JP2007214273A

JP2007214273A - 電力変換装置、及びコンデンサ素子

Info

Publication number: JP2007214273A
Application number: JP2006031270A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tajima; 豊田島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】電力変換装置における寄生インダクタンスを減少させ、この寄生インダクタンスに起因した過度の発熱を抑制する。
【解決手段】コンデンサ100を、その長手方向軸が半導体モジュール140の幅方向と略平行となるようにして配置し、接続電極120及び121の、コンデンサ100の側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置された高電位側バスバ電極130及び低電位側バスバ電極131を介して、同じく略同一平面レベルに配置された半導体モジュールの直流電極（図示せず）と電気的に接続して構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車やハイブッリド電気自動車などの電動車両に用いられる電力変換装置、例えばバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置などとして好適に用いることができる電力変換装置、及びこの電力変換装置に対して好適に用いることができるコンデンサ素子に関するものである。

交流モータの駆動などに用いられるインバータなどの電力変換器には、ＩＰＭと呼ばれる半導体モジュール、コンデンサ及び放熱器が用いられている。前記半導体モジュールは、パワー半導体チップをブスバ・ワイヤボンドなどの組み合わせで電気的に接続すると共に、チップからの発熱を冷却器へと熱的に接続するための熱回路を作りこんだモジュールである。

従来、上述したＩＰＭとコンデンサとは別々に設計されている。これは、部品機能の設計製造（電気的仕様・製造工程・冷却設計など）を別々に行いたいという要望に基づくものであるが、一方でお互いの設計に新たな仕様を追加する要因となっている。

図１は、従来の電力変換装置の構成を説明するための図である。なお、図１においては、その特徴的部分であるコンデンサ素子を中心として示している。図１に示すコンデンサ素子においては、円筒中空形状のコンデンサ１と、このコンデンサ１の中空部側面部に設けられた高電位側電極端子２と低電位側電極端子３とが設けられている。そして、このようなコンデンサ素子をインバータ等の電力変換装置の平滑コンデンサとして用いている。なお、コンデンサ１は一般に電極膜が巻回されたような構成を呈しており、その結果、巻き形状の内側に電極端子を設けることにより、コンデンサの寄生インダクタンスを低減するようにしている（特許文献１）。

しかしながら、図１に示すようなコンデンサ素子を電力変換装置の平滑コンデンサとして用いた際には以下に示すような問題が生じる。

第１に、上述したようにして、電極膜を巻回してなる構成のコンデンサ１の側面の一部分に電極端子を形成しても、寄生インダクタンスを充分に下げ難い。また、大容量の電力変換装置に対してはコンデンサ容量を大きくする必要があるので、その際コンデンサを大型化すると、電力変換装置に接続するバスバ電極が長くなり、寄生インダクタンスが増加する。さらに、コンデンサを複数個並列接続してコンデンサ素子を構成する場合においては、コンデンサ間の接続バスバ電極の寄生インダクタンスが大きくなってしまう。
特開2004-119874

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電力変換装置における寄生インダクタンスを減少させ、この寄生インダクタンスに起因した過度の発熱を抑制することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
コンデンサと、半導体モジュールと、この半導体モジュールを冷却する放熱器とを具える電力変換装置であって、
前記コンデンサの両端面に電極端子を設けるとともに、前記電極端子と接触するとともに前記コンデンサの側面に接触するようにして１対の接続電極を設けたことを特徴とする、電力変換装置に関する。

また、コンデンサの両端面に電極端子を設けるとともに、前記電極端子と接触するとともに、前記コンデンサの側面に接触するようにして１対の接続電極を設けたことを特徴とする、コンデンサ素子に関する。

従来のコンデンサ素子においては、図１に示すように、コンデンサの一端部あるいは両端部に高電位側電極端子と低電位側電極端子を設けている。

先ずコンデンサの一端部に両電極端子が有る場合は、半導体モジュールからの高電位側バスバ電極と低電位側バスバ電極を夫々電気的に短絡しないように、コンデンサ一端部という同一部分にて電気的に対応するコンデンサ電極端子に接続する。このため、バスバ電極が必然的に細長くなり、寄生インダクタンスが増大してしまっていた。

