JP6121080B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
高電位側直流端子と低電位側直流端子とを有するパワーモジュールと、導電性板材と誘電体層とを積層して形成され、主面上に高電位側電極と低電位側電極とを有する電気容量素子とを備える。スナバコンデンサの高電位側電極は、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面上に載置され、高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して高電位側直流端子に電気的に接続され、スナバコンデンサの低電位側電極は、パワーモジュールの低電位側直流端子の主面上に載置され、低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して、低電位側直流端子に電気的に接続される。
Description
この発明は、パワーモジュールとスナバコンデンサとを備える電力変換装置に関わる。
パワー半導体素子をスイッチング素子に用いて、インバータ回路を構成する従来のパワーモジュールでは、パワー半導体素子がスイッチングする際に、パワー半導体素子に接続する主回路の配線の寄生インダクタンスに起因してサージ電圧が発生する場合がある。このサージ電圧に起因して、パワー半導体素子にサージ電流が流入し、パワー半導体素子が過熱することがある。
パワー半導体素子の過熱を抑制するため、主回路端子間に並列にスナバコンデンサを接続し、このスナバコンデンサにサージ電圧を吸収させる方法がある。また、従来の電力変換装置では、主回路端子からスナバコンデンサまでの配線長が製品間でばらつくことにより製品間のサージ吸収特性が安定しないことがある。製品間におけるサージ吸収特性を安定させるため、スナバコンデンサと主回路端子とを接続する配線をプリント配線基板の導体パターンで形成する場合がある。この場合、スナバコンデンサから主回路端子までの配線長さが、配線にリード線を使う場合に比べ一定となるため、製品間においてばらつきの少なく安定したサージ吸収特性が確保される（例えば、特許文献１。）。
また、複数のパワー半導体素子が同一基板に実装されたパワーモジュールを用いる電力変換装置では、主回路端子に接続される基板上の導体パターン間に小型のチップ状のスナバコンデンサを実装する場合がある。この場合、スナバコンデンサをパワー半導体モジュールの近傍に配するので、パワー半導体モジュールとスナバコンデンサとの間の配線が比較的短くなる。そのため、この配線の寄生インダクタンスの値が低くなるので、効果的にサージ電圧が抑制される（例えば、特許文献２。）。
パワー半導体素子の過熱を抑制するため、主回路端子間に並列にスナバコンデンサを接続し、このスナバコンデンサにサージ電圧を吸収させる方法がある。また、従来の電力変換装置では、主回路端子からスナバコンデンサまでの配線長が製品間でばらつくことにより製品間のサージ吸収特性が安定しないことがある。製品間におけるサージ吸収特性を安定させるため、スナバコンデンサと主回路端子とを接続する配線をプリント配線基板の導体パターンで形成する場合がある。この場合、スナバコンデンサから主回路端子までの配線長さが、配線にリード線を使う場合に比べ一定となるため、製品間においてばらつきの少なく安定したサージ吸収特性が確保される（例えば、特許文献１。）。
また、複数のパワー半導体素子が同一基板に実装されたパワーモジュールを用いる電力変換装置では、主回路端子に接続される基板上の導体パターン間に小型のチップ状のスナバコンデンサを実装する場合がある。この場合、スナバコンデンサをパワー半導体モジュールの近傍に配するので、パワー半導体モジュールとスナバコンデンサとの間の配線が比較的短くなる。そのため、この配線の寄生インダクタンスの値が低くなるので、効果的にサージ電圧が抑制される（例えば、特許文献２。）。
近年、電力変換装置の動作速度の向上を図るため、動作周波数が高周波化する傾向にある。特許文献１に示すスナバコンデンサと主回路端子とを接続する配線をプリント配線基板の導体パターンで形成した場合であっても、動作周波数の高周波化を図ると、このプリント配線基板の導体パターンの寄生インダクタンスに起因してサージ電圧が発生し、パワー半導体素子が過熱され、パワー半導体素子の誤作動を招く場合がある。
また、特許文献２に示す小型のチップ状のスナバコンデンサをパワー半導体素子と同一基板に実装する電力変換装置の場合、小型のチップ状のスナバコンデンサを精密に基板に装着し、小型のチップ状のスナバコンデンサと基板との間の微細な箇所を半田接合するため、組立工程が複雑になってしまう場合がある。
また、特許文献２に示す小型のチップ状のスナバコンデンサをパワー半導体素子と同一基板に実装する電力変換装置の場合、小型のチップ状のスナバコンデンサを精密に基板に装着し、小型のチップ状のスナバコンデンサと基板との間の微細な箇所を半田接合するため、組立工程が複雑になってしまう場合がある。
この発明は、前述の課題を解決するためになされたもので、組立工程を複雑にすることなく、動作周波数を高周波化した場合にも、配線の寄生インダクタンスに起因するパワー半導体素子の誤作動を抑止し、信頼性の高い電力変換装置を提供するものである。
この発明の電力変換装置は、高電位側直流端子（高電位側の主回路端子）と低電位側直流端子（低電位側の主回路端子）とを有するパワーモジュールと、導電性板材と誘電体層とを積層して形成され、主面上に高電位側電極と低電位側電極とを有する電気容量素子（スナバコンデンサ）とを備える。
さらに、スナバコンデンサの高電位側電極は、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面上に載置され、スナバコンデンサの低電位側電極は、パワーモジュールの低電位側直流端子の主面上に載置される。
また、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して、パワーモジュールの高電位側直流端子とスナバコンデンサの高電位側電極とが電気的に接続され、パワーモジュールの低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して、パワーモジュールの低電位側直流端子とスナバコンデンサの低電位側電極とが電気的に接続される。
さらに、スナバコンデンサの高電位側電極は、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面上に載置され、スナバコンデンサの低電位側電極は、パワーモジュールの低電位側直流端子の主面上に載置される。
また、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して、パワーモジュールの高電位側直流端子とスナバコンデンサの高電位側電極とが電気的に接続され、パワーモジュールの低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して、パワーモジュールの低電位側直流端子とスナバコンデンサの低電位側電極とが電気的に接続される。
この発明によれば、スナバコンデンサの高電位側電極は、パワーモジュールの高電位側直流端子の主面上に載置されるので、スナバコンデンサの高電位側電極とパワーモジュールの高電位側直流端子との距離を近づけることができ、同様にスナバコンデンサの低電位側電極とパワーモジュールの低電位側直流端子との距離を近づけることができる。
したがって、スナバコンデンサの高電位側電極とパワーモジュールの高電位側直流端子とを電気的に接続する導体の長さとスナバコンデンサの低電位側電極とパワーモジュールの低電位側直流端子とを電気的に接続する導体の長さを、それぞれ短くすることができる。そのため、これらの導体の寄生インダクタンスの値は低くなる。また、組立工程が複雑になることなく、容易にパワーモジュールとスナバコンデンサを接続することができる。
