JP2021065044A - 平滑コンデンサ部及びスナバコンデンサを有するモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を低減することができる、構造容易で小型で低コストのモータ駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、モータ駆動電力を生成する電力変換回路内のコンバータ回路とインバータ回路との間に設けられる平滑コンデンサを少なくとも１つ有する平滑コンデンサ部１１と、電力変換回路の一部を構成するパワー素子１５のサージ電圧を抑制するスナバコンデンサ１２と、平滑コンデンサ部１１が設置される支持板１３とを備える。平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子とが支持板１３を挟んで近接して配置され、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の正極端子とが電気的に接続されるとともに、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎとが電気的に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、平滑コンデンサ部及びスナバコンデンサを有するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ駆動装置においては、交流電源から供給された交流電力をコンバータ回路（整流回路）にて直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、さらにインバータ回路にてＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力として供給している。

「ＤＣリンク」とは、コンバータ回路の直流出力側とインバータ回路の直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、「直流母線」あるいは「直流中間回路」などとも別称されることもある。ＤＣリンクには、コンバータ回路の直流出力の脈動分を抑え、インバータ回路に入力される電圧を平滑化する大容量の平滑コンデンサが設けられる。平滑コンデンサは、ＤＣリンクコンデンサとも称される。

また、インバータ回路及びＰＷＭ制御方式のコンバータ回路を含む電力変換回路は、例えば、パワー素子と呼ばれる半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するブリッジ回路からなり、パワー素子がオンオフ駆動されることで電力変換を行う。パワー素子を有する電力変換回路においては、パワー素子に印加されるサージ電圧を抑制するために、周波数特性の良いスナバコンデンサが設けられる。

例えば、直流電力を二つのモータの駆動に用いる交流電力にそれぞれ変換する二つのインバータ駆動部を備え、これらインバータ駆動部が一つの筐体に収納されたインバータ構造において、前記二つのインバータ駆動部は、複数のスイッチング素子が接続されそれぞれ直流電力を交流電力に変換して前記各モータへ与える二つのスイッチング回路装置と、これらスイッチング回路装置に入力される電力を平滑化する平滑コンデンサ、およびこの平滑コンデンサに接続され前記二つのスイッチング回路装置へ電力をそれぞれ供給する二組のバスバーを含むコンデンサ部品と、前記二組のバスバーを経由して前記二つのスイッチング回路装置に電力を供給する接続導体と、を備え、前記一つの筐体における前記二つのスイッチング回路装置の間に、前記接続導体が設けられたインバータ構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、コンバータ回路及びインバータ回路を用いて電動機を駆動する電動機の駆動回路において、制御回路用のプリント基板と、前記プリント基板の部品面にスペーサ用のモールド樹脂で構成される突起により所定の距離をおいて実装され、金属板リードを前記モールド樹脂が一体にモールドされたリードフレームモールド基板と、を備え、前記リードフレームモールド基板には、前記コンバータ回路及び前記インバータ回路を構成する電子部品が該電子部品の高さが調整され、前記モールド樹脂と一体に構成される高さ調整用の突起を間にして実装されるとともに、前記インバータ回路のスナバコンデンサとシャント抵抗とが実装され、前記プリント基板の前記部品面には、前記コンバータ回路の電解コンデンサが実装され、前記電子部品のパワー端子は一旦前記リードフレームモールド基板に接続され、その後前記リードフレームモールド基板の前記金属板リードが前記プリント基板と結合され、前記電子部品の制御配線端子は前記プリント基板に接続されることを特徴とする電動機の駆動回路が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、開口部を有する収納ケースと、該収納ケースに収納されると共に、該収納ケースの開口部側と底面側の端部に一対の電極面を有する複数個のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子の、上記開口部側の上記電極面に配置された開口側バスバーと、上記コンデンサ素子の、上記底面側の上記電極面に配置された底面側バスバーとを備え、上記開口側バスバーと上記底面側バスバーとにより、複数個の上記コンデンサ素子が並列接続されており、上記開口側バスバー及び上記底面側バスバーは、上記コンデンサ素子の側面と近接しない状態で配設された、外部機器接続用の接続端子をそれぞれ有することを特徴とするコンデンサが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１８−０４２３８４号公報 特許第４６７５３７９号公報 特開２０１１−０９１２５０号公報