また、コンデンサの両端部にそれぞれ電極端子がある場合は、半導体モジュールからのバスバ電極も電気的に対応して、コンデンサ両端部に分かれて配線されることになる。このため。高電位バスバ電極と低電位バスバ電極との積層状態を保つことができない。さらに、コンデンサ両端部という異なる位置に両バスバ電極を接続するため、両バスバ電極を折り曲げることになり、前記バスバ電極を必然的に細長くする必要があり、この結果、寄生インダクタンスが大きくなってしまっていた。

さらに、コンデンサの一端部及び両端部に接続する場合のいずれにおいても、コンデンサ電極端子自体を十分に大きくすることができず、バスバ電極との接続面積も広くし難い。よって電流経路が絞られてしまい、寄生インダクタンス増加に繋がっていた。また、コンデンサ電極端子及びその電極端子近傍のバスバ電極では、電流密度が高くなるのでジュール発熱が大きくなる。さらに電極端子近傍のコンデンサ内部においても電流密度上昇による発熱が大きくなる。

これに対して、本発明においては、コンデンサ端部の大部分の領域に渡って電極端子を設けて、この電極端子と直接的に接触するようにして接続電極を設けるようにしているので、コンデンサ自体及びコンデンサ近傍の接続電極部分の電流経路が絞られず、その結果、低インダクタンス化を図ることができる。

また、前記１対の接続電極はコンデンサ側面に沿って延在しているので、一方の接続電極に対して高電位側バスバ電極を接続し、他方の接続電極に対して低電位側バスバ電極を接続することが容易である。このため、前記１対の接続電極と前記バスバ電極との接続部分でも電流経路を絞らずに済むので、低インダクタンス化を達成することができる。

さらに、コンデンサの両端部に接続電極が設けられており、かつそれからバスバ電極に短距離で接続できるように構成されているので、コンデンサ内部で生じた熱もバスバ電極にて効率良く放熱できる。

したがって、以上のような効果により、寄生インダクタンスやジュール発熱を低減させるために、コンデンサを大きく、あるいは複数個並列接続して電流密度を下げる必要が無くなる。この結果、コンデンサの大幅な小型化を図ることができ、電力変換装置の大幅な小型化を図ることができる。

なお、本発明の一態様においては、前記接続電極は、前記コンデンサの側方から見た場合においてＬ字型を呈するようにすることができる。また、前記接続電極は、前記コンデンサの側方から見た場合においてＬ字型を呈するようにすることができる。

また、本発明の好ましい態様においては、前記コンデンサは、その長手方向軸が前記半導体モジュールの幅方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して、同じく略同一平面レベルに配置された前記半導体モジュールと電気的に接続するようにすることができる。

さらに、本発明の他の好ましい態様においては、前記コンデンサは、その長手方向軸が前記半導体モジュールの長手方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して、同じく略同一平面レベルに配置された前記半導体モジュールと電気的に接続するようにすることができる。

すなわち、これらの場合においては、前記コンデンサの前記接続電極に対して平板形状のバスバ電極を用いて接続することができ、その接続面積を増大させることができるので、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。また、前記バスバ電極を前記半導体モジュールの横幅にほぼ等しい程度まで広げて形成した上で前記半導体モジュールの電極と接続することができるようになる。したがって、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。

特に電力変換器の電力容量を大きくすると、必然的にコンデンサも大型化する。前記コンデンサが大型化した場合においては、コンデンサ側面の曲率が大きくなるので、接続電極とバスバ電極との接続をさらにし易くなる。また、コンデンサの接続電極とバスバ電極との間、及びバスバ電極と半導体モジュールの電極との間における接続面積を広大化させることができるので、寄生インダクタンスの低減を達成することができる。

さらに、本構成では、筐体が大型化した例えば大径化あるいは長くなった場合の両方でも、さらに、筐体が大型化した場合においては、バスバ電極に接続できる程度まで接続電極の端部を延伸させるのみで簡易に接続を行うことができる。

さらに、上記好ましい態様においては、コンデンサを2列以上の並列構成にした場合においても、コンデンサを1ヶ当たりは短く、かつ複数個を直列に配置して必要な電気容量を確保し、この際隣接するコンデンサ側面電極の電位は同じになるように各コンデンサの向きを揃えるようにすることによって、必要容量は変わらずにコンデンサ中心から接続電極まで短くできる。これによって、コンデンサで生じた発熱が接続電極からバスバ電極に速やかに伝わり、効率良く放熱できる。この結果、大電気容量の電力変換装置においても、コンデンサの温度上昇を抑制する為に必要電気容量以上に大きくしてしまう事態をさらに効果的に防げることができ、コンデンサをさらに小型にできる。

