JP4674482B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、比較的大電流、高電圧を扱う半導体スイッチ方式の電力変換装置に関する。

住宅用の小型の太陽光発電システムや小型の燃料電池発電システムでは、太陽光や燃料電池から得られる電源電圧を一般的に使用される商用電源等の交流電圧に変換するために、電力変換装置が用いられている。

このような電力変換装置は、電源電圧を所定の電圧に変圧する変圧部と、変圧部の出力を平滑する平滑用コンデンサ及び平滑用コンデンサの出力電圧を所定の交流電圧に変換するブリッジ回路を構成するスイッチ素子群を含み、電力変換に用いられるインバータ部と、インバータ部を制御する制御部等を備えている。

ここで、上記のインバータ装置の定格が１〜５ｋＷ程度であり、その中で用いるスイッチ素子群は、小容量のものであれば、３つのリード端子のついたＴＯ−３Ｐ型のスイッチ素子をプリント基板に実装するものが一般的であり、一方、比較的高容量のものでは、金属基板にスイッチ素子のベアチップをワイヤボンディング実装するものが一般的である。

また、インバータ部のスイッチ素子群と平滑用コンデンサとからなるインバータユニットを備える電力変換装置が提供されており（たとえば特許文献１）、このインバータユニットは、スイッチ素子群を樹脂に一体に埋め込んで構成されるパワー素子と、直流電源、平滑用コンデンサ、及びパワー素子を接続するバスバー等の配線部材を樹脂に一体に埋め込んで構成され、パワー素子の上面に密接配置されるパワーパネルとを備え、このパワーパネルの上面に平滑用コンデンサを支持するための凹面形状の支持部が一体に成形されている。
特開平１０−３０４６７９号公報（第１図）

しかしながら、上記特許文献１は、平滑用コンデンサの支持部が成形されるパワーパネルを、スイッチ素子群を埋め込んだパワー素子上に密接配置しているため、発熱部品であるスイッチ素子からの熱が、パワー素子及びパワーパネルを構成する樹脂を介して平滑用コンデンサに伝熱されるので、平滑用コンデンサの温度が上昇し、これにより、平滑用コンデンサの破損に起因する電解液漏れや、電気特性の劣化、寿命の低下等が生じるおそれがあった。

このような問題を解決するには、平滑用コンデンサを支持部に載置せずにパワーパネルと離間するようにして取り付ければ良く、このように平滑用コンデンサを取り付けることで、平滑用コンデンサへの直接的な伝熱を防止して、平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができる。しかし、この場合、平滑用コンデンサがその端子のみで接続されることになるので、平滑用コンデンサの端子周辺部に負荷がかかり、これにより、端子の断線や、端子周辺部の破損に起因する端子周辺部からの電解液漏れ等が生じるおそれがあった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、平滑用コンデンサの温度上昇を抑制し、且つ、平滑用コンデンサにかかる負荷を低減できる電力変換装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１の電力変換装置では、電源電圧を変圧する変圧部と、変圧部の出力を平滑する平滑用コンデンサ及び平滑用コンデンサの出力電圧を所定の交流電圧に変換するブリッジ回路を構成する複数のスイッチ素子を含むインバータ部と、インバータ部を制御する制御部とからなる電力変換装置において、前記スイッチ素子が配設される金属基板と、該金属基板に取り付けられる前記平滑用コンデンサの支持部材とを備え、前記平滑用コンデンサは略円筒形状の本体を有し、前記支持部材は、前記本体の外周面の曲率と同程度の曲率の当接面を有し、前記本体の軸方向と前記金属基板とが並行になるようにして前記本体を保持する保持部と、該保持部を前記金属基板に前記金属基板との間に間隙を有して並行した状態に配置する脚部とを備えており、前記平滑用コンデンサは前記本体の軸方向に直交する方向に並設されるとともに、前記スイッチ素子の端子に電気的に接続され当該スイッチ素子の近傍から立設された導電体に前記平滑用コンデンサの端子が接続され、各平滑用コンデンサの保持部は、少なくとも隣接する保持部同士が前記並設方向において互いに対向しないように配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、金属基板に取り付けた支持部材の保持部により平滑用コンデンサの本体を当接状態で支持しているので、平滑用コンデンサにかかる負荷の大部分を支持部材で受けて、平滑用コンデンサの端子周辺部にかかる負荷を低減できる。しかも、支持部材の脚部により保持部と金属基板との間に間隙を設けているので、発熱部品であるスイッチ素子からの伝熱を低減して、平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、脚部により保持部を金属基板と並行した状態で配置して、支持部材が金属基板の面内に位置するようにしているので、大型の部品である平滑用コンデンサを支持部材に支持させても、全体としてコンパクトにまとめることができる。さらに、保持部の当接面を本体の外周面の曲率と同程度の曲率としているので、平滑用コンデンサの本体を保持部に支持させた際にも、本体をがたつくことなく支持することができるようになり、これにより、平滑用コンデンサの本体を安定した状態で保持することができる。また、平滑用コンデンサを本体の軸方向に直交する方向に並設した場合でも、隣接する保持部同士が互いに干渉しないので、これにより、平滑用コンデンサを配置するためのスペースの小型化を図ることができる。

請求項２の電力変換装置では、請求項１の構成に加えて、前記当接面の周方向の長さ寸法は、前記本体の外周面の半周を越える大きさとしていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、保持部に本体を支持させた際に、保持部の当接面が本体の外周面の半周を越える部位と当接しているので、保持部によって平滑用コンデンサの本体を固定することができ、これにより、支持部材で平滑用コンデンサの本体を安定して支持することができるようになる。