そのため、電力変換装置の動作速度の向上を図った場合でも、上述したスナバコンデンサにより、サージ電圧の発生を抑止し、また組立工程を複雑にすることなく、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
したがって、スナバコンデンサの高電位側電極とパワーモジュールの高電位側直流端子とを電気的に接続する導体の長さとスナバコンデンサの低電位側電極とパワーモジュールの低電位側直流端子とを電気的に接続する導体の長さを、それぞれ短くすることができる。そのため、これらの導体の寄生インダクタンスの値は低くなる。また、組立工程が複雑になることなく、容易にパワーモジュールとスナバコンデンサを接続することができる。
そのため、電力変換装置の動作速度の向上を図った場合でも、上述したスナバコンデンサにより、サージ電圧の発生を抑止し、また組立工程を複雑にすることなく、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
実施の形態１．
図１から図５は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものである。図１はこの発明の電力変換装置の電気接続を示す電気回路図である。図２はこの発明の構成要素であるスナバコンデンサの正面図である。図３は図２に示すスナバコンデンサの破線Ａ−Ａ間の断面図である。図４は図２に示すスナバコンデンサの破線Ｂ−Ｂ間の断面図である。なお、図５は、この発明の構成要素であるスナバコンデンサとパワーモジュールとの接続を示す斜視図である。
図１から図５は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものである。図１はこの発明の電力変換装置の電気接続を示す電気回路図である。図２はこの発明の構成要素であるスナバコンデンサの正面図である。図３は図２に示すスナバコンデンサの破線Ａ−Ａ間の断面図である。図４は図２に示すスナバコンデンサの破線Ｂ−Ｂ間の断面図である。なお、図５は、この発明の構成要素であるスナバコンデンサとパワーモジュールとの接続を示す斜視図である。
図１を参照して、本実施の形態１における電力変換装置の電気接続を説明する。
この発明の電力変換装置１００は、パワーモジュール８とスナバコンデンサ２とを含み、パワーモジュール８は、この発明の構成要素のパワーモジュールであり、スナバコンデンサ２は、この発明の構成要素の電気容量素子である。また、電解コンデンサ３は、特許請求の範囲に記す電気容量器である。
さらに、インバータ回路１は、パワーモジュール８の回路構成を示し、後述するパワーモジュール８の筐体８１に内蔵される。
この発明の電力変換装置１００は、パワーモジュール８とスナバコンデンサ２とを含み、パワーモジュール８は、この発明の構成要素のパワーモジュールであり、スナバコンデンサ２は、この発明の構成要素の電気容量素子である。また、電解コンデンサ３は、特許請求の範囲に記す電気容量器である。
さらに、インバータ回路１は、パワーモジュール８の回路構成を示し、後述するパワーモジュール８の筐体８１に内蔵される。
インバータ回路１の高電位側直流端子１ｐは、直流線６の高電位側直流線６ｐの一端に接続され、高電位側直流線６ｐのもう一端は、電解コンデンサ３の高電位側電極と外部電源４の高電位側電極とに接続される。また、インバータ回路１の低電位側直流端子１ｎは直流線６の低電位側直流線６ｎの一端に接続され、低電位側直流線６ｎのもう一端は、電解コンデンサ３の低電位側電極と外部電源４の低電位側電極とに接続される。
さらに、高電位側直流端子１ｐは、接続配線７の高電位側接続配線７ｐを介して、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐに接続され、低電位側直流端子１ｎは、接続配線７の低電位側接続配線７ｎを介して、スナバコンデンサ２の低電位側電極２６ｎに接続される。
また、インバータ回路１のｕ相交流線端子１ｕは、モータ５のｕ相端子（図示せず。）に接続され、インバータ回路１のｖ相交流線端子１ｖは、モータ５のｖ相端子（図示せず。）に接続され、インバータ回路１のｗ相交流線端子１ｗは、モータ５のｗ相端子（図示せず。）に接続される。
また、インバータ回路１のｕ相交流線端子１ｕは、モータ５のｕ相端子（図示せず。）に接続され、インバータ回路１のｖ相交流線端子１ｖは、モータ５のｖ相端子（図示せず。）に接続され、インバータ回路１のｗ相交流線端子１ｗは、モータ５のｗ相端子（図示せず。）に接続される。
インバータ回路１内部の電気接続を説明する。
高電位側直流端子１ｐは、高電位側主配線１１ｐに接続され、低電位側直流端子１ｎは、低電位側主配線１１ｎに接続される。
高電位側直流端子１ｐは、高電位側主配線１１ｐに接続され、低電位側直流端子１ｎは、低電位側主配線１１ｎに接続される。
ＩＧＢＴ１２ａのコレクタ側は、高電位側主配線１１ｐと接続され、ＩＧＢＴ１２ａのエミッタ側は、ＩＧＢＴ１２ｂのコレクタ側と接続される。さらに、ＩＧＢＴ１２ｂのエミッタ側は、低電位側主配線１１ｎと接続される。また、ダイオード１３ａは、ＩＧＢＴ１２ａと逆並列に接続され、ダイオード１３ｂは、ＩＧＢＴ１２ｂと逆並列に接続される。なお、ＩＧＢＴ１２ａとＩＧＢＴ１２ｂとの接続点は、ｕ相交流線１１ｕの一方と接続され、ｕ相交流線１１ｕのもう一方は、ｕ相交流線端子１ｕに接続される。
ＩＧＢＴ１２ｃのコレクタ側は、高電位側主配線１１ｐと接続され、ＩＧＢＴ１２ｃのエミッタ側は、ＩＧＢＴ１２ｄのコレクタ側と接続される。さらに、ＩＧＢＴ１２ｄのエミッタ側は、低電位側主配線１１ｎと接続される。また、ダイオード１３ｃは、ＩＧＢＴ１２ｃと逆並列に接続され、ダイオード１３ｄは、ＩＧＢＴ１２ｄと逆並列に接続される。なお、ＩＧＢＴ１２ｃとＩＧＢＴ１２ｄとの接続点は、ｖ相交流線１１ｖの一方と接続され、ｖ相交流線１１ｖのもう一方は、ｖ相交流線端子１ｖに接続される。
ＩＧＢＴ１２ｅのコレクタ側は、高電位側主配線１１ｐと接続され、ＩＧＢＴ１２ｅのエミッタ側は、ＩＧＢＴ１２ｆのコレクタ側と接続される。さらに、ＩＧＢＴ１２ｆのエミッタ側は、低電位側主配線１１ｎと接続される。また、ダイオード１３ｅは、ＩＧＢＴ１２ｅと逆並列に接続され、ダイオード１３ｆは、ＩＧＢＴ１２ｆと逆並列に接続される。なお、ＩＧＢＴ１２ｅとＩＧＢＴ１２ｆとの接続点は、ｗ相交流線１１ｗの一方と接続され、ｗ相交流線１１ｗのもう一方は、ｗ相交流線端子１ｗに接続される。
また、制御回路（図示せず）は、ＩＧＢＴ１２ａのゲート側、ＩＧＢＴ１２ｂのゲート側、ＩＧＢＴ１２ｃのゲート側、ＩＧＢＴ１２ｄのゲート側、ＩＧＢＴ１２ｅのゲート側、およびＩＧＢＴ１２ｆのゲート側にそれぞれ接続される。
つぎに、図２、図３、および図４を参照して、本実施の形態１に係る電力変換装置におけるスナバコンデンサ２の構造を説明する。
なお、図２、図３および図４の縦横比は、スナバコンデンサ２の構造を明瞭に説明するため、実際のこの発明品のスナバコンデンサ２の縦横比とは異なり図示されており、後述するスナバコンデンサ２の主面間の距離（すなわち、スナバコンデンサ２の厚さ）は、スナバコンデンサ２の幅よりも短く、スナバコンデンサ２は薄板状である。
なお、図２、図３および図４の縦横比は、スナバコンデンサ２の構造を明瞭に説明するため、実際のこの発明品のスナバコンデンサ２の縦横比とは異なり図示されており、後述するスナバコンデンサ２の主面間の距離（すなわち、スナバコンデンサ２の厚さ）は、スナバコンデンサ２の幅よりも短く、スナバコンデンサ２は薄板状である。
図２を参照して、スナバコンデンサ２の主面上に、高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとが形成され、高電位側取付穴２ｐおよび低電位側取付穴２ｎ以外のスナバコンデンサ２のほぼ全面は、モールド樹脂２０で覆われる。高電位側取付穴２ｐは、図２に示す主面に対向する主面まで貫通しており、内周部に高電位側第１層２１ｐの一部が露出し、高電位側電極２６ｐを形成する。同様に、低電位側取付穴２ｎは、図２に示す面に対向する主面まで貫通しており、内周部に低電位側第１層２１ｎの一部が露出し、低電位側電極２６ｎを形成する。
