JP3263316B2 - 電気車用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気車用制御装置
の大電流通電部の構造に関するものであり、特に電気自
動車用制御装置の組立加工性の向上や小形化に好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の電気車用電動機を制御する電
気車用制御装置の大電流通電部の構造としては、特開平
３−２８５５７０号公報に開示されているものがある。
これによれば、各平滑コンデンサと各スイッチング素子
のそれぞれの正極、負極同士が一対の導体板で一体に接
続され、上記一対の導体板はこれらの間に挿入された絶
縁板で絶縁され、更に上記一対の導体板と絶縁板とから
なる平行導体は全ての平滑コンデンサ及びスイッチング
素子の表面を覆うだけの広い表面積を有している構造を
用いて、配線インダクタンスの低減と放熱性の向上を図
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技の
電気車用制御装置では、インダクタンス低減と放熱性の
向上は得られるが、スナバ回路部品の配置、絶縁板の位
置決めなどについては考慮されておらず、また無駄な占
有空間もあって、組立性と小形化に難点がある。

【０００４】従って、本発明の目的は、配線インダクタ
ンスの低減効果と放熱性を損なわずに、組立性の向上と
小形化が可能な電気車用制御装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、直流電源を
平滑化するためのものであって、端子が上方に突出する
ようにしてヒートシンク上の一方の側に設けられたコン
デンサ群と、前記平滑化された直流電源を交流電源に変
換するためのものであって、前記コンデンサ群よりも高
さが低く、前記ヒートシンク上の一方の側に載置された
スイッチング素子群と、前記コンデンサ群と前記スイッ
チング素子群とを電気的に接続するためのものであっ
て、正極側導体板と負極側導体板が絶縁物を介して積層
された平板状の導体板と、前記スイッチング素子群を保
護するためのスナバ回路手段を構成する素子、前記直流
電源及び前記交流電源から制御情報を検出する電流セン
サが実装された基板とを備え、前記導体板の下方空間で
あって、前記コンデンサ群と前記スイッチング素子群と
の高さの差によって形成される空間に、前記基板を載置
したことにより達成される。

【０００６】本発明によれば、空間が有効に使われかつ
各構成部品が順次載置されるので、組立性向上と小形化
が図られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例の電気車用制御装置を示す側面図である。本発明に
よる大電流通電部の構造を示す図である。図２は、図１
の電気車用制御装置を示す平面図である。図３は、図２
の電気車用制御装置を示す正面図である。図４は、図２
の電気車用制御装置の平滑コンデンサ近傍を示す部分鳥
瞰図である。本実施例の電気車用制御装置(主に大電流
通電部の構造)について、図１〜図４を同時に参照して
説明する。

【０００８】電気車用制御装置(以下、制御装置という)
の大電流通電部は、１枚のヒートシンク１と、４個の平
滑コンデンサ２と、６個のスイッチング素子３と、３個
の絶縁サポート４と、１枚のプリント基板５と、１８個
のターミナル６と、３個の導体バー１１と、一体形状の
負極導体板１２と、１枚の絶縁板１３と、一体形状の正
極導体板１４と、交流配線２１，２２，２３と、ボル
ト，ナット，ワッシャ等の取付けねじ部とを含み構成さ
れる。上記の個々の構成部品は次の通りである。

【０００９】ヒートシンク１は、冷却媒体を兼ねた上記
構成部品の搭載体で、電子・電気部品などを冷却する。
本実施例では小形化のために水冷式が採用されている。
平滑コンデンサ２は、直流化された直流電源を平滑化す
る複数個からなる平滑用コンデンサで、本実施例では４
個の電解コンデンサが並設されて平滑コンデンサ群を形
成している。平滑コンデンサ２の本体同士の隣接間隔
は、組付け可能な最少寸法の間隙であり、かつ、平滑コ
ンデンサ２の直流側の正極端子２ａ・負極端子２ｂは、
コンデンサ固有の端子間寸法で平行に配置されている。

【００１０】換言すれば、平滑コンデンサ２の隣り合っ
ている各正極端子同士及び各負極端子同士の端子列が直
線を成して並設された平滑コンデンサ群である。尚、正
極端子２ａ・負極端子２ｂは、端子ボルトと端子座とを
有している。該端子ボルトは後述する各導体板を取り付
けるのに利用され、端子座は各導体板をを載置するのに
利用される。

