JP4655020B2 - 平滑コンデンサモジュール及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents
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Description
該電力変換装置は、スイッチング素子を内蔵し電力を変換するためのスイッチングパワー部を有し、該スイッチングパワー部と直流電源との間には、直流電源出力を平滑化する平滑コンデンサが配設されている。
そして、直流電源と平滑コンデンサとスイッチングパワー部とは、バスバーによって接続されており、該バスバーを被制御電流が流れる。
そこで、このサージを吸収すべく、電力変換装置にはスナバコンデンサが接続されている。
ところが、スナバコンデンサを配置することにより、電力変換装置の小型化、低コスト化を妨げる要因となるおそれがある。
しかしながら、上記電力変換装置においては、平滑コンデンサに用いることができるコンデンサがセラミックコンデンサに限られてしまい、設計上の制約が生じるおそれがあるという問題がある。
両端面に一対の電極を有するコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を内側に収納するコンデンサケースと、上記コンデンサ素子と上記コンデンサケースとの間に充填されるモールド材と、上記一対の電極及び直流電源の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続される正極バスバーと負極バスバーとを有してなり、
上記コンデンサ素子は、上記コンデンサケースの開口側及び底面側に上記一対の電極がそれぞれ配置されるように上記コンデンサケースに収納されて、上記正極バスバー及び上記負極バスバーと上記一対の電極とがそれぞれ接続される接続部分が上記モールド材に埋設されており、
上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記モールド材の外に存在する露出部から上記コンデンサケースの開口側に配置された上記コンデンサ素子の一方の電極の近傍まで絶縁部材を介在させた状態で互いに対向配置されると共に、上記コンデンサ素子の側面において互いに対向しないよう配置され、
上記絶縁部材は、上記コンデンサケースの壁面と上記コンデンサ素子の側面とが対向する箇所まで延在した状態で上記モールド材に埋設してあることを特徴とする平滑コンデンサモジュールにある(請求項1)。
上記平滑コンデンサモジュールにおいては、上記正極バスバーと上記負極バスバーとが互いに対向した状態で配設されている。これにより、上記正極バスバーと上記負極バスバーとに流れる電流が逆方向となるために発生する相互インダクタンスによって、それぞれのバスバーにおけるインダクタンスを抑制することができる。そのため、上記正極バスバー及び負極バスバーにおいて急激な電流変化が生じても、サージが発生することを抑制することができる。
そして、本発明にかかる平滑コンデンサモジュールを電力変換装置に用いることにより、サージを吸収するためにスナバコンデンサを配設する必要がなくなり、電力変換装置の小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
上記スイッチングパワー部が、上記第1の発明の平滑コンデンサモジュールの上記正極バスバーと上記負極バスバーとに接続されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項6)。
上述したごとく、電力変換装置においては、スイッチング素子のスイッチングにより、正極バスバー及び負極バスバーにサージが発生するおそれがある。そこで、上記スイッチングパワー部と接続する正極バスバー及び負極バスバーを有する平滑コンデンサモジュールを上記第1の発明の平滑コンデンサモジュールによって構成したことにより、バスバーのインダクタンスを抑制し、サージの発生を容易に抑制することができる。
そして、その結果、電力変換装置に、サージを吸収するためのスナバコンデンサを配設する必要がなくなり、電力変換装置の小型化、低コスト化を容易に図ることができる。
また、上記絶縁部材としては、シート状の絶縁紙を用いることが好ましい。即ち、正極バスバー及び負極バスバーのインダクタンスを抑制するためには、両バスバーの対向面積が大きく、間隔が狭いほど効果が大きい。それ故、両バスバーの対向面積を大きく、間隔を狭くするためには、厚みが小さくシート状である絶縁紙を用いることが好適である。
また、絶縁紙としては、例えば、PPフィルム、樹脂フィルム等を積層してなる絶縁紙を用いることができる。