図３を参照して、上述したように高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとは、それぞれ２つの主面間を貫通しており、それぞれの内壁には、絶縁膜２５が形成される。
図３と図４とを参照して、高電位側第１層２１ｐ、低電位側第１層２１ｎ、高電位側第２層２２ｐおよび低電位側第２層２２ｎは、導電性板材であり、これらは誘電体層２３を介して積層される。
さらに、高電位側第１層２１ｐと高電位側第２層２２ｐとは、低電位側第１層２１ｎの穴部を通る導電性の高電位側接続柱２４ｐを介して接続される。同様に、低電位側第１層２１ｎと低電位側第２層２２ｎとは、低電位側第２層２２ｐの穴部を通る導電性の低電位側接続柱２４ｎを介して接続される。
よって、高電位側第２層２２ｐとは、高電位側電極２６ｐと同電位となり、低電位側第２層２２ｎとは、低電位側電極２６ｎとなる。
すなわち、スナバコンデンサ２は、高電位側電極２６ｐと同電位の層と、低電位側電極２６ｎとの同電位の層とを、交互に配する電気容量素子の構造を有する。
図３と図４とを参照して、高電位側第１層２１ｐ、低電位側第１層２１ｎ、高電位側第２層２２ｐおよび低電位側第２層２２ｎは、導電性板材であり、これらは誘電体層２３を介して積層される。
さらに、高電位側第１層２１ｐと高電位側第２層２２ｐとは、低電位側第１層２１ｎの穴部を通る導電性の高電位側接続柱２４ｐを介して接続される。同様に、低電位側第１層２１ｎと低電位側第２層２２ｎとは、低電位側第２層２２ｐの穴部を通る導電性の低電位側接続柱２４ｎを介して接続される。
よって、高電位側第２層２２ｐとは、高電位側電極２６ｐと同電位となり、低電位側第２層２２ｎとは、低電位側電極２６ｎとなる。
すなわち、スナバコンデンサ２は、高電位側電極２６ｐと同電位の層と、低電位側電極２６ｎとの同電位の層とを、交互に配する電気容量素子の構造を有する。
つぎに、図５を参照して、電力変換装置１００の構造を説明する。
パワーモジュール８は、筐体８１内にインバータ回路１を内蔵する。さらに、本実施の形態１では、筐体８１上の高電位側直流端子８ｐは、図１の高電位側直流端子１ｐを示す。同様に、低電位側直流端子８ｎは低電位側直流端子１ｎを示す。また、ｕ相交流端子８ｕはｕ相交流端子１ｕを、ｖ相交流端子８ｖはｖ相交流端子１ｖを、ｗ相交流端子８ｗはｗ相交流端子１ｗを、それぞれ示す。なお、高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎとに、ネジ穴８２がそれぞれ形成される。
パワーモジュール８は、筐体８１内にインバータ回路１を内蔵する。さらに、本実施の形態１では、筐体８１上の高電位側直流端子８ｐは、図１の高電位側直流端子１ｐを示す。同様に、低電位側直流端子８ｎは低電位側直流端子１ｎを示す。また、ｕ相交流端子８ｕはｕ相交流端子１ｕを、ｖ相交流端子８ｖはｖ相交流端子１ｖを、ｗ相交流端子８ｗはｗ相交流端子１ｗを、それぞれ示す。なお、高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎとに、ネジ穴８２がそれぞれ形成される。
つぎに、スナバコンデンサ２を、パワーモジュール８に取り付ける方法を説明する。
はじめに、矢印Ｃ方向から、パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐの主面上に、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐを、低電位側直流端子８ｎの主面上に、低電位側電極２６ｎを、それぞれ載せ置く。つぎに、矢印Ｃ方向から高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、ネジ穴８２に入れて締め付ける。よって、高電位側直流端子８ｐの主面上に高電位側電極２６ｐが、低電位側直流端子８ｎの主面上に低電位側電極２６ｎが、それぞれ固定され、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に取り付けられる。
はじめに、矢印Ｃ方向から、パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐの主面上に、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐを、低電位側直流端子８ｎの主面上に、低電位側電極２６ｎを、それぞれ載せ置く。つぎに、矢印Ｃ方向から高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、ネジ穴８２に入れて締め付ける。よって、高電位側直流端子８ｐの主面上に高電位側電極２６ｐが、低電位側直流端子８ｎの主面上に低電位側電極２６ｎが、それぞれ固定され、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に取り付けられる。
また、高電位側取付穴２ｐ中で、高電位側電極２６ｐと金属製ネジとが電気的に接続され、高電位側直流端子８ｐと金属製ネジとが電気的に接続される。すなわち、金属製ネジを介して高電位側電極２６ｐと高電位側直流端子８ｐとが、電気的に接続される。この金属製ネジは、高電位側接続配線７ｐの役割を担う。同様に、低電位側電極２６ｎと金属製ネジとが電気的に接続され、低電位側直流端子８ｎと金属製ネジとが電気的に接続される。すなわち、金属製ネジを介して低電位側電極２６ｎと低電位側直流端子８ｎとが、電気的に接続される。この金属製ネジは、低電位側接続配線７ｎの役割を担う。
つぎに、図１を参照して本実施の形態１における電力変換装置の動作について説明する。
外部電源４から、直流線６である高電位側直流線６ｐと低電位側直流線６ｎとを介して、インバータ回路１に直流電圧が供給される。外部の制御装置からパワーモジュール８の制御回路にモータ５のモータ動作指令値（回転速度、トルクなど）に相当する信号が与えられると、制御回路はそのモータ動作指令値に基づき、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆのオンオフ動作を実行し、そのモータ動作に相当する振幅および周波数の３相交流電圧は、ｕ相交流線１１ｕ、ｖ相交流線１１ｖ、およびｗ相交流線１１ｗを介してモータ５へ出力される。モータ５は、送電された電力を電磁力に変換して回転する。なお、電解コンデンサ３は、直流線６に発生するリップル電圧を平滑化する。
外部電源４から、直流線６である高電位側直流線６ｐと低電位側直流線６ｎとを介して、インバータ回路１に直流電圧が供給される。外部の制御装置からパワーモジュール８の制御回路にモータ５のモータ動作指令値（回転速度、トルクなど）に相当する信号が与えられると、制御回路はそのモータ動作指令値に基づき、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆのオンオフ動作を実行し、そのモータ動作に相当する振幅および周波数の３相交流電圧は、ｕ相交流線１１ｕ、ｖ相交流線１１ｖ、およびｗ相交流線１１ｗを介してモータ５へ出力される。モータ５は、送電された電力を電磁力に変換して回転する。なお、電解コンデンサ３は、直流線６に発生するリップル電圧を平滑化する。