【００１１】スイッチング素子３は、直流電源を交流電
源にスイッチング法によって逆変換する複数個の半導体
素子で、各スイッチング素子３の隣り合う直流側の正極
端子３ａ・負極端子３ｂ及び交流側の交流出力端子３ｃ
の各々の端子列は直線的に、かつ、平滑コンデンサ２の
端子列と平行に配列されている。換言すれば、スイッチ
ング素子３の隣合する各正極端子同士及び各負極端子同
士の端子列が直線となって並設されたスイッチング素子
群である。更に、スイッチング素子３の本体同士の隣接
間隔は、組付け可能な最少寸法間隙で配置されている。

【００１２】尚、正極端子３ａ・負極端子３ｂ及び交流
出力端子３ｃは、長く上方に延長した端子ボルトと端子
座とを有している。該端子ボルトは後述する各導体板の
取付足部を取り付けるのに利用され、端子座は後述する
プリント基板５を載置するのに利用される。また、図
１，図２に示すように、平滑コンデンサ群とスイッチン
グ素子群との間隔は、後述する絶縁サポート４,三相交
流出力用の交流配線２１,２２，２３などが配置できる
寸法に設定される。また、場合によっては、後述する三
相交流出力監視用の電流センサ１０ａが配置できる寸法
に設定される。

【００１３】さらに、電気車用制御装置に用いられる平
滑コンデンサ２とスイッチング素子３においては、スイ
ッチング素子３の高さ寸法は、平滑コンデンサ２の高さ
寸法より背丈の低いものとする。この理由は、後述する
プリント基板としてスナバ回路手段および電流センサを
含み一体構造化することが可能な寸法差空間を形成させ
るためからである。

【００１４】またさらに、組み立てられる正負一対の導
体板(後述する負極導体板１２と正極導体板１４)が交錯
しないように、図１に示すように平滑コンデンサ２の正
極端子２ａが外側に配置されていればスイッチング素子
３の正極端子３ａも外側に配置し、負極端子２ｂが内側
にあればスイッチング素子３の負極端子３ａも内側とす
る配置にする。さらにまた、図２に示すように、平滑コ
ンデンサ２の横配列中心とスイッチング素子３の横配列
中心とは、不一致となるようにずらして配置されてい
る。

【００１５】次に、絶縁サポート４は、中間部が絶縁材
で両端部が金属材の取付けねじ部からなる一体構造の支
持体であり、並設されている平滑コンデンサ群とスイッ
チング素子群との間(水平方向に関して)に配置されてい
る。そして、絶縁サポート４は、三相交流電源を取り出
すための、後述する導体バー１１や、交流配線２１，２
２，２３に接続される中間接続体である。なお、絶縁サ
ポート４の高さ寸法は、スイッチング素子群の高さ寸法
よりは高く、平滑コンデンサ群の高さ寸法よりは低い寸
法に設定される。すなわち、平滑コンデンサ群とスイッ
チング素子群の中間高さ(高さ方向に関して)に設定して
ある。

【００１６】また図１に示すように、ヒートシンク１か
らの絶縁サポート４の高さ寸法は、後述する交流ターミ
ナル６ｃのヒートシンク１からの高さ寸法に合わせてい
る。これは、導体バー１１ならびに交流配線２１，２
２，２３を、上記の平滑コンデンサ群とスイッチング素
子群の中間位置(水平方向)に収納できるようにするため
である。また、同一高さ寸法であれば、導体バー１１は
曲折のない形状の平板構造となり占有空間が小さくなる
と共に、加工性に利点が生じる。

【００１７】そして、平滑コンデンサ２とスイッチング
素子３と絶縁サポート４は、前述の取付けねじ部にて直
接ヒートシンク１上に組付けられている。

【００１８】一方、プリント基板５は、絶縁基板に、ス
ナバ回路手段を構成するコンデンサ７，ダイオード８，
抵抗９などのスナバ回路部品と、必要に応じて、電流セ
ンサ１０(交流用の電流センサ１０ａまたは直流用の電
流センサ１０ｂ)とを、更に、他制御ユニットへの信号
線の中継コネクタ２０や他の電子電気部品などを含んで
搭載して、一体構造化した回路基板である。従来技術に
おいては、スナバ回路部品はバラバラに配置され、かつ
電流センサ１０は単独に平滑コンデンサ２の外側に配置
されていた。なお、スナバ回路手段の使用電流が比較的
小さい値の部分を回路基板化するものである。すなわ
ち、プリント基板５に搭載することが得策でない寸法を
有するスナバ抵抗は、図２に示すように脇に配設する。

