JP3293335B2

JP3293335B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP3293335B2
Application number: JP16773594A
Authority: JP
Inventors: 弘石山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH0833346A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置に関
し、特に、電気自動車に用いられ、サージ電圧吸収用素
子をスイッチングモジュールの外囲器、もしくは外囲器
の内部に設けることにより、スイッチング素子とサージ
電圧吸収用素子の距離を短縮するインバータ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置の従来技術として、図５
の斜視図に示すように、プリント板５００上にサージ電
圧吸収用素子を配したスナバモジュール５０１をスタッ
ドボルト等の継手部材５０２を介してスイッチングモジ
ュール５０３上に配する技術がある。

【０００３】このインバータ装置においては、プリント
板５００の裏面に突出する搭載部品のリード端子とスイ
ッチングモジュール５０３との接触を避けるために継手
部材５０２が設けてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く構成された
インバータ装置においては、継手部材５０２を設けるこ
とにより、搭載部品のリード端子とスイッチングモジュ
ール５０３との接触を避けているため、結果として、ス
イッチングモジュール５０３とサージ電圧吸収用素子と
の間に不要な抵抗成分、インダクタンス成分が発生し、
サージ電圧吸収用素子の性能が阻害されるという問題が
ある。

【０００５】また、例えば、上記のインバータ装置を電
気自動車に用いた場合には、振動を受けやすい環境下で
使用されることになり、上記の如く継手部材５０２を用
いているものでは、振動に対して非常に弱いという問題
がある。そこで、本発明は上記問題点を解決すべく、サ
ージ電圧の発生を抑制できると共に、振動に対しても耐
えうることのできるインバータ装置を提供する事を目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、直流電源が入力される正
負の端子が設けられた直流入力部と、この直流入力部か
らの直流電源を入力とし、前記直流入力部の正負の端子
間に第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
とが直列接続され、その接続点から負荷に電力を供給す
る複数のスイッチングモジュールと、このスイッチング
モジュールの外周を囲む外囲器と、この外囲器の内側に
固定されると共に前記直流入力部の正負の端子にそれぞ
れ端子が接続され、前記スイッチングモジュールにて発
生するサージ電圧を吸収するサージ電圧吸収用素子と、
を備えることを要旨とする。

【０００７】

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載のインバータ装置において、前記サージ電圧吸収用
素子が、コンデンサであることを要旨とする。

【０００９】また、請求項３記載の本発明は、請求項１
もしくは請求項２記載のインバータ装置において、前記
直流入力部と前記サージ電圧吸収用素子の端子とが、直
結されていることを要旨とする。

【００１０】

【作用及び発明の効果】上記構成よりなる請求項１記載
の本発明によれば、サージ電圧吸収用素子が外囲器の内
側に固定されているため、サージ電圧吸収用素子をスイ
ッチングモジュールの近くに設けることができ、サージ
電圧吸収用素子とスイッチングモジュールとの間に発生
する抵抗成分及びインダクタンス成分を減少させ、スイ
ッチングモジュールにて発生するサージ電圧を効率良く
吸収することができる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】また、請求項２記載の如く、サージ電圧吸
収用素子としてコンデンサを用いて、効率よくサージ電
圧を吸収することができる。

【００１４】また、請求項３記載の本発明の如く、直流
入力部とサージ電圧吸収用素子の端子とを直結すること
で、スイッチングモジュールとサージ電圧吸収用素子と
の電気的距離を最短にすることができ、両者間の抵抗成
分及びインダクタンス成分を最小にすることができ、サ
ージ電圧を吸収する性能を最大限発揮することができ
る。

【００１５】

【実施例】

〔第１実施例〕以下に、本発明の第１実施例について図
面に基づき説明する。図１は、本発明のインバータ装置
の第１実施例を示す分解図であり、図２は、図１のイン
バータ装置を組み合わせた状態の斜視図であり、図３
は、電気自動車における電動機を駆動するシステムに組
み込んだ場合の全体の電気接続図である。

【００１６】まず、図３に基づき、その電気接続につい
て説明する。図３において、１は直流電源、２は負荷と
しての交流電動機（以下、モータと言う）、３はインバ
ータ装置、４はコントローラ、５は図示していないアク
セルペダルに連動するアクセルセンサである。また、６
および７は交流電動機（以下モータという）に供給する
電流を検出する電流センサである。また、インバータ装
置３において、１０、２０、３０はスイッチングモジュ
ール、１０a 、１０b、２０a 、２０b 、３０a 、３０b
はそれぞれスイッチング素子としてのトランジスタ
（ＩＧＢＴ）、１３、１４、２３、２４、３３、３４は
ＩＧＢＴに逆並列接続されたダイオード、１５、２５、
３５はそれぞれ平滑コンデンサ、１６、２６、３６はサ
ージ電圧吸収用素子としての高周波コンデンサである。