スナバコンデンサ２のサージ電流の抑制効果について説明する。ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆのオンオフ動作により、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆを流れる電流が急激に変化する。その際、電流経路の配線の寄生インダクタンスの値と電流の変化率とを乗じた量に応じサージ電圧が電流経路の配線に発生する。なお、電流経路の配線とは、主に外部電源４からＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆまでの配線であり、高電位側主配線１１ｐ、低電位側主配線１１ｎ、および直流線６のことである。
すなわち、サージ電圧は、高電位側主配線１１ｐと低電位側主配線１１ｎとの間の電圧の変化を招き、サージ電圧に応じて、サージ電流がＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆに流れ、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆが発熱する。
すなわち、サージ電圧は、高電位側主配線１１ｐと低電位側主配線１１ｎとの間の電圧の変化を招き、サージ電圧に応じて、サージ電流がＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆに流れ、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆが発熱する。
スナバコンデンサ２は、高電位側直流端子１ｐと低電位側直流端子１ｎとの間に接続されるので、スナバコンデンサ２に充放電電流が流れることにより、サージ電圧が吸収される。すなわち、スナバコンデンサ２を設置することにより、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆに流れるサージ電流が低減し発熱を抑制する効果がある。
一般的に接続配線７の寄生インダクタンスの値が高い場合、接続配線７の寄生インダクタンスとスナバコンデンサ２の充放電電流の変化率とを乗じた量に応じたサージ電圧が接続配線７の配線に発生し、ＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆに発熱を招く要因になることが考えられる。また、電力変換装置の動作周波数が高い場合、その動作周波数に応じて、サージ電圧がより高い値となることも考えられる。
この発明の電力変換装置によれば、動作周波数が高い場合においても、接続配線７の寄生インダクタンスおよび寄生インピーダンスの値を低くできるで、サージ電圧を抑制することができる。
つぎに、接続配線７の寄生インダクタンスの値および寄生インピーダンスの値をそれぞれ低くできる理由を説明する。
本実施の形態１における電力変換装置では、上述したように、スナバコンデンサ２は、薄板状であり、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐは、パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐの主面の直上に載置される。さらに、高電位側直流端子８ｐの主面に垂直に固定される導体（金属製ネジ）を介して、高電位側直流端子８ｐと高電位側電極２６ｐとが電気的に接合する。よって、高電位側接続配線７ｐの配線長に相当する部分を短くすることができる。
同様に、スナバコンデンサ２の低電位側電極２６ｎは、パワーモジュール８の低電位側直流端子８ｎの主面の直上に載置される。さらに、低電位側直流端子８ｎの主面に垂直に固定される導体（金属製ネジ）を介して、低電位側直流端子８ｎと低電位側電極２６ｎとが電気的に接合する。よって、高電位側接続配線７ｐの配線長に相当する部分を短くすることができる。
本実施の形態１における電力変換装置では、上述したように、スナバコンデンサ２は、薄板状であり、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐは、パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐの主面の直上に載置される。さらに、高電位側直流端子８ｐの主面に垂直に固定される導体（金属製ネジ）を介して、高電位側直流端子８ｐと高電位側電極２６ｐとが電気的に接合する。よって、高電位側接続配線７ｐの配線長に相当する部分を短くすることができる。
同様に、スナバコンデンサ２の低電位側電極２６ｎは、パワーモジュール８の低電位側直流端子８ｎの主面の直上に載置される。さらに、低電位側直流端子８ｎの主面に垂直に固定される導体（金属製ネジ）を介して、低電位側直流端子８ｎと低電位側電極２６ｎとが電気的に接合する。よって、高電位側接続配線７ｐの配線長に相当する部分を短くすることができる。
また、接続配線７の高電位側接続配線７ｐと低電位側接続配線７ｎとは、それぞれ金属製ネジで形成される。そのため、リード線およびプリント配線基板の導体パターンで形成する場合に比べ、電流が流れる断面積を大きくすることができるので、寄生インダクタンスおよび寄生インピーダンスの値を低くすることができる。
さらに、スナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐは、金属製ネジの頭部の表面と接触するので、従来品のスナバコンデンサを半田接合する場合に比べ接触面積が広くなる。よって、高電位側電極２６ｐと金属製ネジとの接続抵抗の値を小さくすることができる。同様に、低電位側電極２６ｎと金属製ネジとの接続抵抗の値も小さくすることができる。
また、高電位側直流端子８ｐと金属製ネジとの接続においては、高電位側直流端子８ｐのネジ穴８２に金属製ネジのネジ部が締め込まれるので、従来品のスナバコンデンサを半田接合する場合に比べ接触面積が広い。よって、高電位側直流端子８ｐと金属製ネジとの接続抵抗の値を小さくすることができる。同様に、低電位側直流端子８ｎと金属製ネジとの接続抵抗の値も小さくすることができる。
また、高電位側直流端子８ｐと金属製ネジとの接続においては、高電位側直流端子８ｐのネジ穴８２に金属製ネジのネジ部が締め込まれるので、従来品のスナバコンデンサを半田接合する場合に比べ接触面積が広い。よって、高電位側直流端子８ｐと金属製ネジとの接続抵抗の値を小さくすることができる。同様に、低電位側直流端子８ｎと金属製ネジとの接続抵抗の値も小さくすることができる。
すなわち、この発明の電力変換装置は、従来品に比べ、接続配線７の断面積を大きく、かつ、配線長を短くすることができ、さらに、接触抵抗の値も低くすることができるので、寄生インダクタンスおよび寄生インピーダンスをきわめて低くすることができる。
この発明の電力変換装置と従来品との寄生インダクタンスを比較した一例を示す。
パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎとの間の距離が２３ｍｍである場合に、スナバコンデンサとしてセラミックコンデンサを高電位側直流端子１ｐと低電位側直流端子１ｎとの間に配置すると配線長（接続配線７の長さ）は１３ｍｍとなり、寄生インダクタンスは、９．２ｎHと見積もられる。一方、本実施の形態１に示すスナバコンデンサ２を適応した場合、接続配線７の寄生容量は、０．７ｎHと見積もられ、従来品に比べ、低い寄生インダクタンスの値となる。
パワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎとの間の距離が２３ｍｍである場合に、スナバコンデンサとしてセラミックコンデンサを高電位側直流端子１ｐと低電位側直流端子１ｎとの間に配置すると配線長（接続配線７の長さ）は１３ｍｍとなり、寄生インダクタンスは、９．２ｎHと見積もられる。一方、本実施の形態１に示すスナバコンデンサ２を適応した場合、接続配線７の寄生容量は、０．７ｎHと見積もられ、従来品に比べ、低い寄生インダクタンスの値となる。
また、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