上述のように、モータ駆動装置においては、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサが設けられる。平滑コンデンサとして、大容量の電解コンデンサが用いられることが多い。電解コンデンサは、過電圧印加時に内部の電解液が気化しガスが発生することにより内部圧力が増大する可能性があるので、ガスを逃がすための開口部が、端子付近に設けられている。電解コンデンサは、開口部から電解液が漏れるのを防ぐために、端子を鉛直方向に向けないように設置しなければならないといったような制約がある。特にねじ端子を有する電解コンデンサは、バスバーとネジ端子とをねじで締結するため、実装位置の制約が厳しい。このため、パワー素子の配置によっては平滑コンデンサとスナバコンデンサとの物理的距離が長くなってしまうことがある。平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間の距離が長くなると、平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間のインダクタンス成分が増大する。このインダクタンス成分により平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間に電位差が生じ、リンギング電流が大きくなるため、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失が大きくなる。この熱損失を低減するために、例えば、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサについて熱容量の大きいコンデンサを選定したり、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの近傍に冷却用ファンなどの放熱器を設置することが考えられる。しかしながら、コンデンサは熱容量の大きいほど高価である。また、放熱器の設置は、モータ駆動装置のコスト増大、構造の複雑化及び大型化を招く。したがって、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を低減することができる、構造容易で小型で低コストのモータ駆動装置の実現が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成する電力変換回路内のコンバータ回路とインバータ回路との間における電圧を平滑化する平滑コンデンサを少なくとも１つ有する平滑コンデンサ部と、電力変換回路の一部を構成するパワー素子のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサと、平滑コンデンサ部が設置される支持板と、を備え、平滑コンデンサ部の電極端子とスナバコンデンサの電極端子とが、支持板を挟んで近接して配置され、平滑コンデンサ部の電極端子のうちの正極端子とスナバコンデンサの電極端子のうちの正極端子とが電気的に接続されるとともに、平滑コンデンサ部の電極端子のうちの負極端子とスナバコンデンサの電極端子のうちの負極端子とが電気的に接続される。

本開示の一態様によれば、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を低減することができる、構造容易で小型で低コストのモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部、スナバコンデンサ及びパワー素子の実装構造を示す図であって、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部、スナバコンデンサ及びパワー素子の実装構造を模式的に示す側面図である。 交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成するモータ駆動装置を模式的に示す図であって、（Ａ）はモータ駆動装置を示す回路図であり、（Ｂ）はリンギング電流の発生を説明する回路図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第１の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）及び（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は上面図である。 従来のモータ駆動装置における平滑コンデンサとスナバコンデンサとの位置関係を説明する図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部とスナバコンデンサとの位置関係を説明する図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において複数の平滑コンデンサ部が直列接続される実装構造を模式的に示す側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において複数のスナバコンデンサが並列接続される実装構造を模式的に示す側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第１の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第３の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における接続部の変形例を例示する側面図である。

以下図面を参照して、平滑コンデンサ部及びスナバコンデンサを有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部、スナバコンデンサ及びパワー素子の実装構造を示す図であって、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は斜視図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。また、図２は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部、スナバコンデンサ及びパワー素子の実装構造を模式的に示す側面図である。また、図３は、交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成するモータ駆動装置を模式的に示す図であって、（Ａ）はモータ駆動装置を示す回路図であり、（Ｂ）はリンギング電流の発生を説明する回路図である。図３では、説明を簡明なものにするために交流電源２及びモータ３の相数については１相分のみについて示しているが、交流電源２及びモータ３はそれぞれ単相であっても三相であってもよい。

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を説明するのに先立ち、交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成するモータ駆動装置の回路及びリンギング電流の発生原理について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、モータ駆動装置１は、交流電源２から供給された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するコンバータ回路（整流回路）５１と、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換して、この交流電力をモータ駆動電力として出力するインバータ回路５２とを備える。

インバータ回路５２は、半導体スイッチング素子であるパワー素子１５とこれに逆並列に接続されたダイオードとのブリッジ回路からなる。また、コンバータ回路５１については、ダイオード整流回路にて実現される場合はパワー素子を備えないが、ＰＷＭ制御方式の整流回路にて実現される場合は、インバータ回路５２と同様、パワー素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路にて構成される。パワー素子の例としては、パワー素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがある。なお、半導体スイッチング素子とダイオードとの組み合わせを「パワー素子」として定義してもよく、このようなパワー素子は「パワーモジュール」とも称される。