本発明のその他の好ましい態様においては、前記１対の接続電極と前記バスバ電極との間、及び前記バスバ電極と前記半導体モジュールとの間は、溶接及び半田付けの少なくとも一方の手段を用いて電気的に接続する。これによって、コンデンサの接続電極、及び半導体モジュールの直流電極の上に、バスバ電極を被せるような形態で、溶接又ははんだ付けで接続することが容易にできる。即ち、ネジ締めによって接続する必要が無い。このため、従来のネジ締めによる曲げの力による接続部の剥がれが起きない。したがって、剥がれを防ぐ為の接続部分を補強する構造や、曲げ応力が例えば半導体モジュール内部のはんだ付け接合部に及ばないようにする応力緩和領域を形成する必要が無い。この結果、目的とする電力変換装置の大幅な小型化を図れる。

またバスバ電極とコンデンサ接続電極との接続、及びバスバ電極と半導体モジュールの直流電極との接続を、幅のほぼ全体に及ぶような広い部分で簡易に行なうことができる。したがって、電流経路を絞りの抑制をさらに簡易かつ効果的に行うことができるので、寄生インダクタンス低減による電気的動作の安定化と、ジュール発熱防止による小型化もさらにできる。

本発明のさらの他の好ましい態様においては、前記コンデンサは中空形状を呈し、前記コンデンサの中空部分において熱伝導部材を配置するようにする。この場合、前記熱伝導部材を適宜放熱器に接続することにより、前記コンデンサの冷却を効率良く行うことができる。

前記熱伝導部材は金属棒などの金属部材から構成することができる。また、前記熱伝導部材を金属配管などから構成することにより、その内部に冷却水を流し、前記放熱器とは別に前記冷却水によって前記コンデンサを通すことによりさらに効果的に冷却できる。特にコンデンサは電極膜を巻くという構造上の理由により、本構成のように内側から冷却することがコンデンサ小型化に効果的であると考えられ、容易にかつ効果的に冷却できるので、コンデンサの小型化を図れる。

なお、前記熱伝導部材はコンデンサの中空部分に配置されるため、その保持に余分な空間を必要としない。したがって、このような熱伝導部材を設けても電力変換装置全体の大きさを十分に小型化することができる。

また、本発明の他の好ましい態様においては、前記コンデンサは前記コの字型を呈するとともに、前記半導体モジュールは前記放熱器を挟み込むようにして設けられた第１の半導体モジュール素子及び第２の半導体モジュール素子を含み、前記コンデンサは、その長手方向軸が前記第１の半導体モジュール素子及び前記第２の半導体モジュール素子の長手方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して前記第１の半導体モジュール素子及び前記第２の半導体モジュール素子と電気的に接続する。

一般に、電力変換装置を例えばハイブリッド電動自動車に用いる場合、前記電力変換装置内に発電機側に接続される第1の半導体モジュールと、駆動用電動機側に接続される第2の半導体モジュールの2ヶを搭載する場合がある。これに対して、本例では、第１の半導体モジュール、第２の半導体モジュール及び放熱器全体の厚さの中に前記コンデンサを収納するようにしている。このため、コンデンサを収納するための余分な空間を形成することなく、前記第１の半導体モジュール及び前記第２の半導体モジュールなどによって本来的に形成される空間のみを用いて前記コンデンサを収納することができるので、このような構成の電力変換装置においてもその大きさを小型化することができる。

また、本例において、第１の半導体モジュール及び第２の半導体モジュールの双方にバスバ電極を合理的に接続できる。即ち本構成では第1の半導体モジュール側のコンデンサ側面に高電位側接続電極と低電位側接続電極を設けることが出来る。よって高電位側バスバ電極と低電位側バスバ電極を積層して第1の半導体モジュールに接続することが容易にできる。同様に第２の半導体モジュール側のコンデンサ側面に高電位側接続電極と低電位側接続電極を設けることが出来る。よって高電位側バスバ電極と低電位側バスバ電極を積層して第２の半導体モジュールに接続することが容易にできる。

このように両半導体モジュールに対して積層状態の高電位側バスバ電極と低電位側バスバ電極を接続できる。つまり、積層状態のバスバ電極どおしが干渉して、冷却器両面に実装された2ヶの半導体モジュールへの接続に支障を来たすことが無い。したがって、電力変換装置の小型化に加えて、その電気的動作を安定化できる。