また、上記スイッチング素子は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子等の半導体素子によって構成することができる。
この場合には、上記正極バスバー及び上記負極バスバーが、上記平滑コンデンサモジュールに一体化された状態となるため、例えば、振動等が生じても、上記正極バスバーと上記負極バスバーとの近接状態を確保することが容易となる。また、組み付け時における平滑コンデンサモジュールの取扱いが容易になる。
この場合には、一方の露出部に直流電源の電極を接続し、他方の露出部にスイッチングパワー部を接続することができる。
この場合には、上記コンデンサ素子の一対の電極に、上記正極バスバー及び上記負極バスバーをそれぞれ容易に接続することができる。また、上記正極バスバー及び上記負極バスバーを、平滑コンデンサモジュールの本体に安定して固定することができる。
この場合には、上記端子部において、スイッチングパワーモジュール等の電子部品の正極と負極に容易に接続することができる。
この場合には、正極バスバー及び負極バスバーを容易に形成することができる。また、正極バスバー及び負極バスバーと、スイッチングパワー部とを容易に接続することができる。その結果、製造容易な電力変換装置を得ることができる。
本発明の実施例にかかる平滑コンデンサモジュール及びこれを用いた電力変換装置につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例の平滑コンデンサモジュール2は、図1、図2に示すごとく、コンデンサ素子21をモールド材22によってモールドしてなると共に、直流電源の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続される正極バスバー31と負極バスバー32とを有してなる。
また、絶縁紙23の一部はモールド材22に埋設してある。
コンデンサ素子21は、コンデンサケース24の内側に複数個収納され、図2に示すごとく、コンデンサケース24とコンデンサ素子21との間に充填されたモールド材22によってモールドされている。モールド材22は、例えば、エポキシ系やウレタン系の樹脂からなる。
また、正極バスバー31及び負極バスバー32は、コンデンサ素子21を互いの間に配する状態で、その一部(中間部311、321)をモールド材22に埋設している。即ち、図2に示すごとく、正極バスバー31の中間部311は、コンデンサ素子21の上部においてモールド材22に埋設されており、負極バスバー32の中間部321は、コンデンサ素子21の下部においてモールド材22に埋設されている。
該対向部313、323及び端子部314、324は、正極バスバー31及び負極バスバー32における一方の露出部312、322において形成されている。
また、他方の露出部312、322は、直流電源12(図3参照)の正極及び負極と接続される。
また、図2に示すごとく、絶縁紙23は、その一端が正極バスバー31及び負極バスバー32と共に、モールド材22に埋められている。また、絶縁紙23は、正極バスバー31及び負極バスバー32の対向部313、323から端縁がはみ出るように配設されている。
電力変換装置1は、スイッチング素子を内蔵し、該スイッチング素子のスイッチングにより電力変換を行うスイッチングパワー部11を有する。
スイッチングパワー部11は、平滑コンデンサモジュール2の正極バスバー31と負極バスバー32とに接続されている。そして、スイッチングパワー部11の出力端子119に、交流モータ4(図3参照)に接続される出力バスバー41がそれぞれ接続されている。
より具体的には、正極バスバー31U、31V、31W及び負極バスバー32U、32V、32Wのそれぞれの端子部314、324において、各スイッチングパワーモジュール11U、11V、11Wが正極バスバー31U、31V、31W及び負極バスバー32U、32V、32Wに接続されている。
また、三相のスイッチングパワーモジュール11U、11V、11Wは、それぞれU相、V相、W相の出力バスバー41U、41V、41Wに接続され、三相の交流モータ4の各電極に電気的に接続されている。
これらのスイッチングパワー部11、冷却器13、制御回路部、平滑コンデンサモジュール2等の電力変換装置1の各要素は、ケース14内に収容されている。
上記平滑コンデンサモジュール2においては、正極バスバー31と負極バスバー32とが互いに対向した状態で配設されている。これにより、正極バスバー31と負極バスバー32とに流れる電流が逆方向となるために発生する相互インダクタンスによって、それぞれのバスバーにおけるインダクタンスを抑制することができる。そのため、正極バスバー31及び負極バスバー32において急激な電流変化が生じても、サージが発生することを抑制することができる。
