートランジスタと同一の導電性を有する複数の第3パワートランジスタと、
前記第5スタッドと前記第3スタッドとの間に並列に接続される、前記複数の第2パワートランジスタと同一の導電性を有する複数の第4パワートランジスタ
とを更に備え、
前記第1スタッドと前記第4スタッドとは、ある対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記第2スタッドと前記第5スタッドとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記複数の第1パワートランジスタと前記複数の第3パワートランジスタとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記複数の第2パワートランジスタと前記複数の第4パワートランジスタとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記第3スタッドは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されている
IMSボード。
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