JP6609928B2 - Capacitor mounting structure and power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置の構造に関する。特に、電力変換装置におけるコンデンサの取付構造に関する。 The present invention relates to the structure of a power converter. In particular, the present invention relates to a capacitor mounting structure in a power converter.
一般的な電力変換装置14は、図7に示すように、平滑コンデンサ2と、半導体パワーモジュール3と、を有する。平滑コンデンサ2は、P側導体15またはN側導体16のいずれか一方の導体上に並べて設けられる。
A
P側導体15は平滑コンデンサ2の電極2aに接続される板状の導体であり、N側導体16は平滑コンデンサ2の電極2bに接続される板状の導体である。P側導体15及びN側導体16は絶縁板6を介して積層され積層体17を構成する。この積層体17の一方の面上に平滑コンデンサ2が並設される。また、積層体17の一端部からP側導体15の接続部15a及びN側導体16の接続部16aが突出しており、この接続部15a,16aに半導体パワーモジュール3が接続される。
The P-
このように、従来技術に係る電力変換装置14では、平滑コンデンサ2は導体15または導体16の同一側に並べられ、平滑コンデンサ2にP側導体15及びN側導体16が接続される(例えば、特許文献1)。
As described above, in the
しかしながら、積層体の一方の面に平滑コンデンサを並べて配置し、積層体の平滑コンデンサ配置面と同じ面に半導体パワーモジュールを設けた場合、半導体パワーモジュールと各平滑コンデンサとの距離が異なることとなる。半導体パワーモジュールの近くに設けられる平滑コンデンサと半導体パワーモジュールから遠い位置に設けられる平滑コンデンサの距離の差が大きくなると各平滑コンデンサの電流分担が偏るおそれがある。また、平滑コンデンサ全体として半導体パワーモジュールからの距離が離れてしまい、回路ループが大きくなる。その結果、回路のインダクタンスが増大するおそれがある。 However, when the smoothing capacitors are arranged side by side on one surface of the multilayer body and the semiconductor power module is provided on the same surface as the smoothing capacitor placement surface of the multilayer body, the distance between the semiconductor power module and each smoothing capacitor will be different. . If the difference in the distance between the smoothing capacitor provided near the semiconductor power module and the smoothing capacitor provided at a position far from the semiconductor power module becomes large, the current sharing of each smoothing capacitor may be biased. Further, the distance from the semiconductor power module is increased as a whole of the smoothing capacitor, and the circuit loop becomes large. As a result, the inductance of the circuit may increase.
上記事情に鑑み、本発明は、コンデンサの電流分担の偏りを低減し、回路のインダクタンスの低減に貢献する技術を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technology that contributes to reducing the inductance of a circuit by reducing the bias in current sharing of the capacitor.
上記目的を達成する本発明のコンデンサの取付構造は、
並列接続される複数のコンデンサと、
該コンデンサの電極が接続される第1導体板及び第2導体板と、
前記第1導体板または前記第2導体板に接続されるスイッチング素子と、を有する電力変換装置のコンデンサの取付構造であって、
前記第1導体板と前記第2導体板とを絶縁板を介して積層して積層体が形成され、
前記積層体の一方の面に設けられたコンデンサの電極接続部と、前記積層体の他方の面に設けられたコンデンサの電極接続部とが重ならないように、前記積層体の一方の面と前記積層体の他方の面とにそれぞれ複数のコンデンサが設けられ、
前記第1導体板及び前記第2導体板は、前記スイッチング素子に接続される接続部をそれぞれ備え、
前記コンデンサは、前記第1導体板と前記第2導体板にそれぞれ端子部ビスを介して固定することで導通して設けられる一対の電極を備え、
前記コンデンサは、前記積層体の前記第1導体板及び前記第2導体板の接続部が設けられた端部に沿って、前記積層体の一方の面と他方の面に交互に備えられ、かつ、前記第1導体板側において互いに隣接する2つのコンデンサの間に、前記第2導体板側のコンデンサの一対の電極に対して第1導体板側から設けられた一対の端子部ビスが位置し、前記第2導体板側において互いに隣接する2つのコンデンサの間に、前記第1導体板側のコンデンサの一対の電極に対して第2導体板側から設けられた一対の端子部ビスが位置し、
前記積層体を隔てて、前記第1導体板側と前記第2導体板側に隣り合って備えられるコンデンサは、当該コンデンサが隣り合う方向に前記一対の電極の電極接続部がそれぞれ向かい合うように備えられたことを特徴としている。
The capacitor mounting structure of the present invention that achieves the above-mentioned object is as follows.