請求項３の電力変換装置では、請求項１の構成に加えて、平滑用コンデンサの前記本体は一端側から端子が突出し、支持部材の保持部は、前記本体の他端側に当接していることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、平滑用コンデンサの端子が接続される部位と、保持部とで平滑用コンデンサの本体を挟持しているので、平滑用コンデンサにかかる負荷の大部分を支持部材で受けて、平滑用コンデンサの端子周辺部にかかる負荷を低減できる。これにより、平滑用コンデンサの端子の断線や、端子周辺部の破損に起因する電解液の液漏れ等の故障を防止することができる。

請求項４の電力変換装置では、請求項３の構成に加えて、保持部は弾性を有する部材から形成され、前記本体の他端側に弾接して前記本体を一端側へ付勢していることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、平滑用コンデンサの端子が接続される部位と、保持部とで平滑用コンデンサの本体を弾接挟持しているので、平滑用コンデンサを請求項３の場合よりも強固に挟持することができるようになり、これにより、支持部材で平滑用コンデンサの本体を安定して支持することができるようになる。

請求項５の電力変換装置では、請求項３又は４の構成に加えて、支持部材は、本体の外周面に当接して本体の軸方向に交差する方向への移動を規制する規制突起を備えていることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、平滑用コンデンサの本体の軸方向に交差する方向への移動を抑えることができ、これにより、支持部材で平滑用コンデンサの本体を安定して支持することができるようになる。

請求項６の電力変換装置では、請求項１の構成に加えて、支持部材は、高熱伝導性の絶縁材料、又は、前記本体と当接する保持部が熱伝導性の絶縁材料で被覆された高熱伝導性の金属材料から形成されていることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、支持部材の熱抵抗が小さくなるから、平滑用コンデンサに生じる熱を支持部材から放熱させることができ、これにより、平滑用コンデンサの温度上昇を抑えることができる。

請求項７の電力変換装置では、請求項６の構成に加えて、支持部材は、表面が凹凸形状に形成されていることを特徴とする。

請求項７の発明によれば、支持部材の表面を凹凸形状に形成することで支持部材の表面積を大きくしているので、支持部材の放熱性を向上させることができ、これにより、平滑用コンデンサの温度上昇をさらに抑えることができるようになる。

請求項８の電力変換装置では、請求項１の構成に加えて、スイッチ素子の本体の金属基板と反対側の部位には金属板が接触配置され、前記金属板は金属基板に熱伝導的に接続されていることを特徴とする。

請求項８の発明によれば、スイッチ素子で生じた熱が金属基板だけでなく金属板を介しても放熱されるので、これにより、スイッチ素子の温度上昇を抑制できる。加えて、支持部材の保持部がスイッチ素子と対向している場合でも、金属板をスイッチ素子の金属基板と反対側の部位に配置していることによって、スイッチ素子で生じた熱が平滑用コンデンサに伝熱されてしまうことを防止でき、さらに平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

請求項９の電力変換装置では、請求項１の構成に加えて、平滑用コンデンサが複数個並列接続され、平滑用コンデンサの両端子をそれぞれ外部回路に電気的に接続する端子片を少なくとも１つずつ具備する接続部材と、金属基板に配設されたスイッチ素子に電気的に接続され、接続部材の端子片がそれぞれ着脱自在に接続される連結片を具備する連結部材とを備えていることを特徴とする。

請求項９の発明によれば、平滑用コンデンサが複数個並列接続される接続部材を、金属基板に設けた連結部材に着脱自在に接続しているので、メンテナンス時等の平滑用コンデンサの交換作業を容易に行うことができる。

本発明は、金属基板に取り付けた支持部材の保持部により平滑用コンデンサの本体を当接状態で支持しているので、平滑用コンデンサの端子周辺部にかかる負荷を低減でき、しかも、支持部材の脚部により保持部と金属基板との間に間隙を設けているので、平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができ、また、脚部により保持部を金属基板と並行した状態で配置して、支持部材が金属基板の面内に位置するようにしているので、全体としてコンパクトにまとめることができるという効果がある。

以下に、図１〜図９を参照して本発明の実施形態について説明する。

（実施形態１）
本実施形態の電力変換装置は、たとえば、図３に示すように、太陽電池或いは燃料電池等の直流電源部ＤＣに接続され、平滑用コンデンサＣ０、リアクトル（昇圧リアクトル）Ｌ０、スイッチ素子Ｑ０、及び逆流阻止用ダイオードＤ０を有し、平滑用コンデンサＣ１…とともに昇圧チョッパを構成する昇圧部４と、昇圧部４の出力を平滑する平滑用コンデンサＣ１…、４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４からなり平滑用コンデンサＣ１の出力電圧（つまりは昇圧チョッパの出力電圧）を交流電圧に変換するブリッジ回路５ａ、及び該ブリッジ回路５ａの出力端に接続されるリアクトルＬ１，Ｌ２及びコンデンサＣ２からなりブリッジ回路５ａの出力波形を正弦波とするローパスフィルタ５ｂを備えるインバータ部５と、インバータ部５の出力を接続する系統との連系を解除するための解列器６と、インバータ部５の出力を系統に接続するための端子台７と、昇圧部４のスイッチ素子Ｑ０のスイッチングを制御するとともにブリッジ回路５ａのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御し、また解列器６を制御するマイクロコンピュータ８ａ等を含めた制御部８と、制御部８の制御信号をスイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４の駆動信号に変換するための信号変換回路部９とで構成され、たとえばＡＣ２００Ｖのインバータ出力を発生して、系統には単相３線として接続するようになっている。ところで、昇圧部４は、実際は直流電源部ＤＣとインバータ部５との間に並列的に２つ設けられており、これにより直流電源部ＤＣにあわせて電流定格を調整することができるようになっているが、この点は発明の要旨ではないので、図３では一方の昇圧部４のみを図示することとしている。