さらに、本実施形態１の電力変換装置では、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱は抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、スナバコンデンサ２とパワーモジュール８との配置を説明した。
本実施の形態２では、スナバコンデンサ２の主面に開口部２８を設けることにより、この発明の電力変換装置と電解コンデンサ３とを合わせた設置面積を小さくし、この発明の電力変換装置を含む装置の小型化を図る形態を説明する。
図６は、本実施の形態２に係る電力変換装置の構造を示す斜視図である。図６において、図１から図５と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるいは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
なお、本実施の形態２は、電解コンデンサ３を２台用いる形態を示す。図１において、２台の電解コンデンサ３を、１つの記号に簡略して図示するものである。
実施の形態１では、スナバコンデンサ２とパワーモジュール８との配置を説明した。
本実施の形態２では、スナバコンデンサ２の主面に開口部２８を設けることにより、この発明の電力変換装置と電解コンデンサ３とを合わせた設置面積を小さくし、この発明の電力変換装置を含む装置の小型化を図る形態を説明する。
図６は、本実施の形態２に係る電力変換装置の構造を示す斜視図である。図６において、図１から図５と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるいは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
なお、本実施の形態２は、電解コンデンサ３を２台用いる形態を示す。図１において、２台の電解コンデンサ３を、１つの記号に簡略して図示するものである。
スナバコンデンサ２は、電解コンデンサ３上に配置され、図５と同様に、高電位側取付穴２ｐおよび低電位側取付穴２ｎに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、ネジ穴８２に入れて締め付ける。スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定される。
スナバコンデンサ２の主面を貫通する矩形の開口部２８から、電解コンデンサ３の高電位側端子３ｐと低電位側端子３ｎとが露出する。
さらに、電解コンデンサ３の高電位側端子３ｐとパワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐ（高電位側直流端子１ｐ）とが、高電位側直流線６ｐ（図示せず。）を介して接続され、低電位側端子３ｎと低電位側直流端子８ｎ（低電位側直流端子１ｎ）とが、低電位側直流線６ｎ（図示せず。）を介して接続される。
スナバコンデンサ２の主面を貫通する矩形の開口部２８から、電解コンデンサ３の高電位側端子３ｐと低電位側端子３ｎとが露出する。
さらに、電解コンデンサ３の高電位側端子３ｐとパワーモジュール８の高電位側直流端子８ｐ（高電位側直流端子１ｐ）とが、高電位側直流線６ｐ（図示せず。）を介して接続され、低電位側端子３ｎと低電位側直流端子８ｎ（低電位側直流端子１ｎ）とが、低電位側直流線６ｎ（図示せず。）を介して接続される。
このように、スナバコンデンサ２の主面上に開口部２８を設けることにより、スナバコンデンサ２を電解コンデンサ３の上方に配置することができる。すなわち、電解コンデンサ３の高電位側端子３ｐおよび低電位側端子３ｎを有する面と対抗する面側を設置面とすると、スナバコンデンサ２と電解コンデンサ３とを別々に配置する比べ、スナバコンデンサ２と電解コンデンサ３との設置面積を縮小し、この発明による電力変換装置と電解コンデンサ３とを含む装置の小型化を図ることができる。
図７は、本実施の形態２に係る図６とは別の例の電力変換装置の構造を示す斜視図である。図６と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
スナバコンデンサ２の主面上には、円形の開口部２８が設けられており、電解コンデンサ３は、円形の開口部２８の内径内に配置される。
さらに、高電位側端子３ｐと高電位側直流端子１ｐとが、高電位側直流線６ｐ（図示せず。）を介して接続され、低電位側端子３ｎと低電位側直流端子１ｎとが、低電位側直流線６ｎ（図示せず。）を介して接続される。
スナバコンデンサ２の主面上には、円形の開口部２８が設けられており、電解コンデンサ３は、円形の開口部２８の内径内に配置される。
さらに、高電位側端子３ｐと高電位側直流端子１ｐとが、高電位側直流線６ｐ（図示せず。）を介して接続され、低電位側端子３ｎと低電位側直流端子１ｎとが、低電位側直流線６ｎ（図示せず。）を介して接続される。
このように、スナバコンデンサ２の主面上に開口部２８を設けることのより、電解コンデンサ３をスナバコンデンサ２の開口部２８の内周内に配することができる。すなわち、スナバコンデンサ２と電解コンデンサ３とを別々に配置する比べ、スナバコンデンサ２と電解コンデンサ３との設置面積を縮小し、この発明による電力変換装置と電解コンデンサ３とを含む装置の小型化を図ることができる。
また、実施の形態１と同様に本実施の形態２の電力変換装置では、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
なお、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱は抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施の形態３．
実施の形態２では、スナバコンデンサ２の主面上に開口部２８を有し、スナバコンデンサ２を電解コンデンサ３上に配置する形態と、スナバコンデンサ２の開口部２８の内周内に、電解コンデンサ３を配置する形態とを説明した。
本実施の形態３では、スナバコンデンサ２の開口部２８に、パワーモジュール８の信号配線用コネクタ８３が配置され、パワーモジュール８の信号配線８４を、外部の制御機器と容易に接続することができる形態を説明する。
実施の形態２では、スナバコンデンサ２の主面上に開口部２８を有し、スナバコンデンサ２を電解コンデンサ３上に配置する形態と、スナバコンデンサ２の開口部２８の内周内に、電解コンデンサ３を配置する形態とを説明した。
本実施の形態３では、スナバコンデンサ２の開口部２８に、パワーモジュール８の信号配線用コネクタ８３が配置され、パワーモジュール８の信号配線８４を、外部の制御機器と容易に接続することができる形態を説明する。
図８は、本実施の形態３に係る電力変換装置１００の構成要素であるスナバコンデンサ２とパワーモジュール８との接続を示す斜視図である。図８において、図６および図７と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態２に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
パワーモジュール８は、主面上に信号配線用コネクタ８３を有しており、パワーモジュール８内の制御回路に接続される。さらに、信号配線用コネクタ８３は、信号配線用コネクタ８３を介して外部の制御機器に接続され、パワーモジュール８の動作指令、パワーモジュール８動作状態等の信号の送受信を行う。なお、スナバコンデンサ２は、矩形の開口部２８を有する。
パワーモジュール８は、主面上に信号配線用コネクタ８３を有しており、パワーモジュール８内の制御回路に接続される。さらに、信号配線用コネクタ８３は、信号配線用コネクタ８３を介して外部の制御機器に接続され、パワーモジュール８の動作指令、パワーモジュール８動作状態等の信号の送受信を行う。なお、スナバコンデンサ２は、矩形の開口部２８を有する。
つぎに、スナバコンデンサ２を、パワーモジュール８に取り付ける方法を説明する。