A plurality of capacitors connected in parallel ;
A first conductor plate and a second conductor plate to which the electrodes of the capacitor are connected;
A switching element connected to the first conductor plate or the second conductor plate, and a capacitor mounting structure for a power converter,
A laminate is formed by laminating the first conductor plate and the second conductor plate via an insulating plate ,
Wherein the electrode connecting portions of the capacitor provided on one surface of the laminate, so that the electrode connecting portion of the capacitor provided on the other surface of the laminate does not overlap, the the one surface of the laminate A plurality of capacitors are provided on each of the other surfaces of the laminate ,
The first conductor plate and the second conductor plate each include a connection portion connected to the switching element,
The capacitor includes a pair of electrodes that are conductively provided by being fixed to the first conductor plate and the second conductor plate via terminal screws, respectively.
The capacitor is alternately provided on one surface and the other surface of the multilayer body along an end portion of the multilayer body where the connection portions of the first conductor plate and the second conductor plate are provided, and A pair of terminal screws provided from the first conductor plate side with respect to the pair of electrodes of the capacitor on the second conductor plate side are located between two capacitors adjacent to each other on the first conductor plate side. A pair of terminal screws provided from the second conductor plate side with respect to the pair of electrodes of the capacitor on the first conductor plate side are positioned between two capacitors adjacent to each other on the second conductor plate side. ,
The capacitor provided adjacent to the first conductor plate side and the second conductor plate side across the multilayer body is provided such that the electrode connection portions of the pair of electrodes face each other in the direction in which the capacitor is adjacent. It is characterized in that was.
また、上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、上記コンデンサの取付構造を有することを特徴としている。 Moreover, the power converter of the present invention that achieves the above object is characterized by having the capacitor mounting structure.
以上の発明によれば、平滑コンデンサの電流分担の偏りを低減し、回路のインダクタンスを低減することができる。 According to the above invention, the uneven current sharing of the smoothing capacitor can be reduced, and the inductance of the circuit can be reduced.
本発明の実施形態に係るコンデンサの取付構造及び電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。 A capacitor mounting structure and a power converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1(a)に示すように、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置1は、平滑コンデンサ2と、半導体パワーモジュール3と、を有する。平滑コンデンサ2は、P側導体4上またはN側導体5上に設けられる。P側導体4及びN側導体5は板状の導体であり、絶縁板6を介して積層され積層体7を構成する。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1A, the power conversion device 1 according to the first embodiment of the present invention includes a
図1(b)に示すように、平滑コンデンサ2はP側導体4またはN側導体5上に設けられる。各平滑コンデンサ2の電極2aはP側導体4に接続され、電極2bはN側導体5に接続される。
As shown in FIG. 1B, the