コンバータ回路５１とインバータ回路５２との間のＤＣリンクには、ＤＣリンクにおける電圧を平滑化する平滑コンデンサ部１１が設けられる。図示の例では、コンバータ回路５１内のダイオードの直流出力側及びインバータ回路５２のパワー素子１５の直流入力側に、平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２が設けられる。

平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２の各正極端子と各負極端子との間で閉回路（ループ回路）が構成され、インダクタンス成分が発生する。図３（Ｂ）ではこのインダクタンス成分を参照符号３１で表している。インバータ回路５２では上側パワー素子１５−１と下側パワー素子１５−２とが交互にオンオフすることで、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換する。例えば、下側パワー素子１５−２がオフすると、上側パワー素子１５−１に逆並列に接続されたダイオードＤ１を経由して電流ｉが還流する。このとき、上側パワー素子１５−１の内部インダクタンス等によりＬ×ｄｉ／ｄｔのサージ電圧が発生する。このサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔにより、スナバコンデンサ１２に電流が流れ、スナバコンデンサ１２の正極端子と負極端子との間の電圧が上昇する。この結果、インダクタンス成分３１の存在に伴い平滑コンデンサ部１１とスナバコンデンサ１２との間に電位差が生じてリンギング電流が発生する。平滑コンデンサ部１１とスナバコンデンサ１２との間の距離が長くなると、平滑コンデンサ部１１とスナバコンデンサ１２との間のインダクタンス成分が増大して平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間に電位差はより大きくなるので、平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間により大きなリンギング電流が発生し、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失は増大する。

リンギング電流の発生に起因する平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を低減するために、図１及び図２に示すように、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１は、交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成する電力変換回路内のコンバータ回路とインバータ回路との間における電圧を平滑化する平滑コンデンサを少なくとも１つ有する平滑コンデンサ部１１と、電力変換回路の一部を構成するパワー素子１５のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサ１２と、平滑コンデンサ部１１が設置される支持板１３とを備える。

平滑コンデンサ部１１は、少なくとも１つの平滑コンデンサを有していればよい。平滑コンデンサは、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどで構成される。平滑コンデンサ部１１が１つの平滑コンデンサで構成される場合は、当該平滑コンデンサは大容量であることが好ましい。一方、平滑コンデンサ部１１が複数の平滑コンデンサで構成される場合は、小容量の平滑コンデンサを複数組み合わせることで、平滑コンデンサ部１１の大容量化を図ることができる。図１に示す例では、一例として、平滑コンデンサ部１１は６個の平滑コンデンサ１１−１、１１−２、１１−３、１１−４、１１−５及び１１−６を有する。平滑コンデンサ部１１が複数の平滑コンデンサから構成される場合における各平滑コンデンサ間の接続関係は、本実施形態を特に限定するものではない。一例を挙げると、平滑コンデンサ部１１は、例えば、並列接続されたコンデンサ１１−１、１１−２及び１１−３からなる組と、並列接続されたコンデンサ１１−４、１１−５及び１１−６からなる組と、が直列接続されることで構成される。

また、平滑コンデンサ部１１は、正極端子２１Ｐ及び負極端子２１Ｎからなる電極端子２１を有する。図１（Ａ）に示した正極端子２１Ｐ及び負極端子２１Ｎからなる電極端子２１の形状及び位置はあくまでも一例であって、その他の形状及び位置であってもよい。

平滑コンデンサ部１１は、支持板１３上に設置される。支持板１３は、各種部品及び配線が実装されたプリント基板であってもよく、各種部品及び配線が実装されていない成型板であってもよい。支持板１３を構成する材料としては、例えば、ベークライト、紙エポキシ、ガラスエポキシ、アルミナ、あるいはこれらの組み合わせなどがある。

モータ駆動装置１が駆動するモータ（図示せず）が三相交流モータである場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ごとに、パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗが設けられる。パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗは、図示の例では、例えばプリント基板１６に実装される。あるいは、パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗは、支持板１３の、平滑コンデンサ部１１が設けられた面とは反対側の面に実装されてもよい。参照符号２３は、各パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗの入出力端子を示す。図１（Ｂ）に示した各パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗの入出力端子２３の形状及び位置はあくまでも一例であって、その他の形状及び位置であってもよい。

スナバコンデンサ１２は、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどで構成される。スナバコンデンサ１２は、パワー素子１５ごとに設けられ、プリント基板１６に実装される。図１及び図２に示す例では、モータ駆動装置１が駆動するモータを三相交流モータとしたので、パワー素子１５Ｕ、１５Ｖ及び１５Ｗに対応して、スナバコンデンサ１２Ｕ、１２Ｖ及び１２Ｗが設けられる。また、スナバコンデンサ１２は、正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎからなる電極端子２２を有する。