実施の形態１と同様に、矢印Ｃ方向から、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、この金属製ネジをネジ穴８２に入れて締め付けることで、パワーモジュール８にスナバコンデンサ２を固定する。
なお、信号配線用コネクタ８３は、矢印Ｄ方向から開口部２８を通り、開口部２８内あるいは開口部２８から突出して配置される。このため、容易にスナバコンデンサ２主面上から信号配線８４を信号配線用コネクタ８３に接続することができる。すなわち、開口部２８の内周内を通して、パワーモジュール８と外部の制御機器とを容易に接続することができ、パワーモジュール８の筐体８１上における信号配線用コネクタ８３の設置位置を制約することがない。
実施の形態１と同様に、矢印Ｃ方向から、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、この金属製ネジをネジ穴８２に入れて締め付けることで、パワーモジュール８にスナバコンデンサ２を固定する。
なお、信号配線用コネクタ８３は、矢印Ｄ方向から開口部２８を通り、開口部２８内あるいは開口部２８から突出して配置される。このため、容易にスナバコンデンサ２主面上から信号配線８４を信号配線用コネクタ８３に接続することができる。すなわち、開口部２８の内周内を通して、パワーモジュール８と外部の制御機器とを容易に接続することができ、パワーモジュール８の筐体８１上における信号配線用コネクタ８３の設置位置を制約することがない。
また、実施形態１および実施形態２と同様に、本実施の形態３の電力変換装置では、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
さらに、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱は抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施の形態４．
実施の形態１から３では、１つのスナバコンデンサ２を用いる形態を説明した。パワーモジュール８および負荷の仕様等によっては、より電気容量の大きいスナバコンデンサ２が必要になることがある。そのため、本実施の形態４では、複数のスナバコンデンサ２をパワーモジュール８に接続し、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２の大容量化を図る形態を説明する。
実施の形態１から３では、１つのスナバコンデンサ２を用いる形態を説明した。パワーモジュール８および負荷の仕様等によっては、より電気容量の大きいスナバコンデンサ２が必要になることがある。そのため、本実施の形態４では、複数のスナバコンデンサ２をパワーモジュール８に接続し、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２の大容量化を図る形態を説明する。
図９は、本実施の形態４に係る電力変換装置の構造を示す斜視図である。図１０は、本実施の形態４に係る１つのスナバコンデンサ２の断面図である。図９および図１０において、図３および図７に同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１および２に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
図９を参照して、複数のスナバコンデンサ２が重ねて配置される。なお、図７と同様にスナバコンデンサ２の主面上には、円形の開口部２８が設けられており、電解コンデンサ３は、開口部２８の内径内に配される。さらに、図７と同様に、高電位側取付穴２ｐおよび低電位側取付穴２ｎに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、ネジ穴８２に入れる。金属製ネジを締め付けることにより、複数のスナバコンデンサ２はパワーモジュール８に固定される。
図９を参照して、複数のスナバコンデンサ２が重ねて配置される。なお、図７と同様にスナバコンデンサ２の主面上には、円形の開口部２８が設けられており、電解コンデンサ３は、開口部２８の内径内に配される。さらに、図７と同様に、高電位側取付穴２ｐおよび低電位側取付穴２ｎに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）を挿入し、ネジ穴８２に入れる。金属製ネジを締め付けることにより、複数のスナバコンデンサ２はパワーモジュール８に固定される。
図１０を参照して、高電位側表面電極２７ｐは、スナバコンデンサ２の両方の主面上に形成され、高電位側取付穴２ｐ内にて、一主面の高電位側表面電極２７ｐともう一方の高電位側表面電極２７ｐとが接続され、さらに高電位側電極２６ｐと接続される。同様に、低電位側表面電極２７ｎは、スナバコンデンサ２の２つの主面上に形成され、低電位側取付穴２ｎ内でお互いに接続され、低電位側取付穴２ｎ内にて、一主面の低電位側表面電極２７ｎともう一方の低電位側表面電極２７ｎとが接続され、さらに低電位側電極２６ｎと接続される。
図１０に示すスナバコンデンサ２を図９に示すように重ねて配置した場合、隣合うスナバコンデンサ２の高電位側電極２６ｐが高電位側表面電極２７ｐを介して接続し、同様に隣合うスナバコンデンサ２の低電位側電極２６ｎが低電位側表面電極２７ｎを介して接続する。すなわち、複数のスナバコンデンサ２は、並列に接続され、容易にスナバコンデンサ２の電気容量を増大することができる。さらに、実施の形態２と同様に設置面積を増やすこともない。
また、実施形態１から実施形態３と同様に、本実施の形態４の電力変換装置では、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
なお、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱を抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施の形態５．
実施の形態１から４では、スナバコンデンサ２をパワーモジュール８の筐体８１の外側に配置する形態を説明した。
本実施の形態５では、スナバコンデンサ２を筐体８１の内側に配置する実施の形態を説明する。スナバコンデンサ２を筐体８１の内側に配置することにより、この発明の電力変換装置の小型化を図ることができる。
実施の形態１から４では、スナバコンデンサ２をパワーモジュール８の筐体８１の外側に配置する形態を説明した。
本実施の形態５では、スナバコンデンサ２を筐体８１の内側に配置する実施の形態を説明する。スナバコンデンサ２を筐体８１の内側に配置することにより、この発明の電力変換装置の小型化を図ることができる。
図１１は、後述するパワーモジュール８の筐体フタ部８１ｂを取り外した状態の正面図である。図１２は、本実施施の形態５に係る電力変換装置１００の構成要素であるスナバコンデンサ２とパワーモジュール８との接続を示す斜視図である。なお、図１１および図１２において、図５および図８と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１から３に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
図１１を参照して、パワーモジュール８の内部構造を説明する。
パワーモジュール８の筐体本体部８１ａの内部には、回路基板９が収納される。回路基板９の主面には、高電位側直流端子９ｐと低電位側直流端子９ｎとが形成される。本実施の形態５では、高電位側直流端子９ｐは、図１の高電位側直流端子１ｐを示し、筐体８１上の高電位側直流端子８ｐに接続される。同様に、低電位側直流端子９ｎは、図１の低電位側直流端子１ｎを示し、筐体８１上の低電位側直流端子８ｎに接続される。
なお、高電位側直流端子９ｐと低電位側直流端子９ｎとには、ネジ穴９３が形成される。さらに、回路基板９上には、外部の制御機器と制御回路との信号の送受信を行うために、複数の基板端子９１が設けられ、複数の基板端子９１と制御回路とは、配線パターン９２を介して接続される。