本例は、図4、図5に示すごとく、直流電源と平滑コンデンサ92とスイッチングパワーモジュール91とを接続する正極バスバー931と負極バスバー932とを互いに対向配置させることなく配線した電力変換装置9の例である。
該電力変換装置9においては、平滑コンデンサ92における一対の端子が、上記正極バスバー931及び負極バスバー932にそれぞれ接続される。また、正極バスバー931及び負極バスバー932は、3個のスイッチングパワーモジュール91U、91V、91Wをそれぞれ並列的に接続している。
そこで、このサージを抑制すべく、図4、図5に示すごとく、電力変換装置9には、正極バスバー931と負極バスバー932との間に、サージを吸収するスナバコンデンサ95を接続している。
ところが、スナバコンデンサ95を配置することにより、電力変換装置9の小型化、低コスト化を妨げる要因となるおそれがあるという問題がある。
11 スイッチングパワー部
11U、11V、11W スイッチングパワーモジュール
2 平滑コンデンサモジュール
21 コンデンサ素子
22 モールド材
23 絶縁紙
31、31U、31V、31W 正極バスバー
32、32U、32V、32W 負極バスバー
Claims (7)
- 直流電源出力を平滑化するための平滑コンデンサモジュールにおいて、
両端面に一対の電極を有するコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を内側に収納するコンデンサケースと、上記コンデンサ素子と上記コンデンサケースとの間に充填されるモールド材と、上記一対の電極及び直流電源の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続される正極バスバーと負極バスバーとを有してなり、
上記コンデンサ素子は、上記コンデンサケースの開口側及び底面側に上記一対の電極がそれぞれ配置されるように上記コンデンサケースに収納されて、上記正極バスバー及び上記負極バスバーと上記一対の電極とがそれぞれ接続される接続部分が上記モールド材に埋設されており、
上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記モールド材の外に存在する露出部から上記コンデンサケースの開口側に配置された上記コンデンサ素子の一方の電極の近傍まで絶縁部材を介在させた状態で互いに対向配置されると共に、上記コンデンサ素子の側面において互いに対向しないよう配置され、
上記絶縁部材は、上記コンデンサケースの壁面と上記コンデンサ素子の側面とが対向する箇所まで延在した状態で上記モールド材に埋設してあることを特徴とする平滑コンデンサモジュール。 - 請求項1において、上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、その一部を上記モールド材に埋設してなることを特徴とする平滑コンデンサモジュール。
- 請求項2において、上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記モールド材に埋設された中間部と、該中間部の両端側に連続形成され上記モールド材の外に存在する露出部とを有することを特徴とする平滑コンデンサモジュール。
- 請求項2又は3において、上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、上記コンデンサ素子を互いの間に配する状態で、その一部を上記モールド材に埋設していることを特徴とする平滑コンデンサモジュール。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記正極バスバー及び上記負極バスバーは、互いに絶縁部材を介して対向配置される対向部と、該対向部よりも先端側において互いに対向しない端子部とを有することを特徴とする平滑コンデンサモジュール。
- スイッチング素子を内蔵し、該スイッチング素子のスイッチングにより電力変換を行うスイッチングパワー部を有する電力変換装置であって、
上記スイッチングパワー部が、請求項1〜5のいずれか一項に記載の平滑コンデンサモジュールの上記正極バスバーと上記負極バスバーとに接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項6において、上記スイッチングパワー部は複数のスイッチングパワーモジュールを有し、該各スイッチングパワーモジュールには、上記平滑コンデンサモジュールの本体部から複数に分岐して形成された上記正極バスバー及び上記負極バスバーがそれぞれ接続されていることを特徴とする電力変換装置。
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