【００１７】次に、図１に基づき、インバータ装置３の
一相のスイッチングモジュール１０の構造について説明
する。図１において、１０c は直流電源１に接続される
スイッチングモジュール１０の正入力端子、１０d は直
流電源１に接続される負入力端子、１０e はモータ２に
接続される出力端子である。また、１１a 、１１b 、１
２a 、１２b は、それぞれコントローラ４に接続される
駆動信号端子、１６a 、１６b は高周波コンデンサ１６
の端子、１６c は高周波コンデンサ１６の外囲器、１６
d は高周波コンデンサ本体であり、外囲器１６c に樹脂
モールドされている。

【００１８】１７は高周波コンデンサ１６の固定台を兼
ねるスイッチングモジュール１０の蓋であり、上部に高
周波コンデンサ１６を固定する凹部１７a を有する。高
周波コンデンサ１６は蓋１７の凹部１７a に接着固定さ
れ、蓋１７はスイッチングモジュール１０に接着、ね
じ、もしくは熱かしめにより固定される。また、１６a
、１０c 、および１６b 、１０d は直流電源１からの
電力を供給する図示していない正負の電極と共締めされ
ることにより直結される。

【００１９】また、スイッチングモジュール２０、３０
についても同様に構成されている。なお、本実施例で言
う外囲器とは、蓋１７とスイッチングモジュール１０の
全側面部、および底部で形成されたものである。次に、
上記構成のインバータ装置における作動について図３に
基づき説明する。

【００２０】運転者のアクセルペダルの操作に応動した
アクセルセンサ５からの指令値がコントローラ４に送ら
れると、コントローラ４は、ゲート駆動回路としてのス
イッチング素子であるＩＧＢＴ１０a 、１０b 、２０a
、２０b 、３０a 、３０b にＰＷＭ信号を送信し、Ｉ
ＧＢＴ１０a 、１０b 、２０a 、２０b 、３０a 、３０
b は、オン、オフを繰り返してモータ２を駆動する。

【００２１】ここで、各ＩＧＢＴ１０a 、１０b 、２０
a 、２０b 、３０a 、３０b がオン、オフする際の急激
な電流変化に対して、直流電源１とインバータ装置３の
間を接続する配線にはインダクタンス成分が生じる（図
８参照：浮遊インダクタンスＬ）ので、直流電源１から
急激な電流変化成分を供給できず、平滑コンデンサ１
５、２５、３５から供給される。

【００２２】また、平滑コンデンサ１５、２５、３５と
ＩＧＢＴ１０a 、１０b 、２０a 、２０b 、３０a 、３
０b との間にもインダクタンス成分が存在するため、前
述の急激な電流変化成分と、このインダクタンス成分に
よって、ＩＧＢＴ１０a 、１０b 、２０a 、２０b 、３
０a 、３０b にサージ電圧が発生する。このサージのエ
ネルギーを吸収するのが高周波コンデンサ１６、２６、
３６である。サージ電圧は、インダクタンス成分をＬ１
で表わすと、次式の如く表される。

【００２３】

【数１】Ｖ（サージ）＝−Ｌ１・ｄｉ／ｄｔ上記数式１の如くサージ電圧が発生するため、平滑コン
デンサ１５、２５、３５は、可能な限りＩＧＢＴ１０a
、１０b 、２０a 、２０b 、３０a 、３０b に近づけ
て配置すると良い。

【００２４】サージ電圧を効率良く吸収するためには、
サージ電圧吸収用素子として高周波コンデンサ１６、２
６、３６とＩＧＢＴ１０a 、１０b 、２０a 、２０b 、
３０a 、３０b との間のインダクタンス成分が小さけれ
ば小さいほど良い。図４は、図２のＡ−Ａ断面図であ
る。ここで、外部と接続される端子（図４では負入力端
子１０d ）は応力を緩和する為のベンド部１０h が設け
られている。このため、スイッチングモジュール１０は
所定のケース高さが必要である。ところが前記端子１０
d のベンド部１０h以外は、不要な空間になっているの
で、サージ電圧吸収用素子１６を上記空間に配置するこ
とにより、無駄であった空間を有効に活用できる。

