JP6504622B2 - 開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット、開閉モジュール、およびモータ駆動装置 - Google Patents
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Description
ここで使用されるモータ(モータ・ジェネレータ)は,U・V・W相の一組の三相巻線を有するもの,或いは大電流が流れる太線の巻線作業を容易化するために,中太の2本線を用いて巻線を行い,これをモータの出口で並列接続して結果的には一組の三相巻線としたもの,或いは,中太の2本線を個別にしてU1・V1・W1相と,U2・V2・W2相の二組の三相巻線を備えたものがある。
一方,複数の開閉素子を一体化した開閉モジュールによって,負荷電流が断続制御されることに伴う電源電圧の脈動変動を抑制するために,直流電源部には電源平滑用コンデンサが使用されているが,このコンデンサに蓄積される静電エネルギーは充電電圧の二乗と静電容量との積で定まるので,同じ静電エネルギーを蓄積するためには系電圧を高くしておいた方が小さな静電容量のコンデンサを使用することができる。逆に,系電圧を低くすると,大きな静電容量が必要となる一方で,コンデンサの体積は小型化されるものの,コンデンサの並列接続には注意が必要となり,分流するリップル電流の均等化が必要となる。
そして,それぞれの半導体モジュール3の直流端子30と,コンデンサ2の電極端子20とは個別にねじ締め接続(図17参照)され,電流分散と寄生インダクタンスの低減を図るようになっている。
(1)従来技術の課題の説明
前記特許文献1による「電力変換用パワーユニット」は,多数の単位コンデンサを並列接続する配線基板の面積が大きく,パワーモジュールとの間の距離が長くなるために,寄生インダクタンスによるノイズ電圧が発生するとともに,多数の単位コンデンサに流れるリップル電流の均等化が行えない問題点がある。
前記特許文献2による「電力変換装置」は,高電圧化によってコンデンサの容量と使用個数を削減し,モジュールとコンデンサ間の距離を短縮しているが,耐圧を高めるために各部の絶縁距離を大きくして漏電防止対策を図る必要があるとともに,感電に対する危険性が高くなる問題点がある。
この発明は,感電被害を軽減するために例えばDC60V未満の低電圧系の直流電源から,三相交流モータに交流電力を供給する電力変換ユニット,特には,低電圧化に伴う駆動電流の増大と,電源平滑用コンデンサの静電容量の増大に対応して,大型化を抑制することができるコンデンサ基板ユニットを提供することである。
前記複合回路基板は,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子及び負側電源端子を含む直流電源端子台と,前記3個又は6個の開閉モジュールの正側電極端子及び負側電極端子にそれぞれ接続される正側分割端子及び負側分割端子を含む3個又は6個の分割電源端子台とを備えるとともに,
前記正側又は負側電源端子に接続される正側又は負側第1導電板と,反対極性となる前記負側又は正側電源端子に接続される負側又は正側第2導電板と,前記正側又は負側第1導電板と前記負側又は正側第2導電板とを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材とを備えている。
前記正側又は負側第1導電板には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサの前記正側又は負側リード端子が半田付けされ,前記負側又は正側第2導電板には,前記複数の単位コンデンサの前記負側又は正側リード端子が半田付けされ,
前記負側又は正側第2導電板は,前記負側又は正側電源端子及び前記負側又は正側分割端子と接続されるのに対し,前記正側又は負側第1導電板は,前記正側又は負側電源端子及び前記正側又は負側分割端子と接続されており,
前記複数の単位コンデンサは,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサは,前記複合回路基板の短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサを含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台は,長方形構造の前記複合回路基板の長辺の1辺又は2辺に沿って前記3個又は3個一対で計6個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台の1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されている。
従って,小容量で多数の単位コンデンサを複合回路基板上に高密度に配列して小型化を図るとともに,これにより,単位コンデンサ1個当たりのリップル電流を抑制することができ,静電容量Cの値に比例するリップル電流と,その二乗値と等価直列抵抗ESRとの積で定まるコンデンサの内部損失に伴う温度上昇を抑制して,コンデンサ寿命の低下を抑制することができる効果がある。
なお,U・V・Wの三相巻線のそれぞれに接続される開閉モジュールには,120度の位相差をおいて疑似正弦波電流が流入し,同時刻に複数の開閉モジュールに対して最大電流が流れることはない。
また,単位コンデンサの半田付けにはスルーホールメッキ穴を利用していないので,表面実装型の単位コンデンサを用いて手軽に半田実装を行うことができるとともに,
単位コンデンサの半田接続と,正側又は負側電源端子と第1導電板や第2導電板に対する半田接続は,同じ処理工程内で行える構成になっているので,半田作業工程を短縮することができる効果がある。
(1)構成の詳細な説明
以下,この発明の実施の形態1によるコンデンサ基板ユニットの全体構成図である図1について,図2〜図6にて示された部分詳細図を引用しながら,その構成について詳細に説明する。
図1において,コンデンサ基板ユニット100Aの主体構成要素である複合回路基板110Aは,図3Aで後述する複数の積層材によって構成され,その表面層には複数の単位コンデンサ101が互いに並列接続されている。
そして,長方形形状をなす複合回路基板110Aの長辺の一つ(以下,下辺と呼ぶことがある)には,直流電源端子台120Aと3個の分割電源端子台130Aが取り付けられていて,複合回路基板110Aは取付ねじ110sを介してベース板150(図15A参照)に取付け固定されている。
樹脂成型材で構成されている直流電源端子台120Aには,正側電源端子125Pと負側電源端子124Nとが一体成形されていて,それぞれの電源端子は図示しない例えばDC48V系の車載バッテリである直流電源の正極端子と負極端子に接続されるようになっている。
そして,開閉モジュール90Aに設けられた交流電極端子ACを介して,図示しない三相交流モータの三相巻線に接続されるようになっており,この実施形態では三相交流モータはU・V・W相の1組の三相巻線を有するものとなっている。
なお,正側電源端子125Pと3個の正側分割端子135Pと複数の単位コンデンサ101の正側リード端子101pとは電気的には一体接続され,負側電源端子124Nと3個の負側分割端子134Nと複数の単位コンデンサ101の負側リード端子101nとは電気的には一体接続されている。
但し,いずれの場合も,コンデンサの内部で発生する等価直列抵抗ESRの値は,環境温度の上昇に伴って減少する負の温度特性を有しており,このようなコンデンサを並列接続した場合には,一部のコンデンサのリップル電流が増大すると,そのコンデンサの温度上昇によって更にリップル電流の分担が大きくなる悪循環が発生することになる。
従って,多くのコンデンサを並列接続して,1個当たりのリップル電流を制限しておくとともに,等価直列抵抗ESRのバラツキ変動が少ないコンデンサを使用する必要がある。
図2において,複合回路基板110Aの上面の大半は,図3Bで後述する半田レジスト膜11Rで被覆されているが,ここでは半田レジスト膜11Rから露出している部分について説明する。
取付穴110hは,図1における取付ねじ110sが貫通するバカ穴であり,このバカ穴には径大フランジ部を有する管状部材である図示しない絶縁ブッシュを介して取付ねじ110sが貫通して,複合回路基板110Aをベース板150(図15A参照)に取付け固定するようになっている。
正側リード接続部位110P0と負側リード接続部位111Nには,図3Aで後述する単位コンデンサ101の正側リード端子101pと負側リード端子101nが半田接続されるようになっていて,その接続面は後述の正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nである。
正側電源端子接続部位120Pと負側電源端子接続部位120Nには,図5Aで後述する正側電源端子125Pと負側電源端子124Nが半田接続されるようになっていて,その接続面は後述の正側補助導電板10Paと負側第2導電板10Nである。
また,正側第1導電板接続部位131P0・132P0・133P0には,図4Aにおける分岐連結部135eを介して正側分割端子135Pが半田接続されるようになっている。
次に,図2のものの矢視3Aによる複合回路基板の側面図である図3Aについて説明する。
図3Aにおいて,複合回路基板110Aは次の積層材で構成されている。