【００１９】そして、該プリント基板５は、平滑コンデ
ンサ群と該平滑コンデンサ群よりは背丈の低いスイッチ
ング素子群との高さ寸法差によってスイッチング素子群
上に形成した、寸法差空間に載置するものである。な
お、スナバ回路手段と電流センサ１０とを一体にしてプ
リント基板に搭載した方が小形化に結び付くが、ケース
バイケースである。

【００２０】一般に、上記の寸法差空間の必要寸法は、
スナバ回路手段のみを一体構造化したプリント基板では
コンデンサ７またはダイオード８の高さ寸法から定め
ら、スナバ回路手段と電流センサ１０とを一体構造化し
たプリント基板では電流センサ１０の高さ寸法から定め
られる。特に、電流センサ１０を搭載したプリント基板
では、電流センサ１０の必要高さ寸法を確保するよう
に、大電流を許容する平滑コンデンサ２及びスイッチン
グ素子３の各容量を考慮しながら、並設する平滑コンデ
ンサ２及びスイッチング素子３の「高さ」と「個数」とを選
定する。

【００２１】そして、現段階の平滑コンデンサ２及びス
イッチング素子３の容量から、 寸法差空間が電流セン
サ１０の高さ寸法を内包することができる空間寸法であ
るためには、 スイッチング素子群の高さ寸法を平滑コ
ンデンサ群の高さ寸法よりも１／２倍以下に低いものと
する組合せが好ましいことが判明している。 更
に、スイッチング素子３上に載置されるプリント基板５
の寸法は、図２に示すように、全てのスイッチング素子
３の全体を覆う大きさに設定されている。これは、前述
のプリント基板５への搭載部品の寸法と個数から定まる
ものである。

【００２２】ターミナル６は、スイッチング素子３の直
流側の正極・負極端子(３ａ，３ｂ)及び交流出力端子３
ｃが有する取付けねじ部(端子ボルト)を利用するため
に、該取付けねじ部に嵌挿される中空円筒型の導電性の
ディスタンスピースである。図１に示すように、ターミ
ナル６(正極ターミナル６ａ，負極ターミナル６ｂ，交
流ターミナル６ｃ)は、プリント基板５上に載置されて
プリント基板５の上方に突出している。ターミナル６に
は、後述する導体バー１１や各導体板の取付足部が取付
けられ、スナバ回路部品や他部品との干渉回避などのた
めの空間を確保すると同時に電気的な接続をするもので
ある。なお、ターミナル６でプリント基板５を押さえ付
けても良いし、単にプリント基板５を貫通するも可であ
る。

【００２３】導体バー１１は、スイッチング素子３で変
換した交流を図示しないモータに送電する交流配線であ
る。図１，図２に示すように、導体バー１１は、電流セ
ンサ１０が有する所定穴に貫通させ、交流ターミナル６
ｃを介して、スイッチング素子３の交流出力端子３ｃと
絶縁サポート４を取付けねじ部にて取付け接続する。ま
た、交流配線２１，２２，２３も、三相交流電源を取り
出すための配線で、前述した絶縁サポート４を介して、
導体バー１１は交流配線２１，２２，２３に接続されて
いる。

【００２４】下側導体板としての負極導体板１２は、平
滑コンデンサ２の負極端子２ｂとスイッチング素子３の
負極端子３ｂを接続する大電流用の配線である。図１，
図２に示すように、負極導体板１２は、平滑コンデンサ
群の各負極端子２ｂとスイッチング素子群の各負極端子
３ｂとをほぼ覆う幅寸法を有する平坦部１２ａと、負極
端子３ｂ側の負極ターミナル６ｂに取付け接続するため
の取付足部１２ｂとを有し、負極ターミナル６ｂを利用
して、負極端子３ｂと負極端子２ｂとを取付けねじ部に
て取付け接続する。