【００２５】また、本第１実施例では、高周波コンデン
サ１６、２６、３６の端子１６a 、１６b 、２６a 、２
６b 、３６a 、３６b をそれぞれＩＧＢＴ１０a 、１０
b 、２０a 、２０b 、３０a 、３０b の入力端子１０c
、１０d 、２０c 、２０d 、３０c 、３０d に直結し
ているため、上記２者間のインダクタンス成分を最小限
にすることができ、サージ電圧吸収の効果が最大限発揮
できる。

【００２６】また、高周波コンデンサ１６、２６、３６
本体を完全に固定するため、耐振動性が大幅に向上する
と共に、インバータ装置を小型化できるという優れた効
果を持つ。さらに、図１から明らかなように、スナバモ
ジュールをスイッチングモジュール上に配する際の継手
部材等を必要としないため、部品点数が少なくなり、組
付けが容易になると共に低コスト化が可能である。

【００２７】なお、本第１実施例では蓋１７に凹部１７
a を設けてコンデンサ１６を固定したが、凹部１７a を
設けずに直接蓋１７の表面に搭載してもよい。〔第２実施例〕次に、本発明の第２実施例について説明
する。図６は、本発明の第２実施例の分解図を示し、図
７は、その組み合わせた状態の斜視図を示す。

【００２８】図６において、１１６はサージ電圧吸収用
素子としての高周波コンデンサ、１１７はコンデンサ１
１６の外囲器を兼ねたスイッチングモジュール１０の蓋
であり、それぞれ第１実施例におけるコンデンサ１６、
蓋１７に相当する。また、図示していないコンデンサ１
２６、１３６、および図示していない蓋１２７、１３７
がそれぞれコンデンサ２６、３６、および２７、３７に
相当して存在する。

【００２９】蓋１１７には、スイッチングモジュール１
０の端子１０c 、１０d の方向に開口したコンデンサ１
１６の収納部１１７a を有し、コンデンサ１１６は蓋１
１７の収納部１１７a の内部に樹脂モールドまたは接着
される。また、蓋１１７は、スイッチングモジュール１
０に接着、ねじ、もしくは熱かしめにより固定される。

【００３０】コンデンサ１１６の端子１１６a 、１１６
b は、上記第１実施例と同様に、入力電極と共にスイッ
チングモジュール１０の入力端子１０c 、１０d にねじ
で固定され、直結される。上記説明した本実施例のよう
に構成することで、第１実施例と同等な効果が得られる
上に、蓋１１７がコンデンサ１１６の外囲器を兼ねるた
め、別個にコンデンサ１１６の外囲器を設ける必要がな
い。このため、第１実施例に比べて、同体格でより大容
量なコンデンサを内蔵できるか、もしくは同容量のコン
デンサを内蔵する場合、さらに小型化できるという優れ
た効果を有する。

【００３１】なお、上記第１実施例、及び第２実施例に
おいて、サージ電圧吸収用素子を設ける位置をスイッチ
ングモジュール１０の上面、つまり、蓋に設けた場合に
ついて述べたが、他の面、例えばスイッチングモジュー
ル１０のケーシングの側面に搭載してもよい。〔第３実施例〕次に、本発明の第３実施例について説明
する。

【００３２】図９は、第３実施例を示す分解図であり、
図１０は、その組み合わせた状態を示す斜視図であり、
図１１は、図９におけるＰ方向から見た図であり、図１
２は、図１１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。図９におい
て、２１６d はサージ電圧吸収用素子としての高周波コ
ンデンサ、２１６c はコンデンサ２１６d を搭載するプ
リント基板、２１７はスイッチングモジュール１０の蓋
であり、コンデンサ２１６d は、プリント基板２１６c
に半田により固定され電気的に接続される。

【００３３】ここで、高周波コンデンサ２１６d は、第
１実施例におけるコンデンサ１６に相当し、また図示し
ていないコンデンサ２２６d 、２３６d がそれぞれコン
デンサ２６、３６に相当して存在する。次に、図１１に
おいて、スイッチングモジュール２１０の内部について
説明する。