正側第1導電板10P0は,例えば0.1〜0.2mmの厚さの銅箔であり,その表面には積層加工後において半田接続部位を除く表面に半田レジスト膜11Rが塗布されている。
表面プリプレグ材12PPは,例えば40μmの厚さの強化プラスチック箔であり,ここには接着材が含浸されていて加熱圧接することによって両面位置の部材を接着固定する絶縁材となっている。
但し,ここで示す厚さ寸法は一例を示し,図示された厚さ寸法は拡大誇張されていて,比例寸法とはなっておらず,接地導電板10Gは車体を大地と見立てた表現となっている。
次に,図1における3B-3B線による複合回路基板の断面図である図3Bについて説明する。
図3Bにおいて,単位コンデンサ101の正側リード端子101pは,正側第1導電板10P0の表面に塗布された半田15を加熱溶融させて正側第1導電板10P0に接続され,半田15の周りは半田レジスト膜11Rによって半田が流動拡散しないように保護されている。
また,単位コンデンサ101の負側リード端子101nは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と表面プリプレグ材12ppに設けられた表面層貫通孔12hを貫通して,負側第2導電板10Nの表面に塗布された半田15によって負側第2導電板10Nに接続され,半田
15の周りは半田レジスト膜11Rによって正側第1導電板10P0に接触しないように保護されている。
次に,図1のものの単位コンデンサ101に対する配線抵抗を算出する説明図である図3Cについて説明する。
図3Cにおいて,板厚寸法aである正側第1導電板10P0と,板厚寸法bである負側第2導電板10Nとの間には,板厚寸法cである表面プリプレグ材12ppが接着されており,その背面には更に中間プリプレグ材13PPを介して正側補助導電板10Paが接着されている。
正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nとの間を接続する単位コンデンサ101は,正側又は負側分割端子135P・135Nの接続面から第1代表距離L1の位置に配置されている。
等価配線幅Wは,単位コンデンサ101を短絡した状態で,正側及び負側分割端子135P・135N間の抵抗値を測定して,その往復配線抵抗Rから逆算推定されるものであり,その関係は導電板の固有抵抗をρとしたときに算式(1)によって示される。
R=[L1/(a×W)+L1/(b×W)]×ρ=K1×(1+1/γ)/b ・・・(1)
但し,K1=L1×ρ/W, γ=a/b である。
R1=6.67×(L1×ρ/W) ・・・(1a)
第2計算例として,a=0.2mm,b=0.6mmとしたときの往復配線抵抗をR2とすると,算式(1)においてγ=1/3,b=0.6とすることによって,算式(1b)が成立する。
R2=6.67×(L1×ρ/W) ・・・(1b)
従って,第2計算例では導電板の合計の厚さ寸法が0.6mmから0.8mmに33%の増加となっているが,往復配線抵抗R2は往復配線抵抗R1と等しくなっている。
しかし,複合回路基板110Aの上側長辺にも3個の分割電源端子台130Aを設け,ここには開閉モジュール90Aを接続しないものを想定すると,図3Cにおける往復配線抵抗Rの値は大幅に削減されることになる。
即ち,上下に配置された分割電源端子台130Aの間隔である基板幅寸法L0から第1代表距離L1を減じた第2代表距離L2に相当する部分は,第1代表距離L1に相当する部分に対して並列回路を構成することになり,薄肉の第1導電板による配線抵抗を低減することができるものである。
図4A・図4Bにおいて,正側分割端子135Pは,モジュール接続部135aから直交折曲された棚段部135bと,再び直交折曲されてモジュール接続部135aとは平行になる直交部135cと,直交部135cから直交折曲された正側接続部135dを備え,この正側接続部135dは,正側補助導電板10Paと平行配置されて半田15によって半田接続されている。
また,直交部135cの中間位置には分岐連結部135eが設けられ,この分岐連結部135eの先端位置には正側第1導電板10P0と平行になる貫通接続部135fが設けられて,半田15によって正側第1導電板10P0に半田接続されるようになっている。
なお,直交部135cは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hと,負側第2導電板10Nに設けられた負側板貫通孔12Nhと,中間プリプレグ材13PPに設けられた中間層貫通孔13hを貫通し,正側接続部135dと貫通接続部135fによって正側補助導電板10Paと正側第1導電板10P0間を接続するようになっている。
一方,負側分割端子134Nは,モジュール接続部134aから直交折曲された棚段部134bと,再び直交折曲されてモジュール接続部134aとは平行になる直交部134cと,直交部134cから直交折曲された負側接続部134dを備え,この負側接続部134dは,負側第2導電板10Nと平行配置されて半田15によって半田接続されるようになっている。
なお,直交部134cは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hを貫通している。
そして,負側第2導電板10Nは後述の図5Aで示すように負側電源端子124Nに接続されているものである。
図5Aにおいて,正側電源端子125Pは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hと,負側第2導電板10Nに設けられた負側板貫通孔10Nhと,中間プリプレグ材13PPに設けられた中間層貫通孔13hを貫通し,正側補助導電板10Paと平行配置される正側接続部125dを備え,正側補助導電板10Paと正側接続部125dとは半田15によって半田接続されるようになっている。
また,負側電源端子124Nは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hとを貫通し,負側第2導電板10Nと平行配置される負側接続部124dを備え,負側第2導電板10Nと負側接続部124dとは半田15によって半田接続されるようになっている。
これにより,正側電源端子125Pと3個の正側分割端子135Pと複数の単位コンデンサ101の正側リード端子101pとは電気的には一体接続され,負側電源端子124Nと3個の負側分割端子134Nと複数の単位コンデンサ101の負側リード端子101nとは電気的には一体接続されていることになる。
次に,図1のものの開閉モジュール90Aの内部構成図である図6Aと,その端子配置を示した外観図である図6Bについて説明する。
図6Aにおいて,開閉モジュール90Aは,正側電極端子Pmと交流電極端子ACとの間に接続された第1及び第2の上流開閉素子91・92の並列回路と,負側電極端子Nmと交流電極端子ACとの間に接続された第1及び第2の下流開閉素子93・94の並列回路を主体として構成され,各開閉素子にはNチャネル型の電界効果型トランジスタが使用されている。
図6Bにおいて,開閉モジュール90Aは,樹脂封止されて一体化され,その左右の対辺位置の一辺には,正側電極端子Pmと負側電極端子Nm,及び上流ゲート駆動端子95が設けられ,他辺には,交流電極端子ACと下流ゲート駆動端子96とが設けられている。
なお,正側電極端子Pmと負側電極端子Nmとは,図1で示したとおり3組の正側分割端子135Pと負側分割端子134Nに対して溶接接続され,交流電極端子ACは,図示しない外部配線端子を介して図示しない三相交流モータの三相巻線U・V・Wに接続されるようになっている。
なお,三相交流モータが1組の三相巻線を有し,これに対し3個の開閉モジュールを使用する場合には,上流開閉素子91・92と下流開閉素子93・94は並列接続して使用されているが,同じ出力容量で2組の三相巻線を有する場合には,上流開閉素子と下流開閉素子とはそれぞれ1個の開閉素子とすることもできるものである。
以上の説明で明らかなとおり,この発明の実施の形態1によるコンデンサ基板ユニットは,直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した3個の開閉モジュール90Aとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサ101を複合回路基板110A上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット100Aであって,
前記複合回路基板110Aは,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子125P及び負側電源端子124Nを含む直流電源端子台120Aと,前記3個の開閉モジュール90Aの正側電極端子Pm及び負側電極端子Nmにそれぞれ接続される正側分割端子135P及び負側分割端子134Nを含む3個の分割電源端子台130Aとを備えるとともに,
前記正側電源端子125Pに接続される正側第1導電板10P0と,反対極性となる前記負側電源端子124Nに接続される負側第2導電板10Nと,前記正側第1導電板10P0と前記負側第2導電板10Nとを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材12PPとを備えている。