平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２とは、支持板１３を挟んでできるだけ近接して配置される。より好ましくは、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２とは、支持板１３を挟んで対向して配置される。ただし、平滑コンデンサ部１１を構成する各平滑コンデンサ１１−１〜１１−６が電解コンデンサからなる場合、過電圧印加時の内部圧力の増加を防ぐための開口部が鉛直方向に向くことがないように、平滑コンデンサ部１１を配置する。

平滑コンデンサ部１１の電極端子２１のうちの正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の電極端子２２のうちの正極端子２２Ｐとは、第１の電気伝導体１４−１を介して電気的に接続される。また、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１のうちの負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の電極端子２２のうちの負極端子２２Ｎとは、第２の電気伝導体１４−２を介して電気的に接続される。

平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐ及び負極端子２１Ｎ、並びに、スナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎは、例えばねじ型端子からなる、この場合、導電性のねじによる締結により、第１の電気伝導体１４−１と平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとが電気的に接続され、第１の電気伝導体１４−１とスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐとが電気的に接続される。導電性のねじによる締結により、第２の電気伝導体１４−２と平滑コンデンサ部１１の負極端子２２Ｎとが電気的に接続され、第２の電気伝導体１４−２とスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎとが電気的に接続される。

またあるいは、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐ及びスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐの各々と第１の電気伝導体１４−１とは、半田付けにて電気的に接続される。平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎ及びスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎの各々と第２の電気伝導体１４−２とは、半田付けにて電気的に接続される。

第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２の例としては、例えばバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）、導電性ケーブル、あるいは外周面が絶縁被膜で覆われた絶縁被膜付き導電性部材などがある。バスバー及び導電性ケーブルは、大容量の電流を導電するための導体であり、銅、真鍮あるいはアルミなどの金属を板金加工することにより製造される。絶縁被膜付き導電性部材についても、導電性部材部分は、大容量の電流を導電するための導体であり、銅、真鍮あるいはアルミなどの金属を板金加工することにより製造される。特に、第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２の各々を絶縁被膜付き導電性部材にて構成する場合は、当該絶縁被膜付き導電性部材の平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２の各電極端子に対する接続部分については、絶縁被膜は剥がされて導電性部材が外部に露出する。導電性ケーブル及び絶縁被膜付き導電性部材は、高剛性を有したものであってもよく、あるいは可撓性を有したものであってもよい。本実施形態では、一例として、第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２の各々をバスバーにて構成している。

上述のように、本実施形態によれば、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２とは、支持板１３を挟んでできるだけ近接して配置される。したがって平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の正極端子２２Ｐとの間の電気的経路、及び平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の負極端子２２Ｎとの間の電気的経路が短くなるのでインダクタンス成分が小さくなる。これにより、リンギング電流が小さくなるので、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を抑制することができる。また、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失が抑制されるので、放熱器を不要としまたは削減することができ、モータ駆動装置の低コスト化、構造の容易化、小型化を図ることができる。例えば放熱器が冷却用ファンで構成される場合は、冷却用ファンを動作させるための電流を不要または削減することができるので、モータ駆動装置の消費電力を低減することができる。

続いて、平滑コンデンサ部１１の形態についていくつか列記する。ここでは、一例として、平滑コンデンサ部１１を、第１及び第２の形態では複数の平滑コンデンサで構成し、第３の形態では１個の平滑コンデンサで構成する。

図４は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第１の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。

図４に示す第１の形態による平滑コンデンサ部１１は、図１及び図２を示した平滑コンデンサ部１１と同様、複数（図４に示す例では８個）の平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４が互いに電気的に接続されて構成され、支持板１３上に設置される。平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４は、半田付けにて電気的に接続される。小容量の平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４を複数組み合わせることで、平滑コンデンサ部１１の大容量化を図ることができる。平滑コンデンサ部１１が複数の平滑コンデンサから構成される場合における各平滑コンデンサ間の接続関係は、本実施形態を特に限定するものではない。一例を挙げると、平滑コンデンサ部１１は、例えば、並列接続されたコンデンサ１１−７〜１１−１０からなる組と、並列接続されたコンデンサ１１−１１〜１４からなる組と、が直列接続されることで構成される。また例えば、平滑コンデンサ部１１は、平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４が直列接続されることで構成される。また例えば、平滑コンデンサ部１１は、平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４が並列接続されることで構成される。