【００３４】２１６a 、２１６b は高周波コンデンサ２
１６d の端子であり、前述のごとくプリント基板２１６
c に半田付けされる。また、図１２において、１０g は
プリント基板固定用の突起端子であり、スイッチングモ
ジュール１０の内部において入力電極１０c 、１０d と
電気的に接続されている。高周波コンデンサ２１６d を
搭載したプリント基板２１６c は、スイッチングモジュ
ール１０の内部においてスイッチングモジュール１０に
ねじ、熱かしめ、もしくは樹脂モールドにより固定され
る。さらに、突起端子１０g と半田固定することにより
電気的に接続される。

【００３５】ところで、上記第１実施例と同様に、図１
２（図１におけるＢ−Ｂ断面図）において外部と接続さ
れる端子（図１２では負入力端子１０c ）は応力を緩和
する為のベンド部１０h が設けられている。このため、
スイッチングモジュール１０は所定のケース高さが必要
である。しかし、負入力端子１０d のベンド部１０h以
外は、不要な空間になっているので、サージ電圧吸収用
素子１６を上記空間に配置することにより、従来無駄で
あった空間を有効に活用できる。

【００３６】また、上記実施例と同様にして、スイッチ
ング素子としてのＩＧＢＴ１０a 、１０b 、2 ０a 、2
０b 、３０a 、３０b とサージ電圧吸収用素子（本実施
例では２１６d ）との電気的距離を最短にできるため、
両者間の抵抗成分、インダクタンス成分が最小にでき、
サージ電圧吸収の性能を最大限発揮できる。なお、上記
第１実施例、第２実施例および第３実施例において、モ
ータ２は誘導電動機、同期電動機、ブラシレス同期電動
機等いずれでもよい。

【００３７】また、スイッチング素子としてＩＧＢＴを
用いた例について説明したが、バイポーラトランジス
タ、ＭＯＳＦＥＴ等の何れの半導体素子でもよい。ま
た、直流電源１は、バッテリ電源、あるいは交流電源を
整流して得た直流電源のいずれでもよい。また、上記実
施例では、サージ電圧吸収用素子としてコンデンサを用
いた例について説明したが、ツェナーダイオードを使用
してもよい。

【００３８】また、上記第３実施例においては、サージ
電圧吸収用素子をプリント基板上に搭載したが、サージ
電圧吸収用素子の外囲器に取り付け用ブラケットを設け
て、直接スイッチングモジュールに固定してもよい。ま
た、サージ電圧吸収用素子と入力電極（図１２では１０
d ）の接続に半田を用いたが、直接溶接により接続する
か、ボンディングワイヤにより接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ装置の第１実施例の分解状
態を示す斜視図である。

【図２】本発明のインバータ装置の第１実施例の組み合
わせた状態を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例のインバータ装置をシステ
ムに組み込んだ場合の全体の電気接続図である。

【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図５】従来技術を示す斜視図である。

【図６】本発明のインバータ装置の第２実施例の分解状
態を示す斜視図である。

【図７】本発明のインバータ装置の第２実施例の組み合
わせた状態を示す斜視図である。

【図８】配線のインダクタンス成分を示す図である。

【図９】本発明のインバータ装置の第３実施例の分解状
態を示す斜視図である。

【図１０】本発明のインバータ装置の第３実施例の組み
合わせた状態を示す斜視図である。

【図１１】図９におけるＰ方向から見た図である。

【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１直流電源２モータ３インバータ装置４コントローラ５アクセルセンサ６、７電流センサ１０スイッチングモジュール１１、１２駆動信号端子１３、１４ダイオード１５平滑コンデンサ１６高周波コンデンサ１７蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02M 1/00 H02M 7/5387

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源が入力される正負の端子が設け
られた直流入力部と、この直流入力部からの直流電源を入力とし、前記直流入
力部の正負の端子間に第１のスイッチング素子と第２の
スイッチング素子とが直列接続され、その接続点から負
荷に電力を供給する複数のスイッチングモジュールと、このスイッチングモジュールの外周を囲む外囲器と、この外囲器の内側に固定されると共に前記直流入力部の
正負の端子にそれぞれ端子が接続され、前記スイッチン
グモジュールにて発生するサージ電圧を吸収するサージ
電圧吸収用素子と、を備えるインバータ装置。
【請求項２】前記サージ電圧吸収用素子は、コンデン
サであることを特徴とする請求項１記載のインバータ装
置。
【請求項３】前記直流入力部と前記サージ電圧吸収用
素子の端子とが、直結されていることを特徴とする請求
項１もしくは請求項２記載のインバータ装置。