前記正側第1導電板10P0には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサ101の前記正側リード端子101pが半田付けされ,前記負側第2導電板10Nには,前記複数の単位コンデンサ101の前記負側リード端子101nが半田付けされ,
前記負側第2導電板10Nは,前記負側電源端子124N及び前記負側分割端子134Nと接続されるのに対し,前記正側第1導電板10P0は,前記正側電源端子125P及び前記正側分割端子135Pと接続されており,
前記複数の単位コンデンサ101は,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサ101は,
前記複合回路基板110Aの短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサ101を含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台130Aは,長方形構造の前記複合回路基板110Aの長辺の1辺に沿って3個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台130Aの1個又は一対当りで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されている。
そして,一般の回路基板における絶縁基材に比べてプリプレグ材を薄膜とすることによって,接着固定される第1導電板と第2導電板との間で分布発生する寄生コンデンサにより高周波ノイズ電圧が短絡抑制されるとともに,表裏の導電板に流れる電流が逆方向となることによって周辺磁界が発生せず,これがために,線路インダクタンスが抑制されて電圧リップルが減少し,広域伝熱効果によって単位コンデンサ間の温度を均一化できる効果も付加されている。また, この線路インダクタンスの抑制により, 開閉素子において,素子の開閉時に発生するサージ電圧,損失を抑制することができる。
前記開閉モジュール90Aに設けられた前記正側及び負側電極端子Pm・Nmとは,前記正側及び負側分割端子135P・135Nに対して溶接接合を行うための接合面をおいて対向配置されていて,前記接合面は,前記複合回路基板110Aの基板平面に対し直交する平面となっている。
以上のとおり,この発明の請求項2に関連し,複合回路基板に固定される分割電源端子台に設けられた正側及び負側分割端子と,開閉モジュールに設けられた正側及び負側電極端子とは,互いに対向配置されて溶接接合面を構成し,この接合面は複合回路基板の基板平面に対して直交するようになっている。
従って,複合回路基板と開閉モジュールとの設置間隔を短縮し,相互の端子間を直接溶接接合して配線抵抗を抑制するとともに,溶接ツールの配置が容易となる特徴がある。
これは,実施の形態4についても同様である。
前記正側第1導電板10P0は,前記正側分割端子135Pと,正側又は負側補助導電板10Paとを介して前記正側電源端子125Pに接続され,
前記正側第1導電板10P0の板厚は,前記負側第2導電板10Nの板厚よりは薄くなっている。
薄くなっているが,第1導電板は補助導電板を介して電源端子に接続されている。
なお,第1導電板には単位コンデンサのリード端子の接続部が貫通する導電板貫通孔が設けられ,この導電板貫通孔の孔径は,その内周面を半田レジスト膜によって確実に絶縁するために板厚に比例して大きくする必要があり,板厚を大きくすると孔径が大きくなって単位コンデンサの集積密度が低下するとともに,第1導電板側と第2導電板側の半田面の落差が大きくなって,単位コンデンサのリード端子に段差を付ける必要がある。
しかし,補助導電板を使用することによって配線抵抗を抑制すれば,第1導電板の板厚を薄くして,その孔径を小さくし,単位コンデンサの集積密度を高め,半田面落差も抑制することができる特徴がある。
これは,実施の形態4についても同様である。
前記正側補助導電板10Paの板厚は,前記負側第2導電板10Nの板厚以下であるとともに,
前記正側第1導電板10P0の板厚よりは大きくなっており,
前記正側補助導電板10Paには,前記直流電源端子台120Aに設けられた前記正側電源端子125Pが半田接続されるとともに,前記分割電源端子台130Aに設けられた前記正側分割端子135Pが半田接続されており,
前記正側電源端子125P及び前記正側分割端子135Pは,前記正側第1導電板10P0に設けられた前記導電板貫通孔10h0と,前記表面プリプレグ材12PPに設けられた前記表面層貫通孔12hと,前記負側第2導電板10Nに設けられた負側板貫通孔10Nhと,前記中間プリプレグ材13PPに設けられた中間層貫通孔13hとを貫通して前記正側補助導電板10Paと当接して半田接続されており,
前記正側分割端子135Pは,分岐連結部135eを介して前記正側第1導電板10P0に半田接続されている。
従って,正側電源端子と正側第1導電板との間の接続は,正側補助導電板と正側分割端子に設けられた分岐連結部を介して行われ,正側第1導電板の板厚を薄くしても,3個の分割電源端子台に対応した3グループの単位コンデンサに対する配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
なお,複合回路基板の両辺において,各3個の開閉モジュールを接続するものにおいては,正側又は負側第1導電板の板厚を薄くしても,その両辺における電位差を抑制することができる特徴があり,これは6個の分割電源端子台を設けて,開閉モジュールは3個とした場合でも同様に配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
前記複合回路基板110Aは,取付ねじ110sによってベース板150に圧接固定されるとともに,前記接地導電板10Gは,伝熱グリース154を介して前記ベース板150に伝熱接合している。
従って,複数の単位コンデンサにおける発生熱は,第1導電板と第2導電板,及び補助導電板と接地導電板による高伝熱部材と,表面及び中間及び裏面プリプレグ材と,伝熱グリースとを通じてベース板に伝熱熱放散するようになっていて,プリプレグ材の厚さ寸法を小さくすることによって,全面の伝熱効果を高めることができる特徴がある。
(1)構成の詳細な説明
以下,この発明の実施の形態2によるコンデンサ基板ユニットの全体構成図である図7について,図8〜図11にて示された部分詳細図を引用しながら,図1のものとの相違点を中心にしてその構成について詳細に説明する。
なお,各図において同一符号は同一又は相当部分を示し,コンデンサ基板ユニット100Aはコンデンサ基板ユニット100Bとなって,符号末尾の大文字の英字によって実施の形態の区分を示している。
そして,実施の形態1と実施の形態2との主な相違点は,正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nと正側補助導電板10Paを用いた3層の導電板の極性が変更されて,負側第1導電板10N0と正側第2導電板10Pと負側補助導電板10Naを用いた3層の導電板となり,1組の三相巻線に接続される3個の開閉モジュール90Aに代わって2組の三相巻線に接続される6個の開閉モジュール90Bが使用されていることである。
そして,長方形形状をなす複合回路基板110Bの一対の長辺(以下,下辺・上辺と呼ぶことがある)には,それぞれに3個の分割電源端子台130Bが取付けられていて,複合回路基板110Bの一方の短辺には直流電源端子台120Bが取付けられている。
また,複合回路基板110Bは取付ねじ110sを介してベース板150(図15A参照)に取付け固定されている。
樹脂成型材で構成されている直流電源端子台120Bには,正側電源端子125Pと負側電源端子124Nとが一体成形されていて,それぞれの電源端子は図示しない例えばDC48V系の車載バッテリである直流電源の正極端子と負極端子に接続されるようになっている。
そして,開閉モジュール90Bに設けられた交流電極端子ACを介して,図示しない二重三相交流モータの2組の三相巻線に接続されるようになっている。
なお,分割電源端子台130Bと直流電源端子台120Bとに設けられた正負の端子配列は,分割電源端子台130Aと直流電源端子台120Aとに設けられた正負の端子配列とは異なっており,これがために開閉モジュール90Bと開閉モジュール90Aの端子配列も異なったものとなっているが,これを同一配列にすれば共通の開閉モジュールが使用できるものである。
図8A・図8Bにおいて,導電板は負側第1導電板10N0と正側第2導電板10Pと負側補助導電板10Naの3層構造となっており,単位コンデンサ101の負側リード端子101nは負側第1導電板10N0に半田接続され,正側リード端子101pは正側第2導電板10Pに半田接続されている。
次に,図7における9A-9A線による複合回路基板の断面図である図9Aと,図9Aにおける矢視9Bによる負側分割端子の側面図である図9Bについて説明する。
図9A・図9Bにおいて,負側分割端子134Nは,モジュール接続部134aから直交折曲された棚段部134bと,再び直交折曲されてモジュール接続部134aとは平行になる直交部134cと,直交部134cから直交折曲された負側接続部134dを備え,この負側接続部134dは負側補助導電板10Naと平行配置されて半田15によって半田接続されている。
また,直交部134cの中間位置には分岐連結部134eが設けられ,この分岐連結部134eの先端位置には負側第1導電板10N0と平行になる貫通接続部134fが設けられて,半田15によって負側第1導電板10N0に半田接続されるようになっている。