ここで、本実施形態の電力変換装置では、図３に示すように、主要構成要素である昇圧部４のスイッチ素子Ｑ０及びダイオードＤ０と、インバータ部５の平滑用コンデンサＣ１及びブリッジ回路５ａと、信号変換回路部９とからパワーモジュール１を構成している。また、平滑用コンデンサＣ１としては、図４（ａ）に示すように、たとえばアルミ電解コンデンサ等の比較的大型な電解コンデンサが用いられ、この平滑用コンデンサＣ１は、略円筒形状の本体Ｂと、本体Ｂの一端側から突出する正極側端子Ｔ１及び負極側端子Ｔ２とを備えている。

そして、本実施形態の電力変換装置は、特にパワーモジュール１の構造に特徴があり、以下にパワーモジュール１について詳細に説明する。

パワーモジュール１は、図１，２に示すように、昇圧部４のスイッチ素子Ｑ０及びダイオードＤ０と、インバータ部５の平滑用コンデンサＣ１及びブリッジ回路５ａを構成するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４とが配設される金属基板１０と、信号変換回路部９を構成する電子部品が実装されるプリント基板９０と、平滑用コンデンサＣ１の支持部材２とを備え、支持部材２は、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを当接状態で支持する保持部２１と、該保持部２１を金属基板１０に金属基板１０との間に間隙を有して並行した状態に配置する一対の脚部２０，２０とを有している。尚、図２では、支持部材２の保持部２１とプリント基板９０とを一部省略している。

金属基板１０は、いわゆる金属ベース基板であり、たとえば放熱性、加工性、シールド性等に優れたアルミ基板(アルミベース基板)を用いて、長尺平板状に形成されている。この金属基板１０には、昇圧部４及びブリッジ回路５ａを構成するためのプリントパターン１１が形成されており、プリントパターン１１に上記のスイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４を含む回路素子が実装されて、図３に示すような昇圧部４及びブリッジ回路５ａが配設される。また、金属基板１０の四隅部には、円筒状の支持部材固定用ボス１２が一体に突設され、このボス１２には支持部材２を金属基板１０に固定するための固定ねじ（図示せず）に対応したねじ孔１２ａが形成されている。さらに、金属基板１０の短手方向両端側には、各一対の枠部材固定用ボス１３，１３が一体に突設され、このボス１３には枠部材１４を金属基板１０に固定するための固定ねじ（図示せず）に対応したねじ孔１３ａが形成されている。加えて、金属基板１０の長手方向両端縁の中央部には矩形状の切欠１０ａが形成されており、金属基板１０の短手方向両端側において各ボス１２，１３間にそれぞれ１つずつ計３つのパワーモジュール固定用孔部１０ｂが貫設されている。

一方、金属基板１０には、スイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４等の回路素子及びプリントパターン１１を囲繞するように枠部材１４が取り付けられる。このような枠部材１４は、たとえば絶縁性材料からなる樹脂成形品であり、金属基板１０の長手方向の長さ寸法と略同寸法を有し互いに並行する一対の長辺部１５，１５と、金属基板１０の短手方向においてボス１２，１２間よりも小さい長さ寸法を有し各長辺部１５，１５の両端部をそれぞれ連結する短辺部１６，１６とを一体に備えた矩形枠状に形成されている。長辺部１５の外側面には金属基板１０の枠部材固定用ボス１３にそれぞれ対応して一対のリブ１５ａが一体に突設されており、各リブ１５ａにはボス１３のねじ孔１３ａに連通するねじ挿通孔１５ｂが形成されている。短辺部１６の略中央部の後面側（図１における下面側）には、金属基板１０の切欠１０ａに嵌入される矩形状の嵌入片１６ａが一体に突設され、前面側（図１における上面側）には、略矩形状の切欠部１６ｂが形成されている。

支持部材２は、たとえば絶縁性材料からなる樹脂成形品であり、図１に示すように、互いに並行配置される一対の脚部２０，２０と、両脚部２０の前端部間に架設される保持部２１とを一体に備えている。

脚部２０は、長尺の略直方体状に形成され、その高さ寸法が、保持部２１と金属基板１０との間に隙間を有する程度の大きさに設定されている。この脚部２０の長手方向両側部には、金属基板１０の支持部材用ボス１２，１２にそれぞれ対応するリブ２０ａが一体に突設されている。このリブ２０ａには、ボス１２のねじ孔１２ａに連通するねじ挿通孔２０ｂが形成されている。また、脚部２０の後端部（図１における下端部）には、枠部材１４の短辺部１６と嵌合する切欠部２０ｃが形成され、切欠部２０ｃの縁部には短辺部１６の切欠部１６ｂに嵌合する突片２０ｄが一体に形成されている。加えて、脚部２０の前端部（図１における上端部）には、後述する接続部材３を固定するための固定ねじ（図示せず）に対応するねじ孔２０ｅ，２０ｆ（図２参照）が形成されている。

保持部２１は、長尺平板状に形成されており、長手方向に沿って平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂが配置される凹部２１ａが複数（本実施形態では７つ）並設されている。この凹部２１ａは、接続具３０，３２が配置される保持部２１の短手方向における一端が開口するとともに、凹部２１ａの内周面２１ｂの曲率が本体Ｂの外周面の曲率と同程度となるように形成されている。したがって、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを凹部２１ａに配置した際には、内周面２１ｂが本体Ｂの外周面に当接する当接面となるから、本体Ｂをがたつくことなく支持することができ、これにより、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを安定した状態で保持することができるようになっている。また、保持部２１の凹部２１ａは、図４（ａ）に示すように、短手方向の両端が開口するようにしてもよい。