パワーモジュール８の筐体本体部８１ａの内部には、回路基板９が収納される。回路基板９の主面には、高電位側直流端子９ｐと低電位側直流端子９ｎとが形成される。本実施の形態５では、高電位側直流端子９ｐは、図１の高電位側直流端子１ｐを示し、筐体８１上の高電位側直流端子８ｐに接続される。同様に、低電位側直流端子９ｎは、図１の低電位側直流端子１ｎを示し、筐体８１上の低電位側直流端子８ｎに接続される。
なお、高電位側直流端子９ｐと低電位側直流端子９ｎとには、ネジ穴９３が形成される。さらに、回路基板９上には、外部の制御機器と制御回路との信号の送受信を行うために、複数の基板端子９１が設けられ、複数の基板端子９１と制御回路とは、配線パターン９２を介して接続される。
回路基板９のもう一方の主面には、インバータ回路１を構成するＩＧＢＴ１２ａ〜ＩＧＢＴ１２ｆとダイオード１３ａ〜ダイオード１３ｆとが実装され、インバータ回路１を構成する。
なお、ｕ相交流端子８ｕはｕ相交流端子１ｕを、ｖ相交流端子８ｖはｖ相交流端子１ｖを、ｗ相交流端子８ｗはｗ相交流端子１ｗを、それぞれ示す。
なお、ｕ相交流端子８ｕはｕ相交流端子１ｕを、ｖ相交流端子８ｖはｖ相交流端子１ｖを、ｗ相交流端子８ｗはｗ相交流端子１ｗを、それぞれ示す。
図１２を参照して、スナバコンデンサ２をパワーモジュール８に取り付ける方法、およびこの発明の電力変換装置１００の構造を説明する。
筐体８１は、筐体本体部８１ａと筐体フタ部８１ｂとで構成される。高電位側電極２６ｐは、高電位側直流端子９ｐ上に載置され、低電位側電極２６ｎは、低電位側直流端子９ｎ上に載置される。矢印Ｃ方向から、高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）が挿入されネジ穴９３に入れられる。それぞれ金属製ネジは締め付けられ、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に固定される。なお、金属製ネジを介して、高電位側電極２６ｐと高電位側直流端子９ｐとは、電気的に接続され、同様に、低電位側電極２６ｎと低電位側直流端子９ｎとは、電気的に接続される。
さらに、筐体フタ部８１ｂを筐体本体部８１ａに被せ、スナバコンデンサ２は、筐体８１に収納される。この際、基板端子９１は、矢印Ｄ方向に、スナバコンデンサ２の開口部２８および筐体フタ部８１ｂのフタ開口部８５を通り、フタ開口部８５から露出し、外部の制御機器と制御回路との信号の送受信を可能にする。
筐体８１は、筐体本体部８１ａと筐体フタ部８１ｂとで構成される。高電位側電極２６ｐは、高電位側直流端子９ｐ上に載置され、低電位側電極２６ｎは、低電位側直流端子９ｎ上に載置される。矢印Ｃ方向から、高電位側取付穴２ｐと低電位側取付穴２ｎとに、それぞれ金属製ネジ（図示せず。）が挿入されネジ穴９３に入れられる。それぞれ金属製ネジは締め付けられ、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に固定される。なお、金属製ネジを介して、高電位側電極２６ｐと高電位側直流端子９ｐとは、電気的に接続され、同様に、低電位側電極２６ｎと低電位側直流端子９ｎとは、電気的に接続される。
さらに、筐体フタ部８１ｂを筐体本体部８１ａに被せ、スナバコンデンサ２は、筐体８１に収納される。この際、基板端子９１は、矢印Ｄ方向に、スナバコンデンサ２の開口部２８および筐体フタ部８１ｂのフタ開口部８５を通り、フタ開口部８５から露出し、外部の制御機器と制御回路との信号の送受信を可能にする。
本実施の形態５によれば、スナバコンデンサ２をパワーモジュール８の筐体８１に内蔵することで、電力変換装置１００の小型化を図ることができる。また、一つのスナバコンデンサ２をパワーモジュール８の筐体８１に内蔵する形態を説明したが、本実施の形態５は、スナバコンデンサ２を一つに制限するもではなく、スナバコンデンサ２の内部形状等に応じ複数のスナバコンデンサ２を内蔵しても良い。
また、実施形態１から実施形態４と同様に、本実施の形態５の電力変換装置では、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
なお、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱は抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施の形態６．
実施の形態４では、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２の大容量化を図るため、複数のスナバコンデンサ２を重ねて配置する形態を説明した。さらに、本実施の形態６では、複数のスナバコンデンサ２の放熱性を向上させた形態を説明する。
実施の形態４では、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２の大容量化を図るため、複数のスナバコンデンサ２を重ねて配置する形態を説明した。さらに、本実施の形態６では、複数のスナバコンデンサ２の放熱性を向上させた形態を説明する。
図１３は、本実施の形態６に係る電力変換装置の構造を示す斜視図である。図１３において、図９に同一番号あるいは同一符号は、実施の形態４に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。
図１３を参照して、隣り合うスナバコンデンサ２の間にスペーサ２９を挿入することにより、複数のスナバコンデンサ２は、間隔を設けて配置される。このように、隣り合うスナバコンデンサ２の間に空隙を設けることにより、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２で発生した熱を効率よく放出することができる。
図１３を参照して、隣り合うスナバコンデンサ２の間にスペーサ２９を挿入することにより、複数のスナバコンデンサ２は、間隔を設けて配置される。このように、隣り合うスナバコンデンサ２の間に空隙を設けることにより、設置面積を広げることなくスナバコンデンサ２で発生した熱を効率よく放出することができる。
また、実施形態１から実施形態５と同様に、本実施の形態５の電力変換装置では、金属製ネジを締め込むことにより、スナバコンデンサ２は、パワーモジュール８に電気的に接続され固定されるので、小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ、組立工程が複雑にならず、組立工程のコスト高を招くことがない。さらに、使用時における振動によるパワーモジュール８とスナバコンデンサ２との断線に関しても小型のチップ状のスナバコンデンサを基板に半田接合する場合に比べ起こりにくい。
なお、動作周波数が高い場合においても、サージ電圧の発生による発熱は抑制され、高い信頼性を有する電力変換装置を得ることができる。
実施形態１から実施形態６では、電力変換装置１００のインバータ回路１の詳細な構造を説明したが、この発明はこれらの詳細な構造に限定されるものではない。例えば、インバータ回路１は、直流電力を三相の交流電力に変換する三相交流インバータとしたが、単相交流インバータで構成しても良い。さらに、インバータ回路１のＩＧＢＴをＭＯＳＦＥＴあるいはその他のスイッチング素子で構成してもよい。
また、スナバコンデンサ２の構造の詳細な構造を説明した。この発明はこれらの詳細な構造に限定されるものではない。例えば、スナバコンデンサ２は、高電位側の層を2層、低電位側の層を２層で構成されたが、層の枚数に限定されるものではない。
さらに、スナバコンデンサ２の外形を矩形状の形状としたが、外形に限定するものではない。例えば、円形または楕円形でも良い。また、パワーモジュール８内蔵する場合など、設置状況等に応じて、適宜形状を選択するべきである。