そして,負側補助導電板10Naは後述の図10Aで示すように負側電源端子124Nに接続されているものである。
一方,正側分割端子135Pは,モジュール接続部135aから直交折曲された棚段部135bと,再び直交折曲されてモジュール接続部135aとは平行になる直交部135cと,直交部135cから直交折曲された正側接続部135dを備え,この正側接続部135dは正側第2導電板10Pと平行配置されて半田15によって半田接続されている。
なお,直交部135cは,負側第1導電板10N0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hを貫通している。
そして,正側第2導電板10Pは後述の図10Aで示すように正側電源端子125Pに接続され
ているものである。
図10Aにおいて,負側電源端子124Nは,負側第1導電板10N0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hと,正側第2導電板10Pに設けられた正側板貫通孔10Phと,中間プリプレグ材13PPに設けられた中間層貫通孔13hを貫通し,負側補助導電板10Naと平行配置される負側接続部124dを備え,負側補助導電板10Naと負側接続部124dとは半田15によって半田接続されるようになっている。
また,正側電源端子125Pは,負側第1導電板10N0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hとを貫通し,正側第2導電板10Pと平行配置される正側接続部125dを備え,正側第2導電板10Pと正側接続部125dとは半田15によって半田接続されるようになっている。
これにより,正側電源端子125Pと6個の正側分割端子135Pと複数の単位コンデンサ101の正側リード端子101pとは電気的には一体接続され,負側電源端子124Nと6個の負側分割端子134Nと複数の単位コンデンサ101の負側リード端子101nとは電気的には一体接続されていることになる。
図11Aにおいて,開閉モジュール90Bは,正側電極端子Pmと交流電極端子ACとの間に接続された第1及び第2の上流開閉素子91・92の並列回路と,負側電極端子Nmと交流電極端子ACとの間に接続された第1及び第2の下流開閉素子93・94の並列回路を主体として構成され,各開閉素子にはNチャネル型の電界効果型トランジスタが使用されている。
そして,一対の上流ゲート駆動端子95・95には,第1及び第2の上流開閉素子91・92を閉路駆動するための第1又は第2ゲート信号が制御回路部140(図15A参照)から付与されるとともに,一対の下流ゲート駆動端子96・96には,第1及び第2の下流開閉素子93・94を閉路駆動するための第1又は第2ゲート信号が制御回路部140(図15A参照)付与されるようになっている。
なお,正側電極端子Pmと負側電極端子Nmとは,図7で示したとおり2組6個の正側分割端子135Pと負側分割端子134Nに対して溶接接続され,交流電極端子ACは,図示しない外部配線端子を介して図示しない二重三相交流モータの第1組の三相巻線U1・V1・W1と第2組の三相巻線U2・V2・W2に接続されるようになっている。
なお,三相交流モータが1組の三相巻線を有し,これに対し3個の開閉モジュールを使用する場合には,上流開閉素子91・92と下流開閉素子93・94は並列接続して使用されているが,同じ出力容量で2組の三相巻線を有する場合には,上流開閉素子と下流開閉素子とはそれぞれ1個の開閉素子とすることもできるものである。
以上の説明で明らかなとおり,この発明の実施の形態2によるコンデンサ基板ユニットは,直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して二重三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した6個の開閉モジュール90Bとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサ101を複合回路基板110B上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット100Bであって,
前記複合回路基板110Bは,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子125P及び負側電源端子124Nを含む直流電源端子台120Bと,前記6個の開閉モジュール90Bの正側電極端子Pm及び負側電極端子Nmにそれぞれ接続される正側分割端子135P及び負側分割端子134Nを含む6個の分割電源端子台130Bとを備えるとともに,
前記負側電源端子124Nに接続される負側第1導電板10N0と,反対極性となる前記正側電源端子125Pに接続される正側第2導電板10Pと,前記負側第1導電板10N0と前記正側第2導電板10Pとを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材12PPとを備えている。
前記負側第1導電板10N0には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサ101の前記負側リード端子101nが半田付けされ,前記正側第2導電板10Pには,前記複数の単位コンデンサ101の前記正側リード端子101pが半田付けされ,
前記正側第2導電板10Pは,前記正側電源端子125P及び前記正側分割端子135Pと接続されるのに対し,前記負側第1導電板10N0は,前記負側電源端子124N及び前記負側分割端子134Nと接続されており,
前記複数の単位コンデンサ101は,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサ101は,前記複合回路基板110Bの短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサ101を含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台130Bは,長方形構造の前記複合回路基板110Bの長辺の2辺に沿って
前記3個一対で計6個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台130Bの1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されている。
前記開閉モジュール90Bに設けられた前記正側及び負側電極端子Pm・Nmとは,前記正側及び負側分割端子135P・135Nに対して溶接接合を行うための接合面をおいて対向配置されていて,前記接合面は,前記複合回路基板110Bの基板平面に対し直交する平面となっている。
従って,複合回路基板と開閉モジュールとの設置間隔を短縮し,相互の端子間を直接溶接接合して配線抵抗を抑制するとともに,溶接ツールの配置が容易となる特徴がある。
これは,実施の形態3についても同様である。
前記開閉モジュール90Bは,前記正側電極端子Pmに接続された上流開閉素子91・92と,前記負側電極端子Nmに接続された下流開閉素子93・94と,前記上流開閉素子91・92に対する上流ゲート駆動端子95と,前記下流開閉素子93・94に対する下流ゲート駆動端子96と,前記上流開閉素子91・92と前記下流開閉素子93・94との接続点に設けられて,前記三相交流モータの各相巻線の一つに接続される交流電極端子ACとを備えた方形体の形状を有するハーフブリッジ回路を構成し,
前記正側電極端子Pmと前記負側電極端子Nmとは,前記方形体の対辺の一方に偏在配置され,前記交流電極端子ACは,前記対辺の他辺の対角位置に偏在配置され,
前記上流ゲート駆動端子95と前記下流ゲート駆動端子96とは,前記方形体の前記対辺の一辺と他辺において,前記正側電極端子Pmと前記負側電極端子Nmであるか,又は前記交流電極端子ACと並べて配置されている。
このため,同一の開閉モジュールを単位コンデンサの集合体である複合回路基板の上下の長辺に配置した場合に,一方の開閉モジュールの正側電極端子Pmと負側電極端子Nmとは,他方の開閉モジュールの正側電極端子Pmと負側電極端子Nmよりも左方又は右方に交叉配置されて,異なるグループ領域の単位コンデンサを含む単位コンデンサ群と対向するようになっている。
従って,開閉モジュールの正側電極端子Pmと負側電極端子Nmとを,方形体の中間部に配置した場合よりは,広域の単位コンデンサ群と対向して,有効なコンデンサ容量を増大させることができる特徴がある。
これは,実施の形態3についても同様である。
交流電圧が印可されるものにおいて,
前記複合回路基板110Bの一方の長辺に配置されて,第1組の前記三相巻線に給電するための第1組の3個の前記開閉モジュール90Bと,
前記複合回路基板110Bの他方の長辺に配置されて,第2組の前記三相巻線に給電するための第2組の3個の前記開閉モジュール90Bとの接続順序は,1相分のずれがある交叉配置が行われている。
従って,例えば位相差α=0であった場合で,両辺の開閉モジュールを同相配列した場合と,1相120度分のずれを置いて配置した場合とを比較すると,同相配列であれば両辺の開閉モジュールには同一時刻にそれぞれに最大負荷電流が流れるが,120度の位相差があれば一方の開閉モジュールの負荷電流が最大であるときには他方の開閉モジュール負荷電流はゼロとなっていて,両方を合わせた最大負荷電流が開閉モジュールの1個分に半減することになる。