【００２５】上側導体板としての正極導体板１４は、平
滑コンデンサ２の正極端子２ａとスイッチング素子３の
正極端子３ａを接続する大電流用の配線である。正極導
体板１４は、 負極導体板１２と同等以上の寸法からな
る平坦部１４ａと、 正極端子２ａに取付け接続するた
めの取付足部１４ｅと、正極端子３ａ側の正極ターミナ
ル６ａに取付け接続するための取付足部１４ｂとを有し
ている。そして、後述する絶縁板１３の上に導体板１４
を載置し、取付足部１４ｅは平滑コンデンサ２の正極端
子２ａに、取付足部１４ｂはスイッチング素子３の正極
端子３ａ側の正極ターミナル６ａに、取付ねじ部品にて
取付け接続する。

【００２６】また、図４に示すように、正極導体板１４
は、平滑コンデンサ２の負極端子２ｂならびに取付けね
じ部が貫通する部位に、負極端子２ｂと同心同ピッチの
絶縁穴１４ｃを有し、該絶縁穴１４ｃの径は、当該負極
端子２ｂならびに取付けねじ部と正極導体板１４との絶
縁板１３を介して確保される電気絶縁沿面距離(以下沿
面距離という)が、所定の沿面距離となる大きさの寸法
に設定してある。

【００２７】一方、絶縁板１３は、樹脂等の絶縁材で形
成され平坦部１２ａ上に載置されている。負極導体板１
２と正極導体板１４の間に挟持されて両者を電気絶縁す
る絶縁体である。図４に示すように、絶縁板１３は、平
滑コンデンサ２の負極端子２ｂならびに取付けねじ部を
貫通させかつ位置決めするための、負極端子２ｂと同心
同ピッチの位置決め穴１３ｂを有する。該位置決め穴１
３ｂの寸法は、負極導体板１２を平滑コンデンサ２に取
り付けるための取付けねじ部(ワッシャ外径またはナッ
ト形状)の寸法より僅かに大きい寸法に設定してある。
すなわち、絶縁板１３を負極導体板１２上に載置すると
き、その位置決め穴１３ｂを貫通させた取付けねじ部に
当接させて、絶縁板１３の組付け位置を決定する。

【００２８】上記位置決め穴１３ｂと前述した絶縁穴１
４ｃを設けたことにより、負極導体板１２上に絶縁板１
３を置き、さらにその上に正極導体板１４を重ねて取付
けるだけで端子・導体板間の沿面距離が容易で確実に確
保できるという効果がある。また、位置決め穴１３ｂと
絶縁穴１４ｃの設置により、負極導体板１２の負極端子
２ｂに接続される取付け足部が、曲折のない形状の平板
(平坦化)構造となるので、部品加工費の低減に結び付く
という効果もある。

【００２９】さらに、図４に示すように、取付けた後に
おける絶縁板１３や正極導体板１４の、平滑コンデンサ
２上に設けられたコンデンサ保護用の安全弁２ｄに相対
する部位に、安全弁２ｄが視認できるだけの寸法の切欠
き１３ｃまたは視認穴１４ｄが、必要に応じて設けられ
ている。本実施例では、絶縁板１３には切欠き１３ｃが
上側導体板としての正極導体板１４には視認穴１４ｄが
設けられている。

【００３０】また更に、図１，図４に示すように、負極
導体板１２と正極導体板１４の高さ寸法(取付足部１２
ｂ、および取付足部１４ｂと取付足部１４ｅの高さ寸
法)は、絶縁板１３を挟持することができる所定の高さ
寸法に設定してある。 さらにまた、図４に示
すように、絶縁板１３は、負極導体板１２と正極導体板
１４とを所定の沿面距離で絶縁するための長さ寸法の、
負極導体板１２と正極導体板１４とが対峙する端部部位
の全周に亘って張り出している、張出し部１３ａを有し
ている。尚、絶縁板１３は、前述のように平滑コンデン
サ２とスイッチング素子３の横配列中心がずれているの
で、負極導体板１２と同様に非対象形状となっており、
負極導体板１２への重ね合わせ作業において、誤組付け
の防止と確認とができる利点がある。