さらに、スナバコンデンサ２の外形を矩形状の形状としたが、外形に限定するものではない。例えば、円形または楕円形でも良い。また、パワーモジュール８内蔵する場合など、設置状況等に応じて、適宜形状を選択するべきである。
また、スナバコンデンサ２は、プリント基板等の基板上に導体箔と誘電体を積層したものでも良い。
なお、パワーモジュール８とスナバコンデンサ２とを電気的に接続する導体に、金属製ネジを用いたが、この発明は金属製ネジに限定されるものではない。例えば、導体にリベットを用いても、パワーモジュール８とスナバコンデンサ２との間の寄生インダクタンスの値を低くすることができ、組立工程も複雑になることはない。
さらに、金属製に限定されるものではなく、導電性の材質であればよい。
さらに、金属製に限定されるものではなく、導電性の材質であればよい。
また、半田接合を用いても、スナバコンデンサ２が小型のチップ状である場合に比べ、接合面積が大きくなり、組立工程が複雑になることはなく、パワーモジュール８とスナバコンデンサ２との間の寄生インダクタンスの値を低くすることができる。
さらに、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせた
り、各実施の形態を適宜変更、省略することが可能である。例えば、実施の形態１に、図１０に示す断面構造のスナバコンデンサ２を適用した場合、高電位側直流端子８ｐと高電位側表面電極２７ｐとが、低電位側直流端子８ｎと低電位側表面電極２７ｎとが、それぞれ電気的に接続されるので、金属製ネジを介して、高電位側直流端子８ｐと高電位側電極２６ｐとが、低電位側直流端子８ｎと低電位側電極２６ｎとが、それぞれ電気的に接続される場合に比べ接続抵抗を低くすることができる。また、この場合のネジは、導電性でなくても良い。さらに、高電位側表面電極２７ｐと低電位側表面電極２７ｎとは、それぞれ高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎが接続されるスナバコンデンサの主面の一方に形成されていても良い。
り、各実施の形態を適宜変更、省略することが可能である。例えば、実施の形態１に、図１０に示す断面構造のスナバコンデンサ２を適用した場合、高電位側直流端子８ｐと高電位側表面電極２７ｐとが、低電位側直流端子８ｎと低電位側表面電極２７ｎとが、それぞれ電気的に接続されるので、金属製ネジを介して、高電位側直流端子８ｐと高電位側電極２６ｐとが、低電位側直流端子８ｎと低電位側電極２６ｎとが、それぞれ電気的に接続される場合に比べ接続抵抗を低くすることができる。また、この場合のネジは、導電性でなくても良い。さらに、高電位側表面電極２７ｐと低電位側表面電極２７ｎとは、それぞれ高電位側直流端子８ｐと低電位側直流端子８ｎが接続されるスナバコンデンサの主面の一方に形成されていても良い。
１ｐ 高電位側直流端子、１ｎ 低電位側直流端子、２ スナバコンデンサ、３ 電界コンデンサ、８ パワーモジュール、８ｐ 高電位側直流端子、８ｎ 低電位側直流端子、９ｐ 高電位側直流端子、９ｎ 低電位側直流端子、２１ｐ 高電位側第１層、２１ｎ 低電位側第１層、２２ｐ 高電位側第２層、２２ｎ 低電位側第２層、２３ 誘電体層、２６ｐ 高電位側電極、２６ｎ 低電位側電極、２８ 開口部、８１ 筐体、１００ 電力変換装置。
Claims (9)
- 高電位側直流端子と低電位側直流端子とを有するパワーモジュールと、
導電性板材と誘電体層とを積層して形成され、主面上に高電位側電極と低電位側電極とを有し、前記高電位側電極は前記高電位側直流端子の主面上に載置され、前記低電位側電極は前記低電位側直流端子の主面上に載置され、前記高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記高電位側直流端子と前記高電位側電極とを電気的に接続し、前記低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記低電位側直流端子と前記低電位側電極とを電気的に接続する電気容量素子と、
を備え、
前記電気容量素子は、前記主面を貫通する開口部を有し、電気容量器の上に配置され、前記開口部を貫通する配線を介して前記パワーモジュールと前記電気容量器とが接続されることを特徴とする電力変換装置。 - 高電位側直流端子と低電位側直流端子とを有するパワーモジュールと、
導電性板材と誘電体層とを積層して形成され、主面上に高電位側電極と低電位側電極とを有し、前記高電位側電極は前記高電位側直流端子の主面上に載置され、前記低電位側電極は前記低電位側直流端子の主面上に載置され、前記高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記高電位側直流端子と前記高電位側電極とを電気的に接続し、前記低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記低電位側直流端子と前記低電位側電極とを電気的に接続する電気容量素子と、
を備え、
前記電気容量素子は、前記主面を貫通する開口部を有し、前記開口部の内周内に、電気容量器を配置する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 高電位側直流端子と低電位側直流端子とを有するパワーモジュールと、
導電性板材と誘電体層とを積層して形成され、主面上に高電位側電極と低電位側電極とを有し、前記高電位側電極は前記高電位側直流端子の主面上に載置され、前記低電位側電極は前記低電位側直流端子の主面上に載置され、前記高電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記高電位側直流端子と前記高電位側電極とを電気的に接続し、前記低電位側直流端子の主面に垂直に固定される導体を介して前記低電位側直流端子と前記低電位側電極とを電気的に接続する電気容量素子と、
を備え、
前記電気容量素子は、前記主面を貫通する開口部を有し、前記開口部を貫通する配線を介して外部の制御機器と前記パワーモジュールとが接続する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記電気容量素子は、前記主面上と反対側の主面上とに、前記高電位側電極に接続される電極と、前記低電位側電極に接続される電極とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記高電位側直流端子の主面に垂直に固定される前記導体は、前記電気容量素子の前記主面上に形成され、前記高電位側電極と電気的に接続された高電位側表面電極であり、
前記低電位側直流端子の主面に垂直に固定される前記導体は、前記電気容量素子の前記主面上に形成され、前記低電位側電極と電気的に接続された低電位側表面電極であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 前記高電位側直流端子の主面に垂直に接合する前記導体と前記低電位側直流端子の主面に垂直に固定される前記導体は、ネジ、リベット、あるいは半田であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記電気容量素子を２つ以上備え、前記２以上の前記電気容量素子は、重ねて配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記電気容量素子を２つ以上備え、１つの前記電気容量素子の上に他の前記電気容量素子が間隔を設け配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記電気容量素子は、基板上に形成された前記導電性板材である導体箔と前記誘電体層とを積層した構造を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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