以上説明したように、本発明によれば、寄生インダクタンスを減少させ、この寄生インダクタンスに起因した過度の発熱を抑制した電力変換装置、及びこれに用いるコンデンサ素子を提供することができる。

以下、本発明の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図２及び図３は、本発明のコンデンサ素子の一例を概略的に示す構成図であり、図４及び図５は、図２及び図３に示すコンデンサ素子を用いて実装した、本発明の電力変換装置の一例を概略的に示す構成図である。図２は、本例のコンデンサ素子を上方から見た場合の状態を示す図であり、図３は、図２に示すコンデンサ素子を側方から見た場合の状態を示す図である。同様に、図４は、本発明の電力変換装置を側方から見た場合の状態を示す図であり、図５は、図４に示す電力変換装置を上方から見た場合の状態を示す図である。なお、図面の全体を通じて、同様の構成要素に対しては同じ参照符号を用いて示している。

図２及び図３に示すように、本発明のコンデンサ素子においては、コンデンサ100の両端面に夫々高電位側電極端子110と低電位側電極端子111とを設ける。そして、接続電極120、121の一端側をコンデンサの電極端子110及び111に接続すると共に、他端側をコンデンサの側面部側に沿って位置させるようにして構成している。本例では、接続電極120を高電位側接続電極として高電位側電極端子110に接続し、接続電極121を低電位側接続電極として低電位側電極端子111に接続する。

なお、本例においては、接続電極120及び121をコンデンサ100の一方の側面にのみ沿って延在させ、側方から見た場合にＬ字型を呈するようにして配置しているが、コンデンサ100の両側面に沿って延在させ、コの字型を呈するようにすることもできる。

図４及び図５に示す電力変換装置においては、図２及び図３に示すコンデンサ素子が、半導体モジュール及び冷却器（放熱器）と組合わされて、実装されてなる。実際には、コンデンサ100は、その長手方向軸が半導体モジュール140の幅方向と略平行となるようにして配置し、接続電極120及び121の、コンデンサ100の側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置された高電位側バスバ電極130及び低電位側バスバ電極131を介して、同じく略同一平面レベルに配置された半導体モジュールの直流電極（図示せず）と電気的に接続して構成されている。

したがって、本例に示す電力変換装置においては、コンデンサ100の接続電極120及び121に対して平板形状のバスバ電極130及び131を用いて接続することができ、その接続面積を増大させることができるので、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。また、バスバ電極130及び131を半導体モジュール140の横幅にほぼ等しい程度まで広げて形成した上で半導体モジュール140の電極と接続することができるようになる。したがって、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。

特に図４及び図５に示す電力変換装置の電力容量を大きくする場合には、必然的にコンデンサ100も大型化しなければならないが、コンデンサ100が大型化した場合においては、コンデンサ側面の曲率が大きくなるので、接続電極120、121とバスバ電極130、131との接続をさらにし易くなる。また、コンデンサ100の接続電極120、121とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュールの電極との間における接続面積を広大化させることができるので、寄生インダクタンスの低減を達成することができる。

さらに、本構成では、図示しない筐体が大型化した例えば大径化あるいは長くなった場合の両方でも、バスバ電極130、131に接続できる程度まで接続電極120、121の端部を延伸させるのみで簡易に接続を行うことができる。

なお、本例の電力変換装置においては、単一のコンデンサ100が配置されている場合のみが示されているが、コンデンサを2列以上の並列構成にした場合においても、コンデンサを1ヶ当たりは短く、かつ複数個を直列に配置して必要な電気容量を確保し、この際隣接するコンデンサ側面電極の電位は同じになるように各コンデンサの向きを揃えるようにすることによって、必要容量は変わらずにコンデンサ中心から接続電極まで短くできる。これによって、コンデンサで生じた発熱が接続電極からバスバ電極に速やかに伝わり、効率良く放熱できる。この結果、大電気容量の電力変換装置においても、コンデンサの温度上昇を抑制する為に必要電気容量以上に大きくしてしまう事態をさらに効果的に防げることができ、コンデンサをさらに小型にできる。