【００３１】即ち、上記構成部品からなる電気車用制御
装置は、ヒートシンク平面上に、直流を交流に逆変換す
る複数のスイッチング素子と、スイッチング素子高さの
２倍以上の高さを有し直流電源を平滑化する複数の平滑
コンデンサとを、僅かな隣接間隙で配置し、かつ直流正
負極端子を平滑コンデンサ固有の端子間寸法で平行に直
線的に配列させ、複数のスイッチング素子の大電流用の
交流出力端子及び直流正負極端子を直線的にかつ平滑コ
ンデンサの直流正負極端子と平行に配列し、複数のスイ
ッチング素子本体を僅かな隙間で直線的に、および平滑
コンデンサとの間隔は三相交流出力監視用電流センサと
三相交流出力用配線を配置できる大きさ寸法に設定し、
スイッチング素子上には、電流センサと、スイッチング
素子の各大電流用端子上に接地する中空円筒形のターミ
ナルと、スイッチング素子用スナバコンデンサ、スナバ
ダイオード及びスナバ抵抗用端子等のスナバ回路部品等
をプリント回路で接続搭載したプリント基板とを載せ、
プリント基板を内包するようにスイッチング素子上の直
流正負極端子ターミナルと平滑コンデンサの正負極端子
同士を、全幅がスイッチング素子群と複数の平滑コンデ
ンサの全ターミナルを覆う大きさを有して、正極負極が
上下に僅かな隙間を持って対峙した正極負極各々一体形
の導体板で電気接続させ、前記一体形導体板の僅かな隙
間には下側導体板の上側導体板と対峙する面の全周から
所定の絶縁距離を有して張出した絶縁板を介在させて構
成したことにより、主にスイッチング素子と平滑コンデ
ンサで構成する部分の制御装置の最大高さを、平滑コン
デンサの高さと一体形導体板の厚さ及び平滑コンデンサ
の端子取付ねじ部の高さとの合計値にできるように構成
したものである。

【００３２】以上のように、本発明の制御装置の大電流
通電部は、平滑コンデンサ２(群)とスイッチング素子３
(群)の高さ寸法差で形成する寸法差空間に、スナバ回路
手段または電流センサ１０のうち少なくともスナバ回路
手段を含み一体構造化されたプリント基板５を配置し、
プリント基板５を内包するようにして負極導体板１２と
絶縁板１３と正極導体板１４とを順次に積載配置する構
成となっている。また、絶縁サポート４を利用して、上
記寸法差空間に、三相交流電源を取り出すための導体バ
ー１１及び交流配線２１，２２，２３をも配置し、スペ
ース効率の向上を図る構成となっている。

【００３３】次に、図１，２に示す実施例を参照して、
本発明による他の特徴である制御装置の組立手順につい
て説明する。最初に、ヒートシンク１上に、４個の平滑
コンデンサ２(群)と、６個のスイッチング素子３(群)
と、３個の絶縁サポート４とを取り付ける。第２に、ス
イッチング素子群を覆うようにして、各スイッチング素
子３の各端子(３ａ，３ｂ，３ｃ)の端子ボルトを貫通さ
せて、スナバ回路手段と各電流センサとを搭載している
一枚のプリント基板５を端子座に載置する。さらに、プ
リント基板５を貫通した突き出した状態の端子ボルト
に、中空円筒形の各ターミナル６を嵌挿する。

【００３４】第３に、プリント基板５上の交流用の各電
流センサ１０ａにそれぞれ貫通させた３個の導体バー１
１を、隣接する２個の交流出力端子３ｃ上の交流ターミ
ナル６ｃと１個の絶縁サポート４との３か所にそれぞれ
取付け接続する。そして、絶縁サポート４を介して、３
個の導体バー１１と三本の交流配線２１，２２，２３と
を取付け接続する。

【００３５】第４に、平滑コンデンサ２とスイッチング
素子３の負極同士を接続するための負極導体板１２を用
いて、平滑コンデンサ２の負極端子２ｂとスイッチング
素子３の負極端子３ｂ側の負極ターミナル６ｂとを取付
け接続する。なお、本実施例の場合は、負極端子２ｂ及
び負極端子３ｂが互いに内側に相対する配置とし、負極
同士を結ぶ距離が配置上最短距離になるようにしてい
る。正極端子を内側に相対する逆の配置であっても可で
ある。