このため,この一対の開閉モジュール間に配置されている複数の単位コンデンサ群で発生する電流リップルを大幅に抑制することができる特徴がある。
なお,位相差αを有する場合には,位相差α=30度とし,両辺一対の前記開閉モジュール間の位相差は120+30度とするのが適切である。
これは,実施の形態3についても同様である。
前記負側第1導電板10N0は,前記負側分割端子134Nと,負側補助導電板10Naとを介して前記負側電源端子124Nに接続され,
前記負側第1導電板10N0の板厚は,前記正側第2導電板10Pの板厚よりは薄くなっている。
なお,第1導電板には単位コンデンサのリード端子の接続部が貫通する導電板貫通孔が設けられ,この導電板貫通孔の孔径は,その内周面を半田レジスト膜によって確実に絶縁するために板厚に比例して大きくする必要があり,板厚を大きくすると孔径が大きくなって単位コンデンサの集積密度が低下するとともに,第1導電板側と第2導電板側の半田面の落差が大きくなって,単位コンデンサのリード端子に段差を付ける必要がある。
しかし,補助導電板を使用することによって配線抵抗を抑制すれば,第1導電板の板厚を薄くして,その孔径を小さくし,単位コンデンサの集積密度を高め,半田面落差も抑制することができる特徴がある。
これは,実施の形態3についても同様である。
前記負側補助導電板10Naの板厚は,前記正側第2導電板10Pの板厚以下であるとともに,
前記負側第1導電板10N0の板厚よりは大きくなっており,
前記負側補助導電板10Naには,前記直流電源端子台120Bに設けられた前記負側電源端子124Nが半田接続されるとともに,前記分割電源端子台130Bに設けられた前記負側分割端子134Nが半田接続されており,
前記負側電源端子124N及び前記負側分割端子134Nは,前記負側第1導電板10N0に設けられた前記導電板貫通孔10h0と,前記表面プリプレグ材12PPに設けられた前記表面層貫通孔12hと,前記正側第2導電板10Pに設けられた正側板貫通孔10Phと,前記中間プリプレグ材13PPに設けられた中間層貫通孔13hとを貫通して前記負側補助導電板10Naと当接して半田接続されており,
前記負側分割端子134Nは,分岐連結部134eを介して前記負側第1導電板10N0に半田接続されている。
従って,負側電源端子と負側第1導電板との間の接続は,負側補助導電板と負側分割端子に設けられた分岐連結部を介して行われ,負側第1導電板の板厚を薄くしても,一対3個で合計6個の分割電源端子台に対応した3グループの単位コンデンサに対する配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
なお,複合回路基板の両辺において,各3個の開閉モジュールを接続するものにおいては,負側第1導電板の板厚を薄くしても,その両辺における電位差を抑制することができる特徴があり,これは6個の分割電源端子台を設けて,開閉モジュールは3個とした場合でも同様に配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
前記複合回路基板110Bは,取付ねじ110sによってベース板150に圧接固定されるとともに,前記接地導電板10Gは,伝熱グリース154を介して前記ベース板150に伝熱接合している。
以上のとおり,この発明の請求項7に関連し,負側補助導電板の裏面には,裏面プリプレグ材を介して接地導電板が接着固定され,この接地導電板は,伝熱グリースを介してベース板に圧接固定されている。
従って,複数の単位コンデンサにおける発生熱は,第1導電板と第2導電板,及び補助導電板と接地導電板による高伝熱部材と,表面及び中間及び裏面プリプレグ材と,伝熱グリースとを通じてベース板に伝熱熱放散するようになっていて,プリプレグ材の厚さ寸法を小さくすることによって,全面の伝熱効果を高めることができる特徴がある。
(1)構成の詳細な説明
以下,この発明の実施の形態3によるコンデンサ基板ユニットの全体構成図である図12について,図13〜図15にて示された部分詳細図を引用しながら,図1のものとの相違点を中心にしてその構成について詳細に説明する。
なお,各図において同一符号は同一又は相当部分を示し,コンデンサ基板ユニット100Aはコンデンサ基板ユニット100Cとなって,符号末尾の大文字の英字によって実施の形態の区分を示している。
そして,実施の形態1と実施の形態3との主な相違点は,正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nと正側補助導電板10Paを用いた3層の導電板の極性が変更されて,負側第1導電板10N0と正側第2導電板10Pを用いた2層の導電板となり,負側補助導電板10Nbは外部に設けられているとともに,1組の三相巻線に接続される3個の開閉モジュール90Aに付加されて2組の三相巻線に接続される6個の開閉モジュール90Aが使用されていることである。
そして,長方形形状をなす複合回路基板110Cの一対の長辺(以下,下辺・上辺と呼ぶことがある)には,それぞれに3個の分割電源端子台130Cが取付けられていて,複合回路基板110Cの一方の短辺には直流電源端子台120Cが取付けられている。
また,直流電源端子台120Cに設けられた負側電源端子124Nと,6個の分割電源端子台130Cのそれぞれに設けれれている負側分割端子134Nとは,負側補助導電板10Nbによって相互に接続されているとともに,複合回路基板110Cは取付ねじ110sを介してベース板150(図15A参照)に取付け固定されている。
樹脂成型材で構成されている直流電源端子台120Cには,正側電源端子125Pと負側電源端子124Nとが一体成形されていて,それぞれの電源端子は図示しない例えばDC48V系の車載バッテリである直流電源の正極端子と負極端子に接続されるようになっている。
そして,開閉モジュール90Aに設けられた交流電極端子ACを介して,図示しない二重三相交流モータの2組の三相巻線に接続されるようになっている。
なお,分割電源端子台130Cと直流電源端子台120Cとに設けられた正負の端子配列は,分割電源端子台130Aと直流電源端子台120Aとに設けられた正負の端子配列とは同じになっており,これがために開閉モジュール90Aは図1の場合と同じ形式のものが使用されている。
但し,三相交流モータの出力容量が同じであれば,図12における開閉モジュール90A内の上流開閉素子91・92と下流開閉素子93・94の並列接続は不要となるものである。
図13A・図13Bにおいて,導電板は負側第1導電板10N0と正側第2導電板10Pとの2層構造となっており,単位コンデンサ101の負側リード端子101nは負側第1導電板10N0に半田接続され,正側リード端子101pは正側第2導電板10Pに半田接続されている。
そして,図8Aで示された負側補助導電板10Naと中間プリプレグ材13PPは廃止されて,これに代わるものが図12で示された負側補助導電板10Nbとなっている。
次に,図12における14A-14A線による複合回路基板の断面図である図14Aと,図12における14B-14B線による複合回路基板の断面図である図14Bと,図12のものにおける接地コンデンサの回路図である図14Cについて説明する。
図14Aにおいて,負側分割端子134Nは,モジュール接続部134aから直交折曲された棚段部134bと,再び直交折曲されてモジュール接続部134aとは平行になる直交部134cと,直交部134cから直交折曲された負側接続部134dを備え,この負側接続部134dは負側第1導電板10N0と平行配置されて半田15によって半田接続されている。
なお,直交部135cは,負側第1導電板10N0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hを貫通している。
そして,正側第2導電板10Pは後述の図14Bで示すように正側電源端子125Pに接続され,負側第1導電板10N0は負側補助導電板10Nb(図12参照)を介して負側電源端子124Nに接続されるようになっている。
図14Bにおいて,負側電源端子124Nは,補助板接続部124sと棚段部124bと負側接続部124dを備え,負側接続部124dは負側第1導電板10N0と当接して,半田15によって半田付けされている。
これにより,正側電源端子125Pと6個の正側分割端子135Pと複数の単位コンデンサ101の正側リード端子101pとは電気的には一体接続され,負側電源端子124Nと6個の負側分割端子134Nと複数の単位コンデンサ101の負側リード端子101nとは電気的には一体接続されていることになる。
図14C及び図12において,正側電源端子125Pと負側電源端子124Nとアース端子126Gとの間には例えばセラミックコンデンサであるノイズ吸収コンデンサ102が接続されている。
なお,このノイズ吸収コンデンサ102は開閉素子の断続動作に伴って,正側及び負側電源線に流出するサージ電圧を抑制して,感電障害の発生を防止するためのものであり,図1及び図7のものについては図示省略されている。
ねじ止めの場合には正側第2導電板10Pの表面にナットが予め半田つけされていて,端子台の固定ねじはこのナットにねじ込まれることになる。
次に,図12のものの矢視15Aによる取付側面図である図15Aについて説明する。