具体的に説明すると、図1(a)に示すように、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2aは、端子部ビス8によりP側導体4と導通した状態で固定される。また、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2bは、端子部ビス8によりN側導体5と導通して状態で固定される。つまり、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2b近傍のP側導体4には孔4aが形成されており、P側導体4側から電極2bに端子部ビス8を設けることで、電極2bがN側導体5と導通して設けられることとなる。なお、絶縁板6には、この孔4aと連通する孔6aが形成されている。同様に、図1(c)に示すように、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2aは、端子部ビス8によりP側導体4と導通して設けられ、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2bは、端子部ビス8によりN側導体5と導通して設けられる。つまり、N側導体5は、半導体パワーモジュール3への取り出す部分の位置は異なるが、平滑コンデンサ2の電極2a,2bの接続部はP側導体4と同じ形状である。したがって、N側導体5には、N側導体5側からP側導体4上に設けられた電極2aに端子部ビス8を設けるための孔5aが形成されている。そして、絶縁板6には、この孔5aと連通する孔6aが形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 1A, the
また、図1(d)に示すように、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2と、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2は、積層体7を挟み互い違いに配置される。すなわち、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2と、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2は、積層体7を挟み込むように対向して千鳥状に取り付けられる。具体的に説明すると、図1(a)に示すように、P側導体4上に設けられる平滑コンデンサ2は、P側導体4の中央(図中Xで示す)に対して右側にずれた位置に設けられる。同様に、図1(c)に示すように、N側導体5上に設けられる平滑コンデンサ2は、N側導体5の中央に対して右側にずれた位置に設けられる。このように平滑コンデンサ2を積層体7の両面に配置することで、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bにP側導体4及びN側導体5を接続する際に、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2が干渉しなくなる。その結果、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bにN側導体5側から端子部ビス8を設けることができる。同様に、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bに、P側導体4側から端子部ビス8を設けることができる。
Further, as shown in FIG. 1D, the
また、図2(a)乃至(d)に示すように、平滑コンデンサ2は、支持板金9に固定される。図2(b)に示すように、平滑コンデンサ2の電極2a,2bが設けられる面と反対側の面には、ボルト2cが設けられており、このボルト2cにナット10を締結することで支持板金9に平滑コンデンサ2が固定される。なお、支持板金9に平滑コンデンサ2を取り付ける方法としては、実施形態の例の他に、固定金具を用いて取り付ける方法(例えば、実開平5−31219号公報)や支持板金9に平滑コンデンサ2が挿通される孔を形成し、この孔の周囲に平滑コンデンサ2を保持する突起部を設けて支持板金9に平滑コンデンサ2を取り付ける方法(例えば、実開昭61−79530号公報)等を用いることができる。
Further, as shown in FIGS. 2A to 2D, the smoothing
半導体パワーモジュール3は、例えば、IGBT等のスイッチング素子の駆動回路や自己保護機能を組み込んだ電力用半導体素子である。半導体パワーモジュール3は、P側導体4から突出した接続部4b及びN側導体5から突出した接続部5bに接続される。接続部4bは、平滑コンデンサ2の並設方向(千鳥状に並べた列)と平行なP側導体4の端部から突出している。同様に、接続部5bは、平滑コンデンサ2の並設方向と平行なN側導体5の端部から突出している。
The
図3は、電力変換装置1の回路図(単相インバータ回路図)である。図3に示すように、半導体パワーモジュール3(例えば、IGBTu)は、P側導体4に接続されるスイッチング素子3aと、N側導体5に接続されるスイッチング素子3bと、を有する。二つのスイッチング素子3a,3bの間には、出力導体Uが設けられる。したがって、半導体パワーモジュール3(例えば、IGBTu)は、P側導体4及びN側導体5並びに出力導体Uに接続される端子を有する。同様に、半導体パワーモジュール3(例えば、IGBTv)は、P側導体4及びN側導体5並びに出力導体Vに接続される端子を有する。
FIG. 3 is a circuit diagram (single-phase inverter circuit diagram) of the power conversion device 1. As shown in FIG. 3, the semiconductor power module 3 (for example, IGBT Tu) includes a
ここで、図4を参照して、電力変換装置1の組立工程について説明する。まず、P側導体4とN側導体5とを絶縁板6を介して積層して積層体7が構成される。次に、端子部ビス8を用いて、平滑コンデンサ2の電極2aとP側導体4との接続、平滑コンデンサの電極2bとN側導体5との接続、半導体パワーモジュール3とP側導体4、N側導体5及び出力導体U(または、出力導体V)との接続が行われる。そして、ボルト2cにナット10が締結され支持板金9に平滑コンデンサ2が固定される。
Here, with reference to FIG. 4, the assembly process of the power converter device 1 is demonstrated. First, the
以上のような、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置1及び平滑コンデンサ2の取付構造によれば、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bの接続部と、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bの接続部と、が重ならないように交互に積層体7の両面に平滑コンデンサ2を設けることで、各平滑コンデンサ2と半導体パワーモジュール3と間の距離の差が小さくなり、平滑コンデンサ2の電流分担が改善される。
According to the mounting structure of the power conversion device 1 and the smoothing
また、平滑コンデンサ2全体として、半導体パワーモジュール3との距離が近づくので、回路ループが小さくなることから、回路のインダクタンスが低減し、ターンオフ時に発生するサージ電圧が抑制される。
Further, since the distance from the
また、平滑コンデンサ2の実装密度が上がるので、導体(P側導体4及びN側導体5)を小さくすることができ、電力変換装置1のコスト削減と、電力変換装置1の小型化に寄与する。
Further, since the mounting density of the smoothing
また、平滑コンデンサ2に支持板金9を設けることで、電力変換装置1の耐震性が向上する。
