JP6443211B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
コンデンサ素子と、該コンデンサ素子の正電極に接続した正側コンデンサ端子と上記コンデンサ素子の負電極に接続した負側コンデンサ端子との一対のコンデンサ端子と、を有するコンデンサと、
上記半導体モジュールと上記正側コンデンサ端子とを電気接続する正側直流バスバーと、上記半導体モジュールと上記負側コンデンサ端子とを電気接続する負側直流バスバーとの、一対の直流バスバーとを備え、
個々の上記コンデンサ端子は、2個の端子側接続部分と、該2個の端子側接続部分を連結する端子連結部とを有し、該端子連結部を直接、又は該端子連結部から立設した端子立設部を介して間接的に上記コンデンサ素子に接続してあり、
個々の上記直流バスバーは、2個のバスバー側接続部分と、該2個のバスバー側接続部分を連結するバスバー連結部とを有し、該バスバー連結部を直接、又は該バスバー連結部から立設したバスバー立設部を介して間接的に上記半導体モジュールに接続してあり、
上記端子側接続部分と上記バスバー側接続部分とは、互いに接続され、上記コンデンサ端子および上記直流バスバーを電気接続する接続部を構成しており、
上記正側コンデンサ端子と上記正側直流バスバー、及び上記負側コンデンサ端子と上記負側直流バスバーは、それぞれ2個の上記接続部において互いに接続され、
上記バスバー連結部および上記端子連結部は、所定間隔をおいて互いに重ね合わされている、電力変換装置にある。
そのため、直流バスバー及びコンデンサ端子に寄生するインダクタンスをより低減できる。すなわち、上記構成にすると、半導体モジュールとコンデンサ素子との間を流れる電流を、2個の接続部のうち一方の接続部を通る経路と、他方の接続部を通る経路との、少なくとも2つの電流経路に分けて流すことが可能になる。そのため、電流経路の数を増やすことができる。個々の電流経路にはインダクタンスが寄生するが、これらのインダクタンスは互いに並列に接続されている。そのため、各インダクタンスを合成した合成インダクタンスの値は、個々のインダクタンスの値よりも小さくなる。したがって、直流バスバー及びコンデンサ端子に寄生するインダクタンス(合成インダクタンス)を低減でき、半導体素子をオンオフ動作させたときに、このインダクタンスが原因となって大きなサージが発生することを抑制できる。
上記電力変換装置に係る実施例について、図1〜図12を用いて説明する。図1に示すごとく、本例の電力変換装置1は、半導体モジュール2と、コンデンサ3と、直流バスバー5(5p,5n)とを備える。半導体モジュール2は、半導体素子20(図8参照)を内蔵している。コンデンサ3は、コンデンサ素子30と、該コンデンサ素子30に接続したコンデンサ端子4とを有する。直流バスバー5(5p,5n)は、半導体モジュール2とコンデンサ端子4とを電気接続している。
直流バスバー5は、半導体モジュール2に接続したバスバー本体部51を備える。バスバー本体部51の一部によって、2個の接続部6a,6bを連結している。
また、コンデンサ端子4は、コンデンサ素子30に接続した端子本体部41を備える。端子本体部41の一部によって、2個の接続部6a,6bを連結している。
そのため、直流バスバー5及びコンデンサ端子4に寄生するインダクタンスをより低減できる。すなわち、上記構成にすると、図6、図7に示すごとく、半導体モジュール2とコンデンサ素子30との間を流れる電流Iを、2個の接続部6a,6bのうち一方の接続部6aを通る経路と、他方の接続部6bを通る経路との、少なくとも2つの電流経路に分けて流すことができる。そのため、電流経路の数を増やすことができる。個々の電流経路にはインダクタンスが寄生するが、これらのインダクタンスは互いに並列に接続されているため、複数のインダクタンスを合成した合成インダクタンスの値は、個々のインダクタンスの値よりも小さくなる。したがって、直流バスバー5及びコンデンサ端子4に寄生するインダクタンス(合成インダクタンス)を低減でき、半導体素子20をオンオフ動作させたときに、このインダクタンスが原因となって大きなサージが発生することを抑制できる。
そのため、図6、図7に示すごとく、バスバー連結部511と端子連結部411とを接近させることができる。バスバー連結部511を流れる電流Iの向きと、端子連結部411を流れる電流Iの向きとは逆向きである。したがって、バスバー連結部511と端子連結部411とを接近させることにより、バスバー連結部511を流れる電流Iによって発生した磁界と、端子連結部411を流れる電流Iによって発生した磁界とを、互いに打消し合わせることができる。そのため、バスバー連結部511と端子連結部411との間に寄生する相互インダクタンスを低減できる。
