JP2020014374A - 電力変換用回路基板及び電動圧縮機 - Google Patents
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このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路としての耐圧性能を高めることができる。また、直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子を所望に選択することができ、これにより直列コンデンサ群全体としてのインピーダンス特性を、製品固有の電磁ノイズに合わせてコントロールすることができる。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に高耐圧化を図ることができる。
このようにすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
以下、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板について、図1〜図6を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板の斜視図である。
また、図2は、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板の平面図である。
また、図3は、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板の底面図である。
また、図4は、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板の側面図である。
また、図5は、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板の正面図である。
第1の実施形態に係る電力変換用回路基板1は、入力端子(後述)を通じて外部から供給された直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成する回路基板である。ここで、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板1は、当該電力変換用回路基板1が出力する三相交流電力に基づいて動作する交流モータとともに、電動圧縮機に一体に搭載される。
この電動圧縮機は、例えば、車両に搭載される空気調和機(カーエアコン)に利用される。この場合、電動圧縮機(電力変換用回路基板1)は、車両に搭載されたバッテリー等から直流電力の入力を受け付ける。
各スイッチング素子SWは、低電圧回路10b(後述)からの駆動信号(ゲート入力)に基づいて、電流を流すON状態、電流を遮断するOFF状態に切り替わる。スイッチング素子SWは、三相交流をなすU相、V相、W相の各々に対応してそれぞれ2つずつ設けられる。したがって、基板本体部10の基板表面には計6個のスイッチング素子SWが実装される。各スイッチング素子SWが規定されたタイミングでON/OFFを繰り返すことで、交流モータに三相(U相、V相、W相)の交流電力が供給される。
なお、スイッチング素子SWとしては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が代表的であるが、その他、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field effect transistor)等であってもよい。
次に、図1〜図5を参照しながら、高電圧回路10aの構造についてより詳細に説明する。
図1〜図5に示すように、高電圧回路10aは、高電圧入力端子10a1と、RC回路10a2と、スイッチング素子SWと、バスバー支持部材20と、キャパシタCと、インダクタLと、が電気的に接続されてなる。
なお、以下の説明においては、主に、電力変換用回路基板1を底面側(−Z方向側)から見た図3を参照しながら説明する。ここで、図3における+X方向側を左側(左端側)、−X方向側を右側(右端側)等と表記し、また、+Y方向側を上側(上端側)、−Y方向側を下側(下端側)等と表記する。
高電圧入力端子10a1から入力された直流高電圧は、高電圧回路10aの右端側(−X方向側)に配置されたRC回路10a2を経て、同じく右端側に実装された6個のスイッチング素子SWに入力される。
バスバー支持部材20は、基板本体部10の裏面側の基板表面から所定距離だけ間隔を空けた位置に配置される(図4参照)。バスバー支持部材20の内部には、U相、V相、W相の各々に対応する3本のバスバーが実装されている。
バスバー支持部材20の内部に実装される3本のバスバーは、基板本体部10の基板表面から一定距離を保ちながら、バスバー支持部材20の下端側(−Y方向側)に位置するバスバー接続端子20aから、バスバー支持部材20の上端側(+Y方向側)に位置する高電圧出力端子20bにかけて延在する。その際、上記3本のバスバーは、基板本体部10の基板表面における左端側から右端側にかけて実装された高電圧回路10aの上空を横切るように配置される。
このように、電力変換用回路基板1に実装される高電圧回路10aは、当該電力変換用回路基板1を底面側から見た場合に、高電圧回路10aのうち高電圧入力端子10a1からスイッチング素子SWまでの配線と、スイッチング素子SWから高電圧出力端子20bまでの配線と、が互いに交差するように配置される。
固定穴11は、基板本体部10の四隅の各々に一つずつの他、基板本体部10の中央寄りにも複数設けられている(図2、図3参照)。固定穴11の縁には、接地配線に接続された接地用のランドが設けられている。これにより、固定穴11がねじ止めされることで、当該固定穴11の縁に設けられた接地用のランドを通じて、電力変換用回路基板1が接地される。
また、上述の直列コンデンサ群10a3は、固定穴11の各々に対応して、当該固定穴11の近傍に実装されている(図2、図3参照)。
図6は、第1の実施形態に係る直列コンデンサ群の特性を説明する図である。
図6(a)に示すグラフは、電力変換用回路基板1から生じる電磁ノイズの周波数特性の例を示している(縦軸はノイズ強度[dB]、横軸は周波数[Hz])。また、図6(b)に示すグラフは、直列コンデンサ群10a3を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性の例を示している(縦軸はインピーダンス[Ω]、横軸は周波数[Hz])。
この場合、直列コンデンサ群10a3を構成する5個のコンデンサ素子は、電磁ノイズが規定値TH以上となる複数の周波数f1、f2に対応して、当該複数の周波数f1、f2における電磁ノイズをそれぞれ低減可能とするように選択される。
このようなコンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性は、選択するコンデンサ素子の種類等に応じてそれぞれ異なるものとなる。そこで、直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスを、電磁ノイズが強い周波数f1、f2に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数(周波数f1、f2等)の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