支持部材２に本体Ｂが支持される平滑用コンデンサＣ１は、図３に示すように、正極側端子Ｔ１がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３のドレイン、つまりはブリッジ回路５ａの電源入力端の正側に、負極側端子Ｔ２がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のソース、つまりはブリッジ回路５ａの負側にそれぞれ電気的に接続されるものであり、これらの接続を担うのが前述の接続部材３と連結部材３４である。

接続部材３は、平滑用コンデンサＣ１の正極側端子Ｔ１をそれぞれ接続する第１の接続具３０と、平滑用コンデンサＣ１の負極側端子Ｔ２をそれぞれ接続する第２の接続具３２と、各接続具３０，３２間を絶縁する絶縁シート（図示せず）とで構成されている。

第１の接続具３０は、上述したように平滑用コンデンサＣ１の正極側端子Ｔ１をそれぞれ接続するものであり、図１，２に示すように、導電性を有する金属板等から曲成され、長尺平板状の連結板３０ａと、連結板３０ａの短手方向一端側（図１における上端側）に突設された接続片３０ｂ１〜３０ｂ４及び端子板３０ｃと、連結板３０ａの短手方向他端側（図１における下端側）に突設された固定片３０ｄ１，３０ｄ２及び端子片３０ｅ１〜３０ｅ４とを一体に備えている。接続片３０ｂ１〜３０ｂ３は、矩形平板状に形成されており、平滑用コンデンサＣ１の正極側端子Ｔ１を挿通して半田付け（溶接）するための接続孔３１ａが連結板３０ａの長手方向に沿って一対穿設されている。尚、接続片３０ｂ４は、上記接続片３０ｂ１〜３０ｂ３と略同様のものであるが、接続孔３１ａを１つしか備えていない点で異なっている。端子板３０ｃは、略中央部に接続孔３１ｂが穿設された矩形平板状に形成されている。固定片３０ｄ１，３０ｄ２は、接続具３０を支持部材２に固定するためのものであり、略中央部に脚部２０のねじ孔２０ｅに連通するねじ挿通孔３１ｃが穿設された矩形平板状に形成されている。端子片３０ｅ１〜３０ｅ４は、連結部材３４と接続するためのものであり、略Ｌ字状に曲成されて先部に面方向が連結板３０ａと略直交する端子部３０ｆ１〜３０ｆ４を備えている。

第２の接続具３２は、上述したように平滑用コンデンサＣ１の負極側端子Ｔ２をそれぞれ接続するものであり、図１，２に示すように、導電性を有する金属板等から曲成され、長尺平板状の連結板３２ａと、連結板３２ａの短手方向一端側（図１における上端側）に突設された接続片３２ｂ１〜３２ｂ４、端子板３２ｃ、及び固定片３２ｄと、連結板３２ａの短手方向他端側（図１における下端側）に突設された端子片３２ｅ１〜３２ｅ４とを一体に備えている。接続片３２ｂ２〜３２ｂ４は、矩形平板状に形成されており、平滑用コンデンサＣ１の負極側端子Ｔ２を挿通して半田付け（溶接）するための接続孔３３ａが連結板３２ａの長手方向に沿って一対穿設されている。尚、接続片３２ｂ１は、上記接続片３２ｂ２〜３２ｂ４と略同様のものであるが、接続孔３３ａを１つしか備えていない点で異なっている。端子板３２ｃは、矩形平板状に形成されており、連結板３２ａの長手方向一端側（図１における右端側）に接続孔３３ｂが穿設され、他端側（図１における左端側）に脚部２０のねじ孔２０ｆに連通するねじ挿通孔３３ｃが穿設されている。固定片３２ｄは、接続具３２を支持部材２に固定するためのものであり、略中央部に脚部２０のねじ孔２０ｆに連通するねじ挿通孔３３ｄが穿設された矩形平板状に形成されている。端子片３２ｅ１〜３２ｅ４は、連結部材３４と接続するためのものであり、略Ｌ字状に曲成されて先部に面方向が連結板３２ａと略直交する端子部３２ｆ１〜３２ｆ４を備えている。

このように構成された接続具３０，３２は、互いの連結板３０ａ，３２ａを絶縁シート（図示せず）等を介して対向させた状態で支持部材２に取り付けられるものであり、支持部材２に取り付けられた際には、第１の接続具３０の接続片３０ｂ１〜３０ｂ４と、第２の接続具３２の接続片３２ｂ１〜３２ｂ４とが所定間隔で交互に配置されるようにそれぞれの間隔が設定されているもので、隣接する接続片同士の隣り合う接続孔３１ａ，３３ａの間隔が等間隔、たとえば平滑用コンデンサＣ１の正極側端子Ｔ１と負極側端子Ｔ２の間隔と等しくなるようにしている。

そして、これら接続具３０，３２と金属基板１０のプリントパターン１１とを接続する連結部材３４は、図１に示すように、導電性を有する帯状の金属板から略Ｚ字状に曲成され、プリントパターン１１に接続される接続片３４ａと、接続具３０，３２の端子片３０ｅ１〜３０ｅ４，３２ｅ１〜３２ｅ４がそれぞれ接続される連結片３４ｂと、接続片３４ａ及び連結片３４ｂを一体に繋ぐ中継片３４ｃとを一体に備えている。