図15Aにおいて,複合回路基板110Cと,開閉モジュール90Aとは,伝熱グリース154を介してベース板150に圧接固定されており,ベース板150は冷却水路151を内蔵して,この冷却水路151には冷却水の注入口152と排水口153とが設けられている。
制御回路部140を構成する制御基板141は,図示しない固定部材を介してベース板150に固定されていて,この制御基板141には定電圧電源部142から,例えばDC5Vの安定化された制御電圧が供給されるマイクロプロセッサ143が搭載されている。
但し,負側電極端子Nmと負側分割端子134Nとの間には,図12Aで示された負側補助導電板10Nbが介在して一体接合されている。
更に,複合回路基板110Cの下辺に設けられた3個の開閉モジュール90Aの交流電極端子ACは,図12で示すとおり二重三相交流モータの第1三相巻線におけるU1・V1・W1相と接続され,複合回路基板110Cの上辺に設けられた3個の開閉モジュール90Aの交流電極端子ACは,図12で示すとおり二重三相交流モータの第2三相巻線におけるV2・W2・U2相と接続され,上下の接続順序には1相分のずれが設けられている。
また,図6A・図6Bで前述した上流ゲート駆動端子95と下流ゲート駆動端子96とは,制御基板141に対して直接半田接続されている。
以上の説明で明らかなとおり,この発明の実施の形態3によるコンデンサ基板ユニットは,直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して二重三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した6個の開閉モジュール90Aとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサ101を複合回路基板110C上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット100Cであって,
前記複合回路基板110Cは,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子125P及び負側電源端子124Nを含む直流電源端子台120Cと,前記6個の開閉モジュール90Aの正側電極端子Pm及び負側電極端子Nmにそれぞれ接続される正側分割端子135P及び負側分割端子134Nを含む6個の分割電源端子台130Cとを備えるとともに,
前記負側電源端子124Nに接続される負側第1導電板10N0と,反対極性となる前記正側電源端子125Pに接続される正側第2導電板10Pと,前記負側第1導電板10N0と前記正側第2導電板10Pとを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材12PPとを備えている。
前記負側第1導電板10N0には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサ101の前記負側リード端子101nが半田付けされ,前記正側第2導電板10Pには,前記複数の単位コンデンサ101の前記正側リード端子101pが半田付けされ,
前記正側第2導電板10Pは,前記正側電源端子125P及び前記正側分割端子135Pと接続されるのに対し,前記負側第1導電板10N0は,前記負側電源端子124N及び前記負側分割端子134Nと接続されており,
前記複数の単位コンデンサ101は,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサ101は,前記複合回路基板110Cの短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサ101を含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台130Cは,長方形構造の前記複合回路基板110Cの長辺の2辺に沿って前記3個一対で計6個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台130Cの1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されている。
前記負側第1導電板10N0は,前記負側分割端子134Nと,負側補助導電板10Nbとを介して前記負側電源端子124Nに接続され,
前記負側第1導電板10N0の板厚は,前記正側第2導電板10Pの板厚よりは薄くなっている。
従って,この発明の請求項5に関連しては,実施の形態2の場合と同様の特徴がある。
前記負側のモジュール接続部134aは,前記負側補助導電板10Nbを挟んで前記開閉モジュール90Aの前記負側電極端子Nmと溶接接合され,
前記負側補助導電板10Nbは,前記分割電源端子台130Cと前記直流電源端子台120Cに沿って延長されて,前記負側電源端子124Nの前記補助板接続部124sに対しても溶接接合され,前記負側補助導電板10Nbの板厚は,前記正側第2導電板10Pの板厚を超える厚さ寸法となっている。
従って,負側電源端子と負側第1導電板との間の接続は,負側補助導電板を介して行われ,負側第1導電板の板厚を薄くしても,6個の分割電源端子台に対応した3グループの単位コンデンサと負側電源端子に対する配線抵抗を抑制することができるとともに,補助導電板を第2導電板の裏面に配置したものに比べて複合回路基板の積上げ構造が単純化される特徴がある。
なお,複合回路基板の両辺において,各3個の開閉モジュールを接続するものにおいては,負側第1導電板の板厚を薄くしても,その両辺における電位差を抑制することができる特徴があり,これは6個の分割電源端子台を設けて,開閉モジュールは3個とした場合でも同様に配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
前記複合回路基板110Cは,取付ねじ110sによってベース板150に圧接固定されるとともに,前記接地導電板10Gは,伝熱グリース154を介して前記ベース板150に伝熱接合している。
以上のとおり,この発明の請求項9に関連し,正側第2導電板の裏面には,裏面プリプレグ材を介して接地導電板が接着固定され,この接地導電板は,伝熱グリースを介してベース板に圧接固定されている。
従って,複数の単位コンデンサにおける発生熱は,第1導電板と第2導電板,及び接地導電板による高伝熱部材と,表面及び裏面プリプレグ材と,伝熱グリースとを通じてベース板に伝熱熱放散するようになっていて,プリプレグ材の使用枚数が減少しているとともにプリプレグ材の厚さ寸法を小さくすることによって,全面の伝熱効果をより高めることができる特徴がある。
(1)構成の詳細な説明
以下,この発明の実施の形態4によるコンデンサ基板ユニットの全体構成図である図16について,図17〜図18にて示された部分詳細図を引用しながら,図1のものとの相違点を中心にしてその構成について詳細に説明する。
なお,各図において同一符号は同一又は相当部分を示し,コンデンサ基板ユニット100Aはコンデンサ基板ユニット100Dとなって,符号末尾の大文字の英字によって実施の形態の区分を示している。
そして,実施の形態1と実施の形態4との主な相違点は,正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nと正側補助導電板10Paを用いた3層の導電板に代わって,正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nを用いた2層の導電板となり,正側補助導電板10Pbは外部に設けられているとともに,1組の三相巻線に接続される3個の開閉モジュール90Aに代わって1組の三相巻線に接続される3個の開閉モジュール90Bが使用されていることである。
そして,長方形形状をなす複合回路基板110Dの一方の長辺(以下,下辺と呼ぶことがある)には,直流電源端子台120Dと3個の分割電源端子台130Dが取付けられている。
また,直流電源端子台120Dに設けられた正側電源端子125Pと,3個の分割電源端子台130Dのそれぞれに設けられている正側分割端子135Pとは,正側補助導電板10Pbによって相互に接続されているとともに,複合回路基板110Dは取付ねじ110sを介してベース板150(図15A参照)に取付け固定されている。
なお,図16における取付ねじ110sは,樹脂製の押圧ブロック110bを介して複合回路基板110Dの上辺をベース板150に押圧するものであるが,複合回路基板110Dの下辺は,3個の開閉モジュール90Bを一括してベース板150に押圧固定する図示しない押圧部材から突出した押圧部によって押圧固定されるようになっている。
同様に,樹脂成型材で構成されている3個の分割電源端子台130Dには,正側分割端子135Pと負側分割端子134Nとが一体成形されていて,それぞれの分割端子は,図11で前述した3個の開閉モジュール90Bの正側電極端子Pmと負側電極端子Nmに対して溶接接合されている。
そして,開閉モジュール90Bに設けられた交流電極端子ACを介して,図示しない三相交流モータの1組の三相巻線に接続されるようになっている。
なお,分割電源端子台130Dと直流電源端子台120Dとに設けられた正負の端子配列は,分割電源端子台130Aと直流電源端子台120Aとに設けられた正負の端子配列とは異なっており,これがために開閉モジュールは図1の場合と異なる端子配置のものが使用されている。