そのため、第1接続部6aを、Z方向から見たときに、コンデンサ3の外縁の内側に配置することができる。したがって、端子連結部411およびバスバー連結部511のX方向長さを短くでき、直流バスバー5やコンデンサ端子4を軽量化することできる。また、本例では締結部材13を貫通孔33に入れて第1接続部6aを締結しているため、締結作業を行う際に、フレーム70や加圧部材14等が邪魔にならず、締結作業をスムーズに行うことができる。
そのため、正側直流バスバー5pのバスバー立設部512pと、負側直流バスバー5nのバスバー立設部512nとの間に寄生する相互インダクタンスを低減することができる。したがって、半導体素子20をスイッチング動作させたときに生じるサージを、より低減することができる。
そのため、第2接続部6bを締結する際、コンデンサ3が邪魔になりにくくなり、締結作業をスムーズに行うことができる。
このようにすると、バスバー立設部512に接続される半導体モジュール2を、接続部6a,6bから離れた位置に配することができる。そのため、接続部6a,6bを接続する作業を行う際に、半導体モジュール2等が邪魔になりにくく、接続作業を容易に行うことが可能になる。
従来は、パワー端子22と直流バスバー5とをTIG溶接によって溶接していたため、溶接時に大きな熱が発生しやすかった。そのため、パワー端子22を短くすると、溶接によって発生した熱がパワー端子22を通って半導体素子20に伝わり、半導体素子20の特性が変化する可能性があった。したがって、パワー端子22を長く形成せざるを得ず、パワー端子22に大きなインダクタンスが寄生しやすかった。しかしながら、本例ではパワー端子22と直流バスバー5とをレーザ溶接によって溶接してあるため、このような問題を抑制できる。すなわち、レーザ溶接は、狭い範囲に高いエネルギーを集中できるため、余分な熱が発生しにくい。そのため、パワー端子22の長さを短くしても、大きな熱がパワー端子22を通って半導体素子20に伝わり、半導体素子20の特性が変化することを抑制できる。したがって、パワー端子22を短くでき、パワー端子22に寄生するインダクタンスを低減することができる。そのため、半導体素子20に加わるサージをより低減することができる。
同様に、本例のコンデンサ端子4は、端子連結部411と端子立設部412とを備えるが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、端子立設部412を形成せず、端子連結部411にコンデンサ素子30を直接、接続してもよい。つまり、端子本体部41の全ての部位によって、2個の接続部6a,6bを連結するようにしてもよい。
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、コンデンサ端子4の形状を変更した例である。図16、図17に示すごとく、本例では、実施例2と同様に、端子連結部411をコンデンサケース31内に収納してある。端子連結部411は、封止部材32によって封止されている。端子連結部411とバスバー連結部511との間には、封止部材32の一部が存在している。また、バスバー連結部511は、コンデンサケース31の外側に配されている。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、コンデンサ3の配置位置を変更した例である。図18、図19に示す如く、本例では、コンデンサ3を、積層体10に対してX方向に隣り合う位置に配置してある。コンデンサ端子4の端子連結部411と、直流バスバー5のバスバー連結部511とは、それぞれY方向に細長い長尺形状を呈している。これら端子連結部411とバスバー連結部511とをY方向から挟む位置に、2つの接続部6a,6bが形成されている。また、本例では、締結部材13を用いて、接続部6をX方向から締結している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、コンデンサ3の配置位置を変更した例である。図20、図21に示すごとく、本例では、コンデンサ3を、積層体10に対してY方向に隣り合う位置に配置してある。コンデンサ端子4の端子連結部411と、直流バスバー5のバスバー連結部511とは、それぞれX方向に細長い長尺形状を呈している。これら端子連結部411とバスバー連結部511とをX方向から挟む位置に、2つの接続部6a,6bが形成されている。また、本例では、締結部材13を用いて、接続部6をY方向から締結している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、直流バスバー5の形状を変更した例である。図22、図23に示すごとく、本例では、直流バスバー5の櫛歯状部521に、クリップ部59を形成してある。このクリップ部59によって、パワー端子22の延出部222をZ方向から挟持している。これにより、延出部222と櫛歯状部521とを溶接する際に、これらがZ方向に離れないようにしてある。そのため、延出部222と櫛歯状部521との間に隙間が形成されにくくなり、これらを容易に溶接することができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、第1接続部6aの形成位置を変更した例である。図24に示すごとく、本例では、第1接続部6aを、Z方向から見たときにコンデンサ3と重ならない位置に形成してある。
