JP6869309B2 - 電力変換装置および電力変換装置一体型回転電機 - Google Patents
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Description
そのためモータ駆動用の電力変換装置は、パワーエレクトロニクスの分野においてキーデバイスとして重要性がますます高まっている。
回路基板に実装され、電力変換モジュールを構成する半導体素子、
電力変換モジュールに供給される電力を受ける正極用配線と負極用配線、
電力変換モジュールで変換し出力する出力用配線、
スナバコンデンサ、
半導体素子にスナバコンデンサを並列に接続するスナバ回路用配線、
スナバ回路用配線の一部に形成されたヒューズ部、
回路基板上に配置され、半導体素子、正極用配線、負極用配線、出力用配線、スナバコンデンサ、スナバ回路用配線、ヒューズ部とを覆う取り外し可能な樹脂製のカバー、
を備え、
正極用配線、負極用配線、出力用配線およびスナバ回路用配線は、樹脂製のカバーと一体に形成されており、前記回路基板の表面および前記半導体素子から間隙を維持して離間して配置されているとともに、樹脂製のカバーのヒューズ部に対応する部分に開口が形成され、開口にヒューズ部を覆う金属片の飛散防止および消弧効果を有する樹脂を配置している。
実施の形態1の電力変換装置について、図1〜図9を用いて説明する。
図1は実施の形態1の電力変換装置100の回路図を示している。図2は、電力変換装置100を構成する電力変換モジュール101の斜視図であり、図3は、電力変換モジュール101のカバー125を外し、内部の構成を示した斜視図である。図4は、図2に示した電力変換モジュール101の樹脂材料130を横切る部分で切断した断面図で、図5は、電力変換モジュール101を主な構成部材に分けた分解図である。図6〜図9はヒューズ部200の形状および具体例を示している。
まず、本実施の形態1の電力変換装置100の構成を述べる。
図1は電力変換装置100と回転電機104を示している。実施の形態1の電力変換装置100は、複数の電力変換モジュール101で構成されている。電力変換モジュール101は、制御回路からの信号によりスイッチングを行う半導体素子102を備え、半導体素子102と並列に接続されたスナバコンデンサ103が配置され、スナバ回路を形成するスナバ回路用配線113が備えられている。
図1の回路図には示されていないが、スナバ回路用配線113には、後述するように、切欠き等を形成して断面積を小さくしたヒューズ部200が形成されている。
稼働時の半導体素子102等の発熱は、放熱部材131、ヒートシンク115によりフィン116から外部へ放出することができる。
各種配線は、回路基板120に実装された半導体素子102およびスナバコンデンサ103の端子部に接続され、電力変換モジュール101の外部へ導く配線の引き回し部分は、回路基板120の表面および半導体素子102の表面から間隙を維持して離間して配置されている。
配線は、カバー125を構成する樹脂のインサート成形、アウトサート成形およびラミネート法等によりカバー125と一体に形成することができる。また、絶縁テープを巻いた配線および粉体塗装により表面に絶縁被膜を形成した配線をカバー125に取付けて用いることもできる。
図6〜図9で詳しく説明するが、ヒューズ部200は、スナバ回路用配線113の一部に穴明け部201または切欠き部202が形成され、断面積が局所的に小さくなっている。つまり、ヒューズ部200の断面積は、スナバ回路用配線113の他の部分よりも小さく形成されている。
半導体素子102の素材は、シリコン(Si)の他に、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)なども用いることができる。
また、スナバ回路用配線113に形成したヒューズ部200を覆う樹脂材料130は、ヒューズ部200が溶断した場合の、金属片等の飛散防止および消弧効果のために有効な材料を用いる。
次に、ヒューズ部200の形状について説明する。
図6〜図9を用いてヒューズ部200の形状および具体例を説明する。これらはヒューズ部200として用いることができる形状の一例であり、断面積がスナバ回路用配線113の他の部分よりも小さく形成されているものであれば、ここに示した形状以外であっても本実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
図7および図9にはそれぞれ13種および7種の具体例を示したが、上述したように断面積がスナバ回路用配線113の他の部分よりも小さく形成されていればよく、これらの具体例に限定されるものではない。
熱抵抗=長さ÷(熱伝導率×断面積) ・・・(1)
スナバ回路用配線113にヒューズ部200を設けることによりスナバ回路用配線113の剛性が低くなるため、温度変化に伴う熱応力は小さくなり、回路基板120の接合部等にかかる応力を低減することができ、信頼性を向上させることも期待できる。
したがって、このヒューズ部200は、電力供給用の正極用配線111、負極用配線112等に用いることは適当でなく、スナバコンデンサ103が配置されたスナバ回路用配線113に形成することが適当と言える。
電力変換装置100は車両用のバッテリ(直流電源)に接続されて電力変換を行い、回転電機の固定子巻線に交流電流を供給する。
図10において回転電機本体250の一方の端部に延びるシャフト255にはプーリ257が固定されており、回転電機本体250のプーリ側をフロント側、反プーリ側をリア側と呼ぶ。
なお、ここでは説明の簡略化のため、配線等は省略している。また電力変換装置100の外周部に用いる保護カバーも省略した。
本実施の形態2に係るスナバ回路用配線113のヒューズ部200の形状を図11に示す。図11の上図は、スナバ回路用配線113の平面図で、下図は側面図を示している。なお、本実施の形態2に係るスナバ回路用配線113を用いる電力変換装置100および電力変換モジュール101等は、実施の形態1で示した構造と基本的に同じである。
電力変換装置一体型回転電機300では、ヒューズ部200を備えた電力変換装置100と回転電機104を一体に構成するため、外付けのヒューズが不要となり、小型化が可能となる。さらに、部品数の追加も必要としないため、実装工程を簡略化でき、高い生産性を得ることができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (4)
- 回路基板に実装され、電力変換モジュールを構成する半導体素子、
前記電力変換モジュールに供給される電力を受ける正極用配線と負極用配線、
前記電力変換モジュールで変換し出力する出力用配線、
スナバコンデンサ、
前記半導体素子に前記スナバコンデンサを並列に接続するスナバ回路用配線、
前記スナバ回路用配線の一部に形成されたヒューズ部、
前記回路基板上に配置され、前記半導体素子、前記正極用配線、前記負極用配線、前記出力用配線、前記スナバコンデンサ、前記スナバ回路用配線、前記ヒューズ部とを覆う取り外し可能な樹脂製のカバー、
を備え、
前記正極用配線、前記負極用配線、前記出力用配線および前記スナバ回路用配線は、前記樹脂製のカバーと一体に形成されており、前記回路基板の表面および前記半導体素子から間隙を維持して離間して配置されているとともに、前記樹脂製のカバーの前記ヒューズ部に対応する部分に開口が形成され、前記開口に前記ヒューズ部を覆う金属片の飛散防止および消弧効果を有する樹脂を配置した電力変換装置。 - 前記ヒューズ部は、断面積が前記スナバ回路用配線の他の部分よりも小さくなるように切り欠かれ、または穴があけられており、前記回路基板に実装された前記半導体素子から離間して配置されるとともに、切り欠かれ、または穴があけられた部分が前記回路基板から遠ざかる方向へ突出するように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。
- 前記ヒューズ部に配置される樹脂は、ヤング率が10MPa以上100MPa未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力用変換装置。
- 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を回転電機と一体に備えた電力変換装置一体型回転電機。
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