図17A・図17Bにおいて,導電板は正側第1導電板10P0と負側第2導電板10Nとの2層構造となっており,単位コンデンサ101の正側リード端子101pは正側第1導電板10P0に半田接続され,負側リード端子101nは負側第2導電板10Nに半田接続されている。
そして,図3Aで示された正側補助導電板10Paと中間プリプレグ材13PPは廃止されて,これに代わるものが図16で示された正側補助導電板10Pbとなっている。
次に,図16における18A-18A線による複合回路基板の断面図である図18Aと,図16における18B-18B線による複合回路基板の断面図である図18Bと,図16のものにおける接地コンデンサの回路図である図18Cについて説明する。
図18Aにおいて,正側分割端子135Pは,モジュール接続部135aから直交折曲された棚段部135bと,再び直交折曲されてモジュール接続部135aとは平行になる直交部135cと,直交部135cから直交折曲された正側接続部135dを備え,この正側接続部135dは正側第1導電板10P0と平行配置されて半田15によって半田接続されている。
なお,直交部134cは,正側第1導電板10P0に設けられた導電板貫通孔10h0と,表面プリプレグ材12PPに設けられた表面層貫通孔12hを貫通している。
そして,負側第2導電板10Nは後述の図18Bで示す負側電源端子124Nに接続され,正側第1導電板10P0は正側補助導電板10Pb(図16参照)を介して正側電源端子125Pに接続されるようになっている。
図18Bにおいて,正側電源端子125Pは,補助板接続部125sと棚段部125bと正側接続部125dを備え,正側接続部125dは正側第1導電板10P0と当接して,半田15によって半田付けされている。
これにより,正側電源端子125Pと3個の正側分割端子135Pと複数の単位コンデンサ101の正側リード端子101pとは電気的には一体接続され,負側電源端子124Nと3個の負側分割端子134Nと複数の単位コンデンサ101の負側リード端子101nとは電気的には一体接続されていることになる。
図18C及び図16において,正側電源端子125Pと負側電源端子124Nとアース端子126Gとの間には例えばセラミックコンデンサであるノイズ吸収コンデンサ102が接続されており,これは図14Cのものと同様である。
以上の説明で明らかなとおり,この発明の実施の形態4によるコンデンサ基板ユニットは,直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した3個の開閉モジュール90Bとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサ101を複合回路基板110D上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット100Dであって,
前記複合回路基板110Dは,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子125P及び負側電源端子124Nを含む直流電源端子台120Dと,前記3個の開閉モジュール90Bの正側電極端子Pm及び負側電極端子Nmにそれぞれ接続される正側分割端子135P及び負側分割端子134Nを含む3個の分割電源端子台130Dとを備えるとともに,
前記正側電源端子125Pに接続される正側第1導電板10P0と,反対極性となる前記負側電源端子124Nに接続される負側第2導電板10Nと,前記正側第1導電板10P0と前記負側第2導電板10Nとを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材12PPとを備えている。
前記正側第1導電板10P0には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサ101の前記正側リード端子101pが半田付けされ,前記負側第2導電板10Nには,前記複数の単位コンデンサ101の前記負側リード端子101nが半田付けされ,
前記負側第2導電板10Nは,前記負側電源端子124N及び前記負側分割端子134Nと接続されるのに対し,前記正側第1導電板10P0は,前記正側電源端子125P及び前記正側分割端子135Pと接続されており,
前記複数の単位コンデンサ101は,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサ101は,前記複合回路基板110Dの短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサ101を含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台130Dは,長方形構造の前記複合回路基板110Dの長辺の1辺に沿って3個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台130の1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されている。
前記正側第1導電板10P0は,前記正側分割端子135Pと,正側補助導電板10Pbとを介して前記正側電源端子125Pに接続され,
前記正側第1導電板10P0の板厚は,前記負側第2導電板10Nの板厚よりは薄くなっている。
従って,この発明の請求項5に関連しては,実施の形態1の場合と同様の特徴がある。
り,
前記正側のモジュール接続部135aは,前記正側補助導電板10Pbを挟んで前記開閉モジュール90Bの前記正側電極端子Pmと溶接接合され,
前記正側補助導電板10Pbは,前記分割電源端子台130Dと前記直流電源端子台120Dに沿って延長されて,前記正側電源端子125Pの前記補助板接続部125sに対しても溶接接合され,
前記正側補助導電板10Pbの板厚は,前記負側第2導電板10Nの板厚を超える厚さ寸法となっている
従って,正側電源端子と正側第1導電板との間の接続は,正側補助導電板を介して行われ,正側第1導電板の板厚を薄くしても,6個の分割電源端子台に対応した3グループの単位コンデンサと正側電源端子に対する配線抵抗を抑制することができるとともに,補助導電板を第2導電板の裏面に配置したものに比べて複合回路基板の積上げ構造が単純化される特徴がある。
なお,複合回路基板の両辺において,各3個の開閉モジュールを接続するものにおいては,負側第1導電板の板厚を薄くしても,その両辺における電位差を抑制することができる特徴があり,これは6個の分割電源端子台を設けて,開閉モジュールは3個とした場合でも同様に配線抵抗を抑制することができる特徴がある。
前記複合回路基板110Dは,取付ねじ110sによってベース板150に圧接固定されるとともに,前記接地導電板10Gは,伝熱グリース154を介して前記ベース板150に伝熱接合している。
以上のとおり,この発明の請求項9に関連し,負側第2導電板の裏面には,裏面プリプレグ材を介して接地導電板が接着固定され,この接地導電板は,伝熱グリースを介してベース板に圧接固定されている。
従って,複数の単位コンデンサにおける発生熱は,第1導電板と第2導電板,及び接地導電板による高伝熱部材と,表面及び裏面プリプレグ材と,伝熱グリースとを通じてベース板に伝熱熱放散するようになっていて,プリプレグ材の使用枚数が減少しているとともにプリプレグ材の厚さ寸法を小さくすることによって,全面の伝熱効果をより高めることができる特徴がある。
Claims (6)
- 直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して三相交流モータ又は二重三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した3個又は6個の開閉モジュールとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサを複合回路基板上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニットであって,
前記複合回路基板は,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子及び負側電源端子を含む直流電源端子台と,前記3個又は6個の開閉モジュールの正側電極端子及び負側電極端子にそれぞれ接続される正側分割端子及び負側分割端子を含む3個又は6個の分割電源端子台とを備えるとともに,
前記正側又は負側電源端子に接続される正側又は負側第1導電板と,反対極性となる前記負側又は正側電源端子に接続される負側又は正側第2導電板と,前記正側又は負側第1導電板と前記負側又は正側第2導電板とを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材とを備え,
前記正側又は負側第1導電板と前記表面プリプレグ材には,前記単位コンデンサの負側又は正側リード端子のいずれか一方の接続部が貫通する導電板貫通孔と表面層貫通孔が設けられていて,
前記正側又は負側第1導電板には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサの前記正側又は負側リード端子が半田付けされ,前記負側又は正側第2導電板には,前記複数の単位コンデンサの前記負側又は正側リード端子が半田付けされ,