図５は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。

図５に示す第２の形態による平滑コンデンサ部１１は、ネジ端子型の平滑コンデンサ１１−１５及び１１−１６が複数個（図５に示す例では２個）互いに電気的に接続されて構成される。小容量の平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４を複数組み合わせることで、平滑コンデンサ部１１の大容量化を図ることができる。第１の形態と同様、平滑コンデンサ部１１が複数の平滑コンデンサから構成される場合における各平滑コンデンサ間の接続関係は、本実施形態を特に限定するものではない。一例を挙げると、平滑コンデンサ部１１は、例えば、平滑コンデンサ部１１は、平滑コンデンサ１１−１５及び１１−１６が直列接続されることで構成される。また例えば、平滑コンデンサ部１１は、平滑コンデンサ１１−１５及び１１−１６が並列接続されることで構成される。

図６は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）及び（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は上面図である。例えばＤＣリンクの電圧が比較的低い場合は、１個の平滑コンデンサ１１−７にて平滑コンデンサ部１１を構成してもよい。

図７は、従来のモータ駆動装置における平滑コンデンサとスナバコンデンサとの位置関係を説明する図である。図７に示す例では、マイナスＺ軸方向を鉛直方向としている。また、図７に示す例では、図面を簡明にするためにスナバコンデンサ１２０が設けられる基板１６０と平滑コンデンサ１１０とを離して図示したが、実際は基板１６０に対して、プラスＹ軸方向またはマイナスＹ軸方向に重なるようにして平滑コンデンサ１１０が設けられる。

平滑コンデンサ１１０は、小さい体積で大きな容量を確保できる電解コンデンサで構成されることが多い。電解コンデンサは、過電圧印加時に内部の電解液が気化しガスが発生することにより内部圧力が増大する可能性があるので、ガスを逃がすための開口部が、端子付近に設けられている。そのため、電解コンデンサは、開口部から電解液が漏れるのを防ぐために、端子を鉛直方向に向けないように設置しなければならない制約がある。図７に示す例では、平滑コンデンサ１１０は、正極端子２１０Ｐ及び負極端子２１０ＮがＺ軸に沿って上方（プラスＺ軸方向）に向くよう、配置される。一方、スナバコンデンサ１２０（１２０Ｕ、１２０Ｖ及び１２０Ｗ）が、設計上、モータ駆動装置１００の基板１６０のＺ軸下方に配置せざるを得ない場合、平滑コンデンサ１１０とスナバコンデンサ１２０との間の電気的経路が長くなるのでインダクタンス成分が大きくなってしまう。この大きなインダクタンス成分の存在により平滑コンデンサとスナバコンデンサとの間の電位差が大きくなり、その結果、リンギング電流も大きくなるため、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失が大きくなる。ネジ端子型の大型の電解コンデンサは、上述のように設置個所の制約が特に厳しいため、平滑コンデンサ１１０とスナバコンデンサ１２０との間の電気的経路が長くなり、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失が特に大きくなる。

図８は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における平滑コンデンサ部とスナバコンデンサとの位置関係を説明する図である。図８に示す例では、マイナスＺ軸方向を鉛直方向としている。また、図８に示す例では、図面を簡明にするためにスナバコンデンサ１２が設けられるプリント基板１６と平滑コンデンサ部１１とを離して図示したが、実際はプリント基板１６に対して、プラスＹ軸方向またはマイナスＹ軸方向に重なるようにして平滑コンデンサ部１１が設けられる。

ここでは、一例として、図４に示した第１の形態による平滑コンデンサ部１１をモータ駆動装置１に設ける場合を説明する。平滑コンデンサ部１１は、平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４が互いに電気的に接続されて構成され、支持板１３上に設置される。

支持板１３は、正側接続部４１Ｐと負側接続部４１Ｎとの組かららなる接続部４０が設けられる。スナバコンデンサ１２（１２Ｕ、１２Ｖ及び１２Ｗ）が、例えばモータ駆動装置１のプリント基板１６のＺ軸下方に配置される場合、接続部４０は、図示のように支持板１３のＺ軸下方に設けられる。正側接続部４１Ｐ及び負側接続部４１Ｎは、例えば、支持板１３の両面を貫くランドなどの導電性部材からなる。平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐは、第１の電気伝導体（図８では図示せず）を介して正側接続部４１Ｐに電気的に接続され、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎは、第２の電気伝導体（図８では図示せず）を介して負側接続部４１Ｎに電気的に接続される。支持板１３上の正側接続部４１Ｐはさらに、第１の電気伝導体を介してスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐに電気的に接続される。支持板１３上の負側接続部４１Ｎはさらに、第２の電気伝導体を介してスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎに電気的に接続される。