一方、金属基板１０には、図１に示すように、パワーモジュール１と、リアクトルＬ０、及びフィルタ５ｂのリアクトルＬ１，Ｌ２とを電気的に接続するための外部接続端子３５が各２つずつ計４つ設けられている。この外部接続端子３５は、図１に示すように、導電性を有する帯状の金属板から曲成され、プリントパターン１１に接続される略Ｌ字状の接続片３５ａと、接続片３５ａの先端部から金属基板１０の外方へ向けて延設された長片部３５ｂとを一体に備えており、この長片部３５ｂの先端部がパワーモジュール１から外方へ引き出されて、それぞれ対応するリアクトルＬ０，Ｌ１，Ｌ２に電気的に接続される。

上記部材によりパワーモジュール１は構成されており、各部材は次のようにして取り付けられる。まず、金属基板１０には、図１に示すように、スイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４を含む回路素子が実装される。そして、この金属基板１０には、枠部材１４が、各嵌入片１６ａを金属基板１０の切欠１０ａに嵌合させるとともに、長辺部１５の各リブ１５ａのねじ挿通孔１５ｂを金属基板１０の各枠部材固定用ボス１３のねじ孔１３ａに連通させた状態で配置され、固定ねじ（図示せず）がねじ挿通孔１５ｂを介してねじ孔１３ａに螺着されることで固定される。この後に、金属基板１０には、８つの連結部材３４と４つの外部接続端子３５が、各々の接続片３４ａ，３５ａをそれぞれ対応するプリントパターン１１に半田付けすることで接続される。そして、信号変換回路部９を備えるプリント基板９０が金属基板１０に実装された回路素子及びプリントパターン１１に電気的に接続され、以上により、平滑用コンデンサＣ１を除く図３に示すパワーモジュール１の回路が構成される。

そして、この金属基板１０には、支持部材２は、次のようにして取り付けられる。支持部材２は、両脚部２０に各一対形成されたリブ２０ａのねじ挿通孔２０ｂを金属基板１０の支持部材固定用ボス１２に形成したねじ孔１２ａに連通させ、さらに、脚部２０の切欠部２０ｃに枠部材１４の短辺部１６を嵌合させるとともに、切欠部２０ｃ内に突出する突片２０ｄを枠部材１４の短辺部１６の切欠部１６ｂに嵌合させた状態で金属基板１０に配置され、固定ねじ（図示せず）がねじ挿通孔２０ｂを介してねじ孔１２ａに螺着されることで固定される。

一方、上述したように絶縁シート（図示せず）を挟んで互いに対向するように配置された接続具３０，３２からなる接続部材３には、各平滑用コンデンサＣ１が、各々の正極側端子Ｔ１及び負極側端子Ｔ２をそれぞれ対応する接続孔３１ａ，３３ａに挿通させて半田付け（溶接）することで接続される。そして、接続部材３は、取り付けられた平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを保持部２１の凹部２１ａに配置するように、各接続片３０ｂ１〜３０ｂ４，３２ｂ１〜３２ｂ４を支持部材２の凹部２１ａの開口端側に位置させるとともに、各接続具３０，３２の各一対のねじ挿通孔３１ｃ，３３ｃを脚部２０の各一対のねじ孔２０ｅ，２０ｆにそれぞれ連通させた状態で、固定ねじ（図示せず）をねじ挿通孔３１ｃ，３３ｃを介してねじ孔２０ｅ，２０ｆにそれぞれ螺着することで、支持部材２に取り付けられる。この後に、接続部材３を構成する各接続具３０，３２の端子片３０ｅ１〜３０ｅ４，３２ｅ１〜３２ｅ４の端子部３０ｆ１〜３０ｆ４，３２ｆ１〜３２ｆ４が金属基板１０に設けた８つの連結部材３４の連結片３４ｂにそれぞれ半田付け等により接続され、これにより、図３に示すパワーモジュール１の回路が構成される。尚、第２の接続具３２の端子板３２ｃに形成された接続孔３３ｂには、昇圧部４のグラウンド側に接続する図示しない接続線が接続される。

以上により構成されたパワーモジュール１では、支持部材２に配置された平滑用コンデンサＣ１は、図１に示すように、保持部２１により本体Ｂを当接状態で支持されるとともに、脚部２０により金属基板１０との間に間隙を有して並行した状態で配置されることになる。ここで、平滑用コンデンサＣ１を収納した凹部２１ａ内に接着剤を流し込んで平滑用コンデンサＣ１を保持部２１に固定するようにしてもよい。

したがって、本実施形態によれば、金属基板１０に取り付けた支持部材２の保持部２１により平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを当接状態で支持しているので、平滑用コンデンサＣ１にかかる負荷の大部分を支持部材２で受けて、平滑用コンデンサＣ１の端子Ｔ１，Ｔ２周辺部にかかる負荷を低減できる。これにより、平滑用コンデンサＣ１の端子Ｔ１，Ｔ２周辺部に負荷がかかることによる、端子の断線や、端子周辺部の破損に起因する端子周辺部からの電解液漏れ等を防止できる。しかも、支持部材２の脚部２０により保持部２１と金属基板１０との間に間隙を設けているので、発熱部品であるスイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４からの伝熱を低減して、平滑用コンデンサＣ１の温度上昇を抑制することができる。これにより、平滑用コンデンサＣ１の破損に起因する電解液漏れや、電気特性の劣化、寿命の低下等を防止することができる。

また、脚部２０により保持部２１を金属基板１０と並行した状態で配置して、支持部材２が金属基板１０の面内に位置するようにしているので、大型の部品である平滑用コンデンサＣ１を支持部材２に支持させても、全体としてコンパクトにまとめることができる。さらに、平滑用コンデンサＣ１とブリッジ回路５ａを構成するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４とが、導電性を有する金属板からなる接続部材３と連結部材３４によって接続されるとともに、互いに近接して配置されているので、配線インピーダンスを小さくすることができ、これにより、スイッチ素子のサージ電圧の増加によるスイッチ素子の信頼性の低下や、電磁ノイズの増大等を抑制することができる。