また、コンデンサ100は円筒中空形状を呈し、その中空部分に熱伝導部材として金属配管142が設けられている。この金属配管142は冷却器141に対して接続されているとともに、内部に冷却水を流すことができるようにして構成されている。この結果、コンデンサ100からの発熱をその内側から効果的かつ効率的に冷却することができる。また、コンデンサ100が電極膜を巻いて形成されたような構成を呈する場合においては、特に本例に示すように、コンデンサ100の内側から冷却することがコンデンサ小型化に効果的であると考えられ、容易にかつ効果的に冷却できるので、コンデンサの小型化を図れる。

さらに、金属配管142はコンデンサ100の中空部分に配置されるため、その保持に余分な空間を必要としない。したがって、このような金属配管142を設けても電力変換装置全体の大きさを十分に小型化することができる。

なお、本例においては、接続電極120、121とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール140の図示しない直流電極との間は、溶接及び半田付けの少なくとも一方の手段を用いて電気的に接続している。したがって、図４及び図５に示すように、コンデンサ100の接続電極120、121、及び半導体モジュール140の直流電極の上に、バスバ電極130、131を被せるような形態で、溶接又ははんだ付けで接続することが容易にできる。

このため、従来のように、上述した電極間をネジ締めによって接続する必要が無いので、従来のネジ締めによる曲げの力による接続部の剥がれが起きない。したがって、剥がれを防ぐ為の接続部分を補強する構造や、曲げ応力が例えば半導体モジュール内部のはんだ付け接合部に及ばないようにする応力緩和領域を形成する必要が無く、図示した電力変換装置の大幅な小型化を図ることが可能となる。

また、バスバ電極130、131とコンデンサの接続電極120、121との接続、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール140の直流電極との接続を、幅のほぼ全体に及ぶような広い部分で簡易に行なうことができる。したがって、電流経路を絞りの抑制をさらに簡易かつ効果的に行うことができるので、寄生インダクタンス低減による電気的動作の安定化と、ジュール発熱防止による小型化もさらにできる。

図６及び図７は、図２及び図３に示すコンデンサ素子を用いて実装した、本発明の電力変換装置における他の例を概略的に示す構成図である。図６は、本例の電力変換装置を側方から見た場合の状態を示す図であり、図７は、図６に示す電力変換装置を上方から見た場合の状態を示す図である。

図６及び図７に示す電力変換装置は、図２及び図３に示すコンデンサ素子が、半導体モジュール及び冷却器（放熱器）と組合わされて、実装されてなる。具体的には、コンデンサ100は、その長手方向軸が半導体モジュール140の長手方向と略平行となるようにして配置し、接続電極120、121の、コンデンサ100の側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極130、131を介して、同じく略同一平面レベルに配置された半導体モジュール140と電気的に接続されている。

本例においては、コンデンサ100の接続電極120、121に対して平板形状のバスバ電極130、131を用いて接続することができ、その接続面積を増大させることができるので、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。また、バスバ電極130、131を半導体モジュール140の横幅にほぼ等しい程度まで広げて形成した上で半導体モジュール140の図示しない直流電極と接続することができるようになる。したがって、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。

特に電力変換器の電力容量を大きくすると、必然的にコンデンサ100も大型化する。コンデンサ100が大型化した場合においては、コンデンサ100側面の曲率が大きくなるので、接続電極120、121とバスバ電極130、131との接続をさらにし易くなる。また、コンデンサ100の接続電極120、121とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール140の図示しない直流電極との間における接続面積を広大化させることができるので、寄生インダクタンスの低減を達成することができる。

また、コンデンサ100は円筒中空形状を呈し、その中空部分に熱伝導部材として金属棒242が設けられている。この金属棒242は冷却器141に対して直接接続されているので、コンデンサ100からの発熱を、その内側から効果的かつ効率的に冷却することができる。また、コンデンサ100が電極膜を巻いて形成されたような構成を呈する場合においては、特に本例に示すように、コンデンサ100の内側から冷却することがコンデンサ小型化に効果的であると考えられ、容易にかつ効果的に冷却できるので、コンデンサの小型化を図れる。

さらに、金属棒242はコンデンサ100の中空部分に配置されるため、その保持に余分な空間を必要としない。したがって、このような金属棒242を設けても電力変換装置全体の大きさを十分に小型化することができる。