また例えば、正側接続部４１Ｐ及び負側接続部４１Ｎは、支持板１３を貫く穴として設けられ、この穴の各々に、第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体が貫通するようにしてもよい。この場合、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐは、穴からなる正側接続部４１Ｐを貫通する第１の電気伝導体を介して、スナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐに電気的に直接接続される。平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎは、穴からなる負側接続部４１Ｎを貫通する第２の電気伝導体を介して、負側接続部４１Ｎに電気的に直接接続される。

このように、スナバコンデンサ１２及び接続部４０は、共にＺ軸下方に設けられるので、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２とは近接して配置されることになる。したがって平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の正極端子２２Ｐとの間の電気的経路、及び平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の負極端子２２Ｎとの間の電気的経路が短くなるのでインダクタンス成分が小さくなる。これにより、リンギング電流が小さくなるので、平滑コンデンサ及びスナバコンデンサの熱損失を抑制することができる。また、本実施形態では、平滑コンデンサ部１１内の小容量の平滑コンデンサ１１−７〜１１−１４は比較的自由な位置に配置できるので、図７のようなネジ端子型の大容量の電解コンデンサからなる平滑コンデンサ１１０に比べ、設計の自由度が高い。

平滑コンデンサ部１１内の平滑コンデンサの個数及び接続関係は、例えば、ＤＣリンク電圧の大きさと各平滑コンデンサの耐圧に応じて適宜決定すればよい。例えば、平滑コンデンサ部１１内において直列接続される平滑コンデンサの数が多いほど、より大きなＤＣリンク電圧に対応することができる。

また、図９は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において複数の平滑コンデンサ部が直列接続される実装構造を模式的に示す側面図である。複数の平滑コンデンサ部１１を直列接続することによっても、より大きなＤＣリンク電圧に対応することができる。この場合、支持板１３には、複数の平滑コンデンサ部１１が設けられる。

また、スナバコンデンサ１２は、各相のパワー素子１５に対応して設けられるが、当該１相分において、スナバコンデンサ１２を並列接続することで大容量化を図ってもよい。図１０は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において複数のスナバコンデンサが並列接続される実装構造を模式的に示す側面図である。必要に応じて複数のスナバコンデンサ１２を並列接続することによって容量を大きくすることができるので、より大きなサージ電圧の抑制も可能である。この場合、プリント基板１６には、複数のスナバコンデンサ１２が設けられる。

続いて、リンギング電流をさらに抑制する第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２の実装構造の形態について、いくつか列記する。平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２の各正極端子と各負極端子との間で閉回路（ループ回路）が構成されるので、インダクタンス成分が多かれ少なかれ発生する。そこで、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐとを電気的に接続するための第１の電気伝導体１４−１と、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎとを電気的に接続する第２の電気伝導体１４−２とが、互いに近接する部分を有するように配置することで、インダクタンス成分３１の大きさを低減させる。

図１１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第１の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。図１１に示す例では、図面を簡明にするために支持板１３については図示を省略している。図１１に示す第１の形態によれば、第１の電気伝導体１４−１と第２の電気伝導体１４−２とは、ともに中間付近でＹ軸方向に重なり合う。

図１２は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第２の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。図１２に示す例では、図面を簡明にするために支持板１３については図示を省略している。図１２に示す第２の形態も、図１１に示す第１の形態と同様、第１の電気伝導体１４−１と第２の電気伝導体１４−２とは、ともに中間付近でＹ軸方向に重なり合う。ただし、図１２に示す第２の形態は、平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２と第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２との接続部分付近の配置が、図１１に示す第１の形態とは異なる。

図１３は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における第１の電気伝導体及び第２の電気伝導体の実装構造の第３の形態を例示する図であって、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。図１３に示す例では、図面を簡明にするために支持板１３については図示を省略している。図１３に示す第３の形態によれば、第１の電気伝導体１４−１と第２の電気伝導体１４−２とは、ともに中間付近でＺ軸方向に重なり合う。