（実施形態２）
上記実施形態１において支持部材２は、複数の凹部２１ａが形成された平板状の保持部２１を備えていたが、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、略Ｃ字状の保持部２２を備えていることに特徴があり、その他の構成は上記実施形態１と略同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

さらに詳しく説明すると、保持部２２は、たとえば弾性及び絶縁性を有する樹脂から、中心角が１８０°より大きく、内径が本体Ｂの外径と略同寸法である（言い換えると、内側面の曲率が本体Ｂの外周面の曲率と同程度である）ような略円弧状に形成されており、周方向における両端部２２ａ，２２ａの隙間２２ｂが本体Ｂを保持部２２内に挿入するための挿入孔となっている。また、保持部２２の両端部２２ａ，２２ａは、本体Ｂを保持部２２内に嵌入し易くするために、それぞれ外方へやや反った形状に形成されている。尚、図４（ｂ），（ｃ）において支持部材の脚部は省略しているが、脚部は、保持部２２を金属基板１０に金属基板１０との間に間隙を有して並行した状態に配置できる程度の高さ寸法を有するものであれば良い。

このような保持部２２には、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂが次のようにして取り付けられる。まず、本体Ｂの外周面を保持部２２の両端部２２ａ，２２ａにそれぞれ当接させ、次に、この状態から本体Ｂを隙間２２ｂから保持部２２内へ押し込むことで、本体Ｂが保持部２２の両端部２２ａ，２２ａをそれぞれ外方へ押し広げながら保持部２２内に入り込み、やがて図４（ｂ）に示すように、本体Ｂが保持部２２に取り付けられる。このとき、上述したように、両端部２２ａ，２２ａを外方へやや反った形状としているので、本体Ｂの取付時に両端部２２ａ，２２ａが本体Ｂにより押し広げられ易くなり、これにより、本体Ｂの当接部２２への取り付け作業が容易に行えるようになっている。

また、保持部２２の中心角を１８０°より大きくなるように設定しているので、保持部部２２の内周面、つまりは本体Ｂと当接する当接面の周方向における長さ寸法は、本体Ｂの外周面の半周を越える大きさになっており、上述したように本体Ｂを保持部２２内に嵌入した際には、本体Ｂの外周面の半周を越える部位が保持部２２と当接するから、保持部２２で本体Ｂを固定することができるようになっている。

以上述べた本実施形態によれば、保持部２２に本体Ｂを固定することができ、これにより、支持部材で平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを安定して支持することができるようになる。すなわち、支持部材の支持安定性を向上することができるのである。また、本体Ｂを固定することにより、パワーモジュール１に衝撃等が加わった際に、本体Ｂが揺動して端子周辺部に負荷がかかることを抑制できる。しかも、本体Ｂを隙間２２ｂから保持部２２へ押し込むだけで平滑用コンデンサＣ１の取り付けを行えるから、平滑用コンデンサＣ１の固定作業も容易に行うことができる。

ところで、上記実施形態１において平滑用コンデンサＣ１は本体Ｂの軸方向に直交する方向に並設されているから、このような保持部２２を備えた支持部材２も同じ方向に金属基板１０に並設されることになる。このとき、図４（ｃ）に示すように、各保持部２２を、少なくとも隣接する保持部２２同士が平滑用コンデンサＣ１の並設方向（図４（ｃ）における左右方向）において対向しないように配置すれば、隣接する保持部２２同士が互いに干渉しないようにすることができ、これにより、並設方向において平滑用コンデンサＣ１の配置用スペースの小型化を図ることができる。

（実施形態３）
本実施形態の電力変換装置は、支持部材２の構造に特徴があり、その他の構成については上記実施形態１と略同様であるので、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態の支持部材２は、たとえば絶縁性材料からなる樹脂成形品であり、図５（ａ）に示すように、互いに並行に配置される実施形態１で述べたような一対の脚部（図示せず）と、該一対の脚部の前端部間に架設される平滑用コンデンサＣ１の支持板２３とを一体に備えている。

この支持板２３は、長尺平板状に形成されており、長手方向に沿って平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂが当接される保持部２４が複数（本実施形態では７つ）並設され、この保持部２４は接続具３０，３２に取り付けられた平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂの他端面（図５（ａ）における右端側の面）と当接する当接面を備えて矩形平板状に形成されている。ここで、当接面は本体Ｂの他端面全体に亘って当接する形状としても良いし、少なくとも一部と当接するような形状にしても良い。

つまり、本実施形態では、平滑用コンデンサＣ１を、本体Ｂの一端側から突出する端子Ｔ１，Ｔ２で接続部材３に取り付けた際に、本体Ｂの他端側に支持部材２の保持部２４が当接するようにしているので、図５（ａ）に示すように、保持部２４と接続部材３にて平滑用コンデンサＣ１を挟持することができ、これにより、平滑用コンデンサにかかる負荷の大部分を支持部材２で受けるようにしている。したがって、本実施形態によれば、上記実施形態１と同様に、平滑用コンデンサの端子周辺部にかかる負荷を低減できるとともに、平滑用コンデンサＣ１の温度上昇を抑制することができる。

（実施形態４）
ところで、上記実施形態３では、保持部２４を単に本体Ｂの他端面に当接するようにしていたが、本実施形態では、保持部２４を弾性材料から形成して本体Ｂの他端面に弾接させるようにしている。たとえば、保持部２４は、図５（ｂ）に示すように、弾性部材から略Ｓ字の板状に形成され、支持部材２に平滑用コンデンサＣ１を取り付けた際には、保持部２４が本体Ｂの他端面に弾接して、本体Ｂを接続部材３側（端子Ｔ１，Ｔ２が突出する一端側）へ付勢するようになっている。