なお、本例においても、接続電極120、121とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール140の図示しない直流電極との間は、溶接及び半田付けの少なくとも一方の手段を用いて電気的に接続している。したがって、図６及び図７に示すように、コンデンサ100の接続電極120、121、及び半導体モジュール140の直流電極の上に、バスバ電極130、131を被せるような形態で、溶接又ははんだ付けで接続することが容易にできる。

図８は、図２及び図３に示すコンデンサ素子を用いて実装した、本発明の電力変換装置におけるその他の例を概略的に示す構成図である。図８は、本例の電力変換装置を側方から見た場合の状態を示す図である。

本例に示す電力変換装置においては、コンデンサ100はコの字型を呈するとともに、冷却器（放熱器）141を挟み込むようにして第１の半導体モジュール素子340及び第２の半導体モジュール素子341が設けられている。コンデンサ100は、その長手方向軸が第１の半導体モジュール素子340及び第２の半導体モジュール素子341の長手方向と略平行となるようにして配置し、接続電極320、321の、コンデンサ100の側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極130、131を介して第１の半導体モジュール素子340及び第２の半導体モジュール素子341と電気的に接続する。本例では、例えば接続電極320を高電位側接続電極とし、高電位側のバスバ電極130と接続するようにすることができる。また、接続電極321を低電位側接続電極とし、低電位側のバスバ電極131と接続するようにすることができる。

一般に、電力変換装置を例えばハイブリッド電動自動車に用いる場合、前記電力変換装置内に発電機側に接続される第1の半導体モジュール素子と、駆動用電動機側に接続される第2の半導体モジュール素子の2ヶを搭載する場合がある。これに対して、本例では、第１の半導体モジュール素子340、第２の半導体モジュール素子341及び冷却器141全体の厚さの中にコンデンサ100を収納するようにしている。このため、コンデンサ100を収納するための余分な空間を形成することなく、第１の半導体モジュール素子340及び第２の半導体モジュール341などによって本来的に形成される空間のみを用いてコンデンサ100を収納することができるので、このような構成の電力変換装置においてもその大きさを小型化することができる。

また、本例においても、上述した例と同様に、コンデンサ100は、その長手方向軸が半導体モジュール340、341の長手方向と略平行となるようにして配置し、接続電極320、321の、コンデンサ100の側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極130、131を介して、同じく略同一平面レベルに配置された半導体モジュール340、310とそれぞれ電気的に接続されている。

本例においては、コンデンサ100の接続電極320、321に対して平板形状のバスバ電極130、131を用いて接続することができ、その接続面積を増大させることができるので、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。また、バスバ電極130、131を半導体モジュール340、341の横幅にほぼ等しい程度まで広げて形成した上で半導体モジュール340、341の図示しない直流電極と接続することができるようになる。したがって、かかる部分における寄生インダクタンスを十分に低減することができる。

特に電力変換器の電力容量を大きくすると、必然的にコンデンサ100も大型化する。コンデンサ100が大型化した場合においては、コンデンサ100側面の曲率が大きくなるので、接続電極320、321とバスバ電極130、131との接続をさらにし易くなる。また、コンデンサ100の接続電極320、321とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール340、341の図示しない直流電極との間における接続面積を広大化させることができるので、寄生インダクタンスの低減を達成することができる。

さらに、本構成では、図示しない筐体が大型化した例えば大径化あるいは長くなった場合の両方でも、バスバ電極130、131に接続できる程度まで接続電極320、321の端部を延伸させるのみで簡易に接続を行うことができる。

また、コンデンサ100は円筒中空形状を呈し、その中空部分に熱伝導部材として金属棒342が設けられている。この金属棒342は冷却器141に対して直接接続されているので、コンデンサ100からの発熱を、その内側から効果的かつ効率的に冷却することができる。また、コンデンサ100が電極膜を巻いて形成されたような構成を呈する場合においては、特に本例に示すように、コンデンサ100の内側から冷却することがコンデンサ小型化に効果的であると考えられ、容易にかつ効果的に冷却できるので、コンデンサの小型化を図れる。

さらに、金属棒342はコンデンサ100の中空部分に配置されるため、その保持に余分な空間を必要としない。したがって、このような金属棒342を設けても電力変換装置全体の大きさを十分に小型化することができる。

なお、本例においても、接続電極320、321とバスバ電極130、131との間、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール340、341の図示しない直流電極との間は、溶接及び半田付けの少なくとも一方の手段を用いて電気的に接続している。したがって、図８に示すように、コンデンサ100の接続電極320、３21、及び半導体モジュール140の直流電極の上に、バスバ電極130、131を被せるような形態で、溶接又ははんだ付けで接続することが容易にできる。