なお、上述の第１〜第３の形態いずれにおいても、第１の電気伝導体１４−１と第２の電気伝導体１４−２との間では、絶縁が確保されるべきである。例えば、第１の電気伝導体１４−１と第２の電気伝導体１４−２との間を、絶縁が確保できる程度に離間させてもよく、あるいは、第１の電気伝導体１４−１及び第２の電気伝導体１４−２のいずれか一方もしくは両方を絶縁被膜で覆ってもよい。

続いて、支持板１３に設けられる接続部４０の変形例について説明する。

図１４は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における接続部の変形例を例示する側面図である。図１４に示す例では、マイナスＺ軸方向を鉛直方向としている。また、図１４に示す例では、図面を簡明にするために支持板１３とスナバコンデンサ１２が設けられるプリント基板１６（１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃ）とを離して図示したが、実際は支持板１３に対して、プラスＹ軸方向に重なるようにしてプリント基板１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃのいずれかが設けられる。図示されたプリント基板１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃにおけるスナバコンデンサ１２の位置は一例であって、プリント基板１６上の図示された以外の位置にスナバコンデンサ１２が設けられてもよい。

支持板１３に、正側接続部４１Ｐ及び負側接続部４１Ｎを有する複数の接続部４０Ａ、４０Ｂ及び４０ＣをＺ軸方向に沿ってずらして予め設けておけば、プリント基板１６上のスナバコンデンサ１２がＺ軸方向の位置に応じて、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２との間の電気的経路を最短にする接続部を選択することができる。図１４に示す例では、支持板１３上に設けられる接続部の個数を一例として３個としたが、２個または４個以上であってもよい。

支持板１３に設けられた複数の接続部４０Ａ、４０Ｂ及び４０Ｃのうちのいずれか１つの接続部における、正側接続部４１Ｐを経由する第１の電気伝導体１４−１により平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐとが電気的に接続され、負側接続部４１Ｎを経由する第２の電気伝導体１４−２により平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎとが電気的に接続される。

例えば、スナバコンデンサ１２がＺ軸方向の上方に設置されたプリント基板１６Ａを、支持板１３のプラスＹ軸方向に重ねるようにして設ける場合は、接続部４０Ａを選択する。この場合、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐは、第１の電気伝導体１４−１（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ａの正側接続部４１Ｐに電気的に接続され、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎは、第２の電気伝導体１４−２（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ａの負側接続部４１Ｎに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ａの正側接続部４１Ｐはさらに、第１の電気伝導体１４−１を介してプリント基板１６Ａ上のスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ａの負側接続部４１Ｎはさらに、第２の電気伝導体１４−２を介してプリント基板１６Ａ上のスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎに電気的に接続される。

例えば、スナバコンデンサ１２がＺ軸方向の中程に設置されたプリント基板１６Ｂを、支持板１３のプラスＹ軸方向に重ねるようにして設ける場合は、接続部４０Ｂを選択する。この場合、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐは、第１の電気伝導体１４−１（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ｂの正側接続部４１Ｐに電気的に接続され、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎは、第２の電気伝導体１４−２（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ｂの負側接続部４１Ｎに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ｂの正側接続部４１Ｐはさらに、第１の電気伝導体１４−１を介してプリント基板１６Ｂ上のスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ｂの負側接続部４１Ｎはさらに、第２の電気伝導体１４−２を介してプリント基板１６Ｂ上のスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎに電気的に接続される。

例えば、スナバコンデンサ１２がＺ軸方向の下方に設置されたプリント基板１６Ｃを、支持板１３のプラスＹ軸方向に重ねるようにして設ける場合は、接続部４０Ｃを選択する。この場合、平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐは、第１の電気伝導体１４−１（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ｃの正側接続部４１Ｐに電気的に接続され、平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎは、第２の電気伝導体１４−２（図１４では図示せず）を介して接続部４０Ｃの負側接続部４１Ｎに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ｃの正側接続部４１Ｐはさらに、第１の電気伝導体１４−１を介してプリント基板１６Ｃ上のスナバコンデンサ１２の正極端子２２Ｐに電気的に接続される。支持板１３上の接続部４０Ｃの負側接続部４１Ｎはさらに、第２の電気伝導体１４−２を介してプリント基板１６Ｃ上のスナバコンデンサ１２の負極端子２２Ｎに電気的に接続される。

