JP2009153246A

JP2009153246A - 直流ー交流変換装置

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Publication number: JP2009153246A
Application number: JP2007326714A
Authority: JP
Inventors: Shinkaku Oyadomari; 真角親泊
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP5380834B2

Abstract

【課題】直流ー交流変換装置を小形にするとともに、その半導体モジュールの直流端子から電解コンデンサの接続電極までの接続導体の長さを短くする。
【解決手段】出力側に対して各相並列に接続された半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２により直流ー交流変換回路を構成するとともに、各相の半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上方にコンデンサ支持具４７を介して複数の電解コンデンサ３５〜３８を接続電極の位置を互い違いにして支持し、各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２上に各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を並列に接続するように取り付けられた直流導体３３，３４の接続部３３ａ，３４ａに各電解コンデンサ３５〜３８を並列に接続し、かつ各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の出力側に各相交流導体Ｖ３，Ｗ３を接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気自動車等に用いられる直流ー交流変換装置に関し、特にその配置構造に関するものである。

図４（ａ），（ｂ）は特許文献１に示された従来の直流ー交流変換装置の正面図及び回路図を示し、半導体モジュール１と第１の平滑コンデンサ群２，３とを負側導体４及び正側導体５により接続するとともに、半導体モジュール１と第２の平滑コンデンサ群６，７とを負側導体８及び正側導体５により接続する。負側導体４は平面構造とし、正側導体５は逆Ｔ字形状とし、負側導体８はＬ字形状とする。又、第２の平滑コンデンサ群６，７を第１の平滑コンデンサ郡２，３の上方に配置し、各導体４，５，８間は近接配置するとともに、絶縁材を挟む。また、負側導体４，８の一端は同電位とするために、雄ねじ９により半導体モジュール１の端子に締め付ける。また、半導体モジュール１は、上下アームの半導体スイッチング素子１０，１１とこれらに逆並列に接続されたダイオード１２，１３との複数組により構成される。又、Ｌ１〜Ｌ５は各導体４，５，８のインダクタンスである。

図５（ａ），（ｂ）は特許文献２に示された従来の直流ー交流変換装置の正面図及び回路図を示し、まず図５（ｂ）に示すように正側直流導体１４と負側直流導体１５との間には、電源端子１７，１８を介してＵ，Ｖ，Ｗの各相の半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが並列に接続され、また直流導体１４，１５間には端子１９ａ，１９ｂを介して各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗとそれぞれ並列にコンデンサ１９が接続される。又、各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの各制御端子２０〜２３は制御回路部２４に接続される。制御回路部２４はそれぞれのスイッチング素子のベース電流をオンオフすることにより、各スイッチング素子をオンオフ制御し、各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの出力端子２５から出力導体２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗを介してモータ出力端子へ三相交流電力を出力する。

この直流ー交流変換装置は図５（ａ）に示すようにアルミからなる冷却ブロック２７の載置面２７ａ上に各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが一列に配列される。各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの上面には電源端子１７，１８、制御端子２０〜２３及び出力端子２５が設けられ、電源端子１７上には正側入力導体１４が取り付けられ、電源端子１８上には負側入力導体１５が取り付けられ、出力端子２５上には出力導体２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗが取り付けられる。又、冷却ブロック２７の載置面２７ａ上にはアルミブロックからなるホルダ２８が立設され、ホルダ２８は各半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの上方でそれぞれコンデンサ１９の底部を支持している。即ち、ホルダ２８の上部には水平方向にコンデンサ収容孔２８ａが設けられ、このコンデンサ収容孔２８ａにコンデンサ１９の底部が挿通され、押さえ金具２９及びねじ３０により固定される。入力導体１４，１５には接続導体３１，３２を介してコンデンサ１９の端子１９ａ，１９ｂが接続される。
特開２００５−６５４１２号公報特開平７−２９８６４１号公報