Moreover, the earthquake resistance of the power converter device 1 improves by providing the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る電力変換装置及びコンデンサの取付構造について、図5及び図6を参照して詳細に説明する。第2実施形態に係る電力変換装置11は、P側導体4及びN側導体5を積層した積層体7に対して千鳥状に平滑コンデンサ2を配置することは、第1実施形態に係る電力変換装置1と同様である。よって、第1実施形態に係る電力変換装置1と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
The power converter and capacitor mounting structure according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the
図5(a)に示すように、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置11は、平滑コンデンサ2と、半導体パワーモジュール12とを有する。図5(f)に示すように、平滑コンデンサ2は、積層体7のP側導体4上またはN側導体5上に設けられる。そして、平滑コンデンサ2の電極2aはP側導体4に接続され、平滑コンデンサ2の電極2bはN側導体5に接続される。
As shown in FIG. 5A, the
図5(d)及び(e)に示すように、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bの固定部と、N側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2の電極2a,2bの固定部は、積層体7の両面で重なりあわないように設けられる。すなわち、P側導体4上に設けられた平滑コンデンサ2とN側導体5上に設けられた平滑コンデンサ2とは積層体7に対して千鳥状に交互に配置される。また、図5(f)に示すように、平滑コンデンサ2の電極2a,2bが設けられている面の反対側の面にはボルト2cが設けられており、このボルト2cにナット10を締結して支持板金9に平滑コンデンサ2が固定される。
As shown in FIGS. 5 (d) and 5 (e), the fixed portion of the
半導体パワーモジュール12は、ヒートシンク13上に設けられる。ヒートシンク13は積層体7に対して垂直であって、平滑コンデンサ2の並列方向に対して平行となるように支持板金9に固定される。なお、P側導体4の平滑コンデンサ2の並列方向と平行な両端部は、平滑コンデンサ2が設けられる方向に延在しており、この延在した一方のP側導体部4cに半導体パワーモジュール12が接続される。また、延在した他方のP側導体部4dは、直流電源への接続端子が設けられる。同様に、N側導体5の平滑コンデンサ2の並列方向と平行な両端部は、平滑コンデンサ2が設けられる方向に延在しており、この延在した一方のN側導体部5cに半導体パワーモジュール12が接続される。また、延在した他方のN側導体部5dには、直流電源への接続端子が設けられる。
The
半導体パワーモジュール12は、P側導体4またはN側導体5を介して平滑コンデンサ2に接続されインバータを構成する。具体的に説明すると、電力変換装置11は、1パッケージに1素子のIGBTが設けられた半導体パワーモジュール12が設けられており、取り出し電極構造は図示していないが、1アーム2並列で3相インバータを構成している。
The
以上のような、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置11及び平滑コンデンサ2の取付構造によれば、積層体7の表裏面から積層体7対して千鳥状に平滑コンデンサ2を設けることで、第1実施形態に係る電力変換装置1と同様に、平滑コンデンサ2の電流分担が改善される。そして、回路のインダクタンスが低減し、ターンオフ時に発生するサージ電圧が抑制される。
According to the
また、支持板金9で平滑コンデンサ2及び半導体パワーモジュール12を固定することで、電力変換装置11の耐振動性が向上する。
Moreover, the vibration resistance of the
また、第1実施形態に係る電力変換装置1と同様に、平滑コンデンサ2の実装密度が向上するので、電力変換装置11を小型化することができる。特に、P側導体4の端部をP側導体4に設けられた平滑コンデンサ2方向に延在させる(及び、N側導体5の端部をN側導体5に設けられた平滑コンデンサ2方向に延在させる)ことで、半導体パワーモジュール12や平滑コンデンサ2の実装密度がさらに向上し、電力変換装置11をさらに小型化することができる。
Moreover, since the mounting density of the smoothing
以上、本発明のコンデンサの取付構造及び電力変換装置について、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明のコンデンサの取付構造及び電力変換装置は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術的範囲に属する。 The capacitor mounting structure and power conversion device of the present invention have been described in detail with reference to specific embodiments. However, the capacitor mounting structure and power conversion device of the present invention are not limited to the embodiments. In addition, the design can be changed as appropriate without departing from the characteristics of the invention, and the changed design also belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、電力変換装置の回路構成は実施形態に限定されるものではなく、適宜所定の回路構成を有する電力変換装置に対して、本発明のコンデンサの取付構造を適用することができる。したがって、スイッチング素子の種類、半導体パワーモジュールの構成または電力変換装置の回路構成等は、適宜適用される電力変換装置によって異なることとなる。 For example, the circuit configuration of the power converter is not limited to the embodiment, and the capacitor mounting structure of the present invention can be applied to a power converter having a predetermined circuit configuration as appropriate. Therefore, the type of switching element, the configuration of the semiconductor power module, the circuit configuration of the power conversion device, and the like vary depending on the power conversion device applied as appropriate.