【００３６】第５に、絶縁板１３の４個の位置決め穴１
３ｂを４個の負極端子２ｂの取付けねじ部に嵌合させて
位置決めしながら、絶縁板１３の平坦部が負極導体板１
２の平坦部１２ａに重なるように載置する。第６に、絶
縁板１３の上に正極同士を接続する正極導体板１４を用
いて、平滑コンデンサ２の正極端子２ａとスイッチング
素子３の正極端子３ａ側の正極ターミナル６ａとを取付
け接続する。

【００３７】そして、最後に、直流用電源に接続する正
極側及び負極側の各導体バーを、各導体板１２，１４に
取付け接続する組立て構造により成り立っている。ま
た、直流用導体バーは、正極側または負極側のどちらか
一方に設置した直流用の電流センサ１０ｂを貫通してい
る。なお、上記で説明した構成部品の個数は、実施例の
個数に限定されるものでないことは謂うまでもない。

【００３８】以上のように本発明によると、図１に示
す、大電流通電部の概略高さ寸法は、平滑コンデンサ２
の高さ寸法と平滑コンデンサ側の負極導体板１２及び正
極導体板１４の取付ねじ部品の高さ寸法の合計値の寸法
になり、概略奥行き寸法は、平滑コンデンサの寸法とス
イッチング素子の寸法と絶縁サポート４の配設部位の寸
法の合計値の寸法になる。また、図３に示す大電流通電
部の概略幅寸法(長手方向の寸法)は、スイッチング素子
群の列幅寸法となる。そして、各構成部品は積み上げ方
式で組立てられるので、組立てが容易でかつ誤組立てが
回避され、かつ大電流通電部の小型化に繋がって、目的
を達成する制御装置が提供される。

【００３９】すなわち、ヒートシンク１上に各構成部品
を積み上げ方式にて組立て電気車用制御装置を完成する
ことができ、各導体板１２，１４の内側に内包したスナ
バ回路部品と電流センサ１０とを搭載したプリント基板
５により配線作業が大幅に簡素化される。しかも広い表
面積を有する各導体板１２，１４によってインダクタン
ス低減効果と放熱効果が損なわれずに済み、かつ、加工
・組立工数が少なく、小形化に結び付く電気車用制御装
置が得られる。

【００４０】上記構成の電気車用制御装置は、次に示す
回路図で接続される。図５は、図１の電気車用制御装置
の電気接続を示す回路図である。本実施例は、スイッチ
ング素子３として、６個のＩＧＢＴ(Ｉnsulated Ｇate
Ｂipolar Ｔransistor)が使用された場合である。 な
お、スイッチング素子３の中には２個の半導体素子が内
蔵されている。そして、誤動作により２個の半導体素子
が同時にＯnして直流側が短絡している状態から、 上流
側素子がＯffした瞬間では、大電流用の配線(主に負極
導体板１２と正極導体板１４)のインダクタンスＬに蓄
えられた電磁エネルギにより、スナバ回路がない場合
は、上流側素子のコレクタ、エミッタ間には、(数１)式
の電圧Ｖ_CEが印加される。

【００４１】 Ｖ_CE＝Ｖ＋Ｌ(ｄＩ_C／ｄｔ) （数１） ここで、Ｖ ；電源電圧、 Ｉ_C；コレクタ電流、 ｔ ；時間、 スナバ回路のコンデンサ７は、配線のインダクタンスＬ
による電磁エネルギを吸収して、ＩＧＢＴのコレクタ、
エミッタ間定格電圧Ｖ_CEA以上の電圧の印加を防止す
る。よって、この電磁エネルギ＝Ｌ・Ｉ_C ²／２を小さく
するには、(数２)式が成立しなければならない。
Ｌ・Ｉ_C ²／２≦Ｃ（Ｖ_CEA ²−Ｖ²）／２ （数２） ここで、Ｃ；コンデンサ７の容量、 Ｃは(数３)式より決定する。

【００４２】 Ｃ≧Ｌ・Ｉ_C ²／（Ｖ_CEA ²−Ｖ²） （数３） (数３)式により、配線のインダクタンスＬを小さくする
ことにより、Ｃは小さくでき、延いては、コンデンサ７
の数または容量を減らすことができる。