従来の直流ー交流変換装置においては、図４の特許文献１に示したように、半導体モジュール１の横側に電解コンデンサ２，３，６，７を配置したものが一般的である。しかしながら、このような配置構造では、上方から見た占有面積が大きくなり、直流ー交流変換装置の占有面積が大きくなってしまう。又、半導体モジュール１の横側に電解コンデンサ２，３，６，７を配置した構造であるため、半導体モジュール１の端子から電解コンデンサ２，３，６，７の端子までの接続導体の長さが比較的長くなり、その浮遊インダクタンス成分が大きくなり、半導体モジュール１のスイッチング時のサージ電圧が大きくなった。そこで、直流ー交流変換装置の占有面積を小さくするとともに、半導体モジュールの端子から電解コンデンサの端子までの接続導体の長さを短くするために、図５の特許文献２に示すように半導体モジュール１６Ｕ、１６Ｖ，１６Ｗの上方に電解コンデンサ１９を設けたものが提案されている。しかしながら、特許文献２に示されたものは、半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを出力側に対して各相シングルで使用する場合には有効であるが、半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが容量不足のために出力側に対して各相並列に使用する場合、電解コンデンサ１９から半導体モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗまでの導体の長さがアンバランスとなった。なお、半導体モジュールがＩＧＢＴにより形成されている場合には、特に容量不足となった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、半導体モジュールを出力側に対して各相並列に使用した場合においても、占有面積を小さくして小形とするとともに、半導体モジュールの端子から電解コンデンサの端子までの接続導体の長さを短くすることができる直流ー交流変換装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る直流ー交流変換装置は、交流導体の各相に対して並列に接続され、直流ー交流変換回路を構成する各相の半導体モジュールと、筐体表面に隣り合わせでかつ同じ向きに並べた正極と負極の接続電極を有するとともに、各相の半導体モジュールの上方にコンデンサ支持具を介して接続電極の位置を線対称または回転対称に配置して支持された複数のコンデンサと、各相半導体モジュール上に各相半導体モジュールの直流端子を並列に接続するように取り付けられ、かつ各コンデンサの接続電極と並列に接続されたＰ側、Ｎ側の直流導体と、各相半導体モジュール上に取り付けられるとともに、各相半導体モジュールの交流端子に各相ごとに接続された各相交流導体とを備えたものである。

請求項２に係る直流ー交流変換装置は、前記コンデンサ支持具により各相交流導体を支持したものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、各相の半導体モジュールを出力側の交流導体の各相に対して並列に接続した場合に、各半導体モジュールの上方にコンデンサ支持具を介して各コンデンサを支持しており、直流ー交流変換装置としての占有面積を小さくし、小形にすることができる。又、各コンデンサは接続電極の位置を互い違いにして、即ち線対称または回転対称に配置して各直流導体と並列に接続しており、各直流導体は各相半導体モジュール上に取り付けられて各相半導体モジュールを並列に接続するとともに、接続電極の位置を互い違いにした各コンデンサを並列に接続しており、半導体モジュールの直流端子から各コンデンサの接続電極までの接続導体の長さ、即ち直流導体の長さをバランス良く、短くすることができる。このため、接続導体の浮遊インダクタンスを小さくすることができ、各半導体スイッチング素子のスイッチングサージ電圧を小さくすることができる。

請求項２によれば、コンデンサ支持具により各コンデンサを支持するとともに、各相交流導体を支持しており、部品密度を向上して回路インピーダンスの低減を図ることができ、より一層のサージ電圧の低減を図ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態による電解コンデンサを図示省略した直流ー交流変換装置の分解斜視図、図２は直流ー交流変換装置の斜視図、図３は直流ー交流変換装置の回路図である。まず、図３の回路図において、３３，３４は直流電源に接続されたＰ側，Ｎ側の直流導体であり、この直流導体３３，３４間には４個の電解コンデンサ３５〜３８が並列に接続されるとともに、各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が並列に接続される。各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は上下アームのＩＧＢＴ３９，４０とこれらに逆並列に接続されたダイオード４１，４２とから構成され、これらの各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２をブリッジ接続して直流ー交流変換回路を構成する。各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上下アームの接続点、即ち交流出力端子は各相ごとに各相の交流導体Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３に並列に接続され、この交流導体Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３を介してモータ４３に接続される。

次に、前記した直流ー交流変換装置の配置構造について説明する。プリント板４４上には各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を実装し、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上面にはＰ側直流導体３３及びＮ側直流導体３４を各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が各直流導体３３，３４間に並列に接続されるように取り付ける。又、各直流導体３３，３４間は絶縁板４５により絶縁する。また、各直流導体３３，３４にはそれぞれ４つの直立した接続部３３ａ，３４ａが電解コンデンサ３５〜３８の接続電極の位置に合わせて両端部に交互に一体に設けられる。各電解コンデンサ３５〜３８の筐体表面には、隣り合わせで同じ向きに並べた正極と負極の接続電極が設けられる。そして、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上方には樹脂製の電解コンデンサ支持具４７が雄ねじ４８をプリント板４４の雌ねじ部４４ａに螺着することにより取り付けられ、電解コンデンサ支持具４７の４つの凹部４７ａに一端に＋，−の各接続電極を有する各電解コンデンサ３５〜３８が互い違いに、即ち各接続電極の位置を線対称または回転対称に配置され、各接続電極は接続部３３ａ，３４ａに接続される。また、各電解コンデンサ３５〜３８は二つずつ電解コンデンサ支持具４７に取り付けられた支持帯４９により拘束される。