また、実施形態では、積層体7に対して両面から千鳥状に配列された平滑コンデンサ2を2列並べた形態を例示しているが、平滑コンデンサ2は、積層体7に対して両面から千鳥状に配列したものであれば、1列または3列以上配置する態様であってもよい。また、P側導体4上に設けられる平滑コンデンサ2とN側導体5上に設けられる平滑コンデンサ2を縦方向及び横方向に交互に積層体7上に配置する態様とすることで、平滑コンデンサ2の実装密度をさらに向上させることができる。
Further, in the embodiment, a configuration in which two rows of smoothing
1,11…電力変換装置
2…平滑コンデンサ(コンデンサ)
2a,2b…電極
2c…ボルト
3,12…半導体パワーモジュール
3a,3b…スイッチング素子
4…P側導体(第1導体板)
4a,5a…孔
4b,5b…接続部
4c,4d,5c,5d…延在した導体部
5…N側導体(第2導体板)
6…絶縁板
7…積層体
8…端子部ビス
9…支持板金(固定板)
10…ナット
13…ヒートシンク
1, 11 ...
2a, 2b ...
4a, 5a ...
6 ... Insulating
10 ...
Claims (5)
該コンデンサの電極が接続される第1導体板及び第2導体板と、
前記第1導体板または前記第2導体板に接続されるスイッチング素子と、を有する電力変換装置のコンデンサの取付構造であって、
前記第1導体板と前記第2導体板とを絶縁板を介して積層して積層体が形成され、
前記積層体の一方の面に設けられたコンデンサの電極接続部と、前記積層体の他方の面に設けられたコンデンサの電極接続部とが重ならないように、前記積層体の一方の面と前記積層体の他方の面とにそれぞれ複数のコンデンサが設けられ、
前記第1導体板及び前記第2導体板は、前記スイッチング素子に接続される接続部をそれぞれ備え、
前記コンデンサは、前記第1導体板と前記第2導体板にそれぞれ端子部ビスを介して固定することで導通して設けられる一対の電極を備え、
前記コンデンサは、前記積層体の前記第1導体板及び前記第2導体板の接続部が設けられた端部に沿って、前記積層体の一方の面と他方の面に交互に備えられ、かつ、前記第1導体板側において互いに隣接する2つのコンデンサの間に、前記第2導体板側のコンデンサの一対の電極に対して第1導体板側から設けられた一対の端子部ビスが位置し、前記第2導体板側において互いに隣接する2つのコンデンサの間に、前記第1導体板側のコンデンサの一対の電極に対して第2導体板側から設けられた一対の端子部ビスが位置し、
前記積層体を隔てて、前記第1導体板側と前記第2導体板側に隣り合って備えられるコンデンサは、当該コンデンサが隣り合う方向に前記一対の電極の電極接続部がそれぞれ向かい合うように備えられたことを特徴とするコンデンサの取付構造。 A plurality of capacitors connected in parallel ;
A first conductor plate and a second conductor plate to which the electrodes of the capacitor are connected;
A switching element connected to the first conductor plate or the second conductor plate, and a capacitor mounting structure for a power converter,
A laminate is formed by laminating the first conductor plate and the second conductor plate via an insulating plate,
The one surface of the laminate and the electrode connection portion of the capacitor provided on one surface of the laminate are not overlapped with the electrode connection portion of the capacitor provided on the other surface of the laminate. A plurality of capacitors are provided on each of the other surfaces of the laminate,
The first conductor plate and the second conductor plate each include a connection portion connected to the switching element,
The capacitor includes a pair of electrodes that are conductively provided by being fixed to the first conductor plate and the second conductor plate via terminal screws , respectively.
The capacitor is alternately provided on one surface and the other surface of the multilayer body along an end portion of the multilayer body where the connection portions of the first conductor plate and the second conductor plate are provided, and A pair of terminal portion screws provided from the first conductor plate side is located between two capacitors adjacent to each other on the first conductor plate side with respect to the pair of electrodes of the capacitor on the second conductor plate side. A pair of terminal screws provided from the second conductor plate side with respect to the pair of electrodes of the capacitor on the first conductor plate side are located between two capacitors adjacent to each other on the second conductor plate side. ,
The capacitor provided adjacent to the first conductor plate side and the second conductor plate side across the multilayer body is provided such that the electrode connection portions of the pair of electrodes face each other in the direction in which the capacitor is adjacent. Capacitor mounting structure characterized by that.
前記第2導体板を該第2導体板に設けられたコンデンサ方向に延在させ、延在させた第2導体板にスイッチング素子が接続された、ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のコンデンサの取付構造。 The first conductor plate extends in a capacitor direction provided on the first conductor plate, and a switching element is connected to the extended first conductor plate,
The second conductor plate extends in a capacitor direction provided on the second conductor plate, and a switching element is connected to the extended second conductor plate. The capacitor mounting structure according to any one of the above.
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