【００４３】ここで、負極導体板１２の平坦部１２ａと
正極導体板１４の平坦部１４ａとを平行に対面(対峙)さ
せたときの、インダクタンスＬの低減効果は、一般に
(数４)式で求められるＣ_Lの大きさで評価される。Ｃ_Lが
大きいとインダクタンスＬの低減効果が大きくなる。即
ち、Ｃ_Lが大きくなることは、インダクタンスＬを小さ
くし、(数３)式のＣ値を小さくできることになる。

【００４４】 Ｃ_L＝ε・ε₀・Ａ／Ｇ （数４） ここで、Ｃ_L；平坦部を対面させたときの静電容量、 ε ；誘電体の誘電率、 ε₀；真空の誘電率、 Ａ ；平坦部の対面面積、 Ｇ ；平坦部のエアギャッ
プ、 (数４)式より、 Ｇが小さくなるかＡが大きくなると、
Ｃ_Lは大きくなることが判る。 すなわち、所定のＣ_Lと
なる対面面積ＡとエアギャップＧとを確保するように設
定し、配線インダクタンスの低減効果を損なわずに、電
気車用制御装置の組立性向上と小形化を図ることに結び
付けられることが判る。

【００４５】本実施例では、平坦部１２ａと平坦部１４
ａの対面面積Ａを大きくすることによって、従来技術よ
り配線インダクタンスＬの低減効果を同等あるいは同等
以上にするものである。同等以上にして配線インダクタ
ンスＬ、即ちＣを小さくし、コンデンサ７の数または容
量を減らし、小形化と原価低減を図るものである。

【００４６】そして、対面面積Ａを大きくするに当た
り、本実施例では、前述のように、絶縁板１３の外形形
状は、負極導体板１２と正極導体板１４と端部が重なっ
ている端部部位において、所定の沿面距離が確保される
長さの張出し部１３ａを、平坦部１２ａの外周から突出
している。すなわち、絶縁板１３を負極導体板１２の全
外周端部から張り出させて、負極導体板１２と正極導体
板１４の所定沿面距離を確保する構成にしている。

【００４７】張出し部１３ａを設けることにより、平坦
部１２ａと平坦部１４ａの対面面積Ａを大きくすること
ができると共に、負極導体板１２上に絶縁板１３を置
き、その上に正極導体板１４を重ねるだけで、負極導体
板１２(平坦部１２ａ)の外周と正極導体板１４の間の沿
面距離が容易に且つ確実に確保できる。また、絶縁板１
３は、絶縁板素材から単一切断加工のみで成形できる形
状となり、射出成形型等の高額な設備が不必要で、トー
タルとしての製造費が安くなるという効果が有る。

【００４８】次に、本実施例の特徴について説明する。
所定の大電流に対する通電容量を満足する広い表面積な
らびに断面積を持った負極導体板１２の平坦部１２ａ及
び正極導体板１４の平坦部１４ａの該各平坦部と一体に
形成した負極導体板１２の取付け足１２ｂ及び正極導体
板１４の取付け足１４ｂ，１４ｅとを設け、かつ、所定
の配線インダクタンスの低減効果を満足させる対面面積
ＡとエアギャップＧとを設定する。 また、 スイッチン
グ素子３(群)に所定の通電容量を満足する断面積を持っ
たプリント基板５を載置し、かつプリント基板５の上部
に中空円筒型のターミナル６を搭載し、さらにターミナ
ル６に負極導体板１２及び正極導体板１４の取付け足１
２ｂ，１４ｂを取り付けることによって、スイッチング
素子３(群)上に、取付け足１２ｂ，１４ｂの高さ寸法の
空間(すなわち、寸法差空間)を形成し、この空間にスナ
バ回路部品を一体化構造にしたプリント基板５を配置す
るレイアウト構成が可能となった。さらに、プリント基
板５に電流センサ１０，中継コネクタ２０なども搭載す
ることが可能となり、従来技術のように負極導体板１２
や正極導体板１４や平滑コンデンサ２などの外側に電流
センサ１０などを配置する必要がなくなって、また、制
御装置の他の配線もプリント基板５上に形成することに
よって、無駄な占有空間がなくなり大電流通電部の占有
容積が小さくなった。