本実施形態によれば、平滑用コンデンサＣ１の端子Ｔ１，Ｔ２が接続される接続部材３と、支持部材２の保持部２４とで平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂを弾接挟持しているので、上記実施形態３に比べて、平滑用コンデンサＣ１を強固に挟持することができるようになり、これにより、支持部材の支持安定性の向上を図ることができる。また、本体Ｂを固定することにより、パワーモジュール１に衝撃等が加わった際に、本体Ｂが揺動して端子周辺部に負荷がかかることを抑制できる。

一方、保持部２４は、図５（ｂ）に示すものに限らず、たとえば、図５（ｃ）に示すような保持部２５としてもよい。この保持部２５は、弾性材料から形成され、平板部２５ａと、平板部２５ａの本体Ｂの他端面と対向する部位に突設された略半球状の突部２５ｂとを一体に備えている。この場合においても、保持部２５の突起部２５ｂが本体Ｂの他端面に弾接することにより、同様の効果を得ることができる。

（実施形態５）
本実施形態の支持部材２は、上記実施形態４の保持部２５に本体Ｂの軸方向に交差する方向への移動を規制する規制突起２５ｃを設けたことに特徴があり、その他の構成は上記実施形態４と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

つまり、本実施形態の保持部２５は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、弾性材料から形成され、平板部２５ａと、平板部２５ａの本体Ｂの他端面と対向する部位に突設された略半球状の突部２５ｂと、突部２５ｂを囲むように平板部２５ａに一対突設され、内周面が本体Ｂの外周面に当接する規制突起２５ｃ，２５ｃとを一体に備えている。尚、図６（ａ）では、支持板２３を省略している。

以上述べた保持部２５によれば、上記実施形態４のように突部２５ｂが本体Ｂの他端面に弾接するとともに、規制突起２５ｃ，２５ｃにより本体Ｂをその軸方向に交差する方向で挟持しているので、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂの軸方向に交差する方向への移動を確実に抑えることができる。

したがって、本実施形態によれば、上記実施形態４のものよりも支持部材の支持安定性を向上することができ、しかも、パワーモジュール１に衝撃等が加わった際に、本体Ｂが揺動して端子周辺部に負荷がかかることをさらに抑制することができるようになる。

（実施形態６）
ところで、上記実施形態１では、支持部材２は絶縁性材料からなる樹脂成形品としているが、ここで、上記の絶縁性材料として、高熱伝導性の絶縁性材料を用いることができる。この場合、支持部材２の熱抵抗が小さくなって支持部材２の放熱性が向上するので、平滑用コンデンサＣ１に生じる熱が支持部材２から放熱され易くなり、これにより上記実施形態１に比べて平滑用コンデンサＣ１の温度上昇を抑えることができる。

一方、図７（ａ）に示すように、保持部２１として、高熱伝導性の金属材料から形成し、平滑用コンデンサＣ１の本体Ｂとの当接面をシリコン樹脂等の高熱伝導性の絶縁性材料から形成した絶縁シート２６で被覆したものを用いても良く、これによっても同様の効果を得ることができる。尚、図７（ａ）において支持部材の脚部は省略しているが、脚部は、保持部２１を金属基板１０に金属基板１０との間に間隙を有して並行した状態に配置できる程度の高さ寸法を有するものであれば良い。

さらに、図７（ｂ）に示すように、保持部２１の平滑用コンデンサＣ１が載置される面（図７（ｂ）における上面）の反対側の面（図７（ｂ）における下面）に、複数の放熱板２７…を当接部２１の長手方向に一体に列設するようにしてもよい。

この場合、支持部材２に放熱板２７…を設けて支持部材２の表面積を大きくしているので、支持部材２の放熱性をさらに向上させることができ、これにより、平滑用コンデンサＣ１の温度上昇をさらに抑えることができるようになる。また、支持部材２に放熱板２７…を設ける代わりに、表面に凹凸形状を形成することで表面積を大きくしても、同様の効果を得ることができる。尚、本実施形態で述べたような支持部材２の放熱性を向上する構成は、勿論、上記実施形態２〜５にも採用することができる。

（実施形態７）
本実施形態の電力変換装置は、外部接続端子３５の構成に特徴があり、その他の構成は上記実施形態１と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の外部接続端子３５は、図８（ａ）に示すように、熱伝導性及び導電性を有する帯状の金属板から曲成され、プリントパターン１１に接続される略Ｌ字状の接続片３５ａと、接続片３５ａの先端部から金属基板１０の外方へ向けて延設された長片部３５ｂとを一体に備え、長片部３５ｂに、金属基板１０に実装したスイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４の金属基板１０と反対側の部位に接触配置される放熱用の金属板３６が一体に突設されている。

この金属板３６は、図８（ｂ）に示すように、金属基板１０と反対側のスイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４の部位を覆う程度の大きさの平板状に形成されており、外部接続端子３５を介して金属基板１０のプリントパターン１１に熱伝導的に接続されている。

したがって、本実施形態によれば、スイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４の金属基板１０と反対側の部位からの放熱が、金属板３６によって金属基板１０側へ伝熱されるので、スイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４の温度上昇を抑制することができる。また、スイッチ素子Ｑ０〜Ｑ４で生じた熱を金属基板１０側へ伝熱することによって、プリント基板９０の電子部品（信号変換回路９を構成する電子部品）や平滑用コンデンサＣ１…に伝熱することを防止しているので、これらプリント基板９０の電子部品や平滑用コンデンサＣ１の温度上昇を一層抑制することができ、これにより、プリント基板９０の電子部品や平滑用コンデンサＣ１…等に寿命低下等の悪影響を及ぼすことを防止できる。