図7は、第1の実施形態に係る高電圧回路の構造に基づく作用効果を説明する図である。
第1の実施形態に係る電力変換用回路基板1によれば、図7に示すように、低電圧が印加される低電圧回路10bと、高電圧が印加される高電圧回路10aと、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて一つずつ配置されていることを特徴とする。
このようにすることで、高電圧回路10aと低電圧回路10bとが分かれて配置されているので、高電圧回路10aから放射される電磁ノイズの、低電圧回路10bへの干渉の度合いを低減することができる。また、高電圧回路10aと低電圧回路10bとが同一の基板表面に配置されているため、省スペース化を図ることができる。
以上より、電力変換用回路基板1によれば、省スペース性を維持しながらも、電磁ノイズの影響を低減することができる。
このようにすることで、スイッチング素子SWの駆動により生じる電磁ノイズ(リンギングノイズ等)が、RC回路10a2に加え、基板本体部10の基板表面に形成された配線と、基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーとの間でも吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを抑制することができる。
このようにすることで、スイッチング素子SWの駆動により生じる電磁ノイズが、各々が互いに交差する部分で効果的に吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを一層抑制することができる。
また、上記立体的に交差する構造とすることで、電力変換用回路基板1のうち高電圧回路10aが占める領域をコンパクトに一つにまとめることができる。したがって、電力変換用回路基板1全体を一層小型化(省スペース化)させることができる。
このようにすることで、RC回路10a2のローパスフィルタとしての機能に基づいて、電磁ノイズの除去効果を得ることができる。また、RC回路10a2を実装するために必要なスペースを確保する上で、高電圧入力端子10a1からスイッチング素子SWまでの配線と、スイッチング素子SWから高電圧出力端子までの配線と、の間に設けられた空間を有効に活用することができる。したがって、電力変換用回路基板1の一層の省スペース化を図ることができる。
このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路10aとしての耐圧性能を高めることができる。また、仮にコンデンサ素子のいずれかが破壊されて短絡した場合であっても、直列に接続された他のコンデンサ素子により電源配線と接地配線とが短絡されることを防止することができる。
更に、このようにすることで、直列コンデンサ群10a3を構成する各コンデンサ素子を所望に選択することができるようになるため、直列コンデンサ群10a3全体としてのインピーダンス特性を、製品固有の電磁ノイズに合わせて適切にコントロールすることができる。
以上より、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に高耐圧化を図ることができる。
このようにすることで、電磁ノイズが強い周波数(図6の周波数f1、f2)に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
コンデンサ素子間には、各々の位置関係に応じた浮遊容量が形成されることが想定される。したがって、配置パターンを同一とすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群10a3が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
以上、第1の実施形態に係る電力変換用回路基板1について詳細に説明したが、電力変換用回路基板1の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板1は、高電圧入力端子10a1からスイッチング素子SWまでの配線と、スイッチング素子SWから高電圧出力端子20bまでの配線と、が必ずしも交差していなくともよく、例えば、両者の少なくとも一部が重なりながら延在する態様であってもよい。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板1は、RC回路10a2を具備しない態様であってもよい。また、この場合において、当該他の実施形態に係る電力変換用回路基板1は、RC回路10a2を実装可能なランドのみが形成された態様であってもよい。 このように、RC回路10a2を実装するための領域のみを設けておくことで、顧客の要求(低減すべき電磁ノイズの度合い)に応じて、RC回路10a2の搭載/非搭載を選択することができる。
10 基板本体部
10a 高電圧回路
10a1 高電圧入力端子
10a2 RC回路
10a3 直列コンデンサ群
10b 低電圧回路
11 固定穴
20 バスバー支持部材
20a バスバー接続端子
20b 高電圧出力端子
SW スイッチング素子
C キャパシタ
L インダクタ
このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路としての耐圧性能を高めることができる。また、直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子を所望に選択することができ、これにより直列コンデンサ群全体としてのインピーダンス特性を、製品固有の電磁ノイズに合わせてコントロールすることができる。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に高耐圧化を図ることができる。
Claims (4)
- 直流を交流に変換する電力変換用回路が搭載された基板であって、
低電圧が印加される低電圧回路と、高電圧が印加される高電圧回路と、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて配置され、
前記高電圧回路は、接地配線に接続された複数のコンデンサ素子からなる直列コンデンサ群を有する
電力変換用回路基板。 - 前記直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子は、電磁ノイズが規定値以上となる複数の周波数に対応して、当該複数の周波数における電磁ノイズをそれぞれ低減可能とする、異なるインピーダンス特性を有している
請求項1に記載の電力変換用回路基板。 - 前記直列コンデンサ群は、基板の表面側及び裏面側における同一の位置にそれぞれ実装され、
前記表面側及び前記裏面側における同一の位置に実装される2組の前記直列コンデンサ群は、複数の前記コンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている
請求項1又は請求項2に記載の電力変換用回路基板。 - 請求項1から請求項3の何れか一項に記載の電力変換用回路基板と、
前記電力変換用回路基板から供給される交流電力に基づいて動作するモータと、
を備える電動圧縮機。
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