【００４９】以上のことから、制御装置の大電流通電部
の占有容積は、スイッチング素子３の各短辺寸法の加算
から定まる幅寸法と、スイッチング素子３の長辺寸法と
導体バー１１及び三相交流出力用配線２１，２２，２３
が占める寸法と平滑コンデンサ２の直径寸法の加算から
定まる奥行寸法と、背丈の高い平滑コンデンサ２の高さ
寸法と積層された負極導体板１２，正極導体板１４，絶
縁板１３の厚み寸法の加算から定まる高さ寸法とからな
る略直方体の容積となる。上記各寸法に定められるよう
に、上記主要部品が有する寸法範囲内で、部品実装密度
の高い配置(レイアウト)を実現することによって、電気
車用制御装置の小形化が達成できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、インダクタンス低減効
果を損なわない積み上げ組立方式を採用し、部品実装密
度を高くしているので、小形で高品質で組立性が良くか
つコスト低減に結び付いた電気車用制御装置が提供でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の電気車用制御装置を示
す側面図である。

【図２】図１の電気車用制御装置を示す平面図である。

【図３】図２の電気車用制御装置を示す正面図である。

【図４】図２の電気車用制御装置の平滑コンデンサ近傍
を示す部分鳥瞰図である。

【図５】図１の電気車用制御装置の電気接続を示す回路
図である。

【符号の説明】

１…ヒートシンク、２…平滑コンデンサ、２ａ…正極端
子、２ｂ…負極端子、２ｄ…安全弁、３…スイッチング
素子、３ａ…正極端子、３ｂ…負極端子、３ｃ…交流出
力端子、４…絶縁サポート、５…プリント基板、６…タ
ーミナル、６ａ…正極ターミナル、６ｂ…負極ターミナ
ル、６ｃ…交流ターミナル、７…コンデンサ、８…ダイ
オード、９…抵抗、１０ａ，１０ｂ…電流センサ、１１
…導体バー、１２…負極導体板、１２ａ…平坦部、１２
ｂ…取付足部、１３…絶縁板、１３ａ…張出し部、１３
ｂ…位置決め穴、１３ｃ…切欠き、１４…正極導体板、
１４ａ…平坦部、１４ｂ…取付足部、１４ｃ…絶縁穴、
１４ｄ…視認穴、２０…中継コネクタ、２１，２２，２
３…交流配線

フロントページの続き (72)発明者 片田 寛 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 田代 雅義 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 吉原 重之 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献 特開 平６−225548（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−126346（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−311760（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−298641（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−41396（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を平滑化するためのものであっ
   て、端子が上方に突出するようにしてヒートシンク上の
   一方の側に設けられたコンデンサ群と、 前記平滑化された直流電源を交流電源に変換するための
   ものであって、前記コンデンサ群よりも高さが低く、前
   記ヒートシンク上の一方の側に載置されたスイッチング
   素子群と、 前記コンデンサ群と前記スイッチング素子群とを電気的
   に接続するためのものであって、正極側導体板と負極側
   導体板が絶縁物を介して積層された平板状の導体板と、 前記スイッチング素子群を保護するためのスナバ回路手
   段を構成する素子、前記直流電源及び前記交流電源から
   制御情報を検出する電流センサが実装された基板とを備
   え、 前記導体板の下方空間であって、前記コンデンサ群と前
   記スイッチング素子群との高さの差によって形成される
   空間に、前記基板を載置したことを特徴とする電気車用
   制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、載置された前記絶縁板
   または前記正極側導体板は、前記各平滑コンデンサが当
   該平滑コンデンサ上面に有する保護用の安全弁と相対す
   る部位に、当該安全弁を視認することが可能な視認穴ま
   たは切欠きを有することを特徴とする電気車用制御装
   置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記絶縁板は、前記負
   極側導体板を前記平滑コンデンサ群に取り付けるための
   取付けねじ部を貫通させ、かつ該取付けねじ部に当接し
   て当該絶縁板を位置決めする位置決め穴を有することを
   特徴とする電気車用制御装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記絶縁板は、載置さ
   れて対峙する前記負極側導体板と前記正極側導体板との
   端部部位の全周に亘って張り出している張出し部を有す
   ることを特徴とする電気車用制御装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記スイッチング素子
   群の高さ寸法は、前記平滑コンデンサ群の高さ寸法の１
   ／２であることを特徴とする電気車用制御装置。