そのため、コンデンサ3に貫通孔33を形成しなくても、第1接続部6aを容易に接続することができる。そのため、コンデンサ3の構造を簡素にすることができる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、コンデンサ3の形状、および第2接続部6bの形成位置を変更した例である。図25に示すごとく、本例のコンデンサ3は、2つの筒状部34(34a,34b)を備える。各筒状部34a,34b内には、貫通孔33(33a,33b)が形成されている。2つの接続部6a,6bは、それぞれ、Z方向において貫通孔33a,33bと重なる位置に形成されている。電力変換装置1を製造する際には、これら2つの貫通孔33a,33bに、底壁部311側から締結部材13を挿入し、2つの接続部6a,6bをそれぞれ締結する。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
2 半導体モジュール
20 半導体素子
3 コンデンサ
30 コンデンサ素子
4 コンデンサ端子
41 端子本体部
5 直流バスバー
51 バスバー本体部
6 接続部
Claims (5)
- 半導体素子(20)を内蔵した半導体モジュール(2)と、
コンデンサ素子(30)と、該コンデンサ素子(30)の正電極に接続した正側コンデンサ端子(4p)と上記コンデンサ素子(30)の負電極に接続した負側コンデンサ端子(4n)との一対のコンデンサ端子(4)と、を有するコンデンサ(3)と、
上記半導体モジュール(2)と上記正側コンデンサ端子(4p)とを電気接続する正側直流バスバー(5p)と、上記半導体モジュール(2)と上記負側コンデンサ端子(4n)とを電気接続する負側直流バスバー(5n)との、一対の直流バスバー(5)とを備え、
個々の上記コンデンサ端子(4)は、2個の端子側接続部分と、該2個の端子側接続部分を連結する端子連結部(411)とを有し、該端子連結部(411)を直接、又は該端子連結部(411)から立設した端子立設部(412)を介して間接的に上記コンデンサ素子(30)に接続してあり、
個々の上記直流バスバー(5)は、2個のバスバー側接続部分と、該2個のバスバー側接続部分を連結するバスバー連結部(511)とを有し、該バスバー連結部(511)を直接、又は該バスバー連結部(511)から立設したバスバー立設部(512)を介して間接的に上記半導体モジュール(2)に接続してあり、
上記端子側接続部分と上記バスバー側接続部分とは、互いに接続され、上記コンデンサ端子(4)および上記直流バスバー(5)を電気接続する接続部(6)を構成しており、
上記正側コンデンサ端子(4p)と上記正側直流バスバー(5p)、及び上記負側コンデンサ端子(4n)と上記負側直流バスバー(5n)は、それぞれ2個の上記接続部(6)において互いに接続され、
上記バスバー連結部(511)および上記端子連結部(411)は、所定間隔をおいて互いに重ね合わされている、電力変換装置(1)。 - 上記コンデンサ(3)は、上記コンデンサ素子(30)を収容するコンデンサケース(31)と、上記コンデンサ素子(30)を上記コンデンサケース(31)内に封止する封止部材(32)とを備え、上記端子連結部(411)は、上記コンデンサケース(31)内に配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(1)。
- 上記端子連結部(411)は上記封止部材(32)に封止されており、上記端子連結部(411)と上記バスバー連結部(511)との間に、上記封止部材(32)の一部が介在していることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置(1)。
- 上記コンデンサ(3)には、上記接続部(6)の厚さ方向に貫通した貫通孔(33)が形成され、上記2個の接続部(6a,6b)のうち少なくとも一部の接続部(6a)は、上記厚さ方向において上記貫通孔(33)と重なる位置に配されており、締結部材(13)を上記貫通孔(33)に、上記接続部(6a)を配した側とは反対側から挿入して、該接続部(6a)を締結してあることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
- 上記接続部(6)の厚さ方向から見たときに、上記バスバー連結部(511)および上記端子連結部(411)は、それぞれ長尺形状を呈しており、これらの長手方向において、上記バスバー連結部(511)および上記端子連結部(411)を両側から挟む位置に、上記2個の接続部(6)が形成されている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
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