（実施形態８）
一方、上記の実施形態１では、接続部材３を構成する各接続具３０，３２の端子片３０ｅ１〜３０ｅ４，３２ｅ１〜３２ｅ４の端子部３０ｆ１〜３０ｆ４，３２ｆ１〜３２ｆ４を金属基板１０に設けた８つの連結部材３４の連結片３４ｂにそれぞれ半田付け等により接続していたが、このように半田付けしてしまうと、平滑用コンデンサＣ１が複数並列接続された接続部材３の交換作業性が非常に悪かった。

そこで、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、接続部材３と連結部材３４とを着脱機構３７により着脱自在に取り付けることができるようにしている。この着脱機構３７は、たとえば、図９（ｂ）に示すように、連結部材３４の連結片３４ｂに設けたボルト部３７ａと、接続部材３の端子片３０ｅ１〜３０ｅ４，３２ｅ１〜３２ｅ４の端子部３０ｆ１〜３０ｆ４，３２ｆ１〜３２ｆ４に設けたボルト挿通孔３７ｂと、ボルト部３７ａに対応したナット３７ｃとで構成される。尚、図９（ｂ）では、一例として第１の接続具３０の端子片３０ｅ１と連結部材３４との着脱機構３７を示している。

そして、接続部材３と連結部材３４との取り付けは、接続部材３の端子片３０ｅ１〜３０ｅ４，３２ｅ１〜３２ｅ４の各ボルト挿通孔３７ｂに各連結片３４ｂのボルト部３７ａをそれぞれ挿通させた状態で、各ボルト部３７ａにナット３７ｃを螺着することで行う。

本実施形態によれば、平滑用コンデンサＣ１が複数個並列接続される接続部材３を、金属基板１０に設けた連結部材３４に着脱自在に接続しているので、メンテナンス時等に接続部材３を連結部材３４から取り外すことで、平滑用コンデンサＣ１の交換作業を容易に行うことができるようになる。

尚、上記着脱機構３７は、ボルトとナットによるものに限られるものではなく、状況に応じて挿し込み式のコネクタ等、状況に応じて好適なものを用いることができる。

本発明の実施形態１の電力変換装置の要部の分解斜視図である。 同上の電力変換装置の要部の一部を省略した斜視図である。 同上の電力変換装置の回路説明図である。 （ａ）は、同上の要部の説明図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態２の要部の側面図であり、（ｃ）は、同上の要部の部分上面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３の要部の概略側面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態４の要部の概略側面図であり、（ｃ）は、同上の要部のその他の概略側面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態５の要部の部分上面図であり、（ｂ）は、同上の概略側面図であり、（ｃ）は、同上の要部の部分斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施形態６の要部の説明図であり、（ｂ）は、同上の他の例を示す部分説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態７の要部の概略斜視図であり、（ｂ）は、同上の説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態８の電力変換装置の要部の一部を省略した斜視図であり、（ｂ）は、同図（ａ）中にＡで示す部位の説明図である。

符号の説明

１０ 金属基板
２ 支持部材
２０ 脚部
２１ 保持部
５ａ ブリッジ回路
Ｑ１〜Ｑ４ スイッチ素子
Ｃ１ 平滑用コンデンサ
Ｂ 本体

Claims (9)

1. 電源電圧を変圧する変圧部と、変圧部の出力を平滑する平滑用コンデンサ及び平滑用コンデンサの出力電圧を所定の交流電圧に変換するブリッジ回路を構成する複数のスイッチ素子を含むインバータ部と、インバータ部を制御する制御部とからなる電力変換装置において、前記スイッチ素子が配設される金属基板と、該金属基板に取り付けられる前記平滑用コンデンサの支持部材とを備え、前記平滑用コンデンサは略円筒形状の本体を有し、前記支持部材は、前記本体の外周面の曲率と同程度の曲率の当接面を有し、前記本体の軸方向と前記金属基板とが並行になるようにして前記本体を保持する保持部と、該保持部を前記金属基板に前記金属基板との間に間隙を有して並行した状態に配置する脚部とを備えており、前記平滑用コンデンサは前記本体の軸方向に直交する方向に並設されるとともに、前記スイッチ素子の端子に電気的に接続され当該スイッチ素子の近傍から立設された導電体に前記平滑用コンデンサの端子が接続され、各平滑用コンデンサの保持部は、少なくとも隣接する保持部同士が前記並設方向において互いに対向しないように配置されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記当接面の周方向の長さ寸法は、前記本体の外周面の半周を越える大きさとしていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 平滑用コンデンサの前記本体は一端側から端子が突出し、支持部材の保持部は、前記本体の他端側に当接していることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 保持部は弾性を有する部材から形成され、前記本体の他端側に弾接して前記本体を一端側へ付勢していることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 支持部材は、前記本体の外周面に当接して前記本体の軸方向に交差する方向への移動を規制する規制突起を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
6. 支持部材は、高熱伝導性の絶縁材料、又は、前記本体と当接する保持部が熱伝導性の絶縁材料で被覆された高熱伝導性の金属材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 支持部材は、表面が凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. スイッチ素子の本体の金属基板と反対側の部位には金属板が接触配置され、前記金属板は金属基板に熱伝導的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
9. 平滑用コンデンサが複数個並列接続され、平滑用コンデンサの両端子をそれぞれ外部回路に電気的に接続する端子片を少なくとも１つずつ具備する接続部材と、金属基板に配設されたスイッチ素子に電気的に接続され、接続部材の端子片がそれぞれ着脱自在に接続される連結片を具備する連結部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

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