このように、平滑コンデンサ部１１の電極端子２１とスナバコンデンサ１２の電極端子２２とは、複数の接続部４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃのうちのいずれか１つを介して近接して配置されることになる。したがって平滑コンデンサ部１１の正極端子２１Ｐとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の正極端子２２Ｐとの間の電気的経路、及び平滑コンデンサ部１１の負極端子２１Ｎとスナバコンデンサ１２の電極端子２２の負極端子２２Ｎとの間のインダクタンス成分が小さくなるような（すなわち、平滑コンデンサ部１１及びスナバコンデンサ１２の熱損失をより効果的に抑制することができるような）支持板１３上の接続部を。複数の接続部４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃの中から選択することができる。したがって、複数の接続部（図１４に示す例では４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃ）を支持台１３に予め設けておけば、スナバコンデンサ１２がプリント基板１６上においてどのような位置にあっても一種類の支持板１３にて設計対応可能であるので、平滑コンデンサ部１１が設けられる支持板１３の在庫の種類を削減することができる。この結果、モータ駆動装置１のモータ駆動装置の低コスト化及び構造の容易化を図ることができる。

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
１１ 平滑コンデンサ部
１１−１〜１１−１７ 平滑コンデンサ
１２ スナバコンデンサ
１３ 支持板
１５ パワー素子
１５−１ 上側パワー素子
１５−２ 下側パワー素子
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ プリント基板
２１ 平滑コンデンサ部の電極端子
２１Ｎ 平滑コンデンサ部の負極端子
２１Ｐ 平滑コンデンサ部の正極端子
２２ スナバコンデンサの電極端子
２２Ｎ スナバコンデンサの負極端子
２２Ｐ スナバコンデンサの正極端子
２３ パワー素子の電極端子
３１ インダクタンス成分
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 接続部
４１Ｎ 負側接続部
４１Ｐ 正側接続部
５１ コンバータ回路
５２ インバータ回路
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

Claims (9)

1. 交流電源から供給された交流電力に基づきモータ駆動電力を生成する電力変換回路内のコンバータ回路とインバータ回路との間における電圧を平滑化する平滑コンデンサを少なくとも１つ有する平滑コンデンサ部と、
   前記電力変換回路の一部を構成するパワー素子のサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサと、
   を備え、
   前記平滑コンデンサ部の電極端子と前記スナバコンデンサの電極端子とが近接して配置され、
   前記平滑コンデンサ部の電極端子のうちの正極端子と前記スナバコンデンサの電極端子のうちの正極端子とが電気的に接続されるとともに、前記平滑コンデンサ部の電極端子のうちの負極端子と前記スナバコンデンサの電極端子のうちの負極端子とが電気的に接続される、モータ駆動装置。
2. 前記平滑コンデンサ部の電極端子と前記スナバコンデンサの電極端子とが、対向して配置される、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記平滑コンデンサ部が設置される支持板をさらに備え、
   前記平滑コンデンサ部の電極端子と前記スナバコンデンサの電極端子とが、前記支持板を挟んで対向して配置される、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記平滑コンデンサ部の前記正極端子と前記スナバコンデンサの前記正極端子とを電気的に接続するための第１の電気伝導体と、
   前記平滑コンデンサ部の前記負極端子と前記スナバコンデンサの前記負極端子とを電気的に接続する第２の電気伝導体と、
   を備え、
   前記第１の電気伝導体及び前記第２の電気伝導体は、互いに近接する部分を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記支持板は、正側接続部と負側接続部との組からなる接続部が複数設けられ、
   複数の前記接続部のうちのいずれか１つの接続部における、前記正側接続部を経由する前記第１の電気伝導体により前記平滑コンデンサ部の前記正極端子と前記スナバコンデンサの前記正極端子とが電気的に接続され、前記負側接続部を経由する前記第２の電気伝導体により前記平滑コンデンサ部の前記負極端子と前記スナバコンデンサの前記負極端子とが電気的に接続される、請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記平滑コンデンサ部の前記正極端子及び前記負極端子、並びに、前記スナバコンデンサの前記正極端子及び前記負極端子は、ねじ型端子からなる、請求項４に記載のモータ駆動装置。
7. 前記平滑コンデンサ部の前記正極端子及び前記スナバコンデンサの前記正極端子の各々と前記第１の電気伝導体とは、半田付けにて電気的に接続され、
   前記平滑コンデンサ部の前記負極端子及び前記スナバコンデンサの前記負極端子の各々と前記第２の電気伝導体とは、半田付けにて電気的に接続される、請求項４に記載のモータ駆動装置。
8. 複数の前記平滑コンデンサ部が、電気的に直列接続される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記スナバコンデンサにおいて、複数の前記スナバコンデンサが電気的に並列接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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