また、バスバ電極130、131とコンデンサの接続電極320、321との接続、及びバスバ電極130、131と半導体モジュール340、341の直流電極との接続を、幅のほぼ全体に及ぶような広い部分で簡易に行なうことができる。したがって、電流経路を絞りの抑制をさらに簡易かつ効果的に行うことができるので、寄生インダクタンス低減による電気的動作の安定化と、ジュール発熱防止による小型化もさらにできる。

以上、具体例を挙げながら本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

従来の電力変換装置の構成を説明するための図である。本発明のコンデンサ素子の一例を上方から見た場合の状態を示す図である。図２に示すコンデンサ素子を側方から見た場合の状態を示す図である。本発明の電力変換装置の一例を側方から見た場合の状態を示す図である。図４に示す電力変換装置を上方から見た場合の状態を示す図である。本発明の電力変換装置の他の例を側方から見た場合の状態を示す図である。図６に示す電力変換装置を上方から見た場合の状態を示す図である。本発明の電力変換装置のその他の例を側方から見た場合の状態を示す図である。

符号の説明

１コンデンサ
２（高電位側）電極端子
３（低電位側）電極端子
１００コンデンサ
１１０（高電位側）電極端子
１１１（低電位側）電極端子
１２０（高電位側）接続電極
１２１（低電位側）接続電極
１３０（高電位側）バスバ電極
１３１（低電位側）バスバ電極
１４０半導体モジュール
１４１冷却器（放熱器）
１４２金属配管
２４２金属棒
３２０（高電位側）接続電極
３２１（低電位側）接続電極
３４０第１の半導体モジュール素子
３４１第２の半導体モジュール素子
３４２金属棒

Claims

コンデンサと、半導体モジュールと、この半導体モジュールを冷却する放熱器とを具える電力変換装置であって、
前記コンデンサの両端面に電極端子を設けるとともに、前記電極端子と接触するとともに前記コンデンサの側面に沿って延在するようにして１対の接続電極を設けたことを特徴とする、電力変換装置。
前記接続電極は、前記コンデンサの側方から見た場合においてＬ字型を呈することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
前記接続電極はコの字型を呈し、前記コンデンサの対向する両側面に接触するようにして設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは、その長手方向軸が前記半導体モジュールの幅方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して、同じく略同一平面レベルに配置された前記半導体モジュールと電気的に接続してなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは、その長手方向軸が前記半導体モジュールの長手方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して、同じく略同一平面レベルに配置された前記半導体モジュールと電気的に接続してなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の電力変換装置。
前記１対の接続電極と前記バスバ電極との間、及び前記バスバ電極と前記半導体モジュールとの間は、溶接及び半田付けの少なくとも一方の手段を用いて電気的に接続してなることを特徴とする、請求項４又は５に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは中空形状を呈し、前記コンデンサの中空部分において熱伝導部材を配置したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の電力変換装置。
前記熱伝導部材は金属部材であって、この金属部材を前記放熱器と接続するように構成したことを特徴とする、請求項７に記載の電力変換装置。
前記コンデンサは前記コの字型を呈するとともに、前記半導体モジュールは前記放熱器を挟み込むようにして設けられた第１の半導体モジュール素子及び第２の半導体モジュール素子を含み、前記コンデンサは、その長手方向軸が前記第１の半導体モジュール素子及び前記第２の半導体モジュール素子の長手方向と略平行となるようにして配置し、前記１対の接続電極の、前記コンデンサの側面に位置する部分が、略同一平面レベルに配置されたバスバ電極を介して前記第１の半導体モジュール素子及び前記第２の半導体モジュール素子と電気的に接続してなることを特徴とする、請求項３に記載の電力変換装置。
コンデンサの両端面に電極端子を設けるとともに、前記電極端子と接触するとともに前記コンデンサの側面に沿って延在するようにして１対の接続電極を設けたことを特徴とする、コンデンサ素子。
前記接続電極は、前記コンデンサの側方から見た場合においてＬ字型を呈することを特徴とする、請求項１０に記載のコンデンサ素子。
前記接続電極はコの字型を呈し、前記コンデンサの対向する両側面に接触するようにして設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載のコンデンサ素子。