また、各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２上の絶縁板４５にはＰ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流導体Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３が取り付けられ、各交流導体Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３は各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上下アームの接続点、即ち出力点に接続される。そして、Ｖ相及びＷ相の交流導体Ｖ３，Ｗ３はそれぞれ２箇所ずつの雌ねじ部Ｖ３ａ，Ｗ３ａに電解コンデンサ支持具４７を挿通した雄ねじ５０を螺着することにより、電解コンデンサ支持具４７により交流導体Ｖ３，Ｗ３を支持する。

前記した実施最良形態においては、各相交流導体Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３に対してＩＧＢＴ３９，４０を含む各相の半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を並列に接続した場合に、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上方に各電解コンデンサ３５〜３８を配置しており、直流ー交流変換装置の占有面積を小さくすることができ、直流ー交流変換装置を小形にすることができる。又、一方の端部に接続電極を有する各電解コンデンサ３５〜３８を接続電極の位置が互い違いになるように配置しており、各電解コンデンサ３５〜３８の接続電極が各電解コンデンサ３５〜３８の両端部に交互に位置するので、直流導体３３，３４の接続部３３ａ，３４ａも交互に位置し、各直流導体３３，３４は各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２上に取り付けられて各相半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を並列に接続するとともに、接続電極の位置を互い違いにした各コンデンサ３５〜３８を並列に接続しており、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の直流端子から電解コンデンサ３５〜３８の接続電極までの接続導体の長さ、即ち直流導体３３，３４の長さを均等に短くすることができ、その浮遊インダクタンス成分を小さくして、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２のスイッチングサージ電圧も小さくすることができる。又、各半導体モジュールＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の上方に各電解コンデンサ３５〜３８を配置するために電解コンデンサ支持具４７を設け、この電解コンデンサ支持具４７によりＶ相、Ｗ相の交流導体Ｖ３，Ｗ３も支持するようにしており、電解コンデンサ支持具４７は電解コンデンサ３５〜３８の支持と交流導体Ｖ３，Ｗ３の支持を兼用しており、部品密度の向上により回路インピーダンスの低減を図ることができ、より一層のサージ電圧の低減を図ることができる。

この発明の実施最良形態による電解コンデンサを図示省略した直交変換装置の分解斜視図である。実施最良形態による直交変換装置の斜視図である。実施最良形態による直交変換装置の回路図である。特許文献１に示された従来の直交変換装置の正面図及び回路図である。特許文献２に示された従来の直交変換装置の正面図及び回路図である。

符号の説明

３３…Ｐ側直流導体
３３ａ，３４ａ…接続部
３４…Ｎ側直流導体
３５〜３８…電解コンデンサ
４３…モータ
４４…プリント板
４４ａ，Ｖ３ａ、Ｗ３ａ…雌ねじ部
４５…絶縁板
４７…コンデンサ支持具
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２…半導体モジュール
Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３…交流導体

Claims

交流導体の各相に対して並列に接続され、直流ー交流変換回路を構成する各相の半導体モジュールと、筐体表面に隣り合わせでかつ同じ向きに並べた正極と負極の接続電極を有するとともに、各相の半導体モジュールの上方にコンデンサ支持具を介して接続電極の位置を線対称または回転対称に配置して支持された複数のコンデンサと、各相半導体モジュール上に各相半導体モジュールの直流端子を並列に接続するように取り付けられ、かつ各コンデンサの接続電極と並列に接続されたＰ側、Ｎ側の直流導体と、各相半導体モジュール上に取り付けられるとともに、各相半導体モジュールの交流端子に各相ごとに接続された各相交流導体とを備えたことを特徴とする直流ー交流変換装置。
前記コンデンサ支持具により各相交流導体を支持したことを特徴とする請求項１記載の直流ー交流変換装置。