前記負側又は正側第2導電板は,前記負側又は正側電源端子及び前記負側又は正側分割端子と接続されるのに対し,前記正側又は負側第1導電板は,前記正側又は負側電源端子及び前記正側又は負側分割端子と接続されており,
前記複数の単位コンデンサは,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサは,前記複合回路基板の短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサを含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台は,長方形構造の前記複合回路基板の長辺の1辺又は2辺に沿って前記3個又は3個一対で計6個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台の1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されており、
前記分割電源端子台は,前記三相交流モータが1組又は2組のいずれの三相巻線を有する場合であっても,前記複合回路基板の一対の長辺に配置されて,3個一対で計6個が使用され,
前記正側又は負側第1導電板は,前記正側又は負側分割端子と,正側又は負側補助導電板1とを介して前記正側又は負側電源端子に接続され,
前記正側又は負側第1導電板の板厚は,前記負側又は正側第2導電板の板厚よりは薄くなっており、
前記正側又は負側第1導電板が,前記表面プリプレグ材を介して接着された前記負側又は正側第2導電板の反対面に対して,中間プリプレグ材を介して前記正側又は負側補助導電板が接着固定され,
前記正側又は負側補助導電板の板厚は,前記負側又は正側第2導電板の板厚以下であるとともに,前記正側又は負側第1導電板の板厚よりは大きくなっており,
前記正側又は負側補助導電板には,前記直流電源端子台に設けられた前記正側又は負側電源端子が半田接続されるとともに,前記分割電源端子台に設けられた前記正側又は負側分割端子が半田接続されており,
前記正側又は負側電源端子及び前記正側又は負側分割端子は,前記正側又は負側第1導電板に設けられた前記導電板貫通孔と,前記表面プリプレグ材に設けられた前記表面層貫通孔と,前記負側又は正側第2導電板に設けられた負側又は正側板貫通孔と,前記中間プリプレグ材に設けられた中間層貫通孔とを貫通して前記正側又は負側補助導電板と当接して半田接続されており,
前記正側又は負側分割端子は,分岐連結部を介して前記正側又は負側第1導電板に半田接続されており、
前記正側又は負側補助導電板の裏面には,裏面プリプレグ材を介して接地導電板が接着固定されており,
前記複合回路基板は,取付ねじによってベース板に圧接固定されるとともに,前記接地導電板は,伝熱グリースを介して前記ベース板に伝熱接合している
開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット。 - 直流電源と,この直流電源により得られる直流電力を交流電力に変換して三相交流モータ又は二重三相交流モータを駆動するための開閉素子を内蔵した3個又は6個の開閉モジュールとの間に接続されていて,複数の単位コンデンサを複合回路基板上に並列接続して電源平滑を行う開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニットであって,
前記複合回路基板は,前記直流電源の正極端子及び負極端子に接続される正側電源端子及び負側電源端子を含む直流電源端子台と,前記3個又は6個の開閉モジュールの正側電極端子及び負側電極端子にそれぞれ接続される正側分割端子及び負側分割端子を含む3個又は6個の分割電源端子台とを備えるとともに,
前記正側又は負側電源端子に接続される正側又は負側第1導電板と,反対極性となる前記負側又は正側電源端子に接続される負側又は正側第2導電板と,前記正側又は負側第1導電板と前記負側又は正側第2導電板とを絶縁隔離して接着する表面プリプレグ材とを備え,
前記正側又は負側第1導電板と前記表面プリプレグ材には,前記単位コンデンサの負側又は正側リード端子のいずれか一方の接続部が貫通する導電板貫通孔と表面層貫通孔が設けられていて,
前記正側又は負側第1導電板には,表面実装部品である前記複数の単位コンデンサの前記正側又は負側リード端子が半田付けされ,前記負側又は正側第2導電板には,前記複数の単位コンデンサの前記負側又は正側リード端子が半田付けされ,
前記負側又は正側第2導電板は,前記負側又は正側電源端子及び前記負側又は正側分割端子と接続されるのに対し,前記正側又は負側第1導電板は,前記正側又は負側電源端子及び前記正側又は負側分割端子と接続されており,
前記複数の単位コンデンサは,導電性高分子固体アルミ電解コンデンサ又は導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサが使用されていて,この単位コンデンサは,前記複合回路基板の短辺方向に列を成して配置された複数の単位コンデンサを含むコンデンサ列が,長辺方向に複数列配列され,
前記分割電源端子台は,長方形構造の前記複合回路基板の長辺の1辺又は2辺に沿って前記3個又は3個一対で計6個が配列され,
前記コンデンサ列の総数は,前記分割電源端子台の1個又は一対当たりで2列又は3列以上とし,この分割電源端子台の中間位置にも少なくとも1列の共用のコンデンサ列が配置されており、
前記分割電源端子台は,前記三相交流モータが1組又は2組のいずれの三相巻線を有する場合であっても,前記複合回路基板の一対の長辺に配置されて,3個一対で計6個が使用され,
前記正側又は負側第1導電板は,前記正側又は負側分割端子と,正側又は負側補助導電板1とを介して前記正側又は負側電源端子に接続され,
前記正側又は負側第1導電板の板厚は,前記負側又は正側第2導電板の板厚よりは薄くなっており、
前記負側又は正側電源端子のいずれか一方には補助板接続部が延長されているとともに,前記負側及び正側分割端子には負側及び正側のモジュール接続部が延長されており,
前記負側及び正側のモジュール接続部の一方は,前記負側又は正側補助導電板を挟んで前記開閉モジュールの前記負側又は正側電極端子と溶接接合され,
前記負側又は正側補助導電板は,前記分割電源端子台と前記直流電源端子台に沿って延長されて,前記負側又は正側電源端子の前記補助板接続部に対しても溶接接合され,
前記負側又は正側補助導電板の板厚は,前記正側又は負側第2導電板の板厚を超える厚さ寸法となっている
開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット。 - 前記正側又は負側第2導電板の裏面には,裏面プリプレグ材を介して接地導電板が接着固定されており,
前記複合回路基板は,取付ねじによってベース板に圧接固定されるとともに,前記接地導電板は,伝熱グリースを介して前記ベース板に伝熱接合している
請求項2に記載の開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット。 - コンデンサ基板ユニットの前記正側及び負側分割端子は,前記複合回路基板に固定される前記分割電源端子台によって一体化されており,
前記開閉モジュールに設けられた前記正側及び負側電極端子と,前記正側及び負側分割端子に設けられた接合面とは、対向配置されていて,前記接合面は,前記複合回路基板の基板平面に対し直交する平面となっている
請求項1から3のいずれか1項に記載の開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニット。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の開閉モジュール用のコンデンサ基板ユニットに接続されている開閉モジュールであって、
前記コンデンサ基板ユニットの前記複合回路基板には,長方形の一対の長辺のそれぞれに沿って合計6個の前記分割電源端子台が配列されており,
前記正側電極端子に接続された上流開閉素子と,前記負側電極端子に接続された下流開閉素子と,前記上流開閉素子に対する上流ゲート駆動端子と,前記下流開閉素子に対する下流ゲート駆動端子と,前記上流開閉素子と前記下流開閉素子との接続点に設けられて,前記三相交流モータの各相巻線の一つに接続される交流電極端子とを備えた方形体の形状を有するハーフブリッジ回路を構成し,
前記正側電極端子と前記負側電極端子とは,前記方形体の対辺の一方に偏在配置され,
前記交流電極端子は,前記対辺の他辺の対角位置に偏在配置され,
前記上流ゲート駆動端子と前記下流ゲート駆動端子とは,前記方形体の前記対辺の一辺と他辺において,前記正側電極端子と前記負側電極端子であるか,又は前記交流電極端子と並べて配置されている
開閉モジュール。 - 請求項5に記載の開閉モジュールを備えるモータ駆動装置であって、
前記三相交流モータが第1組及び第2組の複数組の三相巻線を有し,この複数組の三相巻線に対して,相互の位相差がゼロであるか,又は所定の位相差αを有する一対の三相交流電圧が印加されるものにおいて,
前記複合回路基板の一方の長辺に配置されて,第1組の前記三相巻線に給電するための第1組の3個の前記開閉モジュールと,
前記複合回路基板の他方の長辺に配置されて,第2組の前記三相巻線に給電するための第2組の3個の前記開閉モジュールとの接続順序は,1相分のずれがある交叉配置が行われているモータ駆動装置。
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